JP3552918B2

JP3552918B2 - Ocean dilution and release equipment for carbon dioxide

Info

Publication number: JP3552918B2
Application number: JP23152598A
Authority: JP
Inventors: 雅博黒田; 雅彦尾崎; 勝則畠中
Original assignee: Research Institute of Innovative Technology for Earth
Current assignee: Research Institute of Innovative Technology for Earth
Priority date: 1998-08-18
Filing date: 1998-08-18
Publication date: 2004-08-11
Anticipated expiration: 2018-08-18
Also published as: JP2000061300A

Description

【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（ＣＯ_２）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、ＣＯ_２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】

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。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an apparatus for diluting and releasing carbon dioxide into the sea by discharging recovered carbon dioxide into the sea and dissolving it in seawater.
[0002]
[Prior art]
Recently, global warming has become a major problem, and it has been pointed out that carbon dioxide (CO2) with a greenhouse effect has been pointed out as a possibility of causing climate change on a global scale. ₂ It has become particularly important to suppress the increase in the concentration in the atmosphere in (1). As one of the measures, a concept has been proposed in which carbon dioxide in combustion exhaust gas discharged from thermal power plants and the like is collected and sent to the ocean, thereby isolating carbon dioxide from the atmosphere for a long time. In order to achieve this, it is necessary to avoid causing new environmental impacts in the ocean that sends carbon dioxide.
[0003]
The following two types of systems have been proposed as systems for reducing the influence on the marine environment due to the feeding of carbon dioxide. One of them is a storage type, which is a method in which the area of influence is limited to a specific place and localized by storing carbon dioxide intensively in a place such as a hollow on the deep sea floor.
[0004]
Another system, called the dissolution-diffusion type, is a method in which carbon dioxide is dissolved in seawater, diluted dilutely and diffused widely to suppress the rise in the concentration of carbon dioxide in seawater. However, it is based on the idea that the concentration of carbon dioxide originally dissolved in seawater only increases to some extent.
[0005]
As a specific method in the dissolution-diffusion type, there is a middle-layer dilution discharge method in which a discharge point of liquid carbon dioxide is moved by a ship to discharge liquid carbon dioxide in a middle layer in the sea. This method will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is an explanatory view schematically showing a system of the middle-layer dilution discharge method, FIG. 8A is an explanatory view schematically showing a discharge device in the same method, and FIG. 8B is a Z view of FIG. FIG. 9 is an explanatory view showing a state of a droplet formed by discharging carbon dioxide from a discharge pipe.
[0006]
This middle-layer dilution discharge method liquefies the carbon dioxide separated and recovered from the flue gas in the land plant 1, fills the liquefied gas into the storage tank 2a, and transports the liquefied gas to the predetermined sea area by the liquefied gas carrier 2 where it is transported by sea. The liquid carbon dioxide inside the storage tank 2a is transferred to the storage tank 3a mounted on the work boat 3. The liquid carbon dioxide has, for example, a pressure of 6 atm and a temperature of -55 ° C. FIG. 10 is a diagram showing the phase state of carbon dioxide. As can be seen from this diagram, the pressure of 6 atm and the temperature of −55 ° C. are conditions under which liquid carbon dioxide can be obtained economically. The work boat 3 is provided with a discharge pipe 4 made of a very long steel pipe or the like suspended from the sea at a depth of 2000 m to 2500 m. The discharge pipe 4 has a lower end face closed and a plurality of discharge holes 5 formed in a peripheral wall at the lower end. They are arranged in the same row at intervals in the vertical direction. Then, the liquid carbon dioxide is sent from the storage tank 3a to the discharge pipe 4 and discharged into the sea from a plurality of discharge holes 5 formed at the lower end of the discharge pipe 4 and arranged vertically. The work boat 3 advances while discharging the liquid carbon dioxide from the hole 5 of the discharge pipe 4 into the sea, thereby moving the discharge point of the liquid carbon dioxide without being limited to a local area, thereby increasing the dilution of the liquid carbon dioxide. . Note that the carrier 2 and the work boat 3 may be different from each other, or may be shared by both. SL is the sea surface.
[0007]
The state of the liquid carbon dioxide discharged from the discharge pipe 4 is assumed as follows from the current knowledge. The liquid carbon dioxide 6 discharged into the sea from the hole 5 of the discharge pipe 4 does not immediately dissolve into the seawater, and the discharge pipe 4 generates a large number in a fluctuating flow field 9 due to the vortex 8 generated and left behind in the wake. The droplets 7 are dispersed and almost uniformly mixed with seawater. The discharge pipe 4 receives the resistance of the seawater due to the running of the work boat 3, and is inclined rearward in the direction of the ship due to the relative flow velocity with the ocean current, and has a rotation axis behind and substantially parallel to the axis. It progresses while continuously generating wake vortices. The pattern of the vortex 8 depends on conditions such as the shape, surface condition, dimensions and moving speed of the discharge pipe, but when a pipe with a diameter of several 10 cm advances at a speed of several knots, it is usually on the left and right sides of the pipe in the traveling direction. It is considered that a swirl is generated and the floating flow field 9 is left behind, in which the liquid carbon dioxide and the seawater mix.
[0008]
Then, the liquid carbon dioxide droplet 7 gradually rises in the seawater from the wake of the discharge pipe 4 while being further dissolved in the surrounding seawater. That is, the diameter of the droplet 7 of the liquid carbon dioxide is reduced by being dissolved in the seawater while rising in the seawater. Then, during the process in which the droplet 7 rises to a certain height, all the liquid carbon dioxide is dissolved in the seawater, and the droplet 7 disappears.
[0009]
The middle-layer dilution discharge method discharges liquid carbon dioxide in the sea at a depth of about 2000 m to 2500 m (middle layer) from the sea surface. That is, if liquid carbon dioxide is discharged in the sea above 2000m, droplets may reach the sea surface before all of the discharged liquid carbon dioxide is dissolved in seawater, and a depth of about 2000m to 2500m may be reached. When the liquid carbon dioxide is discharged in the sea, all the liquid carbon dioxide can be dissolved in the seawater before the droplet reaches the sea surface.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
The discharge device employing the middle-level dilution discharge method is considered to be a very promising device for discharging and isolating liquid carbon dioxide into the ocean, but this discharge device has the following problems.
[0011]
In the middle-dilution discharge method, in order for liquid carbon dioxide droplets discharged in the sea at a depth of about 2000 m to 2500 m (middle layer) from the sea surface to dissolve all the liquid carbon dioxide into seawater before reaching the sea surface, When discharging liquid carbon dioxide from the discharge hole of the discharge pipe and dispersing it as many droplets into the sea, the diameter of the droplet can be set to the required range in consideration of the rising distance of the droplet. is necessary.
[0012]
Therefore, it is conceivable to first measure the diameter of a droplet generated by discharging liquid carbon dioxide into the sea from the discharge hole of the discharge pipe. When measuring the diameter of the liquid carbon dioxide droplet discharged from the discharge pipe formed at the lower end of the long discharge pipe, the measurement means for performing this measurement should be used as data to obtain the required dilution ratio. It is required that the droplet diameter can be measured with high accuracy, the droplet diameter can be measured in real time in accordance with the progress of the discharge of liquid carbon dioxide, and the size must be small to be attached to the lower end of a long discharge pipe. .
[0013]
In general, in order to measure the diameter of such a droplet, a method has been considered in which a droplet is photographed by a video camera (television camera) and the droplet is measured by an image thereof. That is, as shown in FIG. 11, a diffusion plate 12 is provided on one side and a video camera 13 is provided on the other side across a region where liquid carbon dioxide is discharged from the discharge pipe 4 and dispersed as droplets 7 as shown in FIG. The light beam emitted from the illuminator 11 is diffused by the diffusion plate 12 to irradiate the droplet 7, the irradiated droplet 7 is photographed by the video camera 13, and the photographed image is processed and analyzed to calculate the diameter. Is what you do.
[0014]
However, the method for measuring the diameter of the droplet 7 using the video camera 13 has the following problem. First, the movement of the droplet 7 is not constant, and the distance between the droplet 7 and the video camera 13 is not fixed. However, in this case, the accuracy of the diameter of the droplet by the video camera 13 is insufficient for practical use. Second, since the diameter is calculated by processing and analyzing the photographed image, it takes time from the photographing of the droplet to the calculation of the diameter value, so that the discharge of liquid carbon dioxide (droplet generation) progresses. In addition, the droplet diameter cannot be measured in real time. Third, the illuminator 11 and the diffusing plate 12 are necessary for taking an image with the video camera 13, so that the entire apparatus becomes large. Therefore, it is required to obtain a measuring means that can respond to the above-mentioned requirements.
[0015]
Next, it is required to control the diameter of the discharged liquid carbon dioxide droplet to be within a required range.
[0016]
Furthermore, when discharging liquid carbon dioxide from the discharge hole of the discharge pipe and dispersing it into the sea as a large number of droplets, the diameter of the droplet should be kept within the required range in consideration of the rising distance of the droplet. Conventionally, it has been considered to measure the diameter of a droplet generated by discharging liquid carbon dioxide into the sea from the discharge hole of the discharge pipe, and calculate the volume of the droplet from the diameter. However, when a droplet floats (settles) through another liquid, here in the sea, the droplet does not always have to be a true sphere but often has a deformed spherical shape such as an ellipse. In the case of a non-spherical droplet, even if the droplet diameter is accurately measured and the droplet volume is calculated using the diameter, the actual volume of the droplet can be accurately calculated. No, the actual volume of the droplet is not known exactly. Therefore, there is a problem in controlling the volume of the droplet when discharging the liquid carbon dioxide. Therefore, it has been demanded that the volume of a non-spherical droplet can be accurately determined.
[0017]
The present invention has been made based on the above-described circumstances, and includes a small-sized measuring unit capable of real-time droplet measurement with high precision of droplet diameter measurement and capable of performing good discharge of carbon dioxide to the ocean. It is an object of the present invention to provide a marine dilution release device for carbon dioxide that can be produced.
[0018]
In addition, the present invention provides a marine dilution and discharge apparatus for carbon dioxide, which can control the diameter of the droplet with high precision in response to the progress of generation of the droplet in real time and perform good discharge of carbon dioxide to the ocean. The task is to
[0019]
Furthermore, the present invention provides a marine diluting and discharging apparatus for carbon dioxide that can accurately measure the volume of liquid carbon dioxide droplets discharged from the discharge pipe into the sea and perform good discharge of carbon dioxide to the ocean. The task is to provide.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
The marine diluting and discharging apparatus for carbon dioxide according to the first aspect of the present invention is configured such that, while navigating a ship having a discharge pipe suspended in the sea and towing the discharge pipe, liquid carbon dioxide is fed into the discharge pipe and the discharge pipe is discharged. In a discharge device that discharges into the sea from a discharge hole formed in the discharge pipe, the liquid carbon dioxide discharged into the sea from the discharge hole of the discharge pipe is dispersed as droplets, and the droplets are irradiated with laser light to emit the laser light. A laser diameter measuring means for measuring the diameter of the droplet is provided.
[0021]
The marine diluting and discharging apparatus for carbon dioxide according to the invention of claim 2 is configured to send liquid carbon dioxide into the discharge pipe while towing the discharge pipe while navigating a ship having a discharge pipe suspended in the sea. In a discharge device that discharges into the sea from a discharge hole formed in the discharge pipe, the liquid carbon dioxide discharged into the sea from the discharge hole of the discharge pipe is dispersed as droplets, and the droplets are irradiated with laser light to emit the laser light. A laser diameter measuring means for measuring the diameter of the droplet, and a flow rate of the liquid carbon dioxide fed into the discharge pipe is set based on the droplet diameter information from the laser diameter measuring means so as to obtain a required droplet diameter. It is characterized by comprising a flow rate control circuit, and a flow rate control mechanism for controlling the flow rate of liquid carbon dioxide sent into the discharge pipe based on the flow rate set by the flow rate control circuit.
[0022]
The marine diluting and discharging apparatus for carbon dioxide according to the third aspect of the present invention is configured to send a liquid carbon dioxide into the discharge pipe while towing the discharge pipe while navigating a ship having a discharge pipe suspended in the sea. In a discharge device that discharges into the sea from a discharge hole formed in the discharge hole, when the liquid carbon dioxide discharged into the sea from the discharge hole of the discharge pipe is dispersed as a droplet, the camera shoots the droplet and images the image. Photographing means, and a diameter measuring means for measuring the diameter of the droplet when the liquid carbon dioxide discharged into the sea from the discharge hole of the discharge pipe is dispersed as droplets, and photographed by the photographing means. A volume calculation circuit for slicing the image of the droplet shape up and down, determining the width of each slice by referring to the diameter of the droplet measured by the diameter measuring means, and calculating the total volume of the droplet; and It is characterized by having To.
[0023]
According to a fourth aspect of the present invention, in the apparatus of the third aspect, the diameter measuring means irradiates the droplet with laser light to measure the diameter of the droplet. It is characterized by being.
[0024]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0025]
FIG. 1 is a diagram schematically showing a discharge device according to this embodiment, FIG. 2 (a) is a front view schematically showing a laser measuring means in the discharge device, FIG. 2 (b) is a plan view thereof, and FIG. FIG. 3 is a diagram showing a basic configuration of a laser measuring unit. The present invention is directed to an apparatus for discharging the liquid carbon dioxide shown in FIGS. 7 to 9 to the ocean by a middle-dilution discharge system, and in FIG. 1, the same parts as those in FIG. Is shown. In the figure, reference numeral 3 denotes a work boat, 3a denotes a tank for storing liquid carbon dioxide mounted on the

work boat

3, and 4 denotes a liquid carbon dioxide attached to the work boat 3 and suspended under the sea and stored in the tank 3a. A discharge pipe for sending in, flowing, and discharging into the sea. A plurality of discharge holes 5 for discharging liquid carbon dioxide are formed at the lower end of the discharge pipe. In the figure, reference numeral 101 denotes a pump mounted on the work boat 3 and for sending liquid carbon dioxide stored in the tank 3a from the upper end of the discharge pipe 4 to the inside. A flow path connecting the pump 101 and the discharge pipe 4 is provided with a flow control mechanism 102 for controlling the flow rate of the liquid carbon dioxide fed into the discharge pipe based on the flow rate set by a flow control circuit 41 described later. . Specifically, the flow control mechanism 102 is, for example, a flow control valve provided with a drive mechanism that is provided in a pipeline and is driven by a signal from a flow control circuit 41 described later to open and close the valve.
[0026]
In the present invention, the discharge pipe 4 is provided with a laser diameter measuring means 21 for measuring the diameter of the liquid carbon dioxide droplet 7 discharged from the discharge hole 5. The laser diameter measuring means 21 includes, as shown in FIG. 1, a laser irradiator 21a for irradiating the droplet 7 with the laser light R, a light receiver 21b for receiving the laser light R emitted from the laser irradiator 21a, An arithmetic unit 21c for calculating the diameter of the droplet 7 by calculating the measurement information obtained by the light receiver 21b is provided. The laser irradiator 21a is positioned above the discharge hole forming portion at the lower end of the discharge pipe 4 and is mounted by an appropriate holder 36, and the light receiver 21b is mounted on the lower end of the discharge pipe 4 by the laser irradiator 21a. Are mounted facing each other with an interval therebetween. The calculation unit 21c is mounted on the work boat 3 and connected to the light receiver 21b by a signal cable.
[0027]
As shown in FIG. 3, the laser irradiator 21a has a semiconductor laser 22, a polygon mirror 23 having 12 surfaces, a reflection mirror 24, a collimator lens 25, and a learning element 26 for synchronization. The light receiver 21b has a light receiving lens 27 and a light receiving element 28. The calculation unit 21c includes an edge detection circuit 29, a latch circuit 30, a clock pulse circuit 31, a counter circuit 32, a waveform shaping circuit 33, a CPU (central process unit) 34, and a display / output circuit 35. The edge detection circuit 29 is connected to the light receiving element 28 by a signal cable.
[0028]
Further, in the present invention, the flow rate of the liquid carbon dioxide fed into the discharge pipe 3 is set in the work boat 3 so as to obtain the required droplet diameter based on the droplet diameter information from the arithmetic unit 21c of the laser diameter measuring means 21. A flow control circuit 41 is provided.
[0029]
In the discharge device configured as described above, when the work boat 3 is sailed and the discharge pipe 4 is towed, the discharge pipe 4 is inclined toward the rear side of the ship traveling direction A due to seawater resistance (ship navigation). Running direction). When the pump 101 mounted on the work boat 3 is driven to flow the liquid carbon dioxide stored in the tank 3a through a flow control mechanism 102, for example, a flow control valve, and is sent into the discharge pipe 4 from the upper end thereof, the liquid carbon dioxide is discharged. The carbon flows inside the discharge pipe 4 and is discharged into seawater from a discharge hole 5 formed at the lower end. The liquid carbon dioxide 6 discharged into the sea from the hole 5 of the discharge pipe 4 does not immediately dissolve in the seawater, but becomes a large number of droplets 7 and is dispersed and ascended while being uniformly mixed with the seawater.
[0030]
The case where the diameter of the droplet 7 is measured by the laser diameter measuring means 21 will be described with reference to FIGS.
[0031]
As shown in FIGS. 1 and 2, many droplets 7 pass between the laser beam irradiator 21 a and the light receiver 21 b of the laser measuring unit 21. As shown in FIG. 3, a laser beam R is emitted from a semiconductor laser 22 in a laser beam irradiator 21a, and the laser beam R is reflected by a 12-sided polygon mirror 23 and a reflecting mirror 24, and is collimated by a collimator lens 25 as droplets. Irradiate 7. When the laser beam R irradiates the droplet 7, a shadow of the droplet 7 is formed, and the shadow portion and the laser beam R which does not irradiate the droplet 7 are condensed by the light receiving lens 27 of the light receiver 21b and are received by the light receiving element 28. To receive light. The light receiving element 28 converts the optical image into an electric signal and sends the electric signal to a calculation unit 21c provided on the work boat 3 online. Then, in the arithmetic section 21c, the edge detection circuit 29 detects an edge from the image signal and sends it to the latch circuit 30. In the latch circuit 30, in addition to the image signal, the counter signal obtained by the counter circuit 32 based on the time of the clock pulse circuit 31 and the waveform shaping circuit 33 obtained based on the signal from the synchronization light receiving element 26. And the resulting signal is output to the CPU 34. The CPU 34 calculates a diameter of the droplet 7 by calculating a signal from the latch circuit 30. The droplet diameter information obtained by the CPU 34 can be displayed by the display / output circuit 35.
[0032]
That is, when the droplet is irradiated with the laser beam R, CO ₂ Due to the difference in the refractive index between the droplet and the seawater, the laser beam R is refracted by the droplet and does not reach the light receiver 21b. When the scanning speed is constant, the time width during which light is not received by the droplet 7 is proportional to the size of the droplet diameter, and the droplet diameter is calculated based on the time.
[0033]
As described above, the laser diameter measuring means 21 irradiates the droplet 4 with the laser beam R as shown in FIGS. 2 and 3, and calculates the diameter of the droplet 7 based on the shadowed portion. First, the diameter of the droplet 7 can be accurately measured even if the position of the droplet is not fixed with respect to the laser beam irradiator 21a and the light receiver 21b. Highly accurate information can be obtained. Secondly, the laser diameter measuring means 21 can immediately obtain the droplet diameter by simply applying a very simple process to the signal obtained by the light receiving element 28 in a short time. The diameter of the droplet 7 can be measured in real time in accordance with the progress of the discharge. Thirdly, since the laser diameter measuring means 21 does not need to illuminate the droplet 7 using an illuminator, the configuration is simpler and smaller than a measuring device using a video camera, and a longer discharge device is used. Very suitable for mounting on the lower end of the tube 4.
[0034]
On the other hand, the flow rate control circuit 41 supplies the liquid dioxide to the discharge pipe 3 so as to obtain the required droplet diameter based on the droplet diameter information output from the display output circuit 29 of the calculation unit 21c of the laser diameter measuring means 21. Set the carbon flow rate. The flow control circuit 41 controls the flow rate of the liquid carbon dioxide to be sent to the discharge pipe 4 provided in the conduit connecting the pump 101 and the discharge pipe 4 based on the set flow rate, for example, a flow control valve. To control the flow rate of liquid carbon dioxide flowing through the pipeline. As a result, it is possible to maintain a droplet diameter necessary for obtaining a dilution ratio that requires a diameter of the droplet 7 discharged from the discharge hole 5 of the discharge pipe 4. In this case, the droplet diameter information sent from the laser diameter measuring means 21 has very high precision, so that the droplet diameter can be controlled with high precision. In this way, the diameter of the liquid carbon dioxide droplet 7 discharged from the discharge pipe 4 is measured in real time. If the droplet diameter is too small, the flow rate is immediately reduced, and if the diameter is too large, the flow rate is immediately increased. Thus, the size of the droplet 7 can be immediately controlled according to the variation of the droplet diameter.
[0035]
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0036]
FIG. 4 is a diagram schematically showing a discharge device according to this embodiment. The present invention is directed to an apparatus for discharging the liquid carbon dioxide shown in FIGS. 7 to 9 to the ocean by a middle-dilution discharge method described above, and in FIG. 4, the same parts as those in FIG. Is shown. That is, in the drawing, reference numeral 3 denotes a work boat, 3a denotes a tank for storing liquid carbon dioxide mounted on the

work boat

3, and 4 denotes a tank attached to the work boat 3 and suspends the liquid carbon dioxide suspended in the sea and stored in the tank 3a. A discharge pipe that is fed from the upper end to flow and discharge into the sea, and has a plurality of discharge holes 5 formed at the lower end for discharging liquid carbon dioxide. In the figure, reference numeral 101 denotes a pump mounted on the work boat 3 for sending liquid carbon dioxide stored in the tank 3a from the upper end of the discharge pipe 4 to the inside, and 102 denotes a pump provided in a pipe connecting the pump 101 and the discharge pipe 4. A flow rate control mechanism for controlling the flow rate of liquid carbon dioxide sent from 101 to the discharge pipe 4, specifically, a flow rate control valve is used.
[0037]
In this embodiment, a photographing means 51 for photographing the shape of the droplet 7 using a camera to measure the volume of the droplet 7 of the liquid carbon dioxide discharged into the sea from the discharge hole 5 of the discharge pipe 4, A laser diameter measuring means 21 which is one form of a diameter measuring means for irradiating a laser beam to measure the external dimensions of the droplet 7, an image from the photographing means 51, droplet diameter measuring information from the laser diameter measuring means 21, And a volume calculation circuit 52 for calculating the volume of the droplet 7 by combining the above. FIG. 5 is a diagram schematically showing a photographing means using a camera provided in the discharge device.
[0038]
The photographing means 51 will be described with reference to FIGS. In this embodiment, a video signal is obtained using a video camera as a camera. The photographing means 51 includes an illuminator 61, a diffusion plate 62, and a video camera 63. The illuminator 61 illuminates the droplet 7 by irradiating the droplet 7 of the liquid carbon dioxide discharged into the sea from the discharge hole 5 of the discharge pipe 4 to illuminate the droplet 7. The light emitted toward the discharge pipe 7 is diffused, and is disposed on one side of a passage on which the droplet 7 of the obtained liquid carbon dioxide discharged from the discharge hole 5 of the discharge pipe 4 is dispersed and floats. . The video camera 63 captures the illuminated droplet 7 and converts the image into an image signal (electric signal). The illuminator 61 is disposed on the other side of the path where the droplet 7 is dispersed and floats. They are arranged facing each other. The image captured by the video camera 63 is a moving image. The illuminator 61, the diffusion plate 62 and the video camera 63 are supported on the discharge pipe 4 by an appropriate holding member 64.
[0039]
The laser diameter measuring means 21 is provided in the first embodiment described above, and is configured as shown in FIG. That is, the laser diameter measuring means 21 includes a laser irradiator 21a for irradiating the droplet 7 with the laser light R, a light receiver 21b for receiving the laser light R emitted from the laser irradiator 21a, and a light receiver 21b. A laser irradiator 21a and a light receiver 21b which are located at the lower end of the discharge pipe 4 above the discharge hole forming section to calculate the diameter of the droplet 7 by calculating the obtained measurement information; It is mounted by a suitable holding body 36. The light receiver 21b is mounted at the lower end of the discharge pipe 4 so as to be opposed to the laser irradiator 21a by a holding body 36 with an interval therebetween. The calculation unit 21c is mounted on the work boat 3 and connected to the light receiver 21b by a signal cable. The laser irradiator 21a has a semiconductor laser 22, a polygon mirror 23 on the 12th surface, a reflection mirror 24, a collimator lens 25, and a learning element 26 for synchronization. The light receiver 21b has a light receiving lens 27 and a light receiving element 28. The calculation unit 21c includes an edge detection circuit 29, a latch circuit 30, a clock pulse circuit 31, a counter circuit 32, a waveform shaping circuit 33, a CPU (central process unit) 34, and a display / output circuit 35.
[0040]
The volume calculation circuit 52 slices the image representing the shape of the droplet 7 photographed by the photographing means 51 in the up-down direction, and refers to the diameter dimension of the droplet 7 measured by the laser diameter measuring means 21 to determine the width of each slice portion. The size of each slice portion is calculated based on the dimensions, and the volume of the entire droplet 7 is obtained.
[0041]
The work boat 3 is provided with a flow control circuit 41 for setting the flow rate of the liquid carbon dioxide to be sent to the discharge pipe 4 so as to obtain the required droplet diameter based on the droplet volume information from the volume calculation circuit 52. The flow control circuit 41 provides a control signal to the flow control mechanism 102 described above.
[0042]
In the discharge device configured as described above, when the work boat 3 is sailed and the discharge pipe 4 is towed, the discharge pipe 4 is inclined toward the rear side of the ship traveling direction A due to seawater resistance (ship navigation). Running direction). When the pump 101 mounted on the work boat 3 is driven to flow the liquid carbon dioxide stored in the tank 3a through a flow control mechanism 102, for example, a flow control valve, and is sent into the discharge pipe 4 from the upper end thereof, the liquid carbon dioxide is discharged. The carbon flows inside the discharge pipe 4 and is discharged into seawater from a discharge hole 5 formed at the lower end. The liquid carbon dioxide 6 discharged into the sea from the discharge hole 5 of the discharge pipe 4 does not immediately dissolve in the seawater but becomes a large number of droplets 7 and is dispersed and floated, and is uniformly mixed with the seawater.
[0043]
Here, in the photographing means 51, the illuminator 61 illuminates the droplet 7 through the diffusion plate 62 because the photographing place is in the sea where the sunshine does not reach, and the video camera 63 photographs the illuminated droplet 7. I do. The video camera 63 converts the captured image into an image signal and outputs the image signal to the volume calculation circuit 52.
[0044]
Next, the case where the diameter of the droplet 7 is measured by the laser diameter measuring means 21 is the same as in the first embodiment described above. That is, as shown in FIGS. 2 and 4, many droplets 7 pass between the laser beam irradiator 21a and the light receiver 21b. As shown in FIG. 3, a laser beam R is emitted from a semiconductor laser 22 in a laser beam irradiator 21a, this laser beam R is reflected by a 12-sided polygon mirror 23 and a reflection mirror 24, and is dropped by a collimator lens 25 as a parallel beam. Irradiate 7. When the laser beam R irradiates the droplet 7, a shadow of the droplet 7 is formed, and the shadow portion and the laser beam R which does not irradiate the droplet 7 are condensed by the light receiving lens 27 of the light receiver 21b and are received by the light receiving element 28. Is received at. The light receiving element 28 converts the optical image into an electric signal and sends it to the arithmetic circuit 21c provided on the work boat 3 online. Then, in the arithmetic circuit 21c, the edge is detected from the image signal by the edge detection circuit 29 and sent to the latch circuit 30. In the latch circuit 30, the waveform shaping circuit 23 obtains the counter signal obtained by the counter circuit 32 based on the time of the clock pulse circuit 31 in addition to the image signal and the signal from the light receiving element 26 for synchronization. The signal is combined with the waveform, and the obtained signal is output to the CPU 34. The CPU 34 calculates a diameter of the droplet 7 by calculating a signal from the latch circuit 30. The droplet diameter information obtained by the CPU 34 is displayed by the display / output circuit 35 and output to the volume calculation circuit 52.
[0045]
When the droplet is irradiated with the laser beam R in this way, the laser beam R is refracted by the droplet due to the difference in the refractive index between the carbon dioxide droplet and seawater and does not reach the light receiver 21b. When the scanning speed is constant, the time width during which light is not received by the droplet 7 is proportional to the size of the droplet diameter. Therefore, the droplet diameter D0 is calculated based on the maximum time width in a plurality of scans. The laser diameter measuring means 21 can accurately measure the diameter of the droplet 7 even if the position of the droplet 7 is not fixed with respect to the laser beam irradiator 21 and the light receiver 22.
[0046]
As shown in FIG. 6, the volume calculation circuit 52 generates an image signal representing the planar shape F of the droplet 7 photographed by the video camera 63 by the photographing means 51 and the diameter of the droplet 7 measured by the laser diameter measuring means 21. Receive a measurement signal representing D0. Then, the volume calculation circuit 52 slices the droplet shape F obtained by the photographing means 51 into a plurality of

slice portions

1, 2, 3,... Next, referring to the diameter D0 of the droplet 7 measured by the laser diameter measuring means 21, the width Di (D1, D2, D3... Dn) in each

slice portion

1, 2, 3,. Ask. Next, utilizing the fact that the droplet t7 is axisymmetric (rotating body), the entire volume V of the droplet 7 is calculated using the following equation.
[0047]
(Equation 1)

By doing so, the volume of the droplet 7 can be accurately calculated. Therefore, the volume of the droplet 7 can be accurately calculated when the shape of the droplet 7 floating in the sea is a true sphere, but the volume of the droplet 7 can be calculated even when the shape of the droplet 7 is not a true sphere. It can be calculated accurately. Then, the calculated information on the volume of the droplet 7 is used for controlling the volume of the droplet 7 when discharging the liquid carbon dioxide.
[0048]
The flow rate control circuit 41 sets the flow rate of the liquid carbon dioxide to be sent to the discharge pipe 4 based on the droplet volume information output from the volume calculation circuit 52 so as to obtain a required droplet diameter (volume). Then, based on the set flow rate, the flow control circuit 41 drives a flow control mechanism 102 that controls the flow rate of the liquid carbon dioxide to be sent to the discharge pipe 4 provided in the pipe connecting the pump 101 and the discharge pipe 4, and controls the pipe. Control the flow rate of liquid carbon dioxide flowing through the channel. In this way, the diameter (volume) of the droplet 7 discharged from the discharge hole 5 of the discharge pipe 4 is controlled to a size necessary for obtaining a necessary dilution ratio. That is, if the droplet diameter is too small, the flow rate of liquid carbon dioxide is reduced, and if the droplet diameter is too large, the flow rate of liquid carbon dioxide is increased.
[0049]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, but can be implemented with various modifications. For example, the photographing means is not limited to using a video camera, and a droplet can be photographed using a still camera.
[0050]
【The invention's effect】
As described above, according to the apparatus for marine dilution and discharge of carbon dioxide of the present invention, the diameter of the liquid carbon dioxide droplet discharged from the discharge pipe is measured by irradiating the droplet with laser light. Even if the position of the droplet is indeterminate with respect to the laser beam irradiating unit and the light receiving unit, the diameter of the droplet can be measured accurately, and highly accurate information can be obtained in monitoring the state of the droplet. In addition, the laser diameter measuring means can immediately determine the droplet diameter by applying a very simple process to the signal obtained by the light receiving element in a short time, so that the progress of the discharge of liquid carbon dioxide from the discharge pipe can be measured. In addition, the diameter of the droplet can be measured in real time. Further, since the laser diameter measuring means does not need to illuminate the droplet using an illuminator, the configuration is simpler and smaller than a measuring device using a video camera, and the laser diameter measuring means is provided at the lower end of a long discharge pipe. Very suitable for mounting.
[0051]
Further, according to the present invention, it is necessary to control the flow rate of liquid carbon dioxide fed into the discharge pipe while monitoring the droplet diameter based on highly accurate droplet diameter information by the laser diameter measuring means. The droplet diameter required for obtaining the dilution ratio can be maintained.
[0052]
Furthermore, according to the marine dilution release device for carbon dioxide of the present invention, when the liquid carbon dioxide is discharged into the sea from the discharge hole of the discharge pipe, the shape of the droplet photographed by the photographing unit and the droplet measured by the diameter measuring unit are measured. Since the volume of the droplet is calculated by combining the diameter of the droplet and the diameter of the droplet, the volume of the droplet can be accurately calculated not only when the shape of the droplet is a true sphere but also when the shape of the droplet is not a sphere. . In the present invention, the diameter of the droplet can be accurately measured by using the laser diameter measuring means as the diameter measuring means.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view schematically showing a discharge device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram schematically showing a diameter measuring means provided in the discharge device of the embodiment.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a configuration of a diameter measuring means provided in the discharge device of the embodiment.
FIG. 4 is a diagram schematically showing a discharge device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram schematically showing photographing means provided in the discharge device of the embodiment.
FIG. 6 is a diagram for explaining an operation of a volume operation circuit provided in the discharge device of the embodiment.
FIG. 7 is a diagram schematically showing a system for discharging carbon dioxide to the ocean.
FIG. 8 is a diagram schematically showing a device for discharging carbon dioxide to the ocean.
FIG. 9 is a diagram schematically showing a state of liquid carbon dioxide discharged into the sea by the discharge device.
FIG. 10 is a diagram showing a phase state of carbon dioxide.
FIG. 11 is a diagram schematically showing a diameter measuring device provided in a conventional discharge device.
[Explanation of symbols]
3. Work boat,
4 ... discharge pipe,
5 ... discharge hole,
6 ... liquid carbon dioxide,
7 ... droplets,
21 ... laser diameter measuring means,
21a ... Laser irradiator,
21b ... receiver,
21c arithmetic unit,
41 ... flow control circuit,
51 ... photographing means,
52 ... volume operation circuit,
101 ... pump,
102 ... Flow control mechanism.

Claims

In a discharge apparatus for navigating a ship with a discharge pipe suspended in the sea and towing the discharge pipe, sending liquid carbon dioxide to the discharge pipe and discharging the liquid carbon dioxide from the discharge hole formed in the discharge pipe into the sea,
When the liquid carbon dioxide discharged into the sea from the discharge hole of the discharge pipe disperses as a droplet, the droplet is irradiated with laser light to measure the diameter of the droplet by irradiating the droplet with a laser beam. Ocean diluting and discharging apparatus for carbon dioxide.

In a discharge apparatus for navigating a ship with a discharge pipe suspended in the sea and towing the discharge pipe, sending liquid carbon dioxide to the discharge pipe and discharging the liquid carbon dioxide from the discharge hole formed in the discharge pipe into the sea,
When the liquid carbon dioxide discharged into the sea from the discharge hole of the discharge pipe is dispersed as a droplet, the droplet is irradiated with laser light to measure the diameter of the droplet by irradiating a laser beam, and a laser diameter measuring unit. A flow control circuit for setting a flow rate of the liquid carbon dioxide to be sent to the discharge pipe so as to obtain a required droplet diameter based on the droplet diameter information from the laser diameter measuring means; A flow rate control mechanism for controlling a flow rate of liquid carbon dioxide to be sent to the discharge pipe based on the flow rate.

In a discharge apparatus for navigating a ship with a discharge pipe suspended in the sea and towing the discharge pipe, sending liquid carbon dioxide to the discharge pipe and discharging the liquid carbon dioxide from the discharge hole formed in the discharge pipe into the sea,
When the liquid carbon dioxide discharged into the sea from the discharge hole of the discharge pipe is dispersed as droplets, a photographing means for photographing the droplet by a camera to obtain an image thereof,
Diameter measuring means for measuring the diameter of the droplet when the liquid carbon dioxide discharged into the sea from the discharge hole of the discharge pipe is dispersed as droplets,
The image of the droplet shape photographed by the photographing means is sliced up and down, and the width of each slice portion is determined by referring to the diameter dimension of the droplet measured by the diameter measuring means, and the entire volume of the droplet is calculated. A carbon dioxide marine diluting and discharging apparatus, comprising: a volume calculation circuit for calculating the volume.

4. The marine diluting and discharging apparatus for carbon dioxide according to claim 3, wherein the diameter measuring unit is a laser diameter measuring unit that irradiates the droplet with laser light to measure a diameter of the droplet. 5.