JP6288783B2 - 地中の気液混合流体観測装置用ガス抽出・分離ユニット - Google Patents
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Description
特許文献1に記載の地中の気液混合流体観測装置は、水とガスとの混合流体を汲み上げる揚水手段(採取管P1及びチュービングポンプCP)と、汲み上げられた水とガスとを分離する気液分離手段と、気液分離手段により分離された水の量と水質を測定する水量及び水質測定手段(流量計FM及び水質測定機WM)と、気液分離手段により分離されたガスの分析測定手段(質量分析計QMS)と、水量及び水質測定手段と分析測定手段による測定データを記録する記録手段(記録装置RC1、RC2、RC3)とを備えている。
気液分離手段は、揚水手段の吐出側に接続されていて赤外線透過材料よりなる分離筒本体Bと、分離筒本体Bに接続されていて分離した水を水量及び水質測定手段に輸送するための水輸送管P2と、分離筒本体Bに接続されていて分離したガスを分析測定手段に輸送するためのガス輸送管P3と、ガス輸送管P3に設けられた電磁弁EVと、所定位置で分離筒本体Bを横切るように赤外光を射出する赤外光射出装置Eと、赤外光射出装置Eから射出された赤外光を受光する赤外光受光装置Rとを有するガス水分離筒CYとを含み、分離筒本体B内の水位が所定位置よりも上がり、赤外光が遮断されたときに電磁弁EVを閉弁し、所定位置よりも水位が下がり赤外光の遮断が解除されたときに電磁弁を開弁させるように構成されている。図2中、Hは掘削孔内に打ち込まれたスリット管、PDMは差圧計、CTはコールドトラップ、PMは差圧計である。
また、電磁弁EVが開弁すると、ガス水分離筒CY上部のガス圧が徐々に減少し、ガス水分離筒CY内部の水位が徐々に上昇する。ガス水分離筒CY内部の水位が所定水位に達すると、赤外光射出装置Eから赤外光受光装置Rへ達していた赤外光が遮断されて、電磁弁EVが閉弁する。
このようにして作動の一サイクルが終了し、再び上記の作動が開始されて、このサイクルが繰り返される。
本件出願人は、特許文献1に記載の地中の気液混合流体観測装置を製作し、現場での試験作動を繰り返した。その結果、揚水手段で混合流体を汲み上げ、汲み上げられた混合流体を気液分離手段で水とガスとに分離させる構成に関し、次のような改善すべき課題があることが判明した。
このような構成においては、チュービングポンプCPで地下の混合流体を汲み上げる際に空気が含まれる。このため、ガス水分離筒CY内部で、水と分離したガスには、地中に含まれるガスの他にチュービングポンプCPで汲み上げた際に混入した空気が混在する。その結果、気液分離手段におけるガス水分離筒CY内部で分離したガスを計測しても、空気がノイズとなるため地中ガスの絶対量を高精度に計測することができない。
しかるに、混合流体が分離したときのガスを計測することで、地中ガスの絶対量を高精度に計測できるようにするためには、地中から汲み上げる混合流体に空気を混入させないことが望まれる。
しかし、このような赤外光を用いた電磁弁EVの開閉により、ガス水分離CY内部の水を水輸送管P1に流すタイミングを切り換える構成では、ガス水分離CY内部において水位が低い位置から所定位置に水位が上がってくるまでの間の水の量を継続的に定量することができない。
本発明の地中の気液混合流体観測装置用ガス抽出・分離ユニットは、水とガスとの混合流体を汲み上げ、汲み上げた混合流体を所定気圧下で気液平衡状態の水とガスとに分離させ、分離した水の量と水質を測定するとともに、分離したガスの分析測定を行い、これらの測定データを記録する地中の気液混合流体観測装置に用いるガス抽出・分離ユニットであって、内部が気密性を保持し、且つ、減圧されていて、該内部に導入された前記混合流体を水とガスとに分離させる気液分離容器と、前記気液分離容器内部の気密性を保持しながら、該気液分離容器内部に前記混合流体を導入する混合流体導入バルブ機構と、前記気液分離容器内部に導入された前記水の水位を連続的に計測する水位センサと、前記気液分離容器内部に導入された前記ガスの気圧を計測する気圧センサと、前記気液分離容器内部の気密性を保持しながら、該気液分離容器内部から前記水を排出する水排出ポンプバルブ機構と、前記気液分離容器内部の気密性を保持しながら、該気液分離容器内部から前記ガスを抽出するガス抽出バルブ機構と、前記混合流体導入バルブ機構、前記水排出ポンプバルブ機構及び前記ガス抽出バルブ機構の作動を制御するポンプバルブ制御手段と、前記水位センサが計測した水位と前記気圧センサが計測した気圧に基づき、地下から汲み上げた水量と抽出ガス量を算出する定量手段とを備える。
図1は本発明の一実施形態にかかる地中の気液混合流体観測装置用ガス抽出・分離ユニットの構成を示す説明図である。
図1のガス抽出・分離ユニットは、気液分離容器1と、混合流体導入バルブ機構2と、水位センサ3と、気圧センサ4と、水排出ポンプバルブ機構5と、ガス抽出バルブ機構6と、ポンプバルブ制御手段7と、定量手段8と、超音波発生装置13を備えている。図1中、9は地中の混合流体を採取するための混合流体採取管、10は気液分離容器1内部で分離した水を排出するための水排出管、11は気液分離容器1内部で分離したガスを図示しないガスの分析・測定手段に向けて輸送するためのガス輸送管、12は地中に打ち込まれたスリット管である。
混合流体導入バルブ機構2は、混合流体採取管9に接続された電磁バルブからなる。そして、混合流体導入バルブ機構2の電磁バルブが開弁することにより、気液分離容器1内部の気密性を保持しながら、気液分離容器1内部に混合流体を導入するように構成されている。
水位センサ3は、気液分離容器1に一体的に設けられ、気液分離容器1内部に導入された水の水位を連続的に計測するように構成されている。なお、図1の例では、水位センサ3を静電容量式の水位センサで構成したが、水位センサ3は、気液分離容器1内部に導入された水の水位を連続的に計測するように構成されたものであれば、どのようなタイプの水位センサでもよい。
気圧センサ4は、気液分離容器1に一体的に設けられていて、気液分離容器1内部に導入されたガスの気圧を計測するように構成されている。
水排出ポンプバルブ機構5は、水排出管10に接続された電磁バルブ5aと、例えばチュービングポンプ等のポンプ5bとからなる。そして、電磁バルブ5aが開弁し、ポンプ5bが作動することにより、気液分離容器1内部の気密性を保持しながら、気液分離容器1内部から水を排出するように構成されている。
ガス抽出バルブ機構6は、ガス輸送管11に接続された電磁バルブからなる。そして、ガス抽出バルブ機構6の電磁バルブが開弁することにより、気液分離容器1内部の気密性を保持しながら、気液分離容器1内部からガスを抽出するように構成されている。
ポンプバルブ制御手段7は、混合流体導入バルブ機構2、水位センサ3、気圧センサ4、水排出ポンプバルブ機構5(電磁バルブ5a、ポンプ5b)、ガス抽出バルブ機構6と接続されている。そして、水位センサ3、気圧センサ4で計測された計測値に基づき、混合流体導入バルブ機構2、水排出ポンプバルブ機構5及びガス抽出バルブ機構6の作動を制御するソフトウェアを備えた演算処理装置で構成されている。
定量手段8は、水位センサ3が計測した水位と気圧センサ4が計測した気圧に基づき、地下から汲み上げた水量と抽出ガス量を算出するソフトウェアを備えた演算処理装置で構成されている。
超音波発生装置13は、気液分離容器1に取り付けられており、気液分離容器1内部に導入された混合流体を超音波で振動し液中に溶存しているガスを脱気することで、分離容器1内部に導入された混合流体における水とガスとの分離を促進させるように構成されている。
この間、定量手段8は、水位センサ3が計測した水位に基づき、地下から汲み上げた水量を算出するとともに、気圧センサ4が計測した気圧に基づき、地下から汲み上げたガス量を算出する。より詳しくは、定量手段8は、現時点で水位センサ3が計測した水位と、上記第2水位で水位センサ3が計測する水位との差分を用いて、地下から汲み上げた水量を算出する。また、定量手段8は、現時点で気圧センサ4が計測した気圧と、混合流体を導入する前の気圧との差圧を用いて、地下から汲み上げたガス量を算出する。算出した水量及びガス量は、夫々図示しない記録装置に記録される。
その後に、混合流体導入バルブ機構2の電磁バルブが開弁し、気液分離容器1内部へ混合流体が導入されて、同様の処理が繰り返される。
2 混合流体導入バルブ機構
3 水位センサ
4 気圧センサ
5 水排出ポンプバルブ機構
5a 電磁バルブ
5b ポンプ
6 ガス抽出バルブ機構
7 ポンプバルブ制御手段
8 定量手段
9 混合流体採取管
10 水排出管
11 ガス輸送管
12 スリット管
13 超音波発生装置
H スリット管
P1 採取管
CP チュービングポンプ
CY ガス水分離筒
FM 流量計
RC1,RC2,RC3 記録装置
P2 水輸送管
WM 水質測定機
PDM 差圧計
EV 電磁弁
P3 ガス輸送管
CT コールドトラップ
PM 圧力計
QMS 質量分析計
B ガス水分離筒の本体
E 赤外光射出装置
F フロート
R 赤外光受光装置
Claims (3)
- 水とガスとの混合流体を汲み上げ、汲み上げた混合流体を所定気圧下で気液平衡状態の水とガスとに分離させ、分離した水の量と水質を測定するとともに、分離したガスの分析測定を行い、これらの測定データを記録する地中の気液混合流体観測装置に用いるガス抽出・分離ユニットであって、
内部が気密性を保持し、且つ、減圧されていて、該内部に導入された前記混合流体を水とガスとに分離させる気液分離容器と、
前記気液分離容器内部の気密性を保持しながら、該気液分離容器内部に前記混合流体を導入する混合流体導入バルブ機構と、
前記気液分離容器内部に導入された前記水の水位を連続的に計測する水位センサと、
前記気液分離容器内部に導入された前記ガスの気圧を計測する気圧センサと、
前記気液分離容器内部の気密性を保持しながら、該気液分離容器内部から前記水を排出する水排出ポンプバルブ機構と、
前記気液分離容器内部の気密性を保持しながら、該気液分離容器内部から前記ガスを抽出するガス抽出バルブ機構と、
前記混合流体導入バルブ機構、前記水排出ポンプバルブ機構及び前記ガス抽出バルブ機構の作動を制御するポンプバルブ制御手段と、
前記水位センサが計測した水位と前記気圧センサが計測した気圧に基づき、地下から汲み上げた水量と抽出ガス量を算出する定量手段とを備えたことを特徴とする地中の気液混合流体観測装置用ガス抽出・分離ユニット。 - 前記水位センサと、前記気圧センサが、前記気液分離容器と一体に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の地中の気液混合流体観測装置用ガス抽出・分離ユニット。
- さらに、前記気液分離容器内部に導入された前記混合流体における水とガスとの分離を促進させる超音波発生装置を備えたことを特徴とする請求項1又は2に記載の地中の気液混合流体観測装置用ガス抽出・分離ユニット。
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