JP2006088129A

JP2006088129A - 二酸化炭素放流装置及び二酸化炭素放流方法

Info

Publication number: JP2006088129A
Application number: JP2004280521A
Authority: JP
Inventors: Junichi Minamiura; 純一南浦; Masahiko Ozaki; 雅彦尾崎
Original assignee: Research Institute of Innovative Technology for the Earth RITE
Current assignee: Research Institute of Innovative Technology for the Earth RITE
Priority date: 2004-09-27
Filing date: 2004-09-27
Publication date: 2006-04-06
Anticipated expiration: 2024-09-27
Also published as: JP4065265B2

Abstract

【課題】必要な動力が少なく、さらなる二酸化炭素の発生を抑制することができる二酸化炭素放流装置及び二酸化炭素放流方法を提供することを目的とする。
【解決手段】二酸化炭素放流装置１を、海上に設けられる液体二酸化炭素供給装置２と、海中に吊り下げられて液体二酸化炭素供給装置２によって液体二酸化炭素を上端から供給される導管３と、導管３の下端に接続されるノズル４とを有する構成とする。導管３の下端とノズル４との間に、ノズル４から導管３内への流体の逆流を防止する逆止弁５を設ける。導管３を、外管１６と外管１６内に抜き出し可能にして挿入される内管１７とによって構成し、内管１７を内側管路Ｗ１とし、外管１６と内管１７とが構成する管路を外側管路Ｗ２とする。内側管路Ｗ１の上端に液体二酸化炭素供給装置２及びパージガス供給装置２１を接続し、外側管路Ｗ２の上端に排気装置３６を接続する。
【選択図】図１

Description

本発明は、二酸化炭素放流装置及び二酸化炭素放流方法に関するものである。

近年においては、地球温暖化が大きな社会問題となっている。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（ＣＯ_２）の大気中における濃度の上昇を抑えることが特に重要になってきている。
このような背景から、二酸化炭素濃度の上昇を抑制する対策のひとつとして、火力発電所等で排出される燃焼排ガス中の二酸化炭素を回収し、これを液化して液化二酸化炭素とした後、例えば水深１０００ｍ程度あるいはそれ以上の深層海水中へ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という構想が提案されている。
液体二酸化炭素を深層海水中へ送り込む装置としては、例えば、後記の特許文献１，２に記載のように、海上から吊り下げられた導管を通じて液体二酸化炭素を深層海水中に送り込む装置がある。

この導管は、全長が１０００ｍ以上あるので、取り扱いが容易な長さの配管を沈めながらこの配管に新たに配管を継ぎ足してゆくことで形成される。
具体的には、導管は、配管内部に海水を充満させて沈めながらこの配管の上端に配管を順次接続していくか、導管の最下端を構成する配管の下端を閉じて内部への海水の侵入を防止しながらこの配管の上端に配管を順次接続していくことによって形成される。

特開２００２−８５９５８号公報（段落［０００８］，及び図１等）特開２００３−１１０１号公報（段落［００２４］，及び図１等）

配管内に海水を充満させながら配管を接続してゆく方法では、導管内部に海水が侵入している。液体二酸化炭素は、液相を保つために−２０°Ｃから−５０°Ｃ程度の低温に保たれているので、海水の浸入した導管内に液体二酸化炭素を供給すると、液体二酸化炭素と海水との境界面でハイドレートが形成されてしまい、導管が詰まってしまう。
最下端の配管の下端を閉じて配管を接続してゆく方法では、導管内部への海水の侵入を防止することができるが、導管内には、接続作業を行った海上の湿潤空気が含まれている。このため、導管内に液体二酸化炭素を供給すると、湿潤空気中の水分と液体二酸化炭素とが交じり合ってやはりハイドレートが形成されてしまい、導管が詰まってしまう。
このため、上記いずれの方法においても、液体二酸化炭素の供給に先立って、導管内の海水や湿潤空気をパージガスと置換し、その後にパージガスと液体二酸化炭素とを置換してから導管への液体二酸化炭素の供給を行う必要がある。

しかし、導管の下端は水深１０００ｍ以上に達していて、巨大な海水圧（１００気圧程度）を受けている。
このため、導管内の海水や湿潤空気、もしくは使用済みのパージガスを下端から排出するためには、導管の下端に加わる海水圧を上回る背圧をかける必要があるが、この背圧を生じさせるために動力源を駆動させる必要があるので、さらに二酸化炭素が発生してしまう。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、必要な動力が少なく、さらなる二酸化炭素の発生を抑制することができる二酸化炭素放流装置及び二酸化炭素放流方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の二酸化炭素放流装置及び二酸化炭素放流方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる二酸化炭素放流装置は、海上の液体二酸化炭素供給装置から供給された液体二酸化炭素を海中に放流する二酸化炭素放流装置であって、海上から吊り下げられて前記液体二酸化炭素供給装置によって前記液体二酸化炭素を上端から供給される導管と、該導管の下端に接続されるノズルと、前記導管の下端と前記ノズルとの間に介装されて該ノズルから前記導管内への流体の逆流を防止する逆止弁とを有しており、前記導管は、複数の管路によって構成されており、一部の前記管路は、下端を他の前記管路と接続されており、該他の管路の上端には排気装置が接続されている二酸化炭素発生装置を提供する。

このように構成される二酸化炭素放流装置では、導管内の不要気体（湿潤空気や使用済みパージガス）をパージガスや液体二酸化炭素等の流体によって置換するにあたって、導管を構成する管路のうち、一部の管路内に、その上端から流体を供給すると、この流体によって、一部の管路内にあった不要気体がこの一部の管路の下端から押し出されるとともに、この一部の管路内が前記流体によって満たされる。
導管の下端の逆止弁には海水圧が加わっており、導管内の圧力が海水圧を上回るまでは導管の下端からは流体は排出されない。このため、一部の管路から押し出された不要気体は、他の管路内に送り込まれる。

さらに一部の管路内への流体の供給を続けると、前記流体も一部の管路の下端から他の管路内に送り込まれて他の管路内を下端側から満たしてゆくので、他の管路内に送り込まれた前記不要気体が上端に向けて押し出される。特に、一部の管路内に供給される流体が液体二酸化炭素である場合には、液体二酸化炭素は、気体に比べて密度が高いために、不要気体の下側に回り込んで他の管路の下端側に溜まってゆくので、他の管路内の不要気体が確実に上端側に押し出される。

このようにして他の管路の上端側に押し出された不要気体は、他の管路の上端に接続された排気装置によって導管外に排出される。ここで、排気装置としては、例えば、ガス抜き用バルブや排気ポンプ等が用いられる。
このように、この二酸化炭素放流装置では、導管内の不要気体を上端から取り出すことができるので、導管内の不要気体を導管の下端から押し出す場合に比べて、導管内の不要気体の置換に用いる流体の供給圧を著しく低減することができる。このため、導管内の不要気体の置換に要する動力が少なくて済む。

この二酸化炭素放流装置において、前記導管が、径方向内側に内部管路が設けられ、径方向外側に外部管路が設けられた二重管によって構成されていてもよい。

このように構成される二酸化炭素放流装置では、二重管の内部管路と外部管路とのうちのいずれか一方が前記一部の管路となり、他方が前記他の管路となる。
すなわち、導管を一本の二重管によって構成することができるので、曳航時に導管に生じる抵抗が少なくて済む。

この二酸化炭素放流装置において、前記導管が、外管と、該外管内に抜き出し可能にして挿入される内管とによって構成されていてもよい。

このように構成される二酸化炭素放流装置では、内管自体が前記一部の管路と前記他方の管路とのうちのいずれか一方を構成し、外管と内管とによっても、前記一部の管路と前記他方の管路とのうちの他方が構成されている。
これにより、海中に露出されるのは外管のみとなり、曳航時に導管に生じる抵抗が少なくて済む上、内管には海水圧が加わらないので、導管に要求される強度水準が低く、製造コストが低い。
さらに、内管は、海上から外管外に抜き出すことができるので、内管が詰まった場合などにメンテナンスが容易である。

この二酸化炭素放流装置において、前記一部の配管の下端には、該一部の配管の内圧を、二酸化炭素の蒸気圧以上の圧力に維持する圧力維持装置が設けられていてもよい。

このように構成される二酸化炭素放流装置では、一部の配管の内圧が、二酸化炭素の気化の生じない圧力以上（２０°Ｃ付近で７０〜８０ｋｇ／ｃｍ^２ａｂｓ以上）に維持されるので、一部の配管内に液体二酸化炭素を供給しても、液体二酸化炭素が気化せず、液相のまま一部の配管内に充填されるので、供給効率がよく、また流量計による液体二酸化炭素の供給量の計測が可能となるなど、液体二酸化炭素の供給を良好に行うことができる。
また、この圧力下では、二酸化炭素のドライアイス化による詰まりが生じず、液体二酸化炭素の供給を良好に行うことができる。
ここで、圧力維持装置としては、例えば背圧弁が用いられる。

この二酸化炭素放流装置において、前記一部の管路には、該一部の管路内を気密かつ液密に仕切るとともに下端側に移動可能なプラグと、前記一部の管路の下端近傍に設けられて内径が前記プラグの径よりも大きいプラグ回収部とが設けられていてもよい。

このように構成される二酸化炭素放流装置では、一部の配管内の不要気体と流体との置換を行う際に、一部の配管に上端からプラグを挿入し、前記置換する流体によってプラグに背圧を付与することで、プラグが下端に移動して、一部の配管内の不要気体を下端に押し出す。
すなわち、一部の配管内の不要気体と置換する流体とが分離された状態のまま、一部の配管内の不要気体と流体との置換が行われるので、効率よく置換を行うことができる。
さらにプラグが移動して、一部の配管の下端近傍に設けられたプラグ回収部に到達すると、プラグが一部の配管の内面による拘束から開放されるので、これ以上のプラグの下降が行われなくなるとともに、プラグとプラグ回収部内面との間の隙間を通じて流体が一部の配管の下端に供給される。
ここで、導管が、外管とこの外管に抜出可能にして挿入される内管とによって構成されており、内管が前記一部の配管とされている場合には、内管を外管から海上に引き出すことで、プラグ回収部に回収されたプラグを回収して、内管及びプラグを再使用することができる。

この二酸化炭素放流装置において、前記排気装置が、前記導管内から排出される不要気体を回収するパージガス回収装置を有していてもよい。

このように構成される二酸化炭素放流装置では、導管内のパージガスを液体二酸化炭素に置換する際に、導管内から取り出したパージガスを回収して再利用することができる。

本発明にかかる二酸化炭素放流方法は、海上から海中に吊り下げられる導管に、海上の液体二酸化炭素供給装置から液体二酸化炭素を供給し、前記導管の下端に設けられるノズルから液体二酸化炭素を海中に放流する二酸化炭素放流方法であって、前記導管を、複数の管路によって構成し、前記液体二酸化炭素の放流作業に先立って、一部の前記管路内に、その上端から流体を供給することによって、前記一部の管路内及び他の前記管路内の不要気体を前記流体と置換する。

この二酸化炭素放流方法では、一部の管路内に供給されたパージガスや液体二酸化炭素等の流体によって、一部の管路内にあった不要気体（湿潤空気や使用済みパージガス）がこの一部の管路の下端から押し出されるとともに、この一部の管路内が前記流体によって満たされる。
導管の下端の逆止弁には海水圧が加わっており、導管内の圧力が海水圧を上回るまでは導管の下端からは流体は排出されない。このため、一部の管路から押し出された不要気体は、他の管路内に送り込まれる。

このようにして他の管路の上端側に押し出された不要気体は、他の管路の上端に接続された排気装置によって導管外に排出される。
このように、この二酸化炭素放流方法では、導管内の不要気体を上端から取り出すことができるので、液体二酸化炭素の放流に先立って行う、導管内の不要気体の置換作業において、導管内の不要気体を導管の下端から押し出す場合に比べて、置換する流体の供給圧を著しく低減することができる。このため、導管内の不要気体の置換に要する動力が少なくて済む。

このように構成される二酸化炭素放流装置及び二酸化炭素放流方法では、導管内の不要気体の置換に要する動力が少ないので、二酸化炭素の放流作業時に発する二酸化炭素の量が少なくて済む。

以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第一実施形態］
以下、本発明の第一実施形態について、図１を用いて説明する。
本実施の形態にかかる二酸化炭素放流装置１は、海上を航行する船舶に設けられるものであって、船舶上に設けられる液体二酸化炭素供給装置２と、船舶から吊り下げられて液体二酸化炭素供給装置２によって液体二酸化炭素を上端から供給される導管３と、導管３の下端に接続されて水深１０００ｍ〜２０００ｍの位置に保持されるノズル４とを有している。
導管３の下端とノズル４との間には、ノズル４から導管３内への流体の逆流を防止する逆止弁５が介装されている。

液体二酸化炭素供給装置２は、液体二酸化炭素が貯蔵される貯蔵タンク１１と、貯蔵タンク１１と導管３とを接続する二酸化炭素供給管路１２と、二酸化炭素供給管路１２上に設けられて貯蔵タンク１１から供給された液体二酸化炭素を導管３内に圧送するＬＣＯ_２ポンプ１３とを有している。
本実施形態では、ＬＣＯ_２ポンプ１３として、液体二酸化炭素の放流作業時に用いられる大容量ＬＣＯ_２ポンプ１３ａと、液体二酸化炭素の放流作業に先立って行われる導管３内への液体二酸化炭素の充填作業に用いられる小容量ＬＣＯ_２ポンプ１３ｂとが、貯蔵タンク１１と導管３との間に並列にして設けられていて、作業に応じてこれらＬＣＯ_２ポンプ１３が使い分けられるようになっている。
二酸化炭素供給管路１２において小容量ＬＣＯ_２ポンプ１３ｂと導管３との間には、小容量ＬＣＯ_２ポンプ１３ｂから導管３に供給された液体二酸化炭素の量を計測する流量計１４が設けられている。

導管３は、複数の管路によって構成されており、一部の管路は、下端を他の管路と接続されている。
本実施形態では、導管３は、外管１６と、外管１６内に抜き出し可能にしてその下端近傍まで挿入される内管１７とによって構成されている。具体的には、内管１７によって内側管路Ｗ１が構成されており、外管１６と内管１７とが構成する管路によって外側管路Ｗ２が構成されている。
また、これら内側管路Ｗ１及び外側管路Ｗ２は、それぞれ複数の配管を直列に接続した構成とされている。
ここで、内側管路Ｗ１の上端には小容量ＬＣＯ_２ポンプ１３ｂが接続されており、外側管路Ｗ２の上端には大容量ＬＣＯ_２ポンプ１３ａが接続されている。

導管３の上端には、導管３内のパージに用いられるパージガスを供給するパージガス供給装置２１が接続されている。
パージガス供給装置２１は、窒素（Ｎ_２）ガス等の不活性ガスからなるパージガスが貯蔵される貯蔵タンク２２と、貯蔵タンク２２と導管３とを接続するパージガス供給管路２３と、パージガス供給管路２３上に設けられて貯蔵タンク２２内のパージガスを導管３内に圧送する圧縮機２４とを有している。

本実施形態では、パージガス供給管路２３は、圧縮機２４の下流側で、二酸化炭素供給管路１２において小容量ＬＣＯ_２ポンプ１３ｂと流量計１４との間の部位に接続されており、パージガス供給管路２３及び二酸化炭素供給管路１２を通じて内側管路Ｗ１内にパージガスを供給可能とされている。
パージガス供給管路２３において、圧縮機２４と二酸化炭素供給管路１２との間には第一バルブ２６が設けられており、この第一バルブ２６を操作することでパージガス供給管路２３の開閉が行われるようになっている。

また、パージガス供給管路２３は、圧縮機２４の下流側で、外側管路Ｗ２の上端に接続されており、外側管路Ｗ２内に上端からパージガスを供給可能とされている。
パージガス供給管路２３において、圧縮機２４と外側管路Ｗ２との間には第二バルブ２７が設けられており、この第二バルブ２７を操作することでパージガス供給管路２３の開閉が行われるようになっている。

また、内側管路Ｗ１の下端には、内側管路Ｗ１の内圧を維持する圧力維持装置３１が設けられている。圧力維持装置３１は、内側管路Ｗ１の内圧が設定値以上となるまでは内側管路Ｗ１の下端からの流体の排出を規制することによって内側管路Ｗ１の内圧を設定値以上に維持するものであって、例えば背圧弁によって構成される。
本実施形態では、圧力維持装置３１の設定値は、二酸化炭素の蒸気圧以上（２０°Ｃ付近で７０〜８０ｋｇ／ｃｍ^２ａｂｓ以上）に設定されている。

また、外側管路Ｗ２の上端には、排気装置３６が接続されている。
本実施形態では、排気装置３６は、外側管路Ｗ２の上端に接続される排気路３７と、排気路３７を通じて導管３内の気体を吸引する排気ポンプ３８とを有している。また、排気路３７において、外側管路Ｗ２と排気ポンプ３８との間には、排気路３７を海上の雰囲気に開放するベントバルブ３９が設けられている。
ここで、本実施形態では、導管３内の気体の排気が確実に行われるよう、排気ポンプ３８として真空ポンプが用いられている。

このように構成される二酸化炭素放流装置１においても、導管３の組立ては海上で行われる。

以下、導管３の内側管路Ｗ１を構成する配管及び外側管路Ｗ２を構成する配管を、それぞれ最下端の配管の下端を閉じた状態で配管を順次接続していった場合の、二酸化炭素放流装置１の操作について説明する。

このようにして組み立てた導管３内部には、海上の湿潤空気が満たされているので、導管３内への液体二酸化炭素の供給に先立って、導管３内のパージ作業を行う。
以下、この場合の導管３内のパージ作業について説明する。
まず、導管３内の湿潤空気の排出作業を行う。具体的には、パージガス供給装置２１の第一バルブ２６と第二バルブ２７、及び排気装置３６のベントバルブ３９を閉じて、導管３内の空間を密閉空間とした状態で、排気装置３６の排気ポンプ３８を作動させて、導管３内の湿潤空気を排出する。

次に、導管３内へのパージガスの充填作業を行う。具体的には、排気ポンプ３８を停止させた状態で、第一バルブ２６及び第二バルブ２７を開放して、導管３内にパージガスを充填する。このときのパージガスの充填圧力は、二酸化炭素のドライアイス化の生じる圧力範囲（ゲージ圧で４．２５ｋｇ／ｃｍ^２）を上回る圧力とする。本実施の形態では、パージガスの充填圧力は、１０ｋｇ／ｃｍ^２とされている。

最後に、この導管３内のパージガスと液体二酸化炭素との置換作業を行う。具体的には、パージガス供給装置２１の第一バルブ２６及び第二バルブ２７を閉じた状態で、液体二酸化炭素供給装置２の小容量ＬＣＯ_２ポンプ１３ｂを動作させて、導管３内のパージガスの圧力を上回る圧力で、導管３の内側管路Ｗ１に、上端側から液体二酸化炭素を供給する。

このように内側管路Ｗ１内に上端から液体二酸化炭素を供給することで、この液体二酸化炭素によって、内側管路Ｗ１内にあったパージガスがこの内側管路Ｗ１の下端から押し出されるとともに、この内側管路Ｗ１内が液体二酸化炭素によって満たされる。

ここで、前記のように、内側管路Ｗ１の内圧は圧力維持装置３１によって二酸化炭素の蒸気圧以上に保たれている。これにより、内側管路Ｗ１内に液体二酸化炭素が供給されても、この液体二酸化炭素が液相のまま保たれてドライアイス化せず、内側管路Ｗ１の詰まりが生じにくい。さらに、このように液体二酸化炭素が気化せず、液相のまま内側管路Ｗ１内に充填されるので、液体二酸化炭素供給装置２による液体二酸化炭素の供給効率がよく、また流量計１４による液体二酸化炭素の供給量の計測が可能となるなど、液体二酸化炭素の供給を良好に行うことができる。

導管３の下端の逆止弁５には海水圧が加わっており、導管３内の圧力が海水圧を上回るまでは導管３の下端からはパージガスは排出されない。このため、内側管路Ｗ１から押し出されたパージガスは、外側管路Ｗ２内に送り込まれる。
さらに内側管路Ｗ１内への液体二酸化炭素の供給を続けると、液体二酸化炭素も内側管路Ｗ１の下端から外側管路Ｗ２内に送り込まれて、外側管路Ｗ２内を下端側から満たしてゆくので、排気装置３６のベントバルブ３９を開放することで、外側管路Ｗ２内に送り込まれたパージガスが上端に向けて押し出されて、ベントバルブ３９を通じて大気中に開放される。

ここで、外側管路Ｗ２内はパージガスによって二酸化炭素のドライアイス化の生じる圧力範囲を上回る圧力に与圧されているので、外側管路Ｗ２内に二酸化炭素のドライアイス化による詰まりが生じず、液体二酸化炭素の供給を良好に行うことができる。
また、導管３の下端が位置する領域の海水温は約５°Ｃ程度と十分に低温であるため、内部管路Ｗ１の下端から外側管路Ｗ２に供給された液体二酸化炭素は、液相に保たれている。液体二酸化炭素は、パージガスに比べて密度が高いために、外側管路Ｗ２内でパージガスの下側に回りこんで、外側管路Ｗ２の下端側に溜まってゆくので、この液体二酸化炭素によって、外側管路Ｗ２内のパージガスが効果的に上端側に押し出される。

以上の作業を行い、流量計１４の指示値が導管３の容積に達するか、もしくはベントバルブ３９からの排気にドライアイススノーが含まれるようになるなどして、導管３内全体に液体二酸化炭素が充填されたことが確認できた時点で、以下に述べるように、二酸化炭素放流装置１による液体二酸化炭素の放流作業に移行する。
具体的には、排気装置３６のベントバルブ３９を閉じて、排気路３７を通じた導管３内の流体の排出を規制し、この状態で、液体二酸化炭素供給装置２の大容量ＬＣＯ_２ポンプ１３ａを動作させて、外側配管Ｗ２内に液体二酸化炭素を供給して、ノズル３から吐出させる。
ここで、液体二酸化炭素供給装置２は、外側管路Ｗ２だけでなく、内側管路Ｗ１を通じてノズル３に液体二酸化炭素を供給させてもよい。

一方、導管３の内側管路Ｗ１を構成する各配管、及び外側管路Ｗ２を構成する各配管を、それぞれ内部に海水を充満させながら順次接続していった場合には、導管３内部には海水が侵入しているので、導管３内への液体二酸化炭素の供給に先立って、導管３内のパージ作業を行う。
以下、この場合の導管３内のパージ作業について説明する。

まず、導管３内の海水の排出作業を行う。具体的には、排気装置３６の排気ポンプ３８を停止させるとともにベントバルブ３９を閉じた状態で、パージガス供給装置２１の第一バルブ２６及び第二バルブ２７を開いて、圧縮機２４によって、導管３の内側管路Ｗ１及び外側管路Ｗ２内にそれぞれ上端からパージガスを供給する。このときのパージガスの供給圧力は、導管３の下端に加わる海水圧（１００気圧程度）以上の圧力とされる。

このようにして導管３内に上端からパージガスを供給することにより、このパージガスによって導管３内の海水が押し下げられて導管３の下端から押し出される。これによって、導管３内が１００気圧程度の高圧のパージガスによって置換される。

次に、この導管３内のパージガスを液体二酸化炭素と置換する。
具体的には、まず、パージガス供給装置２１の第一バルブ２６及び第二バルブ２７を閉じて導管３からパージガス供給管路２３へのパージガスの逆流を防止した状態で、排気装置３６のベントバルブ３９を開放し、外側管路Ｗ２の内圧を、二酸化炭素のドライアイス化の生じる圧力範囲をわずかに上回る圧力まで減圧する。本実施の形態では、外側管路Ｗ２の内圧を、１０ｋｇ／ｃｍ^２まで減圧する。
以降は、外側管路Ｗ２の内圧を上回る圧力で、内側管路Ｗ１内に上端から液体二酸化炭素を供給することで、導管３内のパージガスが液体二酸化炭素と置換される。

このように、この二酸化炭素放流装置１では、導管３内のパージガスを上端から取り出すことができるので、パージガスを導管３の下端から押し出す場合に比べて、導管３内のパージガスの置換に用いる液体二酸化炭素の供給圧を著しく低減することができる。このため、導管３内のパージガスの置換に要する動力が少なくて済み、さらなる二酸化炭素の発生を抑制することができる。

また、本実施の形態では、船舶によって曳航される導管３が、外管１６内に内管１７を挿入した構成とされている。
これにより、海中に露出されるのは外管１６のみとなり、曳航時に導管３に生じる抵抗が少なくて済む上、内管１７には海水圧が加わらないので、外管１６及び内管１７に要求される強度水準が低く、製造コストが低い。
さらに、内管１７は海上から外管１６外に抜き出すことができるので、内管１７が詰まった場合などにメンテナンスが容易である。

ここで、深度数百ｍでは、海水温度が約５°Ｃと、導管３の下端周辺の海水温度に近い。このため、本実施の形態に示す二酸化炭素放流装置１において、図２に示すように、内管１７を、外管１６の下端まで設けず、深度数百mまで達する長さとしても、内管１７を外管１６の下端まで設けた場合と同じ効果を期待することができる。

また、本実施の形態では、導管３内の使用済みパージガスを除去するにあたって、外側管路Ｗ２内のパージガスの圧力を、二酸化炭素のドライアイス化の生じる圧力範囲（ゲージ圧で４．２５ｋｇ／ｃｍ^２）を上回る圧力としたが、これに限られることなく、外側管路Ｗ２の内圧を、二酸化炭素の蒸気圧（２０°Ｃ付近で７０〜８０ｋｇ／ｃｍ^２ａｂｓ）よりもわずかに高圧に保つことで、導管３内に供給された液体二酸化炭素が液相に保たれるので、圧力維持装置３１を省くことができる。

また、上記実施の形態では、液体二酸化炭素をノズル４に供給する導管として、外管１６と内管１７とによって構成した導管３を用いた例を示したが、これに限られることなく、導管３の代わりに、径方向内側に内部管路Ｗ１が設けられ、径方向外側に外部管路Ｗ２が設けられた二重管（すなわち内部管路Ｗ１と外部管路Ｗ２とが一体的に形成された配管）を用いてもよい。

また、外管１６と内管１７とによって構成される導管３を用いる代わりに、図３に示すように、それぞれ独立して設けられた第一管路Ｗ３と第二管路Ｗ４とによって構成される導管４０を設けて、第一管路Ｗ３の上端には液体二酸化炭素供給装置２及びパージガス供給装置２１を接続し、第二管路Ｗ４の上端には排気装置３６を接続した構成としてもよい。
ここで、第一管路Ｗ３は、図３に実線で示すように、第二配管Ｗ４の下端近傍に接続されていてもよく、また、図３に二点鎖線で示すように、深度数百ｍの位置で第二配管Ｗ４と接続されていてもよい。

また、上記実施の形態では、パージガスとして、貯蔵タンク２２内のパージガスを利用する構成を示したが、これに限られることなく、例えば、パージガスとして、海上雰囲気を除湿して得られた乾燥空気を用いる構成としてもよい。
この場合には、パージガス供給装置２１の代わりに、図４に示すパージガス供給装置４１が用いられる。パージガス供給装置４１は、パージガス供給路２３上に、外気（海上雰囲気）を圧縮する圧縮機２４と、圧縮機２４によって圧縮された圧縮空気から水分を除去して乾燥空気を得る除湿装置４２とが設けられた構成とされている。除湿装置４２としては、例えばヒータや乾燥機等が用いられる。
このように、パージガスとして海上雰囲気から得られた乾燥空気を用いることで、貯蔵タンク２２が不要となり、設備が小型で済む。また、貯蔵タンク２２の容量によるパージガスの使用量の制限がなくなる。

また、パージガスとして、液体二酸化炭素供給装置２の貯蔵タンク１１内の液体二酸化炭素を気化させて得た二酸化炭素ガスを用いてもよい。
この場合には、パージガス供給装置２１の代わりに、図５に示すパージガス供給装置４６が用いられる。パージガス供給装置４６は、パージガス供給路２３上に、貯蔵タンク１１から供給された液体二酸化炭素を加熱して気化させるヒータ４７と、ヒータ４７によって気化させられた二酸化炭素ガスを圧縮する圧縮機２４とが設けられた構成とされている。
このように、パージガスとして貯蔵タンク１１内の液体二酸化炭素を気化させて得た二酸化炭素ガスを用いることで、貯蔵タンク２２が不要となり、設備が小型で済む。また、貯蔵タンク２２の容量によるパージガスの使用量の制限がなくなる。

［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態について、図６を用いて説明する。
本実施形態にかかる二酸化炭素放流装置５１は、第一実施形態に示した二酸化炭素放流装置１の構成に加えて、導管３内に供給したパージガスを回収するパージガス回収装置５２が設けられていることを主たる特徴とするものである。
以下、第一実施形態に示した二酸化炭素放流装置１と同様または同一の構成については同じ符号を用いて示し、詳細な説明を省略する。

パージガス回収装置５２は、外側管路Ｗ２の上端とパージガス供給装置２１の貯蔵タンク２２とを接続する回収管路５３と、この回収管路５３上に設けられるバルブ５４と、バルブ５４と貯蔵タンク２２との間に設けられる圧縮機５５とを有している。

このように構成される二酸化炭素放流装置５１では、通常はバルブ５４を閉じておき、導管３内のパージに使用したパージガスを液体二酸化炭素によって置換する際に、ベントバルブ３９を開放する代わりにバルブ５４を開放して、導管３内のパージガスを排気路３７ではなく、回収管路５３内に送り込む。
回収管路５３内に送り込まれたパージガスは、圧縮機５５による圧縮を受けることによって貯蔵タンク２２の内圧以上の圧力に昇圧された状態で貯蔵タンク２２内に送り込まれて、次回の使用に供される。

このように構成される液体二酸化炭素供給装置５１では、パージガスを再利用することができるので、二酸化炭素放流作業に要するコストが低くて済む。また、貯蔵タンク２２の容量によるパージガスの使用量の制限がなくなる。

［第三実施形態］
次に、本発明の第三実施形態について、図７から図９を用いて説明する。
本実施形態にかかる二酸化炭素放流装置６１は、第一実施形態に示した二酸化炭素放流装置１において、液体二酸化炭素供給装置２の二酸化炭素供給路１２にプラグ挿入部６２が設けられ、導管３の代わりに、プラグ回収部６３を有する導管６４が設けられていることを主たる特徴とするものである。
以下、第一実施形態に示した二酸化炭素放流装置１と同様または同一の構成については同じ符号を用いて示し、詳細な説明を省略する。

プラグ挿入部６２は、二酸化炭素供給路１２において流量計１４の下流側に設けられるものであって、図８に示すように、二酸化炭素供給路１２のうち流量計１４側を構成する第一ユニット６６と、二酸化炭素供給路１３のうち導管６４との接続端側を構成するとともに第一ユニット６６と着脱可能にして接続される第二ユニット６７と、第二ユニット６７と導管６４とを接続するとともに内径が後述する内管７１の内径とほぼ同一径をなす接続管路６８とを有している。

第一ユニット６６は、第二ユニット６７との接続端に拡径部６６ａを有しており、拡径部６６ａの開口端の周縁にはフランジ６６ｂが設けられている。
第二ユニット６７は、第一ユニット６６との接続端に拡径部６７ａを有しており、拡径部６７ａの開口端の周縁にはフランジ６７ｂが設けられている。
これら第一ユニット６６と第二ユニット６７とは、互いの開口端を突き合わせた状態で、フランジ６６ｂ，６７ｂをボルト止めすることによって着脱可能に接続されている。これら第一ユニット６６と第二ユニット６７とを接続した状態では、これらの接続部は気密かつ液密に封止されるようになっている。

また、二酸化炭素供給路１２において、第一ユニット６６の上流側近傍位置及び第二ユニット６７の下流側近傍位置には、それぞれバルブ６９が設けられており、これらバルブ６９を閉じることによって、第一、第二ユニット６６，６７内の拡径部６６ａ，６７ａ内の空間を二酸化炭素供給路１２から隔離することができるようになっている。
第二ユニット６７内において、接続管路６８との接続部には、接続管路６８内及び内管７１内を気密・液密に仕切りつつ接続管路６８及び内管７１内を移動可能なプラグ７０が挿入されるようになっている。

図７に示すように、導管６４は、外管１６と、外管１６内に挿入される内管７１とを有している。ここで、内管７１によって内側管路Ｗ１が構成されており、外管１６と内管７１とが構成する管路によって外側管路Ｗ２が構成されている。
内管７１は、全長にわたって同一径とされた管本体７１ａの下端に、プラグ回収部６３が接続されたものである。

プラグ回収部６３は、図９（ａ）に示すように、管本体７１ａ側に設けられる第一ユニット７２と、内管７１の下端部を構成するとともに第一ユニット７２と着脱可能にして接続される第二ユニット７３とを有している。

第一ユニット７２は、第二ユニット７３との接続端に、プラグ７０よりも大径の拡径部７２ａを有しており、拡径部７２ａの開口端の周縁にはフランジ７２ｂが設けられている。
第二ユニット７３は、第一ユニット７２との接続端に、プラグ７０よりも大径の拡径部７３ａを有しており、拡径部７３ａの開口端の周縁にはフランジ７３ｂが設けられている。
これら第一ユニット７２と第二ユニット７３とは、互いの開口端を突き合わせた状態で、フランジ７２ｂ，７３ｂをボルト止めすることによって着脱可能に接続されている。これら第一ユニット７２と第二ユニット７３とを接続した状態では、これらの接続部は気密かつ液密に封止されるようになっている。

第二ユニット７３において、内管７１の下端側には、縮径部７３ｃが設けられている。
縮径部７３ｃには、流体の通過を許容しつつ前記プラグ７０の通過を規制するストッパ７４が設けられている。本実施形態では、ストッパ７４は、図９（ｂ）に示すように、縮径部７３ｃ内に固定的に挿入された断面視略十字の部材とされており、縮径部７３ｃの内周面との間に、プラグ７０よりも小さい隙間を形成して、この隙間を通じた流体の通過を許容するようになっている。

このように構成される二酸化炭素放流装置６１では、導管６４内のパージ作業は、第一実施形態に示した二酸化炭素放流装置１と同じ手順で行われるのであるが、導管６４内のパージガスを液体二酸化炭素に置換する作業は、以下の手順で行われる。

まず、導管６４内にパージガスが満たされている状態で、二酸化炭素供給路１２のバルブ６９，６９を閉じて、プラグ挿入部６２の第一、第二ユニット６６，６７内の拡径部６６ａ，６７ａ内の空間を二酸化炭素供給路１２から隔離する。
この状態で、第一、第二ユニット６６，６７を分離し、第二ユニット６７内の接続管路６８との接続部に、プラグ７０を挿入する。

再び第一、第二ユニット６６，６７を接続し、バルブ６９，６９を開放した状態で、液体二酸化炭素供給装置２から導管６４内に液体二酸化炭素を供給する。
これにより、プラグ７０が液体二酸化炭素の供給圧を受けて、接続管路６８及び導管６４の内管７１内を、下方に向けて移動させられる。
プラグ７０は、接続管路６８内及び内管７１内を気密・液密に仕切っているので、このようにプラグ７０が下方に移動させられることにより、内管７１内のパージガスが下方に押し出されて、内管７１の下端から排出される。

さらにプラグ７０が移動させられて、管本体７１ａの下端に設けられたプラグ回収部６３内に達すると、プラグ７０は拡径部７２ａ，７３ａによって形成される空間内に放出される。
この空間内では、プラグ７０が管本体７１ａの内面による拘束から開放されるので、プラグ７０と拡径部７２ａ，７３ａとの間の隙間を通じて、液体二酸化炭素が内管７１の下端に供給される。また、この空間の出口である縮径部７３ｃには、ストッパ７４が設けられているので、プラグ７０は、これ以上下降させられることなく、プラグ回収部７３内に保持される。
以降は、液体二酸化炭素供給装置２による内管７１への液体二酸化炭素の供給を続けることで、内管７１の下端から外側管路Ｗ２内に液体二酸化炭素が送り込まれて、導管６４内が液体二酸化炭素によって置換される。

このように、この二酸化炭素放流装置６１では、内管７１内のパージガスと液体二酸化炭素とが分離された状態のまま、内管７１内のパージガスと液体二酸化炭素との置換が行われるので、内管７１内で液体二酸化炭素がパージガスの下方に回り込むことがなく、効率よく置換を行うことができる。

また、導管６４は、外管１６とこの外管１６に抜出可能にして挿入される内管７１とによって構成されているので、内管７１を外管１６内から海上に引き出すことで、プラグ回収部６３内に回収されたプラグ７０を回収して、内管７１及びプラグ７０を再利用することができる。

ここで、本実施形態において、外管１６と内管７１とによって構成される導管６４を用いる代わりに、図１０に示すように、それぞれ独立して設けられた第一管路Ｗ５と第二管路Ｗ６とによって構成される導管８１を用いてもよい。
具体的には、導管８１として、上端に液体二酸化炭素供給装置２及びパージガス供給装置２１が接続される第一管路Ｗ５と、上端に排気装置３６が接続される第二管路Ｗ６とを設けて、第一管路Ｗ５の下端を第二管路Ｗ６に接続するとともに、第一管路Ｗ５に、プラグ挿入部６２及びプラグ回収部６３を設ける。

この場合にも、第一管路Ｗ５内のパージガスと液体二酸化炭素とが分離された状態のまま、第一管路Ｗ５内のパージガスと液体二酸化炭素との置換が行われるので、効率よく置換を行うことができる。
ここで、第一管路Ｗ５は、図１０に実線で示すように、第二配管Ｗ６の下端近傍に接続されていてもよく、また、図１０に二点鎖線で示すように、深度数百ｍの位置で第二配管Ｗ６と接続されていてもよい。

本発明の第一実施形態にかかる二酸化炭素放流装置の構成を示す図である。本発明の第一実施形態にかかる二酸化炭素放流装置の他の構成例を示す図である。本発明の第一実施形態にかかる二酸化炭素放流装置の他の構成例を示す図である。本発明の第一実施形態にかかる二酸化炭素放流装置の他の構成例を示す図である。本発明の第二実施形態にかかる二酸化炭素放流装置の構成を示す図である。本発明の第二実施形態にかかる二酸化炭素放流装置の他の構成例を示す図である。本発明の第三実施形態にかかる二酸化炭素放流装置の構成を示す図である。本発明の第三実施形態にかかる二酸化炭素放流装置の構成を示す図である。本発明の第三実施形態にかかる二酸化炭素放流装置の構成を示す図であって、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。本発明の第三実施形態にかかる二酸化炭素放流装置の他の構成例を示す図である。

符号の説明

１，５１，６１二酸化炭素放流装置
２，４６液体二酸化炭素供給装置
３，４０，６３導管
４ノズル
５逆止弁
１６外管
１７，７１内管
３１圧力維持装置
３６排気装置
５２パージガス回収装置
６３プラグ回収部
７０プラグ
Ｗ１内部管路
Ｗ２外部管路
Ｗ３第一管路
Ｗ４第二管路
Ｗ５第一管路
Ｗ６第二管路

Claims

海上の液体二酸化炭素供給装置から供給された液体二酸化炭素を海中に放流する二酸化炭素放流装置であって、
海上から吊り下げられて前記液体二酸化炭素供給装置によって前記液体二酸化炭素を上端から供給される導管と、
該導管の下端に接続されるノズルと、
前記導管の下端と前記ノズルとの間に介装されて該ノズルから前記導管内への流体の逆流を防止する逆止弁とを有しており、
前記導管は、複数の管路によって構成されており、
一部の前記管路は、下端を他の前記管路と接続されており、
該他の管路の上端には排気装置が接続されていることを特徴とする二酸化炭素放流装置。
前記導管が、径方向内側に内部管路が設けられ、径方向外側に外部管路が設けられた二重管によって構成されていることを特徴とする請求項１記載の二酸化炭素放流装置。
前記導管が、外管と、該外管内に抜き出し可能にして挿入される内管とによって構成されていることを特徴とする請求項１記載の二酸化炭素放流装置。
前記一部の配管の下端には、該一部の配管の内圧を、二酸化炭素の蒸気圧以上の圧力に維持する構成とされていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の二酸化炭素放流装置。
前記一部の管路には、該一部の管路内を気密かつ液密に仕切るとともに下端側に移動可能なプラグと、
前記一部の管路の下端近傍に設けられて内径が前記プラグの径よりも大きいプラグ回収部とが設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の二酸化炭素放流装置。
前記排気装置が、前記導管内から排出される不要気体を回収するパージガス回収装置を有していることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の二酸化炭素放流装置。
海上から海中に吊り下げられる導管に、海上の液体二酸化炭素供給装置から液体二酸化炭素を供給し、前記導管の下端に設けられるノズルから液体二酸化炭素を海中に放流する二酸化炭素放流方法であって、
前記導管を、複数の管路によって構成し、
前記液体二酸化炭素の放流作業に先立って、一部の前記管路内に、その上端から流体を供給することによって、前記一部の管路内及び他の前記管路内の不要気体を前記流体と置換することを特徴とする二酸化炭素放流方法。