JP2017008547A - 水底自噴メタンガス捕集装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水底自噴メタンガスを結晶化させないで、また粒状に結晶化しても、これをガス化した状態で安全にガスの捕集・導出がなされる水底自噴メタンガス捕集装置の提供。【解決手段】メタンガスが自噴している水底メタンガス噴出口ｂを覆うための下側が解放した逆さカップ状の捕集容器Ａを有し、捕集容器Ａ内に噴出したメタンガスを、上端部内に開口させたガス導出口３より捕集ガス導出用パイプ５を通して船上に導出するようにし、捕集容器Ａ内に、水底メタンガス噴出口から噴出したメタンガスに対して熱エネルギーを与えて結晶化を防止する熱エネルギー供給手段３０を備える。【選択図】図１

Description

本発明は水底面から自噴しているメタンガスを捕集するための装置であり、捕集容器に取り込まれ水底自噴メタンガスが上方に導出される際に結晶化（メタンハイドレート化）していないガスの状態として捕集する水底自噴メタンガス捕集装置に関する。

近年、水底地盤の表層や地盤内の砂粒子間に存在しているメタンハイドレート（Ｍethane Hydrate）からのメタンガスの採取技術の開発がなされている。

メタンハイドレートは、水分子に閉じ込められたメタンガスが、海底地盤表面や地盤中の各種の深さで条件が揃うと水と共に結晶化し、氷塊となって存在するものであり、このメタンハイドレートの安定条件、即ち安定化を維持するための温度及び圧力の条件を崩すことによって氷塊からメタンガスを分離して取り出すことができる。

しかし、１０００ｍ〜３００ｍもの深さの水底面を掘削し、水底地盤表面や地盤内の深さ１０００ｍもの深さに存在するメタンハイドレートを不安定化させるメタンガスの採掘は、他の化石燃料の代替とするには採掘コストがかかり過ぎ、実現化が困難な状況となっている。

一方、メタンハイドレートの埋蔵個所には、水底の地表からメタンガスが噴出し、高さ数百ｍにも達するメタンガス気泡の上昇柱（メタンプルーム）が発生していることが知られている。

このメタンプルームは、海底表面の特殊な地形、即ち直径数百ｍの円形の窪地周囲のいわば外輪山状の盛り上がり部分の頂部から噴出していることが知られている。

この水底から自噴しているメタンプルームは、水中を上昇している間に徐々に水中に溶け込み、水面に達する以前に気泡が消滅している。

このメタンプルームの気泡を水底面付近で捕集し、パイプを通して水面上の船舶に導き、ガスタンクに注入するようにした水底自噴メタンガスの採取方法が開発されている。この技術には、水面上の作業船から剛性のあるパイプを順次連結しながら垂下させ、その先端に傘状の捕捉器を固定しておき、これをメタンガス噴出口上に位置させ、捕捉器内に上昇してくるメタンガスを捕捉し、パイプを通して作業船上に導き、所定の加圧タンク内に加圧注入しようとするもの（特許文献１）がある。

また、メタンハイドレートからのメタンガスを捕集するものとして、ドーム状のシートで水底表層のメタンハイドレートを覆い、その中に温水を供給することによって氷塊状のメタンハイドレートを不安定化させ、これによって発生するメタンガスをドーム状のシート内に捕集し、これを水上へ輸送管を通して送り出すようにしたもの（特許文献２）がある。

一方、海底から噴出するメタンガスは、海底プレートの褶曲や断層による亀裂等のガス移動通路（ガスチムニー）を通過して海底から噴出する。この水底地盤のガスチムニー内では水底自噴メタンガスが結晶化するに十分な水が存在していないため、ガスの状態で上昇する。

そして、水底地盤表面から噴出し、水底の水と接触することにより、気泡の表面にハイドレート皮膜ができ、粒状となって上昇する。又はメタンハイドレートの小球のまま上昇する。この上昇とともに気泡は膨張するが、一定の深度（水深２３０ｍ付近）まで上昇し、温度の上昇や水圧の低下によってガスハイドレートの安定条件から脱した状態に至ることによって、被膜が破裂し、皮膜で保護された気泡は消失し、ガスは海水に溶解することが知られている（例えば非特許文献１）。

特開２０１４−２０１８７５号公報 特開２０００−２８２７７５号公報

地學雑誌 ２００９ＶＯＬ．１１８ Ｎｏ．１ 東京地学協会発行

上述した特許文献１に示されているメタンプルームからのガス捕集技術では、水面上の作業船から水底面のメタンガスが噴出している個所まで剛性のある鋼管を垂下する必要があり、しかもガス捕集中においても捕捉器を、水上の船舶から鋼管を通じてガス自噴口上に保持させなければならない。しかし、通常メタンプルームの水深は５００ｍから１０００ｍ以上もの深さにあるため、捕集容器を予定の位置まで到達させ、しかもその位置で停止させて置く作業に困難を伴う。

近年においては、水底面上の一定の位置に船舶を停止させ、数千ｍの海底地盤に数千ｍものボーリングを行う技術や数千ｍもの水底で作業を行う無人の潜水艇が開発されているが、これらは極めて高精度で高性能の技術を結集したものであり、その使用コストが多大となり、メタンプルームからのガス採取に使用するのでは、捕集したメタンガスが既存の化石燃料に比べて高価なものとなり、採算が取れないという問題がある。

また、特許文献２に示されている方法は、水底のメタンハイドレートの表面をシートで覆いその中に温水を供給することによってメタンガスを氷塊から分離させ、これをドーム状のシート内に捕集しようとするものであり、自噴しているメタンハイドレートからのメタンガス捕集に使用するには、自噴ガスの状態や、海流の状況によって設置が困難となる場合が多いという問題がある。

更に、メタンプルームがガスチムニーから水中に噴出して水に触れ、粒状に結晶化（ハイドレート化）すると、これが捕集容器内を上昇してガス導出口やこれに通じる捕集ガス導出用パイプ内に詰まりが生じる可能性がある。

本発明はこのような従来の問題に鑑み、水底への設置が容易であり、水底自噴メタンガスを結晶化させないで、また粒状に結晶化しても、これをガス化した状態で安全にガスの捕集・導出がなされる水底自噴メタンガス捕集装置の提供を目的としてなされたものである。

上述した従来の問題を解決するための請求項１の発明は、メタンガスが自噴している水底メタンガス噴出口を覆うための下側が解放した逆さカップ状の捕集容器を有し、該捕集容器内に噴出したメタンガスを、該捕集容器の上端部内開口させたガス導出口より捕集ガス導出用パイプを通して船上に導出するようにした水底自噴メタンガス捕集装置において、前記捕集容器内に、前記水底メタンガス噴出口から噴出したメタンガスに対して熱エネルギーを与えて結晶化を防止する熱エネルギー供給手段を備えたことを特徴としてなる水底自噴メタンガス捕集装置。

請求項２に記載の発明の特徴は、請求項１の構成に加え、捕集容器の前記ガス導出口より低い位置に、該捕集容器の内外に連通させた逃し用孔を備え、前記捕集容器の頂部内に水底メタンガス噴出口から噴出しているガスを貯留させるガス溜りを前記逃し用孔より上側に形成させつつ該ガス溜り内のガスを前記ガス導出口より捕集ガス導出用パイプを通して船上に導出させるようにしたことにある。

請求項３に記載の発明の特徴は、請求項１又は２の構成に加え、熱エネルギー供給手段は、前記捕集容器の下端開口部内に水底面側に向けた水噴射ノズルと、該水噴射ノズルより、水底水温度より高い温度の水を供給する温水供給装置とを備えて構成されることにある。

請求項４に記載の発明の特徴は、請求項３の構成に加え、温水供給装置は、表層水を取り入れ、断熱性の高い材質の送水パイプを通して前記水噴射ノズルに供給する装置であることにある。

請求項５に記載の発明の特徴は、請求項３又は４の構成に加え、温水供給装置によって供給される温水中に、塩分、メタノール、エチレングリコールなどの結晶化阻害剤を捕集容器内の水に注入する結晶化阻害剤注入装置を備えたことにある。

請求項６に記載の発明の特徴は、請求項１又は２の構成に加え、熱エネルギー供給手段は、前記捕集容器の下端開口部内に、水平配置に設置された電熱式加熱装置であることにある。

請求項７に記載の発明の特徴は、請求項６の構成に加え、前記電熱式加熱装置は、水平方向に向けて、１又は複数段配置に設置され、上下に水底自噴メタンガスが透過可能な多数のガス透過孔が形成されていることにある。

請求項８に記載の発明の特徴は、請求項６の構成に加え、電熱加熱装置は、多数の個別プレートを、水平方向及び上下方向にガス透過間隔を隔てて設置した個別プレート群をもって構成され、前記個別プレートは、下側の個別プレート間のガス透過間隔の上に上側の個別プレートが配置され、前記水底自噴メタンガスを各個別プレートに接触させつつジグザグに上昇させるようにしたことにある。

請求項９に記載の発明の特徴は、請求項１１又は２の構成に加え、熱エネルギー供給手段は、前記捕集容器の下端開口部内に水底面側に向けた多数の超音波発信機であることにある。

請求項１０に記載の発明の特徴は、請求項１又は２の構成に加え、熱エネルギー供給手段は、前記捕集容器内に設置し、該捕集容器内の水を撹拌する撹拌装置であることにある。

本発明は、上述したように、メタンガスが自噴している水底メタンガス噴出口を覆うための下側が解放した逆さカップ状の捕集容器を有し、該捕集容器内に噴出したメタンガスを、該捕集容器の上端部内開口させたガス導出口より捕集ガス導出用パイプを通して船上に導出するようにした水底自噴メタンガス捕集装置において、前記捕集容器内に、前記水底メタンガス噴出口から噴出したメタンガスに対して熱エネルギーを与えて結晶化を防止する熱エネルギー供給手段を備えたことにより、水底自噴メタンガスを結晶化させないで、また粒状に結晶化しても、これをガス化した状態で安全にガスの捕集・導出させることができる。

また、本発明は、前述したように、捕集容器の前記ガス導出口より低い位置に、該捕集容器の内外に連通させた逃し用孔を備え、前記捕集容器の頂部内に水底メタンガス噴出口から噴出しているガスを貯留させるガス溜りを前記逃し用孔より上側に形成させつつ該ガス溜り内のガスを前記ガス導出口より捕集ガス導出用パイプを通して船上に導出させるようにしたことにより、突発的に水底自噴メタンガスの噴出量が増加した場合に、逃し用孔から排出されるため浮力による捕集容器の転倒を防止することができる。

本発明は、熱エネルギー供給手段を、前記捕集容器の下端開口部内に水底面側に向けた水噴射ノズルと、該水噴射ノズルより、水底水温度より高い温度の水を供給する温水供給装置とを備えて構成することにより、加温するための加熱手段が不要であり、低コストで運転することができる。メタンガスの温度と圧力の状態図によると、水深６００ｍ、水温４℃の場合、８℃以上とすることによりハイドレート化しないでガス状のまま上昇する。

本発明は、温水供給装置を、表層水を取り入れ、断熱性の高い材質の送水パイプを通して前記水噴射ノズルに供給するようにすることにより、表層水の温度低下を防ぎつつ捕集容器内に導入することができる。

本発明は、温水供給装置によって供給される温水中に、塩分、メタノール、エチレングリコールなどの結晶化阻害剤を捕集容器内の水に注入する結晶化阻害剤注入装置を備えることにより、結晶化阻害剤によって水素結合で結び合っていた水分子の一部が有機分子に取り込まれ、水素結合の格子の一部が壊れて分解し、これにより格子内に閉じ込められていたガス分子が放出されることとなる。この分解時に周辺から熱を奪う吸熱反応を起こすので分解速度が低下するが、温水供給装置と併用することによって吸熱反応に対して温水から熱が補われ、加温によりハイドレート被膜の分解が促進される。

本発明は、熱エネルギー供給手段が、前記捕集容器の下端開口部内に、水平配置に設置された電熱式加熱装置であることにより、噴出した水底自噴メタンガスの結晶化の防止及び結晶の分解が簡単な装置で達成できる。

本発明は、前記電熱式加熱装置は、水平方向に向けて、１又は複数段配置に設置され、上下に水底自噴メタンガスが透過可能な多数のガス透過孔が形成されているものであることにより、水底自噴メタンガスの接触が捕集容器開口部全域において効果的になされ、熱エネルギーの供給が効率よくなされる。

本発明は、電熱加熱装置を、多数の個別プレートを水平方向及び上下方向にガス透過間隔を隔てて設置した個別プレート群をもって構成し、前記個別プレートは、下側の個別プレート間のガス透過間隔の上に上側の個別プレートが配置し、前記水底自噴メタンガスを各個別プレートに接触させつつジグザグに上昇させるようにしたことにより、水底自噴メタンガスの接触が効果的になされ、熱エネルギーの供給がより効率よくなされる。

本発明は、熱エネルギー供給手段を、前記捕集容器の下端開口部内に水底面側に向けた多数の超音波発信機をもって構成したことにより、超音波により水が微振動して自ら発熱し、取り込まれる水底自噴メタンガスによる水温低下が防止され、捕集容器内に取り込まれた水底自噴メタンガスが結晶化することなくガス溜りを形成する。また、超音波によりキャビテーション気泡破裂時の衝撃波により、ハイドレート被膜は、破壊され、ハイドレートの分解も促進される。

本発明は、熱エネルギー供給手段を、前記捕集容器内に設置し、該捕集容器内の水を撹拌する撹拌装置で構成したことにより、撹拌装置の運動エネルギーが熱源として水に伝わり、水温低下が防止され、捕集容器Ａ内に取り込まれた水底自噴メタンガスが結晶化することなくガス溜りを形成する。

本発明に係る水底噴出メタンガス捕集装置一例であって熱エネルギー供給手段として温水供給装置を使用した例の概略構成を示す縦断面図である。 同上の温水供給装置部分の一部分切り欠き平面図である。 本発明に係る水底噴出メタンガス捕集装置の一例であって熱エネルギー供給手段として穴あき電熱プレートを使用した例の概略構成を示す縦断面図である。 同上の穴あき電熱プレート部分の一部分切り欠き平面図である。 同上の穴あき電熱プレートを複数段配置に使用した例の部分縦断面図である。 本発明に係る水底噴出メタンガス捕集装置の一例であって熱エネルギー供給手段として個別電熱プレートを複数枚間隔を隔てて使用した例の概略構成を示す縦断面図である。 同上の個別電熱プレート部分を示す横断平面図である。 本発明に係る水底噴出メタンガス捕集装置の一例であって熱エネルギー供給手段として超音波発信機を使用した例の概略構成を示す縦断面図である。 本発明に係る水底噴出メタンガス捕集装置の一例であって熱エネルギー供給手段として撹拌装置を使用した例の概略構成を示す縦断面図である。 同上の攪拌機部分を示す横断平面図である。 本発明に係る水底噴出メタンガス捕集装置の一例であって熱エネルギー供給手段としての温水供給装置に結晶化阻害剤注入装置を付加した例の概略構成を示す縦断面図である。 本発明に係る水底噴出メタンガス捕集装置の捕集容器の他の例の概略構成を示す縦断面図である。 本発明に係る水底噴出メタンガス捕集装置の捕集容器の更に他の例の概略構成を示す縦断面図である。 本発明に係る水底噴出メタンガス捕集装置の捕集容器の更に他の例の概略構成を示す縦断面図である。 本発明に係る水底噴出メタンガス捕集装置の沈設方法の一例を示す側面図である。 本発明に係る水底噴出メタンガス捕集装置の沈設方法の他の例を示す側面図である。

本発明の実施の形態を、実施例の図面に基づいて説明する。

図１は本発明を海底から自噴している水底自噴メタンガスの捕集に適用した第一実施例の概略構成を示している。図において符号Ａは捕集容器を示している。この捕集容器Ａは、筒状をした胴部１の天端が天井板２で閉鎖され、下端側を解放した逆さカップ状に成形されている。

捕集容器Ａの天井板２は、中央を高くした逆さ漏斗状に形成され、その頂部にガス導出口３が開口されている。このガス導出口３には、リモートコントロールによって開閉動作及び開き度調整される流量調整弁４が取り付けられ、その外側に捕集ガス導出用パイプ５の下端が固定されている。尚、流量調整弁４は、捕集容器Ａではなく、ガス採取支援船Ｂ上に設けてもよい。

捕集ガス導出用パイプ５は、海底における水圧と水面上の大気圧との差圧によっても変形しない耐圧性を有するとともに湾曲可能な可撓性耐圧ホースを使用する。

また、このホースには前述した流量調整弁４の作動のための電源コードや後述する水位センサーに通じる電線や光ファイバー等の連繋ケーブル（umbilical cable）を沿わせて固定している。

捕集容器Ａの胴部１には、天井板２より所定の高さだけ低い位置に、複数の逃し用孔６ａ，６ｂ，６ｃが開口されている。この逃し用孔６ａ，６ｂ，６ｃは、その高さを順次違えて設置している。

捕集容器Ａ内には、最も高い位置の逃し用孔６ａより上側に、水位検出器７ａ，７ｂ，７ｃが上下に位置を違えて設置されており、各水位検出器７ａ，７ｂ，７ｃは、これが水没しているか否か、即ち、捕集容器Ａ内に捕集されたガス溜り８にあるか、その下の水中にあるかを感知させるものである。

最も上側の水位検出器７ａは、ガス導出口３の近くに、最も下側の水位検出器７ｃは、最も上側の逃し用孔６ａの上側に近接した高さ位置に、中間の水位検出器７ｂは、上下の両水位検出器７ａ，７ｃの中間高さ位置に設置しておく。

各水位検出器としては、水位の上下に伴って上下するフロートと該フロートの上下に伴って動作する磁石、該磁石の接近・離反によってオン・オフされる近接スイッチを用いた電気式水位検出器、或は上記近接スイッチに代えて、磁石が接近・離反することによって反射光の強さがかわるファラデー近接センサーと、このファラデー近接センサーに対する照射光と反射光を通す光ファイバーを使用した光水位検出器が使用できる。

捕集容器Ａ内には、その内部に結晶化防止するための熱エネルギー供給手段を備えている。この熱エネルギー供給手段としては、海底水温度より高い温度の水を供給する温水供給装置、電熱式加熱装置、超音波発信機、捕集容器Ａ内の水を撹拌する撹拌装置が使用できる。

図１〜図２に示した例では、熱エネルギー供給手段として、温水供給装置３０を備えた場合を示している。この温水供給装置３０は、捕集容器Ａの下端開口部内に格子状配置に温水供給管３１を張り巡らし、その下面に所定間隔を隔てて温水噴射ノズル３２を下向き、即ち海底面側に向けて設置している。

この温水噴射ノズル３２は、その設置高さが捕集容器Ａの下縁より３０ｃｍ〜１００ｃｍ程度であることが好ましく、また温水噴射ノズル３２の円錐状に拡散するように噴射するものを使用し、海底自噴メタンガスが捕集容器Ａに入り込んで上昇する際に、均一に温水噴射ノズル３２からの水が接触するようにすることが好ましい。

温水供給管３１に対する温水の供給は、捕集容器Ａの外面に沿わせて上方に延長し、先端が海底の水温より４〜１０℃高い表層水に達する長さの温水取り込みパイプ３３にとし、表層水を温水取り込みポンプ３４により取り込み、捕集容器Ａの温水供給装置３０に送り込む。

温水取り込みパイプ３３は、断熱性の高い材料を使用するか又は周囲を断熱材で被覆し、パイプ内部を降下する水が、深度が増すにつれて低くなる周囲の水によって冷やされないようにすることが好ましい。

また、温水取り込みパイプ３３の下側所定長さに、電熱式加熱装置３５を付設してもよい。この電熱式加熱装置３３には、炭素繊維を使用した平板状の電熱シート等の面状発熱体が使用できる。また追加加熱手段として送水パイプにシーズヒーターを巻き、加温してもよい。

また、温水供給管３１に対する温水の供給は、上記表層水の他、図には示してないが海底付近の水を電熱式の加熱器内に取り込み、ここで水温を上げたものを供給するなど、他の熱源を使用してもよい。

捕集容器Ａの下端開口から捕集容器Ａ内上昇する海底自噴メタンガスは、噴出直後に温水噴射ノズル３２から噴射されている温水に接触するため、結晶化即ち海底自噴メタンガスが水に接触しこれを冷却して結晶が形成されるハイドレート化が防止される。

また、捕集容器Ａ内の水は、温水噴射ノズル３２から供給される温水によって、海底面の水温より高くなり、捕集容器Ａ内の海底自噴メタンガスの結晶化が防止され、ガスの状態で捕集容器Ａ内を上昇し、ガス導出口３から捕集ガス導出パイプ５に送り出される。

前述した例においては結晶化防止手段として熱エネルギー供給手段の１つである温水供給装置３０を使用した場合を示したが、以下に他の熱エネルギー供給手段について説明する。

図３〜図５は、熱エネルギー供給手段である電熱式加熱装置として、穴あき電熱プレート４０を使用した場合を示している。この穴あき電熱プレート４０は、表裏に貫通開口した多数のガス透過孔４１が開口され、片面又は両面に平板状の電熱シート４２を張り付けたものを使用している。

この穴あき電熱プレート４０を捕集容器Ａの下端開口のやや上側内を遮蔽する配置に設置する。この設置高さは、海底の凹凸を考慮して捕集容器Ａの下縁より数１０ｃｍ程度高い位置が好ましい。

このように穴あき電熱プレート４０を設置することにより、捕集容器Ａの下端開口から侵入した海底自噴メタンガスは、海水に接触するが結晶化する前に穴あき電熱プレート４０に接触して温められるために結晶化しない気泡の状態で上昇する。

また、捕集容器Ａ内の水は、穴あき電熱プレート４０によって温められ、穴あき電熱プレート４０を通過したメタンガスも結晶化することなく捕集容器Ａ上部に移動し、前述したガス溜り８を形成する。

更に、図５に示すように、穴あき電熱プレート４０を上下に間隔を隔てて複数設置してもよく、水深１０００ｍ以上もの深海において、海底自噴メタンガスが結晶化し易い水圧及び低温条件下において、複数の穴あき電熱プレート４０を通過する際に、結晶化が始まった海底自噴メタンガスが温められて氷の被膜が解け、ガス状となって上昇する。

図６〜図７は、前述した穴あきではない多数の個別電熱プレートを使用した場合を示している。この例では、捕集容器Ａの下端開口部内に、海底自噴メタンガスが上昇可能なガス透過間隔４３ａを持たせて多数の個別電熱プレート４３，４３......を多数設置し、更にその隙間の上側を覆う配置に個別電熱プレート４４，４４......を、同様にガス透過間隔４４ａを持たせて設置することにより、加熱装置を多数の個別プレートからなる個別プレート群をもって構成し、し、捕集容器Ａ内に入り込んだ海底自噴メタンガスが、各電熱プレート４３及び４４に接触してジグザグ状に上昇させるようにしている。

このようにして捕集容器Ａ内に入り込んだ海底自噴メタンガスが、各電熱プレート４３，４４に接触しつつ上昇することにより、結晶化せずにガス状のまま上昇する。また、結晶化が始まった海底自噴メタンガスは、温められて氷の被膜が解け、ガス状となって上昇する。

図８は、熱エネルギー供給手段として超音波発信機４５を使用した例を示している。この装置では、捕集容器Ａの下端開口縁より１０〜５０ｃｍ程度高い位置の内側に超音波発信機保持枠４６を、捕集容器Ａの水平断面の全域にわたって設置し、この超音波発信機保持枠４６の下面に所定間隔に超音波発信機４５を取り付ける。

各超音波発信機４５の間隔は、その指向性に合わせて捕集容器Ａの下端開口内の全域に隙間なく超音波が行き渡る間隔とする。

この超音波発信機４５によって捕集容器Ａの開口部内の水に超音波を照射することにより、水が微振動して自ら発熱し、取り込まれる海底自噴メタンガスによる水温低下が防止され、捕集容器Ａ内に取り込まれた海底自噴メタンガスが結晶化することなくガス溜り８を形成する。

また、超音波によりキャビテーション気泡破裂時の衝撃波により、ハイドレート被膜は、破壊され、ハイドレートの分解も促進される。

図９〜図１０は、熱エネルギー供給手段として、該捕集容器内の水を撹拌する撹拌装置を使用した例を示している。図において符号５０は、スクリュー型撹拌装置であり、捕集容器Ａ内に上下に向けて設置した回転軸５１の周囲にリボン型スクリュー５２を一体化させたものであり、これを捕集容器Ａ上のモーター５３によって回転駆動させるようになっている。

このスクリュー型撹拌装置５０を回転させて捕集容器Ａ内の水を上昇方向に移動させることによって捕集容器Ａ内の水を撹拌させるようにしている。

このようにして撹拌装置により、捕集容器Ａ内の水を常時流動させておくことにより、撹拌装置の運動エネルギーが熱源として水に伝わり、水温低下が防止され、捕集容器Ａ内に取り込まれた海底自噴メタンガスが結晶化することなくガス溜り８を形成する。

図１１は、図１に示した温水供給装置を使用したものに、結晶を化防止する手段として、塩分、メタノール、エチレングリコールなど親水性有機物からなる水の結晶化阻害剤（インヒビター）を捕集容器内の水に注入する結晶化阻害剤注入装置５５を付加した例を示している。

この装置では、温水供給装置３０の温水取り込みパイプ３３に、水面上のガス採取支援船から結晶化阻害剤導入管５６を接続させ、温水内に結晶化阻害剤を混入させて捕集容器Ａ内の温水噴射ノズル３２から噴射させる。

注入された結晶化阻害剤は、上昇する海底自噴メタンガスによる撹拌作用によって水内に拡散され、ガス状の結晶化阻害剤は、海底自噴メタンガスとともにガス溜り８のメタンガスに拡散して結晶化を阻害する。

また、結晶化した海底自噴メタンガスは、水素結合で結び合っていた水分子の一部が有機分子に取り込まれ、水素結合の格子の一部が壊れて分解し、これにより格子内に閉じ込められていたガス分子が放出されこれによって海底自噴メタンガスは、結晶化することなく上昇してガス溜り８を形成する。

尚、捕集容器Ａの下端開口部内において水中に結晶化阻害剤が注入されることにより、結晶化したハイドレート被膜を分解した時に周辺から熱を奪う吸熱反応を起こし、分解速度が低下するが、温水供給装置３０と併用することによって吸熱反応に対して温水から熱が補われ、ハイドレート被膜の分解が促進される。

次に、本発明に係る海底自噴メタンガス捕集装置の海底設置について説明する。

捕集容器Ａとしては、直径が１０ｍ〜２０ｍ程度、高さが直径と同程度の逆さカップ状をした鋼製のものを使用する。これを例えば船舶やケーソン製造用のドック、進水設備を備えた陸上のケーソン製作ヤードで製作し、浮力を利用して上端を水面上に出した状態で海上を曳航する。また、捕集容器Ａの大きさによっては、作業船又は台船に搭載して移動させ、沈設域付近で水面上に吊り降ろして浮上させてもよい。

曳航時の浮力は、後述する流量調整弁４を閉じ、捕集容器Ａ内に空気溜りを作ることによってもよく、また、後述する二重筒状の胴部１の外筒１ａと内筒１ｂとの間の空間の浮力を利用してもよい。

この捕集容器Ａを、ガス採取支援船Ｂ上よりコントロールして所望のメタンプルームａの噴出口ｂの周囲上方を覆う配置に沈設する。尚、沈設後の姿勢は噴出しているガスが捕集容器Ａ内に捕集できる姿勢であればよく、海底面に不陸や傾斜があったとしても、これに沿った傾きで沈設されればよい。

捕集容器Ａの沈設は、予め沈設位置として設置した音波発信装置からの音波を目標にして行う。沈降は捕集容器Ａ自体に備えた浮力調整機能及び水平及び上下方向の推進装置によって行う。沈設に際しては、捕集したガスをガス採取支援船Ｂ上に送る捕集ガス導出用パイプ５の先端を捕集容器Ａの内部空間上端部に連通させた状態で固定し、捕集ガス導出用パイプ５を沈設支援船上から繰り出しつつ、捕集容器Ａ自身の機能によって、沈降しつつ所定の位置に水平移動させて沈設する。

また、捕集容器Ａの沈設当初においてガス導出口３の流量調整弁４は開いた状態としておく。これによって捕集ガス導出用パイプ５内には水が入り込み、浮力を問題とすることなく沈設できる。

捕集容器Ａを所定位置に沈設した後、捕集ガス導出用パイプ５の先端を沈設支援船からガス採取支援船Ｂに移動させ、ガス採取支援船Ｂの上のガス採取プラントに連結させる。

このようにして捕集容器Ａを所定位置に沈設することによって、自噴しているメタンガスは捕集容器Ａ内に捕集され、捕集容器Ａの下端開口から捕集容器Ａ内上昇する海底自噴メタンガスは、前述した各種結晶化防止手段によって結晶化が防止され、ガスの状態で捕集容器Ａ内を上昇し、ガス導出口３から捕集ガス導出パイプ５に送り出される。

捕集容器Ａ内に捕捉された海底自噴メタンガスは、流量調整弁４を閉じておくことにより、捕集容器Ａの上部内に溜まり、ガス溜り８ができる。このガス溜り８の大きさは、各水位検出器７ａ，７ｂ，７ｃの状態によって把握できる。

即ち、最も上側の水位検出器７ａが水を感知している時は、ガス溜り８は殆どない状態であり、最も下側の水位検出器７ｃが水を感知していないときは、ガス溜り８の下の水面がそれより下にあることがわかる。この状態で流量調整弁４を開き、ガス溜り８のガスを排出させる。これによってガスは捕集ガス導出用パイプ５内の水を押し上げて上昇する。

この時、各水位検出器７ａ〜７ｃの状態を観察し、水位が最上部の水位検出器７ａより下にある状態、好ましくは、中間高さ位置と最下部高さ位置の水位検出器７ｂ，７ｃとの間に水面がある状態が維持されるように流量調整弁４の開き度を調整する。このように調整することにより、捕集ガス導出用パイプ５内には水が入り込まない状態を維持し、ガスのみをガス採取支援船Ｂ上に導出させることができる。

ガス採取支援船Ｂ上では、捕集ガス導出用パイプ５を通して搬送されてくるガスを所定の圧力容器内に加圧状態で蓄蔵し、所定の量に達する毎に、ガス運搬船に移して陸上の貯蔵所に移す。

尚、上述した例では逃し用孔６を捕集容器Ａの胴部を内外に貫通して設けた場合を示しているが、この他図１２に示すように、逃し用孔６を、天井板２を貫通させて捕集容器Ａ内に垂下させた排気用パイプ２０をもって構成させてもよい。

この排気用パイプ２０は、その下端が逃し用孔６となっており、上端は捕集容器Ａ上に解放させている。

排気用パイプ２０は軸方向に移動可能に設置されており、上下駆動装置２１によって軸方向に移動させることができるようになっている。上下駆動装置２１の操作は、ガス採取支援船Ｂ上でコントロールできるようになっている。

この排気用パイプ２０は、前述した逃し用孔６ａ,６ｂ,６ｃに代わるものであり、排気用パイプ２０の下端高さ位置が、ガス溜り８が最大時の水面となるようになっており、これよりガス溜り８が大きくなって水面が下がると排気用パイプ２０を通して捕集容器Ａ外に排出されるようになっている。

また、排気用パイプ２０の下端位置を変化させることによって、その下端の逃し用孔６が上下に移動することとなり、排気用パイプ２０を下側に移動させることにより、ガス溜り８の大きさを大きくでき、海底からのガス噴出量の変動幅が大きい場合でも、ガス溜り８を常時形成させて置くことが容易となる。

尚、前記各例において、水位検出器７ａ〜７ｃを用いず、流量調整弁４による両量調整を、海底から捕集容器Ａ内に取り込まれる噴出ガス量より少ない値に設定することにより、逃し用孔６又は６ａ〜６ｃから常に余分な量のガスを排気させるようにしてもよい。この場合、ガス溜り８の下の水面は、図１に仮線で示す水位線２２の高さに維持され、常時一定の量のガス溜り８が形成される。

尚、上述した捕集容器Ａの海底への沈設は、例えば図１３に示すように、胴部１を外筒１ａと内筒１ｂとによる２重筒状とし、その両筒間の上半部を浮力調整用空洞部１０とし、その内部の注排水によって浮力を調整するようにするとともに、捕集容器Ａの外側に、横向き軸及び上下向き軸のスクリュー１１ａ，１１ｂを備えた推進装置１１を設置し、浮力調整用空洞部１０による浮力調整と推進装置１１による上下方向及び水平方向の推進力によって所定位置に沈降させる。

また、浮力の調整は、上記のように胴部１を２重筒構造とすることなく、図１４に示すように１重の鋼板筒により構成し、その捕集容器Ａの上面又は側面に浮力調整用タンク１２を固定して浮力調整するようにしてもよい。

更に、図１６に示すように１隻又は複数隻の沈設支援船Ｃを使用し、浮力調整機能を使用し又は使用せず、吊りワイヤー１３を繰り出しつつ所定位置に沈めてもよい。

更に図１６に示すように、捕集容器Ａを無人の潜水艇Ｄによって吊り下げて海底の所定位置に移動させる等、各種の方法が採用できる。

Ａ 捕集容器
Ｂ ガス採取支援船
Ｃ 沈設支援船
Ｄ 潜水艇
ａ メタンプルーム
ｂ 噴出口
１ 胴部
１ａ 外筒
１ｂ 内筒
２ 天井板
３ ガス導出口
４ 流量調整弁
５ 捕集ガス導出用パイプ
６，６ａ，６ｂ，６ｃ 逃し用孔
７ａ，７ｂ，７ｃ 水位検出器
８ ガス溜り
１０ 浮力調整用空洞部
１１ 推進装置
１１ａ，１１ｂ スクリュー
１２ 浮力調整用タンク
１３ 吊りワイヤー
２０ 排気用パイプ
２１ 上下駆動装置
２２ 水位線
３０ 温水供給装置
３１ 温水供給管
３２ 温水噴射ノズル
３３ 温水取り込みパイプ
３４ 温水取り込みポンプ
３５ 電熱式加熱装置
４０ 穴あき電熱プレート
４１ ガス透過孔
４２ 電熱シート
４３ 個別電熱プレート
４３ａ ガス透過間隔
４４ 個別電熱プレート
４４ａ ガス透過間隔
４５ 超音波発信機
４６ 超音波発信機保持枠
５０ スクリュー型撹拌装置
５１ 回転軸
５２ リボン型スクリュー
５３ モーター
５５ 結晶化阻害剤注入装置
５６ 結晶化阻害剤導入管

Claims (10)

1. メタンガスが自噴している水底メタンガス噴出口を覆うための下側が解放した逆さカップ状の捕集容器を有し、
   該捕集容器内に噴出したメタンガスを、該捕集容器の上端部内開口させたガス導出口より捕集ガス導出用パイプを通して船上に導出するようにした水底自噴メタンガス捕集装置において、
   前記捕集容器内に、前記水底メタンガス噴出口から噴出したメタンガスに対して熱エネルギーを与えて結晶化を防止する熱エネルギー供給手段を備えたことを特徴としてなる水底自噴メタンガス捕集装置。
2. 前記捕集容器の前記ガス導出口より低い位置に、該捕集容器の内外に連通させた逃し用孔を備え、
   前記捕集容器の頂部内に水底メタンガス噴出口から噴出しているガスを貯留させるガス溜りを前記逃し用孔より上側に形成させつつ該ガス溜り内のガスを前記ガス導出口より捕集ガス導出用パイプを通して船上に導出させるようにした請求項１に記載の水底自噴メタンガス捕集装置。
3. 前記熱エネルギー供給手段は、前記捕集容器の下端開口部内に水底面側に向けた水噴射ノズルと、該水噴射ノズルより、水底水温度より高い温度の水を供給する温水供給装置とを備えて構成される請求項１又は２に記載の水底自噴メタンガス捕集装置。
4. 前記温水供給装置は、表層水を取り入れ、断熱性の高い材質の送水パイプを通して前記水噴射ノズルに供給する装置である請求項３に記載の水底自噴メタンガス捕集装置。
5. 前記温水供給装置によって供給される温水中に、塩分、メタノール、エチレングリコールなどの結晶化阻害剤を捕集容器内の水に注入する結晶化阻害剤注入装置を備えた請求項３又は４に記載の水底自噴メタンガス捕集装置。
6. 前記熱エネルギー供給手段は、前記捕集容器の下端開口部内に、水平配置に設置された電熱式加熱装置である請求項１又は２に記載の水底自噴メタンガス捕集装置。
7. 前記電熱式加熱装置は、水平方向に向けて、１又は複数段配置に設置され、上下に水底自噴メタンガスが透過可能な多数のガス透過孔が形成されている請求項６に記載の水底自噴メタンガス捕集装置。
8. 前記電熱加熱装置は、多数の個別プレートを、水平方向及び上下方向にガス透過間隔を隔てて設置した個別プレート群をもって構成され、
   前記個別プレートは、下側の個別プレート間のガス透過間隔の上に上側の個別プレートが配置され、前記水底自噴メタンガスを各個別プレートに接触させつつジグザグに上昇させるようにした請求項６に記載の水底自噴メタンガス捕集装置。
9. 前記熱エネルギー供給手段は、前記捕集容器の下端開口部内に水底面側に向けた多数の超音波発信機である請求項１又は２に記載の水底自噴メタンガス捕集装置。
10. 前記熱エネルギー供給手段は、前記捕集容器内に設置し、該捕集容器内の水を撹拌する撹拌装置である請求項１又は２に記載の水底自噴メタンガス捕集装置。

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