JP4276367B2 - 高圧高温流体の流向および流速計測方法および装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば高圧高温および難透水性環境の地盤中における地下水の流向および流速の計測、あるいは発電プラントや化学プラント等における高温配管内流体の流速分布の計測等を、高精度で安定的に測定し得る高圧高温流体の流向および流速測定方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば地盤中における地下水の特性評価を行なう場合、地表での水理調査データ、地盤中水理調査データあるいは地質構造等を基に予測解析がなされている。特に地盤中における地下水の流向および流速は重要な計測データであるが、従来行なわれている流速を電位の変化によって求める電位差法等の方式による地盤中地下水の流向および流速計測では、１０−６ｃｍ／ｓｅｃオーダーの計測精度が限界であり、高圧高温および難透水性地盤における地下水の計測を行うためには、１０−８ｃｍ／ｓｅｓオーダーの計測方法が必要とされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
難透水性または深部の地盤まで掘削したボーリング孔においては、例えば圧力１５Ｍｐａ、温度７０℃の地下水で満たされた状態となり、しかもボーリング孔の孔径がほぼ１００ｍｍ以下と比較的小さい。このため、上記の圧力および温度についての過酷な環境化においては、流速がｃｍ／ｓｅｓオーダーと極端に遅い地下水の流向および流量を長時間安定して計測することができる装置を実現することは、従来技術においては極めて困難であった。
【０００４】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、高圧および高温環境の地盤中における地下水の流向および流速計測を高精度で安定的に測定することができる高圧高温流体の流向および流速計測方法および装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記の目的を達成するため、例えば地下水で満たされた難透水性または深部の地盤まで掘り下げたボーリング孔を任意の深さにおいて、上下に配置した２個のシール部材により密閉する。これにより、ボーリング孔の側面を透過する地下水の流向および流速を精密に計測する前提が整う。計測については、微小サイズで比重が地下水に近い例えば球状のトレーサを、密封した地下水に供給し、その動きを長時間に亘って超音波センサ、ＣＣＤ等の光学カメラ等で観測し、その軌跡から流速を求める。
【０００６】
但し、トレーサは完全に地下水と比重を一致することができないため、密封された地下水の領域をできるだけ長時間かけて上昇または下降するトレーサを適用し、繰り返しトレーサを投入して計測することにより、地下水の流向および流速を精密に計測する。
【０００７】
高圧高温の地下水中で長期間の使用に耐えるため、超音波センサを金属ケース等で覆い、表面に耐食性を増大させるため、例えば金コーティングを施す。光学カメラの場合は、ＣＣＤの先端部にレンズや光ファイバー等の光学系を設置し、ガラスなどの透明窓を介して、トレーサを可視化する構成とすることにより、密閉性が良く、かつＣＣＤ等で発生した熱の影響を遮断する構造とする。
【０００８】
トレーサは、数百μｍ程度以下の径まで微小化し、比重が１に近い有機材、または、中空ガラス球等の複数の材料を組み合わせることで浮力を地下水に近づけることにより、地下水中での停留時間をできるだけ長期化する。
【０００９】
また、発電プラントや化学プラントの高温配管や容器内の流体の流速を高精度で計測するために、配管の外表面に耐熱性のクサビを介して固定した高温超音波センサから、配管等の内部に超音波をたとえば斜角入射し、配管等の内部流体に供給したトレーサや自然発生した気泡からの反射超音波エコーを受信し、受信した反射超音波エコーのドップラ周波数シフトを計測することにより、高温流体内の流速分布を高精度で計測する。
【００１０】
すなわち、請求項１に係る発明では、地表から地盤を地下水が存在する深さ位置まで掘り下げてボーリング孔を形成し、このボーリング孔内の地下水が存在する特定の深さ位置にある領域を、地上から吊下げた上下１対のシール部材によって上下方向に区画し、この区画された領域内にある高圧高温の地下水中に地表から挿入される長尺な支持構造物とその下端に連結された上下１対の水平な整流板とを吊下げて、両整流板間を流れる地下水を水平方向に整流し、前記支持構造物に付随して設けられたトレーサ導入管から地下水と略同等の比重を有する微小固体のトレーサを供給するとともに、その地下水の流れに沿って流動する前記トレーサに当該領域に吊下した複数の超音波センサから超音波を一定時間毎に送信してその超音波エコーを検出し、この検出エコーデータから前記地下水中における超音波の伝播時間および音速を基にして前記各超音波センサと前記トレーサとの間の距離の時間的変化を求めることにより前記トレーサの三次元的な連続移動位置を計測し、この計測結果により得られた前記トレーサの動きに基づいて前記地下水の流れ方向および流速を計測することを特徴とする高圧高温流体の流向および流速計測方法を提供する。
【００１１】
請求項２に係る発明では、請求項１記載の高圧高温流体の流向および流速計測方法において、同一の水平面上に配置した複数の超音波センサから異なる方向に沿う超音波を送信して地下水中のトレーサから反射した超音波エコーを検出し、この検出したエコーデータに基づいて得られた前記超音波センサと前記トレーサとの距離を、ボーリング孔周囲の地層またはボーリング孔内に導入した基準反射板等の固定部からの前記超音波センサによる超音波エコーのエコーデータに基づいて補正することを特徴とする高圧高温流体の流向および流速計測方法を提供する。
【００１２】
請求項３に係る発明では、請求項２記載の高圧高温流体の流向および流速計測方法において、ボーリング孔周囲の地層または基準反射板等の固定部からの超音波エコーに基づいて地下水中を伝播する音速を求め、この求めた音速データから地下水の平均温度を計測することを特徴とする高圧高温流体の流向および流速計測方法を提供する。
【００１３】
請求項４に係る発明では、地表から地盤を地下水が存在する深さ位置まで掘り下げられたボーリング孔に地表から機器を挿入することができる機器吊下手段と、この機器吊下手段によって前記深層地中に吊下げられ、前記ボーリング孔内の特定の深さ位置にある領域を上下方向に液密に区画する上下１対のシール部材と、これらのシール部材によって区画された前記領域内に供給され、その領域内にある地下水と略同等の比重を有する耐熱性の微小固体からなるトレーサと、前記機器吊下手段によって前記領域内の異なる位置に吊下された複数の耐熱構造の超音波センサと、これらの超音波センサに伝送ラインを介して接続され、地表側にて前記超音波センサの送受信操作および検出データの収録および計測を行なう遠隔操作手段とを備え、前記遠隔操作手段は、前記地下水中における前記超音波センサから送信される超音波の伝播時間および音速を基にして前記トレーサからの超音波エコーから前記各超音波センサと前記トレーサとの間の距離の時間的変化を求める手段と、前記トレーサの三次元的な連続移動位置を計測する手段と、その計測結果により得られた前記トレーサの動きに基づいて前記地下水の流れ方向および流速を計測する手段とを有することを特徴とする高圧高温流体の流向および流速計測装置を提供する。
【００１４】
請求項５に係る発明では、請求項４記載の高圧高温流体の流向および流速等計測装置において、超音波センサは、全面が密封された金属ケースに圧電素子を内蔵するとともに、前記圧電素子と金属ケースとをろう材により接合し、かつ前記金属ケースの表面に耐食性金属をコーティングしたものであることを特徴とする高圧高温流体の流向および流速計測装置を提供する。
【００１５】
請求項６に係る発明では、地表から地盤を地下水が存在する深さ位置まで掘り下げられ、地下水が存在するボーリング孔内の特定の領域を、地上から吊下げた上下１対のシール構造によって液密に区画し、この区画された領域内の地下水中にその地下水と略同等の比重を有する微小固体からなるトレーサを供給し、前記地下水の流れに沿って微小速度で浮上または沈降しつつ流動する前記トレーサを、当該領域に吊下した光学系を有する撮像手段により拡大画像として連続的に撮像することにより、当該トレーサの三次元的な連続移動位置を計測し、その計測結果により得られた前記トレーサの動きに基づいて前記地下水の流れ方向および流速を計測することを特徴とする高圧高温流体の流速計測方法を提供する。
【００１６】
請求項７に係る発明では、地表から地盤を地下水が存在する深さ位置まで掘り下げられたボーリング孔に地表から機器を挿入することができる機器吊下手段と、この機器吊下手段によって前記深層地中に吊下げられ、前記ボーリング孔内の特定の深さ位置にある領域を上下方向に液密に区画する上下１対のシール部材と、これらのシール部材によって区画された前記領域内に供給され、その領域内にある地下水と略同等の比重を有する耐熱性の微小固体からなるトレーサと、前記機器吊下手段によって前記領域内に臨む位置に吊下された複数の耐熱構造の光学系を有する撮像手段と、この撮像手段に伝送ラインを介して接続され、地表側にて前記撮像手段の撮像操作および得られる画像データの収録を行なう遠隔操作手段とを備え、前記遠隔操作手段は、前記地下水中における前記撮像手段から送信される画像データを基にして前記トレーサの三次元的な連続移動位置を計測する手段と、その計測結果により得られた前記トレーサの動きに基づいて前記地下水の流れ方向および流速を計測する手段とを有することを特徴とする高圧高温流体の流向および流速計測装置を提供する。
【００１７】
請求項８に係る発明では、請求項７記載の高圧高温流体の流向および流速計測装置において、撮像手段は、先端側に光ファイバー、レンズ等の光学手段を組み込んだ単数または複数のカメラと、このカメラの先端側を地下水が存在する領域から隔離する透明な耐熱性の隔離板とを有し、前記領域内のトレーサの拡大画像を得るものであることを特徴とする高圧高温流体の流向および流速測定装置を提供する。
【００１８】
請求項９に係る発明では、請求項４，５または請求項６のいずれか１項に記載の高圧高温流体の流向および流速測定装置において、トレーサを、比重が地下水または配管等の内部を流通する流体に近い有機系材料からなる球構造、または前記地下水よりも比重が大きい外層でそれよりも比重が小さい球を被覆する構造、または前記地下水よりも比重が大きい金属球等をそれよりも比重が小さい外層で覆った２層以上の多層球状構造を有するものとしたことを特徴とする高圧高温流体の流向および流速測定装置を提供する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る高圧高温流体の流向および流速測定方法および装置の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２０】
［第１実施形態（図１〜図６）］
図１は計測装置の全体構成を示す説明図である。図２は図１に示した計測部を詳細に示す拡大図であり、図３は図２の一部の平面図である。図４はトレーサの拡大断面図であり、図５は超音波センサの拡大断面図である。図６はカメラの拡大断面図である。
【００２１】
図１に示すように、地盤１に例えば１０００ｍ程度の大深度までボーリング孔２が掘り下げてあり、このボーリング孔２内は地下水３によって満たされている。このボーリング孔２に地表４から機器を挿入することができる機器吊下手段として巻上げ機構５が設置され、この巻上げ機構５によって強索等からなる長尺な支持構造物６がボーリング孔４内に吊下されている。支持構造物６の下端部分にはボーリング孔４内の特定の深さ位置にある領域、即ち計測部７を上下方向に液密に区画するシール部材として上下１対のパッカー８が設けられている。これらのパッカー８は、巻上げ機構５よって位置決めされ、その材質は周辺地盤の剛性に適合し、高温、高圧環境条件下で長期間使用可能な材料から構成されている。このため、上，下部のパッカー８はその周辺の地盤に応じて別々の材質にて構成される場合もある。パッカー８で区画された計測部７の上方に位置して支持構造物６に信号伝送ユニット９が設けられ、この信号伝送ユニット９には電気ケーブル、光ファイバー等が複合された多重伝送ライン１０が接続されて地盤１に延び、遠隔操作手段としてのデータ収録・計測装置１１へと繋がっている。
【００２２】
図２および図３は計測部７に配置された機器の構成および作用を詳細に示している。これらの図に示すように、パッカー８によって上下に区画された計測部７内に支持構造物６の下端が挿入されており、この支持構造物６の下端に水平な上下１対の整流板１２が連結され、地下水の流れＦを水平方向に整流するようになっている。また、支持構造物に付随してトレーサ導入管１３が設けられ、このトレーサ導入管１３から計測部７内にある地下水３に、この地下水３と略同等の比重を有する耐熱性の微小固体からなる球状のトレーサ１４が供給できるようになっている。
【００２３】
ここで、図４によってトレーサ１４の構成を説明する。図４に示すように、トレーサ１４は、密閉された地下水３に近い比重を実現するために比重が１より小さいポリエチレンやポリプロピレン等からなる内部球体１４ａの表面に比重が大きい金属層を蒸着などでコーティングすることにより外層１４ｂを形成し、外層１４ｂの厚さを最適化することにより、密閉された地下水３と略同等の比重を有する構成としたものである。なお、比重が１．０４のポリスチレン製の単一材料からなる球形としてもよい。すなわち、このトレーサ１４は、比重が地下水３に近い有機系材料からなる球構造、または地下水３よりも比重が大きい外層１４ｂでそれよりも比重が小さい内部球体１４を被覆する構造、または地下水３よりも比重が大きい金属球等をそれよりも比重が小さい外層で覆った２層以上の多層球状構造を有するものとすることもできる。そして、整流板１２間の密閉された地下水３中に浮遊する微小な球形状のトレーサ１４の位置を計測することにより、流向および流速を計測するものである。
【００２４】
このように、本実施形態ではトレーサ１４が、密閉された地下水３の比重より若干大きめとし、径が数百μｍ以下の微小サイズとすることにより、トレーサ導入管１３から密閉された地下水３に導入された後に、地下水３の流れＦに流されながら非常にゆっくりと下降するようにしてある。この下降の間にトレーサ１４の軌跡を計測することにより、ボーリング孔２の周囲の地層からなるボーリング孔内壁１５を介して透過する地下水３の流れＦを計測するものである。
【００２５】
このトレーサ１４の位置を計測する第一の手段として、図２および図３に示すように、高耐久性の超音波センサ１６が、同一水平面上の異なる２箇所にトレーサ１４の方向に向けて水平に超音波Ｓを送信するように配置してあり、これらの超音波センサ１６はトレーサ１４の上下移動に追従できるように、上下方向に複数配置する構成としてある。
【００２６】
さらに、トレーサ１４の真下には、別の高耐久性超音波センサ１６を超音波Ｓが垂直に送信されるように水平方向に複数配置してある。そして、トレーサ１４から反射された超音波Ｓにより、トレーサ１４の垂直位置を計測する構成としてある。超音波センサ１６によって受信した計測データは、例えばポリエーテル・エーテル・ケトン（ＰＥＥＫ）材等の耐食性に優れたシース材料からなる耐食性同軸ケーブル１７を介して取り込まれ、図１に示した信号伝送ユニット９においてディジタルデータに変換した後、多重伝送ライン１０を介してデータ収録・計測装置１１に送られ、計算処理によりトレーサ１４の位置を計測するようになっている。
【００２７】
ここで、例えば、信号伝送ユニット９におけるディジタルデータへの変換周波数を４００ＭＨｚとすると、４００ＭＨｚに相当するトレーサ１４の位置分解能は、約２μｍとなる。ここで、３×１０−８ｃｍ／ｓｅｃ（１０ｍｍ／年）の速度でトレーサ１４が移動しているとすると、２μｍ移動するのに１００分程度かかることになり、１００分毎に計測すれば、トレーサ１４の移動軌跡を計測することが可能となる。なお、信号伝送ユニット９におけるディジタルデータへの変換周波数を更に高周波化できれば、更に性能を向上することも可能である。
【００２８】
以上に示した超音波による計測を一定間隔で継続して行うことにより、トレーサ１４の立体的な軌跡を計測することができる。なお、トレーサ１４は、自重で下降するため、立体的な軌跡から水平方向の成分だけを求め、流向および流速データとして表示を行う。超音波Ｓによるトレーサ１４の位置計測を行うためには正確な音速データが必要であるため、ボーリング孔内壁１５や、図３に示すように計測部７に導入した基準反射板１８の固定部からの超音波Ｓの反射エコーを計測することにより、水温によって変化する音速を補正し、正確な位置計測を行うようにしてある。また、この音速データと地下水の音速の温度特性データから、地下水３の平均温度を同時に計測することが可能である。
【００２９】
次に、超音波センサ１６は、図５に示すように、大深度地下における高圧、高温、高耐食性の水中において長期間使用できるように、金属ケース１９と機密コネクタ２０によって、内蔵部品である圧電素子２１、電極２２およびリード線２３を密封する構造とし、耐食性を向上させるために、外表面を金蒸着層２４等の耐食性に優れた材料でコーティングする構造としてある。圧電素子２１と金属ケース１９とは、半田等のろう材２５によって接合してある。
【００３０】
また、本実施形態では、第２のトレーサ検出手段として、光学系を有する撮像手段を備え、拡大画像として連続的に撮像することにより、トレーサ１４の三次元的な連続移動位置を計測し、その計測結果により得られたトレーサ１４の動きに基づいて地下水の流れ方向および流速を計測することが可能としてある。
【００３１】
すなわち、図２に示すように、本実施形態では光学カメラ２６を備え、トレーサ１４の位置計測について、整流板１２に設けたガラス等の透明な材料からなる透明窓２７を介してトレーサ１４を可視化することにより行うことができるようになっている。
【００３２】
図６は光学カメラ２６の構成を示している。図６に示すように、光学カメラ２６は耐圧性を確保するために、観測用として先端部に透明ケース窓２８を有した耐圧ケース２９内にＣＣＤ３０とズームレンズ３１を収納した構造とし、耐圧ケース２９内を冷却可能な構造としてある。ＣＣＤ３０によって計測した画像データは、光学カメラ用ケーブル３２を経由して、図１に示す信号伝送ユニット９に取り込まれ、ディジタルデータに変換した後に、データ収録および計測装置１１に送って計算処理することにより、トレーサ１４の軌跡から流向および流速を計測することができる。
【００３３】
ここで、例えば、ＣＣＤ３０の解像度を５μｍとし、ズームレンズ３１の倍率を２５倍とすると、トレーサ１４の位置分解能は、０．２μｍとなる。この場合、３×１０−８ｃｍ／ｓｅｃ（１０ｍｍ／年）の速度でトレーサ１４が移動していると仮定すると、０．２μｍ移動するのに１０分程度かかることになり、１０分毎に計測すれば、トレーサ１４の移動軌跡を計測することが可能となる。なお、ＣＣＤ３０の解像度やズームレンズ３１の倍率を高くすれば、更に性能を向上することも可能である。
【００３４】
本実施形態によれば、高圧および高温環境の深層地下等の地盤中における地下水３の流向および流速計測の流速分布を高精度で安定的に測定することができる。
【００３５】
［開示例（図７）］
図７は、本発明に関連する開示例としてプラント等の配管に適用される流速分布計測用の計測装置として、高温センサの構成例を示している。
【００３６】
この例は、高圧高温流体６２が流動するプラント類の配管６１または容器内に高圧高温流体６２と略同等の比重を有する微小固体からなるトレーサ６３を供給し、または自然発生等により存在する気泡をトレーサ６３に代えて使用し、配管６１または容器の外面側に配置した超音波センサ６４から流体流れに沿って浮上または沈降しつつ流動するトレーサ６３または気泡に超音波を連続的に送信し、その超音波エコーを検出し、この検出エコーデータからドップラ周波数シフトを計測することにより、流体内の流速分布を求めるようにしたものである。
【００３７】
すなわち、図７に示すように、配管６１の内部に流れ方向Ｆの高圧高温流体６２が内包されており、高圧高温流体６２には、流体に比重が近い微小のトレーサ６３が多数均一に分布している。
【００３８】
一方、配管６１の外表面には、ポリイミドやポリエーテル・エーテル・ケトン（ＰＥＥＫ）等の耐熱性に優れた有機材料からなるクサビ材６５を介して、全面を金属ケースで密封して内蔵した圧電素子と金属ケースとの接合を半田やろう材で行った高温超音波センサ６４が固定されている。
【００３９】
さらに、高温用超音波センサ６４とクサビ材６５との間、およびクサビ材６５と配管６１の間にシリコンオイル、水ガラス等の耐熱性の液体やＰＥＥＫ材等の耐熱性の板状材料、またはシリカやジルコニヤを主成分とした無機系耐熱性接着剤からなる耐熱性カップラント６６が挟み込まれ、押し付け治具６８により、配管６１の表面に対して高温超音波センサ６４とクサビ材６５とが押し付け固定してある。
【００４０】
このような構成において、高温超音波センサ６４から送信された超音波Ｓは、耐熱性カップラント６６、クサビ材６５、耐熱性カップラント６６および配管６１を透過し、高圧高温流体６２中に斜めに入射される。
【００４１】
入射した超音波Ｓは、高圧高温流体６２中において高圧高温流体６２と一体で移動する比重が高圧高温流体６２に近い微小サイズの多数のトレーサ６３で散乱され、散乱エコーＥとして、入射経路と同一の経路を戻って高温超音波センサ６４によって受信される。
【００４２】
高温超音波センサ６４によって受信された多数の散乱エコーＥの周波数は、トレーサ６３が流れにより移動していることにより、ドップラシフトをしており、この散乱エコーＥを耐熱ケーブル６７を介して計測装置６９に取り込み、散乱エコーＥの伝播距離に応じた散乱エコーＥの周波数シフト（ドップラシフト周波数）を計算することにより、配管２１内の高温流体６２中の流速分布を計測することができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、高圧および高温環境の深層地下における地下水の流向および流速計測を高精度で安定的に測定する計測装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態を示す計測装置の全体構成図。
【図２】 図１に示した計測部の拡大構成図。
【図３】 図２の部分的平面図。
【図４】 本発明の第１実施形態におけるトレーサを示す拡大断面図。
【図５】 本発明の第１実施形態における超音波センサの拡大断面図。
【図６】 本発明の第１実施形態における光学カメラを示す拡大断面図。
【図７】 本発明の関連技術を示す断面図。
【符号の説明】
１ 地盤
２ ボーリング孔
３ 地下水
４ 地表
５ 巻上げ機構
６ 支持構造物
７ 計測部
８ パッカー
９ 信号伝送ユニット
１０ 多重伝送ライン
１１ データ収録・計測装置
１２ 整流板
１３ トレーサ導入管
１４ トレーサ
１５ ボーリング孔内壁
１６ 超音波センサ
１７ 同軸ケーブル
１８ 基準反射板
１９ 金属ケース
２０ 機密コネクタ
２１ 圧電素子
２２ 電極
２３ リード線
２４ 金蒸着層
２５ ろう材
２６ 光学カメラ
２７ 透明窓
２８ 透明ケース窓
２９ 耐圧ケース
３０ ＣＣＤ
３１ ズームレンズ
３２ 光学カメラ用ケーブル
６１ 配管
６２ 高圧高温流体
６３ トレーサ
６４ 超音波センサ
６５ クサビ材
６６ 耐熱性カップラント
６７ 耐熱ケーブル
６８ 押し付け治具
６９ 計測装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば高圧高温および難透水性環境の地盤中における地下水の流向および流速の計測、あるいは発電プラントや化学プラント等における高温配管内流体の流速分布の計測等を、高精度で安定的に測定し得る高圧高温流体の流向および流速測定方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば地盤中における地下水の特性評価を行なう場合、地表での水理調査データ、地盤中水理調査データあるいは地質構造等を基に予測解析がなされている。特に地盤中における地下水の流向および流速は重要な計測データであるが、従来行なわれている流速を電位の変化によって求める電位差法等の方式による地盤中地下水の流向および流速計測では、１０−６ｃｍ／ｓｅｃオーダーの計測精度が限界であり、高圧高温および難透水性地盤における地下水の計測を行うためには、１０−８ｃｍ／ｓｅｓオーダーの計測方法が必要とされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
難透水性または深部の地盤まで掘削したボーリング孔においては、例えば圧力１５Ｍｐａ、温度７０℃の地下水で満たされた状態となり、しかもボーリング孔の孔径がほぼ１００ｍｍ以下と比較的小さい。このため、上記の圧力および温度についての過酷な環境化においては、流速がｃｍ／ｓｅｓオーダーと極端に遅い地下水の流向および流量を長時間安定して計測することができる装置を実現することは、従来技術においては極めて困難であった。
【０００４】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、高圧および高温環境の地盤中における地下水の流向および流速計測を高精度で安定的に測定することができる高圧高温流体の流向および流速計測方法および装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記の目的を達成するため、例えば地下水で満たされた難透水性または深部の地盤まで掘り下げたボーリング孔を任意の深さにおいて、上下に配置した２個のシール部材により密閉する。これにより、ボーリング孔の側面を透過する地下水の流向および流速を精密に計測する前提が整う。計測については、微小サイズで比重が地下水に近い例えば球状のトレーサを、密封した地下水に供給し、その動きを長時間に亘って超音波センサ、ＣＣＤ等の光学カメラ等で観測し、その軌跡から流速を求める。
【０００６】
但し、トレーサは完全に地下水と比重を一致することができないため、密封された地下水の領域をできるだけ長時間かけて上昇または下降するトレーサを適用し、繰り返しトレーサを投入して計測することにより、地下水の流向および流速を精密に計測する。
【０００７】
高圧高温の地下水中で長期間の使用に耐えるため、超音波センサを金属ケース等で覆い、表面に耐食性を増大させるため、例えば金コーティングを施す。光学カメラの場合は、ＣＣＤの先端部にレンズや光ファイバー等の光学系を設置し、ガラスなどの透明窓を介して、トレーサを可視化する構成とすることにより、密閉性が良く、かつＣＣＤ等で発生した熱の影響を遮断する構造とする。
【０００８】
トレーサは、数百μｍ程度以下の径まで微小化し、比重が１に近い有機材、または、中空ガラス球等の複数の材料を組み合わせることで浮力を地下水に近づけることにより、地下水中での停留時間をできるだけ長期化する。
【０００９】
また、発電プラントや化学プラントの高温配管や容器内の流体の流速を高精度で計測するために、配管の外表面に耐熱性のクサビを介して固定した高温超音波センサから、配管等の内部に超音波をたとえば斜角入射し、配管等の内部流体に供給したトレーサや自然発生した気泡からの反射超音波エコーを受信し、受信した反射超音波エコーのドップラ周波数シフトを計測することにより、高温流体内の流速分布を高精度で計測する。
【００１０】
すなわち、請求項１に係る発明では、地表から地盤を地下水が存在する深さ位置まで掘り下げてボーリング孔を形成し、このボーリング孔内の地下水が存在する特定の深さ位置にある領域を、地上から吊下げた上下１対のシール部材によって上下方向に区画し、この区画された領域内にある高圧高温の地下水中に地表から挿入される長尺な支持構造物とその下端に連結された上下１対の水平な整流板とを吊下げて、両整流板間を流れる地下水を水平方向に整流し、前記支持構造物に付随して設けられたトレーサ導入管から地下水と略同等の比重を有する微小固体のトレーサを供給するとともに、その地下水の流れに沿って流動する前記トレーサに当該領域に吊下した複数の超音波センサから超音波を一定時間毎に送信してその超音波エコーを検出し、この検出エコーデータから前記地下水中における超音波の伝播時間および音速を基にして前記各超音波センサと前記トレーサとの間の距離の時間的変化を求めることにより前記トレーサの三次元的な連続移動位置を計測し、この計測結果により得られた前記トレーサの動きに基づいて前記地下水の流れ方向および流速を計測することを特徴とする高圧高温流体の流向および流速計測方法を提供する。
【００１１】
請求項２に係る発明では、請求項１記載の高圧高温流体の流向および流速計測方法において、同一の水平面上に配置した複数の超音波センサから異なる方向に沿う超音波を送信して地下水中のトレーサから反射した超音波エコーを検出し、この検出したエコーデータに基づいて得られた前記超音波センサと前記トレーサとの距離を、ボーリング孔周囲の地層またはボーリング孔内に導入した基準反射板等の固定部からの前記超音波センサによる超音波エコーのエコーデータに基づいて補正することを特徴とする高圧高温流体の流向および流速計測方法を提供する。
【００１２】
請求項３に係る発明では、請求項２記載の高圧高温流体の流向および流速計測方法において、ボーリング孔周囲の地層または基準反射板等の固定部からの超音波エコーに基づいて地下水中を伝播する音速を求め、この求めた音速データから地下水の平均温度を計測することを特徴とする高圧高温流体の流向および流速計測方法を提供する。
【００１３】
請求項４に係る発明では、地表から地盤を地下水が存在する深さ位置まで掘り下げられたボーリング孔に地表から機器を挿入することができる機器吊下手段と、この機器吊下手段によって前記深層地中に吊下げられ、前記ボーリング孔内の特定の深さ位置にある領域を上下方向に液密に区画する上下１対のシール部材と、これらのシール部材によって区画された前記領域内に供給され、その領域内にある地下水と略同等の比重を有する耐熱性の微小固体からなるトレーサと、前記機器吊下手段によって前記領域内の異なる位置に吊下された複数の耐熱構造の超音波センサと、これらの超音波センサに伝送ラインを介して接続され、地表側にて前記超音波センサの送受信操作および検出データの収録および計測を行なう遠隔操作手段とを備え、前記遠隔操作手段は、前記地下水中における前記超音波センサから送信される超音波の伝播時間および音速を基にして前記トレーサからの超音波エコーから前記各超音波センサと前記トレーサとの間の距離の時間的変化を求める手段と、前記トレーサの三次元的な連続移動位置を計測する手段と、その計測結果により得られた前記トレーサの動きに基づいて前記地下水の流れ方向および流速を計測する手段とを有することを特徴とする高圧高温流体の流向および流速計測装置を提供する。
【００１４】
請求項５に係る発明では、請求項４記載の高圧高温流体の流向および流速等計測装置において、超音波センサは、全面が密封された金属ケースに圧電素子を内蔵するとともに、前記圧電素子と金属ケースとをろう材により接合し、かつ前記金属ケースの表面に耐食性金属をコーティングしたものであることを特徴とする高圧高温流体の流向および流速計測装置を提供する。
【００１５】
請求項６に係る発明では、地表から地盤を地下水が存在する深さ位置まで掘り下げられ、地下水が存在するボーリング孔内の特定の領域を、地上から吊下げた上下１対のシール構造によって液密に区画し、この区画された領域内の地下水中にその地下水と略同等の比重を有する微小固体からなるトレーサを供給し、前記地下水の流れに沿って微小速度で浮上または沈降しつつ流動する前記トレーサを、当該領域に吊下した光学系を有する撮像手段により拡大画像として連続的に撮像することにより、当該トレーサの三次元的な連続移動位置を計測し、その計測結果により得られた前記トレーサの動きに基づいて前記地下水の流れ方向および流速を計測することを特徴とする高圧高温流体の流速計測方法を提供する。
【００１６】
請求項７に係る発明では、地表から地盤を地下水が存在する深さ位置まで掘り下げられたボーリング孔に地表から機器を挿入することができる機器吊下手段と、この機器吊下手段によって前記深層地中に吊下げられ、前記ボーリング孔内の特定の深さ位置にある領域を上下方向に液密に区画する上下１対のシール部材と、これらのシール部材によって区画された前記領域内に供給され、その領域内にある地下水と略同等の比重を有する耐熱性の微小固体からなるトレーサと、前記機器吊下手段によって前記領域内に臨む位置に吊下された複数の耐熱構造の光学系を有する撮像手段と、この撮像手段に伝送ラインを介して接続され、地表側にて前記撮像手段の撮像操作および得られる画像データの収録を行なう遠隔操作手段とを備え、前記遠隔操作手段は、前記地下水中における前記撮像手段から送信される画像データを基にして前記トレーサの三次元的な連続移動位置を計測する手段と、その計測結果により得られた前記トレーサの動きに基づいて前記地下水の流れ方向および流速を計測する手段とを有することを特徴とする高圧高温流体の流向および流速計測装置を提供する。
【００１７】
請求項８に係る発明では、請求項７記載の高圧高温流体の流向および流速計測装置において、撮像手段は、先端側に光ファイバー、レンズ等の光学手段を組み込んだ単数または複数のカメラと、このカメラの先端側を地下水が存在する領域から隔離する透明な耐熱性の隔離板とを有し、前記領域内のトレーサの拡大画像を得るものであることを特徴とする高圧高温流体の流向および流速測定装置を提供する。
【００１８】
請求項９に係る発明では、請求項４，５または請求項６のいずれか１項に記載の高圧高温流体の流向および流速測定装置において、トレーサを、比重が地下水または配管等の内部を流通する流体に近い有機系材料からなる球構造、または前記地下水よりも比重が大きい外層でそれよりも比重が小さい球を被覆する構造、または前記地下水よりも比重が大きい金属球等をそれよりも比重が小さい外層で覆った２層以上の多層球状構造を有するものとしたことを特徴とする高圧高温流体の流向および流速測定装置を提供する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る高圧高温流体の流向および流速測定方法および装置の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２０】
［第１実施形態（図１〜図６）］
図１は計測装置の全体構成を示す説明図である。図２は図１に示した計測部を詳細に示す拡大図であり、図３は図２の一部の平面図である。図４はトレーサの拡大断面図であり、図５は超音波センサの拡大断面図である。図６はカメラの拡大断面図である。
【００２１】
図１に示すように、地盤１に例えば１０００ｍ程度の大深度までボーリング孔２が掘り下げてあり、このボーリング孔２内は地下水３によって満たされている。このボーリング孔２に地表４から機器を挿入することができる機器吊下手段として巻上げ機構５が設置され、この巻上げ機構５によって強索等からなる長尺な支持構造物６がボーリング孔４内に吊下されている。支持構造物６の下端部分にはボーリング孔４内の特定の深さ位置にある領域、即ち計測部７を上下方向に液密に区画するシール部材として上下１対のパッカー８が設けられている。これらのパッカー８は、巻上げ機構５よって位置決めされ、その材質は周辺地盤の剛性に適合し、高温、高圧環境条件下で長期間使用可能な材料から構成されている。このため、上，下部のパッカー８はその周辺の地盤に応じて別々の材質にて構成される場合もある。パッカー８で区画された計測部７の上方に位置して支持構造物６に信号伝送ユニット９が設けられ、この信号伝送ユニット９には電気ケーブル、光ファイバー等が複合された多重伝送ライン１０が接続されて地盤１に延び、遠隔操作手段としてのデータ収録・計測装置１１へと繋がっている。
【００２２】
図２および図３は計測部７に配置された機器の構成および作用を詳細に示している。これらの図に示すように、パッカー８によって上下に区画された計測部７内に支持構造物６の下端が挿入されており、この支持構造物６の下端に水平な上下１対の整流板１２が連結され、地下水の流れＦを水平方向に整流するようになっている。また、支持構造物に付随してトレーサ導入管１３が設けられ、このトレーサ導入管１３から計測部７内にある地下水３に、この地下水３と略同等の比重を有する耐熱性の微小固体からなる球状のトレーサ１４が供給できるようになっている。
【００２３】
ここで、図４によってトレーサ１４の構成を説明する。図４に示すように、トレーサ１４は、密閉された地下水３に近い比重を実現するために比重が１より小さいポリエチレンやポリプロピレン等からなる内部球体１４ａの表面に比重が大きい金属層を蒸着などでコーティングすることにより外層１４ｂを形成し、外層１４ｂの厚さを最適化することにより、密閉された地下水３と略同等の比重を有する構成としたものである。なお、比重が１．０４のポリスチレン製の単一材料からなる球形としてもよい。すなわち、このトレーサ１４は、比重が地下水３に近い有機系材料からなる球構造、または地下水３よりも比重が大きい外層１４ｂでそれよりも比重が小さい内部球体１４を被覆する構造、または地下水３よりも比重が大きい金属球等をそれよりも比重が小さい外層で覆った２層以上の多層球状構造を有するものとすることもできる。そして、整流板１２間の密閉された地下水３中に浮遊する微小な球形状のトレーサ１４の位置を計測することにより、流向および流速を計測するものである。
【００２４】
このように、本実施形態ではトレーサ１４が、密閉された地下水３の比重より若干大きめとし、径が数百μｍ以下の微小サイズとすることにより、トレーサ導入管１３から密閉された地下水３に導入された後に、地下水３の流れＦに流されながら非常にゆっくりと下降するようにしてある。この下降の間にトレーサ１４の軌跡を計測することにより、ボーリング孔２の周囲の地層からなるボーリング孔内壁１５を介して透過する地下水３の流れＦを計測するものである。
【００２５】
このトレーサ１４の位置を計測する第一の手段として、図２および図３に示すように、高耐久性の超音波センサ１６が、同一水平面上の異なる２箇所にトレーサ１４の方向に向けて水平に超音波Ｓを送信するように配置してあり、これらの超音波センサ１６はトレーサ１４の上下移動に追従できるように、上下方向に複数配置する構成としてある。
【００２６】
さらに、トレーサ１４の真下には、別の高耐久性超音波センサ１６を超音波Ｓが垂直に送信されるように水平方向に複数配置してある。そして、トレーサ１４から反射された超音波Ｓにより、トレーサ１４の垂直位置を計測する構成としてある。超音波センサ１６によって受信した計測データは、例えばポリエーテル・エーテル・ケトン（ＰＥＥＫ）材等の耐食性に優れたシース材料からなる耐食性同軸ケーブル１７を介して取り込まれ、図１に示した信号伝送ユニット９においてディジタルデータに変換した後、多重伝送ライン１０を介してデータ収録・計測装置１１に送られ、計算処理によりトレーサ１４の位置を計測するようになっている。
【００２７】
ここで、例えば、信号伝送ユニット９におけるディジタルデータへの変換周波数を４００ＭＨｚとすると、４００ＭＨｚに相当するトレーサ１４の位置分解能は、約２μｍとなる。ここで、３×１０−８ｃｍ／ｓｅｃ（１０ｍｍ／年）の速度でトレーサ１４が移動しているとすると、２μｍ移動するのに１００分程度かかることになり、１００分毎に計測すれば、トレーサ１４の移動軌跡を計測することが可能となる。なお、信号伝送ユニット９におけるディジタルデータへの変換周波数を更に高周波化できれば、更に性能を向上することも可能である。
【００２８】
以上に示した超音波による計測を一定間隔で継続して行うことにより、トレーサ１４の立体的な軌跡を計測することができる。なお、トレーサ１４は、自重で下降するため、立体的な軌跡から水平方向の成分だけを求め、流向および流速データとして表示を行う。超音波Ｓによるトレーサ１４の位置計測を行うためには正確な音速データが必要であるため、ボーリング孔内壁１５や、図３に示すように計測部７に導入した基準反射板１８の固定部からの超音波Ｓの反射エコーを計測することにより、水温によって変化する音速を補正し、正確な位置計測を行うようにしてある。また、この音速データと地下水の音速の温度特性データから、地下水３の平均温度を同時に計測することが可能である。
【００２９】
次に、超音波センサ１６は、図５に示すように、大深度地下における高圧、高温、高耐食性の水中において長期間使用できるように、金属ケース１９と機密コネクタ２０によって、内蔵部品である圧電素子２１、電極２２およびリード線２３を密封する構造とし、耐食性を向上させるために、外表面を金蒸着層２４等の耐食性に優れた材料でコーティングする構造としてある。圧電素子２１と金属ケース１９とは、半田等のろう材２５によって接合してある。
【００３０】
また、本実施形態では、第２のトレーサ検出手段として、光学系を有する撮像手段を備え、拡大画像として連続的に撮像することにより、トレーサ１４の三次元的な連続移動位置を計測し、その計測結果により得られたトレーサ１４の動きに基づいて地下水の流れ方向および流速を計測することが可能としてある。
【００３１】
すなわち、図２に示すように、本実施形態では光学カメラ２６を備え、トレーサ１４の位置計測について、整流板１２に設けたガラス等の透明な材料からなる透明窓２７を介してトレーサ１４を可視化することにより行うことができるようになっている。
【００３２】
図６は光学カメラ２６の構成を示している。図６に示すように、光学カメラ２６は耐圧性を確保するために、観測用として先端部に透明ケース窓２８を有した耐圧ケース２９内にＣＣＤ３０とズームレンズ３１を収納した構造とし、耐圧ケース２９内を冷却可能な構造としてある。ＣＣＤ３０によって計測した画像データは、光学カメラ用ケーブル３２を経由して、図１に示す信号伝送ユニット９に取り込まれ、ディジタルデータに変換した後に、データ収録および計測装置１１に送って計算処理することにより、トレーサ１４の軌跡から流向および流速を計測することができる。
【００３３】
ここで、例えば、ＣＣＤ３０の解像度を５μｍとし、ズームレンズ３１の倍率を２５倍とすると、トレーサ１４の位置分解能は、０．２μｍとなる。この場合、３×１０−８ｃｍ／ｓｅｃ（１０ｍｍ／年）の速度でトレーサ１４が移動していると仮定すると、０．２μｍ移動するのに１０分程度かかることになり、１０分毎に計測すれば、トレーサ１４の移動軌跡を計測することが可能となる。なお、ＣＣＤ３０の解像度やズームレンズ３１の倍率を高くすれば、更に性能を向上することも可能である。
【００３４】
本実施形態によれば、高圧および高温環境の深層地下等の地盤中における地下水３の流向および流速計測の流速分布を高精度で安定的に測定することができる。
【００３５】
［開示例（図７）］
図７は、本発明に関連する開示例としてプラント等の配管に適用される流速分布計測用の計測装置として、高温センサの構成例を示している。
【００３６】
この例は、高圧高温流体６２が流動するプラント類の配管６１または容器内に高圧高温流体６２と略同等の比重を有する微小固体からなるトレーサ６３を供給し、または自然発生等により存在する気泡をトレーサ６３に代えて使用し、配管６１または容器の外面側に配置した超音波センサ６４から流体流れに沿って浮上または沈降しつつ流動するトレーサ６３または気泡に超音波を連続的に送信し、その超音波エコーを検出し、この検出エコーデータからドップラ周波数シフトを計測することにより、流体内の流速分布を求めるようにしたものである。
【００３７】
すなわち、図７に示すように、配管６１の内部に流れ方向Ｆの高圧高温流体６２が内包されており、高圧高温流体６２には、流体に比重が近い微小のトレーサ６３が多数均一に分布している。
【００３８】
一方、配管６１の外表面には、ポリイミドやポリエーテル・エーテル・ケトン（ＰＥＥＫ）等の耐熱性に優れた有機材料からなるクサビ材６５を介して、全面を金属ケースで密封して内蔵した圧電素子と金属ケースとの接合を半田やろう材で行った高温超音波センサ６４が固定されている。
【００３９】
さらに、高温用超音波センサ６４とクサビ材６５との間、およびクサビ材６５と配管６１の間にシリコンオイル、水ガラス等の耐熱性の液体やＰＥＥＫ材等の耐熱性の板状材料、またはシリカやジルコニヤを主成分とした無機系耐熱性接着剤からなる耐熱性カップラント６６が挟み込まれ、押し付け治具６８により、配管６１の表面に対して高温超音波センサ６４とクサビ材６５とが押し付け固定してある。
【００４０】
このような構成において、高温超音波センサ６４から送信された超音波Ｓは、耐熱性カップラント６６、クサビ材６５、耐熱性カップラント６６および配管６１を透過し、高圧高温流体６２中に斜めに入射される。
【００４１】
入射した超音波Ｓは、高圧高温流体６２中において高圧高温流体６２と一体で移動する比重が高圧高温流体６２に近い微小サイズの多数のトレーサ６３で散乱され、散乱エコーＥとして、入射経路と同一の経路を戻って高温超音波センサ６４によって受信される。
【００４２】
高温超音波センサ６４によって受信された多数の散乱エコーＥの周波数は、トレーサ６３が流れにより移動していることにより、ドップラシフトをしており、この散乱エコーＥを耐熱ケーブル６７を介して計測装置６９に取り込み、散乱エコーＥの伝播距離に応じた散乱エコーＥの周波数シフト（ドップラシフト周波数）を計算することにより、配管２１内の高温流体６２中の流速分布を計測することができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、高圧および高温環境の深層地下における地下水の流向および流速計測を高精度で安定的に測定する計測装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態を示す計測装置の全体構成図。
【図２】 図１に示した計測部の拡大構成図。
【図３】 図２の部分的平面図。
【図４】 本発明の第１実施形態におけるトレーサを示す拡大断面図。
【図５】 本発明の第１実施形態における超音波センサの拡大断面図。
【図６】 本発明の第１実施形態における光学カメラを示す拡大断面図。
【図７】 本発明の関連技術を示す断面図。
【符号の説明】
１ 地盤
２ ボーリング孔
３ 地下水
４ 地表
５ 巻上げ機構
６ 支持構造物
７ 計測部
８ パッカー
９ 信号伝送ユニット
１０ 多重伝送ライン
１１ データ収録・計測装置
１２ 整流板
１３ トレーサ導入管
１４ トレーサ
１５ ボーリング孔内壁
１６ 超音波センサ
１７ 同軸ケーブル
１８ 基準反射板
１９ 金属ケース
２０ 機密コネクタ
２１ 圧電素子
２２ 電極
２３ リード線
２４ 金蒸着層
２５ ろう材
２６ 光学カメラ
２７ 透明窓
２８ 透明ケース窓
２９ 耐圧ケース
３０ ＣＣＤ
３１ ズームレンズ
３２ 光学カメラ用ケーブル
６１ 配管
６２ 高圧高温流体
６３ トレーサ
６４ 超音波センサ
６５ クサビ材
６６ 耐熱性カップラント
６７ 耐熱ケーブル
６８ 押し付け治具
６９ 計測装置
Claims (9)
- 地表から地盤を地下水が存在する深さ位置まで掘り下げてボーリング孔を形成し、このボーリング孔内の地下水が存在する特定の深さ位置にある領域を、地上から吊下げた上下１対のシール部材によって上下方向に区画し、この区画された領域内にある高圧高温の地下水中に地表から挿入される長尺な支持構造物とその下端に連結された上下１対の水平な整流板とを吊下げて、両整流板間を流れる地下水を水平方向に整流し、前記支持構造物に付随して設けられたトレーサ導入管から地下水と略同等の比重を有する微小固体のトレーサを供給するとともに、その地下水の流れに沿って流動する前記トレーサに当該領域に吊下した複数の超音波センサから超音波を一定時間毎に送信してその超音波エコーを検出し、この検出エコーデータから前記地下水中における超音波の伝播時間および音速を基にして前記各超音波センサと前記トレーサとの間の距離の時間的変化を求めることにより前記トレーサの三次元的な連続移動位置を計測し、この計測結果により得られた前記トレーサの動きに基づいて前記地下水の流れ方向および流速を計測することを特徴とする高圧高温流体の流向および流速計測方法。
- 請求項１記載の高圧高温流体の流向および流速計測方法において、同一の水平面上に配置した複数の超音波センサから異なる方向に沿う超音波を送信して地下水中のトレーサから反射した超音波エコーを検出し、この検出したエコーデータに基づいて得られた前記超音波センサと前記トレーサとの距離を、ボーリング孔周囲の地層またはボーリング孔内に導入した基準反射板等の固定部からの前記超音波センサによる超音波エコーのエコーデータに基づいて補正することを特徴とする高圧高温流体の流向および流速計測方法。
- 請求項２記載の高圧高温流体の流向および流速計測方法において、ボーリング孔周囲の地層または基準反射板等の固定部からの超音波エコーに基づいて地下水中を伝播する音速を求め、この求めた音速データから地下水の平均温度を計測することを特徴とする高圧高温流体の流向および流速計測方法。
- 地表から地盤を地下水が存在する深さ位置まで掘り下げられたボーリング孔に地表から機器を挿入することができる機器吊下手段と、この機器吊下手段によって前記深層地中に吊下げられ、前記ボーリング孔内の特定の深さ位置にある領域を上下方向に液密に区画する上下１対のシール部材と、これらのシール部材によって区画された前記領域内に供給され、その領域内にある地下水と略同等の比重を有する耐熱性の微小固体からなるトレーサと、前記機器吊下手段によって前記領域内の異なる位置に吊下された複数の耐熱構造の超音波センサと、これらの超音波センサに伝送ラインを介して接続され、地表側にて前記超音波センサの送受信操作および検出データの収録および計測を行なう遠隔操作手段とを備え、前記遠隔操作手段は、前記地下水中における前記超音波センサから送信される超音波の伝播時間および音速を基にして前記トレーサからの超音波エコーから前記各超音波センサと前記トレーサとの間の距離の時間的変化を求める手段と、前記トレーサの三次元的な連続移動位置を計測する手段と、その計測結果により得られた前記トレーサの動きに基づいて前記地下水の流れ方向および流速を計測する手段とを有することを特徴とする高圧高温流体の流向および流速計測装置。
- 請求項４記載の高圧高温流体の流向および流速等計測装置において、超音波センサは、全面が密封された金属ケースに圧電素子を内蔵するとともに、前記圧電素子と金属ケースとをろう材により接合し、かつ前記金属ケースの表面に耐食性金属をコーティングしたものであることを特徴とする高圧高温流体の流向および流速計測装置。
- 地表から地盤を地下水が存在する深さ位置まで掘り下げられ、地下水が存在するボーリング孔内の特定の領域を、地上から吊下げた上下１対のシール構造によって液密に区画し、この区画された領域内の地下水中にその地下水と略同等の比重を有する微小固体からなるトレーサを供給し、前記地下水の流れに沿って微小速度で浮上または沈降しつつ流動する前記トレーサを、当該領域に吊下した光学系を有する撮像手段により拡大画像として連続的に撮像することにより、当該トレーサの三次元的な連続移動位置を計測し、その計測結果により得られた前記トレーサの動きに基づいて前記地下水の流れ方向および流速を計測することを特徴とする高圧高温流体の流速計測方法。
- 地表から地盤を地下水が存在する深さ位置まで掘り下げられたボーリング孔に地表から機器を挿入することができる機器吊下手段と、この機器吊下手段によって前記深層地中に吊下げられ、前記ボーリング孔内の特定の深さ位置にある領域を上下方向に液密に区画する上下１対のシール部材と、これらのシール部材によって区画された前記領域内に供給され、その領域内にある地下水と略同等の比重を有する耐熱性の微小固体からなるトレーサと、前記機器吊下手段によって前記領域内に臨む位置に吊下された複数の耐熱構造の光学系を有する撮像手段と、この撮像手段に伝送ラインを介して接続され、地表側にて前記撮像手段の撮像操作および得られる画像データの収録を行なう遠隔操作手段とを備え、前記遠隔操作手段は、前記地下水中における前記撮像手段から送信される画像データを基にして前記トレーサの三次元的な連続移動位置を計測する手段と、その計測結果により得られた前記トレーサの動きに基づいて前記地下水の流れ方向および流速を計測する手段とを有することを特徴とする高圧高温流体の流向および流速計測装置。
- 請求項７記載の高圧高温流体の流向および流速計測装置において、撮像手段は、先端側に光ファイバー、レンズ等の光学手段を組み込んだ単数または複数のカメラと、このカメラの先端側を地下水が存在する領域から隔離する透明な耐熱性の隔離板とを有し、前記領域内のトレーサの拡大画像を得るものであることを特徴とする高圧高温流体の流向および流速測定装置。
- 請求項４，５または６のいずれか１項に記載の高圧高温流体の流向および流速測定装置において、トレーサを、比重が地下水に近い有機系材料からなる球構造、または前記地下水よりも比重が大きい外層でそれよりも比重が小さい球を被覆する構造、または前記地下水よりも比重が大きい金属球等をそれよりも比重が小さい外層で覆った２層以上の多層球状構造を有するものとしたことを特徴とする高圧高温流体の流向および流速測定装置。
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