(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
海上を航走する船から海中に吊り下げた放流管の内部に液体二酸化炭素を送り込んで放流管から海中へ放流する放流装置において、
前記放流管の下端に前記放流管内部を流れてきた液体二酸化炭素が流出する開口を形成し、且つ前記放流管の下端部にその外側周囲を囲んで前記放流管の下端開口から流出した液体二酸化炭素を収容して前記下端開口から流出する向きとは逆向きに流す収容室を形成する外筒を設け、この外筒の周壁に前記収容室に収容された液体二酸化炭素を海中へ放流する複数の放流孔を上下方向に並べて形成したことを特徴とする二酸化炭素の放流装置。
【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中に放流して海水に溶し込む二酸化炭素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。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３ないし図５を参照して説明する。図３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４（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４（ｂ）は図４（ａ）のＺ部を拡大して示す図、図５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６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、温度を−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一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から放流された液来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んでしまわないで、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は対向する海流に対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４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、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、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、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】
放流管４の内部を流れ降りてきた液体二酸化炭素は放流管の下端部に上下方向に並んで形成された複数の放流孔５の夫々から海中へ放流される、すなわち、放流管４の内部を流れ降りてきた液体二酸化炭素はまず一部が一番上に位置する放流孔５から放流され、次いで残りの一部が上から２番目に位置する放流孔５から放流される。このようにして液体二酸化炭素は上に位置する放流孔５から下に位置する放流孔５にかけて順次放流されてゆき、最後に残った液体二酸化炭素が一番下の放流孔５から放流される。
【００１２】
このように液体二酸化炭素は上から下にかけて並ぶ各放流孔５から順次海中へ放流されていく過程で、各放流孔５から放流されるに毎に圧力損失が発生する。すなわち、液体二酸化炭素は上から下にかけて並ぶ各放流孔５にかけて順次放流されてゆくに従い放流される圧力が低下してゆく。
【００１３】
ところで、上下方向に並ぶ放流孔５の位置が下側へ移るに従い各放流孔５に対応する海中の深度が順次増大してゆき（深くなる）、この深度の増大に伴い複数の放流孔５の位置が上側から下側へゆくに従い各放流孔５毎に放流する液体二酸化炭素に加わる圧力が順次増大してゆく。各放流孔５毎に夫々放流した液体二酸化炭素が海中に液滴を生成させるためには、各放流孔５の位置に応じてその放流孔５から放流される液体二酸化炭素に加わる圧力に対応した適切な大きさの範囲の圧力で液体二酸化炭素を放流する必要がある。このため、放流孔５の位置が上側から下側に移るに従い放流する液体二酸化炭素に加わる圧力の増大に応じて、各放流孔５毎に液体二酸化炭素を放流する圧力を順次増大してゆく必要がある。
【００１４】
ところが、前述したように実際には液体二酸化炭素は各放流孔５からの放流に伴う圧力損失と水深による圧力変化とが均衡しない向きに流れ、放流孔５が下側に位置するに従い液体二酸化炭素の放流圧力が低下してゆくために、各放流孔５毎にその位置に応じた適切な大きさの範囲は液体二酸化炭素の放流圧力が得られずに、各放流孔５から海中に放流された液体二酸化炭素により液滴が適切且つ均一に形成されないことがある。例えば、上側に位置する放流孔から液体二酸化炭素を放流すると圧力が高すぎて液滴がスプレー状になり、また下側に位置する放流孔では圧力が低すぎて液体二酸化炭素が放流されず液滴が生成されないことがある。
【００１５】
本発明は前記事情に基いてなされたもので、放流管に設けた複数の放流孔からその位置に応じた適切な圧力で液体二酸化炭素を放流して液滴を形成できる二酸化炭素の放流装置を提供することを課題とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の二酸化炭素の放流装置は、海上を航走する船から海中に吊り下げた放流管の内部に液体二酸化炭素を送り込んで放流管から海中へ放流する放流装置において、
前記放流管の下端に前記放流管内部を流れてきた液体二酸化炭素が流出する開口を形成し、且つ前記放流管の下端部にその外側周囲を囲んで前記放流管の下端開口から流出した液体二酸化炭素を収容して前記下端開口から流出する向きとは逆向きに流す収容室を形成する外筒を設け、この外筒の周壁に前記収容室に収容された液体二酸化炭素を海中へ放流する複数の放流孔を上下方向に並べて形成したことを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図１および図２を参照して説明する。
【００１８】
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はこの放流装置における放流管の液体二酸化炭素放流部を模式的に示す拡大断面図である。本発明は、前述した図３ないし図５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おり、図１において図３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ある。
【００１９】
本発明では放流管４の下端部に液体二酸化炭素を放出するために次に述べる構成が採用している。放流管４は断面円形をなすとともに、作業船３から深さ２０００ｍないし２５００ｍの海中に吊り下げられて作業船３の航走により曳航されることが可能な長さを有している。この放流管４の下端部の周壁には放流孔が形成されておらず、下端部には放流管４内部を流れてきた液体二酸化炭素が流出する開口１１が形成されている。放流管４の下端部にはその外側周囲を囲む外筒１２が設けられている。この外筒１２は両端を閉塞した円筒体をなすもので、その長さおよび直径は放流孔４を囲んで所定量の大きさの収容室１３を形成し、且つ所定の数の放流孔１４を上下方向に並べて形成することが可能な大きさに設定する。例えば外筒１２の直径は１ｍ前後、長さは数１０ｍである。
【００２０】
外筒１２は放流管４の下端部を囲むように放流管４と同一中心軸線上に配置され、放流管４に対して適宜な手段により固定されている。放流管４は外筒１２の上端壁１２ａの中心を貫通して外筒１２の内部に挿入され、その下端開口１１は外筒１２の下端壁１２ｂから離間した位置にあり液体二酸化炭素を放流管４の下端壁１２ａに向けて流出させるようにしてある。
【００２１】
このようにして設けた外筒１２の内部の空間には放流管４の下端部の周囲に同心円をなす収容室１３が形成され、この収容室１３で放流管４の下端開口１１から流出された液体二酸化炭素を収容して下端開口１１から流出する向き（下向き）とは逆向き（上向き）に流すように形成されている。この外筒１２の周壁部１２ｃには、円周方向の複数箇所に夫々複数個の放流孔１４を上下方向に間隔を存して一列，千鳥状、その他の形態に並べて形成する。この放流孔１４の大きさ、数は液体二酸化炭素の放流量などの条件を考慮して設定する。例えば、外筒１２の上端壁部１２ａの付近から下端壁部１２ｂの付近まで上下方向に放流孔１４を形成する。
【００２２】
このように構成した放流装置は、作業船３を航走させて放流管４を曳航して船進行方向後側へ向けて傾斜させながら、作業船３に搭載した貯溜タンク３ａに貯溜された液体二酸化炭素を放流管４を通して海中に放流する。この場合、液体二酸化炭素を放流管４の上端からその内部へ送り込むと、液体二酸化炭素は放流管４の内部を下降して流れて放流管４の下端部に到達する。図２の矢印で示すように放流管４の下端部に到達した液体二酸化炭素は放流管４の下端開口１１から外筒１２で囲まれた収容室１３の内部に下向きに流出し、外筒１２の下端壁１２ｂに当って放射状に広がりながら外筒１２の下端壁１２ｂに沿って外筒１２の外周側へ向けて流れ、さらに外筒１２の周壁部１２ｃに当って上向きに向きを変え、周壁部１２ｃに沿って上側に向けて流れて外筒１２の上端壁１２ａに達する。
【００２３】
このように流れる過程で液体二酸化炭素は、外筒１２の周壁部１２ｃに上下方向に沿って並べて形成した各放流孔列のなかで下側に位置する放流孔１４から上側に位置する放流孔１４へと位置を移して順次海中へ放流される。すなわち、まず放流管４の下端開口１１から下向きに流出して外筒１２の下端壁１２ｂに沿って外筒１２の外周側へ向けて流れた液体二酸化炭素は、一部が一番下に位置する放流孔５から海中へ放流される。次いで、液体二酸化炭素は筒１２の外周壁１２ｃに沿って上昇して一部が下から２番目に位置する放流孔１４から海中へ放流される。このようにして液体二酸化炭素は収容室１３の下端から上端へ向けて流れる過程で、下側に位置する放流孔５から上側に位置する放流孔５にかけて順次海中へ放流されてゆき、最後に残った液体二酸化炭素は一番上側に位置する放流孔５から海中へ放流される。
【００２４】
ここで、液体二酸化炭素は一番下側に位置する放流孔１４から最大の圧力で放流される。そして、それ以降液体二酸化炭素は、上昇しながら下側から上側にかけて並ぶ各放流孔１４から順次海中へ放流されていく過程で各放流孔５で放流される毎に順次圧力損失が生じて、これに伴い各放流孔５毎に液体二酸化炭素を放流する圧力が順次低下してゆく。また、一番下側に位置する放流孔１４に対応する海中の深度が一番深く、それ以降放流孔１４が下側から上側へ位置を移すに従い、各放流孔１４毎にその放流孔１４に対応する海中の深度が順次減少して浅くなってゆく。これにより一番下側に位置する放流孔１４から放流する液体二酸化炭素に加わる圧力が一番大きく、放流孔５が下側から上側へ位置を移すのに伴って深度が順次減少してゆくのに従い、各放流孔１４毎に放流する液体二酸化炭素に加わる圧力が順次減少してゆく。
【００２５】
このため、一番大きな圧力が加わる一番下側に位置する放流孔１４から一番大きな圧力で液体二酸化炭素を海中へ放流する。すなわち、一番下側の放流孔１４の位置に応じて液体二酸化炭素に加わる圧力に対応した適切な範囲の大きな圧力で液体二酸化炭素を海中に放流する。これにより一番下側の放流孔１４から放出された液体二酸化炭素は適切な状態で液滴を生成する。次いで、一番下側に位置する放流孔１４より低い圧力が作用する下から２番目に位置する放流孔１４からは、一番下側の放流孔１４より小さい圧力で液体二酸化炭素を放流して液滴を生成させる。このように放流孔５が下側から上側へ位置を移すのに伴って液体二酸化炭素に加わる圧力が減少してゆくのに従って、各放流孔１４毎に放流する圧力を順次減少して液体二酸化炭素を海中に放流して液滴を生成してゆく。そして、一番小さな圧力が加わる一番上側に位置する放流孔１４から一番小さな圧力で液体二酸化炭素を放流して液滴を生成する。
【００２６】
このようにして放流管４の下端開口１１から外筒１２内部へ流出した液体二酸化炭素は、外筒１２に形成した各放流孔１４からの放流に伴う圧力損失と、水深による圧力変化とを均衡させる向きに流れる。従って、各放流孔１４の位置に応じて、その放流孔１４から放流される液体二酸化炭素に加わる圧力に対応した適切な範囲の大きさの圧力で液体二酸化炭素を放流して、各放流孔１４毎に夫々放流した液体二酸化炭素で液滴を生成させることができる。このため、各各放流孔１４毎に夫々適切で均一な液滴を生成することができる。
【００２７】
なお、本発明は前述した実施の形態に限定されずに、種々変形して実施することができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の二酸化炭素の放流装置によれば、放流管の下端開口から外筒内部へ流出した液体二酸化炭素が、外筒に形成した各放流孔からの放流に伴う圧力損失と水深による圧力変化とを均衡させる向きに流れる。従って、本発明は、各放流孔の位置に応じてその放流孔から放流される液体二酸化炭素に加わる圧力に対応した、適切な範囲の圧力で液体二酸化炭素を放流して、各放流管毎に夫々放流した液体二酸化炭素で液滴を適切且つ均一に生成させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態にかかわる二酸化炭素の放流装置を模式的に示す図。
【図２】同実施の形態における放流装置に設ける放流管の放流部を拡大して示す断面図。
【図３】二酸化二酸化炭素の放流システムを模式的に示す図。
【図４】二酸化二酸化炭素の放流装置を模式的に示す図。
【図５】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６】二酸化炭素の相状態を示す線図。
【符号の説明】
３…作業船、
４…放流管、
１１…下端開口、
１２…外筒、
１３…収容室、
１４…放流孔。
【図１】
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【図２】
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【図３】
0003552920.tif 000004
【図４】
0003552920.tif 000005
【図５】
0003552920.tif 000006
【図６】
0003552920.tif 000007