(57)【要約】  採水時に周りの水隗や層をできるだけ乱さずに、連続的に異なる深度、異なる地点、異なる時間等で数多く採水可能で、小型で安価な採水装置を提供する。  吸引した試料を保存する細管と、真空チャンバーと、前記細管の一方の端部と前記真空チャンバーとを接続した管路途中に設けた電磁弁と、試料を吸引する吸引口と、前記細管の他方の端部と前記吸引口とを接続する管路途中に設けた流体挿入手段を備えた採水装置であって、電磁弁を開くことにより前記細管の一方端部が真空チャンバーに連通し真空吸引により試料を吸引口から吸引するものであり、流体挿入手段は、吸引される試料の途中に試料とは別の流体を挿入することにより細管内に保持される試料を前記別の流体で区分けするものであることを特徴とする。
2016006609.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸引した試料を保存する細管と、真空チャンバーと、前記細管の一方の端部と前記真空チャンバーとを接続した管路途中に設けた電磁弁と、試料を吸引する吸引口と、前記細管の他方の端部と前記吸引口とを接続する管路途中に設けた流体挿入手段を備えた採水装置であって、
前記電磁弁は、電磁弁を開くことにより、前記細管の一方の端部が前記真空チャンバーに連通し真空吸引により試料を前記吸引口から吸引するものであり、
前記流体挿入手段は、吸引される試料の途中に試料とは別の流体を挿入することにより前記細管内に保持される試料を前記別の流体で区分けするものであることを特徴とする採水装置。
【請求項２】
前記細管は、採水装置に着脱自在な採水ボビンに巻き付け収容されていることを特徴とする請求項１記載の採水装置。
【請求項３】
前記細管の一方の端部と前記真空チャンバーとを接続した管路の前記電磁弁の上流側に試料到達センサーを設け、前記細管内に吸引保持された試料が当該センサー位置まで到達したことを検知して前記電磁バルブを閉じることを特徴とする請求項１または２記載の採水装置。
【請求項４】
前記試料を吸引口から細管内に吸引を開始した時刻から試料が試料到達センサーに到達する時刻までの吸引時間ｔと、前記吸引口の圧力ｐ１から、ハーゲンポワズイユの法則を用いて試料の粘性係数ηを求める粘性係数測定手段を有することを特徴とする請求項３記載の採水装置。
【請求項５】
前記吸引口の圧力ｐ１は、吸引口の深度から算出することを特徴とする請求項４記載の採水装置。
【請求項６】
吸引した試料を保存する細管と、耐圧容器内に設けられたポンプと、前記細管の一方の端部と前記ポンプの吸気側とを接続した管路と、試料を吸引する吸引口と、前記細管の他方の端部と前記吸引口とを接続する管路途中に設けた流体挿入手段を備えた採水装置であって、
前記ポンプのＯＮにより前記ポンプの吸気側に接続した前記細管の一方の端部から吸引することにより試料を前記吸引口から吸引し、前記ポンプの排気は前記耐圧容器内に排気されるものであり、
前記耐圧容器内に設けられた前記流体挿入手段は、吸引される試料の途中に試料とは別の流体を挿入することにより前記細管内に保持される試料を前記別の流体で区分けするものであり、
前記細管の一方の端部と前記ポンプの吸気側とを接続した管路内の上流側に試料到達センサーを設け下流側に電磁弁を設け、前記細管内に吸引保持された試料が前記試料到達センサー位置まで到達したことを検知して前記電磁バルブを閉じるとともに前記ポンプをＯＦＦすることを特徴とする採水装置。
【請求項７】
前記細管は、採水装置に着脱自在な採水ボビンに巻き付け収容されていることを特徴とする請求項６記載の採水装置。
【請求項８】
電磁弁を開いて細管の一方の端部と真空チャンバーを連通させて試料を吸引口から真空吸引し、吸引された前記試料を前記細管内に保存する採水方法であって、
前記吸引口と前記細管の他方の端部とを接続する管路の途中に設けた流体挿入手段により、吸引される試料の途中に試料とは別の流体を挿入することにより前記細管内に保持される試料を前記別の流体で区分けすることを特徴とする採水方法。
【請求項９】
前記細管および前記真空チャンバーを備えた採水装置全体の浮力調整により、自由沈降あるいは自由浮上しながらあるいは特定深度あるいは特定深度間をただよいながら、採水を行うことを特徴とする請求項８記載の採水方法。
【請求項１０】
電磁弁を開いて細管の一方の端部と真空チャンバーを連通させて試料を吸引口から真空吸引を開始した時刻から、前記試料が試料到達センサーに到達する時刻までの吸引時間ｔを測定し、当該吸引時間ｔそのときの吸引口の圧力ｐ１から試料の粘性係数ηをハーゲンポワズイユの法則
η＝πａ４（ｐ１−ｐ２）／（８ＱＬ）
を用いて、ただしａは細管の半径、Ｌは細管の長さ、ｐ２＝０（真空）、Ｑ＝πａ２Ｌ／ｔである、を求める粘性係数測定方法。
【請求項１１】
耐圧容器内に設けられたポンプのＯＮにより前記ポンプの吸気側に接続した細管の一方の端部から吸引して試料を吸引口から吸引するとともに、前記ポンプの排気は前記耐圧容器内に排気し前記細管内に試料を保存する採水方法であって、前記吸引口と前記細管の他方の端部とを接続する管路の途中に設けた流体挿入手段により、吸引される試料の途中に試料とは別の流体を挿入することにより前記細管内に保持される試料を前記別の流体で区分けし、前記細管の一方の端部と前記ポンプの吸気側とを接続した管路内の上流側に試料到達センサーを設け下流側に電磁弁を設け、試料が前記試料到達センサー位置まで到達したことを検知したら前記電磁バルブを閉じるとともに前記ポンプをＯＦＦすることを特徴とする採水方法。
【請求項１２】
前記細管および前記ポンプを備えた採水装置全体の浮力調整により、自由沈降あるいは自由浮上しながらあるいは特定深度あるいは特定深度間をただよいながら、採水を行うことを特徴とする請求項１１記載の採水方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海水、陸水、プラント内液体試料等から採水する採水装置に関するものであって、海洋調査、湖沼調査、井戸水調査、環境調査、プラント内の液体分析調査、海洋工事にともなう濁度成分調査、海砂の採取にともなう調査発電所の温排水の影響調査、工場排水の拡散調査等に利用できるものであり、さらに粘性係数の測定にも利用できるものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の採水装置は、ある程度容積のある採水容器を特定の深度に沈め、そこで採水口を開口することで採水していた（例えば非特許文献１、２参照）。この方法では蓋があくことにより周りの水隗を乱すことがあった。非生物を対象とする場合はそれでもよかったが、生物の現存量を調査する場合、生物は蓋の動作により生成された乱流を検知し逃避することが多く、現存量測定の精度に影響が及ぼされていた。
また湖沼や海洋では深度方向に測定対象が深度方向に分布しているが、深度別試料採取による分布調査をする際には採水時にできるだけ本来の分布構造を乱さない配慮が必要である。
また深度分布を測定するためには例えば１０層の水を測定しようと思えば１０の採水チャンバーが必要であった。
一方プランクトン現存量を測定するためには、その対象とするプランクトンの個体数密度をｎ［個／ｍｌ］とすると約１０個体あれば個体数密度が議論できる量とするとｎ／１０＞１とすればよい。例えば沿岸域の植物プランクトンの場合細胞数密度が１０［細胞／ｍｌ］以上であることがほとんどなので１［ｍｌ］程度の採水で十分である。
一方、これまでの測定から海洋や湖沼、河川には化学物質濃度や生物量は微細な鉛直分布や空間分布があることが知られている。そこでこれら分布を調べるためには連続的に異なる深度や異なる地点、異なる時間で採水する必要がある。ところが海は広大でまた状況は時々刻々変化する事が多いので、多くの地点や多くの深度で採水する必要がある。そのため採水器は安価でかつ採水は短時間で終了することが望ましい。
海水や水の粘度は温度依存性が大きく、温度を維持しながら測定することが望ましい。粘性係数は非特許文献３等にあるようにレオメータを用いて測定するかあるいは細管粘度計を用いて測定される。そのため現場海水を実験室に持ち帰り測定する必要があった。そのため現場海域の粘性が変化している恐れがあり、また深度別、あるいは場所別、時刻別の粘性係数を測定するためにはその数の試料を採水する必要があった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】気象庁編、「海洋観測指針」１９９９年
【非特許文献２】Oliver,Wurl,ed.「Practical guidelines for the analysis of seawater」Chapter 1 Sampling and sample treatments.，CRC Press (2009)
【非特許文献３】I Jenkinson,「Bulk-phase viscoelastic properties of seawater」, Oceanologica Acta 16 (4), 317-334(1993)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
採水に際して周りの水隗を乱すことがなく、層をできるだけ乱さない採水装置であって、連続的に異なる深度や異なる地点、異なる時間で数多く採水することが可能な、小型で安価な採水装置を提供することを目的とする。
さらに、海洋および陸水の粘性係数を現場で測定する装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明は、吸引した試料を保存する細管と、真空チャンバーと、前記細管の一方の端部と前記真空チャンバーとを接続した管路途中に設けた電磁弁と、試料を吸引する吸引口と、前記細管の他方の端部と前記吸引口とを接続する管路途中に設けた流体挿入手段を備えた採水装置であって、前記電磁弁は、電磁弁を開くことにより、前記細管の一方の端部が前記真空チャンバーに連通し真空吸引により試料を前記吸引口から吸引するものであり、前記流体挿入手段は、吸引される試料の途中に試料とは別の流体を挿入することにより細管内に保持される試料を前記別の流体で区分けするものであることを特徴とする。
また、本発明は、上記採水装置において、前記細管は、採水装置に着脱自在な採水ボビンに巻き付け収容されていることを特徴とする。
また、本発明は、上記採水装置において、前記細管の一方の端部と前記真空チャンバーとを接続した管路の前記電磁弁の上流側に試料到達センサーを設け、前記細管内に吸引保持された試料が当該センサー位置まで到達したことを検知して前記電磁バルブを閉じることを特徴とする。
また、本発明は、上記採水装置において、前記試料を吸引口から細管内に吸引を開始したあとの、ある時刻からある程度後の時刻との差ｔと、前記吸引口の圧力ｐ１から、ハーゲンポワズイユの法則を用いて試料の粘性係数ηを求める粘性係数測定手段を有することを特徴とする。流速が定常とみなせる状態にあればある程度後の時刻は試料が到達センサーに到達する時刻でもよい。
また、本発明は、上記採水装置において、前記吸引口の圧力ｐ１は、吸引口の深度から算出することを特徴とする。
また、本発明は、吸引した試料を保存する細管と、耐圧容器内に設けられたポンプと、前記細管の一方の端部と前記ポンプの吸気側とを接続した管路と、試料を吸引する吸引口と、前記細管の他方の端部と前記吸引口とを接続する管路途中に設けた流体挿入手段を備えた採水装置であって、前記ポンプのＯＮにより前記ポンプの吸気側に接続した前記細管の一方の端部から吸引することにより試料を前記吸引口から吸引し、前記ポンプの排気は前記耐圧容器内に排気されるものであり、前記耐圧容器内に設けられた前記流体挿入手段は、吸引される試料の途中に試料とは別の流体を挿入することにより前記細管内に保持される試料を前記別の流体で区分けするものであり、前記細管の一方の端部と前記ポンプの吸気側とを接続した管路内の上流側に試料到達センサーを設け下流側に電磁弁を設け、前記細管内に吸引保持された試料が前記試料到達センサー位置まで到達したことを検知して前記電磁バルブを閉じるとともに前記ポンプをＯＦＦすることを特徴とする。
また、本発明は、上記採水装置において、前記細管は、採水装置に着脱自在な採水ボビンに巻き付け収容されていることを特徴とする。
また、本発明は、電磁弁を開いて細管の一方の端部と真空チャンバーを連通させて試料を吸引口から真空吸引し、吸引された前記試料を前記細管内に保存する採水方法であって、前記吸引口と前記細管の他方の端部とを接続する管路の途中に設けた流体挿入手段により、吸引される試料の途中に試料とは別の流体を挿入することにより前記細管内に保持される試料を前記別の流体で区分けすることを特徴とする。
また、本発明は、上記採水方法において、前記細管および前記真空チャンバーを備えた採水装置全体の浮力調整により、自由沈降あるいは自由浮上しながらあるいは特定深度あるいは特定深度間（ここで、特定深度間とは深度「○○」から「○○」メートルまでを採水することを意味する）をただよいながら、採水を行うことを特徴とする。
また、本発明は、電磁弁を開いて細管の一方の端部と真空チャンバーを連通させて試料を吸引口からある地点から別の地点に到達する時刻までの吸引時間ｔを測定し、当該吸引時間ｔそのときの吸引口の圧力ｐ１から試料の粘性係数ηをハーゲンポワズイユの法則
η＝πａ４（ｐ１−ｐ２）／（８ＱＬ）
を用いて、ただしａは細管の半径、Ｌはある地点から別の地点までの距離（例えば細管の長さ）、ｐ２＝０（真空）、Ｑ＝πａ２Ｌ／ｔである、を求める粘性係数測定方法である。この法則は定常流を過程しているため、流速は吸引管内の定常流とみなせるところで測定するものとする。
また、本発明は、上記粘性係数測定方法において、前記細管および前記真空チャンバーを備えた採水装置全体の浮力調整により、自由沈降あるいは自由浮上しながらあるいは特定深度をただよいながら、粘性係数を求めることを特徴とする。
また、本発明は、耐圧容器内に設けられたポンプのＯＮにより前記ポンプの吸気側に接続した細管の一方の端部から吸引して試料を吸引口から吸引するとともに、前記ポンプの排気は前記耐圧容器内に排気し前記細管内に試料を保存する採水方法であって、前記吸引口と前記細管の他方の端部とを接続する管路の途中に設けた流体挿入手段により、吸引される試料の途中に試料とは別の流体を挿入することにより前記細管内に保持される試料を前記別の流体で区分けし、前記細管の一方の端部と前記ポンプの吸気側とを接続した管路内の上流側に試料到達センサーを設け下流側に電磁弁を設け、試料が前記試料到達センサー位置まで到達したことを検知したら前記電磁バルブを閉じるとともに前記ポンプをＯＦＦすることを特徴とする。
また、本発明は、上記採水方法において、前記細管および前記真空チャンバーを備えた採水装置全体の浮力調整により、自由沈降あるいは自由浮上しながらあるいは特定深度あるいは特定深度間（ここで、特定深度間とは深度「○○」から「○○」メートルまでを採水することを意味する）をただよいながら、採水を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明では、連続して吸引するので、別の流体を挿入する間隔を制御することで、鉛直分解能を自由に設定できる。同様に、水平分解能、時系列分解能も自由に設定できる。
また、簡単な構造なので安価に採水装置を製作することができる。
また、チューブ内に採水されているので採水後の分析も容易である。
また、従来例えば濁度計は現場で濁度を、クロロフィル計などは鉛直プロファイルを測定する機器として海洋でよく使われるが、本発明では、測定対象の水柱を採集するので、採集後分析することで何を測定していたのか検証することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の採水装置の一実施例を示した図である。
【図２】本発明の採水装置を用いて深度方向に上下動しながらゆっくり沈降する場合を示した図である。図は下向きに深度が増加する方向であり、時間の経過にともなって上下の矢印で示したように、上下動しながらゆっくり沈降していく。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の採水装置では、細管に試料を吸引することで、吸引した時刻に対応した系列で細管中に試料が保存され、また細管から取り出すときもその位置情報が維持される。
また、採水時あるいは事後に細管中に油、気体（例えば泡）、などの別の流体を挿入して上記位置情報の維持を確保する。
また、真空吸引により、ポンプなどを使わないで採水する。したがって、あらかじめ空気で採水室が満たされている採水装置では空気を外部に逃がす機構が必要であったが、本発明の真空吸引だとそのような機構が不要となる。さらに、空気吸引式だと、深度が１［ｍ］以下などの浅い層では著しく吸引力が落ちるが、本発明の真空方式ではその心配もない。またシリンジを利用して吸引する従来方式もあるが、この場合だとシリンジの駆動機構や駆動エネルギーが必要になり、また採取する数だけのシリンジおよび容器を用意する必要があった。しかしながら、本発明では、隔離用流体を挿入するタイミングを高頻度にすれば高精細の鉛直分解採水が可能となり、同様に高精細な水平分解採水、高精細な時系列分解採水なども可能となる。
さらに、本発明では細管に試料を吸引し保存しているので、流水式の分析装置を用いるときは本装置で採水された試料を流すだけで、鉛直分布の測定が可能である。また、止水分析装置のためには泡等で分離されているので泡ごとの試料を容器に集め分析すればよい。また、同様に、泡分離の利用により時系列変化の測定にも利用できる。
【０００９】
細管を真空に吸引するとき、細管内の流体の流速はハーゲンポワズイユの法則に従うことが知られている。細管内に試料が満たされているとした場合、流量Ｑは細管の入口と出口の圧力差ｐ１−ｐ２と細管の半径ａの四乗で決まり、次式（１）で計算できる。
Ｑ＝πａ４（ｐ１−ｐ２）／（８ηＬ）                      （１）
ここで、ηは粘性係数、Ｌは細管の長さである。
細管での採水量については、例えば、細管径４［ｍｍφ］、細管長さ４０［ｍ］であれば、約５００［ｃｃ］の採水が可能である。
【実施例】
【００１０】
（実施例１）
図１に本発明の採水装置の一実施例である実施例１を示す。
図１において、細管は、外径６［ｍｍφ］、内径４［ｍｍφ］、長さ４０［ｍ］のチューブを採用し、採水ボビンに巻きつけ装着する。採水ボビンは、外径７６［ｍｍφ］、内容積９００［ｃｃ］の真空チャンバーの外側に嵌挿し採水ボビン取り外しねじで取り付けられる。真空チャンバーに連接した耐圧容器（ＰＶＣ管、外径１４０［ｍｍφ］）内に、電池（単一２本）、水セパレート用ベーパーインジェクター、着水センサー（２）、水到達センサー、電磁弁、吸水速度調整用真空レギュレータ、配管系等が収容されている。耐圧容器には、内部管路に連通する吸引口と、２つの採水ボビン切り離し弁付カプラを備えており、外側には着水センサー（１）が設けられている。水セパレート用ベーパーインジェクターは、プッシュ型ソレノイド、ピストン、ピストン付勢用スプリング、圧縮室（容積０．１〜１［ｃｃ］）、逆止弁を有している。
吸引口に接続された管路途中に着水センサー（２）が設けられ、続く管路途中には逆止弁を介して圧縮室が接続されており、ピストンの駆動により逆止弁を通ってセパレータエアが注入されるものであり、続く管路は採水ボビン切り離し弁付カプラに接続されている。この採水ボビン切り離し弁付カプラには、採水ボビンに巻きつけられたチューブの一方の端部がカプラで接続される。チューブの他方の端部は、もう一方の採水ボビン切り離し弁付カプラに接続される。こちらの採水ボビン切り離し弁付きカプラに接続された管路に途中には順に、水到達センサー、電磁弁、吸水速度調整用真空レギュレータが設けられており、その後管路は真空チャンバーに接続されている。また、こちらの採水ボビン切り離し弁付カプラには、真空チャンバー内を真空にするときに真空ポンプとカプラ接続されるものである。
図示した採水装置の全長は７００［ｍｍ］、最大径部１８０［ｍｍφ］である。なお、図中に示した寸法等は例示のために示したものであって、これに限定されるものではない。【００１１】
次に、図１の採水装置を用いて採水する使用方法を以下に説明する。
（１）採水装置を投入後、着水センサー（１）及び着水センサー（２）の導通により電磁弁が開き真空チャンバーに連通することにより真空吸水が始まり、１秒後にベーパーインジェクターが０．１［ｃｃ］のセパレータエアを注入し、その後真空吸水、セパレータエア注入を繰り返す。着水センサーは深度計と連動して所定の深度で動作を開始するものや、ロープを牽引してスイッチを入れるものでもよい。
（２）吸水速度は真空レギュレータ（吸水速度調整用）の絞り加減（コンダクタンス）で調整する。ただし、細管接続、細管長さで調整が可能ならコストダウンのため真空レギュレータを省くことができる。例えば、図中の記載「真空レギュレータが不要の場合接続はφ１．８×φ１チューブ（すなわち外径１．８［ｍｍφ］、内径１［ｍｍφ］）で接続」参照。
（３）水到達センサー（試料到達センサー）まで吸水が進むと電磁弁を閉じ、ベーパーインジェクター用ソレノイドを停止し採水を完了し機器を引き上げる。
（４）採水ボビンの交換は採水ボビン切り離し弁付カプラを２カ所切り離し、採水ボビン取り外しねじを外して交換する。
（５）真空ポンプを、真空チャンバーに連通している方の採水ボビン切り離し弁付カプラに接続し、着水センサーを利用して電磁弁を開き、真空ポンプで真空チャンバー内の真空度を元に戻す（このとき、水到達センサーの水分を確実に抜き取ることが必要である。）。
（６）新しい採水ボビンを組み込み、採水ボビン切り離し弁付カプラを２カ所接続後次回採水を行う。
（７）電源は図の実施例では乾電池２本でレイアウトしているが、単一電池に限ることなく消費電力に応じた各種電源を用いることができる。【００１２】
（実施例２）
上記実施例１の装置では真空チャンバーを用いて真空吸引によりチューブ内に採水する方式であったが、真空チャンバーに代えてポンプを用いて吸引する方式でもチューブ内に採水することができる。
すなわち、ポンプを用いた本実施例２では、図１に示された水到達センサーから電磁弁に接続された管路の先をポンプの吸気側に接続し、ポンプの排気側は耐圧容器内に排気するようにすれば、排気が海水中に排出されることはなく、実施例１の真空チャンバー方式と同様に採水装置の周りの水隗を乱すことがない。なお、ポンプの排気側は、吸水材を充填したバッファ容器内を通って耐圧容器内に開放しておけば、水到達センサーにより水到達を検知した出力に応じて電磁弁を閉じるときに、万一水がポンプ内を通って圧力容器内に排出されようとしても、バッファ容器内の吸水材に吸水されるので圧力容器内に水が溢れ出ることがない。さらに、ポンプ排気側とバッファ容器の間に三方弁を接続し、三方弁を介してバッファ容器内の水を耐圧容器の外部から排出可能な管路を設けておけば、当該管路を通じて採水終了後にバッファ容器内の水を排水することができる。
また、実施例１では、図１の真空チャンバーのチャンバー壁が採水ボビンの支持筒を兼ねた構造であったが、本実施例２では、真空チャンバーの代わりにポンプを用いるので採水ボビンの支持筒は耐圧容器の一部で構成するので、支持筒空間内はポンプや電池や制御装置などの部品を収納する空間として利用できる。
その他の構成は、実施例１と同様の構成である。【００１３】
以上のように構成された実施例２の採水装置を用いて採水する使用方法を、以下に説明する。
（１）実施例２の採水装置を投入後、着水センサー（１）及び着水センサー（２）の導通により電磁弁が開きポンプがＯＮとなり吸引することにより吸水が始まり、１秒後にベーパーインジェクターが０．１［ｃｃ］のセパレータエアを注入し、その後吸水、セパレータエア注入を繰り返す。着水センサーは深度計と連動して所定の深度で動作を開始するものや、ロープを牽引してスイッチを入れるものでもよい。
（２）吸水速度はポンプの電流制御あるいは電圧制御によって調整する。なお、ポンプを途中で一次ＯＦＦすることにより吸水を一次停止することも可能である。
（３）水到達センサー（試料到達センサー）まで吸水が進むと電磁弁を閉じ、ポンプをＯＦＦするとともにベーパーインジェクター用ソレノイドを停止し採水を完了し機器を引き上げる。
（４）採水ボビンの交換は採水ボビン切り離し弁付カプラを２カ所切り離し、採水ボビン取り外しねじを外して交換する。
（５）採水ボビン切り離し弁付カプラ側から、水到達センサーの水分を確実に抜き取る。また、バッファ容器内の水分も抜き取る。
（６）新しい採水ボビンを組み込み、採水ボビン切り離し弁付カプラを２カ所接続後次回採水を行う。
（７）電源は図の実施例では乾電池２本でレイアウトしているが、単一電池に限ることなく消費電力に応じた各種電源を用いることができる。
本実施例２では、採水速度等がポンプの電流制御あるいは電圧制御によってアクティブに制御でき、また、ポンプで吸引したチューブ内のエアは耐圧容器内に排気されるので、排気されたエアはセパレータエアとして再利用することができる。【００１４】
実施例１及び２の本装置を複数水平方向や垂直方向に配置すれば深度方向や水平方向の水隗構造の時間変化を測定することができる。
また深度計と時刻記録装置を装置に付帯させることで、様々な利用が可能である（例えば深度「○○」から「○○」メートルまで採水など）。
本装置全体の密度を周りの媒質と若干変えることで、正の浮力、あるいは、負の浮力をえることができる。すなわち、自由浮上、あるいは、自由落下となる。この様に浮力調整しておいて、例えば自由沈降させながら採水する。図２に示す様に、従来の船や係留系の採水では不可能であった深度で、本装置で採水すれば設定した深度間で細かい採水が可能である。図のように仮に上下動をしたとしても、セパレーターの数あるいは水の容量と泡注入の記録と装置に組み込まれた記録式深度計のデータからどの深度で採水された水かを知ることができる。【００１５】
従来、水中の薄い層から水を採取する方法にフィルターやガラス板を水に浸すという方法がある。その後、表面についた、水をワイパーのようなもので集めるという方法である。この方法では例えば１［ｃｍ］や５［ｍｍ］の層からの採取が可能であるが、連続する多くの層から採取することが難しい。
また、深度「○○」［ｍ］から採取するときに、例えば従来のニスキンボトルではすでに書かれているように乱流も問題であるが、採水している間の深度の不確かさも問題となる。例えば船から採水器をつっても船は水面に対して０．５〜数［ｍ］の振幅で振動しており、どの深度か不確かになる。そのため、採水による鉛直分布測定の分解能は１［ｍ］が限界となっていた。
そこで、本発明の採水装置であるが、自由沈降で用いるとする。また採水装置に深度計と時計を装備させる。図２のように流れや波の影響を受けて深度方向に上下動しながら沈降する（質量が重いと沈む一方であるが、ゆっくり沈ませる（あるいは浮かせる）と上下動を行う）。この深度と時間を記録しておき、また、液分離用の泡を注入したタイミングを参照することで、どの深度で採水したものかを後から解析するものである。
また本装置の浮力を調節して、採水量に応じて浮力を増すようにすれば、沈降も浮上もしない一定の深度となるよう設定することができる。このように装置を設定すれば、浮力で定まる深度の水を採水することができる。水隗とともに移動しながら採水あるいは粘性係数を測定できる。【００１６】
次に採水装置を多数同時に展開する可能性について説明する。採水装置を深度方向に複数個あるいは水平方向に複数個、あるいは行列上に、あるいは立方格子状に配置することで、３次元分布の測定が可能となる。
また、泡を注入する前後にもう一つピストンを設け、ホルマリンなどの固定液をいれることが可能である。これはプランクトンやバクテリアの生物がそれらの活動により細胞数が増減したり（食べられたり、枯死するなど）するのを避けるためのものである。採水と分析の間に時間が経過しても採水したときの状態を保つことできる。【００１７】
（実施例１の採水装置を粘性係数測定装置として使用する場合）
海水の粘性係数は海洋の流れを支配する重要なパラメーターである。地球環境の変化も海洋の粘性と密接に関係している。しかるに温度と密度から計算して求めることが多い。ところが現実の海は植物プランクトンの分泌物やクラゲの粘液あるいは気泡の混入などにより、粘性は大きく変動する。また海水の粘性は温度と塩分で大きく変化することが知られている。
粘性係数の測定には定常状態の流れに対して細管を用いる方法が従来より知られており、本採水装置の吸入開始時刻と水到達センサーまで到着する時刻を測定することにより水の粘性係数を測定することができる。すなわち、段落０００９記載の式（１）のハーゲンポワズイユの法則から、粘性係数ηは次式（２）で表される。
η＝πａ４（ｐ１−ｐ２）／（８ＱＬ）                    （２）
ここで、ａは細管の半径、（ｐ１−ｐ２）は細管の入口と出口の圧力差、Ｑは流量、Ｌは細管の長さである。したがって、採水開始から水到達センサー（試料到達センサー）が作動するまでの吸引時間ｔを測定すれば、そのときのＱ＝πａ２Ｌ／ｔであるから、式（２）はη＝｛ａ２（ｐ１−ｐ２）／（８Ｌ２）｝ｔとなる。さらに細管の入口と出口の圧力差（ｐ１−ｐ２）については、出口の圧力ｐ２は真空であるからｐ２＝０となり、結局入口（吸引口）の圧力ｐ１がわかれば、η＝｛ａ２ｐ１／（８Ｌ２）｝ｔより算出できる。なお、吸引口の圧力は吸引口の深度から算出可能であるが、圧力計を設けて直接測定することもできる。
また非定常流の場合も一定粘度の流体を流してその流速を測定し、較正式を得ることで粘性係数を求めることができる。
圧力差が重要なので、深度を採水装置の浮力を調整することにより一定にする機構があれば望ましいが、船からの懸架や海底に固定されたところから浮上固定でも、海洋構造物に取り付けてもよい。その際別に深度計で採水装置の吸引口の深度を正確に測定できれば、より粘性係数の測定が正確になる。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
本発明は、海洋調査、湖沼調査、井戸水調査、環境調査、プラント内の液体分析調査、海洋工事にともなう濁度成分調査、海砂の採取にともなう調査等のために、海水、陸水、プラント内液体試料等から採水する採水装置として利用でき、それ以外であっても、液体を採取する装置一般に利用することができる。
本装置を複数水平方向や垂直方向に配置すれば深度方向や水平方向の水隗構造の時間変化を測定することができ、また、本装置は粘性係数測定装置として用いることができる。
【図１】
2016006609.tif 000003
【図２】
2016006609.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成29年2月10日(2017.2.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸引した試料を保存する細管と、真空チャンバーと、前記細管の一方の端部と前記真空チャンバーとを接続した管路途中に設けた電磁弁と、試料を吸引する吸引口と、前記細管の他方の端部と前記吸引口とを接続する管路途中に設けた流体挿入手段を備えた採水装置であって、
前記電磁弁は、電磁弁を開くことにより、前記細管の一方の端部が前記真空チャンバーに連通し真空吸引により試料を前記吸引口から吸引するものであり、
前記流体挿入手段は、吸引される試料の途中に試料とは別の流体を挿入することにより前記細管内に保持される試料を前記別の流体で区分けするものであることを特徴とする採水装置。
【請求項２】
前記細管は、採水装置に着脱自在な採水ボビンに巻き付け収容されていることを特徴とする請求項１記載の採水装置。
【請求項３】
前記細管の一方の端部と前記真空チャンバーとを接続した管路の前記電磁弁の上流側に試料到達センサーを設け、前記細管内に吸引保持された試料が当該センサー位置まで到達したことを検知して前記電磁バルブを閉じることを特徴とする請求項１または２記載の採水装置。
【請求項４】
前記試料を吸引口から細管内に吸引を開始した時刻から試料が試料到達センサーに到達する時刻までの吸引時間ｔと、前記吸引口の圧力ｐ1から、ハーゲンポワズイユの法則を用いて試料の粘性係数ηを求める粘性係数測定手段を有することを特徴とする請求項３記載の採水装置。
【請求項５】
前記吸引口の圧力ｐ1は、吸引口の深度から算出することを特徴とする請求項４記載の採水装置。
【請求項６】
吸引した試料を保存する細管と、耐圧容器内に設けられたポンプと、前記細管の一方の端部と前記ポンプの吸気側とを接続した管路と、試料を吸引する吸引口と、前記細管の他方の端部と前記吸引口とを接続する管路途中に設けた流体挿入手段を備えた採水装置であって、
前記ポンプのＯＮにより前記ポンプの吸気側に接続した前記細管の一方の端部から吸引することにより試料を前記吸引口から吸引し、前記ポンプの排気は前記耐圧容器内に排気されるものであり、
前記耐圧容器内に設けられた前記流体挿入手段は、吸引される試料の途中に試料とは別の流体を挿入することにより前記細管内に保持される試料を前記別の流体で区分けするものであり、
前記細管の一方の端部と前記ポンプの吸気側とを接続した管路内の上流側に試料到達センサーを設け下流側に電磁弁を設け、前記細管内に吸引保持された試料が前記試料到達センサー位置まで到達したことを検知して前記電磁バルブを閉じるとともに前記ポンプをＯＦＦすることを特徴とする採水装置。
【請求項７】
前記細管は、採水装置に着脱自在な採水ボビンに巻き付け収容されていることを特徴とする請求項６記載の採水装置。
【請求項８】
電磁弁を開いて細管の一方の端部と真空チャンバーを連通させて試料を吸引口から真空吸引し、吸引された前記試料を前記細管内に保存する採水方法であって、
前記吸引口と前記細管の他方の端部とを接続する管路の途中に設けた流体挿入手段により、吸引される試料の途中に試料とは別の流体を挿入することにより前記細管内に保持される試料を前記別の流体で区分けすることを特徴とする採水方法。
【請求項９】
前記細管および前記真空チャンバーを備えた採水装置全体の浮力調整により、自由沈降あるいは自由浮上しながらあるいは特定深度をただよいながら、採水を行うことを特徴とする請求項８記載の採水方法。
【請求項１０】
前記真空吸引を開始した時刻から、前記試料が前記細管の途中に設けられた試料到達センサーに到達する時刻までの吸引時間ｔを測定し、当該吸引時間ｔそのときの前記吸引口の圧力ｐ1から試料の粘性係数ηをハーゲンポワズイユの法則
η＝πａ4(ｐ1−ｐ2)／(８ＱＬ)
（ただしａは前記細管の半径、Ｌは前記細管の長さ、ｐ2＝０（真空）、Ｑ＝πａ2Ｌ／ｔである）を用いて粘性係数を与えることを特徴とする請求項８又は９に記載の採水方法。
【請求項１１】
耐圧容器内に設けられたポンプのＯＮにより前記ポンプの吸気側に接続した細管の一方の端部から吸引して試料を吸引口から吸引するとともに、前記ポンプの排気は前記耐圧容器内に排気し前記細管内に試料を保存する採水方法であって、前記吸引口と前記細管の他方の端部とを接続する管路の途中に設けた流体挿入手段により、吸引される試料の途中に試料とは別の流体を挿入することにより前記細管内に保持される試料を前記別の流体で区分けし、前記細管の一方の端部と前記ポンプの吸気側とを接続した管路内の上流側に試料到達センサーを設け下流側に電磁弁を設け、試料が前記試料到達センサー位置まで到達したことを検知したら前記電磁バルブを閉じるとともに前記ポンプをＯＦＦすることを特徴とする採水方法。
【請求項１２】
前記細管および前記ポンプを備えた採水装置全体の浮力調整により、自由沈降あるいは自由浮上しながらあるいは特定深度あるいは特定深度間をただよいながら、採水を行うことを特徴とする請求項１１記載の採水方法。
【国際調査報告】
2016006609.tif 000005
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2016006609.tif 000007
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