(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体二酸化炭素を収納した収納容器を、少なくとも収納した液体二酸化炭素の気化を阻止するに十分な水圧となる臨界深さの深海に至るまで、気化した液体二酸化炭素による内部圧力で破裂させることなく沈下させる液体二酸化炭素の深海沈下方法であって、
前記臨界深さに至るまでの間、気化した二酸化炭素によって高まる前記収納容器の内部圧力が当該収納容器を破裂させる限界圧力に至る前に前記気化した二酸化炭素の少なくとも一部を前記収納容器外に放出しつつ前記収納容器を沈下させることを特徴とする方法。
【請求項２】
少なくとも前記臨界深さに至るまでの間、前記収納容器を断熱性、耐圧性のいずれか一方もしくは双方を備えた保護容器で覆って沈下させることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記収納容器を、前記臨界深さを越える深さでは、前記臨界深さに至るまでの間の沈下速度よりも低い沈下速度で沈下させることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記臨界深さに至るまでの間の沈下速度と、前記臨界深さを越える深さでの沈下速度との間の速度差は、臨界深さに至るまでの間では錘の作用、または前記収納容器を取り付けて深海に導くガイドワイヤを駆動して前記収納容器を強制的に深海へ引き込む駆動力のいずれかの利用による沈下とし、前記臨界深さを越える深さでは、前記錘重量の軽減、前記収納容器の海中における自然落下、または前記収納用器の減速傘のいずれかを利用した沈下とすることにより得ることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
大気中の二酸化炭素を分離して液体二酸化炭素とし、当該液体二酸化炭素を収納容器に収納して海底に沈下して貯蔵する二酸化炭素の海底貯蔵方法において、請求項１から請求項４のいずれか一に記載の方法により前記収納容器を海底に沈下させることを特徴とする液体二酸化炭素の海底貯蔵方法。
【請求項６】
液体二酸化炭素を収納した収納容器を、少なくとも収納した液体二酸化炭素の気化を阻止するに十分な水圧となる臨界深さの深海に至るまで、気化した液体二酸化炭素による内部圧力で破裂させることなく沈下させ、さらに前記収納容器が破裂しない速度で海底に軟着地させる液体二酸化炭素の深海沈下システムであって、
地上で製造された液体二酸化炭素を搬送し、または液体二酸化炭素を製造する設備を有する海上設備と、
液体二酸化炭素を収納する収納容器と、
前記収納容器を少なくとも前記臨界深さまで沈下させる沈下ガイド機構とから構成され、
前記収納容器は、内部の液体二酸化炭素の気化による内部圧力が当該収納容器を破裂させる限界圧力に至る前に前記気化した二酸化炭素の少なくとも一部を外部に放出するガス抜き機構を備え、さらに、ガスの放出による減量によって深海で受ける水圧に応じた変形が可能な柔軟性と、海水に対する耐蝕性とを備え、
前記沈下ガイド機構が、前記収納容器を海中に引き込む錘または駆動装置を備えていることを特徴とする深海沈下システム。
【請求項７】
前記沈下ガイド機構に、前記収納容器を覆い、断熱性、耐圧性のいずれか一方または双方を備えた、前記臨界深さに至って前記収納容器を放出する保護容器がさらに取り付けられていることを特徴とする、請求項６に記載の深海沈下システム。
【請求項８】
前記保護容器が、保護容器の内部圧力が所定の値になったときに内部のガスを放出し、容器外部の水圧が所定の値になったときに外部の海水を導入する内外圧調整機構を備えていることを特徴とする、請求項７に記載の深海沈下システム。
【請求項９】
液体二酸化炭素を収納し、少なくとも収納した液体二酸化炭素の気化を阻止するに十分な水圧となる臨界深さの深海に至るまで、気化した液体二酸化炭素による内部圧力で破裂することなく海中に沈下し、さらに破裂しない速度で海底に軟着地する液体二酸化炭素収納容器であって、
前記収納容器は、内部の液体二酸化炭素の気化による内部圧力が当該収納容器を破裂させる限界圧力に至る前に前記気化した二酸化炭素の少なくとも一部を外部に放出するガス抜き機構を備え、
ガスの放出による減量によって深海で受ける水圧に応じた変形が可能な柔軟性と、海水に対する耐蝕性とを備えていることを特徴とする液体二酸化炭素収納容器。
【請求項１０】
前記臨界深さを越えた後に沈下速度を減速させる、減速機構をさらに備えていることを特徴とする、請求項９に記載の液体二酸化炭素収納容器。
【請求項１１】
前記減速機構が、抵抗傘の開閉機構、錘の分離機構のいずれかであることを特徴とする、請求項１０に記載の液体二酸化炭素収納容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地表や海上で得られた液体二酸化炭素を、効率よく、安全に、安価に深海まで沈下させる液体二酸化炭素の深海沈下システムおよび深海沈下方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
二酸化炭素（炭酸ガス）は地球温暖化の元凶とされ、二酸化炭素濃度の低減は地球的規模で取り組まれるべき重要な課題である。それにも拘らず各国の思惑が絡まって国際社会では必ずしも有力な解決策を未だ見出せていないのが現状である。また、将来技術革新が進めば、例えば合成樹脂などの技術分野において、今は嫌われている二酸化炭素が有効活用される時代が来ることも大いに考えられる。したがい、当面の間は環境被害の原因となる二酸化炭素を大気から集めていずれかに長期保存し、将来必要なときに回収して利用するシステムが構築できれば、地球、人類にとって掛け替えのない貢献をもたらす。
【０００３】
常温であっても高圧の下では液体状態を保つ二酸化炭素の性質に着目し、深海で容易に得られる高水圧を活用して海底で長期保存する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。しかしながら、これを実現するには、未だ多くの解決すべき技術的課題が残されている。液体二酸化炭素を常温で液体状態のまま維持するには５０気圧以上の高圧が必要となるが、地上において高圧下に液体二酸化炭素を容器に封入することができたとしても、これを高水圧の海底まで安全に沈下させるには、高耐圧性の特殊合金製などの高価な容器が必要となる。また、海水による腐食作用が激しい海底では、鉄合金製などでは長期保存が保障できないという問題もある。
【０００４】
逆に、液体二酸化炭素を大気圧で液体のまま維持するには、約−５０℃の低温に保つ必要がある。このため地上において低温下に液体二酸化炭素を容器に封入することができたとしても、これを取り出して気化を防ぎつつ海底まで安全に沈下させるには、特殊な断熱ケースでこれを覆うなどの技術が必要となる。地域にもよるが、海水温度は表層部では１０℃内外、１００ｍ沈下させた辺りにおいても３〜５℃内外が限度であり、上記のような低温を沈下の間に維持することは容易ではない。少しでも温度が上昇した場合、容器内部の液体二酸化炭素の気化は避けられず、気化によって容器の内圧が高まるため、上述したものと全く同様な耐圧性の問題が生ずる。腐食作用が激しい海底での長期保存の問題も同様に存在する。
【０００５】
いずれにせよ海中において−５０℃以下の低温を維持する完璧な断熱の効果を期待することは技術的に困難であり、液体二酸化炭素を確実に５００ｍ以下の海底に沈下させるには、結局耐圧性、耐蝕性を十分に備えた容器の開発が不可避となってくる。しかしながらこの両性質を備え、しかも安価な材料を見出すことは難しい。特許文献１においては、液体二酸化炭素を「袋状容器」に充填することが開示され、具体的にはフッ素樹脂製の袋状容器として１０００ｍの深海をシミュレーションする実験が開示されている。また、代替として、ポリプロピレン、ポリエチレン等の材料が使用可能であると述べられている。しかしながらこれらの材料では、深海における液体二酸化炭素の固定や合成樹脂であることによる耐蝕性の効果は認められたとしても、沈下の際の温度上昇に伴う容器内圧上昇への対策には全く沈黙している。したがって、当該文献に開示された材料、手段が果たして沈下過程における高圧に絶え得るものであるかは甚だ疑問である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上より、常温で液体二酸化炭素を固定、保存するために必要な高圧を経済的、容易に得られる手段は、深海水圧を活用するのが最良の策と思われるものの、これを実現するには、沈下の際、海底到達までの温度上昇による二酸化炭素の気化又は昇華によって生じる圧力上昇への対応が現在では大きなネックとなっている。高耐圧容器を使用すれば実現可能ではあるが、この場合には経済性がネックとなり、また海底での長期保存における耐食性の問題が必ずしも解決できるとは言い難い。すなわち、昇圧に耐えて破裂しない性能を有する容器や、当該容器を使用して安全に深海まで沈下させるシステムが望まれててるが、現在では高度な技術と高コストが足かせとなって実現が困難となっている。
【０００７】
したがって本願発明は、液体二酸化炭素の深海沈下において、海底到達までの温度上昇による昇圧に耐えて破裂することなく無事沈下させることができ、海底にて長期保存を可能にする経済的な液体二酸化炭素の深海沈下システム並びに同方法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】
【０００８】
本発明は、深海に至るまでの間に液体二酸化炭素収納容器内で気化して内圧を高める二酸化炭素を収納容器外へ放出し、かつその放出量をできるだけ抑制しつつ該収納容器を海底まで沈下させる方策を講ずることによって上記の課題を解消するもので、具体的には以下の内容を含む。
【０００９】
すなわち、本発明にかかる１つの態様は、液体二酸化炭素を収納した収納容器を、少なくとも収納容器内にある液体二酸化炭素の気化を阻止するに十分な水圧となる臨界深さの深海に至るまで、気化した液体二酸化炭素による内部圧力で破裂させることなく沈下させる液体二酸化炭素の深海沈下方法であって、臨界深さに至るまでの間、気化した二酸化炭素によって高まる収納容器の内部圧力が当該収納容器を破裂させる限界圧力に至る前に気化した二酸化炭素の少なくとも一部を収納容器外の海中に放出しつつ収納容器を沈下させることを特徴とする方法に関する。
【００１０】
少なくとも前記臨界深さに至るまでの間は、収納容器を断熱性、耐圧性のいずれか一方もしくは双方を備えた保護容器で覆って沈下させることが望ましい。また収納容器は、前記臨界深さに至るまでの間は相対的に高速で、臨界深さを越える深さでは相対的に低速で沈下させることが望ましい。臨界深さに至るまでの間の高速沈下は相対的に重い錘の作用、あるいは海中に引き込む駆動力のいずれかの利用により、臨界深さを越える深さでの低速沈下は相対的に軽い錘の作用、収納容器の自然落下、あるいは収納用器の減速傘のいずれかの利用によってそれぞれ得ることができる。
【００１１】
本発明はさらに、大気中の二酸化炭素を分離して液体二酸化炭素とし、当該液体二酸化炭素を収納容器に収納して海底に沈下して貯蔵する二酸化炭素の海底貯蔵方法であって、上述したいずれかの方法により収納容器を海底に沈下させることを特徴とする液体二酸化炭素の海底貯蔵方法をも包含している。
【００１２】
次に本発明に係る他の態様は、同じく液体二酸化炭素を収納した収納容器を破裂させることなく沈下させ、海底に軟着地させる液体二酸化炭素の深海沈下システムであって、地上で製造された液体二酸化炭素を搬送し、または自身で液体二酸化炭素を製造する海上設備と、液体二酸化炭素を収納する収納容器と、収納容器を少なくとも臨界深さまで沈下させる沈下ガイド機構とから構成され、収納容器は、内部の液体二酸化炭素の気化による内部圧力が当該収納容器を破裂させる限界圧力に至る前に気化した二酸化炭素の少なくとも一部を外部に放出するガス抜き機構を備え、さらに、放出したガスによって深海で受ける水圧に応じて変形可能な柔軟性と、海水に対する耐蝕性とを備え、また沈下ガイド機構は、収納容器を海中に引き込む錘を備えていることを特徴とする深海沈下システムに関する。
【００１３】
沈下ガイド機構は、収納容器を覆う、断熱性、耐圧性のいずれか一方または双方を備えた、臨界深さに至って収納容器を放出する保護容器をさらに含んでもよい。また、当該保護容器は、保護容器の内部圧力が所定の値になったときに内部のガスを放出し、容器外部の水圧が所定の値になったときに外部の海水を導入する内外圧調整機構を備えることができる。
【００１４】
本発明に係るさらに他の態様は、液体二酸化炭素を収納し、気化した液体二酸化炭素による内部圧力で破裂することなく海中に沈下し、さらに破裂しない速度で海底に軟着地する液体二酸化炭素収納容器であって、内部の液体二酸化炭素の気化による内部圧力が当該収納容器を破裂させる限界圧力に至る前に前記気化した二酸化炭素の少なくとも一部を外部に放出するガス抜き機構を備え、ガスの放出による減量によって深海で受ける水圧に応じて変形可能な柔軟性と、海水に対する耐蝕性とを備えていることを特徴とする液体二酸化炭素収納容器に関する。
【００１５】
前記液体二酸化炭素収納容器は、臨界深さを越えた後に沈下速度を減速させる減速機構をさらに備えていてもよい。当該減速機構は、抵抗傘の開閉機構、錘の分離機構のいずれかとすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本考案は、二酸化炭素を低温液体（または固体）の状態で海底保存用容器に封入し、海中沈下の過程で保存用容器内部の気化（昇華）ガス圧を抜きながら沈下させることにより、保存用容器を低強度低耐圧の材質及び構造にできるため、液体二酸化炭素の海底保存を経済的に実施できる効果がある。また、保護容器などの付帯装置は回収再使用することにより、製造コストと経費を節減できる効果がある。さらに、本発明の実施によって大気中の二酸化炭素濃度を低減させることができ、地球規模での環境問題の改善をもたらす効果を奏するものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態に係る液体二酸化炭素の深海沈下システム、同方法の概要を示す説明図である。
【図２】図１に示す実施の形態に使用される液体二酸化炭素収納容器の概要を示す斜視図および部分断面図である。
【図３】図１に示す実施の形態の他の態様に係る液体二酸化炭素の深海沈下システム、同方法の概要を示す説明図である。
【図４】本発明の他の実施の形態に係る液体二酸化炭素の深海沈下システム、同方法の概要を示す説明図である。
【図５】図４に示す実施の形態に使用される収納容器、保護容器の概要を示す部分断面側面図である。
【図６】図４に示す実施の形態に使用される他の収納容器、保護容器の概要を示す部分断面側面図である。
【図７】本発明のさらに他の実施の形態に係る液体二酸化炭素深海沈下システム、同方法に使用される収納容器を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の第１の実施の形態に係る液体二酸化炭素の深海沈下システムおよび深海沈下方法について、図面を参照して説明する。図１はその概要を示している。図１において、本実施の形態にかかる深海沈下システムは、海上設備（具体的には作業船など）１と、液体二酸化炭素収納容器２と、沈下ガイド機構３とから構成されている。海上設備１は、自身で液体二酸化炭素を指定海域で製造する設備を有するか、あるいは地上等にある他の施設で製造された液体二酸化炭素を指定海域まで搬送するために必要な施設を有する。液体二酸化炭素の製造はすでに従来技術で知られており、例えば空気中の窒素ほかの成分から二酸化炭素のみを分離し、低温または高圧、あるいはこの両者を利用して液化する。二酸化炭素の状態図からも見られるように、二酸化炭素は０℃、約５０気圧で液化する。液化した二酸化炭素は海上設備１内に備えられた低温／高圧貯蔵槽（図示せず）に入れられ、沈下の指定海域において液体二酸化炭素収納容器２に注入される。
【００１９】
なお、二酸化炭素は温度、圧力条件によって液体と固体との状態変化が微妙であり、また固体から昇華する現象が起こることでも知られている。したがい、本明細書中で「液体」と言う場合には、特に記載がない場合には厳密な意味での液体に限定されず、支障がない限り固体状態のものをも包含するものとする。同じく「気化」と言う場合にも、特に記載がない場合には昇華も含むものとする。
【００２０】
図２は、液体二酸化炭素収納容器２（以下、単に「収納容器２」とも言う。）の概要を示している。収納溶液２の容量は、ガス放出によるロスを抑えて効率的に液体二酸化炭素を海底沈下させるには大きい方が望ましいが、大きいほど海上設備１内での取り扱い（例えば注入、吊り上げ、海中投入、沈下）が難しくなり、また容器本体の強度も要求される。本実施の形態においては、容量１トンのものを使用している。液体二酸化炭素収納容器１の形状は任意であり、図２の例では略立方体としているが、これには限定されない。例えば後述するように円錐台、角錐台とすることも好ましく、また沈下速度を高めるためには涙滴型などの流線型形状や球形などとすることが考えられる。
【００２１】
液体二酸化炭素収納容器２の本体ボデー２１には液体二酸化炭素注入口２２が設けられ、注入口２２には液体二酸化炭素注入後にこれをシールするガス抜き機構付きの蓋２４が取り付けられる。図２の円内には、蓋２４の概要を示している。ガス抜き機構２３は一種の安全弁であり、収納容器２内に収納された液体二酸化炭素が気化して内圧が高まった場合にガス抜き機構２３（バルブ）が開き、内部の気化した二酸化炭素の少なくとも一部を円内の矢印で示すように外部（海中）へ放出し、内圧上昇に起因する液体二酸化炭素収納容器２の破裂を防止する。バルブが開く引き金となる限界圧力は、当該液体二酸化炭素収納容器２の耐圧能力に応じて任意に設定することができる。後述するように、当該限界圧力が高いほど液体二酸化炭素の貯蔵効率が高まるが、そのためにはそれに応じて収納容器２の耐圧性を高める必要がある。図２に示す例では、蓋２４にガス抜き機構２３が設けられており、こうすることによって構造が簡略化されて好ましいが、収納容器２自身に他の開口部を設けて蓋２４とは別にガス抜き機構２３を配置することでもよい。
【００２２】
液体二酸化炭素収納容器２にはさらに、沈下用の錘２５を設けることが好ましい。これは、収納容器２が沈下ガイド機構３から切り離されて海底へ沈む際の適切な沈下速度を確保するための錘である。理想的な着地速度は人が歩く位の速度であり、それ以上速いと着地時の衝撃で収納容器２が破裂する虞があり、錘２５の重さはこれを考慮して設定される。収納容器２自身を金属とするなどにより上記条件に合うような重さが確保できる場合には、沈下用の錘２５を別途設ける必要はない。
【００２３】
本発明にかかる液体二酸化炭素収納容器２は、ガス抜き機構２３を備えることにより、収納容器２自身には特別な耐圧性は要求されない。後述するように、深海での高圧に耐える必要はあるが、この際には放出した二酸化炭素の減量分に相当する容器の凹みに耐えるだけの柔軟性を有すれば足り、この減量分が圧縮された後は内部の液体二酸化炭素と外部の海水圧力とが平衡状態となるため、収納容器２自身には圧力は作用しない。したがい、本発明に係る液体二酸化炭素収納容器２は、従来技術で考えられていたような高耐圧性が要求されることはなく、長期海底保存に耐える十分な対腐食性を有していればよいものとなる。使用される材料としては、まずポリエチレンやナイロン等の合成樹脂が考えられ、深海では光が届かない環境なのでポリカーボネートやポリプロピレンまでの対候性は要求されない。この他に価格は高くなるが、ステンレス、塩化ビニールでコーティングしたアルミなども使用可能である。
【００２４】
図１に戻って、沈下ガイド機構３は、ガイドワイヤ３１と、錘３２とから構成される。液体二酸化炭素を海底保存するには約５０気圧以上、約５００ｍ以上の深海まで沈下させる必要がある。したがって、ガイドワイヤ３１は少なくとも５００ｍの深海まで延びる長さがなければならない。ガイドワイヤ３１の先端には錘３２が取り付けられ、液体二酸化炭素収納容器２はガイドワイヤ３１または錘３２に取り付けられる。沈下途中での二酸化炭素の放出量を最小限に抑えるには、できるだけ速い速度で収納容器２を沈下させることが望ましい。そのためには、錘３２は重い方が望ましいが、取り扱い上の問題もあり、適切な重さが選択される。本実施の形態では５００ｋｇの錘を使用している。なお、図示の例で収納容器２の下側に錘３２が配置されているが、錘３２により収納容器２を引っ張って海中に沈めるにはこのような配置が好ましい。この際の海中での錘３２と液体二酸化炭素収納容器２との分離は、例えばガイドワイヤ３１を２本とし、他の１本を錘３２に取り付けて所定深さでこの他の１本を上方に戻す方法などが考えられる。収納容器２のガイドワイヤ３１からの分離は、圧力感応ロック解除機構など、既知の技術が利用可能である。
【００２５】
以上のように構成された本実施の形態に係る液体二酸化炭素の深海沈下システムは以下のように動作する。まず、海上設備１は、液体二酸化炭素収納容器２を沈下させるべき指摘海域に移動する。海上設備１内にて製造され、または搬送されてきた液体二酸化炭素を液体二酸化炭素収納容器２に注入する。液体二酸化炭素が注入された収容容器２には蓋２４が閉められ、本実施の形態では沈下ガイド機構３のガイドワイヤ３１に取り付けられ、海上設備１のクレーン１１を使用して沈下ガイド３と共に海中に投入される。
【００２６】
収納容器２は、液体二酸化炭素の注入後、海中投下までの間に常温、大気圧にさらされる。これにより内部にある液体二酸化炭素の一部が気化を始め、これが容器内部の圧力を高める。上述したガス抜き機構２３が動作する限界圧力に達するとガス抜き機構２３のバルブが開き、二酸化炭素が容器外部へ放出される。これは海中に投下された後も同様であり、水面近くの相対的に高い温度に触れて二酸化炭素の気化が続き、バルブ２３を介して二酸化炭素が海水中に逃げる。したがって、液体二酸化炭素収納容器２は、できるだけ早く低温、高圧の深海まで持ち込むことが貯蔵効率を高めるために好ましく、上述したように錘３２がこの機能を果たす。なお、液体二酸化炭素が気化する際に気化熱を奪うことから、一部の液体二酸化炭素が固化して固体二酸化炭素に変態し、さらにこれが昇華する現象も見られ得る。
【００２７】
沈下の途中に放出される二酸化炭素の量は海底深く沈むにしたがって水圧のために暫時減少し、約５００ｍの深海に至って外部の水圧により封じ込まれ、気化が阻止される。本明細書では、このときの水圧を「臨界水圧」、このときの海中での深さを「臨界深さ」と呼ぶものとする。臨界深さを越えた以降の沈下の過程では、液体二酸化炭素が気化して内容量が減少することはない。また、収納容器２の内外において、海水による水圧と容器内部の液体二酸化炭素の圧力が平衡するため、収納容器２は気化して放出された二酸化炭素の減量分だけ容器が凹んだ状態に変形するが、収納容器２自身に圧力が加わることはない。
【００２８】
臨界水圧に至るまでの間、二酸化炭素の放出量を極力少なくするために錘３２を使用してできるだけ高速で沈下させることが好ましいが、臨界水圧に達したのちにはその必要がなくなる。したがって、臨界水圧に達した後、収納容器２は沈下ガイド機構３から切り離され、あとは自重で沈下させることができる。この際の沈下率は、海底に着地した際に収納容器２が衝撃により破裂しない速度に選択される。着地後の状態で液体二酸化炭素は深海において収納容器２内に固定して貯蔵が可能であり、将来必要とされるまでの間、この状態で海底に放置することができる。
【００２９】
このように長期保管された液体二酸化炭素収納容器２の回収に関しては、深海沈下技術に関する本願発明の趣旨からは外れるが、貯蔵場所は指定地域が特定されており、深海カメラなどの使用で発見は容易である。回収には、深海艇の利用、後の実施の形態で詳述する断熱性／耐圧性のあるシャトル容器の利用などが考えられる。但し、本発明は必ずしも回収することを要件としてはいない。回収されることがない場合であっても、海底に二酸化炭素を固定することによって大気中の二酸化炭素含有量を低減させ、環境破壊を防止するという重要な役割は果たすことができる。
【００３０】
図３は、本実施の形態に係る他の態様の液体二酸化炭素深海沈下システムを示している。この深海沈下システムでは、図１に対して海中に沈められた錘３２にモータ３３が取り付けられている。これにより、錘３２の沈下、回収を繰り返すことなく、無端状のガイドワイヤ３１を回転駆動することによってガイドワイヤ３１に取り付けられた収容容器２を強制的に沈下させるものとしている。図示の例では海中の錘３２側にモータ３３が取り付けられているが、海上設備１のクレーン１１側にモータなどの駆動装置を取り付けることでもよい。本態様によれば、錘３２の沈下、回収をその都度行う必要がなくなるため収納容器２の沈下をより効率的に行うことができる。さらにはガイドワイヤ３１に１つのみでなく、例えば５０ｍごと、１００ｍごとなどに複数個の収納容器２を取り付けて同時に沈下させることもでき、さらに効率を高めることもできる。
【００３１】
次に、本発明の第２の実施の形態にかかる液体二酸化炭素の深海沈下システム、深海沈下方法について図面を参照して説明する。図４は本実施の形態にかかる液体二酸化炭素深海沈下システム、深海沈下方法の概要を示している。図において、先の実施の形態と同一要素については同一の符号を付している。本実施の形態では、収納容器２を覆う保護容器４をさらに設けることを特徴とする。図示の例では、保護容器４は開閉扉４２を備えており、海中投下から所定深海に至るまでは開閉扉４２が閉じた状態にあり、収納容器２は当該保護容器４の中に収納されている。所定の深さ、具体的には収納容器２内の液体二酸化炭素が水圧の作用で気化しなくなる臨界深さ（約５００ｍ）に至って開閉扉４２が開かれ、収納容器２が放出されて海底まで自然落下するよう構成されている。放出した後の保護容器４は引き上げられ、繰り返し利用が可能である。
【００３２】
図示の例ではさらに、海上設備１からアンカー５１を先端に備えたアンカーワイヤ５が下ろされ、保護容器４、並びに収納容器２がそれぞれアンカーワイヤ５に沿って海中に導かれるよう構成されている。特に収納容器２は、保護容器４から放出された後に海底に着地するまでアンカーワイヤ５によってガイドされるため、狭い範囲内に収納容器２を集中して沈下させる際、あるいは深海の潮の流れが早い海域への沈下の際などに有効である。
【００３３】
図５は、保護容器４と、保護容器４の内部に収納された液体二酸化炭素収納容器２との関係を示している。収納容器２の概要は先の実施の形態と同様である。保護容器４は、収納容器２を収納するに十分な内容積を有する本体ボデー４１と、開閉扉４２と、好ましくは開閉扉４２の反対側の面（図では上面）に、内外圧調整機構４４とを備えている。本体ボデー４１は、断熱性または耐圧性あるいはこの双方を備え、開閉扉４２も同様の性質を有する。本実施の形態では、保護容器４自身が先の実施の形態における錘３２の役割を果たすため、それなりの重量を有するか、あるいは必要に応じ、本体ボデー４１または開閉扉４２に錘部分が別途設けられていてもよい。
【００３４】
図５の円内に示すように、内外圧調整機構４４は、保護容器４の内圧が所定圧以上に高まった場合に開くバルブ４４ａと、逆に保護容器４の外部圧力（水圧）が所定圧以上に高まった場合に開くバルブ４４ｂとから構成される。バルブ４４ａは保護容器４の耐圧限界圧力に至る前に開き、バルブ４４ｂは保護容器４の内外の圧力差が保護容器４の耐圧限度に至る前に開き、さらに保護容器４の外部が臨界水圧に達した後には開放されるよう構成されている。図示は単なる一例であって、他の構造のものが使用されてもよい。また、図示の例ではバルブ４４ａと４４ｂとが同軸状に設けられているが、同一機能を有するものがそれぞれ本体ボデー４１の別の箇所に設けられてもよい。
【００３５】
本実施の形態に係る液体二酸化炭素深海沈下システムは以下のように動作する。図３〜図５において、収納容器２内に液体二酸化炭素が注入され、蓋２４が閉められるまでは先の実施の形態と同様である。液体二酸化炭素が注入された収納容器２はその後、保護容器４内に収められ、開閉扉４２が閉じられる。そして保護容器４ごと沈下ガイド機構３に取り付けられ、海上設備１のクレーン１１に吊下げられて海中に沈められる。
【００３６】
その間、環境温度、圧力のために収納容器２内部の液体二酸化炭素が気化を始め、収納容器２の圧力が高まって収納容器２の耐圧限度に対応して設定された第１の限界圧力に達すると蓋２４のガス抜き機構２３（図２参照）が動作して内部の二酸化炭素ガスを逃がす。しかしながら逃げたガスは密閉された保護容器４内に留まるため、保護容器４内の圧力を高めるものとなる。保護容器４内の圧力と収納容器２内の圧力が平衡状態になると、ガス抜き機構２３のバルブが閉じてそれ以上の気化した二酸化炭素の放出は阻止される。この際、収納容器２内外の圧力が平衡状態のために収納容器２が破裂することはない。そして、液体二酸化炭素の気化により圧力を順次高めつつ平衡状態がしばらく保たれた後、保護容器４内の内圧が保護容器４の耐圧限度に対応して設定された第２の限界圧力に達すると内外圧調整機構４４のバルブ４４ａが開き、保護容器４内に充満した二酸化炭素が海水中に放出される。
【００３７】
その後、保護容器４が沈下して所定の深さに達すると、今度は保護容器４内部の圧力よりも外部の水圧の方が高まり、保護容器４の耐圧限度に対応して予め設定された内外圧調整機構４４の第３の限界圧力に達し、これによってバルブ４４ｂが開いて海水が保護容器４の内部に浸入する。海水侵入によって保護容器４内に圧力が加わり、液体二酸化炭素収納容器２内での液体二酸化炭素の気化が抑制される。最終的には、その気化を阻止するに十分な臨界水圧に達して気化が停止し、バルブ４４ｂが開放状態となって収納容器２内外の圧力（及び保護容器４内外の圧力）が平衡状態となるため、液体二酸化炭素は収納容器２内に封入される。この状態で開閉扉４２を開くことができ、収納容器２は保護容器４から放出されてそのまま海底まで自然沈下して着地する。保護容器４はガイドワイヤ３１を引き上げることにより回収し、再利用が可能である。また、役割を終えたアンカーワイヤ５も回収される。なお、アンカーワイヤ５は、本実施の形態に限定されず、他の実施の形態においても必要に応じて同様に使用することができる。
【００３８】
上述のように、保護容器４の本体ボデー４１は断熱性または耐圧性もしくはこの双方を備えている。断熱性の保護容器４で液体二酸化炭素収納容器２を取り囲むことにより、低温の液体二酸化炭素を収納した収納容器２が直接外気、海水に触れることなく、早急な昇温を阻止して液体二酸化炭素の気化量を減少させ、貯蔵効率を高めることができる。また、本体ボデー４１が耐圧性を有していれば、収納容器２から放出された二酸化炭素を保護容器４内に閉じ込めてその二酸化炭素自身の作用で収納容器２を加圧することができ、気化する二酸化炭素の量を抑えて貯蔵効率を高める。保護容器４が断熱性、耐圧性の双方を備えていれば、相乗効果により一層の貯蔵効率を高める効果を奏する。すなわち、本実施形態にかかる保護容器４は、先の実施の形態に対して断熱性、耐圧性の一方もしくは双方を提供して二酸化炭素の貯蔵効率を高める機能、すなわち逃げる二酸化炭素の量を減少させる効果を有するものとなる。断熱性、耐圧性の程度は、僅かであっても先の実施の形態に比べて回収効率を高める機能を有し、断熱性、耐圧性の程度が高ければ高いほどその効率を高めるものとなる。断熱材としては、冷蔵庫などで使用される発泡ポリスチレンや、より断熱性に優れた連通ウレタン真空断熱材などの利用が可能である。
【００３９】
図６は、本実施の形態に係る液体二酸化炭素の深海沈下システムの他の態様を示している。ここでは、液体二酸化炭素収納容器２はほぼ密着した関係で保護容器４ａ内に収められ、保護容器４ａは内外圧調整機構４４（図５参照）を有しておらず、単に開口４３のみを有している。図示の例ではその開口４３から収納容器２の蓋２４がのぞいている。保護容器４ａの本体ボデー４１ａが、断熱性または耐圧性もしくはその双方を有していること、開閉扉４２ａを有していることは先の態様と同様である。
【００４０】
図６に示す保護容器４ａを使用した場合、液体二酸化炭素収納容器２と密着しているためにその保護効果をより高めることができる。特に保護容器４ａが耐圧性を有する場合（断熱性を有する場合であっても、一般にはその強度によってある程度の耐圧性も提供することができる）、収納容器２内の圧力が二酸化炭素の気化によって高まっても外部から保護容器４ａがその変形を拘束し、さらには破裂を防止しているため、収納容器２は、保護容器４ａが備えるより高い限界圧力までの内圧に耐えることができるようになる。したがい、蓋２４のガス抜き機構２３（図２２参照）のバルブが開く限界圧力を、収納容器２の限界圧力から保護容器４ａの備える限界圧力近くまで高めることができ、その分、二酸化炭素の放出量を低減することができる。保護容器４ａの備える限界圧力を越えるとガス抜き機構２３を介して収納容器２内部の二酸化炭素ガスが外部に放出される。断熱性を有する保護容器４ａを使用した場合にも、遮温効果によって同様に二酸化炭素の放出量を低減することができる。
【００４１】
以上の保護容器４ａを含む収納容器２が所定の深海まで沈下すると、保護容器４ａの開口４３から水圧によって海水が保護容器４ａ内部に侵入し、収納容器２に直接圧力をかける。そして、約５００ｍの深海に達すると、二酸化炭素ガスが逃げた分だけ圧縮されて凹状に変形した収納容器２と保護容器４ａとの間に隙間が生じ、この段階で開閉扉４２ａを開くことによって収納容器２が保護容器４ａから分離して放出可能である。あとは収納容器２のみが海底に自然沈下すること、保護容器４ａは回収可能であることは先の態様と同様である。
【００４２】
次に、本発明の第３の実施の形態に係る液体二酸化炭素収納容器海中沈下システムについて、図面を参照して説明する。本実施の形態では、収納容器のみを海底に沈下させるものとしている。これまでの実施の形態では、沈下ガイド機構３（図１参照）、保護容器４（図４参照）などを利用して収納容器２を所定深海までできるだけ高速で沈下させ、そこで開放して以降は収納容器２の自重で沈下させるものとしている。収納容器２のみを沈下させた場合、液体二酸化炭素の気化を最小限にとどめるために比較的温度が高く、圧力の低い海面付近を早く通過させ、かつ海底に高速で激突して容器が破裂する恐れを回避するという、相矛盾する課題を解消しなければならない。第１、第２の実施の形態で使用する沈下ガイド機構３、保護容器４の使用によれば、二酸化炭素の気化を阻止する十分な深さまでは高速で沈め、それ以降は収納容器２のみを放出して自然落下させることでこの課題を解決していた。
【００４３】
図７（ａ）に示す本実施の形態にかかる収納容器２ａでは、海表面近くを高速で沈下できるよう十分な重量の錘部２５ａを図の下方に有している。全体形状は任意であるが、できるだけ沈下時の抵抗を少なくするように図示の例では涙滴型としている。本体ボデー２１ａは略円錐台形をしており、上方に開口を設け、ガス抜き機構２３を備えた蓋２４を取り付け可能としている。このような形状とすることで気化した二酸化炭素が円錐台形の上端に集まり易く、下方に錘２５ａ、上方がガスとなって収納容器２ａの沈下姿勢が定まり易い。収納容器２ａの内圧の高まりによって外部に逃げるものが液体二酸化炭素ではなく気化した二酸化炭素であることが貯蔵効率の観点から好ましい。錘２５ａと蓋２４とをこのように反対側に配することによって、ガス部分すなわち比重の軽い部分が上方に集まるため、外部に逃げるものを気化した二酸化炭素のみとすることができる。
【００４４】
本体ボデー２１ａの外部周囲には、上方を支持軸で回動可能に固定された複数の抵抗傘２６が、本体ボデー２１ａに沿って下方に延びて配置されている。抵抗傘２６の下端は保持ワイヤ２７によって周囲から拘束され、保持ワイヤ２７は圧力感応式のロック２８によって結ばれている。ロック２８の動作のトリガとなる作動圧力は調節可能であることが好ましい。
【００４５】
以上のように構成された本実施の形態に係る液体二酸化炭素収納容器２ａの動作は、容器内への液体二酸化炭素の注入までは他の実施の形態と同様である。注入の後には、沈下ガイド機構３等のガイドを要せず、指定海域において単に海中に投下するだけでよい。投下された収納容器２ａは、重い錘部２５ａを下方に、軽い蓋２４側を上方に向けて抵抗の少ない形状と重い錘部２５ａの作用で、収納容器２ａ内で気化した二酸化炭素を海中に放出しつつ急速に海中に沈下する。そして気化を阻止する臨界水圧が得られる深さに達すると気化が停止し、残余の液体二酸化炭素が液体の状態で収納容器２ａ内に封入される。
【００４６】
臨界深さ（約５００ｍ）、あるいは予め定められたそれより深い深さに至ってロック２８が水圧により動作し、保持ワイヤ２６が解放されるため、抵抗傘２６は沈下の際の水圧によって開き、破線に示すようなパラソル形に開傘する。これによって沈下速度が急激に減速され、後は所定の速度で海底まで沈下して無事軟着地が可能となる。抵抗傘２６は、図示の例では櫛歯状に開傘しているが、必要であれば傘相互間に膜が張るようにすることも可能である。あるいはこのような傘状のものに限定されず、例えばパラシュート状のものが開くなど、従来技術で知られた減速手段が利用されてもよい。
【００４７】
液体二酸化炭素収納容器２ａを以上のように構成することにより、沈下ガイド機構３を使用した場合に必要な操作などが不要となり、収納容器２ａを単に海中に投下するだけとなるため、沈下のための手間が大幅に簡略化される。また、先に沈下させた収納容器２ａの沈下過程や保護容器４の回収などに煩わされることなく、次々に投棄が可能であり、作業効率を高めることができる。
【００４８】
図７（ｂ）に示す液体二酸化炭素収納容器２ｂは、同じ思想をより簡単な構造で実現するもので、本体ボデー２１ｂの下部に設けられた錘部２３ｂは、少なくともその一部が分離可能に構成されている。収納容器２ｂが臨界深さの深海に至ると、図示しない圧力に感応して動作するロックが解除されて錘部２５ｂの少なくとも一部が破線で示すように分離し、当該一部のみが先に沈下する。錘部２５ｂの一部が分離することによって軽くなった収納容器２ｂはその沈下速度が減速され、海底に軟着地することが可能となる。分離される部分と本体ボデー２１ｂ側に残る錘部２５ｂの比率は、収納容器２ｂの仕様に応じて適切に選択することができる。
【００４９】
なお、本実施の形態に示す液体二酸化炭素収納容器２ａ、２ｂはいずれも外気、海水に直接接する構造としているが、第２の実施の形態に示すような断熱性、耐圧性を有する保護容器で覆うようにしてもよい。ただし、この際には保護容器は所定深海に達すると分離し、通常は海中に放置されるため回収は不能となるが、保護容器を比重１以下とすることで回収することも可能となる。特に図７（ｂ）に示す収納容器２ｂの態様では、保護容器を分離することなく、海底に至っても収納容器２ｂを覆ったままとすることでもよい。但し、海底においては保護容器の断熱性、耐圧性は必要とはされない。
【００５０】
本実施の形態に示す液体二酸化炭素収納容器２ａ、２ｂを使用した場合、海中への投下以降は何らのガイドも存在しないため、海底に至るまでの間の沈下方向が定まりにくい。したがって、本実施の形態に示すシステムは、流れの穏やかな海域での使用に適しているといえる。ただし、図４に示すようなアンカーワイヤ５を使用すればその問題も解消されるため、所定海域での集中貯蔵も可能である。
【００５１】
以上、本発明の各実施の形態につき、液体二酸化炭素深海沈下システムを主体に説明してきたが、冒頭や各実施の形態にも述べた如く、本発明はこれらのシステムを利用して実施することができる液体二酸化炭素深海沈下方法をも包含している。該沈下方法によれば、液体二酸化炭素の気化により収納容器の内圧を高める二酸化炭素を外部に放出させつつ安全に沈下させるため、ガス放出による貯蔵効率の低下は招くが、従来技術にあるような（あるいは、実際には従来技術では実施困難であったような）高耐圧製の容器は不要であり、海底にて受ける圧力に応じて変形が可能な柔軟性材料でありながら沈下途中は破裂することがなく、海水に永年さらされても腐食することのない収納容器の材料の選択ができるようになる。そして、当該収納容器を外部から断熱性、耐圧性を有する保護容器で保護する方法を付加することにより、気化した二酸化炭素の放出によるロスも極力低減することができる。
【００５２】
さらに加えて、本願発明は、上述したような液体二酸化炭素深海沈下方法を利用することによって可能となる液体二酸化炭素の海底保存方法をも包含している。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
地球温暖化防止は地球規模の使命であり、本発明は、液体（固体）二酸化炭素を海底保存して地球環境の維持を図るための産業分野において広く利用することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１．海上設備、  １１．クレーン、  ２．液体二酸化炭素収納容器（収納容器）、  ２１．本体ボデー、  ２２．注入口、    ２３．ガス抜き機構、  ２４．蓋、  ２５．沈下用錘、  ２６．抵抗傘、  ２７．保持ワイヤ、  ２８．ロック、  ３．沈下ガイド機構、  ３１．ガイドワイヤ、  ３２．錘、  ３３．モータ、  ４．保護容器、  ４１．本体ボデー、  ４２．開閉扉、  ４３．開口、  ４４．内外圧調整機構、  ５．アンカーワイヤ、  ５１．アンカー。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５５】
【特許文献１】特開平３−６９５０８号公報
【要約】
【課題】液体二酸化炭素を収納した収納用器を海底到達に至るまで破裂させることなく沈下させ、海底にて長期保存を可能にする経済的な深海沈下システム、同方法を提供する。
【解決手段】深海に至るまでに気化して内圧を高める二酸化炭素を収納容器２外の海中へ放出し、放出量をできるだけ抑制しつつ収納容器２を海底まで沈下させる。放出量抑制のため、少なくとも前記臨界深さに至るまでの間は収納容器２を断熱性、耐圧性のいずれか一方もしくは双方を備えた保護容器４で覆って沈下させる。収納容器２の沈下速度は、前記臨界深さに至るまでの間は相対的に高速、前記臨界深さを越える深さでは相対的に低速で沈下させる。この場合、高速沈下は相対的に重い錘２５の作用、または海中に引き込む駆動力３３のいずれかの利用により、低速沈下は相対的に軽い錘２５の作用、前記収納容器２の自然落下、または前記収納用器の減速傘２６のいずれかの利用により得る。
【選択図】図４【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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