KR100597126B1 - 다중 심도 지하수 시료 채수기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다중 심도 지하수 시료 채수기 및 그 채수방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 관성력을 발생시키기 위한 스프링과 햄머로 구성된 햄머부와; 햄머와 상호 충돌하고자 형성된 충돌부와 일체로 이루어진 주사기 바늘을 포함하는 시료주사부와; 상기 시료 주사부의 하향 직선운동과 관통정도를 조절하는 안내부와; 주사기 바늘을 통하여 유입되는 시료를 수집하고자 마련된 채수통을 포함하는 채수부;로 이루어진 다중 심도 지하수 시료 채수기에 관한 것이다.

지하수, 시료, 채수

Description

다중 심도 지하수 시료 채수기{Device for Discrete Interval Groundwater Sampling}

도 1은 본 발명에 따른 다중 심도 지하수 시료 채수기의 장착을 나타낸 개략도,

도 2a는 본 발명에 따른 다중 심도 지하수 시료 채수기가 작동하기 전의 상태를 나타낸 개략도,

도 2b는 본 발명에 따른 다중 심도 지하수 시료채수기의 작동한 직 후의 상태를 나타낸 개략도,

도 3은 본 발명에 따른 다중 심도 지하수 시료채수기가 결합된 상태를 나타낸 사시도,

도 4는 본 발명에 따른 햄머부를 나타낸 사시도,

도 5는 본 발명에 따른 햄머케이싱을 나타낸 사시도,

도 6은 본 발명에 따른 시료주사부를 나타낸 사시도,

도 7은 본 발명에 따른 시료주사부 케이싱을 나타낸 사시도,

도 8은 본 발명에 따른 안내부를 나타낸 개략도,

도 9는 본 발명에 따른 채수부를 나타낸 개략도,

도 10은 본 발명에 따른 시료주사부와 안내부 및 채수부가 결합된 상태를 나 타낸 개략도,

도 11a는 본 발명에 따른 시료주사부와 안내부내에서 작동되기 전의 상태를나타낸 개략도,

도 11b는 본 발명에 따른 시료주사부와 안내부내에서 작동된 직후의 상태를 나타낸 개략도.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

1: 상단 연결고리 2: 위치조정용 볼트

3: 위치조정용 너트 4: 스프링

5: 햄머 6: 충돌부

7: 상단흡수구 8: 측면흡수구

9: 주사기 바늘 10: 주사기 바늘 가이드

11: 안내 잠김부 12: 패킹

13: 채수 잠김부 14: 채수통

15: 하단 연결고리 16: 채수 유입구

17: 가이드 18: 햄머 케이싱

19: 시료 유입구 20: 주사부 케이싱

40: 햄머부 45:시료 주사부

50: 안내부 60: 채수부

지하수 수질 분석시 공내의 수직적 지하수 유동 패턴에 대한 면밀한 분석을 통한 채수 심도의 결정과 해당 심도의 대표시료를 정확히 샘플링 할 수 있는 장치의 개발이 요구된다.

이를 위해 대중적으로 활용되는 채수기는 suction lift pumps, down-well centrifugal pumps, multi-level down-well sampling systems 그리고 passive diffusional samplers 등이 있다. pump를 이용한 채수기들은 공내 지하수의 수직적 유동을 교란시키게 되어 그 정확도에 관해 엄밀히 정의할 수 없고, passive diffusional sampler의 경우, 지하수 유동의 교란이 없다는 장점이 있으나, 채수를 위해서는 1 주일 정도의 기간이 요구된다는 단점이 있다. grab sampling device(가장 일반적인 것이 bailer)의 경우 순간적으로 공내 지하수를 채수함으로써, 유동의 교란을 받을 가능성이 낮은 반면에 샘플링 심도를 특정할 수 없다는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, grab sampling device의 장점을 활용하면서, 채수 심도를 제어할 수 있고, 전기 또는 공기압등의 동력원없이 다중 목적 심도의 지하수를 채수할 수 있는 장치를 개발하고자 하였다. 자세하게는 다수의 시료 채수기를 지하수 공내에 수직적으로 배열하여 지하수 공내의 목적 심도별로 설치하고, 지상에서 동력없이 인력으로만 원격 조정하여 발생시킨 관성력을 이용하여 주사기 바늘을 채수통의 패킹을 관통시키고, 주사기 바늘을 지하수 시료의 유입통로를 담당하게 하여 목적 심도별 지하수를 채수병에 채수하기 위한 다중 심도 지하수 시료 채수기를 제공하는데 있다.

이하에서는 본 발명에 관해 첨부된 도면과 함께 보다 상세하게 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 다중 심도 시료채수기의 장착을 나타낸 개략도이며, 도 2a는 본 발명에 따른 다중 심도 시료채수기가 작동하기전의 상태를 나타낸 개략도이며, 도 2b는 본 발명에 따른 다중 심도 시료채수기의 작동한 직 후의 상태를 나타낸 개략도이며, 도 3은 본 발명에 따른 다중 심도 시료채수기가 결합된 상태를 나타낸 사시도로서, 이를 상세히 설명하면, 관성력을 발생시키기 위한 스프링(4)과 이에 연결한 햄머(5)를 포함하는 햄머부(40)와; 상기 햄머(5)와 상호 충돌하고자 형성된 충돌부(6)와 일체로 이루어진 주사기 바늘(9)를 포함하는 시료주사부(45)와; 상기 시료주사부(45)를 하향 직선운동 시키고자 마련된 안내부(50)와; 상기 주사기 바늘(9)를 통하여 유입되는 시료를 수집하고자 마련된 채수통(14)을 포함하는 채수부(60);로 이루어진 다중 심도 지하수 시료 채수기에 관한 것이다.

도 4는 본 발명에 따른 햄머부를 나타낸 개략도로서, 이를 설명하면, 햄머부(40)는 위치조정용 볼트(2)내에서 스프링(4)과 햄머(5)의 위치를 조정하기 위한 나사(3)와; 상기 위치조정용 볼트(2)의 하단에 장착된 스프링(4)과; 상기 스프링(4)의 하단에 장착된 햄머(5)로 이루어지며. 상기 햄머부(40)의 상단에 장착된 상단 연결고리(1)를 포함하여 이루어 진 것이다.

도 5는 본 발명에 따른 햄머케이싱을 나타낸 개략도로서, 이를 설명하면, 내부는 튜브형상으로 형성되어 상기 햄머부(40)가 위치하도록 하여 상기 햄머부(40)를 보호하며, 튜브형상의 바깥둘레에 2개 이상의 시료 유입구(19)를 두어, 햄머의 상하운동시 지하수의 유입, 유출을 자유롭게 하여 지하수에 의한 저항을 최소화함으로써 햄머의 상하운동이 자유롭게 되도록 이루어진 햄머 케이싱(18)에 관한 것이다.

도 6은 본 발명에 따른 시료 주사부를 나타낸 개략도로서, 이를 설명하면, 시료주사부(45)는 상기 햄머(5)와 상호 충돌하고자 형성된 충돌부(6)의 상면에 형성된 상단흡수구(7)와; 상기 충돌부(6)의 측면에 형성되어 상기 상단흡수구(7)와 연통하도록 형성된 측면흡수구(8)와; 상기 측면흡수구(8)와 상단흡수구(7)가 상호 연통된 면에서 수직으로 형성된 주사기 바늘(9);로 이루어진 것이다.

햄머(5)에 의하여 충돌된 시료주사부(45)는 하향 직선운동하게 되며, 이에 의해 주사기 바늘 바늘은 채수통의 고무 패킹을 관통하게 된다. 채수통의 고무 패킹을 관통한 주사기 바늘 바늘은 충돌부(6)의 상단 및 측면 흡수구(7, 8)를 통하여 유입된 지하수 시료를 채수통에 이르도록 유입통로 역할을 담당하게 된다.

도 7은 본 발명에 따른 시료주사부 케이싱을 나타낸 개략도로서, 이를 설명하면, 햄머 케이싱(18)의 하단에 장착되며, 내부는 튜브형상으로 형성되어 상기 시료 주사부(45)가 위치하도록 하여 상기 시료 주사부(45)를 보호하며, 튜브형상의 바깥둘레에 1개이상의 시료유입구(19)가 형성되도록 하여 주위에 있는 시료들이 유입되도록 이루어진 시료주사부 케이싱(20)에 관한 것이다.

도 8은 본 발명에 따른 안내부를 나타낸 개략도로서, 이를 설명하면, 안내부(50)는 튜브형상의 가이드(17)와 상기 가이드(17)의 하단에 마련되며, 상기 주사기 바늘(9)의 하향 직선운동을 유도하고자 마련된 주사기 바늘 가이드(10)와; 상기 가이드(10)의 하면에 장착된 안내 잠김부(11)로 이루어진 것이다. 안내 잠김부의 역할은 주사기 바늘 바늘의 고무 패킹 관통 정도를 조절하기 위한 것이다.

도 9는 본 발명에 따른 채수부를 나타낸 개략도로서, 이를 설명하면, 채수부(60)는 상기 안내부(50)의 안내 잠김부(11)에 대응하여 형성되며 내부는 개방되도록 형성된 채수 잠김부(13)와; 상기 채수 잠김부(13)의 상면에 장착된 패킹부(12)와; 상기 채수 잠김부(13)의 하단에 장착되며, 시료를 수집하고자 마련된 채수통(14);으로 이루어진 것이다.

상기 패킹부(12)는 탄력적인 고무재질로 이루어지며, 채수부(60)를 외부로 완전히 밀폐하도록 이루어지며. 상기 채수부(60)의 하단에는 하단 연결고리(15)가 장착되도록 하여 스틸 와이어등을 통하여 하단에 위치하는 다른 채수기를 상호 연결하도록 마련된 것이다.

도 10은 본 발명에 따른 시료주사부와 안내부 및 채수부가 결합된 상태를 나타낸 개략도이며, 도 11a는 본 발명에 따른 시료주사부와 안내부내에서 작동되기 전의 상태를 나타낸 개략도이며, 도 11b는 본 발명에 따른 시료주사부와 안내부내에서 작동된 직후의 상태를 나타낸 개략도로서, 이를 설명하면, 시료주사부(45) 충돌부(6)의 외주면의 크기는 상기 안내부(50)의 가이드(17)의 외주면보다 상대적으로 크도록 형성되어 상기 시료주사부(45)의 충돌하강운동을 억제하도록 이루어진 것이다.

또한, 상기 시료주사부(45)의 충돌부(6)가 상기 안내부(50)의 가이드(17)의 상단에 접촉할때에 주위의 시료가 주사기 바늘(9)내로 주입되기 위하여 측면흡수구(8)가 가이드(17)의 최상면보다 상대적으로 상단에 위치하도록 이루어진 것이다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저 채수통(14) 한 쪽 끝은 밀봉하고, 다른 한 쪽 끝은 고무재질인 패킹(12)으로 완전 폐쇄시킨 후, 진공펌프를 이용하여 채수통(14)내의 공기를 제거하여 시료 채수통(14)을 진공화 한 다음, 패킹(12)으로 폐쇄된 시료 채수통(14)의 상단을 주사기 바늘(9)의 하향 직선운동을 안내하는 안내부(50)가 결합하게 되며, 상기 안내부(50)의 상단에 주사기 바늘(9)가 장착된 시료주사부(45)가 위치하게 된다.

상기 시료주사부(45)의 상단에 형성된 충돌부(6)는 햄머부(40)의 햄머(5)와 동일한 중심선을 이루며, 상측에 위치하게 된다.

상기 햄머(5)는 상측에 장착된 스프링(4)의 탄성력에 의하여 상하강 직선운동을 하게 되도록 이루어 진다.

이와 같은 단독의 채수기는 햄머부(40)의 최상측에 형성된 상단 연결고리와 상측에 위치한 다른 채수기의 채수부(60)의 최하단측에 형성된 하단 연결고리(15)는 스틸 와이어등를 통하여 목적 심도에 맞추어 일정 거리 이격시켜 연결한 다음, 최상위 채수기의 연결 고리에 방차통의 스틸 와이어에 연결되는 것이다.

서로 결합된 채수기들을 도르레가 장착된 삼발이를 이용하여 시추공내 목적 심도까지 내린 다음, 시추공내의 지하수 흐름이 안정될 때 까지 기다린다. 이 후 에 지하수공내로 내려진 스틸 와이어를 약 1m 정도 들어 올린 다음, 스틸 와이어의 한 쪽을 고정시키고 채수기를 자유 낙하시킨다.

들어 올린 스틸 와이어의 길이 만큼 채수기는 자유 낙하하다가 정지된다. 이때 스프링에 연결된 햄머는 관성력에 의해 하향 직선운동을 하게 되며, 햄머의 하향 직선운동에 의해 타격받은 주사기 바늘(9) 바늘은 직선 운동을 유도하는 채수통 상단부에 위치한 안내부(50)를 통하여 채수통의 패킹를 관통하게 된다.

이 때 채수통 내의 공기압은 채수기 주변의 정수압에 비해 낮으므로 시료주사부(45)의 상단에 형성된 상면 및 측면흡수구(7,8)를 통해 지하수가 유입되게 된다.

유입된 지하수는 채수통의 패킹을 관통한 주사기 바늘 바늘을 유입 통로로 하여 채수통에 저장된다. 채수통에 지하수 시료가 가득 찰 때 까지 약 20분(수두 높이 50m 기준)을 기다린다. 이러한 일련의 과정들은 심도별로 설치된 채수장치에서 동일하게 동시에 일어나게 되므로 구간별 지하수 시료의 동시 채수가 가능하게 되는 것이다.

다음에는 본 발명에 따른 채수기에 의한 채수방법을 설명하면,

채수부의 채수통내의 공기를 진공펌프를 통하여 진공시키는 단계와; 목적하는 심도별로 채수기를 위치하는 단계와; 다수의 채수기를 연결한 스틸 와이어를 상향 1m 들어 올렸다가 아래로 자유낙하시키는 단계와; 들어 올린 스틸 와이어의 길이만큼 채수기는 자유낙하하게 되며, 채수기의 자유낙하가 끝나면, 햄머 장착부의 스프링 하단에 연결된 햄머는 관성력에 의해 하향 이동하게 되어 시료주사부의 충 돌부를 가격하는 단계와; 햄머에 의하여 충돌된 시료주사부의 주사기 바늘이 안내부내의 주사기 바늘 가이드를 통하여 하강하는 단계와; 상기 시료주사부의 상단흡수구와 측면흡수구를 통하여 시료가 주사기 바늘내로 충진되는 단계와; 상기 주사기 바늘이 채수부의 패킹를 관통하면서 채수통으로 시료를 주입하는 단계를 포함하는 다중 심도 시료 채수기의 시료채수방법에 관한 것이다.

이를 상세히 설명하면, 우선 채수통으로의 지하수 유입량과 유입 속도가 증가되도록 채수기 설치 이전에 미리 진공 펌프를 이용하여 채수통 내의 공기를 빼낸 다음 채수기에 장착한다.

목적하는 심도별 지하수 시료가 채수되도록 다수의 채수기를 스틸 와이어의 길이를 조정하여 배열하고, 이를 스틸 와이어에 매달아 지하수공의 원하는 심도까지 내린 후, 채수기의 하강으로 생긴 지하수 교란이 원상태로 회복될 때 까지 기다린다. 이 후에 지하수공내로 내려진 스틸 와이어를 약 1m 정도 들어 올린 다음, 스틸 와이어의 한 쪽을 고정시키고 채수기를 자유 낙하시킨다.

위로 들어 올린 스틸 와이어의 길이만큼 채수기는 자유 낙하하다가 정지된다. 이때 스프링에 연결된 햄머는 관성력에 의해 하향 직선운동을 하게 되며, 햄머의 하향 직선운동에 의해 타격받은 주사기 바늘 바늘은 채수통 상단부에 위치하는 안내부를 하향 직선 운동을 하게 되며, 이로 인하여 채수통의 패킹을 관통하게 된다.

이 때 채수통 내의 공기압은 채수기 주변의 정수압에 비해 낮으므로 시료주사부의 충돌부에 천공된 상면 및 측면흡수구를 통해 지하수가 유입되게 된다. 유입 된 지하수는 채수통의 패킹을 관통한 주사기 바늘 바늘을 유입 통로로 하여 채수통에 저장된다. 채수통에 지하수 시료가 가득 찰 때 까지 약 20분(수두 높이 50m 기준)을 기다린다. 이러한 일련의 과정들은 심도별로 설치된 채수장치에서 동일하게 동시에 일어나게 되므로 구간별 지하수 시료의 동시 채수가 가능하게 되는 것이다.

채수기를 지상으로 인양할 때 채수통 내부의 압력은 채수기 주변의 정수압보다 높으므로 목적 심도 상위의 지하수가 채수통으로 유입될 가능성은 없다.

지상으로 인양된 채수기로부터 채수통을 분리시켜 외부 공기와의 접촉 없이 실험실 또는 분석실로 이동될 수 있으며, 사용 후 세척하여 재사용할 수 있다. 또한 채수통의 용량을 조절할 수 있으므로 원하는 양만큼의 지하수 시료 채수가 가능하다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 다중 심도 시료 채수기에 의한 효과는 다음과 같다.

목적 심도별 지하수 시료들을 전기나 공기압 등의 동력원이 없이 채수할 수 있다. 지하수 시료를 목적 심도 별로 동시에 채수할 필요가 있는 경우에 사용하기에 매우 적절한 장치이며, 동력원이 필요하지 않아 제작 단가가 낮으므로, 다수의 지하수공을 대상으로 지하수 시료를 채수할 경우에 기존 제품보다 시간, 경제적 측면에서 매우 효율적인 장치이다.

또한, 시료병체를 구성하는 모든 부분품들은 매우 쉽게 분리할 수 있으며, 시료 채수 후 잘 세척하여 다시 사용할 수 있으며, 특히 깊은 심도의 지하수 시료 를 채수할 경우, 심도에 따라 비례적으로 증가하는 정수압만으로도 시료채수가 가능하므로 시료 채수병을 사전에 진공화 할 필요는 없어진다.

더 나아가, 시료 채수병의 용량 조절이 가능함으로 원하는 만큼의 지하수 시료채수가 가능하며, 정수압이 높아질수록 지하수 채수가 용이해지므로 지하수 채수심도에 구애를 받지 않는다는 등의 장점을 가진 유용한 발명으로 그 산업상 이용이 크게 기대되는 채수기를 제공하고자 하는 것이다.

Claims (15)

1. 위치조정용 볼트(2)의 하단에 장착된 스프링(4)과, 상기 스프링(4)의 하단에 장착된 햄머(5)로 이루어지고, 상기 위치조정용 볼트(2)내에서 햄머(5)의 위치와 관성력을 조절하고자 마련된 위치조정용 나사(3)가 포함되고, 상단에는 상단연결고리(1)가 장착되어 이루어진 관성력 발생 장치인 햄머부(40)와;

   상기 햄머(5)와 상호 충돌하고자 형성된 충돌부(6)의 상면에 형성된 상단흡수구(7)와, 상기 충돌부(6)의 측면에 형성되되 상기 상단흡수구(7)와 연통하도록 형성된 측면흡수구(8)와, 상기 상단흡수구(7)와 상호 연통되도록 수직으로 형성된 주사기 바늘(9)을 포함하는 시료주사부(45)와;

   튜브형상의 가이드(17)와 상기 가이드(17)의 하단에 마련되며 상기 주사기 바늘(9)의 하향 직선운동을 안내하고자 마련된 주사기 바늘 가이드(10)와, 주사기 바늘의 고무 패킹 관통 정도를 조절하기 위한 상기 가이드(10)의 하면에 장착된 안내 잠김부(11)로 이루어진 안내부(50)와;

   상기 안내부(50)의 안내 잠김부(11)에 대응하는 형성되어 내부는 개방되도록 형성된 채수 잠김부(13)와, 상기 채수 잠김부(13)의 상면에는 탄력적인 고무재질로 이루어지며, 채수부(60)를 외부로 완전히 밀폐하도록 장착된 패킹부(12)와, 상기 채수 잠김부(13)의 하단에 장착되며 상기 안내부(50)내에서 하강하는 상기 주사기 바늘(9)내에서 분사되는 시료를 수집하고자 마련된 채수통(14)으로 이루어진 채수부(60)와;

   내부는 튜브형상으로 형성되어 상기 햄머부(40)가 위치하도록 하여 상기 햄머부(40)를 보호하며, 튜브형상의 바깥둘레에 2개이상의 유동통로(19)를 두어, 햄머의 상하운동시 지하수의 유입, 유출을 자유롭게 하여 지하수에 의한 저항을 최소화함으로써 햄머의 상하운동이 자유롭게 이동되도록 한 햄머 케이싱(18)과;

   상기 햄머 케이싱(18)의 하단에 장착되며, 내부는 튜브형상으로 형성되어 상기 시료 주사부(45)가 위치하도록 하여 상기 시료 주사부(45)를 보호하며, 튜브형상의 바깥둘레에 1개이상의 시료유입구(19)가 형성되도록 하여 주위에 있는 시료들이 유입되도록 이루어진 시료주사부 케이싱(20);으로 이루어지되,

   상기 시료주사부(45)의 충돌부(6)의 외주면의 크기는 상기 안내부(50)의 가이드(17)의 외주면보다 상대적으로 크도록 형성되어 상기 시료주사부(45)의 충돌하강운동을 억제하도록 하고, 상기 시료주사부(45)의 충돌부(6)가 상기 안내부(50)의 가이드(17)의 상단에 접촉할때에 주위의 시료가 주사기 바늘(9)내로 주입되기 위하여 측면흡수구(8)가 가이드(17)보다 상대적으로 상단에 위치하도록 하여 시료가 상기 측면흡수기(8)내로 흡수되도록 이루어진 것을 특징으로 하는 다중 심도 지하수 시료 채수기.
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