KR20220137764A

KR20220137764A - 심해 채굴 차량

Info

Publication number: KR20220137764A
Application number: KR1020227032372A
Authority: KR
Inventors: 크리스 드 브루이네; 함 스토퍼스; 스테판 플라멘; 헨드릭 드 베우프
Original assignee: 딥테크 엔브이
Priority date: 2020-02-20
Filing date: 2021-02-19
Publication date: 2022-10-12
Also published as: BE1028074A1; CA3165040A1; CN115244268A; WO2021165920A1; MX2022008782A; EP4107365B1; EP4107365A1; BE1028074B1; US20230082082A1

Abstract

큰 깊이의 해저로부터 광물 침전물들을 흡수하기 위한 그리고 선택적으로는 부유 디바이스로 상기 침전물들을 수송하기 위한 심해 채굴 차량이 개시된다. 상기 차량은, 해저 상에서 전방으로 상기 차량을 이동시키기 위한 수단이 제공된 지지 프레임, 흡수된 광물 침전물들을 위한 저장소, 및 추가적으로는 개방 흡입 사이드가 있는 흡입 헤드를 포함하고, 상기 개방 흡입 사이드는 상기 해저를 향해 지향되고, 상기 광물 침전물들은 상기 개방 흡입 사이드를 따라 흡수된다. 상기 심해 채굴 차량에는 상기 해저에 대해 정해진 리미트들 내에서 흡입 면의 높이를 유지하기 위한 제어 디바이스가 추가적으로 제공된다. 상기 제어 디바이스는, 상기 이동 방향에 대해 상기 개방 흡입 사이에 선행하고 상기 심해 채굴 차량의 폭에 걸쳐 연장하는 위치들에서 해저 높이들을 획득하기 위한 측정 수단을 이용한다. 제어 회로에 포함된 액추에이터는 상기 위치들에서 측정된 해저 높이들에 기초하여 상기 흡입 헤드의 높이를 조절한다.

Description

심해 채굴 차량

발명은 큰 깊이의 해저 상의 광물 침전물들을 수집하기 위한 그리고 부유 디바이스 또는 물 위의(above) 다른 저장소로 상기 침전물들을 수송하기 위한 심해 채굴 차량에 관한 것이다. 마찬가지로 발명은, 심해 채굴 차량으로 큰 깊이의 광물 침전물들을 수집하기 위한 방법, 그리고 심해 채굴 차량용 흡입 헤드에 관한 것이다. 광물 침전물들은 망간 단괴(manganese nodule)들과 같은 다금속 단괴들을 포함할 수 있다.

증가하는 세계 인구 및 증가하는 천연 자원들의 결핍에 비추어 볼 때 심해 채굴을 위한 획기적인 기술들을 위한 요구가 증가하고 있다. 다금속 단괴들은 많은 대양들의 플로어들 상에서 발견되고, 니켈, 코발트 및 망간과 같은 필수적인 원재료들을 포함한다. 추출 이후에, 다금속 단괴들에 존재하는 금속들은, 예를 들면, 스테인리스 강, 배터리들, 풍력 터빈들, 광전지 시스템들 및 다른 유용한 적용 분야들에 적용될 수 있다.

심해 채굴에서 해저는 해수면으로부터 4000-6000 m 이상의 거리로 있을 수 있으므로, 심해 채굴 디바이스들은 높은 압력들 및 해저 부근과 같은 깊이에서 지배적인 다른 어려운 조건들을 견딜 수 있어야 한다.

일반적으로 심해 채굴 차량은 심해 채굴 선박으로부터 해저를 향해 하강된다. 여기서 이러한 목적을 위해 특별히 설계된, 원한다면 심해 채굴 차량의 설계에 맞게 개량된 진수(launch) 디바이스들이 이용될 수 있다. 심해 채굴 차량 및 심해 채굴 선박 사이에 배열된 수직 파이프(riser pipe) 또는 수직 스트링(riser string)은 심해 채굴 차량에 의해 수집된 광물 침전물들이 해저로부터 수면 위에 위치된 저장소로 운반되는 것을 추가적으로 보장한다. 이러한 목적을 위해 심해 채굴 선박에는 적합한 펌핑 장비가 제공된다. 원한다면, 펌프들은 결정된 수심에서 수직 스트링에 포함될 수도 있다. 수직 스트링 및 심해 채굴 차량 사이의 플렉서블 연결은 해저 위에서 상대적으로 자유롭게 차량이 이동할 수 있는 것을 보장한다.

다금속 단괴들을 수집하고 수집된 다금속 단괴들을 수면 위의 부유 디바이스로 수송하는 것은 현장의 어려운 조건들을 고려한다면 가능한 한 효율적으로 발생해야 한다는 것이 명백할 것이다.

본 발명은 무엇보다도 그 목적으로 심해 채굴 차량을 제공하는 것이고, 이에 따라 선행기술 대비 증가된 효율로 큰 깊이에서 광물 침전물들이 수집될 수 있다.

이러한 목적을 위해 발명은 청구항 제1항에 따른 심해 채굴 차량을 포함한다. 심해 채굴 차량은 큰 깊이의 해저로부터 광물 침전물들을 흡수(take up)하기 위한 그리고 선택적으로는 상기 침전물들을 부유 디바이스로 수송하기 위한 것으로, 심해 채굴 차량에는 이동 방향으로 해저 상에서 전방으로 차량을 이동시키기 위한 수단이 제공되고, 심해 채굴 차량에는 흡수된 광물 침전물들을 위한 저장소가 제공되고, 심해 채굴 차량에는 적어도 하나의 흡입 헤드가 추가적으로 제공되고, 적어도 하나의 흡입 헤드에는 개방 흡입 사이드가 있고, 개방 흡입 사이드는 해저를 향해 지향되고, 개방 흡입 사이드는 흡입 면에 제공되고, 광물 침전물들은 개방 흡입 사이드를 따라 흡수되고, 적어도 하나의 흡입 헤드의 폭 방향은 심해 채굴 차량의 폭 방향과 일치하고, 심해 채굴 차량에는 해저에 대해 정해진 리미트들 내에서 흡입 면의 높이를 유지하기 위한 제어 디바이스가 추가적으로 제공되고, 제어 디바이스는, 이동 방향에 대해 개방 흡입 사이드에 선행하고 심해 채굴 차량의 폭에 걸쳐 연장하는 위치들에서 해저 높이들을 획득하기 위한 측정 수단을 포함하고, 제어 디바이스는 액추에이터를 더 포함하고, 액추에이터는 제어 회로에 포함(incorporate)되고, 액추에이터는 적어도 하나의 흡입 헤드가 해저에 대해 정해진 리미트들 사이에서 유지되도록 적어도 하나의 흡입 헤드의 흡입 면의 높이를 조절하기 위해 상기 위치들에서 측정된 해저 높이들에 기초하도록 구성된다.

발명에 따르면, 적어도 하나의 흡입 헤드의 흡입 면의 높이는 해저에 대해 정해진 리미트들 사이에서 유지된다. 이러한 조치는 광물 침전물들이 해저로부터 흡수되는 효율을 증가시킴을 알 수 있다.

본 발명의 맥락에서 효율은 파워 당 흡수된 광물 침전물들의 웨이트에 의한 양을 평균(mean)을 낸 것으로 이해된다.

발명의 일 실시 예는 심해 채굴 차량에 관한 것으로, 측정 수단은 이동 방향에 대해 개방 흡입 사이드에 선행하는 세장형 캐리어를 포함하고, 캐리어에는 일련의 소스들이 제공되고, 일련의 소스들은 해저의 방향으로 물 아래에서 지구 물리학적 신호를 생성하도록 구성되고, 캐리어에는 일련의 리시버들이 제공되고, 일련의 리시버들은 해저를 통해 복귀하는 반응 신호를 측정하도록 구성되고, 캐리어는 심해 채굴 차량의 폭에 걸쳐 심해 채굴 차량의 폭 방향으로 연장한다.

발명의 또 다른 실시 예에서, 심해 채굴 차량이 제공되고, 지구 물리학적 신호는 음파를 포함한다.

추가적인 실시 예는 심해 채굴 차량에 의해 획득되고, 측정 수단은 멀티 빔을 포함한다. 멀티 빔은 그 자체로 알려져 있고, 멀티 빔은 예를 들면 해저의 지형(topography)을 맵핑(map)하는데 사용된다. 멀티 빔 시스템은 팬 형태, 즉 상이한 각도들로 음파들을 전송한다. 음파들이 해저로부터 리시버들로 회신되는데 걸리는 시간은 수심을 결정하는데 사용된다. 다른 소나 시스템(sonar system)들과 달리, 멀티 빔 시스템들은 복귀하는 음파들로부터 지향 정보(directional information)를 끌어내기 위해 빔 포밍을 사용한다.

다른 실시 예는 심해 채굴 차량에 관한 것으로, 해저 높이가 측정되는 위치들의 수는 폭 방향으로 1 내지 400 사이, 더욱 바람직하게는 100 내지 350 사이, 훨씬 더욱 바람직하게는 200 내지 300 사이에 있다. 이러한 조치들로 해저 지형 및 해저 상에서 존재할 수 있으며 회피되어야 하는 임의의 이물질들의 상대적인 완전한 이미지가 획득된다.

또 다른 실시 예는 심해 채굴 차량에 관한 것이고, 해저 높이가 측정되는 2개의 인접한 위치들의 중간 거리는 폭 방향으로 1 내지 3 cm 사이, 더욱 바람직하게는 1.2 내지 2.5 cm 사이, 훨씬 더욱 바람직하게는 1.4 내지 2 cm 사이에 있다. 이 실시 예에서 요구되는 2개의 인접한 위치들의 중간 거리는 발명에 필수적이지 않고 원한다면 달리 선택될 수 있다.

추가적인 개선된 일 실시 예에서, 심해 채굴 차량이 제공되고, 적어도 하나의 흡입 헤드는 폭을 갖고, 심해 채굴 차량의 폭 방향으로 측정된 해저 높이들에 대해 외부 값(outlying value)들이 필터링되고, 적어도 하나의 흡입 헤드의 폭에 걸친 해저 높이들의 부분 집합이 결정되고, 적어도 하나의 흡입 헤드의 폭에 걸친 최대 해저 높이는 부분 집합으로부터 계산되고, 액추에이터는 적어도 하나의 흡입 헤드가 해저에 대해 정해진 리미트들 사이에서 유지되도록 적어도 하나의 흡입 헤드의 흡입 면을 조절하기 위해 계산된 최대 해저 높이에 기초하도록 구성된다.

또 다른 실시 예는 심해 채굴 차량의 폭 방향으로 서로 평행하게 배치된 적어도 2개의 흡입 헤드들을 포함하는 심해 채굴 차량을 제공하는 것으로, 심해 채굴 차량은 더욱 바람직하게는 2 내지 16개의 흡입 헤드들을 포함하고, 더욱 바람직하게는 10 내지 16개의 흡입 헤드들을 포함한다. 이 실시 예에서 요구되는 흡입 헤드들의 양은 발명에 필수적이지 않고 이 양은 원한다면 달리 선택될 수 있다.

추가적인 최적화된 심해 채굴 차량은 흡입 헤드들의 높이가 해저에 대해 개별적으로 제어되는 특징을 가진다.

또 다른 실시 예에 따른 심해 채굴 차량은 정해진 리미트들이 0 내지 200 mm, 더욱 바람직하게는 20 내지 100 mm에 이르는 특징을 가진다.

심해 채굴 차량의 일 실시 예에서, 측정 수단은 20 cm 내지 250 cm 사이, 더욱 바람직하게는 50 cm 내지 200 cm 사이, 가장 바람직하게는 80 cm 내지 150 cm 사이에 있는 선행 거리(preceding distance)로 이동 방향에 대해 적어도 하나의 흡입 헤드의 개방 흡입 사이드의 전방 사이드에 선행한다.

다른 실시 예는 심해 채굴 차량을 제공하는 것이고, 심해 채굴 차량은, 이동 방향에 대해 개방 흡입 사이드에 선행하고 심해 채굴 차량의 폭에 걸쳐 연장하는 위치들에서 해저 높이들을 획득하기 위한 추가적인 측정 수단을 포함하고, 추가적인 측정 수단은 슬랫(slat)을 포함하고, 슬랫은 프레임에 연결되고, 슬랫은 이동 방향으로 해저 위에서(over) 이동할 수 잇고, 추가적인 측정 수단은 슬랫의 측정된 경사로부터 해저 높이를 결정하기 위한 계산 수단을 더 포함한다.

여기서 일 실시 예에 따른 심해 채굴 차량에서 슬랫이 해저로부터 제거 가능한 것이 유리하다.

발명의 또 다른 양태에 따르면, 큰 깊이의 해저 상의 광물 침전물들을 흡수하기 위한 그리고 선택적으로는 상기 침전물들을 부유 디바이스로 수송하기 위한 방법이 제공된다. 방법은, 발명에 따른 심해 채굴 차량을 제공하는 동작, 부유 디바이스 및 심해 채굴 차량 사이에 제공된 서스펜션 케이블에 심해 채굴 차량을 연결하는 동작, 해저를 향해 심해 채굴 차량을 하강시키는 동작, 및 광물 침전물들을 흡수하기 위해 해저 위에서(over) 또는 해저 상에서(on) 심해 채굴 차량을 전방으로 이동시키는 동작을 포함한다.

본원에 설명된 발명의 실시 예들은 이 실시 예들의 임의의 가능한 조합으로 결합될 수 있고, 각각의 실시 예는 분할출원의 주제를 개별적으로 형성할 수 있다.

이제 발명은 달리 언급이 없는 한 다음의 도면들 및 선호 실시 예의 설명에 제한되지 않고 이들에 기초하여 더욱 자세히 설명될 것이다.
도 1은 부유 용기 및 이에 연결된 수직 파이프의 어셈블리의 개략적인 측면도로서, 수직 파이프의 하부 사이드에 발명의 실시 예에 따른 심해 채굴 차량이 연결되는 측면도이다;
도 2는 발명의 일 실시 예에 따른 심해 채굴 차량의 개략적인 측면도이다;
도 3은 발명의 일 실시 예에 따른 심해 채굴 차량의 개략적인 전방 사시도이다;
도 4는 발명의 일 실시 예에 따른 심해 채굴 차량의 흡입 헤드의 개략적인 전방 사시도이다;
도 5는 도 4에 도시된 발명의 일 실시 예에 따른 심해 채굴 차량의 흡입 헤드의 개략적인 후방 사시도이다;
도 6은 도 1에 도시된 발명의 일 실시 예에 따른 심해 채굴 차량의 구체화된 개략적인 측면도이다;
도 7은 심해 채굴 차량 상에 배열된 측정 수단에 의해 획득된 심해 바닥 높이의 측정들을 시각화한 도면이다.

도 1을 참조하면, 다금속 단괴들과 같은 광물 침전물들의 심해 채굴에 사용되는 전형적인 셋업(setup)의 일부가 도시된다. 셋업은 (수천 미터의 길이를 가질 수 있고 부유 용기(1)에 연결되는) 관형 수직 스트링(2) 형태의 수송 시스템을 포함하고, 심해 채굴 차량(3)과 같은 채굴 장비는 수송 시스템에 부착된다. 플렉서블 연결 호스 어셈블리(4)는 수직 파이프(2)의 하부 단부(7) 및 심해 채굴 차량(3) 사이에 배열될 수 있고, 심해 채굴 차량(3)은 심해 바닥(5) 상에서 이동하도록 구성되고 심해 바닥(5)으로부터 광물 침전물들을 수집하도록 구성된다.

연결 어셈블리(4)는 플렉서블 해저 호스(40)를 포함하고, 플렉서블 해저 호스(40)는 차량(3)에 의해 수집된 광물 단괴들을 강성 수직 파이프(2)로 수송하도록 구성된다. 호스(40)에는 부유 블록(41)들이 제공될 수 있고, 부유 블록(41)들은 컴포넌트들의 자중(own weight)을 보상하고 호스의 일부에서 상방 힘을 발생시키고 S 형상을 생성한다. 플렉서블 연결 어셈블리(4)는 채굴 차량(3)이 해저(5) 상에서 주변으로 이동하는 정해진 자유도를 갖게 하고, 수직 파이프(2)의 움직임들에 의해 차량이 영향을 받지 않는 것을 보장한다. 차량(3)을 지지하고 승강시기키 위해 스틸 호이스팅 케이블(미도시)들은 용기(1) 및 심해 채굴 차량(3) 사이에 제공될 수 있다.

원한다면, 극단적인 길이의 관형 수직 스트링(2) 형태의 수송 시스템은 많은 펌프 모듈(10)들을 포함할 수도 있고, 펌프 모듈(10)들은 길이 방향으로 배열된다. 펌프 모듈(10)들은 해저(5)로부터 해수면을 향해 배향되는 상부 방향(6)으로 해저(5)로부터 광물 침전물들(단괴들)을 펌프로 퍼 올리도록 구성된다.

도 2는 발명의 선호 실시 예에 따른 심해 채굴 차량(3)을 도시한다. 심해 채굴 차량(3)은 전형적으로 지지 프레임(300)을 포함하고, 지지 프레임(300)에는 심해 채굴 차량(3)이, 예를 들면 해저 위에서(over), 이동되게 하기 위한 수단(301)이 제공된다. 그러한 수단은 캐터필러 트랙(301)들, 휠들 또는 다른 이동 수단의 형태를 취할 수 있다.

광물 침전물들을 흡수할 수 있기 위해서 지지 프레임(300)에는 단괴 수집 헤드(8), 호퍼(32) 및 유출구(33)가 전형적으로 제공된다. 무엇보다도 단괴 수집 헤드(8)에 의해 흡수되는 물 및 광물 침전물의 혼합물은 해저로부터 심해 채굴 차량(3) 안으로 수송된다. 심해 채굴 차량(3), 특별하게는 분리 공간(31)에서, 혼합물은, 예를 들면 유출구(33)의 입구에 필터(311)를 배열함으로써, 적어도 2개의 부분들로 나뉜다. 결국 광물 단괴들은 혼합물 중 물 및 여러 더 미세한 입자들 중 더 큰 부분으로부터 분리된다. 혼합물 중 물 및 더 미세한 입자들은 유출구(33)를 통해 배출되고 다시 주변 영역으로 되돌아간다.

광물 단괴들은 호퍼(32)에 포획되고, 이 경우 호퍼(32)는 저장소로서 또는 일시적 저장소로서 기능한다. 심해 채굴 차량(3)이 도 1에 도시된 바와 같은 심해 채굴 셋업의 일부를 형성할 때, 광물 단괴들은, 이 저장소를 통해, 선택적으로는 심해 채굴 차량(3)의 중심 배출 파이프를 통해, 호스(40)로 펌핑된다. 다른 실시 예에서, 침해 채굴 차량(3)에 광물 단괴들을 수집하기 위한 단괴 통(bin)이 제공되는 것이 가능하다.

도 3은 발명의 일 실시 예에 따른 심해 채굴 차량(3)의 개략적인 전방 사시도이다. 이 사시도로부터 심해 채굴 차량(3)이 지지 프레임(300) 및 캐터필러 트랙(301)들을 포함한다는 점을 다시 한번 알 수 있다. 특별하게는 이 사시도는 하나의 단괴 수집 헤드(8) 외에도 서로 평행하게 배치된 복수 개의 단괴 수집 헤드(8)들을 포함할 수 있다는 것을 도시한다.

그러한 상황에서, 단괴 수집 헤드(8)들은, 공급되는 주변 물로, 해저에 위치된 광물 침전물을 혼합하도록 높은 속도로 해저 상으로 물을 분사한다.

이러한 단괴 수집 헤드(8)들은 전형적으로 펌프(81)로 구성되고, 펌프(81)는 하나 이상의 공급 도관을 통해 흡입 헤드(80)에 고압으로 물을 제공한다. 펌프(81)는 2개 이상의 단괴 수집 헤드들 사이에 공유될 수 있고, 펌프(81)는 양 헤드들에 물을 제공한다. 해저에 위치될 수 있는 광물 침전물들이 공급되는 주변 물과 혼합되도록 흡입 헤드(80)로부터 물이 고압으로 해저 상으로 분사된다. 물 및 해저의 이러한 혼합물은 단괴 수집 헤드들을 통해 심해 채굴 차량(3) 안으로 흡수되고, 이후 도 2을 참조하며 위에서 설명된 바와 같이 처리된다. 헤드(80)로부터 혼합물은 단괴 수집 헤드(8)에서의 흡입 도관(84)에 의해 수용된다.

하나 이상의 단괴 수집 헤드(8)는 측정 설비 프레임(83)에 장착된 측정 설비를 통해 주변 영역에 대해 취해진 조치들에 기초하여 제어될 수 있다.

도 4 및 도 5는 발명의 일 실시 예에 따른 심해 채굴 차량(3)의 단괴 수집 헤드(8)의 일부로서 흡입 헤드(80)의 개략적인 전방 사시도 및 후방 사시도를 각각 도시한다. 이 사시도로부터 무엇보다도 단괴 수집 헤드(8)가 흡입 헤드(80) 및 흡입 도관(84)으로 구성된다는 점을 다시 한번 알 수 있다. 특별하게는 이 사시도로부터 흡입 헤드(80)가 부분적으로 흡입 도관(84)에 있고, 이 요소들은 높이 조절 액추에이터(851) 및 가이드 설비(852)에 의해 서로 연결된다는 점을 알 수 있다. 특별하게는 흡입 도관(84)에서의 개구와 대응하는 외부 주변부를 갖는 유출구(813)는 흡입 도관(84)에 적어도 부분적으로 배열된다. 높이 조절 액추에이터(851)는 흡입 헤드(80) 및 흡입 도관(84)이 서로에 대해 조절 가능하게 할 수 있다. 이는 흡입 도관(84) 안으로 또는 흡입 도관(84) 밖으로 유출구(813)를 이동시킴으로써 달성된다. 가이드 설비(852)는 이러한 선형 이동을 추가적으로 지지하기 위해 배열된다.

이 사시도로부터 흡입 헤드(80)가 하나 이상의 물 유입구(801), 압력 챔버(802), 개방 흡입 사이드(803), 유출구(813), 및 선택적인 능동 흡입 공간(804)으로 추가적으로 구성된다는 점도 알 수 있다. 공급 도관(82)으로부터 제공되고 이미 고압 하에 있는 물은 하나 이상의 물 유입구(801)를 통해 압력 챔버(802)에 수집된다. 압력 챔버(802)로부터 제공된 물은 개방 흡입 사이드(803) 안으로, 특별하게는 유출구 방향으로 높은 속도로 분사된다.

흡입 헤드(80)가 일 부분을 형성하는 단괴 수집 헤드(8)가 심해 채굴 차량(3)에 설치될 때, 개방 흡입 사이드(803)는 심해 채굴 차량(3)이 놓이는 바닥, 예를 들면 해저를 향해 환경용으로 지향된다. 흡입 도관(84)의 길이 방향의 축이 수평 면과 30도 및 80도 사이, 더욱 바람직하게는 40도 및 50도 사이의 각도로 형성하는 방식으로 수집 헤드(8)가 설치된다.

해저 위에서 물 유동을 목표로 함으로써 물 유동은 압력 챔버(802)로부터 흡입 도관(84)으로 실현되고, 이러한 방식으로 물 및 광물 침전물의 혼합물은 흡입 도관(84) 안으로 흡입된다. 흡입 도관(84) 안으로 이러한 혼합물의 유동은 흡입 도관(84)의 흡입 방향으로 흡입 도관(84) 안으로 물을 고속으로 분사함으로써 능동 흡입 공간(804)에서 강화될 수 있다. 물은 이차 물 유입구(805)를 통해 능동 흡입 공간(804)으로 고압 하에서 공급된다. 이러한 목적으로 물은 펌프, 예를 들면 펌프(81)에 의해 압력 하에 추가적으로 이를 수 있고, 공급 도관(82)과 유사한 공급 도관에 의해 이차 물 유입구(805)로 제공될 수 있다. 그러한 접근 방식으로 해저 상에 위치된 광물 침전물들 및 해저 하에 부분적으로 매장된 광물 침전물들은 끌어당겨질 수 있다.

도 6은 심해 채굴 차량(3)의 일부를 도시한다. 이 도면에서 심해 차량(3)이 캐터필러 트랙(301)들 상에 놓인 지지 프레임(300)으로 구성된다는 점을 알 수 있다.

이 도면에서 흡입 도관(84)이 지지 프레임(300)에 장착되고 흡입 헤드(80)의 유출구(813)가 흡입 도관(84)에 적어도 부분적으로 배열되는 점을 추가적으로 알 수 있다. 측정 수단(83)은 지지부(831)를 더 포함하고, 내비게이션 및 포지셔닝 시스템(832) 및 측정 헤드(833)(멀티 빔)는 지지부(831)로부터 매달린다. 측정 시스템 프레임(83)에는 기계적 폴백(fallback) 시스템이 제공되기도 한다.

흡입 도관(84) 및 흡입 헤드(80) 사이의 상대적인 변위는 높이 조절 액추에이터(851)에 의해 제어된다. 이러한 선형적인 이동을 추가적으로 지지하기 위해 가이드 설비(852)가 배열된다. 가이드 설비(852)는 높이 조절 액추에이터 상의 비틀림력들을 감소시키는 기능을 한다. 일차 공급 도관(82A) 및 이차 공급 도관(82B)이 플렉서블 재료로 만들어지는 점에서 흡입 헤드(80)의 다중 높이들에 대해 흡입 헤드(80)의 물 공급이 가능하다. 흡입 도관(84)이 지지 프레임(300)에 장착되는 각도로 인해, 흡입 헤드(80)의 변위도 일 각도로, 특별하게는 동일한 각도로 항상 발생할 것이다. 흡입 헤드(80)가 상방으로 변위될 때, 결국 흡입 헤드(80)도 적어도 부분적으로 후방으로 항상 변위된다.

특별하게는 이러한 셋업은 기저 해저로의 흡입 헤드(80)의 거리를 제어하도록 구성된다. 심해 채굴 차량이 복수 개의 흡입 헤드들을 포함할 때, 복수 개의 흡입 헤드들의 높이는 해저에 대해 개별적으로 제어될 수 있다.

이하에서 흡입 면으로 언급되는 흡입 헤드(80)의 면은 해저를 향해 지향되고, 정해진 리미트들 내에서 이 거리를 유지하기 위해 흡입 헤드(80)의 면의 높이는 제어 디바이스에 의해 조절된다.

이는 이동 방향에 대해 개방 흡입 사이드에 선행하고 심해 채굴 차량(3)의 거의 전체 폭에 걸쳐 연장하는 위치들에서 해저 높이들을 획득하기 위한 측정 헤드(833)에 의해 그리고 높이 조절 액추에이터(851)에 의해 실현되고, 높이 조절 액추에이터(851)는 제어 회로에 포함되고, 높이 조절 액추에이터(851)는 흡입 헤드(80)가 해저에 대해 정해진 리미트들 사이에 유지되도록 흡입 헤드(80)의 흡입 면의 높이를 조절하기 위해 상기 위치들에서 측정된 해저 높이들에 기초하도록 구성된다.

측정 헤드(833)는 해저의 방향으로 물 아래에서 지구 물리학적 신호, 예를 들면 음향 신호를 생성하도록 구성된 소스들을 포함하고, 측정 헤드(833)는 해저를 통해 복귀하는 반응 신호를 측정하도록 구성된 일련의 리시버들을 포함하고, 캐리어는 심해 채굴 차량(3)의 폭에 걸쳐 심해 채굴 차량(3)의 폭 방향으로 연장한다. 전체 폭에 걸친 충분한 정확도를 보장하기 위해서 측정 수단은 멀티 빔을 포함할 수 있다. 1 위치에서 측정하는 대신에, 그러한 멀티 빔은 차량의 전체 폭에 걸쳐 다중 위치들, 예를 들면 256 위치들에서 측정한다. 이러한 위치들은 심해 채굴 차량(3)의 전체 폭에 걸쳐 분배되어 있고, 이에 따라 해저 높이가 측정되는 2개의 인접한 위치들의 중간 거리는 폭 방향으로 1 내지 3 cm 사이, 더욱 바람직하게는 1.2 내지 2.5 cm 사이, 훨씬 더욱 바람직하게는 1.4 내지 2 cm 사이에 있다. 다른 예시적인 실시 예들에서, 2개의 인접한 위치들의 중간 거리는 다르게 선택될 수 있다.

액추에이터(851)는, 적어도 하나의 흡입 헤드(80)가 해저에 대해 정해진 리미트들 사이에 유지되도록, 계산된 최대 해저 높이에 기초하여, 적어도 하나의 흡입 헤드(80)의 흡입 면의 높이를 조절할 수 있다.

앞서 서술된 예방적 조치들에도 불구하고, 흡입 헤드(80)가 앞서 서술된 리미트들보다 해저에 더 가깝게 배치된다면, 또는 측정 헤드(832)가 다른 이유들로 고장난다면, 캐리어(831)에 연결된 하나 이상의 슬랫 형태의 기계적 폴백 시스템(8340은 해결책을 제공한다. 이들은 이동 방향으로 해저 위에서(over) 이동할 수 있고, 폴백 시스템은 슬랫의 측정된 경사로부터 해저 높이를 결정하기 위한 계산 수단을 더 포함한다. 그러한 슬랫들은 시스템으로부터 제거될 수 있다.

도 7은 그러한 측정들의 개략적인 도시를 나타낸다. 이 도면은 측정 헤드(833, 832)들에 의해 측정되고 극단적인 측정 범위(90) 내에서 항상 배열된 복수 개의 측정 포인트(92)들을 도시한다. 측정 범위(90)는 상이한 구역들로 분할되고, 단일 구역(91)은 심해 채굴 차량(3)의 상기 폭에 배열된 흡입 헤드(80)와 대응한다. 그러므로, 모든 구역들은 함께 심해 채굴 차량(3)의 전체 폭과 대략적으로 대응한다.

단일 흡입 헤드(80)에 대해 셋팅되는 높이는 관련 구역에서 수행된 측정(92)에 기초하여 결정된다. 흡입 헤드(80)가 잘못 승강되어 흡입 능력(capacity)을 하강시키는 것을 방지하기 위해서 측정된 해저 높이들에 대해 이상치(outlier)들이 필터링될 수 있다.흡입 헤드(80)의 폭 당 충분한 측정들이 있을 때, 가장 먼 이상치들이 측정 오류들에 의해 유발되는 점을 가정하는 것이 안전하다. 남은 측정들로부터 최대 해저 높이는 이 흡입 헤드(80)의 폭에 걸쳐 추가적으로 계산될 수 있다.

흡입 헤드(80)가 일정하게 상방으로 그리고 하방으로 이동되는 것을 방지하기 위해서 많은 연속적인 측정들이 규정된 시간 주기에 걸쳐 이루어지고, 이의 평균값이 흡입 헤드(80)의 원하는 높이(93)로 결정된다. 이로써 기대하지 않았던 가파른 변화의 경우에 있어서 원하는 높이(93)가 시간 조절되지 않는 점이 가능하고, 이에 따라 앞서 서술된 측정 시스템을 셋업할 때 바닥 위에서 스크래핑 최소 양이 받아들여질 것임이 고려되어야 한다.

발명은 앞서 설명된 실시 예에 제한되지 아니하고 아래 첨부된 청구범위의 보호범위 내에 속하는 정도로 이들의 변형들을 포함한다.

Claims

큰 깊이의 해저로부터 광물 침전물들을 흡수하기 위한 그리고 선택적으로는 부유 디바이스로 상기 침전물들을 수송하기 위한 심해 채굴 차량에 있어서,
상기 차량은 지지 프레임을 포함하고, 상기 지지 프레임에는 이동 방향으로 상기 해저 상에서 전방으로 상기 차량을 이동시키기 위한 수단이 제공되고, 상기 수단에는 흡수된 상기 광물 침전물들을 위한 저장소가 있고, 상기 수단에는 적어도 하나의 흡입 헤드가 추가적으로 있고, 상기 적어도 하나의 흡입 헤드에는 개방 흡입 사이드가 있고, 상기 개방 흡입 사이드는 상기 해저를 향해 지향되고, 상기 개방 흡입 사이드는 흡입 면에 제공되고, 상기 광물 침전물들은 상기 개방 흡입 사이드를 따라 흡수되고, 상기 적어도 하나의 흡입 헤드의 폭 방향은 상기 심해 채굴 차량의 폭 방향과 일치하고, 상기 심해 채굴 차량에는 상기 해저에 대해 정해진 리미트들 내에서 상기 흡입 면의 높이를 유지하기 위한 제어 디바이스가 추가적으로 제공되고, 상기 제어 디바이스는,
- 상기 이동 방향에 대해 상기 개방 흡입 사이드에 선행하고 상기 심해 채굴 차량의 폭에 걸쳐 연장하는 위치들에서 해저 높이들을 획득하기 위한 측정 수단을 포함하고,
- 제어 회로에 포함된 액추에이터를 더 포함하고, 상기 액추에이터는 상기 적어도 하나의 흡입 헤드가 상기 해저에 대해 상기 정해진 리미트들 사이에서 유지되도록 상기 적어도 하나의 흡입 헤드의 흡입 면의 높이를 조절하기 위해 상기 위치들에서 측정된 상기 해저 높이들에 기초하도록 구성되고,
상기 측정 수단은 세장형 캐리어를 포함하고, 상기 세장형 캐리어는 상기 이동 방향에 대해 상기 개방 흡입 사이드에 선행하고, 상기 캐리어에는 일련의 소스들이 제공되고, 상기 소스들은 상기 해저의 방향으로 물 아래에서 지구 물리학적 신호를 생성하도록 구성되고, 상기 캐리어에는 일련의 리시버들이 제공되고, 상기 리시버들은 상기 해저를 통해 복귀하는 반응 신호를 측정하도록 구성되고, 상기 캐리어는 상기 심해 채굴 차량의 폭에 걸쳐 상기 심해 채굴 차량의 폭 방향으로 연장하고, 상기 적어도 하나의 흡입 헤드는 폭을 갖고, 상기 심해 채굴 차량의 폭 방향으로 측정된 상기 해저 높이들에 대해 외부 값들이 필터링되고, 상기 적어도 하나의 흡입 헤드의 폭에 걸친 해저 높이들의 부분 집합이 결정되고, 상기 적어도 하나의 흡입 헤드의 폭에 걸친 최대 해저 높이는 상기 부분 집합으로부터 계산되고, 상기 액추에이터는 상기 적어도 하나의 흡입 헤드가 상기 해저에 대해 상기 정해진 리미트들 사이에 유지되도록 상기 적어도 하나의 흡입 헤드의 흡입 면의 높이를 조절하기 위해 계산된 상기 최대 해저 높이에 기초하도록 구성된 심해 채굴 차량.
제 1 항에 있어서,
상기 지구 물리학적 신호는 음파를 포함하는 심해 채굴 차량.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 측정 수단은 멀티 빔을 포함하는 심해 채굴 차량.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 해저 높이가 측정되는 위치들의 수는 폭 방향으로 1 내지 400 사이, 더욱 바람직하게는 100 내지 350 사이, 훨씬 더욱 바람직하게는 200 내지 300 사이에 있는 심해 채굴 차량.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 해저 높이가 측정되는 2개의 인접한 위치들의 중간 거리는 폭 방향으로 1 및 3 cm 사이, 더욱 바람직하게는 1.2 내지 2.5 cm 사이, 더욱 바람직하게는 1.4 및 2 cm 사이에 있는 심해 채굴 차량.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 심해 채굴 차량의 폭 방향으로 서로 평행하게 배치된 적어도 2개의 흡입 헤드들을 포함하는 심해 채굴 차량.
제 6 항에 있어서,
2 내지 10개의 흡입 헤드들, 더욱 바람직하게는 3 내지 5개의 흡입 헤드들을 포함하는 심해 채굴 차량.
제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
상기 흡입 헤드들은 상기 해저에 대한 높이가 개별적으로 제어되는 심해 채굴 차량.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 정해진 리미트들은 0 내지 200 mm, 더욱 바람직하게는 20 내지 100 mm에 이르는 심해 채굴 차량.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 측정 수단은 5 내지 100 cm 사이에 있는 정해진 거리로 이동 방향에 대해 상기 적어도 하나의 흡입 헤드의 상기 개방 흡입 사이드의 전방 사이드에 선행하는 심해 채굴 차량.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 이동 방향에 대해 상기 개방 흡입 사이드에 선행하고 상기 심해 채굴 차량의 폭에 걸쳐 연장하는 위치들에서 해저 높이들을 획득하기 위한 추가적인 측정 수단을 포함하고, 상기 추가적인 측정 수단은 상기 프레임에 연결된 슬랫을 포함하고, 상기 슬랫은 상기 이동 방향으로 상기 해저 위에서 이동할 수 있고, 상기 추가적인 측정 수단은 상기 슬랫의 측정된 경사로부터 해저 높이를 결정하기 위한 계산 수단을 더 포함하는 심해 채굴 차량.
제 11 항에 있어서,
상기 슬랫은 상기 해저로부터 제거 가능한 심해 채굴 차량.
큰 깊이의 해저 상의 광물 침전물들을 흡수하기 위한 그리고 선택적으로는 부유 디바이스로 상기 침전물들을 수송하기 위한 방법에 있어서,
상기 방법은, 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 심해 채굴 차량을 제공하는 동작, 상기 부유 디바이스 및 상기 심해 채굴 차량 사이에 제공된 서스펜션 케이블에 상기 심해 채굴 차량을 연결하는 동작, 해저를 향해 상기 심해 채굴 차량을 하강시키는 동작, 및 상기 광물 침전물들을 흡수하기 위해 상기 해저 위에서 또는 상기 해저 상에서 전방으로 상기 심해 채굴 차량을 이동시키는 동작을 포함하고, 선택적으로는 상기 부유 디바이스를 향해 상기 심해 채굴 차량을 끌어들이는 동작을 포함하는 방법.