JP5995188B2 - 静止型混合装置及びこれを有するバラスト水処理装置 - Google Patents

静止型混合装置及びこれを有するバラスト水処理装置 Download PDF

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Description

本発明は、液体を混合する静止型混合装置、及びこれを有していて船舶のバラストタンクに積み込まれるバラスト水として取水される海水に効率的に殺菌剤を拡散混合して海水に含まれる生物を殺滅し、さらには、この殺菌剤を含むバラスト水に殺菌剤分解剤を効率的に拡散混合し殺菌剤を分解するためのバラスト水処理装置に関する。
管路中を流れる流送流体へ混合される添加流体を添加して混合する装置として、可動部分がなく簡単な構造の静止型混合装置（スタティックミキサー）が知られている。船舶のバラスト水の殺菌処理等で殺菌剤を、バラスト水のために取水された海水に添加して拡散・混合したり、バラスト水に残存する殺菌剤を分解するために排水するバラスト水に殺菌剤分解剤を添加して拡散・混合するには、上記静止型混合装置が好適である。
＜静止型混合装置＞
静止型混合装置は流体流路をなす管路の途中に介装され流送流体の流れに乱れを発生させて混合される添加流体の拡散・混合を行うように構成されており、例えば、特許文献１に開示されている静止型混合装置が知られている。
この特許文献１の静止型混合装置は、管路の管内壁から半径内方に延びる板状部材として形成されていて、管路の継手間で挟持されるリング部と、周方向の二箇所から直径方向に対向して延びるフラップ部と、周方向でこの二つのフラップ部の基部同士間を連結するようにして管内壁位置から半径方向内方に突出して周方向に延びる弧状の内側フランジ部とを有し、上記フラップ部と内側フランジ部の輪郭で形成される略８字状の開口部が形成されている。この開口部は上記フラップ部の先端同士間で狭隘域を形成している。上記開口部は、フランジ部の内径となる円弧状縁部とフラップ部の半径方向縁部とを曲線で結ぶことで、円滑な開口部の内縁を形成している。
かかる特許文献１の静止型混合装置は、流送流体のための管路の途中で該管路の継手同士間で挟持されるように配置され、混合される添加流体は、流送流体の流れ方向で上記静止型混合装置の位置もしくは、その直前後の位置で流送流体中へ注入添加される。
このような特許文献１の静止型混合装置によると、上記開口部を通って流れる流送流体はフラップ部に対して後流側で、カルマン渦を生じ、流れ方向で短い範囲において、注入された添加流体を流送流体に積極的に拡散・混合するようになっている。したがって、添加流体が十分に混合された流体を上記静止型混合装置に近い下流位置で管路から抽出したいときには、有利である。例えば、船舶や工場内では、管路設置の空間は限られており、上記静止型混合装置から流送流体の抽出位置までの距離が短いことが望まれる。これは、静止型混合装置の流れ方向での小型化をも意味する。
＜バラスト水処理装置＞
一般に、空荷または積荷が少ない状態の船舶は、プロペラ没水深度の確保、空荷時における安全航行の確保等の必要性から、荷下し時にバラストタンクに海水がバラスト水として注水される。逆に、積荷をする場合には、バラスト水が海中へ排出される。ところで、環境の異なる荷積み港と荷下し港との間を往復する船舶により、バラスト水の取水および排水が行われると、バラスト海水に含まれる細菌類やプランクトンなどの生物が持ち込まれることにより、沿岸生態系に悪影響を及ぼすことが懸念される。そこで、２００４年２月、船舶のバラスト水管理に関する国際会議において、船舶のバラスト水および沈殿物の
規制および管理のための国際条約が採択され、バラスト水の処理が義務付けられることになった。
バラスト水の処理基準として国際海事機構（ＩＭＯ）が定める基準によれば、船舶から排出されるバラスト水に含まれる５０μｍ以上の生物（主に動物プランクトン）の数が１ｍ３中に１０個未満、１０μｍ以上５０μｍ未満の生物（主に植物プランクトン）の数が１ｍＬ中に１０個未満、コレラ菌の数が１００ｍＬ中に１ｃｆｕ未満、大腸菌の数が１００ｍＬ中に２５０ｃｆｕ未満、腸球菌の数が１００ｍＬ中に１００ｃｆｕ未満、にするように規定されている。
バラスト水の処理技術の従来技術として特許文献２では、バラスト水として海水を取水する際に、海水を濾過して水生生物を捕捉し除去する濾過装置と、海水中の細菌類を殺滅させる殺菌剤を濾過された海水中に供給する殺菌剤供給装置と、殺菌剤が供給された濾過水の供給を受けて該濾過水中にキャビテーションを発生させて濾過水中に上記殺菌剤を拡散させると共に濾過水中の水生生物に対して損傷を与えるか殺滅させるベンチュリ管装置と、を備えたバラスト水処理装置が提案されている。
米国特許第５８３９８２８号 特開２００７−１４４３９１号公報
しかしながら、特許文献１の静止型混合装置にあっては、滑らかな曲線で開口部の内縁を形成するので、該内縁の形状を決定する内側フランジとフラップの形状が多くの円弧を結ぶ曲線をなし、複雑となってしまい、静止型混合装置の製造コストが嵩む。そこで、より簡単な形状の低廉な静止型混合装置が要望されている。また、静止型混合装置は、既述のように船舶のバラスト水の処理に適用できるが、バラスト水処理における海水中に殺菌剤を供給して拡散・混合させるような用途では、大量の流送流体に低濃度で添加流体を供給し従来よりもさらに短い管路距離すなわち短時間で拡散・混合させ均一の濃度とすることが可能な効率的な静止型混合装置が要望されている。特許文献１の静止型混合装置は、内側フランジが管内壁よりも突出しているので、上記開口部の流通面積を小さくしており、その結果、流送流体の流量、したがって、混合能力を低めることとなり、短時間での拡散・混合を行うことに問題が生じる。
また、バラスト水処理装置に関しては、バラスト水を取水する際に行う生物の除去、殺滅処理は船舶からの荷降ろしの時間内に終了する必要があり、上述のように、短時間でこれを行うことが求められるのが常であるので、短時間で大量の濾過水に殺菌剤を拡散・混合する処理が可能な混合装置が望まれている。特許文献２のバラスト水処理装置のように混合装置としてベンチュリ管装置を用いるとすると、大量処理のためにはベンチュリ管を複数配置した装置となり、大きなものとなり、船舶の機関室内等に設置する際に制約が生じたり、製造コストが嵩むことにつながる。
本発明は、かかる事情に鑑み、より簡単な形状・構造で、より効率的で低廉なかつ混合能力の高い静止型混合装置を提供すること、よりコンパクトで低廉なバラスト水処理装置を提供することを課題とする。
本発明によれば、上述の課題は、次のように構成される静止型混合装置そしてこれを用
いたバラスト水処理装置により解決される。
＜静止型混合装置＞
本発明の静止型混合装置は、管路内の流送流体へ添加された添加流体を流送流体と混合するために、管路途中に取り付けられて管内壁面の周方向複数位置で半径内方に延びるフラップ部が形成された混合部材を有する。
かかる静止型混合装置において、本発明では、混合部材は、半径方向に拡がる板部材として作られていて、外周部をなすリング部と、周方向の複数位置で該リング部から半径内方向に延びるフラップ部と、周方向で隣接するフラップ部同士間に形成された扇状域が管軸線位置で狭隘域を介して互いに連通して開口する開口部とを有し、上記開口部はその扇状域のリング部寄りの内縁が管内壁面の内径と同じ円弧部を形成していることを特徴としている。
このような構成の本発明では、混合部材に形成された開口部の扇状域はリング部寄りの内縁が管内壁面の内径と同じ円弧状をなしているので、軸線方向で見たときに、該円弧状とフラップ部の半径方向縁部とが滑らかに連結されている必要がなく、上記開口部の形状が簡単化され、これに加え、扇状域が半径方向で管内壁面までの全域を占めるように形成される結果、該開口部の流通面積が大きくなって、混合処理能力を向上させる。しかも管内壁面と開口部の扇状域の上記円弧部とが同一半径、すなわち同じ一つの円筒状面を形成するので、該円弧部での流れに対する抵抗がなく、流通能力がこの点でも改善される。
本発明において、フラップ部は管路軸線に対して直角な面をなしているようにすることができる。こうすることで、混合部材は、完全な平坦な板部材として作ることができ、この点で形状が簡単化される結果、製造コストが低減化される。また、混合部材が完全な平坦な板部材であるため、添加流体の添加のためのノズルを設ける際に、ノズルを流送流体の流れ方向にて混合部材に対し上流側位置、下流側位置、混合部材と同位置のいずれかの位置に設けることや、上記位置のうち複数の位置に設けることが容易である。さらに、混合部材が完全な平坦な板部材であるため、ノズルを上記位置のうち任意の位置に設けておき、管路内に流送流体を一方の方向に流し混合する操作と、逆方向に流し混合する操作とを行うこと、すなわち、流送流体の流れ方向を切り替えて混合操作を行うことが可能である。このことにより、異なる添加流体を混合する場合に一つの混合装置を兼用することができ、また、流送流体の流送条件や混合条件などに対応して流送流体の流れ方向とノズルの位置関係を適切に適合させることができる。
本発明において、フラップ部はリング部につながる基部と該基部よりも半径内方に延び狭隘域を形成する端部とを有し、該端部が半径内方に向け流送流体の下流側へ傾斜しているようにすることができる。こうすることで、上記端部での流体抵抗を減ずることができる。
本発明において、混合部材は、リング部とフラップ部との境界位置に、管内壁面と接する環状部が設けられているようにすることができる。上記環状部を設けることで、リング部と環状部の間、そして環状部とフラップ部の間のそれぞれに屈曲部位ができるので、該屈曲部位の形成によって混合部材の強度が向上し流体抵抗が多少大きくとも変形や損傷を生じない。また、環状部は管内壁面と接するように位置するので、開口部の流通面積を減ずることもない。
本発明において、静止型混合装置が添加流体の添加のためのノズルをさらに有し、該ノズルが流送流体の流れ方向にて混合部材に対し上流側位置、下流側位置、混合部材と同位置の少なくともいずれか一つの位置に設けられているようにすることができる。このノズ
ルは、上記混合部材と別部材で別位置に設けることも、混合部材に組み込まれていて一体形式とすることもできる。また、このノズルは、その添加流体の吐出口の位置が、周方向そして半径方向で開口部内にあれば、特に限定はない。また、ノズルの数も自由に設定できる。
＜バラスト水処理装置＞
本発明によると、上述の静止型混合装置を用いて、バラスト水処理装置を構成することができる。
先ず、バラスト水の取水時のためのバラスト水取水時処理装置は、取水された海水を濾過してプランクトンを捕捉する濾過装置と、濾過後の濾過水中に存在するプランクトンと細菌類を殺滅する殺菌剤を上記濾過水に供給する殺菌剤供給装置と、該殺菌剤を濾過水に拡散混合する混合装置とを備え、混合装置が既述の静止型混合装置であることで構成される。
次に、バラストタンク内のバラスト水を排出するためのバラスト水排出時処理装置は、バラストタンクからの殺菌剤が残留するバラスト水に、殺菌剤分解剤を供給する殺菌剤分解剤供給装置と、該殺菌剤分解剤を上記バラスト水中に拡散混合する混合装置とを備え、混合装置が既述の静止型混合装置であることで構成される。
さらには、バラスト水取水時処理とバラスト水排出時処理の両方が可能なバラスト水処理装置は、取水された海水を濾過してプランクトンを捕捉する濾過装置と、濾過後の濾過水中に存在するプランクトンと細菌類を殺滅する殺菌剤を上記濾過水に供給する殺菌剤供給装置と、該殺菌剤を濾過水に拡散混合する混合装置と、混合後の濾過水をバラスト水としてバラストタンクへ送水する送水装置と、バラストタンクからの殺菌剤が残留するバラスト水に、殺菌剤分解剤を供給する殺菌剤分解剤供給装置と、該殺菌剤分解剤を上記バラスト水中に拡散混合する混合装置とを備え、濾過水のバラストタンクへの送水とバラストタンクからのバラスト水の排水とを切り替えることで、殺菌剤の拡散混合と殺菌剤分解剤の拡散供給とが共通の混合装置で交互に行われるようになっており、該混合装置が既述の静止型混合装置であることで構成される。
本発明は、以上のように、静止型混合装置の混合部材に形成される開口部を管路の管内壁面と一致する位置まで及びように大きく拡大したので、開口部の形状に関しては、多くの曲線をつなげてその内縁全域にわたり滑らかな曲線形状となっている必要がなく、簡単な形状となり加工が容易になって安価に製造することができ、また、処理能力に関しては、大きい流通面積で大流量の流送が可能となり、その分だけ短時間処理ができるようになる。しかもその際、開口部のリング部寄りの内縁が管内径と同一レベル面をなすので、流体抵抗の増加にはつながらない。フラップ部は管路軸線に対して直角な面をなしているようにすることができる。こうすることで、混合部材は、完全な平坦な板部材として作ることができ、この点で形状が簡単化される結果、製造コストが低減化される。また、混合部材が完全な平坦な板部材であるため、添加流体の添加のためのノズルを設ける際に、ノズルを流送流体の流れ方向にて混合部材に対し上流側位置、下流側位置、混合部材と同位置のいずれかの位置に設けることや、上記位置のうち複数の位置に設けることが容易である。さらに、混合部材が完全な平坦な板部材であるため、ノズルを上記位置のうち任意の位置に設けておき、管路内に流送流体を一方の方向に流し混合する操作と、逆方向に流し混合する操作とを行うこと、すなわち、流送流体の流れ方向を切り替えて混合操作を行うことが可能である。このことにより、異なる添加流体を混合する場合に一つの混合装置を兼用することができ、また、流送流体の流送条件や混合条件などに対応して流送流体の流れ方向とノズルの位置関係を適切に適合させることができる。
本発明の一実施形態としての静止型混合装置の破断斜視図である。 図１装置の軸線を含む面での断面図であり、図１と同じ角度の位置で破断されている。 図１そして図２の静止型混合装置に用いられる混合部材の破断斜視図で、（Ａ）は一例、（Ｂ）は他例、そして（Ｃ）はさらなる他例である。 第一実施形態における変形例として静止型混合装置の軸線を含む面での断面図であり、図１と同じ角度の位置で破断されている。 第一実施形態による流送流体と添加流体との混合状態を実施例として、比較例とともに示すグラフである。 第二実施形態の混合装置の部分破断斜視図で、（Ａ）は混合装置単体を、（Ｂ）は管部材に取り付けられた状態を示す。 図６（Ｂ）の軸線を通る面での断面図である。 第三実施形態の一例としてのバラスト取水時処理装置の構成を示す図である。 第三実施形態の他の例としてのバラスト水排出処理装置の構成を示す図である。 第三実施形態のさらに他の例としてのバラスト水取水時そしてバラスト水排出時の両方に用いることができるバラスト水処理装置の構成を示す図である。
以下、添付図面にもとづき、本発明の実施形態について説明する。
＜第一実施形態＞
図１そして図２に示されている本実施形態の静止型混合装置１は、混合部材２に加えてノズル３をも備えている。混合部材２は平坦な板状部材として作られていて矢印Ａ方向に流れる流送流体のための管路を形成している二つの管部材４，４の継手部４Ａ，４Ａ間で挟持されており、ノズル３は該混合部材２に対して上流側に位置して管部材４の管壁を貫通して管の半径方向内方に突入して設けられている。ノズル３の先端部に混合される添加液体の吐出口が設けられている。
上記管部材４，４は、本実施形態では、継手部４Ａ，４Ａの近傍で管端に向けて内径を拡げるようにゆるいテーパ面をなしている。継手部４Ａ，４Ａで挟持される混合部材２の前後方向近傍域で上記テーパ面で内径を拡げることで、後述の混合部材２の開口部８を大きく確保できるので、本実施形態装置での流送流体の圧力損失を小さくできる。但し、圧力損失が許容できる程度であれば継手部４Ａ，４Ａの近傍で内径を拡げる必要はない。
板状部材として作られている混合部材２は、図３（Ａ）、図３（Ｂ）に見られるように、上記継手部４Ａ，４Ａ間で挟持されるリング部５と、該リング部５から半径内方へ延びるフラップ部６とを有している。本実施形態では、フラップ部６が直径方向で対向するように二つ設けられているので、上記開口部８とフラップ部６は、周方向では９０°の範囲を交互に占めるようにして位置している。
また、図３（Ａ）に示す混合部材２においては、リング部５は、継手部４Ａの内外径と同じ内外径を有している。該リング部５には、継手部４Ａ，４Ａで挟持されるために用いられるボルト（図示せず）を通すための孔部５Ｂが周方向で複数位置に分布して形成されている。図３（Ｂ）に示す混合部材２において、リング部５は、継手部４Ａの内径と同じ内径を有している。混合部材２を継手部４Ａ，４Ａで挟持するように、リング部５よりも半径方向外側にボルト（図示せず）が配置され、固定される。
さらには、板状部材として作られた混合部材２は、図３（Ｃ）のように、周方向の特定位置で半径外方に突出する目視突部２Ａを設けておくことが好ましい。この目視突部２Ａを設けておくと、上記混合部材２を管部材４，４の継手部４Ａ，４Ａで挟圧保持しても、上記目視突部２Ａは外部から目視できるので、継手部４Ａ，４Ａとの周方向位置関係、ノズル３との周方向位置関係を容易に正規位置関係に設定でき便利である。
フラップ部６は、リング部５につながる基部６Ａと該基部６Ａから半径方向内方に延びる端部６Ｂとを有している。基部６Ａは、半径方向内方に延びる直線の側縁６Ａ−１を有
し、端部６Ｂは該側縁６Ａ−１を延長する線よりも側方に弯曲突出するような円弧状の縁部６Ｂ−１を有し、対向する二つのフラップ部６，６の端部６Ｂ，６Ｂ同士間で管軸線に位置する狭隘域７を形成している。
周方向での上記二つのフラップ部６，６の間に形成される開口部８は、リング部５の内周縁を形成している円弧部５Ａと二つのフラップ部６，６の側縁６Ａ−１そして端部６Ｂの縁部６Ｂ−１により囲まれて形成される二つの扇状域９が上記狭隘域７により連通されて一つの開口をなしている。フラップ部６及び扇状域９の形状として、以下の形状とすることが好ましい。すなわち、フラップ部６の側縁６Ａ−１とリング部５の円弧部５Ａとの交わる角度、すなわち開口部８の扇状域９の隅部の角度を９０度以上とすることが好ましく、このような形状にすることにより、フラップ部６の基部６Ａの強度を確保することができる。また、側縁６Ａ−１と円弧部５Ａとの交わる角度、すなわち扇状域９の隅部の角度を９０度とすること（側縁６Ａ−１の内側延長線が管軸線に交わるような形状にすること）がさらに好ましく、このような形状にすることにより、フラップ部６の基部６Ａの強度を確保することと、開口部８の扇状域９の開口面積比率を最適にすることとができる。
このように形成される混合部材２は、管部材４，４の継手部４Ａ，４Ａで挟持されると、図１そして図２に見られるように、上記開口部８のリング部５側の内縁、すなわちリング部５の円弧部５Ａと、管部材４，４の継手部４Ａ，４Ａにおける内径とが同一であるので、内径面に凹凸はなく同一レベルの平滑な内周面を形成する。
このような本実施形態の静止型混合装置１を有している管路に、図１そして図２のように、上流側から下流側に向け矢印Ａ方向に流送流体を流すと、流送流体は混合部材２の開口部８を通過そして下流側へと流れて行く。開口部８の狭隘域７そしてその近傍を流れる流送流体は、フラップ部６，６の背面側すなわち下流側でカルマン渦列を形成し、流送流体に積極的に乱れを生じさせる。したがって、ノズル３から狭隘域７の位置へ注入された添加流体は、流送流体の流れに乗って下流側に流れ、上記流送流体の乱れにより、該流送流体に急速に広く拡散し該流送流体に混合される。この添加流体が混合された流送流体はさらに下流へと流れる。
上記狭隘域７を形成するフラップ部６，６は、上述のごとく、その下流側でカルマン渦列の形成に寄与するが、周方向でフラップ部６，６間に形成される開口部８の扇状域は、その円弧部が管内径と同じ内径なので、流送流体に対して低抵抗で流れることを可能とし、さらには大流通面積のもとで大きな流量を確保する。その結果、記述のごとく、上記添加流体に対する混合処理能力を高める。
本実施形態では、混合部材２は、図１ないし図３に示されるものを変形した形態としても実施可能である。例えば、図４に見られるように、混合部材２は、リング部５とフラップ部６の境界部位に、管部材４に沿うような環状部１０を設けたり、上記フラップ部６の端部６Ｂを半径内方に向け下流側へ傾斜させたりすることができる。
上記環状部１０を設けることは、図４でも判るように、リング部５からフラップ部６に至るまでの範囲をクランク状に屈曲形成するということになるので、その分、混合部材２は強度が向上し、強い流体抵抗に対しても十分に耐えられるようになる。管部材４にテーパ部が設けられていれば、上記環状部１０をこのテーパ部に接面して位置させることで、環状部１０の存在によって管部材４の流通面積を減じるという事態が回避でき、環状部１０の内径は少なくとも管部材４の円筒部の内径よりも小さくなることがなくなる。したがって、環状部１０の存在により流体抵抗が増大することはない。さらに、上記フラップ部６の端部６Ｂを傾斜させることで、流体抵抗を減ずることができる。
本実施形態において、流送流体そして添加流体がいずれも液体あるいは気体とすることができる。
また、本実施形態において、ノズル３は必須ではない。例えば、上流側ですでに流送流体に添加流体が添加済みの場合には、この添加流体の拡散・混合が不十分な状態で混合部材２を通過すれば、混合部材の下流側で十分に拡散・混合させるようになる。
本実施形態では、ノズル３は混合部材２に対して上流側に位置して設けられているが、ノズル３を流送流体の流れ方向にて混合部材２に対し、下流側位置又は混合部材と同位置の位置に設けてもよい。また、ノズル３を混合部材２の上流側位置、下流側位置及び混合部材と同位置の位置のうち複数の位置に設けてもよい。また、本実施形態では、ノズル３の先端部に添加液体の吐出口が設けられているが、添加流体の吐出口の位置が、周方向そして半径方向で開口部内にあれば、特に限定はない。また、吐出口の数やノズルの数も自由に設定できる。
混合部材２に対し上流側に位置するノズル３は、管部材４に対し半径内方に進入し、該ノズル３の先端の吐出口が上記管部材４の中心に位置している。このノズル３の吐出口から管部材４内へ流送される添加流体の流速は、管部材４内を流れる流体の流速の１／１０程度を設定値とすることが好ましい。こうすることで、管部材４の中心位置から添加流体の混合拡散が始まり、管部材４の軸線方向で、短い距離の範囲で均一に混合拡散される。上記添加流速が上記設定値よりも大きいと、添加流体の混合拡散が半径方向で上記軸線から離れた位置で始まるために、均一な混合拡散に、上記軸線方向で長い距離の範囲を要してしまい、好ましくない。
本実施形態では、混合部材は、管路の接続用の継手部同士間で挟持されるリング部を有し、継手部に取り付けられているが、これに限定されず、混合部材が管路途中の取付部材に嵌合されたり、装入されて、取り付けられていてもよい。
＜実施例＞
次に、本実施形態の混合装置（実施例）を特許文献１の従来装置（比較例）と比較しつつ試験をした結果を図５にもとづいて説明する。
図５において、横軸は、管路における混合装置から下流側の位置を示すものであり、混合装置からの距離Ｘを管部材の内径Ｄで除した距離比で表し、距離比０の位置が混合装置の位置（図１の構成では混合部材２の位置）であって、Pはノズルの位置である。縦軸は
、流送流体に添加流体が混合されている状態を表すための濃度比を示し、濃度比は濃度測定値を完全に均一に混合された時の濃度で除した値であって、濃度比１が完全に均一に混合された状態であり、管路の管軸方向の異なる位置毎に、水平な（図２において紙面に対して直角方向な）半径方向の位置で測定した値がどのような濃度比で分布しているかを示している。実線で囲む範囲が実施例の、破線で囲む範囲が比較例の濃度比分布を示している。
図５の結果では、本発明にもとづく実施例では、混合装置の位置（距離比０の場合）では濃度比は広い範囲に分散しているが、下流側に向け急速に収束し、距離比２〜３で濃度比１に近づいている。これに対し、比較例では、距離比４〜５で濃度比１に近づいている。また、濃度比の分布を、管略の管軸方向の異なる位置毎に、垂直な（図２において上下方向な）半径方向の位置で測定した場合でも、ほぼ同じ結果を得た。この結果、実施例では、管路の流れ方向で混合装置にかなり近い位置で濃度比１、すなわち完全な均一混合状態となっているので、混合のためのスペースを小さくでき、バラスト水処理装置の混合装置に適用した場合には、装置をコンパクトにできることを意味している。
＜第二実施形態＞
次に、図６（Ａ），（Ｂ）にもとづき、本発明の第二実施形態としての静止型混合装置について説明する。第一実施形態では、混合部材２とノズル３とは、別々に管部材４へ取り付けられ該管部材４で保持されていたが、本実施形態では、図６（Ａ）に見られるように、管部材４への取付前に、混合部材２とノズル３とは一つのユニットとして形成されている。
本実施形態では、混合部材２は、横短筒状の連結部１１を介し該連結部１１の内径縁位置で環状プレート１２と溶接等により連結されていてユニットをなすように一体化されている。したがって、混合部材２自体は第一実施例の図１におけるものと同一なので、その説明は省略するが、混合部材２のリング部５の内径と、上記連結部１１の内径と、さらに環状プレート１２とは、同一内径で一つの連続する円筒面を形成する。
環状プレート１２は、混合部材２のリング部５と同じ内径そして外径を有していて、該混合部材２からフラップ部６を除去した形態をなしている。したがって、環状プレート１２の内径は、後述の管部材の内径と同じである。
上記連結部１１には、その周方向の一箇所で、半径外方に延出する支持筒１３が溶接等により取り付けられている。該支持筒１３は内径がノズル３の外径よりも大きくなっていて、該支持筒１３内へノズル３を貫通配置することが可能となっている。該支持筒１３は、上端にノズル３の外径と同径の孔１４Ａが中央に形成されていると共に該支持筒１３の半径方向外方に突出するフランジ部１４を有していて、該孔１４Ａを経て上方から貫通配置されたノズル３を上記孔で溶接等により保持している。上記フランジ部１４には、周方向の複数位置に取付孔１４Ｂも形成されている。保持されたノズル３は、第一実施形態の場合と同様に、下端の吐出口が管路の中心となる管軸線上に位置している。
このように、混合部材２とノズル３が一体化されたユニットは、図６（Ｂ）そして図７に見られるように、管部材４，４の継手部４Ａ，４Ａで挟持保持される。
本実施形態では、管部材４，４は、第一実施形態のような管端におけるテーパ部を有しておらず、内径は管長のどの位置でも同じな直管となっている。管端には継手部４Ａ，４Ａを有し、該継手部４Ａ，４Ａにはボルト孔４Ａ−１，４Ａ−１が周方向の複数位置に穿設されている。該ボルト孔４Ａ−１が設けられているピッチ円の径は、ユニットの混合部材２そして環状プレート１２の外径よりも大きく設定されている。
本実施形態のユニットは、管部材４，４の継手部４Ａ，４Ａ同士間に配され、継手部４Ａ，４Ａのボルト孔４Ａ−１を通して締結されるボルト（図示せず）により、上記継手部４Ａ，４Ａ間で挟圧保持される。このように継手部４Ａ，４Ａで保持されたユニットのノズル３の下端吐出口は、自動的に管部材４の管軸線上に位置するようになる。
このように、ユニットを管部材へ取り付けた後に、添加流体を供給する配管が上記支持筒１３のフランジ部１４に対して、取付孔１４Ｂへ挿入される取付ボルト４Ｂ（図７参照）により、連結されることで、添加流体が上記ノズル３へ供給されることが可能な状態に設定される。
本実施形態では、静止型混合装置が一つのユニットとして形成されているので、その取扱いが容易となる。また、本実施形態では、管部材にテーパ部がなく内径が均一な直管なので、管部材の形状が簡素となる。
本実施形態では、ユニットの連結部１１に、取扱い時の吊下作業に便宜なように、吊下片を設けておくことが好ましい。例えば、周方向でノズルの両側となる連結部１１の上部位置に、吊下用の孔が形成されている耳状の突片を上記連結部に溶接等で取り付けておけば、ユニットが大型で重量が大きくとも、チェーンブロック等で吊下作業を容易に行える。
＜第三実施形態＞
次に、第一及び第二実施形態で説明した本発明に係る静止型混合装置を、海中からの取水しバラスト水として使用するために濾過された海水へ供給した殺菌剤を拡散・混合する混合装置として、また、殺菌剤が供給されたバラスト水を排水する際にバラスト水へ殺菌剤分解剤を拡散・混合する混合装置として構成し、これをバラスト水処理装置に組み入れた場合の実施形態について説明する。以下、添付図面の図８ないし図１０にもとづいて、本発明に係るバラスト水処理装置について、一例を具体的に説明する。
・バラスト水取水時処理装置
図８はバラスト水取水時処理装置を示す構成図である。バラスト水取水時処理装置は、図８に示すように、海水を船内に取り込むためのシーチェスト（海水吸入口）４０、海水
取水ライン４１、海水を取り込み後述の濾過装置４４に送水するためのポンプ４３、海水中に存在するプランクトン類を捕捉除去する濾過装置４４、濾過装置４４で濾過された海水中に残存する細菌類やプランクトンを殺滅する殺菌剤を供給する殺菌剤供給装置４５、殺菌剤を供給された海水を受け入れ殺菌剤を上記濾過後の海水中に拡散混合する混合装置４６、混合装置４６から排出された処理水を後述のバラストタンク４７に送水する処理水送水ライン４８、該処理水送水ライン４８から送水される処理水を貯留するバラストタンク４７を備えている。本実施形態では、第一及び第二実施形態の静止型混合装置を上記混合装置４６に用いることができ、第一及び第二実施形態で示したノズル３に殺菌剤供給装置４５から殺菌剤を供給するようにして用いることができる。図８では、混合装置４６に殺菌剤供給ノズルが配置されているように示している。
以下、バラスト水取水時処理装置を構成する各装置をさらに詳細に説明する。
（１）濾過装置
濾過装置４４は、船舶の船側部に設けられたシーチェスト（海水吸入口）４０から取水され、ポンプ４３によって海水取水ライン４１を通して取水される海水中に含まれるプランクトン類を濾過材で捕捉除去するものである。濾過装置の濾過材の目開き３０〜１００μｍのものを用いることが好ましい。目開きを３０〜１００μｍにするのは動物性プランクトン、植物性プランクトンの捕捉率を一定のレベルに保ちつつ、逆流洗浄頻度を少なくして寄港地でのバラスト水処理時間を短縮するためである。逆に言えば、目開きが１００μｍより大きいと動物プランクトン、植物プランクトンの捕捉率が著しく低くなるし、目開きが３０μｍより小さいと逆流洗浄頻度が多くなり寄港地でのバラスト水処理時間が長くなるので好ましくない。
濾過装置の具体例としては、ノッチワイヤフィルタ、ウェッジワイヤフィルタ又は積層ディスクを濾過材とする濾過器を用いることが好ましい。また、濾過装置として、濾過材が金属メッシュフィルタ又は樹脂クロスフィルタで形成され、フィルタの目開きが３０〜１００μｍの濾過装置を用いるようにしても好ましい。
濾過材のフィルタ等の目開きが３０〜１００μｍ程度の濾過装置により、比較的大型の動物性プランクトンと植物性プランクトンをほとんど捕捉して除去するので、殺菌剤によって死滅させる対象は捕捉されなかったプランクトンと細菌となる。そのため、殺菌剤供給装置は、濾過装置を用いずに単に殺菌剤を注入して海水中の全てのプランクトンと細菌を死滅させる方式に比べて、殺菌剤の使用量を大幅に減少させることが可能になる。その結果、殺菌剤費用を低減でき、さらに殺菌剤貯留槽を小さくできるので、船舶への搭載が容易になる。また、残留殺菌剤の環境への影響を減らし、また殺菌剤を無害化するために供給する分解剤の供給を不要にあるいは減らすことができる。
（２）殺菌剤供給装置
殺菌剤供給装置４５は濾過装置４４によって濾過された海水中に残存する細菌類やプランクトンを殺滅する殺菌剤を供給する装置であり、第一及び第二実施形態で示したノズル３が、混合装置４６に配置された殺菌剤供給ノズルとして用いられ、濾過された海水に殺菌剤を供給する。殺菌剤供給装置４５は、殺菌剤を貯蔵するタンク、殺菌剤を所定濃度で殺菌剤供給ノズルに送る送液装置とで構成される。供給する殺菌剤としては、次亜塩素酸ナトリウム、塩素、二酸化塩素、ジクロロイソシアヌル酸ナトリウム、過酸化水素、オゾン、過酢酸、またはこれらの２種以上の混合物が使用できるが、これ以外の殺菌剤を使用することも可能である。
（３）混合装置
混合装置４６は、殺菌剤供給装置４５から供給された殺菌剤を濾過後の海水中に拡散さ
せるものであり、第一及び第二実施形態で示した混合部材２を有する静止型混合装置がこれに相当する。殺菌剤を供給する殺菌剤供給ノズルは、混合装置４６の混合部材に対して、海水の流れ方向の上流側位置、下流側位置、混合部材の位置のうちのいずれかの位置に配置される。本発明の静止型混合装置によって、第一及び第二実施形態で説明したように、短時間で海水中に殺菌剤を急速に拡散・混合させて殺菌剤による細菌類の殺菌作用を促進させる。このように静止型混合装置により濾過後海水中への殺菌剤の混合が促進されるため、殺菌剤を管路内を流送する海水に単に注入するだけの場合に比べて殺菌剤の供給量を低減できる。本発明による静止型混合装置を用いることにより、装置構成をコンパクトにすることができる。
次に、以上のように構成された本実施形態のバラスト水取水時処理装置の動作を説明する。ポンプ４３を稼動することによって、海水取水ライン４１から海水が船内に取水される。海水は濾過装置４４に供給され、濾過装置４４の濾過材の目開きに応じた大きさの動物性プランクトン、植物性プランクトン等が除去される。
濾過装置４４で捕捉されたプランクトン等は、濾過装置４４の濾過材を逆洗することにより洗い流されて海に戻される。海に戻しても同一の海域なので生態系に悪影響はない。つまり、この例ではバラスト水を積み込む際に処理をしているので、濾過装置４４の逆洗水をそのまま放流できるのである。濾過装置４４で濾過された海水には殺菌剤供給装置４５から殺菌剤が供給され、混合装置４６により海水中に殺菌剤が拡散混合され殺菌処理が施される。殺菌処理後の海水は処理水送水ライン４８を通じてバラストタンク４７にバラスト水として貯留される。
バラストタンクに海水を貯留する場合に、殺菌剤供給装置から供給される殺菌剤が所定濃度で残存することが好ましい。これは、バラストタンクに残存する殺菌剤の効果によって、細菌類の再成長を抑制することができるからである。殺菌剤を残存させる濃度は殺菌剤の種類、濃度、およびバラストタンクの材質や塗装の種類によって適宜に決定し、この決定に基づいて殺菌剤供給装置による殺菌剤の供給量を調整する。
なお、上記の例は海水をバラストタンク４７に積み込む際に処理を行う場合であるが、海水をバラストタンク４７に積み込む際には殺滅処理をしないで、バラストタンク４７から排出する際に殺滅処理する場合もある。この場合は、未処理の海水を未処理海水送水ライン（図示せず）を通じてバラストタンク４７に貯留し、バラストタンク４７から排出する際にバラストタンク４７内の未処理のバラスト水を未処理バラスト水供給ライン（図示せず）を通じて、濾過装置４４側に供給して、以降は上記と同様の殺滅処理を行い、処理済みのバラスト水を処理水排水ライン（図示せず）を通じて、海に排水する。
以上のように、本実施形態においては、濾過装置４４で３０〜１００μｍ以上の動物性プランクトン、植物性プランクトンを捕捉除去し、殺菌剤供給装置と混合装置により細菌類やプランクトンを死滅させるようにしたので、どのような水質であっても確実かつ安価にＩＭＯが定めるバラスト水基準を満たすバラスト水の処理が実現できる。また、装置の構成が単純であることから、既存船舶への適用が容易である。
・バラスト水排水時処理装置
図９は、バラストタンク４７に貯留されたバラスト水を排水する際のバラスト水排水時処理装置の構成を示す。該バラスト水排水時処理装置は、殺菌剤分解剤供給装置５０と、混合装置５１そしてポンプ５２を有していて、バラストタンク４７と混合装置５１とが処理前バラスト水排水ライン４９で接続されていて、処理済みバラスト水がポンプ５２により処理済みバラスト水排水ライン５３を経て海中へ排出されるようになっている。本実施形態では、第一及び第二実施形態の静止型混合装置を上記混合装置５１に用いることができ、第一及び第二実施形態で示したノズル３に殺菌剤分解剤供給装置５０から殺菌剤分解剤を供給するようにして用いることができる。図９では、混合装置５１に殺菌剤分解剤供給ノズルが配置されているように示している。
バラストタンク４７に貯留されたバラスト水には上述のように細菌類の再成長を抑制するため、殺菌剤が所定濃度で残留している。このバラスト水を排水する際に、バラスト水に殺菌剤分解剤を供給し拡散・混合し殺菌剤を分解して無害化する処理を行う。バラスト水の排水も船舶への荷積みの時間内に終了する必要があり、短時間で殺菌剤分解剤を拡散・混合させることが必要である。
（４）殺菌剤分解剤供給装置
バラスト水排水時処理装置における殺菌剤分解剤供給装置５０は、殺菌剤を添加されたバラスト水に殺菌剤分解剤を供給してバラスト水中に残存する殺菌剤を分解することで、無害化するものである。
第一及び第二実施形態で示したノズル３が、混合装置５１に配置された殺菌剤分解剤供給ノズルとして用いられ、バラストタンク４７から排水されたバラスト水に殺菌剤分解剤が殺菌剤分解剤供給ノズルから供給され、混合装置５１により拡散・混合され、バラスト水中に残留する殺菌剤を分解して無害化する。殺菌剤分解剤供給装置５０は、殺菌剤分解剤を貯蔵するタンク、殺菌剤分解剤を所定濃度で殺菌剤分解剤供給ノズルに送る送液装置とで構成される。
（５）混合装置
混合装置５１は、殺菌剤分解剤供給装置５０から供給された殺菌剤分解剤をバラスト水中に拡散させるものであり、第一及び第二実施形態で示した混合部材２を有する静止型混合装置がこれに相当する。殺菌剤分解剤を供給する殺菌剤分解剤供給ノズルは、混合装置５１の混合部材に対して、バラスト水の流れ方向の上流側位置、下流側位置、混合部材の位置のうちのいずれかの位置に配置される。
殺菌剤として次亜塩素酸ナトリウム、塩素等の塩素殺菌剤を用いる場合には、これらに対して供給される殺菌剤分解剤としては、亜硫酸ナトリウム、重亜硫酸ナトリウム（亜硫酸水素ナトリウム）、チオ硫酸ナトリウムを用いることができる。また、殺菌剤としての過酸化水素に対して供給される殺菌剤分解剤としては、亜硫酸ナトリウム、重亜硫酸ナトリウム（亜硫酸水素ナトリウム）、チオ硫酸ナトリウムを使用することができる。
本発明の静止型混合装置によって短時間でバラスト水中に殺菌剤分解剤を急速に拡散・混合させて殺菌剤の分解を促進させる。このように本発明の静止型混合装置により殺菌剤分解剤のバラスト水中への混合が促進されるため、短時間でバラスト水を無害化処理でき排水することができる。また、本発明の静止型混合装置を用いることにより、装置構成をコンパクトにすることができる。
・バラスト水処理装置
次に、バラスト水の取水時と排水時の両方に対処できるバラスト水処理装置を図８にもとづき説明する。
図１０において、バラスト水取水時処理装置を構成する各装置は実線で示されるように接続されており、バラスト水排水時処理装置を構成する各装置は破線で示されるように接続されている。各装置自体については、図８そして図９における場合と同じであり共通装置には同一符号を付してその説明を省略する。また各装置は図８そして図９と同様に接続されているが、図１０においては、混合装置とポンプのそれぞれがバラスト水取水時とバラスト水排水時の両方に共用できるようになっており、そのために、海水取水ライン４１には、シーチェスと４０とポンプの間に開閉弁６１、そしてポンプと濾過装置４４の間に開閉弁６２を設け、さらに処理済みバラスト水排水ライン５３には、混合装置とポンプの間に開閉弁６３、そしてポンプより下流側に開閉弁６４を設けていて、これらの開閉切換えによりバラスト水取水処理を行ったり、バラスト水排水処理を行ったりできるようになっている。
バラスト水取水時には、開閉弁６１，６２を開とし、開閉弁６３，６４を閉とする。こうすることで、図８に示したバラスト水取水時処理装置と同じ構成を得る。
次に、バラスト水排水時には、開閉弁６１，６２と閉とし、開閉弁６３，６４を開とする。こうすることで、図９に示したバラスト水排水時処理装置と同じ構成を得る。
このような構成のもとで、バラスト水取水時とバラスト水排水時の処理を選択的に行うことができる。その際、ポンプは、バラスト水取水時には図８のポンプ４３として、バラスト水排水時には図９のポンプ５２として機能する。また、混合装置は、バラスト水取水時には図８の混合装置４６として、バラスト水排水時には図９の混合装置５１として機能する。かくして、ポンプと混合装置のいずれもバラスト水取水時とバラスト水排水時に共用できるようになる。
図１０において、実線で示すバラスト水取水時処理装置の装置構成のうち殺菌剤を濾過された海水に混合する混合装置４６では、混合装置４６の左側から右側に濾過海水が流送される。また、破線で示すバラスト水排水時処理装置の装置構成のうち殺菌剤分解剤を処理前バラスト水に混合する混合装置５１では、混合装置５１の右側から左側に処理前バラスト水が流送される。バラスト水取水時処理の場合の混合装置４６と、バラスト水排水時処理の場合の混合装置５１とで流送流体の流れ方向を逆方向としている。
混合装置として、図１、図２、図６、図７に示す混合部材が平坦な板部材である静止型混合装置を用いる場合には、混合装置においてバラスト水取水時処理の場合と、バラスト水排水時処理の場合とで流送流体の流れ方向を逆方向として、十分な混合効果を得ることができる。処理前バラスト水排水ライン４９を処理水送水ライン４８と兼用し、バラスト水排水時処理の場合には、バラストタンク４７から処理前バラスト水排水ライン４９（処理水送水ライン４８）を用いて処理前バラスト水を混合装置５１（４６）にバラスト水取水時処理の場合の逆方向に流送し殺菌剤分解剤を混合しバラスト水を処理することとする。このようにすることにより、処理前バラスト水排水ライン４９を処理水送水ライン４８と兼用することができ、混合装置とバラストタンク４７とを接続するラインを一つの管路とすることができるため、装置構成がよりコンパクトになり、船舶に搭載する際の制約をなくすことができ、装置費用を低減できる。
１ 静止型混合装置
２ 混合部材
３ ノズル
４ 管路（管部材）
５ リング部
５Ａ 円弧部
６ フラップ部
６Ａ 基部
６Ｂ 端部
７ 狭隘域
８ 開口部
９ 扇状域
１０ 環状部
４４ 濾過装置
４５ 殺菌剤供給装置
４６ 混合装置
４７ バラストタンク
５０ 殺菌剤分解剤供給装置
５１ 混合装置

Claims (8)

  1. 管路内の流送流体へ添加された添加流体を流送流体と混合するために、管路途中に取り付けられた混合部材を有する静止型混合装置において、
    混合部材は、一枚の平板状であって、半径方向に拡がる板部材をなし、外周部をなすリング部と、直径方向で対向する一対の位置で該リング部から半径内方向に延びるフラップ部と、周方向で隣接するフラップ部同士間に形成される開口部とを有し、
    フラップ部は、上記リング部につながる基部と該基部から半径方向内方に延びる端部とを有し、上記基部は、リング部から半径方向内方に直線状に延びる側縁を周方向両側に有し、上記端部は該側縁を延長する線よりも側方に弯曲突出するような円弧状の縁部を有し、フラップ部の基部の側縁とリング部の内周縁を形成している円弧部との交わる角度が９０度以上になっていて、基部の周方向両側の側縁が、上記リング部から上記端部の縁部に向かい徐々に相互間の距離を短縮するテーパ形状になっており、
    対向する二つのフラップ部の端部同士間の管軸線位置に狭隘域が形成されており、
    開口部は、リング部の内周縁を形成し管内壁面と同じ内径の円弧部と二つのフラップ部の基部の側縁そしてフラップ部の端部の縁部により囲まれて形成される二つの扇状域が上記狭隘域により連通されて一つの開口として形成されていることを特徴とする静止型混合装置。
  2. フラップ部は管路軸線に対して直角な面をなしていることとする請求項１に記載の静止型混合装置。
  3. 管路内の流送流体へ添加された添加流体を流送流体と混合するために、管路途中に取り付けられた混合部材を有する静止型混合装置において、
    混合部材は、半径方向に拡がる板部材をなし、外周部をなすリング部と、直径方向で対向する一対の位置で該リング部から半径内方向に延びるフラップ部と、周方向で隣接するフラップ部同士間に形成される開口部とを有し、
    フラップ部は、上記リング部につながり管路軸線に対して直角な面をなしている基部と該基部から半径方向内方に延びる端部とを有し、上記基部は、リング部から半径方向内方に直線状に延びる側縁を周方向両側に有し、上記端部は、半径内方に向け流送流体の下流側へ傾斜しており、上記側縁を延長する線よりも側方に弯曲突出するような円弧状の縁部を有し、フラップ部の基部の側縁とリング部の内周縁を形成している円弧部との交わる角度が９０度以上になっていて、基部の周方向両側の側縁が、上記リング部から上記端部の縁部に向かい徐々に相互間の距離を短縮するテーパ形状になっており、
    対向する二つのフラップ部の端部同士間の管軸線位置に狭隘域が形成されており、
    開口部は、リング部の内周縁を形成し管内壁面と同じ内径の円弧部と二つのフラップ部の基部の側縁そしてフラップ部の端部の縁部により囲まれて形成される二つの扇状域が上記狭隘域により連通されて一つの開口として形成されていることを特徴とする静止型混合装置。
  4. 混合部材は、リング部とフラップ部との境界位置に、管内壁面と接する環状部が設けられていることとする請求項３に記載の静止型混合装置。
  5. 添加流体の添加のためのノズルをさらに有し、該ノズルが流送流体の流れ方向にて混合部材に対し上流側位置、下流側位置、混合部材と同位置の少なくともいずれか一つの位置に設けられていることとする請求項１ないし請求項４のうちの一つに記載の静止型混合装置。
  6. 取水された海水を濾過してプランクトンを捕捉する濾過装置と、濾過後の濾過水中に存在するプランクトンと細菌類を殺滅する殺菌剤を上記濾過水に供給する殺菌剤供給装置と、該殺菌剤を濾過水に拡散混合する混合装置とを備え、混合装置が請求項１ないし請求項５のうちの一つに記載の静止型混合装置であることを特徴とするバラスト水取水時処理装置。
  7. バラストタンクからの殺菌剤が残留するバラスト水に、殺菌剤分解剤を供給する殺菌剤分解剤供給装置と、該殺菌剤分解剤を上記バラスト水中に拡散混合する混合装置とを備え、混合装置が請求項１ないし請求項５のうちの一つに記載の静止型混合装置であることを特徴とするバラスト水排出時処理装置。
  8. 取水された海水を濾過してプランクトンを捕捉する濾過装置と、濾過後の濾過水中に存在するプランクトンと細菌類を殺菌する殺菌剤を上記濾過水に供給する殺菌剤供給装置と、該殺菌剤を濾過水に拡散混合する混合装置と、混合後の濾過水をバラスト水としてバラストタンクへ送水する送水装置と、バラストタンクからの殺菌剤が残留するバラスト水に、殺菌剤分解剤を供給する殺菌剤分解剤供給装置と、該殺菌剤分解剤を上記バラスト水中に拡散混合する混合装置とを備え、濾過水のバラストタンクへの送水とバラストタンクからのバラスト水の排水とを切り替えることで、殺菌剤の拡散混合と殺菌剤分解剤の拡散供給とが共通の混合装置で交互に行われるようになっており、該混合装置が請求項１ないし請求項５のうちの一つに記載の静止型混合装置であることを特徴とするバラスト水処理装置。
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