(57)【要約】【課題】流速が速い流水路に設置しても脱落しにくいチタン電極を備える水生生物付着防止装置を提供する。【解決手段】電極として用いる防汚電極パネルと、流水路の側壁面に防汚電極パネルを配置するための固定手段と電極間で電解するための電圧源とを備える水生生物付着防止装置において、防汚電極パネルには、電極面の形状が略長方形であり、流水接液面側から前記流水路側壁側に向かって、チタン電極／第１接合材／補強材／第２接合材／緩衝材を配置した層構成を備えるものを用いる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流水路の対向する側壁面のそれぞれに電極を配置し、流水に接液した当該電極に通電して当該流水路への水生生物の付着を防止する装置であって、
前記電極として用いる防汚電極パネルと、当該防汚電極パネルを固定するために前記流水路側壁面に設置した固定手段と、当該防汚電極パネルをアノードとし、当該防汚電極パネルと対向する側壁面に配置した固定手段をカソードとして電解するための電圧源とを備え、
前記防汚電極パネルは、電極面の形状が略長方形であり、流水接液面側から前記流水路側壁と接する側に向かって、チタン電極／第１接合材／補強材／第２接合材／緩衝材を配置した層構成を備えるものであることを特徴とする水生生物付着防止装置。
【請求項２】
前記補強材が、厚さ５ｍｍ〜１５ｍｍのレジンコンクリートである請求項１に記載の水生生物付着防止装置。
【請求項３】
前記チタン電極が、前記流水接液面側に質量厚さとして０．２ｇ／ｍ２〜２．０ｇ／ｍ２の貴金属触媒層を備えるチタン電極である請求項１又は請求項２に記載の水生生物付着防止装置。
【請求項４】
前記第１接合材と前記第２接合材とが、厚さ１．０ｍｍ〜３．０ｍｍの繊維強化プラスチックスである請求項１〜請求項３のいずれかに記載の水生生物付着防止装置。
【請求項５】
前記緩衝材が、厚さ５ｍｍ〜１０ｍｍの軟質・独立気泡タイプ発泡ポリオレフィンである請求項１〜請求項４のいずれかに記載の水生生物付着防止装置。
【請求項６】
前記固定手段が、前記防汚電極パネルの垂直端面を嵌合して固定する複数のガイドレールである請求項１〜請求項５のいずれかに記載の水生生物付着防止装置。
【請求項７】
前記防汚電極パネルが、両水平端面に少なくとも第１接合材／補強材／第２接合材をカバーする前記チタン電極を備える請求項１〜請求項６のいずれかに記載の水生生物付着防止装置。
【請求項８】
前記防汚電極パネルの両水平端面をカバーする前記チタン電極の少なくとも一方のチタン電極が連続又は断続した突起を備える請求項７に記載の水生生物付着防止装置。
【請求項９】
略同一寸法で複数の前記防汚電極パネルの垂直端面側を隣接配置し、隣接した当該防汚電極パネルの垂直端面側チタン電極表面にあて板電極を固定して電気的な導通を取ったものを１ユニットの防汚電極として用いる請求項１〜請求項８のいずれかに記載の水生生物付着防止装置。
【請求項１０】
前記ガイドレールが流水路底面側端部にカソード部を備える請求項６〜請求項９のいずれかに記載の水生生物付着防止装置。
【請求項１１】
前記固定手段が前記ガイドレールを挟んで隣接配置した前記防汚電極パネル間の電気的な導通を取る通電手段を備え、当該通電手段がチタンシートである請求項６〜請求項１０のいずれかに記載の水生生物付着防止装置。
【請求項１２】
前記電圧源が電流の逆流機能を防止する直流電源である請求項１〜請求項１１のいずれかに記載の水生生物付着防止装置。
【請求項１３】
照合電極を前記カソード部と略同じ深さで対向する前記防汚電極パネル近傍に配置し、当該照合電極と照合して求めた前記チタン電極層の表面電位が１．０Ｖ〜１．２Ｖになるよう前記電圧源を制御する請求項１〜請求項１２のいずれかに記載の水生生物付着防止装置。
【請求項１４】
請求項１〜請求項１３のいずれかに記載の水生生物付着防止装置の設置方法であって、以下の工程Ａ〜工程Ｆを備えることを特徴とする水生生物付着防止装置の設置方法。
工程Ａ：  前記防汚電極パネルを作成する工程。
工程Ｂ：  前記ガイドレールを作成する工程。
工程Ｃ：  前記ガイドレールを流水路側壁へ固定する工程。
工程Ｄ：  前記防汚電極パネル又は前記防汚電極ユニットを前記ガイドレールへ嵌合する工程。
工程Ｅ：  前記通電手段と前記防汚電極パネルとを前記ガイドレールへ固定する工程。
工程Ｆ：  前記電圧源を接続する工程。
【請求項１５】
前記ガイドレールの設置及び前記防汚電極パネルの前記流水路側壁への固定には接着系アンカーを用いる請求項１４に記載の水生生物付着防止装置の設置方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本件発明は、流水路への水生生物の付着を防止する装置及びその水生生物付着防止装置の設置方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在発電の主力となっている火力発電プラントや原子力発電プラントでは、冷却水として海水を使用するため、その多くは海岸に立地している。また、発電プラントでは、主にコンクリート製の取水路から海水を汲み上げ、冷却装置に供給している。ところが、このような取水路では、海水面がオープンであることが多く、長期間にわたって海水と接する面には、藻類や貝類などの海水生生物が付着して成長してゆく。その結果、成長後に脱離した海水生生物は、冷却水の流路に混入することになる。
【０００３】
一方、水力発電プラントに関連する施設では、ダムや溜池等に貝類や藻類などの淡水生生物が生息しており、露出している岩やコンクリート壁面にも付着している。更に、これらの淡水生生物は、導水路や冷却機器の配管などにも付着して成長することが確認されている。また、最近では、淡水系に生息する淡水生生物の中でも、外来種であるカワヒバリガイの繁殖が、大きな問題として取り上げられている。係る淡水生生物の被害は、貯水量が少なく、水位変動の大きな溜池を使用する揚水式水力発電所で特に顕著に発生すると考えられる。
【０００４】
上述したように、海水を使用する火力発電プラントや原子力発電プラントでは、取水路から冷却装置に至る流路が海水生生物によって閉塞したり、冷却装置が破損することが大きな問題となっている。一方、水力発電プラントでは、発電用タービンを水の流れる力で回転させている。従って、藻類が脱落して導水路に流入すると、タービンブレードに付着して回転バランスが崩れ、振動が大きくなると発電タービンが破損することになる。また、カワヒバリガイ等の貝類が導水路に混入すると、高速で回転しているタービンブレードに貝殻が衝突することになり、タービンブレードを損傷する危険性が増大する。そこで、いずれの場合においても、当初は、船舶に対する貝類の付着対策と同様、防汚塗料を塗装するなどの対策がなされてきた。
【０００５】
ところが、塗料は有機材料であり、特に、溜池や海水の取水路等の屋外に解放した状態では船舶と同様紫外線を浴びて塗料が劣化する。従って、防汚塗料を用いる手法は、定期的な再塗装を必須とする手法である。しかし、火力発電プラントなどでは１カ所の発電所で複数の設備が稼働しており、取水路を共通で使用しているため、取水路の閉鎖は大きな機会損失となる。一方、水力発電プラントに付帯する溜池等でも、再塗装できる範囲は狭く、防汚塗料の再塗装で対応できる範囲は限定的ある。
【０００６】
そこで特許文献１には、海水取水設備への海洋生物の付着を防止する防汚手段として、防汚対象面に設けた導電性被覆を陽極とし対極を陰極としてその間に直流電流を流して行なう方法を採用するに当たり、陽極の各部分の電位の差を小さく抑え、防汚効果を確実に得たうえで、被覆の耐久性を高く保つことを目的とする技術が開示されている。具体的には、図５に示すように、コンクリート製の水路の防汚手段１として、防汚対象面の向かい合う両岸を、金属製の平板２１の表面に導電性材料のライニング２２を施し、裏面には絶縁性材料のライニング２３を施した防汚電極パネル２Ａ及び２Ｂで被覆し、それぞれの岸の反対側に比較的小表面積の電極３Ａ及び３Ｂを各防汚電極パネルの対極としてそれぞれ設け、各組の防汚電極パネルと対極との間に、前者を陽極とし後者を陰極として直流電流を流す方法を採用し、陽極面への海洋生物の付着を防止するとしている。また、引用文献１の実施例によれば、対極間の電位差は１．１Ｖ〜１．５Ｖであり、十分な防汚効果と耐久性が得られたとしている。
【０００７】
また、特許文献２には、長期間にわたって運転しても防汚防蝕効果が持続し、装置の耐久性も長期に持続可能な海水に接する構造物の防汚防蝕装置及び防汚防蝕方法を提供することを目的とする技術が開示されている。具体的には、海水に接する構造物の側壁面に絶縁膜を介して設けられたチタン膜に、所定の電圧とその印加時間とを設定した１サイクルを間欠的に繰り返す通電パターンに基づいて電流を流すことにより、前記構造物の側壁面へ海洋生物が付着することを防止する海水に接する構造物の防汚防蝕において、前記チタン膜の表面電位を測定する電位センサを設け、該電位センサにより得た電圧値に基づいて前記通電パターンをリアルタイムに更新している。また、海水の水質モニタ、温度センサ、流速センサ、映像モニタによる測定データに基づき、前記通電パターンの微調整をリアルタイムに行なうことが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−５７６７号公報
【特許文献２】特開２００７−１８６９３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところが、特許文献１では、取水路の保護面に設置した防汚電極パネル高さのほぼ中央位置の直線上に対極を配置して直流電圧を印加している。従って、取水路の水位が変動して対極の配置位置を下まわると、防汚機能が発揮されないことになる。更に、実施例に記載があるグラファイトをゴムに充填した導電性樹脂等には、ミクロ的にみると表面の導電性にバラツキがある。また、長期間の運転の中では紫外線にさらされて樹脂が劣化するため、表面の導電性バラツキは大きくなる。その結果、導電性が失われた部分には水生生物が付着することになる。
【００１０】
また、このような防汚電極パネルを取水路に固定する際には、この３層構造を貫通するアンカーボルトで固定する。即ち、係る固定構造では、導電性樹脂よりも導電率が大きいアンカーボルトの露出部に対して、その周辺よりも多くの電流が集中することになり、アンカーボルト周辺での防汚効果が低下する。また、アンカーボルトが貫通する部分に海水が侵入すると、鋼板の浸食が進行する。その結果、アンカーボルトによる防汚電極パネルの固定が甘くなり、海水流の影響を受け、防汚電極パネルの脱落が発生する。即ち、特許文献１が開示する技術は、定期的、又は突発的に防汚電極パネルを交換する必要がある技術である。
【００１１】
また、特許文献２ではアノードとカソードにチタン膜電極を用い、チタン膜の表面電位を４Ｖ以上で、且つ、チタンの溶出電位以下になるように電流量を制御し、アノードとして使用する際のチタンの溶出を防止し、アノードとカソードとを定期的に切り替えて通電することにより、両面への海洋生物の付着を防止している。ところが、取水路の断面形状を考えると、サイズが１ｍ×１ｍを超える大型のチタン膜電極板を取水路側壁面に配置することになる。一方、表面電位は、電極表面の流速や温度の影響を受けて変化するため、大きなチタン膜電極の面内には異なる表面電位が分布することになり、チタン膜全体の表面電位を４Ｖ以上の最適な表面電位に制御することは困難である。即ち、引用文献２が開示する技術を採用すると、広い面積に多数のチタン板を対向配置してそれぞれにセンサを設置し、各センサの電位に対応した電流制御と、通電制御とが必要になるため、コストアップになる。
【００１２】
従って、電極の管理が比較的容易なチタン電極を用い、流水路への電極の設置が容易であり、且つ、流水流速が１ｍ／秒を超える流水路の側壁に設置しても脱落しにくい電極を備える水生生物付着防止装置に対する要求があった。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
そこで、鋭意研究の結果本件発明者等は、以下に示す、簡便に設置可能で、流速が速い流水路に設置しても脱落しにくい電極を備える水生生物付着防止装置に想到したのである。なお、本件出願では、淡水域に生息する生物を「淡水生生物」、海水域に生息する生物を「海水生生物」と称し、両者を併せて「水生生物」と称している。
【００１４】
本件発明に係る水生生物付着防止装置：  本件発明に係る水生生物付着防止装置は、流水路の対向する側壁面のそれぞれに電極を配置し、流水に接液した電極間で電解して流水路への水生生物の付着を防止する装置であって、電極として用いる防汚電極パネルと、防汚電極パネルを固定するために流水路側壁面に設置した固定手段と、防汚電極パネルをアノードとし、防汚電極パネルと対向する側壁面に配置した固定手段をカソードとして電解するための電圧源とを備え、防汚電極パネルは、電極面の形状が略長方形であり、流水接液面側から流水路側壁と接する側に向かって、チタン電極／第１接合材／補強材／第２接合材／緩衝材を配置した層構成を備えるものであることを特徴としている。
【００１５】
本件発明に係る水生生物付着防止装置においては、防汚電極パネルを構成する補強材が、厚さ５ｍｍ〜１５ｍｍのレジンコンクリートであることも好ましい。
【００１６】
本件発明に係る水生生物付着防止装置においては、防汚電極パネルを構成するチタン電極が、流水接液面側に質量厚さとして０．２ｇ／ｍ２〜２．０ｇ／ｍ２の貴金属触媒層を備えるチタン電極であることも好ましい。
【００１７】
本件発明に係る水生生物付着防止装置においては、防汚電極パネルを構成する第１接合材と前記第２接合材とが、厚さ１．０ｍｍ〜３．０ｍｍの繊維強化プラスチックスであることも好ましい。
【００１８】
本件発明に係る水生生物付着防止装置においては、防汚電極パネルを構成する緩衝材が、厚さ５ｍｍ〜１０ｍｍの軟質・独立気泡タイプ発泡ポリオレフィンであることも好ましい。
【００１９】
本件発明に係る水生生物付着防止装置においては、固定手段が、前記防汚電極パネルの垂直端面を嵌合して固定する複数のガイドレールであることも好ましい。
【００２０】
本件発明に係る水生生物付着防止装置においては、防汚電極パネルが、両水平端面に少なくとも第１接合材／補強材／第２接合材をカバーする前記チタン電極を備えることも好ましい。
【００２１】
本件発明に係る水生生物付着防止装置においては、防汚電極パネルの両水平端面をカバーするチタン電極の少なくとも一方のチタン電極が連続又は断続した突起を備えることも好ましい。
【００２２】
本件発明に係る水生生物付着防止装置においては、略同一寸法で複数の前記防汚電極パネルの垂直端面側を隣接配置し、隣接した当該防汚電極パネルの垂直端面側チタン電極表面にあて板電極を固定して電気的な導通を取ったものを１ユニットの防汚電極として用いることも好ましい。
【００２３】
本件発明に係る水生生物付着防止装置においては、ガイドレールが流水路底面側端部にカソード部を備えることも好ましい。
【００２４】
本件発明に係る水生生物付着防止装置においては、固定手段がガイドレールを挟んで隣接配置した防汚電極パネル間の電気的な導通を取る通電手段を備え、通電手段がチタンシートであることも好ましい。
【００２５】
本件発明に係る水生生物付着防止装置においては、電圧源が電流の逆流防止機能を備える直流電源であることも好ましい。
【００２６】
本件発明に係る水生生物付着防止装置においては、照合電極をカソード部と略同じ深さで対向する防汚電極パネル近傍に配置し、照合電極と照合して求めたチタン電極層の表面電位が１．０Ｖ〜１．２Ｖになるよう電圧源を制御することも好ましい。
【００２７】
本件発明に係る水生生物付着防止装置の設置形態：  本件発明に係る水生生物付着防止装置の設置形態は、以下の工程Ａ〜工程Ｆを備えることを特徴としている。
【００２８】
工程Ａ：  防汚電極パネルを作成する工程。
工程Ｂ：  ガイドレールを作成する工程。
工程Ｃ：  ガイドレールを流水路側壁へ固定する工程。
工程Ｄ：  防汚電極パネル又は防汚電極ユニットをガイドレールへ嵌合する工程。
工程Ｅ：  通電手段と防汚電極パネルとをガイドレールへ固定する工程。
工程Ｆ：  電圧源を接続する工程。
【００２９】
本件発明に係る水生生物付着防止装置の設置形態においては、ガイドレールの設置及び防汚電極パネルの流水路側壁への固定には接着系アンカーを用いることも好ましい。
【発明の効果】
【００３０】
本発明に係る水生生物付着防止装置は、流水路の防汚対象面に設ける電極として、形状が略長方形であり、流水接液面側から前記流水路側壁と接する側に向かって、チタン電極／第１接合材／補強材／第２接合材／緩衝材を配置した層構成を備える防汚電極パネルを用いるため、流速が速い流水路に設置しても脱落しにくい。更に、この防汚電極パネルは変形しにくいため、固定手段の配置間隔を広く取ることができ、自重によって上下に配置した防汚電極パネル間の電気的な導通も確保できる。従って、設置が容易であり、且つ、長期間にわたる保守管理も容易な水生生物付着防止装置である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】防汚電極パネルの積層構造を示す垂直断面模式図である。
【図２】防汚電極ユニットを一対のガイドレールに嵌合して配置した例を示す正面図である。
【図３】ガイドレールのカソード部を示す水平断面模式図である。
【図４】ガイドレールと通電手段と防汚電極ユニットとの配置関係を示す水平断面模式図である。
【図５】特許文献１が開示する防汚装置の１態様を示す取水路の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、図１〜図４を参照しつつ本件発明の形態を説明する。なお、上記断面模式図で垂直／水平と記載しているのは、流水路側壁に設置した状態における垂直方向の断面／水平方向の断面を示している。
【００３３】
本件発明に係る水生生物付着防止装置の形態：  本件発明に係る水生生物付着防止装置は、図２に示すように、電極として用いる防汚電極パネル１と、防汚電極パネル１を固定するために流水路側壁面に設置した固定手段２０と、防汚電極パネル１をアノードとし、防汚電極パネル１と対向する側壁面に配置した固定手段２０をカソードとして電解するための電圧源（表示せず）とを備えている。そして、防汚電極パネル１は電極面の形状が略長方形であり、図１に示すように、流水接液面側から流水路側壁と接する側に向かって、チタン電極２／第１接合材３／補強材４／第２接合材５／緩衝材６を配置した層構成を備えるものである。なお、図１では、両水平端面に第１接合材３／補強材４／第２接合材５をカバーするチタン電極２を備える構造を例示しているが、本件発明に係る防汚電極パネルは、少なくとも流水接液面側にチタン電極２を備えていればよい。即ち、チタン電極２は、本件発明に係る水生生物付着防止装置を海水の取水路等に設置した場合には海水と接液し、淡水の導水路等に設置した場合には淡水と接液するものである。
【００３４】
本件発明に係る防汚電極パネル１では、チタン電極２が水生生物に対する防汚機能を発揮し、補強材４が流水路内に設置した際の安定性を良好に維持し、緩衝材６が流水路側壁４０との密着性を良好な状態に維持する。この防汚電極パネル１の構成を従来用いられてきた電極板と比較すると、補強材４を備える点が大きく異なっている。補強材４を配置することで、防汚電極パネル１の機械強度が大きくなると同時に質量が増加するため、流水路側壁に固定した状態で変形などが発生しにくく、安定した電解を可能にする。以下、各構成要素について説明する。
【００３５】
本件発明に係る水生生物付着防止装置は、防汚電極パネル１を構成する補強材４が、厚さ５ｍｍ〜１５ｍｍのレジンコンクリートである。上述したように、防汚電極パネル１は流水中に浸漬して使用するものであり、補強材４には、所定の質量、機械強度、電気絶縁性と耐食性が要求される。従って、これらの特性を満足する材料であれば特段の制約なしに使用できる。しかし、レジンコンクリートであれば、バインダーとして用いるレジンが海水に対する耐食性に優れ、機械強度も良好であり、所定形状への加工が容易であるため好ましいのである。このレジンコンクリートには、骨材や樹脂組成には特段の限定は必要なく、骨材が一般的な砂利や砂で、バインダーが熱硬化型の不飽和ポリエステル系樹脂である汎用品を用いることができる。
【００３６】
しかし、厚さが５ｍｍを下まわるレジンコンクリートは、軽量で施工時の取り扱い性には優れるものの、撓みなどの変形がみられるようになり、低質量と相まって、流水路壁面に固定した際の安定性に欠ける傾向があるため好ましくない。一方、厚さが１５ｍｍを上まわるレジンコンクリートは、十分な質量と機械強度を備えるものである。しかし、施工時に重機の使用が必要になるなど、取り扱い性が劣るものとなるため好ましくない。
【００３７】
本件発明に係る水生生物付着防止装置は、防汚電極パネル１がチタン電極２を構成材として備えている。このチタン電極の厚さは、通電容量、機械強度と質量とのバランスを考慮して決定すればよい。通電容量については、防汚電極パネル表面の電流密度０．５Ａ／ｍ２〜１．０Ａ／ｍ２程度で防汚効果が発揮されることを考えると、１枚の防汚電極パネルあたりの通電量はそれほど多くない。係る観点からは、チタン電極の厚さは０．２ｍｍ程度とすることもできる。また、この程度の厚さであっても、チタン電極は補強材に接着するため、チタン電極の機械強度不足が異常発生の原因となることもない。従って、チタン板加工時のハンドリング性や加工後の平面性を考慮し、チタン電極２の厚さは０．２ｍｍ〜１．０ｍｍ程度とすることが好ましく、更に、コストを優先すれば、チタン電極２の厚さは０．２ｍｍ〜０．５ｍｍ程度とすることが好ましい。
【００３８】
また、チタン電極２が、流水接液面側に質量厚さとして０．２ｇ／ｍ２〜２．０ｇ／ｍ２の貴金属触媒層（図示せず）を備えるチタン電極であることが好ましい。チタンは活性な金属であり、大気雰囲気では不働態皮膜が形成されて良好な耐食性を示す。しかし、アノードとして用いると、表面に不働態皮膜が形成されないため、金属チタンの腐蝕が進行しやすい。そこで、表面に貴金属触媒層を形成し、チタンの腐蝕を抑制する。ここで、チタン電極２の表面に形成する貴金属触媒層とする貴金属には、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｉｒ等を用いることができる。また、貴金属触媒層をチタン板の表面に形成する方法については、電気めっきやソーダ電解などの各種電解操作に用いられる一般的な寸法安定性陽極の製造方法を採用できる。
【００３９】
しかし、貴金属触媒層が質量厚さとして０．２ｇ／ｍ２を下まわると、貴金属触媒がチタン電極２の表面を被覆していない領域が存在する場合がある。すると、チタン電極の表面内には広汎な電位が分布することになって貴金属触媒の消耗が加速され、長期間の運転中には局部的に水生生物の付着がみられるようになるため好ましくない。一方、貴金属触媒層の質量厚さが２．０ｇ／ｍ２を上まわっても、チタン電極２の表面を均一に被覆する効果はすでに飽和に達しており、コストアップと資源の無駄使いになるため好ましくない。上述した観点からは、貴金属触媒層の質量厚さは、０．４ｇ／ｍ２〜１．０ｇ／ｍ２とするのがより好ましい。
【００４０】
本件発明に係る水生生物付着防止装置は、防汚電極パネル１が、両水平端面に少なくとも第１接合材３／補強材４／第２接合材５をカバーするチタン電極２を備える。水生生物付着防止装置では、アノード電流密度を０．５Ａ／ｍ２〜１．０Ａ／ｍ２程度として直流電解する。係るレベルの通電量であれば、水平端面が接触するように積載された防汚電極パネル１の第１接合材３／補強材４／第２接合材５をカバーするチタン電極２同士が接触していれば電気的に十分な導通が得られる。即ち、係る構成の防汚電極パネル１を複数枚積載した状態では、少なくともその中の一枚の防汚電極パネル１に電圧源を接続すれば、高さ方向の防汚電極パネル１が電気的に直列の接続となっているため、配線の自由度が大きくなる。
【００４１】
本件発明に係る水生生物付着防止装置は、防汚電極パネル１の両水平端面をカバーするチタン電極２の少なくとも一方のチタン電極２が連続又は断続した突起を備える。上述したように、両水平端面をカバーするチタン電極２を備えていれば、水平端面同士が接触するように積載した防汚電極パネル１は電気的に直列の接続となる。しかし、運転中に隙間ができると、水平端面間には電圧が印加され、一方のチタン電極がアノード側に分極し、他方のチタン電極がカソード側に分極する。すると、カソード側に分極したチタン電極からは貴金属触媒層が剥離し、チタンの不働態膜も形成されるため好ましくない。しかし、端面を被覆するチタン電極面よりもわずかでも延出する突起があれば、防汚電極パネル１を積載した状態では突起部分に荷重が集中するため、突起と接触する部分で確実な電気的な導通を得ることができる。ここで形成する突起の形状には特段の制約はなく、防汚電極パネル１の荷重が集中する形状であれば、半球形、楔形などのいずれの形状も採用しうる。しかし、より確実な導通を得るためには、長く連続した突起形状よりは、独立峰的な形状がより好ましい。
【００４２】
本件発明に係る水生生物付着防止装置は、防汚電極パネル１を構成する第１接合材３と第２接合材５とが、厚さ１．０ｍｍ〜３．０ｍｍの繊維強化プラスチックスである。上述したように、防汚電極パネル１を構成する第１接合材３はチタン電極２と補強材４を接着し、第２接合材５は、補強材４と緩衝材６とを接着するために配置している。従って、使用する接着剤は充填性を備えていればよく、一般的な２液型エポキシ樹脂系接着剤等を用いることもできる。ところが、チタン電極には押し込みや出っ張りなどの変形部分が存在する場合があり、流水路に設置後の緩衝材には側壁面からのズレ応力も加わる。すると、樹脂のみで形成した接合材では、局部的に過大な応力が加わった箇所の接合材に破壊が発生して伝播してゆくため、長期的にみると剥離に至る。しかし、接合材をガラス繊維などのフィラーを混入した繊維強化プラスチックスとすれば、局部的な接合材の破壊が周辺に伝播することが無くなり、接着の信頼性が向上する。なお、ここで用いるフィラーは、樹脂に適合した表面処理を施したガラス繊維やガラスペーパーなどから適宜選択することができる。
【００４３】
しかし、接合材の厚さが１．０ｍｍ未満ではガラス繊維などのフィラーを十分被覆した接合材の形態を得ることが困難であり、十分な強度が得られなくなるため好ましくない。一方、接合材の厚さが３．０ｍｍ超えても接合材の信頼性向上は飽和に達している。反面、高価な樹脂とフィラーとを大量に消費することになり、資源の無駄使いとなるため好ましくない。そして、上述した観点から、一般的なガラス繊維をフィラーとして用い、エポキシ系樹脂で接合材を構成するのであれば、接合材の厚さは１．５ｍｍ〜２．０ｍｍとするのがより好ましい。
【００４４】
本件発明に係る水生生物付着防止装置は、防汚電極パネル１を構成する緩衝材６が、厚さ５ｍｍ〜１０ｍｍの軟質・独立気泡タイプ発泡ポリオレフィンである。発泡樹脂には、硬質タイプと軟質タイプがあり、更に、連続気泡タイプと独立気泡タイプに大別されている。しかし、本件発明では、緩衝効果を考慮し、軟質・独立気泡タイプ発泡ポリオレフィンに限定して用いる。発泡ポリオレフィンであれば、海水と接触したり、長期間紫外線にさらされても変質しにくいうえ、市場での調達も容易である。
【００４５】
しかし、緩衝材の厚さが５ｍｍを下まわると変形量不足により流水路側壁の凹凸に密着しない部位がみられるようになる。その結果、係る部位には流水が侵入し、流水中の水生生物が成長すると防汚電極パネルを局部的に浮き上がらせる。係る現象が発生すると、防汚電極パネルが変形して破損し、脱落に至る場合があるため好ましくない。一方、緩衝材の厚さに特段の上限はないが、１０ｍｍを超える厚さとしても、上述した固定手段の形状精度のバラツキを吸収する効果はすでに飽和に達しており、資源の無駄使いとなるため好ましくない。
【００４６】
本件発明に係る水生生物付着防止装置は、略同一寸法で複数の防汚電極パネルの垂直端面側を隣接配置し、隣接した防汚電極パネルの垂直端面側チタン電極表面にあて板電極を固定して電気的な導通を取ったものを１ユニットの防汚電極として用いる。ここで、サイズが１．８ｍ×３．０ｍの流水路側壁面に、防汚電極を設置する場合を考えてみる。この面積で上述した層構成で厚さ１０ｍｍの補強材を備える１枚の防汚電極パネルを製作すると、その質量は１００ｋｇを超えてしまう。従って、輸送上の制約が大きくなると同時に、取り扱いにはクレーンなどの重機操作が必要な防汚電極パネルとなってしまう。また、係るサイズのチタン電極板の表面に貴金属触媒層を形成する場合、スパッタリング蒸着法等の乾式手法を用いることは技術的に困難になる。
【００４７】
しかし、図２に示すように、幅８００ｍｍ×高さ５００ｍｍ、厚さ１０ｍｍの補強材を備える防汚電極パネル１を作成し、３枚の防汚電極パネルの垂直端面が接するように隣接配置してチタン電極間をあて板電極８で電気的に接続すれば、幅１．８ｍの防汚電極ユニット１０が得られる。そして、この防汚電極ユニット１０の６ユニットを一対のガイドレール間に積載すれば、１．８ｍ×３．０ｍの流水路側壁面に防汚電極を設置できる。１枚のパネルサイズが幅８００ｍｍ×高さ５００ｍｍ程度であれば、チタン電極上に貴金属触媒層を形成するのは容易である。更に、１ユニットの防汚電極質量も２０ｋｇ強であるため、人力での取り扱いが可能となる。その結果、微調整を含む現場あわせ工事が容易になる他、施工方法に対する選択の自由度も大きくなる。
【００４８】
本件発明に係る水生生物付着防止装置は、固定手段が、防汚電極パネル１の垂直端面を嵌合して固定する複数のガイドレール２０である。図３にガイドレール２０を流水路側壁に固定した状態における水平断面を示す。ガイドレール２０は、係る形態で防汚電極パネル１を嵌合可能な断面形状を備えていれば材質には特に制約はなく、必要部分に電気絶縁性と耐食性とを具備する処理が施してあればよい。具体的には、機械強度に優れる鋼材でガイドレール素材を作成してゴムライニングや樹脂コーティングを施せば、好適なガイドレールを得ることができる。特に、ゴムライニングを施したガイドレールはクッション性も良好であり、施工時に防汚電極パネル１のチタン電極２を損傷することがないためより好ましい。また、ガイドレール素材が鋼材であれば、押し出し成形、プレス成形又は溶接等で加工できる。
【００４９】
本件発明に係る水生生物付着防止装置は、ガイドレール２０が流水路底面側端部にカソード部２２を備える。カソード部２２は、ガイドレール２０にゴムライニングや樹脂被覆を施す際に、ガイドレール素材が露出するようにマスキングを施しておけば形成できる。図４に、流水路側壁に固定したガイドレール２０のカソード部２２の断面を示す。水生生物付着防止装置の運転中は、カソード部２２が流水に接液した状態になるが、カソード分極することによって防蝕効果が得られるため、鋼材を用いたとしても腐蝕せず、長期の安定した運転に支障は生じない。また、カソード部２２が流水路底面側端部にあれば、流水路を流れる流水の液面が通常観察されるレベルよりも大きく変動しても空中に露出することがなく、安定してカソードとしての機能を果たすことができる。
【００５０】
本件発明に係る水生生物付着防止装置は、固定手段がガイドレール２０を挟んで隣接配置した防汚電極パネル１間の電気的な導通を取る通電手段３０を備え、通電手段３０がチタンシートである。ここで、深さ３ｍ、長さ２５ｍの流水路側壁への水生生物の付着を防止する場合を考えてみる。このとき、図２に示す幅８００ｍｍ×高さ５００ｍｍの防汚電極パネル１を３枚接続した防汚電極ユニット１０をガイドレール２０間に６段積載して１つの防汚面を形成すれば、１１本のガイドレール２０間に１０面の防汚面を配置することになる。係る配置では、高さ方向に積載した防汚電極パネル１間には、自重の効果により電気的な導通が得られている。一方、ガイドレール２０が防汚電極パネル１を嵌合する面には絶縁被膜が形成されているため、各防汚面が所期の機能を発揮するためには、電気的に絶縁されている防汚面１０面のそれぞれに対して電圧源を設置する必要が生じる。
【００５１】
しかし、少ない電圧源ですべての防汚面を機能させることができれば、水生生物付着防止装置の設備費用を抑制でき、その後の保守点検も容易になる。そこで、図２に示すように、ガイドレール２０を挟んで隣接配置した防汚電極パネル１間に通電手段３０を配置して防汚面間の電気的な導通を取る。防汚面間に電気的な導通が取られていれば、複数の防汚面を１台の電圧源で駆動できる。ところで、係る配置の通電手段３０は、アノード側に分極する。従って、通電手段３０には、チタン電極と同様の材質のチタンシート、即ち貴金属触媒層を備えるチタンシートを用いるのが好ましい。また、図３は、通電手段３０を電気的に絶縁した状態でガイドレール２０にボルトで固定し、防汚電極パネル１とはボルトを介して電気的に接続した形態を示している。通電手段３０が図３に示す断面形状を備えていれば、ガイドレールの上部から挿入してセットできるため、位置あわせが容易である。一方、通電手段３０をガイドレールの２０の両側からはみ出すように外形加工し、はみ出した部位で防汚電極パネル１のチタン電極２にビス留めし、通電手段３０と防汚電極パネル１の表面との電気的接続を得ることもできる。
【００５２】
本件発明に係る水生生物付着防止装置は、電圧源が電流の逆流防止機能を備える直流電源である。本件発明に係る水生生物付着防止装置は連続運転が基本であり、停止するのは防汚電極の交換など、大がかりな設備メンテナンスが必要になった場合に限られる。しかし、電圧源が故障した場合には一旦運転を停止し、予備電圧源と切り替えるなどしてから運転を再開する。ところが、電圧源に一般的な直流電源を用いていると、通電を停止した状態では、直流電源が保持するキャパシタンスの影響で、電極には運転状態とは逆の電圧が印加される。即ち、カソードはアノード側に分極し、アノードはカソード側に分極する。すると、アノードである貴金属触媒層を備える防汚電極パネルでは貴金属触媒層の剥離が起こり、カソードではガイドレール素材の溶解や腐蝕が起こる。その結果、運転休止が短時間でも、防汚電極パネルの表面状態を好ましい状態に維持できないため、局部的に水生生物が付着しやすい状態となる。しかし、電圧源が電流の逆流防止機能を備える直流電源であれば、直流電源のキャパシタンスの影響を受けることがないため、アノードとカソードは好ましい状態を維持できる。
【００５３】
本件発明に係る水生生物付着防止装置は、照合電極をカソード部と略同じ深さで対向する防汚電極パネル近傍に配置し、照合電極と照合して求めたチタン電極層の表面電位が１．０Ｖ〜１．２Ｖになるよう電圧源を制御する。電圧源が供給する電流設定については、上述したように、アノード電流密度で０．５Ａ／ｍ２〜１．０Ａ／ｍ２程度で十分であるとしている。しかしながら、流水路内の流水量には変動があり、流水面高さも変動する。従って、定電流で電解すると、流水路の流水面が最低位置ではアノード電流密度が高くなり、チタン電極層の表面電位が、塩素ガスが発生する１．２Ｖを超えることになる。すると、チタン電極層表面に形成した貴金属触媒層の腐蝕がみられるようになり、防汚電極パネルの寿命が短くなるため好ましくない。そこで、本件発明では、照合電極をカソード部と略同じ深さで対向する防汚電極パネル近傍に配置してチタン電極層の表面電位をモニタし、表面電位が１．２Ｖを超えないように電圧源を制御する。
【００５４】
一方、チタン電極層の表面電位が１．０Ｖ未満であっても、通常は水生生物の付着を防止する効果は得られる。しかし、流水路の流水面の変動が大きく、当初設定された最高液面を超える事態が発生すると、液面近傍における防汚効果が低下する傾向がみられるため好ましくない。そこで、チタン電極層の表面電位が１．０Ｖ以上になるよう電圧源を制御する。ところで、防汚パネルの下端面と上端面のいずれかの表面電位が１．０Ｖ〜１．２Ｖを逸脱する場合も想定される。係る場合、チタン電極層の表面電位を流水路の深さ方向で２カ所以上測定して電圧源を制御したり、防汚電極パネルを深さ方向に分割して制御すれば、防汚パネルの表面電位を１．０Ｖ〜１．２Ｖに維持することが容易になり、防汚効果を安定して発揮させることができる。
【００５５】
本件発明に係る水生生物付着防止装置の設置形態：  本件発明に係る水生生物付着防止装置の設置方法は、以下の工程Ａ〜工程Ｆを備える。以下、図２に示す、幅８００ｍｍ×高さ５００ｍｍの防汚電極パネルを水平方向に３枚接続した防汚電極ユニットを、一対のガイドレール間に６段積載する場合について、各工程毎に説明する。
【００５６】
工程Ａは、防汚電極パネルを作成する工程である。ここでは、図２に示す、貴金属触媒層を形成したチタン電極２で両水平端面をカバーした防汚電極パネル１を作成する場合について説明する。まず、厚さ０．３ｍｍで幅８００ｍｍ×高さ５２０ｍｍの片面に１．５ｇ／ｍ２の貴金属触媒層を形成したチタン電極、厚さ１０ｍｍで幅８００ｍｍ×高さ５００ｍｍのレジンコンクリート及び幅８００ｍｍ×高さ５００ｍｍ、厚さ５ｍｍの軟質・独立気泡タイプ発泡ポリオレフィンを準備する。また、チタン電極は、高さ方向の両端部に、レジンコンクリートの外形サイズにあわせ、１０ｍｍ長さを貴金属触媒層を外側として９０°の折り曲げ加工を施し、水平端面をカバーする部位を形成しておく。具体的な操作としては、レジンコンクリートの一方の面に２液型変性エポキシ系接着剤を塗布してガラスクロスを重ね、軟質・独立気泡タイプ発泡ポリオレフィンを貼り合わせ、接着剤が硬化するまで養生する。この２液型変性エポキシ系接着剤には、コニシボンド株式会社製のＭＯＳ１００１等を用いることができる。養生後、上記チタン電極を緩衝材と同様にしてレジンコンクリートの他方の面に接着する。このとき、水平端面をカバーするチタン電極の折り曲げ加工部は、接着しても接着しなくても構わない。また、水平端面をカバーするチタン電極に突起を形成する場合には、上述した折り曲げ加工前にポンチなどを用いて形成しておく。
【００５７】
工程Ｂは、ガイドレールを作成する工程である。この工程では、図３に示す断面を備えるガイドレール素材を準備する。このガイドレール素材の断面形状は、上記にて作成した厚さが約２０ｍｍ防汚電極パネルを嵌合対象とすることを前提として、板厚を６ｍｍ、嵌合スペース高さを２５ｍｍ、防汚電極パネルを保持するつばの長さを５０ｍｍとしている。係る形状は、ガイドレール素材が鋼材であれば、押し出し成形、プレス成形又は溶接等で加工できる。
【００５８】
次いで、ガイドレール素材にアンカーボルト穴２３（ガイドレールの両端部２カ所）、通電手段固定穴２５（１枚の防汚電極パネルあたり１カ所）及び接続端子部２４を形成する。このとき、カソード部２２の板厚を厚くしておいてもよい。その後、このガイドレール素材のカソード部２２や接続端子部２４となる領域等にマスキングを施し、マスキングのない領域に厚さ３ｍｍ程度のゴムライニング処理を施す。ゴムの硬化反応が終了してからマスキングを除去すればゴムライニング２１を備えるガイドレール２０が得られる。
【００５９】
工程Ｃは、ガイドレール２０を流水路側壁へ固定する工程である。この工程では、予め流水路側壁に固定したアンカーボルト４１にガイドレール２０のアンカーボルト穴２３をはめ込んでナット締めし、図３に示す状態でガイドレールを流水路側壁に固定する。ここで用いるアンカーボルト４１は高機械強度が要求されるため、ＳＵＳ３０４材等を用い、流水路側壁内部に接着剤で固定しておく。なお、図３では、ガイドレール２０をアンカーボルト４１にナット締めした後に、ナットの周囲を樹脂封止している。
【００６０】
工程Ｄは、防汚電極パネル１又は防汚電極ユニット１０をガイドレール２０へ嵌合する工程である。この工程では、防汚電極パネル１や防汚電極ユニット１０を、一対のガイドレール間をスライドさせながら積載し、上下の防汚電極パネル間又は防汚電極ユニット間の電気的な導通を得る。ただし、この工程では、防汚電極パネル１又は防汚電極ユニット１０は、１段ずつ配置を確認しながら積載し、防汚電極パネル１がゴムライニング表面をスライドする際に、チタン電極２の端部などでゴムライニング２１を傷つけないよう注意する。
【００６１】
工程Ｅは、通電手段３０と防汚電極パネル１とをガイドレール２０へ固定する工程である。この工程では、通電手段３０をガイドレール２０から電気的に絶縁した状態で固定し、ガイドレール２０を挟んで隣接する防汚電極パネル間の電気的な導通を得る。この工程は、図３に示すように、防汚電極パネル１を流水路側壁面４０に押しつけて固定する操作を兼ねた工程とするのが好ましい。具体的には、まず、通電手段固定穴２５にガイドレール２０と電気的に絶縁したを雌ねじを形成する。この雌ねじに通電手段３０に形成してある穴を重ね合わせて貫通するように雄ねじをねじ込み、防汚電極パネル１を流水路側壁４０に押さえて固定する。このとき、雄ねじにはダブルナットを固定した長ねじを用いれば、その後、外側のナットをはずして内側のナットで通電手段３０をガイドレール２０に固定できる。その結果、通電手段３０と防汚電極パネル１との間には良好な導電状態が得られる。ただし、係る形態とする場合には、カソード部２２には通電手段３０を配置せず、図４に示すように、防汚電極パネル１のみを固定する。
【００６２】
上述した固定方法を採用すれば、ガイドレール２０に嵌合した防汚電極パネル１は、流水路側壁４０に密着させて固定できる。しかし、防汚電極パネル１を３枚以上連結した防汚電極ユニット１０では、中央側に配置した防汚電極パネル１が、流水路側壁との密着性に劣る傾向にある。係る場合には、流水路側壁に接着系アンカーボルトを設けておき、図２に示すように、中央側に配置した防汚電極パネル１の中央部に防汚電極パネル固定穴９を形成し、防汚電極ユニット１をガイドレール２０に固定する前にこの防汚電極パネル固定穴９を介してナット締めすることができる。また、接着系アンカーボルトに替えて樹脂充填部を設けておき、チタン製のタッピングビスを樹脂充填部にねじ込んで固定することもできる。この固定操作は、中央側に配置した防汚電極パネル１に限らず、必要に応じてすべての防汚電極パネル１に対して実施しても構わない。
【００６３】
工程Ｆは、電圧源を接続する工程である。この工程では、電圧源のマイナス側出力をカソード用の接続端子部２４に接続し、電圧源のプラス側出力をアノードである防汚電極パネルのいずれかに接続する。従って、１台の電圧源を用い、カソード側とアノード側への電圧源出力は、流水路の対向する側面に配置したカソード又はアノードそれぞれに、並列又は直列に接続できる。しかし、より安定した防汚効果を得ることと、装置に異常が発生しうることを想定すると、２台の電圧源を用い、流水路の対向する側壁間で電解する構成が好ましい。具体的な接続端子部２４等の電気系統は、接続信頼性の観点から空気中に配置する。その中で、並列に接続するカソード間の配線やアノードへの具体的な配線は、装置を構成する機材の配置も考慮して設置する。
【００６４】
本件発明に係る水生生物付着防止装置の設置に当たっては、ガイドレール２０の設置及び防汚電極パネル１の流水路側壁４０への固定には接着系アンカーを用いる。水生生物付着防止装置の電極を設置する流水路側壁４０は、通常のセメントコンクリートであり、本件出願に係る防汚電極パネル１の補強に用いるレジンコンクリートに比べ、耐薬品性や機械強度、特に引っ張り強さや曲げ強さが大きく劣る素材である。従って、水生生物付着防止装置の運転中には流水の流れの状態に起因する振動などが発生することを考えると、アンカーボルトをセメントコンクリートに直接打ち込んだ場合には、その周囲が経時的に破壊されることが明らかであり、ガイドレールの固定が不安定になる。しかし、所定体積を樹脂で補強した接着系アンカーを用いれば、接着剤樹脂の柔軟性と相まって、その周囲のセメントコンクリートとの接着面積が広いため、振動などが与えるダメージを抑制できるため好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明に係る水生生物付着防止装置は、防汚電極パネルが補強材を備えるものであるため、防汚電極パネルの変形が少なく、且つ、自重の効果で安定した設置と電気的な導通状態が達成できる。また、比較的小さなサイズで準備した防汚電極パネルを組み合わせてガイドレールに固定することができるため、設置現場における施工も容易である。更に、質量の大きな防汚電極パネルとガイドレールとの組み合わせは、流水路の流水流速が速くなっても固定状態が流速の影響を受けにくく、流水路の省スペース化にも貢献できる。
【符号の説明】
【００６６】
１  防汚電極パネル
２  チタン電極
３  第１接合材
４  補強材
５  第２接合材
６  緩衝材
８  あて板電極
９  防汚電極パネル固定穴
１０  防汚電極ユニット
２０  ガイドレール
２１  ライニング
２２  カソード部
２３  アンカーボルト穴
２４  接続端子部（カソード）
２５  通電手段固定穴
３０  通電手段（チタンシート）
４０  流水路側壁
４１  固定手段用アンカーボルト
【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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