(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に形成された孔から海中へ放流する装置において、放流管はその上部が合成樹脂で被覆したフレキシブルホースで構成されており、このフレキシブルホースに続いた下部が金属管で構成されていることを特徴とする二酸化炭素の海洋放流装置。
【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海洋放流装置に関する。
【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２ないし図４を参照して説明する。図２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３（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３（ｂ）は図３（ａ）のＺ部を拡大して示す図、図４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５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を備えており、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、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。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をもつ後流渦８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、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うち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。
【００１１】
しかし、この中層希釈放流方式の放流装置には次に述べる問題がある。
【００１２】
その一つは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−５５℃、６ａｔｍという低温で比較的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、図５の線図でも明らかなように液体二酸化炭素が気化して気体二酸化炭素となり液体二酸化炭素を海中へ放流することに支障を来すことになる。
【００１３】
また、作業船に深さ２０００ｍないし２５００ｍの海中に吊り下げる大変長い放流管を取付けており、作業船を航走させる時にこの放流管が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する。ここで、放流管が全体を鋼管などの金属管で形成した剛体であり、また作業船における放流管の取付け部が剛体構造で構成されていると、作業船の航走により放流管が傾斜した場合には作業船における放流管の取付け部に大きな曲げ荷重が加わり、放流管の取付け部における負担が大きく耐久性に問題が生じる。
【００１４】
この対策として作業船における放流管の取付け部として放流管を回動可能に取付けて、作業船の航走時に放流管が回動して傾斜できるようにして放流管の取付け部における曲げ荷重の負担を軽減する構造が挙げられる。しかし、大変長い放流管を吊り下げて回動可能に取付けることは、取付け部の構造が大掛かりで頑強となり実用上問題が生じる。
【００１５】
従って、放流装置に対しては、内部を流れる液体二酸化炭素の温度上昇を抑え、且つ船舶の取付け部への負担を軽減できる放流管の開発が要望されている。
【００１６】
本発明は前記事情に基いてなされたもので、内部を流れる液体二酸化炭素の温度上昇を抑え、且つ船舶の取付け部への負担を軽減できる放流管を備えた二酸化炭素の海洋放流装置を提供することを課題とする。
【００１７】
【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に形成された孔から海中へ放流する装置において、放流管はその上部が合成樹脂で被覆したフレキシブルホースで構成されており、このフレキシブルホースに続いた下部が金属管で構成されていることを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図１を参照して説明する。
【００２０】
本発明は、前述した図２ないし図４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。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である。
【００２１】
本発明の特徴について説明する。
【００２２】
図中１１は放流管で、この放流管１１は作業船３に取付けられて液体二酸化炭素を海中へ放流するもので、深さ２０００〜３０００ｍの海中に吊り下げて傾斜した状態で曳航できる長さを有している。放流管１１はその上部がフレキシブルホース１２により構成され、このフレキシブルホース１２に続く下部が金属管１３により構成されている。
【００２３】
フレキシブルホース１２は、鋼製の薄板を複数層螺旋状に巻くとともに、さらに合成樹脂で被覆することにより引張り強度や耐圧強度を確保するもので、プラスチックの熱伝導率が金属材料に比較して大変小さいことにより高い断熱効果を併せて有している。
【００２４】
このようなフレキシブルホース１２は放流管１１の上部を構成している。放流管１１の上部は海面から数百メートルの深さの海中の表層に相当するもので、この海中の表層は中層および深層に比較して海水の温度が高く海水の熱が放流管１１を介して放流管１１内部を流れる液体二酸化炭素に伝達して液体二酸化炭素の温度を上昇させる度合が高い。高い断熱効果を有する合成樹脂（プラスチック）で被覆されたフレキシブルホース１２により構成される放流管１１の上部は、放流管１１内部を流れる液体二酸化炭素が海中の表層における水温が高い海水の熱を受けて温度上昇することを抑制している。また、合成樹脂（プラスチック）で被覆されたフレキシブルホース１２により構成される放流管１１の上部は、後述するように放流管１１が傾斜した時に放流管１１の曲りを受け持ち、作業船３における放流管１１の取付け部（フレキシブルホース１２の取付け部）に曲げ荷重が作用することを抑制している。そして、このフレキシブルホース１２は上端が作業船３に設けた取付け部１５に適宜な剛性構造をもって取付け固定されて作業船３から海中の表層に吊り下げられている。
【００２５】
金属管１３は鋼管などにより形成されており、放流管１１の全長からフレキシブルホース１２の長さを引いた長さを有している。金属管１３の下端部には複数の放流孔１４が軸方向に間隔を存して並べて形成されている。放流管１１の下部を金属管１３で構成するのは、金属管１３がフレキシブルホース１２に比較して安価であり、放流管１１を製造する上で全長をフレキシブルホース１２で形成する場合に比較して経済的に製造できるからである。金属管１３は上端がフレキシブルホース１２の下端に適宜な剛性構成により液密にして取付けられている。
【００２６】
このように構成した放流装置は、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、作業船３から海中に吊り下げた放流管１１の内部に送り込み海中へ放流する。すなわち、液体二酸化炭素はまず放流管１１の上部を構成するフレキシブルホース１２の内部を流れ落ち、次いで金属管１３の内部を流れ落ちて金属管１３の下端部に形成した複数の放流孔１４から海中へ放流される。この場合、海水の温度が高い海中の表層では、断熱効果の高いフレキシブルホース１２が位置するために、水温が高い海水の熱がフレキシブルホース１２を介してフレキシブルホース１２内部を流れる二酸化炭素へ伝達することを抑制される。このため、フレキシブルホース１２内部を流れる二酸化炭素が海中の表層の海水により温度上昇することを抑制できる。従って、液体二酸化炭素が放流管１１内部を流れる時に海水の熱により温度上昇して気化することを抑制することができる。
【００２７】
そして、作業船３は放流点を移動させるために航走する。このため、放流管１１は海中において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する。この場合、放流管１１を構成する金属管１３は剛性を有するものであるために曲がらず直線的に船舶進行方向に向かって後側へ傾斜する。金属管１３に接続されて放流管１１の上部を構成するフレキシブルホース１２は金属管１３の傾斜変位に伴い後側へ向けて傾斜する力が加わる。ここで、フレキシブルホース１２は上端が作業船３に剛性構造をもって固定されているので、船舶進行方向に向かって後側へ向けて傾斜する力が加わると後側へ向けて傾斜するように曲がる。すなわち、放流管１１に対して船舶進行方向に向かって後側へ傾斜するように加わる力をフレキシブルホース１２が吸収してその力による曲がりを許容する。このため、放流管１１が船舶進行方向に向かって後側へ向けて傾斜変位した場合に、作業船３における放流管１１（フレキシブルホース１２）の取付け部１５に船舶進行方向に向かって後側へ向けて傾斜する曲げ荷重が直接加わることを抑制して、曲げ荷重からの取付け部１５の負担を軽減して耐久性を高めることができる。また、作業船３における放流管１１の取付け部１５は剛性構造であるから、放流管１１を回動可能に取付ける場合の構造に比較して取付け部の構造の簡素化および小型化を図り、取付け部１５の製作コストを低減することができる。
【００２８】
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。例えばフレキシブルホース１２の構成は前述したい実施の形態に限定されない。前述した実施の形態では放流管１１の上部のみをフレキシブルホースで形成しているが、これに限定されずに放流管１１の全長をフレキシブルホースで形成する構成としても良い。この場合にも、フレキシブルホースが有する特性により、放流管を流れる液体二酸化炭素が海水により温度上昇することを抑制するとともに、放流管の取付け部に曲げ荷重が直接加わることを抑制できる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の二酸化炭素の海洋放流装置によれば、船に取付けられて海中に吊り下げられる液体二酸化炭素を海中へ放流する放流管の少なくとも一部をフレキシブルホースで構成するので、フレキシブルホースの高い断熱効果により放流管を流れる液体二酸化炭素が海水により温度上昇することを抑制して液体二酸化炭素が気化することを抑制でき、また船舶の航走により放流管が傾斜した場合に船舶における放流管の取付け部に曲げ荷重が加わることを抑制できる。
【００３０】
特に放流管の上部をフレキシブルホースで構成することにより、水温が高い海中の表層において海水により放流管内部を流れる液体二酸化炭素が温度上昇することを抑制でき、また放流管の取付け部に曲げ荷重が加わることをさらに効果的に抑制できる。
【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海洋放流装置を模式的に示す図。
【図２】二酸化炭素の海洋への放流システムを模式的に示す図。
【図３】二酸化炭素の海洋放流装置を模式的に示す図。
【図４】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５】二酸化炭素の相状態を示す線図。
【符号の説明】
３…作業船、
１１…放流管、
１２…フレキシブルホース、
１３…金属管、
１４…放流孔、
１５…取付け部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
0003605515.tif 000005
【図５】
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