BE1028076A1

BE1028076A1 - Diepzeemijnbouwvoertuig

Info

Publication number: BE1028076A1
Application number: BE20205114A
Authority: BE
Inventors: Stéphane Flamen; Bruyne Kris De; Harm Stoffers
Original assignee: Deeptech Nv
Priority date: 2020-02-20
Filing date: 2020-02-20
Publication date: 2021-09-14
Also published as: MX2022008894A; KR20220141874A; EP4107364A1; US20230074267A1; BE1028076B1; CA3165637A1; CN115244269A; WO2021165918A1

Abstract

Beschreven wordt een diepzeemijnbouwvoertuig voor het op grote diepte opnemen van minerale afzettingen vanaf een zeebodem, en het optioneel transporteren van genoemde afzettingen naar een drijvend tuig. Het voertuig omvat een draagframe dat is voorzien van middelen om het voertuig op de zeebodem voort te bewegen, een opslag voor de opgenomen minerale afzettingen, en verder een zuigkop met een naar de zeebodem gerichte open aanzuigzijde waarlangs de minerale afzettingen worden opgenomen. Het opnemen van de minerale afzettingen en het transport ervan naar een uitlaat, die is aangesloten op een naar de opslag voerende zuigleiding, wordt ondersteund door een met een inlaat van de zuigkop verbonden spleetvormige aanvoeropening voor water, en door een drukkamer om het water onder hoge uittreesnelheid door de aanvoeropening te voeren in de richting van de uitlaat langs een inwendig wanddeel dat de aanvoeropening en de uitlaat met elkaar verbindt. Het wanddeel is dusdanig gekromd dat de afstand tot de open aanzuigzijde van het diepzeemijnbouwvoertuig vanaf de inlaat afneemt en daarna weer toeneemt in de richting van de uitlaat.

Description

' BE2020/5114

DIEPZEEMIJNBOUWVOERTUIG

TECHNISCH GEBIED VAN DE UITVINDING De uitvinding heeft betrekking op een diepzeemijnbouwvoertuig voor het op grote dieptes verzamelen van minerale afzettingen op een zeebodem en het transporteren van genoemde afzettingen naar cen drijvend tuig of andere opslag boven water. De uitvinding betreft eveneens cen werkwijze voor het met het diepzeemijnbouwvoertuig op grote dieptes verzamelen van minerale afzettingen, en op een zuigkop voor gebruik in een diepzeemijnbouwvoertuig. De minerale afzettingen kunnen polymetaalknollen, zoals mangaanknollen, omvatten.

ACHTERGROND VAN DE UITVINDING Gezien de groei van de wereldbevolking en de steeds schaarser wordende grondstoffen is er cen toenemende behoefte aan baanbrekende technologieën voor diepzeemijnbouw. Polymetaalknollen komen op de bodem van een aantal oceanen voor en bevatten essentiële grondstoffen, zoals nikkel, koper, kobalt en mangaan. De in de polymetaalknollen aanwezige metalen kunnen na winning bijvoorbeeld worden toegepast in roestvrij staal, batterijen, windturbines, fotovoltaïsche systemen en andere nuttige toepassingen. In de diepzeemijnbouw kan de zeebodem zich op een afstand van 4000-6000 m en meer van het zeeoppervlak bevinden en diepzeemijntuigen dienen dan ook bestand te zijn tegen de hoge drukken en andere moeilijke omstandigheden die in de nabijheid van de zeebodem heersen op dergelijke dieptes. Een diepzeemijnbouwvaartuig wordt doorgaans vanaf een diepzeemijnschip in de richting van de zeebodem neergelaten. Daarbij kan gebruik worden gemaakt van in het bijzonder voor dit doel ontworpen lanceerinrichtingen, die desgewenst aangepast zijn aan het ontwerp van het diepzeemijnbouwvoertuig. Verder zorgt cen tussen het diepzeemijnbouwvoertuig en het diepzeemijnschip aangebrachte stijgpijp of —streng, ook wel aangeduid met de Engelse term riser, er voor dat door het diepzeemijnvaartuig verzamelde minerale afzettingen vanaf de zeebodem naar een zich boven het wateroppervlak bevindende opslag worden gebracht. Hiertoe is het diepzeemijnschip voorzien van geschikte pompapparatuur. Ook kunnen pompen desgewenst op bepaalde waterdieptes in de stijgstreng zijn opgenomen. Een flexibele verbinding tussen de stijgstreng en het diepzeemijnvoertuig zorgt ervoor dat het voertuig relatief vrij over de zeebodem kan bewegen.

Het zal duidelijk zijn dat het verzamelen van polymetaalknollen en het vervolgens transporteren van de verzamelde polymetaalknollen naar een drijvend tuig boven het wateroppervlak zo efficiënt mogelijk dient te gebeuren, gelet op de moeilijke omstandigheden ter plaatse.

SAMENVATTING VAN DE UITVINDING De onderhavige uitvinding stelt zich onder andere ten doel te voorzien in een diepzeemijnbouwvoertuig waarmee minerale afzettingen met een ten opzichte van de stand der techniek verhoogde efficiëntie op grote dieptes kunnen worden verzameld.

De uitvinding omvat daartoe een diepzeemijnbouwvoertuig volgens conclusie 1. Het diepzeemijnbouwvoertuig voor het op grote diepte opnemen van minerale afzettingen vanaf een zeebodem, en het optioneel transporteren van genoemde afzettingen naar een drijvend tuig, omvat cen draagframe dat is voorzien van middelen om het voertuig op de zeebodem voort te bewegen, van een, ten minste tijdelijke, opslag voor de opgenomen minerale afzettingen, en verder van een zuigkop met cen naar de zeebodem gerichte open aanzuigzijde waarlangs de minerale afzettingen worden opgenomen, waarbij het opnemen van de minerale afzettingen en het transport ervan naar cen uitlaat, die is aangesloten op een naar de opslag voerende zuigleiding, wordt ondersteund door cen met een inlaat van de zuigkop verbonden spleetvormige aanvoeropening voor water, en door een drukkamer om het water met hoge uittreesnelheid door de aanvoeropening te voeren in de richting van de uitlaat langs een inwendig wanddeel dat de aanvoeropening en de uitlaat met elkaar verbindt, welk wanddeel dusdanig is gekromd dat de afstand tot de open aanzuigzijde van het diepzeemijnbouwvoertuig vanaf de inlaat afneemt en daarna weer toeneemt in de richting van de uitlaat.

Onder andere de kromming van het wanddeel in samenhang met de spleetvormige aanvoeropening en de uittreehoek van de spleetvormige aanvoeropening zorgen voor een efficiëntere opname van de minerale afzettingen zoals mangaanknollen vanaf de zeebodem. De uittreehoek van de spleetvormige aanvoeropening is bij voorkeur begrepen van 0° tot en met 45° ten opzichte van het horizontaal vlak, bij voorkeur van 20° tot en met 40°.

Een uitvoeringsvorm van de uitvinding betreft een diepzeemijnbouwvoertuig waarbij de spleetvormige aanvoeropening zich in een evenwijdig aan een breedterichting van de zuigkop verlopende richting uitstrekt. De spleetvormige aanvoeropening zorgt voor een meer uniform en continu stromingsprofiel ter hoogte van de open aanzuigzijde, en bevordert bovendien een betere hechting van de stroming aan het inwendige wanddeel. Hierdoor worden eventueel stromingsverliezen verminderd. De spleetvormige aanvoeropening zorgt ervoor dat het gewenste stromingsprofiel sneller bereikt wordt. In nog cen andere uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt een diepzeemijnbouwvoertuig verschaft waarbij een dwarsdoorsnede van de spleetvormige aanvoeropening varieerbaar is. De varieerbare spleetvormige aanvoeropening maakt hogere uittreesnelheden mogelijk wat kan leiden tot een efficiëntere aanzuiging van de minerale afzettingen. Een verdere uitvoeringsvorm wordt verkregen door een diepzeemijnbouwvoertuig waarbij een hoogte van de spleetvormige aanvoeropening varieerbaar is. Hierdoor kan de aanzuigende werking van het diepzeemijnbouwvaartuig worden ingesteld in afhankelijkheid van de (verwachte) eigenschappen van de minerale afzettingen. Een andere uitvoeringsvorm heeft betrekking op een diepzeemijnbouwvoertuig waarbij de inlaat een druppelvormige dwarsdoorsnede heeft en de druppel uitmondt in de spleetvormige aanvoeropening. Door deze maatregelen wordt een hydrodynamisch geoptimaliseerde stroming verkregen in de richting van de aanvoeropening, en daardoor cen verdere verhoogde efficiëntie. Nog een andere uitvoeringsvorm betreft een diepzeemijnbouwvoertuig waarbij de spleetvormige aanvoeropening een bovenwand heeft die continu doorloopt in het wanddeel. Zo kunnen de bovenwand van de spleetvormige aanvoeropening en het wanddeel eventueel zijn gevormd uit dezelfde plaat. De verlengde bovenwand van onderhavige uitvoeringsvorm biedt een verbeterde hechting van de waterstroom aan de bovenwand van het wanddeel. Dit resulteert in minder turbulentie en dus een uniformere, continue stroming over de breedte van de zuigkop.

In een verder verbeterde uitvoeringsvorm wordt een diepzeemijnbouwvoertuig verschaft waarbij het wanddeel convex is gekromd vanaf de inlaat, een lineair middendeel omvat, en een op de uitlaat aansluitend concaaf gekromd wanddeel. De convexe-rechte-concave vorm van de bovenwand in deze uitvoeringsvorm zorgt voor een geoptimaliseerd stromingsprofiel dat enerzijds op een zo efficiënt mogelijke wijze een kinetisch momentum geeft aan de opgenomen minerale afzettingen en anderzijds de minerale afzettingen zo efficiënt mogelijk afvoert naar de, op de naar de opslag voerende zuigleiding aangesloten, uitlaat. Het lineair middendeel kan een lengte hebben van 0 m tot 3 m, met meer voorkeur van 0.1 m tot 2.5 m. Desgewenst kan zich tussen het lineair middendeel en het op de uitlaat aansluitende concaaf gekromd wanddeel een convex gevormd wanddeel bevinden.

Nog een andere uitvoeringsvorm verschaft een diepzeemijnbouwvoertuig waarbij de hoogte van het lineaire middendeel ten opzichte van een vlak van de open aanzuigzijde begrepen is tussen 0 en 200 mm, en met meer voorkeur tussen 20 en 110 mm. Het vlak van de open aanzuigzijde kan worden gedefinieerd door onderste randen van verticaal verlopende verstevigingsplaten. Deze onderste randen kunnen in contact komen met de onderwaterbodem maar zullen in werking doorgaans op relatief geringe afstand boven de onderwaterbodem worden gehouden.

De hoek die een lengteas van de zuigleiding maakt met een horizontaal kan in beginsel binnen grenzen worden gekozen. Een verder geoptimaliseerd diepzeemijnbouwvoertuig heeft het kenmerk dat de hoek die een lengteas van de zuigleiding maakt met een horizontaal vlak begrepen is tussen en 30° en 80°, en met meer voorkeur tussen 40° en 50°. De keuze van de hoek van de zuigleiding is een afweging tussen de tegenwerking van de gravitatiekracht op de minerale afzettingen - waarbij de hoek ten opzichte van de horizontale bij voorkeur zo klein mogelijk wordt gekozen - en algemene constructieve en hydrodynamische eigenschappen van het voertuig - waarbij de hoek groter worden gekozen naarmate het voertuig compacter is uitgevoerd.

Een diepzeemijnbouwvoertuig volgens nog een andere uitvoeringsvorm heeft het kenmerk dat de zuigkop een tweede spleetvormige aanvoeropening omvat die zich ter hoogte van de uitlaat bevindt, en een tweede drukkamer om het water onder hoge uittreesnelheid door de tweede aanvoeropening in de richting van de op de uitlaat aansluitbare zuigleiding te voeren. Hierdoor wordt het transport van opgenomen minerale afzettingen naar de zuigleiding verbeterd. De tweede spleetvormige aanvoeropening helpt om het transport naar de zuigleiding te verbeteren. De minerale afzettingen zullen de neiging hebben door inwerking van de gravitatiekracht zich voornamelijk aan een onderzijde van de zuigleiding op te houden. Om te helpen beletten dat de minerale afzettingen "terug rollen" wordt de tweede waterstroom onderhouden.

In een uitvoeringsvorm van het diepzeemijnbouwvoertuig grenst de tweede drukkamer aan de open aanzuigzijde, en is een onderzijde van de tweede drukkamer voorzien van vingers voor het geleiden van opgenomen minerale afzettingen. De vingers zijn dusdanig geplaatst ten opzichte van de in een bodemvlak van de zuigkop aanwezige open aanzuigzijde dat een onderzijde van de vingers zich in gebruik boven de zeebodem bevindt. De vingers zijn met andere worden hoog genoeg geplaatst om te vermijden dat deze in de zeebodem zouden schrapen. De onderkant van de vingers bevinden zich boven het lineaire middendeel, waardoor het lineaire middeldeel eerst de zeebodem zou raken alvorens de onderkant van de vingers de zeebodem zouden raken.

) BE2020/5114 Een andere uitvoeringsvorm verschaft een diepzeemijnbouwvoertuig waarbij de zuigkop een breedte heeft en ten minste één van het wanddeel, de aanvoeropening, de drukkamer, de tweede drukkamer en de uitlaat zich over de breedte van de zuigkop uitstrekt. Het in deze uitvoeringsvorm zo breed mogelijk uitstrekken van de actieve delen van de zuigkop zorgt voor het optimaliseren van het bestreken zeebodemoppervlak per passage van het voertuig, en dus het optimaliseren en verder verhogen van de productie.

Het heeft hierbij voordelen wanneer in het diepzeemijnbouwvoertuig volgens een uitvoeringsvorm het wanddeel, de aanvoeropening, de drukkamer, de tweede drukkamer en de uitlaat zich alle over de breedte van de zuigkop uitstrekken.

De productie van het diepzeemijnbouwvoertuig kan volgens weer een andere uitvoeringsvorm worden verhoogd wanneer het voertuig een aantal evenwijdig aan elkaar opgestelde zuigkoppen omvat. De zuigkoppen kunnen hierbij een samenhangend geheel vormen dat gezamenlijk bedienbaar is. Ook is het met voorkeur mogelijk de zuigkoppen afzonderlijk van elkaar bedienbaar te laten zijn. Het wordt aldus mogelijk om de werking van elke zuigkop af te stemmen op de variabiliteit van de zeebodem, die zich bijvoorbeeld kan uiten in lokale hoogteverschillen en/of de aanwezigheid van eventuele obstakels, al dan niet met verschillende afmetingen.

Hierbij heeft het voordelen wanneer het diepzeemijnbouwvoertuig volgens een uitvoeringsvorm wordt gekenmerkt doordat de zuigleidingen van de evenwijdig aan elkaar opgestelde zuigkoppen uitmonden in één of meerdere opslagen, bij voorkeur de ten minste tijdelijke opslag. Het is inderdaad om bouwtechnische redenen mogelijk dat meerdere opslagen worden verschaft.

Nog een andere uitvoeringsvorm verschaft een diepzeemijnbouwvoertuig waarbij de zuigkop of meerdere zuigkoppen ten opzichte van de zeebodem in hoogte verstelbaar zijn, in het geval van meerdere zuigkoppen bij voorkeur afzonderlijk van elkaar. Zo wordt het mogelijk de zuigkop in haar optimale werkingsgebied (hoogte boven de zeebodem) te laten werken, en dit onafhankelijk van de lokale bodemeigenschappen, die bijvoorbeeld inzinking van het voertuig kunnen veroorzaken. De hoogte wordt met andere woorden verstelbaar ten opzichte van het draagframe. De zuigkop raakt de zeebodem bij voorkeur niet tijdens diepzeemijnbouwoperaties en blijft bij voorkeur op een optimale hoogte boven de zeebodem. De hoogteregeling gebeurt in een uitvoeringsvorm door middel van lineaire geleidingen die aan de zuigleiding zijn aangebracht en

° BE2020/5114 zich uitstrekken in de richting van de lengteas van de zuigleiding. De aansturing kan gebeuren met hydraulische cilinders.

Een ander aspect van de uitvinding betreft een zuigkop voor een diepzeemijnbouwvoertuig volgens de uitvinding. De zuigkop is voorzien van een naar de zeebodem gerichte open aanzuigzijde waarlangs de minerale afzettingen worden opgenomen, waarbij het opnemen van de minerale afzettingen en het transport ervan naar een uitlaat, die is aangesloten op een naar de opslag voerende zuigleiding, wordt ondersteund door een met een inlaat van de zuigkop verbonden spleetvormige aanvoeropening voor water, en door een drukkamer om het water onder hoge uittreesnelheid door de aanvoeropening te voeren in de richting van de uitlaat langs een inwendig wanddeel dat de aanvoeropening en de uitlaat met elkaar verbindt, welk wanddeel dusdanig is gekromd dat de afstand tot de open aanzuigzijde van het diepzeemijnbouwvoertuig vanaf de inlaat afneemt en daarna weer toeneemt in de richting van de uitlaat.

Volgens nog een ander aspect van de uitvinding wordt een werkwijze voor het op grote diepte opnemen van minerale afzettingen op een zeebodem verschaft, en het optioneel transporteren van genoemde afzettingen naar cen drijvend tuig. De werkwijze omvat het verschaffen van een diepzeemijnbouwvoertuig volgens de uitvinding, het verbinden van het diepzeemijnbouwvoertuig met een tussen het drijvend tuig en het diepzeemijnbouwvoertuig voorziene ophangkabel, het neerlaten van het diepzeemijnbouwvoertuig in de richting van een zeebodem, en het over of op de zeebodem voortbewegen van het diepzeemijnbouwvoertuig om de minerale afzettingen op te nemen.

In een verdere uitvoeringsvorm wordt het diepzeemijnbouwvoertuig in de richting van het drijvend tuig opgehaald na het verzamelen van de minerale afzettingen.

De in deze octrooiaanvrage beschreven uitvoeringsvormen van de uitvinding kunnen gecombineerd worden in elke mogelijke combinatie van deze uitvoeringsvormen. Elke uitvoeringsvorm kan afzonderlijk het voorwerp uitmaken van een afgesplitste octrooiaanvrage.

KORTE BESCHRIJVING VAN DE FIGUREN De uitvinding zal nu verder worden toegelicht aan de hand van de volgende figuren en beschrijving van een voorkeursuitvoeringsvorm, zonder dat de uitvinding daar overigens toe is beperkt. In de figuren toont:

Figuur 1 een schematisch zijaanzicht van een samenstel van cen drijvend vaartuig en een ermee verbonden stijgbuis, aan een onderzijde waarvan een diepzeemijnbouwvoertuig volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding is verbonden; Figuur 2 een schematisch zijaanzicht van een diepzeemijnbouwvoertuig volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding; Figuur 3 een schematisch perspectivisch vooraanzicht van een diepzeemijnbouwvoertuig volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding; Figuur 4 een schematisch perspectivisch vooraanzicht van een zuigkop van het diepzeemijnbouwvoertuig volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding; Figuur 5 een schematisch perspectivisch achteraanzicht van de in figuur 4 getoonde zuigkop van het diepzeemijnbouw voertuig volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding; Figuur 6 een schematisch perspectivisch onderaanzicht van de in figuur 4 getoonde zuigkop van het diepzeemijnbouw voertuig volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding; Figuur 7 een schematisch bovenaanzicht van een zuigkop van het diepzeemijnbouwvoertuig volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding; Figuur 8 een schematische dwarsdoorsnede volgens de lijn B-B’ van de in figuur 7 getoonde zuigkop van het diepzeemijnbouw voertuig volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding; Figuur 9 een schematische dwarsdoorsnede volgens de lijn A-A’ van de in figuur 7 getoonde zuigkop van het diepzeemijnbouw voertuig volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding;

BESCHRIJVING VAN UITVOERINGSVOORBEELDEN Onder verwijzing naar figuur 1 wordt een deel van een typische opstelling getoond die wordt gebruikt in diepzeemijnbouw van minerale afzettingen, zoals polymetallische nodulen. De opstelling omvat typisch een transportsysteem in de vorm van een buisvormige stijgbuisstreng 2 (die een lengte van enkele duizenden meters kan hebben en aansluit op een drijvend vaartuig 1 waaraan mijnbouwapparatuur zoals een diepzeemijnbouwvoertuig 3 is bevestigd. Een flexibel verbindingsslangsamenstel 4 kan zijn aangebracht tussen het ondereinde 7 van de stijgbuis 2 en het diepzeemijnbouwvoertuig 3 dat is aangepast om op een diepzeebodem 5 te bewegen en daaruit minerale afzettingen te verzamelen.

Het verbindingssamenstel 4 omvat een flexibele onderzeese slang 40 die is aangepast om door het voertuig 3 verzamelde minerale nodulen naar de stijve stijgbuis 2 te transporteren. De slang 40 kan zijn voorzien van drijfblokken 41 die het eigen gewicht van de onderdelen compenseren en een opwaartse kracht genereren in een deel van de slang om een S-vorm te creëren. Het flexibele verbindingssamenstel 4 stelt het mijnbouwvoertuig 3 in staat een bepaalde mate van vrijheid te hebben om rond te bewegen op de zeebodem 5, en zorgt ervoor dat het voertuig niet wordt beïnvloed door de bewegingen van de stijgbuis 2. Om het voertuig 3 te

| BE2020/5114 ondersteunen en te heffen kunnen (niet getoonde) stalen hijskabels zijn voorzien tussen het vaartuig 1 en het diepzeemijnbouwvoertuig 3. Ook zijn (niet getoonde) stroomkabels of umbilicals voorzien tussen het vaartuig 1 en het diepzeemijnbouwvoertuig 3. Het transportsysteem in de vorm van een buisvormige stijgbuisstreng 2 van extreme lengte kan desgewenst tevens een aantal pompmodules 10 omvatten die over de lengte zijn aangebracht. De pompmodules 10 zijn aangepast om minerale afzettingen (nodulen) op te pompen van de zeebodem 5 in een opwaartse richting 6, die weg wijst van de zeebodem 5 in de richting van het zeeoppervlak. Het is ook mogelijk één (niet getoond) pompstation te voorzien ter hoogte van een onderzijde van de stijgbuisstreng 2.

In figuur 2 wordt een diepzeemijnbouwvoertuig 3 volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding getoond. Diepzeemijnbouwvoertuig 3 omvat typisch een draagframe 300, dat is voorzien van middelen 301 om het diepzeemijnbouwvoertuig 3 te kunnen bewegen, bij voorbeeld over de zeebodem. Dergelijke middelen kunnen de vorm aannemen van rupsbanden 301, wielen, of andere voortbewegingsmiddelen.

Om minerale afzettingen te kunnen opnemen, is draagframe 300 typisch voorzien van een nodule verzamelhoofd 8, een hopper 32, en een uitlaat 33. Een mengsel van onder andere water en minerale afzetting, dat door nodule verzamelhoofd 8 wordt opgenomen, wordt vanaf de zeebodem getransporteerd naar en in het diepzeemijnbouwvoertuig 3. In diepzeemijnbouwvoertuig 3, in het bijzonder in scheidingsruimte 31, wordt het mengsel gesplitst in ten minste twee delen, bijvoorbeeld door het aanbrengen van een filter 311 aan een ingang van uitlaat 33. Zo worden de minerale nodules gescheiden van het grootste gedeelte van het water en enkele fijnere delen uit het mengsel. Het water en fijnere delen van het mengsel worden via uitlaat 33 uitgestoten ter hoogte van een achterzijde van het diepzeemijnbouwvoertuig 3, terug de omliggende omgeving in. De dwarsdoorsnede van uitlaat 33 vergroot naar het uiteinde toe om de uittreesnelheid van het mengsel te verminderen bij de achterzijde van het diepzeemijnbouwvoertuig.

De minerale nodules worden afgevangen in hopper 32, welke in dit geval als opslag of als tijdelijke opslag dient. Wanneer het diepzeemijnbouwvoertuig 3 onderdeel uitmaakt van een diepzeemijnbouwopstelling zoals getoond in figuur 1, worden minerale nodules, via deze tijdelijke opslag 32, eventueel via een centrale ontladingspijp van het diepzeemijnbouwvoertuig 3, naar de slang 40 toe gepompt. In een andere uitvoeringsvorm is het mogelijk dat het diepzeemijnbouwvoertuig 3 is voorzien van een nodule emmer (niet getoond) voor het verzamelen van de minerale nodules. Het zal duidelijk zijn dat het diepzeemijnbouwvaartuig 3 desgewenst meerdere, als (tijdelijke) opslag fungerende, hoppers 32 kan omvatten.

In Figuur 3 wordt een schematisch perspectivisch vooraanzicht van diepzeemijnbouwvoertuig 3 getoond volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding. Vanuit dit perspectief valt wederom te zien dat diepzeemijnbouwvoertuig 3 draagframe 300 en rupsbanden

) BE2020/5114 301 omvat. In het bijzonder is vanuit dit perspectief te zien dat diepzeemijnbouwvoertuig 3 naast één, ook meerdere, evenwijdig aan elkaar opgestelde nodule verzamelhoofden 8 kan omvatten. De totale breedte van de verzamelhoofden 8 kan hierbij vrij worden gekozen en kan in voorkomende gevallen bijvoorbeeld van 4-20 m bedragen, met meer voorkeur van 10 tot 16 m.

Dergelijke nodule verzamelhoofden & spuiten, in een gebruikssituatie, water met een hoge snelheid over de zeebodem om zo minerale afzetting die zich daar bevindt te vermengen met het aangevoerde en omliggende water.

Deze nodule verzamelhoofden 8 bestaan typisch uit pomp 81, welke via een of meer aanvoerleidingen water onder hoge uittreesnelheid verschaft aan zuigkop 80. Pomp 81 kan ook worden gedeeld tussen twee of meer nodule verzamelhoofden, waarbij het water verschaft aan beide hoofden. Vanuit zuigkop 80 wordt, met hoge snelheid, water op de zuigkop uit gespoten, zodanig dat minerale afzetting die zich daar kunnen bevinden worden vermengd met het aangevoerde en omliggende water. Dit mengsel van water en zeebodem wordt via de nodule verzamelhoofden opgenomen in diepzeemijnbouwvoertuig 3, waarna het wordt verwerkt zoals hierboven beschreven aan de hand van figuur 2. Vanuit kop 80 wordt het mengsel via zuigleiding $4 opgenomen in nodule verzamelhoofd 8. De een of meer nodule verzamelhoofden 8 kunnen worden aangestuurd op basis van via een op een meetinstallatieframe 83 gemonteerde meetinstallatie van de omgeving genomen metingen. In figuren 4 en 5 worden respectievelijk een schematisch, perspectivisch voor- en achteraanzicht van zuigkop 80 getoond, als onderdeel van nodule verzamelhoofd 8 van diepzeemijnbouwvoertuig 3, volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding. Vanuit dit perspectief valt wederom te zien dat nodule verzamelhoofd 8 onder andere bestaat uit zuigkop 80 en zuigleiding 84. In het bijzonder is vanuit dit perspectief te zien dat zuigkop 80 voor een deel plaats neemt in zuigleiding 84, waarbij deze elementen onderling zijn verbonden door een hoogte- instelactuator 851 en een geleidingsinstallatie 852. In het bijzonder wordt uitlaat 813, die een buitenste omtrek heeft die overeenkomt met een opening in zuigleiding 84, ten minste deels aangebracht in zuigleiding 84. Hoogte-instelactuator $51 maakt het mogelijk dat zuigkop 80 en zuigleiding 84 ten opzichte van elkaar verstelbaar zijn. Dit wordt bereikt door uitlaat 813 van de zuigleiding 84 in of uit te bewegen. Om deze lineaire beweging verder te ondersteunen is geleidingsinstallatie 852 aangebracht. Wanneer zuigleiding 84 is bevestigd aan draagframe 300, maakt de hoogte-instelactuator 851 het ook mogelijk om zuigkop 80 ten opzichte van het draagframe 300 en dus diepzeemijnbouwvoertuig 3 te verplaatsen. In het bijzonder is zuigkop 80 te verplaatsen langs de lengteas van zuigleiding 84. Tevens valt vanuit dit perspectief te zien dat zuigkop 80 verder bestaat uit een of meer waterinlaten 801, drukkamer 802, open aanzuigzijde 803, uitlaat 813, en een optionele actieve aanzuigruimte 804. Water dat wordt verschaft vanuit aanvoerleiding 82, dat zich al onder druk bevindt, wordt in drukkamer 802 verzameld via een of meer waterinlaten 801. Vanuit drukkamer 802 wordt het verschafte water met hoge snelheid open aanzuigzijde 803 in gespoten, in het bijzonder in de richting van de uitlaat.

Wanneer een nodule verzamelhoofd 8 waar zuigkap 80 deel van is, is geïnstalleerd op diepzeemijnbouwvoertuig 3, dan is open aanzuigzijde 803 in een gebruiksomgeving naar de bodem gericht waar diepzeemijnbouwvoertuig 3 op rust, bijvoorbeeld de zeebodem. Bij een dergelijke geïnstalleerd verzamelhoofd 8 maakt de lengteas van zuigleiding 84 bij voorkeur een hoek met een horizontaal vlak maakt tussen de 30 en 60 graden, en meer bij voorkeur tussen de 40 en 50 graden.

Door de waterstroom naar de zeebodem of parallel met de zeebodem te richten wordt er een waterstroom gerealiseerd vanaf drukkamer 802 naar zuigleiding 84, en op deze manier wordt het mengsel van water en mineraal afzetting zuigleiding 84 in gezogen. De stroming van dit mengsel naar en in de zuigleiding 84 kan worden versterkt in de actieve aanzuigruimte 804, bijvoorbeeld door water op hoge snelheid zuigleiding 84 in te spuiten, in de aanzuigrichting van zuigleiding 84. Water wordt onder hoge druk aangeleverd aan actieve aanzuigruimte 804 via secondaire waterinlaat 805. De secondaire waterinlaat 805 zorgt ervoor dat er minder relatief lage snelheidszones zijn in de zuigleiding en minder gravitaire terugval is van het opgezogen mengsel in de uitlaat 813 en zuigleiding 84. Verder kan het water daarvoor door een pomp, bijvoorbeeld pomp 81, onder druk gebracht worden en door een aanvoerleiding, vergelijkbaar met aanvoerleiding 82 aan secondaire waterinlaat 805 worden verschaft. Bij een dergelijke aanpak kunnen zowel mineraal afzettingen die zich op de zeebodem bevinden, als mineraal afzettingen die deels zijn ingegraven in de zeebodem worden aangezogen.

In figuur 6 wordt een schematisch perspectivisch onderaanzicht van de in figuren 4 en 5 getoonde zuigkop 80 van diepzeemijnbouwvoertuig 3 getoond, volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding. Wederom valt uit dit perspectief op te maken dat zuigkop 80 bestaat uit waterinlaat 801, drukkamer 802, en dat er in zuigkop 80 open aanzuigzijde 803 is verschaft.

In het bijzonder is in dit perspectief te zien dat het met hoge snelheid open aanzuigzijde 803 in spuiten van water wordt gerealiseerd doordat de verbinding tussen drukkamer 802 en open aanzuigzijde 803 bestaat uit een spleetvormige aanvoeropening 806. Om de doorstroming verder te verbeteren is de doorsnede van drukkamer 802 bij voorkeur druppelvorming, waarbij de druppel uitmondt in spleetvormige aanvoeropening 806. Omdat de doorsnede van aanvoeropening 806 significant kleiner is dan de doorsnede van de waterinlaat $01, wordt water met verhoogde snelheid door aanvoeropening 806 open aanzuigzijde 803 in gespoten richting zuigleiding 84. Verder wordt er, doordat de spleetvormige aanvoeropening 806 evenwijdig aan, en de volledige of vrijwel de volledige breedte van zuigkop 80 is aangebracht, een waterstroom verschaft over de volledige of vrijwel de volledige breedte van open aanzuigzijde 803.

" BE2020/5114 In een voorkeursuitvoering is de dwarsdoorsnede van de spleetvormige aanvoeropening 806 varieerbaar. Bij voorkeur is de hoogte van de spleetvormige aanvoeropening 806 varieerbaar.

Het water dat vanaf spleetvormige aanvoeropening 806 door aanvoeropening $03 wordt gevoerd, stroom langs een inwendig wanddeel 811 dat de aanvoeropening 803 en de zuigleiding 84 metelkaar verbindt. Dit wanddeel is dusdanig gekromd dat de afstand tot de open aanzuigzijde 803 vanaf de inlaat afneemt en daarna weer toeneemt in de richting van de uitlaat. Bij voorkeur heeft aanvoeropening 806 een bovenwand die continue doorloopt in wanddeel 811.

Tevens is in dit perspectief beter te zien hoe secondaire waterinlaat 805 water kan aanvoeren naar actieve aanzuigruimte $04, namelijk doordat secondaire waterinlaat 805 uitmondt in een secondaire drukkamer 810. Drukkamer 810 is verbonden met aanvoeropening 814. De uittreestromingsrichting P6 van aanvoeropening 814 ligt bij voorkeur in dezelfde lengteas als zuigleiding 804.Ook wordt hierin een uitlaat 813 van zuigkop 80 getoond, zonder dat deze deels in zuigleiding 84 is opgenomen. Uitlaat 813 van zuigkop 80 is zodanig opgesteld ten opzichte van de andere elementen van zuigkop 80 dat deze in het verlengde ligt van de effectief actieve aanzuigruimte 804 en deze daardoor verlengt.

Om zuigkop 80 te verstevigen is deze voorzien van een verbindingsbalk 809, die drukkamer 802 verbindt met een meer richting zuigleiding 84 gelegen deel van zuigkop 80.

Een aantal waterinlaat-geleidingsvinnen 807 is voorzien om voor een uniformere en geleide stroming van omgevingswater naar de open aanzuigzijde 803 te zorgen. Een aantal (de)monteerbare vingers 808 is dusdanig opgesteld dat zij niet in het sediment graven. De vingers $08 beogen in de eerste plaats te vermijden dat opgezogen minerale afzettingen zoals mangaan- nodulen doorschieten en niet in de uitlaat 814 en de zuigleiding 84 terechtkomen. De nodulen die zich onder de zuigkop bevinden en die al in beweging zijn gebracht door de waterstralen (en waar dus al pompenergie in is gestoken) dienen bij voorkeur getransporteerd te worden naar en in de uitlaat 813 en de zuigleiding 84.

In figuur 7 wordt een schematisch bovenaanzicht van zuigkop 80 volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding getoond. In dit perspectief is wederom te zien dat inlaat 801 aansluit op drukkamer 802, en dat om zuigkop 80 te verstevigen, deze is voorzien van een of meer verbindingsplaten 809, die zijwanden van de zuigkop 82 vormen. In dit perspectief is verder te zien dat zuigkop 80 is verstevigd door middel van middenplaat 812, die inwendig wanddeel 811 verbindt met uitlaat 813 van zuigkop 80. Ook zijn er bevestigingsdelen van de geleidingsinstallatie 852 getoond. Het vlak van de open aanzuigzijde 803 kan worden gedefinieerd door onderste randen van de verticaal verlopende verstevigings- of verbindingsplaten 809 en middenplaat 812. Deze onderste randen kunnen in contact komen met de onderwaterbodem maar zullen in werking doorgaans op relatief geringe afstand boven de onderwaterbodem worden gehouden.

De verstevigende elementen zijn opgesteld in de lengterichting van zuigkop 80 zodanig dat deze geschikt zijn vervorming te voorkomen wanneer diepzeemijnbouwvoertuig 3 met de over het algemeen aan de voorkant geïnstalleerde nodule verzamelhoofden 8 in botsing komt met de omgeving.

Ten opzichte van de breedte van zuigkop 80 strekt bij voorkeur ten minste één van wanddeel 811, aanvoeropening 806, drukkamer 802, tweede drukkamer 810, en uitlaat 813 zich over de breedte van zuigkop 80, meer bij voorkeur over de volledige breedte.

In figuren 8 en 9 worden schematische dwarsdoorsnedes, respectievelijk volgens de lijnen B-B’ en A-A’ van de in figuur 7 getoonde zuigkop van het diepzeemijnbouwvoertuig volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding getoond.

In deze dwarsdoorsnede is in het bijzonder te zien dat de elementen van zuigkop 80 samen cen stroompad (P,.7) met een bepaalde stroomrichting definiëren. De waterinlaat mondt uit in de drukkamer (P,). De spleetvormige aanvoeropening vormt de verbinding tussen de drukkamer en de open aanzuigzijde (P;). Verder staat de open aanzuigzijde, via de optionele actieve aanzuigruimte (P3) in verbinding met de uitlaat (Ps). Verder definieert Ps een waterinstroom van de omgeving langs de geleidingsvinnen 807, Ps een secundaire waterinstroom uit de secundaire spleetvormige opening 814, en P; een water(in)stroom vanaf de achterzijde richting de effectief actieve aanzuigruimte 804 rondom de buitenwand van drukkamer 810 door de vingers 808.

De verschillende stroompaden kunnen als volgt combineren: P, = P,, Po + P5+P; = Ps, en P3+Pe = P,. Om stromings pad P7 weinig hydrodynamische weerstand te bieden, wordt drukkamer 810 bij voorkeur hoog genoeg gepositioneerd ten opzichte van de zeebodem. Verder is er in het bijzonder te zien dat inwendig wanddeel 811 verscheidene te identificeren segmenten omvat, die samen de vorm van het stroompad, vanaf de spleetvormige aanvoeropening (P») tot aan het uitlaat (P,), definiëren. Een eerste wanddeelsegment 811A is dusdanig gekromd dat de afstand tot open — aanzuigzijde 803 in de stroomrichting afneemt. Bij voorkeur is eerste wanddeelsegment 811A hiermee ten opzichte van het stroompad convex gekromd. Optioneel omvat inwendig wanddeel 811 een lineair middendeel 811C waarbij de afstand tot open aanzuigzijde 803 constant blijft. De hoogte van lineair middendeel 811C ten opzichte van het vlak van de open aanzuigzijde $03zal bij voorkeur begrepen zijn tussen 20 en 200 mm, met meer voorkeur tussen 50 en 110 mm, en met nog meer voorkeur tussen 75 en 95 mm. Ook omvat inwendig wanddeel 811 een tweede wanddeelsegment 811B dusdanig gekromd dat de afstand tot open aanzuigzijde 803 in de stroomrichting toeneemt. Een derde wanddeelsegment 811D definieert een op uitlaat 813 aansluitend, ten opzichte van het stroompad concaaf gekromd deel van wanddeel 811.

In het bijzonder is in deze doorsneden te zien dat het met hoge snelheid optionele actieve aanzuigruimte 804 in spuiten van water wordt gerealiseerd doordat de verbinding tussen secondaire drukkamer 810 en actieve aanzuigruimte 804 bestaat uit een tweede spleetvormige aanvoeropening

) BE2020/5114

814. Omdat water met de stroomrichting mee wordt gespoten (P; & Pı), wordt aangezogen mengsel dat zich in uitlaat 813 bevindt, versneld richting de rest van het diepzeemijnbouwvoertuig afgevoerd. De voorwaartse snelheid van het diepzeemijnbouwvoertuig kan bevorderend zijn voor de aanzuigsnelheid, in het bijzonder omdat de waterinstroom Ps van de omgeving langs de geleidingsvinnen 807 wordt ondersteund.

De uitvinding is niet beperkt tot de hierboven beschreven uitvoeringsvorm en omvat tevens wijzigingen hieraan voor zover deze binnen het raamwerk vallen van de hieronder toegevoegde conclusies.

Claims

CONCLUSIES

1. Diepzeemijnbouwvoertuig voor het op grote diepte opnemen van minerale afzettingen vanaf een zeebodem, en het optioneel transporteren van genoemde afzettingen naar een drijvend tuig, waarbij het voertuig een draagframe omvat dat is voorzien van middelen om het voertuig op de zeebodem voort te bewegen, van een, ten minste tijdelijke, opslag voor de opgenomen minerale afzettingen, en verder van een zuigkop met een naar de zeebodem gerichte open aanzuigzijde waarlangs de minerale afzettingen worden opgenomen, waarbij het opnemen van de minerale afzettingen en het transport ervan naar een uitlaat, die is aangesloten op een naar de opslag voerende zuigleiding, wordt ondersteund door een met een inlaat van de zuigkop verbonden spleetvormige aanvoeropening voor water, en door een drukkamer om het water onder hoge uittreesnelheid door de aanvoeropening te voeren in de richting van de uitlaat langs een inwendig wanddeel dat de aanvoeropening en de uitlaat met elkaar verbindt, welk wanddeel dusdanig is gekromd dat de afstand tot de open aanzuigzijde van het diepzeemijnbouwvoertuig vanaf de inlaat afneemt en daarna weer toeneemt in de richting van de uitlaat.

2. Diepzeemijnbouwvoertuig volgens conclusie 1, waarbij de spleetvormige aanvoeropening zich in een evenwijdig aan een breedterichting van de zuigkop verlopende richting uitstrekt.

3. Diepzeemijnbouwvoertuig volgens conclusie 1 of 2, waarbij een dwarsdoorsnede van de spleetvormige aanvoeropening varieerbaar is.

4. Diepzeemijnbouwvoertuig volgens conclusie 3, waarbij een hoogte van de spleetvormige aanvoeropening varieerbaar is.

5. Diepzeemijnbouwvoertuig volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de drukkamer een druppelvormige dwarsdoorsnede heeft en de druppel uitmondt in de spleetvormige aanvoeropening.

6. Diepzeemijnbouwvoertuig volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de spleetvormige aanvoeropening een bovenwand heeft die continu doorloopt in het wanddeel.

T. Diepzeemijnbouwvoertuig volgens één der voorgaande conclusies, waarbij het wanddeel convex is gekromd vanaf de inlaat, een lineair middendeel omvat, en een op de uitlaat aansluitend concaaf gekromd wanddeel.

8. Diepzeemijnbouwvoertuig volgens conclusie 6, waarbij de hoogte van het lineaire middendeel ten opzichte van de open aanzuigzijde begrepen 1s tussen 50 en 110 mm, en met meer voorkeur tussen 75 en 95 mm.

9. Diepzeemijnbouwvoertuig volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de open aanzuigzijde een vlak definieert, en waarbij de hoek die een lengteas van de zuigleiding maakt met dit vlak begrepen is tussen en 30° en 60°, en met meer voorkeur tussen 40° en 50°.

10. Diepzeemijnbouwvoertuig volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de open aanzuigzijde een vlak definieert, en waarbij de hoek die een uittreestromingsrichting van de aanvoeropening maakt met dit vlak begrepen is tussen 0° en 45°, en met meer voorkeur tussen 20° en 30°.

11. Diepzeemijnbouwvoertuig volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de zuigkop een tweede spleetvormige aanvoeropening omvat die zich ter hoogte van de uitlaat bevindt, en een tweede drukkamer om het water onder hoge uittreesnelheid door de tweede aanvoeropening in de richting van de op de uitlaat aansluitbare zuigleiding te voeren.

12. Diepzeemijnbouwvoertuig volgens conclusie 10, waarbij de tweede drukkamer aan de open aanzuigzijde grenst en een onderzijde van de tweede drukkamer is voorzien van vingers voor het geleiden van opgenomen minerale afzettingen.

13. Diepzeemijnbouwvoertuig volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de zuigkop een breedte heeft en ten minste één van het wanddeel, de aanvoeropening, de drukkamer, de tweede drukkamer en de uitlaat zich over de breedte van de zuigkop uitstrekt.

14. Diepzeemijnbouwvoertuig volgens conclusie 12, waarbij het wanddeel, de aanvoeropening, de drukkamer, de tweede drukkamer en de uitlaat zich over de breedte van de zuigkop uitstrekken.

15. Diepzeemijnbouwvoertuig volgens één der voorgaande conclusies, omvattende cen aantal evenwijdig aan elkaar opgestelde zuigkoppen.

16. Diepzeemijnbouwvoertuig volgens conclusie 14, waarbij de zuigleidingen die zijn bevestigt aan de respectievelijke, evenwijdig aan elkaar opgestelde zuigkoppen uitmonden in de opslag.

17. Diepzeemijnbouwvoertuig volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de zuigkop of meerdere zuigkoppen ten opzichte van de zeebodem in hoogte verstelbaar zijn.

18. Zuigkop voor een diepzeemijnbouwvoertuig volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de zuigkop is voorzien van een naar de zeebodem gerichte open aanzuigzijde waarlangs de minerale afzettingen worden opgenomen, waarbij het opnemen van de minerale afzettingen en het transport ervan naar een uitlaat, die is aangesloten op een naar de opslag voerende zuigleiding, wordt ondersteund door een met een inlaat van de zuigkop verbonden spleetvormige aanvoeropening voor water, en door een drukkamer om het water onder hoge uittreesnelheid door de aanvoeropening te voeren in de richting van de uitlaat langs een inwendig wanddeel dat de aanvoeropening en de uitlaat met elkaar verbindt, welk wanddeel dusdanig is gekromd dat de afstand tot de open aanzuigzijde van het diepzeemijnbouwvoertuig vanaf de inlaat afneemt en daarna weer toeneemt in de richting van de uitlaat.

19. Werkwijze voor het op grote diepte opnemen van minerale afzettingen op een zeebodem, en het optioneel transporteren van genoemde afzettingen naar een drijvend tuig, de werkwijze omvattende het verschaffen van een diepzeemijnbouwvoertuig volgens één der voorgaande conclusies 1-16, het verbinden van het diepzeemijnbouwvoertuig met een tussen het drijvend tuig en het diepzeemijnbouwvoertuig voorziene ophangkabel, het neerlaten van het diepzeemijnbouwvoertuig in de richting van een zeebodem, en het over of op de zeebodem voortbewegen van het diepzeemijnbouwvoertuig om de minerale afzettingen op te nemen, en het optioneel ophalen van het diepzeemijnbouwvoertuig in de richting van het drijvend tuig.