(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放流管を海中に吊り下げた船を航走して前記放流管を傾斜させて曳航しながら、液体二酸化炭素を前記放流管に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、
前記放流管には、送り込まれた液体二酸化炭素を海中に放流する複数の放流孔が形成されるとともに、前記放流管における船航走方向後側に発生する海水のたて渦を分断する渦分断体が上下方向に間隔を存して設けられていることを特徴とする二酸化炭素放流装置。
【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を引き起こさ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のシステムを模式的に示す説明図、図４（ａ）は同方式における放流装置を模式的に示す説明図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＹ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圧力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同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から放流された液体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まないで、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。図４に示すように放流管４は作業船３の航走により海水の抵抗を受けて海流との相対的な流速によって船航走方向に向かって後側へ傾斜し、その背後に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を後に残してゆき、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、液体二酸化炭素の液滴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】
すなわち、図７に示すように放流管４は作業船３の航走により船航走方向に向かって後側へ傾斜して移動すると、放流孔５から放流された液体二酸化炭素６は、放流管４の放流孔５が形成された上下方向（軸線方向）の部分に対応した放流管後側の領域（予定放流領域）Ｂにおいて渦による変動流場の中で多数の液滴７となって分散する。液体二酸化炭素の液滴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。放流管４の放流孔５から放流した液体二酸化炭素が、このような放流管４の放流孔形成部分に対応した予定放流領域Ｂにおいて分散して希釈し、その後緩やかに自然に海水中を上昇してゆくことにより、液体二酸化炭素が良好に海水中へ希釈して中層の海中での希釈を行なえる。
【００１２】
ところが、図７に示すように放流管４が作業船３の航走により船航走方向に向かって後側へ傾斜して移動すると、放流管４の移動方向後側には多数のたて渦１０が放流管４の軸線方向に沿い連続して発生する。そうすると、放流孔５から放流されて生成された液体二酸化炭素の液滴７の一部が、放流管４の移動方向後側に軸線方向に連続して発生するたて渦１０に巻き込まれて、実際の液滴浮き上がり速度より速い速度で予定放流領域Ｂから上側へ運ばれて上昇移動する。このようにたて渦１０に巻き込まれて強制的に予定放流領域Ｂより上側に移動させられる液滴７は、予定放流領域Ｂにおいて分散，希釈した後に自然に浮き上がってゆく液滴７に比較して、充分希釈されないうちに上昇して中層の海中より上側の表層の海中で希釈されてしまい中層の海中での希釈が不十分になる。
【００１３】
本発明は前記事情に基いてなされたもので、海中へ放流された液体二酸化炭素の液滴をたて渦により上昇されることなく良好に海中に希釈することができる中層希釈放流方式を採用した二酸化炭素放流装置を提供することを課題とする。
【００１４】
【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放流装置は、放流管を海中に吊り下げた船を航走して前記放流管を傾斜させて曳航しながら、液体二酸化炭素を前記放流管に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、前記放流管には、送り込まれた液体二酸化炭素を海中に放流する複数の放流孔が形成されるとともに、前記放流管における船航走方向後側に発生する海水のたて渦を分断する渦分断体が設けられていることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の一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。
【００１６】
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（ａ）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近傍を拡大して示す図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＺ−Ｚ線に沿う断面図である。本発明は、前述した図３ないし図６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４と同じ部分は同じ符号を付して示し、図２において図７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海中へ放出する放流管である。
【００１７】
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の下端部には円周方向全体にわたって多数の放流孔５が上下方向に並べて形成してある。
【００１８】
さらに、放流管４には複数の渦分断体２１が上下方向に間隔を存して取付けてある。この渦分断体２１は、放流管における船航走方向Ａの後側に発生する海水のたて渦１０を分断するもので、例えば放流管４における放流孔５が形成された部分（予定放流領域Ｂ）より上側の部分に軸線方向に必要とする間隔を存して取付けられている。そして、各渦分断体２１は、例えば楕円形をなす板材からなるもので、船航走方向（管移動方向）に沿って間隔を存した位置に放流管４に対して直角な状態で配置され、その長円方向一端部が放流管４に取付けられている。これにより各渦分断体２１は、放流管４が作業船３により傾斜して曳航される際に放流管４の船航走方向後側に発生するたて渦１０を分断するために放流管４の航走方向後側に向けて突出するように設けられている。各渦分断体２１の大きさ、配置間隔および数は放流管４の船航走方向後側に発生するたて渦１０を分断して液滴７を上昇移動させないようにするために必要な値に設定する。なお、この実施の形態では、放流孔５から液体二酸化炭素を放流する予定放流領域Ｂに渦分断体２１を設けていないが、これは放流孔５から放流された液体二酸化炭素の液滴７の挙動を妨げないためである。
【００１９】
このように構成した放流装置において、液体二酸化炭素の放流を行なう場合に作業船３を海上を航走して海中に吊り下げた放流管４を曳航すると、放流管４を海水の抵抗を受けて航走方向Ａに対して後側へ傾斜した状態で曳航される。作業船３に搭載したタンク３ａに貯溜した液体二酸化炭素を放流管４の内部へ上端から送り込むと、液体二酸化炭素６は放流管４の内部を下側に向けて流れて下端部に形成された各放流孔５から予定放流領域Ｂの海中へ放流される。
【００２０】
ここで、放流管４が作業船３の航走により船航走方向Ａに向かって後側へ向けて傾斜して移動すると、放流管４における各渦分断体２１に仕切られた各箇所の船航走方向（移動方向）後側には夫々放流管４の軸線方向に沿って循環するたて渦１０が発生する。すなわち、例えば一番下側の渦分断体２１より下側に位置する箇所における船航走方向後側にたて渦１０が発生し、また一番下側の渦分断体２１とその上側の渦分断体２１とに挟まれた箇所における船航走方向後側には前記一番下側の渦分断体２１より下側に位置する箇所とは独立してたて渦１０が発生する。このように放流管４における船航走方向後側にたて渦１０が発生するが、上下方向（放流管４の軸線方向）に間隔を存して設けた各渦分断体２１が放流管４の船航走方向後側を軸方向に分割することにより、たて渦１０が放流管４の軸線方向に連続せず分断されることになる。このため、たて渦１０は従来のように予定放流領域Ｂに生成される液滴７をこの予定放流領域Ｂから順次上側へ強制的に上昇させる力を連続して作用させることができなくなり、各渦分断体２１で仕切られた箇所の範囲のみで上昇させる力を作用することになる。
【００２１】
ここで、放流管４の放流孔５から予定放流領域Ｂの海中へ放流された液体二酸化炭素の液滴７は、一番下側の渦分断体２１より下側で予定放流領域Ｂと対応する位置する箇所に発生した渦１０により上側へ強制的に上昇させる力を受ける。しかし、この箇所に発生するたて渦１０は、渦分断体２１により仕切られた上側の箇所に発生するたて渦１０とは分断されて独立しているために、渦分断体２１を越えて上側へ上昇する力を液滴７に作用することが抑制される。このため、液滴７は予定放流領域Ｂから渦分断体２１を越えて上側へ上昇移動することが抑制されて予定放流領域Ｂに止まる。仮に一部の液滴７が一番下側の渦分断体２１とその上側の渦分断体２１とに挟まれた箇所に発生するたて渦１０に巻き込まれて、一番下側の渦分断体２１とその上側の渦分断体２１とに挟まれた箇所に上昇移動されても、前述した場合と同様の理由でこの箇所に止まりさらに上側の箇所に上昇移動することを抑制される。
【００２２】
従って、放流管４の放流孔５から放流された液体二酸化炭素は、放流管４の放流孔形成部分に対応した予定放流領域Ｂにおいて多数の液滴７となって分散し希釈して、その後緩やかに自然に海水中に希釈しながら上昇してゆく。このため、液体二酸化炭素を中層の海中で良好に海水中へ希釈することができる。
【００２３】
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。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の二酸化炭素放流装置によれば、放流管に上下方向（軸線方向）に間隔を存して設けた渦分断体が放流管の船航走方向後側に発生するたて渦を上下方向（軸線方向）に分断するために、放流管の放流孔から放流された液体二酸化炭素の液滴がたて渦に巻き込まれて強制的に上昇移動することを抑制して、液滴を自然に緩やかに海水中を上昇させて良好に希釈させることにより中層の海中での希釈を行うことができる。
【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孔形成部を拡大して示す図。
【図３】二酸化炭素の海洋への放流システムを模式的に示す説明図。
【図４】二酸化炭素の海洋への放流装置を模式的に示す図。
【図５】海中へ放流された液体二酸化炭素の挙動を示す説明図、
【図６】二酸化炭素の相状態を示す線図。
【図７】従来の放流装置における放流管から液体二酸化炭素を放流する状態を示す説明図。
【符号の説明】
３…作業船、
３ａ…タンク、
４…放流管、
１０…たて渦、
２１…渦分断体。
【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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