(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
船舶（１）の排気ガスとバラスト水の組合せ処理装置において、
少なくとも高温の排気ガスを生成するようになった熱動力装置（２）であって、この高温の排気ガスを排出するためのダクト・システムと、高温の排気ガスを受けるように前記ダクト・システムにつながった第１の熱交換器（６）とを含む熱交換装置（６、６．１、６．２、６．３、６．４、６．５、６．６、６．７、６．８、６．９、６．１０、９、９’）を備える熱動力装置と、
前記熱交換装置が熱伝達流体用の第１の流路（６．１）をさらに含み、この流路が第１の熱交換器（６）と連通し、第１の熱交換器（６）が、高温の排気ガスと第１の熱伝達流体を直接接触させて、第１の熱伝達流体を加熱し且つ排気ガスを冷却する直接熱交換器であることと、
バラスト水を入れた少なくとも１つのバラスト・タンク（１２）、第２の流路（９または９’）、および中間容積（１３、１３’）を含むバラスト・システムとを備え、第２の流路が、バラスト・タンクからバラスト水を導いて第１の熱交換器（６）と熱伝達連通させ、次いでバラスト・タンクへ戻すように配置され、中間容積（１３、１３’）が、バラスト水を第１の熱交換器（６）との熱伝達連通後にバラスト・タンクへ戻す第２の流路の経路に配置され、昇温したバラスト水をバラスト・タンクへ戻す前に滞留させるように形成される、排気ガスとバラスト水の組合せ処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、前記第２の流路（９または９’）が第１の流路（６．１）と連通して、バラスト水が第１の熱伝達流体として作用する、排気ガスとバラスト水の組合せ処理装置。
【請求項３】
請求項１に記載の装置において、前記中間容積が、タンク（１３）および／またはある長さの適切に断熱したパイプ（１３’）である、排気ガスとバラスト水の組合せ処理装置。
【請求項４】
請求項１に記載の装置において、海水を排気ガス内に噴霧するためのノズル装置（６．８）が、排気ガスの流れの方向で第１の熱交換器（６）の後に配置され、未加熱の海水（１５）の供給源と流体連通している、排気ガスとバラスト水の組合せ処理装置。
【請求項５】
請求項１に記載の装置において、前記第１の流路（６．１）と第２の流路（９）が第２の熱交換器（６．４）に流体連通し、この第２の熱交換器は、第１の流路（６．１）の第１の熱伝達流体と第２の流路（９）のバラスト水との熱交換により、第１の熱伝達流体を冷却し、バラスト水を加熱するように配置される、排気ガスとバラスト水の組合せ処理装置。
【請求項６】
請求項５に記載の装置において、前記第２の熱交換器（６．４）が、第１の熱伝達流体とバラスト水を直接接触させない間接熱交換器である、排気ガスとバラスト水の組合せ処理装置。
【請求項７】
請求項１に記載の装置において、前記第１の熱交換器（６）が、第１の熱伝達流体を第１の熱交換器（６）内に導入するように配置された熱伝達流体重力タンク（６．２）を備える、排気ガスとバラスト水の組合せ処理装置。
【請求項８】
請求項７に記載の装置において、前記熱伝達流体重力タンク（６．２）が、第１の流路（６．１）を介して海水の供給源と流体連通し、前記熱動力装置（２）が第３の熱交換器（１０）を備えた冷却システムを有し、この第３の熱交換器は、第１の熱伝達流体として前記第１の流路（６．１）を通る海水が、前記熱伝達流体重力タンク（６．２）に導かれる前に、前記冷却システムから熱を受けるように、前記第１の流路（６．１）に組み合わせて配置される、排気ガスとバラスト水の組合せ処理装置。
【請求項９】
請求項１に記載の装置において、前記第２の流路（９）が、熱動力装置（２）の冷却システムから熱を抽出するように構成された第４の熱交換器（１１）を備える、排気ガスとバラスト水の組合せ処理装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の装置において、前記第２の流路（９’）が第５の熱交換器（１４）を備え、この第５の熱交換器は、バラスト水をバラストタンクから第１の熱交換器（６）へ導く第２の流路の経路と、バラスト水を第１の熱交換器からバラスト・タンクへ戻す第２の流路の経路とに接続される、排気ガスとバラスト水の組合せ処理装置。
【請求項１１】
請求項５に記載の装置において、前記第２の流路（９）が第５の熱交換器（１４）を備え、この第５の熱交換器は、バラスト水をバラストタンクから第２の熱交換器（６．４）へ導く第２の流路の経路と、バラスト水を第２の熱交換器からバラスト・タンクへ戻す第２の流路の経路とに接続される、排気ガスとバラスト水の組合せ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、請求項１の前提部分に記載の、船舶内の排気ガスとバラスト水の組合せ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
船舶内のバラストは、通常、貨物に代えて船舶で運ばれる水である。水を使用して、総重量を増加または減少させることにより、そして船舶の重心を調節することによって船を安定させる。バラストは、全ての種類の船の安全な操縦のために必要である。バラストは、たとえば、安定性、トリム、および横傾斜（ｌｉｓｔ）の制御のために使用される。
【０００３】
しかし、船内のバラスト水中の水生種を輸送することは、特にかなりの量のバラスト水を有する船での遠距離輸送で、相当な懸念が高まっている。このような非在来種が新しい環境に導入されると、それらは、周囲の地域にとって潜在的な脅威となる。これに対抗する手段として、バラスト水の熱処理が提案されてきた。たとえばイガイやフジツボなどの生物のかなりの死亡率を引き起こすために温度の上昇が決定された。
【０００４】
バラスト水を加熱する一般的な方法があり、それを使用することができる。まず、船のエンジンによって生成された熱をバラスト水を暖めるように導びくことができる。この方法には、推進冷却システムからの水または推進システムの排気からの廃熱を移送してバラスト水を加熱する熱交換器を、バラスト・タンク内に設置することが必要である。次に、バラスト水は、たとえばエンジン冷却システムの一部として熱を取り出すための推進プラント内の熱源へ向かい、その後、バラスト・タンク内に戻るように経路を定めることができる。この種の装置が、刊行物ＵＳ５，８１６，１８１に示されている。この刊行物は、船舶内の熱機関の熱の管理の全体的な制御に向けての提案を示してはおらず、したがって解決法は不完全なままである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術の欠点を最小化し、熱バランスの制御を最適化する、船舶内のバラスト水熱処理装置を提供することが、本発明の目的である。使用可能な熱を効率的に使用する、船舶内の排気ガス浄化とバラスト水熱処理を組み合わせた装置を提供することもまた、本発明の目的である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、請求項１に開示したように、そしてその他の請求項により詳細に開示したように達成することができる。
【０００７】
本発明の第１の実施形態によると、船舶内の排気ガス浄化とバラスト水熱処理を組み合わせた装置は熱動力装置を有し、この熱動力装置は少なくとも高熱の排気ガスを生成しており、高熱の排気ガスを排出するためのダクト・システムを含み、かつ第１の熱交換器を有する熱交換装置を備える。この装置はまた、熱伝達流体を加熱するように、そして排気ガスを冷却するように構成された第１の熱交換器と流体連通している、第１の熱伝達流体用の流路を備える。この装置はまた、少なくとも１つのバラスト・タンクとバラスト水流路を有するバラスト・システムを備えるが、バラスト水流路は、第１の熱交換器と熱伝達連通するように配置されている。第１の熱交換器は、好ましくは直接熱交換器である。バラスト水流路は、このほかに、バラスト水の流れの方向のバラスト・タンクの前に、バラスト水流路と接続している中間容積を備える。好ましくは、中間容積は、タンクおよび／または、ある長さの適切に断熱したパイプである。このようにして、バラスト水を、一度に水を一部分ずつ処理するように熱処理することができる。
【０００８】
第１の熱交換器は、直接熱交換器である。本発明の一態様によると、バラスト水流路は第１の熱伝達流体用の流路と接続しており、したがって、第１の熱伝達流体はバラスト水である。すなわち、バラスト水は、排気ガスと接触することによって直接加熱される。
【０００９】
熱交換装置内には、排気ガスの流れの方向に熱交換器の後に配置した、海水を噴霧するためのノズル装置があり、ノズル装置は未加熱の海水の供給源と流体連通している。
【００１０】
本発明の別の実施形態によると、第１の流路は、第１の熱伝達流体を冷却するように、そしてバラスト水を加熱するように構成された第２の熱交換器と流体連通しているが、第２の熱交換器は間接熱交換器であり、したがって、バラスト水は間接的に加熱される。
【００１１】
第１の熱交換器、すなわち直接熱交換器は、有利なことに、重力を使用することによって第１の熱伝達流体を第１の熱交換器内に導入するように構成された熱伝達流体重力タンクを備える。重力タンクは、第１の流路を用いて海水と流体連通しており、第１の熱伝達流体は、未加熱の海水の供給源から流体重力タンクへ導かれる前に、第３の熱交換器を用いて熱動力装置の冷却システムから熱を抽出するように構成されている。このほかに、このバラスト水流路は、熱動力装置の冷却システムから熱を抽出するように構成された第４の熱交換器を備える。このようにして、バラスト水の温度をさらに上昇させることができる。
【００１２】
有利なことに、処理すべきバラスト水は、すでに処理されたバラスト水によって予熱される。したがって、ポンプ給送によるバラスト水の処理が第１のバラスト水タンクから第２のバラスト水タンクへであり、その間で熱処理が施されるとき、バラスト水流路が第５の熱交換器を備えることが有利である。第５の熱交換器は、そこから水が汲み出されるバラスト・タンクの後で、熱交換器のもう一方の流れ側で熱交換器を熱する前に、加熱する熱交換器ともう一方の流れ側で水を汲み出すバラスト・タンクとの間に接続されている。したがって、すでに処理された高温のバラスト水が、処理するべき冷たいバラスト水を加熱することによって冷却されて、全体の効率が向上する。
【００１３】
少なくとも高温の排気ガスを生成し、高温の排気ガスを排出するためのダクト・システムを含み、熱交換装置を備えた熱動力装置を有する船舶内で、バラスト水を処理する方法によると、バラスト水タンク内にバラスト水を供給するとき、排気ガスから伝達された熱がさらにバラスト水へ伝達されて、バラスト水を第１の温度から第２の上昇した温度へ加熱する。さらに、バラスト水は、熱交換器内で熱を受けた後、事前に選択された時間にわたって上昇した温度に維持されてから、バラスト・タンクに供給され、バラスト水タンク内でより冷たい水と混合される。このことは、たとえば水を流水断面積の大きい部分を通って導くことによって水の流速を一時的に減少させることによって達成することができる。この部分はタンクであれば有利である。
【００１６】
本発明には、いくつかの利点がある。バラスト処理は、プラントの全体効率が９０％を超える効率的な熱回収に基づく。バラスト水の処理のために化学物質の供給は必要としない。バラスト水の処理のために使い捨ての廃棄物は発生しない。本発明は、熱動力装置の排気ガスを冷却するための直接熱交換器のため、排気ガスの放出をより低くすることができ、ブリッジから船尾への視界を改善する。船の鉛直方向の重心はより低くなり、船の安定性に有利な影響を有する。
【００１７】
添付の図面を参照にして、本発明を説明する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１に、どのようにバラスト水が効率的に処理されるか、すなわち、排気ガスの清浄化とともに熱処理を受けるかの主な提示をしている。船１には、その主推進機関として使用する、ディーゼル・エンジンなどの熱機関２を設けている。当然に、幾つかのそのような機関があってもよい。ディーゼル・排気ガスは、エンジン２から、排気ダクト３によって最初に、望ましい場合に備えられる排気ガス・ボイラ４へ、そして排気ガス消音器５を介して、水平方向に取り付けられた直接交換器、すなわち、スクラバ６へ導かれる。この語を以下で用いることにする。図１に示す実施形態では、スクラバ６で、排気ガスは海水を用いて冷却され清浄化され、海水が代りに高温の排気ガスによって加熱される。スクラバ６内では、適切な方式で海水が排気ガス内に噴霧される。より高温になるべき水が必ずしも船の上のほうの高さに上げられるとは限らないため、水平のスクラバは特に有用であり、船１の安定性に肯定的な影響を与える。
【００１９】
排気ダクト３の最後の部分は、シュート３．１であり、これは限界線または隔壁甲板の上方に鉛直方向に伸び、いくつかの排出口のうちの所望の最も低い排出口３．２へ向かって下方へ再び方向付けられる。ガス排出口３．２の数は必要に応じて選択してもよく、１から、たとえば４、５まで様々である。最も高いものは、たとえばしけや、船殻が計画喫水を越えた静喫水で損傷状態にあるときなど、どんな極端な条件中でも、ガスを排出することができるように十分高く配置してもよい。最も低い排出口は、たとえば、バラスト状態での操船中、排出口３．２と船尾の係船甲板上に立っている船の乗組員との間に最大の鉛直方向の距離を可能にするようにバラストの水線の近くに配置してもよい。港内で、そして入港中および出港中に、ガスの放出が桟橋に立っている人々を妨害するのを避けるためにも、適切な高さを選択することができる。主エンジンについては、通常、操船状態中に予測できる最も低いガス流に対して、最も低い排出口３．２を寸法付けてもよい。排出口３．２は、遮断バルブ７を備える。タグ・ボートおよび水先人乗船手段もまた、望ましい場合、考慮に入れてもよい。
【００２０】
船は、必要と思われる場合、右舷および左舷にガス排出口３．２を備えることができ、これは図２に示している。右舷および左舷の排出口用の排気ダクト３は、排気ガスの流れを右舷および左舷の排出口のどちらか、または望む場合は両方へ向かうように制御する、切替えバルブ・システム６．９を備える。切替えバルブ・システム６．９は、たとえば風向センサその他の適切な手段（ここでは図示せず）によって、自動的に制御することができる。本発明の本実施形態は、使用しようとするガス排出口の位置を選択する自由度のため、本発明の装置の追加の利点を提供する。たとえば、ガスを船の風下の排出口へ導びくことによって、機関２の背圧が減少する。排気ダクトはまた、船の上側の部分に、大気に至る分岐部３．３、３．４を備えてもよい。
【００２１】
バラスト水の熱処理は、スクラバ６内で排気ガスを清浄化することによって解放された廃熱を使用して達成される。図１を見れば判るように、スクラバ６は、いくつかの連続したステージを機能的に有しており、熱交換装置は、２つの熱伝達流体の流路を備える。まず第１に、高温の排気ガスが、第１の流路６．１を使用することによって冷却される。第１の流路６．１は、海水をまず重力タンク６．２へ導くためのダクト・システムを備え、海水はこのタンクから熱伝達流体としてノズル６．３を通ってスクラバ内に導入される。流体重力タンク６．２へ導く前に、熱動力装置２の冷却システムから熱を抽出するための熱交換器１０を設けることによって、海水を予熱することが可能である。本発明の一態様によるスクラバは、ある水圧を提供しながら、重力タンク内の水面の適切な高さを維持することによって、水の噴霧が調節されるように構成されており、スクラバ内への水の適切な導入を提供している。重力タンク６．２の圧力は、好ましくは周囲の圧力レベル、すなわち大気圧に維持されている。この装置では、水の一定の圧力、したがって制御された流れを、重力の使用によって維持することができる。ポンプ圧力の突然の損失または一時的な不具合の場合、重力タンクは、スクラバ６の下流の配管の過熱を避けるため、ある時間、スクラバへ確実に水を供給することになる。
【００２２】
ガスの流れの方向の最終ステージのノズル装置６．８への水は、好ましくは、確実に低いガス出口温度にするために、海水ポンプ８の分岐部から直接供給される。これに代えて、別個のポンプ８．１がこの最終ステージに供給してもよい。海水は、船のシー・チェスト１５から採取される。判り易くするために１個のシー・チェストしか示していないが、船はいくつかのシー・チェストを備えてもよいことを理解されたい。
【００２３】
水は、スクラバ６から、最終の海水冷却ステージ以外の、すべての熱伝達ステージに流れていき、間接熱交換器６．４を通って、それによって熱を冷却し、第２の流路９内を流れる第２の熱伝達流体、すなわちバラスト水へ伝達する。海水は、熱交換器を通って、水をポンプ６．６によって船外へ排出する収集タンク６．５へ流れる。循環ポンプ６．１１を備える配管６．７によって水を元の重力タンク６．２へ再循環させることもまた可能である。ガス流の方向のスクラバ６の第１のステージの操作上、構造上の変数は、好ましくは、約６０〜７５℃である、最小の蒸発を有する、スクラバ水の最終温度を得るように選択される。
【００２４】
間接熱交換器６．４およびスクラバ６のいくつかのステージは、最も可能な加熱効果を得るために逆流法に従って動作する。このことは、スクラバの第１のステージが、第２の熱伝達流体、すなわちバラスト水の最終ステージを加熱することを意味している。
【００２５】
ある適用例では、バラスト水をさらに加熱することが有利なこともあり、したがって、第４の熱交換器１１が、熱動力装置の冷却システムから熱を抽出してバラスト水を直接暖めるように構成されている。特に内燃ピストン・エンジンの冷却システムは、たとえばシリンダ・ブロックおよびシリンダ・ヘッドなどを冷却する高温の回路である。これは、より短期の航海の際、すなわち、バラスト水の加熱のために使用可能な時間が限られているとき、特に有利である。バラスト水は、所望の処理温度まで加熱される。この温度は、約４０〜６０℃であり、たとえば使用可能な処理時間に依存する。図１を見れば判るように、加熱された水は、熱交換器１１とバラスト・タンク１２の間の中間容積としてのタンク１３内に導かれる。タンク１３は、上昇した温度でのバラスト水の滞在時間が、水中の望ましくない生物を壊滅させるに十分であるように構成されている。必要とされる滞在時間は温度に強く依存するが、処理は、少なくとも数十秒から数分にわたるべきである。延長された滞在時間が、タンク１３によって達成されるように図１に示しているが、ある場合には、たとえば図２に示すような十分な長さの適切に断熱したパイプに換えることもできる。
【００２６】
十分な時間の熱処理の後、バラスト水を冷却してからバラスト水タンク１２に導いてもよい。このことは、熱交換器の一方の流れの側のバラスト・タンク１２と第２の熱交換器、すなわち間接熱交換器６．４との間の、そして熱交換器の一方の流れの側の中間タンク１３とバラスト・タンク１２の間の、第５の熱交換器１４によって有利にも達成される。バラスト水の流れは、バルブ・システム１４．１によって制御されている。このようにして、処理するべき冷たいバラスト水が、熱交換器６．４へ通過する前に予熱され、バラスト水は、バラスト水タンク１２へ導かれる前に冷却される。言い換えれば、バラスト水は、除染の目的で一時的にのみ加熱される。
【００２７】
バルブ８．２が、重力タンク６．２内の海水の水面の高さを制御するために、また海水を熱交換器１０から重力タンク６．２の方へか、海へ戻る方へのどちらかに向けることによって機関２の冷却水を方向付けるために設けられている。スクラバの各ステージは、圧縮空気を吹き付けることによってウォーター・ノズルを清浄化できるように、船のサービス・エア・システムに接続されてもよい（図示せず）。
【００２８】
本発明の構成は、主および副ディーゼル・エンジン、ガス・タービン、重油燃焼ボイラおよび焼却炉などの高温の排気ガスを生成する、すべての舶用装置に適用することができる。
【００２９】
本発明の追加の利点として、硫黄酸化物が、スクラバ６内で排気ガスから大量に洗い落とされる。システム内に適切な添加剤を使用することによって、このことをさらに強化してもよい。添加剤は、たとえば、添加剤接続部６．１０を通って重力タンク６．２に加えられてもよく、形成された水懸濁液がスクラバ６内のガス流の中に噴霧される。添加剤は、石灰などの、排気ガスの低減用に使用される一般に知られている試薬のグループから選択してもよい。霧状化された水によって、粒子もまた効率的に洗い落とされる。本構成にスケール・クラスト（ｓｃａｌｅ  ｃｒｕｓｔ）予防添加剤を使用することもまた可能である。
【００３０】
本発明を使用するための、代替的なバラスト水循環原理がある。
１．交換、シングル・パイプ。一回にバラスト水タンクを１つずつ船外に排水し、その後、熱処理装置を介して再充填する。排出と充填を同時に行うことはできない。
２．交換、ダブル・パイプ。バラスト水タンクを１つずつ船外に排水しながら、別のタンクを熱処理装置を介して再充填する。同時の排出および充填が可能である。
３．タンクからタンクへの循環。一方のタンクから吸引し、熱処理装置を介して別のタンクへ排出する。この種の水循環を図１に示している。
４．個別のタンク循環。一方のタンクから吸引し、熱処理装置を介してもとの同じタンクへ再循環させる。
【００３１】
図２に、本発明によるバラスト水熱処理装置の別の実施形態を示している。これは、原則として、図１に示したものに対応しているが、その排気ガスがかなりきれいであるか、スクラバ６内でガス内に噴霧したとき、水を過度に攻撃性または腐食性のものに変えることがないような熱動力装置と接続して使用することを企図している。以下で、図１の構成とは違うその特徴を中心にして、図２を説明することにする。図２で使用した参照番号は適用できる限り図１のものと対応している。
【００３２】
図２の装置では、バラスト水は、熱機関２からの排気ガスと直接接触するように構成されている。このようにして、バラスト水の温度を、図１に示すようなスクラバと間接熱交換器の組み合わせを用いるよりも高く上昇させることができる。機関の排気ガスシステムは図１の提示に主として対応しているが、ガス排出口３．２は、ここでは船１の片側にしか示されていない。
【００３３】
処理するべきバラスト水は、熱伝達流体、すなわちバラスト水の流れる方向に、以下の要素を備える流路９’を通って循環される。この場合、バラスト水は、第１のバラスト水タンク１２から熱交換器１４を通ってポンプ給送される。熱交換器１４内で、処理するべきバラスト水は、すでに処理したバラスト水によって予熱される。予熱されたバラスト水は、バラスト水を直接熱交換器、すなわちスクラバ６内へ導くように構成した重力タンク６．２へ導かれる。図２に示す実施形態では、スクラバ６内で加熱したバラスト水は、十分な長さの適切に断熱されたパイプである中間容積１３’を通って、別のバラスト水タンク１２内に供給する。したがって、スクラバ６内で熱を受けた後、バラスト水は、事前に選択した時間、上昇した温度に維持してから、バラスト・タンクへ供給され、バラスト水タンク１２内のより冷たい水と混合される。
【００３４】
スクラバ６は、逆流原理を次々に使用するように構成したいくつかのステージ６．１１を備える。重力タンクもまた、いくつかのステージに分割されている。たとえば各ステージのノズルに対して異なる流れの性質を選択することが可能である。全てのステージを通過して、水の温度が望ましくない生物を破壊するのに十分になるまで、ステージ内で加熱した水は、集められて次のステージのタンクへポンプ給送される。
【００３５】
海水を噴霧するためのノズル装置６．８が、排気ガスの流れの方向に、スクラバ６の後に配置されており、ノズル装置は、未加熱の海水の供給源、たとえば船１のシー・チェスト１５と流体連絡している。
【００３６】
本発明はここに示した実施形態に限定されるものではなく、本発明のいくつかの変更は、添付の特許請求項の範囲内で実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるバラスト水熱処理装置の実施形態の概略図である。
【図２】本発明によるバラスト水熱処理装置の別の実施形態の概略図である。
【符号の説明】
１  船
２  ディーゼル・エンジン
３  排気ガス・ダクト
３．１  シュート
３．２  ガス排出口
３．３、３．４  分岐部
４  排気ガス・ボイラ
５  排気ガス消音器
６  スクラバ、熱交換器
６．１、９、９’  流路
６．２  重力タンク
６．３  ノズル
６．４  間接熱交換器
６．５  収集タンク
６．６  ポンプ
６．７  配管
６．８  ノズル装置
６．９  切替えバルブ・システム
６．１０  添加剤接続部
６．１１  循環ポンプ
８、８．１  海水ポンプ
８．２  バルブ
１０、１１、１４  熱交換器
１２  バラスト・タンク
１３  中間容積タンク、
１３’  パイプ
１４．１  バルブ・システム
１５  シー・チェスト、海水
【図１】
0004267871.tif 000002
【図２】
0004267871.tif 000003