JP2018059321A - メタン回収装置 - Google Patents

Abstract

【課題】比較的簡易な構成でありながらも、地中のメタンハイドレートを加熱法、Ｈｕｆｆ＆Ｐｕｆｆ法にて適切にガス化し、ガス化したメタンガスを貯留及び運搬の目的で良好に液化する工程を、高いエネルギ効率で実行できるメタン回収装置を提供する。【解決手段】温熱源３０から発生する温熱を保有する第１熱媒を加熱器１１へ導く第１熱媒通流路Ｌ４と、冷却器１２及び放熱器２２の少なくとも一方を通過した第２熱媒をメタンハイドレート層ＬＡ２へ導く第２熱媒通流路Ｃと、メタンハイドレート層ＬＡ２のメタンハイドレートから分離してガス化したメタンの一部を燃料として温熱源３０へ導くと共に、ガス化したメタンの残部を吸熱器２１へ導いて液化するメタン通流路Ｌとを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、地中に存在するメタンハイドレート中のメタンを回収するメタン回収装置に関する。

昨今、日本近海に膨大な量が埋設されていると考えられているメタンハイドレートに関し、当該メタンハイドレート又はメタンハイドレートに含まれるメタンの回収技術の検討が進められている。
メタンハイドレートは、主には、比較的低温で高圧の海底で海底面から数百ｍ下方に形成されるメタンハイドレート層に存在するため、当該メタンハイドレートを分解してメタンを回収する主要な方法としては、メタンハイドレート層を減圧してメタンハイドレートからメタンを分離して回収する減圧法と、メタンハイドレート層を加熱してメタンハイドレートからメタンを分離して回収する加熱法とが知られている。
減圧法は、加熱法に比べてエネルギ効率は良いと考えられているが、メタンハイドレートがメタンと水とに分解する反応は吸熱反応であるため、メタンハイドレート層を減圧してメタンを回収する際に、周囲温度が低下し、メタンが回収できない場合がある。また、メタンハイドレート層は、砂や砂泥等から成る未固結堆積物から構成されるため、採取管を介して減圧ポンプにて減圧する際に、メタンガスと共に砂や砂泥が吸引され、減圧ポンプを停止・故障等させる等の問題がある。
一方、加熱法にあっては、特許文献１に開示されているように、メタンハイドレート層に温熱を保有する熱媒を供給してメタンハイドレートを加熱し、ガス化したメタンを採取管を介して回収する。そして、回収したメタンを液化用コンプレッサ等を有する冷却設備により冷却して、液化して貯留及び運搬する。当該加熱法にあっては、回収時に、メタンハイドレート層を加熱することから、メタンハイドレート層の温度が低下してメタンが回収できなくなるという問題は回避でき、メタンハイドレート層を減圧する必要もないことから、減圧ポンプが砂や砂泥を吸引して発生する故障も回避できるが、投入エネルギに対して、エネルギ回収量が少ない。
減圧法におけるメタンの回収率を向上を目的として、減圧後の地熱回復のために少量の温水圧入、坑井加熱を行う減圧・坑井加熱併用（Ｈｕｆｆ＆Ｐｕｆｆ）法等の生産回収増進法がある。

特開２０００−６１２９３号公報

上述の如く、特許文献１に示される加熱法にあっては、減圧法の問題を回避できる。しかしながら、当該加熱法にあっては、種々の研究により、投入エネルギに対するメタンの回収量が小さいことが知られており、更に、回収したメタンを、貯留及び運搬の観点から、冷却して液化するのにも多くのエネルギを必要とし、トータルとしてのエネルギ効率の改善が望まれていた。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、比較的簡易な構成でありながらも、地中のメタンハイドレートを加熱法、Ｈｕｆｆ＆Ｐｕｆｆ法にて適切にガス化し、ガス化したメタンガスを貯留及び運搬の目的で良好に液化する工程を、高いエネルギ効率で実行できるメタン回収装置を提供する点にある。

上記目的を達成するためのメタン回収装置は、地中のメタンハイドレート層に存在するメタンハイドレート中のメタンを回収するメタン回収装置であって、その特徴構成は、
作動媒体が充填され音波が伝播する音響筒に、前記作動媒体を外部から加熱する加熱器と前記作動媒体を外部から冷却する冷却器と前記加熱器と前記冷却器との間で音波の音響エネルギを増幅する第１再生器とから成る原動機を少なくとも１つ以上設けると共に、前記作動媒体が外部から吸熱する吸熱器と前記作動媒体が外部へ放熱する放熱器と前記吸熱器と前記放熱器との間で音波が音響エネルギを消費する形態で圧縮及び膨張する第２再生器とから成る音響ヒートポンプ部を少なくとも１つ以上設ける熱音響機関を備え、
温熱源から発生する温熱を保有する第１熱媒を前記加熱器へ導く第１熱媒通流路と、
前記冷却器及び前記放熱器の少なくとも一方を通過した第２熱媒を前記メタンハイドレート層へ導く第２熱媒通流路と、
前記メタンハイドレート層の前記メタンハイドレートから分離してガス化した前記メタンの一部を燃料として前記温熱源へ導くと共に、ガス化した前記メタンの残部を前記吸熱器へ導いて液化するメタン通流路とを備える点にある。

以下、まずもって、第２熱媒通流路が、冷却器及び放熱器の双方からメタンハイドレート層へ第２熱媒を導く構成について、作用効果を説明する。
当該構成によれば、熱音響機関の原動機において、例えば海水等の比較的低温の第２熱媒が冷却器に導かれる共に、温熱源から発生する温熱を保有する第１熱媒が加熱器に導かれるから、加熱器と冷却器との間で十分な温度差を発生させ、音響筒に当該温度差から生じる大きい音響エネルギを有する音波を発生させることができる。
一方、熱音響機関の音響ヒートポンプ部において、例えば海水等の比較的低温の第２熱媒がヒートシンクとして放熱器へ供給されると共に、メタンハイドレート層にてメタンハイドレートから分離して回収されたメタンガスが、吸熱器を通流することで、メタンガスを冷却し液化できる。即ち、当該構成にあっては、メタンガスの液化に必要な冷却を、コンプレッサを設けない簡易な構成で、電力を供給することなく実現できる。
更に、第２熱媒通流路は、原動機の冷却器と音響ヒートポンプ部の放熱器とにおいて温熱を回収した第２熱媒をメタンハイドレート層へ導いて、メタンハイドレート層にてメタンハイドレートを良好に加熱し、メタンをガス化して回収できる。
以上より、比較的簡易な構成でありながらも、地中のメタンハイドレートを加熱法にて適切に加熱しつつメタンをガス化し、ガス化したメタンガスを貯留及び運搬の目的で良好に液化する工程を、高いエネルギ効率で実行できるメタン回収装置を実現できる。

因みに、本発明にあっては、温熱源としてはバーナ等の燃焼装置やエンジン等の熱電併給装置を想定しており、メタン通流路を介してメタンハイドレート層からガス化したメタンが燃料として供給される構成を採用している。このような構成においては、メタンハイドレート層からガス化したメタンが温熱源へ供給されるまでの間は、例えば、補助燃料源から温熱源へ燃料を供給する構成を採用する。

尚、これまで説明した作用効果にあっては、第２熱媒通流路において、原動機の冷却器と音響ヒートポンプ部の放熱器との双方からメタンハイドレート層へ第２熱媒を導く構成について説明した。しかしながら、第２熱媒通流路は、第２熱媒を、冷却器と放熱器との少なくとも何れかを通過した第２熱媒をメタンハイドレート層へ導くものであっても構わない。ただし、比較的高温で多くの熱量を有する第２熱媒を、メタンハイドレート層へ導いて、多くのメタンをガス化する観点からは、第２熱媒通流路は、冷却器及び放熱器のうち、少なくとも比較的多くの温熱を回収できる冷却器を通過した後の第２熱媒をメタンハイドレート層へ導く構成を採用することが好ましい。

メタン回収装置の更なる特徴構成は、
前記メタンハイドレート層から流体を吸引する形態で前記メタンハイドレート層を減圧する減圧ポンプを備える点にある。

上記特徴構成によれば、メタンハイドレート層を、第２熱媒を導くことにより加熱できるのに加え、減圧ポンプの吸引作用により減圧することができるから、加熱・減圧の双方の作用により、メタンハイドレート層にてメタンをガス化して、より一層良好に回収することができる。

メタン回収装置の更なる特徴構成は、
前記第２熱媒通流路は、前記冷却器及び前記放熱器の少なくとも一方と前記メタンハイドレート層との間で第２熱媒を循環させる第２熱媒循環路として構成され、
前記第２熱媒循環路は、前記第２熱媒を前記メタンハイドレート層へ導く地中側第２熱媒通流路を通流した後の前記第２熱媒を前記冷却器へ導く冷却器側第２熱媒通流路と、前記地中側第２熱媒通流路を通流した後の前記第２熱媒を前記放熱器へ導く放熱器側第２熱媒通流路とを、並列に備え、
前記メタン通流路にて前記吸熱器を通流する前の前記メタンを圧縮する圧縮機を備え、
前記メタン通流路の前記吸熱器と前記圧縮機との間を通流する前記メタンと、前記放熱器側第２熱媒通流路で前記放熱器を通流した後の前記第２熱媒とを熱交換する第１熱交換器を備える点にある。

上記特徴構成によれば、第２熱媒は、冷却器側第２熱媒通流路と放熱器側第２熱媒通流路との双方に、並列に導かれることとなるから、例えば、直列に導く場合と比較して、冷却器と放熱器との双方へ、メタンハイドレート層から冷熱を回収して比較的低温となった第２熱媒を供給することができる。これにより、原動機にあっては、冷却器と加熱器との温度差を十分に大きくして、大きい音響エネルギの音波を発生でき、音響ヒートポンプ部にあっては、ヒートシンクとして放熱器へ比較的低温の第２熱媒を導くことで、吸熱器に導かれるメタンの温度をより低い温度へ冷却できる。
ここで、メタンを液化するには、大気圧近傍では−１６２℃程度まで冷却する必要があるため、昇圧しつつ冷却することが好ましい。上記特徴構成によれば、メタンハイドレート層にてメタンハイドレートをガス化して得られたメタンは、圧縮機にて圧縮し比較的高圧（例えば、３ＭＰａ以上８ＭＰａ以下）へ昇圧した後、第１熱交換器にて第２熱媒と熱交換する形態で粗熱をとる形態で冷却し、音響ヒートポンプ部の吸熱器にて冷却することで、良好に液化できる。
一方で、第２熱媒放熱器側通流路を通流する第２熱媒は、放熱器にてヒートシンクとして働いて温熱を回収した後、第１熱交換器にて、圧縮機にて昇圧後のメタンの粗熱を回収し、それらの温熱をメタンハイドレート層へ良好に供給できる。

メタン回収装置の更なる特徴構成は、
前記第２熱媒通流路は、前記冷却器及び前記放熱器の少なくとも一方と前記メタンハイドレート層との間で第２熱媒を循環させる第２熱媒循環路として構成され、且つ少なくとも前記冷却器と前記メタンハイドレート層との間で前記第２熱媒を循環するものであり、
前記第１熱媒通流路で前記加熱器を通流した後の前記第１熱媒と、前記第２熱媒循環路において前記冷却器を通流した後で前記メタンハイドレート層へ導かれる前の前記第２熱媒とを熱交換する第２熱交換器を備える点にある。

本発明にあっては、温熱源としてはバーナ等の燃焼装置や、エンジン等の熱電併給装置を想定しており、第１熱媒としては、燃焼装置や熱電併給装置の燃焼排ガスを用いることを想定している。この場合、加熱器を通流した後の第１熱媒は、比較的高温で回収可能な熱を保有している場合が想定される。
そこで、上記特徴構成にあっては、第２熱交換器により、第１熱媒通流路で加熱器を通流した後の第１熱媒と、第２熱媒循環路において冷却器を通流した後でメタンハイドレート層を通流する前の第２熱媒とを熱交換することで、第１熱媒に残存する排熱を第２熱媒にて適切に回収し、メタンハイドレート層にてメタンハイドレートの加熱の用に供することができる。

メタン回収装置の更なる特徴構成は、
前記温熱源が、前記メタンを燃焼して燃焼排ガスを排出する燃焼装置であり、
前記第１熱媒通流路は、前記燃焼排ガスを前記第１熱媒として前記加熱器に通流自在に構成されている点にある。

上記特徴構成によれば、供給する燃焼用空気の酸素濃度等にもよるが、加熱器へ１５００℃以上の高い燃焼排ガスを第１熱媒として供給することができ、原動機の冷却器と加熱器との間にて大きな温度差をとり、大きい音響エネルギを発生できる。

メタン回収装置の更なる特徴構成は、
前記温熱源が、前記メタンを燃料として熱と電力を発生する熱電併給装置であり、
前記第１熱媒通流路は、前記熱電併給装置が発生する熱を保有する前記第１熱媒を前記放熱器に通流自在に構成されている点にある。

上記特徴構成によれば、温熱源として熱電併給装置を備えることで、メタンを燃料として熱のみならず電力を発生することもできるから、当該電力を装置の補機（例えば、メタンを圧縮する圧縮機）に供給することで、装置のトータルでのエネルギ効率をより高めることができる。

本発明の実施形態に係るメタン回収装置の概略構成図 本発明の別実施形態に係るメタン回収装置の概略構成図 本発明の別実施形態に係るメタン回収装置の概略構成図

本発明の実施形態に係るメタン回収装置１００は、比較的簡易な構成でありながらも、地中のメタンハイドレートを加熱法、Ｈｕｆｆ＆Ｐｕｆｆ法にて適切にガス化し、ガス化したメタンガスを貯留及び運搬の目的で良好に液化する工程を、高いエネルギ効率で実行できるものである。

当該実施形態に係るメタン回収装置１００は、図１に示すように、通常、比較的高圧で低温の状態にて形成されるメタンハイドレートからメタンを回収する装置である。メタンハイドレートは、比較的高圧で低温の状態にて形成されるため、シベリア等の特異な環境を除き、通常、水深５００ｍ以上の海底で、海底面ＬＡ１から数百ｍ以上下方に形成されるメタンハイドレート層ＬＡ２に存在する。
当該実施形態に係るメタン回収装置１００は、作動媒体が充填され音波が伝播する音響筒Ｔに、作動媒体を外部から加熱する加熱器１１と作動媒体を外部から冷却する冷却器１２と加熱器１１と冷却器１２との間で音波の音響エネルギを増幅する第１再生器１３とから成る原動機１０を少なくとも１つ以上設けると共に、作動媒体が外部から吸熱する吸熱器２１と作動媒体が外部へ放熱する放熱器２２と吸熱器２１と放熱器２２との間で音波が音響エネルギを消費する形態で圧縮及び膨張する第２再生器２３とから成る音響ヒートポンプ部２０を少なくとも１つ以上設ける熱音響機関６０を備える。
更に、当該実施形態に係るメタン回収装置１００にあっては、燃料及び燃焼用空気を混合して燃焼するバーナ３０（温熱源及び燃焼装置の一例）から発生する温熱を保有する燃焼排ガス（第１熱媒の一例）を加熱器１１へ導く第１熱媒通流路Ｌ４と、冷却器１２及び放熱器２２の少なくとも何れか一方（当該実施形態にあっては、双方）とメタンハイドレート層ＬＡ２との間で第２熱媒（例えば、海水）を循環させる第２熱媒循環路Ｃ（第２熱媒通流路の一例）と、メタンハイドレート層ＬＡ２のメタンハイドレートから分離してガス化したメタンの一部を燃料としてバーナ３０へ導くと共に、ガス化したメタンの残部を吸熱器２１へ導いて液化するメタン通流路Ｌとを備えている。

以下、まず、熱音響機関６０につき、説明を追加する。
熱音響機関６０は、図１に示すように、作動媒体が充填され音波が伝播する第１ループ管Ｔ１と第２ループ管Ｔ２とが連結管にて連結されて構成された音響筒Ｔを備え、当該実施形態においては、第１ループ管Ｔ１に単一の原動機１０が設けられると共に第２ループ管Ｔ２に単一の音響ヒートポンプ部２０が設けられている。

以下、作動媒体を外部から加熱する加熱器１１と作動媒体を外部から冷却する冷却器１２と加熱器１１と冷却器１２との間で音波の音響エネルギを増幅する第１再生器１３とから成る原動機１０について説明を加える。

加熱器１１は、詳細な図示は省略するが、第１熱媒としての燃焼排ガスを通流するジャケット部（図示せず）と、当該ジャケット部から音響筒Ｔの内部に延びるフィン（図示せず）とから成る。加熱器１１は、フィンがジャケット部を通流する燃焼排ガスにて加熱され、当該フィンから音響筒Ｔの内部の作動流体へ温熱を伝導する形態で、作動流体を加熱する。

冷却器１２は、第２熱媒循環路Ｃを循環する第２熱媒を通流するジャケット部（図示せず）と、当該ジャケット部から音響筒Ｔの内部に延びるフィン（図示せず）とから成る。冷却器１２は、フィンがジャケット部を通流する冷却水にて冷却され、当該フィンから音響筒Ｔの内部の作動流体へ冷熱を伝導する形態で、作動流体を冷却する。

加熱器１１と冷却器１２との間に設けられる第１再生器１３は、例えば、音響筒Ｔの筒軸心方向に直交する方向に板面を沿わせた状態で、当該筒軸心方向に沿って複数並べられる薄板状部材（図示せず）から構成されている。
当該薄板状部材は、例えば、厚さが５０μｍ以上１００μｍ以下で、３００枚〜６００枚程度設けられる。当該薄板状部材には、筒軸心方向に沿う方向に貫通する多数の貫通孔（図示せず）が、その直径が２００μｍ〜３００μｍ程度で、設けられる。

作動流体は、音響筒Ｔの内部において、その筒軸心方向で、微小な揺らぎを生じる状態で、存在している。換言すると、作動流体を伝搬する音波は、加熱器１１と冷却器１２との両者間において、一方側から他方側への進行波と、他方側から一方側への進行波とを形成する。
作動流体を伝搬する音波は、冷却器１２から加熱器１１の側への進行波を形成する場合、加熱器１１近傍での第１再生器１３としての薄板状部材の複数の貫通孔を通過するときに当該貫通孔の内壁に接触して加熱されると共に、加熱器１１のフィンにて直接加熱されることで、膨張する。一方、作動流体を伝搬する音波は、加熱器１１から冷却器１２の側への進行波を形成する場合、冷却器１２の近傍での第１再生器１３としての薄板状部材の複数の貫通孔を通過するときに当該貫通孔の内壁に接触して冷却されると共に、冷却器１２のフィンにて直接冷却されることで、収縮する。
これにより、進行波としての音波が自己励起振動を起こし、その音響エネルギが増幅される形態で、熱エネルギが音波の音響エネルギに変換される。

作動媒体は、音波を伝播する気体から構成されている。ここで、第１再生器１３での熱交換が迅速になされることが望ましいため、作動媒体としては、熱拡散係数の高いヘリウム、水素が望ましい。また、発電を目的とする場合には、分子量の高い気体が望ましいため、アルゴン等の気体を混合しても良い。尚、熱的に安定していることから、当該実施形態では、作動媒体としてヘリウムを用いている。

原動機１０にて増幅された音波の音響エネルギは、音響筒Ｔの第１ループ管Ｔ１から第２ループ管Ｔ２の音響ヒートポンプ部２０へ伝搬する。
音響ヒートポンプ部２０は、作動媒体が外部から吸熱する吸熱器２１と作動媒体が外部へ放熱する放熱器２２と吸熱器２１と放熱器２２との間で音波が音響エネルギを消費する形態で圧縮及び膨張する第２再生器２３とから成る。

詳細な図示は省略するが、吸熱器２１は、メタン通流路Ｌにて導かれるメタンを通流するジャケット部（図示せず）と、当該ジャケット部から音響筒Ｔの内部に延びるフィン（図示せず）とから成る。吸熱器２１では、フィンがジャケット部を通流するメタンから吸熱し、音響筒Ｔの内部の作動媒体がフィンから吸熱する。

放熱器２２は、第２熱媒循環路Ｃを循環する第２熱媒を通流するジャケット部（図示せず）と、当該ジャケット部から音響筒Ｔの内部に延びるフィン（図示せず）とから成る。放熱器２２では、音響筒Ｔの内部の作動媒体がフィンに放熱し、当該放熱された熱がジャケット部を通流する第２熱媒へ放熱される形態で、第２熱媒が加熱される。

音響ヒートポンプ部２０では、作動流体を伝搬する音波が、吸熱器２１から放熱器２２の側への進行波を形成する場合に圧縮し、放熱器２２から吸熱器２１の側へ進行波を形成する場合に膨張するように、その吸熱器２１と第２再生器２３と放熱器２２とが音響筒Ｔにおける適切な位置に配置されている。
これにより、作動流体を伝搬する音波が吸熱器２１から放熱器２２の側への進行波を形成する場合、第２再生器２３にて圧縮しながら吸熱して昇温し、放熱器２２にて昇温して高温となった状態で放熱する。これにより、放熱器２２ではジャケット部を通流する第２熱媒が、吸熱器２１のジャケット部を通流するメタンよりも高温の作動媒体と熱交換する形態で加熱される。
一方、作動流体を伝搬する音波が放熱器２２から吸熱器２１の側への進行波を形成する場合、第２再生器２３にて膨張しながら放熱して降温し、吸熱器２１にて降温して低温となった状態で吸熱する。これにより、吸熱器２１ではジャケット部を通流するメタンから、十分に低温となった作動媒体が良好に吸熱することになる。
因みに、上述の如く、第２再生器２３にて圧縮しながら吸熱する工程、及び膨張しながら放熱する工程において、音波の音響エネルギが消費され、音波は減衰するが、音響エネルギは、原動機１０から逐次補充されるので、音響ヒートポンプ部２０のヒートポンプ機能が維持されることとなる。

吸熱器２１と放熱器２２との間に設けられる第２再生器２３は、その形状や材質については、第１再生器１３と変わるところがない。
尚、音響筒Ｔの筒径、筒長さ、形状等は、特に、第１再生器１３及び第２再生器２３の貫通孔の孔径に基づいて、原動機１０の熱エネルギから音響エネルギへの変換効率、音響ヒートポンプ部２０の音響エネルギから熱エネルギへの変換効率が高くなるように、適宜設定される。

メタンハイドレート層ＬＡ２は、海底面ＬＡ１の数百ｍ下方に形成されており、当該メタンハイドレート層ＬＡ２からメタンを回収するには、海底にメタンハイドレート層ＬＡ２まで届くボーリング穴を穿ち、生産井Ｗを形成する。
メタン回収装置１００では、比較的高温の第２熱媒を循環する第２熱媒循環路Ｃが、生産井Ｗを介して、メタンハイドレート層ＬＡ２に敷設され、メタンハイドレート層ＬＡ２に第２熱媒を介して温熱を供給する形態で、メタンハイドレート層ＬＡ２を加熱している。

説明を追加すると、第２熱媒循環路Ｃは、第２熱媒をメタンハイドレート層ＬＡ２へ導く地中側第２熱媒通流路Ｃ１と、当該地中側第２熱媒通流路Ｃ１を通流した後の第２熱媒を冷却器１２へ導く冷却器側第２熱媒通流路Ｃ３と、地中側第２熱媒通流路Ｃ１を通流した後の第２熱媒を放熱器２２へ導く放熱器側第２熱媒通流路Ｃ２とから構成されており、地中側第２熱媒通流路Ｃ１からの戻り第２熱媒は、冷却器側第２熱媒通流路Ｃ３と放熱器側第２熱媒通流路Ｃ２とに、並列に導かれるように構成されている。具体的には、地中側第２熱媒通流路Ｃ１の戻り路は、第２三方流量調整弁Ｖ２を介して、冷却器側第２熱媒通流路Ｃ３の往き路及び放熱器側第２熱媒通流路Ｃ２の往き路に接続されている。また、地中側第２熱媒通流路Ｃ１の往き路は、冷却器側第２熱媒通流路Ｃ３の戻り路及び放熱器側第２熱媒通流路Ｃ２の戻り路に接続されている。図示は省略するが、制御装置は、冷却器１２及び放熱器２２にて第２熱媒が回収する熱量バランスを調整すべく、例えば、冷却器側第２熱媒通流路Ｃ３の戻り路を通流する第２熱媒の温度及び流量と、放熱器側第２熱媒通流路Ｃ２の戻り路を通流する第２熱媒の温度及び流量とに基づいて、第２三方流量調整弁Ｖ２の開度を制御する。
因みに、地中側第２熱媒通流路Ｃ１には、第２熱媒を圧送する第２ポンプＰ２が設けられている。

更に、当該メタン回収装置１００では、メタンハイドレート層ＬＡ２を減圧するべく、生産井Ｗを介して、減圧流路Ｌ５が敷設されており、当該減圧流路Ｌ５にてメタンハイドレート層ＬＡ２から海水（流体の一例）等を吸引する形態でメタンハイドレート層ＬＡ２を減圧する減圧ポンプＰ４を備えている。

メタン通流路Ｌは、生産井Ｗを介して、メタンハイドレート層ＬＡ２に敷設され、メタンハイドレート層ＬＡ２から地上へ導く地中側メタン通流路Ｌ１と、地中側メタン通流路Ｌ１に第１三方流量調整弁Ｖ１を介して接続されると共に地中側メタン通流路Ｌ１からのメタンガスをバーナ３０へ導くバーナ側メタン通流路Ｌ２と、地中側メタン通流路Ｌ１に第１三方流量調整弁Ｖ１を介して接続されると共に地中側メタン通流路Ｌ１からのメタンガスを吸熱器２１へ導く吸熱器側メタン通流路Ｌ３とから構成されている。制御装置（図示せず）は、加熱器１１にて必要な熱量に基づいて算出されるメタンをバーナ側メタン通流路Ｌ２に導き、残りを吸熱器側メタン通流路Ｌ３へ導いて液化するべく、第１三方流量調整弁Ｖ１の開度を制御する。
因みに、図示は省略するが、メタン通流路Ｌは、減圧流路Ｌ５にてメタンハイドレート層ＬＡ２から吸入して回収された海水に含まれるメタンをも回収可能に構成されている。

尚、メタンハイドレート層ＬＡ２からメタンが回収されるまでの間は、天然ガス等の補助燃料がバーナ３０に供給される形態で、バーナ３０の燃焼が維持され、燃焼排ガスが加熱器１１へ導かれる。

更に、メタンの液化を適切に実行すると共に、メタンハイドレート層ＬＡ２へ導かれる第２熱媒をより昇温させるべく、吸熱器側メタン通流路Ｌ３には、吸熱器２１を通流する前のメタンを圧縮して３ＭＰａ以上８ＭＰａ以下程度に昇圧する圧縮機Ｐ３を備えられ、更に、吸熱器側メタン通流路Ｌ３の吸熱器２１と圧縮機Ｐ３との間を通流するメタンと、放熱器側第２熱媒通流路Ｃ２で放熱器２２を通流した後の第２熱媒とを熱交換する第１熱交換器ＥＸ１が設けられている。

更に、メタンハイドレート層ＬＡ２へ導かれる第２熱媒をより昇温させるべく、第１熱媒通流路Ｌ４で加熱器１１を通流した後の燃焼排ガスと、冷却器側第２熱媒通流路Ｃ３において冷却器１２を通流した後で地中側第２熱媒通流路Ｃ１を通流する前（メタンハイドレート層ＬＡ２へ導かれる前）の第２熱媒とを熱交換する第２熱交換器ＥＸ２を備えている。
以上の構成を採用することにより、冷却器１２及び第２熱交換器ＥＸ２で加熱された第２熱媒と、放熱器２２で加熱され第１熱交換器ＥＸ１で加熱された第２熱媒とが、メタンハイドレート層ＬＡ２へ導かれて放熱する形態で、メタンハイドレートからメタンを分解している。更に、分解しガス化したメタンは、圧縮機Ｐ３で昇圧され、昇圧に伴って発生する粗熱を第１熱交換器ＥＸ１で放熱し、吸熱器２１で更に放熱する形態で、例えば、３ＭＰａ以上８ＭＰａ以下で−１６２℃程度まで冷却され、液化される。当該液化されたメタンは、船舶等により運搬される形態で、種々の目的に利用される。

〔別実施形態〕
（１）上記実施形態にあっては、単一の音響筒Ｔを有する熱音響機関６０を示した。しかしながら、熱音響機関６０は、複数の音響筒Ｔを有する構成を採用しても構わない。また、原動機１０及び音響ヒートポンプ部２０も、複数設ける構成を採用しても構わない。

（２）上記実施形態において、第１熱交換器ＥＸ１及び第２熱交換器ＥＸ２を備える構成を例示したが、メタンハイドレート層ＬＡ２へ供給する必要熱量、及び回収したメタンガスの流量によっては、第１熱交換器ＥＸ１及び第２熱交換器ＥＸ２を備えない構成を採用しても構わない。当該構成を採用する場合、圧縮機Ｐ３も省略されることとなる。
また、第１熱交換器ＥＸ１と第２熱交換器ＥＸ２との何れか一方を備えない構成も、本願の権利範囲に含むものである。

（３）放熱器側第２熱媒通流路Ｃ２は、図２に示すように、放熱器２２に第２熱媒を通流しない構成も採用することができる。即ち、放熱器側第２熱媒通流路Ｃ２は、第２熱媒を第１熱交換器ＥＸ１に通流した後に、地中側第２熱媒通流路Ｃ１へ導くものとなる。
当該構成にあっては、冷却塔５５と放熱器２２との間で第３熱媒を循環する第３熱媒循環路Ｃ５を備え、当該第３熱媒が放熱器２２でヒートシンクとして機能する構成を採用することが好ましい。

（４）また、図示は省略するが、第２熱媒循環路Ｃは、第２熱媒を冷却器１２へ通流させない構成も、本願の権利範囲に含むものとする。
当該構成にあっては、熱媒を冷却する冷却塔（図示せず）と冷却器１２との間で熱媒を循環する構成を採用し、冷却器１２へ冷熱を供給して、冷却器１２と加熱器１１との温度差を十分に確保することが好ましい。

（５）温熱源としては、メタンを燃料として熱と電力を発生する熱電併給装置を備える構成を採用しても構わない。
具体的には、図２に示すように、エンジン４０と、当該エンジン４０の回転軸４１に接続される同期発電機４２とが熱電併給装置として設けられ、同期発電機４２の発電電力の周波数を、商用電力系統４４から供給される電力の周波数と同じ周波数に調整可能に構成する。また、当該同期発電機４２には、電圧を調整する自動電圧調整器が備えられており、当該自動電圧調整器により、発電電力の電圧が商用電力系統４４から供給される電力の電圧と同じ電圧に調整される。同期発電機４２と商用電力系統４４との間には、分電盤４３が設けられ、当該分電盤４３からは、メタン回収装置１００の補機（例えば、圧縮機）へ電力が供給されるように構成されている。
また、熱電併給装置として、燃料電池を備える構成も好適に採用可能である。

（６）これまで説明してきた実施形態にあっては、第２熱媒循環路Ｃにて第２熱媒を循環する構成を示したが、別に第２熱媒は循環しない構成を採用しても構わない。
以下、図３に基づいて、別実施形態（６）に係るメタン回収装置１００について説明する。尚、当該別実施形態（６）に係るメタン回収装置１００は、図１で示した実施形態に係るメタン回収装置１００に対して、第２熱媒循環路Ｃに関連する構成が異なるので、以下では、その構成について重点的に説明し、他の構成については、上述の実施形態と同一の符号を付し、その説明を割愛することがある。
当該別実施形態（６）に係るメタン回収装置１００では、図１で示した実施形態に係るメタン回収装置１００の第２熱媒循環路Ｃに替えて、冷却器１２及び放熱器２１の少なくとも一方を通過した海水（流体の一例、第２熱媒の一例）をメタンハイドレート層ＬＡ２へ導く第２熱媒通流路Ｃを備えている。因みに、図３に示す例では、第２熱媒通流路Ｃは、冷却器１２及び放熱器２１の双方を並列に通過した第２熱媒をメタンハイドレート層ＬＡ２へ導くように構成されている。
説明を追加すると、第２熱媒通流路Ｃは、メタンハイドレート層ＬＡ２から海水等を吸引する形態でメタンハイドレート層ＬＡ２を減圧する減圧ポンプＰ４が設けられ、生産井Ｗに敷設される減圧流路Ｌ５と、減圧流路Ｌ５を通流する海水を放熱器２２へ導く放熱器側第２熱媒通流路Ｃ２と、減圧流路Ｌ５を通流する海水を冷却器１２へ導く冷却器側第２熱媒通流路Ｃ３と、放熱器側第２熱媒通流路Ｃ２及び冷却器側第２熱媒通流路Ｃ３を通流した海水をメタンハイドレート層ＬＡ２へ導く地中側第２熱媒通流路Ｃ１とから構成されており、減圧流路Ｌ５からの海水は、冷却器側第２熱媒通流路Ｃ３と放熱器側第２熱媒通流路Ｃ２とに、並列に導かれるように構成されている。具体的には、減圧流路Ｌ５の出口は、第２三方流量調整弁Ｖ２を介して、冷却器側第２熱媒通流路Ｃ３の往き路及び放熱器側第２熱媒通流路Ｃ２の往き路に接続されている。
制御装置（図示せず）は、第２三方流量調整弁Ｖ２の開度を、図１に示す実施形態と同様に制御する。
尚、当該別実施形態（６）にあっては、地中側第２熱媒通流路Ｃ１にてメタンハイドレート層ＬＡ２へ導かれた海水がメタンハイドレート層ＬＡ２へ圧入される形態で、メタンハイドレート層ＬＡ２が加熱される。
また、当該別実施形態（６）にあっても、減圧流路Ｌ５を通流する海水に含まれるメタンは、メタン通流路Ｌ１から回収する構成が採用されている。

（７）上記実施形態に示すメタン回収装置１００においては、メタンハイドレート層ＬＡ２から液体を吸引する形態でメタンハイドレート層ＬＡ２を減圧する減圧ポンプＰ３を備える構成を示した。
しかしながら、当該減圧ポンプＰ３を備えない構成を採用しても構わない。
即ち、第２熱媒による加熱作用のみにより、メタンハイドレート層ＬＡ２からメタンを液化して回収するものも、本願の権利範囲に含むものとする。

尚、上記実施形態（別実施形態を含む、以下同じ）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。

本発明のメタン回収装置は、比較的簡易な構成でありながらも、地中のメタンハイドレートを加熱法、Ｈｕｆｆ＆Ｐｕｆｆ法にて適切にガス化し、ガス化したメタンガスを貯留及び運搬の目的で良好に液化する工程を、高いエネルギ効率で実行できるメタン回収装置として、有効に利用可能である。

１０ ：原動機
１１ ：加熱器
１２ ：冷却器
１３ ：第１再生器
２０ ：音響ヒートポンプ部
２１ ：吸熱器
２２ ：放熱器
２３ ：第２再生器
３０ ：バーナ
４０ ：エンジン
４２ ：同期発電機
６０ ：熱音響機関
１００ ：メタン回収装置
Ｃ ：第２熱媒通流路、第２熱媒循環路
Ｃ１ ：地中側第２熱媒通流路
Ｃ２ ：放熱器側第２熱媒通流路
Ｃ３ ：冷却器側第２熱媒通流路
Ｃ５ ：第３熱媒循環路
ＥＸ１ ：第１熱交換器
ＥＸ２ ：第２熱交換器
Ｌ ：メタン通流路
Ｌ４ ：第１熱媒通流路
ＬＡ２ ：メタンハイドレート層
Ｐ３ ：圧縮機
Ｐ４ ：減圧ポンプ
Ｔ ：音響筒
Ｔ１ ：第１ループ管
Ｔ２ ：第２ループ管

Claims (6)

1. 地中のメタンハイドレート層に存在するメタンハイドレート中のメタンを回収するメタン回収装置であって、
   作動媒体が充填され音波が伝播する音響筒に、前記作動媒体を外部から加熱する加熱器と前記作動媒体を外部から冷却する冷却器と前記加熱器と前記冷却器との間で音波の音響エネルギを増幅する第１再生器とから成る原動機を少なくとも１つ以上設けると共に、前記作動媒体が外部から吸熱する吸熱器と前記作動媒体が外部へ放熱する放熱器と前記吸熱器と前記放熱器との間で音波が音響エネルギを消費する形態で圧縮及び膨張する第２再生器とから成る音響ヒートポンプ部を少なくとも１つ以上設ける熱音響機関を備え、
   温熱源から発生する温熱を保有する第１熱媒を前記加熱器へ導く第１熱媒通流路と、
   前記冷却器及び前記放熱器の少なくとも一方を通過した第２熱媒を前記メタンハイドレート層へ導く第２熱媒通流路と、
   前記メタンハイドレート層の前記メタンハイドレートから分離してガス化した前記メタンの一部を燃料として前記温熱源へ導くと共に、ガス化した前記メタンの残部を前記吸熱器へ導いて液化するメタン通流路とを備えるメタン回収装置。
2. 前記メタンハイドレート層から流体を吸引する形態で前記メタンハイドレート層を減圧する減圧ポンプを備える請求項１に記載のメタン回収装置。
3. 前記第２熱媒通流路は、前記冷却器及び前記放熱器の少なくとも一方と前記メタンハイドレート層との間で第２熱媒を循環させる第２熱媒循環路として構成され、
   前記第２熱媒循環路は、前記第２熱媒を前記メタンハイドレート層へ導く地中側第２熱媒通流路を通流した後の前記第２熱媒を前記冷却器へ導く冷却器側第２熱媒通流路と、前記地中側第２熱媒通流路を通流した後の前記第２熱媒を前記放熱器へ導く放熱器側第２熱媒通流路とを、並列に備え、
   前記メタン通流路にて前記吸熱器を通流する前の前記メタンを圧縮する圧縮機を備え、
   前記メタン通流路の前記吸熱器と前記圧縮機との間を通流する前記メタンと、前記放熱器側第２熱媒通流路で前記放熱器を通流した後の前記第２熱媒とを熱交換する第１熱交換器を備える請求項１又は２に記載のメタン回収装置。
4. 前記第２熱媒通流路は、前記冷却器及び前記放熱器の少なくとも一方と前記メタンハイドレート層との間で第２熱媒を循環させる第２熱媒循環路として構成され、且つ少なくとも前記冷却器と前記メタンハイドレート層との間で前記第２熱媒を循環するものであり、
   前記第１熱媒通流路で前記加熱器を通流した後の前記第１熱媒と、前記第２熱媒循環路において前記冷却器を通流した後で前記メタンハイドレート層へ導かれる前の前記第２熱媒とを熱交換する第２熱交換器を備える請求項１〜３の何れか一項に記載のメタン回収装置。
5. 前記温熱源が、前記メタンを燃焼して燃焼排ガスを排出する燃焼装置であり、
   前記第１熱媒通流路は、前記燃焼排ガスを前記第１熱媒として前記加熱器に通流自在に構成されている請求項１〜４の何れか一項に記載のメタン回収装置。
6. 前記温熱源が、前記メタンを燃料として熱と電力を発生する熱電併給装置であり、
   前記第１熱媒通流路は、前記熱電併給装置が発生する熱を保有する前記第１熱媒を前記放熱器に通流自在に構成されている請求項１〜４の何れか一項に記載のメタン回収装置。

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