(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バラスト水として用いられる海水を、船舶のバラスト水タンクに供給するためのバラスト水供給部と；
前記バラスト水供給部を介して前記バラスト水タンクに供給される海水の一部の供給を受け、電気分解して、次亜塩素酸ナトリウム、及び、副生ガスとしての水素ガスを生成する電気分解装置と；
前記電気分解装置（２００）からの排出ライン（２４０）を介して、前記電気分解装置（２００）で生成された生成物である、電解水と水素ガスとが混合された気液混合物が供給され、触媒反応によって前記水素ガスを除去し、残った電解水を、前記バラスト水供給部を介して前記バラスト水タンクに供給する水素ガス除去装置と；を含み、
前記水素ガス除去装置は、
前記電気分解装置（２００）にて生成された生成物である、電解水と水素ガスとが混合された気液混合物が供給されるように、前記電気分解装置（２００）からの排出ライン（２４０）と連結され、水素ガスと触媒反応して水を生成すべく多孔質疎水性支持体上に、水素を酸化させる触媒剤が担持されてなる疎水性触媒担持体が内蔵された触媒反応槽と；
前記触媒反応槽に外気を供給する外気供給部と；を含み、
前記触媒反応槽は、
反応槽本体と；
前記反応槽本体の内部を、一側の触媒収容部と他側の電解水収容部とに区分する疎水性分離板と；
前記触媒収容部に収容される、前記疎水性触媒担持体と；を含むことを特徴とする、バラスト水処理システム。
【請求項２】
バラスト水として用いられる海水を、船舶のバラスト水タンクに供給するためのバラスト水供給部と；
前記バラスト水供給部を介して前記バラスト水タンクに供給される海水の一部の供給を受け、電気分解して、次亜塩素酸ナトリウム、及び、副生ガスとしての水素ガスを生成する電気分解装置と；
前記電気分解装置（２００）からの排出ライン（２４０）を介して、前記電気分解装置（２００）で生成された生成物である、電解水と水素ガスとが混合された気液混合物が供給され、触媒反応によって前記水素ガスを除去し、残った電解水を、前記バラスト水供給部を介して前記バラスト水タンクに供給する水素ガス除去装置と；を含み、
前記水素ガス除去装置は、
前記電気分解装置（２００）にて生成された生成物である、電解水と水素ガスとが混合された気液混合物が供給されるように、前記電気分解装置（２００）からの排出ライン（２４０）と連結され、水素ガスと触媒反応して水を生成すべく多孔質疎水性支持体上に、水素を酸化させる触媒剤が担持されてなる疎水性触媒担持体が内蔵された触媒反応槽と；
前記触媒反応槽に外気を供給する外気供給部と；を含み、
前記多孔質疎水性支持体は、多孔質疎水性高分子の材質、または、表面が疎水性に処理された無機または金属の材質から構成され、
前記疎水性触媒担持体は、疎水性分離板の一側面または両側面に担持され、疎水性分離板と一体型に多孔質平板状の膜構造、または管状または中空糸状の膜構造で形成されることを特徴とする、バラスト水処理システム。
【請求項３】
バラスト水として用いられる海水を、船舶のバラスト水タンクに供給するためのバラスト水供給部と；
前記バラスト水供給部を介して前記バラスト水タンクに供給される海水の一部の供給を受け、電気分解して、次亜塩素酸ナトリウム、及び、副生ガスとしての水素ガスを生成する電気分解装置と；
前記電気分解装置（２００）からの排出ライン（２４０）を介して、前記電気分解装置（２００）で生成された生成物である、電解水と水素ガスとが混合された気液混合物が供給され、触媒反応によって前記水素ガスを除去し、残った電解水を、前記バラスト水供給部を介して前記バラスト水タンクに供給する水素ガス除去装置と；を含み、
前記水素ガス除去装置は、
前記電気分解装置（２００）にて生成された生成物である、電解水と水素ガスとが混合された気液混合物が供給されるように、前記電気分解装置（２００）からの排出ライン（２４０）と連結され、水素ガスと触媒反応して水を生成すべく多孔質疎水性支持体上に、水素を酸化させる触媒剤が担持されてなる疎水性触媒担持体が内蔵された触媒反応槽と；
前記触媒反応槽に外気を供給する外気供給部と；を含み、
前記多孔質疎水性支持体は、多孔質疎水性高分子の材質、または、表面が疎水性に処理された無機または金属の材質から構成され、
疎水性分離板が管状に形成され、前記疎水性触媒担持体は管状に形成されて前記疎水性分離板の内部に少なくとも一つが設置されることで、前記疎水性触媒担持体と前記疎水性分離板は、管状または中空糸膜の構造で形成されることを特徴とする、バラスト水処理システム。
【請求項４】
バラスト水として用いられる海水を、船舶のバラスト水タンクに供給するためのバラスト水供給部と；
前記バラスト水供給部を介して前記バラスト水タンクに供給される海水の一部の供給を受け、電気分解して、次亜塩素酸ナトリウム、及び、副生ガスとしての水素ガスを生成する電気分解装置と；
前記電気分解装置（２００）からの排出ライン（２４０）を介して、前記電気分解装置（２００）で生成された生成物である、電解水と水素ガスとが混合された気液混合物が供給され、触媒反応によって前記水素ガスを除去し、残った電解水を、前記バラスト水供給部を介して前記バラスト水タンクに供給する水素ガス除去装置と；を含み、
前記電気分解装置に供給される海水を、前記水素ガス除去装置を経由するようにして、前記水素ガス除去装置における触媒反応熱と熱交換して昇温させて、前記電気分解装置に供給する熱交換装置をさらに含むことを特徴とする、バラスト水処理システム。
【請求項５】
バラスト水として用いられる海水を、船舶のバラスト水タンクに供給するためのバラスト水供給部と；
前記バラスト水供給部を介して前記バラスト水タンクに供給される海水の一部の供給を受け、電気分解して、次亜塩素酸ナトリウム、及び、副生ガスとしての水素ガスを生成する電気分解装置と；
前記電気分解装置（２００）からの排出ライン（２４０）を介して、前記電気分解装置（２００）で生成された生成物である、電解水と水素ガスとが混合された気液混合物が供給され、触媒反応によって前記水素ガスを除去し、残った電解水を、前記バラスト水供給部を介して前記バラスト水タンクに供給する水素ガス除去装置と；を含み、
前記水素ガス除去装置は、
前記電気分解装置（２００）にて生成された生成物である、電解水と水素ガスとが混合された気液混合物が供給されるように、前記電気分解装置（２００）からの排出ライン（２４０）と連結され、水素ガスと触媒反応して水を生成すべく多孔質疎水性支持体上に、水素を酸化させる触媒剤が担持されてなる疎水性触媒担持体が内蔵された触媒反応槽と；
前記触媒反応槽に外気を供給する外気供給部と；を含み、
前記バラスト水供給部から前記バラスト水タンクに流入するバラスト水の残留塩素を測定する残留塩素測定手段と；
前記残留塩素測定手段における測定値の伝達を受け、測定値が所定の基準値を満足するようにすべく、前記電気分解装置の電気分解量、及び、前記外気供給部からの外気供給量を調節するように制御する制御部と；をさらに含むことを特徴とする、バラスト水処理システム。
【請求項６】
前記触媒反応槽は、
反応槽本体と；
前記反応槽本体内に設置され、水素ガスと触媒反応して水を生成すべく多孔質疎水性支持体上に、水素を酸化させる触媒剤が担持されてなる疎水性触媒担持体と；
前記反応槽本体で処理されて残った電解水を前記バラスト水供給部に排出する電解水排出ラインと；を含み、
前記反応槽本体には、前記気液混合物が流入する気液混合物流入口と、電解水が排出される電解水排出口と、酸素または空気を含む外気が流入する外気流入口と、触媒反応に使用されて残ったガスが排出されるガス排出口とが設けられることを特徴とする、請求項１〜３及び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】
反応槽本体における電解水収容部の一側には、前記気液混合物が流入する気液混合物流入口が設けられ、前記電解水収容部の他側には、電解水が排出される電解水排出口が設けられ、前記反応槽本体における前記触媒収容部の一側には、酸素または空気を含む外気が流入する外気流入口が設けられ、前記触媒収容部の他側には、触媒反応に使用されて残ったガスが排出されるガス排出口が設けられ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８】
前記多孔質疎水性支持体は、ビーズ状、蜂の巣状、シート状、メッシュ状、管状及び中空糸状のいずれかの形態で構成されたことを特徴とする、請求項１、５及び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】
前記触媒剤は、白金系（Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、及びＲｈ）または遷移金属系（Ｎｉ、Ｃｕ、及びＦｅ）の中から選択された一つ以上の元素からなることを特徴とする、請求項１〜３及び５〜８のいずれかに記載の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、船舶の重量配分の調節に使用されるバラスト水処理装置に係り、より詳しくは、バラスト水を消毒するための消毒水を生成するために、海水を電気分解して消毒水を生成する過程で、副産物として発生する水素を除去することができるバラスト水処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、殺菌および消毒の技術として浮上している技術の一つとして、塩水または海水を電気分解し、電気分解水としての次亜塩素酸ナトリウム水溶液を発生させて消毒水として使用する技術がある。
【０００３】
つまり、塩水または海水を電気分解して次亜塩素酸ナトリウム（Ｓｏｄｉｕｍ  Ｈｙｐｏｃｈｌｏｒｉｔｅ；ＮａＯＣｌ）を発生させ、その際に発生する次亜塩素酸ナトリウムは、浄水場、下水処理場及びプールの殺菌処理や、発電所の冷却水または船舶のバラスト水の処理などに使用できる。
【０００４】
次亜塩素酸ナトリウム発生装置の稼働の際に、電解モジュールにて海水または塩水を電気分解させると、塩素、水素及び酸素ガスが発生し、塩素ガスは、直ちに水（Ｈ２Ｏ）に溶解するか、或いはＯＨ−と反応して次亜塩素酸に転換される。そして、溶解しない水素と酸素ガスは、気液分離器を介して大気中に放出される。このとき、水素ガスの場合は、濃度が４％以上になると、爆発の危険性があるため、排出の際に、送風機で空気を強制供給して水素ガスの濃度が４％以上とならないように希釈して排出させる。
【０００５】
このように、次亜塩素酸ナトリウム発生装置は、水素ガスの発生により常に危険性が存在するので、根本的な危険性を防ぐために、発生する水素ガスを除去することにより、次亜塩素酸ナトリウム発生装置の水素ガス発生による危険性を減少させる必要性がある。
【０００６】
ところが、上述のように塩水または海水の電気分解時に発生する副産物としての水素ガスを処理するために、別途の気液分離器を設置しなければならないので、多くの設備コストと維持管理すべき部品（部分）が増加する。特に船舶に適用する場合、設置場所が狭小で構造的に配管などの構成に難しさがある。また、既存の船舶に適用する場合、水素ガスを外気で希釈して排出するラインが必須的に構成されなければならないが、その配管を構成するために、既存の船舶の構造変更が避けられないため、高いコスト及び長い時間がかかる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】韓国登録特許第１０−０９８７２２０号明細書
【特許文献２】韓国登録特許第１０−１０００３２５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上述したような問題点に鑑みて創案されたものであって、その目的は、触媒反応により、電気分解時に発生した水素ガスを除去することができる構成によって、全体的な設置空間を減らし、小型化を図ることができ、船舶に適用し易いバラスト水処理システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための本発明のバラスト水処理システムは、バラスト水として用いられる海水を、船舶のバラスト水タンクに供給するためのバラスト水供給部と；前記バラスト水供給部を介して前記バラスト水タンクに供給される海水の一部の供給を受け、電気分解して、次亜塩素酸ナトリウム、及び、副生ガスとしての水素ガスを生成する電気分解装置と；前記電気分解装置で生成された、電解水と水素ガスとが混合された気液混合物の伝達を受け、触媒反応によって前記水素ガスを除去し、残った電解水を、前記バラスト水供給部を介して前記バラスト水タンクに供給する水素ガス除去装置と；を含んでなることを特徴とする。
【００１０】
ここで、前記水素ガス除去装置は、前記電気分解装置から前記気液混合物の伝達を受けるように連結され、水素ガスと触媒反応して水を生成する疎水性触媒が内蔵された触媒反応槽と；前記触媒反応槽に外気を供給する外気供給部と；を含むことが好ましい。
【００１１】
また、前記触媒反応槽は、反応槽本体と；前記反応槽本体内に設置される疎水性触媒と；前記反応槽本体で処理されて残った電解水を前記バラスト水供給部に排出する電解水排出ラインと；を含み、前記反応槽本体には、前記気液混合物が流入する気液混合物流入口と、電解水が排出される電解水排出口と、酸素または空気を含む外気が流入する外気流入口と、触媒反応に使用されて残ったガスが排出されるガス排出口とが設置されることが好ましい。
【００１２】
また、前記触媒反応槽は、反応槽本体と；前記反応槽本体の内部を、一側の触媒収容部と他側の電解水収容部とに区分する疎水性分離板と；前記触媒収容部に収容され、水素ガスとの触媒反応によって水を生成する疎水性触媒と；を含むことが好ましい。
【００１３】
また、前記反応槽本体における前記電解水収容部の一側には、前記気液混合物が流入する気液混合物流入口が設けられ、前記電解水収容部の他側には、電解水が排出される電解水排出口が設けられ、前記反応槽本体における前記触媒収容部の一側には、酸素または空気を含む外気が流入する外気流入口が設けられ、前記触媒収容部の他側には、触媒反応に使用されて残ったガスが排出されるガス排出口が設けられることが好ましい。
【００１４】
前記疎水性触媒は、多孔質疎水性支持体上に、水素を酸化させる触媒剤が担持された形態で構成され、前記疎水性支持体は、多孔質疎水性高分子の材質、または表面が疎水性に処理された無機または金属の材質からなることが好ましい。
【００１５】
また、前記疎水性触媒は、前記疎水性分離板の一側面または両側面に担持され、疎水性分離板と一体型に、多孔質平板状膜、または、管状または中空糸状の膜構造で形成されてもよい。
【００１６】
また、前記疎水性分離板は管状に形成され、前記疎水性触媒は、管状に形成されて前記疎水性分離板の内部に少なくとも一つが設置されることで、前記疎水性触媒と前記疎水性分離板は、管状または中空糸膜の構造で形成されてもよい。
【００１７】
また、前記疎水性支持体は、ビーズ状、蜂の巣状(ハニカム)、シート状、メッシュ状、管状または中空糸状のいずれかの形態で構成されてもよい。
【００１８】
また、前記触媒剤は、白金系（Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈなど）または遷移金属系（Ｎｉ、Ｃｕ、Ｆｅなど）の中から選択された一つ以上の元素からなることが好ましい。
【００１９】
また、前記電気分解装置に供給される海水を、前記水素ガス除去装置を経由するようにして、前記水素ガス除去装置での触媒反応熱と熱交換して昇温させて、前記電気分解装置へ供給する熱交換装置をさらに含むことが好ましい。
【００２０】
また、前記バラスト水供給部から前記バラスト水タンクに流入するバラスト水の残留塩素を測定する残留塩素測定手段と；前記残留塩素測定手段における測定値の伝達を受け、測定値が所定の基準値を満足するようにすべく、前記電気分解装置の電気分解量、及び、前記外気供給部からの外気供給量を調節するように制御する制御部と；をさらに含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のバラスト水処理システムによれば、気液分離器を設置することなく、電解水と副生ガスとしての水素ガスとが混合された気液混合物を触媒反応槽に供給して触媒反応によって処理することにより、水素ガスを除去することができる。
【００２２】
よって、設置空間とコストを減らすことができ、設置時間を短縮することができる。
【００２３】
また、触媒反応熱を用いて、電気分解する海水を昇温させて供給することにより、電気分解効率を高めることができるので、極地域、または低い温度の海水の供給を受けても、バラスト水を効果的に処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施例に係るバラスト水処理システムを示す概略構成図である。
【図２】図１に示された水素ガス除去装置を示す図である。
【図３】本発明の他の実施例に係る水素ガス処理装置を示す図である。
【図４】図３の疎水性触媒の他の例を説明するための図である。
【図５】図３の疎水性触媒の別の例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、添付図面を参照して本発明の実施例に係るバラスト水処理システムを詳細に説明する。
【００２６】
図１及び図２を参照すると、本発明の実施例に係るバラスト水処理システムは、バラスト水供給部１００、電気分解装置２００、水素ガス除去装置３００、バラスト水タンク４００、及び制御部５００を備える。
【００２７】
前記バラスト水供給部１００は、バラスト水をバラスト水タンク４００に供給するメイン供給ライン１１０と、メイン供給ライン１１０に設置される第１供給ポンプ１２０と、前記メイン供給ライン１１０に設置される前処理フィルター１３０とを備える。
【００２８】
前記メイン供給ライン１１０は、バラスト水として使用される海水を供給するように設置され、第１供給ポンプ１２０によってポンピングされてバラスト水タンク４００に供給する。前処理フィルター１３０は、バラスト水として供給される海水に含まれている浮遊物質や、比較的サイズの大きい海洋微生物などをフィルタリングする。
【００２９】
前記電気分解装置２００は、電気分解槽２１０と、メイン供給ライン１１０の前処理フィルター１３０の後段から分岐され、前記電気分解槽２１０に海水を供給する海水供給ライン２２０と、前記電気分解槽２１０内の陰極及び陽極に直流電源を供給するための整流器２３０と、電気分解槽２１０で電気分解された電解水と副生物としての水素ガスとが混合された気液混合物を前記水素ガス除去装置３００に供給する気液混合物排出ライン２４０とを備える。
【００３０】
前記電気分解槽２１０は、整流器２３０から電源の供給を受け、電解槽の内部に流入した海水を電気分解するように、内部に陰極と陽極が設置される。つまり、電気分解槽２１０は、流入した海水を、公知の電気分解の方法によって電気分解して、次亜塩素酸ナトリウム水溶液を生成し、電気分解時に発生する副生ガスである水素ガスを、併せて生成する。このように、副生ガスとしての水素ガスと、電解水とが混合された気液混合物は、気液混合物排出ライン２４０を介して、水素ガス除去装置３００に供給される。前記電気分解槽２１０は、一つが設置されてもよく、複数個が直列または並列に連結されてもよい。
【００３１】
海水供給ライン２２０には、電気分解槽に供給される海水の供給圧が低い場合、第２供給ポンプ１２３が設置され、メイン供給ライン１１０から電気分解に必要な海水をポンピングして供給するように構成することができる。
【００３２】
前記水素ガス除去装置３００は、前記気液混合物に含まれている水素ガスを、爆発範囲内となるように除去し、電解水、すなわち、消毒剤である次亜塩素酸ナトリウム水溶液を前記バラスト水タンク４００に供給するためのものである。このような水素ガス除去装置３００は、気液混合物排出ライン２４０を介して気液混合物の供給を受けて水素を除去する触媒反応槽３１０と、触媒反応槽３１０で水素ガスが除去された電解水をメイン供給ライン１１０へ供給する電解水排出ライン３２０と、触媒反応槽３１０へ外気を供給するための外気供給部３３０とを備える。
【００３３】
前記触媒反応槽３１０は、前記気液混合物の供給を受け、水素は触媒反応を介して除去し、目的とする電解水（次亜塩素酸ナトリウム水溶液）のみを排出する。具体的には、図２に示すように、触媒反応槽３１０は、反応槽本体３１１と、反応槽本体３１１の内部に設置される疎水性触媒３１３とを備える。反応槽本体３１１には、気液混合物が流入する気液混合物流入口３１１ａと、電解水が排出される電解水排出口３１１ｂと、外気が流入する外気流入口３１１ｃと、処理されたガスが排出されるガス排出口３１１ｄとを備える。気液混合物流入口３１１ａと電解水排出口３１１ｂは、前記疎水性触媒３１３を挟んで、互いに反対側に、対応するように設置される。電解水排出口３１１ｂが電解水排出ライン３２０に連結されることで、触媒反応槽３１０に流入した気液混合物のうち、水素ガスは除去され、残った電解水はバラスト水タンク４００に供給できる。
【００３４】
前記外気流入口３１１ｃは、気液混合物流入口３１１ａに隣接して設置され、触媒反応槽の内部に外気、すなわち外部空気（Ａｉｒ）または酸素（Ｏ２）を供給する。このように外気流入口３１１ｃを介して流入した外気は、触媒反応が、より円滑に行われるようにし、触媒反応時に、足りない酸素を供給する。前記外気流入口３１１ｃには、外気を供給するための前記外気供給部３３０が連結される。そして、ガス排出口３１１ｄは、電解水排出口３１１ｂの側に設置され、触媒反応に使用されて残った酸素または空気が、外部へ排出されるようにする。
【００３５】
前記疎水性触媒３１３は、反応槽本体３１１の内部に入れられるもので、好ましくは、多孔質疎水性支持体上に、水素を酸化させる触媒剤が担持された形態で構成できる。疎水性支持体は、多孔質疎水性高分子の材質、または表面が疎水性に処理された無機または金属の材質からなってもよく、特に疎水性高分子の材質の場合、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン；Ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン；ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ  ｄｉｆｌｕｏｒｉｄｅ）、ＰＰ（ｐｏポリプロピレン；ｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）、ＳＤＢＣ（スチレン・ジビニルベンゼン共重合体；Ｓｔｙｒｅｎｅ  Ｄｉｖｉｎｙｌｂｅｎｚｅｎｅ  Ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）などで構成できる。また、このような疎水性支持体は、ビーズ状、蜂の巣状（ハニカム）、平膜状または中空糸膜状などの多様な形態で構成できる。
【００３６】
前記触媒剤は、水素と酸素とを反応させて水に転換させる触媒であって、白金系（Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈなど）または遷移金属系（Ｎｉ、Ｃｕ、Ｆｅなど）の中から選択された一つ以上の元素で構成できる。
【００３７】
前記電解水排出ライン３２０は、メイン供給ライン１１０に連結され、電解水をメイン供給ライン１１０に供給することにより、バラスト水タンク４００に貯留されるバラスト水を消毒及び殺菌処理することができる。
【００３８】
ここで、電解水排出ライン３２０とメイン供給ライン１１０との連結部分には、電解水を必要な量だけ自動的に投入するための自動投入機１４０が設置できる。
【００３９】
前記外気供給部３３０は、外気流入口３１１ｃに連結される外気供給ライン３３１と、外気供給ライン３３１に外気（酸素または空気）を強制的に供給する送風ファンやコンプレッサー、酸素発生器などの外気供給手段３３３とを備える。
【００４０】
また、前記メイン供給ライン１１０には残留塩素測定手段１５０がさらに設置され、バラスト水タンク４００に流入するバラスト水の残留塩素を測定する。
【００４１】
前記残留塩素測定手段１５０は、ＯＲＰ測定器や残留塩素測定器などにより残留塩素値を測定して前記制御部５００に伝達し、制御部５００は、残留塩素の測定値が所定の基準値を満足することができるように前記整流器２３０の電流値を制御して電解水（次亜塩素酸ナトリウム水溶液）の生成量を制御するのであり、これにしたがって外気供給部３３０を通じた外気注入量を制御することにより、水素ガスをすべて除去することができる。
【００４２】
また、前記触媒反応槽３１０での触媒反応時に発生する熱、および電気分解槽２１０での電気分解時に発生する熱を回収して、電気分解槽２１０に注入される海水を、熱交換によって昇温させて供給することができるようにする、熱交換装置６００をさらに備えることが好ましい。
【００４３】
前記熱交換装置６００は、触媒反応槽３１０に設置される熱交換部６１０と、海水供給ライン２２０から分岐され、熱交換部６１０の流入口に海水を供給する熱交換用海水注入ライン６２０と、熱交換部６１０の排出口と海水供給ライン２２０とを連結する熱交換用海水排出ライン６３０とを備える。前記熱交換部６１０は、触媒反応槽３１０の外側を包むようにして構成され、内部に海水が収容できる空間を有する。好ましくは、熱交換部６１０は、触媒反応槽３１０の外側を螺旋状に包むように設置されるスパイラルパイプ構造を持ってもよく、他の例としては、触媒反応槽３１０の内部を通過するようにして設置されてもよい。このように熱交換部６１０の構成は様々な例が可能であり、特定の構成によって本発明が限定されるのではない。
【００４４】
前記熱交換用海水注入ライン６２０及び熱交換用海水排出ライン６３０のそれぞれには、バルブ６２１、６３１が設置され、海水の移動を選択的に遮断または許容するように制御することができる。海水供給ライン２２０における、前記熱交換用海水注入ライン６２０との連結部の下流にもバルブ２２１が設置され、海水が海水供給ライン２２０を介して直ちに電気分解槽２１０に供給されるようにしてもよく、熱交換装置６００を経由するようにしてもよいのであり、熱交換装置６００を経由する海水の量を調節することができる。
【００４５】
このように、熱交換装置６００をさらに設置することにより、冬季や極地域の近くで海水の温度が低く供給される場合、海水を、触媒反応槽３１０における触媒反応熱と電気分解反応熱を回収するようにして、昇温させた後、電気分解槽２１０に供給することができる。よって、電気分解槽２１０に供給される海水の温度を高めることができるため、電極の寿命を伸ばし、電気分解の効率を高めることができる。
【００４６】
次に、前記構成を有するバラスト水処理システム１０によって、海水を用いてバラスト水を処理する過程について説明する。
【００４７】
まず、海水が第１供給ポンプ１２０によってポンピングされ、メイン供給ライン１１０を介してバラスト水タンク４００に供給される。この際、メイン供給ライン１１０に設置された前処理フィルター１３０で、海水に含まれている浮遊物および海洋微生物などを物理的に分離する。前処理フィルター１３０を通過した海水中の一部は、メイン供給ライン１１０から分岐された海水供給ライン２２０を介して、電気分解槽２１０に供給される。
【００４８】
また、気温が低い場合または極地域の近くでは、前述したように、電気分解する海水の一部または全部を、触媒反応槽３１０を経由して熱交換させ、昇温された状態で電気分解槽２１０に供給することもできる。
【００４９】
一方、電気分解槽２１０では、内部に設置された陽極と陰極の電極に、整流器２３０から直流電源が供給されて、電気分解が行われる。電気分解の際に、陽極では塩素イオン（Ｃｌ−）が電解反応により塩素ガス（Ｃｌ２）に転換され、陰極では水（Ｈ２Ｏ）の電解反応により水酸化イオン（ＯＨ−）と水素ガス（Ｈ２）を生成する。このように生成された塩素ガスと水酸化イオンは、化学反応により次亜塩素酸（ＯＣｌ−）の形で電解水を生成する。このように生成された、電解水と副生水素とが混合された気液混合物は、触媒反応槽３１０に移送される。
【００５０】
触媒反応槽３１０に移送された気液混合物中の水素（Ｈ２）は、酸素（Ｏ２）と出会って触媒反応により水（Ｈ２Ｏ）に転換されて除去される。この際、副生水素の触媒反応に必要な酸素は、電気分解槽２１０の陽極電解反応時に、副反応（水（Ｈ２Ｏ）から陽極反応によって酸素（Ｏ２）と水素イオン（Ｈ＋）を生成する反応。）によって生成される。ところが、陽極で生成される酸素は、副反応によって生成されるものであり、陰極で生成された水素の量に比べて足りない。そのため、水素が全部反応するわけではないので、外部、すなわち前記外気供給部３３０により前記外気流入口３１１ｃに、空気または酸素を供給することにより、足りない酸素を補充して、副生ガスとしての水素ガスを十分に除去することができる。
【００５１】
一方、本発明の実施例では、触媒剤として疎水性触媒を使用するので、触媒反応によって生成される水により触媒の濡れ現象を防止することができる。それだけでなく、液体が一緒に供給されることから、反応熱を、熱交換を介して降温させることにより、反応熱による爆発の危険性を排除することができる。つまり、従来技術として広く使用される触媒剤としての水素反応触媒の場合には、親水性担体に担持されて水素濃度が高く、水素量が高い場合には水に転換される量が増加し、生成された水が触媒を濡らして触媒の反応性を急激に低下させるという問題点があった。また、反応時に生成される反応熱によって、むしろ爆発の危険性が増加するという問題点があった。これに対し、本発明は、触媒剤として疎水性触媒を使用することにより、触媒の濡れ現象を排除して反応性の低下を防止するとともに、液体、すなわち電解水を一緒に供給することにより、反応熱を熱交換によって下げることができるという利点がある。
【００５２】
上述のように触媒反応槽３１０で水素が処理および除去されて残った電解水は、電解水排出ライン３２０を介して排出され、自動投入機１４０によってメイン供給ライン１１０に注入されることにより、バラスト水タンク４００に流入する前のバラスト水（海水）を消毒および殺菌処理することができる。
【００５３】
また、残留塩素測定手段１５０では、バラスト水タンク４００に流入する海水の残留塩素を測定し、測定値は制御部５００に伝達される。制御部５００は、測定された残留塩素が基準値を満足するか否かを確認し、基準値を満足することができるように整流器２３０の電流量を制御して電気分解の量を調節し、これに伴って、触媒反応槽３１０での水素ガス処理量を調節することができるように外気供給部３３０を制御して、外気の供給量を調節する。
【００５４】
また、図３には、本発明の他の実施例に係る触媒反応槽３１０’が示されている。図３に示された触媒反応槽３１０’は、反応槽本体３１１’と、反応槽本体３１１’の内部を触媒収容部３１０ａと電解水収容部３１０ｂに区分する疎水性分離板３１５と、触媒収容部３１０ａに収容される疎水性触媒３１７とを備える。
【００５５】
触媒反応槽３１０’は、その内部が、疎水性分離板３１５によって、一側の触媒収容部３１０ａと、他側の電解水収容部３１０ｂとに区分される。触媒収容部３１０ａには疎水性触媒３１７が収容される。このような反応槽本体３１１’の電解水収容部３１０ｂの一側には、気液混合物流入口３１１ａが設置され、他側には電解水排出口３１１ｂが設置される。
【００５６】
反応槽本体３１１’における触媒収容部３１０ａの一側には外気流入口３１１ｃが設置され、触媒収容部３１０ａ内に外気（酸素または空気）を供給することができる。反応槽本体３１１’における触媒収容部３１０ａの他側にはガス排出口３１１ｄが設置され、触媒収容部３１０ａ内で反応して残ったガス（酸素、窒素）、および、反応後に生成された水分が排出されるようにする。
【００５７】
この際、触媒収容部３１０ａには、触媒反応を介して生成される反応熱を下げることができるようにするために、外気流入口３１１ｃを介して海水などの冷却水を一緒に供給するように構成することもでき、好ましくは、前述した熱交換用の海水注入ライン６２０が連結されて直接熱交換されるように構成することができる。この場合、ガス排出口３１１ｄには熱交換用の海水排出ライン６３０が連結されるように構成される。
【００５８】
前記疎水性分離板３１５は、電解水収容部３１０ｂに流入した気液混合物のうち、水素は他側の触媒収容部３１０ａに移動するようにし、電解水はそのまま電解水収容部３１０ｂを経由して電解水排出口３１１ｂから排出されるようにする。このため、疎水性分離板３１５は、液相の電解水は通過させずに、ガス相の水素ガスは通過させることができる、多孔質構造の疎水性の材質で構成される。
【００５９】
前記疎水性触媒３１７は、先に図２により説明した疎水性触媒３１３と、同様の構成および作用をするものであって、詳細な説明は省略する。但し、図３の疎水性触媒３１７は円形のビーズとして示したが、これは例示的なものに過ぎず、ビーズ状、蜂の巣状（ハニカム）、シート状、メッシュ状、管状または中空糸状などの多様な形態で構成できる。また、疎水性分離板３１５といった形態で構成されて積層する構造で形成されるのであってもよい。
【００６０】
また、図４に示すように、疎水性分離板２３３’の一側面または両側面に、疎水性触媒２３５が担持された、一体型の多孔質平板状膜や、管状または中空糸状膜の形態で構成されてもよい。
【００６１】
また、図５に示すように、管状または中空糸状の形態で構成できる。つまり、管状の疎水性触媒２３５’の内側を外気が通過するようにし、その疎水性触媒２３５’の一つまたは複数を、管状の疎水性分離板２３３”の内側に設置して、疎水性分離板２３３”の外側を電解物が通過するようにする構成を、適用することもできる。
【００６２】
また、前記触媒反応槽３１０、３１０’に内蔵された前記疎水性触媒３１３、３１７は、ビーズ状または蜂の巣状に充填された形態、または多段積層式平板型モジュールの形態、または、積層された平板状のものを円筒状に巻いた渦巻き型モジュールの形態、または管状や中空糸状膜の束を充填した円筒型モジュールの形態などで構成できる。
【００６３】
以上で説明したように、本発明によれば、海水を用いてバラスト水として使用するための処理の過程で消毒材として使用される、次亜塩素酸ナトリウム水溶液を生成するために海水を電気分解する際、副生ガスとして生産される水素を、電解水とは別途に分離せず、混合された状態で触媒反応槽に移送して、触媒反応によって水素ガスを除去し、電解水は電解水の使用箇所に移送して使用することができる。したがって、従来のように別途の気液分離手段と、排出のための配管構成とが不要となり、設置空間を縮小するとともに費用を節減することができ、設置時間を短縮させることができる。
【００６４】
また、水素を排出するために複雑に構成された配管、または、設置空間上に局部的に蓄積されて爆発の危険性を常に内在している水素を、根本的に除去することにより、安全性を最大限に確保することができる。
【００６５】
また、疎水性触媒を用いて水素ガスを除去することにより、触媒が濡れることを防止し、反応熱は、電解水を一緒に供給することで、熱交換によって下げることにより、反応熱による爆発の危険も防止することができる。
【００６６】
また、海水の温度が低いか或いは極地域の近くである場合には、電気分解する海水について、触媒反応槽を経由させることで、触媒反応熱及び電気分解熱によって昇温させた後、電気分解槽に供給することにより、電気分解槽での電極の寿命を延ばすとともに電気分解の効率を向上させることができる。
【００６７】
以上、本発明を、本発明の原理を例示するための好適な実施例に関連して図示及び説明したが、本発明は、そのように図示及び説明されたままの構成及び作用に限定されるものではない。むしろ、添付された特許請求の範囲の思想及び範囲を逸脱することなく、本発明に対する多数の変更及び修正が可能であることを、当業者であれば理解することができるだろう。
【符号の説明】
【００６８】
１００    バラスト水供給部
１１０    メイン供給ライン
１２０    第１供給ポンプ
１３０    前処理フィルター
１４０    自動投入機
１５０    残留塩素測定手段
２００    電気分解装置
２１０    電気分解槽
２２０    海水供給ライン
２３０    整流器
２４０    気液混合物排出ライン
３００    水素ガス除去装置
３１０、３１０’    触媒反応槽
３２０    電解水排出ライン
３３０    外気供給部
４００    バラスト水タンク
５００    制御部
【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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