JP7221506B1

JP7221506B1 - 揚鉱装置

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Publication number: JP7221506B1
Application number: JP2022118525A
Authority: JP
Inventors: 亮彦鈴木; 浩史矢部; 洋彰梅田; 晃弘冨田; 和夫谷; 瞬野村
Original assignee: Tokyo University of Marine Science and Technology NUC; Fudo Tetra Corp
Current assignee: Tokyo University of Marine Science and Technology NUC; Fudo Tetra Corp
Priority date: 2022-07-26
Filing date: 2022-07-26
Publication date: 2023-02-14
Anticipated expiration: 2042-07-26
Also published as: JP2024016419A

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揚鉱装置を提供する。【解決手段】揚鉱装置は、管路と、前記管路内に充填されるとともに下降管の上端から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と、第１連結管に設けられ、通過する前記カプセルを第１開口部を上に向けた上向き姿勢で位置決め可能な第１位置決め部と、前記第１位置決め部に設けられ前記第１位置決め部で位置決めされたカプセルの蓋体を開閉可能な第１駆動部と、前記第１位置決め部に設けられ、開放した状態の前記第１開口部を介して前記カプセル内に前記海底物質を投入する第１投入部と、を備える。【選択図】図１

Description

特許法第３０条第２項適用令和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。

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ることが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、前記下降管の下端と前記上昇管の下端とを連結する第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外周面の一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第１開口部と、前記第１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蓋体と、を有するカプセルと、
前記第１連結管に設けられ、通過する前記カプセルを前記第１開口部を上に向けた上向き姿勢で位置決め可能な第１位置決め部と、
前記第１位置決め部に設けられ前記第１位置決め部で位置決めされたカプセルの前記蓋体を開閉可能な第１駆動部と、
前記第１位置決め部に設けられ、開放した状態の前記第１開口部を介して前記カプセル内に前記海底物質を投入する第１投入部と、
を備える。

また、本発明（２）の揚鉱装置は、（１）記載の揚鉱装置であって、
前記第１位置決め部は、前記第１連結管の内面に前記カプセルと係合する第１係合部を有し、
前記カプセルは、前記第１係合部と係合することで前記第１投入部に対して前記第１開口部を位置合わせ可能な第２係合部を有する。

また、本発明（３）の揚鉱装置は、（２）記載の揚鉱装置であって、
前記第１投入部は、第１シャッターを含み、前記第１シャッターは、前記管路内と周囲環境とを遮断した第１位置と、前記管路内と前記周囲環境とを連通した第２位置と、の間で移動可能である。

また、本発明（４）の揚鉱装置は、（３）記載の揚鉱装置であって、
前記第１駆動部は、前記第１シャッターを前記第１位置と前記第２位置との間で移動させることが可能である。

また、本発明（５）の揚鉱装置は、（２）～（４）のいずれか１項に記載の揚鉱装置であって、
前記カプセル本体は、円筒状をなし、
前記蓋体は、環状をなして前記カプセル本体の円筒状の外周面に対して回転可能に嵌められ、且つ前記第１開口部に対応する貫通孔部を有するとともに、前記貫通孔部が前記第１開口部に重なった第１開放位置と、前記貫通孔部が前記第１開口部から外れた閉塞位置と、の間で前記第１駆動部により回転可能である。

また、本発明（６）の揚鉱装置は、（２）記載の揚鉱装置であって、
前記管路は、前記上昇管の上端と前記下降管の上端とを連結する第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から前記下降管の上端まで送られる。

また、本発明（７）の揚鉱装置は、（６）記載の揚鉱装置であって、
前記第２連結管に設けられ、通過する前記カプセルを前記第１開口部を下に向けた下向き姿勢で位置決め可能な第２位置決め部と、
前記第２位置決め部で位置決めされたカプセルの前記蓋体を開閉可能な第２駆動部と、
前記第２位置決め部に設けられ、開放した状態の前記第１開口部から前記海底物質を放出する第１放出部と、
を備える。

また、本発明（８）の揚鉱装置は、（７）記載の揚鉱装置であって、
前記第２位置決め部は、前記第２連結管の内面に前記カプセルと係合する第３係合部を有し、
前記第２係合部は、前記第３係合部と係合することで前記第１放出部に対して前記第１開口部を位置合わせ可能である。

また、本発明（９）の揚鉱装置は、（８）記載の揚鉱装置であって、
前記第１放出部は、第２シャッターを含み、前記第２シャッターは、前記管路内と周囲環境とを遮断した第３位置と、前記管路内と前記周囲環境とを連通した第４位置と、の間で移動可能である。

また、本発明（１０）の揚鉱装置は、（９）記載の揚鉱装置であって、
前記第２駆動部は、前記第２シャッターを前記第３位置と前記第４位置との間で移動させることが可能である。

また、本発明（１１）の揚鉱装置は、（７）～（１０）のいずれか１項に記載の揚鉱装置であって、
前記カプセル本体は、円筒状をなし、
前記蓋体は、環状をなして前記カプセル本体の円筒状の外周面に対して回転可能に嵌められ、且つ前記第１開口部に対応する貫通孔部を有するとともに、前記貫通孔部が前記第１開口部に重なった第１開放位置と、前記貫通孔部が前記第１開口部から外れた閉塞位置と、の間で前記第２駆動部により回転可能である。

また、本発明（１２）の揚鉱装置は、（２）記載の揚鉱装置であって、
前記第２連結管に設けられ、通過する前記カプセルを位置決め可能な第２位置決め部と、
前記第２位置決め部で位置決めされたカプセルの前記蓋体を開閉可能な第２駆動部と、
前記カプセルの第１開放位置にある第１開口部又は第２開放位置にある第２開口部から前記海底物質を放出する第１放出部と、
を備え、
前記カプセル本体は、円筒状をなし、
前記カプセルは、前記カプセル本体の前記第１開口部とは反対側に設けられた前記第２開口部を有し、
前記蓋体は、環状をなして前記カプセル本体の円筒状の外周面に対して回転可能に嵌められ、且つ前記第１開口部および前記第２開口部に対応する貫通孔部を有するとともに、前記貫通孔部が前記第１開口部に重なった第１開放位置と、前記貫通孔部が前記第２開口部に重なった前記第２開放位置と、前記貫通孔部が前記第１開口部および前記第２開口部から外れた閉塞位置と、の間で前記第２駆動部により回転可能である。

また、本発明（１３）の揚鉱装置は、（２）記載の揚鉱装置であって、
前記第１位置決め部よりも上流側で前記第１連結管に設けられ、通過する前記カプセルを、前記第１開口部を下に向けた下向き姿勢で位置決め可能な第３位置決め部と、
前記第３位置決め部で位置決めされたカプセルの前記蓋体を前記第１開口部を閉塞したり開放したりするように移動可能な第３駆動部と、
開放した状態の前記第１開口部から前記不要物質を放出する第２放出部と、
を備える。

また、本発明（１４）の揚鉱装置は、（１３）記載の揚鉱装置であって、
前記第３位置決め部は、前記第１連結管の内面に前記カプセルと係合する第４係合部を有し、
前記第２係合部は、前記第４係合部と係合することで前記第２放出部に対して前記第１開口部を位置合わせ可能である。

また、本発明（１５）の揚鉱装置は、（１４）記載の揚鉱装置であって、
前記第２放出部は、第３シャッターを含み、前記第３シャッターは、前記管路内と周囲環境とを遮断した第５位置と、前記管路内と前記周囲環境とを連通した第６位置と、の間で移動可能である。

また、本発明（１６）の揚鉱装置は、（１５）記載の揚鉱装置であって、
前記第３駆動部は、前記第３シャッターを前記第５位置と前記第６位置との間で移動させることが可能である。

また、本発明（１７）の揚鉱装置は、（１４）記載の揚鉱装置であって、
前記第１連結管の内面にらせん状に設けられ、前記第４係合部と前記第１係合部とを接続する第１接続部であって、前記第２係合部と係合して前記第３位置決め部から前記第１位置決め部に向かう前記カプセルを前記下向き姿勢から前記上向き姿勢に回転させつつ案内可能な第１接続部を備える。

また、本発明（１８）の揚鉱装置は、（１４）～（１７）のいずれか１項に記載の揚鉱装置であって、
前記カプセル本体は、円筒状をなし、
前記蓋体は、環状をなして前記カプセル本体の円筒状の外周面に対して回転可能に嵌められ、且つ前記第１開口部に対応する貫通孔部を有するとともに、前記貫通孔部が前記第１開口部に重なった第１開放位置と、前記貫通孔部が前記第１開口部から外れた閉塞位置と、の間で前記第３駆動部により回転可能である。

また、本発明（１９）の揚鉱装置は、（２）記載の揚鉱装置であって、
前記第１位置決め部よりも上流側で前記第１連結管に設けられ、通過する前記カプセルを位置決め可能な第３位置決め部と、
前記第３位置決め部で位置決めされたカプセルの前記蓋体を開閉可能な第３駆動部と、
前記カプセルの第１開放位置にある第１開口部又は第２開放位置にある第２開口部から前記不要物質を放出する第２放出部と、
を備え、
前記カプセル本体は、円筒状をなし、
前記カプセルは、前記カプセル本体の前記第１開口部とは反対側に設けられた前記第２開口部を有し、
前記蓋体は、環状をなして前記カプセル本体の円筒状の外周面に対して回転可能に嵌められ、且つ前記第１開口部および前記第２開口部に対応する貫通孔部を有するとともに、前記貫通孔部が前記第１開口部に重なった第１開放位置と、前記貫通孔部が前記第２開口部に重なった前記第２開放位置と、前記貫通孔部が前記第１開口部および前記第２開口部から外れた閉塞位置と、の間で前記第３駆動部により回転可能である。

また、本発明（２０）の揚鉱装置は、（１３）記載の揚鉱装置であって、
前記第２位置決め部よりも下流側で前記第２連結管に設けられ、通過する前記カプセルを前記第１開口部を上に向けた上向き姿勢で位置決め可能な第４位置決め部と、
前記第４位置決め部で位置決めされたカプセルの前記蓋体を開閉可能な第４駆動部と、
前記第２連結管に設けられ、開放した状態の前記第１開口部を介して前記カプセル内に前記不要物質を投入する第２投入部と、
を備える。

また、本発明（２１）の揚鉱装置は、（２０）記載の揚鉱装置であって、
前記第４位置決め部は、前記第２連結管の内面に前記カプセルと係合する第５係合部を有し、
前記第２係合部は、前記第５係合部と係合することで前記第２投入部に対して前記第１開口部を位置合わせ可能である。

また、本発明（２２）の揚鉱装置は、（２１）記載の揚鉱装置であって、
前記第２投入部は、第４シャッターを含み、前記第４シャッターは、前記管路内と周囲環境とを遮断した第７位置と、前記管路内と前記周囲環境とを連通した第８位置と、の間で移動可能である。

また、本発明（２３）の揚鉱装置は、（２２）記載の揚鉱装置であって、
前記第４駆動部は、前記第４シャッターを前記第７位置と前記第８位置との間で移動させることが可能である。

また、本発明（２４）の揚鉱装置は、（２１）記載の揚鉱装置であって、
前記第２連結管の内面にらせん状に設けられ、前記第３係合部と前記第５係合部とを接続する第２接続部であって、前記第２係合部と係合して前記第２位置決め部から前記第４位置決め部に向かう前記カプセルを前記下向き姿勢から前記上向き姿勢に回転させつつ案内可能な第２接続部を備える。

また、本発明（２５）の揚鉱装置は、（２１）～（２４）のいずれか１項に記載の揚鉱装置であって、
前記カプセル本体は、円筒状をなし、
前記蓋体は、環状をなして前記カプセル本体の円筒状の外周面に対して回転可能に嵌められ、且つ前記第１開口部に対応する貫通孔部を有するとともに、前記貫通孔部が前記第１開口部に重なった第１開放位置と、前記貫通孔部が前記第１開口部から外れた閉塞位置と、の間で前記第４駆動部により回転可能である。

また、本発明（２６）の揚鉱装置は、（１３）記載の揚鉱装置であって、
前記第２位置決め部よりも下流側で前記第２連結管に設けられ、通過する前記カプセルを位置決め可能な第４位置決め部と、
前記第４位置決め部で位置決めされたカプセルの前記蓋体を開閉可能な第４駆動部と、
前記カプセルの第１開放位置にある第１開口部又は第２開放位置にある第２開口部から前記不要物質を投入する第２投入部と、
を備え、
前記カプセル本体は、円筒状をなし、
前記カプセルは、前記カプセル本体の前記第１開口部とは反対側に設けられた前記第２開口部を有し、
前記蓋体は、環状をなして前記カプセル本体の円筒状の外周面に対して回転可能に嵌められ、且つ前記第１開口部および前記第２開口部に対応する貫通孔部を有するとともに、前記貫通孔部が前記第１開口部に重なった第１開放位置と、前記貫通孔部が前記第２開口部に重なった前記第２開放位置と、前記貫通孔部が前記第１開口部および前記第２開口部から外れた閉塞位置と、の間で前記第４駆動部により回転可能である。

また、本発明（２７）の揚鉱装置は、（２～４）、（６～１０）、（１３～１７）、（２０～２４）のいずれか１項に記載の揚鉱装置であって、
前記カプセル本体は、卵形又は楕円体をなしている。

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ることができる揚鉱装置を提供できる。

第１実施形態の揚鉱装置の全体像を示す模式図である。図１に示す揚鉱装置の第１位置決め部および第３位置決め部周りを拡大して示す模式図である。図１に示す揚鉱装置の第２位置決め部および第４位置決め部周りを拡大して示す模式図である。図１に示す揚鉱装置のカプセルを示す斜視図である。図１に示す揚鉱装置の第１接続部を拡大して示す模式図である。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変形例のカプセルを示す斜視図である。第２実施形態の揚鉱装置のカプセルを模式的に示す斜視図であり、蓋体を閉塞位置にした状態を示す斜視図である。図１０に示すカプセルにおいて、蓋体を第１開放位置にした状態を示す斜視図である。第２実施形態の揚鉱装置の第１位置決め部周りを拡大して模式的に示した模式図である。図１２に示す揚鉱装置のＦ１２－Ｆ１２線の位置に沿った断面図である。第３実施形態の揚鉱装置の第３位置決め部を拡大して模式的に示した模式図である。

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、海底の海底物質（有価物質）を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再び海底の処分場に戻すことができるものである。
［第１実施形態］

図１～図４を参照して、第１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に投入されてループ状をなした管路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、管路１７の後述する第１連結管２５に設けられた第１位置決め部２６と、第１位置決め部２６に設けられカプセル２２の蓋体２７を開閉可能な第１駆動部３１と、第１位置決め部２６に設けられカプセル２２内に海底物質１３を投入する第１投入部３２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の下端と上昇管３６の下端とを連結する第１連結管２５と、上昇管３６の上端と下降管３５の上端とを連結する第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２に示すように、第１位置決め部２６は、第１連結管２５の他の部分よりも内径が小さくなった第１狭窄部３８と、第１狭窄部３８の内面に設けられた第１係合部４１と、を有する。第１係合部４１は、例えば、第１狭窄部３８の内面に一対に設けられた突条として形成されている。一対の突条は、第１狭窄部３８を通るカプセル２２を間に挟んだ両側に設けられる。第１係合部４１に含まれる突条のそれぞれは、第１連結管２５（第１狭窄部３８）の軸方向にレール状に延びている。第１狭窄部３８は、例えば、後述するように、第１位置決め部２６よりも上流側に設けられる第３位置決め部５８の第３狭窄部７４と一体になるように設けられている。

第１駆動部３１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電力供給を受けて動作可能な、多機能で複合的なロボットで構成されている。第１駆動部３１は、各部の制御を行う第１制御部４２と、第１制御部４２からの制御を受けてカプセル２２の蓋体２７を開閉するための第１スクリュー部４３と、カプセル２２が第１投入部３２に接近したことを感知できる第１センサ４４と、を有する。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は、例えば、後述する第３駆動部６１の各部を制御する制御部を兼ねている。

第１センサ４４は、カプセル２２の位置を感知できる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、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が第１投入部３２に接近し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スクリュー部４３は、例えば、カプセル２２の前方に突出したり、カプセル２２の前方から退避したりする腕型のロボットで構成されている。第１スクリュー部４３は、モータ等の駆動源と、先端部に設けられ駆動源からの駆動力によって回転される電動ドライバーと、を有する。カプセル２２は、蓋体２７と連動する図示しないねじ部を有しており、第１駆動部３１の第１スクリュー部４３（電動ドライバー）からの入力によって、第１開口部５２を開放したり閉塞したりするように蓋体２７を移動させることができる。第１制御部４２は、第１投入部３２の第１シャッター弁４８（シャッター）の開閉を制御することができる。

第１駆動部３１は、第１保持装置４５を有する。第１保持装置４５は、第１制御部４２からの制御で動作するとともに、第１位置決め部２６および後述する第３位置決め部５８にあるカプセル２２をその位置で保持可能である。第１保持装置４５は、例えば、第１位置決め部２６および第３位置決め部５８にあるカプセル２２を前後から直接挟んで保持したり、カプセル２２の長軸回りの角度を微調整したりできる一対の腕型のロボットで構成される。第１駆動部３１は、管路１７内（第１狭窄部３８内）に設けられ、第１開口部５２および蓋体２７の角度を視認できる第１カメラ４６を有する。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制御部に送ることができる。

なお、第１カメラ４６については必須ではない。第１投入部３２に対する第１開口部５２の位置決めを機械的な係合関係を用いて確実に行うようにすれば、第１カメラ４６を省略することができる。すなわち、第１カメラ４６を省略する場合には、第１投入部３２に対して第１開口部５２が反対側にはならないように、その向きのカプセル２２を受け入れを禁止するように係合関係ないし嵌合関係を設定することができる。

或いは、第１カメラ４６以外のセンサ（近接センサ、物理的なスイッチ等）によって、カプセル２２の第１開口部５２が第１投入部３２に正対するか、或いは、第１投入部３２とは反対側になっているかを検出してもよい。この場合にも、第１カメラ４６を省略することができる。

第１投入部３２は、管路１７（第１位置決め部２６、第１狭窄部３８）よりも上側に設けられている。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の下端と第１位置決め部２６の管路１７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（第１シャッター）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、管路１７内と周囲環境（海中、第１投入部本体）とを遮断した第１位置と、管路１７内と周囲環境とを連通した第２位置と、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。その場合、物理的な隔壁としてのシャッターは、カプセル２２の蓋体２７と連動して動作するように構成してもよい。

第１投入部３２は、第１位置決め部２６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位置にすることで、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。

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、後述する第２制御部６７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８６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４に示すように、カプセル２２は、例えば、卵形をなした中空のカプセル本体５１と、カプセル本体５１に設けられた第１開口部５２と、第１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蓋体２７と、カプセル本体５１に設けられ第１係合部４１が差し込まれる溝状の第２係合部５３と、カプセル本体５１の外面に設けられた図示しないねじ部と、を有する。

第１開口部５２は、任意の形状であってよく、円形又は四角形等で形成されている。第１開口部５２は、カプセル２２の側面を貫通しており、第１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、第１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。ねじ部は、カプセル２２の外周面で、蓋体２７の移動する領域および第１開口部５２から外れた位置に設けられている。蓋体２７は、例えば、カプセル２２の長軸方向Ｌに沿ってスライド移動可能である。

第２係合部５３は、卵形のカプセル本体５１の長軸方向Ｌに沿って延びている一対の溝部５４を有する。第２係合部５３を構成する一対の溝部５４の一方は、カプセル本体５１の側面の一か所に設けられ、一対の溝部５４の他方は、それとは反対側に設けられている。すなわち、一対の溝部５４は、例えば第１開口部５２を間に挟んだ両側に設けられている。

一対の溝部５４のそれぞれは、カプセル本体５１の長軸方向の両端部又は一方の端部に、カプセル本体５１の中心から遠ざかるにつれてラッパ状に拡開した拡開部分５４Ａを有していてもよい（図４では、一方の端部にのみ拡開部分５４Ａを設けた例を示す。）。したがって、カプセル２２が第１～第４位置決め部６３に差し掛かる際に、カプセル２２の第２係合部５３が、第１係合部４１および第３～第５係合部４１のいずれかと円滑に係合することができる。なお、本実施形態では、カプセル２２に溝状の第２係合部５３を設け、第１～第４位置決め部２６、５５、５８、６３に第２係合部５３に係合する突条として形成された第１係合部４１、第３～第５係合部４１を設けているが、これに限るものではない。カプセル２２に突条として形成された第２係合部５３を設け、第１～第４位置決め部２６、５５、５８、６３に第２係合部５３に係合する溝状の第１係合部４１、第３～第５係合部４１を設けても当然によい。

ねじ部は、例えば、カプセル２２内部に収納された図示しないウォームギヤと一体に設けられている。蓋体２７の内面には、ウォームギヤと噛み合う図示しないラックが設けられている。ねじ部の回転によって、ラック・ピニオン（ウォームギヤ）の機構によって、第１開口部５２に対して蓋体２７を第１開放位置Ｐ１と閉塞位置Ｐ３との間で移動できる。カプセル２２は、卵形以外にも、楕円体（回転楕円体、長球、扁球）であってもよい。

図１～図３に示すように、揚鉱装置１１は、第２連結管３７に設けられる第２位置決め部５５と、第２位置決め部５５に設けられカプセル２２の蓋体２７を開閉可能な第２駆動部５６と、第２位置決め部５５に設けられ開放した状態の第１開口部５２から海底物質１３の放出を受ける第１放出部５７と、第１位置決め部２６よりも上流側で第１連結管２５に設けられる第３位置決め部５８と、第３位置決め部５８に設けられカプセル２２の蓋体２７を開閉可能な第３駆動部６１と、第３位置決め部５８に設けられ開放した状態の第１開口部５２から不要物質１８の放出を受ける第２放出部６２と、第２位置決め部５５よりも下流側で第２連結管３７に設けられる第４位置決め部６３と、第４位置決め部６３に設けられカプセル２２の蓋体２７を開閉可能な第４駆動部６４と、第４位置決め部６３に設けられ開放した状態の第１開口部５２を介してカプセル２２内に不要物質１８を投入する第２投入部６５と、を備える。

図３を参照して、第２位置決め部５５について説明する。第２位置決め部５５は、第１位置決め部２６とほぼ同様の構造を有する。第２位置決め部５５は、第２連結管３７の他の部分よりも内径が小さくなった第２狭窄部６６と、第２狭窄部６６の内面に設けられた第３係合部４１と、を有する。第３係合部４１は、第１係合部４１と同様に、例えば、第２狭窄部６６の内面に一対に設けられた突条として形成されている。一対の突条は、第２狭窄部６６を通るカプセル２２を間に挟んだ両側に設けられる。第３係合部４１に含まれる突条のそれぞれは、第２連結管３７（第２狭窄部６６）の軸方向にレール状に延びている。第２狭窄部６６は、例えば、後述する第４位置決め部６３の第４狭窄部８１と連続するように設けられている。

第２駆動部５６は、第１駆動部３１と同様の構成を有する。第２駆動部５６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電力供給を受けて動作可能な、多機能で複合的なロボットで構成されている。第２駆動部５６は、各部の制御を行う第２制御部６７と、第２制御部６７からの制御を受けてカプセル２２の蓋体２７を開閉するための第２スクリュー部４３と、カプセル２２が第１放出部５７に接近したことを感知できる第２センサ６８と、管路１７内（第２狭窄部６６内）に設けられ第１開口部５２および蓋体２７の角度を視認できる第２カメラ７１と、を有する。

第２制御部６７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６７は、例えば、後述する第４駆動部６４の各部を制御する制御部を兼ねている。第２センサ６８の構成は、第１センサ４４と同様であり、物理的なスイッチで構成されても良いことは第１センサ４４と同様である。第２カメラ７１の構成は、第１カメラ４６と同様である。

第２スクリュー部４３は、第１スクリュー部４３と同様の構成を有する。第２スクリュー部４３からの入力によって、蓋体２７は、第１開口部５２を開放したり閉塞したりするようにカプセル本体５１に対して移動できる。第２制御部６７は、第１放出部５７の第２シャッター弁７２（シャッター）の開閉を制御することができる。

第２駆動部５６は、第２保持装置７３を有する。第２保持装置７３は、第２制御部６７からの制御で移動し、第２位置決め部５５および第４位置決め部６３にあるカプセル２２をその位置で保持できる。第２保持装置７３は、例えば、第２位置決め部５５および第４位置決め部６３にあるカプセル２２を上流側と下流側から直接挟んで保持したり、カプセル２２の長軸回りの角度を微調整したりできる一対の腕型のロボットで構成される。

第１放出部５７は、管路１７（第２位置決め部５５、第２狭窄部６６）よりも下側に設けられている。第１放出部５７は、第２シャッター弁７２（第２シャッター）を有する。第２シャッター弁７２（第２シャッター）は、周囲環境（大気）と第２位置決め部５５の管路１７内とを連通状態にしたり、連通状態を遮断したり可能である。第２シャッター弁７２は、第２制御部６７からの制御によって、管路１７内と周囲環境（大気）とを遮断した第３位置と、管路１７内と周囲環境とを連通した第４位置と、の間で移動可能である。なお、本実施形態では、第１放出部５７は、第２シャッター弁７２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。その場合、物理的な隔壁としてのシャッターは、カプセル２２の蓋体２７と連動して動作するように構成してもよい。

図２を参照して、第３位置決め部５８について説明する。第３位置決め部５８は、第１位置決め部２６とほぼ同様の構造を有する。第３位置決め部５８は、第１連結管２５の他の部分よりも内径が小さくなった第３狭窄部７４と、第３狭窄部７４の内面に設けられた第４係合部４１と、を有する。第４係合部４１は、第１係合部４１と同様に、例えば、第３狭窄部７４の内面に一対に設けられた突条として形成されている。一対の突条は、第３狭窄部７４を通るカプセル２２を間に挟んだ両側に設けられる。第３係合部４１に含まれる突条のそれぞれは、第１連結管２５（第３狭窄部７４）の軸方向にレール状に延びている。

さらに、揚鉱装置１１は、第３狭窄部７４と第１狭窄部３８とに跨るように設けられる第１接続部７５を備える。第１接続部７５は、第４係合部４１と第１係合部４１とを接続するように第１連結管２５の内面から突出した一対の突条で構成されている。図５に第１接続部７５の一方の突条を示す。一対の突条のそれぞれは、第３狭窄部７４から第１狭窄部３８に行くにつれて、例えば反時計回りに１８０°回転する螺旋状をなしている。したがって、図５に示すように、第３狭窄部７４から第１狭窄部３８に移動するカプセル２２は、第１接続部７５の案内によって、第１連結管２５の軸方向を中心に、第１開口部５２を下に向けた下向き姿勢から第１開口部５２を上に向けた上向き姿勢に１８０°回転することができる。

第１接続部７５（一対の突条）は、第１係合部４１（一対の突条）との間に、突条同士が途切れた所定の隙間を有していてもよい。第１投入部３２に対するカプセル２２の長軸Ｌ回りの角度が１８０°ずれてしまった場合には、第１保持装置４５の腕型のロボットは、この隙間の位置にカプセル２２を戻し、カプセル２２を１８０°回転させて、カプセル２２を正しい角度で第１狭窄部３８に侵入させることができる。

第３駆動部６１は、第１駆動部３１と同様の構成を有する。第３駆動部６１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電力供給を受けて動作可能な、多機能で複合的なロボットで構成されている。第３駆動部６１は、各部の制御を行うとともに第１駆動部３１と共有される第１制御部４２と、第１制御部４２からの制御を受けてカプセル２２の蓋体２７を開閉するための第３スクリュー部４３と、カプセル２２が第２放出部６２に接近したことを感知できる第３センサ７６と、管路１７内（第３狭窄部７４内）に設けられ第１開口部５２および蓋体２７の角度を視認できる第３カメラ７７と、を有する。

第３スクリュー部４３は、第１スクリュー部４３と同様の構成を有する。第３スクリュー部４３からの入力によって、蓋体２７は、第１開口部５２を開放したり閉塞したりするようにカプセル本体５１に対して移動できる。第１制御部４２は、第２放出部６２の第３シャッター弁７８（第３シャッター）の開閉を制御することができる。第３センサ７６の構成は、第１センサ４４と同様であり、物理的なスイッチで構成されても良いことは第１センサ４４と同様である。第３カメラ７７の構成は、第１カメラ４６と同様である。
第３駆動部６１は、第１保持装置４５を第１駆動部３１と共有する。

第２放出部６２は、管路１７（第３位置決め部５８、第３狭窄部７４）よりも下側に設けられている。第２放出部６２は、第３シャッター弁７８（第３シャッター）と、を有する。第３シャッター弁７８（第３シャッター）は、周囲環境（海中１６）と第３位置決め部５８の管路１７内とを連通状態にしたり、連通状態を遮断したり可能である。第３シャッター弁７８は、第１制御部４２からの制御によって、管路１７内と周囲環境（海中）とを遮断した第５位置と、管路１７内と周囲環境とを連通した第６位置と、の間で移動可能である。なお、本実施形態では、第２放出部６２は、第３シャッター弁７８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。その場合、物理的な隔壁としてのシャッターは、カプセル２２の蓋体２７と連動して動作するように構成してもよい。

図３を参照して、第４位置決め部６３について説明する。第４位置決め部６３は、第１位置決め部２６とほぼ同様の構造を有する。第４位置決め部６３は、第２連結管３７の他の部分よりも内径が小さくなった第４狭窄部８１と、第４狭窄部８１の内面に設けられた第５係合部４１と、を有する。第５係合部４１は、第１係合部４１と同様に、例えば、第４狭窄部８１の内面に一対に設けられた突条として形成されている。一対の突条は、第４狭窄部８１を通るカプセル２２を間に挟んだ両側に設けられる。第５係合部４１に含まれる突条のそれぞれは、第２連結管３７（第２狭窄部６６）の軸方向にレール状に延びている。

さらに、揚鉱装置１１は、第２狭窄部６６と第４狭窄部８１とに跨るように設けられる第２接続部８２を備える。第２接続部８２は、第３係合部４１と第５係合部４１とを接続するように第２連結管３７の内面から突出した一対の突条で構成されている。一対の突条は、図５に示す第１接続部７５の一対の突条と同様の形態を有する。一対の突条のそれぞれは、第２狭窄部６６から第４狭窄部８１に行くにつれて、例えば反時計回りに１８０°回転する螺旋状をなしている。したがって、第２狭窄部６６から第４狭窄部８１に移動するカプセル２２は、第２接続部８２の案内によって、第２連結管３７の軸方向を中心に、第１開口部５２を下に向けた下向き姿勢から第１開口部５２を上に向けた上向き姿勢に１８０°回転することができる。

第４駆動部６４は、第１駆動部３１と同様の構成を有する。第４駆動部６４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電力供給を受けて動作可能な、多機能で複合的なロボットで構成されている。第４駆動部６４は、各部の制御を行うとともに第２駆動部５６と共有される第２制御部６７と、第２制御部６７からの制御を受けてカプセル２２の蓋体２７を開閉するための第４スクリュー部４３と、カプセル２２が第２投入部６５に接近したことを感知できる第４センサ８３と、管路１７内（第４狭窄部８１内）に設けられ第１開口部５２および蓋体２７の角度を視認できる第４カメラ８４と、を有する。

第４スクリュー部４３は、第１スクリュー部４３と同様の構成を有する。第４スクリュー部４３からの入力によって、蓋体２７は、第１開口部５２を開放したり閉塞したりするようにカプセル本体５１に対して移動できる。第２制御部６７は、第２投入部６５の第４シャッター弁８５（第４シャッター）に対して電力供給するとともに、これの開閉を制御することができる。第４センサ８３の構成は、第１センサ４４と同様であり、物理的なスイッチで構成されても良いことは第１センサ４４と同様である。第４カメラ８４の構成は、第１カメラと同様である。
第４駆動部６４は、第２保持装置７３を第２駆動部５６と共有する。

第２投入部６５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８６と、第２投入部本体８６の下端と第４位置決め部６３の管路１７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４シャッター弁８５（第４シャッター）と、を有する。第４シャッター弁８５は、例えば、電磁弁で構成され、第２制御部６７からの制御によって、管路１７内と周囲環境（大気中、第２投入部本体８６）とを遮断した第７位置と、管路１７内と周囲環境とを連通した第８位置と、の間で移動可能である。なお、本実施形態では、第２投入部６５は、第４シャッター弁８５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。その場合、物理的な隔壁としてのシャッターは、カプセル２２の蓋体２７と連動して動作するように構成してもよい。

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/ｃｍ^３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（ＪＩＳＺ８８０３；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、ＪＩＳＺ８８０３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０．０１ｍｍ～１０ｍｍ、好ましくは、０．１～８ｍｍであり、真密度が０．０１～８ｇ/ｃｍ^３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が上昇流に乗ることができる。

続いて、図１～図５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～第４駆動部３１、５６、６１、６４、第１・第２投入部３２、６５、および第１・第２放出部５７、６２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、予め管路１７内にキャリア物質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る。管路１７が完成し、管路１７の第１接続部７５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、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を循環させるとともに、管路１７（第２連結管３７）の台船１２上の任意の位置に設けた開口（ポート）からカプセル２２を所定の間隔で投入して、キャリア物質２１に対してカプセル２２を混入させる。キャリア物質２１に対して均一にカプセル２２が行きわたった状態で、海底物質１３の揚鉱を開始する。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の濃度がある一定の範囲内になるように調整する。

続いて、海底３４での海底物質１３の取り込み工程および海上３３での海底物質１３の回収工程について説明する。図２に示すように、第１位置決め部２６に差し掛かったカプセル２２は、第１位置決め部２６（第１狭窄部３８）において位置決めされる。その際、カプセル２２の第２係合部５３に対して第１位置決め部２６の第１係合部４１が差し込まれて係合することで、第１投入部３２に対して第１開口部５２が位置合わせされる。その際、第２係合部５３に拡開部分５４Ａが設けられているため、第１係合部４１に対する第２係合部５３の係合が円滑になされる。もし、第１狭窄部３８の入口付近でカプセル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保持装置４５の腕型のロボットを作動させて、詰まりを適宜に解消する。

第１制御部４２は、第１カメラ４４によって、カプセル２２の長軸回りの角度を認識する。もし、第１投入部３２に対して第１開口部５２の位置が１８０°反対側になってしまった場合には、第１制御部４２は、第１保持装置４５の腕型のロボットを作動させて、カプセル２２を第１狭窄部３８に入る直前の位置（第１接続部７５の一対の突条と第１係合部４１の一対の突条とが途切れた位置）まで戻して、カプセル２２をその長軸回りに１８０°回転させる。カプセル２２は、再び、第２係合部５３を介して第１係合部４１に係合する。

第１制御部４２は、第１センサ４４を介してカプセル２２が第１投入部３２に最も近接したことを感知したときに、第１保持装置４５の一対の腕型のロボットで、カプセル２２を上流側および下流側から掴んで保持するとともに、カプセル２２を第１投入部３２に対して密着させる。

第１制御部４２は、第１投入部３２の第１シャッター弁４８を、管路１７内と周囲環境とを遮断した第１位置から、管路１７内と周囲環境とを連通した第２位置に移動させる。これと同時に、第１制御部４２は、第１スクリュー部４３を作動させて、カプセル２２のねじ部を第１方向に回転させる。それによって、図４に示すように、蓋体２７を第１開口部５２を閉塞した閉塞位置Ｐ３から、第１開口部５２を開放した第１開放位置Ｐ１に移動させる。これによって、第１投入部本体４７とカプセル２２の内部が連通し、重力の作用によってカプセル２２内に海底物質１３が投入される。これと同時に、後述するように第２放出部６２でカプセル２２内に取り込まれた海水が第１投入部３２経由で排出される。このとき、カプセル２２の第２係合部５３が第１位置決め部２６の第１係合部４１に係合しているために、第１スクリュー部４３からの回転力によってカプセル２２が共回りすることがない。

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。

所定時間を経てカプセル２２内に対する海底物質１３の投入が完了した後、第１制御部４２は、第１スクリュー部４３を作動させて、ねじ部を第１方向とは反対の第２方向に回転させる。これによって、蓋体２７を閉塞位置Ｐ３に移動させ、海底物質１３が投入されたカプセル２２を密封する。これと同時に、第１制御部４２は、第１シャッター弁４８を第２位置から第１位置に移動させる。

カプセル２２の密封が完了した後、第１制御部４２は、第１保持装置４５を駆動して、カプセル２２を解放状態にする。それによって、カプセル２２は、キャリア物質２１の流れに乗って、海底３４の第１位置決め部２６から海上３３の第２位置決め部５５にまで圧送される。

図３に示すように、第２位置決め部５５にカプセル２２が差し掛かると、カプセル２２は、第１位置決め部２６での位置決めと同様に、第２位置決め部５５（第２狭窄部６６）において位置決めされる。すなわち、カプセル２２の第２係合部５３に対して第２位置決め部５５の第３係合部４１が差し込まれて係合することで、第１放出部５７に対して第１開口部５２が位置合わせされる。その際、第２係合部５３に拡開部分５４Ａが設けられているため、第３係合部４１に対する第２係合部５３の係合が円滑になされる。なお、第１位置決め部２６においてカプセル２２は、管路１７のループの中心側（すなわち、上側）に蓋体２７が位置する上向き姿勢であるため、第２位置決め部５５においても、かなりの確率で管路１７のループの中心側（すなわち、下側）に蓋体２７が位置する下向き姿勢で第２狭窄部６６に侵入する。

もし、第２狭窄部６６の入口付近でカプセル２２の詰まりを生じ、第２センサ６８又は第２カメラ７１でカプセル２２の詰まりを検出した場合には、第２制御部６７は、第２保持装置７３の腕型のロボットを作動させて、詰まりを適宜に解消する。

第２制御部６７は、第２カメラ７１によって、カプセル２２の長軸回りの角度を認識する。もし、第１放出部５７に対して第１開口部５２の位置が１８０°反対側になってしまった場合には、第２制御部６７は、第２保持装置７３の腕型のロボットを作動させて、カプセル２２を第２狭窄部６６に入る直前の位置まで戻して、カプセル２２をその長軸回りに１８０°回転させる。カプセル２２は、再び、第２係合部５３を介して第３係合部４１に係合する。

第２制御部６７は、第２センサ６８を介してカプセル２２が第１放出部５７に最も近接したことを感知したときに、第２保持装置７３の一対の腕型のロボットで、カプセル２２を上流側および下流側から掴んで保持するとともにカプセル２２を第１放出部５７に密着させる。第２制御部６７は、第１放出部５７の第２シャッター弁７２を、管路１７内と周囲環境とを遮断した第３位置から、管路１７内と周囲環境とを連通した第４位置に移動させる。この状態で、第２スクリュー部４３を作動させて、蓋体２７を第１開口部５２を閉塞した閉塞位置Ｐ３から第１開口部５２を開放した第１開放位置Ｐ１に移動させる。これによって、図１に示すように、重力の作用によって、第１放出部５７に向けてカプセル２２内の海底物質１３を放出させる。このとき、カプセル２２内には、第１放出部５７を介して空気が取り込まれる。

所定時間を経て第１放出部５７への海底物質１３の放出が完了した後、第２制御部６７は、第２シャッター弁７２を第４位置から第３位置に移動させるとともに、第２スクリュー部４３を駆動して、蓋体２７を第１開放位置Ｐ１から閉塞位置Ｐ３に移動させる。第２制御部６７は、第２保持装置７３を駆動してカプセル２２を開放状態にする。
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、後述するようにカプセル２２で海底に向けて圧送される。
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、キャリア物質２１の流れに乗って、第２位置決め部５５から第４位置決め部６３に移動する。このとき、第４位置決め部６３の第４狭窄部８１は、第２位置決め部５５の第２狭窄部６６と連続しているため、カプセル２２の移動が円滑になされる。第２位置決め部５５から第４位置決め部６３に移動するカプセル２２の第２係合部５３は、第２接続部８２と係合されて案内される。すなわち、カプセル２２は、らせん状の第２接続部８２の案内によって、第１開口部５２を下に向けた下向き姿勢から第１開口部５２を上に向けた上向き姿勢に１８０°回転され、上向き姿勢で第４狭窄部８１に侵入することとなる。第４狭窄部８１において、カプセル２２の第２係合部５３は、第５係合部４１に係合する。

もし、第４狭窄部８１の入口付近でカプセル２２の詰まりを生じ、第４センサ８３又は第４カメラ８４でカプセル２２の詰まりを検出した場合には、第２制御部６７は、第２保持装置７３の腕型のロボットを作動させて、詰まりを適宜に解消する。

第２制御部６７は、第４カメラ８４によって、カプセル２２の長軸回りの角度を認識する。もし、第２投入部６５に対して第１開口部５２の位置が１８０°反対側になってしまった場合には、第２制御部６７は、第２保持装置７３の腕型のロボットを作動させて、カプセル２２を第４狭窄部８１に入る直前の位置（第２接続部８２の一対の突条と第５係合部４１の一対の突条とが途切れた位置）まで戻して、カプセル２２をその長軸回りに１８０°回転させる。カプセル２２は、再び、第２係合部５３を介して第５係合部４１に係合する。

第２制御部６７は、第４センサ８３を介してカプセル２２が第２投入部６５に最も近接したことを感知したときに、第２保持装置７３の一対の腕型のロボットで、カプセル２２を上流側および下流側から掴んで保持するとともに、カプセル２２を第２投入部６５に密着させる。第２制御部６７は、第２投入部６５の第４シャッター弁８５を、管路１７内と周囲環境とを遮断した第７位置から、管路１７内と周囲環境とを連通した第８位置に移動させる。この状態で、第４スクリュー部４３を作動させて、蓋体２７を第１開口部５２を閉塞した閉塞位置Ｐ３から第１開口部５２を開放した第１開放位置Ｐ１に移動させる。これによって、第２投入部本体８６とカプセル２２の内部が連通し、重力の作用によってカプセル２２内に不要物質１８が投入される。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。このとき、カプセル２２の第２係合部５３が第４位置決め部６３の第５係合部４１に係合しているために、第４スクリュー部４３からの回転力によってカプセル２２が共回りすることがない。

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８６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６７は、台船１２上の重機を一定の時間間隔で作動させて、第２投入部本体８６内に不要物質１８を補充する。

所定時間を経てカプセル２２内に対する不要物質１８の投入が完了した後、第２制御部６７は、第４スクリュー部４３を作動させて、ねじ部を第１方向とは反対の第２方向に回転させる。これによって、蓋体２７を閉塞位置Ｐ３に移動させ、不要物質１８が投入されたカプセル２２を密封する。これと同時に、第２制御部６７は、第４シャッター弁８５を第８位置から第７位置に移動させる。

カプセル２２の密封が完了した後、第２制御部６７は、第２保持装置７３を駆動して、カプセル２２を解放状態にする。それによって、カプセル２２は、キャリア物質２１の流れに乗って、海上３３の第４位置決め部６３から海底３４の第３位置決め部５８にまで送られる。

第３位置決め部５８にカプセル２２が差し掛かると、カプセル２２は、第１位置決め部２６での位置決めと同様に、第３位置決め部５８（第３狭窄部７４）において位置決めされる。すなわち、カプセル２２の第２係合部５３に対して第３位置決め部５８の第４係合部４１が差し込まれて係合することで、第２放出部６２に対して第１開口部５２が位置合わせされる。その際、第２係合部５３に拡開部分５４Ａが設けられているため、第４係合部４１に対する第２係合部５３の係合が円滑になされる。なお、第４位置決め部６３においてカプセル２２は、管路１７のループの中心側とは反対側（すなわち、上側）に蓋体２７が位置する上向き姿勢であるため、第３位置決め部５８においても、かなりの確率で管路１７のループの中心側とは反対側（すなわち、下側）に蓋体２７が位置する下向き姿勢で第３狭窄部７４に侵入する。

もし、第３狭窄部７４の入口付近でカプセル２２の詰まりを生じ、第３センサ７６又は第３カメラ７７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保持装置４５の腕型のロボットを作動させて、詰まりを適宜に解消する。

第１制御部４２は、第３カメラ７７によって、カプセル２２の長軸回りの角度を認識する。もし、第２放出部６２に対して第１開口部５２の位置が１８０°反対側になってしまった場合には、第１制御部４２は、第１保持装置４５の腕型のロボットを作動させて、カプセル２２を第３狭窄部７４に入る直前の位置まで戻して、カプセル２２をその長軸回りに１８０°回転させる。カプセル２２は、再び、第２係合部５３を介して第４係合部４１に係合する。

第１制御部４２は、第３センサ７６を介してカプセル２２が第２放出部６２に最も近接したことを感知したときに、第１保持装置４５の一対の腕型のロボットで、カプセル２２を上流側および下流側から掴んで保持するとともに、カプセル２２を第２放出部６２に密着させる。第１制御部４２は、第２放出部６２の第３シャッター弁７８を、管路１７内と周囲環境とを遮断した第５位置から、管路１７内と周囲環境とを連通した第６位置に移動させる。この状態で、第３スクリュー部４３を作動させて、蓋体２７を第１開口部５２を閉塞した閉塞位置Ｐ３から第１開口部５２を開放した第１開放位置Ｐ１に移動させる。これによって、図１に示すように、重力の作用によって、第２放出部６２に向けてカプセル２２内の不要物質１８が放出される。このとき、カプセル２２内には、第２放出部６２を介して海水が取り込まれる。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。

所定時間を経て第２放出部６２への不要物質１８の放出が完了した後、第１制御部４２は、第３シャッター弁７８を第６位置から第５位置に移動させるとともに、第３スクリュー部４３を駆動して、蓋体２７を第１開放位置Ｐ１から閉塞位置Ｐ３に移動させる。第１制御部４２は、第１保持装置４５を駆動してカプセル２２を開放状態にしてカプセル２２の移動を再開させる。

カプセル２２は、第３位置決め部５８から第１位置決め部２６に移動する。このとき、第３位置決め部５８の第３狭窄部７４は、第１位置決め部２６の第１狭窄部３８と連続しているため、カプセル２２の移動が円滑になされる。図５に示すように、第３位置決め部５８から第１位置決め部２６に移動するカプセル２２の第２係合部５３は、第１接続部７５と係合されて案内される。すなわち、カプセル２２は、らせん状の第１接続部７５の案内によって、第１開口部５２を下に向けた下向き姿勢から第１開口部５２を上に向けた上向き姿勢に１８０°回転され、上向き姿勢で第１狭窄部３８に侵入することとなる。第１狭窄部３８において、カプセル２２の第２係合部５３は、第１係合部４１に係合する。

カプセル２２の第２係合部５３が第１係合部４１に係合した後は、上記した「海底３４での海底物質１３の取り込み工程および海上３３での海底物質１３の回収工程」および「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の下端と上昇管３６の下端とを連結する第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の外周面の一部に設けられ海底物質１３又は不要物質１８を出し入れ可能な第１開口部５２と、第１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蓋体２７と、を有するカプセル２２と、第１連結管２５に設けられ、通過するカプセル２２を第１開口部５２を上に向けた上向き姿勢で位置決め可能な第１位置決め部２６と、第１位置決め部２６に設けられ第１位置決め部２６で位置決めされたカプセル２２の蓋体２７を開閉可能な第１駆動部３１と、第１位置決め部２６に設けられ、開放した状態の第１開口部５２を介してカプセル２２内に海底物質１３を投入する第１投入部３２と、を備える。

この構成によれば、海底物質１３を揚鉱する際に海底物質１３がキャリア物質２１と混ざってしまうことがないため、海上３３において海底物質１３とキャリア物質２１とを分離する工程を不要にして、海底物質１３から有価物質１４を回収するのに必要なトータルコストを低減できる。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をカプセル２２内に取り込む際には、海水はカプセル２２内に入るのみであり、管路１７内に海水が進入することが極力防止される。これによって、キャリア物質２１が海水によって薄められてしまうことが防止され、揚鉱効率が低下してしまう不具合を生じることを防止できる。さらに、キャリア物質２１に対して海底物質１３が直接に混ざり込むことがないために、揚鉱時に揚鉱条件（混入した海底物質１３の粒度、密度、混入率）が変動してしまうことがなく、安定して一定の速度での海底物質の揚鉱を行うことができる。

この場合、第１位置決め部２６は、第１連結管２５の内面にカプセル２２と係合する第１係合部４１を有し、カプセル２２は、第１係合部４１と係合することで第１投入部３２に対して第１開口部５２を位置合わせ可能な第２係合部５３を有する。

この構成によれば、第１投入部３２に対して第１開口部５２を正しく位置合わせすることができる。また、第１開口部５２を開閉するために第１駆動部３１から操作力を付与する際に、第１係合部４１と第２係合部５３との係合によって、カプセル２２が共回りしてしまうことを防止できる。

第１投入部３２は、第１シャッターを含み、第１シャッターは、管路１７内と周囲環境とを遮断した第１位置と、管路１７内と前記周囲環境とを連通した第２位置と、の間で移動可能である。

この構成によれば、海底３４において海底物質１３をカプセル２２内に取り込む際に、カプセル２２内又は管路１７内に浸入する海水の量を最小限にすることができる。これによって、特に、キャリア物質２１に対して海水が混入することを極力防止して、効率的な揚鉱を実現できる。

第１駆動部３１は、第１シャッターを前記第１位置と前記第２位置との間で移動させることが可能である。

この構成によれば、カプセル２２の蓋体２７を開閉する第１駆動部３１によって第１シャッターを動作させることができる。これによって、動力源の数を少なくすることで、揚鉱装置１１の構造を簡略化して、揚鉱装置１１を構成するのに必要なコストを低減できる。

管路１７は、上昇管３６の上端と下降管３５の上端とを連結する第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の上端から下降管３５の上端まで送られる。

この構成によれば、管路１７を環状に構成することができ、これによって、キャリア物質２１およびカプセル２２を循環させることができる。これによって、キャリア物質２１およびカプセル２２を再利用することができ、さらに効率的でコスト面でも優れた揚鉱を実現できる。

揚鉱装置１１は、第２連結管３７に設けられ、通過するカプセル２２を第１開口部５２を下に向けた下向き姿勢で位置決め可能な第２位置決め部５５と、第２位置決め部５５で位置決めされたカプセル２２の蓋体２７を開閉可能な第２駆動部５６と、第２位置決め部５５に設けられ、開放した状態の第１開口部５２から海底物質１３を放出する第１放出部５７と、を備える。

この構成によれば、カプセル２２で圧送された海底物質１３を海上３３の第１放出部５７において回収することができる。その際、海底物質１３に対してキャリア物質２１が混入することがなく、海上３３における海底物質１３から有価物質１４を選別する作業を容易に行うことができる。

第２位置決め部５５は、第２連結管３７の内面にカプセル２２と係合する第３係合部４１を有し、第２係合部５３は、第３係合部４１と係合することで第１放出部５７に対して第１開口部５２を位置合わせ可能である。

この構成によれば、第１放出部５７に対して第１開口部５２を正しく位置合わせすることができる。また、第１開口部５２を開閉するために第２駆動部５６から操作力を付与する際に、第３係合部４１と第２係合部５３との係合によって、カプセル２２が共回りしてしまうことを防止できる。

第１放出部５７は、第２シャッターを含み、前記第２シャッターは、管路１７内と周囲環境とを遮断した第３位置と、管路１７内と前記周囲環境とを連通した第４位置と、の間で移動可能である。

この構成によれば、海底物質１３をカプセル２２内から取り出す際に、カプセル２２内又は管路１７内に浸入する空気の量を最小限にしたり、或いは、管路１７内から漏れ出すキャリア物質２１の量を最小限にしたりできる。これによって、効率的な揚鉱を実現できる。

第２駆動部５６は、第２シャッターを前記第３位置と前記第４位置との間で移動させることが可能である。

この構成によれば、カプセル２２の蓋体２７を開閉する第２駆動部５６によって第２シャッターを動作させることができる。これによって、動力源の数を少なくすることで、揚鉱装置１１の構造を簡略化して、揚鉱装置１１を構成するのに必要なコストを低減できる。

揚鉱装置１１は、第１位置決め部２６よりも上流側で第１連結管２５に設けられ、通過するカプセル２２を、第１開口部５２を下に向けた下向き姿勢で位置決め可能な第３位置決め部５８と、第３位置決め部５８で位置決めされたカプセル２２の蓋体２７を第１開口部５２を閉塞したり開放したりするように移動可能な第３駆動部６１と、開放した状態の第１開口部５２から不要物質１８の放出を受ける第２放出部６２と、を備える。

この構成によれば、カプセル２２に収納された不要物質１８を海底３４の第２放出部６２において廃棄することができる。その際、キャリア物質２１に混入する海水の量を最小限にして、揚鉱作業を効率的に行うことができる。

第３位置決め部５８は、第１連結管２５の内面にカプセル２２と係合する第４係合部４１を有し、第２係合部５３は、第４係合部４１と係合することで第２放出部６２に対して第１開口部５２を位置合わせ可能である。

この構成によれば、第２放出部６２に対して第１開口部５２を正しく位置合わせすることができる。また、第１開口部５２を開閉するために第３駆動部６１から操作力を付与する際に、第４係合部４１と第２係合部５３との係合によって、カプセル２２が共回りしてしまうことを防止できる。

第２放出部６２は、第３シャッターを含み、前記第３シャッターは、管路１７内と周囲環境とを遮断した第５位置と、管路１７内と前記周囲環境とを連通した第６位置と、の間で移動可能である。

この構成によれば、不要物質１８をカプセル２２内から取り出す際に、管路１７内に浸入する海水の量を最小限にしたり、或いは、管路１７内から漏れ出すキャリア物質２１の量を最小限にしたりできる。これによって、効率的な揚鉱を実現できる。
第３駆動部６１は、前記第３シャッターを前記第５位置と前記第６位置との間で移動させることが可能である。

この構成によれば、カプセル２２の蓋体２７を開閉する第３駆動部６１によって第３シャッターを動作させることができる。これによって、動力源の数を少なくすることで、揚鉱装置１１の構造を簡略化して、揚鉱装置１１を構成するのに必要なコストを低減できる。

第１連結管２５の内面にらせん状に設けられ、第４係合部４１と第１係合部４１とを接続する第１接続部７５であって、第２係合部５３と係合して第３位置決め部５８から第１位置決め部２６に向かうカプセル２２を前記下向き姿勢から前記上向き姿勢に回転させつつ案内可能な第１接続部７５を備える。

この構成によれば、第３位置決め部５８で下向き姿勢にあるカプセル２２を第１位置決め部２６において上向き姿勢にするように、第１接続部７５によってカプセル２２を回転させることができる。これによって、第３位置決め部５８における不要物質１８の廃棄と、第１位置決め部２６における海底物質１３の回収と、を円滑に行うことができる。

揚鉱装置１１は、第２位置決め部５５よりも下流側で第２連結管３７に設けられ、通過するカプセル２２を第１開口部５２を上に向けた上向き姿勢で位置決め可能な第４位置決め部６３と、第４位置決め部６３で位置決めされたカプセル２２の蓋体２７を開閉可能な第４駆動部６４と、第２連結管３７に設けられ、開放した状態の第１開口部５２を介してカプセル２２内に不要物質１８を投入する第２投入部６５と、を備える。

この構成によれば、海底物質１３から有価物質１４を回収した後に発生する残滓である不要物質１８を海上３３の第２投入部６５においてカプセル２２内に収納できる。その際、キャリア物質２１中に不要物質１８が混入してしまうことがなく、海底３４での不要物質１８の廃棄作業を円滑に行うことができる。

第４位置決め部６３は、第２連結管３７の内面にカプセル２２と係合する第５係合部４１を有し、第２係合部５３は、第５係合部４１と係合することで第２投入部６５に対して第１開口部５２を位置合わせ可能である。

この構成によれば、第２投入部６５に対して第１開口部５２を正しく位置合わせすることができる。また、第１開口部５２を開閉するために第４駆動部６４から操作力を付与する際に、第５係合部４１と第２係合部５３との係合によって、カプセル２２が共回りしてしまうことを防止できる。

第２投入部６５は、第４シャッターを含み、前記第４シャッターは、管路１７内と周囲環境とを遮断した第７位置と、管路１７内と前記周囲環境とを連通した第８位置と、の間で移動可能である。

この構成によれば、不要物質１８をカプセル２２内に収納する際に、管路１７内に浸入する空気の量を最小限にしたり、或いは、管路１７内から漏れ出すキャリア物質２１の量を最小限にしたりできる。これによって、効率的な揚鉱を実現できる。

第４駆動部６４は、前記第４シャッターを前記第７位置と前記第８位置との間で移動させることが可能である。

この構成によれば、カプセル２２の蓋体２７を開閉する第４駆動部６４によって第４シャッターを動作させることができる。これによって、動力源の数を少なくすることで、揚鉱装置１１の構造を簡略化して、揚鉱装置１１を構成するのに必要なコストを低減できる。

第２連結管３７の内面にらせん状に設けられ、第３係合部４１と第５係合部４１とを接続する第２接続部８２であって、第２係合部５３と係合して第２位置決め部５５から第４位置決め部６３に向かうカプセル２２を前記下向き姿勢から前記上向き姿勢に回転させつつ案内可能な第２接続部８２を備える。

この構成によれば、第２位置決め部５５で下向き姿勢にあるカプセル２２を第４位置決め部６３において上向き姿勢にするように、第２接続部８２によってカプセル２２を回転させることができる。これによって、第２位置決め部５５における海底物質１３の放出と、第４位置決め部６３における不要物質１８の収納と、を円滑に行うことができる。

カプセル本体５１は、卵形又は楕円体をなしている。この構成によれば、カプセル２２に角部を設けないように構成できる。このため、管路１７の狭窄部にさしかかった際に、カプセル２２が狭窄部の入口に引っ掛かる可能性を極力少なくできる。

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６に第１変形例のカプセル２２を示す。同図に示すように、複数のカプセル２２のそれぞれは、中空の円筒形（円柱形）であってもよい。カプセル２２は、例えば、金属材料によって形成されている。カプセル２２は、例えば、円筒形（円柱形）をなした中空のカプセル本体５１と、カプセル本体５１に設けられた第１開口部５２と、第１開口部５２を閉塞した閉塞位置Ｐ３と第１開口部５２を開放した第１開放位置Ｐ１との間でカプセル本体５１に対して移動可能な蓋体２７と、カプセル本体５１に設けられ第１係合部４１が差し込まれる溝状の第２係合部５３と、カプセル本体５１の外面に設けられた図示しないねじ部と、を有する。

第２係合部５３は、円筒形（円柱形）のカプセル本体５１の長軸方向Ｌに沿って（蓋体２７の移動方向に平行に）延びている一対の溝部５４を有する。一対の溝部５４の構成は、上記実施形態と同様である。

本変形例によれば、カプセル本体５１が円柱形をなしているため、カプセル本体５１の容積（体積）を極力大きくすることができる。これによって、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７に第２変形例のカプセル２２を示す。同図に示すように、複数のカプセル２２のそれぞれは、中空の砲弾形であってもよい。カプセル２２は、例えば、金属材料によって形成されている。カプセル２２は、例えば、円筒形（円柱形）をなした中空のカプセル本体５１と、カプセル本体５１に設けられた第１開口部５２と、第１開口部５２を閉塞した閉塞位置Ｐ３と第１開口部５２を開放した第１開放位置Ｐ１との間でカプセル本体５１に対して移動可能な蓋体２７と、カプセル本体５１に設けられ第１係合部４１が差し込まれる溝状の第２係合部５３と、カプセル本体５１の外面に設けられた図示しないねじ部と、を有する。
第２係合部５３は、砲弾形のカプセル本体５１の長軸方向Ｌに沿って（蓋体２７の移動方向に平行に）延びている一対の溝部５４を有する。一対の溝部５４の構成は、上記実施形態と同様である。

本変形例によれば、カプセル本体５１が砲弾形をなしているため、カプセル本体５１の先端側に角部を設けない構造にできる。これによって、管路１７の狭窄部にさしかかった際に、カプセル２２が狭窄部の入口に引っ掛かってしまうような不具合を生じることを極力防止できるとともに、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８に第３変形例のカプセル２２を示す。同図に示すように、複数のカプセル２２のそれぞれは、中空の球形であってもよい。カプセル２２は、例えば、金属材料によって形成されている。カプセル２２は、例えば、球形をなした中空のカプセル本体５１と、カプセル本体５１に設けられた第１開口部５２と、第１開口部５２を閉塞した閉塞位置Ｐ３と第１開口部５２を開放した第１開放位置Ｐ１との間でカプセル本体５１に対して移動可能な蓋体２７と、カプセル本体５１に設けられ第１係合部４１が差し込まれる溝状の第２係合部５３と、カプセル本体５１の外面に設けられた図示しないねじ部と、を有する。
第２係合部５３は、球形のカプセル本体５１の蓋体２７の移動方向に平行に延びている一対の溝部５４を有する。一対の溝部５４の構成は、上記実施形態と同様である。

本変形例によれば、カプセル本体５１が球形をなしているため、カプセル本体５１に角部を設けない構造にできる。これによって、管路１７の狭窄部にさしかかった際に、カプセル２２が狭窄部の入口に引っ掛かってしまうような不具合を生じることを極力防止できる。

図９に第４変形例のカプセル２２を示す。同図に示すように、複数のカプセル２２のそれぞれは、中空の多角柱形であってもよい。カプセル２２は、例えば、六角柱形をなしているが、五角柱形でもよいし、八角以上の多角柱形であってもよい。カプセル２２は、例えば、金属材料によって形成されている。カプセル２２は、例えば、多角柱形をなした中空のカプセル本体５１と、カプセル本体５１に設けられた第１開口部５２と、第１開口部５２を閉塞した閉塞位置Ｐ３と第１開口部５２を開放した第１開放位置Ｐ１との間でカプセル本体５１に対して移動可能な蓋体２７と、カプセル本体５１に設けられ第１係合部４１が差し込まれる溝状の第２係合部５３と、カプセル本体５１の外面に設けられた図示しないねじ部と、を有する。
第２係合部５３は、多角柱形のカプセル本体５１の長軸方向Ｌに沿って（蓋体２７の移動方向に平行に）延びている一対の溝部５４を有する。一対の溝部５４の構成は、上記実施形態と同様である。

本変形例によれば、カプセル本体５１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本体５１の角部の角度を鈍化することができる。これによって、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。このため、管路１７の狭窄部にさしかかった際に、カプセル２２が狭窄部の入口に引っ掛かってしまうような不具合を生じることを極力防止できる。また、側面が平面になるため、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。
［第２実施形態］

図１０～図１３を参照して、第２実施形態の揚鉱装置１１について説明する。本実施形態の揚鉱装置１１は、カプセル２２の形態、第１～第４位置決め部２６、５５、５８、６３の形態、第１接続部７５および第２接続部８２の形態、および第１～第４駆動部３１、５６、６１、６４の形態が第１実施形態とは異なっているが、他の部分は第１実施形態と共通している。本実施形態では、主として第１実施形態と異なる部分について説明し、第１実施形態と共通する部分については、図示又は説明を省略する。

図１０、図１１に示すように、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。カプセル２２は、例えば、砲弾形をなした中空のカプセル本体５１と、カプセル本体５１に設けられ第１係合部４１又は第３～第５係合部４１と係合可能な突条をなした第２係合部５３と、カプセル本体５１に設けられた第１開口部５２と、第１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蓋体２７と、を有する。カプセル本体５１の形状は、砲弾形に限られるものではなく、例えば円筒形（円柱形）であってもよい。

第１開口部５２は、任意の形状であってよく、円形又は四角形等で形成されている。第１開口部５２は、カプセル２２の側面を貫通しており、第１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、第１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。第１開口部５２は、カプセル本体５１の側面の一か所、例えば、カプセル本体５１の頂部に設けられている。なお、図１０では、第１開口部５２を見やすくするために、第１開口部５２の位置を頂部から下側にずらした位置に模式的に示しているが、実際の第１開口部５２はカプセル本体５１の頂部にある。

第２係合部５３は、例えば、カプセル２２の長軸方向Ｌに延びる一対の突条で構成されている。第２係合部５３は、蓋体２７から外れた位置で、例えば、カプセル本体５１の先端部の近傍に設けられている。図１０に示すように、第２係合部５３を構成する一対の突条の一方は、カプセル本体５１の側面の一か所（例えば、カプセル本体５１の頂部）に設けられ、一対の突条の他方は、それとは反対側（例えば、カプセル本体５１の底部）に設けられている。

蓋体２７は、カプセル２２の長軸方向Ｌに関して所定の幅を有する環状をなしている。蓋体２７は、カプセル本体５１の円筒状の外周面に対して回転可能に嵌められている。蓋体２７は、第１開口部５２を覆う位置に設けられている。蓋体２７は、第１開口部５２に対応する貫通孔部８７を有する。貫通孔部８７の形状および内径寸法は、第１開口部５２の形状および内径寸法と同様であり、第１開口部５２が円形であれば貫通孔部８７も円形であり、第１開口部５２が四角形であれば貫通孔部８７も四角形である。なお、蓋体２７の形状は、上記環状に限られるものではなく、カプセル本体５１の後端又は先端を覆う有底筒状であっても当然によい。その際、第２係合部５３は、蓋体２７と緩衝しない位置で適宜に設けることができる。

蓋体２７は、外周面にギヤ部２７Ａを有する。ギヤ部２７Ａは、第１～第４駆動部３１、５６、６１、６４の後述する第１～第４駆動ギヤ部９１と噛み合うことができる。第１～第４駆動ギヤ部９１が回転することによって、蓋体２７は、カプセル本体５１に対して回転することができる。蓋体２７は、図１０に示すように貫通孔部８７が第１開口部５２から外れた閉塞位置Ｐ３と、図１１に示すように貫通孔部８７が第１開口部５２に重なった第１開放位置Ｐ１と、の間で第１～第４駆動部３１、５６、６１、６４により回転可能である。

図１３に示すように、第１位置決め部２６の第１係合部４１は、一対の突条で構成される第２係合部５３を差し入れ可能な一対の溝部５４で構成される。第１係合部４１の上流側の端部は、例えば、上流側に行くにつれて幅広になるようにラッパ状に拡開した拡開部分を有する。第２～第４位置決め部５５、５８、６３の第３～第５係合部４１のそれぞれは、第１係合部４１と同様に、一対の突条で構成される第２係合部５３を差し入れ可能な一対の溝部５４で構成される。第３～第５係合部４１のそれぞれの上流側の端部は、例えば、上流側に行くにつれて幅広になるようにラッパ状に拡開した拡開部分を有する。したがって、カプセル２２が第１～第４位置決め部６３に差し掛かる際に、カプセル２２の第２係合部５３が、第１係合部４１および第３～第５係合部４１のいずれかと円滑に係合することができる。

第１接続部７５は、第１係合部４１および第３～第５係合部４１と同様に、一対の突条で構成される第２係合部５３を差し入れ可能な一対の溝部５４で構成される。第１接続部７５は、第３位置決め部５８の第４係合部４１と第１位置決め部２６の第１係合部４１とを接続するように第１連結管２５の内面に設けられた一対の溝部５４で構成されている。一対の溝部５４のそれぞれは、第３狭窄部７４から第１狭窄部３８に行くにつれて、例えば反時計回りに１８０°回転する螺旋状をなしている。したがって、第３狭窄部７４から第１狭窄部３８に移動するカプセル２２は、第１連結管２５の軸方向を中心に、第１開口部５２を下に向けた下向き姿勢から第１開口部５２を上に向けた上向き姿勢に１８０°回転することができる。

第１接続部７５（一対の溝部５４）は、第１係合部４１（一対の溝部５４）との間に、溝部５４同士が途切れた所定の隙間を有していてもよい。第１投入部３２に対するカプセル２２の長軸回りの角度が１８０°ずれてしまった場合には、第１保持装置４５の腕型のロボットは、この隙間の位置にカプセル２２を戻し、カプセル２２を１８０°回転させて、カプセル２２を正しい角度で第１狭窄部３８に侵入させることができる。

第２接続部８２は、第１係合部４１および第３～第５係合部４１と同様に、一対の突条で構成される第２係合部５３を差し入れ可能な一対の溝部５４で構成される。第２接続部８２は、第２位置決め部５５の第３係合部４１と第４位置決め部６３の第５係合部４１とを接続するように第２連結管３７の内面に設けられた一対の溝部５４で構成されている。一対の溝部５４のそれぞれは、第２狭窄部６６から第４狭窄部８１に行くにつれて、例えば反時計回りに１８０°回転する螺旋状をなしている。したがって、第２狭窄部６６から第４狭窄部８１に移動するカプセル２２は、第２連結管３７の軸方向を中心に、第１開口部５２を下に向けた下向き姿勢から第１開口部５２を上に向けた上向き姿勢に１８０°回転することができる。

第２接続部８２（一対の溝部５４）は、第５係合部４１（一対の溝部５４）との間に、溝部５４同士が途切れた所定の隙間を有していてもよい。第２投入部６５に対するカプセル２２の長軸回りの角度が１８０°ずれてしまった場合には、第２保持装置７３の腕型のロボットは、この隙間の位置にカプセル２２を戻し、カプセル２２を１８０°回転させて、カプセル２２を正しい角度で第４狭窄部８１に侵入させることができる。

第１～第４駆動部３１、５６、６１、６４は、第１～第４スクリュー部４３に代えて、第１～第４駆動ギヤ部９１を有する。第１～第４駆動ギヤ部９１は、進退可能な腕状のロボットで構成され、管路１７の中心に対して近づいたり管路１７の中心から遠ざかったりするように進退移動可能である。第１～第４駆動ギヤ部９１は、自転可能な駆動ギヤをその先端に有する。

第１、第２駆動ギヤ部９１、９１は、第１制御部４２によって制御されるとともに内蔵するアクチュエータ（流体シリンダ、モータ等）によって進退移動の駆動および自転の駆動がなされる。第３、第４駆動ギヤ部９１、９１は、第２制御部６７によって制御されるとともに内蔵するアクチュエータ（流体シリンダ、モータ等）によって進退移動の駆動および自転の駆動がなされる。

第１駆動ギヤ部９１は、第１位置決め部２６の第１狭窄部３８で、第１投入部３２とは反対側に設けられている。第２駆動ギヤ部９１は、第２位置決め部５５の第２狭窄部６６で、第１放出部５７とは反対側に設けられている。第３駆動ギヤ部９１は、第３位置決め部５８の第３狭窄部７４で、第２放出部６２とは反対側に設けられている。第４駆動ギヤ部９１は、第４位置決め部６３の第４狭窄部８１で、第２投入部６５とは反対側に設けられている。
続いて、図１０～図１３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。
設置工程については第１実施形態と同様である。海底３４での海底物質１３の取り込み工程および海上３３での海底物質１３の回収工程について説明する。

図１２に示すように、第１位置決め部２６に差し掛かったカプセル２２は、第１位置決め部２６（第１狭窄部３８）において位置決めされる。その際、第１位置決め部２６の第１係合部４１に対してカプセル２２の第２係合部５３が差し込まれて係合することで、第１投入部３２に対して第１開口部５２が位置合わせされる。その際、第１係合部４１に拡開部分が設けられているため、第１係合部４１に対する第２係合部５３の係合が円滑になされる。

もし、第１狭窄部３８の入口付近でカプセル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保持装置４５の腕型のロボットを作動させて、詰まりを適宜に解消する。

第１制御部４２は、第１カメラ４６によって、カプセル２２の長軸回りの角度を認識する。もし、第１投入部３２に対して第１開口部５２の位置が１８０°反対側になってしまった場合には、第１制御部４２は、第１保持装置４５の腕型のロボットを作動させて、カプセル２２を第１狭窄部３８に入る直前の位置（第１接続部７５の一対の突条と第１係合部４１の一対の突条とが途切れた位置）まで戻して、カプセル２２をその長軸回りに１８０°回転させる。カプセル２２は、再び、第２係合部５３を介して第１係合部４１に係合する。

第１制御部４２は、第１センサ４４を介してカプセル２２が第１投入部３２に最も近接したことを感知したときに、第１保持装置４５を構成する一対の腕型のロボットによってカプセル２２を上流側および下流側から掴んで保持するとともに、カプセル２２を第１投入部３２に密着させる。

第１制御部４２は、第１投入部３２の第１シャッター弁４８を、管路１７内と周囲環境とを遮断した第１位置から、管路１７内と周囲環境とを連通した第２位置に移動させる。これと同時に、図１２に示すように、第１制御部４２は、第１駆動ギヤ部９１を前進させて、その駆動ギヤをカプセル２２の蓋体２７のギヤ部２７Ａに噛み合わせる。さらに、第１駆動ギヤ部９１の駆動ギヤを回転させて、カプセル２２の蓋体２７を第１方向に回転させる。それによって、蓋体２７を、図１０に示すように貫通孔部８７が第１開口部５２から外れた閉塞位置Ｐ３から、図１１に示すように貫通孔部８７が第１開口部５２に重なった第１開放位置Ｐ１に移動させる。これによって、第１投入部本体４７とカプセル２２の内部が連通し、重力の作用によってカプセル２２内に海底物質１３が投入される。これと同時に、後述するように第２放出部６２でカプセル２２内に取り込まれた海水が第１投入部３２経由で排出される。なお、第１制御部４２は、蓋体２７が正しく第１開放位置Ｐ１に移動したか否かを第１カメラ４６で確認し、回転角度が不足又は過剰な場合には適宜にフィードバック制御をかけて回転角度を微調整する。このとき、カプセル２２の第２係合部５３が第１位置決め部２６の第１係合部４１に係合しているために、第１駆動ギヤ部９１からの回転力によってカプセル２２が共回りすることがない。

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、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、第１投入部本体４７内に海底物質１３を補充する。

所定時間を経てカプセル２２内に対する海底物質１３の投入が完了した後、第１制御部４２は、第１駆動ギヤ部９１を作動させて、蓋体２７を第１方向とは反対の第２方向に所定の角度分回転させる。これによって、蓋体２７を第１開放位置Ｐ１から閉塞位置Ｐ３に移動させ、海底物質１３が投入されたカプセル２２を密封する。これと同時に、第１制御部４２は、第１シャッター弁４８を第２位置から第１位置に移動させる。さらに第１制御部４２は、第１駆動ギヤ部９１をカプセル２２から退避させる。

カプセル２２の密封が完了した後、第１制御部４２は、第１保持装置４５を駆動して、カプセル２２を解放した状態にする。それによって、カプセル２２は、キャリア物質２１の流れに乗って、海底３４の第１位置決め部２６から海上の第２位置決め部５５にまで圧送される。

第２位置決め部５５にカプセル２２が差し掛かると、カプセル２２は、第１位置決め部２６での位置決めと同様に、第２位置決め部５５（第２狭窄部６６）において位置決めされる。すなわち、第２位置決め部５５の第３係合部４１に対してカプセル２２の第２係合部５３が差し込まれて係合することで、第１放出部５７に対して第１開口部５２が位置合わせされる。その際、第３係合部４１に拡開部分が設けられているため、第３係合部４１に対する第２係合部５３の係合が円滑になされる。なお、第１位置決め部２６においてカプセル２２は、管路１７のループの中心側（すなわち、上側）に第１開口部５２が位置する上向き姿勢であるため、第２位置決め部５５においても、かなりの確率で管路１７のループの中心側（すなわち、下側）に第１開口部５２が位置する下向き姿勢で第２狭窄部６６に侵入する。

第２制御部６７は、第２センサ６８を介してカプセル２２が第１放出部５７に最も近接したことを感知したときに、第２保持装置７３の一対の腕型のロボットを作動させてカプセル２２を上流側および下流側から掴んで保持するとともにカプセル２２を第１放出部５７に密着させる。第２制御部６７は、第１放出部５７の第２シャッター弁７２を、管路１７内と周囲環境とを遮断した第３位置から、管路１７内と周囲環境とを連通した第４位置に移動させる。これと同時に、第２制御部６７は、第２駆動ギヤ部９１を前進させて、その駆動ギヤをカプセル２２の蓋体２７のギヤ部２７Ａに噛み合わせる。さらに、第２駆動ギヤ部９１の駆動ギヤを回転させて、カプセル２２の蓋体２７を第１方向に回転させる。それによって、蓋体２７を、貫通孔部８７が第１開口部５２から外れた閉塞位置Ｐ３から、貫通孔部８７が第１開口部５２に重なった第１開放位置Ｐ１に移動させる。これによって、重力の作用によって、第１放出部５７に向けてカプセル２２内の海底物質１３を放出させる。このとき、カプセル２２内には、第１放出部５７を介して空気が取り込まれる。

なお、第２制御部６７は、蓋体２７が正しく第１開放位置Ｐ１に移動したか否かを第２カメラ７１で確認し、回転角度が不足又は過剰な場合には適宜にフィードバック制御をかけて回転角度を調整する。このとき、カプセル２２の第２係合部５３が第２位置決め部５５の第３係合部４１に係合しているために、第２駆動ギヤ部９１からの回転力によってカプセル２２が共回りすることがない。

所定時間を経て第１放出部５７への海底物質１３の放出が完了した後、第２制御部６７は、第２駆動ギヤ部９１を作動させて、蓋体２７を第１方向とは反対の第２方向に所定の角度分回転させる。これによって、蓋体２７を第１開放位置Ｐ１から閉塞位置Ｐ３に移動させ、海底物質１３を放出したカプセル２２を密封する。これと同時に、第２制御部６７は、第２シャッター弁７２を第４位置から第３位置に移動させる。さらに第２制御部６７は、第２駆動ギヤ部９１をカプセル２２から退避させる。第２制御部６７は、第２保持装置７３を駆動して、カプセル２２を解放した状態にする。
続いて、海上での不要物質１８の取り込み工程および海底での不要物質１８の廃棄工程について説明する。

第２制御部６７は、第４カメラ８４によって、カプセル２２の長軸回りの角度を認識する。もし、第２投入部６５に対して第１開口部５２の位置が１８０°反対側になってしまった場合には、第２制御部６７は、第２保持装置７３の腕型のロボットを作動させて、カプセル２２を第４狭窄部８１に入る直前の位置（第２接続部８２の一対の溝部５４と第５係合部４１の一対の溝部５４とが途切れた位置）まで戻して、カプセル２２をその長軸回りに１８０°回転させる。カプセル２２は、再び、第２係合部５３を介して第５係合部４１に係合する。

第２制御部６７は、第４センサ８３を介してカプセル２２が第２投入部６５に最も近接したことを感知したときに、第２保持装置７３の一対の腕型のロボットによってカプセル２２を上流側および下流側から掴んで保持するとともに、カプセル２２を第２投入部６５に密着させる。第２制御部６７は、第２投入部６５の第４シャッター弁８５を、管路１７内と周囲環境とを遮断した第７位置から、管路１７内と周囲環境とを連通した第８位置に移動させる。これと同時に、第２制御部６７は、第４駆動ギヤ部９１を前進させて、その駆動ギヤをカプセル２２の蓋体２７のギヤ部２７Ａに噛み合わせる。さらに、第４駆動ギヤ部９１の駆動ギヤを回転させて、カプセル２２の蓋体２７を第１方向に回転させる。それによって、蓋体２７を、貫通孔部８７が第１開口部５２から外れた閉塞位置Ｐ３から、貫通孔部８７が第１開口部５２に重なった第１開放位置Ｐ１に移動させる。これによって、第２投入部本体８６とカプセル２２の内部が連通し、重力の作用によってカプセル２２内に不要物質１８が投入される。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。

なお、第２制御部６７は、蓋体２７が正しく第１開放位置Ｐ１に移動したか否かを第４カメラ８４で確認し、回転角度が不足又は過剰な場合には適宜にフィードバック制御をかけて回転角度を調整する。このとき、カプセル２２の第２係合部５３が第４位置決め部６３の第５係合部４１に係合しているために、第４駆動ギヤ部９１からの回転力によってカプセル２２が共回りすることがない。

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８６から不要物質１８が減少することになるが、第２制御部６７は、台船１２上の重機を一定の時間間隔で作動させて、第２投入部本体８６内に不要物質１８を補充する。

所定時間を経てカプセル２２内に対する不要物質１８の投入が完了した後、第２制御部６７は、第４駆動ギヤ部９１を作動させて、蓋体２７を第１方向とは反対の第２方向に所定の角度分回転させる。これによって、蓋体２７を閉塞位置Ｐ３に移動させ、不要物質１８が投入されたカプセル２２を密封する。これと同時に、第２制御部６７は、第４シャッター弁８５を第８位置から第７位置に移動させる。さらに第２制御部６７は、第４駆動ギヤ部９１をカプセル２２から退避させる。第２制御部６７は、第２保持装置７３を駆動して、カプセル２２を解放した状態にする。それによって、カプセル２２は、キャリア物質２１の流れに乗って、海上３３の第４位置決め部６３から海底３４の第３位置決め部５８にまで送られる。

第３位置決め部５８にカプセル２２が差し掛かると、カプセル２２は、第１位置決め部２６での位置決めと同様に、第３位置決め部５８（第３狭窄部７４）において位置決めされる。すなわち、第３位置決め部５８の第４係合部４１に対してカプセル２２の第２係合部５３が差し込まれて係合することで、第２放出部６２に対して第１開口部５２が位置合わせされる。その際、第４係合部４１に拡開部分が設けられているため、第４係合部４１に対する第２係合部５３の係合が円滑になされる。なお、第４位置決め部６３においてカプセル２２は、管路１７のループの中心側とは反対側（すなわち、上側）に第１開口部５２が位置する上向き姿勢であるため、第３位置決め部５８においても、かなりの確率で管路１７のループの中心側とは反対側（すなわち、下側）に第１開口部５２が位置する下向き姿勢で第３狭窄部７４に侵入する。

第１制御部４２は、第３センサ７６を介してカプセル２２が第２放出部６２に最も近接したことを感知したときに、第１保持装置４５の一対の腕型のロボットを作動させてカプセル２２を上流側および下流側から掴んで保持するとともに、カプセル２２を第２放出部６２に密着させる。第１制御部４２は、第２放出部６２の第３シャッター弁７８を、管路１７内と周囲環境とを遮断した第５位置から、管路１７内と周囲環境とを連通した第６位置に移動させる。これと同時に、第１制御部４２は、第３駆動ギヤ部９１を前進させて、その駆動ギヤをカプセル２２の蓋体２７のギヤ部２７Ａに噛み合わせる。さらに、第３駆動ギヤ部９１の駆動ギヤを回転させて、カプセル２２の蓋体２７を第１方向に回転させる。それによって、蓋体２７を、貫通孔部８７が第１開口部５２から外れた閉塞位置Ｐ３から、貫通孔部８７が第１開口部５２に重なった第１開放位置Ｐ１に移動させる。これによって、重力の作用によって、第２放出部６２に向けてカプセル２２内の不要物質１８が放出される。このとき、カプセル２２内には、第２放出部６２を介して海水が取り込まれる。

なお、第１制御部４２は、蓋体２７が正しく第１開放位置Ｐ１に移動したか否かを第３カメラ７７で確認し、回転角度が不足又は過剰な場合には適宜にフィードバック制御をかけて回転角度を調整する。このとき、カプセル２２の第２係合部５３が第３位置決め部５８の第４係合部４１に係合しているために、第３駆動ギヤ部９１からの回転力によってカプセル２２が共回りすることがない。

所定時間を経て第２放出部６２への不要物質１８の放出が完了した後、第１制御部４２は、第３駆動ギヤ部９１を作動させて、蓋体２７を第１方向とは反対の第２方向に所定の角度分回転させる。これによって、蓋体２７を第１開放位置Ｐ１から閉塞位置Ｐ３に移動させ、不要物質１８を放出したカプセル２２を密封する。これと同時に、第１制御部４２は、第３シャッター弁７８を第６位置から第５位置に移動させる。さらに第２制御部６７は、第２駆動ギヤ部９１をカプセル２２から退避させる。第１制御部４２は、第１保持装置４５を駆動して、カプセル２２を解放した状態にする。

カプセル２２は、キャリア物質２１の流れに乗って、第３位置決め部５８から第１位置決め部２６に移動する。このとき、第３位置決め部５８の第３狭窄部７４は、第１位置決め部２６の第１狭窄部３８と連続しているため、カプセル２２の移動が円滑になされる。第３位置決め部５８から第１位置決め部２６に移動するカプセル２２の第２係合部５３は、第１接続部７５と係合されて案内される。すなわち、カプセル２２は、らせん状の第１接続部７５の案内によって、第１開口部５２を下に向けた下向き姿勢から第１開口部５２を上に向けた上向き姿勢に１８０°回転され、上向き姿勢で第１狭窄部３８に侵入することとなる。第１狭窄部３８において、カプセル２２の第２係合部５３は、第１係合部４１に係合する。

本実施形態によれば、以下のことがいえる。揚鉱装置１１は、カプセル本体５１は、円筒状をなし、蓋体２７は、環状をなしてカプセル本体５１の円筒状の外周面に対して回転可能に嵌められ、且つ第１開口部５２に対応する貫通孔部８７を有するとともに、貫通孔部８７が第１開口部５２に重なった第１開放位置Ｐ１と、貫通孔部８７が第１開口部５２から外れた閉塞位置Ｐ３と、の間で第１駆動部３１により回転可能である。

この構成によれば、第１開放位置Ｐ１と閉塞位置Ｐ３との間で移動可能な蓋体２７の構造と、蓋体２７を第１開放位置Ｐ１と閉塞位置Ｐ３との間で移動させる第１駆動部３１の構造と、を簡略化することができる。これによって、揚鉱装置１１を構成するのに必要なコストを低減できる。
［第３実施形態］

図１４を参照して、第３実施形態の揚鉱装置１１について説明する。本実施形態の揚鉱装置１１は、カプセル２２の形態が第２実施形態とは異なっているが、他の部分は第１実施形態と共通している。また、本実施形態の揚鉱装置１１には、第１接続部７５および第２接続部８２が設けられない。本実施形態では、主として第２実施形態と異なる部分について説明し、第２実施形態と共通する部分については、図示又は説明を省略する。

図１４に示すように、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。カプセル２２は、例えば、砲弾形をなした中空のカプセル本体５１と、カプセル本体５１に設けられ第１係合部４１又は第３～第５係合部４１と係合可能な突条をなした第２係合部５３と、カプセル本体５１に設けられた第１開口部５２と、カプセル本体５１の第１開口部５２とは反対側の位置に設けられた第２開口部９２と、第１開口部５２および第２開口部９２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蓋体２７と、を有する。カプセル本体５１の形状は、砲弾形に限られるものではなく、例えば円筒形（円柱形）であってもよい。

第１開口部５２および第２開口部９２は、任意の形状であってよく、円形又は四角形等で形成されている。第１開口部５２および第２開口部９２は、カプセル２２の側面を貫通しており、第１開口部５２および第２開口部９２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、第１開口部５２および第２開口部９２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。第２開口部９２は、第１開口部５２と同形態かつ同寸法であってよい。第１開口部５２および第２開口部９２は、カプセル本体５１の側面（外周面）の対角位置２か所に設けられている。第１開口部５２および第２開口部９２の区別は、便宜的なものであり、２個の第１開口部の一方を第１開口部５２としたとき、第１開口部の他方が第２開口部９２となりえる。

第２係合部５３は、例えば、カプセル２２の長軸方向Ｌに延びる一対の突条で構成されている。第２係合部５３は、蓋体２７から外れた位置で、例えば、カプセル本体５１の先端部の近傍に設けられている。図１４に示すように、第２係合部５３を構成する一対の突条は、カプセル本体５１の側面（外周面）の対角位置２か所で、例えば第１開口部５２および第２開口部９２に対応する位置に設けられている。

蓋体２７は、カプセル２２の長軸方向Ｌに関して所定の幅を有する環状をなしている。蓋体２７は、カプセル本体５１の円筒状の外周面に対して回転可能に嵌められている。蓋体２７は、第１開口部５２および第２開口部９２を覆う位置に設けられている。蓋体２７は、第１開口部５２および第２開口部９２に対応する貫通孔部８７を有する。貫通孔部８７の形状および内径寸法は、第１開口部５２の形状および内径寸法と同様であり、第１開口部５２が円形であれば貫通孔部８７も円形であり、第１開口部５２が四角形であれば貫通孔部８７も四角形である。なお、蓋体２７の形状は、上記環状に限られるものではなく、カプセル本体５１の後端又は先端を覆う有底筒状であっても当然によい。その際、第２係合部５３は、蓋体２７と緩衝しない位置で適宜に設けることができる。

蓋体２７は、外周面にギヤ部２７Ａを有する。ギヤ部２７Ａは、第１～第４駆動部３１、５６、６１、６４の第１～第４駆動ギヤ部９１と噛み合うことができる。第１～第４駆動ギヤ部９１が回転することによって、蓋体２７は、カプセル本体５１に対して回転することができる。蓋体２７は、貫通孔部８７が第１開口部５２および第２開口部９２から外れた閉塞位置Ｐ３と、貫通孔部８７が第１開口部５２に重なった第１開放位置Ｐ１と、貫通孔部８７が第１開口部５２に重なった第２開放位置Ｐ２と、の間で第１～第４駆動ギヤ部９１により回転可能である。
続いて、図１４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いて説明する。
設置工程については第２実施形態と同様である。海底３４での海底物質１３の取り込み工程および海上３３での海底物質１３の回収工程について説明する。

第１位置決め部２６に差し掛かったカプセル２２は、第１位置決め部２６（第１狭窄部３８）において位置決めされる。その際、第１位置決め部２６の第１係合部４１に対してカプセル２２の第２係合部５３が差し込まれて係合することで、第１投入部３２に対して第１開口部５２が位置合わせされる。その際、第１係合部４１に拡開部分が設けられているため、第１係合部４１に対する第２係合部５３の係合が円滑になされる。

第１制御部４２は、第１投入部３２の第１シャッター弁４８を、管路１７内と周囲環境とを遮断した第１位置から、管路１７内と周囲環境とを連通した第２位置に移動させる。これと同時に、第１制御部４２は、第１駆動ギヤ部９１を前進させて、その駆動ギヤをカプセル２２の蓋体２７のギヤ部２７Ａに噛み合わせる。さらに第１制御部４２は、第１カメラ４６で第１投入部３２に対して対向しているのが第１開口部５２であるのか、第２開口部９２であるのかを認識する。

第１制御部４２は、第１駆動ギヤ部９１の駆動ギヤを回転させて、カプセル２２の蓋体２７を第１方向に回転させる。このとき、第１投入部３２に第１開口部５２が対向している場合には、蓋体２７を、貫通孔部８７が第１開口部５２および第２開口部９２から外れた閉塞位置Ｐ３から、貫通孔部８７が第１開口部５２に重なった第１開放位置Ｐ１に移動させる。一方、第１投入部３２に第２開口部９２が対向している場合には、蓋体２７を、貫通孔部８７が第１開口部５２および第２開口部９２から外れた閉塞位置Ｐ３から、貫通孔部８７が第２開口部９２に重なった第２開放位置Ｐ２に移動させる。

これによって、第１投入部本体４７とカプセル２２の内部が連通し、重力の作用によってカプセル２２内に海底物質１３が投入される。これと同時に、後述するように第２放出部６２でカプセル２２内に取り込まれた海水が第１投入部３２経由で排出される。なお、第１制御部４２は、蓋体２７が正しく第１開放位置Ｐ１又は第２開放位置Ｐ２に移動したか否かを第１カメラ４６で確認し、回転角度が不足又は過剰な場合には適宜にフィードバック制御をかけて回転角度を微調整する。このとき、カプセル２２の第２係合部５３が第１位置決め部２６の第１係合部４１に係合しているために、第１駆動ギヤ部９１からの回転力によってカプセル２２が共回りすることがない。

所定時間を経てカプセル２２内に対する海底物質１３の投入が完了した後、第１制御部４２は、第１駆動ギヤ部９１を作動させて、蓋体２７を第１方向とは反対の第２方向に所定の角度分回転させる。これによって、蓋体２７を第１開放位置Ｐ１又は第２開放位置Ｐ２から閉塞位置Ｐ３に移動させ、海底物質１３が投入されたカプセル２２を密封する。

これと同時に、第１制御部４２は、第１シャッター弁４８を第２位置から第１位置に移動させる。さらに第１制御部４２は、第１駆動ギヤ部９１をカプセル２２から退避させるとともに管路１７内からも退避させる。

カプセル２２の密封が完了した後、第１制御部４２は、第１保持装置４５を駆動して、カプセル２２を解放した状態にする。それによって、カプセル２２は、キャリア物質２１の流れに乗って、海底３４の第１位置決め部２６から海上３３の第２位置決め部５５にまで圧送される。

第２位置決め部５５にカプセル２２が差し掛かると、カプセル２２は、第１位置決め部２６での位置決めと同様に、第２位置決め部５５（第２狭窄部６６）において位置決めされる。すなわち、カプセル２２の第２係合部５３に対して第２位置決め部５５の第３係合部４１が差し込まれて係合することで、第１放出部５７に対して第１開口部５２が位置合わせされる。その際、第３係合部４１に拡開部分が設けられているため、第３係合部４１に対する第２係合部５３の係合が円滑になされる。

第２制御部６７は、第２センサ６８を介してカプセル２２が第１放出部５７に最も近接したことを感知したときに、第２保持装置７３の一対の腕型のロボットを作動させてカプセル２２を上流側および下流側から掴んで保持するとともにカプセル２２を第１放出部５７に密着させる。第２制御部６７は、第１放出部５７の第２シャッター弁７２を、管路１７内と周囲環境とを遮断した第３位置から、管路１７内と周囲環境とを連通した第４位置に移動させる。これと同時に、第２制御部６７は、第２駆動ギヤ部９１を前進させて、その駆動ギヤをカプセル２２の蓋体２７のギヤ部２７Ａに噛み合わせる。さらに第２制御部６７は、第２カメラ７１で第１放出部５７に対して対向しているのが第１開口部５２であるのか、第２開口部９２であるのかを認識する。

さらに、第２駆動ギヤ部９１の駆動ギヤを回転させて、カプセル２２の蓋体２７を第１方向に回転させる。このとき、第１放出部５７に第１開口部５２が対向している場合には、蓋体２７を、貫通孔部８７が第１開口部５２および第２開口部９２から外れた閉塞位置Ｐ３から、貫通孔部８７が第１開口部５２に重なった第１開放位置Ｐ１に移動させる。一方、第１放出部５７に第２開口部９２が対向している場合には、蓋体２７を、貫通孔部８７が第１開口部５２および第２開口部９２から外れた閉塞位置Ｐ３から、貫通孔部８７が第２開口部９２に重なった第２開放位置Ｐ２に移動させる。

これによって、重力の作用によって、第１放出部５７に向けてカプセル２２内の海底物質１３を放出させる。このとき、カプセル２２内には、第１放出部５７を介して空気が取り込まれる。なお、第２制御部６７は、蓋体２７が正しく第１開放位置Ｐ１又は第２開放位置Ｐ２に移動したか否かを第２カメラ７１で確認し、回転角度が不足又は過剰な場合には適宜にフィードバック制御をかけて回転角度を微調整する。このとき、カプセル２２の第２係合部５３が第２位置決め部５５の第３係合部４１に係合しているために、第２駆動ギヤ部９１からの回転力によってカプセル２２が共回りすることがない。

所定時間を経て第１放出部５７への海底物質１３の放出が完了した後、第２制御部６７は、第２駆動ギヤ部９１を作動させて、蓋体２７を第１方向とは反対の第２方向に所定の角度分回転させる。これによって、蓋体２７を第１開放位置Ｐ１又は第２開放位置Ｐ２から閉塞位置Ｐ３に移動させ、海底物質１３を放出したカプセル２２を密封する。

これと同時に、第２制御部６７は、第２シャッター弁７２を第４位置から第３位置に移動させる。さらに第２制御部６７は、第２駆動ギヤ部９１をカプセル２２から退避させるとともに管路１７内からも退避させる。第２制御部６７は、第２保持装置７３を駆動して、カプセル２２を解放した状態にする。

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、キャリア物質２１の流れに乗って、第２位置決め部５５から第４位置決め部６３に移動する。このとき、第４位置決め部６３の第４狭窄部８１は、第２位置決め部５５の第２狭窄部６６と連続しているため、カプセル２２の移動が円滑になされる。本実施形態において、第２位置決め部５５と第４位置決め部６３との間に、らせん状をなした第２接続部８２は存在しない。しかしながら、第２接続部８２の代替として、第２位置決め部５５の第３係合部４１と第４位置決め部６３の第５係合部４１とを直線的に接続する接続部を設けてもよい。

第４狭窄部８１において、カプセル２２の第２係合部５３は、第５係合部４１に係合する。その際、第５係合部４１に拡開部分が設けられているため、第５係合部４１に対する第２係合部５３の係合が円滑になされる。

第２制御部６７は、第４センサ８３を介してカプセル２２が第２投入部６５に最も近接したことを感知したときに、第２保持装置７３の一対の腕型のロボットによってカプセル２２を上流側および下流側から掴んで保持するとともにカプセル２２を第２投入部６５に密着させる。第２制御部６７は、第２投入部６５の第４シャッター弁８５を、管路１７内と周囲環境とを遮断した第７位置から、管路１７内と周囲環境とを連通した第８位置に移動させる。これと同時に、第２制御部６７は、第４駆動ギヤ部９１を前進させて、その駆動ギヤをカプセル２２の蓋体２７のギヤ部２７Ａに噛み合わせる。さらに第２制御部６７は、第４カメラ８４で第２投入部６５に対して対向しているのが第１開口部５２であるのか、第２開口部９２であるのかを認識する。

さらに、第４駆動ギヤ部９１の駆動ギヤを回転させて、カプセル２２の蓋体２７を第１方向に回転させる。このとき、第２投入部６５に第１開口部５２が対向している場合には、蓋体２７を、貫通孔部８７が第１開口部５２および第２開口部９２から外れた閉塞位置Ｐ３から、貫通孔部８７が第１開口部５２に重なった第１開放位置Ｐ１に移動させる。一方、第２投入部６５に第２開口部９２が対向している場合には、蓋体２７を、貫通孔部８７が第１開口部５２および第２開口部９２から外れた閉塞位置Ｐ３から、貫通孔部８７が第２開口部９２に重なった第２開放位置Ｐ２に移動させる。

これによって、第２投入部本体８６とカプセル２２の内部が連通し、重力の作用によってカプセル２２内に不要物質１８が投入される。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。なお、第２制御部６７は、蓋体２７が正しく第１開放位置Ｐ１又は第２開放位置Ｐ２に移動したか否かを第４カメラ８３で確認し、回転角度が不足又は過剰な場合には適宜にフィードバック制御をかけて回転角度を微調整する。このとき、カプセル２２の第２係合部５３が第４位置決め部６３の第５係合部４１に係合しているために、第４駆動ギヤ部９１からの回転力によってカプセル２２が共回りすることがない。

所定時間を経てカプセル２２内に対する不要物質１８の投入が完了した後、第２制御部６７は、第４駆動ギヤ部９１を作動させて、蓋体２７を第１方向とは反対の第２方向に所定の角度分回転させる。これによって、蓋体２７を第１開放位置Ｐ１又は第２開放位置Ｐ２から閉塞位置Ｐ３に移動させ、不要物質１８が投入されたカプセル２２を密封する。

これと同時に、第２制御部６７は、第４シャッター弁８５を第８位置から第７位置に移動させる。さらに第２制御部６７は、第４駆動ギヤ部９１をカプセル２２から退避させるとともに管路１７内からも退避させる。第２制御部６７は、第２保持装置７３を駆動して、カプセル２２を解放した状態にする。それによって、カプセル２２は、キャリア物質２１の流れに乗って、海上３３の第４位置決め部６３から海底３４の第３位置決め部５８にまで送られる。

図１４に示すように、第３位置決め部５８にカプセル２２が差し掛かると、カプセル２２は、第１位置決め部２６での位置決めと同様に、第３位置決め部５８（第３狭窄部７４）において位置決めされる。すなわち、第３位置決め部５８の第４係合部４１に対してカプセル２２の第２係合部５３が差し込まれて係合することで、第２放出部６２に対して第１開口部５２が位置合わせされる。その際、第４係合部４１に拡開部分が設けられているため、第４係合部４１に対する第２係合部５３の係合が円滑になされる。

第１制御部４２は、第３センサ７６を介してカプセル２２が第２放出部６２に最も近接したことを感知したときに、第１保持装置４５の一対の腕型のロボットを作動させてカプセル２２を上流側および下流側から掴んで保持するとともに第２放出部６２に対してカプセル２２を密着させる。第１制御部４２は、第２放出部６２の第３シャッター弁７８を、管路１７内と周囲環境とを遮断した第５位置から、管路１７内と周囲環境とを連通した第６位置に移動させる。これと同時に、第１制御部４２は、第３駆動ギヤ部９１を前進させて、その駆動ギヤをカプセル２２の蓋体２７のギヤ部２７Ａに噛み合わせる。さらに第１制御部４２は、第３カメラ７７で第２放出部６２に対して対向しているのが第１開口部５２であるのか、第２開口部９２であるのかを認識する。

第１制御部４２は、第３駆動ギヤ部９１の駆動ギヤを回転させて、カプセル２２の蓋体２７を第１方向に回転させる。このとき、第２放出部６２に第１開口部５２が対向している場合には、蓋体２７を、貫通孔部８７が第１開口部５２および第２開口部９２から外れた閉塞位置Ｐ３から、貫通孔部８７が第１開口部５２に重なった第１開放位置Ｐ１に移動させる。一方、第２放出部６２に第２開口部９２が対向している場合には、蓋体２７を、貫通孔部８７が第１開口部５２および第２開口部９２から外れた閉塞位置Ｐ３から、貫通孔部８７が第２開口部９２に重なった第２開放位置Ｐ２に移動させる。

これによって、重力の作用によって、第２放出部６２に向けてカプセル２２内の不要物質１８を放出させる。このとき、カプセル２２内には、第２放出部６２を介して海水が取り込まれる。

なお、第１制御部４２は、蓋体２７が正しく第１開放位置Ｐ１又は第２開放位置Ｐ２に移動したか否かを第３カメラ７７で確認し、回転角度が不足又は過剰な場合には適宜にフィードバック制御をかけて回転角度を調整する。このとき、カプセル２２の第２係合部５３が第１位置決め部２６の第１係合部４１に係合しているために、第１駆動ギヤ部９１からの回転力によってカプセル２２が共回りすることがない。

所定時間を経て第２放出部６２への不要物質１８の放出が完了した後、第１制御部４２は、第３駆動ギヤ部９１を作動させて、蓋体２７を第１方向とは反対の第２方向に所定の角度分回転させる。これによって、蓋体２７を第１開放位置Ｐ１又は第２開放位置Ｐ２から閉塞位置Ｐ３に移動させ、不要物質１８を放出したカプセル２２を密封する。

これと同時に、第１制御部４２は、第３シャッター弁７８を第６位置から第５位置に移動させる。さらに第１制御部４２は、第３駆動ギヤ部９１をカプセル２２から退避させるとともに管路１７内からも退避させる。第１制御部４２は、第１保持装置４５を駆動して、カプセル２２を解放した状態にする。

カプセル２２は、キャリア物質２１の流れに乗って、第３位置決め部５８から第１位置決め部２６に移動する。このとき、第３位置決め部５８の第３狭窄部７４は、第１位置決め部２６の第１狭窄部３８と連続しているため、カプセル２２の移動が円滑になされる。本実施形態において、第３位置決め部５８と第１位置決め部２６との間に、らせん状をなした第１接続部７５は存在しない。しかしながら、第１接続部７５の代替として、第３位置決め部５８の第４係合部４１と第１位置決め部２６の第１係合部４１とを直線的に接続する接続部を設けてもよい。

第１狭窄部３８において、カプセル２２の第２係合部５３は、第１係合部４１に係合する。カプセル２２の第２係合部５３が第１係合部４１に係合した後は、上記した「海底３４での海底物質１３の取り込み工程および海上３３での海底物質１３の回収工程」および「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、第２連結管３７に設けられ、通過するカプセル２２を位置決め可能な第２位置決め部５５と、第２位置決め部５５で位置決めされたカプセル２２の蓋体２７を開閉可能な第２駆動部５６と、カプセル２２の第１開放位置Ｐ１にある第１開口部５２又は第２開放位置Ｐ２にある第２開口部９２から海底物質１３を放出する第２放出部６２と、を備え、カプセル本体５１は、円筒状をなし、カプセル２２は、カプセル本体５１の第１開口部５２とは反対側に設けられた第２開口部９２を有し、蓋体２７は、環状をなしてカプセル本体５１の円筒状の外周面に対して回転可能に嵌められ、且つ第１開口部５２および第２開口部９２に対応する貫通孔部８７を有するとともに、貫通孔部８７が第１開口部５２に重なった第１開放位置Ｐ１と、貫通孔部８７が第２開口部９２に重なった第２開放位置Ｐ２と、貫通孔部８７が第１開口部５２および第２開口部９２から外れた閉塞位置Ｐ３と、の間で第２駆動部５６により回転可能である。

この構成によれば、第１開口部５２が２個設けられるために、海底物質１３の投入と放出の両方に対応すべくカプセル２２を上向き姿勢と下向き姿勢との間で回転させる必要がない。このため、管路１７の構造を簡略化して、揚鉱装置１１を構成するコストを低減できる。

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、上記実施形態では、第１～第５係合部４１、５３を用いた構造的な係合関係によって第１～第４位置決め部２６、５５、５８、６３に対するカプセル２２の位置決めをしているが、これに限るものではない。電磁石や磁石を用いた電磁的な位置決めによって、第１～第４位置決め部２６、５５、５８、６３に対するカプセル２２の位置決めを行ってもよい。その他、上記実施形態および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
１２台船
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
２６第１位置決め部
２７蓋体
３１第１駆動部
３２第１投入部
３３海上
３４海底
３５下降管
３６上昇管
３７第２連結管
４１第１係合部
４１第３係合部
４１第４係合部
４１第５係合部
４８第１シャッター弁
５１カプセル本体
５２第１開口部
５３第２係合部
Ｐ１第１開放位置
Ｐ２第２開放位置
Ｐ３閉塞位置
５５第２位置決め部
５６第２駆動部
５７第１放出部
５８第３位置決め部
６１第３駆動部
６２第２放出部
６３第４位置決め部
６４第４駆動部
６５第２投入部
７２第２シャッター弁
７５第１接続部
７８第３シャッター弁
８２第２接続部
８５第４シャッター弁
Ｌ長軸方向
８７貫通孔部
９２第２開口部

Claims

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、前記下降管の下端と前記上昇管の下端とを連結する第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外周面の一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第１開口部と、前記第１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蓋体と、を有するカプセルと、
前記第１連結管に設けられ、通過する前記カプセルを前記第１開口部を上に向けた上向き姿勢で位置決め可能な第１位置決め部と、
前記第１位置決め部に設けられ前記第１位置決め部で位置決めされたカプセルの前記蓋体を開閉可能な第１駆動部と、
前記第１位置決め部に設けられ、開放した状態の前記第１開口部を介して前記カプセル内に前記海底物質を投入する第１投入部と、
を備える揚鉱装置。
前記第１位置決め部は、前記第１連結管の内面に前記カプセルと係合する第１係合部を有し、
前記カプセルは、前記第１係合部と係合することで前記第１投入部に対して前記第１開口部を位置合わせ可能な第２係合部を有する請求項１に記載の揚鉱装置。
前記第１投入部は、第１シャッターを含み、前記第１シャッターは、前記管路内と周囲環境とを遮断した第１位置と、前記管路内と前記周囲環境とを連通した第２位置と、の間で移動可能である請求項２に記載の揚鉱装置。
前記第１駆動部は、前記第１シャッターを前記第１位置と前記第２位置との間で移動させることが可能である請求項３に記載の揚鉱装置。
前記カプセル本体は、円筒状をなし、
前記蓋体は、環状をなして前記カプセル本体の円筒状の外周面に対して回転可能に嵌められ、且つ前記第１開口部に対応する貫通孔部を有するとともに、前記貫通孔部が前記第１開口部に重なった第１開放位置と、前記貫通孔部が前記第１開口部から外れた閉塞位置と、の間で前記第１駆動部により回転可能である請求項２～４のいずれか１項に記載の揚鉱装置。
前記管路は、前記上昇管の上端と前記下降管の上端とを連結する第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から前記下降管の上端まで送られる請求項２に記載の揚鉱装置。
前記第２連結管に設けられ、通過する前記カプセルを前記第１開口部を下に向けた下向き姿勢で位置決め可能な第２位置決め部と、
前記第２位置決め部で位置決めされたカプセルの前記蓋体を開閉可能な第２駆動部と、
前記第２位置決め部に設けられ、開放した状態の前記第１開口部から前記海底物質を放出する第１放出部と、
を備える請求項６に記載の揚鉱装置。
前記第２位置決め部は、前記第２連結管の内面に前記カプセルと係合する第３係合部を有し、
前記第２係合部は、前記第３係合部と係合することで前記第１放出部に対して前記第１開口部を位置合わせ可能である請求項７に記載の揚鉱装置。
前記第１放出部は、第２シャッターを含み、前記第２シャッターは、前記管路内と周囲環境とを遮断した第３位置と、前記管路内と前記周囲環境とを連通した第４位置と、の間で移動可能である請求項８に記載の揚鉱装置。
前記第２駆動部は、前記第２シャッターを前記第３位置と前記第４位置との間で移動させることが可能である請求項９に記載の揚鉱装置。
前記カプセル本体は、円筒状をなし、
前記蓋体は、環状をなして前記カプセル本体の円筒状の外周面に対して回転可能に嵌められ、且つ前記第１開口部に対応する貫通孔部を有するとともに、前記貫通孔部が前記第１開口部に重なった第１開放位置と、前記貫通孔部が前記第１開口部から外れた閉塞位置と、の間で前記第２駆動部により回転可能である請求項７～１０のいずれか１項に記載の揚鉱装置。
第２連結管に設けられ、通過する前記カプセルを位置決め可能な第２位置決め部と、
前記第２位置決め部で位置決めされたカプセルの前記蓋体を開閉可能な第２駆動部と、
前記カプセルの第１開放位置にある第１開口部又は第２開放位置にある第２開口部から前記海底物質を放出する第１放出部と、
を備え、
前記カプセル本体は、円筒状をなし、
前記カプセルは、前記カプセル本体の前記第１開口部とは反対側に設けられた前記第２開口部を有し、
前記蓋体は、環状をなして前記カプセル本体の円筒状の外周面に対して回転可能に嵌められ、且つ前記第１開口部および前記第２開口部に対応する貫通孔部を有するとともに、前記貫通孔部が前記第１開口部に重なった第１開放位置と、前記貫通孔部が前記第２開口部に重なった前記第２開放位置と、前記貫通孔部が前記第１開口部および前記第２開口部から外れた閉塞位置と、の間で前記第２駆動部により回転可能である請求項２に記載の揚鉱装置。
前記第１位置決め部よりも上流側で前記第１連結管に設けられ、通過する前記カプセルを、前記第１開口部を下に向けた下向き姿勢で位置決め可能な第３位置決め部と、
前記第３位置決め部で位置決めされたカプセルの前記蓋体を前記第１開口部を閉塞したり開放したりするように移動可能な第３駆動部と、
開放した状態の前記第１開口部から前記不要物質を放出する第２放出部と、
を備える請求項２に記載の揚鉱装置。
前記第３位置決め部は、前記第１連結管の内面に前記カプセルと係合する第４係合部を有し、
前記第２係合部は、前記第４係合部と係合することで前記第２放出部に対して前記第１開口部を位置合わせ可能である請求項１３に記載の揚鉱装置。
前記第２放出部は、第３シャッターを含み、前記第３シャッターは、前記管路内と周囲環境とを遮断した第５位置と、前記管路内と前記周囲環境とを連通した第６位置と、の間で移動可能である請求項１４に記載の揚鉱装置。
前記第３駆動部は、前記第３シャッターを前記第５位置と前記第６位置との間で移動させることが可能である請求項１５に記載の揚鉱装置。
前記第１連結管の内面にらせん状に設けられ、前記第４係合部と前記第１係合部とを接続する第１接続部であって、前記第２係合部と係合して前記第３位置決め部から前記第１位置決め部に向かう前記カプセルを前記下向き姿勢から前記上向き姿勢に回転させつつ案内可能な第１接続部を備える請求項１４に記載の揚鉱装置。
前記カプセル本体は、円筒状をなし、
前記蓋体は、環状をなして前記カプセル本体の円筒状の外周面に対して回転可能に嵌められ、且つ前記第１開口部に対応する貫通孔部を有するとともに、前記貫通孔部が前記第１開口部に重なった第１開放位置と、前記貫通孔部が前記第１開口部から外れた閉塞位置と、の間で前記第３駆動部により回転可能である請求項１４～１７のいずれか１項に記載の揚鉱装置。
前記第１位置決め部よりも上流側で前記第１連結管に設けられ、通過する前記カプセルを位置決め可能な第３位置決め部と、
前記第３位置決め部で位置決めされたカプセルの前記蓋体を開閉可能な第３駆動部と、
前記カプセルの第１開放位置にある第１開口部又は第２開放位置にある第２開口部から前記不要物質を放出する第２放出部と、
を備え、
前記カプセル本体は、円筒状をなし、
前記カプセルは、前記カプセル本体の前記第１開口部とは反対側に設けられた前記第２開口部を有し、
前記蓋体は、環状をなして前記カプセル本体の円筒状の外周面に対して回転可能に嵌められ、且つ前記第１開口部および前記第２開口部に対応する貫通孔部を有するとともに、前記貫通孔部が前記第１開口部に重なった第１開放位置と、前記貫通孔部が前記第２開口部に重なった前記第２開放位置と、前記貫通孔部が前記第１開口部および前記第２開口部から外れた閉塞位置と、の間で前記第３駆動部により回転可能である請求項２に記載の揚鉱装置。
第２位置決め部よりも下流側で第２連結管に設けられ、通過する前記カプセルを前記第１開口部を上に向けた上向き姿勢で位置決め可能な第４位置決め部と、
前記第４位置決め部で位置決めされたカプセルの前記蓋体を開閉可能な第４駆動部と、
前記第２連結管に設けられ、開放した状態の前記第１開口部を介して前記カプセル内に前記不要物質を投入する第２投入部と、
を備える請求項１３に記載の揚鉱装置。
前記第４位置決め部は、前記第２連結管の内面に前記カプセルと係合する第５係合部を有し、
前記第２係合部は、前記第５係合部と係合することで前記第２投入部に対して前記第１開口部を位置合わせ可能である請求項２０に記載の揚鉱装置。
前記第２投入部は、第４シャッターを含み、前記第４シャッターは、前記管路内と周囲環境とを遮断した第７位置と、前記管路内と前記周囲環境とを連通した第８位置と、の間で移動可能である請求項２１に記載の揚鉱装置。
前記第４駆動部は、前記第４シャッターを前記第７位置と前記第８位置との間で移動させることが可能である請求項２２に記載の揚鉱装置。
前記第２連結管の内面にらせん状に設けられ、第３係合部と前記第５係合部とを接続する第２接続部であって、前記第２係合部と係合して前記第２位置決め部から前記第４位置決め部に向かう前記カプセルを前記下向き姿勢から前記上向き姿勢に回転させつつ案内可能な第２接続部を備える請求項２１に記載の揚鉱装置。
前記カプセル本体は、円筒状をなし、
前記蓋体は、環状をなして前記カプセル本体の円筒状の外周面に対して回転可能に嵌められ、且つ前記第１開口部に対応する貫通孔部を有するとともに、前記貫通孔部が前記第１開口部に重なった第１開放位置と、前記貫通孔部が前記第１開口部から外れた閉塞位置と、の間で前記第４駆動部により回転可能である請求項２１～２４のいずれか１項に記載の揚鉱装置。
第２位置決め部よりも下流側で第２連結管に設けられ、通過する前記カプセルを位置決め可能な第４位置決め部と、
前記第４位置決め部で位置決めされたカプセルの前記蓋体を開閉可能な第４駆動部と、
前記カプセルの第１開放位置にある第１開口部又は第２開放位置にある第２開口部から前記不要物質を投入する第２投入部と、
を備え、
前記カプセル本体は、円筒状をなし、
前記カプセルは、前記カプセル本体の前記第１開口部とは反対側に設けられた前記第２開口部を有し、
前記蓋体は、環状をなして前記カプセル本体の円筒状の外周面に対して回転可能に嵌められ、且つ前記第１開口部および前記第２開口部に対応する貫通孔部を有するとともに、前記貫通孔部が前記第１開口部に重なった第１開放位置と、前記貫通孔部が前記第２開口部に重なった前記第２開放位置と、前記貫通孔部が前記第１開口部および前記第２開口部から外れた閉塞位置と、の間で前記第４駆動部により回転可能である請求項１３に記載の揚鉱装置。
前記カプセル本体は、卵形又は楕円体をなしている請求項２～４、６～１０、１３～１７、２０～２４のいずれか１項に記載の揚鉱装置。