JP2016223073A - Device for collecting underwater resource, and method for controlling the device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水底を掘削して水底資源を採集する水底資源採集装置およびその制御方法に関するものであり、詳しくは水底の状態に関わらず効率的に水底資源の掘削、採集および水底での移動を行うことのできる水底資源採集装置およびその制御方法に関するものである。 The present invention relates to a submarine resource collection device that excavates a bottom and collects the bottom resource, and a control method thereof, and more particularly, efficiently excavates, collects, and moves in the bottom of the bottom resource regardless of the state of the bottom. The present invention relates to a submarine resource collection device that can be performed and a control method thereof.
水深400m以深の水底にメタンガスハイドレートが存在することが知られていて、このメタンガスハイドレートを掘削、採集するための技術が求められている。水底で掘削等の作業を行なう装置が種々提案されている(例えば特許文献1、2参照)。
It is known that methane gas hydrate exists at the bottom of the water at a depth of 400 m or more, and a technique for excavating and collecting this methane gas hydrate is required. Various apparatuses for performing work such as excavation at the bottom of the water have been proposed (see, for example,
特許文献1は、水底に着床して荷重を水底にかけた状態でコバルト鉱の掘削作業を行なう水中重機を提案する。この水中重機は着床しているので、掘削作業にともない発生する反力を支持することができる。
水底を移動する際には、水中重機は水底に接触しているクローラを回転させて走行する。しかし水底が軟弱な地盤である場合は、地盤が水中重機の荷重に耐えられずに崩れてしまい、クローラが空転して移動が困難になる可能性がある。また水底が傾斜している場合は、水中重機が走行中にバランスを崩して転倒する可能性がある。 When moving on the bottom of the water, the underwater heavy machinery travels by rotating a crawler in contact with the bottom of the water. However, when the bottom of the water is a soft ground, the ground may collapse without being able to withstand the load of the underwater heavy machinery, and the crawler may be idle and difficult to move. Further, when the bottom of the water is inclined, there is a possibility that the underwater heavy machine may fall out of balance while traveling.
400m以深の大水深の水底では、この水中重機が走行不能となったり転倒したりすると、水中重機を水上の船舶等で吊り上げて移動させたり姿勢を戻したりしなくてはならないので復旧作業は極めて困難となる。 If the underwater heavy machine becomes unable to run or falls at a depth of 400m or deeper, the underwater heavy machine must be lifted and repositioned by a watercraft etc. It becomes difficult.
特許文献2は、複数の脚を有する架台と、この架台に移動可能に設置されるブレード部とを有する均し装置を提案する。この均し装置は着床してその荷重を水底にかけた状態で捨石の均し作業を行なうので、均し作業にともない発生する反力を支持することができる。
水底で均し装置を移動させる際には、水上の船舶からワイヤーで吊り上げて移動させる。水深が深い場合はこのワイヤーや均し装置が潮流等の影響を受けて流されるので、均し装置を任意の場所に着床させることは困難となる。 When moving the leveling device at the bottom of the water, it is lifted by a wire from a ship on the water and moved. When the water depth is deep, the wire and the leveling device are flowed under the influence of a tidal current or the like, so that it becomes difficult to land the leveling device at an arbitrary place.
他方で、重力により下降する力と浮力により上昇する力とがバランスした状態(以下、中性浮力ということもある)に調整した水中ロボット(以下、ROVともいう)であれば、水底の状態に関わらず移動することができる。 On the other hand, if it is an underwater robot (hereinafter also referred to as ROV) adjusted to a state where the force descending due to gravity and the force rising due to buoyancy are balanced (hereinafter also referred to as neutral buoyancy), It can move regardless.
しかしROVは水底に着床せずに常に水中で浮遊した状態となるので、ROVにより掘削作業や均し作業を行なうと、これらの作業にともなう反力を支持できずにROVの姿勢が崩れてしまう。掘削作業等にともない発生する反力を支持できないROVは、水底で移動することができても掘削作業等を効率よく行なうことは困難である。 However, since the ROV is always floating in the water without landing on the bottom of the water, when the ROV performs excavation work or leveling work, the reaction force associated with these work cannot be supported and the ROV posture collapses. End up. An ROV that cannot support a reaction force generated by excavation work or the like is difficult to efficiently perform excavation work or the like even if it can move at the bottom of the water.
水底の状態に関わらず水底資源の掘削、採集および水底での移動を行なうには、上記のいずれの装置であっても不具合がある。 Regardless of the state of the bottom of the water, any of the above-described devices has problems in excavating, collecting, and moving on the bottom of the bottom resource.
本発明は上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は水底の状態に関わらず効率的に水底資源の掘削、採集および水底での移動を行うことのできる水底資源採集装置およびその制御方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is a bottom resource collection apparatus capable of efficiently excavating, collecting, and moving on the bottom of the bottom, regardless of the state of the bottom, and its control. It is to provide a method.
上記の目的を達成する本発明の水底資源採集装置は、本体と、この本体に設置されて水底と接触可能に構成された接地部と、前記本体に設置されて水底資源を掘削、採集する掘削機構とを備える水底資源採集装置において、前記本体に設置される浮力タンクを備えていて、前記浮力タンクに注水して前記接地部が水底に接触する着床状態と、前記浮力タンクから排水して前記水底資源採集装置の重量を低減する移動可能状態とを切り替え可能にすることを特徴とする。 The underwater resource collecting apparatus of the present invention that achieves the above object includes a main body, a grounding portion that is installed in the main body and configured to be in contact with the water bottom, and an excavator that is installed in the main body to excavate and collect the underwater resources. A bottom-floor resource collecting device comprising a mechanism, comprising a buoyancy tank installed in the main body, irrigating the buoyancy tank and draining from the buoyancy tank; It is possible to switch between a movable state that reduces the weight of the underwater resource collecting device.
本発明の水底資源採集装置の制御方法は、水底に存在する水底資源を掘削して採集する水底資源採集装置の制御方法であって、前記水底資源採集装置に浮力タンクを設置して、前記水底資源の掘削、採集を行なうときは、前記浮力タンクに注水して前記水底資源採集装置の少なくとも一部が水底に接触する着床状態として、前記水底資源採集装置が水底を移動するときは、前記浮力タンクから排水して前記水底資源採集装置の重量を低減する移動可能状態とすることを特徴とする。 A control method for a bottom resource collection apparatus according to the present invention is a control method for a bottom resource collection apparatus that excavates and collects a bottom resource existing in the bottom, wherein a buoyancy tank is installed in the bottom resource collection apparatus, and the bottom When excavating and collecting resources, water is poured into the buoyancy tank so that at least a part of the bottom resource collection device is in contact with the bottom, and when the bottom resource collection device moves through the bottom, It is characterized by making it a movable state that drains from a buoyancy tank and reduces the weight of the bottom resource collecting device.
本発明によれば、水底資源採集装置は着床状態で掘削作業を行ない、この作業にともなう反力を支持することができるので、掘削作業を効率的に行なうには有利である。また移動時には水底資源採集装置は相対的に浮力が大きくなり重量が低減して、例えば水底から離間して浮上した状態で移動することができるので、水底が軟弱であったり傾斜があったりしても移動し易くなる。また水底に接触した状態を維持しながら移動する場合でも、水底資源採集装置の重量が軽くなるので、例えば軟弱な水底地盤を崩すことなく移動することができる。 According to the present invention, the submarine resource collecting device can perform excavation work in the landing state and can support the reaction force associated with the excavation work, which is advantageous for efficient excavation work. Also, when moving, the water bottom resource collection device has relatively increased buoyancy and reduced weight.For example, the water bottom resource collection device can move in a state where it floats away from the water bottom. Also easier to move. Moreover, even when moving while maintaining a state in contact with the bottom of the water, the weight of the bottom-of-water resource collection device is reduced, so that it can be moved without breaking, for example, the soft bottom of the ground.
本体が枠状体で構成され、接地部が枠状体から下方に向かって延設されて枠状体の高さを調整する高さ調整機構を備える複数の脚部で構成され、枠状体と掘削機構との間に枠状体に沿って水平方向に移動可能な桁部が設置され、この桁部に沿って前記掘削機構が移動可能に設置される構成にすることができる。 The main body is configured by a frame-shaped body, and the grounding portion is configured by a plurality of legs including a height adjustment mechanism that extends downward from the frame-shaped body and adjusts the height of the frame-shaped body. A girder that can move in the horizontal direction along the frame-like body is installed between the excavation mechanism and the excavation mechanism, and the excavation mechanism can be moved along the girder.
この構成によれば、水底資源採集装置の姿勢を制御し易くなるので、水底の地盤の状態に左右されずに水底資源採集装置を移動させるには有利となる。 According to this configuration, it becomes easy to control the attitude of the water bottom resource collecting device, which is advantageous in moving the water bottom resource collecting device without being influenced by the state of the ground of the water bottom.
水底資源がガスハイドレートであり、掘削機構により採集したガスハイドレートをガス化するガス化機構を備えていて、浮力タンク内の水をガス化機構で発生させたガスと置換することにより浮力タンク内の水を排水する構成にすることができる。 Underwater resource is gas hydrate, equipped with gasification mechanism to gasify gas hydrate collected by excavation mechanism, buoyancy tank by replacing water in buoyancy tank with gas generated by gasification mechanism It can be configured to drain the water inside.
水底で採集したガスハイドレートを融解させてガスを発生させて、このガスにより浮力タンクの排水を行なうので、比較的小さな設備でかつ小さな動力で浮力タンクの排水を行なうことができる。 Since the gas hydrate collected at the bottom of the water is melted to generate a gas and the buoyancy tank is drained by this gas, the buoyancy tank can be drained with relatively small equipment and small power.
ガス化機構は、ガスハイドレートを加熱する熱交換器と、この熱交換器で発生したガス
を浮力タンクに供給する管路とを備える構成にすることができる。
The gasification mechanism can be configured to include a heat exchanger that heats the gas hydrate and a pipe that supplies the gas generated by the heat exchanger to the buoyancy tank.
浮力タンクが、本体から上方に離間した位置に配置される構成にすることができる。浮力タンクが水底に比べて水圧が低く周囲の水温が高い位置に配置されるので、排水時に浮力タンクに供給すべきガスの量を低減するには有利である。浮力タンクが配置される環境によっては、浮力タンクにガスハイドレートを直接供給すると、圧力減少と温度上昇にともないガスハイドレートが自然に融解してガス化する。そのためエネルギを消費することなく浮力タンクに供給するガスを得られる。 The buoyancy tank may be arranged at a position spaced upward from the main body. Since the buoyancy tank is disposed at a position where the water pressure is lower than that of the bottom of the water and the surrounding water temperature is high, it is advantageous for reducing the amount of gas to be supplied to the buoyancy tank during drainage. Depending on the environment in which the buoyancy tank is disposed, when gas hydrate is directly supplied to the buoyancy tank, the gas hydrate naturally melts and gasifies as the pressure decreases and the temperature rises. Therefore, the gas supplied to the buoyancy tank can be obtained without consuming energy.
熱交換器を設置して、この熱交換器で加熱した水を浮力タンクに供給して浮力タンク内を加熱して、その後、熱交換器でガスハイドレートを加熱してガス化して浮力タンクに供給する構成にすることができる。 A heat exchanger is installed, the water heated by this heat exchanger is supplied to the buoyancy tank to heat the inside of the buoyancy tank, and then the gas hydrate is heated and gasified by the heat exchanger to be converted into the buoyancy tank. It can be configured to supply.
浮力タンクを予め加熱した後にガスハイドレートをガス化して得られたガスを供給するので、浮力タンク内でガスが冷却されて再びガスハイドレートを生成することを抑制するには有利である。 Since the gas obtained by gasifying the gas hydrate after the buoyancy tank is heated in advance is supplied, it is advantageous to prevent the gas from being cooled and generating gas hydrate again in the buoyancy tank.
以下、本発明の水底資源採集装置およびその制御方法を図に示した実施形態に基づいて説明する。 DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a water bottom resource collecting apparatus and a control method thereof according to the present invention will be described based on embodiments shown in the drawings.
図1に例示するように本発明の水底資源採集装置(以下、採集装置ということがある)1は、本体2と、この本体に設置されて水底と接触可能に構成された接地部3と、本体2に沿って水平方向に移動可能に構成される桁部4とを備えている。桁部4の下方には海や湖等の底に存在する水底資源を掘削して採集する掘削機構5が設置されている。
As illustrated in FIG. 1, a water bottom resource collection device (hereinafter sometimes referred to as a collection device) 1 of the present invention includes a
この実施形態では本体2は、四本の水平部材を連結して矩形に形成した枠状体2で構成されている。接地部3は、この枠状体2から水底に向かって延びる六本の脚部3で構成されている。この脚部3はそれぞれ枠状体2の四隅と一組の対向する水平部材の中間位置とに設置されている。枠状体2に設置する脚部3の数および位置は上記に限定されない。水中で枠状体2を支持できる構成であればよい。
In this embodiment, the
脚部3は、下端に設けられて水底と接触する接触面6と、水底に対する枠状体2の高さと傾きを調整するための高さ調整機構7を備えている。この実施形態の高さ調整機構7は、脚部3に形成される少なくとも一つの屈曲部で構成されている。それぞれの脚部3の屈曲部を独立して曲げ伸ばしすることにより、水底に対する枠状体2の高さや傾きなど採集装置1の姿勢を制御することができる。
The
高さ調整機構7の構成は上記に限らず、採集装置1の姿勢を制御する機能を有していればよい。例えば脚部3を伸縮させる伸縮部で構成することができる。この伸縮部をそれぞれ独立して伸縮させることにより枠状体2の高さ等を調整できる。一つの脚部3に複数の屈曲部を設けてもよく、複数の伸縮部を設けてもよい。また屈曲部と伸縮部とを組み合わせて脚部3に設けてもよい。
The configuration of the
桁部4は、枠状体2を構成する水平部材のうち、対向する一対の水平部材に接触する状態で配置されていて、この一対の水平部材に沿って水平方向に移動可能に構成されている。この桁部4の下方に設置されている掘削機構5は、桁部4に沿って水平方向に移動可能に構成されている。枠状体2に対する桁部4の移動方向と、桁部4に対する掘削機構5の移動方向とは、交差する方向となる状態に構成され、望ましくは直交する状態に構成される。この構成により掘削機構5は、枠状体2の内側の任意の位置に移動可能となる。
The
掘削機構5は、例えばメタンガスハイドレート(以下、ガスハイドレートということもある)や鉱物などを回転する掘削歯などにより掘削して、吸引等により採集する機能を備えている。掘削機構5により採集された資源は、揚収管8に送られる。この実施形態では揚収管8の水底側端部は採集装置1の枠状体2に固定され、水上側端部は水上で待機する船舶等に固定されている。揚収管8に送られた資源は、船舶等に設置されるポンプにより吸い上げられて、船舶等に設置される貯留タンクに回収され貯留される。
The
揚収管8は複数の鋼管を連結して構成することができる。揚収管8の構成はこれに限らず、しなやかに変形するフレキシブルなチューブを複数連結して構成してもよい。
The lifting
枠状体2には、四つの浮力タンク9が設置されている。この浮力タンク9に注水することにより、採集装置1の接触面6は水底と接触する着床状態となる。浮力タンク9の数および設置する位置は上記に限らず、採集装置1に直接または間接に設置されていれば、いずれの位置であってもよい。
Four
採集装置1により水底資源の掘削、採集を行なうときには、浮力タンク9に注水して採集装置1を着床状態とする。着床状態の採集装置1は、枠状体2に対する桁部4の移動と、桁部4に対する掘削機構5の移動により、枠状体2の内側の範囲の水底を順次掘削機構5で掘削していく。
When excavation and collection of the bottom resource is performed by the
採集装置1は水底に着床しているので、掘削機構5が水底を掘削する際に発生する反力は採集装置1により支持することができる。そのため採集装置1は、姿勢を安定させた状態で掘削作業を効率的に行なうことができる。掘削して採集されたガスハイドレート等の水底資源は、順次揚収管8を通じて水上の船舶等に搬送される。
Since the
枠状体2の内側の範囲の掘削作業が完了した後は、採集装置1を水平方向に移動させる。このとき水上の船舶等から浮力タンク9に空気を供給して、浮力タンク9内の水を空気と置換することにより浮力タンク9内の水を外部に排水する。
After excavation work in the area inside the
浮力タンク9内の水を排水する構成は上記に限らない。例えば圧縮空気等を充填したガスボンベを枠状体2に予め設置しておき、このガスボンベから浮力タンク9に気体を供給して排水する構成にしてもよい。
The configuration for draining the water in the
採集装置1は、浮力タンク9から外部に排水された水の重量に応じて軽くなる。この状態を以下、移動可能状態ということがある。採集装置1の重量に対して、採集装置1に働
く浮力の方が若干小さくなる程度まで、浮力タンク9から水を排水することが望ましい。
The
採集装置1の目的地に向かって脚部3をそれぞれ順次移動させることにより、採集装置1全体を移動させる。このとき採集装置1は、浮力タンク9からの排水により掘削作業時よりも軽くなっているので、水底地盤との間に発生する接地圧を低減させることができる。
The
移動可能状態である採集装置1は水底地盤に及ぼす荷重を低減できるので、水底が泥等の堆積により形成された軟弱な地盤である場合に、この地盤を崩さずに採集装置1を移動させるには有利である。また採集装置1の移動時に堆積した泥土等が巻き上げられることを抑制できるので、遠隔操作のために採集装置1に設置したカメラの視界を良好に維持するには有利である。
Since the
水底地盤が傾斜している場合は、脚部3の屈伸や伸縮により採集装置1の傾き等を制御できるので、採集装置1を転倒させずに移動させるには有利となる。
When the water bottom ground is inclined, the inclination of the
つまり浮力タンク9の排水により採集装置1の水底地盤に対する接地圧を減少させ、脚部3の高さ調整機構7により採集装置1の姿勢を制御できるので、水底地盤の状態に左右されずに採集装置1を移動させるには有利となる。水底で採集装置1が移動不能となったり転倒したりする可能性を低減できるので、採集装置1の転倒などを回復させるための復旧作業がほとんど不要となる。これにより従来復旧作業が困難であった大水深の水底において、採集装置1を使用した資源採集の作業性を向上するには有利である。
In other words, the ground pressure of the
採集装置1を目的地に移動させた後は、浮力タンク9に注水して採集装置1を着床状態として掘削作業を再開する。なお、脚部3や掘削機構5には、水上の船舶等と採集装置1とを接続するケーブル等を介して制御信号および電力が供給される。
After moving the
移動可能状態であるときに採集装置1の重量よりも採集装置1に発生する浮力の方が大きくなるように、または重力により下方する力と浮力により上昇する力とがバランスする中性浮力となるように、浮力タンク9から排水する構成にしてもよい。
Neutral buoyancy in which the buoyancy generated in the
これにより採集装置1が水底から離間して浮上した状態となる。そのため採集装置1は脚部3で水底を蹴りながら移動したり、スクリュー等を設置してこのスクリューの推力により移動する構成にすることができる。
Thereby, it will be in the state which the
採集装置1の構成は上記に限らず、水底に着床して掘削作業を行なえる構成であればよい。例えば水中バックホーなどクローラを備えた水中重機に、浮力タンク9を設置する構成にしてもよい。このとき、クローラが接地部3となる。浮力タンク9の排水によりクローラと水底地盤との間に発生する接地圧を低減できる。そのため水底が軟弱地盤であっても、地盤が崩れることを抑制しつつ水中重機を移動させるには有利である。
The configuration of the
掘削、採集対象である水底資源がメタンなどのガスハイドレートである場合は、採集したガスハイドレートをガス化して、浮力タンク9内の水をこのガスと置換して排水する構成にしてもよい。
When the bottom resource to be excavated and collected is a gas hydrate such as methane, the collected gas hydrate may be gasified, and the water in the
水上の船舶等から浮力タンク9に空気等を供給して水を排水する場合、水深が深いほど空気を高圧に加圧して供給しなければ浮力タンク9内の水を排水できない。しかし水底で採集したガスハイドレートをガス化して浮力タンク9に供給する場合は、空気を高圧に加圧するための装置が不要となり、加圧するためのエネルギも不要となる。
When water or the like is supplied to a
ガスボンベから浮力タンク9に空気等を供給する場合、ガスボンベの容量により浮力タンク9から水を排水できる回数が制限されてしまう。しかしガスハイドレートをガス化して浮力タンク9に供給する場合は、ガスハイドレートさえ採集できれば、回数の制限なく浮力タンク9内の水を排水できる。
When air or the like is supplied from a gas cylinder to the
図2〜6に例示するように、掘削機構5と揚収管8とを接続する管路10の途中に、ガス化機構11を接続して、このガス化機構11と浮力タンク9とを接続する構成にすることができる。
As illustrated in FIGS. 2 to 6, a
この実施形態ではガス化機構11が、ガスハイドレートを加熱する熱交換器12と、管路10から熱交換器12を通過して浮力タンク9に接続される熱交換用管路13とで構成されている。熱交換器12は、水面に近い位置から採取した暖かい水を熱媒として循環させることで、通過するガスハイドレートを加熱する構成を備えている。
In this embodiment, the
図2〜6では説明のため一つの浮力タンク9を図示しているが、採集装置1が複数の浮力タンク9を備える場合は、それぞれの浮力タンク9を互いに並列に接続することが望ましい。
Although two
図2に例示されるように管路10と揚収管8との間には開閉バルブ14が配置されていて、掘削機構5と開閉バルブ14との間の管路10には熱交換用管路13の一端が接続されている。一端を管路10に他端を浮力タンク9に接続される熱交換用管路13には、管路10に接続された側から順に開閉バルブ15と熱交換器12とが配置されている。
As illustrated in FIG. 2, an open /
ガス化機構11は、一端を開閉バルブ15と熱交換器12との間に位置する熱交換用管路13に接続され他端を開口状態とした取水管16を備えている。この取水管16の途中には取水バルブ17が設置されている。取水管16は開口した他端側から、採集装置1の周囲の水を管路内に取り込むことができる。
The
浮力タンク9の底面と揚収管8とは、排水管18により接続されている。排水管18の途中には排水バルブ19が設置されている。浮力タンク9の天面には一端を開口状態とした排ガス管20の他端が接続されていて、途中には排ガスバルブ21が設置されている。
The bottom surface of the
また浮力タンク9には、内部の温度を測定する温度センサ22と、浮力タンク9内の水位を測定する水位センサ23とを設置することが望ましい。この実施形態では温度センサ22は、浮力タンク9の内側底面近傍の温度を測定するように配置されている。なお、図2〜6では、開放状態のバルブを白抜きで示し、閉止状態のバルブを黒塗りで示している。
Further, it is desirable to install a
例えば水深1000mで、水底近傍の水温が2℃の水底において採集装置1がガスハイドレートを掘削、採集する場合を例にガス化機構11の動作を説明する。
For example, the operation of the
掘削作業時には、管路10と揚収管8との間に設置される開閉バルブ14が開放されて、掘削機構5で掘削、採集されたガスハイドレートは管路10および開閉バルブ14をとおり揚収管8に送られる。メタンガスハイドレートの比重は0.9程度であり周囲の水よりも軽いので、揚収管8に送られたガスハイドレートは浮力を得て浮上する。ガスハイドレートの浮上にともない揚収管8内には上昇流が発生する。揚収管8内の水およびガスハイドレートを、水上の船舶等に設置したポンプにより吸い上げる構成にしてもよい。また揚収管8の途中に管内に強制的に気体を送り込むエアリフトポンプを設置して、揚収管8内に密度差による上昇流を発生させるいわゆるガスリフト方式を採用してもよい。
At the time of excavation work, the open /
このとき浮力タンク9には水が充填されていて、採集装置1は水底に着床した状態で掘削作業を行なう。そのため、掘削作業にともない発生する反力を採集装置1は支持できる。
At this time, the
掘削作業が進み完了が近づいたとき、浮力タンク9内の加熱を開始する。図3に例示するように浮力タンク9の加熱時には、例えば水面近傍の水温20℃程度の水を熱媒としてポンプ等により熱交換器12に供給する。
When excavation progresses and completion is near, heating in the
一方で取水バルブ17と排水バルブ19とを開放する。このとき掘削作業が継続されていて揚収管8内には上昇流が発生しているので、浮力タンク9内の水は圧力の低い揚収管8側に吸い込まれるように移動する。同時に取水管16の開口端から取り込まれた水は、熱交換器12で加熱された後に浮力タンク9に移動する。浮力タンク9内が例えば15℃など予め定めた温度まで加熱されるまで、取水バルブ17と排水バルブ19とを開放状態とする。温度センサ22により測定される浮力タンク9内の温度が所定の温度に達したとき、浮力タンク9内の加熱を終了する。
On the other hand, the
浮力タンク9内の加熱が完了した後で、かつ掘削作業が完了したときは、浮力タンク9内の水の排水を開始する。図4に例示するように掘削作業の完了とともに、開閉バルブ14と取水バルブ17を閉止して、熱交換用管路13に配置される開閉バルブ15を開放する。掘削機構5により直前に掘削され採集されたガスハイドレートは、水とともに熱交換用管路13を通じて熱交換器12に順次移動する。熱交換器12には引き続き比較的暖かい水が熱媒として供給されている。
After the heating in the
ここで、掘削作業中に所定量のガスハイドレートを管路10と開閉バルブ15の間の熱交換用管路13内に予め保持しておき、このガスハイドレートを熱交換器12に送る構成にしてもよい。また掘削機構5を再始動して新たに掘削、採集したガスハイドレートを熱交換器12に送る構成にしてもよい。
Here, during excavation work, a predetermined amount of gas hydrate is held in advance in the
水底の水深が1000mの場合は水圧が約10MPaであり、この条件下でメタンガスハイドレートは11〜12℃程度まで加熱されるとガス化する。熱交換器12に送られたガスハイドレートは12℃以上まで加熱されガス化して、ガス化により発生したメタンガスは浮力タンク9に送られる。また水に溶解していたメタンガスが気泡の状態となり、浮力タンク9に送られる。
When the water depth at the bottom of the water is 1000 m, the water pressure is about 10 MPa. Under these conditions, the methane gas hydrate is gasified when heated to about 11 to 12 ° C. The gas hydrate sent to the
融解する前の塊状のガスハイドレートが熱交換器12から流れ出さないように、熱交換器12の管路内にスリットを設置する構成にしてもよい。このスリットは、水は通過できるが塊状のガスハイドレートは通過できない程度のすき間を有している。融解していないガスハイドレートが熱交換器12内に留まり加熱され続けるので、ガス化を迅速に行なうには有利である。一方でスリットを設置せずに、塊状のガスハイドレートが浮力タンク9内に流れ込む構成にしてもよい。この場合は、ガスハイドレートが浮力タンク9内で融解してガス化する。
You may make it the structure which installs a slit in the pipe line of the
浮力タンク9内は例えば15℃程度まで予め加熱されているので、浮力タンク9内に供給されたメタンガスが水と接触して再びガスハイドレートになる再ハイドレート化を防止できる。熱交換器12により十分に暖められたガスを浮力タンク9内に供給できて、浮力タンク9内でメタンガスが再ハイドレート化するおそれがない場合は、前述の浮力タンク9を予め加熱する工程を省略してもよい。
Since the inside of the
ガスの供給により浮力タンク9内の圧力は上昇していき、この上昇にともない内部の水は、浮力タンク9の底面に接続される排水管18を通じて揚収管8に徐々に排水される。
つまり浮力タンク9内の水はメタンガスに置換されることにより排水される。
The pressure in the
That is, the water in the
浮力タンク9内にメタンガスを供給する過程で、取水バルブ17を開放してメタンをほとんど含まない外部の水を熱交換用管路13や浮力タンク9に導く構成にしてもよい。熱交換器12で発生したメタンガスに接触する水のメタン濃度を下げることができるので、熱交換用管路13や浮力タンク9内でメタンガスが再ハイドレート化することを抑制するには有利である。
In the process of supplying methane gas into the
このとき取水バルブ17の開度を100%より小さくしてもよい。この構成により熱交換用管路13を流れるガスハイドレートが取水管16側に移動して外部に排出されることを防止できる。また水は通過できるがガスハイドレートは通過できないスリットを、熱交換用管路13と取水管16との接続部、または取水管17の途中に設置してもよい。
At this time, the opening degree of the
温度センサ22の測定値から再ハイドレート化が発生するリスクを想定できるので、温度センサ22の値に基づき熱交換器12に送る熱媒の流量を制御したり、取水バルブ17の開度を増減させる開閉制御を行なう構成にしてもよい。
Since the risk of rehydration can be assumed from the measured value of the
水位センサ23により測定される浮力タンク9内の水位が所定の水位に達したとき、浮力タンク9の排水を停止して、採集装置1の移動を開始する。所定の水位は、採集装置1に発生する浮力に対して、移動時の採集装置1の重量をどの程度に設定するかにより予め決定される。
When the water level in the
例えば採集装置1を浮上させて移動させる場合には、浮力に対して重量の方が小さくなるまで浮力タンク9内の水を排水する必要があるので、水位は低く設定される。採集装置1を中性浮力とする場合には、浮力と重量が釣り合う状態となるまで浮力タンク9内の水を排水するので、浮上させるときよりも水位は高く設定される。採集装置1を着床状態で移動させる場合には、中性浮力のときよりも水位はさらに高く設定される。
For example, when the
図5に例示するように採集装置1の移動時には、排水バルブ19および開閉バルブ15をはじめとする全てのバルブを閉止することが望ましい。全てのバルブを閉止することにより、移動中の採集装置1が万が一転倒したりした場合であっても、浮力タンク9内のガスが外部に漏れて内部に水が流れ込み、採集装置1の重量が増加することを防止できる。採集装置1は、浮力タンク9内の水の排水により重量が軽くなった状態で移動する。
As illustrated in FIG. 5, it is desirable to close all the valves including the
採集装置1が目的の位置まで移動を完了した後は、浮力タンク9への注水を開始する。図6に例示するように取水バルブ17と排ガスバルブ21とを開放する。浮力タンク9内のメタンガスは、浮力タンク9の天面に接続された排ガス管20から外部に放出され、浮力タンク9内の圧力低下にともない取水管16から取り込まれた水が浮力タンク9に流れ込む。
After the
排ガス管20の開口端部を揚収管8に接続して、浮力タンク9内のメタンガスが揚収管8を通じて水上の船舶等で回収される構成にしてもよい。採集装置1が頻繁に移動しながら広範囲でガスハイドレートを掘削する場合であっても、浮力タンク9内のメタンガスを資源として回収できるので資源採集の経済性を向上するには有利である。
The open end of the
浮力タンク9内のメタンガスが水に置換されて、浮力タンク9内に水が供給されるにともない、採集装置1の重量が増加して、後に採集装置1は着床する。浮力タンク9内に所定量の水が充填された後は、採集装置1は掘削作業を再開する。
As the methane gas in the
このとき熱交換器12を作動させて、取水管16から取り込んだ水を加熱して浮力タン
ク9に供給する構成にしてもよい。浮力タンク9に加熱した水を供給することにより、浮力タンク9内で再ハイドレート化によりガスハイドレートが生成されていた場合に、このガスハイドレートを融解させることができる。生成したガスハイドレートが浮力タンク9や排ガス管20や排水管18の内壁面に付着したり、管路を閉塞させたりすることを抑制するには有利である。
At this time, the
掘削機構5とガス化機構11と浮力タンク9とをそれぞれ接続する管路は上記に限定されない。掘削機構5で採集されたガスハイドレートがガス化機構11に供給され、ガス化機構11で発生したガスが浮力タンク9に供給される構成であれば、管路は適宜変更することができる。例えば排ガス管20の直径を比較的大きく形成して、排ガスバルブ21の開放により浮力タンク9内のメタンガスが外部に排出されるとともに、浮力タンク9内に水が流入する構成にしてもよい。また排水管18の端部を揚収管8に接続せずに開口端部とすることもできる。
The pipe lines connecting the
また管路の途中に適宜ポンプを設置する構成にしてもよい。管路内の流体を積極的に移動させることができるので、浮力タンク9の排水および注水等を短時間で行うには有利である。
Moreover, you may make it the structure which installs a pump suitably in the middle of a pipe line. Since the fluid in the pipeline can be moved positively, it is advantageous for draining and pouring the
浮力タンク9に内部を加熱する加熱機構を設置してもよい。また浮力タンク9を断熱材で覆う構成にしてもよい。浮力タンク9が周囲の水により冷却され、浮力タンク9内でメタンガスが再ハイドレート化することを抑制するには有利である。
A heating mechanism for heating the inside of the
浮力タンク9内に加熱機構を設置している場合は、浮力タンク9内に直接ガスハイドレートを供給して、浮力タンク9内でガス化させる構成にしてもよい。この場合は、加熱機構を設置される浮力タンク9がガス化機構11の機能を果たすので、熱交換器12を設置しない構成にしてもよい。
When a heating mechanism is installed in the
浮力タンク9内に設置される加熱機構は、電気の供給により発熱する例えば電気ヒータで構成してもよい。同様に熱交換器12の代わりに電気ヒータでガス化機構11を構成してもよい。
The heating mechanism installed in the
図7に例示するように、採集装置1の本体2から上方に離間した位置に浮力タンク9を配置する構成にしてもよい。この浮力タンク9は、例えばワイヤロープ等の連結部材24により本体2に連結されている。この実施形態では二つの浮力タンク9がそれぞれ連結部材24により本体2に連結されていて、浮力タンク9近傍の連結部材24どうしもワイヤロープ等の連結部材により連結されている。この構成により浮力タンク9の位置を採集装置1の真上に維持し易くなるので、採集装置1が移動する際の姿勢を制御し易くなる。
As illustrated in FIG. 7, the
この浮力タンク9は、注水されている場合であっても水中に浮遊した状態となるように浮力と重量とを調整されている。そのため浮力タンク9は、本体2に直接設置される場合に比べて周囲の水圧が低く、水温の高い領域に位置する。
The
水上の船舶25等と浮力タンク9とをホース等で接続して、船舶25から浮力タンク9に圧縮空気等を供給することにより浮力タンク9内の水を排水する場合、浮力タンク9の周囲の水圧が水底よりも低いので、それほど圧縮しなくても空気を浮力タンク9に送り排水することができる。浮力タンク9から排水する際に必要となるエネルギを低減するには有利である。
When water in the
採集したガスハイドレートをガス化して浮力タンク9に供給することにより浮力タンク9内の水を排水する場合、水底に位置する採集装置1から浮力タンク9に供給されたガス
は、周囲の水圧の変化にともない膨張するので、浮力タンク9に供給するガスを少量とすることができる。ガス化させるガスハイドレートの量を抑制できるので、ガス化機構11で消費するエネルギ量を低減するには有利である。また浮力タンク9から外部にガスを排出して浮力タンク9に注水する際に、排出され破棄されるガスを少量とすることができるので、資源採集の経済性を向上するには有利である。
When draining the water in the
この実施形態においては、ガスハイドレートをガス化せずに浮力タンク9に直接供給する構成にしてもよい。浮力タンク9は水底に比べて水圧が低く水温が高い領域に配置されているので、浮力タンク9に供給されたガスハイドレートは自然に溶解してガス化する。そのためガス化機構11が不要となり、採集装置1の製造コスストを抑制するには有利である。またガス化機構11を設置しないことにより、採集装置1の構造が簡易化されるので、採集装置1が故障する可能性を低減するには有利である。
In this embodiment, the gas hydrate may be directly supplied to the
図8〜図10例示するように、採集装置1と水上の船舶25等とを連結する揚収管8の途中部分を半径方向に拡大して浮力タンク9を形成する構成にしてもよい。この実施形態では揚収管8は、フレキシブルなチューブで構成されている。浮力タンク9は例えば球形に形成され、採集装置1の本体2から上方に離間した位置に形成される。この浮力タンク9は、本体2の近傍に比べて周囲の水圧が低く、水温の高い領域に形成される。図9および図10に例示するように浮力タンク9の上方には揚収管8の管路を閉止する閉止板26が設置されている。
As illustrated in FIGS. 8 to 10, the
図9に例示するように、採集装置1の掘削作業時には閉止板26が開放位置となり、塊状のガスハイドレートHや水に溶解したメタンガスが浮力タンク9を通過して水上の船舶25等まで搬送される。
As illustrated in FIG. 9, during the excavation work of the
図10に例示するように、採集装置1の移動時には閉止板26が回転して閉止位置となり、揚収管8が閉止される。そのため揚収管8を上昇移動してきたガスハイドレートHや水に溶解したメタンガスは浮力タンク9内に留まる。浮力タンク9は水底に比べて水圧が低く水温が高い領域に配置されているので、浮力タンク9に供給されたガスハイドレートは自然に溶解してガス化する。また水に溶解していたメタンガスが放出される。浮力タンク9に充填されていた水は水底側に押し戻されてメタンガスに置換されるので、揚収管8の重量が減少する。
As illustrated in FIG. 10, when the
浮力タンク9に電気の供給により発熱する例えば電気ヒータ等を設置してもよい。電気ヒータ等で浮力タンク9内を加熱することにより、ガスハイドレートHの融解を促進して、浮力タンク9からの排水に必要となる時間を短縮するには有利である。
For example, an electric heater or the like that generates heat by supplying electricity may be installed in the
揚収管8が水中に配置されたときに中性浮力になるように調整されている場合は、揚収管8の重量減少にともない上向きの力を得て揚収管8は浮き上る。揚収管8の端部に固定されている採集装置1は、揚収管8から上向きの力を受ける。採集装置1の見かけ上の重量が軽くなるので、水底地盤の状況に関わらず採集装置1を効率的に移動させるには有利である。
When the lifting
図7に例示した実施形態と比べて、採集装置1の本体2と浮力タンク9とを連結するためのワイヤロープ等の連結部材24や、ガスハイドレートを浮力タンク9に供給するための管路等を設ける必要がないため、採集装置1の製造コストを抑制するには有利である。
Compared to the embodiment illustrated in FIG. 7, a connecting
揚収管8に形成する浮力タンク9の構成は上記に限定されない。揚収管8内にメタンガスを留めて水を排出して揚収管8の重量を減少できればよい。例えば閉止板26のみを設置して、閉止板26の下方となる領域の揚収管8の管路を浮力タンク9として利用する構
成にしてもよい。揚収管8に半径方向に拡大した部分が形成されないので、揚収管8を船舶等により運搬するときや、揚収管8を船舶等から降ろして水中に沈降させるときの取り扱いが容易になる。
The structure of the
1 水底資源採集装置(採集装置)
2 本体(枠状体)
3 接地部(脚部)
4 桁部
5 掘削機構
6 接触面
7 高さ調整機構
8 揚収管
9 浮力タンク
10 管路
11 ガス化機構
12 熱交換器
13 熱交換用管路
14 開閉バルブ
15 開閉バルブ
16 取水管
17 取水バルブ
18 排水管
19 排水バルブ
20 排ガス管
21 排ガスバルブ
22 温度センサ
23 水位センサ
24 連結部材
25 船舶
26 閉止板
H ガスハイドレート
1 Underwater resource collection device (collection device)
2 Body (frame)
3 Grounding part (leg part)
4
Claims (9)
前記本体に設置される浮力タンクを備えていて、
前記浮力タンクに注水して前記接地部が水底に接触する着床状態と、前記浮力タンクから排水して前記水底資源採集装置の重量を低減する移動可能状態とを切り替え可能にすることを特徴とする水底資源採集装置。 In a bottom resource collecting apparatus comprising a main body, a grounding portion that is installed in the main body and configured to be able to contact the bottom of the water, and a drilling mechanism that is installed in the main body and excavates and collects the bottom water resource.
A buoyancy tank installed in the main body,
It is possible to switch between a landing state in which water is poured into the buoyancy tank and the grounding portion is in contact with the bottom of water, and a movable state in which water is drained from the buoyancy tank to reduce the weight of the bottom resource collection device. Underwater resource collection device.
前記水底資源採集装置に浮力タンクを設置して、
前記水底資源の掘削、採集を行なうときは、前記浮力タンクに注水して前記水底資源採集装置の少なくとも一部が水底に接触する着床状態として、
前記水底資源採集装置が水底を移動するときは、前記浮力タンクから排水して前記水底資源採集装置の重量を低減する移動可能状態とすることを特徴とする水底資源採集装置の制御方法。 A method for controlling a bottom-floor resource collecting device for excavating and collecting bottom-floor resources existing in the bottom,
Install a buoyancy tank in the underwater resource collection device,
When excavating and collecting the bottom resource, as a landing state where water is poured into the buoyancy tank and at least a part of the bottom resource collection device is in contact with the bottom,
A control method for a bottom resource collection apparatus, wherein when the bottom resource collection apparatus moves on the bottom, the bottom resource collection apparatus is placed in a movable state by draining from the buoyancy tank to reduce the weight of the bottom resource collection apparatus.
前記水底資源がガスハイドレートであり、前記本体が枠状体で構成され、前記接地部が前記枠状体から下方に向かって延設されて前記枠状体の高さを調整する高さ調整機構を備える複数の脚部で構成され、前記枠状体と前記掘削機構との間に前記枠状体に沿って水平方向に移動可能な桁部が設置され、この桁部に沿って前記掘削機構が移動可能に設置されることを特徴とする水底資源採集装置。 In a bottom resource collecting apparatus comprising a main body, a grounding portion that is installed in the main body and configured to be able to contact the bottom of the water, and a drilling mechanism that is installed in the main body and excavates and collects the bottom water resource.
The bottom adjustment is a gas hydrate, the main body is formed of a frame-like body, and the grounding portion extends downward from the frame-like body to adjust the height of the frame-like body. A girder portion, which is composed of a plurality of legs having a mechanism and is movable in the horizontal direction along the frame-like body, is installed between the frame-like body and the excavation mechanism, and the excavation is performed along the girder portion. A submarine resource collection device, wherein the mechanism is movably installed.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2015107689A JP2016223073A (en) | 2015-05-27 | 2015-05-27 | Device for collecting underwater resource, and method for controlling the device |
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Cited By (1)
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JP2019143309A (en) * | 2018-02-16 | 2019-08-29 | 国立大学法人東京海洋大学 | Gas hydrate digging equipment and digging method |
-
2015
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