KR101776931B1 - 비분극 전극장치 - Google Patents

Abstract

다공질 합성수지 튜브를 채용하여 내부 압력 조절과 포화용액의 교체가 용이한 비분극 전극장치가 개시된다. 본 발명에 의한 비분극 전극장치는 포화용액이 내장되고 압력에 따라 상기 포화용액이 배출되는 다공질 튜브; 상기 다공질 튜브가 내장되고 상기 다공질 튜브로부터 배출된 상기 포화용액이 외부로 흘러 나갈 수 있도록 복수개의 홀들을 구비하며 상하부가 개방된 케이스; 상기 케이스 하단에 조립되어 밀폐하는 캡; 상기 케이스 상단에 나사 조립되고, 상기 케이스 내부로 삽입되는 깊이에 따라 상기 포화용액에 가해지는 압력을 조절하게 되는 플런저; 및 상기 플런저를 관통하여 상기 다공질 튜브 내부까지 연장된 전극봉;를 포함한다.

Description

비분극 전극장치 {nonpolarizable electrode apparatus}

본 발명은 다공질 합성수지 튜브를 채용하여 내부 압력 조절과 포화용액의 교체가 용이한 비분극 전극장치에 관한 것이다.

일반적으로 다공질 매질 (porous medium)을 통한 유체의 흐름 등은 전위를 발생시키는데, 이러한 전위를 유동전위 (streaming potential) 또는 자연전위 (self- potential)라 하며, 자연 전위법이란 이러한 자연적으로 발생되는 전위를 측정하여 지하광체나 지하수 유동 등을 탐사하는 방법을 말한다. 자연전위 값의 크기는 전기비저항, 유전상수 (dielectric constant), 유체의 점도, 유체와 매질 간의 결합계수 (coupling coefficient) 등과 관련이 있다.

자연전위는 지층 내 전해질의 유동에 의한 전기역학적 전위, 이동성이 서로 다른 전해액의 접촉에 의한 확산전위, 셰일의 반투막 작용 및 광화작용에 의한 광화전위 등의 자연적인 전위로 구분되며, 일반적으로는 전기역학적 또는 전기화학적 현상에 의한 배경전위와 광화작용에 의한 광화전위로 나뉜다. 배경전위는 보통 수 십 mV 정도로 양 (+) 또는 음 (-)의 값을 가지나, 광화전위의 경우는 수 백 mV 정도로 상대적으로 큰 값이 나타난다. 또한 지형경사가 매우 급한 지역의 기반암 비저항 값이 수 만 ohm-m 이상인 경우 수 천 mV 정도의 매우 큰 자연전위값이 보고되기도 하였다.

전기탐사시, 전기 비저항(Electrical Resistivity Surveys), 유도 분극 탐사(Induced polarization surveys) 및 자연전위탐사(Spontaneous polarization) 등에 필요한 도구는 전극, 전선, 전위계로 구성되는 장치를 사용한다.

이 장치 중 전극의 경우 구리나 스테인리스 강철 또는 간혹 알루미늄 합금을 사용하여 측정 및 탐사한다. 그러나 이런 경우 전위측정 시 또는 전기 비저항 탐사 시 포텐셜 전위치(potential difference)에서 (+)전극과 (-)전극 사이의 전위치가 잡음처럼 흔들리게 되는데, 이는 금속 전극 주변의 땅 속의 전해액 중 (+)이온은 (-)전극에, (-)이온은 (+)전극에 모여 정상적인 전류의 흐름을 방해하는 분극현상(electrode polarization)이 발생하여 원하는 정확한 전위 측정을 방해한다. 다시 말해, 전극과 전해질의 경계면에서 실제의 전하 이동은 없고 변위 전류만 흐르는 가상 전류가 흐르는 가상 전극이 된다.

이러한 현상들을 극복하기 위한 여러 시도와 기술적 접근이 있었다. 여러 방안 중 특히 한국자원 연구소의 경우 금속 전극을 납으로 하고 전극을 염화염으로 피복한 다음 내부 충진물질을 포화용액 대신 염화염 분말과 염화나트륨 및 석고를 증류수로 반죽한 고결물질을 사용하여 극복하고자 하여 염화염 광물 탐사에 이용하고 있다.

그러나 아직까지 대부분의 산업 현장에서는 다공질 도자기를 이용한 전통적이고 전형적인 비분극 전극을 이용한다. 이러한 종래기술은 제작이 매우 어렵고 시간이 많이 소요되는 문제점이 있었다. 또한, 종래기술에 의한 비분극 전극은 일반적으로 도자기를 사용하므로 비용증가와 내구성이 약하고, 점토층과 같은 지층에서 용액의 유동이 제한적이므로 지층 유입에 문제가 있었다.

특허공개공보 10-2014-0013817

본 발명의 목적은, 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 도기 대신 다공질 플라스틱 튜브를 채용하는 구조를 제공함으로써 저렴한 가격으로 제작이 가능한 비분극 전극장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 포화용액을 용이하게 교체할 수 있는 비분극 전극장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 내부 포화용액에 가해지는 압력을 제어하고 이를 정량적으로 알 수 있도록 표시할 수 있는 비분극 전극장치를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 구체적인 수단으로서 본 발명은, 포화용액이 내장되고 압력에 따라 상기 포화용액이 배출되는 다공질 튜브; 상기 다공질 튜브가 내장되고 상기 다공질 튜브로부터 배출된 상기 포화용액이 외부로 흘러 나갈 수 있도록 복수개의 홀들을 구비하며 상하부가 개방된 케이스; 상기 케이스 하단에 조립되어 밀폐하는 캡; 상기 케이스 상단에 나사 조립되고, 상기 케이스 내부로 삽입되는 깊이에 따라 상기 포화용액에 가해지는 압력을 조절하게 되는 플런저; 및 상기 플런저를 관통하여 상기 다공질 튜브 내부까지 연장된 전극봉;를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 다공질 튜브는 합성수지로 이루어질 수 있다.

바람직하게는, 상기 케이스의 홀들은 상기 다공질 튜브가 삽입되는 구간 외측에만 구비될 수 있다.

바람직하게는, 상기 캡은 끝단으로 갈수록 직경이 감소하는 스크류 비트 형태로 이루어질 수 있다.

바람직하게는, 상기 케이스와 상기 플런저에는 회전을 용이하게 할 수 있도록 외측으로 돌출된 손잡이가 구비될 수 있다.

바람직하게는, 상기 케이스 내부에 상기 다공질 튜브와 상기 플런저 사이에는 압력센서가 구비될 수 있다.

바람직하게는, 상기 플런저에는 삽입된 깊이가 외부로 표시되도록 압력눈금이 구비될 수 있다.

바람직하게는, 상기 전극봉은 구리로 이루어지고, 상기 포화용액은 황산구리로 이루어질 수 있다.

바람직하게는, 상기 케이스는 상기 플런저와 상기 캡 사이에 상기 포화용액을 수용하는 수용공간을 구비하고, 상기 수용공간은 격벽에 의해 두 개의 공간으로 서로 분리되며, 상기 두 개의 공간은 서로 연통되고, 상기 격벽과 상기 캡 사이에 상기 다공질 튜브가 고정 설치될 수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

(1) 본 발명은 도기 대신 합성수지를 사용하게 되므로 내구성이 향상되어 현장 적용성이 높아지는 효과를 제공한다.

(2) 본 발명은 모든 부품이 나사 결합하는 구조를 사용함으로써 조립 및 분해가 매우 용이하게 이루어진다.

(3) 본 발명은 플런저의 회전에 의해 포화용액의 압력을 제어할 수 있기 때문에 시간당 유체의 유출량을 제어할 수 있게 된다.

(4) 본 발명은 포화용액이 내부에 유동성 없이 또는 적은 유동을 고여 있으므로 발생될 수 있는 기포 발생 등의 현상을 줄일 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 의한 비분극 전극장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 의한 비분극 전극장치의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명에 의한 비분극 전극장치의 부분 절개 사시도이다.
도 4는 본 발명에 의한 비분극 전극장치가 실제 지면에 삽입 설치된 상태의 단면도이다.
도 5는 본 발명에 의한 비분극 전극장치의 다른 실시예를 보여주는 사시도들이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.

본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 비분극 전극장치(1)를 보다 상세히 설명하도록 한다.

본 발명의 제1실시예에 따른 비분극 전극장치(1)는 다공질 튜브(10), 케이스(20), 캡(30), 플런저(40), 전극봉(50)을 포함한다.

상기 다공질 튜브(10)는, 도 2 내지 도 4를 참고하면, 포화용액(2)이 내장되고 압력에 따라 상기 포화용액(2)이 배출되는 구성요소이다.

상기 다공질 튜브(10)는 상하부가 개방된 형태의 튜브로서, 내부에는 포화용액(2)이 충진되어 있게 된다.

상기 다공질 튜브(10)는 합성수지, 예를 들면 PVC로 이루어진다. 이러한 다공질 튜브(10)는 현재 시중에 시판되는 여러 종류가 있다. 상기 포화용액(2)에 가해지는 압력에 따라 상기 다공질 튜브(10)에서 포화용액(2)이 다공을 통하여 외부로 흘러나오게 된다.

상기 케이스(20)는, 도 1 내지 도 4를 참고하면, 상기 다공질 튜브(20)가 내장되고 상기 다공질 튜브(10)로부터 배출된 상기 포화용액(2)이 외부로 흘러 나갈 수 있도록 복수개의 홀(21)들을 구비하며 상하부가 개방된다. 즉 상기 케이스(20)는 스트레이너 타입으로 형성된 것이다.

이때, 상기 케이스(20)의 홀(21)들은 상기 다공질 튜브(10)가 삽입되는 구간 외측에만 구비된다. 따라서 상기 포화용액(2)은 상기 다공질 튜브(10)와 케이스(20)의 홀(21)들에 의해서만 외부로 흘러 나가게 된다.

상기 케이스(20)는, 도 2를 참고하면, 상부가 일정길이 직경이 증대된 형태로 이루어지고, 그 부분에 마찰을 증대시키기 위한 거칠기 가공부(22)가 구비되어 있다. 즉 해칭 형태의 홈이나 돌기를 형성하도록 하여 손가락으로 돌릴 때 미끄러지는 것을 방지하게 된다.

이때, 이러한 거칠기 가공부(22) 외에도 미끄러지지 않고 용이하게 회전력을 전달할 수 있도록 돌출된 손잡이를 둘 수도 있다. 이러한 손잡이 구성은 상기 플런저(40)에 일례가 나타나 있다.

상기 케이스(20)는 상하부 내측에 일정길이 각각 나사(20a,20b)가 형성되어 있다. 상부에 형성된 나사(20b)에는 상기 플런저(40)의 나사(40a)가 조립되고, 하부에 형성된 나사(20a)에는 상기 캡(30)의 나사(30a)가 조립된다.

상기 케이스(20)에는 전술한 바와 같이 복수개의 홀(21)들이 일정한 형태로 배열되어 형성된 스트레이너 타입이다. 따라서 상기 다공질 튜브(10)에서 흘러나온 포화용액(2)은 상기 케이스(20)의 복수개의 홀(21)들을 통하여 외부로 배출된다.

이때, 상기 케이스(20)는 상기 플런저(40)와 상기 캡(30) 사이에 상기 포화용액(2)을 수용하는 수용공간을 구비하고, 상기 수용공간은 격벽(23)에 의해 두 개의 상하 공간으로 서로 분리되며, 상기 두 개의 공간은 서로 연통되고, 상기 격벽(23)과 상기 캡(30) 사이에 상기 다공질 튜브(10)가 고정 설치된다. 도 3과 도 4를 참고하면 상기 다공질 튜브(10)의 상단은 상기 격벽(23)에 걸리고 하단은 상기 캡(30)에 걸려 안착 및 고정된다.

상기 캡(30)은, 도 2를 참고하면, 상기 케이스(20) 하단에 조립되어 밀폐한다.

이때, 상기 캡(30)은 끝단으로 갈수록 직경이 감소하는 스크류 비트 형태로 이루어진다. 따라서 상기 캡(30)에는 나사 형상의 비트 날(31)이 형성되어 있다.

따라서 상기 케이스(20)를 지면에 박을 때, 상기 캡(30)이 지면에 밀착된 상태에서 상기 케이스(20) 전체를 회전시키면서 압력을 가하게 되면 상기 비트 날(31)의 안내에 따라 상기 캡(30)이 지면을 파고들어, 결국 상기 케이스(20)가 지면에 원하는 깊이까지 수월하게 박히게 된다.

상기 캡(30)과 상기 케이스(20) 사이에는 상기 포화용액(2)이 흘러 나가지 않도록 실링을 위한 오링(70)이 구비되어 있다. 따라서 포화용액(70)은 상기 홀(21)들 외에는 흘러 나가지 못한다.

상기 플런저는(40), 도 2 내지 도 4를 참고하면, 상기 케이스(20) 상단에 나사 조립되고, 상기 케이스(20) 내부로 삽입되는 깊이에 따라 상기 포화용액(2)에 가해지는 압력을 조절하게 된다.

상기 플런저(40)에는 회전을 용이하게 할 수 있도록 외측으로 돌출된 손잡이(41)가 구비되어 있다. 따라서 사용자는 한 손으로는 상기 케이스(20)의 거칠기 가공부(22)를 잡고, 나머지 한 손으로는 상기 플런저(40)의 손잡이(41)를 잡아 돌리면 상기 플런저(40)가 사용자의 선택에 따라 삽입 또는 분리된다.

상기 포화용액(2)과 다공질 튜브(10)가 상기 케이스(20) 내부에 설치 및 충진된 상태에서, 상기 플런저(40)를 돌려 삽입하게 되면 상기 포화용액(2)에 가해지는 압력이 증가하게 되고 상기 다공질 튜브(10)와 상기 케이스(20)의 홀(21)들을 통과하여 흘러 나가는 포화용액(2)의 양이 증가하게 된다.

상기 전극봉(50)은 도 4를 참고하면, 상기 플런저(40)를 관통하여 상기 다공질 튜브(10) 내부까지 연장된다. 상기 전극봉(50)은 보통 직경이 3-5mm 전극봉이 사용되나, 전극봉의 직경을 조절할 수 있기 때문에 이를 조절하여 포화용액간의 단면적을 넓혀 이온가 반응을 높일 수 있게 된다.

이때 상기 전극봉(50)은 지면과는 절연되어야 한다. 따라서 상기 플런저(40)는 고무와 같은 절연 재질로 구성하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 케이스(20) 내부에 상기 다공질 튜브(10)와 상기 플런저(40) 사이에는 압력센서가 구비되어 상기 케이스(20) 내부 압력을 외부에서 볼 수 있도록 구성할 수 있으나, 압력센서가 구비되려면 제작 단가가 높기 때문에, 여기서는 상기 플런저(40)에 삽입된 깊이가 외부로 표시되도록 압력눈금(40b)이 구비되어 있다.

상기 플런저(40)가 삽입되는 깊이를 압력눈금(40b)을 통하여 확인함으로써 상기 포화용액(2)에 가해지는 압력을 거의 유사하게 알 수 있게 된다. 즉 저렴한 구성으로 압력측정이 가능해진 것이다.

한편, 상기 전극봉(50)은 구리로 이루어지고, 상기 포화용액(2)은 황산구리로 이루어지도록 구성할 수 있다. 물론 그 외에도 납을 사용할 수도 있으나 그러한 구성은 환경 측면에서 바람직하지 않다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 비분극 전극장치(1)의 동작을 설명하면 다음과 같다.

사용자는 상기 플런저(40)를 상기 압력눈금(40b)을 사용하여 기준점까지 삽입하여 상기 케이스(20)에 조립한다.

상기 케이스(20) 반대편으로 상기 다공질 튜브(10)를 격벽(23)에 걸리도록 넣어 조립하고, 상기 포화용액(2)을 정해진 양만큼 공급하여 상기 케이스(20) 내부를 충진시킨다.

상기 케이스(20) 하단부를 상기 캡(30)을 나사 결합으로 돌려 결합하여 상기 케이스(20)가 완전히 밀봉되도록 한다.

상기 케이스(40)를 상기 캡(30)의 비트 날(31)을 이용하여 지면에 정해진 깊이로 삽입하여 박아 넣는다.

상기 전극봉(50)에 전선을 연결하고, 마지막으로 상기 압력눈금(40b)을 참조하여 상기 플런저(40)를 회전시켜 상기 케이스(20) 내부로 박아 넣는다. 원하는 압력눈금(40b)에 도달하면 플런저(40)를 놓고 측정을 시작하게 된다.

이때, 상기 플런저(40)를 돌려 압력을 제어하는 경우, 지반의 지층 구성물질(지층 입자의 크기)인 자갈층, 모래자갈층, 모래층, 모래질점토층, 점토층 등 지반의 특성에 따라 압력을 증감함에 따라 유출량 또한 제어하게 될 것이다.

한편, 도 5를 참고하면, 상기 케이스(20')의 스트레이너 타입의 다른 실시예들이 3가지 도시되어 있다. 제1실시예에서는 복수개의 원형 홀(21)들을 형성한 것을 적용하였으나, (a)에서는 홀 대신에 수평으로 장공(21')을 형성한 것이고, (b)에서는 수직으로 장공(21')을 형성한 것이며, (c)에서는 아주 긴 수직 장공(21')을 형성한 것이다. 물론 (c)의 경우 가장 원활하게 유체가 통과할 수 있는 구성이다.

이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

1 : 비분극 전극장치
2 : 포화용액 10 : 다공질 튜브
20 : 케이스 21 : 홀
22 : 거칠기 가공부 30 : 캡
31 : 비트 날 40 : 플런저
41 : 손잡이 50 : 전극봉
60,70 : 오링

Claims (9)

1. 포화용액이 수용되고 압력에 따라 상기 포화용액이 배출되는 다공질 튜브;
   상기 다공질 튜브가 내장되고 상기 다공질 튜브로부터 배출된 상기 포화용액이 외부로 흘러나갈 수 있도록 상기 다공질 튜브가 안착된 위치에서 그 대응되는 높이에 복수개의 홀들을 구비하며 상하부가 개방된 케이스;
   상기 케이스 하단에 조립되어 밀폐하는 캡;
   상기 케이스 상단에 내부를 밀폐하면서 삽입될 수 있도록 나사 조립되고, 상기 케이스 내부로 삽입되는 깊이에 따라 상기 포화용액에 가해지는 압력을 조절하게 되는 원기둥 형태의 플런저; 및
   상기 플런저를 관통하여 상기 다공질 튜브 내부까지 연장된 전극봉;
   를 포함하고,
   상기 케이스는 상기 플런저와 상기 캡 사이에 상기 포화용액을 수용하는 수용공간을 구비하고, 상기 수용공간은 중앙에 연통로가 구비된 격벽에 의해 두 개의 공간으로 서로 분리되며, 상기 두 개의 공간은 상기 연통로에 의해 서로 연통되고, 상기 격벽과 상기 캡 사이에 상기 다공질 튜브가 밀착 고정 설치되며,
   상기 플런저가 나사 결합에 의해 상기 케이스 내측으로 삽입되면 상기 케이스 내부의 압력이 증가하고, 상기 포화용액은 상기 격벽의 연통로, 상기 다공질 튜브, 그리고 상기 케이스의 복수개의 홀들을 통과하여 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 비분극 전극장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 다공질 튜브는 합성수지로 이루어진 것을 특징으로 하는 비분극 전극장치.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 캡은 끝단으로 갈수록 직경이 감소하는 스크류 비트 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 비분극 전극장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 케이스와 상기 플런저에는 회전을 용이하게 할 수 있도록 외측으로 돌출된 손잡이가 구비된 것을 특징으로 하는 비분극 전극장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 케이스 내부에 상기 다공질 튜브와 상기 플런저 사이에는 압력센서가 구비된 것을 특징으로 하는 비분극 전극장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 플런저에는 삽입된 깊이가 외부로 표시되도록 압력눈금이 구비된 것을 특징으로 하는 비분극 전극장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 전극봉은 구리로 이루어지고, 상기 포화용액은 황산구리로 이루어진 것을 특징으로 하는 비분극 전극장치.
9. 삭제

Images