(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水上船舶と、
前記水上船舶に固定された海中操向機であって、前記水上船舶により曳航されるように構成された前記海中操向機と、
前記海中操向機に接続される団塊集鉱装置であって、海底に配置される前記団塊集鉱装置と、
前記団塊集鉱装置の位置を測定するように、かつ前記団塊集鉱装置の位置情報を前記海中操向機と前記水上船舶に伝達するように構成された位置測定デバイスと
を備える海底団塊集鉱システム。
【請求項２】
前記海中操向機が、前記位置測定デバイスからの前記団塊集鉱装置の位置情報の受信に応答して前記団塊集鉱装置の向きを変えるように構成されている、請求項１に記載の海底団塊集鉱システム。
【請求項３】
前記海中操向機が、前記団塊集鉱装置に近接して配置されている、請求項１に記載の海底団塊集鉱システム。
【請求項４】
前記海中操向機が、遠隔操作探査機の形態である、請求項１に記載の海底団塊集鉱システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海底団塊選鉱システムに関する。本発明は、排他的ではないが特に、深海底にある鉱物団塊を採掘するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
海洋の至る所、特に、ハワイ諸島の南方の中部太平洋における広い地域では、深海底の泥状の表層に多金属団塊が存在する。団塊は、大きさが小石大から拳大まで様々であり、一般に水深約５，０００メートルの所にある。
【０００３】
１９７０年代後半から、深海の海底から団塊を採掘するために商業的に実行可能な解決策を生み出すための様々な試みがなされてきた。
【０００４】
ある従来技術の解決策が、米国特許第４，０４２，２７９号明細書に記載されている。この解決策は、海底団塊回収機と、海底団塊回収機から水上船舶に鉱石を移送する鉱石揚鉱システムとを含む。
【０００５】
米国特許第４，０４２，２７９号明細書に記載されている海底団塊回収機は、水底用そりと称される回収機の範疇に属する。水底用そりは、一般的にそり自体の動力では移動できず、操向能力も有さない。記載のシステムにおいて、海底団塊回収機および関連の鉱石揚鉱システムは、水上船舶により曳航され、回収機の底面に隣接する海底から団塊を集鉱する。次いで、スラリー中の団塊は、回収機から鉱石揚鉱システムに、この場合はライザー管にポンプ輸送される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
米国特許第４，０４２，２７９号明細書に記載されている解決策は様々な欠点を有する。海底団塊回収機が海底から団塊を集鉱し、かつ集鉱された団塊を鉱石揚鉱システムに送るのに十分に有効である一方で、海底団塊回収機は、所定の経路を辿るように操向できず、ライザー管への抗力およびライザー管からの渦の離脱に起因して移動の際に「蛇行する」傾向がある。この影響は、水中を通る速度の増加に伴って悪化する。
【０００７】
海底団塊回収船舶が約５，０００メートルの深さで動作する状況では、所望の経路を維持できないことにより、海底から団塊を回収する速度が大幅に低減される。
【０００８】
米国特許第４，０４２，２７９号明細書に記載されているシステムの更なる欠点は、水上船舶および鉱石搬送システムに関連するコストである。水上船舶は、海底に向かって延びるライザーシステムであって、鉱石を水上船舶に搬送するのに十分な長さのライザーシステムを有するのに十分な大きさである必要がある。
【０００９】
この規模のライザーシステムに関連する重量はかなりのものであり、したがって、水上船舶は、その重量を支持する大きさである必要がある。このことにより、海底団塊回収船舶が任意の所定の時間内に比較的少量の団塊を回収することしかできない状況では、運転コストが非常に高くなる。
【００１０】
本明細書に含まれている文書、行為、材料、デバイス、物品などのどんな説明も、単に本発明の内容を提供することを目的としたものにすぎない。これらの事項の一部または全てが、先行技術基準の一部を形成したり、本出願の各請求項の優先日以前に存在していたために本発明に関連する分野において共通する一般知識であったりすることを認めるものと解釈するべきではない。
【００１１】
本発明の目的は、上記の問題の１つもしくは複数を克服または少なくとも軽減すること、および／または消費者に有用なまたは商業的な選択肢を提供することである。
【００１２】
本発明の他の好ましい目的は、以下の記載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】
唯一の形態または実際に最も広い形態である必要はないが、一形態において、本発明は、水上船舶と、水上船舶に固定された海中操向機であって、水上船舶により曳航されるように構成される海中操向機と、海中操向機に接続された団塊集鉱装置であって、海底に配置される団塊集鉱装置と、団塊集鉱装置の位置を測定し、かつ団塊集鉱装置の位置情報を海中操向機と水上船舶に伝達するように構成された位置測定デバイスとを備える海底団塊選鉱システムに関するものである。
【００１４】
好適には、海中操向機は、団塊採掘装置の向きを変えるように構成される。好適には、海中操向機は、位置測定デバイスからの団塊集鉱装置の位置情報の受信に応答して団塊集鉱装置の向きを変えるように構成される。
【００１５】
別の形態において、本発明は、支持部材と、２つ以上の団塊集鉱デバイスであって、各団塊集鉱デバイスが支持部材に固定されるとともに、団塊集鉱デバイスの底面に隣接する海底から鉱石団塊を集鉱し、かつこれらの団塊を出口管に送るように構成される団塊集鉱デバイスと、集鉱された鉱石団塊を各団塊集鉱デバイスの出口管から受け入れかつ集鉱された団塊を海底に列の形態で再び堆積させるように構成された合流出口管とを備える団塊集鉱装置に関するものである。
【００１６】
なお更なる形態において、本発明は、団塊集鉱装置を海底に沿って水上船舶の後方に曳航するステップと、団塊集鉱装置が所定の経路からいつ外れたかを測定するステップと、団塊集鉱装置の向きを変えて団塊集鉱装置を所定の経路に戻すステップとを含む海底採掘方法に関するものである。
【００１７】
好ましくは、海中操向機は、水上船舶と団塊集鉱装置との間に配置され、かつ団塊採掘装置の向きを変えるように構成される。
【００１８】
本発明の更なる特徴は、以下の記載から明らかになるであろう。
【００１９】
本発明の理解を助け、当業者が本発明を実際に実施できるように、添付の図面を参照しながら本発明の好ましい実施形態をほんの一例として記載する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明の実施形態による海底団塊選鉱システムの概略平面図を示す。
【図２】図２は、本発明の実施形態による海底団塊選鉱システムの概略斜視図を示す。
【図３Ａ】図３Ａは、図１に示す海底団塊選鉱システムの海底回収装置の一部を形成する支持部材の平面図を示す。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図１に示す海底団塊選鉱システムの海底回収装置の一部を形成する代替的な支持部材の平面図を示す。
【図３Ｃ】図３Ｃは、図１に示す海底団塊選鉱システムの海底回収装置の一部を形成する代替的な支持部材の平面図を示す。
【図３Ｄ】図３Ｄは、図１に示す海底団塊選鉱システムの海底回収装置の一部を形成する代替的な支持部材の平面図を示す。
【図３Ｅ】図３Ｅは、図１に示す海底団塊選鉱システムの海底回収装置の一部を形成する代替的な支持部材の平面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１は、本発明の実施形態による海底団塊選鉱システム１００の概略平面図を示しており、また図２は、海底団塊選鉱システム１００の概略斜視図を示している。
【００２２】
海底団塊選鉱システム１００は、水上船舶１１０と、索１０１によって水上船舶に固定された海中操向機１２０と、索１０２によって海中操向船舶１２０に固定された団塊集鉱装置１３０とを有する。海底団塊選鉱システム１００は更に、索１０３によって水上船舶１１０に固定された位置測定デバイス１４０を備える。
【００２３】
水上船舶１１０は、ボート、引き船または船の形態である。先述のように、海中操向機１２０は、頑丈な曳航ケーブルなどの形態の索１０１によって水上船舶１１０に接続される。
【００２４】
海中操向機１２０は、当技術分野で知られるような遠隔操作探査機（ＲＯＶ）の形態であることが好ましい。ＲＯＶは、深海油田プロジェクトにおいて広く使用され、ならびに、実質的には、遠隔操作されるように構成され、かつ／または所定の進路を辿るようにプログラムされる潜水艇である。
【００２５】
海中操向機１２０は、水上船舶１１０により曳航される。
【００２６】
団塊集鉱装置１３０は、索１０２によって海中操向機１２０に接続される。海中操向機１２０は、団塊集鉱装置１３０に近接して配置され、かつ水上船舶１１０から離れて配置される。一例として、団塊集鉱装置１３０が水深約５，０００メートルで動作する状況では、水上船舶１１０と団塊集鉱装置１３０との間の距離が８，０００メートルである可能性がある。その距離では、海中操向機１２０は、団塊集鉱装置１３０から約２０〜１００メートルに配置されることが好ましい。
【００２７】
図示の実施形態では、２本の固定ケーブルが、海中操向機１２０を団塊集鉱装置１３０に接続する。代替的な形態は、より多くのケーブルまたは更には添え索のケーブルを含んでもよく、それらのいくつかが海中操向機１２０に装着された油圧レバーまたは機械的レバーを介してのトリム制御を特徴としてもよい。
【００２８】
図示の実施形態では、海中操向機１２０を海床よりも数メートル〜数１０メートル上方の水中に浮遊させる。代替的な形態では、案内輪または案内スキッドを介して海中操向機１２０を海床に接続してもよい。
【００２９】
図示の実施形態において、団塊集鉱装置１３０は、複数の団塊集鉱デバイス１３２が固定された支持部材１３１を備える。好ましい形態において、各団塊集鉱デバイスは、水底用そりであり、米国特許第４，０４２，２７９号明細書に記載されている通りに機能する。
【００３０】
各索１０２は、その両端部が支持部材１３１に取り付けられる。実施形態において、支持部材１３１は、図示のように、支持部材１３１の前縁側の凹縁と後縁の凸縁とを有する弓形状である。支持部材１３１は、剛性梁の形態であることが好ましい。好ましい形態において、各団塊集鉱デバイス１３２は、ヒンジまたはばねなどによって支持部材１３１に固定される。
【００３１】
各団塊集鉱デバイス１３２は、各団塊集鉱デバイス１３２の端部に取り付けられた出口管または油圧コンベヤ１３３を有する。各出口管または油圧コンベヤ１３３は、それぞれの団塊集鉱デバイスの底面に隣接して集鉱された団塊を受け入れ、かつこれらの団塊を合流する出口管または油圧コンベヤ１３４に送るように構成される。好ましい形態において、出口管または油圧コンベヤ１３３は、可撓性のリンク機構により団塊集鉱デバイス１３２に取り付けられ、出口管または油圧コンベヤ１３４は、可撓性のリンク機構により出口管または油圧コンベヤ１３３に取り付けられる。
【００３２】
別の形態では、出口管または油圧コンベヤ１３４を支持部材１３１と一体化させるかまたは接合してもよい。
【００３３】
合流出口管または油圧コンベヤ１３４は、各団塊集鉱デバイス１３２により集鉱された団塊を海底に排出するように作製される。
【００３４】
好ましい形態において、団塊を合流する出口管または油圧コンベヤ１３４に沿って送るための水圧は、水中を通る海底選鉱システムの前進運動によりもたらされる。
【００３５】
位置測定デバイス１４０は、曳航索１０３によって水上船舶１１０に接続される。実施形態において、位置測定デバイス１４０は、団塊集鉱装置１３０に配置されるビーコン（図示せず）と通信して、当技術分野で知られる超短基線音響測位システムを共に形成するように構成された水上曳航されるトランスポンダの形態である。このように、位置測定デバイス１４０は、以下により詳細に説明するように、海中操向機１２０の向きの制御を補助するために、団塊集鉱装置１３０の位置を測定し、かつ団塊集鉱装置１３０の位置を伝達するように構成される。
【００３６】
代替的な実施形態において、位置測定デバイス１４０は、海中操向機１２０または実際には団塊集鉱装置１３０に配置されてもよく、かつ加速度計、ＧＮＳＳシステムまたは他の同様の位置測定技術の形態であってもよい。このような構成において、位置測定デバイス１４０は、団塊集鉱装置１３０の位置を測定し、かつ団塊集鉱装置１３０の位置を海中操向機１２０に伝達するように機能する。
【００３７】
使用中に、水上船舶１１０は、海中操向船舶１２０、団塊集鉱装置１３０および位置測定デバイス１４０の全てを所定の経路に沿って曳航し、これにより海底から団塊を採掘する。
【００３８】
団塊集鉱装置１３０が曳航されているときに、索１０１にかかる抗力が、先述のように団塊集鉱装置１３０を蛇行させる可能性がある。位置検出デバイス１４０は、先に説明したように、団塊集鉱装置１３０の位置を検出するように構成される。団塊集鉱装置１３０が所定の経路から外れて移動すると、位置検出デバイス１４０がこの事象およびまたその移動の詳細を水中操向船舶１２０に伝達する。その結果、水中操向船舶１２０は、団塊集鉱装置１３０を所定の経路に戻すために進路を調整する。
【００３９】
結果として、本発明の海底団塊選鉱システム１００は、団塊の回収を所定の経路に沿って実行できることを確実にすることにより海底に存在する団塊を効果的かつ効率的に回収できる深海団塊回収システムを提供することができる。こうして、許容量の団塊が海底に残されることがなく、かつ／または、海底採掘装置が既に部分的に開発された海底の上を曳航されることがない。
【００４０】
団塊集鉱装置１３０が、水上船舶１１０により海底における所定の経路に沿って曳航されているときに、各団塊集鉱デバイス１３２は、各団塊集鉱デバイスの底面に隣接する海底から団塊を集鉱し、かつ集鉱された団塊を各団塊集鉱装置のそれぞれの出口管１３３に送る。
【００４１】
先述のように、好ましい形態では、この集鉱は、相互参照により本明細書に組み込まれる米国特許第４，０４２，２７９号明細書に記載されている通りに行われる。代替的な形態において、各団塊集鉱デバイスは、他のタイプの水底用そりの形態であってもよい。
【００４２】
各出口管１３３は、集鉱された団塊を合流出口管１３４に送り、次いで、この合流出口管１３４が、集鉱された団塊１０４を海底に堆積させる。
【００４３】
海底採掘装置は、海底における所定の経路を辿るときに、移動の際の比較的狭い軌道で集鉱された団塊の列を残す。そして、これにより、後部索により海底回収装置に接続された鉱石揚鉱システムを備えた別の船舶が、集鉱された団塊を海底から海上に揚鉱および移送することが可能となる。
【００４４】
このプロセスは、より管理可能な速度での水上船舶の１回の通過毎に比較的大量の団塊を集鉱するために鉱石揚鉱システムが取り付けられた大型船舶を利用することに関連する大きな運転コストがかかる既知の集鉱方法を上回る商業的な利益を提示する。
【００４５】
図３Ａ〜図３Ｅは、団塊集鉱装置１３０の一部を形成する代替的な支持部材の平面図を示している。
【００４６】
図３Ａに示す支持部材２３１は、第１の支持部材２３１Ａと、第１の支持部材２３１Ａに対してある角度で配設された第２の支持部材２３１Ｂとで形成される。好ましい形態では、その角度が約９０度であり、支持部材２３１Ａおよび２３１Ｂが、支持部材２３１の後縁に凸縁を形成する。
【００４７】
図３Ｂに示す支持部材３３１は、弓形状であり、支持部材３３１の前縁側の凸縁と後縁の凹縁とを有する。
【００４８】
図３Ｃに示す支持部材４３１は、図示のような直線部材で形成される。
【００４９】
図３Ｄに示す支持部材１３１は、先に記載した通りである。
【００５０】
図３Ｅに示す支持部材５３１は、第１の支持部材５３１Ａと、第１の支持部材５３１Ａに対してある角度で配設された第２の支持部材５３１Ｂとで形成される。好ましい形態では、その角度が約９０度であり、支持部材５３１Ａおよび５３１Ｂが、支持部材５３１の前縁に凸縁を形成する。
【００５１】
団塊集鉱装置１３０が複数の団塊集鉱デバイス１３２と共に示されているが、海底採掘するシステムおよび方法１００は、単一の団塊集鉱デバイス１３２、２つの集鉱デバイス１３２または３つ以上の団塊集鉱デバイス１３２を有する海底回収装置を利用してもよい。
【００５２】
本明細書全体を通して、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」という用語、または「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」もしくは「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」などの変化形は、記述されている要素、整数もしくはステップ、または要素、整数もしくはステップの群の包含を示唆するものの、他のいずれの要素、整数もしくはステップ、または要素、整数もしくはステップの群を排除するものではないと理解すべきである。
［発明の項目］
［項目１］
水上船舶と、
前記水上船舶に固定された海中操向機であって、前記水上船舶により曳航されるように構成された前記海中操向機と、
前記海中操向機に接続される団塊集鉱装置であって、海底に配置される前記団塊集鉱装置と、
前記団塊集鉱装置の位置を測定するように、かつ前記団塊集鉱装置の位置情報を前記海中操向機と前記水上船舶に伝達するように構成された位置測定デバイスと
を備える海底団塊選鉱システム。
［項目２］
前記海中操向機が、前記位置測定デバイスからの前記団塊集鉱装置の位置情報の受信に応答して前記団塊集鉱装置の向きを変えるように構成されている、項目１に記載の海底団塊選鉱システム。
［項目３］
前記海中操向機が、前記団塊集鉱装置に近接して配置されている、項目１に記載の海底団塊選鉱システム。
［項目４］
前記海中操向機が、遠隔操作探査機の形態である、項目１に記載の海底団塊選鉱システム。
［項目５］
支持部材と、
２つ以上の団塊集鉱デバイスであって、各団塊集鉱デバイスが前記支持部材に固定されるとともに、前記団塊集鉱デバイスの底面に隣接する海底から鉱石団塊を集鉱するように、かつ集鉱された団塊を出口管に送るように構成された団塊集鉱デバイスと、
前記集鉱された鉱石団塊を各団塊集鉱デバイスの前記出口管から受け入れるように、かつ前記集鉱された団塊を前記海底に列状に再び堆積させるように構成された合流出口管と
を備える団塊集鉱装置。
［項目６］
前記支持部材が、前記支持部材の前縁側に凹形状を有する、項目５に記載の団塊集鉱装置。
［項目７］
前記支持部材が、前記支持部材の後縁に凸形状を有する、項目６に記載の団塊集鉱装置。
［項目８］
前記支持部材が、弓形状である、項目５に記載の団塊集鉱装置。
［項目９］
前記支持部材が、剛性梁の形態である、項目５に記載の団塊集鉱装置。
［項目１０］
前記合流出口管が、油圧コンベヤの形態である、項目５に記載の団塊集鉱装置。
［項目１１］
前記鉱石団塊が、各団塊集鉱デバイスの前記出口管に沿って前記合流出口管に送られ、かつ前記鉱石団塊を前記団塊集鉱装置の前進運動により生成された水圧の力により前記海底に列状に再び堆積される、項目５に記載の団塊集鉱装置。
［項目１２］
団塊集鉱装置を海底に沿って水上船舶の後方に曳航するステップと、
前記団塊集鉱装置が所定の経路からいつ外れたかを測定するステップと、
前記団塊集鉱装置の向きを変えて前記団塊集鉱装置を所定の経路に戻すステップと
を含む海底採掘方法。
［項目１３］
海中操向船舶が、前記水上船舶と前記団塊集鉱装置との間に配置され、かつ前記団塊採掘装置の向きを変えるように構成されている、項目１２に記載の海底採掘方法。
【図１】
0006405597.tif 000002
【図２】
0006405597.tif 000003
【図３Ａ】
0006405597.tif 000004
【図３Ｂ】
0006405597.tif 000005
【図３Ｃ】
0006405597.tif 000006
【図３Ｄ】
0006405597.tif 000007
【図３Ｅ】
0006405597.tif 000008