JP6166308B2

JP6166308B2 - 気泡量調節装置

Info

Publication number: JP6166308B2
Application number: JP2015116278A
Authority: JP
Inventors: 本祥一坂
Original assignee: SAKAMOTO, Miho
Current assignee: SAKAMOTO, Miho
Priority date: 2015-06-09
Filing date: 2015-06-09
Publication date: 2017-07-19
Anticipated expiration: 2035-06-09
Also published as: JP2017002533A

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。

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／ｃｍ^２、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。

特開２０１５−４５１２０号公報

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。

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。

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。

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。

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。

本発明による第１の気泡量調節装置の構成図である。（実施例１）図１に示す気泡量調節装置の動作説明図である。図１に示す気泡量調節装置の動作説明図である。本発明による第２の気泡量調節装置の構成図である。（実施例２）

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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／ｍ^３、ｇは重力の加速度で９．８ｍ／ｓ^２、Ｖは気泡の体積（ｍ^３）である。気泡の半径をｒとするとＶ＝（４／３）πｒ^３である。これらを代入すると浮力Ｆは、Ｆ＝（４／３）×ρｇπｒ^３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。

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。

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。

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。

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。

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
７ａＹ字型の本体管
８気泡
９泥
１００、２００気泡量調節装置

Claims

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気泡量調節装置。
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気泡量調節装置。