JP3530863B2 - 海水中に溶存する二酸化炭素分圧の測定装置 - Google Patents

海水中に溶存する二酸化炭素分圧の測定装置

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、海水中に溶存する
二酸化炭素分圧の測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】化石燃料の大量消費によって大気中の二
酸化炭素の濃度が増加し、これが地球の温暖化に関連す
る。しかし大気中の二酸化炭素濃度が増加すると、その
一部は海水中に溶存する。このために海水中の溶存二酸
化炭素の分圧を正確に測定することは、地球温暖化を論
ずる上で重要な課題である。
【0003】海水中に溶存する二酸化炭素分圧は、一定
温度の海水と平衡にある大気圧下の空気中の二酸化炭素
分圧で定義される。海水は接触する空気と二酸化炭素分
圧が平衡に達するように、海水中に溶存する二酸化炭素
が空気中に放出され、または空気中の二酸化炭素が海水
中に吸収される。このような二酸化炭素の放出や吸収が
あっても、海水中に溶存する二酸化炭素分圧が変わらな
いように、大量の海水を空気と接触させる必要がある。
【0004】実用の海水中に溶存する二酸化炭素分圧の
測定装置では、海水と空気とが平衡状態になるのを促進
するために、海水と空気との接触面積を増加させてい
る。
【0005】従来から用いられている典型的な測定装置
1を図5に示す。一定温度の海水は、シャワー手段2に
よって、接触面積を増大されて気液平衡器3に供給さ
れ、海水貯留部4から溢流管5を経て排出される。一方
空気は、気液平衡器3の下部に供給され、気液平衡器3
の上部からCO2分析手段に送られ、ここで空気中の二
酸化炭素分圧が測定され送風機7によって循環される。
【0006】従来装置1では、海水はシャワー手段2に
よって噴出されるが、接触面積は充分大きくならず、平
衡に達するのに5〜30分を要する。このため空気は送
風機7で循環せねばならず、空気は閉鎖系となり平衡器
内部を厳密に大気圧下にすることが困難であり、誤差の
要因となりうる。また海水を噴出するシャワー手段2
は、海水中の動物プランクトンによって目詰まりを生
じ、頻繁に掃除をしなくてはならず、メンテナンスが必
要である。
【0007】この他に気液平衡器での海水と空気との接
触面積を増加するために。バブリングと濡壁とを用いる
方法が考えられる。バブリング法では、海水の表面張力
の影響で海水面で気泡が生じ、気泡がはじけるまでに時
間を要するいわゆるバブリング効果現象が起こる。この
ために空気中の二酸化炭素分圧が、平衡分圧よりも2〜
3ppm低くなり、好ましくない。濡壁法は、接触面積
を大きくするために気液平衡器3を細長くしなればなら
ず、好ましくない。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上述のように従来の方
法ではメンテナンスの頻度が高く、かつ連続して正確な
海水中に溶存する二酸化炭素分圧の測定が困難である。
【0009】本発明の目的はメンテナンスの頻度が低
く、連続して正確な測定が可能なフロースルーで平衡ガ
スが得られる気液平衡器を備えた海水中に溶存する二酸
化炭素分圧の測定装置を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、液中にガスを
バブリングするバブリング部と、バブリング部の上部に
連なり、上下方向に延びる支持棒と支持棒に支持された
複数のはねとを内部に有するミキサ部と、バブリング部
の下部に連なる液面調節器から成る気液平衡器と、フロ
ースルー方式で気液平衡器にガスを供給するガス供給手
段と、気液平衡器から排出されるガス中の二酸化炭素分
圧を測定するCO2分析手段とを含むことを特徴とする
海水中の二酸化炭素分圧の測定装置である。
【0011】本発明に従えば、第1段階としてバブリン
グによって海水とガスとの二酸化炭素分圧が平衡にされ
る。また第2段階として設けられたミキサのはねと支持
棒および気液平衡器の周壁によって濡壁面積が充分大き
くされる。これによってガス(実際には空気)は、循環
型ではなく、フロースルー方式で二酸化炭素分圧が平衡
とされる。したがって気液平衡器内部は大気圧とされ、
連続的に海水中に溶存する二酸化炭素分圧の測定ができ
る。
【0012】また本発明は、CO2分析手段の出力によ
って検出された二酸化炭素の分圧と等しい分圧の炭酸ガ
スを含むガスをバブリング部に供給することを特徴とす
る。また本発明は、液中にガスをバブリングするバブリ
ング部と、バブリング部の上部に連なり、上下方向に延
びる支持棒と支持棒に支持された複数のはねとを内部に
有するミキサ部とから成る気液平衡器と、フロースルー
方式で気液平衡器にガスを供給するガス供給手段と、気
液平衡器から排出されるガス中の二酸化炭素分圧を測定
するCO2分析手段とを含み、CO2分析手段の出力によ
って検出された二酸化炭素の分圧と等しい分圧の炭酸ガ
スを含むガスをバブリング部に供給することを特徴とす
る海水中の二酸化炭素分圧の測定装置である。
【0013】本発明に従えば、気液平衡器に供給される
ガスには、海水中に溶存する二酸化炭素分圧と略平衡な
二酸化炭素が含まれる。海水中に溶存する二酸化炭素分
圧は、連続的に測定されるとき秒単位で大きく変化する
ことがないので、二酸化炭素分圧はより速やかに平衡に
達する。
【0014】また本発明は、CO2分析手段の排ガスの
一部を含むガスをバブリング部に供給することを特徴と
する。また本発明は、液中にガスをバブリングするバブ
リング部と、バブリング部の上部に連なり、上下方向に
延びる支持棒と支持棒に支持された複数のはねとを内部
に有するミキサ部とから成る気液平衡器と、フロースル
ー方式で気液平衡器にガスを供給するガス供給手段と、
気液平衡器から排出されるガス中の二酸化炭素分圧を測
定するCO2分析手段とを含み、CO2分析手段の排ガス
の一部を含むガスをバブリング部に供給することを特徴
とする海水中の二酸化炭素分圧の測定装置である。
【0015】本発明に従えば、気液平衡器に供給される
空気には、CO2分析手段の排ガスの一部、たとえば排
ガスの約2/3が混ぜられる。これによって二酸化炭素
分圧は、より速やかに平衡に達する。
【0016】また海水中に溶存する二酸化炭素分圧と等
しい分圧の二酸化炭素を含む空気を供給するために用い
る二酸化炭素の量を約1/3に節約できる。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、実施の形態によって、本発
明をより詳細に説明する。図1は、本発明の実施の一形
態の海水中に溶存する二酸化炭素分圧の測定装置10の
系統図である。本装置10は、気液平衡器20とCO2
分析手段11とフィードバックシステム16とから構成
される。
【0018】図2は、気液平衡器20の断面図である。
気液平衡器20は、円筒状に構成され、下部に海水貯留
部21、中間部にバブリング部22,上部にミキサ部2
3を備える。海水は、ミキサ部23の上部中央から供給
され、支持棒24から複数枚(本実施の形態では5枚)
のはね25によって接触面積を増大されてバブリング部
22に落下する。はね25は、たとえば最上段のものか
ら90°ずつずれて順次配置される。バブリング部22
は、下部から空気が供給され、周囲に多数の小孔を設け
たバブラ26から気泡が発生し、液面27に達する間に
気泡中の二酸化炭素分圧は海水中に溶存する二酸化炭素
分圧にほぼ等しくなる。液面27では、ミキサ23から
落下する海水によって、気泡が破壊される。空気は、さ
らにミキサ部23で海水と大きい接触面で接し、海水と
空気との二酸化炭素分圧は、ほぼ完全に(99.9%)
平衡に達する。平衡ガスは、ミキサ部23の上部周辺か
らCO2分析手段11に送られる。海水貯留部21に
は、海水連絡管28が連絡され、液面調節器29を経て
排出される。
【0019】CO2分析手段11は、除湿器12と非分
散赤外線吸収CO2計(NDIR)13と、コンピュー
タユニット14と、記録計15などから構成される。平
衡ガスは、除湿器12で水分を除去され、NDIR13
に送られ、ここでCO2分圧が検出され、CO分析手段
11外に排出される。NDIR13の出力は、コンピュ
ータユニット14に送られ、記録計15に記録される。
【0020】フィードバックシステム16は、高濃度C
2ボンベ17と、ゼロガス発生器18と供給ガス調整
器19などから構成される。供給ガス調整器19にはコ
ンピュータユニット14からNDIR13で検出された
二酸化炭素分圧に応じた電気信号が送られ、これによっ
て高濃度CO2ボンベ17から送られるガス量とゼロガ
ス発生器18から送られるガス量とが調整され、NDI
R13で検出された二酸化炭素分圧と略等しい二酸化炭
素分圧の供給ガスとして気液平衡器20に送られる。
【0021】この他に一定時間毎に、大気中の二酸化炭
素を測定したり、校正用ボンベ33のガスでNDIR1
3を校正したり、海水貯留部21の温度や大気圧をコン
ピュータユニット14に送り、NDIR13で測定され
たCO2分圧とともに記録計15に記録したりする。
【0022】図3は、気液平衡器20に導入した空気の
二酸化炭素濃度を0〜500ppmの間で変化させて、
2種類の海水中に溶存する二酸化炭素分圧を、本装置1
0で測定した結果である。供給ガスの二酸化炭素の濃度
が変わっても平衡ガスの二酸化炭素の濃度はほとんど変
わらない。これによって、この気液平衡器の効率が充分
に高く、フロースルーでほぼ完全に平衡に達しているこ
とがわかる。
【0023】本発明の実施の他の形態として、フィード
バックシステム16がなく供給ガスとして除塵した二酸
化炭素0〜500ppmの空気を供給するものであって
もよい。
【0024】図4は、本発明の実施のさらに他の形態の
海水中に溶存する二酸化炭素分圧の測定装置30のブロ
ック図である。本装置30は、先の実施の形態の装置1
0と類似し、同一の部材には同一の符号を付す。本装置
30では、供給ガス調整器31にNDIR13の排ガス
の一部、たとえば2/3が、高濃度CO2ボンベ17か
らのガスおよびゼロガス発生器18からのガスとともに
送られる。NDIR13の排ガスは、分配器32によっ
て0〜90%の範囲で調節されて供給ガス調整器31に
送られ、高濃度CO2ガスおよびゼロガスは、その合計
量が100〜10%の範囲とされる。
【0025】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、気液平衡
器がバブリング部とその上に連なるミキサ部とから成る
ので、バブリング部では、海水とガスとの接触面積が充
分大きく、ミキサ部はバブリング効果を低く押え、両者
の作用によって、フロースルーで完全な平衡ガスが得ら
れる。またフロースルーであるので、気液平衡器内を厳
密に大気圧とすることができ、かつメンテナンス頻度が
低く、連続して海水中に溶存する二酸化炭素分圧が測定
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態の海水中に溶存する二酸
化炭素分圧の測定装置10の系統図である。
【図2】気液平衡器20の断面図である。
【図3】気液平衡器20に導入する供給ガスと気液平衡
器20から排出された平衡ガスとに含まれる二酸化炭素
の濃度の関係を示すグラフである。
【図4】本発明の実施のさらに他の形態の海水中に溶存
する二酸化炭素分圧の測定装置30の系統図である。
【図5】従来技術の海水中に溶存する二酸化炭素分圧の
測定装置1の系統図である。
【符号の説明】
10,30 海水中に溶存する二酸化炭素分圧の測定装
置 11 CO2分析手段 12 除湿器 13 非分散赤外線吸収CO2計(NDIR) 14 コンピュータユニット 15 記録計 16 フィードバックシステム 20 気液平衡器 21 海水貯留部 22 バブリング部 23 ミキサ部 24 支持棒 25 はね 26 バブラ 27 液面 29 液面調節器 33 校正用ボンベ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 紀本 岳志 大阪府大阪市天王寺区舟橋町3番1号 紀本電子工業株式会社内 (72)発明者 紀本 英志 大阪府大阪市天王寺区舟橋町3番1号 紀本電子工業株式会社内 (72)発明者 島野 富士雄 茨城県牛久市神谷6−27−2 (56)参考文献 特開 昭54−154393(JP,A) 特開 平8−129011(JP,A) 特開 平5−232103(JP,A) 特開2000−317208(JP,A) 特開 昭57−147045(JP,A) 特公 平4−64023(JP,B2) 実公 昭63−23997(JP,Y2) 特表 平8−505218(JP,A) 特許2580520(JP,B2) 特許3025495(JP,B1) 米国特許5643799(US,A) 野尻幸宏、植松崇嗣,“船上CO2分 圧測定装置の開発改良と測定法間誤差要 因の解明”,地球環境研究総合推進費平 成9年度研究成果報告集(中間報告2) ●地球の温暖化(現象解明),日本, 環境庁企画調整局地球環境部環境保全対 策課研究調査室,1999年 3月 9日, p.153−156 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 1/00 -1/44 G01N 33/00 - 33/46 JICSTファイル(JOIS)

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 液中にガスをバブリングするバブリング
    部と、バブリング部の上部に連なり、上下方向に延びる
    支持棒と支持棒に支持された複数のはねとを内部に有す
    るミキサ部と、バブリング部の下部に連なる液面調節器
    から成る気液平衡器と、 フロースルー方式で気液平衡器にガスを供給するガス供
    給手段と、 気液平衡器から排出されるガス中の二酸化炭素分圧を測
    定するCO2分析手段とを含むことを特徴とする海水中
    の二酸化炭素分圧の測定装置。
  2. 【請求項2】 CO2分析手段の出力によって検出され
    た二酸化炭素の分圧と等しい分圧の炭酸ガスを含むガス
    をバブリング部に供給することを特徴とする請求項1記
    載の海水中の二酸化炭素分圧の測定装置。
  3. 【請求項3】 CO2分析手段の排ガスの一部を含むガ
    スをバブリング部に供給することを特徴とする請求項1
    または2記載の海水中の二酸化炭素分圧の測定装置。
  4. 【請求項4】 液中にガスをバブリングするバブリング
    部と、バブリング部の上部に連なり、上下方向に延びる
    支持棒と支持棒に支持された複数のはねとを内部に有す
    るミキサ部とから成る気液平衡器と、 フロースルー方式で気液平衡器にガスを供給するガス供
    給手段と、 気液平衡器から排出されるガス中の二酸化炭素分圧を測
    定するCO2分析手段とを含み、 CO2分析手段の出力によって検出された二酸化炭素の
    分圧と等しい分圧の炭酸ガスを含むガスをバブリング部
    に供給することを特徴とする海水中の二酸化炭素分圧の
    測定装置。
  5. 【請求項5】 液中にガスをバブリングするバブリング
    部と、バブリング部の上部に連なり、上下方向に延びる
    支持棒と支持棒に支持された複数のはねとを内部に有す
    るミキサ部とから成る気液平衡器と、 フロースルー方式で気液平衡器にガスを供給するガス供
    給手段と、 気液平衡器から排出されるガス中の二酸化炭素分圧を測
    定するCO2分析手段とを含み、 CO2分析手段の排ガスの一部を含むガスをバブリング
    部に供給することを特徴とする海水中の二酸化炭素分圧
    の測定装置。
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