KR101557473B1

KR101557473B1 - 지하수 지열 굴착공 토사 슬러리 배출 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101557473B1
Application number: KR1020130115664A
Authority: KR
Inventors: 조희남; 조은섭; 최성욱; 박상진; 강행철; 최상일; 이달희; 함세영
Original assignee: 주식회사 지앤지테크놀러지
Priority date: 2013-09-27
Filing date: 2013-09-27
Publication date: 2015-10-08
Anticipated expiration: 2033-09-27
Also published as: KR20150035294A

Abstract

본 발명은 지하수 지열 굴착공 토사 슬러리 배출 장치 및 방법에 관한 것으로, 지하수의 급수나 지열교환을 위하여 지하수를 공급하는 굴착공을 청결하게 유지하고, 굴착공과 케이싱의 손상을 일으키지 않으면서 소량의 자원만을 이용하여 토사 슬러리를 지상으로 배출함을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 지하수 지열 굴착공 토사 슬러리 배출 장치는, 지중의 굴착공(1)과 통하도록 슬러리 유입부(11)가 형성된 중공형이며 상기 슬러리 유입부가 상기 굴착공 안에 쌓인 토사 슬러리 위에 안착되거나 묻히도록 삽입되는 하우징(10)과; 일측은 상기 하우징의 내부와 연결되며 타측은 지상에 배치되는 배출관(40)과; 상기 하우징의 내부에 유체를 분사하여 상기 유체의 압력에 의해 상기 하우징 내부에 유입된 토사 슬러리를 상기 배출관을 통해 배출하는 유체주입수단(50)을 포함하여 구성된다. 본 발명에 의한 본 발명에 의한 지하수 지열 굴착공 토사 슬러리 배출 방법은 저부에 슬러리 유입부(11)가 구비된 중공의 하우징(10)에 배출관을 연결하고 상기 하우징과 배출관의 연결체를 지중의 굴착공에 설치하는 제1단계와; 상기 제1단계를 통해 상기 굴착공에 설치된 상기 하우징의 내부에 상기 굴착공의 바닥에 쌓인 토사 슬러리가 유입되도록 하는 제2단계와; 상기 제2단계를 통해 내부에 토사 슬러리가 유입된 상기 하우징의 내부에 유체를 분사하여 상기 하우징 내부에 유입된 토사 슬러리를 상기 배출관을 통해 지상으로 배출시키는 제3단계를 포함하여 이루어진다.

Description

지하수 지열 굴착공 토사 슬러리 배출 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DISCHARGING SOIL SLURRY OF EXCAVATION HOLE IN UNDERGROUND WATER GEOTHERMY}

본 발명은 관한 것으로, 더욱 상세하게는 소량의 유체(압축공기, 압송수)를 이용하여 지중의 굴착공 안에 쌓인 토사 슬러리를 배출하여 굴착공을 청결한 상태로 유지할 수 있는 지하수 지열 굴착공 토사 슬러리 배출 장치 및 방법에 관한 것이다.

지하수는 지표면 아래로 직경 50~250mm의 크기로 굴착하여 발견되는 수자원으로서 먹는 샘물이나 생활용수, 농업용수 또는 공업용수 등으로 사용되어 지고 있으며 지중 열을 이용할 수 있도록 지열용으로도 활용되어지고 있다.

이러한 지하수를 사용하기 위해서는 지상에 펌프를 설치하여 양수하거나 굴착된 지하수 관정에 수중모터펌프를 설치하고 양수파이프를 연결하여 지상까지 양수하여 사용하기도 한다.

이렇게 지하수 관정을 사용하게 되는 경우 지하수 공벽에서 박리되거나 지하수 수맥에서 흘러 들어온 모래나 슬라임 등이 수중모터펌프의 흡입측을 통해 지하수와 함께 지상으로 양수되어지는 경우가 많다. 이러한 양수된 모래나 슬라임은 수량계를 멈추게 하거나 쌓여진 모래로 인해 배관이 폐색되기도 하고 지하수 사용에 불편을 가져오게 된다. 특히 지열설비의 경우에는 지열시스템의 장애를 가져와 정상적인 장치운전에 문제를 발생시키기도 한다.

또한, 농업용 지하수의 경우 스프링클러를 운용하는 중 스프링클러의 작동부나 노즐에 지하수와 함께 양수되어 올라 온 모래가 끼이게 되면 정상적인 작동이 불가하여 급수에 장애를 일으키는 문제가 자주 발생하곤 하였다.

이러한 문제를 해결하기 위해 종래에는 대형의 탱크 하우징 내부에 모래를 채워 이 모래층을 통과하는 과정에서 지하수 중 모래를 제거하는 모래여과장치를 사용하거나 배관 중간에 대형의 스트레이너를 설치하거나 스트레이너를 일부 개선한 모래제거장치를 제작하여 설치 운용하여 왔다. 또는 지하수가 깔때기 형태의 탱크 하우징을 통과하면서 발생되는 싸이클론 효과를 이용하여 모래를 제거하는 장치를 적용하기도 하였으나 미세한 크기의 모래를 백퍼센트 제거에는 한계를 가지고 있었음은 물론 스트레이너나 모래제거장치에 쌓인 모래나 슬라임을 제거하기 위해 정기적으로 인력을 투입하여 시행하는 청소가 필수적인 것이었다.

다른 방법으로 굴착공에 압축공기 등을 주입하여 토사와 슬라임을 지상으로 배출하는 기술이 있다.

종래 기술로서 압축공기와 이젝터를 이용하거나 깊은 심도의 경우 더블 이젝터와 압축공기의 분사에 의한 흡인력을 이용하여 천공부위의 절삭 칩이나 혼탁한 지하수 또는 굴착공 바닥에 있는 토사와 슬러리를 지상으로 배출하도록 하는 기술이 있다.

개방형 지열 지중열교환기 굴착공의 경우 통상적으로 굴착직경이 200~250mm 이며 그 내부에 지열공을 보호하기 위해 125A 내외 규격의 PVC 케이싱을 삽입설치하게 되는데 그 내부 직경이 125mm 내외에 불과하여 토사 슬러리를 배출하기 위해 이젝터와 배출관, 그리고 압축공기 주입관을 모두 삽입 설치하기에는 절대적으로 그 공간이 좁아 작업이 불편하였다.

특히 이젝터를 이용한 배출은 지하수와 토사슬러리, 그리고 압축공기가 함께 배출되어짐으로 배출관을 통해 배출되는 토사슬러리의 배출량이 극히 적을 수밖에 없고 따라서 배출작업시간이 상당히 길게 소요되어 이에 따른 인건비와 고압 컴프레서 가동에 따른 유류소모가 많아서 경제적으로 부담이 크다.

또한 300m 내외 깊이에서의 이젝터를 이용한 토사슬러리의 배출은 그나마 이젝터에 공급하는 압축공기의 압력과 투입량의 조정을 통해 원활한 편이었으나 400~500m 깊이에서나 그 이상의 깊이에서는 압축공기의 압력을 상승시키기 위해 부스터 컴프레서의 추가 투입과 압축공기 주입량과 압력 조정이 극히 어려워 토사 슬러리의 배출량 감소와 장비가동시간 증대 및 가동 유류 비용 증가 등의 문제점이 대두되었다.

특히 개방형 지열 지중열교환기의 경우 500m, 또는 그 이상의 깊이를 굴착한 상태에서 무너짐을 방지하기 위해 굴착 완료와 동시에 PVC 케이싱을 삽입설치 하게 되는데 삽입과정에서 PVC 케이싱이 굴착공벽을 긁어내리면서 많은 토사슬러리가 굴착공 바닥에 쌓이게 되고 이로 인해 토사슬러리가 쌓여 있는 깊이만큼 목표로 하는 깊이까지 PVC 케이싱을 모두 삽입하지 못하는 사례가 발생되기도 하였다. 그렇다고 장비를 이용하여 무리하게 삽입하게 되는 경우 토사슬러리로 PVC 케이싱이 묻혀가면서 삽입되어지기 보다는 굴착공 바닥에 집중적으로 배치하여 삽입한 지탱력이 약한 유공관이 압입력에 의해 파손되어지거나 굴착장비에 착정 롯드를 연결하여 고압의 압축공기를 주입하여 토사슬러리를 배출하게 되는 경우에는 그 과정에서 PVC 케이싱이 고압의 압축공기의 압축력과 토출되는 배출 지하수의 수압 및 충격으로 인해 연결부가 이탈되거나 PVC 케이싱 자체가 파손되어 지열 지중열교환기의 기능을 완벽하게 확보할 수 없는 문제가 발생되는 사례가 많았다.

이러한 문제를 해결하기 위해 목표로 하는 굴착심도보다 20~30m를 추가로 굴착하여 예비적인 조치를 취하고 있기도 하나 운전 중 PVC 케이싱이 지나치게 토사슬러리로 함입되어 유공관을 폐쇄하여 순환지하수의 순환장애를 일으키는 문제점이 있었으며 추가굴착에 따른 비용증가의 문제점이 있었다.

결국 지열 지중열교환기 굴착공을 확보한 상태에서 PVC 케이싱을 삽입하는 공정과 병행하여 목표로 하는 설치심도까지 PVC 케이싱을 정확히 삽입 설치할 수 있도록 굴착공과 내부케이싱에 물리적 영향을 미치지 않은 상태에서 토사슬러리의 배출제거가 가능한 기술의 필요성이 대두되고 있다.

등록특허 제10-0661770호 등록실용신안 제20-0436287호 등록실용신안 제20-0300516호 등록실용신안 제20-0300519호

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 지하수의 급수나 지열교환을 위하여 지하수를 공급하는 굴착공을 청결하게 유지하고, 굴착공과 케이싱의 손상을 일으키지 않으면서 소량의 자원만을 이용하여 토사 슬러리를 지상으로 배출할 수 있는 지하수 지열 굴착공 토사 슬러리 배출 장치 및 방법을 제공하려는데 그 목적이 있다.

본 발명에 의한 지하수 지열 굴착공 토사 슬러리 배출 장치는, 지중의 굴착공과 통하도록 슬러리 유입부가 형성된 중공형이며 상기 슬러리 유입부가 상기 굴착공 안에 쌓인 토사 슬러리 위에 안착되거나 묻히도록 삽입되는 하우징과; 일측은 상기 하우징의 내부와 연결되며 타측은 지상에 배치되는 배출관과; 상기 하우징의 내부에 유체를 분사하여 상기 유체의 압력에 의해 상기 하우징 내부에 유입된 토사 슬러리를 상기 배출관을 통해 배출하는 유체주입수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 지하수 지열 굴착공 토사 슬러리 배출 방법은 저부에 슬러리 유입부가 구비된 중공의 하우징에 배출관을 연결하고 상기 하우징과 배출관의 연결체를 지중의 굴착공에 설치하는 제1단계와; 상기 제1단계를 통해 상기 굴착공에 설치된 상기 하우징의 내부에 상기 굴착공의 바닥에 쌓인 토사 슬러리가 유입되도록 하는 제2단계와; 상기 제2단계를 통해 내부에 토사 슬러리가 유입된 상기 하우징의 내부에 유체를 분사하여 상기 하우징 내부에 유입된 토사 슬러리를 상기 배출관을 통해 지상으로 배출시키는 제3단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 지하수 지열 굴착공 토사 슬러리 배출 장치 및 방법에 의하면, 유체를 고압으로 주입하여 굴착공 안에 쌓인 토사 슬러리를 지상으로 배출하되, 토사 슬러리를 하우징 안에 모은 후 하우징 안에 모인 토사 슬러리를 지상으로 배출하기 때문에 굴착공 안의 토사 슬러리가 교란되지 않고 하우징을 경유한 후 지상으로 배출되어 굴착공을 청결하게 청소할 수 있다.

그리고, 고압의 유체와 토사 슬러리가 하우징과 배출관만을 통해서 흐르기 때문에 굴착공과 굴착공 안에 설치된 예컨대 PVC 케이싱에는 고압이 가해지지 않으므로 굴착공의 붕괴, 케이싱의 균열, 케이싱의 연결부 파단 및 이탈 등과 같은 현상을 방지하며 결과적으로 지중의 굴착공을 지하수(지하수 급수, 지열) 자원의 확보를 위한 최적의 상태로 유지할 수 있으므로 지하수를 오랫동안 활용할 수 있다.

또한, 굴착공 전체를 토사 슬러리의 배출영역으로 하지 않고 하우징과 배출관만을 토사 슬러리의 배출영역으로 하게 됨으로써 유체의 압력이 굴착공에 전체적으로 작용하는 것이 아니라 하우징과 배출관에만 작용하기 때문에 소량의 유체를 이용하여도 토사 슬러리를 배출할 수 있으므로 굴착공의 청소비용을 절감하고 청소시간을 단축할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 의한 지하수 지열 굴착공 토사 슬러리 배출 장치의 사시도.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 의한 지하수 지열 굴착공 토사 슬러리 배출 장치의 종단면도.
도 3과 도 4는 본 발명의 실시예 1에 의한 지하수 지열 굴착공 토사 슬러리 배출 장치를 이용한 토사 슬러리의 배출을 보인 작동 상태도.
도 5와 도 6은 각각 본 발명의 실시예 2에 의한 지하수 지열 굴착공 토사 슬러리 배출 장치의 작동 상태도로서,
도 5는 하우징 내부에 유입된 토사 슬러리를 지상으로 배출하는 동작이며,
도 6은 하우징 외부의 토사 슬러리를 하우징 내부에 유입하기 위한 준비 상태이다.
도 7은 본 발명의 실시예 3에 의한 지하수 지열 굴착공 토사 슬러리 배출 장치의 구성도.
도 8은 본 발명의 실시예 3에 의한 지하수 지열 굴착공 토사 슬러리 배출 장치에 적용된 스크류의 회전을 보인 다른 예시도.
도 9는 본 발명의 실시예 3에 의한 지하수 지열 굴착공 토사 슬러리 배출 장치에 적용된 스크류의 회전을 보인 또 다른 예시도.
도 10은 본 발명의 실시예 4에 의한 지하수 지열 굴착공 토사 슬러리 배출 장치의 구성도.
도 11은 본 발명에 의한 지하수 지열 굴착공 토사 슬러리 배출 장치에 적용된 팽창형 밸브를 보인 도면.
도 12는 본 발명에 의한 지하수 지열 굴착공 토사 슬러리 배출 장치에 적용된 배출관과 하우징의 연결을 보인 다른 예시도.
도 13은 본 발명에 의한 지하수 지열 굴착공 토사 슬러리 배출 방법으로서 굴착공과 케이싱 사이에 물을 분사하여 토사 슬러리를 굴착공의 바닥으로 떨어뜨리는 예를 도시한 도면.
도 14는 본 발명에 의한 지하수 지열 굴착공 토사 슬러리 배출 장치에 적용된 하우징 내부의 잔압을 해소하기 위한 예시도.
도 15는 본 발명에 의한 지하수 지열 굴착공 토사 슬러리 배출 장치에 적용된 슬러리 유입부를 개폐하는 밸브의 다른 예시도.

<실시예 1>

도 1 내지 도 4에서 보이는 것처럼, 본 실시예에 따른 지하수 지열 굴착공 토사 슬러리 배출 장치는, 내부에 공간이 구비된 통 구조이면서 하부에는 슬러리 유입부가 구비된 하우징(10), 흡인력에 의해 하우징(10) 외부의 토사 슬러리가 하우징(10) 내부에 유입되도록 하는 흡인수단[하우징(10) 내부에 직선 왕복 이동 가능하게 장착되며 흡인력에 의해 지중의 굴착공(1)에 있는 토사 슬러리가 하우징(10) 내부에 유입되도록 하는 피스톤(20), 피스톤(20)을 강제로 직선 왕복 이동시키는 액추에이터(30)], 하우징(10) 내부와 연결되며 상기 흡인수단의 피스톤(20)의 구동에 의해 하우징(20) 내부에 흡입된 토사 슬러리를 지상으로 배출하는 배출관(40), 하우징(10) 내부에 유체(공기 등의 기체 또는 물 등의 액체)를 주입하여 하우징(10) 내부에 유입된 토사 슬러리가 배출관(40)을 통해 지상으로 배출되도록 하는 유체주입수단(50)으로 구성된다.

하우징(10)은 내부에 토사 슬러리를 일시 저장하는 공간을 제공하며 하부에는 토사 슬러리가 유입될 수 있는 구멍 형태의 슬러리 유입부(11)가 형성되는 한편 둘레부에는 유체주입수단(50)이 연결되는 포트가 구성된다.

슬러리 유입부(11)는 하우징(10)의 바닥부에 전체적으로 형성될 수 있고, 또는 하우징(10)에 바닥판을 구성하여 상기 바닥판에 2개 이상의 구멍으로 형성될 수도 있다.

슬러리 유입부(11)는 토사 슬러리의 흡입시에는 개방되고 토사 슬러리의 배출시에는 폐쇄되어야 하며 이를 위하여 제1체크밸브(12)가 구성된다. 제1체크밸브(12)는 예를 들어 일측이 힌지(12a) 결합되는 버터플라이밸브일 수 있으며 별도의 구동원없이 피스톤(20)과 유체주입수단(50)의 작동에 의해 발생되는 압력에 의해 자연적으로 개폐 동작이 이루어진다.

아울러, 토사 슬러리의 흡인에서부터 배출 중에 하우징(10)의 흔들림이 없도록 고정수단이 적용되는 것이 바람직하다. 상기 고정수단은 예컨대 유연성있는 재질로 이루어져 하우징(10)의 둘레부에 설치되며 내부에 유체(바람직하게 공기)가 주입되면 팽창하고 반대로 유체가 배출되면 수축되는 고정패커(13)이다. 도면 중 미설명 부호 13a는 고정패커(13)에 유체를 주입 및 배출하는 주입관이다.

상기 고정수단은 고정패커나 고정브레이커 등의 사용이 가능하며, 토사 슬러리의 배출시 하우징(10)의 부상으로 인한 토사 슬러리 배출의 오동작이 일어나지 않도록 하우징(10)을 하강시키는 방향으로는 이동시키지만 상승방향으로는 이동시키지 않는 래치(latch) 기능이 부가되는 것이 바람직하다.

본 실시예는 액추에이터(30)가 하우징(10) 내부에 설치되어 하우징(10)의 움직임없이 피스톤(20)이 승강하는 것이므로 상기 고정수단은 적용되지 않을 수도 있다.

하우징(10)은 최소한의 체적으로 형성되어 압축유체의 공급 소요유량을 최소화하여도 배출이 용이할 수 있도록 구성된 것이며, 즉 굴착공(1) 전체에 압축유체를 주입하는 것이 아니라 하우징(10)과 배출관(40)에만 압축유체를 주입함으로써 토사 슬러리를 배출하는 것이므로 압축유체의 소요량을 대폭으로 줄일 수 있다.

하우징(10)은 일반 지하수 굴착공의 경우 굴착공 직경보다 약간 작은 내경이며, 예를 들어 150mm 지하수 굴착공의 경우에는 140mm 내외, 지하수 굴착공 직경이 200mm이면 외경이 185mm 내외 정도이다. 한편 지열 굴착공의 경우 PVC 케이싱이 설치된 경우 PVC 케이싱의 내경 보다 작은 직경으로 설치되며 예를 들어 PVC 케이싱의 내경이 125mm 인 경우 하우징(10)의 외경을 115mm 내외로 설치된다.

하우징(10) 내부에 고압의 압축유체가 주입되는 경우에는 닫히는 구조이나 압축유체의 주입이 종료되면 하우징(10) 외부의 지하수가 즉시적으로 하우징(10) 내부로 유입되도록 하는 체크니플이 적용되어 하우징(10)의 함몰이나 훼손을 방지할 수 있도록 구성될 수도 있다.

하우징(10)의 바닥부 및 바닥부와 근접한 둘레부에는 유체(압축공기, 압송수 등)를 배출관(40)쪽으로 분사하여 하우징(10) 내부에 저장된 토사 슬러리를 교란 시킴으로써 토사 슬러리의 신속한 배출이 가능하도록 구성될 수 있다. 이러한 기능을 하는 슬러리 교란수단은 하우징(10)에 설치되는 분사노즐, 상기 분사노즐에 유체를 공급하는 주입호스, 상기 유체를 주입호스에 압송하는 펌프 등으로 구성될 수 있다.

피스톤(20)은 하우징(10)을 실린더로 하여 액추에이터(30)에 의해 하우징(10) 내부를 상승 및 하강하면서 토사 슬러리가 하우징(10) 내부에 유입되도록 한다.

또한 피스톤(20)은 하우징(10) 내부에 흡입된 토사 슬러리를 배출관(40)으로 유도하기 위한 구멍 형태의 유도부(21)가 형성된다. 유도부(21)는 토사 슬러리의 흡인 및 토사 슬러리의 역류 방지를 위하여 제2체크밸브(22)에 의해 개폐되도록 구성된다.

제2체크밸브(22)는 예컨대 일측이 힌지(22a) 결합되는 버터플라이밸브일 수 있으며, 토사 슬러리의 흡입시에는 유도부(21)를 폐쇄하는 한편 토사 슬러리의 배출시에는 유도부(21)를 개방한다.

액추에이터(30)는 피스톤(20)을 강제로 상승과 하강시키는 것으로, 예컨대 유압실린더이다. 유압실린더의 액추에이터(30)는 토사 슬러리의 배출을 간섭하지 않는 크기이면서 또한 토사 슬러리의 배출을 간섭하지 않는 하우징(10)의 내부에 고정브래킷(33) 등을 통해 장착되며, 피스톤(20)의 상승과 하강을 위한 2개의 유체라인(31,32)이 구성된다. 고정브래킷(33)은 토사 슬러리의 배출을 간섭하지 않는 모든 구조가 가능하다.

배출관(40)은 일측의 유입단은 하우징(10)의 내부와 연통하도록 연결되며 바람직하게 하우징(10)의 천정부에 연결되며 타측의 배출단은 토사 슬러리를 지상으로 배출하도록 연결된다. 배출관(40)은 자체적인 구동에 의해 토사 슬러리를 배출하는 것이 아니고 유체주입수단(50)에 의한 유체 압력에 의해 토사 슬러리가 배출되도록 안내만 하는 것이므로 지상측의 배출단은 지상에 마련된 수거탱크에 연결되거나 나대지에 배치되는 등으로 설치된다.

배출관(40)은 굴신이 가능한 유연성 있는 재질, 유연성과 신축성이 없는 예컨대 합성수지(PE 등), 금속 등을 재질로 할 수 있으며, 또는 강관과 합성수지관의 조합 등으로 구성될 수 있다. 단, 토사 슬러리의 배출을 안내함과 더불어 하우징(10)을 지지하는 기능도 겸하는 경우 배출관(40)은 강관으로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한 배출관(40)은 굴착공(1)의 심도에 맞도록 2개 이상의 관이 관이음되는 구성이 바람직하다.

배출관(40)은 하우징(10) 내부에서 유입된 토사 슬러리가 하우징(10)측으로 역류하지 않도록 내부에 하나 이상의 체크밸브가 구성되는 것이 바람직하다.

유체주입수단(50)은 토출단이 하우징(10)의 내부와 연통[하우징(10)의 바닥부와 피스톤(20)의 사이에 연통]되도록 설치되는 주입관, 상기 주입관을 통해 하우징(10) 내부에 압축유체를 주입하는 펌프 등으로 구성되며, 하우징(10) 내부에 주입되는 유체의 압력에 의해 제1체크밸브(12)는 폐쇄되는 한편 제2체크밸브(22)는 개방되어 토사 슬러지가 유도부(21)를 경유한 후 배출관(40)을 통해 지상측으로 배출된다.

압축유체는 고압의 압송수와 압축공기 중에서 어느 하나만 운용될 수 도 있으나 압송수와 압축공기 공급을 동시에 주입하여 특히 압축공기의 부양력을 이용한 토사 슬러리의 배출이 보다 용이하게 할 수도 있다.

하우징(10)이나 배출관(40)의 내부 체적이 작게 형성되었다 할지라도 토사 슬러리의 배출을 위해서는 충분한 압축유체의 공급이 지속적으로 공급되어져야 하며 이를 위해 지상부에 충분한 용량의 압송펌프와 저수탱크차가 필요하며 고압 다량의 압축공기를 공급하기 위한 에어컴프레서의 설치 운용이 필요할 수도 있다.

본 실시예에 의한 지하수 지열 굴착공 토사 슬러리 배출 장치를 이용한 배출 방법은 다음과 같다.

1. 배출 장치의 설치.

액추에이터(30)를 통해 피스톤(20)을 하우징(10)의 상사점 아래 바람직하게 하우징(10)의 바닥부에 셋팅하고, 고정패커(13)가 적용된 경우 고정패커(13)를 수축시킨 상태에서 하우징(10)을 굴착공(1) 안에 삽입 및 하우징(10)을 토사 슬러리가 쌓인 곳까지 하강시킨다(도 3 참고).

2. 토사 슬러리 흡인.

액추에이터(30)를 통해 피스톤(20)을 상승시키면, 피스톤(20)과 하우징(10)의 바닥부 사이에는 부압이 작용되어 제1체크밸브(12)가 젖혀지면서 슬러리 유입부(11)가 개방되고 이에 따라 하우징(10) 외부에 있는 토사 슬러리가 하우징(10) 내부에 흡인된다.

3. 토사 슬러리 배출.

도 4에서처럼, 피스톤(20)이 상사점에 도달할 때[하우징(10)의 길이 등에 따라 피스톤(20)의 위치를 확인할 수 있고, 또는 리미트센서를 설치하여 피스톤(20)의 상사점 등의 위치를 확인할 수 있다] 유체주입수단(50)을 통해 압축공기 또는 압력수를 하우징(10)에 공급하게 되면 유체주입수단(50)의 주입단보다 아래쪽에 있는 제1체크밸브(12)에 의해 슬러리 유입부(11)는 폐쇄되고 피스톤(20)측의 제2체크밸브(22)에 의해 유도공(21)은 개방되며, 따라서, 피스톤(20) 저부에 흡인된 토사 슬러리는 유도공(21)을 통과한 후 배출관(40)을 경유하여 지상으로 배출된다.

배출관(40)의 배출단을 통해 토사 슬러리가 배출되지 않으면 하우징(10) 내부에 흡인된 모든 토사 슬러리를 배출한 것이므로 유체주입수단(50)의 작동을 정지한다.

굴착공(1)의 심도와 하우징(10)의 삽입 심도의 비교를 통해 굴착공(1) 안에 토사 슬러리의 유무를 확인할 수 있으며, 굴착공(1) 안에 토사 슬러리가 남은 경우 피스톤(20) 하사점까지 하강 - 하우징(10)을 토사 슬러리가 쌓인 심도까지 하강 - 피스톤(20)의 상승에 의한 토사 슬러리 흡인 - 유체주입수단(50)에 의한 토사 슬러리 배출의 공정을 반복하면서 굴착공(1) 안에 있는 토사 슬러리를 배출한다.

<실시예 2>

도 5에서 보이는 것처럼, 본 실시예에 의한 지하수 지열 굴착공 토사 슬러리 배출 장치는, 피스톤(20)을 승강시키는 구동수단이 지상에 설치되는 예이며, 하우징(10) 내부에는 피스톤(20)이 승강 가능하게 장착되는데, 피스톤(20)에는 지상에 설치되는 구동수단[피스톤(20)의 승강을 위한 액추에이터 등]과 연결됨과 아울러 토사 슬러리의 배출을 위한 배출겸용 승강로드(60)가 설치된다.

배출겸용 승강로드(60)는 토사 슬러리의 배출을 위하여 내부가 중공인 관형이며, 아울러, 피스톤(20)의 상승시 부압에 의한 토사 슬러리의 흡인력이 크게 작용하도록 체크밸브(61)가 내부에 장착된다. 체크밸브(61)는 피스톤(20)의 하강시 하우징(10) 내부에 있는 지하수 등이 배출겸용 승강로드(60)에 유입되도록 하여 피스톤(20)의 하강을 간섭하지 않는 한편 유체주입수단(50)에 의한 토사 슬러리의 배출시 토사 슬러리가 원활하게 배출됨과 아울러 역류하지 않도록 일방향으로만 개방되는 것이다. 체크밸브(61)는 배출겸용 승강로드(60)의 내부에 2개 이상이 일정 간격을 두고 설치되는 것이 바람직하다.

본 실시예에 따르면, 피스톤(20)의 구동원이 하우징(10)의 외부이면서 지상에 설치되어 피스톤(20)의 승강시 하우징(10)이 굴착공(1) 안에서 움직일 수 있으므로 고정수단(실시예 1에서 설명한 고정수단과 동일함)으로 고정패커(13)가 적용된다.

본 실시예에서 설명하지 않은 구성은 전술한 실시예 1과 동일하게 구성된다.

1. 배출 장치의 설치.

지상의 구동수단을 통해 배출겸용 승강로드(60)를 하강시키면, 피스톤(20)이 함께 하강하며, 피스톤(20)을 하우징(10)의 상사점 아래 바람직하게 하우징(10)의 바닥부까지 하강시켜 셋팅한다. 이와 같은 피스톤(20)의 하강시 배출겸용 승강로드(60)의 체크밸브(61)에 의해 배출겸용 승강로드(60) 내부가 개방됨에 따라 피스톤(20) 저부에 있는 지하수 등이 배출겸용 승강로드(60) 내부에 유입되므로 피스톤(20)은 어려움없이 하강한다. 또한 고정패커(13)를 수축시킨 상태에서 하우징(10)을 굴착공(1) 안에 삽입 및 하우징(10)을 토사 슬러리가 쌓인 곳까지 하강시킨다(도 6 참고).

2. 토사 슬러리 흡인.

고정패커(13)를 팽창시켜 하우징(10)을 굴착공(1)에 지지한 후, 지상의 구동수단을 통해 배출겸용 승강로드(60)를 상승시키면 피스톤(20)이 함께 상승하며, 이때는 배출겸용 승강로드(60)의 체크밸브(61)가 폐쇄 동작함으로써 피스톤(20) 아래쪽이 부압이 되어 제1체크밸브(12)가 개방 동작하게 되므로 전술한 실시예 1처럼 하우징(10) 외부의 토사 슬러리가 하우징(10) 내부에 흡인된다.

3. 토사 슬러리 배출.

피스톤(20)이 상사점에 도달할 때 유체주입수단(50)을 통해 압축공기 또는 압력수를 하우징(10)에 공급하게 되면 유체주입수단(50)의 주입단보다 아래쪽에 있는 제1체크밸브(12)에 의해 슬러리 유입부(11)는 폐쇄되고 배출겸용 승강로드(60) 내부의 체크밸브(61)는 개방 동작하여 토사 슬러리가 배출겸용 승강로드(60)의 내부를 따라 지상으로 상승하여 지상에 배출된다(도 5 참고).

배출겸용 승강로드(60)의 배출단을 통해 토사 슬러리가 배출되지 않으면 하우징(10) 내부에 흡인된 모든 토사 슬러리를 배출한 것이므로 유체주입수단(50)의 작동을 정지한다.

굴착공(1)의 심도와 하우징(10)의 삽입 심도의 비교를 통해 굴착공(1) 안에 토사 슬러리의 유무를 확인할 수 있으며, 굴착공(1) 안에 토사 슬러리가 남은 경우 피스톤(20) 하사점까지 하강 - 하우징(10)을 토사 슬러리가 쌓인 심도까지 하강 - 배출겸용 승강로드(60)의 상승으로 인한 피스톤(20)의 상승에 의해 토사 슬러리 흡인 - 유체주입수단(50)에 의한 토사 슬러리 배출의 공정을 반복하면서 굴착공(1) 안에 있는 토사 슬러리를 배출한다.

<실시예 3>

도 7에서 보이는 것처럼, 실시예에 의한 지하수 지열 굴착공 토사 슬러리 배출 장치는, 토사 슬러리를 스크류(15)의 회전에 의해 상승 이송시켜 하우징(10)에 저장하고, 이렇게 저장된 토사 슬러리를 배출관(40)을 통해 배출하도록 구성되는데 특징이 있으며 이하 각 구성요소를 구체적으로 설명한다.

하우징(10)은 내부가 중공인 통구조로서 토사 슬러리를 스크류(15)의 회전에 의해 상승 이송시키는 스크류가 장착되는 슬러리 유도부(10-1), 슬러리 유도부(10-1)에서 스크류(15)의 회전에 의해 상승 이송된 토사 슬러리를 저장하며 유체주입수단(50)이 연결되어 저장된 토사 슬러리를 배출관(40)으로 유도하는 슬러리 저장부(10-2)로 구분되며, 슬러리 유도부(10-1)와 슬러리 저장부(10-2)의 사이에는 체크밸브(14)가 구성된다. 체크밸브(14)는 슬러리 유도부(10-1)에 구성된 스크류(15)의 회전에 의해 상승 이송된 토사 슬러리가 슬러리 저장부(10-2)에 유입되도록 개방하는 한편 슬러리 저장부(10-2)에 유입된 토사 슬러리가 슬러리 유도부(10-1)로 역류하지 않도록 폐쇄하는 일방향 밸브이다.

체크밸브(14)의 설치를 위하여 슬러리 유도부(10-1)와 슬러리 저장부(10-2)의 사이에 구멍을 갖는 격판(14a)을 설치하고 체크밸브(14)를 격판(14a)에 설치하여 격판(14a)의 구멍을 개폐할 수 있다.

슬러리 유도부(10-1)는 저부가 개방되어 토사 슬러리가 내부에 유입되는 저부 개방형 관형으로 하우징(10)에서 연장 형성되는 형태일 수 있으며, 토사 슬러리를 슬러리 유입부(11)로 유도함으로써 즉 토사 슬러리가 하우징(10) 외부로 퍼지는 것을 방지하는 기능을 한다.

또한 슬러리 유도부(10-1)의 내부에는 토사 슬러리의 원활한 상승 이송과 흐름을 위하여 스크류(15)가 부가적으로 장착될 수 있다.

슬러리 유도부(10-1)의 하단부는 토사 슬러리가 슬러리 유도부(10-1) 안에 원활하게 유입될 수 있도록 비트가 구성될 수도 있다.

스크류(15)는 효과적인 상승 이송을 위하여 회전 가능하게 설치된다.

스크류(15)의 회전 방법은 배출관(40)과 연결하여 배출관(40)의 회전에 의한 회전, 회전모터에 의한 스크류(15)의 단독 회전, 유체의 분사에 의한 스크류(15)의 회전 등이 가능하다.

도 7은 스크류(15)를 배출관(40)과 회전봉(41)을 통해 연결하고 배출관(40)을 지상에서 회전시키는 예를 도시한 것으로, 배출관(40)은 내부에 역류방지를 위한 체크밸브(42)가 구성된 관형이며 지상에 설치되는 회전장치를 통해 회전 가능하도록 구성된다.

배출관(40)은 하단의 유입단이 하우징(10)의 슬러리 저장부(10-2)의 천정부 내지 천정부에 가까운 곳에 배치되면서 베어링 등을 통해 하우징(10)이 고정된 상태에서 회전 가능하게 연결되고 배출관(40)의 하단부와 스크류(15)의 사이에는 회전봉(41)이 설치되어 배출관(40)과 스크류(15)가 회전봉(41)에 의해 연결되도록 함으로써 배출관(40)의 회전에 의해 회전봉(41) 및 스크류(15)가 회전하도록 구성된다.

도 8은 배출관(40)을 고정형으로 하고 스크류(15)를 회전모터(15a)와 함께 설치하여 회전모터(15a)의 회전력에 의해 스크류(15)만을 회전시키는 구성의 예이다.

회전모터(15a)는 유압모터 등이 가능하며 슬러리 저장부(10-2)의 내부에 설치된다.

도 9는 토사 슬러리의 배출을 위한 유체주입수단(50)의 유체를 이용하여 스크류(15)를 회전시키는 예를 도시한 것이며, 스크류(15)의 상부[슬러리 저장부(10-2)의 내부]에는 임펠러(15a)가 설치되며, 유체주입수단(50)의 주입호스(51)는 토사 슬러리의 배출을 위한 제1주입단(52)과 임펠러(15a)의 회전을 위한 제2주입단(53)을 갖도록 구성된다. 제1주입단(52)은 유체를 배출관(40)쪽으로 분사하도록 상부를 향해 개방된 형태이며 제2주입단(53)은 유체를 임펠러(15a)쪽으로 분사하도록 옆을 향해 개방된 형태이다.

따라서, 유체주입수단(50)의 제1주입단(52)을 통해 주입된 유체는 슬러리 저장부(10-2)에 저장된 토사 슬러리를 배출관(40)으로 배출하고 제2주입단(53)을 통해 주입된 유체는 임펠러(15a)를 회전시켜 임펠러(15a)에 의해 스크류(15)가 회전되도록 한다.

물론, 임펠러(15a)를 회전시키기 위한 독립된 별개의 유체 주입단을 구성하여 설치될 수도 있으며 이때 주입된 유체의 종류도 다르게 할 수도 있다.

본 실시예처럼 회전형 스크류(15)를 적용하는 경우 하우징(10)은 스크류(15)와 함께 회전하지 않아야 하며, 굴착공(1)의 벽면에 지지되는 고정수단[고정패커, 고정브레이커(13-1), 롤러 등]을 통해 하우징(10)을 스크류(15)에 의해 동조회전 하지 않도록 구성한다.

1. 배출 장치 설치.

본 실시예는 하우징(10)을 강제로 토사 슬러리에 압입하면서 스크류(15)의 회전에 의해 토사 슬러리를 슬러리 저장부(10-2) 안에 유입하는 것이므로 하우징(10)의 압입장치[유압실린더 등으로 하우징(10)의 슬러리 유도부(10-1) 안에 토사 슬러리가 유입되도록 하우징(10)을 누르는 모든 장치가 가능함]와 배출관(40)의 회전장치가 구성된다. 아울러, 토사 슬러리의 상승이송을 돕기 위하여 진동장치가 함께 적용되어 상기 진동장치에 의해 하우징(10)과 배출관(40)[또는 하우징(10)만]을 진동시킬 수도 있다.

배출관(40)을 압입장치와 회전장치에 연결한 후 하우징(10)을 굴착공(1) 안에 삽입한다. 이때, 하우징(10)의 슬러리 유도부(10-1)의 하단부가 토사 슬러리의 위에 올려지도록 한다.

2. 토사 슬러리 배출.

상기 압입장치를 통해 하우징(10)을 가압하고 동시에 상기 회전장치를 통해 스크류(15)를 회전시킨다.

하우징(10)의 압입과 스크류(15)의 회전에 의해 토사 슬러리가 슬러리 유도부(10-1)를 경유한 후 후 체크밸브(14)를 밀고 슬러리 저장부(10-2)에 유입된다.

슬러리 저장부(10-2)에 유입 저장된 토사 슬러리는 체크밸브(14)에 의해 슬러리 유도부(10-1)로 역류하지 못하고 슬러리 저장부(10-2)에 남게 된다.

슬러리 저장부(10-2)에 유입 저장된 토사 슬러리는 유체주입수단(50)을 통해 슬러리 저장부(10-2) 안에 주입되는 유체의 압력과 체크밸브(14)의 폐쇄동작에 의해 배출관(40)에 유입된 후 배출관(40)을 따라 지상으로 배출된다.

유체주입수단(50)에 의한 토사 슬러리의 배출은 스크류(15)와 배출관(40)이 정지 상태에서 이루어질 수 있다.

또는 유체주입수단(50)에 의한 토사 슬러리의 배출은 강관으로 구성된 배출관(40)의 특성을 이용하여 하우징(10)의 압박에 의한 하강, 스크류(15)와 배출관(40)의 회전 상태에서도 이루어질 수도 있으며, 이 경우 연속 동작에 의한 슬러리 배출효율을 증대할 수 있다.

<실시예 4>

도 10에서 보이는 것처럼, 본 실시예에 의한 지하수 지열 굴착공 토사 슬러리 배출 장치는, 하우징(10)과 배출관(40)을 분리 구성한 후 유압실린더 등의 액추에이터(70)를 통해 하우징(10)과 배출관(40)을 연결하여 배출관(40)을 고정 위치로 하면서 하우징(10)을 승강시켜 하우징(10) 내부에 토사 슬러리가 유입되도록 한다.

하우징(10)에는 관형의 슬라이드부(16)가 형성되어 슬라이드부(16) 안에 배출관(40)이 슬라이딩 가능하게 삽입되며, 배출관(40)의 둘레부에는 원주방향을 따라 동일한 간격을 두고 2개 이상의 액추에이터(70)가 고정되면서 로드(71)를 통해 하우징(10)과 연결된다. 슬라이드부(16)와 배출관(40)의 사이에는 토사 슬러리의 누출 방지를 위한 오링(16a)이 적용된다. 오링(16a)은 하우징(10)의 상하 슬라이딩시 모두 토사 슬러리가 누출되지 않도록 배출관(40)의 둘레부 또는 슬라이드부(16)의 안쪽에 고정되며 자체 탄성력에 의해 배출관(40)과 슬라이드부(16)를 지지한다.

하우징(10)의 슬러리 유입부(11)를 개폐하는 체크밸브(14), 하우징(10)에 연결되는 유체주입수단(50)은 전술한 실시예들과 동일하게 구성된다.

본 실시예는 도 10에서럼 실시예 3의 스크류가 적용되지 않을 수도 있고 도면에 도시하지는 않았지만 실시예 3의 스크류가 적용될 수도 있다.

본 실시예에 의한 지하수 지열 굴착공 토사 슬러리 배출 장치를 이용한 배출 방법은, 토사 슬러리를 하우징(10) 내부에 유입, 유체주입수단(50)에 의한 하우징(10) 내부의 토사 슬러리를 배출관(40)을 통해 지상으로 배출하는 것은 전술한 실시예들과 동일하며, 액추에이터(70)를 매개로 하여 하우징(10)을 승강시켜 토사 슬러리를 보다 신속하게 하우징(10) 안에 유입할 수 있는 특징이 있다.

또한, 하우징(10)의 하강(진동도 포함)에 의한 토사 슬러리의 하우징(10) 유입 - 하우징(10) 내부에 유입된 토사 슬러리의 배출 - 배출관(40)과 하우징(10)의 하강에 의한 토사 슬러리의 하우징(10) 유입 - 하우징(10) 내부에 유입된 토사 슬러리의 배출 공정을 반복함으로써 연속공정을 통해 굴착공의 바닥에 있는 토사 슬러리를 배출할 수 있다.

도 11은 하우징(10) 내부에 유입된 토사 슬러리가 하부로 역류하지 않도록 하는 체크밸브의 다른 예로서, 하우징(10)의 슬러리 유입부(11)의 저부에는 유체의 주입과 배출을 통해 슬러리 유입부(11)를 저부를 폐쇄 또는 개방하는 팽창식 밸브(17)가 사용될 수도 있다.

<실시예 5>

도 12에서 보이는 것처럼, 본 실시예에 의한 지하수 지열 굴착공 토사 슬러리 배출 장치는, 별도의 지지봉(43)을 이용하여 하우징(10)을 지지하고 유연성이 있는 배출호스(44)를 이용하는데 특징이 있다.

전술한 실시예들에서는 배출관(40) 또는 배출겸용 승강로드(60)를 이용하여 하우징(10)을 지지하였으며, 따라서 하우징(10)을 원하는 심도로 강제로 하강시키기 위해서 배출관(40) 또는 배출겸용 승강로드(60)를 강관으로 하였으며, 본 실시예에서는 배출관(40)에 지지봉(43)과 배출호스(44)를 연결하여 지지봉(43)을 통해 하우징(10)을 지지하는 한편 배출호스(44)를 통해 토사 슬러리를 지상으로 배출하도록 구성된다.

배출관(40)과 지지봉(43) 및 배출호스(44)는 예컨대 Y 형태의 연결구(45)를 통해 연결된다.

연결구(45)는 배출관(40)과 관이음되는 포트와 배출호스(44)와 관이음되는 포트만 개방되어 토사 슬러리가 배출호스(44)를 통해 지상으로 배출되도록 하고 지지봉(43)과 연결(나사 체결 등)되는 부분은 막힌 구조이다.

이와 같은 실시예에 따르면, 하우징(10)이 강성의 지지봉(43)과 연결되어 하우징(10)을 원하는 심도로 삽입할 수 있고 아울러 하우징(10) 내부에 토사 슬러리가 유입되도록 하우징(10)을 강제 압입할 수 있다.

한편, 유연성이 있는 배출호스(44)를 드럼(46)에 감아 하우징(10)의 심도에 맞는 길이의 사용이 매우 용이한 이점이 있다.

본 실시예에 따르면 연결구(45)를 사용하지 않고 지지봉(43)을 하우징(10)에 직접 연결하고 배출호스(43)를 배출관(40)에 연결 내지 배출관(40)을 유연성이 있는 재질로 하는 방법도 가능하다.

한편, 도 13에서처럼, 굴착공(1)과 이 굴착공(1) 안에 설치되는 케이싱(2)의 사이에 쌓인 토사 슬러리[또는 케이싱(2)이 설치되지 않은 굴착공(1)의 벽면에 쌓인 토사 슬러리도 가능]도 배출하기 위하여 다량의 공급수를 급수관(80)을 통해 케이싱(2)과 굴착공(1) 공벽 사이에 고압(또는 고압과 저압의 반복)으로 공급함으로써 토사 슬러리를 굴착공(1)의 바닥 쪽으로 흘러내리도록 하여 토사 슬러리가 하우징(10) 내부에 용이하게 유입되도록 할 수도 있다.

토사 슬러리가 하우징(10) 내부에 보다 신속하고 다량이 유입되도록 하기 위한 방법으로, 지상에 대용량의 펌프를 이용하여 다량의 용수를 순간적으로 급수하면 토사 슬러리가 상부에 놓인 하우징(10) 내부에 순간적으로 유입되고 이때 유체를 고압으로 주입하여 배출하는 방법과, 이와 함께 대용량의 흡입진공펌프를 배출관(40)에 연결하여 토사 슬러리의 흡인력을 증가하는 방법 등도 가능하다.

이 경우 굴착공 상단에는 덮개(90)를 설치하여 굴착공을 밀실하게 유지시키도록 함이 효과를 높힐 수 있다.

한편, 지금까지 설명한 본 발명은 유체주입수단(50)을 통해 하우징(10) 내부에 유체를 고압 주입하여 토사 슬러리를 지상으로 배출하는 것인데, 고압 유체의 주입에 따른 오동작이 발생될 수 있다.

구체적으로 설명하면, 유체의 주입으로 하우징(10) 내부의 토사 슬러리가 배출된 후 유체의 주입을 정지하여도 하우징(10) 내부에 고압의 잔압이 유지되어 하우징(10)의 슬러리 유입부(11)를 개폐하는 체크밸브(12)(또는 14)가 개방되지 않아 토사 슬러리가 하우징(10) 내부에 유입되지 못할 수 있다. 잔압의 형성이유는 자연수위가 지표면으로부터 20M 가 될 경우 하우징(10) 체크밸브(12)에는 유체의 압력을 차단한 이후에도 수두차이인 20M 에 해당하는 2Kg/cm2 의 압력이 가해지고 있는 상태이기 때문이다. 더욱이 하우징(10) 상단의 체크밸브가 정상적으로 작동된다고 하면 하우징 내부의 잔압은 유지된다.

이를 해결하기 위한 방법의 하나로 도 14에서 보이는 것처럼, 유체주입수단(50)의 관로 상에 가압유체 공급밸브(54)를 별도로 구성하되, 가압유체 공급밸브(54)는 당김줄(55)에 의해 지상에서 조작이 가능하도록 구성되거나 유체의 주입에 의해 개방되도록 구성된다.

아울러, 하우징(10)의 내부와 잔압회수관(56)을 통해 퍼지밸브(57)를 설치한다. 퍼지밸브(57)는 가압유체 공급밸브(54)와 같은 방법으로 당김줄(58)에 의해 개폐되거나 유체의 주입에 의해 개방되도록 구성될 수 있다.

당김줄(55)을 당기거나 유압공급에 의해 가압유체가 가압유체 공급밸브(54)를 거쳐 하우징(10) 내부에 공급되면 하우징(10)의 외부 상단에 설치된 별도의 퍼지밸브(57)가 차단되어지게 하고 가압유체 공급밸브(54)가 차단되어지게 되면 퍼지밸브(57)가 개방되도록 하여 하우징 내 가압유체가 배출됨으로써 하우징(10) 내부에 잔류되지 않도록 한다.

가압유체 공급밸브(54)가 하우징(10) 최근 거리에 위치하게 되어 가압유체 공급밸브(54)의 개방과 동시에 고압의 다량의 유체가 하우징(10) 내부로 단시간에 공급되어 토사 슬러리의 배출효과가 극대화 할 수 있으며 배출 공정을 연속화 할 수 있는 효과도 거둘 수 있다.

그리고, 가압유체 공급밸브(54) 차단과 동시에 퍼지밸브(57)의 개방으로 하우징(10) 내부의 잔압이 제거됨에 따라 체크밸브(12)가 개방될 수 있으므로 토사슬러리가 하우징(10) 내부로 정상적으로 유입된다.

참고로, 체크밸브(12)는 도 14에서처럼 슬러리 유입부(11)를 개방한 상태로 유지하도록 설치될 수 있고(탄성부재를 통해 열린 상태를 유지), 하우징(10)의 저부는 토사 슬러리에 신속하게 묻힐 수 있도록 경사진 형태로 뾰족하게 형성될 수 있다.

지금까지는 슬러리 유입부(11)를 개폐하는 밸브를 유체의 압력에 의해 개폐되는 체크밸브(12)로 설명하였으나, 도 15에서처럼, 슬러리 유입부(11)를 개폐하는 밸브(V)는 지상에서 조작이 가능하도록 구성될 수 있으며, 예를 들어 밸브(V)는 지상에서 조작되는 유압실린더 등의 액추에이터를 통해 개폐 구동된다. 이때, 밸브(V)는 유체주입수단(50)에 의하여 유체가 주입될 때 슬러리 유입부(11)를 개방하여 토사 슬러리가 하우징(11)에 유입되면서 배출관(40)을 통해 배출되도록 동작할 수 있다.

10 : 하우징, 11 : 슬러리 유입부
20 : 피스톤, 30 : 액추에이터
40 : 배출관, 50 : 유체주입수단
60 : 배출겸용 승강로드, 70 : 덮개

Claims

지중의 굴착공(1)과 통하도록 슬러리 유입부(11)가 형성된 중공형이며 상기 슬러리 유입부가 상기 굴착공 안에 쌓인 토사 슬러리 위에 안착되거나 묻히도록 삽입되는 하우징(10)과;
일측은 상기 하우징의 내부와 연결되며 타측은 지상에 배치되는 배출관(40)과;
상기 하우징(10) 내부에 흡입된 토사 슬러리를 상기 배출관(40)으로 유도하기 위한 유도부(21) 및 상기 유도부(21)에 설치되며 토사 슬러리의 흡인 및 토사 슬러리의 역류 방지를 유도하는 체크밸브로 이루어지며, 상기 하우징 내부에 직선 왕복 이동 가능하게 설치되고 액추에이터에 의해 상기 슬러리 유입부에서 상기 배출관쪽으로 이동하면서 흡인력을 발생하여 상기 하우징 외부의 토사 슬러리가 상기 하우징 내부에 흡인되도록 하는 피스톤(20)과;
상기 하우징의 내부에 유체를 분사하여 상기 유체의 압력에 의해 상기 피스톤에 의해 상기 하우징 내부에 흡인된 토사 슬러리를 상기 배출관을 통해 배출시키는 유체주입수단(50)을 포함하되,
상기 유체주입수단은 상기 하우징의 슬러리 유입부와 상기 피스톤의 사이에서 유체를 분사하여 상기 피스톤에 의해 흡인되는 토사 슬러리를 상기 피스톤을 향해 가압 이동시켜 배출되도록 하는 것을 특징으로 하는 지하수 지열 굴착공 토사 슬러리 배출 장치.
지중의 굴착공(1)과 통하도록 슬러리 유입부(11)가 형성된 중공형이며 상기 슬러리 유입부가 상기 굴착공 안에 쌓인 토사 슬러리 위에 안착되거나 묻히도록 삽입되는 하우징(10)과;
상기 하우징의 내부에 직선 왕복 이동 가능하게 설치되며 상기 슬러리 유입부에서 상기 하우징에 연결되는 배출관쪽으로 이동하면서 흡인력을 발생하여 상기 하우징 외부의 토사 슬러리가 상기 하우징 내부에 흡인되도록 하는 피스톤(20)과;
내부가 중공인 관형이며 일측은 상기 하우징의 천정부를 관통하여 상기 피스톤에 고정되고 타측은 지상의 구동수단에 연결되어 이루어지며, 상기 구동수단에 의해 상기 피스톤을 직선 왕복 이동시켜 상기 하우징 외부의 토사 슬러리를 상기 하우징 내부에 유입되도록 하고 상기 하우징 내부에 유입된 토사 슬러리를 지상으로 배출하는 배출겸용 승강로드(60)와;
상기 하우징의 내부에 유체를 분사하여 상기 유체의 압력에 의해 상기 하우징 내부에 유입된 토사 슬러리를 상기 배출겸용 승강로드를 통해 배출하는 유체주입수단(50)을 포함하고,
상기 유체주입수단은 상기 하우징의 슬러리 유입부와 상기 피스톤의 사이에서 유체를 분사하여 상기 피스톤에 의해 흡인되는 토사 슬러리를 상기 피스톤을 향해 이동시켜 배출되도록 하는 것을 특징으로 하는 지하수 지열 굴착공 토사 슬러리 배출 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 하우징의 상기 슬러리 유입부를 개폐하는 밸브가 포함되는 것을 특징으로 하는 지하수 지열 굴착공 토사 슬러리 배출 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 하우징은 바닥부에 상기 슬러리 유입부(11)가 형성되며 천정부에 상기 배출관(40)이 연결되는 한편 둘레부에 상기 유체주입수단(50)이 연결되는 슬러리 저장부(10-2), 상기 슬러리 저장부의 저부에 저부가 개방된 관형으로 형성되어 토사 슬러리를 상기 슬러리 유입부로 유도하는 슬러리 유도부(10-1)로 구성되는 것을 특징으로 하는 지하수 지열 굴착공 토사 슬러리 배출 장치.
지중의 굴착공(1)과 통하도록 슬러리 유입부(11)가 형성된 중공형이며 상기 슬러리 유입부가 상기 굴착공 안에 쌓인 토사 슬러리 위에 안착되거나 묻히도록 삽입되는 하우징(10)과;
일측은 상기 하우징의 내부와 연결되며 타측은 지상에 배치되는 배출관(40)과;
상기 슬러리 유도부의 내부에 회전 가능하게 설치되며 상기 하우징 외부의 토사 슬러리를 상기 하우징 내부에 유입 및 상기 배출관을 향해 상승 이송시키는 스크류(15)와;
상기 하우징의 내부에 유체를 분사하여 상기 유체의 압력에 의해 상기 스크류를 통해 상승되는 토사 슬러리를 상기 배출관을 통해 배출시키는 유체주입수단(50)을 포함하고,
상기 스크류는 상기 유체주입수단에 의해 상기 하우징의 내부에 주입되는 유체에 의해 회전하도록 구성되거나, 상기 배출관과 함께 회전하도록 구성되거나, 회전모터를 통해 회전하도록 구성되며,
상기 유체주입수단은 상기 스크류에 의해 상승되는 토사 슬러리를 상기 배출관을 향해 가압 이동시켜 배출되도록 하는 것을 특징으로 하는 지하수 지열 굴착공 토사 슬러리 배출 장치.
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청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 배출관 또는 상기 배출겸용 승강로드의 내부에 설치되어 상기 배출관 또는 배출겸용 승강로드 안에 유입된 토사 슬러리의 역류를 방지하는 하나 이상의 체크밸브가 포함되는 것을 특징으로 하는 지하수 지열 굴착공 토사 슬러리 배출 장치.
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청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 하우징의 둘레부에 설치되며 상기 굴착공의 벽면에 지지되어 상기 하우징을 고정하는 고정수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 지하수 지열 굴착공 토사 슬러리 배출 장치.
청구항 1 또는 청구항 2 또는 청구항 5에 있어서, 상기 하우징의 슬러리 유입부측에서 상기 하우징에 연결되는 배출관을 향하여 유체를 분사하여 상기 하우징에 저장된 토사 슬러리를 교란시키는 슬러리 교란수단이 포함되는 것을 특징으로 하는 지하수 지열 굴착공 토사 슬러리 배출 장치.
지중의 굴착공(1)과 통하도록 슬러리 유입부(11)가 형성된 중공형이며 상기 슬러리 유입부가 상기 굴착공 안에 쌓인 토사 슬러리 위에 안착되거나 묻히도록 삽입되는 하우징(10)과;
일측은 상기 하우징의 내부와 연결되며 타측은 지상에 배치되는 배출관(40)과;
상기 하우징의 내부에 유체를 분사하여 상기 유체의 압력에 의해 상기 하우징 내부에 유입되는 토사 슬러리를 상기 배출관을 향해 가압 이동시켜 배출되도록 하는 유체주입수단(50)을 포함하고,
상기 하우징(10)과 배출관(40)은 상기 배출관을 고정 위치로 하면서 상기 하우징의 승강이 가능하도록 액추에이터(70)를 통해 연결되며, 이에 의하여 상기 하우징의 하강에 의해 토사 슬러지를 상기 하우징 내부에 유입하는 것을 특징으로 하는 지하수 지열 굴착공 토사 슬러리 배출 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 하우징은 유연성이 없는 재질의 지지봉으로 연결되고 상기 배출관은 유연성이 있는 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 지하수 지열 굴착공 토사 슬러리 배출 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 배출관은 상기 하우징의 지지를 위한 유연성이 없는 재질의 지지봉에 연결되는 한편 유연성이 있는 재질의 배출호스와 관이음되는 것을 특징으로 하는 지하수 지열 굴착공 토사 슬러리 배출 장치.
청구항 1 또는 청구항 2 또는 청구항 5 또는 청구항 13에 있어서, 상기 하우징(10)의 내부와 잔압회수관(56)을 통해 연결되며 상기 유체주입수단의 유체 주입이 정지되면 개방되어 상기 하우징 내부에 잔류하는 유체를 배출토록 하는 퍼지밸브(57)를 포함하는 것을 특징으로 하는 지하수 지열 굴착공 토사 슬러리 배출 장치.
청구항 3에 있어서, 상기 밸브는 지상에서 개폐 동작이 제어되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 지하수 지열 굴착공 토사 슬러리 배출 장치.
청구항 3에 있어서, 상기 밸브는 상기 하우징 내외부의 압력에 의해 개폐 구동되는 일방향의 체크밸브인 것을 특징으로 하는 지하수 지열 굴착공 토사 슬러리 배출 장치.
저부에 슬러리 유입부(11)가 구비된 중공의 하우징(10)에 배출관을 연결하고 상기 하우징과 배출관의 연결체를 지중의 굴착공에 설치하는 제1단계와;
상기 제1단계를 통해 상기 하우징 내부에 장착된 피스톤의 흡인력에 의해 상기 굴착공에 설치된 상기 하우징의 내부에 상기 굴착공의 바닥에 쌓인 토사 슬러리가 유입되도록 하는 제2단계와;
상기 제2단계를 통해 내부에 토사 슬러리가 유입된 상기 하우징의 내부에 유체를 분사하되, 상기 피스톤의 저부에서 상측의 배출관을 향해 유체를 분사하여 상기 하우징 내부에 유입된 토사 슬러리를 상기 배출관을 향해 가압 이동시켜 배출시키는 제3단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 지하수 지열 굴착공 토사 슬러리 배출 방법.
저부에 슬러리 유입부(11)가 구비된 중공의 하우징(10)에 배출관을 연결하고 상기 하우징과 배출관의 연결체를 지중의 굴착공에 설치하는 제1단계와;
상기 제1단계를 통해 상기 하우징 내부에 상기 굴착공의 바닥에 쌓인 토사 슬러리가 유입되도록 하는 제2단계와;
상기 제2단계를 통해 내부에 토사 슬러리가 유입된 상기 하우징의 내부에 유체를 분사하되, 상기 피스톤의 저부에서 상측의 배출관을 향해 유체를 분사하여 상기 하우징 내부에 유입된 토사 슬러리를 상기 배출관을 향해 가압 이동시켜 지상으로 배출시키는 제3단계를 포함하고,
상기 제2단계는 상기 하우징을 하강시켜 상기 하우징 외부의 토사 슬러리를 상기 하우징 내부에 유입하는 것을 특징으로 하는 지하수 지열 굴착공 토사 슬러리 배출 방법.
저부에 슬러리 유입부(11)가 구비된 중공의 하우징(10)에 배출관을 연결하고 상기 하우징과 배출관의 연결체를 지중의 굴착공에 설치하는 제1단계와;
상기 제1단계를 통해 상기 하우징 내부에 상기 굴착공의 바닥에 쌓인 토사 슬러리가 유입되도록 하는 제2단계와;
상기 제2단계를 통해 내부에 토사 슬러리가 유입된 상기 하우징의 내부에 유체를 분사하되, 상기 피스톤의 저부에서 상측의 배출관을 향해 유체를 분사하여 상기 하우징 내부에 유입된 토사 슬러리를 상기 배출관을 향해 가압 이동시켜 지상으로 배출시키는 제3단계를 포함하고,
상기 제2단계는 상기 하우징의 하강과 함께 상기 하우징의 저부에 형성된 스크류를 회전시켜 상기 하우징 외부의 토사 슬러리가 상기 하우징 내부에 유입되도록 하는 것을 특징으로 하는 지하수 지열 굴착공 토사 슬러리 배출 방법.
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청구항 19 내지 청구항 21 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제3단계에서는 상기 하우징의 바닥부에서 상부의 상기 배출관을 향하는 방향으로 유체를 분사하여 상기 하우징 내부에 유입된 토사 슬러리를 교란시켜 배출을 유도하는 것을 특징으로 하는 지하수 지열 굴착공 토사 슬러리 배출 방법.
청구항 19 내지 청구항 21 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2단계에서는 급수관(80)을 통해 상기 굴착공과 상기 굴착공 안에 설치되는 케이싱(2)의 사이에 물을 주입함으로써 토사 슬러리를 상기 굴착공(1)의 바닥 쪽으로 흘러내리도록 하여 상기 토사 슬러리가 상기 하우징(10) 내부에 용이하게 유입되도록 하는 것을 특징으로 하는 지하수 지열 굴착공 토사 슬러리 배출 방법.