KR100246555B1 - 해수,염수및 담수 중의 구조물의 오염 및(또는)부식 방지방법, 시스템 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 해수, 염수, 담수 또는 이들의 혼합물과 접촉하는 구조물의 노출된 표면의 오염 및(또는) 부식 방지 방법 및 장치에 관한 것이다. 이 시스템은 노출된 아연 함유 표면(16)을 갖는 구조물(10)을 사용하는 것을 포함한다. 노출된 표면과 물의 계면층에서 음 용량성 전하 또는 비대칭성 교류 정전 전위가 유도되어 유지된다.

Description

[발명의 명칭]

해수, 염수 및 담수 중의 구조물의 오염 및(또는) 부식 방지 방법, 시스템 및 장치

[기술분야]

본 발명은 일반적으로 구조물의 오염 및(또는) 부식을 방지하는 방법 및 장치, 더 구체적으로는 해수, 염수, 담수 또는 이들의 혼합물 중에 완전히 또는 부분적으로 잠긴 선박, 부표, 배관 시스템, 필터, 석유 굴정 장치 및 기타 구조물의 오염 및(또는) 부식 방지 방법 및 장치에 관한 것이다.

[배경기술]

물과 접촉하고 있는 구조물은 오염 및(또는) 부식에 의해 손상될 위험이 있다. 예를 들면, 조선 업계에서는 오랫동안 선박의 선체에 해양 유기물이 부착됨으로써 발생하는 심각한 문제에 부딪혀 왔다. 이러한 선박의 선체의 오염은 선박의 운항 비용을 증가시키며, 선박의 효능을 저하시킨다.

선체에 부착되는 해양 유기체는 주기적으로 제거해야만 하므로, 통상 건독 보수를 위해 장기간 동안 선박을 운항시키지 않게 된다. 또한, 오염이 방지되지 않으면, 수생 유기체가 선체에 계속 부착되어 추가 연료의 필요성과 속력 저하와 관련하여 운항 비용을 증가시키게 된다. 유람선 시장도 마찬가지 문제점에 직면하고 있다.

선박으로부터 만각류 생장물을 포함한 해양 유기체를 제거하는 여러가지 방법이 공지되어 있다. 만각류는 건독내에서 선박으로부터 기계적으로 떼어낼 수 있다. 선체로부터 만각류 및 기타 해양 유기체를 제거할 수 있는 회전 브러쉬를 갖춘 제거용 기기가 개발되어 왔다.

오염 문제를 극복하기 위한 또 다른 방법은 선박의 선체에 매우 독성의 페인트를 사용하는 것이었다. 상기 페인트는 선체상에 해양 생장물이 축적되는 것을 저지하다. 페인트 중의 독성 성분, 예를 들면 해수에 용해될 수 있는 구리 또는 수은 화합물은 물 중에 조절가능하게 용해되어 수년간에 걸쳐 보호막을 제공하다. 그러나, 유람선 등을 비롯한 수 많은 배들에 의한, 독성 물질의 강물내로의 삼출은 환경 오염을 증가시킨다.

예를 들면, 미합중국 특허 제3,817,759호는 지방족 알콜의 중합성 티탄 에스테르로 이루어진 오염 방지 코팅을 사용하는 것을 기재하고 있다. 티탄은 내부식성이 양호하고 수용해도가 낮아 코팅의 조기 삼출 및 고갈을 방지한다.

공지된 또 다른 오염 방지 방법은, 이온이 해양 생물에 대해 독성을 갖는 금속성 페인트, 즉 구리, 수은, 은, 주석 아르센 및 카드뮴으로 선박의 선체를 코팅시킨 다음 선체에 주기적으로 전압을 인가하여 독성 이온을 해수중에 양극 용해시킴으로써 해양 생물의 성장을 억제하는 것이다. 이 방법은 미합중국 특허 제3,661,742호 및 동 제3,497,434호에 기재되어 있다.

해수중으로의 독성 물질의 용해를 근거로 한 오염 방지 시스템은 선체에 도포된 코팅이 고갈되어 선체를 주기적으로 다시 페인트칠해야 하기 때문에 그 이용성이 제한되어 왔다. 선체를 양극으로 만들어 강제 용해시키는 시스템의 경우에는, 용해 속도를 증가시키기 때문에 문제는 더욱 심각해진다. 일단 선체가 노출되면, 선체 역시 용해될 것이므로 선체가 움푹 들어가게 되거나 또는 구멍이 생기게 되므로 이것은 잠재적으로 심각한 문제점을 야기시킨다.

선체상에서의 해양 유기체의 성장을 저지하기 위해 선박의 선체에 전압을 인가하거나 또는 선박의 선체를 통해 전류의 흐름을 제공하는 것에 의존하는 각종 기타 장치들이 제안되어 왔다. 해수를 전기화학적으로 분해시켜 선체의 물에 잠겨 있는 표면 주위에 가스를 생성시키게 되는 몇몇 시스템이 제안되었다.

상기 시스템의 제안자들은 상기 가스가 만각류 및 해조류 등과 같은 해양 유기체가 부착되는 것을방지한다고 주장한다. 다른 사람들은 고전류가 충격을 일으켜 해양 유기체가 선체상에서 생장하는 것을 저지할 수 있다고 주장한다. 그러나, 이들 시스템 중 어떠한 것도 비용 및 불량한 오염 방지 결과 때문에 상업적으로 성공적이라고 인정되지 못하였다. 이들 시스템의 예는 미합중국 특허 제4,196,064호 및 러시아 특허 제3388호에 기재되어 있다.

이러한 문제점은 물론 선박에만 한정되는 것이 아니라 부식가능한 모든 잠수되는 구조물의 경우에도 존재한다.

다른 수생 동물인 지브라 털격판담치[zebra mussels, 드레이쎄나 폴리모르파(Dreissena polymorpha)]는 예를 들면 더 그레이트 레이크(Grate Lakes)에서 흘러나온 생수에 의존하는 동력 산업, 및 도시 설비 및 산업 설비에 중요한 문제점을 야기시킨다. 지브라 털격판담치의 형태학적, 행동학적 및 생리학적 특징은 물속에서의 털격판 담치의 신속한 만연, 자연 및 인공 구조물의 군체형성(colonization), 급수, 도관, 콘덴서 및 배관 시스템의 오염 및 통상 담수 동력 발전소의 신뢰도를 유지시키는데 사용되는 온라인 절차의 방해를 촉진시킨다.

1989년 여름, 동력 연구 기관[Electric Power Research Institute (EPRI)]은 지브라 털격판담치에 의해 야기될 수 있는 잠재적 문제점을 조사하기 시작하여 이들 문제점을 처리하기 위한 공익 사업에 대한 전략을 연구하였다. 이러한 작업의 자극이 된 것은 털격판담치의 신속한 번식, 그들의 동력 발전소 운영에 미치는 영향, 특히 레이크 에리(Lake Erie)에 인용된 것들, 및 현재 및 미래의 경제적 및 생태학적 영향에 대한 우려였다.

동력 발전소는 지브라 털격판담치의 최상의 서식지를 제공한다. 발전소는 털격판담치가 군거할 수 있는 견고하고, 비교적 깨끗한 과다한 표면들을 갖는다. 이러한 군체형성은 발전소내로 흘러 들어오는 물의 원천 및 유속에 의해 증가된다. 예를 들면, 대부분의 발전소는 유충들이 최고의 농도로 발견되는 표면 근처의 물을 끌어들인다. 게다가, 고기들의 충돌을 방지하기 위해 다수 유입구에서 결정되는 유속은 유충의 정착을 막을 수 있을 정도로 높지 않다. 사실상, 흐르는 물은 영양분을 유지하고 그들의 생계에 필요한 농도의 산소를 용해시키기 때문에 정착한 털격판담치에게는 유리하다. 생수를 순환시키는 모든 동력 발전소 시스템은 지브라 털격판담치에 오염되기 쉽다.

털격판담치들이 벽에 붙어 서로 털격판담치 매트를 형성할 때 큰 도관, 통로 및 "박스"들은 부피 손실을 겪을 수 있다. 이들 매트는 두께가 수 인치에 달할 수 있다. 유속이 간헐적이거나 또는 정착할 수 있을 정도로 충분히 느리거나 또는 털격판담치가 구조물로 이동될 경우, 개개의 털격판담치들은 작은 관에서 유량 손실을 야기시킬 수 있다. 콘덴서조차도 지브라 털격판담치에 오염되기 쉽다. 단지 가장 큰 털격판담치만이 최근의 콘덴서 튜우빙(tubing)을 차단할 수 있는 높이의 껍질을 갖는다. 그러나, 정동(druses)이라 불리우는 털격판담치 집락이 종종 털격판담치 매트로부터 떨어져 나온다. 상기 집락은 서부 레이크 에리의 동력 발전소에서 콘덴서 튜우브의 20% 이하 또는 그 이상을 차단시킨다.

최근까지, 이러한 문제에 대한 만족스러운 해결책이 발견되지 못하였다. 큰 개개의 털격판담치 및 털격판담치 집락은 냉각수 시스템에 미치는 그들의 영향을 감소시키기 위해 사용되는 동력 발전소 이동 스크린에 의해 제거될 수 있다. 그러나, 이들 스크린은 동력 발전소 내의 하류 지점에 부착할 수 있는 초기 생장 단계에 있는 것(예, 벨리저(veliger) 유충)을 제거할 수 있을 정도로 미세하지는 않다. 이동 스크린의 잇점은 털격판 담치 집단의 정착 및 성장의 편의를 제공하는 큰 상부 저수지에 의해 더욱 감소된다. 물리적 여과의 경우, 가장 작은 유충을 걸러내기 위해서는 0.04mm 치수의 유효 기공 직경이 필요한데 이는 실용불가능하다. 해양 털격판담치에 대한 분석에 의하면, 정착 유충의 부착을 억제하거나 또는 방지하는 물질 또는 코팅이 이론적으로는 발견될 수 있었다. 그러나 최근까지, 어떠한 것도 확인되지 않고 있다.

선박 업계에서 오랫동안 해결하려고 시도해온 선박의 선체의 오염과 관련된 또 다른 문제점은 부식이다. 해수가 전해질로 작용하여 결과적으로, 전지에서와 같이, 상이한 전위를 갖는 표면 영역 사이에 전류가 흐르게 되므로 부식은 통상 선박의 선체의 수면 아래에서 발생한다. 전류의 흐름은 그와 함께 금속 이온을 취하게 되므로 선체의 양극 부분을 점차적으로 부식시키게 된다.

부식을 방지하기 위한 각종 기술들이 개발되었다. 아연 또는 마그네슘과 같은 활성 금속의 손실성 양극을 선체에 부착시키기도 했다. 상기 양극은 갈바니 전지 작용을 통해 선체 대신 자신 스스로를 부식시켜 제거한다.

다른 시스템은 인가 전류에 의한 음극 보호막을 사용한다. 이러한 시스템은 선체에 부착되어 선체에 전류를 가할 수 있는 장기 수명의 양극을 이용한다. 그 결과, 전체 선체는 양극에 대해 음극으로 되고, 따라서 선체를 부식으로부터 차단하게 된다. 상기 시스템은 매우 낮은 전압치에서 작동한다(예를 들면, 미합중국 특허 제3,497,434호 참조).

공지되어 있는 한 음극 보호막 시스템은 백금으로 도금한 티탄 양극을 이용한 것이다. 백금은 양극에 대해 전해질성 해수내로 전기를 방전하는 표면으로 작용한다. 티탄으로 이루어진 전극의 어떠한 표면 부분으로부터도 전류는 방전되지 않는다. 이러한 특정 시스템은 ft²당 550 amp의 양으로 양극상에 고 전류 밀도를 인가한다. 다른 불용성 양극 금속상의 백금으로부터 고전류가 흐르기 때문에, 매우 낮은 전위가 있고, 필수적으로 티탄의 표면으로부터의 전류 흐름은 없다. 상기 시스템의 예는 미합중국 특허 제3,313,721호에 기재되어 있다.

성공적인 오염 방지 시스템의 개발을 요망하는 자들이 직면하고 있는 최종적인 문제점은 선박의 선체의 수소 메짐성(embrittlement)이다. 상기한 바와 같은 몇몇 시스템에서와 같이 선박의 선체 표면 가까이에 전기분해 작용이 일어나는 경우, 해수의 가수분해가 일어날 수 있다. 이러한 가수분해는 수소 이온을 방출하고, 이는 선박의 선체의 메짐성을 야기시킨다. 결과적으로, 설치되는 모든 오염 방지 시스템에서 중요한 것은 시스템을, 물의 가수분해를 일으켜 수소를 방출할 수 있을 정도의 고 전류로 작동시키지 않는 것이다.

따라서, 물 속에 완전히 또는 부분적으로 잠긴 구조물의 부식 및(또는) 오염을 방지하기 위한 보다 양호한 방법 및 이에 대응하는 장치에 대하 강력한 필요성이 대두되고 있다.

[발명의 개시]

따라서, 본 발명의 목적은 해수 또는 염수 또는 담수(이하 "물"이라 칭함) 중의 오염을 방지하는, 물에 노출된 금속 또는 비금속성 도전성 구조물의 노출 표면을 갖는 시스템, 예를 들면 전기화학적 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 이러한 구조물의 노출된 표면에 순수 음 전위를 가하여 구조물 상의 도전성 아연 코팅의 용해를 방지함으로써 주기적 간격으로 선체를 다시 페인팅시킬 필요가 없는 전기화학적 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 손상되기 쉬운 외부 양극이 필요없는 오염 및(또는) 부식을 방지하기 위한 전기화학적 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 수소 메짐성을 피하고 비용을 낮추기 위하여 이 구조물상의 저전류 밀도를 이용하는 전기화학적 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 해수, 염수 또는 담수와 접촉하는(예를 들면 부분적으로 또는 완전히 잠기는) 아연 함유 표면으로 이루어지는 금속 또는 비금속 구조물(예를 들면, 선박의 선체, 부표, 배관 시스템, 필터, 석유 굴정 장치 등)의 표면의 오염 및(또는) 부식 방지 방법 및 그에 대응하는 장치를 제공한다. 이러한 오염에는 만각류 및 다른 해양 유기체로 인한 오염이 포함된다. 이러한 결과는 표면상에 순수 음 정전하를 부여하여 유지하거나, 또는 바람직한 실시태양으로는 표면상에 비대칭 교류 정전 전위를 유도하여 유지시켜 단지 소량의 전류가 주기적으로 흐르도록 함으로써 달성된다.

수중 환경과 접촉하는 표면은 아연을 포함하여야 한다. 이 구조물은 아연 또는 아연 합금으로 제조될 수 있거나, 또는 수중 환경과 접촉하는 구조물의 표면은 구조물과 물 사이에 계면을 형성하는 아연 또는 아연 합금을 갖거나, 또는 물과 접촉하는 구조물의 표면은 물과 접촉하는 표면과 도전성 접촉을 하는 아연 함유 코팅을 가질 수 있다. 이 구조물의 아연 함유 표면은 1 Ω 미만의 저항을 갖는다.

[도면의 간단한 설명]

본 발명 및 그를 수행하는 많은 잇점은 첨부한 도면을 참조하여 다룬 하기의 상세한 설명을 참고로 하여 더 잘 이해될 것이다:

제1도는 본 발명의 오염 방지 장치가 정착된 선박의 도면이고;

제2도는 본 발명에 사용된 콘덴서 뱅크의 투시도이고;

제3도는 아연에 대한 포벡스(Pournaix) 도표이고;

제4도는 선박의 선체와 물 사이의 계면에서 전개되는 헬름홀쯔(Helmholtz) 이중층을 나타내는 개요도이고;

제5도는 티타늄 전극의 단면도이다.

[발명의 간단한 설명]

본 발명은 구조물을 오염 및(또는) 부식으로부터 보호하기 위하여 구조물의 표면상에 순수 음 정전하 또는 패러데이 전위를 인가하는, 오염 방지 및 부식 방지 시스템에 관한 것이다. 특정 실시태양에서, 본 발명은 선박의 선체를 포함하는 수중 구조물의 노출된 표면 상에 만각류, 튜브웜(tubeworm) 및(또는) 지브라 털격판담치와 같은 수중 유기체의 부착을 방지한다.

본 발명에 의해 보호되는 구조물은 선박, 파이프, 스크린, 시이트, 바아, 팽창된 그물, 천공된 시이트, 팽창된 시이트 또는 와이어, 또는 임의의 형태의 수중 환경에 노출된 다른 구조물일 수 있다. 수중 환경과 접촉하는 구조물로서는 생수를 순환시키는 동력 발전 시스템을 포함하여 부표, 배관 시스템, 필터, 석유 굴정 장치, 및 해수, 염수, 담수, 또는 이들의 혼합물 중에 완전히 또는 부분적으로 잠긴 다른 구조물이 포함된다. 본 명세서에서 사용된 "선박"이란 용어에는 잠수함 및 표면 상선을 포함하는 모든 공지의 수중 선박 유형이 포함된다. 바람직한 실시태양에서, 본 발명은 선박의 선체에 유리하게 적용된다.

또 다른 바람직한 실시태양에서, 본 발명은 지브라 털격판담치에 오염되기 쉬운 구조물의 노출된 표면에 지브라 털격판담치가 부착되는 것을 방지하는데 사용된다. 이 실시태양에서, 본 발명은 생수를 순환시키는 모든 동력 발전 시스템을 포함하는, 동력 발전 장치와 같이 생수에 의존하는 시스템을 오염시키는 지브라 털격판담치에 대한 해결책을 제공한다.

일 실시태양에서, 순수 음 용량 전하가 수중 환경과 접촉하는 구조물의 아연 함유 도전성 표면 상에 유도되어 유지된다.

이러한 실시태양의 한 일면에서, 순수 음 용량 전하는 수중 환경과 접촉하는 구조물의 표면(들)에 도전적으로 접속된 제1 극성 단자 및 표면(들)에 용량적으로 접속된 반대 극성 단자를 갖는 동력 공급원으로 이루어진 수단을 사용하여 유도될 수 있다. 동력 공급원 및 용량적 접속 수단 모두는 수중 환경과의 접촉으로부터 보호된다.

이러한 실시태양의 또 다른 측면에서 순수 음 용량 전하는 수중 환경과 접촉하는 구조물의 표면(들) 상에서 자기 유도 전하의 형태로 존재할 수 있다. 자기 유도 전하로는, 수성 매질에 전기적으로(galvanically) 노출되는 1종 이상의 나금속(bare metal) 표면이 사용되고, 아연 함유 표면은 나금속 표면에 대해 양성이다. 나금속 표면은 구조물의 외표면(들)에 부착된 구리, 청동, 철 등의 작은 블럭일 수 있다. 수성 매질에서의 경우 아연 함유 표면이 나금속 표면에 대해 양성인 한, 이에 대한 금속 또는 금속 합금이라도 나금속 표면에 사용될 수 있다.

또 다른 실시태양에서, 아연 함유 표면상의 정전하가 진동 헬름홀쯔 면을 제공한다면, 주기적 유도 전압이 사용된다. 이 실시태양에서, 물에 잠긴 도전성 표면(들)에 생성되는 비대칭 전위 및 소량의 주기 전류는 해상 유기체가 표면(들)에 부착되는 것을 방지함과 동시에, 비패러데이 음 정전하를 가했을 때보다 더욱 효과적으로 물에 잠긴 도전성 구조물의 부식을 방지한다.

본 발명에서 관찰되는 여러가지 이론적 설명이 하기 명세서에 제시된다. 이러한 설명은 본 발명을 철저하게 논의하기 위해 제공되는 것이나, 본 발명을 제한하지는 않는다.

또한, 본 발명은 도면을 참조로 하여 하기에 설명된다. 이들 도면은 본 발명을 설명하는 것이고, 어떤 식으로든 본 발명을 제한하지는 않는다. 예를 들면, 이들 도면은 아연 함유 코팅을 갖춘 선박의 선체에 본 발명을 적용시키는 것을 설명한다. 또한, 하기 제공된 실시예는 부표의 외표면과 물 사이의 계면층을 형성하는 아연 함유 코팅을 갖춘 부표에 본 발명을 적용시키는 것을 설명한다.

그러나, 상기한 바와 같이 본 발명은 선박 또는 부표, 또는 아연 함유 코팅을 갖춘 구조물에 제한되지는 않으며, 아연 함유 코팅을 갖춘 구조물 뿐만 아니라, 아연 또는 아연 합금으로 제조된 임의의 구조물, 또는 아연 또는 아연 합금의 층을 갖춘 표면을 갖는 임의의 구조물에 적용될 수 있다. 최소 요건은 수성 환경과 접촉하는 구조물의 표면이 아연을 함유하고 도전성이어야 한다는 것이다.

이러한 맥락에서, 구조물 자체는 아연 또는 아연 합금으로 제조되지 않더라도, 구조물의 목적하는 용도에 적합한 임의의 도전성 또는 비도전성 물질로 제조될 수 있다. 따라서, 이 구조물은 금속성 또는 비금속성, 예를 들어 중합성 또는 복합체 물질 모두로 제조될 수 있다. 또한, 본 발명은 금속성 구조물과 함께 사용될 수 있으나, 비금속성 구조물을 도전성으로 만드는 여러가지 방법이 현재 이용가능하고, 이러한 구조물과 함께 본 발명을 사용하는 것은 금속성 구조물과 함께 사용되었을 때와 동등하게 효과적이므로 본 발명의 범위내에 있는 것이다.

본 명세서에 사용된 바와 같이, 아연 함유 표면은 하기와 같이 아연 함유 코팅과 구별된다. 아연 함유 표면은 구조물의 표면에 도포된 아연 함유 금속층이다. 예를 들면, 이러한 표면은 아연 함유 시이트 또는 구조물의 표면 상에 부착된(예를 들어 고정된) 시이트일 수 있다. 아연 함유 코팅은 아연 함유 조성물, 예를 들면 규산 알킬 또는 알칼리 가수분해형의 무기 아연 코팅이 표면 구조물 상에 도포됨으로써 얻어진다. 본 발명에 의해 아연 도금된 것이 코팅이다.

바람직한 실시태양에서, 아연 함유 표면은 성능을 개선시키는 첨가제 또는 첨가제의 혼합물을 포함하는 것이 바람직하다. 따라서 본 발명에 의해 사용된 아연 함유 표면은 수성 매질중으로의 용해로부터 아연을 보호하기 위하여 규산염, 즉, 오르토규산 나트륨(2:1) 및 메타규산 나트륨(1:1)을 포함하는, 각종 비율의 Na₂O : SiO₂및 1:2 내지 1:3.2의 비율을 갖는 고상 또는 액상 "물 유리" 또는 규산 에틸을 함유할 수 있다. 이들 물질은 아연 함유 표면내에 5 중량% 이하로 존재할 수 있다.

또한, 아연 함유 표면은 아연 함유 표면을 부동화시키고 아연 이온이 수성 매질로 방출되는 것을 지연시키기 위하여 5 중량% 이하의 산화철을 함유하는 것이 유리하다. 이것은 아연 함유 표면의 수명을 연장시킨다.

또한, 아연 함유 표면은 2 중량% 이하의 인화이철을 함유하는 것이 유리할 수도 있다. 이는 표면의 도전성을 증가시킨다.

본 발명에 사용된 아연 함유 표면(들)은 규산염, 산화철 및 인화이철 중 2종 이상의 혼합물을 함유할 수도 있다.

[순수 음 용량 전하의 이용]

이 실시 태양은 1988년 1월 19일자로 출원된 미합중국 특허 출원 제145,275호의 목적에 관한 것이며, 본 명세서에 참고 문헌으로 인용한다.

이 실시 태양에서, 본 발명은 표면이 도전성이고 아연을 포함하며, 물 속에 적어도 부분적으로 잠수시킨 구조물의 도전성 표면(예를 들면, 선박의 선체) 상에 소량의 전류를 통과시켜 순수 음 정전하를 인가하여 유지시킴으로써 만각류 및(또는) 기타 수생 유기체, 예를 들면, 지브라 털격판담치에 의한 물과 접촉하고 있는 구조물의 도전성 표면의 부식 및(또는) 오염을 방지한다. 아연 함유 표면 상의 전하의 존재로 인해, 아연/물 경계면에 헬름홀쯔 이중층이 형성된다. 최내부 헬름홀쯔 면은 고농도의 양 하전 이온, 특히 주로 아연 및 나트륨을 함유하고 있다. 외곽 헬름홀쯔 면은 음 하전 이온으로 이루어지며, 이중 히드록실 이온이 비교적 고농도로 함유되어 있다. 외곽 헬름홀쯔 면에 있는 히드록실 음이온은 내부 헬름홀쯔 면에 있는 양 하전 아연 및 나트륨 이온에 부착되어 오염 집단의 하등 유기체를 파괴 및(또는) 축출시키는 가성 용액을 형성한다. 이로 인해 만각류, 튜브웜 및 지브라 털격판담치와 같은 고등 유기체의 추이(推移) 및 부착이 방지된다.

본 명세서에 기술된 오염 방지 시스템은 종래의 시스템들에 비해 다음과 같은 많은 잇점을 갖는다. 첫째, 도전성 표면에 양 전위가 아닌 음 전위가 인가되어 극소량의 표면 용해가 일어난다. 이로 인해 표면을 주기적으로 다시 페인팅 및(또는) 수리할 필요가 없게 된다. 둘째, 부식 방지용 음극 보호 시스템들이 공지되어 있으나, 공지 시스템들은 항상 외부 양극을 사용한다(예를 들면, 미합중국 특허 제3,497,434호 및 동 제4,767,512호 참조). 본 발명은 예전에는 비실용적인 것으로 간주되었던 내부 전극이 결합되어 있으며, 외부 양극(즉, 물과 접촉하고 있는 양극)이 불필요하다. 세째, 오염을 방지하기 위해 전류를 사용하는 종래의 장치들은 통상적으로 선체의 수소 메짐성을 유발시키게 되는 높은 전류 밀도가 존재하고, 조작 단가가 높다. 본 발명은 표면과 티타늄 전극간의 비교적 높은 전위차를 이용하여 극히 낮은 전류 밀도를 사용하기 때문에 이러한 문제들이 발생되지 않는다.

본 발명의 바람직한 실시 태양은 이후에 선박의 선체에 본 발명을 적용시킨 측면에서 예시된다. 선박의 선체에 대한 이와 같은 적용은 사용시 해수, 염수 또는 담수와 접촉하는(예를 들면, 완전히 또는 부분적으로 잠기는) 임의의 기타 구조물에 대한 본 발명의 적용을 제한하지 않고 본 발명을 예시하기 위해 제공된다. 그러나, 상기에서 언급한 바와 같이, 본 발명은 배관 시스템, 필터 시스템, 냉각 시스템, 탈염 시스템 등을 포함하여 해수, 염수 또는 담수에 완전히 또는 부분적으로 잠긴 선박, 부표, 석유 굴정 장치 및 임의의 기타 금속 또는 비금속 구조물에 쉽게 적용된다.

제1도는 해수, 염수 및(또는) 담수(12)에 적어도 부분적으로 잠긴 선박의 선체(10)의 도면이다. 물 경계선(14) 아래에 있는 선박의 선체(10)의 노출된 표면이 오염 및(또는) 부식될 수 있다.

오염은 잇달아 발생되는 것으로 보인다. 먼저, 수중의 용존 자양분들이 반데르 바알스 힘에 의해 노출된 표면 상에 응집된다. 수생 환경 하에 있는 세균은 흡착된 자양분에 화학 형태적으로 부착되어 식별가능한 두께의 점균층을 형성한다. 이어서, 점균층은 규조류, 조류 및 기타 단세포 유기체들에 의해 침윤된다. 만각류, 튜브웜(tubeworm) 및 지브라 털격판담치와 같은 무병(無炳) 유기체들은 규조류, 조류 등을 먹고 살며, 영속적으로 자양분이 풍부한 표면에 부착한다. 부피가 큰 이러한 최종 동식물들은 흔히 선박의 선체, 부표 및 기타 잠수 구조물들에 대한 "오염원"으로 간주된다.

본 발명은 용존 자양분들의 보다 고등 동식물에 대하 사슬을 파괴시켜 오염을 방지하는 것으로 생각된다. 선박의 선체(10)의 노출된 표면은 소량의 음 전류가 인가된 도전성 아연 함유 코팅(16)으로 코팅되어 있다. 표면/물 계면에는 노출된 표면에 하등 유기체들의 오염 집단을 배제시키는 것으로 보이는 헬름홀쯔 이중층이 형성된다.

본 발명의 특히 바람직한 실시 태양에 있어서, 선박의 선체(10)는 먼저 백색강에 사취(砂吹)시켜 산화물을 제거하고 반응성 표면을 제조하다. 반응 상태에 있는 동안, 아연이 풍부한 무기 페인트일 수도 있는 도전성 아연 함유 페인트가 강철 선체(10)에 도포되어 2.8 내지 4.1 밀 두께의 주로 아연을 함유한 코팅(16)을 형성한다. 본 발명에 사용하기에 적합한 무기 아연 코팅은 시판되는 규산 알킬 또는 알칼리성 가수분해형이다. 이와 같이 시판되는 페인트의 일례로는 미합중국 63144 미조리주 세인트 루이스 사우쓰 핸리 로드 1401 소재의 카르볼린 인크.(Carboline Inc.)에 의해 제조된 카르보징크(Carbozinc) 118을 들 수 있다.

아연 함유 코팅으로는 82 내지 97 중량%의 아연 함량을 갖는 건조 막 코팅물이 바람직하나, 이 범위를 벗어난 아연 함량 즉, 70 내지 99 중량%도 도전성 아연 코팅을 제공할 수 있는 한 유용하다. 별법으로, 전기 도금된 아연 코팅을 사용할 수도 있다. 아연 코팅(16)은 물(12)와 선박의 선체(10) 사이에 계면층을 형성하며, 선박의 선체(10)에 존재하는 철에 결합되어 있다.

본 발명의 바람직한 일 실시 태양에 있어서, 선박의 선체(10)내에는 1개 이상의 티타늄 전극(18)이 배치되어 있으며, 용량적으로 결합되어 선박의 선체(10)가 음극판으로 작용하는 대규모의 전해 캐패시터가 형성된다. 본 발명에서는 이러한 티타늄 전극을 물(12)와의 접촉으로부터 보호하는 것이 중요하다. 제2도 및 제5도로부터 알 수 있는 바와 같이, 티타늄 전극(18)은 액체 전해질(22)로 충전된 도전성 공동체(共洞體)(20)내에 있는 절연체(32) 상에 장착되어 있다. 전해질은, 예를 들면, 에틸렌 글리콜, 물 함유 Na₃PO₄, 붕사 및 소듐 메르캅토벤조-티아졸의 혼합물일 수 있다. 예를 들면, 전해질은 1 내지 10 중량%, 바람직하게는 5 중량%의 H₂O, 0.1 내지 10 중량%, 바람직하게는 약 0.3 중량%의 Na₃PO₄, 2 내지 10 중량%, 바람직하게는 약 4 중량%의 붕사, 0.1 내지 1 중량%, 바람직하게는 약 0.5 중량%의 메르갑토벤조티아졸 및 그 나머지 에틸렌 글리콜을 함유할 수 있다. 공동체(20)는 도전성 합착물(24)에 의해 선박의 선체(10)에 고정된다.

선체-통과 절연 부속물(26)은 공동체(20)내에 침투되어 물 밀착 밀봉을 형성한다. 부속물(26)은 공동체(20)를 통과하는 절연 도관을 제공한다. 티타늄 전극(18)과 유사한 합금의 티타늄 막대(28)는 부속물(26)을 통과하여 연장되어 있으며, 전극(18)에 연결되어 있다.

동력 공급원(30)은 티타늄 막대(28) 및 선박의 선체(10)의 도전성 표면에 접속되어 있다. 이 실시 태양에서, 동력 공급원은 8볼트 이상의 DC 볼트의 전위차를 제공하는 것이 바람직하다. 동력 공급원의 양극 단자는 공동체(20)의 외부 티타늄 막대(28)에 연결되어 있고, 음극 단자는 선박의 선체(10)에 접속되어 있다. 선체(10)의 잠수된 표면적이 클 경우, 전체 표면적을 통과하는 적절한 전위 구배를 확보하기 위해서는 동력 공급원(30)의 음극 단자로부터 선체(10) 상의 이격 지점(30)에 이르기까지 많은 접점이 요구된다.

양 전하를 부과하면, 티타늄 전극(18)의 표면에 그 두께가 단지 수 Å이며 티타늄 전극(18)과 밀접하게 접촉되어 있는 산화 티타늄 막이 형성된다. 이 산화물막은 100 이하의 유전 상수를 가질 수 있다.

알루미늄 및 마그네슘도 또한 티타늄과 유사한 방법으로 산화물 막을 형성할 수 있다고 공지되어 있다. 그러나, 이러한 산화물 막은 훨씬 더 얇아서, 결과적으로, 전류를 제한하는 데 효과적으로 작동하지 않는다. 티타늄 전극(18)을 사용할 경우, 브롬화물, 염화물 및 불화물과 같은 소량의 이온을 함유한 액체 전해질은 산화물 막을 관통할 수도 있기 때문에 사용을 피해야 한다.

본 명세서에서 구체화된 바와 같이, 전체 시스템이 하나의 큰 전해 캐패시터로 작용한다. 티타늄 전극(18)은 양 전하가 인가되는 양극판으로 작용한다. 선박의 선체(10) 및 전해질(22)은 음 전하가 인가된 음극판으로 작용한다. 전해질(22)은 전극(28)과 선박의 선체(10) 사이에 용량적 관계를 형성하는 산화 티타늄 유전체에 선박의 선체(10)를 효과적으로 이동시켜 밀착시킨다.

티타늄 전극(18) 상에 형성되는 산화물 막은 캐패시터의 유전체로 작용한다. 산화물 막의 유전 효과로 인해, 소량의 조절가능한 전류 누출을 허용하면서 비교적 높은 전위차가 선박의 선체(10)와 티타늄 전극(18) 사이에 인가될 수 있다.

본 시스템에서, 티타늄 전극과 선박의 선체(10) 사이의 전위차는 대략 8 내지 10 볼트이다. 은-염화은 표준 전지에 대해 선박의 선체(10)으로부터 측정된 반전지 전압은 대략 0.9 내지 1.2 음 DC 볼트이었다. 전류 밀도는 4 내지 8 mA/ft²가 바람직하다. 이 수준에서는, 아연/물 계면에서 선체의 수소 메짐성을 일으키기에 충분한 유리 수소를 발생시키지 않고서 물을 이온화시키기에 충분한 에너지가 존재한다.

선박의 선체(10)와 도전적으로 결합된 아연 코팅(16)에 인가된 음 전하는 물의 제한적 전기적 해리를 일으켜 수소 이온 및 히드록실 이온을 생성하다. 히드록실 이온은 아연 코팅(16)으로부터 산화된 아연 이온과 결합하나, pH 수준 및 인가 전하에 의하여 이를 방지할 수 있다. 생성된 수산화 아연은 제3도의 푸벡스(Pourbaix) 도표로부터 알 수 있는 바와 같이 물의 pH 수준을 7에서 아연의 부동 범위인 8 내지 11의 어느 지점까지 상승시킨다. 이것은 물 속에서 아연 코팅(16)의 분해를 효과적으로 방지한다.

제4도에 예시한 바와 같이 아연/물 계면에 헬름홀쯔 이중층이 생성된다. 최내부 헬름홀쯔 면에는, 인접한 물로부터 해리된 양 하전 금속 이온, 즉 칼슘, 마그네슘, 나트륨 및 아연의 농축물이 존재한다. 최외곽 헬름홀쯔 면에는, 염화물 중 히드록실기를 포함하여 물로부터 역시 해리된 음 하전 이온들의 농축물이 존재한다. 최 외곽 헬름홀쯔 면에 있는 히드록실 이온은 최내부 헬름홀쯔 면에 있는 아연 및 나트륨 이온에 화학적으로 부착되어 있으며, 오염원 유기체의 고착을 방지해 주는 가성 용액을 형성하는 것으로 보인다.

본 발명은 2가지 방법 즉, 화학적 배향법 및 굴성(屈性) 배향법을 사용하여 점균의 번식을 방지할 수 있다. 대부분의 세균체는 전기장속에 위치할 때 이들을 음극 단부로부터 멀리 이동시키는 표면 음전하를 갖고 있는 것으로 증명되었다. 본 명세서에서 구체화된 시스템에서, 외곽 헬름홀쯔 면의 표면 음전하는 세균 뿐만 아니라 먹이 사슬에 관련된 다수의 고등 유기체까지 축출한다. 이러한 유기체들은 음전하에 의해 해를 입지는 않으나, 간단히 축출되며 이들이 이 효과를 감지하는 구역을 피한다.

오염원 유기체들에 대한 화학적 효과는 비누상, 삼투성 및 독성의 3가지 주요 양상을 갖는다. 첫째 경우로, 아연의 표면은 11에 근접한 pH 수준에서 유지된다. 이 수준의 히드록실 농도에서, 세균체에 함유된 지질을 수산화나트륨과 반응함으로써 세균성 캡슐을 파괴시키고, 세균 및 기타 이와 유사한 단세포 유기체를 죽인다. 둘째, 코팅(16)의 음성 인력의 결과로서 아연 코팅(16)에 밀착 결합된 양이온의 농도이다. 이로 인해, 보다 높은 농도 금속 이온염이 생성된다. 미생물이 내부 헬름홀쯔 면으로 들어갈 때, 염은 음성 삼투 효과를 가져 세포 유체를 회수시킴으로써, 세포 단백질을 염석시키고 유기체를 죽인다. 해수 중의 일부 유기체들은 높은 삼투압을 견디긴 하나, 통상 오염원 집단내에 존재하지 않는다. 최근에, 중금속의 염인 아연염은 세포 단백질과 결합하여 이를 중독시킬 수 있다. 그러나, 아연의 독성 효과는 아연이 해수 중의 코팅으로서 독성이 있는 것으로 증명된 적이 없기 때문에 다소 확실치 않다.

[자기 유도 전하의 이용]

본 발명의 실시 태양에서는 주변 수성 매질에 전기적으로 노출된 1개 이상 나금속 표면(들)이 사용되는데, 물에 노출되는 아연 함유 표면(들)이 나금속 표면(들)에 대해 양성이다. 이러한 본 발명의 실시 태양은 금속 구조물 상에 페인팅된 아연 함유 코팅을 통과하는 가능한 우연한 스크래치(scratch)와는 구분될 수 있는데, 이는 스크래치의 결과로 주변 수성 매질에 전기적으로 노출된 나금속 표면에 대해 아연 표면이 우연히 양성이 되어 아연 계면 상에 자기 유도 전하를 초래하기 때문이다. 비록 이러한 구조가 본 발명의 결과를 제공할지라도, 발명자들의 지식으로는 이와같이 하여 얻어진 보호 효과를 관측 및 자각하지 못했었다.

본 발명의 경우, 나금속 표면(들)은 수중 환경에 노출된 구조물의 표면 상에 위치한다. 나금속 표면은 단일 금속 또는 금속의 합금으로 제조될 수 있지만, 단 아연 함유 표면이 나금속 표면에 대해 양성이어야 한다. 예를 들면, 나금속 표면(들)은 구리, 청동, 철 등으로 제조될 수 있다. 나금속 표면은 구조물의 외부에 위치하는 귀금속 음극의 형태일 수 있으며, 귀금속 음극과 아연함유 표면 사이에 개패시터 커플을 위치시킴으로써 본 발명의 유리한 효과를 제공하는 아연도금 시스템(galvanic system)을 제공한다. 그러나, 일반적으로 본 발명의 실시태양에서, 아연보다 더 귀중한 금속으로 제조된 나금속 표면은 신중히 노출시켜 아연 함유 표면과 전기적으로 커플링시킨다. 복잡한 구조를 갖는 스크래치와 구별하기 위해서, 본 발명에 의해 사용되는 나금속 표면은 단일 구조를 갖는다. 나금속 표면은 쉽게 대체시킬 수 있는 금속의 작은 블럭 또는 스트립 형태일 수 있다.

[패러데이 전위의 이용]

본 발명의 실시태양에 기재된 오염 방지 시스템은 상기 시스템과 매우 유사한데, 상기 시스템과의 주요 차이점은 단순히 순수 음 용량 전하를 사용하는 대신에 비대칭 교류 정전 전위를 이용한다는 점으로서, 다음과 같이 현재 입수가능한 장치에 비해 많은 잇점을 갖는다. 첫째, 도전성 구조물에 인가되는 패러데이 전위는 아연 함유 표면이 아주 조금 용해될 정도로 충분히 음성으로 기운다. 이러한 점은 표면 구조물을 주기적으로 다시 페인트 및(또는) 수선해야 하는 필요성을 제거한다. 둘째, 부식을 방지하기 위한 음극 보호 시스템이 공지되어 있지만, 이 종래의 장치들은 물과 접촉되어 있는 외부 양극을 반드시 이용한다. 본 발명은 종전에는 실용화되리라고 생각하지 못했던, 외부 양극(즉, 물과 접촉되어 있는 양극)을 필요로 하지 않는다는 잇점을 갖는 유도 정전하를 포함한다. 세째, 일반적으로 선박의 선체의 오염을 방지하는데 전류를 이용하는 현재 입수가능한 장치는 선체의 수소 메짐성을 일으키고 조작이 값비싼 고전류 밀도를 사용하고 있다. 본 발명은 도전성 구조물과 물 사이에서 비교적 높은 전위차를 갖는 극도로 낮은 전류 밀도를 이용하기 때문에 이러한 문제점을 방지할 수 있다.

본 발명의 실시 태양에서, 오염 방지 시스템은 (a) 물과 접촉될 수 있으며 구조물의 잠수 부분에 대응하는 표면으로서 물과 구조물 사이에 계면층을 형성하는 도전성 아연 함유 표면을 갖춘 구조물, 및 (b) 아연 함유 표면 상에 표면의 오염 및(또는) 부식을 방지하기에 충분한 비대칭 교류 정전 전위를 유도하여 유지시키는 수단을 포함한다. 이러한 실시태양에서는, 아연 함유 표면과 물 사이의 계면에 진동성 헬름홀쯔 이중층이 형성되어 유지된다.

아연 함유 표면 상에 비대칭 교류 정전 전위를 유도하는 수단은

(c1) 교번 지향 다이오드와 함께, 인가 전류를 비대칭 교류 정전 전위로 변환시키도록 배열된 콘덴서 뱅크에 도전적으로 부착된 비대칭 교류의 전원인 제1 도체 수단과 구조물인 제2 도체 수단 사이에 유전체를 삽입시키는 수단; 및

(c2) 제1 도체 수단과, 제1 도체 수단에 대해 음성인 제2 도체 수단 사이에 전위차를 형성하는 수단을 포함할 수 있다.

제1 도체 수단은 물과의 접촉으로부터 보호된 구조물 내부에 설치하는 것이 유리하다. 또한, 이 시스템은 등전위 갈바니 전류원을 비대칭 정전 전위로 변환시키는, 구조물 내에 설치된 패러데이 변환 시스템을 더 포함할 수 있다.

제1 도체 수단은 교번 지향 다이오드와 함께, 인가 전류를 비대칭 교류 정전 전위로 변환시키도록 배열된 콘덴서 뱅크에 도전적으로 부착된 비대칭 교류 동력원일 수 있다. 순수 음 정전하를 인가하는 수단은 물을 제한적으로 해리시켜서, 유리 수소를 휘발시키지 않은채 진동성 헬름홀쯔 이중층에서 수산화아연, 수산화나트륨 및 과산화수소를 형성하기에 충분한 전류 밀도를 구조물 상에 유지시키는 수단을 포함할 수 있다.

오염 방지 시스템은 물 속에 적어도 부분적으로 잠수되어 아연 함유 표면이 물과 구조물 사이에 계면층을 형성하는 구조물 상에 이용될 수 있다.

비대칭 정전 전위를 인가하는 수단은 수중 구조물의 내부에 설치된 패러데이 정전 도체, 및 물에 대해 순수 음 전하를 갖는 구조물과 물 사이에 정전 전위차를 형성하는 수단을 포함한다. 또한, 순수 음 정전하를 인가하는 수단은 물을 그의 기본 성분으로 해리시켜서, 유리 수소를 증발시키지 않은재 헬름홀쯔 이중층에서 수산화아연, 수산화나트륨 및 과산화수소를 형성하기에 충분한 전류 밀도를 유지시키는 수단을 더 포함할 수 있다.

순수 음 정전하를 인가하는 수단은 비대칭 교류 정전 전위차를 발생하는 인덕터 장치를 더 포함할 수 있는데, 이 장치는 도전적으로 커플링되는 구조물 내에 절연적으로 설치된다. 갈바니 전위를 패러데이 전위로 변화시키는 것은 다이오드를 이용하여 전류를 콘덴서 뱅크로 스위칭시킴으로써 달성될 수 있다.

갈바니 전류를 패러데이 정전 전위로 변환시키도록 다이오드, 콘덴서 커플에 도전적으로 접속된 비대칭 교번 극성 갈바니 전류를 생성하는 동력 공급 발생원이 이용될 수 있다.

상기 실시태양과 관련하여, 제1도는 본 발명의 오염 방지 코팅이 물(12) 속에 적어도 부분적으로 잠수되는 선박의 선체(10)를 나타낸다. 물 경계선(14) 아래에 있는 선박의 선체(10)의 노출된 표면은 세균(인식할 수 있을 정도의 두께를 갖는 점액질 세균층을 형성함), 규조류, 조류 또는 기타 단세포 유기체, 및 만각류, 튜브웜 및 지브라 털격판담치와 같은 고착성 유기체를 포함하는 각종 해양 유기체에 의한 오염에 민감하다.

이러한 실시태양에서는, 또한, 선박의 선체(10)의 노출된 표면을, 오염 군집의 하등 유기체가 노출된 표면에 고착되지 못하게 하는 표면/해수 계면에 패러데이형 진동성 헬름홀쯔 이중층이 유도되는 도전성 아연 함유 코팅(16)으로 코팅시킨다.

또한, 바람직한 일 실시 태양에서는, 먼저 선박의 선체(10)를 백색 금속에 대해 샌드블라스트 가공(sandblast)시켜 산화물을 제거하여, 반응성 표면을 형성한다. 반응성 상태에 있는 동안에, 아연 분말 또는 산화아연으로 이루어진, 소위 무기 아연 함유 페인트라 불리우는 표면 코팅 및 비히클, 예를 들면 규산염 기재 비히클을 분무법 또는 브러시법에 의해 2.8 내지 4.1 밀 두께로 도포시킨다. 이와 같이 하여 형성된 건조 막 코팅은 금속성 선체(10)와 화학적으로 공유 결합되어 있으며, 아연을 70 내지 99 중량%, 바람직하게는 85 내지 97 중량% 함유할 수 있다. 본 발명을 실행하는데 적당한 무기 아연 코팅은 시판되는 규산 알킬 또는 알칼리성 가수분해 형이다. 이와 같이 입수가능한 페이트 중의 하나는 카르볼린 인크(Carboline, Inc.)사에서 제조한 카르보징크 11(Carbozinc 11)이다.

본 발명의 실시태양에서, 1종 이상의 동력 공급 수단(30) 및 콘덴서 뱅크 수단(18)은 선박의 선체(10)내에 배치된다. 본 발명의 중요한 일면은 1종 이상의 콘덴서 뱅크 수단(18)을 물(12)과 접촉하지 못하도록 배치시키는 것이다. 1종 이상의 동력 공급 수단(30) 및 콘덴서 뱅크 수단(18)은 선체(10)가 콘덴서 뱅크의 유도 전하용 패러데이 도체가 되도록 선체에 부착시킨다.

동력 공급 수단(30)은 콘덴서 뱅크와 선박의 선체 사이에 접속되어 각각에 1.0 내지 10.0 V의 비대칭 교류 전위를 제공한다. 은-염화은 표준 전지에 대하여 선박의 선체(10)로부터 측정된 약 0.9 내지 1.2 음성 볼트의 반전지 전압을 얻는다. 전류 밀도는 4 mA/ft²내지 8 mA/ft²이하인 것이 바람직하다. 이러한 수준이 선체를 보호하는데 충분한 에너지이다. 선체(10)의 잠수된 표면적이 넓은 경우에는, 선체(10)의 전체 길이에 대해 적당한 전위 구배를 확보하기 위하여 동력 공급원(30)의 음극 단자로부터 선체(10) 상의 일정 간격을 둔 지점까지 다수의 접점을 이용하는 것이 유리할 수 있다.

본 명세서에서 구체적으로 기술한 바와 같이, 전체 시스템은 대형 패러데이 케이지(Cage)로서 작용하고, 선체는 유도 전하가 소멸할 수 있는 외부 스크린으로서 작용하는 것처럼 보인다. 사용 중, 이 점은 아연 코팅(16)이 해수 내로 해리되는 것을 방지하는데 효과적이다.

여러가지 다양한 이론을 전술했지만, 어떠한 오염 방지 메카니즘이든간에, 물속에 잠수되는 도전성 아연 코팅 표면은 종래 기술과는 반대로 순수 음 정전 전위로 인가할 때 오염에 대해 내성이 있는 것으로 보인다. 아연은 단독으로는 오염 방지 효과를 갖지 못한다. 이점은 시험 구조물을 아연 함유 페인트로 코팅시킨 후 해수 중에 잠수시키는 실험에서 입증되었다. 음전하를 전혀 인가하지 않은 시험 구조물은 심하게 오염되었다.

본 발명을 개괄적으로 설명하였으므로, 몇몇 특정 실시예를 참조함으로써 더 한층 이해할 수 있을 것이다. 이들 실시예는 단지 예시하기 위한 것이며, 달리 언급이 없는 한, 제한적인 것은 아니다.

[실시예]

[실시예 1]

아연을 풍부하게 함유하는 페인트로 피복된 검정색 압연강 단편으로부터 부표를 제조하였다. 그 안에 제2도 및 5도에 나타낸 것과 유사한 티타늄 전극을 넣었다. 모어헤드 시티(Morehead City)의 보그 사운드(Bogue Sound)의 물에 놓아둔 어셈블리에 티탄늄 전극 및 외부 파이프 사이의 전위차가 8V가 되도록 인가했다. 부표를 고정시키기 위해 사용된 케이블 상에서는 광범위한 오염이 관찰되었지만, 아연 코팅된 표면 상에서는 오염 상태를 전혀 인식할 수 없었다.

[실시예 2]

아연으로 코팅되었지만, 티타늄 전극 및 인가 전위를 갖지 않는 대조용 부표를 설치하였다. 대조용 부표를 실시예 1에 기재된 어셈블리와 동일한 위치에서 물에 넣었고, 동일한 기간 동안 방치하였다. 대조용 부표는 동일 기간 동안 물에 넣었을때 광범위하게 오염되었다. 대조용 부표는 광범위하게 오염되었으며, 이러한 사실은 무기 아연을 풍부하게 함유하는 페인트 자체가 오염 방지제가 아니라는 점을 입증한다.

[실시예 3]

이 실시예에서는 부표를 코팅시키지 않았다는 검을 제외하고는 실시예 1에 기재된 바와 동일하게 시험 부표를 제조하였다. 이 시험 부표를 상기 두개의 어셈블리와 동일한 위치에서 물에 넣었으며, 동일한 기간 동안 방치하였다. 전극과 부표의 표면 사이에 음전위가 인가되었지만, 부표는 광범위하게 오염되었으며, 이러한 사실은 금속 표면 상에 전하를 띠게 하는 것만으로는 오염을 방지하지 못한다는 것을 가리킨다.

상기 사항에 비추어 볼 때 본 발명의 많은 변경 및 변화가 일어날 수 있다는 점이 명백하다. 따라서, 첨부된 특허 청구 범위내에서 본 발명은 본 명세서에 구체적으로 기재된 것과는 다른 방법으로 실시할 수 있다는 점을 이해할 수 있다.

Claims (30)

1. (a) 해수, 염수 또는 담수와 접촉할 수 있는 도전성 구조물;

   (b) 상기 물과 접촉할 수 있는 구조물의 적어도 일부에 도포되어 도전적으로 결합된 도전성 아연 함유 코팅; 및

   (c) (c1) 상기 아연 함유 코팅상에 상기 구조물의 부식 또는 오염을 방지하기에 충분한 순수 음 용량 전하를 유도하여 유지하기 위한 수단, 또는 (c2) 상기 아연 함유 코팅상에 상기 구조물의 부식 또는 오염을 방지하기에 충분한 비대칭 교류 정전 전위를 유도하여 유지하기 위한 수단을 포함하며, 상기 아연 함유 코팅(b)는 상기 구조물이 상기 물과 접촉할 경우 상기 구조물과 상기 물 사이에 계면층을 형성하고, 상기 수단(c)는 상기 구조물에 부착된 1개 이상의 콘덴서 뱅크로 이루어지고, 상기 구조물이 상기 물과 접촉할 경우 상기 1개 이상의 콘덴서 뱅크는 상기 물과의 접촉으로부터 보호되는 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 도전성 아연 함유 코팅상에 상기 음 용량 전하를 유도하여 유지하기 위한 수단을 포함하는 시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 도전성 아연 함유 코팅상에 상기 비대칭 교류 정전 전위를 유도하기 위한 수단을 포함하는 시스템.
4. 제1항에 있어서, 상기 구조물이 선박의 선체, 파이프, 스크린, 바아, 팽창된 메쉬, 천공된 시이트, 팽창된 시이트, 시이트 또는 와이어로 이루어진 시스템.
5. 제1항에 있어서, 상기 아연 함유 코팅이 규산염, 산화철, 인화이철 또는 그의 혼합물을 추가로 포함하는 시스템.
6. 아연 코팅이 도포되어 도전적으로 결합되어 있는 도전성 구조물의 오염 또는 부식을 방지하기 위한 방법으로서, 상기 도전성 구조물은 해수, 염수 또는 담수와 접촉하고, 상기 도전성 아연 함유 코팅은 상기 도전성 구조물과 상기 물 사이에 계면층을 형성하며, 상기 방법은 (a) 상기 도전성 아연 함유 코팅상에 상기 오염 또는 부식을 방지하기에 충분한 음 용량 전하를 유도하여 유지하거나, 또는 (b) 상기 도전성 아연 함유 코팅상에 상기 오염 또는 상기 부식을 방지하기에 충분한 비대칭 교류 정전 전위를 유도하여 유지하는 것을 포함하고, 추가로 상기 음 용량 전하를 유도하거나 또는 상기 비대칭 교류 정전 전위를 유도하기 위한 수단으로서, 상기 구조물에 부착되며 상기 물과의 접촉으로부터 보호되는 1개 이상의 콘덴서 뱅크로 이루어진 수단을 사용하는 것을 포함하는, 구조물의 오염 또는 부식을 방지하기 위한 방법.
7. 제6항에 있어서, 지브라 털격판담치(zebra mussel)에 의한 상기 구조물의 오염을 방지하기 위한 것인, 구조물의 오염 또는 부식을 방지하기 위한 방법.
8. 제6항에 있어서, 상기 도전성 아연 함유 코팅상에 상기 음 용량 전하를 유도하여 유지하는 것을 포함하는, 구조물의 오염 또는 부식을 방지하기 위한 방법.
9. 제6항에 있어서, 상기 도전성 아연 함유 코팅상에 상기 비대칭 교류 정전 전위를 유도하는 것을 포함하는, 구조물의 오염 또는 부식을 방지하기 위한 방법.
10. 제6항에 있어서, 상기 아연 함유 코팅이 규산염, 산화철, 인화이철, 또는 그의 혼합물을 추가로 포함하는, 구조물의 오염 또는 부식을 방지하기 위한 방법.
11. 수중 환경과 접촉할 수 있는 구조물의 외표면의 오염 또는 부식을 방지하기 위한 장치로서, 상기 구조물은 내표면 및 도전성 아연 함유 외표면을 갖고, 상기 구조물이 아연 또는 아연 함유 합금으로 제조되거나, 또는 도전성 또는 비도전성 물질로 제조되고, 도전성 아연 함유 표면층 또는 아연 함유 코팅이 도포되어 있고, 상기 구조물이 수중 환경과 접촉하는 경우 상기 아연 함유 표면층 또는 코팅은 상기 외표면과 상기 수중 환경 사이에 계면층을 형성하고, 상기 장치는 상기 외표면이 상기 수중 환경과 접촉하는 경우 상기 수중 환경과 접촉하는 상기 외표면의 적어도 일부에 상기 외표면의 오염 또는 부식을 방지하기에 충분하 음 용량 전하를 유도하여 유지하기 위한 수단을 포함하며, 상기 음 용량 전하 유도 유지 수단은 상기 외표면에 도전적으로 접속된 제1 극성 단자 및 상기 외표면에 용량적으로 접속된 반대 극성 단자를 갖는 동력 공금원으로 이루어지고 상기 동력원 및 상기 용량적 접속 수단 모두가 수중 환경과의 접촉으로부터 보호되거나, 또는 상기 음 용량 전하 유도 유지 수단은 상기 구조물이 상기 물과 접촉하는 경우 상기 물에 전기적으로 노출된 1종 이상의 나금속 표면으로 이루어지고 상기 아연 함유 표면이 상기 나금속 표면에 대해 전기적으로 양성인 구조물의 외표면의 오염 또는 부식을 방지하기 위한 장치.
12. 제11항에 있어서, 상기 동력 공급원 및 상기 용량적 접속 수단 모두가 상기 해양 구조물의 내부에 위치하는, 구조물의 외표면의 오염 또는 부식을 방지하기 위한 장치.
13. 제11항에 있어서, 상기 구조물이 선박의 선체, 파이프, 스크린, 시이트, 바아, 팽창된 메쉬, 천공된 시이트, 팽창된 시이트, 또는 와이어인, 구조물의 외표면의 오염 또는 부식을 방지하기 위한 장치.
14. 수중 환경과 접촉하고 있는 구조물의 오염 또는 부식을 방지하기 위한 방법으로서, 상기 방법은 내표면 및 도전성 아연 함유 외표면을 갖는 구조물을 사용하는 것을 포함하고, 추가로 상기 물과 접촉하는 상기 외표면의 적어도 일부 상에 음 용량 전하를 유도하여 유지하는 것을 포함하며, 상기 구조물은 아연 또는 아연 함유 합금으로 제조되거나, 또는 도전성 또는 비도전성 물질로 제조되고, 상기 외표면과 상기 물 사이에 계면층을 형성하는 아연 함유 표면층 또는 아연 함유 코팅이 도포되어 있고 상기 코팅은 규산염, 산화철, 인화이철, 또는 이들의 혼합물을 추가로 포함하고, 상기 음 용량 전하는 상기 오염 또는 부식을 방지하기에 충분하고, 상기 음 용량 전하는 상기 외표면에 도전적으로 접속된 제1 극성 단자 및 상기 외표면에 용량적으로 접속된 반대 극성 단자를 갖는 동력 공급원으로 이루어진 수단에 의해 유도되어 유지되고, 상기 동력 공급원 및 상기 용량적 접속 수단 모두는 상기 수중 환경과의 접촉으로부터 보호되는, 구조물의 오염 또는 부식을 방지하기 위한 방법.
15. 제14항에 있어서, 지브라 털격판담치에 의한 상기 구조물의 오염을 방지하기 위한 것인, 구조물의 오염 또는 부식을 방지하기 위한 방법.
16. 수중 환경과 접촉하고 있는 구조물의 오염 또는 부식을 방지하기 위한 방법으로서, 상기 방법은 내표면 및 도전성 아연 함유 외표면을 갖는 구조물을 사용하는 것을 포함하고, 추가로 상기 물과 접촉하는 상기 외표면의 적어도 일부상에 음 용량 전하를 유도하여 유지하는 것을 포함하며, 상기 구조물을 아연 또는 아연 함유 합금으로 제조되거나, 또는 도전성 또는 비도전성 물질로 제조되고, 상기 외표면과 상기 물 사이에 계면층을 형성하는 아연 함유 표면층 또는 아연 함유 코팅이 도포되어 있고 상기 코팅은 규산염, 산화철, 인화이철, 또는 이들의 혼합물을 추가로 포함하고, 상기 음 용량 전하는 상기 오염 또는 부식을 방지하기에 충분하고, 상기 음 용량 전하는 상기 외표면에 도전적으로 접속된 제1 극성 단자 및 상기 외표면에 용량적으로 접속된 반대 극성 단자를 갖는 동력 공급원으로 이루어진 수단에 의해 유도되어 유지되고, 상기 동력 공급원 및 상기 용량적 접속 수단 모두는 상기 구조물의 내부에 위치하는, 구조물의 오염 또는 부식을 방지하기 위한 방법.
17. 제14항에 있어서, 상기 구조물이 선박, 파이프, 스크린, 시이트, 바아, 팽창된 메쉬, 천공된 시이트, 팽창된 시이트 또는 와이어인, 구조물의 오염 또는 부식을 방지하기 위한 방법.
18. 제16항에 있어서, 지브라 털격판담치에 의한 상기 구조물의 오염을 방지하기 위한 것인, 구조물의 오염 또는 부식을 방지하기 위한 방법.
19. 해수, 염수, 담수 또는 이들의 혼합물과 접촉하는 표면을 갖는 구조물의 오염 또는 부식을 방지하기 위한 방법으로서, 상기 방법은 도전성 아연 함유 표면을 갖는 구조물을 사용하는 것을 포함하고, 추가로 (a) 상기 물과 접촉하는 상기 구조물의 표면상에 상기 오염 또는 부식을 방지하기에 충분한 음용량 전하를 유도하여 유지하거나, 또는 (b) 상기 도전성 아연 함유 코팅상에 상기 오염 또는 부식을 방지하기에 충분한 비대칭 교류 정전 전위를 유도하여 유지하는 것을 포함하며, 상기 구조물은 아연 또는 아연 함유 합금으로 제조되거나, 또는 도전성 혹은 비도전성 물질로 제조되고, 도전성 아연 함유 표면층 또는 아연 함유 코팅이 도포되어 있고, 상기 도전성 아연 함유 표면층 및 코팅은 상기 도전성 구조물과 상기 물 사이에 계면층을 형성하고, 상기 코팅은 규산염, 산화철, 인화이철, 또는 그의 혼합물을 추가로 포함하며, 상기 음용량 전하를 유도하거나 또는 상기 비대칭 교류 정전 전위를 유도하기 위한 수단으로서, 상기 구조물에 부착되며 상기 물과의 접촉으로부터 보호되는 1개 이상의 콘덴서 뱅크로 이루어진 수단을 사용하고, 상기 음용량 전하를 유도하거나 또는 상기 비대칭 교류 정전 전위를 유도하기 위한 수단은 상기 아연 함유 표면에 도전적으로 접속된 제1 극성 단자 및 상기 아연 함유 표면에 용량적으로 접속된 반대 극성 단자를 갖고, 상기 아연 함유 표면에 용량적으로 접속된 극성 단자는 상기 수중 환경과의 접촉으로부터 보호되는, 구조물의 오염 또는 부식을 방지하기 위한 방법.
20. 제19항에 있어서, 지브라 털격판담치에 의한 상기 구조물의 오염을 방지하기 위한 것인, 구조물의 오염 또는 부식을 방지하기 위한 방법.
21. 제19항에 있어서, 상기 음용량 전하를 유도하여 유지하는 것을 포함하는, 구조물의 오염 또는 부식을 방지하기 위한 방법.
22. 제19항에 있어서, 상기 비대칭 교류 정전 전위를 유도하는 것을 포함하는, 구조물의 오염 또는 부식을 방지하기 위한 방법.
23. 제3항에 있어서, 상기 구조물상에 비대칭 교류 정전 전위를 유도하기 위한 상기 수단 (c2)는

    (1) 교번 지향 다이오드와 함께, 인가 전류를 비대칭 교류 정전 전위로 변화하시키도록 배열된 콘덴서 뱅크에 도전적으로 부착된 비대칭 교류의 전원인 제1 도체 수단과 상기 구조물인 제2 도체 수단 사이에 유전체를 삽입시키는 수단 및

    (2) 제1 도체 수단과, 제1 도체 수단에 대해 음성인 제2 도체 수단 사이에 전위차를 형성하는 수단을 포함하는 시스템.
24. 제23항에 있어서, 상기 구조물은 선박의 선체인 시스템.
25. 제24항에 있어서, 상기 금속성 구조물 내에 탑재된 등전위 갈바니 전류를 비대칭 교류 정전 전위로 전환시키는 패러대이 인덕터 시스템을 추가로 포함하는 시스템.
26. 제5항에 있어서, 상기 코팅 중 규산염은 5 중량% 이하로, 산화철은 5 중량% 이하로, 인화이철은 2 중량% 이하로 혼합된 시스템.
27. 제10항에 있어서, 상기 코팅 중 규산염은 5 중량% 이하로, 산화철은 5 중량% 이하로, 인화이철은 2 중량% 이하로 혼합된, 구조물의 오염 또는 부식을 방지하기 위한 방법.
28. 제14항에 있어서, 상기 코팅 중 규산염은 5 중량% 이하로, 산화철은 5 중량% 이하로, 인화이철은 2 중량% 이하로 혼합된, 구조물의 오염 또는 부식을 방지하기 위한 방법.
29. 제16항에 있어서, 상기 코팅 중 규산염은 5 중량% 이하로, 산화철은 5 중량% 이하로, 인화이철은 2 중량% 이하로 혼합된, 구조물의 오염 또는 부식을 방지하기 위한 방법.
30. 제19항에 있어서, 상기 코팅 중 규산염은 5 중량% 이하로, 산화철은 5 중량% 이하로, 인화이철은 2 중량% 이하로 혼합된, 구조물의 오염 또는 부식을 방지하기 위한 방법.