(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
海上に配置される揚鉱基地と、
揚鉱基地から海底まで配設され、海底で採掘された有価物を含む海底海水を揚鉱基地に移送する揚鉱用の移送管と、
有価物と海底海水を分離するセパレータと、
揚鉱基地から海底まで配設され、有価物が分離された海水を海底に戻す循環用の移送管と、
有価物が分離された海水を循環用の移送管に送り込む循環ポンプと、
海底に配置され、有価物を海底海水と共に吸込口から吸入して揚鉱用の移送管に送り込む水中ポンプを有する揚鉱装置と、を備え、
前記揚鉱装置は、並列配置した複数の水中ポンプを含み、時計回りにインペラが回転する水中ポンプの数と、反時計回りにインペラが回転する水中ポンプの数を等しくしたことを特徴とする揚鉱システム。
【請求項２】
前記揚鉱装置は、循環用の移送管を通じて海底に戻される海水を駆動水とする複数のハイドロモーターをさらに含み、これらハイドロモーターを並列配置すると共に、内部の回転羽根が時計回りに回転するハイドロモーターの数と、内部の回転羽根が反時計回りに回転するハイドロモーターの数を等しくしたことを特徴とする請求項１に記載の揚鉱システム。
【請求項３】
前記インペラと回転羽根が同軸上に連結された水中ポンプとハイドロモーターの一式を、偶数式有することを特徴とする請求項２に記載の揚鉱システム。
【請求項４】
前記水中ポンプの吸込口と前記ハイドロモーターの海水排出口は、海水の吸込方向と排出方向が揚鉱装置に対するそれぞれの水流の力が相殺するように配置されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の揚鉱システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海底で採掘した鉱石などの有価物を海上まで揚鉱する揚鉱システムに関し、特に、フレキシブルライザーなどの移送管を用いて、有価物を含む海底海水を連続的に揚鉱する揚鉱システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、海底に存在する有用な資源を採取することが行われている。海底には、海底熱水鉱床と称される岩石の塊が存在しており、この岩石に有価金属が含まれていることが分かっている。その中でも、鉛，金，銅，ゲルマニウム，ガリウム，マンガンなどの希少金属（レアメタル）を海底熱水鉱床から採掘することができれば、世界的に見ても枯渇が問題視されているレアメタルの資源確保を期待できる。
【０００３】
海底を採掘して有価金属を揚鉱するための技術開発は、これまでも行われている。しかし、実際には、水中ブルドーザや浚渫機などを用いて水深１００ｍ以浅の海底を採掘した実績があるに止まっており、水深５００〜２０００ｍといった深海からの有価金属の揚鉱は、世界的に見ても実績がない。
【０００４】
水深５００ｍ以上の海底で採掘した鉱石を揚鉱するための技術として、ライザー管式揚鉱システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示されている揚鉱システムは、深海底から海面にかけて鉛直保持したＵ字管、Ｕ字管内に海水の流れを形成するためのポンプ、及び海底で採掘した鉱石をＵ字管内に送り込む集鉱機を備えている。そして、揚鉱母船に設けたポンプでＵ字管の一端から他端に海水を輸送することによってＵ字管内に海水の循環流を形成し、この海水の上昇流を利用して鉱石を海上までスラリー輸送する。
【０００５】
但し、水深が深くなると、その分、Ｕ字管の長さが長くなり、且つ、鉱石を海上まで輸送するための管内流速が必要となるため、管内の圧力が海底の圧力よりも高圧となる。従って、特許文献１の揚鉱システムの場合、通常であれば、海底に配置した集鉱機からＵ字管内に鉱石を投入する際の圧力調整機構や、鉱石を投入するための開閉バルブを備えた隔離室が必要である。しかしながら、特許文献１には、集鉱機に連結された集鉱ホースを介してＵ字管内に投入する構造が図示されているに止まり、圧力調整がどのように行われているかの明記はない。
【０００６】
また、水深の深い海底の表面は、海水の浮力の影響により、地上に比べて表面が圧接されていない。さらに、装置自体も浮力の影響を受ける。そのため、海底で使用される装置を、海底に固定することは難しいという課題がある。その上、海底に配置される装置が、例えば特許文献２に開示されているように水中ポンプである場合、その駆動時の回転モーメントの影響で装置自体が回転したり、横移動したりする場合がある。装置を海底に載置せず、例えばクレーンを用いて装置を海底近傍に吊り下げた場合も同様の問題が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２６９０７０号公報
【特許文献２】特開平３−２５１２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
すなわち、本発明は、一例として挙げた上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、海底で採掘した有価物（例えば、鉱石）を揚鉱する揚鉱システムであって、特に回転駆動される機構を有する揚鉱装置を海底又は海底近傍に安定配置することのできる揚鉱システムを提供することにある。
【０００９】
また、本発明の他の目的は、海底又は海底近傍に安定配置するための構成が簡素化されている揚鉱装置を備えた揚鉱システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の揚鉱システムは、海上に配置される揚鉱基地と、揚鉱基地から海底まで配設され、海底で採掘された有価物を含む海底海水を揚鉱基地に移送する揚鉱用の移送管と、有価物と海底海水を分離するセパレータと、揚鉱基地から海底まで配設され、有価物が分離された海水を海底に戻す循環用の移送管と、有価物が分離された海水を循環用の移送管に送り込む循環ポンプと、海底に配置され、有価物を海底海水と共に吸込口から吸入して揚鉱用の移送管に送り込む水中ポンプを有する揚鉱装置と、を備え、前記揚鉱装置は、並列配置した複数の水中ポンプを含み、時計回りにインペラが回転する水中ポンプの数と、反時計回りにインペラが回転する水中ポンプの数を等しくしたことを特徴とする。
【００１１】
上記揚鉱装置は、循環用の移送管を通じて海底に戻される海水を駆動水とする複数のハイドロモーターをさらに含み、これらハイドロモーターを並列配置すると共に、内部の回転羽根が時計回りに回転するハイドロモーターの数と、内部の回転羽根が反時計回りに回転するハイドロモーターの数を等しくすることができる。この場合、前記インペラと回転羽根が同軸上に連結された水中ポンプとハイドロモーターの一式を、偶数式有するようにすることができる。
【００１２】
さらに、揚鉱装置に吸込まれる海水の水流や、装置外に放出する海水の水流によって装置が移動するのを抑えるために、前記水中ポンプの吸込口と前記ハイドロモーターの海水排出口を、揚鉱装置に対するそれぞれの水流の力が相殺するように配置することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、有価物を海底海水と共に吸込口から吸入して揚鉱用の移送管に送り込む水中ポンプの複数（例えば、偶数個）を揚鉱装置に並列配置し、且つ、時計回りにインペラが回転する水中ポンプの数と、反時計回りにインペラが回転する水中ポンプの数を等しくしたことにより、インペラが回転することによって生じる装置への影響を、これら水中ポンプ同士で相殺することができる。その結果、装置自体が回転したり、横移動したりすることが抑えられ、海底に揚鉱装置を安定配置することが可能となる。
【００１４】
さらに、本発明によれば、装置に水中ポンプを並列配置し、時計回りにインペラが回転する水中ポンプと、反時計回りにインペラ回転する水中ポンプの数を同数にするという簡素な構成によって、海底に揚鉱装置を安定配置することを可能にしている。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態による揚鉱システムの全体構成図である。
【図２】上記揚鉱システムの揚鉱装置である。
【図３】水中ポンプとハイドロモーターを２式備えた揚鉱装置である。
【図４】上記揚鉱システムの循環ポンプの配管系統図である。
【図５】水中ポンプとハイドロモーターを１式備えた揚鉱装置である。
【図６】上記揚鉱装置の作用図である。
【図７】水中ポンプとハイドロモーターを４式備えた揚鉱装置である。
【図８】水中ポンプとハイドロモーターを４式備えた揚鉱装置である。
【図９】本発明の第２実施形態による揚鉱システムの全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の好ましい実施形態による揚鉱システムについて、海底から鉱石を揚鉱する揚鉱システムを一例に挙げて、添付図面を参照しながら詳しく説明する。但し、以下に説明する実施形態によって本発明の技術的範囲は何ら限定解釈されることはない。
【００１７】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に従う揚鉱システムの全体構成図である。本実施形態に従う揚鉱システム１は、海上に配置される揚鉱基地２、海底に配置される揚鉱装置３、揚鉱基地２と揚鉱装置３との間で海水を移送する移送管４を含む。揚鉱基地２から海底まで配設させる移送管４は、採掘した鉱石を海水と共に揚鉱基地２までスラリー移送する揚鉱用の移送管４１と、揚鉱基地２にて鉱石を分離した海水を海底に戻す循環用（返送用）の移送管４２を含んでいる。
【００１８】
海洋では潮流などの影響を受けるので、移送管４（４１，４２）としては、可撓性を有するライザー管（フレキシブルライザー）を用いるのが一般的である。従って、説明の便宜上、揚鉱用の移送管４１を「揚鉱ライザー」と称し、循環用（返送用）の移送管４２を「返送ライザー」と称する。但し、移送管４（４１，４２）がフレキブルライザーに限定されることはなく、直管ライザーであってもよく、一般的な配管やパイプラインなどであってもよい。
【００１９】
揚鉱基地２は、一般的には船（揚鉱母船）であり、目的とする海域の洋上に停泊させて揚鉱を行う。但し、船に限定されることはなく、海上に建設されたプラットホームなどであってもよい。
【００２０】
揚鉱基地２には、揚鉱ライザー４１を介して海底からスラリー移送されてくる鉱石を、海水から分離するセパレータ２１が配置されている。図１には、連続するオーバーフロー槽によって構成されたセパレータ２１を一例として図示しているが、鉱石と海水を分離できればよく、オーバーフロー槽に限定されることはない。セパレータ２１の他の例としては、サイクロン，濾過装置，篩などが挙げられる。生態系への影響を考慮すると、目的とする有価金属以外の物質や成分は、海水と共に返送ライザー４２を通じて海底に戻すのが好ましい。
【００２１】
さらに揚鉱基地２には、セパレータ２１で鉱石が分離された海水を、返送ライザー４２に送り込む循環ポンプ２２が配置されている。循環ポンプ２２としては、スラリーポンプが好ましいが、特に限定されることはない。
【００２２】
続いて、海底に配置される揚鉱装置３について、図２及び図３を参照しながら詳しく説明する。本実施形態による揚鉱装置３は、図２に示すように、水中ポンプ３１と、水中ポンプ３１を駆動させるハイドロモーター３２と、ハイドロモーター３２から水中ポンプ３１へ動力を伝達する連結機構３３（例えば、回転軸）を含んでいる。一例として、公知のスラリー移送用の水中ポンプの電動機を、ハイドロモーターに置き換えたものを使用することができる。図２には、水中ポンプ３１の一例として、浚渫用ポンプを用いた場合の概念図を示してある。
【００２３】
この場合において、水中ポンプ３１は、例えば渦巻き形状（蝸牛形状）のケーシング３１ａ内にインペラ３１ｂが配置されており、そのサクション部（所謂、サクションノズル）３１ｃを採掘された鉱石を海水と共に吸入するための吸込口とし、水中ポンプ３１の吐出部（所謂、吐出ノズル）３１ｄを揚鉱ライザー４１に連結している。吸入する鉱石は、不図示の採鉱機によって熱水鉱床を粉砕したものである。
【００２４】
ハイドロモーター３２は、電気を駆動源とする電気モーターとは異なり、水流を動力源とするモーターである。ハイドロモーター３２としては、例えば水車を用いることができる。図２には、ハイドロモーター３２の一例として、フランシス水車を用いた場合の概念図を示してある。そして本実施形態では、返送ライザー４２を通じて海底に戻される海水（戻り海水）を、ハイドロモーター３２の駆動水としている。ハイドロモーター３２は、一例として、例えば渦巻き形状（蝸牛形状）のケーシング３２ａの内部に配置された回転羽根３２ｂと、ケーシング３２ａ内に動力水を導入するための導入口３２ｃと、ケーシング３２ａから動力水を排出する排出口３２ｄを含み、回転羽根３２ｂが回転することによって連結機構３３の回転軸を介して水中ポンプ３１のインペラ３１ｂが回転するように構成されている。連結機構３３の回転軸は、一軸に限られず、例えば途中にギアなどを配置してもよい。さらに、水中ポンプ３１とハイドロモーター３２は、必ずしも図２のように一直線の同軸上に配置されていなくともよい。
【００２５】
なお、図２には、フランシス水車の一例として、いわゆる横軸単輪単流渦巻き型のフランシス水車を示してあるが、水車軸が立軸であってもよく、水車ライナーが二輪であってもよく、排出が複流であってもよい。さらに、ケーシングが前口，横口であってもよい。
【００２６】
本実施形態の揚鉱装置３は、連結機構３３によって同軸上に配置された水中ポンプ３１及びハイドロモーター３２の一式を、複数式（例えば、２式，４式，６式，８式，或いはそれ以上）有する。偶数であることが好ましいが、奇数が除かれることもない。これら複数式の水中ポンプ３１及びハイドロモーター３２は、例えば立方状に形成された支持枠やケーシングなどの内部に固定配置されている。支持枠やケーシングなどを用いず、隣り合う水中ポンプ３１のケーシング３１ａ同士、及びハイドロモーター３２のケーシング３２ａ同士を、例えば連結部材を用いて固定するようにしてもよい。図３には、好ましい一例として、２式の水中ポンプ３１（３１Ａ，３１Ｂ）及びハイドロモーター３２（３２Ａ，３２Ｂ）を横方向に並列配置し、支持部材（不図示）によって支持枠３４に固定した構成を示している。なお、図３には、支持枠３４の外輪郭のみ図示している。
【００２７】
本実施形態の揚鉱装置３は、水中ポンプ３１（３１Ａ，３１Ｂ）及びハイドロモーター３２（３２Ａ，３２Ｂ）を横方向に並列配置したのに加えて、隣り合う水中ポンプ３１のインペラ３１ｂの回転方向を左右対称としており、さらに隣り合うハイドロモーター３２の回転羽根３２ｂの回転方向を左右対称としている。すなわち、時計回りにインペラ３１ｂが回転する水中ポンプ３１と、反時計回りにインペラ３１ｂが回転する水中ポンプ３１の数が等しく、回転羽根３２ｂが時計回りに回転するハイドロモーター３２と、回転羽根３２ｂが反時計回りに回転するハイドロモーター３２の数が等しくなっている。図３では、水中ポンプ３１Ａが反時計回りであり、水中ポンプ３１Ｂが時計回りになっているが、左右どちら側を時計回り／反時計回りにするかについては特に限定されない。
【００２８】
隣り合う水中ポンプ３１（３１Ａ，３１Ｂ）は、左右対称の構造であることを除けば、ポンプ形式及びポンプ能力が同じであることが好ましい。同様に、隣り合うハイドロモーター３２（３２Ａ，３２Ｂ）は、左右対称の構造であることを除けば、モーター形式及びモーター容量が同じであることが好ましい。なお、図３は、好ましい一例としてインペラ３１ｂと回転羽根３２ｂのサイズも略同等となる水中ポンプ３１とハイドロモーター３２を配置しているが、これに限定されることはない。
【００２９】
各水中ポンプ３１の吐出ノズル３１ｄは、集合ヘッダーを介して１本の揚鉱ライザー４１に連結されている。また、各ハイドロモーター３２の導入口３２ｃは、分配ヘッダーを介して１本の返送ライザー４２に連結されている。ハイドロモーター３２側の分配ヘッダーは、例えば各分岐路にバルブが配置されており、例えばバルブの開度を調節することによって駆動水が各ハイドロモーター３２に均等に供給されるようにする。これにより、各ハイドロモーター３２の回転羽根３２ｂの回転数が均等となり、従って各水中ポンプ３１のインペラ３１ｂの回転数が均等となる。
【００３０】
説明を図１に戻し、揚鉱ライザー４１と返送ライザー４２は、バイパス管４３によって海底側で連結されている。さらに、返送ライザー４２とバイパス管４３の連結部、及び揚鉱ライザー４１とバイパス管４３の連結部には、例えば三方バルブなどの切替バルブ４４が配置されている。このような構成において、例えば揚鉱装置３の不具合，揚鉱ライザー４１内での鉱石の閉塞などが発生した場合には、返送ライザー４２によって海底に戻される海水がバイパス管４３を通じて揚鉱ライザー４１に供給されるように、切替バルブ４４を制御する。切替バルブ４４の制御は、例えば揚鉱基地２と切替バルブ４４とを信号線で接続しておき、揚鉱基地２からの遠隔操作によって行うことができる。但し、バイパス管４３及び切替バルブ４４は、必ずしも備えていなくともよい。
【００３１】
続いて、循環ポンプ２２の配管系統について、図４を参照しながら説明する。図４に示すように、循環ポンプ２２のサクション部（所謂、サクションノズル）には、セパレータ２１で鉱石が分離された海水を吸入する吸入ライン２２ａと、海面付近の海水を吸入するための吸入ライン２２ｂが接続されている。海面付近の海水を吸入するための吸入ライン２２ｂは、揚鉱装置３を構成している水中ポンプ３１とハイドロモーター３２の効率ロス分を補って、揚鉱装置３を安定駆動させるためのものである。
【００３２】
具体的には、循環ポンプ２２によって返送ライザー４２に送り込む海水の流量をＶ１、水中ポンプ３１が揚鉱ライザー４１に送り込む海水の流量（すなわち、揚鉱基地２に汲み上げられる海水の流量）をＶ２としたとき、Ｖ１がＶ２よりも多くなるように設定される。Ｖ１とＶ２の差分（ΔＶ＝Ｖ１−Ｖ２）は、吸入ライン２２ｂを通じて吸入する。
【００３３】
すなわち、揚鉱装置３は、海底に戻す海水を駆動水に利用し、水中ポンプ３１とハイドロモーター３２を用いて揚鉱する構造であるため、ポンプやモーターの効率が低下したり、鉱石量が変動したりした場合、汲み上げる海水の量と海底に戻す海水の量との均衡を維持することができなくなり、安定した揚鉱が行えなくなる。その対策として、本実施形態では、水中ポンプ３１のポンプ効率によるロス分と、ハイドロモーター３２のモーター効率によるロス分との和に見合う量（ΔＶ）と同じか、又はそれ以上の量の海水を返送ライザー４２に送り込める構造としている。流量調節手段は、例えば、返送ライザー４２や吸入ライン２２ａ，２２ｂに設けた流量調整バルブ（不図示）などである。循環ポンプ２２の出力を制御するインバーターであってもよい。なお、吸入ライン２２ｂは、ハイドロモーター３２を初期駆動させる海水を吸入するためのものでもある。
【００３４】
上述の揚鉱システム１によって、海底から鉱石を揚鉱する手順について説明する。まず、揚鉱基地２に設置されているクレーン（不図示）を用いて、揚鉱装置３、揚鉱ライザー４１、返送ライザー４２が図１に示した配置となるようにする。揚鉱装置３は、例えばクレーンを用いて海底近傍に吊り下げるようにしてもよい。揚鉱する水深は、例えば８００〜２０００ｍである。水中ポンプ３１で吸入する鉱石は、採鉱機で熱水鉱床を粉砕し、集鉱機で海底に集められた鉱石である。採鉱機および集鉱機は、公知のものを使用することができる。
【００３５】
限定されることはないが、一例として、口径が８インチのフレキシブルライザーを用い、２０ｍｍ以下に粉砕した鉱石を各水中ポンプ３１で吸入し、揚鉱ライザー４１内を３．７ｍ／ｓの流速で移送することができる。このとき、海水と鉱石の質量比が９：１程度のスラリー状で移送することができる。
【００３６】
各水中ポンプ３１で吸入した鉱石は、例えば集合ヘッダーを介して揚鉱ライザー４１に送り込まれ、揚鉱ライザー４１を通じて揚鉱基地２まで移送される。揚鉱基地２まで揚鉱された鉱石を含む海水は、セパレータ２１に供給される。図１に示したセパレータ２１の場合、鉱石と海水の比重差によって、鉱石と海水を分離する。鉱石が分離された海水は、循環ポンプ２２によって返送ライザー４２に送り込まれ、返送ライザー４２を通じて海底まで移送される。そして、分配ヘッダーによって流量が均等になるように分配された後、各ハイドロモーター３２に駆動水として供給される。そして、最終的に、海水は元の深海へと戻されることになる。従って、海洋汚染を防止すると共に、生態系へ悪影響を及ぼすことが抑えられる。
【００３７】
以上の通り、本実施形態に従う揚鉱システム１によれば、海底に配置される揚鉱装置３に水中ポンプ３１とハイドロモーター３２を用いたことにより、揚鉱ライザー４１への鉱石の投入を容易にできるという利点がある。但し、深海からの揚鉱をより安定して行うためには、揚鉱装置３が安定配置されていることが必要となる。例えば図５に示すように水中ポンプ３１とハイドロモーター３２を一式とした場合、高速で回転するインペラ３１ｂと回転羽根３２ｂの回転モーメントが一方向に作用することによって、揚鉱装置３自体が回転或いは横移動することが懸念される。
【００３８】
そこで、本実施形態に従う揚鉱装置３は、同軸上に連結された水中ポンプ３１とハイドロモーター３２を一式としたときに、２式の水中ポンプ３１とハイドロモーター３２を左右に並列配置すると共に、隣り合う水中ポンプ３１のインペラ３１ｂの回転方向を左右対称とし、隣り合うハイドロモーター３２の回転羽根３２ｂの回転方向を左右対称とした構成としている。これにより、図６に示すように、隣り合う水中ポンプ３１同士で回転モーメントを相殺することができ、隣り合うハイドロモーター３２同士で回転モーメントを相殺することができる。よって、揚鉱装置３自体に偏った回転モーメントが作用するのを抑制することができ、揚鉱装置３自体が回転或いは横移動するのを抑制することが可能となる。
【００３９】
図３には、揚鉱装置３が、２式の水中ポンプ３１とハイドロモーター３２を有する構成を示したが、例えば４式の水中ポンプ３１とハイドロモーター３２を有する場合、図７に示すような構成が一例として挙げられる。すなわち、４式の水中ポンプ３１とハイドロモーター３２の全部を横方向に並列配置するか、或いは２式の水中ポンプ３１とハイドロモーター３２を上下に配置することができる。さらに、４式の水中ポンプ３１とハイドロモーター３２の全部を横方向に並列配置した場合、隣り合うすべての水中ポンプ３１及びハイドロモーター３２についてインペラ３１ｂとハイドロモーター３２ｂの回転方向が対称となるように配置することもでき、或いは中心線を境にして左側に位置する水中ポンプ３１とハイドロモーター３２のグループと、中心線を境にして右側に位置する水中ポンプ３１とハイドロモーター３２のグループの回転方向が対称となるように配置することもできる。このとき、グループ内の水中ポンプ３１とハイドロモーター３２の回転方向は、同一方向なっている。このような構成であっても、装置全体でみれば回転モーメントが相殺されているので、上記の効果を得ることが可能である。４式以上でも同様である。
【００４０】
なお、図３に示した揚鉱装置３は、鉱石と海水を吸込む吸込口３１ｃと、動力水を排出する排出口３２ｄが同軸上に配置されているが、例えば排出口３２ｄにＵ字管を連結することによって、排出口３２ｄを吸込口３１ｃ側に向けるようにしてもよい。すなわち、海水の吸込方向と排出方向が互いに対向するように、吸込口３１ｃと排出口３２ｄの向きが設定された構成とする。このような構成とすれば、海水を排出するときに揚鉱装置３に作用する反力を、海水を吸込むときに揚鉱装置３に作用する引力で弱めることができる。その結果、回転モーメントの影響に加えて、揚鉱装置３に作用する水流の影響も抑えることができ、より確実に揚鉱装置３を安定配置することが可能となる。なお、４式の場合は、例えば図８のように配置することによって、海水を排出するときに装置に作用する反力を、海水を吸込むときに装置に作用する引力で弱めることができる。なお、図中の連結機構３３の位置に記載した矢印は、回転軸の回転方向を示す。
【００４１】
以上のように、本実施形態に従う揚鉱装置３は、複数式の水中ポンプ３１とハイドロモーター３２を有する。この場合、水中ポンプ３１とハイドロモーター３２の数は増えるが、揚鉱ライザー４１内の海水の流量が同じであれば、小型の水中ポンプ３１及びハイドロモーター３２を使用することができる。さらに、小型の水中ポンプ３１とハイドロモーター３２を用いてその数を増やしておくと、例えば海底で水中ポンプ３１とハイドロモーター３２の一つが故障しても、トータルの揚鉱能力の低下が抑えられるという利点がある。
【００４２】
なお、上述の揚鉱装置３は、海底に戻される海水を駆動源として活用するハイドロモーター３２を備えている。ハイドロモーター３２を有することにより、本実施形態の揚鉱システム１は、揚鉱に必要な動力を節約することが可能となる。但し、必ずしもハイドロモーター３２によって駆動される水中ポンプ３１でなくともよく、例えばモーターなどの電動機によって駆動される一般的な水中ポンプ３１であってもよい。この場合も、隣り合う水中ポンプ３１を左右対称に並列配置することによって、回転モーメントを相殺することができ、揚鉱装置３を安定配置させることが可能となる。
【００４３】
（第２実施形態）
本実施形態は、揚鉱装置３の変形例であり、集鉱機５と揚鉱装置３とを連結したことを除けば第１実施形態と同じ構成である。従って、第１実施形態と供給する構成については、同一の符号を付すことによって詳しい説明を省略する。
【００４４】
図９に示すように、本実施形態に従う揚鉱装置３は、採鉱機で採掘した鉱石を集めるための集鉱機５が接続されており、集鉱機５が海底を移動しながら鉱石を集め、それを揚鉱装置３が海上まで揚鉱する構成である。
【００４５】
より具体的には、集鉱機５は、本体部５１と、移動用のキャタピラー５２と、鉱石を吸入するための吸込口を有する集鉱ヘッド５３を有している。そして、例えばフレキシブルホースなどの集鉱ホース５４及び分配ヘッダー（不図示）を介して、各水中ポンプ３１のサクション部３１ｃと集鉱ヘッド５３が連結されている。従って、集鉱機５が海底を移動しながら、水中ポンプ３１の吸込力を利用して、鉱石と海水を集鉱ヘッド５３から吸入することができる。
【００４６】
本実施形態のように構成しても、揚鉱装置３が回転するのを抑制することができ、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施形態のように構成すれば、集鉱作業と揚鉱作業を同時に行うことができ、作業効率が向上する利点がある。
【００４７】
さらに、図９に示した集鉱機５に代えて、鉱石を採掘するための採掘機を揚鉱装置３と連結するようにしてもよい。採掘機の一例として、集鉱ヘッドに代えて採掘ヘッドを有した集鉱機５と同様の構造を有するものを使用することができる。よって、採掘ヘッドにフレキシブルホースなどの集鉱ホース５４を接続することにより、採掘と揚鉱を同時に行うことが可能となる。
【００４８】
また、上述の実施形態は、海底から鉱石をスラリー状で揚鉱するのに適した揚鉱システムを例示している。但し、当該システムが、固体，液体を問わず海底に存在する有価物の揚鉱に適用可能であることは言うまでもない。
【００４９】
なお、ハイドロモーター３２は、フランシス水車に限定されることはない。また、回転軸を通じてハイドロモーター３２の駆動力を水中ポンプ３１に伝達する構成に限らず、例えば水中式発電機一体型水車を用い、発電した電力を使って水中ポンプ３１を駆動させるようにしてもよい。この場合、水中ポンプ３１には電動機付きのものを用いる。さらには、発電した電力のすべてを水中ポンプ３１に使用しなくともよく、例えば揚鉱装置３の他の動力（例えば制御機）や、集鉱機５或いは採鉱機の動力に使用してもよい。
【００５０】
以上、本発明を具体的な実施形態に則して詳細に説明したが、形式や細部についての種々の置換、変形、変更等が、特許請求の範囲の記載により規定されるような本発明の精神及び範囲から逸脱することなく行われることが可能であることは、当該技術分野における通常の知識を有する者には明らかである。従って、本発明の範囲は、前述の実施形態及び添付図面に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載及びこれと均等なものに基づいて定められるべきである。
【符号の説明】
【００５１】
１    揚鉱システム
２    揚鉱基地
２１  セパレータ
２２  循環ポンプ
３    揚鉱装置
３１（３１Ａ，３１Ｂ）  水中ポンプ
３１ｂ  インペラ
３２（３２Ａ，３２Ｂ）  ハイドロモーター
３２ｂ  回転羽根
４    移送管
４１  揚鉱ライザー
４２  返送ライザー
４３  バイパス管
５    集鉱機
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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