JP2017002533A - Air bubble amount adjustment device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、気泡量調節装置に係り、より詳しくは、気泡の浮力を利用して海底の泥を含む資源を、移送ホースを使用して浮上させる際、移送ホース内の気泡量を調節することができる気泡量調節装置に関する。 The present invention relates to a bubble amount adjusting device, and more particularly, to adjust the amount of bubbles in a transfer hose when using a transfer hose to lift a resource containing mud on the seabed using the buoyancy of bubbles. The present invention relates to a bubble amount adjusting device capable of performing
本出願人は、特許文献1に示すように、洋上の資源回収船から海底に移送ホースを吊り下ろし、海底から泥を含む資源を気泡で浮上させる海底資源リフト装置を提案した。移送ホース内の気泡は、水深が深い場所では、高圧で圧縮され、浮上するに従って膨張する。例えば水深1000mでは、約100気圧(100kgf/cm2、約10Mpa)の高圧がかかり、海上が1気圧なら、気泡は体積が約100倍に膨張する。海底での気泡の半径が1cmなら海上での気泡は半径が約4.6cmとなる。気泡は合体してより大きくなるので、移送ホースを占有して海水及び泥の割合を減少させる。そのため、移送ホース内の気泡の量を調節することが望まれる。
As shown in
本発明の目的は、海底から泥を含む資源を浮上させる移送ホース内の気泡量を調節することができる気泡量調節装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a bubble amount adjusting device capable of adjusting the amount of bubbles in a transfer hose that floats resources containing mud from the seabed.
本発明による第1の気泡量調節装置は、資源回収船から海底に吊り下ろされ、気泡を利用して海底の泥を含む資源を浮上させる移送ホースに取り付けられる気泡量調節装置であって、前記移送ホースの途中に取り付けられる本体管と、前記本体管の側部に設けられ、気泡を集める気泡室と、前記気泡室に設けられ、集めた気泡を逃がす気泡逃し孔と、下端の一方が前記気泡逃し孔に連結され、下端の他方が海中に開口し、上端が前記資源回収船に接続され、気泡を浮上させる気泡排出ホースと、前記気泡逃し孔を開閉するバルブと、前記気泡室の水面の高さによって前記バルブを上下動させるフロートと、が備えられることを特徴とする。 A first bubble amount adjusting device according to the present invention is a bubble amount adjusting device that is attached to a transfer hose that is suspended from a resource recovery ship on the seabed and floats a resource containing mud on the seabed using bubbles. A main body tube attached in the middle of the transfer hose, a bubble chamber provided at a side portion of the main body tube for collecting bubbles, a bubble escape hole provided in the bubble chamber for releasing the collected bubbles, and one of the lower ends of the bubble tube Connected to the bubble escape hole, the other end of the lower end is opened to the sea, the upper end is connected to the resource recovery ship, the bubble discharge hose for floating the bubble, the valve for opening and closing the bubble escape hole, the water surface of the bubble chamber And a float that moves the valve up and down depending on the height of the valve.
本発明による第2の気泡量調節装置は、資源回収船から海底に吊り下ろされ、気泡を利用して海底の泥を含む資源を浮上させる移送ホースに取り付けられる気泡量調節装置であって、前記移送ホースの途中に斜めに取り付けられる本体管と、前記本体管の側部上面に設けられ、気泡を捕捉する気泡室と、前記気泡室の上面に設けられる気泡逃し孔と、下端が前記気泡逃し孔に連結され、上端が前記資源回収船に接続され、気泡を浮上させる気泡排出ホースと、が備えられることを特徴とする。 A second bubble amount adjusting device according to the present invention is a bubble amount adjusting device attached to a transfer hose that is suspended from a resource recovery ship on the seabed and floats a resource containing mud on the seabed using bubbles. A main body pipe that is attached obliquely in the middle of the transfer hose, a bubble chamber that is provided on the upper side surface of the main body pipe, captures bubbles, a bubble escape hole that is provided on the upper surface of the bubble chamber, and a lower end that is the bubble escape A bubble discharge hose connected to the hole, connected at the upper end to the resource recovery ship, and floats the bubble is provided.
本発明の第1の気泡量調節装置によれば、本体管と、本体管の側部に設けられ、気泡を集める気泡室と、気泡を逃がす気泡逃し孔と、下端の一方が気泡逃し孔に連結され、下端の他方が海中に開口し、上端が資源回収船に接続され、気泡を浮上させる気泡排出ホースと、気泡逃し孔を開閉するバルブと、バルブを気泡室の水面の高さによって上下動させるフロートと、から構成される気泡量調節装置を移送ホースの途中に取り付けたので、移送ホース内の大きな気泡を気泡室に集め、気泡排出ホースで浮上させることができる。すなわち移送ホース内の気泡を減らすことができる。バルブとフロートを設けて、気泡が気泡室に溜まった場合に、気泡逃し孔を開くようにしたので、移送ホース内の海水ではなく気泡を気泡排出ホース内に排出できる。 According to the first bubble amount adjusting device of the present invention, a main body tube, a bubble chamber for collecting bubbles, a bubble escape hole for releasing bubbles, and one of the lower ends as a bubble escape hole are provided on the side of the main body tube. Connected, the other end of the lower end opens into the sea, the upper end is connected to a resource recovery ship, a bubble discharge hose that floats bubbles, a valve that opens and closes the bubble escape hole, and the valve is moved up and down depending on the height of the water level in the bubble chamber Since the bubble amount adjusting device constituted by the float to be moved is attached in the middle of the transfer hose, large bubbles in the transfer hose can be collected in the bubble chamber and floated by the bubble discharge hose. That is, bubbles in the transfer hose can be reduced. Since a valve and a float are provided to open a bubble escape hole when bubbles accumulate in the bubble chamber, bubbles can be discharged into the bubble discharge hose instead of seawater in the transfer hose.
本発明の第2の気泡量調節装置によれば、移送ホースの途中に斜めに取り付けられる本体管と、本体管の側部上面に設けられ、気泡を捕捉する気泡室と、気泡室の上面に設けられる気泡逃し孔と、下端が気泡逃し孔に連結され、上端が資源回収船に接続され、気泡を浮上させる気泡排出ホースと、からなる気泡量調節装置を移送ホースに取り付けたので、移送ホース内の大きな気泡を捕捉して、気泡排出ホースに排出し、これを浮上させることができる。バルブやフロート等の可動部品がないので、故障がなく稼働率を向上できる。 According to the second air bubble amount adjusting device of the present invention, a main body tube that is attached obliquely in the middle of the transfer hose, a bubble chamber that is provided on the side surface of the main body tube, captures bubbles, and an upper surface of the bubble chamber. Since the bubble hose adjustment device comprising the bubble escape hole provided, the lower end connected to the bubble escape hole, the upper end connected to the resource recovery ship, and the bubble discharge hose that floats the bubble is attached to the transfer hose, the transfer hose Large bubbles inside can be captured and discharged to a bubble discharge hose, which can be floated. Since there are no moving parts such as valves and floats, there is no failure and the operating rate can be improved.
以下、図面を参照して、本発明による気泡量調節装置を詳しく説明する。 Hereinafter, an air bubble amount adjusting device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明による第1の気泡量調節装置100の構成図である。海上には資源回収船(図示せず)が停泊しており、移送ホース1が海底に吊り下ろされる。底の泥9を含む資源は、海水と共に移送ホース1の中を気泡8によって浮上し、資源回収船に回収される。気泡量調節装置100は、移送ホース1の途中に取り付けられる本体管7と、本体管7に設けられ気泡9を集める気泡室5と、気泡室5に設けられ集めた気泡9を逃がす気泡逃し孔4と、気泡逃し孔4に連結され、下端が開口して内部が海水で満たされ、排出した気泡9を浮上させる気泡排出ホース6と、気泡逃し孔4を開閉するバルブ3と、バルブ3を気泡室5の水面の高さによって上下動させるフロート2と、を備える。
FIG. 1 is a configuration diagram of a first air bubble
図2は、図1に示す気泡量調節装置100の動作説明図である。図2の(A)は、移送ホース1に取り付けた気泡量調節装置100が、海中に沈められる前の状態を示す図である。気泡室5には海水がなく、フロート2は自重で所定の位置まで下がっており、バルブ3が気泡逃し孔4を「開」の状態にする。そのため、気泡室5の内部と気泡排出ホース6が連通している。なお、フロート2は、内部に空気室があり密閉されているので水面に浮く。気泡排出ホース6は、下端が開口している。気泡排出ホース6の下端を閉じておくと、浮力が生じて海中に沈めることが難しく、また、気泡排出ホース6を水圧で潰れない材料にする必要がある。
FIG. 2 is an operation explanatory diagram of the bubble
図2の(B)は、移送ホース1に取り付けた気泡量調節装置100が、海中にある状態を示す。気泡排出ホース6は、内部が下端の開口部から浸入した海水で満たされる。気泡室5は、移送ホース1の下端が開口しているので、海中に沈めると、浸入した海水で満たされる。フロート2は、空気室の浮力により上昇し、バルブ3が気泡逃し孔4を「閉」の状態にしている。
FIG. 2B shows a state in which the bubble
図3は、図1に示す気泡量調節装置100の動作説明図である。図3の(A)は、移送ホース1の底部に気泡8が注入され、気泡8によりに泥9を含む海水が上昇していることを示す。移送ホース1の内径を超えるような気泡8は、気泡量調節装置100の太径部に入ると、楕円形から球形に膨張して図3の右側方向に動く。そして、気泡室5に捕捉される。小さな気泡8は、流れに沿って上昇し気泡室5には捕捉されない。バルブ3が気泡逃し孔4を「閉」の状態にしているので、気泡8が気泡室5に蓄積される。
FIG. 3 is an operation explanatory diagram of the bubble
図3の(B)は、気泡8が気泡室5を占有し、フロート2が浮力を失って下降した状態を示す。フロート2が下降すると、バルブ3が気泡逃し孔4を「開」の状態にする。そのため気泡室5の気体が、気泡逃し孔4を通過して気泡排出ホース6の内部に移動し浮上する。気泡室5の水面が上昇し、フロート2が上昇して、バルブ3が気泡逃し孔4を「閉」の状態にすると、気泡室5の気体が、気泡逃し孔4から気泡排出ホース6に排出されることが停止される。即ち、図3の(A)の状態となる。なお、バルブ3は、上下動しても気泡逃し孔4と正確に係合するように両側から支持されている。
FIG. 3B shows a state in which the
気泡8は、空気を使用できる。水深が浅い場合、資源回収船に設置した水中ポンプで空気を海底の移送ホース1の開口部に注入する。気泡8は、空気に限らず水素ガスまたは酸素ガスとすることもできる。水深が深い場合、資源回収船から海底に設置した水の電気分解装置に高電圧の電気を給電し、水を電気分解して水素ガスと酸素ガスを発生させ、移送ホース1の底部開口部に注入する。
The
海底での気泡の半径r1とし、海上での気泡の半径をr2すると、海底での気泡の体積V1は(4/3)π(r1)3、海上での気泡の体積V2が(4/3)π(r2)3であり、V2/V1は、(r2)3/(r1)3と計算される。例えば1000mの海底なら、10mで1気圧が上昇するから、V2/V1=100の関係が成立する。よって、(r2)3/(r1)3=100となるから、約r2≒4.6r1が得られる。海底での気泡の半径(r1)が1cmなら、海上での気泡の半径(r2)は、約4.6cmと算出される。従って、この場合、少なくとも半径が4.6cm以上の太い移送ホースが必要となる。 When the bubble radius r1 on the seabed is set to r2 and the bubble radius on the sea is r2, the bubble volume V1 on the seabed is (4/3) π (r1) 3 , and the bubble volume V2 on the sea is (4/3). ) Π (r2) 3 and V2 / V1 is calculated as (r2) 3 / (r1) 3 . For example, if the seabed is 1000 m, 1 atmosphere increases at 10 m, so the relationship of V2 / V1 = 100 is established. Therefore, since (r2) 3 / (r1) 3 = 100, about r2≈4.6r1 is obtained. If the bubble radius (r1) at the sea floor is 1 cm, the bubble radius (r2) at the sea is calculated to be about 4.6 cm. Therefore, in this case, a thick transfer hose having a radius of at least 4.6 cm is required.
水深250m、500m、750mでは、V2/V1がそれぞれ、25、50、75に等しい。海上での気泡の半径が4.6cmとすれば、水深250mでは気泡の半径が1.6cmと小さくなり、水深500mでは1.3cmになり、水深750mでは1.1cmになり、水深1000mでは1cmとなる。気泡の体積は、水深1000mでの体積を1とすれば、気泡の半径の3乗に比例するから、水深750mでは1.3倍、水深500mでは2倍、水深250mでは4倍、海上では100倍に膨張する。このため、気泡が過多となって、泥を含む海水の量が、移送ホースの上方では、著しく減少する。そのため、気泡を一部除去することは、移送ホース内の気泡を適正な量にすることにつながる。なお、移送ホース1の単位体積あたりに占める気泡の体積(V1)と海水の体積(V2)の比(V1/V2)は、通常、0.1〜0.2程度である。
At water depths of 250 m, 500 m, and 750 m, V2 / V1 is equal to 25, 50, and 75, respectively. If the bubble radius at sea is 4.6 cm, the bubble radius is as small as 1.6 cm at a water depth of 250 m, 1.3 cm at a water depth of 500 m, 1.1 cm at a water depth of 750 m, and 1 cm at a water depth of 1000 m. It becomes. If the volume at a water depth of 1000 m is 1, the volume of bubbles is proportional to the cube of the radius of the bubble. Therefore, 1.3 times at a water depth of 750 m, 2 times at a water depth of 500 m, 4 times at a water depth of 250 m, and 100 at sea. Swells twice. For this reason, air bubbles become excessive, and the amount of seawater containing mud is significantly reduced above the transfer hose. Therefore, removing part of the bubbles leads to an appropriate amount of bubbles in the transfer hose. In addition, the ratio (V1 / V2) of the volume (V1) of the bubbles occupied per unit volume of the
気泡は、F=ρgVで算出される浮力Fを受ける。ρは水の密度で1000kg/m3、gは重力の加速度で9.8m/s2、Vは気泡の体積(m3)である。気泡の半径をrとするとV=(4/3)πr3である。これらを代入すると浮力Fは、F=(4/3)×ρgπr3となる。このため、大きな気泡の方が小さな気泡より大きな浮力を受ける。また、一般に、大きな気泡の方が小さな気泡より浮上速度が大きいので、気泡は合体して大きくなりやすい。 The bubble receives a buoyancy F calculated by F = ρgV. ρ is the density of water, 1000 kg / m 3 , g is the acceleration of gravity, 9.8 m / s 2 , and V is the bubble volume (m 3 ). If the bubble radius is r, then V = (4/3) πr 3 . When these are substituted, the buoyancy F is F = (4/3) × ρgπr 3 . For this reason, larger bubbles receive greater buoyancy than smaller bubbles. In general, since the rising speed of a large bubble is larger than that of a small bubble, the bubbles are likely to coalesce and become large.
図4は、本発明による第2の気泡量調節装置200の構成図である。海上には資源回収船(図示せず)が停泊しており、移送ホース1が海底に吊り下ろされるとする。底の泥9を含む資源は、海水と共に移送ホース1の中を気泡8で浮上し、資源回収船に回収される。気泡量調節装置200は、移送ホースの途中に垂直方向に対して斜めに取り付けられる本体管7と、本体管7の側部上面に設けられ、気泡9を集める気泡室5と、気泡室5に設けられ、集めた気泡8を逃がす気泡逃し孔4と、気泡逃し孔4に連結され、排出した気泡8を浮上させる気泡排出ホース6と、を備える。気泡排出ホース6は、海中では、内部が海水で満たされる。なお、気泡量調節装置200を斜めにするため、本体管7の下側に錘(図示せず)がぶら下げられる。移送ホース1を海中に沈める際、錘のある側が下(海底方向)を向くので、気泡室5は上(海上方向)を向く。
FIG. 4 is a configuration diagram of the second air bubble
図4に示すように、大きな気泡8は浮力が大きく、移送ホース1の内壁の上面側に沿って浮上する。そのため、斜めに取り付けられた気泡量調節装置200の本体管7の気泡室5に容易に捕捉される。気泡室5に入った気泡8は、気泡逃し孔4から気泡排出ホース6に排出される。排出された気泡8は気泡排出ホース6を浮上する。気泡除去装置200には、実施例1に示すような気泡逃し孔4を開閉するバルブやフロートは設けていない。気泡逃し孔4から移送ホース1に海水が入る場合や、移送ホース1から海水が逃げる場合が想定されるが、バルブを含む可動部品がないので稼働率を向上できる。
As shown in FIG. 4, the
図4では、気泡排出ホース6が移送ホース1より細い径としたが、移送ホース1と同じ径のものを使用してもよい。その場合、本体管7は略Y字形の管となる。分岐した2本の移送ホース1は、一方が他方より上側にあるので、上側の移送ホースは、気泡8が圧倒的に多くなる。
In FIG. 4, the
本発明は、移送ホース内の気泡量を調節できる装置として好適である。 The present invention is suitable as a device capable of adjusting the amount of bubbles in the transfer hose.
1 移送ホース
2 フロート
3 バルブ
4 気泡逃し孔
5 気泡室
6 気泡排出ホース
7 本体管
7a Y字型の本体管
8 気泡
9 泥
100、200 気泡量調節装置
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記移送ホースの途中に取り付けられる本体管と、
前記本体管の側部に設けられ、気泡を集める気泡室と、
前記気泡室に設けられ、集めた気泡を逃がす気泡逃し孔と、
下端の一方が前記気泡逃し孔に連結され、下端の他方が海中に開口し、上端が前記資源回収船に接続され、気泡を浮上させる気泡排出ホースと、
前記気泡逃し孔を開閉するバルブと、
前記気泡室の水面の高さによって前記バルブを上下動させるフロートと、
が備えられることを特徴とする気泡量調節装置。
A bubble volume control device attached to a transfer hose that is suspended from a resource recovery ship on the sea floor and floats resources containing mud on the sea floor using air bubbles,
A main body pipe attached in the middle of the transfer hose;
A bubble chamber provided on a side of the main body tube for collecting bubbles;
A bubble escape hole provided in the bubble chamber for releasing the collected bubbles;
One of the lower end is connected to the bubble discharge hole, open the other lower end on the sea, is connected to the upper end is the resource recovery vessel, a bubble discharge hose for floating bubbles,
A valve for opening and closing the bubble escape hole;
A float that moves the valve up and down depending on the height of the water surface of the bubble chamber;
A device for adjusting the amount of air bubbles.
前記移送ホースの途中に斜めに取り付けられる本体管と、
前記本体管の側部上面に設けられ、気泡を捕捉する気泡室と、
前記気泡室の上面に設けられる気泡逃し孔と、
下端が前記気泡逃し孔に連結され、上端が前記資源回収船に接続され、気泡を浮上させる気泡排出ホースと、
が備えられることを特徴とする気泡量調節装置。
A bubble volume control device attached to a transfer hose that is suspended from a resource recovery ship on the sea floor and floats resources containing mud on the sea floor using air bubbles,
A main body pipe attached obliquely in the middle of the transfer hose;
A bubble chamber provided on a side upper surface of the main body tube for capturing bubbles;
A bubble escape hole provided on the upper surface of the bubble chamber;
A bubble discharge hose that has a lower end connected to the bubble escape hole, an upper end connected to the resource recovery ship, and floats the bubble,
A device for adjusting the amount of air bubbles.
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