JP6245589B1 - 水中構造物の防汚方法及び水中構造物防汚装置 - Google Patents

Abstract

【課題】新規な水中構造物防汚技術を提供することを課題とする。【解決手段】陽電圧を印加可能な電極３０と、水中構造物５１の導電性表面５０に接続することを特徴とする、水中構造物の防汚方法。【選択図】図７

Description

本発明は、水中構造物の防汚技術に関する。

船舶、港湾設備及び橋脚等の水中構造物は、海藻やフジツボ類等の生物が付着することで、機能低下及び機能障害を起こすことが知られている。

特に、船舶においては、生物付着により水の抵抗が増大し、速力・燃費が低下することが懸念されている。また、付着した生物が船舶と共に移動することで、生物汚損の原因にもなる。

生物付着のメカニズムは、以下のようになっている。
まず、水中の有機・無機物質が水中構造物に吸着し、皮膜を作る。この皮膜は、水中構造物表面の物理化学的性質を変化させ、微生物付着に好適な条件を作り出す。

次に、この皮膜上へ棒状の初期バクテリアが付着し、その初期バクテリアから分泌された多糖類からなる細胞外ポリマーが、船底との隙間を架橋結合で結んで強固な付着が起こるようになる。

そして、次にバクテリア、珪藻、その他の微小藻類及び原生動物などが付着し、微生物被膜を形成する。
最後に、その微生物被膜上に海藻やフジツボ類のような固着生物の幼生が付着する。

水中構造物の防汚対策には、微生物被膜の形成、又は固着生物の幼生の付着を防ぐことが重要である。

現在主流の水中構造物防汚方法として、自己研磨型防汚塗料（特許文献１、２）を塗布することが挙げられる。
自己研磨型塗料とは、亜酸化銅、シリコーン油等の防汚物質（殺生物剤）を含み、加水分解反応を起こす塗料である。

この塗料を水中構造物に塗布し、水と接触させると、加水分解反応によって塗膜成分が溶け出し、防汚成分が流れ出すことで微生物被膜の生成を抑制することができる。

特開２０１２−０８７１１７号公報 特開２０１０−１６３３６９号公報

しかし、自己研磨型防汚塗料は、防汚成分が全部溶け出してしまえば再度塗布する必要があり、メンテナンスに手間と費用がかかってしまう問題があった。さらに、塗料を海中に流出させるという手法から、海洋汚染の原因となる可能性も懸念されている。

そこで、本発明は、新規な水中構造物防汚技術を提供することを課題とする。

本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、陽電圧を印加可能な電極と、導電性表面を有する水中構造物とを接触させることで、水中構造物への生物付着を抑制することができることを見出し、本発明に至った。

すなわち、上記課題を解決する本発明は、陽電圧を印加可能な電極と、水中構造物の導電性表面とを接続する、水中構造物の防汚方法である。
本発明の防汚方法によれば、水中構造物への生物付着を抑制し、防汚することができる。

本発明の好ましい形態では、前記陽電圧がパルス電圧である。
このような形態とすることで、電極の消耗を抑え、生物付着を長時間抑制することが可能となる。

本発明の好ましい形態では、前記導電性表面が、水中構造物に被膜した導電性材料である。
このような形態とすることで、導電性の低い物質が表面にある水中構造物に対しても防汚効果を発揮することができ、かつ、電極の消耗を抑えることができる。

本発明の好ましい形態では、２つ以上の前記電極を、前記導電性表面と接続する。
このような形態とすることで、防汚効果をより高めることができる。

本発明の好ましい形態では、陰電圧を印加可能な電極を、前記導電性表面と電気的に接続しない。

また、上記課題を解決する本発明は、パルス発生回路及び該パルス発生回路から発生したパルス状の陽電圧を印加可能な電極を備える水中構造物防汚装置である。
本発明は、水中構造物の生物付着を抑制し、防汚することができる。

本発明の好ましい形態では、前記電極を２つ以上備える。
このような形態とすることで、より防汚効果を高めることができる。

本発明の好ましい形態では、電力供給手段として、太陽光発電装置を備える。
このような形態とすることで、環境負荷及びコストを抑えることができる。

本発明の防汚方法又は防汚装置によれば、水中構造物への生物付着を抑制し、防汚することができる。

本発明の水中構造物防汚装置の実施の形態を表わした図である。 本発明の水中構造物の防汚方法を、表面に導電性の素材を有する水中構造物に適用した場合の実施の形態を表わした図である。 本発明の水中構造物の防汚方法を、表面に導電性材料が被膜した水中構造物に適用した場合の実施の形態を表わした図である。 本発明の水中構造物防汚装置におけるパルス発生回路の実体配線図の一例である。 本発明における、パルス電圧の波形を表わした図である。 海中における生物付着防止試験方法の模式図である。 本発明の水中構造物の防汚方法を適用した場合と、適用しなかった場合の生物付着の比較を示した図面代用写真である。

以下、本発明の実施の形態について図を参照しながら詳しく説明を加える。なお、本発明の技術的範囲は以下の実施形態に限られない。

本発明の水中構造物防汚装置１０は、パルス発生回路２０及び前記パルス発生回路２０から発生したパルス状の陽電圧を印加可能な電極３０を備える（図１参照）。

前記パルス発生回路２０としては、パルス電圧を発生させることができるものであれば、特に限定されず、デジタルＩＣ及びアナログＩＣの何れを用いてよい。
前記パルス発生回路２０としては、図４に記載の実体配線図で示すパルス発生回路２１を例示することができる。
なお、本発明においてパルス電圧とは、断続的に発生する電圧のことをいう。

図４に記載の前記パルス発生回路２１は、タイマＩＣ６０を備える。前記タイマＩＣ６０を備えることで、パルス電圧を発生させることが可能となる。
前記パルス発生回路２１は、前記タイマＩＣ６０として「ＮＥ ５５５（Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製）」を用いているが、パルス電圧を発生させることができれば、特に限定されない。
前記タイマＩＣ６０に付されている一桁の数字は、１及び８が電源端子（ＧＮＤ及びＶｃｃ）、２がトリガー端子、３が出力端子、４がリセット端子、５がコントロールボルテージ端子、６がスレッショルド端子、７がタイミングコンデンサ放電端子を表わす。

前記タイマＩＣ６０としては、バイポーラ構造及び相補型金属酸化膜半導体（ＣＯＭＳ）構造の何れの構造のタイマＩＣを用いてもよく、「ＴＬＣ５５１（Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製）」、「ＴＬＣ５５５（Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製）」、「ＨＡ１７５５５（ルネサス エレクトロニクス社製）、「ＬＭ５５５（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ社製）」、「ＬＭＣ５５５（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ社製）」、「ＮＪＭ５５５（新日本無線株式会社製）」及び「ＭＩＣ１５５５（Ｍｉｃｒｅｌ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ社製）」等が例示できる。

前記パルス発生回路２１は、コンデンサ７０及び電解コンデンサ７１を備える。コンデンサ７０及び電解コンデンサ７１を備えることで、誤作動及び故障といったトラブルの原因となるノイズを除去することができる。
前記パルス発生回路２１は、コンデンサ７０としてセラミックコンデンサを、電解コンデンサ７１としてアルミ電解コンデンサを用いているが、ノイズ除去効果を有しているものであれば、特に限定されない。

前記コンデンサ７０としては、プラスチックフィルムコンデンサ、スチロールコンデンサ、ポリエステルコンデンサ、ポリプロピレンコンデンサ、テフロン（登録商標）コンデンサ及びポリフェニレンスルファイドコンデンサ等を用いても構わない。

前記電解コンデンサ７１としては、アルミニウム固体電解コンデンサ、アルミニウム非固体電解コンデンサ、両極性電解コンデンサ、タンタル固体電解コンデンサ及びタンタル非固体電解コンデンサ等を用いることができる。

前記パルス発生回路２１は、チップＬＥＤ８０を備える。
チップＬＥＤ８０を備えることで、前記水中構造物防汚装置１０の作動状態を判別することができる。

前記パルス発生回路２１は、整流ダイオード９０を備える。
前記パルス発生回路２１は、前記整流ダイオード９０として、「Ｓ１Ｍ（Ｄｉｏｔｅｃ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ社製）」を用いているが、整流効果及び電気の逆流防止効果を有しているものであれば、特に限定されない。

整流ダイオード９０としては、ＰＮダイオード及びショットキーバリアダイオード等の、電子回路に一般的に用いられる整流ダイオードを用いることができ、「Ｖ０６Ｃ（日立株式会社製）、「ＭＩＦＥ６０（新電元工業株式会社製）」、「Ｄ１ＦＥ６０（新電元工業株式会社製）」、「Ｓ３０Ｖ８０Ｖ（新電元工業株式会社製）」、「Ｄ１Ｎ６０（新電元工業株式会社製）」、「ＤＧ１Ｍ３（新電元工業株式会社製）」、「Ｄ１ＦＰ３（新電元工業株式会社製）」等が例示できる。

前記パルス発生回路２１は、トランジスタ１００及び１０１を備える。前記トランジスタ１００及び１０１は、前記タイマＩＣ６０からの出力電圧の増幅に用いる。

本発明において、前記トランジスタ１００及び１０１としては、一般に電子回路に用いられるものであれば、特に限定されず、ＮＰＮ型及びＰＮＰ型のいずれも用いることができる。また、前記トランジスタ１００及び１０１は、同一であっても異なっていてもよい。
トランジスタは、一つ又は二つ以上備えてもよい。

また、前記トランジスタ１００及び１０１の代わりに、オペアンプを用いた増幅回路及び増幅用ＩＣ等を用いて、前記タイマＩＣ６０からの出力電圧の増幅を行ってもよい。

前記パルス発生回路２１は、抵抗器１１０、１１１、１１２、１１３、１１４及び１１５を備える。
抵抗器１１０、１１１、１１２、１１３、１１４及び１１５の抵抗値は、それぞれ１２０ｋΩ、１ｋΩ、３．９ｋΩ、２．７ｋΩ、３３ｋΩ及び５．６ｋΩである。
抵抗器の数及びその抵抗値は、回路によって適宜選択することができる。

前記パルス電圧の波形としては、一般的な矩形波のみならず、三角波、鋸歯状波及び正弦波、又はこれらの波形を組み合わせであってもよい（図５参照）。

前記パルス発生回路２０から発生するパルス状の陽電圧は、好ましくは０．０１〜１００Ｖ、より好ましくは０．１〜５０Ｖ、さらに好ましくは１〜３０Ｖである。

前記パルス発生回路２０から発生するパルス状の陽電圧のパルス発生周期は、好ましくは１〜３００μｓ、より好ましくは３０〜２５０μｓ、さらに好ましくは５０〜２００μｓ、特に好ましくは７０〜１５０μｓである。

前記パルス発生回路２０から発生するパルス状の陽電圧のパルス幅は、好ましくは０．１〜３００μｓ、より好ましくは０．３〜１００μｓ、さらに好ましくは０．５〜５０μｓ、特に好ましくは１〜１０μｓである。

前記パルス発生回路２０から発生するパルス状の陽電圧のデューティー比は、好ましくは０．００１〜０．５、より好ましくは０．００３〜０．１、さらに好ましくは０．００５〜０．０８、特に好ましくは０．０１〜０．０５である。

前記電極３０としては、銀、白金、銅、鉄、亜鉛、アルミニウム、ニッケル、スズ、若しくはこれら金属の合金（ステンレスなど）等の金属類、酸化金属、導電性カーボン及び導電性シリコーン等を用いることができる。

前記電極と電導性表面を接続するためにボルトやナットなどの固定手段を用いる場合には、固定手段は、イオン化傾向が大きい金属類により構成されていることが好ましい。イオン化傾向の大きい金属類としては、鉄、亜鉛、アルミニウム、ニッケル及びスズ等の金属類が挙げられる。
これにより、前記電極や電導性塗料に優先して固定手段が腐蝕されるため、前記電極や電導性塗料の腐蝕を防ぐことができる。

前記電極の形状は特に限定されず、棒状、平板状、球状、輪状等のいずれの形状であってもよい。

図１に示す通り、本発明の水中構造物防汚装置１０は、前記電極３０を２つ以上備えることが好ましい。
前記電極３０を１つだけ備えてもよいが、前記電極３０を２つ以上備えることで、防汚効果をより高めることができる。

前記電極を２つ以上備える形態において、各電極に印加されるパルス状の陽電圧の波形は、異なっていても同一でもよいが、同一であることが好ましい。

図１に示す通り、本発明の防汚装置は電力供給手段４０を備える。
電力供給手段４０は、外部電源であってもよいし、前記水中構造物防汚装置１０に内蔵されていてもよい。

前記電力供給手段４０としては、蓄電池、乾電池、ディーゼル式発電機、ガソリン式発電機、太陽光発電装置、水力発電装置、風力発電装置、人力発電装置、陸上電源等を備えることが好ましい。
環境負荷、コスト及び安定した電源供給の観点から、太陽光発電装置を備えることがより好ましい。

本発明の防汚方法によれば、前記電極３０と水中構造物５１の導電性表面５０を接続することで、水中構造物を防汚することができる（図２参照）。
本発明の防汚方法において、前記電極３０に印加する電圧は、パルス電圧及び定電圧の何れでも構わない。
電極の消耗を抑えるために、パルス電圧であることが好ましい。

本発明の防汚方法は、前記水中構造物５１の導電性表面５０に適用することができる。導電性表面には、導電性の素材により構成された水中構造物自体の表面の他、導電性材料により被覆された水中構造物の表面が含まれる。

図３に示す通り、本発明の防汚方法は、導電性材料により被覆された水中構造物の表面に適用することが好ましい。
水中構造物の表面を導電性材料５２により被膜することで、水中構造物の素材によらず本発明の防汚方法を適用することができる。また、導電性材料５２により被覆された水中構造物の表面に本発明を適用することにより、導電性材料５２自体が電極として作用し、前記電極３０の消耗を抑えることができる。

前記導電性材料５２としては、導電性のあるものであれば特に限定されず、導電性物質のみからなる形態であってもよいし、また、導電性物質とその他の成分を含む組成物の形態であってもよい。

導電性物質としては、銀、銅、鉄、ニッケル、アルミニウム、亜鉛及びスズ等の金属類、酸化スズ、酸化チタン、酸化亜鉛等の酸化金属、導電性カーボン、導電性シリコーンなどが挙げられる。

導電性物質を含む組成物としては、上述した導電性物質を含む導電性塗料などが挙げられる。
導電性の塗料は、導電性物質を常法により塗料に添加・混合することにより製造することができる。市販の塗料と導電性の添加剤を塗料に添加・混合することで製造してもよい。
市販の塗料としては「シージェット０３３（中国塗料社製）」等が挙げられ、市販の導電性の添加剤としては「ＳＨＥＬＬＣＵＴ（大京建機株式会社製）」等が例示できる。

また、導電性塗料としては、市販のものを用いることができる。市販の導電性塗料としては、例えば、「エレアース ＥＡＭ（江古川合成株式会社製）」、「エレアース ＥＡＵ（江戸川合成株式会社製）」等が挙げられる。

前記導電性材料５２としては、処理が簡易であることから、導電性塗料を用いることが好ましい。

導電性材料５２としては、水に不溶なものを用いることが好ましい。

本発明の防汚方法の適用対象である水中構造物５１としては、水と接している部分がある構造物であれば特に限定されず、例えば、船舶、港湾設備、橋脚、浮桟橋、配管、浮き灯台、ブイ等が挙げられる。

図２及び図３に示す通り、本発明の防汚方法は、２つ以上の前記電極３０を前記導電性表面５０と接触させることが好ましい。
２つ以上の前記電極３０を前記導電性表面５０と接続させることで、より防汚効果を高めることができる。

本発明の防汚方法においては、陰電圧を印加可能な電極を、前記導電性表面と電気的に接続しないことが好ましい。
すなわち、本発明の好ましい形態では、陽電圧を印加可能な電極のみを、前記導電性表面と接続することが好ましい。
言い換えれば、本発明の防汚方法は、系全体として開回路となっていることが好ましい。

前記電極３０と、前記導電性表面５０を接続させる方法としては、ボルト及びナットなどの固定手段を用いて固定する方法、前記電極３０を前記水中構造物５１に接触させ、その上から導電性材料５２を塗布する方法等が例示できる。また、直接接続させる方法以外にも、非接触で電気的に接続（非接触通電）させてもよい。

＜試験例＞海中における生物付着防止試験
導電性カーボンセラミックを含む導電性塗料をプラスチック板に塗布し、１２Ｖの外部電源、図４の実体配線図で示されるパルス発生回路及び２つのアルミニウム電極を備える水中構造物防汚装置（出力電圧：４．２Ｖ、パルス発生周期：１００μｓ、パルス幅：３．５μｓ、デューティー比、０．０３５、出力波形：方形波）の前記２つのアルミニウム電極を、前記プラスチック板の導電性塗料塗布部に接続した。前記アルミニウム電極を接続したプラスチック板を海中に１か月間放置し、生物付着の様子を調べた（実施例、図６参照）。
また、比較例として、導電性カーボンセラミックを含む導電性塗料を塗布したプラスチック板を、前記水中構造物防汚装置を用いずに、実施例と同時期、同期間、海中に放置した。
結果を図７に示す。

図７に示すように、本発明の防汚技術を適用した実施例においては、生物付着がほとんど起こらなかった。
この結果より、本発明は優れた防汚効果を発揮することが分かった。

また、図７に示す結果は、電気を通さない絶縁体であるプラスチックであっても、導電性材料を被膜し、本発明の防汚方法を適用することで、防汚が可能であることがわかった。
これは、ガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）を素材として製造されたＦＲＰ船等の、導電性が無い又は極めて低い水中構造物においても、本発明の防汚方法が適用可能であることを示している。

また、本実施例において、陰電圧を印加可能な電極を、導電性塗料と電気的に接続しておらず、つまり系全体として開回路となっている。
すなわち、本発明の防汚方法は、陰電圧を印加可能な電極を、水中構造物の導電性表面と電気的に接続しなくとも、水中構造物の防汚をすることができる。

本発明は、水中構造物の防汚対策に用いることができる。

１０ 水中構造物防汚装置
２０ パルス発生回路
２１ パルス発生回路
３０ 電極
４０ 電力供給手段
５０ 水中構造物自体の導電性表面
５１ 水中構造物
５２ 導電性材料
６０ タイマＩＣ
７０ コンデンサ
７１ 電解コンデンサ
８０ チップＬＥＤ
９０ 整流ダイオード
１００ トランジスタ
１０１ トランジスタ
１１０ 抵抗器
１１１ 抵抗器
１１２ 抵抗器
１１３ 抵抗器
１１４ 抵抗器
１１５ 抵抗器

Claims (5)

1. 系全体として開回路となるように、パルス状の陽電圧を印加可能な電極と、水中構造物に被覆した導電性材料と、を接続し、前記電極が、前記導電性材料にパルス発生周期が略一定の前記パルス状の陽電圧のみを印加することを特徴とする、水中構造物の防汚方法。
2. ２つ以上の前記電極を、前記水中構造物に被覆した導電性材料と接続することを特徴とする、請求項１に記載の水中構造物の防汚方法。
3. 請求項１又は２に記載の方法に用いるための水中構造物防汚装置であって、パルス発生周期が略一定のパルス状の陽電圧のみを発生するパルス発生回路及び、電極として、該パルス発生回路から発生したパルス状の陽電圧を印加可能な電極のみを備えることを特徴とする、水中構造物防汚装置。
4. 前記電極を２つ以上備えることを特徴とする、請求項３に記載の水中構造物防汚装置。
5. さらに、電力供給手段として、太陽光発電装置を備えることを特徴とする、請求項３又は４に記載の水中構造物防汚装置。