(57)【要約】【課題】海水による消炎や生成ガスへの排気ガスの混入を回避し、安定的かつ効率的に生成ガスを回収する。【解決手段】ガスハイドレート回収装置は、ガスハイドレート層Ｈに位置し、ガスハイドレート層のガスハイドレートを加熱して融解する燃焼加熱器１２０と、ガスハイドレートから融解により生成された生成ガスを回収する、燃焼加熱器の近傍に配された回収口１４０ａを一端とする回収配管１４０と、を備え、燃焼加熱器は、燃料ガスが燃焼する燃焼室１２４と、燃料ガスが導かれる管であって、一端側に燃料ガスを燃焼室に噴出する噴出口１２２ｂを有する導入部１２２と、導入部の少なくとも噴出口を内部に収容する管であって、燃焼室で燃焼した後の排気ガスが流通する導出部１２６と、を備え、導出部は、噴出口が位置する側の一端１２６ａが密閉され、燃焼室は、導出部の一端側の内部に形成される。【選択図】図２
2013249605.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスハイドレート層に位置し、該ガスハイドレート層のガスハイドレートを加熱して融解する燃焼加熱器と、
前記ガスハイドレートから融解により生成された生成ガスを回収する、前記燃焼加熱器の近傍に配された回収口を一端とする回収配管と、
を備え、
前記燃焼加熱器は、
燃料ガスが燃焼する燃焼室と、
前記燃料ガスが導かれる管であって、一端側に該燃料ガスを前記燃焼室に噴出する噴出口を有する導入部と、
前記導入部の少なくとも前記噴出口を内部に収容する管であって、前記燃焼室で燃焼した後の排気ガスが流通する導出部と、
を備え、
前記導出部は、
前記噴出口が位置する側の一端が密閉され、
前記燃焼室は、
前記導出部の一端側の内部に形成されることを特徴とするガスハイドレート回収装置。
【請求項２】
前記導入部と連通し、該導入部に前記燃料ガスを供給する燃料配管と、
前記導出部と連通し、該導出部から導かれた前記排気ガスが流れる排気配管と、
をさらに備え、
前記回収配管は、
前記回収口が前記燃焼室の鉛直上方に位置し、前記燃料配管および前記排気配管を収容することを特徴とする請求項１に記載のガスハイドレート回収装置。
【請求項３】
前記排気配管は、前記燃料配管の一部を収容することを特徴とする請求項２に記載のガスハイドレート回収装置。
【請求項４】
前記燃焼加熱器は、複数配され、
前記燃料配管は、前記燃焼加熱器それぞれの前記導入部に分岐して連通し、
前記排気配管は、前記燃焼加熱器それぞれの前記導出部に分岐して連通することを特徴とする請求項２または３のいずれかに記載のガスハイドレート回収装置。
【請求項５】
複数の前記燃焼加熱器は、それぞれの先端が、長手方向に垂直な直線上に並列に配されることを特徴とする請求項４に記載のガスハイドレート回収装置。
【請求項６】
複数の前記燃焼加熱器は、それぞれの先端が環状かつ等間隔となるように並列に配されることを特徴とする請求項４に記載のガスハイドレート回収装置。
【請求項７】
前記回収配管の他端に連通し、前記生成ガスから不純物を取り除く分離部と、
不純物が取り除かれた前記生成ガスの一部を、前記燃料配管に燃料ガスとして送出する送出部と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のガスハイドレート回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスハイドレートを加熱して生成ガスを回収するガスハイドレート回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスハイドレートは、水分子のかご状構造の中に他の分子（ガス）が取り込まれた包接水和物（ハイドレート）の固体であり、低温、高圧などの条件を満たす海底などに埋蔵されている。例えば、メタン分子を取り込んだメタンハイドレートは、含有されるメタンを回収できれば、既存の燃料に対する代替燃料となり得るため、さまざまな回収手段が提案されている。
【０００３】
具体的には、メタンハイドレート層中に建設された坑井に、燃焼チャンバを配し、燃焼チャンバに配管を介し燃料および酸化剤を供給して燃焼させる技術が提案されている（例えば、特許文献１）。かかる技術では、メタンハイドレートが燃焼熱によって水とメタンガスに分離し、生成されたメタンガス（生成ガス）は、排気ガスと共に回収管を通って回収される。
【０００４】
また、海底基地に設置したポンプで、海水を汲み上げて熱交換器で加熱し、加熱された海水を、メタンハイドレート層近傍に配された管に循環させ、メタンハイドレート層を加熱するシステムも提案されている（例えば、特許文献２）。かかるシステムでは、メタンハイドレートから生成した生成ガスを、海底基地に設けられた改質装置で改質している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４７２７５８６号
【特許文献２】特開２００４−３２１９５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上述した特許文献１の技術では、燃焼チャンバの解放部分から坑井内に排気ガスが排出されるため、海流によってはこの解放部分から燃焼チャンバ内に海水が浸入してしまう可能性がある。このように燃焼チャンバに海水が浸入すると消炎の危険性が高まる。また、メタンハイドレートから分離した生成ガスに、排気ガスが混入した状態で回収されるため、回収されるガスの単位発熱量が低下してしまう。
【０００７】
また、上述した特許文献２の技術では、生成ガスの改質処理を海底で行うことから、海底における改質装置の運転、制御が困難である。また、燃焼器の燃焼熱によって、一旦、海水を温め、温められた海水を流す管によってメタンハイドレートを加熱するため、海水を媒体とする分、燃焼器によって直接、メタンハイドレートを加熱するよりも伝熱時の損失が大きくなる。また、海水を流通させる配管は海水により腐食し易い。
【０００８】
本発明は、このような課題に鑑み、海水による消炎や生成ガスへの排気ガスの混入を回避し、安定的かつ効率的に生成ガスを回収することが可能な、ガスハイドレート回収装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のガスハイドレート回収装置は、ガスハイドレート層に位置し、ガスハイドレート層のガスハイドレートを加熱して融解する燃焼加熱器と、ガスハイドレートから融解により生成された生成ガスを回収する、燃焼加熱器の近傍に配された回収口を一端とする回収配管と、を備え、燃焼加熱器は、燃料ガスが燃焼する燃焼室と、燃料ガスが導かれる管であって、一端側に燃料ガスを燃焼室に噴出する噴出口を有する導入部と、導入部の少なくとも噴出口を内部に収容する管であって、燃焼室で燃焼した後の排気ガスが流通する導出部と、を備え、導出部は、噴出口が位置する側の一端が密閉され、燃焼室は、導出部の一端側の内部に形成されることを特徴とする。
【００１０】
導入部と連通し、導入部に燃料ガスを供給する燃料配管と、導出部と連通し、導出部から導かれた排気ガスが流れる排気配管と、をさらに備え、回収配管は、回収口が燃焼室の鉛直上方に位置し、燃料配管および排気配管を収容してもよい。
【００１１】
排気配管は、燃料配管の一部を収容してもよい。
【００１２】
燃焼加熱器は、複数配され、燃料配管は、燃焼加熱器それぞれの導入部に分岐して連通し、排気配管は、燃焼加熱器それぞれの導出部に分岐して連通してもよい。
【００１３】
複数の燃焼加熱器は、それぞれの先端が、長手方向に垂直な直線上に並列に配されてもよい。
【００１４】
複数の燃焼加熱器は、それぞれの先端が環状かつ等間隔となるように並列に配されてもよい。
【００１５】
回収配管の他端に連通し、生成ガスから不純物を取り除く分離部と、不純物が取り除かれた生成ガスの一部を、燃料配管に燃料ガスとして送出する送出部と、をさらに備えてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、海水による消炎や生成ガスへの排気ガスの混入を回避し、安定的かつ効率的に生成ガスを回収することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１の実施形態におけるガスハイドレート回収装置を説明するためのブロック図である。
【図２】第１の実施形態における燃焼加熱器を説明するための概略断面図である。
【図３】第２の実施形態におけるガスハイドレート回収装置を説明するためのブロック図である。
【図４】第２の実施形態における複数の燃焼加熱器を説明するための概略断面図である。
【図５】複数の燃焼加熱器の配置を説明するための概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１９】
図１は、第１の実施形態におけるガスハイドレート回収装置１００を説明するためのブロック図である。図１において、矢印の向きは、ガスの流れを示す。図１に示すように、ガスハイドレート回収装置１００は、燃料配管１１０と、燃焼加熱器１２０と、排気配管１３０と、浄化装置１３２と、回収配管１４０と、分離部１５０と、送出部１６０と、タンク１７０とを含んで構成される。
【００２０】
燃料配管１１０は、燃焼加熱器１２０の後述する導入部と連通し、導入部に燃料ガスを供給する。具体的に、燃料配管１１０は、燃料ガスが導かれる配管１１２と、空気などの酸化剤ガスが導かれる配管１１４とが個々に配され、供給の途中で連通しており、燃料配管１１０に両ガスが流入している。なお、配管１１２と、配管１１４における連通している部分において、燃料ガスと酸化剤ガスとが混合して予混合ガスとなる。燃料配管１１０は、この予混合ガスを燃焼加熱器１２０に導く。
【００２１】
燃焼加熱器１２０は、例えば、海水Ｏ中のガスハイドレートが堆積したガスハイドレート層Ｈに位置する。そして、燃焼加熱器１２０は、燃料配管１１０から供給された燃料ガス（予混合ガス）を燃焼し、その燃焼熱によって、ガスハイドレート層Ｈのガスハイドレートを加熱して融解する。
【００２２】
本実施形態においては、ガスハイドレートとしてメタンハイドレートを例に挙げて説明するが、ガスハイドレート回収装置１００は、メタンハイドレート以外のガスハイドレートに含まれる物質を回収対象としてもよいことは言うまでもない。
【００２３】
排気配管１３０は、燃焼加熱器１２０の後述する導出部と連通し、導出部に導かれた燃焼後の排気ガスが流通する。排気配管１３０は、例えば、海上まで延在して排気ガスを浄化装置１３２に導く。浄化装置１３２は、排気ガスを浄化して大気に放出する。
【００２４】
回収配管１４０は、回収口１４０ａを一端とする管であって、他端は、海上に設けられた分離部１５０に連通している。回収口１４０ａは、燃焼加熱器１２０の近傍、具体的に、燃焼加熱器１２０の後述する燃焼室の鉛直上方に位置し、ガスハイドレートから融解により生成されたガス（生成ガス）を回収する。
【００２５】
回収配管１４０が回収する生成ガスには、ガスハイドレートを構成する水分子や、海水Ｏが気化した水蒸気などの不純物が混在している。そこで、分離部１５０は、回収配管１４０の他端に連通し、回収配管１４０によって導かれた生成ガスから不純物を取り除く。
【００２６】
送出部１６０は、不純物が取り除かれた生成ガスの一部を、配管１１２を介して燃料配管１１０に燃料ガスとして送出し、残りをタンク１７０に蓄積する。このように、送出部１６０が生成ガスの一部を、配管１１２を介して燃料配管１１０に送出することで、送出部１６０による生成ガスの送出処理を開始した後は、燃焼加熱器１２０に生成ガス以外の燃料ガスを別途供給する必要がなくなる。そのため、燃料ガスの購入コスト、および、ガスハイドレート回収装置１００への燃料ガスの輸送コストを低減できる。
【００２７】
続いて、上記の燃焼加熱器１２０の具体的な構造について説明する。図２は、第１の実施形態における燃焼加熱器１２０を説明するための概略断面図である。図２に示すように、燃焼加熱器１２０は、導入部１２２と、燃焼室１２４と、導出部１２６と、を含んで構成される。
【００２８】
導入部１２２は、燃料ガスが導かれる管（二重管の内管）であって、燃料ガスの流れの下流側の一端１２２ａが閉塞しており、一端１２２ａの近傍に、燃料ガスを燃焼室１２４に噴出する噴出口１２２ｂを有する。噴出口１２２ｂは、導入部１２２の周方向に等間隔に複数設けられる。
【００２９】
燃焼室１２４は、導入部１２２と導出部１２６に挟まれた、噴出口１２２ｂ近傍の空間を含み、導入部１２２の外周面および導出部１２６の内周面を壁面とする。すなわち、燃焼室１２４は、導出部１２６のうち、噴出口１２２ｂが位置する側の一端１２６ａ側の内部に形成される。
【００３０】
そして、燃焼室１２４は、導入部１２２の噴出口１２２ｂから燃焼室１２４に噴出した燃料ガスが、不図示の着火装置によって着火され燃焼する。
【００３１】
このとき、燃焼室１２４から導入部１２２への逆火を回避するために、噴出口１２２ｂによって形成される燃料ガスの流路長さ、すなわち、噴出口１２２ｂが設けられた壁の厚みが、燃焼室１２４で生成される火炎の消炎距離よりも大きくなるように、噴出口１２２ｂの径が定められている。
【００３２】
導出部１２６は、導入部１２２（少なくとも噴出口１２２ｂ）を内部に収容する管（二重管の外管）であって、燃焼室１２４で燃焼した後の排気ガスが流れる。また、導出部１２６は一端１２６ａが密閉されている。
【００３３】
そのため、燃焼室１２４で燃焼した後の排気ガスは、すべて導出部１２６を流れることとなり、排気ガスの熱は導入部１２２の壁を挟んで、導入部１２２を流れる燃料ガスに伝熱する。排気ガスと燃料ガスは対向流となっており、排気ガスの熱は、効率的に燃料ガスに伝熱される。こうして、燃焼加熱器１２０は、予混合ガスを予熱し、熱効率を高めることが可能となる。
【００３４】
そして、導出部１２６を構成する壁は、内部に形成された燃焼室１２４における火炎や、内部を流れる排気ガスによって加熱され、海水と生成ガスとが混在する層Ｍを介して、ガスハイドレート層Ｈに放熱する。こうして、燃焼加熱器１２０は、ガスハイドレート層Ｈのガスハイドレートを加熱して融解し、融解により生成された生成ガスは、層Ｍに混入した後、浮力によって回収配管１４０の回収口１４０ａより回収される。
【００３５】
この回収配管１４０の内部には、図２に示すように、燃料配管１１０および排気配管１３０が収容されている。かかる構成により、回収配管１４０の外郭について十分な耐久性（剛性、じん性、耐腐食性など）を確保できれば、燃料配管１１０や排気配管１３０のうち、回収配管１４０に収容されている部分が、回収配管１４０に保護されるため、剛性、じん性、および、耐腐食性がさほど高くない安価な部材で製造でき、コストを低減することが可能となる。
【００３６】
上述したように、本実施形態のガスハイドレート回収装置１００においては、燃焼加熱器１２０が、密閉構造となっているため、燃焼室１２４に海水Ｏが浸入するおそれがない。また、ガスハイドレート回収装置１００は、排気ガスは、導出部１２６から排気配管１３０を通って浄化装置１３２に送出されるため、生成ガスと混在することがなく、生成ガスの単位発熱量の低下も回避することができる。
【００３７】
さらに、ガスハイドレート回収装置１００は、海中においては、単に、燃焼加熱器１２０でガスハイドレート層Ｈを加熱するのみで、複雑な制御を要さず、燃焼加熱器１２０も構造が単純であるため、故障率を低下させ、メンテナンス性を高めることができる。また、燃焼加熱器１２０で直接ガスハイドレート層Ｈを加熱するため、ガスハイドレート回収装置１００は、例えば、海水Ｏを温め、温められた海水Ｏを配管に循環させて加熱するような構成に比べ、熱損失が抑制され、配管の腐食といったリスクも抑制することが可能となる。
【００３８】
（第２の実施形態）
上述した実施形態では、燃焼加熱器１２０を１つ備えたガスハイドレート回収装置１００について説明したが、ガスハイドレート回収装置は、燃焼加熱器１２０を複数備えてもよい。第２の実施形態では、複数の燃焼加熱器１２０を備えたガスハイドレート回収装置２００について説明する。
【００３９】
図３は、第２の実施形態におけるガスハイドレート回収装置２００を説明するためのブロック図である。ガスハイドレート回収装置２００は、燃料配管２１０と、複数の燃焼加熱器１２０と、排気配管２３０と、浄化装置１３２と、回収配管１４０と、分離部１５０と、送出部１６０と、タンク１７０とを含んで構成される。第２の実施形態におけるガスハイドレート回収装置２００は、第１の実施形態におけるガスハイドレート回収装置１００と、燃料配管２１０、排気配管２３０、および、燃焼加熱器１２０の数が異なるので、ここでは上記第１の実施形態と同じ構成については説明を省略し、構成が異なる燃料配管２１０、排気配管２３０、および、燃焼加熱器１２０の数についてのみ説明する。
【００４０】
図４は、第２の実施形態における複数の燃焼加熱器１２０を説明するための概略断面図であり、図５は、複数の燃焼加熱器１２０の配置を説明するための概念図である。図５では、図４のＶ‐Ｖ線断面における燃焼加熱器１２０の位置を簡略化して示す。
【００４１】
図４、図５（ａ）に示すように、ガスハイドレート回収装置２００では、燃焼加熱器１２０が複数配される。ここでは、２つの燃焼加熱器１２０が配される場合について説明する。
【００４２】
燃料配管２１０は、２つの燃焼加熱器１２０それぞれの導入部１２２に分岐して連通し、排気配管２３０は、２つの燃焼加熱器１２０それぞれの導出部１２６に分岐して連通している。
【００４３】
このように、複数の燃焼加熱器１２０を配する構成により、ガスハイドレート回収装置２００は、ガスハイドレート層Ｈを広範囲にわたって加熱でき、より多くの生成ガスを回収することが可能となる。
【００４４】
ところで、回収配管１４０は、海水Ｏと接しているため、内部を流通する生成ガスは、回収配管１４０を介し海水Ｏによって冷却される。そして、冷却された生成ガスによって燃料配管２１０が冷やされると、燃料ガスが冷え、燃焼加熱器１２０における熱効率が低下してしまう。
【００４５】
そこで、本実施形態においては、図４に示すように、排気配管２３０が燃料配管２１０の一部を収容する。かかる構成により、ガスハイドレート回収装置２００は、排気配管２３０および排気配管２３０を流通する排気ガスによって、燃料配管２１０の海水Ｏによる冷却を抑制する。その上、ガスハイドレート回収装置２００は、排気配管２３０を流通する排気ガスによって、燃料配管２１０を流通する予混合ガスを予熱することができ、燃焼加熱器１２０における熱効率を向上することが可能となる。
【００４６】
また、ガスハイドレート回収装置２００において、図５（ｂ）に示すように、３つ以上の燃焼加熱器１２０が配されてもよい。３つ以上の燃焼加熱器１２０を配する場合、図５（ｂ）に示すように、それぞれの先端が、長手方向に垂直な直線上に並列に配される。このように複数の燃焼加熱器１２０を直線上に配する構成により、ガスハイドレート層Ｈが水平方向に長く延在している場合に、複数の燃焼加熱器１２０を、ガスハイドレート層Ｈに沿って配することができ、効率的に生成ガスを回収することができる。
【００４７】
また、図５（ｃ）〜（ｅ）に示すように、複数の燃焼加熱器１２０は、それぞれの先端が環状かつ等間隔となるように並列に配されてもよい。環状に等間隔に配された燃焼加熱器１２０は、換言すると、多角形の頂点に配されているともいえる。例えば、燃焼加熱器１２０が、図５（ｃ）であれば、３角形の頂点に、図５（ｄ）であれば、４角形の頂点に、図５（ｅ）であれば、５角形の頂点に、図５（ｆ）であれば、６角形の頂点に、それぞれ位置するように配されていることとなる。
【００４８】
かかる構成により、ガスハイドレート回収装置２００は、ガスハイドレート層Ｈを広範囲にわたって均等に加熱でき、効率的に生成ガスを回収することが可能となる。
【００４９】
上述した実施形態では、回収配管１４０が、燃料配管１１０、２１０、および、排気配管１３０、２３０を収容する場合について説明したが、燃料配管１１０、２１０、および、排気配管１３０、２３０は、回収配管１４０の外側に配されてもよい。
【００５０】
また、上述した第２の実施形態では、排気配管２３０が燃料配管２１０の一部を収容する構成について説明したが、燃料配管２１０は、排気配管２３０の外側に配されてもよい。また、上述した第１の実施形態において、排気配管１３０が燃料配管１１０の一部を収容する構成であってもよい。
【００５１】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、ガスハイドレートを加熱して生成ガスを回収するガスハイドレート回収装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００５３】
１００、２００  …ガスハイドレート回収装置
１１０、２１０  …燃料配管
１２０  …燃焼加熱器
１２２  …導入部
１２２ａ  …一端
１２２ｂ  …噴出口
１２４  …燃焼室
１２６  …導出部
１２６ａ  …一端
１３０、２３０  …排気配管
１４０  …回収配管
１５０  …分離部
１６０  …送出部
Ｈ     …ガスハイドレート層
【図１】
2013249605.tif 000003
【図２】
2013249605.tif 000004
【図３】
2013249605.tif 000005
【図４】
2013249605.tif 000006
【図５】
2013249605.tif 000007