JP6047024B2 - ガスハイドレート層からのガス回収システムおよびオイルサンド層からのオイル回収システム - Google Patents
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Description
本発明は、海面下、地下または寒冷地の地表近くに層状になって存在するガスハイドレート層からメタンガスなどの可燃性ガスを回収するガスハイドレート層からのガス回収システムに関するものである。また、本発明はオイルサンド層からのオイル回収に利用できる。
一般的に、天然ガスは、地盤内に存在するガス層に気体状態で存在する場合が多く、このガス層まで掘削することで比較的容易に回収でき、商業的に広く利用されている。
このような在来型の天然ガスに対して、回収の方法が確立されていない、または、生産性の低さから商業的に利用されていない非在来型の天然ガスが存在する。
このような非在来型の天然ガスのうち、最も資源量が多いとされているのがガスハイドレートである。ガスハイドレートは、包接化合物の一種であり、複数の水分子（Ｈ２Ｏ）により形成された立体かご型の包接格子の中に、天然ガスの成分であるメタン（ＣＨ４）、エタン（Ｃ２Ｈ６）等の分子が入り込み、包括された結晶構造となっている。
このような非在来型の天然ガスのうち、最も資源量が多いとされているのがガスハイドレートである。ガスハイドレートは、包接化合物の一種であり、複数の水分子（Ｈ２Ｏ）により形成された立体かご型の包接格子の中に、天然ガスの成分であるメタン（ＣＨ４）、エタン（Ｃ２Ｈ６）等の分子が入り込み、包括された結晶構造となっている。
このガスハイドレートは、その内部に天然ガス（メタンガスやエタンガス）が高密度で充填された状態となっているので、理論上は、ガスハイドレート１ｍ３中に、標準状態における気体に換算して約１７０ｍ３の天然ガスが含まれていることになり、次世代のエネルギ源として多大な注目を集めている。
また、ガスハイドレートは、低温・高圧の条件下で一旦形成されると、その特定の条件の下では安定して存在することができるので、自然界でも、こうした条件に合致する地盤内に層をなして存在している。このようなガスハイドレートの層を「ガスハイドレート層」または単に「ハイドレート層」と称している。
ガスハイドレートは、上述のとおり低温・高圧の条件下で存在するので、温度を上昇させるか、圧力を低下させることによって、ガスハイドレートが分解してガスと水に分離する。このため、ガスハイドレートからガスを回収する代表的な方法として、海底や地中の地盤内に存在するガスハイドレート層に熱エネルギとして熱水等を注入し、地盤内でガスハイドレートをガスと水に分離して、このガスを気体の状態で地表まで回収する方法が知られている。
しかしながら、ガスハイドレートを分解してガスを回収するためには、同じ圧力の下では、数十℃の温度上昇を必要とする。更に、氷を溶解させるための潜熱も考慮に入れると、多くの熱エネルギを必要とし、この熱水を、通常ガスハイドレート層の存在する数百ｍの深さの海底に供給しなければならない。また、大量の熱水を地盤内に存在するガスハイドレート層に供給するので、供給した熱水と同量の水を数百ｍの深さの海底からガスと共に回収しなければならず、この水をくみ上げるためにもかなりの動力を必要としていた。そして、また、過熱するための熱源として電力を使用するときには、数百ｍの深さの海底まで電力を供給しなければならないので、電圧降下が大きくなり、電力を使用してもエネルギ効率を高くすることは困難であった。
また、ガスハイドレートと同様に、石油燃料の代替としてオイルサンドが知られているが、オイルサンド層からのオイル回収については、原油と比較して生産コストが高く、また、廃棄土砂の処理に多額のコストが掛かるため、あまり行われてこなかった。
特許文献１に係るガス回収システムは、これらの課題に対応するもので、エネルギ効率が高く、かつ大量の水をくみ上げる必要がなく、採算のとれるガスハイドレート層からのガス回収システムであった。
しかし、特許文献１に係るガスハイドレート層からのガス回収システムを長期間使用しようとすると、熱エネルギ発生装置の吸入管が詰まり、または吸入管に設置された図示しないフィルタが目詰まりを起こし、ガス回収が効率的に行えなくなってしまう。
また、吸入管の詰まりやフィルタの目詰まりを取り除くには、吸入管および図示しないフィルタを含む熱エネルギ発生装置のメンテナンスが必要となるが、熱エネルギ発生装置は海面から数百ｍ下に設置されるため、海上または陸上に上げてメンテナンスを行うには多大な費用と時間が掛かってしまう。
また、吸入管の詰まりやフィルタの目詰まりを取り除くには、吸入管および図示しないフィルタを含む熱エネルギ発生装置のメンテナンスが必要となるが、熱エネルギ発生装置は海面から数百ｍ下に設置されるため、海上または陸上に上げてメンテナンスを行うには多大な費用と時間が掛かってしまう。
また、特許文献１では、オイルサンド層からのオイル回収については何ら記載されていないが、特許文献１に記載のガス回収システムはオイルサンド層からのオイル回収に利用することができ、オイルサンド層からのオイル回収においても、ガスハイドレート層からのガス回収と同様の課題が存在する。
そこで、本発明の第１の目的は、熱エネルギ発生装置の吸入管の詰まり、またはフィルタの目詰まりによって必要となるメンテナンスに係る手間を省略でき、また、長時間連続して安定的にガス回収を行うことのできるガスハイドレート層からのガス回収システムを提供することにある。
また、本発明の第２の目的は、熱エネルギ発生装置の吸入管の詰まり、またはフィルタの目詰まりによって必要となるメンテナンスに係る手間を省略でき、また、長時間連続して安定的にオイル回収を行うことのできるオイルサンド層からのオイル回収システムを提供することにある。
また、本発明の第２の目的は、熱エネルギ発生装置の吸入管の詰まり、またはフィルタの目詰まりによって必要となるメンテナンスに係る手間を省略でき、また、長時間連続して安定的にオイル回収を行うことのできるオイルサンド層からのオイル回収システムを提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明は、ガスハイドレート層の内部または近傍に熱エネルギ発生装置を配置し、この熱エネルギ発生装置で発生した熱エネルギによってガスハイドレートを分解して、発生したガスを回収するガスハイドレート層からのガス回収システムであって、熱エネルギ発生装置は、水を加熱して蒸気を発生させる蒸気発生装置と、蒸気発生装置で発生した蒸気を更に加熱して過熱蒸気を生成する過熱蒸気生成装置と、過熱蒸気生成装置で生成された過熱蒸気を高速の気流としてガスハイドレート層に向けて噴出する、または、過熱蒸気の熱エネルギで溶融したガスハイドレートを高速の気流で循環させて循環流とし、その一部を過熱蒸気生成装置に還流する、互いに連結し空間的に連続する第１の管および第２の管と、過熱蒸気を高速の気流としてガスハイドレート層に向けて第１の管より噴出させ、過熱蒸気の熱エネルギで溶融したガスハイドレートを高速の気流で循環させて循環流とし、その一部を第２の管から過熱蒸気生成装置に還流する第１の動作と、過熱蒸気を高速の気流としてガスハイドレート層に向けて第２の管より噴出させ、過熱蒸気の熱エネルギで溶融したガスハイドレートを高速の気流で循環させて循環流とし、その一部を第１の管から過熱蒸気生成装置に還流する第２の動作とを切り替える制御装置とを備え、制御装置は、蒸気発生装置によって発生された蒸気の吹き出し方向を切り替えることで、過熱蒸気生成装置によって生成される過熱蒸気の噴出方向を切り替えて、第１の動作と第２の動作とを切り替えることを特徴とするガスハイドレート層からのガス回収システムを提供する。
また、第１の管の開口部に設置可能な第１のフィルタと第２の管の開口部に設置可能な第２のフィルタとを更に備え、制御装置は、第１の動作の際に、第１の管の開口部から第１のフィルタを取り外し、第２の管の開口部に第２のフィルタを設置し、第２の動作の際に、第２の管の開口部から第２のフィルタを取り外し、第１の管の開口部に第１のフィルタを設置するように、第１のフィルタおよび第２のフィルタをそれぞれ制御することが好ましい。
また、蒸気発生装置は、水を供給する給水管と、給水管に設置され、給水管によって供給される水を加熱して蒸気を発生させるヒータと、第１の管の開口部の方向に傾斜して第１の管に接続される第１の蒸気供給管と、第２の管の開口部の方向に傾斜して第２の管に接続される第２の蒸気供給管と、第１の蒸気供給管に設置される第１のバルブと、第２の蒸気供給管に設置される第２のバルブとを更に備え、制御装置は、第１のバルブを開放し第２のバルブを閉止することでヒータによって発生された蒸気を第１の蒸気供給管から第１の管に吹き出し、第２のバルブを開放し第１のバルブを閉止することでヒータによって発生された蒸気を第２の蒸気供給管から第２の管に吹き出して、蒸気の吹き出し方向を切り替えることが好ましい。
また、制御装置は、第１の動作において、第１の管の開口部に第１のフィルタを設置し、第２の管の開口部から第２のフィルタを取り外し、第２の動作において、第２の管の開口部に第２のフィルタを設置し、第１の管の開口部から第１のフィルタを取り外すように、第１のフィルタおよび第２のフィルタをそれぞれ制御することで、第１のフィルタまたは第２のフィルタを逆洗することができる。
また、第１のフィルタおよび第２のフィルタは、ワイヤフィルタであることが好ましい。
また、熱エネルギ発生装置を、ガス回収システムの軸線に対して等位置でその周方向に所定間隔で複数備え、第１のフィルタは、複数の第１の管の開口部のそれぞれに共通して設置され、第２のフィルタは、複数の第２の管の開口部のそれぞれに共通して設置されることが好ましい。
また、第１のバルブおよび第２のバルブは、蒸気発生装置で発生された蒸気圧によって動作されてもよい。
また、本発明は、オイルサンド層の内部または近傍に熱エネルギ発生装置を配置し、この熱エネルギ発生装置で発生した熱エネルギによってオイルサンドからオイルを分離して、分離したオイルを回収するオイルサンド層からのオイル回収システムであって、熱エネルギ発生装置は、水を加熱して蒸気を発生させる蒸気発生装置と、蒸気発生装置で発生した蒸気を更に加熱して過熱蒸気を生成する過熱蒸気生成装置と、過熱蒸気生成装置で生成された過熱蒸気を高速の気流としてオイルサンド層に向けて噴出する、または、過熱蒸気の熱エネルギで分離したオイルを高速の気流で循環させて循環流とし、その一部を過熱蒸気生成装置に還流する、互いに連結し空間的に連続する第１の管および第２の管と、過熱蒸気を高速の気流としてオイルサンド層に向けて第１の管より噴出させ、過熱蒸気の熱エネルギで分離したオイルを高速の気流で循環させて循環流とし、その一部を第２の管から過熱蒸気生成装置に還流する第１の動作と、過熱蒸気を高速の気流としてオイルサンド層に向けて第２の管より噴出させ、過熱蒸気の熱エネルギで分離したオイルを高速の気流で循環させて循環流とし、その一部を第１の管から過熱蒸気生成装置に還流する第２の動作とを切り替える制御装置とを備え、制御装置は、蒸気発生装置によって発生された蒸気の吹き出し方向を切り替えることで、過熱蒸気生成装置によって生成される過熱蒸気の噴出方向を切り替えて、第１の動作と第２の動作とを切り替えることを特徴とするオイルサンド層からのオイル回収システムを提供する。
本発明によれば、吸入管の詰まりやフィルタの目詰まりによって必要となる熱エネルギ発生装置のメンテナンスを省略でき、ガスハイドレート層からのガス回収、およびオイルサンド層からのオイル回収を長時間連続して安定的に行うことができる。
以下、この発明の一実施形態を添付の図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るガスハイドレート層からのガス回収システム１０の概略構成を示す図であり、図２は、図１に示すガス回収システム１０におけるハイドレート分解装置４６の概略構成を示す長手方向の断面図である。
図１は、本発明の一実施形態に係るガスハイドレート層からのガス回収システム１０の概略構成を示す図であり、図２は、図１に示すガス回収システム１０におけるハイドレート分解装置４６の概略構成を示す長手方向の断面図である。
図１に示すように、本実施形態に係るガスハイドレート層からのガス回収システム１０は、海面下、地下または寒冷地の地表近くに層状になって存在するガスハイドレート層まで到達する多重管状の構造を有している。ここでは、ガスハイドレートの存在位置として最も一般的な形態である海面下数百ｍの深さの海底にガスハイドレート層が層状になって存在する場合を例にして説明する。
ガス回収システム１０は、外筒１２と内筒１４の２重構造となっている。そして、内筒１４の内側が、ガスハイドレートを分解して生成したガス（メタンガスやエタンガス）を回収して搬送するガス回収管１６となっており、外筒１２と内筒１４との間が、外部から熱源として分離して供給される可燃ガスと空気、および、ガスハイドレートを加熱する媒体としての過熱水蒸気となる水を供給する供給管１８および信号を送受信する信号線２０の導通経路２２となっている。
そして、ガス回収システム１０の上端は、海面２４上（または陸上）に構築された構造物２６に接続されており、この構造物２６の内部には、可燃ガス供給装置２８、空気供給装置３０、水供給装置３２、ガスタンク３６、および制御装置３４が設置される。
可燃ガス供給装置２８、空気供給装置３０および水供給装置３２は、供給管１８を通じて可燃ガス、空気、および水を供給し、また、制御装置３４は信号線２０を通じて制御信号を送受信して、掘削や可燃ガスの燃焼を制御する。
可燃ガス供給装置２８、空気供給装置３０および水供給装置３２は、供給管１８を通じて可燃ガス、空気、および水を供給し、また、制御装置３４は信号線２０を通じて制御信号を送受信して、掘削や可燃ガスの燃焼を制御する。
また、ガスタンク３６は、ガス回収管１６に接続されており、水分、泥土、および砂礫などが分離され清浄化されたガスが一時的に貯蔵される。ガスタンク３６に貯蔵されたガスは、パイプラインで搬出され、所望の運搬用タンクに充填され、または、再びハイドレート化されて構造物２６の外部に運搬される。
また、ガス回収システム１０の下端（先端）には、掘削装置３８が設けられており、この掘削装置３８で上側の地層４０を掘削して貫通し、上側の地層４０、下側の地層４２の間に存在するガスハイドレート層４４の内部に、ガス回収システム１０の先端部に形成されたハイドレート分解装置４６が挿入される。
ハイドレート分解装置４６は、図２に示すように、ガス回収システム１０の多重管内部に設置された、熱エネルギ発生装置４８と火力発電装置５０とガス回収口６８とからなる。
熱エネルギ発生装置４８は、給水管５６、蒸気発生装置５８、過熱蒸気生成装置６０、ならびに第１のフィルタ９０および第２のフィルタ９２とからなり、給水管５６は、筒状部材の手前で二手に分岐し、第１の蒸気供給管６４Ａおよび第２の蒸気供給管６４Ｂによって筒状部材に接続される。また、蒸気発生装置５８は、給水管５６の分岐手前に設置されたヒータ６２と、分岐後の第１の蒸気供給管６４Ａおよび第２の蒸気供給管６４Ｂのそれぞれに設置された第１の電磁バルブ６３Ａおよび第２の電磁バルブ６３Ｂからなる。そして、過熱蒸気生成装置６０は、第１の管５２および第２の管５４からなる筒状部材と第１の管５２および第２の管５４のそれぞれに設置された高周波加熱装置６６とからなる。また、第１のフィルタ９０および第２のフィルタ９２は、外筒１２の内側であって、第１の管５２の開口部および前記第２の管５４の開口部のそれぞれに移動可能に設置される。
熱エネルギ発生装置４８は、給水管５６、蒸気発生装置５８、過熱蒸気生成装置６０、ならびに第１のフィルタ９０および第２のフィルタ９２とからなり、給水管５６は、筒状部材の手前で二手に分岐し、第１の蒸気供給管６４Ａおよび第２の蒸気供給管６４Ｂによって筒状部材に接続される。また、蒸気発生装置５８は、給水管５６の分岐手前に設置されたヒータ６２と、分岐後の第１の蒸気供給管６４Ａおよび第２の蒸気供給管６４Ｂのそれぞれに設置された第１の電磁バルブ６３Ａおよび第２の電磁バルブ６３Ｂからなる。そして、過熱蒸気生成装置６０は、第１の管５２および第２の管５４からなる筒状部材と第１の管５２および第２の管５４のそれぞれに設置された高周波加熱装置６６とからなる。また、第１のフィルタ９０および第２のフィルタ９２は、外筒１２の内側であって、第１の管５２の開口部および前記第２の管５４の開口部のそれぞれに移動可能に設置される。
給水管５６は、蒸気発生装置５８に蒸気発生のための水を供給する。水は給水管５６を通って分岐手前に設置されたヒータ６２によって加熱され、蒸気となって筒状部材に対して傾斜して接続された第１の蒸気供給管６４Ａまたは第２の蒸気供給管６４Ｂから筒状部材の第１の管５２または第２の管５４に噴出される。
蒸気発生装置５８のヒータ６２は、給水管５６を通る水を加熱して蒸気とし、第１の蒸気供給管６４Ａまたは第２の蒸気供給管６４Ｂへ蒸気を噴出させる。蒸気発生装置５８の第１の電磁バルブ６３Ａおよび第２の電磁バルブ６３Ｂは、上述の制御装置３４からの制御信号に基づいて第１の電磁バルブ６３Ａおよび第２の電磁バルブ６３Ｂのいずれか一方を開放し、もう一方を閉止する。蒸気は開放された方の蒸気供給管より筒状部材６１内に噴出される。
蒸気発生装置５８のヒータ６２は、給水管５６を通る水を加熱して蒸気とし、第１の蒸気供給管６４Ａまたは第２の蒸気供給管６４Ｂへ蒸気を噴出させる。蒸気発生装置５８の第１の電磁バルブ６３Ａおよび第２の電磁バルブ６３Ｂは、上述の制御装置３４からの制御信号に基づいて第１の電磁バルブ６３Ａおよび第２の電磁バルブ６３Ｂのいずれか一方を開放し、もう一方を閉止する。蒸気は開放された方の蒸気供給管より筒状部材６１内に噴出される。
過熱蒸気生成装置６０の筒状部材６１は、第１の管５２および第２の管５４によって構成され、第１の管５２および第２の管５４は、それぞれガスハイドレート層に向かって傾斜して開口している。また、第１の蒸気供給管６４Ａは、第１の管５２に接続され、第１の管５２の方向に傾斜して開口しており、同様に第２の蒸気供給管６４Ｂは、第２の管５４に接続され、第２の管５４方向に傾斜して開口している。
図３に詳細に示されるように、第１の管５２は第１の蒸気バルブ６５Ａを備え、第２の管５４は、第２の蒸気バルブ６５Ｂを備える。第１の蒸気バルブ６５Ａは、第１の電磁バルブ６３Ａを開放することで噴出される蒸気によって移動されて第１の蒸気供給管６４Ａの開口部を開放し、第２の蒸気バルブ６５Ｂは、第１の電磁バルブ６３Ａを開放することで噴出される蒸気によって移動されて第２の蒸気供給管６４Ｂの開口部を閉止する。また、第１の蒸気バルブ６５Ａは、第１の電磁バルブ６３Ｂを開放することで噴出される蒸気によって移動されて第１の蒸気供給管６４Ａの開口部を閉止し、第２の蒸気バルブ６５Ｂは、第１の電磁バルブ６３Ｂを開放することで噴出される蒸気によって移動されて第２の蒸気供給管６４Ｂの開口部を開放する。なお、第１の蒸気バルブ６５Ａおよび第２の蒸気バルブ６５Ｂは、第１の電磁バルブ６３Ａおよび第２の電磁バルブ６３Ｂのいずれからも蒸気を供給されていない場合には、例えば、図示しないバネ等の弾性力によって、第１の蒸気供給管６４Ａおよび第２の蒸気供給管６４Ｂのそれぞれの開口部を閉止するように動作する。
また、過熱蒸気生成装置６０の高周波加熱装置６６は、第１の管５２および第２の管５４の周囲にそれぞれ配置され、第１の蒸気供給管６４Ａまたは第２の蒸気供給管６４Ｂから筒状部材６１内に噴出された蒸気を更に加熱し、過熱蒸気を生成する。なお、ここで用いる高周波電磁波としては、周波数が数百メガヘルツ〜数十テラヘルツ程度のものが好適に用いられる。特に、ガスハイドレートの分解作用に用いる周波数（概ね、数百〜数千メガヘルツ）の電磁波と、ガスハイドレートの内部に奥深くまで浸透し、ガスハイドレートの分解作用を促進する作用があるテラヘルツ級の周波数の電磁波と、適宜組み合わせて用いることも有効である。
第１のフィルタ９０および第２のフィルタ９２は、外筒１２の内側であって、筒状部材の第１の管５２の開口部および第２の管５４の開口部をそれぞれ覆うように移動可能設置され、制御装置３４からの制御信号により動作する。第１の管５２からハイドレート層に向かって過熱蒸気が噴出される場合、第１のフィルタ９０は第１の管５２の開口部から外され、第２のフィルタ９２が第２の管５４の開口部に設置される。また、第２の管５４からハイドレート層に向かって過熱蒸気が噴出される場合、第２のフィルタ９２は第２の管５４の開口部から外され、第１のフィルタ９０が第１の管５２の開口部に設置される。
第１のフィルタ９０および第２のフィルタ９２は、例えば、ガス回収システム１０の外筒１２の内周面に沿った筒状のワイヤフィルタによってそれぞれ構成されてもよい。また、第１のフィルタ９０および第２のフィルタ９２は、例えば、発電装置５０により電力を供給されたモータ等によって上下に移動してもよく、また、第１の蒸気バルブ６５Ａおよび第２の蒸気バルブ６５Ｂと同様に、蒸気圧によって上下に移動してもよい。
第１のフィルタ９０および第２のフィルタ９２は、例えば、ガス回収システム１０の外筒１２の内周面に沿った筒状のワイヤフィルタによってそれぞれ構成されてもよい。また、第１のフィルタ９０および第２のフィルタ９２は、例えば、発電装置５０により電力を供給されたモータ等によって上下に移動してもよく、また、第１の蒸気バルブ６５Ａおよび第２の蒸気バルブ６５Ｂと同様に、蒸気圧によって上下に移動してもよい。
また、火力発電装置５０は、可燃ガス供給管７０、空気供給管７２、燃焼室７４、バーナ７６、およびタービン７８と、ロータ８０およびステータ８２からなる発電機と、回転軸８４と、排気路８６とによって構成される。
可燃ガス供給管７０および空気供給管７２は、外部から可燃ガスおよび空気を、それぞれ独立して燃焼室７４へ供給する。
燃焼室７４では、燃焼室７４手前に設置されたバーナ７６によって可燃ガス供給管７０および空気供給管７２から供給された可燃ガスおよび空気が混合されて燃焼され、燃焼ガスが発生する。
タービン７８は、その回転ブレードが、図示しない軸受装置で回転可能に支持された回転軸８４によって発電機のロータ８０と連結されており、燃焼室７４の後ろに設置され、高速の燃料ガスを供給されることで高速回転する。
可燃ガス供給管７０および空気供給管７２は、外部から可燃ガスおよび空気を、それぞれ独立して燃焼室７４へ供給する。
燃焼室７４では、燃焼室７４手前に設置されたバーナ７６によって可燃ガス供給管７０および空気供給管７２から供給された可燃ガスおよび空気が混合されて燃焼され、燃焼ガスが発生する。
タービン７８は、その回転ブレードが、図示しない軸受装置で回転可能に支持された回転軸８４によって発電機のロータ８０と連結されており、燃焼室７４の後ろに設置され、高速の燃料ガスを供給されることで高速回転する。
発電機は、回転可能なロータ８０と、ステータ８２とからなり、ロータ８０がステータ８２に対して回転することで発電が行われる。
ロータ８０は、上述のタービン７８と回転軸８４によって連結されるため、タービン７８が回転することで回転される。また、ステータ８２は、ロータ８０の回転を受けて発電し、蒸気発生装置５８のヒータ６２、ならびに第１の電磁バルブ６３Ａおよび第２の電磁バルブ６３Ｂ、過熱蒸気生成装置６０の高周波加熱装置６６などに電力を供給する。
ロータ８０は、上述のタービン７８と回転軸８４によって連結されるため、タービン７８が回転することで回転される。また、ステータ８２は、ロータ８０の回転を受けて発電し、蒸気発生装置５８のヒータ６２、ならびに第１の電磁バルブ６３Ａおよび第２の電磁バルブ６３Ｂ、過熱蒸気生成装置６０の高周波加熱装置６６などに電力を供給する。
排気路８６は、燃焼室７４で燃焼した燃焼ガスを外部に排気するが、本実施形態では、その途中で廃熱タービンとして再びタービン７８を回転させて発電効率を高めている。また、排気路８６は、ガス回収システム１０の外周部に戻ることによって、周囲のガスハイドレート層を加熱し、また、給水管５６の外側を還流して、給水管５６内の水の凍結を防止する。なお、排気路８６は、排気方向の流れを作り出す図示しないブロワを備えていてもよい。ブロワによって排気方向の流れを作り出すことで、排気をスムーズに行うことができる。また、排気路８６は、例えば、外筒１２に設置された図示しない開口部に接続され、排気路８６を通って冷めた排気は、図示しない開口部を通じて海中等に排気されてもよい。なお、図示しない開口部は、排気の際、海水等の浸入を防ぎつつ海中等で開口する。
ガス回収口６８は、過熱蒸気の熱エネルギによって加熱され、溶融して流動するようになったガスハイドレート（ガス）を回収し、ガス回収管１６へ搬送する。なお、ガス回収口６８には、ガスの回収に際して土砂や砂礫などの異物が混入しないように、図示しないストレーナおよびフィルタが設置されている。
次に、本実施形態に係るガス回収システム１０のガス回収動作について説明する。
ガス回収システム１０は、その先端に設置された掘削装置３８によって海中の上側の地層４０を掘り進み、海中の上側の地層４０と下側の地層４４との間に存在するガスハイドレート層４４内部に到達して、ハイドレート分解装置４６をガスハイドレート層４４内部に設置する。
なお、掘削の際、ハイドレート分解装置４６の熱エネルギ発生装置４８は、第１の電磁バルブ６３Ａおよび第２の電磁バルブ６３Ｂを閉止しており、第１の蒸気バルブ６５Ａおよび第２の蒸気バルブ６５Ｂのいずれにも蒸気を供給していないため、上述のとおり、図３に示すように、筒状部材の第１の管５２に設置された第１の蒸気バルブ６５Ａは、第１の蒸気供給管６４Ａを閉止し、第２の管５４に設置された第２の蒸気バルブ６５Ｂは、第２の蒸気供給管６４Ｂを閉止する。また、第１のフィルタ９０が第１の管５２の開口部に設置され、第２のフィルタ９２が第２の管５４の開口部に設置される。第１のフィルタ９０および第２のフィルタ９２が、第１の管５２および第２の管５４のそれぞれの開口部に設置されることで、第１の管５２および第２の管５４の内部に土砂や砂礫などが入るのを防ぎ、また、第１の蒸気バルブ６５Ａおよび第２の蒸気バルブ６５Ｂが、第１の蒸気供給管６４Ａおよび第２の蒸気供給管６４Ｂのそれぞれを閉止することで、第１の蒸気供給管６４Ａおよび第２の蒸気供給管６４Ｂのそれぞれに水などが逆流するのを防ぐ。
ガス回収システム１０は、その先端に設置された掘削装置３８によって海中の上側の地層４０を掘り進み、海中の上側の地層４０と下側の地層４４との間に存在するガスハイドレート層４４内部に到達して、ハイドレート分解装置４６をガスハイドレート層４４内部に設置する。
なお、掘削の際、ハイドレート分解装置４６の熱エネルギ発生装置４８は、第１の電磁バルブ６３Ａおよび第２の電磁バルブ６３Ｂを閉止しており、第１の蒸気バルブ６５Ａおよび第２の蒸気バルブ６５Ｂのいずれにも蒸気を供給していないため、上述のとおり、図３に示すように、筒状部材の第１の管５２に設置された第１の蒸気バルブ６５Ａは、第１の蒸気供給管６４Ａを閉止し、第２の管５４に設置された第２の蒸気バルブ６５Ｂは、第２の蒸気供給管６４Ｂを閉止する。また、第１のフィルタ９０が第１の管５２の開口部に設置され、第２のフィルタ９２が第２の管５４の開口部に設置される。第１のフィルタ９０および第２のフィルタ９２が、第１の管５２および第２の管５４のそれぞれの開口部に設置されることで、第１の管５２および第２の管５４の内部に土砂や砂礫などが入るのを防ぎ、また、第１の蒸気バルブ６５Ａおよび第２の蒸気バルブ６５Ｂが、第１の蒸気供給管６４Ａおよび第２の蒸気供給管６４Ｂのそれぞれを閉止することで、第１の蒸気供給管６４Ａおよび第２の蒸気供給管６４Ｂのそれぞれに水などが逆流するのを防ぐ。
図４に示すように、ハイドレート分解装置４６の熱エネルギ発生装置４８は、制御装置よりガスハイドレート回収の制御信号を受けて、第１の電磁バルブ６３Ａを開放し、第２の電磁バルブ６３Ｂを閉止することで、ヒータ６２によって加熱された蒸気を第１の電磁バルブ６３Ａ側に供給する。蒸気は、第１の電磁バルブ６３Ａを通って噴出され、第１の蒸気バルブ６５Ａを開放するとともに、第２の蒸気バルブ６５Ｂを閉止し、第１の蒸気供給管６４Ａより第１の管５２内に噴出される。噴出された蒸気は、第１の管５２の周囲に設置された高周波加熱装置６６によって、更に加熱されて過熱蒸気とされ、高速の気流となって第１の管５２の開口部よりガスハイドレート層に向かって噴出されて、周囲のガスハイドレートを加熱してガスと水とに分離する。ガスハイドレート層に向かって噴出された高速の気流は、ガスと水と蒸気とを含む循環流となり、その循環流の一部は、第２の管５４の開口部の前面に設置された第２のフィルタ９２を通って第２の管５４に還流する流れとなる。この還流は、第１の蒸気供給管６４Ａから供給される蒸気と共に、第１の管５２の周囲に設置された高周波加熱装置６６によって再び過熱され、第１の管５２の開口部より再び噴出される。なお、第２の蒸気供給管６４Ｂは、第２の蒸気バルブ６５Ｂによって閉止されているため、還流が第２の蒸気供給管６４Ｂを逆流することはない。
また、ハイドレート分解装置４６の熱エネルギ発生装置４８は、ガスハイドレート層を分解する循環流の方向を切り替えることができる。第２のフィルタ９２が詰まるなどし、上述の方向ではうまく循環流を発生させることができない場合、図５に示すように、熱エネルギ発生装置４８は、制御装置よりガスハイドレート回収の制御信号を受けて、第２の電磁バルブ６３Ｂを開放し、第１の電磁バルブ６３Ａを閉止することで、ヒータ６２によって加熱された蒸気を第１の電磁バルブ６３Ｂ側に供給する。蒸気は、第２の電磁バルブ６３Ｂを通って噴出され、第２の蒸気バルブ６５Ｂを開放するとともに、第１の蒸気バルブ６５Ａを閉止し、第２の蒸気供給管６４Ｂより第２の管５４内に噴出される。噴出された蒸気は、第２の管５４の周囲に設置された高周波加熱装置６６によって、更に加熱されて過熱蒸気とされ、高速の気流となって第２の管５４の開口部よりガスハイドレート層に向かって噴出されて、周囲のガスハイドレートを加熱してガスと水とに分離する。ガスハイドレート層に向かって噴出された高速の気流は、ガスと水と蒸気とを含む循環流となり、その循環流の一部は、第１の管５２の開口部の前面に設置された第１のフィルタ９０を通って第１の管５２に還流する流れとなる。この還流は、第２の蒸気供給管６４Ｂから供給される蒸気と共に、第２の管５４の周囲に設置された高周波加熱装置６６によって再び過熱され、第２の管５４の開口部より再び噴出される。なお、第１の蒸気供給管６４Ａは、第１の蒸気バルブ６５Ａによって閉止されているため、還流が第１の蒸気供給管６４Ａを逆流することはない。
ガス回収口６８は、過熱蒸気の熱エネルギによって加熱され、溶融して流動するようになったガスハイドレートの循環流より、ガスを回収し、回収したガスをガス回収管１６へ搬送する。なお、ガス回収口６８は、ストレーナおよびフィルタが設置されているため、水や不純物が取り除かれ、ガスのみがガス回収管１６に回収される。
以上が本実施形態に係るガス回収システム１０のガス回収動作である。
ガスハイドレートの循環流の方向を切り替えることで、一方のフィルタが目詰まりを起こしたとしてももう一方のフィルタを用いてガス回収を継続することができる。
以上が本実施形態に係るガス回収システム１０のガス回収動作である。
ガスハイドレートの循環流の方向を切り替えることで、一方のフィルタが目詰まりを起こしたとしてももう一方のフィルタを用いてガス回収を継続することができる。
次に、本実施形態に係るガス回収システム１０のフィルタの逆洗動作について説明する。
図示しない流速計等によって計測された循環流の流速が所定値を超えない場合や、長時間使用した後など、第１のフィルタ９０または第２のフィルタ９２が目詰まりを起こしていると分かった場合、制御装置３４は、ハイドレート分解装置４６の熱エネルギ発生装置４８にフィルタの逆洗の指示を出す。
図示しない流速計等によって計測された循環流の流速が所定値を超えない場合や、長時間使用した後など、第１のフィルタ９０または第２のフィルタ９２が目詰まりを起こしていると分かった場合、制御装置３４は、ハイドレート分解装置４６の熱エネルギ発生装置４８にフィルタの逆洗の指示を出す。
第２のフィルタ９２が目詰まりしたと判断された場合には、図６に示すように、熱エネルギ発生装置４８は、制御装置３４からの制御信号を受けて、第２のフィルタ９２を第２の管５４の開口部の前面に配置し、また、第１の電磁バルブ６３Ａを閉止し第２の電磁バルブ６３Ｂを開放して、ヒータ６２によって加熱された蒸気を第２の電磁バルブ６３Ｂ側に供給する。
蒸気は、第２の電磁バルブ６３Ｂを通って噴出され、第２の蒸気バルブ６５Ｂを開放するとともに、第１の蒸気バルブ６５Ａを閉止し、第２の蒸気供給管６４Ｂより第２の管５４内に噴出される。噴出された蒸気は、第２の管５４の周囲に設置された高周波加熱装置６６によって、更に加熱されて過熱蒸気とされ、高速の気流となって第２の管５４の開口部に設置された第２のフィルタ９２を逆洗する。高速の気流が第２のフィルタ９２を逆方向に通ることで、第２のフィルタ９２を振動させ、第２のフィルタ９２の目に詰まった砂礫等のゴミを第２の管５４の外側、更には外筒１２の外側へふるい落とす。
蒸気は、第２の電磁バルブ６３Ｂを通って噴出され、第２の蒸気バルブ６５Ｂを開放するとともに、第１の蒸気バルブ６５Ａを閉止し、第２の蒸気供給管６４Ｂより第２の管５４内に噴出される。噴出された蒸気は、第２の管５４の周囲に設置された高周波加熱装置６６によって、更に加熱されて過熱蒸気とされ、高速の気流となって第２の管５４の開口部に設置された第２のフィルタ９２を逆洗する。高速の気流が第２のフィルタ９２を逆方向に通ることで、第２のフィルタ９２を振動させ、第２のフィルタ９２の目に詰まった砂礫等のゴミを第２の管５４の外側、更には外筒１２の外側へふるい落とす。
また、第１のフィルタ９０が目詰まりしたと判断された場合には、図７に示すように、熱エネルギ発生装置４８は、制御装置３４からの制御信号を受けて、第１のフィルタ９０を第１の管５２の開口部の前面に配置し、また、第２の電磁バルブ６３Ｂを閉止し第１の電磁バルブ６３Ａを開放して、ヒータ６２によって加熱された蒸気を第１の電磁バルブ６３Ａ側に供給する。
蒸気は、第１の電磁バルブ６３Ａを通って噴出され、第１の蒸気バルブ６５Ａを開放するとともに、第２の蒸気バルブ６５Ｂを閉止し、第１の蒸気供給管６４Ａより第１の管５２内に噴出される。噴出された蒸気は、第１の管５２の周囲に設置された高周波加熱装置６６によって、更に加熱されて過熱蒸気とされ、高速の気流となって第１の管５２の開口部に設置された第１のフィルタ９０を逆洗する。高速の気流が第１のフィルタ９０を逆方向に通ることで、第１のフィルタ９０を振動させ、第１のフィルタ９０の目に詰まった砂礫等のゴミを第１の管５２の外側、更には外筒１２の外側へふるい落とす。
以上が本実施形態に係るガス回収システム１０のフィルタの逆洗動作である。
定期的にフィルタの逆洗を行うことで、フィルタの目詰まりによるガス回収効率の低下を防ぎ、長期間安定したガス回収が可能となる。
蒸気は、第１の電磁バルブ６３Ａを通って噴出され、第１の蒸気バルブ６５Ａを開放するとともに、第２の蒸気バルブ６５Ｂを閉止し、第１の蒸気供給管６４Ａより第１の管５２内に噴出される。噴出された蒸気は、第１の管５２の周囲に設置された高周波加熱装置６６によって、更に加熱されて過熱蒸気とされ、高速の気流となって第１の管５２の開口部に設置された第１のフィルタ９０を逆洗する。高速の気流が第１のフィルタ９０を逆方向に通ることで、第１のフィルタ９０を振動させ、第１のフィルタ９０の目に詰まった砂礫等のゴミを第１の管５２の外側、更には外筒１２の外側へふるい落とす。
以上が本実施形態に係るガス回収システム１０のフィルタの逆洗動作である。
定期的にフィルタの逆洗を行うことで、フィルタの目詰まりによるガス回収効率の低下を防ぎ、長期間安定したガス回収が可能となる。
なお、本発明に係るガス回収システム１０の熱エネルギ発生装置４８は、第１の管５２および第２の管５４のそれぞれの開口部に、第１のフィルタ９０および第２のフィルタ９２を備えなくてもよい。
第１の管５２および第２の管５４の開口部にフィルタを設置しなくとも、循環流を発生させることができ、また、フィルタを設置しないことで第１の管５２または第２の管５４が砂礫等のゴミによって詰まったとしても、循環流の方向を逆転させることで管の詰まりを除去することができる。
第１の管５２および第２の管５４の開口部にフィルタを設置しなくとも、循環流を発生させることができ、また、フィルタを設置しないことで第１の管５２または第２の管５４が砂礫等のゴミによって詰まったとしても、循環流の方向を逆転させることで管の詰まりを除去することができる。
なお、本発明に係るガス回収システム１０は、更に、地上または海上とガスハイドレート層との間に、ガス回収管１６を含むガス回収路内の回収ガス圧の調整を行うための、少なくとも１つの圧力調整手段を有することが好ましい。
また、ガス回収管１６を含むガス回収路内においては、地上または海上とガスハイドレート層との間に、回収したガスを転換させるための少なくとも１つの転換手段を有することが好ましい。ここで、ガスの転換とは、例えば、メタンハイドレートを熱分解した結果得られるメタンガス（実際は、メタンを主成分とする混合ガス）中の不純物を除去する工程、または、水分を除去する工程、更には、触媒を用いて酸素を添加することによりメタンガスをメタノールに変える工程等が好適に用いられるが、これらに限定されるものではない。
また、発電装置５０で用いられる可燃ガスは、当初は、外部から供給する必要があるが、ガスハイドレートからのガス回収が軌道に乗った後は、これによって回収したガスの一部を用いるように変更することができる。
ところで、前述のような循環流を用いるガスハイドレートの分解によるガス回収を効率的に行うためには、ガスハイドレート層にひび割れを発生させることが効果的である。このような、ガスハイドレート層にひび割れを発生させる方法としては、ガスハイドレート層を局部的に加熱・膨張させて、歪みを発生させることが有効であるが、それに加えて、衝撃を与えることにより、機械的にひび割れを発生させることも有効である。衝撃を与える方法は特に限定されないが、一般的には、機械的振動を用いる方法ではなく、衝撃波等を発生させてこれをガスハイドレート層に作用させてひび割れを発生させる、非接触に行う方法が利用しやすく、また、効果的である。
ここで用いることができる衝撃波の発生装置としては、スパーク放電方式、ピエゾ効果方式、電磁変換方式、電気水圧方式等の各種の公知の方式によるものが存在するが、衝撃波の繰り返し発生が可能な条件が得られるものであれば、いずれの方式でもよい。
なお、実際に衝撃波を作用させる場合、ハイドレート層に超音波やマイクロ波を照射しつつ、ここに更に衝撃波を作用させることが好ましい。
なお、実際に衝撃波を作用させる場合、ハイドレート層に超音波やマイクロ波を照射しつつ、ここに更に衝撃波を作用させることが好ましい。
本実施形態に係るガス回収システム１０は、衝撃波を作用させることでハイドレート層にひび割れを発生させ、そのひび割れをハイドレートの分解の拠点として機能させることにより、ハイドレートの分解効率を向上させることを目的としているものであり、この目的が達成される範囲内において、任意の方式により発生させた衝撃波を任意の方式（連続または間欠等）で適用することができる。
また、上述の実施形態において、第１の蒸気供給管６４Ａおよび第２の蒸気供給管６４Ｂは、第１の蒸気バルブ６５Ａおよび第２の蒸気バルブ６５Ｂがそれぞれスライドすることで閉止するゲートバルブ（スライドバルブ）の構成を備えるが、第１の蒸気供給管６４Ａおよび第２の蒸気供給管６４Ｂへの逆流を防ぐことができれば、第１の蒸気バルブ６５Ａおよび第２の蒸気バルブ６５Ｂは、これらゲートバルブの替わりに、例えば、バタフライバルブによって構成されてもよく、また、ボールバルブによって構成されてもよく、グローブバルブによって構成されてもよく、チェッキバルブによって構成されてもよく、ニードルバルブやピストンバルブなどによって構成されてもよい。これらのように種々の公知のバルブを利用することができる。なお、第１の蒸気バルブ６５Ａおよび第２の蒸気バルブ６５Ｂは、それぞれが単にスライドすることで閉止するだけでなく、また、単に回転することで閉止するだけでなく、例えば、回転しながらスライドすることで、第１の蒸気供給管６４Ａおよび第２の蒸気供給管６４Ｂのそれぞれをより確実に閉止することができる。
また、第１の電磁バルブ６３Ａおよび第２の電磁バルブ６３Ｂも同様に、上述の種々の公知のバルブを利用することができる。
また、第１の電磁バルブ６３Ａおよび第２の電磁バルブ６３Ｂも同様に、上述の種々の公知のバルブを利用することができる。
また、ハイドレート分解装置４６は、蒸気発生装置５８、過熱蒸気生成装置６０および筒状部材６１からなる熱エネルギ発生装置４８と、燃焼室７４、タービン７８、回転軸８４およびロータとステータとを有する発電機とからなる発電装置５０とが、組になっており、このハイドレート分解装置４６を適宜間隔で複数組、ガス回収システム１０に沿って併設することが好ましい。このように複数個設置することによって、１つのガス回収システム１０で複数箇所のガス回収が行われることになり、より大量のガス回収を効率的に行うことができる。
また、エネルギ発生装置４８と発電装置５０とからなるユニットをガス回収システム１０の軸線において等位置であって、外筒１２の周方向に複数備えてもよい。この場合、ユニット内部の燃焼ガス供給管および給水管は、ユニットごとに独立して使用可能であることが好ましい。また、第１のフィルタ９０は、複数の第１の管５２の開口部に共通して設置され、第２のフィルタ９２は、複数の第２の管５４の開口部に共通して設置されることが好ましい。
上述の構成を備えることで、ガス回収システム１０の構成を複雑にすることなく周囲のガスハイドレートを効率的に分解することができる。
上述の構成を備えることで、ガス回収システム１０の構成を複雑にすることなく周囲のガスハイドレートを効率的に分解することができる。
（熱エネルギ発生装置の第１変形例）
また、本発明に係る熱エネルギ発生装置の第１変形例としては、図８に示すように、第１の管１５２および第２の管１５４は、その外側に、筒状加熱装置１６９を備えてもよい。第１の管１５２と第２の管１５４とは上下対称の構成であるため、図８では、第１の管１５２側のみ示す。
図９は、図８に示す筒状過熱装置１６９のＡ−Ａ線断面図である。図８および図９に示すように、筒状加熱装置１６９は、筒状の可燃ガス供給管１７０および筒状の空気供給管１７２、ならびに、筒状の燃焼室１７４、筒状のバーナ１７６、および筒状の排気路１８６からなる。第１の管１５２および第２の管１５４が互いに接続される中央よりの外側に、第１の管１５２および第２の管１５４の周囲をそれぞれ覆う筒状の可燃ガス供給管１７０および筒状の空気供給管１７２がそれぞれ設置され、その先に燃焼室１７４がそれぞれ設置される。
また、本発明に係る熱エネルギ発生装置の第１変形例としては、図８に示すように、第１の管１５２および第２の管１５４は、その外側に、筒状加熱装置１６９を備えてもよい。第１の管１５２と第２の管１５４とは上下対称の構成であるため、図８では、第１の管１５２側のみ示す。
図９は、図８に示す筒状過熱装置１６９のＡ−Ａ線断面図である。図８および図９に示すように、筒状加熱装置１６９は、筒状の可燃ガス供給管１７０および筒状の空気供給管１７２、ならびに、筒状の燃焼室１７４、筒状のバーナ１７６、および筒状の排気路１８６からなる。第１の管１５２および第２の管１５４が互いに接続される中央よりの外側に、第１の管１５２および第２の管１５４の周囲をそれぞれ覆う筒状の可燃ガス供給管１７０および筒状の空気供給管１７２がそれぞれ設置され、その先に燃焼室１７４がそれぞれ設置される。
筒状の可燃ガス供給管１７０および筒状の空気供給管１７２より可燃ガスおよび空気が供給され、バーナ１７６によって着火されることで、燃焼室１７４内において燃焼が起こり、第１の管１５２および第２の管１５４の周囲を加熱する。第１の管１５２および第２の管１５４は、燃焼室１７４によって加熱されることで、第１の管１５２および第２の管１５４に供給される蒸気を高周波加熱装置６６と共に加熱し、過熱蒸気とする。なお、排気路１８６が、筒状の燃焼室１７４、ならびに筒状の可燃ガス供給管１７０および筒状の空気供給管１７２を覆うように設置されることで、これらの部分の温度低下を防ぐとともに、廃熱を有効利用している。なお、排気路１８６は、更に図示しないブロワ（送風機）を備えてもよい。ブロワによって排気方向への気流を作ることで、速やかな燃焼および排気が可能となる。また、排気路１８６は、排気路８６と同様に、例えば、外筒１２に設置された図示しない開口部に接続され、排気路１８６を通って冷めた排気は、図示しない開口部を通じて海中等に排気されてもよい。なお、図示しない開口部は、排気の際、海水等の浸入を防ぎつつ海中等で開口する。
また、筒状加熱装置１６９は、図８に示すように、高周波加熱装置６６の手前に設置されてもよく、また、高周波加熱装置６６とほぼ等位置に設置されてもよく、高周波加熱装置６６の後ろに設置されてもよい。
また、筒状加熱装置１６９は、図８に示すように、高周波加熱装置６６の手前に設置されてもよく、また、高周波加熱装置６６とほぼ等位置に設置されてもよく、高周波加熱装置６６の後ろに設置されてもよい。
なお、上述の筒状加熱装置１６９は、第１の管１５２および第２の管１５４に限らず、火力発電装置５０と同じくガス回収管１６に所定間隔で設置されてもよく、また、ガス回収口１６８に設置されてもよい。
低温高圧下でガスハイドレート層からガスを回収するため、ガスは冷やされてすぐにガスハイドレートに戻ってしまう可能性がある。また、給水管５６によって供給される水も給水管の途中で凍りやすい。そのため、ガス回収システム１０において、所定間隔ごとに筒状加熱装置１６９や火力発電装置５０を設置することで、回収したガスのガスハイドレート化や水の凍結を防止することができる。
低温高圧下でガスハイドレート層からガスを回収するため、ガスは冷やされてすぐにガスハイドレートに戻ってしまう可能性がある。また、給水管５６によって供給される水も給水管の途中で凍りやすい。そのため、ガス回収システム１０において、所定間隔ごとに筒状加熱装置１６９や火力発電装置５０を設置することで、回収したガスのガスハイドレート化や水の凍結を防止することができる。
また、図８に示すように、ガス回収口１６８は、熱エネルギ発生装置１４８の第１の管１５２および第２の管１５４のそれぞれの開口部に近接して複数設置されてもよい。
熱エネルギ発生装置１４８によりガスハイドレートをガス化したとしても、海底などの低温高圧化においては、ガスはすぐに熱を奪われガスハイドレートに戻ってしまう。よって、熱エネルギ発生装置１４８の設置位置とガス回収口１６８の設置位置とが近ければ近いほど、ガス化したガスハイドレートを効率よく回収することができる。
なお、その際、第１のフィルタ９０および第２のフィルタ９２は、ガス回収口１６８に設置される複数のフィルタの内の１つのフィルタを兼ねてもよい。
熱エネルギ発生装置１４８によりガスハイドレートをガス化したとしても、海底などの低温高圧化においては、ガスはすぐに熱を奪われガスハイドレートに戻ってしまう。よって、熱エネルギ発生装置１４８の設置位置とガス回収口１６８の設置位置とが近ければ近いほど、ガス化したガスハイドレートを効率よく回収することができる。
なお、その際、第１のフィルタ９０および第２のフィルタ９２は、ガス回収口１６８に設置される複数のフィルタの内の１つのフィルタを兼ねてもよい。
（熱エネルギ発生装置の第２変形例）
また、本発明に係る熱エネルギ発生装置の第２変形例としては、図１０に示すように、熱エネルギ発生装置２４８の第１の管２５２および第２の管２５４は、らせん形状であってもよい。熱エネルギ発生装置の第１変形例と同様に、第１の管２５２および第２の管２５４は、それらの外側に、筒状加熱装置２６９を備えてもよい。筒状加熱装置２６９は、第１の変形例と同様の構成である。
第１の管２５２および第２の管２５４が、それぞれらせん形状を備えることで、第１の管２５２および第２の管２５４を通る蒸気および循環流がより長時間温められ、ガスハイドレート層への熱エネルギの供給をより確実なものとすることができる。
また、本発明に係る熱エネルギ発生装置の第２変形例としては、図１０に示すように、熱エネルギ発生装置２４８の第１の管２５２および第２の管２５４は、らせん形状であってもよい。熱エネルギ発生装置の第１変形例と同様に、第１の管２５２および第２の管２５４は、それらの外側に、筒状加熱装置２６９を備えてもよい。筒状加熱装置２６９は、第１の変形例と同様の構成である。
第１の管２５２および第２の管２５４が、それぞれらせん形状を備えることで、第１の管２５２および第２の管２５４を通る蒸気および循環流がより長時間温められ、ガスハイドレート層への熱エネルギの供給をより確実なものとすることができる。
以上、本発明のガスハイドレート層からのガス回収システムについて詳細に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行ってもよい。
また、本発明のガス回収システムは、ガスハイドレート層からのガス回収に限らず、オイルサンド層からのオイル回収などにも利用できる。本発明のガス回収システムと同様の構成を備えるオイル回収システムをオイルサンド層に設置し、熱エネルギ発生装置から高圧の過熱蒸気をオイルサンド層に注入することで、オイルサンド層からオイルを分離し回収することができる。
１０ ガス回収システム、 １２ 外筒、 １４ 内筒、 １６ ガス回収管、 １８ 供給管、 ２０ 信号線、 ２２ 導通経路、 ２４ 海面、 ２６ 構造物、 ２８ 可燃ガス供給装置、 ３０ 空気供給装置、 ３２ 水供給装置、 ３４ 制御装置、 ３６ ガスタンク、 ３８ 掘削装置、 ４０、４２ 地層、 ４４ ガスハイドレート層、 ４６ ハイドレート分解装置、 ４８、１４８、２４８ 熱エネルギ発生装置、 ５０ 火力発電装置、 ５２、１５２、２５２ 第１の管、 ５４、１５４、２５４ 第２の管、 ５６ 給水管、 ５８ 蒸気発生装置、 ６０ 過熱蒸気生成装置、 ６１ 筒状部材、 ６２ ヒータ、 ６３Ａ 第１の電磁バルブ、 ６３Ｂ 第２の電磁バルブ、 ６４Ａ 第１の蒸気供給管、 ６４Ｂ 第２の蒸気供給管、 ６５Ａ 第１の蒸気バルブ、 ６５Ｂ 第２の蒸気バルブ、 ６６ 高周波加熱装置、 ６８、１６８ ガス回収口、 １６９、２６９ 筒状加熱装置、 ７０、１７０ 可燃ガス供給管、 ７２、１７２ 空気供給管、 ７４、１７４ 燃焼室、 ７６、１７６ バーナ、 ７８ タービン、 ８０ ロータ、 ８２ ステータ、 ８４ 回転軸、 ８６、１８６ 排気路、 ９０ 第１のフィルタ、 ９２ 第２のフィルタ。
Claims (8)
- ガスハイドレート層の内部または近傍に熱エネルギ発生装置を配置し、この熱エネルギ発生装置で発生した熱エネルギによってガスハイドレートを分解して、発生したガスを回収するガスハイドレート層からのガス回収システムであって、
前記熱エネルギ発生装置は、
水を加熱して蒸気を発生させる蒸気発生装置と、
前記蒸気発生装置で発生した蒸気を更に加熱して過熱蒸気を生成する過熱蒸気生成装置と、
前記この過熱蒸気生成装置で生成された過熱蒸気を高速の気流として前記ガスハイドレート層に向けて噴出する、または、前記過熱蒸気の熱エネルギで溶融したガスハイドレートを前記高速の気流で循環させて循環流とし、その一部を前記過熱蒸気生成装置に還流する、互いに連結し空間的に連続する第１の管および第２の管と、
前記過熱蒸気を前記高速の気流として前記ガスハイドレート層に向けて前記第１の管より噴出させ、前記過熱蒸気の熱エネルギで溶融したガスハイドレートを前記高速の気流で循環させて循環流とし、その一部を前記第２の管から前記過熱蒸気生成装置に還流する第１の動作と、前記過熱蒸気を前記高速の気流として前記ガスハイドレート層に向けて前記第２の管より噴出させ、前記過熱蒸気の熱エネルギで溶融したガスハイドレートを前記高速の気流で循環させて循環流とし、その一部を前記第１の管から前記過熱蒸気生成装置に還流する第２の動作とを切り替える制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記蒸気発生装置によって発生された前記蒸気の吹き出し方向を切り替えることで、前記過熱蒸気生成装置によって生成される前記過熱蒸気の噴出方向を切り替えて、前記第１の動作と前記第２の動作とを切り替えることを特徴とするガスハイドレート層からのガス回収システム。 - 前記第１の管の開口部に設置可能な第１のフィルタと前記第２の管の開口部に設置可能な第２のフィルタとを更に備え、
前記制御装置は、前記第１の動作の際に、前記第１の管の開口部から前記第１のフィルタを取り外し、前記第２の管の開口部に前記第２のフィルタを設置し、前記第２の動作の際に、前記第２の管の開口部から前記第２のフィルタを取り外し、前記第１の管の開口部に前記第１のフィルタを設置するように、前記第１のフィルタおよび前記第２のフィルタをそれぞれ制御することを特徴とする請求項１に記載のガスハイドレート層からのガス回収システム。 - 前記蒸気発生装置は、
水を供給する給水管と、
前記給水管に設置され、前記給水管によって供給される水を加熱して蒸気を発生させるヒータと、
前記第１の管の開口部の方向に傾斜して前記第１の管に接続される第１の蒸気供給管と、
前記第２の管の開口部の方向に傾斜して前記第２の管に接続される第２の蒸気供給管と、
前記第１の蒸気供給管に設置される第１のバルブと、
前記第２の蒸気供給管に設置される第２のバルブとを更に備え、
前記制御装置は、
前記第１のバルブを開放し前記第２のバルブを閉止することで前記ヒータによって発生された蒸気を前記第１の蒸気供給管から前記第１の管に吹き出し、前記第２のバルブを開放し前記第１のバルブを閉止することで前記ヒータによって発生された蒸気を前記第２の蒸気供給管から前記第２の管に吹き出して、前記蒸気の吹き出し方向を切り替えることを特徴とする請求項１または２に記載のガスハイドレート層からのガス回収システム。 - 前記制御装置は、前記第１の動作において、前記第１の管の開口部に前記第１のフィルタを設置し、前記第２の管の開口部から前記第２のフィルタを取り外し、前記第２の動作において、前記第２の管の開口部に前記第２のフィルタを設置し、前記第１の管の開口部から前記第１のフィルタを取り外すように、前記第１のフィルタおよび前記第２のフィルタをそれぞれ制御することで、前記第１のフィルタまたは前記第２のフィルタを逆洗することを特徴とする請求項２または３に記載のガスハイドレート層からのガス回収システム。
- 前記第１のフィルタおよび前記第２のフィルタは、ワイヤフィルタであることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載のガスハイドレート層からのガス回収システム。
- 前記熱エネルギ発生装置を、ガス回収システムの軸線に対して等位置でその周方向に所定間隔で複数備え、
前記第１のフィルタは、複数の前記第１の管の開口部のそれぞれに共通して設置され、前記第２のフィルタは、複数の前記第２の管の開口部のそれぞれに共通して設置されることを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載のガスハイドレート層からのガス回収システム。 - 前記第１のバルブおよび前記第２のバルブは、前記蒸気発生装置で発生された蒸気圧によって動作されることを特徴とする請求項３に記載のガスハイドレート層からのガス回収システム。
- オイルサンド層の内部または近傍に熱エネルギ発生装置を配置し、この熱エネルギ発生装置で発生した熱エネルギによってオイルサンドからオイルを分離して、分離したオイルを回収するオイルサンド層からのオイル回収システムであって、
前記熱エネルギ発生装置は、
水を加熱して蒸気を発生させる蒸気発生装置と、
前記蒸気発生装置で発生した蒸気を更に加熱して過熱蒸気を生成する過熱蒸気生成装置と、
前記過熱蒸気生成装置で生成された過熱蒸気を高速の気流として前記オイルサンド層に向けて噴出する、または、前記過熱蒸気の熱エネルギで分離したオイルを前記高速の気流で循環させて循環流とし、その一部を前記過熱蒸気生成装置に還流する、互いに連結し空間的に連続する第１の管および第２の管と、
前記過熱蒸気を前記高速の気流として前記オイルサンド層に向けて前記第１の管より噴出させ、前記過熱蒸気の熱エネルギで分離したオイルを前記高速の気流で循環させて循環流とし、その一部を前記第２の管から前記過熱蒸気生成装置に還流する第１の動作と、前記過熱蒸気を前記高速の気流として前記オイルサンド層に向けて前記第２の管より噴出させ、前記過熱蒸気の熱エネルギで分離したオイルを前記高速の気流で循環させて循環流とし、その一部を前記第１の管から前記過熱蒸気生成装置に還流する第２の動作とを切り替える制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記蒸気発生装置によって発生された前記蒸気の吹き出し方向を切り替えることで、前記過熱蒸気生成装置によって生成される前記過熱蒸気の噴出方向を切り替えて、前記第１の動作と前記第２の動作とを切り替えることを特徴とするオイルサンド層からのオイル回収システム。
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