JP2008178789A - 防汚装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】取水路内壁面や熱交換器の海水流入側および放出側の構造全体に、簡便かつ安価に設置でき、酸素を効率よく発生し汚れを防止することである。
【解決手段】空気とオゾンおよび海水を取り込んで海水中にマイクロバブルと呼ばれる微小気泡を混合するマイクロバブル発生装置５と、マイクロバブル発生装置で得られたマイクロバブルが混入した海水流量を防汚対象となる構造物の大きさや形状に合わせて必要とされる流量に調節して防汚効果を最適にするための流量制御装置６と、防汚対象となる構造物の近傍に設置され構造物の形状や周囲の流れの特性に合わせてマイクロバブルが混入した海水を噴出するマイクロバブル注入装置７とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、海水と接する構造物の壁面への海生生物の付着防止を行い構造物の汚れを防止する防汚装置及び方法に関する。

海水を冷却水として取水する発電所等において、その取水路接水面（内壁面）にイガイ、フジツボ、ヒドロ虫、あるいは海藻類といった海生生物が付着する。このような取水路内壁面への付着は、取水路の冷却水流量の低下といった事態を招き、取水路の正常機能を阻害するものとなる。

また、同様に熱交換器伝熱管の入口や出口の管板に海生生物が付着して、伝熱管の管端部を塞ぎ洗浄用スポンジの通過障害になったり、伝熱管内面を閉塞することがある。そこで、それを除去するためにしばしば発電所の操業の停止を余儀なくされている。これらの海生生物は、銅合金製管板や管よりも耐海水性のチタン製の管板や管において付着しやすい。また、ゴムライニングされている鋼製の水室は、ストレーナーの網を通り抜けた幼生の海生生物が着生して成育し、脱落を繰返して冷却用伝熱管内面を閉塞させる。

これらの海生生物の駆除や付着防止（以下防汚と称する）には、塩素や塩素化合物の環境海水中への投入、毒性イオン生成顔料含有防汚塗料の塗布、海水電解による塩素や銅などの毒性イオンの生成等の手段が行われている。これらの方法は有効な防汚機能を発揮するが、大量の海水環境にあっては、その量や濃度の管理が容易でなく効果を期待するため過大濃度になりやすい。その結果、環境汚染の原因になる可能性が高く、今日ではその使用は禁止或いは抑制の方向にある。

無公害、無毒性の防汚対策も進められており、例えばシリコーン系防汚塗料は、無公害で無毒性であり防汚効果を有する。しかし、このシリコーン系防汚塗料の塗布による方法は、貝殻等の異物の接触により防汚寿命が短い、施工コストが高い、大面積の対象物や既存の施設への簡単容易な施工手段がない、海水の流れを止めると防汚効果が減少する等の問題があり、広く実用されるに至っていない。

電気化学的防汚法における電極の配置構造について、水中構造物の壁面に不溶性導電材を設置して、外部直流電源の正極に接続して陽極とし、電流を流すことにより、導電材の界面で生成する塩素や発生酸素等による殺菌作用に基づく導電材表面への水中生物の付着を抑制あるいは防止するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１のものでは、陰極は帯板又は線材からなる格子状、簾状、網状あるいは螺旋状の金属体であり、複数の絶縁性支持具を介して陽極の表面から等間隔に配置するとされている。

また、陽極を電気的触媒で被覆することによって、塩素の発生を抑制しながら酸素を発生させるようにしたものもある（例えば、特許文献２参照）。

また、絶縁・クッション材が裏打ちされた鉄鋼製電極板を対象構造物に容易で、確実に取付けが可能であり、かつ電気導線接続の簡易化とコスト低減を図り、より電気防汚法の効果を高めたものもある（例えば、特許文献３参照）。

さらに、化石燃料の燃焼等により発生する燃焼ガス、もしくは、燃焼ガスより単離あるいは分離して抽出されたＣＯ_２ガス、一酸化炭素などの気体成分を、微細な気泡の状態で水中へ送出し、水中に送出される気泡が加圧された数十μｍ程度に微細な気泡であり、効率よく海水に融合し、貝や藻類などを弱体化して、これらの付着を防止できるようにしたものがある（例えば、特許文献４参照）。
特開平１１−３２３８６８号公報 特開２０００−１１９８８４号公報 特開平７−３００８３３号公報 特開２００６−６１０７１号公報

しかし、特許文献１のような陰極の配置では、絶縁性支持具を必須としてコストがかかるほか、施工に手間がかかるという問題がある。また、陰極及び絶縁性支持具が取水路中に突出しているのでゴミ等の漂流物が陰極や絶縁性支持具に引っ掛かるという不都合も生じる。

一方、特許文献３のものでは、陰極を取水路底面に設けているが、電位分布が陰極に近いほうが大きくなり、陰極に近いほうは酸素の発生電位（１．２ｖＳ．Ｃ．Ｅ．以下）から塩素の発生電位に達してしまい酸素の発生を目的とする防汚には不適当である。

さらに加えて、特許文献１、２、３のものでは防汚対象とする水中構造物の壁面に直接陽極を設置し、その表面から酸素を発生させることによる防汚であり、その防汚効果は設置した陽極表面極近傍でしか効かず、熱交換器伝熱管等細くて形状的な制約があり、陽極が設置できない部位ではその効果が期待できない。

また、特許文献４のものでは、微細な気泡状態で気体成分を送出するため熱交換器伝熱管等の形状的な制約は解決されるが、化石燃料の燃焼等により発生する燃焼ガスでは、貝や藻類などの弱体化はできるが、その付着防止効果はそれほど期待できない。

このように、取水路内壁面や熱交換器の海水流入側および放出側の構造全体に、簡便、かつ安価に設置でき、酸素を効率よく発生、利用することができる海生生物付着防止装置は得られていない。

本発明の目的は、取水路内壁面や熱交換器の海水流入側および放出側の構造全体に、簡便かつ安価に設置でき、酸素を効率よく発生し汚れを防止できる防汚装置及び方法を提供することにある。

本発明の防汚装置は、空気とオゾンおよび海水を取り込んで海水中にマイクロバブルと呼ばれる微小気泡を混合するマイクロバブル発生装置と、前記マイクロバブル発生装置で得られたマイクロバブルが混入した海水流量を防汚対象となる構造物の大きさや形状に合わせて必要とされる流量に調節して防汚効果を最適にするための流量制御装置と、防汚対象となる構造物の近傍に設置され前記構造物の形状や周囲の流れの特性に合わせてマイクロバブルが混入した海水を噴出するマイクロバブル注入装置とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、海水を冷却水として使用するプラントの取水路内壁面や熱交換器の海水流入側および放出側の構造全体に亘り、たとえ複雑な構造物であっても簡便かつ安価に設置できるので、海水に接する部位全体に亘って、汚れや生物の成長による海生生物による構造物の機能低下を防止することができる。

以下に本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に関わる防汚装置の構成図である。図１に示すように、防汚装置１１は、マイクロバブル発生装置５と流量制御装置６及びマイクロバブル注入装置７とからなる。

マイクロバブル発生装置５は、大気圧空気とオゾンＯ_３とを一定量の割合で混合させると共に、ポンプで吸い込んだ海水中に微小な気泡（マイクロバブル）として混合する装置である。流量制御装置６は、防汚対象となる構造物の大きさや形状に合わせて必要とされる海水流量を調節して、防汚効果を最適にするための制御装置である。また、マイクロバブル注入装置７は、防汚対象となる構造物の大きさや形状、構造物周囲の海水の流動状況にあわせて無駄なく最適な注入方法を実現するものである。

一般に、マイクロバブルは直径が５０μｍ程度の微小な気泡である。そのため、浮力が小さく構造物の周囲の海水の流動によって容易に構造細部に到達し得る。従って、マイクロバブル注入装置７は、対象構造物の全ての部位に接近して取り付ける必要はなく、構造物周囲の海水の流動状況を把握して、注入装置の設置位置を決定すればよいことになる。

また、注入されるマイクロバブルは非常に微小な気泡であることから、一般の気泡とは異なる種々の特性を有する。その特徴の一つは、自己加圧効果があるため、内部の気体を完全溶解させて消滅することである。また、マイクロバブルが消滅する時に発生するホットスポットと呼ばれる強い衝撃波の発生は、物質表面に物理的な力を作用するという特性もある。

本発明においては、オゾン１０〜９０％を含む空気をマイクロバブルとして海水中に注入し、海水の流動に伴って拡散移動した気泡のオゾンが海水に接する構造物の微細な隙間を含む全体に接触し、接触した部分でオゾンの殺菌作用や、衝撃波の作用による洗浄効果により、物体表面の有機物の付着や海生物の幼生の成長を抑制する。この効果を利用することにより、複雑な構造物であっても、海水に接する部位全体に亘って汚れや生物の成長による構造物の機能低下を防止するものである。

オゾンの殺菌作用は、濃度が高くなれば強くなるが、周辺環境への影響を踏まえる必要がある。一般に海水温度の高いときは、貝や藻類などの成長は活発であり、それを抑制するためには高い濃度のオゾンが必要である。一方、海水温度が低い場合は、それほど高濃度のオゾンを必要としない。そこで、オゾンを１０％含む空気のマイクロバブルは海水温度の低い冬季に、一方、海水温度の高くなる夏季は、オゾンを９０％含む空気のマイクロバブルを使用する。これにより、物体表面の有機物の付着や海生物の幼生の成長を抑制する。

第１の実施の形態によれば、オゾンを含む空気をマイクロバブルとして海水中に注入するので、構造物の微細な隙間を含む全体にマイクロバブルが接触し、接触した部分でオゾンの殺菌作用や衝撃波の作用による洗浄が行われる。従って、物体表面の有機物の付着や海生物の幼生の成長を抑制できる。また、複雑な構造物に対しても、海水に接する部位全体に亘って汚れや生物の成長による構造物の機能低下を防止できる。

図２は本発明の第２の実施の形態に関わる防汚方法の説明図である。この第２の実施の形態は、図１の防汚装置１１を、発電所の海水冷却水を取り込む最も上流に位置する構造物であるスクリーン３及びストレーナ４に適用したものである。すなわち、図１の防汚装置１１は、火力、原子力発電所などの海水を冷却水として使用するプラントの冷却水系統の海水を取り込む取水路２の入口に設置されている。

海１からの海水は防汚装置１１の上流側から取水路２を通して流入し、格子状の構造のスクリーン３とストレーナ４とを通過する。その際に海水中の異物は海水と共に流入し、異物のみがスクリーン３とストレーナ４によってろ過分離されて除去される。この場合、スクリーン３とストレーナ４とが異物の目詰まりや着生した海生生物の成長によって目詰まりすると、所定の冷却水量が確保できなくなるため、このような海生物による目詰まりは未然に防止しなければならない。

そのため、この海水を取り込む流路の入口近傍にあるスクリーン３やストレーナ４という構造物の防汚のために図１の防汚装置１１を用いるものである。スクリーン３やストレーナ４には、外から流入するごみや異物の他に貝や海草などの生物が流入してくる。スクリーン３やストレーナ４は、これらを除去する装置であるが、着生した海生生物の成長によって目詰まりすると、異物の除去効率が低下するばかりでなく、海水の取り込みが不十分となることから発電所の必要な冷却水の確保ができなくなるという問題が発生する。

そこで、海水を冷却水として使用するプラントの冷却水系統の海水を取り込む取水路２の入口に設置された各種スクリーン３及びストレーナ４の海水の上流側に図１の防汚装置１１を設置し、防汚装置１１のマイクロバブル発生装置５からマイクロバブルが混入した海水を噴出し、注入されたマイクロバブルがこれらの機器全体に接触するようにしている。

第２の実施の形態によれば、スクリーン３及びストレーナ４の目詰まりを防汚装置１１により防止できるので、所定の冷却水量を確保できる。

図３は本発明の第３の実施の形態に関わる防汚方法の説明図である。この第３の実施の形態は、図１の防汚装置１１を、スクリーン３やストレーナ４を通過した海水が流れる水路（循環水配管）に適用したものである。

一般に、この水路は循環水配管８と呼ばれる管路でありスクリーン３やストレーナ４を通過した海水が流れるが、海水中には貝や海草の幼生が含まれており、微細なためにストレーナ４やスクリーン３では除去されない。従って、それらの幼生が管路内壁に付着して成長することになる。海生生物は管路内面に厚く堆積し管路断面積を減少させるため、管内を流れる海水の流速を上昇させるために、ポンプ動力が上昇し発電所の経済性を低下させる。また、堆積した海生生物が管壁から剥離し下流の復水器に流入することにより、さらなる不適合発生の因子となり得る。

また、このような不適合発生を防止するために、配管内部清掃が必要となっている。この作業は、海生生物その他の有機物を除去する作業となり、有害ガスの発生や閉所作業であるなど作業環境としては、非常に悪いことや多額の費用を要するものである。

管路に適用する場合には、マイクロバブルが注入される位置やマイクロバブルが壁面に到達する位置、そして、その防汚効果が持続する距離等を勘案して、注入位置や箇所数が決定される。一般に、注入口は管路内壁に沿って設けられており、管路内面には突起する構造とはしない。管路外周にマイクロバブル発生装置５から送られてくるマイクロバブルを混入した海水のヘッダーがジャケット状に取付けられる。このヘッダーがジャケット状でなく、リング状円管として、そのリング状円管から個々の注入口を注入管で繋ぐ構造でも効果は同じである。注入口の大きさとその間隔などは循環水配管８のサイズや管内の海水の流速により最適化される。

第３の実施の形態によれば、スクリーン３やストレーナ４を通過した海水が流れる水路の汚れを防止するので、循環水ポンプのポンプ動力が上昇することを防止でき発電所の経済性を低下させることも防止できる。

図４は本発明の第４の実施の形態に関わる防汚方法の説明図である。この第４の実施の形態は、図１の防汚装置１１を復水器９に適用したものである。

復水器９は直径２０ｍｍから３５ｍｍ程度の内径の多数の冷却管を有する熱交換器であるが、冷却水として海水を使用することから、冷却管材質は黄銅やチタン、スーパーステンレスといった耐食性に優れた材料が使用される。

復水器冷却管は復水器９の蒸気を冷却凝縮するという熱交換器の機能のもっとも重要な要素であるが、復水器冷却管を清浄にかつ健全に維持することが必要である。このために、従来、スポンジボールによる冷却管洗浄装置や電気防食、耐食性皮膜形成による表面の保護などの方法が採用されている。

しかし、海水中に混入する海生生物の幼生が復水器９の内部に付着し成長することを防止しうる有効な手段は、これらを死滅させることであるが、そのためには海水中に塩素その他の毒性の物質を注入する必要がある。このような方法は、海水の汚染をもたらし、海生生物の生存に深刻な影響をもたらす事から採用できない。

そこで、本発明の第４の実施の形態では、復水器９の冷却水入口の上流配管内部に防汚装置１１のマイクロバブル注入装置７を設けマイクロバブルを注入する。マイクロバブル注入位置は、一般的に入口フランジから直径の５倍以内程度とする。

第４の実施の形態によれば、復水器水室内部、復水器冷却管が清浄に保たれることによって、汚れによる性能低下や有機物の付着による冷却管の腐食を防止することができる。

図５は本発明の第５の実施の形態に関わる防汚方法の説明図である。この第５の実施の形態は、図１の防汚装置１１を冷却水冷却器１０に適用したものである。冷却水冷却器１０は直径２０ｍｍから３５ｍｍ程度の内径の多数の冷却管を有する熱交換器であるが、海水を使用することから、冷却管材質は黄銅やチタン、スーパーステンレスといった耐食性に優れた材料が使用される。冷却管は冷却水冷却器１０に入ってくる軸受け冷却水等を冷却するという熱交換器の機能のもっとも重要な要素であるが、冷却管を清浄にかつ健全に維持することが必要である。このために、従来、スポンジボールによる冷却管洗浄装置や電気防食、耐食性皮膜形成による表面の保護などの方法が採用されている。

しかし、海水中に混入する海生生物の幼生が冷却水冷却器１０の内部に付着し成長することを防止しうる有効な手段は、これらを死滅させることであるが、そのためには海水中に塩素その他の毒性の物質を注入する必要がある。このような方法は、海水の汚染をもたらし、海生生物の生存に深刻な影響をもたらすから採用できない。

そこで、第５の実施の形態では、冷却水冷却器１０の冷却水入口上流配管内部にマイクロバブル注入装置７を設け、マイクロバブルを注入する。マイクロバブル注入位置７は、一般的に入口フランジから直径の５倍以内程度とする。

第５の実施の形態によれば、冷却水冷却器１０の内部、冷却管が清浄に保たれることによって、汚れによる性能低下や有機物の付着による冷却管の腐食を防止することができる。また、管路の流動抵抗の低減や、メンテナンスコストの削減、メンテナンス作業環境の改善などの効果をもたらす。

本発明の第１の実施の形態に関わる防汚装置の構成図。 本発明の第２の実施の形態に関わる防汚方法の説明図。 本発明の第３の実施の形態に関わる防汚方法の説明図。 本発明の第４の実施の形態に関わる防汚方法の説明図。 本発明の第５の実施の形態に関わる防汚方法の説明図。

符号の説明

１：海、２：取水路、３：スクリーン、４：ストレーナ、５：マイクロバブル発生装置、６：流量制御装置、７：マイクロバブル注入装置、８：循環水配管、９：復水器、１０：冷却水冷却器、１１：防汚装置

Claims (9)

1. 空気とオゾンおよび海水を取り込んで海水中にマイクロバブルを混合するマイクロバブル発生装置と、
   前記マイクロバブル発生装置で得られたマイクロバブルが混入した海水流量を防汚対象となる構造物の大きさや形状に合わせて必要とされる流量に調節して防汚効果を最適にするための流量制御装置と、
   防汚対象となる構造物の近傍に設置され前記構造物の形状や周囲の流れの特性に合わせてマイクロバブルが混入した海水を噴出するマイクロバブル注入装置と、
   を備えたことを特徴とする防汚装置。
2. 前記マイクロバブル発生装置は、オゾンを１０〜９０％含む空気をマイクロバブルとして海水中に注入ことを特徴とする請求項１記載の防汚装置。
3. 海水を冷却水として使用するプラントの冷却水系統の海水を取り込む取水路入口に設置された各種スクリーン及びストレーナーの海水の上流側に請求項１または２の防汚装置を設置し、前記防汚装置のマイクロバブル発生装置からマイクロバブルが混入した海水を噴出し、注入されたマイクロバブルがこれらの機器全体に接触するようにしたことを特徴とする防汚方法。
4. 海水を冷却水として使用するプラントの冷却水系統の海水を取り込む取水路入口に設置された各種スクリーン及びストレーナーの海水の下流側から循環水ポンプまでの水路、または循環水ポンプから復水器までの配管に、水路または配管の長さに対応して請求項１または２の防汚装置を設置し、前記防汚装置のマイクロバブル発生装置からマイクロバブルが混入した海水を噴出し、注入されたマイクロバブルがこれらの水路または配管の全体に接触するようにしたことを特徴とする防汚方法。
5. 海水を冷却水として使用するプラントの冷却水系統の復水器における海水入口の近傍に請求項１または２の防汚装置を設置し、前記防汚装置のマイクロバブル発生装置からマイクロバブルが混入した海水を噴出し、注入されたマイクロバブルが復水器水質内部または復水器冷却管に接触するようにしたことを特徴とする防汚方法。
6. 海水を冷却水として使用するプラントの冷却水系統の復水器の出口配管に水路の長さに対応して請求項１または２の防汚装置を設置し、前記防汚装置のマイクロバブル発生装置からマイクロバブルが混入した海水を噴出し、注入されたマイクロバブルが復水器の出口配管の水路全体に接触するようにしたことを特徴とする防汚方法。
7. 海水を冷却水として使用するプラントの冷却水系統の冷却水冷却器における海水入口の近傍に請求項１または２の防汚装置を設置し、前記防汚装置のマイクロバブル発生装置からマイクロバブルが混入した海水を噴出し、注入されたマイクロバブルがこれらの水路全体に注入されるようにしたことを特徴とする防汚方法。
8. 海水を冷却水として使用するプラントの冷却水系統の冷却水冷却器の出口配管に水路の長さに対応して請求項１または２の防汚装置を設置し、前記防汚装置のマイクロバブル発生装置からマイクロバブルが混入した海水を噴出し、注入されたマイクロバブルが冷却水冷却器の出口配管の水路全体に接触するようにしたことを特徴とする防汚方法。
9. オゾンを１０〜９０％含む空気をマイクロバブルとして海水中に注入ことを特徴とする防汚方法。

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