KR102019150B1 - 분리식 해저 채굴 시스템 - Google Patents

Abstract

적어도 집중 스테이지, 회수 스테이지, 및 운반 스테이지를 포함하는 다중 스테이지 해저 채굴 시스템이 제공된다. 상기 시스템은 해저 물질들을 처리하는 집중 시스템(50), 기처리된 해저 물질을 수집하는 회수 기계(300), 및 상기 회수 기계(300)에 의하여 수집된 상기 기처리된 해저 물질을 받아들이고 상기 기처리된 해저 물질의 개별 꾸러미들을 수상 선박(100)으로 운반하는 기계적 운반 시스템(40)을 포함한다.

Description

분리식 해저 채굴 시스템{DECOUPLED SEAFLOOR MINING SYSTEM}

본 발명은 복수의 스테이지(stage)들로 분리된 해저 채굴 시스템에 관한 것이다. 특히 본 발명은 집중 스테이지(concentration stage), 회수 스테이지(reclamation stage), 및 운반 스테이지(haulage stage)를 포함하는 분리식 해저 채굴 시스템에 관한 것이지만, 이에 국한되는 것은 아니다.

여기에서 설명되는 배경기술은 그러한 기술 내용이 흔한 일반적인 지식이라는 것을 인정한다는 것으로 추정되어서는 안 될 것이다.

해양의 다양한 위치들에는 예를 들어 황화 침전물(sulphide precipitate) 또는 다금속 단괴(polymetallic nodule)와 같은 높은 가치의 해저 물질이 대략 300 내지 6,000 미터, 종종 대략 4,000 내지 5,000 미터 사이의 수심 깊이의 해저 상의 표면층에 존재한다.

해저로부터 단괴들을 수집 및 운반하는 상업상 현실성있는 채굴 시스템을 개발하려는 노력이 있어왔다. 다수의 다양한 작용들이 감안되어야 하기 때문에, 통상적으로 그러한 시스템은 복잡한 구성을 갖는다. 예를 들어, 해저에서의 채굴 작업을 수행하는 해저 채굴 기계, 해저 물질을 모으는 해저 회수 기계, 모아진 해저 물질을 수표면으로 운반하는 인상기(riser)와 같은 해저 운반 시스템이 있을 수 있다. 만일 이 기계들이 단일의 채굴 시스템으로 통합된다면, 시스템의 최대 출력 효율을 달성하기 위하여 이들 모두가 동시에 협력하여 작동하여야 한다.

그러나 하나의 기계가 어떤 문제점에 맞닥뜨리면 전체 생산 시스템이 중단되거나 또는 적어도 생산량이 감소하게 된다. 또한, 해저에서 또는 해저 가까이에 기반 시설(infrastructure)이 많으면, 다양한 기계 또는 장비와의 교통 문제를 발생시켜 다른 기계 또는 장비와 얽히는 문제가 유발될 수 있다. 이것은 생산량의 감소를 초래할 뿐만 아니라, 라인(예를 들면 엄빌리컬 라인(umbilical line))들의 충돌 또는 꼬임을 초래하고, 이것은 기계 또는 장비의 손상 또는 생산량 감소로 귀결된다.

위와 같은 프로세스에서 특히 고비용의 부분은 수상 선박(surface vessel) 및 이와 연관된 운반 시스템에 관련된다. 수상 선박은 광물을 수상 선박으로 전달하기에 충분한 길이로 해저를 향해 연장된 인상 시스템(riser system)을 구비하기에 충분히 클 필요가 있다. 이와 같은 규모의 인상 시스템과 관련된 무게는 상당히 크며, 따라서 수상 선박은 그 무게를 견딜 수 있는 정도의 크기를 가질 필요가 있다. 또한 단괴들을 수표면으로 운반하는 데에는 상당량의 에너지가 소비된다. 이것은 특히 어떤 주어진 시간 기간에 상대적으로 적은 양의 단괴들이 모아진 때 또는 수심이 깊어 수직 운반 거리가 큰 경우에 상기 모아진 해저 물질들을 회수함에 있어 매우 높은 작동 비용을 발생시킨다.

본 발명은 전술된 단점들 또는 문제점들 중의 적어도 하나를 해소 또는 경감시키거나 또는 적어도 유용한 대안을 제시하는 해저 채굴 시스템을 제공함을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 바람직한 목적들은 아래의 상세한 설명으로부터 명확히 이해될 것이다.

비록 유일하거나 가장 포괄적인 형태의 것은 아닐지 몰라도 본 발명의 일 형태에 따라 제공되는 해저 채굴 시스템은:

해저 물질들을 처리하는 적어도 하나의 집중 시스템(concentrating system);

기처리된(processed) 해저 물질들을 수집하는 적어도 하나의 회수 기계(reclaimer machine); 및

상기 회수 기계에 의하여 수집된 기처리된 해저 물질들을 받아들이고, 기처리된 해저 물질들을 수상 선박으로 상승시키는, 적어도 하나의 운반 시스템(haulage system);을 포함하고,

상기 운반 시스템은 상기 회수 기계에 의하여 수집된 해저 물질의 개별 꾸러미(parcel)들을 수상 선박으로 운반하는 기계적 운반 시스템이다.

바람직하게는, 상기 적어도 하나의 집중 시스템은 기처리된 해저 물질들을 해저 상에 배치하도록 구성되고, 상기 적어도 하나의 회수 기계는 상기 해저 상에 배치된 기처리된 해저 물질들로부터 기처리된 해저 물질들을 수집하도록 구성된다. 바람직하게는, 상기 적어도 하나의 집중 시스템은 기처리된 해저 물질들을 해저 상에 열(windrow)을 이루어 배치하도록 구성되고, 상기 적어도 하나의 회수 기계는 상기 해저 상의 열로부터 기처리된 해저 물질들을 수집하도록 구성된다.

바람직하게는, 상기 적어도 하나의 집중 시스템은 수중 이동선(undersea vehicle)을 포함한다. 바람직하게는, 상기 수중 이동선은 수표면에 위치한 견인 선박(tow vessel)에 의하여 견인된다. 바람직하게는, 상기 수중 이동선은 해저 상에 위치한 단괴 수집 장치(nodule collecting apparatus)를 포함한다. 바람직하게는, 상기 단괴 수집 장치는 견인 선박에 의하여 견인되도록 구성된 조종 이동선(steering vehicle)에 연결된다.

바람직하게는, 상기 수중 이동선은 단괴 수집 장치의 위치를 판별하도록 구성된 위치 판별 기기(position determination device)를 포함한다. 바람직하게는, 상기 위치 판별 기기는 단괴 수집 장치의 위치 정보를 조종 이동선 및/또는 견인 선박과 교신한다.

바람직하게는, 상기 조종 이동선은 단괴 채굴 장치의 방향을 변경하도록 구성된다. 적합하게는, 상기 조종 이동선은 위치 판별 기기로부터 단괴 수집 장치의 위치 정보를 수신함에 응답하여 단괴 채굴 장치의 방향을 변경하도록 구성된다.

바람직하게는, 상기 단괴 수집 장치는 복수의 단괴 수집 기기(nodule collection device)를 포함한다. 바람직하게는, 상기 단괴 수집 기기들은 지지 부재(support member)에 고정된다. 바람직하게는, 각각의 단괴 수집 기기는 단괴 수집 기기의 하측면에 인접한 해저로부터 광물 단괴들을 수집하도록 구성되고, 그 단괴들을 배출 파이프(outlet pipe)로 소통시킨다. 바람직하게는, 상기 단괴 수집 장치는, 수집된 광물 단괴들을 각각의 단괴 수집 기기의 배출 파이프로부터 받아들이도록 구성된 통합적 배출 파이프를 포함하고, 그 수집된 단괴들을 해저 상에 열(windrow)의 형태로 다시 내려놓는다.

바람직하게는, 상기 운반 시스템은 적어도 하나의 컨테이너(container)를 포함한다. 바람직하게는, 상기 컨테이너들은 회수 기계로부터 기처리된 해저 물질들을 받아들이고, 상기 기처리된 해저 물질들을 해수면으로 운반한다. 바람직하게는, 상기 운반 시스템은 해저와 수표면 사이에서 적어도 부분적으로 연장된 적어도 하나의 라인 부재(line member)를 포함한다. 바람직하게는, 컨테이너가 라인 부재에 연결된다. 바람직하게는 컨테이너들이 라인 부재에 의하여 견인된다. 바람직하게는 라인 부재가 윈치에 의하여 구동된다. 바람직하게는 라인 부재의 적어도 실질적 부분이 합성 로프로 이루어진다.

바람직하게는, 각각의 컨테이너는, 컨테이너가 수중에서 추진, 또는 바람직하게는 견인됨에 따라서 기동(manoeuvre)함을 가능하게 하는 조종가능 요소(steerable element)를 구비한다. 바람직하게는 상기 조종가능 요소가 적어도 하나의 조절가능한 표면을 포함한다. 상기 조종가능 요소는 러더(rudder), 플랩(flap), 및/또는 적어도 하나의 조정가능한 하이드로포일(hydrofoil)을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 조종가능 요소가 일 경로를 따라서 컨테이너를 안내하도록 제어될 수 있다. 상기 조종가능 요소는 원격으로 제어될 수 있지만, 바람직하게는 자율적으로 제어된다. 바람직하게는, 상기 조종가능 요소가 조종가능 요소를 능동적으로 트리밍(actively trimming)함에 의하여 제어된다.

바람직하게는, 상기 컨테이너는 위치 판별 시스템(position determination system)을 포함하고, 더 바람직하게는 관성 측정에 기초하여 위치 평가치를 제공하는 관성 네비게이션 시스템(inertial navigation system)을 포함한다. 바람직하게는, 상기 조종가능 요소가 상기 위치 판별 시스템으로부터의 위치 평가치를 기준으로 제어된다. 바람직하게는, 컨테이너가 미리 정해진 경로를 따르도록 프로그램된다.

바람직하게는, 상기 적어도 하나의 회수 기계는 해저 상에서 상기 기처리된 해저 물질 위로 이동하는 해저 이동선(seafloor vehicle)을 포함한다. 바람직하게는 상기 회수 기계가 미처리(unprocessed) 해저 물질의 상당 부분을 해저로부터 수집하지 않고서 해저 상에 기처리 해저 물질의 열(windrow)을 수집하도록 구성된다. 바람직하게는, 상기 적어도 하나의 회수 기계는 상기 기처리 해저 물질을 슬러리(slurry) 형태로 임시 저장 컨테이너로 수력학적으로 펌핑하는 펌프를 포함한다. 바람직하게는 상기 임시 저장 컨테이너가 해저 위에 부유하는 버퍼이다. 바람직하게는 상기 버퍼가 상기 회수 기계로부터 슬러리 호스를 거쳐서 기처리 해저 물질을 받아들인다. 바람직하게는 상기 버퍼가 모아진 해저 물질을 추가적으로 처리한다.

바람직하게는, 상기 임시 저장 컨테이너는 상기 모아진 해저 물질을 상기 운반 시스템의 컨테이너로 전달하도록 구성된다. 바람직하게는 상기 운반 시스템의 컨테이너가 임시 저장 컨테이너로 이동하고, 임시 저장 컨테이너로부터 해저 물질의 개별 꾸러미를 로딩받는다. 바람직하게는 그 다음에 상기 컨테이너가 상기 임시 저장 컨테이너로부터의 해저 물질의 개별 꾸러미를 수표면으로 운반한다.

바람직하게는 복수의 컨테이너들이 모아진 해저 물질을 적어도 하나의 임시 저장 컨테이너로부터 단일의 수상 선박으로 운반한다. 바람직하게는 복수의 회수 기계들이 해저로부터 상기 적어도 하나의 임시 저장 컨테이너로, 기처리된 해저 물질을 수집한다.

본 발명의 다른 일 형태에 따라 제공되는 해저 채굴 방법은:

집중 시스템에 의하여 해저 물질을 처리함으로써 요망되는 해저 물질을 집중시키는 단계;

기처리된 해저 물질을 회수 기계로 수집하는 단계; 및

수집된 해저 물질의 개별 꾸러미들을 회수 기계로부터 수상 선박으로 운반하는 기계적 운반 시스템을 이용하여, 수집된 해저 물질을 수상 선박으로 운반하는 단계;를 포함한다.

바람직하게는, 상기 요망되는 해저 물질을 집중시키는 단계는 바람직하게는 해저를 따라서 수표면 상에 위치한 견인 선박 뒤에서 단괴 수집 장치를 견인함을 포함한다. 바람직하게는, 상기 요망되는 해저 물질을 집중시키는 단계는 단괴 수집 장치가 미리 정해진 경로를 벗어난 때를 판별함을 포함한다. 바람직하게는, 상기 단괴 수집 장치가 미리 정해진 경로로부터 벗어난 것으로 판별되는 때에는, 상기 단괴 수집 장치를 상기 미리 정해진 경로로 복귀시키도록 단괴 수집 장치의 방향이 변경된다. 바람직하게는, 상기 견인 선박과 단괴 수집 장치 사이에 수중 조종 이동선이 배치되고, 수중 조종 이동선은 단괴 수집 장치의 방향을 변경하도록 구성된다.

바람직하게는, 상기 수집된 해저 물질을 수상 선박으로 운반하는 단계는 수집된 해저 물질을 해저에 또는 해저 가까이에 위치한 적어도 하나의 컨테이너로 전달함을 포함한다. 바람직하게는 상기 해저 채굴 방법이 상기 컨테이너를 적어도 하나의 라인 부재에 의하여 수표면으로 견인하는 단계를 더 포함한다. 바람직하게는 상기 컨테이너를 수표면으로 견인하는 단계는 상기 컨테이너의 적어도 하나의 조종가능 요소를 이용하여 컨테이너를 안내함을 포함한다.

바람직하게는, 상기 해저 물질을 수집하는 단계는 상기 수집된 해저 물질을 바람직하게는 슬러리 형태로 파이프를 통해서 회수 기계로부터 임시 저장 컨테이너로 전달하는 단계를 포함한다. 바람직하게는, 수집된 해저 물질을 해저 또는 해저 가까이에 위치한 적어도 하나의 컨테이너로 전달하는 단계는 수집된 해저 물질을 상기 임시 저장 컨테이너로부터 상기 컨테이너로 전달함을 포함한다.

본 발명의 다른 특징들 및 장점들은 하기의 상세한 설명으로부터 명확히 이해될 것이다.

아래에서는 하기의 첨부 도면들을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 단지 예로서만 상세히 설명할 것이다.
도 1 은 해저 채굴 시스템의 사시도이고;
도 2 는 해저 채굴 시스템의 측면도이고;
도 3 은 해저 채굴 시스템의 평면도이다.

도 1 내지 도 3 에는 수중 이동선을 구비한 집중 시스템(50)을 포함하는 해저 채굴 시스템(10)이 도시되어 있는데, 상기 수중 이동선은 견인 선박(520)에 의하여 견인되는 조종 이동선(510)에 연결된 단괴 수집 장치(500)를 구비한다. 해저 채굴 시스템(10)의 요망되는 생산 요구량을 달성하기 위하여 하나 이상의 집중 시스템(50)들이 존재할 수 있다. 해저 채굴 시스템(10)은 하나 이상의 회수 기계(300)와 기계적 운반 시스템(40)도 포함하며, 상기 운반 시스템(40)은 라인 부재(150)들에 연결된 컨테이너(400)들을 포함하고, 상기 라인 부재(150)들은 버퍼(200)의 형태인 임시 저장 컨테이너들과 수상 선박(100) 사이에서 연장된다.

집중 시스템(50)의 조종 이동선(510)은 견인 라인(tow line; 522)을 거쳐서 견인 선박(520)에 연결되고, 단괴 수집 장치(500)는 이동선 라인(vehicle line; 512)을 거쳐서 조종 이동선(510)에 연결된다. 견인 선박(520)은 보트, 터그(tug), 또는 쉽(ship)의 형태를 갖는다. 조종 이동선(510)은 원격으로 조종되고 그리고/또는 미리 정해진 코스를 따르도록 프로그램되는 원격 작동식 견인 이동선(Remotely Operated Towed Vehicle; ROTV)의 형태인 것이 바람직하다.

조종 이동선(510)은 단괴 수집 장치(500)에 가깝고 견인 선박(520)과 멀게 배치된다. 예를 들어 단괴 수집 장치(500)가 대략 5,000 미터인 깊이 'd'의 수중에서 작동하는 경우(도 2 참조), 견인 선박(520)과 단괴 수집 장치(500) 사이의 거리는 8,000 미터일 수 있다. 이와 같은 거리에서는, 조종 이동선(510)이 단괴 수집 장치(500)로부터 대략 20 내지 100 미터의 거리를 두고 배치되는 것이 바람직하다.

기계적 운반 시스템(40)은, 버퍼(200)들의 유입구에 연결된 슬러리 호스(slurry hose; 310)들의 형태를 가진 파이프들을 거쳐서, 수집된 해저 물질을 회수 기계(300)들로부터 받아들인다. 상기 버퍼(200)들은 소정량의 수집된 해저 물질을 저장하며, 컨테이너(400)가 가까이 위치한 때(도 1 참조)에 해저 물질의 개별 꾸러미가 컨테이너(400)로 전달된다. 일단 컨테이너(400)가 로딩(loading)되면, 개별의 라인 부재(150)가 컨테이너(400)를 수표면으로 견인하며, 여기에서 수상 선박(100)으로 언로딩(unloading)된다. 라인 부재(150)는 수상 선박(100) 상에 위치한 윈치(110)들에 의하여 구동되는 합성 로프일 수 있다. 상기 컨테이너(400)들은 조종가능 요소, 바람직하게는 조정가능한 플랩(adjustable flap)들을 구비하며, 이것은 인접한 컨테이너(400)와의 충돌 및/또는 수중 라인들의 꼬임을 방지하기 위해서, 라인 부재(150)에 의하여 이끌려질 때 컨테이너(400)가 수중에서 기동함을 가능하게 한다. 전체 해저 채굴 시스템(10)의 운반 용량을 증가시키기 위하여 하나 이상의 기계적 운반 시스템(40)이 집합적으로 사용되어 복수의 기계적 운반 시스템(40)을 제공할 수 있다 (도 1 참조).

사용시, 적어도 하나의 집중 시스템(50)은 단괴 수집 장치(500)를 견인함으로써 해저(20)에 대한 처리를 수행하고, 상기 단괴 수집 장치(500)는 견인 선박(520) 뒤에서 지지 부재에 고정된 복수의 단괴 수집 기기들을 구비한다. 단괴 수집 장치(500)는 조종 이동선(510)에 의해 통제되는바, 조종 이동선(510)은 미리 정해진 경로를 따르기 위하여 위치 판별 기기로부터의 위치 데이터를 이용해서 단괴 수집 장치(500)의 경로를 통제한다.

단괴 수집 장치(500)가 해저(20)를 횡단함에 따라서, 단괴 수집 장치의 단괴 수집 기기 각각은 그 하측에 인접한 해저로부터 단괴들을 수집하고, 통합적 배출 파이프(514)를 통해 그 단괴들을 소통시킨다. 단괴 수집 장치(500)에 의하여 처리된 해저 물질의 단괴들은 집중된 열(windrow; 22)로 배치된다. 단괴 수집 장치(500)가 해저(20)를 횡단할 때, 그것은 위치 판별 기기를 이용하여 이동하며 복수의 긴 열(22)을 생성하는바, 상기 열들은 나중에 회수 기계(300)에 의하여 집어 올려진다.

시스템 생산량 요구량에 따라서, 하나 이상의 회수 기계(300)가 처리 완료된 해저(24)를 횡단하면서 열(22)로부터 기처리된 해저 물질들을 수집한다. 회수 기계(300)들은 다른 어떤 형태의 선박에 의하여 견인되지 않고서 그들 자체의 동력을 이용해서 해저의 부드럽고 종종 점착성인 진흙 위에서 횡단할 수 있는, 트랙을 따라 움직이거나 또는 아르키메데스 스크류(Archimedes screw)로 추진되는 이동선인 것이 바람직하다. 회수 기계(300)들은 민첩하게 조종될 수 있으므로, 회수 기계(300)는 지형에 적응하여 열(22)에 적층되어 있는 해저 물질들을 신뢰성있게 수집할 수 있다. 회수 기계(300)들 각각은 버퍼(200)로부터 회수 기계(300)까지 연장되는 엄빌리컬(310)에 의하여 동력을 공급받고 제어된다. 버퍼(200)로부터 동력 및 제어를 받기 때문에, 회수 기계가 수상 선박(100)으로부터의 엄빌리컬에 의하여 동력 및 제어를 받는 경우에 비하여 회수 기계(300)들까지의 엄빌리컬들이 훨씬 더 짧게 된다. 그 다음, 회수 기계(300)들로부터의 수집된 해저 물질들은 슬러리 형태로, 유연한 슬러리 호스(310)를 거쳐서 버퍼(200)들로 운반된다.

컨테이너(400)들은 버퍼(200)들과 수상 선박(100) 사이로 이동한다. 컨테이너(400)들이 버퍼(200)에 인접하게 위치한 때에는, 컨테이너(400)들이 해저 물질의 개별 꾸러미로 채워진다. 일단 해저 물질이 버퍼(200)로부터 전달된 다음에는, 컨테이너(400)가 수상 선박(100) 상의 윈치(110)에 의해 작동되는 라인 부재(150)에 의하여 수표면으로 견인된다. 컨테이너가 버퍼와 수상 선박(100) 사이로 이동함에 따라서, 컨테이너가 경로를 따라 이동하도록 조종가능 요소가 트리밍(trimming)되고, 이로 인하여 꼬임 또는 충돌이 방지된다. 일단 컨테이너가 수표면(해수 표면)에 도달하면, 해저 물질들의 꾸러미를 언로딩(내려 놓음)하고 다시 버퍼(200)를 향하여 하강하도록 보내진다.

유리하게는, 해저 채굴 시스템(10)이 적어도 3개의 스테이지들로 이루어진 효율적인 분리식 시스템을 제공하는바, 그 3개의 스테이지들은 해저 상에서 처리된 해저 물질의 열(22)을 형성하는 집중 스테이지, 물질을 열(22)로부터 버퍼(200)로 운반하는 회수 스테이지, 및 기처리된 해저 물질을 버퍼(200)들로부터 수상 선박(100)으로 운반하는 운반 스테이지이다. 상기 3개의 스테이지들은 상이한 시간에 상이한 지역에서 수행될 수 있으므로, 많은 효율적인 개선이 이루어질 수 있게 된다.

예를 들어 집중 시스템(50)은, 기계적 운반 시스템(40)과의 선 꼬임 또는 회수 기계(300)의 진로 방해를 유발할 위험없이 열을 생성하면서 넓은 면적의 해저에 걸쳐 작업을 수행할 수 있다. 작동하는 회수 기계(300)들의 갯수는, 해저 물질의 다양한 양에 따라서 또는 다양한 지형에서 기계적 운반 시스템(40)에 대한 공급이 원활하게 이루어짐을 보장하도록 달리 정해질 수 있다. 또한 만일 예를 들어 기계적 운반 시스템(40)에서의 보수 또는 장비 고장으로 인한 중단시에도, 이로 인하여 집중 시스템(50)이 해저(20)에 대한 작업 처리를 계속하여 열(22)을 생성하거나 또는 회수 기계(300)들이 버퍼(200)를 채우거나 새로운 위치로 이동함을 저해하지 않는다.

해저 물질이 열(22)로 집중된 이후에는, 회수 기계(300)들이 그 집중된 해저 물질들을 효율적으로 수집할 수 있다. 회수 기계(300)들은 집중 시스템(50)의 일부가 아니기 때문에, 집중 시스템의 작업이 완료된 영역에서도 작업을 수행할 수 있으며, 따라서 집중 시스템을 방해하지 않는다. 또한, 예를 들어 집중 시스템(50)에 보수 또는 장비 고장으로 인한 중단이 있더라도 이로 인하여 기계적 운반 시스템(40)이 해저(20)에 열(22)을 지어 있는 이전에 처리된 해저 물질들을 수집 및 운반함을 계속하는데 방해가 되지 않는다. 나아가, 회수 기계(300)들이 예를 들어 새로운 위치로의 이동을 위하여 생산을 중단하더라도, 버퍼(200) 및 컨테이너(400)들은 수상 선박(100)으로 해저 물질을 계속하여 공급할 수 있다.

상기 기계적 운반 시스템도 에너지 효율적이며, 특히 인상기에 비하여 상당히 큰 에너지 효율성을 갖는다. 안내되는 컨테이너(400)들도 수중의 기계적 운반 시스템과 관련한 많은 문제들, 특히 (예를 들어 5,000m 정도의) 깊은 깊이에서 문제가 심각한 선 꼬임 및 충돌의 문제들을 해결한다.

그러므로, 해저 채굴 시스템(10)은 높은 가치의 해저 물질들을 찾아 획득하기 위하여 안정적이고 상업적으로 효과적인 방안을 제공한다.

도면들에는 수표면과 해저면 사이의 거리가 상대적으로 가까운 것으로 도시되어 있으나 이것은 단지 도시의 편의를 위한 것일 뿐이며, 본 발명은 해저면이 2,000m 초과의 깊이인 경우, 통상적으로는 4,000m 내지 5,000m 깊이인 경우의 심해 적용예에서 이용될 것이라는 것이 이해되어야 할 것이다. 여기에서 해저, 해저면, 수중, 등은 편의상 사용된 표현이며, 본 발명은 예를 들어 호수 저면(lakebed)을 가진 호수 등과 같은 물속에서도 동등하게 이용될 수 있다.

본 명세서에서, 제1, 제2, 좌측, 우측, 상부, 및 저면 등과 같은 수식어는 반드시 실질적인 관계 또는 순서를 의미하는 것이 아니라 일 요소 또는 작용을 다른 요소 또는 작용과 구별하기 위하여만 사용된 것일 수 있다. 문맥상 가능한 경우라면, 어떤 정수, 성분(component), 또는 단계 등은 반드시 그 정수, 성분, 또는 단계 하나만을 의미하는 것으로 국한되는 것이 아니고, 그러한 정수, 성분, 또는 단계가 하나 이상 존재할 수 있음을 의미한다.

본 발명의 다양한 실시에들에 관한 상기 상세한 설명은 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게의 설명을 위하여 제공되는 것이며, 따라서 본 발명이 여기에서 제시된 단일의 실시예에만 전용되는 것이거나 그에 국한되는 것이 아니다. 전술된 바와 같이, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기 설명으로부터 본 발명에 대한 수많은 대안예들 및 변형예들이 가능하다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 구체적으로 몇가지 대안적인 실시예들이 언급되었더라도, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 다른 실시예를 쉽게 또는 상대적으로 쉽게 개발할 수 있을 것이다. 본 발명은 여기에서 설명된 실시예, 대안예, 변형예, 등은 물론, 본 발명의 취지 및 범위 안에 속하는 모든 실시예들을 모두 포괄하는 것으로 의도된 것이다.

본 명세서에서 '포함', '포함하는', '포함하다' 등과 같은 표현은 다른 요소의 포함을 배제하는 것이 아님을 위하여 의도된 것이며, 따라서 일련의 요소들을 포함하는 방법, 시스템, 또는 장치는 그 요소들만을 포함하는 것이 아니라 기재되지 않은 다른 요소들을 포함할 수 있는 것이다.

Claims (40)

1. 해저 물질들을 처리하는 적어도 하나의 집중 시스템(concentrating system);
   기처리된(processed) 해저 물질들을 수집하는 적어도 하나의 회수 기계(reclaimer machine); 및
   상기 회수 기계에 의하여 수집된 기처리된 해저 물질들을 받아들이고, 기처리된 해저 물질들을 수상 선박으로 상승시키는, 적어도 하나의 운반 시스템(haulage system);을 포함하고,
   상기 운반 시스템은 상기 회수 기계에 의하여 수집된 해저 물질의 개별 꾸러미(parcel)들을 수상 선박으로 운반하는 기계적 운반 시스템이며,
   상기 집중 시스템, 회수 기계, 및 운반 시스템은 서로 분리되어 있고,
   상기 적어도 하나의 집중 시스템은 단괴 수집 장치와 상기 단괴 수집 장치의 위치를 판별하도록 구성된 위치 판별 기기를 포함하며,
   상기 운반 시스템은 적어도 하나의 컨테이너(container)를 포함하고,
   각각의 컨테이너는, 컨테이너가 수중에서 견인됨에 따라서 기동(manoeuvre)함을 가능하게 하는 조종가능 요소(steerable element)를 구비하는, 해저 채굴 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 집중 시스템은 기처리된 해저 물질들을 해저 상에 배치하도록 구성되고, 상기 적어도 하나의 회수 기계는 상기 해저 상에 배치된 기처리된 해저 물질들로부터 기처리된 해저 물질들을 수집하도록 구성된, 해저 채굴 시스템.
3. 제2항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 집중 시스템은 기처리된 해저 물질들을 해저 상에 열(windrow)을 이루어 배치하도록 구성되고, 상기 적어도 하나의 회수 기계는 상기 해저 상의 열로부터 기처리된 해저 물질들을 수집하도록 구성된, 해저 채굴 시스템.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 집중 시스템은 수중 이동선(undersea vehicle)을 포함하는, 해저 채굴 시스템.
5. 제4항에 있어서,
   상기 수중 이동선은 수표면에 위치한 견인 선박(tow vessel)에 의하여 견인되는, 해저 채굴 시스템.
6. 제5항에 있어서,
   해저 상에 위치한 상기 단괴 수집 장치(nodule collecting apparatus)는 견인 선박에 의하여 견인되도록 구성된 조종 이동선(steering vehicle)에 연결된, 해저 채굴 시스템.
7. 제6항에 있어서,
   상기 위치 판별 기기는 단괴 수집 장치의 위치 정보를 조종 이동선 및 견인 선박 중 적어도 하나와 교신하는, 해저 채굴 시스템.
8. 제7항에 있어서,
   상기 조종 이동선은 위치 판별 기기로부터 단괴 수집 장치의 위치 정보를 수신함에 응답하여 단괴 채굴 장치의 방향을 변경하도록 구성되는, 해저 채굴 시스템.
9. 제6항에 있어서,
   상기 단괴 수집 장치는 복수의 단괴 수집 기기(nodule collection device)를 포함하는, 해저 채굴 시스템.
10. 제9항에 있어서,
    상기 단괴 수집 기기들은 지지 부재(support member)에 고정되는, 해저 채굴 시스템.
11. 제9항에 있어서,
    각각의 단괴 수집 기기는 단괴 수집 기기의 하측면에 인접한 해저로부터 광물 단괴들을 수집하도록 구성되고, 그 단괴들을 배출 파이프(outlet pipe)로 소통시키는, 해저 채굴 시스템.
12. 제11항에 있어서,
    상기 단괴 수집 장치는, 수집된 광물 단괴들을 각각의 단괴 수집 기기의 배출 파이프로부터 받아들이도록 구성된 통합적 배출 파이프를 포함하고, 그 수집된 단괴들을 해저 상에 열(windrow)의 형태로 다시 내려놓는, 해저 채굴 시스템.
13. 제1항에 있어서,
    상기 컨테이너는 해저와 수표면 사이에서 적어도 부분적으로 연장된 적어도 하나의 라인 부재(line member)에 연결된, 해저 채굴 시스템.
14. 제13항에 있어서,
    상기 라인 부재는 윈치(winch)에 의하여 구동되는, 해저 채굴 시스템.
15. 제13항에 있어서,
    상기 라인 부재의 적어도 실질적 부분은 합성 로프(synthetic rope)인, 해저 채굴 시스템.
16. 제15항에 있어서,
    상기 조종가능 요소는, 조종가능 요소를 능동적으로 트리밍(actively trimming)함으로써 일 경로를 따라서 컨테이너를 안내하도록 제어되는, 해저 채굴 시스템.
17. 제1항에 있어서,
    상기 컨테이너는 위치 판별 시스템(position determination system)을 포함하는, 해저 채굴 시스템.
18. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 회수 기계는 해저 상에서 상기 기처리된 해저 물질 위로 이동하는 해저 이동선(seafloor vehicle)을 포함하는, 해저 채굴 시스템.
19. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    회수 기계는 미처리(unprocessed) 해저 물질의 상당 부분을 해저로부터 수집하지 않고서 해저 상에 기처리 해저 물질의 열(windrow)을 수집하도록 구성된, 해저 채굴 시스템.
20. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 회수 기계와 상기 적어도 하나의 운반 시스템 사이에 위치한 임시 저장 컨테이너(temporary storage container)를 더 포함하는, 해저 채굴 시스템.
21. 제20항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 회수 기계는 상기 기처리 해저 물질을 슬러리(slurry) 형태로 임시 저장 컨테이너로 수력학적으로 펌핑하는 펌프를 포함하는, 해저 채굴 시스템.
22. 제20항에 있어서,
    상기 임시 저장 컨테이너는 해저 위에 부유하는 버퍼(buffer)인, 해저 채굴 시스템.
23. 제22항에 있어서,
    상기 버퍼는 상기 회수 기계로부터 슬러리 호스를 거쳐서 기처리 해저 물질을 받아들이는, 해저 채굴 시스템.
24. 제22항에 있어서,
    상기 버퍼는 모아진 해저 물질을 추가적으로 처리하는, 해저 채굴 시스템.
25. 제20항에 있어서,
    상기 임시 저장 컨테이너는 상기 수집된 해저 물질을 상기 운반 시스템의 컨테이너로 전달하도록 구성된, 해저 채굴 시스템.
26. 제25항에 있어서,
    상기 운반 시스템의 컨테이너는 상기 임시 저장 컨테이너로 이동하고, 임시 저장 컨테이너로부터의 해저 물질의 개별 꾸러미로 로딩되며, 그 다음 상기 컨테이너는 상기 해저 물질의 개별 꾸러미를 임시 저장 컨테이너로부터 수표면으로 운반하는, 해저 채굴 시스템.
27. 단괴 수집 장치를 구비한 집중 시스템에 의하여 해저 물질을 처리함으로써 요망되는 해저 물질을 집중시키는 단계;
    위치 판별 기기를 이용하여 상기 단괴 수집 장치의 위치를 판별하는 단계;
    기처리된 해저 물질을 상기 집중 시스템으로부터 분리된 회수 기계로 수집하는 단계;
    수집된 해저 물질을 해저에 또는 해저 가까이에 위치한 적어도 하나의 컨테이너로 전달하는 단계; 및
    회수 기계에 의하여 수집된 해저 물질의 개별 꾸러미들을 수상 선박으로 운반하고 상기 회수 기계로부터 분리된 기계적 운반 시스템을 이용하여, 수집된 해저 물질을 수상 선박으로 운반하는 단계;를 포함하고,
    상기 컨테이너의 적어도 하나의 조종가능 요소를 이용함으로써 컨테이너가 안내되면서, 상기 컨테이너가 적어도 하나의 라인 부재에 의하여 수표면으로 견인되는, 해저 채굴 방법.
28. 제27항에 있어서,
    상기 요망되는 해저 물질을 집중시키는 단계는 견인 선박 뒤에서 단괴 수집 장치를 견인함을 포함하는, 해저 채굴 방법.
29. 제28항에 있어서,
    상기 견인 선박은 수표면 상에 위치하고 해저를 따라서 상기 단괴 수집 장치를 견인하는, 해저 채굴 방법.
30. 제28항에 있어서,
    상기 견인 선박과 단괴 수집 장치 사이에는 수중 조종 이동선이 배치되고, 수중 조종 이동선은 단괴 수집 장치의 방향을 변경하도록 구성된, 해저 채굴 방법.
31. 제27항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단괴 수집 장치의 위치를 판별하는 단계는 단괴 수집 장치가 미리 정해진 경로를 벗어난 때를 판별함을 포함하는, 해저 채굴 방법.
32. 제31항에 있어서,
    상기 단괴 수집 장치가 미리 정해진 경로로부터 벗어난 것으로 판별되는 때에는, 상기 단괴 수집 장치를 상기 미리 정해진 경로로 복귀시키도록 단괴 수집 장치의 방향이 변경되는, 해저 채굴 방법.
33. 제27항에 있어서,
    상기 해저 물질을 수집하는 단계는 상기 수집된 해저 물질을 슬러리 형태로 파이프를 통해서 회수 기계로부터 임시 저장 컨테이너로 전달하는 단계를 포함하는, 해저 채굴 방법.
34. 제33항에 있어서,
    수집된 해저 물질을 해저 또는 해저 가까이에 위치한 적어도 하나의 컨테이너로 전달하는 단계는 수집된 해저 물질을 상기 임시 저장 컨테이너로부터 상기 컨테이너로 전달함을 포함하는, 해저 채굴 방법.
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