海水中金属の回収船および回収方法
【課題】 海水中に係留した捕集材の回収が容易な海水中金属の捕集装置の効率的な回収方法と回収船を提供する。
【解決手段】 浮力を有する金属捕集材１３の一端を切り離し可能に複数接続したチェーン１１の両端に、耐圧ブイ１２を水中切離装置１６を介してチェーン巻揚用先取索１５の途中に止めて海中に浮遊させ、海上から水中切離装置１６で切り離すとチェーン巻揚用先取索１５が延びて海面に向かって浮上させるようになっている海水中金属捕集装置１０を回収する回収船であって、チェーン巻揚用先取索１５を巻き上げる先取索捲込ウィンチ３８とチェーン１１を巻き上げるチェーン巻揚機３６とチェーン１１を巻き下ろすチェーン巻降機３７と、１回の作業で回収する分に余裕を加えただけの金属捕集材１３を巻き取る数の捕集材格納ドラム３２を少なくとも収納する船倉とを備えた海水中金属捕集材回収船。
【解決手段】 浮力を有する金属捕集材１３の一端を切り離し可能に複数接続したチェーン１１の両端に、耐圧ブイ１２を水中切離装置１６を介してチェーン巻揚用先取索１５の途中に止めて海中に浮遊させ、海上から水中切離装置１６で切り離すとチェーン巻揚用先取索１５が延びて海面に向かって浮上させるようになっている海水中金属捕集装置１０を回収する回収船であって、チェーン巻揚用先取索１５を巻き上げる先取索捲込ウィンチ３８とチェーン１１を巻き上げるチェーン巻揚機３６とチェーン１１を巻き下ろすチェーン巻降機３７と、１回の作業で回収する分に余裕を加えただけの金属捕集材１３を巻き取る数の捕集材格納ドラム３２を少なくとも収納する船倉とを備えた海水中金属捕集材回収船。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海水中金属回収のため海中に投入した捕集材の係留方法および回収方法に関し、特に海中ウランの回収に用いる捕集材の係留・回収システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
海水には約７割の元素が溶存しており、各種の有用希少金属も大量に含有されている。海水中の希少金属を効率よく回収できれば、稀少金属の優良鉱山を所有したに等しい。
ウランについてみると、海水全量中には約４５億トンもの膨大な量が含有され、世界中の原子力発電所で１年間に消費されるウランの１０００倍にもなる。日本近海においても、黒潮により運ばれるウラン量は年間約５２０万トンとされ、これは、陸ウランの経済的可採埋蔵量にほぼ匹敵する。
エネルギーの長期安定供給法の１つの可能性として、海水中に溶存するウラン資源の回収技術の開発が求められている。
【０００３】
従来、不織布に放射線グラフト重合法を適用しさらに化学反応を行わせて金属捕集能を有する官能基を導入して、海水中の有害または有用金属を捕集する方法が開発されていた。金属捕集能を有する官能基として、アミドキシム基、イミドジ酢酸基、スルホン酸基、リン酸基、２−ピロリドン基などが用いられる。液中の金属を捕集するためには、不織布製捕集材の間にスペーサを入れたものを積層して使用しているが、液と捕集材の接触が効率的でない。
【０００４】
これに対して、特許文献１には、モール状の高分子合成繊維を基材とした捕集材を直接水中に投入し、経時後回収して金属類を捕集する方法が開示されている。
開示された捕集材は、ポリエチレンやポリプロピレンなどの高分子合成繊維糸を太く撚り合わせたものを芯の回りに放射状に引き出してモール状に形成した上で、電子線またはγ線を照射線量１０〜２００ｋＧｙ照射し、この照射繊維基材に重合性モノマーをグラフト重合させてグラフト側鎖を形成させ、さらにこのグラフト側鎖にキレート基を導入することにより作製されるものである。
【０００５】
高分子合成繊維基材にグラフト重合される重合性モノマーとして、アクリロニトリル、メタクリル酸、グリシジルメタクリレート、アクリル酸、スチレンスルホン酸ナトリウム、またはこれらの混合物が使用される。
本開示の捕集材は、任意の長さに形成して、片端または両端を固定して放置するだけで水中の金属を捕集するとことができる。
【０００６】
開示された実施例によると、モール状の合成繊維素材に電子線を照射した後、アクリロニトリルとメタクリル酸の混合溶液中に浸漬してグラフト反応させ、さらに３％塩酸ヒドロキシルアミンの水／エタノール溶液中でアドキシム化反応させて、アドキシム基４〜５ｍｍｏｌ／ｇの金属捕集材を得ることができ、この捕集材を海水中に浸漬してウランの捕集を行ったところ、２０日間で１ｋｇの捕集材に付きそれぞれ１ｇの捕集ができた。なお、ウランの理論捕集量は開示された捕集材１ｋｇに対して約１０ｇになる。
【０００７】
このように、ウランに対しては、アミドキシム基を有する吸着材が極めて高い吸着性能を有し、現状では、さらに１ｋｇの捕集材に対してウラン１．５ｇまでの回収実績があり、将来的には４ｇあるいは６ｇ程度まで性能向上が見込まれる。
このような捕集材を使って海水中の金属を回収する方法として、たとえば、ポンプでくみ上げた大量の海水を捕集材にかけたり、捕集材を籠に入れて海水中に係留して海流によって大量の海水と接触させる方法が考えられる。
【０００８】
しかし、原子力発電所１基分の核燃料は年間約２００トンであり、年６回回収するとしても２万トンの捕集材を必要とする。したがって、多数の原子力発電所の需要を満たそうとすれば、ポンプ能力や籠を吊す機構が過大になり実用的でない。
また、浅海では、捕集材などに海中生物が付着して除去処理にコストが掛り、浮遊する捕集材などが航行する船舶などと干渉して破損したり航行に障害を与えたりする怖れがある。
【０００９】
特許文献２には、捕集材を海水中に係留させる方法について開示されている。開示方法は、錘を内蔵した組紐状の着底部と浮きを内蔵した組紐状の浮遊部を交互に配置し、浮遊部に海水中金属吸着材からなる捕集材を多数設けたものを、海中に投入することにより、浮遊部を浮き上がらせて捕集材を海水中に漂わせるようにしたものである。
本開示発明により捕集材を４０ｍより深いところに浮遊させるようにすれば、船舶航行に障害を与えず、また太陽光が及ばないため海中生物の付着を抑制することができる。
【００１０】
開示方法では、着底部と浮遊部が直列に繋がって１本のロープ状になっているため漁網巻上げ装置などを利用して簡単に巻上げることができる。しかし、捕集材を分離して化学処理によりウランなどを溶離して回収したあとで海中に再投入するときには、分断された着底部と浮遊部を再び繋げる必要がある。また、投入された着底部の海底における位置を制御することが難しいため、多数の捕集装置を投入するときには、相互の間隔を十分大きくとって、多少の狂いが生じても干渉しないようにする必要がある。
【特許文献１】特開２００２−０４５７０８号公報
【特許文献２】特開２００２−１１９８０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明が解決しようとする課題は、海水中に係留した捕集材の回収が容易な海水中金属の捕集装置の効率的な回収方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため本発明の海水中金属捕集材回収船は、浮きを両端に設けたチェーンに捕集材を結ぶ所定数の結索装置を所定の間隔を開けて設置したもので、浮きは、耐圧ブイをチェーン巻揚用先取索でチェーンと繋ぎ、さらに海上から操作可能な水中切離装置を介してチェーン巻揚用先取索の途中に止めて海中に浮遊させ、水中切離装置で切り離すとチェーン巻揚用先取索が延びて耐圧ブイを海面に向かって浮上させ海面上あるいは海面直下に浮かばせるようになっている海水中金属捕集装置を回収する回収船であって、チェーン巻揚用先取索を巻き上げる先取索捲込ウィンチとチェーンを巻き上げるチェーン巻揚機とチェーンを巻き下ろすチェーン巻降機と、１回の作業で回収する金属捕集材に余裕を加えた数の金属捕集材を巻き取ることができる捕集材格納ドラムを収納できる船倉とを備えることを特徴とする。
なお、チェーンの端部にはチェーンを海底に固定するためのアンカー錘を設けても良い。
【００１３】
金属捕集材は、芯の回りに合糸した高分子合成繊維糸を放射状に編み出してモール状に形成したもので、高分子合成繊維糸は放射線グラフト重合したグラフト基に金属捕集能を有する官能基を導入してある。また、芯の一端には結索装置と結合するクイックカップリングなどの結合機構を備えている。捕集材は浮力を持ち、着底部のチェーンから上に伸びて海水中に漂うようになる。なお、芯の中に浮力を増大するための浮きが仕込まれていても良い。
【００１４】
海水中金属捕集材回収船は、海水中金属捕集装置の海中への係留・回収を行う。回収船は、側舷にチェーン巻揚機とチェーン巻降機を備えて、甲板に捕集材格納ドラムを収納するスペースを備え、１回の作業で回収する捕集材と同じ数の新しい捕集材を巻いた捕集材格納ドラムと若干数の空の捕集材格納ドラムを搭載して、海水中金属捕集装置を配置した位置に運行されてくる。
海水中金属捕集装置１基分の捕集材が回収された後では、回収した捕集材を巻いた捕集材格納ドラムと若干の空の捕集材格納ドラムが回収船に搭載されている。
【００１５】
捕集材を回収するときは、対象の海水中金属捕集装置の水中切離装置に切離指令信号を発し、切り離された耐圧ブイが浮上してきたらこれを掬い上げ先取索をたぐりよせてチェーンをチェーン巻揚機とチェーン巻降機に架けて、チェーンを引き上げながら、揚がってくる捕集材を順次外して空の捕集材格納ドラムに移し巻上げて回収し、新しい捕集材を巻いた捕集材格納ドラムの新しい捕集材を取り付けてチェーン巻降機で連続的に投下する。
この間、回収船は、海水中金属捕集装置が敷設されている方向に引き上げ速度に合わせて航行している。
【００１６】
なお、チェーンの先端部を投下するときには、水中切離装置と耐圧ブイを元の状態にもどし、チェーンの端部に付けたアンカー錘により海底における位置を決めるようにして投下する。
チェーンのもう一方の端には水中切離装置で切り離されていない状態の浮きが付いているので、そのままアンカー錘の位置を決めるようにして海中に投下する。
なお、チェーンが十分重い場合は、アンカー錘を付けなくても回収船の真下の希望の位置に敷設することができる。
【００１７】
このような回収係留方法によれば、捕集材は回収と投下を連続して行うことができ、高速な処理が可能である。
なお、チェーンに連結する捕集材の数は、回収船が１日の作業で回収できる数量にすることが好ましい。
また、海水中金属捕集装置は回収前にあった海底位置より、水深の約２倍の距離だけ離れた位置に係留されることになる。すなわち、水深が１００ｍあれば２００ｍ程度、水深２００ｍならば約４００ｍ前方にずれて敷設される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を用いて、本発明の海水中金属捕集材の係留・回収方法を詳細に説明する。
図１は海水中金属捕集装置の概念的な構成図、図２は捕集材の係留概念図、図３は海底における海水中金属捕集装置の一部について配置例を示す斜視図、図４は回収船のデッキ上配置図、図５は捕集材格納ドラムの例を示す正面図および断面図、図６〜図８は捕集材回収の要領を説明する図面である。
【００１９】
本実施例の海水中金属捕集装置１０は、図１に示すように、両端に耐圧ブイ１２を取り付けたチェーン１１に簡単に取り外し取り付けできるクイックカップリングなどの結索装置１４を介してほぼ等間隔に多数の金属捕集材１３を取り付けたものである。
耐圧ブイ１２は、チェーン巻揚用先取索１５でチェーン１１の端部に繋がっていて、さらに水中切離装置１６および予備水中切離装置１７を中間に繋いだワイヤ１８で先取索１５の中間に繋がれている。水中切離装置１６は海上の回収船から放射される超音波指令信号により遠隔操作でワイヤ１８を切り離すことができる。予備水中切離装置１７は、水中切離装置１６に不具合が発生したときにバックアップする予備機である。
また、耐圧ブイ１２には先取索１５の弛み分を巻き取るドラム１９が付設されている。なお、チェーンの両端部には、錘２０を付けておいても良い。
【００２０】
本実施例の捕集材１３は、ウランを捕集する目的で、ポリエチレン繊維を放射線グラフト重合させグラフト基にウランとよく結合するキレート基であるアミドキシム基を導入したもので、芯２１の回りに放射状にアミドキシム基化した多数縒りの繊維糸２２を撚出させたモール状捕集材である。
捕集材１３の一端に結合機構を備え、図２に示すように、チェーン１１に設けた結索装置１４に結合機構を係合し、チェーン１１の重みで海底に沈められる。捕集材１３は比重が海水より小さいため、上に延びて海水中に漂い、海水中のウランがアミドキシム基に接触するとアミドキシム基に固定して捕獲する。なお、捕集材１３の浮力が不足するときは、捕集材１３の芯２１に浮き２３を仕込んで浮力を増強することができる。
【００２１】
結索装置１４とこれに結合する捕集材１３の結合機構は、短時間で簡単に取り付け取り外しができるクイックカップリングとして構成されることが好ましい。
捕集材１３が浅いところにあると、航行する船舶と接触して破損したり、海水中の生物が捕集材１３に付着して除去処理に手数や費用が掛ることになるので、船舶の喫水より大きくかつ日光が届かず海洋生物の付着が少ない４０ｍ以深に存在するように設置することが好ましい。
【００２２】
なお、捕集材１３の長さや太さ、また捕集材１３の数量や取付間隔、チェーン１１の長さは、ウランの回収率と回収量、回収船の容量などを勘案して決定する。本実施例では、モール状の捕集材１３の１ｍ当たり１ｋｇのアミドキシム基化繊維が使用されるとして、捕集材１３の長さを６０ｍ、間隔を８ｍとし、１本のチェーン１１について、２４０本の捕集材３を使用するものとした。
このような捕集装置を用いる場合、深さ１００ｍ以上の海底に設置することになる。
【００２３】
本実施例の海水中金属捕集装置１０は、たとえば、図３に一部を示したように、平坦な海底に行列状に並べて配置される。なお、ウラン捕集量は、海水温度が高いほど、また海流速に比例して、向上することが分かっているので、これらの条件を満たす海域を選択して海水中金属捕集装置を敷設することが好ましい。
１本のチェーン１１の長さは、回収船が１日の作業で回収・係留する数の捕集材１３を接続できるだけの長さとし、その両端に耐圧ブイ１２が取り付けられている。
チェーン１１は所定数を直列に配置し、この１列ごとに１隻の回収船が担当するものとし、１本のチェーン１１を投下してから回収するまでの日数が経過したときに、再びそのチェーン１１の回収・投下作業を行えるようにしたい。このため、たとえば回収までの日数を６０日としたときに、稼働率を勘案して３２本の海水中金属捕集装置１０を１列に配置するようにした。
【００２４】
海水中金属捕集装置１０の回収位置と係留位置には敷設する深さに応じたずれが生じるため、直列に配置される海水中金属捕集装置１０の間はたとえば１００ｍ海深に対して２００ｍなど、海深に応じた一定の間隔を開けるようにする。
また、チェーン列同士の間隔は、隣の列の捕集材１３が倒れているときにチェーン１１の投下をしても捕集材１３がチェーン１１の下敷きになったり絡んだりしないように、７０ｍ程度開けるようにした。
海水中金属捕集装置１０に６０ｍ、６０ｋｇの捕集材１３を２４０本装着するとし、捕集材を海中に６０日滞在させて年６回回収するものとすると、１年で１２００ｔの金属ウランを回収するためには、１列に３２本の海水中金属捕集装置１０を並べたものを２１８列敷設すれば足りるとの試算結果を得ている。
【００２５】
回収船は、海水中金属捕集装置が敷設されている海域と捕集材を処理して金属を溶離させるプラントがある港の間を往復して、金属を捕集した後の捕集材を回収し新しい捕集材を供給する作業を行う。
図４に示した甲板上の配置から分かるように、回収船３１は図５に示したような新しい捕集材を装着した捕集材格納ドラム３２を格納する投下捕集材用船倉３３と、回収した捕集材を巻き取った捕集材格納ドラム３２を格納する捕集材回収船倉３５を備える。捕集材格納ドラム３２は回転ドラムの径がほぼ２．５ｍあって、捕集材１３を１本ずつ巻き取るように設計されている。
【００２６】
また、少なくとも１つの舷側にチェーン巻揚機３６とチェーン巻降機３７、および先取索巻込ウインチ３８が並置され、耐圧ブイ１２を取り扱うクレーン３９が設置されている。また、この舷側には、捕集材を一時的に巻き取って捕集材格納ドラム３２に移すために使用する捕集材一時巻取ドラム４０と、チェーン終端を海中の指定位置に投下するチェーン投下用ウインチ４１も配設されている。
【００２７】
図６，図７，図８は、本実施例における金属捕集材の回収・係留手順を説明する図面である。
図６は、海底に敷設された海水中金属捕集装置の回収工程の初めの部分を説明する図面である。
海水中金属捕集装置１０のチェーン１１の先端部には、耐圧性の水中ブイ１２、水中切離装置１６、予備水中切離装置１７、およびチェーン巻揚用先取索１５が付いていて、ブイ１２により水中に立ち上がっている。
【００２８】
図６（１）は捕集材回収の最初の工程を示す図面である。
回収船３１が対象の海水中金属捕集装置１０の端部上の海面に達して回収の準備が整うと、回収船３１は水中切離装置１６に対して切離指令信号を送信する。水中切離装置１６は、切離指令信号を受信するとチェーン巻揚用先取索１５と結合するワイヤ１８を離す。
なお、ワイヤ１８の切り離しに失敗すると、海水中金属捕集装置１０の回収は潜水艇やダイバーを使った深海作業が必要になるなど極めて困難になるので、予備水中切離装置１７が準備されており、水中切離装置１６が作動しなかったときには、別の指令信号により予備水中切離装置１７を作動させてワイヤ１８を確実に切離せるようにした。
【００２９】
図６（２）は水中ブイ１２を拾い上げる工程を示す図面である。
ワイヤ１８が水中切離装置１６で切り離されると、水中ブイ１２はチェーン巻揚用先取索１５を引いて浮き上がる。このとき、先取索１５を巻き取る先取索巻取ドラム１９が緩んで先取索１５を繰り出すので、水中ブイ１２は海面に浮上する。なお、先取索１５が短いときなど、水中ブイ１２が海面に姿を現わさない場合にも、回収船３１に備えたソナーなど簡単に位置を知ることができることは言うまでもない。
【００３０】
図６（３）は先取索１５を引き揚げる工程を示す図面である。
水中ブイ１２は、クレーン３９を使って回収船３１上に引き上げる。水中ブイ１２に繋がっているチェーン巻揚用先取索１５をチェーン巻揚機３６とチェーン巻降機３７に掛けて、先取索巻込ウインチ３８で引き揚げる。チェーン巻揚用先取索１５は、軽くて丈夫なナイロンロープで形成されている。
先取索１５を巻上げると、先取索１５に引かれてチェーン１１が揚がってくる。なお、回収船３１は、チェーン１１を揚げる間は、チェーン１１の敷設方向にチェーン１１が揚がる速度に同期して前進する。
引き揚げた水中切離装置１６、予備水中切離装置１７は電源を補充し、先取索巻取ドラム１９には先取索を巻上げておく。
【００３１】
図６（４）は水中ブイ１２をチェーン１１の始端に付けて海中に投入する工程を示す図面である。
端部のチェーン部分１１がチェーン巻揚機３６とチェーン巻降機３７に掛り逆方向に戻らなくなったら、チェーン１１の始端に水中ブイ１２、先取索巻取ドラム１９、水中切離装置１６、予備水中切離装置１７、これらを繋いだワイヤ１８、チェーン巻揚用先取索１５などを海底にあるときと同じ状態に戻して、海中に投入する。
チェーン１１の先端が沈むにつれて水中ブイ１２も沈み、チェーン先端部が海底に着地すると水中ブイ１２は引き揚げ前と同じ状態で水中に立ち上がり、水中金属捕集装置１０の始点が設定される。
【００３２】
図７は回収船上で捕集材を交換する工程を示す図面である。
ウランなどの海水中金属を十分吸収した捕集材４２は、チェーン１１がチェーン巻揚機３６により回収船３１の進行に合わせて引き揚げられるのに伴って上昇するので、結索装置１４のところでチェーン１１から外して捕集材一時巻取ドラム４０に巻取り、捕集材格納ドラム３２に移して、捕集材回収船倉３５に収納する。捕集材一時巻取ドラム４０は少なくとも２基設けられていて、交代で巻取り巻換えを行い、次々に揚がってくる捕集材１３を効率よく回収する。
捕集材１３をチェーン１１に供給して空になった捕集材格納ドラム３２は、捕集材回収船倉３５に移動して、ウランを吸収した捕集材１３を巻き取るために利用される。したがって、捕集材格納ドラム３２は、１基の海水中金属捕集装置１０に取り付ける捕集材の数にわずかな余裕を加えた数量があれば足りることになる。
【００３３】
チェーン１１は、捕集材格納ドラム３２から供給される新しい捕集材１３を結索装置１４で接続した上で、チェーン巻降機３７により海底の新しい係留位置に下ろされ、新しくウランを吸収する捕集材４３となる。
チェーン１１は海底から回収船３１まで引き揚げられて、捕集材１３を交換して再び海底に沈められるが、海底に敷設された状態のチェーン１１が海底を引きずられないようにするためには、ほぼ垂直に引き揚げてほぼ垂直に降下させることが求められる。したがって、回収前に海水中金属捕集装置１０が敷設されていた位置に対して、海深の約２倍の距離だけ前方にずれる。たとえば、１００ｍの水深があるときは、２００ｍずれることになる。
【００３４】
図８は、チェーンの終端を投下する手順を説明する図面である。
チェーン１１の最終端部が回収船３１に揚がってくるまでチェーン巻揚機３６で巻上げると、水中ブイ１２と先取索１５なども一緒に上昇してくる。
チェーン１１の終端に結合された水中ブイ１２、水中切離装置１６、予備水中切離装置１７、先取索巻取ドラム１９は、水中にあったときと同じ状態で回収船３１まで引き揚げられるので、水中切離装置の電源補充などを行えば、そのまま投下し海底に設置することができる。しかし、回収船３１のチェーン巻降機３７から外れた後は、規制がないため自由落下をさせれば勝手なところに降下する。
【００３５】
そこで、本実施例では、チェーン１１の終端のリングにチェーン投下用ウインチ４１の鋼索４４を通して端部を船上のアイプレートに固定し、チェーン１１がチェーン巻降機３７から外れる前に鋼索４４に張力を掛けてチェーン１１落下時の衝撃を和らげ、チェーン１１が海中に没した後に鋼索４４を繰り出して、チェーン１１を徐々に海底まで降ろす。
チェーン１１の終端が海底に到達したら、船上のアイプレートから鋼索４４の一端を外し、チェーン投下用ウインチ４１を巻上げると、鋼索４４がチェーン１１端部の連結金具から外れて船上に回収される。
こうした方法により、チェーン１１の端部に至るまで海底に直線的に敷設することができる。
なお、チェーン１１の端部には錘２０を固定して、鋼索４４による敷設位置を正確に指定できるようにしても良い。
【００３６】
なお、上記実施例では、捕集材をドラムに巻き取って格納したが、船倉にバラ積みする方法や船倉に吊り下げておく方法なども利用することができる。
また、捕集材は陸上のプラントで処理するようになっているが、処理プラントを搭載した母船を海水中金属捕集装置の敷設海域の近傍に駐在させて、回収船から捕集材を集めてウラン回収処理および捕集材回復処理を行うようにしても良い。母船方式を採用すると、回収船が現場作業できる時間の割合が増加し、作業効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の１実施例に係る海水中金属捕集装置の概念的な構成図である。
【図２】本実施例における捕集材の係留概念図である。
【図３】本実施例における海底における海水中金属捕集装置の一部について配置例を示す斜視図である。
【図４】本実施例における回収船のデッキ上配置図である。
【図５】本実施例に使用する捕集材格納ドラムの例を示す正面図および断面図である。
【図６】本実施例における捕集材回収工程の初めの部分を説明する図面である。
【図７】本実施例における回収船上で捕集材を交換する工程を示す図面である。
【図８】本実施例におけるチェーン終端の投下工程を説明する図面である。
【符号の説明】
【００３８】
１０ 海水中金属捕集装置
１１ チェーン
１２ 耐圧ブイ
１３ 金属捕集材
１４ 結索装置
１５ チェーン巻揚用先取索
１６ 水中切離装置
１７ 予備水中切離装置
１８ ワイヤ
１９ 先取索巻取ドラム
２０ 錘
２１ 芯
２２ 多数縒りの繊維糸
２３ 浮き
３１ 回収船
３２ 捕集材格納ドラム
３３ 投下捕集材用船倉
３５ 捕集材回収船倉
３６ チェーン巻揚機
３７ チェーン巻降機
３８ 先取索巻込ウインチ
３９ クレーン
４０ 捕集材一時巻取ドラム
４１ チェーン投下用ウインチ
４２ ウラン捕集後の捕集材
４３ 新しい捕集材
４４ 鋼索
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海水中金属回収のため海中に投入した捕集材の係留方法および回収方法に関し、特に海中ウランの回収に用いる捕集材の係留・回収システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
海水には約７割の元素が溶存しており、各種の有用希少金属も大量に含有されている。海水中の希少金属を効率よく回収できれば、稀少金属の優良鉱山を所有したに等しい。
ウランについてみると、海水全量中には約４５億トンもの膨大な量が含有され、世界中の原子力発電所で１年間に消費されるウランの１０００倍にもなる。日本近海においても、黒潮により運ばれるウラン量は年間約５２０万トンとされ、これは、陸ウランの経済的可採埋蔵量にほぼ匹敵する。
エネルギーの長期安定供給法の１つの可能性として、海水中に溶存するウラン資源の回収技術の開発が求められている。
【０００３】
従来、不織布に放射線グラフト重合法を適用しさらに化学反応を行わせて金属捕集能を有する官能基を導入して、海水中の有害または有用金属を捕集する方法が開発されていた。金属捕集能を有する官能基として、アミドキシム基、イミドジ酢酸基、スルホン酸基、リン酸基、２−ピロリドン基などが用いられる。液中の金属を捕集するためには、不織布製捕集材の間にスペーサを入れたものを積層して使用しているが、液と捕集材の接触が効率的でない。
【０００４】
これに対して、特許文献１には、モール状の高分子合成繊維を基材とした捕集材を直接水中に投入し、経時後回収して金属類を捕集する方法が開示されている。
開示された捕集材は、ポリエチレンやポリプロピレンなどの高分子合成繊維糸を太く撚り合わせたものを芯の回りに放射状に引き出してモール状に形成した上で、電子線またはγ線を照射線量１０〜２００ｋＧｙ照射し、この照射繊維基材に重合性モノマーをグラフト重合させてグラフト側鎖を形成させ、さらにこのグラフト側鎖にキレート基を導入することにより作製されるものである。
【０００５】
高分子合成繊維基材にグラフト重合される重合性モノマーとして、アクリロニトリル、メタクリル酸、グリシジルメタクリレート、アクリル酸、スチレンスルホン酸ナトリウム、またはこれらの混合物が使用される。
本開示の捕集材は、任意の長さに形成して、片端または両端を固定して放置するだけで水中の金属を捕集するとことができる。
【０００６】
開示された実施例によると、モール状の合成繊維素材に電子線を照射した後、アクリロニトリルとメタクリル酸の混合溶液中に浸漬してグラフト反応させ、さらに３％塩酸ヒドロキシルアミンの水／エタノール溶液中でアドキシム化反応させて、アドキシム基４〜５ｍｍｏｌ／ｇの金属捕集材を得ることができ、この捕集材を海水中に浸漬してウランの捕集を行ったところ、２０日間で１ｋｇの捕集材に付きそれぞれ１ｇの捕集ができた。なお、ウランの理論捕集量は開示された捕集材１ｋｇに対して約１０ｇになる。
【０００７】
このように、ウランに対しては、アミドキシム基を有する吸着材が極めて高い吸着性能を有し、現状では、さらに１ｋｇの捕集材に対してウラン１．５ｇまでの回収実績があり、将来的には４ｇあるいは６ｇ程度まで性能向上が見込まれる。
このような捕集材を使って海水中の金属を回収する方法として、たとえば、ポンプでくみ上げた大量の海水を捕集材にかけたり、捕集材を籠に入れて海水中に係留して海流によって大量の海水と接触させる方法が考えられる。
【０００８】
しかし、原子力発電所１基分の核燃料は年間約２００トンであり、年６回回収するとしても２万トンの捕集材を必要とする。したがって、多数の原子力発電所の需要を満たそうとすれば、ポンプ能力や籠を吊す機構が過大になり実用的でない。
また、浅海では、捕集材などに海中生物が付着して除去処理にコストが掛り、浮遊する捕集材などが航行する船舶などと干渉して破損したり航行に障害を与えたりする怖れがある。
【０００９】
特許文献２には、捕集材を海水中に係留させる方法について開示されている。開示方法は、錘を内蔵した組紐状の着底部と浮きを内蔵した組紐状の浮遊部を交互に配置し、浮遊部に海水中金属吸着材からなる捕集材を多数設けたものを、海中に投入することにより、浮遊部を浮き上がらせて捕集材を海水中に漂わせるようにしたものである。
本開示発明により捕集材を４０ｍより深いところに浮遊させるようにすれば、船舶航行に障害を与えず、また太陽光が及ばないため海中生物の付着を抑制することができる。
【００１０】
開示方法では、着底部と浮遊部が直列に繋がって１本のロープ状になっているため漁網巻上げ装置などを利用して簡単に巻上げることができる。しかし、捕集材を分離して化学処理によりウランなどを溶離して回収したあとで海中に再投入するときには、分断された着底部と浮遊部を再び繋げる必要がある。また、投入された着底部の海底における位置を制御することが難しいため、多数の捕集装置を投入するときには、相互の間隔を十分大きくとって、多少の狂いが生じても干渉しないようにする必要がある。
【特許文献１】特開２００２−０４５７０８号公報
【特許文献２】特開２００２−１１９８０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明が解決しようとする課題は、海水中に係留した捕集材の回収が容易な海水中金属の捕集装置の効率的な回収方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため本発明の海水中金属捕集材回収船は、浮きを両端に設けたチェーンに捕集材を結ぶ所定数の結索装置を所定の間隔を開けて設置したもので、浮きは、耐圧ブイをチェーン巻揚用先取索でチェーンと繋ぎ、さらに海上から操作可能な水中切離装置を介してチェーン巻揚用先取索の途中に止めて海中に浮遊させ、水中切離装置で切り離すとチェーン巻揚用先取索が延びて耐圧ブイを海面に向かって浮上させ海面上あるいは海面直下に浮かばせるようになっている海水中金属捕集装置を回収する回収船であって、チェーン巻揚用先取索を巻き上げる先取索捲込ウィンチとチェーンを巻き上げるチェーン巻揚機とチェーンを巻き下ろすチェーン巻降機と、１回の作業で回収する金属捕集材に余裕を加えた数の金属捕集材を巻き取ることができる捕集材格納ドラムを収納できる船倉とを備えることを特徴とする。
なお、チェーンの端部にはチェーンを海底に固定するためのアンカー錘を設けても良い。
【００１３】
金属捕集材は、芯の回りに合糸した高分子合成繊維糸を放射状に編み出してモール状に形成したもので、高分子合成繊維糸は放射線グラフト重合したグラフト基に金属捕集能を有する官能基を導入してある。また、芯の一端には結索装置と結合するクイックカップリングなどの結合機構を備えている。捕集材は浮力を持ち、着底部のチェーンから上に伸びて海水中に漂うようになる。なお、芯の中に浮力を増大するための浮きが仕込まれていても良い。
【００１４】
海水中金属捕集材回収船は、海水中金属捕集装置の海中への係留・回収を行う。回収船は、側舷にチェーン巻揚機とチェーン巻降機を備えて、甲板に捕集材格納ドラムを収納するスペースを備え、１回の作業で回収する捕集材と同じ数の新しい捕集材を巻いた捕集材格納ドラムと若干数の空の捕集材格納ドラムを搭載して、海水中金属捕集装置を配置した位置に運行されてくる。
海水中金属捕集装置１基分の捕集材が回収された後では、回収した捕集材を巻いた捕集材格納ドラムと若干の空の捕集材格納ドラムが回収船に搭載されている。
【００１５】
捕集材を回収するときは、対象の海水中金属捕集装置の水中切離装置に切離指令信号を発し、切り離された耐圧ブイが浮上してきたらこれを掬い上げ先取索をたぐりよせてチェーンをチェーン巻揚機とチェーン巻降機に架けて、チェーンを引き上げながら、揚がってくる捕集材を順次外して空の捕集材格納ドラムに移し巻上げて回収し、新しい捕集材を巻いた捕集材格納ドラムの新しい捕集材を取り付けてチェーン巻降機で連続的に投下する。
この間、回収船は、海水中金属捕集装置が敷設されている方向に引き上げ速度に合わせて航行している。
【００１６】
なお、チェーンの先端部を投下するときには、水中切離装置と耐圧ブイを元の状態にもどし、チェーンの端部に付けたアンカー錘により海底における位置を決めるようにして投下する。
チェーンのもう一方の端には水中切離装置で切り離されていない状態の浮きが付いているので、そのままアンカー錘の位置を決めるようにして海中に投下する。
なお、チェーンが十分重い場合は、アンカー錘を付けなくても回収船の真下の希望の位置に敷設することができる。
【００１７】
このような回収係留方法によれば、捕集材は回収と投下を連続して行うことができ、高速な処理が可能である。
なお、チェーンに連結する捕集材の数は、回収船が１日の作業で回収できる数量にすることが好ましい。
また、海水中金属捕集装置は回収前にあった海底位置より、水深の約２倍の距離だけ離れた位置に係留されることになる。すなわち、水深が１００ｍあれば２００ｍ程度、水深２００ｍならば約４００ｍ前方にずれて敷設される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を用いて、本発明の海水中金属捕集材の係留・回収方法を詳細に説明する。
図１は海水中金属捕集装置の概念的な構成図、図２は捕集材の係留概念図、図３は海底における海水中金属捕集装置の一部について配置例を示す斜視図、図４は回収船のデッキ上配置図、図５は捕集材格納ドラムの例を示す正面図および断面図、図６〜図８は捕集材回収の要領を説明する図面である。
【００１９】
本実施例の海水中金属捕集装置１０は、図１に示すように、両端に耐圧ブイ１２を取り付けたチェーン１１に簡単に取り外し取り付けできるクイックカップリングなどの結索装置１４を介してほぼ等間隔に多数の金属捕集材１３を取り付けたものである。
耐圧ブイ１２は、チェーン巻揚用先取索１５でチェーン１１の端部に繋がっていて、さらに水中切離装置１６および予備水中切離装置１７を中間に繋いだワイヤ１８で先取索１５の中間に繋がれている。水中切離装置１６は海上の回収船から放射される超音波指令信号により遠隔操作でワイヤ１８を切り離すことができる。予備水中切離装置１７は、水中切離装置１６に不具合が発生したときにバックアップする予備機である。
また、耐圧ブイ１２には先取索１５の弛み分を巻き取るドラム１９が付設されている。なお、チェーンの両端部には、錘２０を付けておいても良い。
【００２０】
本実施例の捕集材１３は、ウランを捕集する目的で、ポリエチレン繊維を放射線グラフト重合させグラフト基にウランとよく結合するキレート基であるアミドキシム基を導入したもので、芯２１の回りに放射状にアミドキシム基化した多数縒りの繊維糸２２を撚出させたモール状捕集材である。
捕集材１３の一端に結合機構を備え、図２に示すように、チェーン１１に設けた結索装置１４に結合機構を係合し、チェーン１１の重みで海底に沈められる。捕集材１３は比重が海水より小さいため、上に延びて海水中に漂い、海水中のウランがアミドキシム基に接触するとアミドキシム基に固定して捕獲する。なお、捕集材１３の浮力が不足するときは、捕集材１３の芯２１に浮き２３を仕込んで浮力を増強することができる。
【００２１】
結索装置１４とこれに結合する捕集材１３の結合機構は、短時間で簡単に取り付け取り外しができるクイックカップリングとして構成されることが好ましい。
捕集材１３が浅いところにあると、航行する船舶と接触して破損したり、海水中の生物が捕集材１３に付着して除去処理に手数や費用が掛ることになるので、船舶の喫水より大きくかつ日光が届かず海洋生物の付着が少ない４０ｍ以深に存在するように設置することが好ましい。
【００２２】
なお、捕集材１３の長さや太さ、また捕集材１３の数量や取付間隔、チェーン１１の長さは、ウランの回収率と回収量、回収船の容量などを勘案して決定する。本実施例では、モール状の捕集材１３の１ｍ当たり１ｋｇのアミドキシム基化繊維が使用されるとして、捕集材１３の長さを６０ｍ、間隔を８ｍとし、１本のチェーン１１について、２４０本の捕集材３を使用するものとした。
このような捕集装置を用いる場合、深さ１００ｍ以上の海底に設置することになる。
【００２３】
本実施例の海水中金属捕集装置１０は、たとえば、図３に一部を示したように、平坦な海底に行列状に並べて配置される。なお、ウラン捕集量は、海水温度が高いほど、また海流速に比例して、向上することが分かっているので、これらの条件を満たす海域を選択して海水中金属捕集装置を敷設することが好ましい。
１本のチェーン１１の長さは、回収船が１日の作業で回収・係留する数の捕集材１３を接続できるだけの長さとし、その両端に耐圧ブイ１２が取り付けられている。
チェーン１１は所定数を直列に配置し、この１列ごとに１隻の回収船が担当するものとし、１本のチェーン１１を投下してから回収するまでの日数が経過したときに、再びそのチェーン１１の回収・投下作業を行えるようにしたい。このため、たとえば回収までの日数を６０日としたときに、稼働率を勘案して３２本の海水中金属捕集装置１０を１列に配置するようにした。
【００２４】
海水中金属捕集装置１０の回収位置と係留位置には敷設する深さに応じたずれが生じるため、直列に配置される海水中金属捕集装置１０の間はたとえば１００ｍ海深に対して２００ｍなど、海深に応じた一定の間隔を開けるようにする。
また、チェーン列同士の間隔は、隣の列の捕集材１３が倒れているときにチェーン１１の投下をしても捕集材１３がチェーン１１の下敷きになったり絡んだりしないように、７０ｍ程度開けるようにした。
海水中金属捕集装置１０に６０ｍ、６０ｋｇの捕集材１３を２４０本装着するとし、捕集材を海中に６０日滞在させて年６回回収するものとすると、１年で１２００ｔの金属ウランを回収するためには、１列に３２本の海水中金属捕集装置１０を並べたものを２１８列敷設すれば足りるとの試算結果を得ている。
【００２５】
回収船は、海水中金属捕集装置が敷設されている海域と捕集材を処理して金属を溶離させるプラントがある港の間を往復して、金属を捕集した後の捕集材を回収し新しい捕集材を供給する作業を行う。
図４に示した甲板上の配置から分かるように、回収船３１は図５に示したような新しい捕集材を装着した捕集材格納ドラム３２を格納する投下捕集材用船倉３３と、回収した捕集材を巻き取った捕集材格納ドラム３２を格納する捕集材回収船倉３５を備える。捕集材格納ドラム３２は回転ドラムの径がほぼ２．５ｍあって、捕集材１３を１本ずつ巻き取るように設計されている。
【００２６】
また、少なくとも１つの舷側にチェーン巻揚機３６とチェーン巻降機３７、および先取索巻込ウインチ３８が並置され、耐圧ブイ１２を取り扱うクレーン３９が設置されている。また、この舷側には、捕集材を一時的に巻き取って捕集材格納ドラム３２に移すために使用する捕集材一時巻取ドラム４０と、チェーン終端を海中の指定位置に投下するチェーン投下用ウインチ４１も配設されている。
【００２７】
図６，図７，図８は、本実施例における金属捕集材の回収・係留手順を説明する図面である。
図６は、海底に敷設された海水中金属捕集装置の回収工程の初めの部分を説明する図面である。
海水中金属捕集装置１０のチェーン１１の先端部には、耐圧性の水中ブイ１２、水中切離装置１６、予備水中切離装置１７、およびチェーン巻揚用先取索１５が付いていて、ブイ１２により水中に立ち上がっている。
【００２８】
図６（１）は捕集材回収の最初の工程を示す図面である。
回収船３１が対象の海水中金属捕集装置１０の端部上の海面に達して回収の準備が整うと、回収船３１は水中切離装置１６に対して切離指令信号を送信する。水中切離装置１６は、切離指令信号を受信するとチェーン巻揚用先取索１５と結合するワイヤ１８を離す。
なお、ワイヤ１８の切り離しに失敗すると、海水中金属捕集装置１０の回収は潜水艇やダイバーを使った深海作業が必要になるなど極めて困難になるので、予備水中切離装置１７が準備されており、水中切離装置１６が作動しなかったときには、別の指令信号により予備水中切離装置１７を作動させてワイヤ１８を確実に切離せるようにした。
【００２９】
図６（２）は水中ブイ１２を拾い上げる工程を示す図面である。
ワイヤ１８が水中切離装置１６で切り離されると、水中ブイ１２はチェーン巻揚用先取索１５を引いて浮き上がる。このとき、先取索１５を巻き取る先取索巻取ドラム１９が緩んで先取索１５を繰り出すので、水中ブイ１２は海面に浮上する。なお、先取索１５が短いときなど、水中ブイ１２が海面に姿を現わさない場合にも、回収船３１に備えたソナーなど簡単に位置を知ることができることは言うまでもない。
【００３０】
図６（３）は先取索１５を引き揚げる工程を示す図面である。
水中ブイ１２は、クレーン３９を使って回収船３１上に引き上げる。水中ブイ１２に繋がっているチェーン巻揚用先取索１５をチェーン巻揚機３６とチェーン巻降機３７に掛けて、先取索巻込ウインチ３８で引き揚げる。チェーン巻揚用先取索１５は、軽くて丈夫なナイロンロープで形成されている。
先取索１５を巻上げると、先取索１５に引かれてチェーン１１が揚がってくる。なお、回収船３１は、チェーン１１を揚げる間は、チェーン１１の敷設方向にチェーン１１が揚がる速度に同期して前進する。
引き揚げた水中切離装置１６、予備水中切離装置１７は電源を補充し、先取索巻取ドラム１９には先取索を巻上げておく。
【００３１】
図６（４）は水中ブイ１２をチェーン１１の始端に付けて海中に投入する工程を示す図面である。
端部のチェーン部分１１がチェーン巻揚機３６とチェーン巻降機３７に掛り逆方向に戻らなくなったら、チェーン１１の始端に水中ブイ１２、先取索巻取ドラム１９、水中切離装置１６、予備水中切離装置１７、これらを繋いだワイヤ１８、チェーン巻揚用先取索１５などを海底にあるときと同じ状態に戻して、海中に投入する。
チェーン１１の先端が沈むにつれて水中ブイ１２も沈み、チェーン先端部が海底に着地すると水中ブイ１２は引き揚げ前と同じ状態で水中に立ち上がり、水中金属捕集装置１０の始点が設定される。
【００３２】
図７は回収船上で捕集材を交換する工程を示す図面である。
ウランなどの海水中金属を十分吸収した捕集材４２は、チェーン１１がチェーン巻揚機３６により回収船３１の進行に合わせて引き揚げられるのに伴って上昇するので、結索装置１４のところでチェーン１１から外して捕集材一時巻取ドラム４０に巻取り、捕集材格納ドラム３２に移して、捕集材回収船倉３５に収納する。捕集材一時巻取ドラム４０は少なくとも２基設けられていて、交代で巻取り巻換えを行い、次々に揚がってくる捕集材１３を効率よく回収する。
捕集材１３をチェーン１１に供給して空になった捕集材格納ドラム３２は、捕集材回収船倉３５に移動して、ウランを吸収した捕集材１３を巻き取るために利用される。したがって、捕集材格納ドラム３２は、１基の海水中金属捕集装置１０に取り付ける捕集材の数にわずかな余裕を加えた数量があれば足りることになる。
【００３３】
チェーン１１は、捕集材格納ドラム３２から供給される新しい捕集材１３を結索装置１４で接続した上で、チェーン巻降機３７により海底の新しい係留位置に下ろされ、新しくウランを吸収する捕集材４３となる。
チェーン１１は海底から回収船３１まで引き揚げられて、捕集材１３を交換して再び海底に沈められるが、海底に敷設された状態のチェーン１１が海底を引きずられないようにするためには、ほぼ垂直に引き揚げてほぼ垂直に降下させることが求められる。したがって、回収前に海水中金属捕集装置１０が敷設されていた位置に対して、海深の約２倍の距離だけ前方にずれる。たとえば、１００ｍの水深があるときは、２００ｍずれることになる。
【００３４】
図８は、チェーンの終端を投下する手順を説明する図面である。
チェーン１１の最終端部が回収船３１に揚がってくるまでチェーン巻揚機３６で巻上げると、水中ブイ１２と先取索１５なども一緒に上昇してくる。
チェーン１１の終端に結合された水中ブイ１２、水中切離装置１６、予備水中切離装置１７、先取索巻取ドラム１９は、水中にあったときと同じ状態で回収船３１まで引き揚げられるので、水中切離装置の電源補充などを行えば、そのまま投下し海底に設置することができる。しかし、回収船３１のチェーン巻降機３７から外れた後は、規制がないため自由落下をさせれば勝手なところに降下する。
【００３５】
そこで、本実施例では、チェーン１１の終端のリングにチェーン投下用ウインチ４１の鋼索４４を通して端部を船上のアイプレートに固定し、チェーン１１がチェーン巻降機３７から外れる前に鋼索４４に張力を掛けてチェーン１１落下時の衝撃を和らげ、チェーン１１が海中に没した後に鋼索４４を繰り出して、チェーン１１を徐々に海底まで降ろす。
チェーン１１の終端が海底に到達したら、船上のアイプレートから鋼索４４の一端を外し、チェーン投下用ウインチ４１を巻上げると、鋼索４４がチェーン１１端部の連結金具から外れて船上に回収される。
こうした方法により、チェーン１１の端部に至るまで海底に直線的に敷設することができる。
なお、チェーン１１の端部には錘２０を固定して、鋼索４４による敷設位置を正確に指定できるようにしても良い。
【００３６】
なお、上記実施例では、捕集材をドラムに巻き取って格納したが、船倉にバラ積みする方法や船倉に吊り下げておく方法なども利用することができる。
また、捕集材は陸上のプラントで処理するようになっているが、処理プラントを搭載した母船を海水中金属捕集装置の敷設海域の近傍に駐在させて、回収船から捕集材を集めてウラン回収処理および捕集材回復処理を行うようにしても良い。母船方式を採用すると、回収船が現場作業できる時間の割合が増加し、作業効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の１実施例に係る海水中金属捕集装置の概念的な構成図である。
【図２】本実施例における捕集材の係留概念図である。
【図３】本実施例における海底における海水中金属捕集装置の一部について配置例を示す斜視図である。
【図４】本実施例における回収船のデッキ上配置図である。
【図５】本実施例に使用する捕集材格納ドラムの例を示す正面図および断面図である。
【図６】本実施例における捕集材回収工程の初めの部分を説明する図面である。
【図７】本実施例における回収船上で捕集材を交換する工程を示す図面である。
【図８】本実施例におけるチェーン終端の投下工程を説明する図面である。
【符号の説明】
【００３８】
１０ 海水中金属捕集装置
１１ チェーン
１２ 耐圧ブイ
１３ 金属捕集材
１４ 結索装置
１５ チェーン巻揚用先取索
１６ 水中切離装置
１７ 予備水中切離装置
１８ ワイヤ
１９ 先取索巻取ドラム
２０ 錘
２１ 芯
２２ 多数縒りの繊維糸
２３ 浮き
３１ 回収船
３２ 捕集材格納ドラム
３３ 投下捕集材用船倉
３５ 捕集材回収船倉
３６ チェーン巻揚機
３７ チェーン巻降機
３８ 先取索巻込ウインチ
３９ クレーン
４０ 捕集材一時巻取ドラム
４１ チェーン投下用ウインチ
４２ ウラン捕集後の捕集材
４３ 新しい捕集材
４４ 鋼索
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属を吸着し化学反応により金属を溶離する複数の金属捕集材であって一端に結合機構を備え浮力を持って海底のチェーンから上に伸びて海水中に漂う金属捕集材と、該金属捕集材の結合機構と着脱可能に結合する所定数の結索装置が所定の間隔で設けられ浮き部が両端に設けられて海底に設置されるチェーンであって該浮き部が耐圧ブイをチェーン巻揚用先取索でチェーンと繋ぐと共に海上から操作可能な水中切離装置を介して前記チェーン巻揚用先取索の途中に止めて海中に浮かせ前記水中切離装置で切り離すと前記チェーン巻揚用先取索が繰り出されて前記耐圧ブイを海面に向かって浮上させるようにしたチェーンと、で構成した海水中金属捕集装置における、前記チェーン巻揚用先取索を巻き上げる先取索捲込ウィンチと前記チェーンを巻き上げるチェーン巻揚機と該チェーンを巻き下ろすチェーン巻降機と、１回の作業で回収する前記金属捕集材と同じ数の金属捕集材を巻き取ることができる捕集材格納ドラムに余裕を加えた数の捕集材格納ドラムを少なくとも収納できる船倉とを備えた海水中金属捕集材回収船。
【請求項２】
前記金属捕集材は、放射線グラフト重合したグラフト基に金属捕集能を有する官能基を導入した高分子合成繊維糸を芯の回りに合糸したものを放射状に編み出してモール状に形成したもので、前記芯の一端に前記結合機構を備えたことを特徴とする請求項１記載の海水中金属捕集材回収船。
【請求項３】
前記海水中金属捕集装置は海水中のウランを回収するために使用することを特徴とする請求項１または２記載の海水中金属捕集材回収船。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の海水中金属捕集材回収船に前記金属捕集材を回収する方法であって、対象とする前記海水中金属捕集装置の前記水中切離装置に切離指令信号を発し、切り離された前記耐圧ブイが浮上してきたらこれを掬い上げ前記チェーン巻揚用先取索をたぐりよせて該先取索に連れて引き揚げられる前記チェーンを前記チェーン巻揚機と前記チェーン巻降機に架けて、前記耐圧ブイと前記水中切離装置を該チェーンの先端に設置し直して海中に投下し、さらに前記海水中金属捕集材回収船を前記海水中金属捕集装置に沿って進行させながら前記チェーン巻揚機により該チェーンを引き上げて、揚がってくる前記金属捕集材を次々に外して空の捕集材格納ドラムに移して巻上げ、新しい金属捕集材を巻いた捕集材格納ドラムの新しい金属捕集材を空いた前記結索装置に取り付けて前記チェーン巻降機で連続的に海中に投下することを特徴とする金属捕集材回収方法。
【請求項５】
前記海水中金属捕集装置はさらに予備水中切離装置を備えて、前記海水中金属捕集材回収船が対象とする前記海水中金属捕集装置の端部上の海面に達して回収の準備が整い、該海水中金属捕集装置の前記水中切離装置に切離指令信号を発したときに、該水中切離装置が作動しなかったときには別の指令信号により前記予備水中切離装置を作動させて前記ワイヤを確実に切り離せるようにしたことを特徴とする請求項4記載の金属捕集材回収方法。
【請求項６】
前記チェーン巻揚用先取索はナイロンロープで形成され、該チェーン巻揚用先取索を前記チェーン巻揚機と前記チェーン巻降機に掛けて前記先取索捲込ウィンチで前記耐圧ブイを引き上げることを特徴とする請求項4または5記載の金属捕集材回収方法。
【請求項７】
前記チェーンの端部が前記チェーン巻揚機と前記チェーン巻降機に掛かり逆方向に戻らなくなったときに、前記チェーンの始端に前記耐圧ブイ、前記水中切離装置、前記予備水中切離装置、これらを繋ぐワイヤ、前記チェーン巻揚用先取索を該チェーンが海底にあったときと同じ状態に取り付けて海中に投入することを特徴とする請求項4から６のいずれか一項に記載の金属捕集材回収方法。
【請求項８】
前記海水中金属捕集材回収船はさらに捕集材一時巻取ドラムを備え、前記チェーンが前記チェーン巻揚機により前記海水中金属捕集材回収船の進行に合わせて引き揚げられるのに伴って揚げられた前記金属捕集材を、前記結索装置のところで該チェーンから外して前記捕集材一時巻取ドラムに巻き取り、その後さらに前記捕集材格納ドラムに移して前記捕集材回収船倉に収納することを特徴とする請求項4から７のいずれか一項に記載の金属捕集材回収方法。
【請求項９】
前記海水中金属捕集材回収船はさらにチェーン投下用ウインチを備え、前記チェーンの終端のリングに前記チェーン投下用ウインチの鋼索を通して該鋼索の端部を船上に設けたアイプレートに固定し、前記チェーンが前記チェーン巻降機から外れる前に前記鋼索に張力を掛けて該チェーン落下時の衝撃を和らげ、該チェーンが海中に没した後に該鋼索を繰り出して、該チェーンを徐々に海底まで降ろし、該チェーンの終端が海底に到達したら、前記アイプレートから前記鋼索の一端を外し、前記チェーン投下用ウインチを巻上げると、該鋼索が前記チェーン端部の前記リングから外れて船上に回収されることを特徴とする請求項4から８のいずれか一項に記載の金属捕集材回収方法。
【請求項１】
金属を吸着し化学反応により金属を溶離する複数の金属捕集材であって一端に結合機構を備え浮力を持って海底のチェーンから上に伸びて海水中に漂う金属捕集材と、該金属捕集材の結合機構と着脱可能に結合する所定数の結索装置が所定の間隔で設けられ浮き部が両端に設けられて海底に設置されるチェーンであって該浮き部が耐圧ブイをチェーン巻揚用先取索でチェーンと繋ぐと共に海上から操作可能な水中切離装置を介して前記チェーン巻揚用先取索の途中に止めて海中に浮かせ前記水中切離装置で切り離すと前記チェーン巻揚用先取索が繰り出されて前記耐圧ブイを海面に向かって浮上させるようにしたチェーンと、で構成した海水中金属捕集装置における、前記チェーン巻揚用先取索を巻き上げる先取索捲込ウィンチと前記チェーンを巻き上げるチェーン巻揚機と該チェーンを巻き下ろすチェーン巻降機と、１回の作業で回収する前記金属捕集材と同じ数の金属捕集材を巻き取ることができる捕集材格納ドラムに余裕を加えた数の捕集材格納ドラムを少なくとも収納できる船倉とを備えた海水中金属捕集材回収船。
【請求項２】
前記金属捕集材は、放射線グラフト重合したグラフト基に金属捕集能を有する官能基を導入した高分子合成繊維糸を芯の回りに合糸したものを放射状に編み出してモール状に形成したもので、前記芯の一端に前記結合機構を備えたことを特徴とする請求項１記載の海水中金属捕集材回収船。
【請求項３】
前記海水中金属捕集装置は海水中のウランを回収するために使用することを特徴とする請求項１または２記載の海水中金属捕集材回収船。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の海水中金属捕集材回収船に前記金属捕集材を回収する方法であって、対象とする前記海水中金属捕集装置の前記水中切離装置に切離指令信号を発し、切り離された前記耐圧ブイが浮上してきたらこれを掬い上げ前記チェーン巻揚用先取索をたぐりよせて該先取索に連れて引き揚げられる前記チェーンを前記チェーン巻揚機と前記チェーン巻降機に架けて、前記耐圧ブイと前記水中切離装置を該チェーンの先端に設置し直して海中に投下し、さらに前記海水中金属捕集材回収船を前記海水中金属捕集装置に沿って進行させながら前記チェーン巻揚機により該チェーンを引き上げて、揚がってくる前記金属捕集材を次々に外して空の捕集材格納ドラムに移して巻上げ、新しい金属捕集材を巻いた捕集材格納ドラムの新しい金属捕集材を空いた前記結索装置に取り付けて前記チェーン巻降機で連続的に海中に投下することを特徴とする金属捕集材回収方法。
【請求項５】
前記海水中金属捕集装置はさらに予備水中切離装置を備えて、前記海水中金属捕集材回収船が対象とする前記海水中金属捕集装置の端部上の海面に達して回収の準備が整い、該海水中金属捕集装置の前記水中切離装置に切離指令信号を発したときに、該水中切離装置が作動しなかったときには別の指令信号により前記予備水中切離装置を作動させて前記ワイヤを確実に切り離せるようにしたことを特徴とする請求項4記載の金属捕集材回収方法。
【請求項６】
前記チェーン巻揚用先取索はナイロンロープで形成され、該チェーン巻揚用先取索を前記チェーン巻揚機と前記チェーン巻降機に掛けて前記先取索捲込ウィンチで前記耐圧ブイを引き上げることを特徴とする請求項4または5記載の金属捕集材回収方法。
【請求項７】
前記チェーンの端部が前記チェーン巻揚機と前記チェーン巻降機に掛かり逆方向に戻らなくなったときに、前記チェーンの始端に前記耐圧ブイ、前記水中切離装置、前記予備水中切離装置、これらを繋ぐワイヤ、前記チェーン巻揚用先取索を該チェーンが海底にあったときと同じ状態に取り付けて海中に投入することを特徴とする請求項4から６のいずれか一項に記載の金属捕集材回収方法。
【請求項８】
前記海水中金属捕集材回収船はさらに捕集材一時巻取ドラムを備え、前記チェーンが前記チェーン巻揚機により前記海水中金属捕集材回収船の進行に合わせて引き揚げられるのに伴って揚げられた前記金属捕集材を、前記結索装置のところで該チェーンから外して前記捕集材一時巻取ドラムに巻き取り、その後さらに前記捕集材格納ドラムに移して前記捕集材回収船倉に収納することを特徴とする請求項4から７のいずれか一項に記載の金属捕集材回収方法。
【請求項９】
前記海水中金属捕集材回収船はさらにチェーン投下用ウインチを備え、前記チェーンの終端のリングに前記チェーン投下用ウインチの鋼索を通して該鋼索の端部を船上に設けたアイプレートに固定し、前記チェーンが前記チェーン巻降機から外れる前に前記鋼索に張力を掛けて該チェーン落下時の衝撃を和らげ、該チェーンが海中に没した後に該鋼索を繰り出して、該チェーンを徐々に海底まで降ろし、該チェーンの終端が海底に到達したら、前記アイプレートから前記鋼索の一端を外し、前記チェーン投下用ウインチを巻上げると、該鋼索が前記チェーン端部の前記リングから外れて船上に回収されることを特徴とする請求項4から８のいずれか一項に記載の金属捕集材回収方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００８−２８０６１５（Ｐ２００８−２８０６１５Ａ）
【公開日】平成２０年１１月２０日（２００８．１１．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１６１７９０（Ｐ２００８−１６１７９０）
【出願日】平成２０年６月２０日（２００８．６．２０）
【分割の表示】特願２００５−２６０９７０（Ｐ２００５−２６０９７０）の分割
【原出願日】平成１７年９月８日（２００５．９．８）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 【発行者名】社団法人日本原子力学会【刊行物名】日本原子力学会 ２００５年秋の大会 予稿集【発行年月日】平成１７年８月１２日
【出願人】（０００１７３８０９）財団法人電力中央研究所 (1,040)
【出願人】（５０５３７４７８３）独立行政法人 日本原子力研究開発機構 (727)
【出願人】（３０８００７５０５）カワサキプラントシステムズ株式会社 (51)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１１月２０日（２００８．１１．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月２０日（２００８．６．２０）
【分割の表示】特願２００５−２６０９７０（Ｐ２００５−２６０９７０）の分割
【原出願日】平成１７年９月８日（２００５．９．８）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 【発行者名】社団法人日本原子力学会【刊行物名】日本原子力学会 ２００５年秋の大会 予稿集【発行年月日】平成１７年８月１２日
【出願人】（０００１７３８０９）財団法人電力中央研究所 (1,040)
【出願人】（５０５３７４７８３）独立行政法人 日本原子力研究開発機構 (727)
【出願人】（３０８００７５０５）カワサキプラントシステムズ株式会社 (51)
【Ｆターム（参考）】
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