가압부가 구비된 바이패스 양광관 및 이를 포함하는 채광 시스템

심해저에서 집광 로봇으로부터 채집되어 파쇄된 광물자원의 슬러리를 양광 펌프로 양광 펌프의 상부에 연결되는 제1 양광관을 통해 해상의 수상선까지 정방향으로 이송하는 심해저 광물자원 채광을 위한 바이패스 양광관에 있어서, 역방향의 슬러리를 배출하는 배출구를 구비하는 하우징; 및 양광 펌프의 압력 가중을 받으며 제1 양광관으로의 통로를 폐쇄하는 가압부가 구비된 밸브 블록;을 포함하는 바이패스 양광관에 의하여 정방향의 슬러리는 제2 양광관으로 이송되고 역방향의 슬러리는 배출구로 이송되어 낙하하는 슬러리가 양광 펌프로 역류하여 양광 펌프가 파손되는 것을 방지할 수 있게 된다.

명 세 서
청구범위
청구항 1

심해저에서 집광 로봇으로부터 채집되어 파쇄된 광물자원의 슬러리를 양광 펌프로 상기 양광 펌프의 상부에 연결되는 제1 양광관을 통해 해상의 수상선까지 정방향으로 이송하는 심해저 광물자원 채광을 위한 시스템에서 이용되는 바이패스 양광관에 있어서,일측이 상기 수상선의 하부에 연결되는 제2 양광관과 연결되고, 타측이 상기 제1 양광관과 연결되며, 적어도 일부에 역방향의 슬러리를 배출하는 배출구를 구비하는 하우징; 및
상기 정방향의 슬러리 이송시 상기 양광 펌프의 압력 가중을 받고, 상기 역방향의 슬러리 이송시 상기 제1 양광관으로의 통로를 폐쇄하는 가압부가 구비되고 중앙부를 이루는 블록몸체를 포함하는 밸브 블록;
상기 제2 양광관과 연결된 상기 하우징의 측에 구비된 지지축고정부;
상기 지지축고정부의 일부에 고정된 지지축;
상기 지지축의 적어도 일부에 돌출형성된 푸셔부;
상기 푸셔부 및 상기 블록몸체의 내부에 구비된 미리 정해진 깊이의 수용홈의 하측 사이에 위치되는 댐퍼 스프링을 포함하고,상기 밸브 블록은 상기 하우징의 내부에서 상하 운동하면서 상기 배출구의 적어도 일부를 개폐함에 따라 상기정방향의 슬러리를 상기 제2 양광관으로 이송하거나 상기 역방향의 슬러리를 상기 배출구로 이송시키고, 상기블록몸체의 양측으로 상기 가압부의 크기에 대하여 독립적으로 결정가능한 크기로 형성된 이송관을 더포함하며,상기 가압부는 상기 블록몸체 하부의 양측으로 돌출형성된 테이퍼진 단면을 가지며, 낙하하는 상기 역방향의 슬러리의 유체 흐름에 의해 발생하는 압력을 받는,가압부가 구비된 바이패스 양광관.
청구항 2
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청구항 3
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청구항 4
제 1 항에 있어서,상기 제1 양광관과 연결된 상기 하우징의 일부에는 상기 제1 양광관 및 상기 이송관과 연통하는 제1 개방부가위치하며,상기 가압부의 상기 테이퍼진 단면 중 최고너비는 상기 제1 개방부의 최고직경보다 큰,가압부가 구비된 바이패스 양광관.
청구항 5
제 4 항에 있어서,상기 밸브 블록을 통과하는 유량은 상기 이송관 또는 상기 가압부 중 적어도 어느 하나의 크기에 따라달라지는,가압부가 구비된 바이패스 양광관.
청구항 6
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청구항 7
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청구항 8
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청구항 9
제 1 항에 있어서,상기 제2 양광관과 연결된 상기 하우징의 일부에는 상기 제2 양광관과 연통되는 제2 개방부가 위치하며,상기 지지축고정부는 상기 정방향 또는 역방향 슬러리를 통과시키는 이송홈을 구비하고,상기 이송홈은 상기 제2 개방부와 대응되는 위치에 형성된,가압부가 구비된 바이패스 양광관.
청구항 10
광물자원의 슬러리를 채집하는 집광 로봇;상기 슬러리를 소정의 흡입 압력 가중으로 해상의 수상선으로 이송시키는 양광 펌프;상기 양광 펌프의 상부 및 상기 수상선의 하부 각각에 연결된 제1 양광관 및 제2 양광관; 및상기 제1 및 제2 양광관 사이에 연결된 바이패스 양광관을 포함하며,상기 바이패스 양광관은 적어도 일부에 역방향의 슬러리를 배출하는 배출구, 내부에서 상하 운동하면서 상기 배출구의 적어도 일부를 개폐하며, 중앙부를 이루는 블록몸체를 포함하는 밸브 블록,상기 제2 양광관과 연결된 측에 구비된 지지축고정부,상기 지지축고정부의 일부에 고정된 지지축,상기 지지축의 적어도 일부에 돌출형성된 푸셔부,상기 푸셔부 및 상기 블록몸체의 내부에 구비된 미리 정해진 깊이의 수용홈의 하측 사이에 위치되는 댐퍼 스프링,상기 밸브 블록 하부에 구비되어 상기 양광 펌프의 압력 가중을 받는 가압부, 및상기 블록몸체의 양측으로 상기 가압부의 크기에 대하여 독립적으로 결정가능한 크기로 형성된 이송관을 포함하고,상기 슬러리가 상기 수상선까지 정방향으로 이송되는 경우에는 상기 댐퍼 스프링이 수축하고 상기 가압부가 압력 가중을 받으면서 상기 밸브 블록은 상기 배출구의 적어도 일부를 폐쇄하고, 상기 슬러리가 역방향으로 이송되는 경우에는 상기 댐퍼 스프링이 이완하고 상기 밸브 블록은 상기 배출구의 적어도 일부를 개방하여 상기 역방향의 슬러리가 배출되고,상기 가압부는 상기 밸브 블록의 하부에서 양측으로 돌출형성된 테이퍼진 단면을 가지며, 낙하하는 상기 역방향의 슬러리의 유체 흐름에 의해 발생하는 압력을 받는 것을 특징으로 하는,가압부가 구비된 바이패스 양광관을 포함하는 채광 시스템.
청구항 11
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발명의 설명
기 술 분 야
본 발명은 심해저 광물자원 채광을 위한 바이패스 양광관 및 이를 포함하는 [0001] 채광 시스템에 관한 것으로서, 특히양광관의 막힘 발생이나 양광펌프의 작동 중단 등 비정상적인 상황이 발생되어 이송되던 슬러리가 아래쪽으로급격히 떨어지게 되는 경우에도 낙하하는 슬러리가 양광 펌프로 다시 역류하여 이송되지 않도록 할 수 있는 가압부가 구비된 바이패스 양광관에 관한 것이다.
배 경 기 술
[0002] 광물자원에 대한 수요증가와 불안정한 국제정세 속에서 광물자원의 대부분을 수입에 의존하는 실정에서 광물자원의 확보가 국가 전략 및 정책적인 차원에서 매우 중요한 문제로 대두되고 있다.
[0003] 이러한 미래 광물자원의 수급 불확실성에 대비하여 우리나라의 전략 금속자원의 장기 안정적인 공급원 확보는절실하다. 해저 5,000m 부근에 부존하는 망간단괴는 망간, 니켈, 코발트, 구리 등의 유용금속을 다량 함유하고있으며, 미래 광물자원의 새로운 대안으로 평가 받고 있다.
[0004] 심해저 5,000m 정도에 부존하는 망간단괴를 끌어올리는 양광 시스템은 수력 펌핑 양광 시스템과 공기 양광 시스템으로 분류되는 펌핑 시스템과 버퍼 장치 및 유연관 시스템으로 구성된다.
[0005] 그런데, 예기치 못한 이유로 단괴의 유동이 중단될 경우 단괴의 슬러리가 양광관에 쌓이게 되고 이로 인해 시스템의 재가동이 불가능하게 될 수 있는데, 이를 미연에 방지하기 위해 단괴의 슬러리 제거를 위한 장치가 절실히요구된다.
[0006] 한편, 관로는 유체를 어느 한 방향으로 공급하기 위해 이동되도록 설치되며, 이러한 유체의 공급을 조절하기 위해 각종 밸브가 설치되어 사용되고 있다.
[0007] 이러한 밸브에는 체크 밸브가 사용되고 있으며, 이 체크 밸브는 관로 내에 설치하여 관로 내부를 흐르는 유체의역류를 방지하고 한쪽 방향으로만 흐르게 하는 것으로, 유체 압력에 의해 개방되며 펌프의 정지 등으로 유체의흐름이 멎거나 역류하면 중력이나 밸브 플레이트를 누르는 스프링 등에 의하여 자동적으로 밸브가 닫히게 된다.
[0008] 이와 같은 체크 밸브는 일반적인 배관, 하수도, 상수도나 공장에서 사용되는 압력 배관 또는 자동차 엔진에 사용되어 구동 모터의 기어 및 실의 손상을 방지하게 된다.
[0009] 여기서, 관로는 수격 현상이 발생될 수 있는 것으로, 수격 현상(water hammer)이란 관로 내부를 유체가 흐르고있을 때 정전이나 고장 등으로 갑자기 펌프가동이 중지되거나 밸브의 급개폐 조작 또는 다른 유체의 혼합 등에따라, 관속을 흐르던 유체의 급격한 유속 변화로 관내의 압력이 급상승하거나 급강하하면서 유체가 가지는 운동에너지가 압력 에너지로 변환되어 밸브의 직전에서 고압이 발생하고 이러한 이상 압력에 의해 진동과 충격음이발생되는 것이다.
[0010] 이러한 수격 현상으로 인해 밸브 플레이트 등이 밸브 시트에 급격하게 반복적으로 부딪히면서 마모되거나 손상되는 등 관이나 밸브 및 주변 장치가 파손되어 수명이 단축되는 경우가 많다.
[0011] 따라서, 체크 밸브가 이러한 수격 현상을 방지하면서 역류를 방지하기 위해서는 압력 강하 또는 흐름의 상태에영향을 주지 않도록 설계되어야 하고, 쉽게 열리고 유체를 완전히 통과시켜야 하며, 유체 흐름이 정지되는 순간밸브를 손상시키지 않아야 한다.
[0012] 더불어, 역류가 확실하게 방지되도록 수밀성이 커야 하고, 가동 중 모든 비상 상황에서도 부품의 손상이 없어야한다.
[0013] 이와 같은 필요 조건을 충족시키기 위한 종래의 체크 밸브로서, 스윙 체크 밸브, 듀얼 플레이트 체크 밸브, 축유동 체크 밸브 등이 있다.
스윙 체크 밸브는 체크 밸브 중에서 가장 많이 사용되는 형태로서, 암과 로드핀에 [0014] 의해 디스크가 회전하면서 개폐되고, 제작이 쉬우며 압력 및 크기의 제한이 없고 압력 손실이 비교적 적은 장점이 있다.
[0015] 하지만, 분할 핀, 디스크 너트, 연결부 등의 파손시 큰 문제가 발생할 수 있고, 수직배관에는 적합하지 않은 한계가 있다.
[0016] 듀얼 플레이트 체크 밸브는 어느 위치에서나 소음이 적은 형태로서, 압력손실이 상대적으로 적고, 설치 방향의제한이 없는 장점이 있다.
[0017] 하지만, 플레이트가 밸브 시트에 급격하게 반복적으로 부딪히면서 마모되거나 손상되는 등 관이나 밸브 및 주변장치가 쉽게 파손될 수 있는 문제점이 있다.
[0018] 축 유동 체크 밸브는 디스크의 작동 거리가 짧고, 구조가 간단하여 밸브 작동에 의한 충격이나 진동 및 소음이작으며, 유동의 안정적인 조절이 가능한 장점이 있다.
[0019] 하지만, 디스크의 상부 형상이 원판으로서 정전이나 고장 등으로 관속을 흐르던 유체의 급격한 유속 변화로 관내의 압력이 급상승하거나 급강하 발생시, 유체가 디스크에 급격하게 반복적으로 부딪히면서 마모되거나 손상되어 수명이 단축되는 현상을 피할 수 없는 한계가 있다.
[0020] 따라서, 관로의 막힘 발생이나 펌프의 작동 중단 등 비정상적인 상황이 발생되어 이송되던 유체가 역방향으로급격히 하강하는 경우에도, 낙하하는 유체가 펌프로 다시 역류하여 이송되지 않도록 할 뿐 아니라, 낙하하는 유체의 쌓임을 방지하고 높은 수밀성을 보장하며, 유체가 밸브에 급격하게 반복적으로 부딪혀도 마모 및 손상을최소화할 수 있는 수단이 절실하게 필요한 실정이다.
선행기술문헌
특허문헌
[0021] (특허문헌 0001) KR 10-2012-0035432 A
발명의 내용
해결하려는 과제
[0022] 본 발명의 목적은 양광관의 막힘 발생이나 양광펌프의 작동 중단 등 비정상적인 상황이 발생되어, 이송되던 슬러리가 아래쪽으로 급격히 떨어지게 되는 경우에도, 낙하하는 슬러리가 양광 펌프로 다시 역류하여 이송되지 않도록 양광 펌프로 향하는 관로 대신 바이패스관을 통해 이송할 수 있는 심해저 광물자원 채광을 위한 바이패스양광관을 제공하는 것이다.
[0023] 또한, 양광 펌프의 작동 중단 등과 같은 비정상적인 상황이 발생할 시에 바이패스관을 개방하되, 낙하하는 슬러리가 양광 펌프로 역류되지 않도록 즉각적으로 양광 펌프로 향하는 관로를 폐쇄하는 가압부가 구비된 밸브 블록을 포함하는 바이패스 양광관을 제공하는 것이다.
[0024] 또한, 양광 펌프의 정상 작동 중에는 효율적으로 슬러리를 이송할 수 있도록 양광 펌프의 압력 가중을 용이하게받는 가압부가 구비된 바이패스 양광관을 제공하는 것이다.
[0025] 또한, 양광 펌프의 상부에 연결되는 제1 양광관과 수상선의 하부에 연결되는 제2 양광관과 연통하는 이송관의크기 및 상기 가압부의 크기를 설계함으로써 통과하는 유량이 조절가능한 바이패스 양광관을 제공하는 것이다.
과제의 해결 수단
[0026] 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 일 실시예는, 심해저에서 집광 로봇으로부터 채집되어 파쇄된 광물자원의 슬러리를 양광 펌프로 상기 양광 펌프의 상부에 연결되는 제1 양광관을 통해 해상의 수상선까지 정방향으로 이송하는 심해저 광물자원 채광을 위한 바이패스 양광관에 있어서, 일측이 상기 수상선의 하부에 연결되는제2 양광관과 연결되고, 타측이 상기 제1 양광관과 연결되며, 적어도 일부에 역방향의 슬러리를 배출하는 배출구를 구비하는 하우징; 및 상기 정방향의 슬러리 이송시 상기 양광 펌프의 압력 가중을 받고, 상기 역방향의 슬러리 이송시 상기 제1 양광관으로의 통로를 폐쇄하는 가압부가 구비된 밸브 블록;을 포함하고, 상기 밸브 블록은 상기 하우징의 내부에서 상하 운동하면서 상기 배출구의 적어도 일부를 개폐함에 따라 상기 정방향의 슬러리를 상기 제2 양광관으로 이송하거나 상기 역방향의 슬러리를 상기 배출구로 이송시키는 가압부가 구비된 바이패스 양광관을 제공한다.
또한, 상기 밸브 블록은, 상기 밸브 블록의 중앙부를 이루는 블록몸체 및 [0027] 상기 블록몸체의 양측으로 형성된 이송관을 더 포함하며, 상기 가압부는 상기 블록몸체 하부의 적어도 일부로부터 돌출형성된 것이 바람직하다.
[0028] 또한, 상기 가압부는 테이퍼진 단면을 갖는 것이 바람직하다.
[0029] 또한, 상기 제1 양광관과 연결된 상기 하우징의 일부에는 상기 제1 양광관 및 상기 이송관과 연통하는 제1 개방부가 위치하며, 상기 가압부의 상기 테이퍼진 단면 중 최고너비는 상기 제1 개방부의 최고직경보다 큰 것이 바람직하다.
[0030] 또한, 상기 밸브 블록을 통과하는 유량은 상기 이송관 또는 상기 가압부 중 적어도 어느 하나의 크기에 따라 달라지는 것이 바람직하다.
[0031] 또한, 상기 가압부가 상기 양광 펌프의 압력 가중을 받을 경우에 수축하는 댐퍼 스프링을 더 포함하는 것이 바람직하다.
[0032] 또한, 상기 댐퍼 스프링은 상기 역방향의 슬러리 이송시에 이완하는 것이 바람직하다.
[0033] 또한, 상기 제2 양광관과 연결된 상기 하우징의 측에 구비된 지지축고정부; 상기 지지축고정부의 일부에 고정된지지축; 및 상기 지지축의 적어도 일부에 돌출형성된 푸셔부;를 더 포함하고, 상기 댐퍼 스프링은 상기 푸셔부및 상기 블록몸체의 내부에 구비된 미리 정해진 깊이의 수용홈의 하측 사이에 위치되는 것이 바람직하다.
[0034] 또한, 상기 제2 양광관과 연결된 상기 하우징의 일부에는 상기 제2 양광관과 연통되는 제2 개방부가 위치하며,상기 지지축고정부는 상기 정방향 또는 역방향의 슬러리를 통과시키는 이송홈을 구비하고, 상기 이송홈은 상기제2 개방부와 대응되는 위치에 형성된 것이 바람직하다.
[0035] 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 가압부가 구비된 바이패스 양광관을 포함하는 채광 시스템의 일 실시예는, 광물자원의 슬러리를 채집하는 집광 로봇; 상기 슬러리를 소정의 흡입 압력 가중으로 해상의 수상선으로 이송시키는 양광 펌프; 상기 양광 펌프의 상부 및 상기 수상선의 하부 각각에 연결된 제1 양광관 및 제2 양광관; 및 상기 제1 및 제2 양광관 사이에 연결된 바이패스 양광관을 포함하며, 상기 바이패스 양광관은 적어도일부에 역방향의 슬러리를 배출하는 배출구, 내부에서 상하 운동하면서 상기 배출구의 적어도 일부를 개폐하는밸브 블록, 및 상기 밸브 블록 하부에 구비되어 상기 양광 펌프의 압력 가중을 받는 가압부를 포함하고, 상기슬러리가 상기 수상선까지 정방향으로 이송되는 경우에는 상기 가압부가 압력 가중을 받으면서 상기 밸브 블록은 상기 배출구의 적어도 일부를 폐쇄하고, 상기 슬러리가 역방향으로 이송되는 경우에는 상기 밸브 블록은 상기 배출구의 적어도 일부를 개방하여 상기 역방향의 슬러리가 배출되는 것을 특징으로 한다.
[0036] 또한, 상기 가압부는 상기 밸브 블록의 하부에서 양측으로 돌출형성되고 테이퍼진 단면을 갖는 것을 특징으로한다.
발명의 효과
[0037] 본 발명에 의할 경우, 관로의 막힘 발생이나 펌프의 작동 중단 등 비정상적인 상황이 발생되어, 이송되던 유체가 역방향으로 급격히 하강하는 경우에도, 낙하하는 유체가 펌프로 다시 역류하여 이송되지 않도록 하여 양광펌프의 파손을 방지하게 된다.
[0038] 또한, 낙하하는 유체의 쌓임을 방지하고 높은 수밀성을 보장하며, 유체가 밸브에 급격하게 반복적으로 부딪혀도마모 및 손상을 최소화하여 광물자원 채광 장치의 수명이 단축되는 현상을 방지할 수 있게 된다.
[0039] 또한, 가압부가 구비되어 양광 펌프로의 관로를 즉각적으로 기밀하게 폐쇄될 수 있어 낙하하는 슬러리가 양광펌프로 역류하는 것을 방지할 수 있게 된다.
[0040] 또한, 가압부가 구비되어 양광 펌프의 정상 작동 중에는 양광 펌프의 압력 가중을 용이하게 받아, 압력 손실을줄일 수 있게 된다.
[0041] 또한, 이송관의 크기 및 가압부의 크기는 서로에 대하여 독립적으로 결정될 수 있어, 이송관의 크기 및 가압부의 크기를 조절하여 다양한 용량의 바이패스 양광관을 용이하게 설계 및 생산할 수 있게 된다.
도면의 간단한 설명
도 1은 본 발명에 따른 가압부가 구비된 바이패스 양광관을 이용하는 심해저의 [0042] 광물자원 채광 시스템을 개략적으로 보여주는 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 광물자원 채광 시스템 내 바이패스 양광관의 구성요소 및 정방향 이송의 경우를 나타낸단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 광물자원 채광 시스템 내 바이패스 양광관의 역방향 이송의 경우를 나타낸 단면도이다.
도 4a는 도 2에 도시된 바이패스 양광관의 평면도이다.
도 4b는 도 4a에 도시된 바이패스 양광관의 절단선 A-A에 의한 단면도이다.
도 4c는 도 4b에 도시된 바이패스 양광관의 절단선 B-B에 의한 바이패스 양광관의 단면도이다.
도 5a는 도 3에 도시된 바이패스 양광관의 평면도이다.
도 5b는 도 5a에 도시된 바이패스 양광관의 절단선 C-C에 의한 단면도이다.
도 5c는 도 5b에 도시된 바이패스 양광관의 절단선 D-D에 의한 바이패스 양광관의 단면도이다.
도 6은 도 1에 도시된 광물자원 채광 시스템 내 바이패스 양광관의 정면도이다.
도 7은 도 1에 도시된 광물자원 채광 시스템 내 바이패스 양광관의 사시도이다.
발명을 실시하기 위한 구체적인 내용
[0043] 이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 가압부가 구비된 바이패스 양광관을 설명하면 다음과 같다.
[0044] 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어 해석되지 말아야 하며,발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
[0045] 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "구비" 또는 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "부재", "부", "기", "모듈", "장치" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
[0046] 도 1은 본 발명에 따른 심해저 광물자원 채광을 위한 바이패스 양광관을 이용하는 심해저의 광물자원 채광 시스템을 개략적으로 보여주는 구성도로서, 집광 로봇(A), 버퍼 장치(B), 양광 펌프(C), 양광관(D), 바이패스 양광관(100) 및 수상선(E)을 포함한다.
[0047] 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 심해저 광물자원 채광을 위한 바이패스 양광관을 이용하는 심해저의 광물자원채광 시스템의 동작을 설명하면 다음과 같다.
[0048] 채광 시스템은 심해저(5000 내지 6000 m)에서 집광 로봇(A)으로부터 채집되어 파쇄된 광물자원을 해상의 수상선(E)의 하부에 연결된 양광관(D)을 통해 수상선(E)까지 이송하는 시스템이다.
[0049] 양광 펌프(C)는 집광 로봇(A)에서 채집된 파쇄단괴의 슬러리를 소정의 흡입 압력 가중으로 정방향, 즉 상방향으로 이송시킨다.
[0050] 버퍼 장치(B)는 양광 펌프(C)에서 이송되는 파쇄단괴의 슬러리를 전달받아 저장수단(Reservoir) 내에 저장하고,양광의 슬러리 유동보장(Flow assurance)이 되도록 지정된 양의 파쇄단괴의 슬러리를 양광관(D)으로 피딩(feeding)하는 기능을 갖는다.
[0051] 바이패스 양광관(100)은 일측이 수상선(E)의 하부에 연결되는 양광관(D)과 연결되고, 타측이 양광 펌프(C)의 상부에 연결되는 양광관(D)과 연결되어, 순방향 즉, 상방향으로 슬러리의 정상 이송시에는 양광 펌프(C)의 압력가중에 의해 버퍼 장치(B)에 저장된 파쇄단괴의 슬러리를 수상선(E)의 하부에 연결되는 양광관(D)에 전달한다.
[0052] 또한, 양광관(D)의 막힘 또는 양광 펌프(C)의 작동 중단 등의 비정상적인 상황이 발생될 경우, 내부에 구비된밸브 블록의 하향 슬라이딩으로 유동관의 배출구를 열어 역방향의 슬러리를 바이패스관으로 이송함으로써 외부로 배출시킨다.
이하에서는 양광 펌프(C)의 상부에 연결되는 양광관(D)을 제1 양광관으로 지칭하고, [0053] 수상선(E)의 하부에 연결되는 양광관(D)을 제2 양광관으로 지칭한다.
[0054] 다음은 도 2를 더 참조하여 바이패스 양광관(100)의 전체 구성을 설명한다. 도 2는 도 1에 도시된 광물자원 채광 시스템 내 바이패스 양광관(100)의 구성요소 및 정방향 이송의 경우를 나타낸 단면도이다.
[0055] 바이패스 양광관(100)은 심해저에서 집광 로봇(A)으로부터 채집되어 파쇄된 광물자원의 슬러리를 양광 펌프(C)로 제1 양광관을 통해 해상의 수상선(E)까지 정방향으로 이송하는 심해저 광물자원 채광을 위한 것이다. 이러한 바이패스 양광관(100)은, 하우징(160), 하우징(160) 내부에 공간인 유동관(110)에 위치하는 밸브 블록(130), 하우징(160)의 양측 일부에 형성되어 유동관(110)과 연통하는 배출부(120), 밸브 블록(130)의 일부와 연결되어 밸브 블록(130)이 상하운동할 수 있도록 구성된 지지부(140), 및 지지부(140)의 일부를 고정시키는 지지축고정부(150)를 포함하는 것이 바람직하다.
[0056] 도 3은 도 1에 도시된 광물자원 채광 시스템 내 바이패스 양광관(100)의 역방향 이송의 경우를 나타낸 단면도이다.
[0057] 도 4a 내지 도 4c는 도 2와 같이 정방향 이송의 경우에서의 바이패스 양광관(100)을 설명하기 위한 도면이다.
[0058] 도 5a 내지 도 5c는 도 3과 같이 역방향 이송의 경우에서의 바이패스 양광관(100)을 설명하기 위한 도면이다.
[0059] 도 6 및 도 7 각각은 도 1에 도시된 광물자원 채광 시스템 내 바이패스 양광관(100)의 정면도 및 사시도이다.
[0060] 도 1 내지 도 7을 참조하여 본 발명에 따른 가압부(131)를 포함하는 바이패스 양광관(100)의 각 구성요소들의구성 및 기능을 설명하면 다음과 같다.
[0061] 하우징(160)은 일측이 제2 연결부(162)를 통해 지지축고정부(150) 및 제2 양광관과 연결되고, 타측이 제1 연결부(161)를 통해 제1 양광관과 연결되며(도 1, 4c 및 6 참고), 적어도 일부에 역방향의 슬러리를 배출하는 배출부(120)를 구비한다. 여기서 배출부(120)는 하우징(160)의 양측면에 형성된 것이 바람직하다.
[0062] 배출부(120)는 하우징(160) 양측에 소정의 직경을 갖는 홈으로 형성된 배출구(121) 및 배출구(121)로부터 소정각도로 하향 분기되어 연장된 바이패스관(122)을 포함한다. 바이패스관(122)은 역방향의 슬러리를 배출하는 통로의 기능을 한다.

[0063] 바이패스관(122)의 분기 각도는 슬러리의 이송시 바이패스관(121) 내에 슬러리와의 마찰을 줄이기 위해 10°내지 45°인 것이 바람직하다.
[0064] 이는 분기 각도가 지나치게 작은 경우 바이패스관(122)의 직경이 커져야 하는 문제가 발생하며, 지나치게 큰 경우 슬러리 이송시 분기 지점의 바이패스관(122) 내에 마찰에 의한 큰 손상이 발생하여 결국에는 제2 양광관의내구성의 저하를 가져오게 되기 때문이다.
[0065] 유동관(110)은 제1 개방부(111) 및 제2 개방부(112)를 포함하며, 제1 개방부는 제1 양광관과 연결되고, 제2 개방부(112)는 제2 양광관과 연결된 것이 바람직하다. 이에 따라 정방향의 슬러리 이송시, 슬러리는 양광 펌프(C)의 압력 가중에 의해 제1 양광관을 거쳐 제1 개방부(111)를 통과하여 하우징(160) 내부로 유입된다.
[0066] 하우징(160) 내부 공간인 유동관(110)에 위치하는 밸브 블록(130)은 유동관(110)의 내벽을 따라 상하로 슬라이딩하면서 유동관(110)의 배출구(121)를 개폐함에 따라 정방향의 슬러리를 이송하거나 역방향의 슬러리를 바이패스관(122)으로 이송시킨다.
[0067] 밸브 블록(130)은 배출구(121)를 개폐하며 상하로 운동하는 블록몸체(132), 블록몸체(132) 내부에 형성된 공간인 수용홈(133), 블록몸체(132) 하부 일부에 돌출형성된 가압부(131), 및 블록몸체(132)의 양측으로 형성된 이송관(134)을 포함한다.
[0068] 블록몸체(132)는 밸브 블록(130)의 중앙부를 이루는 것이 바람직하며, 이송관(134)은 유동관(110)과 연통하여정방향의 슬러리가 이송될 수 있도록 형성된 것이 바람직하다.
[0069] 가압부(131)는 블록몸체(132)의 하부에 형성된 것으로, 제1 개방부(111)의 최고직경보다 최고너비가 큰 테이퍼진 단면을 갖도록 형성된 것이 바람직하다.
이때 밸브 블록(130)을 통과하는 유량은 이송관(134) 및 가압부(131)의 크기에 [0070] 따라 달라질 수 있다. 이송관(134)의 크기 및 가압부(131)의 크기는 서로에 대하여 독립적으로 결정될 수 있어, 이송관(134)의 크기 및 가압부(131)의 크기를 조절하여 다양한 용량의 바이패스 양광관(100)을 용이하게 설계 및 생산할 수 있게 된다.
[0071] 하우징(160)의 크기가 같은 바이패스 양광관(100)은 상부 및 하부에 연결되는 제2 양광관 및 제1 양광관의 규격이 일정하더라도 하우징(160) 내부에 위치하는 이송관(134) 및/또는 가압부(131)의 크기에 따라 유량이 결정될수 있다.
[0072] 특히, 가압부(131)가 밸브몸체(132)에 하부에 돌출되게 구비됨으로써, 이송관(134)의 크기가 커지더라도 이송관(134)의 크기와 무관하게 양광 펌프(C)로부터 압력 가중을 그대로 받을 수 있다. 더 나아가, 가압부(131)가 클수록 가압부(131)가 압력 가중을 받는 면적이 넓어질 수 있다.
[0073] 또한, 역방향의 슬러리 이송시에도 이송관(134)의 크기가 커지더라도 가압부(131)는 제1 개방부(111)의 최고직경보다 최고너비가 큰 테이퍼진 단면을 가짐으로써 제1 개방부(111)를 용이하게 폐쇄할 수 있다.
[0074] 가압부(131)의 테이퍼진 단면의 최고너비는 가압부(131)가 밸브몸체(132)의 양측으로 돌출형성된 부분을 포함한밸브 블록(130) 하부의 너비인 것이 바람직하며, 테이퍼진 단면은 상기 최고너비로부터 가압부(131) 하측의 중앙부를 향하여 너비가 점진적으로 감소하는 형상을 갖는 것이 바람직하다. 또한 테이퍼진 단면의 하측, 즉, 가압부(131)의 하측은 굴곡진 형상을 갖는 것이 바람직하다.
[0075] 가압부(131)가 굴곡진 하측을 포함하는 테이퍼진 단면을 가짐으로써, 정상 슬러리 이송시에 제1 개방부(111)로부터 슬러리가 밸브 블록(130)의 이송관(134)으로 용이하게 안내될 수 있다.
[0076] 지지부(140)는 지지축(141), 푸셔부(142), 및 댐퍼 스프링(143)을 포함하고, 지지축고정부(150)는 이송홈(151)및 고정부재(152)를 포함하는 것이 바람직하다.
[0077] 지지부(140)는 밸브 블록(130)이 안정적으로 상하로 운동할 수 있도록 구성된다. 지지축(141)은 일측이 지지축고정부(150)와 연결되어 고정되고, 타측이 밸브 블록(130)의 수용홈(133)에 수용되도록 위치되는 것이 바람직하다.
[0078] 푸셔부(142)는 지지축(141)의 적어도 일부에 돌출형성되어, 수용홈(133) 내에 위치되는 댐퍼 스프링(143)의 일단부와 접촉되게 배치된다. 댐퍼 스프링(143)은 푸셔부(142) 및 수용홈(133)의 하측면 사이에 배치되어, 가압부(131)가 양광 펌프(C)의 압력 가중을 받을 경우에 밸브 블록(130)이 상방향으로 슬라이딩 이동하여 푸셔부(142)및 수용홈(133) 간의 거리 d가 좁혀지면서 수축된다.
[0079] 댐퍼 스프링(143)은 역방향의 슬러리 이송시에는 다시 이완되어 밸브 블록(130)이 즉각적으로 하강하여 푸셔부(142) 및 수용홈(133) 간의 거리 d가 넓어진다.
[0080] 지지축고정부(150)는 하우징(160)의 제2 연결부(162) 상에 고정부재(152)에 의하여 고정되어 구비된 것이 바람직하다(도 4c 참고). 이에 따라 제2 양광관은 고정부재(152)와 안정적으로 연결 및 고정될 수 있으나, 제2 양광관과 본 발명에 따른 바이패스 양광관은 이와 같은 연결 방법으로 한정되지 않는다.
[0081] 이송홈(151)은 정방향 또는 역방향의 슬러리가 지지축고정부(150)를 통과할 수 있도록 구성된 홈인 것이 바람직하다. 이송홈(151)은 제2 개방부(112)와 대응되는 위치에 형성되어 제2 개방부(112)를 통과하는 슬러리가 용이하게 제2 양광관을 통과할 수 있도록 구성된 것이 바람직하다.
[0082] 도 1 내지 도 7을 참조하여 본 발명에 따른 가압부가 구비된 바이패스 양광관의 일 실시예의 동작을 설명하면다음과 같다.
[0083] 도면을 참조하면, 양광관은 일측이 수상선(E)의 하부에 연결되고, 타측이 양광 펌프(C)에 연결되며, 양측면으로소정각도로 분기되어 슬러리를 배출하기 위한 배출구를 구비하는 바이패스관(120)이 형성된 유동관(110)을 구비한다.
[0084] 또한, 유동관(110) 내벽을 따라 상하로 슬라이딩하면서 분기 지점의 배출구(121)를 개폐하는 밸브 블록(130)을구비하고, 유동관(110) 외곽을 둘러싸는 하우징(160)을 구비한다.
[0085] 정상적으로 양광 펌프(C) 압력에 의해 슬러리가 상방향으로 이송시에는 밸브 블록(130)이 유동관(110) 내벽을따라 위로 이동하여 배출구(121)가 닫히게 되어 슬러리의 정상적인 이송이 이루어진다.
이때, 가압부(131)가 1차적으로 양광 펌프(C) 압력 가중을 받음으로써 블록몸체([0086] 132)가 더 용이하게 상방향으로유동관(110)의 내벽을 따라 위로 이동할 수 있다. 댐퍼 스프링(143)이 2차적으로 아래 방향으로부터의 압력 가중을 받아 수축되어 밸브 블록(130)의 파손을 방지하는 완충 기능을 한다.
[0087] 댐퍼 스프링(143)이 밸브 블록(130) 내부에 수용됨으로써 더 안정적으로 수축 및 이완이 이루어지는 동시에 내구성이 향상된다.
[0088] 이와 같은 밸브 블록(130)의 동작에 의하여 제1 개방부(111)를 통과하여 하우징(160) 내부로 유입된 슬러리는이송관(134)을 지나 제2 개방부(112)를 통과하여 제2 양광관을 거쳐 수상선(E)으로 이송된다.
[0089] 하지만, 제1 또는 제2 양광관의 막힘 발생이나 양광 펌프(C)의 작동 중단 등 비정상적인 상황이 발생될 경우,이송되던 슬러리가 아래쪽으로 급격히 떨어지게 된다.
[0090] 이때, 낙하하는 슬러리가 양광 펌프(C)로 이송되지 않도록 낙하수압과 댐퍼 스프링(143)의 작용에 의해 밸브 블록(130)이 유동관(110)의 내벽을 따라 아래로 즉각적으로 이동하면서 가압부(131)가 제1 양광관으로의 통로를폐쇄한다.

[0091] 즉, 가압부(131)가 제1 개방부(111)를 폐쇄함으로써 양광 펌프(C)로 향하는 관로인 제1 양광관으로의 통로가 폐쇄되어 역방향의 슬러리가 양광 펌프(C)로 낙하하는 것이 효과적으로 방지된다.
[0092] 대신, 분기 지점의 바이패스관(122)이 열리게 되어 슬러리가 양광 펌프(C)로 향하는 제1 양광관이 아닌 바이패스관(122)을 통해 이송되어 외부로 배출되게 된다.
[0093] 이때, 댐퍼 스프링(143)은 탄성력에 의해 다시 이완되어 푸셔부(142) 및 수용홈(133)의 하측 사이가 벌어지면서밸브 블록(130)을 아래 방향으로 푸시하는 기능을 한다.
[0094] 본 발명의 바이패스 양광관은 정방향 즉 상향 유동시에는 양광 펌프(C) 압력으로 작동되고, 역방향 즉 하향 유동시에는 낙하하는 슬러리의 유체 흐름에 의해 발생되는 압력과 댐퍼 스프링(143)의 탄성력으로 작동되는 패시브(Passive) 형태로 제작된다.
[0095] 이와 같이, 본 발명의 가압부가 구비된 바이패스 양광관은 양광관의 막힘 발생이나 양광 펌프의 작동 중단 등비정상적인 상황이 발생되어, 이송되던 슬러리가 아래쪽으로 급격히 떨어지게 되는 경우에도, 낙하하는 슬러리가 양광 펌프로 다시 역류하여 이송되지 않도록 양광 펌프로 향하는 관로 대신 바이패스관을 통해 이송된다.
[0096] 이를 통하여, 관로의 막힘 발생이나 펌프의 작동 중단 등 비정상적인 상황이 발생되어, 이송되던 유체가 역방향으로 급격히 하강하는 경우에도, 낙하하는 유체가 펌프로 다시 역류하여 이송되지 않도록 하여 양광 펌프의 파손을 방지하게 된다.
[0097] 또한, 가압부가 구비되어 양광 펌프로의 관로를 즉각적으로 기밀하게 폐쇄될 수 있어 낙하하는 슬러리가 양광펌프로 역류하는 것을 방지할 수 있게 된다.
[0098] 또한, 이송관의 크기 및 가압부의 크기는 서로에 대하여 독립적으로 결정될 수 있어, 이송관의 크기 및 가압부의 크기를 조절하여 다양한 용량의 바이패스 양광관을 용이하게 설계 및 생산할 수 있게 된다.
[0099] 이상, 바람직한 실시 예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변경, 응용될 수 있음은 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 자명하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 다음의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며,그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할것이다.