JP2017193954A - 水生付着生物除去方法および水生付着生物除去装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1において、本発明の実施の形態における水生付着生物除去装置1は、パルスパワーをパルス放電により発生させるパルスパワー発生器2と、パルスパワー発生器2により発生させたパルスパワーをパルス放電により作用させるための一対の電極3(陽極3a、陰極3b)とから構成される。パルスパワー発生器2は、電源2aで発生させた電気をコンデンサ2bで一時的に貯蓄し、一対の電極3(陽極3a、陰極3b)間において一瞬で放電する。
・・・式(1)
ここで、P:パワー[W]、E:エネルギー[J]、τ:放電時間[s]であり、パワー[W]=エネルギー[J]/時間[s]=電圧[V]×電流[A]である。
・・・式(2)
ここで、E:エネルギー[J]、V:電圧[kV]、C:コンデンサ容量[μF]である。
上式(1)および上式(2)により、エネルギーが小さい場合においても、パルスパワーのように短時間であれば極めて大きいパワーが得られる。
パルスパワーを放電するための電極として、ポリエチレン(絶縁物)被膜された直径5mmの銅線を使用した。また、水中および気中において、それぞれ図14に示すような電極の先端形状とし、電極先端付近のポリエチレン被膜を取り除き、銅線を1cm程度露出したものに鋼製の電極カバーを取り付けた。なお、銅線はむき出しとしても良い。
水中および気中において、電極の設置方法は以下の通りとした。
水中においては、電極先端はフジツボもしくは母材コンクリートから離す。電極先端を接触させたままパルスパワーをパルス放電により作用すると、母材コンクリートが損傷する可能性が高い。
気中においては、電極先端はフジツボもしくは母材コンクリートに接触させる。
本実験では、マルクスバンク方式のパルス発生回路を用いた。
マルクスバンク方式(図15参照。)とは、N個のコンデンサを充電時は並列充電し、放電時にはコンデンサ間につながれたギャップスイッチにより瞬時に直列接続とするものである。このとき、充電電圧Vに対し、N×Vの出力電圧が得られるため、低い充電電圧で高い出力電圧が得られる。
(A)全般
電圧(V)とマルクスバンク方式のパルス発生回路におけるコンデンサ容量および個数(C)、一対の陽極と陰極との電極間距離(L)、母材コンクリートから電極までの距離(H)を変化させて、母材コンクリートを損傷させずに水生付着生物が除去可能な条件を検討した。なお、気中においては電極を水生付着生物または母材コンクリートに接触させた状態で実施した。
パルス放電を作用させた場合に、水生付着生物が除去可能か否かの判定は、「放電回数5回以内でフジツボが除去可能で放電100回でも母材コンクリートが損傷しないこと」とした。
・コンデンサ容量0.8μFでコンデンサ個数10個
・コンデンサ容量0.2μFでコンデンサ個数10個
・コンデンサ容量0.8μFでコンデンサ個数2個
・コンデンサ容量0.2μFでコンデンサ個数2個
(B−1−1)目的
コンデンサ容量0.8μFのコンデンサを用いた場合の水中での水生付着生物除去の可否検討。
・電源からの充電電圧は25kVとした。
・コンデンサの容量は0.8μF、個数は10個とした。
・陽極と陰極間での出力電圧は250kVとした。
・電極間距離は25cm、20cmとした。
・電極先端から母材コンクリートまでの距離は3cmとした。
・水生付着生物除去の可否の判定は「5回以内の放電でフジツボが除去可能であり、100回の放電でも母材コンクリートが損傷しないこと」とした。
・実験結果を表1に示した。
・水中において、パルスパワーをパルス放電により作用させ、母材コンクリートを損傷させずにフジツボが除去できた。
(B−2−1)目的
上記(B−1)水中実験1とはコンデンサの容量が異なる0.2μFのコンデンサを用いた場合の水中でのフジツボ除去の可否検討。
・電源からの充電電圧は30kV、40kVとした。
・コンデンサの容量は0.2μF、個数は10個とした。
・陽極と陰極間での出力電圧は300kV、400kVとした。
・電極間距離は10、15cmとした。
・電極先端から母材コンクリートまでの距離は2cm、0cm(0cmは陰極のみ)とした。
・水生付着生物除去の可否の判定は「5回以内の放電でフジツボが除去可能であり、100回の放電でも母材コンクリートが損傷しないこと」とした。
・実験結果を表2に示した。
・コンデンサ容量0.2μFのコンデンサを用いて、水中においてパルスパワーをパルス放電により作用させることで、母材コンクリートを損傷させずにフジツボが除去できた。
・電極間距離10cmもしくは15cmの場合、陽極、陰極ともにフジツボもしくは母材コンクリートから2cm離すことで母材コンクリートを傷めずに、フジツボを除去できた。
・陰極を母材に接触させ、パルス放電を作用させた場合、母材コンクリートの表層が損傷した。
(C−1−1)目的
・0.2μFのコンデンサを用いた場合における気中でのフジツボ除去の可否検討。
・電源からの充電電圧は40kVとした。
・コンデンサの容量は0.2μF、個数は10個とした。
・陽極と陰極間での出力電圧は400kVとした。
・電極間距離は20、25cmとした。
・陽極、陰極共に先端はフジツボもしくは母材コンクリートに接触させた。
・水生付着生物除去の可否の判定は「5回以内の放電でフジツボが除去可能であり、100回の放電でも母材コンクリートが損傷しないこと」とした。
・実験結果を表3および図16に示した。
・コンデンサ容量0.2μFのコンデンサを用いて、気中において、パルスパワーをパルス放電により作用させ、母材コンクリートを損傷させずにフジツボが除去できた。
(C−2−1)目的
・上記(C−1)気中実験1とは容量が異なるコンデンサ容量0.8μFを用いた場合の気中でのフジツボ除去の検討。
・電源からの充電電圧は20kV、30kVとした。
・コンデンサの容量は0.8μF、個数は10個とした。
・陽極と陰極間での出力電圧は200kV、300kVとした。
・電極間距離は15cmとした。
・陽極、陰極共に先端はフジツボもしくは母材コンクリートに接触させた。
・水生付着生物除去の可否の判定は「5回以内の放電でフジツボが除去可能であり、100回の放電でも母材コンクリートが損傷しないこと」とした。
・実験結果を表4および図16に示した。
・コンデンサ容量0.8μFのコンデンサを用いて、気中においてパルスパワーをパルス放電により作用させることで、母材コンクリートを損傷させずにフジツボが除去できた。
(C−3−1)目的
・出力電圧100kVでのフジツボ除去の可否確認。
・電源からの充電電圧は10kVとした。
・コンデンサの容量は0.2μF、個数は10個とした。
・陽極と陰極間での出力電圧は100kVとした。
・電極間距離は5cmとした。
・水生付着生物除去の可否の判定は「5回以内の放電でフジツボが除去可能であり、100回の放電でも母材コンクリートが損傷しないこと」とした。
・実験結果を表5および図16に示した。
・コンデンサ容量0.2μF、10個のコンデンサを用いた場合、出力電圧100kV、電極間距離5cmで母材コンクリートを損傷させずに、フジツボが除去できた。
(C−4−1)目的
・出力電圧100kV以下でのフジツボ除去が可能な条件の検討。
・電源からの充電電圧は15kV、20kV、25kV、30kV、35kV、40kV、45kVとした。
・コンデンサの容量は0.8μF、個数は2個とした
・コンデンサの容量は0.2μF、個数は2個とした。
・陽極と陰極間での電位差(出力電圧)は30kV、40kV、50kV、60kV、70kV、80kV、90kVとした。
・電極間距離は3cm、5cm、7cm、9cm、11cm、13cm、15cmとした。
・水生付着生物除去の可否の判定は「5回以内の放電でフジツボが除去可能であり、100回の放電でも母材コンクリートが損傷しないこと」とした。
・コンデンサの容量0.8μF、コンデンサの個数2個の場合における結果を表6、コンデンサの容量0.2μF、コンデンサの個数2個における結果を表7および図16に示した。また、実験状況を図17に示した。
・コンデンサ容量0.8μFのコンデンサを2個用いた場合、出力電圧100kV以下でフジツボが除去できた。
・コンデンサ容量0.2μFのコンデンサを2個用いた場合、出力電圧100kV以下でフジツボが除去できた。
・出力電圧の増加に伴い、フジツボが除去できる距離が長くなった。
・パルスパワーをパルス放電により作用させ、フジツボを除去する場合、陽極と陰極の間でパルス放電が生じれば、フジツボを除去できた。
・表6および表7のフジツボ除去の欄において「×」は陽極と陰極の間でパルス放電が生じなかったため、フジツボが除去できなかった。
・パルスパワーをパルス放電により作用させた場合、フジツボが除去できる出力電圧とコンデンサ容量、個数と電極間距離との関係性は1次直線で近似可能である。
・コンデンサの容量0.8μF、2個の場合における、フジツボが除去できる出力電圧とコンデンサ容量、個数と電極間距離との関係性の1次近似式はy≧5x+25であった(yは出力電圧(kV)、xは電極間距離(cm))。
・また、コンデンサの容量0.2μF、2個の場合におけるフジツボが除去できる出力電圧とコンデンサ容量、個数と電極間距離との関係性の1次近似式はy≧5x+25であった。(yは出力電圧(kV)、xは電極間距離(cm))。
・上記のように、コンデンサ容量、個数に関わらず、フジツボが除去できる出力電圧と電極間距離の関係性の近似式は同一となった。
(C−5−1)目的
・上記(C−4)気中実験4で得られたパルスパワーをパルス放電により作用させた場合にフジツボが除去できる出力電圧と電極間距離の関係性の1次近似式であるy≧5x+25の妥当性の確認。
・電源からの充電電圧は15kV、18kVとした。
・コンデンサの容量は0.2μF、個数は10個とした。
・陽極と陰極間での出力電圧は150kV、180kVとした。
・電極間距離は、上記の近似式 y≧5x+25 より算出し、25cmと31cmとした。
出力電圧150kVにおいて、150=5x+25
x=25cm
出力電圧180kVにおいて、180=5x+25
x=31cm
・フジツボ除去の可否の判定は「5回以内の放電でフジツボが除去可能であり、100回の放電でも母材コンクリートが損傷しないこと」とした。
・実験結果を表8および図16に示した。
・出力電圧150kV、電極間距離25cmで、陽極と陰極間においてパルス放電が生じた。この時、フジツボが除去でき、母材コンクリートは損傷しなかった。
・出力電圧180kV、電極間距離31cmで、陽極と陰極間においてパルス放電が生じた。この時、フジツボが除去でき、母材コンクリートは損傷しなかった。
・パルスパワーをパルス放電により作用させた場合に、出力電圧と電極間距離の関係性の1次近似式y≧5x+25より得られた出力電圧と電極間距離において、フジツボが除去できた。すなわち、一対の電極間の出力電圧yは、電極間距離xとの関係から決定することが可能である。
2 パルスパワー発生器
2a 電源
2b コンデンサ
3 電極
3a 陽極
3b 陰極
4 構造物
5 水生付着生物
6 空隙部
Claims (5)
- 構造物に付着する水生付着生物を除去する水生付着生物除去方法であって、
パルスパワーをパルス放電により前記水生付着生物と前記構造物との付着界面の空隙部に作用させることを特徴とする水生付着生物除去方法。 - 気中において前記パルスパワーをパルス放電により発生させる一対の電極は、前記水生付着生物または前記構造物に接触させた状態とする請求項1記載の水生付着生物除去方法。
- 水中において前記パルスパワーをパルス放電により発生させる一対の電極は、前記構造物から離した状態とする請求項1記載の水生付着生物除去方法。
- 前記一対の電極間の出力電圧は、電極間距離との関係から決定されることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の水生付着生物除去方法。
- 構造物に付着する水生付着生物を除去する水生付着生物除去装置であって、
パルスパワーをパルス放電により発生させるパルスパワー発生器と、
前記パルスパワーをパルス放電により前記水生付着生物と前記構造物との付着界面の空隙部に作用させるための一対の電極と
を有する水生付着生物除去装置。
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