KR20150107512A

KR20150107512A - 해저광물 채취용 장치

Info

Publication number: KR20150107512A
Application number: KR1020140030582A
Authority: KR
Inventors: 감동욱
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2014-03-14
Filing date: 2014-03-14
Publication date: 2015-09-23
Also published as: KR101580974B1

Abstract

해저광물 채취용 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 해저광물 채취용 장치는, 해저광물을 채광하는 채광기와, 채광기와 연결되어 채광된 해저광물을 저장하는 중계기와, 채광기와 중계기 간을 탈부착 가능하게 결합시키는 고정부를 포함한다.

Description

해저광물 채취용 장치{APPARATUS FOR EXTRACTION OF SEABED MINERALS}

본 발명은 해저광물 채취용 장치에 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.

한국 공개특허공보 제2012-0067072호(2012.06.25. 공개)

본 발명의 실시예들은, 해저광물을 채광하는 채광기와 이러한 채광기와 연결되는 중계기를 한번의 작업으로 해저에 론칭할 수 있으며 해저로부터 회수할 수 있는 해저광물 채취용 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 해저광물을 채광하는 채광기; 상기 채광기와 연결되어 채광된 해저광물을 저장하는 중계기; 및 상기 채광기와 상기 중계기 간을 탈부착 가능하게 결합시키는 고정부를 포함하는 해저광물 채취용 장치가 제공된다.

해저광물 채취용 장치는 상기 채광기와 상기 중계기 간을 연결하는 연결라인을 더 포함할 수 있으며, 상기 채광기와 상기 중계기 중 어느 하나에는 상기 연결라인을 수용하는 수용부가 형성될 수 있다.

상기 수용부가 수용되도록 상기 채광기와 상기 중계기 중 나머지 하나에는 상기 수용부에 상응하는 형상을 갖는 수용홈이 형성될 수 있다.

해저광물 채취용 장치는 상기 연결라인이 상기 수용부로부터 외측으로 연장되거나 상기 수용부로 다시 수용되도록 상기 연결라인을 권취하는 권취부를 더 포함할 수 있다.

상기 권취부는, 상기 연결라인이 권취되는 권취롤러; 및 상기 권취롤러를 회전시키는 모터를 포함할 수 있다.

상기 연결라인은, 상기 채광된 해저광물을 상기 채광기에서 상기 중계기로 이송하는 이송관을 포함할 수 있다.

상기 고정부는, 상기 채광기와 상기 중계기 중 어느 하나에 설치되는 액추에이터; 및 상기 액추에이터에 의해 직선왕복운동하는 로드(rod)를 포함할 수 있다.

해저광물 채취용 장치는 상기 중계기와 해상의 구조물 간을 연결하며 상기 채광된 해저광물을 상기 구조물로 이송하는 이송부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 해저광물을 채광하는 채광기와 이러한 채광기와 연결되는 중계기를 상호 탈부착 가능하게 결합시킴으로써 한번의 작업으로 이들을 해저에 론칭할 수 있으며 이들을 해저로부터 회수할 수 있는 해저광물 채취용 장치를 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해저광물 채취용 장치를 나타낸 도면.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 해저광물 채취용 장치의 채광기와 중계기 간의 결합 관계를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 해저광물 채취용 장치의 채광기와 중계기 간의 결합 관계를 개략적으로 도시한 사시도.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 해저광물 채취용 장치의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해저광물 채취용 장치를 나타낸 도면이며, 도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 해저광물 채취용 장치의 채광기와 중계기 간의 결합 관계를 나타낸 도면이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 해저광물 채취용 장치의 채광기와 중계기 간의 결합 관계를 개략적으로 도시한 사시도이다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 해저광물 채취용 장치(1000)는 채광기(100)와 중계기(200)와 고정부(300)를 포함한다.

채광기(miner, 100)는 해저광물을 채광하는 장치이다.

중계기(200)는 채광기(100)를 통해 채광된 해저광물을 해상의 구조물(900)로 이송하기 전에 임시로 보관(저장)하는 장치이다. 중계기(200)에 저장된 해저광물은 후술할 이송부(800)를 통해 해상의 구조물(900)로 이송될 수 있다.

고정부(300)는 이러한 채광기(100)와 중계기(200) 간을 상호 탈부착 가능하게 결합시키는 장치이다. 구체적으로, 고정부(300)는 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이 채광기(100)와 중계기(200)가 상호 분리될 수 있도록 이들을 결합시킬 수 있다.

종래의 경우는 심해저 광물을 채광할 때 채광기와 중계기를 각각 별도로 해저로 론칭하였다. 구체적으로, 채광기의 경우는 선박의 데크에 구비된 A-frame과 같은 크레인을 통해 해저로 론칭하였고, 중계기의 경우는 라이저(riser)의 단부에 연결한 후 선박의 문풀을 통해 라이저를 시공하는 과정을 통해 해저로 론칭하였다.

종래의 경우는 이러한 장비들을 선박으로 회수할 때도 상기 과정의 역순으로 장비들을 각각 별도로 회수하였다.

그러나 본 발명의 일 실시예에 따른 해저광물 채취용 장치(1000)는, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 채광기(100)와 중계기(200)를 상호 탈부착 가능하게 결합시킴으로써, 채광기(100)와 중계기(200)를 한번의 작업으로 해저에 론칭(launching)할 수 있으며 채광기(100)와 중계기(200)를 해저로부터 회수(recovering)할 수 있다.

따라서, 복수의 장비들을 해저로 론칭할 때 그리고 반대로 해저로부터 회술할 때, 한번의 작업으로 복수의 장비들을 론칭과 회수할 수 있음에 따라 작업 시간을 단축할 수 있으며, 종래의 A-frame과 같은 인양장비가 불필요함에 따라 해상구조물(900)의 데크 상의 작업공간을 효율적으로 사용할 수 있다.

이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 실시예에 따른 해저광물 채취용 장치(1000)의 구체적 구성에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.

앞서도 간략히 설명한 바와 같이, 채광기(100)는 해저광물을 채취할 수 있는 장치이며, 중계기(200)는 채광기(100)를 통해 채광된 해저광물을 해상의 구조물(900)로 이송하기 전에 해저에 임시로 보관(저장)하는 장치이다.

채광기(100)는 수중 또는 해저면을 자체적으로 이동가능하도록 프로펠러와 같은 추진기 또는 바퀴와 같은 이동수단을 포함할 수 있다. 또한, 채광기(100)에는 해저면의 광물을 채굴 채광하기 위한 버킷과 같은 채굴장비가 구비될 수 있다.

중계기(200)는 채광된 해저광물을 내부에 수용할 수 있도록 해저광물 저장탱크(미도시)를 포함할 수 있다. 또한, 중계기(200)에는 자체적으로 부력을 조절할 수 있도록 밸러스트 탱크(미도시)가 구비될 수 있다. 이러한 밸러스트 탱크(미도시)는 해저광물 저장탱크(미도시)를 둘러싸도록 그 외측에 형성될 수 있다.

참고로, 채광기(100)와 중계기(200) 중 적어도 하나에는 채광한 해저광물을 일정한 크기로 분쇄하는 분쇄기(미도시)가 포함될 수 있다. 즉, 채광한 해저광물을 분쇄기가 일정한 입자 크기로 파쇄함으로써 파쇄된 해저광물을 후술할 이송부(800)를 통해 해상구조물(900)로 보다 용이하게 이송할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 해저광물 채취용 장치(1000)는 채광기(100)와 중계기(200) 간을 상호 연결하는 연결라인(400)을 더 포함할 수 있다.

구체적으로, 연결라인(400)은 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 이송관(410)을 포함할 수 있다.

이송관(410)은 채광기(100)를 통해 채광(수집)된 해저광물을 채광기(100)에서 중계기(200)로 이송하는 파이프일 수 있다. 이러한 이송관(410)은 채광기(100)가 해저면을 따라 이동하더라도 채광기(100)와 중계기(200) 간의 연결이 분리되지 않도록 그 길이변화를 수용할 수 있는(신축성 있는) 탄성 재질로 이루어질 수 있다.

또한 이송관(410) 상에는 하나 이상의 펌프(미도시)가 설치될 수 있다. 이러한 펌프(미도시)는 이송관(410) 상에 설치되어 이송관(410)을 따라 흐르는 해저광물에 유동력을 제공할 수 있다.

또한 연결라인(400)은 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 케이블(420)을 포함할 수 있다.

케이블(420)은 채광기(100)의 작동에 필요한 전기를 공급하는 테더 케이블(tether cable)일 수 있다. 이러한 케이블(420)은 중계기(200)에서 채광기(100)로 전기를 공급할 수 있다.

케이블(420)은 채광기(100)의 작동을 제어하는 제어신호를 중계기(200)로부터 공급받아 채광기(100)로 전송할 수도 있다.

참고로, 채광기(100)로 전송되는 제어신호와 전기는 해상의 구조물(900)로부터 라이저(800)에 구비된 엄블리컬(Umbilical) 케이블(미도시)을 통해 중계기(200)로 전송될 수 있으며, 중계기(200)를 경유하여 케이블(420)를 통해 채광기(100)로 공급될 수 있다.

한편 본 실시예에서는, 이러한 연결라인(400)을 수용할 수 있도록 채광기(100)와 중계기(200) 중 어느 하나에 형성되는 수용부(500)를 더 포함할 수 있다.

또한 수용부(500)가 수용될 수 있도록, 채광기(100)와 중계기(200) 중 나머지 하나에는 수용홈(600)이 형성될 수 있다.

여기서, 도 2는 채광기(100)와 중계기(200)가 상호 분리된 상태를 나타낸 것이며, 도 3은 채광기(100)와 중계기(200)가 상호 결합된 상태를 나타낸 것이다. 도 4는 채광기(100)와 중계기(200)가 상호 분리된 상태를 개략적으로 도시한 사시도이다.

본 실시예의 경우, 수용부(500)는 도 4에 개략적으로 도시된 바와 같이 지붕이 없는(즉, 상측이 개방된) 박스 형상으로 이루어질 수 있다. 이러한 수용부(500)는 채광기(100)의 상부 측에 형성될 수 있으며, 수용부(500)와 맞대어 결합되는 수용홈(600)에 상응하여 형성될 수 있다.

즉, 본 실시예에서는 박스 형상의 수용부(500)을 갖는 채광기(100)에 상응하여 이와 맞대어 결합되는 중계기(200)의 하부 측에 수용부(500)를 수용하는 박스 형상의 수용홈(600)이 형성될 수 있다.

이와 같이, 채광기(100)와 중계기(200) 중 어느 하나에는 수용부(500)를 형성하고 채광기(100)와 중계기(200) 중 나머지 하나에는 수용홈(600)을 형성함으로써, 채광기(100)와 중계기(200) 사이에 연결라인(400)을 보관할 수 있다.

즉 본 실시예에 따르면, 채광기(100)와 중계기(200)가 상호 분리 또는 결합된 상태에서도 이들 간을 연결하는 연결라인(400)을 채광기(100)와 중계기(200) 사이에 수용할 수 있도록 수용부(500) 및 수용홈(600)을 구체화함으로써, 채광기(100)와 중계기(200)를 한번의 작업으로 해저에 론칭(launching)할 수도 있으며 채광기(100)와 중계기(200)를 해저로부터 회수(recovering)할 수도 있다.

한편 본 실시에에서는 채광기(100)와 중계기(200)가 박스 형상(즉, 사각기둥)인 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며 필요에 따라 채광기(100)와 중계기(200)는 예를 들어 육각기둥 등 다양한 다면체로 변형될 수도 있다.

한편 본 실시예에 따른 해저광물 채취용 장치(1000)는, 연결라인(400)을 권취하는 권취부(700)를 더 포함할 수 있다.

권취부(700)는 연결라인(400)이 수용부(500)로부터 외측으로 연장되거나 수용부(500)로 다시 수용될 수 있도록 연결라인(400)을 권취하는 장치이다.

구체적으로, 권취부(700)는 연결라인이 권취되는 권취롤러(710, 720)와 이러한 권취롤러(710, 720)를 회전시키는 모터(미도시)를 포함할 수 있다.

권취부(700)로는 예를 들어 윈치(winch)가 사용될 수 있다.

즉, 연결라인(400)을 권취부(700)의 권취롤러(710, 720)에 권취한 상태에서 권취롤러(710, 720)를 필요에 따라 정회전 또는 역회전시킴으로써, 연결라인(400)을 수용부(500)로부터 외측으로 연장할 수도 있으며 수용부(500)로 다시 회수할 수도 있다.

본 실시예의 경우는, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 권취부(700)가 제1 권취롤러(710)와 제2 권취롤러(720)를 포함하여 구성될 수 있으며, 연결라인(400)은 제1 권취롤러(710)에 권취되는 이송관(410)과 제2 권취롤러(720)에 권취되는 케이블(420)을 포함하여 구성될 수 있다.

이외에도, 본 실시예에 따른 권취부(700)의 형태와 개수는 다양하게 변형될 수 있다.

한편, 앞서도 상술한 바와 같이, 고정부(300)는 채광기(100)와 중계기(200) 간을 상호 탈부착 가능하게 결합시키는 장치이다.

구체적으로, 본 실시예에 따른 고정부(300)는 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 채광기(100)와 중계기(200) 중 어느 하나에 설치되는 액추에이터(actuator, 310))와, 이러한 액추에이터(310)에 의해 직선왕복운동하는 로드(rod, 320)를 포함할 수 있다.

또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 채광기(100)와 중계기(200) 중 나머지 하나에는 삽입홀(510)이 형성될 수 있다. 삽입홀(510)에는 도 3에 도시된 바와 같이 로드(320)의 단부가 삽입될 수 있다.

액추에이터(310)는 하나 또는 복수개로 이루어질 수 있으며, 이 액추에이터(310)의 단부에는 액추에이터(310)의 작동에 따라 직선왕복운동하는 로드(320)가 설치될 수 있다.

이러한 액추에이터(310)로는 예를 들어 공압 또는 유압 실린더가 사용될 수 있다.

고정부(300)는 실린더 내에 공압 또는 유압을 공급하는 압축기(hydraulic compressor, 미도시)를 더 포함할 수 있다.

로드(320)는 도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이 막대 형상으로 이루어질 수 있다. 막대 형상의 로드(320)는, 액추에이터(310)의 작동에 따라 직선왕복운동함으로써 채광기(100)와 중계기(200) 중 나머지 하나에 형성된 삽입홀(510)에 삽입될 수 있다.

이와 같이 액추에이터(310)와 로드(320)에 의해 채광기(100)와 중계기(200)는 필요에 따라 상호 탈부착 가능하게 결합될 수 있다.

이러한 액추에이터(310)의 작동은 제어부(미도시)에 의해 제어될 수 있다.

한편 본 실시에에서는 고정부(300)가 액추에이터(310)와 로드(320)를 포함하는 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것이 아니며, 필요에 따라 고정부(300)는 다양한 형태로 변형될 수 있다.

한편 본 실시예에 따른 해저광물 채취용 장치(1000)는, 중계기(200)와 해상의 구조물(900) 간을 연결하며 채광된 해저광물을 구조물(900)로 이송하는 이송부(800)를 더 포함할 수 있다.

이송부(800)는 중계기(200)에 저장(보관)된 일정한 입자크기의 해저광물을 해상의 구조물(900)로 전달할 수 있는 장치로서, 예를 들어 라이저(riser)가 사용될 수 있다.

한편 본 실시에에서는 이송부(800)가 라이저를 포함하는 경우를 예로 들어 도시하고 있으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것이 아니며, 중계기(200)의 해저광물을 해상의 구조물(900)로 이송할 수 있는 구성이라면 이송부(800)는 다양한 형태로 변형될 수 있다.

이와 같이 본 실시예에 따르면, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 채광기(100)와 중계기(200)를 상호 탈부착 가능하게 결합시킴으로써, 채광기(100)와 중계기(200)를 한번의 작업으로 해저에 론칭(launching)할 수 있으며 채광기(100)와 중계기(200)를 해저로부터 회수(recovering)할 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 채취용 장치
100: 채광기 200: 중계기
300: 고정부 310: 액추에이터
320: 로드 400: 연결라인
410: 이송관 420: 케이블
500: 수용부 510: 삽입홀
600: 수용홈 700: 권취부
710: 제1 권취롤러 720: 제2 권취롤러
800: 이송부 900: 해상구조물

Claims

해저광물을 채광하는 채광기;
상기 채광기와 연결되어 채광된 해저광물을 저장하는 중계기; 및
상기 채광기와 상기 중계기 간을 탈부착 가능하게 결합시키는 고정부를 포함하는, 해저광물 채취용 장치.
제1항에 있어서,
상기 채광기와 상기 중계기 간을 연결하는 연결라인을 더 포함하며,
상기 채광기와 상기 중계기 중 어느 하나에는 상기 연결라인을 수용하는 수용부가 형성되는, 해저광물 채취용 장치.
제2항에 있어서,
상기 수용부가 수용되도록 상기 채광기와 상기 중계기 중 나머지 하나에는 상기 수용부에 상응하는 형상을 갖는 수용홈이 형성되는, 해저광물 채취용 장치.
제2항에 있어서,
상기 연결라인이 상기 수용부로부터 외측으로 연장되거나 상기 수용부로 다시 수용되도록 상기 연결라인을 권취하는 권취부를 더 포함하는, 해저광물 채취용 장치.
제4항에 있어서,
상기 권취부는
상기 연결라인이 권취되는 권취롤러; 및
상기 권취롤러를 회전시키는 모터를 포함하는, 해저광물 채취용 장치.
제2항에 있어서,
상기 연결라인은
상기 채광된 해저광물을 상기 채광기에서 상기 중계기로 이송하는 이송관을 포함하는, 해저광물 채취용 장치.
제1항에 있어서,
상기 고정부는
상기 채광기와 상기 중계기 중 어느 하나에 설치되는 액추에이터; 및
상기 액추에이터에 의해 직선왕복운동하는 로드(rod)를 포함하는, 해저광물 채취용 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 중계기와 해상의 구조물 간을 연결하며 상기 채광된 해저광물을 상기 구조물로 이송하는 이송부를 더 포함하는, 해저광물 채취용 장치.