特許 6938300 海底鉱物取り込み装置、それを用いた揚鉱装置及び揚鉱方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6938300

(24)【登録日】2021年9月3日

(45)【発行日】2021年9月22日

(54)【発明の名称】海底鉱物取り込み装置、それを用いた揚鉱装置及び揚鉱方法

(51)【国際特許分類】

   E21C 50/00 20060101AFI20210909BHJP

   E02F 5/00 20060101ALI20210909BHJP

【ＦＩ】

   E21C50/00

   E02F5/00 A

【請求項の数】14

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2017-177891(P2017-177891)

(22)【出願日】2017年9月15日

(65)【公開番号】特開2019-52491(P2019-52491A)

(43)【公開日】2019年4月4日

【審査請求日】2020年9月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】000236610

【氏名又は名称】株式会社不動テトラ

(74)【代理人】

【識別番号】110002538

【氏名又は名称】特許業務法人あしたば国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】田中 肇一

【審査官】 小倉 宏之

(56)【参考文献】

【文献】 特公昭４７−００６２０１（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】 特開昭５２−０８８５０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１９６０４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１０／１４３９８２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１５−００１０９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第４３１６６８０（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開２０１８−１６８５３７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ２１Ｃ ５０／００

Ｅ０２Ｆ ５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

海底鉱物を取り込む開口を有するケーシングと、
隣接する２つの突起壁と該ケーシングで形成される密封室を１又は２以上形成する該ケーシング内で回転軸を中心に回転する突起壁付き回転体と、
循環用キャリア物質を送る下降管と連結する下降管連結口と、
海底鉱物含有キャリア物質を上昇運搬する上昇管と連結する上昇管連結口と、を備え、
該下降管連結口と該上昇管連結口は、ひとつの密封室Ａに対応するケーシング位置に形成されることを特徴とする海底鉱物取り込み装置。

【請求項2】

海水パージ用キャリア物質を送る第１配管と連結する第１連結口と、
パージされた海水を排出する第２配管と連結する第２連結口と、
キャリア物質パージ用海水を送る第３配管と連結する第３連結口と、
パージされたキャリア物質を排出する第４配管と連結する第４連結口と、を更に備え、
該第１連結口と該第２連結口は、該開口と該密封室Ａ間であって、ひとつの密封室Ｂに対応するケーシング位置に形成され、且つ該第１連結口は、該第２連結口より上方又は下方に位置し、
該第３連結口と該第４連結口は、該密封室Ａより回転方向側であって、ひとつの密封室Ｃに対応するケーシング位置に形成され、且つ該第４連結口は、該第３連結口より上方又は下方に位置することを特徴とする請求項１記載の海底鉱物取り込み装置。

【請求項3】

該回転体の回転軸が水平方向又は略水平方向に延びており、該海水パージ用キャリア物質は、海水の比重より小さい比重であり、該第１連結口は、該第２連結口より上方に位置し、該第４連結口は、該第３連結口より上方に位置することを特徴とすることを特徴とする請求項２記載の海底鉱物取り込み装置。

【請求項4】

該回転体の回転軸が水平方向又は略水平方向に延びており、該海水パージ用キャリア物質は、海水の比重より大きい比重であり、該第２連結口は、該第１連結口より上方に位置し、該第３連結口は、該第４連結口より上方に位置することを特徴とすることを特徴とする請求項２記載の海底鉱物取り込み装置。

【請求項5】

該密封室６室を有し、該密封室Ｂと該密封室Ａの間に密封室Ｂ１を、該密封室Ｃの回転方向側にそれぞれ、密封室Ｃ１、Ｃ２を有し、該密封室Ｂ１は、主に海底鉱物を含むキャリア物質で満たされ、該密封室Ｃ１、Ｃ２は、主に海水で満たされることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の海底鉱物取り込み装置。

【請求項6】

該ケーシングは、円筒部と、円筒部の両端をそれぞれ塞ぐ側板部を有し、該開口は該円筒部又は側板部に形成され、該上昇管連結口及び該下降管連結口は、該側板部に形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の海底鉱物取り込み装置。

【請求項7】

循環用キャリア物質は、粘性流動物質であることを特徴とする請求項１記載の海底鉱物取り込み装置。

【請求項8】

循環用キャリア物質と海水パージ用キャリア物質は、同一物質であり、且つ粘性流動物質であることを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の海底鉱物取り込み装置。

【請求項9】

請求項１記載の該海底鉱物取り込み装置を備えることを特徴とする海底鉱物の揚鉱装置。

【請求項10】

請求項２〜５のいずれか１項に記載の該海底鉱物取り込み装置を備えることを特徴とする海底鉱物の揚鉱装置。

【請求項11】

請求項９記載の海底鉱物の揚鉱装置を使用して、海底鉱物を揚鉱する方法であって、該突起壁付き回転体を回転させ、該開口から海底鉱物を投入する工程と、
循環用キャリア物質を循環させ、該密封室Ａにおいて海底鉱物を循環用キャリア物質に同伴させ上昇管により揚鉱する工程と、
を有することを特徴とする海底鉱物の揚鉱方法。

【請求項12】

請求項１０記載の海底鉱物の揚鉱装置を使用して、海底鉱物を揚鉱する方法であって、該突起壁付き回転体を回転させ、該開口から海底鉱物を投入する工程と、
海水パージ用キャリア物質を圧送し、該密封室Ｂにおいて海水をキャリア物質に置換する海水パージ工程と、
循環用キャリア物質を循環させ、該密封室Ａにおいて海底鉱物を循環用キャリア物質に同伴させ上昇管により揚鉱する工程と、
キャリア物質パージ用海水を圧送し、該密封室Ｃにおいてキャリア物質を海水に置換するキャリア物質パージ工程と、
を有することを特徴とする海底鉱物の揚鉱方法。

【請求項13】

該循環用キャリア物質は、粘性流動物質であることを特徴とする請求項１１記載の海底鉱物の揚鉱方法。

【請求項14】

該循環用キャリア物質と海水パージ用キャリア物質は、同一物質であり、且つ粘性流動物質であることを特徴とする請求項１２記載の海底鉱物の揚鉱方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、海底有価資源である海底鉱物を連続的に、海上に輸送、運搬する海底側の海底鉱物取り込み装置、それを用いた揚鉱装置及び揚鉱方法に関する。

【背景技術】

【0002】

海底鉱物資源等の有価物質を海上に輸送、運搬する揚鉱方法及び揚鉱装置としては、種々の技術が開示されている。特開２００３−２６９０７０号公報には、一方が下降管、他方が上昇管となるＵ字管を海底から海面にかけて鉛直保持し、上昇管の上端開口から下降管の上端開口に海水を輸送するとＵ字管内で海水が循環流動し、深海底で採掘された鉱物塊を上昇管の底部に送り込むと、上昇管を上昇する海水に載って鉱物塊が海面に浮上することが開示されている。また、深海底で採掘された鉱物塊は、集鉱機により取り込みことが記載されている。この方法によれば、鉱物塊の浮上に要する駆動力は、上昇管の上端開口から送り出された海水を下降管の上端開口に搬送するポンプの推力だけでよいため、設備構成が大幅に簡略化され、揚鉱作業自体も容易となる。

【0003】

特開２０１１−１９６０４７号公報には、海上に配置される揚鉱基地と、揚鉱基地から海底まで配設され、海底で採掘された有価物を含む海底海水を揚鉱基地に移送する揚鉱用の移送管と、有価物と海底海水を分離するセパレータと、揚鉱基地から海底まで配設され、有価物が分離された海水を海底に戻す循環用の移送管と、有価物が分離された海水を循環用の移送管に送り込む循環ポンプと、海底に配置され、有価物を海底海水と共に吸込口から吸入して揚鉱用の移送管に送り込む水中ポンプと、循環用の移送管によって海底に戻される海水を駆動水にして水中ポンプを駆動させるハイドロモーターと、を有する揚鉱装置と、を含む揚鉱システム及び揚鉱方法が開示されている。また、水中ポンプは、例えば渦巻き形状（蝸牛形状）のケーシング内にインペラが配置されており、そのサクション部（所謂、サクションノズル）を採掘された鉱石を海水と共に吸入するための吸込口とし、水中ポンプの吐出部（所謂、吐出ノズル）を揚鉱ライザーに連結したものが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００３−２６９０７０号公報

【特許文献2】特開２０１１−１９６０４７号公報

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、これら従来のポンプ圧送方式は、主に海水をキャリア物質として使用しており、高密度ないし粗粒な粒状体の揚鉱には不適である。また、ポンプの性能に制限され、特に揚程が短く、長距離の輸送・運搬には不適であるという問題がある。特に、揚鉱装置が一時停止した場合、キャリア物質中の海底有価物質が沈降し、再稼働の際、沈降した有価物質の揚鉱が不可能になると共に、圧送ポンプに大きな負荷がかかるという問題がある。従って、キャリア物質として、海水以外の流体を採用する新たな揚鉱方法の登場が望まれている。

【0006】

従って、本発明の目的は、海水以外のキャリア物質を使用する揚鉱方法における海底側に設置される海底鉱物取り込み装置、これを用いた揚鉱装置及び海底鉱物の揚鉱方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

すなわち、本発明は、上記課題を解決するものであり、海底鉱物を取り込む開口を有するケーシングと、隣接する２つの突起壁と該ケーシングで形成される密封室を１又は２以上形成する該ケーシング内で回転軸を中心に回転する突起壁付き回転体と、循環用キャリア物質を送る下降管と連結する下降管連結口と、海底鉱物含有キャリア物質を上昇運搬する上昇管と連結する上昇管連結口と、を備え、該下降管連結口と該上昇管連結口は、ひとつの密封室Ａに対応するケーシング位置に形成されることを特徴とする海底鉱物取り込み装置を提供するものである。

【0008】

また、本発明は、前記海底鉱物取り込み装置を備えることを特徴とする海底鉱物の揚鉱装置を提供するものである。

【0009】

また、本発明は、前記海底鉱物の揚鉱装置を使用して、海底鉱物を揚鉱する方法であって、該突起壁付き回転体を回転させ、該開口から海底鉱物を投入する工程と、循環用キャリア物質を循環させ、該密封室Ａにおいて海底鉱物を循環用キャリア物質に同伴させ上昇管により揚鉱する工程と、を有することを特徴とする海底鉱物の揚鉱方法を提供するものである。

【発明の効果】

【0010】

本発明の海底鉱物取り込み装置によれば、回転装置内において、海水を含んだ海底鉱物を取り込む工程及びキャリア物質中に海底鉱物を得る工程を実施する。このため、循環系のキャリア物質中に海底有価鉱物を同伴して、連続的に揚鉱することができる。また、キャリア物質として、粘性流動物質を使用するため。粗粒な粒状体や高密度な粒状体の揚鉱及び一時停止後の再揚鉱が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の第１の実施の形態における揚鉱装置の概略図である。

【図2】図１の揚鉱装置で使用する海底鉱物取り込み装置の分解斜視図である。

【図3】図２の海底鉱物取り込み装置と、それに接続する配管を示す図である。

【図4】図２の海底鉱物取り込み装置の作動を説明する概略図である。

【図5】図１の揚鉱装置の部分拡大断面図である。

【図6】本発明の第２の実施の形態における揚鉱装置の概略図である。

【図7】図６の揚鉱装置で使用する海底鉱物取り込み装置の分解斜視図である。

【図8】図７の海底鉱物取り込み装置と、それに接続する配管を示す図である。

【図9】図７の海底鉱物取り込み装置の作動を説明する概略図である。

【図10】図６の揚鉱装置の部分拡大断面図である。

【図11】図９の揚鉱装置のＸ−Ｘ線に沿って見た図である。

【図12】図９の揚鉱装置のＹ−Ｙ線に沿って見た図である。

【図13】他の実施の形態例の揚鉱装置のＸ−Ｘ線に沿って見た図である。

【図14】他の実施の形態例の海底鉱物取り込み装置の斜視図である。

【図15】他の実施の形態例の海底鉱物取り込み装置の概略図である。

【図16】海底鉱物取り込み装置の突起付き回転体の部分拡大図である。

【図17】他の海底鉱物取り込み装置の作動を説明する概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

次に、本発明の第１の実施の形態における海底鉱物取り込み装置（以下、単に「取り込み装置」とも言う。）、揚鉱装置及び揚鉱方法について、図１〜図５を参照して説明する。図１に示すように、取り込み装置１０は、海上より海底に達する下降管２１と、海底から海上に達する上昇管２２を海底側と海上側でそれぞれ連結した環状の管路途中であって海底側において設置される。なお、環状の管路は、環状に限定されず、例えば、海上より海底に達する下降管と、海底から海上に達する上昇管を海底側で連結したＵ字状の管路であってもよい。環状の管路内又はＵ字状の管路内には、海水とは異なるキャリア物質が充填されている。管路としては、可撓性を有していてもよい管であり、例えば、一般的な配管が挙げられる。

【0013】

取り込み装置１０は、ケーシング１と、突起壁付き回転体２と、循環用キャリア物質を送る下降管２１と連結する下降管連結口１５ａと、海底鉱物含有キャリア物質を上昇運搬する上昇管２２と連結する上昇管連結口１５ｂを備える。

【0014】

取り込み装置１０において、ケーシング１は、海底鉱物を取り込む開口１１を有するもので、突起壁付き回転体２の回転軸を除く全体を覆うものである。ケーシング１は、本例では、円筒部１２と両側板部１３ａ、１３ｂを有する円筒形状であり、円筒の軸中心は、回転軸が挿通する孔１４が形成されている。なお、両側板部１３ａ、１３ｂの外周端には、設置用のフランジ１３１が形成されている。また、ケーシング１の一方の側板部１３ａには、下降管連結口１５ａが形成され、他方の側板部１３ｂには、上昇管連結口１５ｂが形成されている。

【0015】

突起壁付き回転体２は、回転軸が嵌る軸孔２９を有する回転体中心部２４と回転体中心部２４から放射状に延びる４つの突起壁２２ａ〜２２ｄが円周方向に当間隔で形成されており、図４に示すように、ケーシング１内においては、３つの密封室を形成し、その内のひとつが、下降管連結口１５ａと上昇管連結口１５ｂと連通する密封室Ａとなる。この場合、開口１１に位置する室が１つ存在するため、突起壁付き回転体２で見ると、回転体２は、４室２３１〜２３４を有することになる。なお、突起壁の形状としては、板状体、円弧状断面及び密封室の断面形状がＵ字形状となるものなどが挙げられる。本発明において、開口１１を除くケーシング内において、隣接する２つの突起壁とケーシング１の円筒部１２と両側板部１３ａ、１３ｂで形成される密封室は、少なくとも１室、好ましくは３〜１２室である。

【0016】

取り込み装置１０において、下降管連結口１５ａと上昇管連結口１５ｂは、ひとつの密封室Ａに対応するケーシング位置に形成されている。密封室Ａは、海底鉱物を循環キャリア物質中に取り込む室であり、連通状態において環状の管路又はＵ字管路の途中に位置するものである。取り込み装置１０において、ケーシング１と突起付き回転体２間は、ゴム系シール材でシールすることが好ましい。シール材は、例えば、図１６に示すように、門形状のゴム系シール材を回転体２の突起２２ａ〜２２ｄに形成された嵌合溝に、頭出しとなるように嵌め込めばよい。

【0017】

海底鉱物としては、深さ数百から数千メートルの海底９に存在するマンガンクラスト、マンガンノジュール、コバルト鉱床、硫化物鉱床（熱水鉱床）、レアアース泥又はメタンハイドレードＹから採取される粒状又は粉状の鉱石Ｘが挙げられる。粒状又は粉状の鉱石Ｘは０．７５ｍｍ以上、５０ｍｍ以下の粗粒であってもよく、粒子密度が３ｇ/ｃｍ^３以上の高密度なものであってもよい。

【0018】

本発明の第１の実施の形態における海底鉱物の揚鉱装置としては、前記海底鉱物取り込み装置１０を備えるものであればよく、好適な例としては、例えば、図１に示すように、海上より海底に達する下降管２１と、海底から海上に達する上昇管２２を海底側と海上側でそれぞれ連結した環状の管路、又は海上より海底に達する下降管と、海底から海上に達する上昇管を海底側で連結したＵ字状の管路と、該環状の管路内、又はＵ字状の管路内に充填される循環用キャリア物質２０１と、キャリア物質２０１を循環させる圧送ポンプと、海底鉱物取り込み装置１０と、管路の海上側に設けられた海底鉱物を回収する回収装置群２３を有するものが挙げられる。

【0019】

回収装置群２３としては、海上に運搬された鉱石含有キャリア物質を、鉱石とキャリア物質に分離する分離槽、鉱石を不要鉱物と有用鉱物に分離する選鉱装置、キャリア物質の組成を調整する調整装置などが挙げられる。また、海底鉱物は、海底に設置された集鉱ショベル３０で海水と共に集鉱され、取り込み装置１０の開口に投入される。この場合、集鉱ショベル３０は、海水が抜ける穴明きショベルや海水抜き装置を使用することが、海水の取り込み量を少なくすることができる点で好ましい。

【0020】

また、環状の管路又はＵ字状の管路には、キャリア物質を循環させるポンプ（不図示）を有する。ポンプは圧送ポンプであり、管路系内であれば、設置場所は特に制限されない。また、ポンプは、環状の管路又はＵ字状の管路系内に設置されるため、海底鉱物取り込み装置と、海上の回収口とに大きな高低差があったとしても、ポンプには管内壁の摩擦損失以外の負荷が生じないため、キャリア物質又は海底鉱物含有のキャリア物質を、効率的に長距離圧送することが可能となる。

【0021】

次に、本発明の第１の実施の形態の海底鉱物取り込み装置を使用した揚鉱方法について説明する。本例の揚鉱方法は、図１の揚鉱装置２０を使用して、海底鉱物ｘを揚鉱する方法であって、突起壁付き回転体２を回転させ、開口１１から海底鉱物ｘを投入する工程と、循環用キャリア物質２０１を循環させ、密封室Ａにおいて海底鉱物ｘを循環用キャリア物質２０１に混合し、同伴させ上昇管２２により揚鉱する工程と、を有する。先ず、図１の揚鉱装置２０において、圧送ポンプ及び取り込み装置１０を稼働させる。これにより、環状の管路２１、２２内をキャリア物質２０１が循環し、ケーシング１内において突起壁付き回転体２が回転する。海底では、例えば、千ｍの海底のマンガンクラストｙから粒状の鉱石ｘを採取し、これを取り込み装置１０の開口１１に投入する。取り込み装置１０において、回転体２はケーシング１内で回転しており、鉱物ｘを受け取った回転体の隣接する２つの突起間の室は、開口１１の位置から回転して密封室Ａにくる。密封室Ａは、下降管２１と上昇管２２と連通しており、採取された鉱物ｘは、循環用キャリア物質内に取り込まれ、上昇管２２内を上昇運搬される。採取された粒状の鉱石ｘは、キャリア物質２０１が粘性流動物質であるため、粗粒物であっても、また高密度粒子であっても、粉状の鉱石ｘの相対的な位置を保持した状態で上昇管２２内を流動すると共に、キャリア物質２０１から沈降することなく、輸送・運搬される。

【0022】

海上に運搬された鉱石ｘは、キャリア物質２０１と共に、例えば分離槽に導入され、分離槽で分離されて、鉱石ｘを含むキャリア物質２０１と、鉱石ｘを含まないキャリア物質２０１に分離される。一方、分離槽で分離された鉱石ｘを含まないキャリア物質２０１は、調整装置に送られ、組成調整されて下降管２１に送られる。組成調整されたキャリア物質は、再び下降管２１を通り循環する。なお、キャリア物質２０１中に海水を含む場合、キャリア物質２０１と海水を分離することが好ましい。

【0023】

本第１の実施の形態における揚鉱方法によれば、海底から採取された海底鉱物を連続的に循環系内に取り込み、海上で採取できる。また、環状の管路内をキャリア物質である粘性流動物質が循環するため、鉛直方向及び水平方向にも輸送、運搬でき、有価物質である粗粒な粒状体や高密度な粒状体の揚鉱ができ、千ｍ程度の長距離輸送が可能である。特に、揚鉱装置は何らかの理由により、循環を停止する場合がある。この場合、キャリア物質は粘性流動物質であるため、キャリア物質中の海底鉱物の沈降は抑制され、ほとんどの海底鉱物は、キャリア物質中に
保持されたままである。従って、揚鉱装置の数時間程度の停止状態であれば、水平配管内において、海底鉱物が配管の管底に着くことはなく、水平配管においても、復帰後、循環流に同伴させることができる。

【0024】

キャリア物質としては、粘性流動物質が好ましい。粘性流動物質（キャリア物質）は、５℃の粘度（ＪＩＳ Ｚ８８０３）が、１,３００Ｐａ・ｓ以上が好ましく、特に好ましくは２,０００ｍＰａ・ｓ以上、更に好ましくは３,０００ｍＰａ・ｓ以上である。粘性流動物質の５℃の粘度が上記範囲内であれば、揚鉱装置１０が一時停止した場合、キャリア物質３内の有価物質の沈降を抑制でき、再稼働の際、圧送ポンプにかかる負荷を許容範囲とすることができる。５℃の粘度としたのは、海水温度が海水表面から数十ｍ以下の深度においては、概ね５℃と安定しており、下降管及び上昇管のほとんどは、５℃の環境下に晒されるためである。すなわち、本発明における沈降抑制能は、５℃のキャリア物質中における静置状態における海底有価物質の沈降を抑制する能力を言う。

【0025】

キャリア物質が、増粘剤と称される高分子水溶液の場合、５℃の粘度が１,０００ｍＰａ・ｓのものは、２５℃の粘度が１,０００ｍＰａ・ｓであり、キャリア物質の５℃の粘度が２,０００ｍＰａ・ｓのものは、２５℃の粘度が２,０００ｍＰａ・ｓであり、キャリア物質の５℃の粘度が２,５００ｍＰａ・ｓのものは、２５℃の粘度が２,５００ｍＰａ・ｓである。このような高分子水溶液における粘度は、５℃と２５℃において、ほとんど変わらないものであった。粘度５℃の粘度及び２５℃の粘度は、５℃又は２５℃の雰囲気下、振動式音叉型粘度計（ＪＩＳ Ｚ８８０３）で測定することができる。

【0026】

キャリア物質である粘性流動物質は、水系、油系及びエマルジョン系であってもよいが、水系及びエマルジョン系が好ましく、特に高分子溶液等の水系が、安価で済み、取り扱いにおいて都合がよい点で好ましい。高分子溶液は、懸濁液を含む。高分子溶液における高分子は、天然物又は合成物いずれも使用できるが、合成物とすることが、少ない配合量で流動化物を得ることができる点で好ましい。また、エマルジョン系としては、油又は水と乳化剤の混合物であるマヨネーズが挙げられる。

【0027】

高分子溶液における高分子としては、一般に増粘剤、吸水剤と称されるものが使用でき、例えば、メチルセルロース（ＭＣ）、カルボキシメチルセルロースナトリウム（ＣＭＣ）、ポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）、ヒドロキシエチルセルロースナトリウム（ＨＥＣ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリアクリルアミド（ＰＡＡＭ）、ポリアクリル酸ナトリウム、デンプン、ガム類、ペクチン、アルギン酸金属塩、アルギン酸エステル等が挙げられる。ガム類としては、グアーガム、キンサンタンガム、ジェランガム、ダイユータンガム等が挙げられる。また、アルギン酸金属塩としては、アルギン酸ナトリウム、アルギン酸カルシウム、アルギン酸カリウム等が挙げられる。これらの化合物は、１種類又は２種類以上を組み合わせて使用することができる。

【0028】

高分子溶液は、水と高分子の混合物であるが、高分子濃度は、５℃の粘度が好ましくは１,３００ｍＰａ・ｓ以上となる配合量であり、例えば、０．０５重量％〜５重量％、好ましくは、０．１重量％〜３重量％である。高分子溶液には、安定剤、防腐剤等が含まれていてもよい。

【0029】

このような、キャリア物質２０１は、粘性流動物であるため、輸送・運搬したい粉状の海底鉱物の相対的な位置を保持した状態で管内を流動する性質を有する。すなわち、循環状態及び静置状態において、キャリア物質２０１は、粉状の海底鉱物（沈降物質）の沈降抑制能に優れ、且つ流動性を有する。

【0030】

次に、本発明の第２の実施の形態における取り込み装置、揚鉱装置及び揚鉱方法について、図６〜図１２を参照して説明する。図６〜図１２において、図１〜図５と同一構成要素には、同一符号を付して、その説明を省略し、異なる点について主に説明する。すなわち、図６〜図１２の取り込み装置及び揚鉱装置において、図１〜図５の取り込み装置及び揚鉱装置と主に異なる点は、回転体の突起を多くした点、海水パージ用の配管など及びキャリア物質パージ用の配管などを設置した点などである。

【0031】

すなわち、取り込み装置１０ａは、循環用キャリア物質を送る下降管２１と連結する下降管連結口１５ａと、海底鉱物含有キャリア物質を上昇運搬する上昇管２２と連結する上昇管連結口１５ｂと、海水パージ用キャリア物質を送る第１配管２４１と連結する第１連結口１６と、パージされた海水を排出する第２配管２５２と連結する第２連結口１７と、キャリア物質パージ用海水を送る第３配管２５１と連結する第３連結口１８と、パージされたキャリア物質を排出する第４配管２４２と連結する第４連結口１９と、を更に備える。すなわち、取り込み装置１０ａにおいて、ケーシング１の一方の側板部には、第１連結口１６、第３連結口１８及び下降管連結口１５ａが形成され、他方の側板部には、第２連結口１７、第４連結口１９及び上昇管連結口１５ｂが形成されている。

【0032】

突起壁付き回転体２は、回転軸が嵌る軸孔を有する回転体中心部２４と回転体中心部２４から放射状に延びる８つの突起壁２２ａ〜２２ｈが形成されている。また、取り込み装置１０ａにおいて、密封室６室（開口１１位置には、２室の開放室）を有し、密封室Ａと密封室Ｂの間に密封室Ｂ１を、密封室Ｃの回転方向側にそれぞれ、密封室Ｃ１、Ｃ２を有している。

【0033】

取り込み装置１０ａにおいて、第１連結口１６と第２連結口１７は、開口１１より回転方向側、且つ密封室Ａの手前であって、ひとつの密封室Ｂに対応するケーシング位置に形成され、且つ第１連結口１６は、第２連結口１７より上方又は下方に位置する。密封室Ｂでは、密封室Ｂ内の鉱物と海水の混合体の中、海水を海水と比重の異なるパージ用キャリア物質を室内に圧入し、海水とパージ用キャリア物質を室内で分離させ、海水を排出してパージ用キャリア物質を残置させるものである。従って、回転体２の回転軸が水平方向又は略水平方向に延びており、海水の比重より小さな比重のパージ用キャリア物質を使用する場合、第１連結口１６は、第２連結口１７より上方に位置することになり、海水の比重より大きな比重のパージ用キャリア物質を使用する場合、第１連結口１６は、第２連結口１７より下に位置することになる（図１３参照）。図９は、海水の比重より小さな比重のパージ用キャリア物質を使用する場合であって、密封室Ｂにおいて、第１連結口１６は、第２連結口１７より上方に位置している。なお、本例では、第１連結口１６と第２連結口１７は、互いに対峙する側板部のそれぞれに１つ形成されているが、同じ側板部に形成してもよい。密封室Ｂより回転方向側の密封室Ｂ１は、主にキャリア物質（海底鉱物を含む）で満たされることになる。

【0034】

取り込み装置１０ａにおいて、下降管連結口１５ａと上昇管連結口１５ｂは、密封室Ｂより回転方向側であって、ひとつの密封室Ａに対応するケーシング位置に形成されている。密封室Ａは、海底鉱物を循環キャリア物質中に取り込む室であり、環状の管路又はＵ字管路の途中に位置するものである。すなわち、下降管連結口１５ａは一方の側板部に形成され、上昇管連結口１５ｂは他方の側板部に形成される。

【0035】

取り込み装置１０ａにおいて、第３連結口１８と第４連結口１９は、密封室Ａより回転方向側であって、ひとつの密封室Ｃに対応するケーシング位置に形成され、且つ第４連結口１９は、第３連結口１８より上方又は下方に位置する。密封室Ｃは、主に循環キャリア物質で満たされている。このため、循環キャリア物質と比重の異なるパージ用海水を室内に圧入し、循環用キャリア物質とパージ用海水を室内で分離させ、循環用キャリア物質を排出してパージ用海水を残置させるものである。従って、回転体２の回転軸が水平方向又は略水平方向に延びており、海水の比重より小さな比重の循環用キャリア物質を使用する場合、第３連結口１８は、第４連結口１９より下方に位置することになり、海水の比重より大きな比重の循環用キャリア物質を使用する場合、第３連結口１８は、第４連結口１９より上方に位置することになる（図１３参照）。図９は、海水の比重より小さな比重の循環用キャリア物質を使用する場合であって、密封室Ｃにおいて、第３連結口１８は、第４連結口１９より下方に位置している。なお、本例では、第３連結口１８と第４連結口１９は、互いに対峙する側板部のそれぞれに１つ形成されているが、同じ側板部に形成してもよい。取り込み装置１０ａにおいて、密封室Ｃより回転方向側の密封室Ｃ１、Ｃ２は、主に海水で満たされることになる。

【0036】

本発明の第２の実施の形態における揚鉱装置２０ａを図６及び図１０を参照して説明する。図６の揚鉱装置２０ａにおいて、図１の揚鉱装置２０と同一構成要素には、同一符号を付して、その説明を省略し、異なる点について、主に説明する。すなわち、図６の揚鉱装置２０ａは、図１の揚鉱装置２０に対して、更にパージ用キャリア物質圧送ポンプ２４、海水注入ポンプ２５、第１配管２４１、第２配管２５２、第３配管２５１及び第４配管２４２を設置したものである。第１配管２４１は、圧送ポンプ２４と第１連結口１６を連結し、第４配管２４２は、第２連結口１７と回収タンクを連結し、第３配管２５１は、海水注入ポンプ２５と第３連結口１８を連結し、第２配管２５２は第４連結口１９に連結するものである。

【0037】

次に、本発明の第２の実施の形態の海底鉱物取り込み装置を使用した揚鉱方法について説明する。本例の揚鉱方法は、図６の揚鉱装置２０ａを使用して、海底鉱物ｘを揚鉱する方法であって、該突起壁付き回転体を回転させ、該開口から海底鉱物を投入する工程と、海水パージ用キャリア物質を圧送し、該密封室Ｂにおいて海水をキャリア物質に置換する海水パージ工程と、循環用キャリア物質を循環させ、該密封室Ａにおいて海底鉱物を循環用キャリア物質に混合し、同伴させ上昇管により揚鉱する工程と、キャリア物質パージ用海水を圧送し、該密封室Ｃにおいてキャリア物質を海水に置換するキャリア物質パージ工程と、を有する。

【0038】

先ず、図６の揚鉱装置２０ａにおいて、圧送ポンプ及び取り込み装置１０ａを稼働させる。これにより、環状の管路２１、２２内でキャリア物質２０１を循環させ、ケーシング１内において突起壁付き回転体２を回転させる。海底では、例えば、千ｍの海底のマンガンクラストｙから粒状の鉱石ｘを採取し、これを海水と共に、取り込み装置１０ａの開口１１に投入する。次いで、海水パージ用キャリア物質を圧送し、密封室Ｂにおいて海水をキャリア物質に置換する海水パージ工程を行う。密封室Ｂにおいて、キャリア物質の比重は、海水の比重より小さいため、海水が下層、キャリア物質が上層と２層に分離する。キャリア物質は圧送されるため、密封室Ｂから海水を第２配管２５２へと押し出す（パージ）。これにより、密封室Ｂは海水パージ用キャリア物質で置換され、鉱石ｘを含んだ状態で、回転移動する。密封室Ｂの回転方向側に位置する密封室Ｂ１は、主に鉱石ｘを含んだキャリア物質で満たされており、この状態で回転移動する。

【0039】

第１の実施の形態例と同様に、密封室Ａにおいて、海底鉱物を循環用キャリア物質に混合し、同伴させ上昇管により揚鉱する工程を行う。すなわち、密封室Ａは、下降管２１と上昇管２２と連通しており、採取された鉱物ｘは、循環用キャリア物質内に取り込まれ、上昇管２２内を上昇運搬される。

【0040】

次いで、キャリア物質パージ用海水を圧送し、密封室Ｃにおいてキャリア物質２０１を海水に置換するキャリア物質パージ工程を行う。密封室Ｃにおいて、キャリア物質の比重は、海水の比重より小さいため、海水が下層、循環用キャリア物質が上層と２層に分離する。海水は圧送されるため、密封室Ｃから循環用キャリア物質を第４配管２４２へと押し出す（パージ）。これにより、密封室Ｃは海水で置換され、実質的に海水で満たされた状態で回転移動する。密封室Ｃより回転方向側の密封室Ｃ１、Ｃ２は、実質的に海水で満たされた状態で回転移動する。次いで、海水で満たされた室は、開口１１に来て、海水を含む海底鉱物の投入を受ける。

【0041】

本第２の実施の形態における揚鉱方法によれば、第１の実施の形態における揚鉱方法と同様の効果を奏する他、開口から海底鉱物の他、海水が投入されても、海底鉱物を揚鉱する密封室Ａにおいて、キャリア物質を汚すことがなく、海上での性状調整が不要又は容易となる。また、海水中にキャリア物質が漏れることがなく、キャリア物質の補充工程が無くなるか、少なくなる。

【0042】

取り込み装置１０ａにおいて、循環用キャリア物質と海水パージ用キャリア物質は、同一物質であり、且つ粘性流動物質である。粘性流動物質は、前記第１の実施の形態例に挙げたものと同様のものが使用できる。

【0043】

循環用キャリア物質及びパージ用キャリア物質は、同一物質であってもよく、異なる物質であってもよいが、同一物質とすることが、コスト及び性状安定維持の点からも好ましい。キャリア物質の比重は、海水の比重より小又は大である。海水をキャリア物質に置換する室Ｂ、キャリア物質を海水に置換する密封室Ｃは、いずれも比重差による分離を利用するからである。循環用キャリア物質とは、海底有価物質を運搬・輸送する輸送媒体のことである。パージ用キャリア物質とは、密封室内の海水を押し出し、当該密封室内をキャリア物質を満たすためのものである。

【0044】

次に、本発明の取り込み装置の変形例を図１４に示す。図１４において、図３と同一構成要素には、同一符号を付して、その説明を省略し、異なる点について、主に説明する。すなわち、図１４の取り込み装置１０ｂにおいて、図３の取り込み装置１０と異なる点は、取り込み装置１０ｂの設置姿勢及び開口の位置である。すなわち、取り込み装置１０ｂは、回転軸の軸芯が横方向に延びるように設置し、また、開口１１ａを側板部１３ａに形成したものである。この取り込み装置１０ｂにおいても、取り込み装置１０と同様の効果を奏する。なお、本発明の取り込み装置において、下降管連結口１５ａ、１５ｂは、円筒部１２に形成されていてもよい。また、第１連結口〜第４連結口を設ける場合、形成位置は、側板部１３ａ、１３ｂに限定されず、円筒部１２の該当する位置に形成してもよい。

【0045】

次に、本発明の取り込み装置１０ａの変形例を図１５に示す。図１５において、図８と同一構成要素には、同一符号を付して、その説明を省略し、異なる点について、主に説明する。図１５は、取り込み装置１０ｃを側板部から見た図である。すなわち、図１５の取り込み装置１０ｃにおいて、図８の取り込み装置１０ａと異なる点は、下降管連結口、上昇管連結口、第１連結口〜第４連結口をそれぞれ２個（ダブル）で設置した点にある。このため、密封室は、少なくとも６個以上である（図１５では密封室６個）。すなわち、取り込み装置１０ｃにおいて、密封室Ａを２つ、密封室Ｂを２つ、密封室Ｃを２つ形成することになる。取り込み装置１０ｃにおいて、取り込み装置１０ａと同様の効果を奏する他、密封室Ｂにおける海水パージ効果及び密封室Ｃにおけるキャリア物質パージ効果をより高めることができる。

【0046】

本発明の取り込み装置、揚鉱装置及び揚鉱方法において、上記実施の形態例に限定されず、本発明の効果を奏する限り、種々の変形を採ることができる。例えば、取り込み装置１０ａにおいて、海水を排水する第２配管２５２の先端は、海上の回収槽に接続させてもよい。また、取り込み装置において、突起付き回転体２の突起の数が６つの場合の作動を、図１７を参照して説明する。本例では、開口１１は、２つの突起で形成される室の２室分に形成され、密封室は４つである。すなわち、開口１１からすぐの密封室は、密封室Ｂとなり、密封室Ｂのすぐ回転方向側の密封室は、密封室Ａとなり、密封室Ａのすぐ回転方向側の密封室は、密封室Ｃとなり、密封室Ｃのすぐ回転方向側の密封室は、密封室Ｃ１、Ｃ２となる。

【産業上の利用可能性】

【0047】

本発明によれば、深さ数千メートルの海底から有価物質である海底鉱物を連続的に取り込み、海上まで効率良く、輸送・運搬することができる。なお、揚程に関して、建築分野においては、４インチ管使用での生コンの圧送実績は、中継点なしの９０ｍ^３/ｈ、１２ＭＰａの高圧圧送で、水平９００ｍ、鉛直２００ｍを達成しており、循環又はＵ字の管路であれば、鉛直１０００ｍを超える揚程でも容易に圧送できる。

【符号の説明】

【0048】

１ ケーシング
２ 突起付き回転体
１０、１０ａ〜１０ｃ 海底鉱物取り込み装置
１１ 開口
１２ 円筒体周面部
１３、１３ａ、１３ｂ 側板部
２１ 下降管
２２ 上昇管
２３ 回収装置群
２０、２０ａ 揚鉱装置
３０ 集鉱ショベル
２０１ キャリア物質
ｘ 粒状の鉱石（海底有価物質）
ｙ 鉱床
Ａ、Ｂ、Ｃ 密封室

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】