JP2001064932A - 水生生物の防汚装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 導電性の基材の表面に絶縁層を配置もしくは
形成している場合に、その絶縁層の表面に対して水生生
物の防汚機能を維持し得る水生生物の防汚装置を提供す
ること。 【構成】 直流電源と、少なくとも表面に絶縁層を配置
もしくは形成した作用極と、前記直流電源と前記作用極
とを電気的に接続或いは切断するオン・オフ制御手段
と、前記直流電源と電気的に接続された対極と、前記作
用極と前記対極との間に配置された参照極と、前記作用
極の表面の絶縁層上に配置した電極と、該作用極の表面
の絶縁層上に配置した電極と参照極との電位差を計測演
算する手段と、該計測演算する手段の演算結果から前記
作用極と対極との間に印加する電圧値を設定する制御手
段と、該制御手段と前記オン・オフ制御手段とを電気的
に接続することを特徴とする水生生物の防汚装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、船舶や漁網、湾岸構造
物、船舶の冷却用取水管、発電所や臨海工場で用いられ
る冷却用海水の取水管または冷却用配管、海水輸送用配
管、給水用配管などの接水面に水中の水生生物などが付
着するのを防止する防汚装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、水中構造物や水に接している
物の表面などに付着する水生生物を、塩素などの有害物
質を発生させないで電気化学的に制御する方法が提案さ
れている。例えば、特開平４−３４１３９２号公報に
は、ポテンショスタットにより、導電性を有する被防汚
面に＋０〜＋１．５Ｖ ｖｓ．ＳＣＥの正電位を印加
し、付着する水生生物を殺菌する相と、−０〜−０．４
Ｖ ｖｓ．ＳＣＥの負電位を印加し、付着する水生生物
を脱離する相からなる防汚方法が開示されている。ま
た、特開平４−２８９３０９号公報には、関数発生器に
より所定の周期でポテンショスタットを動作させて、導
電性を有する被防汚面の電位を変化させる防汚方法が開
示されている。一方、本願出願人の出願になる特願平１
０−６２１５９号によれば、２極方式を用いて、被防汚
面である導電性基材を陽極としてその表面の水生生物の
細胞を殺菌したり、陰極としてその表面に付着した細胞
やその分解物を脱離させることができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、３極方
式にせよ２極方式にせよ、被防汚面として導電性のある
材料しか用いることができない。このため、鉄やアルミ
ニウムなどの耐食性の弱い基材を使用するには、その基
材の上に直接、もしくは絶縁層等の保護層を形成しなく
てはならない。また例えばチタンを導電性基材として使
用する場合には、電位印加による酸化反応によって酸化
チタンが形成され、経時的に酸化チタン層の膜が厚くな
って導電性が低下することが知られている。本発明は、
導電性の基材の表面に絶縁層を形成している場合に、そ
の絶縁層の表面に対して水生生物の防汚機能を維持し得
る水生生物の防汚装置を提供することを課題とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、直流電源と、
少なくとも表面に絶縁層を配置もしくは形成した作用極
と、前記直流電源と前記作用極とを電気的に接続或いは
切断するオン・オフ制御手段と、前記直流電源と電気的
に接続された対極と、前記作用極と前記対極との間に配
置された参照極と、前記作用極の表面の絶縁層上に配置
した電極と、該作用極の表面の絶縁層上に配置した電極
と参照極との電位差を計測演算する手段と、該計測演算
する手段の演算結果から前記作用極と対極との間に印加
する電圧値を設定する制御手段と、該制御手段と前記オ
ン・オフ制御手段とを電気的に接続することを特徴とす
る水生生物の防汚装置を第１の要旨とし、直流電源と、
少なくとも表面に絶縁層を配置もしくは形成した電極
と、前記直流電源と前記表面に絶縁層を配置もしくは形
成した電極とを電気的に接続或いは切断するオン・オフ
制御手段と、前記直流電源と電気的に接続された露出し
た電極と、前記表面に絶縁層を配置もしくは形成した電
極と前記露出した電極との間に印加する電圧値を設定す
る制御手段と、該制御手段と前記オン・オフ制御手段と
を電気的に接続することを特徴とする水生生物の防汚装
置を第２の要旨とする。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明による水生生物の防汚装置
は、直流電源から電極に印加する電圧を、オン・オフ制
御手段によって、立ち上がり特性と立ち下がり特性の異
なるパルスを電極に入力し、電極の表面に形成した絶縁
層の表面に電荷を誘導することによって、絶縁層の表面
に電気的な防汚効果を付与するものである。

【０００６】

【実施例】以下、本発明について、実施例を説明する
が、本発明は、以下の実施例に限るものではない。以
下、第１実施例の詳細を、添付図面を参照して説明す
る。図１は防汚装置の電気的ブロック図、図２は電極の
極性を切り替えるタイミングチャートである。図１にお
いて、参照符号１は直流電源である。この直流電源１
は、正負の電圧を印加することができ、後述する作用極
３と対極５との間に必要な電圧及び電流を出力すること
が可能である程度に十分な容量を持つものを用いること
が必要である。参照符号２は、直流電源１が後述する対
極７に負の電圧を印加する一方で、所定の電圧を、所定
の周期で後述する作用極３に印加するオン・オフ制御手
段である。オン・オフ制御手段２は、前記直流電源１と
作用極３を電気的に接続及び切断する手段であり、具体
的には、後述するように図３に示すような抵抗とスイッ
チを組み合わせた等価回路といったものを例示できる。

【０００７】作用極３は、被防汚面であり、例えば、船
舶や漁網、湾岸構造物、船舶の冷却用取水管、発電所や
臨海工場で用いられる冷却用海水の取水管または冷却用
配管、海水輸送用配管、給水用配管などといったものの
接水面に設定されるものである。一般に導電性を有する
基材の表面に薄い絶縁層４を配置もしくは形成したもの
であれば、特に形状、材質などに限定されない。例え
ば、作用極として鉄やアルミニウムなどの耐食性の弱い
基材を、その表面に耐食性に優れた絶縁層を形成するな
り、絶縁被覆を配置するなりして使用することができ
る。また例えば、導電性基材であるチタンの表面に酸化
反応により酸化チタンが形成されてしまったようなもの
を使用することができる。

【０００８】電極５は、被防汚面の表面電位を測定する
ための電極であり、絶縁層４の表面に配置する。

【０００９】対極７は、上記作用極３と同様に電極とし
て利用できるものであれば、形状、材質には限定されな
い。具体的には、金属板や、表面を導電性シートや金属
被膜で覆った樹脂板などを用いることができる。

【００１０】参照極６は、作用極３に印加する電位を参
照するために用いるものであって、上記、作用極３と対
極７との間に配置しておくが、具体的には、一般に用い
られている飽和カロメル電極、銀・塩化銀電極あるいは
塩化銀が被覆された金属銀といったものを用いることが
できる。

【００１１】参照符号８は計測演算手段である。この計
測演算手段８は、上記電極５と参照極６とに接続し、電
極５と参照極６の電位を測定し、更に、電極５の電位よ
り参照極６の電位を減算して出力する機能を有してい
る。この計測演算手段８は、具体的には、従来知られて
いる演算増幅器を用いたアナログ的な手段やＡ／Ｄ変換
器を用いたデジタル的な手段といったものを用いること
ができる。

【００１２】上記計測演算手段８から出力された電位差
の値は、この計測演算手段８と接続する電位制御手段９
に送られる。この電位制御手段９は、前記計測演算手段
８から出力された電位差の情報に基づき、参照極６に対
する電極５の電位が電位制御手段９に内蔵するタイミン
グチャートが設定する値に等しくなるよう、オン・オフ
制御手段２のスイッチを制御するという機能を有してい
る。この電位制御手段９は、具体的には、従来知られて
いるタイミングチャートを保持するＲＯＭ（リードオン
リーメモリ）及びＭＰＵ（演算処理装置）の組み合わせ
といったものを用いることができる。

【００１３】タイミングチャートの一例を図２に示す。
タイミングチャートは、横軸が時間を、縦軸が参照極４
に対して電極５がとる電位の目的値を表す。タイミング
チャートは、時間軸上の順番に次の２つの相からなって
いる。Ｔ１相では参照極４に対して作用極３に正の電位
を印加し、絶縁層４に付着する水生生物を殺菌する。Ｔ
２相では参照極４に対して作用極３に負の電位を印加
し、絶縁層４に付着する殺菌した水生生物を脱離する。
これらの２つの相を順番に実施し、そのサイクルを繰り
返すことで、水生生物の付着を防止する。

【００１４】オン・オフ制御手段２の動作を図３及び図
４を用いて詳細に説明する。図３はオン・オフ制御手段
２の等価回路例であり、図４はスイッチの開閉状態と作
用極及び絶縁層表面の電位の変化を示すチャートであ
る。例としてＴ１相について説明する。図４（ａ）はス
イッチ１１の開閉状態を示す。図４（ｂ）は作用極３に
印加される電位を、また図４（ｃ）は絶縁層４の表面に
誘導される電位を示す。Ｔ１相においては、電位制御手
段９はオン・オフ制御手段２を制御してスイッチ１５を
端子１５ａに接続し、スイッチ１４を開き、スイッチ１
１を開閉する。スイッチ１１の開閉は、例えば１ｋＨｚ
程度の周波数で行う。スイッチ１１が閉じると作用極３
は直流電源１の陽極に接続され、作用極３と対極７の系
がなすコンデンサが急速に充電される。参照極６に対す
る電極５の電位を計測演算手段８が測定し、電位制御手
段９はその電位が目的の値になったらオン・オフ制御手
段２を制御してスイッチ１１を開く。すると充電された
電荷は抵抗１２を通して放電し、作用極３に印加される
電位はある時定数をもって低下する。このとき絶縁層４
の表面には、絶縁層を介しているため直流成分の消失し
た電位が印加される。

【００１５】放電の際の時定数は作用極３と対極７の間
のコンデンサの等価容量と抵抗１２の値で決まる。作用
極３と対極７の間の等価容量は、作用極３や絶縁層４、
対極７の大きさや材質、また設置の条件によって決まる
ため、特定の系の等価容量を予め実験によって測定する
必要がある。等価容量は、例えば図３の回路を用い、ス
イッチ１５を端子１５ａに接続し、スイッチ１４を開
き、スイッチ１１を開閉したときのパルス応答を測定す
ることによって得ることができる。等価容量を得たら、
目的の時定数になるように抵抗１２の値を決定すればよ
い。

【００１６】例えばスイッチ１１の開閉の周波数が１ｋ
Ｈｚであるとする。立ち上がり時間つまり充電に要する
時間と立ち上がり時間つまり放電に要する時間との比
は、逆向きの電位が誘導されないようにするため、１：
１０程度よりも大きいことが望ましい。特定の系に対し
て抵抗１２を１００Ωにして実験を行ったところ、時定
数が１００μｓであった。電荷は時定数の３倍程度の時
間をとればほぼ放電される。抵抗１２を例えば３００Ω
にすれば時定数は３００μｓになり、電位が放電される
まで約９００μｓかかることになる。これに対して、充
電は数１０μｓ程度の短時間で行えるため、立ち上がり
と立ち下がりの時間の比は１：１０以上になり、１ｋＨ
ｚの周波数に対して図４（ａ）に示すような波形を実現
することができる。但し、抵抗１２の抵抗値は、絶縁層
４の抵抗値の１／１００程度以下であることが望まし
い。

【００１７】次にＴ２相について説明する。図４（ｄ）
はスイッチ１４の開閉状態を示す。図４（ｅ）は作用極
３に印加される電位を、また図４（ｆ）は絶縁層４の表
面に誘導される電位を示す。Ｔ２相においては、電位制
御手段９はオン・オフ制御手段２を制御してスイッチ１
５を端子１５ｂに接続し、スイッチ１１を開き、スイッ
チ１４を開閉する。スイッチ１４が閉じると作用極３は
直流電源１の陰極に接続され、作用極３と対極７の系が
なすコンデンサが急速に放電される。参照極６に対する
電極５の電位を計測演算手段８が測定し、電位制御手段
９はその電位が目的の値になったらオン・オフ制御手段
２を制御してスイッチ１４を開く。すると作用極３と対
極７の系がなすコンデンサは抵抗１３を通して充電さ
れ、作用極３に印加される電位はある時定数をもって上
昇する。このとき絶縁層４の表面には、絶縁層を介して
いるため直流成分の消失した電位が印加される。

【００１８】充電の際の時定数はＴ１相における場合と
同様、作用極３と対極７の間のコンデンサの等価容量と
抵抗１３の値で決まる。コンデンサの等価容量はＴ１相
の説明におけると同様であるので、その値に基づき、目
的の時定数になるように抵抗１３の値を決定すればよ
い。このとき被防汚面となる絶縁層４に付着する微生物
に対しては、急峻な立ち下がりとなだらかな立ち上がり
を持つパルスによって絶縁層４の表面に負電荷が誘導さ
れるため、Ｔ１相において殺菌した微生物を脱離するこ
とができる。

【００１９】図５に第２実施例の電気的ブロック図、図
６に電極の極性を切り替えるタイミングチャートを示
す。第２実施例は、第１実施例に比較して、電極５を除
去し、参照極及び計測演算手段を用いない以外は、第１
実施例と同様である。即ち、直流電源１と、絶縁層４を
表面に配置もしくは形成した電極２１とを電気的に接続
及び切断するオン・オフ制御手段２で接続し、前記直流
電源１と、絶縁層を表面に配置もしくは形成していない
露出した電極２２を接続し、前記オン・オフ制御手段
と、前記絶縁層４を表面に配置もしくは形成した電極２
１及び電極２２に印加する電圧を設定する制御手段９と
を接続したものである。

【００２０】第２実施例の防汚装置は、印加電圧を設定
する制御手段に内蔵されたタイミングチャートに基づ
き、オン・オフ制御手段２のスイッチ１１、スイッチ１
４及びスイッチ１５の状態をオン・オフ制御手段２に指
示する。図６は、タイミングチャートの一例であり、第
１実施例で説明したタイミングチャートに比較して縦軸
が電極２２に対して絶縁層４の表面がとる電位を表す以
外は、第１実施例と同様である。図６のタイミングチャ
ートにおいて、Ｔ１相では電極２２に対して絶縁層４を
表面に配置もしくは形成した電極２１に正の電位を印加
し、絶縁層４に付着する水生生物を殺菌する。Ｔ２相で
は電極２２に対して絶縁層４を表面に配置もしくは形成
した電極２１に負の電位を印加し、絶縁層４に付着する
殺菌した水生生物を脱離する。これらの２つの相を順番
に実施し、そのサイクルを繰り返すことで、水生生物の
付着を防止する。

【００２１】オン・オフ制御手段２の動作を図７及び図
８を用いて詳細に説明する。図７はオン・オフ制御手段
の等価回路例であり、図８はスイッチの開閉状態と電極
及び絶縁層表面の電位の変化を示すチャートである。例
としてＴ１相について説明する。図８（ａ）はスイッチ
１１の開閉状態を示す。図８（ｂ）は絶縁層４を表面に
配置もしくは形成した電極２１に印加される電位を、ま
た図８（ｃ）は絶縁層４の表面に誘導される電位を示
す。Ｔ１相においては、電位制御手段９はオン・オフ制
御手段２を制御してスイッチ１５を端子１５ａに接続
し、スイッチ１４を開き、スイッチ１１を開閉する。ス
イッチ１１が閉じると絶縁層４を表面に配置もしくは形
成した電極２１は直流電源１の陽極に接続され、絶縁層
４を表面に配置もしくは形成した電極２１と電極２２の
系がなすコンデンサが急速に充電される。一定時間後に
電位制御手段９はオン・オフ制御手段２を制御してスイ
ッチ１１を開く。この時間は、予め３極法を用いた実験
によって決定しておけばよい。スイッチ１１が開くと充
電された電荷は抵抗１２を通して放電し、絶縁層４を表
面に配置もしくは形成した電極２１に印加される電位は
ある時定数をもって低下する。このとき絶縁層４の表面
には、絶縁層を介しているため直流成分の消失した電位
が印加される。

【００２２】放電の際の時定数は絶縁層４を表面に配置
もしくは形成した電極２１と電極２２の間のコンデンサ
の等価容量と抵抗１２の値で決まる。絶縁層４を表面に
配置もしくは形成した電極２１と電極２２の間の等価容
量は、絶縁層４を表面に配置もしくは形成した電極２１
や絶縁層４、電極２２の大きさや材質、また設置の条件
によって決まるため、特定の系の等価容量を予め実験に
よって測定する必要がある。測定方法は第１の実施例で
説明したのと同様である。このとき被防汚面となる絶縁
層４の表面に付着する微生物に対しては、急峻な立ち上
がりとなだらかな立ち下がりを持つパルスによって絶縁
層４の表面に正電荷が誘導されるため、微生物を電気的
に殺菌することができる。

【００２３】次にＴ２相について説明する。図８（ｄ）
はスイッチ１４の開閉状態を示す。図８（ｅ）は絶縁層
４を表面に配置もしくは形成した電極２１に印加される
電位を、また図８（ｆ）は絶縁層４の表面に誘導される
電位を示す。Ｔ２相においては、電位制御手段９はオン
・オフ制御手段２を制御してスイッチ１５を端子１５ｂ
に接続し、スイッチ１１を開き、スイッチ１４を開閉す
る。スイッチ１４が閉じると絶縁層４を表面に配置もし
くは形成した電極２１は直流電源１の陰極に接続され、
絶縁層４を表面に配置もしくは形成した電極２１と電極
２２の系がなすコンデンサが急速に放電される。一定時
間後に電位制御手段９はオン・オフ制御手段２を制御し
てスイッチ１４を開く。この時間は、予め３極法を用い
た実験によって決定しておけばよい。スイッチ１４が開
くと絶縁層４を表面に配置もしくは形成した電極２１と
電極２２の系がなすコンデンサは抵抗１３を通して充電
され、絶縁層４を表面に配置もしくは形成した電極２１
に印加される電位はある時定数をもって上昇する。この
とき絶縁層４の表面には、絶縁層を介しているため直流
成分の消失した電位が印加される。

【００２４】充電の際の時定数はＴ１相における場合と
同様、絶縁層４を表面に配置もしくは形成した電極２１
と対極２２の間のコンデンサの等価容量と抵抗１３の値
で決まる。コンデンサの等価容量はＴ１相の説明におけ
ると同様であるので、その値に基づき、目的の時定数に
なるように抵抗１３の値を決定すればよい。このとき被
防汚面となる絶縁層４に付着する微生物に対しては、急
峻な立ち下がりとなだらかな立ち上がりを持つパルスに
よって絶縁層４の表面に負電荷が誘導されるため、Ｔ１
相において殺菌した微生物を脱離することができる。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、３極法及び２極法を用
いた水生生物の防汚装置において、直流電源から電極に
印加する電圧を、オン・オフ制御手段によって、立ち上
がり特性と立ち下がり特性の異なるパルスを電極に入力
し、電極の表面に形成した絶縁層の表面に電荷を誘導す
ることによって、絶縁層の表面に電気的な防汚効果を付
与することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１実施例の電気的ブロック図

【図２】 参照極に対する作用極の電位のタイミングチ
ャート

【図３】 オン・オフ制御手段の回路図

【図４】 スイッチの開閉状態と作用極及び絶縁層表面
の電位

【図５】 第２実施例の電気的ブロック図

【図６】 電極間の電位のタイミングチャート

【図７】 オン・オフ制御手段の回路図

【図８】 スイッチの開閉状態と電極及び絶縁層表面の
電位

【符号の説明】

１ 直流電源 ２ オン・オフ制御手段 ３ 作用極 ４ 絶縁層 ５ 電極 ６ 参照極 ７ 対極 ８ 計測演算手段 ９ 制御手段 １１ スイッチ １２ 抵抗 １３ 抵抗 １４ スイッチ １５ スイッチ ２１ 電極 ２２ 電極

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流電源と、少なくとも表面に絶縁層を
   配置もしくは形成した作用極と、前記直流電源と前記作
   用極とを電気的に接続或いは切断するオン・オフ制御手
   段と、前記直流電源と電気的に接続された対極と、前記
   作用極と前記対極との間に配置された参照極と、前記作
   用極の表面の絶縁層上に配置した電極と、該作用極の表
   面の絶縁層上に配置した電極と参照極との電位差を計測
   演算する手段と、該計測演算する手段の演算結果から前
   記作用極と対極との間に印加する電圧値を設定する制御
   手段と、該制御手段と前記オン・オフ制御手段とを電気
   的に接続することを特徴とする水生生物の防汚装置。
2. 【請求項２】 上記オン・オフ制御手段は、前記作用極
   と前記直流電源とを、少なくとも立ち上がり時間よりも
   立ち下がり時間が長いパルスをもって接続して前記作用
   極の表面に配置もしくは形成した前記絶縁層の表面に正
   電荷を誘導し、前記作用極と前記直流電源とを、少なく
   とも立ち上がり時間よりも立ち下がり時間が短いパルス
   をもって接続して前記作用極の表面に配置もしくは形成
   した前記絶縁層の表面に負電荷を誘導する請求項１記載
   の水生生物の防汚装置。
3. 【請求項３】 直流電源と、少なくとも表面に絶縁層を
   配置もしくは形成した電極と、前記直流電源と前記表面
   に絶縁層を配置もしくは形成した電極とを電気的に接続
   或いは切断するオン・オフ制御手段と、前記直流電源と
   電気的に接続された露出した電極と、前記表面に絶縁層
   を配置もしくは形成した電極と前記露出した電極との間
   に印加する電圧値を設定する制御手段と、該制御手段と
   前記オン・オフ制御手段とを電気的に接続することを特
   徴とする水生生物の防汚装置。
4. 【請求項４】 上記オン・オフ制御手段は、前記表面に
   絶縁層を配置もしくは形成した電極と前記直流電源と
   を、少なくとも立ち上がり時間よりも立ち下がり時間が
   長いパルスをもって接続して前記電極の表面に形成した
   前記絶縁層の表面に正電荷を誘導し、前記電極と前記直
   流電源とを、少なくとも立ち上がり時間よりも立ち下が
   り時間が短いパルスをもって接続して前記電極の表面に
   配置もしくは形成した前記絶縁層の表面に負電荷を誘導
   する請求項３記載の水生生物の防汚装置。