KR20150140757A

KR20150140757A - 해저 수직 호이스팅 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20150140757A
Application number: KR1020157031867A
Authority: KR
Inventors: 존 마이클 파리아노스; 롤랜드 군터 베른트
Original assignee: 노틸러스 미네랄스 싱가포르 피티이 엘티디
Priority date: 2013-04-08
Filing date: 2014-04-03
Publication date: 2015-12-16
Also published as: EP2984243A1; AU2014251420A1; WO2014168581A1; JP2016514778A; CN105143564A; US20160311620A1; SG11201508349XA; WO2014168581A9

Abstract

드라이브 메카니즘, 드라이브 메카니즘에 의해 구동되게 개조된 하나 이상의 라인, 상기 하나 이상의 라인에 작동적으로 결합되게 개조된 복수 개의 컨테이너, 상기 하나 이상의 라인과 복수 개의 컨테이너가 해저에 대해 호이스팅될 때, 적어도 부분적으로 상기 하나 이상의 라인과 복수 개의 컨테이너를 둘러싸도록 개조된 제1 케이싱 및 상기 하나 이상의 라인과 복수 개의 컨테이너가 해저를 향해 하강될 때, 적어도 부분적으로 하나 이상의 라인과 복수 개의 컨테이너를 둘러싸도록 개조된 제2 케이싱을 포함하는 해저로부터 광석을 호이스팅하는 해저 수직 호이스팅 시스템이 개시되어 있다.

Description

해저 수직 호이스팅 시스템 및 방법{A Seafloor Vertical Hoisting System and Method}

본 발명은 해저 수직 호이스팅 시스템에 관한 것이다. 특히 본 발명은 심해 광산 작업시 해저로부터 수면으로 광석을 기계적으로 호이스팅하는 시스템 및 방법에 관한 것이나, 이에 한정되는 것은 아니다.

해양의 다양한 위치에서 약 300 내지 6000미터 수심의 심해 바닥의 표면층에는 다금속 단괴(polymettalic nodules)의 황화물 침전물이 존재한다.

1970년대 후반 이래로, 심해 해저로부터 이들 퇴적물(deposits)을 채광하고 들어올리는 데에 상업적으로 실행가능한 다양한 방법들이 시도되어 왔다.

물과 광석 슬러리를 수면으로 수력으로 호이스팅하는 선행기술이 있다. 이 방안은 수직 라이저 파이프(vertical riser pipe) 및 물과 광석 슬러리를 수면으로 들어올리기 위한 단일 또는 일련의 무한 슬러리 펌프를 포함한다. 상기 시스템은 인라인 펌프로 상당한 마모가 발생하여 운전 중에 유지 보수가 필요하므로, 잠재적으로 매우 복합하다. 다중 인-라인 원심 펌프를 사용하는 작업에 대해서는 이 시스템의 에너지 효율은 상당히 낮다.

다른 종래기술의 해결방안은 수면으로 물과 광석 슬러리를 공중수송으로 호이스팅하는 것이다. 이 방안은 파이프 아래의 라이저 파이프 부분으로 공기를 주입하는 것을 포함하며, 저밀도의 공기는 물과 광석 슬러리를 수면으로 들어올린다. 이 시스템이 매우 간단하고, 작동 중에 유지 보수를 할 가능성이 작은 반면에, 상대적으로 에너지 비효율적이고, 실질적인 호이스팅 속도에서 작동하는 고압으로 압축된 공기가 상당량 필요하다.

육지의 많은 지하 광산에서 통상적으로 사용되는 또 다른 종래 기술은 스킵(skip)과 케이블로 기계적으로 들어올리는 것이다. 상기 기계적인 호이스팅 시스템은 에너지 효율적일 뿐만 아니라 비교적 간단하다. 그러나 단일 스킵 시스템을 사용할 경우 잠재적인 처리량에 대한 제한, 가이드 및 운반 케이블(haulage cables)에 대한 문제점이 다중 스킵 시스템에서 얽혀 해저로 진흙을 반환하고 기둥(plumes)으로 수주(water column)가 오염되는 것을 방지하므로, 이 모든 것이 해저 적용에서는 고려되어야 한다.

본 발명에 포함되는 모든 문헌, 작동, 소재, 장치, 물품 또는 유사품은 본 발명을 제공하는 목적에 의해서만 존재한다. 이 모든 문제들은 선행기술의 근거의 일부를 형성하거나 본 출원의 각 청구항의 우선일 이전에 존재한 대로 본 발명과 연관된 분야에서 일반적인 상식을 가졌던 것으로 인정되지 않는다.

본 발명의 목적은 하나 또는 그 이상의 상기한 문제점을 극복하거나 적어도 완화시키고 또는 소비자로 하여금 유용하거나 상업적인 선택을 하도록 제공하는데에 있다.

본 발명의 다른 바람직한 목적은 하기 기재에 의하여 명백해질 것이다.

본 발명은 유일할 필요는 없을지라도 가장 넓은 형태로, 일 관점에서 드라이브 메카니즘(drive mechanism);

드라이브 메카니즘에 의해 구동되게 개조된 하나 이상의 라인(line);

상기 하나 이상의 라인에 작동적으로 결합되게 개조된 복수 개의 컨테이너; 및

적어도 부분적으로 상기 하나 이상의 라인과 복수 개의 컨테이너를 둘러싸도록 개조된 하나 이상의 케이싱(casing)을 포함하는 해저로부터 광석을 호이스팅하는 해저 수직 호이스팅 시스템(seafloor vertical hoisting system)에 관한 것이다.

바람직하게는 상기 해저 수직 호이스팅 시스템은 광석 수용 작업선(receiving vessel)을 포함한다. 광석 수용 작업선은 수상함(surface vessel), 부유 플랫폼(floating platform), 반 잠수식 설비(semi-submersible) 등일 수 있다. 바람직한 실시예에서 광석 수용 작업선은 수상함이다. 전형적으로 드라이브 메카니즘은 상기 광석 수용 작업선에 결합된다.

당업자는 하나 이상의 라인은 로프(rope), 케이블, 벨트, 체인 및/또는 기타일 수 있다는 것을 이해할 것이다. 라인은 다중 라인일 수 있다. 예를 들면, 하나의 라인은 서로 연결되어 다중 로프일 수 있다. 통상적으로 상기 라인은 수면을 향해 루프 호이스팅 컨테이너(loop hoisting containers)의 일면과 해저를 향한 컨테이너를 가져오는 다른 면을 가진 루프를 형성하는 연속적인 라인이다.

바람직하게는 각각의 컨테이너 인접한 컨테이너에 결합되도록 개조된 라인의 길이에 연결된다. 이와 같은 방식으로 해저 수직 호이스팅 시스템의 길이(곧, 깊이)는 작동 조건에 맞게 조정될 수 있다. 다른 실시예에서, 컨테이너는 무한 루프를 형성하도록 접합되어 단일 라인에 부착될 수 있다. 컨테이너는 클램프를 사용하여 라인에 부착될 수 있다. 예를 들어, 스키 리프트 곤돌라가 케이블에 연결되는 것과 유사한 방식으로 라인에 부착될 수 있다.

바람직하게는 각각의 컨테이너는 하나 이상의 케이싱 내부의 컨테이너를 안내하는 가이드를 포함할 것이다. 바람직하게는 상기 가이드는 복수 개의 가이드 롤러로서, 하나 이상의 케이싱의 내면과 접촉하도록 개조된다.

바람직하게는 각각의 컨테이너가 하강함에 따라 상기 컨테이너의 내부에 있는 공기를 방출하도록 개조된다. 바람직하게는 각각의 컨테이너는 개구부(aperture)를 가짐으로써 공기가 컨테이너로부터 방출되도록 한다.

바람직하게는 적어도 하나 이상의 케이싱은 복수 개의 도관(conduits)으로 형성된다. 바람직하게는 각각의 케이싱은 복수 개의 도관으로부터 형성된다. 일반적으로 하나의 케이싱(제1 케이싱)은 '상향(up going)' 케이싱으로, 표면 쪽으로 호이스팅되는(곧, 해저에 대하여 호이스팅되는) 라인과 컨테이너의 적어도 일부분을 둘러싼다. 전형적으로 제2 케이싱은 '하향(down going)' 케이싱으로 해저 쪽으로 하향하는 라인과 컨테이너의 적어도 일부분을 둘러싼다. 다른 실시예에서 '하향' 케이싱은 필요하지 않을 수도 있다.

예를 들면 '하향' 케이싱은 물질이 해저로 되돌아가는 것을 방지할 필요가 없거나 해저로 되돌아갈 물질이 없을 경우에는 필요하지 않을 수 있다. 일반적으로 크로스 부재(cross members)가 배치되어 상기 케이싱들이 간격을 두고 떨어져 있다.

바람직하게는 상기 하나 이상의 케이싱은 호이스팅되거나 하강하여 물이 컨테이너를 통과할 수 있도록 컨테이너의 단면적에 비해 더 큰 내부 단면적을 갖는다. 다른 실시예에서 하나 이상의 케이싱의 내부 단면적은 상기 컨테이너와 유사하다. 이러한 대체의 실시예에서 중공 크로스 부재는 '상향' 및 '하향' 케이싱 사이에 연결될 수 있다. 이러한 방식으로 압력 차이는 동등하게 될 수 있다. 이것의 이점은 기생항력(parasitic drag)이 감소한다는 것이다. 대안적 또는 부가적으로 컨테이너를 호이스팅하는 것을 보조하기 위하여 '상향' 케이싱 내로 물 및/또는 압축 공기가 주입될 수 있다.

바람직하게는 구동 메카니즘은 구동 스핀들(driven spindle)이다. 일반적으로 라인과 컨테이너는 해저로 하향시킬 때 해저로부터 호이스팅되는 스핀들 및 전환부의 일부 주위를 이동한다. 그들이 스핀들 중 적어도 일부 주위를 이동할 때 바람직하게는 컨테이너에는 광석이 없다. 스핀들의 일부 주위를 이동한 후에 컨테이너를 비울 수도 있다.

일반적으로 (예를 들면, 호이스팅과 하향 사이의 전환) 컨테이너 주위에 적어도 일부분을 이동하는 것이 허용되도록 스핀들은 개조된다. 바람직하게는 해저 수직 호이스팅 시스템은 호이스팅 시스템의 바닥 쪽을 향한 스핀들을 포함한다. 일반적으로 호이스팅 시스템 바닥 쪽을 향한 스핀들은 상기 라인의 복귀 지점으로 작용한다. 대안적으로 호이스팅 시스템의 바닥 쪽을 향한 스핀들은 라인의 하향 및/또는 호이스팅을 보조하기 위하여 구동된다.

바람직하게는 해저 수직 호이스팅 시스템은 상기 호이스팅 시스템의 바닥을 향한 광석 호퍼(ore hopper)를 포함한다. 일반적으로 광석은 표면으로 호이스팅되는 컨테이너 내로 광석 호퍼에서 공급된다. 이러한 아르키메데스 스크류 피더(Archimedes screw feeder)와 같은 공급 기구가 컨테이너 내로 광석 호퍼로부터 광석을 공급한다.

본 발명은 다른 관점에서 지지체에 회전 가능하게 연결된 프레임(frame); 및

상기 프레임에 회전 가능하게 연결되고 하나 이상의 라인이 복수 개의 컨테이너에 작동적으로 결합되도록 개조된 복수 개의 시브(sheaves)를 포함하는 해저 수직 호이스팅 시스템용 스핀들(spindle)에 관한 것이다.

바람직하게는 복수 개의 컨테이너가 상기 시브와 접촉하지 않는 방식으로 상기 프레임과 상기 복수 개의 시브가 회전한다. 일반적으로 스핀들의 적어도 일부를 이동함에 따라 상기 컨테이너가 복수 개의 시브 중 2개 사이에 배치되도록 할 것이다. 일반적으로 컨테이너가 스핀들의 적어도 일부 주위를 이동할 때, 시브는 프레임에 대하여 회전하는 것을 방지한디. 일반적으로 시브가 상기 프레임에 대하여 회전하는 것이 방지되는 경우 라인 및/또는 컨테이너가 스핀들의 적어도 일부 주위를 이동할 수 있도록 프레임이 회전한다. 일반적으로 라인이 스핀들 주위를 이동할 때에만 상기 프레임은 회전하는 것이 방지되고 상기 시브는 프레임에 대하여 회전한다.

바람직하게는, 상기 시브 및 상기 프레임은 모터를 사용하여 선택적으로 회전한다.

스핀들이, 해저 수직 호이스팅 시스템의 정상을 향해 있는 상부 스핀들(upper spindle) 또는 해저 수직 호이스팅 시스템의 바닥을 향해 있는 하부 스핀들(lower spindle)일 수 있다는 것이 이해될 것이다.

본 발명은 또 다른 관점에서 지지체에 회전 가능하게 연결되고 하나 이상의 라인이 복수 개의 컨테이너에 작동적으로 결합되도록 개조된 시브(sheaves); 및

상기 시브와 함께 선택적으로 회전하고, 복수 개의 컨테이너 각각이 시브의 적어도 일부 주위를 이동할 때, 상기 시브로부터 복수 개의 컨테이너 각각과 간격을 두도록 개조된 크래들(cradle)을 포함하는 해저 수직 호이스팅 시스템용 스핀들에 관한 것이다.

바람직하게는 크래들이 시브와 함께 선택적으로 회전하기 위하여 시브에 선택적으로 연결된다.

바람직하게는 크래들이 복수 개의 컨테이너가 스핀들의 적어도 일부 주위를 이동할 때, 복수 개의 컨테이너 각각의 적어도 일부를 수용하도록 개조된 리세스(recess)를 포함한다.

바람직하게는 상기 크래들이 상기 스핀들의 적어도 일부 주위를 시브와 함께 크래들이 회전할 때, 하나 이상의 라인의 적어도 일부와 결합되도록 개조된다.

본 발명은 또 다른 관점에서 복수 개의 도관을 제공하는 단계;

복수 개의 도관을 연결하여 하나 이상의 캐이싱을 형성하는 단계;

상기 하나 이상의 케이싱을 상기 해저를 향해 하향시키는 단계;

복수 개의 컨테이너를 작동적으로 결합하는 하나 이상의 라인을 제공하는 단계;

상기 하나 이상의 케이싱 내에 하나 이상의 라인의 적어도 일부분을 위치시키는 단계; 및

상기 하나 이상의 라인을 구동시키도록 개조된 드라이브 메카니즘을 제공하는 단계를 포함하는 해저 호이스팅 시스템의 제작방법에 관한 것이다.

바람직하게는 하나 이상의 케이싱이 형성되는 동안 하나 이상의 케이싱을 해저를 향해 하향시키는 단계를 수행한다.

바람직하게는 하나 이상의 케이싱이 형성되는 동안 하나 이상의 케이싱 내에 하나 이상의 라인을 위치시키는 단계를 수행한다.

바람직하게는 상기 방법은 연속 루프 내로 하나 이상의 라인을 형성하는 단계를 추가로 포함한다.

본 발명은 또 다른 관점에서 광석을 해저로부터 광석 호퍼로 제공하는 단계;

광석 호퍼로부터, 하나 이상의 케이싱 내에 위치한 하나 이상의 라인에 의하여 작동적으로 결합된 복수 개의 컨테이너 내로 광석을 공급하는 단계; 및

광석 수용 작업선을 향해 복수 개의 컨테이너를 호이스팅하는 단계를 포함하는 해저로부터 광석을 호이스팅하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 다른 특징은 하기에 기재된 내용으로부터 명백해질 것이다.

본 발명에 따라 심해 광산 작업시 해저로부터 수면으로 광석을 기계적으로 호이스팅하는 시스템 및 방법을 제공할 수 있다.

본 발명의 이해를 돕고, 본 분야의 당업자가 본 발명을 실제적인 효과를 얻기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예를 후술하는 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해저 수직 호이스팅 시스템 및 해저 단괴 선광 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 해저 수직 호이스팅 시스템의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 해저 수직 호이스팅 시스템의 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 해저 수직 호이스팅 시스템의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 내부 브레이스(internal brace)의 개략적인 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 스핀들의 개략적인 평면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 브레이스(external brace)의 개략적인 평면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 스핀들의 개략적인 평면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 해저 수직 호이스팅 시스템의 개략도이다.
도 10A-F는 도 9의 개략도이고, 도 11 A-E는 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들의 개략도이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해저 수직 호이스팅 시스템(10) 및 해저 단괴 선광 시스템(seafloor nodule concentrating system, 20)의 개략도이다.

해저 단괴 선광 시스템(20)은 수상함(surface vessel, 22) 및 해저(26)로부터 견인되는 해저 단괴 회수 수단(seafloor nodule recovery vehicle, 24)을 포함한다. 상기 해저 단괴 회수 수단(24)은 해저(26)로부터 광석을 단괴(28)의 형태로 수집하고 해저 단괴 회수 수단(24) 후면의 윈드로(windrow, 30) 내로 광석을 위치시킨다. 광석 회수 장치(ore recovery apparatus, 14)는 광석 윈드로(30)를 수집하고 광석을 수직 호이스팅 시스템(10)에 제공하여 수상함(12)의 형태인 광석 수용 작업선으로 호이스팅시킨다.

도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 해저 수직 호이스팅 시스템(10)이 도시되어 있다. 해저 수직 호이스팅 시스템(10)은 광석 수용 작업선(12)으로 연결된 상부 스핀들(100)의 형태인 드라이브 메카니즘(drive mechanism)을 가진다. 상부 스핀들(100)은 일반적으로 모터(미도시)에 의하여 구동되어 여기에 연결된 다중 컨테이너(104)를 가진 라인(102)을 호이스팅 및 하향시킨다. 도면을 보면 라인(102)이 다중 세그먼트(multiple segments)로 형성되고 이들 각각이 컨테이너(104)의 상부 및 인접한 컨테이너(104)의 하부에 결합되는 것을 알 수 있다. 라인(102)은 해저 수직 호이스팅 시스템(10)의 제1 사이드(108) 상에서 라인(102) 및 그로 인한 컨테이너(104)가 광석 수용 작업선(12)을 향해 호이스팅되고, 제2 사이드(110) 상에서는 라인(102) 및 그로 인해 컨테이너가 해저를 향해 하향되도록 상부 스핀들(100) 및 하부 스핀들(106) 주위를 순환할 때, '연속'인 것으로 간주될 수 있다(미도시).

파이프(112)의 형태인 케이싱은 제1 사이드(108) 상에서 라인(102) 및 컨테이너(104)의 대부분을 감싼다. 파이프(114) 형태의 케이싱은 제2 사이드(110) 상에서 라인(102) 및 컨테이너(104)의 대부분을 감싼다. 일반적으로 파이프(112, 114)는 다중 강성 섹션(rigid sections, 미도시)을 연결함으로써 형성된다. 파이프(112, 114)를 사용하여 라인(102) 및 컨테이너(104)를 가이드하고 포함한다. 일반적으로 파이프(112, 114)는 광석 수용 작업선(12)으로부터 매달려 있다. 다른 실시예(미도시)에서, 상기 파이프를 형성하는 다중 강성 섹션은 수직 호이스팅 시스템의 바닥을 향하여 위치한 베이스 플레이트(base plate)로부터 '적층(stacked)'될 수 있고, 상기 베이스 플레이트는 광석 수용 작업선으로부터 케이블에 의하여 매달려 있다. 다중 강성 섹션으로부터 형성된 파이프(112, 114)와 다중 세그먼트로 형성된 라인(102)을 가짐으로써 얻게 되는 이점은 해저 수직 호이스팅 시스템(10)의 길이(곧, 깊이)가 동작 조건에 맞게 조절될 수 있다는 점이다.

하부 스핀들(106)은 통상적으로 모터에 의해 구동되지 않으나, 하부 스핀들(106) 또한 라인(102) 및 컨테이너(104)를 호이스팅하고 하강시키는 데에 도움을 주도록 구동될 수 있다는 것을 이해할 것이다.

광석 호퍼(116)는 해저 수직 호이스팅 시스템(10)의 하단부를 향하도록 위치해 있다. 아르키메데스 스크류 피더(Archimedes screw feeder, 118) 형태의 공급 메카니즘은 광석 호퍼(116)로부터 광석 수용 작업선(12)을 향해 호이스팅되는 컨테이너(104) 내로 광석을 공급한다. 광석 호퍼(116)는 일반적으로 광석 회수 장치(14, 도 1에 가장 잘 보임)로부터 광석이 공급된다. 체인 또는 벨트 피더와 같은 대체적인 공급 메카니즘이 아르키메데스 스크류 피더를 대신하여 사용될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 컨테이너(104)를 나타낸다. 컨테이너는 그 외부 표면에 부착된 롤러 가이드(122)를 가진 본체(12)를 포함한다. 호이스팅 또는 하강시 상기 컨테이너(104)를 가이드하기 위하여 롤러 가이드(122)는 케이싱(미도시)의 내면과 접촉하도록 구성된다. 본체(120)는 공기 배출 구멍(air drain hole, 124)의 형태인 개구부(aperture)를 가진다. 공기 배출 구멍은 컨테이너가 해저를 향해 하강할 때 상기 컨테이너(104)로부터 공기가 배출되도록 한다(미도시). 그러나 본체(120) 또한 부분적으로 메쉬로 제조될 수 있다는 것을 이해할 것이다.

본체(120)는 개구부(126)를 가짐으로써 라인(102)이 컨테이너(104)를 통과(threaded through)할 수 있다. 다른 실시예(미도시)에서, 본체(120)는, 라인(102)이 컨테이너(104)를 통과하지 않고도 상기 컨테이너(104) 내에 위치할 수 있도록 슬롯을 포함할 수 있다.

컨테이너(104)는 라인을 안내하는 가이드(128)를 포함한다. 컨테이너는 라인(102)에 연결된 클램핑 콘(clamping cone, 132)의 형태인 클램프와 연결된 마운팅 부재(mounting member, 130)를 포함한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 해저 수직 호이스팅 시스템(10)의 개략도이다. 수직 호이스팅 시스템(10)은 고정된 케이블(140)의 형태로 고정된 라인에 의하여 더욱 지지된다. 고정 케이블(140)은 브레이스(braces, 142)에 의하여 일정한 간격으로 연결되어 있다. 중량(144)이 케이블(140)의 안정화를 돕기 위하여 상기 케이블(140)에 부착된다. 고정 케이블(140)은 도 4에 나타낸 바와 같이 라인(102)의 외측(outboard) 또는 라인(102)의 내측에 위치할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 브레이스(142)의 개략적인 평면도이다. 브레이스(142)는 프레임(146)의 중앙부를 향해 연결된 고정 케이블(140)을 가진 프레임(146)을 포함한다. 라인 가이드(line guides, 148)가 컨테이너(104)에 연결된 프레임(146)과 가이드 라인(102)에 부착된다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 스핀들(106)의 개략적인 평면도이다. 하부 스핀들(106)이 고정 케이블(140)에 대하여 회전할 수 있도록 하부 스핀들(106)은 상기 고정 케이블(140)에 연결되도록 동작한다. 하부 스핀들(106)은 라인(102)에 결합되고, 라인(102) 및 컨테이너(104)가 하강에서 호이스팅으로 전환할 때, 라인(102) 및 그로 인해 컨테이너(104)도 하부 스핀들(106)의 일부 주위로 가이드된다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 브레이스(142)의 개략적인 평면도이다. 브레이스(142)는 프레임(146)의 외부를 향해 연결된 고정 케이블(140)을 가진 프레임(146)을 가진다. 라인 가이드(148)가 프레임(146) 및 컨테이너에 연결된 가이드 라인(102)에 연결된다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 스핀들(106)의 개략적인 평면도이다. 하부 스핀들(106)은 작동적으로 프레임에 연결되어 하부 스핀들(106)이 프레임(146)에 대하여 회전할 수 있도록 한다. 상기 프레임(146)은 고정 케이블(146)에 연결되어 있다. 하부 스핀들(106)은 라인(102)에 결합되고, 라인(102) 및 컨테이너(104)가 하강에서 호이스팅으로 전환할 때, 라인(102) 및 그로 인해 컨테이너(104)도 하부 스핀들(106)의 일부 주위로 가이드된다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 해저 수직 호이스팅 시스템의 개략도이다. 도 2와 유사하게 라인(102) 및 컨테이너(104)를 가이드하고 포함하는 데에 파이프(112, 114)가 사용된다. 컨테이너는 롤러 가이드(roller guides, 122)를 가진다. 롤러 가이드(122)는, 호이스팅 또는 하강시 컨테이너(104)를 가이드하기 위하여 파이프(112, 114)의 내부 표면에 접촉되도록 개조된다. 도 2와 유사하게 아르키메데스 스크류 피더(118)에 의하여 광석 호퍼(116)로부터 컨테이너가 광석으로 충전된다.

상부 스핀들(100) 및 하부 스핀들(106)이 회전 가능한 프레임(150)과 상기 프레임에 회전하도록 연결된 시브(sheaves, 152)를 가진다. 이와 같은 방식으로 컨테이너는 시브(152)를 통과하지 않고 상부 스핀들(100) 및 하부 스핀들(106) 주위를 이동할 수 있다. 스핀들(100, 106)의 동작은 하기에 보다 상세하게 설명한다.

도 10a 내지 도 10f에 관하여, 도 9의 상부 스핀들(100)의 동작이 도시되어 있다.

도 10a는 상부 스핀들(100)에 근접한 컨테이너(104)를 나타낸다. 이 단계에서 회전 가능한 프레임(150)이 회전하는 것을 방지하고 라인(102)가 구동하기 위해 상기 프레임에 대해 시브(152)가 회전하고 있다. 컨테이너가 도 10b에 나타낸 바와 같이 예정된 위치에서 감지된다면, 시브는 상기 프레임에 대하여 회전하는 것이 방지된다.

그리고 나서 프레임은, 도 10c 내지 도 10e에 나타낸 바와 같이, 컨테이너(104)가 2개의 시브(52) 사이에서 스핀들(100)의 일부 주위를 이동하도록 회전한다. 일반적으로 도 10b 및 10c 사이의 전환은 상부 스핀들(100) 주위의 움직임이 정지되지 않도록 한다. 시브는 상기 프레임(150)에 대하여 회전하지는 않지만, 라인(102)은 여전히 프레임(150)의 회전으로 인해 시브(152)에 의해 구동되고 있다. 도 10d 내지 도 10e에 나타낸 바와 같이, 상부 스핀들(100) 주위를 이동할 때 컨테이너(104)는 비워진다.

시브(152)는 도 10f에 나타낸 바와 같이 위치하면, 프레임(150)은 회전이 방지되고, 상기 시브(152)는 컨테이너(104)가 하강될 수 있도록 회전된다. 그리고 나서 도 10a 내지 도 10f에 나타낸 바와 같이, 상부 스핀들(100)에 접근한 다른 컨테이너에 대해서도 공정이 반복될 수 있다.

도 10a 내지 도 10f에 상부 스핀들에 대하여 나타낸 바와 같은 유사한 방식으로 하부 스핀들(미도시)이 기능할 수 있으며, 하부 스핀들이 라인을 구동하지 않을 수도 있고, 대신에 하부 스핀들이 라인에 의하여 구동될 수 있다는 것과 컨테이너가 하부 스핀들 주위를 이동할 때 비워지지 않는다는 것을 유념해야 할 것이다.

도 11a 내지 도 11e에 관하여, 본 발명의 일 실시예에 따라 하부 스핀들(106)의 동작이 도시되어 있다.

도 11a에 관하여, 하부 스핀들(106)은 라인(102)에 의하여 구동되는 시브(160)를 갖는다. 라인(102) 및 컨테이너(104)가 하강하고 호이스팅하는 데에 시브(160)가 보조할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 크래들(162)이 시브(160)에 인접하여 위치한다. 크래들(162)은 초승달 형상이고, 라인(102)을 수용하기 위한 시브(160) 상의 홈(groove, 미도시)과 동일한 구성의 홈(미도시) 뿐만 아니라, 컨테이너의 적어도 일부분을 수용하기 위하여 개조된 리세스(recess, 164)를 포함한다. 컨테이너가 도 11a에 나타낸 바와 같이 예정된 위치에서 감지된다면, 크래들(162)은 시브(160)와 함께 회전한다. 이것은 시브(160)에 크래들(152)을 잠금으로써 달성될 수 있다.

도 11b 내지 도 11d를 참조하여 알 수 있는 바와 같이, 크래들(162)은 시브(160)와 함께 회전한다. 컨테이너(104)의 일부분은 시브(160)의 리세스(164)에서 수용된다. 컨테이너(104)는, 크래들(162)에 의하여 시브(160)로부터 이격된 스핀들(106) 일부분의 주위를 이동한다.

도 11e에 나타낸 바와 같이, 컨테이너(104)가 하부 스핀들 주위(즉, 하부 스핀들의 일부분 주위)를 이동하면, 다른 컨테이너가 하부 스핀들(106)에 근접할 때까지 크래들(182)은 시브(160)에 인접해 있는 것을 유지하며, 도 11a 내지 도 11e에 나타낸 바와 같은 공정이 반복될 수 있다.

상부 스핀들(미도시)이 도 11a 내지 도 11e에 도시된 하부 스핀들과 유사한 방식으로 기능할 것이며, 상부 스핀들이 라인을 구동할 수 있고, 컨테이너가 상부 스핀들 주위를 이동할 때 일반적으로 비어 있다는 것을 유념해야 할 것이다.

상술한 실시예는 단지 본 발명의 원리를 설명하고 다양한 수정 및 변경은 당업자에게 용이할 것이다. 본 발명은 실시가능하며, 여러 다른 실시예들에서 수행될 수 있다. 또한 본원에 사용된 용어는 설명을 위한 것이며, 한정하는 것으로 간주하여서는 안된다.

Claims

드라이브 메카니즘(drive mechanism);
드라이브 메카니즘에 의해 구동되게 개조된 하나 이상의 라인(line);
상기 하나 이상의 라인에 작동적으로 결합되게 개조된 복수 개의 컨테이너;
상기 하나 이상의 라인과 복수 개의 컨테이너가 해저에 대해 호이스팅될 때, 적어도 부분적으로 상기 하나 이상의 라인과 복수 개의 컨테이너를 둘러싸도록 개조된 제1 케이싱(casing); 및
상기 하나 이상의 라인과 복수 개의 컨테이너가 해저를 향해 하강될 때, 적어도 부분적으로 하나 이상의 라인과 복수 개의 컨테이너를 둘러싸도록 개조된 제2 케이싱을 포함하는 해저로부터 광석을 호이스팅하는 해저 수직 호이스팅 시스템(seafloor vertical hoisting system).
제1항에 있어서, 광석 수용 작업선(receiving vessel)을 추가로 포함하고, 드라이브 메카니즘이 상기 광석 수용 작업선에 결합된 것을 특징으로 하는 해저 수직 호이스팅 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서, 드라이브 메카니즘이 구동 스핀들(driven spindle)인 것을 특징으로 하는 해저 수직 호이스팅 시스템.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 및 제2 케이싱 각각이 복수 개의 도관(conduits)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 해저 수직 호이스팅 시스템.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 라인이 다중 세그먼트(multiple segments)로 형성되고, 이들 각각이 복수 개의 컨테이너 중 대응되는 컨테이너의 상부 및 복수 개의 컨테이너 중 인접한 컨테이너의 하부에 결합되는 것을 특징으로 하는 해저 수직 호이스팅 시스템.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 복수 개의 컨테이너 각각이 개구부(aperture)를 가짐으로써 하나 이상의 라인이 복수 개의 컨테이너 각각을 통과(threaded through)할 수 있는 것을 특징으로 하는 해저 수직 호이스팅 시스템.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 대응되는 컨테이너를 호이스팅 또는 하강 작업시 상기 대응되는 컨테이너를 가이드하기 위하여, 복수 개의 컨테이너 각각이 제1 또는 제2 케이싱의 내부 표면에 접촉되도록 개조된 복수 개의 가이드 롤러(guide rollers)를 포함하는 해저 수직 호이스팅 시스템.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 해저 수직 호이스팅 시스템의 하단부를 향한 광석 호퍼(ore hopper)를 포함하는 해저 수직 호이스팅 시스템.
제8항에 있어서, 아르키메데스 스크류 피더(Archimedes screw feeder)가 광석 호퍼로부터 복수 개의 컨테이너로 광석을 공급하는 것을 특징으로 하는 해저 수직 호이스팅 시스템.
제8항 또는 제9항에 있어서, 광석 호퍼로 광석을 공급하는 광석 회수 장치(ore recovery apparatus)를 포함하는 해저 수직 호이스팅 시스템.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 및 제2 케이싱 사이에 크로스 부재(cross members)가 배치되어 상기 케이싱들이 간격을 두고 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 해저 수직 호이스팅 시스템.
제11항에 있어서, 크로스 부재가 중공(hollow)이고, 제1 및 제2 케이싱 사이에 연결되어 제1 및 제2 케이싱 사이의 압력 차이를 동등하게 하는 것을 특징으로 하는 해저 수직 호이스팅 시스템.
복수 개의 컨테이너로 광석을 공급하는 단계; 및
복수 개의 컨테이너를 광석 수용 작업선을 향해 호이스팅하는 단계를 포함하는, 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 해저 수직 호이스팅 시스템을 이용한 해저로부터의 광석 호이스팅 방법.
지지체에 회전 가능하게 연결된 프레임(frame); 및
상기 프레임에 회전 가능하게 연결되고 하나 이상의 라인이 복수 개의 컨테이너에 작동적으로 결합되도록 개조된 복수 개의 시브(sheaves)를 포함하는 해저 수직 호이스팅 시스템용 스핀들(spindle).
제14항에 있어서, 복수 개의 컨테이너 중 대응되는 컨테이너가 스핀들의 적어도 일부 주위를 이동할 때 상기 대응되는 컨테이너가 복수 개의 시브 중 2개 사이에 배치되도록 프레임 및 복수 개의 시브가 선택적으로 회전하는 것을 특징으로 하는 스핀들.
제14항 또는 제15항에 있어서, 복수 개의 컨테이너 중 1개의 컨테이너가 스핀들의 적어도 일부 주위를 이동할 때, 복수 개의 상기 시브가 프레임에 대하여 회전하지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 스핀들.
제16항에 있어서, 복수 개의 시브가 프레임에 대하여 회전하지 못할 때, 프레임이 지지체에 대하여 회전하도록 개조된 것을 특징으로 하는 스핀들.
지지체에 회전 가능하게 연결되고 하나 이상의 라인이 복수 개의 컨테이너에 작동적으로 결합되도록 개조된 시브(sheaves); 및
상기 시브와 함께 선택적으로 회전하고, 복수 개의 컨테이너 각각이 시브의 적어도 일부 주위를 이동할 때 시브로부터 복수 개의 컨테이너 각각과 간격을 두도록 개조된 크래들(cradle)을 포함하는 해저 수직 호이스팅 시스템용 스핀들.
제18항에 있어서, 시브와 함께 선택적으로 회전하기 위하여 크래들이 시브에 선택적으로 연결된 것을 특징으로 하는 스핀들.
제18항 또는 제19항에 있어서, 크래들이 복수 개의 컨테이너가 스핀들의 적어도 일부 주위를 이동할 때, 복수 개의 컨테이너 각각의 적어도 일부를 수용하도록 개조된 리세스(recess)를 포함하는 스핀들.
제18항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 크래들이 스핀들의 적어도 일부 주위를 시브와 함께 회전할 때, 크래들이 하나 이상의 라인의 적어도 일부와 결합되도록 개조되는 것을 특징으로 하는 스핀들.
제14항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 스핀들이, 해저 수직 호이스팅 시스템의 정상을 향해 있는 상부 스핀들(upper spindle)인 것을 특징으로 하는 스핀들.
제14항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 스핀들이, 해저 수직 호이스팅 시스템의 바닥을 향해 있는 하부 스핀들(lower spindle)인 것을 특징으로 하는 스핀들.
해저로부터 광석을 호이스팅하는데 사용하기 위한 제14항 내지 제23항 중 어느 한 항의 스핀들의 용도.
복수 개의 도관을 제공하는 단계;
복수 개의 도관을 연결하여 하나 이상의 캐이싱을 형성하는 단계;
상기 하나 이상의 케이싱을 해저를 향해 하강시키는 단계;
복수 개의 컨테이너를 작동적으로 결합하는 하나 이상의 라인을 제공하는 단계;
상기 하나 이상의 케이싱 내에 하나 이상의 라인의 적어도 일부분을 위치시키는 단계; 및
상기 하나 이상의 라인을 구동시키도록 개조된 드라이브 메카니즘을 제공하는 단계를 포함하는 해저 호이스팅 시스템의 제작방법.
제25항에 있어서, 하나 이상의 케이싱이 형성되는 동안 하나 이상의 케이싱을 해저를 향해 하강시키는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
제25항 또는 제26항에 있어서, 하나 이상의 케이싱이 형성되는 동안 하나 이상의 케이싱 내에 하나 이상의 라인을 위치시키는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
제25항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 연속 루프 내로 하나 이상의 라인을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
광석을 해저로부터 광석 호퍼로 제공하는 단계;
광석을 광석 호퍼로부터 하나 이상의 케이싱 내에 위치한 하나 이상의 라인에 의하여 작동적으로 결합된 복수 개의 컨테이너 내로 공급하는 단계; 및
광석 수용 작업선을 향해 복수 개의 컨테이너를 호이스팅하는 단계를 포함하는 해저로부터 광석을 호이스팅하는 방법.
제29항에 있어서, 하나 이상의 케이싱이 복수 개의 도관으로부터 형성된 것을 특징으로 하는 방법.
제29항 또는 제30항에 있어서, 광석을 해저로부터 광석 호퍼로 제공하는 단계가 광석 회수 장치를 사용하여 광석을 광석 호퍼로 제공하는 것을 특징으로 하는 방법.
제29항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 라인으로 구동시키기 위한 드라이브 메카니즘을 이용하는 단계를 추가로 포함하는 방법.