JP2013504035A - Ｖｏｃ濃度分析器とｖｏｃ捕集器とを具える掘削孔内ガス監視装置及びその方法 - Google Patents

Abstract

掘削孔内ガス監視装置とその方法。掘削孔内ガス監視（ＩＧＭ）装置はＶＯＣ濃度分析器とＶＯＣ捕集器とを具えている。
【選択図】図２

Description

本発明は掘削孔内ガス監視（ＩＧＭ）装置及びその方法に関する。

埋立地及び関連する場所で生成される、ガス濃度、特にメタン及び二酸化炭素の監視は、爆発の危険及び温室効果ガスとしての影響といったガスが有する起こりうる問題のために、共通の法的な必要条件となっている。現在では、主要な埋立地のガス分析は、局所サンプリングを通して、あるいは非常に高価な位置固定式の監視局の使用を通して達成される。近年では、ガス生成及び移動は気圧及び地下水移動といった環境因子に対応することが認識されてきており、付随的に局所サンプリングがこのような変化を多くの場合に見逃すことが理解されている。

ガス変量を測定するための検出器と、ガス変量を測定するのに検出器を自動的に周期的に用いるように構成したコントローラとを具える内蔵型のＩＧＭ装置を提供することは国際公開第２００７／１４１５１２号で既知である。

しかしながら、国際公開第２００７／１４１５１２号に開示した装置及び方法は、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を扱っていない。

従来技術の欠点を、このような従来技術又は欠点が本明細書中に囲繞されていようとそうでない場合であっても、解決するか、克服するか、あるいは除去することが本発明の好適な実施形態の目的である。

第１の態様における本発明によると、ＶＯＣ濃度分析器とＶＯＣ捕集器とを具える掘削孔内ガス監視（ＩＧＭ）装置が提供されている。

好適には、ＶＯＣ濃度分析器はＶＯＣの非特異的な実時間濃度を提供するよう構成される。好適には、ＶＯＣ濃度分析器は光イオン化検出器を具える。

好適には、ＶＯＣ捕集器は特異的な容積濃度を提供するように構成される。好適には、ＶＯＣ捕集器は吸着材料を含む。

好適には、本装置は更に大気圧を測定するように構成した圧力センサを具える。

好適には、本装置は更に時計を具える。

好適には、本装置はＶＯＣ濃度分析器とＶＯＣ捕集器とを通して下流方向にガスを汲み出すためのポンプを具え、本装置を構成することによって、ポンプが汲み出し時間にＶＯＣ濃度分析器とＶＯＣ捕集器とを通して掘削孔ガスを汲み出すことにより、ＶＯＣ濃度分析器は所定の時間にＶＯＣ濃度を定量する。好適には、本装置を構成することによって、汲み出し時間、測定時間、及び測定時間での大気圧は記録される。

好適には、本装置はＶＯＣ濃度分析器とＶＯＣ捕集器とを通して下流方向にガスを汲み出すためのポンプと、ガス流入部で任意の粒子又は水分を除去するためのフィルタとを具え、ＶＯＣ濃度分析器及びＶＯＣ捕集器はフィルタの上流にある。

好適には、本装置はＶＯＣ濃度分析器とＶＯＣ捕集器とを通して下流方向にガスを汲み出すためのポンプを具え、ガス流入部と、ポンプの上流にある第１の弁と、圧力センサとを具えるガス流路があり、本装置を構成することによって第１の弁が閉じた場合にポンプが所定の期間稼働し、圧力センサで測定されるような所定の圧力を所定の期間内に超えない場合は、ポンプ不良信号が生成される。好適には、所定の期間は８ないし１２秒であり、所定の圧力は１００ｍｂである。

好適には、本装置はＶＯＣ濃度分析器とＶＯＣ捕集器とを通して下流方向にガスを汲み出すためのポンプを具え、ガス流入部と、ポンプの上流にある第１の弁と、圧力センサと、フィルタとを具えるガス流路があり、本装置を構成することによって、第１の弁が開いた場合に第１の圧力センサ読取り値が得られ、ポンプは所定の期間稼働し、その後第２の圧力センサ読取り値が得られ、第１の圧力センサ読取り値と第２の圧力センサ読取り値との間の差異の大きさが所定の値を超える場合、フィルタ不良信号が生成される。好適には、所定の期間は２秒ないし６秒である。好適には、所定の値は２５０ｍｂである。

好適には、感知時間、及びポンプが動作する時間の長さは記録される。

好適には、本装置は第１の弁の下流にある第２の弁と、ガス流出部とを具える。

好適には、本装置は掘削孔側と大気圧側があるように構成され、装置の掘削孔側、かつ装置の大気圧側へのガス流出部がある。

好適には、ＶＯＣ濃度分析器及びＶＯＣ捕集器はガス流路において、ガス分析器と直列である。好適には、ガス分析器は炭化水素、二酸化炭素、酸素、及び硫化水素のうちの１以上を分析する。

本発明による第２の態様があり、掘削孔内ガス監視装置の動作方法を提供し、本方法は、掘削孔における本発明の第１の態様による掘削孔内ガス監視装置の使用を具える。

好適には、ＶＯＣ捕集器によって捕集したＶＯＣは定量化される。

好適には、本装置はＶＯＣ捕集器とＶＯＣ分析器とを通して掘削孔からガスを汲み出すためのポンプを具え、感知時間及びポンプが動作する時間の長さは、装置を通過するガスの容積を定量するために記録される。これによって、ＶＯＣ濃度が定量可能となる。

本発明は以下の図面を引用して、実施例のみによって説明される。

図１は、本発明による掘削孔内ガス監視装置がある掘削孔の場所の概略図である。 図２は、本発明による掘削孔内ガス監視装置の概略的な断面正面図である。 図３は、本発明による掘削孔内ガス監視装置の動作方法を例示するフロー図である。

添付の図面の図１では、埋立地の場所からなる土地において掘削孔２が示されている。掘削孔２は複数の側孔６がサンプリング可能なように配置されるライナー４によって支持される。

添付の図面の図２では、蓋部１０を含む掘削孔内ガス監視（ＩＧＭ）装置８が示されている。蓋部１０はＩＧＭ装置８を受容するための内孔１２を具える。蓋部１０はライナー４にある対応する内側のねじ山（図示せず）に係合させるための外側のねじ山１４を具える。代替的には、蓋部は筐体の一部として生成できる。密封部１６は、好適なねじ山が用いるべき蓋部１０で利用できない場合にＩＧＭ装置８を掘削孔に装着するために提供される。

ＩＧＭ装置８は環境等級ＩＰ−６８に合致する、すなわち実質的に防水性の内蔵式ユニットである本体部１７からなる。ＩＧＭ装置８は頂部３０と外側のチューブ３２とを具える。この実施形態におけるチューブ３２の外径は約４０ｍｍであり、一般的な掘削孔のライナーに挿入可能である。本発明のこの実施形態においては、チューブ３２の長さは８００ｍｍであるが、８００ｍｍ未満であってもよい。

ＩＧＭ装置８は更に第１の流入バルブ３８に連結するガス流入部３６を具え、ガス流入部はＶＯＣ捕集器４２に連結し、流入ガスから任意の過剰な水分及び／又は粒子を除去するために水及びフィルタ４４に連結する揮発性有機化合物（ＶＯＣ）検出器４０に通じている。フィルタ４４は第１の圧力センサ４６に連結し、複数のガス分析器、この場合においては、Ｈ_２Ｓ及びＣＯセンサ５２、ＣＯ_２センサ５４、ＣＨ_４センサ５６、ならびにＯ_２センサ５８を具えるガス検出器５０に連結するポンプ４８に連結する。検出器は掘削孔に戻る戻り配管（第１の流出口）６２に連結する第２の弁６０と、第２の圧力センサ６６に連結し、この場合は第２の流出口６８を大気まで延在させる、第３の弁６４へ分岐した連結部とに連結される。

好適なフィルタ４４は、英国レミントンスパー クイーンズウェイ ソブリンハウスのＧｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社から入手可能なような、直列型の粒子及び水分フィルタである。

ＶＯＣ検出器４０はＶＯＣの存在と濃度範囲とを検出するが、多様なＶＯＣを区別しない。好適なＶＯＣ採取器４０は光イオン化検出器である。ＶＯＣ捕集器４２は吸着剤であり、通過するＶＯＣを吸着（すなわち、吸収）する。好適なＶＯＣ採取器４０は多数の小さな吸着球が中にあるＧＯＲＥＳｏｒｂ（商標）チューブである。

任意の好適なガス変量は検出器５０で測定でき、分析器は一般的には、炭化水素（特にメタン）、二酸化炭素、酸素、一酸化炭素、及び硫化水素の濃度を監視するように用いられる。

ＩＧＭ装置８は更に、内蔵型、すなわち、外部供給源からのデータ通信及び電力に依存していない、装置８の動作を制御するための合併型のコントローラ及びメモリ７０と、装置８を動作させる動力電池（バッテリ）７２を具える。コントローラ７０は時計を具える。

通気管７４は装置８を通り掘削孔の末端から流出口７６へ、頂部３０を通って大気（装置の大気側末端）へ通過して提供される。通気管の弁７８は通気管６４を提供し、大気に対して開口するかどうかを制御する。

更に水検出器８０が示されており、液体の水が存在すること又は近いことを装置で検出し、このような検出で信号をコントローラ７０に送信する。導電センサは液体の水の存在を決定するのに用いられる。

更に水位検出器（図示せず）はＩＧＭ装置の底部に連結でき、使用中にその下の掘削孔に浮遊させる。配線して圧力変換器を用いることができる。

頂部３０は遠隔デバイスとのデータ通信と装置活性化とを可能にするコネクタ８２を具える。更には、圧力センサは掘削孔の水位を監視するためにここに取付けできる。

ＩＧＭ装置８は掘削孔ライナー内部の掘削孔２に取付けられ、蓋部１０はガス密閉部を提供する。

経時的にガスは掘削孔２で増加する。ＩＧＭ装置８は特にコントローラ７０のプログラミングによって構成され、掘削孔からのガス試料を自動的かつ定期的に試験する。これが行われるプロセスをここに記載する。

最初（ステップ１００）に、ポンプの試験が行われる。第１の弁３８が閉止している場合は、ポンプ４８が始動し、第１の圧力センサ４６は１０秒以内に１００ｍｂを読み取らなければならない。そうでない場合は、ポンプ４８が不良となりうるため、不良（ＦＡＩＬ）の警告がコントローラ７０によって生成される。

次（ステップ１０２）に、フィルタの試験が行われる。第１の弁３８瓦解向している場合は、４秒後に第１の圧力センサ４６は圧力読取値ＢＨを取得する。次いで、ポンプ４８は所定の期間動作し、第１の圧力センサ４６は別の圧力読取値ＢＨＰを取得する。ＢＨＰ−ＢＨが２５０ｍｂを超える場合は、フィルタ４４が遮断されている可能性があるため、不良（ＦＡＩＬ）の警告がコントローラ７０によって生成される。

任意の不良の警告は装置方のデータダウンロードの一部として顕著に表れる。

第１及び第２の弁３８及び６０は開放され（ステップ１０４）、ポンプ４８が始動して（ステップ１０６）、上述のように掘削孔からガス流路を通ってガスを汲み出して、センサに掘削孔からの最新のガス試料があるのを保証する。ＶＯＣ検出器４０及びＶＯＣ捕集器４２は、別の方法でガス流動からＶＯＣを除去するフィルタ４４の前にある。ＶＯＣ捕集器によって収集されるＶＯＣは、ＶＯＣ捕集器を除去し、ＶＯＣをガスクロマトグラフィといった機器に溶出ことによって、定量できる。ＶＯＣ濃度の測定（ステップ１０８）はＶＯＣ検出器４０で生成される。水分及び粒子はフィルタ４４で除去される。

掘削孔ガスは次いで検出器５０を通過し、ガス分析器５７、５４、５６、及び５８で分析される（ステップ１１０）。

同時のガス圧力測定（ステップ１１２）は第１のガス圧力センサ３８でなされ、基準となる大気圧の測定は第２の圧力センサ６６でなされる。感知時間及びポンプが動作する時間の長さは操作及び記録される。経験的な測定に基づいて、あるいは計算によって、ポンプ４８が動作する単位時間おきに装置８を通過するガスの容積は定量できる。従って、どのくらいの容量のガスが、任意の所定の試験時間で装置を通過するかを定量できる。このデータはコントローラ／メモリ７０に保存される。ＶＯＣ捕集器で収集したＶＯＣの量は次いで、ＶＯＣ濃度を測定する捕集器を通過するガスの容積で除算されうる。

第１及び第２の弁３８及び６０は次いで閉止される（ステップ１１６）。掘削孔からのガスは循環して装置の掘削孔の末端を通って掘削孔に戻る。

ガス変量の測定はガス分析器５２、５４、５６、及び５８によって行われる。任意の好適な変数は監視でき、特殊ガスの有無、ガス濃度レベル、ガス圧力、ガスにおける含水量等を含む。ガス変量の測定によるデータはコントローラ／メモリ７０に保存される。

コントローラ７０におけるタイマーは、次の周期的な測定ができるように初期化される（ステップ１１６）。

コントローラ／メモリ７０において保存されるデータは、コネクタ８２を介した有線接続か、あるいは無線通信によってダウンロードできる。この接続は更に、コントローラ７０をプログラミングして、所望のとおりに装置８を動作するのに用いられうる。例えば、採取頻度といった変数、採取が定期的か否か、大気に対する周期的な通気があるべきか否か等は設定できる。

継続的に、水検出器８０が装置における水の存在を検出する場合に、水検出信号は装置８を動作停止にするステップ、警告信号を送信するステップ、警告光を照射するステップ等といった好適なステップを取ることができるコントローラ７０に送信される。これによって、損傷から装置８を保護し、かつ、品質の低い読取り値が生成されるのを回避できる。

ガスが掘削孔で経時的に増加すると、掘削孔を大気に対して開口して内部の圧力を低下することと、更に、実質的に掘削孔を大気と平衡可能にすることによって採取動作を初期化することは有用となりうる。従って、任意の監視のための基準線は初期化され、ガス変量の変数の分析は経時的に行われうる。装置８は周期的に、あるいは指示で、掘削孔を大気に通気するよう構成できる。

従って、掘削孔に都合良く配置して、掘削孔内のガス変量の周期的なデータ読取り値を取ることができる携帯型で内蔵型のＩＧＭ装置が提供される。

特に、本発明の好適な実施形態によってＶＯＣは監視できる。ＶＯＣ検出器のＶＯＣ捕集器との組合せ、及び装置を通るガスの容積の定量によって、掘削孔における特定のＶＯＣの絶対的な濃度と、経時的にどのくらい変化するのかとを計算できる。結果を記録することによって、ＶＯＣの変化を経時的に監視して、例えば大気圧や天候状態といった他の時間で変化する事象との比較を可能にする。

本出願と関連する本明細書と同時又は以前に提出され、かつ本明細書とともに一般閲覧のために開放されている総ての論文及び文献に注意を向けるべきであり。このような総ての論文及び文献の内容は引用によって本明細書中に組み込まれている。

本明細書（添付の特許請求の範囲、要約及び図面を含む）に開示の総ての特徴、ならびに／又は任意の方法又はプロセスの総てのステップは、これらの特徴及び／又はステップの少なくとも一部が相互に排他的である組合せを除けば、任意の組合せで組合わされうる。

本明細書（添付の特許請求の範囲、要約及び図面を含む）に開示の各々の特徴は特に明確に述べていない限り、同一、等価、又は同様の目的に供する代替的な特徴によって置き換えることができる。従って、明確に述べていない限り、開示の各々の特徴は一般的な一連の等価又は同様の特徴の単なる一実施例である。

本発明は詳細な先行する実施形態に限定されない。本発明は本明細書（添付の特許請求の範囲、要約及び図面を含む）に開示の特徴のうち任意の新規なもの、又は任意の新規の組合せ、あるいは開示の任意の方法又はステップのうち任意の新規なもの、又は任意の新規の組合せに拡張される。

Claims (23)

1. 掘削孔内ガス監視（ＩＧＭ）装置であって、ＶＯＣ濃度分析器とＶＯＣ捕集器とを具えることを特徴とする掘削孔内ガス監視（ＩＧＭ）装置。
2. 請求項１に記載の掘削孔内ガス監視（ＩＧＭ）装置において、前記ＶＯＣ濃度分析器がＶＯＣの非特異的な実時間濃度を提供するよう構成されることを特徴とする掘削孔内ガス監視（ＩＧＭ）装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の掘削孔内ガス監視（ＩＧＭ）装置において、前記ＶＯＣ濃度分析器が光イオン化検出器を具えることを特徴とする掘削孔内ガス監視（ＩＧＭ）装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の掘削孔内ガス監視（ＩＧＭ）装置において、前記ＶＯＣ捕集器が特異的な容積濃度を提供するように構成されることを特徴とする掘削孔内ガス監視（ＩＧＭ）装置。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の掘削孔内ガス監視（ＩＧＭ）装置において、前記ＶＯＣ捕集器が吸着材料を含むことを特徴とする掘削孔内ガス監視（ＩＧＭ）装置。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載の掘削孔内ガス監視（ＩＧＭ）装置において、大気圧を測定するように構成した圧力センサを、該装置が更に具えることを特徴とする掘削孔内ガス監視（ＩＧＭ）装置。
7. 請求項１ないし６のいずれか１項に記載の掘削孔内ガス監視（ＩＧＭ）装置において、該装置が時計を更に具えることを特徴とする掘削孔内ガス監視（ＩＧＭ）装置。
8. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載の掘削孔内ガス監視（ＩＧＭ）装置において、該装置が前記ＶＯＣ濃度分析器と前記ＶＯＣ捕集器とを通して下流方向にガスを汲み出すためのポンプを具え、前記装置を構成することによって、前記ポンプが汲み出し時間に前記ＶＯＣ濃度分析器と前記ＶＯＣ捕集器とを通して掘削孔ガスを汲み出すことにより、前記ＶＯＣ濃度分析器が所定の時間にＶＯＣ濃度を定量することを特徴とする掘削孔内ガス監視（ＩＧＭ）装置。
9. 請求項８に記載の掘削孔内ガス監視（ＩＧＭ）装置において、本装置を構成することによって、汲み出し時間、測定時間、及び測定時間での大気圧が記録されることを特徴とする掘削孔内ガス監視（ＩＧＭ）装置。
10. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載の掘削孔内ガス監視（ＩＧＭ）装置において、該装置が前記ＶＯＣ濃度分析器と前記ＶＯＣ捕集器とを通して下流方向にガスを汲み出すためのポンプと、ガス流入部で任意の粒子又は水分を除去するためのフィルタとを具え、前記ＶＯＣ濃度分析器及び前記ＶＯＣ捕集器がフィルタの上流にあることを特徴とする掘削孔内ガス監視（ＩＧＭ）装置。
11. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載の掘削孔内ガス監視（ＩＧＭ）装置において、該装置が前記ＶＯＣ濃度分析器と前記ＶＯＣ捕集器とを通して下流方向にガスを汲み出すためのポンプを具え、ガス流入部と、前記ポンプの上流にある第１の弁と、圧力センサとを具えるガス流路があり、前記装置を構成することによって前記第１の弁が閉じた場合に前記ポンプが所定の期間稼働し、前記圧力センサで測定されるような所定の圧力を所定の期間内に超えない場合は、ポンプ不良信号が生成されることを特徴とする掘削孔内ガス監視（ＩＧＭ）装置。
12. 請求項１１に記載の掘削孔内ガス監視（ＩＧＭ）装置において、前記所定の期間が８ないし１２秒であり、前記所定の圧力が１００ｍｂであることを特徴とする掘削孔内ガス監視（ＩＧＭ）装置。
13. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載の掘削孔内ガス監視（ＩＧＭ）装置において、該装置が前記ＶＯＣ濃度分析器と前記ＶＯＣ捕集器とを通して下流方向にガスを汲み出すためのポンプを具え、ガス流入部と、前記ポンプの上流にある第１の弁と、圧力センサと、フィルタとを具えるガス流路があり、前記装置を構成することによって、前記第１の弁が開いた場合に第１の圧力センサ読取り値が得られ、前記ポンプが所定の期間稼働し、その後第２の圧力センサ読取り値が得られ、前記第１の圧力センサ読取り値と前記第２の圧力センサ読取り値との間の差異の大きさが所定の値を超える場合、フィルタ不良信号が生成されることを特徴とする掘削孔内ガス監視（ＩＧＭ）装置。
14. 請求項１３に記載の掘削孔内ガス監視（ＩＧＭ）装置において、前記所定の期間が２秒ないし６秒であることを特徴とする掘削孔内ガス監視（ＩＧＭ）装置。
15. 請求項１３又は請求項１４に記載の掘削孔内ガス監視（ＩＧＭ）装置において、前記所定の値が２５０ｍｂであることを特徴とする掘削孔内ガス監視（ＩＧＭ）装置。
16. 請求項８ないし１５に記載の掘削孔内ガス監視（ＩＧＭ）装置において、感知時間及びポンプが動作する時間の長さが記録されることを特徴とする掘削孔内ガス監視（ＩＧＭ）装置。
17. 請求項１１ないし１５に記載の掘削孔内ガス監視（ＩＧＭ）装置において、該装置が前記第１の弁の下流にある第２の弁と、ガス流出部とを具えることを特徴とする掘削孔内ガス監視（ＩＧＭ）装置。
18. 請求項１ないし１７のいずれか１項に記載の掘削孔内ガス監視（ＩＧＭ）装置において、該装置が掘削孔側と大気圧側があるように構成され、前記装置の掘削孔側、かつ前記装置の大気圧側へのガス流出部があることを特徴とする掘削孔内ガス監視（ＩＧＭ）装置。
19. 請求項１ないし１８のいずれか１項に記載の掘削孔内ガス監視（ＩＧＭ）装置において、前記ＶＯＣ濃度分析器及び前記ＶＯＣ捕集器はガス流路において、ガス分析器と直列であることを特徴とする掘削孔内ガス監視（ＩＧＭ）装置。
20. 請求項１９に記載の掘削孔内ガス監視（ＩＧＭ）装置において、前記ガス分析器が炭化水素、二酸化炭素、酸素、及び硫化水素のうちの１以上を分析することを特徴とする掘削孔内ガス監視（ＩＧＭ）装置。
21. 掘削孔内ガス監視装置の動作方法であって、該方法が請求項１ないし２０のいずれか１項に記載の掘削孔内ガス監視装置の使用を具えることを特徴とする掘削孔内ガス監視装置の動作方法。
22. 請求項２１に記載の掘削孔内ガス監視装置の動作方法において、前記ＶＯＣ捕集器によって捕集したＶＯＣが定量化されることを特徴とする掘削孔内ガス監視装置の動作方法。
23. 請求項２１又は請求項２２に記載の掘削孔内ガス監視装置の動作方法において、該装置が前記ＶＯＣ捕集器と前記ＶＯＣ分析器とを通して該掘削孔からガスを汲み出すためのポンプを具え、感知時間及びポンプが動作する時間の長さが、前記装置を通過するガスの容積を定量するために記録され、これによって、ＶＯＣ濃度が定量可能となることを特徴とする掘削孔内ガス監視装置の動作方法。

Images