JP2017521579A - 海底運搬システム - Google Patents

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Abstract

少なくとも部分的に海底と水面との間に延びた好ましくは合成ロープであるライン部材(150)と、積荷を運ぶことができるライン部材に接続された容器(400)、好ましくは複数の容器とを有する、海底物質を海底から水面に持ち上げるための海底運搬システム(10)。容器は、容器が典型的にはライン部材による牽引によって水中を引っぱられるときにこれを操縦することが可能な、舵などの操縦可能要素(410)を有する。【選択図】 図1

Description

[0001]本発明は、運搬システム、好ましくは水中で動作する海底運搬システムに関する。特に、本発明は、これに限定されないが、案内される容器を有する機械式海底運搬システムに関する。
[0002]本明細書における背景技術への言及は、そのような技術が共通の一般知識を構成するものであることを認めるものと解釈すべきではない。
[0003]海洋の様々な場所で、硫化物沈殿物又は多金属団塊などの貴重な海底物質が水深約300メートル乃至6,000メートル、しばしば5,000メートル付近の海底の表面層内に存在する。
[0004]海底から団塊を収集し次いで搬送する商業的に実現性のある採鉱システムを開発しようとする様々な試みがなされてきた。海底採鉱システムの1つの重要な態様は、収集された海底物質を水面まで持ち上げる運搬システムに関する。運営費用に、従って商業的実現性に影響を与える重要な要因の1つは、特に海底物質を海底から水面まで運搬することに関連した、エネルギー消費である。
[0005]1つの運搬システム設計は、海底物質を海底から水上船(surface vessel)又はプラットフォームまでポンプで汲み上げる幾つかの形態のライザを用いて、海底物質を液圧で運搬するためのものである。そのような1つの設計において、懸濁した材料を伴う流体を収容して搬送するライザが設けられる。ライザ物質は、典型的には、海中ポンプ、及び/又はライザに注入される圧縮空気によってスラリ形態で輸送される。
[0006]これらのシステムは、機能的ではあるがエネルギー効率が悪い、具体的には空気揚水システムであり、このときエネルギー損失の大部分は、固体粒子が流体カラムを通って下方へ滑ることの結果である。さらに、海底物質がスラリ形態で持ち上げられるので、これを水面で脱水する必要があり、さらなる処理及び装備を必要とする。
[0007]ある種の陸上の地下鉱山で用いられているような単胴ホイスト、複胴ホイスト又は摩擦(ケーペ式)ホイストなどの、容器をケーブルで持ち上げる機械式運搬システムは、かなりエネルギー効率が良いものとなる可能性を秘めている。陸上鉱山では、ケーブルで駆動される貯蔵ビン又はスキップが積荷の物質をウインチで地表へと巻き揚げ、複数のガイドレールを使用して貯蔵ビンの整列が保持される。しかしながら、水中で長距離にわたって適用される場合、剛性の支持構造が存在しないことを補償するために、例えばガイドワイヤを用いるなどの付加的な複雑さが必要とされ、これらの設計には、潜在的に深刻な絡み合い(entanglement)及び配備の問題がある。
[0008]具体的には、水上船と海底又はその付近のアンカー位置との間に幾つもの付加的なガイドワイヤを配置することが必要とされる。変動する水流を伴う長距離の水中では、ワイヤのねじれ又は絡まり、又は2つ以上のビンの衝突の可能性が非常に高い。特に他の海底設備用にさらなるケーブルが設けられている場合(例えば、海底作業の命綱(umbilical))、ねじれ又は絡まりのリスクは、典型的には法外に高くなると考えられる。
[0009]さらに、陸上用途では、運搬システムは、典型的にはリフト又は鉱山に対して固定位置にある。海底採鉱作業では、非常に広い領域にわたってマンガン団塊などの海底物質を収集することを可能にするために、運搬システムを頻繁に又は連続的に移動させる必要がある。このような移動に起因してシステムを横方向への引きずること及び/又は上昇若しくは下降させることが、ワイヤの絡まり又はビンの衝突の可能性をさらに高める。
[0010]幾つかの緩和措置が考えられているが、それらは全て著しい操業上のマイナス面を有する。例えば、衝突の可能性を減らす1つのアプローチは、重なり合う区間でビンを減速することであるが、この減速は、システムの作業効率を低下させる。別のアプローチは、ビンを管又はパイプで囲むことであるが、これは、必要な構築物に加えて、事実上、ポンプ式システムを作り出すことになり、同伴する流体及び周囲構造によって生じる大きい摩擦エネルギー損失を発生させる。水中船から横方向の制御を及ぼそうとする付加的なガイドワイヤもまた考えられているが、これはシステムの複雑さを著しく高め、運転中断時間及び付加的な保守要件のより高いリスクをもたらす。
[0011]本発明の目標は、上述の欠点又は課題の1つ又は複数を克服又は改善する、又は少なくとも有用な代替法を提供する、海底運搬システムを提供することである。
[0012]本発明の他の好ましい目的は、以下の説明から明らかになるであろう。
[0013]1つの形態において、必ずしも唯一の又は実際に最も広範な形態である必要はないが、海底物質を海底から水面に持ち上げるための海底運搬システムが提供され、この海底運搬システムは、
少なくとも部分的に海底と水面との間に延びた少なくとも1つのライン部材と、
積荷を運ぶことができる、ライン部材に接続された少なくとも1つの容器と
を備え、
容器は、容器が水中を通って推進されるときにこれを操縦することが可能な操縦可能要素を有する。
[0014]操縦可能要素は、少なくとも1つの調節可能な表面を備えることが好ましい。操縦可能要素は、舵、フラップ、及び/又は少なくとも1つの調節可能な水中翼を備えることができる。操縦可能要素は、容器を経路に沿って案内するように制御されることが好ましい。操縦可能要素は、遠隔制御することができるが、自律的に制御されることが好ましい。操縦可能要素は、操縦可能要素を能動的にトリムすることによって制御されることが好ましい。
[0015]容器は、スキップであることが好ましい。容器は、好ましくは位置決定システム、さらに好ましくは慣性測定に基づく位置推定を提供する慣性航法システムをさらに備える。あるいは、位置決定システムは、磁気コンパス、姿勢及び/又は深さセンサを含むことができ、Ultra Short Base Lineシステムのような音響航法装置からの付加的な入力を伴う場合がある。操縦可能な要素は、位置決定システムからの位置推定に対して制御されることが好ましい。容器は、所定経路に従うようにプログラムされることが好ましい。
[0016]ライン部材は、ケーブル、ロープ、又はワイヤで作ることができる。ライン部材は、好ましくはロープ、さらに好ましくは合成ロープ、さらに好ましくは、負荷を分散させ、単一ロープの結果としての故障を減らすように平行に走る、2つの合成ロープで作られる。ライン部材は、一体であってもよく、又は一括してライン部材を定める複数のライン部材セグメントを含んでいてもよい。ライン部材セグメントの少なくとも幾つかは、容器を介して接続されることが好ましい。
[0017]ライン部材は、水面の近く又は水面に位置する第1の水面位置から海底の近く又は海底に位置する深海位置まで延びていることが好ましい。ライン部材は、海底の近く又は海底に位置する深海位置から水面の近く又は水面に位置する第2の水面位置までさらに延びていることが好ましい。第1の水面位置及び第2の水面位置は、深海位置から実質的に同じ距離に位置していることが好ましい。第1の水面位置及び第2の水面位置は、海水面に対して実質的に同じ高さに位置することが好ましい。第1の水面位置及び第2の水面位置は、水上船、例えば船若しくはボート又は他のタイプの浮き装置の両端又は両側に位置していることが好まし。
[0018]ライン部材は、第1の水面位置、第2の水面位置、及び/又は深海位置又はその付近のシーブによって受けられていることが好ましい。システムは、ライン部材を引っぱる少なくとも1つの駆動要素をさらに備えることが好ましい。駆動要素は、ライン部材の少なくとも一部を受けるウインチを含むことが好ましい。ウインチは、ライン部材がその周りに巻き付くことができる回転可能なスプールを備えることが好ましい。
[0019]システムは、複胴構造であることが好ましい2つのウインチを備えることが好ましい。ウインチは、下降する容器からの位置エネルギーを上昇する容器によって回収することができるように構成されることが好ましい。第1のウインチは、第1の水面位置に隣接して位置し、第2のウインチは、第2の水面位置に隣接して位置することが好ましい。第1及び第2のウインチは、水面の上方に位置することが好ましいが、水面下に位置することもできる。ライン部材は、第1のウインチから第2のウインチに延びることが好ましい。ライン部材が一方のウインチ上に巻き取られるとき、これは他方のウインチから巻き戻されることが好ましい。ライン部材は、好ましくは深海位置又はその付近に位置するシーブを介して、2つのウインチ間の張力下にあることが好ましい。
[0020]ライン部材は、好ましくは第1の水面位置又はその付近のシーブ、深海位置又はその付近のシーブ、及び/又は第2の水面位置又はその付近のシーブを介して、第1のウインチから第2のウインチへ延びていることが好ましい。第1の容器は、第1の水面位置と深海位置との間でライン部材に接続されることが好ましく、第2の容器は、第2の水面位置と深海位置との間でライン部材に接続されていることが好ましい。第1の容器及び第2の容器は、一方の容器が深海位置又はその付近にあるとき他方の容器がそれぞれの水面位置又はその付近に位置するようにライン部材上で離間配置されることが好ましい。
[0021]システムは、釣合いおもりをさらに備えることが好ましい。釣合いおもりは、深海位置又はその付近に位置することが好ましい。釣合いおもりは、バッファが静的に安定であり、転倒する傾向に抗することを保証するように構成されることが好ましい。システムは、バッファをさらに備えることが好ましい。バッファは、深海位置又はその付近に位置することが好ましい。釣合いおもりは、バッファに接続されることが好ましい。バッファは、海底の上方に吊り下げられることが好ましい。バッファは、水面又はその付近から延びたバッファラインによって海底の上方に吊り下げられていることが好ましい。バッファラインは、バッファ及び/又は海底機械への動力及び/又はデータ転送などのサービスを提供する命綱ケーブルであることが好ましい。
[0022]バッファは、集めた海底物質を貯蔵するための貯蔵コンパートメントを有することが好ましい。バッファは、集めた海底物質を受けるための少なくとも1つの入口と、集めた海底物質を分配するための少なくとも1つの出口とを有することが好ましい。入口は、入口パイプ、好ましくはスラリホース入口パイプに接続されることが好ましい。1つ又は複数の出口は、1つ又は複数のシュートを備えることが好ましい。シュートは、作動したときに海底物質を選択的に解放することが好ましい。シュートは、作動したときに所定量の海底物質を分配するドーザを有することができる。
[0023]バッファは、好ましくはスラスタを備える。スラスタは、水上船に対する向き、好ましくはアジマス方位を能動的に制御することが好ましく、海中の索具のねじれを打ち消すように構成されることが好ましい。バッファは、好ましくは海底処理システムを備える。海底処理システムは、団塊などの望ましい海底物質をスラリから分離することが好ましい。
[0024]容器はライン部材を横切ることができるが、容器は、ライン部材に固定され、ライン部材によって牽引されることによって推進されることが好ましい。容器は、ライン部材の少なくとも2つのセグメントに固定されことが好ましく、第1のライン部材セグメントは容器を第1の方向に牽引するためのものであり、第2のライン部材セグメントは容器を第2の方向に牽引するためのものである。
[0025]海底運搬システムは、水上船をさらに備えることが好ましい。少なくとも1つのウインチが水上船に取り付けられることが好ましい。ライン部材は、水上船によって水中で支持されることが好ましい。それぞれのウインチ、容器及び/又はバッファを伴うことが好ましい、複数のライン部材が水上船から平行に配置されることが好ましい。海底運搬システムは、少なくとも1つの海底物質収集装置をさらに備えることが好ましい。少なくとも1つの海底物質収集装置は、海底物質移送パイプによってバッファに接続されることが好ましい。
[0026]別の形態において、海底物質を海底から水面へ運搬するための容器が提供され、この容器は、
ライン部材取付け組立体と、
海底物質の積荷を運ぶためのキャビティと、
容器が水中を通って推進されるときにこれを操縦することが可能な少なくとも1つの操縦可能要素と
を備える。
[0027]さらに別の形態において、海底物質を海底から水面へ運搬するための方法が提供され、この方法は、
海底物質を集めるステップと、
集めた海底物質を海底又はその付近に位置する少なくとも1つの容器に移すステップと、
少なくとも1つの操縦可能要素を用いて容器を海底又はその付近から水面又はその付近まで案内するステップと、
容器を水上船に荷下ろしするステップと、
を含む。
[0028]海底物質を集めるステップは、海底物質を集めるために少なくとも1つの海底物質収集装置を動作させることを含むことが好ましい。集めた海底物質は、好ましくはスラリ形態で、少なくとも1つの海底物質収集装置からパイプを介して移されることが好ましい。
[0029]集めた海底物質を海底又はその付近に位置する少なくとも1つの容器に移すステップは、集めた海底物質を海底又はその付近に位置するバッファに移し、次いで集めた海底物質をバッファから少なくとも1つの容器に分配するステップをさらに含むことが好ましい。この方法は、バッファにおいて、好ましくは入ってきたスラリから海底団塊などの望ましい海底物質を分離することによって、入ってきた海底物質を処理するステップをさらに含むことができる。
[0030]容器を海底又はその付近から水面又はその付近へ案内するステップは、少なくとも1つの操縦可能要素を制御することを含むことが好ましい。容器は、自律的に制御されることが好ましい。少なくとも2つの容器が設けられ、一方の容器が水面に向かって移動しているとき、他方の容器は海底に向かって移動することが好ましい。2つの容器は、単一のライン部材によって接続されることが好ましい。各容器は、好ましくは少なくとも1つの操縦可能要素を制御することにより、互いにすれ違うときに他方の容器との衝突を避けるように案内されることが好ましい。この方法は、第1の容器を水面に向かって及び第2の容器を海底に向かって同時に案内することを含むことが好ましい。
[0031]容器を水上船に荷下ろしするステップは、好ましくは、容器の内容物を水上船又はその付近に位置する荷下ろしビン内に解放することを含む。
[0032]本方法は、容器をライン部材で牽引するステップをさらに含むことが好ましい。容器をライン部材で牽引するステップは、スプール上にライン部材を巻き取るウインチを作動させることを含むことが好ましい。ライン部材は、好ましくは深海位置のシーブを介して、2つのウインチ間に接続され、第2のウインチ上に巻き取られるときに同時に第1のウインチから巻き戻されて容器を第1の方向に牽引し、第2のウインチから巻き戻され、第1のウインチ上に巻き取られて、容器を第2の方向に牽引することが好ましい。第1の容器は、第1のウインチと深海位置又はその付近に位置するシーブとの間を移動し、第2の容器は、第2のウインチと深海位置又はその付近に位置するシーブとの間を移動することが好ましい。
[0033]本発明のさらなる特徴及び利点は、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
[0034]例示のみの目的で、本発明の好ましい実施形態を以下、添付の図面を参照してより詳細に説明する。
海底運搬システムの斜視図である。 海底運搬システムの図式的な側面立面図である。 バッファの図式的な側面立面図である。 容器の図式的な側面立面図である 容器に物質を荷下ろしするバッファの拡大斜視図である。
[0040]図1は、水上船100と、海面の付近ではあるがその上方に吊り下げられた2つのバッファ200と、2つの海底物質収集装置300と、海底物質の積荷を運ぶための内部にキャビティを有する2つ(又は4つ)の容器400とを備えた、海底運搬システム10を示す。水上船100は、ウインチ110と、ライン部材150と係合するシーブ120とを有する。ウインチ110は、上下浮動補償システムを含み得る、水路学的(hydrographic)又はドラム式のウインチの形態であることが好ましい。
[0041]容器400は、好ましくはスキップである。各容器400は、それぞれのライン部材150に接続されている。各海底物質収集装置300は、スラリホース310の形態の可撓性パイプを介してバッファ200に接続されている。図1には示されていないが、バッファは、それ自体の動力、制御及び通信用の命綱ケーブルを有することが好ましい。動力、制御及び通信は、次いでバッファ200から海底物質収集装置300に供給される。あるいは、別の実体(例えば、水上船100)からの命綱を用いて海底物質収集装置300に動力供給する及び/又はこれを制御することもできる。バッファ200ごとに1つの海底物質収集装置300が図示されているが、各バッファ200が複数の海底物質収集装置300に接続される場合もあり、又は複数の海底物質収集装置300が単一のバッファ200に接続される場合もある。
[0042]図2は、運搬システム10のさらなる詳細を示す。図2から分かるように、バッファ200は、水上船100(図2では示さず)から動力、制御、及び/又はデータ通信を提供する命綱ケーブルの形態であることが好ましいバッファライン210によってバッファウインチ112を介して吊り下げられている。バッファ200は、釣合いおもりによって、海底の近く、好ましくは海底の至近に位置する深海位置30に平衡されている。
[0043]ライン部材150は、好ましくは実質的に合成ロープで作られており、第1の水面位置20aから深海位置30まで下方に延びて上方に戻り、第1の水面位置20aに隣接して位置する第2の水面位置20bまで延びる。詳細には、ライン部材150は、第1のウインチ110aから、第1の水面シーブ120a、バッファ200に隣接して位置する深海シーブ130、第2の水面シーブ120b、第2のウインチ110bまで延びている。ウインチ110a、110b及び水面シーブ120a、120bは、典型的には水上船100上に位置する(図1に示すように)。
[0044]第1の容器400aは、第1の水面シーブ120aと深海シーブ130との間に位置している。第2の容器400bは、第2の水面シーブ120bと深海シーブ130との間に位置している。第1の容器400a及び第2の容器400bは、同じライン部材に接続されているが、深海シーブ130の対向する側にある。2つのウインチ110a及び110bは、一方が各自のスプールにワイヤを巻き上げるとき、他方が各自のスプールからワイヤを巻き戻すように配置されている。第1の容器400a及び第2の容器400bは、各々、ライン部材取付け組立体によって、容器400a、400bがライン部材150の2つの隣接セグメント間に接続されるようにライン部材150に固定されている。
[0045]第1の荷下ろしビン140a及び第2の荷下ろしビン140bが、それぞれ第1の水面位置20a及び第2の水面位置20bに配置されている。第1の荷下ろしビン140a及び第2の荷下ろしビン140bは両方とも、それぞれの容器400a及び容器400bが横に並んだときにそれぞれ第1の容器400a及び第2の容器400bから物質を受け入れるように構成されている。荷下ろしビン140a、140bは、大きい貯蔵容量、場合によっては共有の貯蔵容量を有することができ、又は海底物質を貯蔵のために水上船100の1つ又は複数のサイロに移すことができる。
[0046]図3は、バッファライン210によって吊り下げられ、釣合いおもり220で下方に平衡されたバッファ200を示す。バッファ200は、アジマススラスタ230を有する。スラスタ230は、釣合いおもり220から延びているように示されているが、バッファ200の他の部分の上に配置することもできることが認識されるであろう。スラスタ230は、バッファ200のアジマス及び操縦性をもたらす役割を果たす。
[0047]具体的には、スラスタ230を用いて、バッファ200の向き、主として水上船100に対するアジマス方位を能動的に制御するために用いることができる。これが、バッファ200が水上船に対して正しい向きに維持されることを可能にして、いずれかのライン(例えば、ライン部材150、バッファライン210、及び水上船100から延びる他のいずれかのライン)のねじれによって生じる絡まりを防ぐ。バッファ200のスラスタ230は、自律的に、又は水上船100から遠隔的に制御されることが好ましい。
[0048]図4は、ライン部材150の第1のセグメント150aと第2のセグメント150bとの間に接続された容器400を示す。容器400は、容器400がライン部材によって水中を引っぱられるときに操縦することを可能にする調節可能なフラップ410の形態の操縦可能要素を有する。容器400は、ライン部材150によって引っぱられているときに領域内のいずれかのライン又は他の容器との絡まり又は衝突を避ける経路上に容器400を導くように、自律的に又は遠隔制御を介してプログラムされている。
[0049]容器400は、容器400のための制御システムに位置推定を提供する、慣性航法システムの形態であること好ましい、位置決定システムを有する。位置決定システムは、機首方向、ピッチ、ロール、位置及び深さセンサのうちの少なくとも1つ又はそれ以上を含む複数のセンサを含むことが好ましい。次いでフラップ410が、容器400を実質的に所定の経路に沿って導くように位置推定及びセンサ出力に対してトリムされる。
[0050]容器400は、コントロースシステム及びトリムされる調節可能フラップ410に必要な動力を供給する、典型的にはバッテリを含む動力貯蔵システムを有することが好ましい。動力貯蔵システムは、容器400がその水面位置20a、20bに位置しているときに交換可能なものであるか又は充電されることが好ましい。あるいは、適切なライン部材150を用いて、水上船100からライン部材150を介して容器400に動力供給する及び/又は制御することができる。
[0051]容器400は、好ましくは、上方で2つのライン部材150及び下方で2つのライン部材に接続する(例えば、複胴ホイストシステムのブレア(Blair)式多重ロープ構成)。容器400の上方の2つのライン部材150は、容器400が減速して水上船100の荷下ろしビンに接近したときに、流体力学的操縦を必要とすることなく容器400のアジマス方位を配向することを可能にする。同様に、容器400の下方の2つのライン部材150は、容器400が減速して海底のバッファ200に接近したときに、流体力学的操縦を必要とすることなく容器400のアジマス方向に配向されることを可能にする。
[0052]図5は、海底物質を容器400に荷下ろししているときのバッファ200の拡大図を示す。バッファ200は、集められた海底物質を海底収集装置300からスラリホース310を介して受け入れる入口202を有する。集められた海底物質は、次いでバッファ200の貯蔵コンパートメント204内に貯蔵され、容器400への荷下ろしの準備が整う。バッファ200の貯蔵コンパートメント204は、スラリホース310を経由して追加物質を受け入れることを待つことを要することなく少なくとも単一の容器400に満杯に積み込むのに十分な容量を有することが好ましい。バッファ200の貯蔵コンパートメント204内に収容された海底物質は、釣合いおもり220(図5では示さず)がバッファ200を水中で下方に平衡させることを援助する。シーブ130の下方に位置する釣合いおもり220(図5では示さず)は、バッファ200を下方に平衡させることを援助するとともにバッファ200が転倒することも防止する。
[0053]図5に示すように容器400が深海位置30に位置しているとき、海底物質はバッファ200の貯蔵コンパートメント204からバッファ200の出口206を介して容器400へ移される。バッファ200の出口206は、貯蔵物質がシュート208を下って重力送りされることを可能にするように貯蔵コンパートメント204の上端部に位置している。代替的に又は付加的に、例えばアルキメデス・スクリューポンプといった適切な機構を用いて海底物質を容器400に向かって付勢することができる。
[0054]シュート208は、容器400が深海位置30に到着したときに出口206を開き(図5に示すように)、そして容器400が深海位置30を離れたときに出口206を閉じて内部の貯蔵コンパートメント204からの海底物質の損失を防ぐように作動させることが好ましい。シュート208は、任意の適切な手段で、例えば貯蔵容器400によって機械式若しくは液圧式に、又は、自動的に若しくは水上船100からの制御により電子的に、作動させることができる。
[0055]図1に示すように、海底運搬システム10は、単一ライン部材150システム(図2に示すように)から、各自それぞれの容器400及びバッファ200を備えた互いに隣接して作業する複数のライン部材150(例えば、図1に示すような2つの隣接するライン部材150)を有するように拡張することができる。付随する容器400及びバッファ200を有するライン部材150の大規模な配列を用いて、必要に応じてシステムをスケールアップすることができる。
[0056]使用時、海底物質は、海底物質収集装置300によって集められ、スラリホース310を経由してスラリ形態でバッファ200にポンプで汲み上げられる。バッファ200は、受け入れた海底物質を随意に処理することができ、集めた海底物質を一時的な貯蔵コンパートメント204内に収集する。第1の容器400aは、ライン部材150を介して第1の容器400aを引っぱる第2のウインチ110bを作動させることによって、バッファ200へと降下する。ひとたび第1の容器400aがバッファ200に到着すると、集められた海底物質はバッファ200から容器400aへと移される。ひとたびバッファ200が要求された海底物質を分配すると、第1の容器400aは、第1のウインチ110aを作動させることによって、ライン部材150を介して水面へと引き戻される。
[0057]第1のウインチ110aが作動すると、第2の容器400bが同様にライン部材150を介してバッファ200まで引き下ろされる。第1の容器400a及び第2の容器400bは、第1の容器400aが水面にあるとき第2の容器400bがバッファ200のところにあり逆もまた同様になるようにライン部材上で離間配置されている。ひとたび第1の容器400aが水面に到着し、かつ第2の容器400bがバッファに到着すると、第1の容器は、荷下ろしビン140aを介して海底物質を水上船100に荷下ろしする。同時に又はほぼ同時に、バッファ200は、集めた海底物質を第2の容器400bへと移す。第2の容器400bは、次いで第2の荷下ろしビン140bのところまで水面へ引き上げられ、その結果として第1の容器400aがバッファ200まで引き戻され、処理が繰り返される。
[0058]有利には、海底運搬システム10は、液圧式ライザ・システムに比べてエネルギー効率が良いと同時に海中でのラインの絡まり又はすれ違う容器の衝突を減らす、機械式運搬システムを提供する。さらに、これは、深海の構成要素を水面の近くまで持ち上げ、新たな場所に移動させ、次いで新たな場所に降ろすことによって、容易に再配置可能である。このことは、再配置費用及び段取り時間を削減し、結局のところ、海底採鉱システムが海底の広い領域をカバーしているときに生産性を高めることになる。
[0059]図面では、水面と海底との間の距離が比較的近くに描かれているが、これは単に便宜上であり、本発明は、典型的には海底が2,000mを超える、典型的にはおよそ5,000mの深さである深海用途で用いられることが認識されるであろう。本明細書における海底(seafloor、seabed)、海中などに対する言及は、単に便宜上であり、他の水域、例えば湖の湖底などに等しく適用することができる。
[0060]本明細書において、第1及び第2、左及び右、上及び下などのような形容詞は、単に1つの要素又は動作を別の要素又は動作と区別するために用いることができ、必ずしもそのような実際の関係又は順序を必要としない又は含意しない。文脈が許せば、整数又は構成要素又はステップ(又は同様のもの)に対する言及は、その整数、構成要素、又はステップの1つだけに限定されると解釈すべきものではなく、むしろ1つ以上の、その整数、構成要素、又はステップ等が可能である。
[0061]本発明の種々の実施形態の上記説明は、当業者への説明の目的で提供される。これは網羅的であることも又は開示された単一の実施形態に本発明を限定することも意図しない。上述したように、本発明に対する多数の代替及び変形が上記教示の当業者には明らかとなるであろう。従って、幾つかの代替的な実施形態を具体的に論じてきたが、他の実施形態が当業者には明らかとなり、又は当業者によって比較的容易に開発されるであろう。本発明は、本明細書で論じた本発明の全ての代替、修正、及び変形、並びに上述の発明の思想及び範囲内に入る他の実施形態を包含することが意図される。
[0062]本明細書中、用語「備える」、「備えている」、「含む」、「含んでいる」又は同様の用語は、非排他的な包含を意味することが意図されており、要素の列挙を含む方法、システム又は装置は、これらの要素を単独で含むのではなく、列挙されていない他の要素も適宜含むことができる。

Claims (50)

  1. 海底物質を海底から水面に持ち上げるための海底運搬システムであって、
    少なくとも部分的に前記海底と前記水面との間に延びた少なくとも1つのライン部材と、
    積荷を運ぶことができる、前記ライン部材に接続された少なくとも1つの容器と
    を備え、
    前記容器は、前記容器が水中を通って推進されるときにこれを操縦することが可能な操縦可能要素を有する、海底運搬システム。
  2. 前記操縦可能要素が、少なくとも1つの調節可能な表面を備える、請求項1に記載の海底運搬システム。
  3. 前記操縦可能要素が、舵、フラップ、及び/又は少なくとも1つの調節可能な水中翼を備える、請求項1又は2に記載の海底運搬システム。
  4. 前記操縦可能要素が、前記容器を経路に沿って案内するように制御される、請求項1〜3のいずれか一項に記載の海底運搬システム。
  5. 前記操縦可能要素が、自律的に制御される、請求項1〜4のいずれか一項に記載の海底運搬システム。
  6. 前記操縦可能要素が、遠隔制御される、請求項1〜4のいずれか一項に記載の海底運搬システム。
  7. 前記操縦可能要素が、前記操縦可能要素を能動的にトリムすることによって制御される、請求項1〜6のいずれか一項に記載の海底運搬システム。
  8. 前記容器が、スキップである、請求項1〜7のいずれか一項に記載の海底運搬システム。
  9. 前記容器が、位置決定システムを備える、請求項1〜8のいずれか一項に記載の海底運搬システム。
  10. 前記位置決定システムが、慣性測定に基づく位置推定を提供する慣性航法システムを備える、請求項9に記載の海底運搬システム。
  11. 前記位置決定システムが、磁気コンパス、姿勢、及び/又は深さセンサを含む、請求項9又は10に記載の海底運搬システム。
  12. 前記位置決定システムが、音響航法装置からの入力を含む、請求項9〜11のいずれか一項に記載の海底運搬システム。
  13. 前記操縦可能要素が、前記位置決定システムからの前記位置推定に対して制御される、請求項9〜12のいずれか一項に記載の海底運搬システム。
  14. 前記容器が、所定経路に従うようにプログラムされる、請求項1〜13のいずれか一項に記載の海底運搬システム。
  15. 前記ライン部材が、ケーブル、ロープ、又はワイヤで作られた、請求項1〜14のいずれか一項に記載の海底運搬システム。
  16. 前記ライン部材が、少なくとも実質的に合成ロープで作られた、請求項15に記載の海底運搬システム。
  17. 前記ライン部材が、平行に走る2つの合成ロープを備える、請求項16に記載の海底運搬システム。
  18. 前記ライン部材が一体である、請求項15〜17のいずれか一項に記載の海底運搬システム。
  19. 前記ライン部材が、一括して前記ライン部材を定める複数のライン部材セグメントを備える、請求項15〜17のいずれか一項に記載の海底運搬システム。
  20. 前記ライン部材セグメントの少なくとも幾つかが容器を介して接続された、請求項19に記載の海底運搬システム。
  21. 前記ライン部材が、前記水面の近く又は前記水面に位置する第1の水面位置から、前記海底の近く又は前記海底に位置する深海位置まで延びた、請求項1〜20のいずれか一項に記載の海底運搬システム。
  22. 前記ライン部材が、前記海底の近く又は前記海底に位置する前記深海位置から、前記水面の近く又は前記水面に位置する第2の水面位置までさらに延びた、請求項21に記載の海底運搬システム。
  23. 前記第1の水面位置及び前記第2の水面位置が、前記深海位置から実質的に同じ距離、及び海水面に対して実質的に同じ高さに位置している、請求項22に記載の海底運搬システム。
  24. 前記第1の水面位置及び前記第2の水面位置が、水上船の両端又は両側に位置している、請求項22又は23に記載の海底運搬システム。
  25. 前記ライン部材が、前記第1の水面位置、前記第2の水面位置、及び/又は前記深海位置又はその付近のシーブによって受けられた、請求項22〜24のいずれか一項に記載の海底運搬システム。
  26. 前記ライン部材を引っぱる少なくとも1つの駆動要素をさらに備える、請求項1〜25のいずれか一項に記載の海底運搬システム。
  27. 前記駆動要素が、前記ライン部材の少なくとも一部を受けるウインチを含む、請求項26に記載の海底運搬システム。
  28. 前記駆動要素が、下降する容器からの位置エネルギーを上昇する容器によって回収することができるように複胴構成に配置された2つのウインチを備える、請求項27に記載の海底運搬システム。
  29. 第1のウインチが、第1の水面位置に隣接して位置し、第2のウインチが、第2の水面位置に隣接して位置し、前記ライン部材が、前記第1のウインチから深海位置又はその付近に位置するシーブを介して前記第2のウインチへ張力下で延びた、請求項27又は28に記載の海底運搬システム。
  30. 前記ライン部材が、前記第1のウインチから、前記第1の水面位置又はその付近のシーブ、前記深海位置又はその付近のシーブ、及び前記第2の水面位置又はその付近のシーブを介してして、前記第2のウインチへ延びた、請求項29に記載の海底運搬システム。
  31. 第1の容器が、前記第1の水面位置と前記深海位置との間で前記ライン部材に接続され、第2の容器が前記第2の水面位置と前記深海位置との間で前記ライン部材に接続された、請求項29又は30に記載の海底運搬システム。
  32. 前記第1の容器及び第2の容器が、一方の容器が前記深海位置又はその付近にあるとき他方の容器がそれぞれの水面位置又はその付近に位置するように前記ライン部材上で離間配置された、請求項31に記載の海底運搬システム。
  33. 深海位置又はその付近に位置するバッファをさらに備える、請求項1〜32のいずれか一項に記載の海底運搬システム。
  34. 前記バッファに接続された釣合いおもりをさらに備える、請求項33に記載の海底運搬システム。
  35. 前記バッファが、前記水面又はその付近から延びたバッファラインによって前記海底の上方に吊り下げられた、請求項33又は34に記載の海底運搬システム。
  36. 前記バッファが、
    集めた海底物質を貯蔵するための貯蔵コンパートメントと、
    集めた海底物質を受けるための入口パイプに接続された少なくとも1つの入口と、
    前記バッファから集めた海底物質を分配するために作動されたときに海底物質を選択的に解放するシュートを備えた少なくとも1つの出口と
    を有する、請求項33〜35のいずれか一項に記載の海底運搬システム。
  37. 前記シュートが、作動されたときに所定量の海底物質を分配するためのドーザを有する、請求項36に記載の海底運搬システム。
  38. 前記バッファがスラスタを備える、請求項33〜37のいずれか一項に記載の海底運搬システム。
  39. 前記スラスタが、水上船に対する前記バッファの向きを能動的に制御する、請求項38に記載の海底運搬システム。
  40. 前記バッファが、望ましい海底物質をスラリから分離する海底処理システムを備える、請求項33〜39のいずれか一項に記載の海底運搬システム。
  41. 海底物質を海底から水面へ運搬するための容器であって、
    ライン部材取付け組立体と、
    海底物質の積荷を運ぶためのキャビティと、
    前記容器が水中を通って推進されるときにこれを操縦することが可能な少なくとも1つの操縦可能要素と
    を備えた、容器。
  42. 海底物質を海底から水面へ運搬するための方法であって、
    海底物質を集めるステップと、
    集めた海底物質を前記海底又はその付近に位置する少なくとも1つの容器に移すステップと、
    少なくとも1つの操縦可能要素を用いて前記容器を前記海底又はその付近から前記水面又はその付近まで案内するステップと、
    前記容器を水上船に荷下ろしするステップと、
    を含む、方法。
  43. 前記海底物質を集めるステップが、海底物質を集めるために少なくとも1つの海底物質収集装置を動作させることを含む、請求項42に記載の方法。
  44. 前記集めた海底物質が、スラリ形態で、前記少なくとも1つの海底物質収集装置からパイプを介して移される、請求項42又は43に記載の方法。
  45. 前記集めた海底物質を前記海底又はその付近に位置する少なくとも1つの容器に移すステップが、前記集めた海底物質を前記海底又はその付近に位置するバッファに移し、次いで集めた海底物質を前記バッファから前記少なくとも1つの容器に分配するステップをさらに含む、請求項42〜44のいずれか一項に記載の方法。
  46. 前記バッファにおいて、入ってきたスラリから望ましい海底物質を分離することによって、入ってきた前記海底物質を処理するステップをさらに含む、請求項45に記載の方法。
  47. 前記容器を前記海底又はその付近から前記水面又はその付近へ案内するステップが、前記少なくとも1つの操縦可能要素を制御することを含む、請求項42〜46のいずれか一項に記載の方法。
  48. 少なくとも2つの容器が設けられ、一方の容器が前記水面に向かって移動しているとき、他方の容器が前記海底に向かって移動する、請求項42〜47のいずれか一項に記載の方法。
  49. 前記2つの容器が単一のライン部材によって接続され、各容器が、互いにすれ違うときに他方の容器との衝突を避けるように案内される、請求項48に記載の方法。
  50. 深海位置のシーブを介して2つのウインチ間に接続されたライン部材で前記容器を牽引するステップであって、前記ライン部材が、第2のウインチ上に巻き取られるときに同時に第1のウインチから巻き戻されて前記容器を第1の方向に牽引し、前記第2のウインチから巻き戻され、前記第1のウインチ上に巻き取られて、前記容器を第2の方向に牽引するステップをさらに含む、請求項42〜49のいずれか一項に記載の方法。
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