급팽창 혼합물의 반응 촉발장치{CONTACT-DETONATING DEVICE OF RAPIDLY EXPLOSIVE COMPOUND MATERIAL}
본 발명은 급팽창 혼합물의 반응 촉발장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 설명하면, 고전압을 흘려 내부의 도선을 급열하게 하고 그때 아크 유도침 사이에 누설 전류가 유도되면서 고온이 발생됨에 따라 내부의 금속 화합물이 순간적으로 분해 산화되도록 하여 짧은 순간에 고열의 온도와 고압의 팽창력이 발생되는 급팽창 혼합 물질의 본체에 관한 것이다. 상기 급팽창 혼합 물질의 본체를 이루는 급팽창 금속 화합물은 과산화 금속과 금속 분말간에 완전 산화 결합을 이루도록 촉진 반응을 유도하고 결합 반응이 진행할 때 급속한 발열과 고열에 의해 급격한 고압(40,000∼60,000㎏/㎠) 금속 팽창력이 발생한 후 순간적으로 수축하는 현상을 이용한 것으로 이 급팽창 금속 화합물의 물질특허에 대해서는 본인이 선출원1(특허출원번호 97-23886)한 바 있으며, 이를 간략히 살펴보면, 산화제인 금속염과, 상기 금속염에 의해 금속이 산화되면서 발열 반응으로 부피가 증가되는 금속분말과, 상기 금속염과 금속 분말의 산화 반응을 촉진시키는 반응 촉진제로 이루어진 것을 특징으로 하는 급팽창 금속 화합물인 것으로 이를 토목 공사 등에 사용하면 소음이 발생되지 않고 공사장 주위로 파편을 비산시키지 않으므로 안� �성이뛰어나고 주변 건물에 충격을 주지 않으면서 목적물만 발파할 수 있는 것이다. 또한, 상기 본체는 급팽창 금속 화합물의 반응 촉발방법 및 장치에 관해 본 출원인이 선출원2(특허등록번호 0283505호)한 바 있으며, 도1에 도시한 바와 같이이때 사용하는 본체(10)는 금속화합물(12)이 충진되어 밀봉된 외피(10)의 내부에 도선(14)이 설치되어 양측의 아크 유도침(16)에 연결되도록 구성되어 있는 것이다. 이와 같이, 선출원2에서 사용되는 본체 구조는 중,소형일 때는 효과적이지만 급팽창 물질이 팩의 길이가 길어질때 높은 전압을 인가해야만 효과가 극대화 되므로 전력의 손실이 매우 큰 문제점을 가지고 있다.
따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 급팽창 물질이 팩의 길이가 길어도 저전압으로 촉발이 가능한 급팽창 혼합물의 촉발장치를 제공하는데 있다. 본 발명의 다른 목적은 급팽창 혼합물의 본체내의 촉발침사이에 저항선이 없어도 촉발이 가능한 급팽창 혼합물의 촉발장치를 제공하는데 있다.
도 1은 종래 급팽창 혼합물질의 본체 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 급팽창 혼합물질의 본체 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 반응 촉발 장치의 설치 계통도이고, 도 4는 본 발명에 따른 본체의 다른 실시예를 도시한 구성도이고, 도 5는 본 발명에 따른 본체의 또 다른 실시예를 도시한 구성도이며, 도 6은 본 발명에 따른 본체의 또 다른 실시예를 도시한 구성도이다. * 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 * 10 : 본체 12 : 급팽창 혼합물 14 : 외피 16 : 절연지지물 18 : 보조받침 20 : 내부촉발침봉 22 : 외부촉발침봉 24 : 촉발침 26 : 유도저항선 30 : 교류입력전원 32 : 전원분배기 34 : 체배압 직류승압기 36 : 충전기 38 : 순간개폐기 40 : 전선
본 발명은 급팽창 혼합물의 반응 촉발장치에 관한 것으로서, 급팽창 혼합물(12)이 충진되어 밀봉된 외피(14)의 내부에 두쌍 이상의 촉발침(24)이 직렬 연결되는 본체(10)와; 입력 교류전원을 분배하여 기기에 공급하는 전원분배기(32)와; 상기 전원 분배기를 통한 교류 전원을 체배시켜 직류 승압하는 체배압 직류승압기(34)와; 승압된 직류 전압을 소정의 고전압으로 충전하는 충전기(36)와; 순간 도통에 의해 충전된 소정의 고전압을 상기 본체(10)의 외부로 노출된 전선(40)에공급하는 순간 개폐기(38);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. 상기 본체(10)는 급팽창 혼합물(12)과; 상기 급팽창 혼합물(12)이 충진되어 밀봉된 외피(14)와; 상기 외피(14)의 내측에 형성되는 절연지지물(16)과; 상기 절연지지물(16)에 수직으로 일정간격을 유지하며 설치되는 보조받침(18)과; 상기 보조받침(16)의 일단에 상기 절연지지물(14)의 길이방향으로 일정간격 설치되는 하나 이상의 내부촉발침봉(20)과; 상기 외피(14)의 양 끝단에 형성되어 외부 도선(40)과 연결되는 2개의 외부촉발침봉(22)과; 상기 외피(14)내 내부촉발침봉(20)의 양단 및 외부촉발침봉(22)의 일단에 직렬배열되는 촉발침(24); 및 상기 촉발침(24) 사이에 전기적으로 연결 설치되는 유도저항선(26);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. 상기 하나의 외부촉발침봉(22)은 상기 절연지지물(14)의 내부를 관통하여 외피(14)내부에서 고정되는 것을 특징으로 한다. 상기 본체(10)는 전해유도액이 첨가된 급팽창 혼합물(12)과; 상기 급팽창 혼합물(12)이 충진되어 밀봉된 외피(14)와; 상기 외피(14)의 내측에 형성되는 절연지지물(16)과; 상기 절연지지물(16)에 수직으로 일정간격을 유지하며 설치되는 보조받침(18)과; 상기 보조받침(16)의 일단에 상기 절연지지물(14)의 길이방향으로 일정간격 설치되는 하나 이상의 내부촉발침봉(20)과; 상기 외피(14)의 양 끝단에 형성되어 외부 도선(40)과 연결되는 2개의 외부촉발침봉(22); 및 상기 외피(14)내 내부촉발침봉(20)의 양단 및 외부촉발침봉(22)의 일단에 지지되고, 마주보는 한쌍의 간격이 1㎜ 내지 100㎜로 직렬배열되는 촉발침(24);을 포함하여 구성되는 것을특징으로 한다. 상기 하나의 외부촉발침봉(22)은 상기 절연지지물(14)의 내부를 관통하여 외피(14)내부에서 고정되는 것을 특징으로 한다. 상기 급팽창 혼합물(12)에 기름 및 발수제 등을 0.1~99%를 첨가하여 부식 산화를 방지하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 급팽창 혼합물의 반응 촉발장치를 첨부한 도면을 참고로 하여 이하에 상세히 기술되는 실시예에 의하여 그 특징들을 이해할 수 있을 것이다. 도 1은 종래 급팽창 혼합물질의 본체 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 급팽창 혼합물질의 본체 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 반응 촉발 장치의 계통도이고, 도 4는 본 발명에 따른 본체의 다른 실시예를 도시한 구성도이고, 도 5는 본 발명에 따른 본체의 또 다른 실시예를 도시한 구성도이며, 도 6은 본 발명에 따른 본체의 또 다른 실시예를 도시한 구성도이다. 도 2에 따르면, 본체(10)는 원통 형상 등의 적당한 형상으로 제작되는 외피(14)내에 금속 화합물 등의 급팽창 혼합물(12)이 충진되고 그 밀봉된 외피(14)의 내측에 상기 본체의 길이방향으로 절연지지물(16)을 형성하고, 그 절연지지물(16)의 길이방향으로 일정간격을 유지하며 그 절연지지물에 수직으로 하나 이상의 보조받침(18)의 일단을 고정 설치한다. 그리고, 그 보조받침(18)의 타단에 절연지지물(16)의 길이방향으로 일정간격으로 하나이상의 내부촉발침봉(20)을고정 설치한다. 본체(10)의 길이방향의 양단에는 양쪽 모두 하나씩의 외부촉발침봉(22)을 설치하고 그 내부촉발침봉(20)과 외부촉발침봉(22)과 전기적으로 연결되는 촉발침(24)을 본체(10)내에 일렬로 배열하여 설치하며, 그 촉발침(24)들 상이에는 전기적으로 연결되도록 설치되는 유도저항선(26)이 구비되어 상기 2개의 외부촉발침봉(22) 양단에 전원이 투입되면 상기 다수의 촉발침(24)사이에서 누설전류가 유도되어 고온이 발생하고 이로 인해 상기 급팽창 혼합물(12)을 순간적으로 분해 산화되도록 구성된다. 상기 금속 화합물에 대하여 조금더 자세히 설명하면, 본체(10)를 구성하는 외피(14)의 내부에 충진되어 밀봉된 급팽창 화합물(12)의 팽창 방식은 금속 초산염과 금속 분말을 서로 혼합하고 거기에 높은 온도를 가하여 금속 초산염을 분해하면서 산소를 발생시키고금속 분말을 발생된 산소와 결합하면서 순간 발열 팽창하는 방식이다. 예를 들어 초산 알루미늄 분말과 알루미늄 분말과의 반응식은, Al(NO3)3 + 5Al → 3Al2O3 + 3N(↑)으로서 이때 촉발 온도는 1,000℃ 이상의 순간 가열이고 순간 발열 온도는 20,000℃ 이상이다. 다른 예로 초산 나트륨 분말과 알루미늄 분말과의 반응식은, 6NaNO3 + 10Al → 3Na2O + 5Al2O3 +3N2(↑)로서 이때 촉발 온도는 1,200℃ 이상이고 순간 발열 온도는 15,000℃ 이상이다. 위와 같이 천(賤)의 금속의 초산 화합물은 촉발 온도가 매우 높으므로 촉진제로서 금속 산화물 및 금속 황산염 등을 첨가하므로 산화 반응을 용이하게 할 수 있다. 예를 들어 초산 나트륨과 알루미늄 분말의 반응에서 황산동의 효과를 나타내는 반응식은, 4NaNO3 + CuSO4 + 10Al → 2Na2O + Cu + 5Al2O3로서 이때 촉발 온도는 800℃ 이상이고 순간 발열 온도는 15,000℃ 이상이다. 다른 예로 초산 나트륨 분말과 알루미늄 분말과의 반응에서 황산철의 효과를 나타내는 반응식은, 4NaNO3 + Fe2SO4 + 10Al → 2Na2O + Fe + SO2 + 5Al2O3 + 2N2(↑)로서 이때 촉발 온도는 800℃ 이상이고 순간 발열 온도는15,000℃ 이상이다. 또 다른 예로 초산 칼슘 분말과 망간 분말과의 반응에서 과산화수소철의 효과를 나타내는 반응식은, 2Ca(NO3)2 + 4FeOOH + 3Mn → CaO + 2FeO + 3Mn3O4 + 2H2O(↑) + 2N2(↑)이다. 상술한 바와 같이 금속 황산물과 금속 산화물 및 금속 수산화물을 적절히 첨가하여 조절하고 사용자의 의도에 맞추어서촉발 온도 및 반응 속도 등이 조절된다. 본 발명은 금속 초산 화합물과 금속 분말을 주재료로 하고 금속 황산물, 금속 산화물, 금속 수산화물을 부재료로 하여 중량비로 적당히 혼합하고 방수, 방열, 방충격 및 장기 보관을 위해 오일 및 수지 등으로 입자 표면을 코팅 처리하여 0.1∼20㎜ 크기 정도로 성형된다.한편, 상기 급팽창 혼합물(12)에는 기름 및 발수제 등을 0.1~99%를 첨가하여 부식 산화를 방지할 수 있다. 도 3의 촉발 장치의 설치 계통도에 따르면, 전원을 공급하기 위해 교류 입력전원(30)으로 부터의 전원투입을 온/오프(ON/OFF)하기 위한 전원스위치1(SW1)을 직렬연결하고, 입력 교류전원을 분배하여 기기에 공급하는 전원분배기(32)를 입력전원(30)에 병렬로 연결하고, 그 전원분배기(32)를 통한 교류 전원을 체배시켜 직류 승압하는 체배압 직류승압기(34)의 일측에 구비되는 입력단자에 병렬로 연결하고 그 체배압 직류승압기(34)의 출력단자에 충전기(36)를 병렬연결한다. 상기와 같이 병렬연결되는 상기 전원분배기(32)와 체배압 직류승압기(34)의 한쪽 도선에는 충전스위치(SW2)를 구비하여 전원스위치1(SW1)을 온(ON)시킨 후 충전스위치(SW2)를 온(ON)시키면 체배압 직류승압기(34)를 통해 출력되는 고압의 직류(DC)전원이 상기의 충전기(36)에 소정의 고전압으로 충전된다. 이때 충전기(36)는 고전압 대용량이어야 하고 순간개폐기(38)는 고전압 대전류이어야 한다. 상기 충전기(36)는 그와 병렬로 촉발 스위치(SW3)에 의해 개폐되는 순간 개폐기(38)를 병렬연결하고, 상기 순간개폐기(38)의 타단의 +, - 단자(40)에 도 2와 같이 구성되는 본체(10)를 바위 등의 목적물(42)의 구멍(44) 속에 삽입하고 본체(10) 양단에 형성되는 외부촉발침봉(22)의 각단에 연결되는 전선(40)을 외부에 노출한후 모래로 구멍을 막는다.상기 순간 개폐기(38)는 일단이 상기 충전기(36)의 출력단에 연결되고 타단은 상기 전선(40)이 접속되어 상기 충전기(36)의 순간 도통에 의해 충전된 소정의 고전압을 상기 전선(40)에 공급하게 된다.결국, 상기 본체(10)는 상기 전선(40)의 타단에 연결되며 상기 충전기(36)의 출력 전압을 인가받아 내부에 충진된 혼합물(12)(도2참조)을 급속 팽창시켜 목적물(42)을 파쇄시키는 역할을 하게 되는 것이다.이하 상기와 같은 계통구성 에 따라, 목적물(42)을 파쇄하는 과정을 설명한다. 교류입력전원(30)을 연결하고 전원 스위치(SW1)를 온(ON)하면 전원 분배기(32)에 의해 필요 전원이 모든 기기에 공급된다. 이러한 상태에서 충전 스위치(SW2)를 온(0N)하면 체배압 직류승압기(34)에 의해서 입력된 교류 전원이 체배되어 직류(DC)고전압으로 승압되고 이 전압은 체배압 직류승압기(34)의 출력 양단에 병렬 연결된 충전기(36)에 의해서 소정의 고전압인 3㎸ 내지 4㎸ 만큼 충전된다. 이때 촉발 스위치(SW3)를 온(ON)하면 촉발 스위치(SW3)를 누르는 순간(1/1,000초) 사이에 순간개폐기(38)가 도통되어 충전기(36)에 충전되어 있던 직류(DC)고전압(3㎸ 내지 4㎸)이 전선(40)에 투입된다. 전선(40)을 통한 직류 고전압이 목적물(42)의 구멍(44) 속에 매설해 놓은 본체(10)내의 급팽창혼합물(12)속에서 아크를 발생시켜 급팽창혼합물(12)을 반응 촉발하게 하여 급속히 팽창함으로써 바위와 같은 목적물(42)이 파쇄된다. 도 2 내지 3에 따라 좀 더 상세히 설명하면, 직류(DC)고전압이 전선(40)을 통해 본체(10)에 인가되고 도선(40)은 순간 급열하면서 열만 소화된다. 이때 도선(40)의 고전압에 의해 금속 화합물(12)의 촉발이 유도된다. 본체(10)내에 구비되는 상호 인접한 촉발침(24) 사이에서는 누설 전류(아크)가 유도되면서 약 1,500℃ 이상의 고온이 급격하게(약 1/1,000초) 발생되어 외피(14) 내부의 금속 화합물(12)이 부분적으로 반응하게 된다. 부분 발생된 반응열에 의해 연쇄적으로 급팽창혼합물(12) 전부가 반응하게 되어 순간적인 분해 산화로 인해 짧은 순간에 고열의 온도와 고압(40,000∼60,000㎏/㎠)의 팽창력이 발생하게 된다. 이 고압의 팽창력에 의해 목적물(42)이 짧은 순간에 파쇄되는 것이다. 즉, 급팽창혼합물(12)의 반응 촉발은 급팽창혼합물(12)에 고전압을 인가하여 내부의 유도저항선(26)을 급열하게 하고 양측의 촉발침(24) 사이에 누설 전류가 유도되면서 고온이 발생되게 하여 급팽창혼합물(12)을 순간적으로 분해 산화시키는 것이다. 상술한 바에 의하면 촉발에 의해 바위 등의 목적물(42)을 짧은 순간에 파쇄하되 순간적으로 수축하여 비산, 폭발, 진동 등이 극히 미약하므로 안전하고 효율적이며 경제적인 것이다. 또한, 반응 촉발 온도가 1,000℃ 이상으로서 순간 급열을 가해야 반응을 일으킬 수 있으므로 일반 화약에 비해 안전도가 매우 높으면서도 순간 팽창력은 일반 화약에 비해 훨씬 높은 결과를 얻을 수 있는 것이다. 도 4에 의한 본체의 다른 실시예에 따르면, 본체(10) 외부에서 내부로 관통되는 두개의 외부촉발침봉(22, 23) 중에 어느 하나의 외부촉발침봉(23)은 상기 절연지지물(16)의 내부를 관통하게 하여 외피(14)내부에서 고정되도록 형성한다. 도 5에 의한 본체의 또 다른 실시예에 따르면, 본체(10) 외피(14)내에 구비되는 급팽창 혼합물(12)에 전해유도액을 첨가하고, 상호 인접한 촉발침(24)의 간격을 1㎜ 내지 100㎜로 하고 상기 저항선(26)을 제거하여 구성한다. 도 6에 의한 본체의 또 다른 실시예에 따르면, 도 5에 따른 실시예에 의해서 구성되는 본체(10)에서 하나의 외부촉발침봉(23)은 상기 절연지지물(16)의 내부를 관통하여 외피(14)내부에서 고정되도록 구성한다. 이상과 같이 본발명의 실시예에 대하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 일실시예와 실질적으로 균등의 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미친다.
이상의 설명에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 급팽창 혼합물의 반응 촉발장치는 본체(10)내에 2쌍이상의 촉발침(24)을 직렬배열한 구조로 형성함으로서, 유도저항선(26)의 길이를 줄이고 아울러 본체(10)의 길이가 길어져도 다수의 스파크를 발생케 하여 급팽창 혼합물의 발화를 유도할 수 있는 효과가 있다. 또한, 다수의 촉발침(24)을 본체(10)내에 구성함으로서 촉발침(24) 사이 간격이 좁아지고, 이로 인해 기존의 6㎸ 내지 7㎸의 충전전압보다 상대적으로 저전압인 3㎸ 내지 4㎸의 충전전압을 사용할 수 있는 효과가 있는 것이다. 아울러, 급팽창 혼합물질 내에 전해유도액을 첨가하여 내부 유도저항선(26)이 없이 본체(10)를 구성할 수 있는 효과가 있다. |
