JP6168820B2 - Methane hydrate collector - Google Patents

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本発明は、主として海底に存在が確認されているメタンハイドレート(水分子とメタンガス分子からなる氷状の固体物質)から、メタンガスを採取するのに用いられるメタンハイドレート採取装置に関するものである。   The present invention relates to a methane hydrate collecting apparatus used for collecting methane gas from methane hydrate (ice-like solid substance composed of water molecules and methane gas molecules) that has been confirmed to exist mainly on the sea floor.

近年、エネルギー資源の1つとして、メタンハイドレートが注目されている。メタンハイドレートは、海底に露出するなどして浅層部にメタンハイドレート層が存在し、日本近海に多く埋蔵している。エネルギー資源に乏しい日本にとって、メタンハイドレートは、石油・天然ガスに代わる次世代資源として重要であるが、このメタンハイドレートは、低温高圧環境下で安定に存在するため、海底から地上に運搬するには相当のコストと設備が必要となる。   In recent years, methane hydrate has attracted attention as one of energy resources. Methane hydrate has a methane hydrate layer in the shallow layer, such as being exposed on the seabed, and is often buried in the sea near Japan. Methane hydrate is important as a next-generation resource to replace oil and natural gas for Japan, which has limited energy resources. However, methane hydrate is stably present in a low-temperature and high-pressure environment, so it is transported from the sea floor to the ground. Requires considerable cost and equipment.

従来、メタンハイドレート層からメタンガスを採取する方法としては、例えば加熱法として、海底のメタンハイドレート層においてメタンハイドレートを加熱し、メタンハイドレート内のメタンガスを採取する方法が知られている。しかしながら、空気、温水、熱水、蒸気等の加熱媒体を海上部(地上部)で加熱し、その加熱媒体をメタンハイドレート層にまで供給する方法では、加熱及び供給に要する設備が大型化し、コスト負担が大きくなるという課題があった。   Conventionally, as a method for collecting methane gas from a methane hydrate layer, for example, a heating method is known in which methane hydrate is heated in a methane hydrate layer on the sea floor and methane gas in the methane hydrate is collected. However, in the method of heating a heating medium such as air, hot water, hot water, steam, etc. at the sea top (ground part) and supplying the heating medium to the methane hydrate layer, the equipment required for heating and supply is enlarged, There was a problem that the cost burden increased.

そこで、海上(地上を含む)からボーリングにて、メタンハイドレート層の更に下方の高温地熱層まで掘り下げ、作業パイプを通じて熱媒を前記高温地熱層まで導いて熱交換加熱すると共にその熱交換加熱された熱媒をさらにメタンハイドレート層まで導き、前記熱媒の熱によってメタンハイドレートを分解し、得られるメタンガスを採取する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。   Therefore, drilling from the sea (including the ground) to the high-temperature geothermal layer further below the methane hydrate layer by boring, guiding the heat medium to the high-temperature geothermal layer through the work pipe, and heat-exchange heat and A method has been proposed in which the heated heat medium is further guided to the methane hydrate layer, the methane hydrate is decomposed by the heat of the heat medium, and the resulting methane gas is collected (see, for example, Patent Document 1).

特開2009−215818号公報JP 2009-215818 A

特許文献1の技術は、メタンハイドレート層の更に下方の高温地熱層まで掘り下げるボーリングが必要であり、やはり設備が大型化する傾向になり、コスト面で不利である。   The technique of Patent Document 1 requires drilling to a high-temperature geothermal layer further below the methane hydrate layer, which tends to increase the size of the facility, which is disadvantageous in terms of cost.

ところで、日本海側で観測されたメタンプルームは、メタンハイドレートの粒もしくはハイドレートの固体皮膜で覆われたメタンガス気泡であるメタンガス含有浮遊物となって海中を立ち上がっているもので、海底部放出された後、水深500m付近までは毎分10m程度で上昇する。それ以降は、水温の上昇や水圧の減少で急激に体積を膨張させ、水深500m以浅で徐々に海水に溶解して消滅することが報告されている。   By the way, the methane plume observed on the Sea of Japan side rises in the sea as methane gas-containing suspended matter that is methane gas bubbles covered with methane hydrate grains or hydrate solid film, and is released from the sea floor. After that, it rises at a rate of about 10 m / min up to a depth of about 500 m. Since then, it has been reported that the volume rapidly expands due to an increase in water temperature or a decrease in water pressure, and gradually dissolves in seawater and disappears at a depth of 500 m or less.

そこで、メタンガス含有浮遊物がメタンガスとなって海水に溶解して消滅する前にメタンガスを集積することがメンガス採取する上で必要であると考えられることから、発明者は、まずメタンプルームから固化気泡状態のメン含有浮遊物を集積し、加圧した管内の中で気化させ、海中溶解のない海面まで移送するようにすれば、メタンガスを効率よく採取できることに着想し、本発明をなしたものである。   Therefore, since it is considered necessary to collect methane gas before the suspended matter containing methane gas becomes methane gas and dissolves in seawater and disappears, it is necessary to collect the methane gas. It was conceived that methane gas could be collected efficiently by accumulating state-containing men-containing suspended matter, vaporizing it in a pressurized tube, and transporting it to the sea surface where there was no dissolution in the sea. is there.

本発明は、海底のメタンハイドレート層から分離するメタンガス含有浮遊物を捕集し、簡単な設備で、メタンガスとして採取することができるメタンハイドレート採取装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a methane hydrate collecting apparatus that collects methane gas-containing suspended matter separated from a methane hydrate layer on the seabed and collects it as methane gas with a simple facility.

請求項1の発明は、浮体上に積載され海底のメタンハイドレート層からメタンガスを採取するのに用いるメタンハイドレート採取装置であって、前記メタンハイドレート層から分離した、メタンハイドレートの粒もしくはハイドレートの固体皮膜で覆われたメタンガス気泡であるメタンガス含有浮遊物を捕捉収気する捕捉収気ユニットと、前記捕捉収気ユニットに接続され前記捕捉収気ユニットにより収気された前記メタンガス含有浮遊物を、海面に向けて案内しつつ上昇させながら、メタンガスに変化させ、それをユニット内上側部分に収集する案内収集ユニットと、前記案内収集ユニットに接続され前記ユニット内上側部分に収気されるメタンガスを回収し、前記浮体上の貯留ボンベに充填するガス充填設備とを備え、前記捕捉収気ユニットが、前記メタンガス含有浮遊物を捕捉収気するロート部材と、前記ロート部材を相対移動可能に貫通し掘削ビットが下端に設けられるとともに内部が前記ロート部材内と連通している掘削管とを有し、前記掘削管の内部が前記ユニット内上側部分と連通し、前記掘削ビットは、前記掘削管の内部に連通する中空部と、前記中空部を外部に開放する第1開口とを有し、前記掘削管は、前記ロート部材内部を前記ユニット内上側部分に連通する第2開口を有する上側部分と、加熱手段が設けられた下側部分とを有し、前記掘削管には、前記掘削管内の海水を前記第1開口を通じて吐出させるアクチュエータが設けられているしていることを特徴とする。 The invention of claim 1 is a methane hydrate collecting device used for collecting methane gas from a methane hydrate layer on the seabed loaded on a floating body, wherein the methane hydrate particles separated from the methane hydrate layer or A trapping and collecting unit that traps and collects methane gas-containing suspended solids that are methane gas bubbles covered with a solid film of hydrate, and the methane gas-containing floating that is connected to the trapping and collecting unit and is collected by the trapping and collecting unit As the object is raised while being guided toward the sea surface, it is changed to methane gas and collected in the upper part of the unit, and is collected in the upper part of the unit connected to the guide collection unit. A gas filling facility for collecting methane gas and filling a storage cylinder on the floating body; A funnel member that captures and collects the suspended matter containing methane gas, and a drilling pipe that penetrates the funnel member so as to be relatively movable, a drilling bit is provided at a lower end, and an interior communicates with the funnel member. And the inside of the excavation pipe communicates with the upper part in the unit, and the excavation bit has a hollow part communicating with the inside of the excavation pipe and a first opening that opens the hollow part to the outside. The excavation pipe has an upper part having a second opening that communicates the inside of the funnel member with the upper part of the unit, and a lower part provided with heating means, and the excavation pipe includes the excavation pipe An actuator for discharging seawater in the pipe through the first opening is provided.

このようにすれば、メタンプルームが生じしている海底付近に捕捉収気ユニットを降下させることで、海底表面付近に存在しているメタンハドレート層から分離したメタンガス含有浮遊物(メタンハイドレートの粒もしくはハイドレートの固体皮膜で覆われたメタンガス気泡)がロート部材にて捕捉されて収気され、掘削管の内部を経て、案内収集ユニットによって案内されながら、海面に向けて上昇させられる。この上昇により、メタンガスに変化して、ユニット内上側部分に収集される。この収集されたメタンガスを、ガス充填設備にて回収し、浮体上の、運搬が容易な貯留ボンベに充填することができる。   In this way, suspended traps (methane hydrate containing methane hydrate) separated from the methane hydrate layer existing near the bottom of the ocean floor by lowering the trapped aeration unit near the ocean floor where the methane plume is generated. Methane gas bubbles covered with a solid film of particles or hydrate) are trapped by the funnel member and collected, and are raised toward the sea surface through the inside of the excavation pipe while being guided by the guide collecting unit. By this rise, it is changed to methane gas and collected in the upper part of the unit. The collected methane gas can be collected by a gas filling facility and filled in a storage cylinder on the floating body that can be easily transported.

メタンハイドレート層から分離するメタンガス含有浮遊物が少ない場合には、ロート部材を持ち上げ、掘削ビットを上下させながら掘削作業を行い、メタンハイドレート層を積極的に露出させ、分離を促進させることができる。
また、メタンハイドレート層からのメタンガス含有浮遊物の分離量が少ない場合などにおいて、掘削管(下側部分)内の海水を加熱手段にて温めて、アクチェエータにより第1開口を通じて吐出させることで、メタンハイドレート層からのメタンガス含有浮遊物の分離を促進することができる。これにより、メタンガスの回収効率を高めることができる。なお、アクチェエータは、加熱手段を作動させることなく、前記第1開口を通じて海水を吐出させることもでき、この場合でも、メタンハイドレート層からのメタンガス含有浮遊物の分離をある程度促進できる。
When there are few methane gas-containing suspended solids to be separated from the methane hydrate layer, it is possible to lift the funnel member and perform excavation work while raising and lowering the excavation bit to actively expose the methane hydrate layer and promote separation. it can.
In addition, when the amount of methane gas-containing suspended matter separated from the methane hydrate layer is small, the seawater in the excavation pipe (lower part) is warmed by the heating means and discharged through the first opening by the actuator. Separation of methane gas-containing suspended solids from the methane hydrate layer can be facilitated. Thereby, the collection | recovery efficiency of methane gas can be improved. The actuator can also discharge seawater through the first opening without operating the heating means, and even in this case, the separation of the methane gas-containing suspended matter from the methane hydrate layer can be promoted to some extent.

請求項2に記載のように、前記ロート部材は、前記掘削管の内部と連通し前記メタンガス含有浮遊物を収気する収気ロートと、前記収気ロートの外側に設けられ前記収気ロートを支持する支持枠と、前記支持枠に取り付けられ前記収気ロート外周囲に配置される複数の推進器及び複数のカメラとを有する、ことが望ましい。   According to a second aspect of the present invention, the funnel member communicates with the inside of the excavating pipe and collects the methane gas-containing suspended matter, and the funnel member is provided outside the collecting funnel. It is desirable to have a support frame to support, and a plurality of propulsion devices and a plurality of cameras that are attached to the support frame and disposed around the outside of the collection funnel.

このようにすれば、海底においてカメラにより、例えばメタンプルームが観測されると、推進器を作動させてそのメタンプルームの発生部位まで、メタンガス含有浮遊物を捕捉できるように収気ロートを移動させることで、メタンガス含有浮遊物を収気することができる。つまり、メタンガス含有浮遊物は海面に向かって上昇するので、前記発生部位の上方に収気ロートを持って行くことで、メタンガス含有浮遊物を簡単に収気できる。   In this way, when a methane plume is observed by a camera on the seabed, for example, the propellant is operated to move the collection funnel to the methane plume generation site so that the suspended matter containing methane gas can be captured. Thus, the suspended matter containing methane gas can be collected. That is, since the methane gas-containing suspended matter rises toward the sea surface, the methane gas-containing suspended matter can be easily collected by bringing the collecting funnel above the generation site.

請求項3に記載のように、前記案内収集ユニットは、同軸状に配置される複数の筒状体が前記筒状体の軸線方向において相対変位可能に結合されているテレスコピック構造体を備え、さらに、前記テレスコピック構造体の下端部に前記掘削管が前記筒状体の軸線方向に相対変位可能に結合されている、構造とすることができる。   According to a third aspect of the present invention, the guide collecting unit includes a telescopic structure in which a plurality of cylindrical bodies arranged coaxially are coupled so as to be relatively displaceable in an axial direction of the cylindrical body, The excavation pipe is coupled to the lower end portion of the telescopic structure so as to be capable of relative displacement in the axial direction of the cylindrical body.

このようにすれば、採取時には、深度に応じて、所望の長さとし、メタンガス含有浮遊物が海面に向かって上昇する筒状の経路とすることができる。また、非採取時等においては、複数の筒状体の一部又は全部を重積状態として、コンパクトにすることができる。   If it does in this way, it can be set as the desired length according to the depth at the time of collection, and it can be set as the cylindrical path | route where a methane-gas containing floating material rises toward the sea surface. Further, at the time of non-collection or the like, a part or all of the plurality of cylindrical bodies can be stacked to be compact.

請求項4に記載のように、前記掘削ビットは、前記掘削管の内部に連通する中空部と、前記中空部を外部に開放する第1開口とを有し、前記掘削管は、前記収気ロート内部を前記ユニット内上側部分に連通する第2開口を有する上側部分と、加熱手段が設けられた下側部分とを有し、前記掘削管には、前記掘削管内の海水を前記第1開口を通じて吐出させるアクチュエータが設けられている、構造とすることが望ましい。   5. The drill bit according to claim 4, wherein the drill bit includes a hollow portion communicating with the inside of the drill pipe and a first opening that opens the hollow portion to the outside. An upper portion having a second opening that communicates the inside of the funnel with the upper portion in the unit, and a lower portion provided with a heating means, and the seawater in the excavation pipe is passed through the first opening to the excavation pipe It is desirable to have a structure in which an actuator that discharges through is provided.

このようにすれば、メタンハドレート層からのメタンガス含有浮遊物の分離量が少ない場合などにおいて、掘削管(下側部分)内の海水を加熱手段にて温めて、アクチェエータにより第1開口を通じて吐出させることで、メタンハドレート層からのメタンガス含有浮遊物の分離を促進することができる。これにより、メタンガスの回収効率を高めることができる。なお、アクチェエータは、加熱手段を作動させることなく、前記第1開口を通じて海水を吐出させることもでき、この場合でも、メタンハドレート層からのメタンガス含有浮遊物の分離をある程度促進できる。   In this way, when the amount of suspended matter containing methane gas from the methane hydrate layer is small, the seawater in the excavation pipe (lower part) is warmed by the heating means and discharged through the first opening by the actuator. By doing so, separation of the methane gas-containing suspended matter from the methane hydrate layer can be promoted. Thereby, the collection | recovery efficiency of methane gas can be improved. The actuator can also discharge seawater through the first opening without operating the heating means, and even in this case, the separation of the methane gas-containing suspended matter from the methane hydrate layer can be promoted to some extent.

請求項5に記載のように、浮体上に積載され海底のメタンハイドレート層からメタンガスを採取するのに用いるメタンハイドレート採取装置であって、前記メタンハイドレート層から分離した、メタンハイドレートの粒もしくはハイドレートの固体皮膜で覆われたメタンガス気泡であるメタンガス含有浮遊物を捕捉収気する捕捉収気ユニットと、 前記捕捉収気ユニットに接続され前記捕捉収気ユニットにより収気された前記メタンガス含有浮遊物を、海面に向けて案内しつつ上昇させながら、メタンガスに変化させ、それをユニット内上側部分に収集する案内収集ユニットと、前記案内収集ユニットに接続され前記ユニット内上側部分に収気されるメタンガスを回収し、前記浮体上の貯留ボンベに充填するガス充填設備とを備え、前記捕捉収気ユニットが、前記メタンガス含有浮遊物を捕捉収気するロート部材と、前記ロート部材を相対移動可能に貫通し掘削ビットが下端に設けられるとともに内部が前記ロート部材内と連通している掘削管とを有し、前記掘削管の内部が前記ユニット内上側部分と連通し、前記案内収集ユニットは、同軸状に配置される複数の筒状体が前記筒状体の軸線方向において相対変位可能に結合されているテレスコピック構造体を備え、さらに、前記テレスコピック構造体の下端部に前記掘削管が前記筒状体の軸線方向に相対変位可能に結合され、前記テレスコピック構造体は、上端部を閉塞する閉塞部材が設けられ、前記閉塞部材の下側部分が前記メタンガスを収集する前記ユニット内上側部分とされ、前記閉塞部材には、前記メタンガスを回収する高圧ホースの一端部が接続されていることを特徴とする。 A methane hydrate collecting device used for collecting methane gas from a methane hydrate layer on the seabed loaded on a floating body as claimed in claim 5, wherein the methane hydrate is separated from the methane hydrate layer. A trapping and collecting unit for trapping and collecting methane gas-containing suspended matter that is a methane gas bubble covered with a solid film of particles or hydrate; and the methane gas connected to the trapping and collecting unit and collected by the trapping and collecting unit The contained suspended matter is raised while being guided toward the sea surface, and is converted into methane gas, and the methane gas is collected in the upper part of the unit, and is collected in the upper part of the unit connected to the guide collection unit. A gas filling facility for collecting methane gas to be collected and filling a storage cylinder on the floating body, A funnel member that captures and collects the methane gas-containing suspended matter, a drilling pipe that penetrates the funnel member so as to be relatively movable, a drilling bit is provided at a lower end, and an interior communicates with the funnel member; And the inside of the excavating pipe communicates with the upper part in the unit, and the guide collecting unit is coupled so that a plurality of cylindrical bodies arranged coaxially can be relatively displaced in the axial direction of the cylindrical body. A telescopic structure, and the excavation pipe is coupled to a lower end portion of the telescopic structure so as to be relatively displaceable in an axial direction of the cylindrical body, and the telescopic structure closes the upper end portion. A member is provided, and the lower part of the closing member is an upper part in the unit that collects the methane gas, and the closing member has a high height for collecting the methane gas. Wherein the one end of the hose is connected.

このようにすれば、メタンハイドレート層からのメタンガス含有浮遊物の分離量が少ない場合などにおいて、掘削管(下側部分)内の海水を加熱手段にて温めて、アクチェエータにより第1開口を通じて吐出させることで、メタンハイドレート層からのメタンガス含有浮遊物の分離を促進することができる。これにより、メタンガスの回収効率を高めることができる。特に、案内収集ユニットのユニット内上側部分内に収集されるメタンガスは、滞留量の増加により圧力が高まるので、その圧力の高まりを利用して高圧ホースを通じて、二以上の貯留ボンベに回収することができる。 In this way, when the amount of suspended matter containing methane gas from the methane hydrate layer is small, the seawater in the excavation pipe (lower part) is warmed by the heating means and discharged through the first opening by the actuator. By doing so, the separation of the methane gas-containing suspended matter from the methane hydrate layer can be promoted. Thereby, the collection | recovery efficiency of methane gas can be improved. In particular, since the pressure of methane gas collected in the upper part of the guide collection unit increases due to an increase in the amount of residence, it can be recovered to two or more storage cylinders through high-pressure hoses using the increased pressure. it can.

請求項6に記載のように、前記ガス充填設備は、前記高圧ホースの他端部が接続され前記メタンガスを第1設定圧で保持する調圧タンクと、前記メタンガスが第1設定圧より高い第2設定圧で充填される貯留ボンベと、前記調圧タンクに接続され前記調圧タンク内が第1設定圧を超えると前記調圧タンク内のメタンガスを第2設定圧でもって前記貯留ボンベに充填するコンプレッサーと、前記調圧タンクと前記貯留ボンベとの間に設けられ前記調圧タンク内が第1設定圧以下になると前記貯留ボンベのメタンガスを前記調圧タンクに開放する調圧バルブとを備える、構成とすることが望ましい。   According to a sixth aspect of the present invention, the gas filling facility includes a pressure control tank that is connected to the other end of the high pressure hose and holds the methane gas at a first set pressure, and a methane gas that is higher than the first set pressure. A storage cylinder filled with two set pressures, and when the inside of the pressure adjustment tank exceeds the first set pressure, the methane gas in the pressure adjustment tank is filled into the storage cylinder with a second set pressure. And a pressure regulating valve that is provided between the pressure regulating tank and the storage cylinder and opens the methane gas in the storage cylinder to the pressure regulating tank when the pressure inside the pressure regulating tank becomes equal to or lower than a first set pressure. It is desirable to have a configuration.

このようにすれば、ユニット内上側部分が、内圧が第1設定圧である調圧タンクと接続されているので、前記ユニット内上側部分のメタンガスの圧力が第1設定圧を超えると、余剰メタンガスが調圧タンク側に流れるので、前記調圧タンクの内圧が第1設定圧を超えないようにコンプレッサーを用いて、第1設定圧の余剰メタンガスが第2設定圧まで圧力を高められて充填ボンベに充填される。第1設定圧のメタンガスをさらに圧力を高めて第2設定圧として貯留ボンベに貯留保存するので、メタンガスの容積を大幅に小さくでき、輸送に有利となる。   In this way, since the upper part in the unit is connected to the pressure-regulating tank whose internal pressure is the first set pressure, if the pressure of the methane gas in the upper part in the unit exceeds the first set pressure, excess methane gas Flows to the pressure adjustment tank side, so that the excess methane gas at the first set pressure is increased to the second set pressure by using a compressor so that the internal pressure of the pressure adjustment tank does not exceed the first set pressure. Filled. Since the methane gas at the first set pressure is further increased and stored in the storage cylinder as the second set pressure, the volume of the methane gas can be greatly reduced, which is advantageous for transportation.

請求項7に記載のように、前記浮体は、開口部を有する作業船で、前記捕捉収気ユニット及び案内収集ユニットは、吊り下げ手段にて、前記開口部を通じて、前記作業船に対し昇降可能に吊り下げられている、構成とすることができる。   The floating body is a work ship having an opening, and the trapping and collecting unit and the guide collecting unit can be lifted and lowered with respect to the work ship through the opening by a suspension means. It can be set as the structure suspended by.

このようにすれば、移動時などにおいては、作業船上に前記捕捉収気ユニット及び案内収集ユニットを吊り上げることができるので、海上移動を容易に行うことができる。なお、緊急避難時などにおいて吊り下げ状態で移動することも可能である。   In this way, when moving, the captured air collecting unit and the guide collecting unit can be lifted on the work boat, so that the sea movement can be easily performed. It is also possible to move in a suspended state during an emergency evacuation.

本発明は、海底表面付近に存在しているメタンハイドレート層から分離したメタンガス含有浮遊物が捕捉収気ユニットのロート部材にて捕捉収気し、案内収集ユニットによって、海面に向けて案内しつつ上昇させる際に、メタンガスに変化するので、それを回収することで、メタンハイドレート層から分離したメタンガス含有浮遊物を、メタンガスとして比較的簡単に回収することができる。特に、メタンハイドレート層から分離したメタンガス含有浮遊物(メタンプルームとなっている)を回収するようにしているので、採取するための設備が簡単になる。 In the present invention, suspended solids containing methane gas separated from a methane hydrate layer existing near the surface of the sea bottom are trapped and collected by the funnel member of the trapping and collecting unit, and are guided toward the sea surface by the guide collecting unit. When it is raised, it changes to methane gas, and by collecting it, the methane gas-containing suspended matter separated from the methane hydrate layer can be recovered relatively easily as methane gas. In particular, since the methane gas-containing suspended matter (which is a methane plume) separated from the methane hydrate layer is collected, the facility for collecting is simplified.

本発明に係るメタンハイドレート採取装置を搭載した作業船の側面図である。It is a side view of the work ship carrying the methane hydrate sampling device concerning the present invention. 同平面図である。It is the same top view. 捕集収気ユニット及び案内収集ユニットを作業船上に引き上げた状態での正面図である。It is a front view in the state where the collection air collection unit and the guidance collection unit were pulled up on the work boat. 同側面図である。It is the same side view. 捕集収気ユニット及び案内収集ユニットを示す正面図である。It is a front view which shows a collection air collection unit and a guidance collection unit. (a)は案内収集ユニットの上部の詳細図、(b)は捕捉収気ユニット付近の拡大図である。(A) is a detailed view of the upper part of the guide collecting unit, and (b) is an enlarged view of the vicinity of the trapping and collecting unit. ロート部材を示し、(a)は正面図、(b)は平面図である。A funnel member is shown, (a) is a front view, (b) is a top view. 掘削管を示し、(a)は全体図、(b)は下側部分の拡大図である。A drilling pipe is shown, (a) is a general view, (b) is an enlarged view of a lower part. 調圧タンク、貯留ボンベなどのガス充填設備の説明図である。It is explanatory drawing of gas filling equipment, such as a pressure regulation tank and a storage cylinder. メタンハイドレート採取装置全体の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of the whole methane hydrate sampling device. (a)(b)はそれぞれ掘削管の動作説明図である。(A) and (b) are operation | movement explanatory drawings of an excavation pipe, respectively. 図10のA部拡大図である。It is the A section enlarged view of FIG. 図10のB部拡大図である。It is the B section enlarged view of FIG. 図10のC部拡大図である。It is the C section enlarged view of FIG. 図10のD部拡大図である。It is the D section enlarged view of FIG.

以下、本発明の実施の形態を図面に沿って説明する。
(全体構成)
図1は本発明に係るメタンハイドレート採取装置を搭載した作業船の側面図、(b)は同平面図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(overall structure)
FIG. 1 is a side view of a work ship equipped with a methane hydrate sampling apparatus according to the present invention, and FIG.

図1及び図2に示すように、1はメタンハイドレートをメタンガスとして採取するのに用いるメタンハイドレート採取装置であって、作業船2(浮体)に搭載されて使用されるようになっている。例えば、魚群探知機、マルチビームソナーなどにてメタンプルームが検出されると、その付近にメタンハイドレート層があると推測されるので、その海域に作業船2が移動して、メタンガス含有浮遊物(したがってメタンガス)の採取を行うことになる。   As shown in FIGS. 1 and 2, reference numeral 1 denotes a methane hydrate collecting device used for collecting methane hydrate as methane gas, which is used by being mounted on a work ship 2 (floating body). . For example, when a methane plume is detected by a fish detector, multi-beam sonar, etc., it is assumed that there is a methane hydrate layer in the vicinity, so the work ship 2 moves to the sea area and floats containing methane gas (Thus, methane gas) will be collected.

この装置1は、大きく分けて、捕捉収気ユニット3、案内収集ユニット4、ガス充填設備5という3つの要素を備える。   The apparatus 1 is roughly divided into three elements: a trapping and collecting unit 3, a guide collecting unit 4, and a gas filling facility 5.

作業船2は、中央の櫓2a下に開口部2bを有し、捕捉収気ユニット3及び案内収集ユニット4を、開口部2bを通じて、タワー6に対し4本のワイヤー7にて吊り下げている。ワイヤー巻き上げウインチ8を作動させて、ワイヤー7を巻き取ったり繰り出したりして、捕捉収気ユニット3及び案内収集ユニット4を昇降するようになっている。移動持には、図3及び図4に示すように、案内収集ユニット4(テレスコピック構造体)がタワー6に沿って引き上げられ、櫓2a下に捕捉収気ユニット3が収納されるようにできる。この状態で作業船2の船底は、仕切板(図示せず)にて閉塞される。   The work boat 2 has an opening 2b under the central ridge 2a, and the trapping air collecting unit 3 and the guide collecting unit 4 are suspended from the tower 6 by four wires 7 through the opening 2b. . The wire winding winch 8 is actuated to wind or unwind the wire 7 to raise and lower the capture air collecting unit 3 and the guide collecting unit 4. As shown in FIGS. 3 and 4, the guide collecting unit 4 (telescopic structure) is pulled up along the tower 6 and the trapped air collecting unit 3 can be stored under the tub 2a. In this state, the bottom of the work boat 2 is closed by a partition plate (not shown).

図5及び図6に示すように、捕捉収気ユニット3は案内収集ユニット4の下端に接続され、捕捉収気ユニット3にて捕捉収気されたメタンガス含有浮遊物は、案内収集ユニット4によって案内されながら、案内収集ユニット4(テレスコピック構造体)内を海面に向かって上昇せしめられ、最終的にメタンガスとして収集される。
(捕捉収気ユニット3)
捕捉収気ユニット3は、メタンハイドレート層から分離した、メタンガス含有浮遊物(メタンハイドレートの粒もしくはハイドレートの固体皮膜で覆われたメタンガス気泡)を捕捉収気するものである。
As shown in FIGS. 5 and 6, the trapping and collecting unit 3 is connected to the lower end of the guide and collecting unit 4, and the methane gas-containing suspended matter trapped and collected by the trapping and collecting unit 3 is guided by the guide and collecting unit 4. However, the inside of the guide collection unit 4 (telescopic structure) is raised toward the sea surface, and finally collected as methane gas.
(Capture air collection unit 3)
The trapping and collecting unit 3 traps and collects methane gas-containing suspended matter (methane gas bubbles covered with methane hydrate grains or hydrate solid film) separated from the methane hydrate layer.

捕捉収気ユニット3は、図6(b)に示すように前記メタンガス含有浮遊物を捕捉収気するロート部材11と、ロート部材11の中央部を相対移動可能に貫通する掘削管12とを有する。   As shown in FIG. 6 (b), the trapping and collecting unit 3 includes a funnel member 11 that traps and collects the methane gas-containing suspended matter, and an excavation pipe 12 that penetrates the central portion of the funnel member 11 so as to be relatively movable. .

ロート部材11は、図7(a)(b)に示すように、掘削管12の内部と連通し前記メタンガス含有浮遊物を収気する収気ロート11Aを有する。この収気ロート11Aは、円錐状部11Aaと筒状部11Abとを有する漏斗形状である。この収気ロート11Aの外側に前記漏斗形状に対応する形状を有し収気ロート11Aを支持する支持枠11Bが一体に設けられている。そして、この支持枠11Bの上部周囲には、複数のカメラ13及び複数の推進器14が周方向において交互に4つずつ設けられている。   As shown in FIGS. 7A and 7B, the funnel member 11 has an air collecting funnel 11 </ b> A that communicates with the inside of the excavating pipe 12 and collects the methane gas-containing suspended matter. The air collecting funnel 11A has a funnel shape having a conical portion 11Aa and a cylindrical portion 11Ab. A support frame 11B having a shape corresponding to the funnel shape is integrally provided outside the air collecting funnel 11A to support the air collecting funnel 11A. A plurality of cameras 13 and a plurality of propulsion devices 14 are alternately provided in the circumferential direction around the upper periphery of the support frame 11B.

掘削管12は、図8(a)(b)に示すように、収気ロート11A内部を、案内収集ユニット4のユニット内上側部分Pに連通する第2開口12Aaを有する上側部分12Aと、加熱手段であるケーブルヒーター15が密に巻き付けられた下側部分12Bとを有する。第2開口12Aaは長孔形状で、上側部分12Aの上半分において管長手方向に沿って多数の第2開口12Aaが規則的に設けられている、このケーブルヒーター15は、内部の海水を加熱して温水(例えば、40〜50℃)とすることができる。   As shown in FIGS. 8A and 8B, the excavation pipe 12 is heated with an upper portion 12A having a second opening 12Aa that communicates the inside of the air collecting funnel 11A with the upper portion P in the unit of the guide collection unit 4. A cable heater 15 as a means has a lower portion 12B wound tightly. The second opening 12Aa has a long hole shape, and a number of second openings 12Aa are regularly provided along the longitudinal direction of the pipe in the upper half of the upper portion 12A. The cable heater 15 heats the seawater inside. And warm water (for example, 40 to 50 ° C.).

下側部分12Bは上側部分12Aより小径であるので、下側部分12Bの上部がラッパ形状とされ、このラッパ形状の上端に上側部分12Aの下端が接続されている。   Since the lower portion 12B has a smaller diameter than the upper portion 12A, the upper portion of the lower portion 12B has a trumpet shape, and the lower end of the upper portion 12A is connected to the upper end of the trumpet shape.

第2開口12Aaは、収気ロート11A内部を、掘削管12の内部に連通するので、収気ロート11Aにて収気されたメタンガス含有浮遊物が収気ロート11A内から案内収集ユニット4内へと流す流出口として機能するようになっている。この掘削管12の内部が、案内収集ユニット4の内部に連通しているので、ユニット内上側部分Pとも連通している。   The second opening 12Aa communicates the inside of the collecting funnel 11A with the inside of the excavating pipe 12, so that the methane gas-containing suspended matter collected in the collecting funnel 11A enters the collecting and collecting unit 4 from the collecting funnel 11A. It is designed to function as an outflow port. Since the inside of the excavation pipe 12 communicates with the inside of the guide collection unit 4, it communicates with the upper part P in the unit.

そして、この掘削管12の下端には掘削ビット12Cを備える。掘削ビット12Cは、掘削管12の内部に連通する中空部を外部に開放する第1開口12Caとを有する。第1開口12Caは、掘削ビット12Cの下端(先端)付近において周方向に一定間隔で形成されている。   A drill bit 12C is provided at the lower end of the drill pipe 12. The excavation bit 12 </ b> C has a first opening 12 </ b> Ca that opens a hollow portion communicating with the inside of the excavation pipe 12 to the outside. The first openings 12Ca are formed at regular intervals in the circumferential direction near the lower end (tip) of the excavation bit 12C.

この掘削ビット12Cが設けられる掘削管12(下側部分12B)の下端部内には、掘削管12内の海水を第1開口12Caを通じて吐出させるアクチュエータとしての水中ポンプ16が設けられている。よって、第1開口12Caは、ヒーター15によって加熱された温水(海水)を積極的に吐出できる温水吐出口として機能するようになっている。よって、第1開口12Caより温水を、メタンハイドレート層に対し吐出することで、メタンハイドレート層からメタンガス含有浮遊物を積極的に分離させることができる
また、カメラ13及び推進器14はそれぞれ収気ロート11A外周囲に一定角度間隔で配置されていることになるので、船上においてカメラ13にて撮影される映像をモニタリングしながら、推進器14を適宜駆動させて、所定の方向(メタンハイドレート層があると思われる方向)に移動させることができる。なお、カメラ13及び推進器14に電力を供給する電気ケーブルは、ケーブルヒーター15、水中ポンプ16の電気ケーブルと一緒になって2本の集合ケーブル9として作業船2上まで延びている(図12〜図15参照)。
A submersible pump 16 as an actuator for discharging seawater in the excavation pipe 12 through the first opening 12Ca is provided in a lower end portion of the excavation pipe 12 (lower part 12B) where the excavation bit 12C is provided. Therefore, the first opening 12Ca functions as a hot water discharge port that can positively discharge hot water (seawater) heated by the heater 15. Therefore, by discharging hot water from the first opening 12Ca to the methane hydrate layer, the methane gas-containing suspended matter can be actively separated from the methane hydrate layer. Since the air funnel 11A is arranged around the outer periphery of the air funnel 11A at a predetermined angular interval, the propulsion device 14 is appropriately driven while monitoring the image taken by the camera 13 on the ship, and a predetermined direction (methane hydrate). In the direction in which the layer appears to be). In addition, the electric cable for supplying electric power to the camera 13 and the propulsion device 14 extends to the work ship 2 as two collective cables 9 together with the electric cable of the cable heater 15 and the submersible pump 16 (FIG. 12). To FIG. 15).

このロート部材11(支持枠11B)の上部には、取付具17を介して4本のワイヤー7が連結され、捕捉収気ユニット3及び案内収集ユニット4が海中に投入されると、自重により海底に向かって降下しようとする。そのため、ワイヤー7による吊り下げ長さを調整することによってロート部材11の深度を調整できるようになっている。そして、この部材11の中心を貫通する掘削管12(掘削ビット12C)は、掘削状況に応じて、ロート部材11との相対位置関係を変更できるようになっている。なお、支持枠11Bの上部には、掘削管12の上部に設けられた被係止リング12Abを係止する係止リング11Baが設けられ、掘削管12(掘削ビット12C)が脱落しないようになっている。
(案内収集ユニット4)
案内収集ユニット4は、捕捉収気ユニット3に接続され捕捉収気ユニット3により収気された前記メタンガス含有浮遊物を、海面に向けて案内しつつ上昇させながら、メタンガスに変化させ、それをユニット内上側部分Pに収集するものである。
Four wires 7 are connected to the upper part of the funnel member 11 (support frame 11B) via a fixture 17, and when the trapping air collecting unit 3 and the guide collecting unit 4 are put into the sea, the seabed is caused by its own weight. Try to descend towards. Therefore, the depth of the funnel member 11 can be adjusted by adjusting the suspension length of the wire 7. And the excavation pipe 12 (excavation bit 12C) which penetrates the center of this member 11 can change the relative positional relationship with the funnel member 11 according to an excavation condition. Note that a locking ring 11Ba for locking a locked ring 12Ab provided on the upper portion of the excavation pipe 12 is provided on the upper portion of the support frame 11B, so that the excavation pipe 12 (excavation bit 12C) does not fall off. ing.
(Guidance collection unit 4)
The guide collecting unit 4 is connected to the trapping and collecting unit 3 and changes the methane gas-containing suspended matter collected by the trapping and collecting unit 3 into methane gas while ascending it while guiding it toward the sea surface. It is collected in the inner upper part P.

この案内収集ユニット4は、同軸状に配置される複数の筒状体21A〜21E(例えば、鋼管)が、筒状体21A〜21Eの軸線方向において相対変位可能に結合されているテレスコピック構造体21を有する。このテレスコピック構造体21は、海底まで沈降可能で、収縮最小長は110m程度となる。   The guide collecting unit 4 includes a telescopic structure 21 in which a plurality of cylindrical bodies 21A to 21E (for example, steel pipes) arranged coaxially are coupled so as to be relatively displaceable in the axial direction of the cylindrical bodies 21A to 21E. Have The telescopic structure 21 can sink to the seabed, and the minimum contraction length is about 110 m.

このテレスコピック構造体21は、図5及び図6に示すように、各筒状体21A〜21Eが上端部に被係止リング21Aa〜21Eaを、下端部に係止リング21Ab〜21Ebをそれぞれ有し、ワイヤー7による吊り下げ長さを調整することで、一定長さの伸長状態とすることができる。このテレスコピック構造体21の下端部になる、最小径で最も内側に配置される筒状体21Eの下端部には、掘削管12が筒状体21A〜21Eの軸線方向に相対変位可能に結合されている。   In this telescopic structure 21, as shown in FIGS. 5 and 6, each cylindrical body 21A to 21E has locked rings 21Aa to 21Ea at the upper end and locking rings 21Ab to 21Eb at the lower end, respectively. By adjusting the suspension length of the wire 7, it is possible to obtain a certain length of extended state. The excavation pipe 12 is coupled to the lower end portion of the cylindrical body 21E disposed at the innermost side with the minimum diameter, which is the lower end portion of the telescopic structure 21, so as to be capable of relative displacement in the axial direction of the cylindrical bodies 21A to 21E. ing.

そして、吊り下げられた状態で自重により落下するが、外側に位置する筒状体21A〜21Eの係止リング21Ab〜21Ebに、上側に位置する被係止リング21Aa〜21Eaが係止され、結合状態は解除されないようになっている。   And although it falls by its own weight in the suspended state, the locked rings 21Aa to 21Ea positioned on the upper side are locked to the locking rings 21Ab to 21Eb of the cylindrical bodies 21A to 21E positioned on the outside, and coupled. The state is not released.

また、各筒状体21A〜21Eには、ロート部材11を吊り下げてワイヤ−7が貫通する貫通穴を有するワイヤーガイド21Ac〜21Ecが係止リング21Ab〜21Ebの上側に設けられ、各筒状体21A〜21Eが、伸長状態で倒れないようになっている。   Moreover, wire guide 21Ac-21Ec which has the through-hole which suspends the funnel member 11 and the wire-7 penetrates is provided in each cylindrical body 21A-21E above locking ring 21Ab-21Eb, and each cylindrical shape. The bodies 21A to 21E are prevented from falling down in the extended state.

テレスコピック構造体21の上端部、つまり最大径で最も外側に配置される筒状体21Aの上端部は、閉塞部材22にて閉塞され、この閉塞部材22の下側部分(筒状体の上側部分)がメタンガスを収集するユニット内上側部分Pとされる。つまり、伸長状態のテレスコピック構造体21の各筒状体21A〜21E内をメタンガスは上昇するが、この閉塞部材22よりも上方へは上昇することができず、この部分に収集され、徐々に圧力が高まることになる。なお、閉塞部材22にも、ワイヤ−7が貫通する貫通穴を有するワイヤーガイド22Aが設けられている。   The upper end portion of the telescopic structure 21, that is, the upper end portion of the cylindrical body 21 </ b> A arranged on the outermost side with the maximum diameter is closed by the closing member 22, and the lower portion of this closing member 22 (the upper portion of the cylindrical body) ) Is the upper part P in the unit for collecting methane gas. That is, methane gas rises in the cylindrical bodies 21A to 21E of the telescopic structure 21 in the extended state, but cannot rise upward from the closing member 22 and is collected in this portion, and gradually increases in pressure. Will increase. The closing member 22 is also provided with a wire guide 22A having a through hole through which the wire-7 passes.

閉塞部材22には、メタンガスを回収する高圧ホース23の一端部が接続され、この高圧ホース23を通じて、ユニット内上側部分Pに収集されたメタンガスが回収される。   One end of a high-pressure hose 23 that collects methane gas is connected to the closing member 22, and the methane gas collected in the upper part P in the unit is collected through the high-pressure hose 23.

さらに、最も外側に配置される筒状体の途中は閉塞部材22で閉塞され、その閉塞部材22の中心に、メタンガス回収のための高圧ホース23が接続具を介して接続されている。高圧ホース23から、一定の圧力(例えば5Mpa)を有するメタンガスが供給され、一定水深以下では海水が進入しないようになっている。   Furthermore, the middle of the cylindrical body arranged on the outermost side is closed by a closing member 22, and a high-pressure hose 23 for collecting methane gas is connected to the center of the closing member 22 via a connector. Methane gas having a constant pressure (for example, 5 Mpa) is supplied from the high-pressure hose 23, and seawater does not enter below a certain depth.

そして、メタンハイドレート層から分離し収気ロート11Aに集められたメタンガス含有浮遊物Sがテレスコピック構造体21を通じて上昇し、500m付近でそれらが集合して、メタンガスとなってユニット内上側部分P内に収集され、その圧力が前記一定の圧力を超えると、メタンガスがガス充填設備5の調圧タンク31側に流れ、回収されることになる。
(ガス充填設備5)
ガス充填設備5は、作業船2(浮体)上に載置され、高圧ホース23を通じてユニット内上側部分Pに収集されるメタンガスを回収し、搬送が容易なるように、貯留ボンベ32に高圧充填するものである。
Then, the methane gas-containing suspended matter S separated from the methane hydrate layer and collected in the collection funnel 11A rises through the telescopic structure 21 and gathers around 500 m to form methane gas in the upper part P of the unit. When the pressure exceeds the predetermined pressure, methane gas flows to the pressure regulating tank 31 side of the gas filling facility 5 and is collected.
(Gas filling equipment 5)
The gas filling facility 5 is placed on the work boat 2 (floating body), collects methane gas collected in the upper part P in the unit through the high-pressure hose 23, and fills the storage cylinder 32 with high pressure so that transportation is easy. Is.

ガス充填設備5は、図9に示すように、前記メタンガスを第1設定圧(例えば、5Mpa)で保持する調圧タンク31と、前記メタンガスを第1設定圧より高い第2設定圧(例えば、20Mpa)で充填される複数の貯留ボンベ32とを備える。この調圧タンク31に高圧ホース23の他端部が接続され、ユニット内上側部分P内のメタンガスを第1設定圧でもって加圧するように制御されている。また、調圧タンク31には、調圧タンク31内が第1設定圧を超えると、コンプレッサー33によって調圧タンク31内のメタンガスを調圧バルブ34を介して、第2設定圧でもって貯留ボンベ32に充填させるように制御される。また、調圧タンク31と貯留ボンベ32との間には、調圧タンク31内を第1設定圧の保持する調圧バルブ35が設けられている。貯留ボンベ32は、陸上輸送も可能な大きさとされ、海上だけでなく、陸上でのトラックなどでの輸送も可能である。
(その他)
また、作業船2上には、捕捉収気ユニット3及び案内収集ユニット4のユニット昇降ウインチ42、集合ケーブルウインチ43、高圧ホースウインチ44、櫓昇降ウインチ、圧力コントロールユニット(図示せず)などが設けられている。
As shown in FIG. 9, the gas filling equipment 5 includes a pressure adjusting tank 31 that holds the methane gas at a first set pressure (for example, 5 Mpa), and a second set pressure (for example, higher than the first set pressure). And a plurality of storage cylinders 32 filled with 20 Mpa). The other end of the high-pressure hose 23 is connected to the pressure regulating tank 31 and is controlled so as to pressurize the methane gas in the upper part P in the unit with the first set pressure. Further, when the pressure inside the pressure adjusting tank 31 exceeds the first set pressure, the compressor 33 transfers the methane gas in the pressure adjusted tank 31 via the pressure adjusting valve 34 with the second set pressure. 32 is controlled to be filled. A pressure regulating valve 35 that holds the first set pressure in the pressure regulating tank 31 is provided between the pressure regulating tank 31 and the storage cylinder 32. The storage cylinder 32 is sized to be able to be transported by land, and can be transported not only by sea but also by truck on land.
(Other)
Further, on the work ship 2, a unit lifting winch 42, a collecting cable winch 43, a high pressure hose winch 44, a rod lifting winch, a pressure control unit (not shown), etc. are provided for the trapping and collecting unit 3 and the guide collecting unit 4. It has been.

上記装置によれば、図10及び図11(a)に示すように、まず、捕捉収気ユニット3及び案内収集ユニット4を海中に投入することで、自重によりテレスコピック構造体21を伸長させ、捕捉収気ユニット3を、メタンプルームが生じしている海底(メタンハイドレート層が存在すると考えられる海底)付近まで降下させる。   According to the above apparatus, as shown in FIG. 10 and FIG. 11 (a), first, the telescopic structure 21 is extended by its own weight by capturing the trapping air collecting unit 3 and the guide collecting unit 4 into the sea. The air collecting unit 3 is lowered to the vicinity of the seabed where the methane plume is generated (the seabed where the methane hydrate layer is considered to exist).

メタンハイドレート層から分離するメタンガス含有浮遊物Sが少ない場合には、図11(b)に示すように、ロート部材11を持ち上げ、掘削ビット12Cを上下させながら掘削作業が行われる。このとき、第2開口部12Aaより、海水あるいは温水を吐出させることで、海底面の表面土を吹き飛ばしてメタンハイドレート層を積極的に露出させ、分離を促進させることができる。   When the methane gas-containing suspended matter S separated from the methane hydrate layer is small, excavation work is performed while lifting the funnel member 11 and moving the excavation bit 12C up and down as shown in FIG. At this time, by discharging seawater or warm water from the second opening 12Aa, the surface soil on the bottom of the sea can be blown away to actively expose the methane hydrate layer and promote separation.

特に、その噴出する海水を、ケーブルヒータ−15にて加熱することにより第1開口12Caより温水として噴出させることができるため、メタンハイドレートの表面が氷結状態となっている場合においても、氷の溶解が容易であるため、採取効率を高めることができる。   In particular, since the seawater to be ejected can be ejected as warm water from the first opening 12Ca by heating with the cable heater 15, even when the surface of the methane hydrate is frozen, Since dissolution is easy, the collection efficiency can be increased.

海底面より噴出したメタンプルームを捕捉収気ユニット3にて捕捉して収気すると、収気されたメタン含有浮遊物は海水より比重が小さく、掘削管12の内部を経て、図12に示すように、案内収集ユニット4(テレスコピック構造体21の各筒状体21A〜21E)によって案内されながら、上昇する。そして、図13に示すように、メタンガス含有浮遊物Sが徐々に集約され、図14に示すように、メタンガス含有浮遊物Sが圧縮状態のメタンガスとなり、筒状体21A〜21Eで構成されるユニット内上側部分Pに収集される。このとき、メタンガス含有浮遊物Sを、筒状体21A〜21E内を通じて海面に向かって上昇させるので、メタンガス含有浮遊物Sが海水に分解・拡散することなく、メタンガスの採取が確実となる。   When the methane plume ejected from the bottom of the sea is captured by the trapping and collecting unit 3 and collected, the collected methane-containing suspended matter has a specific gravity smaller than that of seawater and passes through the inside of the excavation pipe 12 as shown in FIG. Then, it is raised while being guided by the guide collecting unit 4 (the respective cylindrical bodies 21A to 21E of the telescopic structure 21). As shown in FIG. 13, the methane gas-containing suspended matter S is gradually aggregated, and as shown in FIG. 14, the methane gas-containing suspended matter S becomes a compressed methane gas, and is a unit composed of cylindrical bodies 21 </ b> A to 21 </ b> E. Collected in the inner upper part P. At this time, since the methane gas-containing suspended matter S is raised toward the sea surface through the cylindrical bodies 21A to 21E, the methane gas is reliably collected without the methane gas-containing suspended matter S being decomposed and diffused into seawater.

また、最も外側で上側に位置する筒状体21Aは、高圧ホース23を介して調圧タンク31に連通し、ユニット内上側部分Pには第1設定圧が作用しているので、メタンガスが第1設定圧になるまで徐々に収集蓄積される。この筒状体21A〜21E内の海水面深度を調整し、メタンプルーム内のメタンガス含有浮遊物Sを筒状体21A〜21E内でガス化させ、メタンガスとしての採取が可能となる。   Further, the outermost cylindrical body 21A communicates with the pressure adjusting tank 31 via the high-pressure hose 23, and the first set pressure is applied to the upper part P in the unit. It is collected and accumulated gradually until it reaches 1 set pressure. The seawater surface depth in the cylindrical bodies 21A to 21E is adjusted, and the methane gas-containing suspended matter S in the methane plume is gasified in the cylindrical bodies 21A to 21E, so that it can be collected as methane gas.

なお、本明細書で使用している用語と表現は、あくまでも説明上のものであって、なんら本発明を限定するものではなく、本発明の技術思想の範囲内で、種々の変形態様が可能であることはいうことはいうまでもない。例えば、前記実施の形態では、作業船に搭載され、掘削可能範囲を広げるために、任意の位置に移動可能としているが、メタンハイドレート相の存在が明らかな場合などにおいて、浮島などの定位置に固定の浮体に設けることも可能である。   Note that the terms and expressions used in this specification are merely for explanation, and do not limit the present invention at all. Various modifications can be made within the scope of the technical idea of the present invention. Needless to say, it is. For example, in the above embodiment, it is mounted on a work boat and can be moved to an arbitrary position in order to widen the excavable range. However, when the existence of the methane hydrate phase is clear, a fixed position such as a floating island It is also possible to provide a fixed floating body.

S メタンガス含有浮遊物
P ユニット内上側部分
1 メタンハイドレート採取装置
2 作業船
2a 櫓
2b 開口部
3 捕捉収気ユニット
4 案内収集ユニット
5 ガス充填設備
6 タワー
7 ワイヤー
8 ワイヤー巻き上げウインチ
11 ロート部材
11A 収気ロート
11Aa 円錐状部
11Ab 筒状部
11B 支持枠
11Ba 係止リング
12 掘削管
12A 上側部分
12Aa 第2開口
12Ab 被係止リング
12B 下側部分
12C 掘削ビット
12Ca 第1開口
13 カメラ
14 推進器
15 ケーブルヒーター
17 取付具
21 テレスコピック構造体
21A〜21E 筒状体
21Aa〜21Ea 被係止リング
21Ab〜21Eb 係止リング
21Ac〜21Ec ワイヤーガイド
22 閉塞部材
22A ワイヤーガイド
23 高圧ホース
31 調圧タンク
32 貯留ボンベ
33 コンプレッサー
34,35 調圧バルブ
42 ユニット昇降インチ
43 集合ケーブルウインチ
44 高圧ホースウインチ
S Methane gas-containing suspended matter P Upper part in unit 1 Methane hydrate sampling device 2 Work ship 2a 櫓 2b Opening 3 Capture air collection unit 4 Guidance collection unit 5 Gas filling equipment 6 Tower 7 Wire 8 Wire hoisting winch 11 Funnel member 11A Air funnel 11Aa Conical part 11Ab Tubular part 11B Support frame 11Ba Locking ring 12 Drilling pipe 12A Upper part 12Aa Second opening 12Ab Locked ring 12B Lower part 12C Drilling bit 12Ca First opening 13 Camera 14 Propeller 15 Cable Heater 17 Mounting tool 21 Telescopic structure 21A-21E Tubular body 21Aa-21Ea Locked ring 21Ab-21Eb Locking ring 21Ac-21Ec Wire guide 22 Closure member 22A Wire guide 23 High-pressure hose 3 Regulating pressure tank 32 storing container 33 compressor 34 pressure regulating valve 42 unit elevating inch 43 collective cable winch 44 high pressure hose winch

Claims (7)

浮体上に積載され海底のメタンハイドレート層からメタンガスを採取するのに用いるメタンハイドレート採取装置であって、
前記メタンハイドレート層から分離した、メタンハイドレートの粒もしくはハイドレートの固体皮膜で覆われたメタンガス気泡であるメタンガス含有浮遊物を捕捉収気する捕捉収気ユニットと、
前記捕捉収気ユニットに接続され前記捕捉収気ユニットにより収気された前記メタンガス含有浮遊物を、海面に向けて案内しつつ上昇させながら、メタンガスに変化させ、それをユニット内上側部分に収集する案内収集ユニットと、
前記案内収集ユニットに接続され前記ユニット内上側部分に収気されるメタンガスを回収し、前記浮体上の貯留ボンベに充填するガス充填設備とを備え、
前記捕捉収気ユニットが、前記メタンガス含有浮遊物を捕捉収気するロート部材と、前記ロート部材を相対移動可能に貫通し掘削ビットが下端に設けられるとともに内部が前記ロート部材内と連通している掘削管とを有し、前記掘削管の内部が前記ユニット内上側部分と連通し、
前記掘削ビットは、前記掘削管の内部に連通する中空部と、前記中空部を外部に開放する第1開口とを有し、
前記掘削管は、前記ロート部材内部を前記ユニット内上側部分に連通する第2開口を有する上側部分と、加熱手段が設けられた下側部分とを有し、
前記掘削管には、前記掘削管内の海水を前記第1開口を通じて吐出させるアクチュエータが設けられていることを特徴とするメタンハイドレート採取装置。
A methane hydrate collector that is loaded on a floating body and used to collect methane gas from the methane hydrate layer on the sea floor,
A trapping and collecting unit for trapping and collecting methane gas-containing suspended solids, which are methane gas bubbles covered with a methane hydrate particle or a hydrate solid film, separated from the methane hydrate layer;
The methane gas-containing suspended matter connected to the trapping and collecting unit and collected by the trapping and collecting unit is changed to methane gas while being raised while guiding it toward the sea surface, and is collected in the upper part of the unit. A guidance collection unit;
A gas filling facility connected to the guide collecting unit for recovering methane gas collected in the upper part of the unit and filling a storage cylinder on the floating body;
The trapping and collecting unit has a funnel member that traps and collects the methane gas-containing suspended matter, and penetrates the funnel member so as to be relatively movable, a drilling bit is provided at the lower end, and the inside communicates with the funnel member A drill pipe, and the inside of the drill pipe communicates with the upper part in the unit,
The excavation bit has a hollow portion communicating with the inside of the excavation pipe, and a first opening that opens the hollow portion to the outside,
The excavation pipe has an upper part having a second opening that communicates the inside of the funnel member with the upper part of the unit, and a lower part provided with heating means,
2. The methane hydrate sampling apparatus according to claim 1, wherein the excavation pipe is provided with an actuator for discharging seawater in the excavation pipe through the first opening.
前記ロート部材は、前記掘削管の内部と連通し前記メタンガス含有浮遊物を収気する収気ロートと、前記収気ロートの外側に設けられ前記収気ロートを支持する支持枠と、前記支持枠に取り付けられ前記収気ロート外周囲に配置される複数の推進器及び複数のカメラとを有する、請求項1記載のメタンハイドレート採取装置。   The funnel member communicates with the inside of the excavation pipe and collects the methane gas-containing suspended matter, a support frame that is provided outside the collection funnel and supports the collection funnel, and the support frame The methane hydrate sampling apparatus according to claim 1, further comprising: a plurality of propulsion devices and a plurality of cameras that are attached to the outer periphery of the air collecting funnel and are disposed on the outer periphery of the collection funnel. 前記案内収集ユニットは、同軸状に配置される複数の筒状体が前記筒状体の軸線方向において相対変位可能に結合されているテレスコピック構造体を備え、
さらに、前記テレスコピック構造体の下端部に前記掘削管が前記筒状体の軸線方向に相対変位可能に結合されている、請求項1又は2記載のメタンハイドレート採取装置。
The guide collection unit includes a telescopic structure in which a plurality of cylindrical bodies arranged coaxially are coupled so as to be relatively displaceable in an axial direction of the cylindrical body,
The methane hydrate sampling apparatus according to claim 1 or 2, wherein the excavation pipe is coupled to the lower end portion of the telescopic structure so as to be relatively displaceable in the axial direction of the cylindrical body.
前記テレスコピック構造体は、上端部を閉塞する閉塞部材が設けられ、前記閉塞部材の下側部分が前記メタンガスを収集する前記ユニット内上側部分とされ、
前記閉塞部材には、前記メタンガスを回収する高圧ホースの一端部が接続されている、請求項3に記載のメタンハイドレート採取装置。
The telescopic structure is provided with a closing member that closes the upper end, and the lower part of the closing member is the upper part in the unit that collects the methane gas,
The methane hydrate sampling apparatus according to claim 3, wherein one end of a high-pressure hose for collecting the methane gas is connected to the closing member.
浮体上に積載され海底のメタンハイドレート層からメタンガスを採取するのに用いるメタンハイドレート採取装置であって、
前記メタンハイドレート層から分離した、メタンハイドレートの粒もしくはハイドレートの固体皮膜で覆われたメタンガス気泡であるメタンガス含有浮遊物を捕捉収気する捕捉収気ユニットと、
前記捕捉収気ユニットに接続され前記捕捉収気ユニットにより収気された前記メタンガス含有浮遊物を、海面に向けて案内しつつ上昇させながら、メタンガスに変化させ、それをユニット内上側部分に収集する案内収集ユニットと、
前記案内収集ユニットに接続され前記ユニット内上側部分に収気されるメタンガスを回収し、前記浮体上の貯留ボンベに充填するガス充填設備とを備え、
前記捕捉収気ユニットが、前記メタンガス含有浮遊物を捕捉収気するロート部材と、前記ロート部材を相対移動可能に貫通し掘削ビットが下端に設けられるとともに内部が前記ロート部材内と連通している掘削管とを有し、前記掘削管の内部が前記ユニット内上側部分と連通し、
前記案内収集ユニットは、同軸状に配置される複数の筒状体が前記筒状体の軸線方向において相対変位可能に結合されているテレスコピック構造体を備え、
さらに、前記テレスコピック構造体の下端部に前記掘削管が前記筒状体の軸線方向に相対変位可能に結合され、
前記テレスコピック構造体は、上端部を閉塞する閉塞部材が設けられ、前記閉塞部材の下側部分が前記メタンガスを収集する前記ユニット内上側部分とされ、
前記閉塞部材には、前記メタンガスを回収する高圧ホースの一端部が接続されていることを特徴とするメタンハイドレート採取装置。
A methane hydrate collector that is loaded on a floating body and used to collect methane gas from the methane hydrate layer on the sea floor,
A trapping and collecting unit for trapping and collecting methane gas-containing suspended solids, which are methane gas bubbles covered with a methane hydrate particle or a hydrate solid film, separated from the methane hydrate layer;
The methane gas-containing suspended matter connected to the trapping and collecting unit and collected by the trapping and collecting unit is changed to methane gas while being raised while guiding it toward the sea surface, and is collected in the upper part of the unit. A guidance collection unit;
A gas filling facility connected to the guide collecting unit for recovering methane gas collected in the upper part of the unit and filling a storage cylinder on the floating body;
The trapping and collecting unit has a funnel member that traps and collects the methane gas-containing suspended matter, and penetrates the funnel member so as to be relatively movable, a drilling bit is provided at the lower end, and the inside communicates with the funnel member A drill pipe, and the inside of the drill pipe communicates with the upper part in the unit,
The guide collection unit includes a telescopic structure in which a plurality of cylindrical bodies arranged coaxially are coupled so as to be relatively displaceable in an axial direction of the cylindrical body,
Furthermore, the excavation pipe is coupled to the lower end portion of the telescopic structure so as to be relatively displaceable in the axial direction of the cylindrical body,
The telescopic structure is provided with a closing member that closes the upper end, and the lower part of the closing member is the upper part in the unit that collects the methane gas,
One end of a high-pressure hose that collects the methane gas is connected to the closing member.
前記ガス充填設備は、前記高圧ホースの他端部が接続され前記メタンガスを第1設定圧で保持する調圧タンクと、前記メタンガスが第1設定圧より高い第2設定圧で充填される貯留ボンベと、前記調圧タンクに接続され前記調圧タンク内が第1設定圧を超えると前記調圧タンク内のメタンガスを第2設定圧でもって前記貯留ボンベに充填するコンプレッサーと、前記調圧タンクと前記貯留ボンベとの間に設けられ前記調圧タンク内が第1設定圧以下になると前記貯留ボンベのメタンガスを前記調圧タンクに開放する調圧バルブとを備える、請求項4又は5記載のメタンハイドレート採取装置。   The gas filling facility includes a pressure adjusting tank to which the other end of the high-pressure hose is connected to hold the methane gas at a first set pressure, and a storage cylinder in which the methane gas is filled at a second set pressure higher than the first set pressure. A compressor that is connected to the pressure regulating tank and that fills the storage cylinder with methane gas in the pressure regulating tank at a second set pressure when the pressure regulating tank exceeds a first set pressure; and the pressure regulating tank; 6. The methane according to claim 4, further comprising a pressure regulating valve provided between the pressure storage tank and the pressure regulating tank that opens the methane gas of the storage cylinder to the pressure regulating tank when the pressure inside the pressure regulating tank becomes equal to or lower than a first set pressure. Hydrate sampling device. 前記浮体は、開口部を有する作業船で、
前記捕捉収気ユニット及び案内収集ユニットは、吊り下げ手段にて、前記開口部を通じて、前記作業船に対し昇降可能に吊り下げられている、請求項1〜6のいずれか1つに記載のメタンハイドレート採取装置。
The floating body is a work ship having an opening,
The methane according to any one of claims 1 to 6, wherein the trapping air collecting unit and the guide collecting unit are suspended by a suspension means so as to be lifted and lowered with respect to the work ship through the opening. Hydrate sampling device.
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