(57)【要約】【課題】より効率的に海底地層から資源を収集することが可能な資源収集システムを提供する。【解決手段】資源収集装置２０ｅは、資源収集管と保護管２２とコイルドチュービング装置６０とを有する。保護管２２は、資源収集管に周設され、資源収集管を保護する。コイルドチュービング装置６０は、海面上又は保護管２２の内部に配置された巻取り用のリール６２から繰り出し装置６４によって繰り出され、保護管２２の側壁２２ａを貫通して内側から外側に伸びる。本発明の資源収集システムは、コイルドチュービング装置６０を通って、海底地層１８の中に発泡材の原液、燃料ガス、及び酸素を含む空気を供給し、発泡材の原液を互いに混合して燃料ガス６６ａ及び空気６６ｂを含む雰囲気中で発泡させ、発泡材６６ｃの空洞内に溜まった燃料ガス６６ａを爆発的に燃焼させることによって、海底地層１８を破砕する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
海底地層から収集した資源を収集資源貯蔵タンクまで送る資源収集管と、
前記資源収集管に周設され、前記資源収集管を保護する保護管と、
海面上又は前記保護管の内部に配置された巻取り用のリールから繰り出され、前記保護管の側壁を貫通して内側から外側に伸びるコイルドチュービング装置と、を有し、
前記コイルドチュービング装置を通って、前記海底地層の中に発泡材の原液、燃料ガス、及び酸素を含む空気を供給し、前記発泡材の原液を互いに混合して前記燃料ガス及び前記空気を含む雰囲気中で発泡させ、発泡材の空洞内に溜まった前記燃料ガスを爆発的に燃焼させることによって、前記海底地層を破砕する資源収集システム。
【請求項２】
前記コイルドチュービング装置は、管状のチューブ外壁と、前記チューブ外壁に設けられた開口と、前記開口の内側に設けられた混合室と、を備え、
前記発泡材の原液を前記混合室で互いに混合した後に、その混合物を、前記燃料ガス及び前記空気と共に前記開口を通って前記海底地層と前記チューブ外壁との間に供給する請求項１に記載の資源収集システム。
【請求項３】
前記発泡材の原液を互いに混合して形成された発泡材は、導電体金属又はカーボンナノチューブを含み、
導電性を有する前記発泡材と前記チューブ外壁又は前記混合室に露出しかつ電気的に絶縁された点火配線との間に高電圧を印加することによって、前記発泡材の空洞内に溜まった燃料ガスに点火する請求項２に記載の資源収集システム。
【請求項４】
前記チューブ外壁又は前記混合室に設けられた点火プラグに高電圧を印加することによって、前記発泡材の空洞内に溜まった燃料ガスに点火する請求項２に記載の資源収集システム。
【請求項５】
高圧水及び高圧空気の少なくとも一方を使用して前記混合室を洗浄する請求項２〜４のいずれか１項に記載の資源収集システム。
【請求項６】
海底地層から資源を収集するために前記海底地層の中に高圧水を供給する高圧水供給管と、
前記海底地層から収集した資源を収集資源貯蔵タンクまで送る資源収集管と、を有し、
前記高圧水供給管の中の高圧水に破砕粒子を混入し、前記破砕粒子を混入した高圧水によって、前記海底地層を破砕する資源収集システムであって、
前記破砕粒子は、セメント粒子の外側に、遅効性発熱体、膨張体、速効性発熱体が順にコーティングされたものであり、
前記遅効性発熱体は、前記高圧水の水分を吸収して発熱する材料をマイクロ波で焼成したものであり、
前記膨張体は、前記高圧水の水分を吸収して膨張する材料で形成されたものであり、
前記速効性発熱体は、前記遅効性発熱体と同一の材料を前記遅効性発熱体よりも短時間マイクロ波で焼成したもの、又はマイクロ波で焼成していないものである資源収集システム。
【請求項７】
海底地層から収集した資源を収集資源貯蔵タンクまで送る資源収集管と、
前記資源収集管に周設された側壁及び前記側壁を貫通する複数の側壁孔を備え、前記資源収集管を保護する保護管と、
前記保護管の内部に配置され、前記海底地層からの土砂を除去するフィルタと、
前記複数の側壁孔を開閉するために前記保護管の外側及び前記保護管と前記フィルタとの間の少なくとも一方に配置されたゲート管と、を有し、
前記海底地層から資源を収集する時に前記複数の側壁孔を開き、それ以外の時に前記複数の側壁孔を閉じる資源収集システム。
【請求項８】
前記保護管の内側の圧力を前記保護管の外側の海底地層と同じ圧力まで上昇させた後に、前記複数の側壁孔を開く請求項７に記載の資源収集システム。
【請求項９】
前記保護管の側壁の軸方向の貫通孔又はらせん状の貫通孔、及び前記ゲート管の側壁の軸方向の貫通孔又はらせん状の貫通孔の少なくとも一方の中に高圧熱水又は高圧蒸気を流すことによって、前記保護管と前記ゲート管との間及び前記複数の側壁孔の中での海水の凍結を防止する請求項７又は８に記載の資源収集システム。
【請求項１０】
高圧水にコーティング剤を混入し、前記複数の側壁孔を閉じた状態で、前記コーティング剤を混入した高圧水を、前記資源を収集する時に前記資源が前記フィルタの中を流れる方向と同じ方向に流すことによって、前記フィルタをコーティングする請求項７〜９のいずれか１項に記載の資源収集システム。
【請求項１１】
前記複数の側壁孔を閉じた状態で、高圧水を、前記資源を収集する時に前記資源が前記フィルタの中を流れる方向と逆方向に流すことによって、前記フィルタの内部を洗浄する請求項７〜１０のいずれか１項に記載の資源収集システム。
【請求項１２】
さらに、前記複数の側壁孔を閉じた状態で、高圧熱水又は高圧蒸気を前記フィルタの表面に流すことによって、前記フィルタの表面を洗浄する請求項１１に記載の資源収集システム。
【請求項１３】
さらに、前記フィルタの内側に配置された二次側壁及び前記二次側壁を貫通する複数の二次側壁孔を備える二次保護管と、
前記二次保護管の内部に配置され、前記海底地層からの土砂を除去する二次フィルタと、
前記複数の二次側壁孔を開閉するために前記フィルタと前記二次保護管との間及び前記二次保護管と前記二次フィルタとの間の少なくとも一方に配置された二次ゲート管と、を有する請求項７〜１２のいずれか１項に記載の資源収集システム。
【請求項１４】
前記保護管は、前記側壁の一端から伸びる半球状の底壁及び前記底壁を貫通する複数の底壁孔を備える請求項７〜１３のいずれか１項に記載の資源収集システム。
【請求項１５】
海底地層から収集した資源を収集資源貯蔵タンクまで送る資源収集管と、
前記資源収集管に周設され、前記資源収集管を保護する保護管と、
海面上又は前記保護管の内部に配置された巻取り用のリールから繰り出され、前記保護管の側壁を貫通して内側から外側に伸びるコイルドチュービング装置と、を有し、
前記コイルドチュービング装置は、
前記海底地層から収集した資源を前記収集資源管まで送るサブ資源収集管と、
前記サブ資源収集管に周設されたサブ側壁及び前記サブ側壁を貫通する複数のサブ側壁孔を備え、前記サブ資源収集管を保護するサブ保護管と、
前記サブ保護管の内部に配置され、前記海底地層からの土砂を除去するサブフィルタと、
前記複数のサブ側壁孔を開閉するために前記サブ保護管の外側及び前記サブ保護管と前記サブフィルタとの間の少なくとも一方に配置されたサブゲート管と、を有する資源収集システム。
【請求項１６】
前記コイルドチュービング装置は、前記保護管の軸方向に対して少なくとも１つの位置に、各位置の周方向に所定の間隔で複数配置される請求項１〜５及び１５のいずれか１項に記載の資源収集システム。
【請求項１７】
海底地層から収集した資源を収集資源貯蔵タンクまで送る資源収集管と、
前記資源収集管に周設され、前記資源収集管を保護する保護管と、
前記保護管の内部に配置され、前記海底地層からの土砂を除去するフィルタと、を有し、
高圧ポンプを使用して、前記フィルタが除去した土砂を前記保護管の側壁の開口から前記海底地層に向かって押し出す資源収集システム。
【請求項１８】
海底地層から収集した資源を収集資源貯蔵タンクまで送る資源収集管と、
前記資源収集管に周設され、前記資源収集管を保護する保護管と、
前記保護管の内部に配置され、前記海底地層からの土砂を除去するフィルタと、を有し、
前記保護管は、軸方向を海面に対して上下に向けて配置され、
前記資源収集管は、前記フィルタの上方に設けられたガス貯留室に接続されたガス収集管と、前記フィルタの下方に設けられたオイル貯留室に接続されたオイル収集管と、を含み、
前記フィルタは、長手方向に貫通する資源収集孔を備え、
前記フィルタを外側から内側に向かって通過して前記資源収集孔に到達した資源の内、ガスを前記ガス貯留室まで上昇させ、オイルを前記オイル貯留室まで下降させる資源収集システム。
【請求項１９】
海底地層から収集した資源を収集資源貯蔵タンクまで送る資源収集管と、
前記資源収集管に周設され、前記資源収集管を保護する保護管と、
前記保護管の内部に配置され、前記海底地層からの土砂を除去するフィルタと、を有し、
前記フィルタは、円柱状の複数のエレメントを含み、
各エレメントは、長手方向に対して少なくとも１つの位置に、各位置の周方向に所定の間隔で配置される資源収集システム。
【請求項２０】
海底地層から収集した資源を収集資源貯蔵タンクまで送る資源収集管と、
前記資源収集管に周設され、前記資源収集管を保護する保護管と、
前記保護管の内部に配置され、前記海底地層からの土砂を除去するフィルタと、を有し、
前記フィルタの長手方向の貫通孔の中に高圧熱水又は高圧蒸気を流すことによって、前記フィルタの表面及び内部での海水の凍結を防止する資源収集システム。
【請求項２１】
海底地層から収集した資源を収集資源貯蔵タンクまで送る資源収集管と、
前記資源収集管に周設され、前記資源収集管を保護する保護管と、
前記保護管の内部に配置され、前記海底地層からの土砂を除去するフィルタと、を有し、
前記フィルタは、エレメントの内部に磁性体粉末付き珪藻土を保持するように配置された永久磁石と、前記永久磁石による前記磁性体粉末付き珪藻土の保持力を弱める減磁手段と、を備え、
前記減磁手段を作動させることによって、前記永久磁石が保持する前記磁性体粉末付き珪藻土の量を減らす資源収集システム。
【請求項２２】
前記減磁手段は、前記永久磁石と反対の極がそれぞれ隣接するように前記永久磁石の内側又は外側に配置された電磁石コイルであり、
前記電磁石コイルに通電することによって、前記永久磁石が保持する前記磁性体粉末付き珪藻土の量を減らす請求項２１に記載の資源収集システム。
【請求項２３】
海底地層から収集した資源を収集資源貯蔵タンクまで送る資源収集管と、
前記資源収集管に周設され、前記資源収集管を保護する保護管と、
前記保護管の内部に配置され、前記海底地層からの土砂を除去するフィルタと、を有し、
前記フィルタは、エレメントの内部に磁性体粉末付き珪藻土を保持するように配置された電磁石コイルを備え、
前記電磁石コイルに通電することによって、前記電磁石コイルによる前記磁性体粉末付き珪藻土の保持力を発生させる資源収集システム。
【請求項２４】
海底地層から収集した資源を収集資源貯蔵タンクまで送る資源収集管と、
前記資源収集管に周設され、前記資源収集管を保護する保護管と、
前記保護管の内部に配置され、前記海底地層からの土砂を除去するフィルタと、を有し、
前記フィルタは、らせん状金属ワイヤと、前記らせん状金属ワイヤの直線軸方向に伸びかつ前記らせん状金属ワイヤに固定された支柱と、を備え、
前記支柱の長手方向の貫通孔又は前記らせん状金属ワイヤのらせん状の貫通孔の中に高圧熱水又は高圧蒸気を流すことによって、前記らせん状金属ワイヤの表面での海水の凍結を防止する資源収集システム。
【請求項２５】
海底地層から収集した資源を収集資源貯蔵タンクまで送る資源収集管と、
前記資源収集管に周設され、前記資源収集管を保護する保護管と、
前記保護管の内部にＵ字状に設けられ、前記海底地層と前記保護管との間に循環流を発生させる循環流発生管と、
前記循環流発生管の途中に配置された高周波ヒータに電力を供給する電力供給装置と、を有し、
前記電力供給装置は、ジェットタービンを備え、前記ジェットタービンは、前記海底地層から収集した資源を燃焼室で燃焼させて発生した燃焼ガスで駆動され、前記循環流発生管に高圧熱水又は高圧蒸気を供給する資源収集システム。
【請求項２６】
海底地層から収集した資源を収集資源貯蔵タンクまで送る資源収集管と、
前記資源収集管に周設され、前記資源収集管を保護する保護管と、
前記保護管の内部にＵ字状に設けられ、前記海底地層と前記保護管との間に循環流を発生させる循環流発生管と、
前記循環流発生管の途中に配置された高周波ヒータに電力を供給する電力供給装置と、を有し、
前記電力供給装置は、タービンを備え、前記タービンは、前記海底地層から収集した資源を水中バーナで燃焼させて発生した燃焼ガス及び蒸気で駆動され、前記循環流発生管に高圧熱水又は高圧蒸気を供給する資源収集システム。
【請求項２７】
海底地層から収集した資源を収集資源貯蔵タンクまで送る資源収集管と、
前記資源収集管に周設され、前記資源収集管を保護する保護管と、
前記保護管の内部にＵ字状に設けられ、前記海底地層と前記保護管との間に循環流を発生させる循環流発生管と、
前記循環流発生管の途中に配置された高周波ヒータに電力を供給する電力供給装置と、を有し、
前記電力供給装置は、前記海底地層から収集した資源と高温の蒸気とを反応させて得られた水素を使用して電力を供給する燃料電池である資源収集システム。
【請求項２８】
海底地層から収集した資源を収集資源貯蔵タンクまで送る資源収集管と、
前記資源収集管に周設され、前記資源収集管を保護する保護管と、
前記保護管の内部にＵ字状に設けられ、前記海底地層と前記保護管との間に循環流を発生させる循環流発生管と、
前記循環流発生管の途中に配置された高周波ヒータに電力を供給する電力供給装置と、を有し、
前記海底地層から収集される資源の量が減少した時に、前記循環流発生管の両端に設けられた可動管の角度を変えることによって、前記循環流の流路を短縮させると共に、前記可動管から前記海底地層に向かって高圧熱水又は高圧蒸気を噴射させる資源収集システム。
【請求項２９】
海底地層から収集した資源を収集資源貯蔵タンクまで送る資源収集管と、
前記資源収集管に周設され、前記資源収集管を保護する保護管と、
前記保護管の内部にＵ字状に設けられ、前記海底地層と前記保護管との間に循環流を発生させる循環流発生管と、
前記循環流発生管の途中に配置された高周波ヒータに電力を供給する電力供給装置と、を有し、
前記循環流の流量が減少した時に、らせん状回転翼を回転させることによって、前記循環流発生管の中の土砂を前記循環流の方向に移動させる資源収集システム。
【請求項３０】
前記海底地層に対して前記保護管を軸方向に移動させる前に、前記循環流発生管の２つの開口位置の海底地層に中にセメント粒子を供給する請求項２８又は２９に記載の資源収集システム。
【請求項３１】
海底地層から収集した資源を収集資源貯蔵タンクまで送る資源収集管と、
前記資源収集管に周設され、前記資源収集管を保護する保護管と、
海面上又は前記保護管の内部に配置された巻取り用のリールから繰り出され、前記保護管の側壁を貫通して内側から外側に伸びるコイルドチュービング装置と、を有し、
前記コイルドチュービング装置を通って、前記海底地層の中に発泡材の原液、燃料ガス発生材、高圧水、及び酸素を含む空気を供給し、前記燃料ガス発生材と前記高圧水との化学反応によって燃料ガスを発生させ、前記発泡材の原液を互いに混合して前記燃料ガス及び前記空気を含む雰囲気中で発泡させ、発泡材の空洞内に溜まった前記燃料ガスを爆発的に燃焼させることによって、前記海底地層を破砕する資源収集システム。
【請求項３２】
前記燃料ガス発生材は、カーバイド粒子であり、前記燃料ガスは、アセチレンガスである請求項３１に記載の資源収集システム。
【請求項３３】
海底地層から収集した資源を収集資源貯蔵タンクまで送る資源収集管と、
前記資源収集管に周設され、前記資源収集管を保護する保護管と、
海面上又は前記保護管の内部に配置された巻取り用のリールから繰り出され、前記保護管の側壁を貫通して内側から外側に伸びるコイルドチュービング装置と、を有し、
前記コイルドチュービング装置を通って、前記海底地層の中に発泡材の原液、燃料ガス発生材、高圧水、及び酸素を含む空気を供給し、前記燃料ガス発生材による前記海底地層の分解促進によって燃料ガスを発生させ、前記発泡材の原液を互いに混合して前記燃料ガス及び前記空気を含む雰囲気中で発泡させ、発泡材の空洞内に溜まった前記燃料ガスを爆発的に燃焼させることによって、前記海底地層を破砕する資源収集システム。
【請求項３４】
前記燃料ガス発生材は、メタノールであり、前記海底地層は、メタンハイドレート層であり、前記燃料ガスは、メタンガスである請求項３３に記載の資源収集システム。
【請求項３５】
海底地層から収集した資源を収集資源貯蔵タンクまで送る資源収集管と、
前記資源収集管に周設され、前記資源収集管を保護する保護管と、
前記保護管の内部に配置され、前記海底地層からの土砂を除去するフィルタと、を有し、
前記フィルタの表面に高圧熱水又は高圧蒸気を当てることによって、前記フィルタの表面及び内部での海水の凍結を防止する資源収集システム。
【請求項３６】
海底地層から収集した資源を収集資源貯蔵タンクまで送る資源収集管と、
前記資源収集管に周設され、前記資源収集管を保護する保護管と、
前記保護管の内部に配置され、前記海底地層からの土砂を除去するフィルタと、を有し、
前記フィルタの長手方向の両端の伝熱手段を通って前記フィルタに高圧熱水又は高圧蒸気の熱を伝えることによって、前記フィルタの表面及び内部での海水の凍結を防止する資源収集システム。
【請求項３７】
海底地層から収集した資源を収集資源貯蔵タンクまで送る資源収集管と、
前記資源収集管に周設され、前記資源収集管を保護する保護管と、
前記保護管の内部にＵ字状に設けられ、前記海底地層と前記保護管との間に循環流を発生させる循環流発生管と、
前記循環流発生管の途中に配置された高周波ヒータに電力を供給する電力供給装置と、を有し、
前記電力供給装置は、前記海底地層の中の熱水鉱床の熱を電力に変換して供給する熱電変換装置である資源収集システム。
【請求項３８】
海底地層から収集した資源を収集資源貯蔵タンクまで送る資源収集管と、
前記資源収集管に周設され、前記資源収集管を保護する保護管と、
前記保護管の内部に配置され、前記海底地層からの土砂を除去するフィルタと、を有し、
前記フィルタは、綿状に絡み合った繊維状金属を積層して圧縮したものを備え、
前記フィルタの長手方向の貫通孔の中に高圧熱水又は高圧蒸気を流すことによって、前記フィルタの表面及び内部での海水の凍結を防止する資源収集システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海底下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及びオイルを収集する資源収集システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
非在来型の天然ガスの内、最も資源量が多いとされているガスハイドレートが次世代のエネルギ源として多大な注目を集めている。ガスハイドレートは、低温高圧の条件下で存在し、温度を上昇させる又は圧力を低下させることによってガスと水に分解する。このため、海底のガスハイドレート層からガスを効率的に収集する様々な方法が提案されている。
【０００３】
特許文献１には、ガスハイドレート地層に置換充填材の高速噴流を噴射してガスハイドレート地層を切削破壊すること、及びガスハイドレートの回収された地層空隙を、セメント系固化材などの置換材で充填又は置換させることができるため、掘採後の地層・地盤を安定させることができることが記載されている。特許文献２には、メタンハイドレート層を加熱し、加熱されたメタンハイドレート層全体から発生するガスを回収すること、及び分解促進剤を加圧注入し、メタンハイドレート層全体から発生するガスを回収することが記載されている。特許文献３には、海水を温度約６０℃に昇温し、その温水を掘削孔内に挿入された温水管に供給し、噴射孔から温水を掘削孔内に噴射することによって、メタンハイドレートを分解温度以上にまで昇温することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３４７９６９９号
【特許文献２】特許第４５８１７１９号
【特許文献３】特許第５９２３３３０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１には、高速噴流体が直接当たる部分しか破壊できないという問題、及び海水中に高速噴射しても噴流が急激に弱まるので破壊できないという問題があった。また、特許文献２には、温水を注入すると、メタンハイドレートを分解させることができるものの、削孔後の孔内に温水を循環させても孔表面のメタンハイドレートの分解が凍結したメタンハイドレート層の奥の方まで進行するのに時間が掛かるという問題、及びメタノール等の分解促進剤を注入すると、メタンハイドレート層の圧力・温度を変えることなく、メタンハイドレートを分解させることができるものの、削孔後の孔内に分解促進剤を加圧注入しても孔表面のメタンハイドレートの分解が凍結したメタンハイドレート層の奥の方まで進行するのに時間が掛かるという問題があった。さらに、特許文献３にも同様に、凍結したメタンハイドレート層の奥の方までメタンハイドレートを分解させるのに時間が掛かるという問題があった。
【０００６】
本発明は、従来のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、より効率的に海底地層から資源を収集することが可能な資源収集システムを提供することにある。
また、本発明の他の目的は、上記目的に加え、従来と同等以上に長時間連続して安定的に稼働することができ、必要なエネルギをより効率的に供給することができ、小型にすることが可能な資源収集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】
【０００７】
本発明者は、上記目的を達成するために、鋭意研究を重ねた結果、まず、海底地層の中に伸びるコイルドチュービング装置を通って、海底地層の中に発泡材の原液、燃料ガス、及び酸素を含む空気を供給し、発泡材の原液を互いに混合して燃料ガス及び空気を含む雰囲気中で発泡させ、発泡材の空洞内に溜まった燃料ガスを爆発的に燃焼させ、海底地層を破砕することによって、より効率的に海底地層から資源を収集することができることを見出した。
【０００８】
また、本発明者は、コイルドチュービング装置のチューブ外壁に開口を設け、開口の内側に混合室を設け、混合室で発泡材の原液を互いに混合した後に、燃料ガス及び空気と共に開口を通って海底地層とチューブ外壁との間に供給することによって、より効率的に海底地層から資源を収集することができることを見出し、本発明に至ったものである。
【０００９】
即ち、本発明の第１の実施態様は、海底地層から収集した資源を収集資源貯蔵タンクまで送る資源収集管と、資源収集管に周設され、資源収集管を保護する保護管と、海面上又は保護管の内部に配置された巻取り用のリールから繰り出され、保護管の側壁を貫通して内側から外側に伸びるコイルドチュービング装置と、を有し、コイルドチュービング装置を通って、海底地層の中に発泡材の原液、燃料ガス、及び酸素を含む空気を供給し、発泡材の原液を互いに混合して燃料ガス及び空気を含む雰囲気中で発泡させ、発泡材の空洞内に溜まった燃料ガスを爆発的に燃焼させることによって、海底地層を破砕する資源収集システムを提供するものである。
【００１０】
ここで、上記第１の実施態様においては、コイルドチュービング装置は、管状のチューブ外壁と、チューブ外壁に設けられた開口と、開口の内側に設けられた混合室と、を備え、発泡材の原液を混合室で互いに混合した後に、その混合物を、燃料ガス及び空気と共に開口を通って海底地層とチューブ外壁との間に供給するのが好ましい。
発泡材の原液を互いに混合して形成された発泡材は、導電体金属又はカーボンナノチューブを含み、導電性を有する発泡材とチューブ外壁又は混合室に露出しかつ電気的に絶縁された点火配線との間に高電圧を印加することによって、発泡材の空洞内に溜まった燃料ガスに点火するのが好ましい。
チューブ外壁又は混合室に設けられた点火プラグに高電圧を印加することによって、発泡材の空洞内に溜まった燃料ガスに点火するのが好ましい。
高圧水及び高圧空気の少なくとも一方を使用して混合室を洗浄するのが好ましい。
【００１１】
また、本発明の第２の実施態様は、海底地層から資源を収集するために海底地層の中に高圧水を供給する高圧水供給管と、海底地層から収集した資源を収集資源貯蔵タンクまで送る資源収集管と、を有し、高圧水供給管の中の高圧水に破砕粒子を混入し、破砕粒子を混入した高圧水によって、海底地層を破砕する資源収集システムであって、破砕粒子は、セメント粒子の外側に、遅効性発熱体、膨張体、速効性発熱体が順にコーティングされたものであり、遅効性発熱体は、高圧水の水分を吸収して発熱する材料をマイクロ波で焼成したものであり、膨張体は、高圧水の水分を吸収して膨張する材料で形成されたものであり、速効性発熱体は、遅効性発熱体と同一の材料を遅効性発熱体よりも短時間マイクロ波で焼成したもの、又はマイクロ波で焼成していないものである資源収集システムを提供するものである。
【００１２】
また、本発明の第３の実施態様は、海底地層から収集した資源を収集資源貯蔵タンクまで送る資源収集管と、資源収集管に周設された側壁及び側壁を貫通する複数の側壁孔を備え、資源収集管を保護する保護管と、保護管の内部に配置され、海底地層からの土砂を除去するフィルタと、複数の側壁孔を開閉するために保護管の外側及び保護管とフィルタとの間の少なくとも一方に配置されたゲート管と、を有し、海底地層から資源を収集する時に複数の側壁孔を開き、それ以外の時に複数の側壁孔を閉じる資源収集システムを提供するものである。
【００１３】
ここで、上記第３の実施態様においては、保護管の内側の圧力を保護管の外側の海底地層と同じ圧力まで上昇させた後に、複数の側壁孔を開くのが好ましい。
保護管の側壁の軸方向の貫通孔又はらせん状の貫通孔、及びゲート管の側壁の軸方向の貫通孔又はらせん状の貫通孔の少なくとも一方の中に高圧熱水又は高圧蒸気を流すことによって、保護管とゲート管との間及び複数の側壁孔の中での海水の凍結を防止するのが好ましい。
高圧水にコーティング剤を混入し、複数の側壁孔を閉じた状態で、コーティング剤を混入した高圧水を、資源を収集する時に資源がフィルタの中を流れる方向と同じ方向に流すことによって、フィルタをコーティングするのが好ましい。
複数の側壁孔を閉じた状態で、高圧水を、資源を収集する時に資源がフィルタの中を流れる方向と逆方向に流すことによって、フィルタの内部を洗浄するのが好ましい。
さらに、複数の側壁孔を閉じた状態で、高圧熱水又は高圧蒸気をフィルタの表面に流すことによって、フィルタの表面を洗浄するのが好ましい。
さらに、フィルタの内側に配置された二次側壁及び二次側壁を貫通する複数の二次側壁孔を備える二次保護管と、二次保護管の内部に配置され、海底地層からの土砂を除去する二次フィルタと、複数の二次側壁孔を開閉するためにフィルタと二次保護管との間及び二次保護管と二次フィルタとの間の少なくとも一方に配置された二次ゲート管と、を有するのが好ましい。
保護管は、側壁の一端から伸びる半球状の底壁及び底壁を貫通する複数の底壁孔を備えるのが好ましい。
【００１４】
また、本発明の第４の実施態様は、海底地層から収集した資源を収集資源貯蔵タンクまで送る資源収集管と、資源収集管に周設され、資源収集管を保護する保護管と、海面上又は保護管の内部に配置された巻取り用のリールから繰り出され、保護管の側壁を貫通して内側から外側に伸びるコイルドチュービング装置と、を有し、コイルドチュービング装置は、海底地層から収集した資源を収集資源管まで送るサブ資源収集管と、サブ資源収集管に周設されたサブ側壁及びサブ側壁を貫通する複数のサブ側壁孔を備え、サブ資源収集管を保護するサブ保護管と、サブ保護管の内部に配置され、海底地層からの土砂を除去するサブフィルタと、複数のサブ側壁孔を開閉するためにサブ保護管の外側及びサブ保護管とサブフィルタとの間の少なくとも一方に配置されたサブゲート管と、を有する資源収集システムを提供するものである。
【００１５】
ここで、上記第４の実施態様においては、コイルドチュービング装置は、保護管の軸方向に対して少なくとも１つの位置に、各位置の周方向に所定の間隔で複数配置されるのが好ましい。
【００１６】
また、本発明の第５の実施態様は、海底地層から収集した資源を収集資源貯蔵タンクまで送る資源収集管と、資源収集管に周設され、資源収集管を保護する保護管と、保護管の内部に配置され、海底地層からの土砂を除去するフィルタと、を有し、高圧ポンプを使用して、フィルタが除去した土砂を保護管の側壁の開口から海底地層に向かって押し出す資源収集システムを提供するものである。
【００１７】
また、本発明の第６の実施態様は、海底地層から収集した資源を収集資源貯蔵タンクまで送る資源収集管と、資源収集管に周設され、資源収集管を保護する保護管と、保護管の内部に配置され、海底地層からの土砂を除去するフィルタと、を有し、保護管は、軸方向を海面に対して上下に向けて配置され、資源収集管は、フィルタの上方に設けられたガス貯留室に接続されたガス収集管と、フィルタの下方に設けられたオイル貯留室に接続されたオイル収集管と、を含み、フィルタは、長手方向に貫通する資源収集孔を備え、フィルタを外側から内側に向かって通過して資源収集孔に到達した資源の内、ガスをガス貯留室まで上昇させ、オイルをオイル貯留室まで下降させる資源収集システムを提供するものである。
【００１８】
また、本発明の第７の実施態様は、海底地層から収集した資源を収集資源貯蔵タンクまで送る資源収集管と、資源収集管に周設され、資源収集管を保護する保護管と、保護管の内部に配置され、海底地層からの土砂を除去するフィルタと、を有し、フィルタは、円柱状の複数のエレメントを含み、各エレメントは、長手方向に対して少なくとも１つの位置に、各位置の周方向に所定の間隔で配置される資源収集システムを提供するものである。
【００１９】
また、本発明の第８の実施態様は、海底地層から収集した資源を収集資源貯蔵タンクまで送る資源収集管と、資源収集管に周設され、資源収集管を保護する保護管と、保護管の内部に配置され、海底地層からの土砂を除去するフィルタと、を有し、フィルタの長手方向の貫通孔の中に高圧熱水又は高圧蒸気を流すことによって、フィルタの表面及び内部での海水の凍結を防止する資源収集システムを提供するものである。
【００２０】
また、本発明の第９の実施態様は、海底地層から収集した資源を収集資源貯蔵タンクまで送る資源収集管と、資源収集管に周設され、資源収集管を保護する保護管と、保護管の内部に配置され、海底地層からの土砂を除去するフィルタと、を有し、フィルタは、エレメントの内部に磁性体粉末付き珪藻土を保持するように配置された永久磁石と、永久磁石による磁性体粉末付き珪藻土の保持力を弱める減磁手段と、を備え、減磁手段を作動させることによって、永久磁石が保持する磁性体粉末付き珪藻土の量を減らす資源収集システムを提供するものである。
【００２１】
ここで、上記第９の実施態様においては、減磁手段は、永久磁石と反対の極がそれぞれ隣接するように永久磁石の内側又は外側に配置された電磁石コイルであり、電磁石コイルに通電することによって、永久磁石が保持する磁性体粉末付き珪藻土の量を減らすのが好ましい。
【００２２】
また、本発明の第１０の実施態様は、海底地層から収集した資源を収集資源貯蔵タンクまで送る資源収集管と、資源収集管に周設され、資源収集管を保護する保護管と、保護管の内部に配置され、海底地層からの土砂を除去するフィルタと、を有し、フィルタは、エレメントの内部に磁性体粉末付き珪藻土を保持するように配置された電磁石コイルを備え、電磁石コイルに通電することによって、電磁石コイルによる磁性体粉末付き珪藻土の保持力を発生させる資源収集システムを提供するものである。
【００２３】
また、本発明の第１１の実施態様は、海底地層から収集した資源を収集資源貯蔵タンクまで送る資源収集管と、資源収集管に周設され、資源収集管を保護する保護管と、保護管の内部に配置され、海底地層からの土砂を除去するフィルタと、を有し、フィルタは、らせん状金属ワイヤと、らせん状金属ワイヤの直線軸方向に伸びかつらせん状金属ワイヤに固定された支柱と、を備え、支柱の長手方向の貫通孔又はらせん状金属ワイヤのらせん状の貫通孔の中に高圧熱水又は高圧蒸気を流すことによって、らせん状金属ワイヤの表面での海水の凍結を防止する資源収集システムを提供するものである。
【００２４】
また、本発明の第１２の実施態様は、海底地層から収集した資源を収集資源貯蔵タンクまで送る資源収集管と、資源収集管に周設され、資源収集管を保護する保護管と、保護管の内部にＵ字状に設けられ、海底地層と保護管との間に循環流を発生させる循環流発生管と、循環流発生管の途中に配置された高周波ヒータに電力を供給する電力供給装置と、を有し、電力供給装置は、ジェットタービンを備え、ジェットタービンは、海底地層から収集した資源を燃焼室で燃焼させて発生した燃焼ガスで駆動され、循環流発生管に高圧熱水又は高圧蒸気を供給する資源収集システムを提供するものである。
【００２５】
また、本発明の第１３の実施態様は、海底地層から収集した資源を収集資源貯蔵タンクまで送る資源収集管と、資源収集管に周設され、資源収集管を保護する保護管と、保護管の内部にＵ字状に設けられ、海底地層と保護管との間に循環流を発生させる循環流発生管と、循環流発生管の途中に配置された高周波ヒータに電力を供給する電力供給装置と、を有し、電力供給装置は、タービンを備え、タービンは、海底地層から収集した資源を水中バーナで燃焼させて発生した燃焼ガス及び蒸気で駆動され、循環流発生管に高圧熱水又は高圧蒸気を供給する資源収集システムを提供するものである。
【００２６】
また、本発明の第１４の実施態様は、海底地層から収集した資源を収集資源貯蔵タンクまで送る資源収集管と、資源収集管に周設され、資源収集管を保護する保護管と、保護管の内部にＵ字状に設けられ、海底地層と保護管との間に循環流を発生させる循環流発生管と、循環流発生管の途中に配置された高周波ヒータに電力を供給する電力供給装置と、を有し、電力供給装置は、海底地層から収集した資源と高温の蒸気とを反応させて得られた水素を使用して電力を供給する燃料電池である資源収集システムを提供するものである。
【００２７】
また、本発明の第１５の実施態様は、海底地層から収集した資源を収集資源貯蔵タンクまで送る資源収集管と、資源収集管に周設され、資源収集管を保護する保護管と、保護管の内部にＵ字状に設けられ、海底地層と保護管との間に循環流を発生させる循環流発生管と、循環流発生管の途中に配置された高周波ヒータに電力を供給する電力供給装置と、を有し、海底地層から収集される資源の量が減少した時に、循環流発生管の両端に設けられた可動管の角度を変えることによって、循環流の流路を短縮させると共に、可動管から海底地層に向かって高圧熱水又は高圧蒸気を噴射させる資源収集システムを提供するものである。
【００２８】
また、本発明の第１６の実施態様は、海底地層から収集した資源を収集資源貯蔵タンクまで送る資源収集管と、資源収集管に周設され、資源収集管を保護する保護管と、保護管の内部にＵ字状に設けられ、海底地層と保護管との間に循環流を発生させる循環流発生管と、循環流発生管の途中に配置された高周波ヒータに電力を供給する電力供給装置と、を有し、循環流の流量が減少した時に、らせん状回転翼を回転させることによって、循環流発生管の中の土砂を循環流の方向に移動させる資源収集システムを提供するものである。
【００２９】
ここで、上記第１６の実施態様においては、海底地層に対して保護管を軸方向に移動させる前に、循環流発生管の２つの開口位置の海底地層に中にセメント粒子を供給するのが好ましい。
【００３０】
また、本発明の第１７の実施態様は、海底地層から収集した資源を収集資源貯蔵タンクまで送る資源収集管と、資源収集管に周設され、資源収集管を保護する保護管と、海面上又は保護管の内部に配置された巻取り用のリールから繰り出され、保護管の側壁を貫通して内側から外側に伸びるコイルドチュービング装置と、を有し、コイルドチュービング装置を通って、海底地層の中に発泡材の原液、燃料ガス発生材、高圧水、及び酸素を含む空気を供給し、燃料ガス発生材と高圧水との化学反応によって燃料ガスを発生させ、発泡材の原液を互いに混合して燃料ガス及び空気を含む雰囲気中で発泡させ、発泡材の空洞内に溜まった燃料ガスを爆発的に燃焼させることによって、海底地層を破砕する資源収集システムを提供するものである。
【００３１】
ここで、上記第１７の実施態様においては、燃料ガス発生材は、カーバイド粒子であり、燃料ガスは、アセチレンガスであるのが好ましい。
【００３２】
また、本発明の第１８の実施態様は、海底地層から収集した資源を収集資源貯蔵タンクまで送る資源収集管と、資源収集管に周設され、資源収集管を保護する保護管と、海面上又は保護管の内部に配置された巻取り用のリールから繰り出され、保護管の側壁を貫通して内側から外側に伸びるコイルドチュービング装置と、を有し、コイルドチュービング装置を通って、海底地層の中に発泡材の原液、燃料ガス発生材、高圧水、及び酸素を含む空気を供給し、燃料ガス発生材による海底地層の分解促進によって燃料ガスを発生させ、発泡材の原液を互いに混合して燃料ガス及び空気を含む雰囲気中で発泡させ、発泡材の空洞内に溜まった燃料ガスを爆発的に燃焼させることによって、海底地層を破砕する資源収集システムを提供するものである。
【００３３】
ここで、上記第１８の実施態様においては、燃料ガス発生材は、メタノールであり、海底地層は、メタンハイドレート層であり、燃料ガスは、メタンガスであるのが好ましい。
【００３４】
また、本発明の第１９の実施態様は、海底地層から収集した資源を収集資源貯蔵タンクまで送る資源収集管と、資源収集管に周設され、資源収集管を保護する保護管と、保護管の内部に配置され、海底地層からの土砂を除去するフィルタと、を有し、フィルタの表面に高圧熱水又は高圧蒸気を当てることによって、フィルタの表面及び内部での海水の凍結を防止する資源収集システムを提供するものである。
【００３５】
また、本発明の第２０の実施態様は、海底地層から収集した資源を収集資源貯蔵タンクまで送る資源収集管と、資源収集管に周設され、資源収集管を保護する保護管と、保護管の内部に配置され、海底地層からの土砂を除去するフィルタと、を有し、フィルタの長手方向の両端の伝熱手段を通ってフィルタに高圧熱水又は高圧蒸気の熱を伝えることによって、フィルタの表面及び内部での海水の凍結を防止する資源収集システムを提供するものである。
【００３６】
また、本発明の第２１の実施態様は、海底地層から収集した資源を収集資源貯蔵タンクまで送る資源収集管と、資源収集管に周設され、資源収集管を保護する保護管と、保護管の内部にＵ字状に設けられ、海底地層と保護管との間に循環流を発生させる循環流発生管と、循環流発生管の途中に配置された高周波ヒータに電力を供給する電力供給装置と、を有し、電力供給装置は、海底地層の中の熱水鉱床の熱を電力に変換して供給する熱電変換装置である資源収集システムを提供するものである。
【００３７】
また、本発明の第２２の実施態様は、海底地層から収集した資源を収集資源貯蔵タンクまで送る資源収集管と、資源収集管に周設され、資源収集管を保護する保護管と、保護管の内部に配置され、海底地層からの土砂を除去するフィルタと、を有し、フィルタは、綿状に絡み合った繊維状金属を積層して圧縮したものを備え、フィルタの長手方向の貫通孔の中に高圧熱水又は高圧蒸気を流すことによって、フィルタの表面及び内部での海水の凍結を防止する資源収集システムを提供するものである。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、より効率的に海底地層から資源を収集することができる。
また、本発明によれば、上記効果に加え、従来と同等以上に長時間連続して安定的に稼働することができ、必要なエネルギをより効率的に供給することができ、小型にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１の実施形態の資源収集システムを含む全体構成を模式的に示すブロック図である。
【図２】図１の資源収集システムを構成する資源収集装置の機能を模式的に示す縦断面図である。
【図３】図２の資源収集装置を構成するフィルタ及びその周辺の機能を模式的に示す部分縦断面図である。
【図４】図２の資源収集装置の線ＡＡにおける横断面図である。
【図５】図２の資源収集装置の線ＢＢにおける横断面図である。
【図６】図２の資源収集装置の線ＣＣにおける横断面図である。
【図７】図２の資源収集装置の線ＤＤにおける横断面図である。
【図８】図２の資源収集装置の線ＥＥにおける横断面図である。
【図９】海底地層の中に供給された発泡材、燃料ガス、及び空気のイメージ図である。
【図１０】図２の資源収集装置を構成するコイルドチュービング装置の一例の機能を模式的に示す部分縦断面図である。
【図１１】破砕粒子のイメージ図である。
【図１２】（ａ）は、図２の資源収集装置を構成するフィルタの一例を模式的に示す縦断面図であり、（ｂ）は、その横断面図であり、（ｃ）は、フィルタの変形例１を模式的に示す縦断面図であり、（ｄ）は、フィルタの変形例２を模式的に示す縦断面図である。
【図１３】（ａ）及び（ｂ）は、永久磁石の動きを模式的に示す縦断面図である。
【図１４】（ａ）は、フィルタの変形例３を模式的に示す縦断面図であり、（ｂ）は、その横断面図であり、図１４（ｃ）は、フィルタの変形例４を模式的に示す縦断面図であり、図１４（ｄ）は、その横断面図である。
【図１５】（ａ）は、図２の資源収集装置を構成する循環流発生管の機能を模式的に示す部分縦断面図であり、（ｂ）及び（ｃ）は、循環流発生管の動きを模式的に示す部分縦断面図である。
【図１６】（ａ）は、図２の資源収集装置を構成する電力供給装置の一例を模式的に示す縦断面図であり、（ｂ）は、電力供給装置の一部の変形例１を模式的に示す縦断面図であり、（ｃ）は、電力供給装置の変形例２を模式的に示す縦断面図である。
【図１７】本発明の第２の実施形態の資源収集システムを含む全体構成を模式的に示すブロック図である。
【図１８】（ａ）は、図１７の資源収集システムを構成する資源収集装置の機能を模式的に示す縦断面図であり、（ｂ）は、図１８（ａ）の資源収集装置を構成する保護管の底壁及びその周辺の機能を模式的に示す部分縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下に、本発明を添付の図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。本発明の資源収集システムは、海水のプレッシャが掛かった場所で、誘爆によって広範囲に発生した爆発的な燃焼の熱及び衝撃波を伝える伝導体を用いたものを含む。本明細書において、土砂は、土及び砂だけでなく、泥及び海水を含み、凍結防止及び海底地層加熱に使用される高圧熱水又は高圧蒸気は、いずれか一方だけでなく、高圧蒸気が混じった高圧熱水を含む。本明細書において、同一の構成要素には同一の符号を付け、重複する場合にはその説明を省略する。また、本発明の資源収集システムを構成する資源収集装置の各機能は、互いに組み合わせて使用することができ、１つの資源収集システムの中で複数のコイルドチュービング装置、複数のフィルタ、複数の電力供給装置を使用する場合には、それぞれの一例及びその変形例の内の互いに異なるものを異なる位置に配置し、組み合わせて使用することができる。さらに、本発明の資源収集システムを構成する資源収集装置の全ての駆動部分（回転、垂直方向の動き、水平方向の動き、曲線方向の動き）は、油圧モータを含む液圧モータ又はエアモータで駆動される。
【００４１】
まず、本発明の第１の実施形態の資源収集システムを含む全体構成について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態の資源収集システムを含む全体構成を模式的に示すブロック図である。
【００４２】
全体構成１０は、海面上に配置された構造物１２と、構造物１２から下方に伸びる接続管１４と、接続管１４の下端に備えられた掘削装置１６と、接続管１４と掘削装置１６との間に備えられた資源収集装置２０と、を有する。資源収集装置２０は、ガスハイドレート層などを含む海底地層１８を破砕して多数の割れ目１８ａを入れることによって資源を収集する。構造物１２は、収集資源貯蔵タンク１２ａ、水供給装置１２ｂ、燃料ガス供給装置１２ｃ、空気供給装置１２ｄ、発泡材原液供給装置１２ｅ、導電粒子供給装置１２ｆ、破砕粒子供給装置１２ｇ、及びセメント粒子供給装置１２ｈを備える。
【００４３】
次に、本発明の第１の実施形態の資源収集システムについて、それを構成する資源収集装置を参照して説明する。図２は、図１の資源収集システムを構成する資源収集装置の機能を模式的に示す縦断面図であり、図３は、図２の資源収集装置を構成するフィルタ及びその周辺の機能を模式的に示す部分縦断面図であり、図４〜８は、図２の資源収集装置の線ＡＡ〜ＥＥにおける横断面図である。
【００４４】
＜資源収集１８＞
本発明の資源収集システムを構成する資源収集装置２０ａは、資源収集管と保護管２２とフィルタ２４とを有する。資源収集管は、海底地層１８から収集した資源を収集資源貯蔵タンク１２ａまで送る。保護管２２は、資源収集管に周設され、資源収集管を保護する。フィルタ２４は、保護管２２の内部に配置され、海底地層１８からの土砂を除去する。保護管２２は、軸方向を海面に対して上下に向けて配置される。資源収集管は、ガス収集管２６とオイル収集管２８とを含み、ガス収集管２６は、フィルタ２４の上方に設けられたガス貯留室３０に接続され、オイル収集管２８は、フィルタ２４の下方に設けられたオイル貯留室３２に接続される。フィルタ２４は、長手方向に貫通する資源収集孔２４ｂを備える。本発明の資源収集システムは、フィルタ２４を外側から内側に向かって通過して資源収集孔２４ｂに到達した資源の内、ガスをガス貯留室３０まで上昇させ、オイルをオイル貯留室３２まで下降させる。
このような構成とすることで、本発明の資源収集システムは、ガスとオイルとを同時に収集できるので、より効率的に海底地層から資源を収集することができる。
【００４５】
破砕された海底地層１８は、例えば、資源収集管に周設された保護管２２の側壁２２ａを貫通する少なくとも１つの側壁孔２２ｂを通ってフィルタ２４まで移動する。ガス収集管２６は、メタンのような相対的に比重の大きいガスを収集するガス収集管２６ａと、ブタンのような相対的に比重の小さいガスを収集するガス収集管２６ｂと、を含む。オイル収集管２８は、相対的に比重の大きいオイルを収集するオイル収集管２８ａと、相対的に比重の小さいオイルを収集するオイル収集管２８ｂと、を含む。フィルタ２４、資源収集孔２４ｂの形状、大きさ及び数は、特に制限的ではないが、最も効率的に資源を収集することができるように最適化されるのが好ましい。
【００４６】
＜フィルタ配置１９＞
本発明の資源収集システムを構成する資源収集装置２０ｂは、資源収集管と保護管２２とフィルタ２４とを有する。資源収集管は、海底地層１８から収集した資源を収集資源貯蔵タンク１２ａまで送る。保護管２２は、資源収集管に周設され、資源収集管を保護する。フィルタ２４は、保護管２２の内部に配置され、海底地層１８からの土砂を除去する。フィルタ２４は、円柱状の複数のエレメント２４ａを含み、各エレメント２４ａは、長手方向に対して少なくとも１つの位置に、各位置の周方向に所定の間隔で配置される。本発明の資源収集管は、ガス収集管２６とオイル収集管２８とを含む。
このような構成とすることで、本発明の資源収集システムは、同時には故障しにくいので、長時間連続して安定的に稼働することができる。
【００４７】
フィルタ２４の大きさ及び数は、特に制限的ではないが、最も効率的に資源を収集することができるように最適化されるのが好ましい。フィルタ２４の長手方向の段数は、特に制限的ではない。エレメント２４ａの材料は、特に制限的ではないが、セラミックであるのが好ましい。
【００４８】
＜フィルタ凍結防止２０、３５、３６＞
本発明の資源収集システムを構成する資源収集装置２０ｃは、資源収集管と保護管２２とフィルタ２４とを有する。資源収集管は、海底地層１８から収集した資源を収集資源貯蔵タンク１２ａまで送る。保護管２２は、資源収集管に周設され、資源収集管を保護する。フィルタ２４は、保護管２２の内部に配置され、海底地層１８からの土砂を除去する。本発明の資源収集システムは、フィルタ２４の長手方向の貫通孔２４ｃの中に高圧熱水又は高圧蒸気を流すことによって、フィルタ２４の表面及び内部での海水の凍結を防止する。本発明の資源収集管は、ガス収集管２６とオイル収集管２８とを含む。
このような構成とすることで、本発明の資源収集システムは、故障しにくいので、長時間連続して安定的に稼働することができる。
【００４９】
資源収集時には、上側配管３８ｄから貫通孔２４ｃを通って下側配管４０ｄに、又はその逆方向に凍結防止用の高圧熱水又は高圧蒸気を流す。高圧熱水又は高圧蒸気は、ヒータ及び高圧ポンプを介して水供給装置１２ｂから供給されるものであり、超臨界水でも良い。フィルタ２４の形状、大きさ及び数は、特に制限的ではないが、最も効率的に資源を収集することができるように最適化されるのが好ましい。貫通孔２４ｃの形状、大きさ及び数は、特に制限的ではないが、最も効率的に加熱することができるように最適化されるのが好ましい。フィルタ２４の長手方向の貫通孔２４ｃの中に高圧熱水又は高圧蒸気を流す代わりに、フィルタ２４の表面に高圧熱水又は高圧蒸気を当てることによって、フィルタ２４の表面及び内部での海水の凍結を防止しても良い。また、フィルタ２４の長手方向の貫通孔２４ｃの中に高圧熱水又は高圧蒸気を流す代わりに、フィルタ２４の長手方向の両端の伝熱手段を通ってフィルタ２４に高圧熱水又は高圧蒸気の熱を伝えることによって、フィルタ２４の表面及び内部での海水の凍結を防止しても良い。
【００５０】
本発明の伝熱手段は、フィルタ固定板５８ａと中央案内板５８ｂと外側案内板５８ｃと内側案内板５８ｄとを含む。フィルタ固定板５８ａは、フィルタ２４の長手方向の両端を両側から固定する板である。中央案内板５８ｂは、側壁孔２２ｂを通過した海底地層１８の小片をフィルタ２４に案内する板であり、フィルタ固定板５８ａと熱的に接触する。外側案内板５８ｃは、小片を同様に案内する中央案内板５８ｂの外側の板であり、保護管２２及び中央案内板５８ｂと熱的に接触する。内側案内板５８ｄは、小片を同様に案内する中央案内板５８ｂの内側の板であり、中央案内板５８ｂと熱的に接触する。フィルタ２４の長手方向の一端の伝熱手段と他端の伝熱手段は、高圧熱水又は高圧蒸気を当てることによって直接加熱されても良く、また、高圧熱水又は高圧蒸気で加熱された保護管２２からの熱伝導によって間接的に加熱されても良い。
【００５１】
＜側壁孔付き保護管７＞
本発明の資源収集システムを構成する資源収集装置２０ｄは、資源収集管と保護管２２とフィルタ２４とゲート管３４とを有する。資源収集管は、海底地層１８から収集した資源を収集資源貯蔵タンク１２ａまで送る。保護管２２は、資源収集管に周設された側壁２２ａ及び側壁２２ａを貫通する複数の側壁孔２２ｂを備え、資源収集管を保護する。フィルタ２４は、保護管２２の内部に配置され、海底地層１８からの土砂を除去する。ゲート管３４は、複数の側壁孔２２ｂを開閉するために保護管２２の外側及び保護管２２とフィルタ２４との間の少なくとも一方に配置される。本発明の資源収集システムは、海底地層１８から資源を収集する時に複数の側壁孔２２ｂを開き、それ以外の時に複数の側壁孔２２ｂを閉じる。本発明の資源収集管は、ガス収集管２６とオイル収集管２８とを含む。
このような構成とすることで、本発明の資源収集システムは、故障しにくいので、長時間連続して安定的に稼働することができる。
【００５２】
ゲート管３４の内、保護管２２の外側に配置されたものは、外側ゲート管３４ａであり、保護管２２とフィルタ２４との間に配置されたものは、内側ゲート管３４ｂであり、それぞれが側壁３４ｃ、側壁３４ｃを貫通する複数の側壁孔３４ｄ、及び側壁３４ｃの軸方向の貫通孔３４ｅを備える。側壁孔３４ｄの大きさが、保護管２２の側壁孔２２ｂとほぼ同一であり、ゲート管３４の円周方向の側壁孔３４ｄの長さが、円周方向のピッチの半分未満である場合には、油圧モータ又はエアモータを使用してゲート管３４を側壁孔３４ｄの長さ分回転させることによって、保護管２２の側壁孔２２ｂを塞ぐことができる。同様に、ゲート管３４の軸方向の側壁孔３４ｄの長さが、軸方向のピッチの半分未満である場合には、油圧モータ又はエアモータを使用してゲート管３４を側壁孔３４ｄの長さ分軸方向に移動させることによって、保護管２２の側壁孔２２ｂを塞ぐことができる。側壁孔２２ｂ、側壁孔３４ｄの形状、大きさ及び数は、特に制限的ではないが、最も効率的に資源を収集することができるように最適化されるのが好ましい。保護管２２、ゲート管３４の材料は、特に制限的ではないが、鉄又はステンレス鋼であるのが好ましい。
【００５３】
＜開口条件８ｓ＞
本発明の資源収集システムは、保護管２２の内側の圧力を保護管２２の外側の海底地層１８と同じ圧力まで上昇させた後に、複数の側壁孔２２ｂを開いても良い。
このような構成とすることで、本発明の資源収集システムは、故障しにくいので、長時間連続して安定的に稼働することができる。
【００５４】
＜保護管凍結防止９ｓ＞
本発明の資源収集システムは、保護管２２の側壁２２ａの軸方向の貫通孔２２ｃ又はらせん状の貫通孔の中に高圧熱水又は高圧蒸気を流すことによって、保護管２２とゲート管３４との間及び複数の側壁孔２２ｂの中での海水の凍結を防止しても良い。
このような構成とすることで、本発明の資源収集システムは、故障しにくいので、長時間連続して安定的に稼働することができる。
【００５５】
資源収集時には、上側配管３８ａから貫通孔２２ｃを通って下側配管４０ａに、又はその逆方向に凍結防止用の高圧熱水又は高圧蒸気を流す。高圧熱水又は高圧蒸気は、ヒータ及び高圧ポンプを介して水供給装置１２ｂから供給されるものであり、超臨界水でも良い。らせん状の貫通孔は、複数の細管にロウを満たし、両端を閉じて周囲に爆薬を詰めて点火し、爆発の衝撃で互いに溶着させる方法で構成することができる。貫通孔２２ｃの形状、大きさ及び数は、特に制限的ではないが、最も効率的に加熱することができるように最適化されるのが好ましい。
【００５６】
＜ゲート管凍結防止９ｓ＞
本発明の資源収集システムは、ゲート管３４の側壁３４ｃの軸方向の貫通孔３４ｅ又はらせん状の貫通孔の中に高圧熱水又は高圧蒸気を流すことによって、保護管２２とゲート管３４との間及び複数の側壁孔３４ｄの中での海水の凍結を防止しても良い。
このような構成とすることで、本発明の資源収集システムは、故障しにくいので、長時間連続して安定的に稼働することができる。
【００５７】
資源収集時には、上側配管３８ａから貫通孔３４ｅを通って下側配管４０ａに、又はその逆方向に凍結防止用の高圧熱水又は高圧蒸気を流す。高圧熱水又は高圧蒸気は、ヒータ及び高圧ポンプを介して水供給装置１２ｂから供給されるものであり、超臨界水でも良い。貫通孔３４ｅの形状、大きさ及び数は、特に制限的ではないが、最も効率的に加熱することができるように最適化されるのが好ましい。
【００５８】
＜プレコーティング１０ｓ＞
本発明の資源収集システムは、高圧水にコーティング剤を混入し、複数の側壁孔２２ｂを閉じた状態で、コーティング剤を混入した高圧水を、資源を収集する時に資源がフィルタ２４の中を流れる方向と同じ方向に流すことによって、フィルタ２４をコーティングしても良い。
このような構成とすることで、本発明の資源収集システムは、故障しにくいので、長時間連続して安定的に稼働することができる。
【００５９】
資源収集前のプレコーティング時には、上側配管３８ｂから下側配管４０ｄに、又は下側配管４０ｂから上側配管３８ｄにコーティング剤を混入した高圧水を流す。高圧水は、高圧ポンプを介して水供給装置１２ｂから供給される。コーティング剤は、貯蔵タンク３６から供給される。コーティング剤の材料は、珪藻土又は磁性体粉末付き珪藻土である。
【００６０】
＜逆洗浄１１ｓ＞
本発明の資源収集システムは、複数の側壁孔２２ｂを閉じた状態で、高圧水を、資源を収集する時に資源がフィルタ２４の中を流れる方向と逆方向に流すことによって、フィルタ２４の内部を洗浄しても良い。
このような構成とすることで、本発明の資源収集システムは、故障しにくいので、長時間連続して安定的に稼働することができる。
【００６１】
資源収集後の逆洗浄時には、上側配管３８ｄから下側配管４０ｂに、又は下側配管４０ｄから上側配管３８ｂに高圧水を流す。高圧水は、高圧ポンプを介して水供給装置１２ｂから供給される。
【００６２】
＜シャワーリング１２ｓ＞
本発明の資源収集システムは、さらに、複数の側壁孔２２ｂを閉じた状態で、高圧熱水又は高圧蒸気をフィルタ２４の表面に流すことによって、フィルタ２４の表面を洗浄しても良い。
このような構成とすることで、本発明の資源収集システムは、故障しにくいので、長時間連続して安定的に稼働することができる。
【００６３】
資源収集後の逆洗浄時には、さらに、上側配管３８ｃから下側配管４０ｂに、又は下側配管４０ｃから上側配管３８ｂにシャワーリング用の高圧熱水又は高圧蒸気を流す。高圧熱水又は高圧蒸気は、ヒータ及び高圧ポンプを介して水供給装置１２ｂから供給されるものであり、超臨界水でも良い。ここで、超臨界水とは、温度と圧力がそれぞれ臨界温度３７４℃、臨界圧力２２．１ＭＰａを上回る状態にある水を意味する。
【００６４】
資源収集装置２０ｄは、さらに、中央に配置された中央配管４２を備え、中央配管４２は、掘削装置１６の冷却用の冷却水供給管４２ａ、冷却水回収管４２ｂ、資源収集装置２０ｄの内部への空気供給管４２ｃ、資源収集装置２０ｄの内部からの排気ガス回収管４２ｄ、資源収集装置２０ｄに必要な気体、液体、固体用の配管を収納する配管類収納管４２ｅ、及び資源収集装置２０ｄに必要な電気配線を収納する配線類収納管４２ｆを含む。中央配管４２は、６重管の構成に限定されず、１つの管の内部に５つの独立管を収納した構成でも良い。資源収集装置２０ｄの貯蔵タンク３６は、さらに、水、燃料ガス、発泡材の原液、導電粒子、破砕粒子、及びセメント粒子をそれぞれ一時的に貯蔵する領域を備えても良い。
【００６５】
＜二次保護管１３ｓ＞
本発明の資源収集システムを構成する資源収集装置２０ｄは、さらに、二次保護管４４と二次フィルタ４６と二次ゲート管４８とを有しても良い。二次保護管４４は、フィルタ２４の内側に配置された二次側壁４４ａ及び二次側壁４４ａを貫通する複数の二次側壁孔４４ｂを備える。二次フィルタ４６は、二次保護管４４の内部に配置され、海底地層１８からの土砂を除去する。二次ゲート管４８は、複数の二次側壁孔４４ｂを開閉するためにフィルタ２４と二次保護管４４との間及び二次保護管４４と二次フィルタ４６との間の少なくとも一方に配置される。
このような構成とすることで、本発明の資源収集システムは、同時には故障しにくいので、長時間連続して安定的に稼働することができる。
【００６６】
本発明の資源収集システムは、海底地層１８から資源を収集する時に複数の二次側壁孔４４ｂを開き、それ以外の時に複数の二次側壁孔４４ｂを閉じる。二次ゲート管４８の内、フィルタ２４と二次保護管４４との間に配置されたものは、二次外側ゲート管４８ａであり、二次保護管４４と二次フィルタ４６との間に配置されたものは、二次内側ゲート管４８ｂであり、それぞれが二次側壁４８ｃ、二次側壁４８ｃを貫通する複数の二次側壁孔４８ｄ、及び二次側壁４８ｃの軸方向の二次貫通孔４８ｅとを備える。二次側壁孔４８ｄの大きさが、二次保護管４４の二次側壁孔４４ｂとほぼ同一であり、二次ゲート管４８の円周方向の二次側壁孔４８ｄの長さが、円周方向のピッチの半分未満である場合には、油圧モータ又はエアモータを使用して二次ゲート管４８を二次側壁孔４８ｄの長さ分回転させることによって、二次保護管４４の二次側壁孔４４ｂを塞ぐことができる。同様に、二次ゲート管４８の軸方向の二次側壁孔４８ｄの長さが、軸方向のピッチの半分未満である場合には、油圧モータ又はエアモータを使用して二次ゲート管４８を二次側壁孔４８ｄの長さ分軸方向に移動させることによって、二次保護管４４の二次側壁孔４４ｂを塞ぐことができる。二次側壁孔４４ｂ、二次側壁孔４８ｄの形状、大きさ及び数は、特に制限的ではないが、最も効率的に資源を収集することができるように最適化されるのが好ましい。二次保護管４４、二次ゲート管４８の材料は、特に制限的ではないが、鉄又はステンレス鋼であるのが好ましい。
【００６７】
本発明の資源収集システムは、二次保護管４４の二次側壁４４ａの軸方向の二次貫通孔４４ｃ又はらせん状の貫通孔の中に高圧熱水又は高圧蒸気を流すことによって、二次保護管４４と二次ゲート管４８との間及び複数の二次側壁孔４４ｂの中での海水の凍結を防止しても良い。資源収集時には、上側配管３８ａから二次貫通孔４４ｃを通って下側配管４０ａに、又はその逆方向に凍結防止用の高圧熱水又は高圧蒸気を流す。高圧熱水又は高圧蒸気は、ヒータ及び高圧ポンプを介して水供給装置１２ｂから供給されるものであり、超臨界水でも良い。二次貫通孔４４ｃの形状、大きさ及び数は、特に制限的ではないが、最も効率的に加熱することができるように最適化されるのが好ましい。
【００６８】
本発明の資源収集システムは、二次ゲート管４８の二次側壁４８ｃの軸方向の二次貫通孔４８ｅ又はらせん状の貫通孔の中に高圧熱水又は高圧蒸気を流すことによって、二次保護管４４と二次ゲート管４８との間及び複数の二次側壁孔４８ｄの中での海水の凍結を防止しても良い。資源収集時には、上側配管３８ａから二次貫通孔４８ｅを通って下側配管４０ａに、又はその逆方向に凍結防止用の高圧熱水又は高圧蒸気を流す。高圧熱水又は高圧蒸気は、ヒータ及び高圧ポンプを介して水供給装置１２ｂから供給されるものであり、超臨界水でも良い。二次貫通孔４８ｅの形状、大きさ及び数は、特に制限的ではないが、最も効率的に加熱することができるように最適化されるのが好ましい。
【００６９】
二次保護管４４は、軸方向を海面に対して上下に向けて配置される。資源収集管は、二次ガス収集管５０と二次オイル収集管５２とを含み、二次ガス収集管５０は、二次フィルタ４６の上方に設けられた二次ガス貯留室５４に接続され、二次オイル収集管５２は、二次フィルタ４６の下方に設けられた二次オイル貯留室５６に接続される。二次フィルタ４６は、長手方向に貫通する二次資源収集孔４６ｂを備える。本発明の資源収集システムは、二次フィルタ４６を外側から内側に向かって通過して二次資源収集孔４６ｂに到達した資源の内、ガスを二次ガス貯留室５４まで上昇させ、オイルを二次オイル貯留室５６まで下降させる。
【００７０】
二次ガス収集管５０は、メタンのような相対的に比重の大きいガスを収集する二次ガス収集管５０ａと、ブタンのような相対的に比重の小さいガスを収集する二次ガス収集管５０ｂと、を含む。二次オイル収集管５２は、相対的に比重の大きいオイルを収集する二次オイル収集管５２ａと、相対的に比重の小さいオイルを収集する二次オイル収集管５２ｂと、を含む。二次フィルタ４６、二次資源収集孔４６ｂの形状、大きさ及び数は、特に制限的ではないが、最も効率的に資源を収集することができるように最適化されるのが好ましい。
【００７１】
二次フィルタ４６は、円柱状の複数の二次エレメント４６ａを含み、各二次エレメント４６ａは、長手方向に対して少なくとも１つの位置に、各位置の周方向に所定の間隔で配置される。二次フィルタ４６の大きさ及び数は、特に制限的ではないが、最も効率的に資源を収集することができるように最適化されるのが好ましい。二次フィルタ４６の長手方向の段数は、特に制限的ではない。二次エレメント４６ａの材料は、特に制限的ではないが、セラミックであるのが好ましい。
【００７２】
本発明の資源収集システムは、二次フィルタ４６の長手方向の二次貫通孔４６ｃの中に高圧熱水又は高圧蒸気を流すことによって、二次フィルタ４６の表面及び内部での海水の凍結を防止する。資源収集時には、上側配管３８ｄから二次貫通孔４６ｃを通って下側配管４０ｄに、又はその逆方向に凍結防止用の高圧熱水又は高圧蒸気を流す。高圧熱水又は高圧蒸気は、ヒータ及び高圧ポンプを介して水供給装置１２ｂから供給されるものであり、超臨界水でも良い。二次貫通孔４６ｃの形状、大きさ及び数は、特に制限的ではないが、最も効率的に加熱することができるように最適化されるのが好ましい。
【００７３】
次に、資源収集装置を構成するコイルドチュービング装置の一例及び発泡材について説明する。図９は、海底地層の中に供給された発泡材、燃料ガス、及び空気のイメージ図であり、図１０は、図２の資源収集装置を構成するコイルドチュービング装置の一例の機能を模式的に示す部分縦断面図である。
【００７４】
＜コイルドチュービング装置、発泡材及び燃料ガス１、３１〜３４＞
本発明の資源収集システムを構成する資源収集装置２０ｅは、資源収集管と保護管２２とコイルドチュービング装置６０とを有する。資源収集管は、海底地層１８から収集した資源を収集資源貯蔵タンク１２ａまで送る。保護管２２は、資源収集管に周設され、資源収集管を保護する。コイルドチュービング装置６０は、海面上又は保護管２２の内部に配置された巻取り用のリール６２から繰り出し装置６４によって繰り出され、保護管２２の側壁２２ａを貫通して内側から外側に伸びる。本発明の資源収集システムは、コイルドチュービング装置６０を通って、海底地層１８の中に発泡材の原液、燃料ガス、及び酸素を含む空気を供給し、発泡材の原液を互いに混合して燃料ガス６６ａ及び空気６６ｂを含む雰囲気中で発泡させ、発泡材６６ｃの空洞内に溜まった燃料ガス６６ａを爆発的に燃焼させることによって、海底地層１８を破砕する。本発明の資源収集管は、ガス収集管２６とオイル収集管２８とを含む。
このような構成とすることで、本発明の資源収集システムは、広範囲の海底地層を短時間で加熱できるので、より効率的に海底地層から資源を収集することができる。
【００７５】
発泡材６６ｃの空洞内に溜まった燃料ガス６６ａを爆発的に燃焼させることによって、海底地層１８の中に、より効率的に海底地層１８から資源を収集するための割れ目１８ａを入れることができる。コイルドチュービング装置６０は、コイルドチュービング装置の一例であり、小型の掘削装置を先端に備える。コイルドチュービング装置６０は、割れ目１８ａから噴出した資源を収集する資源収集管を内部に備えても良い。コイルドチュービング装置６０の数は、資源収集装置２０ｅの内部に収納できれば、特に制限的ではない。発泡材の原液は、貯蔵タンク３６の内部に一時的に貯蔵する領域を設置して貯蔵しても良い。発泡材は、特に制限的ではないが、発泡ウレタンを使用する場合には、ポリイソシアネート及びポリオールの２液を原液とするものが好ましい。また、発泡シリコーンを使用する場合には、２成分型液状シリコーンの２液を原液とし、その２液を混合後攪拌して発泡させるものが好ましい。さらに、他の発泡ポリマを使用しても良い。燃料ガス６６ａの材料は、特に制限的ではないが、メタン、エタン、プロパン、ブタンのようなガスであるのが好ましい。燃料ガス６６ａは、海底地層１８から収集したガスを使用しても良い。なお、図９の燃料ガス６６ａ及び空気６６ｂは、別の球体として模式的に示されているが、発泡材６６ｃの空洞内には混合ガスとして供給されるので、燃料ガス６６ａ及び空気６６ｂが分離しているわけではない。水蒸気や温水などの温度の高い流体をメタンハイドレート層に注入してメタンハイドレートを分解させる方法を「加熱法」又は「熱刺激法」という。
【００７６】
燃料ガス６６ａを供給する代わりに、燃料ガスを発生させるものとして、例えば、カーバイド（炭化カルシウム）粒子及び高圧水を供給し、互いの化学反応によって燃料ガスのアセチレンガスを発生させ、発泡材６６ｃの空洞内に溜まったアセチレンガスを爆発的に燃焼させることによって、海底地層１８を破砕しても良い。カリウム、カルシウム、ナトリウムと冷水との反応、マグネシウムと熱水との反応、アルミニウム、亜鉛、鉄と高温の水蒸気との反応などによって燃料ガスの水素を発生させても良い。また、燃料ガス６６ａを供給する代わりに、燃料ガスを発生させるものとして、例えば、メタノール及び高圧水を供給し、メタノールによる海底地層、即ち、メタンハイドレート層の分解促進によって燃料ガスのメタンガスを発生させ、発泡材６６ｃの空洞内に溜まったメタンガスを爆発的に燃焼させることによって、海底地層１８を破砕しても良い。メタンハイドレートの分解を促進する、メタノールや塩分などのインヒビターを水と混ぜてメタンハイドレート層に注入する方法を「インヒビター法」又は「インヒビター注入法」という。
【００７７】
＜混合室２ｓ＞
コイルドチュービング装置６０は、管状のチューブ外壁７０と開口７２と混合室７４とを備えても良い。開口７２は、チューブ外壁７０に設けられ、混合室７４は、開口７２の内側に設けられる。本発明の資源収集システムは、発泡材の原液を混合室７４で互いに混合した後に、その混合物を、燃料ガス６６ａ及び空気６６ｂと共に開口７２を通って海底地層１８とチューブ外壁７０との間に供給する。
このような構成とすることで、本発明の資源収集システムは、広範囲の海底地層を短時間で加熱できるので、より効率的に海底地層から資源を収集することができる。
【００７８】
コイルドチュービング装置６０のチューブ外壁７０は、溶接鋼管であり、帯状の鋼板を連続圧延によって筒状に丸めながら管の長手方向にできる継ぎ目を溶接して製造する。長さが足りない場合には、鋼板の端辺を斜めに裁断して溶接するバイアス溶接によって継ぎ足す。燃料ガス６６ａは、燃料ガス供給装置１２ｃから燃料ガス供給管６８ａを通って、空気６６ｂは、空気供給装置１２ｄから空気供給管４２ｃ、空気供給管６８ｂを通って、発泡材の原液は、発泡材原液供給装置１２ｅから発泡材原液供給管６８ｃを通って、混合室７４に供給される。燃料ガス６６ａを供給する代わりに、カーバイド（炭化カルシウム）粒子及び高圧水を供給する場合には、カーバイド粒子は、燃料ガス供給装置１２ｃから燃料ガス供給管６８ａを通って、高圧水は、水供給装置１２ｂから高圧水供給管６８ｅ及び高圧ポンプを通って、混合室７４に供給される。また、燃料ガス６６ａを供給する代わりに、メタノール及び高圧水を供給する場合には、メタノールは、燃料ガス供給装置１２ｃから燃料ガス供給管６８ａを通って、高圧水は、水供給装置１２ｂから高圧水供給管６８ｅ及び高圧ポンプを通って、混合室７４に供給される。開口７２の形状は、混合後の発泡材の原液が通過できれば、特に制限的ではなく、大きさ及び数は、チューブ外壁７０の強度が不足しなければ、特に制限的ではない。混合室７４の形状は、発泡材の原液を互いに混合できれば、特に制限的ではなく、大きさ及び数は、コイルドチュービング装置６０の強度が不足しなければ、特に制限的ではない。
【００７９】
＜点火配線３ｓ＞
発泡材の原液を互いに混合して形成された発泡材６６ｃは、導電体金属又はカーボンナノチューブのような導電粒子６６ｄを含んでも良い。本発明の資源収集システムは、導電性を有する発泡材６６ｃとチューブ外壁７０又は混合室７４に露出しかつ電気的に絶縁された点火配線６８ｇとの間に高電圧を印加することによって、発泡材６６ｃの空洞内に溜まった燃料ガス６６ａ又はその代わりに発生させた燃料ガスに点火しても良い。
このような構成とすることで、本発明の資源収集システムは、広範囲の海底地層を短時間で加熱できるので、より効率的に海底地層から資源を収集することができる。
【００８０】
導電粒子６６ｄは、導電粒子供給装置１２ｆから導電粒子供給管６８ｄを通って混合室７４に供給される。導電粒子６６ｄは、貯蔵タンク３６の内部に一時的に貯蔵する領域を設置して貯蔵しても良い。
【００８１】
＜点火プラグ４ｓ＞
本発明の資源収集システムは、チューブ外壁７０又は混合室７４に設けられた点火プラグ（図示せず）に高電圧を印加することによって、発泡材６６ｃの空洞内に溜まった燃料ガス６６ａ又はその代わりに発生させた燃料ガスに点火しても良い。
このような構成とすることで、本発明の資源収集システムは、広範囲の海底地層を短時間で加熱できるので、より効率的に海底地層から資源を収集することができる。
【００８２】
＜混合室洗浄５ｓ＞
本発明の資源収集システムは、高圧水及び高圧空気の少なくとも一方を使用して混合室７４を洗浄しても良い。
このような構成とすることで、本発明の資源収集システムは、広範囲の海底地層を短時間で加熱できるので、より効率的に海底地層から資源を収集することができる。
【００８３】
高圧水は、水供給装置１２ｂから高圧水供給管６８ｅ及び高圧ポンプを通って、高圧空気は、空気供給装置１２ｄから高圧空気供給管６８ｆ及び高圧ポンプを通って、混合室７４に供給される。
【００８４】
次に、資源収集装置を構成するコイルドチュービング装置の変形例について説明する。
＜コイルドチュービング装置の側壁孔付き保護管１５＞
本発明の資源収集システムを構成する資源収集装置２０ｆは、資源収集管と保護管２２とコイルドチュービング装置とを有する。資源収集管は、海底地層１８から収集した資源を収集資源貯蔵タンク１２ａまで送る。保護管２２は、資源収集管に周設され、資源収集管を保護する。コイルドチュービング装置は、海面上又は保護管２２の内部に配置された巻取り用のリール６２から繰り出し装置６４によって繰り出され、保護管２２の側壁２２ａを貫通して内側から外側に伸び、サブ資源収集管とサブ保護管とサブフィルタとサブゲート管とを有する。サブ資源収集管は、海底地層１８から収集した資源を収集資源管まで送る。サブ保護管は、サブ資源収集管に周設されたサブ側壁及びサブ側壁を貫通する複数のサブ側壁孔を備え、サブ資源収集管を保護する。サブフィルタは、サブ保護管の内部に配置され、海底地層１８からの土砂を除去する。サブゲート管は、複数のサブ側壁孔を開閉するためにサブ保護管の外側及びサブ保護管とサブフィルタとの間の少なくとも一方に配置される。
このような構成とすることで、本発明の資源収集システムは、広範囲の海底地層から資源を収集できるので、より効率的に海底地層から資源を収集することができる。
【００８５】
本発明の資源収集システムは、海底地層１８から資源を収集する時に複数のサブ側壁孔を開き、それ以外の時に複数のサブ側壁孔を閉じる。本発明の資源収集管は、ガス収集管２６とオイル収集管２８とを含む。サブ資源収集管とサブ保護管とサブゲート管は、チューブ外壁７０と同様に溶接鋼管である。
【００８６】
＜コイルドチュービング装置配置１６ｓ＞
本発明の資源収集システムを構成する資源収集装置２０ｆのコイルドチュービング装置は、保護管２２の軸方向に対して少なくとも１つの位置に、各位置の周方向に所定の間隔で複数配置されても良い。
このような構成とすることで、本発明の資源収集システムは、広範囲の海底地層から資源を収集できるので、より効率的に海底地層から資源を収集することができる。
【００８７】
コイルドチュービング装置６０の数は、資源収集装置２０ｆの内部に収納できれば、特に制限的ではない。
【００８８】
次に、本発明の第１の実施形態の資源収集システムを構成する破砕粒子について説明する。図１１は、破砕粒子のイメージ図である。
＜破砕粒子６＞
本発明の資源収集システムを構成する資源収集装置２０ｇは、高圧水供給管と資源収集管とを有する。高圧水供給管は、海底地層１８から資源を収集するために海底地層１８の中に高圧水を供給する。資源収集管は、海底地層１８から収集した資源を収集資源貯蔵タンク１２ａまで送る。本発明の資源収集システムは、高圧水供給管の中の高圧水に破砕粒子８０を混入し、破砕粒子８０を混入した高圧水によって、海底地層１８を破砕する。破砕粒子８０は、セメント粒子８２の外側に、遅効性発熱体８４、膨張体８６、速効性発熱体８８が順にコーティングされたものであり、遅効性発熱体８４は、高圧水の水分を吸収して発熱する材料をマイクロ波で焼成したものであり、膨張体８６は、高圧水の水分を吸収して膨張する材料で形成されたものであり、速効性発熱体８８は、遅効性発熱体８４と同一の材料を遅効性発熱体８４よりも短時間マイクロ波で焼成したもの、又はマイクロ波で焼成していないものである。本発明の資源収集管は、ガス収集管２６とオイル収集管２８とを含む。
このような構成とすることで、本発明の資源収集システムは、広範囲の海底地層を短時間で加熱できるので、より効率的に海底地層から資源を収集することができる。
【００８９】
本発明の高圧水供給管は、高圧ポンプを介して水供給装置１２ｂに接続される。破砕粒子８０は、破砕粒子供給装置１２ｇから供給される。速効性発熱体８８及び遅効性発熱体８４を使用して生じた海底地層１８の小さい窪みを膨張体８６を使用して押し広げることによって、海底地層１８の中に、より効率的に海底地層１８から資源を収集するための割れ目１８ａを入れることができる。速効性発熱体８８は、数分〜数時間程度で発熱して海水の氷を溶かすためのものであり、遅効性発熱体８４は、数日〜数週間程度で発熱してガスハイドレート層のような固体資源を溶かすためのものである。破砕粒子８０は、貯蔵タンク３６の内部に一時的に貯蔵する領域を設置して貯蔵しても良い。破砕粒子８０は、コイルドチュービング装置６０を使用して海底地層の中に供給しても良い。その場合、高圧水供給管６８ｅの中の高圧水に破砕粒子８０を混入しても良い。遅効性発熱体８４、速効性発熱体８８は、特に制限的ではないが、鉄粉が空気に触れて酸化する際に化学反応を起こして発熱するもの、又は酸化カルシウムと水を反応させて水酸化カルシウムを生成し、その時に発生する熱エネルギとアルカリ水溶液を開始剤としてアルミニウムと水酸化カルシウムを反応させるものであるのが好ましい。膨張体８６は、特に制限的ではないが、石灰・石膏・ボーキサイトを主成分とする焼成化合物を適当な粒度分布となるように粉砕したもの、又は酸化カルシウムと水が反応して水酸化カルシウムになる時に水酸化カルシウムの粒子が膨張するものであるのが好ましい。
【００９０】
次に、資源収集装置を構成する土砂排出装置について説明する。
＜土砂排出１７＞
本発明の資源収集システムを構成する資源収集装置２０ｈは、資源収集管と保護管２２とフィルタ２４とを有する。資源収集管は、海底地層１８から収集した資源を収集資源貯蔵タンク１２ａまで送る。保護管２２は、資源収集管に周設され、資源収集管を保護する。フィルタ２４は、保護管２２の内部に配置され、海底地層１８からの土砂を除去する。本発明の資源収集システムは、高圧ポンプを使用して、フィルタ２４が除去した土砂を保護管２２の側壁２２ａの開口から海底地層１８に向かって押し出す。本発明の資源収集管は、ガス収集管２６とオイル収集管２８とを含む。
このような構成とすることで、本発明の資源収集システムは、土砂を溜めこまないので、小型にすることができる。
【００９１】
資源収集装置２０ｈは、土砂排出装置９０を有し、土砂排出装置９０は、らせん状回転翼を回転させることによって、フィルタ２４が除去した土砂を保護管２２の側壁２２ａの方向に移動させる軸流ポンプと、その土砂を保護管２２の側壁２２ａの開口から海底地層１８に向かって押し出す高圧ポンプと、を備える。らせん状回転翼は、油圧モータ又はエアモータで駆動される。土砂排出装置９０は、土砂と共に余剰のコーティング剤を排出しても良い。本発明の資源収集システムは、土砂を排出する前に、土砂の中にセメント粒子を混入するのが好ましい。高圧ポンプの種類は、特に限定的ではないが、土砂を押し出す圧力の点でプランジャポンプが好ましい。土砂排出装置９０の数は、資源収集装置２０ｈの内部に収納できれば、特に制限的ではない。
【００９２】
次に、資源収集装置を構成するフィルタについて説明する。図１２（ａ）は、図２の資源収集装置を構成するフィルタの一例を模式的に示す縦断面図であり、図１２（ｂ）は、その横断面図であり、図１２（ｃ）は、フィルタの変形例１を模式的に示す縦断面図であり、図１２（ｄ）は、フィルタの変形例２を模式的に示す縦断面図であり、図１３（ａ）及び図１３（ｂ）は、永久磁石の動きを模式的に示す縦断面図であり、図１４（ａ）は、フィルタの変形例３を模式的に示す縦断面図であり、図１４（ｂ）は、その横断面図であり、図１４（ｃ）は、フィルタの変形例４を模式的に示す縦断面図であり、図１４（ｄ）は、その横断面図である。フィルタの一例のフィルタ１００は、フィルタ２４、二次フィルタ４６と同一であり、エレメント２４ａと資源収集孔２４ｂと貫通孔２４ｃとを有する。
【００９３】
＜電磁石２３＞
本発明の資源収集システムを構成する資源収集装置２０ｉは、資源収集管と保護管２２とフィルタ１１０とを有する。資源収集管は、海底地層１８から収集した資源を収集資源貯蔵タンク１２ａまで送る。保護管２２は、資源収集管に周設され、資源収集管を保護する。フィルタ１１０は、保護管２２の内部に配置され、海底地層１８からの土砂を除去する。フィルタ１１０は、エレメント２４ａの内部に磁性体粉末付き珪藻土を保持するように配置された電磁石コイル１１２を備える。本発明の資源収集システムは、電磁石コイル１１２に通電することによって、電磁石コイル１１２による磁性体粉末付き珪藻土の保持力を発生させる。本発明の資源収集管は、ガス収集管２６とオイル収集管２８とを含む。
このような構成とすることで、本発明の資源収集システムは、故障しにくいので、長時間連続して安定的に稼働することができる。
【００９４】
フィルタ１１０は、フィルタの変形例１であり、さらに、資源収集孔２４ｂと貫通孔２４ｃとを有する。電磁石コイル１１２の長さ及び数は、間のエレメント２４ａの表面から資源を収集できれば、特に制限的ではない。
【００９５】
＜永久磁石２１＞
本発明の資源収集システムを構成する資源収集装置２０ｊは、資源収集管と保護管２２とフィルタ１２０とを有する。資源収集管は、海底地層１８から収集した資源を収集資源貯蔵タンク１２ａまで送る。保護管２２は、資源収集管に周設され、資源収集管を保護する。フィルタ１２０は、保護管２２の内部に配置され、海底地層１８からの土砂を除去する。フィルタ１２０は、永久磁石１２２と減磁手段とを備え、永久磁石１２２は、エレメント２４ａの内部に磁性体粉末付き珪藻土を保持するように配置され、減磁手段は、永久磁石１２２による磁性体粉末付き珪藻土の保持力を弱める。本発明の資源収集システムは、減磁手段を作動させることによって、永久磁石１２２が保持する磁性体粉末付き珪藻土の量を減らす。本発明の資源収集管は、ガス収集管２６とオイル収集管２８とを含む。
このような構成とすることで、本発明の資源収集システムは、故障しにくいので、長時間連続して安定的に稼働することができる。
【００９６】
フィルタ１２０は、フィルタの変形例２であり、さらに、資源収集孔２４ｂと貫通孔２４ｃとを有する。永久磁石１２２の長さ及び数は、間のエレメント２４ａの表面から資源を収集できれば、特に制限的ではない。永久磁石１２２の種類は、特に制限的ではないが、ネオジム磁石であるのが好ましい。
【００９７】
＜永久磁石及び電磁石２２ｓ＞
本発明の資源収集システムを構成する資源収集装置２０ｊの減磁手段は、永久磁石１２２と反対の極がそれぞれ隣接するように永久磁石１２２の内側又は外側に配置された電磁石コイル１２４であっても良い。本発明の資源収集システムは、電磁石コイル１２４に通電することによって、永久磁石１２２が保持する磁性体粉末付き珪藻土の量を減らしても良い。
このような構成とすることで、本発明の資源収集システムは、故障しにくいので、長時間連続して安定的に稼働することができる。
【００９８】
電磁石コイル１２４の長さ及び数は、間のエレメント２４ａの表面から資源を収集できれば、特に制限的ではない。
【００９９】
減磁手段１３０は、操作部１３２と本体１３４と永久磁石１３６とを有する。操作部１３２を本体１３４に押し込んでから本体１３４を対象物１３８の上に置くと、本体１３４の内部の永久磁石１３６と対象物１３８との間に吸引力が作用し、本体１３４を持ち上げることによって対象物１３８を持ち上げることができる。しかしながら、この状態で操作部１３２を持ち上げると、操作部１３２が本体１３４から引き離されると共に永久磁石１３６が対象物１３８から引き離されるので、対象物１３８を本体１３４から外すことができる。この方法を減磁手段として使用し、永久磁石１２２の位置を移動させることによって、永久磁石１２２が保持する磁性体粉末付き珪藻土の量を減らしても良い。
【０１００】
＜金属ワイヤフィルタ２４、繊維状金属フィルタ３８＞
本発明の資源収集システムを構成する資源収集装置２０ｋは、資源収集管と保護管２２とフィルタ１４０とを有する。資源収集管は、海底地層１８から収集した資源を収集資源貯蔵タンク１２ａまで送る。保護管２２は、資源収集管に周設され、資源収集管を保護する。フィルタ１４０は、保護管２２の内部に配置され、海底地層１８からの土砂を除去する。フィルタ１４０は、らせん状金属ワイヤ１４２と支柱１４４とを備え、支柱１４４は、らせん状金属ワイヤ１４２の直線軸方向に伸びかつらせん状金属ワイヤ１４２に固定される。本発明の資源収集システムは、支柱１４４の長手方向の貫通孔１４４ａの中に高圧熱水又は高圧蒸気を流すことによって、らせん状金属ワイヤ１４２の表面での海水の凍結を防止する。本発明の資源収集管は、ガス収集管２６とオイル収集管２８とを含む。
このような構成とすることで、本発明の資源収集システムは、故障しにくいので、長時間連続して安定的に稼働することができる。
【０１０１】
貫通孔１４４ａは、機能上貫通孔２４ｃに対応する。フィルタ１４０は、フィルタの変形例３であり、さらに、機能上資源収集孔２４ｂに対応する資源収集孔１４６を有する。らせん状の貫通孔は、複数の細管にロウを満たし、両端を閉じて周囲に爆薬を詰めて点火し、爆発の衝撃で互いに溶着させる方法で構成することができる。支柱１４４の形状は、らせん状金属ワイヤ１４２を固定できれば、特に制限的ではなく、大きさ及び数は、フィルタ１４０の性能に影響しなければ、特に制限的ではない。資源収集孔１４６の形状、大きさ及び数は、特に制限的ではないが、最も効率的に資源を収集することができるように最適化されるのが好ましい。貫通孔１４４ａの形状、大きさ及び数は、特に制限的ではないが、最も効率的に加熱することができるように最適化されるのが好ましい。らせん状金属ワイヤ１４２、支柱１４４の材料は、特に制限的ではないが、鉄又はステンレス鋼であるのが好ましい。
【０１０２】
本発明の資源収集システムを構成する資源収集装置２０ｋは、資源収集管と保護管２２とフィルタ１５０とを有する。資源収集管は、海底地層１８から収集した資源を収集資源貯蔵タンク１２ａまで送る。保護管２２は、資源収集管に周設され、資源収集管を保護する。フィルタ１５０は、保護管２２の内部に配置され、海底地層１８からの土砂を除去する。フィルタ１５０は、らせん状金属ワイヤ１５２と支柱１５４とを備え、支柱１５４は、らせん状金属ワイヤ１５２の直線軸方向に伸びかつらせん状金属ワイヤ１５２に固定される。本発明の資源収集システムは、らせん状金属ワイヤ１５２のらせん状の貫通孔１５２ａの中に高圧熱水又は高圧蒸気を流すことによって、らせん状金属ワイヤ１５２の表面での海水の凍結を防止する。本発明の資源収集管は、ガス収集管２６とオイル収集管２８とを含む。
このような構成とすることで、本発明の資源収集システムは、故障しにくいので、長時間連続して安定的に稼働することができる。
【０１０３】
貫通孔１５２ａは、機能上貫通孔２４ｃに対応する。フィルタ１５０は、フィルタの変形例４であり、さらに、機能上資源収集孔２４ｂに対応する資源収集孔１５６を有する。らせん状の貫通孔は、複数の細管にロウを満たし、両端を閉じて周囲に爆薬を詰めて点火し、爆発の衝撃で互いに溶着させる方法で構成することができる。支柱１５４の形状は、らせん状金属ワイヤ１５２を固定できれば、特に制限的ではなく、大きさ及び数は、フィルタ１５０の性能に影響しなければ、特に制限的ではない。資源収集孔１５６の形状、大きさ及び数は、特に制限的ではないが、最も効率的に資源を収集することができるように最適化されるのが好ましい。貫通孔１５２ａの形状、大きさ及び数は、特に制限的ではないが、最も効率的に加熱することができるように最適化されるのが好ましい。らせん状金属ワイヤ１５２、支柱１５４の材料は、特に制限的ではないが、鉄又はステンレス鋼であるのが好ましい。
【０１０４】
フィルタ１５０は、らせん状金属ワイヤ１５２と支柱１５４の代わりに、綿状に絡み合った繊維状金属を積層して圧縮したものを備えても良い。本発明の資源収集システムは、フィルタの長手方向の貫通孔２４ｃの中に高圧熱水又は高圧蒸気を流すことによって、フィルタの表面及び内部での海水の凍結を防止する。繊維状金属フィルタは、さらに、資源収集孔２４ｂを有する。繊維状金属は、スチールウール又はステンレスウールであるのが好ましい。資源収集孔２４ｂ及び貫通孔２４ｃは、繊維状金属を積層する時にフィルタの長手方向に棒材を挿入し、全体を圧縮後に棒材を引き抜く方法で構成することができる。
【０１０５】
次に、資源収集装置を構成する循環流発生装置について説明する。図１５（ａ）は、図２の資源収集装置を構成する循環流発生管の機能を模式的に示す部分縦断面図であり、図１５（ｂ）及び図１５（ｃ）は、循環流発生管の動きを模式的に示す部分縦断面図である。
【０１０６】
＜循環流可動管２８＞
本発明の資源収集システムを構成する資源収集装置２０ｌは、資源収集管と保護管２２と循環流発生管１６２と電力供給装置とを有する。資源収集管は、海底地層１８から収集した資源を収集資源貯蔵タンク１２ａまで送る。保護管２２は、資源収集管に周設され、資源収集管を保護する。循環流発生管１６２は、保護管２２の内部にＵ字状に設けられ、海底地層１８と保護管２２との間に循環流を発生させる。電力供給装置は、循環流発生管１６２の途中に配置された高周波ヒータ１６４に電力を供給する。本発明の資源収集システムは、海底地層１８から収集される資源の量が減少した時に、循環流発生管１６２の両端に設けられた可動管１６６、１６８の角度を変えることによって、循環流の流路を短縮させると共に、可動管１６６、１６８から海底地層１８に向かって高圧熱水又は高圧蒸気を噴射させる。本発明の資源収集管は、ガス収集管２６とオイル収集管２８とを含む。
このような構成とすることで、本発明の資源収集システムは、周辺の海底地層を短時間で加熱できるので、より効率的に海底地層から資源を収集することができる。
【０１０７】
循環流発生管１６２及び電力供給装置は、循環流発生装置１６０を構成する。高圧熱水又は高圧蒸気は、電力供給装置及び高圧ポンプを介して水供給装置１２ｂから供給されるものであり、超臨界水でも良い。海底地層１８から収集される資源の量が通常時の可動管１６６の位置は、上向きの位置ａであり、可動管１６８の位置は、下向きの位置ｂであり、海底地層１８から収集される資源の量が減少した時の可動管１６６の位置は、下向きの位置ｃであり、可動管１６８の位置は、上向きの位置ｄである。循環流発生装置１６０の数は、資源収集装置２０ｌの内部に収納できれば、特に制限的ではない。可動管１６６、１６８の形状は、循環流の方向を変更できれば、特に制限的ではない。
【０１０８】
海底地層１８と保護管２２との間に循環流を発生させるために、循環流発生管１６２の途中に配置された蒸気噴射部１７０の下向きの蒸気噴射孔１７０ａ又は上向きの蒸気噴射孔１７０ｂを通って循環流発生管１６２の中に蒸気を噴射し、その蒸気を高周波ヒータ１６４が更に加熱し、過熱蒸気を生成する。なお、ここで用いる高周波電磁波は、周波数が数百メガヘルツから数十テラヘルツまでのものが好適である。特に、ガスハイドレートの分解に用いる数百〜数千メガヘルツの周波数の電磁波と、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促進作用がある数十テラヘルツの周波数の電磁波と、を適宜組み合わせて用いても良い。
【０１０９】
＜強制循環２９＞
本発明の資源収集システムを構成する資源収集装置２０ｍは、資源収集管と保護管２２と循環流発生管１６２と電力供給装置とを有する。資源収集管は、海底地層１８から収集した資源を収集資源貯蔵タンク１２ａまで送る。保護管２２は、資源収集管に周設され、資源収集管を保護する。循環流発生管１６２は、保護管２２の内部にＵ字状に設けられ、海底地層１８と保護管２２との間に循環流を発生させる。電力供給装置は、循環流発生管１６２の途中に配置された高周波ヒータ１６４に電力を供給する。本発明の資源収集システムは、循環流の流量が減少した時に、らせん状回転翼１７２、１７４を回転させることによって、循環流発生管１６２の中の土砂を循環流の方向に移動させる。本発明の資源収集管は、ガス収集管２６とオイル収集管２８とを含む。
このような構成とすることで、本発明の資源収集システムは、周辺の海底地層を短時間で加熱できるので、より効率的に海底地層から資源を収集することができる。
【０１１０】
循環流の流量が通常時の軸流ポンプのらせん状回転翼１７２の位置は、循環流発生管１６２の外部の位置ｇであり、らせん状回転翼１７４の位置は、循環流発生管１６２の外部の位置ｈであり、循環流の流量が減少した時の可動管１６６の位置は、水平の位置ｅであり、可動管１６８の位置は、水平の位置ｆであり、循環流の流量が減少した時の軸流ポンプのらせん状回転翼１７２の位置は、循環流発生管１６２の内部の位置ｉであり、らせん状回転翼１７４の位置は、循環流発生管１６２の内部の位置ｊである。らせん状回転翼１７２、１７４は、油圧モータ又はエアモータで駆動される。
【０１１１】
＜セメント粒子３０ｓ＞
本発明の資源収集システムは、海底地層１８に対して保護管２２を軸方向に移動させる前に、循環流発生管１６２の２つの開口位置の海底地層１８に中にセメント粒子を供給しても良い。
このような構成とすることで、本発明の資源収集システムは、故障しにくいので、長時間連続して安定的に稼働することができる。
【０１１２】
セメント粒子は、セメント粒子供給装置１２ｈから供給される。
【０１１３】
次に、資源収集装置を構成する電力供給装置について説明する。図１６（ａ）は、図２の資源収集装置を構成する電力供給装置の一例を模式的に示す縦断面図であり、図１６（ｂ）は、電力供給装置の一部の変形例１を模式的に示す縦断面図であり、図１６（ｃ）は、電力供給装置の変形例２を模式的に示す縦断面図である。
【０１１４】
＜ジェットタービン２５＞
ジェットタービン１８０は、電力供給装置の一例であり、圧縮部１８２と燃焼室１８４とタービン１８６と発電手段１８８とを有する。圧縮部１８２は、取り込んだ空気を圧縮し、燃焼室１８４は、燃焼中の燃料ガスと圧縮空気との混合ガスを収容し、タービン１８６は、燃焼によって膨張したガスが流れる力をブレードが受けて回転し、発電手段１８８は、タービン１８６の回転によって発電する。
【０１１５】
本発明の資源収集システムを構成する資源収集装置２０ｎは、資源収集管と保護管２２と循環流発生管１６２と電力供給装置とを有する。資源収集管は、海底地層１８から収集した資源を収集資源貯蔵タンク１２ａまで送る。保護管２２は、資源収集管に周設され、資源収集管を保護する。循環流発生管１６２は、保護管２２の内部にＵ字状に設けられ、海底地層１８と保護管２２との間に循環流を発生させる。電力供給装置は、循環流発生管１６２の途中に配置された高周波ヒータ１６４に電力を供給する。電力供給装置は、ジェットタービン１８０を備え、ジェットタービン１８０は、海底地層１８から収集した資源を燃焼室１８４で燃焼させて発生した燃焼ガスで駆動され、循環流発生管１６２に高圧熱水又は高圧蒸気を供給する。本発明の資源収集管は、ガス収集管２６とオイル収集管２８とを含む。
このような構成とすることで、本発明の資源収集システムは、設置場所が海面上よりも圧倒的に近いので、必要なエネルギをより効率的に供給することができる。
【０１１６】
高圧熱水又は高圧蒸気は、超臨界水でも良い。燃料ガスは、ガス収集管２６又はオイル収集管２８を通って燃焼室１８４に供給され、空気は、空気供給装置１２ｄから空気供給管４２ｃを通って圧縮部１８２に供給され、燃焼後のガスは、排気ガス回収管４２ｄを通って海面上の大気に排出される。電力供給装置の数は、資源収集装置２０ｎの内部に収納できれば、特に制限的ではない。
【０１１７】
＜水中バーナ２６＞
水中バーナ１９０は、電力供給装置の一部の変形例１であり、ノズル１９２と燃焼室１９４と燃焼安定器１９６と点火装置１９８とを有する。ノズル１９２は、燃料ガス及び加圧空気を燃焼室１９４に接線方向に吹き込み、燃焼室１９４は、燃焼中の燃料ガスと加圧空気との混合ガスを収容し、燃焼安定器１９６は、燃焼室１９４への液の逆流による燃焼の不安定化を防ぎ、点火装置１９８は、燃料ガスと加圧空気との混合ガスに点火する。混合ガスの燃焼によって膨張したガスが流れる力をブレードが受けてタービンが回転し、タービンの回転によって発電手段が発電する。
【０１１８】
本発明の資源収集システムを構成する資源収集装置２０ｏは、資源収集管と保護管２２と循環流発生管１６２と電力供給装置とを有する。資源収集管は、海底地層１８から収集した資源を収集資源貯蔵タンク１２ａまで送る。保護管２２は、資源収集管に周設され、資源収集管を保護する。循環流発生管１６２は、保護管２２の内部にＵ字状に設けられ、海底地層１８と保護管２２との間に循環流を発生させる。電力供給装置は、循環流発生管１６２の途中に配置された高周波ヒータ１６４に電力を供給する。電力供給装置は、タービンを備え、タービンは、海底地層１８から収集した資源を水中バーナ１９０で燃焼させて発生した燃焼ガス及び蒸気で駆動され、循環流発生管１６２に高圧熱水又は高圧蒸気を供給する。本発明の資源収集管は、ガス収集管２６とオイル収集管２８とを含む。
このような構成とすることで、本発明の資源収集システムは、設置場所が海面上よりも圧倒的に近いので、必要なエネルギをより効率的に供給することができる。
【０１１９】
高圧熱水又は高圧蒸気は、超臨界水でも良い。燃料ガスは、ガス収集管２６又はオイル収集管２８を通って燃焼室１９４に供給され、空気は、空気供給装置１２ｄから空気供給管４２ｃを通って燃焼室１９４に供給され、燃焼後のガスは、排気ガス回収管４２ｄを通って海面上の大気に排出される。
【０１２０】
＜燃料電池２７、熱電変換装置３７＞
燃料電池２００は、電力供給装置の変形例２であり、燃料極２０２と電解質層２０４と空気極２０６とを有する。燃料極２０２に供給された水素は、電解質層２０４と接する面まで入り込んで、電子を遊離して水素イオンとなり、電子は外部に出て行き、電解質層２０４の中を移動した水素イオンは、空気極２０６に供給された酸素と外部から戻ってきた電子と反応して水になる。
【０１２１】
本発明の資源収集システムを構成する資源収集装置２０ｐは、資源収集管と保護管２２と循環流発生管１６２と電力供給装置とを有する。資源収集管は、海底地層１８から収集した資源を収集資源貯蔵タンク１２ａまで送る。保護管２２は、資源収集管に周設され、資源収集管を保護する。循環流発生管１６２は、保護管２２の内部にＵ字状に設けられ、海底地層１８と保護管２２との間に循環流を発生させる。電力供給装置は、循環流発生管１６２の途中に配置された高周波ヒータ１６４に電力を供給する。電力供給装置は、海底地層１８から収集した資源と高温の蒸気とを反応させて得られた水素を使用して電力を供給する燃料電池２００である。本発明の資源収集管は、ガス収集管２６とオイル収集管２８とを含む。
このような構成とすることで、本発明の資源収集システムは、設置場所が海面上よりも圧倒的に近いので、必要なエネルギをより効率的に供給することができる。
【０１２２】
水素を得る反応に必要な資源は、ガス収集管２６又はオイル収集管２８を通って供給され、高温の蒸気は、ヒータを介して水供給装置１２ｂから供給され、電力供給反応後に生じる空気及び水は、資源収集装置２０ｐの中で再利用される。電力供給装置は、燃料電池２００の代わりに、海底地層１８の中の熱水鉱床の熱を電力に変換して供給する熱電変換装置であっても良い。熱電変換装置は、ゼーベック効果を利用し、接合点の一方を高熱源、他方を低熱源に接触させて電位差を生じさせて熱エネルギを電気エネルギに変換する装置である。熱電変換装置は、先端に備えられた小型の掘削装置を使用して熱水鉱床の近くまで海底地層１８を掘削して伸びたコイルドチュービング装置６０の先端付近に備えられても良い。その場合には、高熱源は、海底地層１８の中の熱水鉱床にし、低熱源は、熱水鉱床から十分離れた海底地層１８にするのが好ましい。
【０１２３】
本発明の第１の実施形態の資源収集システムは、基本的に以上のように構成される。このような構成とすることで、本発明の資源収集システムは、より効率的に海底地層から資源を収集することができ、また、従来と同等以上に長時間連続して安定的に稼働することができ、必要なエネルギをより効率的に供給することができ、小型にすることができる。
【０１２４】
次に、本発明の第２の実施形態の資源収集システムを含む全体構成について説明する。図１７は、本発明の第２の実施形態の資源収集システムを含む全体構成を模式的に示すブロック図である。
【０１２５】
全体構成２１０は、海面上に配置された構造物１２と、構造物１２から下方に伸びる接続管１４と、接続管１４の下端に備えられた掘削装置１６と、接続管１４と掘削装置１６との間に備えられた資源収集装置２２０と、を有する。資源収集装置２２０は、ガスハイドレート層などを含む海底地層２１２を破砕した時の割れ目２１２ａを使用して資源を収集する。
【０１２６】
次に、本発明の第２の実施形態の資源収集システムについて、それを構成する資源収集装置を参照して説明する。図１８（ａ）は、図１７の資源収集システムを構成する資源収集装置の機能を模式的に示す縦断面図であり、図１８（ｂ）は、図１８（ａ）の資源収集装置を構成する保護管の底壁及びその周辺の機能を模式的に示す部分縦断面図である。
【０１２７】
本発明の資源収集システムを構成する資源収集装置２２０は、資源収集管と保護管２２２とフィルタ２４とゲート管２２４と二次保護管２２６と二次フィルタ４６と二次ゲート管２２８と循環流発生管２３０と電力供給装置とを有する。本発明の資源収集管は、ガス収集管２６とオイル収集管２８とを含む。資源収集装置２２０は、資源収集装置２０ｄなどの保護管２２、ゲート管３４に対する保護管２２２、ゲート管２２４の形状が異なる点、フィルタ２４及び二次フィルタ４６の長手方向の段数が異なる点、及び資源収集装置２０ｄなどの二次保護管４４、二次ゲート管４８、循環流発生管１６２に対する二次保護管２２６、二次ゲート管２２８、循環流発生管２３０の軸方向の長さが異なる点以外は同一の構成を有するものであるので、同一の構成要素及び段数又は長さのみが異なる構成要素の説明を省略する。
【０１２８】
＜半球状底壁１４ｓ＞
本発明の資源収集システムを構成する資源収集装置２２０の保護管２２２は、側壁の一端から伸びる半球状の底壁２２２ａ及び底壁２２２ａを貫通する複数の底壁孔２２２ｂを備えても良い。
このような構成とすることで、本発明の資源収集システムは、より近くの海底地層から資源を収集できるので、より効率的に海底地層から資源を収集することができる。
【０１２９】
本発明の資源収集システムは、海底地層１８から資源を収集する時に複数の底壁孔２２２ｂを開き、それ以外の時に複数の底壁孔２２２ｂを閉じる。保護管２２２の側壁は、軸方向の長さのみが側壁２２ａと異なる。保護管２２２は、さらに、複数の側壁孔２２ｂと保護管２２２の側壁の軸方向の貫通孔とを備える。保護管２２２の複数の側壁孔２２ｂは、軸方向の段数のみが保護管２２と異なりかつ保護管２２２の側壁を貫通する。保護管２２２の貫通孔は、軸方向の長さのみが貫通孔２２ｃと異なりかつ底壁２２２ａの貫通孔２２２ｃに接続される。貫通孔２２２ｃの形状、大きさ及び数は、特に制限的ではないが、最も効率的に加熱することができるように最適化されるのが好ましい。
【０１３０】
資源収集装置２２０のゲート管２２４は、側壁の一端から伸びる半球状の底壁２２４ｃ及び底壁２２４ｃを貫通する複数の底壁孔２２４ｄを備える。本発明の資源収集システムは、海底地層１８から資源を収集する時に複数の底壁孔２２４ｄを開き、それ以外の時に複数の底壁孔２２４ｄを閉じる。ゲート管２２４の側壁は、軸方向の長さのみが側壁３４ｃと異なる。ゲート管２２４は、さらに、複数の側壁孔３４ｄとゲート管２２４の側壁の軸方向の貫通孔とを備える。ゲート管２２４の複数の側壁孔３４ｄは、軸方向の段数のみがゲート管３４と異なりかつゲート管２２４の側壁を貫通する。ゲート管２２４の貫通孔は、軸方向の長さのみが貫通孔３４ｅと異なりかつ底壁２２４ｃの貫通孔２２４ｅに接続される。貫通孔２２４ｅの形状、大きさ及び数は、特に制限的ではないが、最も効率的に加熱することができるように最適化されるのが好ましい。
【０１３１】
ゲート管２２４の内、保護管２２２の外側に配置されたものは、外側ゲート管２２４ａであり、保護管２２２とフィルタ２４との間に配置されたものは、内側ゲート管２２４ｂであり、それぞれが底壁２２４ｃ、底壁２２４ｃを貫通する複数の底壁孔２２４ｄ、及び底壁２２４ｃの軸方向の貫通孔２２４ｅを備える。底壁孔２２４ｄの大きさが、保護管２２２の底壁孔２２２ｂとほぼ同一であり、ゲート管２２４の円周方向の底壁孔２２４ｄの長さが、円周方向のピッチの半分未満である場合には、油圧モータ又はエアモータを使用してゲート管２２４を底壁孔２２４ｄの長さ分回転させることによって、保護管２２２の底壁孔２２２ｂを塞ぐことができる。底壁孔２２２ｂ、底壁孔２２４ｄの形状、大きさ及び数は、特に制限的ではないが、最も効率的に資源を収集することができるように最適化されるのが好ましい。
【０１３２】
本発明の第２の実施形態の資源収集システムは、基本的に以上のように構成される。このような構成とすることで、本発明の資源収集システムは、より効率的に海底地層から資源を収集することができ、また、従来と同等以上に長時間連続して安定的に稼働することができ、必要なエネルギをより効率的に供給することができ、小型にすることができる。
【０１３３】
以上、本発明の資源収集システムについて詳細に説明したが、本発明は上記記載に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしても良いのはもちろんである。
【産業上の利用可能性】
【０１３４】
本発明の資源収集システムは、より効率的に海底地層から資源を収集することができるという効果に加え、従来と同等以上に長時間連続して安定的に稼働することができ、必要なエネルギをより効率的に供給することができ、小型にすることができるという効果もあるので、産業上有用である。
【符号の説明】
【０１３５】
１０、２１０  全体構成
１２  構造物
１２ａ  収集資源貯蔵タンク
１２ｂ  水供給装置
１２ｃ  燃料ガス供給装置
１２ｄ  空気供給装置
１２ｅ  発泡材原液供給装置
１２ｆ  導電粒子供給装置
１２ｇ  破砕粒子供給装置
１２ｈ  セメント粒子供給装置
１４  接続管
１６  掘削装置
１８、２１２  海底地層
１８ａ、２１２ａ  割れ目
２０ａ〜２０ｐ、２２０  資源収集装置
２２、２２２  保護管
２２ａ、３４ｃ  側壁
２２ｂ、３４ｄ  側壁孔
２２ｃ、２４ｃ、３４ｅ、１４４ａ、１５２ａ、２２２ｃ、２２４ｅ  貫通孔
２４、１００、１１０、１２０、１４０、１５０  フィルタ
２４ａ  エレメント
２４ｂ、１４６、１５６  資源収集孔
２６、２６ａ、２６ｂ  ガス収集管
２８、２８ａ、２８ｂ  オイル収集管
３０  ガス貯留室
３２  オイル貯留室
３４、２２４  ゲート管
３４ａ、２２４ａ  外側ゲート管
３４ｂ、２２４ｂ  内側ゲート管
３６  貯蔵タンク
３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄ  上側配管
４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ  下側配管
４２  中央配管
４２ａ  冷却水供給管
４２ｂ  冷却水回収管
４２ｃ  空気供給管
４２ｄ  排気ガス回収管
４２ｅ  配管類収納管
４２ｆ  配線類収納管
４４、２２６  二次保護管
４４ａ、４８ｃ  二次側壁
４４ｂ、４８ｄ  二次側壁孔
４４ｃ、４６ｃ、４８ｅ  二次貫通孔
４６  二次フィルタ
４６ａ  二次エレメント
４６ｂ  二次資源収集孔
４８、２２８  二次ゲート管
４８ａ  二次外側ゲート管
４８ｂ  二次内側ゲート管
５０、５０ａ、５０ｂ  二次ガス収集管
５２、５２ａ、５２ｂ  二次オイル収集管
５４  二次ガス貯留室
５６  二次オイル貯留室
５８ａ  フィルタ固定板
５８ｂ  中央案内板
５８ｃ  外側案内板
５８ｄ  内側案内板
６０  コイルドチュービング装置
６２  リール
６４  繰り出し装置
６６ａ  燃料ガス
６６ｂ  空気
６６ｃ  発泡材
６６ｄ  導電粒子
６８ａ  燃料ガス供給管
６８ｂ  空気供給管
６８ｃ  発泡材原液供給管
６８ｄ  導電粒子供給管
６８ｅ  高圧水供給管
６８ｆ  高圧空気供給管
６８ｇ  点火配線
７０  チューブ外壁
７２  開口
７４  混合室
８０  破砕粒子
８２  セメント粒子
８４  遅効性発熱体
８６  膨張体
８８  速効性発熱体
９０  土砂排出装置
１１２、１２４  電磁石コイル
１２２  永久磁石
１３０  減磁手段
１３２  操作部
１３４  本体
１３６  永久磁石
１３８  対象物
１４２、１５２  らせん状金属ワイヤ
１４４、１５４  支柱
１６０  循環流発生装置
１６２、２３０  循環流発生管
１６４  高周波ヒータ
１６６、１６８  可動管
１７０  蒸気噴射部
１７０ａ、１７０ｂ  蒸気噴射孔
１７２、１７４  らせん状回転翼
１８０  ジェットタービン
１８２  圧縮部
１８４、１９４  燃焼室
１８６  タービン
１８８  発電手段
１９０  水中バーナ
１９２  ノズル
１９６  燃焼安定器
１９８  点火装置
２００  燃料電池
２０２  燃料極
２０４  電解質層
２０６  空気極
２２２ａ、２２４ｃ  底壁
２２２ｂ、２２４ｄ  底壁孔
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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