JPH05503477A - 海洋生物汚損防止方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 海洋生物汚損防止装置及び装置 この発明は船体又は海面下にある構造物の汚損、例えば、機械的振動を用いて海 洋生物を妨害するための方法及び装置に関するものである。

船体の生物汚損を除去する最も代表的な方法はペイント又は他の塗料を塗布して 生物が船体に付着するのを阻止することである。また、振動を用いる多くの方法 か知られている。音波を用いる方法か最も良く用いられ、強力な音圧によって生 物、一般的には小さな幼虫、を殺すことによって生物汚損を防止する。

例えば、ノルウェー特許第８２６７６は、船体の内部に取り付けられたトランス ジューサによって発生される、超音波のような、高い周波数を使用し、船体が超 音波を伝達するように構成している。その波長は船体内では２５ｃｍよりも短く 、船体の外缶１面では約７ｃｍよりも小さくなるように選ばれる。

また、ノルウェー特許第１００２７２において、水中にある船体の外ｍ価に振動 を与える方法か知られている。この方法は、超音波周波数レンジの長さ方向の振 動を用いている。しかしながら、この方法においてはトランスデユーサは船体の 外側に設置され、船体が振動的しないような構造、及び水のみが振動する構造と なっている。

超音波を用いるこのシステムの問題点は、生物汚損を防止できる範囲がごく限ら れていることである。このような超音波システムでは大きな範囲をカバーするこ とは困贈であった。

さらに、低周波振動が汚損除去の効果があることか明らかになった。しかしなが ら、前記の低周波振動に基づいたシステムは比較的に効率が悪いものであった。

この低効率の原因は汚謄去効果を与える振動の物理的プロセスが解明されていな いことである。超音波においても同様に、音圧自身が重要な役割をしているに違 いないと考えられている。その結果、低周波の音を船体の一部に加える試みがな された。使用されたトランスデユーサの出力は最大５〜６ワツト、共振周波数は １６０Ｈｚであり、効率は比較的低いものであった。したがって、その試みにお いては、そのような原理を実現するに必要な音圧を発生できなかった。

最近、上記の物理的プロセスに対する理論的解明がなされた。それによると、０ ．１５〜０．４ｍｍ程度の海洋生物は２０〜６０Ｈｚの範囲の超低周波の水の分 子の強い振動を嫌う、例えば、水の分子が＋／−０，１から０．２ｍｍの振幅で 動くと、その幼虫は朴側こ付着しないということが明らかになった。

この発明と同じ発明者のノルウェー特許第８７．３３０６は、２０〜３０Ｈｚの 範囲の振動周波数を用いた低周波振動システムを開示している。トランスデユー サは船体の内部に設置され、船体は発振器によって垂直に励振される。

船体に垂直方向の振動は前記のタイプの幼虫による汚損を防止できる。船体にほ ぼ垂直な方向の振動を船体に与え、船体自身の振動によって水の分子か船体から 外側へ移動することによって、幼虫か船体に付着することを防止する効果か達成 される。

しかしなから、大きな船体構造においては振動が生じない節線のような点又は線 が常に存在する。例えば、船体内の隔壁は、紬側こ溶接された隔壁の位置に固定 された節線を生じ、納本マこの隔壁間でのみで振動する。このような節線に沿っ た部分では水の分子の移動は非常１′ＪＮいため汚損を防止できない。

本願発明における節線、節点は通常の音響的意味の節線、節点とは同じでない。

本願においては、節点は音波と一致した周期的な位置であり（クント管と比較せ よ）、機械的に固定された（例えば、船体の構造的部分、通常隔壁によって固定 された）船体の点又は線を意味する。したがって、これらの線又は点は横振動を することはできない。隔壁の距離は通漱２〜３ｍであり、一方、毎秒約５０００ ｍの速度で鉄を伝わる２０Ｈｚの音の波長は２５０ｍである。その定波在は間隔 か１２５ｍの節点を有し、ここで問題とする距離よりもはるかに長いものである 。

鋼船の船体中の空気と水との波形伝搬パラメータ値は純粋なバルク鋼の値と比べ ると確かに変わっている。しかしながら、隔壁距離と従来の節点間距離とは長さ のオーダがかなり異なっている。

本願発明の目的は節線領域の汚損の問題を解消するものである。さらに、本願発 明の目的は海洋生物の汚損を効率的に除去することにある。これは、特許請求の 範囲に記載された方法と装置を用いることにより達成できる。

さらに、本願発明の特徴と利益は、本願発明の好ましい実施例及び添付の図面る 水に対し強い移動成分１２図のベクトルＶｐ）が得られる。この部分的な水の厚 さのような条件が非対称である場合は隔壁の外部で最大の移動効果が得られため のダイナミック圧力のｌ刊ｆ’ｆｆｉ形の時間波形を示す。そのような圧力は特 殊な駆動信号（第３図の上の図の波形）をトランスデユーサに印加することによ って得られる。約２０〜３０Ｈｚの基本周波数から多くの高調波を作る。この高 調波は基本周波数に重畳される。この動作において使用される係数は前記のトラ ンスデユーサの特殊な物理的特性に基づいて決定される。共振周波数と効率は特 に重要である。奇数高調波のみが重畳動作に対して用いられる。

第４図の左図は船の主軸に沿って見た船体１の断面図を示す。図には６つのトラ ンスデユーサか含まれ、３つのトランスデユーサか見えている。他の３つのトラ ンスデユーサは３つの見えているトランスデユーサの真後ろに隠れて見えない状 態にある。第４図の右図は左図と同じ構造を船体の（１１１面から見た図である 。この図は、どのようにして水の分子速度が、対をなすトランスデユーサ間の節 線に沿って重畳効果によって十分な値を達成するかを示す。もちろん、右図の外 側端の節線の外側においても、さらにトランスデユーサの列か設けられ、図示さ れたものと同様に動作する。

船の納本こよる微視的な水層中の分子の移動によって、汚損が防止されることに 注目すべきである。特定の分子の振幅と速度において、幼虫の付着が阻止される 。水中での音速は約１４００ｍ／秒であるが、典型的な振動時の水分子の平均速 度は１　ｍ　ｍ　ｌりである。

前述した１対のトランスデユーサにおいては、水のグイポールをその間に形成す るため（こトランスデユーサ文＝ｆｉｔ逆方向のω目（こ励振される。この現象 はいわゆる「ブッンユプル」構造と呼ばれ、そこでは水の物質は一方の端に引か れまた同時に他方の端にも引かれる。この動作モードは最高の効率及び最高の節 線領域の動作範囲を保証する。水の動きは対象となる幼虫の大きさと同じ空間的 距離を有することか好ましい。すなわち、水の分子は約＋／−０，１から０．２ ｍｍの振幅で動くのがよい。船体の振動している領域では、船体の振動振幅を、 例えば、０．１から０．２ｍｍのオーダで励振させることにより−ｈ＆達成され る。節線領域で必要な汚損防止効果を得るためには、通常、トランスデユーサに 印加される駆動電圧はグイポール系で最大の加速を与えるように考慮される。そ れによって、最大の速度か得られる。トランスデユーサに印加される特殊な駆動 電圧は全く特殊な時間的動きをする。基本波に個々の係数を有する奇数高調波を 重畳するためにフーリエ技術か使用される。この係数は、トランスデユーサに対 して共振周波数、効率及びパラメータのような種々異なる物理的パラメータによ って決定される。−例として、第１、第３、第５、第７高調波を重畳のために使 用することかできる。そのような信号力電磁トランスデユーサシステム及び機械 システム（４）体と水の物質）を通過するとき、水中で圧力が発生する。この圧 力はほぼ矩形波であり、所望の最大加速と最大の速度を生じる。

このように、逆相で動作するトランスデユーサは、船体の１つの節線に沿って、 節線の各サイドに→りに配置される。前記のトランスデユーサは対になって相互 にブソンユプル構造としで動作する。もちろん、その効果は（Ｉｌｕ句に減衰す る。

しかしながら、隣接する２つのトランスデユーサからの重畳によって節線に沿っ て側方に良い効果か生じる。

さらに、例えば、トランスデユーサ列か２つの平行な節線間に位置するとき、各 サイドのトランスデユーサ列と対をなして動作するトランスデユーサの列を作る ことが可能である。

もし、一対のトランスデユーサが節線から等間隔に配置されるならば、通常トラ ンスデユーサは相互に逆相で発振する。しかしながら、もし、１対のトランスデ ユーサが、節線からの間隔が幾らか異なっていたら、又は非対称に構成されてい たら、一対の２つのトランスデユーサの一つに対して、追加的な位相変化を与え る。この位相変位は、２つの逆相電圧の１つを遅らせることによって実現できる 。それによって、節線をはさんだところで常に最大分子速度が得られるようにな る。

最後に、この機械的振動システムは他のタイプの生物によって汚損されることを 防止する塗装システムと組み合わせて使用すればさらに効果的であることはいう までもない。この点からこれらの２つの効果は相互に非常によい汚損防止効果を 生しる。これに関連し、水との関係で非常に低い表面張力、表面エネルギを有す る材料から構成される汚損防止層が用いられるべきであろう。それによって生物 が粘着によって船体に付着する可能性を減少できる。海水中で連続的に分解する タイプの材料を用いることによって、船体に堆積しようとしている生物を離れさ せる。このタイプの層は、その中にシリコン、フッ素、窒素又は酸素を含む有機 体材料から構成される。また、これらの１つ又はそれ以上の物質を組み合わせて 用いることもできる。

第３図　印加信号と結果 第４図 国際調査報告 、＋ｌ、、１ｌ１１．１１．．．。１１．。７．。、。ＰＣＴ／Ｎｏ　９０１０ ００８０国際調査報告 ＰＣＴ／Ｎｏ　９０１０００８０

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．船体（１）の内部に設置された複数の電気−機械振動トランスデューサ（２ 、３）と駆動電圧を発生し前記のトランスデューサに供給するサブシステムを有 し、前記のトランスデューサは電気的駆動エネルギが加えられたときに船体（１ ）の内部に機械的低周波振動を与え、船体（１）又は火中の他の構造体の外部の 海洋生物汚損を防止する方法において、前記トランスデューサ（２、３）は、船 体（１）上の固定節線の両サイドに固定された又はあらかじめ定められた距離に 対をなして配置され、節線のすぐ外側の船体に平行な方向で最大の分子速度ベク トル場が前記船体の外部の水に与えられるように、駆動電圧を供給することを特 徴とする海洋生物汚損防止方法。
2. ２．請求の範囲第１項の方法において、前記２つの一対のトランスデューサ（２ 、３）は、ほぼ逆相動作又は偏位逆相動作を行い、その偏位量は節線との関係に おけるトランスデューサの正確な位置から決定されることを特徴とする海洋生物 汚損防止方法。
3. ３．請求の範囲第１項又は第２項の方法において、前記サブシステムは、 １）基本周波数のサイン波を発生し、 ２）複数のサイン波の奇数高調波を発生し、３）これらの奇数高調波を前記トラ ンスデューサの物理的パラメータに基づいて係数を選択し、時間特性を有する周 期的な駆動電圧波形を発生させ、前記時間特性を有する駆動電圧を、船体の外部 の水中におけるダイナミック圧力がほぼ矩形波となるようにトランスデューサに 印加し、水中での最大の分子加速及び最高の分子速度を連続的に得ることを特徴 とする海洋生物汚損防止方法。
4. ４．（ａ）電気駆動エネルギが前記トランスデューサ（２、３）に供給されたと きに、船体（１）に機械的低周波振動を与えるために、船体（１）の内部に設置 された複数の電気−機械振動トランスデューサ（２、３）を備え、前記低周波振 動は、船体（１）が十分に振動振幅を有する領域で、船体にほぼ垂直に行わせ、 （ｂ）各トランスデューサに駆動電圧を発生し、かつ分配する駆動エネルギを発 生供給するサブシステムを備えた船体（１）又は水中の他の構造体の外部の海洋 生物汚損を防止する装置において、 ａ）前記トランスデューサ（２、３）は船体（１）上の固定節線の両サイドに固 定又はあらかじめ定められた距離に対をなして配置され、ｂ）前記サブシステム は、さらに、前記トランスデューサ（２、３）に駆動電圧を発生分配し、分子速 度ベクトル場が船体（１）の外部の水に与えられ、船体は前記節線のすぐ外側の 船体に平行な方向を有し、それによって節線領域で生物汚損防止が行われること を特徴とする海洋生物汚損防止装置。
5. ５．請求の範囲第４項の装置において、前記の駆動電圧を発生分配する手段は、 一対のトランスデューサの１つに対して駆動電圧の位相を反転させ、一対の駆動 電圧の１つに対しあらかじめ定められた時間遅延を与え、一対のトランスデュー サがお互いに逆相で又は逆相関係から固定偏位もしくはあらかじめ定められた位 相の偏位を有して駆動されることを特徴とする海洋生物汚損防止装置。
6. ６．請求の範囲第４項又は第５項の装置において、前記の駆動電圧を発生分配す る手段は、１）基本周波数のサイン波を発生し、 ２）複数のサイン波の奇数高調波を発生し、３）これらの奇数高調波を前記トラ ンスデューサの物理的パラメータに基づいて係数を選択し、時間特性を有する周 期的な駆動電圧波形を発生させ、前記時間特性を有する駆動電圧を、船体の外部 の水中におけるダイナミック圧力がほぼ矩形波となるようにトランスデューサに 印加し、水中での最大の分子加速及び最高の分子速度を連続的に得ることを特徴 とする海洋生物汚損防止装置。
7. ７．請求の範囲第４項、第５項又は第６項の装置において、前記のトランスデュ ーサは、 船体に沿った節線の各サイドに−列に配列され、それによって、前記節線に沿っ た各トランスデューサ対間の側面にも分子速度に対する重畳効果が得られること を特徴とする海洋生物汚損防止装置。
8. ８．請求の範囲第４項、第５項、第６項又は第７項の装置において、さらに、機 械的振動周波数が何等の影響を与えない大きさの生物による海洋生物の汚損を防 止するための汚損防止層を有し、前記汚損防止層は水との関係で非常に低い表面 張力、表面エネルギを有する材料から構成され、生物が粘着によって船体に付着 することを減少させ、又は海水中で連続的に分解するタイプの材料を用いて、船 体に堆積しようとしている生物を離れさせることを特徴とする組み合わせ海洋生 物汚損防止装置。
9. ９．請求の範囲第８項の装置において、前記材料は、 その中にシリコン、及び／又はフッ素、及び／又は窒素及び／又は酸素を含む有 機体材料から構成されることを特徴とする海洋生物汚損防止装置。