(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
未溶解ガスの分離収集用の容器を介して短脚管と長脚管とを接続させ、該短脚管を溶解管として、その開放下端部から水溶性ガスを含んだ気体を吹き込んで、その短脚管中における気体のガスリフト作用により短脚管下端から海水を流入させると共に、海水が短脚管を上昇する間にその気体中に含まれる水溶性ガスを海水中に溶解させ、未溶解ガスは前記容器の中で分離し、前記長脚管はその下端部が深海に開口する沈降管とし、上記水溶性ガスの溶解による密度増加と上記ガスリフト作用に起因する容器内の圧力および水位の上昇作用により、容器内の海水を深海に沈降させる方法であって、前記容器の流路断面積は前記短脚管の流路断面積よりも大きいことを特徴とする、水溶性ガスを海水に溶解させ深海に隔離する方法。
【請求項２】
未溶解ガスの分離収集用の容器を介して短脚管と長脚管とを接続させ、該短脚管を溶解管として、その開放下端部から水溶性ガスを含んだ気体を吹き込んで、その短脚管中における気体のガスリフト作用により短脚管下端から海水を流入させると共に、海水が短脚管を上昇する間にその気体中に含まれる水溶性ガスを海水中に溶解させ、未溶解ガスは前記容器の中で分離し、前記長脚管はその下端部が深海に開口する沈降管とし、上記水溶性ガスの溶解による密度増加と上記ガスリフト作用に起因する容器内の圧力および水位の上昇作用により、容器内の海水を深海に沈降させる方法であって、前記容器を、海面、海面近傍、大陸棚と大陸斜面の境界部または大水深の沖合に設置することを特徴とする、水溶性ガスを海水に溶解させ深海に隔離す方法。
【請求項３】
未溶解ガスの分離収集用容器と、下端部が開放されて水溶性ガスを含む気体の吹き込み手段を備えた、ガスリフト作用が生じる溶解管として機能する短脚管と、下端部が開放されて沈降管として機能する長脚管とを備え、前記容器を介して前記短脚管と長脚管とが接続された装置であって、前記容器の流路断面積は前記短脚管の流路断面積よりも大きいことを特徴とする水溶性ガスを海水に溶解させ深海に隔離する装置。
【請求項４】
未溶解ガスの分離収集用容器と、下端部が開放されて水溶性ガスを含む気体の吹き込み手段を備えた、ガスリフト作用が生じる溶解管として機能する短脚管と、下端部が開放されて沈降管として機能する長脚管とを備え、前記容器を介して前記短脚管と長脚管とが接続された装置であって、前記容器が、当該装置の海中への設置及び係留のための位置保持に必要な浮力体を兼用することを特徴とする水溶性ガスを海水に溶解させ深海に隔離する装置。
【請求項５】
未溶解ガスの分離収集用容器と、下端部が開放されて水溶性ガスを含む気体の吹き込み手段を備えた、ガスリフト作用が生じる溶解管として機能する短脚管と、下端部が開放されて沈降管として機能する長脚管とを備え、前記容器を介して前記短脚管と長脚管とが接続された装置であって、前記容器が、当該装置の海中への設置及び係留のための位置保持に必要な浮力体と一体化して構成されたことを特徴とする水溶性ガスを海水に溶解させ深海に隔離する装置。
【請求項６】
未溶解ガスの分離収集用容器と、下端部が開放されて水溶性ガスを含む気体の吹き込み手段を備えた、ガスリフト作用が生じる溶解管として機能する短脚管と、下端部が開放されて沈降管として機能する長脚管とを備え、前記容器を介して前記短脚管と長脚管とが接続された装置であって、前記短脚管が、下端側より上端側の断面積が大きいことを特徴とする水溶性ガスを海水に溶解させ深海に隔離する装置。
【請求項７】
未溶解ガスの分離収集用容器と、下端部が開放されて水溶性ガスを含む気体の吹き込み手段を備えた、ガスリフト作用が生じる溶解管として機能する短脚管と、下端部が開放されて沈降管として機能する長脚管とを備え、前記容器を介して前記短脚管と長脚管とが接続された装置であって、前記容器が、海面に設置したセミサブ型構造物または海面に設置したシップ型構造物であることを特徴とする水溶性ガスを海水に溶解させ深海に隔離する装置。
【請求項８】
第一垂直管と、該第一垂直管を周囲に配置した第二垂直管の一部とを内蔵して海面に設置される長く伸びた円筒型構造物を備え、前記第二垂直管は前記円筒型構造物に対して同心上に配置され、前記第一垂直管および前記第二垂直管は前記円筒型構造物の内部の上部空間に形成される容器を介して連通し、前記第一垂直管はガスリフト作用が生じる溶解管としての機能を有し、前記第二垂直管は沈降管としての機能を有し、また容器は未溶解ガスのセパレータとしての機能を有し、該溶解管の海中に開放された下端近傍に装着した吹き込みノズルから水溶性ガスを含んだ気体を吹き込んで溶解管内における気体のガスリフト作用により溶解管下端から海水を流入させると共に、その気体中に含まれる水溶性ガスを溶解管を上昇する間に海水中に溶解させ、溶解管内で海水中に溶解しなかった未溶解ガスを前記容器内で分離収集すると共に、溶解管内の流れのもつエネルギーを水位の上昇による位置エネルギーと未溶解ガスの圧力エネルギーとして保持し、下端が前記円筒型構造物の下端よりもさらに延長されて深海中に開放された沈降管を経て、水溶性ガスの溶解による密度増加ならびに容器内の海水の持つ位置エネルギーと未溶解ガスの圧力エネルギーとによって、水溶性ガスの溶解した容器内の海水が深海に沈降するように構成したことを特徴とする水溶性ガスを海中に溶解させ深海に隔離する装置。
【請求項９】
沈降管の一部と、該沈降管の周囲に設けた円環状スペースとを内蔵して海面に設置される長く伸びた円筒型構造物を備え、前記沈降管は前記円筒型構造物に対して同心上に配置され、前記沈降管および前記円環状スペースは前記円筒型構造物の内部の上部空間に形成される容器を介して連通し、前記円環状スペースはガスリフト作用が生じるスペースとしての機能を有し、また前記容器は未溶解ガスのセパレータとしての機能を有し、該円環状スぺースの海中に開放された下端近傍に装着した吹き込みノズルから水溶性ガスを含んだ気体を吹き込んで円環状スペース内における気体のガスリフト作用により円環状スペース下端から海水を流入させると共に、その気体中に含まれる水溶性ガスを円環状スペースを上昇する間に海水中に溶解させ、円環状スペース内で海水中に溶解しなかった未溶解ガスを前記容器内で分離収集すると共に、円環状スペース内の流れのもつエネルギーを水位の上昇による位置エネルギーと未溶解ガスの圧力エネルギーとして保持し、下端が前記円筒型構造物の下端よりもさらに延長されて深海中に開放された沈降管を経て、水溶性ガスの溶解による密度増加ならびに容器内の海水の持つ位置エネルギーと未溶解ガスの圧力エネルギーとによって、水溶性ガスの溶解した容器内の海水が深海に沈降するように構成したことを特徴とする水溶性ガスを海中に溶解させ深海に隔離する装置。
【請求項１０】
前記円筒型構造物の下部に浮力調整用のバラストタンクを設けた請求項８または９記載の装置。
【請求項１１】
前記円環状スペースが、下端側より上端側の断面積が大きい請求項９記載の装置。
【請求項１２】
前記円筒型構造物の上部の容器の上面が大気に開放された請求項８または９記載の装置。
【請求項１３】
前記円筒型構造物に海流・潮流が作用した場合に渦励起振動が発生するのを防止するために、該円筒型構造物の外面に螺旋状のフィンを取り付けた請求項８または９記載の装置。
【請求項１４】
前記円筒型構造物に海流・潮流が作用した場合に渦励起振動が発生するのを防止するために、該円筒型構造物の外面に小突起を取り付けた請求項８または９記載の装置。
【請求項１５】
請求項１０記載の装置における前記円筒型構造物を、造船所ドックのような充水、排水の可能な区画内で横倒しの状態で予め製作・組立し、製作完了後、該区画内に充水することによって該円筒型構造物を横倒しの状態で浮遊させ、これを海上曳航することによって敷設現場まで輸送し、敷設現場で位置決め後、前記円筒型構造物に設けた浮力調整用のバラストタンクに充水することによって前記円筒型構造物を直立させる該装置の敷設方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に言えば、ガスを液体に溶解させる技術に関するものであり、より特定的には、火力発電所等の固定発生源から多量に排出される二酸化炭素ガスを含んだ廃ガス中の二酸化炭素を、海水に溶解させ深海に隔離する方法、装置およびその装置の敷設方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、大気汚染防止や地球温暖化防止のために海洋隔離を検討されている水溶性ガスとしては二酸化炭素ガスが代表的である。二酸化炭素ガスの海洋隔離技術としては、(a) 二酸化炭素ガスを液化してそれを深海に直接放流するか、  (b) 二酸化炭素ガスをドライアイスに加工して海洋に直接投入するか、(c) 二酸化炭素ガスを浅海 (水深200 〜400 メートル程度) に直接吹き込み溶解させる方式があった。
【０００３】
しかし、(a) の方式では廃ガスからの二酸化炭素ガスの分離回収ならびに二酸化炭素ガスの液化に大量のエネルギーとコストが必要なこと、液化二酸化炭素の放流点近傍における海水の酸性化が大きく、環境への影響が大きいことが問題である。(b) の方式ではやはり廃ガスからの二酸化炭素ガスの分離回収ならびにドライアイスへの加工に大量のエネルギーとコストが必要なこと、ドライアイスの海洋への直接投下後の二酸化炭素の溶解分散状況が不明確で海洋隔離の確実性が乏しいことが問題である。また(c) の方式では海水に二酸化炭素ガスが溶解拡散する水深が浅いため、海水に溶解した二酸化炭素が再び大気中に放出されるまでの期間 (海洋隔離期間) が短いことが問題である。
【０００４】
その他、例えば、二酸化炭素ガスを海水に溶解させ、二酸化炭素ガスの溶解によって比重の大きくなった海水を深海に沈めることによって隔離する方法と装置が、日本国特許第2655818 号明細書に開示されている。
【０００５】
かかる技術によれば、短脚管と長脚管とを上部で連結して逆Ｊ字状に形成した逆Ｊ字状管路における上記短脚管から二酸化炭素ガスを吹き込んで、ガスリフト作用により短脚管下端から海水を流入させると共に、海水が短脚管の上端に達するまでに二酸化炭素ガスを海水中に完全に溶解させる。上記逆Ｊ字状管路における長脚管は、その下端が深海に開口する沈降管として利用して、二酸化炭素が溶解して密度が増加した海水を深海に重力で沈降させる。
【０００６】
水中に気体を吹き込むと気体は泡となって水面に向かって上昇し、そのとき周囲の水を粘性によって引っ張るために上向きの流れが発生する現象を、ガスリフト作用と呼ぶが、上記方法はこのガスリフト作用を利用することによって水溶性ガスを海水に溶解させて深海に隔離しようとするものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、溶解管としての短脚管の下端部から海水中に供給した水溶性ガスも必ずしも全部が海水に溶解するものではなく、一部未溶解のガスが管内に残留することがある。さらに、吹き込みガス中に不溶性ガスが含まれている場合もある。
【０００８】
そのような場合には、逆Ｊ字状管路に未溶解ガスのガス溜まりができ、管路内の海水の流れが阻害されてしまうこととなり、その分離、排出を行わなければならないが、その分離・排出は困難である。
【０００９】
未溶解ガスを含んだまま沈降管に供給されると、沈降管内の液比重が低下し、沈降がスムーズに行われないという問題がある。
二酸化炭素ガスだけを供給するには予め分離手段を講じる必要があり、コスト増は免れない。
【００１０】
また、前述の特許に開示された従来技術にあっては、海面から100 メートル以上の深度の海域に装置を設けることから、そのような深度での海水中では装置の保守点検も容易でなく、一々海面上に引き上げるとその間は操業は中断することになり、効率的とは言えない。
【００１１】
したがって、本発明の第一の課題は、管内に残留する未溶解ガスの処理を容易に行える、水溶性ガスを海水に溶解させ、深海に隔離する方法および装置を提供することである。
【００１２】
本発明の第二の課題は、通常の廃ガスのように海水への未溶解分を含有するものをそのまま投入しても、管内に残留する未溶解ガスの処理を容易に行える、保守点検も容易な、水溶性ガスを海水に溶解させ深海に隔離する方法および装置を提供することである。
【００１３】
本発明の第三の課題は、海洋における敷設が容易な上述のような装置とその敷設方法を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
ここに、本発明者らは、かかる課題を実現するための手段について種々検討を重ね、次のような知見を得た。
【００１５】
(1) 溶解管と沈降管との間に適宜空間を備えた容器を介在させて両管を接続させることにより、その容器内において吹き込みガス中に含まれている未溶解ガスの分離が可能となり、その分離・排出が容易となる。
【００１６】
(2) 上記容器を海面上もしくはその近傍に設置すれば、設置ばかりでなく保守点検も容易となる。
(3) 溶解管、沈降管、そしてそれらを接続する容器を一体化して構成することで、製作、そして敷設が一層容易になる。
【００１７】
ここに、本発明は、未溶解ガスの分離収集用の容器を介して短脚管と長脚管とを接続させ、該短脚管を溶解管として、その開放下端部から水溶性ガスを含んだ気体を吹き込んで、その短脚管中における気体のガスリフト作用により短脚管下端から海水を流入させると共に、海水が短脚管を上昇する間にその気体中に含まれる水溶性ガスを海水中に溶解させ、未溶解ガスは前記容器の中で分離し、前記長脚管はその下端部が深海に開口する沈降管とし、上記水溶性ガスの溶解による密度増加と上記ガスリフト作用に起因する容器内の圧力および水位の上昇作用により、容器内の海水を深海に沈降させる方法であって、前記容器の流路断面積は前記短脚管の流路断面積よりも大きいことを特徴とする、水溶性ガスを海水に溶解させ深海に隔離する方法である。
また、本発明は、未溶解ガスの分離収集用の容器を介して短脚管と長脚管とを接続させ、この短脚管を溶解管として、その開放下端部から水溶性ガスを含んだ気体を吹き込んで、その短脚管中における気体のガスリフト作用により短脚管下端から海水を流入させると共に、海水が短脚管を上昇する間にその気体中に含まれる水溶性ガスを海水中に溶解させ、未溶解ガスは容器の中で分離し、長脚管はその下端部が深海に開口する沈降管とし、水溶性ガスの溶解による密度増加とガスリフト作用に起因する容器内の圧力および水位の上昇作用により、容器内の海水を深海に沈降させる方法であって、容器を、海面、海面近傍、大陸棚と大陸斜面の境界部または大水深の沖合に設置することを特徴とする、水溶性ガスを海水に溶解させ深海に隔離する方法である。
【００１８】
また、本発明は、未溶解ガスの分離収集用容器と、下端部が開放されて水溶性ガスを含む気体の吹き込み手段を備えた、ガスリフト作用が生じる溶解管として機能する短脚管と、下端部が開放されて沈降管として機能する長脚管とを備え、容器を介して短脚管と長脚管とが接続された装置であって、容器の流路断面積は短脚管の流路断面積よりも大きいことを特徴とする水溶性ガスを海水に溶解させ深海に隔離する装置である。
また、本発明は、未溶解ガスの分離収集用容器と、下端部が開放されて水溶性ガスを含む気体の吹き込み手段を備えた、ガスリフト作用が生じる溶解管として機能する短脚管と、下端部が開放されて沈降管として機能する長脚管とを備え、容器を介して短脚管と長脚管とが接続された装置であって、容器が、この装置の海中への設置及び係留のための位置保持に必要な浮力体を兼用することを特徴とする水溶性ガスを海水に溶解させ深海に隔離する装置である。
【００１９】
また、本発明は、未溶解ガスの分離収集用容器と、下端部が開放されて水溶性ガスを含む気体の吹き込み手段を備えた、ガスリフト作用が生じる溶解管として機能する短脚管と、下端部が開放されて沈降管として機能する長脚管とを備え、この容器を介して短脚管と長脚管とが接続された装置であって、容器が、この装置の海中への設置及び係留のための位置保持に必要な浮力体と一体化して構成されたことを特徴とする水溶性ガスを海水に溶解させ深海に隔離する装置である。
【００２０】
また、本発明は、未溶解ガスの分離収集用容器と、下端部が開放されて水溶性ガスを含む気体の吹き込み手段を備えた、ガスリフト作用が生じる溶解管として機能する短脚管と、下端部が開放されて沈降管として機能する長脚管とを備え、この容器を介して短脚管と長脚管とが接続された装置であって、短脚管が、下端側より上端側の断面積が大きいことを特徴とする水溶性ガスを海水に溶解させ深海に隔離する装置である。
【００２１】
また、本発明は、未溶解ガスの分離収集用容器と、下端部が開放されて水溶性ガスを含む気体の吹き込み手段を備えた、ガスリフト作用が生じる溶解管として機能する短脚管と、下端部が開放されて沈降管として機能する長脚管とを備え、この容器を介して短脚管と長脚管とが接続された装置であって、この容器が、海面に設置したセミサブ型構造物または海面に設置したシップ型構造物であることを特徴とする水溶性ガスを海水に溶解させ深海に隔離する装置である。
【００２２】
また、本発明は、第一垂直管と、この第一垂直管を周囲に配置した第二垂直管の一部とを内蔵して海面に設置される長く伸びた円筒型構造物を備え、第二垂直管は円筒型構造物に対して同心上に配置され、第一垂直管および第二垂直管が円筒型構造物の内部の上部空間に形成される容器を介して連通し、第一垂直管はガスリフト作用が生じる溶解管としての機能を有し、第二垂直管は沈降管としての機能を有し、また容器は未溶解ガスのセパレータとしての機能を有し、この溶解管の海中に開放された下端近傍に装着した吹き込みノズルから水溶性ガスを含んだ気体を吹き込んで溶解管内における気体のガスリフト作用により溶解管下端から海水を流入させると共に、その気体中に含まれる水溶性ガスを溶解管を上昇する間に海水中に溶解させ、溶解管内で海水中に溶解しなかった未溶解ガスを容器内で分離収集すると共に、溶解管内の流れのもつエネルギーを水位の上昇による位置エネルギーと未溶解ガスの圧力エネルギーとして保持し、下端が円筒型構造物の下端よりもさらに延長されて深海中に開放された沈降管を経て、水溶性ガスの溶解による密度増加ならびに容器内の海水の持つ位置エネルギーと未溶解ガスの圧力エネルギーとによって、水溶性ガスの溶解した容器内の海水が深海に沈降するように構成したことを特徴とする水溶性ガスを海中に溶解させ深海に隔離する装置である。
【００２３】
また、本発明は、沈降管の一部と、この沈降管の周囲に設けた円環状スペースとを内蔵して海面に設置される長く伸びた円筒型構造物を備え、沈降管は円筒型構造物に対して同心上に配置され、沈降管および円環状スペースは円筒型構造物の内部の上部空間に形成される容器を介して連通し、円環状スペースはガスリフト作用が生じるスペースとしての機能を有し、また容器は未溶解ガスのセパレータとしての機能を有し、円環状スぺースの海中に開放された下端近傍に装着した吹き込みノズルから水溶性ガスを含んだ気体を吹き込んで円環状スペース内における気体のガスリフト作用により円環状スペース下端から海水を流入させると共に、その気体中に含まれる水溶性ガスを円環状スペースを上昇する間に海水中に溶解させ、円環状スペース内で海水中に溶解しなかった未溶解ガスを容器内で分離収集すると共に、円環状スペース内の流れのもつエネルギーを水位の上昇による位置エネルギーと未溶解ガスの圧力エネルギーとして保持し、下端が円筒型構造物の下端よりもさらに延長されて深海中に開放された沈降管を経て、水溶性ガスの溶解による密度増加ならびに容器内の海水の持つ位置エネルギーと未溶解ガスの圧力エネルギーとによって、水溶性ガスの溶解した容器内の海水が深海に沈降するように構成したことを特徴とする水溶性ガスを海中に溶解させ深海に隔離する装置である。
【００２４】
円筒型構造物の下部には浮力調整用のバラストタンクを格納する空間を設けてもよい。円環状スペースが、下端側より上端側の断面積が大きいことが望ましい。また、円筒型構造物の上部の容器の上面が大気に開放されたことが望ましい。
さらに、円筒型構造物に海流・潮流が作用した場合に渦励起振動が発生するのを防止するために、円筒型構造物の外面に螺旋状のフィンまたは小突起を取り付けることが望ましい。
【００２５】
また、容器において分離収集された未溶解ガスは放出管とバルブを通じて大気中に放出してもよい。また、容器の上部は大気中に開放してしまうことも可能である。
【００２６】
さらに、本発明は、上述した装置における円筒型構造物を、造船所ドックのような充水、排水の可能な区画内で横倒しの状態で予め製作・組立し、製作完了後、この区画内に充水することによってこの円筒型構造物を横倒しの状態で浮遊させ、これを海上曳航することによって敷設現場まで輸送し、敷設現場で位置決め後、円筒型構造物に設けた浮力調整用のバラストタンクに充水することによって円筒型構造物を直立させるこの装置の敷設方法である。
【００２７】
かくして、本発明によれば、次のような利点が得られる。
(1) 濃度に関わらず二酸化炭素ガスなどの水溶性ガスを含む廃ガスを海水中に供給することを可能とする。
【００２８】
(2) ガスリフト圧力が不足する場合に、吹き込みガス量の増大やガスを溶解させる溶解管の長さの短縮等の対策が可能となる。
(3) 溶解管の長さを溶解効率や設置環境により、最良の長さに調整可能とする。
【００２９】
(4) 従来より浅海に装置を設置することを可能とする。
(5) 吹き込みガス中に含まれる未溶解ガスの割合が小さい場合に、未溶解ガスが上昇すると共に膨張し、溶解管内に気泡の割合が高くなることにより、ガスリフト効果が低減し、流れが阻害されるが、これを防止することができる。
【００３０】
(6) 未溶解ガスを分離して放出管を通じて大気中に放出することにより、未溶解ガスの排出に伴う泡が界面を乱すことによる海上交通、漁業ならびに海洋生態系への影響を緩和することができる。
(7) 海水中に装置を設置する場合、浮力体を設ける必要があるが、上記容器をもってそれを兼用させるか、あるいは容器と浮力体とを一体化することによって、装置全体の小型化を図ることができ、さらに装置の海洋への設置・係留が容易となる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
本発明によれば、従来技術では直接接続していた短脚管と長脚管を、未溶解ガスの分離空間を与える容器を介在させて接続する構造とした。これにより、短脚管にて二酸化炭素ガスを溶解し、長脚管により海水を重力流沈降させる従来技術の特徴を失わずに、短脚管内の未溶解ガスを自動的に分離収集することができ、未溶解ガスは、必要により大気放散すればよい。そして従来のように、廃ガスから予め二酸化炭素ガスだけを分離回収する操作を不要とする。
【００３２】
かかる容器は、海中またはもしくは海面もしくはその近傍に設置してもよい。
ガスリフトによる圧力エネルギーは、容器内の液面の位置の上昇により保存されるため、長脚管内の海水沈降を促進する。
【００３３】
本発明によれば、容器を海中に設けた場合でも、容器内に分離収集された未溶解ガスは別途回収されるか、放出管を通して海面上の大気中に放出されるから、海中での未溶解ガス放出に伴う泡の上昇によって、界面が盛り上がり、海上交通や漁業に影響がでることを防止し、また泡の上昇に伴う上昇流の発生によって海中の生態系に影響が生じることを防止することが可能となる。
【００３４】
本発明によれば、海中での位置保持に必要な浮力を装置に与えるための浮力体を容器と兼用化または一体化することによって、装置の海洋への設置を容易にすることが可能となる。
【００３５】
容器を海面に設置する場合、海中に設置した場合より浅海に装置を設置することが可能となる。また、ガスの完全溶解を要求されないため、ガスリフト溶解管長さの選定が自由になり、ガスリフト圧力増大のために吹き込みガス量を増加させることも可能となる。
【００３６】
海面に設置する容器としてセミサブ型を採用する本発明によれば、容器を係留する際に波浪の影響を軽減することが可能となる。
溶解管内のガスリフト作用による海水の上昇に伴う水圧の低下によって未溶解ガスが膨張し、その体積割合が増加することによって溶解管内の流動状態がスラグ流からフロス流に遷移して、ガスリフト効果が低減され、流れが阻害されるが、下端側より上端側の断面積が大きい短脚管を採用すれば、かかる現象を防止することが可能となる。
【００３７】
さらに、容器を大陸棚と大陸斜面の境界部の比較的水深の浅い場所に設置することによって、その海洋への設置・係留が容易となり、また沈降管を大陸斜面に沿って設置することが可能となる。
【００３８】
また、容器を大水深の沖合に設置することによって、沈降管の長さが短くなり、その圧力損失を低減することを可能にする。沈降管の圧力損失が低減されることによって、ガスリフト作用による容器内の海水の深海への沈降を容易にする。
【００３９】
【実施例】
図１は、二酸化炭素ガスを海水に溶解させ深海に隔離する本発明に係わる装置の構成を示すものである。
【００４０】
図示した装置は、火力発電所等の固定発生源から多量に排出される廃ガス中に含まれる水溶性ガス (二酸化炭素ガス等) をその濃度に係わらず海中に溶解させ深海に隔離するためのもので、図中、容器10とそれに接続する二酸化炭素ガスの溶解管としての短脚管12と沈降管としての長脚管14を備えている。図示例では、容器10は海中に設置され、短脚管12はガス吹込装置16を備え、ガス供給ライン18から送られてくる廃ガスを管内に吹き込む。長脚管14はその下端部 (図示せず) を深海に開口させて使用するものである。
【００４１】
容器10の構造は、単に短脚管と長脚管とを接続し、未溶解ガスを分離収集するだけの空間を備えていればよく、図示例では容器10は浮力体24と一体の構造をもっている。
【００４２】
容器10の中で分離される未溶解ガスは、容器の上面に設置したバルブ20を介して海中に放出するか、放出管22を通して大気中に直接放出する。また、容器に海中での位置保持に必要な浮力を与えるための浮力体24は容器とは別に設置するかまたは容器と兼用化または一体化する。
【００４３】
図２は、溶解管である短脚管12において、下端側26より上端側28の断面積を大きくした場合の実施例である。
図２の場合、溶解管内の位置の上昇に伴う水圧の低下によって未溶解ガスが膨張し、その体積割合が増加することによって溶解管内の流動状態がスラグ流からフロス流に遷移して、ガスリフト効果が低減され、流れが阻害されることを防止できる。
【００４４】
図３ないし図５は、容器10を海面またはその近傍に設置する場合を示す。
図３に示す例では、容器10は海面に設置され、短脚管12はその下端部13にガス吹込装置16を備え、ガス供給ライン18から送られてくる二酸化炭素を含む廃ガスを管内に吹込む。長脚管14はその下端部 (図示せず) を深海に開口させて使用するものである。
【００４５】
容器10の構造は、単に短脚管と長脚管とを接続するだけの空間を備えておればよく、図示例では容器10は上端部が大気に開放されているが、例えば蓋を設けるなどして閉空間を構成してもよく、そのときは適宜箇所に未溶解ガスの放出弁あるいは放出管を備える。
【００４６】
図３においても、図２の場合と同様に、短脚管12において、下流側、つまり下端側26より上流側、つまり上端側28の断面積を大きくしてもよい。
図４は、水面に設置する容器10としてセミサブ型構造物を使用した変更例である。
【００４７】
ここに、セミサブ型構造物とは、容器10が容器本体30とその上部構造32とから構成され、容器本体が海水中に潜水している形態の構造物を言う。図示例では、容器本体30と上部構造とはパイプ34によって接続され、上部構造が大気開放型となっている。
【００４８】
かかるセミサブ型構造物の採用により、波浪の影響が軽減され装置の安定した運用が可能となる。
図５は、水面に設置する容器としてシップ型構造物40を使用した実施例である。
ここにシップ型構造とは、海上浮遊体、つまり船体構造を有する構造物を言い、図４の容器と比較して、容器自体が船体となって自由に浮遊していることで相違する。
【００４９】
図示例では、シップ型構造物40の中心には、船体の方向の影響を受けない構造をもったタレット42が設けられ、このようなシップ型構造物には、短脚管12および長脚管14がそれぞれ取付けられている。シップ型構造物40の上部は大気に開放されている。
【００５０】
かかるシップ型構造物の採用により、短・長脚管を支持する浮力体の設置が不要となると同時に、ガス放出配管の設置が不要となる。特に、シップ型構造物の場合は、中央の部分をタレット構造とすることにより、船体が海流の影響を受けても回転するなどしてその影響を最小とする方向に自動修正される。
【００５１】
図６は、本発明において用いる容器10の設置場所を大陸棚44と大陸斜面46の境界部に設置した場合の本発明にかかる装置の実施例であり、長脚管を海底面に沿って敷設できるので、容器10の海洋への設置・係留が容易となる。
【００５２】
図７は、容器10を大水深の沖合48に設置した場合の実施例であり、この場合、沈降管の圧力損失が低減されることによって、ガスリフト作用による容器内の海水の深海への沈降が容易となる。
【００５３】
図８〜図11は、容器10と短脚管12と長脚管14の一部とが円筒型構造物に内蔵され一体的に構成した例を示すものである。
【００５４】
図８に示す態様によれば、海面に設置した鉛直方向に長く伸びた円筒型構造物50をもって、前述のような容器、浮力体、バラストタンク、そしてガスリフト作用を発揮する溶解管および溶解管の一部を構成する。
【００５５】
図９(a) は、図８に示す本発明による円筒型構造物50の縦断面図であり、図９(b) は、Ａ−Ａ線に沿った横断面図である。本例では、円筒型構造物50の内部に同心状に配置された太径の垂直管72の周囲に複数の小径の垂直管74を設けている。円筒型構造物50は海上に浮遊しており、符号75は浮力調整用バラスト水を注入するタンクである。
【００５６】
図示例からも分かるように、円筒型構造物50の上部は内部の気体を大気中に放出するための放出管52とバルブ54を装着した容器56とし、下部57には浮力調整用の浮力体を兼ねるバラストタンク75と直径の大きい沈降管60の一部72と直径の小さい溶解管74を格納する。
【００５７】
水溶性ガスを含む廃ガスは、海底パイプライン68によって円筒型構造物50の直下の海底まで輸送し、沈降管60に沿って立ち上げたパイプラインライザー62を通して溶解管74に吹き込まれる。
【００５８】
溶解管74はその上端が円筒構造物上部の容器56に接続され、下端は海中に開放して、下端近傍に装着した吹き込みノズル( 図示せず) から水溶性ガスを含んだ廃ガスを吹き込んで溶解管74内におけるガスリフト作用により溶解管74の下端から海水を流入させると共に、その廃ガス中に含まれる水溶性ガスを溶解管74を上昇する間に海水中に溶解させる。
【００５９】
容器56は未溶解ガスのセパレータとして、溶解管内で海水中に溶解しなかった未溶解ガスを分離収集して放出管52とバルブ54を通じて大気中に放出すると共に、溶解管内の流れのもつエネルギーを水位55の上昇による位置エネルギーと未溶解ガスの圧力エネルギーとして保存する。
【００６０】
直径の大きな垂直管72、60は沈降管として、その上端は構造物上部の容器56内に開放されており、下端は円筒型構造物50の下端からさらに延長して深海中に開放して、水溶性ガスの溶解による密度増加ならびに容器内の海水の持つ位置エネルギーと未溶解ガスの圧力エネルギーとによって、水溶性ガスの溶解した容器56内の海水を深海に沈降させる。沈降管60を流下した海水は、ブロック64に設けられたノズル口から海水中に放出される。
【００６１】
円筒型構造物50と、沈降管60とから構成される装置は、係留索68を経てアンカー70によって海中の所定位置に固定される。
係留索として、例えば繊維ロープを使用することにより、係留索のハンドリング性が向上し、沈降・敷設作業がより容易となる。
【００６２】
また、係留索にワイヤロープ、鎖またはそれらの組合わせを使用すると、係留索一本あたりで負担することのできる荷重が繊維ロープの場合と比較して大きくなるため、必要な係留索の本数を低減することができる。
【００６３】
すなわち、図８に示す構成を採用することで、溶解管、沈降管の一部、および容器を円筒型構造物の中に一体化し、さらに円筒型構造物を海面に設置するため、逆Ｊ字型の構造物を海中に設置する従来技術に比べて海洋での敷設は確実に容易かつ安全になる。
【００６４】
図示例８および９に示すように、沈降管60の本数を１本とすることによって、沈降管60の敷設が容易となる。また、円筒型構造物50の内部でガスリフト作用を呈する溶解管74を中央に位置した沈降管72の周囲に配置することによって、海上での円筒型構造物50のバランスがよくなる。
円筒型構造物内部への沈降管の取り付けならびに円筒型構造物の下端への沈降管の延長敷設が容易となり、コストダウンが図れる。
【００６５】
さらに、円筒型構造物内部に設けた溶解管74を、図９(c) に示すように、円環状のガスリフト・溶解スペースとして一体化することによって円筒型構造物内部の構造が簡単となり、製作が容易となると共に、コストダウンが可能となる。また、溶解管の断面積を大きくとることができ、処理能力が増加する。この場合、溶解管74の周囲に同心状に浮力体スペース76を設けてもよい。
【００６６】
円筒型構造物上部の容器の蓋を省略することにより、容器内の圧力制御ならびに未溶解ガスの大気中への放出に必要なバルブもなくなることによって、コストダウンが可能となる。
【００６７】
この場合にも、溶解管の下端側より上端側のほうの断面積を大きくしてもよい。
図10は、円筒型構造物50の別の態様での設置状況を示したものである。
円筒型構造物50の外面には、渦励起振動の発生を防止するための螺旋状のフィン80が取り付けられている。
【００６８】
図11は、円筒型構造物50のさらに別の態様での設置状況を示したものである。
円筒型構造物50の外面には、渦励起振動の発生を防止するための小突起82が多数取り付けられている。
【００６９】
フィン80および小突起82は、円筒型構造物に海流・潮流が作用した場合の渦励起振動の発生を低減する。つまり、海流・潮流が作用した場合に円筒型構造物の表面に発生するカルマン渦を、構造物の表面に取り付けたらせん状のフィン80や小突起82によって崩壊させることにょって、渦励起振動が発生するのを防止することができる。
【００７０】
図12(a) ないし図12(f) は、本発明にかかる装置の敷設方法の各工程を模式的に示したものである。
例えば、図８に示す構造の装置を海洋に敷設する場合を説明すると、まず、工程(a) に示すように、海洋の敷設位置にアンカー111 と係留索110 を予め設置する。係留索110 の先端にはブイ116 を付けて目印としておけばよい。
【００７１】
次に、工程(b) において、沈降管105 を海底に固定する。図示しないが、沈降管105 も予めドッグなどで製作したものを曳航してきて海底に沈設すればよい。
一方、上述の沈降管と同様に、溶解管、容器等を一体化した円筒型構造物101 を造船所ドッグのような充水、排水の可能な区画の中で製作・組み立てる。これによって、作業が容易になり、溶接等の品質も向上し、結果として、円筒型構造物101 の製作・組み立品質が向上し、短期間で品質の良い構造物を組み立てることができる。
【００７２】
工程(c) では、このようにして製作した円筒型構造物101 を敷設現場へ運搬するが、ドッグなどの区画内に充水すれば円筒型構造物101 は船のように水面上に浮上するので、索118 を使ってタグボート117 で敷設現場まで浮遊曳航してゆけばよい。
【００７３】
円筒型構造物101 を直接浮遊曳航することに問題がある場合には、同じく工程(c')に示すように、円筒型構造物101 を台船119 に載せて曳航すればよい。
敷設現場では、工程(d) に示すように、円筒型構造物101 を予め定めておいた敷設位置に浮遊させ、浮力調整用のバラストタンクに充水することによって直立(アペンディング) させる。工程(e) 参照。
【００７４】
工程(f) に示すように、円筒構造物101 を設置位置に直立させた後、円筒型構造物の所定の係留点にROV(Remotely Operated Vehicle)等の水中ロボットや起重機船等の作業船、ダイバー等を使って係留索110 を接続する。
【００７５】
このように、図12(a) 〜(f) に示す各工程では、円筒型構造物の敷設現場における一括敷設が可能であり、また、アンカー、係留索、沈降管の本体を円筒型構造物の設置前に敷設しておくことによって、円筒型構造物の直立後の現場作業が接続作業のみとなるため、現地工事日数が短縮し、コストダウンが可能となる。
【００７６】
円筒型構造物の下端以深への沈降管、つまり沈降管本体の延長敷設は、ROV 等の水中ロボットや起重機船等の作業船、ダイバー等を使って円筒型構造物の敷設後におこなうか、もしくは前述のように円筒型構造物の設置前に沈降管本体のみを敷設しておき、円筒型構造物を設置位置に直立させた後、ROV 等の水中ロボットや起重機船等の作業船、ダイバー等を使って円筒型構造物の下端と接続することもできる。
【００７７】
ここで、円筒型構造物の下端以深の沈降管の材料および構造は、海流・潮流および波浪の作用による円筒型構造物の海上での移動を吸収できるものでなければならない。
【００７８】
【発明の効果】
本発明によれば、従来技術による気体二酸化炭素の海中溶解隔離方法よりも、より実用的で効率的に地球温暖化ガスである二酸化炭素ガスを海水中に溶解させ、深海に隔離する方法および装置を提供することができる。
【００７９】
本発明は、吹き込みガス中の未溶解ガスの分離・排出を容易にすることによって、火力発電所等の固定発生源から多量に排出される廃ガスから水溶性ガス( 二酸化炭素ガス等) を分離回収することなく、海中に溶解させ深海に隔離することが可能となる。このことによって、水溶性ガスの分離回収に必要なエネルギーおよびコストの削減が可能となる。
【００８０】
本発明は、先行技術の主たる技術的課題である吹き込みガス中の未溶解ガスの分離・排出を容易にすることによって、火力発電所等の固定発生源から多量に排出される廃ガスから水溶性ガス (二酸化炭素等) を高純度に分離・回収することなく海水に溶解させ、深海に隔離することを可能とするものである。このことによって、水溶性ガスの高純度分離・回収に必要なエネルギーを削減でき、また、このことによって大幅なコスト削減も可能である。
【００８１】
また本発明は、溶解管、未溶解ガス分離用容器、沈降管を一体化させて円筒型構造物を造船所ドック等で一体化して製作できる構造とすることによって現地作業を削減し、品質にアップとコストダウンを可能としている。また、構造物全体を海中ではなく、海上に設置する構造とすることによって実用的装置となっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】廃ガス中の水溶性ガスを海水に溶解させ、深海に隔離する本発明に係る装置の構成の模式的説明図である。
【図２】溶解管の下端側より上端側の断面積を大きくした場合の同じく模式的説明図である。
【図３】本発明に係る装置の別の態様の概略説明図である。
【図４】本発明の装置の各種変更例の概略説明図である。
【図５】本発明の装置の各種変更例の概略説明図である。
【図６】本発明にかかる装置を大陸棚と大陸斜面の境界部の比較的浅い場所に設置する場合の概略説明図である。
【図７】本発明にかかる装置を大水深の沖合に設置する場合の概略説明図である。
【図８】本発明にかかる装置の別の態様の全体の模式的構成図である。
【図９】図９(a) 、図９(b) および図９(c) は、図８の円筒型構造物のそれぞれ縦断面図、横断面図および横断面図である。
【図１０】渦励起振動の発生を防止するために螺旋状のフィンが取り付けた円筒型構造物の設置状況の概略説明図である。
【図１１】渦励起振動の発生を防止するために多数の小突起が取り付けた円筒型構造物の設置状況の概略説明図である。
【図１２】図12(a) ないし図12(f) は、本発明にかかる装置の敷設方法の各工程の模式的説明図である。
【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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【図１１】
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【図１２】
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