(57)【要約】【課題】水底に密閉空間を形成することで汚濁物質の拡散を最小限に抑えることが可能であるとともに、少ないエネルギー消費量で採取対象物の採取をおこなうことが可能な採取装置を提供する。【解決手段】水底Ｓから採取対象物を水上に搬送させる採取装置１である。そして、水底に対向させる天井部２１とその外縁から下方に延出される下壁部２２とを有するとともに水底との間に密閉空間２０を形成する函体部２と、密閉空間に送水をおこなう送水管３と、密閉空間の水を排水する排水管４と、函体部に連結される吊り部５とを備えている。【選択図】図１
2010236179.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水底から採取対象物を水上に搬送させる採取装置であって、
前記水底に対向させる天井部とその天井部の外縁から下方に延出される下壁部とを有するとともに前記水底との間に密閉空間を形成する函体部と、
前記密閉空間に送水をおこなう送水管と、
前記密閉空間の水を排水する排水管と、
前記函体部に連結される吊り部とを備えていることを特徴とする採取装置。
【請求項２】
前記函体部は、前記水底を破砕させる破砕部を有することを特徴とする請求項１に記載の採取装置。
【請求項３】
前記破砕部は、前記天井部から前記水底に向けて突出される破砕棒であることを特徴とする請求項２に記載の採取装置。
【請求項４】
前記送水管は、前記天井部の上方で分岐して複数の送水用分岐管が前記天井部を前記密閉空間に向けて貫通するとともに、前記排水管も前記天井部の上方で分岐して複数の排水用分岐管が前記天井部を前記密閉空間に向けて貫通することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の採取装置。
【請求項５】
前記下壁部の下部には、前記水底に向けて垂れ下がる可撓性のスカート部が形成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の採取装置。
【請求項６】
前記送水管及び前記排水管にはバルブが設けられるとともに、前記密閉空間の内圧を低減させる圧力低減手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の採取装置。
【請求項７】
前記圧力低減手段は、上室と下室の２室が内部に形成されるとともに底面を貫通するピストン摺動孔が形成された外殻部と、その外殻部の軸方向に移動して前記ピストン摺動孔を開閉させるピストン部と、水上から延設されて前記上室の圧力を調整する圧力パイプと、前記ピストン摺動孔と前記密閉空間を連通させる連通管とを備え、
前記ピストン部は、前記ピストン摺動孔に挿入されて前記下室と前記上室とに貫入される軸部と、前記上室において前記軸部から軸直交方向に延出されて上室内を区切る上閉塞板と、前記下室において前記軸部から軸直交方向に延出されて下室内を区切る下閉塞板とを有し、
前記外殻部には、前記下室の前記下閉塞板の下方に設けられる逆止弁付き排水孔と、前記下室の前記下閉塞板の上方に設けられる通水孔と、前記上室の前記上閉塞板の下方に設けられて前記圧力パイプと接続される送排水孔と、前記上室の前記上閉塞板の上方に設けられる通水孔とが形成されることを特徴とする請求項６に記載の採取装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の採取装置を使った水底資源の採取方法であって、
前記吊り部を使って吊り下げられた前記函体部を前記水底に沈設する工程と、
前記送水管を通して前記密閉空間に送水し、その水とともに前記採取対象物を前記排水管に流し込み、水上まで搬送させる工程とを備えたことを特徴とする水底資源の採取方法。
【請求項９】
前記函体部の下端と前記水底との隙間を充填するために、前記送水管又は前記排水管の少なくとも一方を使って前記水底に向けて充填材を搬送する工程を備えたことを特徴とする請求項８に記載の水底資源の採取方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海底などに埋蔵されている鉱物資源などの水底資源を採取する際に使用される採取装置、及びその採取装置を使った水底資源の採取方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、海底に堆積した鉱物資源を採取するための海底資源の採取方法、採取システム及び採取された海底資源を搬送させる流動搬送装置が知られている（特許文献１など参照）。
【０００３】
この特許文献１には、海底にある鉱物資源を海水と一緒に水面上の母船に吸い上げ、固形物を分別した後に海水を戻す方法が開示されている。また、この特許文献１では、海底に堆積している鉱物資源は、原則として水底に設置される吸上げ装置の吸込み力で破砕して採取する。そして、この吸込み力では破砕できない場合には、ジェット噴水によって破砕をおこなってから吸い上げをおこなう。
【０００４】
また、この吸上げ装置は、ドーム状のハウジングの底部が水底から離隔しており、採取箇所と外部の海水とが連通する構造となっている。
【０００５】
一方、特許文献２には、港湾建設工事や橋梁基礎工事で水底の岩盤を掘削する際に使用される破砕棒が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２４８８７４号公報
【特許文献２】特開平５−３０６５９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示された海底資源の採取システムでは、海底資源の採取箇所と外部の海水とが繋がっているため、海底資源を採取する際に発生する汚濁物質が海中に拡散して海水を汚染するおそれがある。
【０００８】
また、特許文献１の採取システムでは、海底が岩盤など硬質の場合は、ジェット噴射装置というエネルギー消費量が大きな装置を使用して破砕させる必要がある。さらに、この吸上げ装置は、採取箇所となるハウジングの内外が連通しているため、ジェット噴水で巻き上げられた汚濁物質は、広く海中に拡散することになる。
【０００９】
そこで、本発明は、水底に密閉空間を形成することで汚濁物質の拡散を最小限に抑えることが可能であるとともに、少ないエネルギー消費量で採取対象物の採取をおこなうことが可能な採取装置、及びそれを使った水底資源の採取方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するために、本発明の採取装置は、水底から採取対象物を水上に搬送させる採取装置であって、前記水底に対向させる天井部とその天井部の外縁から下方に延出される下壁部とを有するとともに前記水底との間に密閉空間を形成する函体部と、前記密閉空間に送水をおこなう送水管と、前記密閉空間の水を排水する排水管と、前記函体部に連結される吊り部とを備えている。
【００１１】
ここで、前記函体部は、前記水底を破砕させる破砕部を有する構成であることが好ましい。また、前記破砕部は、前記天井部から前記水底に向けて突出される破砕棒によって形成することができる。
【００１２】
また、前記送水管は、前記天井部の上方で分岐して複数の送水用分岐管が前記天井部を前記密閉空間に向けて貫通するとともに、前記排水管も前記天井部の上方で分岐して複数の排水用分岐管が前記天井部を前記密閉空間に向けて貫通する構成であってもよい。
【００１３】
さらに、前記下壁部の下部には、前記水底に向けて垂れ下がる可撓性のスカート部が形成されていてもよい。
【００１４】
また、前記送水管及び前記排水管にはバルブが設けられるとともに、前記密閉空間の内圧を低減させる圧力低減手段を備えた構成とすることができる。さらに、前記圧力低減手段は、上室と下室の２室が内部に形成されるとともに底面を貫通するピストン摺動孔が形成された外殻部と、その外殻部の軸方向に移動して前記ピストン摺動孔を開閉させるピストン部と、水上から延設されて前記上室の圧力を調整する圧力パイプと、前記ピストン摺動孔と前記密閉空間を連通させる連通管とを備え、前記ピストン部は、前記ピストン摺動孔に挿入されて前記下室と前記上室とに貫入される軸部と、前記上室において前記軸部から軸直交方向に延出されて上室内を区切る上閉塞板と、前記下室において前記軸部から軸直交方向に延出されて下室内を区切る下閉塞板とを有し、前記外殻部には、前記下室の前記下閉塞板の下方に設けられる逆止弁付き排水孔と、前記下室の前記下閉塞板の上方に設けられる通水孔と、前記上室の前記上閉塞板の下方に設けられて前記圧力パイプと接続される送排水孔と、前記上室の前記上閉塞板の上方に設けられる通水孔とが形成される構成であってもよい。
【００１５】
また、本発明の水底資源の採取方法は、上記の採取装置を使った水底資源の採取方法であって、前記吊り部を使って吊り下げられた前記函体部を前記水底に沈設する工程と、前記送水管を通して前記密閉空間に送水し、その水とともに前記採取対象物を前記排水管に流し込み、水上まで搬送させる工程とを備えたことを特徴とする。
【００１６】
ここで、前記函体部の下端と前記水底との隙間を充填するために、前記送水管又は前記排水管の少なくとも一方を使って前記水底に向けて充填材を搬送する工程を備えていてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
このように構成された本発明の採取装置は、水底との間に密閉空間を形成する函体部を備えている。また、その密閉空間に送水をおこなう送水管と、密閉空間の水を排水する排水管を備えている。
【００１８】
このため、汚濁物質が外部に漏れだすことがない密閉空間の中で採取対象物を採取することができるので、汚濁物質の周辺水域への拡散を最小限に抑えることができる。
【００１９】
また、密閉空間に対して送水管で水を送り、排水管によって返送させる構成であれば、送水管で水を送り出すときに駆動源が必要となるだけなので、エネルギー消費量を最小限に抑えることができる。
【００２０】
さらに、吊り部によって吊り下げ可能な構成であれば、深海の水底に対しても海上から容易に設置することができる。また、一度設置すれば、荒天時に水上の作業船を避難させる際にも、そのまま水底に設置しておくことができる。
【００２１】
また、函体部に破砕部を設けることで、水底が岩盤であっても破砕することが可能になり、所望する採取対象物を採取することができる。さらに、天井部から破砕棒を突出させる構造であれば、函体部内側の水底を破砕させることができるうえに、破砕棒の配置間隔を調整することで、破砕力の調整を容易におこなうことができる。
【００２２】
また、送水管及び排水管を分岐させることで、広い範囲の水底から効率よく採取対象物を採取することができる。
【００２３】
さらに、下壁部の下部に可撓性のスカート部が形成されていれば、下壁部の下端と水底とが密着していなくても、密閉空間を形成することができる。
【００２４】
また、送水管及び排水管のバルブを閉じて密閉空間の内圧を圧力低減手段によって低減させることで、函体部及びそこに設けられる破砕部に作用する水圧が相対的に増加するため、天井部にかかる外水圧を利用して岩盤などの硬質地盤を破砕することができるようになる。
【００２５】
さらに、外水圧を相殺させて少ない圧力差で駆動する圧力低減手段を使うことで、エネルギー消費量を最小限に抑えることができる。
【００２６】
そして、このような採取装置を使った水底資源の採取方法であれば、深海の水底からも少ないエネルギー消費量で水底資源を採取することができる。また、送水管又は排水管を利用して充填材を水底に搬送することで、水底に凹凸がある場合でも、水密性の高い密閉空間を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態の採取装置の構成を説明する斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態の採取装置の函体部周辺の構成を説明する断面図である。
【図３】圧力低減手段の構成を説明する断面図である。
【図４】本発明の実施の形態の水底資源の採取方法を説明する説明図である。
【図５】実施例の採取装置の函体部周辺の構成を説明する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２９】
図１は、本実施の形態の採取装置１の全体構成を説明する斜視図である。
【００３０】
この採取装置１は、深海などの水底Ｓの岩盤などに埋蔵していたり、水底Ｓに堆積していたりする鉱物資源などの水底資源を採取する装置である。
【００３１】
まず、構成から説明すると、この採取装置１は、水底Ｓとの間に図２に示すような密閉空間２０を形成する円筒状の函体部２と、その密閉空間２０に送水をおこなう送水管３と、密閉空間２０の水を排水する排水管４と、函体部２に連結される吊り部５とを備えている。
【００３２】
この函体部２は、図１，２に示すように、円板状の天井部２１と、その天井部２１の外縁から垂下される環状の下壁部２２と、天井部２１の外縁から立設される環状の上壁部２３とを備えている。なお、本実施の形態では、円筒状の函体部２を例に説明するが、この形状に限定されるものではなく、平面視楕円形、平面視多角形など様々な形状の函体部を使用することができる。
【００３３】
この函体部２は、外殻２ａが鋼板で形成されており、その外殻２ａの内空にコンクリート２ｂが充填されている。なお、函体部２としての必要な剛性及び重量が確保できる場合は、鋼材だけで製作することもできる。
【００３４】
また、函体部２の下壁部２２の下端には、水底Ｓを破砕させる破砕部としての刃部２２ａが形成されている。この刃部２２ａは、下壁部２２の内周側から外周側に向けて先細る断面視直角三角形の形状に形成されている。
【００３５】
さらに、天井部２１の下面には、水底Ｓを破砕させる破砕部としての破砕棒２４が、水底Ｓに向けて突出されている。この破砕棒２４は、下端が先鋭に形成された鋼製の棒体である。
【００３６】
また、破砕棒２４，・・・は、天井部２１の下面に、間隔を置いて複数、設けられる。この破砕棒２４，・・・の数及び配置間隔は、所望する破砕力によって調整することができる。
【００３７】
例えば、水深1000ｍ地点に函体部２を沈設し、密閉空間２０の内圧を急速に減圧すれば、天井部２１に作用している10ＭＰａの外水圧は、刃部２２ａ及び破砕棒２４，・・・に水底Ｓへの破砕力となって伝達される。その破砕力の大きさは、1ｍ2当たり平均10ＭＮであり、硬質の岩盤でも容易に破砕できる。
【００３８】
このため、破砕棒２４の１本当たりの破砕力を大きくする場合には配置間隔を広くし、破砕棒２４の１本当たりの破砕力が小さくなっても水底Ｓを細かく破砕したい場合は配置間隔を密にするように調整すればよい。
【００３９】
また、上壁部２３は、函体部２の水底Ｓへの沈降が進行したときに、周囲の土砂が天井部２１に流れ込むのを防ぐ土留め壁の役割を果たしている。このため、上壁部２３が埋没する程、沈降が進行する場合は、増しリング（図示省略）を上壁部２３に接続して嵩上げをおこなう。
【００４０】
また、この函体部２は、吊り部５によって吊り下げられ、水底Ｓに沈設される。この吊り部５は、水上まで延設される複数本の吊りワイヤ５１，・・・と、その吊りワイヤ５１の下端が連結される吊りリング５３と、吊りリング５３と函体部２とを連結する連結ワイヤ５３ａ，・・・と、吊りワイヤ５１，・・・に浮力を付与するために上下方向に間隔を置いて複数、設置される浮部５２，・・・と、送水管３及び排水管４を浮部５２，・・・で支持させるために上下方向に間隔を置いて複数、設置される管支持板５４，・・・とを備えている。
【００４１】
この浮部５２は、円筒状に形成された浮体であって、その壁５２ｃの内部は中空に形成されて所望する浮力が確保できるようになっている。また、この壁５２ｃには、上下方向に貫通するワイヤ孔５２ａ，・・・が形成されており、そのワイヤ孔５２ａ，・・・に吊りワイヤ５１，・・・が挿通される。
【００４２】
また、吊りワイヤ５１，・・・の途中には、ワイヤ孔５２ａ，・・・より外形が大きなワイヤストッパ５２ｂ，・・・が固定されており、浮部５２が浮上すると、ワイヤストッパ５２ｂ，・・・に浮部５２の上端面が当接してそれ以上の上昇が阻止される。
【００４３】
さらに、浮部５２の上方には、送水管３及び排水管４が挿通される浮部５２の中央貫通孔５２ｄよりも、平面視の外形が大きな円板状の管支持板５４が配置される。
【００４４】
この管支持板５４は、送水管３及び排水管４に固着されており、送水管３及び排水管４との位置関係は固定されている。しかしながら、吊りワイヤ５１，・・・に沿って上下方向に移動する浮部５２と管支持板５４との距離は、浮部５２の位置によって変化する。
【００４５】
例えば、図１の一番上に位置する浮部５２は、水上にあるときと同じ状態で、浮部５２の上端面と管支持板５４とは離隔している。これに対して、図１の省略線より下方に示した浮部５２は、水中で浮き上がり、ワイヤストッパ５２ｂ，・・・に上端面が当接した位置で留まっている。そして、その浮部５２の中央貫通孔５２ｄを塞ぐように管支持板５４が載置される。
【００４６】
すなわち、管支持板５４は、水中においては浮遊する浮部５２によって支持された状態になる。そして、この管支持板５４には、送水管３及び排水管４が固定されているので、送水管３及び排水管４は、管支持板５４を介して浮部５２に支持されることになる。このため、送水管３及び排水管４の自重は、浮部５２，・・・の位置毎に支持され、全長にわたる大きな自重が一箇所に集中して作用することがない。
【００４７】
なお、浮部５２，・・・が潮流などによって流される場合は、アンカー（図示省略）に係留することによって、所定の位置に留まるようにしておく。
【００４８】
また、送水管３は、水上から水を密閉空間２０に送水するための管体である。この送水管３は、図１に示すように水上から函体部２の天井部２１の上面に向けて延設され、図１，２に示すように天井部２１と略平行に配管される分流管３３に接続される。
【００４９】
また、この分流管３３は、天井部２１の上面に配管された二本の環状連絡管３２，３２に接続される。さらに、この環状連絡管３２，３２には、天井部２１を密閉空間２０に向けて貫通する複数の送水用分岐管３１，・・・が接続される。このため、送水管３から分流管３３に流れ込んだ水は、環状連絡管３２，３２の中を流れる間に送水用分岐管３１，・・・に流れ込み、密閉空間２０に向けて吐出される。
【００５０】
一方、排水管４は、密閉空間２０の水を水上に排水するための管体である。この排水管４は、図１に示すように水上から函体部２の天井部２１の上面に向けて延設され、図１，２に示すように天井部２１と略平行に配管される分流管４３に接続される。
【００５１】
また、この分流管４３は、天井部２１の上面に配管された二本の環状連絡管４２，４２に接続される。さらに、この環状連絡管４２，４２には、天井部２１を密閉空間２０に向けて貫通する複数の排水用分岐管４１，・・・が接続される。このため、密閉空間２０から排水用分岐管４１，・・・に取り込まれた水は、環状連絡管４２，４２を通って分流管４３に流れ込み、排水管４の内部を上昇して水上に吐出される。
【００５２】
さらに、この採取装置１は、密閉空間２０の内圧を低減させるための圧力低減手段６を備えている。この圧力低減手段６は、図４及び図３に示すように、圧力ポンプ６６に接続される圧力パイプ６１と、ピストン摺動孔６２ｃが底面に形成された円筒状の外殻部６２と、その外殻部６２の軸方向に移動してピストン摺動孔６２ｃを開閉させるピストン部６３と、ピストン摺動孔６２ｃと密閉空間２０を連通させる連通管６４とを備えている。
【００５３】
この圧力パイプ６１は、送水管３及び排水管４と平行に延設され、送水管３及び排水管４と同様に、管支持板５４，・・・に固定される。また、外殻部６２は、図３に示すように、上室６２ａと下室６２ｂとが中間床６２ｄによって区切られることで内部に２室が形成された鋼殻である。
【００５４】
また、ピストン部６３は、円柱状のピストン摺動孔６２ｃに沿って摺動する軸部６３ａと、軸部６３ａの途中で軸直交方方向に延出される円板状の下閉塞板６３ｃと、軸部６３ａの上端で軸直交方方向に延出される円板状の上閉塞板６３ｂとを有している。
【００５５】
この軸部６３ａは、下端が円錐状に形成された円柱状の棒体で、ピストン摺動孔６２ｃに挿入されると、下室６２ｂと連通管６４との間の流体の移動は阻止される。
【００５６】
さらに、軸部６３ａは、中間床６２ｄに貫通された上室６２ａと下室６２ｂとを連通させる孔に対して、Ｏリングを介在させるなどして水密状態で摺動可能に挿入されている。
【００５７】
また、上室６２ａ内を区切る上閉塞板６３ｂは、外縁に止水材などが貼り付けられることで、上室６２ａの内壁面に対して水密状態で摺動可能となるように構成されている。さらに、下室６２ｂ内を区切る下閉塞板６３ｃも、外縁に止水材などが貼り付けられることで、下室６２ｂの内壁面に対して水密状態で摺動可能となるように構成されている。
【００５８】
このため、上閉塞板６３ｂによって区切られた上室６２ａ内の上下の空間では、内圧を変えることができる。また、下閉塞板６３ｃによって区切られた下室６２ｂ内の上下の空間も、内圧を変えることができる。
【００５９】
そして、ピストン部６３がどの位置に移動していても上閉塞板６３ｂの下方に位置する上室６２ａの側壁には、圧力パイプ６１と接続される送排水孔６５ｃが水平方向に向けて貫通される。また、上室６２ａの天井には、上下方向に貫通する通水孔６５ｄが形成される。
【００６０】
また、ピストン部６３がどの位置に移動していても下閉塞板６３ｃの上方に位置する下室６２ｂの側壁には、水平方向に貫通する通水孔６５ｂが形成される。さらに、下室６２ｂの底面には、逆止弁付き排水孔６５ａが形成される。
【００６１】
この逆止弁付き排水孔６５ａは、下室６２ｂ内から外部に向けた一方向の水の流れのみ許容する弁である。すなわち、下室６２ｂ内からの外部に向けての排水は、弁が下降して孔との間に隙間ができるため許容され、外部から下室６２ｂ内への水の浸入は、弁が上昇して孔を塞ぐことによって阻止される。
【００６２】
次に、本実施の形態の水底資源の採取方法について説明する。
【００６３】
まず、水上の作業船（図示省略）又は陸上において、図１に示すような採取装置１の組み立てをおこなう。そして、水底資源を採取する位置の真上に作業船を移動させ、作業船のクレーン（図示省略）に吊りワイヤ５１，・・・を連結する。
【００６４】
続いてクレーンを操作して、採取装置１の函体部２が水底Ｓに接地されるまで吊り下げる。このとき、クレーンを操作して函体部２の上下動を繰り返し、函体部２が正確に鉛直に設置されるようにする。
【００６５】
なお、この函体部２には、図示していないが傾斜計などの計測センサや水中カメラなどが取り付けられており、作業船から函体部２の姿勢を確認することができる。
【００６６】
そして、水底Ｓの地盤が比較的軟らかければ、図２に示すように刃部２２ａが水底Ｓに食い込み、水底Ｓと下壁部２２と天井部２１とに囲まれた空間は、密閉空間２０となる。
【００６７】
この密閉空間２０が形成されているか否かは、排水管４の水上バルブ４４を閉めた状態で、送水管３から試験的に送水をおこない、密閉空間２０内の水圧の減衰状況を観察することで判断できる。
【００６８】
これに対して、水底Ｓに凹凸があったりすると、水密性の高い密閉空間２０を形成することができない。また、函体部２が傾いて設置されると、刃部２２ａの一部の食い込みだけが先行し、外殻２ａ表面と地盤との摩擦力が増大し、函体部２の沈下を進行させることができなくなるおそれがある。
【００６９】
そこで、図４に示すように水底Ｓに凹凸がある場合は、送水管３又は排水管４を使って作業船からシルトモルタルや砂などの充填材７を水底Ｓに送り込み、凹部を埋めて水底Ｓを平坦にする。なお、この充填材７の強度は、刃部２２ａの貫入が可能な程度の強度にしておく。
【００７０】
また、この充填材７の充填工程は、水底資源の採取を開始した後に、断層やオープンクラックなどが出現して止水性が確保できなくなった場合にもおこなわれる。
【００７１】
一方、水底Ｓの岩盤が硬く、刃部２２ａを自重だけでは水底Ｓに貫入できない場合は、密閉空間２０の減圧をおこなう。
【００７２】
この減圧をおこなう際には、まず、送水管３の水中バルブ３５（電磁バルブ）と排水管４の水中バルブ４５（電磁バルブ）とを閉めて、減圧が送水管３及び排水管４に及ばないようにする。すなわち、送水管３及び排水管４の内圧が低下すると、外側から大きな外水圧を受けて損傷するおそれがあるため、高耐力の管材を使用しない場合は、水中バルブ３５，４５を閉めておく。
【００７３】
ここで、図３に示した圧力低減手段６の圧力パイプ６１の内部には、水が充満しており、圧力パイプ６１の内外の圧力差はほとんどない状態となっている。すなわち、圧力パイプ６１による圧力調整がおこなわれない状態では、上室６２ａの上閉塞板６３ｂで区切られた上下の圧力は、ほぼ同じ大きさとなっている。
【００７４】
そして、圧力低減手段６の圧力パイプ６１の水を、図４に示すように水面Ｗ上の作業船（図示省略）に設置された圧力ポンプ６６で抜いてその圧力を低下させると、図３に示す上室６２ａの上閉塞板６３ｂの下方の圧力が低下し、上閉塞板６３ｂに通水孔６５ｄを介して作用する外水圧との差圧が、ピストン部６３を押し下げる力となる。
【００７５】
さらに、このようにして作用する力によってピストン部６３が下がると、逆止弁付き排水孔６５ａの弁が開き、下室６２ｂの下閉塞板６３ｃの下方の水が外部の海中に排水されることになる。これに対してピストン摺動孔６２ｃは、下がったピストン部６３の軸部６３ａによって塞がれるので、連通管６４を通って下室６２ｂの水が密閉空間２０に流れ込むことはほとんどない。
【００７６】
このようにしてピストン部６３が一番下まで下がった状態で、圧力パイプ６１の圧力を上げると、上室６２ａの上閉塞板６３ｂの下方の圧力が増加して、上閉塞板６３ｂに上向きの力が作用してピストン部６３が上昇することになる。
【００７７】
また、ピストン部６３の上昇に伴って下閉塞板６３ｃが上昇すると、下閉塞板６３ｃの下方の内圧が下がり、外水圧によって弁が上昇した逆止弁付き排水孔６５ａは閉塞される。
【００７８】
そして、さらにピストン部６３が上昇し、軸部６３ａの先端がピストン摺動孔６２ｃから抜け出すと、密閉空間２０と下室６２ｂの下閉塞板６３ｃの下方とが連通することになって、密閉空間２０の水が下室６２ｂに流れ込むことになる。
【００７９】
このように圧力パイプ６１の圧力を、外殻部６２近傍の外水圧の前後で増減させると、ピストン部６３が上昇と下降を繰り返し、密閉空間２０の水が吸い上げられて排水されることになる。
【００８０】
そして、密閉空間２０の水が排水されると、外部から水が供給されない密閉空間２０の内圧は低下し、天井部２１の上面に作用する外水圧と低下した内圧との差圧が、函体部２を押し下げる力となる。
【００８１】
このように密閉空間２０の圧力を低減することによって、刃部２２ａ及び破砕棒２４，・・・に作用する力が増し、硬い岩盤をも破砕させることができるようになる。
【００８２】
また、破砕棒２４，・・・で岩盤を破砕しただけでは塊状の岩石になるだけだが、減圧状態で岩盤を破砕した場合は、岩盤の内部の間隙水圧の方が密閉空間２０の圧力より高くなり、内側からの破壊も起こって岩石が粒状に破砕されることになる。
【００８３】
すなわち、水底Ｓの岩盤の内部には、外水圧と同程度の圧力の間隙水が存在しており、水深1000ｍ地点では間隙水圧も10ＭＰａ程度になる。これに対して、密閉空間２０の圧力を急激に下げると、間隙水圧はそれに瞬時に追従できないため、間隙水圧が密閉空間２０の圧力に対して極端に大きくなって岩石が破壊することになる。
【００８４】
そして、採取対象物を粒状に破砕した後に、送水管３及び排水管４のバルブ（３４，３５，４４，４５）をすべて開放し、送水管３から密閉空間２０に向けて送水をおこなう。
【００８５】
この送水管３によって搬送された水は、分流管３３で分かれて２本の環状連絡管３２，３２に流れ込み、周回する途中で送水用分岐管３１，・・・に流れ落ちて密閉空間２０に吐出される。
【００８６】
そして、密閉空間２０に吐出された水は、粒状に破砕された鉱物などの採取対象物と混合し、混合水として送水用分岐管３１，・・・よりも圧力の低い排水用分岐管４１，・・・に取り込まれる。
【００８７】
さらに、排水用分岐管４１，・・・に取り込まれた混合水は、連結された２本の環状連絡管４２，４２に流れ込み、分流管４３を経由して排水管４内を上昇し、作業船に設けられたろ過装置に供給される。
【００８８】
そして、ろ過装置によって採取すべき鉱物などの水底資源を混合水から取り出し、鉱石運搬船（図示省略）に水底資源を積み込み、残りのろ過水は、再び、送水管３によって密閉空間２０に送り出す。
【００８９】
なお、送水管３による水の供給は、圧送ポンプを使っておこなうが、送水される水の圧力によって函体部２が浮き上がることがない程度の圧力に抑える必要がある。
【００９０】
また、採取が終了した後に、別の採取場所に函体部２を移動させるに際しては、水底Ｓの破砕物によって海水が汚濁することがないように、送水管３及び排水管４から充填材７や固化不溶化剤を調合したシルトモルタルなどを水底Ｓに送って破砕物を封じ込め、函体部２を撤去しても汚濁物質が拡散したり鉱物の有害物質が溶出したりしないようにする。
【００９１】
そして、函体部２を移動させる際には、作業船のクレーンで吊りワイヤ５１，・・・を張った状態にし、排水管４の水上バルブ４４を閉じ、送水管３によって送水をおこなって密閉空間２０内の水圧を上げることで函体部２を浮き上がらせる。
【００９２】
さらに、浮き上がった函体部２を吊りワイヤ５１，・・・を介してクレーンで吊り、所望する位置まで横移動して再び水底Ｓに接地させ、上述した手順で再び採取をおこなう。
【００９３】
次に、本実施の形態の採取装置１及び水底資源の採取方法の作用について説明する。
【００９４】
このように構成された本実施の形態の採取装置１は、水底Ｓとの間に密閉空間２０を形成する函体部２を備えている。また、その密閉空間２０に送水をおこなう送水管３と、密閉空間２０の水を排水する排水管４を備えている。
【００９５】
このため、汚濁物質が外部に漏れだすことがない密閉空間２０の中で採取対象物を採取することができるので、汚濁物質の周辺水域への拡散を最小限に抑えることができる。
【００９６】
また、密閉空間２０に対して送水管３で水を送り、閉じられた経路内で排水管４によって返送させる構成であれば、送水管３で水を送り出す圧送ポンプを稼働させるだけでよいので、エネルギー消費量を最小限に抑えることができる。
【００９７】
さらに、水底Ｓに凹凸があるなどして密閉空間２０が形成しにくい場所であっても、送水管３又は排水管４の少なくとも一方を利用して充填材７を水底Ｓに敷き均して平坦にすることで、水密性の高い密閉空間２０を容易に形成することができる。
【００９８】
また、吊り部５によって吊り下げられる構成であれば、深海の水底Ｓであっても海上から吊り下ろすだけで容易に設置することができる。また、一度、函体部２を水底Ｓに設置すれば、荒天時に水上の作業船を避難させる際にも、そのまま水底Ｓに設置しておき、作業を再開する際には、浮部５２を目印に作業船と採取装置１とを再接続して、迅速に作業を再開させることができる。
【００９９】
また、函体部２は、水底Ｓに対向させる天井部２１と、その外縁から垂下させる下壁部２２とによって、高水圧に耐え得る簡素で破損し難い構造にすることができる。
【０１００】
さらに、函体部２に刃部２２ａ及び破砕棒２４，・・・を設けることで、水底Ｓが岩盤であっても破砕して採取対象物を採取することができる。すなわち、天井部２１から複数の破砕棒２４，・・・を突出させる構造であれば、天井部２１にかかる水圧を利用して水底Ｓを細かく破砕させることができるため、エネルギーを消費する駆動源が必要な破砕装置を使用しなくてもよい。特に、破砕棒２４，・・・の配置間隔を変えると、一本の破砕棒２４に作用する力の大きさが変わるので、間隔を調整するだけで容易に破砕力を調整することができる。
【０１０１】
また、送水管３及び排水管４を分岐させて天井部２１に点在させた送水用分岐管３１，・・・及び排水用分岐管４１，・・・によって水の供給及び排出をおこなうようにすれば、密閉空間２０に均等に水が供給され、広い範囲の水底Ｓから効率よく採取対象物を採取することができる。
【０１０２】
また、送水管３及び排水管４の水中バルブ３５，４５を閉じて密閉空間２０の内圧を圧力低減手段６によって低減させることで、函体部２及び破砕棒２４，・・・に作用する水圧が相対的に増加するため、外水圧を利用して岩盤などの硬質地盤を破砕することができる。
【０１０３】
さらに、外水圧を相殺させて少ない圧力差で駆動する圧力低減手段６を使うのであれば、深海のように水底Ｓ付近の水圧が非常に高水圧になる場合でも、エネルギー消費量を最小限に抑えて圧力低減手段６を作動させることができる。
【０１０４】
そして、このような採取装置１を使った水底資源の採取方法であれば、深海の水底からも少ないエネルギー消費量で水底資源を採取することができる。
【実施例】
【０１０５】
次に、前記実施の形態とは別の形態の採取装置１Ａについて、図５を参照しながら説明する。なお、前記実施の形態で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については同一符号を付して説明する。
【０１０６】
前記実施の形態では、函体部２の刃部２２ａ及び破砕棒２４，・・・によって水底Ｓの岩盤を破砕することで、水底Ｓに埋蔵された鉱物資源などの水底資源を採取する方法について説明した。
【０１０７】
しかしながら、コバルトリッチクラストと呼ばれる鉱床は、水底Ｓに数センチメートルから数十センチメートル程度堆積しているだけである。このような鉱床は、広域的に分布しているため、函体部２を正確に据え付けることよりも、迅速に移動させることの方が重要になる。
【０１０８】
そこで、実施例の採取装置１Ａでは、水底Ｓに接地させなくても密閉空間２０を形成できる函体部２Ａの構成について説明する。
【０１０９】
この函体部２Ａは、図５に示すように、下壁部２２の下部の外周面を囲繞するスカート部８が巻き付けられている。このスカート部８は、下壁部２２の下端付近から水底Ｓに向けて垂れ下がる可撓性の部材である。
【０１１０】
また、スカート部８は、並行に配置される帯状の内側サンドバック８１及び外側サンドバック８３と、内側サンドバック８１と外側サンドバック８３の間に介在される遮水シート８２と、外側サンドバック８３と遮水シート８２と内側サンドバック８１とを貫通して下壁部２２に固定させる固定ボルト８４，・・・とを備えている。
【０１１１】
この内側サンドバック８１及び外側サンドバック８３は、アラミド繊維などの柔軟性と高強度を有する袋体の中に、砂鉄や粒状ガーネットなどの硬質の粒状物が充填されることによって形成される。
【０１１２】
また、遮水シート８２には、ワイヤで補強されたゴムシートなどが使用できる。さらに、この遮水シート８２は、内側サンドバック８１及び外側サンドバック８３よりも下方に垂下する長さに形成される。
【０１１３】
次に、本実施例の水底資源の採取方法について説明する。
【０１１４】
まず、前記実施の形態と同様にして函体部２Ａを水底Ｓに向けて吊り下ろす。この際、前記実施の形態のように刃部２２ａを接地させなくてもよく、図５に示すように刃部２２ａが水底Ｓから離隔した状態であっても、スカート部８の下部が撓んで水底Ｓに密着していればよい。
【０１１５】
続いて、送水管３の水上バルブ３４を閉じ、排水管４を使ってエアリフトや水中ポンプにより密閉空間２０から揚水をおこなう。すると、密閉空間２０の圧力が低下し、スカート部８が密閉空間２０側に引き寄せられ、水密性を更に高めることができる。
【０１１６】
また、スカート部８が引き寄せられて刃部２２ａと水底Ｓとの間に潜り込んだり減圧衝撃を受けたりしても、内側サンドバック８１がその力を受けるだけなので、破損することがない。さらに、遮水シート８２は、外側サンドバック８３が錘になって押さえつけられているので、浮き上がって水密性が低下することがない。
【０１１７】
このように下壁部２２の下部に可撓性のスカート部８が形成されていれば、下壁部２２の刃部２２ａを水底Ｓに食い込ませなくても高い水密性が確保された密閉空間２０を形成することができる。
【０１１８】
また、前記実施の形態で説明したように、充填材７によって水底Ｓの凹凸を埋める必要がないので、迅速に採取作業を開始することができる。さらに、水底Ｓに薄く堆積した水底資源を、充填材７を混入させることなく良好な状態で採取することができる。
【０１１９】
また、刃部２２ａや破砕棒２４，・・・を水底Ｓに深く食い込ませていなければ、函体部２Ａの移動を容易におこなうことができるので、広範囲に薄く広がる水底資源を効率よく採取することができる。
【０１２０】
なお、この他の構成および作用効果については、前記実施の形態と略同様であるため説明を省略する。
【０１２１】
以上、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態及び実施例に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。
【０１２２】
例えば、前記実施の形態及び実施例では、破砕部として刃部２２ａと破砕棒２４，・・・を設けたが、これに限定されるものではなく、いずれか一方でもよい。また、前記実施例のように軟質な堆積物を採取する場合は、破砕部がなくてもよい。
【０１２３】
また、前記実施の形態及び実施例では、水底資源を採取するために採取装置１，１Ａを使用したが、これに限定されるものではなく、港湾建設工事や橋梁基礎工事で水底の岩盤を掘削する際にも、破砕された岩盤を採取して掘削をおこなう装置として本発明の採取装置を適用できる。
【０１２４】
また、前記実施の形態では、圧力低減手段６による密閉空間２０の減圧方法について説明したが、これに限定されるものではなく、送水管３及び排水管４を使って密閉空間２０に圧縮空気を送り、その後、急速放出をおこなって減圧させる方法、又は爆発力や蒸気圧を使って減圧させる方法などであってもよい。
【０１２５】
さらに、前記実施の形態では、作業船を使って水底資源を採取する方法について説明したが、これに限定されるものではなく、荒天時にも現地係留が可能な大型作業台（海底油田からの石油掘削作業などに使われるセミサブマーシブルなど）を据え付けてもよい。
【符号の説明】
【０１２６】
１，１Ａ      採取装置
２，２Ａ      函体部
２０          密閉空間
２１          天井部
２２          下壁部
２２ａ        刃部（破砕部）
２４          破砕棒（破砕部）
３            送水管
３１          送水用分岐管
３４          水上バルブ
３５          水中バルブ
４            排水管
４１          排水用分岐管
４４          水上バルブ
４５          水中バルブ
５            吊り部
６            圧力低減手段
６１          圧力パイプ
６２          外殻部
６２ａ        上室
６２ｂ        下室
６２ｃ        ピストン摺動孔
６３          ピストン部
６３ａ        軸部
６３ｂ        上閉塞板
６３ｃ        下閉塞板
６４          連通管
６５ａ        排水孔
６５ｂ        通水孔
６５ｃ        送排水孔
６５ｄ        通水孔
７            充填材
８            スカート部
Ｓ            水底
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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