JP7084763B2 - 浚渫装置 - Google Patents

Description

この発明は、浚渫装置に関する。

海底や川底にて砂礫土水を浚渫する装置は、砂礫土水を吸込んで搬送する排砂管と、排砂管の下端に設けたスカート内へ上方に向けて高圧水を噴射するエジェクタノズルを有する高圧水噴射パイプと、スカートよりも下方に配置されてスカート内へ向けて高圧水を噴射するジェットノズルを有する噴流パイプとを備えるものがある（たとえば、特許文献１参照）。

また、掘削機と掘削機の後方に設けた排土板を使用して砂礫土を収集する構造の浚渫装置もある（たとえば、特許文献２参照）。

特開２００６－１９３８９７号公報 特許第６１４４８１４号公報

ところで、海底鉱物資源の周囲には、銅、鉛、亜鉛等のベースメタルや、コバルト、ニッケルや白金などの希少な鉱物資源（レアメタル）を含むマンガンと鉄の酸化物の層が存在する場合がある。たとえば、コバルト含有量が高いコバルトリッチクラストは、海底に点在する海山の水深約１，０００～２，５００ｍの山頂部から斜面にかけての岩石を厚さ５～２０ｃｍ位の層で覆うようにして分布することが知られている。このような層を掘削して回収できれば、レアメタルの安定供給にもつながるので、レアメタルの有望な資源として注目されている。

このように層を掘削してできた砂礫土には貴重な鉱物資源が含まれているので、全砂礫土を回収したいが、特許文献１の浚渫装置では開放された海中にジェットノズルから水を噴射するので、回収したい砂礫土が海中に分散されてしまって回収できなくなってしまう。また、特許文献２の浚渫装置では、掘削してできた砂礫土を排土板で回収することは難しいので、砂礫土の多くが海底に取り残されてしまって回収できない。

そこで、本発明は、砂礫土の回収効率を向上できる浚渫装置の提供を目的とする。

本発明の浚渫装置は、地面に対向する開口部を有するチャンバと、チャンバに吸込口を有してチャンバ内の砂礫土水を吸引する吸引装置と、チャンバ内に液体を噴射するノズルを有してチャンバ内の砂礫土水を吸込口へ導く噴射装置と備え、吸引装置における液体を吸引する流量が噴射装置における液体を噴射する流量よりも多い。このように構成された浚渫装置によれば、チャンバに対向する地面に堆積した砂礫土を噴射装置でチャンバ内に浮揚させつつ吸込口へ導きつつ、吸引装置で砂礫土水を吸引するとともに、チャンバ内の圧力をチャンバ外の圧力よりも低くできる。

また、浚渫装置は、吸込口がチャンバの後方に設けられており、ノズルがチャンバの後方に設けられてチャンバの後方からチャンバの前方の地面へ向けて液体を噴射する。このように構成された浚渫装置は、チャンバの後方から前方へ向けて液体をチャンバ内で噴射でき、チャンバの前方へ向かった液体がチャンバの前方の内壁に衝突して吸込口が設置されているチャンバの後方へ向かうので、チャンバの開口部に対向する地面に堆積した砂礫土を効率よく吸込口へ導くことができ、砂礫土の回収効率がより一層向上する。

さらに、浚渫装置は、噴射装置がチャンバの前方に設けられて、チャンバの前方から地面に向けて液体を噴射するサブノズルを備えていてもよい。このように構成された浚渫装置は、ノズルからの液体の噴射によってチャンバの前方から砂礫土水が漏れるのを抑制できるとともに、チャンバの前方に対向する地面に堆積した砂礫土を効率よく浮揚させてノズルが噴射した液体の流れに乗せて砂礫土水を吸込口へ導入させ得る。よって、このように構成された浚渫装置によれば、砂礫土の回収効率がより一層向上する。

また、浚渫装置は、チャンバ内に収容されて地面を掘削する掘削装置を備えていてもよい。このように構成された浚渫装置では、掘削装置がチャンバ内に収容されているので、掘削装置で掘削した砂礫土が散逸されるのを防げ、掘削に引き続いて噴射装置と吸引装置による浚渫作業を行って掘削した砂礫土を効率よく回収できる。

本発明の浚渫装置によれば、砂礫土の回収効率を向上できる。

一実施の形態における浚渫装置を横から見た断面図である。 一実施の形態における浚渫装置の上から見た断面図である。 歩行装置に搭載された一実施の形態における浚渫装置の側面図である。

以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。一実施の形態における浚渫装置１は、図１および図２に示すように、開口部２ａを有するチャンバ２と、チャンバ２内に吸込口４を有してチャンバ２内の砂礫土水を吸引する吸引装置３と、チャンバ２内に液体を噴射するノズル６を有してチャンバ２内の砂礫土水を吸込口４へ導く噴射装置５とを備えている。

また、この浚渫装置１は、本実施の形態では、海底Ｓの表層を掘削する掘削装置Ｅを備えており、海底Ｓを歩行する歩行装置Ｗ（図３参照）に設置されている。よって、浚渫装置１は、歩行装置Ｗによって海底Ｓ上を移動しながら、海底Ｓの表層を掘削しつつ掘削後にできた砂礫土を海水と共に吸引装置３で吸引して砂礫土を回収する。回収された砂礫土は、吸引装置３における移送管１０を介して図示しない洋上の作業船やプラットフォームに搬送される。

なお、歩行装置Ｗは、本実施の形態では、図３に示すように、浚渫装置１を保持する第一フレーム２０と、第一フレーム２０の前後左右に設けられて第一フレーム２０に対して上下方向へ駆動可能な四つの脚２１と、第一フレーム２０に対して図３中左右方向へ駆動可能な第二フレーム２２と、第二フレーム２２の前後左右に設けられて第二フレーム２２に対して上下方向へ駆動可能な四つの脚２３とを備えている。このように構成された歩行装置Ｗは、脚２１のみを海底Ｓに着地させて脚２３を海底Ｓから浮かせて第二フレーム２２を第一フレーム２０に対して移動したい方向へ移動させる。次に、第二フレーム２２の脚２３を下方へ駆動して海底Ｓに着地させて第一フレーム２０の脚２１を上方へ駆動して海底Ｓから浮かせてから、第二フレーム２２に対して第一フレーム２０を移動したい方向へ相対移動させる。すると、歩行装置Ｗは、移動したい方向へ移動でき、前述の手順を繰り返せば移動したい方向へ所望する距離を移動できる。

浚渫装置１は、第一フレーム２０に対して上下方向へ駆動可能に取付けられており、図示しない駆動源によって第一フレーム２０に対して上下動して海底Ｓの表面に遠近できる。

以下、浚渫装置１の各部について詳細に説明する。チャンバ２は、内部が中空であって、地面である海底Ｓに対向する開口部２ａを有している。よって、チャンバ２は、内部が海底Ｓに面している。また、チャンバ２の後側となる図１中右方の上方には吸引装置３における吸込口４が開口している。吸引装置３は、チャンバ２から延びて図示しない作業船等まで通じる移送管１０と、図示しない作業船等に設置されて移送管１０を通じてチャンバ２内の砂礫土水を吸引するポンプ１１とを備えている。移送管１０の先端は、吸込口４を通じてチャンバ２内に通じており、吸引装置３は、ポンプ１１の駆動によって移送管１０を通じてチャンバ２内から砂礫土水を吸い上げて、洋上の図示しない作業船等まで砂礫土水を搬送できる。なお、吸引装置３は、ポンプ１１によってチャンバ２内から吸い上げる砂礫土水の流量を調整できる。なお、吸引装置３の構成については、一例であって、チャンバ２内から砂礫土水を吸い上げ可能であれば前記構成に限定されるものではない。また、ポンプ１１は、作業船等に設置されるのではなく、浚渫装置１に設置されてもよいし、移送管１０の途中であって浚渫装置１と作業船等との間に設置されてもよい。

噴射装置５は、複数のノズル６および複数のサブノズル７と、液体として海水を吸込んで高圧水としてノズル６およびサブノズル７へ供給するポンプ８とを備えている。ノズル６は、本実施の形態では、図２に示すように、チャンバ２内の後方であって平面視で吸込口４を挟んで両側に一つずつ設置されており、チャンバ２の前方の海底Ｓへ向けて噴射する角度でチャンバ２に取り付けてある。また、サブノズル７は、図２に示すように、チャンバ２内の前方の左右両側と中央に一つずつ設置されており、チャンバ２の前方の海底Ｓへ向けて噴射する角度でチャンバ２に取り付けてある。ポンプ８は、図示しないフィルタを介して浚渫装置１の周囲の海水を吸込んで分流弁９を介してノズル６およびサブノズル７へ高圧水として供給する。ポンプ８から吐出された高圧水は、分流弁９によってノズル６とサブノズル７から噴射する高圧水の流量を適切に配分する。よって、噴射装置５は、ポンプ８の駆動によってノズル６およびサブノズル７から高圧水をチャンバ２内に噴射する。ノズル６から噴射された高圧水は、チャンバ２の開口部２ａに対向する海底Ｓに堆積した砂礫土を海底Ｓからチャンバ２内に浮上させつつ、チャンバ２内の前方へ向かいチャンバ２の前方の内壁に衝突してチャンバ２の後方に設けた吸込口４へと砂礫土水を導く。また、サブノズル７から噴射された高圧水は、チャンバ２の前方に対向する海底Ｓに堆積した砂礫土を撹拌して、ノズル６から噴射された高圧水による砂礫土の吸込口４への導入を補助するとともに、ノズル６の高圧水の噴射によってチャンバ２内から砂礫土が漏れるのを抑制する。そして、吸引装置３の砂礫土水を吸引する流量は、噴射装置５がノズル６およびサブノズル７の全ノズルから噴射する高圧水の流量より多くなっている。なお、噴射装置５におけるポンプ８および分流弁９は、第一フレーム２０に設けられてもよいし、チャンバ２に取付けられていてもよい。また、ノズル６が噴射する高圧水で海底Ｓに堆積した砂礫土を海底Ｓから浮き上がらせるとともに吸込口４へ導ければよいので、ノズル６のチャンバ２への取付位置および高圧水の噴射方向は前述した位置および方向に限られない。

また、掘削装置Ｅは、チャンバ２内で回転駆動される回転ドラム１５と、回転ドラム１５の周囲に装着されるビット１６と、回転ドラム１５を駆動するモータ１７とを備えて構成されている。掘削装置Ｅにおける回転ドラム１５およびビット１６は、チャンバ２内の前方に収容されており、回転ドラム１５を図１中で時計回り方向へ回転駆動するとチャンバ２の開口部２ａに対向する海底Ｓの表層をビット１６で掘削できる。なお、モータ１７は、減速機を介して回転ドラム１５を駆動してもよい。本実施の形態では、掘削時における回転ドラム１５の回転方向は、図１中で時計回り方向となっているが、ビット１６を回転ドラム１５に対して図１に示した方向とは逆向きに設置する場合には回転ドラム１５を図１中で反時計回り方向に回転させて海底Ｓの表層を掘削できる。

このように構成された浚渫装置１は、歩行装置Ｗにおける第一フレーム２０に対して浚渫装置１を上下方向および図１中左右方向となる前後方向へ駆動可能な駆動装置１８を介して第一フレーム２０に取付けられている。よって、浚渫装置１で海底Ｓの表層を掘削して海底Ｓに堆積した砂礫土を浚渫する場合、駆動装置１８で浚渫装置１を海底Ｓに近づけて、海底Ｓにチャンバ２の開口部２ａを対向させた状態とする。そして、掘削装置Ｅを駆動して海底Ｓの表層を掘削しつつ、噴射装置５でチャンバ２の開口部２ａに対向した海底Ｓに堆積する砂礫土をチャンバ２内に浮揚させて吸込口４へ導くとともに吸引装置３でチャンバ２内の砂礫土水を吸引する。

チャンバ２と海底Ｓとの間には隙間が生じるものの、チャンバ２の下端を海底Ｓに対向させており、噴射装置５の噴射流量が吸引装置３の吸引流量よりも少ないために、チャンバ２内の圧力はチャンバ２外の圧力よりも低くなる。これによって、噴射装置５による高圧水の噴射によってチャンバ２内に浮揚した砂礫土水がチャンバ２外への流出するのが抑制されて、掘削した砂礫土を回収効率良く採取できる。

このように本発明の浚渫装置１は、海底（地面）Ｓに対向する開口部２ａを有するチャンバ２と、チャンバ２内に吸込口４を有してチャンバ２内の砂礫土水を吸引する吸引装置３と、チャンバ２内に高圧水（液体）を噴射するノズル６を有してチャンバ２内の砂礫土水を吸込口４へ導く噴射装置５と備え、吸引装置３における砂礫土水（液体）を吸引する流量が噴射装置５における高圧水（液体）を噴射する流量よりも多い。このように構成された浚渫装置１によれば、チャンバ２に対向する海底（地面）Ｓに堆積した砂礫土を噴射装置５でチャンバ２内に浮揚させつつ吸込口４へ導きつつ、吸引装置３で砂礫土水を吸引するとともに、チャンバ２内の圧力をチャンバ２外の圧力よりも低くできるから、砂礫土の回収効率が向上するのである。

また、本実施の形態の浚渫装置１は、吸込口４がチャンバ２の後方に設けられており、ノズル６がチャンバ２の後方に設けられてチャンバ２の後方からチャンバ２の前方の海底（地面）Ｓへ向けて高圧水（液体）を噴射する。このように構成された浚渫装置１は、チャンバ２の後方から前方へ向けて高圧水（液体）をチャンバ２内で噴射でき、チャンバ２の前方へ向かった高圧水（液体）がチャンバ２の前方の内壁に衝突して吸込口４が設置されているチャンバ２の後方へ向かうので、チャンバ２の開口部２ａに対向する海底（地面）Ｓに堆積した砂礫土を効率よく吸込口４へ導くことができる。よって、このように構成された浚渫装置１によれば、砂礫土の回収効率がより一層向上する。なお、本実施の形態の浚渫装置１は、複数のノズル６を備えているが、ノズル６の設置数は任意に増減できる。また、効率よく砂礫土水を回収するには、ノズル６を本実施の形態のように設置すると良いが、高圧水（液体）の噴射によって砂礫土水の吸込口４への導入が可能であればノズル６の設置個所と高圧水（液体）の噴射方向は任意に設定できる。

さらに、本実施の形態の浚渫装置１は、噴射装置５がチャンバ２の前方に設けられて、チャンバ２の前方から海底（地面）Ｓに向けて高圧水（液体）を噴射するサブノズル７を備えている。このように構成された浚渫装置１は、ノズル６からの高圧水の噴射によってチャンバ２の前方から砂礫土水が漏れるのを抑制できるとともに、チャンバ２の前方に対向する海底（地面）Ｓに堆積した砂礫土を効率よく浮揚させてノズル６が噴射した高圧水（液体）の流れに乗せて砂礫土水を吸込口４へ導入させ得る。よって、このように構成された浚渫装置１によれば、砂礫土の回収効率がより一層向上する。効率よく砂礫土水を回収するには、サブノズル７を設けると良いが、省略も可能であり、サブノズル７の設置数も任意に増減できる。

また、本実施の形態の浚渫装置１は、チャンバ２内に収容されて海底（地面）Ｓを掘削する掘削装置Ｅを備えている。このように構成された浚渫装置１では、掘削装置Ｅがチャンバ２内に収容されているので、掘削装置Ｅで掘削した砂礫土が海流によって散逸されるのを防げ、掘削に引き続いて噴射装置５と吸引装置３による浚渫作業を行って掘削してできた砂礫土を効率よく回収できる。掘削装置Ｅは、回転ドラム１５とビット１６とモータ１７とで構成されているが、海底（地面）Ｓを掘削できるものであればよく、高圧水（高圧液体）の噴射で岩盤の掘削を可能とする装置であってもよい。なお、浚渫装置１は、本実施の形態では掘削装置Ｅを備えているが、掘削装置Ｅを備えていなくとも良い。

また、本実施の形態では、噴射装置５は、浚渫装置１の周囲の海水を吸込んでノズル６およびサブノズル７から噴射するものとして説明したが、作業船等から噴射する液体を供給するものでもよく、その場合、ポンプ８を作業船等に設置してもよい。つまり、噴射装置５で利用する液体は、浚渫装置１の周囲の液体に限られず、たとえば、砂礫土に含まれる資源の回収に最適な液体を利用してもよい。

さらに、浚渫装置１は、歩行装置Ｗに対して俯仰および左右への旋回が可能とされてもよい。さらには、浚渫装置１は、海底Ｓの砂礫土を浚渫する用途以外にも川底や湖底の砂礫土の浚渫にも利用可能である。

以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されないことは勿論である。

１・・・浚渫装置、２・・・チャンバ、２ａ・・・開口部、３・・・吸引装置、４・・・吸込口、５・・・噴射装置、６・・・ノズル、７・・・サブノズル、Ｅ・・・掘削装置

Claims (3)

1. 地面に対向する開口部を有するチャンバと、
   前記チャンバ内に吸込口を有して前記チャンバ内の砂礫土水を吸引する吸引装置と、
   前記チャンバ内に液体を噴射するノズルを有して前記チャンバ内の砂礫土水を前記吸込口へ導く噴射装置と備え、
   前記吸込口は、前記チャンバの後方に設けられており、
   前記ノズルは、前記チャンバの後方に設けられて前記チャンバの後方から前記チャンバの前方の地面へ向けて液体を噴射し、
   前記吸引装置における液体を吸引する流量が前記噴射装置における液体を噴射する流量よりも多い
   ことを特徴とする浚渫装置。
2. 前記噴射装置は、前記チャンバの前方に設けられて、前記チャンバの前方から前記地面に向けて液体を噴射するサブノズルを有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の浚渫装置。
3. 前記チャンバ内に収容されて前記地面を掘削する掘削装置を備えた
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の浚渫装置。

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