JP2024059067A - 掘削機、資源回収システム、及び、潜水機 - Google Patents

Abstract

【課題】輸送コストを低減することができる掘削機を提供する。【解決手段】掘削機は、海底へ降ろされる本体と、本体の両端側に設けられた一対の掘削装置とを備え、掘削装置は、上部が本体内に回転可能に配置され、下部の周端面がレアアース泥層を掘削する掘削刃に形成された円筒体と、円筒体の外周面に形成された螺旋状のフィンと、円筒体の下部内に回転可能に配置されたカッターヘッドと、円筒体とカッターヘッドとを回転させてレアアース泥層を掘削させる回転駆動部と、レアアース泥層の掘削により得られたレアアース泥を本体内へ圧送する圧送装置とを有し、本体の内部または掘削装置の内部に、レアアース泥を本体内へ吸引する吸引装置を有し、本体の内部には、レアアース泥からレアアースを含有する粒体を分離する分離装置と、粒体をリーチング処理するリーチング処理装置と、分離装置によって粒体が分離された残渣を貯蔵する残渣貯蔵庫とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、海洋資源を採鉱する技術に係り、特に、深海に存在する泥からレアアースまたは鉱物などの資源を採鉱する上で好適な海洋資源の採鉱技術に関する。

近年、海洋資源として、鉱物などの資源だけでなく、深海で極めて高濃度なレアアースを含む泥が注目されている。このような泥の回収技術としては、深海まで降ろした掘削装置を用いてレアアース泥を掘り起こした後、その掘り起こしたレアアース泥を海上に引き揚げて、船上で遠心分離機にかけて固液分離処理を施して、レアアースを含む固体の分離が行われる。そして、レアアースを水又は水溶液等中に溶解させるリーチング処理等の従来公知の方法により、レアアースの回収が行われている。

小林誠ら著「別冊宝島２５３０号 大発見！南鳥島の巨大資源３００兆円ビジネス」株式会社宝島社 ２０１７年

ところが、上記の回収技術では、レアアースを含む泥などの海洋資源を深海から海上まで輸送する必要があるため、輸送コストが大きいという問題があった。

そこで、本発明は上記問題点に鑑み、輸送コストを低減することができる掘削機、資源回収システム、及び、潜水機を提供することを目的とする。

（１） 本発明の掘削機は、海底へ降ろされる本体と、前記本体の両端側に設けられた一対の掘削装置と、を備え、海底泥層の下にあるレアアースを含有するレアアース泥層、または、鉱物を含有する資源層を掘削する掘削機であって、前記掘削装置は、上部が前記本体に回転可能に配置されるとともに、下部の周端面が前記レアアース泥層または前記資源層を掘削する掘削刃に形成され且つ前記本体の下部から下方へ突出された円筒体と、前記円筒体の外周面に形成され且つ前記円筒体の回転によって前記円筒体を前記海底泥層内に侵入させていく螺旋状のフィンと、前記円筒体の下部内に回転可能に配置されたカッターヘッドと、前記円筒体の内部に設けられるとともに前記円筒体と前記カッターヘッドとを回転させて前記レアアース泥層を掘削させる回転駆動部と、前記円筒体の内部に設けられるとともに、前記レアアース泥層または前記資源層の掘削により得られたレアアース泥または資源を前記本体内へ圧送する圧送装置と、を有し、前記本体の内部または前記掘削装置の内部に、前記圧送装置によって圧送されてきた前記レアアース泥または前記資源を前記本体内へ吸引する吸引装置を有し、前記本体の内部には、前記本体内へ吸引された前記レアアース泥または前記資源から前記レアアースまたは前記鉱物を含有する粒体を分離する分離装置と、前記分離装置によって分離された前記粒体をリーチング処理するリーチング処理装置と、前記分離装置によって前記粒体が分離された残渣を貯蔵する残渣貯蔵庫と、を備えていることを特徴とするものである。

（２） 上記（１）の掘削機においては、前記本体は、炭素繊維を含む強化複合材を有する強化複合層と、鉄鋼を有する鉄鋼層とを交互に複数重ねて水平方向に延びた軸線を有する円筒状に形成されていることが好ましい。

（３） 上記（２）の掘削機においては、前記強化複合層はパイプを内部に含み、前記パイプ内に高圧気体又は高圧液体が充填され、前記パイプは、前記本体の周面上に軸線方向に平行に配置され両端部で折り返されることにより、前記本体の周面全体を一本の前記パイプで覆ったことが好ましい。

（４） 本発明の掘削機は、海底へ降ろされる本体と、前記本体に設けられた一対の掘削装置と、を備え、海底泥層の下にあるレアアースを含有するレアアース泥層、または、鉱物を含有する資源層を掘削する掘削機であって、前記掘削装置は、前記本体の下部から下方へ突出された筒体と、前記筒体の下部内に回転可能に配置されたカッターヘッドと、を有し、前記本体の内部には、前記カッターヘッドによる前記レアアース泥層または前記資源層の掘削により得られたレアアース泥または資源を吸引する吸引装置と、前記吸引装置によって吸引された前記レアアース泥または資源から前記レアアースまたは前記鉱物を含有する粒体を分離する分離装置と、前記分離装置によって分離された前記粒体を海上へ搬送する搬送装置と、前記分離装置によって前記粒体が分離された残渣を貯蔵する残渣貯蔵庫と、前記筒体の下部内から排出されるセメントを貯蔵するセメント貯蔵庫と、を備えていることを特徴とするものである。

（５） 上記（４）の掘削機においては、前記本体は、水平方向に延びた軸線を有する円筒状に形成され、前記本体の内部には、前記本体の軸線方向に並び、中空である３つの球状体をさらに備え、前記３つの球状体のうち真ん中の第１球状体の内部には、前記吸引装置と、前記分離装置と、前記セメント貯蔵庫と、が配置され、前記３つの球状体のうち前記第１球状体よりも前記本体の前記軸線方向の中央に近い位置に配置される第２球状体の内部には、前記分離装置が配置され、前記３つの球状体のうち前記第１球状体よりも前記本体の前記軸線方向の中央から遠い位置に配置される第３球状体は、前記残渣貯蔵庫であることが好ましい。

（６） 本発明の資源回収システムは、上記（１）～（５）のいずれかの掘削機と、洋上に設置された洋上リグと、前記洋上リグに設けられた溶出液回収棟と、前記掘削機の前記本体と前記洋上リグとを連結した海底パイプラインと、を備え、前記本体の前記リーチング処理装置で処理されたリーチング溶出液を、前記海底パイプラインを介して前記洋上リグの前記溶出液回収棟へ回収させることを特徴とするものである。

（７） 本発明の潜水機は、本体と、前記本体の外周面に設けられ、前記本体を推進させる推進機構と、を備え、前記本体は、炭素繊維を含む強化複合材を有する強化複合層と、鉄鋼を有する鉄鋼層とを交互に複数重ねて水平方向に延びた軸線を有する円筒状に形成されていることを特徴とするものである。なお、本発明の潜水機は、上記（１）～（５）の掘削機の本体、潜水艦、潜水艇などを含むものである。

（８） 上記（７）の潜水機においては、前記本体の内部には、高圧気体又は高圧液体を収容可能なタンクと、前記タンクに接続されるポンプと、を備え、前記炭素繊維は、パイプ状に形成され、前記本体の周面上に軸線方向に平行に配置され両端部で折り返されることにより、前記本体の周面全体が、一本の前記パイプで覆われており、前記パイプの内部に、前記ポンプによって前記高圧気体又は前記高圧液体を循環させることが好ましい。

本発明によれば、従来のようにレアアースを含むレアアース泥を海底から海上に輸送する場合と比べて輸送コストを低減することができる。

資源回収システムを示した概念図である。 掘削機の内部構造を示した概念図である。 掘削機の正面図である。 掘削機の本体の一部の拡大断面図である。 潜水艦の本体の概略断面図である。 掘削機本体のシール機構付近を示した概略断面図である。 他の実施形態に係る資源回収システムの一部を示した概念図である。 他の実施形態に係る掘削機の一部の内部構造を示した概念図である。 図８のＡで示す破線で囲まれた部分を示す概念図である。 さらに他の実施形態に係る掘削機の一部の内部構造を示した概念図である。

以下、本発明に係る掘削機及び資源回収システムを実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。なお、ここでは、レアアースを回収する場合を例に説明するが、本発明に係る掘削機及び資源回収システムは、レアアースの回収だけでなく、鉱物を含有する資源層を掘削でき、鉱物などの海洋資源の回収にも用いることができる。

図１に示すように、資源回収システム１は、海底に降ろされた掘削機２と、洋上の所定位置に設置された洋上リグ３と、この洋上リグ３に設けられた溶出液回収棟４及びガスタービン発電所５と、掘削機２と洋上リグ３とを連結した海底パイプライン６とを備えている。本実施形態では、８つの掘削機２が調整棟７に並設されている。なお、調整棟７は、８つの掘削機２が洋上リグ３の真下から離れて掘削場所を移動する場合に、送電線などを当該移動に応じて延ばすことができるように、余分に長く設けた送電線の一部などが保管されている箇所である。

掘削機２は、図２に示すように、海底泥層の下にあるレアアースを含有するレアアース泥層を掘削する掘削機であって、海底へ降ろされた本体２０と、この本体２０の両端側に設けられた一対の掘削装置２１、２２とを備えている。

なお、一対で構成されていて特別に区別して説明する必要がない掘削装置２１、２２は、説明を簡略化するために、以下では、一方の掘削装置２１についてのみ各部位の説明を行うことを予め断っておく。なお、掘削装置２１、２２の上部において、本体２０から出た泥の吸引・排出管２３が挿入されている部分は、後述の円筒体２１Ａ（外側の筒体）およびカッターヘッド２１Ｃ（内側の筒体）の回転時でもシールされており、液体等が入ってこない。なお、泥の吸引・排出管２３は、本体２０に固定された状態で、本体２０から掘削装置２１、２２側へ突出するようにして設けられている。

掘削装置２１は、図２及び図３に示すように、円筒体２１Ａと、螺旋状のフィン２１Ｂと、カッターヘッド２１Ｃと、回転駆動部２１Ｄと、圧送装置２１Ｅと、軸パイプ２１Ｆとを有している。

円筒体２１Ａは、上部が本体２０内に回転可能に配置されるとともに、下部の周端面がレアアース泥層を掘削する掘削刃に形成され且つ本体２０の下部から下方へ突出されて構成されている。

螺旋状のフィン２１Ｂは、円筒体２１Ａの外周面に形成され且つ円筒体２１Ａの回転によって円筒体２１Ａを海底泥層内に侵入させていくように構成されている。

カッターヘッド２１Ｃは、円筒体２１Ａの下部内に回転可能に配置されて構成されている。カッターヘッド２１Ｃは、円筒体２１Ａの下端位置よりも所定距離だけ高い位置に配置されている。なお、カッターヘッド２１Ｃ（内側の筒体）の上部において、円筒体２１Ａ（外側の筒体）とカッターヘッド２１Ｃ（内側の筒体）との間は、シール部材によってシールされている。また、円筒体２１Ａの内圧を円筒体２１Ａの外圧と同様になるように調整可能な圧力調整装置（図示せず）が、海上から配管を介して円筒体２１Ａの内部に接続されている。これにより、円筒体２１Ａ（外側の筒体）およびカッターヘッド２１Ｃ（内側の筒体）の回転時でも、円筒体２１Ａ（外側の筒体）の内部に液体等が入ってこないようになっている。また、カッターヘッド２１Ｃは、必ずしも内側の筒体の下端部に設けられていなくてもよい。例えば、カッターヘッド２１Ｃは、円筒体２１Ａ（外側の筒体）の下端部に設けられ、円筒体２１Ａの回転に連動して回転するように構成されていてもよい。

回転駆動部２１Ｄは、例えば、油圧駆動式の油圧ユニット（たとえば油圧モータなど）及びその電源である変圧器等で構成され、図示しないが、円筒体２１Ａの内部に設けられるとともにこの円筒体２１Ａとカッターヘッド２１Ｃとを回転させて海底泥層およびレアアース泥層を掘削させるように構成されている。円筒体２１Ａ（外側の筒体）とカッターヘッド２１Ｃ（内側の筒体）は、油圧ユニットによって回転駆動される。なお、一対の掘削装置２１、２２の円筒体２１Ａ、２２Ａは、油圧ユニットによって互いに逆方向に回転されることが好ましい。また、円筒体２１Ａ、２２Ａは、図示しない制御部における所定のプログラムに基づいて動作することも可能であるし、操作者の操作によっても動作することが可能である。また、操作者の操作データを人工知能（ＡＩ）に学習させ、掘削機２の掘削中において、操作者の操作データに基づいて円筒体２１Ａ、２２Ａを動作させるようにしてもよい。

圧送装置２１Ｅは、例えば加圧エアリフトポンプ等で構成され、円筒体２１Ａの内部に設けられるとともに、レアアース泥層の掘削により得られたレアアース泥を本体２０内へ圧送するように構成されている。

軸パイプ２１Ｆは、円筒体２１Ａ内に且つその軸線に合わせて配置されている。軸パイプ２１Ｆには、円筒体２１Ａ及びカッターヘッド２１Ｃが回転可能に取り付けられている。カッターヘッド２１Ｃの回転によるレアアース泥層の掘削により得られたレアアース泥は、軸パイプ２１Ｆ内の吸引・排出管２３を通って圧送装置２１Ｅによって本体２０内へ圧送される。

本体２０の内部には、図２に示すように、吸引装置（バキューム装置）２０Ａと、分離装置２０Ｂと、リーチング処理装置２０Ｃと、残渣貯蔵庫２０Ｄと、逆送装置２０Ｅと、スクリュウ２０Ｆが設けられている。なお、本実施形態では、吸引装置２０Ａが本体２０内に設けられているが、掘削装置２１の内部に設けてもよい。掘削装置２２についても同様である。

吸引装置２０Ａは、圧送装置２１Ｅによって圧送されてきたレアアース泥を本体２０内へ吸引するように構成されている。

分離装置２０Ｂは、本体２０内へ吸引されたレアアース泥からレアアースを含有する粒体を分離するように構成されている。本実施形態では、遠心分離機を用いた遠心分離処理により、泥が粒体と泥水とに分離される。

リーチング処理装置２０Ｃは、分離装置２０Ｂによって分離された粒体をリーチング処理するように構成されている。リーチング処理では、レアアースを含有する固形成分に対してリーチング液を用いた処理が行われる。リーチング液としては、たとえば希塩酸が用いられる。リーチング処理装置２０Ｃで処理されたリーチング溶出液は上記の海底パイプライン６を介して洋上リグ３の溶出液回収棟４に回収される。

残渣貯蔵庫２０Ｄは、分離装置２０Ｂによって粒体が分離された残渣を貯蔵するように構成されている。残渣貯蔵庫２０Ｄには、分離装置２０Ｂによる分離後の泥水が埋め戻し材として再利用するために貯蔵される。

逆送装置２０Ｅは、例えば加圧エアリフトポンプ等で構成され、残渣貯蔵庫２０Ｄに貯蔵された残渣を軸パイプ２１Ｆ内へ逆送させるように構成されている。カッターヘッド２１Ｃによるレアアース泥層の掘削終了後に、本体２０の吸引装置２０Ａと掘削装置２１の圧送装置２１Ｅとを逆転駆動させることにより、逆送装置２０Ｅによって軸パイプ２１Ｆ内に逆送された残渣（泥水）が、掘削によって形成された凹部に埋め戻される。

スクリュウ２０Ｆは、本体２０の外周面に所定間隔をおいて複数設けられている。この複数のスクリュウ２０Ｆの作動により、掘削機２は、所定の掘削場所へ移動可能となっている。なお、スクリュウ２０Ｆは、図示しない制御部における所定のプログラムに基づいて動作することも可能であるし、操作者の操作によっても動作することが可能である。また、図示しない測定装置で海底流を測定し、測定したデータを人工知能（ＡＩ）に学習させ、掘削機２の掘削中において、当該海底流の影響を抑制するようにスクリュウ２０Ｆを動作させるようにしてもよい。

本体２０は、炭素繊維を有する強化複合材からなる強化複合層と、鉄鋼からなる鉄鋼層とを交互に複数重ねて水平方向に延びた軸線を有する円筒状に形成されている。炭素繊維を有する強化複合材としては、一例として、エポキシ樹脂またはフェノール樹脂のような熱硬化性樹脂中に炭素繊維を混入したＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastic）を挙げることができる。なお、本実施形態に係るＣＦＲＰは、海底（例えば、深度６０００ｍ）の高圧環境に耐え得る厚み方向の圧縮強度を有するように改良されたものであることが好ましい。これにより、炭素繊維を有する強化複合材を鉄鋼の代わりに用いることで、鉄鋼を分厚くしないで済み、鉄鋼の量を少なくすることができる。

ここで、本体２０の一例としては、図４に示すように、鉄鋼層Ｌ２、Ｌ４とこの鉄鋼層Ｌ２、Ｌ４に重ねられた炭素繊維を有する強化複合層Ｌ１、Ｌ３とを交互に重ねた４層構造からなる円筒状の容器体であり、この容器体の軸線が左右方向に延びているものである。最も外側の強化複合層Ｌ１の炭素繊維は容器体の一端から他端へ軸線方向と平行に配設され、他端で折り返されてその一本目の線に隣接して一端に向けて配設されるとともに、一端で折り返され、これらが繰り返して配設されることにより、周面全体が隙間なく一本の炭素繊維で覆われている。また、炭素繊維はパイプ状に形成され、このパイプ内に高圧気体又は高圧液体が充填されている。なお、強化複合層Ｌ１の厚みは、例えば、５ｃｍに設定される。また、鉄鋼層Ｌ２の厚みは、例えば、１００ｃｍに設定される。また、強化複合層Ｌ３の厚みは、例えば、５ｃｍに設定される。また、鉄鋼層Ｌ４の厚みは、例えば、７０ｃｍに設定される。

図４に示すように、強化複合層Ｌ１は、パイプ（管）２４を内部に含むシート状のＣＦＲＰで形成され、このパイプ内に高圧気体又は高圧液体が充填されていてもよい。パイプ（管）２４は、本体２０の周面上に軸線方向に平行に配置され両端部で折り返されることにより（ジグザグに蛇行して形成され）、その周面全体を一本のパイプで覆われていてもよい。すなわち、パイプの配管を全て繋いで、一本線で本体２０の全体表面にパイプを這わせることができる。

これにより、水圧に対抗できる反発力が確保され、本体２０の内側に加わる圧力を弱めることができ、水圧に耐え易い構造を確保できる。具体的に、海底（たとえば、５００気圧（約５０ＭＰａ）～１０００気圧（約１００ＭＰａ））では、大気圧との圧力差が大きくなるのに対し、本体２０の内部において遠心分離処理およびリーチング処理が行われるところは大気圧で維持されるように必要がある。従って、本体２０の外側の耐圧を確保しておく必要がある。このため、強度を高める梁を本体２０の内部空間に適宜設けてもよい。また、円筒体２１Ａ（外側の筒体）およびカッターヘッド２１Ｃ（内側の筒体）の内部空間においても、強度を高める梁を泥の吸引・排出管２３および軸パイプ２１Ｆ、２２Ｆに接触しないように適宜設けてもよい。

本実施形態では、炭素繊維を有する強化複合層Ｌ１、Ｌ３のうち、最も外側にある強化複合層Ｌ１のみがパイプ状に形成された炭素繊維部材（パイプ２４）を含んでおり、鉄鋼と鉄鋼の間に挟まれた強化複合層Ｌ３は、例えばＣＦＲＰだけで形成されている。勿論、強化複合層Ｌ３においても、パイプ状に形成された炭素繊維部材（パイプ２４と同様のパイプ）が含まれていてもよい。

本実施形態では、最も外側にある強化複合層Ｌ１において、例えばパイプ２４を内部に含むＣＦＲＰで形成されているが、これに限らず、強化複合層Ｌ１はＣＦＲＰおよびパイプ２４のうちいずれか一種類のみで形成されてもよい。すなわち、強化複合層Ｌ１は、例えばＣＦＲＰだけで形成されてもよく、パイプ状に形成されたもののみで形成されてもよい。パイプ状に形成されたもののみの場合、炭素繊維は、本体２０の周面上に軸線方向に平行に配置され両端部で折り返されることにより（ジグザグに蛇行して形成され）、その周面全体を一本のパイプで覆われていてもよい。すなわち、パイプの配管を全て繋いで、一本線で本体２０の全体表面にパイプを這わせることができる。

以上説明したように、本実施形態の掘削機及び資源回収システムによれば、海底に降ろされた本体２０内で、レアアースを水又は水溶液等中に溶解させるリーチング処理が行われるので、レアアースを高純度で効率よく回収することができる。このため、レアアースを含むレアアース泥を従来のようにそのまま海底から海上に輸送する場合と比べて輸送コストを低減することができる。

なお、本発明の掘削機及び資源回収システムについて図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

上記実施形態において、炭素繊維で構成されたパイプ内に高圧気体又は高圧液体が充填されるのは洋上リグ３からになるが、これに限らず、本体２０の内部（分離装置２０Ｂおよびリーチング処理装置２０Ｃが収容されている内部空間）に、パイプ内に高圧気体又は高圧液体を充填する装置が収容されていてもよい。これにより、水中を移動する潜水艦（例えば、図５に示すような潜水艦１００）においても本技術を適用することができる。以下、図５を参照して、潜水艦１００について具体的に説明する。

図５に示すように、潜水艦１００は、本体３０と、本体３０を推進させる推進機構としてスクリュウ３５と、を有している。なお、スクリュウ３５は、本体３０の外周面に所定間隔をおいて複数設けられている。また、本体３０の内部には、１０００気圧の高圧気体又は高圧液体を収容可能な第１タンク３６および第２タンク３７と、第２タンク３７に接続されるポンプ３８と、を備えている。なお、第１タンク３６と第２タンク３７とは、調整弁３９を介して接続されており、第１タンク３６には、潜水前に予め高圧気体又は高圧液体が充填されている。以下では、第１タンク３６に、高圧気体の一例として、１０００気圧の高圧空気が、潜水前に予め充填されている場合について説明する。

潜水艦１００の本体３０は、炭素繊維を有する強化複合材からなる強化複合層と、鉄鋼からなる鉄鋼層とを交互に複数重ねて水平方向に延びた軸線を有する円筒状に形成されている。具体的には、図５に示すように、本体３０は、鉄鋼層Ｌ３２、Ｌ３４とこの鉄鋼層Ｌ３２、Ｌ３４に重ねられた炭素繊維を有する強化複合層Ｌ３１、Ｌ３３とを交互に重ねた４層構造からなる円筒状のものである。なお、強化複合層Ｌ３１の厚みは、例えば、１３ｃｍに設定される。また、鉄鋼層Ｌ３２の厚みは、例えば、１００ｃｍに設定される。また、強化複合層Ｌ３３の厚みは、例えば、５ｃｍに設定される。また、鉄鋼層Ｌ３４の厚みは、例えば、７０ｃｍに設定される。

また、炭素繊維を有する強化複合材としては、一例として、ＣＦＲＰを挙げることができる。なお、潜水艦１００の本体３０に用いられるＣＦＲＰは、海底（例えば、深度６０００ｍ）の高圧環境に耐え得る厚み方向の圧縮強度を有するように改良されたものであることが好ましい。

また、最も外側の強化複合層Ｌ３１の内部に含まれるパイプ４１は、上記実施形態と同様、本体３０の一端から他端へ軸線方向と平行に配設され、他端で折り返されてその一本目の線に隣接して一端に向けて配設されるとともに、一端で折り返され、これらが繰り返して配設されている。すなわち、本体３０の周面全体が、隙間なく一本のパイプで覆われているような状態となっている。また、強化複合層Ｌ３１のパイプ４１は、一端部が管路４０ａを介してポンプ３８に接続され、他端部が管路４０ｂを介して第１タンク３６に接続されている。

上記構成を有する潜水艦１００においては、ポンプ３８の作動および図示しない制御部により調整弁３９の開度が制御されることで、第１タンク３６内の高圧空気が、第２タンク３７内に所定量供給される。続いて、第２タンク３７内の高圧空気が、ポンプ３８から管路４０ａを経由して強化複合層Ｌ３１のパイプの一端部に所定量供給されることになる。そして、パイプの一端部に供給された高圧空気は、本体３０の周面全体を覆うパイプ内を経由してパイプの他端部から管路４０ｂを介して第１タンク３６内に戻り、再度第２タンク３７内を経由してパイプの一端部に供給されることになる。したがって、本体３０の最も外側の強化複合層Ｌ３１のパイプの内部に、ポンプ３８によって高圧空気を循環させることができ、水圧に対抗できる反発力が確保され、本体３０の内側に加わる圧力を弱めることができる。また、第１タンク３６内の高圧空気が、第２タンク３７内を経由することで、作動時のポンプ３８に負荷を低減させることができる。

なお、上記潜水艦１００では、本体３０の最も外側にある強化複合層Ｌ３１において、例えばパイプ４１を内部に含むＣＦＲＰで形成されているが、これに限らず、強化複合層Ｌ３１はＣＦＲＰおよびパイプ４１のうちいずれか一種類のみで形成されてもよい。すなわち、強化複合層Ｌ３１は、例えばＣＦＲＰだけで形成されてもよく、パイプ状に形成されたもののみで形成されてもよい。

また、上記潜水艦１００では、本体３０の炭素繊維を有する強化複合層Ｌ３１、Ｌ３３のうち、最も外側にある強化複合層Ｌ３１のみがパイプ状に形成されたパイプ４１を含んでおり、鉄鋼と鉄鋼の間に挟まれた強化複合層Ｌ３３は、例えばＣＦＲＰだけで形成されているが、これに限定されるものではない。例えば、強化複合層Ｌ３３においても、パイプ４１と同様のパイプが含まれていてもよい。

また、上記潜水艦１００において、必ずしも本体３０の内部に第２タンク３７を設けなくてもよい。例えば、ポンプ３８は、第１タンク３６に直接接続されるように構成されていてもよい。

また、上記実施形態では、掘削装置２１、２２の上部において、本体２０から出た泥の吸引・排出管２３が挿入されている部分の周囲は、後述の円筒体２１Ａ（外側の筒体）およびカッターヘッド２１Ｃ（内側の筒体）の回転時でもシールされており、液体等が入ってこないようにシール機構が設けられている。このシール機構の具体例について説明する。なお、上記実施形態と下二桁が同じ符号は、同じ部位であるので、説明を省略することがある。また、本具体例において、特に説明しない部位および図示していない部位は、上記実施形態の各部位と同様である。

シール機構１５０は、図６に示したように、断面が略Ｔ字型の蓋部１５１と、シール部材１５２、１５３、１５４、１５５と、中蓋１６０と、ドーム状部１７０と、軸パイプ１２１Ｆと、を備えている。

蓋部１５１は、鉄鋼製であり、軸部１５１ａと、軸部１５１ａの上部に設けられたヘッド部１５１ｂと、中心を貫通する穴部１５１ｃと、を有している。穴部１５１ｃは内部に雌ねじが切られており、後述する中蓋１６０の上部の雄ねじ部１６２が螺合し、蓋部１５１と中蓋１６０とが固定されている。なお、穴部１５１ｃに雄ねじ部１６２を螺合させた後、上部を接着剤などで固定しシールする。また、軸部１５１ａの外部は、円筒体１２１Ａの上部の穴部１２１Ａ１に固定されている。

中蓋１６０は、鉄鋼製であり、円筒体１２１Ａの上部の内部に密着する土台１６１と、土台１６１の上部に設けられた雄ねじ部１６２と、軸パイプ１２１Ｆが貫通可能に形成された穴部１６３と、を備えている。

シール部材１５２は、軸パイプ１２１Ｆと穴部１６３との間のシールを行うものである。シール部材１５３は、軸部１５１ａと本体１２０との間のシールを行うものである。シール部材１５４は、ヘッド部１５１ｂと本体１２０との間のシールを行うものである。シール部材１５５は、軸部１５１ａと穴部１２１Ａ１との間のシールを行うものである。

ドーム状部１７０は、蓋部１５１の上部（ヘッド部１５１ｂ）および中蓋１６０の上部（雄ねじ部１６２）を覆うように、本体１２０の底部の内側に形成されたドーム形状をした部材である。また、ドーム状部１７０、ヘッド部１５１ｂ、雄ねじ部１６２に囲まれた空間１７１には、図示しない配管を介して圧力調整部が接続されている。この圧力調整部は、外部の海水圧に合わせて、１０００気圧程度まで発生させることが可能なものである。すなわち、この圧力調整部によって、空間１７１の気圧を外部の海水圧に合わせて調整することができるようになっている。これにより、空間１７１内に海水が流入することを抑制することができる。

軸パイプ１２１Ｆは、本体１２０に一端部がシールされた状態で固定されている固定軸であって、上記実施形態の２１Ｆと対応する。また、軸パイプ１２１Ｆは、内部において、本体１２０の内部から延設されている吸引・排出管１２３を通過させた状態で、円筒体１２１Ａの下部まで配設するためのものである。なお、吸引・排出管１２３の先端部は、軸パイプ１２１Ｆの他端部に設けられた蓋部から飛び出るように設けられており、軸パイプ１２１Ｆの内部空間は本体１２０の内部と同じく大気圧となっている。

なお、円筒体１２１Ａの内部においても、シール部材１５２を設けずに空間１７１から軸パイプ１２１Ｆと穴部１６３との隙間を介して、または、図示しない配管を直接的に介して上記圧力調整部と接続された状態として、内圧を外部の海水圧に合わせて調整することができるようにしてもよい。これにより、円筒体１２１Ａの内部の空間１８０に海水が流入することを抑制することができる。

このようなシール機構１５０によって、本体１２０内部を大気圧で保持しつつ、本体１２０は、円筒体１２１Ａを回転支持することができる。

また、本発明に係る掘削機によれば、吸引装置および吸引・排出管などを用いて、海底熱水鉱床の採掘、すなわち、マグマから吹き上がる蒸気を吸引することで、金または希少金属などの回収も可能である。

また、本発明に係る掘削機によれば、従来よりも潜水能力を向上できるので、従来の潜水艦潜水海域より２０００ｍ～３０００ｍ以上深い部分での作業が可能となる。また、本発明に係る潜水機については、従来よりも潜水能力を向上できるので、従来の潜水艦潜水海域より２０００ｍ～３０００ｍ以上深く潜水することが可能である。

以下、本発明に係る掘削機及び資源回収システムを実施するための他の形態について図面を参照しながら説明する。

図７に示すように、資源回収システム２０１は、掘削機２に代えて掘削機２０２を備えており、さらに、移動艇２９０と、移動艇２９１とを備えている点において、資源回収システム１と主に異なっている。本実施形態では、４つの掘削機２０２が配置されている。なお、図７では、洋上リグ３等の図示を省略している。

移動艇２９０は、調整棟７よりも掘削機２０２側において、海底パイプライン６に接続されている。移動艇２９０は、スクリュウ（図示せず）を有しており、水中を移動可能であるとともに、水中で停止可能である。

移動艇２９１は、移動艇２９０よりも掘削機２０２側において、海底パイプライン６に接続されている。移動艇２９１は、スクリュウ（図示せず）を有しており、水中を移動可能であるとともに、水中で停止可能である。

海底パイプライン６は、調整棟７と移動艇２９０との間、および移動艇２９０と移動艇２９１との間においては、軟質を有している。これによって、調整棟７を移動させることなく、移動艇２９０および移動艇２９１を移動させて、掘削機２０２を移動させることができる（図７の二点鎖線を参照）。

また、海底パイプライン６は、移動艇２９１と掘削機２０２との間においては、硬質を有している。これによって、移動艇２９１の移動に合わせて掘削機２０２を移動させることができるので、掘削機２０２を所望の位置に容易に移動させることができる。

掘削機２０２は、海底泥層の下にあるレアアースを含有するレアアース泥層を掘削する掘削機であって、海底へ降ろされた本体２２０と、この本体２２０に設けられた一対の掘削装置２２１、２２２とを備えている。本実施形態では、本体２２０は、水平方向に延びた軸線を有する円筒状に形成されている。

なお、一対で構成されていて特別に区別して説明する必要がない掘削装置２２１、２２２は、説明を簡略化するために、以下では、一方の掘削装置２２１についてのみ各部位の説明を行うことを予め断っておく。掘削装置２２２は、本体２２０の軸線方向の中央を基準として、掘削装置２２１と対称的に配置されている。

掘削装置２２１は、図８に示すように、筒体２２１Ａと、カッターヘッド２２１Ｃと、軸パイプ２２１Ｆとを有している。

筒体２２１Ａは、上部が本体２２０に固定され、本体２２０の下部から下方へ突出されて構成されている。筒体２２１Ａの軸線は、上下方向に延びている。本実施形態では、筒体２２１Ａは、円筒体である。

カッターヘッド２２１Ｃは、筒体２２１Ａの下部内に回転可能に配置されて構成されている。カッターヘッド２２１Ｃは、筒体２２１Ａおよび軸パイプ２２１Ｆに対して、筒体２２１Ａの軸線を中心として回転可能である。カッターヘッド２２１Ｃは、筒体２２１Ａの下端位置よりも所定距離だけ高い位置に配置されている。なお、筒体２２１Ａとカッターヘッド２２１Ｃとの間は、シール部材（図示せず）によってシールされている。また、軸パイプ２２１Ｆとカッターヘッド２２１Ｃとの間は、シール部材（図示せず）によってシールされている。また、筒体２２１Ａの内圧を筒体２２１Ａの外圧と同様になるように調整可能な圧力調整装置（図示せず）が、海上から配管を介して筒体２２１Ａの内部に接続されている。これにより、カッターヘッド２２１Ｃの回転時でも、筒体２２１Ａの内部に液体等が入ってこないようになっている。

カッターヘッド２２１Ｃは、複数（たとえば４つまたは８つ）のスポーク部２２１Ｇを有している。複数のスポーク部２２１Ｇは、筒体２２１Ａの軸線を中心とする周方向に等間隔で並んでいる。複数のスポーク部２２１Ｇのそれぞれは、筒体２２１Ａの軸線を中心とする径方向に延びている。つまり、複数のスポーク部２２１Ｇのそれぞれの軸線は、筒体２２１Ａの軸線を中心とする径方向に延びている。４つのスポーク部２２１Ｇのそれぞれは、当該スポーク部２２１Ｇの軸線を中心として回転可能に支持されている。

カッターヘッド２２１Ｃは、図９に示すように、複数のカッタービット２２１Ｈを有している。複数のカッタービット２２１Ｈは、４つのスポーク部２２１Ｇのそれぞれに配置されている。なお、図８および図９では、４つのスポーク部２２１Ｇのうち、１つのスポーク部２２１Ｇに配置されているカッタービット２２１Ｈのみを図示しており、当該スポーク部２２１Ｇ以外のスポーク部２２１Ｇに配置されているカッタービット２２１Ｈの図示を省略している。

スポーク部２２１Ｇの軸線を中心とする周方向において、１８０度の間隔を空けて一対のカッタービット２２１Ｈが配置されている。このような一対のカッタービット２２１Ｈは、スポーク部２２１Ｇの軸線方向において間隔を空けて複数配置されている。一対のカッタービット２２１Ｈは、スポーク部２２１Ｇの軸線方向において１つ内側に配置されている一対のカッタービット２２１Ｈに対して、スポーク部２２１Ｇの軸線を中心とする周方向において６０度ずれた位置に配置されている。複数のカッタービット２２１Ｈのそれぞれは、当該カッタービット２２１Ｈが配置されているスポーク部２２１Ｇとともに回転する。

カッターヘッド２２１Ｃは、回転駆動部２１Ｄのような回転駆動部（図示せず）によって回転する。当該回転駆動部は、例えば、筒体２２１Ａの内部に設けられるとともに、カッターヘッド２２１Ｃを回転させて海底泥層およびレアアース泥層を掘削させるように構成されている。具体的には、当該回転駆動部は、カッターヘッド２２１Ｃを筒体２２１Ａの軸線を中心として回転させるとともに、４つのスポーク部２２１Ｇのそれぞれを当該スポーク部２２１Ｇの軸線を中心として回転させる。これによって、複数のカッタービット２２１Ｈのそれぞれは、筒体２２１Ａの軸線を中心として回転しながら、当該カッタービット２２１Ｈが配置されているスポーク部２２１Ｇの軸線を中心として回転する。当該回転駆動部は、このようにカッターヘッド２２１Ｃを回転させて海底泥層およびレアアース泥層を掘削させるように構成されている。なお、掘削装置２２１のカッターヘッド２２１Ｃと掘削装置２２２のカッターヘッド（図示せず）とは、油圧ユニットによって互いに逆方向に回転されることが好ましい。また、掘削装置２２１のカッターヘッド２２１Ｃと掘削装置２２２のカッターヘッドとは、図示しない制御部における所定のプログラムに基づいて動作することも可能であるし、操作者の操作によっても動作することが可能である。また、操作者の操作データを人工知能（ＡＩ）に学習させ、掘削機２０２の掘削中において、操作者の操作データに基づいて掘削装置２２１のカッターヘッド２２１Ｃと掘削装置２２２のカッターヘッドとを動作させるようにしてもよい。

軸パイプ２２１Ｆは、図８に示すように、筒体２２１Ａ内に且つその軸線に合わせて配置されている。軸パイプ２２１Ｆは、本体２２０の内部まで延び、軸パイプ２２１Ｆの上部は、本体２２０の内部に位置している。軸パイプ２２１Ｆは、本体２２０に固定されている。軸パイプ２２１Ｆには、カッターヘッド２２１Ｃが回転可能に取り付けられている。カッターヘッド２２１Ｃの回転によるレアアース泥層の掘削により得られたレアアース泥は、軸パイプ２２１Ｆ内の吸引管２２３Ａを通って本体２２０内へ圧送される。また、セメント貯蔵庫２２０Ｇに貯蔵されているセメントおよび球状体２２０Ｊに貯蔵されている残渣は、軸パイプ２２１Ｆ内の排出管２２３Ｂを通って筒体２２１Ａの下部内から排出される。吸引管２２３Ａおよび排出管２２３Ｂは、本体２２０から掘削装置２２１側へ突出するようにして設けられている。

本体２２０の内部には、吸引装置（バキューム装置）２２０Ａと、分離装置２２０Ｂと、収集部２２０Ｃと、セメント貯蔵庫２２０Ｇと、３つの球状体２２０Ｈ、２２０Ｉ、２２０Ｊと、複数の板材２２０Ｋとが設けられている。吸引装置（バキューム装置）２２０Ａと、分離装置２２０Ｂと、セメント貯蔵庫２２０Ｇと、３つの球状体２２０Ｈ、２２０Ｉ、２２０Ｊとは、掘削装置２２１用に設けられている。なお、図示は省略しているが、本体２２０の軸線方向の中央を基準として、これらとは対称的に、掘削装置２２２用に、吸引装置（バキューム装置）と、分離装置と、セメント貯蔵庫と、３つの球状体とが設けられている。

吸引装置２２０Ａは、カッターヘッド２２１Ｃによるレアアース泥層の掘削により得られたレアアース泥を吸引するように構成されている。吸引装置２２０Ａは、吸引管２２３Ａに接続されており、カッターヘッド２２１Ｃによるレアアース泥層の掘削により得られたレアアース泥は、吸引管２２３Ａの先端部から吸引される（図８の太線実線矢印を参照）。なお、吸引管２２３Ａの先端部には、開閉弁（図示せず）が設けられ、吸引管２２３Ａによる吸引が行われるときには当該開閉弁が開き、吸引管２２３Ａによる吸引が行われないときには当該開閉弁が閉じるように構成されている。

分離装置２２０Ｂは、本体２２０内へ吸引されたレアアース泥からレアアースを含有する粒体を分離するように構成されている。分離装置２２０Ｂは配管を介して吸引装置２２０Ａに接続されており、吸引装置２２０Ａに吸引されたレアアース泥は当該配管を通って分離装置２２０Ｂに供給され（図８の太線実線矢印を参照）、分離装置２２０Ｂによってレアアース泥からレアアースを含有する粒体が分離される。本実施形態では、遠心分離機を用いた遠心分離処理により、泥が粒体と泥水とに分離される。

収集部２２０Ｃは、分離装置２２０Ｂによって分離された粒体を収集してから、上記の海底パイプライン６を介して洋上リグ３の溶出液回収棟４に回収されるように、ポンプなどを用いて搬送する部位である。収集部２２０Ｃは、本体２２０の軸線方向の中央に配置されている。収集部２２０Ｃは配管を介して分離装置２２０Ｂに接続されており、分離装置２２０Ｂによって分離された粒体は当該配管を通って収集部２２０Ｃに供給される（図８の太線一点鎖線矢印を参照）。なお、図示は省略しているが、収集部２２０Ｃは、球状体２２０Ｈの内部に配置されている分離装置２２０Ｂにも配管を介して接続されている。洋上に搬送された流体は、その場でリーチング処理装置（図示せず）によってリーチング処理が行われる。リーチング処理では、レアアースを含有する固形成分に対してリーチング液を用いた処理が行われる。リーチング液としては、たとえば希塩酸が用いられる。当該リーチング処理装置で処理されたリーチング溶出液は、輸送船で陸地に輸送する。

セメント貯蔵庫２２０Ｇは、筒体２２１Ａの下部内から排出されるセメントを貯蔵する。セメント貯蔵庫２２０Ｇは、排出管２２３Ｂに接続されており、セメント貯蔵庫２２０Ｇに貯蔵されているセメントは、排出管２２３Ｂを通って排出管２２３Ｂの先端部から排出され（図８の太線破線矢印を参照）、筒体２２１Ａの下部内から排出される。なお、排出管２２３Ｂの先端部には、開閉弁（図示せず）が設けられ、排出管２２３Ｂからセメントが排出されるときには当該開閉弁が開き、排出管２２３Ｂからセメントが排出されないときには当該開閉弁が閉じるように構成されている。

３つの球状体２２０Ｈ、２２０Ｉ、２２０Ｊは、本体２２０の軸線方向に並んでいる。３つの球状体２２０Ｈ、２２０Ｉ、２２０Ｊのそれぞれは、中空である。３つの球状体２２０Ｈ、２２０Ｉ、２２０Ｊは、本体２２０の内面に接触し、本体２２０に固定されている。

３つの球状体２２０Ｈ、２２０Ｉ、２２０Ｊのうち真ん中の球状体２２０Ｈ（第１球状体）の内部には、一時貯蔵層でもある吸引装置２２０Ａと、分離装置２２０Ｂと、セメント貯蔵庫２２０Ｇとが配置されている。球状体２２０Ｈは、掘削装置２２１の上方に配置されている。球状体２２０Ｈの内部に配置されている分離装置２２０Ｂによって粒体が分離された残渣は、一時的に球状体２２０Ｈの内部に貯蔵され、配管（図示せず）を介して球状体２２０Ｊに送られる。

３つの球状体２２０Ｈ、２２０Ｉ、２２０Ｊのうち球状体２２０Ｈ（第１球状体）よりも本体２２０の軸線方向の中央に近い位置に配置される球状体２２０Ｉ（第２球状体）の内部には、分離装置２２０Ｂが配置されている。球状体２２０Ｉの内部に配置されている分離装置２２０Ｂによって粒体が分離された残渣は、一時的に球状体２２０Ｉの内部に貯蔵され、配管を介して球状体２２０Ｊに送られる。

３つの球状体２２０Ｈ、２２０Ｉ、２２０Ｊのうち球状体２２０Ｈ（第１球状体）よりも本体２２０の軸線方向の中央から遠い位置に配置される２２０Ｊ（第３球状体）は、分離装置２２０Ｂによって粒体が分離された残渣を貯蔵するように構成されている残渣貯蔵庫である。球状体２２０Ｊには、分離装置２２０Ｂによる分離後の泥水が埋め戻し材として再利用するために貯蔵される。球状体２２０Ｊは、配管（図示せず）を介して球状体２２０Ｈに接続され、球状体２２０Ｈに貯蔵された残渣は、当該配管を介して球状体２２０Ｊに送られ、球状体２２０Ｊに貯蔵される。また、球状体２２０Ｊは、配管を介して球状体２２０Ｉに接続され、球状体２２０Ｉに貯蔵された残渣は、当該配管を介して球状体２２０Ｊに送られ（図８の太線二点鎖線矢印を参照）、球状体２２０Ｊに貯蔵される。球状体２２０Ｊに貯蔵されている残渣は、筒体２２１Ａの下部内から排出される。球状体２２０Ｊは、排出管２２３Ｂに接続されており、球状体２２０Ｊに貯蔵されている残渣は、排出管２２３Ｂを通って排出管２２３Ｂの先端部から排出され（図８の太線二点鎖線矢印を参照）、筒体２２１Ａの下部内から排出される。カッターヘッド２２１Ｃによるレアアース泥層の掘削終了後に、掘削によって形成された凹部に残渣が埋め戻される。そして、残渣が埋め戻された箇所に、セメント貯蔵庫に貯蔵されているセメントが排出されて被せられる。なお、排出管２２３Ｂの先端部には、開閉弁（図示せず）が設けられ、排出管２２３Ｂから残渣が排出されるときには当該開閉弁が開き、排出管２２３Ｂから残渣が排出されないときには当該開閉弁が閉じるように構成されている。

なお、レアアース泥を送るため、粒体を送るため、リーチング溶出液を送るため、残渣を送るため、またはセメントを送るため等に、本システムの各配管などに、適宜、加圧エアリフトポンプ等で構成される圧送装置、および開閉弁等を設けてもよい。

複数の板材２２０Ｋは、本体２２０の強度を高める部材である。複数の板材２２０Ｋは、本体２２０の軸線方向に並んで配置されている。本実施形態では、複数の板材２２０Ｋは、本体２２０の軸線方向において、間隔を空けずに並んで配置されているが、間隔を空けて並んで配置されていてもよい。複数の板材２２０Ｋのそれぞれは、本体２２０の軸線方向が当該板材２２０Ｋの厚み方向となるように配置されている。複数の板材２２０Ｋのそれぞれには、球状体２２０Ｈ、２２０Ｉ、２２０Ｊおよび配管等と干渉しないように、適宜、貫通孔等が形成されている。

以上説明したように、本実施形態の掘削機及び資源回収システムによれば、海上でレアアースを効率よく回収することができる。

以下、本発明に係る掘削機及び資源回収システムを実施するためのさらに他の形態について図面を参照しながら説明する。

図１０に示すように、本実施形態に係る資源回収システムは、掘削機２０２（図８参照）に代えて掘削機３０２を備えている点において、資源回収システム２０１と主に異なっている。なお、図１０では、洋上リグ３等の図示を省略している。

掘削機３０２は、掘削装置２２１（図８参照）に代えて掘削装置３２１を備えており、掘削装置２２２（図８参照）に代えて掘削装置３２１と対称的に配置されている掘削装置（図示せず）を備えている点において、掘削機２０２（図８参照）と主に異なっている。

掘削装置３２１は、カッターヘッド２２１Ｃに代えてカッターヘッド３２１Ｃを有しており、軸パイプ２２１Ｆ（図８参照）に代えて軸パイプ３２１Ｆを有しており、開閉弁３２１Ｉ、３２１Ｊと開閉駆動部３２１Ｋ、３２１Ｌとをさらに有している点において、掘削装置２２１（図８参照）と主に異なっている。

カッターヘッド３２１Ｃは、カッターヘッド３２１Ｃの内部に、開閉弁３２１Ｉ、３２１Ｊと開閉駆動部３２１Ｋ、３２１Ｌとが配置される空間を有している点において、カッターヘッド２２１Ｃと主に異なっている。

軸パイプ３２１Ｆは、軸パイプ２２１Ｆ（図８参照）よりも短く、先端部に開閉弁３２１Ｉ、３２１Ｊが図１０紙面の左右方向（図１０の符号３２１Ｉ、３２１Ｊの部材付近の左右方向の矢印参照）に摺動可能に取り付けられている点において、軸パイプ２２１Ｆ（図８参照）と主に異なっている。

吸引管３２３Ａは、吸引管２２３Ａ（図８参照）よりも短く、軸パイプ３２１Ｆの下端部よりも下方に突出しないように配置されている点において、吸引管２２３Ａ（図８参照）と主に異なっている。

排出管３２３Ｂは、排出管２２３Ｂ（図８参照）よりも短く、軸パイプ３２１Ｆの下端部よりも下方に突出しないように配置されている点において、排出管２２３Ｂ（図８参照）と主に異なっている。

開閉弁３２１Ｉ、３２１Ｊは、図示しない取付部材等によって、軸パイプ３２１Ｆに対して、図１０紙面の左右方向（図１０の符号３２１Ｉ、３２１Ｊの部材付近の左右方向の矢印参照）に摺動可能に取り付けられている。具体的には、開閉弁３２１Ｉは、吸引管３２３Ａの吸引口を塞ぐ閉位置と、吸引管３２３Ａの吸引口を塞がない開位置とに位置できるように、摺動可能に取り付けられている。開閉弁３２１Ｊは、排出管３２３Ｂの排出口を塞ぐ閉位置と、排出管３２３Ｂの排出口を塞がない開位置とに位置できるように、図１０紙面の左右方向（図１０の符号３２１Ｉ、３２１Ｊの部材付近の左右方向の矢印参照）に摺動可能に取り付けられている。ここで、一変形例として、開閉弁３２１Ｉ、３２１Ｊは、相互に引き合う磁石または電磁石であってもよい。

開閉駆動部３２１Ｋは、図示しない取付部材等によって、開閉弁３２１Ｉに取り付けられている。開閉駆動部３２１Ｌは、図示しない取付部材等によって、開閉弁３２１Ｊに取り付けられている。開閉駆動部３２１Ｋ、３２１Ｌは、例えば、油圧駆動式の油圧ユニット（たとえば油圧モータなど）及びその電源である変圧器等で構成されている。なお、開閉駆動部３２１Ｋ、３２１Ｌが設けられているカッターヘッド３２１Ｃの内部空間は、外部環境に合わせて加圧（たとえば掘削装置３２１外部の水圧に合わせて加圧）可能なように、加圧装置が設けられていてもよい。

開閉駆動部３２１Ｋは、吸引管３２３Ａからレアアース泥を吸引するとき、開閉弁３２１Ｉを図１０紙面の左方向に摺動させて吸引管３２３Ａの吸引口を塞がない開位置に位置させる。また、開閉駆動部３２１Ｌは、吸引管３２３Ａからレアアース泥を吸引するとき、開閉弁３２１Ｊを摺動させて排出管３２３Ｂの排出口を塞ぐ閉位置に位置させる。

開閉駆動部３２１Ｋは、排出管３２３Ｂから残渣またはセメントを排出するとき、開閉弁３２１Ｉを摺動させて吸引管３２３Ａの吸引口を塞ぐ閉位置に位置させる。また、開閉駆動部３２１Ｌは、排出管３２３Ｂから残渣またはセメントを排出するとき、開閉弁３２１Ｊを摺動させて排出管３２３Ｂの排出口を塞がない開位置に位置させる。

開閉駆動部３２１Ｋは、掘削機３０２が移動中であるとき、開閉弁３２１Ｉを摺動させて吸引管３２３Ａの吸引口を塞ぐ閉位置に位置させる。また、開閉駆動部３２１Ｌは、掘削機３０２が移動中であるとき、開閉弁３２１Ｊを摺動させて排出管３２３Ｂの排出口を塞ぐ閉位置に位置させる。

以上説明したように、本実施形態の掘削機及び資源回収システムによれば、海上でレアアースを効率よく回収することができる。

１、２０１ 資源回収システム
２、２０２、３０２ 掘削機
３ 洋上リグ
４ 溶出液回収棟
５ ガスタービン発電所
６ 海底パイプライン
７ 調整棟
２０、３０、１２０、２２０ 本体
２０Ａ、１２０Ａ、２２０Ａ 吸引装置
２０Ｂ、２２０Ｂ 分離装置
２０Ｃ リーチング処理装置
２０Ｄ 残渣貯蔵庫
２０Ｅ 逆送装置
２０Ｆ、３５ スクリュウ
２１、２２、２２１、２２２、３２１ 掘削装置
２１Ａ、２２Ａ、１２１Ａ 円筒体
２１Ｂ、２２Ｂ、１２１Ｂ フィン
２１Ｃ、２２Ｃ、２２１Ｃ、３２１Ｃ カッターヘッド
２１Ｄ、２２Ｄ 回転駆動部
２１Ｅ、２２Ｅ 圧送装置
２１Ｆ、２２Ｆ、１２１Ｆ、２２１Ｆ、３２１Ｆ 軸パイプ
２３、１２３ 吸引・排出管
２４、４１ パイプ（管）
Ｌ１、Ｌ３、Ｌ３１、Ｌ３３ 強化複合層
Ｌ２、Ｌ４、Ｌ３２、Ｌ３４ 鉄鋼層
３６ 第１タンク
３７ 第２タンク
３８ ポンプ
３９ 調整弁
４０ａ、４０ｂ 管路
１００ 潜水艦
１２１Ａ１、１５１ｃ、１６３ 穴部
１５０ シール機構
１５１ 蓋部
１５１ａ 軸部
１５１ｂ ヘッド部
１５２、１５３、１５４、１５５ シール部材
１６０ 中蓋
１６１ 土台
１６２ 雄ねじ部
１７０ ドーム状部
１７１、１８０ 空間
２２０Ｃ 収集部
２２０Ｇ セメント貯蔵庫
２２０Ｈ、２２０Ｉ、２２０Ｊ 球状体
２２０Ｋ 板材
２２１Ａ 筒体
２２１Ｇ スポーク部
２２１Ｈ カッタービット
２２３Ａ、３２３Ａ 吸引管
２２３Ｂ、３２３Ｂ 排出管
２９０、２９１ 移動艇
３２１Ｉ、３２１Ｊ 開閉弁
３２１Ｋ、３２１Ｌ 開閉駆動部

Claims (8)

1. 海底へ降ろされる本体と、前記本体の両端側に設けられた一対の掘削装置と、を備え、海底泥層の下にあるレアアースを含有するレアアース泥層、または、鉱物を含有する資源層を掘削する掘削機であって、
   前記掘削装置は、
   上部が前記本体に回転可能に配置されるとともに、下部の周端面が前記レアアース泥層または前記資源層を掘削する掘削刃に形成され且つ前記本体の下部から下方へ突出された円筒体と、
   前記円筒体の外周面に形成され且つ前記円筒体の回転によって前記円筒体を前記海底泥層内に侵入させていく螺旋状のフィンと、
   前記円筒体の下部内に回転可能に配置されたカッターヘッドと、
   前記円筒体の内部に設けられるとともに前記円筒体と前記カッターヘッドとを回転させて前記レアアース泥層を掘削させる回転駆動部と、
   前記円筒体の内部に設けられるとともに、前記レアアース泥層または前記資源層の掘削により得られたレアアース泥または資源を前記本体内へ圧送する圧送装置と、
   を有し、
   前記本体の内部または前記掘削装置の内部に、前記圧送装置によって圧送されてきた前記レアアース泥または前記資源を前記本体内へ吸引する吸引装置を有し、
   前記本体の内部には、
   前記本体内へ吸引された前記レアアース泥または前記資源から前記レアアースまたは前記鉱物を含有する粒体を分離する分離装置と、
   前記分離装置によって分離された前記粒体をリーチング処理するリーチング処理装置と、
   前記分離装置によって前記粒体が分離された残渣を貯蔵する残渣貯蔵庫と、を備えていることを特徴とする掘削機。
2. 前記本体は、炭素繊維を含む強化複合材を有する強化複合層と、鉄鋼を有する鉄鋼層とを交互に複数重ねて水平方向に延びた軸線を有する円筒状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の掘削機。
3. 前記強化複合層はパイプを内部に含み、前記パイプ内に高圧気体又は高圧液体が充填され、
   前記パイプは、前記本体の周面上に軸線方向に平行に配置され両端部で折り返されることにより、前記本体の周面全体を一本の前記パイプで覆ったことを特徴とする請求項２に記載の掘削機。
4. 海底へ降ろされる本体と、前記本体に設けられた一対の掘削装置と、を備え、海底泥層の下にあるレアアースを含有するレアアース泥層、または、鉱物を含有する資源層を掘削する掘削機であって、
   前記掘削装置は、
   前記本体の下部から下方へ突出された筒体と、
   前記筒体の下部内に回転可能に配置されたカッターヘッドと、
   を有し、
   前記本体の内部には、
   前記カッターヘッドによる前記レアアース泥層または前記資源層の掘削により得られたレアアース泥または資源を吸引する吸引装置と、
   前記吸引装置によって吸引された前記レアアース泥または資源から前記レアアースまたは前記鉱物を含有する粒体を分離する分離装置と、
   前記分離装置によって分離された前記粒体を海上へ搬送する搬送装置と、
   前記分離装置によって前記粒体が分離された残渣を貯蔵する残渣貯蔵庫と、
   前記筒体の下部内から排出されるセメントを貯蔵するセメント貯蔵庫と、を備えていることを特徴とする掘削機。
5. 前記本体は、水平方向に延びた軸線を有する円筒状に形成され、
   前記本体の内部には、前記本体の軸線方向に並び、中空である３つの球状体をさらに備え、
   前記３つの球状体のうち真ん中の第１球状体の内部には、前記吸引装置と、前記分離装置と、前記セメント貯蔵庫と、が配置され、
   前記３つの球状体のうち前記第１球状体よりも前記本体の前記軸線方向の中央に近い位置に配置される第２球状体の内部には、前記分離装置が配置され、
   前記３つの球状体のうち前記第１球状体よりも前記本体の前記軸線方向の中央から遠い位置に配置される第３球状体は、前記残渣貯蔵庫であることを特徴とする請求項４に記載の掘削機。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の掘削機と、
   洋上に設置された洋上リグと、
   前記洋上リグに設けられた溶出液回収棟と、
   前記掘削機の前記本体と前記洋上リグとを連結した海底パイプラインと、
   を備え、
   前記本体の前記リーチング処理装置で処理されたリーチング溶出液を、前記海底パイプラインを介して前記洋上リグの前記溶出液回収棟へ回収させることを特徴とする資源回収システム。
7. 本体と、前記本体の外周面に設けられ、前記本体を推進させる推進機構と、を備え、
   前記本体は、炭素繊維を含む強化複合材を有する強化複合層と、鉄鋼を有する鉄鋼層とを交互に複数重ねて水平方向に延びた軸線を有する円筒状に形成されていることを特徴とする潜水機。
8. 前記本体の内部には、高圧気体又は高圧液体を収容可能なタンクと、前記タンクに接続されるポンプと、
   を備え、
   前記強化複合層は、パイプを内部に含み、前記本体の周面上に軸線方向に平行に配置され両端部で折り返されることにより、前記本体の周面全体が、一本の前記パイプで覆われており、
   前記パイプの内部に、前記ポンプによって前記高圧気体又は前記高圧液体を循環させることを特徴とする請求項７に記載の潜水機。

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