소형화에 적합한 고압 전기충격발생회로

소형화에 적합한 고압 전기충격발생회로{Compact Blasting Circuit for Discharging High Voltage Power}

도 1은 본 발명에 따른 소형화에 적합한 고압 전기충격발생회로에 대한 회로도이다.

*도면의 주요부호에 대한 간단한 설명*

1: 입력부 2: 강제 방전부

3: 충전부 4: 출력부

11: 메인 충전 스위치 21: 방전 스위치

31: 제1 충전 소자 32: 제2 충전 소자

33: 제3 충전 소자 41: 점화 스위치

311: 제1 충전 스위치 312: 제2 충전 스위치

313: 제1 발파 스위치 321: 제3 충전 스위치

322: 제4 충전 스위치 323: 제2 발파 스위치

본 발명은 고압 전기충격발생 회로에 관한 것으로, 보다 구체적으로 본 발명은 소형화에 적합하고, 기존의 발파 회로의 경우보다 상대적으로 낮은 전압에서도 발파가 가능한 소형화에 적합한 고압 전기충격발생회로에 관한 것이다.

일반적으로 터널 공사 등과 같은 토목 공사나 암반 지대에서 수행하는 건축 공사의 경우, 암반 등에 발파물을 설치하고 이 발파물을 발파시켜 암반 등을 필요한 만큼 제거하는 발파 공법이 널리 사용되고 있다.

이러한 발파 작업에는 발파물을 구성하는 파쇄용 약제에 대략 3,000 내지 6,000 볼트의 초고압을 순간적으로 인가함으로써 약제가 발파 반응을 일으킬 수 있도록 한 원리를 이용하고 있다.

그런데, 종래의 발파 회로의 경우 앞에서 언급한 초고압의 발생을 위하여 발파 장치의 크기가 커야 하고, 또한 승압을 위한 트랜스 스위치 회로가 반드시 필요하다는 점에서 장치의 소형화와 발파 전압의 상대적인 저압화가 요구되고 있다.

이에 본 발명자는 종래의 발파 회로를 간단하게 하여 소형화에 적합하도록 하고, 약 1,200 볼트 정도의 상대적으로 낮은 전압에서도 발파가 가능하도록 하기 위하여 본 발명을 제안하기에 이른 것이다.

본 발명의 목적은 발파 장치를 소형화하기 위하여 보다 간단히 구성할 수 있는 전기충격발생 회로를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 종래의 발파 장치보다 상대적으로 낮은 전압으로 발 파가 가능하도록 한 발파 회로를 제공하기 위한 것이다.

발명의 또 다른 목적은 소형화에 적합하기 때문에 휴대가 용이한 발파 장치를 위한 발파 회로를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.

본 발명에 따른 소형화에 적합한 고압 발생 발파 회로는 직류 전원이 인가되고 메인 충전 스위치(11)가 입력단의 (+)노드에 연결되어 있는 입력부(1);

상기 입력부와 종속 연결되고, 저항 소자 및 방전 스위치(21)를 포함한 강제 방전부(2);

상기 강제 방전부(2)와 종속 연결되고, 제1 내지 제3 충전 소자(31, 32, 33)가 병렬로 연결되어 있으며, 상기 제1 및 제2 충전 소자(31, 32) 사이에 제1 및 제2 충전스위치(311, 312)가 각각 연결되어 있고, 상기 제2 및 제3 충전 소자(32, 33) 사이에 제2 및 제3 충전스위치(321, 322)가 각각 연결되어 있으며, 상기 제2 충전 소자(32)의 (+)노드와 상기 제1 충전 소자(31)의 (-)노드 사이에 제1 발파 스위치(313)가 연결되어 있고, 상기 제3 충전 소자(33)의 (+)노드와 상기 제2 충전 소자(32)의 (-)노드 사이에 제2 발파 스위치(323)가 연결되어 있는 충전부(3); 및

상기 제1 충전 소자의 (+)노드와 상기 제3 충전 소자의 (-)노드에 연결되고, 출력단에 점화 스위치(41)가 연결된 출력부(4);

로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 발파 회로에서, 상기 충전부(3)의 각 충전 소자는 상기 메인 충전 스위치(11), 제1 내지 제4 충전 스위치(311, 312, 321, 322)가 단락되고, 상기 방전 스위치(21), 제1 및 제2 발파 스위치(313, 323)가 개방된 상태에서 충전된다.

본 발명은 상기 점화 스위치(41)가 단락될 때, 상기 메인 충전 스위치(11), 방전 스위치(21), 제1 및 제2 발파 스위치(313, 323)가 개방되고, 상기 제1 내지 제4 충전 스위치(311, 312, 321, 322)가 단락되어, 상기 제1 내지 제3 충전 소자(31, 32, 33)가 직렬로 연결되어 출력 전압을 생성한다.

또한, 본 발명은, 상기 메인 충전 스위치(11), 제1 및 제2 발파 스위치(313, 323), 점화 스위치(41)가 개방되고, 상기 방전 스위치(21), 제1 내지 제4 충전 스위치(311, 312, 321, 322)가 단락되어, 상기 제1 내지 제3 충전 소자에 남은 전하를 상기 강제 방전부(2)의 저항 소자를 통해 강제로 방전시키는 것이 특징이다.

이하에서, 본 발명의 내용을 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 소형화에 적합한 고압 발생 발파 회로에 대한 회로도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 고압 발생 발파 회로는 크게 입력부(1), 강제 방전부(2), 충전부(3) 및 출력부(4)가 종속 연결(cascade-connection)된 형태로 구성된다.

입력부(1)는 직류 전원이 인가되는데, 입력단의 (+)단자에는 메인 충전 스위치(11)가 연결되어 있어 충전 소자(31, 32, 33)에 전하를 충전할 때, 이 메인 충전 스위치(11)를 단락시킨다. 입력되는 전원은 통상 교류 전원을 SMPS를 통해 직류 전 원으로 변환시켜 사용한다. 또 차량용 배터리에 DC/AC 컨버터를 사용하여 전원을 공급하여도 좋다.

강제 방전부(2)는 충전 소자(31, 32, 33)에서 출력부에 인가하고 남은 잔여 전하를 소비하기 위하여 사용된다. 즉, 강제 방전부(2)는 방전 스위치(21)와 전력 소비 소자, 즉 저항 소자로 구성된다. 방전 스위치(21)가 단락되는 경우 충전 소자(31, 32, 33)에 남아 있는 전하를 모두 소비하도록 한다. 충전 소자에서 충전된 전하를 출력단에 연결된 필라멘트와 같은 플라즈마 섬광 발생 소자에서 사용하고 나면, 충전 소자에는 전하가 잔류하여 소정의 전압이 걸려있게 되는데, 이 전압은 파쇄하는 약제의 양에 따라 최대 수백 볼트의 다소 높은 전압이 남아있게 되는 경우가 있다. 이러한 잔여 전압은 인체에 치명적인 상처를 주거나, 다음 발파를 위해 약제를 결선하는 과정에서 파쇄시 오류 등을 일으킬 수 있기 때문에 방전부(2)가 반드시 필요하다.

본 발명의 충전부(3)는 3개의 충전 소자, 즉 커패시터(capacitor)를 병렬로 연결하여 사용한다. 또한, 충전 스위치(311, 312, 321, 322)가 단락되어 이들 3개의 충전 소자의 병렬 연결 상태를 만들어 준다. 한편, 제1 및 제2 충전 소자는 제1 및 제2 충전 스위치의 개방 및 제1 발파 스위치(313)의 단락에 의하여 직렬 연결로 변환되고, 제2 및 제3 충전 소자는 제3 및 제4 충전 스위치의 개방 및 제2 발파 스위치(323)의 단락에 의하여 직렬 연결로 변환된다.

이 때, 충전부(3)의 제1 충전 소자(31)의 (+)노드와 제3 충전 소자(33)의 (-)노드가 출력부(4)의 출력 전압을 형성한다. 출력부(4)의 (+)출력단에는 점화 스 위치(41)가 연결되어 있어, 점화 스위치를 단락시켜 출력 전압을 생성하도록 한다.

상기 점화 스위치(41)는 캠스위치로서, 순차적으로 출력 전압이 행하도록 한다.

출력부의 출력단에는 필라멘트와 같은 플라스마 섬광 발생 소자가 파쇄용 약제에 접촉되어 있어, 출력 전압이 걸리는 경우 약제의 발파를 유발시킨다. 파쇄용 약제는 약 1,200 볼트의 전압에서도 반응을 일으킬 수 있는 물질, 즉 알루미늄, 산화구리 또는 이들의 화합물을 사용하는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성되는 본 발명의 발파 회로의 작동 과정을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 충전부(3)에 전하를 충전하는 과정은 다음과 같다. 상기 메인 충전 스위치(11), 제1 내지 제4 충전 스위치(311, 312, 321, 322)가 단락시키고, 상기 방전 스위치(21), 제1 및 제2 발파 스위치(313, 323)가 개방된 상태에서 전원을 입력부에 공급하면, 입력부에 공급된 직류 전원이 충전부에 걸리게 된다. 이 때, 병렬 연결된 3개의 충전 소자(31, 32, 33)에 전하가 충전된다.

다음으로, 출력부에 출력 전압을 생성시켜 발파하는 과정은 다음과 같다.먼저, 점화 스위치(41)를 단락시키고, 상기 메인 충전 스위치(11), 방전 스위치(21), 제1 및 제2 발파 스위치(313, 323)를 개방시킨 상태에서, 상기 제1 내지 제4 충전 스위치(311, 312, 321, 322)가 단락되도록 하여, 상기 제1 내지 제3 충전 소자(31, 32, 33)가 직렬로 연결되도록 한다. 이 때, 직렬 연결된 3개의 충전 소자는 출력부(4)에 출력 전압을 생성하게 된다.

마지막으로, 출력부에서 소비하고 충전 소자에 잔여하고 있는 전하를 소비하는 강제 방전 과정은 다음과 같다. 먼저, 메인 충전 스위치(11), 제1 및 제2 발파 스위치(313, 323), 점화 스위치(41)를 개방시키고, 상기 방전 스위치(21), 제1 내지 제4 충전 스위치(311, 312, 321, 322)를 단락시킨다. 이 때, 상기 제1 내지 제3 충전 소자에 남은 전하가 상기 강제 방전부(2)의 저항 소자를 통해 강제로 소비되도록 한다.

본 발명은 보다 간단한 회로로 구성하여 발파 장치를 소형화하기에 적합하고, 휴대가 용이하며, 종래의 발파 장치보다 상대적으로 낮은 전압으로 발파가 가능하도록 한 발파 회로를 제공하는 발명의 효과를 갖는다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 이용될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.