CN104564080A - 用于采集深海底矿物资源的缓冲系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于采集深海底矿物资源的缓冲系统。根据本发明的用于采集深海底矿物资源的缓冲系统，包括：储料部，用于将破碎的矿物资源流入而储存并向上部送出；第一配管，以与储料部的上部相连通的方式设置，用于使矿物资源流入；进料部，设在储料部的下部，用于使矿物资源向上部排出；第二配管，以与进料部相连通的方式设置，用于打捞矿物资源；液压部，设在储料部的下部，将从水上船接收的电力转换为液压动力，用于驱动包括用于使矿物资源向第一配管流入的驱动马达在内的至少一个促动器；以及结构框架，通过与打捞管的连接向缓冲系统传递外力负载，并形成缓冲系统的外部框架，用于保护内部的装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种包括锰结核的深海底矿物资源采矿系统的缓冲系统，尤其涉及，执行如下功能的用于采集深海底矿物资源的缓冲系统：将在集矿机器人采集并送出传递的破碎矿物储存在缓冲系统内部的功能；通过打捞管，以泥浆状态将破碎矿物从缓冲系统向水上船移送的打捞工程时，以流动保障(Flowassurance)的方式投入指定量的破碎矿物的功能；抑制与打捞管相连接的缓冲系统的振子运动的功能。
背景技术
深海底矿物资源大体上有锰结核，海底热液矿床，锰结壳等，全世界处于用于正式生产的市场进入阶段。
尤其，锰结核是含有铜，钴，镍，锰等的金属结核，其中锰的含量最多，由于呈像土豆一样的块状，因此称为“锰结核”。大小具有平均40～60mm的直径，通常是以鲨鱼的牙齿或者锰结核的碎块、石头之类的核为中心形成为同心圆状的结构。
这种锰结核由于产业性价值高，因此在1970年末，在海洋管理公司(OMI，OceanManagementIncorporated)等进行过用于商业性采矿的研究。关于采集系统提出各种方法。
记载在以下的现有技术文献的韩国登录特许第10-0664732号(2006年12月27日登录)揭示深海底矿物采矿用缓冲器，其特征在于，包括：框架10，具有规定的收容空间；连接管20，固定设置在上述框架10的顶侧，上述连接管20的上部与连接于水上船的打捞管40相连通，上述连接管20的下部形成有用于排出结核的排出口22，并形成有以规定角度向侧面分支而将末端与柔软管50相连通的分支管21，为了防止由于排出结核而导致的结构物损伤，将排出口22所处的下端部以规定角弯曲形成，与支撑板11贯通结合，上述支撑板11以稳定地支撑的方式与框架10结合支撑；以单向使结核流动的方式，在上述分支管21的分支支点内周缘和排出口22的上侧内周缘分别设置第一单向阀21a和第二单向阀22a。
但是不揭示如下功能：将在集矿机器人采集并送出传递的破碎结核储存在缓冲系统内部的功能；通过打捞管，以泥浆状态将破碎结核从缓冲系统向水上船移送的打捞工程时，以流动保障(Flowassurance)的方式投入指定量的破碎结核的功能，控制与打捞管相连接的缓冲系统的振子运动的功能。
现有技术文献
专利文献
专利号：韩国登录特许第10-0664732号(2006年12月27日登录)
发明内容
本发明是为了解决如上所述的以往技术的问题而提出的，本发明的目的在于，提供用于采集深海底矿物资源的缓冲系统，上述缓冲系统用于尤其执行以下功能：将在集矿机器人采集并送出传递的破碎结核储存在缓冲系统内部的功能；通过打捞管，以泥浆状态将破碎结核从缓冲系统向水上船移送的打捞工程时，以流动保障(Flowassurance)的方式投入指定量的破碎结核的功能；控制与打捞管相连接的缓冲系统的振子运动的功能。
为此，本发明的用于采集深海底矿物资源的缓冲系统包括：储料部，用于将破碎的矿物资源流入而储存并向上部送出；第一配管，以与上述储料部的上部相连通的方式设置，用于使上述矿物资源流入；进料部，设在上述储料部的下部，用于使矿物资源向上部排出；第二配管，以与上述进料部相连通的方式设置，用于打捞上述矿物资源；液压部，设在上述储料部的下部，将从水上船接收的电力转换为液压动力，用于驱动包括用于使上述矿物资源向第一配管流入的驱动马达在内的至少一个促动器；以及结构框架，通过与打捞管的连接向缓冲系统传递外力负载，并形成上述缓冲系统的外部框架，用于保护内部的装置。
并且，本发明的用于采集深海底矿物资源的缓冲系统，包括用于远程控制进料部和液压部的测量控制部。
而且本发明还包括用于抑制缓冲系统的振子运动，并控制进行方向的推进单元。
另一方面，本发明的用于采集深海底矿物资源的缓冲系统的测量控制部在内部设有能够承受深海压力的至少一个耐压容器。
根据本发明，储料部的内部包括：分离部，用于分离通过第一配管向上述分离部的上部流入的矿物资源和堆积物；以及储存放出部，储存由分离部分离的矿物资源，储存矿物资源并使储存的矿物资源均匀地向进料部放出。
另一方面，本发明的进料部具有内部呈螺旋形状的进料器，上述进料部的一端以直角与第二配管的一端相连通。
并且，本发明的结构框架包括：上部框架，以凸出圆锥结构设在上述结构框架的最上端；中间框架，以圆筒结构设在上述结构框架的中间；下部框架，以凹陷圆锥结构设在上述结构框架的下部；以及基础框架，以圆筒结构设在结构框架的最下端，用于支撑结构框架。上部框架、中间框架、下部框架以及基础框架以螺钉-螺母的方式紧固来形成一个结构体，上述结构体置于被固定的基础框架上，上述结构体包括3个以上的金属线固定手柄。分别包括8个垂直部件。另一方面，基础框架在船上保管以及维护维修时使用，一体化的缓冲系统置于基础框架上，从缓冲系统内的框架通过额外的金属线与周边相连接从而容易进行固定。
而且，根据本发明，包括：上部框架以及第二配管和打捞管的连接部位包括第一外力抵消单元，在下部框架以及第一配管和柔软管的连接部位包括第二外力抵消单元。
最后，根据本发明，第二配管以垂直的方式与下部连通而连接，可容易将降落的矿物资源向海底面排出。
并且，本发明的矿物资源包括锰结核。
本发明的特征及优点通过基于附图的发明内容将会变得更加明确。
据此，前面在本说明书及发明要求保护范围中使用的术语或词汇不得解释为常规、词典上的意义，应当立足于发明人为了通过最优的方法来说明自己的发明而可适当定义术语概念的原则上，将解释为符合于本发明的技术思想的意义和概念。
根据本发明的多种实施例，具有将从集矿机器人采集并送出的破碎结核储存在储料器的内部的效果。
并且，根据本发明的多种实施例，还具有能够以储存的矿物资源的打捞泥浆流动保障(Flowassurance)的方式投入指定量的破碎结核的效果。
而且根据本发明的多种实施例，具有如下效果，通过控制打捞管和缓冲系统的振子运动来提高缓冲系统以及集矿机器人之间的间距控制性能。
因此，根据本发明的多种实施例，最终具有如下效果，积极应付在深海底矿物资源的采集量变动并提高深海底矿物资源采矿系统的运用效率，从而提高采矿经济性。
附图说明
图1为简要示出本发明实施例的包括用于采集深海底矿物资源的缓冲系统的深海底矿物资源采矿系统的例示图。
图2为举例示出本发明实施例的用于采集深海底矿物资源的缓冲系统的例示图。
图3为仔细示出本发明实施例的结构框架的例示图。
图4为示出本发明实施例的储料部的上部的例示图。
图5为示出本发明实施例的储料部的下部和进料部的外罩的例示图。
图6为仔细示出本发明实施例的进料部的内部结构的立体图。以及
图7为示出本发明实施例的测量控制部的框图。
附图标记的说明
110：储料部 120：第一配管
130：第二配管 140：进料部
150：液压部 160：结构框架
170：测量控制部 180：推进单元
A：集矿机器人 B：打捞管
C：打捞泵 D：水上船
具体实施方式
本发明的目的、特定的优点及新颖的特征可通过与附图相关的以下发明内容和优选实施例将会变得更加明确。
本说明书中，在各图的结构要素附加附图标记时，应当注意针对相同的结构要素，即使显示在其他图上，但尽量采用相同附图标记。并且，“第一”、“第二”等术语是为了区分一个结构要素和其他结构要素而使用的，而结构要素并不局限于上述术语。
并且，以下使用的单数形态只要文句不表示与其明显相反的意思，也包含多数形态。说明书全文中，当某种部分“包括”某种结构要素时，这只要是无特别相反的内容，则意味着还可包括其他结构要素，而不是除其他结构要素之外。
对于图1至图7的相同部件，赋予了相同的附图标记。
并且，说明本发明时，当判断为对于相关公知功能或结构的具体说明导致本发明的主旨不明确的情况下，省略对其的详细说明。
以下，参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的说明。
图1为简要示出本发明实施例的包括用于采集深海底矿物资源的缓冲系统的深海底矿物资源采矿系统的例示图。
参照图1，本发明实施例的深海底矿物资源采矿系统由集矿机器人A，打捞管B，打捞泵C，缓冲系统100以及海上的水上船D构成。
采矿系统为将从深海底(5000m至6000m)的集矿机器人A采集的破碎的矿物资源通过与水上船D的下部连接的打捞管B提供至水上船D的系统。尤其矿物资源优选地包括锰结核。
在这里，缓冲系统100起到将在集矿机器人A采集并送出传递的破碎结核储存在储存单元(Reservoir)内的功能。而且，缓冲系统100具有以打捞泥浆流动保障(Flowassurance)的方式将指定量的破碎结核用打捞管B供给(feeding)至水上船D的功能。
参照图2，对起到这种功能的本发明实施例的用于采集深海底矿物资源的缓冲系统100进行详细说明。
图2为举例示出本发明实施例的用于采集深海底矿物资源的缓冲系统的例示图。
参照图2，本发明的用于采集深海底矿物资源的缓冲系统100，包括：储料部110，用于将破碎的矿物资源流入而储存，并向上部排出；第一配管120，以与储料部110的上部相连通的方式设置，用于使矿物资源流入；进料部140，以与储料部110的下部相连通的方式设置，用于使矿物资源向上部排出(参照图5及图6)；第二配管130，以与进料部140相连通的方式设置，用于打捞矿物资源；液压部150，将从水上船D接收的电力转换为液压动力，用于启动包括进料部140的驱动马达142在内的各种促动器；以及结构框架160，通过与打捞管的连接向缓冲系统传递外力负载，并形成缓冲系统的外部框架，用于保护内部的装置。
对如图2所示构成的本发明实施例的用于采集深海底矿物资源的缓冲系统100进行详细说明如下。
首先，揭示结构框架160。
结构框架160形成缓冲系统100的外部框架，从而为了保护内部装置而执行向打捞管(未图示)传递负载的作用。为了对此进行详细说明，将参照以下图3。
图3为仔细示出本发明实施例的结构框架160的例示图。
参照图3，结构框架160包括：上部框架161，以凸出圆锥结构设在结构框架160的最上端；中间框架162，以圆筒结构设在结构框架160的中间；下部框架163，以加固的圆筒结构设在结构框架160的下部；以及基础框架164，以圆筒结构设在结构框架160的最下端，在将结构框架160装载于船上以及保管时支撑结构框架160。
即，本发明实施例的结构框架160以四段分离型由上部框架161、中间框架162、下部框架163、基础框架164构成。
首先，上部框架161位于缓冲系统100的最上部，上部框架161的中央上部与打捞管相连接，上部框架161的中央下部与第二配管130相连接。
尤其，在上部框架161的中央上部设有第一外力抵消单元，第一外力抵消单元的一面与上部框架相紧固，另一面与打捞管相紧固。
而且优选地，使用SS400槽形钢作为结构框架160的材质，但并不局限于此。
另一方面，在下部框架163的中央下部设有第二外力抵消单元，第二外力抵消单元的一面与下部框架163相紧固，第二外力抵消单元的另一面与流入管相紧固。
在这里，打捞管是用于将储存在缓冲系统100的矿物资源向海水面的水上船D移送的流动管，流入管是用于将矿物资源从集矿机器人A向缓冲系统100流入并允许集矿机器人A与缓冲系统100之间的规定水平以下的间距变化的柔软管。
优选地，各框架自下而上依次以螺钉-螺母方式相紧固。
如此组装之后，执行钓钩(shotting)，利用环氧树脂涂装，从而防止海水的腐蚀。而且各框架为了承受深海底的压力而包括多个垂直部件，本发明的实施例中图示8个，但是不局限于此。
再次参照图2，所示的储料部110的本体内置在中间框架162。
参照图4以及图5，对如此内置在中间框架162的储料部110进行详细说明。
图4为示出本发明实施例的储料部110的上部111的例示图，图5为示出本发明实施例的储料部110的下部112和进料部140的外罩的例示图。
首先参照图4，本发明实施例的储料部110的上部111在最上端中央连通连接第一配管120，上述第一配管120用于将矿物资源从集矿机器人A流入。
而且虽然未图示，优选地，设有用于分离通过第一配管120流入的破碎的矿物资源和堆积物的单元。
另一方面，进料部140起到通过第二配管130向打捞管送出破碎的矿物资源的作用。
参照图5，对进料部140的连接关系进行说明，本发明实施例的进料部140的一端与储料部110的下部112相连通而连接。进料部140的另一端与第二配管130相连通而连接。
通过以下图6，对本发明实施例的进料部140进行详细说明。
在这里进料部140和第二配管130几乎以直角连通，其理由如下。
假如系统出现异常而导致打捞的矿物资源不再往上部打捞时，矿物资源由自重向下部降落。
这种降落矿物资源再次向储料部110内流入的情况下，因超过储料器的储存限度的过多的流入量而有损伤储料部110的风险。
因此第二配管130的下部以垂直方式与排出配管113相连通，将降落的矿物资源向外部放出。
即，从进料部140供给的矿物资源能够容易通过第二配管130送出，在第二配管130降落的矿物资以通过排出配管113向海底面降落的方式构成，来防止矿物资源过度流入储料部110，由此保护储料器110。
图6为仔细示出本发明实施例的进料部的内部结构的立体图。
参照图6，本发明实施例的进料部140包括螺旋部141和驱动马达142。
进料部140执行将临时储存在储料器110的内部的矿物资源按照打捞所需的用量往第二配管130注入的作用。
在这里优选地，螺旋部141使用阿基米德螺旋，驱动马达142优选为液压马达，但是并不局限于此。
优选地，螺旋部141的两端具有轴承a、轴承b和联轴节c、联轴节d，并与由油填充的压力补偿器(未图示)相连接。
尤其进料部140组装时使用不锈钢螺钉而紧固，并使用特殊防水用润滑脂。
材质优选为STS304，但是这也并不局限于此。
而且优选地，进料部140借助接下来要说明的测量控制部170来驱动。
接下来，揭示液压部150。
液压部150能够由储存单元和促动器、液压动力单元(HPU，HYDRAULICPOWERUNIT)，工作油压力补偿器、电子部件压力补偿器、过滤器、远程压力调节阀、安全阀、阀组、控制部等构成。
液压部150以能够在深海底使用的方式设计，在概念上，与集矿机器人A的液压系统相同。
而且本发明实施例的用于采集深海底矿物资源的缓冲系统100还包括测量控制部170。
图7为示出本发明实施例的测量控制部的框图。
参照图7，本发明实施例的测量控制部170包括：主-电源耐压容器(Main-Power pressure housing)171、照相机-流量耐压容器(Camera-Flowpressure housing)172、电力连接箱(Power junction box)173、变压器箱(Trans box)174、信号-流量连接箱(Signal-Flow Junction box)175以及阀块(Valve block)176。
参照图7对本发明实施例的测量控制部170进行详细说明如下。
本发明实施例的缓冲系统100为了运用而要求具有传感器和电子装备的电源供给以及控制且监测和通信功能的耐压容器。
优选地，主-电源耐压容器(Main-Powerpressurehousing)171结合了起到中央控制作用的主耐压容器和负责所有传感器以及电子装备的电源供给的电源耐压容器的功能。
主-电源耐压容器171安装有遥控器、开关模式电源(SMPS，SwitchMode Power Supply)、通信转换装置、导航传感器、具有LED照明的亮度调整的功能的调光(Dimming)板等，利用光通信将促动器以及传感器的信号向运用测量控制部170(图2参照)的控制增值网(ControlVAN)传递。
尤其SMPS采用发热低的产品，从而能够改善因电引起的电子装备的功能受损问题。
并且，优选地，将主-电源耐压容器171的内部框架分离为产生热源的内部框架和不产生热源的内部框架，来有效地配置。
例如，优选地，主-电源耐压容器171为了使封闭的耐压容器内的空气流动变得顺畅，将设计成适合圆形的气缸的内部框架的板结构设计为热循环好的结构来使热问题最小化。
另一方面，照相机-流量耐压容器(Camera-Flowpressurehousing)172收集缓冲系统100的视觉性监测功能和流量、油压、漏水、油温等传感器的信息，向水上船D的控制室传送。
照相机-流量耐压容器172具有将来自水下照相机的模拟信号转换为数字信号，通过LAN通信传送信号的功能和控制云台(Pan&Tilt)的功能。并且，照相机-流量耐压容器172具有收集深度、来自液压促动器的流量测量用传感器、各压力补偿容器的水压的用于验证稳定性的漏水、油温等所有的传感器信息，通过串行通信传送的功能。
另一方面，缓冲系统100的压力补偿容器包括：电力连接箱(Powerjunction nbox)173、变压器箱(Tran sbox)174、信号-流量连接箱(Signal-Flow Junction box)175以及阀块(Valve block)176。
首先，电力连接箱173起到分支从变压器箱174接收的220V电源并将电源供给到液压动力单元(HPU，HYDRAULICPOWERUNIT)的作用。
变压器箱174接收水上船D的高压电源(2800V，3300V)，来转换为220V的电子装备驱动电源。这时，因由降压变压器引起的噪声使信号传递产生困难。
因此，优选地，为了防止此现象，适用有效于噪声改善的屏蔽变压器。
信号-流量连接箱175传递漏水、漏油、油温等的传感器信号。
尤其，优选地，信号-流量连接箱175缩略了起到传递以及分支集矿机器人A的信号的作用的信号连接箱和流量传感器的电源供给以及传递信号的流量连接箱的功能。
而且，优选地，信号-流量连接箱175起到控制阀块(Valve block)176的液压控制阀PWM16缓冲器的送出泵驱动用促动器的作用，适用用于防止逆起电压的板来进行稳定的液压控制。
另一方面，缓冲系统100的测量控制部170具有如下的配线方式。
优选地，测量控制部170的水中配线方式采用本身维护维修和油补偿方式，主要使用适合高压的深海环境的PBOF连接器。
并且，优选地，不需要大的维护维修的储存单元(Reservoir)的连接器由整备性好的现有的PBOF连接器更换为模具型连接器，从而节减了成本。
优选地，测量控制部170的通信方法，以在传感器之间使用串行通信和LAN通信来减少配线数并提高通信速度的方式设计。
最后参照图2，本发明实施例的缓冲系统100，优选地，还包括推进单元180，上述推进单元180用于抑制打捞管和缓冲系统100的振子运动，并且控制进行方向。
以上，图示说明了本发明的优选实施例，然而本发明不局限于上述特定的实施例，在不脱离本发明的主旨的情况下，本发明所属技术领域的普通技术人员当然可以进行多种变形，而这些变形不得单独从本发明的技术思想或前景得到理解。
Claims (13)
1.一种用于采集深海底矿物资源的缓冲系统，其特征在于，包括：
储料部，用于将破碎的矿物资源流入而储存并向上部送出；
第一配管，以与上述储料部的上部相连通的方式设置，用于使上述矿物资源流入；
进料部，设在上述储料部的下部，用于使矿物资源向上部排出；
第二配管，以与上述进料部相连通的方式设置，用于打捞上述矿物资源；
液压部，设在上述储料部的下部，将从水上船接收的电力转换为液压动力，用于驱动包括用于使上述矿物资源向第一配管流入的驱动马达在内的至少一个促动器；以及
结构框架，通过与打捞管的连接向缓冲系统传递外力负载，并形成上述缓冲系统的外部框架，用于保护内部的装置。
2.根据权利要求1所述的用于采集深海底矿物资源的缓冲系统，其特征在于，还包括测量控制部，上述测量控制部用于远程控制上述进料部和上述液压部。
3.根据权利要求2所述的用于采集深海底矿物资源的缓冲系统，其特征在于，上述测量控制部设在能够承受深海底的压力的至少一个耐压容器的内部。
4.根据权利要求1所述的用于采集深海底矿物资源的缓冲系统，其特征在于，上述储料部的内部包括：
分离部，用于分离通过上述第一配管向上述分离部的上部流入的上述矿物资源和堆积物；以及
储存放出部，储存由上述分离部分离的上述矿物资源，储存上述矿物资源并使储存的矿物资源均匀地向进料部放出。
5.根据权利要求1或4中任一项所述的用于采集深海底矿物资源的缓冲系统，其特征在于，上述进料部具有内部呈螺旋形状的进料器。
6.根据权利要求1所述的用于采集深海底矿物资源的缓冲系统，其特征在于，上述进料部的一端以直角与上述第二配管的一端相连通。
7.根据权利要求1所述的用于采集深海底矿物资源的缓冲系统，其特征在于，上述结构框架包括：
上部框架，以凸出圆锥结构设在上述结构框架的最上端；
中间框架，以圆筒结构设在上述结构框架的中间；
下部框架，以凹陷圆锥结构设在上述结构框架的下部；以及
基础框架，以圆筒结构设在上述结构框架的最下端，用于支撑在运用当中不使用而在船上等候的上述结构框架。
8.根据权利要求7所述的用于采集深海底矿物资源的缓冲系统，其特征在于，上述上部框架、上述中间框架、上述下部框架以及上述基础框架以螺钉-螺母的方式紧固，并分别包括8个垂直部件。
9.根据权利要求7所述的用于采集深海底矿物资源的缓冲系统，其特征在于，
上述上部框架、上述中间框架以及上述下部框架以螺钉-螺母的方式紧固而形成一个结构体；
上述结构体置于被固定的基础框架上，上述结构体包括3个以上的金属线固定手柄。
10.根据权利要求7所述的用于采集深海底矿物资源的缓冲系统，其特征在于，
上述上部框架在与上述第二配管的连接部位包括第一外力抵消单元；
上述下部框架在与上述第一配管的连接部位包括第二外力抵消单元。
11.根据权利要求1所述的用于采集深海底矿物资源的缓冲系统，其特征在于，还包括：
推进单元，用于抑制上述缓冲系统的振子运动，并且控制进行方向。
12.根据权利要求1所述的用于采集深海底矿物资源的缓冲系统，其特征在于，上述第二配管以垂直的方式与下部连通而连接，用于将降落的上述矿物资源向外部排出。
13.根据权利要求1所述的用于采集深海底矿物资源的缓冲系统，其特征在于，上述矿物资源为锰结核。
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