(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
海上を航行する船舶に搭載されて液体二酸化炭素を海中に放流する装置において、
前記液体二酸化炭素を収容する貯溜タンクと、
前記船舶から海中に吊り下げられ、前記液体二酸化炭素を海中に放流する放流管と、
前記貯溜タンクから出された前記液体二酸化炭素を前記放流管に直接送り込む第１の管路と、前記貯溜タンクから出された前記液体二酸化炭素を前記第１の管路を迂回して前記放流管に導く第２の管路と、前記第２の管路を通る前記液体二酸化炭素を加圧するポンプと、前記第２の管路を通る前記液体二酸化炭素を加熱して気化させる気化器とを備えた供給系統と、
前記放流管に接続された回収用の管路を有し、前記放流管への液体二酸化炭素の送り込みを停止した時に、前記放流管の内部の気体二酸化炭素を前記管路を介して吸引することで回収する回収系統と、
前記供給系統における第１の管路と第２の管路との二酸化炭素の流通の切換えおよび前記供給系統と前記回収系統との二酸化炭素の流通の切換えを行なう切換え手段と、を具備することを特徴とする二酸化炭素の海洋への放流装置。
【請求項２】
前記供給系統の気化器は、海水、空気、電気ヒータおよび燃焼ガスから選ばれる少なくとも１種を熱源とすることを特徴とする請求項１に記載の放流装置。
【請求項３】
前記回収系統は、前記管路を介して前記放流管から取り出された気体二酸化炭素を加圧するポンプと、この加圧された気体二酸化炭素を液化させる液化器とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の放流装置。
【請求項４】
前記回収系統は、前記管路を介して前記放流管から取り出された気体二酸化炭素を冷却する冷却器を備えていることを特徴とする請求項１に記載の放流装置。
【請求項５】
前記管路の上流端は、前記貯溜タンクに接続されていることを特徴とする請求項３の記載の放流装置。
【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水に溶し込むための二酸化炭素の海洋への放流装置に関する。
【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。この対策の一つとして、火力発電所等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り、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、その成立に当っては、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】
二酸化炭素の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、二酸化炭素の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希釈するとともに、海洋に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る。このシステムは、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止まるという考え方に基くものである。
【０００５】
溶解拡散型のシステムの具体例として、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８ないし図１０を参照して説明する。
【０００６】
図８は、中層希釈放流方式を模式的に示す説明図、図９（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９（ｂ）は、図９（ａ）のＺ部を拡大して示す図、図１０は、二酸化炭素を放流管から放流して形成された液滴の挙動を示す説明図である。
【０００７】
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７は、二酸化炭素の相状態を示す線図である。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。
【０００８】
作業船１０３は、深さ２０００ｍないし２５００ｍの海中に吊り下げる鋼管等からなる放流管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。
【０００９】
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放出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に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。
【００１０】
放流管１０４から放流された二酸化炭素の挙動は、現状の知見からすると次のように想定される。図１０に示すように、放流管１０４の放流孔１０５から海中へ放流された液体二酸化炭素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、略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対し後側へ傾斜し、その背後に管軸線とほぼ平行な回転軸をもつ後流渦１０８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１０４の形状、表面の状態および寸法や移動速度等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。
【００１１】
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、これにより液滴１０７が消滅する。
【００１２】
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、２５００ｍより下層の海中は、前述した貯蓄型の対象となる深さであり、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うちに、液滴１０７が深度５００〜６００ｍに達する可能性がある。一般に液滴１０７が深度５００〜６００ｍに達すると、図８から判るように液滴１０７は気化する。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１０７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。
【００１３】
【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であると考えられている。この中層希釈放流方式においては、貯溜タンク１０３ａに溜められた液体二酸化炭素を支障なく放流管１０４を通して海中へ放流することが重要である。
【００１４】
すなわち、液体二酸化炭素を放流管１０４に送り込む作業を開始する前の段階では、作業船１０３から海中に吊り下げられた放流管１０４の内部に海水が入り込んでいる。この放流管１０４の内部に−５５℃程度の大変低温の液体二酸化炭素を送り込むと、液体二酸化炭素と海水とが接触する界面部で海水が氷結したり、あるいは液体二酸化炭素と海水との化合物であるハイドレートが生成される。
【００１５】
この結果、放流管１０４の内部での液体二酸化炭素の流通が阻害されて管詰まりが生じる。また、液体二酸化炭素は海水と接触すると、加熱されて気化してしまう。これらのことから、液体二酸化炭素を支障なく放流管１０４を流通させて海中へ放流することができなくなる。
【００１６】
さらに、液体二酸化炭素を放流管１０４から海中へ放流する作業を停止する際にも、送り込み開始の場合と同様に、放流管１０４の内部にある二酸化炭素を支障なく回収して放流管１０４の内部に海水を流入させることが必要である。
【００１７】
したがって、中層希釈放流方式においては、液体二酸化炭素を放流管１０４に送り込む際に、液体二酸化炭素を支障なく放流管１０４を流通させて海中へ放流する作業を行なえ、且つ液体二酸化炭素を放流管１０４から海中へ放流する作業を停止する際に、放流管１０４の内部に海水を支障なく流入させる作業を行なえる放流装置が必要となる。
【００１８】
本発明の目的は、液体二酸化炭素を放流管に送り込む作業および液体二酸化炭素の放流を停止する作業を夫々支障なく行なうことができる二酸化炭素の海洋への放流装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の一つに形態に係る二酸化炭素の海洋への放流装置は、
海上を航行する船舶に搭載されて液体二酸化炭素を海中に放流する装置であって、
前記液体二酸化炭素を収容する貯溜タンクと、
前記船舶から海中に吊り下げられ、前記液体二酸化炭素を海中に放流する放流管と、
前記貯溜タンクから出された前記液体二酸化炭素を前記放流管に直接送り込む第１の管路と、前記貯溜タンクから出された前記液体二酸化炭素を前記第１の管路を迂回して前記放流管に導く第２の管路と、前記第２の管路を通る前記液体二酸化炭素を加圧するポンプと、前記第２の管路を通る前記液体二酸化炭素を加熱して気化させる気化器とを備えた供給系統と、
前記放流管に接続された回収用の管路を有し、前記放流管への液体二酸化炭素の送り込みを停止した時に、前記放流管の内部の気体二酸化炭素を前記管路を介して吸引することで回収する回収系統と、
前記供給系統における第１の管路と第２の管路との二酸化炭素の流通の切換えおよび前記供給系統と前記回収系統との二酸化炭素の流通の切換えを行なう切換え手段と、を具備したことを特徴としている。
【００２０】
【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、図５および図６を参照して説明する。
【００２１】
この第１の実施の形態は、前述した図８ないし図１０に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に基くものである。
【００２２】
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に送り込むとともに、放流管１０４の下端部に形成した複数個の放流孔１０５から海中に放流するものである。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前進して放流点を移動させる。
【００２３】
本発明の放流装置は、貯溜タンク１０３ａおよび放流管１０４を備えることに加えて、作業船１０３に搭載して液体二酸化炭素を放流管１０４に送り込む作動および放流管１０４から液体二酸化炭素を回収する作動を行なう機能を備えている。
【００２４】
本発明の放流装置において、液体二酸化炭素を放流管１０４に送り込む作動および放流管１０４から液体二酸化炭素を回収する作動を行なう機構の構成について図１を参照して説明する。
【００２５】
図１は、本発明の第１の実施の形態における放流装置の構成を模式的に示している。この図１において、図８ないし図１０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１０３ａは、作業船１０３に搭載されて液体二酸化炭素を貯溜する貯溜タンク、１０４は、作業船１０３に枢軸１０４ａにより傾動可能に支持されて深さ２０００ｍないし２５００ｍの海中に吊り下げされた鋼管からなる放流管である。放流管１０４は、作業船１０３の前進に伴い枢軸１０４ａを中心として後側へ傾斜する。図中ＳＬは海洋の海面を示している。
【００２６】
図１において、１は液体二酸化炭素を放流管１０４へ送り込む供給系統、２は放流管１０４から気体二酸化炭素を回収する回収系統、３は切換え手段である。
【００２７】
供給系統１は次のように構成されている。１１は貯溜タンク１０３ａと放流管１０４の上端部とを接続する第１の管路、１２は第１の管路１１の途中から分岐するとともに、第１の管路１１を迂回して放流管１０４の上端部に接続される第２の管路である。第１の管路１１には、貯溜タンク１０３ａに貯溜にされた液体二酸化炭素を放流管１０４へ搬送する程度に加圧する搬送用のポンプ１３が接続されている。第２の管路１２には、二酸化炭素の送り方向上流側から下流側に向けて加圧用のポンプ１４および気化器１５がこの順に設けられている。ポンプ１４は、液体二酸化炭素に圧力を加えるもので、気化器１５と組み合わせて所定の圧力と温度の気体二酸化炭素を得るようになっている。
【００２８】
気化器１５は、その一例として海水を熱源とする熱交換器を採用している。気化器１５は、液体二酸化炭素を流すために第２の管路１２に接続された流通管１６と、この流通管１６を収容するとともに海水が貯溜、流通されるケース１７と、海水をケース１７へ搬送するとともにケース１７から海水を排出する管路１８と、この管路１８に設けられ、海水を汲み上げてケース１７へ圧送するポンプ１９と、管路１８に介在された開閉弁２０と、ケース１７からドレンを抜くためのドレン排出弁２１とを有している。
【００２９】
なお、図中２２は、ポンプ１４よりも二酸化炭素送り方向上流側で第２の管路１２に接続され、この第２の管路１２を大気に開放するための開閉弁、図中２３は、気化器１５よりも二酸化炭素送り方向下流側で第２の管路１２に接続され、この第２の管路１２を大気に開放するための開閉弁である。
【００３０】
また、図中Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４は夫々開閉弁である。開閉弁Ｖ１は、第１の管路１１における第２の管路１２の分岐点よりも二酸化炭素送り方向上流側で第１の管路１１に接続されている。開閉弁Ｖ２は、第１の管路１１における第２の管路１２の分岐点よりも二酸化炭素送り方向下流側で第１の管路１１に接続されている。開閉弁Ｖ３は、ポンプ１４および開閉弁２２よりも二酸化炭素送り方向上流側で第２の管路１２に接続されている。開閉弁Ｖ４は、気化器１５および開閉弁２３よりも二酸化炭素送り方向下流側で第２の管路１２に接続されている。
【００３１】
回収系統２は、放流管１０４にある液体二酸化炭素を回収して貯溜タンク１０３ａに戻すためのものであり、次に述べるように構成されている。
【００３２】
図中３１は回収用の管路であり、放流管１０４と貯溜タンク１０３ａとを接続している。図１に示すように、管路３１と放流管１０４との接続部分は、放流管１０４と第１の管路１１との接続部分よりも二酸化炭素送り方向下流側に位置している。３２は、管路３１に設けられ、放流管１０４にある二酸化炭素を吸引するポンプ、３３は、ポンプ３２の吐出側において回収用の管路３１に接続された液化器（冷却器）である。Ｖ５は、ポンプ３２の吸い込み側において管路３１に接続された開閉弁、Ｖ６は、冷却器３３よりも二酸化炭素回収方向下流側において管路３１に接続された開閉弁である。
【００３３】
切換え手段３は、供給系統１における第１の管路１１と第２の管路１２との二酸化炭素の流通の切換え、および供給系統１と回収系統２との二酸化炭素の流通の切換えを行なうもので、開閉弁Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６を備えている。各開閉弁Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６は、夫々個別の駆動装置を備えており、これら駆動装置により駆動されるようになっている。
【００３４】
各ポンプ１３、１４、１９、３２と、各開閉弁Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６の駆動装置は、図示しない制御装置により駆動制御される。また、供給系統１、回収系統２および放流管１０４は、二酸化炭素の温度を計測する温度計測装置（図示せず）を備えており、この温度計測装置によって計測された温度情報が制御装置に送られる。
【００３５】
このように構成された放流装置において、液体二酸化炭素を放流管１０４に送り込んで放流を行なう動作と、この液体二酸化炭素の放流を停止して放流管１０４内にある液体二酸化炭素を回収する動作について説明する。
【００３６】
液体二酸化炭素を放流管１０４へ送り込むプロセスについて図５を加えて説明する。図５は、液体二酸化炭素の送り込みの開始から定常送り込みに至るプロセスの各段階を模式的に示す図であり、各段階毎における放流管１０４の内部の状態を示している。
【００３７】
まず、送り込み開始から定常送り込みへ移行するプロセスについて説明する。このプロセスの基本は、初め液体二酸化炭素を気体にして放流管１０４へ送り込み、放流管１０４の内部の気体二酸化炭素と海水との接触部を周囲環境温度にした後、気体二酸化炭素に代えて液体二酸化炭素を放流管１０４に送り込むものである。
【００３８】
図５の（ａ）段階に示すように、二酸化炭素送り込み開始時は、放流管１０４の内部に海水が入っている。まず、供給系統１の開閉弁Ｖ２と回収系統２の開閉弁Ｖ５を閉じる。供給系統１の開閉弁Ｖ１、開閉弁Ｖ３および開閉弁Ｖ４を開放して、第１の管路１１における貯溜タンク１０３ａから開閉弁Ｖ２に至る部分と第２の管路１２全体を開放し、貯溜タンク１０３ａと放流管１０４との間を連通させる。
【００３９】
搬送用のポンプ１３を駆動して貯溜タンク１０３ａに貯溜された液体二酸化炭素を搬送する。液体二酸化炭素は、例えば圧力が６ａｔｍ、温度が−５５℃の状態で貯溜されている。液体二酸化炭素は、供給系統１の第１の管路１１を通り、開閉弁Ｖ２の手前で第２の管路１２をＡ方向へ流れる。加圧用のポンプ１４を駆動して第２の管路１２を流れる液体二酸化炭素を所定の圧力に加圧して気化器１５へ送り込む。液体二酸化炭素は、気化器１５の流通管１６を流れる。開閉弁２０を開放するとともにポンプ１９を駆動して海水を汲み上げると、海水は管路１８を通ってケース１７の内部に導かれる。
【００４０】
加圧された液体二酸化炭素は、流通管１６を流れながらそれより高温であるケース１７の内部の海水との熱交換により加熱され、気体二酸化炭素となる。ここでは液体二酸化炭素を気化器１５により海面温度、例えば２０℃の温度で気化させるものとし、このため液体二酸化炭素をポンプ１４で６０ａｔｍに加圧する（図７の二酸化炭素の相状態図参照）。
【００４１】
気化器１５により得られた約６０ａｔｍ、２０℃の気体二酸化炭素は、第２の管路１２を通って放流管１０４の上端からその内部に送り込まれるとともに、放流管１０４の内部をＢ方向に下降して流れる。約６０ａｔｍに加圧された気体二酸化炭素は、図５の（ｂ）段階に示すように、海水を押し下げながら放流管１０４の内部を下降して海面から約６００ｍの深さまで達する。ここで、放流管１０４の内部において気体二酸化炭素の下端と海水の上端とが接触する界面部では、深さ約６００ｍにおける海水の温度が気体二酸化炭素より低いために、図５の（ｃ）段階に示すように、気体二酸化炭素は約６００ｍにおける環境の海水温度で凝固して液体二酸化炭素に変化する。
さらに、気体二酸化炭素の放流管１０４へ送り込みを継続すると、図５の（ｄ）段階に示すように、液体二酸化炭素の部分がさらに下降して放流管１０４の内部に入っている海水を放流管１０４の放流孔１０５から海中へ押し出す。その後、供給系統１から放流管１０４へ送り込む気体二酸化炭素の圧力、温度のレベルを徐々に低下させて行く。
【００４２】
すなわち、液体二酸化炭素に対する加圧のレベルを低下させるようにポンプ１４の駆動を制御するとともに、液体二酸化炭素に対する加熱のレベルを低下させるように気化器１５の駆動を制御する。そうすると、放流管１０４の内部では、送り込まれる気体二酸化炭素が徐々に液体に変化して行き、図５の（ｅ）段階に示すように、放流管１０４の内部における気体二酸化炭素と液体二酸化炭素との接触面が深さ６００ｍの位置から徐々に上昇していく。この間、放流管１０４の内部の液体二酸化炭素は、一部が海水中に流出する状態になる。
【００４３】
そして、放流管１０４の内部における液体二酸化炭素の圧力レベルおよび温度レベルが貯溜タンク１０３ａの内部における液体二酸化炭素の圧力レベル（６ａｔｍ）および温度レベル（−５５℃）と同じレベルまで低下した時点で、供給系統１におけるポンプ１４と気化器１５の駆動を停止するとともに、開閉弁Ｖ３、Ｖ４を閉じて第２の管路１２と放流管１０４との連通を遮断する。
【００４４】
これと同時に開閉弁Ｖ２を開放し、第１の管路１と放流管１０４と連通させる。これにより、貯溜タンク１０３ａに貯溜された液体二酸化炭素は、ポンプ１３による搬送圧力のみで第１の管路１１を通って放流管１０４の内部に送り込まれる。この結果、図５の（ｆ）段階に示すように、貯溜タンク１０３ａの液体二酸化炭素をそのまま第１の管路１１から放流管１０４に連続して送り込む定常送り込みに移行する。そして、前述したように液体二酸化炭素を放流管１０４の放流孔１０５から海中へ放流する。
【００４５】
このようにすれば、貯溜タンク１０３ａの内部の液体二酸化炭素を放流管１０４へ送り込む操作を開始してから定常の送り込みに移行する過程において、放流管１０４の内部における気体二酸化炭素と海水とが接触する界面部が液体状態となる。このため、二酸化炭素と海水とが接触する界面部で海水が氷結したり、あるいは液体二酸化炭素と海水との化合物であるハイドレートが発生して管詰まりが生じることはない。また、前記界面部で液体二酸化炭素が加熱されて気化することもない。この結果、二酸化炭素の送り込み開始から定常送り込みへ支障なく移行することができる。
【００４６】
定常送り込みを行なっている時に、放流装置が何らかの理由により一時停止して放流管１０４の内部が図５の（ｄ）段階の状態になった場合、および送り込み開始から定常送り込みへ移行する過程で何らかの理由により送り込みが一時停止して放流管１０４の内部が図５の（ｄ）段階の状態になった場合に、定常送り込みへ移行するプロセスについて説明する。
【００４７】
この場合には、まず前述した操作により供給系統１の第２の管路１２から放流管１０４へ送り込む気体二酸化炭素の圧力、温度のレベルを徐々に低下させて行く。そうすると、放流管１０４の内部では、送り込まれる気体二酸化炭素が徐々に液体に変化して行き、図５の（ｅ）段階に示すように、放流管１０４内部における気体二酸化炭素と液体二酸化炭素との接触面が徐々に上昇していく。この間、放流管１０４の内部の液体二酸化炭素は、一部が海水中に流出する状態になる。
【００４８】
そして、放流管１０４の内部における液体二酸化炭素の圧力レベルおよび温度レベルが貯溜タンク１０３ａの内部における液体二酸化炭素の圧力レベル（６ａｔｍ）および温度レベル（−５５℃）と同じレベルまで低下した時点で、ポンプ１４と気化器１５の駆動を停止し、貯溜タンク１０３ａに貯溜された液体二酸化炭素を第１の管路１１を通して放流管１０４の内部に送り込んで定常送り込みに移行する。
【００４９】
次に、液体二酸化炭素の放流管１０４への送り込みを停止するプロセスについて図６を加えて説明する。図６は、液体二酸化炭素の送り込みを停止するプロセスの各段階を模式的に示す図であり、各段階毎における放流管１０４の内部の状態を示している。図６の（ａ）段階に示すように、定常送り込みの状態では、放流管１０４の内部全体に液体二酸化炭素が送り込まれてＢ方向へ流れている。
【００５０】
まず、定常送り込みから一時停止へ移行するプロセスについて説明する。この一時停止とは、二酸化炭素の放流動作を一時的に停止するが、その後再び放流動作を継続する場合を指すものである。定常送り込みの一時停止が緊急である場合には、前述したように貯溜タンク１０３ａの内部の液体二酸化炭素が第１の管路１１から直接放流管１０４に至る流れを切換えて、この液体二酸化炭素を第２の管路１２へ導くとともに、ポンプ１４により例えば６０ａｔｍに加圧した後、気化器１５で海水の熱を利用して例えば２０℃に加熱してから放流管１０４の内部に送り込む。これまでの動作は、前述した送り込みプロセスにおける図５の（ｂ）段階の動作と同様である。
【００５１】
放流管１０４の内部では、加圧された気体二酸化炭素が徐々に液体二酸化炭素を押し下げて放流管１０４の下端の放流孔１０５から海中へ押し出していき、図６の（ｂ）段階に示すように海面から約６００ｍの深さの位置で気体二酸化炭素の圧力と液体二酸化炭素の圧力とが均衡して界面部を形成する。
【００５２】
送り込みの一時停止が緊急でない場合には特に操作を行なわず、放流管１０４における変化を放置する。すなわち、図５の（ｅ）段階に示すように、放流管１０４の内部に送り込まれていた液体二酸化炭素が放流管１０４の内部で徐々に海水により加熱されて気化し、気体二酸化炭素に変化する。この結果，図６の（ｂ）段階に示すように、深さ６００ｍの位置で上部にある気体二酸化炭素の圧力と下部にある液体二酸化炭素の圧力とが釣り合って気体二酸化炭素と液体二酸化炭素との界面部を形成する。
【００５３】
定常送り込みから完全停止へ移行するプロセスについて説明する。完全停止とは、二酸化炭素の放流動作を停止させた後、再び放流動作を継続しないことをいう。緊急に完全停止を行なう場合には、前述した緊急に一時停止を行なう場合と同じ操作を行ない、６０ａｔｍ、２０℃の気体二酸化炭素を第２の管路１２から放流管１０４に送り込む。これにより、放流管１０４の内部にある液体二酸化炭素を放流孔１０５から海中へ押し出していき、図６の（ｂ）段階に示すように、海面から約６００ｍの深さの位置で気体二酸化炭素と液体二酸化炭素との界面部を形成する。
【００５４】
完全停止が緊急でない場合には、前述した一時停止が緊急でない場合と同様に特に操作を行なわず、放流管１０４における変化を放置する。そうすると、放流管１０４の内部の液体二酸化炭素が海水により加熱されて気化し、気体二酸化炭素に変化する。これにより、図６の（ｂ）段階に示すように、約深さ６００ｍの位置で上部側の気体二酸化炭素の圧力と下部側の液体二酸化炭素の圧力とが釣り合って界面部を形成する。
【００５５】
そして、深さ約６００ｍの位置で上部側の気体二酸化炭素と下部側の液体二酸化炭素とが釣り合って界面部を形成した状態で放置し、放流管１０４の内部にある気体二酸化炭素の温度を放流管１０４の周囲にある海水の温度と等しくする。
【００５６】
次いで、回収系統２を介して放流管１０４の内部にある気体二酸化炭素を回収する。この場合、供給系統１における開閉弁Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４を閉じて第１の管路１１と放流管１０４および第２の管路１２と放流管１０４との連通を遮断する。そして、回収系統２の開閉弁Ｖ５および開閉弁Ｖ６を開放し、回収用の管路３１を放流管１０４に対し開放する。
【００５７】
回収系統２のポンプ３２を駆動して放流管１０４の内部にある気体二酸化炭素を管路３１を通して吸引して加圧する。すなわち、放流管１０４の内部にある気体二酸化炭素は、図１のＣ方向へ流れて管路３１をＤ方向へ流れる。ポンプ３２で加圧された気体二酸化炭素は、液化器３３を通過する過程で冷却されて液化し、液体二酸化炭素となる。その後、液体二酸化炭素は、管路３１を通って貯溜タンク１０３ａに戻る。この結果、放流管１０４の内部にある気体二酸化炭素の量が減少していき、放流管１０４の内部に海水が侵入してくる。図６の（ｃ）段階はこの状態を示している。
【００５８】
さらに、放流管１０４の内部に残っていた液体二酸化炭素が海水により加熱されて全て気化する。放流管１０４の内部にある気体二酸化炭素を徐々にポンプ３２により管路３１を通して吸引加圧するとともに、液化器３３により再び液化して貯溜タンク１０３ａに回収する。図６の（ｄ）段階はこの状態を示している。そして、図６の（ｅ）段階に示すように、放流管１０４の内部から気体二酸化炭素を回収するに伴い、放流管１０４の内部に下部から侵入する海水の量が増大する。最終的に放流管１０４の内部から気体二酸化炭素を全て回収すると、図６の（ｆ）段階に示すように放流管１０４の内部は海水のみとなる。
【００５９】
また、送り込みが一時停止している状態から完全停止に移行する場合には、前述した定常送り込みから完全停止へ移行するプロセスと同様に、放流管１０４の内部にある気体二酸化炭素を徐々にポンプ３２により管路３１を通して吸引加圧するとともに、液化器３３により再び液化して貯溜タンク１０３ａに回収する。次いで、放流管１０４の内部にある液体二酸化炭素が海水により加熱されて全て気化し、これを同様に徐々に液体二酸化炭素にして回収し、放流管１０４の内部に海水を侵入させるというプロセスを経過する。
【００６０】
このように液体二酸化炭素を放流管１０４を介して海中へ放流する作業を停止する際には、送り込み開始の場合と同様に放流管１０４の内部にある二酸化炭素と海水とが接触する界面部にて海水が氷結したり、ハイドレートが生じるという事態の発生を防止でき、放流管１０４の内部にある気体二酸化炭素を支障なく回収して放流管１０４の内部に海水を流入させることができる。
【００６１】
なお、本発明は前述した第１の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、前述した第１の実施の形態では、供給系統１に海水の熱を利用する熱交換器である気化器１５を設けたが、気化器はこれに限定されるものではない。図２および図３は、夫々図１の気化器１５とは異なる気化装置を用いた第２および第３の実施の形態を示しており、図１と同じ部分は同じ符号を付して示している。
【００６２】
第２の実施の形態に開示された気化装置４１は、空気を熱源として用いるものである。図２に示すように、前記気化装置４１は、第２の管路１２に接続して液体二酸化炭素を流す流通管４２と、この流通管４２に風を与える回転ファン４３とを備えている。具体的に述べると、気化装置４１は、流通管４２に−５５℃、６ａｔｍの液体二酸化炭素を流すとともに、回転ファン４３を回転駆動して常温の空気、または作業船１０３に設けた内燃機関から発生する燃焼ガスを風として送ることにより、流通管４２を流れる液体二酸化炭素を加熱して気化させるものである。
【００６３】
図３に示す第３の実施の形態では、第２の管路１２を流れる−５５℃、６ａｔｍの液体二酸化炭素を加熱して気化させる電気ヒータ４４を第２の管路１２に設けている。
【００６４】
このようにして供給系統１１における気化器の熱源（形式）は、海水、空気、燃焼ガスおよび電気ヒータのなかから選ばれる１種を用いる。このため、供給系統に設ける気化器としては、必要に応じて適切な形式のものを選択することができる。
【００６５】
また、前述した第１の実施の形態によると、回収系統２は、放流管１０４の内部の気体二酸化炭素を液体二酸化炭素に戻して貯溜タンク１０３ａに回収する方式を採用しているが、回収系統２の方式はこれに限定されることはない。
【００６６】
図４は、回収系統２において図１とは異なる方式を採用した第４の実施の形態を示しており、図１と同じ部分は同じ符号を付して示している。図４に示す回収系統２に採用した方式は、放流管１０４の内部の気体二酸化炭素を気体のまま回収するものである。
【００６７】
すなわち、回収系統２の管路３１に搬送用ポンプ３４およびアフタークーラ３５を接続するとともに、管路３１の先端をガス貯溜タンク３６に接続している。この方式は、まず図１に示す回収方式と同様に放流管１０４に気体二酸化炭素を送り込んで、放流管１０４の内部の液体二酸化炭素を全て気体二酸化炭素にする。次いで、搬送用ポンプ３４により放流管１０４の内部の気体二酸化炭素を徐々に搬送してアフタークーラ３５に通して所定温度に冷却した後に、ガス貯溜タンク３６の内部に送り込む。
【００６８】
ここで、搬送用ポンプ３４は、放流管１０４の内部の気体二酸化炭素を搬送する程度の圧力に加圧するものである。アフタークーラ３５により気体二酸化炭素を冷却して低温にするのは、ガス貯溜タンク３６に貯溜される気体二酸化炭素の圧力を低くするためである。なお、気体二酸化炭素は専用に設けたガス貯溜タンク３６に送り込むことに限定されず、例えば貯溜タンク１０３ａ内部における液体二酸化炭素が貯溜されておらず空いている上部空間部に送り込むようにしても良い。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明した本発明によれば、液体二酸化炭素を放流管へ送り込む動作を開始して定常の送り込みへ移行する過程において、液体二酸化炭素を加圧・加熱して気体にしてから放流管に供給しているので、放流管の内部における気体二酸化炭素と海水とが接触する界面部で海水が氷結したり、あるいはハイドレートが発生して管詰まりが生じるのを防止できるとともに、前記界面部で液体二酸化炭素が海水で加熱されて気化するのを防止できる。この結果、二酸化炭素の送り込み開始から定常送り込みへ支障なく移行することができる。
【００７０】
さらに、液体二酸化炭素を放流管へ送り込んで海中へ放流する作業を停止する際にも、送り込み開始の場合と同様に、放流管の内部で海水が氷結したり、あるいはハイドレートが生じるのを防止でき、放流管の内部にある気体二酸化炭素を支障なく回収することができる。
【００７１】
したがって、液体二酸化炭素を放流管に送り込む作業、および液体二酸化炭素の放流を停止する作業を夫々支障なく行なうことができる中層希釈放流方式を採用した二酸化炭素の海洋への放流装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る放流装置の構成を示す模式図。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る放流装置の構成を示す模式図。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係る放流装置の構成を示す模式図。
【図４】本発明の第４の実施の形態に係る放流装置の構成を示す模式図。
【図５】本発明の第１の実施の形態の放流装置において、液体二酸化炭素を放流管へ送り込む動作のプロセスを模式的に示す説明図。
【図６】本発明の第１の実施の形態の放流装置において、液体二酸化炭素を放流管へ送り込む動作を停止する動作のプロセスを模式的に示す説明図。
【図７】二酸化炭素の相状態を示す線図。
【図８】中層希釈放流方式を採用した従来の放流装置により液体二酸化炭素を海洋へ放流するプロセスを模式的に示す説明図。
【図９】中層希釈放流方式を採用した従来の放流装置において、液体二酸化炭素を海中へ放流する放流管を示す図。
【図１０】中層希釈放流方式を採用した従来の放流装置において、放流管から放流した液体二酸化炭素の挙動を示す説明図。
【符号の説明】
１…供給系統、２…回収系統、３…切換え手段、１１…第１の管路、１２…第２の管路、１４…ポンプ、１５，４１，４４…気化器（気化装置、電気ヒータ）、３１…管路、１０２，１０３…船舶（運搬船、作業船）、１０３ａ…貯溜タンク、１０４…放流管。
【図１】
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【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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