JP6354088B1

JP6354088B1 - 資源回収用海中昇降船の浮力装置

Info

Publication number: JP6354088B1
Application number: JP2018057441A
Authority: JP
Inventors: 安男石黒
Original assignee: IC GROW GODO KAISHA
Current assignee: IC GROW GODO KAISHA
Priority date: 2018-03-16
Filing date: 2018-03-26
Publication date: 2018-07-11
Anticipated expiration: 2038-03-26
Also published as: JP2019163014A

Abstract

【課題】
深海の海底資源を海上まで運搬して回収する為のエネルギー消費を軽減する。
【解決手段】
海上作業船と、海底作業基地と海中を昇降する資源回収用海中昇降船から成る構成で、さらに、前記海底作業基地から海面上まで通気管を設けて大気中の空気を海底まで供給できるシステムで、前記資源回収用海中昇降船は、海底資源を積載する積載部と、シリンダーとピストンで構成した浮力体を備えていて、前記積載部は前記ピストンと連動していて、海底資源を前記積載部に積み込むと、海底資源の重量で前記積載部は下降し、前記ピストンも前記シリンダー内で移動し、該シリンダー内の空間が拡大され真空状態が作りだされて、前記通気管から前記シリンダー内に空気が吸い込まれることで、該空気による浮力で資源回収用海中昇降船の上昇を容易にする浮力装置を提供する。
【選択図】図３

Description

本発明は、海底資源回収システムの資源回収用海中昇降船に設けた浮力装置に関するものである。

深海で採集した資源を、海面まで引き上げて回収する為のシステムでは、動力による引き上げや、発生させたガスを浮力体に圧入した浮力で引き上げる方法があるが、何れも運用に係るコストの軽減が必要である。

特開２０１４−１２２５３１特開２０１２−０３０６３７

解決しようとする課題は、深海の資源を海上で回収する為に、海底まで届くコンベアーで海上まで引き揚げて回収するシステムや、海底で発生させたガスを、搬送容器に高圧力で充填して浮上させるものが見受けられるが、多大なエネルギーが必要である。

本発明に係る海底資源回収システムは、海底資源を回収する海上の海上作業船と、海底で海底資源の採掘や集積や荷積等を行う海底作業基地と該海底作業基地と前記海上作業船との間の海中を昇降する資源回収用海中昇降船から成る構成で、前記海底作業基地には該海底作業基地から海面上までチューブやパイプ等の中を中空にして伸ばして海面上の大気の空気を該中空内に保持して通す通気管を設けて、前記海底作業基地に前記空気が供給できる海底資源回収システムの前記資源回収用海中昇降船に設けた浮力装置において、前記資源回収用海中昇降船は、シリンダーとピストンで構成した浮力体を備えていて、該ピストンは海底資源を積載する為の積載部と連動する様に連接していて、前記シリンダーには前記海底作業基地に着岸した時に海中に浮かぶ位置で係留出来る係留具が設けられていて、海中に浮かんで係留された状態で前記海底作業基地から海底資源が積載された前記積載部が該海底資源の重量で下降する状態になる時には、連接している前記ピストンも連動して前記シリンダー内でスライドして該シリンダーのヘッド部から引き離されて、注射器のピストンを引き抜く方向に引く動作で該注射器内に液体が吸入される原理と同様に、前記シリンダー内の空間が拡大され真空状態になる機構にしていて、前記資源回収用海中昇降船が海中を降下して前記海底作業基地に着岸して前記係留具で海中に浮かんだ状態で留められた時には、前記海底作業基地から前記シリンダーへ前記空気の供給ができる様に前記シリンダーに前記通気管を繋いでから前記海底作業基地から海底資源を前記積載部に積み込むことで、積み込んだ該海底資源の重量で前記積載部が下降することになり、連接している前記ピストンも前記シリンダーから引き抜かれる様に該シリンダー内をスライドして移動し、該シリンダー内の空間が拡大され真空状態が作りだされるのに伴い前記海底作業基地側の前記通気管から真空状態になる前記シリンダー内に前記空気が吸い込まれて供給され、前記積載部の下降が終了した最終的容量の前記空気を前記シリンダー内に留めた浮力で前記海底資源を積載した前記資源回収用海中昇降船を容易に上昇できるようにした。

この場合、海底資源を積載する前記積載部は、海底資源を収納する容器のバケットである場合と、海底作業基地で事前に海底資源積載済の容器を受取る為の荷掛け用のフックを想定して設けていて、また、海底資源を積載後の前記積載部の下降の終了については、前記シリンダー内へ供給された前記空気体積による浮力と、前記バケットに積載された前記海底資源の重量とが、海中での重力のバランスが合う状態の位置まで前記積載部が下降して止まった最終的な状態の意味であるが、前記シリンダーには、前記資源回収用海中昇降船自体の重量分の容量の前記空気体積のスペースが既に確保されており、前記資源を含めた前記資源回収用海中昇降船全体の浮力バランスも保つこととなる。

本発明に係る海底資源回収システムは、次のように構成されていてもよい。前記海底作業基地から前記浮力体の前記シリンダー内に前記空気が供給されて、前記海底資源を積載した前記積載部の下降が終了した後、さらに、該積載部を動力装置での負荷又は重量物の上乗せで該積載部をさらに下降状態にさせて、又は該積載部を位置固定して前記係留具を動力で吊り上げて、シリンダー内に前記空気を供給してから該シリンダー内をスライドして移動する前記ピストンを止めて固定した後、前記動力装置での負荷又は上乗せした前記重量物を取り除いて、又は前記係留具の吊り上げ動力を停止して、前記シリンダー内の前記空気の面積を拡大させた浮力で浮上出来る様にした。

この場合、動力による負荷又は重量物の上乗せで、更に供給する前記空気量は、前記資源回収用海中昇降船を浮力のみでも浮上させることが出来る量とする。

本発明に係る海底資源回収システムは、次のように構成されていてもよい。前記海底作業基地から海面上まで伸ばして大気中の空気を該海底作業基地に供給する為に設けた前記通気管を設けずに、又は併用して、前記海底作業基地に設けたガス保管タンクのガス、又は前記海底作業基地に設けたガス発生装置で海水を分解して発生させたガス、又は海底資源から回収したガス、又はガス発生剤で発生させたガス、又は前記資源回収用海中昇降船に設けたボンベのガス、又はガス発生剤で発生させたガス、の何れかを、又は複合して前記シリンダーへ供給できる様にした。

この場合、前記海底作業基地の前記ガス発生装置で発生のガスは、海水の電気分解による酸素と水素であり、海底資源の回収したガスは、メタンであり、該海底作業基地に設けたガス保管タンクのガスは、海面上まで延ばした通気管で供給された大気中の空気、又は、海底で発生させた酸素と水素、又は、回収したメタン、又は、海上から搬入したガス発生剤で発生させたガス、又は、海上からボンベに充填して搬入したものである。

本発明に係る海底資源の回収システムの資源回収用海中昇降船に設けた浮力装置は、海底資源自体の重量を利用して浮力装置に空気等の気体を吸い込ませ、その浮力で資源回収用海中昇降船を浮上しやすくしたことで、初期費用の海底作業基地の構築及び資源回収用海中昇降船の建造を行えば、後の海底での継続作業である海底資源の採掘や集積後の荷積み作業を行うことが浮力装置のピストンを動かす力になり、その後の運用費用が軽減される効果がある。

は資源回収用海中昇降船の正面図。は資源回収用海中昇降船の平面図。は資源回収用海中昇降船の側面図。は資源回収用海中昇降船の側面図で、シリンダーとピストンの外側両サイド支柱板と外側上部筒を破断面にして回転ギアと垂直ギアを表示している。は海底作業基地で、資源回収用海中昇降船が着岸の為クレーンのフックに進行する実施例図。は海底作業基地で、資源回収用海中昇降船が着岸して海底資源を積込中の実施例図。は海底作業基地で、資源回収用海中昇降船が着岸して海底資源の積込終了で、バケットとピストンが下降していて、シリンダーの垂直ギア部が多く見えている状態の実施例図。は資源回収用海中昇降船が上昇して海上作業船内のクレーンのフックに進行する実施例図。は海上作業船で、資源回収用海中昇降船が着岸して、吊下げられた状態で上下を固定されて、海底資源が積載された内側バッケトを回収中の実施例図。は海上作業船と海底作業基地と資源回収用海中昇降船の海底資源回収システムの実施例図。は資源回収用海中昇降船の正面図で、シリンダーヘッドの上部に、シリンダー供給ガス用ボンベを固定して設けていて、最下部には、海底作業基地側で事前に荷積を完了させた容器を吊下げるフックを備えた状態を表示している。は資源回収用海中昇降船の平面図で、シリンダーヘッドの上部に、シリンダー供給ガス用ボンベを固定して設けた状態を表示している。

海上作業船と、海底作業基地と海中を昇降する資源回収用海中昇降船から成る構成で、さらに、前記海底作業基地から海面上まで通気管を設けて大気中の空気を海底まで供給できるシステムにして、前記資源回収用海中昇降船は、海底資源を積載する積載部と、シリンダーとピストンで構成した浮力体を備えていて、前記積載部は前記ピストンとも連動していて、海底資源を前記積載部に積み込むと、海底資源の重量で前記積載部は下降し、前記ピストンも前記シリンダー内で移動し、該シリンダー内の空間が拡大され真空状態が作りだされて、前記通気管から前記シリンダー内に空気が吸い込まれることで、吸い込まれた該空気による浮力で資源回収用海中昇降船の上昇を容易にした。

海底資源（６５）を回収する海上の海上作業船（Ａ）と、海底で海底資源（６５）の集積や荷積等を行う海底作業基地（Ｂ）と、該海底作業基地（Ｂ）と前記海上作業船（Ａ）との間の海中を昇降する資源回収用海中昇降船（Ｃ）から成る海底資源回収システムの資源回収用海中昇降船（Ｃ）に設けた浮力装置であって、無人での遠隔操作及び自動航行による海中の昇降をメインにした船舶で、シリンダー上部ユニットにカメラ等の監視装置及び制御装置を収納して、シリンダー上部ユニット付属昇降水平航行用スクリュウ（１６）の起動や進路方向への向き回転、及びシリンダー供給ガス用ボンベ（１８）からシリンダー（１１）へのガスの供給や、ピストン上下スライド移動用回転ギア（２５）のギア回転を止めるストッパー機能のＯＮ、又は、シリンダー（１１）内のガスの排気等の制御はコンピューターによって行われ、動力及び制御に必要な電力は海上作業船（Ａ）で供給される。

海底資源（６５）を積載する積載部の容器として設けている外側バケット（３１）に収納された内側バケット（３２）と、シリンダー（１１）とピストン（２１）で構成した浮力体を備えていて、該浮力体のシリンダー（１１）の上部には、昇降水平航行用スクリュウ（１６）と係留具の着岸時吊下り用リング部（１７）を設けた海底（Ｅ）と海面（Ｄ）までの海中を航行できる構造にしていて、着岸時には、着岸先側のクレーン（４１）のフック（４２）に前記着岸時吊下り用リング部（１７）を掛けて、水中で吊下げられた状態で着岸が出来て、さらに、外側バケット（３１）の下部に設けた外側バケット脚部兼着岸時積載部保持棒受入枠（３４）の枠内に、着岸時積載部保持棒（４６）を着岸先側から伸ばして挿入することで、資源回収用海中昇降船（Ｃ）を上下から引っ張る形で安定させる様にしている。

さらに、浮力を利用して海中を昇降する資源回収用海中昇降船（Ｃ）の浮力装置として、該資源回収用海中昇降船（Ｃ）の下部に設けた外側バケット（３１）は、浮力体のピストン（２１）と連動する様に外側バケット吊下げ用ワイヤー（３３）で連接していて、内側バケット（３２）に積載した海底資源（６５）の重量で、内側バケット（３２）及び外側バケット（３１）が下降した時には、連接している前記ピストン（２１）も連動してシリンダー（１１）内でスライドしてシリンダーヘッド（１２）から引き離されて、注射器のピストンを引き抜く方向に引く動作で該注射器内に液体が吸入される原理と同様に、前記シリンダー（１１）内の空間が拡大され、真空状態になる機構にしている。

また、ピストン（２１）がシリンダー（１１）内で、上下にスライドして移動するため、シリンダー（１１）の両サイドにシリンダー垂直ギア部（１４）を設けるとともに、ピストン（２１）と一体構造のピストン外側上部筒回転ギア収納部（２４）に設けたピストン上下スライド移動用回転ギア（２５）を前記のシリンダー垂直ギア部（１４）と嚙み合わせて設けて、ピストン上下スライド移動用回転ギア（２５）にはギアの回転を止めるストッパー機能が有り、シリンダー（１１）の上下の移動とともに固定もできる様にしている。

次に、資源回収用海中昇降船（Ｃ）が海中を降下して海底作業基地（Ｂ）に着岸した時には、該海底作業基地（Ｂ）側からシリンダー（１１）へ空気の供給ができる様にシリンダー（１１）の上部に設けた空気吸排気部（１５）に空気供給用通気管（４３）を繋いでから、海底作業基地（Ｂ）から海底資源（６５）を内側バケット（３２）に積み込むことで、積み込んだ該海底資源（６５）の重量で、内側バケット（３２）及び外側バケット（３１）が下降することになり、連接しているピストン（２１）も、シリンダー（１１）から引き抜かれる様に該シリンダー（１１）内をスライドして移動し、シリンダー（１１）内の空間が拡大され真空状態が作りだされるのに伴い、海底作業基地（Ｂ）側の空気供給用通気管（４３）から真空状態になるシリンダー（１１）内に空気が吸い込まれて供給され、内側バケット（３２）及び外側バケット（３１）の下降が終了した最終的容量の空気をシリンダー（１１）内に留めた浮力装置と海底資源（６５）を積載した内側バケット（３２）とを搭載した資源回収用海中昇降船（Ｃ）を上昇させて海上作業船（Ａ）で内側バケット（３２）に積載された海底資源（６５）を回収するようにした。

図５から図７は、海底作業基地（Ｂ）に資源回収用海中昇降船（Ｃ）を受け入れて、空気をシリンダー（１１）に空気供給用通気管（４３）を繋いで供給出来る体勢にして、内側バケット（３２）に海底資源荷積用樋（４５）から海底資源（６５）の積込でから、図７例の様に内側バケット（３２）及び外側バケット（３１）及びピストン（２１）を下降させて、さらに、着岸時積載部保持棒（４６）の動力で外側バケット（３１）を引き下げて、さらに、シリンダー（１１）に空気を供給して浮力を増した状態にする一連の実施例である。

図８から図９は、海上作業船（Ａ）の船底の開口部から資源回収用海中昇降船（Ｃ）を受け入れて、内側バケット（３２）を内側バケット捕獲吊上げ機（４８）で吊り上げて、外側バケット（３１）から取り出し、海底資源（６５）を回収する一連の実施例である。

図１０は、海上作業船（Ａ）と海底作業基地（Ｂ）と資源回収用海中昇降船（Ｃ）の海底資源回収システムの実施例図で、海底作業基地（Ｂ）から海面（Ｄ）上まで通気管（６１）が伸ばされていて、海面（Ｄ）上には該通気管（６１）の通気管空気吸入口（６３）が通気管浮上用ブイ（６２）の上の大気中に設けていて、海底（Ｅ）には、ガス保管タンク（６６）及びガス発生タンク（６７）及び鉱物資源採掘駆動車（６８）が示されている。

図１１から図１２は、資源回収用海中昇降船（Ｃ）で、シリンダー（１１）上部には、シリンダーヘッド（１２）の上にシリンダー供給ガス用ボンベ（１８）が固定して設けていて、シリンダーヘッド（１２）と固定して接している部分に設けた供給口からシリンダー（１１）内にガスを供給するが、該供給は遠隔操作又は、コンピューターで自動供給される構成になっていて、又、ピストン（２１）下部には、海底作業基地側で事前に荷積を完了させたコンテナーや袋詰め容器等を吊下げる為の積載部として設けた荷掛け用の容器吊下げ用フック（３５）がフック吊下げ用ワイヤー（３６）で吊下った状態を表示している。

深海底での浮力装置へのガスの供給を、高圧注入ではなく、海底資源の重量が吸引力になるので、回収コストが抑えられ、資源開発が加速されるものである。

１１シリンダー
１２シリンダーヘッド
１３シリンダー用パッキン
１４シリンダー垂直ギア部
１５シリンダー空気吸排気部
１６シリンダー上部ユニット付属昇降水平航行用スクリュウ
１７シリンダー上部ユニット付属着岸時吊下り用リング部
１８シリンダー供給ガス用ボンベ
２１ピストン
２２ピストン外側両サイド支柱板
２３ピストン外側上部筒
２４ピストン外側上部筒回転ギア収納部
２５ピストン上下スライド移動用回転ギア（ストッパー付）
２６ピストン下部台座
２７ピストン下部台座脚部
２８ピストン用パッキン
３１外側バケット
３２内側バケット
３３外側バケット吊下げ用ワイヤー
３４外側バケット脚部兼着岸時積載部保持棒受入枠
３５容器吊下げ用フック
３６フック吊下げ用ワイヤー
３７着岸時積載部保持棒受入リング
４１クレーン
４２フック
４３空気供給用通気管
４５海底資源荷積用樋
４６着岸時積載部保持棒
４７前後移動式エレベーター
４８内側バケット捕獲吊上げ機
４９充電等メンテナンス機
６１通気管
６２通気管浮上用ブイ
６３通気管空気吸入口
６５海底資源
６６ガス保管タンク
６７ガス発生タンク
６８鉱物資源採掘駆動車
Ａ海上作業船
Ｂ海底作業基地
Ｃ資源回収用海中昇降船
Ｄ海面
Ｅ海底

Claims

海底資源を回収する海上の海上作業船と、海底で海底資源の採掘や集積や荷積等を行う海底作業基地と該海底作業基地と前記海上作業船との間の海中を昇降する資源回収用海中昇降船から成る構成で、前記海底作業基地には該海底作業基地から海面上までチューブやパイプ等の中を中空にして伸ばして海面上の大気の空気を該中空内に保持して通す通気管を設けて前記海底作業基地に前記空気が供給できる海底資源回収システムの前記資源回収用海中昇降船に設けた浮力装置において、前記資源回収用海中昇降船はシリンダーとピストンで構成した浮力体を備えていて、該ピストンは海底資源を積載する為の積載部と連動する様に連接していて、前記シリンダーには前記海底作業基地に着岸した時に海中に浮かぶ位置で係留出来る係留具が設けられていて、海中に浮かんで係留された状態で前記海底作業基地から海底資源が積載された前記積載部が該海底資源の重量で下降する状態になる時には、連接している前記ピストンも連動して前記シリンダー内でスライドして該シリンダーのヘッド部から引き離されて、注射器のピストンを引き抜く方向に引く動作で該注射器内に液体が吸入される原理と同様に、前記シリンダー内の空間が拡大され真空状態になる機構にしていて、前記資源回収用海中昇降船が海中を降下して前記海底作業基地に着岸して前記係留具で海中に浮かんだ状態で留められた時には、前記海底作業基地から前記シリンダーへ前記空気の供給ができる様に前記シリンダーに前記通気管を繋いでから前記海底作業基地から海底資源を前記積載部に積み込むことで、積み込んだ該海底資源の重量で前記積載部が下降することになり、連接している前記ピストンも前記シリンダーから引き抜かれる様に該シリンダー内をスライドして移動し該シリンダー内の空間が拡大され真空状態が作りだされるのに伴い前記海底作業基地側の前記通気管から真空状態になる前記シリンダー内に前記空気が吸い込まれて供給され、前記積載部の下降が終了した最終的容量の前記空気を前記シリンダー内に留めた浮力で前記海底資源を積載した前記資源回収用海中昇降船を容易に上昇できるようにしたことを特徴とした資源回収用海中昇降船の浮力装置。
請求項１において、前記海底作業基地から前記浮力体の前記シリンダー内に前記空気が供給されて、前記海底資源を積載した前記積載部の下降が終了した後、さらに、該積載部を動力装置での負荷又は重量物の上乗せで該積載部をさらに下降状態にさせて、又は該積載部を位置固定して前記係留具を動力で吊り上げて、シリンダー内に前記空気を供給してから該シリンダー内をスライドして移動する前記ピストンを止めて固定した後、前記動力装置での負荷又は上乗せした前記重量物を取り除いて、又は前記係留具の吊り上げ動力を停止して、前記シリンダー内の前記空気の面積を拡大させた浮力で浮上出来る様にしたことを特徴とした資源回収用海中昇降船の浮力装置。
請求項１及び請求項２において、前記海底作業基地から海面上まで伸ばして大気中の空気を該海底作業基地に供給する為に設けた前記通気管を設けずに、又は併用して、前記海底作業基地に設けたガス保管タンクのガス、又は前記海底作業基地に設けたガス発生装置で海水を分解して発生させたガス、又は海底資源から回収したガス、又はガス発生剤で発生させたガス、又は前記資源回収用海中昇降船に設けたボンベのガス、又はガス発生剤で発生させたガス、の何れかを、又は複合して前記シリンダーへ供給できる様にしたことを特徴とした資源回収用海中昇降船の浮力装置。