JP4856167B2 - フィルター設備及びフィルター設備を運転する方法 - Google Patents

Description

本発明は、フィルター設備、特に、海水のフィルター設備であって、生物により汚染された流体を輸送することができる少なくとも１つの流体配管と、流体配管内に挿入され、フィルターハウジング内に少なくとも１つのフィルターエレメントを備えるフィルター手段と、生物による汚染を浄化する浄化剤とを備える、フィルター設備に関する。

特許文献１は、一般的な水用フィルター設備、特に海水用フィルター設備を開示し、このフィルター設備は、流体配管としての水の配管と、流体配管の２つの配管部分の間に接続されたフィルター手段と、フィルター内側に水をろ過するフィルター表面を配置した各フィルターエレメントとを備え、１つの配管部分は、ろ過される水をフィルター手段に供給する配管を形成し、もう1つの配管部分は、ろ過された水を排出する配管を形成する。公知の解決手段では、フィルター手段への給水及び排水は、水配管に関する遮断手段（弁）によって遮断することができ、フィルター内部は、フィルター表面の浄化のために、遮断手段を遮断して、加熱手段によって、５０℃以上、好ましくは約６０±５℃の設定温度に加熱することができ、この場合、フィルター手段は、ろ過方向とは逆方向の流れでフィルター表面を洗浄する逆洗手段を備えた、逆洗フィルターとして設計されることが好ましい。

船、例えばコンテナ船上で、いわゆるバラスト水が、特定の港で又は特定の海域を航行中にポンプで積載され、失われた船のバラストを均衡させることができ、また、船は、航行中に、例えば新たな海水バラストを積込むことによって、及び／又は、個々のバラスト室の間に海水をポンプで送ることによって、減少した燃料のバラスト均衡を獲得する。新たな港に接近し、バラスト水を港の係船地に排出し、船に新たな積荷を積込む場合、もとの港で又は航行中に取込まれた生きている生物が、新たな寄港地で排出されることを、避けることができず、一種の生物学的な旅行において、外国の生物が、本来所属しない生活圏に入植されることになり、その結果、それらの生物が、原産種を完全に絶滅させる可能性がある。ウィルスの他、菌類、藻、原生動物、他の微生物は、このようにして同時に運ばれる可能性がある。しかし、ムラサキイガイ等を含む小さな生物もまた、同時に運ばれる可能性がある。

ドイツの実用新案による公知の解決手段では、この生物による汚染は、フィルター手段のフィルター内部に配置された全部品を、藻、微生物、及び小さな生物を殺すために十分な時間十分高温に、例えば６０℃に、加熱することによりコントロールされる。付随する逆洗プロセスにより、殺された生物は直ちにもとの海に戻され、その後の航海の後、外国の海に運ばれることはない。公知の解決手段では、過熱蒸気による洗浄を行うことが好ましい。高温にした結果として、また、海水が過熱されることを考えると、この浄化は、腐食性が高く、そのために腐食損傷を引き起こし、高価な材料、例えば二相鋼や、チタン等の使用を必要とする。公知の解決手段は、生物学的には、環境との共存性が非常によく、特に、毒性汚染物質を生成せず、過熱手段を駆動・監視する温度コントロールのみが、非常に複雑で、熟練した作業者を必要とする。

フィルター手段のフィルター組織に存在する微生物を、紫外線を利用した酸化技術によって死滅させることは、既に公知技術に示されているが、工業利用が禁止されているオゾン、二酸化塩素や、他の毒性汚染物質が生成される。前述の先行技術の装置は、海水への応用に限られず、例えば発電プラントのような工業施設での水のろ過で発生する可能性がある、細菌汚染や生物汚染に関して発生するあらゆる問題に、基本的に常に利用することができる。

DE 20 2004 002 616 U1

したがって、この先行技術に基づき、本発明の目的は、公知の解決手段の利点を維持しつつ、特に、生物汚染物質を高度に効果的に確実に浄化することができるように、長期の使用に対する信頼性が高く、毒性の副産物を生成せず、腐食を促進する可能性がなく、効果的で経済的な洗浄が保証される、更に改良されたフィルター設備、及びその運転方法を利用できるようにすることである。

この課題は、請求項１全体の特徴を備えたフィルター設備と、請求項９の特徴を備えた方法とによって、解決される。

すなわち、請求項１の特徴記載部分に記述するように、生物による汚染の浄化剤は、フィルターハウジングに導入することができる不活性ガス又は特殊金属のような作用物質を含み、毒性不純物が発生せず、使用される作用物質は、化学的に製造される防かび剤や除草剤とは対照的に、危険な中間分解生産物がなく、自然界で直接再生することによって環境と両立する。本発明による作用物質はまた、腐食損傷を避けることができるように選択され、特に、特殊な金属を使用する場合には、金属自身が、植物性物質を含む生物を殺す一方、有効な防食を行なうことができる。請求項９による本発明の方法により、請求項１によるフィルター設備の適切な利用方法が導かれる。

本発明によるフィルター設備の好ましい一実施例において、不活性ガスは窒素ガスで、少なくとも１つの貯蔵ボトルから供給され、ろ過を実施した後、各フィルターエレメントを備えるフィルターハウジングの内部に流すことができることが好ましい。フィルターハウジング内の窒素ガスは、乾燥した、酸素のない雰囲気をつくり、生きている生物を殺すのに利用される。この窒素ガスは、装置を使用して容易に取り扱え、世界中で詰め替えガスとして容易に経済的に利用でき、腐食の危険性を効果的にコントロールすることができる。窒素ガスの代わりに、船上では圧縮空気が普通利用できるので、あまり好ましくないが、フィルター手段を圧縮空気で洗浄することも任意にできる。しかし、圧縮空気の使用は、酸素のない雰囲気をつくることができないので、緊急手段としてのみ利用することができる。付随する貯蔵ボトルの窒素ガスは、フィルターハウジングがまだ所定の圧力（大気圧力）の海水で満たされているならば、高圧で供給して、フィルターハウジングを洗い流して空にできることが好ましい。

本発明によるフィルター設備の他の好ましい実施例では、フィルターハウジング内に、銅が、少なくとも一つの犠牲陽極の形態の特殊金属として使用される。銅は、環境に存在し、海水によって高度に希釈され、環境を傷つけないので、上述の生きている微生物を殺す使用に関して、特によく適している。犠牲陽極として構成されるので、失われる銅はまた、絶えず進む腐食を阻止する。犠牲陽極は、特に容積を節約するために、使用されるフィルターエレメントの一部として、各フィルターハウジングに収容することができる。更に、銅製の犠牲陽極をフィルターエレメントに組み込むことにより、フィルターハウジング内の流体流れが妨害されない。この構造は、エネルギーの点で、システムの運転全体にとって有利である。

本発明によるフィルター設備の特に好ましい一実施例では、一方では普通のろ過作業を確実に行い、同時に、他方では、新たなろ過作業に洗浄したフィルターエレメントを使用することができるように、フィルターエレメントのいくつかを逆洗できるようにすることが好ましい。更に、フィルター手段の流体出口には、制御可能な遮断弁を備え、流れ方向下流側の流体配管に、逆止弁を使用し、開放位置で外気をこの流体配管に接続するように構成することが好ましい。船や発電プラントでの非常に長い流体配管に対して、遮断弁を閉じ、外気を、逆止弁を介して下流の流体配管に流れるようにすることによって、ウォーターハンマーを回避することができる。流体配管にこのように形成される空気の体積は、もしウォーターハンマーがシステムの運転中に反対方向に発生する可能性があるならば、反対方向のダンピング要素として利用することができる。

上述のフィルター設備の運転に関する本発明による方法では、きめの粗い汚染物質は、流体配管を介して供給された生物的に汚染された流体から、フィルター手段のフィルターハウジング内の各フィルターエレメントや、例えば不活性ガス及び／又は金属のような作用物質を放出する、流体の生物のよる汚染に対する浄化剤によってろ過される。本発明によるフィルター設備は、海水用フィルター設備として運転することができるが、例えば発電プラント等の工業設備の水ろ過用としても利用することができる。更に、特に、流体に細菌及び／又は有機物の混入の問題が発生した場合に、応用することができる。

図示した本発明の構成は、以下で詳細に説明される。

図示のフィルター設備は、逆洗装置として設計され、２つの密封カバー１２、１４を備えた円筒フィルターハウジング１０を有し、２つの密封カバー１２、１４は、フランジ接続１６によってフィルターハウジング１０に取付けることができる。逆洗フィルター装置のフィルターハウジング１０は、ろ過される流体用のフィルター入口１８を１つと、ろ過された流体用のフィルター出口２０を１つ有する。フィルター入口１８とフィルター出口２０の両方は、詳述しないが、例えばコンテナ船（図示せず）の積荷スペースに非常に長い距離にわたって延びる、流体配管の一部である。フィルター運転中の流体流れ方向は、フィルター入口１８及びフィルター出口２０において、矢印２１で図示する。

上に向ってテーパー状になるフィルターエレメント２２が、フィルター設備に挿入されるが、少なくとも部分的に円筒状のフィルターエレメント（図示せず）を円錐状のフィルターエレメント２２の代わりに使用することもできる。本発明の円錐状のフィルターエレメント２２は、いわゆる管状くさび状の金網フィルターエレメントとして作られ、フィルターハウジング１０内の、円筒状（同心）の円弧に沿って相互に間隔をあけて配置されることが好ましい。詳述しない実施例では、フィルターエレメント２２は、円筒状円弧に沿って、複数のグループに繰り返し分割して配置することができる。円錐状フィルターエレメントは、低圧損で、均一な貫流を生じさせる利点を有し、逆洗サイクルでエレメントを完璧に洗浄することができる。

図示のフィルターエレメント２２は、入口断面２４で、その自由開口部で、下側密封カバー１４に円筒状に作られた溝に排出する。フィルターエレメント２２は、反対側の端部各々に密封キャップ２６を備え、密封キャップ２６を介して、フィルターエレメント２２は、板状の中間部材２８上に保持され、板状の中間部材２８には上側密封カバー１２が上部から当接する。

逆洗フィルター設備で実際に逆洗するために、下側が汚水用の流体出口３２に接続された、移動可能な洗浄アーム３０が備えられている。洗浄アーム３０は、フィルターエレメント２２の入口断面２４の下に順番に、ドライブロッド３４を介して動くことができる。従って、逆洗は、実際のろ過プロセスと連続的に行うことができ、逆洗されるフィルターエレメント２２のみが、他のフィルターエレメント２２でろ過された、きれいなろ過流体で外側から内側へ逆洗され、洗浄アーム３０は、フィルターエレメントの自由入口断面２４の下に順番に延びる。逆洗の方向は、図中に矢印３５で外側から内側に示され、通常のろ過方向は、矢印３５ａで、内側から外側に、同様に示される。もし、グループ化されたフィルターエレメント２２が、円筒又は同心の円弧に沿ってフィルターハウジング１０内で繰り返し配置されるならば、洗浄アーム３０は、異なった長さの他のアーム（図示せず）を必要とし、異なった長さの他のアームは、フィルターエレメント２２の他のグループの下で、各入り口断面２４の側に、延びることができる。

逆洗の間に生成された汚れた流体の排出は、管状流体出口３２を介して行われる。図示のドライブロッド３４は、フィルターハウジング１０を貫通して逆洗装置の長手方向軸３６に沿って延び、上側密封カバー１２と下側密封カバー１４の両方を貫通して延びる。特に中空軸の形状のドライブロッド３４を駆動するために、上側密封カバー１２の上に、詳細には述べないが、スプライン軸継手があり、スプライン軸継手を介してドライブロッド３４は、電動モーター３８で駆動することができ、長手方向軸３６周りに回転する。フィルター入口１８は、その外壁がディフューザーとして形成され、汚れた流体の入口速度を減速し、汚れた流体は、洗浄アーム３０によって開いたままにされたフィルターエレメント２２の入口断面２４の上で、同時に圧力上昇を伴ってろ過される。ディフューザーの作用は、特に、フィルター入口１８の入口断面と、受容空間４０の断面で促進され、両断面は略等しく作られ、フィルター入口１８と受容空間４０の間の輸送は、略均一に、断面の減少なしに行われる。

フィルターエレメント２２の円錐構造は、各エレメントの通路表面が非常に大きくなり、フィルターエレメント２２の間の距離がフィルター出口２０の方向に増加し、もっぱら円筒状のエレメントで公知の解決手段と比べて、各フィルターエレメント２２内部からの流出時に、ろ過された流体の抵抗がより小さくなる。更に、フィルターエレメント２２の円錐構造は、エレメントが逆洗される場合に、一定した流体流れを生じる。流体出口３２は、制御可能な遮断弁４２によって遮断することができ、その下流の他の流体配管４４中には、外気４８の方向に向いた閉鎖ボールで作動し、閉鎖位置でばね付勢されて保持された、逆止弁４６を備える。もし遮断弁４２が閉じていて、一種のウォーターハンマーが、長く作られた他の流体配管４４のために発生したならば、ばね付勢した逆止弁４６が開き、外気４８と流体配管４４の内部との間に空気導入接続を生じさせることができる。このようにして遮断弁４２は、他の流体配管４４内への吸い込み現象からの負荷を軽減される。逆の場合、すなわち、流体圧が遮断弁４２の方向にかかる場合には、逆止弁４６は、外気４８と流体配管４４の間の接続のばね付勢した閉鎖を引き起こし、例えば流体配管４４に閉じ込められた空気の容積は、ウォーターハンマーに対して、閉鎖した遮断弁４２及びフィルター手段の後続部分の緩衝となる、一種のダンパー要素を形成する。フィルター設備は、船のホール又はデッキ５２の床の上に、基礎脚部５０によって直立して取り付けることができることが好ましい。

図示のフィルター手段全体５４は、船のホール又はデッキ５２の床の上に、同様に直立して取付けることができる貯蔵ボトル５６に接続することができ、貯蔵ボトル５６は、不活性ガスとしての窒素ガスを高圧で保持することが好ましい。減圧装置５８を通り、外部から制御できる電磁弁６０を通って、貯蔵ボトル５６の内部は、接続配管６２を介してフィルター手段５４に接続され、接続配管６２の自由端部の一つが密封カバー１２を貫通して延び、フィルターハウジング１０の内部に接続される。更に、フィルターエレメント２２の少なくとも幾つかでは、銅製の棒でできた一種の犠牲陽極６４がその内部に、長手方向に延びる。この犠牲陽極６４は、剛体の棒でできていて、関連するフィルターエレメント２２の上側の密封キャップ２６に、詳述しないねじを介して接続されることが好ましい。銅の永続する放出によって犠牲陽極６４は消耗し、時々新しい犠牲陽極６４を取付けなければならない。この取り付けは、使用したフィルターエレメントを全体として交換するときに任意に行うことができる。

より良く理解するために、フィルター設備は、以下で海水への適用によって詳細に説明する。詳細には述べないが、船の外殻上の海水弁を開いた後、海水、普通は港の汚れた海水は、フィルター手段５４のフィルター入口１８を通って侵入し、個々のフィルターエレメント２２は、矢印３５ａの方向で、港湾の汚れた海水を浄化し、浄化された海水は、矢印２１の方向に送られ、フィルター出口２０を通って、詳述しないが、船の外殻内のバラストタンクに送られる。また、浄化された海水はフィルター運転中に、同時に、汚れたフィルターエレメント２２を矢印３５で示された反対方向に洗浄するのに利用され、この汚れた液体は、遮断弁４２及び海水弁を開いて、他の流体配管４４を通して船外に戻される。この従来からのフィルター運転では、特に航海中の暖かい海水では、例えば微生物等の理想的な成長条件となり、微生物等がフィルター手段５４内で増殖するので、これらの生物物質でフィルターエレメント２２が少なくとも部分的に目詰まりすることを、避けることができない。したがって、もしフィルター手段５４が他の海、すなわち外国の港や公海で再スタートされたならば、生物学的に運ばれた材料が洗い出され、微生物が外国の生態域に侵入する結果となる。

これを避けるために、本発明により、もとの港でも、従来からの海水ろ過運転の場所でも、フィルター手段５４を停止し、電磁弁６０を開いた後で、窒素ガスを、貯蔵ボトル５６から減圧装置５８を通してフィルターハウジング１０の内部に送る。フィルターハウジング１０に残る海水は、高圧の窒素ガスでフィルターハウジング１０の外に排出され、フィルターハウジング１０に保持されたフィルターエレメント２２は、窒素ガスで完全に洗浄される。したがって、フィルターハウジング１０の内部は、完全に乾燥し、酸素のない環境が生まれる。この環境は、入り込む可能性のある微生物を、植物性であっても殺す。したがって、フィルター設備がどこで再スタートされても、外国の生物の意図せぬ排出の危険性がない。窒素ガスの供給に加えて、又は窒素ガスの供給の代わりに、犠牲陽極６４もまた、作用物質として利用することができる。犠牲陽極６４は、微生物に対して有毒で、特に致死的な、金属材料から成ることが好ましい。

本発明による解決手段により、特に海水における汚染物質の除去に対する従来のろ過作業を行なうことができるだけでなく、防食効果を増大させつつ生物的汚染源を殺すこともまた可能な、フィルター設備が創作された。本発明によるフィルター設備では、規格部品を使用し、使用部品を少なくして、フィルター設備を提供するコストが低減され、更に、規格部品に基づく信頼性の高い使用が行われる。このフィルター設備は、流体をろ過しなければならない場合にはいつでも、また、好ましくない微生物を積込むことが予想される場合にはいつでも、利用することができる。

本発明によるフィルター設備の一実施例の側面図で、一部を断面図、一部を斜視図とし、概略を示す図であり、縮尺は正確でない。

Claims (9)

1. フィルター設備であって、
   生物により汚染された流体を輸送することができる少なくとも１つの流体配管（１８、２０）と、
   前記流体配管内に挿入され、フィルターハウジング（１０）内に少なくとも１つのフィルターエレメント（２２）を備える、フィルター手段（５４）と、
   生物による汚染を浄化する浄化剤と、を備え、
   前記生物による汚染を浄化する浄化剤が、フィルターハウジング（１０）内に導入することができる作用物質である不活性ガス又は特殊金属を含み、前記特殊金属が、少なくとも１つの犠牲陽極（６４）の形態で前記フィルターハウジング（１０）内に配置される、ことを特徴とする、
   フィルター設備。
2. 前記不活性ガスが窒素ガスであって、前記窒素ガスが、少なくとも１つの貯蔵ボトル（５６）から供給することができ、ろ過を完了した後に、各フィルターエレメント（２２）を備える前記フィルターハウジング（１０）の内部を洗浄する、請求項１に記載のフィルター設備。
3. 前記貯蔵ボトル（５６）内の不活性ガスが高圧で供給され、浄化運転中に前記フィルターハウジング（１０）を洗浄して空にする、請求項２に記載のフィルター設備。
4. 銅が、前記特殊金属として使用され、少なくとも１つの犠牲陽極（６４）の形態で前記フィルターハウジング（１０）内に配置される、請求項１から３のいずれか１項に記載のフィルター設備。
5. 装填された前記フィルターエレメント（２２）の少なくとも一部に、前記各犠牲陽極（６４）が収容された、請求項４に記載のフィルター設備。
6. 前記フィルター手段（５４）が、少なくとも１つの同心通路に配置された各フィルターエレメント（２２）を備え、各フィルターエレメント（２２）が、生物で汚染されたろ過される流体用の１つのフィルター入口（１８）と、ろ過された流体用の１つのフィルター出口（２０）とを備える前記フィルターハウジング（１０）内で、相互に交換可能に収容され、
   流体の流れが、ろ過又は逆洗のためにフィルターエレメント（２２）を両方向に通過することができ、
   フィルターエレメント（２２）の一部でろ過を行うと同時に、他のフィルターエレメント（２２）のうち少なくとも１つを、有効ろ過表面を洗浄するために逆洗することができ、
   逆洗のために駆動可能な洗浄アーム（３０）を備え、前記洗浄アーム（３０）が、汚れた流体を排出する１つの流体出口（３２）を有し、前記洗浄アーム（３０）が、フィルターエレメント（２２）の自由入口断面（２４）の下で順番に動くことができる、
   請求項１から５のいずれか１項に記載のフィルター設備。
7. 前記流体出口（３２）が、制御可能な遮断弁（４２）を備え、流れ方向下流の他の流体配管（４４）中に逆止弁（４６）を備え、前記逆止弁が、開放位置で、外気（４８）を前記他の流体配管（４４）に接続する、請求項６に記載のフィルター設備。
8. 前記フィルターエレメント（２２）の少なくとも一部が、円錐状に形成された、請求項１から７のいずれか１項に記載のフィルター設備。
9. １つの流体配管（１８、２０）を通って送られる、生物で汚染された流体が、フィルター手段（４４）のフィルターハウジング（１０）内の各フィルターエレメント（２２）によってろ過され、前記流体の生物による汚染を浄化する浄化剤が、作用物質である不活性ガス及び／又は金属を放出する、請求項１から８のいずれか１項に記載のフィルター設備の運転方法。

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