(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体機械に設置されて液体の流体抵抗を低減するための流体抵抗低減皮膜であって、
基材と、この基材に付着した高分子ポリマーと、を備え、
前記高分子ポリマーは、基材に固定された、微生物又は当該微生物を含むバイオフィルムによって産生されることを特徴とする流体抵抗低減皮膜。
【請求項２】
流体機械に設置されて液体の流体抵抗を低減するための流体抵抗低減皮膜であって、
基材と、この基材に付着した高分子ポリマーと、を備え、
前記高分子ポリマーは、ポリグルタミン酸、デキストラン、グルカン等の細胞外多糖からなる群から選択される少なくとも１つの物質であることを特徴とする流体抵抗低減皮膜。
【請求項３】
前記高分子ポリマーは、ポリグルタミン酸、デキストラン、グルカン等の細胞外多糖からなる群から選択される少なくとも１つの物質であることを特徴とする、請求項１に記載の流体抵抗低減皮膜。
【請求項４】
前記微生物は、納豆菌、乳酸菌、酵母、ロドコッカス属細菌からなる群から選択される少なくとも１つであることを特徴とする、請求項１又は３に記載の流体抵抗低減皮膜。
【請求項５】
前記基材は、ポリエチレンを含んでいることを特徴とする、請求項１〜４の何れか一項に記載の流体抵抗低減皮膜。
【請求項６】
前記基材は、表面に直径５〜１０μｍの複数の凹部を有することを特徴とする、請求項１〜５の何れか一項に記載の流体抵抗低減皮膜。
【請求項７】
前記基材は、ポリエチレン繊維を編んだ布状であることを特徴とする、請求項１〜４の何れか一項に記載の流体抵抗低減皮膜。
【請求項８】
前記基材は、微生物が混入している塗装液を、前記流体機械の所定個所に塗布して形成したことを特徴とする、請求項１〜５の何れか一項に記載の流体抵抗低減皮膜。
【請求項９】
前記基材は、水溶性材料でカプセル化した前記微生物を、前記流体機械の所定個所の塗装面に噴霧して形成したことを特徴とする、請求項１〜５の何れか一項に記載の流体抵抗低減皮膜。
【請求項１０】
請求項１〜９の何れか一項に記載の流体抵抗低減皮膜が設置された流体機械であって、
前記流体機械は、ポンプ、ポンプケーシング、羽根車、配管、バルブ、水車、船舶のプロペラ、船体又は液体に浸漬される構造物であり、
前記流体抵抗低減皮膜が、液体と接触する部位の少なくとも一部に設置されていることを特徴とする、流体機械。
【請求項１１】
前記流体抵抗低減皮膜は、単一層又は多層の防錆膜又は防汚膜を介して前記流体機械に設置されることを特徴とする、請求項１０に記載された流体機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、流体抵抗低減皮膜およびこれを用いた流体機械に係り、特に、液体の送液システムにおける流体抵抗（摩擦損失）や船舶などにおける流体抵抗の低減が可能な流体抵抗低減皮膜およびこれを用いた流体機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポンプや配管を含む送液システム、重力によって送水する水車を含むシステム、あるいは船舶などの水上移動構造物には、接液面に液体との相対速度に起因する流体抵抗が生じる。この接液面での流体抵抗は、送液効率の低下や移動速度の低下をもたらす。このため、流体抵抗の低減は解決するべき重要な技術的課題である。例えば、流体機械がポンプである場合、ポンプの性能が良くても、上記流体抵抗が原因となって効率よく液体を搬送できない場合がある。また、ポンプ及びそれに付随した配管には流れに逆らうように流体抵抗が生じ、ポンプの効率を妨げる原因となる。
【０００３】
液体を搬送するときに生じる流体抵抗を低減することによりポンプの効率は向上し、より多くの液体を高いところに揚げたり、より多くの液体を遠方まで搬送することができる。従って、従来から流体機械に生じる流体抵抗を低減するための努力はなされてきた。具体的には、例えば、送液システムで使用する配管の径を大きくしたり、配管の曲がり部を少なくする、あるいは配管が絞られる部分をできる限り少なくするなどの対策である。これらは、いわゆる構造的な流体抵抗低減法と言える。しかしながら、送液システムの設置空間が狭い場合には、大きな径の配管を使用することはできないし、曲がりの無い直線状の配管だけで送液システムを設計することもできない。また液体の流れの制御のためには、配管の開閉のために当然バルブ等を使用する必要があり、これらの構造的な工夫のみでの流体抵抗低減には限界がある。
【０００４】
上記のような構造的な流体抵抗低減法の他に、高分子ポリマーや界面活性剤などの流体抵抗低減剤を対象液体に混入する方法が提唱されている（非特許文献１参照）。これは、流体機械の接液面付近や対象液体中に高分子ポリマー（例えば、ポリエチレンオキサイド）をｐｐｍオーダーで混入すると、液体の流体抵抗（乱流摩擦抵抗）が減少するという原理に基づくものである。これは「トムス効果」として知られている。流体抵抗低減に有効な高分子ポリマーに共通な性質としては、（１）直鎖状であること（ポリマーの一分子を真直に伸ばした時の長さと直径の比は、ポリエチレンオキサイドで２２０００〜１６５０００）、（２）分子量が大きいこと（数十万〜百万以上）、（３）溶解性が良いこと、などが挙げられる。
【０００５】
「トムス効果」の代表的なものとしては、イルカや魚などの水中を泳ぐ動物の体表面から高分子ポリマーを分泌する例が挙げられる。イルカや魚は体表面がヌルッとしており、水中を速く泳ぐために高分子ポリマーからなる体液を分泌し、その分泌物を水に混入させることで流体抵抗を低減している。また、ある種の魚においては、体表面に住む微生物が高分子物質を産生し、それにより流体抵抗を低減していることが知られている。（文献“Fish Skin Bacteria:Colonial and Cellular Hydrohobicity”Sar N. Rosenberg E.,Microbial Ecology(1987)13:193-202, “Fish Skin Bacteria:Production of Friction-reducing Polymers”Sar N. Rosenberg E.,Microbial Ecology(1989)17:27-38 ）。また、「トムス効果」に基づく流体抵抗低減法の適用例としては、ホテル、マンション、オフィスビル、スーパー、老人施設などの建築物において、冷温水循環系にこの流体抵抗低減剤を混入してポンプ効率を向上させ、２０％程度の省エネによる経費節減を実現する技術が実用化されている。
【０００６】
一方、環境親和性向上の観点から、天然由来の流体抵抗低減剤の研究も進められている。具体的には、海洋の藻類、なめこやとろろ芋の液汁、ナタ・デ・ココ（ココナッツの汁を発酵させたゲル状物質）、イースト菌や麹菌を培養した水溶液を用いる方法などである。麹菌を用いる例としては、特許文献１に開示されている（要約書参照）。具体的には、麹菌を培養させた水溶液を搬送液体中に注入、添加あるいは混入することによって、液体の乱流摩擦を低減させ、システムを駆動する動力を低減しようとするものである。
【０００７】
流体抵抗低減剤を混入する上述のような従来例では、常に流体抵抗低減剤を対象液体中に補充する必要がある（詳細は後述する）。これは、完全閉鎖系（対象液体が外部環境に放出されない）の流体機械であっても、長時間の運転により流体抵抗低減剤の効果が低下する場合があるからである。また、開放系（対象液体が外部環境に放出されるか、対象液体自体が外部環境に存在する場合）の環境での使用の場合には、流体抵抗低減剤が常時消費されてしまう。これを解決するためには、外部からの流体抵抗低減剤の補充無しに、実質的に流体抵抗低減剤が補充されるのと同様の効果を奏する構成が必要となる。この点に関し、流体抵抗を低減する目的ではないが、粘性物質を産生するバチルスサブチルス｛こそうきん｝等の微生物菌を含んだセメントペーストを使用した、水浄化用コンクリートプレートが開示されている（特許文献２参照）。これは、バチルスサブチルスを生かした状態でコンクリートプレートに固定し、長期間にわたって水浄化作用を維持しようとするものである。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】機械の研究  第２３巻  第１号（１９７１）  第１９３頁
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−１７２２０９号
【特許文献２】特許第４０６５４０２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述のような、流体抵抗低減剤を搬送液体中に混入する従来例の場合、以下のような問題がある。すなわち、完全閉鎖系の流体機械においては、流体抵抗低減剤を搬送流体に混入すればよいが、上述したように流体抵抗低減剤の効果は徐々に低下する。このため、流体抵抗低減剤の調合、貯留、放出のための装置群を付設する必要がある。このことは、システム全体の複雑化や高コスト化を招く。一方、開放系の送液システム、船舶、水上および水中構造物等の流体機械では、更に問題となる。例えば、外部の環境水に接液するような船舶においては、船底の表面から流体抵抗低減物質を徐々に滲出させる必要がある。そのための機構も研究されているが、まだ十分には確立されていない。
【００１１】
また、人工的に生成された流体抵抗低減剤の多くは、必ずしも自然環境における安全性が高い訳ではなく、人体への影響が不明である。例えば、陽イオン性界面活性剤は、人体に刺激性を有するものもある。また、無害と特定するためには動物による臨床実験を繰り返し行わなくてはならず、使用が可能となるまでには時間がかかる。さらに、一度無害と判定されても、長い年月を経た後で害があると判定し直される場合もある。
【００１２】
そのような理由から、明らかに無害であると判断されるもの以外の高分子ポリマーに関しては、人体に直接取り込まれるような飲料水用の上水道には使用できない。また、直接には人の口に入れるものではないが、浄水場の水への使用などはできないと考えるのが普通であり、下水道などにも使用しないほうが良いであろうと思われる。
【００１３】
また、陽イオン性界面活性剤などの人工物質を環境中に放出するのも望ましくない。従って、船舶などのように、直接河川や海洋の水に接液する流体機械に対して制限無く使用することはできない。また、大量の液体を送液するようなパイプラインに利用する場合においても、完全閉鎖系でない場合は、末端で流体抵抗低減剤を分離あるいは無害化する必要がある。従って、流体抵抗低減剤の効果は認識されてはいるものの、今のところ、その使用範囲は狭く、上述のような閉鎖系の送液システムへの混入等に限定されている。
【００１４】
一方、外部環境への負荷低減及び継続的使用を考慮して、天然由来の微生物菌をセメン
トプレートで生かし続けるような、上述のような技術も提案されている。天然由来物質を用いれば、対象液体に流体抵抗低減剤が注入、添加あるいは混入されても、環境への負荷が無いかあるいは少ないからである。しかしながら、特許文献２に係る発明が目的とするのは、水の浄化であって流体抵抗の低減では無い。
【００１５】
仮に、上述した課題が全て解決されて、安全性が確認された天然由来の流体抵抗低減剤を、例えば浄水場までの管路や下水道などへ使用できれば、利用範囲が大きく拡大して、省エネ効果が著しく向上する。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題に鑑み、本願発明は、簡易な構造で流体抵抗低減剤を継続的に供給できる流体抵抗低減皮膜を提供することを目的としている。特に、天然由来物質で人体に悪影響の無い流体抵抗低減剤を利用して、上下水道などを含めて広範囲の分野に利用できる流体抵抗低減皮膜及びこれを用いた流体機械を提供する。 
【００１７】
上記目的を達成するために、本願発明では、流体機械に設置されて液体の流体抵抗を低減するための流体抵抗低減皮膜であって、基材と、この基材に付着した高分子ポリマーとを備える、という構成を採っている。
【００１８】
また、前記高分子ポリマーは、基材に固定された、微生物又は当該微生物を含むバイオフィルムによって産生される、という構成を採っている。
【００１９】
また、前記高分子ポリマーは、ポリグルタミン酸、デキストラン、グルカン等の細胞外多糖（ＥＰＳ:Extracellular polysaccharide）からなる群から選択される少なくとも１つの物質である、という構成を採っている。
【００２０】
また、前記微生物は、納豆菌、乳酸菌、酵母、ロドコッカス属細菌からなる群から選択される少なくとも１つである、という構成を採っている。
【００２１】
また、前記基材は、多孔質ポリエチレンからなる、という構成を採っている。
【００２２】
また、前記多孔質ポリエチレンは、表面に直径５〜１０μｍの複数の凹部を有する、という構成を採っている。
【００２３】
また、前記基材は、ポリエチレン繊維を編んだ布状である、という構成を採っている。
【００２４】
また、前記基材は、微生物が混入している塗装液を、前記流体機械の所定個所に塗布して形成した、という構成を採っている。
【００２５】
また、前記基材は、水溶性材料でカプセル化した前記微生物を、前記流体機械の所定個所の塗装面に噴霧して形成した、という構成を採っている。
【００２６】
また、上記何れかに記載の流体抵抗低減皮膜が設置された流体機械であって、前記流体機械は、ポンプ、ポンプケーシング、羽根車、配管、バルブ、水車、船舶のプロペラ、船体又は液体に浸漬される構造物であり、前記流体抵抗低減皮膜が、液体と接触する部位の少なくとも一部に設置されている、という構成を採っている。
【００２７】
更に、前記流体抵抗低減皮膜は、単一層又は多層の防錆膜又は防汚膜を介して前記流体機械に設置される、という構成を採っている。
【発明の効果】
【００２８】
本願発明では、流体機械の接液面に流体抵抗低減皮膜が設置されているため、流体抵抗が大きく低減されて、ポンプ効率が向上して、送液のために必要な電力消費を低減することが可能となる。また、微生物を用いて、継続的に流体抵抗低減剤を産生することができるため、流体抵抗低減剤を生成、混入するための複雑な装置を必要としない。また、本発明において、バチルスサブチルス・ナットウ（納豆菌）が産生する流体抵抗低減剤を用いた場合、人体には全く無害であり、安心して使用することができる。
【００２９】
また、流体抵抗低減皮膜はポリエチレンの薄膜の基材からなり、自由に曲がるためにきついＲのついた配管でも設置が容易である。それと同時に、所望の大きさに簡単に切ることができるので、形状が複雑な配管や弁、ポンプケーシング等に使用できる。また、配管全体に貼る必要はなく、弁など抵抗が大きくなるような場所に、貼るようにしても効果はある。
【００３０】
更に、流体抵抗低減剤が付着したポリエチレンの皮膜を船舶の船底などに貼り付けることで、流体抵抗が低減されて船速が増し、水上交通の効率化に繋がる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の流体抵抗低減皮膜が設置された配管を示す図であり、図１（Ａ）は端面方向から見た図であり、図１（Ｂ）は長手方向中心軸を含む断面における断面図である。
【図２】本発明に係る流体抵抗低減皮膜を示す模式的な図であり、図２（Ａ）は基材の微細孔に微生物が固定されている状態を示す斜視図であり、図２（Ｂ)は布状の基材に微生物が付着している状態を示す平面図である。
【図３】流体機械の表面近傍における、種々の条件下での液体の流速分布を示す図であり、図３（Ａ）は従来の例を示し、図３（Ｂ）は多孔質の基材と微生物と高分子ポリマーの層からなる例を示し、図３（Ｃ）は布状の基材と微生物と高分子ポリマーの層からなる例を示し、図３（Ｄ）は基材とバイオフィルムと高分子ポリマーの層からなる例を示し、図３（Ｅ）は保護層（防錆層又は防汚層）と基材と微生物と高分子ポリマーの層からなる例を示している。
【図４】配管の曲がり角に本実施形態に係る流体抵抗低減皮膜を設置した例を示す断面図であり、図４（Ａ）は図４（Ｂ）におけるＡ−Ａ線における断面図であり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）におけるＢ−Ｂ線における断面図である。
【図５】遠心ポンプに本実施形態の流体抵抗低減皮膜を設置した例を示す断面図であり、図５（Ａ）は、比較のために図示した従来の遠心ポンプであり、図５（Ｂ）は、渦巻き流路の内壁のみに流体抵抗低減皮膜が設置された例を示し、図５（Ｃ）は、渦巻き流路と羽根車における渦巻き流路に面する部分に流体抵抗低減皮膜が設置されている例を示し、図５（Ｄ）は、渦巻き流路、ケーシング内面及び羽根車におけるケーシングと面する部位に流体抵抗低減皮膜が設置されている例を示す。
【図６】本願発明を適用した例を示す図であり、図６（Ａ）は、本実施形態を船舶に使用した例を示し、図６（Ｂ）は、完全閉鎖系の送液回路に使用した例を示し、図６（Ｃ）は揚水施設に適用した例を示している。
【発明の実施の形態】
【００３２】
次に、本願発明の一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３３】
図１は、本実施形態に係る流体抵抗低減皮膜３を設置した流体機械１を示す図である。本実施形態に係る流体機械１は、液体を搬送する配管５である。ただし、搬送するのは水に限定されるものではなく、化学物質の水溶液や原油などの液体であってもよい。この図においては、配管５の内壁に設置される基材３ａと、この基材３ａに付着させた流体抵抗低減剤としての高分子ポリマー３ｂからなる流体抵抗低減皮膜３となっている。当該配管５では、一例として内壁の全面に流体抵抗低減皮膜３が設置されている場合を示しているが、内壁の一部に設置するようにしてもよい。
【００３４】
[基材]
本実施形態に係る基材３ａは、高分子材料から構成されているが、一例としては多孔質ポリエチレンを含むフィルム状の部材である。これは、後述するように、本実施形態で用いる納豆菌が、ポリエチレンを餌として食べる（資化する）ことができるからである。但し、材質についてはポリエチレンに限定されるものではなく、使用する微生物が餌として利用できるものであれば、適切に選択すればよい。この他、生分解性プラスチックであるポリ（3-ヒドロキシブチレート）(PHB)、 ポリ β-プロピオラクトン (PPL)等を用いても良い。
【００３５】
基材３ａは、フィルム状に構成されているため、複雑な形状の流体機械１の接液面に自由に貼り付けることが可能である。具体的には、曲線状に曲げられた配管や形状が複雑な弁、ポンプケーシングなどに対応することができる。また、基材３ａは、図２（Ａ）に示すように、多孔質のポリエチレンフィルムであり、少なくとも表面には複数の凹部４が形成されている。図３（Ｂ）には、流体機械の表面に設置された基材３ａと、この基材ａに固定されている微生物（納豆菌）Ｎと、納豆菌Ｎが産生する高分子ポリマーの模式的な断面図が示されている。そして、従来例と比較した液体の速度分布を示している。なお、基材３ａと高分子ポリマー３ｂの厚さの関係は実際のものではなく、説明の便宜上のものである。
【００３６】
図３（Ｂ）に示されるように、この凹部４に、高分子ポリマー３ｂを産生する微生物である納豆菌Ｎが固定されているが、本実施形態では担体結合法によって固定されている。担体結合法とは、微生物を不溶性の担体に結合させて固定化する方法であり、多孔性担体表面の微細孔に微生物を保持するものである。この図３（Ｂ）に示される実施形態は、図３（Ａ）に示される従来の例と比較して、高分子ポリマー３ｂの流体抵抗低減効果によって、表面近傍での液体の流速が高くなっている。
【００３７】
上述のような多孔質の基材３ａを用いる場合の他、図２（Ｂ）に示すように、ポリエチレン繊維を編んで製造した布状部材７を用いてもよい。この布状部材７を用いる場合には、布状部材７を微生物が含まれている溶液等に浸して、繊維の隙間に微生物が保持されるようにする。なお、図２（Ｂ）では縦糸と横糸が１本づつ交差しているように見えるが、これは布地と微生物（納豆菌Ｎ）を示すための便宜上の表現であり、実際には多数の細い繊維が束となってそれぞれ縦糸と横糸となっている。この、布状部材７を用いる例は、図３（Ｃ）に示されている。
【００３８】
また、微生物（納豆菌Ｎ）により流体抵抗低減物質を産生するものとして、バイオフォルムを用いることも考えられる。バイオフィルムとは、微生物により形成される構造体であり、基質に付着した細菌が、細胞外多糖（ＥＰＳ）を分泌する、という特徴を有している。基材３ａの表面に当該バイオフィルムを形成することで、このバイオフィルムと接する液体に細胞外多糖を滲出し、流体抵抗が低減されることとなる。図３（Ｄ）は、図３（Ｂ）の基材３ａ上にバイオフィルム６を固定した例を示す断面図である。
【００３９】
更に、包括法と呼ばれる微生物固定方法もある。包括法とは、天然あるいは合成高分子
物質を担体として、この中に菌体を包み込む（包括する）方法であり、機械的強度や化学的安定性に優れ、菌体を保持できるという特徴を有している。高分子物質としては、ポリアクリルアミド、k-カラギーナン、アルギン酸、光硬化樹脂などが用いられる。すなわち、ポリエチレン（餌）と乾燥した納豆菌Ｎを混合し、ベースになる上記のような基材で包括固定するものであり、本実施形態では、納豆菌Ｎと、納豆菌Ｎが資化可能なポリエチレンが一緒にフィルム化されたものである。そして、このフィルム化された部材が直接基材３ａとなる。したがって、流体機械１の接液面（例えば、配管の内壁）に当該基材３ａを貼り付けるだけで、別途餌を用意する必要が無くなる。その他、微生物を付着させる方式として、基材が資化されきった（餌としての物質が無くなった頃＝芽胞形成が進んだ頃）、基材を培養液にドブ漬けして乾燥させるなどの方法も考えられる。
【００４０】
［高分子ポリマー］
次に、基材３ａに付着される高分子ポリマー３ｂについて説明する。本発明では、高分子ポリマー３ｂが持つ流体抵抗低減効果（トムス効果）に着目している。基材３ａの表面あるいは更に上位層に高分子ポリマー３ｂが存在することで、近傍を流れる流体の抵抗が低減されるからである。特に、本実施形態では、継続的な流体抵抗低減を目的として、高分子ポリマーを常時産生できる流体抵抗低減皮膜３を実現することを目的としている。それと同時に、人体に無害な天然由来の物質を用いることで、浄水場までの流路、及び下水道などの人体や環境への影響を重視しなければならないような状況でも使用可能な手法を実現している。
【００４１】
具体的に用いる高分子ポリマーは、例えばポリグルタミン酸である。ポリグルタミン酸は、納豆菌Ｎによって産生される高分子の粘性物質である。文献より、このポリグルタミン酸の諸性質が報告されており、分子量は１００万程で、抵抗低減に適していることがわかっている（文献“Bacillus subtilis No.5Eにより生産されるポリグルタミン酸の物理化学的諸性質の解明”沢ほか、農化  第47巻、第3号、p167-175、1973）。このポリグルタミン酸が対象液体中に溶け出すことで、基材３ａの表面にヌメリを生じてトムス効果が発揮される。文献より、納豆菌Ｎによって産生される高分子物質は、抵抗低減効果を生じるのみならず、ポンプ等によりいったん攪拌されても、抵抗低減効果が、ある程度維持されることが示されている（文献“納豆やとろろ芋等の自然食品物質添加による管摩擦や流送固体抵抗の低減について”熊谷ほか、日本機械学会流体工学部門講演会講演概要集、p178、2003、“網目構造を持つ自然食品の粘り成分の低濃度添加による管摩擦損失低減について”熊谷ほか。日本機械学会2004年度年次大会後援論文集(2)、pp185-186、2004）。上述したように、納豆菌Ｎはポリエチレンを食べることが判っているので、図２に示すような、多孔質ポリエチレンの基材３ａやポリエチレンの布状部材７に納豆菌Ｎを植えて、納豆菌Ｎの死滅を防いでいる。
【００４２】
本実施形態で用いるポリグルタミン酸は、人体に無害であることを考えれば、飲み水を供給する配管ラインに展開することは可能である。ただし、このポリグルタミン酸を産生する納豆菌Ｎには独特の臭気があるので、飲み水に使われる上水道への使用は避けたほうが良い。一方、浄化施設などで使用されている配管等に使用するだけでも、送液時のポンプ効率は向上するため、電力の消費量を低減でき地球環境への効果は十分ある。また、下水道の水は直接人体に取り込まれることは無いので、下水道には十分に使用できる。
【００４３】
なお、使用できる微生物は納豆菌Ｎに限定されるものではない。例えば、ポリグルタミン酸を産生するものとしては、枯草菌（｛こそうきん｝Bacillus subtilis  バチルスサブチルス  納豆菌はこれに含まれる）、リケニホルミス菌（Bacillus licheniformis）、巨大菌（｛きょだいきん｝Bacillus megaterium）なども利用することができる。また、乳酸菌は、粘性物質であるデキストランを産生するが、乳酸菌属の植物性乳酸菌（Lactobacillus plantarum）やリューコノストック属（Leuconostoc）のリューコノストック−メ
ゼンテロイデス亜種（Leuconostoc mesenteroides subsp）、更には、グルカンを産生する酵母のサッカロミセス属の出芽酵母（Saccharomyces cerevisiae）やアウレオバシジウム属（Aureobasidium)の黒酵母（Aureobasidium plulluns）なども利用可能である。
【００４４】
また、対象液体が原油などの石油成分を含むものである場合には、ロドコッカス属細菌（Rhodococcus）を用いることができる。ロドコッカス属細菌は、細菌表層にミコール酸を含む特徴的な細胞表層構造を有している。そして、ミコール酸の更に外側に、細胞外多糖（ＥＰＳ）を分泌する株が存在する。この菌体外多糖によって流体摩擦が低減されるため、高い粘性を有する原油等の送液の際にも消費電力を低減できる。
【００４５】
基材３ａに固定された微生物あるいはバイオフィルム６は、適切な水温、溶存酸素量、ｐＨ，餌となる栄養素などが好適な条件で所望の流体抵抗低減物質を産生する。このような条件は、完全閉鎖系ではある程度管理することが可能である。しかし、開放系の送液システムや船舶等の場合では、水温などは周囲環境に大きく依存するため、適した地域や季節等を勘案し、使用する微生物を適切に選択する必要がある。
【００４６】
因みに、各微生物の好適条件は以下の通りである。バチルスサブチルスの場合は、５℃〜５０℃程度の温度は耐えられるものの、いわゆる至適温度は２７℃〜３７℃程度である。また、ｐＨについては４〜１０程度に耐えられるが、好適なのは７〜８．５程度である。リケニホルミス菌（Bacillus licheniformis）の場合には、温度１０℃〜３０℃程度で成長することが確認されており、またｐＨに関しては６．８程度での成長が確認されている。また、巨大菌（｛きょだいきん｝Bacillus megaterium）の場合には、温度３０℃程度で成長することが確認されており、またｐＨに関しては５．７〜６．８程度で成長が確認されている。リューコノストック属（Leuconostoc）のリューコノストック−メゼンテロイデス亜種（Leuconostoc mesenteroides subsp）の場合には、ｐＨ６．５程度で成長が確認されている。
【００４７】
なお、人体に影響を与えないで所定のヌメリを生じる物としては、納豆菌Ｎのほかに、自然薯すなわち自然薯から抽出されるムチン（多糖類）、オクラ、めかぶ等の粘性物質も使用することは可能である。しかし、これらの物質は微生物が産生することができないものであるため、継続して産生し続けるための仕組みが必要である。
【００４８】
［流体抵抗低減皮膜の設置］
納豆菌Ｎを付着させたポリエチレンの流体抵抗低減皮膜３は、図１に示すように、配管の内壁全体にわたって貼り付けても良いし、図４に示すように、配管の曲がり角のような、流体抵抗が大きくなるような場所に局所的に貼り付けても良い。納豆菌Ｎを付着させた流体抵抗低減皮膜３が設置けられた配管では、配管と流体が接する極近傍に、納豆菌Ｎからポリグルタミン酸が出されヌメリを生じ、トムス効果によって抵抗が低減される。
【００４９】
納豆菌Ｎによってポリエチレンが食べつくされた薄膜は、新しいものと取り替えて使用する。通常、配管やポンプなどの流体機械の場合には、設置した後の数年間はメンテナンスを行わないため、ポリエチレンの基材３ａも、数年間は納豆菌Ｎが餌として持続する程度の量を確保しておくことが望ましい。
【００５０】
流体機械がポンプや水車などの場合、各種の接合部や隙間に微生物が入り込み、ポンプケーシングや羽根車などを腐食させる可能性がある。このような腐食を防ぐために、図３（Ｅ）に示すように、流体機械１の接液面に防錆膜や防汚コーティングからなる保護層９を施した上で、流体抵抗低減皮膜３を設置するようにすることが望ましい。特に、微生物等が高分子膜を餌とする場合、時間が経過すると高分子膜が薄くなり、貫通孔も形成されるが、その下に保護層９があれば、流体機械１の基材部への微生物付着や生物由来腐食を
防止することができる。保護層９と一緒に流体抵抗低減皮膜３を除去し、再施工することにより抵抗低減効果を容易に回復することができる。
【００５１】
図５は、流体機械としての遠心ポンプに、本実施形態の流体抵抗低減皮膜３を設置した例を示す断面図である。図５（Ａ）は、比較のために図示した、流体抵抗低減皮膜が設置されていない従来の遠心ポンプ１１ａを示している。一方、図５（Ｂ）は、渦巻き流路の内壁のみに流体抵抗低減皮膜３が設置された遠心ポンプ１１ｂの例を示している。また、図５（Ｃ）は、渦巻き流路と羽根車おける渦巻き流路に面する部分に流体抵抗低減皮膜３が設置されている遠心ポンプ１１ｃの例を示す。図５（Ｃ）では、ポンプ周速が速く、摩擦損失が大きい部分に設置されているので効果が大きい。更に、図５（Ｄ）は、渦巻き流路、ケーシング内面及び羽根車におけるケーシングと面する部位に流体抵抗低減皮膜３が設置された遠心ポンプ１１ｄの例を示す。本実施形態に係る流体抵抗低減皮膜３は、柔軟なポリエチレン皮膜を用いているため、必要な大きさいに切り分けて、必要な部位に自由に設置することが可能である。
【００５２】
また、本実施形態を適用した装置を、長期間にわたって接液したまま運転しない場合、微生物が繁殖しすぎて大規模構造体を形成、逆に流体抵抗を増大させる場合も考えられる。そのような状態を防ぐため、長期の運転休止中は接液面を空気中に出して保管するのが望ましい。また大規模構造体が形成された場合は、流体抵抗低減皮膜ごと除去し、新たに適切に管理された流体抵抗低減皮膜を施工するのが望ましい。
【００５３】
近年の外来生物種による環境破壊の懸念があるため、長距離の開放系や船舶においては使用する微生物の選択に留意する必要があり、なるべく使用する地域で広く生息する種を選択することが望ましい。
【００５４】
以上は、流体抵抗低減皮膜３を流体機械１の所定部位に貼り付ける場合について説明した。しかしながら、厳密な意味では貼り付ける構造でなくとも、他の手法で同様の効果を奏することは可能である。１つは、塗装による微生物の固定である。これは、微生物が混入されている塗装液を用意し、流体機械の所定個所に塗膜を形成する手法である。塗装による場合には、極薄の流体抵抗低減皮膜を施工したのと同様の効果を奏することができる。また、塗装という手法の特質から、均一な厚さの塗膜を形成することが可能となる。２つ目は、コーティングによる固定である。これは、腐食予防の塗装面に水溶性の基材でカプセル化した菌体を噴霧し、流体機械の接液面にコーティングする方法である。
【００５５】
図６は、本発明の一実施形態の更に他の適用例を示す図である。図６（Ａ）は、船舶に使用された例を示している。当該船舶の例では、喫水線付近から船底に至る全面にわたって流体抵抗低減皮膜が設置されている。これにより、水による流体抵抗が低減され、船速を向上させることが可能となる。また、図６（Ｂ）は、完全閉鎖系の送液回路を示す概略図である。この送液回路では、タンクＴ、ポンプＰ及びバルブが設けられており、これらの各構成部品を接続する配管の全体に流体抵抗低減皮膜が設置されている。これにより、送液回路全体での流体抵抗を低減でき、ポンプを駆動するためのエネルギが削減され、また、送液速度を向上させることができる。更に、図６（Ｃ）は、揚水施設に適用した例を示している。この揚水施設には、上部貯水池と下部貯水池が設けられており、これら各貯水池の間に配管と揚水ポンプが設置されている。特にこの例では、配管の全体にわたって流体抵抗低減皮膜が設置されており、少ないエネルギで水を上部貯水池に揚げることができる。また、同じエネルギを消費する場合でもあっても、より高い位置まで水を揚げることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本願発明は、構造物の表面に対して液体が相対移動する流体機械の流体抵抗を低減する
ことに利用することが可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１  流体機械
３  流体抵抗低減皮膜
３ａ  基材
３ｂ  高分子ポリマー
５  配管
６  バイオフィルム
７  編んだ布状部材
９  保護層
Ｎ  納豆菌
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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