JPH02190739A - 水圧感応式採水装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、所定深度の地下水中に降ろすだけで、その深
度の水を自動的に採取できる装置に関するものである。

バネによって付勢されているピストンに水圧がかかると
、ピストンは水圧とバネ力とに応じて変位する。この装
置は、このようなビス−トンの変位を利用しており、所
定の水深で所定量の変位が生じた時に採水容器内に水が
浸入するような採水通路を有する。

本発明に係る水圧感応式採水装置は、特に地下数百ｍ以
上に達する高深度の地下水質の調査に有用である。

［従来の技術］ 所定深度の地下水を採取するために様々な装置が工夫さ
れ使用されてきた０代表的な例としては、ベーラ一方式
の採水器とガス圧力式採水器がある。

ベーラ一方式では、パイプの上下端に上方のみに開く弁
を設けた採水器（これをベーラ−と言う）を用いる。採
水器がポーリング孔内を降下しつづける間、静止してい
る孔内水との相対的運動により弁が押し上げられ、水は
採水器内を下から上へ貫流する。所定深度で採水器の降
下を停止し引き上げると、上下の弁は自動的に閉じ、そ
の深度の水が採水器内に保存される。

実際には弁を所定深度で確実に閉塞させて採水の信鎖性
を高めるため、地上からの支持ロープを伝わせてメツセ
ンジャーと呼ばれる重りを落とし、その衝撃により弁を
閉止させたり、電磁弁構造にして地上から供給する電気
の制御により弁を閉止させることが多い。

ガス圧力式では、内側のみに開く止水弁を備えた採水器
と、それと地上とを連絡する送気ホース及び送水ホース
を用いる。採水器をポーリング孔内の所定深度に降下さ
せ、その内部を送気ホースを使用して減圧する。これに
よって周囲の地下水は止水弁を通して採水器内に浸入す
る０次いで送気ホースを使用して採水器内を加圧すると
、止水弁が閉じ、採水器内部の水は送水ホースを通して
地上に取り出される。

［発明が解決しようとする課題］ 近年、高深度での様々な地下構造物の構想が提起されて
いる。これらの構想を実現するためには５００ｍ以上に
及ぶ深度ポーリングにより、高深度の地下水を採取し分
析することが必要となる。しかし以下に述べるような理
由のため、従来の技術ではこのような調査には対応でき
ない。

前述したような従来の採水装置では地上からの何らかの
操作が必要であり、採水器を支持するロープの他に、メ
ツセンジャー伝達用ロープや電磁弁作動用の電線、送気
及び送水ホース等をポーリング孔に挿通しなければなら
ず、深度が増すほど採水器の挿入が困難になる。またベ
ーラ一方式の採水装置では、例え高深度まで挿入できた
としてもメツセンジャーの落下による弁閉止の確実性は
大幅に低下する。更に例え採水できたとしても採水器の
気密性が保持されないから、成分変化のため正確な分析
を行えなくなる問題がある。これは、高深度の水中から
地上に引き上げる間に減圧のため水に溶は込んでいる物
質がガス化して散逸するためである。またガス圧力式の
場合には、高深度では水圧が非常に高くなるから（例え
ば水深５０（１ｍでは５０　ｋｇｆ／ｃｍ”になる）、
地上でのガス圧力の制御では保水は不可能である。

本発明の目的は、所定深度の地下水中に装置を降ろすだ
けで、その深度の地下水を簡便に採取でき、且つ採取し
た地下水の成分変化が生しないように地上まで引き上げ
ることができるため、特に高深度の地下水採取に適した
装置を提供することにある。

［！Ｉｌｌを解決するための手段］ 上記の技術的課題を解決できる本発明は、バネによって
支えられているピストンが水深に比例した力を受けたと
き、その力に応じて変位することを利用し、所定変位が
生じた時に採水容器内に周囲の水を導入する採水通路が
形成されるような構成になっている。

この装置は、筒状の採水容器と、その採水容器を縦貫し
軸方向に摺動可能に支持されるピストンを備えている。

ピストンは、それを軸方向に付勢するバネによって支え
られる。バネはその変形の許容範囲を規定するバネケー
スに納められている。また前記ピストンの表面にはピス
トンの変位に応じて採水容器の内外間を連通または遮断
するための空気放出溝および採水溝が形成されている。

この連通および遮断は、採水容器の上下壁に対する空気
放出溝と採水溝の位置関係によって制御される。

より好ましい構成としては、バネケースを取り囲むよう
な筒状のケーシングを使用し、それと筒状の採水容器と
を連結可能とする。ケーシングの連結部近傍に開口部を
形成する。また採水容器の下端部には採水ノズルを設け
る。該採水ノズルは、採水溝の下降時に、一端が該採水
溝と連絡可能で他端が前記開口部に臨むような構造にす
る。空気放出溝の長さは採水容器の上部壁の高さよりも
やや大きく、採水溝の長さは採水容器の下部壁の高さよ
りもやや大きい、所望の採水深度に達していない状態で
は、空気放出溝及び採水溝の下端はそれぞれ採水容器の
上部壁及び下部壁内に位置している。

またケーシングに対してバネケースを軸方向に移動可能
とし、その移動量を制御する採水深度調節機構を付設し
て、容易に任意の深度に対応できるようにするのが好ま
しい。

［作用］ 水中では、水深５００ｍで５０　ｋｇｆ／ｃｍ”　、水
深１０００ｍで１００　ｋｇｆ／ｃｍ”というように深
度に比例した水圧が発生する。この圧力をバネで支えら
れているピストンで受けると、バネの撓みは力（圧力×
ピストン断面積）に比例するため、結局、ピストンの変
位量は水深に比例することになる。

本発明では装置全体は、ローブ等によってポーリング孔
内に吊り下げられ、所定深度まで降ろされる。所定深度
に達するまでの間、ピストンが受ける水圧は徐々に増大
し、それに伴いバネの撓み（−ピストンの変位Ｎ）は大
きくなる。

しかし、空気放出溝及び採水溝の下端はそれぞれ採水容
器の上部壁及び下部壁内に位置しているため、採水容器
の内部は密封状態が保たれ外部の水が浸入することはな
い。

更に降下して装置が所定の採水深度に達すると、更にピ
ストンが変位してそれに形成されている空気放出溝と採
水溝の上下両端はそれぞれ採水容器の上部壁と下部壁と
を跨ぐようになり、採水容器の内部と外部とが連通ずる
。そのため採水容器内の空気は空気放出溝を通って外部
に逃げ、同時に外部の水（ポーリング孔内のその深度で
の水）が採水溝を通って採水容器内に浸入する。従って
採水容器の容積にもよるが、その水深で数分程度保持し
ておくことで採水動作は完了する。

その後、装置を引き上げていくと水圧が徐々に低下し、
それに伴いピストンの変位も基に戻り、空気放出溝と採
水溝の下端がそれぞれ採水容器の上部壁と下部壁内に入
り込むため、採水容器内部は密封される。

このように本発明の装置では、水圧に感応して所定深度
で自動的に採水を行い、それより僅かに浅いところで採
水容器が自動的に密封される。このため採取した水の成
分が変化することはない。

［実施例］ 第１図は本発明に係る水圧感応式採水装置の一実施例を
示す説明図である。この図は地上での組立状態を示して
いる。

この装置は、筒状の採水容器１０と、その内部を縦貫し
軸方向に摺動可能なピストン１２とを備えている。ピス
トン１２の下端にはバネ受け１４を介して高撓みコイル
バネ１６が設けられ、バネ受け１４とバネ１６はバネの
変形許容範囲を規定するバネケース１８内に納められて
いる。なおバネ受け１４はバネケース１８の内壁に対し
て単に滑動自在になっているだけであり、０リングシー
ルなどは設けられていない。

採水容器１０は、円筒状部材２０の上下両端にそれぞれ
上部栓２１と下部栓２２を螺着した構造である。それら
上部栓２１と下部栓２２の中央にはピストン１２が入る
貫通孔が設けられ、各貫通孔の内面にはバッキングが埋
設されピストン１２とのシールを行う。

前記ピストン１２の表面には、その変位に応じて採水容
器１０の内外間をほぼ同時に連通または遮断するための
空気放出溝３０および採水溝３２が形成されている。こ
れらの形成方向は、第２図に詳細に示されているように
ピストン１２の軸方向である。空気放出溝３０及び採水
溝３２の長さは、それぞれ採水容器１０の上部柱２１及
び上部柱２２の軸方向長さよりも若干大きい、また空気
放出溝３０の下端と採水溝３２の下端との距Ｎ（間隔）
は、採水容器１０の上部柱２１の下面と上部柱２２の下
面との距離（間隔）にほぼ等しい。

さてこの実施例では、バネケース１８の外側は筒状のケ
ーシング３４で堰り囲まれ、両者は相対的に軸方向の変
位が可能になっている。ケーシング３４は、その上端で
前記採水容器１０の下端にネジ込みにより連結される。

ケーシング３４の連結部近傍には開口部３６が設けられ
る。採水容器ｌＯの下部には、採水ノズル３８が設けら
れる。この採水ノズル３８は、一端が上部柱２２の下部
に位置し、他端は前記開口部３６に臨むようにクランク
状をなしている。

更にこの装置には採水深度を調節できる機構が付設され
ている。これはバネケース１８の下端に固定され下方に
延びるネジ棒４０と、その先端に固定した調節用ハンド
ル４２と、ネジ欅４０と螺合し且つ前記ケーシング２４
の下端に固定される端栓４４とからなる。ピストン１２
の上部柱３１上方に突出する周面には採水深度設定用の
目盛４４が設けられる。

装置全体は上部柱３１から突設された吊輪４６を利用し
て吊り下げられる。なお、採水容器１０の内部に位置す
る符号５０で示す部材はピストン１２の曲がり防止用の
ガイドである。

採水容器１０の軸方向長さが短い場合には設ける必要は
ない、ピストン１２とバネケース１８との間、及びバネ
ケース１８とケーシング３４との間にはＯリングシール
が設けられる。バネ受け１４に形成されている貫通孔４
８はピストン１２の移動に伴う内部空気の移動を許容す
るためのものである。

次にこの採水装置の使用方法並びに動作について説明す
る。採水を行うには、本装置上部の吊輪４６にローブ等
を取り付けてポーリング孔内に降ろし、所定の深度で数
分程度保持した後、引き上げればよい。

地上では第１図に示すように、空気放出溝３０及び採水
溝３２の下端はそれぞれ採水容器１０の上部柱２１と上
部柱２２の内部に位置しており、採水容器１０の内外は
遮断された状態にある。採水装置が地下水中を降下する
につれてピストン１２にかかる水圧は高くなる。そのた
めピストン１２はバネ１６の力に抗してバネケース１８
内に押し込まれる。この時、バネケース１８内の空気は
バネ受け１４の貫通孔４８を通って上方の空間へ移動す
るため、空気の圧縮による抵抗はほとんど考慮する必要
がない。

従ってピストン１２の変位置は前述のように水深に比例
する。空気放出溝３０及び採水溝３２の下端がそれぞれ
上部柱２１と上部柱２２の内部に位置しているかぎり、
採水容器１０は密封状態を保ち、地下水は浸入できない
。

採水装置が所定の採水深度に達すると、第３図に示すよ
うに、そのときのピストン１２の降下によって空気放出
溝３０及び採水溝３２の下端がそれぞれ上部柱２１と上
部柱２２の下面からはみ出る。つまり空気放出溝３０及
び採水溝３１はそれぞれ上部柱２１と上部柱２２を跨ぐ
ような状態になる。すると採水容器１０内の空気は空気
放出溝３０を通って逃げ、はぼ同時に周囲の地下水は採
水ノズル３８及び採水溝３２を通って採水容器１０内に
浸入する。その位置で数分保持することによって採水容
器ｌＯ内は地下水で満たされる。

その後この装置を引き上げていくと水圧が低くなるから
、ピストン１２が徐々に上昇し、空気放出溝３０及び採
水溝３２の下端がそれぞれ上部柱２！と上部柱２２の内
部に入り込む、そのため採水容器１０は自動的に密封さ
れる。従って採水深度の地下水を、密封状態のまま地上
まで取り出せる。

この地下水を抜き出すには、採水ノズル３８に採水バイ
ブ等を接続し、調節用ハンドル４２を回してバネケース
１８ごとピストン１２を下げればよい、採水溝３２の下
端が採水ノズル３８の位置に達すると、外気が空気放出
溝３０を通って採水容器ｌＯ内に入り、採水容器ｌＯ内
の地下水は採水溝３２、採水ノズル３８及び採水パイプ
を通って流れ出る。

採水深度の変更は、下端の調節用ハンドル４２を回して
ピストン１２上部の目盛４４を合わせるだけでよい、ハ
ンドル４２を回してピストン１２の上部の突出長さが短
くなると、採水溝３２の下端と上部柱２２の下面との距
離が短くなるため、小さな水圧で採水通路が形成される
ようになる。つまり採水深度が浅（なる、それに対して
逆にピストン１２の上部の突出長さが長くなると、採水
溝３２の下端と上部柱２２の下面との距離が長くなるた
め、大きな水圧がかからなければ採水通路が形成されな
くなる。

つまり採水深度が深くなる。

［発明の効果］ 本発明は上記のように、バネで支えられているピストン
が水圧を受けて変位することを利用し採水容器の開閉を
行うように構成されている。

そのため地上からの特別な操作を行うことなく、装置を
所定深度の地下水中に降ろすだけで、水圧に感応して自
動的にその深度の水を採取できる。特に本装置によって
数百ｍ以上もの高深度の地下水の採取を容易に行うこと
ができる。

本発明では採水深度においてのみ採水容器内に地下水が
浸入し、それ以外の深度では採水通路が形成されず、ま
た０リングシール等の作用で気密性が保持される。従っ
て採取した水に圧力変化が生じず成分変化が起こらない
ため、正確な地下水分析を行なえる。また採水容器の内
容積は直径と長さによって決まるから、ポーリング孔の
孔径や曲がりなどにもよるが数リットル程度の大量採水
も可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る水圧感応式採水装置の一実施例の
地上での組立状態を示す説明図、第２図はそのピストン
の部分拡大説明図、第３図は採水深度でのピストンの位
置を示す説明図である。 １０・・・採水容器、１２・・・ピストン、１６・・・
バネ、１８・・・バネケース、２１・・・上部柱、２２
・・・上部柱、３０・・・空気放出溝、３２・・・採水
溝、３６・・・開口部、３８・・・採水ノズル。 第１図 特許出願人　　　応用地質株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、筒状の採水容器と、該採水容器を縦貫し軸方向に摺
   動可能に支持されるピストンと、水圧を受けてピストン
   が軸方向に変位するのを支えるバネと、該バネを収容す
   るバネケースと、前記ピストンの変位に応じて採水容器
   の内外間を連通または遮断するためピストンに形成した
   空気放出溝及び採水溝とを具備している水圧感応式採水
   装置。 ２、採水容器は円筒状部材と、その上下端を閉塞し中央
   にピストン貫通孔を有する上部栓及び下部栓とからなり
   、空気放出溝及び採水溝は前記上部栓と下部栓の近傍に
   位置するピストンの表面軸方向に形成され、空気放出溝
   の長さは上部栓の軸方向寸法よりやや大きく、採水溝の
   長さは下部栓の軸方向寸法よりやや大きく、且つ空気放
   出溝の下端と採水溝の下端との距離が、上部栓の下面と
   下部栓の下面との距離にほぼ等しく設定されている請求
   項１記載の水圧感応式採水装置。 ３、バネケースは筒状のケーシングに取り囲まれ、該ケ
   ーシングと採水容器とは軸方向に連結可能な構造をなし
   、ケーシングの連結部近傍には開口部が形成され、採水
   容器下部には、採水溝の下降時に、一端が採水溝と連絡
   可能で他端が開口部に臨む採水ノズルが取り付けられて
   いる請求項１又は２記載の水圧感応式採水装置。 ４、ケーシングはバネケースに対して軸方向に摺動可能
   であり、ケーシング下端にはケーシングとバネケースと
   の軸方向の相対位置を可変する採水深度調節用ハンドル
   が設けられている請求項３記載の水圧感応式採水装置。