(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
船を航走させながら同船から吊り下げたパイプを用いて液化二酸化炭素を海洋へ放流するようにした二酸化炭素の海洋への放流装置において、上記パイプの下端部の外径が下方に向かって漸増化されるとともに、上記パイプの最大径部に上記液化二酸化炭素を放流するための複数の穴が上下方向に形成されてい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】
船を航走させながら同船から吊り下げたパイプを用いて液化二酸化炭素を海洋へ放流するようにした二酸化炭素の海洋への放流装置において、上記パイプの下端部に外套管が設けられ、上記パイプに形成された上記液化二酸化炭素を放流するための複数の穴が、上記外套管の表面に開口部を有する複数の分岐管でそれぞれ接続されてい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３】
船を航走させながら同船から吊り下げたパイプを用いて液化二酸化炭素を海洋へ放流するようにした二酸化炭素の海洋への放流装置において、上記パイプの下端部に、上記液化二酸化炭素を放流するための複数個の穴が上下方向に形成され、上記複数個の穴の大きさが、最上位のものが最大で下方にいくにしたがって順次小さくなるように設定されていることを特徴とする、二酸化炭素の海洋への放流装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二酸化炭素を回収して海水に溶かし込むための二酸化炭素の海洋への放流装置に関し、特に放流時の二酸化炭素の希釈度の増進をはかった二酸化炭素の海洋への放流装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地球規模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ガス、とりわけ二酸化炭素の大気中濃度上昇を抑制する必要性が近年国際的な関心時となっている。そしてその対策の１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に送り込むことによって、長期にわた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ことが不可欠であることは言うまでもない。
【０００３】
二酸化炭素送り込みによる海洋環境への影響を極小化するシステムとして、次の２種類のシステムがすでに提案されている。
その一つのシステムは、貯蓄型と称されているもので、二酸化炭素を深海底のくぼみのような特定の場所に集中して貯めることにより、影響範囲を限定して局所化しようとするものである。
【０００４】
もう一つのシステムは、溶解型もしく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解させ広く拡散させることにより、海水中の二酸化炭素濃度の上昇を所定の値以下に抑えようとするものである。
【０００５】
なお、上記２種類のシステムに関し、技術的にどのように実現するかについては、すでに基本構想が公表されている（例えば、Ｎａｋａｓｈｉｋｉほか；Ｄｉｒｅｃｒｔ  ＯｃｅａｎＤｉｓｐｏｓａｌ  ｏｆ  Ｃａｒｂｏｎ  Ｄｉｏｘｉｄｅ，  ｅｄｉｔｅｄ  ｂｙ  Ｎ．  Ｈａｎｄａ  ａｎｄ  Ｔ．  Ｏｈｓｕｍｉ，  ｐｐ．１８３−１９３，Ｔｅｒｒａ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ  Ｃｏｍｐａｎｙ，  Ｔｏｋｙｏ，  １９９５、あるいは、尾崎ほか；三菱重工技報  Ｖｏｌ．３４，  Ｎｏ．５，  １９９７）。
【０００６】
本発明は、後者の「溶解型」に属するものであるので、以下その基本構想を図４，５に基づいて説明する。
図４に示すように、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、その液化ガスをタンク３ａに充填して液化ガス運搬船（以下単に「運搬船」という）２にて所定の海域まで海上輸送し、そこでタンク３ａを作業船３に移し替え、作業船３から吊り下げたパイプ４を用いて所定の深度の海中に液化二酸化炭素（以下単に「二酸化炭素」と略称する）を送り込むというものである。なお、運搬船２と、パイプ４を用いて液化ガスを海中に送り込む作業船３とは、別体であっても兼用であってもさしつかえない。
【０００７】
作業船３から吊り下げた１０００〜２０００ｍ程度の長さのパイプ４の下端部近傍から二酸化炭素を放流しつつ作業船３を前進させ、放流点を移動させる点にこのシステムの特徴がある。
図４中の符号Ｂは作業船３の航路を、符号Ｃは運搬船２の航路をそれぞれ示している。また符号１０は海中に放流された液化二酸化炭素を示している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図５は二酸化炭素の拡散状態を従来の知見から予想される状況を模式的に示すもので、二酸化炭素はパイプ４の下端部近傍に設けられた複数の穴５から放流される。矢印は作業船３の進行方向を示す。パイプ４は対向する相対的な流れによって、作業船３の進行方向に向かって後ろ側へ傾斜し、その背後にパイプ４の軸線とほぼ平行な回転軸をもつ渦６を断続的に生成しながら進んでいく。渦のパターンはパイプの直径や進行速度などによって異なるが、外径数十センチのパイプが数ノットの速度で進む場合には、進行方向に向かってパイプの左右から入れ替わり渦が発生して変動流場１２を後に残していき、その中で二酸化炭素と海水の混合が起こると考えられる。この時変動流場の幅は、パイプの外径の数倍である。二酸化炭素はすぐには海水に溶けてしまわないので、変動流場１２の中に液滴１１となって分散し、海水との密度差によりゆるやかに浮上しながら少しずつ溶出する。
【０００９】
液滴の初期の大きさが数ミリから１センチ程度であれば、数百メートルも上昇しないうちに二酸化炭素はすべて海水中に溶解し、以後は二酸化炭素が溶けた海水の拡散の問題になって人為的なコントロール外のことになる。
【００１０】
したがって、環境影響の観点から、放流時にできるだけ人為的に薄く放流する技術が必要である。公表されているデータから容易に思いつくのは、時間当たりの放流量をできるだけ少なくすることと、作業船（放流点）の前進速度をできるだけ速くすることであるが、前者は作業船の隻数を増加しなければならず、また後者はパイプの浮き上がりの問題と、作業船とパイプとの結合強度の問題とから制約がある。
【００１１】
本発明は、このような問題点を解決しようとするもので、パイプ下端部周辺の構造を改良することによって、放流時の二酸化炭素の希釈度を増進させることができるようにした二酸化炭素の海洋への放流装置を提供しようとするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、船を航走させながら同船から吊り下げたパイプを用いて液化二酸化炭素を海洋へ放流するようにした二酸化炭素の海洋への放流装置において、上記パイプの下端部の外径を下方に向かって漸増化するとともに、上記パイプの最大径部に上記液化二酸化炭素を放流するための複数の穴を上下方向に形成して課題解決の手段としている。
【００１３】
また、船を航走させながら同船から吊り下げたパイプを用いて液化二酸化炭素を海洋へ放流するようにした二酸化炭素の海洋への放流装置において、上記パイプの下端部に外套管を設け、上記パイプに形成された上記液化二酸化炭素を放流するための複数の穴を、上記外套管の表面に開口部を有する複数の分岐管でそれぞれ接続して課題解決の手段としている。
【００１４】
さらに、船を航走させながら同船から吊り下げたパイプを用いて液化二酸化炭素を海洋へ放流するようにした二酸化炭素の海洋への放流装置において、上記パイプの下端部に、上記液化二酸化炭素を放流するための複数個の穴を上下方向に形成し、上記複数個の穴の大きさを、最上位のものが最大で下方にいくにしたがって順次小さくなるように設定して課題解決の手段としている。
【００１５】
本発明では、パイプの下端部のパイプの外径を大きくすることによって、変動流場の幅を大きくすることを実現することが可能となる。つまり、パイプの外径を数倍に増やせば変動流場の幅も数倍に増し、その結果、希釈度も概ね数倍に増やすことができることになる。また、下端部に向かって外径を漸増させることによって、パイプ全体に作用する流れによる抵抗の増加を最小限にとどめることができ、曲げ剛性・重量急変によるパイプ強度低下も回避できる。
【００１６】
また、パイプの下端部に外套管を設けることで二酸化炭素の放流部分が大径となり、これにより変動流場の幅を大きくでき、放流時の二酸化炭素の希釈度を増進させることができる。
【００１７】
さらに、上方の穴ほど直径を大きく設定されているので、上の方に形成される穴で放流される二酸化炭素の液滴が大きく、下の方の穴で放流される液滴の直径は小さくなる。したがって上下方向の液滴間隔が時間とともに広がり、希釈度を増進できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施形態について説明すると、図１は第１実施形態としての二酸化炭素の海洋への放流装置を示す模式構成図、図２は第２実施形態としての二酸化炭素の海洋への放流装置を示す模式構成図、図３（ａ）は第３実施形態としての二酸化炭素の海洋への放流装置を示す模式構成図，図３（ｂ）は（ａ）図のＡ矢部の拡大図である。
なお図１〜３中図４，５と同じ符号はほぼ同一の部材を示している。
【００１９】
はじめに、図１に示した第１実施形態について説明する。
この第１実施形態においても、作業船３から二酸化炭素放流用のパイプ４が吊り下げられており、二酸化炭素の放流は作業船３を低速前進させながら行なわれる。そしてこの第１実施形態の場合、パイプ４が、その大部分を通常（従来）のパイプと同様のパイプからなるパイプ部分４ａで形成され、このパイプ部分４ａの下端部を、下方に向かってパイプ部分４ａよりも若干大径の小径部分４ｂ、さらに小径部分４ｂよりも若干大径の中径部分４ｃ，中径部分４ｃよりも若干大径の大径部分４ｄ、さらに大径部分４ｄよりも若干大径の最大径部分４ｅの順に、段階的に外径を漸増化されるとともに、最大径部分４ｅに、二酸化炭素放流用の複数の穴５が軸方向に形成されている。一例として、パイプ部分４ａの直径が数十センチであるのに対して最大径部分４ｅの直径はその数倍に設定されている。
【００２０】
上述の構成において、この第１実施形態の場合も、パイプ４は対向する相対的な流れによって進行方向に向かって後ろ側へ傾斜し、その背後に形成される渦による変動流場の中で放流される二酸化炭素と海水との混合が起こる。放流時の二酸化炭素の希釈度を増進させるためには、変動流場の幅を大きくすることが効果的であり、この第１実施形態のように、パイプ４の下端部のパイプの外径を大きくすることによって、これ（変動流場の幅を大きくすること）を実現することが可能となる。つまり、パイプ４の外径を数倍に増やせば変動流場の幅も数倍に増し、その結果、希釈度も概ね数倍に増やすことができることになる。また、下端部に向かって外径を漸増させることによって、パイプ全体に作用する流れによる抵抗の増加は最小限にとどめられ、曲げ剛性・重量急変によるパイプ強度低下も回避できる。
【００２１】
次に、図２により第２実施形態について説明する。
この第２実施形態では、パイプ４の下端部に外套管７が取り付けられ、二酸化炭素を放流するためにパイプ４に形成された複数の各穴５は、外套管７の表面に開口する複数の分岐管８にそれぞれ接続されている。分岐管８は二酸化炭素の微粒化のため細いほうが望ましい。符号８ａは分岐管８の外套管７上の開口部を、また符号９は外套管７をパイプ４に取り付けるための部材をそれぞれ示している。なお部材９は分岐管８で兼用してもよい。
外套管７の外径は、強度が許す範囲でできるだけ大きくする（例えば数メートル）ことが効果的である。
【００２２】
上述の構成により、パイプ４の二酸化炭素放流部分を大径にすることができ、これにより変動流場の幅が大きくなって、放流時の二酸化炭素の希釈度を増進させることができる。
【００２３】
なお、パイプの軸方向に沿って張り出し板を設けることでも類似の効果を得ることができるが、パイプ外壁と張り出し板が形成する隅部が流れの淀みになって、ここに二酸化炭素と海水との化合物（クラスレート）が付着し成長することによって放流用の穴が閉塞する恐れがあるが、外套管を設けることにより、このような不都合をなくし、二酸化炭素を淀みなく放流することができるようになる。
【００２４】
さらに、図３により第３実施形態について説明する。
この第３実施形態では、パイプ４の下端部（付近）に軸方向に上下に形成される二酸化炭素を放流するための複数個の穴が、下にいくにつれて順次小さくなるように形成されている。
【００２５】
すなわち、図３（ｂ）に示すように、パイプ４の下端部（付近）に上下方向に５個の二酸化炭素放流用の穴５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅが形成されており、最上位の穴５ａ（の直径）が最大で、最下位の穴５ｅ（の直径）が最小となるように、上方から下方にいくにしたがって穴（の直径）が順次小さくなっている。
【００２６】
前述したように、放流時の二酸化炭素はすぐには海水に溶けてしまわないで、変動流場の中に液滴となって分散し、海水との密度差によりゆるやかに浮上しながら少しずつ溶出すると考えられる。液滴の浮上速度は、浮力と流体抵抗の平衡で決定され、液滴の直径が大きいほど速い。
【００２７】
この第３実施形態では、上方の穴ほど直径を大きく設定されているので、上の方に形成される穴で放流される二酸化炭素の液滴が大きく、下の方の穴で放流される液滴の直径は小さくなる。したがって上下方向の液滴間隔が時間とともに広がり、希釈度を増進させることになる。
【００２８】
なお、第３実施形態の構成、つまり上下方向に形成される複数の穴の直径を上位のものほど大きくする構成を、第１実施形態あるいは第２実施形態のものに適用することにより、二酸化炭素の希釈度をさらに増進させることができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の二酸化炭素の海洋への放流装置によれば次のような効果が得られる。
（１）  パイプの下端部のパイプの外径を大きくすることによって、変動流場の幅を大きくすることを実現することが可能となる。つまり、パイプの外径を数倍に増やせば変動流場の幅も数倍に増し、その結果、希釈度も概ね数倍に増やすことができることになる。また、下端部に向かって外径を漸増させることによって、パイプ全体に作用する流れによる抵抗の増加は最小限にとどめられ、曲げ剛性・重量急変によるパイプ強度低下も回避できる。
（２）  パイプの二酸化炭素放流部分を大径にすることができ、これにより変動流場の幅を大きくでき、放流時の二酸化炭素の希釈度を増進させることができる。
（３）  上方の穴ほど直径を大きく設定されているので、上の方に形成される穴で放流される二酸化炭素の液滴が大きく、下の方の穴で放流される液滴の直径は小さくなる。したがって上下方向の液滴間隔が時間とともに広がり、希釈度を増進させることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態としての二酸化炭素の海洋への放流装置を示す模式構成図。
【図２】本発明の第２実施形態としての二酸化炭素の海洋への放流装置を示す模式構成図。
【図３】（ａ）本発明の第３実施形態としての二酸化炭素の海洋への放流装置を示す模式構成図。
（ｂ）（ａ）図のＡ矢部の拡大図。
【図４】従来の二酸化炭素の海洋への放流システムの概念図。
【図５】同放流後の液化二酸化炭素の拡散状態を示す模式図。
【符号の説明】
１  陸上プラント
２  運搬船
３  作業船
３ａ  タンク
４  パイプ
５，５ａ〜５ｅ  穴
６  渦
７  外套管
８  分岐管
８ａ  開口部
９  取り付け部材
１０  放流後の液化二酸化炭素
１１  液滴
１２  変動流場
【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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