JP6739022B2 - Offshore resource lifting apparatus and offshore resource lifting method using the same - Google Patents

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Description

本発明は、海洋資源を揚鉱するための装置および方法に係り、特に、海洋に存在するレアアース泥等の海洋資源の揚鉱用に好適な装置並びにこれを用いた海洋資源の揚鉱方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an apparatus and method for mining marine resources, and more particularly to an apparatus suitable for mining marine resources such as rare earth mud existing in the ocean and a method for mining marine resources using the same. ..

２０１２年、南鳥島の排他的経済水域の深海で極めて高濃度なレアアースを含む泥（以下、「レアアース泥」という）が発見された。ここで、海底石油の人工採油技術や深海のレアアース泥の回収技術としては、高揚程多段スラリーポンプを複数ヵ所で直列に連結して回収するポンプリフト方式や、船上の空気圧縮機から各水深層数か所に高圧空気を注入するエアリフト方式が考えられている。ポンプリフト方式としては、例えば、特許文献１（ターボ形）や特許文献２（斜流形インペラ）が開示されている。 In 2012, mud containing extremely high concentrations of rare earth (hereinafter referred to as "rare earth mud") was discovered in the deep sea of the exclusive economic zone of Minamitorishima. Here, as the artificial oil extraction technology for seabed oil and the recovery technology for rare earth mud in the deep sea, there are a pump lift method in which high-lift multistage slurry pumps are connected in series at multiple locations, and a deep-water layer from an air compressor onboard. An air lift method is considered in which high-pressure air is injected into several places. As a pump lift system, for example, Patent Document 1 (turbo type) and Patent Document 2 (mixed flow type impeller) are disclosed.

特許第５４９０５８２号公報Japanese Patent No. 5490582 特開昭５１−７２９０２号公報JP-A-51-72902

しかし、従来のポンプリフト方式は、装置の構造が複雑であり、軽量化が困難なことから、安定した運転を確保する上で課題が多く、水中機器の信頼性、特に、高圧水深下での水中モータの軸シールの耐久性と信頼性に問題がある。また、深海からの揚泥には、水深分の揚程を圧送するための多大なエネルギーが必要となる。
一方、エアリフト方式は、水中機器が極めて少ないことから、ポンプリフト方式に比べて信頼性および耐久性に優れるものの、エネルギー効率が悪く、ポンプリフト方式以上のさらに多大なエネルギーを要するという問題がある。 However, the conventional pump lift system has a complicated structure of the device and it is difficult to reduce the weight.Therefore, there are many problems in ensuring stable operation, and reliability of the underwater equipment, especially in high pressure water depth. There is a problem with the durability and reliability of the shaft seal of the submersible motor. In addition, a large amount of energy is required for pumping mud from the deep sea in order to pump the head for the depth of water.
On the other hand, the air lift method is superior in reliability and durability to the pump lift method because it has extremely few underwater devices, but has a problem that the energy efficiency is poor and much more energy than the pump lift method is required.

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、エネルギー効率を向上させ得る海洋資源揚鉱装置およびこれを用いた海洋資源の揚鉱方法を提供することを課題とする。 Therefore, the present invention has been made in view of such problems, and it is an object of the present invention to provide an offshore resource landing apparatus that can improve energy efficiency and an offshore resource landing method using the same. And

上記課題を解決するために、本発明のうち、第一の態様に係る海洋資源揚鉱装置は、海水が満たされる撹拌室と、前記撹拌室内に配置された撹拌翼を有する撹拌部と、前記撹拌室にレアアース泥を供給するレアアース泥供給部と、前記撹拌室内に海水よりも比重が軽いエマルションを供給するエマルション供給部と、前記エマルションと前記レアアース泥とが結合されて海水よりも比重が軽い混合物を前記撹拌室から回収する混合物回収部と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, among the present invention, the marine resource lifting apparatus according to the first aspect is a stirring chamber filled with seawater, a stirring unit having a stirring blade arranged in the stirring chamber, and A rare earth mud supply unit for supplying rare earth mud to the stirring chamber, an emulsion supply unit for supplying an emulsion having a specific gravity lower than that of seawater into the stirring chamber, and a specific gravity lower than seawater by combining the emulsion and the rare earth mud. And a mixture collecting section for collecting the mixture from the stirring chamber.

本発明の第一の態様に係る海洋資源揚鉱装置によれば、撹拌室に海水が満たされており、その撹拌室に、レアアース泥供給部からレアアース泥を供給するとともに、エマルション供給部からエマルションを供給することができる。そして、撹拌室内には、撹拌翼を有する撹拌部が配置されているので、エマルションとレアアース泥とを撹拌室内で混合することができる。
そして、レアアース泥供給部から供給されるエマルションは、海水よりも比重が軽く、また、このエマルションとレアアース泥とが結合された混合物も、海水よりも比重が軽い。そのため、本発明の第一の態様に係る海洋資源揚鉱装置によれば、エマルションにレアアース泥を吸着させた混合物を海中で自ら浮上させ、混合物回収部から回収することができる。よって、上記特許文献１ないし２に記載の技術と比べて、エネルギー効率を向上させることができる。 According to the marine resource exploration apparatus according to the first aspect of the present invention, the stirring chamber is filled with seawater, and the stirring chamber is supplied with rare earth mud from the rare earth mud supply unit and emulsion from the emulsion supply unit. Can be supplied. Since the stirring unit having the stirring blade is arranged in the stirring chamber, the emulsion and the rare earth mud can be mixed in the stirring chamber.
The emulsion supplied from the rare earth mud supply unit has a lower specific gravity than seawater, and the mixture of the emulsion and the rare earth mud also has a lower specific gravity than seawater. Therefore, according to the apparatus for excavating marine resources according to the first aspect of the present invention, the mixture in which the rare earth mud is adsorbed in the emulsion can be floated in the sea and recovered from the mixture recovery unit. Therefore, the energy efficiency can be improved as compared with the techniques described in Patent Documents 1 and 2 above.

ここで、レアアース泥に含まれるレアアースの品位はｐｐｍオーダーである。そのため、揚鉱前に海底で選鉱を行い、不要な脈石を予め取り除くことができれば、揚泥にかかるコストを大幅に減らす上でより好ましい。
これに対し、本発明に係るエマルションとして、油（例えばケロシン）に界面活性剤（例えば、ドデシルスルホン酸ナトリウム）を混ぜたエマルションを用いることは好ましい。このようなエマルションを用いれば、比重が０．８から０．８５になるため、海水よりも軽いので、上記混合物を自ら浮上させるためのエマルションとして好適である。 Here, the quality of rare earth contained in the rare earth mud is in the ppm order. Therefore, it is more preferable to perform the beneficiation on the seabed before the lifting and remove the unnecessary gangue in advance, in order to drastically reduce the cost required for the lifting mud.
On the other hand, as the emulsion according to the present invention, it is preferable to use an emulsion in which a surfactant (for example, sodium dodecyl sulfonate) is mixed with oil (for example, kerosene). When such an emulsion is used, it has a specific gravity of 0.8 to 0.85 and is lighter than seawater. Therefore, it is suitable as an emulsion for floating the above mixture by itself.

特に、本発明を完成する過程での研究によれば、レアアース泥中のアパタイトには、高品位にレアアースが吸着されている。そこで、上記エマルションにアパタイトを吸着させることにより、レアアース泥から不要な脈石を除き、高品位にレアアースが吸着されているアパタイトを効率良く液液分離できる。そのため、エネルギー効率を向上させる上でより好適である。 In particular, according to research conducted in the course of completing the present invention, rare earth is adsorbed in high quality on apatite in the rare earth mud. Therefore, by adsorbing apatite to the above-mentioned emulsion, unnecessary gangue is removed from the rare earth mud, and the apatite on which the rare earth is adsorbed in a high quality can be efficiently liquid-liquid separated. Therefore, it is more suitable for improving energy efficiency.

また、上記課題を解決するために、本発明のうち、第二の態様に係る海洋資源揚鉱装置は、ケーシングと、前記ケーシング内に設けられて下部に開口を有する撹拌室と、前記撹拌室内に配置された撹拌翼を有する撹拌部と、前記撹拌室の開口に臨むように設けられてレアアース泥を掘削しつつ前記撹拌室内に導く掘削部と、前記撹拌室に海水よりも比重が軽いエマルションを供給するエマルション供給部と、前記エマルションと前記レアアース泥とが結合されて海水よりも比重が軽い混合物を前記撹拌室から回収する混合物回収部と、を備えることを特徴とする。 Further, in order to solve the above problems, in the present invention, an offshore resource exploration apparatus according to a second aspect is a casing, a stirring chamber provided in the casing and having an opening at the bottom, and the stirring chamber. An agitation part having an agitation blade arranged in the agitation part, an excavation part provided so as to face the opening of the agitation chamber and guiding the rare earth mud into the agitation chamber, and an emulsion having a specific gravity smaller than seawater in the agitation chamber. And a mixture collecting unit that collects a mixture of the emulsion and the rare earth mud, which has a lower specific gravity than seawater, from the stirring chamber.

本発明の第二の態様に係る海洋資源揚鉱装置によれば、上記第一の態様に係る海洋資源揚鉱装置同様の作用機序により、エマルションにレアアース泥を吸着させた混合物を自ら浮上させ、混合物回収部から回収することができる。よって、エネルギー効率を向上させることができる。 According to the marine resource exploration apparatus according to the second aspect of the present invention, the mixture in which the rare earth mud is adsorbed in the emulsion is levitated by the same mechanism as that of the marine resource exploration apparatus according to the first aspect. , Can be recovered from the mixture recovery unit. Therefore, energy efficiency can be improved.

特に、第二の態様に係る海洋資源揚鉱装置によれば、ケーシング内に設けられた撹拌室は下部に開口を有し、撹拌室の開口に臨む掘削部は、レアアース泥を掘削しつつ撹拌室内に導くことができる。そのため、例えば、起伏可能なブームを有する海中作業機を用い、そのブーム先端にケーシングを装着し、ケーシング下部をレアアース泥床に押し付けた状態で掘削部を駆動すれば、泥床を掘削しつつ揚鉱作業を継続して行うことができる。 In particular, according to the marine resource exploration device according to the second aspect, the stirring chamber provided in the casing has an opening at the bottom, and the excavation part facing the opening of the stirring chamber stirs while excavating the rare earth mud. Can be led indoors. Therefore, for example, if you use a submersible work machine with a boom that can be undulated, attach a casing to the boom tip, and drive the excavation part with the lower part of the casing pressed against the rare earth mud bed, the mud bed will be lifted while being excavated. Mining work can be continued.

ここで、本発明の第一または第二態様に係る海洋資源揚鉱装置において、前記エマルション供給部および前記混合物回収部の相互は、前記エマルション供給部が、前記撹拌室の低い位置にエマルションを供給し、前記混合物回収部が、前記撹拌室の高い位置から前記混合物を回収することは好ましい。
このような構成であれば、海水よりも比重が軽いエマルションを低い位置に供給するとともに、エマルションとレアアース泥とが結合されて海水よりも比重が軽い混合物を撹拌室の高い位置から回収するので、自ら浮上する混合物を効率良く回収する上でより好適である。 Here, in the marine resource lifting apparatus according to the first or second aspect of the present invention, the emulsion supply unit and the mixture recovery unit mutually supply the emulsion to a lower position of the stirring chamber. However, it is preferable that the mixture collecting section collects the mixture from a high position of the stirring chamber.
With such a configuration, while supplying an emulsion having a lower specific gravity than seawater to a low position, the emulsion and the rare earth mud are combined to collect a mixture having a lower specific gravity than seawater from a higher position of the stirring chamber, It is more suitable for efficiently collecting the mixture that floats by itself.

また、上記課題を解決するために、本発明のうち、第三の態様に係る海洋資源揚鉱装置は、ケーシングと、前記ケーシング内に回転自在に支承されたシャフトと、前記ケーシング内に画成されて長手方向一方側の端部に開口する撹拌室と、前記撹拌室内に前記シャフトの途中部分と一体に設けられた撹拌翼と、前記撹拌室内に前記開口に臨むように設けられて前記シャフトの端部に基端部が接続された掘削ビットと、前記ケーシング内の長手方向他方側に設けられて前記ケーシングに導入された作動流体により前記シャフトを回転駆動する流体モータ部と、前記ケーシング内の前記撹拌室と前記流体モータ部との間に設けられて前記流体モータ部による前記シャフトの回転駆動力により前記撹拌室内から移送流体を吸引するポンプ部と、を備えることを特徴とする。 Further, in order to solve the above problems, in the present invention, an offshore resource exploration apparatus according to a third aspect is defined in a casing, a shaft rotatably supported in the casing, and the casing. And a stirring chamber that is open at one end in the longitudinal direction, a stirring blade that is integrally provided in the stirring chamber with an intermediate portion of the shaft, and the shaft that is provided in the stirring chamber so as to face the opening. In the casing, a drill bit having a base end connected to the end of the casing, a fluid motor unit provided on the other longitudinal side in the casing to drive the shaft to rotate by the working fluid introduced into the casing, and And a pump unit that is provided between the stirring chamber and the fluid motor unit and that sucks the transfer fluid from the stirring chamber by the rotational driving force of the shaft by the fluid motor unit.

本発明の第三の態様に係る海洋資源揚鉱装置によれば、流体モータ部とポンプ部とがケーシング内に一体化されたシンプルな構造なので、上記特許文献１ないし２に記載の技術と比べて、安定した運転性能を確保しつつ、エネルギー効率を向上させることができる。よって、海洋資源揚鉱装置の構成として優れている。 According to the offshore resource exploration device according to the third aspect of the present invention, the fluid motor unit and the pump unit have a simple structure integrated in the casing. Therefore, compared with the techniques described in Patent Documents 1 and 2 above. Thus, energy efficiency can be improved while ensuring stable driving performance. Therefore, it is excellent as a configuration of an offshore resource lifting device.

ここで、本発明の第三の態様に係る海洋資源揚鉱装置において、前記シャフトは、前記流体モータ部による当該シャフトを駆動後の前記作動流体を導入するとともに前記掘削ビットの吐出口から吐出可能な連通穴を有することは好ましい。このような構成であれば、上記エマルションを流体モータ部の作動流体として兼用する上で好適である。 Here, in the marine resource exploration device according to the third aspect of the present invention, the shaft is capable of introducing the working fluid after driving the shaft by the fluid motor unit and discharging the working fluid from the discharge port of the drill bit. It is preferable to have such a communication hole. Such a configuration is suitable for using the emulsion as a working fluid of the fluid motor section.

また、本発明の第三の態様に係る海洋資源揚鉱装置において、前記流体モータ部は、前記シャフトの一端に設けられて雄ねじ状の外周面を有する第一インナロータと、前記第一インナロータに外挿され且つ前記ケーシング内に回転自在に支承されるとともに前記第一インナロータの回転軸線に対して所定距離偏心して配置されて前記第一インナロータのねじ巻方向と同一巻方向の雌ねじ状の内周面を有する第一アウタロータと、を有し、前記ポンプ部は、前記シャフトの他端に設けられて前記第一インナロータのねじ巻方向と逆巻き雄ねじ状外周面を有する第二インナロータと、前記第二インナロータに外挿され且つ前記ケーシング内に回転自在に支承されるとともに前記第二インナロータの回転軸線に対して所定距離偏心して配置されて前記第二インナロータのねじ巻方向と同一巻方向の雌ねじ状の内周面を有する第二アウタロータと、を有することは好ましい。 Further, in the offshore resource exploration device according to the third aspect of the present invention, the fluid motor unit is provided at one end of the shaft and has a first inner rotor having a male screw-shaped outer peripheral surface, and an outer portion of the first inner rotor. Is inserted and rotatably supported in the casing, and is arranged eccentric to the rotation axis of the first inner rotor by a predetermined distance, and has a female screw inner peripheral surface in the same winding direction as the screw winding direction of the first inner rotor. A first outer rotor having a second inner rotor having a screw-winding direction of the first inner rotor and a reverse-winding male screw-shaped outer peripheral surface, which is provided at the other end of the shaft, and the second inner rotor. And is rotatably supported in the casing and eccentrically arranged by a predetermined distance with respect to the rotation axis of the second inner rotor, and has a female screw-shaped inner portion in the same winding direction as that of the second inner rotor. And a second outer rotor having a peripheral surface.

このような構成であれば、海洋資源揚鉱装置の構成としてより好適である。つまり、従来のポンプリフト方式では、ポンプシャフトの駆動に水中モータが採用されてきたところ、上記構成の流体モータ部は、第一インナロータの回転軸線から所定距離離れて並列する軸線を中心に第一アウタロータを回転自在に支承するとともに、ねじポンプ部は、流体モータ部とは逆ねじで、第二インナロータの回転軸線から所定距離離れて並列する軸線を中心に第二アウタロータを回転自在に支承する構成なので、連れ回りする各機構部分に、大きなスペースを必要とするユニバーサルジョイントを不要とし、流体モータ部とねじポンプ部とが一体化された極めてシンプルな構造でポンプを構成できる。
そのため、このような構成であれば、深海等の過酷な海洋条件下であっても、レアアース泥等の海洋資源を安定して圧送可能な信頼性の高いポンプを提供できる。また、エアリフト方式と比較して、ねじポンプ方式の採用により、エネルギー効率が極めて高く、ランニングコストの一層の削減が可能となる。 Such a configuration is more suitable as the configuration of the marine resource lifting apparatus. That is, in the conventional pump lift system, when a submersible motor has been used to drive the pump shaft, the fluid motor unit having the above-described configuration has the first inner rotor centered on an axis lined in parallel at a predetermined distance from the rotation axis line of the first inner rotor. The outer rotor is rotatably supported, and the screw pump part is a screw opposite to the fluid motor part, and the second outer rotor is rotatably supported around an axis parallel to the rotation axis of the second inner rotor at a predetermined distance. Therefore, a universal joint, which requires a large space, is not required for each mechanism that rotates together, and the pump can be configured with an extremely simple structure in which the fluid motor unit and the screw pump unit are integrated.
Therefore, with such a configuration, it is possible to provide a highly reliable pump capable of stably pumping marine resources such as rare earth mud even under severe sea conditions such as deep sea. Further, compared to the air lift system, the adoption of the screw pump system has extremely high energy efficiency, and the running cost can be further reduced.

ここで、本発明の第三の態様に係る海洋資源揚鉱装置において、前記流体モータ部の前記第一インナロータおよび前記第一アウタロータの組、または、前記ねじポンプ部の前記第二インナロータおよび前記第二アウタロータの組は、内周面に（Ｎ＋１）条雌ねじを有するアウタロータと、外周面にＮ条雄ねじを有するインナロータとを備え、前記インナロータとともに前記アウタロータがＮ／（Ｎ＋１）の回転角度で連れ回り駆動可能に構成されていることは好ましい。 Here, in the offshore resource exploration apparatus according to the third aspect of the present invention, a set of the first inner rotor and the first outer rotor of the fluid motor unit, or the second inner rotor and the first of the screw pump unit. The two outer rotor sets include an outer rotor having an (N+1) female thread on the inner peripheral surface and an inner rotor having an N male thread on the outer peripheral surface, and the outer rotor is rotated together with the inner rotor at a rotation angle of N/(N+1). It is preferably configured to be drivable.

この構成において、Ｎが、２以上の自然数であれば、流体モータ駆動ねじポンプが、２頂点以上のインナロータと３頂点以上のアウタロータとから構成されるので、インナロータからアウタロータへの回転力の伝達をより確実とし、アウタロータの一層スムーズな従属回転を可能とし、より安定した運転性能を確保する上で好適である。 In this configuration, when N is a natural number of 2 or more, the fluid motor driving screw pump is composed of the inner rotor having two or more vertices and the outer rotor having three or more vertices, and therefore the transmission of the rotational force from the inner rotor to the outer rotor. This is more suitable for ensuring a more reliable and smoother subordinate rotation of the outer rotor and for ensuring more stable operation performance.

また、上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る海洋資源の揚鉱方法は、本発明のいずれか一の態様に係る海洋資源揚鉱装置を用いて海洋資源を揚鉱することを特徴とする。
本発明の一態様に係る海洋資源の揚鉱方法によれば、本発明のいずれか一の態様に係る海洋資源揚鉱装置を用いて海洋資源を揚鉱するので、レアアース泥の揚泥コストを削減し、高いエネルギー効率で海洋資源を揚鉱できる。 In addition, in order to solve the above-mentioned problems, the method for excavating marine resources according to one aspect of the present invention comprises using the marine resource excavation device according to any one aspect of the present invention to excavate marine resources. Is characterized by.
According to the method for excavating marine resources according to one aspect of the present invention, the marine resource is expelled using the marine resource excavation apparatus according to any one of the aspects of the present invention. It is possible to reduce and lift off ocean resources with high energy efficiency.

上述のように、本発明によれば、エネルギー効率を向上させることができる。 As described above, according to the present invention, energy efficiency can be improved.

本発明の一態様に係る海洋資源揚鉱装置の第一実施形態を説明する図であり、同図では軸線に沿った断面を示している。It is a figure explaining 1st embodiment of the marine resource lifting apparatus which concerns on 1 aspect of this invention, and shows the cross section along the axis line in the figure. 本発明の一態様に係る海洋資源揚鉱装置の第二実施形態を説明する図であり、同図では軸線に沿った断面を示している。It is a figure explaining 2nd embodiment of the marine resource lifting apparatus which concerns on 1 aspect of this invention, and the cross section along the axis is shown in the figure. 本発明の一態様に係る海洋資源揚鉱装置の第三実施形態を説明する図であり、同図では軸線に沿った断面を示している。It is a figure explaining 3rd embodiment of the marine resource lifting apparatus which concerns on 1 aspect of this invention, and shows the cross section along the axis line in the figure.

以下、本発明の実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。各実施形態は、深海に存在するレアアース泥等の海洋資源の揚鉱技術として、従来のポンプリフト方式やエアリフト方式に替わる、海洋資源揚鉱装置およびこれを用いたに海洋資源の揚鉱方法の例である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each of the embodiments, as a technology for excavating marine resources such as rare earth mud existing in the deep sea, an offshore resource exploration apparatus and a method for excavating offshore resources using the same are used instead of the conventional pump lift method or air lift method. Here is an example.

なお、図面は模式的なものである。そのため、厚みと平面寸法との関係、比率等は現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。また、以下に示す各実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記の実施形態に特定するものではない。 The drawings are schematic. Therefore, it should be noted that the relationship between the thickness and the plane size, the ratio, and the like are different from the actual ones, and the drawings include portions where the dimensional relationship and ratio are different from each other. In addition, each of the embodiments described below exemplifies a device and a method for embodying the technical idea of the present invention, and the technical idea of the present invention is that the material, shape, structure, The arrangement and the like are not specified in the embodiments below.

［第一実施形態］
まず、本発明に係る海洋資源揚鉱装置の第一実施形態について図１を参照しつつ説明する。
図１に示すように、第一実施形態の海洋資源揚鉱装置１０は、長尺な中空円筒状の本体ケーシング１１と、本体ケーシング１１内に回転自在に支持されたシャフト４０とを備える。この海洋資源揚鉱装置１０は、本体ケーシング１１の軸線を上下方向として海中に配備される。本体ケーシング１１の上端部には、複数の軸受４３が内蔵されたシャフト支持部４５が設けられている。シャフト支持部４５は、本体ケーシング１１と同軸にシャフト４０を支持するように配置され、複数の軸受４３を介してシャフト４０の上端部を回転自在に支持している。 [First embodiment]
First, a first embodiment of an offshore resource exploration apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 1, the marine resource exploration device 10 of the first embodiment includes a long hollow cylindrical main body casing 11 and a shaft 40 rotatably supported in the main body casing 11. This marine resource lifting apparatus 10 is installed in the sea with the axis of the main body casing 11 as the vertical direction. A shaft support 45 having a plurality of bearings 43 built therein is provided at the upper end of the main body casing 11. The shaft support portion 45 is arranged so as to support the shaft 40 coaxially with the main body casing 11, and rotatably supports the upper end portion of the shaft 40 via a plurality of bearings 43.

本体ケーシング１１の内部は、下方が撹拌室７０とされている。撹拌室７０は、下部が開口しており、この開口がレアアース泥Ｒの吸込口３６になっている。また、本体ケーシング１１内の上部は、撹拌状態を落ち着かせるための安定室３７が撹拌室７０と連続して設けられている。 Inside the main body casing 11, a lower part is a stirring chamber 70. The lower portion of the stirring chamber 70 is open, and this opening serves as a suction port 36 for the rare earth mud R. Further, a stabilizing chamber 37 for calming the stirring state is provided continuously with the stirring chamber 70 in the upper portion of the main body casing 11.

撹拌室７０には撹拌部８０が設けられている。撹拌部８０は、複数の撹拌翼として、二枚の撹拌翼８１、８２を有する。本実施形態では、二枚の撹拌翼８１、８２は、撹拌翼の中心部が、それぞれシャフト４０と一体に設けられ、相互が軸方向上下に離隔配置されている。各撹拌翼８１、８２は、シャフト４０中心から径方向に放射状に延びる複数の羽根を有しており、所定方向に回転駆動されると、上方に配置された第一撹拌翼８１は下降流を形成し、下方に配置された第二撹拌翼８２は上昇流を形成するようになっている。 The stirring chamber 70 is provided with a stirring unit 80. The stirring unit 80 has two stirring blades 81 and 82 as a plurality of stirring blades. In the present embodiment, the two stirring blades 81, 82 are provided such that the central portions of the stirring blades are integrally provided with the shaft 40, respectively, and are vertically spaced apart from each other. Each stirring blade 81, 82 has a plurality of blades extending radially from the center of the shaft 40, and when driven to rotate in a predetermined direction, the first stirring blade 81 arranged above causes a downward flow. The second agitating blade 82 that is formed and arranged below forms an upward flow.

本実施形態では、上下の撹拌翼８１、８２間に、内周面に水中軸受７１が装着された軸受支持筒７２が設けられ、この水中軸受７１によって、シャフト４０の先端側が回転自在に支持されている。軸受支持筒７２は、軸方向に沿って貫通する複数の貫通孔が周方向に離隔して形成され、平面視が略レンコン状をなしており、これにより、海水Ｗおよびレアアース泥Ｒが本体ケーシング１１の軸方向に移動できるように構成されている。 In the present embodiment, a bearing support cylinder 72 having an underwater bearing 71 mounted on the inner peripheral surface is provided between the upper and lower stirring blades 81 and 82, and the underwater bearing 71 rotatably supports the tip side of the shaft 40. ing. In the bearing support cylinder 72, a plurality of through holes penetrating along the axial direction are formed so as to be separated from each other in the circumferential direction, and have a substantially lotus root shape in a plan view, whereby the seawater W and the rare earth mud R are main body casing. It is configured to be movable in the axial direction of 11.

シャフト４０の先端には掘削ビット９１が装着されている。掘削ビット９１は、その先端側が下部開口である吸込口３６に臨むように、自身基端部がシャフト４０先端に接続されている。これにより、掘削ビット９１は、シャフト４０が回転駆動されると、レアアース泥Ｒを掘削しつつ、掘削したレアアース泥Ｒを海水Ｗとともに撹拌室７０内に導く掘削部９０を構成する、レアアース泥供給部になっている。 A drill bit 91 is attached to the tip of the shaft 40. The drill bit 91 has its base end portion connected to the tip end of the shaft 40 such that the tip end side thereof faces the suction port 36 which is the lower opening. As a result, when the shaft 40 is driven to rotate, the excavation bit 91 constitutes an excavation portion 90 that guides the excavated rare earth mud R into the stirring chamber 70 together with the seawater W while excavating the rare earth mud R when the shaft 40 is driven to rotate. It is a part.

本体ケーシング１１の上部には、上部中央に、流体モータ部２０が設けられるとともに、流体モータ部２０の左右に、本体ケーシング１１内に連通するエマルション供給管１３および混合物揚鉱管１４が設けられている。
エマルション供給管１３は、中空円筒状の管路であり、その上端部が、不図示のエマルジョン供給ポンプを介してエマルジョン供給槽に接続され、エマルション供給部を構成している。エマルション供給管１３の下部の先端部１３ｓは、本体ケーシング１１の内部の、第一撹拌翼８１の上部近傍の位置まで延設されており、先端部１３ｓが、撹拌室７０の低い位置にエマルションＥｍを供給する吐出口になっている。 A fluid motor unit 20 is provided in the upper center of the upper portion of the main body casing 11, and an emulsion supply pipe 13 and a mixture lifting ore pipe 14 communicating with the main body casing 11 are provided on the left and right sides of the fluid motor unit 20. There is.
The emulsion supply pipe 13 is a hollow cylindrical pipe line, and the upper end portion thereof is connected to the emulsion supply tank via an emulsion supply pump (not shown) to form an emulsion supply unit. The lower end portion 13s of the emulsion supply pipe 13 is extended to a position near the upper portion of the first stirring blade 81 inside the main body casing 11, and the tip portion 13s is located at a lower position of the stirring chamber 70 in the emulsion Em. It is a discharge port for supplying.

混合物揚鉱管１４は、中空円筒状の管路であり、その上端部が、ライザー管等を有する揚鉱設備に接続されて洋上まで、後述の混合物Ｍを揚鉱可能な混合物回収部を構成している。混合物揚鉱管１４の下端部は、撹拌室７０の高い位置から混合物Ｍを回収するように、本体ケーシング１１の上部内面と面一になっており、本実施形態では、本体ケーシング１１の上部の安定室３７に混合物回収口１４ｓが連通している。 The mixture lifting ore pipe 14 is a hollow cylindrical pipe, and its upper end portion is connected to a lifting ore equipment having a riser pipe or the like to form a mixture recovery unit capable of lifting a mixture M described below to the sea. doing. The lower end portion of the mixture lifting ore pipe 14 is flush with the inner surface of the upper portion of the main body casing 11 so as to recover the mixture M from the higher position of the stirring chamber 70. The mixture collection port 14s communicates with the stable chamber 37.

流体モータ部２０は、本体ケーシング１１の上部中央に同軸に装着された中空円筒状のモータ部ケーシング２１を有する。モータ部ケーシング２１と本体ケーシング１１相互の接続部に上記シャフト支持部４５が設けられている。シャフト支持部４５の複数の軸受４３の両側それぞれには不図示のシール部が設けられ、このシール部により、シャフト４０の外周面とモータ部ケーシング２１との間がシールされている。なお、本実施形態では、シャフト４０を支持する複数の軸受４３に深溝玉軸受を使用しているが、これに限定されず、種々の軸受を用いることができる（他の軸受について同様）。 The fluid motor unit 20 has a hollow cylindrical motor unit casing 21 coaxially mounted in the center of the upper portion of the main body casing 11. The shaft support portion 45 is provided at the connecting portion between the motor casing 21 and the main body casing 11. Sealing portions (not shown) are provided on both sides of each of the plurality of bearings 43 of the shaft supporting portion 45, and the outer peripheral surface of the shaft 40 and the motor casing 21 are sealed by the sealing portions. In the present embodiment, deep groove ball bearings are used as the plurality of bearings 43 that support the shaft 40, but the present invention is not limited to this, and various bearings can be used (similar to other bearings).

モータ部ケーシング２１の上端部には、円筒状の作動流体導入管２３がインロー嵌合部１２により装着されている。作動流体導入管２３は、流体モータ部２０を駆動するための作動流体Ｓを導入する導入口２４を有する。また、モータ部ケーシング２１の下部側面には、作動流体Ｓを海中に導出する導出口２６が、モータ部ケーシング２１の側方に開口している。なお、第一実施形態では、作動流体Ｓとして高圧の海水が導入される。 A cylindrical working fluid introduction pipe 23 is attached to the upper end of the motor casing 21 by the spigot fitting portion 12. The working fluid introducing pipe 23 has an introducing port 24 for introducing the working fluid S for driving the fluid motor unit 20. In addition, an outlet port 26 for leading out the working fluid S into the sea is provided on the lower side surface of the motor casing 21 to the side of the motor casing 21. In the first embodiment, high-pressure seawater is introduced as the working fluid S.

本実施形態では、モータ部ケーシング２１内の上部に、流体モータ部２０が設けられている。流体モータ部２０は、モータ部ケーシング２１内に固定されたステータ５０と、片持ち構造のロータ４１とを有する。ステータ５０は、金属製で円筒状をなすステータ外筒５１と、ステータ外筒５１内に配置されたゴム製のステータ内筒５２とからなる。ステータ内筒５２には、雌ねじ状の螺旋部５０ｒが内周面に形成されている。 In the present embodiment, the fluid motor unit 20 is provided in the upper portion of the motor casing 21. The fluid motor unit 20 includes a stator 50 fixed in the motor casing 21 and a cantilevered rotor 41. The stator 50 includes a stator outer cylinder 51 made of metal and having a cylindrical shape, and a rubber stator inner cylinder 52 disposed inside the stator outer cylinder 51. A female screw-shaped spiral portion 50r is formed on the inner peripheral surface of the stator inner cylinder 52.

ロータ４１には、雄ねじ状の螺旋部４１ｒが外周面に形成されている。ロータ４１の基端部４１ｂは、モータ部ケーシング２１内の下方に直線状に延び、ユニバーサルジョイント（自在継手）４８を介してシャフト４０の上端に連結され、シャフト４０に回転駆動力を伝達するようになっている。なお、ユニバーサルジョイント４８に替えて、フレキシブルジョイントを介してシャフト４０に連結してもよい。
ステータ５０の軸線に対し、ロータ４１の軸線は、相互の軸心が所定の軸心間距離だけ離れた平行な２軸となるように配置され、ユニバーサルジョイント４８を介して、ロータ４１の回転軸線が、ステータ５０の軸線を中心として公転するようになっている。 A male screw-shaped spiral portion 41r is formed on the outer peripheral surface of the rotor 41. The base end portion 41b of the rotor 41 extends linearly downward in the motor casing 21, is connected to the upper end of the shaft 40 via a universal joint (universal joint) 48, and transmits the rotational driving force to the shaft 40. It has become. Instead of the universal joint 48, it may be connected to the shaft 40 via a flexible joint.
The axis of the rotor 41 is arranged such that the axes of the rotor 41 are parallel to each other with respect to the axis of the stator 50 and are separated from each other by a predetermined distance between the axes. However, it revolves around the axis of the stator 50.

本実施形態の流体モータ部２０では、ロータ４１の螺旋部４１ｒは、左巻き２条雄ねじになっており、ステータ５０の螺旋部５０ｒの形状は、１２０度間隔の頂点を有する横断面が３角リング形状の左巻き３条雌ねじになっている。そしてロータ４１の外周面の螺旋部４１ｒがステータ５０に内装され、相互の隙間には、駆動に応じて独立した密閉空間とされるキャビティが軸方向の複数個所に画成される。 In the fluid motor unit 20 of the present embodiment, the spiral portion 41r of the rotor 41 is a left-handed double-threaded male screw, and the shape of the spiral portion 50r of the stator 50 is a triangular ring with a cross section having vertices at 120-degree intervals. The shape is a left-handed three-thread female thread. The spiral portion 41r on the outer peripheral surface of the rotor 41 is incorporated in the stator 50, and cavities that are independent closed spaces according to driving are defined in a plurality of axial positions in the mutual gaps.

次に、第一実施形態の海洋資源揚鉱装置１０の動作並びにこれを用いた海洋資源の揚鉱方法について説明する。
上述の海洋資源揚鉱装置１０は、例えば、起伏可能なブームを有する海中作業機を用い、その海中作業機のブーム先端に本体ケーシング１１を装着して使用する。作業時には、海洋資源揚鉱装置１０を装備した海中作業機を、海中のレアアース泥床の所期の位置に配置する。本体ケーシング１１は、流体モータ部２０を上方とし掘削ビット９１を下方とした姿勢で海底に配備される。 Next, an operation of the marine resource lifting apparatus 10 of the first embodiment and a method for lifting a marine resource using the same will be described.
The above-mentioned ocean resource ore mining apparatus 10 uses, for example, an underwater working machine having a boom capable of undulating, and the main body casing 11 is attached to the boom tip of the underwater working machine for use. At the time of working, an underwater working machine equipped with the marine resource lifting apparatus 10 is arranged at a desired position of the rare earth mud bed in the sea. The main body casing 11 is disposed on the seabed in a posture in which the fluid motor unit 20 is on the upper side and the excavation bit 91 is on the lower side.

そして、この海洋資源揚鉱装置１０は、作動流体導入管２３が作動流体Ｓを導入可能に、不図示の作動流体導入部に接続される。本実施形態では、高圧の海水を供給するポンプに接続される。混合物揚鉱管１４は、上端部がライザー管等を有する揚鉱設備に接続される。また、エマルション供給管１３は、その上端部が、不図示のエマルジョン供給ポンプを介してエマルジョン供給槽に接続される。各管路内には、海底に配備される当初は海水Ｗが満たされる。 In the offshore resource lifting apparatus 10, the working fluid introducing pipe 23 is connected to a working fluid introducing unit (not shown) so that the working fluid S can be introduced. In this embodiment, it is connected to a pump that supplies high-pressure seawater. The mixture lifting pipe 14 is connected to a lifting equipment having an upper end portion such as a riser pipe. The upper end of the emulsion supply pipe 13 is connected to the emulsion supply tank via an emulsion supply pump (not shown). Each pipe is initially filled with seawater W when it is deployed on the seabed.

上記のように配置された海洋資源揚鉱装置１０において、流体モータ部２０に対し、上部の導入口２４から高圧の作動流体（この例では海水Ｗ）Ｓが供給される。これにより、高圧の作動流体Ｓがロータ４１とステータ５０との対向空間に画成された複数のキャビティに順次に導入される。流体モータ部２０は、キャビティに作用する作動流体Ｓの導入圧により、ロータ４１の回転軸線がステータ５０の軸線を中心として公転を開始する。 In the offshore resource exploration apparatus 10 arranged as described above, the high-pressure working fluid (seawater W) S is supplied to the fluid motor unit 20 from the upper inlet 24. As a result, the high-pressure working fluid S is sequentially introduced into the plurality of cavities defined in the space where the rotor 41 and the stator 50 face each other. The rotation axis of the rotor 41 of the fluid motor unit 20 starts to revolve around the axis of the stator 50 by the introduction pressure of the working fluid S acting on the cavity.

これにより、流体モータ部２０において、作動流体Ｓの導入圧がシャフト４０の回転駆動力に変換される。なお、導入口２４から導入された作動流体Ｓは導出口２６から海中に送出される。流体モータ部２０でロータ４１が回転駆動すると、ユニバーサルジョイント４８を介してシャフト４０が回転し、シャフト４０の先端に設けられた掘削ビット９１、および掘削ビット９１の上部に設けられた複数の撹拌翼８１、８２が共に回転する。 As a result, in the fluid motor unit 20, the introduction pressure of the working fluid S is converted into the rotational driving force of the shaft 40. The working fluid S introduced from the introduction port 24 is delivered to the sea from the derivation port 26. When the rotor 41 is rotationally driven by the fluid motor unit 20, the shaft 40 rotates via the universal joint 48, and the excavation bit 91 provided at the tip of the shaft 40 and a plurality of stirring blades provided above the excavation bit 91. 81 and 82 rotate together.

次いでまたは同時に、エマルジョン供給ポンプが駆動され、これにより、エマルジョン供給槽内のエマルジョンＥｍがエマルション供給管１３に供給される。本実施形態では、油としてケロシンを用いるとともに、界面活性剤としてドデシルスルホン酸ナトリウムを用いてエマルションＥｍを作り、このエマルションＥｍをエマルション供給管１３に供給している。 Next or at the same time, the emulsion supply pump is driven, whereby the emulsion Em in the emulsion supply tank is supplied to the emulsion supply pipe 13. In the present embodiment, kerosene is used as the oil, and sodium dodecylsulfonate is used as the surfactant to form the emulsion Em, and the emulsion Em is supplied to the emulsion supply pipe 13.

これにより、掘削ビット９１によってレアアース泥Ｒが掘削されるとともに、掘削ビット９１の回転に導かれたレアアース泥Ｒおよび海水Ｗが、吸込口３６から撹拌室７０内に送り込まれる。さらに、撹拌室７０下部の第二撹拌翼８２が上昇流を形成しているので、撹拌室７０下部に導かれたレアアース泥Ｒは、撹拌されつつ撹拌室７０の上方に移動していく。 As a result, the rare earth mud R is excavated by the excavation bit 91, and the rare earth mud R and the seawater W guided by the rotation of the excavation bit 91 are fed into the stirring chamber 70 from the suction port 36. Further, since the second stirring blade 82 below the stirring chamber 70 forms an upward flow, the rare earth mud R guided to the lower portion of the stirring chamber 70 moves above the stirring chamber 70 while being stirred.

なお、本実施形態では、掘削に伴う海洋資源揚鉱装置１０の軸方向への本体ケーシング１１のフィードは、海中作業機のブームの起伏作動によって行うが、これに限定されず、例えば、スライドガイド装置を有する送り機構等を用いるなど、種々のフィード方法を採用することができる。 In the present embodiment, the feeding of the main body casing 11 in the axial direction of the marine resource lifting apparatus 10 associated with excavation is performed by the undulating operation of the boom of the undersea working machine, but the present invention is not limited to this and, for example, a slide guide. Various feeding methods such as using a feeding mechanism having a device can be adopted.

上記エマルション供給管１３に供給されたエマルションＥｍは、エマルション供給管１３の先端部１３ｓから第一撹拌翼８１の上部近傍の位置に吐出される。撹拌室７０上部の第一撹拌翼８１が下降流を形成しているので、撹拌室７０上部のエマルションＥｍは、撹拌されつつ撹拌室７０の下方に移動していく。 The emulsion Em supplied to the emulsion supply pipe 13 is discharged from the tip portion 13s of the emulsion supply pipe 13 to a position near the upper portion of the first stirring blade 81. Since the first stirring blade 81 above the stirring chamber 70 forms a downward flow, the emulsion Em above the stirring chamber 70 moves to below the stirring chamber 70 while being stirred.

これにより、撹拌室７０の上下から供給されたレアアース泥ＲとエマルションＥｍは、撹拌室７０内で相互が混合される。レアアース泥ＲがエマルションＥｍに接触することにより、レアアース元素が濃集したアパタイトがエマルションＥｍに吸着される。これにより、海中で液液分離された混合物Ｍとしてアパタイト吸着エマルションが生成される。 As a result, the rare earth mud R and the emulsion Em supplied from above and below the stirring chamber 70 are mixed in the stirring chamber 70. When the rare earth mud R contacts the emulsion Em, the apatite in which the rare earth element is concentrated is adsorbed on the emulsion Em. As a result, an apatite adsorption emulsion is produced as the mixture M that has been liquid-liquid separated in the sea.

海洋資源揚鉱装置１０が引き続き駆動されると、撹拌室７０内の混合物Ｍ（アパタイト吸着エマルション）は、次第に撹拌室７０上部の安定室３７まで満たされていく。撹拌室７０から安定室３７の上部に行くほど、第一撹拌翼８１による下降流の力が弱くなる。そのため、上部の安定室３７にて撹拌室７０から一定の距離を超えて移動した混合物Ｍ（アパタイト吸着エマルション）は、海水Ｗとの比重差によって自ら浮上を開始する。
そして、本体ケーシング１１の上部には、混合物揚鉱管１４が安定室３７に連通して接続されている。そのため、浮上を開始した混合物Ｍは、安定室３７から混合物揚鉱管１４を介して船上まで延設されたライザー管等の回収設備にて洋上に移送することができる。 When the marine resource lifting apparatus 10 is continuously driven, the mixture M (apatite adsorption emulsion) in the stirring chamber 70 gradually fills the stabilizing chamber 37 above the stirring chamber 70. The force of the downward flow by the first stirring blade 81 becomes weaker as it goes from the stirring chamber 70 to the upper part of the stabilizing chamber 37. Therefore, the mixture M (apatite adsorption emulsion) that has moved from the stirring chamber 70 over a certain distance in the upper stable chamber 37 starts to float by itself due to the difference in specific gravity from the seawater W.
Further, the mixture lifting ore pipe 14 is connected to the upper portion of the main body casing 11 so as to communicate with the stabilizing chamber 37. Therefore, the mixture M that has started to float can be transferred to the ocean from the stabilizing chamber 37 via the mixture lifting ore pipe 14 and a recovery facility such as a riser pipe extended to the ship.

なお、アパタイトを吸着したエマルションＥｍは、海水中でエマルション油滴が合体し、安定室３７において油滴径が大きくなるところ、海水Ｗとの比重差により、油滴径が１ｍｍになれば海底下６０００ｍから海上まで約１３．６時間で自然に浮上し、油滴径が５ｍｍになれば３３分で浮上し、油滴径が１０ｍｍになれば８分で浮上する。 The emulsion Em that has adsorbed apatite has emulsion oil droplets coalesced in seawater, and the oil droplet diameter increases in the stabilizing chamber 37. However, due to the difference in specific gravity from the seawater W, if the oil droplet diameter becomes 1 mm, it will be below the sea floor. It floats naturally from 6000 m to the sea in about 13.6 hours, and it rises in 33 minutes when the oil drop diameter becomes 5 mm, and in 8 minutes when the oil drop diameter becomes 10 mm.

次に、第一実施形態の海洋資源揚鉱装置１０およびこれを用いた海洋資源の揚鉱方法の作用効果について説明する。
上述したように、第一実施形態の海洋資源揚鉱装置１０によれば、海底設備としては、一台の流体モータ部２０を設けるだけで、流体モータ部２０の駆動により、掘削ビット９１でレアアース泥Ｒを掘削しつつ、掘削ビット９１上方の撹拌部８０でレアアース泥Ｒと海水Ｗ及びエマルションＥｍを混合し、アパタイト吸着エマルションを混合物Ｍとして生成することができる。そして、順次に生成された混合物Ｍを安定室３７で安定させつつ、海水Ｗとの比重差によって自ら浮上させ、海底から船上まで延設した回収配管にて混合物Ｍを揚泥できる。 Next, the operation effect of the offshore resource lifting apparatus 10 of the first embodiment and the offshore resource lifting method using the same will be described.
As described above, according to the marine resource exploration device 10 of the first embodiment, as the seabed equipment, only one fluid motor unit 20 is provided, and by driving the fluid motor unit 20, the rare earth is provided by the excavation bit 91. While excavating the mud R, the rare earth mud R, the seawater W, and the emulsion Em can be mixed in the stirring section 80 above the excavation bit 91 to generate an apatite adsorption emulsion as the mixture M. Then, while stabilizing the sequentially generated mixture M in the stabilizing chamber 37, the mixture M is floated by the difference in specific gravity from the seawater W, and the mixture M can be lifted by the recovery pipe extending from the sea bottom to the ship.

そのため、従来のポンプリフト方式では、深海からの揚泥には水深分の揚程を圧送する多大なエネルギーが必要となり、また、エアリフト方式では、エネルギー効率が悪く、ポンプリフト方式以上のさらなる多大なエネルギーが必要となるところ、第一実施形態の海洋資源揚鉱装置１０によれば、安定した運転性能を確保するとともに、揚鉱に要するエネルギーを大幅に削減可能なので、エネルギー効率を向上させることができる。 Therefore, in the conventional pump lift method, a great amount of energy for pumping the depth of water is required for pumping mud from the deep sea, and in the air lift method, the energy efficiency is poor and much more energy than the pump lift method is required. However, according to the offshore resource lifting apparatus 10 of the first embodiment, stable operation performance can be secured, and energy required for lifting can be significantly reduced, so that energy efficiency can be improved. ..

また、特許文献１に記載されるようなターボ形のポンプの場合、機器はかなり複雑な形状のため、深海（例えば水深６０００ｍ）の高圧下では、局部的形状や各部の肉厚に強度的に十分な考慮が必要となる。これに対し、本実施形態の海洋資源揚鉱装置１０であれば、本体ケーシング１１およびモータ部ケーシング２１が円筒形状のシンプルな形状のため、深海の高圧下での強度的対応に優位な形状である。よって、安定した運転性能を確保する上で好適である。 Further, in the case of a turbo-type pump as described in Patent Document 1, since the equipment has a fairly complicated shape, under high pressure in the deep sea (for example, a water depth of 6000 m), the local shape and the thickness of each part have strength. Careful consideration is required. On the other hand, in the offshore resource exploration device 10 of the present embodiment, since the main body casing 11 and the motor part casing 21 have a simple cylindrical shape, the main body casing 11 and the motor portion casing 21 have a shape that is superior in strength correspondence under high pressure in deep sea. is there. Therefore, it is suitable for ensuring stable driving performance.

さらに、特許文献１に記載されるようなターボ形のポンプの場合、機器はかなり大型かつ複雑な形状のため、複数のポンプの、各号機相互の接続に大きな横幅を必要とする。これに対し、本実施形態の海洋資源揚鉱装置１０であれば、本体ケーシング１１およびモータ部ケーシング２１が円筒形状のポンプのため、シンプルな配管接続が可能である。 Further, in the case of the turbo type pump as described in Patent Document 1, since the equipment is considerably large and has a complicated shape, a large width is required for connecting a plurality of pumps to each other. On the other hand, in the marine resource lifting apparatus 10 of this embodiment, since the main body casing 11 and the motor portion casing 21 are cylindrical pumps, simple pipe connection is possible.

なお、本発明に係る海洋資源揚鉱装置およびこれを用いた海洋資源の揚鉱方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能である。以下、他の実施形態について説明する。 It should be noted that the apparatus for excavating an ocean resource according to the present invention and the method for excavating an ocean resource using the apparatus are not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. is there. Hereinafter, other embodiments will be described.

［第二実施形態］
例えば、上記第一実施形態では、アパタイト吸着エマルションとされた混合物Ｍを洋上まで、海水Ｗとの比重差により、混合物Ｍ自身の浮上力のみによって浮上させる例を示したが、これに限定されない。例えば、混合物Ｍ自身の浮上力に加え、ポンプによる揚液力を併用してもよい。具体例を第二実施形態として図２に示す。 [Second embodiment]
For example, in the above-described first embodiment, an example has been shown in which the mixture M that is an apatite adsorption emulsion is floated up to the sea only by the levitation force of the mixture M itself due to the difference in specific gravity with the seawater W, but the invention is not limited thereto. For example, in addition to the floating force of the mixture M itself, a pumping force by a pump may be used together. A specific example is shown in FIG. 2 as a second embodiment.

同図に示す第二実施形態では、上記第一実施形態に対し、モータ部ケーシング２１が、本体ケーシング１１の安定室３７内に配置されている点、および混合物揚鉱管１４の管路部分に、ポンプの一例として流体モータ駆動揚鉱ポンプ１が装備されている点が異なっている。なお、他の構成は上記第一実施形態と同様なので、以下、相違点について説明し、上記第一実施形態と同様または対応する構成については同一の符号を付すとともに、その説明を適宜省略する。 In the second embodiment shown in the figure, in contrast to the first embodiment, the motor portion casing 21 is arranged in the stabilizing chamber 37 of the main body casing 11 and at the conduit portion of the mixture lifting ore pipe 14. A difference is that the pump is equipped with a fluid motor-driven lift pump 1 as an example of a pump. Since other configurations are the same as those in the first embodiment, differences will be described below, and configurations similar to or corresponding to those in the first embodiment will be designated by the same reference numerals and description thereof will be appropriately omitted.

詳しくは、図２に示すように、第二実施形態の海洋資源揚鉱装置１０は、本体ケーシング１１の上端部に、作動流体Ｓ１として高圧の海水Ｗを導入する作動流体導入管２３が、直接接続されるとともに、モータ部ケーシング２１全体が、本体ケーシング１１の安定室３７内に同軸に配置されている。
これにより、本体ケーシング１１内にモータ部ケーシング２１が位置する部分が二重管構造になっている。作動流体Ｓ１を導出する導出口２６は、モータ部ケーシング２１の側方に伸びる管路が、作動流体Ｓ１を海中に向けて導出可能に、本体ケーシング１１の側面に貫通形成されている。 Specifically, as shown in FIG. 2, in the marine resource exploration device 10 of the second embodiment, the working fluid introduction pipe 23 for introducing the high-pressure seawater W as the working fluid S1 is directly connected to the upper end portion of the main body casing 11. In addition to being connected, the entire motor portion casing 21 is coaxially arranged in the stabilizing chamber 37 of the main body casing 11.
As a result, the portion where the motor casing 21 is located inside the main body casing 11 has a double pipe structure. The outlet 26 through which the working fluid S1 is led out is formed in a side surface of the main body casing 11 so that a pipeline extending to the side of the motor casing 21 can lead the working fluid S1 toward the sea.

上記流体モータ駆動揚鉱ポンプ１は、混合物揚鉱管１４の管路部分に装備されている。流体モータ駆動揚鉱ポンプ１は、混合物揚鉱管１４の途中部分に替えて配管された中空円筒状のポンプケーシング２１Ｐを有する。ポンプケーシング２１Ｐの上部には、ポンプ用流体モータ部２０Ｂが設けられている。ポンプ用流体モータ部２０Ｂは、上記第一実施形態の流体モータ部２０と同様に構成された、ロータ４１Ｂおよびステータ５０Ｂを有する。 The fluid motor driven lift pump 1 is installed in the conduit portion of the mixture lift pipe 14. The fluid motor driven pumping pump 1 has a hollow cylindrical pump casing 21P which is provided in place of the middle portion of the mixture pumping pipe 14 and is piped. A pump fluid motor unit 20B is provided above the pump casing 21P. The pump fluid motor unit 20B has a rotor 41B and a stator 50B that are configured similarly to the fluid motor unit 20 of the first embodiment.

ポンプケーシング２１Ｐの上端部には、作動流体導入管２３Ｂが装着されている。作動流体導入管２３Ｂは、作動流体Ｓ２として高圧の海水Ｗを導入する導入口２４Ｂを有する。また、ポンプケーシング２１Ｐの途中部分側面には、作動流体Ｓ２を導出する導出口２６Ｂが海中に向けて作動流体Ｓ２を導出可能に開口している。 A working fluid introduction pipe 23B is attached to the upper end of the pump casing 21P. The working fluid introducing pipe 23B has an introducing port 24B for introducing high-pressure seawater W as the working fluid S2. A discharge port 26B for discharging the working fluid S2 is opened on the side surface in the middle of the pump casing 21P so that the working fluid S2 can be discharged toward the sea.

ポンプケーシング２１Ｐ内には、シャフト支持部４５ｊに支持された連結軸４０ｊが設けられている。シャフト支持部４５ｊは、ポンプケーシング２１Ｐの中央部分であって導出口２６Ｂよりも下部の位置に設けられ、連結軸４０ｊは、複数の軸受４３ｊを介してシャフト支持部４５ｊに回転自在に支持されている。 Inside the pump casing 21P, a connecting shaft 40j supported by the shaft supporting portion 45j is provided. The shaft support portion 45j is provided in a central portion of the pump casing 21P and below the outlet 26B, and the connecting shaft 40j is rotatably supported by the shaft support portion 45j via a plurality of bearings 43j. There is.

そして、ポンプケーシング２１Ｐ内には、連結軸４０ｊよりも下部の位置に、ねじポンプ部２０Ｐが設けられている。ねじポンプ部２０Ｐは、ポンプ用流体モータ部２０Ｂとは、ねじ状の螺旋部の巻き方向が逆方向になっている以外は、同様に構成された、ロータ４１Ｐおよびステータ５０Ｐを有する。 A screw pump portion 20P is provided inside the pump casing 21P at a position lower than the connecting shaft 40j. The screw pump unit 20P has a rotor 41P and a stator 50P, which are configured similarly to the pump fluid motor unit 20B except that the winding direction of the screw-shaped spiral portion is opposite.

ポンプ用流体モータ部２０Ｂのロータ４１Ｂの下端は、ユニバーサルジョイント（自在継手）４８Ｂを介して連結軸４０ｊの上端に連結され、ねじポンプ部２０Ｐのロータ４１Ｐの上端は、ユニバーサルジョイント（自在継手）４８Ｐを介して連結軸４０ｊの下端に連結されている。
ポンプケーシング２１Ｐの途中部分の側面には、ユニバーサルジョイント４８Ｐのロッド部が位置する箇所に、混合物Ｍを揚鉱するための混合物揚鉱管１４Ｐが接続され、混合物揚鉱管１４Ｐは、ポンプケーシング２１Ｐの側方に張り出すととともに上方に向けて混合物Ｍを導出可能に配管されている。 The lower end of the rotor 41B of the pump fluid motor unit 20B is connected to the upper end of the connecting shaft 40j via a universal joint (universal joint) 48B, and the upper end of the rotor 41P of the screw pump unit 20P is connected to the universal joint (universal joint) 48P. Is connected to the lower end of the connecting shaft 40j via.
A mixture hoisting pipe 14P for hoisting the mixture M is connected to a side surface of an intermediate portion of the pump casing 21P at a position where the rod portion of the universal joint 48P is located, and the mixture hoisting pipe 14P includes the pump casing 21P. The mixture M is laid out so that the mixture M can be drawn out to the upper side while protruding to the side.

このように構成された第二実施形態の海洋資源揚鉱装置１０によれば、上記第一実施形態同様の作用効果を奏するとともに、これに加え、混合物回収部に流体モータ駆動揚鉱ポンプ１が装備されているので、混合物Ｍの揚鉱を、よりきめ細かく制御することができる。 According to the offshore resource exploration device 10 of the second embodiment configured in this manner, the same operational effects as the above-described first embodiment are achieved, and in addition to this, the fluid motor-driven excavation pump 1 is provided in the mixture recovery unit. Being equipped, the ore of the mixture M can be controlled more finely.

つまり、上記第一実施形態では、混合物Ｍの油滴径を制御する手段として安定室３７を設けているものの、混合物Ｍ自身の浮上力のみによる揚鉱の場合、安定室３７の容積やライザー管等の管路抵抗による損失、供給するエマルションの量、撹拌効率、レアアース泥の掘削速度等、多くのパラメータによって、混合物Ｍの状態やその油滴径が変動する可能性があるため、それに対応する制御が難しい場合が生じるおそれがある。
これに対し、第二実施形態の海洋資源揚鉱装置１０によれば、流体モータ駆動揚鉱ポンプ１の駆動制御によって、混合物回収口１４ｓからの混合物Ｍの揚鉱を、停止状態から所期の油滴径に対応する揚液速度を経て、機器の最大揚液速度までの任意の揚液速度に設定できる。 That is, in the first embodiment described above, although the stabilizing chamber 37 is provided as a means for controlling the oil droplet diameter of the mixture M, in the case of lifting by only the levitation force of the mixture M itself, the volume of the stabilizing chamber 37 and the riser pipes are used. Since the state of the mixture M and its oil droplet diameter may vary depending on many parameters such as loss due to line resistance such as, the amount of emulsion to be supplied, stirring efficiency, excavation speed of rare earth mud, etc. It may be difficult to control.
On the other hand, according to the marine resource lifting apparatus 10 of the second embodiment, the pumping of the mixture M from the mixture recovery port 14s is performed from the stopped state to the desired state by the drive control of the fluid motor driven lifting pump 1. It can be set to any pumping speed up to the maximum pumping speed of the equipment via the pumping speed corresponding to the oil droplet diameter.

［第三実施形態］
次に、第三実施形態について説明する。
上記第一および第二実施形態では、流体モータ部またはねじポンプ部の基本構成として、ロータおよび固定されたステータを有する一軸ねじポンプを例に説明した。しかし、本発明に採用し得るねじポンプは、これに限定されない。例えば、固定されたステータに替えて、インナロータとともにアウタロータが連れ回り駆動するねじポンプを採用することができる。 [Third embodiment]
Next, a third embodiment will be described.
In the first and second embodiments, the uniaxial screw pump having the rotor and the fixed stator has been described as an example of the basic configuration of the fluid motor unit or the screw pump unit. However, the screw pump that can be used in the present invention is not limited to this. For example, instead of the fixed stator, a screw pump in which the outer rotor is driven together with the inner rotor can be adopted.

具体例を第三実施形態として図３に示す。同図に示す第三実施形態では、流体モータ部およびねじポンプ部の基本構成として、インナロータとともにアウタロータが連れ回り駆動するねじポンプを採用するとともに、液液分離用に供給するエマルションＥｍを流体モータ部の作動流体Ｓとして兼用する例である。 A specific example is shown in FIG. 3 as a third embodiment. In the third embodiment shown in the figure, a screw pump in which an outer rotor is driven together with an inner rotor is adopted as a basic configuration of a fluid motor unit and a screw pump unit, and an emulsion Em supplied for liquid-liquid separation is used as a fluid motor unit. In this example, the working fluid S is also used.

詳しくは、図３に示すように、第三実施形態の海洋資源揚鉱装置１０は、本体ケーシング１１の上端部に、中空円筒状のモータ部ケーシング２１Ｘが同軸に接続されている。モータ部ケーシング２１Ｘの下端開口は、安定室３７上部の混合物回収口１４ｓに連通している。モータ部ケーシング２１Ｘ内には、第二のシャフトである駆動軸４０ｋが回転自在に支持されている。
モータ部ケーシング２１Ｘ内には、流体モータ部２０Ｃが、駆動軸４０ｋの軸方向の一端側（この例では上下方向上側）に設けられるとともに、ねじポンプ部２０Ｑが、駆動軸４０ｋの他端側（この例では上下方向下側）に設けられている。 Specifically, as shown in FIG. 3, in the marine resource exploration device 10 of the third embodiment, a hollow cylindrical motor portion casing 21X is coaxially connected to the upper end portion of the main body casing 11. The lower end opening of the motor section casing 21X communicates with the mixture recovery port 14s above the stabilizing chamber 37. A drive shaft 40k, which is a second shaft, is rotatably supported in the motor casing 21X.
In the motor casing 21X, a fluid motor unit 20C is provided on one axial side of the drive shaft 40k (upper side in the vertical direction in this example), and a screw pump unit 20Q is provided on the other end side of the drive shaft 40k ( In this example, it is provided on the lower side in the vertical direction.

モータ部ケーシング２１Ｘの途中部分の下部寄りの位置に、駆動軸４０ｋを回転自在に支持するシャフト支持部４５ｋが設けられている。駆動軸４０ｋは、シャフト支持部４５ｋの複数の軸受４３ｋによって回転自在に支持されている。複数の軸受４３ｋの両側それぞれにはシール部が設けられ、シール部により、駆動軸４０ｋの外周面とモータ部ケーシング２１Ｘとの間がシールされている。なお、本実施形態は、駆動軸４０ｋを支持する複数の軸受４３ｋに深溝玉軸受を使用しているが、これに限定されず、種々の軸受を用いることができる（モータ部ケーシング２１Ｘ内の他の軸受について同様）。 A shaft support portion 45k that rotatably supports the drive shaft 40k is provided at a position near the lower part of the middle portion of the motor portion casing 21X. The drive shaft 40k is rotatably supported by a plurality of bearings 43k of the shaft support portion 45k. Sealing portions are provided on both sides of each of the plurality of bearings 43k, and the outer peripheral surface of the drive shaft 40k and the motor portion casing 21X are sealed by the sealing portions. In the present embodiment, deep groove ball bearings are used as the plurality of bearings 43k that support the drive shaft 40k, but the present invention is not limited to this, and various bearings can be used (other than the inside of the motor portion casing 21X). Same for bearings).

モータ部ケーシング２１Ｘの上端部は、作動流体Ｓとして、高圧のエマルションＥｍを導入する導入口２４Ｃとされ、不図示の作動流体導入管が着脱可能に装着される。駆動軸４０ｋには、シャフト支持部４５ｋよりも上部の位置に、連通穴１３の導入口１３ｔが設けられている。連通穴１３の導入口１３ｔは、流体モータ部２０Ｃによる駆動軸４０ｋを駆動後のエマルションＥｍが導入される。 An upper end of the motor casing 21X serves as an inlet 24C for introducing the high-pressure emulsion Em as the working fluid S, and a working fluid introducing pipe (not shown) is detachably attached. The drive shaft 40k is provided with an introduction port 13t for the communication hole 13 at a position above the shaft support portion 45k. The emulsion Em after driving the drive shaft 40k by the fluid motor unit 20C is introduced into the introduction port 13t of the communication hole 13.

連通穴１３は、導入口１３ｔの位置から下方に向け、駆動軸４０ｋの中心を貫通して駆動軸４０ｋの下端面に連通している。さらに、連通穴１３は、駆動軸４０ｋの下端に接続されたシャフト４０の中心に貫通形成されており、シャフト４０の先端に装着される掘削ビット９１の側面に開口する吐出口１３ｓからエマルションＥｍを吐出可能に設けられており、この連通穴１３がエマルション供給管を構成している。 The communication hole 13 extends downward from the position of the introduction port 13t, penetrates the center of the drive shaft 40k, and communicates with the lower end surface of the drive shaft 40k. Further, the communication hole 13 is formed so as to penetrate through the center of the shaft 40 connected to the lower end of the drive shaft 40k, and the emulsion Em is discharged from the discharge port 13s opened on the side surface of the drill bit 91 mounted at the tip of the shaft 40. It is provided so that it can be discharged, and this communication hole 13 constitutes an emulsion supply pipe.

さらに、モータ部ケーシング２１Ｘの途中部分には、混合物Ｍを吐出する吐出口１４ｔが側面に設けられ、この吐出口１４ｔに混合物揚鉱管１４Ｐの基端部が連通して一体に装着されている。混合物揚鉱管１４Ｐは、基端側のエルボ部で上方に曲げられ、直線状の管本体部が、モータ部ケーシング２１Ｘに並行して上方に延びている。 Further, a discharge port 14t for discharging the mixture M is provided on the side surface in the middle of the motor casing 21X, and the base end of the mixture lifting ore pipe 14P communicates with and is integrally attached to the discharge port 14t. .. The mixture lifting ore pipe 14P is bent upward at the elbow portion on the base end side, and the linear pipe main body portion extends upward in parallel with the motor portion casing 21X.

モータ部ケーシング２１Ｘ内の上部には、上記流体モータ部２０Ｃが設けられている。流体モータ部２０Ｃは、モータ部ケーシング２１Ｘ内に、第一アウタロータ５０Ｃと、片持ち構造の第一インナロータ４１Ｃとを有する。第一アウタロータ５０Ｃには、左巻雌ねじ状の螺旋部が内周面に形成されている。 The fluid motor unit 20C is provided in the upper portion of the motor unit casing 21X. The fluid motor unit 20C has a first outer rotor 50C and a first inner rotor 41C having a cantilever structure inside a motor unit casing 21X. A left-handed female screw-shaped spiral portion is formed on the inner peripheral surface of the first outer rotor 50C.

第一インナロータ４１Ｃには、左巻雄ねじ状の螺旋部が外周面に形成されている。第一インナロータ４１Ｃの基端部４１ｋは、モータ部ケーシング２１Ｘ内に直線状に延び、自在継手（ユニバーサルジョイント）を用いることなく駆動軸４０ｋの上端に一体形成され、駆動軸４０ｋとともに一体で回転するようになっている。 A left-handed male screw-shaped spiral portion is formed on the outer peripheral surface of the first inner rotor 41C. The base end portion 41k of the first inner rotor 41C extends linearly in the motor portion casing 21X, is integrally formed on the upper end of the drive shaft 40k without using a universal joint, and rotates integrally with the drive shaft 40k. It is like this.

第一アウタロータ５０Ｃは、金属製で円筒状をなすロータ外筒５１と、ロータ外筒５１内に配置されたゴム製のロータ内筒５２とからなる。第一アウタロータ５０Ｃは、その両端が、軸方向に離隔した複数の軸受５３を介してモータ部ケーシング２１Ｘ内に回転自在に支承されている。複数の軸受５３の軸方向外側それぞれにシール部５４が設けられ、シール部５４により、第一アウタロータ５０Ｃの外周面とモータ部ケーシング２１Ｘとの間がシールされている。 The first outer rotor 50C includes a rotor outer cylinder 51 made of metal and having a cylindrical shape, and a rubber inner rotor cylinder 52 arranged in the rotor outer cylinder 51. Both ends of the first outer rotor 50C are rotatably supported in the motor casing 21X via a plurality of bearings 53 spaced apart in the axial direction. A seal portion 54 is provided on each of the axially outer sides of the plurality of bearings 53, and the outer peripheral surface of the first outer rotor 50C and the motor portion casing 21X are sealed by the seal portion 54.

第三実施形態の流体モータ部２０Ｃでは、第一インナロータ４１Ｃの螺旋部は、左巻き２条雄ねじになっており、第一アウタロータ５０Ｃの内周面の螺旋部の形状は、１２０度間隔の頂点を有する横断面が３角リング形状の左巻き３条雌ねじになっている。
そして、第一インナロータ４１Ｃの外周面の螺旋部が、雌ねじ状の内面を形成した第一アウタロータ５０Ｃに内装され、第一アウタロータ５０Ｃの軸線と第一インナロータ４１Ｃの軸線とは、相互の軸心が所定の偏心量（軸心間距離）だけ離れた平行な２軸でそれぞれ回転可能に支承され、第一アウタロータ５０Ｃが、第一インナロータ４１Ｃの回転に応じて連れ回りするようになっている。 In the fluid motor unit 20C of the third embodiment, the spiral portion of the first inner rotor 41C is a left-handed double-threaded male screw, and the shape of the spiral portion on the inner peripheral surface of the first outer rotor 50C has apex at 120-degree intervals. The cross section has a left-handed triple-threaded female thread with a triangular ring shape.
Then, the spiral portion of the outer peripheral surface of the first inner rotor 41C is internally provided in the first outer rotor 50C having a female screw-shaped inner surface, and the axes of the first outer rotor 50C and the first inner rotor 41C have mutual axes. The first outer rotor 50C is rotatably supported by two parallel axes that are separated by a predetermined eccentric amount (distance between shaft centers), and the first outer rotor 50C rotates together with the rotation of the first inner rotor 41C.

詳しくは、流体モータ部２０Ｃの各ロータ４１Ｃ、５０Ｃの螺旋部は、基本距離をＥ（偏心量）としたときに、長径５Ｅ、短径３Ｅの楕円Ｄ２を第一インナロータ４１Ｃとして、当該第一インナロータ４１Ｃの長軸方向に軸心Ｏ１から距離Ｅだけ離れた点を軸心Ｏ２とし、軸心Ｏ１を中心として楕円Ｄ２を角度ωだけ回転させた楕円Ｄ２ｎを、軸心Ｏ２を中心に角度２／３ω逆転させた時の楕円Ｄ２ｍの集積輪郭Ｄ３を第一アウタロータ５０Ｃの輪郭とするように形成される。 Specifically, the spiral portion of each of the rotors 41C and 50C of the fluid motor unit 20C has an ellipse D2 having a major axis of 5E and a minor axis of 3E as the first inner rotor 41C when the basic distance is E (amount of eccentricity). A point distant from the axial center O1 by a distance E in the major axis direction of the inner rotor 41C is defined as an axial center O2, and an ellipse D2n obtained by rotating the ellipse D2 about the axial center O1 by an angle .omega. /3ω is formed such that the integrated contour D3 of the ellipse D2m when reversed is the contour of the first outer rotor 50C.

また、各ロータ４１Ｃ、５０Ｃの螺旋部は、輪郭Ｄ３を第一インナロータ４１Ｃの輪郭とし、当該第一インナロータ４１Ｃの頂点から底辺への軸方向に軸心Ｏ２から距離Ｅだけ離れた点を軸心Ｏ３とし、軸心Ｏ２を中心として輪郭Ｄ３を角度ωだけ回転させた輪郭Ｄ３ｎを、軸心Ｏ３を中心に角度３／４ω逆転させた時の輪郭Ｄ３ｍの集積輪郭Ｄ４を第一アウタロータ５０Ｃの輪郭とするように形成される。 In addition, the spiral portion of each of the rotors 41C and 50C has the contour D3 as the contour of the first inner rotor 41C, and the axial center is a point distant from the axial center O2 by a distance E from the vertex to the bottom of the first inner rotor 41C. The contour D3n obtained by rotating the contour D3 about the axis O2 by the angle ω and the integrated contour D4 of the contour D3m obtained by reversing the angle 3/4ω about the axis O3 are the contours of the first outer rotor 50C. And is formed.

さらに、各ロータ４１Ｃ、５０Ｃの螺旋部は、輪郭Ｄ４を第一インナロータ４１Ｃの輪郭とし、当該第一インナロータ４１Ｃの頂点から対向する頂点方向に軸心Ｏ３から距離Ｅだけ離れた点を軸心Ｏ４とし、輪郭Ｄ４を軸心Ｏ３を中心として角度ωだけ回転させた輪郭Ｄ４ｎを、軸心Ｏ４を中心に角度４／５ω逆転させた時の輪郭Ｄ４ｍの集積輪郭Ｄ５を第一アウタロータ５０Ｃの輪郭とするように形成される。 Further, in the spiral portion of each of the rotors 41C and 50C, the contour D4 is defined as the contour of the first inner rotor 41C, and a point away from the axis O3 by a distance E in the opposite vertex direction from the vertex of the first inner rotor 41C is the axis O4. The contour D4n obtained by rotating the contour D4 about the axis O3 by an angle ω and the integrated contour D5 of the contour D4m obtained by reversing the angle D/4ω about the axis O4 with the contour of the first outer rotor 50C. Is formed.

以上の要領にて、各ロータ４１Ｃ、５０Ｃの螺旋部は、集積輪郭Ｄ５から先も同様に、輪郭ＤＮを第一インナロータ４１Ｃの輪郭とし、当該第一インナロータ４１Ｃの頂点から対向する頂点もしくは底辺方向に軸心ＯＮから距離Ｅだけ離れた点を軸心ＯＭとし、輪郭ＤＮを軸心ＯＮを中心として角度ωだけ回転させた輪郭ＤＮｎを、軸心ＯＭを中心に角度Ｎ／（Ｎ＋１）ω逆転させた時の輪郭ＤＮｍの集積輪郭Ｄ（Ｎ＋１）を第一アウタロータ５０Ｃの輪郭とするように形成される。 In the above manner, the spiral portion of each of the rotors 41C and 50C has the contour DN as the contour of the first inner rotor 41C in the same manner from the integrated contour D5 to the opposite vertex or bottom direction from the vertex of the first inner rotor 41C. A point distant from the axis center ON by a distance E as an axis center OM, and a contour DNn obtained by rotating the contour DN by an angle ω about the axis center ON is rotated by an angle N/(N+1)ω around the axis OM. It is formed so that the integrated contour D(N+1) of the contour DNm when the contour is made is the contour of the first outer rotor 50C.

そして、当該輪郭Ｄ（Ｎ＋１）の第一アウタロータ５０Ｃの軸心ＯＭを回転中心とする軸線ＣＬ２として回転可能に支承すると共に、第一アウタロータ５０Ｃの軸心ＯＭから距離Ｅだけ離れたＯＮを輪郭ＤＮの第一インナロータ４１Ｃの回転中心とする軸線ＣＬ１とし、当該第一インナロータ４１Ｃのピッチを第一アウタロータ５０ＣのピッチのＮ／（Ｎ＋１）に設定し、この時のＮが２以上（但しＮは自然数）の集積輪郭の左雄ねじを第一インナロータ４１Ｃとし、Ｎ＋１が３以上の集積輪郭の左雌ねじを第一アウタロータ５０Ｃとして流体モータ部２０Ｃを構成している。 Then, while rotatably supporting the contour D(N+1) of the first outer rotor 50C as the axis CL2 about the axis OM of the first outer rotor 50C as the rotation center, the contour ON is a distance E from the axis OM of the first outer rotor 50C. The axis CL1 of the first inner rotor 41C is set to the rotation center of the first inner rotor 41C, and the pitch of the first inner rotor 41C is set to N/(N+1) of the pitch of the first outer rotor 50C, where N is 2 or more (where N is a natural number). The left motor screw having the integrated contour of (1) is used as the first inner rotor 41C, and the left female screw having the integrated contour where N+1 is 3 or more is used as the first outer rotor 50C to configure the fluid motor unit 20C.

第一アウタロータ５０Ｃ内に第一インナロータ４１Ｃの螺旋部が差し込まれると、相互の隙間には、駆動に応じて独立した密閉空間とされるキャビティが、軸方向の複数個所に画成される。なお、本実施形態で流体モータ部２０Ｃのキャビティが機能する必要最低限長さは、第一インナロータ４１Ｃが５４０°回転する長さである。その理由は、第一アウタロータ５０Ｃの入口から出口までを第一インナロータ４１Ｃとのシールラインでつなぐために５４０°回転する長さが最低限必要だからである。 When the spiral portion of the first inner rotor 41C is inserted into the first outer rotor 50C, cavities that are independent closed spaces according to driving are defined in a plurality of axial positions in the mutual gaps. The minimum required length for the cavity of the fluid motor unit 20C to function in the present embodiment is the length at which the first inner rotor 41C rotates 540°. The reason is that a minimum length of 540° rotation is required to connect the inlet and outlet of the first outer rotor 50C with the seal line with the first inner rotor 41C.

一方、モータ部ケーシング２１Ｘ内の下部には、上記ねじポンプ部２０Ｑが設けられている。ねじポンプ部２０Ｑは、モータ部ケーシング２１Ｘ内に、右巻き雄ねじ状の螺旋部が外周面に形成された片持ち構造の第二インナロータ４１Ｑと、右巻き雌ねじ状の螺旋部が内周面に形成された第二アウタロータ５０Ｑとを有する。第二インナロータ４１Ｑの基端部４１ｕは、モータ部ケーシング２１Ｘ内に直線状に延び、自在継手（ユニバーサルジョイント）を用いることなく駆動軸４０ｋの下端に一体形成され、駆動軸４０ｋとともに一体で回転するようになっている。 On the other hand, the screw pump portion 20Q is provided in the lower portion of the motor casing 21X. The screw pump portion 20Q includes a second inner rotor 41Q having a cantilever structure in which a right-handed male screw-shaped spiral portion is formed on an outer peripheral surface in a motor portion casing 21X, and a right-handed female screw-shaped spiral portion is formed on an inner peripheral surface. Second outer rotor 50Q. The base end portion 41u of the second inner rotor 41Q extends linearly in the motor casing 21X, is integrally formed at the lower end of the drive shaft 40k without using a universal joint, and rotates integrally with the drive shaft 40k. It is like this.

第二アウタロータ５０Ｑは、金属製で円筒状をなすロータ外筒６１と、ロータ外筒６１内に配置されたゴム製のロータ内筒６２とからなる。第二アウタロータ５０Ｑは、その両端が、軸方向に離隔した複数の軸受６３を介してモータ部ケーシング２１Ｘ内に回転自在に支承されている。複数の軸受６３の軸方向外側それぞれにシール部６４が設けられ、シール部６４により、第二アウタロータ５０Ｑの外周面とモータ部ケーシング２１Ｘとの間がシールされている。 The second outer rotor 50Q includes a rotor outer cylinder 61 made of metal and having a cylindrical shape, and a rotor inner cylinder 62 made of rubber arranged in the rotor outer cylinder 61. Both ends of the second outer rotor 50Q are rotatably supported in the motor casing 21X via a plurality of bearings 63 spaced apart in the axial direction. A seal portion 64 is provided on each of the axially outer sides of the plurality of bearings 63, and the outer peripheral surface of the second outer rotor 50Q and the motor portion casing 21X are sealed by the seal portion 64.

第三実施形態では、第二インナロータ４１Ｑの下端部は、混合物回収口１４ｓを通して安定室３７内まで延設されており、安定室３７内上部の位置でシャフト４０の上端部に連結され、一体で回転するようになっている。第二インナロータ４１Ｑとシャフト４０との連結部の近傍の位置には、内周面に水中軸受７１Ｂが装着された軸受支持筒７２Ｂが設けられ、この水中軸受７１Ｂによって、シャフト４０の基端側が回転自在に支持されている。
さらに、上下の撹拌翼８１、８２間に、内周面に水中軸受７１Ａが装着された軸受支持筒７２Ａが設けられ、この水中軸受７１Ａによって、シャフト４０の先端側が回転自在に支持されている。なお、軸受支持筒７２Ａ、７２Ｂは、軸方向に沿って貫通する複数の貫通孔が周方向に離隔して形成され、平面視が略レンコン状をなしている。 In the third embodiment, the lower end portion of the second inner rotor 41Q is extended to the inside of the stable chamber 37 through the mixture recovery port 14s, and is connected to the upper end portion of the shaft 40 at the upper position in the stable chamber 37 and integrally formed. It is designed to rotate. A bearing support cylinder 72B having an underwater bearing 71B mounted on an inner peripheral surface thereof is provided at a position near a connecting portion between the second inner rotor 41Q and the shaft 40. The underwater bearing 71B rotates the base end side of the shaft 40. It is supported freely.
Further, a bearing support cylinder 72A having an underwater bearing 71A mounted on the inner peripheral surface is provided between the upper and lower stirring blades 81, 82, and the tip end side of the shaft 40 is rotatably supported by the underwater bearing 71A. The bearing support cylinders 72A and 72B have a plurality of through holes penetrating along the axial direction and are formed so as to be spaced apart from each other in the circumferential direction, and have a substantially lotus root shape in plan view.

本実施形態では、第二インナロータ４１Ｑは、螺旋部の外周面に右巻き２条雄ねじを有し、第二アウタロータ５０Ｑは、その内周面に右巻き３条雌ねじの螺旋部を有する。なお、ねじポンプ部２０Ｑの各ロータ４１Ｑ、５０Ｑの螺旋部の詳細は、上述した流体モータ部２０Ｃとは、螺旋部の巻方向が逆方向（つまり、右巻き）である以外は、流体モータ部２０Ｃと同様に構成されているため、詳細な説明を省略する。 In the present embodiment, the second inner rotor 41Q has a right-handed two-thread male thread on the outer peripheral surface of the spiral portion, and the second outer rotor 50Q has a right-handed three-thread female screw spiral portion on the inner peripheral surface thereof. The details of the spiral portions of the rotors 41Q and 50Q of the screw pump portion 20Q are the same as those of the fluid motor portion 20C described above except that the spiral portion is wound in the opposite direction (that is, right winding). Since the configuration is similar to that of 20C, detailed description will be omitted.

上記構成により、第二インナロータ４１Ｑの外周面の螺旋部が、雌ねじ状の内面を形成した第二アウタロータ５０Ｑの螺旋部に内装され、第二アウタロータ５０Ｑの軸線と第二インナロータ４１Ｑの軸線とは、相互の軸心が所定の偏心量（軸心間距離）だけ離れた平行な２軸でそれぞれ回転可能に支承され、第二アウタロータ５０Ｑが、第二インナロータ４１Ｑの回転に応じて連れ回りする。さらに、第二インナロータ４１Ｑの回転と共に、第二インナロータ４１Ｑの下端に連結されたシャフト４０も一体で回転駆動するようになっている。 With the above-described configuration, the spiral portion of the outer peripheral surface of the second inner rotor 41Q is housed in the spiral portion of the second outer rotor 50Q forming the internal surface of the female screw, and the axis of the second outer rotor 50Q and the axis of the second inner rotor 41Q are The two outer rotors 50Q are rotatably supported by two parallel shafts whose mutual axial centers are separated by a predetermined eccentric amount (axial center distance), and the second outer rotor 50Q rotates together with the rotation of the second inner rotor 41Q. Further, as the second inner rotor 41Q rotates, the shaft 40 connected to the lower end of the second inner rotor 41Q also rotates integrally.

次に、第三実施形態の海洋資源揚鉱装置１０の動作について説明する。
上記のように構成された第三実施形態の海洋資源揚鉱装置１０において、流体モータ部２０Ｃに対し、上部の導入口２４Ｃから作動流体Ｓとして高圧のエマルションＥｍが供給されると、高圧のエマルションＥｍが第一インナロータ４１Ｃと第一アウタロータ５０Ｃとの対向空間に画成された複数のキャビティに順次に導入される。 Next, the operation of the marine resource lifting apparatus 10 according to the third embodiment will be described.
In the marine resource lifting apparatus 10 of the third embodiment configured as described above, when the high-pressure emulsion Em is supplied as the working fluid S from the upper inlet 24C to the fluid motor unit 20C, the high-pressure emulsion is obtained. Em is sequentially introduced into a plurality of cavities defined in the facing space between the first inner rotor 41C and the first outer rotor 50C.

これにより、流体モータ部２０Ｃは、キャビティに作用する高圧のエマルションＥｍの導入圧により、第一インナロータ４１Ｃが回転し、第一インナロータ４１Ｃの動きに伴って第一アウタロータ５０Ｃも第一インナロータ４１Ｃの回転と同期して従動回転する。
これにより、流体モータ部２０Ｃにおいて、エマルションＥｍの導入圧が駆動軸４０ｋの回転駆動力に変換される。さらに、エマルションＥｍは、エマルション供給管として機能する連通穴１３の導入口１３ｔに導入され、駆動軸４０ｋの中心からシャフト４０の中心に沿って軸方向に形成された連通穴１３を通り、掘削ビット９１の側面に開口する吐出口１３ｓへと送出される。 As a result, in the fluid motor unit 20C, the first inner rotor 41C rotates due to the introduction pressure of the high-pressure emulsion Em acting on the cavity, and the first outer rotor 50C and the first inner rotor 41C rotate as the first inner rotor 41C moves. It rotates in synchronization with.
As a result, the introduction pressure of the emulsion Em is converted into the rotational driving force of the drive shaft 40k in the fluid motor unit 20C. Further, the emulsion Em is introduced into the introduction port 13t of the communication hole 13 that functions as an emulsion supply pipe, passes through the communication hole 13 formed in the axial direction from the center of the drive shaft 40k along the center of the shaft 40, and then the drill bit. It is delivered to the discharge port 13s opened on the side surface of 91.

そして、流体モータ部２０Ｃで第一インナロータ４１Ｃが回転駆動すると、ねじポンプ部２０Ｑでは、１本の駆動軸４０ｋに同軸に設けられた第二インナロータ４１Ｑが回転し、その動きに伴って第二アウタロータ５０Ｑも第二インナロータ４１Ｑの回転と同期して従動回転する。
ここで、ねじポンプ部２０Ｑは、流体モータ部２０Ｃとは逆ねじになっているので、第二アウタロータ５０Ｑと第二インナロータ４１Ｑとの接線で吸込側と吐出側を遮断するシールラインが吸込側から吐出側に連続的に移動することで、安定室３７内の混合物Ｍを、下方の混合物回収口１４ｓから上方の吐出口１４ｔに向けて圧送することができる。 Then, when the first inner rotor 41C is rotationally driven by the fluid motor unit 20C, the second inner rotor 41Q coaxially provided on the single drive shaft 40k rotates in the screw pump unit 20Q, and the second outer rotor 41Q rotates with the movement. 50Q also rotates in synchronization with the rotation of the second inner rotor 41Q.
Here, since the screw pump portion 20Q has a reverse thread to the fluid motor portion 20C, a seal line that cuts off the suction side and the discharge side at the tangent line between the second outer rotor 50Q and the second inner rotor 41Q is from the suction side. By continuously moving to the discharge side, the mixture M in the stable chamber 37 can be pressure-fed from the lower mixture recovery port 14s toward the upper discharge port 14t.

よって、第三実施形態のような構成であれば、上記第一実施形態同様の作用機序により、アパタイトを吸着したエマルションである混合物Ｍを、海水Ｗとの比重差に基づく自身の浮上力によって洋上まで浮上可能とするとともに、その浮上力に加え、ねじポンプ部２０Ｑによる揚液力で浮上を補助することができる。 Therefore, in the case of the configuration of the third embodiment, the mixture M, which is an emulsion in which apatite is adsorbed, has a levitation force based on a difference in specific gravity between the water M and the seawater W, by the action mechanism similar to that of the first embodiment. It is possible to levitate to the sea, and in addition to its levitating force, the levitating force by the screw pump portion 20Q can assist the levitating.

ここで、従来のポンプリフト方式では、機器の信頼性、特に高圧水深化での水中モータの軸シールの耐久性が問題とされる。これに対し、第三実施形態の海洋資源揚鉱装置１０は、モータ部ケーシング２１Ｘ内に流体モータ部２０Ｃで駆動するねじポンプ部２０Ｑを備え、１本の駆動軸４０ｋの軸方向一端のねじポンプを流体モータとして使用し、その出力軸をユニバーサルジョイントを介することなく、１本の駆動軸４０ｋの他端のねじポンプを駆動できる。 Here, in the conventional pump lift system, the reliability of the equipment, especially the durability of the shaft seal of the submersible motor under high pressure water depth is a problem. On the other hand, the marine resource lifting apparatus 10 of the third embodiment includes the screw pump section 20Q driven by the fluid motor section 20C in the motor section casing 21X, and the screw pump at one axial end of the single drive shaft 40k. Can be used as a fluid motor, and the screw pump at the other end of one drive shaft 40k can be driven without the output shaft passing through a universal joint.

つまり、従来のポンプリフト方式では、ポンプシャフトの駆動に水中モータが採用されてきたところ、第三実施形態の海洋資源揚鉱装置１０によれば、ポンプシャフトの駆動に用いる流体モータ部２０Ｃとして、第一インナロータ４１Ｃの軸心から所定距離離れた並列軸を中心に、雌ねじ状の第一アウタロータ５０Ｃを回転自在に支承するとともに、ねじポンプ部２０Ｑも同様に、第二インナロータ４１Ｑの軸心から所定距離離れた並列軸を中心に、雌ねじ状の第二アウタロータ５０Ｑを回転自在に支承したので、流体モータ部２０Ｃとねじポンプ部２０Ｑのいずれも、インナロータおよびアウタロータが共に回転する構造なので、駆動軸４０ｋへの回転力伝達に、大きなスペースを必要とするユニバーサルジョイントを用いることなく、省スペース化を実現し、流体モータの駆動力を効率良くねじポンプに伝えることができる。 That is, in the conventional pump lift system, when the submersible motor has been used to drive the pump shaft, according to the marine resource lifting apparatus 10 of the third embodiment, as the fluid motor unit 20C used to drive the pump shaft, While the female screw-shaped first outer rotor 50C is rotatably supported about the parallel shafts that are separated from the axial center of the first inner rotor 41C by a predetermined distance, the screw pump portion 20Q is also predetermined from the axial center of the second inner rotor 41Q. Since the female screw-shaped second outer rotor 50Q is rotatably supported about the parallel shafts spaced apart from each other, both the fluid motor unit 20C and the screw pump unit 20Q have a structure in which the inner rotor and the outer rotor rotate together. It is possible to realize space saving and efficiently transmit the driving force of the fluid motor to the screw pump without using a universal joint that requires a large space for transmitting the rotational force to the screw pump.

また、軸受４３で回転自在に支承されたシャフト４０の一端に左巻き雄ねじの第一インナロータ４１を構成し、シャフト４０の他端に右巻き雄ねじの第二インナロータ４２を構成することで、流体モータ部２０Ｃとねじポンプ部２０Ｑとが一体化されたシンプルな構造により、深海の過酷な条件下でもレアアース泥を含む混合物Ｍを揚鉱可能な信頼性の高い海洋資源揚鉱装置を構成できる。また、本実施形態の海洋資源揚鉱装置１０は、エアリフト方式と比較して、エネルギー効率が極めて高く、ランニングコストの削減が可能となる。 Further, a left-handed male screw first inner rotor 41 is formed at one end of a shaft 40 rotatably supported by a bearing 43, and a right-handed male screw second inner rotor 42 is formed at the other end of the shaft 40. With a simple structure in which 20C and the screw pump unit 20Q are integrated, it is possible to construct a highly reliable offshore resource exploration device capable of excavating the mixture M containing rare earth mud even under severe conditions in the deep sea. Further, the marine resource lifting apparatus 10 of the present embodiment has extremely high energy efficiency as compared with the air lift method, and can reduce running costs.

特に、第三実施形態の海洋資源揚鉱装置１０は、駆動軸４０ｋの下端にシャフト４０の上端を連結して、シャフト４０をも同時に駆動するので、流体モータ部２０Ｃとねじポンプ部２０Ｑとに加え、掘削部９０と撹拌部８０をも同時に駆動できる。よって、一体化されたシンプルな構造により、深海の過酷な条件下でも混合物Ｍを揚鉱可能な信頼性の高い海洋資源揚鉱装置を構成する上で極めて優れている。 Particularly, in the marine resource lifting apparatus 10 of the third embodiment, the lower end of the drive shaft 40k is connected to the upper end of the shaft 40 to drive the shaft 40 at the same time, so that the fluid motor unit 20C and the screw pump unit 20Q are connected to each other. In addition, the excavation section 90 and the stirring section 80 can be driven simultaneously. Therefore, the integrated simple structure is extremely excellent in constructing a highly reliable marine resource exploration device capable of excavating the mixture M even under severe conditions in the deep sea.

また、第三実施形態の海洋資源揚鉱装置１０は、流体モータ部２０Ｃとねじポンプ部２０Ｑのいずれも、アウタロータが内周面に３条雌ねじを有するとともに、インナロータが外周面に２条雄ねじを有するねじポンプなので、インナロータを、自身軸線に対して偏心の無い楕円形状とし、インナロータとアウタロータを２頂点以上のインナロータと３頂点以上のアウタロータとすることで、インナロータからアウタロータへの回転力の伝達が確実となり、アウタロータのスムーズな従属回転が可能となり、安定した運転を確保する上で優れている。 Further, in the marine resource lifting apparatus 10 of the third embodiment, in both the fluid motor unit 20C and the screw pump unit 20Q, the outer rotor has three female threads on the inner peripheral surface and the inner rotor has two male threads on the outer peripheral surface. Since it is a screw pump, the inner rotor has an elliptical shape with no eccentricity with respect to its own axis, and the inner rotor and the outer rotor have an inner rotor with two or more vertices and an outer rotor with three or more vertices, so that the rotational force is transmitted from the inner rotor to the outer rotor. This ensures a reliable, smooth subordinate rotation of the outer rotor, which is excellent for ensuring stable operation.

特に、例えば、上記特許文献１記載の技術のように、ターボ形のポンプの場合、高揚程を確保するにはインペラ径を大きくする必要があり、外径１０００ｍｍの１枚の羽根で、達成される揚程は７０ｍ（清水圧７ｋｇｆ／ｃｍ２）程度ある。したがって、より高揚程化を図るには、インペラの多段化を図る必要があるものの、その場合、機器はかなり大型かつ複雑な形状となる。
これに対し、第三実施形態の海洋資源揚鉱装置１０では、機器外径は変えずにステージ数（アウタロータの１ピッチが１ステージ）を増やすことで、シンプルな形状のまま高圧化が達成できる。第三実施形態の海洋資源揚鉱装置１０では、１台当り１００ｋｇｆ／ｃｍ２（揚程１０００ｍ）以上の吐出圧力の達成可能である。 In particular, for example, in the case of a turbo-type pump as in the technique described in Patent Document 1 described above, it is necessary to increase the impeller diameter in order to secure a high lift, which is achieved by one blade having an outer diameter of 1000 mm. The pumping head is about 70 m (fresh water pressure 7 kgf/cm 2 ). Therefore, in order to achieve a higher lift, it is necessary to increase the number of stages of the impeller, but in that case, the equipment becomes considerably large and complicated.
On the other hand, in the offshore resource exploration apparatus 10 of the third embodiment, by increasing the number of stages (1 pitch of the outer rotor is 1 stage) without changing the outer diameter of the equipment, high pressure can be achieved with a simple shape. .. In the marine resource lifting device 10 of the third embodiment, a discharge pressure of 100 kgf/cm 2 (lifting 1000 m) or more can be achieved per unit.

さらに、特許文献１に記載のようなターボ形のポンプの場合、定量性に劣り、流れに脈動があるため、直列運転時の各号機間の運転バランスが難しい。また、流量バランスが崩れた場合、インペラ内部やケーシング内部の流れが複雑なため、部分的な負圧が発生して、機器の破損に至る可能性がある。これに対し、第三実施形態の海洋資源揚鉱装置１０であれば、ねじポンプが定量性に優れ、脈動が極めて小さい定常流のため、安定した運転が可能である。 Further, in the case of the turbo type pump as described in Patent Document 1, the quantitative balance is poor and the flow has pulsation, so that it is difficult to balance the operation between the units during series operation. In addition, if the flow rate balance is lost, the flow inside the impeller or the casing is complicated, and partial negative pressure may occur, possibly resulting in damage to the equipment. On the other hand, in the offshore resource pumping apparatus 10 of the third embodiment, the screw pump is excellent in quantitativeness and the steady flow with extremely small pulsation allows stable operation.

また、例えば、特許文献２記載の斜流形インペラのポンプの場合、得られる揚程はターボ形ポンプよりもさらに小さく、インペラ一枚当たり得られる揚程は３０ｍ以下である。これに対し、第三実施形態の海洋資源揚鉱装置１０であれば、１台あたり１００ｋｇｆ／ｃｍ２（清水揚程１０００ｍ）以上の能力があるため、深海からの揚鉱の場合、圧倒的に少ない台数での揚液が可能である。 Further, for example, in the case of the mixed flow type impeller pump described in Patent Document 2, the obtained head is even smaller than that of the turbo type pump, and the head obtained per impeller is 30 m or less. On the other hand, the offshore resource pumping apparatus 10 according to the third embodiment has a capacity of 100 kgf/cm 2 (fresh water pumping height of 1000 m) or more per unit, and therefore is extremely small in the case of pumping from the deep sea. It is possible to pump up in multiple units.

また、特許文献２に記載されるタービン・ポンプセットは、ポンプインペラの外周にタービンが配置されているので、必然的に外径が大きくなる構造である。これに対し、第三実施形態の海洋資源揚鉱装置１０では、機器外径は変えずに、ステージ数（アウタロータの１ピッチが１ステージ）を増やすことで吐出圧力を高めることができる。そのため、小径形状のままで高圧化を達成できる。 Further, the turbine-pump set described in Patent Document 2 has a structure in which the turbine is arranged on the outer periphery of the pump impeller, and therefore the outer diameter is necessarily increased. On the other hand, in the marine resource lifting apparatus 10 of the third embodiment, the discharge pressure can be increased by increasing the number of stages (one pitch of the outer rotor is one stage) without changing the outer diameter of the equipment. Therefore, high pressure can be achieved with the small diameter shape.

なお、上記第三実施形態では、流体モータ部２０Ｃおよびねじポンプ部２０Ｑの一例として、内周面に３条雌ねじを有するアウタロータと、外周面に２条雄ねじを有するインナロータとを備え、インナロータとともにアウタロータが２／３の回転角度で連れ回り駆動可能な例に説明したが、これに限定されない。 In the third embodiment described above, as an example of the fluid motor unit 20C and the screw pump unit 20Q, an outer rotor having three female threads on the inner peripheral surface and an inner rotor having two male threads on the outer peripheral surface are provided. Has been described as an example in which it can be driven together with a rotation angle of 2/3, but the invention is not limited to this.

つまり、第三実施形態に例示する海洋資源揚鉱装置は、インナロータとともにアウタロータが連れ回り駆動可能な流体モータ部２０Ｃおよびねじポンプ部２０Ｑであれば、内周面に（Ｎ＋１）条雌ねじを有するアウタロータと、外周面にＮ条雄ねじを有するインナロータとを備え、インナロータとともにアウタロータがＮ／（Ｎ＋１）の回転角度で連れ回り駆動可能な構造（但し、Ｎは、１以上の自然数である。）を採用できる。 That is, in the offshore resource exploration device illustrated in the third embodiment, the outer rotor having the (N+1) female thread on the inner peripheral surface is the fluid motor unit 20C and the screw pump unit 20Q that can be driven together with the inner rotor. And an inner rotor having an N-thread male screw on the outer peripheral surface, and a structure in which the outer rotor can be driven together with the inner rotor at a rotation angle of N/(N+1) (where N is a natural number of 1 or more). it can.

具体的には、流体モータ部２０Ｃおよびねじポンプ部２０Ｑの構成を、例えば、ケーシングと、ケーシング内に回転可能に支持されるとともに内周面に２条雌ねじを有するアウタロータと、アウタロータ内に挿入されるとともに回転可能に支持されて外周面に１条雄ねじを有するインナロータとを備え、インナロータとともにアウタロータが１／２の回転角度で連れ回り駆動する構成としてもよい。 Specifically, the configuration of the fluid motor unit 20C and the screw pump unit 20Q is, for example, a casing, an outer rotor rotatably supported in the casing and having two female threads on the inner peripheral surface, and inserted in the outer rotor. In addition, an inner rotor having a single-thread male screw on the outer peripheral surface and being rotatably supported may be provided, and the outer rotor may be driven together with the inner rotor at a rotation angle of 1/2.

１ 流体モータ駆動揚鉱ポンプ
１０ 海洋資源揚鉱装置
１１ 本体ケーシング
１２ インロー嵌合部
１３ エマルション供給管（エマルション供給部）
１４ 混合物揚鉱管（混合物回収部）
２０ 流体モータ部
２１ モータ部ケーシング
２３ 作動流体導入管
２４ 導入口
２６ 導出口
３６ 吸込口
３７ 安定室
４０ シャフト
４１ ロータ
４３ 軸受
４５ シャフト支持部
４８ 自在継手（ユニバーサルジョイント）
５０ ステータ
５１ ステータ外筒
５２ ステータ内筒
７０ 撹拌室
７１ 水中軸受
７２ 軸受支持筒
８０ 撹拌部
８１ 第一撹拌翼（撹拌翼）
８２ 第二撹拌翼（撹拌翼）
９０ 掘削部（レアアース泥供給部）
９１ 掘削ビット
Ｓ 作動流体
Ｅｍ エマルション
Ｍ 混合物（移送流体：アパタイト吸着エマルション）
Ｒ レアアース泥
Ｗ 海水 1 Fluid Motor Driven Lifting Pump 10 Ocean Resource Lifting Equipment 11 Main Body Casing 12 Inlay Fitting 13 Emulsion Supply Pipe (Emulsion Supply)
14 Mixing ore pipe (mixture collecting part)
20 Fluid Motor Section 21 Motor Section Casing 23 Working Fluid Inlet Tube 24 Inlet Port 26 Outlet Port 36 Suction Port 37 Stable Chamber 40 Shaft 41 Rotor 43 Bearing 45 Shaft Support 48 Universal Joint (Universal Joint)
50 Stator 51 Stator Outer Cylinder 52 Stator Inner Cylinder 70 Stirring Chamber 71 Underwater Bearing 72 Bearing Support Cylinder 80 Stirring Part 81 First Stirring Blade (Stirring Blade)
82 Second stirring blade (stirring blade)
90 Excavation section (rare earth mud supply section)
91 Drilling Bit S Working Fluid Em Emulsion M Mixture (Transfer Fluid: Apatite Adsorption Emulsion)
R Rare earth mud W Seawater

Claims (7)

海水が満たされる撹拌室と、
前記撹拌室内に配置された撹拌翼を有する撹拌部と、
前記撹拌室にレアアース泥を供給するレアアース泥供給部と、
前記撹拌室内に海水よりも比重が軽いエマルションを供給するエマルション供給部と、
前記エマルションと前記レアアース泥とが結合されて海水よりも比重が軽い混合物を前記撹拌室から回収する混合物回収部と、
を備えることを特徴とする海洋資源揚鉱装置。 A stirring chamber filled with seawater,
A stirring unit having a stirring blade disposed in the stirring chamber,
A rare earth mud supply unit for supplying rare earth mud to the stirring chamber,
An emulsion supply unit that supplies an emulsion having a specific gravity lower than that of seawater into the stirring chamber,
A mixture recovery unit for recovering from the stirring chamber a mixture in which the emulsion and the rare earth mud are combined to have a specific gravity smaller than seawater.
An offshore resource exploration device comprising: ケーシングと、
前記ケーシング内に設けられて下部に開口を有する撹拌室と、
前記撹拌室内に配置された撹拌翼を有する撹拌部と、
前記撹拌室の開口に臨むように設けられてレアアース泥を掘削しつつ前記撹拌室内に導く掘削部と、
前記撹拌室に海水よりも比重が軽いエマルションを供給するエマルション供給部と、
前記エマルションと前記レアアース泥とが結合されて海水よりも比重が軽い混合物を前記撹拌室から回収する混合物回収部と、
を備えることを特徴とする海洋資源揚鉱装置。 A casing,
A stirring chamber provided in the casing and having an opening at the bottom,
A stirring unit having a stirring blade disposed in the stirring chamber,
An excavation unit that is provided so as to face the opening of the stirring chamber and guides the rare earth mud into the stirring chamber while excavating the rare earth mud
An emulsion supply unit that supplies an emulsion having a specific gravity lower than that of seawater to the stirring chamber,
A mixture recovery unit for recovering from the stirring chamber a mixture in which the emulsion and the rare earth mud are combined to have a specific gravity smaller than seawater.
An offshore resource exploration device comprising: 前記エマルション供給部および前記混合物回収部の相互は、
前記エマルション供給部が、前記撹拌室の低い位置に前記エマルションを供給し、
前記混合物回収部が、前記撹拌室の高い位置から前記混合物を回収する請求項１または２に記載の海洋資源揚鉱装置。 The emulsion supply unit and the mixture recovery unit are mutually
The emulsion supply unit supplies the emulsion to a lower position of the stirring chamber,
The offshore resource exploration device according to claim 1 or 2, wherein the mixture recovery unit recovers the mixture from a higher position of the stirring chamber. ケーシングと、
前記ケーシング内に回転自在に支承されたシャフトと、
前記ケーシング内に画成されて長手方向一方側の端部に開口する撹拌室と、
前記撹拌室内に前記シャフトの途中部分と一体に設けられた撹拌翼と、
前記撹拌室内に前記開口に臨むように設けられて前記シャフトの端部に基端部が接続された掘削ビットと、
前記ケーシング内の長手方向他方側に設けられて前記ケーシングに導入された作動流体により前記シャフトを回転駆動する流体モータ部と、
前記ケーシング内の前記撹拌室と前記流体モータ部との間に設けられて前記流体モータ部による前記シャフトの回転駆動力により前記撹拌室内から移送流体を吸引するポンプ部と、
を備えることを特徴とする海洋資源揚鉱装置。 A casing,
A shaft rotatably supported in the casing,
A stirring chamber defined in the casing and opened at one end in the longitudinal direction,
A stirring blade integrally provided with the middle part of the shaft in the stirring chamber,
A drill bit provided in the stirring chamber so as to face the opening and having a base end connected to an end of the shaft,
A fluid motor unit provided on the other side in the longitudinal direction within the casing to drive the shaft to rotate by the working fluid introduced into the casing;
A pump unit which is provided between the stirring chamber and the fluid motor unit in the casing, and which sucks the transfer fluid from the stirring chamber by the rotational driving force of the shaft by the fluid motor unit;
An offshore resource exploration device comprising: 前記シャフトは、前記流体モータ部による当該シャフトを駆動後の前記作動流体を導入するとともに前記掘削ビットの吐出口から吐出可能な連通穴を有する請求項４に記載の海洋資源揚鉱装置。 The marine resource exploration device according to claim 4, wherein the shaft has a communication hole into which the working fluid after driving the shaft by the fluid motor unit is introduced and which can be discharged from a discharge port of the drill bit. 前記流体モータ部は、前記シャフトの一端に設けられて雄ねじ状の外周面を有する第一インナロータと、前記第一インナロータに外挿され且つ前記ケーシング内に回転自在に支承されるとともに前記第一インナロータの回転軸線に対して所定距離偏心して配置されて前記第一インナロータのねじ巻方向と同一巻方向の雌ねじ状の内周面を有する第一アウタロータと、を有し、
前記ポンプ部は、前記シャフトの他端に設けられて前記第一インナロータのねじ巻方向と逆巻き雄ねじ状外周面を有する第二インナロータと、前記第二インナロータに外挿され且つ前記ケーシング内に回転自在に支承されるとともに前記第二インナロータの回転軸線に対して所定距離偏心して配置されて前記第二インナロータのねじ巻方向と同一巻方向の雌ねじ状の内周面を有する第二アウタロータと、を有する請求項４または５に記載の海洋資源揚鉱装置。 The fluid motor unit is provided at one end of the shaft and has a male screw-shaped outer peripheral surface, a first inner rotor externally inserted into the first inner rotor and rotatably supported in the casing, and the first inner rotor. A first outer rotor having a female screw-shaped inner peripheral surface which is arranged eccentrically with respect to the rotation axis of the first eccentricity and is arranged in the same winding direction as the screw winding direction of the first inner rotor,
The pump portion is provided at the other end of the shaft and has a second inner rotor having a screw-winding direction of the first inner rotor and a male screw-like outer peripheral surface of reverse winding, and is externally inserted to the second inner rotor and rotatable in the casing. A second outer rotor that is supported on the second inner rotor and is eccentric to the rotation axis of the second inner rotor by a predetermined distance, and that has a female screw-shaped inner peripheral surface in the same winding direction as the screw winding direction of the second inner rotor. The offshore resource lifting apparatus according to claim 4 or 5. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の海洋資源揚鉱装置を用いて海洋資源を揚鉱することを特徴とする海洋資源の揚鉱方法。 A method for reclaiming marine resources, which comprises reclaiming marine resources using the apparatus for reclaiming marine resources according to claim 1.
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