(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バラスト水処理に用いる水素除去タンクであって、
前記水素除去タンクは、その上部中央に霧化ノズルが設けられ、その高さの中間部に第１流動攪拌モジュールが設けられ、その底部に第２流動攪拌モジュールが設けられ、
前記第１流動攪拌モジュール及び前記第２流動攪拌モジュールは、前記水素除去タンクの底面に対して平行であり、前記霧化ノズルを介して前記水素除去タンクに流入した溶液を攪拌するように用いられ、
前記第１流動攪拌モジュール及び前記第２流動攪拌モジュールは、いずれも二層以上の流動攪拌網と、当該二層以上の流動攪拌網を支持して固定させるための流動攪拌網支持フレームとを含み、
前記流動攪拌網支持フレームは、前記二層以上の流動攪拌網同士の層間距離を１０〜２０ｍｍに維持するように溶接して固定させることを特徴とする水素除去タンク。
【請求項２】
前記第２流動攪拌網の目開きサイズは、前記第１流動攪拌網の目開きサイズ以下であることを特徴とする請求項１に記載の水素除去タンク。
【請求項３】
前記第１流動攪拌モジュールの流動攪拌網の目開きサイズは、５×５ｍｍであり、
前記第２流動攪拌モジュールの流動攪拌網の目開きサイズは、２×２ｍｍであることを特徴とする請求項２に記載の水素除去タンク。
【請求項４】
前記霧化ノズルと前記水素除去タンクの頂部との距離は、１０ｃｍであり、
前記霧化ノズルの噴射管路内の圧力は、３〜３．５Ｂａｒであることを特徴とする請求項１に記載の水素除去タンク。
【請求項５】
防爆型送風機と、気水分離器と、水素除去タンクと、薬剤注入ポンプとを含み、
前記気水分離器は、前記水素除去タンクの排気口に連結され、
前記防爆型送風機に吹込まれた空気は、前記気水分離器からの気体と混合し、
前記薬剤注入ポンプは、前記水素除去タンクの液排出口に連結され、
前記水素除去タンクは、前記請求項１〜４のいずれか１項に記載の水素除去タンクであることを特徴とするバラスト水処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶バラスト水処理分野に関し、特に、水素除去タンク及びそれを有するバラスト水処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
バラストは船舶の運航中に必然的な状態である。バラスト水に含まれる水生生物は、船舶にバラスト水を積載すると同時にバラスト水と共に船舶に積載され、航海終了後にバラスト水に伴って目的地の海域に排出される。すなわち、バラスト水は船舶に伴って出発地から遠方の海域に運ばれることによって、有害な水生生物及び病原体の伝播を引き起こしてしまう。船舶のバラスト水による有害な水生生物及び病原体の伝播を有効的に制御して抑えるために、国際海事機構（ＩＭＯ）において「船舶バラスト水及び沈殿物の制御及び管理のための国際条約（以下、条約）」が２００４年に採択された。条約により、船舶の建造年・サイズに応じて定められた適用日までにすべての船舶へのバラスト水処理装置の搭載が義務付けられる。また、条約には、バラスト水の処理基準として、すなわち、排水するバラスト水中の水生生物のサイズや生存数、病原体微生物の種類や数について明確に規定されている（すなわち、Ｄ―２基準）。
【０００３】
従来の船舶バラスト水処理技術では、分岐路電解法は主力技術として、以下のような原理で動作する。船舶にバラスト水を積載する場合には、バラスト水主管路から海水のごく一部（約処理される海水の量の１〜２％）を抽出して電解溝に流入させ、電解によって一定量の高濃度の残留オキシダント（Ｔｏｔａｌ  Ｒｅｓｉｄｕａｌ  Ｏｘｉｄｅｓ，ＴＲＯ）溶液（次亜塩素酸ナトリウムを含む）及び副生成物である水素を生成する。水素混じりのＴＲＯ溶液は水素除去手段に流入し、水素除去手段で水素をＴＲＯ溶液から分離させる。分離した水素は、送風機に吹込まれた空気によって希釈されて船舶外に排出される。一方、水素と分離したＴＲＯ溶液は、薬剤注入ポンプによってバラスト水主管路内に送り返され、バラスト水主管路における海水と充分に混合する。混合した海水におけるＴＲＯ濃度は一定の数値に達すると、国際海事機構（ＩＭＯ）で採択されたバラスト水処理の水質基準（Ｄ−２基準）を満たすことができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記電解法処理技術では、水素は、電解溝の陰極において必然的に生成される副生成物である。水素は、空気中において広い爆発限界の範囲を持ち、水素濃度が４−７５％Ｖ／Ｖの空気中において比較的に爆発しやすい。このため、水素がバラストタンクに流入することは許されるべきものではなくて、ＴＲＯ溶液から水素を分離させ、空気によって爆発限界以下（通常、１％Ｖ／Ｖ以下）まで希釈してから船舶外に排出する必要がある。電解法を用いる船舶バラスト水処理システムでは、ＴＲＯ溶液から水素を分離させるための装置は水素除去手段と称される。
【０００５】
電解法を用いる船舶バラスト水処理システムの水素除去手段は、バラスト水処理の基幹部品である。水素除去手段の評価指標としては、バラスト水処理システム全体の安全性に関わる水素除去効率と、水素除去手段の体積とがある。通常、水素除去手段の体積は比較的に大きいため、バラスト水処理システム全体の体積も大きい。なお、上記２つの指標は互いに矛盾しており、水素除去効率の高い水素除去手段に大きい体積を要する傾向がある一方、体積の小さい水素除去手段がある程度の水素除去効率を犠牲にする傾向がある。船舶の設置スペースの制約や安全性に対する高い要求により、安全かつ小型化のバラスト水処理システムの研究開発が早急に望まれていた。また、小型かつ高効率の水素除去手段の開発は、安全かつ小型化のバラスト水処理システムの鍵を握る重要なこととなっている。
【０００６】
従来の水素除去手段としては、サイクロン分離原理に基づく水素分離装置及び従来の水素除去タンクが知られている。水素分離装置のメリットとしては、水素効率が高いことである。なお、水素分離装置のデメリットとしては、このような水素除去技術には、サイクロンセパレータの供給口における圧力を比較的に一定に維持するほか、サイクロンセパレータの流量変化範囲を小さくする必要がある。すなわち、水素分離装置の適用条件が厳しく、実用中に船舶の運転状態が上記条件を超えるおそれがあり、この場合にサイクロンセパレータの効果を大幅に低下させ、ベーパーロック現象が生じる。また、従来の水素除去タンクの動作原理としては、水素混じりのＴＲＯ溶液を１つのタンク体に注入して一定の時間放置することで、その中の水素を凝集・析出して分離させる。従来の水素除去タンクのメリットとしては、確実に動作できることである。なお、従来の水素除去タンクのデメリットとしては、必要とする水素除去タンクの体積が大きく、ＴＲＯ溶液が水素除去タンク内に十分な時間で滞留しないと、その中の水素を充分に分離させることができない。すなわち、このような水素除去タンクでは、小型の水素除去タンクを使用すると、水素除去効率を低下させるようになる。一方、船舶の設置スペースの制約から、体積が大きい水素除去タンクの場合は、バラスト水処理システムの体積も大きくなることが多くて、実際の船舶に適さない。
【０００７】
したがって、本発明の目的としては、小型、水素除去効率の高い水素除去タンク及びそれを有するバラスト水処理システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明に係る水素除去タンクは、バラスト水処理に用いられ、その上部中央に霧化ノズルが設けられ、その高さの中間部に第１流動攪拌モジュールが設けられ、その底部に第２流動攪拌モジュールが設けられ、前記第１流動攪拌モジュール及び前記第２流動攪拌モジュールは、前記水素除去タンクの底面に対して平行であり、前記霧化ノズルを介して前記水素除去タンクに流入した溶液を攪拌するように用いられる。前記第１流動攪拌モジュール及び前記第２流動攪拌モジュールは、いずれも二層以上の流動攪拌網と、当該二層以上の流動攪拌網を支持して固定させるための流動攪拌網支持フレームとを含む。前記流動攪拌網支持フレームは、前記二層以上の流動攪拌網同士の層間距離を１０〜２０ｍｍに維持するように溶接して固定させる。
【０００９】
一実施形態では、前記第２流動攪拌網の目開きサイズは、前記第１流動攪拌網の目開きサイズ以下である。
【００１０】
一実施形態では、前記第１流動攪拌モジュールの流動攪拌網の目開きサイズは、５×５ｍｍであり、前記第２流動攪拌モジュールの流動攪拌網の目開きサイズは、２×２ｍｍである。
【００１３】
一実施形態では、前記霧化ノズルと前記水素除去タンクの頂部との距離は、１０ｃｍである。前記霧化ノズルの噴射管路内の圧力は、３〜３．５Ｂａｒである。
【００１４】
また、本発明に係るバラスト水処理システムは、防爆型送風機と、気水分離器と、水素除去タンクと、薬剤注入ポンプとを含む。前記気水分離器は、前記水素除去タンクの排気口に連結される。前記防爆型送風機に吹込まれた空気は、前記気水分離器からの気体と混合する。前記薬剤注入ポンプは、前記水素除去タンクの液排出口に連結される。前記水素除去タンクは、上記バラスト水処理に用いられる水素除去タンクである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明では、水素除去タンク内に流動攪拌モジュールを設置することにより、水素除去タンクに流入したＴＲＯ溶液を充分に攪拌することができ、水素除去タンクの内部に混合した水素を十分かつ迅速に揮散し、水素除去効率を高めるとともに水素除去タンクの体積を小さくすることができる。
【００１９】
上述した説明は単に本発明の技術内容を説明するためのものに過ぎない。以下、明細書に記載されている内容に基づいて実施可能な技術手段をよりよく理解するほか、上述した説明及び本発明の他の目的や特徴、効果をより明確にするために、図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係るバラスト水処理システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の水素除去タンクの構成を示す図である。
【図３】図２の流動攪拌モジュールの上面模式図である。
【図４】図２の流動攪拌モジュールの正面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の所定の目的を達成するために実施可能な技術手段及びその効果をより明確にするために、以下、添付図面及び好適な実施例を参照しながら、本発明に係る水素除去タンク及びそれを有するバラスト水処理システム及び船舶バラスト水処理方法の具体的な実施形態や構成、特徴、効果について詳しく説明する。
【００２２】
以下の添付図面及び好適な実施例についての詳細な説明により、上述した本発明の技術内容、特徴及び効果をより明確にする。また、具体的な実施形態の説明により、本発明の所定の目的を達成するために実施可能な技術手段及びその効果をより深くかつ詳しく理解することができる。なお、添付図面は本発明の技術内容を参照、説明するためのものに過ぎず、本発明を限定するものではない。
【００２３】
図１は、本発明に係るバラスト水処理システムの構成を示すブロック図である。図１に示すように、本発明に係るオンライン防汚可能な船舶バラスト水処理システムは、バラスト水主管路１１と、バラスト水分岐路１８と、水素除去管路１９と、薬剤注入管路１３と、汚水排出管路２０と、バラスト水主管路１１に位置するバラストポンプ１及びフィルタ２と、バラスト水分岐路１８に位置する電解ユニット３、水素除去タンク６、第１バルブ２１、第２バルブ２２及び第１薬剤注入ポンプ１０と、水素除去管路１９に位置する気水分離器５及び防爆型送風機４と、薬剤注入管路１３に位置する第３バルブ２３、第４バルブ２４、第２薬剤注入ポンプ１２、三方ジョイント１５及び第１電磁弁１４と、汚水排出管路２０に位置する第２電磁弁１６とを含む。なお、第１バルブ２１〜第４バルブ２４は、いずれも手動バルブであることが好ましい。
【００２４】
詳細には、バラストポンプ１及びフィルタ２は、バラスト水主管路１１に順次に設けられる。
【００２５】
電解ユニット３及び水素除去タンク６は、バラスト水分岐路１８に順次に設けられる。また、バラスト水分岐路１８の入り口とバラスト水主管路１１との連結箇所は、フィルタ２の下流に位置する。
【００２６】
第１バルブ２１は、バラスト水分岐路１８に設けられ、バラスト水主管路１１と電解ユニット３の供給口との間に位置する。電解ユニット３は、バラスト水処理システムの制御ユニット（不図示）に電気的に接続され、制御ユニットの制御によって海水を電解して、次亜塩素酸ナトリウムを含むＴＲＯ溶液と水素との混合物を生成する。
【００２７】
水素除去タンク６の供給口は、電解ユニット３の排出口に連結される。図２〜図４と合わせて参照する。水素除去タンク６は炭素鋼からなり、その容積が約ＴＲＯ溶液の１分間の流量（例えば、ＴＲＯ溶液の流量が６ｍ３／ｈの場合、水素除去タンク６の容積が１００Ｌほどである）。また、水素除去タンク６の直径と高さとの比は３：４であることが望ましい。水素除去タンク６の肉厚は約３〜４ｍｍである。さらに、ＴＲＯ溶液による腐食を防止するために、水素除去タンク６の内部にシールを塗布するようにしている。水素除去タンク６の供給口は、噴射管路を経由して横方向に水素除去タンク６の上部中央まで延在して形成される。水素除去タンク６の供給口には、霧化ノズル７が設けられる。霧化ノズル７の霧化により、水素除去タンク６に流入したＴＲＯ溶液に混じる水素は、ＴＲＯ溶液から迅速に析出することができる。水素除去タンク６の高さ方向において、霧化ノズル７と水素除去タンク６の頂部との距離は１０ｃｍほどである。また、霧化効果を保証するために、噴射管路及び霧化ノズル７の内部圧力は３〜３．５Ｂａｒであることが好ましい。ＴＲＯ溶液は霧化されて噴射された後、大部分の水素を除去するが、少量の微細気泡が含まれる。
【００２８】
水素除去効率をより一層高めるために、ＴＲＯ溶液に残存する微細気泡を除去する。本発明では、水素除去タンク６の中部及び底部には、２つの流動攪拌モジュール８（以下、第１流動攪拌モジュール及び第２流動攪拌モジュールと称される）がさらに設けられる。本実施形態では、この２つの流動攪拌モジュール８は、いずれもステンレス網の組合せであり、少なくとも一層の流動攪拌網２５と、少なくとも一層の流動攪拌網２５を支持して固定させるための流動攪拌網支持フレーム２６とを含む。本実施形態では、流動攪拌網２５及び流動攪拌網支持フレーム２６は、いずれも３１６Ｌのステンレス鋼から製造される。また、各流動攪拌モジュール８は、少なくとも二層の流動攪拌網２５を含む。詳細には、本実施形態では、各流動攪拌モジュール８は、三層の流動攪拌網２５を含む。この三層の流動攪拌網２５は、流動攪拌網支持フレーム２６により溶接して固定される。第１流動攪拌モジュールの目開きサイズは５×５ｍｍ、第２流動攪拌モジュールの目開きサイズは２×２ｍｍである。各流動攪拌網支持フレーム２６は、対応する流動攪拌網２５を固定させるとともに、流動攪拌網２５同士の層間距離を１０〜２０ｍｍ（好ましくは、１０ｍｍ）に維持する。なお、他の実施形態では、第１流動攪拌モジュールの目開きサイズが第２流動攪拌モジュールの目開きサイズよりも大きく、且つ第１流動攪拌モジュール及び第２流動攪拌モジュールがＴＲＯ溶液における水素の凝集・析出に有利であれば、第１流動攪拌モジュール及び第２流動攪拌モジュールの目開きサイズは他の適切な数値であってもよい。当然ながら、本発明の実施形態では、第１流動攪拌モジュールの目開きサイズ及び第２流動攪拌モジュールの目開きサイズは同じであってもよく、例えば、両者の目開きサイズが５×５ｍｍまたは２×２ｍｍであってもよい。
【００２９】
図１及び図２に示すように、気水分離器５は、水素除去管路１９に設けられるとともに、水素除去タンク６の頂部に設けられる排気口に連結される。防爆型送風機４は、水素除去管路１９に連結される。防爆型送風機４により吹込んだ空気は気水分離器５からの気体と混合することで、水素除去タンク６により分離される水素を爆発の限界以下に希釈してから船舶外に排気する。第１薬剤注入ポンプ１０は、水素除去タンク６の底部に設けられる液排出口に連結され、第２バルブ２２を介してバラスト水主管路１１に連結される。こうすることで、水素を除去したＴＲＯ溶液は、第１薬剤注入ポンプ１０を介してバラスト水主管路１１の薬剤注入点に注入される。また、水素除去タンク６の一方側には、レベルゲージ９がさらに設けられる。レベルゲージ９は、遠隔伝送機能を有して制御ユニットと信号接続される。制御ユニットと、レベルゲージ９及び第１薬剤注入ポンプ１０との協働により、水素除去タンク６内における液面レベルをタンク体の高さの１／２〜３／４に制御することができる。水素除去タンク６内における液面レベルをよりよく制御するために、第１薬剤注入ポンプ１０は可変周波数薬剤注入ポンプであることが好ましい。
【００３０】
第２薬剤注入ポンプ１２、第３バルブ２３、第４バルブ２４、三方ジョイント１５及び第１電磁弁１４は、薬剤注入管路１３に設けられる。薬剤注入管路１３とバラスト水主管路１１との連結箇所は、バラスト水分岐路１８の出口とバラスト水主管路１１との連結箇所の下流に位置する。第３バルブ２３は、バラスト水主管路１１に接近し、バラスト水主管路１１と第２薬剤注入ポンプ１２との間に位置する。第２薬剤注入ポンプ１２は、第３バルブ２３と第４バルブ２４との間に位置する。第１電磁弁１４は、第４バルブ２４の下流、且つ第４バルブ２４と三方ジョイント１５との間に位置する。三方ジョイント１５は、第１電磁弁１４とフィルタ２の汚水排出口１７との間に位置する。第２電磁弁１６は、汚水排出管路２０に位置し、三方ジョイント１５及び船舶外に連結する。
【００３１】
本発明に係るバラスト水処理システムは以下のような原理で動作する。システムはバラスト水を積載する間に、バラストポンプ１で海水をフィルタ２に送り込んで濾過する。フィルタ２によって除去された濾物は、フィルタ２の汚水排出口１７、三方ジョイント１５及び第２電磁弁１６を経由して船舶外に排出され、一方、濾過された海水は、バラスト水主管路１１に流入する。バラスト水主管路１１における海水の一部分は、そのままバラスト室に注入され、他の部分は、電解ユニット３に流入して電解されることでＴＲＯ溶液や水素を生成する。水素混じりのＴＲＯ溶液は、水素除去タンク６に流入する。水素は、水素除去タンク６によりＴＲＯ溶液から分離されるとともに、気水分離器５によりさらに分離された後、防爆型送風機４に吹込まれた空気と混合して希釈された後に船舶外に排気される。水素と分離されたＴＲＯ溶液は、第１薬剤注入ポンプ１０によりバラスト水主管路１１に送り返される。バラスト完了（すなわち、バラストポンプ１の作動を停止させた）時、第３バルブ２３、第４バルブ２４、第１電磁弁１４及び第２薬剤注入ポンプ１２をオンにするとともに第２電磁弁１６をオフにし、濾過、電解及び水素除去処理を行われた一定量の海水を第２薬剤注入ポンプ１２でバラスト水主管路１１から抽出し、フィルタ２の汚水排出口１７を経由してフィルタ２に注入する。第２薬剤注入ポンプ１２を一定の時間で作動させた後、第２薬剤注入ポンプ１２、フィルタ２の汚水排出口１７に連結される第３バルブ２３、第４バルブ２４及び第１電磁弁１４をオフにすることで、次回のバラスト開始まで処理された海水をフィルタ２内に維持する。
【００３２】
以上により、本発明に係るバラスト水処理システムは、少なくとも以下のメリットを有する。
【００３３】
１．本発明では、水素除去タンク６の中部及び底部に２つの流動攪拌モジュール８を設置することにより、水素除去タンク６に流入したＴＲＯ溶液を充分に攪拌することができ、ＴＲＯ溶液における水素の凝集・析出を加速させ、ＴＲＯ溶液に混合した水素を十分かつ迅速に揮散し、水素除去効率を高めるとともに水素除去タンク６の体積を減らすことができる。
２．本発明では、目開きサイズの異なる２つの流動攪拌モジュール８を上下に設置することにより、目開きの大きい流動攪拌モジュール８でＴＲＯ溶液から大きい気孔を分離させ、目開きの小さい流動攪拌モジュール８でＴＲＯ溶液から小さい気孔を分離させ、気孔の分離を階層化することができる。その結果、水素除去効果をより一層高めることができる。
３．本発明では、水素除去タンク６の上部中央に霧化ノズル７を設置することにより、ＴＲＯ溶液に混じる水素をＴＲＯ溶液から迅速に析出して、水素除去効率を高めることができる。
【００３４】
最後に、具体的実施例により、本発明による効果をさらに詳細に説明する。
【００３５】
[実施例１]
本発明の水素除去技術は、載貨重量トン数が３５０００ＤＷＴ、バラスト水処理システムの定格処理能力が１０００ｍ３／ｈのバルクキャリアに適用される。その結果、水素除去タンクは、その体積が５５％小さくなり、水素除去効率が９９％を超えるほか、確実に動作し、性能が安定し、船舶の運転状態の変更による影響を受けることがない。
【００３６】
[実施例２]
本発明の水素除去技術は、載貨重量トン数が７２０００ＤＷＴ、バラスト水処理システムの定格処理能力が２０００ｍ３／ｈのケミカルタンカーに適用される。その結果、水素除去タンクは、その体積が５２％小さくなり、水素除去効率が９９％を超えるほか、確実に動作し、性能が安定し、船舶の運転状態の変更による影響を受けることがない。
【００３７】
[実施例３]
本発明の水素除去技術は、載貨重量トン数が１８００００ＤＷＴ、バラスト水処理システムの定格処理能力が３０００ｍ３／ｈのバルクキャリアに適用される。その結果、水素除去タンクは、その体積が５４％小さくなり、水素除去効率が９９％を超えるほか、確実に動作し、性能が安定し、船舶の運転状態の変更による影響を受けることがない。
【００３８】
上述したのは本発明の好適な実施例に過ぎず、本発明を限定するものではないことを理解されたい。また、本発明の実施形態を前述の通り開示したが、これらは決して本発明を限定するものではない。当業者であれば、本発明の技術内容から逸脱しない限り、上述した技術内容に多様の変更や修正を加えることができる。なお、本発明の技術内容から逸脱しない限り、本発明の技術内容による上述した実施形態への如何なる変更や均等的な置換、潤色は、本発明の保護を求める範囲内に属するものである。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明では、水素除去タンク内に流動攪拌モジュールを設置することにより、水素除去タンクに流入したＴＲＯ溶液を充分に攪拌することができ、水素除去タンクの内部に混合した水素を十分かつ迅速に揮散し、水素除去効率を高めるとともに水素除去タンクの体積を小さくすることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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