JP2024016420A - 揚鉱装置およびそれを用いた揚鉱方法 - Google Patents

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Abstract

【解決課題】海上におけるキャリア物質と海底物質の分離を簡単に行うことができ、且つ、海底物質の管路内への取り込み時に多量の海水を取り込んでしまうことを防止できるとともに、揚鉱条件を一定にして輸送効率を高め、且つ、海洋汚染の問題も防止できる揚鉱装置を提供する。【解決手段】 揚鉱装置は、管路と、キャリア物質と、カプセルと、第１リボルバー部と、を備える。第１リボルバー部は、円柱形のリボルバー部本体と、前記リボルバー部本体を貫通するように設けられる前記第１回転軸と、前記第１回転軸の周囲で前記リボルバー部本体を上下方向に貫通し且つ前記カプセルを受容するように設けられる複数のチャンバーと、を有する。【選択図】図１

Description

特許法第３０条第２項適用申請有り 令和４年１月７日に公開された刊行物であるシンポジウム講演集および令和４年１月１３日に行われた２０２２年第４８回岩盤力学に関するシンポジウムにて、発明の新規性喪失の例外の規定の適用を受けるための証明書に記載の内容を開示した。
本発明は、海底物質を揚鉱できる揚鉱装置に関する。
海底の有価鉱物を揚鉱する揚鉱装置および揚鉱方法が開示されている（例えば、特許文献１～３参照）。この揚鉱装置および揚鉱方法では、下降管および上昇管を含む環状に形成した管路内に粘性流動物質であるキャリア物質を循環させ、有価物質の平均沈降速度を低減することで、海底の有価物質の揚鋼を効率的にしている。揚鉱された有価鉱物は、海上にて回収される。
特許第６８７８７２１号公報 特許第６９３８３００号公報 特許第６５７００００号公報
上記従来の揚鉱装置および揚鉱方法では、海上におけるキャリア物質と有価物質の分離に手間がかかり、コスト増となる問題があった。また、有価物質を環状の管路内に取り込む際に、一緒に多量の海水を取り込んでしまうことになるため、管内でキャリア物質の濃度が薄まって、有価物質の平均沈降速度の低減効果が十分に得られなくなる問題があった。さらに、輸送効率を最大にするために、海底から海上まで海底物質（鉱石）の粒度、密度、混入率などの揚鉱条件を一定に保つことが必要であるが、揚鉱条件は、鉱床の性状や採掘の条件によって変動してしまう問題があった。また、海底物質から有価物質を回収した後の残滓である不要物質は、適切に処分する必要があるが、そのまま海面近くで不要物質を放出すると海洋汚染を生じる懸念があった。
従って、本発明の目的は、海上におけるキャリア物質と海底物質の分離を簡単に行うことができ、且つ、海底物質の管路内への取り込み時に多量の海水を取り込んでしまうことを防止できるとともに、揚鉱条件を一定にして輸送効率を高め、且つ、海洋汚染の問題も防止できる揚鉱装置を提供することにある。
上記課題は、以下の本発明により解決される。すなわち、本発明（１）の揚鉱装置は、
海上より海底に達する下降管と、前記海底から前記海上に達する上昇管と、前記下降管の下端部と前記上昇管の下端部とを連結する第１連結管と、を有する管路と、
前記管路内に充填されるとともに前記下降管の上端から前記第１連結管を経由して前記上昇管の上端に至るまで前記管路内を送られるキャリア物質と、
前記キャリア物質中に混入され内部に海底物質又は不要物質を収納可能なカプセルであって、カプセル本体と、前記カプセル本体の長手方向の両端部に設けられ前記海底物質又は前記不要物質を出し入れ可能な一対の開口部と、前記一対の開口部を閉塞したり開放したりするように前記カプセル本体に対して移動可能な一対の蓋体と、を有するカプセルと、
前記下降管の下端部と前記上昇管の下端部とに跨って設けられ、第１回転軸回りに回転可能な第１リボルバー部であって、円柱形のリボルバー部本体と、前記リボルバー部本体を貫通するように設けられる前記第１回転軸と、前記第１回転軸の周囲で前記リボルバー部本体を上下方向に貫通し且つ前記カプセルを受容するように設けられる複数のチャンバーと、を有する第１リボルバー部と、
を備え、
前記複数のチャンバーのそれぞれは、前記下降管から前記カプセルを受容する第１位置と、前記下降管から受容した前記カプセルから前記不要物質を放出する第２位置と、前記不要物質が排出された前記カプセルに前記海底物質を投入する第３位置と、前記上昇管に向けて前記海底物質が投入された前記カプセルを放出する第４位置と、の間で前記第１リボルバー部の回転に伴い移動可能である。
また、本発明（２）の揚鉱装置は、（１）記載の揚鉱装置であって、
前記リボルバー部本体は、前記下降管および前記上昇管と対向する第１面と、前記第１面とは反対側の第２面と、前記カプセルと係合して前記カプセルが前記チャンバーよりも下側に脱落することを阻止可能な係合部と、を有する。
また、本発明（３）の揚鉱装置は、（１）記載の揚鉱装置であって、
前記第１位置に対応する位置に設けられる第１操作部であって、前記下降管から供給される前記カプセルの前記チャンバー内への移動を補助する第１操作部を有する。
また、本発明（４）の揚鉱装置は、（１）記載の揚鉱装置であって、
前記第２位置に対応する位置で前記第２面に対向して設けられる第２操作部であって、前記下降管から前記チャンバー内に受容された前記カプセルの一対の蓋体のうち、前記第２面側の蓋体を前記開口部を開放する位置に移動させ、前記カプセル内の前記不要物質を前記管路外に放出させる第２操作部を有する。
また、本発明（５）の揚鉱装置は、（１）記載の揚鉱装置であって、
前記第３位置に対応する位置で前記第１面に対向して設けられる第３操作部であって、前記チャンバー内に受容された前記カプセルの一対の蓋体のうち、前記第１面側の蓋体を前記開口部を開放する位置に移動させ、前記カプセル内に前記海底物質の投入を受けられるようにする第３操作部を有する。
また、本発明（６）の揚鉱装置は、（１）記載の揚鉱装置であって、
前記第４位置に対応する位置に設けられる第４操作部であって、前記チャンバー内の前記カプセルの前記上昇管内への移動を補助する第４操作部を有する。
また、本発明（７）の揚鉱装置は、（１）記載の揚鉱装置であって、
前記管路は、前記上昇管の上端部と前記下降管の上端部とを連結する第２連結管を有し、
前記キャリア物質は、前記第２連結管内を前記上昇管の上端部から前記下降管の上端部まで送られる。
また、本発明（８）の揚鉱方法は、
海上より海底に達する下降管と、前記海底から前記海上に達する上昇管と、前記下降管の下端部と前記上昇管の下端部とを連結する第１連結管と、を有する管路と、
前記管路内に充填されるキャリア物質と、
前記キャリア物質中に混入され内部に海底物質又は不要物質を収納可能なカプセルであって、カプセル本体と、前記カプセル本体の長手方向の両端部に設けられ前記海底物質又は前記不要物質を出し入れ可能な一対の開口部と、前記一対の開口部を閉塞したり開放したりするように前記カプセル本体に対して移動可能な一対の蓋体と、を有するカプセルと、
前記下降管の下端部と前記上昇管の下端部とに跨って設けられ、第１回転軸回りに回転可能な第１リボルバー部であって、円柱形のリボルバー部本体と、前記リボルバー部本体を貫通するように設けられる前記第１回転軸と、前記第１回転軸の周囲で前記リボルバー部本体を上下方向に貫通し且つ前記カプセルを受容するように設けられる複数のチャンバーと、を有する第１リボルバー部と、
を備える揚鉱装置を用いる揚鋼方法であって、
前記キャリア物質を前記下降管の上端から前記第１連結管を経由して前記上昇管の上端に至るまで送り、
前記第１リボルバー部の回転に伴い前記複数のチャンバーのそれぞれを、第１位置と、第２位置と、第３位置と、第４位置と、の間で移動させ、
前記第１位置において前記下降管から前記カプセルを受容し、
前記第２位置において前記下降管から受容した前記カプセルから前記不要物質を放出し、
前記第３位置において前記不要物質が排出された前記カプセルに前記海底物質を投入し、
前記第４位置において前記上昇管に向けて前記海底物質が投入された前記カプセルを放出する。
また、本発明（９）の揚鉱方法は、（８）記載の揚鉱方法であって、
前記管路は、前記上昇管の上端部と前記下降管の上端部とを連結する第２連結管を有し、
前記キャリア物質は、前記第２連結管内を前記上昇管の上端部から前記下降管の上端部まで送られる。
また、本発明（１０）の揚鉱装置は、
海上より海底に達する下降管と、前記海底から前記海上に達する上昇管と、前記下降管の下端部と前記上昇管の下端部とを連結する第１連結管と、を有する管路と、
前記管路内に充填されるとともに前記下降管の上端から前記第１連結管を経由して前記上昇管の上端に至るまで前記管路内を送られるキャリア物質と、
前記キャリア物質中に混入され内部に海底物質又は不要物質を収納可能なカプセルであって、カプセル本体と、前記カプセル本体の長手方向の両端部に設けられ前記海底物質又は前記不要物質を出し入れ可能な一対の開口部と、前記一対の開口部を閉塞したり開放したりするように前記カプセル本体に対して移動可能な一対の蓋体と、を有するカプセルと、
前記下降管の下端部と前記上昇管の下端部とに跨って設けられ、第１回転軸回りに回転可能な第１リボルバー部であって、円柱形のリボルバー部本体と、前記リボルバー部本体を貫通するように設けられる前記第１回転軸と、前記第１回転軸の周囲で前記リボルバー部本体を上下方向に貫通し且つ前記カプセルを受容するように設けられる複数のチャンバーと、を有する第１リボルバー部と、
を備え、
前記複数のチャンバーのそれぞれは、前記下降管から前記カプセルを受容する第１位置と、前記下降管から受容した前記カプセルから前記不要物質を放出した後に前記カプセルに前記海底物質を投入する第２位置と、前記上昇管に向けて前記海底物質が投入された前記カプセルを放出する第３位置と、の間で前記第１リボルバー部の回転に伴い移動可能である。
また、本発明（１１）の揚鉱方法は、
海上より海底に達する下降管と、前記海底から前記海上に達する上昇管と、前記下降管の下端部と前記上昇管の下端部とを連結する第１連結管と、を有する管路と、
前記管路内に充填されるキャリア物質と、
前記キャリア物質中に混入され内部に海底物質又は不要物質を収納可能なカプセルであって、カプセル本体と、前記カプセル本体の長手方向の両端部に設けられ前記海底物質又は前記不要物質を出し入れ可能な一対の開口部と、前記一対の開口部を閉塞したり開放したりするように前記カプセル本体に対して移動可能な一対の蓋体と、を有するカプセルと、
前記下降管の下端部と前記上昇管の下端部とに跨って設けられ、第１回転軸回りに回転可能な第１リボルバー部であって、円柱形のリボルバー部本体と、前記リボルバー部本体を貫通するように設けられる前記第１回転軸と、前記第１回転軸の周囲で前記リボルバー部本体を上下方向に貫通し且つ前記カプセルを受容するように設けられる複数のチャンバーと、を有する第１リボルバー部と、
を備える揚鉱装置を用いる揚鋼方法であって、
前記キャリア物質を前記下降管の上端から前記第１連結管を経由して前記上昇管の上端に至るまで送り、
前記第１リボルバー部の回転に伴い前記複数のチャンバーのそれぞれを、第１位置と、第２位置と、第３位置と、の間で移動させ、
前記第１位置において前記下降管から前記カプセルを受容し、
前記第２位置において前記下降管から受容した前記カプセルから前記不要物質を放出した後に前記海底物質を投入し、
前記第３位置において前記上昇管に向けて前記海底物質が投入された前記カプセルを放出する。
本発明によれば、海上におけるキャリア物質と海底物質の分離を簡単に行うことができ、且つ、海底物質の管路内への取り込み時に多量の海水を取り込んでしまうことを防止できるとともに、揚鉱条件を一定にして輸送効率を高め、且つ、海洋汚染の問題も防止できる揚鉱装置を提供できる。
実施形態の揚鉱装置の全体像を示す模式図である。 図１に示す揚鉱装置の下降管および上昇管の下端部と、第１リボルバー部と、を拡大して示すとともに、図３のＦ２－Ｆ２線の位置に沿った断面図である。 図２に示す第１リボルバー部を上方から示す上面図である。 図１に示す揚鉱装置の第２リボルバー部周りを拡大して示す側面図である。 図４に示す第２リボルバー部周りを分解して示す斜視図である。 図１示す揚鉱装置のカプセルを拡大して示す斜視図である。 図６に示すカプセルの蓋体およびラッチを拡大して示す断面図である。 第１変形例のカプセルを示す斜視図である。 第２変形例のカプセルを示す斜視図である。 第３変形例のカプセルを示す斜視図である。 第４変形例の第１リボルバー部およびその周辺構造を上方から示す上面図である。
以下図面を参照して、本発明の揚鉱装置の実施形態について説明する。本発明の揚鉱装置は、海底物質（有価物質）を海底でカプセル内に回収して海上まで圧送することができるものである。また、本発明の揚鉱装置は、海上に圧送された海底物質のうち、有価物質を選別した後の残滓である不要物質をカプセルを介して再び海底の処分場に戻すことができるものである。
［実施形態］
図１～図７を参照して、実施形態の揚鉱装置１１について説明する。揚鉱装置１１は、台船１２と、台船１２上で海底物質１３から選別された有価物質１４を輸送するための輸送船１５と、台船１２から海中１６に投入されループ状に設置された管路１７と、管路１７内に充填されたキャリア物質２１と、キャリア物質２１内に混入された複数のカプセル２２と、管路１７内でキャリア物質２１を循環させるためのポンプ２３と、管路１７内に注ぎ足すキャリア物質２１を調整する調整槽２４と、を有する。ポンプ２３および調整槽２４のそれぞれは、例えば、海上３３で管路１７から枝分かれするように台船１２上に設けられた分岐管１７Ａの途中に設けられている。ポンプ２３の設置位置は、台船１２上に限られず、管路１７系内のいずれかの箇所に分岐管１７Ａを設ける形であれば、どのような位置にあってもよい。
管路１７の各部は、例えば鋼材料により形成された円筒形の管によって構成されている。管路１７は、例えば海上３３から海底３４に至り、再び海底３４から海上３３に戻るようなループ状をなしている。或いは、管路１７は、海上３３から海底３４に至り、再び海底３４から海上３３に戻るような「Ｕ」字状をなしていてもよい。
図１、図２に示すように、管路１７は、海上３３より海底３４に達する下降管３５と、海底３４から海上３３に達する上昇管３６と、下降管３５の下端部３５Ｂと上昇管３６の下端部３６Ｂとを連結する第１連結管２５と、上昇管３６の上端部と下降管３５の上端部とを連結する第２連結管３７と、を有する。下降管３５の大部分および上昇管３６の大部分は、海中１６に設けられている。
第１連結管２５は、海底３４に設けられている。第１連結管２５の直径は、例えば、カプセル２２の直径よりも小さく形成されている。このため、カプセル２２は、第１連結管２５ではなく、後述する第１リボルバー部２８によって下降管３５から上昇管３６に移される。なお、第１連結管２５の直径をカプセル２２の直径よりも小さくすることは一例であり、その他、管路１７の分岐について形態的な工夫（下降管３５内のカプセル２２の進行方向に対して、第１連結管２５を分岐させる角度を９０°以上とする等）をすることやメッシュスクリーン等の設置すること、等の合理的な方法によって、第１連結管２５内にカプセル２２を侵入させないようにできる。
第２連結管３７は、海上３３に設けられている。管路１７は、全体として可撓性を有していてもよい。
図１、図２に示すように、揚鉱装置１１は、下降管３５の下端部３５Ｂと上昇管３６の下端部３６Ｂとに跨って設けられる第１リボルバー部２８と、第１リボルバー部２８の後述する第１面５６側に設けられた第１投入部３２と、第１リボルバー部２８の近傍に設けられ第１リボルバー部２８に対してカプセル２２の詰まりを生じていないかを確認するための第１カメラ４６と、第１リボルバー部２８のチャンバー５５内に正しくカプセル２２が収納されたことを感知する第１センサ４４と、を備える。
第１リボルバー部２８は、第１回転軸５４回りに回転可能である。下降管３５の下端部３５Ｂは、例えばパッキン等を介して第１リボルバー部２８に対して液密に接続されており、第１リボルバー部２８の回転時に管路１７内のキャリア物質２１ができるだけ管外に漏れ出さないような構造になっている。同様に、上昇管３６の下端部３６Ｂは、例えばパッキン等を介して第１リボルバー部２８に対して液密に接続されており、第１リボルバー部２８の回転時に管路１７内のキャリア物質２１ができるだけ管外に漏れ出さないような構造になっている。
図２、図３に示すように第１リボルバー部２８は、円柱形のリボルバー部本体５３と、リボルバー部本体５３を貫通するように設けられる第１回転軸５４と、第１回転軸５４の周囲でリボルバー部本体５３を上下方向に貫通する複数のチャンバー５５と、リボルバー部本体５３を回転させる図示しないモータと、を有する。複数のチャンバー５５のそれぞれは、カプセル２２を内側に受容できるように、カプセル２２の直径よりも若干大きい内径で、中空の円筒形に形成される。本実施形態において複数のチャンバー５５は、例えば４個で構成されているが、５個以上であってもよいし、３個であってもよい。
リボルバー部本体５３は、下降管３５および上昇管３６と液密に接続され且つ下降管３５および上昇管３６と対向する第１面５６と、第１面５６とは反対側の第２面５７と、第２面５７の近傍に設けられカプセル２２と係合可能な係合部５８と、を有する。係合部５８は、チャンバー５５の内面からチャンバー５５の中心に向けて突出するように環状に形成されている。チャンバー５５は、第１面５６と連通するように設けられた第１連通口６１と、係合部５８の内側で第２面５７と連通するように設けられた第２連通口６２と、を有する。
図３に示すように、チャンバー５５は、第１リボルバー部２８の回転によって、第１位置Ｐ１と、第１位置Ｐ１から例えば反時計回り方向に９０°回転した第２位置Ｐ２と、第２位置Ｐ２から例えば反時計回り方向に９０°回転した第３位置Ｐ３と、第３位置Ｐ３から例えば反時計回り方向に９０°回転した第４位置Ｐ４と、の間で回転できる。第４位置Ｐ４から例えば反時計回り方向に９０°回転したチャンバー５５は、再び第１位置Ｐ１に戻ることができる。
第１位置Ｐ１において、チャンバー５５は、下降管３５の下端部３５Ｂと連通して、下降管３５から降下するカプセル２２を受容することができる。第２位置Ｐ２において、チャンバー５５内のカプセル２２は、内部の不要物質１８を排出することができる。第３位置Ｐ３において、チャンバー５５内のカプセル２２は、不要物質１８を排出して空になった内部に対して海底物質１３を受容することができる。第４位置Ｐ４において、チャンバー５５は、上昇管３６の下端部３６Ｂと連通し、上昇管３６に向けてカプセル２２を放出することができる。第１リボルバー部２８では、海底物質１３や不要物資１８をカプセル２２から出し入れする際に、わざわざカプセル２２をチャンバー５５から取り出す必要がなく、作業を効率的に行うことができるという利点がある。
図３に示すように、揚鉱装置１１は、第１位置Ｐ１に対応する位置に設けられる第１操作部７１と、第２位置Ｐ２に対応する位置に設けられる第２操作部７２と、第３位置Ｐ３に対応する位置に設けられる第３操作部７３と、第４位置Ｐ４に対応する位置に設けられる第４操作部７４と、第１～第４操作部７１～７４を制御するとともに第１リボルバー部２８の回転を制御する第１制御部４２と、を備える。第１～第４操作部７１～７４のそれぞれは、例えば、海上３３の台船１２ないし海底３４に設置された大容量バッテリ等又は発電機等の電源から第１制御部４２の電源回路を経て、電力供給を受けて動作可能なロボットで構成される。
第１～第４操作部７１～７４のそれぞれは、例えば、一般的なロボットアームで構成され、例えば、複数の関節を含む図示しない腕部分と、腕部分の先端に設けられた指部分７５と、腕部分の各関節を回動させるための図示しない複数のモータと、を含む。第１～第４操作部７１～７４の構造は、互いに略同一である。第１～第４操作部７１～７４のそれぞれは、カプセル２２を視認するためのカメラを有していてもよい。
第１操作部７１は、例えば、第１リボルバー部２８の上側に設けられ、下降管３５の下端部３５Ｂからチャンバー５５内へのカプセル２２の移動を補助することができる。また、第１操作部７１は、第１リボルバー部２８の付近でカプセル２２の詰まりを生じた際に、カプセル２２を適宜に移動させてカプセル２２の詰まりを解消することができる。第１操作部７１は、例えば、上下方向に関して移動可能であるとともに、第１リボルバー部２８の半径方向に関しても移動可能である。第１操作部７１は、カプセル２２が下降管３５の下端部３５Ｂを通過する際に、カプセル２２の移動の邪魔にならないように、管路１７外に退避できるように構成されてもよい。
第２操作部７２は、例えば、第１リボルバー部２８の下側で第２面５７に対向して設けられ、第２位置Ｐ２においてカプセル２２の第２面５７側の蓋体２７を閉塞位置Ｓ１から開放位置Ｓ２に移動させることができる。これによって、カプセル２２内から海中（海底３４の処分場）に向けて不要物質１８を放出することができる。第２操作部７２は、不要物質１８の放出後に再び第２面５７側の蓋体２７を開放位置Ｓ２から閉塞位置Ｓ１に移動させることもできる。第２操作部７２は、例えば、上下方向に関して移動可能であるとともに、第１リボルバー部２８の半径方向に関しても移動可能である。
第３操作部７３は、例えば、第１リボルバー部２８の上側で第１面５６に対向して設けられ、第３位置Ｐ３においてカプセル２２の第１面５６側の蓋体２７を閉塞位置Ｓ１から開放位置Ｓ２に移動させることができる。これによって、第１投入部３２からカプセル２２内に向けて投入される海底物質１３を受けることができる。第３操作部７３は、カプセル２２への海底物質１３の投入後に再び第１面５６側の蓋体２７を開放位置Ｓ２から閉塞位置Ｓ１に移動させることもできる。第３操作部７３は、例えば、上下方向に関して移動可能であるとともに、第１リボルバー部２８の半径方向に関しても移動可能である。
第４操作部７４は、例えば、第１リボルバー部２８の下側で第２面５７に対向して設けられ、チャンバー５５内から上昇管３６の下端部３６Ｂへカプセル２２を移動させることができる。第４操作部７４は、例えば、上下方向に関して移動可能である。第４操作部７４は、例えば、第１リボルバー部２８の半径方向に関しても移動可能であってもよい。
なお、第１～第４操作部７１～７４のそれぞれは、ロボットアームで構成される場合に限られず、それ以外の構造・機構によって実現されていてもよい。例えば、第１操作部７１に代えて、下降管３５の下端部３５Ｂの内壁に、カプセル２２をチャンバー５５内に案内するためのガイド構造を設けて確実にカプセル２２をチャンバー５５内に誘導してもよい。或いは、電磁的な方法によって、例えば、カプセル２２に永久磁石を設け、チャンバー５５内に電磁石を設け、磁力による吸引によってチャンバー５５内にカプセル２２を誘導してもよい。同様に、例えば、第４操作部７４に代えて、上昇管３６の下端部３６Ｂの内壁にカプセル２２を上昇管３６内に案内するためのガイド構造を設けて確実にカプセル２２を上昇管３６内に誘導してもよい。或いは、電磁的な方法によって、例えば、カプセル２２に永久磁石を設け、チャンバー５５内に電磁石を設け、磁力による反発力によって上昇管３６内にカプセル２２を押し出してもよい。また、第２操作部７２および第３操作部７３に代えて、ソレノイドやシリンダ等のアクチュエータによって簡易的にカプセル２２の蓋体２７を開閉することとしてもよい。
第１制御部４２は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、その他の記憶媒体を含むコンピューターで構成されている。第１制御部４２には、第１～第４操作部７１～７４の移動を制御するソフトウェア（プログラム）と、第１リボルバー部２８の回転を制御するソフトウェア（プログラム）と、がインストールされている。第１制御部４２は、さらに、第１～第４操作部７１～７４のそれぞれのモータおよび第１リボルバー部２８のモータに電力供給する電源回路を含んでいる。
第１センサ４４は、カプセル２２が正しくチャンバー５５内に収納されたことを感知して、その旨を第１制御部４２に送ることが可能な任意のセンサを用いることができる。第１センサ４４は、例えば、水中で使用可能な近接センサで構成されている。或いは、第１センサ４４は、チャンバー内に設けられた物理的なスイッチで構成されても良く、第１制御部４２は、カプセル２２が当該スイッチを押し込むことでカプセル２２が正しくチャンバー内に収納されたことを感知してもよい。第１センサ４４は、管路１７内に設けられているが、管路１７外に設けられていてもよい。
第１カメラ４６は、深海における高圧力下で使用可能な水中カメラで構成される。第１カメラ４６は、取得した画像情報を第１制御部４２に送ることができる。第１カメラ４６は必須ではなく、第１センサ４４（近接センサ、物理的なスイッチ等）によって、第１リボルバー部２８に対してカプセル２２の詰まりを生じていないかを検出してもよい。この場合には、第１カメラ４６を省略することができる。
図１に示すように、第１投入部３２は、海底物質１３を内部に貯留する漏斗状の第１投入部本体４７と、第１投入部本体４７の下端とカプセル２２内とを連通状態にしたり、連通状態を遮断したり可能な第１シャッター弁４８と、を有する。第１シャッター弁４８は、例えば、電磁弁で構成され、第１制御部４２からの制御によって、カプセル２２内と周囲環境（海中、第１投入部本体）とを遮断した第１状態と、カプセル２２内と周囲環境とを連通した第２状態と、の間で移動可能である。なお、本実施形態では、第１投入部３２は、第１シャッター弁４８を有しているが、物理的な隔壁としてのシャッターを有していてもよい。
第１投入部３２は、第１リボルバー部２８よりも上側に設けられている。このため、第１シャッター弁４８を第２状態にすることで、重力の作用で第１投入部本体４７内の海底物質１３をカプセル２２内に投入することができる。
揚鉱装置１１は、さらに、海底３４で使用可能な図示しない重機を有する。重機は、第１制御部４２の制御下で、海底３４に存在する海底物質１３を第１投入部本体４７に対して所定の分量を投入できる。
図１、図４に示すように、揚鉱装置１１は、第２連結管３７の途中で台船１２上に設けられた第２リボルバー部８１と、第２リボルバー部８１の近傍に設けられた第２投入部８２と、第２リボルバー部８１の近傍に設けられ第２リボルバー部８１に対してカプセル２２の詰まりを生じていないかを確認するための第２カメラ８３と、第２リボルバー部８１のチャンバー５５内に正しくカプセル２２が収納されたことを感知する第２センサ８４と、第２リボルバー部８１の近傍で台船１２上に設けられた第５操作部８５と、第２リボルバー部８１の回転と第５操作部８５の移動を制御する第２制御部８６と、第５操作部８５に設けられた図示しない第３カメラと、を備える。
図４、図５に示すように、第２リボルバー部８１は、中空の円筒形をなしたケーシング８７と、第２回転軸９１と、ケーシング８７内で第２回転軸９１回りに回転可能に構成された突起壁付き回転体８８と、上昇管３６側の上昇管連結部３６Ａと、下降管３５側の下降管連結部３５Ａと、を備える。第２リボルバー部８１の中心には、第２回転軸９１が通される貫通孔が設けられている。ケーシング８７は、上部において大気に開放するための開口９２を有する。この開口９２を介して、第２リボルバー部８１からカプセル２２を取り出したり、第２リボルバー部８１にカプセル２２を戻したりできる。第２リボルバー部８１は、突起壁付き回転体８８を回転させるための図示しないモータを有する。
突起壁付き回転体８８は、第２回転軸９１が嵌る軸孔を有する回転体中心部９３と、回転体中心部９３から放射状に延びる４つの突起壁９４と、を有する。４つの突起壁９４は、円周方向に当間隔で形成されている。図５に示すように、ケーシング８７内において３つの密封室が形成される。突起壁付き回転体８８が回転することで、密封室は、下降管連結部３５Ａおよび上昇管連結部３６Ａと連通する位置まで移動することができる。さらに、突起壁付き回転体８８が回転を継続すると、当該密閉室は、開口９２に面した位置まで移動することができ、大気に開放される。
突起壁付き回転体８８は、例えば、カプセル２２を支持する図示しない台座を有していてもよい。この台座は、カプセル２２を収めた密封室が下降管連結部３５Ａに連通した際に、下降管連結部３５Ａに対してスムーズにカプセル２２が移動するように、カプセル２２を下降管連結部３５Ａと同じ高さに支持できる。第２リボルバー部８１では、海底物質１３や不要物資１８をカプセル２２から出し入れする際に、カプセル２２を第２リボルバー部８１内から取り出すこととなる。本実施形態では、第２リボルバー部８１をそのような形式とすることで、海上３３においてカプセル２２の数を増減させる調整を行ったり、カプセル２２の維持管理のためにカプセル２２の回収・再投入を行ったりすることを容易にしている。作業効率の向上のために、第２リボルバー部８１を第１リボルバー部２８と同様の構造とし、カプセル２２を第２リボルバー部８１から取り出さない形式にすることも当然にできる。
第２制御部８６は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、その他の記憶媒体を含むコンピューターで構成されている。第２制御部８６には、第５操作部８５の移動を制御するソフトウェア（プログラム）と、第２リボルバー部８１の回転を制御するソフトウェア（プログラム）と、がインストールされている。第２制御部８６は、さらに、第５操作部８５のそれぞれのモータおよび第２リボルバー部８１のモータに電力供給する電源回路を含んでいる。
第５操作部８５は、第３カメラを介して開口９２内のカプセル２２を視認することができる。第５操作部８５は、第３カメラで視認した状態で、その先端把持部８５Ａによってケーシング８７内のカプセル２２を開口９２を介して取り出したり、取り出されたカプセル２２の蓋体２７を閉塞位置Ｓ１から開放位置Ｓ２にしてカプセル２２内部から海底物質１３を取り出したりできる。第５操作部８５は、海底物質１３を取り出して空になったカプセル２２を第２投入部８２近傍まで移動させ、第２投入部８２から投下された不要物質１８をカプセル２２内に受け取ることができる。さらに、第５操作部８５は、その後に蓋体２７を開放位置Ｓ２から閉塞位置Ｓ１に移動させたり、不要物質１８が投入されたカプセル２２を開口９２を介してケーシング８７内に戻したりすることができる。第５操作部８５は、例えば、海上３３の台船１２に設置された大容量バッテリ等又は発電機等の電源から第２制御部８６の電源回路を経て、電力供給を受けて動作可能なロボットで構成される。
図４に示すように、第５操作部８５は、例えば、一般的なロボットアームで構成され、先端把持部８５Ａと、先端把持部８５Ａとは独立に動作することが可能な指状の補助アーム８５Ｂと、を有する。補助アーム８５Ｂによって、第５操作部８５で把持したカプセル２２の蓋体２７を開閉させることができる。
第２センサ８４は、カプセル２２が正しく第２チャンバー５５内に収納されたことを感知し、その旨を第２制御部８６に送ることができる任意のセンサを用いることができる。第２センサ８４は、例えば、近接センサで構成されている。或いは、第２センサ４４は、第２チャンバー５５内に設けられた物理的なスイッチで構成されても良く、第２制御部８６は、カプセル２２が当該スイッチを押し込むことでカプセル２２が正しく第２チャンバー５５内に収納されたことを感知してもよい。第２センサ８４は、管路１７に固定される。
第２カメラ８３は、大気中で使用可能な一般的なカメラで構成される。第２カメラ８３は、取得した画像情報を第２制御部８６に送ることができる。第２カメラ８３は必須ではなく、第２センサ８４（近接センサ、物理的なスイッチ等）によって、第２リボルバー部８１に対してカプセル２２の詰まりを生じていないかを検出してもよい。この場合には、第２カメラ８３を省略することができる。
図１に示すように、第２投入部８２は、不要物質１８を内部に貯留する漏斗状の第２投入部本体９５と、第２投入部本体９５の下端とカプセル２２内とを連通状態にしたり、連通状態を遮断したり可能な図示しない第２シャッター弁９６と、を有する。第２シャッター弁９６は、例えば、電磁弁で構成され、第２制御部８６からの制御によって、カプセル２２内と第２投入部本体９５内とを遮断した第３状態と、カプセル２２内と第２投入部本体９５内とを連通した第４状態と、の間で移動可能である。なお、本実施形態では、第２投入部８２は、第２シャッター弁９６を有しているが、物理的な隔壁としてのシャッターを有していてもよい。
第２投入部８２は、第５操作部８５（第５操作部８５で支持されたカプセル２２）よりも上側に設けられている。このため、第２シャッター弁９６を第４状態にすることで、重力の作用で第２投入部本体９５内の不要物質１８をカプセル２２内に投入することができる。
揚鉱装置１１は、さらに、台船１２上で使用可能な図示しない第２重機を有する。第２重機は、第２制御部８６の制御下で、海底物質１３から有価物質１４が選別された後の不要物質１８を第２投入部本体９５に対して所定の分量を投入できる。
複数のカプセル２２のそれぞれは、例えば、金属材料によって形成されている。図６、図７に示すように、カプセル２２は、例えば、円筒形をなした中空のカプセル本体５１と、カプセル本体５１の長手方向Ｌの両端部に設けられた一対の開口部５２と、一対の開口部５２を閉塞したり開放したりするようにカプセル本体５１に対して移動可能な一対の蓋体２７と、一対の蓋体のそれぞれを回転可能に支持する一対の支軸１０１と、一対の支軸１０１のそれぞれの周囲に設けられ蓋体２７を開放方向に付勢する一対のばね１０２と、一対の蓋体２７のそれぞれを開口部５２を閉塞した閉塞位置Ｓ１に保持可能な一対のラッチ１０３と、一対の蓋体２７のそれぞれに設けられ一対のラッチ１０３に保持される固定用軸部１０４と、カプセル本体５１と蓋体２７との接続部に介在された一対のパッキン１０５と、を有する。
本実施形態では、カプセル２２が円筒形をなしているために、カプセル２２の容積（体積）を極力大きくすることができる。このため、輸送物（海底物質１３や不要物質１８）の搭載量を極力増やすことができる。
開口部５２は、円形である。開口部５２を介してカプセル２２内に海底物質１３又は不要物質１８を収納したり、或いは、開口部５２を介してカプセル２２内から海底物質１３又は不要物質１８を取り出したりできる。なお、開口部５２の形状は、円形に限定されるものではなく、それ以外の形状（四角形、多角形）であってもよい。また、蓋体２７は、いわゆる片開きのドア状に開閉する構造となっているが、これに限られるものではなく、いわゆる観音開きのドア状に開閉する構造であってもよい。さらに、蓋体２７は、片開きの引戸のように開閉する構造であってもよいし、両開きの引戸のように開閉する構造であってもよい。
一対の蓋体２７のそれぞれは、円形の開口部５２を覆うように円盤形に形成されている。図７に示すように、蓋体２７は、支軸１０１を中心に、開口部５２を閉塞した閉塞位置Ｓ１と、開口部５２を開放した開放位置Ｓ２と、の間で回動できる。一対のばね１０２のそれぞれは、ねじりコイルばねで構成されている。
一対の固定用軸部１０４のそれぞれは、先端に球状をなした球部１０４Ａを有する。一対のラッチ１０３のそれぞれは、ばね１０６を内蔵した一般的なプッシュラッチで構成され、そのラッチ軸部１０７を固定用軸部１０４の球部１０４Ａによって奥側に押し込むことで、ラッチ軸部１０７の奥側のピンがラッチケースの溝部に係合し、ラッチ１０３で球部１０４Ａを保持することができる。再度ラッチ軸部１０７を固定用軸部１０４の球部１０４Ａによって奥側に押し込むことで、ラッチ軸部１０７の奥側のピンがラッチケースの溝部から脱落し、ラッチ１０３から球部１０４Ａを開放することができる。
一対のパッキン１０５のそれぞれは、カプセル本体５１の開口部５２付近に設けられている。パッキン１０５は、カプセル本体５１と蓋体２７との境界に設けられ、カプセル２２内部を水密に保持できる。パッキン１０５は、例えば、蓋体２７の内面に固定されていてもよいし、或いは、カプセル本体５１側に固定されていてもよい。パッキン１０５は、蓋体２７の内面又はカプセル本体５１側に固定されたＯリングで構成されていてもよい。
海底物質１３（有価物質１４）としては、深さ数百から数千メートルの海底に存在するマンガンクラスト、マンガンノジュール、コバルトリッチクラスト、硫化物鉱床（熱水鉱床）、レアアース泥又はメタンハイドレードＹから採取される粒状又は粉状の鉱石Ｘが挙げられる。粒状又は粉状の鉱石Ｘは０．７５ｍｍ以上の粗粒であってもよく、粒子密度が３ｇ/ｃｍ３以上の高密度なものであってもよい。鉱石Ｘは、任意の鉱物であるが、例えば、マンガンクラストであってもよいし、或いは、マンガン団塊であってもよい。
本実施形態のキャリア物質２１は、海底物質１３の揚鉱に使用するものであり、粘性流動体である。粘性流動体としては、特許６５７０００号公報に記載された粘性流動体が使用できる。すなわち、粘性流動体は、５℃の粘度（ＪＩＳ Ｚ８８０３；液体の粘度測定方法）が、１０００ｍＰａ・ｓ以上、好ましくは１３００ｍＰａ・ｓ以上、特に好ましくは２０００ｍＰａ・ｓ以上、更に好ましくは３０００ｍＰａ・ｓ以上である。また、５℃の塑性粘度は、１００Ｐａ・ｓ以下であり、５℃の降伏応力は５Ｐａ以上である。降伏応力と塑性粘度は、回転式及び振動式の粘度計を使用し、ＪＩＳ Ｚ８８０３に準拠する方法で測定することができる。５℃の粘度としたのは、海水温度が海水表面から数十ｍ以上の深度においては、概ね５℃と安定しており、下降管及び上昇管のほとんどは、５℃の環境下に晒されるためである。なお、粘性流動体の５℃の粘度の上限値は、１０万ｍＰａ・ｓである。これ以上粘度が高くなると固体に近くなり、現実的に圧送が困難となる。
粘性流動体は、水系、油系及びエマルジョン系であってもよいが、水系及びエマルジョン系が好ましく、特に高分子溶液等の水系が、安価で済み、取り扱いにおいて都合がよい点で好ましい。高分子溶液は、懸濁液を含む。高分子溶液における高分子は、天然物又は合成物いずれも使用できるが、合成物とすることが、少ない配合量で流動化物を得ることができる点で好ましい。また、エマルジョン系としては、油又は水と乳化剤の混合物であるマヨネーズが挙げられる。
高分子溶液における高分子としては、一般に増粘剤、増粘材、吸水剤と称されるものが使用でき、例えば、ベントナイト、メチルセルロース（ＭＣ）、カルボキシメチルセルロースナトリウム（ＣＭＣ）、ポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）、ヒドロキシエチルセルロースナトリウム（ＨＥＣ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリアクリルアミド（ＰＡＡＭ）、ポリアクリル酸ナトリウム、デンプン、ガム類、ペクチン、アルギン酸金属塩、アルギン酸エステル等が挙げられる。ガム類としては、グアーガム、キンサンタンガム、ジェランガム、ダイユータンガム等が挙げられる。また、アルギン酸金属塩としては、アルギン酸ナトリウム、アルギン酸カルシウム、アルギン酸カリウム等が挙げられる。これらの化合物は、１種類又は２種類以上を組み合わせて使用することができる。
本実施形態において、粘性流動体は、粒状体を含んでいてもよい。粒状体は、特許６５７０００号公報に記載された粒状体が使用できる。粒状体は、海底有価物質以外のものであり、使用する前に予め粘性流動体に含有されるものである。粒状体としては、平均粒径が０．０１～１０ｍｍ、好ましくは、０．１～８ｍｍであり、真密度が０．０１～８ｇ/ｃｍ３である。平均粒径は、粒度分布から求められる公知の算出方法を用いて算出される。このような粒状体としては、岩石由来、植物・生物由来、樹脂素材、繊維素材のいずれでもよく、また、その混合物であってもよい。具体的には、発泡ビーズ、ガラスビーズ、珪砂などの砂、シルト・礫、木材、鉄粉などの金属粉が挙げられる。粒状体の配合量としては、粘性流動体１００重量部に対して、０．１～８０重量部、好ましくは、０．３～６０重量部、更に好ましくは０．５～５０重量部である。
本発明のキャリア物質２１が海底有価物質ないし海底有価物質を搭載したカプセル２２の沈降を抑制する作用力としては、粘性抵抗、浮力及び有効支持力が挙げられる。この内、浮力及び粘性抵抗は、粘性流動体が担い、有効支持力は、粒状体が担うことになる。流送時には、粘性抵抗が主体となり、停止時には、粘性抵抗の不足分を有効支持力が補うことになる。停止時とは、揚鉱装置稼働中、種々の理由による停止状態となる場合のことである。通常、１時間以内の復帰とするため、有価物質ないし有価物質を搭載したカプセル２２は数十ｍ沈降することになるが、この程度の沈降であれば、再度の復帰で大部分の有価物質ないし有価物質を搭載したカプセル２２が上昇流に乗ることができる。
続いて、図１～図７を参照して、本実施形態の揚鉱装置１１を用いた揚鉱方法につて説明する。
最初に、揚鉱を行う海底３４に対して海上３３から管路１７を設置する設置工程を行う。
海上３３の台船１２から海底３４に向けて、順次管路１７を組み立てて沈降させる。その際、管路１７の適切な位置に対して、第１リボルバー部２８、第１～第４操作部７１～７４、第１・第２投入部３２、８２、第２リボルバー部８１、および第５操作部８５を予め組み込んでおく。また、管路１７には、台船１２上で分岐管１７Ａを設置し、分岐管１７Ａに対して調整槽２４とポンプ２３を介在させる。組み立てられた管路１７内に、予めキャリア物質２１を充填し、その状態で管路１７を海底３４に向けて徐々に沈降させてもよい。或いは、組み立てられた管路１７内に、予め海水を充填し、その状態で管路１７を海底３４に向けて徐々に沈降させ、管路１７の完成後に管路１７内の海水をキャリア物質２１で置換してもよい。これによって、管路１７の組立・設置時にキャリア物質２１が管路１７外に漏洩してしまう危険を防止できる。管路１７が完成し、管路１７の第１リボルバー部２８が海底３４付近に到達すれば、管路１７の設置が完了する。
海底３４で使用する重機、第１制御部４２の電源回路に接続される電源などは、台船１２からロープなどを用いて海底３４の所望の場所に向けて投下する。
続いて、ポンプ２３を駆動して管路１７内でキャリア物質２１を循環させる。また、調整槽２４においてキャリア物質２１の調整を開始して、運転中の管路１７に対して適宜に新たに調整したキャリア物質２１を注ぎ足すようにする。これによって、キャリア物質２１の粘度がある一定の範囲内になるように濃度あるいは配合を調整する。
続いて、海上３３での不要物質１８の取り込み工程および海底３４での不要物質１８の廃棄工程について説明する。
カプセル２２は、一対の蓋体２７が閉塞位置Ｓ１になった状態で台船１２上に保管されている。カプセル２２の内部には、まだ何も収納されておらず、内部は空気で満たされている。図４に示すように、第２制御部８６は、第５操作部８５を駆動して、内部が空のカプセル２２を把持して持ち上げる。第２制御部８６は、第５操作部８５を駆動して、第５操作部８５の補助アーム８５Ｂによってカプセル２２の蓋体２７を押し込んで、カプセル２２の一方の蓋体２７を閉塞位置Ｓ１から開放位置Ｓ２に移動させる。このとき、図７に示すように、補助アーム８５Ｂが蓋体２７をカプセル２２の内部に向けて押し込むことで、固定用軸部１０４がラッチ軸部１０７を奥側に押し込んで、ラッチ１０３（プッシュラッチ）が固定用軸部１０４を開放する。これによって、ばね１０２の作用で蓋体２７が開放位置Ｓ２に移動する。
さらに、第２制御部８６は、第５操作部８５を駆動して、第２投入部８２の下方に蓋体２７を開放位置Ｓ２にしたカプセル２２の開口部５２を位置させる。このとき、カプセル２２は、その長手方向Ｌを上下方向に沿わせた姿勢で第５操作部８５に把持される。第２制御部８６は、第２投入部８２の第２シャッター弁９６を駆動して、第２シャッター弁９６を第３状態から第４状態に移動させる。これによって、第２投入部８２からカプセル２２内に不要物質１８を投入する。これと同時に、カプセル２２内の空気が大気中に放出される。所定時間経過後、第２制御部８６は、第２シャッター弁９６を駆動して、第４状態から第３状態に移動させる。第２制御部８６は、第５操作部８５の補助アーム８５Ｂを駆動して、カプセル２２の一方の蓋体２７を開放位置Ｓ２から閉塞位置Ｓ１に移動させる。
なお、カプセル２２内に不要物質１８を投入すると、第２投入部本体９５から不要物質１８が減少することになるが、図１に示すように、第２制御部８６は、台船１２上に設置した第２重機を一定の時間間隔で作動させて、第２投入部本体９５内に不要物質１８を補充する。
第２制御部８６は、第５操作部８５を駆動して、開口９２を介して第２リボルバー部８１内にカプセル２２を収納する。このとき、カプセル２２は、突起壁付き回転体８８に設けられた図示しない台座に対して載置されてもよい。第２制御部８６は、第２リボルバー部８１の突起壁付き回転体８８を回転させ、カプセル２２を下降管連結部３５Ａと上昇管連結部３６Ａとに連通した位置まで移動させる。
カプセル２２（ケーシング８７内の密封室）が下降管連結部３５Ａと上昇管連結部３６Ａとに連通した位置まで移動すると、キャリア物質２１の流れに乗ってカプセル２２が第２連結管３７内を下降管３５に向けて圧送される。
下降管３５に至ったカプセル２２は、下降管３５の下端部３５Ｂに位置する第１リボルバー部２８に向けて送られる。カプセル２２は、第１リボルバー部２８のチャンバー５５内に収納される。その際、第１操作部７１は、カプセル２２を押し込んだり或いは把持したりして、チャンバー５５内に対するカプセル２２の移動を補助してもよい。このとき、下降管３５の下端部３５Ｂと連通しているチャンバー５５は、第１位置Ｐ１にあり、カプセル２２を受容可能な位置にある。
もし、第１リボルバー部２８の第１面５６付近でカプセル２２の詰まりを生じ、第１センサ４４又は第１カメラ４６でカプセル２２の詰まりを検出した場合には、第１制御部４２は、第１操作部７１を作動させて、詰まりを適宜に解消する。リボルバー部本体５３は、係合部５８を介してチャンバー５５内に収められたカプセル２２と係合できる。
一方、キャリア物質２１は、図２に示す第１連結管２５を介して下降管３５の下端部３５Ｂから上昇管３６の下端部３６Ｂにまで送られる。
第１リボルバー部２８のチャンバー５５内に正しくカプセル２２が収納されると、第１センサ４４によってそのことが感知される。第１制御部４２は、第１センサ４４を介して、第１リボルバー部２８のチャンバー５５内に正しくカプセル２２が収納されたことを感知した後に、第１リボルバー部２８を第１回転軸５４回りに例えば９０°回転させる。これによって、チャンバー５５は、第２位置Ｐ２に移動する。
第２位置Ｐ２において、第１制御部４２は、第２面５７側に設けられた第２操作部７２を作動させて、カプセル２２の第２面５７側の蓋体２７を閉塞位置Ｓ１から開放位置Ｓ２に移動させる。このとき、図７に示すように、第２操作部７２の指部分７５が蓋体２７をカプセル２２の内部に向けて押し込むことで、固定用軸部１０４がラッチ軸部１０７を奥側に押し込んで、ラッチ１０３（プッシュラッチ）が固定用軸部１０４を開放して、蓋体２７が開放位置Ｓ２に移動する。
蓋体２７が開放されたカプセル２２の第２面５７側から、不要物質１８が排出される。不要物質１８は、チャンバー５５の第２連通口６２を介して海底３４（処分場）に排出される。これと同時に、周囲の海水がカプセル２２内に取り込まれる。その際、第２操作部７２は、不要物質１８を被らないように、第２連通口６２の近傍から退避する。海底３４に放出された不要物質１８は、重機等で処分場に埋め立てられる。
所定時間経過してカプセル２２内から不要物質１８の排出が完了した後、第１制御部４２は、第２操作部７２を作動させてカプセル２２の第２面５７側の蓋体２７を開放位置Ｓ２から閉塞位置Ｓ１に移動させる。このとき、図７に示すように第２操作部７２の指部分７５で蓋体２７をカプセル２２の内側に向けて押し込むことで、固定用軸部１０４がラッチ軸部１０７を奥側に押し込んで、固定用軸部１０４がラッチ１０３（プッシュラッチ）によって保持される。これによって、蓋体２７が閉塞位置Ｓ１に保持される。
第１制御部４２は、第１リボルバー部２８を第１回転軸５４回りに例えば９０°回転させる。これによって、図３に示すように、チャンバー５５は、第３位置Ｐ３に移動する。第１制御部４２は、第１面５６側に設けられた第３操作部７３を作動させて、第１面５６側の蓋体２７を閉塞位置Ｓ１から開放位置Ｓ２に移動させる。このとき、図７に示すように、第３操作部７３の指部分７５が蓋体２７をカプセル２２の内部に向けて押し込むことで、固定用軸部１０４がラッチ軸部１０７を奥側に押し込んで、ラッチ１０３（プッシュラッチ）が固定用軸部１０４を開放して、ばね１０２の作用で蓋体２７が開放位置Ｓ２に移動する。
第１制御部４２は、第１投入部３２の第１シャッター弁４８を作動させて第１状態から第２状態に移動させる。これによって、カプセル２２内に対して海底物質１３を投入する。これと同時に、カプセル２２内に取り込まれていた海水を周囲に放出する。所定時間経過後、第１制御部４２は、第１シャッター弁４８を作動させて第２状態から第１状態に移動させる。さらに第１制御部４２は、第３操作部７３を作動させて、第１面５６側の蓋体２７を開放位置Ｓ２から閉塞位置Ｓ１に移動させる。このとき、図７に示すように、第３操作部７３の指部分７５が蓋体２７をカプセル２２の内部に向けて押し込むことで、固定用軸部１０４がラッチ軸部１０７を奥側に押し込む。これによって、ラッチ１０３（プッシュラッチ）が固定用軸部１０４を保持して、蓋体２７を閉塞位置Ｓ１に保持する。
なお、カプセル２２内に海底物質１３を投入すると、第１投入部本体４７から海底物質１３が減少することになるが、図１に示すように、第１制御部４２は、海底３４に設置した重機を一定の時間間隔で作動させて、あるいは揚鉱装置１１から独立した重機を稼働させて第１投入部本体４７内に海底物質１３を補充する。
第１制御部４２は、第１リボルバー部２８を第１回転軸５４回りに例えば９０°回転させる。これによって、図３に示すように、チャンバー５５は、第４位置Ｐ４に移動する。第１制御部４２は、第２面５７側の第４操作部７４を作動させて、第４操作部７４の指部分７５によって、例えば、カプセル２２の蓋体２７の支軸１０１付近を押し込むようにする。このように、第４操作部７４で蓋体２７の支軸１０１付近を押し込むことで、蓋体２７を誤って開放位置Ｓ２にすることなく、カプセル２２をチャンバー５５から押し出すことができる。これによって、カプセル２２は、チャンバー５５内から上昇管３６に向けて放出される。
上昇管３６に至ったカプセル２２は、海上３３の第２連結管３７に至るように圧送される。第２連結管３７に至ったカプセル２２は、第２リボルバー部８１の上昇管連結部３６Ａからケーシング８７内に投入される。第２制御部８６の制御によって第２リボルバー部８１の突起壁付き回転体８８が回転することで、カプセル２２が開口９２にまで移動される。図１、図４に示すように、第２制御部８６は、第５操作部８５を作動させて、開口９２で大気中に露出されたカプセル２２を把持する。第５操作部８５は、カプセル２２の長手方向Ｌを上下方向に沿うように把持する。その状態で、図４に示すように、第２制御部８６は、さらに、第５操作部８５の補助アーム８５Ｂを作動させて、カプセル２２の下側に位置する蓋体２７を閉塞位置Ｓ１から開放位置Ｓ２に移動させる。このとき、図７に示すように補助アーム８５Ｂが蓋体２７をカプセル２２の内部に向けて押し込むことで、固定用軸部１０４がラッチ軸部１０７を奥側に押し込んで、ラッチ１０３（プッシュラッチ）が固定用軸部１０４を開放する。これによって、ばね１０２の作用で蓋体２７が開放位置Ｓ２に移動する。
こうして、蓋体２７の内部から台船１２上の所定の位置に海底物質１３が放出される。これと同時にカプセル２２内に周囲の空気が取り込まれる。所定時間経過後、第２制御部８６は、第５操作部８５を駆動して、第２投入部８２の下方に、蓋体２７を開放位置Ｓ２にした状態のカプセル２２の開口部５２を位置させる。これ以後、上記「海上３３での不要物質１８の取り込み工程および海底３４での不要物質１８の廃棄工程」と同様に、第２投入部８２からカプセル２２内に不要物質１８の投入を受ける。
台船１２上において、海底物質１３から有価物質１４を選別する。有価物質１４は、輸送船１５で輸送される。海底物質１３から有価物質１４を選別した後の残滓である不要物質１８は、上記で説明したようにカプセル２２によって海底３４に向けて圧送される。
これ以後は、上記した「海上３３での不要物質１８の取り込み工程および海底３４での不要物質１８の廃棄工程」の繰り返しである。
本実施形態によれば、以下のことがいえる。揚鉱装置１１は、海上３３より海底３４に達する下降管３５と、海底３４から海上３３に達する上昇管３６と、下降管３５の下端部３５Ｂと上昇管３６の下端部３６Ｂとを連結する第１連結管２５と、を有する管路１７と、管路１７内に充填されるとともに下降管３５の上端から上昇管３６の上端に至るまで管路１７内を送られるキャリア物質２１と、キャリア物質２１中に混入され内部に海底物質１３又は不要物質１８を収納可能なカプセル２２であって、カプセル本体５１と、カプセル本体５１の長手方向Ｌの両端部に設けられ海底物質１３又は不要物質１８を出し入れ可能な一対の開口部５２と、一対の開口部５２を閉塞したり開放したりするようにカプセル本体５１に対して移動可能な一対の蓋体２７と、を有するカプセル２２と、下降管３５の下端部３５Ｂと上昇管３６の下端部３６Ｂとに跨って設けられ、第１回転軸５４回りに回転可能な第１リボルバー部２８であって、円柱形のリボルバー部本体５３と、リボルバー部本体５３を貫通するように設けられる第１回転軸５４と、第１回転軸５４の周囲でリボルバー部本体５３を上下方向に貫通し且つカプセル２２を受容するように設けられる複数のチャンバー５５と、を有する第１リボルバー部２８と、を備え、複数のチャンバー５５のそれぞれは、下降管３５からカプセル２２を受容する第１位置Ｐ１と、下降管３５から受容したカプセル２２から不要物質１８を排出する第２位置Ｐ２と、不要物質１８が排出されたカプセル２２に海底物質１３を投入する第３位置Ｐ３と、上昇管３６に向けて海底物質１３が投入されたカプセル２２を放出する第４位置Ｐ４と、の間で第１リボルバー部２８の回転に伴い移動可能である。
揚鉱方法は、海上３３より海底３４に達する下降管３５と、海底３４から海上３３に達する上昇管３６と、下降管３５の下端部３５Ｂと上昇管３６の下端部３６Ｂとを連結する第１連結管２５と、を有する管路１７と、管路１７内に充填されるキャリア物質２１と、キャリア物質２１中に混入され内部に海底物質１３又は不要物質１８を収納可能なカプセル２２であって、カプセル本体５１と、カプセル本体５１の長手方向Ｌの両端部に設けられ海底物質１３又は不要物質１８を出し入れ可能な一対の開口部５２と、一対の開口部５２を閉塞したり開放したりするようにカプセル本体５１に対して移動可能な一対の蓋体２７と、を有するカプセル２２と、下降管３５の下端部３５Ｂと上昇管３６の下端部３６Ｂとに跨って設けられ、第１回転軸５４回りに回転可能な第１リボルバー部２８であって、円柱形のリボルバー部本体５３と、リボルバー部本体５３を貫通するように設けられる第１回転軸５４と、第１回転軸５４の周囲で前記リボルバー部本体５３を上下方向に貫通し且つカプセル２２を受容するように設けられる複数のチャンバー５５と、を有する第１リボルバー部２８と、を備える揚鉱装置１１を用いる。揚鋼方法は、キャリア物質２１を下降管３５の上端から第１連結管２５を経由して上昇管３６の上端に至るまで送り、第１リボルバー部２８の回転に伴い複数のチャンバー５５のそれぞれを、第１位置Ｐ１と、第２位置Ｐ２と、第３位置Ｐ３と、第４位置Ｐ４と、の間で移動させ、第１位置Ｐ１において下降管３５からカプセル２２を受容し、第２位置Ｐ２において下降管３５から受容したカプセル２２から不要物質１８を放出し、第３位置Ｐ３において不要物質１８が排出されたカプセル２２に海底物質１３を投入し、第４位置Ｐ４において上昇管３６に向けて海底物質１３が投入されたカプセル２２を放出する。
これらの構成によれば、カプセル２２を介して海底物質１３の回収を行うことができるため、海上３３におけるキャリア物質２１と海底物質１３の分離を簡単に行うことができる。また、管路１７の内壁の摩耗を少なくして、揚鉱装置１１の信頼性を向上できる。また、海底物質１３の管路１７内への取り込み時に多量の海水を取り込んでしまうことを防止できる。これによって、海底物質１３の取り込み時にキャリア物質２１が海水によって薄められることが揚鉱条件を一定にして輸送効率を高めることができる。さらに、海底３４付近においてカプセル２２から不要物質１８を放出することで不要物質１８を適切に処分できるため、海洋汚染の問題を生じることを極力防止できる。また、第１リボルバー部２８を用いているために、管路１７の各位置（不要物質１８を放出する放出部の位置、海底物質１３を投入する投入部の位置）において個別にカプセル２２を位置決めする必要がなく、各位置における位置決め部を省略して管路１７の構造を簡略化できる。また、チャンバー５５を第１～第４位置Ｐ１～Ｐ４に移動させることで、カプセル２２内から不要物質１８を排出する作業と、カプセル２２内に海底物質１３を投入する作業と、の間で移動距離を最小限にして、それらの作業を効率良く行うことができる。
この場合、リボルバー部本体５３は、下降管３５および上昇管３６と対向する第１面５６と、第１面５６とは反対側の第２面５７と、カプセル２２と係合してカプセル２２がチャンバー５５よりも下側に脱落することを阻止可能な係合部５８と、を有する。
この構成によれば、係合部５８によってカプセル２２がチャンバー５５よりも下側に脱落することを阻止できる。これによって、カプセル２２が管路１７に復帰できなくなる不具合を生じることを防止できる。
揚鉱装置１１は、第１位置Ｐ１に対応する位置に設けられる第１操作部７１であって、下降管３５から供給されるカプセル２２のチャンバー５５内への移動を補助する第１操作部７１を有する。
この構成によれば、第１操作部７１によって、下降管３５からチャンバー５５内へのカプセル２２の移動を円滑にすることができる。また、第１リボルバー部２８の付近でカプセル２２の詰まりを生じた場合でも、第１操作部７１によって詰まりを解消することができる。
揚鉱装置１１は、第２位置Ｐ２に対応する位置で第２面５７に対向して設けられる第２操作部７２であって、下降管３５からチャンバー５５内に受容されたカプセル２２の一対の蓋体２７のうち、第２面５７側の蓋体２７を開口部５２を開放する位置に移動させ、カプセル２２内の不要物質１８を管路１７外に放出させる第２操作部７２を有する。
この構成によれば、第２操作部７２によってカプセル２２内からの不要物質１８の放出を円滑に行うことができる。
揚鉱装置１１は、第３位置Ｐ３に対応する位置で第１面５６に対向して設けられる第３操作部７３であって、チャンバー５５内に受容されたカプセル２２の一対の蓋体２７のうち、第１面５６側の蓋体２７を開口部５２を開放する位置に移動させ、カプセル２２内に海底物質１３の投入を受けられるようにする第３操作部７３を有する。
この構成によれば、第３操作部７３によって、カプセル２２内への海底物質１３の投入を円滑にすることができる。
揚鉱装置１１は、第４位置Ｐ４に対応する位置に設けられる第４操作部７４であって、チャンバー５５内のカプセル２２の上昇管３６内への移動を補助する第４操作部７４を有する。
この構成によれば、第４操作部７４によって、チャンバー５５内から上昇管３６へのカプセル２２の移動を円滑にすることができる。
管路１７は、上昇管３６の上端部と下降管３５の上端部とを連結する第２連結管３７を有し、キャリア物質２１は、第２連結管３７内を上昇管３６の上端部から下降管３５の上端部まで送られる。
この構成によれば、キャリア物質２１を循環させて繰り返し使用することができ、海底物質１３の揚鉱に要するコストを低減できる。
第１連結管２５の直径は、カプセル２２の直径よりも小さくすることができる。この構成によれば、カプセル２２がリボルバー部２８を経由せずに、第１連結管２５を経由して下降管３５から上昇管３６に移動してしまう不具合を生じることを防止できる。
続いて、本実施形態の揚鉱装置１１に含まれるカプセル２２の変形例について説明する。以下の変形例では、主として上記実施形態と異なる部分について説明し、上記実施形態と共通する部分については説明を省略する。
図８に第１変形例のカプセル２２を示す。第１変形例のカプセル２２は、砲弾形であり、一方の蓋体２７が半球形であり、他方の蓋体２７が上記実施形態と同じ円盤形である。
本変形例では、管路１７内で流れる間に、カプセル２２の前後位置が反転してしまわないように、管路１７の内径をカプセル２２の直径よりも若干大きい寸法で構成し、移動中のカプセル２２の前後位置の反転を防止するようにしてもよい。上記以外のカプセル２２の構造は、上記実施形態と同様である。
本変形例によれば、蓋体２７の一方を半球形としているため、カプセル本体５１の前側に角部を設けない構造にできる。これによって、チャンバー５５内へのカプセル２２の移動を円滑にして、第１リボルバー部２８に対するカプセル２２の詰まりを生じる可能性を低減できる。また、管路１７の狭窄部に引っ掛かり難い構造のカプセル２２を実現できる。さらに、カプセル２２の容積をできるだけ大きく確保して、輸送物（海底物質１３や不要物質１８）の搭載量を極力増やすことができる。
図９に第２変形例のカプセル２２を示す。第２変形例のカプセル２２は、長手方向Ｌに関する両端部が半球形をなした円柱形をなしている。すなわち、本変形例において、一対の蓋体２７は、いずれも半球形である。上記以外のカプセル２２の構造は、上記実施形態と同様である。
本変形例によれば、一対の蓋体２７のいずれも半球形としているため、チャンバー５５内へのカプセル２２の移動を円滑にして、第１リボルバー部２８に対するカプセル２２の詰まりを生じる可能性を低減できる。また、管路１７の狭窄部に引っ掛かり難い構造のカプセル２２を実現できる。さらに、カプセル２２内部の容積をできるだけ大きく確保して揚鉱効率を向上できる。輸送物（海底物質１３や不要物質１８）の搭載量を極力増やすことができる。
図１０に第３変形例のカプセル２２を示す。第３変形例のカプセル２２は、多角柱形をなしている。図１０に示す例では、六角柱をなしているが、例えば、五角柱形でもよいし、八角以上の角柱形であってもよい。一対の蓋体２７は、例えば、六角形の平板状に形成されている。
本変形例によればカプセル２２が多角柱形をなしているため、頂点の数を増やすことでカプセル２２の角部の角度を鈍化することができる。これによって、チャンバー５５内へのカプセル２２の移動を円滑にして、第１リボルバー部２８に対するカプセル２２の詰まりを生じる可能性を低減できる。また、管路１７の狭窄部に引っ掛かり難い構造のカプセル２２を実現できる。さらに、蓋体２７の構造を単純な平面形状にでき、カプセル２２の製造コストを低減できるとともに、カプセル２２の密閉性を向上できる。
続いて、図１１を参照して、本実施形態の揚鉱装置１１に含まれる第１リボルバー部２８の変形例（第４変形例）について説明する。以下の変形例では、主として上記実施形態と異なる部分について説明し、上記実施形態と共通する部分については説明を省略する。
図１１に示すように第１リボルバー部２８は、円柱形のリボルバー部本体５３と、リボルバー部本体５３を貫通するように設けられる第１回転軸５４と、第１回転軸５４の周囲でリボルバー部本体５３を上下方向に貫通する複数のチャンバー５５と、リボルバー部本体５３を回転させる図示しないモータと、を有する。複数のチャンバー５５のそれぞれは、カプセル２２を内側に受容できるように、カプセル２２の直径よりも若干大きい内径で中空の円筒形に形成される。本実施形態において複数のチャンバー５５は、３個で構成されている。
リボルバー部本体５３は、下降管３５および上昇管３６と液密に接続され且つ下降管３５および上昇管３６と対向する第１面５６と、第１面５６とは反対側の第２面５７と、第２面５７の近傍に設けられカプセル２２と係合可能な係合部５８と、を有する。係合部５８は、チャンバー５５の内面からチャンバー５５の中心に向けて突出するように環状に形成されている。チャンバー５５は、第１面５６と連通するように設けられた第１連通口６１と、係合部５８の内側で第２面５７と連通するように設けられた第２連通口６２と、を有する。第２連結管６２の内径は、カプセル２２の直径よりも小さくなっている。
図１１に示すように、チャンバー５５は、第１リボルバー部２８の回転によって、第１位置Ｐ１と、第１位置Ｐ１から例えば反時計回り方向に１２０°回転した第２位置Ｐ２と、第２位置Ｐ２から例えば反時計回り方向に１２０°回転した第３位置Ｐ３と、の間で回転できる。第３位置Ｐ３から例えば反時計回り方向に１２０°回転したチャンバー５５は、再び第１位置Ｐ１に戻ることができる。
第１位置Ｐ１において、チャンバー５５は、下降管３５の下端部３５Ｂと連通して、下降管３５から降下するカプセル２２を受容することができる。第２位置Ｐ２において、チャンバー５５内のカプセル２２は、内部の不要物質１８を排出することができる。さらに本変形例では、第２位置Ｐ２において、チャンバー５５内のカプセル２２は、不要物質１８を排出して空になった内部に対して海底物質１３を受容することができる。第３位置Ｐ３において、チャンバー５５は、上昇管３６の下端部３６Ｂと連通し、上昇管３６に向けてカプセル２２を放出することができる。
図１１に示すように、揚鉱装置１１は、第１位置Ｐ１に対応する位置に設けられる第１操作部７１と、第２位置Ｐ２に対応する位置に設けられる第２操作部７２と、第２位置Ｐ２に対応する位置に設けられる図示しない補助操作部と、第３位置Ｐ３に対応する位置に設けられる第３操作部７３と、第１～第３操作部７１～７３を制御するとともに第１リボルバー部２８の回転を制御する第１制御部４２と、を備える。第１～第３操作部７１～７３および補助操作部のそれぞれは、例えば、海上３３の台船１２ないし海底３４に設置された大容量バッテリ等又は発電機等の電源から第１制御部４２の電源回路を経て、電力供給を受けて動作可能なロボットで構成される。
第１～第３操作部７１～７３、および補助操作部のそれぞれは、例えば、一般的なロボットアームで構成され、例えば、複数の関節を含む図示しない腕部分と、腕部分の先端に設けられた指部分７５と、腕部分の各関節を回動させるための図示しない複数のモータと、を含む。第１～第３操作部７１～７３および補助操作部の構造は、互いに略同一である。第１～第３操作部７１～７３および補助操作部のそれぞれは、カプセル２２を視認するためのカメラを有していてもよい。
第１操作部７１および第２操作部７２は、上記実施形態と同様に構成されている。補助操作部は、上記実施形態の第３操作部７３と同様の構造を有しているが、設置される場所が第３位置Ｐ３に対応する位置ではなく、第２位置Ｐ２に対応する位置に設けられている。補助操作部は、例えば、第１リボルバー部２８の上側で第１面５６に対向して設けられ、第２位置Ｐ３においてカプセル２２の第１面５６側の蓋体２７を閉塞位置Ｓ１から開放位置Ｓ２に移動させることができる。これによって、第２位置Ｐ３において不要物質１８を排出して空になったカプセル２２に対して、同じ第２位置Ｐ３において海底物質１３の投入を受けることができる。
補助操作部は、カプセル２２への海底物質１３の投入後に再び第１面５６側の蓋体２７を開放位置Ｓ２から閉塞位置Ｓ１に移動させることもできる。補助操作部は、例えば、上下方向に関して移動可能であるとともに、第１リボルバー部２８の半径方向に関しても移動可能である。
第３操作部７３は、上記実施形態の第４操作部７４と同様に構成されている。なお、第１～第３操作部７１～７３および補助操作部のそれぞれは、ロボットアームで構成される場合に限られず、それ以外の構造・機構によって実現されていてもよいことは上記実施形態と同様である。
続いて、本変形例の揚鉱装置１１を用いた揚鉱方法について説明する。
揚鉱を行う海底３４に対して海上３３から管路１７を設置する設置工程については上記実施形態と同様である。
続いて、ポンプ２３を駆動して管路１７内でキャリア物質２１を循環させる。また、調整槽２４においてキャリア物質２１の調整を開始して、運転中の管路１７に対して適宜に新たに調整したキャリア物質２１を注ぎ足すようにする。これによって、キャリア物質２１の粘度がある一定の範囲内になるように濃度あるいは配合を調整する。
続いて、海上３３での不要物質１８の取り込み工程および海底３４での不要物質１８の廃棄工程について説明する。カプセル２２内への不要物質１８の取り込み工程については、上記実施形態と同様である。
不要物質１８を取り込んだカプセル２２は下降管３５に向けて圧送される。下降管３５に至ったカプセル２２は、下降管３５の下端部３５Ｂに位置する第１リボルバー部２８に向けて送られる。カプセル２２は、第１リボルバー部２８のチャンバー５５内に投入される。その際、第１操作部７１は、カプセル２２を押し込んだり或いは把持したりして、チャンバー５５内に対するカプセル２２の移動を補助してもよい。このとき、下降管３５の下端部３５Ｂと連通しているチャンバー５５は、第１位置Ｐ１にあり、カプセル２２を受容可能な位置にある。
もし、第１リボルバー部２８の第１面５６付近でカプセル２２の詰まりを生じ、第１センサ４４又は第１カメラ４６でカプセル２２の詰まりを検出した場合には、第１制御部４２は、第１操作部７１を作動させて、詰まりを適宜に解消する。リボルバー部本体５３は、係合部５８を介してチャンバー５５内に収められたカプセル２２と係合できる。
一方、キャリア物質２１は、第１連結管２５を介して下降管３５の下端部３５Ｂから上昇管３６の下端部３６Ｂにまで送られる。
第１リボルバー部２８のチャンバー５５内に正しくカプセル２２が投入されると、第１センサ４４によってそのことが感知される。第１制御部４２は、第１センサ４４を介して、第１リボルバー部２８のチャンバー５５内に正しくカプセル２２が投入されたことを感知した後に、第１リボルバー部２８を第１回転軸５４回りに例えば１２０°回転させる。これによって、図１１に示すように、チャンバー５５は、第２位置Ｐ２に移動する。
第２位置Ｐ２において、第１制御部４２は、第２面５７側に設けられた第２操作部７２を作動させて、カプセル２２の第２面５７側の蓋体２７を閉塞位置Ｓ１から開放位置Ｓ２に移動させる。このとき、図７に示すように、第２操作部７２の指部分７５が蓋体２７をカプセル２２の内部に向けて押し込むことで、固定用軸部１０４がラッチ軸部１０７を奥側に押し込んで、ラッチ１０３（プッシュラッチ）が固定用軸部１０４を開放して、蓋体２７が開放位置Ｓ２に移動する。
蓋体２７が開放されたカプセル２２の第２面５７側から、不要物質１８が排出される。不要物質１８は、チャンバー５５の第２連通口６２を介して海底３４（処分場）に排出される。これと同時に、周囲の海水がカプセル２２内に取り込まれる。その際、第２操作部７２は、不要物質１８を被らないように、第２連通口６２の近傍から退避する。海底３４に放出された不要物質１８は、重機等で処分場に埋め立てられる。
所定時間経過してカプセル２２内から不要物質１８の排出が完了した後、第１制御部４２は、第２操作部７２を作動させてカプセル２２の第２面５７側の蓋体２７を開放位置Ｓ２から閉塞位置Ｓ１に移動させる。このとき、図７に示すように、第２操作部７２の指部分７５で蓋体２７をカプセル２２の内側に向けて押し込むことで、固定用軸部１０４がラッチ軸部１０７を奥側に押し込んで、固定用軸部１０４がラッチ１０３（プッシュラッチ）によって保持される。これによって、蓋体２７が閉塞位置Ｓ１に保持される。
さらに、第１制御部４２は、第１面５６側に設けられた補助操作部を作動させて、第１面５６側の蓋体２７を閉塞位置Ｓ１から開放位置Ｓ２に移動させる。このとき、図７に示すように、補助操作部の指部分７５が蓋体２７をカプセル２２の内部に向けて押し込むことで、固定用軸部１０４がラッチ軸部１０７を奥側に押し込んで、ラッチ１０３（プッシュラッチ）が固定用軸部１０４を開放して、ばね１０２の作用で蓋体２７が開放位置Ｓ２に移動する。
第１制御部４２は、第１投入部３２の第１シャッター弁４８を作動させて第１状態から第２状態に移動させる。これによって、カプセル２２内に対して海底物質１３を投入する。これと同時に、カプセル２２内に取り込まれていた海水を周囲に放出する。所定時間経過後、第１制御部４２は、第１シャッター弁４８を作動させて第２状態から第１状態に移動させる。さらに第１制御部４２は、補助操作部を作動させて、第１面５６側の蓋体２７を開放位置Ｓ２から閉塞位置Ｓ１に移動させる。このとき、図７に示すように、補助操作部の指部分７５が蓋体２７をカプセル２２の内部に向けて押し込むことで、固定用軸部１０４がラッチ軸部１０７を奥側に押し込む。これによって、ラッチ１０３（プッシュラッチ）が固定用軸部１０４を保持して、蓋体２７を閉塞位置Ｓ１に保持する。
第１制御部４２は、第１リボルバー部２８を第１回転軸５４回りに例えば１２０°回転させる。これによって、図１１に示すように、チャンバー５５は、第３位置Ｐ３に移動する。第１制御部４２は、第２面５７側の第３操作部７３を作動させて、第３操作部７３の指部分７５によって、例えば、カプセル２２の蓋体２７の支軸１０１付近を押し込むようにする。このように、第３操作部７３で蓋体２７の支軸１０１付近を押し込むことで、蓋体２７を誤って開放位置Ｓ２にすることなく、カプセル２２をチャンバー５５から押し出すことができる。これによって、カプセル２２は、チャンバー５５内から上昇管３６に向けて放出される。
上昇管３６に至ったカプセル２２は、海上３３の第２連結管３７に至るように圧送される。それ以後、台船１２上でカプセル２２から海底物質１３を放出する工程については、上記実施形態と同様である。
本変形例によれば、以下のことがいえる。揚鉱装置１１は、海上３３より海底３４に達する下降管３５と、海底３４から海上３３に達する上昇管３６と、下降管３５の下端部３５Ｂと上昇管３６の下端部３６Ｂとを連結する第１連結管２５と、を有する管路１７と、管路１７内に充填されるとともに下降管３５の上端から第１連結管２５を経由して上昇管３６の上端に至るまで管路１７内を送られるキャリア物質２１と、キャリア物質２１中に混入され内部に海底物質１３又は不要物質１８を収納可能なカプセル２２であって、カプセル本体５１と、カプセル本体５１の長手方向Ｌの両端部に設けられ海底物質１３又は不要物質１８を出し入れ可能な一対の開口部５２と、一対の開口部５２を閉塞したり開放したりするようにカプセル本体５１に対して移動可能な一対の蓋体２７と、を有するカプセル２２と、下降管３５の下端部３５Ｂと上昇管３６の下端部３６Ｂとに跨って設けられ、第１回転軸５４回りに回転可能な第１リボルバー部２８であって、円柱形のリボルバー部本体５３と、リボルバー部本体５３を貫通するように設けられる第１回転軸５４と、第１回転軸５４の周囲でリボルバー部本体５３を上下方向に貫通し且つカプセル２２を受容するように設けられる複数のチャンバー５５と、を有する第１リボルバー部２８と、を備え、複数のチャンバー５５のそれぞれは、下降管３５からカプセル２２を受容する第１位置Ｐ１と、下降管３５から受容したカプセル２２から不要物質１８を放出した後にカプセル２２に海底物質１３を投入する第２位置Ｐ２と、上昇管３６に向けて海底物質１３が投入されたカプセル２２を放出する第３位置Ｐ３と、の間で第１リボルバー部２８の回転に伴い移動可能である。
揚鉱方法は、海上３３より海底３４に達する下降管３５と、海底３４から海上３３に達する上昇管３６と、下降管３５の下端部３５Ｂと上昇管３６の下端部３６Ｂとを連結する第１連結管２５と、を有する管路１７と、管路１７内に充填されるキャリア物質２１と、キャリア物質２１中に混入され内部に海底物質１３又は不要物質１８を収納可能なカプセル２２であって、カプセル本体５１と、カプセル本体５１の長手方向Ｌの両端部に設けられ海底物質１３又は不要物質１８を出し入れ可能な一対の開口部５２と、一対の開口部５２を閉塞したり開放したりするようにカプセル本体５１に対して移動可能な一対の蓋体２７と、を有するカプセル２２と、下降管３５の下端部３５Ｂと上昇管３６の下端部３６Ｂとに跨って設けられ、第１回転軸５４回りに回転可能な第１リボルバー部２８であって、円柱形のリボルバー部本体５３と、リボルバー部本体５３を貫通するように設けられる第１回転軸５４と、第１回転軸５４の周囲でリボルバー部本体５３を上下方向に貫通し且つカプセル２２を受容するように設けられる複数のチャンバー５５と、を有する第１リボルバー部２８と、を備える揚鉱装置１１を用いる揚鋼方法であって、キャリア物質２１を下降管３５の上端から第１連結管２５を経由して上昇管３６の上端に至るまで送り、第１リボルバー部２８の回転に伴い複数のチャンバー５５のそれぞれを、第１位置Ｐ１と、第２位置Ｐ２と、第３位置Ｐ３と、の間で移動させ、第１位置Ｐ１において下降管３５からカプセル２２を受容し、第２位置Ｐ２において下降管か３５ら受容したカプセル２２から不要物質１８を放出した後に海底物質１３を投入し、第３位置Ｐ３において上昇管３６に向けて海底物質１３が投入されたカプセル２２を放出する。
これらの構成によれば、上記実施形態に比して、第２位置Ｐ２において不要物質１８の排出と海底物質１３の投入の両方を実施できるため、第１リボルバー部２８の回転プロセスを減らして、作業効率を向上することができる。
上記した実施形態は、種々の置き換えや変形を加えて実施できる。例えば、カプセル２２の蓋体２７は、いずれもカプセル２２に対して外側に開くような構造としているが、蓋体２７をカプセル２２の内側に回動させることで、海底物質１３や不要物質１８をカプセル２２から出し入れしてもよい。特に、海底物質１３を投入する側の蓋体２７は、蓋体２７をカプセル２２の内側に回動させ、それによって、カプセル２２内に海底物質１３を投入する構造としてもよい。その他、上記実施形態および上記変形例のいずれか同士を適宜に組み合わせて発明を構成することも当然にできる。
１１ 揚鉱装置
１３ 海底物質
１４ 有価物質
１７ 管路
１８ 不要物質
２１ キャリア物質
２２ カプセル
２５ 第１連結管
２７ 蓋体
Ｓ１ 閉塞位置
Ｓ２ 開放位置
２８ 第１リボルバー部
３３ 海上
３４ 海底
３５ 下降管
３６ 上昇管
３７ 第２連結管
５２ 開口部
５４ 第１回転軸
５５ チャンバー
５６ 第１面
５７ 第２面
５８ 係合部
Ｐ１ 第１位置
Ｐ２ 第２位置
Ｐ３ 第３位置
Ｐ４ 第４位置
７１ 第１操作部
７２ 第２操作部
７３ 第３操作部
７４ 第４操作部
Ｌ 長手方向

Claims (11)

  1. 海上より海底に達する下降管と、前記海底から前記海上に達する上昇管と、前記下降管の下端部と前記上昇管の下端部とを連結する第１連結管と、を有する管路と、
    前記管路内に充填されるとともに前記下降管の上端から前記第１連結管を経由して前記上昇管の上端に至るまで前記管路内を送られるキャリア物質と、
    前記キャリア物質中に混入され内部に海底物質又は不要物質を収納可能なカプセルであって、カプセル本体と、前記カプセル本体の長手方向の両端部に設けられ前記海底物質又は前記不要物質を出し入れ可能な一対の開口部と、前記一対の開口部を閉塞したり開放したりするように前記カプセル本体に対して移動可能な一対の蓋体と、を有するカプセルと、
    前記下降管の下端部と前記上昇管の下端部とに跨って設けられ、第１回転軸回りに回転可能な第１リボルバー部であって、円柱形のリボルバー部本体と、前記リボルバー部本体を貫通するように設けられる前記第１回転軸と、前記第１回転軸の周囲で前記リボルバー部本体を上下方向に貫通し且つ前記カプセルを受容するように設けられる複数のチャンバーと、を有する第１リボルバー部と、
    を備え、
    前記複数のチャンバーのそれぞれは、前記下降管から前記カプセルを受容する第１位置と、前記下降管から受容した前記カプセルから前記不要物質を放出する第２位置と、前記不要物質が排出された前記カプセルに前記海底物質を投入する第３位置と、前記上昇管に向けて前記海底物質が投入された前記カプセルを放出する第４位置と、の間で前記第１リボルバー部の回転に伴い移動可能である揚鉱装置。
  2. 前記リボルバー部本体は、前記下降管および前記上昇管と対向する第１面と、前記第１面とは反対側の第２面と、前記カプセルと係合して前記カプセルが前記チャンバーよりも下側に脱落することを阻止可能な係合部と、を有する請求項１に記載の揚鉱装置。
  3. 前記第１位置に対応する位置に設けられる第１操作部であって、前記下降管から供給される前記カプセルの前記チャンバー内への移動を補助する第１操作部を有する請求項１に記載の揚鉱装置。
  4. 前記第２位置に対応する位置で前記第２面に対向して設けられる第２操作部であって、前記下降管から前記チャンバー内に受容された前記カプセルの一対の蓋体のうち、前記第２面側の蓋体を前記開口部を開放する位置に移動させ、前記カプセル内の前記不要物質を前記管路外に放出させる第２操作部を有する請求項１に記載の揚鉱装置。
  5. 前記第３位置に対応する位置で前記第１面に対向して設けられる第３操作部であって、前記チャンバー内に受容された前記カプセルの一対の蓋体のうち、前記第１面側の蓋体を前記開口部を開放する位置に移動させ、前記カプセル内に前記海底物質の投入を受けられるようにする第３操作部を有する請求項１に記載の揚鉱装置。
  6. 前記第４位置に対応する位置に設けられる第４操作部であって、前記チャンバー内の前記カプセルの前記上昇管内への移動を補助する第４操作部を有する請求項１に記載の揚鉱装置。
  7. 前記管路は、前記上昇管の上端部と前記下降管の上端部とを連結する第２連結管を有し、
    前記キャリア物質は、前記第２連結管内を前記上昇管の上端部から前記下降管の上端部まで送られる請求項１に記載の揚鉱装置。
  8. 海上より海底に達する下降管と、前記海底から前記海上に達する上昇管と、前記下降管の下端部と前記上昇管の下端部とを連結する第１連結管と、を有する管路と、
    前記管路内に充填されるキャリア物質と、
    前記キャリア物質中に混入され内部に海底物質又は不要物質を収納可能なカプセルであって、カプセル本体と、前記カプセル本体の長手方向の両端部に設けられ前記海底物質又は前記不要物質を出し入れ可能な一対の開口部と、前記一対の開口部を閉塞したり開放したりするように前記カプセル本体に対して移動可能な一対の蓋体と、を有するカプセルと、
    前記下降管の下端部と前記上昇管の下端部とに跨って設けられ、第１回転軸回りに回転可能な第１リボルバー部であって、円柱形のリボルバー部本体と、前記リボルバー部本体を貫通するように設けられる前記第１回転軸と、前記第１回転軸の周囲で前記リボルバー部本体を上下方向に貫通し且つ前記カプセルを受容するように設けられる複数のチャンバーと、を有する第１リボルバー部と、
    を備える揚鉱装置を用いる揚鋼方法であって、
    前記キャリア物質を前記下降管の上端から前記第１連結管を経由して前記上昇管の上端に至るまで送り、
    前記第１リボルバー部の回転に伴い前記複数のチャンバーのそれぞれを、第１位置と、第２位置と、第３位置と、第４位置と、の間で移動させ、
    前記第１位置において前記下降管から前記カプセルを受容し、
    前記第２位置において前記下降管から受容した前記カプセルから前記不要物質を放出し、
    前記第３位置において前記不要物質が排出された前記カプセルに前記海底物質を投入し、
    前記第４位置において前記上昇管に向けて前記海底物質が投入された前記カプセルを放出する揚鉱方法。
  9. 前記管路は、前記上昇管の上端部と前記下降管の上端部とを連結する第２連結管を有し、
    前記キャリア物質は、前記第２連結管内を前記上昇管の上端部から前記下降管の上端部まで送られる請求項８に記載の揚鉱方法。
  10. 海上より海底に達する下降管と、前記海底から前記海上に達する上昇管と、前記下降管の下端部と前記上昇管の下端部とを連結する第１連結管と、を有する管路と、
    前記管路内に充填されるとともに前記下降管の上端から前記第１連結管を経由して前記上昇管の上端に至るまで前記管路内を送られるキャリア物質と、
    前記キャリア物質中に混入され内部に海底物質又は不要物質を収納可能なカプセルであって、カプセル本体と、前記カプセル本体の長手方向の両端部に設けられ前記海底物質又は前記不要物質を出し入れ可能な一対の開口部と、前記一対の開口部を閉塞したり開放したりするように前記カプセル本体に対して移動可能な一対の蓋体と、を有するカプセルと、
    前記下降管の下端部と前記上昇管の下端部とに跨って設けられ、第１回転軸回りに回転可能な第１リボルバー部であって、円柱形のリボルバー部本体と、前記リボルバー部本体を貫通するように設けられる前記第１回転軸と、前記第１回転軸の周囲で前記リボルバー部本体を上下方向に貫通し且つ前記カプセルを受容するように設けられる複数のチャンバーと、を有する第１リボルバー部と、
    を備え、
    前記複数のチャンバーのそれぞれは、前記下降管から前記カプセルを受容する第１位置と、前記下降管から受容した前記カプセルから前記不要物質を放出した後に前記カプセルに前記海底物質を投入する第２位置と、前記上昇管に向けて前記海底物質が投入された前記カプセルを放出する第３位置と、の間で前記第１リボルバー部の回転に伴い移動可能である揚鉱装置。
  11. 海上より海底に達する下降管と、前記海底から前記海上に達する上昇管と、前記下降管の下端部と前記上昇管の下端部とを連結する第１連結管と、を有する管路と、
    前記管路内に充填されるキャリア物質と、
    前記キャリア物質中に混入され内部に海底物質又は不要物質を収納可能なカプセルであって、カプセル本体と、前記カプセル本体の長手方向の両端部に設けられ前記海底物質又は前記不要物質を出し入れ可能な一対の開口部と、前記一対の開口部を閉塞したり開放したりするように前記カプセル本体に対して移動可能な一対の蓋体と、を有するカプセルと、
    前記下降管の下端部と前記上昇管の下端部とに跨って設けられ、第１回転軸回りに回転可能な第１リボルバー部であって、円柱形のリボルバー部本体と、前記リボルバー部本体を貫通するように設けられる前記第１回転軸と、前記第１回転軸の周囲で前記リボルバー部本体を上下方向に貫通し且つ前記カプセルを受容するように設けられる複数のチャンバーと、を有する第１リボルバー部と、
    を備える揚鉱装置を用いる揚鋼方法であって、
    前記キャリア物質を前記下降管の上端から前記第１連結管を経由して前記上昇管の上端に至るまで送り、
    前記第１リボルバー部の回転に伴い前記複数のチャンバーのそれぞれを、第１位置と、第２位置と、第３位置と、の間で移動させ、
    前記第１位置において前記下降管から前記カプセルを受容し、
    前記第２位置において前記下降管から受容した前記カプセルから前記不要物質を放出した後に前記海底物質を投入し、
    前記第３位置において前記上昇管に向けて前記海底物質が投入された前記カプセルを放出する揚鉱方法。
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