(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放流管を海中に吊り下げた船を航走して前記放流管を曳航しながら、液体二酸化炭素を前記放流管に送り込んで前記放流管に形成した放流孔から海中へ放流する放流装置において、
前記放流管の放流孔から海中へ放流された液体二酸化炭素が液滴となって分散する際に前記液滴にレーザ光を照射して前記液滴の直径を測定するレーザ直径測定手段を具備することを特徴とする二酸化炭素の海洋希釈放流装置。
【請求項２】
放流管を海中に吊り下げた船を航走して前記放流管を曳航しながら、液体二酸化炭素を前記放流管に送り込んで前記放流管に形成した放流孔から海中へ放流する放流装置において、
前記放流管の放流孔から海中へ放流された液体二酸化炭素が液滴となって分散する際に前記液滴にレーザ光を照射して前記液滴の直径を測定するレーザ直径測定手段と、このレーザ直径測定手段からの液滴直径情報に基づいて必要とする液滴直径を得るように前記放流管に送り込む液体二酸化炭素の流量を設定する流量制御回路と、この流量制御回路が設定した流量に基づいて前記放流管に送り込む液体二酸化炭素の流量を制御する流量制御機構とを具備することを特徴とする二酸化炭素の海洋希釈放流装置。
【請求項３】
放流管を海中に吊り下げた船を航走して前記放流管を曳航しながら、液体二酸化炭素を前記放流管に送り込んで前記放流管に形成した放流孔から海中へ放流する放流装置において、
前記放流管の放流孔から海中へ放流された液体二酸化炭素が液滴となって分散する際にカメラにより前記液滴を撮影してその画像を得る撮影手段と、
前記放流管の放流孔から海中へ放流された液体二酸化炭素が液滴となって分散する際に前記液滴の直径を測定する直径測定手段と、
前記撮影手段で撮影した液滴形状の画像を上下にスライスし前記直径測定手段が測定した前記液滴の直径寸法を参照して各スライス部分の横幅寸法を求めて前記液滴の全体の体積を算出する体積演算回路とを具備することを特徴とする二酸化炭素の海洋希釈放流装置。
【請求項４】
前記直径測定手段は、前記液滴にレーザ光を照射して前記液滴の直径を測定するレーザ直径測定手段であることを特徴とする請求項３に記載の二酸化炭素の海洋希釈放流装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は回収した二酸化炭素を海中に放流して海水に溶し込む二酸化炭素の海洋希釈放流装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近時、地球温暖化が大きな問題となっており、これに伴い地球規模での気候変動を引き起こす可能性があると指摘される温室効果をもった二酸化炭素（ＣＯ２  ）の大気中における濃度の上昇を抑えることが特に重要となってきている。そして、この対策のひとつとして火力発電所などで排出される燃焼排ガス中の二酸化炭素を回収して海洋へ送り込むことによって、長期に亘って二酸化炭素を大気から隔離する構想が提案されているが、その成立にあたっては二酸化炭素を送り込む海洋において新たな環境影響を引き起こさないようにすることが必要となっている。
【０００３】
二酸化炭素送り込みによる海洋環境への影響を小さくするシステムとして、次に述べる２種類のシステムが提案されている。その一つは貯蓄型と称されるもので、二酸化炭素を深海底のくぼみのような場所に集中して溜めることにより影響範囲を特定の場所に限定して局所化しようとする方法である。
【０００４】
もう一つのシステムは、溶解拡散型と称されるもので、二酸化炭素を海水中に溶し込んで薄く希釈し広く拡散させて海水中の二酸化炭素の濃度の上昇を抑制しようとする方法であり、本来海水中に溶解している二酸化炭素の濃度がある程度上昇するにとどまるという考え方に基くものである。
【０００５】
この溶解拡散型における具体的な方法として、船舶により液体二酸化炭素の放流点を移動させて海中の中層にて液体二酸化炭素を放流する中層希釈放流方式が挙げられている。この方式について図７ないし図９を参照して説明する。図７は中層希釈放流方式放流のシステムを模式的に示す説明図、図８（ａ）は同方式における放流装置を模式的に示す説明図、図８（ｂ）は図８（ａ）のＺ部を拡大して示す図、図９は二酸化炭素を放流管から放流して形成された液滴の状態を示す説明図である。
【０００６】
この中層希釈放流方式は、陸上プラント１で燃焼排ガスから分離、回収した二酸化炭素を液化し、その液化ガスを貯溜タンク２ａに充填して液化ガス運搬船２にて所定の海域まで海上輸送し、そこで貯溜タンク２ａの内部の液体二酸化炭素を作業船３に搭載した貯溜タンク３ａに移し替える。液体二酸化炭素は例えば圧力が６ａｔｍ、温度が−５５℃とする。図１０は二酸化炭素の相状態を示す線図であるが、この線図で判るように前記圧力６ａｔｍ、温度−５５℃は液体二酸化炭素を経済的に得ることができる条件である。作業船３は深さ２０００ｍないし２５００ｍの海中に吊り下げる大変長い鋼管などからなる放流管４を備え、この放流管４は下端面が閉塞されるとともに下端部の周壁には複数の放流孔５が上下方向に間隔を存して同列に並べて形成されている。そして、液体二酸化炭素を貯溜タンク３ａから放流管４に送り込んで放流管４の下端部に上下方向に並んで形成した複数個の放流孔５から海中に放流する。作業船３は放流管４の孔５から液体二酸化炭素を海中に放流しつつ前進することにより、液体二酸化炭素の放流点を局所に限定せず移動させて液体二酸化炭素の希釈を増進させている。なお、運搬船２と作業船３とは別なものであっても、また両者が兼用するものであっても良い。ＳＬは海面である。
【０００７】
放流管４から放流された液体二酸化炭素の状態は、現状の知見から次のように想定される。放流管４の孔５から海中へ放流された液体二酸化炭素６はすぐに海水に溶け込まないで、放流管４が後流に生成して残して行く渦８による変動流場９の中で多数の液滴７となって分散してほぼ均一に海水と混合される。放流管４は作業船３の航走により海水の抵抗を受けて海流との相対的な流速によって船航走方向に向かって後面側へ傾斜し、その背後に軸線とほぼ平行な回転軸をもつ後流渦を連続的に生成しながら進んでいく。渦８のパターンは放流管の形状、表面の状態および寸法や移動速度などの条件によって異なるが、直径数１０ｃｍの管が数ノットの速度で進む場合には、通常進行方向に向かって管左右両側から入れ替わり渦が発生して変動流場９を後に残していき、その中で液体二酸化炭素と海水とが混合すると考えられる。
【０００８】
そして、液体二酸化炭素の液滴７は放流管４の後流からさらに周辺の海水に溶け込みながら緩やかに海水中を上昇していく。すなわち、液体二酸化炭素の液滴７は海水中を上昇しながら海水に溶け込んでいくことによって直径が小さくなっていく。そして、液滴７がある高さまで上昇する過程で液体二酸化炭素は全て海水中に溶け込んでしまい液滴７が消滅する。
【０００９】
中層希釈放流方式は、海面から約２０００ｍないし２５００ｍの深さ（中層）の海中で液体二酸化炭素の放流を行うものである。すなわち、２０００ｍより上層の海中で液体二酸化炭素の放流を行うと、放流された液体二酸化炭素が全て海水に溶け込まないうちに液滴が海面に達する可能性があり、約２０００ｍないし２５００ｍの深さの海中で液体二酸化炭素の放流を行なうと液滴が海面に達する前に全ての液体二酸化炭素を海水に溶け込ませることができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このように中層希釈放流方式を採用した放流装置は、液体二酸化炭素を海洋へ放流して隔離する上で大変有望な装置と考えられているが、この放流装置には次に述べる問題がある。
【００１１】
中層希釈放流方式において、海面から約２０００ｍないし２５００ｍの深さ（中層）の海中で放流した液体二酸化炭素の液滴が海面に達する前に全ての液体二酸化炭素を海水に溶け込ませるようにするためには、放流管の放流孔から液体二酸化炭素を放流して多数の液滴として海中へ分散する際に、その液滴の直径を液滴の上昇距離を見込んで必要範囲の大きさに収めることが必要である。
【００１２】
そこで、まず放流管の放流孔から液体二酸化炭素を海中へ放流して生成される液滴の直径を測定することが考えられる。長尺の放流管の下端部に形成した放流管から放流する液体二酸化炭素の液滴の直径を測定する場合には、この測定を行なう測定手段に対して、必要とする希釈率を得るデータとして精度良く液滴直径を測定できること、液体二酸化炭素の放流の進行に合わせてリアルタイムに液滴直径を測定できること、および長尺の放流管の下端部に装着するために小型であることが要求される。
【００１３】
一般にこのような液滴の直径を測定するためには、ビデオカメラ（テレビカメラ）により液滴を撮影してその映像により測定を行なう方法が考えられている。すなわち、これは図１１に示すように放流管４から液体二酸化炭素が放流されて液滴７として分散する領域を挟んで一方側におよび拡散板１２を、他方側にビデオカメラ１３を夫々設け、照明器１１から発射した光線を拡散板１２にて拡散して液滴７に照射し、照射された液滴７をビデオカメラ１３で撮影して、その撮影画像を処理し解析して直径を算出するものである。
【００１４】
しかし、このビデオカメラ１３により液滴７の直径を測定する方法には次に述べる問題がある。第１に、液滴７は移動が一定でなく液滴７とビデオカメラ１３との距離が不定であるが、この場合ビデオカメラ１３による撮影では液滴直径の精度が実用上不十分である。第２に、撮影画像を処理し解析して直径を算出するので液滴を撮影してから直径値を算出するまでに時間を要するために、液体二酸化炭素の放流（液滴発生）の進行に合わせてリアルタイムに液滴直径を測定することができない。第３に、ビデオカメラ１３により撮影を行なうために照明器１１および拡散板１２が必要であり装置全体が大掛かりになる。従って、前述した要求に答え得る測定手段を得ることが要求されている。
【００１５】
次に、放流される液体二酸化炭素の液滴の直径を必要範囲の大きさに収めるように制御することが要求されている。
【００１６】
さらに、放流管の放流孔から液体二酸化炭素を放流して多数の液滴として海中へ分散する際に、その液滴の直径を液滴の上昇距離を見込んで必要範囲の大きさに収めるために、従来から放流管の放流孔から液体二酸化炭素を海中へ放流して生成される液滴の直径を測定し、その直径から液滴の体積を算出することが考えられている。ところが、液滴が他の液体、ここでは海中を通って浮上（沈降）する場合には、液滴は必ずしも真球になるとは限らず、楕円などの変形した球形となることが多々ある、このように真球でない液滴の場合は、仮に液滴の直径を精度良く測定し、その直径を用いて液滴の体積を算出しても、液滴の実際の体積を正確に算出することができず液滴の実際の体積は正確に判らない。このため、液体二酸化炭素を放流するに際して液滴の体積を制御する上で問題がある。従って、従来から真球でない液滴を体積を正確に求めることができるようにすることが要望されている。
【００１７】
本発明は前記事情に基いてなされたもので、液滴直径の測定精度が高くリアルタイムの液滴測定が可能で小型である測定手段を備えて良好な二酸化炭素の海洋への放流を行うことができる二酸化炭素の海洋希釈放流装置を提供することを課題とする。
【００１８】
また、本発明は、液滴の発生進行にリアルタイムに応答して液滴の直径を精度良く制御して良好な二酸化炭素の海洋への放流を行うことができる二酸化炭素の海洋希釈放流装置を提供することを課題とする。
【００１９】
さらに、本発明は、放流管から海中へ放流された液体二酸化炭素の液滴の体積を正確に測定して良好な二酸化炭素の海洋への放流を行うことができる二酸化炭素の海洋希釈放流装置を提供することを課題とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の二酸化炭素の海洋希釈放流装置は、放流管を海中に吊り下げた船を航走して前記放流管を曳航しながら、液体二酸化炭素を前記放流管に送り込んで前記放流管に形成した放流孔から海中へ放流する放流装置において、前記放流管の放流孔から海中へ放流された液体二酸化炭素が液滴となって分散する際に前記液滴にレーザ光を照射して前記液滴の直径を測定するレーザ直径測定手段を具備することを特徴とする。
【００２１】
請求項２の発明の二酸化炭素の海洋希釈放流装置は、放流管を海中に吊り下げた船を航走して前記放流管を曳航しながら、液体二酸化炭素を前記放流管に送り込んで前記放流管に形成した放流孔から海中へ放流する放流装置において、前記放流管の放流孔から海中へ放流された液体二酸化炭素が液滴となって分散する際に前記液滴にレーザ光を照射して前記液滴の直径を測定するレーザ直径測定手段と、このレーザ直径測定手段からの液滴直径情報に基づいて必要とする液滴直径を得るように前記放流管に送り込む液体二酸化炭素の流量を設定する流量制御回路と、この流量制御回路が設定した流量に基づいて前記放流管に送り込む液体二酸化炭素の流量を制御する流量制御機構とを具備することを特徴とする。
【００２２】
請求項３の発明の二酸化炭素の海洋希釈放流装置は、放流管を海中に吊り下げた船を航走して前記放流管を曳航しながら、液体二酸化炭素を前記放流管に送り込んで前記放流管に形成した放流孔から海中へ放流する放流装置において、前記放流管の放流孔から海中へ放流された液体二酸化炭素が液滴となって分散する際にカメラにより前記液滴を撮影してその画像を得る撮影手段と、前記放流管の放流孔から海中へ放流された液体二酸化炭素が液滴となって分散する際に前記液滴の直径を測定する直径測定手段と、前記撮影手段で撮影した液滴形状の画像を上下にスライスし前記直径測定手段が測定した前記液滴の直径寸法を参照して各スライス部分の横幅寸法を求めて前記液滴の全体の体積を算出する体積演算回路とを具備することを特徴とする。
【００２３】
請求項４の発明は、請求項３に記載の二酸化炭素の海洋希釈放流装置において、前記直径測定手段は、前記液滴にレーザ光を照射して前記液滴の直径を測定するレーザ直径測定手段であることを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態について図１ないし図３を参照して説明する。
【００２５】
図１はこの実施の形態にかかわる放流装置を模式的に示す図、図２（ａ）は放流装置におけるレーザ測定手段を模式的に示す正面図、図２（ｂ）は同平面図、図３はレーザ測定手段の基本的構成を示す図である。本発明は、前述した図７ないし図９にて示す液体二酸化炭素を中層希釈放流方式により海洋へ放流する装置を対象とするものであり、図１において図８と同じ部分は同じ符号を付して示している。図中３は作業船、３ａは作業船３に搭載された液体二酸化炭素を貯溜するタンク、４は作業船３に取付けられて海中に吊り下げられタンク３ａに貯溜された液体二酸化炭素を上端から送り込んで流して海中へ放出する放流管で、その下端部には液体二酸化炭素を放流する多数の放流孔５が形成されている。また、図中１０１は作業船３に搭載されてタンク３ａに溜められた液体二酸化炭素を放流管４の上端から内部へ送り込むポンプである。ポンプ１０１と放流管４とを結ぶ管路には、後述する流量制御回路４１が設定した流量に基づいて放流管に送り込む液体二酸化炭素の流量を制御する流量制御機構１０２が介在して設けてある。この流量制御機構１０２は具体的には例えば管路に介在して設けられて後述する流量制御回路４１からの信号により駆動するして弁開閉を行う駆動機構を備えた流量制御弁が挙げられる。
【００２６】
そして、本発明では放流管４には、放流孔５から放流された液体二酸化炭素の液滴７の直径を測定するレーザ直径測定手段２１が装着されている。このレーザ直径測定手段２１は、図１に示すように液滴７にレーザ光Ｒを照射するレーザ照射器２１ａと、このレーザ照射器２１ａから照射されたレーザ光Ｒを受光する受光器２１ｂと、この受光器２１ｂで得た測定情報を演算して液滴７の直径を測定する演算部２１ｃを有している。レーザ照射器２１ａは放流管４の下端部において放流孔形成部の上側に位置して適宜な保持体３６により装着され、受光器２１ｂは放流管４の下端部において保持体３６によりレーザ照射器２１ａに対して間隔を挟んで対向して配置されて装着されている。演算部２１ｃは作業船３に搭載されて受光器２１ｂに信号ケーブルで接続されている。
【００２７】
図３に示すようにレーザ照射器２１ａは、半導体レーザ２２、１２面のポリゴンミラー２３、反射ミラー２４、コリメータレンズ２５および同期用受講素子２６を有している。受光器２１ｂは、受光レンズ２７および受光素子２８を有している。演算部２１ｃは、エッジ検出回路２９、ラッチ回路３０、クロックパルス回路３１、カウンタ回路３２、波形整形回路３３、ＣＰＵ（セントラルプロセスユニット）３４および表示・出力回路３５を有している。エッジ検出回路２９は受光素子２８に信号ケーブルで接続されている。
【００２８】
さらに、本発明では、作業船３に、レーザ直径測定手段２１の演算部２１ｃからの液滴直径情報に基づいて必要とする液滴直径を得るように放流管３送り込む液体二酸化炭素の流量を設定する流量制御回路４１が設けてある。
【００２９】
このように構成した放流装置では、作業船３を航走して放流管４を曳航すると、放流管４は海水の抵抗を受けて船航走方向Ａの後面側へ向けて傾斜する（船航走方向）。作業船３に搭載したポンプ１０１を駆動してタンク３ａに貯溜された液体二酸化炭素を流量制御機構１０２、例えば流量制御弁を介して流通させて放流管４の上端から内部に送り込むと、液体二酸化炭素は放流管４の内部を流れて下端部に形成された放流孔５から海水中へ放流される。放流管４の孔５から海中へ放流された液体二酸化炭素６はすぐに海水に溶け込まわないで多数の液滴７となって分散して上昇しつつ均一に海水と混合される。
【００３０】
レーザ直径測定手段２１により液滴７の直径を測定する場合について図１ないし図３を参照して説明する。
【００３１】
図１および図２に示すように多数の液滴７はレーザ測定手段２１のレーザ光照射器２１ａと受光器２１ｂとの間を通過する。図３に示すようにレーザ光照射器２１ａにおいて半導体レーザ２２からレーザ光Ｒを発射し、このレーザ光Ｒを１２面ポリゴンミラー２３および反射ミラー２４で反射させ、コリメータレンズ２５により平行光線として液滴７に照射する。そして、液滴７にレーザ光Ｒが当たると液滴７の影ができ、この影の部分と液滴７に当たらないレーザ光Ｒは受光器２１ｂの受光レンズ２７に集光されて受光素子２８に受光する。受光素子２８は光学的映像を電気信号に変換してオンラインにより作業船３に設けた演算部２１ｃに送る。そして、演算部２１ｃではエッジ検出回路２９で画像信号からエッジを検出してラッチ回路３０に送る。ラッチ回路３０では、前記画像信号に加えて、クロックパルス回路３１の時間をもとにカウンタ回路３２で得たカウンタ信号と、同期用受光素子２６からの信号をもとに波形成形回路３３により得た波形とを組み合わせ、そこで得た信号をＣＰＵ３４へ出力する。ＣＰＵ３４ではラッチ回路３０からの信号を演算して液滴７の直径寸法を求める。ＣＰＵ３４により得られた液滴直径情報は表示・出力回路３５により表示することができる。
【００３２】
すなわち、レーザ光Ｒを液滴に照射すると、ＣＯ２  液滴と海水との屈折率の相違によりレーザ光Ｒが液滴により屈折され受光器２１ｂに達しなくなる。走査速度を一定にすると、液滴７により受光されなかった時間幅が液滴直径の大きさに比例するので、その時間により液滴直径を算出する。
【００３３】
このようにレーザ直径測定手段２１では、図２および図３に示すようにレーザ光Ｒを液滴４に照射してその影となる部分を元にして液滴７の直径を算出するものであり、第１にレーザ光照射器２１ａと受光器２１ｂに対して液滴の位置が不定であっても液滴７の直径を精度良く測定することができ、液滴７の状態を監視する上で精度が高い情報を得ることができる。また、第２にレーザ直径測定手段２１は、受光素子２８が得た信号を極めて簡単な処理を短時間で施すだけでただちに液滴直径を求めることができるので、放流管４からの液体二酸化炭素の放流の進行に合せてリアルタイムに液滴７の直径を測定することができる。さらに、第３にレーザ直径測定手段２１は照明器を用いて液滴７を照明する必要がないので、ビデオカメラを用いた測定装置に比較して構成が簡素で小型であり、長尺の放流管４の下端部に装着する上で大変適している。
【００３４】
一方、流量制御回路４１は、レーザ直径測定手段２１の演算部２１ｃの表示出力回路２９から出力される液滴直径情報に基づいて必要とする液滴直径を得るように放流管３へ送り込む液体二酸化炭素の流量を設定する。そして、流量制御回路４１は設定した流量に基づいて、ポンプ１０１と放流管４とを結ぶ管路に設けた放流管４に送り込む液体二酸化炭素の流量を制御する流量制御機構１０２、例えば流量制御弁を駆動して管路を流れる液体二酸化炭素の流量を制御する。これにより放流管４の放流孔５から放流された液滴７の直径を必要とする希釈率を得る上で必要な液滴直径を維持することができる。この場合、レーザ直径測定手段２１から送られてくる液滴直径情報は大変精度が高いものであるから精度の高い液滴直径の制御を行うことができる。このように放流管４から放流されている液体二酸化炭素の液滴７の直径をリアルタイムで測定して、液滴直径が小さすぎる場合にはただちに流量を絞り、大きすぎる場合にはただちに流量を増加して、液滴直径の変動に応じてただちに液滴７の大きさを制御できる。
【００３５】
本発明の第２の実施の形態について図４ないし図６を参照して説明する。
【００３６】
図４はこの実施の形態にかかわる放流装置を模式的に示す図である。本発明は、前述した図７ないし図９にて示す液体二酸化炭素を中層希釈放流方式により海洋へ放流する装置を対象とするものであり、図４において図８と同じ部分は同じ符号を付して示している。すなわち、図中３は作業船、３ａは作業船３に搭載された液体二酸化炭素を貯溜するタンク、４は作業船３に取付けられて海中に吊り下げられタンク３ａに貯溜された液体二酸化炭素を上端から送り込んで流して海中へ放出する放流管で、その下端部には液体二酸化炭素を放流する多数の放流孔５が形成されている。図中１０１は作業船３に搭載されてタンク３ａに溜められた液体二酸化炭素を放流管４の上端から内部へ送り込むポンプ、１０２はポンプ１０１と放流管４とを結ぶ管路に設けられてポンプ１０１から放流管４へ送り込む液体二酸化炭素の流量を制御する流量制御機構で、具体的には流量制御弁が用いられている。
【００３７】
この実施の形態では、放流管４の放流孔５から海中へ放流される液体二酸化炭素の液滴７の体積を測定するためにカメラを用いて液滴７の形を撮影する撮影手段５１と、レーザ光を照射して液滴７の外形寸法を測定する直径測定手段の一形態であるレーザ直径測定手段２１と、撮影手段５１からの画像とレーザ直径測定手段２１からの液滴直径測定情報とを組合せて液滴７の体積を算出する体積演算回路５２とを装備している。図５は放流装置に設けるカメラを用いた撮影手段を模式的に示す図である。
【００３８】
撮影手段５１について図４および図５を参照して説明する。この実施の形態ではカメラとしてビデオカメラを用いて映像信号を得ている。この撮影手段５１は、照明器６１および拡散板６２と、ビデオカメラ６３とを備えている。照明器６１は放流管４の放流孔５から海中へ放流される液体二酸化炭素の液滴７を光を照射して液滴７を照明するものであり、拡散板６２は照明器６１から液滴７へ向けて照射される光を拡散するものであり、放流管４の放流孔５から放流される得液体二酸化炭素の液滴７が分散して浮上する通路の一側方に配置されている。ビデオカメラ６３は照明された液滴７を撮影して、その画像を画像信号（電気信号）に変換するものであり、液滴７が分散して浮上する通路の他側方に照明器６１と対向して配置されている。ビデオカメラ６３が撮影する画像は動画像となる。これら照明器６１、拡散板６２およびビデオカメラ６３は適宜な保持部材６４により放流管４に支持されている。
【００３９】
レーザ直径測定手段２１は、前述した第１の実施の形態に設けたものであり、図３に示すように構成されている。すなわち、レーザ直径測定手段２１は、液滴７にレーザ光Ｒを照射するレーザ照射器２１ａと、このレーザ照射器２１ａから照射されたレーザ光Ｒを受光する受光器２１ｂと、この受光器２１ｂで得た測定情報を演算して液滴７の直径を測定する演算部２１ｃを有し、レーザ照射器２１ａと受光器２１ｂは放流管４の下端部において放流孔形成部の上側に位置して適宜な保持体３６により装着されている。受光器２１ｂは放流管４の下端部において保持体３６によりレーザ照射器２１ａに対して間隔を挟んで対向して配置されて装着されている。演算部２１ｃは作業船３に搭載されて受光器２１ｂに信号ケーブルで接続されている。レーザ照射器２１ａは、半導体レーザ２２、１２面のポリゴンミラー２３、反射ミラー２４、コリメータレンズ２５および同期用受講素子２６を有している。受光器２１ｂは、受光レンズ２７および受光素子２８を有している。演算部２１ｃは、エッジ検出回路２９、ラッチ回路３０、クロックパルス回路３１、カウンタ回路３２、波形整形回路３３、ＣＰＵ（セントラルプロセスユニット）３４および表示・出力回路３５を有している。
【００４０】
体積演算回路５２は、撮影手段５１で撮影した液滴７の形状を表す画像を上下方向にスライスし、レーザ直径測定手段２１が測定した液滴７の直径寸法を参照して各スライス部分の横幅寸法を求めて各スライス部分の体積を算出して液滴７全体の体積を求めるものであり、作業船３に搭載されている。
【００４１】
なお、作業船３には、体積演算回路５２からの液滴体積情報に基づいて必要とする液滴直径を得るように放流管４へ送り込む液体二酸化炭素の流量を設定する流量制御回路４１が設けてあり、この流量制御回路４１は前述した流量制御機構１０２に制御信号を付与するものである。
【００４２】
このように構成した放流装置では、作業船３を航走して放流管４を曳航すると、放流管４は海水の抵抗を受けて船航走方向Ａの後面側へ向けて傾斜する（船航走方向）。作業船３に搭載したポンプ１０１を駆動してタンク３ａに貯溜された液体二酸化炭素を流量制御機構１０２、例えば流量制御弁を介して流通させて放流管４の上端から内部に送り込むと、液体二酸化炭素は放流管４の内部を流れて下端部に形成された放流孔５から海水中へ放流される。放流管４の放流孔５から海中へ放流された液体二酸化炭素６はすぐに海水に溶け込まないで多数の液滴７となって分散して浮上しつつ均一に海水と混合される。
【００４３】
ここで、撮影手段５１では、撮影箇所が太陽光線が届かない海中であるために照明器６１が拡散板６２を介して液滴７を照明し、照明された液滴７をビデオカメラ６３が撮影する。ビデオカメラ６３は撮影した画像を画像信号に変換して体積演算回路５２に出力する。
【００４４】
次にレーザ直径測定手段２１により液滴７の直径を測定する場合は、前述した第１の実施の形態と同様である。すなわち、図２および図４に示すように多数の液滴７はレーザ光照射器２１ａと受光器２１ｂとの間を通過する。図３に示すようにレーザ光照射器２１ａにおいて半導体レーザ２２からレーザ光Ｒを発射し、このレーザ光Ｒを１２面ポリゴンミラー２３および反射ミラー２４で反射させ、コリメータレンズ２５により平行光線として液滴７に照射する。そして、液滴７にレーザ光Ｒが当たると液滴７の影ができ、この影の部分と液滴７に当たらないレーザ光Ｒは受光器２１ｂの受光レンズ２７に集光されて受光素子２８で受光される。受光素子２８は光学的映像を電気信号に変換してオンラインにより作業船３に設けた演算回路２１ｃに送る。そして、演算回路２１ｃではエッジ検出回路２９で画像信号からエッジを検出してラッチ回路３０に送る。ラッチ回路３０では、前記画像信号に加えてクロックパルス回路３１の時間をもとにカウンタ回路３２で得たカウンタ信号と、同期用受光素子２６からの信号をもとに波形成形回路２３により得た波形とを組み合わせ、そこで得た信号をＣＰＵ３４へ出力する。ＣＰＵ３４ではラッチ回路３０からの信号を演算して液滴７の直径寸法を求める。ＣＰＵ３４により得られた液滴直径情報は表示・出力回路３５により表示するとともに体積演算回路５２へ出力する。
【００４５】
このようにレーザ光Ｒを液滴に照射すると、二酸化炭素液滴と海水との屈折率の相違によりレーザ光Ｒが液滴により屈折され受光器２１ｂに達しなくなる。走査速度を一定にすると、液滴７により受光されなかった時間幅が液滴直径の大きさに比例するので、複数回の走査による最大の時間幅により液滴直径Ｄ０  を算出する。このレーザ直径測定手段２１はレーザ光照射器２１と受光器２２に対して液滴７の位置が不定であっても液滴７の直径を精度良く測定できる。
【００４６】
体積演算回路５２は、図６に示すように撮影手段５１においてビデオカメラ６３が撮影した液滴７の平面的な形状Ｆを表す画像信号と、レーザ直径測定手段２１が測定した液滴７の直径Ｄ０  を表す測定信号を受ける。そして、体積演算回路５２は、撮影手段５１により得た液滴形状Ｆを微小幅Δｈをもって上下に複数のスライス部分１、２、３…ｎにスライスする。次いで、レーザ直径測定手段２１が測定した液滴７の直径Ｄ０  を参照して、液滴形状Ｆの各スライス部分１、２、３…ｎにおける横幅Ｄｉ（Ｄ１  、Ｄ２  、Ｄ３  …Ｄｎ  ）を夫々求める。次いで、液滴ｔ７が軸対称（回転体）であることを利用して下記の式を用いて液滴７の全体の体積Ｖを算出する。
【００４７】
【数１】
0003552918.tif 000002
このようにすることにより液滴７の体積を正確に算出することができる。従って、海中を浮上する液滴７の形状が真球の場合は勿論液滴７の体積を正確に算出することができるが、液滴７の形状が真球でない場合も液滴７の体積を正確に算出することができる。そして、算出した液滴７の体積の情報を液体二酸化炭素を放流する際に液滴７の体積を制御する上で情報に利用する。
【００４８】
流量制御回路４１は、体積演算回路５２から出力される液滴体積情報に基づいて必要とする液滴直径（体積）を得るように放流管４へ送り込む液体二酸化炭素の流量を設定する。そして、流量制御回路４１は設定した流量に基づいて、ポンプ１０１と放流管４とを結ぶ管路に設けた放流管４に送り込む液体二酸化炭素の流量を制御する流量制御機構１０２を駆動して管路を流れる液体二酸化炭素の流量を制御する。これにより放流管４の放流孔５から放流された液滴７の直径（体積）を必要とする希釈率を得る上で必要な範囲の大きさに制御する。すなわち、液滴直径が小さすぎる場合には液体二酸化炭素の流量を絞り、また液滴直径が大きすぎる場合には液体二酸化炭素の流量を増加する。
【００４９】
なお、本発明は前述した実施の形態に限定されず、種々変形して実施することができる。例えば撮影手段はビデオカメラを用いることに限定されず、スチルカメラを用いて液滴を撮影することができる。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の二酸化炭素の海洋希釈放流装置によれば、放流管から放流した液体二酸化炭素の液滴に対してレーザ光を照射して液滴の直径を測定する方式であるから、レーザ光照射部と受光部に対して液滴の位置が不定であっても液滴の直径を精度良く測定することができ、液滴の状態を監視する上で精度が高い情報を得ることができ、またレーザ直径測定手段は受光素子が得た信号を極めて簡単な処理を短時間で施すだけでただちに液滴直径を求めることができるので、放流管からの液体二酸化炭素の放流の進行に合せてリアルタイムに液滴の直径を測定することができる。さらに、レーザ直径測定手段は照明器を用いて液滴を照明する必要がないので、ビデオカメラを用いた測定装置に比較して構成が簡素で小型であり、長尺の放流管の下端部に装着する上で大変適している。
【００５１】
また、本発明によれば、前記レーザ直径測定手段による精度の高い液滴直径情報に基づいて液滴直径を監視しながら、放流管に送り込む液体二酸化炭素の流量を制御することにより、必要とする希釈率を得る上で必要な液滴直径を維持することができる。
【００５２】
さらに、本発明の二酸化炭素の海洋希釈放流装置によれば、液体二酸化炭素を放流管の放流孔から海中へ放流するに際して、撮影手段により撮影した液滴の形状と直径測定手段が測定した液滴の直径とを組合せて液滴の体積を算出するので、液滴の形状が真球である場合は勿論、液滴の形状が真球でない場合も液滴の体積を正確に算出することができる。そして、この発明において直径測定手段をレーザ直径測定手段を用いることにより液滴の直径を精度良く測定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかわる放流装置を模式的に示す図。
【図２】同実施の形態の放流装置に設ける直径測定手段を模式的に示す図。
【図３】同実施の形態の放流装置に設ける直径測定手段の構成を示す説明図。
【図４】本発明の第２の実施の形態にかかわる放流装置を模式的に示す図。
【図５】同実施の形態の放流装置に設ける撮影手段を模式的に示す図。
【図６】同実施の形態の放流装置に設ける体積演算回路の演算を説明する図。
【図７】二酸化炭素の海洋へ放流するシステムを模式的に示す図。
【図８】二酸化炭素の海洋への放流装置を模式的に示す図。
【図９】放流装置により海中に放流された液体二酸化炭素の状態を模式的に示す図。
【図１０】二酸化炭素の相状態を示す線図。
【図１１】従来の放流装置に設ける直径測定器を模式的に示す図。
【符号の説明】
３…作業船、
４…放流管、
５…放流孔、
６…液体二酸化炭素、
７…液滴、
２１…レーザ直径測定手段、
２１ａ…レーザ照射器、
２１ｂ…受光器、
２１ｃ…演算部、
４１…流量制御回路、
５１…撮影手段、
５２…体積演算回路、
１０１…ポンプ、
１０２…流量制御機構。
【図１】
0003552918.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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