JPH05239987A - ジェットポンプ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 吸引力の向上されたジェットポンプ装置を提
供する。 【構成】 吸引管に同軸に連なる直線状通路を有するジ
ェットポンプ本体を有し、このジェットポンプ本体に
は、上方になるにつれて前記直線状通路の管軸方向に向
かう噴射通路５９をジェットポンプ本体の周方向に複数
個設けて、直線状通路５７に連通し、この噴射通路に
は、中央にポンプからの圧力水を噴射する第１通路を有
するノズル片と、第１ノズル片の先端部分を外囲し、第
１ノズル片の外周との間に形成される環状の第２通路か
ら圧縮空気を噴射する第２ノズル片８２とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、たとえば深海底にある
金属塊などを採取して引上げる採鉱装置などに好適に実
施することができるジェットポンプ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】水深５〜６０００ｍもの深海底にはマン
ガンなどの直径０．５〜２５ｃｍ程の金属塊が散らばっ
ている。このような金属塊を採取して海面まで引上げる
採鉱装置などに用いられるジェットポンプ装置では、前
記金属塊と海底の砂や泥とを海水とともに吸上げるため
に大きな吸引力を必要とし、吸引力の向上されたジェッ
トポンプ装置が望まれている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、吸引
力が向上されたジェットポンプ装置を提供することであ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、吸引管に同軸
に連なる直線状通路を有するジェットポンプ本体を有
し、このジェットポンプ本体には、上方になるにつれて
前記直線状通路の管軸方向に向かう噴射通路をジェット
ポンプ本体の周方向に複数個設けて、直線状通路に連通
し、この噴射通路には、中央にポンプからの圧力水を噴
射する第１通路を有するノズル片と、第１ノズル片の先
端部分を外囲し、第１ノズル片の外周との間に形成され
る環状の第２通路から圧縮空気を噴射する第２ノズル片
とが設けられることを特徴とするジェットポンプ装置で
ある。

【０００５】また本発明は、前記第１ノズル片の第１通
路に連通する圧力室を有するケーシングを、ジェットポ
ンプ本体に着脱可能に設けたことを特徴とする。

【０００６】

【作用】本発明に従えば、第１通路からの圧力水と、こ
の圧力水の外周に供給される第２通路からの圧縮空気と
を、噴射通路から直線状通路に導いて、前記通路に上昇
流が形成され、大きな吸引力を得ることができる。

【０００７】またジェットポンプ本体にはケーシングが
着脱自在に設けられ、第１通路などの保守点検が容易に
なり、メンテナンス性が向上される。

【０００８】

【実施例】図１は、本発明の一実施例の全体の系統図で
ある。採鉱船１は海面２に浮かんでおり、海底３にはマ
ンガンなどの金属塊が散らばっている。この金属塊を本
発明に従うジェットポンプを備える採鉱装置４によって
採鉱船１に引上げる。海底３は、たとえば水深５０００
〜６０００ｍ程度の深さである。上下に延びる直管状の
吸引管である揚鉱管５の途中には、複数の同一構成のジ
ェットポンプＰ１１，Ｐ１２，Ｐｉ１，Ｐｉｊ，Ｐｎｍ
が上下に順次的に介在されている。

【０００９】これらのジェットポンプＰ１１〜Ｐｎｍに
個別的に対応して、その各近傍に水圧送用ポンプＰ１１
ａ，Ｐ１２ａ，Ｐｉ１ａ，Ｐｉｊａ，Ｐｎｍａがそれぞ
れ設けられる。これらの水圧送用ポンプＰ１１ａ〜Ｐｎ
ｍａは、それらが設けられている各位置における水を吐
出して、対応するジェットポンプＰ１１〜Ｐｎｍにそれ
ぞれ供給する。

【００１０】前記ジェットポンプＰ１１〜Ｐｎｍには、
圧縮機６から個別的な空気流量調整器７を介して可撓管
Ｌ１，Ｌｉ，Ｌｎから圧縮空気が供給される。水圧送用
ポンプＰ１１ａ〜Ｐｎｍａからの圧力水と、可撓管Ｌ１
〜Ｌｎからの圧縮空気とによって、ジェットポンプＰ１
１〜Ｐｎｍ内に従って揚鉱管５内に上昇流が形成され
る。この上昇流によって、海底３にある金属塊を海面上
に吸上げることが可能となる。揚鉱管５には、揚鉱管５
内を通過する物体の密度を測定する密度計８と、この揚
鉱管５内の物体の流量を測定する流量計９と、揚鉱管５
内の圧力を測定する圧力計１０とが設けられる。密度計
８、流量計９および圧力計１０からの出力は、コンピュ
ータなどによって実現される制御装置１１に入力されて
処理される。

【００１１】揚鉱管５の下端部には、海底３にある金属
塊を集鉱する集鉱機１２が連結される。この集鉱機１２
はキャタピラなどを有して自走することができ、金属塊
をかき集めて揚鉱管５の下端部に導く。揚鉱管５の一部
分は透明材料から成り、この透明材料の部分を介してテ
レビカメラ１３，１４によって揚鉱管５内の状況を撮像
し、モニタ表示装置１５によって表示することができ
る。集鉱機１２にもまた、テレビカメラ１６，１７が設
けられており、採鉱船１において集鉱機１２による金属
塊のかき集めている状況などを知ることができる。揚鉱
管５に設けられているテレビカメラ１３，１４によれ
ば、採鉱の停止位置において揚鉱管５内にある金属塊の
状況を知ることができる。非常時や運転の停止中には、
揚鉱管５から金属塊を排出しておく必要があり、このた
めにテレビカメラ１３，１４が役立つ。

【００１２】処理装置１１は、予め定めたプログラムに
従って、採鉱装置４の運転を制御するものであり、たと
えば、運転開始時にはジェットポンプＰ１１〜Ｐｎｍを
上から下に順に動作を開始させる。また連続運転中にお
いて、これらのジェットポンプＰ１１〜Ｐｎｍが高効率
で作動するように制御する。さらにまた運転停止中にあ
たっては、ジェットポンプＰ１１〜Ｐｎｍは下から上に
順に停止され、これによって揚鉱管５内の金属塊のすべ
てを採鉱船１内に汲上げることが可能となる。非常時に
は、適宜の動作を行って安全な運転の停止などを行うこ
とができるようになる。さらにまた、手動操作によって
連続運転時における調整および非常時における動作をす
ることが可能となるように構成される。

【００１３】図２は、ジェットポンプＰ１１，Ｐｉｊに
関する処理装置１１の構成を示す未端圧定値制御のため
のブロック図である。ジェットポンプＰ１１に関連し
て、流量計９ａ、および圧力計１０ｃが設けられ、さら
にまた圧力計１０ａが設けられる。圧力計１０ａ，１０
ｃからの出力は、比較器１９に入力され、その出力は加
減算器２０を介して、速度制御回路２１に与えられる。
流量計９ａからの出力は流量・揚程関数発生器２２に与
えられ、その出力は、加減算器２０に与えられる。他の
ジェットポンプＰｉｊに関連して、流量計９ｃと圧力計
１０ｂとが設けられており、圧力計１０ｂからの出力
は、加減算器２３に与えられ、また流量計９ｃからの出
力は関数発生器１４に与えられ、この関数発生回路２４
からの出力は、加減算器２３に与えられる。加減算器２
３からの出力は、水圧送用ポンプＰｉｊａを制御する速
度制御回路２５に与えられる。速度制御回路２５からの
出力は、ライン２６を介して空気流量調整器７に与えら
れる。こうして水圧送用ポンプＰｉｊａは、計算上の任
意の点の圧力を一定に保つ働きをし、もう１つの水圧送
用ポンプＰ１１ａは、両者の揚程配分を行う働きをす
る。こうして揚鉱管５内における各深さの一定区間毎に
計算上の任意の点に対しての圧力を予め定めた値に保ち
ながら、各区間内のジェットポンプＰ１１，Ｐｉｊの揚
程配分を制御することが可能となる。

【００１４】図３は、本発明の他の実施例の流量プログ
ラム制御方式を示す。ジェットポンプＰ１１に関連する
水圧送用ポンプＰ１１ａは、速度制御回路２７の出力に
よって制御される。流量計９ｄからの出力は、加減算器
２８に与えられる。ジェットポンプＰｉｊに関連する水
圧送用ポンプＰｉｊａには速度制御回路２７からの出力
が与えられる。流量計９ｅの出力は、加減算回路３０に
与えられる。加減算回路２８，３０には、プログラム流
量設定回路３１からの出力が与えられる。揚鉱管５の計
算上の任意の点に対しての流量を、予め定めたプログラ
ムに従う値のとおりに保つことができる。

【００１５】図４は、本発明のさらに他の実施例の直接
制御方式を示す。ジェットポンプＰ１１に対応する水圧
送用ポンプＰ１１ａは、制御回路３２によって制御され
る。流量計９ｆからの出力は、制御回路３２に与えられ
る。揚鉱管５における流量計９ｆの計測値を目標値との
偏差によって制御する。この場合には、流量計とジェッ
トポンプＰ１１とに時間的遅れがあることを考慮する必
要がある。このような図２に示された末端圧定値制御方
式と、図３に示される流量プログラム制御方式と、図４
に示される直接制御方式とを、個別的にまたは組合わせ
て、制御することが可能である。図２〜図４における実
施例では、流量計９ａ〜９ｆおよび圧力計１０ａ，１０
ｂが用いられ、これらは図１では図面の簡略化を図るた
めに省略されている。

【００１６】本発明のさらに他の実施例として、密度計
８によって鉱物の含有率を計測しながら、各ジェットポ
ンプＰ１１〜Ｐｎｍにおける圧力水および圧縮空気の各
流量を調整し、揚鉱効率を向上するようにしてもよい。
さらにまたテレビカメラ１３，１４；１６，１７によっ
て、揚鉱管５の途中における揚鉱状況、および集鉱機１
２による集鉱状態をモニタ表示装置１５によってモニタ
することが可能である。

【００１７】図５は、ジェットポンプＰ１１，Ｐ１２に
関連する可撓管Ｌ１からの空気圧経路を示す。可撓管Ｌ
１には分配器３３が設けられており、この分配器３３
は、上方のジェットポンプＰ１１には管３４を介して圧
力Ｐ１の圧縮空気を供給し、また管３５を介して、ジェ
ットポンプＰ１２には圧力Ｐ２の圧縮空気を供給する。
ジェットポンプＰ１１，Ｐ１２における海水の圧力差を
ΔＰとすると、圧縮空気の圧力Ｐ１，Ｐ２が数１の関係
を有するように分配器３３が構成される。

【００１８】

【数１】Ｐ２ ＝ Ｐ１＋ ΔＰ このようにして、下方のジェットポンプＰ１０には圧力
差ΔＰだけ高い圧縮空気が供給され、したがって揚鉱管
５内の上昇流を効率よく形成することが可能である。こ
のようにしてジェットポンプＰ１１，Ｐ１２は第１のグ
ループを構成し、また残余のジェットポンプＰｉ１，Ｐ
ｉｊが第ｉ番目のグループを構成し、またジェットポン
プＰｎｍは第ｎ番目のグループを形成し、このようにし
て各グループ毎に可撓管Ｌ１，Ｌｉ，Ｌｎから圧縮空気
が供給され、各可撓管Ｌ１，Ｌｉ，Ｌｎ毎に設けられた
分配器３３，３６，３７（図１参照）によって、各ジェ
ットポンプＰ１１〜Ｐｎｍに供給される圧縮空気の圧力
が調整され、高効率の採鉱が可能となる。

【００１９】図６は、揚鉱管５に備えられたテレビカメ
ラ１３に関連する構成を示す。揚鉱管５の途中には、密
度計８ａ，８ｂが適宜に設けられており、その出力は処
理装置１１に与えられる。テレビカメラ１３が取付けら
れている揚鉱管５の一部は、その揚鉱管５の内部を透視
することができるように透明材料から成る筒部３７が設
けられる。筒部３７を介して、テレビカメラ１３によっ
て撮像された揚鉱管５の内部の映像信号は、モニタ表示
装置１５に与えられる。

【００２０】図７は、揚鉱管５に設けられたダンパ９８
の一部を示す。揚鉱管５には、取付筒３８が螺着されて
おり、この取付筒３８にはブラケット３９が固着され
る。ブラケット３９には、単動シリンダ４０のヘッド側
の端部がピン４１によって固定される。ピストン棒４２
は、取付筒３８に上端部４３が嵌り込む揺動管４４のブ
ラケット４５にピン４６によって連結される。この揺動
管４４は、ピン４７によって取付筒３８に連結される。
揺動管４４の下端部は、揚鉱管５に取付けられた取付部
材４８に嵌り込むことができる。

【００２１】図８は図７の切断面線ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ
から見た断面図であり、図９はその正面図である。取付
筒３８，４８間にわたって、揺動管４４を案内する案内
板４９，５０が、上下に延びる。シリンダ４０に圧油を
供給することによって、そのピストン棒４２が縮退し、
揺動管４７４はピン４７のまわりに図１０の反時計方向
に角変位する。これによって運転休止中における揺動管
４４よりも上方の揚鉱管５に止留っている金属塊が矢符
５１のように排出される。また揺動管４４よりも下方の
揚鉱管５から上昇されてくる金属塊を矢符５２のように
管外に排出することができる。このようにして揚鉱管５
の休止中および休止直前において、揚鉱管５内の金属塊
を管外に排出することができる。揺動管４４の下端部
は、取付管４８から図１０に明らかなようにずれてお
り、したがって揺動管４４を介する下方への金属塊は、
前述のように矢符５１のように排出され、取付管４８に
戻ることはない。揺動管４４の揺動軸線を有するピン４
７は揚鉱管５の管軸に直角方向に延びる。

【００２２】図１１は、ジェットポンプＰ１１の断面図
である。ジェットポンプ本体５４は揚鉱管５にフランジ
継手５５によって連結され、このジェットポンプ本体５
４は揚鉱管５に同軸に連なる直線状の通路５７を有す
る。ジェットポンプ本体５４には、上方になるにつれて
管軸５８の方向に向かう噴射通路５９が設けられる。

【００２３】図１２は図１１の切断面線ＸＩＩ−ＸＩＩ
から見た断面図であり、図１３はその一部の分解斜視図
であり、図１４は図１１の切断面線ＸＩＶ−ＸＩＶから
見た断面図である。噴射通路５９はジェットポンプ本体
５４の周方向に複数個（この実施例では５）形成されて
おり、その噴射通路５９の各軸線は管軸５８を含む仮想
平面内にある。ジェットポンプ本体５４の下端部には、
空気室６０が形成されている。この空気室６０には、管
路Ｌ１からさらには分配器３３を介して管路３４から、
圧縮空気が供給される。ジェットポンプ本体５４には、
取付手段６１によって環状の圧力水室６２を有するケー
シングである環状体６３がジェットポンプ本体５４の下
筒部５４ａを外囲する。圧力水室６２には水圧送用ポン
プＰ１１ａから管路６４を介して圧力水が供給される。

【００２４】取付手段６１は、図１３に示されるように
ジェットポンプ本体５４に設けられたブラケット６５
と、このブラケット６５に設けられたヒンジピン６６ａ
とを含み、ヒンジピン６６ａによってボルト６６の基端
部６７が枢支される。このボルト６６は、爪部材６８に
形成された挿通孔６９を緩やかに挿通し、爪部材６８の
下端面７０よりも外方でナット７１に螺合する。爪部材
６８の爪７２は、環状体６３に形成された凹所７３に嵌
り込む。ナット７１を締付けることによって、爪７２は
凹所７３に係合した状態が保持される。

【００２５】環状体６３には、圧力水室６２に連通する
連通孔７４が形成される。ジェットポンプ本体５４と環
状体６３との間には、ガスケット７５が介在される。

【００２６】図１５は図１４に対応する本発明の他の実
施例の断面図であり、対応する部分には同一の参照符を
付す。ジェットポンプ本体５４に形成されている噴射通
路５９は、ジェットポンプ本体５４の管軸５８を含む仮
想平面に関して、すなわちジェットポンプ本体５４の半
径方向に関して、時計方向に角度θだけずれている。こ
れによって、噴射通路５９からの流体は直線状通路５７
内において旋回することが可能となる。

【００２７】図１６はジェットポンプＰ１１の一部の断
面図であり、図１７はその分解斜視図である。噴射通路
５９の基端部には、内ねじ７５が形成されており、その
後方（図１６の左方、図１１の下方）には、それよりも
大径の内ねじ７６が形成される。内ねじ７６には第１ノ
ズル片７７の外ねじ７８が螺合する。第１ノズル片７７
の端部には、第１ノズル片７７をその軸線まわりに回転
して取付けるためのたとえばドライバなどのような締付
具を掛合するための係合溝７９が形成されている。圧力
水室７４からの圧力水は第１ノズル片７７の円錐状孔８
０からそれよりも小径の円錐状ノズル孔８１に導かれ、
こうして圧力水の第１通路９７が形成される。

【００２８】内ねじ７５には、第２ノズル片８２の外ね
じ８３が螺合する。この第２ノズル片８２にもまた、内
ねじ７５と外ねじ８３とを螺合するために、締付具を掛
合するための係合溝８４が形成されている。第２ノズル
片８２は、第１ノズル片７７の外周よりも大きい内径を
有する円錐状のノズル孔８５を有する。こうして第１ノ
ズル片７７の外周面と、第２ノズル片８２の内周面との
間に、圧縮空気を供給する第２通路８６が形成される。

【００２９】第１ノズル片７７の上流側に臨む環状の端
面８７と、第２ノズル片８２の下流側に臨む端面８８と
の間には、筒状のスペーサ８９が介在される。このスペ
ーサ８９には、周方向に複数の空気通過孔９０が形成さ
れる。ジェットポンプ本体５４の空気室６０には、空気
通過孔９０に対応して形成された空気供給孔９１が形成
される。この空気供給孔９１と、空気通過孔９０との周
方向の位置がぴったり一致するために、スペーサ８９に
は外方に突出した位置決め突起９３が形成されている。
この位置決め突起９３は、図１８に示されるように空気
供給孔９１に臨んで形成され、かつ噴射通路５９の軸線
に沿って延びる位置決め凹所９４に嵌り込むことができ
る。

【００３０】このようにして空気室６０からの圧縮空気
は、空気供給孔９１からスペーサ８９の空気通過孔９０
を経て、第２通路８６から噴射される。スペーサ８９の
長さＬを適宜選ぶことによって、第２通路８６の通路断
面積を適切に定めることができる。これによって噴射流
の調整が正確に達成可能となる。取付手段６１を外すこ
とによって、環状体６３を図１１の下方に充分変位する
ことができ、第１および第２ノズル片７７，８２および
スペーサ８９の交換などのメンテナンスが容易となる。

【００３１】ノズル孔８１から噴射された圧力水の外周
に、第２通路８６からの圧縮空気の層が形成されるの
で、噴射通路５９を圧力水および圧縮空気が円滑に流
れ、直線状通路５７に円滑に導かれる。このようにして
噴射通路５９から直線状通路５７内に噴射される圧力水
によって、直線状通路５７の水に大きな圧力を上方に向
けて作用させ、高速度の上昇流を形成することができ
る。特に、噴射通路５９から直線通路５７内に噴射され
る空気によって、直線状通路５７内の上昇流がほぼ筒状
に外囲されるので、空気の供給がない場合に比べて、管
内の流体抵抗損失を可及的に少なくして、上昇流の飛翔
距離を延ばすことができ、これによって金属塊などの鉱
物を効率よく吸引することが可能となる。なお、ジェッ
トポンプ本体５４内において、噴射通路５９からの流体
が可及的に乱れずに供給することができるようにするた
めに、そのジェットポンプ本体５４の上部の管路９５は
比較的長く形成されている。

【００３２】しかも直線状通路５７の上昇流には、噴射
通路５９から噴射された空気によるエアリフト効果によ
って上昇速度は加速され、大きな吸引力を得ることがで
きる。

【００３３】さらに、第１ノズル７７から噴射された圧
力水のまわりには圧縮空気が噴射されるので、噴射直後
の圧力水の拡散を防いで圧力損失を少なくし、あるいは
なくし、かつキャビテーション摩耗を防止することがで
きる。

【００３４】本発明の他の実施例として、前記圧力水に
代えて他の圧力流体を用いるようにしてもよい。

【００３５】また本発明に従うジェットポンプ装置は、
採鉱装置に用いるだけでなく、その他の大きな吸引力を
必要とするあらゆる装置に実施することが可能である。

【００３６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、第１ノズ
ル片の第１通路からの圧力水と、第２ノズル片の第２通
路からの圧縮空気とを直線状通路に噴射するようにした
ので、圧力水による噴射力とその圧力水を外囲して噴射
される圧縮空気とによって大きな噴射力を得ることがで
きる。このような大きな噴射力を有する圧縮空気に外囲
された圧力水が噴射通路から直線状通路に噴射されるの
で、前記直線状通路に臨む噴射通路の開口部付近で、直
線状通路内の上昇流が前記開口側に流れ込むことを防止
することができ、乱流の発生を防止することができる。
また前記噴射通路から噴射される空気によって直線状通
路内の上昇流を外囲することができるので、直線状通路
内の流体抵抗を少なくして高速度の上昇流を形成し、大
きな吸引力を得ることができる。また、前記圧力水の外
周に圧縮空気を供給するようにしたので、噴射通路の内
周面と圧力水とが直接に接触することを可及的に少なく
し、これによって圧力損失を小さくすることができると
ともに、キャビテーション摩耗を防止することができ
る。

【００３７】また本発明によれば、ケーシングをジェッ
トポンプ本体に着脱可能に設けるようにしたので、保守
点検を容易に行うことができ、メンテナンス性を向上す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の全体の系統図である。

【図２】本発明のジェットポンプの運転のための構成を
示す、未端圧定値制御方式を示すブロック図である。

【図３】本発明の他の実施例の流量プログラム制御方式
を示すブロック図である。

【図４】本発明のさらに他の実施例の直接制御方式を示
すブロック図である。

【図５】ジェットポンプＰ１１に供給する圧縮空気の系
統図である。

【図６】テレビカメラ１３に関連する構成を示す図であ
る。

【図７】揚鉱管５の途中に設けられたダンパの断面図で
ある。

【図８】図７の切断面線ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩから見た断
面図である。

【図９】ダンパの右側面図である。

【図１０】ダンパを開放した状態を示す断面図である。

【図１１】ジェットポンプＰ１１の断面図である。

【図１２】図１１の切断面線ＸＩＩ−ＸＩＩから見た断
面図である。

【図１３】取付手段６１の分解斜視図である。

【図１４】図１１の切断面線ＸＩＶ−ＸＩＶから見た断
面図である。

【図１５】本発明の他の実施例の図１４に対応する断面
図である。

【図１６】ジェットポンプＰ１１の一部の断面図であ
る。

【図１７】図１６に示された構成の分解斜視図である。

【図１８】圧縮空気供給孔９１付近の切欠斜視図であ
る。

【符号の説明】

１ 採鉱船 ３ 海底 ４ 採鉱装置 ５ 採鉱管 ８ 密度計 ９，９ａ〜９ｆ 流量計 １０，１０ａ，１０ｂ 圧力計 Ｐ１１〜Ｐｎｍ ジェットポンプ Ｐ１１ａ〜Ｐｎｍａ 水圧送用ポンプ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸引管に同軸に連なる直線状通路を有す
   るジェットポンプ本体を有し、このジェットポンプ本体
   には、上方になるにつれて前記直線状通路の管軸方向に
   向かう噴射通路をジェットポンプ本体の周方向に複数個
   設けて、直線状通路に連通し、この噴射通路には、中央
   にポンプからの圧力水を噴射する第１通路を有するノズ
   ル片と、第１ノズル片の先端部分を外囲し、第１ノズル
   片の外周との間に形成される環状の第２通路から圧縮空
   気を噴射する第２ノズル片とが設けられることを特徴と
   するジェットポンプ装置。
2. 【請求項２】 前記第１ノズル片の第１通路に連通する
   圧力室を有するケーシングを、ジェットポンプ本体に着
   脱可能に設けたことを特徴とする請求項１記載のジェッ
   トポンプ装置。