JPH06201542A - 密閉採水容器及びそれを用いた採水装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 採取した地下水が空気に触れず、且つ溶解
成分などがガス化したり溶存ガスなどが散逸するのを防
止して、採取位置にあるがままの水質状態を保持でき、
また所定の深度の地下水を確実に採取できる。 【構成】 円筒体１０の上下両端にそれぞれ上部栓体２
０と下部栓体３０を螺着し気密性をもたせた容器本体
と、該容器本体の中央部を縦貫し前記上部栓体２０及び
下部栓体３０に対して摺動可能なセンターロッド４０
と、該センターロッド４０の軸方向に形成したガス放出
溝４２と採水溝４４を具備する。円筒体１０の内部に
は、その両端間で気密的に摺動自在の浮遊ピストン１２
が組み込まれている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ボーリング孔内の地下
水の採取等に用いる密閉採水容器及びそれを用いた採水
装置に関し、更に詳しく述べると、容器本体内に浮遊ピ
ストンを内蔵し、成分変化が生じないように地下水を採
取できる装置に関するものである。この技術は、特に地
下１０００ｍ級の大深度ボーリングによる地下水調査に
有用である。

【０００２】

【従来の技術】近年、大深度での様々な地下構造物の構
想が提起され、その内部に各種の物質を廃棄あるいは保
存することが検討されている。その場合、環境保護や安
全管理等の観点から、廃棄あるいは保存を想定している
場所（地中）の地下水が廃棄物等に及ぼす影響（例えば
腐食や溶出など）を評価し、予め充分な対策を施してお
かねばならない。地下水が層状に存在する場合、深度方
向で起源を異にする場合が多く、種々の目的で水質を検
査するためには、深度を区切った、深度毎の採水を行う
必要がある。また大深度では、その深さに比例した水圧
を受けており、その圧力によって種々の物質を溶解して
いる場合があり、あるいは空気に触れることにより水質
変化が生じる場合もある。そこで、廃棄場所等での地下
水を、あるがままの状態で採取し、そのまま地上に取り
出し、分析する必要がある。

【０００３】所定深度の地下水を採取するための代表的
な装置としては、ベーラー方式の採水器やガス圧力式採
水器があるが、それらは、その構造上、比較的浅い地下
水の採取に用いられ、５００ｍを超える大深度での採水
は殆ど不可能である。またベーラー方式では、例え採水
できたとしても、容器の気密性を確保できないから、地
上に引き上げる間に成分変化が生じ（例えば地下水に溶
け込んでいる物質が減圧されてガス化し散逸する）、正
確な分析を行えなくなる。

【０００４】このような問題を解決できるものとして、
先に本発明者等は大深度に適した水圧感応式の採水装置
を提案した（特開平２−１９０７３９号公報参照）。こ
の装置は、筒状の採水容器と、それを縦貫し軸方向に摺
動可能に支持されるピストンと、該ピストンを支えるバ
ネを備えた構造である。ピストンの表面には、その軸方
向変位に応じて、採水容器の内外を連通または遮断する
ための空気放出溝と採水溝を形成しておく。

【０００５】この採水装置が所定の深度に達すると、バ
ネの弾撥力に抗してピストンが変位し、それに形成され
ている空気放出溝と採水溝がそれぞれ上部栓と下部栓と
を跨ぐようになり、採水容器の内外を連通させる。その
ため、地下水が採水溝を通って採水容器内に流入し、同
時に採水容器内の空気は空気放出溝を通って外部に抜
け、採水が完了する。その後、採水装置を引き上げてい
くと、ピストンにかかる水圧が低下するため、該ピスト
ンはバネの弾撥力で元の位置に戻り、空気放出溝と採水
溝の下端がそれぞれ採水容器の上部栓と下部栓内に入り
込むため、採水容器は密閉される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記の水圧感応式採水
装置は、大深度での採水が可能であり、且つ密閉状態で
地下水を地上に取り出せるという優れた特徴がある。し
かし、分析項目や分析精度、水質等によっては、必ずし
も充分とは言えない。つまり、採水容器の気密性が充分
に確保されていたとしても、容器内部に存在する空気の
ために成分変化が生じ、正確な分析を行えなくなる場合
がある。それは、大深度の地下水には、高水圧のため種
々の物質が溶解しており、その地下水が採水容器に進入
した時点で内部の空気に触れて水質変化を起こすことが
あるからである。例えば、地下水に溶存している硫化物
が容器内部の空気中の酸素と反応し、硫酸が生成されて
ｐＨ値が変動してしまう等の事態が発生しうる。

【０００７】また、この採水装置では、採取した水が本
当に所定の深度の地下水かどうか特定できない問題もあ
る。それは、採水装置をボーリング孔内に挿入していく
過程で、途中の水を攪拌して、各深度の地下水が混じり
合ってしまうこともあるし、採水深度がバネの弾撥力で
決まり、高精度でその設定を行うことが困難だからであ
る。

【０００８】本発明の目的は、採取した地下水が空気に
触れず、且つ溶解成分などがガス化したり溶存ガスなど
が散逸するのを防止して、採取位置にあるがままの水質
状態を保持でき、また所定の深度の地下水を確実に採取
できる密閉採水容器及びそれを用いた採水装置を提供す
ることである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、筒体の両端に
それぞれ栓体を結合した容器本体と、該容器本体を縦貫
し前記の両栓体に対して摺動可能なセンターロッドと、
該センターロッドの軸方向に形成したガス放出溝と採水
溝を具備し、該センターロッドの軸方向変位に応じて容
器本体の内外間を連通または遮断する採水容器を前提と
する。上記目的を達成するため本発明に係る密閉採水容
器は、前記筒体内部に、気密的に軸方向に摺動自在の浮
遊ピストンを設けており、この点に特徴がある。

【００１０】この密閉採水容器は、次の構造のものでも
よい。一方の栓体には、その内周面から外周面に達し、
内周面側で前記ガス放出溝と連絡可能なガス放出路と、
該ガス放出路に設けた開閉弁とを設ける。他方の栓体に
は、その外周面から内周面に達し、内周面側で前記採水
溝と連絡可能な採水路と、該採水路に設けた開閉弁とを
設ける。そして、両栓体の端部にそれぞれ互いに結合可
能な連結機構を設けると共に、センターロッドは、その
一端と他端をそれぞれ互いに係合可能とし、複数の採水
容器を縦続連結可能とする。また浮遊ピストンの底面に
凹部を設け、該凹部を試料片の装着部として採水容器が
試験容器を兼ねるようにした密閉採水容器でもよい。

【００１１】また、上記密閉採水容器の一方の栓体の外
側にセンターロッド駆動用のリニアアクチュエータを設
置し、他方の栓体の外側にセンターロッド弾撥用バネを
設けた採水装置としてもよいし、密閉採水容器を複数縦
続連結し、その最上段の密閉採水容器の上部栓体の上方
にセンターロッド押し下げ用のリニアアクチュエータを
設置し、最下段の密閉採水容器の下部栓体の下方にセン
ターロッドの押し上げバネを設けた採水装置としてもよ
い。更には、この採水装置を上部パッカーと下部パッカ
ーとの間に配置し、水汲み上げ機構に接続した洗浄チュ
ーブが上部パッカーを貫通して、その下方で開口してい
る構造としてもよい。

【００１２】

【作用】採水前、密閉採水容器は内外が遮断された密閉
状態であり、浮遊ピストンは筒体の下端部に当接してい
る。採水深度では、センターロッドの軸方向変位によ
り、採水路から採水溝を通って容器本体内外が連通す
る。高圧の地下水は採水路及び採水溝を通って容器本体
内に向かって進入し、浮遊ピストンは水圧により押し上
げられて、上端へと移動する。浮遊ピストン上方のガス
は圧縮され、ガス放出溝を介して容器本体とガス放出路
が連通した時点で容器本体外へ放出される。浮遊ピスト
ンは気密性を保持しているので、高圧の地下水は容器本
体内の大部分のガスと接触することはなく、且つ浮遊ピ
ストンは地下水の進入に伴って変位し、地下水が進入す
る時に余分な空間が無いため、溶存ガスが放出された
り、溶解成分がガス化することは殆どない。採取が完了
した時点で、センターロッドを元の位置まで戻すと、採
水容器は再び密閉状態となるから、地上に引き上げて
も、採取した地下水はそのままの状態を保つ。

【００１３】複数の採水容器の連結構造は、採水容器が
１種類であっても任意の量の地下水の採取を可能とする
ばかりでなく、各採水容器毎に別の水質分析を実施した
り各種の試験を実施するのを容易にする。ガス放出路と
採水路に設けた開閉弁は、採水容器を地上に引き上げた
後に、センターロッドの位置に係わらず密閉状態を維持
する機能を果たす。浮遊ピストン底面に形成した凹部
は、採水する際に地下水の流入をスムーズにして浮遊ピ
ストンの摺動を容易にすると共に、試料片の装着場所と
なる。

【００１４】採水容器の上部に設けたリニアアクチュエ
ータと下部に設けたバネは、センターロッドの軸方向変
位を制御し、ガス及び水の流通・遮断を行う。上部パッ
カーと下部パッカーは、所定の採水深度で膨張し、孔壁
に密着することで、ボーリング孔内の異なる深度間の地
下水の流れ（上下方向の水の流れ）を遮断する機能を果
たし、また洗浄チューブによる地下水の汲み上げは、採
水容器周辺の地下水をその深度での真の地下水に置き換
える機能を果たす。

【００１５】

【実施例】図１は本発明に係る密閉採水容器の一実施例
を示す縦断面図である。この採水容器は、円筒体１０の
上下両端にそれぞれ上部栓体２０と下部栓体３０を螺着
しＯリングシール１６ａ，１６ｂによって気密性をもた
せた容器本体と、該容器本体の中央部を縦貫し前記上部
栓体２０及び下部栓体３０に対して摺動可能なセンター
ロッド４０と、該センターロッド４０の軸方向に形成し
たガス放出溝４２と採水溝４４を具備し、該センターロ
ッド４０の軸方向変位に応じて容器本体の内外間を連通
または遮断する基本構造である。

【００１６】本発明では前記円筒体１０の内部には、そ
の両端間で気密的に摺動自在の浮遊ピストン１２が組み
込まれている。この浮遊ピストン１２は円環状であり、
その底面に浅い凹部１４が形成されている。浮遊ピスト
ン１２の外周面及びセンターロッド貫通孔の内周面には
Ｏリングシール１８ａ，１８ｂ，１８ｃが設けられてお
り、それによって気密性を確保している。上部栓体２０
及び下部栓体３０は、共にセンターロッド４０が入る貫
通孔を有する円筒状部材であり、その貫通孔の内壁面に
もＯリングシール２８ａ，２８ｂ，３８ａ，３８ｂが設
けられ、それによって気密性を確保している。上部栓体
２０は、その内周面から外周面に達し、内周面側で前記
ガス放出溝４２と連絡可能なガス放出路２２と、そのガ
ス放出路２２の途中に設けた開閉弁２４とを有する。下
部栓体３０は、その外周面から内周面に達し、内周面側
で前記採水溝４４と連絡可能な採水路３２と、その採水
路３２の途中に設けた開閉弁３４とを有する。そしてガ
ス放出路２２と排水路３２の内周面側の開口部は、共に
円環溝状となっていて、センターロッド４０の回転位置
の如何に係わらずガス放出溝４２や採水溝４４と連絡可
能となっている。なお容器本体の内面、即ち円筒体１０
の内周面及び上部栓体２０の下面と下部栓体３０の上面
は、フッ素樹脂コーティング層が形成されて、採取した
地下水と容器本体の構成材料との反応、腐食を防止する
ようにしてある。

【００１７】ここでセンターロッド４０に形成するガス
放出溝４２と採水溝４４は、センターロッド４０の軸方
向変位に応じてガス放出溝４２による内外連通よりも早
く採水溝４４による内外連通が生じるように、溝形成位
置が設定されている。ガス放出溝４２の長さはガス放出
路２２の内周側開口部から円筒体１０の上端までの軸方
向長さよりやや長く、採水溝４４の長さは円筒体１０の
下端から採水路３２の内周側開口部までの軸方向長さよ
りやや長い。

【００１８】本実施例では、上部栓体２０の上部に円環
状凸部を形成して雄ねじ部２７を設け、下部栓体３０の
下部には円形状凹部を形成して雌ねじ部３７を設けて、
互いに結合可能な連結機構とする。またセンターロッド
４０は、その上端と下端にそれぞれ連結部４６，４８を
取り付ける。これらの連結部４６，４８は、センターロ
ッド４０よりも大径として容器本体からの脱落を防止
し、先端部分を断面半円状として互いに係合するように
構成している。

【００１９】図２はこの密閉採水容器の動作説明図であ
る。採水前においては、図２のＡに示すように、センタ
ーロッドを上方へ引き上げた状態（センターロッド４０
の下端の連結部４８が下栓体３０に当接した状態）にし
て、ガス放出路２２及び採水路３２の開閉弁２４，３４
を開いておく。そして浮遊ピストン１２は円筒体１０の
下端部に当接させて設置する。この状態ではセンターロ
ッド４０のガス放出溝４２の下端は円筒体１０内に達し
ておらず、また採水溝４４の下端は採水路３２に達して
いないので、容器本体は内外が遮断された密閉状態とな
っている。

【００２０】採水時に、図２のＢに示すように、センタ
ーロッド４０を押し下げていくと、採水溝４４の下端が
採水路３２に達し、地下水が採水路から採水溝を通っ
て、浮遊ピストン１２の底面に形成された浅い凹部１４
に進入する。その際地下水の圧力により、浮遊ピストン
１２は上方に押し上げられていく。この時点では、まだ
ガス放出溝４２の下端は円筒体１０内に達しておらず、
ガスは円筒体１０の上端に圧縮されていく。

【００２１】図２のＣに示すように、センターロッド４
０の上端連結部４６が上栓体２０に当接するまで押し下
げられたとき、ガス放出溝４２の下端が円筒体１０内に
達する。容器上部に圧縮されていたガスは、ガス放出溝
４２及びガス放出路２２を通って、容器本体外へと放出
される。

【００２２】採取が完了した時点で、センターロッド４
０を、図２のＡに示す元の位置に戻す。採水容器は再び
密閉状態になるから、地上に引き上げても採取した地下
水はそのままの状態を保つ。そこで、ガス放出路２２及
び採水路３２の開閉弁２４，３４を閉じる。これは、例
えば採水容器から採取した水を取り出す際などに、セン
ターロッドが固定されず摺動可能となる場合があり、開
閉弁を閉じておくことにより、センターロッドが動いて
も採水容器の密閉状態が保持可能だからである。採取し
た水を取り出すときは、開閉弁を開ければよい。

【００２３】こうした動作の中で、浮遊ピストン１２の
果たす役割は大きい。浮遊ピストン１２はＯリングシー
ル１８ａ，１８ｂ，１８ｃによって気密性を保持してい
るので、高圧の地下水は容器本体内の大部分のガスと接
触することはなく、地下水がガス接触により変質するお
それはない。（底面に形成された浅い凹部１４内のガス
に接触するが、ガスは極わずかの量であり、無視できる
レベルである。）また浮遊ピストン１２は地下水の進入
によって変位するため、地下水が進入するときに余分な
空間がなく、溶存ガスが放出されたり、溶解成分がガス
化することはほとんど無い。浮遊ピストン１２の底面に
形成された浅い凹部１４は、水の流入をスムーズにして
浮遊ピストンの摺動を容易にするとともに、試料片の装
着場所ともなる。これは、地上で地下水を取り出さなく
とも、試料片を地下水に浸漬したまま放置できるため、
取り出す事による影響を少なくできる利点がある。

【００２４】図３には、この密閉採水容器を複数縦続連
結した採水装置の一実施例を示す。この採水装置は、リ
ニアアクチュエータ６０と押し上げバネ６２の間に複数
の密閉採水容器５０，５２，５４を配置した構造であ
る。リニアアクチュエータ６０の下端部の円形状凹部に
雌ネジが形成され、押し上げバネ６２を収容しているケ
ース６４上端部には円環状凸部の雄ねじ部が形成されて
いる。こうして、リニアアクチュエータ６０、密閉採水
容器５０，５２，５４、押し上げバネケース６４のそれ
ぞれの雄ねじ部と雌ねじ部を螺着・結合する。

【００２５】採水前はリニアアクチュエータ６０を駆動
しないので、押し上げバネ６２の弾撥力により、センタ
ーロッド５１，５３，５５が上方に押圧された状態とな
り、各密閉採水容器５０，５２，５４は内外と遮断され
た密閉状態となる。採水時には、リニアアクチュエータ
６０を駆動して、押し上げバネの弾撥力に抗してセンタ
ーロッド５１，５３，５５を押し下げる。前述したよう
に、センターロッド５１，５３，５５に形成したガス放
出溝及びガス放出路と採水溝及び採水路を通じて各密閉
採水容器５０，５２，５４が外部と連通し、その内部に
地下水を取り込む。採水終了後、リニアアクチュエータ
６０を逆方向に駆動すると、押し上げバネ６２の弾撥力
により再びセンターロッドが元の位置に戻り、採水容器
を密閉状態にする。この採水装置を地上に引き上げ、リ
ニアアクチュエータ６０を切り離しても、押し上げバネ
６２の弾撥力により流路遮断状態は維持される。こうし
て複数の密閉採水容器に同時に採水可能のため、採水容
器が１種類であっても、任意の量の地下水を採取でき
る。また各採水容器毎に別の水質分析を実施したり各種
の試験を実施することもできる。

【００２６】図４に上記採水装置を用いた採水装置を示
す説明図である。この採水装置は、上部パッカー７０と
下部パッカー７２の間に採水装置７１を配置し、リフト
ポンプ７６に接続した洗浄チューブ８２が上部パッカー
７０を貫通して、その下方で開口している構造である。
上部パッカー７０、採水装置７１及び下部パッカー７２
は、それぞれケーブル７４により連結されている。上部
パッカー７０及び下部パッカー７２は、高圧ガスを送り
込むインフレートチューブ８４が接続されている。コン
トロールケーブル７５が、上部パッカー７０を貫通して
採水装置７１に接続しており、コントロール信号を伝達
して採水装置７１内のリニアアクチュエータを制御す
る。水汲み上げ機構であるリフトポンプ７６は空気ポン
プであり、地上から空気を送り込むエアチューブ７８
と、水を吸い上げるリフトチューブ８０が接続されてい
る。リフトポンプ７６は、地上から空気を大量に送り込
むことにより、水の比重を軽くして吸い上げる装置であ
る。

【００２７】この採水装置を、所定の深度に達するま
で、ボーリング孔８６に挿入する。この過程で、各深度
の地下水（上下方向の水）を攪拌し混ぜ合わせてしまう
ことになり、このままでは所定の深度の真の水が採取で
きない。そこで、この採水装置は、所定の深度に達する
と上部パッカー７０及び下部パッカー７２にインフレー
トチューブ８４を通じて高圧ガスを送り込み膨張させて
孔壁に密着させて、ボーリング孔内の上下方向の水の流
れを遮断する。そしてリフトポンプ７６を作動させ、両
パッカー７０，７２で仕切られた部分の水を吸い上げる
と同時に、採水容器周辺の地下水が滲み出すことによ
り、採水装置７１付近の水をその深度での真の地下水に
置き換えることになる。吸い上げる水の量は、ボーリン
グ孔８６の直径と深度と上部パッカー７０と下部パッカ
ー７２の間隔から計算により求めることができるし、予
め実験によってどの程度の量をくみ出せばよいかを確認
してもよい。

【００２８】本発明の採水容器及び採水装置は大深度の
採水に特に有用ではあるが、浅い部分の採水にも全く問
題なく適用できる。

【００２９】

【発明の効果】本発明の密閉採水容器は、容器本体内
に、気密的に軸方向に摺動自在の浮遊ピストンを設けた
から、採取した地下水が空気に触れず、且つ溶解成分な
どがガス化したり溶存ガスなどが散逸するのを防止でき
るため、採取位置にあるがままの水質状態を保持でき
る。ガス放出路及び採水路に設ける開閉弁を、密閉採水
容器を地上に引き上げた際に閉じることにより、容器本
体の密閉状態を維持できる。また、浮遊ピストンの底面
に設けた浅い凹部を、試料片配置場所とすることによ
り、地上で地下水を取り出さなくとも、試料片を地下水
に浸漬しまま放置できるため、取り出す事による影響を
少なくできる利点がある。

【００３０】また、この採水容器を用いた採水装置を上
部パッカーと下部パッカーとの間に配置し、上部パッカ
ーと下部パッカーで地下水の流れ（上下方向の水の流
れ）を遮断し、上部パッカーを貫通した洗浄チューブを
介して水汲み上げ機構により地下水を汲み上げることに
より、採水容器周辺の地下水をその深度での真の地下水
に置き換えるから、所定の深度の地下水を確実に採取で
きる。採水装置は複数の密閉採水容器に同時に採水可能
のため、採水容器が１種類であっても任意の量の地下水
を採取できる。また、各採水容器毎に別の水質分析を実
施したり各種の試験を実施することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る密閉採水容器の一実施例を示す断
面図。

【図２】この密閉採水容器の動作図。

【図３】複数縦続連結した密閉採水容器を用いた採水装
置の説明図。

【図４】この採水装置を用いた他の採水装置の説明図。

【符号の説明】

１０ 円筒体 １２ 浮遊ピストン ２０ 上栓体 ２２ ガス放出路 ２４ 開閉弁 ３０ 下栓体 ３２ 採水路 ３４ 開閉弁 ４０ センターロッド ４２ ガス放出溝 ４４ 採水溝

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 筒体の両端にそれぞれ栓体を結合した容
   器本体と、該容器本体を縦貫し前記の両栓体に対して摺
   動可能なセンターロッドと、該センターロッドの軸方向
   に形成したガス放出溝と採水溝を具備し、該センターロ
   ッドの軸方向変位に応じて容器本体の内外間を連通また
   は遮断する採水容器において、前記筒体内部に、気密的
   に軸方向に摺動自在の浮遊ピストンを設けたことを特徴
   とする密閉採水容器。
2. 【請求項２】 一方の栓体には、その内周面から外周面
   に達し、内周面側で前記ガス放出溝と連絡可能なガス放
   出路と、該ガス放出路に設けた開閉弁とを設け、他方の
   栓体には、その外周面から内周面に達し、内周面側で前
   記採水溝と連絡可能な採水路と、該採水路に設けた開閉
   弁とを設け、両栓体の端部にそれぞれ互いに結合可能な
   連結機構を設けると共に、センターロッドは、その一端
   と他端をそれぞれ互いに係合可能とし、複数の採水容器
   を縦続連結可能とした請求項１記載の密閉採水容器。
3. 【請求項３】 浮遊ピストンの底面に凹部を設け、該凹
   部を試料片の装着部として採水容器が試験容器を兼ねる
   ようにした請求項１、２又は３記載の密閉採水容器。
4. 【請求項４】 請求項１記載の密閉採水容器の一方の栓
   体の外側にセンターロッド駆動用のリニアアクチュエー
   タを設置し、他方の栓体の外側にセンターロッド弾撥用
   バネを設けた採水装置。
5. 【請求項５】 請求項２記載の密閉採水容器を複数縦続
   連結し、その最上段の密閉採水容器の上部栓体の上方に
   センターロッド押し下げ用のリニアアクチュエータを設
   置し、最下段の密閉採水容器の下部栓体の下方にセンタ
   ーロッドの押し上げバネを設けた採水装置。
6. 【請求項６】 請求項４又は５記載の採水装置を上部パ
   ッカーと下部パッカーとを配置し、水汲み上げ機構に接
   続した洗浄チューブが上部パッカーを貫通して、その下
   方で開口している採水装置。