(19) 대한민국특허청(KR)
(12) 등록특허공보(B1)
(45) 공고일자 2013년12월13일
(11) 등록번호 10-1340927
(24) 등록일자 2013년12월06일
(51) 국제특허분류(Int. Cl.)
G01N 33/38 (2006.01) G01N 21/80 (2006.01)
(21) 출원번호 10-2012-0112448
(22) 출원일자 2012년10월10일
심사청구일자 2012년10월10일
(56) 선행기술조사문헌
KR100848395 B1
KR100992832 B1
KR1020030079504 A
(73) 특허권자
주식회사 이노지오테크놀로지
서울특별시 중구 통일로 86, 712(순화동,바비엥3
차빌딩)
(72) 발명자
전종욱
서울특별시 강북구 솔매로10길 11(미아동,랜드마
크3차 102호)
(74) 대리인
최병용
전체 청구항 수 : 총 3 항 심사관 : 김민석
(54) 발명의 명칭 지열 발전용 케이싱 고정 시멘트 주입 측정장치
(57) 요 약
본 발명은 지열을 발전하기 위하여 지반을 천공하여 물을 주입하는 케이싱을 삽입하고, 케이싱을 통하여 시멘트
를 주입해 케이싱과 천공홀 사이에 벌어진 틈을 메우면서 상승하게 할 때 시멘트가 올라온 위치를 파악하도록 구
성한 지열 발전용 케이싱 고정 시멘트 주입 측정장치에 관한 것이며, 지열발전을 위해 삽입하는 케이싱(10) 외경
과 천공홀(2) 사이의 틈으로 측정케이블(20)을 삽입하되 지표에서 280 ~ 350 미터까지 삽입하고, 측정케이블(2
0)은 단위 깊이만큼 내려가면서 측정케이블(20) 단부에 위치한 시약투입기(40)에서 분사하는 산도 측정 시약에
의한 변화를 투명 튜브관(30) 내의 센서(32)가 측정하여 해당 깊이의 천공홀(2)과 케이싱(10) 사이 틈에 채워진
대상이 심부토양인지 시멘트인지 지표에 설치된 측정기에서 파악하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
대 표 도 - 도3
등록특허 10-1340927
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특허청구의 범위
청구항 1
지열발전을 위해 삽입하는 케이싱(10) 외경과 천공홀(2) 사이의 틈으로 측정케이블(20)을 삽입하되 지표에서
280 ~ 350 미터까지 삽입하고, 측정케이블(20)은 단위 깊이만큼 내려가면서 측정케이블(20) 단부에 위치한 시약
투입기(40)에서 분사하는 산도 측정 시약에 의한 변화를 투명 튜브관(30) 내의 센서(32)가 측정하여 해당 깊이
의 천공홀(2)과 케이싱(10) 사이 틈에 채워진 대상이 심부토양인지 시멘트인지 지표에 설치된 측정기에서 파악
하도록 구성된 것을 특징으로 하는 지열 발전용 케이싱 고정 시멘트 주입 측정장치.
청구항 2
제 1 항에 있어서,
측정케이블(20)은 중공의 관체(21) 하단이 막히도록 측정부(21-1)가 형성되고, 측정부(21-1)에 다수의 입구홀
(22)이 형성되어 측정케이블(20)의 내부로 심부토양 또는 시멘트가 유입되며, 측정부(21-1)의 측면에 다수의 출
구홀(23)이 형성되어 유입되는 토양 또는 시멘트가 밀려서 배출되도록 구성되고,
투명튜브관(30)의 하단에 위치하도록 내부에 광섬유(31)와 센서(32)가 설치되고, 투명튜브관(30)은 측정케이블
(20)의 내부에 삽입되되 측정부(21-1)에서 광섬유(31)의 조명으로 센서(32) 하단의 토양 색상 변화에 대한 측정
값이 지상의 측정기에 무선 또는 유선으로 전달되며,
시약투입기(40)는 투명튜브관(30)과 같이 측정케이블(20) 내부에 삽입되어 고정되고, 측정부(21-1)에 시약을 분
사하도록 구성된 것을 특징으로 하는 지열 발전용 케이싱 고정 시멘트 주입 측정장치.
청구항 3
제 2 항에 있어서,
시약투입기(40)는 실린더관(41) 내부에 시약저장부(42)가 형성되어 산도 측정 시약이 저장되고, 실린더관(41)의
하부에 배출관(45)이 형성되어 시약이 배출되며, 실린더관(41)의 내부에 주입된 시약 상부에 가입판(43)이 형성
되어 수압관(44)으로 부터 공급되는 물의 압력에 의해 가압판(43)이 시약을 밀어 배출관(45)으로 시약을 배출하
도록 구성된 것을 특징으로 하는 지열 발전용 케이싱 고정 시멘트 주입 측정장치.
명 세 서
기 술 분 야
본 발명은 지열 발전용 케이싱 고정 시멘트 주입 측정장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 지열을 발전하기[0001]
위하여 지반을 천공하여 물을 주입하는 케이싱을 삽입하고, 케이싱을 통하여 시멘트를 주입해 케이싱과 천공홀
사이에 벌어진 틈을 메우면서 상승하게 할 때 시멘트가 올라온 위치를 파악하도록 구성한 지열 발전용 케이싱
고정 시멘트 주입 측정장치에 관한 것이다.
배 경 기 술
다양한 에너지원으로 사용되는 전기는 일반적으로 화력, 수력, 원자력 발전을 기본으로 하여 얻을 수 있다. 그[0002]
리고 최근에는 친환경 발전인 태양광 발전, 풍력 발전이 조금씩 증가하는 추세이다.
하지만 최근에는 반영구적으로 사용할 수 있는 지열발전이 개발되고 있는데, 지열발전은 풍력, 태양광 등 여타[0003]
대체에너지원과는 비교가 안 될 정도의 효율적 에너지원이고, 기상조건의 제약이 없어 신재생에너지의 최대 단
등록특허 10-1340927
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점인 전력생산의 불안전성을 극복할 수 있는 발전이다.
지열발전은 그동안 화산지대 국가에서 가능한 것으로 알려져 왔으나, 최근 독일을 중심으로 비화산지대 적용 신[0004]
기술(EGS)인 '인공저류층생성기술'을 활용한 상용화 발전이 확산되고 있다.
지열발전은 풍력·태양광 등 일반적인 신재생에너지와 달리 기상에 구애받지 않고 열원을 확보할 수 있는 데다[0005]
고효율 열원시스템이 가능해 국내 발전시장에서도 본격적으로 상용화가 추진될 전망이다.
이러한 지열발전은 시추를 통해 지하로 수원을 공급, 지열을 확보한 다음 다시 지상에서 열교환시스템 등을 통[0006]
해 열원을 확보하는 원리로 돼 있다.
비화산지대인 국내에서 지열로 전력을 생산하려면 지하 4~5㎞의 심부지열을 활용해야 하기 때문에 심부 시출 기[0007]
술은 물론 시추 공벽이 안정화되어야 한다.
인공저류층생성기술은 화산지대가 아닌 곳에서 지하 4 ~ 5㎞ 내외의 지열을 이용하는 기술로서, 지중 3 ~ 5 km[0008]
깊이까지 심부 시추하여 천공홀(2)을 두개 이상 형성하고 주입용 케이싱(10)과 배출용 케이싱(미도시)을 삽입한
다.
주입용 케이싱(10)을 통해 지중으로 주입된 물이 지열 저류층을 통해 가열되어 배출용 케이싱을 통해 배출되어[0009]
열교환기와 터빈을 통해 발전을 하고, 남은 열로 지역난방을 한 다음에 다시 주입용 케이싱(10)을 순환 시키는
구조를 가지고 있다.
이러한 기술에서 주입용 또는 배출용 케이싱을 지하 4 ~ 5 Km까지 심부 시추하여 천공홀(2)을 형성하고, 천공홀[0010]
(2)에 케이싱(10)을 삽입하여 고정할 때 도 1에 도시된 바와 같이 천공홀(2)과 케이싱(10) 외경 사이에는 틈이
발생하게 된다. 이 틈을 메우기 위해 시멘트를 주입해 시멘테이션(cementation) 시키기 위해 케이싱(10)의 하단
에 일정 압력이 되면 파괴되는 차단판을 두고 그 위에 시멘트(3)를 주입한 다음에 가압판(12)을 케이싱(10) 내
부에 삽입한다. 가압판(12) 위로 물공급관(4)으로 부터 공급되는 고압의 물을 이용해 가압판(12)을 하부로 밀게
되어 일정 압력 이상이 되면 아래의 차단판이 파손되면서 틈으로 밀려 올라가게 된다. 지면에서 케이싱(10)와
천공홀(2) 사이를 통해 시멘트가 올라오면 완전히 틈과 크랙부(5)가 메워진 것으로 파악되는 것이다.
이때 도 2에 도시된 바와 같이 심부에 있는 심부토양(6)도 같이 밀려올라 오므로 시멘트와 구분하기 힘들어서[0011]
지면에서 밀려 올라온 것이 심부토양(6) 인지 시멘트(3)인지를 구분하기 위해 시약을 뿌려 그 색상으로 시멘트
인지의 여부를 파악한다.
하지만 시멘트가 아니라 심부토양으로 판단될 때 지중의 어디까지가 시멘트이고, 어디까지가 심부토양인지 파악[0012]
하기 어려워 보완 처리하기 어려운 점이 있었다.
따라서 시멘트가 천공홀(2)과 케이싱(10) 사이를 얼마나 채우고 있는지 파악할 수 있는 측정장치가 필요하다.[0013]
발명의 내용
해결하려는 과제
본 발명은 전술한 바와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 천공홀과 케이싱 사이의 틈으로 가압된[0014]
시멘트가 올라올 때 어느 위치까지 올라왔는지 파악하기 위한 측정장치를 제공하고자 하는 목적이 있다.
측정관케이블을 케이싱과 천공홀 사이의 틈으로 밀어 넣어 내려가는 일정 간격마다 측정시약을 분사하여 상태를[0015]
볼 수 있게 구성하고자 한다.
과제의 해결 수단
본 발명은 전술한 목적을 달성하기 위하여 지열발전을 위해 삽입하는 케이싱(10) 외경과 천공홀(2) 사이의 틈[0016]
으로 측정케이블(20)을 삽입하되 지표에서 280 ~ 350 미터까지 삽입하고, 측정케이블(20)은 단위 깊이만큼 내려
가면서 측정케이블(20) 단부에 위치한 시약투입기(40)에서 분사하는 산도 측정 시약에 의한 변화를 투명 튜브관
(30) 내의 센서(32)가 측정하여 해당 깊이의 천공홀(2)과 케이싱(10) 사이 틈에 채워진 대상이 심부토양인지 시
멘트인지 지표에 설치된 측정기에서 파악하도록 구성된 것을 특징으로 하며, 측정케이블(20)은 중공의 관체(21)
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하단이 막히도록 측정부(21-1)가 형성되고, 측정부(21-1)에 다수의 입구홀(22)이 형성되어 측정케이블(20)의 내
부로 심부토양 또는 시멘트가 유입되며, 측정부(21-1)의 측면에 다수의 출구홀(23)이 형성되어 유입되는 토양
또는 시멘트가 밀려서 배출되도록 구성되고, 투명튜브관(30)의 하단에 위치하도록 내부에 광섬유(31)와 센서
(32)가 설치되고, 투명튜브관(30)은 측정케이블(20)의 내부에 삽입되되 측정부(21-1)에서 광섬유(31)의 조명으
로 센서(32) 하단의 토양 색상 변화가 측정되어 지상의 측정기에 측정값이 무선 또는 유선으로 전달되며, 시약
투입기(40)는 투명튜브관(30)과 같이 측정케이블(20) 내부에 삽입되어 고정되고, 측정부(21-1)에 시약을 분사하
도록 구성되며, 시약투입기(40)는 실린더관(41) 내부에 시약저장부(42)가 형성되어 산도 측정 시약이 저장되고,
실린더관(41)의 하부에 배출관(45)이 형성되어 시약이 배출되며, 실린더관(41)의 내부에 주입된 시약 상부에 가
입판(43)이 형성되어 수압관(44)으로 부터 공급되는 물의 압력에 의해 가압판(43)이 시약을 밀어 배출관(45)으
로 시약을 배출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 지열 발전용 케이싱 고정 시멘트 주입 측정장치를 제공한다.
발명의 효과
본 발명은 천공홀과 케이싱 사이의 틈으로 가압된 시멘트가 올라올 때 어느 위치까지 올라왔는지 파악하기 위한[0017]
측정장치를 제공하고자 하는 목적이 있다.
측정관케이블을 케이싱과 천공홀 사이의 틈으로 밀어 넣어 내려가는 일정 간격마다 측정시약을 분사하여 상태를[0018]
볼 수 있게 구성하고자 한다.
도면의 간단한 설명
도 1은 본 발명의 지열 발전용 케이싱이 지중에 삽입되는 상태를 도시한 단면도.[0019]
도 2는 본 발명의 지열 발전용 케이싱을 지중에 고정하기 위해 시멘트를 주입한 상태를 도시한 단면도.
도 3은 본 발명의 지열 발전용 케이싱 고정 시멘트 주입 측정장치가 설치된 상태를 도시한 개략 단면도.
도 4는 본 발명의 지열 발전용 케이싱 고정 시멘트 주입 측정장치의 측정케이블 단부를 도시한 사시도.
도 5는 본 발명의 지열 발전용 케이싱 고정 시멘트 주입 측정장치의 측정케이블 단부를 도시한 일부 단면도.
도 6은 본 발명의 지열 발전용 케이싱 고정 시멘트 주입 측정장치의 측정케이블 주요부를 도시한 단면도.
발명을 실시하기 위한 구체적인 내용
이하, 본 발명의 구성 및 작용을 첨부된 도면에 의거하여 좀 더 구체적으로 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어[0020]
서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기
위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개
념으로 해석되어야만 한다.
본 발명은 지열 발전을 위해 4 ~ 5 km 정도의 심부까지 삽입되는 케이싱(10)을 견고하게 고정하기 위하여 케이[0021]
싱(10)과 천공홀(2) 사이에 시멘트를 채워넣을 때 케이싱(10) 내부에서 압력을 가하여 케이싱(10) 하단을 통해
분출되는 시멘트가 천공홀(2)과 케이싱(10) 사이의 틈과 크랙부(5)를 메우도록 작업하는 과정에서 사용하는 측
정장치다.
이러하 작업에서 아래에서 밀려 올라오는 것은 시멘트 뿐만 아니라 심부토양도 같이 올라오고 그 색상도 유사하[0022]
여 구분을 할 수 없기 때문에 시멘트인지 심부토양인지 판단을 한다. 하지만 지표면에서 측정한 것이 심부 토양
(6)일 경우 어디까지가 시멘트이고 어디까지가 심부토양인지 측정하기 위하여 구성한 것이다.
측정케이블(20)을 지열발전을 위해 삽입하는 케이싱(10) 외경과 천공홀(2) 사이의 틈으로 측정케이블(20)을 삽[0023]
입하되 지표에서 280 ~ 350 미터까지 삽입하도록 구성한다. 즉 측정케이블(20)의 길이는 대략 300 ~ 370 미터
정도로 형성하여 지상에서 측정기에 연결한다.
측정기는 내부에 제어부가 형성되어 후술할 시약투입기(40)에 가압판(43)을 가압하기 위한 물을 공급하도록 가[0024]
압펌프가 형성되고, 투명튜브관(30)의 광섬유(31) 상단이 연결되어 광섬유(31) 하단의 식각부(31-1)에서 토양
의 색상을 구분할 수 있도록 조명할 수 있게 한다.
등록특허 10-1340927
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그리고 측정기에 센서(32)가 무선 또는 유선으로 연결되어 센서(32)의 측정값을 제어부로 보내 알카리성 여부를[0025]
판단하여 시멘트인지 심부토양인지 판단하여 사용자에게 알려준다.
측정케이블(20)은 단위 깊이만큼 내려가면서 측정케이블(20) 단부에 위치한 시약투입기(40)에서 분사하는 산도[0026]
측정 시약에 의한 변화를 투명 튜브관(30) 내의 센서(32)가 측정하여 해당 깊이의 천공홀(2)과 케이싱(10) 사이
틈에 채워진 대상이 심부토양인지 시멘트인지 지표에 설치된 측정기에서 파악한다.
측정케이블(20)은 꺽이지 않을 정도의 강성을 가지면 족하고, 대구경 릴에 감겨져 있다가 풀리면서 아래로 내려[0027]
보낼 수 있게 구성한다.
측정케이블(20)은 중공의 관체(21) 하단이 막히도록 측정부(21-1)가 형성되고, 측정부(21-1)의 하단면에 다수의[0028]
입구홀(22)이 형성되어 측정케이블(20)의 내부로 심부토양 또는 시멘트가 유입되게 구성한다. 측정케이블(20)을
케이싱(10)과 천공홀(2) 사이의 틈을 통해 아래로 내리면 그 사이에 채워져 있는 시멘트 또는 심부토양이 입구
홀(22)을 통해 들어와 측정부(21-1)의 측면에 다수 형성된 출구홀(23)을 통해 배출되게 된다.
이때 유입되는 토양 또는 시멘트가 출구홀(23)을 통해 밀려서 배출되기 전에 측정하려고 하는 깊이에서 시약을[0029]
분사시켜 해당 토양이 시멘트인지 심부토양인지 파악할 수 있게 된다.
이러한 시약에 의한 토양 색상 변화를 알수 있게 구성한 것이 투명튜브관(30)이고, 투명튜브관(30)의 내부에 광[0030]
섬유(31)와 센서(32)가 설치된다. 광섬유(31)와 센서(32)는 투명튜브관(30)의 하단에 위치하도록 내부에 설치되
고, 투명튜브관(30)은 측정케이블(20)의 내부에 삽입되되 측정부(21-1)에서 광섬유(31)의 조명아래에서 센서
(32)가 하단의 토양 색상 변화를 측정할 수 있게 한다. 센서(32)는 토양 색상 변화를 측정하여 색상의 정도를
나타내는 측정값을 무선 또는 유선으로 측정기에 전달한다.
시약투입기(40)는 투명튜브관(30)과 같이 측정케이블(20) 내부에 삽입되어 고정되고, 측정부(21-1)에 시약을 분[0031]
사하도록 구성된다.
전술한 투명튜브관(30)과 시약투입기(40)는 측정케이블(20) 내부에 삽입된 상태로 에폭시 등에 의해서 견고하게[0032]
고정된다.
시약투입기(40)는 실린더관(41) 내부에 시약저장부(42)가 형성되어 산도 측정 시약이 저장되고, 실린더관(41)의[0033]
내부에 주입된 시약 상부에 가입판(43)이 형성된다. 가압판(43)은 실린더관(41)의 내부에서 상하 이동하도록 형
성된 것으로서, 가압판(43)의 상부로 유입되는 물에 의해 가압된다. 즉 실린더관(41)의 상부에는 수압관(44)이
형성되어 지상의 측정기와 연결되어 물을 가압하여 공급하게 된다.
실린더관(41)의 하부에는 배출관(45)이 형성되는데, 배출관(45)은 실린더관(41)의 관경보다 훨씬 작은 관경으로[0034]
형성되어 가압되었을때 배출관(45)을 통해 토양으로 분사되도록 한다.
수압관(44)으로 부터 공급되는 물의 압력에 의해 가압판(43)이 시약을 밀어 배출관(45)으로 시약을 배출하게 되[0035]
면, 시멘트의 경우에는 해당 토양의 색상이 변화하게 되고, 심부토양일 경우에는 변화가 거의 없게 된다.
따라서 일정 깊이마다 토양 변화를 측정하여 시멘트가 케이싱(10)과 천공홀(2)의 톰 사이로 어느 정도 올라왔는[0036]
지 알 수 있게 된다.
부호의 설명
1 : 지반 2 : 천공홀[0037]
3 : 시멘트 4 : 물공급관
5 : 크랙부 10 : 케이싱
11 : 강관체 12 : 가압판
20 : 측정케이블 21 : 관체
21-1 : 측정부 22 : 입구홀
23 : 출구홀 30 : 투명튜브관
등록특허 10-1340927
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31 : 광섬유 31-1 : 식각부
32 : 센서 40 : 시약투입기
41 : 실린더관 42 : 시약저장부
43 : 가압판 44 : 수압관
45 : 배출관
도면
도면1
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도면2
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도면3
도면4
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도면6
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