KR102624320B1

KR102624320B1 - 자연수소 탐침장치

Info

Publication number: KR102624320B1
Application number: KR1020230040167A
Authority: KR
Inventors: 서정규; 김용헌; 김지혁; 이량규
Original assignee: 한국석유공사
Priority date: 2023-03-28
Filing date: 2023-03-28
Publication date: 2024-01-12

Abstract

본 발명은 자연수소 탐침장치에 관한 것이다.
본 개시의 일 실시예에 의하면, 자연수소 탐침장치는 수소유입관을 포함하여 지하에 관입되는 관형의 하우징; 및 상기 하우징 내에 배치되는 원추형의 비트를 가지는 굴착로드;를 포함한다.

Description

자연수소 탐침장치{Natural Hydrogen Probe Device}

본 발명은 자연수소 탐침장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 토양에 삽입되어 토양의 수소가스를 탐사 및 측정하는 자연수소 탐침장치에 관한 것이다.

이상기후의 발생 및 4차산업 혁명의 도래에 따라 친환경 에너지원에 대한 관심도가 증가하였다. 이러한 배경에서 자연에서 발생하는 수소의 형성과정에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있으나 탐지하는 방법이나 절차는 명확하게 규정되지 않은 실정이다. 수소가스를 탐지한 해외 논문 등의 사례에서 보면 토양 내 약 100cm의 공을 굴착 후 튜브를 삽입해 측정하는 방법이 보편적으로 사용되고 있으나, 토양의 성질, 공의 무너짐 등에 의해 측정 깊이가 일정하지 않으며, 빠르게 확산되는 수소 가스의 특성상 튜브와 유입공 사이의 공간으로 누출되거나 대기와 혼합되기가 쉬워 수소가스 감지량의 신뢰도가 낮아 상대적인 비교도 불가능한 실정이다.

자연수소는 유기기원의 탄화수소(석유, 가스)와 다르게 형성하는 데 걸리는 시간(Cooking time)이 매우 짧고, 동일한 위치에서도 시간, 날씨 등 여러 조건에 따라 누출량이 민감하게 변하는 것으로 알려져 정확한 해석을 위해선 특정 조건 아래의 장기간 관측이 필요하다.

이러한 장기간 모니터링 기술은 토양내 수소 유입을 유추하여 해당지역의 자연수소 생성률과 유망성을 평가하는 매우 중요한 지표로 활용될 수 있지만, 수소의 유동경로에 물이 유입되는 경우 수소가스의 측정이 불가능해지거나 측정결과를 신뢰할 수 없게 되며, 수소센서의 고장을 초래할 수 있는 바 날씨, 퇴적환경(습지, 지하수면 등)의 민감한 영향을 받는다는 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 자연에서 발생하는 수소가스를 토양에서 안정적으로 측정할 수 있는 자연수소 탐침장치를 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 자연수소의 취출시 하우징 및 수소센서에 물이 유입되는 것을 방지하는 기구를 구비한 자연수소 탐침장치를 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 수소가스의 측정 시 하우징에 토양이 유입되는 것을 방지하는 자연수소 탐침장치를 제공하기 위한 것이다.

이로써, 본 발명은 장시간동안 안정적으로 자연수소의 계측데이터를 획득할 수 있는 자연수소 탐침장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 자연수소 탐침장치는 수소유입관을 포함하여 토양에 관입되는 관형의 하우징, 및 하우징 내에 배치되는 원추형의 비트를 가지는 굴착로드를 포함한다.

본 발명의 자연수소 탐침장치는 토양에서 발생하는 수소가스를 안정적으로 측정할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 자연수소의 취출시 하우징 및 수소센서에 물이 유입되는 것을 방지하는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 자연수소 탐침장치는 하우징에 토양이 유입되는 것을 방지하는 효과가 있다.

이로써, 본 발명의 자연수소 탐침장치는 장시간동안 안정적으로 자연수소의 계측데이터를 획득할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자연수소 탐침장치의 하우징에 제1커버 및 굴착로드가 장착된 모습을 나타낸 정면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자연수소 탐침장치의 하우징에 제1커버 및 굴착로드가 장착된 상태를 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 굴착로드를 위에서 바라본 모습을 나타낸 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자연수소 탐침장치의 하우징에 제2커버 및 배수로드가 장착된 상태를 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제어장치에 대하여 설명하기 위한 개략도이다.
도 6은 본 발명의 필터부를 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제1와셔, 제2와셔 및 제1관의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 와셔와 차단구의 작동원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 사용예를 나타낸 도면이다.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 어느 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 아래에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.

공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓일 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.

본 명세서에서 제1, 제2, 제3 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이러한 구성 요소들은 용어들에 의해 한정되는 것은 아니다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소들로부터 구별하는 목적으로 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 벗어나지 않고, 제1구성 요소가 제2 또는 제3 구성 요소 등으로 명명될 수 있으며, 유사하게 제2 또는 제3 구성 요소도 교호적으로 명명될 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 자연수소 탐침장치에 대하여 설명한다.

도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자연수소 탐침장치는 하우징(110), 굴착로드(130), 배수로드(140), 커버(121,122), 펌프(160), 제어장치(190), 수소센서(180) 및 필터부(170)의 전부 또는 일부를 포함한다.

<하우징>

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자연수소 탐침장치의 하우징에 제1커버 및 굴착로드가 장착된 모습을 나타낸 정면도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자연수소 탐침장치의 하우징에 제1커버 및 굴착로드가 장착된 상태를 나타낸 단면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 하우징(110)은 개방된 양단을 가지고 굴착로드(130) 또는 배수로드(140)가 선택적으로 내부에 장착되도록 구성된다. 작업자는 굴착로드(130)를 하우징(110)에 장착한 상태에서 하우징(110)을 토양에 삽입하고, 굴착로드(130)를 하우징(110)으로부터 분리한 후 배수로드(140)를 하우징(110)에 장착시킨 상태에서 하우징(110)을 통하여 수소가스를 취출할 수 있다.

하우징(110)은 개방단을 가지는 원통관 형태를 가질 수 있으나 하우징(110)의 형태가 이에 제한되는 것은 아니다. 하우징(110)은 예컨대 다각기둥관 형태를 가질 수도 있다. 하우징(110)이 토양에 삽입된 상태에서 토양에 존재하던 수소가스가 하우징(110)의 개방된 하단을 통하여 하우징(110) 내부로 유입될 수 있다.

하우징(110)의 하단부(113a)는 하측으로 갈수록 외경이 작아지도록 경사지게 형성될 수 있다. 하우징(110)을 토양에 삽입할 때에 하우징(110)에 가해지는 부하를 줄이기 위함이다.

하우징(110)은 내주면에 제1나사산이 형성된 제1결합부(113), 제1결합부(113)의 상부에 배치되는 수소유입관(111) 및 수소유입관(111)의 상부에 배치되고 내주면에 제2나사산이 형성된 제2결합부(115)를 가질 수 있다.

하우징(110)은 반경방향으로 관통된 수소유입공(112)을 적어도 하나 포함할 수 있다. 수소유입공(112)은 토양 깊은 곳의 수소가 유입될 수 있도록 하우징(110)의 하부에 천공될 수 있으며, 하우징(110)의 길이방향 및/또는 반경방향으로 상호 이격되게 복수개의 수소유입공(112)이 천공될 수 있다. 각각의 수소유입공(112)에는 토양이 의도치 않게 하우징(110)의 내부로 유입되지 않도록 하는 그물망이 마련될 수 있다.

하우징(110)은 반경 외측으로 돌출된 플랜지부(114)를 포함할 수 있다. 플랜지부(114)는 하우징(110)의 상단부가 토양에 완전히 삽입되는 것을 방지하며, 작업자는 수소가스의 측정 종료 시 플랜지부(114)의 밑면을 들어올림으로써 하우징(110)을 손쉽게 토양으로부터 분리할 수 있다. 플랜지부(114)에는 하우징(110)의 내부와 연결되는 연결관(114a)이 반경 외측으로 관통형성된다. 연결관(114a)은 수소센서(180)에 유체연통되며, 하우징(110)이 토양에 삽입된 상태에서 하우징(110)의 개방된 하단 및/또는 수소유입공(112)을 통하여 토양으로부터 하우징(110)의 내부에 유입된 수소가스는, 수소유입관(111) 및 연결관(114a)을 순차적으로 통과하여 수소센서(180)에 도달할 수 있다.

하우징(110)은 연결관(114a)에 결합되어 플랜지부(114)의 외부에 노출되는 제1전달관(150)을 더 포함할 수 있다. 제1전달관(150)은 플랜지부(114)와 상이한 소재로 이루어진 것일 수 있으나 제1전달관(150)의 소재는 특별히 제한되지 않는다. 제1전달관(150)은 연결관(114a)의 수소센서(180) 측 단부에 결합될 수 있으나, 이에 제한되지 않으며, 예를 들어 제1전달관(150)의 일측 단부가 연결관(114a)의 내부에 삽입결합될 수도 있다. 제1전달관(150)의 타측 단부에는 결합부재(173)가 결합될 수 있다. 그러나 본 발명의 자연수소 탐침장치는 이에 제한되지 않고 제1전달관(150)을 별도로 구비하지 않고 연결관(114a)에 결합부재(173)의 일단이 직접 결합되고, 결합부재(173)의 타단에 아래에서 설명할 필터부(170)가 결합된 구조일 수도 있다.

하우징(110)의 외주면에는 길이 눈금선(111a)이 표시될 수 있다. 하우징(110)을 토양에 삽입했을 때 작업자는 길이 눈금선(111a)과 지면의 위치를 대조함으로써 측정 심도를 판단할 수 있다.

하우징(110)의 내주면 및/또는 연결관(114a)의 내주면의 적어도 일부분은 알루미늄 및 납 중 적어도 하나를 포함하는 합금 또는 금속으로 이루어진 코팅층(116)이 형성될 수 있다. 수소가 의도한 경로를 따르지 않고 하우징(110)의 외부로 누출되거나 하우징(110)이 부식되는 것을 코팅층(116)이 방지한다.

하우징(110)의 상부의 외주면에는 외측나사산이 형성될 수 있는데, 구체적으로 플랜지부(114)의 상부에 외측나사산이 형성될 수 있다. 이후 설명할 커버(121,122)가 외측나사산을 통하여 하우징(110)에 나사결합될 수 있다.

상기한 경사부, 제1결합부(113), 수소유입관(111), 제2결합부(115) 및 플랜지부(114)는 일체로 형성될 수 있으며 이러한 경우 예를 들어 주조공정을 통하여 경사부 등이 일체로 형성된 주조물을 제작하고, 주조물에 연결관(114a)을 천공하는 가공공정을 거침으로써 하우징(110)을 쉽게 제작할 수 있다.

하우징(110)의 소재는 토양에 삽입되는 과정에서 변형되지 않을 정도의 강성을 가지면서도 부식에 강하여 수소 취성에 대한 저항이 높은 스테인레스 스틸, 그 중에서도 SUS 304 스테인레스 스틸일 수 있다.

<굴착로드>

도 3은 본 발명의 굴착로드를 위에서 바라본 모습을 나타낸 평면도이다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 굴착로드(130)는 원추형의 비트(132b), 비트결합부(132a), 지지로드(131) 및 상부헤드(133)의 전부 또는 일부를 가진다. 굴착로드(130)는 하우징(110)에 장착된 상태에서 비트(132b)의 적어도 일부분이 하우징(110)의 하방에 놓이도록 구성될 수 있다. 즉, 굴착로드(130)가 하우징(110)에 장착된 상태에서 비트(132b)의 적어도 일부분은 하우징(110)의 개방된 하단을 하방으로 관통하여 하우징(110)의 외부에 놓일 수 있다. 비트(132b)는 토양과 접촉하며 토양을 가르거나 파쇄함으로써 하우징(110)의 삽입을 용이하게 한다.

비트(132b)의 최대외경 즉, 하방으로 갈수록 외경이 작아지는 원추형 비트(132b)의 상단 외경은, 수소유입관(111)의 내경보다 작을 수 있다. 그렇지 않을 경우 굴착로드(130)를 하우징(110)에서 빼내는 과정에서 비트(132b)의 하부에 음압이 형성되어 하우징(110)의 내부에 토양이 유입될 수 있으므로 비트(132b)와 수소유입관(111) 사이에 공간을 마련하여 음압이 형성되는 것을 방지하기 위함이다.

비트결합부(132a)는 비트(132b)의 상부에 배치된다. 도시된 실시예에서 비트결합부(132a)는 비트(132b)의 상부에 비트(132b)와 일체로 형성되며 외주면에 하우징(110)의 제1나사산에 형합되는 제1나사홈이 형성되고 원통형상을 가진다. 그러나 비트결합부(132a)의 형상은 하우징(110)의 내주형상에 대응되는 형상을 가지는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 굴착로드(130)의 비트결합부(132a)를 하우징(110)의 제1결합부(113)에 나사결합시킴으로써 굴착로드(130)를 하우징(110)에 고정시킬 수 있다.

상부헤드(133)는 외주면이 하우징(110)의 내주면과 접하도록 형성되어 하우징(110)의 개방된 상단을 폐쇄한다. 일 실시예에서 상부헤드(133)는 하우징(110)의 내주형상에 대응되게 원통형상을 가지며 상부헤드(133)의 외주면에는 하우징(110)의 제2나사산에 형합되는 제2나사홈이 형성된다. 굴착로드(130)의 상부헤드(133)를 하우징(110)의 제2결합부(115)에 나사결합시킴으로써 굴착로드(130)를 하우징(110)에 고정시킬 수 있다. 본 발명의 굴착로드(130)는 비트결합부(132a) 및 상부헤드(133)가 모두 하우징(110)에 나사결합되므로 하우징(110)에 견고하게 고정될 수 있다.

지지로드(131)는 비트(132b)와 상부헤드(133)를 연결하며, 비트(132b)의 길이는 굴착로드(130)가 하우징(110)에 장착된 상태에서 비트(132b)의 적어도 일부분이 하우징(110)의 외측으로 관통될 수 있도록 하는 길이일 수 있다.

상부헤드(133)는 적어도 일부분은 상측으로 돌출된 핸들(133a)을 포함할 수 있다. 도 3을 참조하면, 핸들(133a)은 십자형태를 가질 수 있으며 작업자는 핸들(133a)에 회전력을 가함으로써 굴착로드(130)를 하우징(110)에 나사결합/결합해제시킬 수 있다. 아울러 핸들(133a)에는 하측으로 함입된 드라이버홈(133b)이 형성될 수 있다. 일 실시예에서 드라이버홈(133b)은 십자형태의 핸들(133a)의 중심부에 형성된다. 작업자는 드라이버홈(133b)에 드라이버를 장착시킴으로써 드라이버를 이용하여 신속하게 굴착로드(130)를 하우징(110)에 나사결합/결합해제시킬 수 있다.

굴착로드(130)의 소재는 토양에 삽입되는 과정에서 변형되지 않을 정도의 강성을 가지면서도 부식에 강하여 수소 취성에 대한 저항이 높은 스테인레스 스틸, 그 중에서도 SUS 304 스테인레스 스틸일 수 있다.

<배수로드>

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자연수소 탐침장치의 하우징에 제2커버 및 배수로드가 장착된 상태를 나타낸 단면도이다. 도 5는 본 발명의 제어장치에 대하여 설명하기 위한 개략도이다. 도 4 및 도 5를 참조하면, 배수로드(140)는 수위센서(142), 배수관(141)을 가지며 토양에 삽입된 하우징(110)의 내부에 장착되어, 수소가 하우징(110)을 통하여 취출되는 동안 하우징(110)의 내부에 유입되는 물을 배수할 수 있다.

수위센서(142)는 복수의 전극을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 수위센서(142)는 제1전극(142a) 및 하단이 제1전극(142a)의 하단보다 하측에 배치되는 제2전극(142b)을 포함한다. 여기서 제1전극(142a)은 제2전극(142b)보다 연결관(114a)에 근접하게 배치될 수 있는데 이는 수소센서(180) 측의 샘플링펌프(미도시)에 연통된 연결관(114a)에 근접한 위치에서 샘플링펌프의 흡입압력에 의하여 물의 유동이 더욱 복잡하고 강하게 나타날 수 있기 때문이다. 그러나, 수위센서(142)의 구조는 이에 제한되지 않으며 하우징(110) 내부에 삽입되어 하우징(110) 내부의 수위에 대한 데이터를 획득할 수 있는 것이면 족하다. 또한, 도면에는 두 개의 전극(142a,142b)만이 도시되어 있으나 전극의 수는 이에 제한되지 않고 복수개면 족하다.

일 실시예에서 배수로드(140)는 외주면에 하우징(110)의 제1나사산에 형합되는 제3나사홈이 형성된 원통형의 하부결합부(145), 및 외주면에 하우징(110)의 제2나사산에 형합되는 제4나사홈이 형성되고 수위센서(142) 및 유입관이 관통되는 상부결합부(143)를 포함한다. 하부결합부(145) 및 상부결합부(143)를 하우징(110)에 나사결합시킴으로써 배수로드(140)를 하우징(110)의 내부에 고정시킬 수 있다. 여기서 하부결합부(145)는 하우징(110)의 개방된 하단을 폐쇄하여 하우징(110)의 개방된 하단을 통하여 토양이 유입되는 것을 방지한다. 하부결합부(145)는 필터를 포함하여 토양이 유입되는 것을 방지할 수 있다. 필터는 다공성 필터로서 예를 들어 구리소결필터일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 유체는 필터를 통하여 하우징 내부로 유입될 수 있으나, 토양 등의 입자는 필터에 의하여 걸러진다. 배수관(141)은 상부결합부(143)의 반경중심부를 관통하여 상부결합부(143)에 결합될 수 있으며, 제2전극(142b)의 적어도 일부 및 제1전극(142a)의 적어도 일부는 배수관(141)의 외주면에 결합배치될 수 있다.

배수관(141)의 하단이 필터의 하단보다 높이방향으로 위에 배치될 수 있다. 이러한 배치 및 치수사양에 의하여 하우징(110) 내부의 물을 양수할 때에 배수관(141)의 내부로 토양이 유입되는 것이 방지된다. 배수관(141)의 하단은 필터의 길이방향 중심부에 위치한다.

<커버>

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 탐침장치의 외부하우징(110)에 제1커버(121) 및 굴착로드(130)가 장착된 상태를 나타낸 단면도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 탐침장치의 외부하우징(110)에 제2커버(122) 및 배수로드(140)가 장착된 상태를 나타낸 단면도이다. 도 2 및 도 4를 참조하면, 커버(121,122)는 하부가 개방되고 내주면에 하우징(110)의 외측나사산에 형합되는 나사홈이 형성된 원통형의 몸체를 가진다. 즉, 커버(121,122)는 원형의 덮개(121a,122a) 및 덮개(121a,122a)의 모서리로부터 하방으로 돌출되어 하우징(110)의 외주면과 마주하는 옆면(121b,122b)을 가질 수 있다.

도 2를 참조하면, 커버(121)는 몸체의 반경중심으로부터 상측으로 돌출된 드릴팁(121d)을 더 포함할 수 있다. 드릴팁(121d)은 반경 내측으로 함입되는 걸림부(121e)를 포함할 수 있다. 드릴팁(121d)은 해머링 드릴의 가압력이 인가되는 부분으로서, 작업자는 굴착로드(130) 및 커버(121)를 하우징(110)에 장착시킨 상태에서 커버(121)의 드릴팁(121d)에 해머링 드릴의 힘을 인가함으로써 손쉽게 하우징(110)을 토양에 삽입할 수 있다. 해머링 드릴의 힘은 커버(121), 하우징(110) 및 지지로드(131) 등을 통하여 비트(132b)로 전달되어 비트(132b)가 토양을 가르거나 파쇄하며 지하로 전진할 수 있도록 한다.

도 4와 같이 드릴팁(121d)이 없는 커버(122)의 경우 작업자는 정확하게 드릴팁(121d)을 두드릴 필요가 없으므로 망치를 이용하여 커버(122)를 두드려 하우징(110)을 삽입하는 것이 유리하다.

커버(121,122)의 일부분은(예컨대 원형 덮개의 하우징 측 면)은 알루미늄 및 납 중 적어도 하나를 포함하는 합금 또는 금속으로 이루어진 코팅층이 형성될 수 있다(121c,122c). 수소가 의도한 경로를 따르지 않고 하우징(110)의 외부로 누출되거나 커버(121,122)가 부식되는 것을 코팅층(121c,122c)이 방지한다.

<펌프 및 제어장치>

도 5는 본 발명의 제어장치에 대하여 설명하기 위한 개략도이다. 도 5를 참조하면, 펌프(160)는 배수관(141)에 유체연통되며, 제어장치(190)는 수위센서(142)가 획득한 수위데이터를 기초로 펌프(160)를 제어하도록 구성된다. 여기서 수위데이터란, 수위센서(142)가 생성한 전기신호일 수 있다.

일 실시예에서, 수위센서(142)는 제1전극(142a)과 제2전극(142b)에 전압을 인가하는 전원(미도시), 제1전극(142a)에 설치되어 제1전극(142a)에 흐르는 전류를 감지하는 제1전류계(미도시), 제2전극(142b)에 설치되어 제2전극의 전류를 감지하는 제2전류계(미도시)를 포함하고, 제어장치(190)는 제1전류계가 획득한 제1전극(142a)의 전류값 및 제2전류계가 획득한 제2전극(142b)의 전류값을 기초로 펌프(160)를 제어하도록 구성될 수 있다. 여기서 제1전류계가 획득한 제1전극(142a)의 전류값 및 제2전류계가 획득한 제2전극(142b)의 전류값은 위에서 말한 수위데이터로 이해될 수 있을 것이다. 어느 전극에 물이 접하는 경우 해당 전극을 통하여 전류가 토양으로 흘려보내지므로, 다시 말해 하우징(110)에 물이 차올라 물이 어느 전극에 접하는 경우 해당 전극에는 전류가 흐르게 되므로, 이러한 제어방식에 의하여 하우징 내부의 수위에 대응하여 펌프(160)를 제어할 수 있다.

제1 실시예에서, 제어장치(190)는 제2전극(142b)에 전류가 흐르지 않는 경우 펌프(160)를 정지(off)시키고, 제2전극(142b)에 전류가 흐르는 경우 펌프(160)를 구동(on)시킬 수 있다. 이로써 하우징(110) 내부의 수위가 제2전극(142b)의 하단보다 낮을 경우 펌프(160)가 정지하므로 불필요하게 전력이 낭비되지 않는다.

또한, 제어장치(190)는 제1전극(142a) 및 제2전극(142b) 모두에 전류가 흐르는 경우에 제2전극(142b)에만 전류가 흐를 때보다도 펌프의 출력을 높이도록 구성될 수 있다. 제1전극(142a)의 하단까지 물이 차올라 제1전극(142a)에 전류가 흐르는 경우 양수속도를 높이기 위함이다.

여기서 제2전극(142b)의 하단은 배수관(141)의 하단보다 높이방향으로 위에 배치되거나 동일한 높이에 배치될 수 있다. 이러한 배치 및/또는 치수사양과 상기한 제어방식에 따르면 배수관이 물에 잠겨 있지 않으면 펌프(160)가 구동되지 않으므로 배수관(141)이 물에 잠겨 있지 않을 때에 펌프(160)가 작동하여 의도치 않게 수소가스가 배수관(141)을 통하여 유출되는 것을 방지할 수 있다.

제2 실시예에서, 제어장치(190)는 제1전류계에 전류가 흐르는 것에 대응하여 펌프를 구동(on)시키도록 구성될 수 있다. 즉, 제어장치(190)는 하우징(110) 내부의 수위가 제1전극(142a)의 하단에 차오르는 것에 대응하여 펌프(160)의 구동을 개시시킬 수 있다.

또한, 제어장치(190)는 제2전류계에 전류가 흐르지 않는 것에 대응하여 펌프를 정지(off)시키도록 구성될 수 있다. 즉, 제어장치(190)는 하우징(110) 내부의 수위가 제2전극(142b)의 하단보다 낮아지는 것에 대응하여 펌프(160)의 구동을 종료시킬 수 있다. 이러한 제어장치(190)는, 하우징(110) 내부의 수위가 제1전류계의 하단에 근접한 높이에서 계속해서 변화할 때 펌프(160)의 구동상태(on/off 상태)가 빈번하게 변화하는 것을 방지하며 이에 따라 펌프(160)의 고장을 방지할 수 있다.

또한, 자연수소 탐침장치는 하우징(110) 내부의 수위가 기 설정된 수위를 넘어섰음을 표시하는 알림음 또는 이미지를 표시하는 알림부(미도시)를 추가로 구비하고, 제어장치(190)는 수위센서(142)로부터 수신한 정보에 기초하여 알림부를 제어하도록 구성될 수도 있다.

도시된 것과 달리 자연수소 탐침장치에 상호 다른 길이를 가지는 전극이 세 개 이상 마련되고, 제어장치(190)가 각각의 전극에 흐르는 전류에 대한 정보를 수신하고 이를 기초로 펌프(160)의 출력단계를 더욱 세분화하여 제어하도록 구성될 수도 있다. 제어장치(190)는 데이터를 송수신하기 위한 송수신부, 수위센서의 수위데이터에 기초하여 펌프를 제어하도록 구성된 프로세서, 사용자로부터 입력된 입력신호를 수신하거나 프로세서가 생성한 정보를 사용자에게 표시하기 위한 입출력 인터페이스를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 구비되는 수소센서는 통상의 초음파식 수소센서 혹은 전파식 수소센서일 수도 있으며, 제어장치는 측정된 수위에 대응되게 펌프의 출력을 제어할 수도 있다. 예컨대 제어장치는 펌프의 출력이 측정된 수위에 비례하도록 펌프의 출력을 제어할 수 있다.

<수소센서 및 필터부>

수소센서(180)는 연결관(114a)과 유체연통되며, 구체적으로 수소센서(180)와 연결관(114a)의 사이에서 양측에 연결되는 필터부(170)를 통하여 연결관(114a)에 유체연통될 수 있다. 수소센서(180)에 별도의 동력원 없이도 가벼운 수소가스가 유입되도록 수소센서(180)가 하우징보다 높이방향으로 상측에 배치될 수 있다. 그러나 이에 제한되지 않고, 자연수소 탐침장치는 연결관(114a)과 수소센서(180)의 사이에 배치되어 수소센서(180)측으로 수소를 강제이송시키기 위한 샘플링펌프(미도시)를 추가로 구비할 수도 있다.

도 6은 본 발명의 필터부를 나타낸 단면도이다. 도 6을 참조하면, 필터부(170)는 연결관(114a)으로부터 상측으로 분기되고 수소센서(180)에 연결되는 제1관(171b) 및 연결관(114a)으로부터 하측으로 분기되는 제2관(171c)을 포함할 수 있다. 도시된 실시예와 같이, 결합부재(173)에 의하여 일단이 제1전달관(150)에 결합되고 타단이 제1관(171b) 및 제2관(171c)으로 분기되는 제2전달관(171a)을 더 포함할 수도 있다. 하우징(110) 내부에 유입된 물은 1차적으로 펌프(160)에 의하여 배수관(141)을 통하여 외부로 배출되지만, 펌프(160)가 고장나거나 물의 유입량이 많은 경우 물이 연결관(114a)을 통해 수소센서(180) 측으로 유입됨으로써 수소센서(180)의 고장이 초래될 수 있다. 본 발명의 제1관(171b) 및 제2관(171c) 구조에 의하여, 이렇게 유입된 물이 중력에 의하여 자연스럽게 제2관(171c)으로 흐르고 수소가스만이 제2관(171c)을 통해 수소센서(180)에 전달될 수 있으므로 토양에서 유입된 물이 수소센서(180)에 유입되는 것을 이중으로 방지된다.

도 7은 본 발명의 제1와셔, 제2와셔 및 제1관의 구조 및 치수사양을 설명하기 위한 도면이다. 도 8은 본 발명의 와셔와 차단구의 작동원리를 설명하기 위한 도면이다. 도 6 내지 도 8을 참조하면, 필터부(170)는 제1관(171b)의 내부에 설치되는 제1와셔(172a), 제1와셔(172a)보다 높이방향으로 아래에 배치되는 제2와셔(172b), 및 제1와셔(172a)와 제2와셔(172b)의 사이에 배치되는 적어도 하나의 차단구(172c)를 더 포함한다. 각각의 차단구(172c)는 차단구(172c)가 설치된 관로의 직경보다 작은 직경을 가진다. 도 7의 (a)를 참조하면, 제1와셔(172a)의 중앙부에는 차단구(172c)의 직경보다 작은 직경의 관통공(P1)이 형성된다. 도 7의 (b)를 참조하면, 제2와셔(172b)는 관통공(P2) 및 차단구(172c)가 제2와셔(172b)의 관통공(P2)를 통과하지 못하도록 관통공(P2)의 일부를 덮는 브릿지(B)를 포함할 수 있다.

도 8의 (a)를 참조하면 이러한 구조 배치에 의하여 제1관에 물이 차오르지 않았을 경우 차단구(172c)는 중력에 의해 제2와셔(172b)에 접해 있게 된다. 이때 차단구(172c)는 브릿지(B)에 의해 지지되어 제2와셔(172b)의 관통공(P2)을 폐쇄하지는 않으며 수소가스는 제2와셔(172b) 및 제1와셔(172a)를 순차적으로 통과하여 수소센서에 유입된다.

도 8의 (b)를 참조하면, 제1관(171b) 및 제2관(171c) 구조에 의하여도 물의 유입량이 많아 제2관(171c)으로 물이 유입되는 경우 차단구(172c)가 부력에 의하여 떠오르며 제1와셔(172a)에 접하게 되며 이에 따라 제1와셔(172a)의 관통공(P1)이 차단구(172c)에 의하여 폐쇄되게 된다. 이로써 본 발명은 물이 수소센서(180)에 유입되는 것이 삼중으로 방지되는 효과를 가진다.

도 9는 본 발명의 사용예를 나타낸 도면이다. 도 9에서 수소의 유동경로를 점선으로, 물의 이동경로를 실선으로 표시하였다. 도 9의 (a)와 같이 작업자는 커버(121,122)와 굴착로드(130)가 하우징(110)에 장착된 상태에서 하우징(110)을 토양(10)에 삽입할 수 있다. 이후, 작업자는 도 9의 (b)와 같이 커버(121,122) 및 굴착로드(130)를 하우징(110)으로부터 제거하고 배수로드(140)를 하우징(110)에 장착할 수 있다. 도 9의 (c)를 참조하면, 토양(10)에서 유입된 물은 배수로드(140)를 통하여 하우징(110)의 외부로 배출되고, 수소를 포함하는 가스는 수소유입공(112)을 통하여 하우징(110)의 내부로 유입되어 연결관(114a)을 통해 필터부(170) 및 수소센서(180) 측으로 전달된다.

이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 본 발명의 자연수소 탐침장치는 토양 내에 존재하는 다른 어떤 가스의 측정에도 이용될 수 있다. 예를 들어 본 발명의 자연수소 탐침장치는 자연에서 발생하는 자연가스의 계측이나 지하에 설치된 인공 가스 저장시설의 가스 누출여부 판단 등 다양한 분야에 이용될 수 있을 것이다. 다시 말해, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

110: 하우징
121: 제1커버
122: 제2커버
130: 굴착로드
131: 지지로드
132b: 비트
133: 상부헤드
140: 배수로드
141: 배수관
142: 수위센서
160: 펌프
170: 필터부
180: 수소센서
190: 제어장치

Claims

수소유입관, 및 반경 외측으로 돌출되고 연결관이 반경 외측으로 관통형성된 플랜지부를 포함하여 지하에 관입되는 관형의 하우징;
상기 하우징 내에 배치되는 원추형의 비트를 가지는 굴착로드;
상기 연결관과 유체연통되는 수소센서; 및
상기 연결관으로부터 상측으로 분기되고 상기 수소센서에 연결되는 제1관 및 상기 연결관으로부터 하측으로 분기되는 제2관을 가지는 필터부
를 포함하는 자연수소 탐침장치.
제1항에 있어서,
수위센서 및 배수관을 가지는 배수로드;
상기 배수관에 유체연통되는 펌프; 및
상기 수위센서가 획득한 수위데이터를 기초로 상기 펌프를 제어하도록 구성된 제어장치를 더 포함하고,
상기 하우징은 개방된 양단을 가지고 상기 굴착로드 또는 상기 배수로드가 선택적으로 내부에 장착되도록 구성된 자연수소 탐침장치.
제2항에 있어서,
상기 굴착로드는 외주면이 상기 하우징의 내주면과 접하는 상부헤드, 및 상기 비트와 상기 상부헤드를 연결하는 지지로드를 더 포함하는 자연수소 탐침장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 굴착로드는 상기 하우징에 장착된 상태에서 상기 비트의 적어도 일부분이 상기 하우징의 하방에 놓이도록 구성된 자연수소 탐침장치.
제3항에 있어서,
상기 하우징은 내주면에 제1나사산이 형성된 제1결합부, 상기 제1결합부의 상부에 배치되는 수소유입관, 및 상기 수소유입관의 상부에 배치되고 내주면에 제2나사산이 형성된 제2결합부를 가지고,
상기 굴착로드는 상기 비트의 상부에 배치되고 외주면에 상기 제1나사산에 형합되는 제1나사홈이 형성된 원통형의 비트결합부를 더 포함하고,
상기 상부헤드의 외주면에는 상기 제2나사산에 형합되는 제2나사홈이 형성된 자연수소 탐침장치.
제5항에 있어서,
상기 비트의 최대외경은 상기 수소유입관의 내경보다 작은 자연수소 탐침장치.
제3항에 있어서,
상기 상부헤드는 적어도 일부분이 상측으로 돌출된 핸들을 포함하는 자연수소 탐침장치.
제7항에 있어서,
상기 핸들에 하측으로 함입된 드라이버홈이 형성된 자연수소 탐침장치.
제5항에 있어서,
상기 배수로드는,
외주면에 상기 제1나사산에 형합되는 제3나사홈이 형성된 원통형의 하부결합부, 및
외주면에 상기 제2나사산에 형합되는 제4나사홈이 형성되고 상기 수위센서 및 상기 배수관이 관통되는 상부결합부
를 더 포함하는 자연수소 탐침장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 하우징의 하단부는 하측으로 갈수록 외경이 작아지도록 경사지게 형성된 자연수소 탐침장치.
제1항에 있어서,
상기 하우징은 반경방향으로 관통된 수소유입공을 적어도 하나 포함하는 자연수소 탐침장치.
제1항에 있어서,
상기 하우징은 외주면에 길이 눈금선이 표시된 자연수소 탐침장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 필터부는
상기 제1관의 내부에 설치되는 제1와셔, 상기 제1와셔보다 높이방향으로 아래에 배치되는 제2와셔, 및 상기 제1와셔와 상기 제2와셔의 사이에 배치되는 적어도 하나의 차단구를 더 포함하고,
상기 제1와셔의 중앙부에는 상기 차단구의 직경보다 작은 직경의 관통공이 형성되는 자연수소 탐침장치.
제1항에 있어서,
상기 하우징의 상부의 외주면에 외측나사산이 형성되고,
하부가 개방되고 내주면에 상기 외측나사산에 형합되는 나사홈이 형성된 원통형의 몸체를 가지는 커버를 더 포함하는 자연수소 탐침장치.
제16항에 있어서
상기 커버는 상기 몸체의 반경중심으로부터 상측으로 돌출된 드릴팁을 더 포함하는 자연수소 탐침장치.
제1항에 있어서,
상기 하우징의 내주면의 적어도 일부분은 Al 및 Pb 중 적어도 하나를 포함하는 합금 또는 금속으로 코팅된 자연수소 탐침장치.
제16항에 있어서,
상기 커버의 적어도 일부분은 Al 및 Pb 중 적어도 하나를 포함하는 금속 코팅된 자연수소 탐침장치.
제2항에 있어서,
상기 수위센서는 제1전극, 하단이 상기 제1전극의 하단보다 하측에 배치되는 제2전극, 상기 제1전극 및 상기 제2전극에 전압을 인가하는 전원, 상기 제1전극에 설치되어 상기 제1전극에 흐르는 전류를 감지하는 제1전류계, 및 상기 제2전극에 설치되어 상기 제2전극의 전류를 감지하는 제2전류계를 포함하고,
상기 제어장치는 상기 제1전류계가 획득한 상기 제1전극의 전류값 및 상기 제2전류계가 획득한 상기 제2전극의 전류값을 기초로 상기 펌프를 제어하도록 구성된 자연수소 탐침장치.
제20항에 있어서,
상기 제어장치는,
상기 제2전극에 전류가 흐르지 않는 경우 상기 펌프를 정지시키고,
상기 제2전극에 전류가 흐르는 경우 상기 펌프를 구동시키고,
상기 제1전극 및 상기 제2전극 모두에 전류가 흐르는 경우에 상기 제2전극에만 전류가 흐를 때보다도 상기 펌프의 출력을 높이도록 구성된 자연수소 탐침장치.
제20항에 있어서,
상기 제어장치는,
상기 제1전류계에 전류가 흐르는 것에 대응하여 상기 펌프를 구동시키고,
상기 제2전류계에 전류가 흐르지 않는 것에 대응하여 상기 펌프를 정지시키도록 구성된 자연수소 탐침장치.
제20항에 있어서,
상기 제1전극은 상기 제2전극보다 상기 연결관에 근접하게 배치되는 자연수소 탐침장치.