(57)【要約】【課題】水底で採取したメタンハイドレートを水上まで確実に移送できる。【解決手段】内部および外部の高圧に対抗できる湾曲した外殻部５０であって、内部空間５０ａに採取したメタンハイドレートＭを収容可能な外殻部５０と、外殻部５０に形成されたメタンハイドレートＭを出入れ可能な開口部５１であって、外周または内周にねじ５０２が形成された開口部５１と、開口部５１に螺合することにより、内部空間５０ａを密閉する蓋部５２とを備える。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部および外部の高圧に対抗できる湾曲した外殻部であって、内部空間に採取したメタンハイドレートを収容可能な外殻部と、前記外殻部に形成された前記メタンハイドレートを出入れ可能な開口部であって、外周または内周にねじが形成された開口部と、前記開口部に螺合することにより、前記内部空間を密閉する蓋部とを備えたことを特徴とするメタンハイドレート採取機構。
【請求項２】
前記蓋部は、外周部に形成されたギアを有し、前記ギアに噛合い前記蓋部を回転させる駆動部を備えることを特徴とする請求項１に記載のメタンハイドレート採取機構。
【請求項３】
前記蓋部は、天面に形成された径方向に延びる溝部を有し、前記溝部に嵌合う棒状体と、前記棒状体を前記蓋部の周方向に沿って移動させる棒状体駆動部とを備えることを特徴とする請求項１または２に記載のメタンハイドレート採取機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水底に形成されメタンガスなどのガスを回収可能なメタンハイドレート層からメタンハイドレートを採取するメタンハイドレート採取機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今、日本近海の海底にメタンハイドレート層の存在が確認されており、該メタンハイドレート層からメタンハイドレートを採取して、新たなエネルギー源として活用する試みがなされている。メタンハイドレートは、メタンと水とが低温・高圧の条件下で結晶化した氷状の固体物質であるため、気化したガスの散逸を防ぎつつ、水底のメタンハイドレート層から水上へ移送する必要がある。
【０００３】
メタンハイドレートを回収する回収装置として、例えば特許文献１に示すハイドレート回収装置が提供されている。該回収装置は、海底のメタンハイドレート層の掘削領域にジェット水流を噴射して掘削領域を掘削する水噴射部と、前記掘削領域を覆うカバー部を下端部に有し、ジェット水流による掘削で生じた塊状のメタンハイドレートの塊を水面側に上昇させるハイドレート上昇管（ライザー管）とを備える。
【０００４】
この回収装置によれば、前記掘削領域に水噴射部からジェット水流を噴射し、前記掘削領域を掘削し、この掘削により飛散した塊状のメタンハイドレートを、ハイドレート上昇管を通して収集し水面側に導いている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−１３８４０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、前記回収装置では、ジェット水流の水圧により、海底で掘削したメタンハイドレートをハイドレート上昇管を通して水面まで上昇させるとしているが、塊状のメタンハイドレートは、ハイドレート上昇管内を群となって上昇するため、ハイドレート上昇管が大量の塊状のメタンハイドレートによって詰まってしまい、水底で採取したメタンハイドレートを水上まで確実に移送できない場合があると考えられる。
【０００７】
そこで、本発明は、水底で採取したメタンハイドレートを水上まで確実に移送できるメタンハイドレート採取機構を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のメタンハイドレート採取機構は、内部および外部の高圧に対抗できる湾曲した外殻部であって、内部空間に採取したメタンハイドレートを収容可能な外殻部と、前記外殻部に形成された前記メタンハイドレートを出入れ可能な開口部であって、外周または内周にねじ溝が形成された開口部と、前記開口部に螺合することにより、前記内部空間を密閉する蓋部とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
上記構成を備えたメタンハイドレート採取機構では、例えば、複数の外殻部を水底に配置し、水底のメタンハイドレート層から採取したメタンハイドレートを、開口部から投入し、該開口部に蓋部を螺合させて、外殻部の内部空間を密閉する。そうすることで、水底で採取した大量のメタンハイドレートを複数の外殻部に分配して収容でき、メタンハイドレートを所定量ずつ水上まで確実に移送できる。
【００１０】
本発明において、前記蓋部は、外周部に形成されたギアを有し、前記ギアに噛合い前記蓋部を回転させる駆動部を備える構成を採用することもできる。
【００１１】
上記構成を備えたメタンハイドレート採取機構では、蓋部の外周部に形成されたギアを介して蓋部に、蓋部を周方向に回転させる回転力を伝達させ、蓋部を周方向に回転させることで開閉できる。このため、高圧環境であっても、内部空間を密閉するのが容易である。
【００１２】
本発明において、前記蓋部は、天面に形成された径方向に延びる溝部を有し、前記溝部に嵌合う棒状体と、前記棒状体を前記蓋部の周方向に沿って移動させる棒状体駆動部とを備える構成を採用することもできる。
【００１３】
上記構成を備えたメタンハイドレート採取機構では、蓋部の天面の溝部に、棒状体を嵌合い、棒状体を周方向に沿って移動させ、蓋部を周方向に回転させることで開閉できる。このため、仮に内部空間が高圧であっても蓋部の開閉が可能である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るメタンハイドレート採取機構は、水底で採取したメタンハイドレートを水上まで確実に移送できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係るメタンハイドレート採取機構および残土運搬機構を含むシステムの全体を示した概略説明図。
【図２】図２は、メタンハイドレート採取機構および残土運搬機構を含むシステムの概略平面図。
【図３】図３は、前記システムの制御内容を示したブロック図。
【図４】図４は、フロートに上端部側を支持された掘削機を示した図。
【図５】図５は、フロートを示した平面図。
【図６】図６は、メタンハイドレート採取機構を示した図。
【図７】図７は、パワーショベルを示した図。
【図８】図８は、残土運搬機構に使用される運搬容器を示した斜視図。
【図９】図９は、メタンハイドレートの採取容器の蓋部の変形例を示した正面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施形態に係るメタンハイドレート採取機構について図面を参照して説明する。はじめに、メタンハイドレート採取機構が使用されるメタンハイドレートおよびメタンハイドレート層について説明する。図１に示すように、メタンハイドレートＭは、メタンと水とが低温・高圧の条件下で結晶化した氷状の固体物質であり、層として海底Ｇに形成されている。
【００１７】
つぎにメタンハイドレート採取機構および残土運搬機構を含むメタンハイドレート採取システムについて説明する。図１および図２に示すように、メタンハイドレート採取システム１は、海上を航行するクレーン付き船体２と、海上に浮かべられたフロート３と、掘削機４と、海底Ｇと海上とを移動可能なメタンハイドレート採取機構５と、パワーショベル６と、ベルトコンベア７と、残土運搬機構８と、カメラ９とを備える。
【００１８】
クレーン付き船体（以下、単に船体という）２は、メタンハイドレートを採取可能な海底の領域を特定できる探査装置（図示せず）と、掘削機４、複数のメタンハイドレート採取機構５、パワーショベル６、複数のベルトコンベア７、複数の残土運搬機構８、複数のカメラ９を吊下げて海底Ｇに配置することのできるクレーン２０と、掘削機４と、海底Ｇに配置されたメタンハイドレート採取機構５および残土運搬機構８と、パワーショベル６と、ベルトコンベア７と、カメラ９とに対し海上から操作指令を行う制御盤２１とを備える。
【００１９】
制御盤２１は、図３に示すように、探査装置と、掘削機４と、海底Ｇに配置されたメタンハイドレート採取機構５および残土運搬機構８と、パワーショベル６と、ベルトコンベア７と、カメラ９とを制御できるように構成されている。
【００２０】
フロート３は、図４および図５に示すように、２つに分割された中空の分割体３０，３０を備える。２つの分割体３０，３０の構成は同一であるため、以下の説明では、一方の分割体３０の説明をもって他方の分割体３０の説明に兼用する。一方の分割体３０は、内周壁部３００と、外周壁部３０１と、上壁部３０２と、下壁部３０３と、２つの対向内壁部３０４，３０４とを備える。
【００２１】
内周壁部３００は、半円状に曲げられて形成された所定の幅寸法を有する板材であり、内周壁部３００は、後述の掘削機４の管体４０の上側の半外周面に対し周方向に当接する曲面となっている。
【００２２】
外周壁部３０１は、内周壁部３００よりも大径になるよう曲げられて形成された内周壁部３００と同一幅寸法の板材であり、内周壁部３００に対し同心状に配置されている。
【００２３】
上壁部３０２は、内周壁部３００の上側の周縁部と外周壁部３０１の上側の周縁部とで形成される開口を閉塞するよう、内周壁部３００の上側の周縁部と外周壁部３０１の上側の周縁部とに溶着されている。
【００２４】
下壁部３０３は、内周壁部３００の下側の周縁部と外周壁部３０１の下側の周縁部とで形成される開口を閉塞するよう、内周壁部３００の下側の周縁部と外周壁部３０１の下側の周縁部とに溶着されている。
【００２５】
各対向内壁部３０４は、四角形状で、内周壁部３００、外周壁部３０１、上壁部３０２、下壁部３０３で囲まれた四角形状の開口を閉塞するよう、該開口端縁部に溶着されている。
【００２６】
上記構成により、一方の分割体３０の内部には、内周壁部３００、外周壁部３０１、上壁部３０２、下壁部３０３、２つの対向内壁部３０４，３０４によって密閉された空室部が形成されている。一方の分割体３０は、これら密閉された空室部により海上に浮かぶ浮体である。
【００２７】
上記のように構成された２つの分割体３０，３０は、連結部によって開閉可能に連結されるとともに、締結部によって円環状体になるよう構成されている。該連結部は、各分割体３０，３０の一側部に設けられたヒンジ部３０５を備える。締結部は、各分割体３０，３０の他側部に径方向外方に向かって突設された、ボルトＢ・ナットＮにより締結される２つの接合板３０６，３０６を備える。
【００２８】
各分割体３０，３０は、２つの接合板３０６，３０６が締結された状態において、掘削機４の管体４０の上側の外周面に周方向に当接し、掘削機４の管体４０の上側を海上で直立支持する。
【００２９】
なお、本実施形態では、上記のように構成されたフロート３を二段に積み重ね合わせて溶着し、後述の掘削機４の管体４０の上側を軸方向に沿って確実に支持できるようにしている。また、本実施形態では、一方の分割体３０の上壁部３０２に、後述の掘削機４のモータ４３を回転させるための発電機３０７が配置され、他方の分割体３０の上壁部３０２に、後述の掘削機４の動作を制御する制御部３０８が配置されている。
【００３０】
掘削機４は、図４に示すように、船体２のクレーン２０によって上端部が吊下げられ、海底に下端部が突立てられる管体４０と、該管体４０の下端部側に配置された複数の軸受４１と、該各軸受４１によって管体４０の軸廻りに回転自在に支持された回転軸４２と、管体４０内に配置され回転軸４２を回転させるモータ４３と、回転軸４２の先端部に固設された円錐台形状のカッターヘッド部４４と、該カッターヘッド部４４に所定の間隔を置いて配置された複数の掘削刃４５と、回転軸４２に継ぎ手４６によって管体４０の軸方向に沿って連結される複数の連結軸４７とを備える。
【００３１】
管体４０の外径は、フロート３の内径と略同一径または小径となっている。複数の連結軸４７および回転軸４２は、クレーン２０に設けられた昇降機構（図示せず）によって昇降される。モータ４３および昇降機構の動作は、船体２の制御盤２１からの操作指令が、フロート３の制御部３０８に受信されることで行われる。
【００３２】
メタンハイドレート採取機構（以下、単に採取機構という）５は、図６に示すように、掘削領域Ｒの周囲（掘削機４のカッターヘッド部４４の周囲）に配置された複数の採取容器５Ａを備える。該各採取容器５Ａは、外殻部５０と、該外殻部５０の上部に形成された開口部５１と、該開口部５１を開閉する蓋部５２とを備える。
【００３３】
外殻部５０は、本実施形態では、外部の高圧に対抗できるよう（海底の水圧に耐えられるよう）、また、内部がメタンハイドレートＭの気化により高圧になったとしても、その高圧に対抗できるよう湾曲した（丸く膨らんだ）形状に形成されている。具体的には、球形である。外殻部５０の内部には、採取したメタンハイドレートＭを収容できる大きさの内部空間５０ａが形成されている。なお、本実施形態では、外殻部５０は、内部空間５０ａの圧力を一定に保持することにより外殻部５０の破損を防止するための圧力調整部（図示せず）および内部空間５０ａの温度を一定に保持するための温度調整部（図示せず）を備える。また、外殻部５０の湾曲は、一定曲率であってもよいし、曲率が変化したものであってもよい。
【００３４】
開口部５１は、外殻部５０に形成され、採取したメタンハイドレートＭを出入れ可能な円形状の開口である。本実施形態では、開口部５１の周縁部に、開口部５１に連通する連通孔５０１を有する口筒部５００が上方に向かって突出して形成されている。口筒部５００の外周面には、周方向に沿って雄ねじ５０２が形成されている。
【００３５】
蓋部５２は、略円板状で、口筒部５００に密接に嵌合することで、外殻部５０の内部の気密性が確保されている。具体的に、開口部５１または蓋部５２にパッキン（図示せず）が設けられて気密性が確保されている。蓋部５２は、その内周部に形成された、口筒部５００の雄ねじ５０２に螺合する雌ねじ５２１と、外周部に形成されたギア５２２とを備える。雌ねじ５２１は、口筒部５００の雄ねじ５０２との螺合により、内部空間５０ａの気密性が確保されている。蓋部５２は、ギア５２２により、後述の駆動ギヤ５３４に対する従動ギアとなる。ギア５２２としては、例えば、平歯車、はす歯歯車、山歯歯車、傘歯車の歯形状を有するものとできる。
【００３６】
採取機構５は、蓋部５２を回転させる駆動部としての蓋部回転機構５３を備える。該蓋部回転機構５３は、蓋部５２を回転させる蓋部回転モータ５３２を備える。蓋部回転モータ５３２は、鉛直方向に延びる駆動軸５３３が設けられ、該駆動軸５３３には、従動ギア５２２と噛合する駆動ギア５３４が軸着されている。駆動軸５３３の回転が、駆動ギア５３４、従動ギア５２２を介して蓋部５２に伝達され、蓋部５２が周方向に回転できるよう構成されている。
【００３７】
駆動ギア５３４と従動ギア５２２の組み合わせに対し、蓋部回転モータ５３２の駆動力をかけることにより、海底で高い水圧がかかった状況や、内部空間５０ａが高圧の状況でも、強い力で蓋部５２を開閉できる。蓋部回転モータ５３２には、駆動軸５３３に所定以上の負荷がかかると、駆動軸５３３の回転を停止させるクラッチ機構（図示せず）が設けられている。
【００３８】
採取機構５は、蓋部５２を昇降させる蓋部昇降機構５４を備える。該蓋部昇降機構５４は、蓋部５２の上面の中央部に設けられた軸受５４０と、該軸受５４０に基端部が回転自在に支持された上下方向に延びる昇降軸５４１と、該昇降軸５４１の上端部側に固着された雌ねじ５４２と、該雌ねじ５４２の上方に配置された軸受台５４３と、該軸受台５４３の下方に配置され昇降軸５４１を昇降させる蓋部昇降モータ５４４と、該蓋部昇降モータ５４４の駆動軸（図示せず）に下端部が連結された雄ねじ５４６と、昇降軸５４１の下端部側に一端部が固着され、他端部が蓋部回転モータ５３２に連結された水平方向に延びる連結アーム５４７とを備える。連結アーム５４７により、蓋部５２と蓋部回転モータ５３２と昇降軸５４１とが一体化される。
【００３９】
蓋部昇降モータ５４４は、上方に向かって延びる駆動軸５４４０には、雄ねじ５４６の下端部が接続されている。蓋部昇降モータ５４４は、雌ねじ５４２の軸受台（上限ストッパ）５４３への当接で停止するよう構成されている。
【００４０】
雄ねじ５４６の上端部は、軸受台５４３の軸受５４５に回転自在に支持されている。雄ねじ５４６の長さは、蓋部５２を外殻部５０の口筒部５００から所定の距離を離間できる長さに設定されている。すなわち、雄ねじ５４６の長さＬは、開放された口筒部５００に、パワーシャベル６やベルトコンベア７によって搬送されたメタンハイドレートＭを投入できるよう、蓋部５２と口筒部５００との離間距離（投入作業スペース）を確保できる長さになっている。雄ねじ５４６には、昇降軸５４１の雌ねじ５４２が螺合しており、雄ねじ５４６の回転により、雌ねじ５４２が雄ねじ５４６に沿って上下方向に移動する。
【００４１】
軸受台５４３は、雌ねじ５４２の上昇に対する上限ストッパとなっており、下面には、雌ねじ５４２の上端部を回転自在に支持する軸受５４５が配置されている。該軸受５４５の近傍には、雌ねじ５４２が当接したことを検知するセンサＳが配置されている。
【００４２】
また、採取機構５は、蓋部回転モータ５３２および蓋部昇降モータ５４４を制御する制御部５５と、採取容器５Ａ、蓋部昇降モータ５４４、軸受台５４３、制御部５５を支持する架台５６とを備える。
【００４３】
制御部５５は、クレーン付き船体２の制御盤２１からの操作指令を受信して、蓋部回転モータ５３２および蓋部昇降モータ５４４が駆動するよう制御し、蓋部回転モータ５３２の停止で、蓋部昇降モータ５４４の回転も停止し、雌ねじ５４２の軸受台（上限ストッパ）５４３への当接により、蓋部昇降モータ５４４の回転停止および蓋部回転モータ５３２の停止がなされるよう構成されている。制御部５５は、メタンハイドレートが水とガスとに分離しないよう、外殻部５０の内部圧力および内部温度を制御できるよう構成されている。
【００４４】
架台５６は、海底に立設される複数の支持脚５６０と、各支持脚５６０の上端部に水平方向に支持され軸受台５４３および制御部５５を下面両側部に取付けられた取付板５６１と、各支持脚５６０の下端部に配置され外殻部５０を支持する底板５６２と、支持脚の中途部に配置され蓋部昇降モータ５４４の底部を上面に固定する固定板５６３とを備える。取付板５６１は、採取機構５とともに船体２のクレーン２０によって吊下げられるよう構成されている。
【００４５】
パワーショベル６は、図７に示すように、海底Ｇを走行するための無限軌道６０と、該無限軌道６０に旋回可能に搭載された旋回台６１と、該旋回台６１に基端部が回動可能に支持されたブーム６２と、該ブーム６２の先端部に連結されたアーム６３と、該アーム６３に連結された開閉可能な一対のシェル６４，６４と、クレーン付き船体２の制御盤２１からの操作指令を受信する制御部６５とを備える。
【００４６】
パワーショベル６には、ブーム６２を上下方向に回動させるブーム回動シリンダ６６と、アーム６３を上下方向に回動させるアーム回動シリンダ６７と、一対のシェル６４，６４を開閉させる２つのシェル開閉シリンダ６８，６８とを備える。なお、本実施形態では、ブーム回動シリンダ６６、アーム回動シリンダ６７、２つのシェル開閉シリンダ６８，６８には、油圧シリンダが使用される。
【００４７】
ベルトコンベア７は、図１に示すように、傾斜して配置された設置台（図示せず）と、設置台の下端部に回転自在に配置された主動プーリ７０と、設置台の上端部に回転自在に配置された従動プーリ７１と、主動プーリ７０および従動プーリ７１に巻掛けられた無端帯状体７２と、主動プーリ７０の回転軸に連結され主動プーリ７０を回転させるモータ（図示せず）と、クレーン付き船体２の制御盤２１からの操作指令を受信して、主動プーリを駆動させる制御部（図示せず）を備える。ベルトコンベア７は、メタンハイドレートＭを採取容器５Ａに移送するコンベアと、残土を後述の運搬容器８０に移送するコンベアとの２種類が海底Ｇに配置されている。
【００４８】
残土運搬機構８は、掘削機４で採取したメタンハイドレートＭに土砂が混在しているため、メタンハイドレートＭから分別された残土を海底Ｇの所定の排出場所へ運搬する際に使用される。該残土運搬機構８は、図８に示すように、例えば、ゴム製の運搬容器８０を備える。
【００４９】
運搬容器８０は、軟質材料で形成された１/３の空気を給排可能な小中空部８１と、小中空部８１よりも硬質材料で形成された（軟質材料であってもよい）２/３の空気を給排可能な大中空部８２と、小中空部８１および大中空部８２によって形成された円形状の空間を閉塞する載置板８３とを備える。載置板８３には、錘（図示せず）が内設されており、小中空部８１および大中空部８２に空気が供給された状態であっても、浮力と重力とのバランスにより、運搬容器８０を海底Ｇ近くに位置させられる重さに設定されている。運搬容器８０は、大きさの異なる中空部８１，８２を設けるとともに、少なくとも小中空部８１を軟質材料で形成することにより、載置板８３の残土を外部へ排出（落下）しやすくなるよう構成されている。
【００５０】
運搬容器８０は、小中空部８１および大中空部８２に空気を供給する供給ポンプＰ１と、小中空部８１の空気を排出させる吸引ポンプＰ２とを備える。なお、本実施形態では、運搬容器８０には、横方向からワイヤＹが接続されており、運搬容器８０は、ワイヤＹを介して横方向から、例えば滑車を介して引張られて水平方向に移送されるよう構成されている。
【００５１】
カメラ９は、図１に示すように、海底に安定して配置するための架台を備える。カメラ９は、船体２の制御盤２１からの指令に基づいて、探査装置によって特定された掘削領域Ｒ、海底Ｇにおいて駆動するパワーショベル６、ベルトコンベア７、掘削された塊状のメタンハイドレートＭ、採取機構５の位置や動き、および、分別された残土、残土運搬機構８の位置や動きを撮像できるよう構成され、撮像したデータを、船体２の制御盤２１に送信できるよう構成されている。
【００５２】
つぎに本実施形態に係るメタンハイドレート採取機構５を使用してメタンハイドレートＭを採取する方法、および、残土運搬機構９を使用して残土を採取する方法について説明する。
【００５３】
はじめに、メタンハイドレートＭを採取する方法について説明する。作業者は、船体２の探査装置により、メタンハイドレートＭを採取可能な海底Ｇの掘削領域Ｒを特定する。
【００５４】
つぎに、作業者は、船体２のクレーン２０を用いて、探査装置で特定した掘削領域Ｒの外側を囲むように複数のカメラ９を配置する。つぎに、作業者は、船体２のクレーン２０を用いて、海面Ａに二つの分割体３０，３０を開いた状態でフロート３を浮かべる。
【００５５】
つぎに、作業者は、カメラ９から送信される掘削領域Ｒの撮像データを見ながら、船体２のクレーン２０を用いて、カッターヘッド部４４を下側に向けて掘削機４を吊下げ、吊下げた掘削機４を二つの分割体３０，３０の内周壁部３００，３００間に移動させ、掘削機４を吊下げた状態のまま二つの分割体３０，３０を閉じ、フロート３に掘削機４をセットする。
【００５６】
つぎに、作業者は、海底Ｇの深さに合わせて、掘削機４の回転軸４２に連結された連結軸４７に継ぎ手４６を介して複数の連結軸４７を接続し、複数の連結軸４７および回転軸４２を含む全体の軸の長さを調整しつつ、掘削領域Ｒにカッターヘッド部４４を突立てる。
【００５７】
つぎに、作業者は、掘削領域ＲにおいてメタンハイドレートＭを掘削する作業をスタンバイする。具体的に、掘削機４のカッターヘッド部４４の周辺の領域に、複数の採取機構５を配置し、該採取機構５の近傍に複数のベルトコンベア７を配置し、ベルトコンベア７の近傍に複数のパワーショベル６を配置する。この際、ベルトコンベア７の上端部を採取機構５の外殻部５０の口筒部５００に位置させる。
【００５８】
つぎに、作業者は、掘削機４のモータ４３に対し船体２から駆動指令を送信し、掘削機４のカッターヘッド部４４を回転させ、掘削領域Ｒを掘削し掘削孔Ｈを形成する。掘削機４により掘削して採取されたメタンハイドレートＭは、図１および図３に示すように、掘削孔Ｈの開口周縁部に高く盛られる。
【００５９】
つぎに、作業者は、採取機構５に対し船体２から蓋部開放指令を送信し、採取機構５の閉じられた蓋部５２を開く。具体的に、蓋部回転モータ５３２と蓋部昇降モータ５４４とを同時に駆動させる。蓋部回転モータ５３２の駆動により、駆動ギア５３４が回転し、ギア５２２を介して従動ギアである蓋部５２が開方向に回転する。
【００６０】
これと同時に、蓋部昇降モータ５４４の回転により、雄ねじ５４６が回転し、雌ねじ５４２が雄ねじ５４６に沿って上方に移動する。雌ねじ５４２の上方への移動に伴って、昇降軸５４１と蓋部回転モータ５３２と蓋部５２とが一体的に上方へ移動し、蓋部５２が外殻部５０の口筒部５００から離間し、外殻部５０の開口部５１（口筒部５００の連通孔５０１）が開放される。
【００６１】
雌ねじ５４２がさらに上動し、上限ストッパである軸受台５４３の下面（軸受５４５）に当接することで、外殻部５０の口筒部５００と蓋部５２とが所定の離間距離をもつことで、採取したメタンハイドレートＭの投入作業のスペースが確保される。
【００６２】
つぎに、作業者は、パワーショベル６に対し船体２から走行指令を送信し、パワーショベル６をメタンハイドレートＭの近傍に移動させる。つぎに、作業者は、パワーショベル６に対し船体２からメタンハイドレート運搬作業の開始指令を送信し、パワーショベル６のブーム６２およびアーム６３を適宜回動させ、一対のシェル６４，６４を開いてメタンハイドレートＭの上方に位置させる。その後、開いた状態の各シェル６４，６４の先端をメタンハイドレートＭに突立て、一対のシェル６４，６４を閉じ所定量のメタンハイドレートＭを掴んで、ベルトコンベア７の下端部に載置する。
【００６３】
つぎに、作業者は、ベルトコンベア７に対し船体２から駆動指令を送信し、ベルトコンベア７を駆動させる。これにより、メタンハイドレートＭは、ベルトコンベア７の下端部から上端部に移送され、さらに該上端部から採取機構５の外殻部５０の口筒部５００を通して外殻部５０の内部空間５０ａに投入される。
【００６４】
つぎに、作業者は、外殻部５０の口筒部５００の近傍までメタンハイドレートＭが収容されていることを、カメラ９から送信される撮像データにより確認する。その後、採取機構５に対し船体２から蓋部閉塞指令を送信し、採取機構５の蓋部５２を閉じる。具体的に、蓋部回転モータ５３２と蓋部昇降モータ５４４とを、前記とは逆方向に同時に回動させる。蓋部回転モータ５３２の駆動により、駆動ギア５３４が回転し、ギア５２２を介して従動ギアである蓋部５２が閉方向に回転する。
【００６５】
一方、蓋部昇降モータ５４４の回転により、雄ねじ５４６が回転し、雌ねじ５４２が雄ねじに沿って下方に移動する。雌ねじ５４２の下方への移動に伴って、昇降軸５４１と蓋部回転モータ５３２と蓋部５２とが一体的に下方へ移動し、蓋部５２が外殻部５０の口筒部５００に螺合し、口筒部５００の開口部５１が閉塞される。蓋部回転モータ５３２に所定以上の負荷がかかることで、蓋部回転モータ５３２のクラッチ機構が作動し、蓋部５２の回転が停止し、これと同時に、蓋部昇降モータ５４４の回転も停止する。
【００６６】
複数の採取機構５において、前記と同様の作業を行い、採取された全てのメタンハイドレートＭを各採取機構５の外殻部５０に収容する。外殻部５０に収容されたメタンハイドレートＭは、外殻部５０の圧力調整部および温度調整部により、内部空間５０ａにて保管される。
【００６７】
つぎに、作業者は、船体２のクレーン２０を用いて各採取機構５を海上に引上げて、船体２の甲板等、別途設けられた保管場所に搬送して保管する。また、採取機構５からのメタンハイドレートＭの取出しを行う。
【００６８】
つぎに、残土を運搬する方法について説明する。なお、本実施形態においては、メタンハイドレートＭが盛られた近傍に、分別された残土が盛られているものとする。この状態において、残土を運搬する場合、作業者は、小中空部８１および大中空部８２にそれぞれ空気を供給する。この際、運搬容器８０は、小中空部８１および大中空部８２によって海中に浮こうとするが、載置板８３の錘により海底Ｇ近くに位置している。
【００６９】
つぎに、作業者は、パワーショベル６を用いて、残土をベルトコンベア７の下端部に載置する。つぎに、作業者は、ベルトコンベア７を駆動させて、ベルトコンベア７の上端部から運搬容器８０の載置板８３に残土を載置する。
【００７０】
つぎに、残土を海底Ｇの所定の排出場所に運搬する場合、作業者は、運搬容器８０をワイヤＹで排出場所まで水平移動させる。つぎに、作業者は、小中空部８１の空気を吸引ポンプＰ２で吸引し、小中空部８１を縮小させることにより、運搬容器８０のバランスをくずさせ、大中空部８２を小中空部８１側に傾かせることで、載置板８３に載置された残土を排出場所に排出（落下）させる。
【００７１】
なお、運搬容器８０の載置板８３の上方に天板を配置し、該天板の下面に、運搬容器８０の載置板８３に載せられた残土が満杯であるか（残土が所定の高さに達しているか）を検知するセンサを取付け、運搬容器８０に載置された残土が満杯になると、運搬容器８０への残土の運搬を自動停止させるようにしてもよい。また、センサとしては、運搬容器８０の残土最大載置量を検知する重量センサを載置板８３に設けてもよい。
【００７２】
なお、本発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、種々変更することができる。
【００７３】
例えば、前記実施形態では、外周部にギアが形成された蓋部５２を例示した。しかし、図９に示すように、天面に径方向に延びる十字状の溝部５２０Ａを有する蓋部５２Ａであってもよい。蓋部５２Ａにさらに前記実施形態と同様のギアを形成してもよい。この場合、蓋部５２Ａは、棒状体駆動部５３０Ａにより開閉される。該棒状体駆動部５３０Ａは、十字状の溝部５２０Ａに嵌合可能な十字状の棒状体５３１Ａと、棒状体５３Ａを押圧する油圧シリンダ５３２Ａとを備える。上記構成によれば、十字状の溝部５２０Ａに、該溝部５２０Ａに対応した十字状の棒状体５３１Ａを嵌め合わせ、径方向外方に向かって突出した棒状体５３Ａの端部を油圧シリンダ５３２Ａで押圧し、蓋部５２Ａを周方向に回転させ、蓋部５２Ａを開閉する。また、棒状体５３１Ａを蓋部５２Ａの外周縁から突出させ、突出した棒状体５３１あの端部を、蓋部５２Ａの外周縁より径外側で油圧シリンダ５３２Ａが押圧することにより、大きな力を蓋部５２Ａにかけることができる。また、棒状体駆動部としてモータを用いてもよい、この場合、十字状の棒状体５３１Ａの交点部位にモータの駆動軸を連結し、モータで棒状体５３１Ａを周方向に回転させるようにしてもよい。また、溝部は、直線状であってもよい。この場合、直線状の溝部に嵌合可能な直線状の棒状体を使用する。
【００７４】
また、前記実施形態では、外殻部５０に口筒部５００を形成した例示をした。しかし、外殻部５０の上部に開口を直接形成し、該開口の内周壁部にねじ溝を形成するようにしてもよい。また、口筒部５００を形成し、口筒部５００の内周壁部にねじ溝を形成してもよい。この場合、前記開口のねじ溝に螺合する環状の雄ねじを蓋部に形成する。
【００７５】
また、前記実施形態では、外殻部５０の内部に、メタンハイドレートＭを内部空間５０ａにて保管するための温度調節部および圧力調整部を設ける例示をした。しかしながら、温度調節部および圧力調整部を外部に別途設けるようにしてもよい。
【００７６】
また、前記実施形態では、採取機構５を海底と海上とを昇降させる例示をした。しかしながら、ワイヤ等で引張ることで水平移動させてもよい。
【００７７】
また、前記実施形態では、外殻部５０を架台５６の底板５６２に載置する例示をした。しかしながら、外殻部５０の底外部に脚部を設けてもよい。また、外殻部５０の底部を安定して海底に設置するため、海底に凹部を備えた台座を設けてもよい。
【００７８】
また、前記実施形態では、複数の掘削刃４５を有するカッターヘッド部４４により掘削する例示をした。しかしながら、道路工事等で使用されているダイヤモンドカッターを使用してもよい。
【００７９】
また、前記実施形態では、カメラ９で水中での採取作業を監視する例示をした。しかしながら、深海探査船で監視するようにしてもよい。
【００８０】
また、前記実施形態では、海底ＧにおいてメタンハイドレートＭを採取する例示をした。しかしながら、湖底に形成されるメタンハイドレート層にも適用できる。
【符号の説明】
【００８１】
１…メタンハイドレート採取システム、２…クレーン付き船体、２０…クレーン、２１…制御盤、３…フロート、３０…分割体、３００…内周壁部、３０１…外周壁部、３０２…上壁部、３０３…下壁部、３０４…対向内壁部、３０５…ヒンジ部、３０６…接合板、３０７…発電機、３０８…制御部、４…掘削機、４０…管体、４１…軸受、４２…回転軸、４３…モータ、４４…カッターヘッド部、４５…掘削刃、４６…継ぎ手、４７…連結軸、５…メタンハイドレート採取機構、５Ａ…採取容器、５０…外殻部、５０ａ…内部空間、５００…口筒部、５０１…連通孔、５０２…雄ねじ、５１…開口部、５２…蓋部、５２０…嵌合凸部、５２１…雌ねじ、５２２…ギア、５２Ａ…蓋部、５２０Ａ…溝、５３…蓋部回転機構、５３２…蓋部回転モータ、５３３…駆動軸、５３４…駆動ギア、５３０Ａ…棒状体駆動部、５３１Ａ…棒状体、５３２Ａ…油圧シリンダ、５４…蓋部昇降機構、５４０…軸受台、５４１…昇降軸、５４３…軸受台、５４４…蓋部昇降モータ、５４４０…駆動軸、５４５…軸受、５４７…連結アーム、５５…制御部、５６…架台、５６０…支持脚、５６１…取付板、５６２…底板、５６３…固定板、６…パワーショベル、６０…無限軌道、６１…旋回台、６２…ブーム、６３…アーム、６４…シェル、６５…制御部、６６…ブーム回動シリンダ、６７…アーム回動シリンダ、６８…シェル開閉シリンダ、７…ベルトコンベア、７０…主動プーリ、７１…従動プーリ、７２…無端帯状体、８…残土運搬機構、８０…運搬容器、８１…小中空部、８２…大中空部、８３…載置板、９…カメラ、Ａ…海面、Ｇ…海底、Ｈ…掘削孔、Ｍ…メタンハイドレート、Ｐ１…供給ポンプ、Ｐ２…吸引ポンプ、Ｒ…掘削領域、Ｓ…センサ
【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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