JP2021536352A

JP2021536352A - 反応器

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Publication number: JP2021536352A
Application number: JP2021510664A
Authority: JP
Inventors: アンドレアス・ティーレ; スヴェンヤ・ビアバウム; イェルク・グルーベ; ヴィープケ・マティーアス; パスカル・フィリップセン; ユルゲン・ヴェッツェル
Original assignee: SKF Marine GmbH
Current assignee: SKF Marine GmbH
Priority date: 2018-08-31
Filing date: 2019-08-08
Publication date: 2021-12-27
Also published as: EP3844061A1; CA3111143A1; CN113226917A; KR20210050557A; US20210197945A1; DE102018214863A1; WO2020043457A1

Abstract

液体、特に船舶のバラスト水の洗浄のための反応器が開示されている。反応器は、液体入口及び液体出口を有する反応器ハウジングを含み、かつ、液体入口と液体出口との間に流体接続を構成する反応器チューブが配されている。反応器チューブは、内壁に、細長い処理装置を部分的受け入れるための、少なくとも１つのチャネル型または溝型の軸方向凹所を含んでおり、これら軸方向凹所は、反応器チューブの全長にわたって延在している。

Description

本発明は、特許請求の範囲請求項１のおいて書きに従う、液体、特に船舶のバラスト水を洗浄するための反応器に関する。

船舶は、安定性を向上させるために、定期的にバラスト水を取り入れ、必要に応じて再び放出する。バラスト水は、水域から直接除去され、濾過され、細菌や微生物などが除去されるか、法律規定に従って消毒され、その後バラスト水タンクに保管される。消毒は通常、反応器内で紫外線（ＵＶ放射）及び／又は超音波（ＵＳ波）で処理することによって行われる。バラスト水が水域に戻る間、バラスト水は再び反応器を通って導かれ、再度消毒され。ただし、その際、濾過は必ずしもなされない。従来技術は、特許文献１及び特許文献２から知られている。

バラスト水を洗浄するための既知の反応器は、液体入口および液体出口を含む反応器ハウジングを有する。反応器チューブが、液体入口と液体出口との間に流体接続を生成する反応器ハウジング内に配置されている。反応器ハウジングは円筒形の内壁を有し、ＵＶランプなどの種々の細長い処理装置が軸方向に貫通している。さらに、通常、反応器チューブ内に延びる少なくとも１つの超音波ロッドソノトロードが設けられている。

本発明の目的は、改善された洗浄効果を備えた反応器を提供することである。

上記の目的は、特許請求の範囲請求項１の特徴を備えた反応器によって達成される。

液体、特に船舶のバラスト水の洗浄のための反応器は、液体入口および液体出口を含む反応器ハウジングを有する。反応器ハウジング内に、前記液体入口と前記液体出口との間に流体接続を提供する反応器チューブが配置されている。本発明によれば、反応器は、内壁に、処理装置を部分的に受け入れる少なくとも１つの凹所を有する。この凹所は、細長い、あるいは溝型もしくはチャネル型の形状とされ、かつ、前記反応器チューブの全長にわたって延在する。一例としての処理装置は、紫外線（ＵＶ）を放出する細長いランプである。少なくとも１つの内壁側の凹所に処理装置を配置することにより、円筒形の内壁を有する反応器チューブを含む従来の反応器と比較して、洗浄効果が向上する。

前記少なくとも１つの凹所は、好ましくは丸みを帯びている。それは、内壁の凹状のくり抜きとして構成されている。これにより、凹所を通る好ましくない流れ状態が防止される。さらに、これにより、凹所側の内壁部表面が処理装置の周りで一定の間隔でガイドされ、このことが洗浄効果をさらに向上させる。なぜなら、周方向及び軸方向の全体にわたり、凹所側の内壁部表面が前記処理装置から同じ間隔を持つからである。

さらに、各々が処理装置を受け入れる種々の凹所が設けられることにより洗浄効果を高めることができる。したがって、ＵＶ処理が反応器チューブの全流れ断面にわたって実行されるように、例えば様々なＵＶランプを反応器内に配置することが可能である。

処理を均質化すべく、凹所は内壁全体に周方向に均一に分布していることが好ましい。

反応器チューブの周方向において、凹所間の内壁部表面の総和を、凹所側の内壁部表面の総和よりも小さくすると、影空間または影の出現を防ぐことができ、これにより洗浄効果はさらに向上する。

反応器ハウジングは処理装置を受け入れるための端部受領部を有しており、いくつかの端部受領部は環状に配され、かつ、少なくとも１つの受領部は環状配置された端部受領部の間の中心に位置する。その中央の凹所には、消毒のために２番目の処理方法が実行されるように、ＵＶランプなどの最初の処理装置の数をさらに増やす、あるいは別のタイプの処理装置、たとえば超音波ロッドソノトロード（ＵＳソノトロード）を反応器チューブに導入するといったように、更なる処理装置を導くことができる。受領部が中央に配置されているため、バラスト水の処理は、反応器チューブの流れ断面全体にわたって確実に実行される。

処理の効果をチェックするため、または、例えばそれらの放射パワー／線量／強度あるいはそれらの活性化の数に関して処理装置を調節するために、反応器チューブ内のバラスト水における測定値を記録することが有利であり得る。たとえば、センサは、ＵＶ放射の透過性またはＵＳの衝撃による音波の広がりを決定するように構成可能である。処置を妨げないために、この目的のために提供されたセンサは反応器空間に径方向に挿入可能であることが好ましい。

好ましい反応器は、自身の断面表面の５０％を超えて凹所に受け入れられるようにそれぞれの凹所に適合された種々の処理装置を有する。したがって、それら処理装置はそれぞれの凹所に広範囲に配置され、洗浄効果がさらに向上する。

本発明の他の有利な例示的な実施形態はさらなる従属請求項の主題である。

以下、本発明の好ましい開始実施形態を、概略図を参照してより詳細に説明する。

本発明の反応器の縦断面図である。本発明の反応器のセンサ開口部の領域における断面図である。

図１は、液体の洗浄に関する本発明の反応器２の縦断面図を示している。反応器２は、例えば船内に設置され、海水をバラスト水として使用する際の消毒処理に使用される。海水は、図示されないバラストタンクに導かれる前に反応器２を通って導かれ、それにより処理を受ける。国内のまたは国際的な規定に従い、バラスト水は、バラスト水タンクから水域に戻る前の繰り返し処理のためにも反応器２に供給される。

バラスト水は、反応器ハウジング２に導入される前に、例えば２０μｍのメッシュ幅を有する図示されないフィルタで濾過される。これにより、２０μｍ以上の汚染物質および微生物が除去される。濾過はバラスト水を受け取るときには行われるが、バラスト水タンクからバラスト水を取り出すときには必ずしも行う必要はない。濾過装置は継続作動する。

図１および図２に示すように、反応器２は円筒状の反応器ハウジング４を有する。反応器ハウジング４は、分離壁６によって互いに分離された２つの内部空間８，１０を含み、これら内部空間８，１０はそれぞれ、分離壁６から離れた側で、カバー１２，１４によって、液密状態に閉じられている。内部空間８，１０はそれぞれ上部ラジアルパイプソケット１６，１８を介して開口し、一方のパイプソケット１６は液体入口として、また他方のパイプソケット１８は液体出口として機能する。内部空間８，１０を空にするため、例えば洗浄のために、下部に作動可能および非作動可能な空にする装置１７，１９がそれぞれ設けられている。内部空間８，１０は、同一内径を有するが、好ましくは異なる軸方向長さを有する。ここに示す例示的な実施形態では、出口側の内部空間１０は、入口側の内部空間８よりも軸方向に大きく延長されている。２つの内部空間８，１０の間に流体接続を生成する反応器チューブ２２は、分離壁６の中央開口２０を通して液密的に案内される。開口２０は、分離壁６の中央に配置されることにより、反応器チューブ２２は内部空間８、１０の中央に位置される。

内部空間８，１０は、好ましくは、それぞれが反応器２２の流れ断面よりも実質的に大きい、例えば約２倍大きい流れ断面を有する。これにより、内部空間８，１０で処理される液体の減速が起こる。入口１６および出口１８は、好ましくは、反応器チューブ２２の流れ断面と同じかほぼ等しい、均一な流れ断面を有する。

反応器チューブ２２は、その流れ断面全体にわたってその両端が開いている。したがって、バラスト水は、反応器チューブ２２に軸方向に入り、それを通って軸方向に流れ、反応器チューブ２２から軸方向に出る。反応器チューブ２２の周囲は閉じている。これには、バラスト水が専ら処理装置に沿って軸方向に流れるという利点がある。バラスト水は、反応器チューブ２２の開口領域と脱出領域でのみ方向変更を経験し、処理装置に対して垂直に衝突する。反応器チューブ２２は、全周に均一に分布した種々の細長い凹所２４ａ〜２４ｅを備えた内壁を有する（図２）。これら凹所２４ａ〜２４ｅは反応器の全長にわたって延在し、各々が、反応器チューブの外側に示した長手軸線ｘから見て半径方向外向きにアーチ状とされる凹所側の内壁部表面２６を形成する。前記凹所２４ａ〜２４ｅは、円筒形または略円筒形の内壁から始まり、それぞれが全長にわたって一定断面を有した丸みを帯びた空洞である。したがって、凹所２４ａ〜２４ｅは、半径方向内側に突出する複数の軸方向隆起２５の間に形成される。凹所側の内壁部表面２６はそれぞれ、半径方向内側の内壁部表面２８を介して互いに合流する。反応器チューブ２２の円周方向で見て、凹所側の内壁部表面２６の総和は、凹所２４ａ〜２４ｅの間に存在する内壁部表面２８の総和よりも実質的に大きい。凹所２４ａ〜２４ｅは、処理装置３０ａ〜３０ｅ、例えば反応装置３２を流れるバラスト水を紫外線で照射するためのＵＶランプ、を受け入れるべく機能する。

ＵＶランプは、２００ｎｍから４００ｎｍの好ましい波長範囲内のＵＶ光を、様々な強度で連続的に放出する。さまざまな微生物がさまざまな波長を吸収するため、この波長範囲は、さまざまな微生物を考慮して非活性化することができる。

処理装置３０ａ〜３０ｅは、反応器チューブ２２の全長にわたって延在し、両端部において、開口部３２、３４に対応するカバー１２，１４を液密的に貫通して出る。それらはそれぞれ、凹所側の内周部表面２６から半径方向に離れて配置されている。ここで、凹所側２４ａ〜２４ｅにおけるそれらの配置は、凹所側の内周部表面２６が、それぞれの処理装置３０ａ〜３０ｅの周りで、一定の間隔でガイドされるようになされる（図１）。ここで、処理装置３０ａ〜３０ｅは、好ましくは、それらの断面積の５０％より多く各凹所２４ａ〜２４ｅに浸漬する。

さらなる処理装置３６ａ，３６ｂが、反応器チューブ長手軸ｘに沿って、前記処理装置３０ａ〜３０ｅの間の中央に配置されている（図１）。ここでのさらなる処理装置３６ａ，３６ｂは、例示的な超音波ロッドソノトロード（ＵＳソノトロード）である。それらはそれぞれ、環状に配置された受領部３２，３４の中央に配置されて互いに反対側に配置されたカバー側の中央受領部４０、４２を通って液密にガイドされる。それらは、反応器チューブ２２の長手方向に互いに間隔を置いて配置されている。さらなる処理装置３６ａ，３６ｂは、それぞれが、好ましくは、反応器チューブ２２の軸方向長さの３０％を超えて延在している。

超音波による処理は、高圧相（圧縮）と低圧相（希薄化）を引き起こす。液体中の蒸気で満たされたマイクロバブル、いわゆるキャビティは、低圧相で膨張しかつ高圧相で圧縮され、これによりマイクロバブルは、最終的に数ミリ秒以内に破壊される。これにより、大量のエネルギーが放出され、局所的な高温かつ高圧の波が発生される。高温は、例えば、酵素及びタンパク質の変性に影響する。圧力波は、例えば動物プランクトンに損傷を与える。超音波衝撃は継続的に行われる。好ましい周波数スペクトルは、超音波衝撃の物理的／機械的効果が重なる範囲である。これは低周波数範囲であり、約５００ｋＨｚの高周波数範囲よりもキャビティの形成が顕著である。低周波数範囲は、たとえば、約２０ｋＨｚである。気泡の崩壊中に、大きな気泡、大きな圧力パルス、および高温が発生する。したがって、粒子や微生物に破壊的な影響を与える物理的／機械的効果が支配的となる。ＵＳ処置の効果は、様々に変化する超音波の線量にも依存する。

ＵＶ処理とＵＳ処理の組合せにより微生物の殺菌効果は高まる。これにより、微生物の再活性化のリスクが大幅に低減され、さらには回避される。紫外線または超音波のみによる個別的処理よりも組合せ処理の方が効果的である。

液体中の測定値を記録するために、センサチューブ４６内にセンサ４４が設けられている。センサチューブ４６は、反応器チューブ長手軸線Ｘに対して半径方向に延在し、かつ、反応器ハウジング４の符号のない放射状開口部と、反応器チューブ２２の径方向開口部４８とを液密に貫通し、凹所側の内周部表面２６と同一平面上で終端している。ここで、センサ４４は例えばＵＶセンサであり、これを使用して、ＵＶ放射に対するバラスト水の透過性が測定される。透過性は、処理装置３０ａ〜３０ｅ，３６ａ，３６ｂの調整および制御に役立つ。センサ４４の測定範囲はＵＶランプに適合している。この測定範囲は、好ましくは０から１０００Ｗ／ｍ^２である。流れ方向で見て、センサ４４は、好ましくは、分離壁６の後ろに位置する。したがって、センサは、反応器チューブ中心の後ろに配置され、それにより、センサチューブ４６は後部内部空間１０を通って延在している。

原則として、内部空間８、１０においてバラスト水を直接処理する可能性もあることに留意されたい。したがって、入口側内部空間８では前処理を、そして、出口側内部空間１０で後処理を行うこともできる。「コア処理」は、反応器チューブ２２内で実行される。この目的のために、対応する処理装置、例えばＵＳソノトロード３６ａ，３６ａは、カバー１２，１４の対応する受領部で使用することができる。特に、異なるタイプの処理、例えばＵＶ処理またはＵＳ処理を行うこと、あるいは、同一の処理を異なる電力／強度／投与量で行うことができる。例えば、出口側内部空間１０は、入口側内部空間８よりも軸方向に大きく延出しているため、出口側内部空間１０では、より長いＵＳロッドソノトロード３６ａ、３６ｂが使用される。

開示したものは、液体、特に船舶のバラスト水の洗浄のための反応器である。この反応器は、液体入口及び液体出口を有する反応器ハウジングを含み、かつ、液体入口と液体出口との間に流体接続を構成する反応器チューブが配されている。反応器チューブは、内壁に、細長い処理装置を部分的受け入れるための、少なくとも１つのチャネル型または溝型の軸方向凹所を含んでおり、これら軸方向凹所は、反応器チューブの全長にわたって延在している。

２反応器
４反応器ハウジング
６分離壁
８，１０内部空間
１２，１４カバー
１６入口
１７空にする装置
１８出口
１９空にする装置
２０分離壁の開口
２２反応器チューブ
２４ａ〜２４ｅ凹所
２５隆起
２６凹所側の内周部表面
２８凹所間の内周部表面
３０ａ〜３０ｅ処理装置
３２，３４ＵＶ受領部
３０ａ，３０ｂ処理装置
４０，４２ＵＶ受領部
４４センサ
４６センサチューブ
４８反応器チューブ内の開口
ｘ反応器チューブ長手軸線

独国特許出願第４３０５２２７号公報国際特許出願第０３／０９５３６９号公報

処理装置３０ａ〜３０ｅは、反応器チューブ２２の全長にわたって延在し、両端部において、開口部３２、３４に対応するカバー１２，１４を液密的に貫通して出る。それらはそれぞれ、凹所側の内周部表面２６から半径方向に間隔を置いて配置されている。ここで、凹所側２４ａ〜２４ｅにおけるそれらの配置は、凹所側の内周部表面２６が、それぞれの処理装置３０ａ〜３０ｅの周りで、一定の間隔でガイドされるようになされる（図１）。ここで、処理装置３０ａ〜３０ｅは、好ましくは、それらの断面積の５０％より多く各凹所２４ａ〜２４ｅに浸漬する。

Claims

液体、特に船舶のバラスト水の洗浄のための反応器（２）であり、液体入口（１６）および液体出口（１８）を備え、かつ、前記液体入口（１６）と前記液体出口（１８）との間に流体接続を提供する反応器チューブ（２２）が配置されている反応器ハウジング（４）を含む、液体の洗浄のための反応器（２）において、
前記反応器チューブ（２２）は内壁に、細長い処理装置（３０ａ〜３０ｅ）を部分的に受け入れるための、前記反応器チューブ（２２）の全長にわたって延在する少なくとも１つの細長い凹所（２４ａ〜２４ｅ）を含んでいることを特徴とする、液体の洗浄のための反応器（２）。
少なくとも１つの前記凹所（２４ａ〜２４ｅ）が丸みを帯びている、請求項１に記載の液体の洗浄のための反応器。
複数の凹所（２４ａ〜２４ｅ）が設けられている、請求項１または２に記載の液体の洗浄のための反応器。
前記凹所（２４ａ〜２４ｅ）は、前記反応器チューブ（２２）の前記内壁全体にわたり周方向に均一に分布する、請求項１から３のいずれか一項に記載の液体の洗浄のための反応器。
前記反応器チューブ（２２）の周方向において、前記凹所（２４ａ〜２４ｅ）間における内壁部表面（２８）の総和は凹所側の内壁部表面（２６）の総和よりも小さい、請求項１から４のいずれか一項に記載の液体の洗浄のための反応器。
前記反応器ハウジング（４）が前記処理装置（３０ａ〜３０ｅ，３６ａ，３６ｂ）を受け入れるための端部受領部（３２，３４，４０，４２）を有し、いくつかの端部受領部（３２，３４）は環状に配され、かつ、少なくとも１つの受領部（４０，４２）は環状配置された前記端部受領部（３２，３４）の間の中心に位置する、請求項１から５のいずれか一項に記載の液体の洗浄のための反応器。
測定値を記録するためのセンサ（４４）が、前記反応器チューブ（２２）内に径方向に配置可能である、請求項１から６のいずれか一項に記載の液体の洗浄のための反応器。
複数の処理装置（３０ａ〜３０ｅ）であって、それらの断面積の５０％以上が前記凹所（２４ａ〜２４ｅ）内に受け入れられるように凹所（２４ａ〜２４ｅ）のそれぞれに適合する複数の処理装置（３０ａ〜３０ｅ）が設けられている、請求項１から７のいずれか一項に記載の液体の洗浄のための反応器。