KR20150104872A - 해저광물 채굴용 해상구조물 - Google Patents

해저광물 채굴용 해상구조물 Download PDF

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Abstract

해저광물 채굴용 해상구조물이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 해저광물 채굴용 해상구조물은, 화물창을 구비한 선체와, 화물창 내에 적재되며 양광(Nodule Lifting)된 해저광물을 내부에 수납하는 광물저장용기와, 광물저장용기를 이동시키는 이동장치를 포함한다.

Description

해저광물 채굴용 해상구조물{OFFSHORE STRUCTURE FOR EXTRACTION OF SEABED MINERALS}
본 발명은 해저광물 채굴용 해상구조물에 관한 것이다.
최근 세계 각국은 천연자원 특히 광물자원을 확보하기 위하여 수 많은 인력과 자본을 투자하고 있다.
특히 지상의 광물자원이 고갈됨에 따라 해상으로 눈을 돌리고 있으며 심지어는 이로 인해 영토분쟁까지 벌이고 있는 실정이다.
이러한 해상의 광물자원 중 대표적인 것이 열수광상과 망간단괴이며, 이들은 수심이 1,000m 이상의 심해에 주로 분포하고 있다. 여기서 망간단괴는 태평양의 Clarion-Clipperton 해역의 수심 5,000m 지역에 집중적으로 분포하고 있다.
따라서 심해에서 망간단괴를 채취하기 위해서 채굴(Mining), 양광(Nodule Lifting) 등의 다양한 분야에서 연구가 진행되고 있다.
특히 이러한 해저광물은 주로 고체상으로 존재하는데 이를 해저에서 채취하여 육상으로 운반하기 위한 새로운 연구가 진행되고 있다.
한국 공개특허공보 제2012-0126999호(2012.11.21. 공개)
본 발명의 실시예들은, 해저광물의 저장 및 하역 작업을 보다 효율적으로 수행할 수 있는 해저광물 채굴용 해상구조물을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 화물창을 구비한 선체; 상기 화물창 내에 적재되며, 양광(Nodule Lifting)된 해저광물을 내부에 수납하는 광물저장용기; 및 상기 광물저장용기를 이동시키는 이동장치를 포함하는 해저광물 채굴용 해상구조물이 제공된다.
해저광물 채굴용 해상구조물은, 상기 양광된 해저광물을 상기 광물저장용기에 공급하는 공급부를 더 포함할 수 있다.
상기 공급부는, 상기 선체의 양광장치와 연결되는 해저광물 이송라인과; 상기 해저광물 이송라인의 단부에 설치되어 상기 양광된 해저광물을 상기 화물창 내로 배출하는 노즐부를 포함할 수 있다.
상기 광물저장용기는 복수 개로 구성될 수 있으며, 상기 공급부는 상기 해저광물이 채굴되어 양광되는 순서에 따라 상기 양광된 해저광물을 상기 복수의 광물저장용기에 순서대로 공급할 수 있다.
해저광물 채굴용 해상구조물은, 상기 양광된 해저광물의 수분을 제거하는 수분제거부를 더 포함할 수 있다.
상기 이동장치는, 상기 화물창의 수평방향으로 설치되는 가이드부재와; 상기 가이드부재를 따라 이동하면서 상기 광물저장용기를 이동시키는 이동부를 포함할 수 있다.
상기 이동장치는, 상기 해저광물이 수납된 상기 광물저장용기를 상기 화물창의 외측으로 이동시키는 승강기를 더 포함할 수 있다.
상기 승강기에 의해 상기 화물창의 외측으로 옮겨진 상기 광물저장용기는 상기 선체의 하역장치에 의해 상기 선체의 외부로 하역될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 양광된 해저광물을 광물저장용기에 저장하여 해저광물의 이동성을 높임으로써 해저광물의 저장 및 하역 작업을 신속하고 용이하게 수행할 수 있는 해저광물 채굴용 해상구조물을 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해저광물 채굴용 해상구조물의 작동원리를 도시한 개념도.
본 발명에 따른 해저광물 채굴용 해상구조물의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 이하 사용되는 제1, 제2 등과 같은 용어는 동일 또는 상응하는 구성 요소들을 구별하기 위한 식별 기호에 불과하며, 동일 또는 상응하는 구성 요소들이 제1, 제2 등의 용어에 의하여 한정되는 것은 아니다.
또한, 결합이라 함은, 각 구성 요소 간의 접촉 관계에 있어, 각 구성 요소 간에 물리적으로 직접 접촉되는 경우만을 뜻하는 것이 아니라, 다른 구성이 각 구성 요소 사이에 개재되어, 그 다른 구성에 구성 요소가 각각 접촉되어 있는 경우까지 포괄하는 개념으로 사용하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해저광물 채굴용 해상구조물의 작동원리를 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 해저광물 채굴용 해상구조물(1000)는 화물창(110)을 구비한 선체(100)와 복수의 광물저장용기(200)와 이동장치(300)를 포함한다.
화물창(110)은 후술할 복수의 광물저장용기(200)를 수용할 수 있는 공간을 제공한다.
광물저장용기(200)는 선체(100) 위로 끌어올려진(즉, 양광된) 해저광물(10)을 저장(수납)하기 위한 용기이다.
이동장치(300)는 도 1에 도시된 바와 같이 화물창(110) 내에 설치되어 복수의 광물저장용기(200)를 한 곳에서 다른 곳으로 이동시키는 장치이다.
참고로, 여기서의 해저광물(10)은 예를 들어 영수광상이나 망간단괴와 같은 고체상의 해저광물을 포함할 수 있다.
이러한 해저광물(10)은 해저광물 채굴용 해상구조물(1000)의 채굴장비(예를 들어, 마이너와 라이저 등)을 이용하여 해상으로 끌어올리더라도 육상으로 운송하기 위해서는 해저광물 채굴용 해상구조물(1000)에서 별도의 운반선(미도시)으로의 하역작업 또는 해저광물 채굴용 해상구조물(1000)에서 육상으로의 하역작업이 필수적이다.
그러나, 열수광상이나 망간단괴와 같은 해저광물(10)은 천연가스나 원유와 같은 기체 또는 유체상의 화물과 달리 고체상의 단단한 물질의 특성상 한번에 운반선으로 또는 육상으로 하역하는 것이 쉽지 않다.
이로 인해, 해저광물(10)의 하역작업은 스쿠퍼(scooper) 또는 크레인 등을 이용하여 해저광물 채굴용 해상구조물에서 운반선(미도시)으로 또는 육상으로 일일이 해저광물(10) 덩어리들을 이동시키는 작업이 요구된다. 이러한 작업은 고도의 숙련도를 갖는 작업자와 그에 따른 비용 및 시간을 요구하는 작업이다.
또한, 열수광상이나 망간단괴와 같은 해저광물(10)은 경도가 높은 단단한 물질로 이루어진 경우가 일반적이기 때문에 하역 작업시 마찰로 인해 장비를 마모시키거나 파손시킬 수 있다.
그러나 본 실시예에 따르면, 해저광물(10)을 하역하기 위해 이들 화물(10)을 스쿠퍼나 크레인 등을 이용하여 일일이 이동시킬 필요 없이, 양광된 해저광물(10)을 광물저장용기(200)에 저장하여 해저광물(10)의 이동성을 높임으로써 해저광물(10)의 저장 및 하역 작업을 신속하고 용이하게 수행할 수 있다.
따라서, 스쿠퍼 등의 하역장비를 이용하여 해저광물(10)을 퍼서 하역하는 방식에 비해 해저광물(10)을 보다 신속하고 용이하게 운반선이나 육상으로 하역할 수 있다. 또한, 스쿠퍼 등의 대형장비가 생략됨에 따라 고도의 숙련도를 갖는 작업자가 필요 없으며, 종래에 비해 하역작업의 시간과 비용을 크게 절감할 수 있다.
이하, 도 1을 참조하여, 본 실시예에 따른 해저광물 채굴용 해상구조물(1000)의 구체적 구성에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 선체(100)에는 화물창(110)이 형성된다.
본 실시예의 경우는, 선체(100)의 중심부 영역에 예를 들어 마이너(miner, 20)와 라이저(riser, 30) 등과 같은 채굴장비가 통과할 수 있는 개구부, 즉 문풀(120)이 형성될 수 있으며, 화물창(110)은 이러한 문풀(120)을 중심으로 그 외측 영역에 배치될 수 있다.
참고로, 선체(100)는 원유나 천연가스를 시추하는 드릴쉽의 형태를 가질 수 있다. 그러나 선체(100)의 형태는 이외에도 다양한 형태를 포함할 수 있다.
본 실시예에서는 해저광물 채굴용 해상구조물(1000)이 해저광물(10)을 채굴하여 수면으로 양광할 뿐만 아니라 이렇게 끌어올려진 해저광물(10)을 광물저장용기(200)에 담아(즉, 개별 포장)하여 저장하고 하역할 수 있는 선박을 도시하고 있다.
그러나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 해저광물 채굴용 해상구조물(1000)은 해저광물(10)을 육상으로 운반하는 수송선의 형태를 포함할 수 있다. 이 경우, 문풀(120)이나 데릭 구조물과 같은 채굴장비는 생략될 수 있다.
광물저장용기(200)는 도 1에 도시된 바와 같이 복수로 구성될 수 있으며 선체(100) 위로 끌어올려진(즉, 양광된) 해저광물(10)을 내부에 저장(수납)할 수 있다.
광물저장용기(200)는 예를 들어 박스 형상을 가질 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 필요에 따라 형상이 변형될 수 있다.
이러한 광물저장용기(200)는 내부가 빈 상태로 화물창(110) 내에 적재되어 있다가 필요한 개수만큼 해저광물(10)로 채워질 수 있다. 해저광물(10)로 채워진 광물저장용기(200)는 후술할 이동장치(300)에 의해 화물창(110) 내의 필요한 곳으로 이동되어 보관될 수 있다.
이동장치(300)는 도 1에 도시된 바와 같이 화물창(110) 내에 설치되어 복수의 광물저장용기(200)를 화물창(110)의 다른 곳으로 이동시킬 수 있는 장치이다. 이동장치(300)의 구체적 구성에 대해서는 후술할 부분에서 보다 상세히 설명하기로 한다.
한편, 본 실시예에 따른 해저광물 채굴용 해상구조물(1000)은 공급부(400)를 더 포함할 수 있다.
공급부(400)는 선체(100)의 양광장치를 통해 해저에서 선체(100)로 양광된 해저광물(10)을 복수의 광물저장용기(200)로 공급하는 장치이다.
참고로, 양광장치는 예를 들어 라이저(30) 등을 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 양광장치는 예를 들어 마이너(20)를 통해 채집된 해저광물(10)을 수면 위로 운송하는 컨테이너의 형태를 포함할 수 있다.
구체적으로 공급부(400)는, 해저와 연결된 라이저(30)와 연결되는 해저광물 이송라인(410)과, 해저광물 이송라인(410)의 단부에 설치되어 라이저(30)를 통해 양광된 해저광물(10)을 화물창(110) 내로 배출하는 노즐부(420)를 포함할 수 있다.
해저광물 이송라인(410)은 라이저(30)를 통해 양광된 해저광물(10)을 노즐부(420)로 공급할 수 있다.
참고로, 도 1의 경우는 해저광물 이송라인(410)이 양광장치인 라이저(30)에 연결된 경우를 도시하고 있으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 양광장치가 채집된 해저광물(10)을 수면 위로 운송하는 컨테이너의 형태로 이루어진 경우 해저광물 이송라인(410)은 이러한 컨테이너와 연결되어 해저광물(10)을 공급받을 수 있다.
노즐부(420)는 라이저(30)를 경유하여 해저광물 이송라인(410)으로부터 공급받은 해저광물(10)을 화물창(110) 내의 광물저장용기(200)로 배출할 수 있다.
이러한 노즐부(420)는 필요에 따라 노즐부(420)의 각도를 제어함으로써 해저광물(10)의 배출 각도를 다양하게 조절할 수 있다. 이를 위해, 노즐부(420)는 해저광물 이송라인(410)의 단부에 중심점을 기준으로 방사상으로 360도 회전 가능하게 결합될 수 있다.
또한, 노즐부(420)는 공급되는 해저광물(10)의 배출 정도를 제어할 수 있도록 제어밸브(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이러한 제어밸브의 개폐에 따라 해저광물(10)의 배출이 제어될 수 있다.
이렇게 노즐부(420)를 통해 화물창(110) 내로 배출된 복수의 고체덩어리 형태의 해저광물(10)은 광물저장용기(200)의 내부로 공급될 수 있다.
본 실시예의 경우는, 빈 상태의 광물저장용기(200)가 후술할 이동장치(300)에 의해 노즐부(420)의 하측으로 이동될 수 있으며, 공급부(400)의 노즐부(420)에서 배출된 해저광물(10)은 자연스럽게 광물저장용기(200) 내로 낙하될 수 있다.
광물저장용기(200)가 해저광물(10)로 충분히 채워지면, 이동장치(300)가 광물저장용기(300)를 화물창(110)의 다른 곳으로 이동시켜 기설정된 순서에 따라 적재할 수 있다.
이 경우, 비중이 큰 해저광물(10)로 채워진 복수의 광물저장용기(200)을 화물창(110) 내에 적재할 때 적재 순서와 적재 위치를 선체(100)의 밸러스팅 상황에 맞춰 변경함으로써 선체(100)의 균형을 효과적으로 제어할 수 있다. 즉, 선체(100)가 외부환경의 영향으로 한쪽으로 치우치는 경향이 있는 경우 복수의 광물저장용기(200)의 그 반대쪽에 적재함으로써 선체(100)의 균형을 유지할 수 있다.
또한, 양광장치를 통해 선체(100)로 공급되는 해저광물(10)은 해저채굴현장에서의 광물 채굴 순서대로 선체(100)로 올라오기 때문에 이들 해저광물(10)의 광물 성분 등을 샘플링(sampling)하고자 할 경우 이들 해저광물(10)을 채굴된 순서대로 보관하는 것이 유리하다.
본 실시예에 따르면, 채굴되어 양광된 해저광물(10)을 채굴된 순서에 따라 복수의 광물저장용기(200)에 개별 포장함으로써 해저광물(10)의 샘플링 작업시 특정 채굴현장에서의 채굴 히스토리 또는 특정 해저광물(10)의 성분 등을 용이하게 역추적할 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 이동장치(300)는 가이드부재(310)와 이동부(320)를 포함할 수 있다.
가이드부재(310)는 도 1에 도시된 바와 같이 화물창(110)의 수평방향(횡방향)으로 설치될 수 있다. 본 실시예의 경우는 가이드부재(310)가 화물창(110)의 상부 측에 수평방향으로 설치된 경우를 도시하고 있다.
구체적으로 가이드부재(310)는 적어도 하나 이상의 레일(rail)을 포함하여 구성될 수 있다.
예를 들어, 복수의 가이드부재(310)는 후술할 이동부(320)가 광물저장용기(200)를 원하는 장소로 이동시킬 수 있도록 화물창(110) 내에 다양한 방향으로 설치될 수 있다. 예를 들어, 한 쌍의 가이드부재(310)가 상호 교차되게 화물창(110) 내에 설치될 수 있다.
이동부(320)는 이러한 가이드부재(310)를 따라 이동하면서 광물저장용기(200)를 화물창(110) 내의 한 곳에서 다른 곳으로 이동시킬 수 있다.
구체적으로 이동부(320)는 박스형상의 광물저장용기(200)를 파지할 수 있도록 크레인을 포함할 수 있다.
예를 들어, 이동부(320)가 크레인인 경우 이동부(320)가 가이드부재(310)을 따라 이동 가능하도록, 이동부(320)는 가이드부재(310)와 접하는 바퀴와 이러한 바퀴를 회전시키는 모터를 더 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 실시예에서는, 가이드부재(310)가 화물창(110)의 상부 측에 수평방향으로 설치되고, 이동부(320)는 가이드부재(310)을 따라 이동 가능하며 박스형상의 광물저장용기(200)를 파지할 수 있는 크레인인 경우를 예를 들어 도시하고 있다.
그러나, 본 발명은 반드시 이에 한정되지 않으며, 필요에 따라 가이드부재(310)는 화물창의 하부 측에 수평방향으로 설치될 수도 있으며, 이동부(320)는 가이드부재(310)을 따라 이동 가능하며 박스형상의 광물저장용기(200)를 상측에 탑재할 수 있는 이동대차일 수 있다.
비록 도시되지는 않았으나, 이동장치(300)는 이외에도 다양한 형태로 변형될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 이동장치(300)는 승강기(330)를 더 포함할 수 있다.
승강기(330)는 해저광물(10)이 수납된 광물저장용기(200)를 화물창(110)의 외측으로 이동시킬 수 있다.
구체적으로 승강기(330)는 엘리베이터의 형태를 가질 수 있다.
즉, 승강기(330)는 광물저장용기(200)가 안착되는 승강대와 상기 승강대를 상하로 승강시키는 구동부(미도시)를 포함할 수 있다.
이러한 승강기(330)의 승강대에 이동장치(300)를 이용하여 광물저장용기(200)를 안착시키면, 승강대가 탑재된 광물저장용기(200)를 선체(100)의 갑판 위로 이동시킬 수 있다.
이와 같이 승강기(330)에 의해 화물창(110)의 외측, 즉 갑판 위로 옮겨진 광물저장용기(200)는 선체(100)의 하역장치에 의해 선체(100)의 외부로 하역될 수 있다.
이 경우, 하역장치로는 예를 들어 선체(100)에 구비된 크레인 등이 활용될 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 해저광물 채굴용 선박(1000)은 수분제거부(500)를 더 포함할 수 있다.
수분제거부(500)는 라이저(30) 등을 통해 수면 위로 양광된 해저광물(10)의 수분(즉, 해수)을 제거하여 해저광물(10)만을 따로 분리할 수 있는 장치이다. 이렇게 수분제거부(500)에 의해 수분이 제거된 해저광물(10)은 공급부(400)의 노즐부(420)를 통해 광물저장용기(200)에 수납될 수 있다.
구체적으로, 수분제거부(500)는 도 1에 도시된 바와 같이 해저광물 이송라인(410) 상에 설치될 수 있다. 이러한 수분제거부(500)는 예를 들어 원심력을 이용한 액체 고체 분리기가 사용될 수 있다. 이외에도, 다양한 형태의 액체 고체 분리기가 수분제거부(500)에 적용될 수 있다.
이와 같이 본 실시예에 따르면, 해저광물(10)을 하역하기 위해 이들 화물(10)을 스쿠퍼나 크레인 등을 이용하여 일일이 하역시킬 필요 없이, 양광된 해저광물(10)을 광물저장용기(200)에 저장하여 해저광물(10)의 이동성을 높임으로써 해저광물(10)의 저장 및 하역 작업을 신속하고 용이하게 수행할 수 있다.
따라서, 스쿠퍼 등의 하역장비를 이용하여 해저광물(10)을 퍼서 하역하는 방식에 비해 해저광물(10)을 보다 신속하고 용이하게 운반선이나 육상으로 하역할 수 있다. 또한, 스쿠퍼 등의 대형장비가 생략됨에 따라 고도의 숙련도를 갖는 작업자가 필요 없으며, 종래에 비해 하역작업의 시간과 비용을 크게 절감할 수 있다.
한편, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 해저광물 채굴용 해상구조물은 열수광상이나 망간단괴 등을 채굴하는 해저광물 채굴선일 수 있다.
이와 같이 본 실시예에 따른 선박은, 해저광물의 채굴과 동시에 포장과 저장이 동시에 이루어짐으로써 해저광물의 하역작업이 보다 용이하게 이루어질 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허등록청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
1000: 해저광물 채굴용 해상구조물 10: 해저광물
20: 마이너 30: 라이저
100: 선체 110: 화물창
120: 문풀 200: 광물저장용기
300: 이동장치 310: 가이드부재
320: 이동부 330: 승강기
400: 공급부 410: 해저광물 이송라인
420: 노즐부 500: 수분제거부

Claims (8)

  1. 화물창을 구비한 선체;
    상기 화물창 내에 적재되며, 양광(Nodule Lifting)된 해저광물을 내부에 수납하는 광물저장용기; 및
    상기 광물저장용기를 이동시키는 이동장치를 포함하는, 해저광물 채굴용 해상구조물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 양광된 해저광물을 상기 광물저장용기에 공급하는 공급부를 더 포함하는, 해저광물 채굴용 해상구조물.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 공급부는
    상기 선체의 양광장치와 연결되는 해저광물 이송라인과;
    상기 해저광물 이송라인의 단부에 설치되어 상기 양광된 해저광물을 상기 화물창 내로 배출하는 노즐부를 포함하는, 해저광물 채굴용 해상구조물.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 광물저장용기는 복수 개로 구성되며, 상기 공급부는 상기 해저광물이 채굴되어 양광되는 순서에 따라 상기 양광된 해저광물을 상기 복수의 광물저장용기에 순서대로 공급하는, 해저광물 채굴용 해상구조물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 양광된 해저광물의 수분을 제거하는 수분제거부를 더 포함하는, 해저광물 채굴용 해상구조물.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이동장치는
    상기 화물창의 수평방향으로 설치되는 가이드부재와;
    상기 가이드부재를 따라 이동하면서 상기 광물저장용기를 이동시키는 이동부를 포함하는, 해저광물 채굴용 해상구조물.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 이동장치는,
    상기 해저광물이 수납된 상기 광물저장용기를 상기 화물창의 외측으로 이동시키는 승강기를 더 포함하는, 해저광물 채굴용 해상구조물.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 승강기에 의해 상기 화물창의 외측으로 옮겨진 상기 광물저장용기는 상기 선체의 하역장치에 의해 상기 선체의 외부로 하역되는, 해저광물 채굴용 해상구조물.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN109030079A (zh) * 2018-09-07 2018-12-18 长沙矿冶研究院有限责任公司 一种多金属结核取样器

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