压舱水处理装置的制作方法

专利名称：压舱水处理装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及压舱水处理装置，更具体地说，涉及在将海水抽入到船舶的 压舱水罐内或将压舱水从压舱水罐排出到海中时，能够消灭压舱水中微生物 的压舱水处理装置。
背景技术：
通常，由于压舱水使用海水，因而生存在海水中的细菌和微小生物与海 水一起大量混入压舱水内。如果将上述压舱水排放到目的地的海水中，则外 来的微小生物被大量排出到目的地的海水中，在世界各地引起生态系统破 坏。对此， 一种处理方式是在航行途中的海洋上，与细菌和微小生物比较少 的海水进行交换。此时，如果将压舱水罐排空后再向压舱水罐内抽入海水， 存在因船舶的平衡所引起的安全性、恶劣气候环境下难以实施等问题。此外， 如果采用一边由泵抽补海水一边使压舱水从压舱水罐的排出管中溢出的方
法，为了更换95%以上的压舱水，则必须更换相当于压舱水罐容量3倍左右 的海水，例如压舱水罐的容量为6万吨，则必须抽取18万吨的海水，现实 中实施非常困难。
IMO (国际海事机关)于2004年2月采用压舱水管理的国际条约。该 国际条约的目的是确保保护海洋生态体系以及国际航运的顺利进行，通过对 船舶的压舱水和沉淀物进行控制和管理，防止因有害水生生物和病原体的移 动所引起对环境、人体健康、财产和资源的危害。压舱水的排放标准为动物 浮游生物少于10个/m^植物浮游生物少于10个细胞/ml、霍乱菌少于lcfli(集 落形成单位)/100ml、大肠菌少于250cfo/100ml、肠球菌少于100cfo/100ml。
除了海洋上交换压舱水方法之外，还具有在将压舱水抽入压舱水罐内或
从压舱水罐内排出时，施加高电压脉冲，由电弧放电进行杀菌的方法(参考 专利文献1)。
此外，还存在利用锅炉的蒸汽热方法、利用紫外线的DNA破坏作用的 方法、利用由臭氧引起的细胞膜的氧化分解的方法(参考专利文献2)。
本申请人也提出了在通过管子的流体中引起旋转流，产生空穴作用(空 洞化现象)，使气体和液体等两种流体有效混合的流体混合装置(参考专利 文献3)，以及使用臭氧进行净化的臭氧反应装置(参考专利文献4)等方案。 该流体混合装置也被称作串联混合机(in-line mker)，由于能够在短时间内 对大量压舱水进行杀菌，因而进行了各种实验。
根据这些实验，串联混合机能够对压舱水进行有效杀菌。串联混合机是 利用由旋转流将流体推压到管的内表面上而引起的加压、使旋转流与设置在 内周部上的多个突起碰撞而引起的冲撞、以及由空穴作用引起的冲击波等三 种作用的复合效果，能够破坏浮游生物的细胞膜。在旋转流的中央部所产生 的空穴由于为低压，产生气泡，所产生的气泡因周围高压而破裂，由此形成 由空穴引起的冲击波。这种力学作用虽然能够有效地消灭数十至数百微米大 小的浮游生物和幼体，但是为了更有效地发挥这种效果，需要对串联混合机 进行改进，从而能够更早地引起旋转流。
根据上述实验断定，由于霍乱菌和大肠菌的尺寸为1 5微米，尺寸非 常小，因而由串联混合机的力学作用不能消灭霍乱菌和大肠菌。因而，希望 一种仅依赖于杀菌剂和细菌接触，具有比氯大7倍杀菌作用的臭氧杀菌物品 等。此时必须瞬间进行气体(杀菌剂)和液体(压舱水)的混合、或液体(杀 菌剂)和液体(压舱水)的微细混合。虽然串联混合机具有这种优良的混合 性能，但是为了可靠地消灭压舱水中的微生物，需要进一步提高这种混合能 力。
专利文献1:特开2002—192161号公报
专利文献2:特开2004—160437号公报
专利文献3:特开2000 — 354749号公报
专利文献4:特开平7 —124577号公报

发明内容
本发明的目的是提供一种压舱水处理装置，能够改善串联混合机的性 能，有效地消灭数微米至数百微米大小的微生物，在短时间内能够对大量压 舱水进行处理。
本发明压舱水处理装置的特征是，该压舱水处理装置包括用于向船舶 的压舱水罐给水和从压舱水罐排水的管路；设置在该管路上并进行压舱水的 给水和排水的压舱水泵；臭氧发生装置或过氧化氢发生装置；串联混合机， 该串联混合机包括将所生成的臭氧或过氧化氢投入到上述管路内的气液注 入管、具有指定内径的主筒部、内径比上述主筒部小且在内周部上设置了多 个突起物的支筒部以及连接在两个内径部之间的锥部，该串联混合机还具有 在筒内部引起旋转流的2个翼板；其中，上述压舱水通过上述串联混合机， 同时进行力学破坏杀菌以及由臭氧或过氧化氢与压舱水的微细混合所引起 的化学活性物质杀菌，上述力学破坏杀菌是由压舱水的加压、上述压舱水与 上述突起物的碰撞以及空穴作用冲击波等3种作用形成。
上述串联混合机优选形成有通孔，上述锥部的翼座安装在上述主筒部-一 端的面对上述支筒部的位置上，上述翼板安装在上述通孔内，且通孔的内径 与上述支筒部内径相同，上述锥部将上述通孔的内径与上述主筒部的内径相 连。
上述串联混合机优选将上述翼板设置在上述锥部上，同时使上述2个翼 板形成的交叉角为直角，使上述锥部的倾斜角为上述交叉角的四分之一。 根据本发明权利要求1的压舱水处理装置，(1)能够在压舱水滞留在船
舶的压舱水罐内时以及在从压舱水罐将压舱水排放到海上时进行杀菌处理。 (2)由于使用串联混合机，仅使压舱水通过就行，因而就能在短时间内进
行大量杀菌处理。例如如果送水压为3.8kgf/cm勺顿便说一下，自来水具有2 3kgf/cn^的排出压力)，则吸入侧管径250毫米、排出侧管径200毫米的串联 混合机每小时能够处理900立方米的压舱水。(3)主筒部和支筒部通过锥部 相连，支筒部的内径比主筒部的内径细，因而能够获得更高速的旋转流。从 而，能够提高由压舱水的加压、压舱水与突起物的碰撞、以及空穴作用冲击 波所形成的力学杀菌能力。(4)同时，旋转流的高速化也改善了压舱水与臭 氧或过氧化氢的混合性能，因而也提高了化学杀菌能力。
根据权利要求2的串联混合机，由于翼座的通孔延长到支筒部，因而设 置在通孔内的翼板等同于设置在支筒部内。从而，压舱水被迅速地加速，能 够生成强烈的旋转流。由于在翼座上形成锥部，因而，具有不需要在主筒部 上形成锥部的加工的制造上的优点。而且，在对翼座加工中，锥部的角度可 以为任意角度。
根据权利要求3的串联混合机，将翼板设置在锥部上，同时翼板的交叉 角为直角，也就是90度，锥部的倾斜角为90度的四分之一，也就是22.5 度，因而能够遏制压舱水的阻力，产生强烈的旋转流，使压舱水产生像锥端 螺钉那样的作用，并在支筒部被压出。


图1是本发明船舶压舱水杀菌系统的结构图。
(实施例1)
图2是本发明的串联混合机的立体图。
图3是图2的串联混合机的断面图。
图4是显示图3的2个翼板配置的立体图。
图5是图3的翼板的平面图。
图6是图3的翼座的立体图。
图7是本发明其它串联混合机的断面图。
图8是显示图7的2个翼板配置的立体图。
图9是图7的翼板的平面图。
图10是示意性显示图7所示串联混合机的压舱水的流动的视图。 图11是显示在图3或图7所示串联混合机的支筒部的旋转流的动作图。 图12是被串联混合机破坏的微生物的照片，图12 (a)卤虫(Altemia) 示例，图12 (b)是轮虫(Brachio画)示例。
符号说明
1:船舶 2:压舱水罐 3:压舱水泵 6:串联混合机 7:臭氧发生装置或过氧化氢发生装置 10:给水和排水管路
10a,10b:给水管10c,10d:排水管10e:公用管
20、 21、 22、 23、 24:阀25:气液注入管30:主筒部
31:支筒部 32:法兰 33:连接口 34:锥部
35:蘑菇型突起物36:翼板36a、 36b:翼板
37:翼板的外周曲线(椭圆) 40:空穴 41:重流体层 42:轻流体层 45:凹部 46:翼座 47:通孔 50:锥部的倾斜角 51:翼板的倾斜角 52:交叉角
53:倾斜角(65度) 54:倾斜角(45度) 60、 61、 62、 63、 64:流动方向
具体实施例方式
下文将参考附图对本发明的实施例进行详细介绍。
实施例1
图1是本发明船舶的压舱水杀菌系统的结构图。船舶1具有双层船帮和
双层船底，在此处形成了压舱水罐2。压舱水罐从上面开始依次被称作顶罐
(toptank)、底舱罐(bilgetank)和底罐(bottomtank),在船底的中心分为 左右结构。向压舱水罐2给水和排水的管路10设置了双系统，在此参考图1 的右侧。当向压舱水罐2供给压舱水时，压舱水泵3打开阀20和22，关闭 阀21和23，打开阀24，使压舱水罐2内的空气或溢出的压舱水流到外部， 从管10a的一端将海水抽入，由串联混合机6进行杀菌，通过管10e和10b， 将压舱水供给到压舱水罐2的上部。当从压舱水罐2将压舱水排出时，打开 阀21和23，关闭阀20和22，从管10c的一端抽取压舱水罐2底部的压舱 水，由串联混合机6进行杀菌，通过管10e和10d，将压舱水从船侧排到海 里。由臭氧发生装置或过氧化氢发生装置7所产生的臭氧或过氧化氢由气液 注入管25供给到串联混合机6内。
臭氧发生装置在内部配置了多个高电压的放电管，通过从空气中获取的 氧气流过臭氧发生装置，生成臭氧。由03表示臭氧，具有由OH自由基
(radical)引起的强力氧化分解作用。具有强力杀菌力、脱臭力、漂白力。 原料是空气中的氧气，价格低廉。没有任何残留毒性。串联混合机6适于对 压舱水和气体即臭氧进行精细混合。
过氧化氢发生装置是产生过氧化氢液体的装置。过氧化氢由1"1202表示， 具有对有机物进行氧化分解的杀菌作用。过氧化氢浓度为3%的过氧化氢溶 液作为消毒剂是众所周知的。例如以软水或海水为电解液，以空气为原料，
进行电分解而制造过氧化氢。其反应是以1/202和H20获得H202。
图2是串联混合机的立体图。串联混合机6包括主筒部30和管径比主 筒部30细的支筒部31。在筒内的主筒部30和支筒部31之间设置了锥部， 筒内的流速是如果筒径相同，则越往右侧，因受到阻力，流速下降。支筒部 31的内径比主筒部30的内径细，因而增大了流速。压舱水从左侧流入，进 行杀菌处理，从右侧的支筒部31被排出。在左右端上设置了法兰32，以便
与配管相连。在主筒部30上设置了从杀菌剂的产生装置延伸的气液注入管25的连接口 33。
图3是图2的串联混合机的断面图，如图3所示，在串联混合机6的主 筒部30和支筒部31之间设置了翼座46。翼座46在中央具有与支筒部31 的内径相同的通孔47，还具有锥部34。产生旋转流的翼板36安装在通孔47 内。蘑菇型突起物35安装在支筒部31的内周部上。另外，气液注入管25 的一端贯穿翼板36的中央部并向支筒部31敞开。气液注入管25的另一端 从主筒部30的侧壁向外侧突出并成为连接口 33。由于气液注入管的连接口 33设置在串联混合机6上，因而无需在压舱水泵的前或后设置特别的插入 部。另外，臭氧或过氧化氢由于直接输送到处于与旋转流速度的平方成比例 的负压的低压部，因此能够良好地注入。串联混合机6的形状例如能够为长 度约1米，吸入侧内径200毫米，排出侧内径100毫米等。
图4是显示2个翼板配置的立体图。翼板36a和36b的交叉角52为90 度。如果交叉角小于90度，则出现周期很长的旋转流，而如果交叉角大于 90度，则流动阻力增大，不能顺利地流动。从图4左侧进入的压舱水在翼板 36a和36b处旋转，在支筒部31被压出。例如从图4左下正面前侧水平进入 的流动碰到翼板36a后，上升到图4的右上，将方向改变为翼板36b的上侧 里面方向。由翼板对压舱水的通过流量进行控制。能够通过压舱水的面积就 是翼板36a和36b交叉的上下大致三角形区域，大约是通孔断面积的二分之
图5是翼板的平面视图。翼板36的形状大致是将椭圆切除一半后的形 状。半圆形凹部45是杀菌剂流动的气液注入管25的贯穿部位。翼板36的 外周曲线37为椭圆。将通孔47看作为圆柱，如果由与底面不平行的平面对 该圆柱进行截断，则组成断面的曲线为椭圆。
图6是翼座的立体视图。翼座46的外径与主筒部30的内径相同。通孔
47的孔径与支筒部31的内径相同。锥部34的角度在此为45度。但是并不 限于此，锥部34的角度也可以为30度。如果减少角度，则翼座46的长度 增大，从而主筒部30的长度也增加，但是由于能够降低流动阻力，从而压 舱水泵3的负荷下降。
图7是采用了与图3不同结构的串联混合机的断面图。虽然内部结构不 同，但是采用与图2相同的附图标记。串联混合机6包括主筒部30和管径 比主筒部30细的支筒部31，在主筒部30和支筒部31之间设置了锥部34。 虽然可以通过直接对筒进行加工获得锥部34，但是也可以像图3那样设置翼 座而形成所述锥部。
如图7所示，翼板36没有安装在支筒部31内，而是安装在锥部34上。 翼板36的这种配置与将翼板36设置在支筒部31内相比，由于形成大尺寸 的翼板，因而能够进一步减轻压舱水泵3的负荷。
图8是显示图7所示2个翼板配置的立体视图。2个翼板36的交叉角 52为90度。如图8所示，以夹持着气液注入管25的部位为中心，翼板36 的左侧长度比右侧长度长，因而其左右不对称。
图9是图7所示翼板36的平面视图。由于翼板36的左侧焊接在锥部34 上，因而，尺寸比图4所示翼板36的尺寸大。
半圆形凹部45是夹持着杀菌剂流动的气液注入管25的部位。该翼板36 的外周曲线37也为椭圆。在此，将锥部34看作为圆锥，如果由与底面不平 行的平面对该圆锥进行截断，则组成断面的曲线为椭圆。
图10是示意性显示图7所示串联混合机的压舱水的流动的视图。由于 翼板36a和36b的交叉角52为90度，因而翼板36a与轴线方向所形成的倾 斜角51为45度。伴随此，锥部34的倾斜角50是倾斜角51的二分之一， 即22.5度，也就是90度的四分之一。根据这种配置，当水平的流动方向60 的压舱水与翼板36a碰撞时，压舱水朝向上方、即流动方向61流动，但是不能逆行从左向右流动。当在翼板36a斜向上方、即流动方向62的压舱水 与锥部34碰撞时，压舱水朝向下方、即流动方向63流动，但是不能逆行从 左向右流动。如果不逆行，则能够顺利地流动。翼板36b的功能与翼板36a 的相同。如图IO右下所示，当锥部34的倾斜角像倾斜角53那样为65度时， 或像倾斜角54那样为45度时，如果流动方向64的压舱水与锥部34碰撞， 则由于该流动朝向左侧方向，成为逆流。也就是不能顺利地流动。
如图10所示，由翼板控制压舱水的通过流量，但是由于能够通过压舱 水的面积为由图10的翼板36交叉的上下直角三角形所示区域(省略气液注 入管的区域)，因而比图3的翼板36交叉形成的上下区域大，与图3相比， 通过流量大。而且将翼板36设置在主筒部30顶lj，而不设置在锥部34上， 进一步减轻了压舱水泵3的负荷。但是，在行进至支筒部31之前，旋转流 的力量进一步变小。
图11显示在串联混合机的支筒部31的旋转流的动作图。图11是沿箭 头所示方向观看图3或图7的A-A断面所获得的视图。流入主筒部30内的 压舱水在翼板36处变为旋转流，并流入支筒部31。在此由旋转流所引起的 强离心力，重流体层41被推压到外侧，轻流体层42移动到内侧。沿着支筒 部31中心轴的中央部变为空穴40，产生低压状态。旋转流与蘑菇状突起物 35碰撞，变为超微细粒子群。从主筒部30的气液注入管25输入的臭氧或过 氧化氢因低压而进入空穴40，与压舱水混合并细微分散。而且由于空穴40 为低压，压舱水中的气泡或臭氧中的气泡膨胀。所述气泡与蘑菇状突起物35 碰撞并破裂，产生由气泡(空腔)所引起的空穴作用冲击波。由该冲击波， 能够破坏浮游生物等的细胞膜。确认了在支筒部31内产生40千赫以上的超 音波，进一步促进气泡的产生。
这种反应例如难以抵达到螃蟹甲壳中为止。因而在图1中当抽取海水时， 优选在管路中设置用于排除大固体的过滤器。此外，利用显微镜能够确认微细生物的破碎片、细胞膜的破碎状态。图12是1次通过串联混合机后被破坏的压舱水中微生物的照片，图12 (a)是卤虫的细胞膜被破坏的示例，如 处理后的照片所示，卤虫的左侧细胞膜破裂。图12 (b)是轮虫被粉碎为粉 状的示例，中央白色部分是逆光。如处理后的照片所示，能够确认轮虫的粉 碎片在浮游。
工业实用性
本发明由于能够在短时间内对大量压舱水进行杀菌处理，因而适于船舶 的压舱水处理装置。
权利要求
1、一种压舱水处理装置，其特征在于，该压舱水处理装置包括用于向船舶的压舱水罐给水和从压舱水罐排水的管路；设置在该管路上并进行压舱水的给水和排水的压舱水泵；臭氧发生装置或过氧化氢发生装置；串联混合机，该串联混合机包括将所生成的臭氧或过氧化氢投入到上述管路内的气液注入管、主筒部、内径比该主筒部小且在内周部上设置有多个突起物的支筒部以及连接在两个内径部之间的锥部，该串联混合机还具有在筒内部引起旋转流的二个翼板；上述压舱水通过上述串联混合机，同时进行力学破坏杀菌以及由臭氧或过氧化氢与压舱水的微细混合所引起的化学活性物质杀菌，上述力学破坏杀菌是由压舱水的加压、上述压舱水与上述突起物的碰撞以及空穴作用冲击波3种作用形成。
2、 根据权利要求1所述的压舱水处理装置，其特征在于，上述串联混 合机中，将形成有通孔和上述锥部的翼座安装在上述主筒部一端的面对上述 支筒部的位置上，上述翼板安装在上述通孔内，且上述通孔的内径与上述支 筒部的内径相同，上述锥部将上述通孔的内径与上述主筒部的内径相连。
3、 根据权利要求1所述的压舱水处理装置，其特征在于，上述串联混 合机将上述翼板设置在上述锥部上，同时使上述二个翼板形成的交叉角为直 角，使上述锥部的倾斜角为上述交叉角的四分之一。
全文摘要
提供压舱水处理装置，能够改善串联混合机的性能，在短时间内能够对大量压舱水进行杀菌处理。本发明的压舱水处理装置包括用于向船舶的压舱水罐给水和从压舱水罐排水的管路；设置在该管路上的压舱水泵；臭氧发生装置或过氧化氢发生装置；串联混合机，该串联混合机包括将所生成的臭氧或过氧化氢投入到上述管路内的气液注入管、主筒部、内径比该主筒部小且具有多个突起物的支筒部以及锥部，并将2个翼板交叉地设置在筒部内。同时进行由旋转流引起的力学破坏杀菌以及由微细混合所引起的化学活性物质杀菌。
文档编号C02F1/50GK101208272SQ200580050210
公开日2008年6月25日 申请日期2005年6月20日 优先权日2005年6月20日
发明者植松秀人 申请人:株式会社Ohr实验室;植松秀人