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公開番号2024149209
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-18
出願番号2023062941
出願日2023-04-07
発明の名称鉱石注入装置、これを備える水流揚鉱システムおよび水流揚鉱方法、並びに、固体注入装置、これを備える水流移送システムおよび水流移送方法
出願人古河機械金属株式会社,独立行政法人エネルギー・金属鉱物資源機構
代理人個人,個人,個人
主分類E21C 50/00 20060101AFI20241010BHJP(地中もしくは岩石の削孔;採鉱)
要約【課題】ピストンポンプの閉塞を防止または抑制して、安定した運転状態を維持し得る鉱石注入装置、水流揚鉱システムおよびこれを用いる水流揚鉱方法を提供する。
【解決手段】水流揚鉱システム300は、往路水流管311および復路水流管312を有するとともに往路水流管311から復路水流管312に向かう水流を形成するように構成される循環管路310と、循環管路310に海洋資源を投入可能に海中に設置される鉱石注入装置200と、を備える。鉱石注入装置200は、投入側から順に、高圧型のグラインディングロール70と、ドラム形ミキサ80と、逆流防止機構付きのピストンポンプ1と、を有する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
往路水流管および復路水流管を有するとともに前記往路水流管から前記復路水流管に向かう水流中に海洋資源を注入して移送する循環管路を備える水流揚鉱システムに用いられ、前記循環管路に前記海洋資源を注入可能に海中に設置されて前記海洋資源が自身筐体の上部から投入される鉱石注入装置であって、
自身に供給される海洋資源中の鉱石を細粒化する高圧型のグラインディングロールと、
前記グラインディングロールで細粒化された鉱石を混錬するドラム形ミキサと、
前記ドラム形ミキサで混錬後の鉱石が導入されて自身の吐出口に接続される注入管から前記循環管路に向けて鉱石を送り出す逆流防止機構付きのピストンポンプと、
を前記筐体に対して前記投入側からこの順に有することを特徴とする鉱石注入装置。
続きを表示（約 1,800 文字）【請求項２】
前記ピストンポンプは、
搬送ピストンが収嵌された一対のポンプシリンダと、該一対のポンプシリンダの各搬送ピストンを交互に往復動させる一対の駆動シリンダと、前記ピストンポンプ内の前記海洋資源を前記注入管に注入可能に前記注入管に接続される吐出配管と、前記吐出配管の側からの前記海洋資源の逆流を防止する逆流防止機構と、を有し、
前記ポンプシリンダのシリンダ軸線は、前記ポンプシリンダ内に前記海洋資源を吸引する吸引端の位置よりも前記駆動シリンダが低い位置となるように、傾斜して前記筐体に設置されている請求項１に記載の鉱石注入装置。
【請求項３】
前記ドラム型ミキサは、それぞれ巻き方向の異なるブレードが装着されたアウタードラムシェルとインナードラムシェルとを有し、
前記グラインディングロールで細粒化された鉱石が、前記インナードラムシェルのインナーブレードからドラム内に投入されて、その後に、前記アウタードラムシェルのアウターブレードから前記ピストンポンプに投入されるように構成されている請求項１に記載の鉱石注入装置。
【請求項４】
前記グラインディングロールで破砕して自然落下する鉱石の受口を、前記ドラム型ミキサへの投入口と、前記ドラム型ミキサ外への排出口と、のいずれか一方に切り替える投入・排出切替機構が、前記グラインディングロールと前記ドラム型ミキサとの間に配置されている請求項１に記載の鉱石注入装置。
【請求項５】
前記グラインディングロールを二基有し、これら二基のグラインディングロールは、上下に直列に配置されている請求項１に記載の鉱石注入装置。
【請求項６】
往路水流管および復路水流管を有するとともに前記往路水流管から前記復路水流管に向かう水流中に海洋資源を注入して移送する循環管路を備える水流揚鉱システムであって、
前記海洋資源は、海底の鉱床で掘削された鉱石であり、
前記往路水流管に高圧水を注入可能に洋上基地に設置された高圧ポンプと、
前記海洋資源を前記循環管路に注入可能に海底またはその近傍に配置される鉱石注入装置と、
前記往路水流管が前記洋上基地から前記鉱石注入装置まで延設されるとともに、前記復路水流管が前記鉱石注入装置から前記洋上基地の回収ホッパに前記海洋資源を回収可能に延設され、前記洋上基地から前記鉱石注入装置側に向かう水流を再び前記洋上基地まで戻す水流を形成するように構成される前記循環管路と、を備え、
前記鉱石注入装置として、請求項１～５のいずれか一項に記載の鉱石注入装置を備えることを特徴とする水流揚鉱システム。
【請求項７】
請求項６に記載の水流揚鉱システムを用いて海洋資源を移送する方法であって、
前記鉱石注入装置により前記循環管路に海洋資源を投入し、その海洋資源を前記循環管路の水流に乗せて洋上基地まで移送することを特徴とする水流揚鉱方法。
【請求項８】
往路水流管および復路水流管を有するとともに前記往路水流管から前記復路水流管に向かう水流中に固体を注入して移送する循環管路を備える水流移送システムに用いられ、前記循環管路に前記固体を注入可能に水中に設置されて前記固体が自身筐体の上部から投入される固体注入装置であって、
自身に供給される固体を細粒化する破砕機と、
前記破砕機で細粒化された固体を混錬するミキサと、
前記ミキサで混錬後の固体が導入されて自身の吐出口に接続される注入管から前記循環管路に向けて固体を送り出すピストンポンプと、
を前記筐体に対して前記投入側からこの順に有することを特徴とする固体注入装置。
【請求項９】
往路水流管および復路水流管を有するとともに前記往路水流管から前記復路水流管に向かう水流中に固体を注入して移送する循環管路を備える水流移送システムであって、
前記固体を前記循環管路に注入可能に配置される請求項８に記載の固体注入装置を備えることを特徴とする水流移送システム。
【請求項１０】
請求項９に記載の水流移送システムを用いて固体を移送する方法であって、
前記固体注入装置により前記循環管路に固体を投入し、その固体を前記循環管路の水流に乗せて移送することを特徴とする水流移送方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば海底熱水鉱床で採鉱される鉱石などの海洋資源を海底から揚鉱する技術に関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、各種産業機器を製造する上で必要不可欠な金属であり存在量が少ない有用金属の価格が高騰している。有用金属は産業上必要不可欠なものであるが、可採量が少ないだけでなく、産出国が限られているため地政学的リスクが存在している。そこで、有用金属含有鉱物の中でも、海底熱水鉱床などに存在する海洋資源が注目されている。
【０００３】
海底熱水鉱床などから海洋資源を揚鉱する方法として、揚鉱ポンプを用いたポンプリフト方式が試みられている。これまで、この種の鉱床において、ドラムカッタやカッタヘッド等の掘削ヘッドを備えた採鉱機により海中で鉱石を破砕し、その破砕した鉱石の礫を海中でスラリとし、そのスラリを揚鉱ポンプに向けて移送する採鉱装置が提案されている（例えば非特許文献１参照）。
【０００４】
また、船上から海底近傍に向かう水流を往路の水流管で再び船上まで戻す循環流を形成し、往路の水流管に鉱石を投入して水流に乗せて鉱石を船上まで移送する循環式のスラリ揚鉱方式において、往路の水流管に鉱石を投入する方法として逆流防止機構付きのピストンポンプを水平に設置して水流管に鉱石を投入するように構成した揚鉱方式が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０２２－１３９６２８号公報
【非特許文献】
【０００６】
海底熱水鉱床開発計画第一期最終評価報告書（独立行政法人石油天然ガス・金属鉱物資源機構）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、鉱石を水流に乗せて船上まで移送する揚鉱方式において、ピストンポンプを用いて往路の水流管に鉱石を投入する場合、ピストンポンプによって圧送可能な鉱石を、ピストンポンプに対して如何にして供給するかについては未だ検討の余地がある。
【０００８】
つまり、一般的に、ピストンポンプを用いた鉱石の圧送において、ピストンポンプの閉塞を防止または抑制して、安定した運転状態を維持するためには、ピストンポンプに供給される鉱石中に、７４μｍ以下の細粒分が３０％程度は必要とされる。そして、例えば海底熱水鉱床などに存在する海洋資源は、多くの場合、大きな礫として存在しており、その鉱石中に７４μｍ以下の細粒分を３０％程度以上確保することが深海では難しいという問題がある。
【０００９】
そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、ピストンポンプの閉塞を防止または抑制して、安定した運転状態を維持し得る鉱石注入装置、これを備える水流揚鉱システムおよび水流揚鉱方法、並びに、固体注入装置、これを備える水流移
送システムおよび水流移送方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る鉱石注入装置は、往路水流管および復路水流管を有するとともに前記往路水流管から前記復路水流管に向かう水流中に海洋資源を注入して移送する循環管路を備える水流揚鉱システムに用いられ、前記循環管路に前記海洋資源を注入可能に海中に設置されて前記海洋資源が自身筐体の上部から投入される鉱石注入装置であって、自身に供給される海洋資源中の鉱石を細粒化する高圧型のグラインディングロールと、前記グラインディングロールで細粒化された鉱石を混錬するドラム形ミキサと、前記ドラム形ミキサで混錬後の鉱石が導入されて自身の吐出口に接続される注入管から前記循環管路に向けて鉱石を送り出す逆流防止機構付きのピストンポンプと、を前記筐体に前記投入側からこの順に有することを特徴とする。
（【００１１】以降は省略されています）

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