(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
海水に接触する構造物・船舶もしくは配管、または網への海洋微生物の付着による汚染を防止する防汚方法であって、（１）導電性の物質からなる被防汚体の、防汚を必要とする部分に導電性シートを直接ライニングするか、（２）導電性の物質からなる被防汚体である網に導電性被膜を形成するか、または、（３）非導電性の物質からなる被防汚体の防汚を必要とする部分に近接して、導電性シートをライニングした給電体または導電性被膜で覆われた給電体を配置し、この導電性シートまたは導電性被膜と接触しないように海水中に電極材と照合電極とを配置し、導電性シートまたは導電性被膜を陽極、電極材を陰極とし、直流電圧を印加することからなる方法において、照合電極と陽極との電位差を測定してそれが０．５〜１．５Ｖ（ＳＣＥ基準）の範囲であって塩素の生成しない電位差の範囲にあるように制御しながら微弱な電流を流し、導電性シートに触れた微生物に電気的なショックを与えてその付着を防止すること、および、この通電を最長４８時間までの任意の時間を一単位とする範囲内で少なくとも１／６の長さの時間にわたり、かつ１回の通電が１時間を下回らないように、間欠的に行なうことを特徴とする防汚方法。
【請求項２】
間欠的な通電を行なう時間の単位を２４時間とし、深夜間電力料金の適用される時間帯の中において４〜６時間にわたって通電し、残りの時間は休止する請求項１の防汚方法。
【請求項３】
太陽電池により電力を供給するとともに、間欠的な通電を行なう時間の単位を２４時間とし、太陽光による発電の可能な時間帯において少なくとも４時間通電し、残りの時間は休止する請求項１の防汚方法。
【請求項４】
電位差を、海水の温度の上下に応じて増減するその電導率の変化にかかわらず、１．１０〜１．２０Ｖ（ＳＣＥ基準）の範囲内にコントロールして実施する請求項１または２の防汚方法。
【請求項５】
海水に接触する構造物・船舶もしくは配管または網への生物の付着による汚染を防止する防汚装置であって、（１）導電性の物質からなる被防汚体の、防汚を必要とする部分に直接ライニングした導電性シート、（２）被防汚体である網を被覆した導電性の被膜、または（３）非導電性の物質からなる被防汚体の防汚を必要とする部分に近接して配置した給電体と、この給電体の表面にライニングした導電性シートまたは被膜形成した導電性被膜、のいずれか、この導電性シートまたは導電性被膜と接触しないように海水中に配置した電極材、直流電源ならびにタイマーから本質的に構成され、導電性シートまたは導電性被膜を陽極、電極材を陰極とするよう直流電源に接続し、直流電源が照合電極と陽極との電位差を０．５〜１．５Ｖ（ＳＣＥ基準）の範囲であって塩素の生成しない電位差の範囲に制御する機能を有し、かつ、タイマーは、通電を、最長４８時間までの任意の時間を一単位とする範囲内で少なくとも１／６の長さの時間にわたり、かつ１回の通電が１時間を下回らないように、間欠的に行なうように構成してなる防汚装置。
【請求項６】
直流電源として、太陽電池および太陽光により発電した電力を蓄える蓄電池をそなえた請求項５の防汚装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、海洋構造物、船舶、海水輸送用の配管または水路、魚網またはいけす網、あるいは海水取水口のスクリーンに生物が付着して汚染することを防止する防汚方法と、その方法を実施するための装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、発電所の冷却水用の海水を輸送する配管のような海洋構造物において、常に海水に接している部分には、種々の海草やフジツボそのほかの貝のような海洋生物が付着し、それによって取水量の減少などの問題が生じる。  このため、付着した海洋生物を定期的に取り除かなければならないが、これは困難な作業である。
【０００３】
海洋生物の付着のメカニズムは、まず赤潮菌などの微生物が付着して生物皮膜が形成され、それにフジツボなどの大型生物の幼生が付着する、という順序に従う。  従って、微生物の付着を防止して、大型生物の幼生が付着し成長するのを防止することが、上記の問題の効果的な解決策であり、そのための手法が種々提案されている。  こうした防汚方法は、有害な物質を使用したり発生させたりして環境を汚染するものであってはならず、かつ比較的低額な設備費と低廉なランニングコストとをもって実施できるものでなければならない。
【０００４】
発明者らは、環境を汚染することなく、かつ比較的低額の設備費と低廉なランニングコストとをもって、効果的に防汚を行なうことを企てて研究し、その成果として、微弱な電流が海洋微生物に与えるショックを利用して海洋生物の付着を防止する技術を開発し、すでに提案した（特公平７−２４８２２号）。  その防汚方法は、代表的な態様としては、海水に接触する構造物、船舶または配管への海洋生物の付着による汚染を防止する方法であって、基本的には被防汚体の防汚を必要とする部分に導電性のシートを直接、すなわち絶縁材を介さずにライニングし、この導電性シートと接触しないように海水中に電極材を配置し、導電性シ−トを陽極とし電極材を陰極として直流電圧を印加し、照合電極と陽極との電位差を測定して、それが０．５〜１．５Ｖ（ＳＣＥ基準）の範囲であって塩素の生成しない電位差の範囲にあるように制御しながら微弱な電流を流し、導電性シートに触れた微生物に電気的なショックを与えて、その付着を防止することからなる。
【０００５】
上記の技術により、効果的な防汚が実現した。  流す電流は微弱であるから、消費電力は僅少で済む。  しかし、防汚を行なうべき海洋構造物の表面積が大きい場合には、設備の建設費もさることながら、やはり消費電力が軽視できない量に達し、ランニングコストがかかる。  たとえば、電流密度が平均して１００mA／ｍ2であり、面積が１０，０００ｍ2に及ぶときは、電流量は１，０００Ａになり、消費電力は１日につき２４kwH に達する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上述の防汚技術において、防汚効果を低下させることなく消費電力を低減させた防汚方法、およびその実施に使用する装置を提供し、それによって防汚のコストをいっそう低下させることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の防汚方法は、海水に接触する構造物・船舶もしくは配管、または網への海洋微生物の付着による汚染を防止する防汚方法であって、（１）導電性の物質からなる被防汚体の、防汚を必要とする部分に導電性シートを直接ライニングするか、（２）導電性の物質からなる被防汚体である網に導電性被膜を形成するか、または、（３）非導電性の物質からなる被防汚体の防汚を必要とする部分に近接して、導電性シートをライニングした給電体または導電性被膜で覆われた給電体を配置し、この導電性シートまたは導電性被膜と接触しないように海水中に電極材と照合電極とを配置し、導電性シートまたは導電性被膜を陽極、電極材を陰極とし、直流電圧を印加することからなる方法において、照合電極と陽極との電位差を測定してそれが０．５〜１．５Ｖ（ＳＣＥ基準）の範囲であって塩素の生成しない電位差の範囲にあるように制御しながら微弱な電流を流し、導電性シートに触れた微生物に電気的なショックを与えてその付着を防止すること、および、この通電を、最長４８時間までの任意の時間を一単位とする範囲内で少なくとも１／６の長さの時間にわたり、かつ１回の通電が１時間を下回らないように、間欠的に行なうことを特徴とする。
【０００８】
この方法を実施するための本発明の防汚装置は、海水に接触する構造物・船舶もしくは配管または網への生物の付着による汚染を防止する防汚装置であって、（１）導電性の物質からなる被防汚体の、防汚を必要とする部分に直接ライニングした導電性シート、（２）被防汚体である網を被覆した導電性の被膜、または（３）非導電性の物質からなる被防汚体の防汚を必要とする部分に近接して配置した給電体と、この給電体の表面にライニングした導電性シートまたは被膜形成した導電性被膜、のいずれか、この導電性シートまたは導電性被膜と接触しないように海水中に配置した電極材、直流電源ならびにタイマーから本質的に構成され、導電性シートまたは導電性被膜を陽極、電極材を陰極とするよう直流電源に接続し、直流電源が照合電極と陽極との電位差を０．５〜１．５Ｖ（ＳＣＥ基準）の範囲であって塩素の生成しない電位差の範囲に制御する機能を有し、かつ、タイマーは、通電を、最長４８時間までの任意の時間を一単位とする範囲内で少なくとも１／６の長さの時間にわたり、かつ１回の通電が１時間を下回らないように、間欠的に行なうように構成してなる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の防汚は、基本的には前掲の特公平７−２４８８２号公報に開示した防汚技術に従って行なうから、そこに記載の事項はすべて本発明に適用される。
【００１０】
導電性シートを被防汚体に設ける簡単な方法は、ゴムに不溶性の導電性物質を混練しシートにしたものを貼りつける、ゴムライニング法である。  ゴムとしては、たとえばクロロプレンゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、フッ素ゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴムなどが好適である。  ゴムに代えて熱可塑性樹脂たとえばポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリアミドなどを使用し、それらの粉末と導電性物質の粉末との混合物を用意し、粉体ライニングの方法で導電性シートにしてもよい。
【００１１】
不溶性の導電性物質の例をあげれば、Ｔｉ，Ｎｉ，Ｔａなどバルブメタル、白金族の金属またはその酸化物、ＰｂＯ2，ＭｎＯ2，Ｆｅ2Ｏ3などの金属酸化物、グラファイトやカーボンブラックなどの炭素系材料、銀鉛合金である。
【００１２】
導電性シート材料として好適なものは、ゴムとくにブチルゴムと、カーボンブラックおよびグラファイト粉末との組み合わせである。  代表的な配合例は、つぎのとおりである。（重量部）
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導電性シートの厚さは、耐久性をもたせるために５００μｍ以上、とくに３mm以上１０mmまで、好ましくは５mm以下にする。
【００１３】
電極材は陰極であるので種々の金属が使用できるが、加工性、コストの点で、鉄またはステンレス鋼が適している。
【００１４】
本発明の防汚方法および防汚装置は、被防汚体の種類に応じて、若干の態様があり得る。  たとえば被防汚体が鋼管を用いた海水流路である場合、図１に示すように、被防汚体（１）である鋼管に導電性被膜（３）を形成し、この被膜を陽極として利用し、絶縁材（８）により鋼管と絶縁した電極材（４）を、フランジの間に挟んで管路を形成する。  図１において、（５）は対照電極、（９）は海水である。  いうまでもなく、この態様では、電気の良導体である鋼管を、給電体として利用することができる。
【００１５】
被防汚体がコンクリート製の水路のように、直接導電性シートをライニングできないものである場合には、図２に示すように、被防汚体（１）に近接して導電性の支持構造体として給電体（２）を設け、その上に陽極とする導電性シート（３）をライニングするという手法をとることができる。  給電体には、鋼やステンレス鋼をはじめとする金属の板や網を使用すればよい。
【００１６】
本発明の防汚技術の特徴は、前記のように電流を流す時間の配分にあり、最長４８時間までの任意の時間を一単位とする範囲内で少なくとも１／６の長さ、好ましくは１／４の長さの時間にわたり、かつ１回の通電が１時間を下回らないように間欠的に行なうことにある。
【００１７】
このような条件をみたす間欠通電には、さまざまな形態があり、たとえば１／６の時間通電する場合は、▲１▼１時間通電したのち５時間休止することを繰り返すという順からはじまって、▲２▼２時間の通電ののち１０時間の休止、▲３▼４時間の通電ののち２０時間の間休止、または▲４▼８時間の通電ののち４０時間の休止などの組み合わせが可能である。  同様に１／４の時間通電する場合は、１時間の通電ののち３時間の休止にはじまって、上記に対応する関係を繰り返せばよい。  もちろん、規則的な繰り返しである必要はない。
【００１８】
ただし、１回の通電が１時間に満たない短時間であるときと、１回の休止が４０時間を超える長期にわたるときは、防汚効果が低くなる。  その理由は、前者については海洋微生物の駆逐が不十分なうち休止時間に入ること、また後者については、いったん微生物が駆逐されても次の通電までの間に再び多量に付着するに至ること、が考えられる。
【００１９】
上記のような間欠放電の最も効果的な実施は、上記の時間の単位を２４時間とし、その中で４時間ないし６時間を通電にあて、その通電時間帯を深夜間電力料金の適用される時間帯の中に置くことである。  いうまでもなく、電力需要の変化に対応し、課せられる料金が低率となってランニングコストの削減に役立つ。いまひとつの有利な態様としては、太陽電池の利用が挙げられる。  太陽光に恵まれた地域であれば、太陽電池の電力を使用して、日中の４時間以上６時間程度の時間、通電をすればよい。  発電量が不足する場合にそなえて、過剰な電力を蓄えておく蓄電池を併用すべきことは、いうまでもない。
【００２０】
消費電力を最小限に抑えるという観点からは、電極電位としてどの程度の値を確保すべきかが、まず問題になる。  そこで、後記する実施例１の実験と同様にして、海水の流路に置いた導電性シートの表面に付着した総菌数が、ＳＣＥ基準で１．０Ｖまたは１．２Ｖの電位を与えられたとき、通電開始から１日、２日、４日および７日後にどのように変化したかをしらべ、無通電の場合と比較した。
【００２１】
その結果は図３のグラフに示すとおりであって、無通電の場合は日数の経過に伴って次第に付着菌数が増加して行ったのに対し、「１．０Ｖ vs ＳＣＥ」の場合は菌数の増加度合は低いものの、抑制しきれず、「１．２Ｖ vs ＳＣＥ」ならば低いレベルに抑えられることがわかった。
【００２２】
付着した菌は、長さ２〜３μｍで径０．５〜１μｍの桿菌と、径１〜２μｍ程度の球菌が多かった。  単純化のため代表的に長さ２μｍ×径１μｍの桿菌を考えると、これがある表面を単層で覆いつくしたときの菌数は１×１０5個／mm2である。  この数字を超えると菌は多層に付着し、爆発的に増殖してバイオフィルムを形成するに至る。  このバイオフィルムの形成が海洋生物の付着を招くことは、前述したとおりである。  従って、１×１０5個／mm2に達しない条件を与えることが必要である。  図３のデータからいえば、１．０Ｖを超えなるべく１．２Ｖに近い電位、好ましくは１．１〜１．２Ｖを、陽極である導電性シートに与えるべきことになる。  １．２Ｖの場合には菌数１〜１０3個／mm2に止まり、これは上記した単層形成の１×１０5個／mm2にくらべて、著しくまばらな付着でしかない。
【００２３】
上述の試験を継続して、５０日後に再度付着菌数を測定するとともに、付着した大型の海洋生物の湿重量を測定した。  結果は次のとおりであって、
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７日間の試験で菌の付着阻止が可能であれば、長期間経過してもその効果は変わらないことが確認できた。
【００２４】
次に、通電を間欠的に行なっても微生物の付着を防止できることは、図４のグラフから明らかである。  このグラフは、上記と同様に後記する実施例１に従って、海水の流路に置いた導電性シートの表面に存在する総菌数が、通電開始後１日、２日、４日および７日の後にどのように変化したかを示すグラフである。  通電は、上記の結果にかんがみ、いずれも照合電極に対する導電性シートの電位が１．１６Ｖ（ＳＣＥ基準）となるように行なった。
【００２５】
このグラフにみるように、通電しない場合は次第に付着菌数が増加して行くのに対し、「間欠４時間」すなわち４時間通電−２０時間休止の繰り返しでも、７日後の菌数は当初から増加していないし、「間欠６時間」すなわち６時間通電−１８時間休止の繰り返しの場合には、「連続通電」とほぼ同等の微生物付着防止効果が得られている。
【００２６】
間欠通電の条件を定めるいまひとつの因子として、通電による微生物付着防止の効果は、通電をどの程度の時間継続したら得られるか、ということが問題である。  これまで微生物「付着」防止の語を用いてきたが、海水に接触した物の表面には直ちに微生物が付着することが避けられないのであるから、本発明でいう付着防止とは、付着した微生物に電気的ショックを与えて、殺すかまたは駆逐することにほかならない。  この作用は、電流が微弱であるから、短時間では得られない。  つまり、表面に存在する微生物の数を次第に減少させて行き、ある限界を超えるのに要する時間は、通電を開始してからどのくらいであるか、という問題である。
【００２７】
上記した実験と同様にして、通電開始後の時間経過に伴う導電性シート表面の総菌数の変化をしらべて、図５のデータを得た。  図５のグラフは、導電性シートにＳＣＥ基準で１．１Ｖの電位を与えたとき、約５時間までは総菌数が変化せず、１×１０4個／mm2以上のレベルを保っているが、その時点から急激に減少に向い、５〜７×１０2個／mm2という低い値になること、また１．２Ｖの電位を与えたときは、当初は１．１Ｖの場合と同様な経過をたどるが、約２時間で総菌数が急激に減少して、到達するレベルも上記５×１０2より低い２×１０2個／mm2であることを示している。
【００２８】
１．２Ｖより高い電位たとえば１．２５Ｖを導電性シートに与えれば、より短い時間すなわち約１時間で、表面の総菌数が急激な減少に向う。  従って、通電開始から少なくとも１時間の通電を行なうこと、つまり間欠通電における１回の時間は最低１時間とすべきことが、以上の事実から結論される。  ただし、高い電位の採用は消費電力の増大を招くから、経済的観点からは、有利であるとは限らない。
【００２９】
陽極となる導電性シートの電位の選択は、海水の温度の上下によって生じる電導率の変化、結果として生じる電流の増加を考慮に入れて行なわなければならない。  代表的な海水の組成にシミュレートさせて合成した水溶液中で、導電性シートを陽極とする電解を行なったときの状況を、図６および図７に示す。  図６は、電流を一定に保ったとき温度の上昇に伴って電位が低下する関係を、また図７は、電位を一定に保ったときに、温度の上昇に伴って電流が増大する関係を、それぞれあらわしている。
【００３０】
導電性シート表面において微生物に与える電気的なショックの大きさに対しては、電位が最大の因子であると発明者らは考えている。  電流密度も当然に影響するはずであるが、その程度を把握するに至っていない。
【００３１】
そこで当面は、ある程度の電位を保つことを前提にして考えを進め、いま、間欠通電の一単位の中で通電を行なう時間の割合を「通電時間率」とよぶこととすると、▲１▼間欠通電のあり方としては、比較的高い電位を採用し、電流密度は高くなっても、短い一通電時間および低い通電時間率を実現するタイプ、および、▲２▼比較的低い電位を採用し、一通電時間が多少長くなり通電時間率が若干高くなっても電流密度を下げて実施するタイプ、の二典型があり、実際の操業はこれらの間で、防汚装置の実状と海水温度そのほかの運転上の因子を考え合わせて、最適の、すなわち電力消費が最小になる条件を見出して操業すべきことになる。
【００３２】
【実施例】
〔実施例１〕
両端にフランジを有する鋼管（口径「１００Ａ」長さ１ｍ）を、１０本用意した。  それぞれの内面に、導電性ゴムシートをライニングした。  この導電性ゴムは、クロロプレンゴム１００重量部にカーボンブラック３０重量部およびグラファイト４０重量部を混練して押し出したものである。  加硫後のシートの厚さは５mmである。  鋼管のフランジ面や外周面など、導電性シートのライニングのないすべての部分を、絶縁材で被覆した。
【００３３】
銀の円柱を、その先端面の一部が露出するように絶縁材で被覆し、後端にリードを接続して、照合電極を用意した。  被覆鋼管それぞれの中ほどに孔をあけ、そこにこの照合電極を挿入し、先端が管内部にわずか突き出るように固定した。フランジ部分と同じ形状寸法の面をもつチタン製のドーナツ状板に白金をメッキして、電極材とした。
【００３４】
上記の鋼管を、図１に示すように、電極材（４）をはさんでフランジ接合して、試験用の配管とした。  電流電源（６）の陽極端子、陰極端子および照合電極端子は、各鋼管に設けた接続端子、電極材、照合電極（５）と接続ケーブルで配線した。  図１において、（８）は絶縁材である。
【００３５】
この配管に、海水を０．５m/sec の流速で流した。  鋼管１本あたり４０〜１００mAの直流電流を通電し、陽極と照合電極との電位差(ＳＣＥ基準)が１．１５〜１．２０Ｖの範囲となるように電位を制御し、かつ６時間通電し１８時間休止（通電時間率２５％）の繰り返しを行なうよう電源のタイマーを設定し、配管の防汚を行なった。
【００３６】
１年後に配管内部を調べたところ、海洋生物の幼生がまばらに付着しただけであった。  比較のため、同じ口径のポリ塩化ビニルパイプの配管に、上記と同様に海水を流したところ、この配管内部には海洋生物が付着し、１年後にはその厚さが１０mmに達していた。
【００３７】
〔実施例２〕
図２に示すようにして、海水が０．３m/sec の速さで流れている、コンクリート水路の防汚試験を行なった。  縦１ｍ，横１ｍ，厚さ３mmのステンレス板を給電体（２）とし、その一方の面に、実施例１のクロロプレンゴムに代えてブチルゴム１００重量部およびグラファイト粉末５０重量部を使用し、実施例１と同様な導電性シート（３）をライニングし、他の部分を絶縁材（８）で被覆した防汚壁を用意した。
【００３８】
水路側面に防汚壁を、導電性シートの側が海水に向くように配置し、防汚壁と対向する位置に白金メッキしたチタン棒の電極材（４）を、それぞれ水路側面に設けた支持部材で固定した。  直流電源（６）の陽極端子と陰極端子とを、それぞれ給電体（２）と、電極材（４）とに配線した。
【００３９】
直流電源と接続してある照合電極（５）を水路に投げ込んで、陽極との電位差が１．１〜１．２Ｖの範囲となるように制御しながら、直流電流を通電した。  通電は、午前０時から４時間行ない、２０時間休止する（通電時間率１７％）ように電源のタイマーを設定した。  １年経過後も、防汚壁の表面に海洋生物の付着はみられなかった。
【００４０】
同じ大きさのステンレス板の一方の面にポリ塩化ビニルで被覆を施し、他方の面に塗装を施したものを、水路の同様な位置に浸漬しておいたところ、そこに海洋生物が付着して、１年後には厚さが約１５mmに達するほど成長していた。  しかも、ポリ塩化ビニルとの継ぎ目付近の塗装が剥離していた。
【００４１】
【発明の効果】
本発明の防汚方法は、さきに発明者らが開示した（特公平７−２４８２２号）防汚方法がもたらした利益、すなわち環境を汚染する有害物質を発生することなく海洋生物の付着を効果的に防止する、という利益を享受した上で、通電時間率を高くとも２５％、最も低い場合は１７％にまで短縮した間欠通電によって同等の防汚効果を得ることにより、消費電力を著しく低減できるという新たな効果をこれに加えた。
【００４２】
この防汚方法を実施するための本発明の防汚装置は、さきに開示した装置に対して、電源装置の稼動時間を設定するためのタイマーを付加しただけで構成できるから、設備費の増加はとるにたらないものである。  通電時間の減少は、当然に設備とくに陽極となる導電性シートの耐久力を増し、その交換のインターバルを長くする。  導電性シートの劣化は通電の休止中もある程度は進むから、単純な比較はできないが、連続的に通電する場合にくらべて、寿命が２〜３倍に延びることは確かである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の防汚方法の一適用例について、装置の構成を示す図。
【図２】  本発明の防汚方法の別の適用例について、装置の構成を示す図。
【図３】  導電性シートに与える電位と微生物付着防止効果との関係を示す、時間の経過に伴う菌数の変化をあらわしたグラフ。
【図４】  間欠通電による海洋微生物の駆逐状況を示す、時間の経過に伴う菌数の変化をあらわしたグラフ。
【図５】  通電開始からの時間の経過に伴う菌数の変化を示したグラフ。
【図６】  電流を一定にした場合の、海水温度の変化に伴う電極電位の変化をあらわしたグラフ。
【図７】  電位を一定にした場合の、海水温度の変化に伴う電流の変化をあらわしたグラフ。
【符号の説明】
１  被防汚体
２  給電体
３  導電性シート
４  電極材
５  照合電極
６  直流電源
８  絶縁物
９  海水
【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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【図７】
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