JP2005161292A - バラスト水の処理方法及び装置、該装置を搭載した船舶 - Google Patents

Abstract

【課題】 信頼性と安全性に優れたバラスト水の処理方法及び装置を得る。
【解決手段】 バラスト水中の水生生物を死滅させる方法であって、前記バラスト水に衝撃水圧を加えることにより水生生物を死滅させる。
バラスト水を貯留して処理するための処理室３と、処理室３内のバラスト水に衝撃水圧を発生させる気体収束爆轟発生装置１５と、処理済みバラスト水を排出するポンプ１５と、を備えてなるバラスト水処理装置。なお、気体収束爆轟発生装置１５は、一端部４１Ａから他端部４１Ｂへ向け断面積が小さくなる燃焼室４１と、燃料の供給を受けると共に点火栓が配設された着火室４７と、着火室４７から分岐して延び上記燃焼室の一端部４１Ａへ連通する複数の誘導路４３とを備え、燃焼室４１の最小断面積部たる他端部４１Ｂの開口側と処理室３とが連通してなる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、バラスト水中の水生生物を死滅させるバラスト水の処理方法及び装置、該装置を搭載した船舶に関する。

船舶は、一般に、搭載する貨物等の重量に応じて排水量が増減するため、貨物の搭載重量が極端に少なくなるとスクリューの位置が海面に近づきすぎて船舶の推進効率が低下すると共に、船舶の走行安定性が低下することになる。これを回避するため、船内に大量のバラスト水(通常、空船時に最大積載重量の30%程度)を注入して航行するが、このバラスト水は貨物を搭載する際に海洋投棄される。このため、バラスト水を注入した船舶出港海域の水生生物が貨物搭載地の海域に拡散し、これらが異常繁殖して生態系が変化したり、海洋汚染を引き起こす可能性がある。このような事態を防止するため、バラスト水を海洋投棄する前に、バラスト水中の水生生物を排除又は死滅させる以下に示すような方法装置が提案されている。

（１）船舶の主機関から排出される高温排ガスを利用してバラスト水を加熱する方法（例えば、特許文献１参照)
（２）殺菌剤を添加する方法（例えば、特許文献２参照)
（３）固定床型電極電解槽を用いる方法（例えば、特許文献３参照)
（４）バラストタンク内に窒素を吹き込み、酸素濃度を低減させる方法(例えば、特許文献４参照)
特開2003-181443号公報 特開平4-322788号公報 特開2001-974号公報 特開2002-234487号公報

しかしながら、上記（１）〜（４）の方法又は装置には以下に示すような共通又は個別の問題がある。
(a)船舶内の主機関を必ず運転する必要がある[（１）、（４）]。
(b)死滅処理効果が不十分である[（１）、（４）]。
(c)死滅処理に時間がかかるため、作業能率が低い[（１）、（２）、（４）]。
(d)設備費が高い[（３）、（４）]。
(e)寄港先の海水温度によって死滅処理効果が異なる[（１）、（２）]。
(f)危険物を使用するため、取り扱いや保管上、特別の注意が必要となる[（２）]。
(g)運転費が高い[（２）、（３）、（４）]。
(i)所要電力が大きい[（３）、（４）]。
(j)バラストタンクの熱膨張に伴って船体の一部に過大な熱応力が加わる[（１）]。
(k)機器類の設置床面積が大きい[（３）、（４）]。
(l)処理済みバラスト水の廃棄の際、周辺の水生生物がダメージを受ける可能性がある[（１）、（２）、（４）]。

すなわち、（１）船舶の主機関から排出される高温排ガスを利用してバラスト水を加熱する方法では、上記(a)(b)(e)(j)(l)の問題がある。
また、（２）殺菌剤を添加する方法には、上記(c)(e)(f)(g)の問題がある。また、（３）固定床型電極電解槽を用いる方法には、上記(d)(g)(i)(k) の問題がある。また、（４）バラストタンク内に窒素を吹き込み、酸素濃度を低減させる方法には、上記(a)(b)(c)(d)(g)(i)(k)(l) の問題がある。

本発明は上記従来技術の有する種々の問題点を解決するためになされたものであり、特に信頼性と安全性に優れたバラスト水の処理方法及び装置を得ることを目的としている。
また、前記バラスト水の処理装置を搭載した船舶を得ることを目的としている。

（１）本発明に係るバラスト水処理方法は、バラスト水に衝撃水圧を加えることにより水生生物を死滅させることを特徴とするものである。

（２）また、衝撃水圧が、収束爆轟波によって誘起された衝撃水圧であることを特徴とするものである。なお、ここにいう爆轟とは、化学反応を伴う爆発のうち反応の起こる面（火炎面）が静止媒質における音速よりも大きい速度で移動するものをいう。そして、爆轟波とは火炎面の移動を波と捉えて表現したものである。

（３）また、本発明に係るバラスト水処理装置は、バラスト水を貯留して処理するための処理室と、該処理室内のバラスト水に衝撃水圧を発生させる衝撃水圧発生装置と、処理済みバラスト水を排出する排水装置と、を備えてなることを特徴とするものである。

（４）また、上記（３）に記載のものにおいて、処理室及び衝撃水圧発生装置からなる衝撃水圧発生処理装置を複数個直列に配置したものである。

（５）また、上記（３）に記載のものにおいて、処理室及び衝撃水圧発生装置からなる衝撃水圧発生処理装置を複数個並列に配置したものである。

（６）また、上記（５）に記載のものにおいて、複数の処理室のいずれかに常時バラスト水が供給されるように、給水量、給水弁の開閉タイミング、衝撃水圧発生装置の衝撃水圧発生タイミングを設定したものである。

（７）また、上記（３）〜（５）に記載のものにおいて、処理室は、回転軸回りに所定の間隔で配置された少なくとも３個の処理室からなり、該少なくとも３個の処理室の何れかに常時バラスト水を供給するバラスト水供給部を設け、バラスト水供給状態にない処理室に衝撃水圧を発生させるようにしたものである。

（８）また、上記（３）〜（５）に記載のものにおいて、衝撃水圧発生装置によって発生した衝撃水圧の衝撃波が給水路及び排水路に伝播するのを防止するための伝播防止手段を設けたものである。

（９）また、上記（８）に記載のものにおいて、伝播防止手段は、給水路及び排水路を前記衝撃波の伝播方向に対して直角に屈曲させたときにできる管路壁であることを特徴とするものである。

（１０）また、上記（８）に記載のものにおいて、伝播防止手段は、給水路および排水路に設けた邪魔板であることを特徴とするものである。

（１１）また、上記（３）〜（１０）に記載のものにおいて、処理室の近傍に処理水を一時的に貯留するバッファアタンクを設けたことを特徴とするものである。

（１２）また、上記（３）〜（１１）に記載のものにおいて、衝撃水圧発生装置の高圧発生部が気体収束爆轟発生装置から構成されていることを特徴とするものである。

（１３）また、上記（１２）に記載のものにおいて、気体収束爆轟発生装置は、一端部から他端部へ向け断面積が小さくなる燃焼室と、燃料の供給を受けると共に点火栓が配設された着火室と、着火室から分岐して延び上記燃焼室の一端部へ連通する複数の誘導路とを備え、前記燃焼室の最小断面積部たる他端部の開口側と処理室とが連通してなることを特徴とするものである。

（１４）また、上記（３）〜（１３）に記載のものにおいて、処理済みのバラスト水の温度を上昇させるための加熱手段と、該加熱手段によって加熱された処理済バラスト水をバラストタンク上部に戻す循環装置とを備えたことを特徴とするものである。

（１５）また、上記（３）〜（１４）に記載のものにおいて、加熱手段は船舶の排ガス又は衝撃水圧発生装置の排ガスを利用していることを特徴とするものである。

（１６）また、上記（３）〜（１５）に記載のものにおいて、本発明に係る船舶は、上記（３）〜（７）のいずれかに記載のバラスト水処理装置を搭載していることを特徴とするものである。

本発明においてはバラスト水に衝撃水圧を加えることによりバラスト水中の水生生物を瞬時に死滅させることができるため信頼性に優れると共に、毒物や有害物質を使用する必要がなく処理作業や処理済バラスト水の廃棄作業の際の二次公害の心配がなく安全性にも優れている。

[実施の形態１]
図１は本発明の一実施の形態の説明図であり、船舶の横断面を模式的に示したものである。この実施の形態は、船舶にバラスト水処理装置を搭載した例を示している。
本実施の形態の主な構成要素を概説すると、船舶内周面に設置されて海水を貯留するバラストタンク１、このバラストタンク１内の海水を処理するために一時的に貯留する処理室３、この処理室３にバラストタンク１内の海水を供給し、また処理室３で処理された処理水をバラストタンク１に戻すためのポンプ５、ポンプ５に連結されてバラストタンク１内の海水を処理室３に供給するための給水管７、処理室３の処理水をバラストタンク１に戻す排水管９、排水管９に設けられて処理水を加熱するための第1熱交換器１１、処理室３の空気抜きのための空気抜き管１３を備えている。
また、処理室３に貯留された海水に衝撃水圧を発生させる衝撃水圧発生装置としての気体収束爆轟発生装置１５、気体収束爆轟発生装置１５の排ガスを処理するための排ガス処理装置１７、排ガス処理装置１７で処理された排ガスを煙突２０に誘導する誘引ファン１９、これら排ガス処理系統を繋ぐ排ガス管２１、を備えている。
さらに、給水管７、排水管９、排ガス管２１等に設けられた開閉弁の開閉、気体収束爆轟発生装置１５への燃料ガス及び燃焼用空気の供給、着火等の各操作を自動的に行う制御装置２２を備えている。
以下、上記各構成要素の主なものについて詳細に説明する。

（１）バラストタンク
バラストタンク１は上述のように船舶の内周面に船舶の全長に渡って設けられ、横断面では略Ｕ字状をしている。バラストタンク１は船舶の長手方向、例えば１０ｍごとに区画されて複数の独立したタンクから構成されている。したがって、図１に示したバラストタンク１は複数に区画したバラストタンクのうちの一つのものの断面を示している。
バラストタンク１の底部には海水を取り込むための取水口３１が設けられ、この取水口３１にはゴミ等を除去するためのフィルタ３３が設置されている。また、バラストタンク１の側部下部にはバラストタンク１内の海水を排出するための排水口２が設けられている。
（２）処理室
処理室３は、この例では断面が長片と短片が逆になった略Ｌ字状をしており、長片の一端側に給水管７が連結され、短片の一端側に気体収束爆轟発生装置１５が接続されている。もっとも、処理室３の形状は水中衝撃波の伝播しやすさ、配管等の接続の便宜等を考慮して適宜変更することができる。

（３）ポンプ
ポンプ５は、海水をバラストタンク１内に取り込む機能と、バラストタンク１内の海水を処理室３に供給する機能、さらには処理室３内に処理水がある状態でバラストタンク１内の海水を取り込むことで、処理室３内の処理水を排出させる機能を有している。したがって、処理室３内の処理水を排出させるときには、ポンプ５が本発明の排水装置として機能する。
（４）排水管
排水管９はその一端が処理室３の上端近傍に接続され、他端がバラストタンク１の上部に連結されている。したがって、処理室３で処理されて第1熱交換器１１で加熱された処理水は排水管９によってバラストタンク１の上部側に供給される。
（５）第1熱交換器
第1熱交換器１１は排ガス管２１によって排気される気体収束爆轟発生装置１５の排ガスを熱源として処理室３で処理された処理水を加熱するものである。

（６）気体収束爆轟発生装置
気体収束爆轟発生装置１５は、爆轟波を発生させる本体部３５と、本体部３５に燃料を供給する燃料供給系統３７と、本体部１５に燃焼用空気を供給する空気供給系統３９とを備えている。
本体部３５は、図２の拡大図に示すように、燃焼室４１を有しており、この燃焼室４１は下方に向かって縮径する逆円錐状をなし横断面における断面積は上端部４１Ａで最大、下端部４１Ｂで最小となる収束形状になっている。燃焼室４１の上端部４１Ａの内壁には複数の孔状の誘導路４３が連通して設けられている。この複数の誘導路４３は上方にて、円板空間状の分散室４５に集束せられている。分散室４５には上方に延びる着火室４７が連通接続されている。そして、着火室４７の上部には、着火装置４９により作動する点火栓５１が設けられている。
燃焼室４１の下端部４１Ｂは開口されており、ここに処理室の一端側が接続され、下端部４１Ｂと処理室３が連通している。そして、下端部４１Ｂと処理室３の間はストップバルブ５３によって両者間の連通を開閉できるようになっている。つまり、ストップバルブ５３を下降させて連通を閉じることで、燃焼室４１は閉じた空間となり、後述のプロパン・空気予混合気を充填したときに、最適状態を維持できる。なお、ストップバルブ５３は図示しない弁駆動機構によって、上下動可能に構成されている。
なお、この例では下端部４１Ｂと処理室３とは連通しており、ストップバルブ５３を開にした状態では下端部４１Ｂと処理室３内の海水とが直接面しているが、処理室３の上端部に強靭かつ変形容易な膜体で界面を形成していてもよい。

燃料供給系統３７は燃料供給源５５と、燃料供給源５５の燃料を着火室５１に供給するための燃料供給配管５７と、燃料供給配管５７に設けられて燃料ガスのガス圧力を調整する減圧弁５９と、燃料ガスの流量を計測する流量計６１と、を備えている。
空気供給系統３９は、燃焼用空気の供給源となる小型空気圧縮機６３と、小型空気圧縮機６３の圧縮空気を着火室５１に供給するための空気配管６５と、空気配管６５に設けられて空気圧力を調整する減圧弁６７と、圧縮空気の流量を計測する流量計６９と、を備えている。また、空気配管６５の途中には第２熱交換器７１が設けられており、気体収束爆轟発生装置１５の排ガスを熱源として空気配管６５内の空気を予熱できるようになっている。

次に、上記のように構成された本実施の形態の動作を説明する。
（１）燃焼室４１に設けたストップバルブ５３を閉にし、処理室３の上端側に設けた空気抜き管１３の開閉弁７７を全開にすると共に処理室３下流端に設けた給水管７の開閉弁７８を全開にしてポンプ５を作動させ、処理室３内にバラスト水を注入する。
（２）気体収束爆轟発生装置１５の本体部１５内、すなわち着火室４７、分散室４５、誘導路４３、燃焼室４１内にプロパン・空気予混合気を所定圧力まで充填する。このとき、第２熱交換器７１で空気を予熱することが好ましい。
（３）プロパン・空気予混合気が本体部１５内に充填されるとすべての開閉弁を全閉にする。

（４）この状態で着火インターロックを解除し、着火室４７に設置された点火栓５１によってプロパン・空気予混合気に着火させたのち、ストップバルブ５３を全開にする。このとき、着火室４７内では着火により爆轟が起こりその爆轟波が分散室４５そして誘導路４３を経て燃焼室４１の上端部４１Ａに伝播される。その際、複数の誘導路４３の路程はそれぞれ等しく設定されているので、複数の誘導路４３の爆轟波は同時に上端部４１Ａに達する。（なお、図２においては、複数の誘導路４３の路程がそれぞれ等しくなるようには示されていないが、これは図２が模式的に示したものだからであり、実際には前述のように複数の誘導路４３の路程はそれぞれ等しく設定されている。）
燃焼室４１内で爆轟波は上端部４１Ａから下端部４１Ｂへと進行するが、燃焼室４１の断面積は下方に向け次第に小さくなっているため、爆轟波が干渉しあうことにより収束してその圧力・温度は上昇し下端部４１Ｂではきわめて高温・高圧、例えば５００００℃、５０００ＭＰａとなる。
燃焼室４１の下端部４１Ｂの開口部には、処理室３の処理水の水面が臨んでいるため、収束爆轟波による高圧はストップバルブ５３の開口付近で超高圧の水中衝撃波に変換され、処理室３内の水生生物に衝撃的な圧縮、膨張、せん断等の力が作用することにより、これらを死滅させる。

（５）その後、気体収束爆轟発生装置１５の排気弁７５及び処理室３の空気抜き管１３の開閉弁７７を全開にし、燃焼排ガスを排ガス処理装置１７に排気する。このとき、排ガス管２１側に流した排ガスは、第２熱交換器７１、第1熱交換器１１を介して排ガス処理装置１７に流入する。
（６）気体収束爆轟発生装置１５の排気弁７５及び空気抜き管１３の開閉弁７７を全閉にしたのち、処理室上流端及び下流端の開閉弁７９、７８を全開にし、処理前バラスト水を注入すると共に、処理済みバラスト水を下流側に押し出す。この場合、処理前のバラスト水が直接処理室外に漏洩するのを防止するため、毎回、処理室内に処理済バラスト水が一部残留するように運転する。なお、処理室３内の処理済バラスト水を迅速かつ確実に排出するために排水ポンプを設けることも好ましい。

（７）処理済みバラスト水は、収束爆轟排ガスを熱源とする第1熱交換器１１を介して加熱し、処理前バラスト水より比重を小さくした後、バラストタンク１の上部に戻される。このとき、処理済バラスト水は加熱され比重が小さくなっているので、加熱処理前バラスト水がバラストタンク底部に偏在することになり、次の処理では処理前バラスト水が選択的に処理室３に供給されるようになる。
（８）上記（１）〜（７）の工程を所定回数繰り返し、バラストタンク内の処理前バラスト水を処理室３に移送して死滅処理をおこなう。
上記各工程の動作は制御装置２２によって自動的又は半自動的に行われる。なお、上記工程の爆轟動作を手動で行ってもよい。
なお、海水中の処理対象物のサイズが小さいなどの理由で死滅しにくい場合には、爆轟処理毎に処理室内のバラスト水を置換するのではなく、（２）〜（５）の工程を複数回繰り返すことにより、死滅処理効果を高めることができる。また、バラスト水処理前に、収束爆轟排ガスを熱源とする熱交換器を介してバラスト水を加熱した後、収束爆轟波による処理を行うようにしてもよい。このようにすることにより、水生生物の死滅処理効率を向上できる。
処理対象物としては、バクテリア、ウィルス、細菌、酵母、カビ、植物性又は動物性プランクトン、卵、稚魚、藻類などの比較的微小サイズの水生生物が考えられる。

以上のように本実施の形態によれば、衝撃水圧で死滅処理をするようにしたので、再現性が良くかつその効果が大きく、結果的に省エネルギーである。また、毒物や有害物質を使用しないため、処理作業や処理済バラスト水の廃棄作業の際に二次公害の心配がなく安全性に優れる。さらに、船舶の運転とは独立に処理可能であるため、船舶の運転状況と関係なく死滅処理ができフレキシビリティーが大きい。

また、気体収束爆轟発生装置１５を用いたので、装置がコンパクトにでき、設備費安価となり、保守・点検も容易なことから維持費も安価である。さらに、暖機運転が不要であることから運転費を安価に抑えることもできる。また、ガス充填圧を調整することにより、バラスト水の性状に応じて簡単な操作で水中衝撃波の強度(死滅処理効果)を大幅に変更することができる。
また、開閉弁の開閉、燃料ガス及び酸化剤の供給、着火等の操作を自動的に行う制御装置２２を配設したことにより、安全性が格段に向上し、高速繰り返し運転も可能となる。
さらに、エンジンと同様に瞬間的な高圧を利用するため、高圧ガス取締法の対象外であると共に、市販燃料を使用するため、本発明の実施に際して、特殊な資格や許認可を必要としないという特徴も有する。
また、船舶内で処理が可能なことから寄港先の事情に依存せずに完全処理可能となり信頼性が高い。航行中に処理が可能なことから処理時期の選択の自由度が大きく専任従事者が不要となり運転費安価となる。また、専用発電機が不要であり、この点においても省エネルギーである。

なお、航行中に処理を行う場合には、複数のバラストタンクを、バラスト水を注入したものと空のものとに分けておき、バラスト水を処理後に空のバラストタンクに戻すようにするのが好ましい。このようにすれば、処理前のバラスト水と処理後のバラスト水が混合することなく確実かつ効率的な処理ができる。

[実施の形態２]
図３は本発明の実施の形態２を模式的に示した説明図であり、実施の形態１を示した図１と同一部分には同一の符号を付してある。本実施の形態は、バラスト水中の処理対象物のサイズが小さく死滅しにくい場合に爆轟処理を複数回行う場合のサイクルタイムを短縮するのに効果的なものであり、処理室と気体爆轟発生装置からなる気体爆轟発生処理装置を２台直列に配置したものである。すなわち、図３に示すように上流側に処理室３ａと気体収束爆轟発生装置１５ａからなる気体爆轟発生処理装置８１ａを配置し、その下流側に処理室３ｂと気体収束爆轟発生装置１５ｂからなる気体爆轟発生処理装置８１ｂを配置したものである。また、この例では上流側の処理室３ａの近傍に水撃現象を防止するために処理室３ａへ供給するバラスト水を一旦貯留するバッファタンク８３を設けている。

上記のように構成された本実施の形態においては、処理室３ａにバラスト水を充填して、実施の形態１と同様に爆轟処理を行う。その後、処理室３ａで処理したバラスト水を処理室３ｂに移動すると共に処理室３ａに未処理のバラスト水を充填する。このバラスト水の移動中に気体収束爆轟発生装置１５ａ、１５ｂには実施の形態１の動作説明で述べた（１）〜（３）の準備を行う。処理室３ａへの充填と処理室３ｂへの移動が完了すると、処理室３ａに対する一回目の爆轟処理と、処理室３ｂに対する二回目の爆轟処理とを同時に行う。これらの処理が終わると、処理室３ｂのバラスト水をバラストタンク１に排出（若しくは海洋に放流）すると共に処理室３ａのバラスト水を処理室３ｂに移動し、同時に処理室３ａには未処理のバラスト水を充填する。以降は同様の処理を繰り返す。

本実施の形態によれば、バラスト水に対して２回の爆轟処理ができるので、バラスト水中の処理対象物の死滅効果を向上させることができる。しかも、本実施の形態においては、処理室と気体爆轟発生装置からなる気体爆轟発生処理装置を２台直列に配置したことにより、２回の爆轟処理のサイクルタイムを１回の爆轟処理のサイクルタイムと同じにでき、処理効率を向上させることができる。以下、処理効率が向上する点について具体的に説明する。
実施の形態１のように処理室３と気体収束爆轟発生装置１５の組み合わせからなる気体爆轟発生処理装置が１台の場合において、同じバラスト水に対して２回の爆轟処理を行うには、一回目の爆轟処理を行った後、次の爆轟処理を行うために、気体収束爆轟発生装置１５の準備として実施の形態１の動作説明で述べた（１）〜（３）の操作をしなければならず、この準備操作が完了するのを待ってその後に二回目の爆轟処理をすることになる。このため、毎回二回目の爆轟処理をする前に（１）〜（３）の準備操作の時間だけ待機時間が発生することになる。

これに対して、本実施の形態２によれば、前述したように、処理室３ａへの充填と処理室３ｂへの移動の際に気体収束爆轟発生装置１５の準備操作ができるので、気体爆轟発生処理装置が１台のときのような待機時間が発生することがない。
このように、同じバラスト水に対して２回の爆轟処理を行う必要がある場合に、その処理回数と同数である２台の爆轟発生処理装置を設けることで、処理回数が１回の場合と同様のサイクルタイムでの処理が可能となり、処理時間を短縮できるのである。

また、本実施の形態においては、処理室３ａの近傍にバッファタンク８３を設けることにより、処理室３ａにバラスト水を供給していないときにもポンプ５を稼動状態にすることができる。これにより、ポンプ５の停止または起動によって発生する水撃現象を防止することができる。
なお、バッファタンク８３には図示しないエアコンプレッサによって、タンク内に空気圧をかけることが好ましい。空気圧をかけることで、バッファタンク内のバラスト水を処理室３ａにスムーズに注入することができるからである。

本実施の形態においては、同じバラスト水に対する爆轟処理を２回行う例を示し、そのため処理室と気体収束爆轟発生装置の組み合わせからなる気体爆轟発生処理装置を２台直列に配置した例を示した。
しかし、本発明はこれに限られるものではなく、同じバラスト水に対する爆轟処理回数が３回以上のものに対しても有効である。この場合には爆轟処理回数と同じ数の気体爆轟発生処理装置を設けることで、サイクルタイムを爆轟処理回数が１回のものと同様にすることができ、最も効果的である。
もっとも、気体爆轟発生処理装置の直列設置台数が処理回数よりも少ない場合であっても、複数であれば単数の場合よりも処理時間の短縮という一定の効果が得られることは言うまでもない。

[実施の形態３]
図４は本発明の実施の形態３を模式的に示した説明図であり、実施の形態１を示した図１と同一部分には同一の符号を付してある。
本実施の形態においては、処理室と気体爆轟発生装置からなる気体爆轟発生処理装置３台を並列に配置して、各処理室への給水及び各処理室からの排水のタイミングを制御することで、給排水ポンプを常に稼動状態にして水撃現象の発生を防止すると共に処理の効率化を図ったものである。

具体的には、図４に示すように、処理室３ａと気体収束爆轟発生装置１５ａからなる気体爆轟発生処理装置８１ａ、処理室３ｂと気体収束爆轟発生装置１５ｂからなる気体爆轟発生処理装置８１ｂ、処理室３ｃと気体収束爆轟発生装置１５ｃからなる気体爆轟発生処理装置８１ｃ、を並列に配置し、それぞれの処理室３ａ〜３ｃの入口及び出口に制御弁８３ａ〜８３ｃ、８５ａ〜８５ｃを設けている。
上記のように構成された本実施の形態においては、気体収束爆轟発生装置１５ａ〜１５ｃを順次稼動して爆轟処理を行うのであるが、その際に給水ポンプ５と排水ポンプ８７が常に稼動可能となるように気体収束爆轟発生装置１５ａ〜１５ｃの稼動タイミングおよび制御弁８３ａ〜８３ｃ、８５ａ〜８５ｃの開閉を制御するようにしている。

図５は気体爆轟発生処理装置８１ａ〜８１ｃ及び制御弁８３ａ〜８３ｃ、８５ａ〜８５ｃの動作のタイミングチャートであり、図５（ａ）が気体爆轟発生処理装置８１ａ〜８１ｃの動作を、図５（ａ）が制御弁８３ａ〜８３ｃ、８５ａ〜８５ｃの動作をそれぞれ示している。図５（ａ）では横軸に時間軸をとり、縦軸側に気体爆轟発生処理装置８１ａ〜８１ｃごとの動作状態を図示している。また、図５（ｂ）では横軸に時間軸をとり、縦軸側に給水側と排水側の各制御弁８３ａ〜８３ｃ、８５ａ〜８５ｃの開閉状態を示している。

以下、図５及び図４に基づいて本実施形態の動作を説明する。
初期状態では全ての制御弁が閉状態にあり、給水ポンプ５及び排水ポンプ８７は停止している。
この状態から、時刻ｔ_１に制御弁８３ａを開にして給水ポンプ５を稼動すると、処理室３ａへの給水が開始する。時刻ｔ_２になると、制御弁８３ｂが開になり処理室３ｂへの給水が開始する。時刻ｔ_３になると制御弁８３ａが閉になり処理室３ａへの給水が停止して処理室３ａへの爆轟処理が行われる。処理室３ａへの爆轟処理直後である時刻ｔ_４から制御弁８５ａが開になり排水ポンプ８７が稼動して処理室３ａ内のバラスト水の排水が開始する。

時刻ｔ_５では制御弁８３ｃが開になり処理室３ｃへの給水が開始する。時刻ｔ_６になると制御弁８３ｂが閉になり処理室３ｂへの給水が停止して処理室３ｂへの爆轟処理が行われる。処理室３ｂへの爆轟処理直後である時刻ｔ_７から制御弁８５ｂが開になり処理室３ｂ内のバラスト水の排水が開始する。
時刻ｔ_８になると処理室３ａの排水が完了して制御弁８５ａが閉になると共に制御弁８３ａが開になり処理室３ａへの２回目の給水が開始する。
時刻ｔ_９になると制御弁８３ｃが閉になり処理室３ｃへの給水が停止して処理室３ｃへの爆轟処理が行われる。処理室３ｃへの爆轟処理直後である時刻ｔ_１０から制御弁８５ｃが開になり処理室３ｃ内のバラスト水の排水が開始する。
時刻ｔ_１１になると処理室３ｂの排水が完了して制御弁８５ｂが閉になると共に制御弁８３ｂが開になり処理室３ｂへの２回目の給水が開始する。
時刻ｔ_１２になると制御弁８３ａが閉になり処理室３ａへの給水が停止して処理室３ａへの爆轟処理が行われる。処理室３ａへの爆轟処理直後である時刻ｔ_１３から制御弁８５ａが開になり処理室３ａ内のバラスト水の排水が開始する。
時刻ｔ_１４になると処理室３ｃの排水が完了して制御弁８５ｃが閉になると共に制御弁８３ｃが開になり処理室３ｃへの２回目の給水が開始する。
なお、処理室内の処理済みのバラスト水を排水する際に、気体収束爆轟発生装置から排ガスを排出する。

以上の説明を各時刻と給水及び排水の観点からまとめると以下のようになる。
１）給水
(1) 時刻ｔ_１〜時刻ｔ_２間：処理室３ａへの給水
(2) 時刻ｔ_２〜時刻ｔ_３間：処理室３ａ及び処理室３ｂへの給水
(3) 時刻ｔ_３〜時刻ｔ_５間：処理室３ｂへの給水
(4) 時刻ｔ_５〜時刻ｔ_６間：処理室３ｂ及び処理室３ｃへの給水
(5) 時刻ｔ_６〜時刻ｔ_８間：処理室３ｃへの給水
(6) 時刻ｔ_８〜時刻ｔ_９間：処理室３ａ及び処理室３ｃへの給水
(7) 時刻ｔ_９〜時刻ｔ_１１間：処理室３ａへの給水
(8) 時刻ｔ_１１〜時刻ｔ_１２間：処理室３ａ及び処理室３ｂへの給水
(9) 時刻ｔ_１２〜時刻ｔ_１４間：処理室３ｂへの給水

２）排水（排水の開始はｔ_４以降）
(1) 時刻ｔ_４〜時刻ｔ_７間：処理室３ａから排水
(2) 時刻ｔ_７〜時刻ｔ_８間：処理室３ａ及び処理室３ｂから排水
(3) 時刻ｔ_８〜時刻ｔ_１０間：処理室３ｂから排水
(4) 時刻ｔ_１０〜時刻ｔ_１１間：処理室３ｂ及び処理室３ｃから排水
(5) 時刻ｔ_１１〜時刻ｔ_１３間：処理室３ｃから排水
(6) 時刻ｔ_１３〜時刻ｔ_１４間：処理室３ｃ及び処理室３ａから排水

以上のように、一旦給水ポンプ５、排水ポンプ８７が稼動すれば常に何れかの処理室に対しての給排水が行われることになるので給水ポンプ５及び排水ポンプ８７は停止する必要がなく常に稼動させておくことができ、ポンプ停止または起動による水撃現象の発生を防止できる。
このように本実施の形態においては、処理室と気体爆轟発生装置からなる気体爆轟発生処理装置３台を並列に配置して、各処理室への給水及び各処理室からの排水のタイミングを制御するようにしたので、給排水ポンプを常に稼動状態にして水撃現象の発生を防止すると共に処理の効率化を図ることができる。
なお、本実施の形態における給水ポンプ５、排水ポンプ８７及び制御弁８３ａ〜８３ｃ、８５ａ〜８５ｃの制御は図１に示した制御装置２２によって自動的又は半自動的に行われる。

なお、上記の例では気体爆轟発生処理装置３台を並列に配置した例を示したが、本発明はこれに限られるものではなく、気体爆轟発生処理装置を２台あるいは４台以上配置するものも含まれる。
また、上記の例では処理室への給水及び各処理室からの排水のタイミングを制御することで、給排水ポンプを常に稼動状態にできるようにしたが、制御弁８３ａ〜８３ｃ、８５ａ〜８５ｃの開閉度を調整することにより給排水量を調整したり、気体爆轟発生装置の爆轟処理タイミングを調整することによっても同様の効果を得ることができる。

[実施の形態４]
図６は本発明の実施の形態４の要部である処理室装置１００を模式的に示した説明図であり、図６（ａ）が処理室装置１００の軸線に沿う断面図、図６（ｂ）が図６（ａ）の矢視Ａ−Ａ断面図である。図７は図６の一部分の説明図であり図７（ａ）が図６（ａ）の矢視Ｂ−Ｂ断面図、図７（ｂ）が図６（ａ）の矢視Ｃ−Ｃ断面図、である。
本実施の形態においては、実施の形態１〜３に示した処理室を処理室装置１００として構成したものであり、この処理室装置１００は、回転軸１０９回りに所定の間隔で配置された４個の処理室１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄと、これら４個の処理室の何れかに常時バラスト水を供給するバラスト水供給部１０３と、バラスト水が供給された処理室に爆轟波を導入する爆轟波導入部１０４と、処理済みのバラスト水を排出するバラスト水排出部１０７と、を備えたものである。以下、詳細に説明する。

この処理室装置１００は、図６に示すように、図中横方向に延びる軸線１０９まわりに回転する回転体１１１に、周方向の４つの位置（９０°毎の位置）で上記軸線１０９に平行に延びて回転体１１１の軸線方向両端にて開口する処理室１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄを備えている。各処理室は、バラスト水の供給を受けた後に、気体収束爆轟発生装置１５（図１参照）から燃焼ガスの衝撃波のエネルギーを利用してバラスト水中の微生物を死滅させるための空間である。

この回転体１１１の両端面に対向する位置には、回転体１１１の回転を許容するよう回転体端面に対して微小間隙をもって蓋状の開閉部材１１３，１１５が非回転でそれぞれ配設されている。この開閉部材１１３，１１５と回転体１１１の端部周面との間はこれらの相対回転を許容しつつシール部材１１７によってシールされている。また、シールとしてはラビリンスシール、オイルシールまたは水封装置を用いてもよい。

バラスト水の供給側（図６にて左側）の開閉部材１１３には、図７（ａ）に示すように開閉部材１１３の上半分における周方向約１２０°の範囲に亘って長丸状の供給溝部１１９が形成され、この供給溝部１１９にバラスト水の供給管１２１が連通して設けられている。供給管１２１には図示しない制御弁が設けられ制御信号によって開閉できるようになっている。開閉部材１１３、供給溝部１１９及び供給管１２１によってバラスト水供給部１０３が構成されている。
開閉部材１１３の中心から図７（ａ）中右に寄った位置（時計の文字板に対応させると３時の位置）には気体収束爆轟発生装置の燃焼室に連通する爆轟波導入部１０４となる衝撃波導入開口１０５が形成されている。

また、バラスト水の排出側（図６にて右側）の開閉部材１１５には、図７（ｂ）に示すように開閉部材１１５の下半分における周方向約１２０°の範囲に亘って長丸状の排出溝部１２３が設けられ、この排出溝部１２３に排出管１２５が連通して設けられている。排出管１２５は、図示しない制御弁により開閉できるようになっている。開閉部材１１５、排出溝部１２３及び排出管１２５によってバラスト水排出部１０７が構成されている。

上記回転体１１１は、図６に示されるように、軸受等の支持部材１２７によって回転自在に支持され、駆動手段（図示せず）によって、各処理室１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄの開口が衝撃波導入開口１０５に順次一致して連通するように、間欠的に回転されるようになっている。すなわち、本実施形態では、上記回転体１１１には４つの処理室が形成されているので、回転体１１１が９０°ずつ間欠回転して、順次各処理室の開口が衝撃波導入開口１０５と一致してバラスト水が爆轟処理される。

図８は処理室装置１００の動作を説明するための説明図である。以下、図８に基づいて処理装置１００の動作を説明する。
図８（ａ）の位置では、処理室１０１ａの一端側（図６中左端）が衝撃波導入開口１０５に連通して、処理室１０１ａの他端側は開閉部材１１５の蓋面（壁面）に対面して閉止されている。このとき、処理室１０１ａ内には未処理のバラスト水が入っており、この状態で収束爆轟波が衝撃波導入開口１０５を介して処理室１０１ａ内のバラスト水に伝播させて死滅処理を行う。
このとき、処理室１０１ｂの一端側（図６中左端）は開閉部材１１３の蓋面（壁面）に対面して閉止され、他端側（図６中右端）は開閉部材１１５の排出溝部１２３に連通しており、排出溝部１２３に連通する排出管１２５を介して処理済みのバラスト水の排水が行われている。

処理室１０１ｃは処理済のバラスト水が排出し終わった状態であり室内は空の状態で、その一端側（図６中左端）は開閉部材１１３の蓋面（壁面）に対面して閉止され、また、他端側（図６中右端）は開閉部材１１５の蓋面（壁面）に対面して閉止されている。
処理室１０１ｄの一端側（図６中左端）は開閉部材１１３の供給溝部１１９に連通しており、供給溝部１１９に連通する供給管１２１を介して未処理のバラスト水の給水が行われている。このとき処理室１０１ｄの他端側（図６中右端）は開閉部材１１５の蓋面（壁面）に対面して閉止されている。

処理室１０１ａに対する爆轟処理が終了すると、回転体１１１を図中時計回りに回転させる。図８（ｂ）は図８（ａ）の状態から４５°回転した状態を示している。この状態では、処理室１０１ａからの排水が始まり、処理室１０１ｂの排水処理がほぼ完了し、処理室１０１ｃへの給水が開始され、処理室１０１ｄに対する給水が完了している。
図８（ｃ）は図８（ｂ）の状態からさらに４５°回転した状態を示している。この状態では処理室１０１ｄに対する爆轟処理が行われ、また処理室１０１ａの排水処理が行われ、さらに処理室１０１ｂは待機状態にあり、処理室１０１ｃは給水処理が行われる。
なお、給水によって処理済みのバラスト水を押し出して排水するように運転してもよい。この際、処理済みのバラスト水が若干残留するようにすることにより、未処理のバラスト水が未処理のまま排出されることを防止する。

以上の説明から分かるように、本実施の形態においては、一つの処理室に着目すれば、回転体１１１の回転により、爆轟処理、排水処理、待機状態、給水処理の４つの工程が繰り返されることになるが、全体を見れば、供給溝部１１９及び排水溝部１２５には４つの処理室の少なくとも１つは必ず連通している。したがって、給水ポンプ及び排水ポンプは常に稼動状態にすることができ、ポンプ停止または起動による水撃現象が発生しない。
このように、本実施形態によれば、連続処理が可能となり処理効率が向上すると共にポンプ停止または起動による水撃現象の発生を防止することができる。また、４つの処理室に対して気体収束爆轟発生装置が１つで足りるので、装置がコンパクトになる。

なお、上記の例では４個の処理室を回転体１１１に設けた例を示したが本発明はこれに限られるものではなく、２個又は５個以上の処理室を回転体１１１設けてもよい。つまり、本実施の形態の一つの効果として、複数個の処理室を回転させて順次爆轟処理することでサイクルタイムを短くすることができる。さらに、本実施の形態のように給水側と排水側のポンプが常に稼動できるようにすることで、水撃現象を防止できるという付加効果を得ることができるのである。
なお、水撃現象は、管路に於ける水の流れを急に止めたり、逆に静止している水を急速に運動させたりしたときのように、水の運動状態の急変により大きな圧力変動を引き起こす現象であるが、これが最も顕著に生ずるのは船底から甲板近くまでという高低差がありかつ長距離に亘ってバラスト水を汲み上げる給水側であるので、給水側のポンプのみを常時稼動可能にすることでも一定の効果を奏することができる。

[実施の形態５]
図９は本発明の実施の形態５を模式的に示した説明図であり、図１、図３と同一部分には同一の符号が付してある。本実施の形態においては、図９に示すように、給水管１３１及び排水管１３３を直角に屈曲させ、これにより気体収束爆轟発生装置１５によって発生した衝撃水圧の衝撃波が給水管１３１内及び排水管１３３内を伝播するのを可及的に防止できるようにしたものである。これによって給水管１３１及び排水管１３３をバルブレス構造にでき、バラスト水を常に流しながら爆轟処理を行うことが可能になり、さらには給排水ポンプの稼動停止による水撃現象の発生を防止できる。

つまり、給水管１３１及び配水管１３３を直角に屈曲させることにより、給水管１３１及び排水管１３３の管路壁が衝撃波の伝播方向（図中の破線矢印の方向）に直交することになり、管路壁が衝撃波の伝播防止手段として機能する。このため、衝撃波が発生したときにこの衝撃波の給排水管への伝播を防止するために給排水管路をバルブにて閉止する必要がなくなり、バルブを常に開放状態あるいはバルブレス構造として常に給排水を流しっぱなしにすることができる。これにより、処理室内にバラスト水を上流側から下流側へと常に流しておき、この流れるバラスト水に衝撃波を照射して連続処理が可能となり、効率的な処理が実現できる。

なお、屈曲部にはフランジ１３５を設けて開口可能にすることで、管路内に溜まるゴミ等の排出や管路の清掃が容易になる。

なお、本実施の形態においては給排水管への衝撃波の伝播を防止する手段として給排水管を衝撃波の伝播方向に直交する方向に屈曲させて給排水管の管路壁が衝撃波の伝播を阻止するようにした例を示した。
しかし、本発明はこれに限られるものではなく、本発明の要点は給排水管側に衝撃波が伝播しないような抵抗要素を設けることにある。図９に示した例以外には、例えば、図１０に示すように、給水管１３１及び排水管１３３の管路内に処理室で発生した衝撃波の伝播を防止するための邪魔板１３７を千鳥状に配置してもよい。なお、給排水管にはフランジを設けて開口可能とすることで、管路内に溜まるゴミ等の排出や管路の清掃が容易になる。

なお、上記の実施の形態においては、船舶内にバラスト水処理装置を設置した例を示したが、本発明はこれに限られるものではなく、寄港地に設置してもよい。この場合、１台の処理装置で数多くの船舶に適用できるので処理装置の稼働率が向上し、その結果、運転費が安価になるという効果が期待できる。

本発明の一実施の形態の説明図であり、船舶の横断面を模式的に示したものである。 図１の一部の詳細を説明する説明図である。 本発明の実施の形態２の説明図である。 本発明の実施の形態３の説明図である。 本発明の実施の形態３の動作を説明する説明図である。 本発明の実施の形態４の説明図である。 図６の矢視Ｂ−Ｂ断面図および矢視Ｃ−Ｃ断面図である。 本発明の実施の形態４の動作を説明する説明図である。 本発明の実施の形態５の説明図である。 本発明の実施の形態５の他の態様の説明図である。

符号の説明

１ バラストタンク
３ 処理室
５ ポンプ
１１ 第１熱交換器
１５ 気体収束爆轟発生装置
８１ａ、８１ｂ、８１ｃ 気体爆轟発生処理装置
１００ 処理室装置

Claims (16)

1. バラスト水中の水生生物を死滅させる方法であって、前記バラスト水に衝撃水圧を加えることにより水生生物を死滅させることを特徴とするバラスト水処理方法。
2. 衝撃水圧が、収束爆轟波によって誘起された衝撃水圧であることを特徴とする請求項１に記載のバラスト水処理方法。
3. バラスト水を貯留して処理するための処理室と、該処理室内のバラスト水に衝撃水圧を発生させる衝撃水圧発生装置と、処理済みバラスト水を排出する排水装置と、を備えてなることを特徴とするバラスト水処理装置。
4. 処理室及び衝撃水圧発生装置からなる衝撃水圧発生処理装置を複数個直列に配置したことを特徴とする請求項３記載のバラスト水処理装置。
5. 処理室及び衝撃水圧発生装置からなる衝撃水圧発生処理装置を複数個並列に配置したことを特徴とする請求項３記載のバラスト水処理装置。
6. 複数の処理室のいずれかに常時バラスト水が供給されるように、給水量、給水弁の開閉タイミング、衝撃水圧発生装置の衝撃水圧発生タイミングを設定したことを特徴とする請求項５記載のバラスト水処理装置。
7. 処理室は、回転軸回りに所定の間隔で配置された少なくとも３個の処理室からなり、該少なくとも３個の処理室の何れかに常時バラスト水を供給するバラスト水供給部を設け、バラスト水供給状態にない処理室に衝撃水圧を発生させるようにしたことを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載のバラスト水処理装置。
8. 衝撃水圧発生装置によって発生した衝撃水圧の衝撃波が給水路及び排水路に伝播するのを防止するための伝播防止手段を設けたことを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載のバラスト水処理装置。
9. 伝播防止手段は、給水路及び排水路を前記衝撃波の伝播方向に対して直角に屈曲させたときにできる管路壁であることを特徴とする請求項８記載のバラスト水処理装置。
10. 伝播防止手段は、給水路および排水路に設けた邪魔板であることを特徴とする請求項８記載のバラスト水処理装置。
11. 処理室の近傍に処理水を一時的に貯留するバッファアタンクを設けたことを特徴とする請求項３〜１０のいずれか一項に記載のバラスト水処理装置。
12. 衝撃水圧発生装置の高圧発生部が気体収束爆轟発生装置から構成されていることを特徴とする請求項３〜１１のいずれか一項に記載のバラスト水処理装置。
13. 気体収束爆轟発生装置は、一端部から他端部へ向け断面積が小さくなる燃焼室と、燃料の供給を受けると共に点火栓が配設された着火室と、着火室から分岐して延び上記燃焼室の一端部へ連通する複数の誘導路とを備え、前記燃焼室の最小断面積部たる他端部の開口側と処理室とが連通してなることを特徴とする請求項１２記載のバラスト水処理装置。
14. 処理済みのバラスト水の温度を上昇させるための加熱手段と、該加熱手段によって加熱された処理済バラスト水をバラストタンク上部に戻す循環装置とを備えたことを特徴とする請求項３〜１３のいずれか一項に記載のバラスト水処理装置。
15. 加熱手段は船舶の排ガス又は衝撃水圧発生装置の排ガスを利用していることを特徴とする請求項３〜１４のいずれか一項に記載のバラスト水処理装置。
16. 請求項３〜１５のいずれか一項に記載のバラスト水処理装置を搭載したことを特徴とする船舶。

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