特許 7548515 流体試料採取の装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-02

(45)【発行日】2024-09-10

(54)【発明の名称】流体試料採取の装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 1/12 20060101AFI20240903BHJP

   G01N 1/14 20060101ALI20240903BHJP

   G01N 33/18 20060101ALI20240903BHJP

【ＦＩ】

G01N1/12 A

G01N1/14 F

G01N33/18 106A

【請求項の数】 8

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023119618

(22)【出願日】2023-07-24

(62)【分割の表示】P 2022100782の分割

【原出願日】2022-06-23

(65)【公開番号】P2023126737

(43)【公開日】2023-09-08

【審査請求日】2023-07-24

(31)【優先権主張番号】202110897407.9

(32)【優先日】2021-08-05

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】522252028

【氏名又は名称】南方海洋科学与工程▲廣▼▲東▼省▲實▼▲験▼室（▲廣▼州）

(73)【特許権者】

【識別番号】522252039

【氏名又は名称】▲廣▼州海洋地▲質▼▲調▼査局

(74)【代理人】

【識別番号】110000659

【氏名又は名称】弁理士法人広江アソシエイツ特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】尉建功

(72)【発明者】

【氏名】▲呉▼剛

(72)【発明者】

【氏名】▲呉▼▲テン▼▲テン▼

【審査官】鴨志田 健太

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－１４７３２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－１５３７６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平６－０９４６６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１２／０１３４１４０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１１２８１６６４３（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ １／１２

Ｇ０１Ｎ ３３／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

流体試料採取の装置であって、主流管と、第１微細径管と、第２微細径管と、液体吸引組立体と、トレーサー排出組立体とを備え、主流管の両端は開口され、第１微細径管の一端は主流管に連通され、他端が液体吸引組立体に連通され、第２微細径管の一端は主流管に連通され、第２微細径管の他端が液体吸引組立体に連通され、液体吸引組立体は第１微細径管及び第２微細径管中の液体を吸引することで、第１微細径管及び第２微細径管に浸透作用を生じさせ、主流管から流体試料及びトレーサーを吸収するために用いられ、トレーサー排出組立体は第１微細径管と主流管との連通位置と第２微細径管と主流管との連通位置との間で連通され、主流管にトレーサーを排出するために用いられ、第１微細径管及び第２微細径管は異なる時期のトレーサーの濃度に応じて異なる時期の流体の流束をモニタリングするため、トレーサー及び流体を吸収し、異なる時期の流体及びトレーサーを分割に保管するために用いられ、
前記液体吸引組立体は、密閉式圧力チャンバーを備え、前記トレーサー排出組立体はトレーサーを格納する不透水袋を備え、不透水袋が密閉式圧力チャンバーに内設され、密閉式圧力チャンバーを通過して主流管に連通され、密閉式圧力チャンバーと不透水袋との間の環状空間が第１微細径管及び第２微細径管内の液体を吸収できる物質を保管し、第１微細径管及び第２微細径管が両方とも環状空間に連通され、前記物質は液体を吸収して不透水袋を圧迫して不透水袋内のトレーサーを主流管に押し出すために用いられる、
ことを特徴とする、流体試料採取の装置。

【請求項2】

第１コイルボビンと、第２コイルボビンとをさらに備え、第１コイルボビン及び第２コイルボビンは、上蓋板に連結され、第１微細径管が第１コイルボビンに巻回して設けられ、第２微細径管が第２コイルボビンに巻回して設けられることを特徴とする、請求項１に記載の流体試料採取の装置。

【請求項3】

密閉式圧力チャンバーと不透水袋との間の環状空間に保管される物質は、飽和塩化ナトリウムブライン及び固形塩化ナトリウムで、第１微細径管及び第２微細径管内の液体が脱イオン水であることを特徴とする、請求項１に記載の流体試料採取の装置。

【請求項4】

前記主流管の一端の開口部は、ターゲットエリアに向けて曲げ、流体が主流管に入るようにすることを特徴とする、請求項１に記載の流体試料採取の装置。

【請求項5】

水域の物理的パラメータを測定するための水温・塩分・深度センサーも備えることを特徴とする、請求項１に記載の流体試料採取の装置。

【請求項6】

上蓋板と、基台とを含むベースシステムも備え、主流管、密閉式圧力チャンバー、は上蓋板に固結され、上蓋板に流量出入口が穿設され、主流管は流量出入口を介して基台に連通され、上蓋板が基台に連結され、基台は試料回収システム及びパーコレーションシステムを支持するために用いられることを特徴とする、請求項１に記載の流体試料採取の装置。

【請求項7】

前記ベースシステムは、基台の上蓋板から離れる端に連結され、ターゲットエリアに挿入されて、基台内部とターゲットエリアに密閉空間を形成させるための密封環も備えることを特徴とする、請求項６に記載の流体試料採取の装置。

【請求項8】

前記ベースシステムは、基台内に設けられ、流体が通過するため多孔質バッフルも備えることを特徴とする、請求項６に記載の流体試料採取の装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、海洋流体のモニタリングと採取の技術分野に関し、特に、流体試料採取の装置に関する。

【背景技術】

【0002】

深海、特に海底冷泉と海底熱水内の大量の深部流体が上向きに輸送されており、海底堆積物界面の下から、水、炭化水素、硫化水素、細粒堆積物を主な成分とする流体が噴出又は浸透方式で海底から溢れ出しており、特に、天然ガスハイドレートシステム内において、流体（例えばメタンガス）活動が非常に頻繁である。これらの流体は、堆積物-水界面を通って水域環境に入り、一連の物理的、化学的、生物学的作用を生じさせ、地球の炭素循環、生物／微生物の生命活動、海洋化学の変化等に重要な役割を果たしている。そのため、堆積物－水界面での流体の流束について、正確、原位置、有効なモニタリング及び科学的研究を実施することは、特に重要である。

【0003】

現在、流体の流束を測定する方法は、主にビデオ画像認識法、マルチビーム水域法、ソナー法などの様々な方法があり、流体試料もある程度採取できるが、これらの採取作業方法は通常、水中ロボットと組み合わせて使用する必要があるので、普遍的に次のような欠点がある。すなわち、第一に、作業時間が短く、作業量が比較的小さく、長期間作業が可能であっても、作業過程で継続的なモニタリング又は繰り返し引き揚げ設備を必要とし、多くの人手、物資、財源を消費するだけでなく、高品質で効率的に長期時系列の試料採集タスクを完了することが困難である。第二に、補助的設備への要求が高く、コストが高額で、試料採取と流束のモニタリングを完了するには、それぞれ試料採取設備及び流束モニタリング設備が必要である。

【0004】

流体活動は、海洋地質、特に、天然ガスハイドレートシステム及び油ガスシステムの活動の重要な指標であり、試料採取は、流束のモニタリングを有機的に結合すると、研究効率を向上でき、同時にハイドレート及び油ガスの２つのシステムをより結合することができるため、将来性が高く期待されている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、従来技術の不足に着目し、流体の流束モニタリングと流体試料採取の結合問題を解決できる流体の流束モニタリングと流体試料採取の装置及び方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

流体の流束モニタリング及び流体試料採取の装置であって、主流管と、第１微細径管と、第２微細径管と、液体吸引組立体と、トレーサー排出組立体とを備え、主流管の両端は開口され、第１微細径管の一端は主流管に連通され、他端が液体吸引組立体に連通され、第２微細径管の一端は主流管に連通され、第２微細径管の他端が液体吸引組立体に連通され、液体吸引組立体は第１微細径管及び第２微細径管中の液体を吸引することで、第１微細径管及び第２微細径管に浸透作用を生じさせ、主流管から流体試料及びトレーサーを吸収するために用いられ、トレーサー排出組立体は第１微細径管と主流管との連通位置と第２微細径管と主流管との連通位置との間で連通され、主流管にトレーサーを排出するために用いられ、第１微細径管及び第２微細径管は異なる時期のトレーサーの濃度に応じて異なる時期の流体の流束をモニタリングするため、トレーサー及び流体を吸収し、異なる期間の流体及びトレーサーを分けて保管するために用いられる。

【0007】

さらに、前記液体吸引組立体は、密閉式圧力チャンバーを備え、前記トレーサー排出組立体はトレーサーを格納する不透水袋を備え、不透水袋が密閉式圧力チャンバーに内設され、密閉式圧力チャンバーを通過して主流管に連通され、密閉式圧力チャンバーと不透水袋との間の環状空間が第１微細径管及び第２微細径管内の液体を吸収できる物質を保管し、第１微細径管及び第２微細径管が両方とも環状空間に連通され、前記物質は液体を吸収して不透水袋を圧迫して不透水袋内のトレーサーを主流管に押し出すために用いられる。

【0008】

さらに、第１コイルボビンと、第２コイルボビンとをさらに備え、第１コイルボビン及び第２コイルボビンは、上蓋板に連結され、第１微細径管が第１コイルボビンに巻回して設けられ、第２微細径管が第２コイルボビンに巻回して設けられる。

【0009】

さらに、密閉式圧力チャンバーと不透水袋との間の環状空間に保管される物質は、飽和塩化ナトリウムブライン及び固形塩化ナトリウムで、第１微細径管及び第２微細径管内の液体が脱イオン水である。

【0010】

さらに、前記主流管の一端の開口部は、ターゲットエリアに向けて曲げ、流体が主流管に入るようにする。

【0011】

さらに、水域の物理的パラメータを測定するための水温・塩分・深度センサーも備える。

【0012】

さらに、上蓋板と、基台とを含むベースシステムも備え、主流管、密閉式圧力チャンバーは、上蓋板に固結され、上蓋板に流量出入口が穿設され、主流管は流量出入口を介して基台に連通され、上蓋板が基台に連結され、基台は試料回収システム及びパーコレーションシステムを支持するために用いられる。

【0013】

さらに、前記ベースシステムは、基台の上蓋板から離れる端に連結され、ターゲットエリアに挿入されて、基台内部とターゲットエリアに密閉空間を形成させるための密封環も備える。

【0014】

さらに、前記ベースシステムは、基台内に設けられ、流体が通過するため多孔質バッフルも備える。

【0015】

流体の流束モニタリング及び流体試料採取の方法であって、以下の構成を有する。すなわち、
密閉式圧力チャンバーと不透水袋との間に設けられた環状空間は、第１微細径チューブ及び第２微細径チューブの水を吸収し、第１微細径チューブ及び第２微細径チューブがそれぞれ同じ数値の浸透率Ｐ１及び浸透率Ｐ２を生成するようにし、同時に密閉式圧力チャンバーと不透水袋との間に設けられた環状空間の物質が吸水した後密閉式圧力チャンバーと不透水袋との間の環状空間の体積を増大させ、不透水袋を圧迫し、不透水袋内のトレーサーが第３微細径チューブを経由して主流管内に押し出されるステップ１、
第１微細径チューブ及び第２微細径チューブは、それぞれ主流管から流体及びトレーサーを吸収するステップ２、及び
採取された異なる期間の第１微細径チューブ及び第２微細径チューブ内の流体試料に基づいて同じ期間の比較を行い、浸透率Ｐ１、浸透率Ｐ２及びトレーサー濃度に従って異なる期間の流体の流束を計算するステップ３。

【発明の効果】

【0016】

本発明の有利な効果は、次の通りである。１、本発明は、上向き浸透流体及び下向き浸透流体を含む試料の採取及び流束のモニタリングを結合し、研究効率を高める。２、本発明は、その時点での流体移動状況及び大きさを還元することができる。３、本発明は、長周期の流体に対し試料採取及び流束モニタリングを行うことができ、本発明の装置を回収した後、長周期の流体をモニタリングすることができ、長周期過程中に常に注意を払う必要はない。４、本発明の得られた流体モニタリングデータはより正確である。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の装置の前面断面図である。

【図2】本発明の装置の立体図である。

【図3】本発明の装置の流体流動を示す概略図である。

【図4】上向き浸透流体が微細径チューブに入り、ｑ＜Ｐ１かつｑ＜Ｐ２の流体及びトレーサーを示す概略図である。

【図5】上向き浸透流体が微細径チューブに入り、ｑ＞Ｐ１かつｑ＞Ｐ２の流体及びトレーサーを示す概略図である。

【図6】下向き浸透流体が微細径チューブに入り、ｑ＜Ｐ１かつｑ＜Ｐ２の流体及びトレーサーを示す概略図である。

【図7】下向き浸透流体が微細径チューブに入り、ｑ＜Ｐ１かつｑ＜Ｐ２の流体及びトレーサーの概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下に、添付の図面及び具体的実施形態を参照しつつ、本発明をさらに説明する。

【0019】

図１及び図２に示すように、本発明の装置は、ベースシステムと、試料回収システムと、パーコレーションシステムと、水温塩分センサーシステムと、敷設回収システムとを備える。

【0020】

前記ベースシステムは、本発明の装置の総重量を支えるために用いられる。ベースシステムは、密封環２４と、下蓋板２３と、多孔質バッフル２２と、基台３０とを備える。基台３０は、中空円筒構造で、前記密封環２４の上端と基台３０とは溶接方法で固結され、密封環２４の横断面が三角形で、三角形の密封環２４は密封環２４の下端が堆積層に挿入された時、基台３０と堆積層に密閉空間を形成させることが容易になり、堆積層から上方に浸透する流体は基台３０の内部に封じ込まれる。下蓋板２３は、基台３０の外側に周設され、基台３０を堆積層内に過度に沈みこませないために用いられる。前記多孔質バッフル２２は、基台３０の内表面に内設され、かつ連結され、塊状物質が基台３０を通過するのを遮断し、流体が基台３０を通過するのを可能にするために用いられ、また本発明の装置が着底した時に過度に沈降するのも防止できる。

【0021】

前記試料回収システムは、第１試料回収システムと、第２試料回収システムとを備え、海中での流体浸透方式には上向き浸透及び下向き浸透が含まれ、第１試料回収システム及び第２試料回収システムは上向き浸透及び上向き浸透の流体に共同で試料を採取するために用いられ、試料回収システムの具体的な構造は次の通りである。

【0022】

図１、図２及び図３に示すように、前記試料回収システムは、上蓋板２１と、流量出入口２０と、主流管１９と、第１支持ベース２９と、第１試料回収システムと、第２試料回収システムとを備える。前記上蓋板２１の下端は、基台３０の上端に連結され、流量出入口２０が上蓋板２１を貫通し、主流管１９の一端は下向きに曲げられて流量出入口２０に連通され、流量出入口２０の下端が基台３０に連通されるため、上向き浸透流体は基台３０に入った後、流体は流量出入口２０を経由して主流管１９に入る。流体の体積流束の変化量が少ない時、主流管１９の曲がり部で吸着堆積現象が起こり、曲がり部を目詰まりするため、前記主流管１９の流量出入口２０に近い端の曲がり部が流体移動経路を延長させるために一定の距離にわたって上方及び右に延び、流体の曲がり部での主流管１９の目詰まりを効果的に防止し、主流管１９の流動性を増し、本発明の長期作業にサポートを提供する。主流管１９の流量出入口２０から離れる端（すなわち、図中の主流管１９の一番左側）が開口され、流体も該開口部から主流管１９に入ることができる。前記第１支持ベース２９の一端は、主流管１９に連結され、他端が上蓋板２１に連結され、第１支持ベース２９は主流管１９を支持して主流管１９を上蓋板２１に固定させる。主流管１９本体の直径は、ミクロン径レベルに属す。ミクロン径とは直径がミクロンオーダであることを意味し、例えば従来技術内のキャピラリーチューブである。

【0023】

前記第１試料回収システムは、第１弁ポート１８１と、第１微細径チューブ１６と、第１コイル軸１５１と、第１支柱１３１と、第２支柱１３２と、第１コイルボビン１２１と、第２コイルボビン１２２とを備え、第１弁ポート１８１は主流管１９に設けられ、主流管１９が第１弁ポート１８１を介して第１微細径チューブ１６に連通される。詳細は後述する。第１支柱１３１の一端は、上蓋板２１に連結され、他端が第１コイルボビン１２１に連結され、第１コイルボビン１２１が第１支柱１３１を介して上蓋板２１に固定され、第１コイルボビン１２１と第１支柱１３１との間がピンで枢結され、第１コイルボビン１２１は自体の軸方向に沿って回転することができる。上蓋板２１の別の位置において、第２支柱１３２、第２コイルボビン１２２も第１コイルボビン１２１と同じ固定方法で上蓋板２１に固定され、第１コイル軸１５１は第１コイルボビン１２１と第２コイルボビン１２２との間に設けられ、第１コイル軸１５１の一端は第１コイルボビン１２１に固結され、第１コイル軸１５１の他端が第２コイルボビン１２２に枢結され、第１コイル軸１５１は第１コイルボビンに対して自体の軸方向を中心に回転することができ、第１微細径チューブ１６は第１コイル軸１５１に数周巻回された後密閉式圧力チャンバー４に連通され、第１コイルボビン１２１及び第２コイルボビン１２２を回転して、微細径チューブを数周巻回することに利便性を提供する。第１コイル軸１５１は、第１微細径チューブ１６を数周巻回することを機能し、すなわち、第１微細径チューブ１６は海に沈めるのに十分な長さを有することができ、十分多い流体試料を十分長い期間で保管でき、本発明は年単位で流束のモニタリング及び流体試料採取を行うことができ、具体的には第１微細径チューブ１６に１年程度保管する。

【0024】

前記第２試料回収システムは、第２弁ポート１８２と、第２微細径チューブ１７と、第２コイル軸１５２と、第３支柱１３３と、第４支柱１３４と、第３コイルボビン１２３と、第４コイルボビン１２４とを備える。前記第２試料回収システムの構造は、第１試料回収システムの構造及び構成要素と全く同じで、第３コイルボビン１２３及び第３支柱１３３は上蓋板２１に一緒に固定され、第４コイルボビン１２４及び第４支柱１３４も上蓋板２１に一緒に固定され、第２コイル軸１５２の一端は第３コイルボビン１２３に固結され、他端が第４コイルボビン１２４に枢結され、第２微細径チューブ１７の一端は第２弁ポート１８２を介して主流管１９に連結され、他端が第２コイル軸１５２に数周巻回された後で密閉式圧力チャンバー４内に連通される。

【0025】

しかしながら、第１試料回収システムと第２試料回収システムとの相違点として、第１試料回収システム内の第１弁ポート１８１は、主流管１９上の流量出入口２０に近い位置に設けられ、第２試料回収システム内の第２弁ポート１８２が主流管１９の流量出入口２０から離れる端に近い位置に設けられることである。上向き浸透特性を有する流体は、流量出入口２０を経由して主流管１９に入り、主流管１９の流量出入口２０から離れる端は下向き浸透特性を有する流体が主流管１９に入る入口であり、主流管１９中の体積流束の変化量ｑと第１微細径チューブ１６の浸透率Ｐ１及び第２微細径チューブ１７の浸透率Ｐ２の大きさの比較により、第１微細径チューブ１６及び第２微細径チューブ１７が流体を収集し、パーコレーションシステムと結合した具体的な分析を後述する。

【0026】

上記の第１コイルボビン１２１、第２コイルボビン１２２、第３コイルボビン１２３、第４コイルボビン１２４は、均しく機能穴１４を備え、機能穴１４は第１コイル軸１５１及び第２コイル軸１５２を制御するために用いられる。

【0027】

前記パーコレーションシステムは、密閉式圧力チャンバー４と、不透水袋９と、第３微細径チューブ１１と、浸透膜２７と、第２支持ベース２８とを備える。第２支持ベース２８の一端は、上蓋板２１に連結され、一端が密閉式圧力チャンバー４に連結されることで、密閉式圧力チャンバー４を上蓋板２１に固定させる。前記不透水袋９は、密閉式圧力チャンバー４に内設され、第３微細径チューブ１１を介して主流管１９に連通され、第３微細径チューブ１１と主流管１９との連通位置が第１弁ポート１８１と第２弁ポート１８２との間に配置され、不透水袋９内にトレーサー２６が格納され、トレーサー２６は第３微細径チューブ１１を経由して主流管１９に流入することができ、不透水袋９はプラスチック素材で製造されることができる。前記密閉式圧力チャンバー４と不透水袋９との間の環状空間に飽和塩化ナトリウムブライン２５及び固形塩化ナトリウムで満たされ、不透水袋９内のトレーサー２６は密閉式圧力チャンバー４内の飽和塩化ナトリウムブライン２５の密度と同じであり、本発明の装置を投げ込んで使用する前、密閉式圧力チャンバー４内の飽和塩化ナトリウムブライン２５が不透水袋９に圧力を発生させないようにする。密閉式圧力チャンバー４もそれぞれ第１微細径チューブ１６及び第２微細径チューブ１７に連通され、連通位置に浸透膜２７が設けられ、浸透膜２７が高分子所在で製造され、水分子のみを通過させる。本発明を使用する前、第１微細径チューブ１６及び第２微細径チューブ１７をそれぞれ脱イオン水で満たし、本発明を投げ込んで使用する場合、密閉式圧力チャンバー４内の飽和塩化ナトリウムブライン２５は浸透膜２７を介して第１微細径チューブ１６及び第２微細径チューブ１７の脱イオン水を吸収し、飽和塩化ナトリウムブライン２５の体積を増加させ、飽和塩化ナトリウムブライン２５は不透水袋９内のトレーサー２６を圧迫して主流管１９内に流れ、固形塩化ナトリウムが塩化ナトリウムブライン２５に溶解し続け、塩化ナトリウムブライン２５の飽和を維持し、塩化ナトリウムブライン２５が脱イオン水を吸収する速度を安定に保ち、脱イオン水を吸収された第１微細径チューブ１６及び第２微細径チューブ１７はそれぞれ浸透率Ｐ１及び浸透率Ｐ２を生成し、塩化ナトリウムブライン２５の長期飽和を維持するため、浸透率Ｐ１及び浸透率Ｐ２は同じ固定値で長期間安定し、かつ浸透率Ｐ１及び浸透率Ｐ２も実験や式等の従来の方法で具体的な数値を得ることができ、脱イオン水を吸収された第１微細径チューブ１６及び第２微細径チューブ１７は浸透率Ｐ１及び浸透率Ｐ２により主流管１９内で流体及びトレーサー２６を吸収する。また、塩化ナトリウムブライン２５の飽和を維持し、塩化ナトリウムブライン２５が脱イオン水を吸収する速度を安定に保つことにより、本発明の装置が海底に置かれた後、塩化ナトリウムブライン２５が脱イオン水を吸収する速度が安定するので、同じ長さの期間は第１微細径チューブ１６及び第２微細径チューブ１７において一定の長さを有し、例えば１年目は第１微細径チューブ１６及び第２微細径チューブ１７においてそれぞれ１０ｃｍの流体及びトレーサー２６を吸収し、２年目は第１微細径チューブ１６及び第２微細径チューブ１７にもそれぞれ１０ｃｍの流体及びトレーサー２６を吸収し、期間と組み合わせて、第１微細径チューブ１６及び第２微細径チューブ１７をマークするため、他の方法を用いることもできる。第１微細径チューブ１６における流体浸透速度は、飽和塩化ナトリウムブライン２５が第１微細径チューブ１６内の脱イオン水を吸収する速度によって決定されるため、第１微細径チューブ１６における流体の流動速度は非常にゆっくりであり、本発明の装置が長期間海底に置かれていても、第１微細径チューブ１６における流体又はトレーサー２６は長期間比較的静止しており、拡散或いは希釈することはなく、本発明の装置を引き上げる時、第１微細径チューブ１６における流体及びトレーサー２６も当初の濃度及び分布を維持する。第１微細径チューブ１６にトレーサー２６がある場合、トレーサー２６濃度と組み合わせて異なる期間の流体の流束を算出することができる。

【0028】

主流管１９、第１微細径チューブ１６、第２微細径チューブ１７、第３微細径チューブ１１は、均しくミクロン径レベルで、従来技術内のキャピラリーチューブで製造させることができる。

【0029】

上記の塩化ナトリウムブライン２５と脱イオン水の組み合わせは、密閉式圧力チャンバー４内の物質がそれぞれ第１微細径チューブ１６及び第２微細径チューブ１７内の液体を吸収できる限り、他の物質で置き換えることもできる。

【0030】

ここで、本発明の原理を説明する。主流管１９内の流体の体積流束の変化量は、ｑであり、ｑは上向き浸透流体及び下向き浸透流体によって決定される。具体的には、上向き浸透流体は右から左に流れ、下向き浸透流体が左から右に流れ、第１微細径チューブ１６の浸透率はＰ１で、第２微細径チューブ１７の浸透率がＰ２で、浸透率Ｐ１及び浸透率Ｐ２の値は密閉式圧力チャンバー４が第１微細径チューブ１６及び第２微細径チューブ１７の脱イオン水を吸収したことによって生成され、Ｐ１＝Ｐ２となり、主流管１９から第１微細径チューブ１６及び第２微細径チューブ１７に入る流体を吸収する速度は、浸透率Ｐ１及び浸透率Ｐ２によって決定される。ここで、本発明の装置における異なる流体の流れ方向を説明する。

【0031】

（一）上向き浸透流体について、上向き浸透流体は、流量出入口２０から主流管１９に入り、流体が右から左に流れ、以下の２つの場合に分けられる。

【0032】

（１）図４に示すように、ｑ＜Ｐ１かつｑ＜Ｐ２の場合、
ｑ＜Ｐ１、すなわち、単位時間あたりの第１微細径チューブ１６によって吸収される流体の流量は、主流管１９に入る流体の流量よりも大きいので、この過程で全ての流体が第１微細径チューブ１６に吸い込まれ、第１微細径チューブ１６は、主流管１９の流体の残りの流量を吸収する以外に、第３微細径チューブ１１から主流管１９に流出するトレーサー２６も吸収することができる。第２微細径チューブ１７の場合、トレーサー２６のみが第２微細径チューブ１７に吸い込まれ、第２微細径チューブ１７によって吸収され得ないトレーサー２６は、主流管１９の左側開口部を経由して主流管１９から流出する。

【0033】

（２）図５に示すように、ｑ＞Ｐ１かつｑ＞Ｐ２の場合、
ｑ＞Ｐ１、すなわち、単位時間あたりの主流管１９に入る流体の流量は、第１微細径チューブ１６によって吸収される流体の流量よりも大きいので、流体は、第１微細径チューブ１６によって完全に吸収されず、第１微細径チューブ１６によって吸収されない流体は、第３微細径チューブ１１から流出するトレーサー２６を第２弁ポート１８２の方向に移動するよう押す。したがって、第１微細径チューブ１６は、トレーサー２６のない流体のみを吸収し、第２微細径チューブ１７が流体及びトレーサー２６の両方を吸収し、第２微細径チューブ１７によって吸収され得ないトレーサー２６は主流管１９の左端開口部を経由して主流管１９から流出する。

【0034】

（二）下向き浸透流体について、下向き浸透流体は主流管１９の流量出入口２０から離れる端の開口部（すなわち、図１の主流管１９の一番左側）から微細径チューブに入り、流体が左から右に移動し、次の２つの場合に分けられる。

【0035】

（１）図６に示すように、ｑ＜Ｐ１かつｑ＜Ｐ２の場合、
ｑ＜Ｐ２、すなわち、単位時間あたりに第２微細径チューブ１７によって吸収される流体の流量は、主流管１９に入る流体の流量よりも大きい。主流管１９に入る流体は、第２微細径チューブ１７によって完全に吸収され、第２微細径チューブ１７は、主流管１９の流体の残りの流量を吸収する以外に、第３微細径チューブ１１から主流管１９に流出するトレーサー２６も吸収することができるため、第１微細径チューブ１６の場合、主流管１９のトレーサー２６のみを吸収でき、第１微細径チューブ１６によって吸収され得ないトレーサー２６は、流量出入口２０を経由して主流管１９から流出する。

【0036】

（２）図７に示すように、ｑ＞Ｐ１かつｑ＞Ｐ２の場合、
ｑ＞Ｐ２、すなわち、単位時間あたりの主流管１９に入る流体の流量は、第２微細径チューブ１７によって吸収される流体の流量よりも大きいので、流体は、第２微細径チューブ１７によって完全に吸収されず、第２微細径チューブ１７によって吸収されない流体は、第３微細径チューブ１１から流出するトレーサー２６を第１弁ポート１８１の方向に移動するよう押す。したがって、第１微細径チューブ１６は、トレーサー２６のない流体のみを吸収し、第２微細径チューブ１７が流体及びトレーサー２６の両方を吸収し、第１微細径チューブ１６によって吸収され得ないトレーサー２６は主流管１９の右端開口部を経由して主流管１９から流出する。

【0037】

上記は、上向き浸透流体又は下向き浸透流体のいずれかが主流管１９に入る場合であり、上向き浸透流体及び下向き浸透流体が主流管１９に入る方向は異なるため、主流管における体積流束の変化量が大きい方の流体は主流管内のｑの流れ方向を主導し、体積流束の変化量が低い方の流体は主流管から押し出されるが、場合によっては、上向き浸透流体と下向き浸透流体の体積流束の変化量が同じである可能性があり、最終的に得られた第１微細径チューブ１６及び第２微細径チューブ１７に基づいて具体的に分析する必要がある。

【0038】

上記は、流体移動の全ての方法及び本発明の動作原理であり、主にある時点での流体移動方法について説明する。異なる期間の流体の流束の場合、第１微細径チューブ１６及び第２微細径チューブ１７における流体の流動速度が遅いため、流体及びトレーサー２６は第１微細径チューブ１６及び第２微細径チューブ１７において拡散又は混合効果を形成することはない。異なる期間の流体及びトレーサー２６は、第１微細径チューブ１６及び第２微細径チューブ１７の異なる位置に保管され、同じ期間の流体及びトレーサーが第１微細径チューブ１６及び第２微細径チューブ１７の同じ位置に保管され、したがって第１微細径チューブ１６及び第２微細径チューブ１７において流体及びトレーサー２６を層状（セグメント化）に保管する効果を形成し、流体及びトレーサー２６は第１微細径チューブ１６及び第２微細径チューブ１７において異なる期間により保管されて、異なる期間のセグメント化された効果を形成する。

【0039】

本発明の装置を回収する場合、第１微細径チューブ１６及び第２微細径チューブ１７を取り出して同じ期間の比較を行うことができる。異なる状態において、トレーサー２６の流れ方向が異なるため、トレーサー２６の濃度に基づいて当時の流体状態を分析し、Ｐ１、Ｐ２の値及びトレーサー２６濃度を組み合わせて当時の流体の流束の状態を推定する。また、第１微細径チューブ１６及び第２微細径チューブ１７も異なる時期の流体を含み、すなわち、長周期における異なる時期の流体の採取を実現し、異なる期間の流体のイオン濃度を得る。

【0040】

前記水温・塩分・深度センサーシステムは、水温・塩分・深度センサー５と、留め具８と、固定軸１０とを備え、固定軸１０は上蓋板２１に固結され、留め具８は固定軸１０に連結され、水温・塩分・深度センサー５は留め具８を介して固定軸１０に固定される。水温・塩分・深度センサー５（水温・塩分・深度計とも呼ばれる）は、従来技術で、水域の電気伝導率、圧力、温度及び深度等の基本的な水域の物理パラメータを測定するために用いられる。本発明と組み合わせて、水温・塩分・深度センサーシステムで長周期における異なる時期の温度及び圧力の状態を確認し、温度及び圧力に応じて流体速度及び流体の流束の値を校正して、より正確な実測値を得て、当時の流体状態を還元する。

【0041】

前記敷設回収システムは、吊り下げジョイント１と、吊り下げピン穴２と、保護ハウジング３と、連結杆７と、支圧リング６とを備える。前記保護ハウジング３は、複数の連結杆７を介して上蓋板２１に固結され、試料回収システム、パーコレーションシステム、水温塩分センサーシステムを衝突による損傷から保護するために用いられる。吊り下げジョイント１は、保護ハウジング３に連結され、吊り下げピン穴２は吊り下げジョイント１を貫通し、本発明の装置の投げ込み時にクレーンに連結するために用いられる。吊り下げジョイント１は、本発明の装置の重量を支え、本発明の装置を吊り込む又は引き上げることに便利である。

【0042】

本発明の装置の使用方法は、次の通りである。

【0043】

１、本発明の装置を海底に投げ込む前、密閉式圧力チャンバー４と不透水袋９との間の環状空間を飽和塩化ナトリウムブライン２５及び固形塩化ナトリウムで満たし、不透水袋９を塩化ナトリウムブライン２５と同じトレーサー２６で満たし、第１微細径チューブ１６及び第２微細径チューブ１７を脱イオン水で満たし、水温・塩分・深度センサーシステムをオンにする。

【0044】

２、クレーンを吊り下げ回収システムに連結し、本発明の装置を海に吊り込み、本発明の装置が海底に着地した時、密封環２４が堆積物に接触並びに挿入して、密閉空間を形成し、飽和塩化ナトリウムブライン２５は第１微細径チューブ１６及び第２微細径チューブ１７内の脱イオン水を吸収し、密閉式圧力チャンバー４の体積が固定される状態において、脱イオン水を吸収する飽和塩化ナトリウムブライン２５の体積が増加し、不透水袋９内のトレーサー２６を圧迫して主流管１９に流れ、脱イオン水を吸収された第１微細径チューブ１６及び第２微細径チューブ１７はそれぞれ第１微細径チューブ１６の浸透率Ｐ１及び第２微細径チューブ１７の浸透率Ｐ２を生成し、浸透率Ｐ１と浸透率Ｐ２の値は同じで、第１微細径チューブ１６及び第２微細径チューブ１７はそれぞれ主流管１９内のトレーサー２６及び流体を吸収する。

【0045】

３、長い期間を経った後、第１微細径チューブ１６及び第２微細径チューブ１７内の脱イオン水が完全に吸収される前に、クレーンで本発明の装置を揚収して、第１微細径チューブ１６及び第２微細径チューブ１７を得、第１微細径チューブ１６及び第２微細径チューブ１７を分割で切断して、異なる期間の流体試料を得ると共に保管し、異なる期間の流体試料を得、第１微細径チューブ１６及び第２微細径チューブ１７に保管された流体試料及びその中にあるトレーサー２６濃度を同じ期間で比較し、当時の流体浸透状況（流体の流れ方向及びｑとＰ１、Ｐ２の大きさの関係を含む）を逆に推定し、水温・塩分・深度センサーシステムで測定された温度及び圧力と組み合わせて得られた異なる期間の流体の流束を校正し、正確な流体の流束データを得る。

【0046】

第１微細径チューブ１６及び第２微細径チューブ１７を同じ期間で比較し、浸透状況を次のように推定した。

【0047】

（１）第１微細径チューブ１６内には流体及びトレーサー２６があり、第２微細径チューブ１７内にはトレーサー２６のみがある。当時で上向き浸透特性を有する流体で、ｑ＜Ｐ１で、トレーサー２６は主流管１９においてそれぞれ第１弁ポート１８１の方向及び第２弁ポート１８２の方向に移動することが示されている。

【0048】

（２）第１微細径チューブ１６内にはトレーサー２６のない流体のみがあり、第２微細径チューブ１７には吸収された流体及びトレーサー２６がある。当時で上向き浸透特性を有する流体で、ｑ＞Ｐ１で、第３微細径チューブ１１から流出するトレーサー２６は主流管１９において第２弁ポート１８２の方向にのみ移動することが示されている。

【0049】

（３）第１微細径チューブ１６にはトレーサー２６があり、第２微細径チューブ１７には流体及びトレーサー２６がある。当時で下向き浸透特性を有する流体で、ｑ＜Ｐ１で、第３微細径チューブ１１から流出するトレーサー２６は主流管１９においてそれぞれ第１弁ポート１８１の方向及び第２弁ポート１８２の方向に移動することが示されている。

【0050】

（４）第１微細径チューブ１６には吸収された流体及びトレーサー２６があり、第２微細径チューブ１７にはトレーサー２６のない流体のみがある。下向き浸透特性を有する流体で、ｑ＞Ｐ１で、第３微細径チューブ１１から流出するトレーサー２６は主流管１９において第１弁ポート１８１の方向にのみ移動することが示されている。

【0051】

トレーサー２６のみ又はトレーサー２６のない流体のみを有する上記概念は、相対的な概念で、トレーサー２６のみ又はトレーサー２６のない流体ではなく、別の微細径チューブに比べて高濃度或いは低濃度の概念である。例えば、第１微細径チューブ１６にトレーサー２６のみがあるのは、第２微細径チューブ１７に比べて、第１微細径チューブ１６内に第２微細径チューブ１７より高い濃度のトレーサー２６があることを意味する。

【0052】

最後に、浸透率Ｐ１、浸透率Ｐ２、トレーサー２６の濃度に応じて水温・塩分・深度センサー５の校正と組み合わせて、その時点での流体の流束を算出した。

【0053】

本発明は、流体流束モニタリングと流体試料採取の装置及び方法を開示し、長期間にわたって海底流体の流束をモニタリングし、水温・塩分・深度センサーシステムと組み合わせて正確な流体の流束の状況を得ることができる。また、第１微細径チューブ１６及び第２微細径チューブ１７において異なる期間の流体試料を収集し、異なる期間の流体試料を得ることができる。

【0054】

当業者であれば、上記の技術的手段及び思想に基づいてその他の多種多様な変更及び変形を行うことができ、かつかかる変更及び変形が本発明の特許請求の保護範囲に含まれるべきである。

【符号の説明】

【0055】

１０ ・・ 固定軸
１ ・・ 吊り下げジョイント
１１ ・・ 第３微細径チューブ
１２１ ・・ 第１コイルボビン
１２２ ・・ 第２コイルボビン
１２３ ・・ 第３コイルボビン
１２４ ・・ 第４コイルボビン
１３１ ・・ 第１支柱
１３２ ・・ 第２支柱
１３３ ・・ 第３支柱
１３４ ・・ 第４支柱
１４ ・・ 機能穴
１５１ ・・ 第１コイル軸
１５２ ・・ 第２コイル軸
１６ ・・ 第１微細径チューブ
１７ ・・ 第２微細径チューブ
１８１ ・・ 第１弁ポート
１８２ ・・ 第２弁ポート
１９ ・・ 主流管
２０ ・・ 流量出入口
２ ・・ 吊り下げピン穴
２１ ・・ 上蓋板
２２ ・・ 多孔質バッフル
２３ ・・ 下蓋板
２４ ・・ 密封環
２５ ・・ 塩化ナトリウムブライン
２６ ・・ トレーサー
２７ ・・ 浸透膜
２８ ・・ 第２支持ベース
２９ ・・ 第１支持ベース
３０ ・・ 基台
３ ・・ 保護ハウジング
４ ・・ 密閉式圧力チャンバー
５ ・・ 水温・塩分・深度センサー
６ ・・ 支圧リング
７ ・・ 連結杆
８ ・・ 留め具
９ ・・ 不透水袋

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】