KR101957852B1 - 해저 토양시료 채취용 시추기 - Google Patents

Abstract

해저 토양시료 채취용 시추기가 개시된다. 상기 해저 토양시료 채취용 시추기는 유압이 작용하는 본체 및 상기 유압에 의해 상하로 연속적인 피스톤 운동하는 함마를 포함하고, 상기 함마의 끝단부는 상기 본체의 하단부로 노출되어 있는 유압브레이커; 상기 유압브레이커의 일부분을 덮도록 상기 본체의 일부분에 결합되는 제1 브레이커보호커버 및 상기 유압브레이커의 나머지 부분을 덮도록 상기 본체와 결합되되 상기 제1 브레이커보호커버와 마주하여 상기 제1 브레이커보호커버와 결합되는 제2 브레이커보호커버를 포함하는 브레이커보호부재; 상기 유압브레이커 및 브레이커보호부재를 수용하는 수용관부, 상기 수용관부의 하단부에 연결되며 상기 함마 아래에 마주하며 상기 함마에 의해 가격되는 시추봉연결부, 상기 수용관부의 상단부에 연결된 플랜지부 및 상기 플랜지부에 결합되어 상기 수용관부의 개방된 상단부를 밀폐하는 덮개부를 포함하는 브레이커연동부재; 상기 수용관부의 내부에 수용되고, 상기 유압브레이커의 상단부 및 상기 덮개부 사이에 배치되며, 상기 함마의 피스통 운동시 수축 및 복원되어 상기 유압브레이커 및 덮개부 사이의 충돌을 방지하기 위한 완충스프링; 상기 시추봉연결부에 상단부가 연결되고, 수중에서 상기 함마에 의해 상기 시추봉연결부가 가격되면 상하로 진동하여 해저면을 시추하는 시추봉; 상기 시추봉의 하단부에 결합되며, 상기 시추봉이 해저면을 시추하는 과정에서 상기 해저면에 형성되는 시추공으로 삽입되어 토양시료를 채취하기 위한 샘플러; 상기 유압브레이커, 브레이커보호부재 및 완충스프링을 수용한 상태의 상기 브레이커연동부재 및 시추봉을 수용하며 상단부 및 하단부가 개구된 시추봉수용관, 상기 시추봉수용관의 상단부에 결합되어 상기 시추봉수용관의 상단부를 밀폐하는 덮개판, 상기 덮개판의 상면에 결합되고 시추선의 크레인과 연결되는 인양용 플레이트를 포함하고, 상기 크레인에 의해 수중으로 투입된 후 상기 시추봉수용관이 수중에서 수직하게 세워져서 상기 시추봉이 해저면을 시추하는 과정에서 상기 시추봉의 해저면에 수직한 상태가 유지되도록 가이드하는 시추봉수직유지가이드장치; 상기 시추봉수용관의 내부에서 상기 덮개판에 고정되어 상기 브레이커연동부재의 덮개부와 대향되게 배치되고, 상기 시추봉이 해저면을 시추하지 않을 때에는 전자력이 부여되어서 상기 덮개부가 부착된 상태로 상기 시추봉을 상기 시추봉수용관 내에 고정된 상태로 유지시키고, 상기 시추봉이 해저면을 시추하고자 하는 경우 상기 전자력이 해제되어 상기 시추봉을 해저면을 향해 낙하시키는 전자석; 및 상기 시추선 상에 배치되며, 상기 전자석에 전기적으로 연결되어 상기 전자석에 전원을 공급하는 자석전원공급기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

해저 토양시료 채취용 시추기{BOREHOLE SOIL SAMPLER}

본 발명은 시추기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수중으로 투입되어 해저의 토양시료를 채취하기 위한 시추기에 관한 것이다.

일반적으로 강이나 호수 또는 해저의 바닥면에는 연속되어 적층되는 퇴적층이 형성되며, 상기 퇴적층의 퇴적물을 검사하는 것은 그 시대의 생태계를 파악하여 지구의 역사와 환경을 유추할 수 있는 근거가 된다.

이와 같이, 퇴적층의 연구를 위해서는 연속적으로 나타나는 퇴적층의 퇴적물을 채취하는 것이 중요하며, 일반적으로 퇴적물 시추기를 이용하여 이러한 연속된 퇴적층 시료를 채취하게 된다.

상기 퇴적물 시추기는 진동을 이용한 시추기(Vibracorer), 자유낙하를 이용한 중력 시추기(Free-fall gravity corer), 피스톤 시추기(Piston corer), 상자형 시추기(Box corer) 등이 있다.

상기 진동 시추기는 호수, 습지, 갯벌 등 연안의 퇴적물 채취시 많이 이용되며, 퇴적물 입자에 따라 뚫고 들어가는 깊이는 일반적으로 5 m 정도이다.

상기 중력 시추기는 소정의 무게를 부가하는 웨이트를 설치하여 외부 동력을 사용하지 않고 상기 웨이트의 자중에 의해 퇴적물을 채취하도록 하나, 퇴적물이 채취된 후 인양 시에 상기 웨이트를 함께 끌어올려야 하므로 상기 인양작업에 큰 동력이 필요한 단점이 있다.

상기 피스톤 시추기는 해저면에서 긴 깊이의 퇴적층을 채취할 때 이용되는 형태로서 최대 38 m(프랑스 마리온 연구선) 깊이의 퇴적층 채취가 보고된 바 있다.

상기 상자형 시추기는 퇴적층의 상부가 교란되거나 제거되는 오차를 막기 위해 고안된 것으로써 약 50 cm의 깊이를 갖는 퇴적층을 채취할 수 있다.

그런데 종래 대부분의 시추기는 해저면을 시추하기 위해 시추선 상에서 시추봉을 회전시키면서 해저면을 향해 하강시키기 위한 종래의 대형의 스핀들 및 대형모터 등을 사용하며, 이에 따라 종래의 시추기는 고가의 장비에 속하게 되고, 시추 과정에서 다수 인원이 요구되는 문제가 있었다.

공개특허 제10-2015-0111201호

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 시추기의 제조 비용이 절감될 수 있을 뿐만 아니라, 해저면의 시추 과정이 용이하고, 해저면의 시추를 위한 장치가 소형화 및 간소화되므로 시추기의 제조 비용이 절감되며, 시추 작업을 위한 작업 인원도 감소될 수 있으므로 시추 작업을 위한 비용도 절감될 수 있도록 한 해저 토양시료 채취용 시추기를 제공하는데 있다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 해저 토양시료 채취용 시추기는 유압이 작용하는 본체 및 상기 유압에 의해 상하로 연속적인 피스톤 운동하는 함마를 포함하고, 상기 함마의 끝단부는 상기 본체의 하단부로 노출되어 있는 유압브레이커; 상기 유압브레이커의 일부분을 덮도록 상기 본체의 일부분에 결합되는 제1 브레이커보호커버 및 상기 유압브레이커의 나머지 부분을 덮도록 상기 본체와 결합되되 상기 제1 브레이커보호커버와 마주하여 상기 제1 브레이커보호커버와 결합되는 제2 브레이커보호커버를 포함하는 브레이커보호부재; 상기 유압브레이커 및 브레이커보호부재를 수용하는 수용관부, 상기 수용관부의 하단부에 연결되며 상기 함마 아래에 마주하며 상기 함마에 의해 가격되는 시추봉연결부, 상기 수용관부의 상단부에 연결된 플랜지부 및 상기 플랜지부에 결합되어 상기 수용관부의 개방된 상단부를 밀폐하는 덮개부를 포함하는 브레이커연동부재; 상기 수용관부의 내부에 수용되고, 상기 유압브레이커의 상단부 및 상기 덮개부 사이에 배치되며, 상기 함마의 피스통 운동시 수축 및 복원되어 상기 유압브레이커 및 덮개부 사이의 충돌을 방지하기 위한 완충스프링; 상기 시추봉연결부에 상단부가 연결되고, 수중에서 상기 함마에 의해 상기 시추봉연결부가 가격되면 상하로 진동하여 해저면을 시추하는 시추봉; 상기 시추봉의 하단부에 결합되며, 상기 시추봉이 해저면을 시추하는 과정에서 상기 해저면에 형성되는 시추공으로 삽입되어 토양시료를 채취하기 위한 샘플러; 상기 유압브레이커, 브레이커보호부재 및 완충스프링을 수용한 상태의 상기 브레이커연동부재 및 시추봉을 수용하며 상단부 및 하단부가 개구된 시추봉수용관, 상기 시추봉수용관의 상단부에 결합되어 상기 시추봉수용관의 상단부를 밀폐하는 덮개판, 상기 덮개판의 상면에 결합되고 시추선의 크레인과 연결되는 인양용 플레이트를 포함하고, 상기 크레인에 의해 수중으로 투입된 후 상기 시추봉수용관이 수중에서 수직하게 세워져서 상기 시추봉이 해저면을 시추하는 과정에서 상기 시추봉의 해저면에 수직한 상태가 유지되도록 가이드하는 시추봉수직유지가이드장치; 상기 시추봉수용관의 내부에서 상기 덮개판에 고정되어 상기 브레이커연동부재의 덮개부와 대향되게 배치되고, 상기 시추봉이 해저면을 시추하지 않을 때에는 전자력이 부여되어서 상기 덮개부가 부착된 상태로 상기 시추봉을 상기 시추봉수용관 내에 고정된 상태로 유지시키고, 상기 시추봉이 해저면을 시추하고자 하는 경우 상기 전자력이 해제되어 상기 시추봉을 해저면을 향해 낙하시키는 전자석; 및 상기 시추선 상에 배치되며, 상기 전자석에 전기적으로 연결되어 상기 전자석에 전원을 공급하는 자석전원공급기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예로, 상기 제1 브레이커보호커버는 상기 수용관부의 내면에 대향하는 일측에 돌출된 제1 지지돌기를 포함하고, 상기 제2 브레이커보호커버는 상기 수용관부의 내면에 대향하는 일측에 돌출된 제2 지지돌기를 포함하고, 상기 수용관부는 내면에 상기 제1 슬라이딩돌기 및 제2 슬라이딩돌기와 결합되는 제1 가이드레일부 및 제2 가이드레일부를 포함하고, 상기 유압브레이커 및 브레이커보호부재는 상기 함마가 상기 시추봉연결부를 가격하는 과정에서 상기 제1 지지돌기 및 제2 지지돌기와 상기 제1 가이드레일부 및 제2 가이드레일부가 서로에 대해 슬라이딩되면서 상기 시추봉의 시추 과정이 수행되도록 구성될 수 있다.

일 실시예로, 덮개판의 상면에는 제1 회전연결용 리브가 구비되고, 상기 인양용 플레이트의 일면에는 제2 회전연결용 리브가 구비되어, 상기 덮개판 및 인양용 플레이트는 서로에 대해 회전 가능하게 연결될 수 있다.

본 발명에 따른 해저 토양시료 채취용 시추기에 의하면, 크레인을 이용하여 시추기를 수중으로 투입한 후 유압의 공급 및 전자석으로의 전원 공급 및 차단의 작업을 제외하고는 시추선 상에서의 시추를 위한 작업이 필요 없이, 수중으로 투입된 시추기는 수중에서 유압브레이커의 작동만으로 해저면을 시추하게 되므로 해저면의 시추를 위한 과정이 매우 간소화 되며, 해저면을 시추하기 위해 시추선 상에서 시추봉을 회전시키면서 해저면을 향해 하강시키기 위한 종래의 대형의 스핀들 및 대형모터 등을 사용하지 않고서도 해저면의 시추가 가능해진다. 따라서, 시추기의 제조 비용이 절감될 수 있을 뿐만 아니라, 해저면의 시추 과정이 용이하고, 해저면의 시추를 위한 장치가 소형화 및 간소화되므로 시추기의 제조 비용이 절감되며, 시추 작업을 위한 작업 인원도 감소될 수 있으므로 시추 작업을 위한 비용도 절감될 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해저 토양시료 채취용 시추기를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 도 1의 외관 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 유압브레이커, 제1 브레이커보호커버 및 제2 브레이커보호커버의 결합구조를 나타낸 평면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 시추봉 및 샘플러를 확대 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 해저 토양시료 채취용 시추기가 크레인에 연결된 상태를 나타낸 측면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 해저 토양시료 채취용 시추기에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해저 토양시료 채취용 시추기를 설명하기 위한 단면도이고, 도 2는 도 1의 외관 사시도이고, 도 3은 도 1에 도시된 유압브레이커, 제1 브레이커보호커버 및 제2 브레이커보호커버의 결합구조를 나타낸 평면도이고, 도 4는 도 1에 도시된 시추봉 및 샘플러를 확대 도시한 단면도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 해저 토양시료 채취용 시추기는 유압브레이커(110), 브레이커보호부재(120), 브레이커연동부재(130), 완충스프링(140), 시추봉(160), 샘플러(170), 시추봉수직유지가이드장치(180), 전자석(190), 자석전원공급기(미도시)를 포함할 수 있다.

유압브레이커(110)는 상기 시추봉(160)을 항타하기 위한 수단이다. 유압브레이커(110)는 유압이 작용하는 본체(111) 및 상기 유압에 의해 상하로 연속적인 피스톤 운동하는 함마(112)를 포함한다. 상기 함마(112)의 끝단부는 상기 본체(111)의 하단부로 노출된다.

브레이커보호부재(120)는 상기 유압브레이커(110)를 커버한다. 브레이커보호부재(120)는 제1 브레이커보호커버(121) 및 제2 브레이커보호커버(122)를 포함할 수 있다.

제1 브레이커보호커버(121)는 상기 유압브레이커(110)의 일부분을 덮도록 상기 본체(111)의 일부분에 결합된다. 일 예로, 제1 브레이커보호커버(121)는 상기 본체(111)의 일부분을 수용하는 제1 수용공간(1211) 및 상기 제1 수용공간(1211)의 양측에 배치되는 제1 커버연결플랜지(1212)를 포함하며, 상기 제1 수용공간(1211) 내에 상기 본체(111)의 일부분이 수용되어, 상기 제1 브레이커보호커버(121)는 상기 본체(111)의 일측에 결합될 수 있다.

제2 브레이커보호커버(122)는 상기 유압브레이커(110)의 나머지 부분을 덮도록 상기 본체(111)에 결합된다. 일 예로, 제2 브레이커보호커버(122)는 상기 본체(111)의 일부분을 수용하는 제2 수용공간(1221) 및 상기 제2 수용공간(1221)의 양측에 배치되는 제2 커버연결플랜지(1222)를 포함하며, 상기 제2 수용공간(1221) 내에 상기 본체(111)의 나머지 부분이 수용되어, 상기 제2 브레이커보호커버(122)는 상기 본체(111)의 일측에 결합될 수 있다. 이때, 제2 브레이커보호커버(122)는 제1 브레이커보호커버(121)와 대향되게 배치되며, 상기 제2 커버연결플랜지(1222)는 상기 제1 커버연결플랜지(1212)에 면접하여 제1 커버연결플랜지(1212)에 볼트 및 너트를 통해 결합될 수 있다.

브레이커연동부재(130)는 유압브레이커(110)의 함마(112)의 피스톤 운동에 연동되며, 유압브레이커(110)를 수중에서 보호할 수 있다. 브레이커연동부재(130)는 수용관부(131), 시추봉연결부(132), 플랜지부(133) 및 덮개부(134)를 포함할 수 있다.

수용관부(131)는 유압브레이커(110) 및 브레이커보호부재(120)를 수용한다. 일 예로, 수용관부(131)는 중공의 원통 형상일 수 있다.

시추봉연결부(132)는 수용관부(131)의 하단부에 수용관부(131)와 일체로 연결되며, 상기 수용관부(131)에 수용되는 유압브레이커(110)의 함마(112) 아래에 마주하여, 상기 유압브레이커(110)가 작동되는 경우 상기 함마(112)에 의해 가격된다. 일 예로, 시추봉연결부(132)는 상기 수용관부(131)의 하단부에 연결된 플레이트부(1321), 상기 플레이트부(1321)의 함마(112)와 마주하는 면의 반대면에 방사상으로 배열된 다수의 연결리브(1322) 및 상기 다수의 연결리브(1322)의 하단부에 연결된 원판 형태의 시추봉고정판(1323)을 포함할 수 있다.

플랜지부(133)는 상기 수용관부(131)의 상단부 둘레를 따라 구비되며, 덮개부(134)는 상기 플랜지부(133)에 볼트 및 너트를 통해 결합되어 상기 수용관부(131)의 개방된 상부를 덮어서 밀폐한다. 플랜지부(133) 및 덮개부(134)의 사이는 실링 처리된다.

완충스프링(140)은 상기 함마(112)의 피스통 운동시 수축 및 복원되어 상기 유압브레이커(110) 및 덮개부(134) 사이의 충돌을 방지한다. 이를 위해, 상기 수용관부(131)의 내부에 수용되고, 상기 유압브레이커(110)의 상단부 및 상기 덮개부(134) 사이에 배치된다. 일 예로, 완충스프링(140)의 배치를 위해, 상기 덮개부(134)에는 상기 유압브레이커(110)의 상단부에 대향하는 상기 덮개부(134)의 안쪽면으로부터 돌출된 제1 스프링지지축(151)이 구비되고, 상기 브레이커보호부재(120)의 상기 제1 브레이커보호커버(121) 및 제2 브레이커보호커버(122)의 상단부에는 상기 제1 스프링지지축(151)과 대향하는 제2 스프링지지축(152)을 포함하는 스프링장착부재(150)가 구비될 수 있다. 이러한 경우, 상기 완충스프링(140)은 상단부가 상기 제1 스프링지지축(151)에 지지되고 하단부가 상기 제2 스프링지지축(152)에 지지될 수 있다.

시추봉(160)은 수중으로 투입되어 해저면에 박히면서 해저면에 시추공을 형성한다. 시추봉(160)은 시추봉연결부(132)에 상단부가 연결되고, 수중에서 상기 함마(112)에 의해 상기 시추봉연결부(132)가 가격되면 상하로 진동하여 해저면을 시추한다. 일 예로, 시추봉(160)은 중공의 원통형상일 수 있다.

상기 샘플러(170)는 시추봉(160)이 해저면을 시추하는 과정에서 해저면에 형성되는 시추공으로 삽입되어 토양시료를 채취한다. 상기 샘플러(170)는 시추봉(160)의 하단부에 결합되며, 내부공간을 갖는 원통 구조로 구비될 수 있다. 샘플러(170)의 내부공간으로 토양시료가 삽입된 후 토양시료가 샘플러(170) 내부공간에 수용된 상태로 유지되기 위해 샘플러(170)의 내부공간에는 샘플러(170)의 입구부를 개폐하는 밸브(171)가 구비될 수 있다. 일 예로, 상기 밸브(171)는 플레이트 형태로 구비될 수 있고, 상기 플레이트가 샘플러(170)의 내부공간의 일측에 힌지 연결되어 샘플러(170)의 내부공간을 향해서만 개방되도록 구성될 수 있다.

상기 시추봉수직유지가이드장치(180)는 수중으로 투입된 후 상기 시추봉수용관(181)이 수중에서 수직하게 세워져서 상기 시추봉(160)이 해저면을 시추하는 과정에서 상기 시추봉(160)의 해저면에 수직한 상태가 유지되도록 가이드한다. 이를 위해, 시추봉수직유지가이드장치(180)는 시추봉수용관(181), 덮개판(182), 인양용 플레이트(183)를 포함할 수 있다.

시추봉수용관(181)은 상기 유압브레이커(110), 브레이커보호부재(120) 및 완충스프링(140)을 수용한 상태의 상기 브레이커연동부재(130) 및 시추봉(160)을 수용한다. 일 예로, 시추봉수용관(181)은 중공의 원통 형상일 수 있고, 상단부 및 하단부는 개방될 수 있다. 시추봉수용관(181)의 개방된 상단부의 둘레에는 플랜지부(1811)가 구비될 수 있다.

또한 상기 시추봉수용관(181)은 일측에 시추봉수용관(181)의 길이방향을 따라 절개되어 개방된 개구부(1812)를 포함할 수 있다. 상기 개구부(1812)를 통해 상기 시추봉수용관(181)에 수용된 브레이커연동부재(130) 내의 유압브레이커(110)에 연결되는 유압호스(미도시)를 시추봉수용관(181)의 내측에서 유압브레이커(110)에 연결할 수 있다.

덮개판(182)은 상기 시추봉수용관(181)의 상단부에 결합되어 상기 시추봉수용관(181)의 상단부를 밀폐한다. 덮개판(182)은 상기 시추봉수용관(181)의 상단부에 구비되는 플랜지부(1811)에 볼트 및 너트를 통해 결합될 수 있다.

인양용 플레이트(183)는 시추봉수직유지가이드장치(180)가 시추선(20) 상에 구비된 크레인(10)과 연결되도록 한다. 상기 인양용 플레이트(183)는 덮개판(182)의 상면에 결합되고, 상기 시추선(20)의 크레인(10)과 연결된다.

여기서, 상기 덮개판(182) 및 인양용 플레이트(183)는 서로에 대해 회전 가능하게 연결될 수 있다. 이를 위해, 덮개판(182)의 상면에는 제1 회전연결용 리브(1821)가 구비되고, 상기 인양용 플레이트(183)의 일면에는 제2 회전연결용 리브(1831)가 구비될 수 있다. 상기 제2 회전연결용 리브(1831)는 상기 제1 회전연결용 리브(1821)에 회전축(184)을 통해 연결될 수 있다. 이러한 구조에 의해, 상기 시추봉수용관(181)이 수중으로 투입된 상태에서 해저면에 수직하지 않고 기울어지는 경우, 상기 인양용 플레이트(183)의 높이가 높아지도록 조절하면 상기 회전축(184)을 중심으로 상기 제1 회전연결용 리브(1821)가 회전하여서 기울어진 시추봉수용관(181)이 수직으로 세워질 수 있다.

전자석(190)은 상기 시추봉수용관(181)의 내부에서 상기 덮개판(182)에 고정되어 상기 브레이커연동부재(130)의 덮개부(134)와 대향되게 배치된다. 전자석(190)은 상기 시추봉(160)이 해저면을 시추하지 않을 때에는 전자력이 부여되어서 상기 덮개부(134)가 부착된 상태로 상기 시추봉(160)을 상기 시추봉수용관(181) 내에 고정된 상태로 유지시키고, 상기 시추봉(160)이 해저면을 시추하고자 하는 경우 상기 전자력이 해제되어 상기 시추봉(160)을 해저면을 향해 낙하시킨다.

자석전원공급기는 시추선(20) 상에 배치될 수 있고, 상기 전자석(190)에 전기적으로 연결되어 상기 전자석(190)에 전원을 공급한다.

한편, 상기 유압브레이커(110)는 상기 브레이커연동부재(130)의 수용관부(131) 내에서 안정적으로 동작하기 위해 상기 수용관부(131)의 축방향을 따라 함마(112)의 피스톤 운동에 따른 상하 이동이 가이드될 수 있다. 이를 위해, 상기 제1 브레이커보호커버(121)는 상기 수용관부(131)의 내면에 대향하는 일측에 돌출된 제1 지지돌기(1213)를 포함하고, 상기 제2 브레이커보호커버(122)는 상기 수용관부(131)의 내면에 대향하는 일측에 돌출된 제2 지지돌기(1223)를 포함하고, 상기 수용관부(131)는 내면에 상기 제1 지지돌기(1213) 및 제2 지지돌기(1223)와 결합되는 제1 가이드레일부(1311) 및 제2 가이드레일부(1312)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 유압브레이커(110) 및 브레이커보호부재(120)는 상기 함마(112)가 상기 시추봉연결부(132)를 가격하는 과정에서 상기 제1 지지돌기(1213) 및 제2 지지돌기(1223)와 상기 제1 가이드레일부(1311) 및 제2 가이드레일부(1312)가 서로에 대해 슬라이딩되면서 상기 시추봉(160)의 시추 과정이 수행되도록 구성될 수 있다.

이하에서는 이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 해저 토양시료 채취용 시추기를 이용하여 해저의 토양시료를 채취하는 과정을 도 5를 참조하여 설명하기로 한다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 해저 토양시료 채취용 시추기가 크레인에 연결된 상태를 나타낸 측면도이다.

먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 해저 토양시료 채취용 시추기(100)는 시추선(20)의 크레인(10)에 연결된다. 여기서, 상기 크레인(10)은 시추선(20)에 고정된 장착대(21)에 회전 가능하게 연결되고 끝단부에 제1 인양용 도르레(2)를 구비하는 붐대(1)와, 상기 붐대(1)를 하강 및 상승시키도록 상기 붐대(1)에 연결되는 붐대가동릴(3)과, 상기 시추기(100)의 인양용 플레이트(183)의 상면에 장착되는 제2 인양용 도르레(4)와, 상기 제1 인양용 도르레(2)를 경유하여 상기 제2 인양용 도르레(4)에 연결되는 시추기 인양릴(5)을 포함할 수 있다.

이러한 크레인(10)을 이용하여 시추기(100)는 수중으로 투입된다. 이때, 상기 붐대가동릴(3)을 통해 붐대(1)를 하강시키고, 시추기 인양릴(5)을 통해 시추기(100)를 하강시켜서 수중으로 투입한다.

시추기 인양릴(5)을 통해 시추기(100)가 수중으로 투입되어 시추봉수직유지가이드장치(180)의 시추봉수용관(181)의 하단부가 해저면까지 도달되면 작업자는 시추기 인양릴(5)을 감거나 풀면서 인양용 플레이트(183)의 높이를 조절하여 시추봉수용관(181)이 해저면에 수직하게 세워지도록 한다.

시추봉수용관(181)이 해저면에 수직하게 세워지면, 전자석(190)에 공급되고 있는 전원을 차단하여, 시추봉수용관(181) 내에서 전자석(190)에 부착되어 고정되어 있던 브레이커연동부재(130)가 전자석(190)으로부터 떨어지도록 하여 브레이커연동부재(130) 및 시추봉(160)을 해저면을 향해 낙하시킨다.

이러한 상태에서, 브레이커연동부재(130) 내에 수용되어 있는 유압브레이커(110)에 유압을 공급하여 유압브레이커(110)의 함마(112)가 상하로 피스톤 운동하도록 하며, 이에 의해 함마(112)는 브레이커연동부재(130)의 시추봉연결부(132)의 플레이트부(1321)를 반복적으로 가격하게 되고, 상기 플레이트부(1321)가 가격됨에 따라 브레이커연동부재(130)가 상하로 진동하게 된다. 이때, 유압브레이커(110)는 본체(111)에 각각 결합된 제1 브레이커보호커버(121)에 구비된 제1 지지돌기(1213) 및 제2 브레이커보호커버(122)에 구비된 제2 지지돌기(1223)가 브레이커연동부재(130)의 제1 가이드레일부(1311) 및 제2 가이드레일부(1312)를 따라 상하로 슬라이딩되면서 유압브레이커(110)가 상하로 진동하게 되며, 완충스프링(140)은 유압브레이커(110)가 브레이커연동부재(130)의 상단의 덮개부(134)에 충돌하는 것을 방지한다.

상기 브레이커연동부재(130)가 상하로 진동함에 따라 브레이커연동부재(130)에 연결된 시추봉(160)도 상하로 진동하면서 해저면을 점차 파고들게 되고, 이에 따라 해저면에 시추공이 형성되며, 이때 시추봉(160)의 하단부에 연결된 샘플러(170)는 상기 시추공의 내부로 삽입된다.

이와 같이 시추봉(160)이 해저면에 시추공을 형성하면서 실질적으로 상기 샘플러(170)가 해저면을 파고들면서 해저면의 토양이 샘플러(170)의 내부로 투입된다. 이때, 샘플러(170)의 내부공간에 구비된 밸브(171)는 토양이 강제 투입되는 것에 의해 힌지를 중심으로 회전하여 개방되게 된다.

이러한 과정으로 소정의 깊이, 예를 들면, 미리 선정된 깊이로 해저면을 시추하여 토양시료를 채취한 후 크레인(10)을 통해 시추기(100)가 인양되며, 인양된 시추기(100)의 샘플러(170)를 분리하여 채취된 토양시료를 분석하여 해저면의 토양 상태를 확인하게 된다. 예를 들어, 해저층에서의 생물, 어패류 등의 생육 가능 여부를 확인할 수 있다.

이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 해저 토양시료 채취용 시추기는 크레인(10)을 이용하여 시추기(100)를 수중으로 투입한 후 유압의 공급 및 전자석(190)으로의 전원 공급 및 차단의 작업을 제외하고는 시추선 상에서의 시추를 위한 작업이 필요 없이, 수중으로 투입된 시추기(100)는 수중에서 유압브레이커(110)의 작동만으로 해저면을 시추하게 되므로 해저면의 시추를 위한 과정이 매우 간소화 되며, 해저면을 시추하기 위해 시추선 상에서 시추봉을 회전시키면서 해저면을 향해 하강시키기 위한 종래의 대형의 스핀들 및 대형모터 등을 사용하지 않고서도 해저면의 시추가 가능해진다. 따라서, 시추기(100)의 제조 비용이 절감될 수 있을 뿐만 아니라, 해저면의 시추 과정이 용이할 뿐만 아니라, 해저면의 시추를 위한 장치가 소형화 및 간소화되므로 시추기(100)의 제조 비용이 절감되며, 시추 작업을 위한 작업 인원도 감소될 수 있으므로 시추 작업을 위한 비용도 절감될 수 있는 이점이 있다.

이상의 설명에서는 유압브레이커(110)에 의해 시추봉(160)이 해저면을 타격하여 토양시료를 시추하는 것으로 설명하였으나, 상기 유압브레이커(110)를 대신하여 유압실린더가 설치될 수 있고, 상기 유압실린더가 상기 시추봉(160)과 연결되어 상기 시추봉(160)을 해저면을 향해 밀면서 토양시료를 시추하도록 구성될 수도 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 해저 토양시료 채취용 시추기의 샘플러(170)의 표면에는 오염물질의 부착방지 및 제거를 효과적으로 달성할 수 있도록 오염 방지 도포용 조성물이 도포된 오염방지도포층이 형성될 수 있다. 상기 오염 방지 도포용 조성물은 수산화나트륨 및 알킬 베타인이 1:0.01 ~ 1:2 몰비로 포함되어 있고, 수산화나트륨 및 알킬 베타인의 총함량은 전체 수용액에 대해 1 ~ 10 중량%이다.

상기 수산화나트륨 및 알킬 베타인은 전제 조성물 수용액중 1 ~ 10 중량%가 바람직한 바, 1 중량% 미만이면 기재의 도포성이 저하되는 문제점이 있고, 10 중량%를 초과하면 도포막 두께의 증가로 인한 결정석출이 발생하기 쉽다.

상기 수산화나트륨 및 알킬 베타인은 전제 조성물 수용액중 1 ~ 10 중량%가 바람직한 바, 1 중량% 미만이면 기재의 도포성이 저하되는 문제점이 있고, 10 중량%를 초과하면 도포막 두께의 증가로 인한 결정석출이 발생하기 쉽다.

상기 오염 방지 도포용 조성물을 기재 상에 도포하는 방법으로는 스프레이법에 의해 도포하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 기재 상의 최종 도포막 두께는 500 ~ 2000Å이 바람직하며, 보다 바람직하게는 1000 ~ 2000 Å이다. 상기 도포막의 두께가 500 Å미만이면 고온 열처리의 경우에 열화되는 문제점이 있고, 2000 Å을 초과하면 도포 표면의 결정석출이 발생하기 쉬운 단점이 있다.

또한, 본 오염 방지 도포용 조성물은 수산화나트륨 0.1 몰 및 알킬 베타인 0.05 몰을 증류수 1000 ㎖에 첨가한 다음 교반하여 제조될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 해저 토양시료 채취용 시추기의 시추봉수용관(181)의 표면에는 표면의 부식현상을 방지시키기 위해 부식방지도포층이 도포될 수 있으며, 부식현상을 방지하기 위한 본 발명에 따른 금속재의 표면 도포재료는 벤조트리아졸 35중량%, 보론 5중량%, CMC(Carboxy Methyl Cellulose) 5중량%, 지르코늄 5중량%, 티타늄 5중량%, 산화알루미늄(Al₂O₃) 45중량%로 구성된다.

벤조트리아졸은 부식방지 및 변색방지 등의 목적으로 첨가되며, 보론은 탈산제 등의 역할을 한다.

CMC(Carboxy Methyl Cellulose)는 흡수성이 큰 백색 또는 미백색의 분말로서 물에 용이하게 녹아 점성을 나타내며, 피막을 형성하고 분산제 등의 역할을 한다.

지르코늄은 내마모성 및 내부식성 등을 높이는 역할을 하며, 티타늄은 내부식성이 있는 전이 금속원소로 뛰어난 방수성, 내식성 등을 갖도록 배합한다.

산화알루미늄은 내화도 및 화학적 안정성 등을 목적으로 첨가된다.

상기 구성 성분의 비율을 상기와 같이 수치한정한 이유는, 본 발명자가 수차례시험결과를 통해 분석한 결과, 상기 비율에서 최적의 부식방지 효과를 나타내었다.

제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.

110 : 유압브레이커 120 : 유압브레이커보호부재
130 : 브레이커연동부재 140 : 완충스프링
150 : 시추봉 170 : 샘플러
180 : 시추봉수직유지가이드장치 190 : 전자석

Claims (3)

1. 유압이 작용하는 본체(111) 및 상기 유압에 의해 상하로 연속적인 피스톤 운동하는 함마(112)를 포함하고, 상기 함마(112)의 끝단부는 상기 본체(111)의 하단부로 노출되어 있는 유압브레이커(110);
   상기 유압브레이커(110)의 일부분을 덮도록 상기 본체(111)의 일부분에 결합되는 제1 브레이커보호커버(121) 및 상기 유압브레이커(110)의 나머지 부분을 덮도록 상기 본체(111)와 결합되되 상기 제1 브레이커보호커버(121)와 마주하여 상기 제1 브레이커보호커버(121)와 결합되는 제2 브레이커보호커버(122)를 포함하는 브레이커보호부재(120);
   상기 유압브레이커(110) 및 브레이커보호부재(120)를 수용하는 수용관부(131), 상기 수용관부(131)의 하단부에 연결되며 상기 함마(112) 아래에 마주하며 상기 함마(112)에 의해 가격되는 시추봉연결부(132), 상기 수용관부(131)의 상단부에 연결된 플랜지부(133) 및 상기 플랜지부(133)에 결합되어 상기 수용관부(131)의 개방된 상단부를 밀폐하는 덮개부(134)를 포함하는 브레이커연동부재(130);
   상기 수용관부(131)의 내부에 수용되고, 상기 유압브레이커(110)의 상단부 및 상기 덮개부(134) 사이에 배치되며, 상기 함마(112)의 피스통 운동시 수축 및 복원되어 상기 유압브레이커(110) 및 덮개부(134) 사이의 충돌을 방지하기 위한 완충스프링(140);
   상기 시추봉연결부(132)에 상단부가 연결되고, 수중에서 상기 함마(112)에 의해 상기 시추봉연결부(132)가 가격되면 상하로 진동하여 해저면을 시추하는 시추봉(160);
   상기 시추봉(160)의 하단부에 결합되며, 상기 시추봉(160)이 해저면을 시추하는 과정에서 상기 해저면에 형성되는 시추공으로 삽입되어 토양시료를 채취하기 위한 샘플러(170);
   상기 유압브레이커(110), 브레이커보호부재(120) 및 완충스프링(140)을 수용한 상태의 상기 브레이커연동부재(130) 및 시추봉(160)을 수용하며 상단부 및 하단부가 개구된 시추봉수용관(181), 상기 시추봉수용관(181)의 상단부에 결합되어 상기 시추봉수용관(181)의 상단부를 밀폐하는 덮개판(182), 상기 덮개판(182)의 상면에 결합되고 시추선의 크레인(10)과 연결되는 인양용 플레이트(183)를 포함하고, 상기 크레인(10)에 의해 수중으로 투입된 후 상기 시추봉수용관(181)이 수중에서 수직하게 세워져서 상기 시추봉(160)이 해저면을 시추하는 과정에서 상기 시추봉(160)의 해저면에 수직한 상태가 유지되도록 가이드하는 시추봉수직유지가이드장치(180);
   상기 시추봉수용관(181)의 내부에서 상기 덮개판(182)에 고정되어 상기 브레이커연동부재(130)의 덮개부(134)와 대향되게 배치되고, 상기 시추봉(160)이 해저면을 시추하지 않을 때에는 전자력이 부여되어서 상기 덮개부(134)가 부착된 상태로 상기 시추봉(160)을 상기 시추봉수용관(181) 내에 고정된 상태로 유지시키고, 상기 시추봉(160)이 해저면을 시추하고자 하는 경우 상기 전자력이 해제되어 상기 시추봉(160)을 해저면을 향해 낙하시키는 전자석(190); 및
   상기 시추선 상에 배치되며, 상기 전자석(190)에 전기적으로 연결되어 상기 전자석(190)에 전원을 공급하는 자석전원공급기를 포함하는 것을 특징으로 하는,
   해저 토양시료 채취용 시추기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 브레이커보호커버(121)는 상기 수용관부(131)의 내면에 대향하는 일측에 돌출된 제1 지지돌기(1213)를 포함하고,
   상기 제2 브레이커보호커버(122)는 상기 수용관부(131)의 내면에 대향하는 일측에 돌출된 제2 지지돌기(1223)를 포함하고,
   상기 수용관부(131)는 내면에 상기 제1 지지돌기(1213) 및 제2 지지돌기(1223)와 결합되는 제1 가이드레일부(1311) 및 제2 가이드레일부(1312)를 포함하고,
   상기 유압브레이커(110) 및 브레이커보호부재(120)는 상기 함마(112)가 상기 시추봉연결부(132)를 가격하는 과정에서 상기 제1 지지돌기(1213) 및 제2 지지돌기(1223)와 상기 제1 가이드레일부(1311) 및 제2 가이드레일부(1312)가 서로에 대해 슬라이딩되면서 상기 시추봉(160)의 시추 과정이 수행되도록 구성된 것을 특징으로 하는,
   해저 토양시료 채취용 시추기.
3. 제1항에 있어서,
   덮개판(182)의 상면에는 제1 회전연결용 리브(1821)가 구비되고, 상기 인양용 플레이트(183)의 일면에는 제2 회전연결용 리브(1831)가 구비되어, 상기 덮개판(182) 및 인양용 플레이트(183)는 서로에 대해 회전 가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는,
   해저 토양시료 채취용 시추기.

Images