(57)【要約】      （修正有）【課題】より単純かつ安価な構成で、コアを還元状態のまま簡便に採取することができるコア採取装置を提供する。【解決手段】コア採取装置は、気泡水生成装置２において、原水タンク４から供給された原水に、窒素ボンベ６から供給された高圧の窒素ガスを混合し、混合された原水中の窒素ガスの気泡を機械的に微粒化し、分散させることによって、原水中の溶存酸素を除去し、微粒の不活性ガスの気泡を含む低酸素状態の気泡水を生成する。そして、この気泡水をコアチューブ２５の下端から外面に沿って上方に循環させながら、コアチューブ２５を回転させることにより、その先端部のビット２６で地盤を掘削するとともに、掘削により得られたコアをインナーチューブ内に採取する。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
加圧状態の不活性ガスが充填された不活性ガス容器と、
原水を貯える原水タンクと、
当該原水タンクから供給された原水に、前記不活性ガス容器から供給された加圧状態の不活性ガスを混合するとともに、当該混合された原水中の不活性ガスの気泡を機械的に微粒化し、分散させることによって、原水中の溶存酸素を除去し、微粒の不活性ガスの気泡を含む低酸素状態の気泡水を生成する気泡水生成装置と、
先端部にビットが形成されたコアチューブ、および、当該コアチューブの下端部に収容されたインナーチューブを有し、前記気泡水生成装置から前記コアチューブ内に供給された気泡水を当該コアチューブの下端から外面に沿って上方に循環させながら、前記コアチューブを回転駆動することにより、前記ビットで地盤を掘削するとともに、当該掘削により得られたコアを前記インナーチューブ内に採取するボーリング機と、
を備えることを特徴とするコア採取装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、地質調査や地中の環境調査などのために、地中からコアを採取するコア採取装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、地質調査や地中の環境調査などの１つの手法として、地中からコアを採取し、観察・分析することが行われている。また、地盤内は通常、還元状態にあるため、地盤の原位置での成分や物性などを精細に調査する場合には、コアを還元状態のまま採取し、酸化によるコアの変質を防止することが必要である。例えば、地下水の汚染調査を行う場合には、採取されたコアが還元状態に保たれていないと、地下水の汚染の原因となるクロム、砒素やマンガンなどの組成が酸化によって変化するため、有効な調査を行うことができない。
【０００３】
本出願人は、このような観点に基づくコア採取装置を開発し、特許文献１においてすでに提案している。このコア採取装置は、地下水などの原水から、溶存酸素を除去するとともに、分散した多数の微粒の気泡を含む脱酸素気泡水を生成する脱酸素気泡水生成装置と、生成された脱酸素気泡水を用いて、地盤を掘削し、コアを採取するボーリング機などで構成されている。
【０００４】
脱酸素気泡水生成装置は、互いに直列に接続された第１ミキサ、第１気液分離器、第２ミキサおよび第２気液分離器を備えている。第１ミキサは、上下方向に延びる筒体に金属片や金属繊維などから成る泡微粒化分散要素を内蔵したものである。この筒体の下端部に窒素などの不活性ガスと原水が供給されると、原水に不活性ガスが混合されることで、原水中の溶存酸素の一部が抽出され、溶存酸素濃度が低下する。また、原水が泡微粒化分散要素を通る際に、原水中の不活性ガスの泡がせん断され、泡の微粒化および分散が促進されることによって、多数の微粒の気泡を含む気泡水が生成される。
【０００５】
生成された気泡水は第１気液分離器に供給される。第１気液分離器は、円筒部とその下側の円錐部を有しており、円筒部に供給された気泡水から、溶存酸素を気体として分離し、排出する。これにより、気泡水中の溶存酸素濃度がさらに低下する。
【０００６】
第２ミキサおよび第２気液分離器は、上述した第１ミキサおよび第１気液分離器と基本的に同じ構成および機能を有しており、第１気液分離器から供給された気泡水に上述した作用を加えることによって、気泡水中の泡の微粒化・分散がさらに促進され、溶存酸素濃度がさらに低下する。これにより、溶存酸素濃度が例えば０．１ｐｐｍ以下まで低下し、脱酸素状態の気泡水が生成される。そして、生成された脱酸素気泡水を用いてボーリングを行うことにより、良質のボーリング孔を形成するとともに、良質のコアを還元状態で採取することができる。なお、より低い溶存酸素濃度の気泡水が要求される場合には、１組以上のミキサおよび気液分離器がさらに追加して用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４０１２８５５号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、この従来のコア採取装置によれば、溶存酸素濃度が非常に低い脱酸素状態の気泡水を用い、コアを還元状態で採取できる。一方で、このコア採取装置は、気泡水を脱酸素状態にするために、上述した構成のミキサおよび気液分離器を少なくとも２組用いることが必要である。このため、装置の構成が複雑で大がかりになり、製造コストが高いとともに、現場での作業性が低いなどの欠点がある。
【０００９】
例えば、コアの採取目的によっては、気泡水を脱酸素状態にすることが必ずしも必要ではなく、コアを還元状態に保てる程度の低酸素状態で十分な場合がある。より具体的には、近時におけるヒートポンプによる地中熱の利用の推進に伴い、それによる地中の微生物の生態への影響を調査するような場合、好気性微生物または嫌気性微生物が生存する溶存酸素濃度の境界は約２ｐｐｍであるので、好気性／嫌気性の微生物の生態を保つためには、溶存酸素濃度がこの境界よりも若干低い状態でコアを採取すれば十分である。しかし、従来のコア採取装置は、そのような要望に柔軟に対応できず、この点において改善の余地がある。
【００１０】
本考案は、このような課題を解決するためになされたものであり、より単純かつ安価な構成で、コアを還元状態のまま簡便に採取することができるコア採取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】
【００１１】
上記の目的を達成するため、本考案によるコア採取装置は、加圧状態の不活性ガスが充填された不活性ガス容器と、原水を貯える原水タンクと、原水タンクから供給された原水に、不活性ガス容器から供給された加圧状態の不活性ガスを混合するとともに、混合された原水中の不活性ガスの気泡を機械的に微粒化し、分散させることによって、原水中の溶存酸素を除去し、微粒の不活性ガスの気泡を含む低酸素状態の気泡水を生成する気泡水生成装置と、先端部にビットが形成されたコアチューブ、および、コアチューブの下端部に収容されたインナーチューブを有し、気泡水生成装置からコアチューブ内に供給された気泡水をコアチューブの下端から外面に沿って上方に循環させながら、コアチューブを回転駆動することにより、ビットで地盤を掘削するとともに、掘削により得られたコアをインナーチューブ内に採取するボーリング機と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
このコア採取装置によれば、その気泡水生成装置に、原水タンクから原水が、不活性ガス容器から加圧状態の不活性ガスが、それぞれ供給される。気泡水生成装置は、原水に加圧状態の不活性ガスを混合するとともに、混合された原水中の不活性ガスの気泡を機械的に微粒化し、分散させる。このような不活性ガスの加圧効果と分散効果によって、原水中の溶存酸素が除去され、微粒の不活性ガスの気泡を含む低酸素状態の気泡水が生成される。以上のように、原水タンクおよび不活性ガス容器から原水および加圧状態の不活性ガスを気泡水生成装置に供給するだけで、低酸素状態の気泡水を簡便に効率良く生成することができる。
【００１３】
生成された低酸素状態の気泡水は、ボーリング機のコアチューブ内に供給され、コアチューブの下端から外面に沿って上方に循環する。そして、気泡水を循環させながら、コアチューブを回転駆動することにより、コアチューブの先端部のビットで地盤を掘削するとともに、掘削により得られたコアを、コアチューブに収容されたインナーチューブ内に採取する。
【００１４】
以上のように、気泡水生成装置で生成された低酸素状態の気泡水を用いて、地盤を掘削し、コアを採取するので、従来よりも単純かつ安価な構成で、コアを還元状態のまま簡便に採取することができる。また、気泡水に含まれる微粒の気泡により、優れたスライム排出効果などが得られることによって、広範囲の地質の地盤を対象として、良質のボーリング孔を形成できるとともに、良質のコアを採取することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本考案の実施形態によるコア採取装置の全体構成を示す図である。
【図２】気泡水生成装置の構成を模式的に示す図である。
【図３】気泡水を用いた掘削およびコアの採取の状況を模式的に示す図である。
【考案を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら、本考案の好ましい実施形態について説明する。図１に示すように、コア採取装置１は、低酸素状態の気泡水を生成する気泡水生成装置２と、生成された気泡水を用いて、地盤を掘削し、コアを採取するボーリング機３などで構成されている。
【００１７】
気泡水生成装置２には、原水タンク４および窒素ボンベ６が接続されている。原水タンク４は、地下水などの原水を貯えており、原水供給管５を介して気泡水生成装置２に原水を供給する。窒素ボンベ６には、不活性ガスとしての高圧の窒素ガスが充填されており、この窒素ガスは、窒素ガス供給管７を介して気泡水生成装置２に供給される。窒素ガス供給管７には、窒素ガスの圧力を調整する圧力調整弁９と、窒素ガスの圧力を検出する圧力計１０が設けられている。
【００１８】
気泡水生成装置２は、原水と窒素ガスを混合するためのミキサ１１と操作盤１２などを一体に組み立てたものである。図２に示すように、ミキサ１１は、上下方向に延びる筒状のミキサ本体１３と、ミキサ本体１３に内蔵された気泡微粒化材１４を有している。
【００１９】
ミキサ本体１３の下端部には、原水供給管５および窒素ガス供給管７が接続され、頂部には、除去した酸素を排出するための排出口１５が設けられている。また、ミキサ本体１３の上端部には、生成された気泡水を供給するための気泡水供給管１６が接続されている。気泡微粒化材１４は、金属片や金属繊維などを空隙を有する塊状に形成したものであり、ミキサ本体１３の中央に、その断面を塞ぐように設けられている。
【００２０】
以上の気泡水生成装置２の構成により、ミキサ本体１３内の下端部に、原水供給管５および窒素ガス供給管７を介して原水および高圧の窒素ガスが供給されると、原水に窒素ガスが混合され、原水中に窒素ガスの気泡が発生する。その後、原水がミキサ本体１３内を上昇し、気泡微粒化材１４を通る際に、原水中の窒素ガスの気泡は、泡微粒化材１４でせん断されることで、微粒化される。また、この微粒化の際に発生する渦流などによる撹拌によって、原水中での窒素ガスの気泡の分散が促進される。
【００２１】
また、以上の過程において、原水に混合される窒素ガスの加圧効果と分散効果により、原水に溶存していた酸素の大部分が除去されることによって、微粒の窒素ガスの気泡を含む低酸素状態の気泡水が生成される。この気泡水の溶存酸素濃度は１ｐｐｍ程度であることが確認されている。なお、除去された酸素は、排出口１５を介して、ミキサ本体１３から排出される。
【００２２】
前述した気泡水供給管１６には調整弁１７が設けられている。気泡水生成装置２で生成された気泡水は、気泡水供給管１６を介して、調整弁１７により流量を調整された状態で、気泡水ポンプ１９に送られ、さらにデリバリホース２０を介して、ボーリング機３に供給される（図１参照）。
【００２３】
ボーリング機３は、ロータリー式のものであり、エンジン２１ａを動力源とする駆動部２１と、駆動部２１により回転駆動され、気泡水を用いて地盤を掘削する掘削部２２と、掘削されたコアを採取するためのインナーチューブ２３（図３参照）などを備えている。掘削部２２は、中空のボーリングロッド２４と、ボーリングロッド２４の下端部に連結されたコアチューブ２５と、コアチューブ２５の先端部に形成されたビット２６などで構成されている。また、インナーチューブ２３には、採取したコアを包装するための、ビニルスリーブなどから成る包装部（図示せず）が内蔵されている。
【００２４】
ボーリング機３による地盤の掘削およびコアの採取は、次のようにして行われる。まず、気泡水をウォータースイベル２７を介してボーリングロッド２４およびコアチューブ２５の内部に供給しながら、掘削部２２を回転させ、先端部のビット２６で地盤を掘削する。なお、ボーリング孔壁の自立性が低い場合には、それを保持するために、地表付近からボーリング孔壁が安定する深さまで、ケーシング２８が用いられる。掘削の深度が所定のコアの採取深度に達したら、掘削部２２をボーリング孔から一旦、引き上げ、コアチューブ２５内にインナーチューブ２３を収容した後、掘削部２２をボーリング孔の孔底まで挿入する。
【００２５】
この状態から、地盤をさらに掘削すると、掘削されたコアがインナーチューブ２３の包装部に取り込まれ、採取される。図３に示すように、この掘削中、供給された気泡水は、コアチューブ２５の内面とインナーチューブ２３の外面との間を通って下降し、コアチューブ２５の先端から外側に回り込んだ後、コアチューブ２５の外面とボーリング孔壁の間を上昇し、循環する。また、気泡水中の気泡は、ボーリング孔の孔底付近では水圧が高いことでさらに微細化されるとともに、気泡水が上昇する際、粒径および流速を増しながら、気泡水中の水の部分に先行して上昇する。このような特性を有する気泡の上昇流と、気泡へのスライムの吸着効果とによって、掘削により発生したスライムがボーリング孔から速やかに排出される。
【００２６】
この気泡によるスライムの排出効果とボーリング孔内の洗浄効果などにより、清水や泥水を用いた通常の掘削と比較し、ボーリング孔内への送水圧および送水量が低減される結果、ボーリング孔壁やコアに過大な圧力や負圧が作用せず、ボーリング孔壁の構造の乱れやボーリング孔壁からの微細組織の流失が、最少限に防止される。その結果、広範囲の地質の地盤を対象として、良質のボーリング孔を形成できるとともに、良質のコアを採取することができる。また、ボーリング孔の形成およびコアの採取を、低酸素状態の気泡水を用いて行うので、コアを還元状態のまま採取することができる。
【００２７】
また、コアの採取後、インナーチューブ２３からのコアの取出しやコアの最終包装などを、気泡水中で行うことにより、コアは、空気に晒されることなく、還元状態に保持される。なお、原位置での圧力状態を保持したい場合にはさらに、コアは、気泡水を満たした、三軸方向の加圧が可能な保存容器に収容された状態で、現場から搬送される。
【００２８】
以上のように、本実施形態のコア採取装置１によれば、気泡水生成装置２において、原水タンク４から供給された原水に、窒素ボンベ６から供給された加圧状態の窒素ガスを混合し、混合された原水中の窒素ガスの気泡を機械的に微粒化し、分散させることによって、低酸素状態の気泡水を簡便に効率良く生成することができる。
【００２９】
そして、生成された低酸素状態の気泡水を用いて、ボーリング機３で地盤を掘削し、コアを採取するので、従来よりも単純かつ安価な構成で、コアを還元状態のまま簡便に採取することができる。また、気泡水に含まれる微粒の気泡により、優れたスライム排出効果などが得られることによって、広範囲の地質の地盤を対象として、良質のボーリング孔を形成できるとともに、良質のコアを採取することができる。
【００３０】
なお、本考案は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、低酸素状態の気泡水を生成するための不活性ガスとして、窒素ガスを用いているが、これに限らず、アルゴンガスなどを用いてもよい。アルゴンガスを用いた場合には、気泡水を低酸素化するのに加え、フィルタを併用することによって、気泡水を無菌化することができる。
【００３１】
また、実施形態では、気泡水生成装置２によって生成される気泡水の溶存酸素濃度が１ｐｐｍ程度であると説明したが、この気泡水の溶存酸素濃度は、コアを採取する目的に応じ、窒素ガスの圧力などを調整することによって、適宜、変更することが可能である。例えば、前述した地中の微生物の調査を行う場合において、好気性／嫌気性の微生物の生態を保つ上では、気泡水の溶存酸素濃度の目標値を２ｐｐｍ程度としてもよい。
【００３２】
さらに、実施形態では、ボーリング機３による地盤の掘削を、低酸素状態の気泡水を常時、用いて行うものとして説明したが、ボーリング機３への水の供給経路を切換可能に構成し、コアの採取深度までの掘削を、気泡水によらず、清水または泥水を用いて行ってもよい。また、実施形態では、ボーリング機３をロータリー式のものとして説明したが、例えばワイヤーライン式でもよいことは勿論である。その他、本考案の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１  コア採取装置
２  気泡水生成装置
３  ボーリング機
４  原水タンク
６  窒素ボンベ（不活性ガス容器）
２３  インナーチューブ
２５  コアチューブ
２６  ビット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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