(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
海上を航行する船舶に枢支されて海中に吊り下げられた放流管の内部に液体二酸化炭素を送り込んで放流管に形成された孔から海中へ放流する際にかかわる条件を予め設定して演算部に入力するとともに、液体二酸化炭素、海水および海氷にかかわる物性を演算部に入力する第１ステップと、この第１のステップにより入力された前記条件および前記物性に基いて、液体二酸化炭素を放流管の内部に送り込んで海中へ放流する際の放流管の形態および液体二酸化炭素の状態を演算部で演算して予測する第２のステップとを具備することを特徴とする二酸化炭素の海洋放流における二酸化炭素状態予測方法。
【請求項２】
前記第１のステップで演算部に入力する条件は、液体二酸化炭素送り込み条件、放流管条件、航行条件および海流条件であることを特徴とする請求項１に記載の二酸化炭素の海洋放流における二酸化炭素状態予測方法。
【請求項３】
前記液体二酸化炭素送り込み条件は液体二酸化炭素の圧力および温度であり、前記放流管条件は放流管の寸法、傾斜角度、放流管外部に設ける断熱材の条件および放流管内部に設ける圧力制御体の条件であり、前記航行条件は船舶の航行速度であり、前記海流条件は海水の流速、向きおよび温度であることを特徴とする請求項２に記載の二酸化炭素の海洋放流における二酸化炭素状態予測方法。
【請求項４】
前記第２のステップで予測する放流管の形態は、放流管の傾斜度合および放流管に付着する氷の状態であり、前記液体二酸化炭素の状態は、放流管の内部における液体二酸化炭素の温度分布および圧力分布であることを特徴とする請求項１に記載の二酸化炭素の海洋放流における二酸化炭素状態予測方法。
【請求項５】
海上を航行する船舶に枢支されて海中に吊り下げられた放流管の内部に液体二酸化炭素を送り込んで放流管に形成された孔から海中へ放流する際にかかわる条件を予め設定して演算部に入力するとともに、液体二酸化炭素、海水および海氷にかかわる物性を演算部に入力する第１の手段と、この第１の手段により演算部に入力された前記条件および前記物性に基いて、液体二酸化炭素を放流管の内部に送り込んで海中へ放流する際の放流管の形態および液体二酸化炭素の状態を演算部で演算して予測する第２の手段とを具備することを特徴とする二酸化炭素の海洋放流における二酸化炭素状態予測装置。
【請求項６】
前記第１の手段で演算部に入力する条件は、液体二酸化炭素送り込み条件、放流管条件、航行条件および海流条件であることを特徴とする請求項５に記載の二酸化炭素の海洋放流における二酸化炭素状態予測装置。
【請求項７】
前記液体二酸化炭素送り込み条件は液体二酸化炭素の圧力および温度であり、前記放流管条件は放流管の寸法、傾斜角度、放流管外部に設ける断熱材の条件および放流管内部に設ける圧力制御体の条件であり、前記航行条件は船舶の航行速度であり、前記海流条件は海水の流速、向きおよび温度であることを特徴とする請求項６に記載の二酸化炭素の海洋放流における二酸化炭素状態予測装置。
【請求項８】
前記第２の手段で予測する放流管の形態は、前記放流管の傾斜度合および前記放流管に付着する氷の状態であり、前記液体二酸化炭素の状態は、放流管の内部における液体二酸化炭素の温度分布および圧力分布であることを特徴とする請求項５に記載の二酸化炭素の海洋放流における二酸化炭素状態予測装置。
【請求項９】
海上を航行する船舶に枢支されて海中に吊り下げられた放流管の内部に液体二酸化炭素を送り込んで放流管に形成された孔から海中へ放流する際にかかわる実際の条件を演算部に入力するとともに、液体二酸化炭素、海水および海氷にかかる物性を演算部に入力する第１の手段と、この第１の手段により演算部に入力された前記実際の条件および前記物性に基いて、実際に液体二酸化炭素を放流管の内部に送り込んで海中へ放流する際の放流管の形態および液体二酸化炭素の状態を演算部で演算して予測する第２の手段とを具備することを特徴とする二酸化炭素の海洋放流制御装置。
【請求項１０】
前記第１の手段で演算部に入力する条件は、液体二酸化炭素送り込み条件、放流管条件、航行条件および海流条件であることを特徴とする請求項９に記載の二酸化炭素の海洋放流制御装置。
【請求項１１】
前記液体二酸化炭素送り込み条件は、二酸化炭素の圧力および温度であり、前記放流管条件は放流管の寸法、傾斜角度、放流管外部に設ける断熱材の条件および放流管内部に設ける圧力制御体の条件であり、前記航行条件は船舶の航行速度であり、前記海流条件は海水の流速、向きおよび温度であることを特徴とする請求項１０に記載の二酸化炭素の海洋放流制御装置。
【請求項１２】
前記第２の手段で予測する放流管の形態は、放流管の傾斜度合および放流管に付着する氷の状態であり、前記液体二酸化炭素の状態は放流管の内部における液体二酸化炭素の温度分布および圧力分布であることを特徴とする請求項９に記載の二酸化炭素の海洋放流制御装置。
【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水に溶し込むための二酸化炭素を海洋へ放流する際の予測を行なう二酸化炭素の海洋放流予測方法およびその装置と、実際に二酸化炭素を海洋へ放流する際の制御を行なう放流制御装置に関する。
【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が引き起こされ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二酸化炭素の放流点を移動させて海中の中層にて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１ないし図３を参照して説明する。図１は中層希釈放流方式のシステムを模式的に示す説明図、図２（ａ）は同方式において放流管から二酸化炭素を海中へ放流拡散する状態を模式的に示す説明図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＺ部を拡大して示す図、図３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１０１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１０２ａに充填して液化ガス運搬船１０２にて所定の海域まで海上輸送し、そこで貯溜タンク１０２ａの内部の液体二酸化炭素を作業船１０３に搭載した貯溜タンク１０３ａ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１５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１０３は深さ２０００ｍないし２５００ｍの海中に吊り下げる鋼管などからなる放流管１０４を備えており、液体二酸化炭素を貯溜タンク１０３ａから放流管１０４に送り込んで放流管１０４の下端部に上下方向に並んで形成した複数個の放流孔１０５から海中に放流する。作業船１０３は放流管１０４の孔１０５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、二酸化炭素の放流点を局所に限定せず移動させて二酸化炭素の希釈を増進させている。また、放流管１０４は上端が作業船１０３に枢軸によって作業船前後方向に傾動できるように支持されている。なお、運搬船１０２と作業船１０３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。
【０００７】
放流管１０４から放流された二酸化炭素の状態は、現状の知見からは次のように想定される。放流管１０４の孔１０５から海中へ放流された二酸化炭素１０６はすぐに海水に溶け込まないで、放流管１０４が後流に生成して残して行く渦１０８による変動流場１０９の中で多数の液滴１０７となって分散してほぼ均一に海水と混合される。放流管１０４は対向する相対的な流速によって船舶進行方向に向かって後側へ傾斜し、その背後に管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１０８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、外径数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１０９を後に残していき、その中で二酸化炭素と海水とが混合すると考えられる。
【０００８】
そして、二酸化炭素の液滴１０７は放流管１０４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、二酸化炭素の液滴１０７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１０７がある高さまで上昇する過程で二酸化炭素は全て海水中に溶け込んでしまい液滴１０７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より上層の海中で二酸化炭素の放流を行うと、放流された二酸化炭素が全て海水に溶け込まない内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は、二酸化炭素を海洋へ放流して隔離する上で大変有望な方法と考えられている。そして、この中層希釈放流方式においては、貯溜タンクに溜められた液体二酸化炭素を液体の状態で支障なく放流管を流通して海中へ放流することが重要である。
【００１１】
しかし、この中層希釈放流方式には次に述べる問題がある。貯溜タンクに貯溜されて搬送される液体二酸化炭素は、貯溜タンクの耐圧構造の関係からおよそ−５５℃、６ａｔｍという低温、低圧力で液体の状態に保持されている。ところが、液体二酸化炭素は、放流管に送り込まれて長い放流管の内部を流通し海中へ放流されるまでの間に放流管の外部周囲の海水から伝達される熱を受けて加熱され温度上昇する。そして、液体二酸化炭素が放流管の内部を流れる時に、液体二酸化炭素の圧力が自重によって洋上での圧力から概ね直線的に増加してゆくが、この液体二酸化炭素の圧力が上昇しきらない放流管上部において液体二酸化炭素の温度が急速に上昇すると、液体二酸化炭素が気化し気体二酸化炭素となり二酸化炭素の海中へ放流することに支障を来すことになる。また、放流管出口において。流出する液体二酸化炭素の温度が海水の氷点以下であれば、海水の凝固などが発生する。これを避けるために放流管出口での液体二酸化炭素の温度は海水の氷点以上とする。
【００１２】
従って、液体二酸化炭素の海洋への放流を行なう上で、放流管の内部で液体二酸化炭素が気化することを抑制するように設計面では放流管にかかわる形態を設定し、また実際の作業を行なう場合には放流にかかわる条件を制御することが夫々不可欠となる。このため、液体二酸化炭素の放流装置の製造においては設計段階で放流管の内部における液体二酸化炭素の状態を確実に予測する必要があり、また液体二酸化炭素の実際の放流を実際に行なう場合には液体二酸化炭素の実際の状態を把握する必要がある。
【００１３】
本発明は、液体二酸化炭素を放流管内に流して海中に放流する場合における液体二酸化炭素の状態を予測して、液体二酸化炭素が放流管内部で気化することを抑制する上で大いに寄与できる二酸化炭素の海洋放流における二酸化炭素状態予測方法およびその装置を提供することを課題とする。
【００１４】
また、本発明は、液体二酸化炭素を放流管を流して海中に放流する場合における実際の液体二酸化炭素の状態を把握して、液体二酸化炭素が放流管内部で気化することを抑制する上で大いに寄与できる二酸化炭素の海洋放流制御装置を提供することを課題とする。
【００１５】
【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放流における二酸化炭素状態予測方法は、海上を航行する船舶に枢支されて海中に吊り下げられた放流管の内部に液体二酸化炭素を送り込んで放流管に形成された孔から海中へ放流する際にかかわる条件を予め設定して演算部に入力するとともに、液体二酸化炭素、海水および海氷にかかわる物性を演算部に入力する第１のステップと、この第１のステップにより入力された前記条件および前記物性に基いて、液体二酸化炭素を放流管の内部に送り込んで海中へ放流する際の放流管の形態および液体二酸化炭素の状態を演算部で演算して予測する第２のステップとを具備すること特徴とする。
【００１６】
請求項２の発明は、請求項１に記載の海洋放流における二酸化炭素状態予測方法において、前記第１のステップで演算部に入力する条件は、液体二酸化炭素送り込み条件、放流管条件、航行条件および海流条件であることを特徴とする。
【００１７】
請求項３の発明は、請求項２に記載の二酸化炭素の海洋放流における二酸化炭素状態予測方法において、前記液体二酸化炭素送り込み条件は二酸化炭素の圧力および温度であり、前記放流管条件は放流管の寸法、傾斜角度、放流管外部に設ける断熱材の条件および放流管内部に設ける圧力制御体の条件であり、前記航行条件は船舶の航行速度であり、前記海流条件は海水の流速、向きおよび温度であることを特徴とする。
【００１８】
請求項４の発明は、請求項１に記載の二酸化炭素の海洋放流における二酸化炭素状態予測方法において、前記第２のステップで予測する放流管の形態は、放流管の傾斜度合および放流管に付着する氷の状態であり、前記液体二酸化炭素の状態は、放流管の内部における液体二酸化炭素の温度分布および圧力分布であることを特徴とする。
【００１９】
請求項５の発明は、海上を航行する船舶に枢支されて海中に吊り下げられた放流管の内部に液体二酸化炭素を送り込んで放流管に形成された孔から海中へ放流する際にかかわる条件を予め設定して演算部に入力するとともに、液体二酸化炭素、海水および海氷にかかわる物性を演算部に入力する第１の手段と、この第１の手段により演算部に入力された前記条件および前記物性に基いて、液体二酸化炭素を放流管の内部に送り込んで海中へ放流する際の放流管の形態および液体二酸化炭素の状態を演算部で演算して予測する第２の手段とを具備すること特徴とする二酸化炭素の海洋放流における二酸化炭素状態予測装置。
【００２０】
請求項６の発明は、請求項５に記載の二酸化炭素の海洋放流における二酸化炭素状態予測装置において、前記第１の手段で演算部に入力する条件は、液体二酸化炭素送り込み条件、放流管条件、航行条件および海流条件であることを特徴とする。
【００２１】
請求項７の発明は、請求項６に記載の二酸化炭素の海洋放流における二酸化炭素状態予測装置において、前記液体二酸化炭素送り込み条件は二酸化炭素の圧力および温度であり、前記放流管条件は放流管の寸法、傾斜角度、放流管外部に設ける断熱材の条件および放流管内部に設ける圧力制御体の条件であり、前記航行条件は船舶の航行速度であり、海流条件は海水の流速、向きおよび温度であることを特徴とする。
【００２２】
請求項８の発明は、請求項５に記載の二酸化炭素の海洋放流における二酸化炭素状態予測装置において、前記第２の手段で予測する放流管の形態は放流管の傾斜度合および放流管に付着する氷の状態であり、前記液体二酸化炭素の状態は放流管の内部における液体二酸化炭素の温度分布および圧力分布であることを特徴とする。
【００２３】
請求項９の発明は、海上を航行する船舶に枢支されて海中に吊り下げられた放流管の内部に液体二酸化炭素を送り込んで放流管に形成された孔から海中へ放流する際にかかわる実際の条件を演算部に入力するとともに、液体二酸化炭素、海水および海氷にかかわる物性を演算部に入力する第１の手段と、この第１の手段により演算部に入力された前記実際の条件および前記物性に基いて、実際に液体二酸化炭素を放流管の内部に送り込んで海中へ放流する際の放流管の形態および液体二酸化炭素の状態を演算部で演算して予測する第２の手段とを具備すること特徴とする二酸化炭素の海洋放流制御装置。
【００２４】
請求項１０の発明は、請求項９に記載の二酸化炭素の海洋放流制御装置において、前記第１の手段で演算部に入力する条件は、液体二酸化炭素送り込み条件、放流管条件、航行条件および海流条件であることを特徴とする。
【００２５】
請求項１１の発明は、請求項１０に記載の二酸化炭素の海洋放流制御装置において、前記液体二酸化炭素送り込み条件は、二酸化炭素の圧力および温度であり、前記放流管条件は放流管の寸法、傾斜角度、放流管外部に設ける断熱材の条件および放流管内部に設ける圧力制御体の条件であり、前記航行条件は船舶の航行速度であり、前記海流条件は海水の流速、向きおよび温度であることを特徴とする。
【００２６】
請求項１２の発明は、請求項９に記載の二酸化炭素の海洋放流制御装置において、前記第２の手段で予測する放流管の形態は、放流管の傾斜度合および放流管に付着する氷の状態であり、前記液体二酸化炭素の状態は放流管の内部における液体二酸化炭素の温度分布および圧力分布であることを特徴とする。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２８】
本発明は、前述した図１ないし図３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している。すなわち、中層希釈放流方式は、作業船１０３に搭載した貯溜タンク１０３ａに貯溜された液体二酸化炭素を、作業船１０３から海中に吊り下げられた放流管１０４に送り込み、放流管１０４の下端部に上下方向に並んで形成した複数個の放流孔１０５から海中に放流するもので、作業船１０３は放流管１０４の放流孔１０５から液体二酸化炭素を海中に送り出しつつ航行して放流点を移動する方式である。なお、放流管１０４を通して液体二酸化炭素を海中へ放流する際に作業船１０３が航行するために放流管１０４が作業船１０３での支持点を支点として作業船方向後側へ向けて傾斜し、液体二酸化炭素は孔１０５から作業船方向後側へ向けて海中へ放出される。
【００２９】
また、この実施の形態では、放流管１０４の内部を流れる液体二酸化炭素の気化を抑制するために放流管１０４上部には次に述べる手段を設けている。放流管１０４外部周囲の海水と放流管１０４内部を流れる液体二酸化炭素との間における熱伝達を抑えて液体二酸化炭素の温度上昇（気化）を抑えるために、図４に示すように放流管１０４の上部外周部に断熱材１１１を被覆して設ける。また、放流管１０４の上部内部には放流管１０４の内部を流れる液体二酸化炭素の圧力を調整して液体二酸化炭素の気化を抑えるために、図５に示すように圧力調整体の一例として例えば複数のオリフィス１１２を上下方向に間隔を存して設ける。あるいは図６に示すように放流管１０４の上部に断熱材１１１とオリフイス１１２とを組み合わせて設けると液体二酸化炭素の気化を抑えるという効果を一層高めることができる。なお、圧力調整体としてはオリフィス１１２の他に圧力調整弁などが挙げられる。
【００３０】
本発明の二酸化炭素の海洋放流における二酸化炭素状態予測方法およびその装置について図７および図８を参照して説明する。
【００３１】
この二酸化炭素状態予測方法および予測方法装置は、放流装置を設計する上で放流管の内部で液体二酸化炭素が気化することを抑制できる放流管の形態を求めるために、傾斜して曳航される放流管の内部を液体二酸化炭素が流下する際に液体二酸化炭素の圧力、温度が放流条件に応じて海面から放流管出口に向かってどのように変化するかを予測（評価）するものである。なお、ここでいう放流管の形態とは、放流管１０４の寸法、傾斜度合、断熱材の条件および圧力調整体の条件を含んでいる。
【００３２】
本発明の二酸化炭素状態予測方法は、海上を航行する船舶に枢支されて海中に吊り下げられた放流管の内部に液体二酸化炭素を送り込んで放流管に形成された孔から海中へ放流する際にかかわる条件、具体的には液体二酸化炭素送り込み条件、放流管条件、航行条件および海流条件を予め適宜な値に設定して演算部に入力し、また液体二酸化炭素、海水および海氷の物性を演算部に入力する第１のステップと、この第１のステップにより演算部に入力された各条件および各物性に基いて演算を行ない放流管の内部に液体二酸化炭素を送り込んで海中へ放流する際の放流管の形態および液体二酸化炭素の状態、具体的には放流管の傾斜度合、放流管に付着する氷の状態、放流管の内部における液体二酸化炭素の温度分布および圧力分布を夫々予測する演算を行なう第２のステップとを具備するものである。
【００３３】
すなわち、この二酸化炭素状態予測方法は、第１のステップにおいて予め設定した二酸化炭素を放流管を通して海中へ放流する際にかかわる各条件と各物性を演算部に入力し、第２のステップにおいてこれら条件と物性を用いて演算を行ない放流管の形態および液体二酸化炭素の状態を予測（評価）し、この予測結果が放流装置を設計する上で放流管の内部で液体二酸化炭素が気化することを抑制できるものか否かを判断して、抑制できる場合には予め設定した放流管条件を含む放流にかかわる条件を設計値として決定し、抑制できない場合には放流にかかわる条件の手直しを行ない再び同様の処理を行ない、放流管の形態および液体二酸化炭素の状態が放流管の内部で液体二酸化炭素が気化することを抑制できるものとなった場合には、その時入力した放流管の形態などの放流にかかわる条件を設計値として採用しようとするものである。
【００３４】
本発明の二酸化炭素状態予測装置は、図９に示すように入力部１２１で第１のステップの処理を行ない、演算部１２２で第２のステップの処理を行なうものである。なお、出力部１２３は演算部１２２で得られた情報を光学的など種々の形態で必要とする機器に出力する。
【００３５】
本発明において放流装置における二酸化炭素状態の予測を行なうに当っては、液体二酸化炭素が定常に放流されている場合を前提として、図１０に示すように作業船１０３によって傾斜して曳航される放流管１０４の内部を液体二酸化炭素が流下するモデルを設定する。図１０（ａ）は放流装置を示す模式図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＹ部で示す放流管の部分の断面を示している。ここでは、液体二酸化炭素を放流管１０４を通して海中へ放流する場合、放流管１０４に断熱材１１１で被覆しても、放流管１０４内部を流れる低温の液体二酸化炭素により放流管１０４外部の海水が冷却されて放流管１０４を被覆する断熱材１１１の外周部に氷１１３が形成される。図１１（ａ）、（ｂ）は放流管１０４の解析モデルを示すものであり、図１１（ｂ）の温度勾配線に示すように放流管１０４では液体二酸化炭素から放流管１０４、断熱材１１１、氷１１３および海水にかけて温度が上昇していく温度勾配が表れる。
【００３６】
解析モデルについては次に述べることを前提とする。（１）放流管１０４内部を流れる液体二酸化炭素の状態については次のとおりである。管内の液体二酸化炭素の流れは一次元定常流れとする。液体二酸化炭素の物性を圧力・温度の関数とする。液体二酸化炭素の相変化については考慮せず、液体二酸化炭素が蒸発するか、否かを飽和蒸気圧で評価する。放流管軸方向熱伝導と放流管内壁との熱伝達を考慮する。（２）放流管外部の着氷については次のとおりである。放流管の外部において海水による氷（海氷）が形成されるとする。海氷内において放流管半径方向の熱移動を考慮し軸方向の熱移動は考慮しない。この放流管半径方向の熱移動とは、海流と海氷外側の熱伝達、海氷内の熱伝導、海氷内側と放流管外側との熱伝達を含んでいる。（３）海流（放流管が移動する海中における海水の流れ）については次のとおりである。海流分布と温度分布は水平面内一様、鉛直方向に分布があるとする。海水物性は圧力・温度および塩分濃度の関数とする。（４）放流管は次の通りである。放流管の傾斜度合いを解析してその結果を使用する。なお、放流管半径方向の熱伝導を考慮し、放流管の軸方向の熱伝達は考慮しない。
【００３７】
本発明の放流装置における二酸化炭素状態を予測する第１のステップおよび第２のステップについて図７を参照して説明する。図７は二酸化炭素状態を予測する方法におけるフローチャートを示している。
【００３８】
まず、放流装置を設計する際に入力部１２１において第１のステップの処理を行なう。
【００３９】
この第１のステップでは、入力部１２１により次に述べる計算条件を予め適宜な値に設定して演算部１２２に入力する（図７：ＳＰ１）。入力する計算条件は、液体二酸化炭素の放流管への送り込み条件、放流管条件、液体二酸化炭素送り込む条件、放流管条件、航行条件および海流条件である。液体二酸化炭素の放流管への送り込み条件は、液体二酸化炭素を放流管の入口から送り込む際の液体二酸化炭素の圧力、温度および流速などである。放流管条件とは、放流管の外径、厚さ、熱伝導率および弾性率、放流管の傾斜度合、放流管外部を覆う断熱材の材質（熱伝導率）および設置位置、放流管内部に設ける圧力調整体（例えばオリフィス）における圧力損失、設置位置および設置個数などある。航行条件とは放流管を曳航する作業船の速度（船速）および向きである。海流条件とは、液体二酸化炭素放流を行なう海域における各深さ毎の海水温度、海水の流れる向き、速度および海水濃度などである。この計算条件は、二酸化炭素の放流すべき全体量、二酸化炭素の圧力および温度、放流すべき海域の海流条件を決め、これに基いて放流管の寸法、放流管の傾斜度合、放流管外部を覆う断熱材の条件、放流管内部に設ける圧力調整体の条件を夫々設定する。
【００４０】
また、演算部１２２には、液体二酸化炭素の物性（密度、粘性係数）、海水物性（粘性係数）および海氷物性（熱伝達率、凝固温度）を入力する。これらの物性は液体二酸化炭素、海水および海氷の夫々の固有の値である。そして、これらの物性値は二酸化炭素状態の予測を行なう毎に入力部１２１から演算部１２２へ入力し、あるいは演算を行なう上で必要な共通なデータとして予め演算部１２２に内蔵させておく（図７：ＳＰ１０）。
【００４１】
次に演算部１２２において第１のステップで入力されたデータを用いて次の述べる演算を行なう。
【００４２】
まず、放流管の寸法形状条件に基いて放流管の形状設定を行ない（ＳＰ２），次いで放流管の寸法形状条件に必要な航行条件や海流条件などの必要な条件および物性を組合せて放流管の傾斜角度を計算して入力した放流管の傾斜度合を更新する（ＳＰ３）。次いで、更新された放流管の傾斜度合に基いて海流条件を新たに設定し（ＳＰ４）、次いで更新された放流管の傾斜度合に基いて放流管の内部を流れる液体二酸化炭素の物性を新たに設定する（ＳＰ５）。
【００４３】
次いで、放流管における伝熱計算を行ない（ＳＰ６）、放流管の内部から外部への熱伝達、放流管の外部から内部への熱伝達および断熱材外部に形成される海氷の厚さを求める。この計算では次に述べる計算式を用いる。すなわち、放流管内部を下流する液体二酸化炭素の状態を求める基礎式として、（１）式および（２）式で示す質量保存式と、（３）式で示す運動量保存式と、（４）式および（５）式で示すエネルギー保存式を用いる。
【００４４】
【数１】
0003609943.tif 000002
放流管内部を流れる液体二酸化炭素と放流管内壁との間の熱伝達は（６）式ないし（８）式を用いて評価する。
【００４５】
【数２】
0003609943.tif 000003
海水と放流管、断熱材および付着氷の夫々の熱伝達は評価式として（９）式ないし（１１）式を用いて評価する。
【００４６】
【数３】
0003609943.tif 000004
さらに、放流管あるいは断熱材外部に形成される海氷厚さは（１２）式ないし（１５）式を用いて評価する。
【００４７】
【数４】
0003609943.tif 000005
そして、放流管における伝熱計算を行なった結果に基いて付着海氷厚さの収束判定を行ない（ＳＰ７）、その判定結果に応じて必要があれば再び液体二酸化炭素の物性を新たに設定するステップ（ＳＰ５）に戻って再び放流管における伝熱計算を行ない、付着海氷厚さの収束判定を行なう。このようにして付着海氷厚さが決定した場合には放流管の傾斜度合の収束判定を行なう（ＳＰ８）。さらに、この放流管の傾斜度合の収束判定の結果にて必要があれば再び放流管の形状設定を行なうステップ（ＳＰ２）に戻り、前述した場合と同様の経過を経て再び放流管の傾斜度合の収束判定を行なう。
【００４８】
そして、このようにして放流管の傾斜度合が決定した場合には、この放流管の傾斜度合に基いて放流管の内部における液体二酸化炭素の温度分布、放流管の内部における液体二酸化炭素の圧力分布および放流管に付着する氷の厚さを求める。さらに、必要に応じて図８に示すように放流管の内部における液体二酸化炭素の蒸発についても判定する。図８は入力情報項目、演算項目および出力情報項目の関係を示している。これらの情報は液体二酸化炭素を放流管で海中に放流する際の液体二酸化炭素の状態を予測する情報として出力部１２３から出力される。このように入力する計算条件を設定することにより、傾斜して曳航される放流管の内部を液体二酸化炭素が流下する際に液体二酸化炭素の圧力、温度が放流条件に応じて海面から放流管出口に向かってどのように変化するかを予測（評価）する上で適切なことである。
【００４９】
そして、前述したように第１のステップで予め適宜に設定して入力した各種条件に基いて第２のステップで演算した結果得られた液体二酸化炭素の状態予測（評価）が、放流装置を設計する上で放流管の内部で液体二酸化炭素が気化することを抑制できるものか、否かを判断して、抑制できる場合には予め設定した放流管条件を含む放流にかかわる条件を設計値として決定する。もし、放流管の内部で液体二酸化炭素が気化することを抑制することが困難な場合には、第１のステップで入力する液体二酸化炭素送り込み条件、放流管条件、航行条件および海流条件を適宜手直して再び第２のステップで演算を行ない、放流管の内部における液体二酸化炭素の温度分布および圧力分布、放流管に付着する氷の厚さおよび放流管の傾斜度合を予測する。最終的に放流管の内部で液体二酸化炭素が気化することを抑制できる液体二酸化炭素送り込み条件、放流管条件、航行条件および海流条件を設計値として設定する。また、この設計値の設定に当っては、放流管から海中に放流された液体二酸化炭素が必要とする希釈率で希釈できるようにすることも条件に加える。
【００５０】
このようにすれば放流管の内部で液体二酸化炭素が気化することを抑制できる液体二酸化炭素送り込み条件、放流管条件、船舶航行条件および海流条件を備えた放流装置を容易且つ確実に設計することができる。
【００５１】
この本発明による予測（評価）によれば、放流管の内部で液体二酸化炭素が気化することを抑制するために図４ないし図６に示すように放流管１０４の外部に設ける断熱材１１１および放流管１０４の内部に設けるオリフィス１１２は海面から６００ｍまでの範囲に設けることが効果的であることが判った。
【００５２】
図１２ないし図１４は本発明の液体二酸化炭素状態予測方法によって求めた海中深さと放流管内部の液体二酸化炭素の温度分布および圧力分布、放流管の傾斜度合との関係を示すもので、各線図においてＶは作業船の船速、Ｗは単位時間当りの液体二酸化炭素放出量である。すなわち、図１２は液体二酸化炭素の温度分布を示し、海中深さが深くなるのに伴い液体二酸化炭素の温度が上昇することが判る。図１３は液体二酸化炭素の圧力分布を示し、海中深さが深くなるのに伴い液体二酸化炭素の圧力が上昇することが判る。図１４は放流管の傾斜度合を示すもので、海中深さが深くなるのに伴い傾斜度合が増大することが判る。
【００５３】
次に本発明の二酸化炭素の海洋放流制御装置について説明する。
【００５４】
この制御装置は、実際に放流装置により実際に液体二酸化炭素を海中へ放流する作業を行なう場合に、傾斜して曳航される放流管の内部を液体二酸化炭素が流下する際に液体二酸化炭素の圧力、温度が実際の条件に応じて海面から放流管出口に向かってどのように変化するかを評価して、液体二酸化炭素が放流管の内部で気化することを抑制するように放流装置における実際の作業条件、すなわち作業船の船速、液体二酸化炭素の放流量を制御するものである。
【００５５】
本発明の制御装置は、前述した予測方法を実施する予測装置と手法および構成が対応するものである。すなわち、本発明の制御装置は、海上を走行する船舶に枢支されて海中に吊り下げられた放流管の内部に液体二酸化炭素を送り込んで放流管に形成された孔から海中へ放流する際にかかわる実際の条件を入力するとともに、液体二酸化炭素、海水および海氷にかかわる物性を入力する第１の手段と、この第１の手段により入力された実際の条件および物性に基いて放流管にかかわる放流管の内部に液体二酸化炭素を送り込んで海中へ放流する際の放流管の形態および液体二酸化炭素の状態を求める演算を行なう第２の手段とを具備するものである。第１の手段は予測方法の第１のステップを実施する予測装置の入力部１２１に対応し、第２の手段は予測方法の第２のステップを実施する予測装置の演算部１２２に対応するものである。
【００５６】
そして、第１の手段に入力する条件は、実際に行なわれている液体二酸化炭素送り込み条件（具体的には実際の放流管入口における二酸化炭素の圧力および温度）であり、実際の放流管条件（具体的には実際に用いている放流管の寸法、傾斜角度、実際に放流管外部に設けている断熱材の条件および圧力調節体の条件）であり、実際の作業船舶航行条件（具体的には実際に航行している作業船の航行速度および向き）であり、実際の海流条件（具体的には実際の放流を行なっている海域の海水の流速、向きおよび温度）である。なお、放流管、断熱材および圧力調節体（例えばオリフィス）は固定された条件であり、液体二酸化炭素送り込み条件、航行条件および海流条件は放流作業毎に変化する。すなわち、本発明によれば制御装置において二酸化炭素の放流を制御する上で適切な情報を入力することができる。
【００５７】
そして、第２の手段では、前述した予測方法および装置と同様に図７のＳＰ２からＳＰ８までの各スッテプの処理を行ない、放流管の傾斜度合、放流管の内部における液体二酸化炭素の温度分布、放流管の内部における液体二酸化炭素の圧力分布および放流管に付着する氷の厚さを求める。さらに、必要に応じて放流管の内部における液体二酸化炭素の蒸発についても判定する。これらの情報は液体二酸化炭素を放流管で海中に放流する際の液体二酸化炭素の状態を予測する情報として出力部１２３から出力される。すなわち、本発明によれば制御装置において二酸化炭素の放流を制御する上で適切な情報を出力することができる。
【００５８】
そして、前述したように第１の手段で入力した実際の各種条件に基いて第２のステップで演算した結果得られた液体二酸化炭素の状態が、放流装置を設計する上で放流管の内部で液体二酸化炭素が気化することを抑制できるものか、否かを判断して、抑制できる場合には、入力した実際の条件、すなわち液体二酸化炭素の送り込み条件および航行条件を制御値とする。もし、放流管の内部で液体二酸化炭素が気化することを抑制でききない場合には、第１のステップで入力する液体二酸化炭素送り込み条件および船舶航行条件を適宜手直して再び第２のステップで演算を行ない、放流管の内部における液体二酸化炭素の温度分布および圧力分布、放流管に付着する氷の厚さおよび放流管の傾斜度合を求める。このようにして最終的に放流管の内部で液体二酸化炭素が気化することを抑制できる液体二酸化炭素送り込み条件および航行条件を、実際に放流を行なう上での制御値として設定する。また、この制御値の設定にあたっては、放流管から海中に放出された液体二酸化炭素が必要とする希釈率で希釈できるようにすることを加える。
【００５９】
このようにすれば放流管の内部で液体二酸化炭素が気化することを抑制できるように液体二酸化炭素の放流を容易且つ確実に制御することができる。そして、本発明によれば制御装置において二酸化炭素の放流を制御する上で適切な情報を入力するとともに適切な情報を出力することができる。
【００６０】
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。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の二酸化炭素状態予測方法および予測装置によれば、液体二酸化炭素を海洋へ放流する放流装置において傾斜して曳航される放流管の内部を液体二酸化炭素が流下する際に液体二酸化炭素の状態の変化を予測することにより、放流装置を設計する上で放流管の内部を流れる液体二酸化炭素が気化することを抑制する形態の放流装置を容易且つ確実に設計することができ、併せて放流管の内部を流れる液体二酸化炭素が気化することを抑制する放流にかかわる条件を設定することができる。
【００６２】
本発明によれば二酸化炭素状態予測方法および予測装置において二酸化炭素状態を予測する上で適切な情報を入力するとともに適切な情報を出力することができる。
【００６３】
本発明の二酸化炭素の海洋放流制御装置によれば、実際に放流装置により液体二酸化炭素を海中へ放流する作業を行なう場合に、傾斜して曳航される放流管の内部を液体二酸化炭素が流下する際に液体二酸化炭素の状態の変化を評価して、液体二酸化炭素が放流管の内部で気化することを抑制するように放流装置における実際の条件を容易且つ確実に制御することができる。
【００６４】
本発明によれば制御装置において二酸化炭素の放流を制御する上で適切な情報を入力するとともに適切な情報を出力することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が対象とする中層放流方式による液体二酸化炭素の海洋放流のシステムを模式的に示す図。
【図２】同放流システムにおける液体二酸化炭素の放流状態を示す図。
【図３】同放流システムにおける海中に放出された液体二酸化炭素の挙動を示す図。
【図４】同放流システムに用いる放流管を示す図。
【図５】同放流システムに用いる放流管を示す図。
【図６】同放流システムに用いる放流管を示す図。
【図７】本発明の予測方法の過程を示すフローチャート。
【図８】本発明の方法における計算を行なう場合の入力項目、演算項目および出力項目を示す図。
【図９】本発明の装置の概略的構成を示す図。
【図１０】本発明の予測方法における解析モデルを示す図。
【図１１】本発明の予測方法における放流管の解析モデルを示す図。
【図１２】放流管における液体二酸化炭素の温度分布を示す線図。
【図１３】放流管における液体二酸化炭素の圧力分布を示す線図。
【図１４】放流管の傾斜度合を示す線図。
【図１５】二酸化炭素の相状態を示す線図。
【符号の説明】
１０３…作業船、
１０３ａ…貯溜タンク、
１０４…放流管、
１０５…放流孔、
１０６…液体二酸化炭素、
１０７…液滴、
１１１…断熱材、
１１２…オリフィス（圧力調整体）、
１２１…入力部、
１２２…演算部、
１２３…出力部。
【図１】
0003609943.tif 000006
【図２】
0003609943.tif 000007
【図３】
0003609943.tif 000008
【図４】
0003609943.tif 000009
【図５】
0003609943.tif 000010
【図６】
0003609943.tif 000011
【図７】
0003609943.tif 000012
【図８】
0003609943.tif 000013
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
0003609943.tif 000016
【図１２】
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【図１３】
0003609943.tif 000018
【図１４】
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【図１５】
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