JP4560603B2 - 地下水採取装置 - Google Patents

Description

本発明は、地下水採取装置に関し、より詳細には、試錐孔の大きさおよび採取深度に関係なく連続して地下水を採取することができ、特定の深度における地下水を選別的に採取することができる地下水採取装置に関する。

従来から試錐孔内の地下水を採取するための多様な装置が用いられてきた。図１〜３を参照して、地下水を採取するための従来の装置における一般的な構成について説明する。

図１は、従来の揚水ポンプを用いた地下水採取装置を示した構成図であり、図２は、従来の水中ポンプを用いた地下水採取装置を示した構成図であり、図３は、従来の慣性ポンプを用いた地下水採取装置を示した構成図である。

図１に示された地下水採取装置１０は、試錐孔Ｈ内に地下水位Ｌより低い位置まで挿入される案内管１８と、前記案内管１８の地上部位に設置されて試錐孔Ｈ内の地下水をポンピングする揚水ポンプ１２と、で構成される。

これにより、試錐孔Ｈ内の地下水は、揚水ポンプ１２で発生した吸入力によって、案内管１８に沿って地上に案内される。

図２に示された地下水採取装置２０は、試錐孔Ｈ内で地下水位Ｌより低い位置に設置される水中ポンプ２２と、前記水中ポンプ２２に連結してポンピングされた地下水を案内する案内管２８と、で構成される。

これにより、試錐孔Ｈ内の地下水は、水中ポンプ２２で発生したポンプ力によって、案内管２８に沿って地上に案内される。

図３に示された地下水採取装置３０は、試錐孔Ｈ内で地下水位Ｌより低い位置に設置される慣性ポンプ３２と、前記慣性ポンプ３２に連結して地下水を案内する案内管３８と、で構成される。

ここで、慣性ポンプ３２は、地下水を流入するための流路ホールが下部に形成された本体部３４と、前記本体部３４内部に備えられた慣性ボール３５と、前記慣性ボール３５の上部ストッパー３６と、を含むのが一般的である。

前記慣性ボール３５は、本体部３４の内部で上下方向に移動しながら、本体部に形成された流路ホールを選択的に遮断する。すなわち、本体部３４が下部に移動すれば、試錐孔Ｈ内の地下水は流路ホールを介して本体部３４内に流入し、本体部３４が上部に移動すれば、慣性ボール３５が流路ホールを遮断するようになる。言い換えれば、本体部３４の上下方向移動の発生によって、試錐孔Ｈ内の地下水を地上にポンピングするようになる。

しかし、上述した従来の地下水採取装置それぞれには、次のような問題点がある。

まず、揚水ポンプ１２を用いた地下水採取装置１０は、揚水ポンプ１２の吸入力に限界があり、地上に引き上げることができる地下水の深さに制約があった。

また、水中ポンプ２２は、揚水ポンプ１２に比るとより一層深い所の地下水を採取することができるが、採取深度が増加するほど水中ポンプ２２の容量とサイズが増大するという問題があった。特に、試錐孔Ｈが小さな場合には、水中ポンプ２２の容量の増大に限界があった。

さらに、慣性ポンプ３２は、採取深度や試錐孔Ｈの大きさに関しては相対的に制約が弱いものの、地上での上下運動が該当する採取深度に位置する慣性ポンプ３２に伝達されるには、案内管３８が強固な材質で成されなければならず、採取深度が深くなるほど案内管３８を連結し続けなければならないという問題があった。

これとともに、深い深度では、慣性ポンプ３２の上下方向運動によって試錐孔Ｈの内壁が損傷し、地下水の試錐孔が崩壊する危険性も存在していた。
大韓民国実用新案公開第２０００−００１３２０３号公報

本発明は、前記のような従来の問題点を解決するために案出されたものであって、採取深度や試錐孔の大きさに関係なく連続して地下水の採取が可能な地下水採取装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、特定の採取深度区間における地下水を選別的に採取することができる地下水採取装置を提供することを他の目的とする。

前記のような目的を達成するために、本発明は、試錐孔に挿入されて地下水を採取するための地下水採取装置であって、上下方向の振動によって前記試錐孔に存在する地下水を選択的に流入する振動ユニットと、電源の印加によって前記振動ユニットを上下方向に振動させる駆動ユニットと、前記振動ユニットと連通して前記振動ユニットの流路流入部によって流入した地下水を地上に案内する案内管と、を含んで構成される地下水採取装置を提供する。

ここで、前記振動ユニットは、前記振動ユニットの下端に形成された流路ホールと、前記振動ユニット内部で上下方向に移動可能に備えられ、前記流路ホールを選択的に遮断する慣性ボールと、を含むことが好ましい。また、前記振動ユニットは、前記慣性ボールの上部移動を制限するために、上部が前記慣性ボールの直径よりも小さく形成されることがより好ましい。

これとともに、前記慣性ボールの自重による下降速度は、前記振動ユニットの本体が下部に移動する速度よりも遅いことが好ましい。

また、前記駆動ユニットは、電源の印加によって前記振動ユニットを一方向に移動させる駆動部と、弾性力によって前記振動ユニットを他方向に移動させる弾性部と、を含んで構成される。

ここで、前記駆動部は、コイルが円筒状に巻線された電磁石であって、前記振動ユニットの一部は、前記電磁石に反応する磁性物質であることが好ましい。また、前記振動ユニットは、前記弾性部に弾性的に連結されることがより好ましい。

一方、前記振動ユニットの一部は、前記駆動部の内側に挟まれる形態で成される。

本発明に係る地下水採取装置は、前記振動ユニットの外側に備えられ、外周面には地下水を流入するための多数のホールが形成された補助管と、前記案内管と前記補助管の外側に備えられ、前記試錐孔の内面に選択的に密着する一対のパッカー（packer）と、を含むことが好ましい。

また、前記一対のパッカーは、外部から流入した圧縮空気によって体積が膨脹することで、前記試錐孔の内面に密着することが好ましい。

以上のように、本発明によれば、地上ではなく水中で振動ユニットを直接振動させて上下運動を行うことで、試錐孔の大きさおよび採取深度に関係なく地下水を連続して採取することができるという利点がある。

特に、電磁石と弾性部材によって振動ユニットを上下方向に振動させてポンピングされるように構成することで、簡単な構造によって効率的な地下水採取が可能となる。

これにより、連続して地下水を採取する間、大気と接触しない状態で地下水の多様な成分を現場で直接測定することができるようになる。

また、上部と下部にパッカーを備えることで、特定の区間における地下水を選別的に採取することができるという利点がある。

すなわち、振動ユニットが水中で上下運動をするように構成し、振動ユニットの上部と下部にパッカーを構成することで、上部および下部パッカー間の特定の深度区間における地下水のみを選別的に採取することができるようになる。

以下、添付の図面に基づき、本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。本実施形態の説明において、同一の構成については同一の名称および符合が用いられ、これに係る付加的な説明は省略する。

図４を参照して、本発明の第１実施形態に係る地下水採取装置の基本的な構成について説明する。

本実施形態に係る地下水採取装置は、試錐孔Ｈに挿入されて地下水を採取するための装置であって、基本的に、振動ユニット１１０と、駆動ユニット１３０と、案内管１５０と、を含んで構成される。

前記振動ユニット１１０は、上下方向の振動によって試錐孔Ｈに存在する地下水を選択的に流入させる構成要素であって、流路流入部１１５と、第１本体１１７と、第２本体１１９と、を含んで構成される。

前記流路流入部１１５は、振動ユニット１１０内部に地下水が流入することを選択的に遮断するものであって、本実施形態では、図４に示すように、振動ユニット１１０の下端に形成された流路ホール１１２と、振動ユニット１１０の内部で上下方向に移動可能に備えられた慣性ボール１１４と、を有する。

ここで、前記慣性ボール１１４は、流路ホール１１２より大きい直径で構成され、流路ホール１１２を選択的に遮断するように構成される。

また、本実施形態において、第１本体１１７と第２本体１１９は互いに一体で構成される。図４に示すように、第１本体１１７は、内部で慣性ボール１１４が上下方向に移動するように慣性ボール１１４の直径より少し大きく構成され、第２本体１１９は、慣性ボール１１４の直径より小さく構成される。したがって、慣性ボール１１４は、第１本体１１７内部でのみ上下方向に移動するようになる。

前記駆動ユニット１３０は、電源の印加によって振動ユニット１１０を上下方向に振動させる役割を行う。

本実施形態において、前記駆動ユニット１３０は、図４に示すように、電源の印加によって振動ユニット１１０を一方向に移動させる駆動部１３５と、弾性力によって振動ユニット１１０を他方向に移動させる弾性部１３７と、を含む。

具体的に説明すると、本実施形態における振動ユニット１１０は、駆動部１３５によって上部に移動し、弾性部１３７によって下部に移動するようになる。

ここで、駆動部１３５は、多様な形態で構成が可能である。本実施形態では、ソレノイド（solenoid）形態で振動ユニット１１０を移動させる。具体的に説明すると、本実施形態は、図４に示すように、コイルが円筒状に巻線された電磁石１３２がハウジング１３４内部に備えられ、振動ユニット１１０は前記電磁石１３２に反応する磁性物質で構成されることで、前記振動ユニット１１０が上部に移動するように構成される。

一方、本実施形態において、前記振動ユニット１１０は、駆動部１３５の内側に挟まれる形態で構成され、駆動部１３５の内側で上下方向に振動するようになる。

前記弾性部１３７は、前記振動ユニット１１０とハウジング１３４を弾性的に連結し、駆動部１３５の電源が解除されると振動ユニット１１０が下部に復元されるようにする。

前記弾性部１３７は、多様な形態で構成が可能である。本実施形態では、図４に示すように、弾性力を有するベローズ（bellows）形態を例として示しているが、一般的なコイルスプリング形態など多様な変形が可能である。

ここで、前記駆動部１３５に印加される電源は、周期的にオンオフされる形態で成される。駆動部１３５に電源が印加されると駆動部１３５の電磁石１３２によって振動ユニット１１０が上部に移動し、駆動部１３５に電源が解除されると弾性部１３７の復元力によって下部に移動するようになる。

一方、採取される地下水の流量は、振動ユニット１１０の大きさおよび駆動部１３５に印加される電源の周期などを変化させることで調節が可能となる。

また、前記駆動部１３５は、上述した案内管内に連結導線を配置して、外部電源が駆動部１３５に印加されるように構成することができる。

前記案内管１５０は、振動ユニット１１０の上部で前記振動ユニット１１０と連通し、振動ユニット１１０の流路流入部１１５によって流入した地下水を上部に案内する。

以下、図５を参照して、図４の地下水採取装置の動作過程について説明する。

上述したように、振動ユニット１１０は、駆動部１３５の引力と弾性部１３７の復元力によって上下方向に振動する。

図５の（ａ）に示すように、駆動部１３５に印加される電源が解除されれば、振動ユニット１１０は弾性部１３７の復元力によって下部に移動するようになる。

このとき、弾性ユニットの復元力によって慣性ボール１１４の自重による下降速度よりも振動ユニット１１０が速く下部に移動するようになれば、図５の（ａ）に示すように、慣性ボール１１４が振動ユニット１１０内で上部に移動し、これにより振動ユニット１１０下端の流路ホール１１２が開かれるようになる。

したがって、試錐孔Ｈ内部の地下水が流路ホール１１２を介して振動ユニット１１０内部に移動するようになる。

次に、下部に移動した振動ユニット１１０は、図５の（ｂ）に示すように、電源が印加された駆動部１３５によって上部に移動する。

具体的に説明すると、駆動部１３５の電磁石１３２に電源が印加されれば、電磁石１３２に発生した磁場によって、磁性物質で成された振動ユニット１１０が上部に移動するようになる。

このとき、慣性ボール１１４は流路ホール１１２を遮断し、すでに内部に流入した地下水が外部に排出されることを防ぎ、流入した地下水を案内管１５０に沿って上部に移動させる。

以下、図６を参照して、本発明の第２実施形態に係る地下水採取装置について説明する。

本実施形態に係る地下水採取装置は、上述した第１実施形態と基本的な構成は同じである。ただし、本実施形態に係る地下水採取装置は、地下水を特定の深度区間で採取することができるように一対のパッカー２９０がさらに備えられる。

前記パッカー２９０は、上部に備えられた上部パッカー２９２と、下部に備えられた下部パッカー２９４と、を含み、試錐孔Ｈの内面に密着するように構成される。

前記パッカー２９０が試錐孔Ｈの内面を密着する形態は多様に成される得るが、本実施形態では、外部から流入した圧縮空気によってパッカーの体積が膨脹することで、試錐孔Ｈの内面に密着するように構成される。

一方、本実施形態は、振動ユニット１１０の外側に前記案内管１５０に対応する形態の補助管２７０が備えられる。また、上部パッカー２９２は案内管１５０の外面に、下部パッカー２９４は補助管２７０の外面に備えられる。

また、本実施形態では、振動ユニット１１０内部に地下水が流入するように、前記振動ユニット１１０を囲む補助管２７０の外周面には、多数のホール２７２が形成される。

このように、パッカー２９０が試錐孔Ｈの内面に密着することで、特定の区間が試錐孔Ｈの他の部分と隔離するようになり、上部および下部パッカー２９０間の特定の深度区間における地下水のみを選別的に採取することができるようになる。

上述したように、本発明の好ましい実施形態を参照して説明したが、該当の技術分野において熟練した当業者にとっては、特許請求の範囲に記載された本発明の思想および領域から逸脱しない範囲内で、本発明を多様に修正および変更させることができることを理解することができるであろう。すなわち、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲に基づいて定められ、発明を実施するための最良の形態により制限されるものではない。

従来の揚水ポンプを用いた地下水採取装置を示した構成図である。 従来の水中ポンプを用いた地下水採取装置を示した構成図である。 従来の慣性ポンプを用いた地下水採取装置を示した構成図である。 本発明の第１実施形態に係る地下水採取装置を示した構成図である。 図４の地下水採取装置の動作過程を示した構成図である。 本発明の第２実施形態に係る地下水採取装置を示した構成図である。

符号の説明

１１０ 振動ユニット
１１５ 流路流入部
１１２ 流路ホール
１１４ 慣性ボール
１１７ 第１本体
１１９ 第２本体
１３０ 駆動ユニット
１３２ 電磁石
１３４ ハウジング
１３５ 駆動部
１３７ 弾性部
１５０ 案内管
２７０ 補助管
２７２ 連通ホール
２９０ パッカー
２９２ 上部パッカー
２９４ 下部パッカー
Ｈ 試錐孔
Ｌ 地下水位

Claims (10)

1. 試錐孔に挿入されて地下水を採取するための地下水採取装置であって、
   上下方向の振動によって前記試錐孔に存在する地下水を選択的に流入させる振動ユニットと、
   電源に印加によって前記振動ユニットを上下方向に振動させる駆動ユニットと、
   前記振動ユニットと連通して前記振動ユニットの流路流入部によって流入した地下水を地上に案内する案内管と、
   を含んで構成され、
   前記駆動ユニットが水中に設置され、
   前記振動ユニットが、
   前記振動ユニットの下端に形成された流路ホールと、
   前記振動ユニット内部で上下方向に移動可能に備えられ、前記流路ホールを選択的に遮断する慣性ボールと、
   を含む、
   ことを特徴とする地下水採取装置。
2. 前記振動ユニットは、
   前記慣性ボールの上部移動を制限するために、上部が前記慣性ボールの直径より小さく形成されることを特徴とする請求項１に記載の地下水採取装置。
3. 前記慣性ボールの自重による下降速度は、前記振動ユニットが本体の下部に移動する速度よりも遅いことを特徴とする請求項１に記載の地下水採取装置。
4. 前記駆動ユニットは、
   電源の印加によって前記振動ユニットを一方向に移動させる駆動部と、
   弾性力によって前記振動ユニットを他方向に移動させる弾性部と、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の地下水採取装置。
5. 前記駆動部は、コイルが円筒状に巻線された電磁石であって、前記振動ユニットの一部は、前記電磁石に反応する磁性物質であることを特徴とする請求項４に記載の地下水採取装置。
6. 前記振動ユニットは、
   前記弾性部に弾性的に連結されることを特徴とする請求項４に記載の地下水採取装置。
7. 前記振動ユニットの一部は、
   前記駆動部の内側に挟まれる形態で成されることを特徴とする請求項４に記載の地下水採取装置。
8. 前記振動ユニットの外側に備えられ、外周面には地下水を流入するための多数のホールが形成された補助管をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の地下水採取装置。
9. 前記案内管と前記補助管の外側に備えられ、前記試錐孔の内面に選択的に密着する一対のパッカーをさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の地下水採取装置。
10. 前記一対のパッカーは、
    外部から流入した圧縮空気によって体積が膨脹することで、前記試錐孔の内面に密着することを特徴とする請求項９に記載の地下水採取装置。

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