JP2018509296A - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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Abstract

本発明に係る水素除去タンク(6)は、その上部中央に霧化ノズル(7)が設けられ、流れる溶液を攪拌するための流動攪拌モジュール(8)が中部及び底部にそれぞれ設けられるように構成される。2つの流動攪拌モジュール(8)は、いずれも少なくとも二層の流動攪拌網(25)を含む。また、本発明は、水素除去タンクを有するバラスト水処理システムを提供する。【選択図】図2

Description

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。
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)。
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。
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。
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。
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。
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。
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では、流れる溶液を攪拌するための流動攪拌モジュールが中部に設けられる。
一実施形態では、前記水素除去タンクの底部には、流れる溶液を攪拌するための流動攪拌モジュールがさらに設けられる。前記水素除去タンクの中部及び底部の流動攪拌モジュールは、いずれも少なくとも1つの流動攪拌網を含む。前記水素除去タンクの底部の流動攪拌網の目開きサイズは、前記水素除去タンクの中部の流動攪拌網の目開きサイズ以下である。
一実施形態では、前記水素除去タンクの中部の流動攪拌網の目開きサイズは、5×5mmであり、前記水素除去タンクの底部の流動攪拌網の目開きサイズは、2×2mmである。
一実施形態では、前記水素除去タンクの中部及び底部の流動攪拌モジュールは、いずれも少なくとも二層の流動攪拌網と、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、少なくとも二層の前記流動攪拌網同士の層間距離を10〜20mmに維持する。
一実施形態では、前記水素除去タンクの上部中央には、霧化ノズルが設けられる。
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。
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の中部及び底部には、流れる溶液を攪拌するための流動攪拌モジュールがそれぞれ設けられる。
一実施形態では、2つの前記流動攪拌モジュールは、いずれも少なくとも二層の流動攪拌網と、1つ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、各前記流動攪拌網同士の層間距離を10〜20mmに維持する。前記水素除去タンクの底部の流動攪拌網の目開きサイズは、前記水素除去タンクの中部の流動攪拌網の目開きサイズ以下である。
一実施形態では、前記水素除去タンクの上部中央には、霧化ノズルが設けられる。
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。
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。
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。
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。 本発明の水素除去タンクの構成を示す図である。 図2の流動攪拌モジュールの上面模式図である。 図2の流動攪拌モジュールの正面模式図である。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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6m/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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
[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1000m/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。
[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2000m/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。
[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3000m/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。
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。
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。

Claims (10)

  1. 流れる溶液を攪拌するための流動攪拌モジュールが中部に設けられることを特徴とする水素除去タンク。
  2. 前記水素除去タンクの底部には、流れる溶液を攪拌するための流動攪拌モジュールがさらに設けられ、
    前記水素除去タンクの中部及び底部の流動攪拌モジュールは、いずれも少なくとも1つの流動攪拌網を含み、
    前記水素除去タンクの底部の流動攪拌網の目開きサイズは、前記水素除去タンクの中部の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。
  3. 前記水素除去タンクの中部の流動攪拌網の目開きサイズは、5×5mmであり、
    前記水素除去タンクの底部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。
  4. 前記水素除去タンクの中部及び底部の流動攪拌モジュールは、いずれも少なくとも二層の流動攪拌網と、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、少なくとも二層の前記流動攪拌網同士の層間距離を10〜20mmに維持することを特徴とする請求項2に記載の水素除去タンク。
  5. 前記水素除去タンクの上部中央には、霧化ノズルが設けられることを特徴とする請求項1に記載の水素除去タンク。
  6. 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5に記載の水素除去タンク。
  7. 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るバラスト水処理システムであって、
    前記水素除去タンクの中部及び底部には、流れる溶液を攪拌するための流動攪拌モジュールがそれぞれ設けられることを特徴とするバラスト水処理システム。
  8. 2つの前記流動攪拌モジュールは、いずれも少なくとも二層の流動攪拌網と、1つ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、各前記流動攪拌網同士の層間距離を10〜20mmに維持し、
    前記水素除去タンクの底部の流動攪拌網の目開きサイズは、前記水素除去タンクの中部の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7に記載のバラスト水処理システム。
  9. 前記水素除去タンクの上部中央には、霧化ノズルが設けられることを特徴とする請求項7に記載のバラスト水処理システム。
  10. 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9に記載のバラスト水処理システム。
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