(57)【要約】【課題】加熱処理による微生物の処理を行うバラスト水処理システムにおいて、取水時間や排水時間が長くならず、加熱処理に必要な熱エネルギーを低減し、更には航行中の排熱を有効に利用できるバラスト水処理システムを提供すること。【解決手段】バラストタンク１の下部から循環手段４により導出するバラスト水をバラストタンク１の上部に戻す循環経路１０と、循環経路１０に設けて、導出されるバラスト水中の微生物を加熱処理する加熱処理手段と、加熱処理手段へ流入する加熱処理前のバラスト水と加熱処理手段から流出する加熱処理後のバラスト水との間で熱交換を行う熱回収型熱交換器３０を備え、バラスト水の排水時に排水手段３にてバラストタンク１から直接排水を行うことを特徴とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バラストタンクと、前記バラストタンクに貯えるバラスト水を取水する取水手段と、前記バラスト水を排水する排水手段とを備えたバラスト水処理システムにおいて、前記バラストタンクの下部から循環手段により導出する前記バラスト水を前記バラストタンクの上部に戻す循環経路と、前記循環経路に設けて、導出される前記バラスト水中の微生物を加熱処理する加熱処理手段と、前記加熱処理手段へ流入する加熱処理前の前記バラスト水と前記加熱処理手段から流出する加熱処理後の前記バラスト水との間で熱交換を行う熱回収型熱交換器を備え、前記バラスト水の排水時に前記排水手段にて前記バラストタンクから直接排水を行うことを特徴とするバラスト水処理システム。
【請求項２】
前記加熱処理手段は、船舶から排出される排熱を利用することを特徴とする請求項１に記載のバラスト水処理システム。
【請求項３】
前記加熱処理を前記バラスト水の排水前に終えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のバラスト水処理システム。
【請求項４】
前記加熱処理手段による前記微生物の加熱処理温度が６８℃以上であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のバラスト水処理システム。
【請求項５】
前記循環経路から前記バラストタンクの上部に戻される熱交換を終えた前記バラスト水の温度と、前記バラストタンク内の前記バラスト水の温度とが０．５℃以上の温度差を有するように制御したことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のバラスト水処理システム。
【請求項６】
前記加熱処理手段は、前記バラスト水中の前記微生物を加熱処理に必要な所定の処理時間が確保できる経路容量としたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のバラスト水処理システム。
【請求項７】
前記加熱処理手段は、前記船舶から排出される前記排熱を間接熱交換器で間接熱交換することを特徴とする請求項２から請求項６に記載のバラスト水処理システム。
【請求項８】
前記バラストタンクと前記排水手段とをそれぞれ複数備え、排水時に複数の前記排水手段を機能させて前記バラストタンクから重力を利用して排水を行うことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載のバラスト水処理システム。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれかに記載のバラスト水処理システムを船体に搭載したことを特徴とするバラスト水処理システムを搭載した船舶。
【請求項１０】
バラストタンクに貯えたバラスト水を前記バラストタンクの下部から導出し、前記バラスト水を加熱処理手段で加熱して微生物処理するとともに、前記加熱処理手段へ流入する加熱処理前の前記バラスト水と前記加熱処理手段から流出する加熱処理後の前記バラスト水を熱回収型熱交換器で熱交換を行って前記バラストタンクの上部に戻し循環させることを特徴とするバラスト水処理方法。
【請求項１１】
前記加熱処理手段による前記バラスト水の加熱処理を、船舶の航行中に排出される排熱を利用して行うことを特徴とする請求項１０に記載のバラスト水処理方法。
【請求項１２】
加熱処理後の前記バラストタンクの前記バラスト水を、重力を利用して排水すること特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載のバラスト水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バラスト水の取排水に伴う微生物の移動を防止するためのバラスト水処理システム、このバラスト水処理システムを搭載した船舶、及びバラスト水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
加熱処理によるバラスト水処理を適用する場合、規定を満たす加熱処理を行うためにはバラスト水を６８℃以上の温度に１分以上維持する必要がある。
しかし、貨物船では、船舶に貯えられたバラスト水全てを、同時に６８℃以上の温度に１分以上維持するには、膨大なエネルギーが必要となり、このような加熱処理が可能なシステムを船舶内に備えることは現実的に困難である。
また、バラスト水の取水時や排出時に加熱処理することは、加熱処理しない場合と比較して、必然的に取水時間や排水時間が長くなる。特に、バラ積運搬船などの貨物船では、一般的に行われている重力排水に比べて排出時間が長くなる。
すなわち、バラスト水の取水時や排水時に加熱処理を行い、実用に値する流量を得るためには、膨大なエネルギーが必要となり、このような加熱処理が可能なシステムを船舶内に備えるには現実的に困難である。
【０００３】
ところで、特許文献１では、バラストタンクと、バラストタンクに貯えるバラスト水を取水する取水手段と、バラスト水を排水する排水手段とを備え、バラストタンクの下部から循環手段により導出するバラスト水をバラストタンクの上部に戻す循環経路と、循環経路に設けた、導出されるバラスト水を加熱する熱交換器とを備えたバラスト水処理装置が提案されている。
なお、航海中に上部バラストタンクにバラスト水の移し替えを行っておき、排水時に重力を利用した自然排水を行うことについては特許文献２に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２４６１７８号公報
【特許文献２】特公昭６１−４８４７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１は、加熱処理によって微生物を処理するものではない。すなわち、特許文献１では、衝撃水圧発生装置を用いて間欠的に処理室内の水生生物に衝撃的な圧縮、膨張、せん断等の力を作用させて水生生物を死滅させている。特許文献１における熱交換器は、処理済みバラスト水の比重を小さくすることで、バラストタンク内での処理前バラスト水と混合することなく分離させるために用いている。
従って、特許文献１は、取水時間や排水時間が長くなるという課題や、膨大なエネルギーが必要となるなどの加熱処理による課題が生じるものではない。
【０００６】
本発明は、加熱処理による微生物の処理を行うバラスト水処理システムにおいて、取水時間や排水時間が長くならず、加熱処理に必要な熱エネルギーを低減し、更には航行中の排熱を有効に利用できるシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の本発明に対応したバラスト水処理システムにおいては、バラストタンクと、バラストタンクに貯えるバラスト水を取水する取水手段と、バラスト水を排水する排水手段とを備えたバラスト水処理システムにおいて、バラストタンクの下部から循環手段により導出するバラスト水をバラストタンクの上部に戻す循環経路と、循環経路に設けて、導出されるバラスト水中の微生物を加熱処理する加熱処理手段と、加熱処理手段へ流入する加熱処理前のバラスト水と加熱処理手段から流出する加熱処理後のバラスト水との間で熱交換を行う熱回収型熱交換器を備え、バラスト水の排水時に排水手段にてバラストタンクから直接排水を行うことを特徴とする。請求項１に記載の本発明によれば、加熱処理手段による加熱処理を、バラストタンクに貯えたバラスト水に対して行うことで、取水時に行う必要がないため取水時間が長くならない。また、熱回収型熱交換器によって、加熱処理後のバラスト水から熱を回収して加熱処理前のバラスト水に熱を与えることで加熱処理に必要な熱エネルギーを低減できる。更に、排水時には直接排水を行うことで排水時間が長くならない。従って、バラスト水の処理に必要なエネルギーコスト、製作コスト、及び運用コストを合わせたトータルコストを低減できる。また、薬剤などを用いる場合と比べて薬剤ストックスペースを廃止でき、システムの小型化とともに省スペース化が可能となる。また、薬剤や活性物質を用いないので環境にやさしく、船体腐食への影響もなくせる。
【０００８】
請求項２記載の本発明は、請求項１に記載のバラスト水処理システムにおいて、加熱処理手段は、船舶から排出される排熱を利用することを特徴とする。請求項２に記載の本発明によれば、排熱利用によって更にエネルギーコストを低減できる。
【０００９】
請求項３記載の本発明は、請求項１又は請求項２に記載のバラスト水処理システムにおいて、加熱処理をバラスト水の排水前に終えることを特徴とする。請求項３に記載の本発明によれば、規定を満たした安全なバラスト水を、排水時間が長くなることなく排水できる。
【００１０】
請求項４記載の本発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載のバラスト水処理システムにおいて、加熱処理手段による微生物の加熱処理温度が６８℃以上であることを特徴とする。請求項４に記載の本発明によれば、バラスト水中の微生物を確実に殺滅することができる。
【００１１】
請求項５記載の本発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載のバラスト水処理システムにおいて、循環経路からバラストタンクの上部に戻される熱交換を終えたバラスト水の温度と、バラストタンク内のバラスト水の温度とが０．５℃以上の温度差を有するように制御したことを特徴とする。請求項５に記載の本発明によれば、加熱処理後のバラスト水をバラストタンク内のバラスト水と混合することなく分離できるとともに、熱回収型熱交換器によって十分に熱回収が行えるため、加熱処理に必要な熱エネルギーを低減できる。
【００１２】
請求項６記載の本発明は、請求項１から請求項５のいずれかに記載のバラスト水処理システムにおいて、加熱処理手段は、バラスト水中の微生物を加熱処理に必要な所定の処理時間が確保できる経路容量としたことを特徴とする。請求項６に記載の本発明によれば、バラスト水中の微生物を確実に殺滅することができる。
【００１３】
請求項７記載の本発明は、請求項２から請求項６のいずれかに記載のバラスト水処理システムにおいて、加熱処理手段は、船舶から排出される排熱を間接熱交換器で間接熱交換することを特徴とする。請求項７に記載の本発明によれば、排ガスや蒸気を有効に利用することができる。
【００１４】
請求項８記載の本発明は、請求項１から請求項７のいずれかに記載のバラスト水処理システムにおいて、バラストタンクと排水手段とをそれぞれ複数備え、排水時に複数の排水手段を機能させてバラストタンクから重力を利用して排水を行うことを特徴とする。請求項８に記載の本発明によれば、排水時間を短縮することができる。
【００１５】
請求項９記載の本発明に対応したバラスト水処理システムを搭載した船舶においては、請求項１から請求項８のいずれかに記載のバラスト水処理システムを船体に搭載したことを特徴とする。請求項９に記載の本発明によれば、バラスト水の処理に必要なエネルギーコスト、製作コスト、及び運用コストを合わせたトータルコストを低減できる。また、バラスト水の取水時間及び排水時間が長くならない。更に薬剤などを用いる場合と比べて薬剤ストックスペースを廃止でき、システムの小型化とともに省スペース化が可能となる。また、薬剤や活性物質を用いないので環境にやさしく、船体腐食への影響もなくせる。
【００１６】
請求項１０記載の本発明に対応したバラスト水処理方法においては、バラストタンクに貯えたバラスト水をバラストタンクの下部から導出し、バラスト水を加熱処理手段で加熱して微生物処理するとともに、加熱処理手段へ流入する加熱処理前のバラスト水と加熱処理手段から流出する加熱処理後のバラスト水を熱回収型熱交換器で熱交換を行ってバラストタンクの上部に戻し循環させることを特徴とする。請求項１０に記載の本発明によれば、加熱処理手段による加熱処理を、バラストタンクに貯えたバラスト水に対して行うことで、取水時に行う必要がないため取水時間が長くならない。また、熱回収型熱交換器によって、加熱処理後のバラスト水から熱を回収して加熱処理前のバラスト水に熱を与えることで加熱処理に必要な熱エネルギーを低減できる。更に、排水時には直接排水を行うことで排水時間が長くならない。
【００１７】
請求項１１記載の本発明は、請求項１０に記載のバラスト水処理方法において、加熱処理手段によるバラスト水の加熱処理を、船舶の航行中に排出される排熱を利用して行うことを特徴とする。請求項１１に記載の本発明によれば、排熱利用によって更にエネルギーコストを低減できる。
【００１８】
請求項１２記載の本発明は、請求項１０又は請求項１１記載のバラスト水処理方法において、加熱処理後のバラストタンクのバラスト水を、重力を利用して排水すること特徴とする。請求項１２に記載の本発明によれば、排水時に動力が不要となり、また、排水時間を短縮することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、加熱処理手段による加熱処理を、バラストタンクに貯えたバラスト水に対して行うことで、取水時に行う必要がないため取水時間が長くならない。また、熱回収型熱交換器によって、加熱処理後のバラスト水から熱を回収して加熱処理前のバラスト水に熱を与えることで加熱処理に必要な熱エネルギーを低減できる。更に、排水時には直接排水を行うことで排水時間が長くならない。従って、バラスト水の処理に必要なエネルギーコスト、製作コスト、及び運用コストを合わせたトータルコストを低減できる。また、薬剤などを用いる場合と比べて薬剤ストックスペースを廃止でき、システムの小型化とともに省スペース化が可能となる。また、薬剤や活性物質を用いないので環境にやさしく、船体腐食への影響もなくせる。
【００２０】
また、加熱処理手段が船舶から排出される排熱を利用する場合には、排熱利用によって更にエネルギーコストを低減できる。
【００２１】
また、加熱処理をバラスト水の排水前に終える場合には、規定を満たした安全なバラスト水を、排水時間が長くなることなく排水できる。
【００２２】
また、加熱処理手段による微生物の加熱処理温度が６８℃以上である場合には、バラスト水中の微生物を確実に殺滅することができる。
【００２３】
また、循環経路からバラストタンクの上部に戻される熱交換を終えたバラスト水の温度と、バラストタンク内のバラスト水の温度とが０．５℃以上の温度差を有するように制御した場合には、加熱処理後のバラスト水をバラストタンク内のバラスト水と混合することなく分離できるとともに、熱回収型熱交換器によって十分に熱回収が行えるため、加熱処理に必要な熱エネルギーを低減できる。
【００２４】
また、加熱処理手段は、バラスト水中の微生物を加熱処理に必要な所定の処理時間が確保できる経路容量とした場合には、バラスト水中の微生物を確実に殺滅することができる。
【００２５】
また、加熱処理手段は、船舶から排出される排熱を間接熱交換器で間接熱交換する場合には、排ガスや蒸気を有効に利用することができる。
【００２６】
また、バラストタンクと排水手段とをそれぞれ複数備え、排水時に複数の排水手段を機能させてバラストタンクから重力を利用して排水を行う場合には、排水時間を短縮することができる。
【００２７】
本発明の船舶によれば、バラスト水の処理に必要なエネルギーコスト、製作コスト、及び運用コストを合わせたトータルコストを低減できる。また、バラスト水の取水時間及び排水時間が長くならない。更に薬剤などを用いる場合と比べて薬剤ストックスペースを廃止でき、システムの小型化とともに省スペース化が可能となる。また、薬剤や活性物質を用いないので環境にやさしく、船体腐食への影響もなくせる。
【００２８】
本発明のバラスト水処理方法によれば、加熱処理手段による加熱処理を、バラストタンクに貯えたバラスト水に対して行うことで、取水時に行う必要がないため取水時間が長くならない。また、熱回収型熱交換器によって、加熱処理後のバラスト水から熱を回収して加熱処理前のバラスト水に熱を与えることで加熱処理に必要な熱エネルギーを低減できる。更に、排水時には直接排水を行うことで排水時間が長くならない。
【００２９】
また、加熱処理手段によるバラスト水の加熱処理を、船舶の航行中に排出される排熱を利用して行う場合には、排熱利用によって更にエネルギーコストを低減できる。
【００３０】
また、加熱処理後のバラストタンクのバラスト水を、重力を利用して排水する場合には、動力が不要となるとともに、排水時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施形態によるバラスト水処理システムのライン図
【図２】本発明の第１実施例を示し、バラストタンク内のバラスト水の温度に対して０．５℃高い温度のバラスト水を第７の配管１７から戻し、１０００秒経過後の流体解析結果を示す図
【図３】本発明の第１実施例を示し、バラストタンク内のバラスト水の温度に対して０．５℃高い温度のバラスト水を第７の配管１７から戻し、１４００秒経過後の流体解析結果を示す図
【図４】本発明の第１実施例を示し、バラストタンク内のバラスト水の温度に対して０．５℃高い温度のバラスト水を第７の配管１７から戻し、１５０００秒経過後の流体解析結果を示す図
【図５】本発明の第１実施例を示し、バラストタンク内のバラスト水の温度に対して０．５℃高い温度のバラスト水を第７の配管１７から戻し、２００００秒経過後の流体解析結果を示す図
【図６】本発明の第１実施例を示し、バラストタンク内のバラスト水の温度に対して０．５℃高い温度のバラスト水を第７の配管１７から戻し、３００００秒経過後の流体解析結果を示す図
【図７】本発明の第１実施例を示し、バラストタンク内のバラスト水の温度に対して０．５℃高い温度のバラスト水を第７の配管１７から戻し、４００００秒経過後の流体解析結果を示す図
【図８】本発明の第１実施例を示し、バラストタンク内のバラスト水の温度に対して０．５℃高い温度のバラスト水を第７の配管１７から戻し、５８０００秒経過後の流体解析結果を示す図
【図９】本発明の第２実施例を示し、バラストタンク内のバラスト水の温度に対して２℃高い温度のバラスト水を第７の配管１７から戻し、１０００秒経過後の流体解析結果を示す図
【図１０】本発明の第２実施例を示し、バラストタンク内のバラスト水の温度に対して２℃高い温度のバラスト水を第７の配管１７から戻し、１４００秒経過後の流体解析結果を示す図
【図１１】本発明の第２実施例を示し、バラストタンク内のバラスト水の温度に対して２℃高い温度のバラスト水を第７の配管１７から戻し、１５０００秒経過後の流体解析結果を示す図
【図１２】本発明の第２実施例を示し、バラストタンク内のバラスト水の温度に対して２℃高い温度のバラスト水を第７の配管１７から戻し、２００００秒経過後の流体解析結果を示す図
【図１３】本発明の第２実施例を示し、バラストタンク内のバラスト水の温度に対して２℃高い温度のバラスト水を第７の配管１７から戻し、３００００秒経過後の流体解析結果を示す図
【図１４】本発明の第２実施例を示し、バラストタンク内のバラスト水の温度に対して２℃高い温度のバラスト水を第７の配管１７から戻し、４００００秒経過後の流体解析結果を示す図
【図１５】本発明の第２実施例を示し、バラストタンク内のバラスト水の温度に対して２℃高い温度のバラスト水を第７の配管１７から戻し、５８０００秒経過後の流体解析結果を示す図
【図１６】本発明の第３実施例を示し、バラストタンク内のバラスト水の温度に対して４℃高い温度のバラスト水を第７の配管１７から戻し、１０００秒経過後の流体解析結果を示す図
【図１７】本発明の第３実施例を示し、バラストタンク内のバラスト水の温度に対して４℃高い温度のバラスト水を第７の配管１７から戻し、１４００秒経過後の流体解析結果を示す図
【図１８】本発明の第３実施例を示し、バラストタンク内のバラスト水の温度に対して４℃高い温度のバラスト水を第７の配管から戻し、１５０００秒経過後の流体解析結果を示す図
【図１９】本発明の第３実施例を示し、バラストタンク内のバラスト水の温度に対して４℃高い温度のバラスト水を第７の配管１７から戻し、２００００秒経過後の流体解析結果を示す図
【図２０】本発明の第３実施例を示し、バラストタンク内のバラスト水の温度に対して４℃高い温度のバラスト水を第７の配管１７から戻し、３００００秒経過後の流体解析結果を示す図
【図２１】本発明の第３実施例を示し、バラストタンク内のバラスト水の温度に対して４℃高い温度のバラスト水を第７の配管１７から戻し、４００００秒経過後の流体解析結果を示す図
【図２２】本発明の第３実施例を示し、バラストタンク内のバラスト水の温度に対して４℃高い温度のバラスト水を第７の配管１７から戻し、５８０００秒経過後の流体解析結果を示す図
【図２３】比較例を示し、バラストタンク内のバラスト水の温度と同じ温度のバラスト水を第７の配管１７から戻し、１０００秒経過後の流体解析結果を示す図
【図２４】比較例を示し、バラストタンク内のバラスト水の温度と同じ温度のバラスト水を第７の配管１７から戻し、１４００秒経過後の流体解析結果を示す図
【図２５】比較例を示し、バラストタンク内のバラスト水の温度と同じ温度のバラスト水を第７の配管１７から戻し、１５０００秒経過後の流体解析結果を示す図
【図２６】比較例を示し、バラストタンク内のバラスト水の温度と同じ温度のバラスト水を第７の配管１７から戻し、２００００秒経過後の流体解析結果を示す図
【図２７】比較例を示し、バラストタンク内のバラスト水の温度と同じ温度のバラスト水を第７の配管１７から戻し、３００００秒経過後の流体解析結果を示す図
【図２８】比較例を示し、バラストタンク内のバラスト水の温度と同じ温度のバラスト水を第７の配管１７から戻し、４００００秒経過後の流体解析結果を示す図
【図２９】比較例を示し、バラストタンク内のバラスト水の温度と同じ温度のバラスト水を第７の配管１７から戻し、５８０００秒経過後の流体解析結果を示す図
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下に、本発明の実施形態によるバラスト水処理システムについて説明する。
図１は本発明の実施形態によるバラスト水処理システムのライン図である。
【００３３】
まず、バラスト水処理システムの構成を説明する。
本実施形態のバラスト水処理システムは、バラストタンク１と、バラストタンク１に貯えるバラスト水を取水する取水手段２と、バラスト水を排水する排水手段３とを備えている。
取水手段２及び排水手段３はバルブとポンプで構成され、取水手段２は取水シーチェスト６から水（海水）を取水し、排水手段３はバラスト水を排出シーチェスト７から排水する。
バラストタンク１には、排水手段３によることなく、バラストタンク１から重力を利用して排水を行うことができるバルブを有した排水管５を備えている。
【００３４】
本実施形態のバラスト水処理システムは、更に、循環経路１０と、循環手段４と、間接熱交換器２０と、熱回収型熱交換器３０と、殺滅タンク４０とを備えている。
循環経路１０は、バラストタンク１の下部から循環手段４により導出するバラスト水をバラストタンク１の上部に戻している。
循環経路１０は、バラストタンク１の下部から循環手段４までを接続する第１の配管１１と、循環手段４から熱回収型熱交換器３０の吸熱側経路３１の上流側接続口までを接続する第２の配管１２と、熱回収型熱交換器３０の吸熱側経路３１の下流側接続口から殺滅タンク４０までを接続する第３の配管１３と、殺滅タンク４０から熱回収型熱交換器３０の放熱側経路３２の上流側接続口までを接続する第４の配管１４と、第３の配管１３から分岐して間接熱交換器２０の吸熱側経路２１の上流側接続口までを接続する第５の配管１５と、間接熱交換器２０の吸熱側経路２１の下流側接続口から第３の配管１３に合流する第６の配管１６と、熱回収型熱交換器３０の放熱側経路３２の下流側接続口からバラストタンク１の上部までを接続する第７の配管１７とからなる。
【００３５】
第５の配管１５における第３の配管１３からの分岐点は、第６の配管１６における第３の配管１３への合流点よりも上流側に位置する。また、第５の配管１５と吸熱側経路２１と第６の配管１６の抵抗（圧力損失）は、第３の配管の分岐点と合流点の間の抵抗（圧力損失）よりも小さく設定することにより、間接熱交換器２０に少量のバラスト水を熱交換させ、温度を例えば６６℃から６９℃に昇温させることができる。第５の配管１５、第６の配管１６、第３の配管１３にバルブを設けて抵抗を調節し、間接熱交換器２０で加熱されるバラスト水の量を調節し加熱処理温度を制御することも可能である。
第１の配管１１はバラストタンク１の底部に接続され、第７の配管１７はバラストタンク１の上部に接続されている。
循環手段４はバルブと循環ポンプで構成されている。
なお、本実施形態では、取水手段２、排水手段３、及び循環手段４を別々のポンプとバルブで構成した場合を示しているが、取水手段２、排水手段３、及び循環手段４の内、少なくとも２つの手段を配管の切り替えによって同じポンプで構成してもよい。
【００３６】
間接熱交換器２０は、船舶から排出される排熱を利用する。
間接熱交換器２０の放熱側経路２２には、熱源回路５０が接続されている。
熱源回路５０は、船舶の主機関や発電機関の排熱を利用する排熱回収サイレンサー（又は排熱エコノマイザー）５１、蒸気ヘッダー５２、間接熱交換器２０の放熱側経路２２、復水タンク５３、間接熱交換器用循環ポンプ５４を環状に配管で接続している。
間接熱交換器２０は、吸熱側経路２１を流れるバラスト水と放熱側経路２２を流れる蒸気との間で間接熱交換を行う。
【００３７】
熱回収型熱交換器３０は、吸熱側経路３１を流れる加熱処理前のバラスト水と、放熱側経路３２を流れる加熱処理後のバラスト水との間で熱交換を行う。
加熱処理手段は、間接熱交換器２０、殺滅タンク４０、第３の配管１３、第４の配管１４、第５の配管１５、及び第６の配管１６とで構成される。
加熱処理手段は、バラスト水中の微生物を加熱処理に必要な所定の処理時間が確保できる経路容量としている。経路容量は、吸熱側経路２１、殺滅タンク４０、第３の配管１３、第４の配管１４、第５の配管１５、及び第６の配管１６の容量で決定される。
なお、殺滅タンク４０は必ずしもタンクである必要はなく、経路容量さえ確保できたら経路や配管で兼ねて、必要な所定の処理時間を確保してもよい。また、加熱処理対象となるバラスト水中の微生物としては、ＬサイズプランクトンやＳサイズプランクトン、またバクテリア等の細菌類が挙げられる。
【００３８】
本実施形態によるバラスト水処理システムの加熱処理について説明する。
取水時及び排水時には、加熱処理は行わない。
本システムによる加熱処理は、取水手段２によってバラスト水をバラストタンク１に貯えた後であり、船舶が航行中に行う。船舶の航行中に行うことで、主機から排出される排熱を利用することができる。
循環手段４の運転により、バラスト水は、バラストタンク１の底部から導出され、第１の配管１１及び第２の配管１２を経由して熱回収型熱交換器３０に至る。熱回収型熱交換器３０では、加熱処理前のバラスト水は加熱処理後のバラスト水から熱を受ける。例えばバラストタンク１の底部から導出されるバラスト水の温度を１５℃とし、熱回収型熱交換器３０に導入される加熱処理後のバラスト水の温度を６８℃とすると、熱回収型熱交換器３０から導出される加熱処理前のバラスト水の温度は６６℃まで加熱される。熱回収型熱交換器３０は、バラスト水の流れが対向するように吸熱側経路３１と放熱側経路３２を構成しているため、吸熱側経路３１の出口温度を６６℃と高くすることが可能である。
【００３９】
第３の配管１３を流れるバラスト水の一部は、第５の配管１５に分流して間接熱交換器２０に至る。間接熱交換器２０に至ったバラスト水は、１３０℃の蒸気によって加熱された後、第６の配管１６から第３の配管１３に合流する。第６の配管１６からの高温のバラスト水の合流によって殺滅タンク４０の入口温度は６９℃程度に上昇する。殺滅タンク４０及び第４の配管１４ではバラスト水の温度は６８℃程度に維持される。このように加熱処理手段による微生物の加熱処理温度を６８℃以上とすることで、バラスト水中の微生物を確実に殺滅することができる。
加熱処理温度を６８℃に設定した場合には、加熱処理手段は、間接熱交換器２０、殺滅タンク４０、第４の配管１４、第５の配管１５、及び第６の配管１６とで構成され、経路容量は、吸熱側経路２１、殺滅タンク４０、第４の配管１４、第５の配管１５、及び第６の配管１６の容量で決定される。
【００４０】
加熱処理温度を７０℃に設定した場合には、第３の配管１３を流れるバラスト水の温度を６８℃とすることができ、より確実な殺滅を実現できる。
加熱処理温度を７０℃に設定した場合には、加熱処理手段は、間接熱交換器２０、殺滅タンク４０、第３の配管１３、第４の配管１４、第５の配管１５、及び第６の配管１６とで構成され、経路容量は、吸熱側経路２１、殺滅タンク４０、第３の配管１３、第４の配管１４、第５の配管１５、及び第６の配管１６の容量で決定される。
加熱処理に必要な所定の処理時間は、加熱処理温度が７０℃の場合には１分である。
加熱処理温度は、熱回収型熱交換器３０に用いられるパッキンなどの耐熱性を考慮すると、８０℃以下とすることが好ましい。
【００４１】
加熱処理手段で加熱処理されたバラスト水は、熱回収型熱交換器３０で放熱（熱回収）して１７℃の温度となり、第７の配管１７を通ってバラストタンク１の上部からバラストタンク１内に戻される。
本実施例では、バラストタンク１内のバラスト水の温度１５℃に対して２℃高い１７℃の温度のバラスト水を第７の配管１７から戻すように設定したが、バラストタンク１内のバラスト水の温度と第７の配管１７から戻すバラスト水の温度は０．５℃以上の温度差を有すればよいが、１℃以上であれば好ましい。
０．５℃以上の温度差とすることで、加熱処理後のバラスト水をバラストタンク１内のバラスト水と混合することなく分離できるとともに、熱回収型熱交換器３０によって十分に熱回収が行えるため、加熱処理に必要な熱エネルギーを低減できる。
なお、バラストタンク１内において、加熱処理後のバラスト水と加熱処理前のバラスト水とが混ざることなく積層されるように、第７の配管１７の出口は、バラスト水面に平行に（図１においては水平に）接続されることが好ましい。また、バラストタンク１に流入した加熱処理後のバラスト水を水平方向に拡散する攪拌防止板１ａやバラスト水面に浮遊させたフロート等を用いることで、流入した加熱処理後のバラスト水が加熱処理前のバラスト水と混ざり合うことを防止してもよい。
【００４２】
循環手段４の運転継続によって、バラストタンク１内のバラスト水は段階的に加熱処理され、全てのバラスト水が加熱処理されると循環手段４を停止する。
加熱処理は、バラスト水の排水前に終えることで、規定を満たした安全なバラスト水を、排水時間が長くなることなく排水できる。
バラスト水の排水時には、排水手段３にてバラストタンク１から直接排水を行う。すなわち、排水時には、加熱処理は行わない。
なお、本実施形態では、一つのバラストタンク１と一つの排水手段３を図示したが、バラストタンク１と排水手段３とをそれぞれ複数備え、排水時に複数の排水手段３を機能させて排水を行うことで排水時間を短縮することができ、排水管５によって重力を利用して排水を行うことで更に排水時間を短縮することができる。
【００４３】
図２から図２９を用いてバラストタンク１内の温度差による自然対流の流体解析結果を説明する。
図２から図８はバラストタンク１内のバラスト水の温度に対して０．５℃高い温度のバラスト水を第７の配管１７から戻した場合の時間経過別の流体解析結果を示す図、図９から図１５はバラストタンク１内のバラスト水の温度に対して２℃高い温度のバラスト水を第７の配管１７から戻した場合の時間経過別の流体解析結果を示す図、図１６から図２２はバラストタンク１内のバラスト水の温度に対して４℃高い温度のバラスト水を第７の配管１７から戻した場合の時間経過別の流体解析結果を示す図、図２３から図２９はバラストタンク１内のバラスト水の温度と同じ温度のバラスト水を第７の配管１７から戻した場合の時間経過別の流体解析結果を示す図である。これらの図は置換率を示す。
【００４４】
また、図２、図９、図１６、及び図２３は、１０００秒経過後の流体解析結果を示す図、図３、図１０、図１７、及び図２４は、１４００秒経過後の流体解析結果を示す図、図４、図１１、図１８、及び図２５は、１５０００秒経過後の流体解析結果を示す図、図５、図１２、図１９、及び図２６は、２００００秒経過後の流体解析結果を示す図、図６、図１３、図２０、及び図２７は、３００００秒経過後の流体解析結果を示す図、図７、図１４、図２１、及び図２８は、４００００秒経過後の流体解析結果を示す図、図８、図１５、図２２、及び図２９は、５８０００秒経過後の流体解析結果を示す図である。
【００４５】
なお、バラストタンク１は、底部空間高さを２ｍ、底部空間幅を１５ｍ、底面から側部空間高さを２０ｍ、側部空間幅を１．５ｍ、バラストタンク１の船体方向長さを２００ｍとし、バラストタンク１の船体幅方向断面積を５６ｍ２（１．５×２０＋２×１３）、バラストタンク１の容積を２２４００ｍ３（５６×２００×２）とした。また、第７の配管１７から戻すバラスト水の循環流量は、０．５６ｍ３／ｈ（２２４００／（１００×４００））とし、対流及び熱伝達を考慮した。
【００４６】
図２、図９、図１６、及び図２３に示すように、１０００秒経過後では、図２に示す温度差０．５℃、図９に示す温度差２℃、図１６に示す温度差４℃では、第７の配管１７から戻した水とバラストタンク１にあった水の間に明確な積層が現れているのに対して、図２３に示す比較例では積層は現れていない。
積層の出現状況は、１４００秒経過後を示す図３、図１０、図１７、及び図２４、１５０００秒経過後を示す図４、図１１、図１８、及び図２５、２００００秒経過後を示す図５、図１２、図１９、及び図２６、３００００秒経過後を示す図６、図１３、図２０、及び図２７、４００００秒経過後を示す図７、図１４、図２１、及び図２８、５８０００秒経過後を示す図８、図１５、図２２、及び図２９においても同様である。
以上のシュミュレーションから、バラストタンク１内のバラスト水の温度と第７の配管１７から戻すバラスト水の温度は０．５℃以上の温度差を有すればよいことが分かる。
【００４７】
以上のように本実施形態は、加熱処理手段による加熱処理を、バラストタンク１に貯えたバラスト水に対して行うことで、取水時に行う必要がないため取水時間が長くならない。また、熱回収型熱交換器３０によって、加熱処理後のバラスト水から熱を回収して加熱処理前のバラスト水に熱を与えることで加熱処理に必要な熱エネルギーを低減できる。更に、排水時には直接排水を行うことで排水時間が長くならない。従って、バラスト水の処理に必要なエネルギーコスト、製作コスト、及び運用コストを合わせたトータルコストを低減できる。
また、薬剤などを用いる場合と比べて薬剤ストックスペースを廃止でき、システムの小型化とともに省スペース化が可能となる。また、薬剤や活性物質を用いないので環境にやさしく、船体腐食への影響もなくせる。
【００４８】
また本実施形態によれば、船舶から排出される排熱を利用することでエネルギーコストを低減できる。
【００４９】
また本実施形態によれば、バラストタンク１に貯えたバラスト水をバラストタンク１の下部から導出し、バラスト水を加熱処理手段で加熱して微生物処理するとともに、加熱処理手段へ流入する加熱処理前のバラスト水と加熱処理手段から流出する加熱処理後のバラスト水を熱回収型熱交換器３０で熱交換を行ってバラストタンク１の上部に戻し循環させることで、加熱処理手段による加熱処理を、バラストタンク１に貯えたバラスト水に対して行うことで、取水時に行う必要がないため取水時間が長くならない。また、熱回収型熱交換器３０によって、加熱処理後のバラスト水から熱を回収して加熱処理前のバラスト水に熱を与えることで加熱処理に必要な熱エネルギーを低減できる。更に、排水時には直接排水を行うことで排水時間が長くならない。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、バラスト水の処理能力を維持すると共に必要な総エネルギーを低減することを目的とするバラスト水処理システム、このバラスト水処理システムを搭載した船舶、及びバラスト水処理方法に適している。
【符号の説明】
【００５１】
１  バラストタンク
２  取水手段
３  排水手段
４  循環手段
５  排水管
１０  循環経路
１１  第１の配管
１２  第２の配管
１３  第３の配管
１４  第４の配管
１５  第５の配管
１６  第６の配管
１７  第７の配管
２０  間接熱交換器
３０  熱回収型熱交換器
５０  熱源回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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