KR20160066835A - 다채널로 석탄가스의 함유량을 측정하는 휴대용 석탄 가스 측정장치 - Google Patents

다채널로 석탄가스의 함유량을 측정하는 휴대용 석탄 가스 측정장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 현장에서 시험 시추되는 석탄 코어에 포함되는 석탄가스, 예를 들어, 메탄가스의 함유량을 측정함으로써 석탄층에 포함된 석탄가스의 매장량을 추정할 수 있는 석탄가스의 함유량을 측정하는 휴대용 석탄 가스 측정장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 휴대용 석탄 가스 측정장치는, 휴대 가능한 케이스 및 상기 케이스에 구비되고, 석탄 코어가 저장된 코어 용기와 각각 연결되어 석탄 코어로부터 방출되는 석탄 가스의 양을 측정하는 다수개의 가스 측정부를 포함하며, 상기 가스 측정부는, 상기 석탄 코어로부터 배출되는 석탄 가스가 유입되는 가스 유입부와, 일단이 상기 가스 유입부에 연결되고, 유입된 석탄 가스가 이동되는 가스 채널과, 상기 가스 채널의 일측에 장착되어 이동되는 석탄 가스의 양을 측정하는 가스 플로어 미터와, 상기 가스 플로어 미터를 통해 측정된 석탄 가스의 양을 표시하는 디스플레이부 및 상기 가스 채널의 타단에 연결되어 측정된 석탄 가스를 배출하는 가스 배출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

다채널로 석탄가스의 함유량을 측정하는 휴대용 석탄 가스 측정장치{PORTABLE APPARATUS FOR MEASURING CONTENT OF COAL GAS}
본 발명은 석탄가스 측정장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 현장에서 시험 시추되는 석탄 코어에 포함되는 석탄가스, 예를 들어, 메탄가스의 함유량을 측정함으로써 석탄층에 포함된 석탄가스의 매장량을 추정할 수 있는 석탄가스의 함유량을 측정하는 휴대용 석탄 가스 측정장치에 관한 것이다.
석탄광에서 채탄작업을 하는 과정에서 발생하여 대기중으로 방출되는 가스는 연소성가스로, 이러한 석탄가스 중 약 95%는 메탄으로 구성되어 있다.
이와 같이, 채탄중에 대기중으로 방출되는 메탄가스는 이산화탄소에 비해 약 21배에 해당하는 강력한 온실가스라는 면에서 지구온난화 및 환경분야에 커다란 문제점이 되고 있다.
따라서, 석탄층에 존재하는 메탄가스를 포집 및 개발하여 자원으로 활용하는 기술은, 지구온난화 및 환경분야에서의 문제점을 최소화할 뿐만 아니라, 전세계적으로도 이슈가 되고 있는 자원고갈문제를 해결할 수 있는 방법으로, 그 중요성은 계속 커지고 있다.
석탄층 메탄가스(CBM : Coal Bed Methane)는 식물이 지질시대 동안 석탄으로 변화되는 과정에서 발생되어 석탄분자에 흡착되거나 공극내에 유리된 상태로 탄층 내에 존재하게 된다.
이러한 석탄층메탄가스의 개발이용 형태를 간단히 살펴보면, 개발되지 않은 석탄층에서 메탄가스를 직접 추출하여 이용하는 방법과, 석탄광의 채탄시 가스를 채집하여 이용하는 방법으로 구분된다.
특히, 채탄이 어려운 심도에 위치하는 석탄층의 경우에는, 석탄층에서 메탄가스를 직접 추출하는 방법을 이용해야만 하며, 이러한 경우에는 채탄에 의해 석탄을 생산하지 못하기 때문에, 석탄층의 메탄가스 부존량에 따라 상업적 개발여부가 결정되므로, 개발 전에 석탄층 메탄가스의 부존량을 정확히 측정하는 것이 중요하다고 할 수 있다.
석탄층의 메탄가스 함유량 측정은 간접적인 방법과 직접적인 방법으로 구분된다.
예를 들어, 간접적인 방법은 실험실 내에서 흡탈착 등온곡선 측정자료, 또는 관련 통계자료, 탄화정도로부터 가스함유량 유추자료, 밀도검층 측정치와 석탄의 밀도와 가스함유량 사이의 관계에 대한 자료 등을 이용하여, 석탄층메탄가스의 부존량을 간접적으로 측정하는 방법이다.
직접적인 방법은 현장에서 시추를 수행하여 원위치 상태(In-situ)의 석탄 코어시료를 채취하고, 석탄 시료로부터 탈착되는 가스량과 가스가 탈착되는 속도를 측정하는 방법이며, 간접적인 방법에 비해 신뢰도가 높다.
직접적인 방법에 의한 석탄층의 메탄가스 함유량은, 석탄 코어시료의 시추 및 운반 중에 발생되는 손실가스량(Lost gas), 탈착과정에서 발생되는 탈착가스량(Desorbed gas) 및 탈착 후 석탄 코어에 남아있는 잔류가스량(Residual gas)로 구분되며, 총 가스함유량은 이 3개 측정치의 총계이다.
가스량의 측정을 위해 시험관에 유체를 주입한 후 가스 유입에 따른 변화량을 마노메터(Manometer)로 측정할 수 있다. 그러나, 이러한 마노메터를 현장으로 운송하는 과정에서 충격이 가해질 경우 시험관이 쉽게 손상을 입을 수 있다는 문제점이 있다.
또한, 탈착가스량과 잔류가스량은 석탄 코어 내부에 존재하는 가스의 양을 확인하는 방식으로 측정될 수 있다.
가스량을 측정할 수 있는 기술로, 공개특허 특1999-0052233호는 코크스로의 가스 발생량 측정장치에서는 열 분해로에서 발생되는 가스량을 측정할 수 있는 기술이 개시되고 있다.
그러나, 상기와 같은 종래기술은 탄화실내에서 단위중량의 석탄에서 열분해에 의해 발생하는 가스의 발생량을 측정할 수 있는 것으로, 석탄 코어에 포함된 석탄가스의 함유량을 측정할 수 있는 기술은 포함하고 있지 않는다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 현장에서 시추를 통해 취득한 석탄 코어로부터 배출되는 탈착가스의 양을 정확히 측정함으로써 지하의 석탄층에 매장된 석탄가스의 양을 추정할 수 있는 석탄가스의 함유량을 측정하는 휴대용 석탄 가스 측정장치의 제공을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 내구성을 향상시켜 현장에서의 사용이 용이하고, 또한 사용자의 편의를 위해 자동으로 가스량을 측정 및 기록할 수 있는 석탄가스의 함유량을 측정하는 휴대용 석탄 가스 측정장치의 제공을 목적으로 한다.
그러나 본 발명의 목적은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 석탄 가스 측정장치는, 휴대 가능한 케이스 및 상기 케이스에 구비되고, 석탄 코어가 저장된 코어 용기와 각각 연결되어 석탄 코어로부터 방출되는 석탄 가스의 양을 측정하는 다수개의 가스 측정부를 포함하며, 상기 가스 측정부는, 상기 석탄 코어로부터 배출되는 석탄 가스가 유입되는 가스 유입부와, 일단이 상기 가스 유입부에 연결되고, 유입된 석탄 가스가 이동되는 가스 채널과, 상기 가스 채널의 일측에 장착되어 이동되는 석탄 가스의 양을 측정하는 가스 플로어 미터와, 상기 가스 플로어 미터를 통해 측정된 석탄 가스의 양을 표시하는 디스플레이부 및 상기 가스 채널의 타단에 연결되어 측정된 석탄 가스를 배출하는 가스 배출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 휴대용 석탄 가스 측정장치는, 상기 가스 플로어 미터의 후단에 연결되고, 유입되는 석탄 가스의 성분 분석을 위해 석탄 가스를 포집하는 가스 샘플링부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 휴대용 석탄 가스 측정장치는, 상기 가스 배출부 및 상기 가스 샘플링부 중 어느 하나로 석탄 가스가 이동되도록 상기 가스 채널의 경로를 제어하는 스위치부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 휴대용 석탄 가스 측정장치는, 상기 케이스에 구비되어 대기 온도를 측정하는 온도 측정센서와, 상기 가스 유입부에 구비되어, 석탄 가스의 유입을 체크하는 가스 측정 센서와, 상기 가스 측정 센서와 전기적으로 연결되어, 석탄 코어로부터 방출되는 석탄 가스의 방출시간을 측정하는 타이머 및 상기 케이스에 구비되어 대기 압력을 측정하는 압력 측정센서를 포함하고, 측정된 온도, 시간 및 압력은 상기 디스플레이부를 통해 표시되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 휴대용 석탄 가스 측정장치는, 측정된 온도, 시간, 압력 및 석탄 가스의 양에 대한 가스정보를 저장하는 가스정보 저장모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명에 따른 휴대용 석탄 가스 측정장치는, 상기 가스정보 저장모듈에 저장되는 가스정보를 외부로 전송하는 통신모듈을 포함하고, 상기 통신모듈은 USB(universal serial bus) 메모리 또는 연결 케이블과 접속 가능한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 휴대용 석탄 가스 측정장치에 따르면, 휴대 가능한 케이스에 가스 측정 장치를 구비함으로써, 현장에서 시추를 통해 취득한 석탄 코어로부터 배출되는 탈착가스의 양을 정확히 측정할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 휴대용 석탄 가스 측정장치는, 내구성을 향상시킴으로 인하여 현장에서의 사용이 용이하고, 특히 자동으로 가스량을 측정 및 기록할 수 있도록 구성함으로써 사용자의 편의를 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은, 본 발명의 실시예에 따른 휴대용 석탄 가스 측정장치를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는, 본 발명에 따른 휴대용 석탄 가스 측정장치를 개략적으로 나타내는 상면도이다.
도 3은, 본 발명에 따른 휴대용 석탄 가스 측정장치의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 4는, 본 발명에 따른 휴대용 석탄 가스 측정장치를 이루는 가스 측정부를 개략적으로 나타내는 측면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예의 상세한 설명은 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 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.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 휴대용 석탄 가스 측정장치를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 2는 휴대용 석탄 가스 측정장치를 개략적으로 나타내는 상면도이다. 또한, 도 3은 본 발명에 따른 휴대용 석탄 가스 측정장치의 구성을 나타내는 블럭도이고, 도 4는 휴대용 석탄 가스 측정장치를 이루는 가스 측정부를 개략적으로 나타내는 측면도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 휴대용 석탄 가스 측정장치는(10)는 케이스(100) 및 이 케이스(100)에 구비되어 현장에서 석탄 가스의 양을 측정할 수 있는 가스 측정부(200)를 다수개 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 다수개의 가스 측정부가 동일한 기능을 수행하고 있기 때문에, 하나의 가스 측정부(200)의 구성 및 기능에 대해서만 아래와 같이 설명한다.
케이스(100)는, 예를 들어 가로, 높이 및 세로가 대략 30㎝, 20㎝ 및 15㎝ 정도로 구성될 수 있으며, 특히 운송 및 휴대성을 향상시킬 수 있으면 그 형태라면, 다양한 형태로 이루어질 수 있다.
휴대 가능한 케이스(100)에 구비되는 가스 측정부(200)는 가스 유입부(201), 가스 채널(202), 가스 플로어 미터(203), 가스 배출부(204), 디스플레이부(209), 가스 샘플링부(210)를 포함하여 구성될 수 있다.
가스 유입부(201)는 케이스(100)의 전단에 형성되어, 석탄 코어가 저장된 코어 용기(20)와 관(도시하지 않음) 등을 통해 연결될 수 있다. 따라서, 석탄 코어로부터 배출되는 석탄 가스가 가스 유입부(201)를 통해 유입될 수 있다.
가스 유입부(201)의 하단에는 관 형태의 가스 채널(202)의 일단이 연결되어 유입된 석탄 가스를 타단 방향으로 이동시킬 수 있다. 가스 채널(202)의 일 측에는 도시한 바와 같이, 가스 채널(202)을 통해 이동되는 석탄 가스의 양을 디지털 방식으로 측정할 수 있는 가스 플로어 미터(203)가 배치될 수 있다.
또한, 케이스(100)의 전면에는 디스플레이부(209)가 구비되어 측정되는 석탄 가스의 양을 실시간으로 표시할 수 있다.
가스 채널(202)의 타단에는 가스 포집부(30)와 연결될 수 있는 가스 배출부(204)가 구비될 수 있다. 가스 채널(202)을 통해 이동된 석탄 가스는 케이스(100)의 후면에 배치되는 가스 배출부(204)를 통해 배출되어 외부의 가스 포집부(30)에 포집될 수 있다.
가스 측정부(200)는 온도 측정센서(205) 및 압력 측정센서(206)를 포함할 수 있다. 온도 측정센서(205) 및 압력 측정센서(206)는 케이스(100)의 내측에 각각 구비되어 석탄 가스의 양을 측정하고 있는 현장 또는 실험실의 대기 온도 및 대기 압력을 측정하고, 측정된 온도 및 압력은 디스플레이부(209)를 통해 표시될 수 있다.
특히, 측정된 온도 및 압력 정보는 측정된 석탄 가스의 양에 대한 보정(pure coal basis) 또는 석탄 가스의 매장량을 추정할 때 보정 정보로 사용될 수 있다.
또한, 가스 유입부(201)에는 가스 측정 센서(207) 및 타이머(208)가 구비될 수 있다.
가스 측정 센서(207)에서는 가스 유입부(201)를 통해 석탄 가스가 유입되면 이를 감지하고, 가스 측정 센서(207)와 전기적으로 연결되는 타이머(208)에서는 가스 측정 센서(207)에서 석탄 가스 유입을 확인하면, 가스 측정 센서(207)의 동작과 연동되어 석탄 가스의 방출시간을 측정하고, 측정이 시작된 시간 및 경과 시간 등을 측정할 수 있다.
타이머(208)를 통해 측정되는 시간은 디스플레이부(209)를 통해 표시될 수 있다.
가스 측정부(200)는 메모리 형태의 가스 정보 저장모듈(211)을 포함하여, 각 구성 요소를 통해 측정되는 온도, 압력, 시간 및 석탄 가스의 양에 대한 가스 정보를 실시간 저장할 수 있다.
또한, 가스 정보 저장모듈(211)에 저장되는 가스 정보는 통신모듈(212)을 통해 외부로 전송될 수 있다. 이 통신모듈(212)은 USB(universal serial bus) 메모리와 접속 가능하거나, 연결 케이블 등을 통해 노트북이나 PC 등과 연결되어 가스 정보를 전송할 수 있다.
본 발명에 따른 가스 측정부(200)는 가스 샘플링부(210)를 포함할 수 있다. 이 가스 샘플링부(210)는 가스 측정부(200)로 석탄 가스의 성분을 분석하기 위하여 한 것으로, 유입되는 석탄 가스 중 일부를 포집할 수 있다.
특히, 가스 샘플링부(210)는 도면에 나타낸 바와 같이, 가스 플로어 미터(203)의 후단에 연결되도록 배치되고, 개폐밸브(214)를 통해 가스 채널(202)에 연결될 수 있다.
또한, 케이스(100)에 개폐밸브(214)의 동작을 제어하는 별도의 스위치부(213)를 설치할 수 있다.
따라서, 스위치부(213)의 동작에 따라 개폐밸브(214)가 개폐됨으로써, 가스 채널(202)의 경로가 제어되어 유입되는 석탄 가스는 가스 배출부(204) 또는 가스 샘플링부(210)로 이동될 수 있다.
구체적으로 도시하지는 않았지만, 별도의 주사기를 통해 석탄 가스가 포집된 가스 샘플링부(210)로부터 석탄 가스를 취득하거나, 가스 샘플링부(210) 자체를 가스 채널(202)로부터 분리하여 성분 분석을 수행할 수도 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 휴대용 석탄 가스 측정장치는 시험관을 사용하지 않고 석탄 가스의 양을 측정할 수 있기 때문에 내구성이 향상되어 현장에서 사용이 용이하고, 또한, 다채널로 구성할 수 있어 다수의 석탄 코어에서 방출되는 석탄 가스를 각각 측정할 수 있으므로 자료의 신뢰성 보장 및 사용자 편의를 증진시킬 수 있는 특징이 있다.
상기 본 발명의 내용은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10 : 휴대용 석탄 가스 측정장치
100 : 케이스 200 : 가스 측정부
201 : 가스 유입부 202 : 가스 채멀
203 : 가스 플로어 미터 204 : 가스 배출부
205 : 온도 측정센서 206 : 압력 측정센서
207 : 가스 측정센서 208 : 타이머
209 : 디스플레이부 210 : 가스 샘플링부
211 : 가스 정보 저장모듈 212 : 통신모듈
213 : 스위치부

Claims (7)

  1. 휴대 가능한 케이스; 및
    상기 케이스에 구비되고, 석탄 코어가 저장된 코어 용기와 각각 연결되어 석탄 코어로부터 방출되는 석탄 가스의 양을 측정하는 다수개의 가스 측정부;를 포함하고,
    상기 가스 측정부는,
    상기 석탄 코어로부터 배출되는 석탄 가스가 유입되는 가스 유입부;
    일단이 상기 가스 유입부에 연결되고, 유입된 석탄 가스가 이동되는 가스 채널;
    상기 가스 채널의 일측에 장착되어 이동되는 석탄 가스의 양을 측정하는 가스 플로어 미터;
    상기 가스 플로어 미터를 통해 측정된 석탄 가스의 양을 표시하는 디스플레이부; 및
    상기 가스 채널의 타단에 연결되어 측정된 석탄 가스를 배출하는 가스 배출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 석탄 가스 측정장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 플로어 미터의 후단에 연결되고, 유입되는 석탄 가스의 성분 분석을 위해 석탄 가스를 포집하는 가스 샘플링부를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 석탄 가스 측정장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 가스 배출부 및 상기 가스 샘플링부 중 어느 하나로 석탄 가스가 이동되도록 상기 가스 채널의 경로를 제어하는 스위치부를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 석탄 가스 측정장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 배출부와 연결되어 배출된 석탄 가스를 포집하는 가스 포집부를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 석탄 가스 측정장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 케이스에 구비되어 대기 온도를 측정하는 온도 측정센서;
    상기 가스 유입부에 구비되어, 석탄 가스의 유입을 체크하는 가스 측정 센서;
    상기 가스 측정 센서와 전기적으로 연결되어, 석탄 코어로부터 방출되는 석탄 가스의 방출시간을 측정하는 타이머; 및
    상기 케이스에 구비되어 대기 압력을 측정하는 압력 측정센서;를 포함하고,
    측정된 온도, 시간 및 압력은 상기 디스플레이부를 통해 표시되는 것을 특징으로 하는 휴대용 석탄 가스 측정장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    측정된 온도, 시간, 압력 및 석탄 가스의 양에 대한 가스정보를 저장하는 가스정보 저장모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 석탄 가스 측정장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 가스정보 저장모듈에 저장되는 가스정보를 외부로 전송하는 통신모듈을 포함하고,
    상기 통신모듈은 USB(universal serial bus) 메모리 또는 연결 케이블과 접속 가능한 것을 특징으로 하는 휴대용 석탄 가스 측정장치.
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