特許 7576268 水底資源の採取システムおよび採取方法

(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】

(24)【登録日】2024-10-23

(45)【発行日】2024-10-31

(54)【発明の名称】水底資源の採取システムおよび採取方法

(51)【国際特許分類】

   E21C 50/00 20060101AFI20241024BHJP

   E21B 43/00 20060101ALI20241024BHJP

【ＦＩ】

E21C50/00

E21B43/00 Z

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2021034370

(22)【出願日】2021-03-04

(65)【公開番号】P2022134889

(43)【公開日】2022-09-15

【審査請求日】2024-02-06

(73)【特許権者】

【識別番号】000219406

【氏名又は名称】東亜建設工業株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】504194878

【氏名又は名称】国立研究開発法人海洋研究開発機構

(74)【代理人】

【識別番号】110001368

【氏名又は名称】清流国際弁理士法人

(74)【代理人】

【識別番号】100129252

【弁理士】

【氏名又は名称】昼間 孝良

(74)【代理人】

【識別番号】100155033

【弁理士】

【氏名又は名称】境澤 正夫

(72)【発明者】

【氏名】森澤 友博

(72)【発明者】

【氏名】大森 慎哉

(72)【発明者】

【氏名】村上 龍太朗

(72)【発明者】

【氏名】宮▲崎▼ 英剛

(72)【発明者】

【氏名】秋山 敬太

(72)【発明者】

【氏名】許 正憲

(72)【発明者】

【氏名】澤田 郁郎

(72)【発明者】

【氏名】川村 善久

【審査官】松本 泰典

(56)【参考文献】

【文献】特許第６６５３８９０（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】特開２００２－３６４０１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０４２９６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０２－２４８５３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－１３４６２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１９８４７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０１１５６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－１３４６２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭４９－０６５００１（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ２１Ｃ ５０／００

Ｅ２１Ｂ ４３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

水底資源が含有されている水底地盤の泥土を掘削して水上に揚収する水底資源の採取システムにおいて、
水上から前記水底地盤に向かって延在する揚収管と、前記揚収管の下部に接続された挿入管と、前記揚収管および前記挿入管の内部を管軸方向に延在している回転軸と、前記回転軸の下部に取付けられていて前記挿入管の内部に配置されている撹拌翼と、前記挿入管の内部に液体を供給する液体供給機構とを備え、
前記挿入管の少なくとも下部が前記水底地盤に挿入された状態で、前記液体供給機構により前記挿入管の内部に前記液体が供給されるとともに、前記回転軸の回転に伴って回転する前記撹拌翼により、前記挿入管の内部の前記泥土が掘削されて解泥され、その解泥によりスラリー状になった前記泥土が、前記撹拌翼の回転によって発生する撹拌流によって前記挿入管の上部に上昇し、その上昇したスラリー状の前記泥土が揚送手段により前記揚収管を通じて水上に揚収される構成であり、前記撹拌翼は前記泥土を掘削して解泥する機能と前記撹拌流を発生させる機能とを兼ね備えていることを特徴とする水底資源の採取システム。

【請求項2】

水底資源が含有されている水底地盤の泥土を掘削して水上に揚収する水底資源の採取システムにおいて、
水上から前記水底地盤に向かって延在する揚収管と、前記揚収管の下部に接続された挿入管と、前記揚収管および前記挿入管の内部を管軸方向に延在している回転軸と、前記回転軸の下部に取付けられていて前記挿入管の内部に配置されている撹拌翼と、前記挿入管の内部に液体を供給する液体供給機構とを備え、
前記挿入管の少なくとも下部が前記水底地盤に挿入された状態で、前記液体供給機構により前記挿入管の内部に前記液体が供給されるとともに、前記回転軸の回転に伴って回転する前記撹拌翼により、前記挿入管の内部の前記泥土が掘削されて解泥され、その解泥によりスラリー状になった前記泥土が、前記撹拌翼の回転によって発生する撹拌流によって前記挿入管の上部に上昇し、その上昇したスラリー状の前記泥土が揚送手段により前記揚収管を通じて水上に揚収される構成であり、前記回転軸の周方向に間隔をあけて配置された複数の前記撹拌翼で構成された撹拌翼群が、前記回転軸の軸方向に複数段設けられていることを特徴とする水底資源の採取システム。

【請求項3】

最下段の前記撹拌翼群を構成するそれぞれの前記撹拌翼が、回転方向に向かって下向きに傾斜している請求項２に記載の水底資源の採取システム。

【請求項4】

最上段の前記撹拌翼群を構成するそれぞれの前記撹拌翼が、回転方向に向かって下向きに傾斜している請求項２または３に記載の水底資源の採取システム。

【請求項5】

最上段の前記撹拌翼群を構成するそれぞれの前記撹拌翼が、回転方向に向かって上向きに傾斜している請求項２または３に記載の水底資源の採取システム。

【請求項6】

水底資源が含有されている水底地盤の泥土を掘削して水上に揚収する水底資源の採取システムにおいて、
水上から前記水底地盤に向かって延在する揚収管と、前記揚収管の下部に接続された挿入管と、前記揚収管および前記挿入管の内部を管軸方向に延在している回転軸と、前記回転軸の下部に取付けられていて前記挿入管の内部に配置されている撹拌翼と、前記挿入管の内部に液体を供給する液体供給機構とを備え、
前記挿入管の少なくとも下部が前記水底地盤に挿入された状態で、前記液体供給機構により前記挿入管の内部に前記液体が供給されるとともに、前記回転軸の回転に伴って回転する前記撹拌翼により、前記挿入管の内部の前記泥土が掘削されて解泥され、その解泥によりスラリー状になった前記泥土が、前記撹拌翼の回転によって発生する撹拌流によって前記挿入管の上部に上昇し、その上昇したスラリー状の前記泥土が揚送手段により前記揚収管を通じて水上に揚収される構成であり、少なくとも１つの前記撹拌翼の先端部に前記液体供給機構が設けられていて、この液体供給機構が前記挿入管の内周面に向かって前記液体を噴射する噴射ノズルを有していることを特徴とする水底資源の採取システム。

【請求項7】

前記噴射ノズルと、前記噴射ノズルに前記液体を供給する配管とが、前記撹拌翼の回転方向に対して前記撹拌翼の背後側になる面に付設されている請求項６に記載の水底資源の採取システム。

【請求項8】

水底資源が含有されている水底地盤の泥土を掘削して水上に揚収する水底資源の採取方法において、
水上から前記水底地盤へ向けて揚収管を延設し、前記揚収管の下部に接続している挿入管の少なくとも下部を前記水底地盤に挿入した状態で、前記挿入管の内部に液体を供給するとともに、前記揚収管および前記挿入管の内部を管軸方向に延在している回転軸を回転させて、前記回転軸の下部に取付けられている撹拌翼を前記挿入管の内部で回転させることにより、前記挿入管の内部の前記泥土を掘削して解泥し、その解泥によってスラリー状にした前記泥土を前記撹拌翼の回転によって発生させた撹拌流によって前記挿入管の上部へ上昇させ、その上昇させたスラリー状の前記泥土を揚収手段により前記揚収管を通じて水上に揚収するに際して、前記泥土を掘削して解泥する機能と前記撹拌流を発生させる機能とを兼ね備えた前記撹拌翼を使用することを特徴とする水底資源の採取方法。

【請求項9】

水底資源が含有されている水底地盤の泥土を掘削して水上に揚収する水底資源の採取方法において、
水上から前記水底地盤へ向けて揚収管を延設し、前記揚収管の下部に接続している挿入管の少なくとも下部を前記水底地盤に挿入した状態で、前記挿入管の内部に液体を供給するとともに、前記揚収管および前記挿入管の内部を管軸方向に延在している回転軸を回転させて、前記回転軸の下部に取付けられている撹拌翼を前記挿入管の内部で回転させることにより、前記挿入管の内部の前記泥土を掘削して解泥し、その解泥によってスラリー状にした前記泥土を前記撹拌翼の回転によって発生させた撹拌流によって前記挿入管の上部へ上昇させ、その上昇させたスラリー状の前記泥土を揚収手段により前記揚収管を通じて水上に揚収するに際して、前記撹拌翼を前記水底地盤の新たな表面から所定深度まで貫入して前記挿入管の内部の前記泥土を掘削した後に、前記挿入管の内部で前記撹拌翼を管軸方向に複数回往復移動させて前記泥土を繰り返し解泥することを特徴とする水底資源の採取方法。

【請求項10】

前記撹拌翼を前記水底地盤の新たな表面から所定深度まで貫入する掘削時の前記撹拌翼の管軸方向の移動速度よりも、前記挿入管の内部で前記撹拌翼を管軸方向に複数回往復移動させる時の前記撹拌翼の管軸方向の移動速度を速くする請求項９に記載の水底資源の採取方法。

【請求項11】

水底資源が含有されている水底地盤の泥土を掘削して水上に揚収する水底資源の採取方法において、
水上から前記水底地盤へ向けて揚収管を延設し、前記揚収管の下部に接続している挿入管の少なくとも下部を前記水底地盤に挿入した状態で、前記挿入管の内部に液体を供給するとともに、前記揚収管および前記挿入管の内部を管軸方向に延在している回転軸を回転させて、前記回転軸の下部に取付けられている撹拌翼を前記挿入管の内部で回転させることにより、前記挿入管の内部の前記泥土を掘削して解泥し、その解泥によってスラリー状にした前記泥土を前記撹拌翼の回転によって発生させた撹拌流によって前記挿入管の上部へ上昇させ、その上昇させたスラリー状の前記泥土を揚収手段により前記揚収管を通じて水上に揚収するに際して、前記挿入管の内部で回転している少なくとも１つの前記撹拌翼の先端部に設けた噴射ノズルから前記挿入管の内周面に向かって前記液体を噴射することにより前記挿入管の内部に前記液体を供給することを特徴とする水底資源の採取方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水底資源の採取システムおよび採取方法に関し、さらに詳しくは、水底地盤の泥土に含有されている水底資源を効率的に採取できる水底資源の採取システムおよび採取方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

海洋資源開発においては、深海に存在するレアアース等の水底資源が含有されている水底地盤の泥土を水などの液体とともにポンプリフトやエアリフト等の揚収手段を利用して水上の揚収船等に揚収している。泥土の土塊が大きいほど揚収するために多くの液量が必要となる。泥土とともに揚収される液量が多くなるほど揚収作業や泥土と液体とを分離する作業工数が増え、水底資源の採取に要するコストも高くなる。それ故、水底地盤の泥土に含有されている水底資源を効率的に採取するには、水底地盤の泥土を細かく解泥してより少ない液量で揚収することが重要である。

【0003】

従来、水底地盤の泥土を掘削して揚収するシステムが種々提案されている（特許文献１参照）。特許文献１の海洋資源揚鉱装置では、揚収管部の下部に設けられている回収ホッパを水底地盤の地表に対向させる。次いで、回転させたビットを水底地盤に貫入するとともに、ビットの下端部に設けられたノズルから海水よりも比重の軽いエマルション（界面活性剤を混ぜた油）を噴射することで水底地盤の泥土を掘削する。そして、水底地盤中から回収ホッパの上部にまで上昇した泥土およびエマルションを、揚収管部を介して水上に揚収している。この方法では、ビットによって掘削した水底地盤中の泥土の多くが水底地盤中で拡散してしまうため、泥土を細かく解泥できない。それ故、この海洋資源揚鉱装置では、泥土を上昇させるために海水よりも比重の軽いエマルションを水底地盤中に噴射している。しかしながら、多量のエマルションを水底地盤中に噴射し、揚収する必要があるため、揚収した泥土とエマルションとを分離する作業工数が増大し、水底資源の採取に要するコストが高くなる。また、水中に流出するエマルションにより水中環境が害されることも懸念される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１９－１１５６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明の目的は、水底地盤の泥土に含有されている水底資源を効率的に採取できる水底資源の採取システムおよび採取方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するため、本発明の水底資源の採取システムは、水底資源が含有されている水底地盤の泥土を掘削して水上に揚収する水底資源の採取システムにおいて、水上から前記水底地盤に向かって延在する揚収管と、前記揚収管の下部に接続された挿入管と、前記揚収管および前記挿入管の内部を管軸方向に延在している回転軸と、前記回転軸の下部に取付けられていて前記挿入管の内部に配置されている撹拌翼と、前記挿入管の内部に液体を供給する液体供給機構とを備え、前記挿入管の少なくとも下部が前記水底地盤に挿入された状態で、前記液体供給機構により前記挿入管の内部に前記液体が供給されるとともに、前記回転軸の回転に伴って回転する前記撹拌翼により、前記挿入管の内部の前記泥土が掘削されて解泥され、その解泥によりスラリー状になった前記泥土が、前記撹拌翼の回転によって発生する撹拌流によって前記挿入管の上部に上昇し、その上昇したスラリー状の前記泥土が揚送手段により前記揚収管を通じて水上に揚収される構成であり、前記撹拌翼は前記泥土を掘削して解泥する機能と前記撹拌流を発生させる機能とを兼ね備えていることを特徴とする。
本発明の別の水底資源の採取システムは、水底資源が含有されている水底地盤の泥土を掘削して水上に揚収する水底資源の採取システムにおいて、水上から前記水底地盤に向かって延在する揚収管と、前記揚収管の下部に接続された挿入管と、前記揚収管および前記挿入管の内部を管軸方向に延在している回転軸と、前記回転軸の下部に取付けられていて前記挿入管の内部に配置されている撹拌翼と、前記挿入管の内部に液体を供給する液体供給機構とを備え、前記挿入管の少なくとも下部が前記水底地盤に挿入された状態で、前記液体供給機構により前記挿入管の内部に前記液体が供給されるとともに、前記回転軸の回転に伴って回転する前記撹拌翼により、前記挿入管の内部の前記泥土が掘削されて解泥され、その解泥によりスラリー状になった前記泥土が、前記撹拌翼の回転によって発生する撹拌流によって前記挿入管の上部に上昇し、その上昇したスラリー状の前記泥土が揚送手段により前記揚収管を通じて水上に揚収される構成であり、前記回転軸の周方向に間隔をあけて配置された複数の前記撹拌翼で構成された撹拌翼群が、前記回転軸の軸方向に複数段設けられていることを特徴とする。
本発明のさらに別の水底資源の採取システムは、水底資源が含有されている水底地盤の泥土を掘削して水上に揚収する水底資源の採取システムにおいて、水上から前記水底地盤に向かって延在する揚収管と、前記揚収管の下部に接続された挿入管と、前記揚収管および前記挿入管の内部を管軸方向に延在している回転軸と、前記回転軸の下部に取付けられていて前記挿入管の内部に配置されている撹拌翼と、前記挿入管の内部に液体を供給する液体供給機構とを備え、前記挿入管の少なくとも下部が前記水底地盤に挿入された状態で、前記液体供給機構により前記挿入管の内部に前記液体が供給されるとともに、前記回転軸の回転に伴って回転する前記撹拌翼により、前記挿入管の内部の前記泥土が掘削されて解泥され、その解泥によりスラリー状になった前記泥土が、前記撹拌翼の回転によって発生する撹拌流によって前記挿入管の上部に上昇し、その上昇したスラリー状の前記泥土が揚送手段により前記揚収管を通じて水上に揚収される構成であり、少なくとも１つの前記撹拌翼の先端部に前記液体供給機構が設けられていて、この液体供給機構が前記挿入管の内周面に向かって前記液体を噴射する噴射ノズルを有していることを特徴とする。

【0007】

本発明の水底資源の採取方法は、水底資源が含有されている水底地盤の泥土を掘削して水上に揚収する水底資源の採取方法において、水上から前記水底地盤へ向けて揚収管を延設し、前記揚収管の下部に接続している挿入管の少なくとも下部を前記水底地盤に挿入した状態で、前記挿入管の内部に液体を供給するとともに、前記揚収管および前記挿入管の内部を管軸方向に延在している回転軸を回転させて、前記回転軸の下部に取付けられている撹拌翼を前記挿入管の内部で回転させることにより、前記挿入管の内部の前記泥土を掘削して解泥し、その解泥によってスラリー状にした前記泥土を前記撹拌翼の回転によって発生させた撹拌流によって前記挿入管の上部へ上昇させ、その上昇させたスラリー状の前記泥土を揚収手段により前記揚収管を通じて水上に揚収するに際して、前記泥土を掘削して解泥する機能と前記撹拌流を発生させる機能とを兼ね備えた前記撹拌翼を使用することを特徴とする。
本発明の別の水底資源の採取方法は、水底資源が含有されている水底地盤の泥土を掘削して水上に揚収する水底資源の採取方法において、水上から前記水底地盤へ向けて揚収管を延設し、前記揚収管の下部に接続している挿入管の少なくとも下部を前記水底地盤に挿入した状態で、前記挿入管の内部に液体を供給するとともに、前記揚収管および前記挿入管の内部を管軸方向に延在している回転軸を回転させて、前記回転軸の下部に取付けられている撹拌翼を前記挿入管の内部で回転させることにより、前記挿入管の内部の前記泥土を掘削して解泥し、その解泥によってスラリー状にした前記泥土を前記撹拌翼の回転によって発生させた撹拌流によって前記挿入管の上部へ上昇させ、その上昇させたスラリー状の前記泥土を揚収手段により前記揚収管を通じて水上に揚収するに際して、前記撹拌翼を前記水底地盤の新たな表面から所定深度まで貫入して前記挿入管の内部の前記泥土を掘削した後に、前記挿入管の内部で前記撹拌翼を管軸方向に複数回往復移動させて前記泥土を繰り返し解泥することを特徴とする。
本発明のさらに別の水底資源の採取方法は、水底資源が含有されている水底地盤の泥土を掘削して水上に揚収する水底資源の採取方法において、水上から前記水底地盤へ向けて揚収管を延設し、前記揚収管の下部に接続している挿入管の少なくとも下部を前記水底地盤に挿入した状態で、前記挿入管の内部に液体を供給するとともに、前記揚収管および前記挿入管の内部を管軸方向に延在している回転軸を回転させて、前記回転軸の下部に取付けられている撹拌翼を前記挿入管の内部で回転させることにより、前記挿入管の内部の前記泥土を掘削して解泥し、その解泥によってスラリー状にした前記泥土を前記撹拌翼の回転によって発生させた撹拌流によって前記挿入管の上部へ上昇させ、その上昇させたスラリー状の前記泥土を揚収手段により前記揚収管を通じて水上に揚収するに際して、前記挿入管の内部で回転している少なくとも１つの前記撹拌翼の先端部に設けた噴射ノズルから前記挿入管の内周面に向かって前記液体を噴射することにより前記挿入管の内部に前記液体を供給することを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、水底地盤に挿入した挿入管の内部に液体を供給するとともに撹拌翼を回転させて、挿入管の内部で水底地盤の泥土を掘削、解泥することで、比較的少ない液量で泥土を効果的に細粒化してスラリー状にすることができる。さらに、挿入管の内部に水を供給しつつ、撹拌翼を回転させることで挿入管の内部に撹拌流が発生する。これにより、細かく解泥されたスラリー状の泥土が撹拌流にのって挿入管の上部まで上昇し易くなる。それ故、比較的少ない液量で水底地盤の泥土を効率的に揚収することができ、泥土に含有されている水底資源を効率的に採取できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の水底資源の採取システムの実施形態の概要を例示する説明図である。

【図2】図１の挿入管の内部を平面視で例示する説明図である。

【図3】図２のＡ矢視で挿入管の内部を例示する説明図である。

【図4】図２のＢ矢視で挿入管の内部を例示する説明図である。

【図5】図１の挿入管を水底地盤に挿入した状態を例示する説明図である。

【図6】図５の状態から撹拌翼を水底地盤の所定深度まで貫入した状態を例示する説明図である。

【図7】図６の状態から挿入管の内部で撹拌翼を管軸方向に往復移動させている状態を例示する説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の水底資源の採取システムおよび採取方法を図に示した実施形態に基づいて説明する。本発明によって、レアアース等の水底資源（鉱物資源）が含有されている水底地盤の泥土を掘削して水上に揚収する。

【0011】

図１に例示する本発明の水底資源の採取システム１（以下、採取システム１という）は、水上から水底地盤Ｂに向かって延在する揚収管２と、揚収管２の下部に接続されている挿入管３と、揚収管２および挿入管３の内部を管軸方向に延在している回転軸４とを備えている。採取システム１はさらに、回転軸４の下部に取付けられた撹拌翼６と、挿入管３の内部に液体Ｌを供給する液体供給機構８とを備えている。この実施形態では、揚収管２が水上の揚収船２０に接続されている場合を例示しているが、揚収船２０に限らず例えば、揚収管２が水上に設けられた揚収施設などに接続された構成にすることもできる。

【0012】

揚収管２と挿入管３は連通している。挿入管３の内径は揚収管２の内径よりも大きく設定されている。揚収管２と挿入管３との連結部分の内周面は滑らかに連続する曲面形状になっている。揚収管２の内径は例えば、０．２ｍ以上１．０ｍ以下の範囲内に設定され、挿入管３の内径は例えば、０．５ｍ以上５ｍ以下の範囲内に設定される。揚収管２には、挿入管３の上部に上昇した泥土Ｓを、揚収管２を通じて水上に揚送する揚送手段が接続されている。揚送手段は、例えば、エアリフトポンプやスラリーポンプ等で構成される。

【0013】

水底地盤Ｂの泥土Ｓを採取する際には、挿入管３は少なくとも下部が水底地盤Ｂに挿入された状態となり、挿入管３の上部は水底地盤Ｂの表面よりも上方に突出した状態となる。例えば、挿入管３の全長の５０％以上が水底地盤Ｂに挿入された状態にする。挿入管３の管軸方向の長さは、水底資源が分布している地層の深さに応じて適宜設定されるが、例えば、２ｍ以上２０ｍ以下の範囲内に設定される。この実施形態では、挿入管３の外周面に平面視で環状のストッパー３ａが設けられている。このストッパー３ａを境界にして、ストッパー３ａよりも下側の挿入管３の領域が水底地盤Ｂに挿入された状態になり、ストッパー３ａよりも上側の挿入管３の領域が水底地盤Ｂの表面よりも上方に突出した状態になる。

【0014】

回転軸４は、揚収船２０から揚収管２および挿入管３を挿通して吊り下げられていて、駆動機構により軸回転する。図２～図４に例示するように、この実施形態では、回転軸４の下部に対して着脱可能に連結されるヘッド５に、撹拌翼６が取付けられている。ヘッド５の下端部には水底地盤Ｂの泥土Ｓを掘削する掘削刃７が設けられている。掘削刃７よりも上方に位置するヘッド５の外周面に、複数の撹拌翼６で構成された撹拌翼群が設けられている。それぞれの撹拌翼６は、挿入管３の内周面に向かって延在している。同じ撹拌翼群を構成する複数の撹拌翼６は、回転軸４の周方向に間隔をあけて配置されている。

【0015】

この実施形態のそれぞれの撹拌翼６は平板状に形成されていて、回転軸４（ヘッド５）に接続されている根元部分から先端に向かって先細りするテーパ形状になっている。撹拌翼６の回転方向における前端部は鋭く尖った形状になっている。例えば、撹拌翼６の前端部を山と谷とが連続する鋸歯状にすることもできる。撹拌翼６は、平板状に限らず、例えば、スクリューの羽根のような湾曲した形状にすることもできる。

【0016】

この実施形態では、対向する位置に配置された２枚の撹拌翼６で構成された撹拌翼群が、回転軸４の軸方向に３段設けられている。最下段の撹拌翼群を構成するそれぞれの撹拌翼６は、回転方向に向かって下向きに傾斜している。中段の撹拌翼群と最上段の撹拌翼群を構成するそれぞれの撹拌翼６は、回転方向に向かって上向きに傾斜している。図４に例示するように、回転軸４の軸方向と撹拌翼６の延在方向とのなす角度θ（俯角）は例えば、１０度以上８０度以下、好ましくは２０度以上７０度以下、より好ましくは２５度以上４０度以下の範囲内に設定される。

【0017】

回転軸４の軸方向に隣り合う撹拌翼６どうしは、平面視で回転軸４の周方向にずれた位置に配置されている。挿入管３の内周面と撹拌翼６の先端との間には、５０ｍｍ～５００ｍｍ程度のすき間（クリアランス）が設けられている。撹拌翼６（回転軸４）の回転数は例えば１０ｒｐｍ～２００ｒｐｍである。

【0018】

回転軸４の軸方向に設ける撹拌翼群の段数や、各段の撹拌翼群を構成する撹拌翼６の数などは、この実施形態に限定されず、異なる構成にすることもできる。例えば、３枚の撹拌翼６で構成された撹拌翼群が、回転軸４の軸方向に２段設けられた構成などにすることもできる。それぞれの撹拌翼群を構成する撹拌翼６は、平面視で回転軸４の軸心を中心にして点対象になるように配置することが好ましい。それぞれの段の撹拌翼群を構成する撹拌翼６の傾斜方向は、この実施形態に限定されず、例えば、最上段の撹拌翼群や中段の撹拌翼群を構成する撹拌翼６が回転方向に向かって下向きに傾斜している構成にすることもできる。

【0019】

液体供給機構８は、液体Ｌとして例えば、水（海水や淡水）を供給する。現場で入手できる現場水（海水や淡水）を利用すると便利である。その他に、液体Ｌとして例えば、水に添加剤を加えた液体や、水以外の液体を供給する構成にすることもできる。この実施形態の液体供給機構８は、撹拌翼６の先端部に設けられた噴射ノズル８ａを有している。それぞれの噴射ノズル８ａは、挿入管３の内周面に向かって液体Ｌを噴射する。水上（揚収船２０）に設置された液体供給装置により、回転軸４に内部に延設された主管と、主管の下部で複数に分岐した配管８ｂとを通じて、それぞれの噴射ノズル８ａに液体Ｌが供給される構成になっている。

【0020】

噴射ノズル８ａおよび配管８ｂは、撹拌翼６の回転方向に対して撹拌翼６の背後側になる面に付設されている。例えば、噴射ノズル８ａおよび配管８ｂを撹拌翼６に内設して撹拌翼６の先端から液体Ｌが噴射される構成にすることもできる。この実施形態では、全ての撹拌翼６にそれぞれ噴射ノズル８ａが設けられているが、一部の撹拌翼６に選択的に噴射ノズル８ａを設けることもできる。即ち、例えば、最下段の撹拌翼群を構成するそれぞれの撹拌翼６にだけ噴射ノズル８ａを設けることもできる。

【0021】

一部の撹拌翼６に選択的に噴射ノズル８ａを設ける場合にも、各段に設ける噴射ノズル８ａは、平面視で回転軸４の軸心を中心にして点対象になるように配置することが好ましい。なお、液体供給機構８は、挿入管３の内部に液体Ｌを供給できる構成であればよく、この実施形態の構成に限定されない。例えば、液体供給機構８として、挿入管３の内部に配置されている回転軸４の下部（ヘッド５）に、液体Ｌを吐出する吐出ノズルを設けることもできる。

【0022】

次に、この採取システム１を用いて水底資源を採取する方法の手順の一例を以下に説明する。

【0023】

揚収管２の下部に挿入管３を接続し、挿入管３の上部の内部にヘッド５を着脱可能に固定しておく。そして、図５に例示するように、水上（揚収船２０）から水底地盤Ｂへ向けて揚収管２を延設し、揚収管２の下部に接続されている挿入管３の少なくとも下部を水底地盤Ｂに挿入する。この際、ヘッド５が収容されている挿入管３の上部は水底地盤Ｂに挿入せずに、ヘッド５を水底地盤Ｂの表面よりも上方に配置した状態にする。この段階では、水底地盤Ｂに挿入されている挿入管３の下部の内部は水底地盤Ｂの泥土Ｓで満たされた状態になっている。水底地盤Ｂに挿入されていない挿入管３の上部の内部は、水域の水Ｗで満たされた状態になっている。

【0024】

この実施形態では、挿入管３の外側に設けられているストッパー３ａが水底地盤Ｂの地表に当接する位置まで挿入管３を水底地盤Ｂに挿入すると、水底資源が分布している地層の深さまで挿入管３の下部が挿入される。ヘッド５が収容されている挿入管３の上部は水底地盤Ｂの地表よりも上方に突出した状態となる。

【0025】

次いで、回転軸４を、揚収管２および挿入管３の内部に挿通させた状態で水上（揚収船２０）から水底地盤Ｂへ向けて降下させて、回転軸４の下端部にヘッド５（撹拌翼６）を連結する。回転軸４の下端部にヘッド５を連結した状態で、回転軸４をさらに水底地盤Ｂへ向けて下方移動させると挿入管３からヘッド５が外れる。その結果、回転軸４と一体化したヘッド５（撹拌翼６）が管軸方向に移動可能な状態となる。

【0026】

次いで、図６に例示するように、液体供給機構８により挿入管３の内部に液体Ｌを供給するとともに、回転軸４を回転させる。そして、回転する回転軸４の下部（ヘッド５）に取付けられている撹拌翼６を挿入管３の内部で回転させることにより、挿入管３の内部の泥土Ｓを掘削して解泥する。そして、図７に例示するように、その解泥によってスラリー状にした泥土Ｓを撹拌翼６の回転によって発生させた撹拌流によって挿入管３の上部へ上昇させ、その上昇させたスラリー状の泥土Ｓを揚収手段により揚収管２を通じて水上（揚収船２０）に揚収する。

【0027】

より具体的には、図５に例示するように、撹拌翼６を水底地盤Ｂの表面よりも上方に配置した状態で、噴射ノズル８ａによる液体Ｌの噴射を開始し、回転軸４を回転駆動させて撹拌翼６を回転させた状態にする。そして、図６に例示するように、噴射ノズル８ａから挿入管３の内周面に向かって液体Ｌを高圧で噴射しつつ、回転させた状態の撹拌翼６を水底地盤Ｂの表面から所定深度まで下方移動させて、挿入管３の内部の泥土Ｓを掘削する。この際、挿入管３の下端３ｂよりも深い位置までは掘削せずに、挿入管３の中途位置の深度まで泥土Ｓを掘削する。

【0028】

回転する撹拌翼６により挿入管３の中央側の泥土Ｓが掘削され、噴射ノズル８ａから高圧噴射される液体Ｌにより撹拌翼６の先端と挿入管３の内周面との間の泥土Ｓが掘削される。この実施形態では、最下段の撹拌翼群を構成するそれぞれの撹拌翼６が、回転方向に向かって下向きに傾斜している。そのため、最下段の撹拌翼群を構成する撹拌翼６によって掘削された泥土Ｓは上方移動し、その上方移動した泥土Ｓが中段の撹拌翼群と最上段の撹拌翼群を構成する撹拌翼６によってさらに細粒化される。

【0029】

その後、図７に例示するように、挿入管３の内部で、噴射ノズル８ａから液体Ｌを噴射しつつ、回転させた状態の撹拌翼６を管軸方向に複数回往復移動させて、挿入管３の内部の泥土Ｓを繰り返し解泥する。これにより、挿入管３の内部の泥土Ｓはさらに細粒化され、挿入管３の内部の細粒化された泥土Ｓが、挿入管３の内部の液体（水域の水Ｗと液体供給機構８によって供給された液体Ｌとを含む）に紛れて浮遊した状態、即ち、挿入管３の内部がスラリー状の泥土Ｓで満たされた状態となる。液体供給機構８により挿入管３の内部に新たな液体Ｌが供給されることで、挿入管３の内部の水Ｗや泥土Ｓが新たに供給された液体Ｌに置換されることが促進される。さらに、撹拌翼６の回転によって挿入管３の内部に撹拌流が発生することで、挿入管３の内部で細粒化された泥土Ｓは挿入管３の上部まで上昇し易くなる。挿入管３の上部に上昇したスラリー状の泥土Ｓは揚収手段によって揚収管２を通じて水上（揚収船２０）に順次揚収される。

【0030】

このように、本発明では、挿入管３の内部に新たな液体Ｌを供給するとともに撹拌翼６を回転させることで、挿入管３の内部では水底地盤Ｂの泥土Ｓを掘削、解泥して比較的少ない液量で泥土Ｓを効果的に細粒化できる。さらに、撹拌翼６の回転によって挿入管３の内部に撹拌流を発生させることで、挿入管３の内部で細粒化された泥土Ｓは沈降し難くなり、挿入管３の上部に向かって上昇し易くなる。それ故、比較的少ない液量で水底地盤Ｂの泥土Ｓを効率的に揚収することができ、泥土Ｓに含有されている水底資源を効率的に採取できる。

【0031】

また、深海で使用する揚収管２の内径は小さく、揚収管２の内周面と回転軸４との間のすき間は比較的狭いが、挿入管３の内部の泥土Ｓは土塊の少ない細粒化した状態で揚収管２に流れ込むので、揚収管２に泥土Ｓが詰まり難くなる。それ故、揚収管２に不具合が生じ難く、水底地盤Ｂの泥土Ｓを非常に円滑に揚収できる。また、挿入管３の内部に液体Ｌを供給して挿入管３の内部で泥土Ｓを掘削、解泥するので、液体Ｌとして水以外を供給する場合にも液体Ｌが挿入管３の外部の水中に流出し難い。

【0032】

泥土Ｓを効率的に解泥し、効果的な撹拌流を発生させるには、撹拌翼６の回転数を２０ｒｐｍ以上、より好ましくは４０ｒｐｍ以上にするとよい。特に、泥土Ｓを上昇させる撹拌流を発生させるには、撹拌翼６の回転数を相応に速くする必要がある。一方、撹拌翼６を高速で回転させるには限界があるので、回転数の上限は例えば８０ｒｐｍ、或いは６０ｒｐｍ程度にする。

【0033】

この実施形態のように、回転軸４の周方向に間隔をあけて配置された複数の撹拌翼６で構成された撹拌翼群が、回転軸４の軸方向に複数段設けられた構成にすると、挿入管３の内部の泥土Ｓが撹拌翼６に衝突する頻度が高くなるので、泥土Ｓを効率よく細粒化できる。

【0034】

さらに、最下段の撹拌翼群を構成するそれぞれの撹拌翼６が、回転方向に向かって下向きに傾斜している構成にすると、最下段の撹拌翼群を構成する撹拌翼６によって掘削、解泥された泥土Ｓが上方に向かい、その上方の段の撹拌翼群を構成する撹拌翼６によってさらに解泥される。それ故、泥土Ｓを非常に効率よく細粒化できる。また、最下段の撹拌翼群を構成する撹拌翼６によって掘削、解泥された泥土Ｓや挿入管３の内部の液体（水域の水Ｗと液体Ｌ）が、挿入管３の下部開口から挿入管３の外部に流出し難くなるので、挿入管３の内部の泥土Ｓを効率的に揚収するには有利になる。さらに、最下段の撹拌翼群を構成する撹拌翼６によって挿入管３の内部に、泥土Ｓが上昇し易い撹拌流が発生するため、解泥された泥土Ｓが挿入管３の上部に向かって上昇し易くなる。

【0035】

最上段の撹拌翼群を構成するそれぞれの撹拌翼６が、回転方向に向かって上向きに傾斜している構成にすると、最上段の撹拌翼６に衝突した泥土Ｓが下方に向かい、その下方の段の撹拌翼６によってさらに解泥される。それ故、泥土Ｓを効率的に細粒化するには有利になる。

【0036】

一方で、最上段の撹拌翼群を構成するそれぞれの撹拌翼６が、回転方向に向かって下向きに傾斜している構成にすると、最上段の撹拌翼群６によって挿入管３の内部に、解泥された泥土Ｓが上昇し易い撹拌流が発生する。そのため、解泥された泥土Ｓが挿入管３の上部に向かってより上昇し易くなる。

【0037】

例えば、最下段の撹拌翼群と最上段の撹拌翼群を構成するそれぞれの撹拌翼６が回転方向に向かって下向きに傾斜していて、最下段の撹拌翼群と最上段の撹拌翼群との間に、撹拌翼６が回転方向に向かって上向きに傾斜している中段の撹拌翼群を有する構成にすることもできる。この構成にすると、最下段の撹拌翼群と中段の撹拌翼群との間で泥土Ｓが往来し易くなるので、泥土Ｓを効率よく細粒化できる。さらに、最上段の撹拌翼群によって挿入管３の内部に泥土Ｓが上昇し易い撹拌流が発生するので、解泥された泥土Ｓが揚収管２に向かって上昇し易くなる。

【0038】

少なくとも１つの撹拌翼６の先端部に液体供給機構８が設けられていて、この液体供給機構８が挿入管３の内周面に向かって液体Ｌを噴射する噴射ノズル８ａを有している構成にすると、撹拌翼６が届かない撹拌翼６の先端と挿入管３の内周面との間の泥土Ｓを、噴射ノズル８ａから噴射した液体Ｌによって掘削、解泥できる。それ故、挿入管３の内部の泥土Ｓを網羅的に揚収することが可能になる。さらに、挿入管３の内周面に近い撹拌翼６の先端部に噴射ノズル８ａを配置することで、撹拌翼６の先端と挿入管３の内周面との間の泥土Ｓを切削するのに必要な液体Ｌの噴射圧を比較的低くできる。それ故、比較的少ない液量で撹拌翼６の先端と挿入管３の内周面との間の泥土Ｓを効率よく掘削、解泥できる。

【0039】

また、噴射ノズル８ａから高圧で噴出される液体Ｌによって挿入管３の内部に液体（水域の水Ｗと液体Ｌ）の流れが生じるので、泥土Ｓがより細粒化され易くなり、細粒化された泥土Ｓが挿入管３の下部により沈降し難くなる。また、挿入管３の内部の泥土Ｓを揚収し終えた後に挿入管３の内周面に付着して残る泥土Ｓがより少なくなる。そのため、挿入管３を挿入する位置を変えて泥土Ｓの揚収作業を複数回行う場合にも、水底地盤Ｂの新たな位置に挿入管３を挿入する際の抵抗が大きくならず、挿入管３を円滑に挿入できる。揚収作業を終えた後の挿入管３のメンテナンスに要する労力も低減できる。

【0040】

噴射ノズル８ａおよび配管８ｂを、撹拌翼６の回転方向に対して撹拌翼６の背後側になる面に付設すると、撹拌翼６で泥土Ｓを掘削、解泥している際に、噴射ノズル８ａおよび配管８ｂに泥土Ｓが衝突し難くなる。それ故、簡素な構成でありながら、噴射ノズル８ａおよび配管８ｂが損傷するリスクを低くできる。また、噴射ノズル８ａおよび配管８ｂを撹拌翼６の外側に付設することで、噴射ノズル８ａおよび配管８ｂのメンテナンスを行い易くなる。噴射ノズル８ａおよび配管８ｂを撹拌翼６に内設した場合には、噴射ノズル８ａおよび配管８ｂが泥土Ｓにより衝突し難くなるため、噴射ノズル８ａおよび配管８ｂが損傷するリスクを低くするにはより有利になる。噴射ノズル８ａおよび配管８ｂを撹拌翼６に内設することで、撹拌翼６が回転する際の抵抗もより小さくなる。

【0041】

撹拌翼６を水底地盤Ｂの新たな表面から所定深度まで貫入して挿入管３の内部の泥土Ｓを掘削した後に、挿入管３の内部で撹拌翼６を管軸方向に複数回往復移動させて泥土Ｓを繰り返し解泥すると、挿入管３の内部の泥土Ｓをより確実に細粒化できる。また、挿入管３の内部で細粒化された泥土Ｓが挿入管３の下部に沈降することをより効果的に回避でき、挿入管３の内部の泥土Ｓをより確実に揚収できる。挿入管３の内部で撹拌翼６を往復移動させる回数は水底地盤Ｂの泥土Ｓの硬度や撹拌翼６の数などに応じて適宜決定できる。具体的には、例えば、挿入管３の内部で撹拌翼６を２回～１５回程度往復移動させるとよい。

【0042】

撹拌翼６の管軸方向の移動速度は水底地盤Ｂの泥土Ｓの硬度などに応じて適宜設定できる。具体的には、例えば、撹拌翼６の管軸方向の移動速度は１ｍｍ／秒～１００ｍｍ／秒、より好ましくは１ｍｍ／秒～１０ｍｍ／秒の範囲内に設定するとよい。好ましくは、撹拌翼６を水底地盤Ｂの新たな位置で表面から所定深度まで貫入する掘削時の撹拌翼６の管軸方向の移動速度よりも、挿入管３の内部で撹拌翼６を管軸方向に複数回往復移動させる時の撹拌翼６の管軸方向の移動速度を速く設定するとよい。

【0043】

撹拌翼６を水底地盤Ｂの新たな位置に貫入する掘削時には、水底地盤Ｂの泥土Ｓは解泥されていない状態であり、撹拌翼６にかかる負荷も比較的大きい。この場合、撹拌翼６の管軸方向の移動速度を比較的遅い設定にして水底地盤Ｂを掘削していくことで、撹拌翼６に過大な負荷がかかることを回避できる。一度掘削した泥土Ｓはある程度解泥された状態となり、撹拌翼６にかかる負荷は比較的小さくなる。それ故、掘削当初に比して泥土が解泥された時では、撹拌翼６の管軸方向の移動速度を速い設定にすることで、挿入管３の内部の泥土Ｓを効率的に解泥できる。

【符号の説明】

【0044】

１ 水底資源の採取システム
２ 揚収管
３ 挿入管
３ａ ストッパー
３ｂ 下端
４ 回転軸
５ ヘッド
６ 撹拌翼
７ 掘削刃
８ 液体供給機構
８ａ 噴射ノズル
８ｂ 配管
２０ 揚収船
Ｂ 水底地盤
Ｓ 泥土
Ｌ 液体
Ｗ 水

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】