KR20040046802A - 시추공내 특정 깊이에서의 지하수시료 채취방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 시추공 내의 지하수의 정수압과 시료 채취병 내의 공기압 그리고 체크볼밸브 내부의 스프링 반발력을 조정하여 시추공 내의 원하는 깊이에서 지하수를 채취할수 있도록 하는 시추공내 특정 깊이에서의 지하수 시료 채취방법및 장치에 관한 것이다.

이는 특히, 일정 공기압을 발생시키는 공기압축기; 상기 공기압축기에서 소정거리 이격되는 위치에 공기압을 전달하도록 설치되는 튜브;

상기 튜브가 통상의 시료병체의 상부에 관통 연결되며, 상하단부에 일방향으로의 유체흐름을 차단하도록 볼이 내장되는 상,하부체크볼밸브가 각각 연결되는 시료채취구를 포함하는 구성으로 이루어 지는 것을 특징으로 한다.

또한, 시료채취구를 이용한 시추공내 특정 깊이에서 지하수 시료의 채취방법을 제공한다.

이에 따라서, 시추공의 원하는 깊이에 위치하는 지하수 시료만을 선택적으로 정확하게 채취할수 있도록 하는 것이다.

Description

시추공내 특정 깊이에서의 지하수시료 채취방법 및 장치{A sampling device and method for a sample of underground water at specified depth in a borehole}

본 발명은 시추공내 특정 깊이에서의 지하수 시료 채취방법및 장치에 관한 것으로서 이는특히, 일정 공기압을 발생시키는 공기압축기, 상기 공기압축기에 연결되는 튜브, 상기 튜브가 연결되며 통상으로 형성되는 시료병체의 상하단부에 일방향으로의 유체흐름을 차단하도록 볼이 내장되는 상,하부체크볼밸브가 각각 연결되는 시료채취구를 포함하는 구성으로 시추공의 원하는 깊이에 위치하는 지하수 시료만을 선택적으로 정확하게 채취할수 있도록 하는 시추공내 특정 깊이에서의 지하수시료 채취방법및 장치에 관한 것이다.

일반적으로 지하수의 오염은 그것을 마시는 인간에게 심각한 해를 끼칠수 있다.

한편, 지하수의 오염원은 시추공을 통하여 지표로부터 유입되는 것일수도 있으며, 시추공을 통하지 않고 지하에 유입된 오염원이 지층 경계면, 단층이나 파쇄대 등을 따라서 흐르다가 시추공을 만나서 유입될수도 있다.

상기와 같은 오염원은, 시추공의 아무 부분에서나 지하수에 유입되는 것은 아니고, 상기와 같은 지층경계면, 단층 또는 파쇄대 등이 시추공과 만나는 지점들에서만 지하수에 유입토록 된다.

그리고, 이러한 지하수의 유입은 필연적으로 지하수를 오염시키게 되고, 이때 소정 깊이에서 오염원이 접촉토록 되는 지하수 성분, 물성은 유입되지 않는 부분 주위의 지하수 물성과 다르게 되고, 이에의하여 지하수를 샘플링 할때에는 오염부분만을 선택적으로 채취하여야 한다.

즉, 시추공 심도에 따른 지하수 수질 특성을 파악하기 위해서는 특정지점에서의 지하수 시료채취가 가능하여야 한다.

최근들어, 시추공의 깊이가 수백미터에서 1000m 이상이 되는 것도 다수 있으므로 지하 수백미터에서의 지하수 시료를 채취함에 있어서 그 깊이를 정확하게 아는 것도 매우 중요하다.

그러나, 종래의 지하수 시료 채취장치는, 원하는 정확한 깊이에서만 시료를 채취할수 있게 해주지 못하였고, 시료 채취장치를 시추공의 내부에 투하하거나 상부로 끌어 올리는 도중에 원하는 심도 이외의 지하수가 유입되어 시료 채취병이 원하는 깊이에서의 지하수 시료만을 채집하였다고 판단하기 힘들게 되었다.

또한, 시료채취 이후에도 공기와 접촉할 여지가 있었던게 문제점으로 지적되었다.

이를 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 채취된 시료가 공기중에 노출되는 것을 방지하도록 하고, 시료채취병의 재사용이 가능하도록 하며, 시료채취병의 분해및 결합이 용이하도록 한다.

또한, 원하는 깊이에 위치하는 지하수 시료만을 선택적으로 정확하게 채취할수 있도록 하는 시추공내 특정 깊이에서 지하수 시료의 채취장치및 방법을 제공하는데 있다.

도1은 본 발명에 따른 지하수 시료 채취장치의 설치상태를 도시한 사시도

도2a,b는 본 발명에 따른 시료 채취장치를 도시한 요부 단면도

도3은 본 발명에 따른 시료 채취장치를 도시한 요부 분해도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

11...공기압축기 12...방차통

13...지하수위 14...튜브

15...시료채취구 23,27...체크볼밸브

25...시료병체

상기 목적들을 달성하기 위해, 일정 공기압을 발생시키는 공기압축기;

상기 공기압축기에서 소정거리 이격되는 위치에 공기압을 전달하도록 설치되는 튜브;

상기 튜브가 상단에 연결되는 통상의 시료병체와 그 상하단부에 각각 연결되면서 일방향으로의 유체흐름을 차단하도록 볼이 내장되는 상,하부체크볼밸브로서이루어지는 시료채취구를 포함하는 시추공내 특정 깊이에서 지하수 시료의 채취장치가 제공된다.

또한, 본 발명은, 압력차에 의한 일방향으로의 유체흐름을 제어하도록 양단에 체크볼밸브를 갖는 일정용량의 관체를 준비하는 단계;

상기 관체와 소정거리 이격되는 위치에서 공기압을 전달하도록 공기압축기에 튜브를 개재하여 관체를 관통연결하는 단계;

상기 공기압축기를 동작시켜 공기압이 측정위치의 정수압과 같거나 크도록 관체에 일정압력을 유지하는 단계;

상기 관체를 시추공의 시료 채취위치까지 투입하는 단계;

상기 관체내의 공기압력을 제거하는 단계;

상기 관체 내외부의 압력차에 의해 지하수 시료를 채취하는 단계;및,

상기 관체를 상승시켜 지하수 시료를 수집하는 단계로서 이루어 지는 시추공내 특정 깊이에서의 지하수시료 채취방법이 제공된다.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도1 내지 도3에서와 같이 본 발명은, 일정 공기압을 발생시키는 공기압축기(11)가 설치된다.

또한, 상기 공기압축기(11)에서 소정거리 이격되는 위치에 공기압을 전달하도록 설치되는 튜브(14)가 연결되며, 상기 튜브(14)는 방차통(12)에 의해 권취된 상태로 보관된다.

더하여, 상기 튜브(14)는, 시료채취구(15)의 상단에 연결된다.

상기 시료채취구(15)는, 통상의 시료병체(25)의 상하단부에 일방향으로의 유체흐름을 차단하도록 볼(23-3)(27-3)이 내장되는 상,하부체크볼밸브(23)(27)가 각각 연결된다.

또한, 상기 튜브(14)는 상부캡(21)를 통하여 상부체크볼밸브(23)에 나사결합되며, 상기 시료병체(25)와 상부체크볼밸브(23)는 유체의 누설을 방지토록 패킹부재(23-1)가 개재된다.

더하여, 상기 시료병체(25)의 하부에 연결되는 하부체크볼밸브(27) 역시 패킹부재(27-1)를 개재하여 나사결합되며, 그 일측에 하부캡(29)이 결합된다.

그리고, 상기 하브체크볼밸브(27)의 일측에 지하수 시료의 채취에 따른 이물질의 유입을 방지토록 여과체(28)가 더 연결되어도 좋으며, 상기 여과체(28)의 결합시 그 일측에 하부캡(29)이 결합된다.

한편, 상기 상부체크볼밸브(23)는, 그 내측에 볼(23-3)이 상하및 좌우로 유동가능토록 설치되고, 스프링(23-2)을 개재하여 설치되어도 좋으며, 별도의 스프링 없이 하부의 유로에 방사상의 유동홈(23-4)이 형성되어도 좋다.

또한, 상기 하부체크볼 밸브(27)는, 그 내측에 볼(27-3)이 상하및 좌우로 유동가능토록 설치되고, 스프링(27-2)을 개재하여 볼(27-3)이 탄성 지지토록 설치된다.

도면부호 30은, 시추공이다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 시료채취장치의 작용을 설명한다.

도1및 도3에서와 같이, 공기압축기(110)에 의해 시추공(30)의 특정깊이까지 내려가는 동안에는 시료 병체(25)의 내부로 일정한 압력의 공기를 제공한다.

이때, 상기 채취된 지하수를 담는 시료병체(25)는, 정수압에 대한 저항성을 갖는 소정직경의 스테인레스파이프로 이루어져 부식등이 방지되어 시료를 원래의 상태로 유지하도록 한다.

그리고, 지상으로부터 공기압축기(11)를 이용하여 시료병체(25) 안으로 공기를 밀어넣을때 그 압축공기압과 하부체크볼밸브(27)내의 스프링(27-2) 반발력과의 합이 시료병체(25) 하부로 부터 시료병체(25) 내부로 들어오려는 지하수의 정수압보다 클 동안에는 닫혀있다가, 압축공기압을 제거하였을때 정수압이 압축공기압과 스프링의 반발력 합을 넘어서 열리게 되고, 이에의하여 지하수가 시료병체(25) 내부로의 유입이 가능토록 된다.

또한, 상기 상부체크볼밸브(23)는, 공기압축기(11)로 부터 유입되는 공기가 용이하게 유입토록 그 내측에 삽입되는 볼이 자유이동하거나, 소정의 반발력을 갖는 스프링(23-2)에 의해 지지토록 된다.

이때, 상기 볼이 자유이동할 경우 이동공간의 하부에 형성되는 방사상의 유동홈을 통하여 공기가 자유롭게 이동할수 있도록 된다.

그리고, 상기 하부체크볼밸브(27)는, 그 일측에 하부캡(29)이 연결되어 외부의 충격으로 부터 보호하게 된다.

또한, 상기 하부체크볼밸브(27)는, 여과체(28)가 더 구비되어 지하수가 유입될때 이물질을 걸러내도록 한다.

상기 시료채취구(15)와 공기압축기(11) 사이에 연결되는 튜브(14)는, 고강도 나일론튜브로 형성되어 지하수의 정수압에서 파손되는 것을 방지토록 한다.

한편, 본 발명은, 압력차에 의한 일방향으로의 유체흐름을 제어하도록 양단에 체크볼밸브를 갖는 일정용량의 관체를 준비한다.

그리고, 상기 관체와 소정거리 이격되는 위치에서 공기압을 전달하도록 공기압축기에 튜브를 개재하여 관체를 관통연결한다.

계속하여, 상기 공기압축기를 동작시켜 공기압이 측정위치의 정수압과 같거나 크도록 관체에 일정압력을 유지하도록 한후 상기 관체를 시추공의 시료 채취위치까지 투입한다.

그리고, 상기와 같이 투입되는 관체를 일정위치에서 3~5분간 정지시킨후 관체내의 공기압력을 제거한다.

계속하여, 상기 관체 내외부의 압력차에 의해 지하수 시료를 채취한후 상기 관체를 상승시켜 지하수 시료를 수집하는 구성으로 이루어 진다.

이와같은 구성으로 이루어진 시료채취방법을 설명한다.

먼저 공기압축기(11)의 공기출구를 고강도의 나일론재 튜브(14)를 개재하여 상부체크볼밸브(23)에 연결한다.

그리고, 상기 시료채취구(15)를 일정 지하수위를 유지하는 시추공(30)에 내리기 전에 공기압축기(11)를 동작시켜 튜브(14)및 이와 연결되는 시료병체(25) 내의 공기압력을 8기압(bar)정도로 유지한다.

이때, 상기 시료채취병(25)의 상부에 연결되는 상부체크볼밸브(23)는 열려있고, 시료병체(25)의 하부에 연결되는 하부체크볼밸브(27)는 공기압및 스프링의 반발력에 의해 닫혀있는 상태가 되어 시료병체(25) 내의 압력을 일정하게 유지토록 하고, 상기 시료병체(25) 내의 압력은 튜브(14)를 통하여 동일 압력의 공기가 공급되는 공기압축기(11)의 발생압력 측정으로 유추할수 있다.

계속하여, 상기 시료병체(25)의 내의 압력이 8기압 정도를 유지하는 상태로 시료병체(25)를 시추공(30) 내로 천천히 하강시키고, 시료병체(25)의 하강과 동시에 튜브(14)의 이동거리를 측정함으로써 상대적으로 시추공(30) 내의 시료병체(25)를 알수 있게 된다.

일반적으로, 지하수는 그 수심이 깊어질수록 정수압도 비례적으로 증가하게 된다는 것을 알수 있으며, 지하수의 수심 10m에 대략 1기압 정도의 정수압 상승이 가져온다.

따라서, 공기압축기(11)에 의해 유도되는 시료병체(25)의 내부압력은 8기압 정도이므로 80m까지는 공기압축기에 의한 시료병체(25) 내의 공기압만으로 외부에서의 유입이 없이 일정공기압을 유지토록 하나, 수심이 80m이상인 곳에서는 시료병체(25) 외부의 압력이 시료병체(25) 내의 압력보다 높아 공기압축기(11)에 의한 공기압력만으로는 정수압에 견디기 힘들게 된다.

이를 보완토록 상기 하부체크볼밸브(27)내에서 볼(27-3)을 지지하도록 설치되는 스프링(27-3)의 반발력을 조절하여 원하는 심도에서 지하수 시료의 채취가 가능토록 된다.

그리고, 현재에는 30기압 정도의 압축공기압을 토출하는 휴대용 공기압축기도 시판되고 있으므로 이를 활용하면 300m 깊이의 시추공 내 지하수 시료의 채취가 가능하다.

이어서, 상기 시료병체(25)가 원하는 깊이에 도달하면 하강을 중지한 상태로 3~5분정도를 유지하고, 이때, 상기 시료병체(25) 주위의 지하수는 안정화 된다.

그리고, 상기 공기압축기(11)의 동작을 중단하면, 나일론튜브(14) 내의 공기압이 제거됨과 동시에 시료병체(25) 내의 공기압도 제거되어 시료병체(25) 주위의 압력이 상대적으로 상승된다.

이때, 상기 공기압축기(11)의 공기압은 순차로 하강시켜 시료의 극격한 유입을 방지토록 한다.

더하여, 상기 시료병체(25) 주위의 지하수 정수압이 시료병체(25) 내부의 압력과 하부체크볼밸브(27)에 내장되는 스프링(27-3)의 반발력 합계를 초과하게 됨으로써 시료병체(25) 하부에 설치되는 체크볼밸브(27)가 열리면서 지하수 시료가 시료병체(25)의 내부로 유입된다.

그리고, 상기와 같은 동작에 의해 유입되는 지하수는 시료병체(25) 내에서의 수위를 점차 상승시키고, 그 일부가 상부에 장착되는 체크볼밸브에 장착되는 볼을 밀어올려 시료병체(25)의 상부를 폐쇄시킨다.

이때, 상기 시료병체(25)에 유입되는 지하수 상부의 공기는 미량의 지하수 체크볼밸브의 볼을 상승시키기 전에 체크볼밸브를 통하여 배출되면서 완전밀폐상태를 유지하게 된다.

이와동시에, 상기 시료병체(25)의 외부압력에 의해 시료병체(25) 내부의 공간에 지하수 시료를 완전히 채우게 되고, 시료가 충진되는 시료병체(25)를 시추공(30)의 상부로 끌어올리게 된다.

상기 시료병체(25)의 상승중 시료병체(25) 주변의 정수압은 시추공 하부에서의 정수압보다 낮게 되어 시료채취 부분의 압력과 일치토록 고정된 상태의 시료병체(25)의 내부수압에 의해 더 이상의 지하수 유입이 방지토록 된다.

그러므로, 지상에 도달했을때 채취병 내부의 지하수 시료는 모두 최초에 채취된 상태와 동일하게 된다.

상기와 같은 방법으로 채취된 지하수는 공기와의 접촉이 없는 밀봉된 상태 그대로를 유지하여 안정동위원소, 유기물분석, 공기와의 접촉이 없는 지하수 시료를 필요로 하는 경우에 사용할수 있다.

한편, 지하수 수집에 사용되는 시료채취구(15)를 시추공(30)에서 상승시켜 배출하고, 진공무균상태에서 지하수 시료를 시료병체(25)에서 배출시킨후 세척하여 재사용이 가능토록 되는 것이다.

이와 같이 본 발명에 의하면, 시추공 내부의 원하는 특정 깊이에서의 지하수만을 스테인레스 파이프로 된 시료병체 내부로 유입시켜 채취할수 있으며, 시료병체 내부에는 공기가 전혀 없으므로 공기와의 접촉이 없는 상태로 지하수 시료를 얻을수 있는 것이다.

또한, 상기 시료병체를 구성하는 각 부품들을 손쉽게 분리할수 있으며, 시료의 채취후 세척이 용이하여 재사용할수 있도록 하는 것이다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진자는 용이하게 알수 있음을 밝혀 두고자 한다.

Claims (10)

1. 일정 공기압을 발생시키는 공기압축기(11);

   상기 공기압축기(11)에서 소정거리 이격되는 위치에 공기압을 전달하도록 설치되는 튜브(14);

   상기 튜브(14)가 통상의 시료병체(25)의 상부에 관통 연결되며, 그 상하단부에 일방향으로의 유체흐름을 차단하도록 볼이 내장되는 상,하부체크볼밸브(23)(27)가 각각 연결되는 시료채취구(15)를 포함하여 구성되는 시추공내 특정 깊이에서의 지하수시료 채취장치
2. 제 1항에 있어서, 상기 상부체크볼밸브(23)는, 볼(23-3)의 일측에 스프링(23-2)이 장착되며, 일정부상력을 갖는 고강도의 부유체로서 이루어 지는 것을 특징으로 하는 시추공내 특정 깊이에서의 지하수시료 채취장치
3. 제 1항에 있어서, 상기 상부체크볼밸브(23)는, 그 일측에 유체가 통과하도록 방사상의 유동홈(23-4)이 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 시추공내 특정 깊이에서의 지하수시료 채취장치
4. 제 1항에 있어서, 상기 하부체크볼밸브(27)는, 볼(27-3)이 스프링(27-2)을 개재하여 탄성 연결되며, 그 일측에 유입되는 지하수의 이물질을 필터링 하도록 여과망(28)이 추가 연결되는 것을 특징으로 하는 시추공내 특정 깊이에서의 지하수시료 채취장치
5. 제 1항에 있어서, 상기 상부 체크볼밸브(23)에 튜브(14)에 연결하는 상부캡(21)이 하부체크볼밸브(27)를 보호토록 하부캡(29)이 각각 구비되는 것을 특징으로 하는 시추공내 특정 깊이에서의 지하수시료 채취장치
6. 측정을 원하는 소정위치의 지하수 정수압과 같거나 크도록 관체의 내측에 공기압축기를 통하여 일정압력을 유지하는 단계;

   상기 관체를 시추공의 시료 채취위치까지 투입하는 단계;

   상기 관체내의 공기압력을 제거하는 단계;

   상기 관체 내외부의 압력차에 의해 지하수 시료를 채취하는 단계;및,

   상기 관체를 상승시켜 지하수 시료를 수집하는 단계를 포함하는 시추공내 특정 깊이에서의 지하수시료 채취방법
7. 제6항에 있어서, 관체의 내측에 공기압축기를 통하여 일정압력을 유지하는 단계는, 압력차에 의한 일방향으로의 유체흐름을 제어하도록 양단에 체크볼밸브를 갖는 일정용량의 관체를 준비하는 단계와,

   상기 관체와 소정거리 이격되는 위치까지 공기압을 전달하도록 공기압축기에 튜브를 개재하여 관체를 관통연결하는 단계및,

   상기 공기압축기를 동작시켜 공기압이 측정위치의 정수압과 같거나 크도록 관체에 일정압력을 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시추공내 특정 깊이에서의 지하수시료 채취방법
8. 제7에 있어서, 양단에 체크볼밸브를 갖는 일정용량의 관체를 준비하는 단계는, 관체 저부의 장착되는 체크볼밸브에 스프링이 장착되어 관체의 하강시 정수압과 공기압차에 의한 지하수의 유입이 방지하는 일정 반발력을 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 시추공내 특정 깊이에서의 지하수시료 채취방법
9. 제7항에 있어서, 상기 관체의 공기압이 측정위치의 정수압과 같거나 크도록 관체에 일정압력을 유지하는 단계는, 압축공기에 의해 공기압과 체크볼밸브의 스프링 반발력의 합력이 정수압보다 크게나 같도록 하는 것을 특징으로 하는 시추공내 특정 깊이에서의 지하수시료 채취방법
10. 제7항에 있어서, 상기 관체내의 공기압력을 제거하는 단계는, 관체내의 급작스런 지하수 시료의 유입을 방지하도록 공기압축기의 공기압력을 순차로 하강되는 것을 특징으로 하는 시추공내 특정 깊이에서의 지하수시료 채취방법.