JPH0933302A - 垂直濡れ壁における散水状態測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】垂直濡れ壁を流下する水の流量や、水膜厚さの
測定に伴う面倒な作業や危険が伴う作業をなくすことが
課題である。 【構成】垂直濡れ壁２の表面をカメラ４により撮影し
て、流下する水の動画像を得る過程と、動画像中の隣接
フレームｆi，ｆi+1から局所的な注目領域の動きベクト
ルを抽出して水の流速を算出する過程と、流速と流量と
の既知の対応関係を用いて、上記算出した流速から流量
を算出する過程と、流量と水膜厚さとの既知の対応関係
を用いて、上記算出した流量から水膜の厚さを算出する
過程とから成る垂直濡れ壁における散水状態測定方法で
ある。このことから、本発明では、垂直濡れ壁を流下
する水の流量を、カメラの動画像により非接触式に測定
することができるので、簡単であり、危険な作業を伴わ
ない。１個所は勿論のこと、複数個所又は多数個所の
測定を同時に行うことが可能である。ロボットによる
自動測定が可能となる。流量に加えて水膜を測定する
こともできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は海水を熱源とする熱
交換器等のように、垂直濡れ壁に沿って流体を流下させ
る装置において、散水量等の散水状態を測定するための
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】オープンラック式ベーパライザー等のよ
うに、パネル等の垂直濡れ壁に沿って流体を流下させて
熱交換を行う方式の装置では、濡れ壁に沿って流下する
流体の流量が熱交換量に関係するため、その流量や水膜
の厚さ等の散水状態を管理することが必要となる。

【０００３】散水状態を管理するための従来の測定方法
は、まず濡れ壁に沿って流下する水の流量の測定に対し
ては、特殊な桝等の水採取器具を濡れ壁の適所に設置し
て、流下している水を、単位時間、例えば１分間程度、
実際に採取して測定を行う方法、いわゆる体積法であ
り、また水膜の厚さの測定に対しては、作業員が濡れ壁
に実際に定規を当てて目視で測定する方法である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の方法
では、 特殊な器具を設置したり、定規を当てたりしなければ
ならず、面倒であると共に、作業に危険が伴う。 位置が異なる複数位置の局所的な流量を比較するため
には、複数位置の夫々において上記器具等を用いた測定
が必要である。 等の課題がある。そこで本発明では、このような課題を
解決しようとするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明では、まず垂直濡れ壁の表面をカメラに
より撮影して、流下する水の動画像を得る過程と、動画
像中の隣接フレームから局所的な注目領域の動きベクト
ルを抽出して水の流速を算出する過程と、流速と流量と
の既知の対応関係を用いて、上記算出した流速から流量
を算出する過程とから成る散水状態測定方法を提案す
る。

【０００６】また本発明では、垂直濡れ壁の表面をカメ
ラにより撮影して、流下する水の動画像を得る過程と、
動画像中の隣接フレームから局所的な注目領域の動きベ
クトルを抽出して水の流速を算出する過程と、流速と流
量との既知の対応関係を用いて、上記算出した流速から
流量を算出する過程と、流量と水膜厚さとの既知の対応
関係を用いて、上記算出した流量から水膜の厚さを算出
する過程とから成る散水状態測定方法を提案する。

【０００７】以上の方法においては、１台のカメラによ
り１つの垂直濡れ壁の表面を撮影して、１つの垂直濡れ
壁の適数個所の散水状態を測定するように構成したり、
１台のカメラにより複数の垂直濡れ壁の表面を同時に撮
影して、複数の垂直濡れ壁における散水状態を同時に測
定するように構成することができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を添付図
面を参照して説明する。まず図１は本発明を適用する構
成を模式的に示すもので、符号１は垂直濡れ壁を有する
熱交換器等の装置の一例として、海水を熱源とするＬＮ
Ｇ気化器、即ちオープンラックベーパライザーである。
このＬＮＧ気化器１は、垂直濡れ壁としてのパネル２に
上部のトラフ３から海水を散水して流下させ、この際、
パネル２のＬＮＧ配管を下部から上部へと流れるＬＮＧ
と熱交換を行って気化を行う構成である。

【０００９】符号４はＬＮＧ気化器１のパネル２を視野
とするように配置したカメラであり、このカメラ４は、
パネル２の表面を撮影して、そこを流下している海水の
表面の動画像を得る構成としている。海水の表面の画像
とは、実質的に表面の流れが見える画像という意味であ
り、必ずしも厳密な意味での海水の表面の画像である必
要はない。またカメラ４の視野５は２点鎖線で模式的に
示しているように、図１においてはパネル２全体として
いるが、所望の局所を視野とすることもできる。

【００１０】カメラ４は、例えばモノクロームＣＣＤカ
メラを使用して、モノクロームの画像、即ち階調画像を
得る構成とする他、カラーカメラによりカラー画像を得
る構成とすることもでき、単位時間当たりのフレーム数
も適宜に設定することができる。

【００１１】カメラ４からの画像信号は処理装置６に入
力して、後述する過程により海水の流量，水膜の厚さを
算出する。処理装置６は、模式的に２つの処理部、即
ち、画像処理部７と算出部８として表しているが、これ
らは概ね、つぎのような処理を行う。まず、画像処理部
７では、カメラ４からの動画像中の隣接フレームから局
所的な注目領域の動きベクトルを抽出して、海水の流れ
によって画像中に現れるランダムなパターンの速度、従
って海水の流速を算出し、次いで算出部では、流速と流
量との既知の対応関係を用いて流量を算出し、また必要
に応じて、流量と水膜厚さとの既知の対応関係を用いて
水膜の厚さを算出する。これらを構成するシステム資源
は適宜である。

【００１２】図２は上述したように、海水の流れによっ
て画像中に現れるランダムなパターンの速度を求める過
程を模式的に表したもので、左右の矩形枠は、夫々動画
像中のｉ，ｉ＋１番目の静止画像、即ちフレームｆi，
ｆi+1を示すもので、これらはカメラ４の視野に対応し
ている。これらのフレームｆi，ｆi+1には、海水の流下
に伴って下方に移動するランダムなパターン９が現れて
おり、このランダムなパターン９は図中横方向の破線で
表している。これらのランダムなパターン９の動きは動
画像認識の分野における既知の手法を利用して解析す
る。即ち、上記隣接したフレームｆi，ｆi+1間における
ランダムなパターン９の移動距離は、画像間相関法等の
既知の手法を利用して得ることができる。

【００１３】画像間相関法では、例えばフレームｆiの
所望の個所に局所的な注目領域Ｂを設定し、このフレー
ムｆiの注目領域Ｂを、フレームｆi+1内で走査しなが
ら、注目領域内画素の階調値の相互相関係数を算出し
て、注目領域Ｂと最も一致度が高いフレームｆi+1の領
域Ｂ′、即ち相互相関係数が最大となる領域Ｂ′を求
め、これらの領域Ｂ，Ｂ′の画面上のずれ量から、フレ
ームｆi，ｆi+1間におけるランダムなパターン９の画面
上の移動距離を求めることができる。そして、この画面
上の移動距離から実際のパネル２上の移動距離を求める
ことができる。注目領域Ｂの位置はフレーム内の適所に
設定することができ、また注目領域Ｂ内の画素数や縦横
比を適宜に設定することができる。

【００１４】この他、上記フレームｆi，ｆi+1間におけ
るランダムなパターン９の移動距離は、上記画像間相関
法と同様に注目領域Ｂの一致度を用いて、最も一致する
位置からフレームｆi，ｆi+1間における対応点、そして
ずれ量を求める、その他の手法を利用することができ
る。この手法としては、例えば、注目領域Ｂ内画素の
差分階調値の絶対値の和を求め、これが０に近いほど一
致度が高いとして、上記対応点を求める手法、注目領
域Ｂ内画素の平均階調値の差の絶対値を求め、これが０
に近いほど一致度が高いとして、上記対応点を求める手
法、注目領域Ｂ内画素の階調値の標準偏差の差の絶対
値を求め、これが０に近いほど一致度が高いとして、上
記対応点を求める手法、注目領域Ｂ内画素の階調値の
フーリェ級数により一致度を求める手法等を適用するこ
とができる。また、以上の手法のように注目領域Ｂの一
致度を用いる手法の他、動画像の各フレームの各画素に
おける明るさの空間的勾配と時間的勾配の間の関係を用
いる、H.H.Nagel提案による勾配法等を適用することも
できる。

【００１５】以上の手法により、海水の流下に伴ってパ
ネル２上を下方に移動するランダムパターンの、フレー
ムｆi，ｆi+1間における移動距離、従って海水の流下距
離を求めることかでき、この流下距離をフレームｆi，
ｆi+1間の時間で除算することにより、海水の流速を算
出することができる。

【００１６】図３はＬＮＧ気化器１のパネル２におい
て、パネル２を流下する海水の流速と、パネル２の局所
の流量との関係を実測した結果を示すものであり、この
場合、海水の流速は本発明を適用して求めると共に、局
所の流量は、上述した従来の体積法により求めている。
この図に示されるように、表面の流速と局所の流量とは
有意な対応関係が認められ、次式で近似することができ
る。 ｖ≒1.49×ｑ⁰・⁶⁷³ …（１） 但し、ｖ：表面の流速［m/sec］，ｑ：局所の流量［kg/
sec・m］である。従って、以上の手法を用いて算出した
海水の流速を、この（１）式に当てはめることにより、
局所の流量を算出することができる。このようにして算
出した流量は上記注目領域Ｂの流量であり、従って注目
領域Ｂをカメラ４の視野５内において適宜に設定するこ
とにより、パネル２上の所望個所の流速、そして流量を
算出することができる。上述したとおり、注目領域Ｂは
フレーム内の適所に設定することができ、また注目領域
Ｂ内の画素数も適宜に設定することができる。また同時
に流速、そして流量を算出する注目領域Ｂの数は適宜で
あり、同時に多数の適宜個所の流速、そして流量を算出
することができる。

【００１７】以上のようにして局所の流量が求まると、
垂直濡れ壁を流下する流体の流量と水膜厚さの対応関係
を示すヌセルト（Nusselt）の理論式を適用して水膜厚
さを算出することができる。即ち、ヌセルト（Nussel
t）の理論式は次式で表される。 h=0.909×(4・ｑ/η)^1/3 ×[η²/{gρL(ρL-ρG)}]^1/3 但し、ｑ：流量質量，η：静粘性係数，ｇ：重力加速
度，ρL：液密度，ρG：ガス密度

【００１８】図４は多数のＬＮＧ気化器が列設されてい
る場合におけるカメラ４の設置形態の一例を示すもの
で、この例では、夫々のＬＮＧ気化器のパネル２の一面
側毎にカメラ４を配置して、夫々を視野として、上記測
定を行う構成としている。

【００１９】一方、図５は多数のＬＮＧ気化器が列設さ
れている場合におけるカメラ４の設置形態の他例を示す
もので、この例では、対象とする複数のＬＮＧ気化器の
一面側を見通せる位置に共通の１台のカメラ４を配置し
て、１台のカメラ４の視野内に複数のＬＮＧ気化器の一
面側が対応する構成としている。この構成の場合には、
最も手前側よりも遠方側のＬＮＧ気化器に対しては、夫
々の一面側の一部のみが撮影される構成となる。

【００２０】以上は、垂直濡れ壁としてＬＮＧ気化器の
パネルを説明しているが、垂直濡れ壁としては、この
他、海水以外の水膜により内部物質の冷却を行うタンク
の外壁等、適宜のものに適用することができる。また垂
直濡れ壁は、文字通り、水平に対して直角を成す角度の
壁の他、実質的に垂直と見做して良い傾斜壁をも含むも
のである。

【００２１】

【発明の効果】本発明は以上説明した通りであるので、
上述した従来の方法と比較して次のような効果がある。 垂直濡れ壁を流下する水の流量を、カメラの動画像に
より非接触式に測定することができるので、簡単であ
り、危険な作業を伴わない。 １個所は勿論のこと、複数個所又は多数個所の測定を
同時に行うことが可能である。 ロボットによる自動測定が可能となる。 流量に加えて水膜を測定することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明を適用するの斜視図的模式図である。

【図２】 海水の流れによって画像中に現れるランダム
なパターンの速度を求める過程を表す模式図である。

【図３】 表面流速と局所流量の対応関係を測定した結
果を示す説明図である。

【図４】 カメラの設置形態の一例を示す模式的平面図
である。

【図５】 カメラの設置形態の他例を示す模式的平面図
である。

【符号の説明】

１ ＬＮＧ気化器 ２ パネル ３ トラフ ４ カメラ ５ 視野 ６ 処理装置 ７ 画像処理部 ８ 算出部 ９ パターン ｆ フレーム Ｂ 注目領域

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 垂直濡れ壁の表面をカメラにより撮影し
   て、流下する水の動画像を得る過程と、動画像中の隣接
   フレームから局所的な注目領域の動きベクトルを抽出し
   て水の流速を算出する過程と、流速と流量との既知の対
   応関係を用いて、上記算出した流速から流量を算出する
   過程とから成ることを特徴とする垂直濡れ壁における散
   水状態測定方法
2. 【請求項２】 垂直濡れ壁の表面をカメラにより撮影し
   て、流下する水の動画像を得る過程と、動画像中の隣接
   フレームから局所的な注目領域の動きベクトルを抽出し
   て水の流速を算出する過程と、流速と流量との既知の対
   応関係を用いて、上記算出した流速から流量を算出する
   過程と、流量と水膜厚さとの既知の対応関係を用いて、
   上記算出した流量から水膜の厚さを算出する過程とから
   成ることを特徴とする垂直濡れ壁における散水状態測定
   方法
3. 【請求項３】 １台のカメラにより１つの垂直濡れ壁の
   表面を撮影して、１つの垂直濡れ壁の適数個所の散水状
   態を測定することを特徴とする請求項１又は２記載の垂
   直濡れ壁における散水状態測定方法
4. 【請求項４】 １台のカメラにより複数の垂直濡れ壁の
   表面を同時に撮影して、複数の垂直濡れ壁における散水
   状態を同時に測定することを特徴とする請求項１又は２
   記載の垂直濡れ壁における散水状態測定方法