JPS5934279B2 - 冷却水を用いる熱交換器の水中生物附着防止方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は機器の放熱方法に係り、特に海水、河川水もし
くは地下水を冷却水として熱交換器に流通せしめるもの
の改良に関する。

例えば発電プラントにおいては、各種熱交換器が用いら
れ、これらに大量の海水、河川水などを冷却水として使
用する。

その際、復水器、海水冷却器などの冷却管、各種配管お
よびその他の上記の水が接触する部分において、適切な
処置を施さないと、貝類、微生物などの水中生物が耐着
、繁殖し各種の障害を起す。

一般には取水口にスクリーンを設置して水中の固形物を
除去しているが、これを通過する微小の水中生物、例え
ば動物性プランクトンとして知られている貝類の幼生、
フジッボの幼生、更に微生物、藻類が循環水系統に入り
、循環水管および各種熱交換器、氷室、冷却管などの内
壁に耐着し、流入して（ろ水中栄養物を取り込み生育、
繁殖する。

例えば貝類の生育は著しく、後に述べるような処置を施
さないと貝殻層は厚さ１０ｃＩｒＬ以上にも達し、循環
水管をせばめ水量を減少させ熱交換器の性能を大幅に低
下させる。

更に材質表面に乱流をつくり、局部腐食を増大させ、生
育後局部的な剥離を起すが、剥離した貝殻の固りによる
冷却管の閉塞、あるいは貝殻が循環水と共に高流速で流
れる際、冷却管内壁を摩耗、破損させ、循環水漏洩によ
る重大な事故を招き、重大な経済的、社会的損害を与え
る。

従来、このような水中生物の耐着あるいは生育にもとづ
く障害を除くため塩素の注入が行なわれていた。

これは塩素の殺菌力を利用して貝類、フジッボ類の生育
防止、微生物の殺菌を行なっており、塩素の効果を維持
するため循環水系統末端まで残留塩素をｌｐｐｍ以上に
保つ必要があった。

しかし、このような残留塩素を含んだ大量の循環水が未
処理のまま海あるいは河川へ放流されると、生態系の破
壊などの環境汚染といった憂慮すべき問題が発生する恐
れがあるため、何らかの対策がせまられている。

また塩素注入のかわりに、海水を電気分解し海水中の塩
素イオンから次亜塩素酸を発生させる方式もあるが、残
留毒性と汚染については塩素注入と同じである。

環境汚染の観点からは、使用後の循環水から残留塩素を
除去し放流することが望ましいが、循環水量が１０１０
０Ｏ発電プラントでは約１２００００ ｔｏｎ／ｈｒと
莫犬な量であるため処理はほとんど不可能である。

本発明は、海水、河川水もしくは地下水を冷却水として
熱交換器に流通せしめて放熱するものにおいて、オゾン
含有気体を用いて冷却水系統への水中生物の耐着や生育
繁殖を防止する方法を提供することを目的とする。

オゾンは古くから上水の浄化を目的としてフランス、ド
イツなどで用いられており、微生物に対する殺菌効果が
塩素より強いことは一般に広く知られている。

例えばオゾン添加量０．ｌｐｐｍで耐薬品性を持つヴイ
ールスでも、１０分間で９９％の不活性化する能力を持
ち、また用廃水系統の配管内壁に耐着繁殖したスライム
も水中オゾン濃度０．２ｐｐｍ程度を含むオゾン含有水
を接触させると剥離分解することが確められている。

更に海水で最も障害の大きかった貝類、フジッボ類など
の耐着、生育にもオゾン含有水の接触により著しく抑制
されることも判った。

オゾンは、空気あるいは酸素から放電のみで簡単に生成
でき、放電電圧の変化で任意のオゾン濃度が得られる。

この点塩素のような高圧容器での危険な運搬や取扱いを
必要とせず、また事故による大気中への漏洩も電源操作
で容易に防止できる。

更にオゾンが従来の化学薬品添加に比較して最も優れて
いる点は、余剰オゾン自身が次の反応により、
２０ →３０２ 自己分解し、毒性のない酸素に戻るため、近年、汚染さ
れた排水の処理などに利用されている。

一方、未反応オゾンを含有する気体も活性炭層触媒層を
通すか、あるいは薬剤、加熱などによって完全に分解除
去でき、大気汚染を起すことはない。

しかしオゾンは現在広く利用されている無声放電による
発生方式では、空気原料で１ｗｔ％、酸素ガスを原料と
しても２ｗｔ％のオゾン濃度しか得られす、更にディフ
ューザー、インジェクターなどの気液接触装置を用いて
オゾン含有液体を作るが、気体側のオゾン濃度に比例し
た量しか溶解せず数ｐｐｍのオゾン含有液体しか得るこ
とはできない。

このため循環水系統が長く、水量の大きな場合、オゾン
含有液体を連続通水もしくは半日程度通水しなげれば海
洋生物の耐着防止はできなかつた。

また汚染された海水ではＣＯＤ成分の酸化にもオゾン消
費されるため、生物の耐着、繁殖度合に合わせた間歇的
処理でも非常に大きなオゾン発生装置と気液接触溝が必
要であった。

本発明者らは、上述の実情に鑑み各種の耐着防止法につ
いて検討を進めた結果、間歇的に冷却水系の水をオゾン
含有気体で置換することによって効率の良い耐着防止が
出来ることを見い出した。

以下、海水における生物耐着生育防止の効果を証明する
実験例を示す。

実験例 海水を用いた一過式の水路実験でオゾン金具気体による
海洋生物耐着生育防止効果を調べた。

第１図にその実験装置を示す。

約２メツシユのスクリーン１を通過して取水された海水
は、ポンプ２によりヘッドタンク３、分配管５を経て、
各実験水槽（５０Ｘ１５Ｘ１０ｃｒＩＬ）４に導かれる
。

各実験水槽の底部には、海洋生物の最も付着しやすい材
料として木片（２０Ｘ １５×１ｃｒｒＬ）と発電プラ
ント循環水系統に利用されている各種材質例えば構造用
圧延鋼材、ネーバル黄銅、アルミニウム黄銅、チタンの
内径約１０ｃｒＩＬで長さ１５ｃｒｒＬの管を流れと平
行に放置して、木片と同様に海洋生物の耐着を観察した
。

木片の表面流速を５０ ｃｆｒＬ／ｓｅｃとして海水を
流し、実験水槽の１つは処理の対象として無処理のまま
、他の３つはオゾン含有気体の置換時間を１回あたり、
３０分、１時間、２時間にかえて行なった。

オゾン含有気体の置換は、各実験水槽を分配管５から外
し、０．１１ｗｔ％のオゾン化空気なｏ、８１／−の流
量で送り、排出されるオゾン化空気は活性炭充填層で分
解させて行なった。

耐着生物にはムラサキイ貝なども認められたが、木片単
位表面積あたりのフジッボの耐着個数を求めた。

３日に１度の処理で１５日間海水を流した結果を第１表
に示す。

７日に１度の処理で２１日間海水を流した結果は第２表
に示す。

海水通水後、１週間前後では、直径１〜２ｍｍの小さな
フジッボが耐着しているが、無処理で２週間後では、大
きなものは直径５ｉｍ以上まで成長し、密集した状態で
耐着している。

３日に１度の処理結果から、１時間以上のオゾン化空気
の置換でフジッボの耐着成育が防止抑制できることがわ
かった。

また７日に１度の処理でも、耐着個数は１００ｄあたり
、４０〜６０個認められるが、処理後の７日間に新たに
耐着したもので無処理に比べて、大きく成育したものは
認められない。

更に金属材質への耐着は無処理２週間程度で一部認めら
れたが、材質による違いはなく、オゾン化空気で１時間
以上処理したものには全く耐着していなかった。

オゾン含有液体では、オゾンを水に溶解させるためオゾ
ン濃度の高い気体を必要としたが、オゾン含有気体での
置換処理では、空気原料で発生するオゾン濃度の１／１
０程度でフジッボの耐着生育防止効果が認められる。

次に発電プラント循環水系統へのオゾン含有気体による
水中生物耐着、生育防止方法および装置の実施例を第２
図に示す。

同図は、従来の海水を用いた発電プラントの循環水系統
に本発明を応用した装置の一例である。

同図において、復水器６は図示しない蒸気タービンから
排出された蒸気を海水で冷却し復水にする。

これに必要な冷却水は、循環ポンプ７によって海水を取
水し、入口側循環水管８を経て送水され、復水器６を通
過後、出口側循環水管９を経て放流される。

海水中より貝、魚、くらげ、海草、更に石、木片、プラ
スチックなどの比較的大きな固形物は約２メツシユの網
目状のスクリーン１０で除かれる。

貝類あるいはフジッボなどの幼生あるいは微生物、藻類
など比較的小さなものはスクリーン１０を通り、入口側
循環水管８、復水器６の冷却管１１の内壁に耐着し、生
育または繁殖して障害を起す。

そこで本発明は空気または酸素を原料として周知のオゾ
ン発生装置１２から生成される； オゾン含有気体を循
環水系統の内壁に注入接触させる。

希釈気体導入管１３は、前述の通りオゾン発生装置から
得られた１〜２ｗｔ％のオゾン含有気体を希釈して循環
水系統へ導入するものである。

オゾン発生装置１２は、電圧、周波数、気体流量の変化
でオゾン濃度が調節できるが、原料気体は高い乾燥度と
低温度が要求されるため、低濃度のオゾン含有気体を得
るには、外気より希釈用空気を得て混合した方が有利と
なる。

発電プラントの通常運転において、前述の事故原因とな
る生物の耐着、生育が問題視されるのは、循環水系統中
で復水器６とここに流入する循環水の上流側の部分であ
り、従ってオゾン含有気体の導入はこの系統中でも、冷
却管１１の上流側を処理することが最も効果的である。

また小容量オゾン発生装置で効果的な処理を行なうため
には、循環水系統中の弁の操作により対象となる部分を
分割し、オゾン含有気体の導入が可能である。

その具体的手段として、入口側循環水管８を処理する場
合、循環ポンプＴを止め、弁１４．１５を閉じて、ドレ
ン弁１６を開いて排水する時、弁１７を開ければ負圧と
なりオゾン含有気体が導入される。

またオゾン発生装置１２からの気体圧力は一般には０．
５ｋｙ／ｃｉ程度あるため、弁１５を閉じなくとも循環
水ポンプ７の海面下の部分にも十分導入することができ
る。

オゾン含有気体を海水と置換した後、弁１６，１７を閉
じ、耐着生物の死滅するまで放置し次に弁１４を開き、
循環ポンプ７を作動させれば、処理後のオゾン含有気体
は復水器６側へ送られ、空気弁１８からは活性炭などを
充填したオゾン分解塔１９を通過させ、未反応オゾンを
分解し毒性を皆無にしてから大気へ放出される。

また、復水器６内の処理においては、循環水ポンプ７を
止め、弁１４ 、２０を閉じドレン弁２１゜２２を開き
排水する時、弁２３を開きオゾン含有気体を導入し海水
と置換できる。

処理後の排気は前述した通り行なえばよい。

なお出口側循環水管９は処理の必要はない。

大容量オゾン発生装置では入口側循環水管８と復水器６
の処理が同時に行なうことができ、それだけ処理に要す
る時間は短縮される。

以上は発電プラント停止時の処理方法であるが、一般に
は復水器６、循環水ポンプ７などが複数で使用されてお
り、対象とする部分のみを停止し、弁により系統から切
り離して上記と同様な方法でオゾン含有気体を導入すれ
ばよく、発電プラントの軽負荷時である夜間あるいは休
日などの電力需（用の少ない時に運転中でも行なえる利
点を有する。

オゾン含有気体による処理は間歇的に行なうため、オゾ
ン発生装置は、数個の発電ユニットで共用することも可
能となり経済的利益はさらに大きくなる。

次にオゾン含有液体での処理と本発明との比較をオゾン
必要量で求め第３表に示す。

ｉｏｏ。ＭＷ火力発電プラントで２つの循環水系統を有
する場合を例とし、１つの復水器海水容量３５０ｍ’、
１つの入口側循環水管、長さ５００ｍとして海水容量約
２７００ｍ″、通常運転時の海水使用量１９７０ ｍ／
ｍｉ！Ｌとして求めた。

また発電プラントへの水中生物の陰暦が起るのは、季節
的変動があり、貝類、フジッボ類のプランクトンの発生
する３月から９月にかけては３〜７日に１回の割合で１
回当り数時間の処理、発生あるいは繁殖の少ない１０月
から２月にかげては月に２〜３回の割合で１回当り数時
間処理することにより最も効果的となる。

以上説明したように、本発明によれば残留性の強い塩素
を使用することなく、比較的小容量のオゾン発生装置で
、水中生物の陰暦、繁殖を防止でき、長期にわたり安全
な運転が可能となり、従来のような煩雑な保守がきわめ
て容易となる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の実験装置を示す管系線図、第２図は本
発明の一実施例を示す管系線図である。 ６・・・・・・復水器、Ｔ・・・・・・循環水ポンプ、
１２・・・・・・オゾン発生装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 機器の排出熱を、海水、河川水もしくは地下水を冷
   却水として熱交換器に流通せしめ放熱するものにおいて
   、前記冷却水を間歇的にオゾンを含有する気体と置換し
   、冷却水系統に耐着、繁殖する水中生物を殺して剥離さ
   せることを特徴とした冷却水を用いる熱交換器の水中生
   物耐着防止方法。