(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
海底物質を海底から水面に持ち上げるための海底運搬システムであって、
少なくとも部分的に前記海底と前記水面との間に延びた少なくとも１つのライン部材と、
積荷を運ぶことができる、前記ライン部材に接続された少なくとも１つの容器と、
深海位置又はその付近に位置するバッファであって、
集めた海底物質を貯蔵するための貯蔵コンパートメントと、
集めた海底物質を受けるための入口パイプに接続された少なくとも１つの入口と、
集めた海底物質を前記バッファから分配するために作動されたときに海底物質を選択的に解放するシュートを備えた少なくとも１つの出口と
を有する、バッファと
を備え、
前記容器は、前記容器が水中を通って推進されるときにこれを操縦することが可能な操縦可能要素を有し、
前記操縦可能要素が、少なくとも１つの調節可能な表面を備え、
前記容器は、位置推定を提供するようになっている位置決定システムを備える、海底運搬システム。
【請求項２】
前記操縦可能要素が、舵、フラップ、及び／又は少なくとも１つの調節可能な水中翼を備える、請求項１に記載の海底運搬システム。
【請求項３】
前記操縦可能要素が、前記容器を経路に沿って案内するように制御される、請求項１又は２に記載の海底運搬システム。
【請求項４】
前記操縦可能要素が、自律的に制御される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の海底運搬システム。
【請求項５】
前記操縦可能要素が、遠隔制御される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の海底運搬システム。
【請求項６】
前記操縦可能要素が、前記操縦可能要素の傾きを能動的に調節することによって制御される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の海底運搬システム。
【請求項７】
前記容器が、上部開放型の容器である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の海底運搬システム。
【請求項８】
前記位置決定システムが、慣性測定に基づく位置推定を提供する慣性航法システムを備える、請求項１〜７のいずれか一項に記載の海底運搬システム。
【請求項９】
前記操縦可能要素が、前記位置決定システムからの前記位置推定に対して制御される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の海底運搬システム。
【請求項１０】
前記位置決定システムが、磁気コンパス、姿勢、及び／又は深さセンサを含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載の海底運搬システム。
【請求項１１】
前記位置決定システムが、音響航法装置からの入力を含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の海底運搬システム。
【請求項１２】
前記容器が、所定経路に従うようにプログラムされる、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の海底運搬システム。
【請求項１３】
前記ライン部材が、ケーブル、ロープ、又はワイヤで作られた、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の海底運搬システム。
【請求項１４】
前記ライン部材が、少なくとも実質的に合成ロープで作られた、請求項１３に記載の海底運搬システム。
【請求項１５】
前記ライン部材が、平行に走る２つの合成ロープを備える、請求項１４に記載の海底運搬システム。
【請求項１６】
前記ライン部材が一体である、請求項１３〜１５のいずれか一項に記載の海底運搬システム。
【請求項１７】
前記ライン部材が、前記ライン部材を集まって形成する複数のライン部材セグメントを備える、請求項１３〜１５のいずれか一項に記載の海底運搬システム。
【請求項１８】
前記ライン部材セグメントの少なくとも幾つかが容器を介して接続された、請求項１７に記載の海底運搬システム。
【請求項１９】
前記ライン部材が、前記水面の近く又は前記水面に位置する第１の水面位置から、前記海底の近く又は前記海底に位置する深海位置まで延びた、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の海底運搬システム。
【請求項２０】
前記ライン部材が、前記海底の近く又は前記海底に位置する前記深海位置から、前記水面の近く又は前記水面に位置する第２の水面位置までさらに延びた、請求項１９に記載の海底運搬システム。
【請求項２１】
前記第１の水面位置及び前記第２の水面位置が、前記深海位置から実質的に同じ距離、及び海水面に対して実質的に同じ高さに位置している、請求項２０に記載の海底運搬システム。
【請求項２２】
前記第１の水面位置及び前記第２の水面位置が、水上船の両端又は両側に位置している、請求項２０又は２１に記載の海底運搬システム。
【請求項２３】
前記ライン部材が、前記第１の水面位置、前記第２の水面位置、及び／又は前記深海位置又はその付近のシーブによって受けられた、請求項２０〜２２のいずれか一項に記載の海底運搬システム。
【請求項２４】
前記ライン部材を引っぱる少なくとも１つの駆動要素をさらに備える、請求項１〜２３のいずれか一項に記載の海底運搬システム。
【請求項２５】
前記駆動要素が、前記ライン部材の少なくとも一部を受けるウインチを含む、請求項２４に記載の海底運搬システム。
【請求項２６】
前記駆動要素が、下降する容器からの位置エネルギーを上昇する容器によって回収することができるように複胴構成に配置された２つのウインチを備える、請求項２５に記載の海底運搬システム。
【請求項２７】
第１のウインチが、第１の水面位置に隣接して位置し、第２のウインチが、第２の水面位置に隣接して位置し、前記ライン部材が、前記第１のウインチから深海位置又はその付近に位置するシーブを介して前記第２のウインチへ張力下で延びた、請求項２５又は２６に記載の海底運搬システム。
【請求項２８】
前記ライン部材が、前記第１のウインチから、前記第１の水面位置又はその付近のシーブ、前記深海位置又はその付近のシーブ、及び前記第２の水面位置又はその付近のシーブを介して、前記第２のウインチへ延びた、請求項２７に記載の海底運搬システム。
【請求項２９】
第１の容器が、前記第１の水面位置と前記深海位置との間で前記ライン部材に接続され、第２の容器が前記第２の水面位置と前記深海位置との間で前記ライン部材に接続された、請求項２７又は２８に記載の海底運搬システム。
【請求項３０】
前記第１の容器及び第２の容器が、一方の容器が前記深海位置又はその付近にあるとき他方の容器がそれぞれの水面位置又はその付近に位置するように前記ライン部材上で離間配置された、請求項２９に記載の海底運搬システム。
【請求項３１】
前記バッファに接続された釣合いおもりをさらに備える、請求項１〜３０のいずれか一項に記載の海底運搬システム。
【請求項３２】
前記バッファが、前記水面又はその付近から延びたバッファラインによって前記海底の上方に吊り下げられた、請求項１〜３１のいずれか一項に記載の海底運搬システム。
【請求項３３】
前記シュートが、作動されたときに所定量の海底物質を分配する分配装置を有する、請求項１〜３２のいずれか一項に記載の海底運搬システム。
【請求項３４】
前記バッファがスラスタを備える、請求項１〜３３のいずれか一項に記載の海底運搬システム。
【請求項３５】
前記スラスタが、水上船に対する前記バッファの向きを能動的に制御する、請求項３４に記載の海底運搬システム。
【請求項３６】
前記バッファが、望ましい海底物質をスラリから分離する海底処理システムを備える、請求項１〜３５のいずれか一項に記載の海底運搬システム。
【請求項３７】
海底物質を海底から水面へ運搬するための方法であって、
海底物質を集めるステップと、
集めた海底物質を前記海底又はその付近に位置する少なくとも１つの容器に移すステップと、
少なくとも１つの操縦可能要素を用いて前記容器を前記海底又はその付近から前記水面又はその付近まで案内するステップであって、前記操縦可能要素が、少なくとも１つの調節可能な表面を備える、ステップと、
前記容器を水上船に荷下ろしするステップと、
を含み、
前記容器は、位置推定を提供するようになっている位置決定システムを備え、
前記集めた海底物質を前記海底又はその付近に位置する少なくとも１つの容器に移すステップが、前記集めた海底物質を前記海底又はその付近に位置するバッファに移し、次いで集めた海底物質を前記バッファから前記少なくとも１つの容器に分配するステップを更に含み、前記バッファは、集めた海底物質を貯蔵するための貯蔵コンパートメントと、集めた海底物質を受けるための入口パイプに接続された少なくとも１つの入口と、集めた海底物質を前記バッファから分配するために作動されたときに海底物質を選択的に解放するシュートを備えた少なくとも１つの出口とを有する、方法。
【請求項３８】
前記海底物質を集めるステップが、海底物質を集めるために少なくとも１つの海底物質収集装置を動作させることを含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記集めた海底物質が、スラリ形態で、前記少なくとも１つの海底物質収集装置からパイプを介して移される、請求項３７又は３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記バッファにおいて、入ってきたスラリから望ましい海底物質を分離することによって、入ってきた前記海底物質を処理するステップをさらに含む、請求項３７〜３９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４１】
前記容器を前記海底又はその付近から前記水面又はその付近へ案内するステップが、前記少なくとも１つの操縦可能要素を制御することを含む、請求項３７〜４０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４２】
少なくとも２つの容器が設けられ、一方の容器が前記水面に向かって移動しているとき、他方の容器が前記海底に向かって移動する、請求項３７〜４１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４３】
前記２つの容器が単一のライン部材によって接続され、各容器が、互いにすれ違うときに他方の容器との衝突を避けるように案内される、請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
深海位置のシーブを介して２つのウインチ間に接続されたライン部材で前記容器を牽引するステップであって、前記ライン部材が、第２のウインチ上に巻き取られるときに同時に第１のウインチから巻き戻されて前記容器を第１の方向に牽引し、前記第２のウインチから巻き戻され、前記第１のウインチ上に巻き取られて、前記容器を第２の方向に牽引するステップをさらに含む、請求項３７〜４３のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]本発明は、運搬システム、好ましくは水中で動作する海底運搬システムに関する。特に、本発明は、これに限定されないが、案内される容器を有する機械式海底運搬システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]本明細書における背景技術への言及は、そのような技術が共通の一般知識を構成するものであることを認めるものと解釈すべきではない。
【０００３】
[0003]海洋の様々な場所で、硫化物沈殿物又は多金属団塊などの貴重な海底物質が水深約３００メートル乃至６，０００メートル、しばしば５，０００メートル付近の海底の表面層内に存在する。
【０００４】
[0004]海底から団塊を収集し次いで搬送する商業的に実現性のある採鉱システムを開発しようとする様々な試みがなされてきた。海底採鉱システムの１つの重要な態様は、収集された海底物質を水面まで持ち上げる運搬システムに関する。運営費用に、従って商業的実現性に影響を与える重要な要因の１つは、特に海底物質を海底から水面まで運搬することに関連した、エネルギー消費である。
【０００５】
[0005]１つの運搬システム設計は、海底物質を海底から水上船（surface vessel）又はプラットフォームまでポンプで汲み上げる幾つかの形態のライザを用いて、海底物質を液圧で運搬するためのものである。そのような１つの設計において、懸濁した材料を伴う流体を収容して搬送するライザが設けられる。ライザ物質は、典型的には、海中ポンプ、及び／又はライザに注入される圧縮空気によってスラリ形態で輸送される。
【０００６】
[0006]これらのシステムは、機能的ではあるがエネルギー効率が悪い、具体的には空気揚水システムであり、このときエネルギー損失の大部分は、固体粒子が流体カラムを通って下方へ滑ることの結果である。さらに、海底物質がスラリ形態で持ち上げられるので、これを水面で脱水する必要があり、さらなる処理及び装備を必要とする。
【０００７】
[0007]ある種の陸上の地下鉱山で用いられているような単胴ホイスト、複胴ホイスト又は摩擦（ケーペ式）ホイストなどの、容器をケーブルで持ち上げる機械式運搬システムは、かなりエネルギー効率が良いものとなる可能性を秘めている。陸上鉱山では、ケーブルで駆動される貯蔵ビン又は上部開放型容器が積荷の物質をウインチで地表へと巻き揚げ、複数のガイドレールを使用して貯蔵ビンの整列が保持される。しかしながら、水中で長距離にわたって適用される場合、剛性の支持構造が存在しないことを補償するために、例えばガイドワイヤを用いるなどの付加的な複雑さが必要とされ、これらの設計には、潜在的に深刻な絡み合い（entanglement）及び配備の問題がある。
【０００８】
[0008]具体的には、水上船と海底又はその付近のアンカー位置との間に幾つもの付加的なガイドワイヤを配置することが必要とされる。変動する水流を伴う長距離の水中では、ワイヤのねじれ又は絡まり、又は２つ以上のビンの衝突の可能性が非常に高い。特に他の海底設備用にさらなるケーブルが設けられている場合（例えば、海底作業の命綱（umbilical））、ねじれ又は絡まりのリスクは、典型的には法外に高くなると考えられる。
【０００９】
[0009]さらに、陸上用途では、運搬システムは、典型的にはリフト又は鉱山に対して固定位置にある。海底採鉱作業では、非常に広い領域にわたってマンガン団塊などの海底物質を収集することを可能にするために、運搬システムを頻繁に又は連続的に移動させる必要がある。このような移動に起因してシステムを横方向への引きずること及び／又は上昇若しくは下降させることが、ワイヤの絡まり又はビンの衝突の可能性をさらに高める。
【００１０】
[0010]幾つかの緩和措置が考えられているが、それらは全て著しい操業上のマイナス面を有する。例えば、衝突の可能性を減らす１つのアプローチは、重なり合う区間でビンを減速することであるが、この減速は、システムの作業効率を低下させる。別のアプローチは、ビンを管又はパイプで囲むことであるが、これは、必要な構築物に加えて、事実上、ポンプ式システムを作り出すことになり、同伴する流体及び周囲構造によって生じる大きい摩擦エネルギー損失を発生させる。水中船から横方向の制御を及ぼそうとする付加的なガイドワイヤもまた考えられているが、これはシステムの複雑さを著しく高め、運転中断時間及び付加的な保守要件のより高いリスクをもたらす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
[0011]本発明の目標は、上述の欠点又は課題の１つ又は複数を克服又は改善する、又は少なくとも有用な代替法を提供する、海底運搬システムを提供することである。
【００１２】
[0012]本発明の他の好ましい目的は、以下の説明から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
[0013]１つの形態において、必ずしも唯一の又は実際に最も広範な形態である必要はないが、海底物質を海底から水面に持ち上げるための海底運搬システムが提供され、この海底運搬システムは、
少なくとも部分的に海底と水面との間に延びた少なくとも１つのライン部材と、
積荷を運ぶことができる、ライン部材に接続された少なくとも１つの容器と
を備え、
容器は、容器が水中を通って推進されるときにこれを操縦することが可能な操縦可能要素を有する。
【００１４】
[0014]操縦可能要素は、少なくとも１つの調節可能な表面を備えることが好ましい。操縦可能要素は、舵、フラップ、及び／又は少なくとも１つの調節可能な水中翼を備えることができる。操縦可能要素は、容器を経路に沿って案内するように制御されることが好ましい。操縦可能要素は、遠隔制御することができるが、自律的に制御されることが好ましい。操縦可能要素は、操縦可能要素の傾きを能動的に調節することによって制御されることが好ましい。
【００１５】
[0015]容器は、上部開放型容器であることが好ましい。容器は、好ましくは位置決定システム、さらに好ましくは慣性測定に基づく位置推定を提供する慣性航法システムをさらに備える。あるいは、位置決定システムは、磁気コンパス、姿勢及び／又は深さセンサを含むことができ、Ｕｌｔｒａ  Ｓｈｏｒｔ  Ｂａｓｅ  Ｌｉｎｅシステムのような音響航法装置からの付加的な入力を伴う場合がある。操縦可能な要素は、位置決定システムからの位置推定に対して制御されることが好ましい。容器は、所定経路に従うようにプログラムされることが好ましい。
【００１６】
[0016]ライン部材は、ケーブル、ロープ、又はワイヤで作ることができる。ライン部材は、好ましくはロープ、さらに好ましくは合成ロープ、さらに好ましくは、負荷を分散させ、単一ロープの結果としての故障を減らすように平行に走る、２つの合成ロープで作られる。ライン部材は、一体であってもよく、又はライン部材を集まって形成する複数のライン部材セグメントを含んでいてもよい。ライン部材セグメントの少なくとも幾つかは、容器を介して接続されることが好ましい。
【００１７】
[0017]ライン部材は、水面の近く又は水面に位置する第１の水面位置から海底の近く又は海底に位置する深海位置まで延びていることが好ましい。ライン部材は、海底の近く又は海底に位置する深海位置から水面の近く又は水面に位置する第２の水面位置までさらに延びていることが好ましい。第１の水面位置及び第２の水面位置は、深海位置から実質的に同じ距離に位置していることが好ましい。第１の水面位置及び第２の水面位置は、海水面に対して実質的に同じ高さに位置することが好ましい。第１の水面位置及び第２の水面位置は、水上船、例えば船若しくはボート又は他のタイプの浮き装置の両端又は両側に位置していることが好まし。
【００１８】
[0018]ライン部材は、第１の水面位置、第２の水面位置、及び／又は深海位置又はその付近のシーブによって受けられていることが好ましい。システムは、ライン部材を引っぱる少なくとも１つの駆動要素をさらに備えることが好ましい。駆動要素は、ライン部材の少なくとも一部を受けるウインチを含むことが好ましい。ウインチは、ライン部材がその周りに巻き付くことができる回転可能なスプールを備えることが好ましい。
【００１９】
[0019]システムは、複胴構造であることが好ましい２つのウインチを備えることが好ましい。ウインチは、下降する容器からの位置エネルギーを上昇する容器によって回収することができるように構成されることが好ましい。第１のウインチは、第１の水面位置に隣接して位置し、第２のウインチは、第２の水面位置に隣接して位置することが好ましい。第１及び第２のウインチは、水面の上方に位置することが好ましいが、水面下に位置することもできる。ライン部材は、第１のウインチから第２のウインチに延びることが好ましい。ライン部材が一方のウインチ上に巻き取られるとき、これは他方のウインチから巻き戻されることが好ましい。ライン部材は、好ましくは深海位置又はその付近に位置するシーブを介して、２つのウインチ間の張力下にあることが好ましい。
【００２０】
[0020]ライン部材は、好ましくは第１の水面位置又はその付近のシーブ、深海位置又はその付近のシーブ、及び／又は第２の水面位置又はその付近のシーブを介して、第１のウインチから第２のウインチへ延びていることが好ましい。第１の容器は、第１の水面位置と深海位置との間でライン部材に接続されることが好ましく、第２の容器は、第２の水面位置と深海位置との間でライン部材に接続されていることが好ましい。第１の容器及び第２の容器は、一方の容器が深海位置又はその付近にあるとき他方の容器がそれぞれの水面位置又はその付近に位置するようにライン部材上で離間配置されることが好ましい。
【００２１】
[0021]システムは、釣合いおもりをさらに備えることが好ましい。釣合いおもりは、深海位置又はその付近に位置することが好ましい。釣合いおもりは、バッファが静的に安定であり、転倒する傾向に抗することを保証するように構成されることが好ましい。システムは、バッファをさらに備えることが好ましい。バッファは、深海位置又はその付近に位置することが好ましい。釣合いおもりは、バッファに接続されることが好ましい。バッファは、海底の上方に吊り下げられることが好ましい。バッファは、水面又はその付近から延びたバッファラインによって海底の上方に吊り下げられていることが好ましい。バッファラインは、バッファ及び／又は海底機械への動力及び／又はデータ転送などのサービスを提供する命綱ケーブルであることが好ましい。
【００２２】
[0022]バッファは、集めた海底物質を貯蔵するための貯蔵コンパートメントを有することが好ましい。バッファは、集めた海底物質を受けるための少なくとも１つの入口と、集めた海底物質を分配するための少なくとも１つの出口とを有することが好ましい。入口は、入口パイプ、好ましくはスラリホース入口パイプに接続されることが好ましい。１つ又は複数の出口は、１つ又は複数のシュートを備えることが好ましい。シュートは、作動したときに海底物質を選択的に解放することが好ましい。シュートは、作動したときに所定量の海底物質を分配する分配装置を有することができる。
【００２３】
[0023]バッファは、好ましくはスラスタを備える。スラスタは、水上船に対する向き、好ましくはアジマス方位を能動的に制御することが好ましく、海中の索具のねじれを打ち消すように構成されることが好ましい。バッファは、好ましくは海底処理システムを備える。海底処理システムは、団塊などの望ましい海底物質をスラリから分離することが好ましい。
【００２４】
[0024]容器はライン部材を横切ることができるが、容器は、ライン部材に固定され、ライン部材によって牽引されることによって推進されることが好ましい。容器は、ライン部材の少なくとも２つのセグメントに固定されことが好ましく、第１のライン部材セグメントは容器を第１の方向に牽引するためのものであり、第２のライン部材セグメントは容器を第２の方向に牽引するためのものである。
【００２５】
[0025]海底運搬システムは、水上船をさらに備えることが好ましい。少なくとも１つのウインチが水上船に取り付けられることが好ましい。ライン部材は、水上船によって水中で支持されることが好ましい。それぞれのウインチ、容器及び／又はバッファを伴うことが好ましい、複数のライン部材が水上船から平行に配置されることが好ましい。海底運搬システムは、少なくとも１つの海底物質収集装置をさらに備えることが好ましい。少なくとも１つの海底物質収集装置は、海底物質移送パイプによってバッファに接続されることが好ましい。
【００２６】
[0026]別の形態において、海底物質を海底から水面へ運搬するための容器が提供され、この容器は、
ライン部材取付け組立体と、
海底物質の積荷を運ぶためのキャビティと、
容器が水中を通って推進されるときにこれを操縦することが可能な少なくとも１つの操縦可能要素と
を備える。
【００２７】
[0027]さらに別の形態において、海底物質を海底から水面へ運搬するための方法が提供され、この方法は、
海底物質を集めるステップと、
集めた海底物質を海底又はその付近に位置する少なくとも１つの容器に移すステップと、
少なくとも１つの操縦可能要素を用いて容器を海底又はその付近から水面又はその付近まで案内するステップと、
容器を水上船に荷下ろしするステップと、
を含む。
【００２８】
[0028]海底物質を集めるステップは、海底物質を集めるために少なくとも１つの海底物質収集装置を動作させることを含むことが好ましい。集めた海底物質は、好ましくはスラリ形態で、少なくとも１つの海底物質収集装置からパイプを介して移されることが好ましい。
【００２９】
[0029]集めた海底物質を海底又はその付近に位置する少なくとも１つの容器に移すステップは、集めた海底物質を海底又はその付近に位置するバッファに移し、次いで集めた海底物質をバッファから少なくとも１つの容器に分配するステップをさらに含むことが好ましい。この方法は、バッファにおいて、好ましくは入ってきたスラリから海底団塊などの望ましい海底物質を分離することによって、入ってきた海底物質を処理するステップをさらに含むことができる。
【００３０】
[0030]容器を海底又はその付近から水面又はその付近へ案内するステップは、少なくとも１つの操縦可能要素を制御することを含むことが好ましい。容器は、自律的に制御されることが好ましい。少なくとも２つの容器が設けられ、一方の容器が水面に向かって移動しているとき、他方の容器は海底に向かって移動することが好ましい。２つの容器は、単一のライン部材によって接続されることが好ましい。各容器は、好ましくは少なくとも１つの操縦可能要素を制御することにより、互いにすれ違うときに他方の容器との衝突を避けるように案内されることが好ましい。この方法は、第１の容器を水面に向かって及び第２の容器を海底に向かって同時に案内することを含むことが好ましい。
【００３１】
[0031]容器を水上船に荷下ろしするステップは、好ましくは、容器の内容物を水上船又はその付近に位置する荷下ろしビン内に解放することを含む。
【００３２】
[0032]本方法は、容器をライン部材で牽引するステップをさらに含むことが好ましい。容器をライン部材で牽引するステップは、スプール上にライン部材を巻き取るウインチを作動させることを含むことが好ましい。ライン部材は、好ましくは深海位置のシーブを介して、２つのウインチ間に接続され、第２のウインチ上に巻き取られるときに同時に第１のウインチから巻き戻されて容器を第１の方向に牽引し、第２のウインチから巻き戻され、第１のウインチ上に巻き取られて、容器を第２の方向に牽引することが好ましい。第１の容器は、第１のウインチと深海位置又はその付近に位置するシーブとの間を移動し、第２の容器は、第２のウインチと深海位置又はその付近に位置するシーブとの間を移動することが好ましい。
【００３３】
[0033]本発明のさらなる特徴及び利点は、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【００３４】
[0034]例示のみの目的で、本発明の好ましい実施形態を以下、添付の図面を参照してより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】海底運搬システムの斜視図である。
【図２】海底運搬システムの図式的な側面立面図である。
【図３】バッファの図式的な側面立面図である。
【図４】容器の図式的な側面立面図である
【図５】容器に物質を荷下ろしするバッファの拡大斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
[0040]図１は、水上船１００と、海面の付近ではあるがその上方に吊り下げられた２つのバッファ２００と、２つの海底物質収集装置３００と、海底物質の積荷を運ぶための内部にキャビティを有する２つ（又は４つ）の容器４００とを備えた、海底運搬システム１０を示す。水上船１００は、ウインチ１１０と、ライン部材１５０と係合するシーブ１２０とを有する。ウインチ１１０は、上下浮動補償システムを含み得る、水路学的（hydrographic）又はドラム式のウインチの形態であることが好ましい。
【００３７】
[0041]容器４００は、好ましくは上部開放型容器である。各容器４００は、それぞれのライン部材１５０に接続されている。各海底物質収集装置３００は、スラリホース３１０の形態の可撓性パイプを介してバッファ２００に接続されている。図１には示されていないが、バッファは、それ自体の動力、制御及び通信用の命綱ケーブルを有することが好ましい。動力、制御及び通信は、次いでバッファ２００から海底物質収集装置３００に供給される。あるいは、別の実体（例えば、水上船１００）からの命綱を用いて海底物質収集装置３００に動力供給する及び／又はこれを制御することもできる。バッファ２００ごとに１つの海底物質収集装置３００が図示されているが、各バッファ２００が複数の海底物質収集装置３００に接続される場合もあり、又は複数の海底物質収集装置３００が単一のバッファ２００に接続される場合もある。
【００３８】
[0042]図２は、運搬システム１０のさらなる詳細を示す。図２から分かるように、バッファ２００は、水上船１００（図２では示さず）から動力、制御、及び／又はデータ通信を提供する命綱ケーブルの形態であることが好ましいバッファライン２１０によってバッファウインチ１１２を介して吊り下げられている。バッファ２００は、釣合いおもりによって、海底の近く、好ましくは海底の至近に位置する深海位置３０に平衡されている。
【００３９】
[0043]ライン部材１５０は、好ましくは実質的に合成ロープで作られており、第１の水面位置２０ａから深海位置３０まで下方に延びて上方に戻り、第１の水面位置２０ａに隣接して位置する第２の水面位置２０ｂまで延びる。詳細には、ライン部材１５０は、第１のウインチ１１０ａから、第１の水面シーブ１２０ａ、バッファ２００に隣接して位置する深海シーブ１３０、第２の水面シーブ１２０ｂ、第２のウインチ１１０ｂまで延びている。ウインチ１１０ａ、１１０ｂ及び水面シーブ１２０ａ、１２０ｂは、典型的には水上船１００上に位置する（図１に示すように）。
【００４０】
[0044]第１の容器４００ａは、第１の水面シーブ１２０ａと深海シーブ１３０との間に位置している。第２の容器４００ｂは、第２の水面シーブ１２０ｂと深海シーブ１３０との間に位置している。第１の容器４００ａ及び第２の容器４００ｂは、同じライン部材に接続されているが、深海シーブ１３０の対向する側にある。２つのウインチ１１０ａ及び１１０ｂは、一方が各自のスプールにワイヤを巻き上げるとき、他方が各自のスプールからワイヤを巻き戻すように配置されている。第１の容器４００ａ及び第２の容器４００ｂは、各々、ライン部材取付け組立体によって、容器４００ａ、４００ｂがライン部材１５０の２つの隣接セグメント間に接続されるようにライン部材１５０に固定されている。
【００４１】
[0045]第１の荷下ろしビン１４０ａ及び第２の荷下ろしビン１４０ｂが、それぞれ第１の水面位置２０ａ及び第２の水面位置２０ｂに配置されている。第１の荷下ろしビン１４０ａ及び第２の荷下ろしビン１４０ｂは両方とも、それぞれの容器４００ａ及び容器４００ｂが横に並んだときにそれぞれ第１の容器４００ａ及び第２の容器４００ｂから物質を受け入れるように構成されている。荷下ろしビン１４０ａ、１４０ｂは、大きい貯蔵容量、場合によっては共有の貯蔵容量を有することができ、又は海底物質を貯蔵のために水上船１００の１つ又は複数のサイロに移すことができる。
【００４２】
[0046]図３は、バッファライン２１０によって吊り下げられ、釣合いおもり２２０で下方に平衡されたバッファ２００を示す。バッファ２００は、アジマススラスタ２３０を有する。スラスタ２３０は、釣合いおもり２２０から延びているように示されているが、バッファ２００の他の部分の上に配置することもできることが認識されるであろう。スラスタ２３０は、バッファ２００のアジマス及び操縦性をもたらす役割を果たす。
【００４３】
[0047]具体的には、スラスタ２３０を用いて、バッファ２００の向き、主として水上船１００に対するアジマス方位を能動的に制御するために用いることができる。これが、バッファ２００が水上船に対して正しい向きに維持されることを可能にして、いずれかのライン（例えば、ライン部材１５０、バッファライン２１０、及び水上船１００から延びる他のいずれかのライン）のねじれによって生じる絡まりを防ぐ。バッファ２００のスラスタ２３０は、自律的に、又は水上船１００から遠隔的に制御されることが好ましい。
【００４４】
[0048]図４は、ライン部材１５０の第１のセグメント１５０ａと第２のセグメント１５０ｂとの間に接続された容器４００を示す。容器４００は、容器４００がライン部材によって水中を引っぱられるときに操縦することを可能にする調節可能なフラップ４１０の形態の操縦可能要素を有する。容器４００は、ライン部材１５０によって引っぱられているときに領域内のいずれかのライン又は他の容器との絡まり又は衝突を避ける経路上に容器４００を導くように、自律的に又は遠隔制御を介してプログラムされている。
【００４５】
[0049]容器４００は、容器４００のための制御システムに位置推定を提供する、慣性航法システムの形態であること好ましい、位置決定システムを有する。位置決定システムは、機首方向、ピッチ、ロール、位置及び深さセンサのうちの少なくとも１つ又はそれ以上を含む複数のセンサを含むことが好ましい。次いでフラップ４１０の傾きが、容器４００を実質的に所定の経路に沿って導くように位置推定及びセンサ出力に対して調節される。
【００４６】
[0050]容器４００は、コントロールシステム及び傾き調節される調節可能フラップ４１０に必要な動力を供給する、典型的にはバッテリを含む動力貯蔵システムを有することが好ましい。動力貯蔵システムは、容器４００がその水面位置２０ａ、２０ｂに位置しているときに交換可能なものであるか又は充電されることが好ましい。あるいは、適切なライン部材１５０を用いて、水上船１００からライン部材１５０を介して容器４００に動力供給する及び／又は制御することができる。
【００４７】
[0051]容器４００は、好ましくは、上方で２つのライン部材１５０及び下方で２つのライン部材に接続する（例えば、複胴ホイストシステムのブレア（Ｂｌａｉｒ）式多重ロープ構成）。容器４００の上方の２つのライン部材１５０は、容器４００が減速して水上船１００の荷下ろしビンに接近したときに、流体力学的操縦を必要とすることなく容器４００のアジマス方位を配向することを可能にする。同様に、容器４００の下方の２つのライン部材１５０は、容器４００が減速して海底のバッファ２００に接近したときに、流体力学的操縦を必要とすることなく容器４００のアジマス方向に配向されることを可能にする。
【００４８】
[0052]図５は、海底物質を容器４００に荷下ろししているときのバッファ２００の拡大図を示す。バッファ２００は、集められた海底物質を海底収集装置３００からスラリホース３１０を介して受け入れる入口２０２を有する。集められた海底物質は、次いでバッファ２００の貯蔵コンパートメント２０４内に貯蔵され、容器４００への荷下ろしの準備が整う。バッファ２００の貯蔵コンパートメント２０４は、スラリホース３１０を経由して追加物質を受け入れることを待つことを要することなく少なくとも単一の容器４００に満杯に積み込むのに十分な容量を有することが好ましい。バッファ２００の貯蔵コンパートメント２０４内に収容された海底物質は、釣合いおもり２２０（図５では示さず）がバッファ２００を水中で下方に平衡させることを援助する。シーブ１３０の下方に位置する釣合いおもり２２０（図５では示さず）は、バッファ２００を下方に平衡させることを援助するとともにバッファ２００が転倒することも防止する。
【００４９】
[0053]図５に示すように容器４００が深海位置３０に位置しているとき、海底物質はバッファ２００の貯蔵コンパートメント２０４からバッファ２００の出口２０６を介して容器４００へ移される。バッファ２００の出口２０６は、貯蔵物質がシュート２０８を下って重力送りされることを可能にするように貯蔵コンパートメント２０４の上端部に位置している。代替的に又は付加的に、例えばアルキメデス・スクリューポンプといった適切な機構を用いて海底物質を容器４００に向かって付勢することができる。
【００５０】
[0054]シュート２０８は、容器４００が深海位置３０に到着したときに出口２０６を開き（図５に示すように）、そして容器４００が深海位置３０を離れたときに出口２０６を閉じて内部の貯蔵コンパートメント２０４からの海底物質の損失を防ぐように作動させることが好ましい。シュート２０８は、任意の適切な手段で、例えば貯蔵容器４００によって機械式若しくは液圧式に、又は、自動的に若しくは水上船１００からの制御により電子的に、作動させることができる。
【００５１】
[0055]図１に示すように、海底運搬システム１０は、単一ライン部材１５０システム（図２に示すように）から、各自それぞれの容器４００及びバッファ２００を備えた互いに隣接して作業する複数のライン部材１５０（例えば、図１に示すような２つの隣接するライン部材１５０）を有するように拡張することができる。付随する容器４００及びバッファ２００を有するライン部材１５０の大規模な配列を用いて、必要に応じてシステムをスケールアップすることができる。
【００５２】
[0056]使用時、海底物質は、海底物質収集装置３００によって集められ、スラリホース３１０を経由してスラリ形態でバッファ２００にポンプで汲み上げられる。バッファ２００は、受け入れた海底物質を随意に処理することができ、集めた海底物質を一時的な貯蔵コンパートメント２０４内に収集する。第１の容器４００ａは、ライン部材１５０を介して第１の容器４００ａを引っぱる第２のウインチ１１０ｂを作動させることによって、バッファ２００へと降下する。ひとたび第１の容器４００ａがバッファ２００に到着すると、集められた海底物質はバッファ２００から容器４００ａへと移される。ひとたびバッファ２００が要求された海底物質を分配すると、第１の容器４００ａは、第１のウインチ１１０ａを作動させることによって、ライン部材１５０を介して水面へと引き戻される。
【００５３】
[0057]第１のウインチ１１０ａが作動すると、第２の容器４００ｂが同様にライン部材１５０を介してバッファ２００まで引き下ろされる。第１の容器４００ａ及び第２の容器４００ｂは、第１の容器４００ａが水面にあるとき第２の容器４００ｂがバッファ２００のところにあり逆もまた同様になるようにライン部材上で離間配置されている。ひとたび第１の容器４００ａが水面に到着し、かつ第２の容器４００ｂがバッファに到着すると、第１の容器は、荷下ろしビン１４０ａを介して海底物質を水上船１００に荷下ろしする。同時に又はほぼ同時に、バッファ２００は、集めた海底物質を第２の容器４００ｂへと移す。第２の容器４００ｂは、次いで第２の荷下ろしビン１４０ｂのところまで水面へ引き上げられ、その結果として第１の容器４００ａがバッファ２００まで引き戻され、処理が繰り返される。
【００５４】
[0058]有利には、海底運搬システム１０は、液圧式ライザ・システムに比べてエネルギー効率が良いと同時に海中でのラインの絡まり又はすれ違う容器の衝突を減らす、機械式運搬システムを提供する。さらに、これは、深海の構成要素を水面の近くまで持ち上げ、新たな場所に移動させ、次いで新たな場所に降ろすことによって、容易に再配置可能である。このことは、再配置費用及び段取り時間を削減し、結局のところ、海底採鉱システムが海底の広い領域をカバーしているときに生産性を高めることになる。
【００５５】
[0059]図面では、水面と海底との間の距離が比較的近くに描かれているが、これは単に便宜上であり、本発明は、典型的には海底が２，０００ｍを超える、典型的にはおよそ５，０００ｍの深さである深海用途で用いられることが認識されるであろう。本明細書における海底（seafloor、seabed）、海中などに対する言及は、単に便宜上であり、他の水域、例えば湖の湖底などに等しく適用することができる。
【００５６】
[0060]本明細書において、第１及び第２、左及び右、上及び下などのような形容詞は、単に１つの要素又は動作を別の要素又は動作と区別するために用いることができ、必ずしもそのような実際の関係又は順序を必要としない又は含意しない。文脈が許せば、整数又は構成要素又はステップ（又は同様のもの）に対する言及は、その整数、構成要素、又はステップの１つだけに限定されると解釈すべきものではなく、むしろ１つ以上の、その整数、構成要素、又はステップ等が可能である。
【００５７】
[0061]本発明の種々の実施形態の上記説明は、当業者への説明の目的で提供される。これは網羅的であることも又は開示された単一の実施形態に本発明を限定することも意図しない。上述したように、本発明に対する多数の代替及び変形が上記教示の当業者には明らかとなるであろう。従って、幾つかの代替的な実施形態を具体的に論じてきたが、他の実施形態が当業者には明らかとなり、又は当業者によって比較的容易に開発されるであろう。本発明は、本明細書で論じた本発明の全ての代替、修正、及び変形、並びに上述の発明の思想及び範囲内に入る他の実施形態を包含することが意図される。
【００５８】
[0062]本明細書中、用語「備える」、「備えている」、「含む」、「含んでいる」又は同様の用語は、非排他的な包含を意味することが意図されており、要素の列挙を含む方法、システム又は装置は、これらの要素を単独で含むのではなく、列挙されていない他の要素も適宜含むことができる。
【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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