KR20040083739A - 공기압 실린더를 이용한 지하수 시료 채취 장치 및 그채취방법 - Google Patents

공기압 실린더를 이용한 지하수 시료 채취 장치 및 그채취방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 공기압 실린더를 이용한 지하수 시료 채취 장치 및 그 채취방법에 관한 것으로, 그 목적은 첫째 시료채취기가 지하수공내의 특정심도에 도달하기 이전에는 외부 공기 및 지하수가 유입되지 않도록 하는 것과, 둘째, 원하는 심도에서의 지하수 시료 채취, 셋째, 지하수가 진공화된 시료채수병에 채수되도록 시료채수병의 고무마개를 지상에서 원격조정하여 관통시키는 시료 채취 장치 및 채취 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 구성은 공기압 실린더를 작동시키는 공기압축기(1)와; 공기압축기에 의해 압축된 공기압을 공기압 실린더에 공급하는 튜브(2)와; 진공 밀폐된 시료 채수병(43)의 마개(431)를 관통시키기 위한 주사기 바늘(33)이 장착된 공기압 실린더(3)와; 이 공기압 실린더 하부에 결합되어 지하수를 채수하는 진공밀폐된 시료 채수병(43)으로 이루어진 지하수 시료 채취기(4)로 구성된 것과, 이를 통한 시료 채취방법을 그 기술적 특징으로 한다.

Description

공기압 실린더를 이용한 지하수 시료 채취 장치 및 그 채취방법{Sampling device method for ground water using air cylinder}
본 발명은 기압 실린더를 이용한 지하수 시료 채취 장치 및 그 채취방법에 관한 것으로, 자세하게는 진공화된 시료채수병과 소형 공기압 실린더를 이용하여 시추공내의 원하는 깊이의 지하수 시료를 채취할 수 있도록 구성한 장치 및 그 채취방법에 관한 것이다.
종래의 지하수 시료 채취 장치는 간단한 개폐장치를 이용하거나 양수펌프 또는 수중펌프를 이용하여 왔다.
하지만 상기 간단한 개폐장치를 이용한 지하수 시료 채취기는 시료 채취 장치를 밑으로 내리거나 위로 올리는 도중에도 원하는 심도 이외의 지하수가 내부로 스며들어 시료 채수병이 원하는 깊이에서의 지하수 시료만을 포함하고 있다고 판단하기가 어려웠다. 더욱이 시료채취 이후에도 공기와 접촉할 여지가 있다는 문제점이 있었다.
또한 상기 양수 및 수중 펌프의 경우 일정 심도이상의 시료채취가 어려울 뿐만 아니라 수중펌프의 경우, 펌프 주변의 지하수를 교란시키므로 정확한 심도의 시료를 채취하기 어렵다는 것이 문제점으로 지적되어 왔다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 첫째 시료채취기가 지하수공내의 특정심도에 도달하기 이전에는 외부 공기 및 지하수가 유입되지 않도록 하는 것과, 둘째, 원하는 심도에서의 지하수 시료 채취, 셋째, 지하수가 진공화된 시료채수병에 채수되도록 시료채수병의 고무마개를 지상에서 원격조정하여 관통시키는 시료 채취 장치 및 채취 방법을 제공하는데 있다.
또한 본 발명의 다른 목적은 이 외에 이 장치는 각 부분의 분리가 가능하고, 지하수를 채취한 상태의 시료 채수병은 지하수 시료채취기로부터 탈착하여 겉만 세척한 뒤 바로 분석실로 보낼 수 있는데, 시료 채수병이 지하수로 꽉 차 있고 밀폐되어 있으므로 바깥 공기와 차단된 상태로 분석실까지 갈 수 있게 하며, 회수한 시료 채수병은 내부까지 깨끗이 세척한 뒤에는 다시 사용할 수도 있도록 하는 시료 채취 장치 및 채취 방법을 제공하는데 있다.
또한 본 발명의 다른 목적은 시추공 내로 내려가는 고강도 나일론튜브의 길이를 정확하게 측정할 수 있으므로 원하는 깊이에서의 지하수 시료만을 채취할 수 있게 해 주는 시료 채취 장치 및 채취 방법을 제공하는데 있다.
또한 본 발명의 다른 목적은 수동식 공기 압축기를 이용하면 전원공급이 어려운 야외에서도 지하수 시료 채취가 가능토록 해주는 시료 채취 장치 및 채취 방법을 제공하는데 있다.
또한 본 발명의 다른 목적은 지하수 시료 채수병의 크기를 조정하면 원하는 양 만큼의 지하수 시료를 채수할 수 있는 시료 채취 장치 및 채취 방법을 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명의 진공 시료채수병과 공기압 실린더를 이용하여 시추공 내의 특정 깊이에서의 지하수 시료를 채취하는 장치 및 그 운용방법의 개요도이고,
도 2는 본 발명의 지하수 시료 채취 장치를 분해 사시사진이며,
도 3내지 5는 시료 채취기의 분해 및 결합과정을 보인 사시사진,
도 6은 공기압 실린더의 전체를 보인 사시사진,
도 7은 지하수 흡수구 및 주사기 바늘 장착대에 형성된 흡수구를 보인 사시사진,
도 8은 공기압실린더에 주사기 바늘 보호장치 및 지하수 유입구가 결합된 상태를 보인 사시사진
도 9는 주사기 바늘 보호장치 및 지하수 유입구와 시료 채수병 상부 장착대간의 결합부를 보인 사시사진,
도 10은 본 발명의 지하수 시료 채취 장치의 결합 사시사진이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
(1) : 공기압축기 (2) : 튜브
(3) : 공기압 실린더 (4) : 시료 채취기
(31) : 피스톤
(32) : 지하수 흡수구 및 주사기 바늘 장치대
(33) : 주사기 바늘
(41) : 주사기 바늘 보호장치 및 지하수 유입구
(42) : 시료 채수병 상부 장착대 (43) : 시료 채수병
(43) : 시료 채수병 (44) : 시료채수병 하부 장착대
(311) : 오링 (431) : 마개
상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명의 구성은 공기압 실린더를 작동시키는 공기압축기와(1); 공기압축기에 의해 압축된 공기압을 공기압 실린더에 공급하는 튜브(2)와; 진공 밀폐된 시료 채수병(43)의 마개(431)를 관통시키기 위한 주사기 바늘(33)이 장착된 공기압 실린더(3)와; 이 공기압 실린더 하부에 결합되어 지하수를 채수하는 진공 밀폐된 시료 채수병(43)으로 이루어진 지하수 시료 채취기(4)로 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 방법은 지하수 시료 채취 방법에 있어서, 지하수가 차있는 시추공에 진공상태의 채수병을 원하는 수위까지 내린 후, 나일론 튜브에 의해 지상의 공기압축기와 연결된 공기압 실린더에 압축 공기를 공급하여 실린더 하부에 돌출된 피스톤에 장착된 주사기 바늘로 채수병의 마개를 관통시켜 정수압에 의해 지하수가 유입되도록 하여 시료를 채취한 후, 공기압 실린더에 공급된 공기를 배출하여 피스톤을 후퇴시켜 주사기 바늘을 빼내 채수병에 담겨진 시료의 밀봉 상태를 유지한 상태에서 인양함으로써 원하는 심도에서의 지하수만을, 외부 공기와의 접촉 없이 채취하여 지상까지 운반하는 방법을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 실시예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 진공 시료채수병과 공기압 실린더를 이용하여 시추공 내의 특정 깊이에서의 지하수 시료를 채취하는 장치 및 그 운용방법의 개요도를 도시하고 있는데, 공기압축기(1)를 통해 공급되는 압축공기가 방차통에 연결되고, 방차통의 회전에 의해 나일론튜브(2)와 일측단이 연결된 공기압 실린더(3) 및 시료 채취기(4)가 채취하고자하는 지하수 깊이만큼 내려가도록 구성된다,
도 2는 본 발명의 지하수 시료 채취 장치를 분해 사시사진인데, 그 구성을 살펴보면 지상에 설치된 공기압 실린더를 작동시키는 공기압축기(1)와 연결되어 압축된 공기압을 공기압 실린더에 공급하는 튜브(2)와; 진공 밀폐된 시료 채수병(43)의 마개(431)를 관통시키기 위한 주사기 바늘(33)이 장착된 공기압 실린더(3)와; 이 공기압 실린더 하부에 결합되어 지하수를 채수하는 시료 채수병(43)으로 이루어진 지하수 시료 채취기(4)로 구성된다.
상기 공기압축기(1)는 수동식 공기 압축기나 동력식 압축기 중 선택된 하나를 사용한다.
상기 튜브(2)는 나일론 튜브를 사용한다.
상기 공기압 실린더(3)는 본체 상부에 튜브와 결합하는 수단이 구비되고, 본체 하부에는 주사기 바늘 보호장치 및 지하수 유입구(41)와 결합하는 나사산이 형성되어 있고, 왕복운동을 하도록 하부에 돌출 형성된 피스톤(31) 하부에 나사산이 형성되어 주사기 바늘(33)이 끼워진 지하수 흡수구 및 주사기 바늘 장치대(32)와 결합하도록 구성된다.
상기 지하수 흡수구 및 주사기 바늘 장치대(32)는 다수의 구멍이 형성되어 이를 통해 지하수가 주사기 바늘(33)에 유입되도록 형성된다.
상기 지하수 시료 채취기(4)는 상부로부터 다수의 구멍이 둘레에 천공된 주사기 바늘 보호장치 및 지하수 유입구(41)와, 이 하부에 결합되는 시료 채수병 상부 장착대(42)와, 이 하부에 결합되는 시료채수병 하부 장착대(44)와, 시료 채수병 상부 장착대(42) 및 시료채수병 하부 장착대(44) 속에 내장되는 마개(431)가 형성된 시료 채수병(43)으로 구성된다.
상기 지하수 바늘 보호장치 및 지하수 유입구(41)와 시료 채수병 상부 장착대(42)와 시료채수병 하부 장착대(44)는 각각 나사산이 형성되어 결합한다.
상기 시료 채수병(43)은 상하부중 적어도 하나가 개방되어 마개(431)로 밀폐되도록 형성한 것을 사용한다. 물론 지하수 시료 채수병의 크기를 조정하면 원하는 양 만큼의 지하수 시료를 채수할 수 있다.
상기 마개(431)는 주사기 바늘(33) 관통 전후 구멍이 폐쇄되는 고무재질 등의 탄성재를 사용한다.
상기 공기압 실린더(3)와 주사기 바늘 보호장치 및 지하수 유입구(41)간에는 오링(311)이 끼워져 밀봉 역할을 하게 된다.
도 3내지 5는 시료 채취기의 분해 및 결합과정을 보인 사시사진, 도 6은 공기압 실린더의 전체를 보인 사시사진, 도 7은 지하수 흡수구 및 주사기 바늘 장착대에 형성된 흡수구를 보인 사시사진, 도 8은 공기압실린더에 주사기 바늘 보호장치 및 지하수 유입구가 결합된 상태를 보인 사시사진, 도 9는 주사기 바늘 보호장치 및 지하수 유입구와 시료 채수병 상부 장착대간의 결합부를 보인 사시사진, 도 10은 본 발명의 지하수 시료 채취 장치의 결합 사시사진을 도시하고 있는데, 이를통해 본 발명 각 구성품의 결합 단계를 알 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.
먼저 채수병 한 쪽 끝은 밀봉하고, 다른 한 쪽 끝은 고무마개로 완전 폐쇄시킨 후, 진공펌프를 이용하여 채수병 내의 공기를 제거하여 시료 채수병을 진공화 한 다음, 고무마개로 폐쇄된 진공 시료 채수병의 끝쪽이 주사기 바늘이 장착된 공기압 실린더쪽으로 향하게 한 다음 공기압 실린더부분과 일정 거리를 이격하여 결합시킨다.
공기압 실린더와 고강도의 나일론 튜브를 결합하여 이를 공기압축기와 연결 시킨다.
결합된 지하수 시료 채취기를 시추공내 원하는 깊이 까지 내린 다음, 시추공내의 지하수 흐름이 안정될 때 까지 수 분을 기다린 후에 지상의 공기 압축기를 작동시킨다.
공기압축기를 작동시키면 공기압 실린더의 피스톤이 이동되며, 이때 실린더의 끝에 장착된 주사기 바늘이 채수병의 고무마개를 관통하게 된다.
시료채수병의 고무마개를 관통한 이후에는 주사기 바늘은 지하수가 시료 채수병으로 흡입되는 흡입구 역할을 담당하게 된다.
지하수 시료 채수병은 사전에 진공화 되어 있어서 주사기 바늘로 관통하게 되면 주사기 바늘 주변의 지하수가 주사기 바늘을 통하여 시료 채수병 내부로 흡입되게 된다.
또한 시추공 내부의 정수압은 진공 시료 채취기의 내부보다 높으므로, 정수압 역시 시료 채취기 내부로의 지하수 흡입을 유도하게 된다.
진공 시료 채취기의 내부가 지하수로 가득 찰 때까지 약 5분을 소요한 다음, 공기 압축기의 작동을 멈추고, 나일론 튜브내의 공기를 방출하게 되면 공기압 실린더의 피스톤이 뒤로 후퇴하게 되어 진공 채수병의 고무마개와 분리하게 되므로, 지하수 채수 이후 즉시 진공 시료 채취기의 양단은 다시 폐쇄, 분리된다.
이후, 고강도의 나일론 튜브를 위로 당겨 올려 지하수 시료 채취기를 지상까지 끌어 올린다.
이 장치는 내릴 때나 올릴 때는 지하수의 유입이나 유출이 전혀 없게 되므로, 우리가 원하는 심도에서의 지하수만을, 외부 공기와의 접촉 없이 채취하여 지상까지 운반할 수 있게 해 준다.
지상으로 인양된 시료채취기는 시료채수병과 주사기 바늘이 달린 공기압 실린더로 분리시켜 시료 채수병은 외부 공기와의 접촉 없이 실험실 또는 분석실로 이동될 수 있으며, 사용 후 세척하여 재사용할 수 있다.
또한 채수병의 용량을 조절할 수 있으므로 원하는 양만큼의 지하수 시료 채취가 가능하다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
상기에서 설명한 바와 같이 본 발명의 지하수 시료 채취기는 다음과 같은 효과를 가진다.
1. 시추공 내부의 원하는 특정한 깊이에서의 지하수만을 시료 채수병 내부로 유입시켜 채취할 수 있으며, 시료 채취 이후에는 나일론 튜브내의 공기압을 해제함으로써 시료채수병에 관통된 주사기 바늘을 후퇴시켜 채수병을 외부와 단절시킨다.
이는 시추공내에서의 공정이므로 시료병 내부로의 공기 유입은 불가하다. 따라서 공기와의 접촉이 없는 지하수 시료를 깊이별로 채취할 필요가 있는 경우에 사용하기에 매우 적절한 장치이다.
2. 시료병체를 구성하는 모든 부분품들은 매우 쉽게 분리할 수 있으며, 시료 채취 후 잘 세척하여 다시 사용할 수 있다.
3. 특히 깊은 심도의 지하수 시료를 채취할 경우, 심도에 따라 증가하는 정수압만으로도 시료채취가 가능하므로 시료 채수병을 사전에 진공화 할 필요는 없어진다.
4. 시료 채수병의 용량 조절이 가능함으로 원하는 만큼의 지하수 시료채취가 가능하다.
5. 수동식 공기 압축기의 이용이 가능함으로 전원공급이 어려운 야외에서의 지하수 시료 채취가 가능하다.
6. 정수압이 높아질수록 지하수 채수가 용이해지므로 지하수 채취심도에 구애를 받지 않는다는 등의 장점을 가진 유용한 발명으로 그 산업상 이용이 크게 기대되는 발명이다.

Claims (11)

  1. 공기압 실린더를 작동시키는 공기압축기(1)와; 공기압축기에 의해 압축된 공기압을 공기압 실린더에 공급하는 튜브(2)와; 진공 밀폐된 시료 채수병(43)의 마개(431)를 관통시키기 위한 주사기 바늘(33)이 장착된 공기압 실린더(3)와; 이 공기압 실린더 하부에 결합되어 지하수를 채수하는 진공 밀폐된 시료 채수병(43)으로 이루어진 지하수 시료 채취기(4)로 구성된 것을 특징으로 하는 공기압 실린더를 이용한 지하수 시료 채취 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 공기압축기(1)는 수동식 공기 압축기나 동력식 압축기 중에서 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 공기압 실린더를 이용한 지하수 시료 채취 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 튜브(2)는 나일론 튜브인 것을 특징으로 하는 공기압 실린더를 이용한 지하수 시료 채취 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 공기압 실린더(3)는 본체 상부에 튜브와 결합하는 수단이 구비되고, 본체 하부에는 주사기 바늘 보호장치 및 지하수 유입구(41)와 결합하는 나사산이 형성되어 있고, 왕복운동을 하도록 하부에 돌출 형성된 피스톤(31) 하부에 나사산이 형성되어 주사기 바늘(33)이 끼워진 지하수 흡수구 및 주사기 바늘 장치대(32)와 결합하도록 구성된 것을 특징으로 하는 공기압 실린더를 이용한 지하수 시료 채취 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 지하수 흡수구 및 주사기 바늘 장치대(32)는 다수의 구멍이 형성되어 이를 통해 지하수가 주사기 바늘(33)에 유입되도록 형성된 것을 특징으로 하는 공기압 실린더를 이용한 지하수 시료 채취 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 지하수 시료 채취기(4)는 상부로부터 다수의 구멍이 둘레에 천공된 주사기 바늘 보호장치 및 지하수 유입구(41)와, 이 하부에 결합되는 시료 채수병 상부 장착대(42)와, 이 하부에 결합되는 시료채수병 하부 장착대(44)와, 시료 채수병상부 장착대(42) 및 시료채수병 하부 장착대(44) 속에 내장되는 마개(431)가 형성된 시료 채수병(43)으로 구성된 것을 특징으로 하는 공기압 실린더를 이용한 지하수 시료 채취 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 지하수 바늘 보호장치 및 지하수 유입구(41)와 시료 채수병 상부 장착대(42)와 시료채수병 하부 장착대(44)는 각각 나사산이 형성되어 결합한 것을 특징으로 하는 공기압 실린더를 이용한 지하수 시료 채취 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 시료 채수병(43)은 상하부중 적어도 하나가 개방되어 마개(431)로 밀폐되도록 형성한 것을 특징으로 하는 공기압 실린더를 이용한 지하수 시료 채취 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 마개(431)는 주사기 바늘(33) 관통 전후 구멍이 폐쇄되는 고무재질 등의 탄성재를 사용한 것을 특징으로 하는 공기압 실린더를 이용한 지하수 시료 채취장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 공기압 실린더(3)와 주사기 바늘 보호장치 및 지하수 유입구(41)간에는 오링(311)이 끼워져 밀봉 역할을 하도록 구성한 것을 특징으로 하는 공기압 실린더를 이용한 지하수 시료 채취 장치.
  11. 지하수 시료 채취 방법에 있어서,
    지하수가 차있는 시추공에 진공상태의 채수병을 원하는 수위까지 내린 후, 나일론 튜브에 의해 지상의 공기압축기와 연결된 공기압 실린더에 압축 공기를 공급하여 실린더 하부에 돌출된 피스톤에 장착된 주사기 바늘로 채수병의 마개를 관통시켜 정수압에 의해 지하수가 유입되도록 하여 시료를 채취한 후, 공기압 실린더에 공급된 공기를 배출하여 피스톤을 후퇴시켜 주사기 바늘을 빼내 채수병에 담겨진 시료의 밀봉 상태를 유지한 상태에서 인양함으로써 원하는 심도에서의 지하수만을, 외부 공기와의 접촉 없이 채취하여 지상까지 운반하는 방법을 특징으로 하는 공기압 실린더를 이용한 지하수 시료 채취방법.
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