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KR101322183B1 - 수직형 암석 열전도도 측정 장치 및 이의 사용방법 - Google Patents

수직형 암석 열전도도 측정 장치 및 이의 사용방법 Download PDF

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KR101322183B1
KR101322183B1 KR1020130067716A KR20130067716A KR101322183B1 KR 101322183 B1 KR101322183 B1 KR 101322183B1 KR 1020130067716 A KR1020130067716 A KR 1020130067716A KR 20130067716 A KR20130067716 A KR 20130067716A KR 101322183 B1 KR101322183 B1 KR 101322183B1
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KR
South Korea
Prior art keywords
cylinder
thermal conductivity
heat
rock
rock sample
Prior art date
Application number
KR1020130067716A
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Inventor
김형찬
Original Assignee
한국지질자원연구원
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Publication date
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Abstract

본 발명에 따른 수직형 암석 열전도도 측정 장치는 하우징; 상기 하우징의 내부 저면에 설치되고, 상측에 금속 재질의 제 1밀폐판이 구비되며, 내부에 온수가 유동되는 제 1온수 유동관이 구비되어 내부 온도를 일정하게 유지시킬 수 있는 제 1실린더; 상기 제 1실린더로부터 수직으로 일정간격 이격되며 설치되고, 하측에 금속 재질의 제 2밀폐판이 구비되며, 내부에 온수가 유동되는 제 2온수 유동관이 구비되어 내부 온도를 상기 제 1실린더보다 높은 온도로 유지시킬 수 있는 제 2실린더; 상기 제 1실린더와 제 2실린더 사이에 설치되며 내부에 열전도도를 측정하기 위한 대상 암석의 시료가 충진되는 시료 홀더; 및 상기 제 2실린더의 상측에 연결되어 전원 공급에 의해 상기 제 2실린더를 수직이동시킬 수 있는 전동 모터;를 포함하고, 상기 제 2실린더는 상기 전동 모터에 의해 상기 제 1실린더 방향으로 수직이동하여 상기 시료 홀더를 상기 제 1실린더와 제 2실린더 사이에 홀딩시키는 것을 특징으로 한다.

Description

수직형 암석 열전도도 측정 장치 및 이의 사용방법{vertical type device for measuring thermal conductivity of rocks and using method of the same}
본 발명은 수직형 암석 열전도도 측정 장치 및 이의 사용방법에 관한 것으로서, 암석 시료의 열전도도를 용이하게 측정할 수 있는 수직형 암석 열전도도 측정 장치 및 이의 사용방법에 관한 것이다.
열전도도는 물체 내부의 등온면을 통해 단위시간에 단위면적당 흐르는 열량과 이 방향의 온도구배와의 비로 정의될 수 있다.
일반적으로, 암석의 열전도도를 측정하기 위해서는 암석 열전도도 측정장치에 암석 시료를 설치한 후 암석 시료에 열을 공급함으로써 측정할 수 있는데, 이때, 암석 시료는 상기 암석 열전도도 측정장치의 고온부와 저온부 사이에 홀딩되는 것이 필요하다.
도 1은 종래의 지중 열전도도 측정장치의 개략도이다.
예를 들어, 출원번호 제20-2006-0017895호는 도 1에 도시된 바와 같이, 현장에서 열전도도 측정을 위한 온도변화 등을 체크하고, 이 측정된 데이터를 토대로 현장에서 바로 지중 열전도도값을 산출함으로써 히트펌프시스템을 구축하는데 중요한 데이터로 활용할 수 있는 지중 열전도도 측정장치를 소개하고 있다.
도 2는 종래의 지중 열전도도 측정장치의 설치도이다.
또한, 출원번호 제10-2006-0105579호는 도 2에 도시된 바와 같이, 지중의 천공(3)에 매설되면서 전기 히터에 의하여 승온된 순환수의 열을 지중으로 전달하고 상기 지중에서 순환된 순환수를 측정 장비로 유입시키는 HPE 튜브와; 순환수를 보충하기 위한 보충수가 저장된 보충수 탱크(1)와; 보충수 탱크의 보충수를 순환시키기 위한 보충수 순환펌프(2)와; HPE 튜브 안의 순환수를 가열하고 지중 입구 및 지중 출구 순환수의 온도를 측정하며 HPE 튜브 내 흐르고 있는 순환수의 용적 유량을 측정하는 측정 장비와; 열전도 평가를 위한 측정값을 계측하는 계측기와; 계측기와 통신케이블로 연결되어 계측기에서 계측된 데이터를 처리하고 내장된 지중 열전도 측정 프로그램을 이용하여 처리된 데이터를 기반으로 지중 열전도를 산출하는 제어수단을 포함함으로써, 지중 열전도를 현장에서 실시간으로 측정할 수 있는 지중 열전도 측정장치를 소개하고 있다.
한편, 상기 출원에 소개된 각각의 장치는 지중 열전도도를 측정하기 위한 장치로 그 구조상 암석의 열전도도를 측정할 수 없는데, 암석의 열전도도를 측정하기 위해서는 먼저, 암석 시료를 암석 열전도도 측정장치에 용이하게 설치할 수 있어야 한다.
암석의 열전도도를 측정하기 위해 사용된 종래의 암석 열전도도 측정장치는 고온부 및 저온부에 공급된 열이 외부로 쉽게 유출되어 열손실이 발생됨으로써 고온부 및 저온부에서의 열류량을 정확하게 측정하지 못하였고, 이에 따라, 고온부와 저온부 사이에 홀딩된 암석 시료의 정확한 열전도도를 측정할 수 없는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 발명된 것으로, 외부로의 열유출을 차단하면서 열 전달을 용이하게 할 수 있는 고온부와 저온부 사이에 암석 시료를 홀딩시켜 암석 시료의 열전도도를 정확하게 측정할 수 있는 수직형 암석 열전도도 측정 장치 및 이의 사용방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 수직형 암석 열전도도 측정 장치는 하우징; 상기 하우징의 내부 저면에 설치되고, 상측에 금속 재질의 제 1밀폐판이 구비되며, 내부에 온수가 유출입되어 내부 온도를 일정하게 유지시킬 수 있는 제 1실린더; 상기 제 1실린더로부터 수직으로 일정간격 이격되며 설치되고, 하측에 금속 재질의 제 2밀폐판이 구비되며, 내부에 온수가 유출입되어 내부 온도를 상기 제 1실린더보다 높은 온도로 유지시킬 수 있는 제 2실린더; 상기 제 1실린더와 제 2실린더 사이에 설치되어 열전도도가 측정되는 암석 시료; 및 상기 제 2실린더의 상측에 연결되어 전원 공급에 의해 상기 제 2실린더를 수직이동시킬 수 있는 전동 모터;를 포함하고, 상기 제 2실린더는 상기 전동 모터에 의해 상기 제 1실린더 방향으로 수직이동하여 상기 암석 시료를 상기 제 1실린더와 제 2실린더 사이에 홀딩시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 하우징은 내부를 가시할 수 있는 투명 디스플레이창이 구비된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1실린더는, 상기 제 1밀폐판에 결합되며 상부 중앙에 볼록부가 형성된 제 1열전도판; 및 상기 제 1실린더의 외주면 상측에 나사결합되며 상부 중앙에 상기 암석 시료를 삽입시켜 홀딩하는 홀딩홀이 형성된 제 1열유출방지부재;를 포함하고, 상기 제 1열유출방지부재는 상기 제 1열전도판을 커버하여 상기 제 1열전도판의 열손실을 방지하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 2실린더는, 상기 제 2밀폐판에 결합되며 하부 중앙에 볼록부가 형성된 제 2열전도판; 및 상기 제 2실린더의 외주면 하측에 나사결합되며 하부 중앙에 상기 암석 시료를 삽입시켜 홀딩하는 홀딩홀이 형성된 제 2열유출방지부재;를 포함하고, 상기 제 2열유출방지부재는 상기 제 2열전도판을 커버하여 상기 제 2열전도판의 열손실을 방지하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1실린더 및 제 2실린더는 내부 온도를 센싱하는 온도센서가 각각 내장된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1열전도판 및 제 2열전도판은 구리 재질로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1열전도판 및 제 2열전도판은 온도 케이블을 통해 온도센서에 각각 연결되어 제 1열전도판 및 제 2열전도판의 온도를 측정가능한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1열유출방지부재 및 제 2열유출방지부재는 테프론(Teflon) 재질로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 암석 시료는, 하측이 상기 제 1열유출방지부재에 형성된 홀딩홀에 삽입되어 상기 제 1열전도판에 형성된 볼록부에 접촉되고, 상측이 상기 제 2열유출방지부재에 형성된 홀딩홀에 삽입되어 상기 제 2열전도판에 형성된 볼록부에 접촉되어, 상기 제 1실린더와 제 2실린더 사이에 홀딩되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1실린더의 외주면에서 상기 제 2실린더의 외주면으로 슬라이딩 이동하여 하측이 상기 제 1실린더를 커버하고 상측이 상기 제 2실린더를 커버함으로써 상기 암석 시료에 대한 외부 온도의 영향을 차단하는 테프론 재질의 커버를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 하우징의 후측에 수직방향으로 설치되는 가이드 레일; 상기 제 2실린더를 지지하며 상기 제 2실린더의 수직 이동에 의해 상기 가이드 레일을 선형이동하는 가이드 블럭;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
더불어, 본 발명에 따른 수직형 암석 열전도도 측정 장치의 사용 방법은 암석 시료의 하측을 제 1실린더에 삽입시켜 설치하는 시료 설치 단계; 상기 제 1실린더 방향으로 제 2실린더를 수직이동시켜 상기 암석 시료의 상측을 제 2실린더에 삽입시키는 시료 홀딩 단계; 상기 제 1실린더 및 제 2실린더를 각각 가열하여 상기 제 2실린더의 내부 온도를 상기 제 1실린더의 내부 온도보다 높게 유지하는 실린더 가열 단계; 및 상기 제 2실린더와 제 1실린더의 온도차에 따른 상기 암석 시료의 열전도도를 측정하는 열전도도 측정 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 수직형 암석 열전도도 측정 장치 및 이의 사용방법에 의하면, 외부로의 열유출을 차단하면서 열 전달을 용이하게 할 수 있는 고온부와 저온부 사이에 암석 시료를 홀딩시켜 암석 시료의 열전도도를 정확하게 측정할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 지중 열전도도 측정장치의 개략도이다.
도 2는 종래의 지중 열전도도 측정장치의 설치도이다.
도 3은 본 발명에 따른 수직형 암석 열전도도 측정 장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 제 1실린더와 제 2실린더의 구성도이다.
도 5는 본 발명에 따른 제 1실린더의 내부 구성도이다.
도 6은 본 발명에 따른 제 2실린더의 내부 구성도이다.
도 7은 본 발명에 따른 제 1열전도판의 구성도이다.
도 8은 본 발명에 따른 제 1열유출방지부재의 구성도이다.
도 9는 본 발명에 따른 제 1실린더에 제 1열전도판 및 제 1열유출방지부재가 결합되는 모습을 보여주는 도이다.
도 10은 본 발명에 따른 제 2실린더에 제 2열전도판 및 제 2열유출방지부재가 결합되는 모습을 보여주는 도이다.
도 11은 본 발명에 따른 암석 시료가 제 1실린더와 제 2실린더 사이에 홀딩되는 모습을 보여주는 도이다.
도 12는 본 발명에 따른 수직형 암석 열전도도 측정 장치의 사용방법의 블럭도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 우선, 도면들 중 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의해야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하게 하지 않기 위해 생략한다.
도 3은 본 발명에 따른 수직형 암석 열전도도 측정 장치의 구성도이다.
본 발명에 따른 수직형 암석 열전도도 측정 장치는 도 3에 도시된 바와 같이, 하우징(100), 상기 하우징(100)의 내부 저면에 설치되는 제 1실린더(200), 상기 하우징(100)의 내부에 설치되는 제 2실린더(300), 상기 제 1실린더(200)와 제 2실린더(300) 사이에 설치되는 암석 시료(400) 및 상기 제 2실린더(300)를 전원 공급에 의해 수직이동시킬 수 있는 전동 모터(500)를 포함한다.
상기 하우징(100)은 적어도 하나 이상의 투명 디스플레이창(110)과, 가이드 레일(120) 및 가이드 블럭(130)을 포함할 수 있다.
상기 투명 디스플레이창(110)은 상기 하우징(100) 내부를 가시시킬 수 있는데, 여기서, 상기 투명 디스플레이창(100)은 힌지 장치에 의해 상기 하우징(100)의 테두리에 연결됨으로써 상기 하우징(100)을 개폐시킬 수 있다.
상기 가이드 레일(120)은 상기 하우징(100)의 후측에 수직방향으로 설치될 수 있고, 상기 가이드 블럭(130)은 상기 제 2실린더(300)에 일체로 연결되어 상기 제 2실린더(300)를 지지할 수 있는데, 상기 가이드 블럭(130)은 상기 제 2실린더(300)의 수직 이동에 의해 상기 가이드 레일(120)을 선형이동함으로써 상기 제 2실린더(300)의 수직 이동을 지지할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 제 1실린더와 제 2실린더의 구성도이고, 도 5는 본 발명에 따른 제 1실린더의 내부 구성도이다.
상기 제 1실린더(200)는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 제 1밀폐판(210), 제 1온수 유입관(220a), 제 1온수 유출관(220b) 및 제 1온도센서(230)가 구비될 수 있는데, 상기 제 1실린더(200)는 테프론 재질로 이루어짐으로써 외부 온도의 영향을 차단할 수 있다.
상기 제 1밀폐판(210)은 상기 제 1실린더(200)의 상측에 구비될 수 있는데, 상기 제 1밀폐판(210)은 금속 재질, 예를 들어 구리 재질로 이루어짐으로써 상기 제 1실린더(200)의 내부 열원을 외부로 전달할 수 있고, 후술할 제 1열전도판이 결합되도록 표면에 고정부재가 삽입되는 복수개의 홀이 형성될 수 있다.
상기 제 1온수 유입관(220a)은 상기 제 1실린더(200) 내부로 온수를 유입시키는 관이고, 상기 제 1온수 유출관(220b)은 상기 제 1실린더(200) 외부로 온수를 유출시키는 관으로, 상기 제 1실린더(200)는 상기 제 1온수 유입관(220a) 및 제 1온수 유출관(220b)을 통해 온수가 유출입되면서 내부 온도를 일정하게 유지시킬 수 있다. 여기서, 상기 제 1온수 유출관(220b)은 상기 제 1온수 유입관(220a)보다 직경이 작게 형성되고, 또한, 상기 제 1실린더(200)의 내부 온도는 10 ℃로 일정하게 유지되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 온수는 상기 하우징(100) 외부에 설치되는 온수 공급 장치(미도시)로부터 온수 유입관(221)을 통해 상기 제 1온수 유입관(220a)으로 유입되고, 상기 제 1온수 유출관(220b)으로부터 온수 유출관(222)을 통해 상기 온수 공급 장치로 유출됨으로써 순환될 수 있다.
상기 제 1온도 센서(230)는 상기 제 1실린더(200)의 내부 온도를 실시간으로 센싱하여 상기 제 1실린더(200)의 내부 온도를 일정하게 유지시키도록 유도할 수 있는데, 예를 들어, 상기 제 1실린더(200)의 내부 온도가 기설정값에 미치지 못하는 경우 상기 제 1실린더(200)에 기유출입된 온수보다 고온의 온수를 유출입시킴으로써 상기 제 1실린더(200)의 내부 온도를 상승시킬 수 있고, 반면에 상기 제 1실린더(200)의 내부 온도가 기설정값을 초과한 경우 상기 제 1실린더(200)에 기유출입된 온수보다 저온의 온수를 유출입시킴으로써 상기 제 1실린더(200)의 내부 온도를 하강시킬 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 제 1열전도판의 구성도이고, 도 8은 본 발명에 따른 제 1열유출방지부재의 구성도이다.
한편, 상기 제 1실린더(200)는 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 제 1열전도판(610) 및 제 1열유출방지부재(710)를 포함할 수 있다.
상기 제 1열전도판(610)은 도 7에 도시된 바와 같이, 상부 중앙에 볼록부(611)가 형성되고 표면에 고정부재가 삽입되는 복수개의 홀이 형성된 원형판 형상으로 이루어질 수 있는데, 여기서, 상기 홀은 상기 제 1밀폐판(210)에 형성된 홀과 각각 대응하는 홀이 형성될 수 있다.
도 9는 본 발명에 따른 제 1실린더에 제 1열전도판 및 제 1열유출방지부재가 결합되는 모습을 보여주는 도이다.
구체적으로, 상기 제 1열전도판(610)은 도 9에 도시된 바와 같이, 고정부재(900)에 의해 상기 제 1밀폐판(210)에 결합될 수 있는데, 여기서, 상기 제 1열전도판(610)은 열전도도가 높은 구리 재질로 이루어짐으로써 상기 제 1밀폐판(210)의 열원을 용이하게 전달받을 수 있다. 한편, 상기 제 1열전도판(610)은 상기 제 1열전도판(610)의 온도를 실시간으로 측정하기 위해 도시되지 않았지만 온도 케이블(미도시)을 통해 온도센서(미도시)에 연결될 수 있다.
상기 제 1열유출방지부재(710)는 도 8에 도시된 바와 같이, 상부 중앙에 암석 시료가 삽입되며 홀딩되는 홀딩홀(711)이 형성되고 내주면 하측에 나사산이 형성된 원통 형상으로 이루어질 수 있다.
구체적으로, 상기 제 1열유출방지부재(710)는 도 9에 도시된 바와 같이, 내주면 하측에 형성된 나사산이 상기 제 1실린더(200)의 외주면 상측에 형성된 나사산과 대응결합하며 상기 제 1실린더(200)와 나사결합될 수 있는데, 이처럼, 상기 제 1열유출방지부재(710)가 상기 제 1열전도판(610)을 커버하며 상기 제 1실린더(200)와 나사결합됨으로써 상기 제 1열전도판(610)에 연결된 온도 케이블(미도시)이 뒤엉켜 감기는 현상을 방지할 수 있고, 또한, 상기 제 1열유출방지부재(710)는 테프론 재질로 이루어짐으로써 상기 제 1열전도판(610)의 열원이 상기 제 1열유출방지부재(710)를 통해 외부로 유출되는 것을 차단함으로써 상기 제 1열전도판(610)의 열손실을 방지할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 제 2실린더의 내부 구성도이다.
상기 제 2실린더(300)는 도 4 및 도 6에 도시된 바와 같이, 제 2밀폐판(310), 제 2온수 유입관(320a), 제 2온수 유출관(320b) 및 제 2온도센서(330)가 구비되며 상기 제 1실린더(200)로부터 수직으로 일정간격 이격되어 설치될 수 있는데, 상기 제 2실린더(300)는 상기 제 1실린더(200)와 동일하게 테프론 재질로 이루어짐으로써 외부 온도의 영향을 차단할 수 있다.
상기 제 2밀폐판(310)은 상기 제 2실린더(300)의 하측에 구비될 수 있는데, 상기 제 2밀폐판(310)은 상기 제 1밀폐판(210)과 동일하게 금속 재질, 예를 들어 구리 재질로 이루어짐으로써 상기 제 2실린더(300)의 내부 열원을 외부로 전달할 수 있고, 후술할 제 2열전도판이 결합되도록 표면에 고정부재가 삽입되는 복수개의 홀이 형성될 수 있다.
상기 제 2온수 유입관(320a)은 상기 제 2실린더(300) 내부로 온수를 유입시키는 관이고, 상기 제 2온수 유출관(320b)은 상기 제 2실린더(300) 외부로 온수를 유출시키는 관으로, 상기 제 2실린더(300)는 상기 제 2온수 유입관(320a) 및 제 2온수 유출관(320b)을 통해 온수가 유출입되면서 내부 온도를 일정하게 유지시킬 수 있다. 여기서, 상기 제 2온수 유출관(320b)은 상기 제 2온수 유입관(320a)보다 직경이 작게 형성되고, 또한, 상기 제 2실린더(300)의 내부 온도는 상기 제 1실린더(200)보다 높은 온도, 예를 들어, 40 ℃로 일정하게 유지되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 온수는 상기 하우징(100) 외부에 설치되는 온수 공급 장치(미도시)로부터 온수 유입관(321)을 통해 상기 제 2온수 유입관(320a)으로 유입되고, 상기 제 2온수 유출관(320b)으로부터 온수 유출관(322)을 통해 상기 온수 공급 장치로 유출됨으로써 순환될 수 있다.
상기 제 2온도 센서(330)는 상기 제 2실린더(300)의 내부 온도를 실시간으로 센싱하여 상기 제 2실린더(300)의 내부 온도를 일정하게 유지시키도록 유도할 수 있다.
도 10은 본 발명에 따른 제 2실린더에 제 2열전도판 및 제 2열유출방지부재가 결합되는 모습을 보여주는 도이다.
한편, 상기 제 2실린더(300)는 도 10에 도시된 바와 같이, 제 2열전도판(620) 및 제 2열유출방지부재(720)을 포함할 수 있는데, 여기서, 상기 제 2열전도판(620) 및 제 2열유출방지부재(720)은 상기 제 1실린더(200)에 포함된 제 1열전도판(610) 및 제 1열유출방지부재(710)와 각각 그 구성 및 내용이 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
상기 암석 시료(400)는 상기 제 1실린더(200)와 제 2실린더(300) 사이에 설치되는 열전도도를 측정하기 위한 대상으로, 상기 암석 시료(400)는 하측이 상기 제 1열유출방지부재(710)에 형성된 홀딩홀(711)에 삽입되어 상기 제 1열전도판(610)에 형성된 볼록부(611)에 접촉되고, 상측이 상기 제 2열유출방지부재(720)에 형성된 홀딩홀(721)에 삽입되어 상기 제 2열전도판(620)에 형성된 볼록부(621)에 접촉됨으로써 상기 제 1실린더(200)와 제 2실린더(300) 사이에 홀딩될 수 있다.
상기 전동 모터(500)는 상기 제 2실린더(300)의 상측에 연결되어 전원 공급에 의해 상기 제 2실린더(200)를 수직이동시킬 수 있다.
도 11은 본 발명에 따른 암석 시료가 제 1실린더와 제 2실린더 사이에 홀딩되는 모습을 보여주는 도이다.
구체적으로, 상기 전동 모터(500)가 작동되는 경우 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 제 2실린더(300)를 상기 제 1실린더(200) 방향으로 수직이동시켜 암석 시료(400)를 상기 제 1실린더(200)와 제 2실린더(300) 사이에 홀딩시킬 수 있다.
여기서, 상기 전동 모터(500)는 모터의 회전 동력을 직선 동력으로 변환시킬 수 있는 기어 조립체가 포함되거나, 직선 동력을 발생시키는 리니어 모터로 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 수직형 암석 열전도도 측정 장치는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제 1실린더(200)의 외주면에서 상기 제 2실린더(300)의 외주면으로 슬라이딩 이동하여 일 측이 상기 제 1실린더(200)를 커버하고 타 측이 상기 제 2실린더(300)를 커버함으로써 상기 암석 시료(400)를 외부에서 밀폐시킬 수 있는 커버(800)를 더 포함할 수 있는데, 상기 커버(800)는 테프론 재질로 이루어짐으로써 상기 암석 시료(400)에 대한 외부 온도의 영향을 차단할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 수직형 암석 열전도도 측정 장치의 사용방법을 상세히 설명한다.
도 12는 본 발명에 따른 수직형 암석 열전도도 측정 장치의 사용방법의 블럭도이다.
본 발명에 따른 수직형 암석 열전도도 측정 장치의 사용방법은 도 12에 도시된 바와 같이, 시료 설치 단계(S10), 시료 홀딩 단계(S20), 실린더 가열 단계(S30) 및 열전도도 측정 단계(S40)를 포함한다.
상기 시료 설치 단계(S10)는 암석 시료의 하측을 제 1실린더에 삽입시켜 설치하는 단계이다.
구체적으로, 상기 시료 설치 단계(S10)에서는 도 9에 도시된 바와 같이, 제 1실린더(200)에 구비된 제 1밀폐판(210)에 제 1열전도판(610)을 결합시키고, 상기 제 1열전도판(610)에 제 1열유출방지부재(710)를 결합시킨 다음 상기 암석 시료(400)의 하측을 홀딩홀(711)에 삽입시킴으로써 상기 제 1열전도판(610)과 상기 암석 시료(400)의 하측을 밀착시킬 수 있다.
상기 시료 홀딩 단계(S20)는 상기 제 1실린더(200) 방향으로 제 2실린더(300)를 수직이동시켜 상기 암석 시료(400)의 상측을 제 2실린더(300)에 삽입시키는 단계이다.
구체적으로, 상기 시료 홀딩 단계(S20)에서는 도 10에 도시된 바와 같이, 제 2실린더(300)에 구비된 제 2밀폐판(310)에 제 2열전도판(620)을 결합시키고, 상기 제 2열전도판(620)에 제 2열유출방지부재(720)를 결합시킨 다음, 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 제 2실린더(300)를 상기 제 1실린더(200) 방향으로 수직이동시켜 상기 암석 시료(400)의 상측을 홀딩홀(721)에 삽입시킴으로써 상기 제 2열전도판(620)과 상기 암석 시료(400)의 상측을 밀착시킬 수 있다.
이후, 상기 제 1실린더(200)의 외주면에 결합된 커버(800)를 상기 제 2실린더(300)의 외주면으로 슬라이딩 이동시켜 상기 암석 시료(400)를 외부에서 밀폐시킴으로써 상기 암석 시료(400)에 대한 외부 온도의 영향을 차단할 수 있다.
상기 실린더 가열 단계(S30)는 상기 제 1실린더(200) 및 제 2실린더(300)를 각각 가열하여 상기 제 2실린더(300)의 내부 온도를 상기 제 1실린더(200)의 내부 온도보다 높게 유지하는 단계이다.
구체적으로, 상기 실린더 가열 단계(S30)에서는 도 5에 도시된 바와 같이, 제 1온수 유입관(220a) 및 제 1온수 유출관(220b)을 통해 상기 제 1실린더(200)에 온수를 유출입시켜 상기 제 1실린더(200)의 내부 온도를 10℃로 일정하게 유지시킬 수 있고, 또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 제 2온수 유입관(320a) 및 제 2온수 유출관(320b)을 통해 상기 제 2실린더(300)에 온수를 유출입시켜 상기 제 2실린더(300)의 내부 온도를 40℃로 일정하게 유지시킬 수 있다.
상기 열전도도 측정 단계(S40)는 상기 제 2실린더(300)와 제 1실린더(200)의 온도차에 따른 상기 암석 시료(400)의 열전도도를 측정하는 단계이다.
구체적으로, 상기 열전도도 측정 단계(S40)에서는 상기 제 2실린더(300)에 구비된 제 2열전도판(620)의 온도가 T2이고, 상기 제 1실린더(200)에 구비된 제 1열전도판(610)의 온도가 T1이며, 상기 암석 시료의 두께가 L인 경우, 하기의 [수학식 1]에 의해 상기 암석 시료의 열전도도를 구할 수 있다.
Figure 112013052552715-pat00001
(여기서, Q는 암석 시료의 열류량, K는 암석 시료의 열전도도, T2 > T1)
상기 [수학식 1]에서 T2, T1, L은 측정값이고, Q는 하기의 [수학식 2]의 제 1실린더(200)의 열류량(Q1) 또는 제 2실린더(300)의 열류량(Q2)과 동일하므로, 상기 제 1실린더(200) 또는 제 2실린더(300)의 열류량을 측정함으로써 상기 암석 시료의 열전도도를 측정할 수 있다. 여기서, 상기 제 1실린더(200) 및 제 2실린더(300)의 열류량은 이론상 동일하다.
Figure 112013052552715-pat00002
구체적으로, 상기 제 1실린더(200)의 열류량을 측정하기 위해, 제 1열전도판(610)의 온도(t1)와, 제 1열유출방지부재(710)의 홀딩홀(711)에 삽입되어 상기 제 1열전도판(610)의 볼록부(611)에 밀착될 수 있는 추가 열전도판(미도시)의 온도(t2)를 각각 측정한 후 그 차이값(t1-t2)을 구하고, 상기 차이값을 상기 제 1열전도판(610)과 추가 열전도판 사이에 개재된 특정 부재의 두께(l)로 나눈 후, 상기 특정 부재의 기결정된 열전도도(k)를 곱함으로써 상기 제 1실린더(200)의 열류량(Q1)을 측정할 수 있다. 여기서, 상기 제 2실린더(300)의 열류량(Q2)도 상기 제 1실린더(200)의 열류량(Q1)을 측정하는 방법과 동일한 방법으로 측정할 수 있다.
상기 제 1실린더(200) 또는 제 2실린더(300)의 열류량을 구하는 식은 하기의 [수학식 3]와 같다.
Figure 112013052552715-pat00003
(여기서, Q1은 제 1실린더의 열류량, Q2는 제 2실린더의 열류량, k는 특정 부재의 열전도도, t1 > t2)
이상과 같이 본 발명에 따른 수직형 암석 열전도도 측정 장치 및 이의 사용방법을 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.
100:하우징 110:투명 디스플레이창
120:가이드 레일 130:가이드 블럭
200:제 1실린더 210:제 1밀폐판
220a:제 1온수 유입관 220b:제 1온수 유출관
221,321:온수 유입관 222,322:온수 유출관
230:제 1온도센서 300:제 2실린더
310:제 2밀폐판 320a:제 2온수 유입관
320b:제 2온수 유출관 330:제 2온도센서
400:암석 시료 500:전동 모터
610:제 1열전도판 611,621:볼록부
620:제 2열전도판 710:제 1열유출방지부재
711,721:홀딩홀 720:제 2열유출방지부재
800:커버 900:고정부재
S10:시료 설치 단계
S20:시료 홀딩 단계
S30:실린더 가열 단계
S40:열전도도 측정 단계

Claims (12)

  1. 하우징;
    상기 하우징의 내부 저면에 설치되고, 상측에 금속 재질의 제 1밀폐판이 구비되며, 내부에 온수가 유출입되어 내부 온도를 일정하게 유지시킬 수 있는 제 1실린더;
    상기 제 1실린더로부터 수직으로 일정간격 이격되어 설치되고, 하측에 금속 재질의 제 2밀폐판이 구비되며, 내부에 온수가 유출입되어 내부 온도를 상기 제 1실린더보다 높은 온도로 유지시킬 수 있는 제 2실린더;
    상기 제 1실린더와 제 2실린더 사이에 설치되어 열전도도가 측정되는 암석 시료;
    상기 제 2실린더의 상측에 연결되어 전원 공급에 의해 상기 제 2실린더를 상기 제 1실린더 방향으로 수직 이동시켜 상기 암석 시료를 상기 제 1실린더와 제 2실린더 사이에 홀딩시키는 전동 모터;
    상기 제 1실린더의 외주면에서 상기 제 2실린더의 외주면으로 슬라이딩 이동하여 하측이 상기 제 1실린더를 커버하고 상측이 상기 제 2실린더를 커버함으로써 상기 암석 시료에 대한 외부 온도의 영향을 차단하는 커버;
    상기 하우징의 후측에 수직방향으로 설치되는 가이드 레일; 및
    상기 제 2실린더에 일체로 연결되고 상기 제 2실린더의 수직 이동에 의해 상기 가이드 레일을 선형이동하며 상기 제 2실린더를 지지하는 가이드 블럭;을 포함하고,
    상기 제 1실린더는,
    상기 제 1밀폐판에 결합되며 상부 중앙에 볼록부가 형성된 제 1열전도판; 및
    상기 제 1실린더의 외주면 상측에 나사결합되고, 상부 중앙에 상기 암석 시료를 삽입시켜 홀딩하는 홀딩홀이 형성되며, 상기 제 1열전도판을 커버하여 상기 제 1열전도판의 열손실을 방지하는 제 1열유출방지부재;를 포함하며,
    상기 제 2실린더는,
    상기 제 2밀폐판에 결합되며 하부 중앙에 볼록부가 형성된 제 2열전도판; 및
    상기 제 2실린더의 외주면 하측에 나사결합되고, 하부 중앙에 상기 암석 시료를 삽입시켜 홀딩하는 홀딩홀이 형성되며, 상기 제 2열전도판을 커버하여 상기 제 2열전도판의 열손실을 방지하는 제 2열유출방지부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직형 암석 열전도도 측정 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 하우징은 내부를 가시할 수 있는 투명 디스플레이창이 구비된 것을 특징으로 하는 수직형 암석 열전도도 측정 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1실린더 및 제 2실린더는 내부 온도를 센싱하는 온도센서가 각각 내장된 것을 특징으로 하는 수직형 암석 열전도도 측정 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1열전도판 및 제 2열전도판은 구리 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수직형 암석 열전도도 측정 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1열전도판 및 제 2열전도판은 온도 케이블을 통해 온도센서에 각각 연결되어 제 1열전도판 및 제 2열전도판의 온도를 측정가능한 것을 특징으로 하는 수직형 암석 열전도도 측정 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1열유출방지부재 및 제 2열유출방지부재는 테프론(Teflon) 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수직형 암석 열전도도 측정 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 암석 시료는,
    하측이 상기 제 1열유출방지부재에 형성된 홀딩홀에 삽입되어 상기 제 1열전도판에 형성된 볼록부에 접촉되고, 상측이 상기 제 2열유출방지부재에 형성된 홀딩홀에 삽입되어 상기 제 2열전도판에 형성된 볼록부에 접촉되어, 상기 제 1실린더와 제 2실린더 사이에 홀딩되는 것을 특징으로 하는 수직형 암석 열전도도 측정 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 커버는 테프론 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수직형 암석 열전도도 측정 장치.
  11. 삭제
  12. 삭제
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