(57)【要約】【課題】キャビテーションを抑制し、流量調整が不能になることや設備が損傷することを防止する。【解決手段】本発明によれば、水を浄化処理する水処理装置１０であって、開度調整可能な第１調整弁ＦＣＶ１及び第２調整弁ＦＣＶ２と、制御手段１５と、浄化手段１１，１２とを備え、第１調整弁ＦＣＶ１、第２調整弁ＦＣＶ２及び浄化手段１１，１２はそれぞれ、浄化処理時に水が流通する浄化ライン上に配置され、制御手段１５が、第１調整弁ＦＣＶ１と第２調整弁ＦＣＶ２の少なくとも一方の開度制御を行い、第１調整弁ＦＣＶ１の開度と第２調整弁ＦＣＶ２の開度の差である開度差を一定に維持する、水処理装置１０が提供される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を浄化処理する水処理装置であって、
開度調整可能な第１調整弁及び第２調整弁と、制御手段と、浄化手段とを備え、
前記第１調整弁、前記第２調整弁及び前記浄化手段はそれぞれ、浄化処理時に水が流通する浄化ライン上に配置され、
前記制御手段は前記第１調整弁と前記第２調整弁の少なくとも一方の開度制御を行い、前記第１調整弁の開度と前記第２調整弁の開度の差である開度差を略一定に維持する、水処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の水処理装置であって、
前記制御手段は、前記浄化手段の処理能力に基づいて前記第１調整弁と前記第２調整弁の少なくとも一方の開度制御を行う、水処理装置。
【請求項３】
請求項１に記載の水処理装置であって、
前記制御手段は、前記第１調整弁と前記第２調整弁の何れか一方の制御により流通する水の流量を調整し、前記第１調整弁と前記第２調整弁の何れか他方の制御により前記開度差を略一定に維持する、水処理装置。
【請求項４】
請求項１に記載の水処理装置であって、
前記第１調整弁は前記第２調整弁よりも上流側に配置され、
前記制御手段は、前記第２調整弁の制御により流通する水の流量を調整し、前記第１調整弁の制御により前記開度差を略一定に維持する、水処理装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項３の何れかに記載の水処理装置であって、
前記略一定に維持される開度差の値は、下記Ａ〜Ｄの少なくとも１つの指標に応じて決定される、水処理装置。
Ａ：前記浄化ラインを流通させる水の最大流量
Ｂ：前記浄化ラインを流通させる水の最低流量
Ｃ：前記第１調整弁の下流側の圧力
Ｄ：前記第１調整弁及び前記第２調整弁の口径
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水を浄化処理する水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
タンカー等の船舶は、積み荷の原油等を降ろした後、再度目的地に向けて航行する際、航行中の船舶のバランスを取るため、通常、バラスト水と呼ばれる水をバラストタンク内に貯留する。このような船舶には、バラスト水の注排水による生態系の破壊を防ぐため、バラスト水を浄化処理する水処理装置（バラスト水処理装置）が設けられている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−２２７０６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、バラスト水処理装置では、バラスト水の汚れ等によっては、確実な浄化処理のため管路に設けられた弁（開度調整弁）の開度を絞り、処理するバラスト水の流量を減らすことがある。しかしながら、このような場合、開度調整弁の前後での圧力の急激な低下によりキャビテーションが発生し、流量調整が不能になるおそれや、弁やその他の設備が損傷するおそれがあった。
【０００５】
なお、このように弁を絞ることで生じる問題は、海水を処理するバラスト水処理装置に限らず、河川、湖沼、池、工業水等の水を処理する水処理装置全般に生じるものである。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、キャビテーションを抑制し、流量調整が不能になることや設備が損傷することを防止することの可能な水処理装置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】
本発明によれば、水を浄化処理する水処理装置であって、開度調整可能な第１調整弁及び第２調整弁と、制御手段と、浄化手段とを備え、前記第１調整弁、前記第２調整弁及び前記浄化手段はそれぞれ、浄化処理時に水が流通する浄化ライン上に配置され、前記制御手段は前記第１調整弁と前記第２調整弁の少なくとも一方の開度制御を行い、前記第１調整弁の開度と前記第２調整弁の開度の差である開度差を略一定に維持する、水処理装置が提供される。
【０００８】
このような構成によれば、制御手段が第１調整弁の開度と前記第２調整弁の開度が一定の開度差に維持されるよう制御することで、浄化処理時に水が流通する浄化ラインにおける圧力を各調整弁において段階的に低下させ、急激な圧力の低下を防止することが可能となる。その結果、２つの弁の開度差を一定にするという簡単な制御により、流量を絞った状態であっても、キャビテーションを抑制することが可能となり、流量調整が不能になることや、設備が損傷することを防止することが可能となる。
【０００９】
以下、本発明の種々の実施形態を例示する。以下に示す実施形態は互いに組み合わせ可能である。
【００１０】
好ましくは、前記制御手段は、前記浄化手段の処理能力に基づいて前記第１調整弁と前記第２調整弁の少なくとも一方の開度制御を行う。
【００１１】
好ましくは、前記制御手段は、前記第１調整弁と前記第２調整弁の何れか一方の制御により流通する水の流量を調整し、前記第１調整弁と前記第２調整弁の何れか他方の制御により前記開度差を略一定に維持する。
【００１２】
好ましくは、前記第１調整弁は前記第２調整弁よりも上流側に配置され、前記制御手段は、前記第２調整弁の制御により流通する水の流量を調整し、前記第１調整弁の制御により前記開度差を略一定に維持する。
【００１３】
好ましくは、前記略一定に維持される開度差の値は、下記Ａ〜Ｄの少なくとも１つの指標に応じて決定される。
Ａ：前記浄化ラインを流通させる水の最大流量
Ｂ：前記浄化ラインを流通させる水の最低流量
Ｃ：前記第１調整弁の下流側の圧力
Ｄ：前記第１調整弁及び前記第２調整弁の口径
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る水処理装置１０を導入したバラスト装置の概略を示す図である。
【図２】図１の水処理装置１０において、濾過装置１１及び紫外線リアクタ１２をバイパスさせた際の流路を示す図である。
【図３】図１の水処理装置１０において、濾過装置１１及び紫外線リアクタ１２を流通させてバラスト水を浄化処理する際の流路を示す図である。
【図４】図１の水処理装置１０において、濾過装置１１のみをバイパスさせた際の流路を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について説明する。以下に示す実施形態中で示した各種特徴事項は、互いに組み合わせ可能である。また、各特徴について独立して発明が成立する。
【００１６】
１．バラスト装置の構成
図１は、本発明の実施形態に係る水処理装置（バラスト水処理装置）１０を船舶のバラスト装置に導入した様子を示す概略図である。バラスト装置は、海水等の船外の水をシーチェストＳＣ１から船内に取り込んでバラストタンク２に注水を行うバラスト動作と、バラストタンク２に貯留されたバラスト水を船外排出口ＳＣ２から排水するデバラスト動作とを行うものである。図１に示すように、本実施形態のバラスト装置は主に、船内を流通するバラスト水を圧送するポンプ１と、水処理装置１０と、バラストタンク２とを備える。以下、水処理装置１０の構成を中心に説明する。
【００１７】
なお、本明細書における「バラスト水」について、バラストタンク２に導入（流入）される前又はバラストタンク２から排出（流出）された後に拘わらず、船内に取り込まれた水を全て「バラスト水」と表現する。また、船内に取り込むバラスト水には、海水、淡水、汽水等が含まれるものとする。
【００１８】
２．水処理装置１０の構成
水処理装置１０は、船内に取り込むバラスト水及び船内から排出するバラスト水を処理してバラスト水中に含まれる微生物・異物の含有量を低減するために導入されるものである。水処理装置１０は、図１に示すように、ポンプ１とバラストタンク２（あるいは船外排出口ＳＣ２）との間に設けられる。ここで、水処理装置１０において、ポンプ１側の接続部を上流側接続部Ｐ１、バラストタンク２側の接続部を下流側接続部Ｐ２とする。
【００１９】
本実施形態の水処理装置１０は、フィルタによりバラスト水を濾過処理する濾過装置１１と、バラスト水に紫外線を照射して微生物を殺菌処理する紫外線リアクタ１２と、バラスト水の流量を計測する流量計１３と、バラスト水の水圧を計測する圧力計１４と、水処理装置１０内を流通するバラスト水の流通を制御する制御手段１５とを備える。なお、濾過装置１１及び紫外線リアクタ１２をそれぞれ浄化手段とも称する。本実施形態において、濾過装置１１と紫外線リアクタ１２には既知の構成が用いられる。本実施形態においてこの水処理装置１０は、ポンプ１とバラストタンク２（あるいは船外排出口ＳＣ２）との間に設けられる。
【００２０】
また、水処理装置１０は、各構成要素を接続してバラスト水を流通させる複数のラインＬ１〜Ｌ５を備える。「ライン」とは、流路、経路、管路等の流体の流通が可能なラインの総称である。また、水処理装置１０は、開閉弁Ｖ１〜Ｖ５及び、開度調整の可能な第１調整弁ＦＣＶ１、第２調整弁ＦＣＶ２も備えている。なお、水処理装置１０のラインＬ１について、一部の管路として船舶に既設のラインを用いてもよい。したがって、水処理装置１０においてラインＬ１は必須の構成ではない。また、ラインＬ２〜ラインＬ５について部分的に船舶に既設のラインを用いることも可能である。
【００２１】
具体的には、図１に示すように、ラインＬ１は濾過装置１１及び紫外線リアクタ１２をバイパスして上流側接続部Ｐ１と下流側接続部Ｐ２を接続するラインであり、開閉弁Ｖ１を有する。ラインＬ２はラインＬ１と濾過装置１１とを接続するラインであり、開閉弁Ｖ２を有する。ラインＬ３は、濾過装置１１と紫外線リアクタ１２とを接続するラインであり、開閉弁Ｖ３を有する。また、ラインＬ４は、一端がラインＬ１のラインＬ２との接続位置よりも下流側の位置であって開閉弁Ｖ１よりは上流側の位置に接続され、他端がラインＬ３の開閉弁Ｖ３よりも下流側の位置に接続される。ラインＬ４は開閉弁Ｖ４を有する。ラインＬ５は、一端が紫外線リアクタ１２に接続され、他端がラインＬ１の開閉弁Ｖ１よりも下流側の位置に接続される。なお、本実施形態において、流量計１３はラインＬ５に設置され、圧力計１４はラインＬ１のラインＬ４との接続位置よりも上流側の位置に設置される。
【００２２】
加えて、本実施形態の水処理装置１０は、ラインＬ１のラインＬ２との接続位置よりも上流側の位置に開度調整可能な第１調整弁ＦＣＶ１が設けられ、ラインＬ５の流量計１３よりも下流側の位置に開度調整可能な第２調整弁ＦＣＶ２が設けられている。
【００２３】
制御手段１５は、上述した開閉弁Ｖ１〜Ｖ５の開閉を制御することにより、水処理装置１０内を流通するバラスト水の流通を制御する。また、制御手段１５は、浄化手段を流れるバラスト水の流量を調整するため、浄化手段の処理能力に基づいて第１調整弁ＦＣＶ１及び第２調整弁ＦＣＶ２の開度を調整する制御も行う。ここで、浄化手段の処理能力とは、バラスト水の水質（濁度）ごとの処理可能な流量であり、例えば、紫外線リアクタ１２による紫外線の照射量が挙げられる。また、他の例としては、濾過装置１１のフィルタの１次側と２次側の差圧が挙げられる。
【００２４】
３．水処理装置１０の動作
次に、以上のように構成された水処理装置１０の動作について説明する。なお、以下の動作は制御手段１５の制御により行われる。
【００２５】
３．１  バイパス動作
ポンプ１の駆動直後やバラスト水の浄化処理が必要ない場合は、制御手段１５は開閉弁Ｖ１及び第１調整弁ＦＣＶ１を開きその他の開閉弁を閉じることでバラスト水がラインＬ１を流通するようにし、濾過装置１１及び紫外線リアクタ１２をバイパスさせる（図２参照）。
【００２６】
３．２  浄化動作
水処理装置１０によりバラスト水を浄化する場合は、制御手段１５は開閉弁Ｖ１及びＶ４を閉じ開閉弁Ｖ２，Ｖ３、第１調整弁ＦＣＶ１及び第２調整弁ＦＣＶ２を開いてバラスト水が濾過装置１１及び紫外線リアクタ１２（浄化手段）を流通するようにする（図３参照）。この際、制御手段１５は、これら濾過装置１１及び紫外線リアクタ１２の起動命令も出力する。バラスト水は、濾過装置１１及び紫外線リアクタ１２を流通することで浄化される。ここで、本実施形態においては、図３に示す、第１調整弁ＦＣＶ１、濾過装置１１、紫外線リアクタ１２及び第２調整弁ＦＣＶ２を流通するライン、すなわちラインＬ１の一部及びラインＬ２〜ラインＬ４を「浄化ライン」とも呼ぶ。なお、バラスト装置の開閉弁Ｖ５を閉じて開閉弁Ｖ６を開いた場合、浄化されたバラスト水はバラストタンク２に貯水され、開閉弁Ｖ５を開いて開閉弁Ｖ６を閉じた場合、浄化されたバラスト水は船外へ排出される。
【００２７】
ここで、制御手段１５は、浄化処理を行うバラスト水の流量、すなわち濾過装置１１及び紫外線リアクタ１２を流通するバラスト水の流量の制御も行う。流通するバラスト水の流量は、流量計１３により計測される。以下に、浄化処理を行うバラスト水の流量制御について具体的に説明する。
【００２８】
制御手段１５は、基本的には第２調整弁ＦＣＶ２の開度を制御することにより流通するバラスト水の流量を調整する。すなわち、流通するバラスト水の水質が良い場合等、濾過装置１１及び紫外線リアクタ１２による浄化処理可能量が多い場合は、第２調整弁ＦＣＶ２の開度を上げてバラスト水の流量を増加させる。一方、流通するバラスト水の水質が悪い場合等、濾過装置１１及び紫外線リアクタ１２による浄化処理可能量が少ない場合は、第２調整弁ＦＣＶ２の開度を下げてバラスト水の流量を低減する。なお、流通させるバラスト水の流量は、濾過装置１１が濾過処理可能な定格流量と、紫外線リアクタ１２が微生物を殺滅処理できる定格流量のうち、小さいほうの定格流量に設定することが好ましい。これにより、浄化手段により適切に処理されたバラスト水を最短時間で貯留または排出することができる。
【００２９】
ところで、水処理装置１０において、浄化処理するバラスト水の流量を低減させる必要がある場合において、第２調整弁ＦＣＶ２の開度を下げると、第２調整弁ＦＣＶ２の前後での圧力の急激な低下によりキャビテーションが発生し、流量調整が不能になるおそれや、弁やその他の設備が損傷するおそれがある。
【００３０】
そこで、本実施形態の水処理装置１０は、第１調整弁ＦＣＶ１を別途設置し、浄化手段を流れる水の流量を絞った低流量域（例えば、第２調整弁ＦＣＶ２の開度が３０％以下の低流量域）において、制御手段１５が第２調整弁ＦＣＶ２の開度を制御する際、第１調整弁ＦＣＶ１の開度も同時に制御している。具体的には、制御手段１５は低流量域において、第１調整弁ＦＣＶ１と第２調整弁ＦＣＶ２の開度の差である開度差が略一定に維持されるよう第１調整弁ＦＣＶ１の開度を維持している。つまり、制御手段１５は、流量制御を行いつつ、第１調整弁ＦＣＶ１の開度と第２調整弁ＦＣＶ２の開度差を略一定に維持している。ここで、開度差は、より具体的には、＋Ｘ％（Ｘは０以上の整数）のように定める。このようにすることで、第１調整弁ＦＣＶ１と第２調整弁ＦＣＶ２の２つの調整弁の位置で段階的に圧力が低下することになる。その結果、第２調整弁ＦＣＶ２の位置における急激な圧力の低下が抑制され、キャビテーションの発生を抑制することが可能となっている。ここで、第１調整弁ＦＣＶ１の開度を小さくすると、水処理装置１０を流通するバラスト水の流量が低下することになるが、その場合は流量計１３によって計測された流量に基づいて第２調整弁ＦＣＶ２の開度を調整することで、バラスト水の流量を適切な流量に制御することができる。
【００３１】
なお、第１調整弁ＦＣＶ１の口径と第２調整弁ＦＣＶ２の口径が同じ場合は、第１調整弁ＦＣＶ１の開度は、第２調整弁ＦＣＶ２の開度よりも大きいことが好ましい。これは、第１調整弁ＦＣＶ１を浄化ラインにおける圧力調整をなだらかに行わせる目的で設置するものだからである。ただし、第１調整弁ＦＣＶ１の口径と第２調整弁ＦＣＶ２の口径が異なっている場合や、他の状況により、第２調整弁ＦＣＶ２の開度より小さい値に設定することもある。また、略一定に維持するとは、開度差の許容値の幅を所定以内に維持することを意味する。この幅は、例えば±３％以内とすることができ、±２％以内とすることが好ましく、±１％以内とすることがより好ましい。なお、略一定としたことには、第２調整弁ＦＣＶ２の開度に応じた開度に第１調整弁ＦＣＶ１を追従させる際に生じる若干のタイムラグを許容する意味もある。
【００３２】
このような制御により、第２調整弁ＦＣＶ２の開度が大きいとき、すなわちバラスト水の流量が多い場合には、第１調整弁ＦＣＶ１の開度も大きくなるため、当該第１調整弁ＦＣＶ１において流量が制限されることはない。
【００３３】
なお、上記の開度差を略一定に維持する制御は、低流量域のみで行っても良く、また、低流量域以外の場合、例えば第２調整弁ＦＣＶ２の開度が３０％より大きな流量域でも同様の制御を行っても良い。ただし、全流量域で開度差を略一定に維持する制御を行う場合、一方の開度が１００％（又は０％）に達した場合には開度差を略一定に維持することができないので、この場合は開度差を一定にしなくても良い。
【００３４】
以上のように、本実施形態の水処理装置１０は、第１調整弁ＦＣＶ１と第２調整弁ＦＣＶ２の２つの調整弁の開度差を一定にするという簡単な制御（開度制御）により、流量を絞った状態であっても、キャビテーションを抑制することが可能となり、流量調整が不能になることや、設備が損傷することを防止することが可能となっている。したがって、圧力センサ等の他の検知手段を設けることは必須ではなく、安価で簡単且つ信頼性の高い水処理装置１０を構成することが可能となっている。
【００３５】
なお、上記略一定に維持される開度差の値は、下記Ａ〜Ｄの少なくとも１つの指標に応じて決定される。
Ａ：浄化ラインを流通させるバラスト水の最大流量
Ｂ：浄化ラインを流通させるバラスト水の最低流量
Ｃ：圧力計１４により計測される圧力
Ｄ：前記第１調整弁及び前記第２調整弁の口径
【００３６】
具体的には、上記Ａ：浄化ラインを流通させるバラスト水の最大流量とは、浄化手段に処理させる最大の流量（例えば、濾過装置１１と紫外線リアクタ１２の定格流量のうち少ないほう）である。最大流量により開度差を決定する場合、最大流量が多い場合には開度差を大きくし、最大流量が少ない場合には開度差を小さくする。上記Ｂ：浄化ラインを流通させるバラスト水の最低流量とは、浄化手段に処理させる最小の流量である。この流量は例えば、バラスト水の濁度が高い場合にも紫外線リアクタ１２による紫外線の照射量を確保することの可能な最小の流量である。最小流量により開度差を決定する場合、最小流量が多い場合には開度差を大きくし、最小流量が少ない場合には開度差を小さくする。
【００３７】
また、上記Ｃ：圧力計１４により計測される圧力とは、第１調整弁ＦＣＶ１の下流側の圧力である。圧力により開度差を決定する場合、最小流量を流した状態で圧力が高い場合は第１調整弁の開度を小さくし、第２調整弁の開度を大きくして目標圧力に収まる開度差を決定する。圧力が低い場合は、第１調整弁の開度を大きくし、第２調整弁の開度を小さくして目標圧力に収まる開度差を決定する。上記Ｄ：口径により開度差を決定する場合は、第１調整弁の口径の方が大きい場合、第１調整弁の開度を小さくし、第２調整弁の口径の方が小さい場合は、第２調整弁の開度を大きくして設定する。
【００３８】
このような指標により開度差を適切に設定することで、より効果的にキャビテーションの発生を抑制することが可能となっている。
【００３９】
なお、上記の説明では、バラスト水を濾過装置１１及び紫外線リアクタ１２の両方に流通させて浄化する場合の例を説明したが、例えばデバラスト動作時には、開閉弁Ｖ２，Ｖ３を閉じて開閉弁Ｖ４を開くことで濾過装置１１をバイパスし、紫外線リアクタ１２の処理のみを行うことも可能である（図４参照）。なお、バラスト装置において、デバラスト動作時には、バラストタンク２に貯留されていたバラスト水は、開閉弁Ｖ７が開かれることによりラインＬ６及びポンプ１を経由して水処理装置１０へ流入する。この際も、制御手段１５により第１調整弁ＦＣＶ１及び第２調整弁ＦＣＶ２の制御を行うことで、流量を絞った場合にもキャビテーションの発生を抑制することが可能となっている。
【００４０】
４．変形例
本発明は、以下の態様でも実施可能である。
・上記実施形態では、制御手段１５が第１調整弁ＦＣＶ１及び第２調整弁ＦＣＶ２をともに制御していたが、第２調整弁ＦＣＶ２を制御手段によっては制御しない構成、例えば手動で動作させる構成とすることも可能である。この場合、制御手段１５は第２調整弁ＦＣＶ２の開度を取得して第１調整弁ＦＣＶ１の開度の制御を行うことになる。
・上記実施形態では、第１調整弁ＦＣＶ１は濾過装置１１よりも上流側に配置され、第２調整弁ＦＣＶ２は紫外線リアクタ１２よりも下流側に配置されていたが、第１調整弁ＦＣＶ１及び第２調整弁ＦＣＶ２は、浄化ライン（ラインＬ２、Ｌ３、Ｌ５）上の任意の位置に設置することができる。例えば、第１調整弁ＦＣＶ１及び第２調整弁ＦＣＶ２をともに濾過装置１１よりも上流側に配置することや、第１調整弁ＦＣＶ１及び第２調整弁ＦＣＶ２をともに紫外線リアクタ１２よりも下流側に配置することも可能である。さらに、第１調整弁ＦＣＶ１と第２調整弁ＦＣＶ２の一方又は両方を濾過装置１１と紫外線リアクタ１２の間の位置に配置することも可能である。また、主として開度調整を行う第２調整弁ＦＣＶ２を第１調整弁ＦＣＶ１よりも上流側に配置することも可能である。
・上記実施形態では、水処理装置１０は濾過装置１１及び紫外線リアクタ１２の２つの浄化手段を備えていたが、濾過装置１１と紫外線リアクタ１２の一方の浄化手段のみを備えた構成や、他の浄化手段を用いた構成とすることも可能である。
・上記実施形態では、水処理装置１０をバラスト装置に適用した例を示したが、本発明の水処理装置１０は、バラスト装置以外にも、河川、湖沼、池、工業水等の様々な水を処理する水処理装置として用いることができる。
【符号の説明】
【００４１】
１          ：ポンプ
２          ：バラストタンク
１０        ：水処理装置
１１        ：濾過装置（浄化手段）
１２        ：紫外線リアクタ（浄化手段）
１３        ：流量計
１４        ：圧力計
１５        ：制御手段
ＦＣＶ１    ：第１調整弁
ＦＣＶ２    ：第２調整弁
Ｌ１〜Ｌ６  ：ライン
Ｐ１        ：上流側接続部
Ｐ２        ：下流側接続部
ＳＣ１      ：シーチェスト
ＳＣ２      ：船外排出口
Ｖ１〜Ｖ７  ：開閉弁
【図１】
2019136639.tif 000003
【図２】
2019136639.tif 000004
【図３】
2019136639.tif 000005
【図４】
2019136639.tif 000006