JP3775777B2

JP3775777B2 - 配管内水生生物付着防止装置

Info

Publication number: JP3775777B2
Application number: JP26788899A
Authority: JP
Inventors: 勝也岡村; 尚理小宮山; 正宗像
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-09-22
Filing date: 1999-09-22
Publication date: 2006-05-17
Anticipated expiration: 2019-09-22
Also published as: JP2001090038A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は発電所の配管等の配管内への水生生物付着を防止する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
火力発電所や原子力発電所ではに海水等の自然水を用いている。ところが、この水を導く配管及び熱交換器にはムラサキイガイ等の水生生物が付着する。配管内にこれら生物が付着し成長すると、水の流れを阻害し、はなはだしい場合には冷却能力の不足をきたすことになりこれを排除することが不可欠である。
【０００３】
この対策としては従来より配管の入口にストレーナを設ける生物侵入防止方法、塩素を流して付着した生物を所こする塩素注入法、配管内にボールを流して物理的に清掃する方法などが試みられてきた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし上記対策でも、配管に付着する生物は例えば径が0.1mm程度の卵の状態で配管内に侵入することもあり、生物の配管内への侵入を完全に防止することは困難であり、また上記生物は生命力が強く、その付着力も強いため、配管内の生物の付着の防止、及び排除を有効に行うことは困難であるという問題があった。また人間による配管内の生物の除去作業は生物の付着力が強いため大きな労力を必要とし、また作業環境が悪いため困難であり、費用的にも大きな問題があった。
【０００５】
これらの問題を解決する方法として配管内に電極を挿入してパルス状の電圧を印加しその電界効果により水中の生物を死滅または麻痺させて配管への付着能力を奪うようにした装置が提案されている（特開昭62-186990号公報）。この方式は環境汚染の問題もなく労力も不要であるという利点があるが、実際の装置に適用する場合には大量の水が流れる大口径の配管内にいかに均一に電界を印加するかということが実用上の課題であった。また、これを補助する目的で光ファイバーにより電極付近に光を照射して生物を電極付近に誘導しようという提案もあるが（実開昭６３−１４１２２１号公報）、これには余分な付加装置が必要である。
【０００６】
本発明は従来の水生生物の配管への侵入防止手段の課題を解決するためになされたものであって有効に生物の付着を防止することを目的としたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の配管内水生生物付着防止装置では、電極を、高電圧、低電圧交互に配した水の流れ方向にほぼ平行な金属板とする。これにより、配管経の生物付着を確実に防止できる。
【０００８】
請求項２の配管内水生生物付着防止装置では、電極を水の流れ方向にほぼ平行な板状とし、かつ電極と一定の角度で絶縁体の板を複数交差させ全体として格子状のフィルターを形成する。これにより、水中に含まれる水生生物は流れの中で必ず電極の間を通過することになり、電界効果により麻痺もしくは死滅させられるので、配管系の生物付着を確実に防止できる。
【０００９】
請求項３の配管内水生生物付着防止装置では、請求項１または２の要件に加えて、電極の各断面形状を翼形とする。これにより、水の流れを妨げずに水生生物の付着を防止することができる。
【００１０】
請求項４の配管内水生生物付着防止装置では、電極に少なくとも一つが流路内に水の流れ方向に沿って設けた中空円筒形で構成する。これにより、水全体に均一にパルス状の電界が印加され水中に含まれる水生生物は流れの中で必ず電極の間を通過することになり電界効果により麻痺もしくは死滅させられるので配管経の生物付着を確実に防止できる。
【００１１】
請求項５の配管内水生生物付着防止装置では、請求項1または２の要件に加えて、流路に沿って測定した電極の幅をｗ、水の流速をｖとするとき、電圧印加の繰り返し周波数ｆをｆ＞ｖ／ｗとする。これにより、水生生物が電極間を通り抜ける時に少なくとも1回はパルス状の電界を印加することができ電界効果により麻痺もしくは死滅させられるので配管経の生物付着を確実に防止できる。
【００１２】
請求項６の配管内水生生物付着防止装置では、請求項４の要件に加えて、電極の立体形状を涙滴形とする。これにより、水の流れを妨げずに水生生物の付着を防止することができる。
【００１３】
請求項７の配管内水生生物付着防止装置では、請求項６の要件に加えて、電極周囲の配管を膨らませて、電極がない部分と同じ水の流れ断面積を確保する。これにより、流路の断面積を大きくすることができ、水の流れを妨げずに水生生物の付着を防止することができる。
【００１４】
請求項８の配管内水生生物付着防止装置では、請求項１または２の要件に加えて、電源を一対または複数対電極ごとに分割する。これにより、電源一台当たりの容量が小さくなり容易に実現できる。
【００１５】
請求項９の配管内水生生物付着防止装置では、請求項８の要件に加えて、電源一台当たりに接続される電極の合計長さをほぼ等しくする。これにより、すべての電源の容量を等しくすることができ安価な配管内水生生物付着防止装置とすることができる。
【００１６】
請求項１０の配管内水生生物付着防止装置では、請求項１、２、４のいずれかの要件に加えて、電極の表面に絶縁コーティングを行う。これにより、電極の寿命を延伸するとともに、電極から溶け出したイオンにより配管を腐食することを防止することができる。
【００１７】
請求項１１の配管内水生生物付着防止装置では、請求項１、２、４のいずれかの要件に加えて、高電圧パルスを発生するパルス電源は、直流電源と第１のスイッチと第２のスイッチとパルス成形回路とを備え、第１のスイッチでパルス成形回路を充電し、第２のスイッチで電極にパルス電圧を印加するものである。これにより、効率よく最適なパルス幅のパルス電圧を印加することができる。
【００１８】
請求項１２の配管内水生生物付着防止装置では、請求項１１の要件に加えて、第１のスイッチを半導体スイッチとし、第２のスイッチを磁気スイッチとする。これにより、信頼性の高い配管内水生生物付着防止装置とすることができる。
【００１９】
請求項１３の配管内水生生物付着防止装置では、請求項１、２、４のいずれかの要件に加えて、高電圧パルスを発生するパルス電源は、変圧器と、少なくとも１台の可飽和リアクトルを備え、交流電源を磁気スイッチで急峻化する。これにより、シンプルで安価な配管内水生生物付着防止装置とすることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２１】
（第1の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態における構成図である。電極板２は冷却水配管の断面内において複数個平行に間隔ｄをおいて配置され、一つおきに束ねられてそれぞれパルス電源３の高電圧出力とアースとに接続されている。
【００２２】
このように構成するとパルス電源がパルス電圧V₀を発生したときに電極板の間の冷却水にはE₀=V₀/dなるパルス電界が発生する。
【００２３】
パルス電界によって水生生物の配管への付着を防止するためには冷却水に含まれたすべてのプランクトン類を逃さぬように電界下に置くことが必要であるが、本実施の形態においては冷却水の流れ断面中において複数の電極板を配置しこれらの間に電圧を印加したので冷却水のいかなる部分においてもほぼ均一に所望の電界を印加することができる。このため本実施の形態の水生生物付着防止装置を通過した後の冷却水に含まれるプランクトン類は配管への付着能力を失い排水口より排出されることになる。
【００２４】
（第2の実施の形態）
図2は請求項２に関わる水生生物付着防止装置の第２の実施の形態を示す図である。なお、第1の実施の形態と同一部分については同一符号を付与し説明を省略する。第2の実施の形態においては絶縁板４と電極板２が格子状に配置される。
【００２５】
第2の実施の形態においては冷却水の全体に電界を印加することができ水生生物の配管への付着を効果的に防止できるのは第１の実施の形態と同様であるがさらに、絶縁板４と電極板２が格子状に配置されるので格子の１辺の長さよりも大きな物が冷却水配管に侵入することを防止することができる。また、絶縁板４によって電極板２の機械的強度が補強されるので冷却水に混ざって流れてくる異物が電極板に衝突する際の電極板の変形、損傷を防止することができる。
【００２６】
また、第１、第２の実施の形態において電極板の断面形状を翼形とすると冷却し流れに対する電極板の抵抗を小さくでき、冷却ポンプに対する負担を小さくすることができる。それが本発明の請求項３である。
【００２７】
（第３の実施の形態）
図３は本発明の請求項４と６に関わる水生生物付着防止装置の第３の実施の形態を示す図、図４は同実施の形態を冷却水の流れの上流から見た図である。本実施の形態おいては第１の電極５は流れの上流から見た形状がほぼ円形であり放射状に配置された支え板２２によって配管断面の中央部に配置される。また、前記電極を流れの横から見た形状は涙滴形である。本実施の形態においては配管が第２の電極となりパルス電界は前記流れの中央に配した電極と配管との間に印加される。
【００２８】
本実施の形態では電極間へのパルス電圧の印加によって配管を流れる冷却水全体にパルス電界が印加される。したがって第１の実施の形態と同様に水生生物の配管への付着防止効果が得られる。さらにまた本実施の形態においては電極形状が涙滴状であり流れに対する抵抗が極小化されるため、冷却水ポンプに対する負担が軽くなり低コスト化が可能である。
【００２９】
さらにまた本実施の形態を変形させ配管１を第１の電極５の周り部分だけ第１の電極５の形状に沿って膨らませると流れの断面積を電極のある部分とない部分で変化させない上に第１の電極と配管との間の距離ｄを電極に沿ってほぼ一様とすることができ冷却水に一様な電界を印加することができてより強い水生生物の配管への付着防止効果を得ることができる。それが本発明の請求項７である。
【００３０】
また、第３の実施の形態の説明において第１の電極は中実であるように説明してきたがこの電極を中空とすることにより、電極が軽量化され輸送、組立ての作業性が向上する利点が得られる。
【００３１】
（第４の実施の形態）
これまで説明してきた水生生物付着防止装置において冷却水の流れに沿って測定した電極の幅をｗ、冷却水の流速をｖ、電圧印加の繰り返し周波数をｆとしたとき、ｆ＞ｖ／ｗなる関係を持たせる。但し、平板上電極の場合の電極幅ｗは板幅であり、涙滴形電極の電極幅ｗは電極表面の電界が最大電界の９０％以上となる長さで定義するものとする。
【００３２】
本実施の形態では冷却水の中に浮遊する水生生物の幼生、卵等は電極の間を通過するのに要する時間ｔｔはｗ／ｖとなる。一方電圧印加の時間間隔ｔｉは１／ｆであらわされる。先に示したｆ＞ｖ／ｗという本発明の関係からｔｔ＞ｔｉという関係が導かれる。これは水生生物の幼生、卵などが電極の間を通過する間に少なくとも１回は電圧が印可されることを示しており、冷却水に含まれる水生生物の幼生、卵などは漏れなく配管への付着能力を失うことになる。
【００３３】
(第５の実施の形態)
図５は請求項８に記載の本発明の第５の実施の形態の構成図である。本実施の形態においては接地電位となる電極は全て共通に接続されるが高電圧電位となる電極は３組に分割されてそれぞれ別個のパルス電源３に接続される。
【００３４】
このように構成するとパルス電源１台当たりの電力容量は１／３ですむ。パルス電源はその設計・製作においてパルスの立ち上がりを十分速くするために配線インダクタンスを所定の値以下にする必要がある。ここで所定の値とは電源の容量に反比例して小さくなる。すなわち電源容量が２倍になると配線インダクタンスを１／２にせねばなら図製作が困難になる。本発明においてはパルス電源を分割法式とするので電源１台当たりの容量が小さく、したがってインダクタンスを大きくすることができるので製作が容易となる。
【００３５】
また本発明においてパル電源の容量は接続される電極の長さの合計に比例するが電源１台当りに接続される電極長さをほぼ等しくすることにより、パルス電源の容量を全て等しくすることができる。
【００３６】
これにより、量産効果によって電源の製作コストを下げることができる。本発明の水生生物付着防止装置においては装置コストにおける電源コストは大きな割合を占めているので、電源コストを下げることにより安価な水生生物付着防止装置を得ることができる。それが請求項９である。
【００３７】
（第６の実施の形態）
本発明の請求項１０においては、電極に絶縁コーティングを施す。絶縁コーティングの方法としては例えばエポキシ系塗料を塗布することにより容易に実現できる。このように電極表面に絶縁層を設けると、電極表面が直接冷却水に触れないので、イオンの溶け出しによる腐食などが防止できる。一方電気的等価回路としては絶縁層はコンデンサであり、冷却水は抵抗であるので、電源から見た等価回路は図６のようなＣ−Ｒ−Ｃの直列回路である。このような回路にパルス電圧を印加した場合、コンデンサ部分には電圧がかからず、抵抗部分に電圧がかかるのは回路理論の教えるところである。したがって電極表面に絶縁コーティングを施しても冷却水に印加される電圧は変わらず、本発明においても水生生物の付着防止効果が得られる。
【００３８】
(第７の実施の形態)
図７は、本発明の請求項１１項に関わる第７の実施の形態の構成図である。本実施の形態においては、直流電源３０の出力には第１のスイッチ３１が接続され、さらにパルス成形回路３３と電極３４の直列回路、およびこれと並列に第２のスイッチ３２が接続される。
【００３９】
最初に第２のスイッチが開いた状他愛で第１のスイッチが閉じられるとパルス成形回路３３が充電される。充電完了後第１のスイッチは開かれ、第２のスイッチが閉じられることによって、パルス成形回路の電圧が電極３４の間に印加され、水生生物の付着防止効果が得られる。
【００４０】
本発明によれば電極間に印可される電圧の立ち上がりとパルス幅は第２のスイッチの性能とパルス成形回路の特性で決まるので比較的安価な低パワーの直流電源によって、有効な水生生物付着防止効果が得られる。また、パルス電圧を発生している間、直流電源は第１のスイッチによって切り離されるのでパルス放電現象に伴うサージやノイズが直流電源やその制御装置に侵入することがなく、誤動作や故障を防ぐことができる。
【００４１】
(第８の実施の形態)
図８は、本発明の請求項１２に関わる第８の実施の形態の構成図である。本実施の形態においては直流電源３０の出力には半導体スイッチ３５が接続されさらにパルス成形線路３３と電極３４の直列回路およびこれと並列に磁気スイッチ３６が接続される。
【００４２】
半導体スイッチ３５が、制御回路（図示せず）からの司令により通電状態となると、パルス成形回路３３が充電される。パルス成形回路３３が充電されると、それと同じ電圧が磁気スイッチ３６の端子間に発生し、その電圧の時間積分に比例した密度の磁束が、磁気スイッチの鉄心内に発生する。前記磁束の密度が鉄心材料で決まる飽和磁束密度に達すると、鉄心が飽和して磁気スイッチがオン状態になって、電極３４の間にパルス電圧が発生する。磁気スイッチを適切に設計することによって、磁気スイッチがオンになるタイミングを、パルス成形回路経の充電が完了するときにすることができる。
【００４３】
本発明では第１のスイッチを半導体スイッチ、第２のスイッチを磁気スイッチとしたので電極の摩耗、劣化の無い長寿妙で信頼性の高い水生生物付着防止装置に用いるパルス電源とすることができる。
【００４４】
(第９の実施の形態)
図９は本発明の請求項１３に関わる第９の実施の形態の構成図である。本実施の形態においては、交流電源４０に変圧器４１が接続され、その２次側に可飽和リアクトル４２とコンデンサ４３のはしご型回路が接続され、さらに電極３４が接続される。
【００４５】
図９に示した本発明の一実施の形態の作用を、図１０を参照して説明する。図１０は、図９に示したＡ点、Ｂ点、Ｃ点、Ｄ点の電圧の時間変化を示した図である。変圧器４１は一次側に交流電源４０が接続されているので、二次側には変圧比に応じた電圧が誘起される。ところが、二次側のＡ点には可飽和リアクトル４２が接続されているので、可飽和リアクトル４２の鉄心内の磁束密度がその材料で決まる飽和磁束密度に達して飽和状態になると、コンデンサ４５を飽和インダクタンスとコンデンサ容量で決まる共振周波数で充電し、Ｂ点の電圧が上昇する。同じように、今度は可飽和リアクトル４３が飽和すると、コンデンサ４６が充電され、さらに可飽和リアクトル４４の飽和によって電極３４の間に急峻なパルス電圧が印加される。このような現象は交流電源４０の電圧が正負に変化するたびに生じ、結局電極３４には交流電源の周波数に応じた正負のパルス電圧が印加される。
【００４６】
このように本発明の実施の形態によれば直流電源や特別な能動スイッチを用いずに周期的なパルス電圧を印加することができるので、安価で信頼性の高い水生生物付着防止装置に用いるパルス電源を得ることができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば有効かつ安価で信頼性が高い水生生物の付着防止装置を得ることができる
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の配管内水生生物付着防止装置の第１の実施の形態の、流れに垂直な方向の模式的断面図。
【図２】本発明の配管内水生生物付着防止装置の第２の実施の形態の、流れに垂直な方向の模式的断面図。
【図３】本発明の配管内水生生物付着防止装置の第３の実施の形態の、流れの方向に沿う模式的断面図。
【図４】図３の第３の実施の形態の、流れに垂直な方向の模式的断面図。
【図５】本発明の配管内水生生物付着防止装置の第５の実施の形態の、流れに垂直な方向の模式的断面図。
【図６】本発明の配管内水生生物付着防止装置の第６の実施の形態における電源の電気的等価回路図。
【図７】本発明の配管内水生生物付着防止装置の第７の実施の形態における電源の回路図。
【図８】本発明の配管内水生生物付着防止装置の第８の実施の形態における電源の回路図。
【図９】本発明の配管内水生生物付着防止装置の第９の実施の形態における電源の回路図。
【図１０】図９に示したＡ点、Ｂ点、Ｃ点、Ｄ点の電圧の時間変化を説明する図。
【符号の説明】
１…冷却水配管、２…電極板、３…パルス電源、４…絶縁板、５…第１の電極、２１…電極固定板、３０…直流電源、３１…第１のスイッチ、３２…第２のスイッチ、３３…パルス成形回路、３４…電極、３５…半導体スイッチ、３６…磁気スイッチ、４０…交流電源、４１…変圧器、４２、４３、４４…可飽和リアクトル、４５，４６…コンデンサ

Claims

水系統の流路配管の途中に高電圧パルスを印可して水生生物付着の防止を図った配管内水生生物付着防止装置において、電極を、高電圧、低電圧交互に配した水の流れ方向にほぼ平行な金属板としたことを特徴とする配管内水生生物付着防止装置。
水系統の流路配管の途中に高電圧パルスを印可して水生生物付着の防止を図った配管内水生生物付着防止装置において、電極を水の流れ方向にほぼ平行な板状とし、かつ電極と一定の角度で絶縁体の板を複数交差させ、全体として格子状のフィルターを形成したことを特徴とする配管内水生生物付着防止装置。
請求項１または２の配管内水生生物付着防止装置において、前記電極の各断面形状を翼形としたことを特徴とする配管内水生生物付着防止装置。
水系統の流路配管途中に高電圧パルスを印可して水生生物付着の防止を図った配管内水生生物付着防止装置において、電極に少なくとも一つが流路内に水の流れ方向に沿って設けた中空円筒形で構成したことを特徴とする配管内水生生物付着防止装置。
請求項1または２の配管内水生生物付着防止装置において、前記流路に沿って測定した電極の幅をｗ、水の流速をｖとするとき、電圧印加の繰り返し周波数ｆをｆ＞ｖ／ｗとしたことを特徴とする配管内水生生物付着防止装置。
請求項４の配管内水生生物付着防止装置において、電極の立体形状を涙滴形としたことを特徴とする配管内水生生物付着防止装置。
請求項６の配管内水生生物付着防止装置において、電極周囲の配管を膨らませて、電極がない部分と同じ水の流れ断面積を確保したことを特徴とする配管内水生生物付着防止装置。
請求項１または２の配管内水生生物付着防止装置において、電源を一対または複数対電極ごとに分割したことを特徴とする配管内水生生物付着防止装置。
請求項８の配管内水生生物付着防止装置において、電源一台当たりに接続される電極の合計長さをほぼ等しくしたことを特徴とする配管内水生生物付着防止装置。
請求項１、２、４のいずれかの配管内水生生物付着防止装置において、電極の表面に絶縁コーティングを行ったことを特徴とする配管内水生生物付着防止装置。
請求項１、２、４のいずれかの配管内水生生物付着防止装置において、前記高電圧パルスを発生するパルス電源は、直流電源と第１のスイッチと第２のスイッチとパルス成形回路とを備え、第１のスイッチでパルス成形回路を充電し、第２のスイッチで電極にパルス電圧を印加するものであることを特徴とする水生生物付着装置。
請求項１１の配管内水生生物付着防止装置において、第１のスイッチを半導体スイッチとし第２のスイッチを磁気スイッチとしたことを特徴とする配管内水生生物付着防止装置。
請求項１、２、４のいずれかの配管内水生生物付着防止装置において、前記高電圧パルスを発生するパルス電源は、変圧器と、少なくとも１台の可飽和リアクトルを備え、交流電源を磁気スイッチで急峻化したことを特徴とする配管内水生生物付着防止装置。