(57)【要約】濾過装置(２)を用いて船上で海水を濾過し、該濾過装置はタンク(５)内に配置された円筒形のフィルタ要素(６)と、フィルタ要素(６)から汚染物質を分離し、水とフィルタ要素(６)及び濾過装置(２)からの汚染物質からなる汚染物質濃縮相を排出する洗浄装置を備える方法が提供される。該方法は、a)海水が濾過装置(２)内に汲み出されるステップと、b)海水は入力圧Ｐ＿ｉｎで濾過装置(２)内に入り、フィルタ要素(６)を通って濾過装置(２)内を流れ、フィルタ要素(６)の下流にて濾過された海水又は濾液としての出力圧力Ｐ＿ｏｕｔを有するステップと、c)濾過装置(２)のフィルタ要素(６)にて洗浄装置(１１)を用いて除去され、フィルタ要素(６)から排出される濃縮相又は濃縮物は、濃縮物圧力Ｐ＿ｃｏｎｃ.を有するステップと、d)入力圧力Ｐ＿ｉｎ、出力圧力Ｐ＿ｏｕｔ、及び濃縮物圧力Ｐ＿ｃｏｎｃ.は、センサ(２２、２３、２４)を用いて測定され、制御装置(２１)に送信されるステップと、e)フィルタ要素(６)のフィルタ効率の変化は、入力圧力Ｐ＿ｉｎと出力圧力Ｐ＿ｏｕｔの間の汚染物質の圧力差ΔＰＦ＝Ｐ＿ｉｎ―Ｐ＿ｏｕｔの変化が確立されている点で識別されるステップと、f)出力圧力と濃縮物圧力との間の差として定義される吸引の圧力差ΔＰＫ=Ｐ＿ｏｕｔ―Ｐ＿ｃｏｎｃ.は、汚染物質の圧力差ΔＰＦ=Ｐ＿ｉｎ―Ｐ＿ｏｕｔの関数として制御されるステップを含む。【選択図】図１
2018531792.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
濾過装置(２)を用いて船上で海水を濾過し、該濾過装置はタンク(５)内に配置された円筒形のフィルタ要素(６)と、フィルタ要素(６)から汚染物質を分離し、水とフィルタ要素(６)及び濾過装置(２)からの汚染物質からなる汚染物質濃縮相を排出する洗浄装置を備える方法であって、
a) 海水が濾過装置(２)内に汲み出されるステップと、
b) 海水は入力圧Ｐ＿ｉｎで濾過装置(２)内に入り、フィルタ要素(６)を通って濾過装置(２)内を流れ、フィルタ要素(６)の下流にて濾過された海水又は濾液としての出力圧力Ｐ＿ｏｕｔを有するステップと、
c) 濾過装置(２)のフィルタ要素(６)にて洗浄装置(１１)を用いて除去され、フィルタ要素(６)から排出される濃縮相又は濃縮物は、濃縮物圧力Ｐ＿ｃｏｎｃ.を有するステップと、
d) 入力圧力Ｐ＿ｉｎ、出力圧力Ｐ＿ｏｕｔ、及び濃縮物圧力Ｐ＿ｃｏｎｃ.は、センサ(２２、２３、２４)を用いて測定され、制御装置(２１)に送信されるステップと、
e) フィルタ要素(６)のフィルタ効率の変化は、入力圧力Ｐ＿ｉｎと出力圧力Ｐ＿ｏｕｔの間の汚染物質の圧力差ΔＰＦ＝Ｐ＿ｉｎ―Ｐ＿ｏｕｔの変化が確立されている点で識別されるステップと、
f) 出力圧力と濃縮物圧力との間の差として定義される吸引の圧力差ΔＰＫ=Ｐ＿ｏｕｔ―Ｐ＿ｃｏｎｃ.は、汚染物質の圧力差ΔＰＦ=Ｐ＿ｉｎ―Ｐ＿ｏｕｔの関数として制御されるステップを含む、方法。
【請求項２】
汚染物質相は吸引要素(１４)によってフィルタ要素(６)の内側に吸引され、吸引要素(１４)は共通のシャフト(１６)について回転可能で、フィルタ要素(６)の内側に沿って移動し、汚染物質がフィルタ要素(６)から吸引される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
汚染物質の圧力差ΔＰＦが低下する場合には、吸引の圧力差ΔＰＫが低減される、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
汚染物質の圧力差ΔＰＦの上昇時に、吸引の圧力差ΔＰＫが上昇する、請求項１乃至３の何れかに記載の方法。
【請求項５】
吸引の圧力差ΔＰＫは、０バールから５バール(５.０９８kgf/cm２)の範囲で調整され、好ましくは１.２バールから２.２バールの間で調整される、請求項１乃至４の何れかに記載の方法。
【請求項６】
吸引の圧力差ΔＰＫは、汚染物質の圧力差ΔＰＦの関数として、１.２バールから２.２バールの範囲で調整される、請求項１乃至５の何れかに記載の方法。
【請求項７】
吸引の圧力差ΔＰＫは、濾過装置(２)からの濃縮物用の排出ライン(１３)内の制御弁(２０)を少なくとも１回駆動することにより制御される、請求項１乃至６の何れかに記載の方法。
【請求項８】
吸引の圧力差ΔＰＫは、濃縮物用の排出部(１９)内の少なくとも１つの吸引ポンプ(２５)の少なくとも１つのポンプ搬送速度、特にポンプ回転速度を変更することにより制御される、請求項１乃至７の何れかに記載の方法。
【請求項９】
汚染物質の圧力差ΔＰＦは、フィルタ要素(６)のフィルタ領域のｍ２当たりの吸引周波数を変更することにより制御される、請求項１乃至８の何れかに記載の方法。
【請求項１０】
汚染物質の圧力差ΔＰＦは、洗浄装置(１１)の駆動部(１８)の回転速度を変更することにより制御される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
吸引要素(１４)を回転させるシャフト(１６)の回転速度は、０-１００rpmに設定され、好ましくは２-５０rpmに設定される、請求項９又は１０の何れかに記載の方法。
【請求項１２】
濾過装置(２)を通る海水のｍ２当たりの容積流量[ｍ３/h]は、汚染物質の圧力差ΔＰＦが上限値、特に１.１バールを超えていれば、制御弁(１０)又は制御可能なポンプ(４)の補助を用いて減じられ、容積流量[ｍ３/h]は、汚染物質の圧力差ΔＰＦが下限値、特に０.９バールを下回るまで低減される、請求項１乃至１１の何れかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海水を濾過する方法、特に船上で濾過する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
海水はバラスト水として水域から船上に採取される。海水は数々の不純物及びバクテリア、海草、植物等のような生命体を含んでいる。従って、現在の環境規制では、船上に持ち込まれたバラスト水を精製し、例えば濾過した後、必要に応じてさらにＵＶ照射および/または超音波処理を施してから精製バラスト水として、この目的から付与されたバラスト水タンクに移送する。
【０００３】
そのような濾過装置は例えば、ドイツ公開公報102009054387号、又は国際公開2011/064260から公知である。この装置は、濃縮物とともに比較的多量の水が洗い流され、バラスト水タンクに到達しないという欠点を有する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この背景に対して、本発明の目的は、海水を濾過するための効率的な方法を提供することであり、海水は、ＵＶ照射のような後処理を受け、次にバラスト水として使用可能である。
【０００５】
本発明は、請求項１の主題事項によってこの目的に達する。本発明は、実際に一般的な要件にフィルタ洗浄を常に適応させる適応的なフィルタ制御手段を実施する。その結果、濾過信頼性が大幅に改善され、同時に、バラスト水タンクへの濾液の流れが最大化される。
【０００６】
圧力差(フィルタ入口の圧力からフィルタ出口の圧力を差し引いた圧力)を確立することによってフィルタの汚染状態を監視することは、それ自体、例えばドイツ公開公報102006045558号又は国際公開2007130029号から実際に既に公知である。しかし、その場合、濾過されるべき媒体の流れの方向を逆転させることによってフィルターを再び清浄にするのに圧力差の限界値を超える圧力が使用される。この手順は、濾過工程又は濾過方法が中断されなければならないという欠点を有するが、バックフラッシングは、例えば適切な弁及び配管の助けを借りて行われるべきである。対照的に、本発明は、請求の範囲に記載された、より有利なアプローチをとる。
本発明の有利な展開は、従属請求項に開示される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
本発明は図面を参照して、例示的な実施形態によって下記される。
【図１】図１は、バラスト水を濾過する設備の概略図である。
【図２】図２は、バラスト水を濾過する第２の設備の一部の概略図である。
【図３】図３は、本発明に従った方法の例示的な実施を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１の設備は、水域、例えば海洋または河川または運河から船上に海水を汲み出すことができる入口ライン１を備えている。入口ライン１は、入口３で濾過装置２内に開口している。入口ライン１はポンプ４を含み、このポンプ４を用いて海水が船上に取り込まれ、次いで濾過装置２内に搬送され、好ましくは濾過装置を通って設備のさらなる部分に送られる。
【０００９】
濾過装置はタンク５を備え、該タンク内に円筒形のフィルタ要素６が配置される。入口３は、タンク５の一端部にてタンク５内に開口し、水域(図示せず)からタンク５内にポンプ４を用いて汲み出される海水は、円筒形のフィルタ要素６の内側内を通過する。濾過装置２にて、海水はフィルタ要素６を通って流れ、そこでは汚染物質粒子及び生物の「汚染物質相」が海水の一部と一緒に濃縮物として分離される。精製された海水は、内部から外側に向かってフィルタ要素を通って流れ、濾液を形成する。場合によっては、更なる精製段階を経た後、水はバラスト水として船上で使用可能である。
【００１０】
濾過されたバラスト水用のタンク５からの出口７は、フィルタ要素６の半径方向外側に配置されている。出口７に出口ライン８が設けられており、そのラインを用いて、濾過されたバラスト水は直に、又は更なる精製段階(例えば、１つまたは複数の濾過段階及び/又は照射段階など)を介して、濾過されたバラスト水用の少なくとも１つのバラスト水タンク９内を通過する。出口ライン８は、作動可能な制御弁１０を含むことが好ましく、これにより出口ライン８の断面を変化させることができる。
【００１１】
洗浄装置１１は、好ましくは、円筒状のフィルタ要素６内に配置される。洗浄装置１１は、フィルタ要素６から汚染物質を分離して排出するように設計されており、特に水とフィルタ要素６からの汚染物質とからなる汚染物質濃縮相を吸引する。この目的を達成する為に、洗浄装置はフィルタ要素６を洗浄する手段１２と、該手段１２をフィルタ要素６上で動かす駆動部１８(好ましくはモータ)と、汚染物質濃縮相を排出する排出ライン１３を備えている。
【００１２】
図１に従って、好ましく有利な展開例において、洗浄装置１１は、手段１２として、有利な展開例において特にブラシ状である１つ以上の吸引要素１４を備え、これらの要素は回転可能なシャフト１６上のアーム１５を介して配置される。シャフト１６は、好ましくは、円筒形フィルタ要素６の中心軸/対称軸１７と整列している。アーム１５は半径方向に向いていることが好ましい。吸引要素１４は、好ましくは、フィルタ要素６の内側に載っている。
【００１３】
駆動部１８はシャフト１６を回転させるのに役立つ。シャフト１６が回転すると、吸引要素１４はフィルタ要素６の内面に沿って移動し、汚染物質粒子のフィルタ要素６を洗浄し、そこで汚染物質粒子を分離して吸引する。更に、吸引要素１４及び/又はシャフト１６は、特に軸方向でタンク内にて変位してもよく、その結果、フィルタ要素６は、内面全体を洗浄することができる。或いは、吸引要素１４は、(シャフト１６の円周方向から見て)角度がずれて配置されている場合、軸方向に重なることができる。吸入ポンプ２５(図２)が必要に応じて、排出ライン１３の排出部１９に含まれてもよい。或いは又はこれに代えて、ポンプ４は、濃縮物が排出ライン１３を通って搬送される圧力を発生させることもできる。用語「吸引要素１４」は、この点で狭く解すべきではなく、代わりにこれらの要素の使用の基本的な適合性を、その下流の吸引ポンプ２５と共に付随的に説明する。
【００１４】
汚染物質は、吸引要素１４の上(onto/with)に分離され、少量の海水と共に濃縮物又は汚染物質相として、アーム１５、又はアーム上のラインを通り、又はシャフト１６又はシャフト１６上のラインを通ってタンク５の外に通過する。シャフト１６の下流側である排出ライン１３のライン部１９は、例えば廃棄領域(図示せず)に汚染物質相を配置する。可能な限り少量の海水が汚染物質相に存在することが望ましい。
【００１５】
作動可能な制御弁２０及び/又は前述の速度制御型吸引ポンプ２５(図２)は、排出ライン１３、特に排出部１９に配置されてもよい。図２には示されていないが配備される開ループ(及び閉ループ)制御装置２１は、設備の開ループ及び閉ループ制御に役立つ。制御装置は、無線で、又はここでは点線で示すバスシステム又はラインによって、設備の要素に接続され、例えば制御弁１０、２０、駆動部１８、ポンプ４、付随的に任意の吸引ポンプ２５に接続され、例えば圧力を測定するセンサであるセンサ２２、２３、２４に接続されるのが好ましい。
【００１６】
センサ２２、２３、２４は特に以下の圧力を感知する。
-  センサ２２：フィルタ要素６内の入口/入力圧力Ｐ＿ｉｎ
-  センサ２３:フィルタ要素６の外側の濾液又はバラスト水の濾液出口圧力/出力圧力Ｐ＿ｏｕｔ
- センサ２４：排出ライン１３における濃縮物圧力Ｐ＿ｃｏｎｃ.(濃縮物)
Ｐ＿ｉｎ、Ｐ＿ｏｕｔ、Ｐ＿ｃｏｎｃ.についてのセンサ２２、２３、２４又は対応する圧力送信器は、フィルタ要素６又は隣接する(パイプ)ライン(流入ライン又は流出ライン１、８、１３)の内側又は外側のフィルタタンク５に取り付けられる。
【００１７】
バラスト水を得るために水域から採取された海水を濾過するための有利な方法は、図示の設備を用いて実施することができる。
以下のパラメータは、制御装置と共に確立される。
-汚染物質の圧力差ΔＰＦ：＝Ｐ＿ｉｎ―Ｐ＿ｏｕｔ
-吸引の圧力差ΔＰＫ：＝Ｐ＿ｏｕｔ―Ｐ＿ｃｏｎｃ.
【００１８】
特に、バラスト水を得るために船舶上で海水を濾過する方法が、濾過装置２を用いて実施され、濾過装置２はタンク９内に配置された円筒形のフィルタ要素６、及びフィルタ要素６から汚染物質を分離し、水及び汚染物質からなる濃縮相をフィルタ要素及び濾過装置２から排出するため洗浄装置１１を備え、該方法は、以下の工程を含む。
【００１９】
a) 海水は濾過装置２に汲み上げられる。
b) 海水は入力圧力Ｐ＿ｉｎで濾過装置２に送られ、フィルタ要素６を通って濾過装置２を流れ、フィルタ要素６の下流で濾過された海水(濾液)としての出力圧力Ｐ＿ｏｕｔを有する。
c) 濾過装置２のフィルタ要素６にて洗浄装置１１を用いて除去され、フィルタ要素６から排出される汚染物質相は、濃縮物圧力Ｐ＿ｃｏｎｃ.を有する。
d) 入力圧力Ｐ＿ｉｎ、出力圧力Ｐ＿ｏｕｔ、及び濃縮物圧力Ｐ＿ｃｏｎｃ.は、センサ(２２、２３、２４)を用いて測定され、測定された圧力は制御装置(２１)に送信される。
e) フィルタ要素(６)のフィルタ効率の変化は、入力圧力Ｐ＿ｉｎと出力圧力Ｐ＿ｏｕｔの間の汚染物質の圧力差ΔＰＦ＝Ｐ＿ｉｎ―Ｐ＿ｏｕｔの変化が確立されている点で識別される。及び/又は
f) 出力圧力と濃縮物圧力との間の差として定義される吸引の圧力差ΔＰＫ=Ｐ＿ｏｕｔ―Ｐ＿ｃｏｎｃ.は、、汚染物質の圧力差ΔＰＦ=Ｐ＿ｉｎ―Ｐ＿ｏｕｔの関数として制御される。
ここで、フィルタ効率の変化は、汚染物質の圧力差ΔＰＦの変化が確立されるという点で簡単に識別される。
【００２０】
汚染物質の粒子又は汚染物質相及び海水の一部は、吸引要素１４によってタンク５内のフィルタ要素６の内側で好ましくかつ構造的に単純に吸引され、吸引要素１４は動作中にシャフト１６の回転に伴い、常にまたは何らかの事情で時々回転する。
吸引要素１４は、フィルタ要素６の内側でモータ駆動の方法で回転する。海水の汚染負荷が増加すると、フィルタ要素６への負荷も増加し、汚染物質の圧力差(Ｐ＿ｉｎ―Ｐ＿ｏｕｔ)が上昇する。吸引の圧力差ΔＰＫによって吸入された海水は、例えば海に直接戻され、この方法でバラスト水から失われ、バラスト水タンクに達しない。この効果は可能な限り最小化される。
フィルタ要素６のフィルタ効率を高めるための条件の１つは、汚染物質の圧力差ΔＰＦの上昇における定義にある。
【００２１】
本発明の１つの有利な変形例に従って、汚染物質の圧力差ΔＰＦの上昇時に、吸引の圧力差ΔＰＫ、ひいては吸入水量が上昇する。また、この制御手段は、逆方向でも動作する。汚染物質の圧力差ΔＰＦの低下の場合には、吸引の圧力差ΔＰＫ、従って汚染物質相に関して吸引または失われたまたは排出される水の量が低減される。この場合、吸引された水による水の損失が低減され、方法又は設備の効率は向上する。その結果、バラスト処理に要する時間が短縮される。
【００２２】
吸引の圧力差ΔＰＫは、汚染物質の圧力差ΔＰＦの関数として、０バール(bar)から５バール(５.０９８kgf/cm２)の範囲、好ましくは１.２バールから２.２バールの範囲で調整されるのが好ましい、何故ならこれらの値は設備の効率的な動作にとって特に有利であることが実証されているからである。
【００２３】
本発明の更なる変形例に従って、汚染物質の圧力差ΔＰＦを減少させるためにフィルタ領域ｍ２当たりの吸引周波数(f_motor)を上げると更に有利である。これは、駆動部１８又はシャフト１６のモータ速度が変更または適合されることを意味する。この方法の変形例において、従って、汚染物質の圧力差ΔＰＦが増加すると、シャフト１６の回転速度が増加し、その逆もまた同様である。吸引要素１４の機械的負荷は、実際の要件に適合される。不要な摩耗が避けられる。更に又はこれに代えて、存在すれば、吸入ポンプ２５で吸引された容積流量[ｍ３/h]が上昇していてもよく、及び/又は制御弁２０がより広く開いていてもよい。
シャフト１６又は吸引要素１４の回転速度は、０〜１００rpm、好ましくは１２〜５０rpmの回転速度に設定される。
【００２４】
本発明の更なる有利な変形例に従って、汚染物質の圧力差ΔＰＦが上限値(例えば、1.1バール)を超えると、濾過装置２のフィルタ要素６を通過する海水の体積流量(濾液流量)が減少する。弁１０、２０及び/又は吸引ポンプ２５及び/又はシャフト１６の回転速度に関する上述の制御手段は、既に最大値で作動している。容積流量[ｍ３/h]は、汚染物質の圧力差ΔＰＦが下限値(例えば、０.９バール)を下回るまで低減される。容積流量[ｍ３/h]、ひいてはフィルタ負荷は、結果として可能な最大のフィルタ洗浄に適合され、フィルタ要素６の詰まりが防止される。水が非常に高い汚染物質負荷を有する場合、バラスト水の摂取を中断する必要がないことが保証される。
【００２５】
タンク５内の濾過装置２又はフィルタ要素６を更に並列接続することによって、特に、段階的に最大または可能な容積流量[ｍ３/h]を任意に上げることができる。
制御弁２０を開くことにより排出ライン１３の断面を変更することによって、吸引の圧力差ΔＰＫが増加するのが好ましい。これが不十分であると判明した場合、圧力Ｐ＿ｃｏｎｃ.は、特に濃縮物の排出部１９において、好ましくは速度制御された吸引ポンプ２５によって、さらに追加的に低減される。図２を参照。
【００２６】
図２及び図３において、駆動部１８はＭ１で示され、ポンプ４はＰ１で示され、吸引ポンプ２５はＰ２で示され、制御弁１０はＶ１で示され、制御弁２０はＶ２で示される。センサ２２、２３及び２４は、測定値Ｐ＿ｉｎ、Ｐ＿ｏｕｔ及びＰ＿ｃｏｎｃ.によってのみ簡略化された形で示されている。図１に従った例示的な実施形態とは異なり、図２に従った設備の例示的な実施形態は濃縮物ポンプ(吸引ポンプ)２５又はＰ２を備えている。一例として、本発明による方法は、ここでは、図３に示されるようなステップe）及びf）に関して実施される。
【００２７】
これによれば、汚染物質の圧力差は再びΔＰＦ=Ｐ＿ｉｎ-Ｐ＿ｏｕｔと表され、吸引の圧力差はΔＰＫ=Ｐ＿ｏｕｔ-Ｐ＿ｃｏｎｃ.で示される。
ΔＰＦ≦０.８バールの状態は、「フィルタクリーン」又は「フィルタ要素クリーン」と表示される。制御弁Ｖ１が開かれ、制御弁Ｖ２が絞られて濃縮物の排出を減少させ、シャフト１６の駆動部Ｍ１の回転速度をより低く設定する。
０.８バール＜ΔＰＦ≦１.１バールの状態は、「フィルタ汚染」又は「フィルタ要素汚染」と表示される。制御弁Ｖ１が開かれ、制御弁Ｖ２を広く開けて濃縮物の排出を増加させ、シャフト１６の駆動部Ｍ１の回転速度をより高く設定する。
【００２８】
ΔＰＦ＞１.１バールの状態は、「フィルタが非常に汚染」又は「フィルタ要素が非常に汚染」と表示される。フィルタ要素の過負荷を回避するために、制御弁Ｖ１が絞られ、制御弁Ｖ２が開かれて濃縮物の排出が増加し、シャフト１６の駆動部Ｍ１により高い回転速度が設定される。必要に応じて、濃縮物の排出を更に増加させるために、吸引ポンプＰ２を追加的に起動することができる。
実際の増加または減少は、予め記憶された機能、又は試験によって確立された機能的相互関係によって達成される。このようにして、ΔＰＫ=function_1(ΔＰＦ)と回転速度Ｍ１=function_2(ΔＰＦ)の相互関係が確立され、これらはΔＰＦ状態の調整/制御に使用される。
【００２９】
参照符号
入口ライン        １
濾過装置          ２
入口              ３
ポンプ            ４
タンク            ５
フィルタ要素      ６
出口ライン        ７
排出ライン        ８
バラスト水タンク  ９
制御弁            １０
洗浄装置          １１
手段              １２
排出ライン        １３
吸引要素          １４
アーム            １５
シャフト          １６
中心軸/対称軸     １７
駆動部            １８
排出部            １９
制御弁            ２０
制御装置          ２１
センサ            ２２-２４
濃縮物ポンプ      ２５
【図１】
2018531792.tif 000003
【図２】
2018531792.tif 000004
【図３】
2018531792.tif 000005
【国際調査報告】
2018531792.tif 000006
2018531792.tif 000007
2018531792.tif 000008
2018531792.tif 000009