【解決手段】水処理装置1は、円筒状に形成されるフィルタ20と、フィルタ20の内部に配置された排水管部42と、基端側が排水管部42に接続されると共に先端側がフィルタ20の内周面に近接又は当接する位置に配置されて開口し、先端側から基端側に水が流通可能なノズル部41と、排水管部42及びノズル部41の少なくとも一方に気体を導入する気体導入部70と、を備える。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、本発明の液体処理装置の好ましい各実施形態について、図面を参照しながら説明する。まず、第1実施形態の液体処理装置としてのバラスト水処理装置1につき、
図1を参照しながら説明する。
液体処理装置としてのバラスト水処理装置1は、海水等の水を汲み上げるラインと、汲み上げた水をバラスト水として貯留するバラストタンクと、を備える船舶に取り付けられ、汲み上げた水に含まれる異物を除去するために用いられる。このバラスト水処理装置1は、
図1に示すように、ケーシング10と、このケーシング10の内部に配置されるフィルタ20と、フィルタ回転手段30と、ケーシング10にバラスト水を導入する導入部14と、フィルタ20に付着した異物を吸引して除去する洗浄機構40と、フィルタ20に洗浄水を噴射する噴射ノズル50と、ケーシング10の内部に圧縮ガスを供給する圧縮ガス供給部60と、洗浄機構40(後述の排水管部42及びノズル部41の少なくとも一方)に気体を導入する気体導入部70と、を備える。
また、このバラスト水処理装置1には、ケーシング10にバラスト水を導入する導入ラインL1と、洗浄水ラインL2と、が接続される。
尚、本明細書において「ライン」とは、流路、経路、管路等の流体の流通が可能なラインの総称である。
【0017】
ケーシング10は、バラスト水を収容する。ケーシング10は、円筒状に構成され、中心軸が鉛直方向に沿って配置される。ケーシング10は、上端部及び下端部が開口した円筒状の本体部11と、本体部11の上端部を密閉する上側蓋部12と、本体部11の下端部を密閉する下側蓋部13と、を備える。
本体部11の周面には、ケーシング10に収容され、後述のフィルタ20により濾過されたバラスト水が流出する流出口111が設けられる。
上側蓋部12及び下側蓋部13における本体部11の中心軸に一致する位置には、それぞれ、後述のフィルタ回転手段30が配置される貫通穴が形成される。
【0018】
フィルタ20は、上端部及び下端部が開口した円筒状のフィルタ本体21と、フィルタ本体21の上端部を密閉する上側閉止部22と、フィルタ本体21の下端部を密閉する下側閉止部23と、を備える。
フィルタ20(フィルタ本体21)は、ケーシング10より小さな円筒状に形成され、ケーシング10と同軸となるように、ケーシング10の内部に配置される。これにより、ケーシング10とフィルタ20との間には、バラスト水流出空間S1が形成される。フィルタ本体21は、例えば、多数の貫通孔が形成された金属板を円筒状に曲げ加工すると共に、円筒状の軸方向に延びる一対の側縁部を溶接することにより形成される。
下側閉止部23におけるフィルタ本体21の中心軸に一致する位置には、フィルタ20の内部にバラスト水導入するための貫通穴が形成される。
【0019】
フィルタ回転手段30は、ケーシング10の内部に配置されたフィルタ20を、中心軸を回転軸として回転させる。このフィルタ回転手段30は、上部回転軸部材31及び下部回転軸部材32と、上部回転軸部材31を回転させるモータ33と、を含んで構成される。
上部回転軸部材31は、フィルタ20の上側閉止部22におけるフィルタ20の中心軸に対応する位置に、上向きに突出して固定される。下部回転軸部材32は、フィルタ20の下側閉止部23におけるフィルタ20の中心軸に対応する位置に、下向きに突出して固定される。即ち、上部回転軸部材31及び下部回転軸部材32は、それぞれ、フィルタ20の端部を構成する。
【0020】
上部回転軸部材31は、ケーシング10の上側蓋部12に形成された貫通穴に配置され、すべり軸受34を介して上側蓋部12に回転自在に、かつ、液密に支持される。
下部回転軸部材32は、ケーシング10の下側蓋部13に形成された貫通穴に配置され、すべり軸受35を介して下側蓋部13に回転自在に、かつ、液密に支持される。下部回転軸部材32は、フィルタ20の内部と連通する管状体となっている。そして、下部回転軸部材32の上端部は、下側閉止部23に形成された貫通穴に接続され、下端部は、ケーシング10の下側蓋部13に形成された貫通穴の内側に位置するように配置される。
【0021】
導入部14は、管状部材により形成され、上端部が下部回転軸部材32の下端側を覆うように、下側蓋部13に接続される。導入部14の下端部は、後述の導入ラインL1に接続され、この導入ラインL1から供給されるバラスト水をケーシング10の内部におけるフィルタ20の一次側に導入する。
【0022】
洗浄機構40は、ノズル部41と、排液管部としての集合管42と、排出管43と、排出管43に配置される開閉弁44と、を備える。
【0023】
ノズル部41は、フィルタ20の一次側(内側)に配置され、先端側がフィルタ20の一次側の面(内周面)に向かって開口する。本実施形態では、ノズル部41は、フィルタ20の中心軸の延びる方向に垂直な方向(水平方向)に延びるように配置される。また、ノズル部41は、フィルタ20の中心軸の延びる方向(上下方向)に所定の間隔をあけて複数本配置される。ノズル部41の基端側は、集合管42に接続される。ノズル部41には、フィルタ20の二次側から一次側に向かって流れるバラスト水及びこのバラスト水によりフィルタ20の内周面から剥離された異物が流通する。
【0024】
集合管42は、フィルタ20の内部に配置される。より具体的には、集合管42は、フィルタ20の中心軸に一致する位置に配置され、上端部が閉鎖し下端部が開口している。集合管42の上端部は、フィルタ20の上側閉止部22の中央に設けられた孔に挿入されて支持されている。集合管42には、ノズル部41を流通したバラスト水及び異物が集合して流通する。
【0025】
排出管43は、上端部が集合管42の下端部に接続され、下部回転軸部材32の内部を、フィルタ20の回転を妨げないように下方に延びる。排出管43の下端側は、屈曲して延びており、導入部14の周面を貫通している。排出管43は、集合管42を流通したバラスト水及び異物を排出する。
開閉弁44は、排出管43における導入部14の貫通部分よりも二次側に配置され、排出管43を開閉する。
【0026】
噴射ノズル50は、フィルタ20の二次側に配置され、先端部がフィルタ20の二次側の面(外周面)に向かって開口する。本実施形態では、噴射ノズル50は、フィルタ20の中心軸の延びる方向(上下方向)に所定の間隔をあけて複数本配置される。噴射ノズル50は、後述の洗浄水ラインL2に接続され、洗浄水ラインL2から供給される洗浄水をフィルタ20の二次側の面に向かって噴射する。
【0027】
圧縮ガス供給部60は、上流側がコンプレッサ等の圧縮ガス供給源(図示せず)に接続される圧縮ガス供給ライン61と、圧縮ガス供給弁62と、を備える。圧縮ガス供給ライン61の下流側は、ケーシング10の上側蓋部12に接続され、フィルタ20とケーシング10との間(ケーシング10の内部におけるフィルタ20の二次側)に圧縮ガスを供給する。
【0028】
気体導入部70は、上流側がコンプレッサ等の圧縮ガス供給源(図示せず)に接続される気体導入ライン71と、この気体導入ライン71に配置される気体供給弁72と、を備える。
第1実施形態では、気体導入ライン71の下流側は、ノズル部41の先端部に接続される。より具体的には、気体導入ライン71は、集合管42に沿って上下方向に延びるメインライン部711と、このメインライン部711から分岐して複数のノズル部41に沿ってそれぞれ延びる複数の分岐ライン部712と、を備える。そして、複数の分岐ライン部712の先端側が、ノズル部41の先端部に接続される。気体導入ライン71(複数の分岐ライン部712)の先端部には、多孔質の焼結金属又は多孔質板等により構成されるノズルが取り付けられる(図示せず)。
【0029】
以上の気体導入部70によれば、気体供給弁72を開放することで、圧縮ガス供給源から気体導入部70を通じて複数のノズル部41の先端部に気体(空気)が導入される。また、気体導入ライン71の先端部には、ノズルが取り付けられているため、ノズル部41には、気体が微小な気泡となって導入される。
【0030】
導入ラインL1は、ケーシング10にバラスト水(海水)を導入する。導入ラインL1の先端部は、導入部14に接続される。導入ラインL1には、ポンプ81及び開閉弁82が配置される。
【0031】
洗浄水ラインL2は、先端側が噴射ノズル50に接続され、噴射ノズル50に洗浄水を供給する。洗浄水ラインL2の基端側は、洗浄水供給源(図示せず)に接続される。
【0032】
以上のバラスト水処理装置1によれば、バラスト水を濾過する場合には、導入ラインL1の開閉弁82が開状態とされ、ポンプ81が駆動される。また、フィルタ回転手段30によりフィルタ20が回転される。すると、導入ラインL1から導入部14に供給されたバラスト水は、下部回転軸部材32を通ってケーシング10の内部におけるフィルタ20の一次側(内側)に導入されてフィルタ20により濾過処理され、流出口111から流出する。流出口111から流出したバラスト水は、バラストタンク(図示せず)に貯留される。
【0033】
また、この状態においては、洗浄機構40の開閉弁44が開かれることで、ノズル部41、集合管42及び排出管43の内部がケーシング10の内部に対して負圧となる。すると、フィルタ20の一次側から二次側(バラスト水流出空間S1側)に濾過されたバラスト水の一部が再びフィルタ20の二次側から一次側に流れ、フィルタ20の内周面に付着した異物を剥離させる。フィルタ20の内周面から剥離された異物は、ノズル部41から吸引される。
【0034】
ノズル部41により吸引された異物は、集合管42及び排出管43を通り、排出される。これにより、フィルタ20が洗浄され、フィルタ20の一次側に付着した異物が除去される。
尚、バラスト水の濾過処理を行う場合には、圧縮ガス供給部60の圧縮ガス供給弁62は、いずれも閉止される。
【0035】
一方、バラスト水処理装置1の運転が終了した後や、その他フィルタ20をより強力に洗浄したい場合には、ケーシング10に収容されたバラスト水を排出し、その後、ケーシング10の内部に水が存在しない状態でフィルタ20に洗浄水を噴き付けて異物を除去する洗浄を行う。このような場合には、まず、導入ラインL1の開閉弁82が閉状態とされ、ポンプ81は停止される。また、洗浄機構40の開閉弁が閉止される。そして、この状態で、圧縮ガス供給部60の圧縮ガス供給弁62が開状態とされる。これにより、ケーシング10に収容されたバラスト水は速やかに排出される。
【0036】
ここで、バラスト水の濾過処理を行っている状態では、フィルタ20に付着する異物の影響や、ノズル部41とフィルタ20の内面との接触状態等により、ノズル部41から吸引される水量に変化が生じると、ノズル部41、集合管42及び排出管43の内部において圧力変動が生じる。そして、この圧力変動に起因してバラスト水処理装置1に振動が発生する場合がある。
【0037】
そこで、本実施形態では、バラスト水処理装置1を、ノズル部41に気体を導入する気体導入部70を含んで構成している。バラスト水の濾過を行っている状態において、気体導入部70からノズル部41に気体を導入することで、ノズル部41、集合管42及び排出管43を流通する水に気泡を混入させられる。このように、ノズル部41、集合管42及び排出管43を流通する水に気泡を混入させることで、ノズル部41から吸引される水量に変化が生じた場合等にノズル部41、集合管42及び排出管43の内部において生じる圧力変動を抑制できる。よって、圧力変動に起因する振動の発生を抑制できる。
ノズル部41、集合管42及び排出管43の内部における圧力変動を好適に低減する観点から、気体(気泡)の混入率は、1%〜10%であることが好ましく、3%〜7%であることがより好ましい。
【0038】
尚、気体導入部70によるノズル部41への気体の導入は、バラスト水の濾過を行っている場合に連続的に行ってもよいが、これに限らない。例えば、バラスト水処理装置を、集合管42又は排出管43の内部の圧力を測定する圧力測定部と、この圧力測定部により測定される圧力に基づいて気体導入部70による気体の導入を制御する制御部と、を含んで構成してもよい。そして、圧力測定部により測定される圧力の変動幅が予め設定された所定の閾値を超えた場合に気体導入部70による気体の導入を行ってもよい。このように構成した場合には、圧力測定部により集合管42の内部において所定の圧力変動が測定された場合に気体導入部70を動作させて圧力変動を抑えられる。よって、必要な場合にのみ気体導入部70から気体を導入させられるので、エネルギの消費を抑えられる。
【0039】
以上説明した第1実施形態のバラスト水処理装置1によれば、以下のような効果を奏する。
【0040】
バラスト水処理装置1を、フィルタ20の内周面に近接又は当接し先端側から基端側に水が流通可能なノズル部41と、ノズル部41の基端側が接続され水が流通可能な集合管42と、集合管42及びノズル部41の少なくとも一方に気体を導入する気体導入部70と、を含んで構成した。これにより、気体導入部70から集合管42又はノズル部41に気体を導入することで、集合管42及びノズル部41を流通する水に気泡を混入させられる。よって、ノズル部41から吸引される水量に変化が生じた場合等にノズル部41及び集合管42の内部において生じる圧力変動を抑制できる。よって、圧力変動に起因する振動の発生を抑制できる。その結果、バラスト水処理装置1をより安定的に運転させられ、装置の長寿命化を図れる。
【0041】
気体導入部70に、ノズル部41の先端部から気体を導入させた。これにより、ノズル部41及び集合管42の全体に気泡を混入させられるので、圧力変動の抑制効果を高められる。
【0042】
気体導入ライン71を、メインライン部711と、複数の分岐ライン部712と、を含んで構成し、複数の分岐ライン部712により複数のノズル部41すべての先端部に気体を導入させた。これにより、すべてのノズル部41に気体(気泡)を導入できるので、圧力変動の抑制効果をより高められる。
【0043】
気体導入ライン71の先端部に、多孔質の焼結金属又は多孔質板等により構成されるノズルを取り付けた。これにより、ノズル部41に、微小な気泡として気体を導入できるので、圧力変動の抑制効果を更に高められる。
【0044】
フィルタ20を円筒状に形成する場合、円筒状の側面(周面)において、溶接等による接合箇所が生じる。この接合箇所においては、フィルタ20の目が塞がれてしまう。ここで、フィルタ20を回転可能に構成してノズル部41をフィルタ20の内周面に当接させた場合、ノズル部41が接合箇所に当接したタイミングで、特に圧力変動が生じやすくなることが考えられる。本実施形態によれば、このようにフィルタ20を回転可能に構成したバラスト水処理装置1において、特に好適にノズル部41及び集合管42の内部の圧力変動を抑制できる。
【0045】
次に、第2実施形態に係るバラスト水処理装置1Aにつき、
図2を参照しながら説明する。第2実施形態のバラスト水処理装置1Aは、気体導入部70A(気体導入ライン71A)の配置において第1実施形態と異なる。尚、第2実施形態の説明にあたって、同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略もしくは簡略化する。
第2実施形態では、気体導入ライン71Aの下流側は、集合管42の上端部に接続される。これにより、第2実施形態では、気体は、集合管42の上端部に導入される。
【0046】
第2実施形態のバラスト水処理装置1Aによれば、第1実施形態と同様の効果を奏する他、以下のような効果を奏する。
フィルタ20を、中心軸が鉛直方向に沿うように配置し、気体導入部70Aから集合管42の上端部に気体を導入させた。これにより、集合管42の上端部に気体を導入することで、集合管42の水の流れにより集合管42全体に気泡を混入させられる。よって、圧力変動を効果的に抑制できる。
【0047】
次に、第3実施形態に係るバラスト水処理装置1Bにつき、
図3を参照しながら説明する。第3実施形態のバラスト水処理装置1Bは、排出管43の内部の圧力とフィルタ20の2次側の圧力の差圧に基づいて気体導入部70による気体の導入を制御する点において第1実施形態と異なる。尚、第3実施形態の説明にあたって、同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略もしくは簡略化する。
本実施形態のバラスト水処理装置1Bは、
図3に示すように、第1圧力測定部91と、第2圧力測定部92と、制御部93と、を含んで構成される。第1圧力測定部91は、排出管43の内部に設置され、排出管43の内部の圧力(第1圧力P1)を測定する。第2圧力測定部92は、フィルタ20の2次側に配置され、フィルタ20の2次側の圧力(第2圧力P2)を測定する。そして、制御部93は、第2圧力P2と第1圧力P1の差圧ΔP(=P2−P1)に基づいて気体導入部70による気体の導入を制御する。
【0048】
具体的には、制御部93は、差圧ΔPが予め設定された所定の閾値を超えた場合に、気体導入部70を制御して気体の導入を行う。差圧ΔPの所定の閾値としては例えば、100kPa〜500kPaとすることが好ましく、200kPa〜400kPaとすることがより好ましく、250kPa〜350KPaとすることがさらに好ましい。差圧ΔPの所定の閾値は、具体的には例えば、250,260,270,280,290,300,310,320,330,340,350kPaであり、ここで例示した数値の何れか2つの間の範囲内であってもよい。
【0049】
なお、差圧ΔPが一旦所定の閾値を超えた場合の気体導入部70による気体の導入は、所定時間連続で行うことが好ましい。つまり、制御部93は、差圧ΔPが一旦所定の閾値を超えた場合、気体導入部70による気体の導入を開始するが、その後差圧ΔPが一時的に所定の閾値を下回ったとしても、所定時間(例えば、1時間)が経過するまでは気体導入部70による気体の導入を停止しないようにする。これは、差圧ΔPが所定の閾値を下回ってすぐ気体の導入を停止すると、再度差圧ΔPが上昇してハンチングが起こる可能性が高いからである。所定時間経過後、差圧ΔPが低い状態で安定してから気体の導入を停止することで、ハンチングを抑制し、より効果的に水撃を抑えることが可能となる。なお、所定時間内においても、第1圧力測定部91及び第2圧力測定部92による差圧ΔPの検出は継続することが好ましい。これにより、差圧ΔPが所定の閾値を下回らない場合は、所定時間経過後も気体の導入を継続させ、水撃を抑えることが可能である。
【0050】
以上、本発明のバラスト水処理装置の好ましい一実施形態について説明した。しかし、本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、種々の形態で実施することができる。
例えば、第1実施形態では、気体導入ライン71をメインライン部711と、複数の分岐ライン部712と、を含んで構成し、複数の分岐ライン部712により複数のノズル部41すべての先端部に気体を導入可能としたが、これに限らない。即ち、複数のノズル部のうちの所定のノズル部にのみ分岐ライン部を配置して気体を導入してもよい。
【0051】
また、第1実施形態〜第3実施形態では、本発明を、ノズル部41に対して回転するフィルタ20を有するバラスト水処理装置1,1A,1Bに適用したが、これに限らない。即ち、本発明を、ノズル部がフィルタに対して回転する構成のバラスト水処理装置に適用してもよい。また、本発明を、ノズル部及びフィルタが共に回転しない構成のバラスト水処理装置に適用してもよい。
【0052】
また、第1実施形態及び第2実施形態では、フィルタ20の回転軸が上下方向(鉛直方向)に沿うようにフィルタ20を配置したが、これに限らない。即ち、回転軸が水平方向に沿うようにフィルタを配置してもよい。
【0053】
また、第1実施形態〜第3実施形態では、本発明を、船舶で用いられバラスト水を処理するバラスト水処理装置に適用したが、これに限らない。即ち、本発明を、海、河川、湖沼、池等の水、及び工業水等を処理する水処理装置に適用してもよい。さらに、水を処理する水処理装置ではなく、水以外の液体(例えば、油)を処理する液体処理装置に適用することも可能である。