CN115190936A - 海床采矿车辆 - Google Patents
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Abstract
描述了一种深海采矿车辆，用于从很大深度处的海床收取矿物沉积物，并且可选地将所述沉积物输送至漂浮装置。车辆包括支撑框架，支撑框架设置有用于在海床上向前移动车辆的手段、设置有至少一个抽吸头、并且设置有临时存储部，至少一个抽吸头具有朝向海床定向的敞开抽吸侧，并且矿物沉积物和周围的水沿着该敞开抽吸侧收取，临时存储部经由抽吸管道连接到至少一个抽吸头，临时存储部用于收取的矿物沉积物。临时存储部包括具有前壁、后壁、侧壁、上壁和底部的储箱，其中，临时存储部还包括在上壁的位置处并且连接到前壁的用于抽吸管道的第一连接部分，以及在基本相同的高度处并且连接到后壁的用于基本上排放抽吸的水的排放管道的第二连接部分，其中，临时存储部还包括在底部的位置处并且连接到储箱的内部的用于基本上排放矿物沉积物的排放管道的第三连接部分。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于在很大深度处的海床上收集矿物沉积物并且将所述沉积物输送到漂浮装置或水上的其它存储部的深海采矿车辆。本发明还涉及一种用于利用深海采矿车辆在很大深度处收集矿物沉积物的方法，以及一种用于深海采矿车辆的抽吸头。矿物沉积物可以包括多金属结核，例如锰结核。
背景技术
鉴于世界人口的增长和自然资源的日益缺乏，对用于深海采矿的突破性技术的需求日益增加。多金属结核出现在许多海洋的海底上，并且含有基本的原材料，例如镍、钴和锰。在提取之后，存在于多金属结核中的金属可以例如应用于不锈钢、电池、风力涡轮机、光伏系统和其他有用的应用中。
在深海采矿中，海床可以位于距离海面4000-6000m或更多的距离处，因此，深海采矿装置必须能够承受在海床附近的这种深度处普遍存在的高压和其它恶劣条件。
深海采矿车辆通常从深海采矿船朝向海床下降。在此可以使用特别为该目的设计的下水装置，如果需要，该下水装置可以适应于深海采矿车辆的设计。布置在深海采矿车辆和深海采矿船之间的立管或立管柱进一步确保由深海采矿车辆收集的矿物沉积物从海床运送到位于水面上方的存储部。为此目的，深海采矿船设置有合适的泵送装备。如果需要，泵还可以在确定的水深处并入在立管柱中。立管柱和深海采矿车辆之间的柔性连接确保了车辆能够在海床上相对自由地移动。
显然，考虑到现场的恶劣条件，收集多金属结核并且然后将收集的多金属结核输送到水面上方的漂浮装置必须尽可能有效地进行。
发明内容
本发明的目的尤其是提供一种深海采矿车辆，由此能够以相对于现有技术提高的效率在很大深度处收集矿物沉积物。
为此目的，本发明包括根据权利要求1所述的深海采矿车辆。深海采矿车辆用于从很大深度处的海床收取矿物沉积物，并且可选地将所述沉积物输送至漂浮装置，车辆包括支撑框架，支撑框架设置有用于在海床上在移动方向上向前移动车辆的手段、设置有至少一个抽吸头、并且设置有临时存储部，至少一个抽吸头具有朝向海床定向的敞开抽吸侧，并且矿物沉积物和周围的水沿着该敞开抽吸侧收取，临时存储部经由抽吸管道连接到至少一个抽吸头，临时存储部用于收取的矿物沉积物，其中，临时存储部包括具有前壁、后壁、侧壁、上壁和底部的储箱，其中，临时存储部还包括在上壁的位置处并且连接到前壁的用于抽吸管道的第一连接部分，以及在基本相同的高度处并且连接到后壁的用于基本上排放抽吸的水的排放管道的第二连接部分，其中，临时存储部还包括在底部的位置处并且连接到储箱的内部的用于基本上排放矿物沉积物的排放管道的第三连接部分。
壁部分等的曲率与间隙状馈送开口和间隙状馈送开口的离开角度相结合，实现了从海床更有效地收取矿物沉积物，例如锰结核。间隙状馈送开口的离开角度相对于水平面优选在0°和45°之间，优选在20°和40°之间。
本发明的实施例涉及一种深海采矿车辆，其中，第一连接部分的横截面在平行于移动方向伸展的平面中是弓形。
在本发明的又一实施例中，提供了深海采矿车辆，其中第二连接部分具有细长的管状形状，并且在平行于深海采矿车辆的宽度方向伸展的方向上延伸。
通过深海采矿车辆获得另一实施例，其中第二连接部分包括内部格栅，该内部格栅覆盖第二连接部分的通流区域并且构造为阻挡相对小的矿物沉积物或其碎片。
另一实施例涉及深海采矿车辆，其中，内部格栅可从外部定位在关闭位置与打开位置之间的位置，在关闭位置，格栅覆盖通流区域，在打开位置，格栅仅覆盖通流区域的一部分。
又一实施例涉及深海采矿车辆，其中，侧壁朝向用于基本上排放矿物沉积物的排放管道的第三连接部分渐缩。
在进一步改进的实施例中，提供了深海采矿车辆，其还包括用于将高压下的水通过第三连接部分并且朝向排放管道的运送的手段。
又一实施例提供了深海采矿车辆，其中，临时存储部还包括在底部的位置处并且连接到储箱的内部的出口阀。
根据又一实施例，在车辆包括彼此平行设置的多个抽吸头时，可以改进深海采矿车辆的生产量。在此，抽吸头可以形成可共同操作的连接单元。优选地，还能够单独地操作抽吸头。
在此有利的是，深海采矿车辆根据一实施例特征在于，附接到彼此平行设置的相应的抽吸头的抽吸管道连接到第一连接部分。
又一实施例提供了深海采矿车辆，其中，抽吸头或多个抽吸头相对于海床是高度可调节的。
本发明的另一方面涉及一种用于根据本发明的深海采矿车辆的临时存储部。临时存储部包括具有前壁、后壁、侧壁、上壁和底部的储箱，其中，临时存储部还包括在上壁的位置处并且连接到前壁的用于抽吸管道的第一连接部分，以及在基本相同的高度处并且连接到后壁的用于基本上排放抽吸的水和沉淀物的排放管道的第二连接部分，其中，临时存储部还包括在底部的位置处并且连接到储箱的内部的用于基本上排放矿物沉积物的排放管道的第三连接部分。
根据本发明的又一方面，提供了一种用于在很大深度处的海床上收取矿物沉积物并且可选地将所述沉积物输送到漂浮装置的方法，方法包括提供根据本发明的深海采矿车辆，将深海采矿车辆连接到设置在漂浮装置与深海采矿车辆之间的悬垂线缆，将深海采矿车辆朝向海床下降，以及在海床上方或海床上向前移动深海采矿车辆以便收取矿物沉积物，以及可选地在收集矿物沉积物后将深海采矿车辆朝向漂浮装置拖拽。
本专利申请中描述的本发明的实施例能够以这些实施例的任何可能的组合来组合，并且每个实施例可以单独地形成分案专利申请的主题。
附图说明
现在将基于以下附图和优选实施例的描述进一步阐述本发明，但本发明并不限于此。在附图中：
图1是漂浮船和连接到该漂浮船的立管的组件的示意性的侧视图，根据本发明实施例的深海采矿车辆连接到其下侧；
图2是根据本发明实施例的深海采矿车辆的示意性的侧视图；
图3是根据本发明实施例的深海采矿车辆的示意性的前透视图；
图4是根据本发明实施例的深海采矿车辆的储料器的示意性的前透视图；
图5是如图4所示的储料器的示意性的后透视图；
图6是经过图4和图5所示的储料器的中心线的示意性的横截面。
具体实施方式
参考图1，示出了用于对矿物沉积物(例如多金属结核)的深海采矿的典型设备的一部分。该设备通常包括管状的立管柱2形式的输送系统(其长度可以为几千米，并且连接到漂浮船1)，诸如深海采矿车辆3的采矿装备附接到该立管柱。柔性连接软管组件4可以布置在立管2的下端7和深海采矿车辆3之间，该深海采矿车辆适应于在深海海底5上移动并且从该深海海底收集矿物沉积物。
连接组件4包括柔性海底软管40，其适应于将车辆3收集的矿物结核输送到刚性立管2。软管40可以设置有漂浮块41，该漂浮块补偿部件自身的重量并且在软管的一部分上生成向上的力，且形成S形。柔性连接组件4使得采矿车辆3能够具有确定的自由度以在海床5上四处移动，并且确保车辆不受立管2的移动的影响。为了支撑和提升车辆3，可以在船1和深海采矿车辆3之间设置钢吊线缆(未示出)。
如果需要，呈极长的管状的立管柱2形式的输送系统还可以包括在纵向方向上布置的多个泵模块10。泵模块10适应于在定向为远离海床5朝向海面的向上方向6上从海床5向上泵送矿物沉积物(结核)。也可以在立管柱2的下侧的位置处提供一个泵送站(未示出)。
图2示出了根据本发明优选实施例的深海采矿车辆3。深海采矿车辆3通常包括支撑框架300，该支撑框架设置有用于使深海采矿车辆3能够例如在海床上移动的手段301。这种手段可以采取履带301、轮子或其它移动手段的形式。
为了能够收取矿物沉积物，支撑框架300通常设置有结核收集头8、储料器32和出口33。由结核收集头8收取的水和矿物沉积物等的混合物从海床输送到深海采矿车辆3中。在深海采矿车辆3中，特别是在分离空间31中，混合物例如通过在出口33的入口处布置过滤器311而分成至少两部分。因此矿物结核与混合物中的大部分的水和若干更细颗粒分离。混合物中的水和更细颗粒经由出口33喷射回到周围区域中。出口33的横截面朝向外端增大，以便减小混合物在深海采矿船的后侧处的离开速度。
矿物结核捕获在储料器32中，在这种情况下，储料器用作存储部或临时存储部。在深海采矿车辆3形成如图1所示的深海采矿设备的一部分时，矿物结核可选地经由该临时存储部、可选地经由深海采矿车辆3的中心排放管泵送到软管40。储料器在两侧上设置有倾斜壁(10°-40°)，可选地设置有用于朝向中心排放管聚集结核的喷射馈送开口。由供应泵产生的在储料器的底部处的中心水流确保结核引导到中心排放管中。
在另一实施例中，可以为深海采矿车辆3设置用于收集矿物结核的结核仓(未示出)。
图3示出了根据本发明实施例的深海采矿车辆3的示意性的前透视图。从该视角可以再次看到，深海采矿车辆3包括支撑框架300和履带301。该视角特别示出了深海采矿车辆3，除了一个之外，还可以包括彼此平行设置的多个结核收集头8。
在使用情况下，这种结核收集头8将水高速地喷洒到海床上，以便由此将位于那里的矿物沉积物与供应的和周围的水混合。
这些结核收集头8通常包括泵81，该泵经由一个或更多个供应管道将水在高压下提供到抽吸头80。泵81也可以在两个或更多个结核收集头之间共用，其中，泵向两个头提供水。水从抽吸头80高速地喷射到海床上，使得可能位于那里的矿物沉积物与供应的和周围的水混合。水和海床的混合物经由结核收集头收取到深海采矿车辆3中，之后，如上文参考图2所述来对其进行处理。混合物从头80通过抽吸管道84接收在结核收集头8中。
一个或更多个结核收集头8能够基于经由安装在测量装备框架83上的测量装备对周围区域进行的测量来控制。
图4示出了可以形成深海采矿车辆3的一部分的临时存储部的前透视图，该临时存储部包括储箱，在该实施例中，该储箱通过储料器32实现。连接部分312位于储料器32的前壁327的上部，其中，连接部分312的数量与待连接到其上的抽吸管道84的数量对应。在该实施例中，连接部分312具有细长的管状形状，并且在平行于深海采矿车辆3的宽度方向的方向上延伸。连接部分312的形状在任何情况下都应当使得它们能够密封地联接到抽吸管道84。
分离空间31位于储料器32的上部，并且在分离空间的侧部上示出了轴313，该轴连接到布置在储料器32内的内部格栅311，并且可以通过致动器314在部分打开位置和关闭位置之间控制或移动。
在该实施例中，储料器32的前壁327和与其相对的后壁(该图中未示出)向下渐缩成一点，并且通过相应的侧壁321彼此附接。在侧壁321在底部会聚的位置处，储料器32还设置有连接部分，在该实施例中，该连接部分附接到排放管道322，该排放管道在该实施例中具有圆形横截面。排放管道322设置有馈送开口323、排放开口326和出口阀324，其中，出口阀由致动器325控制。
图5示出了储料器32的后透视图。在该视图中可以再次看到，临时存储部的储箱包括储料器32。该视图特别是示出了储料器32还包括上壁329和后壁328。上壁329完全封闭临时储存部，并且在前侧上遵循弯曲形状，以便平顺地连接到连接部分312。连接部分312的横截面在平行于移动方向伸展的平面中是弓形。上壁329还设置有由致动器315控制的滑动闸门316。滑动瓣或滑动闸门316构造为在所谓的飞溅区中打开，飞溅区定义为在表面处的空气和水之间的过渡区。滑动瓣316用作通气瓣。在深海采矿船带到船的甲板上时，滑动瓣316也可以打开，使得在水流出储料器时，没有或较少负压可以形成。
另外的连接部分317位于储料器32的后壁328的上部，出口33的排放管道可以附接到该另外的连接部分。在连接开口312和317在上壁329的方向上处于大致相同的高度(优选地在它们所布置的相应壁的顶部处)时，经由抽吸管道84供应的水的通流是最佳的。这些连接部分317也可以具有细长的管状形状，并且在平行于深海采矿车辆的宽度方向的方向上延伸。格栅311可以布置在这些连接部分317中。在该视图中也可以看到排放管道322的排放开口326。
后壁328的倾斜伸展部分有助于增强矿物沉积物到排放管326的通流。
图6示出了经过根据图4和图5的储料器32的中心线的示意性的横截面，在该横截面中可以再次看到，储料器32包括前壁327、后壁328、上壁329，并且通过另外的连接部分在下侧附接到排放管道322。
通过抽吸管道84抽吸的水和矿物沉积物的混合物经由布置在分离空间31中的前壁327中的连接部分312接收(P1)，该分离空间位于储料器32的顶部处。一个或更多个连接部分317位于与连接部分312相对的后壁328中。矿物结核因此与混合物中的更大部分的水和若干更细的颗粒分离。混合物中的水和更细的颗粒经由过滤器311流出分离空间31(P2)。这些颗粒通过出口33喷射，混合物的更细颗粒也可以储存在深海采矿车辆3中和/或经由立管柱向上泵送。
在分离空间中，矿物结核将由于重力从连接部分312到连接部分317的水流中掉出(P3)。还可以将内部格栅311布置在上部水流中，该格栅可以经由轴313定位。这种格栅特别是可以定位在关闭位置，其中，内部格栅可以从外部定位在关闭位置和打开位置之间的位置，在关闭位置，格栅覆盖通流区域并且因此迫使矿物结核离开上部水流，在打开位置，格栅仅覆盖通流区域的一部分。在打开位置，可以冲刷格栅311，这理解为意味着从格栅移除不期望的材料，例如粘土和其它不期望的材料。
由于储料器32的形状，这些矿物结核朝向下连接开口和排放管道322集合在一起。为了排放矿物结核，还通过排放管道322提供了暗流。为此，新的过程水泵送到馈送开口323中(P5)，这导致在深海采矿车辆的纵向方向上的抽吸效应，这将携带落入到储料器中的矿物结核(P4)并且将它们朝向在深海采矿车辆3上的排放管或替代的存储部输送(P6)。
在发生堵塞并且出口阀必须打开时，结核收集头8设定成使得能够接收最大体积的液体。
本发明不限于上述实施例，并且还包括落入以下所附权利要求的范围内的对这些实施例的修改。
Claims (13)
1.深海采矿车辆，用于从很大深度处的海床收取矿物沉积物，并且可选地将所述沉积物输送至漂浮装置，其中，所述车辆包括支撑框架，所述支撑框架设置有用于在所述海床上在移动方向上向前移动所述车辆的手段、设置有至少一个抽吸头、并且设置有临时存储部，所述至少一个抽吸头具有朝向所述海床定向的敞开抽吸侧，并且所述矿物沉积物和周围的水沿着所述敞开抽吸侧收取，所述临时存储部经由抽吸管道连接到所述至少一个抽吸头，所述临时存储部用于收取的所述矿物沉积物，其中，所述临时存储部包括具有前壁、后壁、侧壁、上壁和底部的储箱，其中，所述临时存储部还包括在所述上壁的位置处并且连接到所述前壁的用于所述抽吸管道的第一连接部分，以及在基本相同的高度处并且连接到所述后壁的用于基本上排放抽吸的所述水的排放管道的第二连接部分，其中，所述临时存储部还包括在所述底部的位置处并且连接到所述储箱的内部的用于基本上排放所述矿物沉积物的排放管道的第三连接部分，其中，所述第二连接部分具有细长的管状形状并且在平行于所述深海采矿车辆的宽度方向伸展的方向上延伸。
2.根据权利要求1所述的深海采矿车辆，其中，所述第一连接部分具有细长的管状形状并且在平行于所述深海采矿车辆的宽度方向伸展的方向上延伸。
3.根据权利要求1或2所述的深海采矿车辆，其中，所述第一连接部分的横截面在平行于所述移动方向伸展的平面中是弓形。
4.根据前述权利要求中任一项所述的深海采矿车辆，其中，所述第二连接部分包括内部格栅，所述内部格栅覆盖所述第二连接部分的通流区域并且构造为阻挡相对小的矿物沉积物或其碎片。
5.根据权利要求4所述的深海采矿车辆，其中，所述内部格栅能够从外部定位在关闭位置与打开位置之间的位置，在所述关闭位置，所述格栅覆盖所述通流区域，在打开位置，所述格栅仅覆盖所述通流区域的一部分。
6.根据前述权利要求中任一项所述的深海采矿车辆，其中，所述侧壁朝向用于基本上排放所述矿物沉积物的所述排放管道的所述第三连接部分渐缩。
7.根据前述权利要求中任一项所述的深海采矿车辆，还包括用于以高的流速和离开速度将水通过所述第三连接部分并且朝向所述排放管道运送的手段。
8.根据前述权利要求中任一项所述的深海采矿车辆，其中，所述临时存储部还包括在所述底部的位置处并且连接到所述储箱的内部的出口阀。
9.根据前述权利要求中任一项所述的深海采矿车辆，包括彼此平行设置的多个抽吸头。
10.根据权利要求9的所述深海采矿车辆，其中，附接到彼此平行设置的相应的所述抽吸头的所述抽吸管道连接到所述第一连接部分。
11.根据前述权利要求中任一项所述的深海采矿车辆，其中，所述抽吸头或多个抽吸头相对于所述海床是高度可调节的。
12.临时存储部，用于根据前述权利要求中任一项所述的深海采矿车辆，其中，所述临时存储部包括具有前壁、后壁、侧壁、上壁和底部的储箱，其中，所述临时存储部还包括在所述上壁的位置处并且连接到所述前壁的用于抽吸管道的第一连接部分，以及在基本相同的高度处并且连接到所述后壁的用于基本上排放抽吸的水的排放管道的第二连接部分，其中，所述临时存储部还包括在所述底部的位置处并且连接到所述储箱的内部的用于基本上排放矿物沉积物的排放管道的第三连接部分。
13.用于在很大深度处的海床上收取矿物沉积物并且可选地将所述沉积物输送到漂浮装置的方法，所述方法包括提供根据前述权利要求1至11中任一项所述的深海采矿车辆，将所述深海采矿车辆连接到设置在所述漂浮装置与所述深海采矿车辆之间的悬垂线缆，将所述深海采矿车辆朝向所述海床下降，以及在所述海床上方或所述海床上向前移动所述深海采矿车辆以便收取所述矿物沉积物，以及可选地将所述深海采矿车辆朝向所述漂浮装置拖拽。
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