(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水に接触する基材への水生生物の付着を防止するためのシステムであって、前記基材とその基材の周りを流れる水が共同して被処理領域を形成し、
周波数が時間的に変化する電磁波を発生させる発生装置であって、この発生装置は、少なくとも２つの出力端子を有し、その少なくとも２つの出力端子のうち一つの出力端子は、前記被処理領域の第１励起サイトに電気的に接続されたもの；
アバランシェ電流抑制装置であって、その１つの端子が前記発生装置の少なくとも２つの出力端子のうち他の出力端子に電気的に接続され、他の端子が前記被処理領域の第２励起サイトに電気的に接続されたもの；及び
選択された交流電圧を前記発生装置に印加するための電源、
を備えており、
生物にショックを与え又は生物を死滅させるために、前記発生装置が、水中及び／又は基材上にアバランシェ電流を誘発しうる、前記周波数が時間的に変化する電磁波を発生させるように、前記交流電圧が印加される、
ことを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記基材は導電性材料で形成されていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記基材は非導電性材料で形成されており、前記第１励起サイト及び第２励起サイトが前記非導電性の基材上に配置され、前記発生装置又は前記アバランシェ電流抑制装置に電気的に接続されるように、前記第１励起サイト及び第２励起サイトにそれぞれ１又は複数の金属部品が取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記金属部品は、前記基材の断面を横切る濾過器又は網目状スクリーンであることを特徴とする請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記第１励起サイト及び前記第２励起サイトは、距離を隔てた位置関係で前記基材の同一面上に配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６】
前記第１励起サイト及び前記第２励起サイトは、前記基材の異なる２つの面に配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項７】
前記第１励起サイト及び前記第２励起サイトの一方は、前記基材の表面に配置されており、他方は水中に配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項８】
前記第１励起サイト及び前記第２励起サイトの一方又はそれぞれに放射装置が設けられており、前記第１及び第２の励起サイトは、前記放射装置を介して前記発生装置及び前記アバランシェ電流抑制装置に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項９】
前記放射装置と、前記第１励起サイト又は前記第２励起サイトの間に電気的絶縁材料が設けられていることを特徴とする請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記基材は電気的に非導電性材料で形成されており、前記第１励起サイト及び／又は前記第２励起サイトが非導電性基材の上に配置されており、前記発生装置又は前記アバランシェ電流抑制装置に電気的に接続されるように、前記第１励起サイトと及び前記第２励起サイトのそれぞれに放射装置が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記基材は電気的に非導電性材料で形成されており、前記被処理領域が全体的に又は部分的に囲まれていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記電磁波の周波数は、１００Ｈｚと１ＭＨｚの間であり、好ましくは１００Ｈｚと２００ＫＨｚの間であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記電磁波は、１Ｈｚと１ＫＨｚの間の走査周波数を有することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記アバランシェ電流抑制装置は、ＲＬＣ回路、インダクタンス回路、コンデンサ回路、ＬＣ回路、ＲＬ回路及びＲＣ回路からなる一群の中から選択されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記電源は、前記発生装置に対して、トリガ電圧として２４Ｖと２００Ｖの間であるピークトゥピーク電圧を供給することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
水と接触する基材への水生生物の付着を防止する方法であって、前記基材と、その基材の周りを流れる水が共同して被処理領域を形成し：
周波数が時間的に変化する電磁波を発生させる発生装置の準備；
前記被処理領域を周波数が時間的に変化する電磁波の支配下に置き、生物にショックを与え又は生物を死滅させるために、前記発生装置が、水中及び／又は基材上にアバランシェ電流を誘発しうる、前記周波数が時間的に変化する電磁波を発生させるトリガとなるように、前記発生装置に選択された交流電圧が印加され；及び
前記被処理領域に全体にわたってアバランシェ電流を抑制する、
ステップを備えることを特徴とする方法。
【請求項１７】
前記基材は電気的に非導電性材料で形成されており、前記被処理領域が全体的に又は部分的に囲まれていることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記電磁波の周波数は、１００Ｈｚと１ＭＨｚの間であり、好ましくは１００Ｈｚと２００ＫＨｚの間であることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記電磁波は、１Ｈｚと１ＫＨｚの間の走査周波数を有することを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記アバランシェ電流抑制装置は、ＲＬＣ回路、インダクタンス回路、コンデンサ回路、ＬＣ回路、ＲＬ回路及びＲＣ回路からなる一群の中から選択されることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
電源から前記発生装置に対して、トリガ電圧として２４Ｖと２００Ｖの間であるピークトゥピークの交流電圧を供給することを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には、水生生物が水に曝された基材に付着するのを防止する分野に関し、特に、周波数が時間的に変化する電磁波によって誘発されるアバランシェ電流を用いることによって、船体、艦船、パイプラインなどの水と接触する基材に生物が付着するのを防止するシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
水面下の船舶の表面への微生物、植物、藻類及び／又は動物の沈殿、付着及び成長といった生物付着又は生物汚れは、望ましくない。海洋生物による水面下の船舶の表面へ生物付着は、周知の課題である。船舶に付着して成長する海洋生物の集積を抑制できないとすると、船の速度を大幅に減速させ、燃料消費を増大させ、海水冷却管あるいは海水の取水管及び排水管を詰まらせることになる。船舶用途以外にも、生物付着の抑制は、発電所の海水冷却水取水及び濃縮冷却システムのような海水冷却システムにとって、必要である。
【０００３】
生物付着に加えて、多くの工業的生産設備において、海水冷却システムへの海洋生物の侵入を防止する必要がある。例えば、発電所の冷却システムへの大規模なエビの侵入は、おそらくフィルターの網やゲートを詰まらせたり、発電所の操業停止の原因となったりするであろう。
【０００４】
海洋生物の集積を除去又は集積を防止するために、上記問題に立ち向かうために、様々な方法が開発されている。これらの方法の１つは、生物付着を抑制するために、有毒化学薬品、塗料、金属のイオン化を使用することであるが、これらは環境に有害である。他の方法は、生物の付着を抑制又は防止するために用いられる電気的な方法である。電気的な方法は、例えば、国際公開第2004/071863号、米国特許第6,209,472号及び特開2004-183018号公報から公知である。
【０００５】
国際公開第2004/071863号は、海洋構造物の一部分に設置された１又は複数の陽極と陰極及び陽極と陰極の間に電気的に接続された少なくとも１つのパルス発生装置を含む、水生生物に対する反付着及び除去システムを開示する。反生物付着の影響は、陽極と陰極の間に発生される高又は低電界によって引き起こされ、水を介して２つの電極間に流れる電流を運ぶイオンに依存している。この特許出願のシステムは、陽極と陰極の間の空間以外に反生物付着の影響を実現することはできないという重大な問題がある。
【０００６】
国際公開第2004/071863A号において、パルス発生装置は、海水のような電解液を介して、水中に沈められた陽極から水中に沈められた陰極に対して放電される、直流パルス電流を発生させる。そのため、塩素ガス又は次亜塩素酸塩が、電極表面又は電極付近の水中で発生され、生物の死滅は、実際のところ、パルス波によるショック又は死滅効果によるというよりも、むしろ、主に直流パルス電流によって生成された、環境に有害な塩素消毒によってもたらされている。
【０００７】
特開2004-183018号公報は、導電性基材とそれに対向する電極との間の電流制御を用いて電気化学的な反付着効果を実現する反付着装置に関する。これは、基本的に、生物の付着又は成長を制限するために、構造物の表面を電解液電位に変える強制直流通電システムであり、陽極と陰極が周期的に交代される。国際公開第2004/071863号と同様に、水中に直流電流が通電されると、塩素ガス又は次亜塩素酸塩が発生され、環境に優しくない化学的な消毒システムとなる。この特許出願において、他の薬剤や塗料も使用されていることに注目すべきである。
【０００８】
米国特許第6,209,472号は、水面下の表面に最も近いところに電流を流させるための電流発生装置と、電流発生装置に電力を供給するための、電池などの電源を備え、電流が水面下の表面からその表面に接触するか又はその表面を取り囲む水を介して、グランド電位点に流れる、水面下の表面での海洋生物の成長を抑制するシステムを開示する。このシステムも、生物の成長を抑制するために、塩素又は次亜塩素酸塩を発生させる直流パルス発生装置を使用している。
【０００９】
上記反付着方法及びシステムは、いずれも直流電流又は直流パルス波又は直流成分のいずれかを用いている。電解液（例えば、海水）中で、直流電流又は直流パルス電流が電極から放電されると、塩素ガス、水酸化物イオン、次亜塩素酸塩などの活性物質又はその他の消毒性副産物が生成される。これらの物質の生成は、実際のところ、環境に有害である電気的塩素消毒などの化学的な方法と大差ない。国際海洋機構(International Marine Organization)規則によると、このような物質の生成は好ましくないとされ、これらの方法又はシステムによって処理された水は、マイナスの影響を最小限に維持することを裏付けるために、環境インパクト・アセスメントを含む追加の評価手続を経なければならない。
【００１０】
上記方法又はシステムの他の不都合は、交流回路には適用できない、オームの法則に従った従来の直流電気分解の概念に基づいていることである。すなわち、水中の電流路を含む回路ループを通って流れる電流は、通常は一定であり、全体の電流抵抗によって決定される。もしも、回路抵抗が一定であるならば、駆動電圧が変化しない限り、電流は一定に維持される。オームの法則によれば、水のような電解液中の電流は、「電流は、最も抵抗が小さく短い経路を通る」ということによって特徴付けられ、電流のシンク・アンド・ソースポテンシャル分布パターンを示す。水中への電子の流れはなく、水中における全ての電流は、イオンの導電性によって流れる。電流が従来の電流のように流れるとすると、電解液中に、従来のオーム電流又はイオン電流が到達し得ない、多くの死角又は死領域が存在する。具体的には、これらの死点は、シンク・アンド・ソースポテンシャル場の外側に位置する領域である。
【００１１】
図１は、従来の直流成分に基づく反付着構造の概略を示す。図に示すように、陽極１と陰極２は、距離を隔てて水中に沈められており、陽極１と陰極２の間に電界４を発生させるために、直流又は直流パルス電源３の正及び負の端子が陽極１及び陰極２にそれぞれ電気的に接続されている。従来の直流電流又は直流パルス電流は、陽極１と陰極２の間の電界４を流れる。図１において、従来の直流電流又は直流パルス電流は、陽極と陰極の間の電界から離れた領域５１、５２、５３及び５４には届かないことは明らかである。もしも、このような死領域が存在すると、バクテリアや微生物は、これら死領域において生き残り成長し、生物の付着抑制はあまり効果がなくなるであろう。
【００１２】
船体のような水中に沈んだ基材又はプラットフォーム構造、海水冷却システム、ブイなどの水に接触する基材への付着を防止するために、電流による反付着方法及びシステムに取って代わる技術を開発することは、以前から大きな挑戦であった。この目的のために、構造的に非常に簡単であり、比較的安価であり、毒物の溶出がなく環境に安全であり、基材が固定されているか動いているかに関わりなく、望ましくない生物の付着を効果的に抑制し又は防止することを可能にする、水に接触する基材に水生生物が付着するのを防止するための装置及び方法が求められている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上記の要求を満たすために開発されたものであり、そのため、環境に安全で、水中に毒物を溶出することなく、水に接触する基材に水生生物が付着するのを防止するためのシステムを提供することを主目的とする。
【００１４】
本発明の他の目的は、極めて経済的であり、使いやすい、水に接触する基材に水生生物が付着するのを防止するためのシステムを提供することである。
【００１５】
本発明のさらに別の目的は、望ましくない生物の付着を効果的に制限し又は防止することを可能にする、水に接触する基材に水生生物が付着するのを防止するためのシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明のこれら及び他の目的及び利点は、水に接触する基材への水生生物の付着を防止するためのシステムを提供することによって満足され、前記基材とその基材の周りを流れる水が共同して被処理領域を形成し、
周波数が時間的に変化する電磁波を発生させる発生装置であって、この発生装置は、少なくとも２つの出力端子を有し、その一つは、前記被処理領域の第１励起サイトに電気的に接続されたもの；
アバランシェ電流抑制装置であって、その１つの端子が前記発生装置の他の出力端子に電気的に接続され、他の端子が前記被処理領域の第２励起サイトに電気的に接続されたもの；及び
選択された電圧を前記発生装置に印加するための電源、
を備えており、
生物にショックを与え又は生物を死滅させるために、前記発生装置が、水中及び／又は前記基材の表面上にアバランシェ電流を誘発しうる前記周波数が時間的に変化する電磁波を発生させるように、トリガ電圧が印加される。
【００１７】
本発明によれば、前記基材は導電性材料で形成されていてもよいし、あるいは、非導電性材料で形成されていてもよい。非導電性の基材に関しては、もしも、この励起サイトが非導電性基材上に配置されているときは、前記発生装置又は前記抑制装置に電気的に接続されるように、各励起サイトにそれぞれ１又は複数の金属部品を取り付けてもよい。あるいは、電磁波放射装置が、金属部品と同じ目的を果たすことができる。
【００１８】
前記第１及び第２の励起サイトの位置は、現実の必要性に応じて変化させてもよい。これら２つの励起サイトは、距離を隔てた位置関係で基材の同一面上に配置されていてもよいし、基材の異なる２つの面に配置されていてもよい。前記第１及び第２の励起サイトの一方は、基材の表面に位置しており、他方は水中に位置していてもよい。
【００１９】
前記第１及び第２の励起サイトの一方又はそれぞれに放射装置を設けてもよく、前記第１及び第２の励起サイトは、前記放射装置を介して前記発生装置及び前記抑制装置に電気的に接続されていることが好ましい。
【００２０】
前記基材が電気的に非導電性である場合、アバランシェ電流密度を高くするために、前記被処理領域を全体的に又は部分的に囲むことが好ましい。
【００２１】
周波数が時間的に変化する電磁波は、約１００Ｈｚと約１ＭＨｚの間であり、より好ましくは約１００Ｈｚと約２００ＫＨｚの間であることが有利である。前記電磁波は、約１Ｈｚと約１ＫＨｚの間の走査周波数を有することが好ましい。
【００２２】
前記アバランシェ電流抑制装置は、アバランシェ電流の急激な増加を抑制又は制御するために設けられている。この抑制装置は、それぞれ異なる用途に対する異なる負荷要求に適合するように設計された、ディジタル又はアナログＲＬＣ回路、インダクタンス回路、コンデンサ回路、ＬＣ回路、ＲＬ回路及びＲＣ回路からなる一群の中から選択されてもよい。この抑制装置の一例として、抵抗（Ｒ）、インダクタ（Ｌ）及びコンデンサ（Ｃ）を含む直列ＲＬＣ回路が挙げられ、この直列ＲＬＣ回路の特徴は、電流の大きさは周波数の関数であり、共振周波数のときに電流は最大値に達し、それによって、前記基材及び周囲を流れる水によって定義される前記被処理領域における電流の総量制限の効果が得られる。
【００２３】
アバランシェ電流を発生させるトリガ電圧を、非常に小さくすることができる。本発明の一実施形態において、電源は、電磁波発生装置に対して、トリガ電圧として約２４Ｖと約２００Ｖの間のピークトゥピーク電圧を供給する。
【００２４】
本発明の他の一態様は、水と接触する基材への水生生物の付着を防止する方法を提供することにあり、前記基材と、その基材の周りを流れる水が共同して被処理領域を形成するものであって、以下のステップを備える：
周波数が時間的に変化する電磁波を発生させる発生装置の準備；
前記被処理領域を周波数が時間的に変化する電磁波に曝し、生物にショックを与え又は生物を死滅させるために、前記発生装置が、水中及び／又は基材の表面上にアバランシェ電流を誘発しうる、前記周波数が時間的に変化する電磁波を発生させるように、前記発生装置に選択されたトリガ電圧が印加され；及び
前記被処理領域に全体にわたってアバランシェ電流を抑制する。
【００２５】
水中の狭い領域において生物の付着を効果的に防止するための従来の直流成分に基づいたシステムと異なり、本発明の本質は、水中又は基材の表面において、周波数が時間的に変化する電磁波によって生成され、自立した急激に増加する電流パルスである、アバランシェ電流を用いることにある。アバランシェ電流は、水中において電流を運ぶためのイオンに依存しておらず、その代わりに、水中で発生する電子と荷電粒子の衝突の結合された結果である。生物の細胞膜上の受容体は、熱的に又は生理的に基材上の電子アバランシェ及び励起された電子を嫌うので、微生物、藻類、バイオフィルム及びその他の種が基材の表面に付着することを防止する。それゆえ、周囲の生物学的な環境を害することなく、生物の反付着が達成される。
【００２６】
従来の直流成分に基づくシステムは、電源の正の端子及び負の端子に接続された陽極と陰極の構造に特徴がある。それに対して、本発明の構造は電極が存在せず、発生された電磁波は純粋な交流であり、短絡の問題を生じることなく、電磁波発生装置の出力端子を、同じ金属片の上に直接結合することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
本発明をさらによく理解するために、本発明及びその実施形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２８】
【図１】先行技術から公知の構造見本を概略的に示す図。
【図２】本発明の第１実施形態に係る構造であって、海水に接触する基材に海洋生物が付着するのを防止するシステムを概略的に示す図。
【図３】本発明の第２実施形態に係る構造であって、海水に接触する基材に海洋生物が付着するのを防止するシステムを概略的に示す図。
【図４】本発明の第３実施形態に係る構造であって、海水に接触する基材に海洋生物が付着するのを防止するシステムを概略的に示す図。
【図５】本発明の第４実施形態に係る構造であって、海水に接触する基材に海洋生物が付着するのを防止するシステムを概略的に示す図。
【図６】本発明の第５実施形態に係る構造であって、海水に接触する基材に海洋生物が付着するのを防止するシステムを概略的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明は、好適な実施形態において図示及び記載されているけれども、水に接触する基材への水生生物の付着を防止するためのシステムは、様々な異なった構成、大きさ、形態及び材料で製造することができる。
【００３０】
従来、アバランシェ電流は、電子−ホール対を容易に生成しうる真空中又はガス中におけるプラズマ放電にのみ発生し、水中又は金属表面では起こりえないと信じられていた。本発明は、時間的に変化する低定周波パルス電磁波を用いて水又は金属を励起することにより、水中のみならず金属中でもアバランシェ電流を発生させることができる、という発見に基づいている。水中でアバランシェ電流が発生されると、電子と荷電粒子は、「従来のシンク・アンド・ソース」ポテンシャル分布及び電流特性に従うことなく、「雪崩」のように衝突する。電子と荷電粒子の挙動は、蛍光灯における電子の衝突と同様である。水及び基材を介してアバランシェ電流を制御又は制限するために、本発明に組み込まれるべきアバランシェ電流制限装置が必要である。
【００３１】
電子と荷電粒子のランダムな衝突に起因して、アバランシェ電流は、水塊中又は基材の表面上の微細な隙間や角にも到達しうる。アバランシェ電流は大量の水の中でも移動するので、従来の直流成分に基づくシステムでは届くことができなかった水中の死角や死領域の全てにまで届くことを含めて、水中において、生物に効果的にショックを与え又は死滅させることができる。
【００３２】
本発明において、基材の表面でアバランシェ電流が発生すると、その表面は活性化され又は熱くなり、生物の付着を阻止する。アバランシェ電流の効果は、基材の表面と被処理領域の全体の水中において見ることができ、水に接触する基材のあらゆる部分において、この環境は生物にとって敵対するものとなる結果をもたらす。いかなる薬剤又は活性物質を水中に持ち込むことはない。
【００３３】
また、アバランシェ電流は、（樹脂タンクのような）完全に囲まれた又は（開口を有する非金属製パイプのような）部分的に囲まれた電気的に非導電性チャンバーの内部で、跳ね返されることがわかった。その結果、測定された電磁波の電圧と周波数は、電子レンジにおいて高周波電磁波を発生させるマグネトロンと同様の挙動によって増幅される。電圧と周波数の増幅は、水中での生物を死滅させ又は成長を抑制させるのに役立つ。
【００３４】
本発明の顕著な特徴は、アバランシェ電流が、時間的に周波数が変化するパルス状の低周波交流電磁波によって、水中及び基材の表面で誘発されることである。時間的に周波数が変化する電磁波は、塩素発生や活性物質の生成を誘発する、好ましくない直流パルス波や直流電解効果などの直流成分を含んでいない。その上、直流パルス波や直流電解は、陰極表面における有効面積を狭くし、酸素に対する拡散抵抗を増加させる、陰極表面での硬い化学的な水垢やバイオフィルムの生成などの不利益を有しており、生物の付着の抑制に対しては、マイナスの効果を有している。本発明では、時間的に周波数が変化する低周波電磁波を用いているので、水垢やバイオフィルムの生成は起こらず、本発明による処理後の水中の全残留酸素量及び毒性副産物は増加を示しておらず、環境に対する有害な影響はないこともわかった。このことは、ＩＭＯ形式承認において、活性物質評価を受ける必要性をなくすることを可能にする。
【００３５】
明瞭化と利便性のために、海水に接触する基材に付着する生物の一例として、ここでは、海水中の「海洋生物」を取り扱う。他の電解液中の生物にも適用できることは理解されるべきである。
【００３６】
図面を参照して、図２は本発明の第１実施形態に対応して構成されたシステム１００を示す。この実施形態において、システム１００は、電源装置１１０と、時間的に変化する周波数を有する電磁波を発生させる発生装置１２０と、アバランシェ電流抑制装置１３０と、その中を海水が流れる鋼パイプなどの金属パイプ１４０を備えている。パイプ１４０、パイプの中を流れる海水及びパイプの外側でその周囲を流れる水は、時間的に変化する周波数を有する電磁波の処理に曝される被処理領域を構成する。
【００３７】
電源装置１１０は、発生装置１２０に電気的に接続されている。電源装置１１０として交流電源が用いられている。電源装置１１０は、反付着の目的で、水中及び／又はパイプ１４０の表面にアバランシェ電流の発生を誘発するように、交流電圧を印加する。電源装置１１０は、実際の用途に応じて、約２４Ｖと約２００Ｖの間のピークトゥピーク電圧を発生装置１２０に供給することが好ましい。トリガ電圧を非常に小さくすることができる。海水中に沈んだ鋼構造体に対して、アバランシェ電流の発生をトリガするのに、約２４Ｖの最小ピークトゥピーク電圧で十分である。トリガ電圧が高くなればなるほど、アバランシェ電流を誘発するために発生装置によって出力される電磁波の強度が強くなることが理解されるべきである。
【００３８】
発生装置１２０は、時間的に周波数が変化する電磁波を発生させることが可能な、この分野で公知のいずれのタイプの手段であってもよい。例えば、発生装置は、回路基板、コンソールカードあるいは、アンテナの周囲にコイルが巻回されたフェライトコアアンテナであってもよい。発生装置１２０は、２つの出力端子１２２，１２４を有しており、端子１２２はアバランシェ電流抑制装置１３０に電気的に接続されている。
【００３９】
水中で異なる種類の生物の付着を抑制するためには、異なる種類の生物それぞれに応じて異なる周波数帯域及び電流強度を発生させるように、広い周波数帯域が要求される。本発明で使用される、時間的に周波数が変化する電磁波は、約１Ｈｚから１ｋＨｚの間の走査周波数を有し、１００Ｈｚから１ＭＨｚの範囲が好ましく、１００Ｈｚから２００ｋＨｚの範囲がより好ましい。時間的に周波数が変化する電磁波の波形は、矩形波、三角波、正弦波又はその他の形状とすることができる。
【００４０】
アバランシェ電流抑制装置１３０は、アバランシェ電流の急激な増加を抑制するために設けられている。抑制装置１３０の第１端子は、発生装置の出力端子１２２に電気的に接続されており、抑制装置１３０の第２端子は、パイプ１４０に接続されている。本発明の抑制装置１３０は、蛍光灯内部で電流を急激に増加させることによって示されるアバランシェ効果を発生させるために一方の端部から他方の端部へ真空中を電子が移動する、蛍光灯を通過する電流を制限するために、蛍光灯において用いられている電気的安定器のようなものである。抑制装置１３０は、異なった用途に対して異なった負荷要求に適合させるために、ディジタル又はアナログのＲＬＣ回路、Ｌ回路、Ｃ回路、ＬＣ回路、ＲＬ回路又はＲＣ回路であってもよい。この実施形態においては、抑制装置は直列ＲＬＣ回路であり、その特徴は、電流の大きさは周波数の関数であり、共振周波数において電流が最大値となり、それによって、被処理領域における電流量を制限する効果が達成されることにある。
【００４１】
図２に示すように、抑制装置１３０の第２端子及び発生装置１２０の出力端子１２２は、短絡の原因となることなく、パイプ１４０の同じ壁面上で距離を隔てた関係にある第１励起サイト１６０及び第２励起サイト１５０にそれぞれ接続されている。トリガ電圧が発生装置に印加されると、時間的に周波数が変化する低周波パルス電磁波が発生され、アバランシェ電流を誘発するように、パイプ１４０の壁面上及び水中を伝わる。金属基材及び水中において非ガス状プラズマ放電現象が発生し、波状電流が増加してアバランシェ効果が跳ね返されるものと思われる。そのため、アバランシェ電流抑制装置１３０は、電流を安定化させ、制限するために必要である。
【００４２】
アバランシェ電流が誘発された後、パイプ中及び水中の電子と荷電粒子は、雪崩状に衝突し、被処理領域の全方向に電流が伝搬される（図２参照）。電磁波は、高周波に起因する表面効果により金属パイプの表面に伝わり、アバランシェ効果を促進する。表面に電磁波が伝わると、その表面は生物にとって「ホットプレート」となり、その生物は表面に付着する替わりに水中に留まることを選択する。その結果、パイプ１４０の全体がアバランシェ電流処理に曝され、パイプへの海洋生物の付着が効果的に防止される。この点が、電流が陽極と陰極の間だけを流れ、陽極と陰極の間の電解空間の外側には流れない、直流成分に基づくシステムとは異なる。
【００４３】
アバランシェ電流を励起するために、発生装置の出力端子を様々な方法で、パイプ又は水に接続することができる。図３及び図４は、図２における構造の第２及び第３変形例を示す。
【００４４】
図３において、第１励起サイト１６０及び第２励起サイト１５０は、２つの対向する面に位置している。この実施形態では、発生装置１２０の２つの出力端子１２４，１２２が、第１及び第２励起サイト上のパイプの壁を突き抜けて伸びた貫通穴に嵌め込まれた電磁波放射装置１７０を介して、第１及び第２励起サイト１６０，１５０に接続されている。放射装置１７０は、水中及びパイプの表面に沿った電磁波の伝搬を強化することを可能にする。アバランシェ電流が一対の放射装置１７０から放射されると、強いアバランシェ効果が発生され、パイプに対する水の電圧が数ボルトだけ上昇する。アバランシェ電流をガイドするために、電気的絶縁材料１７２を、穴と放射装置１７０の間に充填してもよい。絶縁材料１７２は、表皮効果により、時間的に周波数が変化する電磁波及びアバランシェ電流が放射装置から金属表面に対して及び金属表面に沿って伝搬されるのを可能にする。
【００４５】
図４において、発生装置１２０の出力端子１２２は、電磁波放射装置１７０を介して、水に接続されている。図に示すように、放射装置１７０は、パイプ１４０の内部の水中に位置している。この構造は、図１及び２に示すものと同じアバランシェ効果を発生させることができる。
【００４６】
図５を参照して、そこには、本発明の第４実施形態に対応して構成されたシステム２００が描かれている。この実施形態において、処理されるべき基材は、金属材料で形成されたハイドロ・サイクロンの筐体２４１である。上記第１実施形態と同様に、システム２００は、電源装置２１０、時間的に変化する周波数を有する電磁波を発生させるための発生装置２２０、アバランシェ電流抑制装置２３０及び海水を含むハイドロ・サイクロン２４０を備えている。ハイドロ・サイクロンの筐体２４１及び海水は、時間的に変化する周波数を有する電磁波の処理に曝される被処理領域を構成する。
【００４７】
電源装置２１０、発生装置２２０及び抑制装置２３０の説明は、上記第１実施形態において議論したこれらに対応する装置を参照することができ、ここでは省略する。図に示すように、発生装置２２０の２つの出力端子は、水中及び筐体２４１の表面に沿ってアバランシェ電流の流れを誘発するように、筐体２４１の頂上と底に接続されている。アバランシェ電流は、ハイドロ・サイクロン中に含まれた水中の生物がハウジング２４１に付着することを効果的に防止する。
【００４８】
図６は、本発明の第５実施形態に対応して構成された他のシステム３００を示す。この実施形態において、このシステム３００は、電源装置３１０、時間的に変化する周波数を有する電磁波を発生させるための発生装置３２０、アバランシェ電流抑制装置３３０及び樹脂パイプなどの非金属パイプ３４０を備えている。この実施形態における構造は、実質的に、上記第１実施形態のいずれかと同じであるが、パイプが電気的に非導電性の非金属材料で形成され、金属製の濾過器３８０がパイプの横断面を横切るように設けられている点が、第１実施形態と異なる。樹脂パイプ３４０を励起するために、図６に示すように、発生装置３２０の出力端子は、金属濾過器３８０に接続されている。効果を高めるために、多数の金属濾過器を用いてもよい。
【００４９】
アバランシェ電流をパイプの表面及び水中に誘発するために、金属濾過器に替えて電磁波放射装置を樹脂パイプ３４０上に取り付けてもよいことは、当業者の能力範囲内であろう。
【００５０】
この実施形態では、樹脂パイプ３４０は、それに沿って電流が流れる導電路を提供できないので、アバランシェ電流は水中を伝わる。生物に対して顕著なショック又は死滅効果を発生させるために、水の体積をある一定の範囲に減少させるように、構造全体を完全に囲むか部分的に囲むことが有効である。囲まれた構造の内部では、アバランシェ電流は電流が増大されるように跳ね返される。囲まれた構造中の全ての生物は、アバランシェ電流処理に曝され、樹脂パイプの表面に付着することが防止される。
【００５１】
本発明は、異なった２つの方法によって、電気的に導電性の基材と非導電性の基材を処理することがわかる。導電性の基材の場合、時間的に周波数が変化する電磁波は、水中を伝わると共に導電性基材に形成された導電路に沿って伝わる。誘発されたアバランシェ電流は、表皮効果により、水中に生息するあらゆる生物にショックを与え、死滅させるのに十分なほど強力である。基材の厚み及び周波数帯に応じて、放射装置を設けてもよいし、あるいは設けなくてもよいし、また、励起サイトを変化させてもよい。
【００５２】
非導電性基材の場合、時間的に周波数が変化する電磁波は、導電路を利用できないので、水中をのみを伝わる。もしも、励起サイトが、無限に開放された海に設置されていたとすると、励起サイトから離れれば離れるほど、アバランシェ電流密度は、おそらく生物の付着を効果的に抑制できないほど弱くなるであろう。このような環境の下では、非導電性基材を全体的に又は部分的に囲むことが好ましい。
【００５３】
導電性基材が、例えば連続したゴムなどでコーティングされている場合、この基材は、非導電性基材として扱われる。導電性基材が、多孔質の非導電性被膜でコーティングされている場合、この基材は、導電性基材に対する方法と非導電性基材に対する方法を組み合わせて処理される。
【００５４】
それゆえ、本発明は、非常に簡単であり、比較的安価であり、且つ、毒物の溶出がなく環境に安全であり、効果的な反付着効果をもたらす、水に接触する基材の表面への生物の付着を防止するシステム及び方法を提供する。本発明において、アバランシェ電流効果が、大量の水全体及び基材の表面を覆うように伝搬することが期待できる。
【００５５】
ここで説明した実施形態は、水に接触する基材の表面への生物の付着を防止するための構造の例示を意図しており、本発明は、図示された実施形態に限定されるものではないことは、当業者によって理解されるであろう。当業者であれば、本発明の範囲を逸脱することなく、当業者の常識によって様々な変形や改良が可能であることは、また、そのような変形や改良は本発明の範囲に含まれることは、想像できるであろう。
【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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