(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
海底からガスハイドレート層またはレアメタル層に向けて順次中空杭を打ち込む杭打ち装置と、
杭打ちされた前記中空杭内部のガスハイドレート層またはレアメタル層の上部層を廃棄泥土として前記中空杭に隣接するガスまたはレアメタル回収後の中空杭の内部へ廃棄する廃棄装置と、
前記中空杭内部の前記ガスハイドレート層またはレアメタル層を攪拌する攪拌装置と、
攪拌された前記中空杭内部の前記ガスハイドレート層またはレアメタル層に高圧の水または高圧の液体ガスを送液し、前記ガスハイドレート層またはレアメタル層を回収泥液および回収ガスとする高圧送液管と、
前記回収泥液および前記回収ガスを所定の貯留部まで汲み上げる回収管とを備え、
前記杭打ち装置は、最初に杭打ちした中空杭を基準として、その周囲に順次中空杭を杭打ちすることを特徴とする資源回収システム。
【請求項２】
前記杭打ち装置は、基準とする前記中空杭の周囲に前記中空杭を全て打ち終えた後、前記基準とする中空杭と隣接する複数の前記中空杭の内、いずれか１つの前記中空杭を基準として、その周囲に順次中空杭を杭打ちすることを特徴とする請求項１に記載の資源回収システム。
【請求項３】
ガスハイドレートまたはレアメタル回収前の前記中空杭を蓋部によって封止し、前記廃棄装置、前記攪拌装置、前記高圧送液管、および前記回収管のそれぞれの設置を、ガスハイドレートまたはレアメタル回収後の前記中空杭からガスハイドレートまたはレアメタル回収前の前記中空杭へ切り替える封止切替装置を更に備える請求項１または２に記載の資源回収システム。
【請求項４】
前記杭打ち装置は、前記封止切替装置を兼ねることを特徴とする請求項３に記載の資源回収システム。
【請求項５】
前記高圧送液管は、加熱装置を更に備え、
前記加熱装置は、前記中空杭内部のガスハイドレート層またはレアメタル層に送液される高圧の水または高圧の液体ガスを事前に加熱して高温高圧の水または高温高圧の液体ガスとすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の資源回収システム。
【請求項６】
前記回収管は、加熱装置を更に備え、
前記加熱装置は、前記回収泥液が回収途中で凍結しないように、前記回収泥液および前記回収ガスを加熱することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の資源回収システム。
【請求項７】
前記加熱装置は、前記高圧送液管の少なくとも一部もしくは前記回収管の少なくとも一部である被加熱部材または前記高圧送液管もしくは前記回収管に配置された被加熱部材と、前記被加熱部材の近傍に設置された誘導部とを有し、前記誘導部により前記被加熱部材を誘導加熱することを特徴とする請求項５または６に記載の資源回収システム。
【請求項８】
前記加熱装置は、前記高圧送液管の少なくとも一部または前記回収管の少なくとも一部を構成する炭素材料または金属材料に電流を流すことで前記高圧の水もしくは前記高圧の液体ガスまたは前記回収泥液を加熱することを特徴とする請求項５または６に記載の資源回収システム。
【請求項９】
前記廃棄装置は、前記攪拌装置、ならびに前記高圧送液管の先端部および前記回収管の先端部を含み、
前記攪拌装置は、前記中空杭内部の前記上部層の廃棄泥土を攪拌し、
前記高圧送液管の先端部は、攪拌された前記中空杭内部の前記上部層の廃棄泥土に前記高圧の水または高圧の液体ガスを送液し、前記上部層の廃棄泥土を廃棄泥液とし、
前記回収管の先端部は、前記中空杭からそれに隣接するガスハイドレートまたはレアメタル回収後の前記中空杭へ向けて設置された廃棄路まで前記廃棄泥液を汲み上げることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の資源回収システム。
【請求項１０】
前記中空杭は、長手方向に順次連結可能であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の資源回収システム。
【請求項１１】
前記貯留部は、海面上に配置されたメガフロートに設置されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の資源回収システム。
【請求項１２】
ガスハイドレート層からのガス回収、レアメタル層からのレアメタル回収、またはシェール層からのガス回収を行う資源回収システムであって、
高圧の水または高圧の液体ガスを送液して、ガスハイドレート層、レアメタル層、またはシェール層から資源の回収を可能とし、回収資源を所定の貯留部まで汲み上げる資源回収管を備え、
前記資源回収管は、送液される前記高圧の水または前記高圧の液体ガスを加熱して、高温高圧の水または高温高圧の液体ガスとし、前記回収資源が回収途中で凍結しないように前記回収資源を加熱する加熱装置を更に有することを特徴とする資源回収システム。
【請求項１３】
前記加熱装置は、前記資源回収管の少なくとも一部である被加熱部材または前記資源回収管に配置された被加熱部材と、前記被加熱部材の近傍に設置された誘導部とを有し、前記誘導部により前記被加熱部材を誘導加熱することを特徴とする請求項１２に記載の資源回収システム。
【請求項１４】
前記加熱装置は、前記資源回収管の少なくとも一部を構成する炭素材料または金属材料に電流を流すことで前記高圧の水もしくは前記高圧の液体ガスまたは前記回収資源を加熱することを特徴とする請求項１２に記載の資源回収システム。
【請求項１５】
前記資源回収管は、前記高圧の水または前記高圧の液体ガスを送液する高圧送液管と、前記回収資源を所定の貯留部まで汲み上げる回収管とからなる二重管であることを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の資源回収システム。
【請求項１６】
前記二重管の外側を前記高圧送液管とし、前記二重管の内側を前記回収管とする請求項１５に記載の資源回収システム。
【請求項１７】
先端にガスハイドレート層、レアメタル層、またはシェール層を回転しながら掘削する掘削機構を更に備え、
前記掘削機構の回転は、前記高圧送液管と前記回収管との間のベンチュリ効果による圧力差を動力源とすることを特徴とする請求項１６に記載の資源回収システム。
【請求項１８】
ガスハイドレート層からのガス回収、レアメタル層からのレアメタル回収、またはシェール層からのガス回収を行う資源回収システムであって、
高圧の水または高圧の液体ガスを送液して、ガスハイドレート層、レアメタル層、またはシェール層から資源の回収を可能とし、回収資源を所定の貯留部まで汲み上げる資源回収管を備え、
前記高圧の水または前記高圧の液体ガスの内部にセメントの粉末を混入し、
前記セメントの粉末を混入した前記高圧の水または前記高圧の液体ガスによって、前記ガスハイドレート層、前記レアメタル層、または前記シェール層の破砕を行うことを特徴とする資源回収システム。
【請求項１９】
前記セメントの粉末は、その粉末の内部または外部をマイクロ波で焼成したものであることを特徴とする請求項１８に記載の資源回収システム。
【請求項２０】
前記資源回収管は、送液される前記高圧の水または前記高圧の液体ガスを加熱して、高温高圧の水または高温高圧の液体ガスとし、前記回収資源が回収途中で凍結しないように、前記回収資源を加熱する加熱装置を更に有することを特徴とする請求項１８または１９に記載の資源回収システム。
【請求項２１】
前記液体ガスは、液化された石油ガスまたは液化された二酸化炭素ガスであることを特徴とする請求項１〜２０のいずれか一項に記載の資源回収システム。
【請求項２２】
海底からガスハイドレート層またはレアメタル層に向けて中空杭を打ち込む杭打ち装置と、
前記中空杭内部のガスハイドレート層もしくはレアメタル層の上部層、前記ガスハイドレート層または前記レアメタル層を攪拌する攪拌装置と、
攪拌された前記中空杭内部の前記上部層、前記ガスハイドレート層または前記レアメタル層に高圧の水または高圧の液体ガスを送液し、前記上部層を廃棄泥液とし、前記ガスハイドレート層またはレアメタル層を回収泥液および回収ガスとする高圧送液管と、
前記廃棄泥液、前記回収泥液および前記回収ガスを所定の貯留部まで汲み上げる回収管とを備え、
前記杭打ち装置は、外側中空杭を杭打ちする外側杭打ち部と、内側中空杭を杭打ちする内側杭打ち部と、前記外側杭打ち部と前記内側杭打ち部とを接続するシリンダとを有し、
前記外側杭打ち部と前記内側杭打ち部とは、前記外側中空杭と前記内側中空杭とを異なる方向に回転させて前記外側中空杭と前記内側中空杭とを杭打ちすることを特徴とする資源回収システム。
【請求項２３】
前記外側中空杭および前記内側中空杭が鉛直方向に杭打ちされるように、前記杭打ち装置の中心軸の傾きを検知する傾きセンサと、
前記傾きセンサによって検知された前記杭打ち装置の中心軸の傾きを補正するように、前記外側中空杭および前記内側中空杭のそれぞれの回転速度を制御する杭打ち制御部とを備えることを特徴とする請求項２２に記載の資源回収システム。
【請求項２４】
前記杭打ち制御部は、前記外側中空杭を固定した状態で前記シリンダによって前記内側中空杭を押圧しつつ回転させて前記内側中空杭を杭打ちし、前記内側中空杭を固定した状態で前記外側中空杭を牽引しつつ回転させて前記外側中空杭を杭打ちするように前記外側杭打ち部、前記内側杭打ち部、および前記シリンダをそれぞれ制御することを特徴とする請求項２３に記載の資源回収システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海面下、地下または寒冷地の地表近くに層状になって存在するガスハイドレート層からのメタンガスなどの可燃性ガスの回収、およびガスハイドレート層近傍に存在するレアメタルの回収、ならびにシェール層からのシェールガスの回収に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、天然ガスは、地盤内に存在するガス層に気体状態で存在する場合が多く、このガス層まで掘削することで比較的容易に回収でき、商業的に広く利用されている。
【０００３】
このような在来型の天然ガスに対して、回収の方法が確立されていない、または、生産性の低さから商業的に利用されていない非在来型の天然ガスが存在する。このような非在来型の天然ガスのうち、近年注目を浴びているのがガスハイドレートとシェールガスである。
また、ガスハイドレートの最も多く存在する海底には、レアメタルも多量に埋蔵されていることが知られている。
【０００４】
ガスハイドレートは、その内部に天然ガス（メタンガスやエタンガス）が高密度で充填された状態となっているので、理論上は、ガスハイドレート１ｍ３中に、標準状態における気体に換算して約１７０ｍ３の天然ガスが含まれていることになり、次世代のエネルギ源として多大な注目を集めている。
また、シェールガスは、近年、掘削・回収技術（水平坑井・水圧破砕）が確立されたため、石油に替わる新たなエネルギ源として多大な注目を集めており、米国等において大規模な生産が行われ始めている。
【０００５】
ガスハイドレートは、上述のとおり低温・高圧の条件下で存在するので、温度を上昇させるか、圧力を低下させることによって、ガスハイドレートが分解してガスと水に分離する。このため、ガスハイドレートからガスを回収する代表的な方法として、海底や地中の地盤内に存在するガスハイドレート層に熱エネルギとして熱水等を注入し、地盤内でガスハイドレートをガスと水に分離して、このガスを気体の状態で地表まで回収する方法が知られている。
また、シェールガスは、頁岩の層に沿って坑井を水平に何本も掘り、水圧破砕によって坑井に複数の亀裂を設けることで頁岩の隙間からガスを回収する方法が確立されている。
【０００６】
しかしながら、ガスハイドレートを分解してガスを回収するためには、同じ圧力の下では、数１０℃の温度上昇を必要とする。更に、氷を溶解させるための潜熱も考慮に入れると、多くの熱エネルギを必要とし、この熱水を、通常ガスハイドレート層の存在する数百ｍの深さの海底に供給しなければならない。また、大量の熱水を地盤内に存在するガスハイドレート層に供給するので、供給した熱水と同量の水を数百ｍの深さの海底からガスと共に回収しなければならず、この水をくみ上げるためにもかなりの動力を必要としていた。そして、また、過熱するための熱源として電力を使用するときには、数百ｍの深さの海底まで電力を供給しなければならないので、電圧降下が大きくなり、電力を使用してもエネルギ効率を高くすることは困難であった。
また、シェールガス回収における水圧破砕によって、シェールガスを埋蔵する地域の断層が滑りやすくなり、地震が起きやすくなったという調査結果も存在する。
【０００７】
特許文献１に係るガス回収システムは、これらの課題に対応するもので、エネルギ効率が高く、かつ大量の水をくみ上げる必要が無く、採算のとれるガスハイドレート層からのガス回収システムであった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許４７０７５０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献１に係るガスハイドレート層からのガス回収システムは、あくまでガスハイドレート層から可燃性ガスを回収するためのシステムであり、ガス回収と共にレアメタルを回収する機構は何ら開示されていない。
また、特許文献１に係るシェール層からのシェールガスの回収システムにおいて、断層が滑りやすくなるという課題は何ら解決されていない。
【００１０】
そこで、本発明の第１の目的は、ガスハイドレート層またはレアメタル層から、ガス回収またはレアメタル回収のいずれか一方、あるいは両方同時に行うことのできるガスまたはレアメタル回収システムを提供することにある。
また、本発明の第２の目的は、ガス回収およびレアメタル回収を行うにあたって、なるべく廃棄物の出ないガスまたはレアメタル回収システムを提供することにある。
また、本発明の第３の目的は、シェール層からのシェールガス回収を行うにあたって、断層が滑りやすくなることのないシェールガス回収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】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明は、海底からガスハイドレート層またはレアメタル層に向けて順次中空杭を打ち込む杭打ち装置と、杭打ちされた中空杭内部のガスハイドレート層またはレアメタル層の上部層を廃棄泥土として中空杭に隣接するガスまたはレアメタル回収後の中空杭の内部へ廃棄する廃棄装置と、中空杭内部のガスハイドレート層またはレアメタル層を攪拌する攪拌装置と、攪拌された中空杭内部のガスハイドレート層またはレアメタル層に高圧の水または高圧の液体ガスを送液し、ガスハイドレート層またはレアメタル層を回収泥液および回収ガスとする高圧送液管と、回収泥液および回収ガスを所定の貯留部まで汲み上げる回収管とを備え、杭打ち装置は、最初に杭打ちした中空杭を基準として、その周囲に順次中空杭を杭打ちすることを特徴とする資源回収システムを提供する。
【００１２】
杭打ち装置は、基準とする中空杭の周囲に中空杭を全て打ち終えた後、基準とする中空杭と隣接する複数の中空杭の内、いずれか１つの中空杭を基準として、その周囲に順次中空杭を杭打ちすることが好ましい。
【００１３】
また、ガスハイドレートまたはレアメタル回収前の中空杭を蓋部によって封止し、廃棄装置、攪拌装置、高圧送液管、および回収管のそれぞれの設置を、ガスハイドレートまたはレアメタル回収後の中空杭からガスハイドレートまたはレアメタル回収前の中空杭へ切り替える封止切替装置を更に備えることが好ましい。
【００１４】
また、杭打ち装置は、封止切替装置を兼ねることができる。
【００１５】
また、高圧送液管は、加熱装置を更に備え、加熱装置は、中空杭内部のガスハイドレート層またはレアメタル層に送液される高圧の水または高圧の液体ガスを事前に加熱して高温高圧の水または高温高圧の液体ガスとすることが好ましい。
【００１６】
また、回収管は、加熱装置を更に備え、加熱装置は、回収泥液が回収途中で凍結しないように、回収泥液および回収ガスを加熱することが好ましい。
【００１７】
加熱装置は、高圧送液管の少なくとも一部もしくは回収管の少なくとも一部である被加熱部材または高圧送液管もしくは回収管に配置された被加熱部材と、被加熱部材の近傍に設置された誘導部とを有し、誘導部により被加熱部材を誘導加熱することが好ましい。
【００１８】
また、加熱装置は、高圧送液管の少なくとも一部または回収管の少なくとも一部を構成する炭素材料または金属材料に電流を流すことで高圧の水もしくは高圧の液体ガスまたは回収泥液を加熱することが好ましい。
【００１９】
また、廃棄装置は、攪拌装置、ならびに高圧送液管の先端部および回収管の先端部からなり、攪拌装置は、中空杭内部の上部層の廃棄泥土を攪拌し、高圧送液管の先端部は、攪拌された中空杭内部の上部層の廃棄泥土に高圧の水または高圧の液体ガスを送液し、上部層の廃棄泥土を廃棄泥液とし、回収管の先端部は、中空杭からそれに隣接するガスハイドレートまたはレアメタル回収後の中空杭へ向けて設置された廃棄路まで廃棄泥液を汲み上げることが好ましい。
【００２０】
また、中空杭は、長手方向に順次連結させることができる。
【００２１】
また、貯留部は、海面上に配置されたメガフロートに設置されることが好ましい。
【００２２】
また、本発明は、ガスハイドレート層からのガス回収、レアメタル層からのレアメタル回収、またはシェール層からのガス回収を行う資源回収システムであって、高圧の水または高圧の液体ガスを送液して、ガスハイドレート層、レアメタル層、またはシェール層から資源の回収を可能とし、回収資源を所定の貯留部まで汲み上げる資源回収管を備え、資源回収管は、送液される高圧の水または高圧の液体ガスを加熱して、高温高圧の水または高温高圧の液体ガスとし、回収資源が回収途中で凍結しないように回収資源を加熱する加熱装置を更に有することを特徴とする資源回収システムを提供する。
【００２３】
加熱装置は、資源回収管の少なくとも一部である被加熱部材または資源回収管に配置された被加熱部材と、被加熱部材の近傍に設置された誘導部とを有し、誘導部により被加熱部材を誘導加熱することが好ましい。
【００２４】
加熱装置は、資源回収管の少なくとも一部を構成する炭素材料または金属材料に電流を流すことで高圧の水もしくは高圧の液体ガスまたは回収資源を加熱することが好ましい。
【００２５】
また、資源回収管は、高圧の水または高圧の液体ガスを送液する高圧送液管と、回収資源を所定の貯留部まで汲み上げる回収管とからなる二重管であることが好ましい。
【００２６】
また、二重管の外側を高圧送液管とし、二重管の内側を回収管とすることが好ましい。
【００２７】
また、先端にガスハイドレート層、レアメタル層、またはシェール層を回転しながら掘削する掘削機構を更に備え、掘削機構の回転は、高圧送液管と回収管との間のベンチュリ効果による圧力差を動力源とすることが好ましい。
【００２８】
また、本発明は、ガスハイドレート層からのガス回収、レアメタル層からのレアメタル回収、またはシェール層からのガス回収を行う資源回収システムであって、高圧の水または高圧の液体ガスを送液して、ガスハイドレート層、レアメタル層、またはシェール層から資源の回収を可能とし、回収資源を所定の貯留部まで汲み上げる資源回収管を備え、高圧の水または高圧の液体ガスの内部にセメントの粉末を混入し、セメントの粉末を混入した高圧の水または高圧の液体ガスによって、ガスハイドレート層、レアメタル層、またはシェール層の破砕を行うことを特徴とする資源回収システムを提供する。
【００２９】
また、セメントの粉末は、その粉末の内部または外部をマイクロ波で焼成したものであることが好ましい。
【００３０】
資源回収管は、送液される高圧の水または高圧の液体ガスを加熱して、高温高圧の水または高温高圧の液体ガスとし、回収資源が回収途中で凍結しないように、回収資源を加熱する加熱装置を更に有することが好ましい。
【００３１】
液体ガスは、液化された石油ガスまたは液化された二酸化炭素ガスであることが好ましい。
【００３２】
また、本発明は、海底からガスハイドレート層またはレアメタル層に向けて中空杭を打ち込む杭打ち装置と、中空杭内部のガスハイドレート層もしくはレアメタル層の上部層、ガスハイドレート層またはレアメタル層を攪拌する攪拌装置と、攪拌された中空杭内部の上部層、ガスハイドレート層またはレアメタル層に高圧の水または高圧の液体ガスを送液し、上部層を廃棄泥液とし、ガスハイドレート層またはレアメタル層を回収泥液および回収ガスとする高圧送液管と、廃棄泥液、回収泥液および回収ガスを所定の貯留部まで汲み上げる回収管とを備え、杭打ち装置は、外側中空杭を杭打ちする外側杭打ち部と、内側中空杭を杭打ちする内側杭打ち部と、外側杭打ち部と内側杭打ち部とを接続するシリンダとを有し、外側杭打ち部と内側杭打ち部とは、外側中空杭と内側中空杭とを異なる方向に回転させて外側中空杭と内側中空杭とを杭打ちすることを特徴とする資源回収システムを提供する。
【００３３】
また、外側中空杭および内側中空杭が鉛直方向に杭打ちされるように、杭打ち装置の中心軸の傾きを検知する傾きセンサと、傾きセンサによって検知された杭打ち装置の中心軸の傾きを補正するように、外側中空杭および内側中空杭のそれぞれの回転速度を制御する杭打ち制御部とを備えることが好ましい。
【００３４】
また、杭打ち制御部は、外側中空杭を固定した状態でシリンダによって内側中空杭を押圧しつつ回転させて内側中空杭を杭打ちし、内側中空杭を固定した状態で外側中空杭を牽引しつつ回転させて外側中空杭を杭打ちするように外側杭打ち部、内側杭打ち部、およびシリンダをそれぞれ制御することが好ましい。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、ガスハイドレート層からのガス回収と共に、ガスハイドレート層近傍にレアメタルが多量に存在する場合には、レアメタル回収を行うことができる。
また、ガスハイドレート層等からのガス回収およびレアメタル回収において排出される廃棄物の量を抑えることができる。
また、シェール層からのシェールガスの回収の際、地盤強化を行うため、断層が滑りやすくなることがない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施の形態１に係るガスハイドレート層、レアメタル層またはシェール層からの資源回収システムの全体構成を示す図である。
【図２】図１に示す資源回収システムにおける資源回収装置の概略構成を示す長手方向の断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る資源回収システムにおいて、ガスまたはレアメタルを回収するための事前準備の説明図である。
【図４】図３に示す事前準備において杭打ちを行う杭打ち装置の平面図である。
【図５】図４に示す杭打ち装置の側面図である。
【図６】図４および図５に示す杭打ち装置によって順次杭打ちを行う場合の説明図である。
【図７】（Ａ）は、本発明の実施の形態２に係る資源回収システムの資源回収管の外観側面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）の資源回収管の断面図である。
【図８】本発明の実施の形態３に係る資源回収システムの資源回収管の断面図である。
【図９】本発明の実施の形態４に係る資源回収システムの資源回収管の断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態５に係る資源回収システムの資源回収管の断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態６に係る資源回収システムの資源回収管の断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態７に係る資源回収システムの資源回収管の断面図である。
【図１３】（Ａ）および（Ｂ）は、本発明の実施の形態８に係る資源回収システムの資源回収管の断面と加熱装置とを示す模式図である。
【図１４】本発明の実施の形態９に係る資源回収システムの先端部に設置された掘削機構を示す断面図である。
【図１５】（Ａ）および（Ｂ）は、本発明の実施の形態１０に係る資源回収システムにおいて、シェール層の亀裂の拡大および補強に用いられるセメント粒子の拡大断面図である。
【図１６】本発明の実施の形態１１に係る資源回収システムの杭打ち装置の断面図である。
【図１７】（Ａ）〜（Ｄ）は、図１６の杭打ち装置で杭打ちを行う場合の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、この発明の好適実施形態に係る資源回収システムを添付の図面に基づいて説明する。
実施の形態１
図１は、本発明の実施の形態１に係るガスハイドレート層またはレアメタル層からの資源回収システム１０の概略構成を示す図である。ここでは、ガスハイドレートまたはレアメタルの存在位置として最も一般的な形態である海面下数百ｍの深さの海底にガスハイドレートまたはレアメタルが層状になって存在する場合を例にして説明する。
【００３８】
図１に示すように、本実施形態に係るガスハイドレート層またはレアメタル層からの資源回収システム１０は、海面２４下、海底４０近くに層状になって存在するガスハイドレート層またはレアメタル層４４まで到達する複数の中空杭５０と、複数の中空杭５０のうち少なくとも１つの中空杭５０Ａから海面２４まで延びる多重管１１と、海面２４上に構築され、多重管１１が接続される構造物２６とからなる。
多重管１１は、外筒１２と、外筒１２の内部に設置される、供給管１８（高圧送液管１５）、回収管１６および信号を送受信する信号線２０の導通経路２２とからなる。
【００３９】
上述の多重管１１が接続された中空杭５０Ａ内には、上述の多重管１１から中空杭５０Ａの上部に設置された蓋部５１を通って、高圧送液管１５と回収管１６とが設置される。
また、ガスまたはレアメタルが回収される前の中空杭５０Ｂ内部には、上側の地層（海底）４０およびガスハイドレート層またはレアメタル層４４がそのままの形で存在し、ガスまたはレアメタルが回収された後の中空杭５０Ｃには、例えば、多重管１１が接続され、ガスまたはレアメタルが回収される中空杭５０Ａの上側の地層４０の泥土が廃棄泥土として廃棄されている。
【００４０】
また、多重管１１が接続される構造物２６の内部には、液化ガス供給装置２８、空気供給装置３０、水供給装置（高圧ポンプ）３５、ガスタンク３６、および制御装置３２が設置される。
液化ガス供給装置２８、空気供給装置３０、および水供給装置３５は、供給管１８（高圧送液管１５）を通じて可燃ガス、空気、および水を供給し、また、制御装置３２は信号線２０を通じて制御信号を送受信して、掘削や可燃ガスの燃焼を制御する。
【００４１】
資源回収システム１０は、例えば、外筒１２と内筒１４の２重構造となっている。そして、内筒１４の内側が、ガスハイドレートを分解して生成したガス（メタンガスやエタンガス）を回収して搬送する回収管１６となっており、外筒１２と内筒１４との間が、外部から熱源として分離して供給される可燃ガスと空気、および、ガスハイドレートを加熱する媒体としての過熱水蒸気となる水を供給する供給管１８（高圧送液管１５）および信号を送受信する信号線２０の導通経路２２となっている。
【００４２】
そして、資源回収システム１０の上端は、海面２４上（または陸上）に構築された構造物２６に接続されており、この構造物２６の内部には、液化ガス供給装置２８、空気供給装置３０、水供給装置３５、ガスタンク３６、および制御装置３２が設置される。なお、構造物２６は、海洋上に浮遊するメガフロート等であってもよい。
【００４３】
また、ガスタンク３６は、回収管１６に接続されており、水分、泥土、および砂礫などが分離され清浄化されたガスが一時的に貯蔵される貯留部の一部を構成する。ガスタンク３６に貯蔵されたガスは、パイプラインで搬出され、所望の運搬用タンクに充填され、または、再びハイドレート化されて構造物２６の外部に運搬される。なお、貯留部は、上述のガスタンク３６に限定されず、レアメタル等の貯留槽等を備えてもよい。
【００４４】
また、資源回収システム１０の下端（先端）には、掘削機構３８が設けられており、この掘削機構３８で上側の地層４０を掘削して貫通し、上側の地層４０、下側の地層４２の間に存在するガスハイドレート層４４の内部に、資源回収システム１０の先端部に形成された資源回収装置４６が挿入される。なお、上述の掘削機構３８は、ガスハイドレート層４４等を攪拌し、また、廃棄泥土である上側の地層４０を攪拌する本発明の攪拌装置である。
【００４５】
資源回収装置４６は、例えば、図２に示すように、資源回収システム１０の多重管内部に設置された、熱エネルギ発生装置４８と火力発電装置４９とガス回収口６８とからなる。
熱エネルギ発生装置４８は、給水管５６、蒸気発生装置５８、過熱蒸気生成装置６０、ならびにフィルタ６７からなり、給水管５６は、蒸気供給管６４によって筒状部材６１に接続される。また、蒸気発生装置５８は、給水管５６に設置されたヒータ６２と、蒸気供給管６４に設置された図示しない電磁バルブからなる。そして、過熱蒸気生成装置６０は、第１の管５２および第２の管５４からなる筒状部材６１と第２の管５４に設置された高周波加熱装置６６とからなる。また、フィルタ６７は、外筒１２の内側であって、第１の管５２の開口部に設置される。なお、フィルタ６７は、第１の管５２の開口部から移動させることができる。
【００４６】
給水管５６は、蒸気発生装置５８に蒸気発生のための水を供給する。水は給水管５６を通って、第１の管５２および第２の管５４からなる筒状部材６１の手前に設置されたヒータ６２によって加熱され、蒸気となって筒状部材６１に対して傾斜して接続された蒸気供給管６４から筒状部材６１の第２の管５４に噴出される。
蒸気発生装置５８のヒータ６２は、給水管５６を通る水を加熱して蒸気とし、蒸気供給管６４へ蒸気を噴出させる。蒸気発生装置５８の図示しない電磁バルブは、上述の制御装置３２からの制御信号に基づいてその開閉を行う。図示しない電磁バルブが開放されると、蒸気が蒸気供給管６４より筒状部材６１内に噴出される。
【００４７】
過熱蒸気生成装置６０の筒状部材６１は、第１の管５２および第２の管５４によって構成され、第１の管５２および第２の管５４は、それぞれガスハイドレート層に向かって傾斜して開口している。
また、蒸気供給管６４は、第２の管５４に接続され、第１の管５２の方向に傾斜して開口している。
【００４８】
また、過熱蒸気生成装置６０の高周波加熱装置６６は、第２の管５４の周囲にそれぞれ配置され、蒸気供給管６４から筒状部材６１内に噴出された蒸気を更に加熱し、過熱蒸気を生成する。なお、ここで用いる高周波電磁波としては、周波数が数百メガヘルツ〜数十テラヘルツ程度のものが好適に用いられる。特に、ガスハイドレートの分解作用に用いる周波数（概ね、数百〜数千メガヘルツ）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作用を促進する作用があるテラヘルツ級の周波数の電磁波と、適宜組み合わせて用いることも有効である。
【００４９】
フィルタ６７は、外筒１２の内側であって、制御装置３２からの制御信号により筒状部材６１の第１の管５２の開口部を覆うように設置され、制御装置３２からの制御信号により取り外し可能である。フィルタ６７は、例えば、資源回収システム１０の外筒１２の内周面に沿った筒状のワイヤフィルタによってそれぞれ構成されてもよい。また、フィルタ６７は、例えば、火力発電装置４９により電力を供給されたモータ等によって上下に移動してもよく、また、蒸気圧によって上下に移動してもよい。
【００５０】
また、火力発電装置４９は、可燃ガス供給管７０、空気供給管７２、燃焼室７４、バーナ７６、およびタービン７８と、ロータ８０およびステータ８２からなる発電機と、回転軸８４と、排気路８６とによって構成される。
可燃ガス供給管７０および空気供給管７２は、外部から可燃ガスおよび空気を、それぞれ独立して燃焼室７４へ供給する。
燃焼室７４では、燃焼室７４手前に設置されたバーナ７６によって可燃ガス供給管７０および空気供給管７２から供給された可燃ガスおよび空気が混合されて燃焼され、燃焼ガスが発生する。
タービン７８は、その回転ブレードが、図示しない軸受装置で回転可能に支持された回転軸８４によって発電機のロータ８０と連結されており、燃焼室７４の後ろに設置され、高速の燃料ガスを供給されることで高速回転する。
【００５１】
発電機は、回転可能なロータ８０と、ステータ８２とからなり、ロータ８０がステータ８２に対して回転することで発電が行われる。
ロータ８０は、上述のタービン７８と回転軸８４によって連結されるため、タービン７８が回転することで回転される。また、ステータ８２は、ロータ８０の回転を受けて発電し、蒸気発生装置５８のヒータ６２、ならびに図示しない電磁バルブ、過熱蒸気生成装置６０の高周波加熱装置６６などに電力を供給する。
【００５２】
排気路８６は、燃焼室７４で燃焼した燃焼ガスを外部に排気するが、本実施形態では、その途中で廃熱タービンとして再びタービン７８を回転させて発電効率を高めている。また、排気路８６は、資源回収システム１０の外周部に戻ることによって、周囲のガスハイドレート層を加熱し、また、給水管５６の外側を還流して、給水管５６内の水の凍結を防止する。なお、排気路８６は、排気方向の流れを作り出す図示しないブロワを備えていてもよい。ブロワによって排気方向の流れを作り出すことで、排気をスムーズに行うことができる。また、排気路８６は、例えば、外筒１２に設置された図示しない開口部に接続され、排気路８６を通って冷めた排気は、図示しない開口部を通じて海中等に排気されてもよい。なお、図示しない開口部は、排気の際、海水等の浸入を防ぎつつ海中等で開口する。
【００５３】
ガス回収口６８は、過熱蒸気の熱エネルギによって加熱され、溶融して流動するようになったガスハイドレート（ガス）を回収し、回収管１６へ搬送する。なお、ガス回収口６８には、ガスの回収に際して土砂や砂礫などの異物が混入しないように、図示しないストレーナおよびフィルタが設置されている。
【００５４】
次に、本発明の実施の形態１に係る資源回収システム１０のガス回収動作について説明する。
資源回収システム１０は、その先端に設置された掘削機構３８によって海中の上側の地層４０を掘り進み、海中の上側の地層４０と下側の地層４２との間に存在するガスハイドレート層４４内部に到達して、資源回収装置４６をガスハイドレート層４４内部に設置する。
なお、掘削の際、資源回収装置４６の熱エネルギ発生装置４８は、図示しない電磁バルブを閉止し、蒸気供給管６４に水が逆流するのを防ぎ、また、蒸気供給管６４の内部へ土砂や砂礫などが入るのを防いでいる。
【００５５】
資源回収装置４６の熱エネルギ発生装置４８は、制御装置よりガスハイドレート回収の制御信号を受けて、図示しない電磁バルブを開放し、ヒータ６２によって加熱された蒸気を蒸気供給管６４を通して第２の管５４へ供給する。第２の管５４へ噴出された蒸気は、第２の管５４の周囲に設置された高周波加熱装置６６によって、更に加熱されて過熱蒸気とされ、高速の気流となって第２の管５４の開口部よりガスハイドレート層に向かって噴出されて、周囲のガスハイドレートを加熱してガスと水とに分離する。ガスハイドレート層に向かって噴出された高速の気流は、ガスと水と蒸気とを含む循環流となり、その循環流の一部は、第１の管５２の開口部の前面に設置されたフィルタ６７を通って第１の管５２に還流する流れとなる。この還流は、蒸気供給管６４から供給される蒸気と共に、第２の管５４の周囲に設置された高周波加熱装置６６によって再び過熱され、第２の管５４の開口部より再び噴出される。
【００５６】
回収口６８は、過熱蒸気の熱エネルギによって加熱され、溶融して流動するようになったガスハイドレートの循環流より、ガスを回収し、回収したガスを回収管１６へ搬送する。なお、回収口６８は、ストレーナおよびフィルタが設置されているため、水や不純物が取り除かれ、ガスのみが回収管１６に回収される。
【００５７】
実施の形態１に係る資源回収システムは、上述の資源回収装置４６を備えることで、過熱蒸気による循環流によってガスハイドレートをハイドレートガスに分解しつつ回収を行うため、効率的な資源回収を行うことができる。また、上述のガスハイドレートに限定されず、レアメタルに関しても過熱蒸気による循環流を用いてガスハイドレートと同様に回収することができる。また、レアメタル回収に関して、過熱蒸気の代わりに可燃ガスまたは二酸化炭素ガスを用いてもよい。
【００５８】
図３は、本発明の実施の形態１に係る資源回収システムにおいて、ガスまたはレアメタル回収の事前準備を説明する説明図である。
図３に示すように、実施の形態１に係る資源回収システムは、廃棄機構８７と廃棄路８８とを備える。廃棄機構８７は、図示しない掘削機構によって掘削された、ガスハイドレート層またはレアメタル層４４に到達するまでの上側の地層４０の廃棄泥土を海中（海底面よりも上側）に移送する。また、廃棄路８８は、既に、ガスハイドレートまたはレアメタルの回収された隣接する中空杭５０Ｃの内側に通じている。廃棄機構８７は、移送した廃棄泥土を廃棄路８８を通じて中空杭５０Ｃ内部に廃棄する。
【００５９】
廃棄機構８７は、原則として、廃棄泥土を廃棄路８８を通じて中空杭５０Ｃ内部に廃棄することができればどのような構成であってもよく、また、廃棄路８８は、既に資源回収がなされた隣接する中空杭５０Ｃの内部に通じており、廃棄泥土を隣接する中空杭５０Ｃの内部に廃棄できるものであれば、どのようなものでもよい。廃棄機構８７としては、例えば、スクリュ羽根等によって廃棄泥土を移送するものでもよく、また、上述の掘削機構３８、熱エネルギ発生装置４８、高圧送液管１５の先端部、および回収管１６先端部等によって構成され、掘削機構３８（攪拌装置）によって攪拌された廃棄泥土を高圧送液管によって送液された高温高圧の水または高温高圧の液体ガスによって廃棄泥液とし、廃棄泥液を回収管１６によって回収するものであってもよい。
なお、通常、隣接する中空杭５０Ａと中空杭５０Ｃとの間では、ガスハイドレート層またはレアメタル層の存在する深さやそれらの厚さに大きな違いは無いと考えられるため、隣接中空杭５０Ａの全ての廃棄泥土を、隣接する中空杭５０Ｃの内側に廃棄することができる。
【００６０】
図４は、本発明の実施の形態１に係る資源回収システムの杭打ち装置の平面図であり、図５は、図４に示す杭打ち装置の杭打ち時の側面図である。
杭打ち装置９０は、本体支持部９２と、杭把持部９４とからなり、本体支持部９２は、第１の脚部９３Ａと第２の脚部９３Ｂとを備え、杭把持部９４は、２つの腕部９５を備える。
本体支持部９２は、既に杭打ちされた中空杭５０に第１の脚部９３Ａおよび第２の脚部９３Ｂの少なくとも一方を嵌合させて杭打ち装置９０の足場とし、杭打ち装置９０を海底に固定する。
【００６１】
杭把持部９４は、２つの腕部９５の間の間隔を広げ、また、中空杭５０の大きさに応じて、２つの腕部９５を角度を付けて開き、または、２つの腕部９５を角度を付けて閉じることで杭打ちする中空杭５０を把持し、本体支持部９２の第１の脚部９３Ａおよび第２の脚部９３Ｂの少なくとも一方を足場として、杭把持部９４が、上下に動くことで、把持した中空杭５０を海底４０へ圧入する。
なお、上述のとおり、杭把持部９４は、中空杭５０の大きさに応じて杭把持部９４の間隔および開閉角度を変えることで、様々な太さの中空杭に対応することができる。
【００６２】
また、杭打ち装置９０は、中空杭５０を蓋部５１によって封止し、資源回収装置４６を中空杭５０の内部に設置する封止切替装置を兼ねる。封止切替装置は、中空杭５０において上述の資源回収が終わると、資源回収の行われた中空杭５０から資源回収の行われていない他の中空杭５０へ、資源回収装置４６の切り替えを行う。蓋部５１による中空杭５０の封止や、資源回収装置４６の設置は、上述の杭把持部９４によって行われる。
【００６３】
次に、本発明の実施の形態１に係る資源回収システムの杭打ち装置の杭打ち動作について説明する。
図６は、資源回収システムに係る杭打ち装置９０の杭打ち手順を説明する説明図である。図４および図５に示す杭打ち装置９０は、本体支持部９２が第１の脚部９３Ａおよび第２の脚部９３Ｂの２つの脚部を備え、それぞれの脚部が中空杭５０に嵌合して足場を形成し、本体支持部９２を海底４０に固定するが、既に杭打ちされ、海底面に埋められた中空杭５０に嵌合して本体支持部９２を海底４０に固定する脚部は１つでもよい。
例えば、本体支持部９２の第１の脚部９３Ａが、位置Ａに示す中空杭５０と嵌合して位置Ａに示す中空杭５０を足場とし、位置Ａに示す中空杭５０の周囲に他の中空杭５０が杭打ちされてない場合、杭打ち装置９０は、例えば、位置１から位置６（位置１〜位置５：破線部分、位置６：実線部分）まで、順次、中空杭５０を杭打ちする。
【００６４】
位置Ａに示す中空杭５０の周囲の位置１から位置６まで中空杭５０を打ち終えた後、杭打ち装置９０は、例えば、足場を位置Ａの中空杭５０から位置Ｂ（位置６）の中空杭５０に変更する。例えば、中空杭５０と嵌合していない本体支持部９２の第２の脚部９３Ｂを位置Ｂの中空杭５０と嵌合させ、本体支持部９２の第１の脚部９３Ａを位置Ａの中空杭５０から外すことで、本体支持部９２の足場が位置Ａの中空杭５０から位置Ｂの中空杭５０へ移動する。
そして、杭打ち装置９０は、位置Ｂの中空杭５０の周囲で、杭打ちされていない位置７から位置９（一点鎖線部分）まで、順次、中空杭５０を杭打ちする。位置Ｂの中空杭５０の周囲の杭打ちを終えた後、上述と同様に、本体支持部９２の足場を位置Ｂから位置Ａ以外の中空杭５０へ変更し、まだ杭打ちされていない海底４０に中空杭５０を杭打ちする。
【００６５】
また、上述のとおり、杭打ち装置９０は、封止切替装置を兼ねており、中空杭５０を杭打ち後、蓋部５１によって中空杭５０を封止し、中空杭５０内に資源回収装置４６を設置する。また、杭把持部９４によって、資源回収後の中空杭５０から、杭打ちされた資源回収前の中空杭５０へ、資源回収装置４６の設置を切り替える。
【００６６】
本発明の実施の形態１に係る資源回収システムは、杭打ち装置９０を備え、上述のとおり、海底４０に順次中空杭５０を杭打ちし、順次資源回収を行うことで、資源の含まれていない海底４０部分の土砂を海面まで上げることなく廃棄することができ、ガスハイドレート層からのガス回収およびレアメタル層からのレアメタル回収を海底４０の泥土を産業廃棄物とすることなく効率よく行うことができる。
【００６７】
実施の形態２
図７（Ａ）は、本発明の実施の形態２に係る資源回収システムの資源回収管を示す外観図であり、（Ｂ）はその断面図である。
図７（Ａ）、（Ｂ）に示すように、資源回収管１００は、同一方向にらせん状に巻かれた発熱帯１０１と、同じく同一方向にらせん状に巻かれた絶縁帯１０２とによって構成され、一定間隔で孔部１０３を備える。
【００６８】
発熱帯１０１は、直流電流または交流電流を通すことで発熱する発熱部材を含むことで構成される。発熱部材としては公知の各種金属部材または炭素部材が挙げられる。
また、絶縁帯１０２は、絶縁材料によって構成され、発熱帯１０１の間の電流の漏れを防ぎ、絶縁帯１０２には、一定間隔で孔部１０３が形成される。
【００６９】
資源回収管１００は、発熱帯１０１に電流が流され、水、液体ガス、またはこれらの混合液を加熱しつつ送液し、また、ガスハイドレート層、レアメタル層、またはシェール層からのガスやレアメタルの混合された泥液を加熱しつつ回収する場合に利用される。なお、液体ガスとしては、液化された石油ガスまたは液化された二酸化炭素ガス等が用いられる。
また、孔部１０３は、資源回収管１００によって送液され、発熱帯１０１によって加熱された高温高圧の水、液体ガス、またはこれらの混合液を、ガスハイドレート層またはレアメタル層に放出する。なお、シェール層からのシェールガスの回収の場合には、水圧破砕に用いるジェル等をシェール層に対して放出する。また、孔部１０３は、絶縁帯１０２に形成されているが、発熱帯１０１に形成されてもよい。
資源回収管１００は、発熱帯１０１を備えることで、送液時の高温高圧の水、液体ガス、またはこれらの混合液の凍結を防ぎ、また、資源回収時の回収資源の凍結を防ぐ。
【００７０】
実施の形態３
図８は、本発明の実施の形態３に係る資源回収管を示す断面図である。
図８に示すように、資源回収管１１０は、外側の送液管１１０Ａと内側の回収管１１０Ｂとからなる二重管の構造を備える。外側の送液管１１０Ａは、実施の形態２に係る資源回収管１００と同じ構成を備え、同一方向にらせん状に巻かれた発熱帯１１１と、同じく、同一方向にらせん状に巻かれた絶縁帯１１２とを有し、絶縁帯１１２に孔部１１３を有する。また、内側の回収管１１０Ｂは、発熱帯等の構成を備えない公知の管材によって構成される。
資源回収管１１０は、外側の送液管１１０Ａによって送液を行い、外側の送液管１１０Ａに設けられた孔部１０３から、外側送液管１１０Ａの発熱帯１１１によって加熱された高温高圧の水、液体ガス、またはこれらの混合液を、ガスハイドレート層またはレアメタル層に放出する。また、シェール層からのシェールガスの回収の場合には、水圧破砕に用いるジェル等をシェール層に対して放出する。
また、内側の回収管１１０Ｂは、ガスハイドレート層からのガス回収、レアメタル層からのレアメタル回収、およびシェール層からのシェールガス回収を行う。
【００７１】
実施の形態４
図９は、本発明の実施の形態４に係る資源回収管を示す断面図である。
図９に示すように、資源回収管１２０は、外側の送液管１２０Ａと内側の回収管１２０Ｂとからなる二重管の構造を備える。外側の送液管１２０Ａは、一定間隔で孔部１２３が形成された中空管である。また、内側の回収管１２０Ｂは、実施の形態２に係る資源回収管１００と同様の構成を備え、らせん状に形成された発熱帯１２１と絶縁帯１２２とを有する。
【００７２】
資源回収管１２０は、実施の形態３の資源回収管１１０と同様、外側の送液管１２０Ａによって送液を行い、外側の送液管１２０Ａに設けられた孔部１２３から、内側の回収管１２０Ｂの発熱帯１２１によって加熱された高温高圧の水、液体ガス、またはこれらの混合液を、ガスハイドレート層またはレアメタル層に放出する。また、シェール層からのシェールガスの回収の場合には、水圧破砕に用いるジェル等をシェール層に対して放出する。
また、内側の回収管１２０Ｂは、ガスハイドレート層からのガス回収、レアメタル層からのレアメタル回収、およびシェール層からのシェールガス回収を行う。
【００７３】
実施の形態５
図１０は、本発明の実施の形態５に係る資源回収管を示す断面図である。
図１０に示すように、資源回収管１３０は、外側の送液管１３０Ａと内側の回収管１３０Ｂとからなる二重管の構造を備える。外側の送液管１３０Ａおよび内側の回収管１３０Ｂは、実施の形態２と同様、同一方向にらせん状に巻かれた発熱帯１３１Ａ、１３１Ｂおよび同じく同一方向にらせん状に巻かれた絶縁帯１３２Ａ、１３２Ｂによって構成される。また、外側の送液管１３０Ａは、絶縁帯１３２Ａに一定間隔で形成された孔部１３３を備える。
資源回収管１３０は、実施の形態３の資源回収管１１０と同様、外側の送液管１３０Ａによって送液を行い、外側の送液管１３０Ａに設けられた孔部１３３から、外側の回収管１３０Ａの発熱帯１３１Ａおよび内側の回収管１３０Ｂの発熱帯１３１Ｂによって加熱された高温高圧の水、液体ガス、またはこれらの混合液を、ガスハイドレート層またはレアメタル層に放出する。また、シェール層からのシェールガスの回収の場合には、水圧破砕に用いるジェル等をシェール層に対して放出する。
また、内側の回収管１３０Ｂは、ガスハイドレート層からのガス回収、レアメタル層からのレアメタル回収、およびシェール層からのシェールガス回収を行う。
【００７４】
実施の形態６
なお、実施の形態２〜実施の形態５における発熱帯１０１、１１１、１２１、１３１Ａ、１３１Ｂと絶縁帯１０２、１１２、１２２、１３２Ａ、１３２Ｂとは、それぞれ同一方向にらせん状に巻かれた構造をとることで、資源回収管を形成するが、発熱帯を複数本設け、また、それぞれの発熱帯に対して絶縁帯を設けることで、同一方向に巻かれた多重のらせん状の構造をとることもできる。例えば、資源回収管は、それぞれ独立した３本の発熱帯によって構成されてもよい。
図１１は、本発明の実施の形態６に係る資源回収管の外観図である。図１１に示すように、資源回収管１４０は、それぞれ独立した第１の発熱帯１４１Ａ、第２の発熱帯１４１Ｂ、および第３の発熱帯１４１Ｃと、それぞれの間に形成される第１の絶縁帯１４２Ａ、第２の絶縁帯１４２Ｂ、および第３の絶縁帯１４２Ｃによって構成される。また、第１の絶縁帯１４２Ａには第１の孔部１４３Ａが設置され、第２の絶縁帯１４２Ｂには第２の孔部１４３Ｂが設置され、第３の絶縁帯１４２Ｃには第３の孔部１４３Ｃが設置される。
なお、本実施形態の多重のらせん状の構造は、実施の形態２〜実施の形態５の資源回収管に適用することができる。
【００７５】
実施の形態７
また、実施の形態２〜実施の形態６における発熱帯１０１、１１１、１２１、１３１Ａ、１３１Ｂ、１４１Ａ、１４１Ｂ、１４１Ｃは、絶縁帯１０２、１１２、１２２、１３２Ａ、１３２Ｂ、１４２Ａ、１４２Ｂ、１４２Ｃ及び１４２によってそれぞれが分離されているが、発熱帯からの電流の漏れが充分に抑えられる場合には、絶縁帯を設けず、発熱帯のみによって資源回収管を構成してもよい。
図１２は、本発明の実施の形態７に係る資源回収管の外観図である。図１２に示すように、資源回収管１５０は、１つの発熱帯１５１をらせん状巻いて繋ぎ合せることで構成される。また、発熱帯１５１上に複数の孔部１５３を備える。なお、本実施形態の絶縁帯を設けない構造は、実施の形態２〜実施の形態６の資源回収管に適用することができる。
【００７６】
本発明の実施の形態２〜７に係る資源回収システムは、上述の資源回収管１００、１１０、１２０、１３０、１４０及び１５０を備えることで、資源回収に利用する水、液体ガス、またはこれらの混合液を常時加熱しつつ送液し、また、回収資源である泥液を常時加熱しつつ回収するため、送液される混合液または回収された泥液が途中で凍結して資源回収管１００、１１０、１２０、１３０、１４０及び１５０が詰まり、流液の流れが悪くなることがないため、効率よく資源回収を行うことができる。
なお、加熱の際の消費電力を削減するため、これら資源回収管を所定間隔で断続的に加熱してもよく、また、これら資源回収管の内部が凍結して詰まった場合に加熱するように制御してもよい。資源回収管内部の凍結による詰まりは、回収資源の単位時間あたりの回収量や、回収時の資源回収管内部の圧力を測定することで判断することができる。
また、上述の資源回収管は、一定間隔で図示しないリチウム蓄電池等の蓄電池を備え、上述の発熱帯によって資源回収管内部を加熱するのに十分な発熱量が得られるように構成される。また、資源回収管は、リチウム蓄電池等の蓄電池の代わりに上述の火力発電装置を一定間隔で備えてもよい。火力発電装置を備えることで、十分な電力を確保することができる。
【００７７】
実施の形態８
また、実施の形態２〜７では、発熱帯に電流を流すことで資源回収管等の加熱を行っていたが、資源回収管等の加熱に際して、誘導加熱を用いてもよい。
図１３（Ａ）および（Ｂ）は、本発明の実施の形態８の資源回収管の外観図である。図１３（Ａ）に示すように、資源回収管１６０は、その内側に被加熱部材１６１が設置され、その外側の被加熱部材１６１の近傍に、誘導部１６２が設置される。被加熱部材１６１は、電気抵抗の高い部材によって構成され、誘導部１６２は、交流電源１６３に接続され、交流電源１６３より誘導部１６２へ所定の交流電流を流すことで被加熱部材１６１を誘導加熱する。
【００７８】
また、図１３（Ｂ）に示すように、資源回収管１６０自体を被加熱部材１６４で構成してもよい。被加熱部材１６１を資源回収管１６０に設置する必要がなく、誘導部１６２を設置すれば、資源回収管１６０のいずれの箇所であっても誘導加熱することができる。
【００７９】
実施の形態９
図１４は、本発明の実施の形態９に係る資源回収システムの先端部に設置された掘削機構を示す断面図である。
掘削機構２００は、資源回収管であり送液管である外管２０１と、資源回収管であり回収管である内管２０２と、内管２０２内部に設置された回転管２０３と、回転管２０３を軸として設置されたタービン２０４と、タービン２０４方向へ流路の方向を変更させる返し部２０５と、内管２０２と回転管２０３とによって構成されるベンチュリ部２０６と、回転管２０３の先端に設置されたカッターヘッド２０７とを備える。
【００８０】
外管２０１および内管２０２は、例えば、上述の実施の形態２〜実施の形態８に係る資源回収管１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０及び１６０の先端部であり、資源回収管１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０及び１６０と同様の構成を備える。外管２０１は、内管２０２との間をカッターヘッド２０７方向に流れる流液を内管２０２と回転管２０３との間に設置されたタービン２０４方向に逆転させる返し部２０５を備える。
内管２０２は、回転管２０３と共に、ベンチュリ部２０６を形成し、タービン２０４を通って基端方向に流れる流液によるベンチュリ効果によって、回転管２０３の基端側を減圧する。
【００８１】
回転管２０３は、先端側をカッターヘッド２０７に固定され、内管２０２の先端側であって、内管２０２との間に、タービン２０４を備え、また、カッターヘッド２０７の後方であって外管２０１と回転管２０３との間に、外側流路２１０を形成する外側流路壁２１１を備える。また、回転管２０３は、外側流路２１０と連通する複数の連通孔２１２を備える。
【００８２】
タービン２０４は、回転管２０３と一体として設置され、外管２０１の返し部２０５によって逆転された流液によって回転され、回転管２０３を回転させ、回転管２０３に固定されたカッターヘッド２０７を回転させる。
返し部２０５は、外管２０１の内周面から回転管の外周面に沿って延びて、先端方向に流れる液流を内管２０２と回転管２０３との間に設置されたタービン２０４へ逆転させる。
【００８３】
ベンチュリ部２０６は、内管２０２の細経化した部分の内周面と、回転管２０３の外周面とによって構成され、基端方向の流液によって回転管２０３の基端側が減圧されることで、ハイドレートガスやレアメタル等を含む泥液等を回収資源として回転管２０３より基端方向に吸い込む。
カッターヘッド２０７は、地層または岩盤と接触する接触面側に図示しない複数のカッタービットを備え、回転管２０３が回転することで回転され、カッタービットによってカッターヘッド２０７の接触面と接触する地層または岩盤等を掘削する。カッターヘッド２０７は、回転管２０３から通じる中央孔２０８と、中央孔の周囲に形成され、外側流路２１０に通じる複数の周辺孔２０９とを備える。
【００８４】
外側流路２１０は、外管２０１の先端の内周面と、回転管２０３に設置された外側流路壁２１１とによって形成され、カッターヘッド２０７の周辺孔２０９を通じて回収されたガスまたはレアメタルを含む泥液を回収資源として回収する。
外側流路壁２１１は、回転管２０３に設置され、回転管２０３と共に回転してもよく、また、回転管２０３と分離されていてもよい。
連通孔２１２は、回転管２０３に設置され、外側流路２１０と回転管２０３の内部とを連通する。連通孔２１２は、回転管２０３の強度を著しく落とさない程度に複数設けられる。
【００８５】
次に、本発明の実施の形態９に係る資源回収システムの掘削機構による掘削動作および資源回収動作について説明する。
資源回収管２００の外管２０１と内管２０２との間を、高温高圧の水、液体ガス、またはこれらの混合液が、送液され、外管２０１の返し部２０５によってそれらの流液方向が逆転され、内管２０２と回転管２０３との間に設置されたタービン２０４の方向へ向けて流される。
【００８６】
流液方向を逆転された高温高圧の水、液体ガス、またはこれらの混合液は、タービン２０４を回転させ、タービン２０４を通って、内管２０２と回転管２０３との間に形成されたベンチュリ部２０６に流される。
タービン２０４が流液によって回転されると、タービン２０４と回転管２０３によって連結されたカッターヘッド２０７が回転し、カッターヘッド２０７の接触面に設置された図示しない複数のカッタービットにより、地層または岩盤等が掘削される。
【００８７】
また、ベンチュリ部２０６では、流液の流れが絞られることで流速が増すため、ベンチュリ効果によって回転管２０３の基端側の圧力が減圧される。回転管２０３の基端側の圧力が減圧されることで、カッターヘッド２０７に設けられた中央孔２０８および周辺孔２０９によって、ガスまたはレアメタルを含む泥液を吸い込み、外側流路２１０、連通孔２１２、および回転管２０３を通って内管２０２により、泥液を回収資源として回収する。
本発明の実施の形態９に係る資源回収システムは、上述の掘削機構２００を備えることで、資源回収を行うと同時に地層または岩盤等の掘削を行うことができるため、効率よく資源回収を行うことができる。
【００８８】
実施の形態１０
シェール層からシェールガスを回収する際、水圧破砕によって坑井に複数の亀裂を設けるが、設けた亀裂を更に拡大させるために、膨張作用のあるジェルが用いられることが多い。
本発明の実施の形態１０に係る資源回収システムは、上述のジェルの代わりに、図１５（Ａ）に示すように、粒子の外側を、マイクロ波を用いて焼成した第１のセメント粒子２２０、または、図１５（Ｂ）に示すように、粒子の中心を、マイクロ波を用いて焼成した第２のセメント粒子２３０を用いることができる。
【００８９】
第１のセメント粒子２２０は、マイクロ波によって焼成され、硬質化した外側部２２１とマイクロ波によって焼成されていない内側部２２２とからなり、第２のセメント粒子２３０は、マイクロ波によって焼成されていない外側部２３１とマイクロ波によって焼成された内側部２３２とからなる。
第１のセメント粒子２２０の硬質化した外側部２２１および第２のセメント粒子２３０の硬質化した内側部２３２は、水分を吸収して膨張し、セメント材料として硬化までに長時間が必要であり、第１のセメント粒子２２０の内側部２２２および第２のセメント粒子２３０の外側部２３１は、水分を吸収して膨張し、セメント材料として比較的短時間で硬化する。
【００９０】
上述のジェルの代わりに、第１のセメント粒子２２０または第２のセメント粒子２３０を用いれば、坑井の亀裂に入り込んだセメント粒子が膨張することでこれらの亀裂を拡大させるとともに、セメント粒子が固まることで亀裂を補強することができるため、シェールガスの回収に伴う断層の滑り等を防止することができる。
また、マイクロ波を用いたセメント粒子の焼成において、焼成時間を調整することで硬質化した部分と硬質化していない部分とのバランスを調整することができ、セメント粒子が固まるまでの時間を調整することができる。
なお、水を含んだセメント粒子は発熱するため、資源回収管およびメタンハイドレート層等を加熱することができ、資源回収システム全体における消費電力量を少なくすることができる。
【００９１】
実施の形態１１
上述の実施の形態１で説明した杭打ち装置は、中空杭をその外側から把持して杭打ちを行っていたが、中空杭を内側から固定して杭打ちを行ってもよい。図１６は、本発明の実施の形態１１に係る資源回収システムの杭打ち装置の全体構成を示す説明図である。
本発明の実施の形態１１の杭打ち装置３０１は、図１６に示すように、外側中空杭３０２、内側中空杭３０３、シリンダ３０４、外側杭打ち部３０５、内側杭打ち部３０６、傾きセンサ３０７および杭打ち制御部３０８を備える。
【００９２】
外側中空杭３０２は、上述の中空杭５０と同様の構成を備え、その上側に外側中空杭３０２を順次連結することができる。
また、内側中空杭３０３は、外側中空杭３０２の内部に配置され、外側中空杭３０２よりも直径が小さい以外は、上述の中空杭５０と同様の構成を備える。
【００９３】
シリンダ３０４は、例えば、油圧シリンダであり、ロッド３１４とロッド３１４を保持するロッドケース３２４とを有し、ロッドケース３２４に外側杭打ち部３０５が固定され、ロッド３１４に内側杭打ち部３０６が固定されて、ロッドケース３２４に対してロッド３１４が移動することで、外側杭打ち部３０５と内側杭打ち部３０６とを相対的に移動させるものである。
【００９４】
外側杭打ち部３０５は、モータ３１５と、ベアリング３２５と、中空杭固定部３３５とを有する。モータ３１５は、例えば、油圧モータ等であり、遊星ギア等が接続される。ベアリング３２５は、ロッドケース３２４に固定され、シリンダ３０４と中空杭固定部３３５とを回転可能に固定するものであり、外側中空杭３０２を回転させるトルクに耐えうるものであればどのようなものであってもよい。中空杭固定部３３５は、ベアリング３２５に外側中空杭３０２を固定するものであり、また、海底４０に杭打ちされた外側中空杭３０２の内側をシールできることが好ましい。
【００９５】
内側杭打ち部３０６は、外側杭打ち部３０５と同様に、モータ３１６と、ベアリング３２６と、中空杭固定部３３６とを有する。ベアリング３２６は、ロッド３１４に固定され、シリンダ３０４と中空杭固定部３３６とを回転可能に固定するものであり、内側中空杭３０３を回転させるトルクに耐えうるものであればどのようなものであってもよい。中空杭固定部３３６は、ベアリング３２６に内側中空杭３０３を固定するものであり、また、海底４０に杭打ちされた内側中空杭３０３の内側をシールできることが好ましい。
【００９６】
傾きセンサ３０７は、ジャイロセンサ等によって構成され、杭打ち装置３０１の中心軸が鉛直方向に対してどの程度傾いているかを検出し、杭打ち装置３０１の中心軸の傾きを杭打ち制御部３０８へ出力する。
杭打ち制御部３０８は、傾きセンサ３０７からの杭打ち装置３０１の中心軸の傾きに基づいて、外側杭打ち部３０５および内側杭打ち部３０６を制御して、外側中空杭３０２および内側中空杭３０３の回転速度を制御するとともに、シリンダ３０４を制御して、外側中空杭３０２と内側中空杭３０３とを鉛直方向に相対的に移動させる。
【００９７】
なお、内側中空杭３０３の内部には、上述の掘削機構３８および資源回収装置４６を設置することができ、杭打ちと同時に、または杭打ち後に、海底（上述の地層）４０を廃棄泥土として廃棄し、また、ガスハイドレートおよびレアメタルを回収することができる。
【００９８】
次に、図１７（Ａ）〜（Ｄ）に基づいて、杭打ち装置３０１の杭打ち動作を説明する。図１７（Ａ）に示すように、外側中空杭３０２および内側中空杭３０３の下端がそろうように配置した杭打ち装置３０１を海底４０に配置し、杭打ち制御部３０８を介して外側杭打ち部３０５および内側杭打ち部３０６をそれぞれ制御して外側中空杭３０２と内側中空杭３０３とを異なる方向に回転させる。
図１７（Ｂ）に示すように、傾きセンサ３０７によって検出された傾きに基づいて、外側中空杭３０２と内側中空杭３０３の回転速度を制御することで、外側中空杭３０２と内側中空杭３０３とを鉛直方向に杭打ちすることができる。
【００９９】
外側中空杭３０２と内側中空杭３０３とが所定量鉛直方向に杭打ちされた後、図１７（Ｃ）に示すように、杭打ち制御部３０８は、外側中空杭３０２の回転を停止させ、外側中空杭３０２を基準として、シリンダ３０４によって内側中空杭３０３を押圧しつつ、内側中空杭３０３を回転させて内側中空杭３０３を杭打ちする。
【０１００】
そして、内側中空杭３０３が所定量杭打ちされた後、図１７（Ｄ）に示すように、杭打ち制御部３０８は、内側中空杭３０３の回転を停止させ、内側中空杭３０３を基準として、シリンダ３０４によって外側中空杭３０２を押圧しつつ、外側中空杭３０２を回転させて外側中空杭３０２を杭打ちし、外側中空杭３０２の下端と内側中空杭３０３の下端とそろえる。
上述のとおり、外側中空杭３０２および内側中空杭３０３を所定量杭打ちした後、内側中空杭３０３と外側中空杭３０２とを交互に杭打ちすることで、外側中空杭３０２および内側中空杭３０３を鉛直方向に杭打ちできるとともに、迅速に杭打ちを行うことができる。
【０１０１】
また、ガスハイドレート層からのガス回収おいて、資源回収管を含む資源回収路内では、地上または海上とガスハイドレート層との間に、回収したガスを転換させるための少なくとも１つの転換手段を有することが好ましい。ここで、ガスの転換とは、例えば、メタンハイドレートを熱分解した結果得られるメタンガス（実際は、メタンを主成分とする混合ガス）中の不純物を除去する工程、または、水分を除去する工程、更には、触媒を用いて酸素を添加することによりメタンガスをメタノールに変える工程等が好適に用いられるが、これらに限定されるものではない。
【０１０２】
また、上述の火力発電装置４９で用いられる可燃ガスは、当初は、外部から供給する必要があるが、ガスハイドレートからのガス回収が軌道に乗った後は、これによって回収したガスの一部を用いるように変更することができる。同様に、資源回収において用いられる液体ガスについても回収したガスを利用することができる。
【０１０３】
また、上述の資源回収装置４６は、蒸気発生装置５８、過熱蒸気生成装置６０および筒状部材６１からなる熱エネルギ発生装置４８と、燃焼室７４、タービン７８、回転軸８４およびロータとステータとを有する発電機とからなる火力発電装置４９とが、組になっており、この資源回収装置４６を適宜間隔で複数組、ガスハイドレート層に沿って併設することが好ましい。このように複数個設置することによって、１つの資源回収システム１０で複数箇所のガス回収が行われることとなり、より大量のガス回収を効率的に行うことができる。
なお、レアメタル層からのレアメタル回収についても同様に、レアメタル層に沿って資源回収装置４６を複数個設置することで、１つの資源回収システム１０で複数箇所のレアメタル回収が行われることとなり、より大量のレアメタル回収を効率的に行うことができる。
【０１０４】
また、熱エネルギ発生装置４８と火力発電装置４９とからなるユニットを、資源回収システム１０の軸線の等位置であって外筒１２の周方向に所定間隔で複数ユニット備えてもよい。この場合、ユニット内部の燃焼ガス供給管および給水管は、ユニットごとに独立して使用可能であることが好ましい。
上述の構成を備えることで、資源回収システム１０の構成を複雑にすることなく周囲のガスハイドレートを効率的に分解することができる。
【０１０５】
また、実施の形態８に係るカッターヘッド２０７は、一方方向にのみ回転するが、例えば、カッターヘッドが複数の環状部に分けられ、それぞれが、交互に異なる方向に回転するように構成してもよい。例えば、カッターヘッドが中心部分の第１のカッターヘッドと、その外周部分の第２のカッターヘッドとに分けられた場合、第１のカッターヘッドは右回りに回転し、第２のカッターヘッドは左回りに回転してもよい。
また、掘削機構は、鉛直方向に掘削するのではなく、例えば、ガスハイドレート層等に対して水平に設置され、ガスハイドレート層等を水平方向に掘削してもよい。
【０１０６】
また、本発明の実施の形態１に係る資源回収システムでは、既に、ガスハイドレートまたはレアメタルの回収された中空杭の内部に廃棄泥土を廃棄するが、この際に、廃棄泥土にセメント粒子を混ぜ、中空杭内部において廃棄泥土を固めることで、廃棄泥土に含まれる砒素等の有害物質の漏出を防いでもよい。また、廃棄泥土を廃棄した中空杭の上部のみをセメント粒子によって固めて蓋部とし、上述と同様、有害物質の漏出を防いでもよい。
また、実施の形態１に係る資源回収システムでは、ガスハイドレートまたはレアメタルの回収された中空杭の内部に、掘削を行った廃棄泥土を廃棄するが、例えば、中空杭を二重管とし、中心部分または外周部分のいずれか一方を掘削し、中心部分の廃棄泥土を外周部分に廃棄し、また、外周部分の廃棄泥土を中心部分に廃棄してもよい。
【０１０７】
また、本発明に係る資源回収システムは燃料電池を更に備え、メタンハイドレートから回収されるメタンガスや、海底から噴出する水素ガス、硫化水素ガス、海底から噴出する熱水等を利用して燃料電池による発電を行い、発電された電力を資源回収システムの各部に供給してもよい。
【０１０８】
また、本発明の実施の形態８に記載の被加熱部材と誘導部とからなる加熱装置は、資源回収管に設置され、被加熱部材を誘導加熱することで資源回収管を加熱しているが、これに限定されず、例えば、上述の加熱装置が資源回収システムの先端の掘削装置等に設置され、低温高圧下のメタンハイドレート層またはレアメタル層を溶かしつつ掘削が行われるように構成されてもよい。
【０１０９】
以上、本発明の資源回収システムについて詳細に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行ってもよい。
【符号の説明】
【０１１０】
１０  資源回収システム、１１  多重管、  １２  外筒、  １４  内筒、１５、高圧送液管  １６  資源回収管、  １８  供給管、  ２０  信号線、  ２２  導通経路、  ２４  海面、  ２６  構造物、  ２８  可燃ガス供給装置、  ３０  空気供給装置、  ３２  制御装置、  ３５  水供給装置、  ３６  ガスタンク、  ３８  掘削機構、  ４０  海底、  ４２  地層、  ４４  ガスハイドレート層またはレアメタル層、  ４６  資源回収装置、  ４８  熱エネルギ発生装置、  ４９  火力発電装置、  ５０  中空杭、  ５２  第１の管、  ５４  第２の管、  ５６  給水管、  ５８  蒸気発生装置、  ６０  過熱蒸気生成装置、  ６１  筒状部材、  ６２  ヒータ、  ６４  蒸気供給管、  ６６  高周波加熱装置、６７  フィルタ、  ６８  ガス回収口、  ７０  可燃ガス供給管、  ７２  空気供給管、  ７４  燃焼室、  ７６  バーナ、  ７８  タービン、  ８０  ロータ、  ８２  ステータ、  ８４  回転軸、  ８６  排気路、  ８７  廃棄機構、  ８８  廃棄路、  ９０、３０１  杭打ち装置、  ９２  本体支持部、  ９３Ａ  第１の脚部、  ９３Ｂ  第２の脚部、  ９４  杭把持部、  ９５  腕部、  １００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０  資源回収管、  １０１、１１１、１２１、１３１Ａ、１３１Ｂ、１４１、１５１  発熱帯、  １０２、１１２、１２２、１３２Ａ、１３２Ｂ、１４２  絶縁帯、  １０３、１１３、１２３、１３３、１４３、１５３  孔部、  １４１Ａ  第１の発熱帯、  １４１Ｂ  第２の発熱帯、  １４１Ｃ  第３の発熱帯、  １４２Ａ  第１の絶縁帯、  １４２Ｂ  第２の絶縁帯、  １４２Ｃ  第３の絶縁帯、  １４３Ａ  第１の孔部、  １４３Ｂ  第２の孔部、  １４３Ｃ  第３の孔部、  １６１、１６４  被加熱部材、  １６２  誘導部、  １６３  交流電源、  ２００  掘削機構、  ２０１  外管、  ２０２  内管、  ２０３  回転管、  ２０４  タービン、  ２０５  返し部、  ２０６  ベンチュリ部、  ２０７  カッターヘッド、  ２０８  中央孔、  ２０９  周辺孔、  ２１０  外側流路、  ２１１  外側流路壁、  ２１２  連通孔、  ２２０  第１のセメント粒子、  ２２１、２３１  外側部、  ２２２、２３２  内側部、  ２３０  第２のセメント粒子、  ３０２  外側中空杭、  ３０３  内側中空杭、  ３０４  シリンダ、  ３０５  外側杭打ち部、  ３０６  内側杭打ち部、  ３０７  傾きセンサ、  ３０８  杭打ち制御部、  ３１４  ロッド、  ３１５、３１６  モータ、  ３２４  ロッドケース、  ３２５、３２６  ベアリング、  ３３５、３３６  中空杭固定部。
【図１】
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【図２】
0006295090.tif 000003
【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】
0006295090.tif 000008
【図８】
0006295090.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
0006295090.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
0006295090.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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