KR20210131566A - 지하수 관정의 채수장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내부가 비어 있고 일방향으로 길게 연장된 구조물로서 상부와 하부가 부분적으로 개방되어 있는 파이프형 본체, 상기 파이프형 본체 하부에 장착되어 본체 하면을 개폐하는 하부 개폐구, 상기 파이프형 본체 상부에 장착되어 본체 상면을 개폐하는 상부 개폐구, 상기 본체 내부에 장입되며, 일단과 타단이 각각 하부 개폐구와 상부 개폐구에 연결되어 있는 지지봉, 상기 파이프형 본체 상부에 장착되거나 형성되며 채수장치 전체의 하중을 견디면서 지하수 관정으로 채수장치를 투입하거나 배출하기 위한 제1케이블 연결부, 상기 상부 개폐구를 파이프형 본체 상부에 대해 위로 올리거나 하방으로 내리는 동작을 수행하는 상부 개폐구 동작부를 포함하며, 상부 개폐구의 상하 동작에 의해 상기 지지봉에 연결되어 있는 하부 개폐구가 파이프형 본체의 하부를 개방하거나 폐쇄하며, 채수장치가 지하수 관정에 투입된 상태에서 하부 개폐구의 개방 시 파이프형 본체 내부로 지하수를 유입시키고 하부 개폐구의 폐쇄 시 파이프형 본체 내부의 지하수의 유출을 방지하는 것을 특징으로 하는 지하수 관정의 채수장치를 제공한다.

Description

지하수 관정의 채수장치 {Sampling Apparatus for Underground Water}

본 발명은 지하수 관정의 채수장치에 관한 것으로서, 상세하게는 관정 내 고심도에서 채수가 가능하고 원하는 심도의 지하수를 안전하게 채취할 수 있는 새로운 채수장치를 제안한다.

지하수는 지표에 내린 빗물이나 눈이 땅속으로 침투하여 고여 있거나 흐르는 상태의 물로서 하천수 등의 지표수와 함께 주요 수자원으로 활용되고 있으며, 최근에는 기후 변화로 인한 가뭄에 대비하기 위해 비상용수 또는 대체수자원으로서의 가치가 증가하고 있다.

지하수는 단기간에 저렴한 비용으로 안전한 용수를 확보할 수 있다는 점에서 효용성이 크다. 그러나 지하수는 빗물 등에 의해 보충되는 양보다 과도하게 사용하거나 오염물질이 침투되어 수질이 악화되는 경우에는 재생과 회복에 오랜 시일과 노력이 필요하다. 따라서, 지하수를 개발한 후 지하수 관정의 오염 방지와 더불어, 물 부족 문제가 발생하지 않고 안정적인 물 공급이 가능하도록 지하수 관정을 지속적으로 관리하는 것이 중요하다. 이를 위하여 신규 관정 뿐만 아니라 기존에 설치된 관정에서도 정기적으로 수질을 검사하여 오염 여부를 확인하고 오염원의 발생을 제거할 필요가 있다. 지하수 관정의 수질을 검사하기 위해서는 관정 내부의 다양한 심도에서 지하수를 채수하여야 한다.

일반적으로, 지하수나 심도가 깊은 구간의 지하수를 채수하기 위해서는 채수파이프의 하단에 양수용 펌프를 설치하여 채수하거나 채수통에 줄을 달아 입수시킨뒤 인양하여 채수하는 방법이 있다. 특히, 지하수를 개발하려고 할 경우, 심정내 지하수의 성분, 수질 및 유량의 분석은 필수적이며 이를 위하여 반드시 원하는 심도에 해당하는 구간의 지하수를 채수하여야 한다.

그러나, 채수파이프의 하단에 양수용 펌프를 설치하여 지하수를 채수하는 방법은 이에 필요한 부대시설을 갖추어야 할 뿐 아니라 전력을 소모하게 되므로 많은 경비가 소요되고, 채수통을 이용하여 채수하는 방법은 지하수 중 상부층만 채수되므로 원하는 심도의 지하수를 채수하기 어려운 문제점이 있다.

예를 들어, 등록실용신안 20-0275842호에 따르면 채수병을 이용한 채수장치를 제안하고 있는데, 하부를 통해 원하는 심도의 지하수가 내부로 유입됨으로써 채수될 수 있도록 내측 중앙에 채수공간이 형성되고 이 채수공간과 연결되는 개방된 상/하부를 갖는 채수병; 상기 채수병의 상부와 일단이 연결되고, 타단은 지상에 배치되어 채수병의 내부가 통기되도록 형성된 채수호스; 및 상기 채수호스의 지상측 단부에 설치되어 채수호스를 개폐시킴으로서 채수호스를 개폐시키는 체크밸브;를 포함하고 있다.

이 장치는 수동조작에 의해 지하수를 채수할 수 있도록 상기 채수호스 단부에 수동펌프가 설치되어 있고, 수동펌프 내부에 진공압을 발생시키면 이 진공압에 의해 채수병의 개방된 하부를 통해 지하수가 채수병의 채수공간을 거쳐 채수호스를 통해 채수될 수 있다고 기재하고 있다. 그러나, 수동펌프의 조작에 의한 진공압은 지하수 관정 내 얕은 수심에서나 채수가 가능하고 채수량도 매우 적어 지하수 수질 확인을 위한 적정 용량을 확보하기는 어려우며, 특히 지하 100m 이상의 고심도에서 지하수를 채취하는 것은 불가능하다.

한편, 등록특허 10-1226922호에 따르면, 수질측정용 채수장치가 제안되었는데, 교량이나 캔틸레버에 부착된 하우징과 상기 하우징 내에 설치된 인양장치를 포함하여 구성되는 본체부; 상기 인양장치에 연결되고, 하천이나 호수 속에서 시료수를 채취하는 수중펌프를 포함하여 구성되는 채수부; 상기 수중펌프에서 채수한 시료수를 측정소로 이송하는 호스; 및 상기 인양장치를 작동하여 상기 채수부를 승강 또는 하강시키는 제어부를 포함하고 있다.

이 장치의 경우 채수부의 수평상태를 감지하는 수평센서와 수면의 높이를 감지하는 수위센서가 설치되고, 상기 제어부는 상기 수평센서와 수위센서의 신호를 받아 상기 인양장치를 작동하기 때문에 균등 수위의 채수를 할 수 있다는 장점이 있으나, 교량이 있는 하천 등에만 설치가 가능하여 지하수 관정과 같은 협소한 시설에 적용하기가 어렵고, 채수부 내부에 수중펌프를 포함하고 있어 고심도의 지하수 관정에 투입하기가 용이하지 않을 뿐만 아니라, 전체적인 시스템이 복잡하고 운용 및 관리에 비용이 많이 소요되는 단점이 있다.

본 발명은 전술한 기술적 배경하에서 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 지하수 관정 내 고심도에서도 지하수의 채취가 가능한 채수장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 지하수 관정 내 원하는 심도에서 안전하게 지하수를 채취할 수 있는 채수장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 외부 펌프나 수중 펌프 등의 고가 장비가 필요치 않고 전체적인 시스템이 단순하고 설치가 용이한 새로운 지하수 관정용 채수장치를 제공하는 것이다.

기타, 본 발명의 또 다른 목적 및 기술적 특징은 이하의 상세한 설명에서 보다 구체적으로 제시될 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 내부가 비어 있고 일방향으로 길게 연장된 구조물로서 상부와 하부가 부분적으로 개방되어 있는 파이프형 본체, 상기 파이프형 본체 하부에 장착되어 본체 하면을 개폐하는 하부 개폐구, 상기 파이프형 본체 상부에 장착되어 본체 상면을 개폐하는 상부 개폐구, 상기 본체 내부에 장입되며, 일단과 타단이 각각 하부 개폐구와 상부 개폐구에 연결되어 있는 지지봉, 상기 파이프형 본체 상부에 장착되거나 형성되며 채수장치 전체의 하중을 견디면서 지하수 관정으로 채수장치를 투입하거나 배출하기 위한 제1케이블 연결부, 상기 상부 개폐구를 파이프형 본체 상부에 대해 위로 올리거나 하방으로 내리는 동작을 수행하는 상부 개폐구 동작부를 포함하며, 상부 개폐구의 상하 동작에 의해 상기 지지봉에 연결되어 있는 하부 개폐구가 파이프형 본체의 하부를 개방하거나 폐쇄하며, 채수장치가 지하수 관정에 투입된 상태에서 하부 개폐구의 개방 시 파이프형 본체 내부로 지하수를 유입시키고 하부 개폐구의 폐쇄 시 파이프형 본체 내부의 지하수의 유출을 방지하는 것을 특징으로 하는 지하수 관정의 채수장치를 제공한다.

본 발명에 있어서, 상기 상부 개폐구 동작부는 상부 개폐구 상단에 연결되며 수동으로 상부 개폐구에 장력을 가하여 상부 개폐구를 들어올리거나 내리기 위한 제2케이블 연결부를 포함할 수 있다.

이와 달리, 본 발명에서 상기 상부 개폐구 동작부는 상부 개폐구 상단에 연결되며, 공압 또는 유압에 의해 상부 개폐구를 상부 또는 하방으로 이동시키는 실린더를 포함할 수도 있다.

본 발명에 있어서, 상기 파이프형 본체는 상부 개폐구가 장입되는 상부 결합부와, 하부 개폐구가 장입되는 하부 결합부, 및 상부 결합부와 하부 결합부를 상호 연결하는 파이프 형상의 중간 연결부를 포함할 수 있으며, 상기 상부 결합부와 하부 결합부는 스텐레스 등의 금속이나 물보다 비중이 크고 방수성인 재질로 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 채수장치에 있어서, 상기 하부 개폐구와 상부 개폐구는 상부에서 하부로 폭이 감소하는 사다리꼴 단면으로 형성되어 있고, 상기 본체의 상부 및 하부에 각각 하부 개폐구와 상부 개폐구가 장입되어 결합되는 면은 하부 개폐구와 상부 개폐구의 단면과 유사하게 하방으로 폭이 감소하는 경사진 면이 형성되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 구동 모터, 와이어릴, 상기 와이어릴에 감겨 있는 제1케이블 및 제2케이블, 상기 모터의 구동 속도 및 방향을 컨트롤하는 통합 제어부를 포함하는 케이블 윈치를 더 포함할 수 있으며, 이 경우 상기 제1케이블과 제2케이블은 구도 모터의 동작에 의해 와이어릴로부터 한 쌍으로 동시에 풀리거나 감기고 제1케이블 보다 제2케이블의 길이가 더 길게 연장되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 구동 펌프를 사용하지 않아도 지하수의 채수가 가능하여 전체적인 시스템의 구조를 단순화할 수 있고, 장소나 지형에 상관없이 각종 지하수 관정에 효과적으로 적용할 수 있다.

또한, 본 발명의 채수장치는 지하수 채수 후 관정 외부로 채수장치를 배출하는 과정에서 채수장치 내부에 담긴 지하수가 외부로 배출되지 않아 안정적인 지하수 채수가 가능하여 비전문가라도 쉽게 지하수 채수 작업을 수행할 수 있다.

특히 본 발명의 채수장치는 고심도의 지하수 관정에 투입되기에 용이하며, 원하는 심도에서 지하수의 채취가 가능하여 신규 관정은 물론 오래전에 설치된 지하수 관정의 수질 파악 및 수질 관리가 가능하다.

도 1은 지하수 관정에 투입되는 채수장치를 보인 모식도
도 2는 본 발명의 채수장치 외관을 보인 측면도
도 3은 본 발명의 채수장치 내부를 보인 단면도
도 4는 본 발명의 채수장치의 채수 과정을 보인 단면 모식도
도 5는 공압실린더가 장착된 채수장치를 보인 모식도
도 6은 채수장치 외면의 완충용 가이드링을 보인 측면도
도 7은 채수장치 삽입용 가이드를 보인 평면도
도 8은 지하수 관정 상부에서 케이블을 관정에 투입하는 예를 보인 모식도
도 9는 관정에 케이블을 투입하기 위한 케이블윈치를 보인 평면도
도 10은 카메라가 장착된 채수장치를 보인 측면도

본 발명은 지하수 관정의 원하는 심도에서 지하수를 채취할 수 있는 새로운 채수장치를 제안한다.

구체적으로 본 발명의 채수장치는 일방향으로 길게 연장되고 상부와 하부가 개방되어 있는 파이프형 본체, 상기 파이프형 본체 하부 및 상부에 각각 장착되어 본체 하면과 상면을 개폐하는 하부 개폐구 및 상부 개폐구, 상기 본체 내부에 장입되며 일단과 타단이 각각 하부 개폐구와 상부 개폐구에 연결되어 있는 지지봉, 상기 파이프형 본체 상부에 장착되거나 형성되며 채수장치 전체의 하중을 견디면서 지하수 관정으로 채수장치를 투입하거나 배출하기 위한 제1케이블 연결부, 상기 상부 개폐구를 파이프형 본체 상부에 대해 위로 올리거나 하방으로 내리는 동작을 수행하는 상부 개폐구 동작부를 포함한다.

또한, 본 발명의 채수장치는 구동 모터, 와이어릴, 상기 와이어릴에 감겨 있고 채수장치 전체에 장력을 제공하는 제1케이블 및 상부 개폐구에 장력을 제공하는 제2케이블, 상기 모터의 구동 속도 및 방향을 컨트롤하는 통합 제어부를 포함하는 케이블 윈치를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 채수장치는 별도의 구동 펌프가 없어도 지하수의 채수가 가능하고 고심도의 지하수 관정에 투입되기에 용이하며, 지하수 채수 후 관정 외부로 채수장치를 배출하는 과정에서 채수장치 내부에 담긴 지하수가 외부로 배출되지 않아 안정적인 지하수 채수가 가능하다.

도 1은 지하수 관정에 투입되는 채수장치를 모식적으로 보인 것이다. 지상부(G)의 특정 위치에서 지하로 깊이 굴착하여 형성된 관정(H)은 수맥을 통해 공급되는 지하수의 자연수위에 따라 통상 수십미터에서 수백미터의 심도를 갖게 되며, 자연수위(W) 이하로 채수장치나 수질센서 등의 장치(10)를 투입하여 수질 파악을 하게 된다. 관정 상부에서 회전롤러(D) 등을 통해 케이블(C)에 매달은 장치를 관정 내부로 투입하게 되면, 장치 자체의 무게와 더불어 케이블의 중량이 더해져 투입장치 전체의 하중이 증가하게 되고, 깊은 심도로 정확한 위치에 장치를 투입하기 위해서는 정밀한 동작 제어가 필요하다. 또한 채수장치의 경우 관정 내 깊은 심도에서 원하는 양의 지하수를 채취한 후 관정 외부로 배출할 때까지 채수된 물이 다른 심도에서의 물과 섞이거나 장치 외부로 쏟아지지 않아야 한다.

기존에 간이 채수장치로 사용된 일명 베일러 제품은 플라스틱 재질의 원통 내부에 채수볼을 장입시킨 상태에서 관정 내부에 투입한 후 지하수 자연수위에 닿으면 채수볼에 가해지는 부력에 의해 플라스틱 통 내부로 물이 채워지는 원리로 채수를 진행하였다. 이 제품은 낮은 심도(예를 들어 지하 5 ~10m 내외)에서 지하수 자연수위 표면의 물을 채수하는 정도에 적합할 뿐, 수백미터 이하의 깊은 심도의 지하수나 자연수위 아래의 원하는 심도에서의 물을 채수하는 것은 불가능하고, 더욱이 채수된 물이 채수볼의 불안정성으로 인해 플라스틱 통 외부로 쉽게 배출되어 지하수 관정의 수질관리를 위한 채수장치로는 적합하지 않다.

본 발명은 깊은 심도에서도 안정적으로 원하는 깊이의 지하수를 채수하면서도 별도의 채수용 펌프 등이 필요없는 새로운 장치를 제안한다. 도 2는 본 발명의 채수장치 외관을 보인 측면도이고, 도 3은 본 발명의 채수장치 내부를 보인 단면도이다.

이 장치(100)는 기본적으로 파이프형 본체(110)와 본체 상하면의 개폐구를 포함한다. 본체는 내부가 비어 있고 일방향으로 길게 연장된 구조물로서 상부와 하부가 부분적으로 개방되어 있고(111, 112), 금속 재질이나 플라스틱 재질 등으로 형성할 수 있다. 하부 개폐구(132)는 파이프형 본체 하부에 장착되어 본체 하면을 개폐하며, 상부 개폐구(122)는 파이프형 본체 상부에 장착되어 본체 상면을 개폐한다. 상부 개폐구와 하부 개폐구는 물보다 비중이 큰 금속 재질 등으로 제조하여, 자중에 의해 항상 파이프형 본체를 폐쇄한 상태가 유지되도록 하고, 외력을 가하여 상방으로 이동시킬 때 본체가 개방되도록 한다.

상부 개폐구와 하부 개폐구는 상하 이동이 상호 연동되어 파이프형 본체의 개폐 동작을 함께 제어하게 되는데, 이를 위하여 상기 본체 내부에 장입되며 일단과 타단이 각각 하부 개폐구와 상부 개폐구에 연결되어 있는 지지봉(150)을 포함한다. 지지봉은 얇은 두께의 연결관으로 내부가 비어있을 수도 있고, 자체의 강성에의해 상부 개폐구와 하부 개폐구를 견고하게 지지하며 상부 개폐구의 상하 동작을 하부 개폐구에 동일하게 전달함으로써 상부 개폐구와 하부 개폐구의 상하 동작이 연동되도록 한다. 이를 위하여 지지봉은 물리적으로 강성이 있고 녹이 슬지 않는 내식성 플라스틱이나 스텐 재질 등으로 형성할 수 있다.

본 발명의 채수장치는 파이프형 본체 상부에 장착되거나 형성되며 채수장치 전체의 하중을 견디면서 지하수 관정으로 채수장치를 투입하거나 배출하기 위한 제1케이블 연결부를 포함한다, 제1케이블 연결부는 예를 들어 본체 상단에 결합된 케이블 결합부(140)와 케이블 결합부 상면에 부가적으로 결합되거나 형성되는 케이블 고정고리(141)로 구성될 수 있다. 제1케이블(L1)은 채수장치 전체의 하중을 지탱하면서 채수장치를 관정 내부로 투입하거나 배출할 수 있으며, 관정의 심도에 적합한 충분한 길이와 장력을 갖고, 케이블 구동 장치 등에 의해 감기거나 풀리는 동작이 수행될 수 있다.

이와 더불어 본 발명의 채수장치는 상기 상부 개폐구를 파이프형 본체 상부에 대해 위로 올리거나 하방으로 내리는 동작을 수행하는 상부 개폐구 동작부를 포함하며, 이에 관해서는 후술한다.

상기 파이프형 본체는 상부 개폐구가 장입되는 상부 결합부(120)와, 하부 개폐구가 장입되는 하부 결합부(130)를 각각 포함할 수 있는데, 이 경우 상부 결합부와 하부 결합부는 파이프 형상의 중간 연결부로 상호 연결될 수 있다. 하부 결합부는 예를 들어 파이프형 본체 내부에 장입되어 일체화될 수 있으며, 상부 결합부는 본체와 착탈 가능하게 결합될 수 있다. 이러한 구조의 파이프형 본체는 상부 결합부에 체적 내지 내부 공간이 다른 중간 연결부를 결합함으로써 지하수 관정 내에서 채수가 요구되는 지하수 양에 따라 채수장치의 용량을 변화시킬 수 있다. 상기 상부 결합부와 하부 결합부는 스텐레스 등의 금속이나 물보다 비중이 크고 방수성인 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 반면 상기 중간 연결부는 스텐레스 등의 금속이나 방수성 아크릴로 형성할 수도 있다. 상기 중간 연결부는 채수되는 물의 양에 따라 길이가 다르게 형성되며, 중간 연결부의 상단은 상부 결합부와 나사 결합에 의해 체결되거나 분리될 수 있다. 또한, 상기 하부 결합부는 중간 연결부 내부의 하방에 일체적으로 형성하거나, 조립 및 분해가 용이하도록 착탈 방식으로 결합될 수도 있다.

본 발명의 채수장치에 있어서, 상기 하부 개폐구와 상부 개폐구는 상부에서 하부로 폭이 감소하는 사다리꼴 단면으로 형성되는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 본체의 상부 결합부 및 하부 결합부에 각각 하부 개폐구와 상부 개폐구가 장입되어 결합되는 면은 하부 개폐구와 상부 개폐구의 단면과 유사하게 하방으로 폭이 감소하는 경사진 면이 형성되도록 하는 것이 바람직하다 사다리꼴 형상의 단면 구조는 상부 개폐구와 하부 개폐구의 상방 이동 및 하방 이동 시 마찰 요소를 줄여 분리와 결합 동작이 용이하도록 한다. 상부 개폐구와 하부 개폐구가 결합되는 상부 결합부 및 하부 결합부의 개방부(111, 112) 표면에는 채수장치 내부에 장입된 물이 외부로 빠져나가지 않도록 오링 등의 밀폐링(123, 133)이 결합되는 것이 좋다.

본 발명의 채수장치는 파이프형 본체 상면에 상부 개폐구의 상부 이동의 높이를 제한하는 단턱부(142)가 형성될 수 있다. 단턱부의 구조 및 형태는 상부 개폐구의 상하 이동 방식에 따라 달라질 수 있다. 이 단턱부로 인하여 상부 개폐구의 상방 이동의 거리를 제한함으로써 하부 개폐구의 상부 이동 거리도 제한하게 되며, 하부 개폐구의 상하 이동에 의해 파이프형 본체 하면이 충분히 개방되어 지하수 관정의 물이 본체 내부로 유입될 수 있는 정도의 하부 개폐구 수직 이동 유격을 갖도록 상기 단턱부의 높이를 결정하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 상부 개폐구 동작부는 상부 개폐구 상단에 연결되며 수동으로 상부 개폐구에 장력을 가하여 상부 개폐구를 들어올리거나 내리기 위한 제2케이블 연결부를 포함할 수 있다. 제2케이블 연결부는 예를 들어 상부 개폐구 상단에 결합되는 케이블 고정고리(124)일 수 있으며, 여기에 제2케이블(L2)이 결합되고, 제2케이블에 수동이나 기타 장치에 의한 외력으로 장력을 가하여 상부 개폐구를 상방으로 들어올릴 수 있다.

상부 개폐구의 상하 동작에 의해 상기 지지봉에 연결되어 있는 하부 개폐구가 파이프형 본체의 하부를 개방하거나 폐쇄하며, 채수장치가 지하수 관정에 투입된 상태에서 하부 개폐구의 개방 시 파이프형 본체 내부로 지하수를 유입시키고 하부 개폐구의 폐쇄 시 파이프형 본체 내부의 지하수의 유출을 방지할 수 있다.

채수 동작과 관련하여, 도 4에 본 발명의 채수장치의 채수 과정을 모식적으로 나타내었다. 채수장치를 지하수 관정 내 장입하여 소정 깊이로 하강시키면 채수장치의 자체 무게로 인하여 자연스럽게 낙하하며 이 과정에서 상부 개폐구와 하부 개폐구는 금속성 재질로 인한 자체 하중에 의해 파이프형 본체를 개방시키지 않고 본체 내부를 밀폐시킨 상태를 유지하게 된다. 채수를 원하는 관정 내 심도에 도달한 후, 제2케이블을 작업자가 손으로 당기거나 모터 등에 의해 제2케이블을 감아올리는 방법으로 상부 개폐구 상방으로 이동시켜 하부 개폐구도 함께 이동시킨다. 밀폐되어 있던 파이프형 본체는 상부 개폐구가 상방으로 이동하여 상부(112)가 개방되고 파이프형 본체 하부(111)도 개방된다. 이러한 상태에서 지하수 관정 내 지하수의 수압에 의해 파이프형 본체 내부로 지하수가 유입되며, 본체 내에 지하수가 충진되면 제2케이블에 가한 장력을 해제하여 상부 개폐구가 자중에 의해 다시 상부 결합부를 밀폐시키고 하부 개폐구도 하부 결합부를 동시에 밀폐시키도록 한다. 파이프형 본체가 밀폐되면, 파이프형 본체 내부에 관정 내 원하는 심도에서 얻어진 지하수를 보유한 상태로 제1케이블을 당겨 채수장치를 관정 상부로 들어올린다.

이와 같은 채수 동작에 있어서 제2케이블 대신 다른 수단을 이용하는 것도 가능하다. 예를 들어 본 발명의 채수장치에 있어서 상기 상부 개폐구 동작부는 상부 개폐구 상단에 연결되며, 공압 또는 유압에 의해 상부 개폐구를 상부 또는 하방으로 이동시키는 실린더를 포함할 수 있다. 도 5는 공압실린더가 장착된 채수장치를 보인 모식도이다.

상기 실린더(160)는 내부에 스프링(162)이 내장되어 있고, 외부로부터 에어공급라인(163)을 통해 공기가 주입되어 일방향으로 압력을 가하여 실린더로드(161)를 이동시킴으로써 상부 개폐구의 상하 이동을 제어할 수 있다. 이 경우 실린더로드의 하단은 상부 개폐구 상면에 결합시켜 상호 이동을 연동시킨다. 도 5에 도시한 실시예에서는 스프링의 탄성력으로 실린더로드가 상부 개폐구를 하방으로 밀어 본체 상부를 밀폐시킨 제1상태를 기본적으로 유지하며, 공기압을 가하여 실린더로드가 스프링의 탄성력을 넘어 상방으로 이동함에 따라 상부 개폐구도 상부로 이동하는 제2상태로 변화될 수 있다. 이와 같은 실린더 작용에 의한 채수 동작을 수행하기 위해서 단동 공압 실린더를 사용할 수 있으며, 동일한 동작이 가능한 유압 실린더를 사용하는 것도 가능하다.

실린더의 동작으로, 전술한 제2케이블과 유사하게, 상부 개폐구의 상하 동작에 의해 상기 지지봉에 연결되어 있는 하부 개폐구가 파이프형 본체의 하부를 개방하거나 폐쇄하며, 채수장치가 지하수 관정에 투입된 상태에서 하부 개폐구의 개방 시 파이프형 본체 내부로 지하수를 유입시키고 하부 개폐구의 폐쇄 시 파이프형 본체 내부의 지하수의 유출을 방지할 수 있다. 특히 이러한 실린더 방식의 경우, 관정 내 자연수위 밑으로 고심도의 지하수를 채수하기 위해 제2케이블을 사용하여 상부 개폐구를 들어올릴 때 작업자가 상부 개폐구 개방 여부를 인지하기 어려운 문제를 해결할 수 있는 장점이 있다. 또한, 서로 다른 심도에서 지하수를 채수하기 위해 둘 이상의 채수장치를 심도를 달리하여 연속 배치한 다단 채수 시스템을 구현하는 경우에도 실린더 방식이 유리할 수 있다.

본 발명의 채수장치에 있어서 파이프형 본체의 외면에는 곡면형 완충부가 본체의 수평 방향 외주면을 따라 복수로 장착되거나 형성될 수 있다. 도 6은 채수장치 외면의 완충용 가이드링(115)을 보인 측면도로서, 이러한 가이드링을 본체 외부면의 서로 다른 위치에 그리고 서로 다른 방향으로 복수개 배치할 수 있다. 가이드링은 채수 장치가 지하수 관정에 투입되어 관정 깊이 하강하거나 지하수를 채수한 후 상방으로 올라올 때 관정 내측면의 돌출부나 불연속면으로 인해 수직 이동 동작의 간섭이 생기는 것을 방지하고 원활하게 이동이 가능하도록 한다.

상기 가이드링 대신 별도의 장치를 구비할 수도 있다. 도 7은 채수장치 삽입용 가이드를 보인 평면도로서, 가이드링 방식의 완충부 대신 별도의 파이프형 가이드를 사용하여 동일한 기능을 수행할 수 있다. 상기 파이프형 가이드(170)는 외주면에 곡면형 완충부(172)가 수형 방향 외주면을 따라 복수로 장착되어 있고 파이프형 가이드 내부에 채수장치(100)가 장입된다. 이 경우 채수장치의 외주면과 파이프형 가이드 내주면에는 베어링(174)이 삽입되어 지하수 관정 투입 시 채수장치에 연결되는 제1케이블(및 기타 센서 케이블, 카메라 케이블 등)이 꼬이지 않도록 하는 것이 바람직하다.

채수장치는 전술한 제1케이블에 상단을 연결하여 관정에 투입된다. 도 8은 지하수 관정 상부에서 케이블을 관정에 투입하는 예를 보인 모식도이다. 통상적으로 관정 상부(210)에는 오염물의 유입을 방지하기 위한 관정 덮개(220)가 설치되는데, 이 관정 덮개의 내면에 케이블 구동부(300)를 장착하고 케이블롤러(310)를 동작시켜 제1케이블을 하강시키거나 상승시키는 동작으로 채수장치의 투입 및 배출이 가능하게 할 수 있다. 케이블 구동부는 구동모터(301)와 더불어 디스플레이를 포함하는 제어부(302)가 장착될 수 있다.

이와 같은 통상적인 케이블 구동부 외에 별도의 장치를 통해 본 발명의 채수장치의 투입과 배출을 유도할 수도 있다. 도 9는 관정에 케이블을 투입하기 위한 케이블윈치(400)를 보인 평면도로서, 구동모터(403)와 동력전달부(404), 와이어릴(402) 및 제어부(401)가 유기적으로 결합되어 있으며, 와이어릴에는 제1케이블(L1)과 제2케이블(L2)이 한 쌍으로 감긴 상태에서 구동모터의 동작에 의해 풀리거나 감기게 된다. 전술한 바와 같이 제1케이블은 채수장치 전체 하중을 견디기 위한 장력을 제공하며 제2케이블은 파이프형 본체의 상부 개폐구를 상방으로 들어올리기 위한 장력을 제공하는데, 케이블윈치에 감겨 있는 제1케이블 보다 제2케이블의 길이가 더 길게 연장되는 것이 바람직하다. 제2케이블이 길게 연장됨으로써, 케이블이 풀려 채수장치를 지하수 관정 내부 소정 깊이로 투입시킨 상태에서 제1케이블이 채수장치의 수직 위치를 고정시키고, 좀더 길게 연장되어 있는 제2케이블을 작업자가 손으로 당기거나 외부 장치에 의해 외력을 가하여 당김으로써 파이프형 본체의 상부 개폐구를 위로 들어올릴 수 있다. 만일 제2케이블의 길이가 제1케이블과 동일하면 이러한 상부 개폐구 상승 동작이 불가능하게 된다. 케이블윈치는 케이블이 감기거나 풀리는 과정에서 꼬임을 방지하기 위해 상하부 롤러를 포함하는 케이블롤러(405)가 더 설치될 수 있고, 이 케이블롤러에 타코미터(406) 등의 회전속도계를 장착하여 케이블의 승하강 속도 또는 투입 길이 등을 실시간으로 확인할 수 있다.

본 발명의 채수장치는 지하수 채수라는 본래의 목적과 더불어 깊은 심도의 지하수 수질이나 관정 내부의 오염 상태, 오염원 배출 원인 등을 파악하기 위해 카메라나 수질 센서 등을 더 부가할 수 있다. 도 10은 카메라가 장착된 채수장치를 보인 측면 모식도로서 채수장치 본체 하부에 장착된 지지부(502)에 카메라(500)가 연결되어 있다. 카메라는 채수장치의 침투 깊이 등을 파악할 수 있으며, 카메라 신호케이블(510) 등은 채수장치 측면에 별도의 케이블 지지부(501)를 장착하여 고정시킬 수 있다.

이외에도 채수장치 상하단에 다항목 수질센서를 부착하거나 수위측정기를 설치하여 채수 심도의 수질을 측정하거나 관정 내 자연수위 내부로 입수하는 위치를 파악할 수도 있다.

이상에서 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 예시적으로 설명하였으나, 본 발명은 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며 본 발명에서 제시한 기술적 사상, 구체적으로는 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 다양한 형태로 수정, 변경, 또는 개선될 수 있을 것이다.

100:채수장치 110:본체
111:하부 개방부 112:상부 개방부
115:가이드링 120:상부 결합부
122:상부 개폐구 123:밀폐링
124:케이블 고정고리 130:하부 결합부
132:하부 결합구 133:밀폐링
140:케이블 결합부 141:케이블 고정고리
142:단턱부 150:지지봉
160:공압실린더 161:실린더로드
162:스프링 163:에어공급라인
170:가이드 172:가이드 완충부
174:베어링 210:관정 상부
220:관정 덮개 300:케이블 구동부
301:구동모터 302:제어부
310:케이블 롤러 400:케이블윈치
401:제어부 402:와이어릴
403:구동모터 404:동력전달부
405:케이블롤러 406:타코미터
500:카메라 501:케이블 지지부
502:카메라 지지부 510:케이블
L1:제1케이블 L2:제2케이블

Claims (5)

1. 내부가 비어 있고 일방향으로 길게 연장된 구조물로서 상부와 하부가 부분적으로 개방되어 있는 파이프형 본체,
   상기 파이프형 본체 하부에 장착되어 본체 하면을 개폐하는 하부 개폐구,
   상기 파이프형 본체 상부에 장착되어 본체 상면을 개폐하는 상부 개폐구,
   상기 본체 내부에 장입되며, 일단과 타단이 각각 하부 개폐구와 상부 개폐구에 연결되어 있는 지지봉,
   상기 파이프형 본체 상부에 장착되거나 형성되며 채수장치 전체의 하중을 견디면서 지하수 관정으로 채수장치를 투입하거나 배출하기 위한 제1케이블 연결부,
   상기 상부 개폐구를 파이프형 본체 상부에 대해 위로 올리거나 하방으로 내리는 동작을 수행하는 상부 개폐구 동작부를 포함하며,
   상부 개폐구의 상하 동작에 의해 상기 지지봉에 연결되어 있는 하부 개폐구가 파이프형 본체의 하부를 개방하거나 폐쇄하며, 채수장치가 지하수 관정에 투입된 상태에서 하부 개폐구의 개방 시 파이프형 본체 내부로 지하수를 유입시키고 하부 개폐구의 폐쇄 시 파이프형 본체 내부의 지하수의 유출을 방지하는 것을 특징으로 하는
   지하수 관정의 채수장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 상부 개폐구 동작부는 상부 개폐구 상단에 연결되며 수동으로 상부 개폐구에 장력을 가하여 상부 개폐구를 들어올리거나 내리기 위한 제2케이블 연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 지하수 관정의 채수장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 상부 개폐구 동작부는 상부 개폐구 상단에 연결되며, 공압 또는 유압에 의해 상부 개폐구를 상부 또는 하방으로 이동시키는 실린더를 포함하는 것을 특징으로 하는 지하수 관정의 채수장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 하부 개폐구와 상부 개폐구는 상부에서 하부로 폭이 감소하는 사다리꼴 단면으로 형성되어 있고, 상기 본체의 상부 및 하부에 각각 하부 개폐구와 상부 개폐구가 장입되어 결합되는 면은 하부 개폐구와 상부 개폐구의 단면과 유사하게 하방으로 폭이 감소하는 경사진 면이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 지하수 관정의 채수장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   구동 모터, 와이어릴, 상기 와이어릴에 감겨 있고 채수장치 전체에 장력을 제공하는 제1케이블 및 상부 개폐구에 장력을 제공하는 제2케이블, 상기 모터의 구동 속도 및 방향을 컨트롤하는 통합 제어부를 포함하는 케이블 윈치를 더 포함하며, 상기 제1케이블과 제2케이블은 구도 모터의 동작에 의해 와이어릴로부터 한 쌍으로 동시에 풀리거나 감기며, 제1케이블 보다 제2케이블의 길이가 더 길게 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 지하수 관정의 채수장치.
   

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