(57)【要約】【課題】長期間にわたって運転しても防汚防食効果が持続し、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食装置および防汚防食方法を提供する。【解決手段】海水に接する構造物の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食において、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する。さらに、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の基づき、前記通電パターンの微調整をリアルタイムに行う。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
海水に接する構造物の壁面に絶縁膜を介して設けられたチタン膜と、該チタン膜に接続する直流電源装置と、直流の陽極と陰極との極性を切り替える極性切替装置と、前記チタン膜の表面電位を測定する電位センサと、該電位センサにより得た電圧値に基づいて通電パターンを更新して前記直流電源装置および切替装置に制御信号を送る制御手段とを有することを特徴とする海水に接する構造物の防汚防食装置。
【請求項２】
前記チタン膜の電位が、防汚通電時には、４Ｖ(ｖｓ ＳＣＥ：飽和カロメル電極)以上になっていることを特徴とする請求項１に記載の海水に接する構造物の防汚防食装置。
【請求項３】
前記チタン膜の電位が、装置設置後短期間で必要な電位を超えるよう、通電開始初期に通常運転時よりも過剰な電流を前記チタン膜に印加することを特徴とする請求項２に記載の海水に接する構造物の防汚防食装置。
【請求項４】
前記チタン膜の電位が、海水中でのチタンの溶出電位以下になるよう電流量を制御することを特徴とする請求項１に記載の海水に接する構造物の防汚防食装置。
【請求項５】
前記チタン膜への一定期間の通電と無通電を繰り返すことを特徴とする請求項１に記載の海水に接する構造物の防汚防食装置。
【請求項６】
前記チタン膜近傍の海水中にさらに前記制御手段に接続された水質モニタが設けられ、前記制御装置には前記水質モニタから得た水質値に基づいて通電パターンを更新して前記直流電源装置および極性切替装置に制御信号を送るプログラムが記憶されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の海水に接する構造物の防汚防食装置。
【請求項７】
前記水質モニタが白金電極と参照電極とを用いて前記水質値として電極反応物濃度を測定する構成を有することを特徴とする請求項６に記載の海水に接する構造物の防汚防食装置。
【請求項８】
前記水質モニタが前記電位センサとチタン膜に紫外線を照射可能な紫外線ランプとを用いて前記水質値として海水の透明度や生物の付着状況を測定する構成を有することを特徴とする請求項６に記載の海水に接する構造物の防汚防食装置。
【請求項９】
前記チタン膜近傍の海水中にさらに前記制御手段に接続された温度センサが設けられ、前記制御装置には前記温度センサから得た海水温度値に基づいて通電パターンを更新して前記直流電源装置および極性切替装置に制御信号を送るプログラムが記憶されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の海水に接する構造物の防汚防食装置。
【請求項１０】
前記チタン膜近傍の海水中にさらに前記制御手段に接続された流速センサが設けられ、前記制御装置には前記流速センサから得た海水の流速値に基づいて通電パターンを更新して前記直流電源装置および極性切替装置に制御信号を送るプログラムが記憶されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の海水に接する構造物の防汚防食装置。
【請求項１１】
前記チタン膜近傍の海水中にさらに前記制御手段に接続された映像モニタが設けられ、前記制御装置には前記映像モニタから得た映像情報に基づいて通電パターンを更新して前記直流電源装置および極性切替装置に制御信号を送るプログラムが記憶されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の海水に接する構造物の防汚防食装置。
【請求項１２】
前記映像情報が前記チタン膜への生物の付着有無であることを特徴とする請求項１１に記載の海水に接する構造物の防汚防食装置。
【請求項１３】
前記通電パターンの更新が、前記映像情報から前記チタン膜に生物の付着が確認された場合に通電を開始し、前記チタン膜への付着物が剥離されるまでの一定期間通電を維持した後、通電を停止するものであることを特徴とする請求項１２に記載の海水に接する構造物の防汚防食装置。
【請求項１４】
前記海水に接する構造物が海水取水路であることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の海水に接する構造物の防汚防食装置。
【請求項１５】
海水に接する構造物の壁面に絶縁膜を介して設けられたチタン膜に、所定の電流密度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食方法であって、
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量や通電パターンを更新することを特徴とする海水に接する構造物の防汚防食方法。
【請求項１６】
前記チタン膜の電位が、防汚通電時には、４Ｖ(ｖｓ ＳＣＥ)以上になっていることを特徴とする請求項１５に記載の海水に接する構造物の防汚防食方法。
【請求項１７】
前記チタン膜の電位が、装置設置後短期間で必要な電位を超えるよう、通電開始初期に通常運転時よりも過剰な電流を前記チタン膜に印加することを特徴とする請求項１６に記載の海水に接する構造物の防汚防食方法。
【請求項１８】
前記チタン膜の電位が、海水中でのチタンの溶解電位以下になるよう電流量を制御することを特徴とする請求項１５に記載の海水に接する構造物の防汚防食方法。
【請求項１９】
前記チタン膜への一定期間の通電と無通電を繰り返すことを特徴とする請求項１５に記載の海水に接する構造物の防汚防食方法。
【請求項２０】
前記チタン膜近傍の海水中にさらに前記制御手段に接続された水質モニタを設け、前記水質モニタから得た水質値に基づいて前記通電パターンを更新することを特徴とする請求項１５〜１９のいずれか１項に記載の海水に接する構造物の防汚防食方法。
【請求項２１】
前記水質モニタを白金電極と参照電極とを用いて前記水質値として電極反応物濃度を測定する構成とすることを特徴とする請求項２０に記載の海水に接する構造物の防汚防食方法。
【請求項２２】
前記水質モニタを前記電位センサとチタン膜に紫外線を照射可能な紫外線ランプとを用いて前記水質値として海水の透明度や生物付着状況を測定する構成とすることを特徴とする請求項２０に記載の海水に接する構造物の防汚防食方法。
【請求項２３】
前記チタン膜近傍の海水中にさらに前記制御手段に接続した温度センサを設け、前記温度センサから得た海水温度値に基づいて通電パターンを更新することを特徴とする請求項１５〜２２のいずれか１項に記載の海水に接する構造物の防汚防食方法。
【請求項２４】
前記チタン膜近傍の海水中にさらに前記制御手段に接続した流速センサを設け、前記流速センサから得た海水の流速値に基づいて通電パターンを更新することを特徴とする請求項１５〜２３のいずれか１項に記載の海水に接する構造物の防汚防食方法。
【請求項２５】
前記チタン膜近傍の海水中にさらに前記制御手段に接続した映像モニタを設け、前記映像モニタから得た映像情報に基づいて通電パターンを更新することを特徴とする請求項１５〜２４のいずれか１項に記載の海水に接する構造物の防汚防食方法。
【請求項２６】
前記映像情報として前記チタン膜への生物の付着有無を用いることを特徴とする請求項２５に記載の海水に接する構造物の防汚防食方法。
【請求項２７】
前記前記通電パターンの更新が、前記映像情報から前記チタン膜に生物の付着が確認された場合に通電を開始し、前記チタン膜への付着物が剥離されるまでの一定期間通電を維持した後、通電を停止するものであることを特徴とする請求項２６に記載の海水に接する構造物の防汚防食方法。
【請求項２８】
前記海水に接する構造物が海水取水路であることを特徴とする請求項１５〜２７のいずれか１項に記載の海水に接する構造物の防汚防食方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海水取水路や、船体などの海水に接する構造物の壁部に施されたチタン膜に直流電流を通電して海洋生物の前記構造物への付着を防止するとともに、近傍の構造物の防食を行う海水に接する構造物の防汚防食装置および防汚防食方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
海水に接する構造物の代表例として、海水を冷却水として利用するために海岸近傍に設置される発電設備における取水設備が挙げられるが、この取水設備の取水路の内壁面には、カンザシゴカイ、フジツボ、その他の貝類などの海洋生物が付着する。取水路に海洋生物が付着して流路を閉塞すると冷却水の導入、排出に支障を来すことになる。それで、取水路への海洋生物の付着を防止するために、取水路の内面に導電塗膜を施し、この導電塗膜に直流電流を通電して電気分解反応により次亜塩素酸（ＣｌＯ-）イオンを発生させ、そのＣｌＯ-イオンにより海洋生物が取水溝の内面に付着するのを防止するようにした防汚装置も提案されている（特許文献１）。
【０００３】
かかる防汚装置を用いた電気化学的防汚方法においては、効果を長期的に維持するために、電位の設定時間の配分などの環境に対応して変更する必要があり、最適な配分が難しい。また、導電塗膜が過度に酸化された場合には、導電塗膜表面での電気抵抗値の増加が生じ、それに伴って電気化学反応速度の低下が生じ、導電塗膜全体に設定電位を均一に印加することが難しくなるといった場合もある。また、導電塗膜の表面は、構成される物質の劣化に伴って電極としての機能低下が起こる場合があるなど、様々な解決すべき問題点が指摘されている。
【０００４】
これに対して、従来、被防汚体の防汚面の防汚を必要とする部分を耐食性の導電性基材となし、この導電性基材を定電流制御することを特徴とする電子制菌防汚方法が提案されている（特許文献２）。
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１２５３４１号公報
【特許文献２】特開２００４−１１６１３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
海水に接する構築物、例えば、発電設備では、その取水路内には大小の各種ポンプ、各種スクリーン、梯子、金属配管などの腐食性材料製の各種機器、設備が多数ある。これらの各種機器、設備は、海水成分による腐食作用が働くため、何らかの防食対策が必要である。
【０００７】
前記従来の耐食性の導電性基材を用いた電子制菌防汚方法では、電極部分の防食に耐食性金属材料を使用して対応しているが、その周辺の前記各種機器や設備を構成する腐食性材料の防食については考慮なされていない。したがって、この従来の耐食性の導電性基材を用いた電子制菌防汚方法を用いた場合でも、前記各種機器、設備には、塗料厚塗り処理や、防食専用電源および防食用アノードを設置したり、犠牲アノードの設置などによる防食対策を別途に施す必要があり、設備費およびメンテナンス費用が、防汚対策費に加えてさらに必要となる。また、このような別途の防食対策が施されていない状態で、前記従来の耐食性の導電性基材を用いた電子制菌防汚方法を用いた場合、通電によって、被防汚物以外の金属構造物（各種機器、設備）に、迷走電流が流れて、さらにその他の金属構造物の腐食を加速することになってしまう。
【０００８】
また、海水に接する構造物の表面の汚染の度合いは、海水の水質、温度、流速などの海水の化学的、物理的変化によって、大きく左右される。したがって、このような海水の化学的、物理的変化に対応して、防汚装置の印加電流、印加電圧を制御しなければ、効果的な防汚もできないし、経済的な運転もできず、場合によっては、電極の早期減耗を引き起こす場合もある。
【０００９】
しかしながら、従来の耐食性の導電性基材を用いた電子制菌防汚方法では、前記海水の化学的、物理的変化を考慮することなく、耐食性の導電性基材に２０ｍＡ／ｍ2以上の定電流を流している。この条件では、防汚性が実現されたとしても、前述した防食性を同時に実現することは難しい。
【００１０】
さらに、防汚の点に関しても、前記定電流を印加する防汚方法で防汚装置の運転を始めると、通電開始の初期に防汚効果を上げることが難しく、そのため使用初期に設備に海洋生物が付着し、定着して、その後の剥離が困難となる場合がある。
【００１１】
本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その課題は、長期間にわたって運転しても防汚効果を持続でき、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食装置および防汚防食方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者等は、前記課題を解決するために、従来の問題の原因を詳しく検討したところ、次のような知見を得るに至った。
【００１３】
従来装置では電極として用いる導電性基材の性能低下程度をリアルタイムで知り、それに応じた通電パターンを更新する機能を持っていなかったので、設置から長期間経て導電性基材がある程度性能低下が進んだ場合では、装置としての耐久性が尽きる前に防汚特性が実用レベルを大きく下回ってしまうと考えられる。
【００１４】
従来装置では、電極として用いる導電性基材の状況や周辺環境の状況などから、それに応じた通電パターンを更新する機能を持っていなかった。その結果、設置初期から性能を発揮できなかったり、短期間にチタンが腐食する状態に到達し、装置としての耐久性が尽きる前に防汚特性が実用レベルを大きく下回るなど、実用的ではなかった。
【００１５】
したがって、導電性基材の表面電位をリアルタイムで計測し、表面電位が「防汚有効電圧値」に達してから「防汚有効時間期間」が経過するまで通電設定をを継続の範囲になるよう、適宜、通電量やパターンを更新すれば、通電量を必要最小限とできランニングコストを低減できるとともに、安定した防汚効果を得ることができる。また、防汚に必要最小限な電流しか通電しないため、電位の上昇度合いを低減可能であり、防汚有効電圧領域（４Ｖ以上、チタンの溶出電圧値以下）で、長期間通電を行うことが可能となる。長期に安定した防汚性能を発揮させる電流密度としては、０．０５Ａ／ｍ2〜０．２Ａ／ｍ2程度であり、極性切替通電を行うことが望ましい。
【００１６】
また、運転初期に防汚有効電位（チタンの電位：５Ｖ以下）で長期間維持した場合、適当な電流密度であったとしても、防汚効果が十分発揮されない。その状態で、４〜５週間維持されてしまった場合には、取水路などの構造物には多くの海洋生物が付着することとなる。
【００１７】
また、海洋生物の付着について、検討したところ、チタンの電位が８〜９Ｖを超えた領域（チタンの腐食領域）では、チタンが局部的に腐食溶解し、腐食部に電流が集中するため、チタン膜全面の防汚効果の発揮が困難となることがわかった。
【００１８】
さらに、海洋付着生物の多くが、構造物表面に食い込んだり、接着物質を介して付着したり、物理的にチタン膜表面に付着するが、チタン膜表面への付着初期ならば、通電を行うことで一旦付着した生物を剥離可能であることが明らかとなった。但し、チタン膜表面の生物が剥離しても、チタン膜面以外で、付着生物が強固に保持される程度に付着生物が大量に成長した場合は、剥離が困難となる。従って、付着生物が大量に成長しないような、例えば、３ヶ月程度無通電であっても、その後、通電することで、付着した生物を剥離・除去可能である。また、例えば、１０日間運転/１０日間停止でのサイクルで通電を行った場合は、外見上は、ほとんど付着生物の生長なしで、運転可能である。この場合は、連続運転の場合よりも、電流量を半分にできたこととなる。
【００１９】
また、海洋生物の付着について、さらに検討を進めたところ、海洋生物の付着の度合いは海水の温度、流速によって変動し、生体数に比例することが確認された。
【００２０】
海洋生物は、海水温が２０℃〜３０℃にある場合、最も活動的になり、２０℃以下でも３０℃以上でも活動が低下する。海洋生物の取水路への付着の度合いは、海洋生物が活発に活動すればする程、高まる。海水温が３０℃以上になることはほとんどないが、２０℃を超えることは、夏期にはしばしば生じる。海水温が２０℃を超えたときの防汚性を維持するために必要な実際の印加電流密度と、２０℃以下の場合の同実際の印加電流密度とを実測してみると、２０℃以下の場合は、２０℃以上である場合に比べ、より低くて良いことが判明した。したがって、海水温を常時モニタしておき、所定温度、例えば２０℃以下の場合と２０℃を超えた場合とで印加電流密度が異なるように、もしくは一時的に電流の印加を停止するように設定することにより、防汚性を適正範囲に維持するための印加電流量を過不足なく設定することができることになる。そのような設定状態で年間を通しての印加電流量の総計をシミュレートしたところ、海水温の変動に伴って印加電流量の調整を行わない場合に比べて、年間を通しての総計印加電流量を大きく削減可能であることが判明した。印加電流の総量を削減できるということは、その分だけ導電性基材への負荷を減じることができることを意味し、そのことによって導電性基材の性能低下を遅らせることができる。なお、この電流密度を制御する替わりに「防汚有効時間」の制御に加えて、通電/無通電などの通電パターンを調整することによって、防汚性を適正に維持するための総計印加電流量を削減することも可能である。
【００２１】
同様の関係が、海水の流速についても確認された。流れがない状態では海洋生物はより付着しやすくなり、海水の流速が高まれば高まる程、付着しにくくなることが、確認された。したがって、海水の流速が早くなった場合は、印加電流密度を低減するか、「防汚有効時間」を短縮することにより、防汚性を適正域に維持しつつ、総計の印加電流量を削減し、導電性基材の長寿命化を図ることができる。
【００２２】
導電性基材の近傍に映像モニタを設置しておき、常時、海洋生物の生体数をカウントできるようにシステムを組めば、その画像情報を元に、印加電流密度や、印加時間を調整することができる。それによって、前記海水温や海水の流速のモニタによる制御と同様に、防汚性を維持しつつ導電塗膜導電性基材の長寿命化を図ることができる。
【００２３】
また、前記海洋生物の付着の機構を観察したところ、次のような経過を辿ってムラサキガイ、フジツボなどの海洋生物が構造物に付着することが判明した。すなわち、（１）まず、構造物の表面に蛋白質などの有機物が付着し、（２）この蛋白質を代謝するバクテリアが着生し、繁殖する。続いて（３）スライム層が形成され、（４）このスライム層を着床として藻類が付着し、最後に（５）ムラサキガイ、フジツボなどの海洋生物が付着する。
【００２４】
この連鎖的植生において、最後のムラサキガイなど海洋生物の付着が完了した場合には、それらの構造物から剥離は、防汚電流を流しても困難となるが、その前の段階、すなわちスライムや藻類、大型生物の子供が付着した段階で、すぐに防汚電流を印加すれば、藻類−スライム層−バクテリア層は容易に剥離することができる。
【００２５】
本発明は、前述の知見に基づいてなされたものである。
すなわち、本発明の［請求項１］にかかる海水に接する構造物の防汚防食装置は、海水に接する構造物の壁面に絶縁膜を介して設けられたチタン膜と、該チタン膜に接続する直流電源装置と、直流の陽極と陰極との極性を切り替える極性切替装置と、前記チタン膜の表面電位を測定する電位センサと、該電位センサにより得た電圧値に基づいて通電パターンを更新して前記直流電源装置および切替装置に制御信号を送る制御手段とを有することを特徴とする。
【００２６】
本発明の［請求項２］にかかる海水に接する構造物の防汚防食装置は、前記［請求項１］に記載の海水に接する構造物の防汚防食装置において、前記チタン膜の電位が、防汚通電時には、４Ｖ(ｖｓ ＳＣＥ：飽和カロメル電極)以上になっていることを特徴とする。
【００２７】
本発明の［請求項３］にかかる海水に接する構造物の防汚防食装置は、前記［請求項２］に記載の海水に接する構造物の防汚防食装置において、前記チタン膜の電位が、装置設置後短期間で必要な電位を超えるよう、通電開始初期に通常運転時よりも過剰な電流を前記チタン膜に印加することを特徴とする。
【００２８】
本発明の［請求項４］にかかる海水に接する構造物の防汚防食装置は、前記［請求項１］に記載の海水に接する構造物の防汚防食装置において、前記チタン膜の電位が、海水中でのチタンの溶出電位以下になるよう電流量を制御することを特徴とする。
【００２９】
本発明の［請求項５］にかかる海水に接する構造物の防汚防食装置は、前記［請求項１］に記載の海水に接する構造物の防汚防食装置において、前記チタン膜への一定期間の通電と無通電を繰り返すことを特徴とする。
【００３０】
本発明の［請求項６］にかかる海水に接する構造物の防汚防食装置は、前記［請求項１］〜［請求項５］のいずれか１項に記載の海水に接する構造物の防汚防食装置において、前記チタン膜近傍の海水中にさらに前記制御手段に接続された水質モニタが設けられ、前記制御装置には前記水質モニタから得た水質値に基づいて通電パターンを更新して前記直流電源装置および極性切替装置に制御信号を送るプログラムが記憶されていることを特徴とする。
【００３１】
本発明の［請求項７］にかかる海水に接する構造物の防汚防食装置は、前記［請求項６］に記載の海水に接する構造物の防汚防食装置において、前記水質モニタが白金電極と参照電極とを用いて前記水質値として電極反応物濃度を測定する構成を有することを特徴とする。
【００３２】
本発明の［請求項８］にかかる海水に接する構造物の防汚防食装置は、前記［請求項６］に記載の海水に接する構造物の防汚防食装置において、前記水質モニタが前記電位センサとチタン膜に紫外線を照射可能な紫外線ランプとを用いて前記水質値として海水の透明度や生物の付着状況を測定する構成を有することを特徴とする。
【００３３】
本発明の［請求項９］にかかる海水に接する構造物の防汚防食装置は、前記［請求項１］〜［請求項８］のいずれか１項に記載の海水に接する構造物の防汚防食装置において、前記チタン膜近傍の海水中にさらに前記制御手段に接続された温度センサが設けられ、前記制御装置には前記温度センサから得た海水温度値に基づいて通電パターンを更新して前記直流電源装置および極性切替装置に制御信号を送るプログラムが記憶されていることを特徴とする。
【００３４】
本発明の［請求項１０］にかかる海水に接する構造物の防汚防食装置は、前記［請求項１］〜［請求項９］のいずれか１項に記載の海水に接する構造物の防汚防食装置において、前記チタン膜近傍の海水中にさらに前記制御手段に接続された流速センサが設けられ、前記制御装置には前記流速センサから得た海水の流速値に基づいて通電パターンを更新して前記直流電源装置および極性切替装置に制御信号を送るプログラムが記憶されていることを特徴とする。
【００３５】
本発明の［請求項１１］にかかる海水に接する構造物の防汚防食装置は、前記［請求項１］〜［請求項１０］のいずれか１項に記載の海水に接する構造物の防汚防食装置において、前記チタン膜近傍の海水中にさらに前記制御手段に接続された映像モニタが設けられ、前記制御装置には前記映像モニタから得た映像情報に基づいて通電パターンを更新して前記直流電源装置および極性切替装置に制御信号を送るプログラムが記憶されていることを特徴とする。
【００３６】
本発明の［請求項１２］にかかる海水に接する構造物の防汚防食装置は、前記［請求項１１に記載の海水に接する構造物の防汚防食装置において、前記映像情報が前記チタン膜への生物の付着有無であることを特徴とする。
【００３７】
本発明の［請求項１３］にかかる海水に接する構造物の防汚防食装置は、前記［請求項１２］に記載の海水に接する構造物の防汚防食装置において、前記通電パターンの更新が、前記映像情報から前記チタン膜に生物の付着が確認された場合に通電を開始し、前記チタン膜への付着物が剥離されるまでの一定期間通電を維持した後、通電を停止するものであることを特徴とする。
【００３８】
本発明の［請求項１４］にかかる海水に接する構造物の防汚防食装置は、前記［請求項１］〜［請求項１３］のいずれか１項に記載の海水に接する構造物の防汚防食装置において、前記海水に接する構造物が海水取水路であることを特徴とする。
【００３９】
本発明の［請求項１５］は、海水に接する構造物の壁面に絶縁膜を介して設けられたチタン膜に、所定の電流密度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食方法であって、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量や通電パターンを更新することを特徴とする。
【００４０】
本発明の［請求項１６］にかかる海水に接する構造物の防汚防食方法は、前記［請求項１５］に記載の海水に接する構造物の防汚防食方法において、前記チタン膜の電位が、防汚通電時には、４Ｖ(ｖｓ ＳＣＥ)以上になっていることを特徴とする。
【００４１】
本発明の［請求項１７］にかかる海水に接する構造物の防汚防食方法は、前記［請求項１６］に記載の海水に接する構造物の防汚防食方法において、前記チタン膜の電位が、装置設置後短期間で必要な電位を超えるよう、通電開始初期に通常運転時よりも過剰な電流を前記チタン膜に印加することを特徴とする。
【００４２】
本発明の［請求項１８］にかかる海水に接する構造物の防汚防食方法は、前記［請求項１５］に記載の海水に接する構造物の防汚防食方法において、前記チタン膜の電位が、海水中でのチタンの溶解電位以下になるよう電流量を制御することを特徴とする。
【００４３】
本発明の［請求項１９］にかかる海水に接する構造物の防汚防食方法は、前記［請求項１５］に記載の海水に接する構造物の防汚防食方法において、前記チタン膜への一定期間の通電と無通電を繰り返すことを特徴とする。
【００４４】
本発明の［請求項２０］にかかる海水に接する構造物の防汚防食方法は、前記［請求項１５］〜［請求項１９］のいずれか１項に記載の海水に接する構造物の防汚防食方法において、前記チタン膜近傍の海水中にさらに前記制御手段に接続された水質モニタを設け、前記水質モニタから得た水質値に基づいて前記通電パターンを更新することを特徴とする。
【００４５】
本発明の［請求項２１］にかかる海水に接する構造物の防汚防食方法は、前記［請求項２０］に記載の海水に接する構造物の防汚防食方法において、前記水質モニタを白金電極と参照電極とを用いて前記水質値として電極反応物濃度を測定する構成とすることを特徴とする。
【００４６】
本発明の［請求項２２］にかかる海水に接する構造物の防汚防食方法は、前記［請求項２０］に記載の海水に接する構造物の防汚防食方法において、前記水質モニタを前記電位センサとチタン膜に紫外線を照射可能な紫外線ランプとを用いて前記水質値として海水の透明度や生物付着状況を測定する構成とすることを特徴とする。
【００４７】
本発明の［請求項２３］にかかる海水に接する構造物の防汚防食方法は、前記［請求項１５］〜［請求項２２］のいずれか１項に記載の海水に接する構造物の防汚防食方法において、前記チタン膜近傍の海水中にさらに前記制御手段に接続した温度センサを設け、前記温度センサから得た海水温度値に基づいて通電パターンを更新することを特徴とする。
【００４８】
本発明の［請求項２４］にかかる海水に接する構造物の防汚防食方法は、前記［請求項１５］〜［請求項２３］のいずれか１項に記載の海水に接する構造物の防汚防食方法において、前記チタン膜近傍の海水中にさらに前記制御手段に接続した流速センサを設け、前記流速センサから得た海水の流速値に基づいて通電パターンを更新することを特徴とする。
【００４９】
本発明の［請求項２５］にかかる海水に接する構造物の防汚防食方法は、前記［請求項１５］〜［請求項２４］のいずれか１項に記載の海水に接する構造物の防汚防食方法において、前記チタン膜近傍の海水中にさらに前記制御手段に接続した映像モニタを設け、前記映像モニタから得た映像情報に基づいて通電パターンを更新することを特徴とする。
【００５０】
本発明の［請求項２６］にかかる海水に接する構造物の防汚防食方法は、前記［請求項２５］に記載の海水に接する構造物の防汚防食方法において、前記映像情報として前記チタン膜への生物の付着有無を用いることを特徴とする。
【００５１】
本発明の［請求項２７］にかかる海水に接する構造物の防汚防食方法は、前記［請求項２６］に記載の海水に接する構造物の防汚防食方法において、前記前記通電パターンの更新が、前記映像情報から前記チタン膜に生物の付着が確認された場合に通電を開始し、前記チタン膜への付着物が剥離されるまでの一定期間通電を維持した後、通電を停止するものであることを特徴とする。
【００５２】
本発明の［請求項２８］にかかる海水に接する構造物の防汚防食方法は、前記［請求項１５］〜［請求項２７］のいずれか１項に記載の海水に接する構造物の防汚防食方法において、前記海水に接する構造物が海水取水路であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００５３】
本発明にかかる海水に接する構造物の防汚防食装置および防汚防食方法によれば、長期間にわたって運転しても構造物の防汚防食効果を常に良好に持続することができ、装置の耐久性もさらに長期に持続可能とするとともにランニングコストの低減も実現することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５４】
以下に、本発明にかかる海水に接する構造物の防汚防食装置および防汚防食方法の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下に示す実施の形態は本発明を好適に説明するための例示に過ぎず、なんら本発明を限定するものではない。
【００５５】
まず、本発明の防汚防食装置による基本的防汚防食原理を説明する。図１に示すように、取水路１のコンクリート壁１ａに対して絶縁膜２が形成され、該絶縁膜２の上に腐食性導電性材料であるチタンからなる一対の導電膜（以下、チタン膜と記す）３−１、３−２が設けられている。これらのチタン膜３−１、３−２に電源装置４から直流電流を供給し、極性切替装置５により所定時間毎にその極性を切り替えるようにしている。なお、チタン膜３−１、３−２は、海水面に接する表面に着目して記載した用語であり、実際には板状、箔状、それらの組み合わせなどが可能である。
【００５６】
直流電源装置４を作動させると、一方側の内壁のチタン膜３−１（陽極）から他方側の内壁のチタン膜３−２（陰極）に向かって電流が流れて海洋生物の付着を防止する。このとき、陽極（チタン膜３−１）と陰極（チタン膜３−２）との間にポンプ等の機器類（不図示）を設置させ、陰極側に接続しておくようにすると、両チタン膜へ荷電されると電流の流れ方向に沿って機器類にも電流が流入・流出する部分が発生し、電流の流出部では金属が腐食するという事態が生じるが、機器類は直流電源装置４の陰極に連接されていて、その電位が機器類に流れ込む電流量を抑制するとともに陰極と短絡しているため、機器類の防食を行うことができる。実際には、チタン膜は極性切替運転を行うため、両極に短絡させ、機器類の電位が防食電位に維持されるよう、流入する電流量を制御することとなる。
【００５７】
本発明の防汚防食装置では、上記基本的構成に対して、さらに下記のように、各種センサーを設置して、防汚防食効果を良好な水準に維持するとともにランニングコストの低減を図っている。
【００５８】
図中、符号６−１および６−２は電位センサであり、一方の電位センサ６−１は一方のチタン膜３−１の表面電位を、他方の電位センサ６−２は他方のチタン膜３−２の表面電位をそれぞれ測定する素子である。これら電位センサ６−１および６−２はリード線を介してＡ／Ｄ変換器７に接続されている。電位センサ６−１および６−２の測定アナログ信号はＡ／Ｄ変換器７でデジタル信号に変換され、コンピュータ８に入力される。
【００５９】
コンピュータ８は、チタン膜３−１および３−２の表面電位が防汚に有効電圧（例えば、４Ｖ）に達するまでの時間またはその時の立ち上がり曲線の微分値を元に、防汚有効時間を維持するに必要な１回の総通電時間を算出し、１サイクルの通電パターンを更新（更新）する。そして、コンピュータ８は前記更新後の通電パターンに基づいてシーケンサ９に通電パターンを実現するためのシーケンスを入力する。更新されたシーケンスを入力されたシーケンサ９はそのシーケンスに基づいて指令信号を前記直流電源装置４および極性切替装置５とに送り、その時点で必要かつ十分な通電パターンを実現する。
【００６０】
本発明では、前記チタン膜の表面電位をリアルタイムでモニタし、表面電位が「防汚有効電圧」を実現するに至るまでの時間または立ち上がりの微分値に基づいて、通電パターンをリアルタイムで最適状態に更新する。また、表面電位がチタンの溶解電位を超えないよう、電流密度を調整する。これら制御がメインである。本発明では、さらにきめ細かな通電パターンのリアルタイム更新を行うことで、印加電流量を過不足なく調整し、常に良好な防汚性を維持しながら、電気エネルギーを節約するとともにチタン膜の長寿命化を図る。そのために、前記電位センサ６−１および６−２以外に、一対の白金電極１０−１、１０−２と基準電極１１−１、１１−２、温度センサ１２、流速センサ１３、および映像モニタ１４の一種以上を必要に応じてチタン膜３−１、３−２の近傍に設ける。
【実施例】
【００６１】
以下、前記構成の防汚防食装置において前記各種センサーを用いた防汚防食方法を実施例として説明する。
【００６２】
（実施例１）
本実施例の特徴は、前記チタン膜３−１、３−２の表面に遅くとも防汚通電時には安定した酸化被膜を形成しておくことにある。この酸化被膜は、防汚に適切な電圧を海水に印加できる膜質、膜厚を有することが重要であり、チタン膜を取水路１のコンクリート壁１ａに取り付ける前のチタン材料に予め形成しておいても良い。
【００６３】
あるいは、設置時のチタン膜には予め酸化被膜を形成して置かず、装置の初回の通電時に防汚に必要な電位を超える電位を短期間に前記チタン膜に印加することにより、前記チタン膜に酸化被膜を形成してもよい。
【００６４】
腐食性金属基材を電極に用いた従来の防汚装置では、０．０２Ａ／ｍ2程度の電流量を一定に印加している。図２に示すように、かかる定電流印加条件では、印加電圧は５Ｖ以下になるが、この印加電圧条件では、耐食性導電性基材の表面に酸化被膜が形成され、導電性基材の表面電位が防汚に有効な電位（約４Ｖ）になるまでに４週間ないし５週間程度かかる。この期間は電極表面の電位は４Ｖ以下になっており、防汚効果が上がっていない（防汚性なし）。防汚性のない状態での４、５週間という期間は、取水路には多くの海洋生物が付着し、定着してしまうには充分な期間である。
【００６５】
これに対して、本発明では、装置設置後の最初の運転開始時に０．２〜０．３Ａ／ｍ2程度の電流を印加する。この高い電流量の通電によって、３、４日で、チタン酸化被膜表面の電位が４Ｖを超えるに至る。その状態に到達後、印加電流量を０．１〜０．２Ａ／ｍ2程度にシフトダウンする。かかる通電パターンを初期に導入することによって、装置の設置当初の防汚作用を迅速に発現させることができ、設置当初にしばしば発生する海洋生物の取水路への付着を防止することができる。
【００６６】
また、長期運転に伴い、次第に電位が上昇し、いずれは、チタンの溶解（腐食）反応が生じる電位に到達する。チタンが腐食する条件では、安定して防汚性を発揮させることが困難であるため、上限電位（８Ｖ 〜９Ｖ程度）を設定し、上限電位に到達した場合には、電流流量を暫時減少させるような通電方法とすることで、チタンの腐食を抑制し、防汚性維持の延命を図ることが可能となる。
【００６７】
（実施例２）
本実施例では、温度センサー１２を用いて海水温を測定し、海水温の変動に応じて通電パターンを制御する。前述のように、海洋生物は、海水温が２０℃〜３０℃にある場合、最も活動的になり、２０℃以下でも３０℃以上でも活動が低下する。海洋生物の取水路への付着の度合いは、海洋生物が活発に活動すればする程、高まる。海水温が３０℃以上になることはほとんどないが、２０℃を超えることは、夏期にはしばしば生じる。海水温が２０℃を超えたときの防汚性を維持するために必要な実際の印加電流密度と、２０℃以下の場合の同実際の印加電流密度とを実測してみると、２０℃以下の場合は、２０℃以上である場合に比べ、より低くて良い。コンピュータ８では、海水温が２０℃以上となった場合には、各チタン膜３−１、３−２への印加電流密度を０．２Ａ／ｍ2に設定し、２０℃未満では０．１Ａ／ｍ2に設定した。通常は、年間を通じて０．２Ａ／ｍ2に固定的に設定していたので、年間総印加電流量は大幅に削減可能であり、その削減分だけチタン膜への負荷も軽減されるので、導電性基材の長寿命化が期待できる。なお、前記印加電流密度の設定値は、年間を通じて行った実験データに基づく経験値であり、さらに多数の実験データ、実運転による実測データを多量に収集し、分析することにより変更される可能性がある。
【００６８】
（実施例３）
前記海水温と防汚性の維持との関係が、海水の流速についても確認された。本実施例では、流速センサ１３を用いて海水の流速を測定し、その測定値に基づいて通電パターンを変更する。海水の流速が１．４ｍ／秒を超えると、ほとんど海洋生物は付着困難になるので、夏期であっても印加電流密度を０．１Ａ／ｍ2にまで低減可能である。この海水の流速変化による印加電流密度の制御と前記温度変化による印加電流密度の制御とは互いに参照して最終決定値をコンピュータ１２にて行うようにプログラムを組んでおく。
【００６９】
このように、海水の流速が早くなった場合は、印加電流密度を低減することにより、防汚性を適正域に維持しつつ、総計の印加電流量を削減し、チタン膜３−１、３−２の長寿命化を図ることができる。
【００７０】
（実施例４）
本実施例では、導電性基材の近傍に映像モニタ１４を設置しておき、常時、チタン膜３−１、３−２の表面状態を監視し、その状態に基づいて、通電パターンを変更する。前記映像モニタ１６からの映像情報は、Ａ／Ｄ変換器７を介してコンピュータ８に送られ、コンピュータ８に組み込まれた画像処理プログラムによりチタン膜３−１、３−２の表面状態が数値化される。前記チタン膜３−１、３−２の表面状態として、前記チタン膜表面への藻類、スライム、大型生物の子供の付着有無を用いる。図３に示すように、前記チタン膜３−１、３−２の表面状態の映像情報から前記チタン膜３−１、３−２に生物の付着が確認された場合に通電を開始し、前記チタン膜３−１、３−２への付着物が剥離されるまでの一定期間通電を維持した後、通電を停止する。かかる通電パターンにより、ムラサキガイなど海洋生物の成長が始まる前の段階、すなわちチタン膜３−１、３−２に藻類や小型の生物が付着した段階で、すぐに防汚電流の印加が開始されるので、藻類−スライム層−バクテリア層は容易に剥離することができる。
【００７１】
前述の運転−停止を繰り返す通電パターンを映像情報に基づいて、更新、維持することにより、防汚性および防食性を維持しつつ、総計印加電流量を大幅に削減することができる。通電停止期間を設けることにより、総合通電量が削減できるばかりでなく、チタン膜への負荷も低減されることになり、チタン膜の長寿命化を図ることができる。従来１年程度であった寿命を２〜４年に延長することが可能である。また、運転-停止のパターンは映像情報だけでなく、経験的な情報や試験結果などに基づいてプログラム化されてもよい。
【００７２】
（実施例５）
本実施例では、水質モニタにより海水の水質を測定し、その水質測定値に基づいて、通電パターンを変更し、防汚性能を良好に維持するとともに、ランニングコストの低減を図る。前記水質モニタとして、図１に示すように、一対の白金電極１０−１、１０−２と参照基準電極１１−１、１１−２とを用いて前記水質値として電極反応物濃度を測定する構成とする。
【００７３】
定期的に白金電極１０−１、１０−２等からなる水質モニタで水質のモニタリングを行った結果を、チタン膜３−１、３−２への通電パターンに反映させる。より具体的には、チタン膜３−１、３−２の近傍に設けた白金電極１０−１、１０−２の電位を定期的に走査して、流れた電流量の積分値から、海水に含まれる反応性物質（電極反応物）の量を算出し、チタン膜３−１、３−２への通電量に反映させる。白金電極１０−１、１０−２の電位を走査して、電流量積分値の変化により海水中の反応性物質の量を推定する。図４に、水質が通常であった場合の測定値変化と水質悪化時の測定値変化の例とをグラフにして示した。この白金電極によるサイクリックボルタメトリ（電位走査）の結果から分かるように、水質の状態を印加電流密度と測定される電位との関係から求めることができる。この測定結果から例えば、−０．５Ｖから１Ｖまでの電流の積分値が通常状態よりも多い場合は、水質が悪化していることが分かる。したがって、サイクリックボルタメトリの結果から海水中の反応性物質の量を算出することができる。その反応性物質量に応じて、チタン膜３−１、３−２へ印加する電流密度をフィードバック制御する。具体的には、反応性物質が増加すれば、それに対応してチタン膜３−１、３−２への通電量も増加させる。
【００７４】
（実施例６）
本実施例の特徴は、前記水質モニタを、前記チタン膜３−１、３−２とこのチタン膜３−１、３−２に紫外線を照射可能な紫外線ランプ（光照射ランプ）１５とを用いて前記水質値として海水の透明度を測定する構成とする点にある。
【００７５】
酸化チタンは紫外線を吸収し、内部における電流が流れやすくなる。したがって、チタン膜３−１、３−２に光照射ランプ１５から紫外線を照射した時、チタン膜３−１、３−２に定電流を印加していれば、電位センサ６−１、６−２にて測定されるチタン膜３−１、３−２表面の電位が低下する。その電位の低下の程度は、海水の透明度や表面への生物付着量に依存することになるので、結果として海水の透明度やチタン膜の状態をモニタリングできる。さらに、前記映像モニタ１４と併用すれば、取水路１の内側表面への生物（光を遮断するので）の付着状況を容易に確認できる。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
以上のように、本発明にかかる海水に接する構造物の防汚防食装置および防汚防食方法は、海水の取水路などの海水に接する構造物に海洋生物が付着するのを効果的に防止することができ、しかも長期間にわたって運転しても防汚防食効果を良好に持続することができ、かつ装置の耐久性も長期に持続させ、メンテナンスのコストおよびランニングコストをともに低減化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明にかかる海水に接する構造物の防汚防食装置の一例の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施例を説明するためのもので、チタン膜の酸化被膜形成に費やされる印加電力消費による防汚性に必要な電極表面電位の確率が遅延することをグラフにより示した図である。
【図３】本発明の第４の実施例を説明するためのもので、海洋生物の付着を通電停止期間を間欠的に設けることによっても可能とした場合の通電パターンを示す図である。
【図４】本発明の第５の実施例を説明するためのもので、白金電極の電位を走査して、電流量積分値の変化により海水中の反応性物質の量を測定した結果をグラフにして示した図である。
【符号の説明】
【００７８】
１  海水の取水路
１ａ  取水路のコンクリート壁
２  絶縁膜
３−１、３−２  チタン膜
４  直流電源装置
５  極性切替装置
６−１、６−２  電位センサ
７  Ａ／Ｄ変換器
８  コンピュータ
９  シーケンサ
１０−１、１０−２  白金電極
１１−１、１１−２  基準電極
１２  温度センサ
１３  流速センサ
１４  映像モニタ
１５  光照射ランプ
【図１】
2007186933.tif 000003
【図２】
2007186933.tif 000004
【図３】
2007186933.tif 000005
【図４】
2007186933.tif 000006