KR102260292B1 - 생물 부착 억제 방법 및 생물 부착 억제 장치 - Google Patents

생물 부착 억제 방법 및 생물 부착 억제 장치 Download PDF

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Abstract

수중에서의 생물 부착을 억제하는 생물 부착 억제 방법은, 수중에 침지(浸漬)되고, 동(銅) 합금으로 형성된 생물 부착 억제 대상 부재를 음극으로 하고, 생물 부착 억제 대상 부재의 대극을 구성하는 양극 부재를 수중에 침지하여 배치하는 준비 공정(S10)과, 생물 부착 억제 대상 부재와 양극 부재 사이에, 직류 전류를 통전하는 통전 공정(S12)을 구비한다.

Description

생물 부착 억제 방법 및 생물 부착 억제 장치
본 개시는, 생물 부착 억제 방법 및 생물 부착 억제 장치에 관한 것이며, 특히, 수중에서의 생물의 부착을 억제하는 생물 부착 억제 방법 및 생물 부착 억제 장치에 관한 것이다.
해수 중 등의 수중에 침지(浸漬)되어 있는 선박용 프로펠러나 구조물 등에는, 수중의 생물이 부착된다. 이와 같은 선박용 프로펠러나 구조물에, 예를 들면, 따개비 등의 생물이 부착되면, 선박의 연비가 저하하는 경우나 부식이 생길 가능성이 있다. 이에, 종래, 선박용 프로펠러나 구조물 등에 부착된 따개비 등의 생물을, 사람의 수 작업에 의해 제거하여 청소하는 것이 행해지고 있다(특허문헌 1 참조).
일본공개특허 제2012-36614호 공보
그런데, 수중의 생물은, 동 합금으로 형성된 선박용 프로펠러나 구조물 등에 견고하게 고착한다. 이에 따라, 이 부착된 생물을 사람의 수 작업에 의해 제거하고자 해도, 부착된 생물을 제거하는 것이 어렵고, 청소에 엄청난 노동력을 요할 가능성이 있다.
이에 본 개시의 목적은, 보다 간단하게 수중의 생물의 부착을 억제 가능한 생물 부착 억제 방법 및 생물 부착 억제 장치를 제공하는 것이다.
본 개시에 관한 생물 부착 억제 방법은, 수중에서의 생물의 부착을 억제하는 생물 부착 억제 방법으로서, 상기 수중에 침지되고, 동 합금으로 형성된 생물 부착 억제 대상 부재를 음극으로 하고, 상기 생물 부착 억제 대상 부재의 대극(對極)을 구성하는 양극 부재를 상기 수중에 침지시켜 배치하는 준비 공정과, 상기 생물 부착 억제 대상 부재와 상기 양극 부재 사이에, 직류 전류를 통전하는 통전 공정을 구비한다.
본 개시에 관한 생물 부착 억제 방법에 있어서, 상기 통전 공정은, 상기 생물 부착 억제 대상 부재와 상기 양극 부재 사이에, 물의 전기분해 개시 시의 전류 밀도 이상으로 통전해도 된다.
본 개시에 관한 생물 부착 억제 방법에 있어서, 상기 통전 공정은, 상기 생물 부착 억제 대상 부재와 상기 양극 부재 사이에, 물의 전기분해 개시 시의 전류 밀도 이상 2.5A/m2 이하로 통전해도 된다.
본 개시에 관한 생물 부착 억제 방법에 있어서, 상기 동 합금은, 알루미늄을 포함하고, 상기 통전 공정은, 상기 생물 부착 억제 대상 부재와 상기 양극 부재 사이에, 물의 전기분해 개시 시의 전류 밀도 이상 20A/m2 이하로 통전해도 된다.
본 개시에 관한 생물 부착 억제 방법에 있어서, 상기 통전 공정은, 0.06A/m2 이상의 전류 밀도로 통전해도 된다.
본 개시에 관한 생물 부착 억제 방법에 있어서, 상기 통전 공정은, 0.24A/m2 이상의 전류 밀도로 통전해도 된다.
본 개시에 관한 생물 부착 억제 방법에 있어서, 상기 동 합금은, 알루미늄 청동으로 해도 된다.
본 개시에 관한 생물 부착 억제 방법에 있어서, 상기 생물 부착 억제 대상 부재는, 선박용 프로펠러로 해도 된다.
본 개시에 관한 생물 부착 억제 방법에 있어서, 상기 준비 공정은, 상기 수중에 참조 전극을 더 침지시켜 배치하고, 상기 통전 공정은, 상기 참조 전극에 대한 상기 선박용 프로펠러의 전위를 일정하게 유지하여, 상기 선박용 프로펠러와 상기 양극 부재 사이에, 직류 전류를 통전해도 된다.
본 개시에 관한 생물 부착 억제 방법에 있어서, 상기 준비 공정은, 흘수선의 위치를 측정하는 수위 센서를 더 배치하고, 상기 통전 공정은, 상기 수위 센서에 의해 측정된 흘수선의 위치로부터 흘수선 이하의 잠수한 프로펠러 면적을 구하고, 전류 밀도를 일정하게 하기 위하여, 상기 잠수한 프로펠러 면적에 따라, 상기 선박용 프로펠러와 상기 양극 부재 사이에 통전하는 직류 전류의 전류량을 변화시켜도 된다.
본 개시에 관한 생물 부착 억제 장치는, 수중에서의 생물의 부착을 억제하는 생물 부착 억제 장치로서, 상기 수중에 침지되고, 음극이 되는 동 합금으로 형성된 생물 부착 억제 대상 부재의 대극을 구성하는 양극 부재와, 상기 생물 부착 억제 대상 부재와, 상기 양극 부재에 전기적 접속되는 전원과, 상기 전원을 제어하여, 상기 생물 부착 억제 대상 부재와 상기 양극 부재 사이에, 직류 전류를 통전하는 제어부을 구비하고 있다.
본 개시에 관한 생물 부착 억제 장치에 있어서, 상기 제어부는, 상기 전원을 제어하여, 상기 생물 부착 억제 대상 부재와 상기 양극 부재 사이에, 물의 전기분해 개시 시의 전류 밀도 이상으로 통전해도 된다.
본 개시에 관한 생물 부착 억제 장치에 있어서, 상기 생물 부착 억제 대상 부재는, 선박용 프로펠러로 해도 된다.
본 개시에 관한 생물 부착 억제 장치에 있어서, 상기 선박용 프로펠러는, 선체의 선미(船尾) 측에 배치되어 있고, 상기 양극 부재는, 상기 선박용 프로펠러의 선폭(船幅) 방향으로부터 선미 방향에 걸쳐, 상기 선박용 프로펠러를 에워싸도록 설치되어 있어도 된다.
상기한 구성에 의하면, 생물 부착 억제 대상 부재와 양극 부재 사이의 직류 전류의 통전에 의하여, 생물 부착 억제 대상 부재의 주위가 저산소 상태로 되므로, 수중의 생물의 활동이 억제되어, 생물의 부착이 보다 간단하게 억제된다.
도 1은 본 개시의 실시형태에 있어서, 생물 부착 억제 방법의 구성을 나타낸 흐름도이다.
도 2는 본 개시의 실시형태에 있어서, 준비 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 개시의 실시형태에 있어서, 통전 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 개시의 실시형태에 있어서, 생물 부착 억제 대상 부재의 전위와, 전류 밀도의 관계를 나타낸 모식도이다.
도 5는 본 개시의 실시형태에 있어서, 생물 부착 억제 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 개시의 실시형태에 있어서, 선박용 프로펠러를 위한 생물 부착 억제 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 개시의 실시형태에 있어서, 정수(靜水) 환경 하에서의 공시체(供試體)의 분극 특성을 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 개시의 실시형태에 있어서, 유수(流水) 환경 하에서의 공시체의 분극 특성을 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 개시의 실시형태에 있어서, 공시체의 외관 관찰 결과를 나타낸 사진이다.
이하에 본 개시의 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 1은, 생물 부착 억제 방법의 구성을 나타낸 흐름도이다. 생물 부착 억제 방법은, 준비 공정(S10)과, 통전 공정(S12)을 구비하고 있다. 생물 부착 억제 방법은, 해수 중이나 담수 중 등의 수중에서 생물 부착을 억제하는 방법이다. 수중의 생물은, 예를 들면, 따개비 등의 해양 생물 등이다.
준비 공정(S10)은, 수중에 침지되고, 동 합금으로 형성된 생물 부착 억제 대상 부재를 음극으로 하고, 생물 부착 억제 대상 부재의 대극을 구성하는 양극 부재를 수중에 침지시켜 배치하는 공정이다. 도 2는, 준비 공정(S10)을 설명하기 위한 도면이다.
생물 부착 억제 대상 부재(10)는, 예를 들면, 선박용 프로펠러 등의 선박용 부재나, 스러스터(thruster) 등의 해양 구조물 부재 등으로 이루어진다. 보다 구체적으로는, 생물 부착 억제 대상 부재(10)는, 예를 들면, 선박, 해양 구조물 등에 있어서, 추진력을 생기게 하는 추진 장치, 자세 제어에 사용되는 자세 제어 장치, 방향 전환 장치 등에 구비되어 있는 회전 기계의 회전체라도 된다. 이와 같은 회전 기계의 회전체는, 예를 들면, 프로펠러(스크루), 프로펠러형의 스러스터, 사이드 스러스터 등으로 이루어진다. 다만, 생물 부착 억제 대상 부재(10)는, 여기에 예시한 것으로는 한정되지 않고, 수중에 침지되는 다양한 구조물 (혹은 그 구조물의 부재)을 생물 부착 억제 대상물로 할 수 있다. 생물 부착 억제 대상 부재(10)는, 전원(12)의 음극 측에 전기적 접속되어 있다. 생물 부착 억제 대상 부재(10)는, 동 합금으로 형성되어 있다. 동 합금은, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 알루미늄 청동, 망간 황동 등으로 할 수 있다. 예를 들면, 생물 부착 억제 대상 부재(10)가 선박용 프로펠러인 경우에는, 생물 부착 억제 대상 부재(10)는, 기계적 특성이나 내식성(耐蝕性) 등이 우수한 알루미늄 청동으로 형성되어 있으면 된다. 알루미늄 청동은, 알루미늄(Al)과, 니켈(Ni)과, 망간(Mn)과, 철(Fe)을 함유하고, 잔부가 동(Cu)과 불가피한 불순물로 구성되어 있는 동 합금이다. 알루미늄 청동에는, 예를 들면, 알루미늄 청동 주물(鑄物) 제1종(ALBC1), 알루미늄 청동 주물 제2종(ALBC2), 알루미늄 청동 주물 제3종(ALBC3), 알루미늄 청동 주물 제4종(ALBC4)을 사용할 수 있다. 예를 들면, 알루미늄 청동 주물 제3종(ALBC3)은, 8.5질량% 이상 10.5질량% 이하의 Al과, 3.0질량% 이상 6.0질량% 이하의 Ni와, 1.5질량% 이하의 Mn과, 3.0질량% 이상 6.0질량% 이하의 Fe를 함유하고, 잔부가 Cu와 불가피한 불순물로 구성되어 있는 동 합금이다.
양극 부재(14)는, 수중에 침지되고, 음극이 되는 생물 부착 억제 대상 부재(10)의 대극으로서 배치되어 있다. 양극 부재(14)는, 생물 부착 억제 대상 부재(10)의 근방에 배치되어 있으면 된다. 양극 부재(14)는, 전원(12)의 양극 측에 전기적 접속되어 있다. 양극 부재(14)는, 불용해성 양극이나 용해성 양극 등으로 구성되어 있다.
통전 공정(S12)은, 생물 부착 억제 대상 부재(10)와 양극 부재(14) 사이에, 직류 전류를 통전하는 공정이다. 도 3은, 통전 공정(S12)을 설명하기 위한 도면이다. 생물 부착 억제 대상 부재(10)와 양극 부재(14) 사이에, 직류 전류를 통전함으로써, 생물 부착 억제 대상 부재(10)의 주변 산소(수중의 용존 산소 등)가 환원에 의해 소비되어, 생물 부착 억제 대상 부재(10)의 주변에 저산소 영역(16)이 형성된다. 이로써, 생물 부착 억제 대상 부재(10)의 주변이 산소 결핍 상태로 되므로, 따개비 등의 생물(18)의 생물 활동이 억제되어, 생물 부착 억제 대상 부재(10)로의 생물(18)의 부착이 억제된다.
다음으로, 생물 부착 억제의 작용에 대하여 더욱 상세하게 설명한다. 도 4는, 생물 부착 억제 대상 부재(10)의 전위와, 전류 밀도의 관계를 나타낸 모식도이다. 도 4의 모식도에서는, 가로축이 전류 밀도를 나타내고, 세로축이 생물 부착 억제 대상 부재(10)의 전위를 나타내어, 전류 밀도에 대한 생물 부착 억제 대상 부재(10)의 전위를 실선으로 모식적으로 나타내고 있다.
수중에 산소가 많이 포함되어 있는 상태에서는, 생물 부착 억제 대상 부재(10)와 양극 부재(14) 사이에 직류 전류를 통전하면, 생물 부착 억제 대상 부재(10)의 표면 근방에서는, 화학식 1에 나타낸 화학 반응이 생긴다. 화학식 1에 나타낸 화학 반응에 의해, 생물 부착 억제 대상 부재(10) 주위의 산소가 환원되어 수산화물 이온(OH-)이 생성하고, 수중에 포함되는 산소가 소비된다. 이로써, 생물 부착 억제 대상 부재(10) 주위의 산소 농도가 저하되어 저산소 영역(16)이 형성된다. 이와 같은 산소 환원 영역(A)에서는, 전류 밀도의 증가에 따라, 생물 부착 억제 대상 부재(10)의 전위가 완만하게 상승한다.
[화학식 1]
Figure 112019104173145-pct00001
생물 부착 억제 대상 부재(10) 주위의 산소가 모두 소비된 상태에서는, 생물 부착 억제 대상 부재(10)와 양극 부재(14) 사이에 직류 전류를 통전하면, 생물 부착 억제 대상 부재(10)의 표면 근방에서는, 화학식 2에 나타낸 화학 반응이 생긴다. 화학식 2에 나타낸 화학 반응에 의해, 생물 부착 억제 대상 부재(10) 주위의 물이 전기분해되어 수산화물 이온(OH-)과, 수소(H2)가 생성한다. 이와 같은 물 전기분해 영역(B)에서는, 전류 밀도의 증가에 대하여 생물 부착 억제 대상 부재(10)의 전위는, 거의 일정하게 된다.
[화학식 2]
Figure 112019104173145-pct00002
산소 환원 영역(A)과, 물 전기분해 영역(B) 사이에는, 생물 부착 억제 대상 부재(10)의 표면 근방에서, 화학식 1에 나타낸 화학 반응으로부터 화학식 2에 나타낸 화학 반응으로 이행하는 천이(遷移) 영역(C)이 형성된다. 천이 영역(C)에서는, 전류 밀도의 증가에 대하여 생물 부착 억제 대상 부재(10)의 전위가 급격하게 상승한다.
생물 부착 억제 대상 부재(10)과 양극 부재(14) 사이에 통전하는 직류 전류는, 물의 전기분해 개시 시의 전류 밀도 Ic 이상으로 하면 된다. 물의 전기분해 개시 시의 전류 밀도 Ic는, 천이 영역(C)에 있어서, 생물 부착 억제 대상 부재(10)의 주변 산소가 환원되어 모두 소비되고, 물의 전기분해가 개시할 때의 전류 밀도이다. 생물 부착 억제 대상 부재(10)와 양극 부재(14) 사이에, 물의 전기분해 개시 시의 전류 밀도 Ic 이상의 직류 전류로 통전함으로써, 생물 부착 억제 대상 부재(10) 주위에서는, 산소가 환원되어 모두 소비되어 있으므로, 생물 부착의 억제 효과를 보다 향상시킬 수 있다.
물의 전기분해 개시 시의 전류 밀도 Ic는, 산소 환원 영역(A)과 천이 영역(C)의 경계의 전류 밀도 Ia와, 물 전기분해 영역(B)과 천이 영역(C)의 경계의 전류 밀도 Ib 사이의 중앙의 전류 밀도(Ic=(Ia+Ib)/2)로 하면 된다. 예를 들면, 전류 밀도 Ia가 0.19A/m2이며, 전류 밀도 Ib가 0.29A/m2인 경우에는, 전류 밀도 Ic는, 0.24A/m2로 하면 된다. 그리고, 전류 밀도 Ia와, 전류 밀도 Ib는, 미리 측정한 생물 부착 억제 대상 부재(10)의 분극 곡선(X)에서의 변곡점 등으로부터 구할 수 있다.
생물 부착 억제 대상 부재(10)와 양극 부재(14) 사이에 통전하는 직류 전류는, 산소 환원 영역(A)과 천이 영역(C)의 경계의 전류 밀도 Ia 이상으로 해도 된다. 산소 환원 영역(A)과 천이 영역(C)의 경계에서는, 생물 부착 억제 대상 부재(10)의 표면 근방의 산소가 거의 환원되어 대부분이 소비되고 있으므로, 생물 부착을 억제할 수 있다. 또한, 산소 환원 영역(A)과 천이 영역(C)의 경계의 전류 밀도 Ia는, 물의 전기분해 개시 시의 전류 밀도 Ic보다 작으므로, 생물 부착을 억제하기 위해 장기간 통전하는 경우라도, 전력 비용을 저감할 수 있다.
생물 부착 억제 대상 부재(10)와 양극 부재(14) 사이에, 통전하는 직류 전류는, 물 전기분해 영역(B)과 천이 영역(C)의 경계의 전류 밀도 Ib 이상으로 해도 된다. 물 전기분해 영역(B)과 천이 영역(C)의 경계에서는, 생물 부착 억제 대상 부재(10) 주위의 산소가 보다 확실하게 소비되고 있으므로, 생물 부착의 억제 효과를 더욱 향상시킬 수 있다.
생물 부착 억제 대상 부재(10)와 양극 부재(14) 사이에, 통전하는 직류 전류의 전류 밀도는, 일정하게 해도 되고, 변화시켜도 되지만, 일정한 전류 밀도로 하면 된다. 일정한 전류 밀도로 함으로써, 간단하게 통전을 행할 수 있다. 또한, 일정한 전류 밀도로 함으로써, 생물 부착 억제를 위한 적정한 전류 밀도를 용이하게 유지하는 것이 가능하게 된다. 또한, 일정한 전류 밀도로 함으로써, 과잉한 전류를 통전하는 것을 억제할 수 있다. 생물 부착 억제 대상 부재(10)와 양극 부재(14) 사이의 통전은, 상시, 연속하여 통전하면 된다. 이로써, 생물 부착 억제 효과를 보다향상시킬 수 있다.
통전 공정(S12)은, 생물 부착 억제 대상 부재(10)와 양극 부재(14) 사이에, 0.06A/m2 이상의 전류 밀도로 직류 전류를 통전하면 된다. 정수 환경 하에서는, 물의 전기분해 개시 시의 전류 밀도 Ic가 0.06A/m2로 되므로, 물의 전기분해 개시 시의 전류 밀도 Ic 이상으로 통전할 수 있다. 또한, 정수 환경 하에서는, 산소 환원 영역(A)과 천이 영역(C)의 경계의 전류 밀도 Ia는, 0.03A/m2로 되므로, 생물 부착 억제 대상 부재(10)와 양극 부재(14) 사이에 통전하는 직류 전류의 전류 밀도를, 0.03A/m2 이상으로 해도 된다. 또한, 정수 환경 하에서는, 물 전기분해 영역(B)과 천이 영역(C)의 경계의 전류 밀도 Ib가 0.09A/m2로 되므로, 생물 부착 억제 대상 부재(10)와 양극 부재(14) 사이에 통전하는 직류 전류의 전류 밀도를, 0.09A/m2 이상으로 해도 된다. 그리고, 정수 환경은, 예를 들면, 유속(流速)이 0.5m/s 이하인 수역으로 할 수 있다. 정수 환경은, 예를 들면, 연못, 늪, 호수, 흐름이 약한 하천 등의 수역으로 하면 된다.
통전 공정(S12)은, 생물 부착 억제 대상 부재(10)와 양극 부재(14) 사이에, 0.24A/m2 이상의 전류 밀도로 직류 전류를 통전하면 된다. 유수 환경 하에서는, 물의 전기분해 개시 시의 전류 밀도가 0.24A/m2로 되므로, 통전하는 직류 전류를 0.24A/m2 이상으로 함으로써, 물의 전기분해 개시 시의 전류 밀도 Ic 이상으로 통전할 수 있다. 또한, 유수 환경 하에서는, 산소 환원 영역(A)과 천이 영역(C)의 경계의 전류 밀도 Ia는, 0.19A/m2로 되므로, 생물 부착 억제 대상 부재(10)와 양극 부재(14) 사이에 통전하는 직류 전류를 0.19A/m2 이상으로 해도 된다. 또한, 유수 환경 하에서는, 물 전기분해 영역(B)과 천이 영역(C)의 경계의 전류 밀도 Ib가 0.29A/m2로 되므로, 생물 부착 억제 대상 부재(10)와 양극 부재(14) 사이에 통전하는 직류 전류를, 0.29A/m2 이상으로 해도 된다. 그리고, 유수 환경은, 예를 들면, 유속(流速)이 0.5m/s보다 큰 수역으로 할 수 있다. 유수 환경은, 예를 들면, 하천, 해양 등의 수역으로 하면 된다.
통전 공정(S12)은, 생물 부착 억제 대상 부재(10)와 양극 부재(14) 사이에, 물의 전기분해 개시 시의 전류 밀도 이상 2.5A/m2 이하로 직류 전류를 통전하면 된다. 생물 부착 억제 대상 부재(10)와 양극 부재(14)의 통전 시에는, 생물 부착 억제 대상 부재(10)의 표면 근방에, 물의 전기분해에 의해 수소(H2)가 발생한다. 생물 부착 억제 대상 부재(10)와 양극 부재(14)를, 2.5A/m2 이하의 전류 밀도로 직류 전류를 통전함으로써, 생물 부착 억제 대상 부재(10)의 수소 취화(脆化)를 억제할 수 있다. 이로써, 생물 부착 억제 대상 부재(10)는, 생물 부착을 억제할 수 있고, 또한 수소 취화를 억제 가능하게 된다. 정수 환경 하에서는, 생물 부착 억제 대상 부재(10)와 양극 부재(14) 사이에, 0.06A/m2 이상 2.5A/m2 이하로 직류 전류를 통전하면 된다. 유수 환경 하에서는, 생물 부착 억제 대상 부재(10)와 양극 부재(14) 사이에, 0.24A/m2 이상 2.5A/m2 이하로 직류 전류를 통전하면 된다.
통전 공정(S12)은, 생물 부착 억제 대상 부재(10)와 양극 부재(14) 사이에, 물의 전기분해 개시 시의 전류 밀도 이상 20A/m2 이하로 직류 전류를 통전하면 된다. 생물 부착 억제 대상 부재(10)를 형성하는 동 합금이, 예를 들면, 알루미늄 청동과 같이 알루미늄을 포함하는 동 합금인 경우에는, 물의 전기분해에 의해 발생하는 수산화물 이온(OH-)에 의하여, 탈(脫)알루미늄 부식이 생길 가능성이 있다. 생물 부착 억제 대상 부재(10)와 양극 부재(14)를, 20A/m2 이하의 전류 밀도로 직류 전류를 통전함으로써, 생물 부착 억제 대상 부재(10)의 탈알루미늄 부식을 억제할 수 있다. 이로써, 생물 부착 억제 대상 부재(10)는, 생물 부착을 억제할 수 있고, 또한 탈알루미늄 부식을 억제 가능하게 된다. 정수 환경 하에서는, 생물 부착 억제 대상 부재(10)와 양극 부재(14) 사이에, 0.06A/m2 이상 20A/m2 이하로 직류 전류를 통전하면 된다. 유수 환경 하에서는, 생물 부착 억제 대상 부재(10)와 양극 부재(14) 사이에, 0.24A/m2 이상 20A/m2 이하로 직류 전류를 통전하면 된다.
다음으로, 수중에서의 생물 부착을 억제하는 생물 부착 억제 장치에 대하여 설명한다. 도 5는, 생물 부착 억제 장치(20)의 구성을 나타낸 도면이다. 생물 부착 억제 장치(20)는, 양극 부재(14)와, 전원(12)과, 전원(12)을 제어하는 제어부(22)를 구비하고 있다.
양극 부재(14)는, 수중에 침지되고, 음극이 되는 동 합금으로 형성된 생물 부착 억제 대상 부재(10)의 대극을 구성하는 기능을 가지고 있다. 양극 부재(14)에는, 불용해성 양극이나 용해성 양극을 사용할 수 있다. 불용해성 양극에는, 산화 이리듐, 백금 등을 사용할 수 있다. 용해성 양극에는, 아연, 마그네슘 등을 사용할 수 있다. 양극 부재(14)의 형상은, 특별히 한정되지 않지만, 원기둥형이나 각기둥형 등으로 하면 된다. 양극 부재(14)에는, 일반적인 유전(流電) 양극 등을 사용하는 것이 가능하다.
전원(12)은, 생물 부착 억제 대상 부재(10)와 양극 부재(14)에 전기 케이블 등으로 전기적 접속되어 있다. 전원(12)은, 생물 부착 억제 대상 부재(10)와 양극 부재(14) 사이에, 직류 전류를 통전하는 기능을 가지고 있다. 전원(12)에는, 일반적인 포텐시오스탯/갈바노스탯 등의 외부 전원을 사용할 수 있다.
제어부(22)는, 전원(12)을 제어하여, 생물 부착 억제 대상 부재(10)와 양극 부재(14) 사이의 통전을 제어하는 기능을 가지고 있다. 제어부(22)는, 전원(12)과 전기 케이블 등으로 전기적 접속되어 있다. 제어부(22)는, 통전 개시나 통전 정지, 생물 부착 억제 대상 부재(10)와 양극 부재(14) 사이에 통전하는 직류 전류의 전류 밀도를 제어할 수 있다. 제어부(22)는, 예를 들면, 전원(12)을 제어하여, 생물 부착 억제 대상 부재(10)와 양극 부재(14) 사이에, 물의 전기분해 개시 시의 전류 밀도 이상의 직류 전류를 통전할 수 있다. 제어부(22)는, 생물 부착 억제 대상 부재(10)의 재질, 물의 전기분해 개시 시의 전류 밀도, 산소 환원 영역(A)과 천이 영역(C)의 경계의 전류 밀도, 물 전기분해 영역(B)과 천이 영역(C)의 경계의 전류 밀도 등을 기억하는 메모리 등을 구비하고 있어도 된다. 제어부(22)는, 예를 들면, 일반적인 마이크로컴퓨터 등으로 구성할 수 있다. 그리고, 제어부(22)는, 전원(12)과 일체적으로 구성되어 있어도 된다.
그리고, 해수 중에서, 음극이 되는 생물 부착 억제 대상 부재(10)와 양극 부재(14)를 직류 전류로 통전하는 경우에는, 해수 중에 포함되는 칼슘(Ca)이나 마그네슘(Mg)에 의해, 생물 부착 억제 대상 부재(10)의 표면에, CaCO3나 Mg(OH)2 등으로 이루어지는 석회질 피막이 형성된다. 이와 같이 해수 중에서 통전하는 경우에는, 생물 부착 억제 대상 부재(10) 주위에는, 석회질 피막과, 저산소 영역(16)이 형성되므로, 생물의 부착을 더욱 억제하는 것이 가능하게 된다.
또한, 생물 부착 억제 대상 부재(10)의 표면에 석회질 피막이 형성된 경우에는, 예를 들면, 생물 부착 억제 기간이 종료한 후에, 5A/m2 이상의 전류 밀도로 직류 전류를 통전함으로써, 석회질 피막을 용이하게 박리하여 제거할 수 있다. 5A/m2 이상의 전류 밀도로 직류 전류를 통전함으로써, 생물 부착 억제 대상 부재(10)의 표면에 발생하는 수소 가스에 의해 석회질 피막을 밀어올려 박리할 수 있다. 또한, 생물 부착 억제 대상 부재(10)의 표면에는 수산화물 이온이 축적되어 pH가 상승하므로, 석회질 피막의 박리를 촉진할 수 있다.
예를 들면, 생물 부착 억제 대상 부재(10)가 선박용 프로펠러인 경우에는, 선박의 정박 기간의 개시로부터 종료까지, 물의 전기분해 개시 시의 전류 밀도 이상 5A/m2 미만으로 직류 전류를 통전하고, 정박 기간의 종료 후에 5A/m2 이상의 전류 밀도로 직류 전류를 통전해도 된다. 이로써, 정박 기간 중에서는, 석회질 피막과, 저산소 영역(16)이 형성되므로, 생물의 부착이 더욱 억제된다. 그리고, 정박 기간 종료 후에는, 석회질 피막이 박리되어 제거되므로, 선박용 프로펠러를 정박 기간 전의 초기 상태로 용이하게 되돌릴 수 있다.
다음으로, 생물 부착 억제 대상 부재(10)를 선박용 프로펠러으로 했을 때의 생물 부착 억제 장치에 대하여 설명한다. 도 6은, 선박용 프로펠러를 위한 생물 부착 억제 장치(30)의 구성을 설명하기 위한 도면이다. 그리고, 도 6에 나타내는 화살표는, 선체의 선미 방향을 나타내고 있다.
선박용 프로펠러(1)는, 선체(2)의 선미 측에 배치되어 있고, 프로펠러 축(3)에 회전 가능하게 장착되어 있다. 선박용 프로펠러(1)의 선미 측에는, 선박용 프로펠러(1)와 간격을 두고, 키(4)가 설치되어 있다. 선박용 프로펠러(1)는, 기계적 특성이나 내식성 등이 우수한 알루미늄 청동 등의 동 합금으로 형성되어 있다.
선박용 프로펠러(1)를 위한 생물 부착 억제 장치(30)는, 양극 부재(32)와, 전원(34)과, 제어부(36)를 구비하고 있다.
양극 부재(32)는, 수중에 침지되고, 음극이 되는 동 합금으로 형성된 선박용 프로펠러(1)의 대극을 구성하는 기능을 가지고 있다. 양극 부재(32)에는, 전술한 양극 부재(14)와 동일한 재질이나 형상을 사용할 수 있다. 양극 부재(32)는, 적어도 1개 설치되어 있으면 되고, 복수 설치되어 있어도 된다.
양극 부재(32)는, 선박용 프로펠러(1)의 선폭 방향으로부터 선미 방향에 걸쳐, 선박용 프로펠러(1)를 에워싸도록 설치되어 있으면 된다. 이로써, 선박용 프로펠러(1) 주위를 저산소 영역으로 덮을 수 있으므로, 선박용 프로펠러(1)로의 생물의 부착을 억제할 수 있다.
또한, 양극 부재(32)는, 선박용 프로펠러(1)의 선폭 방향으로부터 선미 방향에 걸쳐, 선박용 프로펠러(1)를 원호형으로 에워싸도록 설치되어 있으면 된다. 양극 부재(32)가 선박용 프로펠러(1)를 원호형으로 에워싸도록 설치되어 있는 것에 의해, 각 양극 부재(32)와 선박용 프로펠러(1)의 거리가 거의 동일하게 되므로, 선박용 프로펠러(1) 주위에 저산소 영역을 보다 균일하게 형성할 수 있다.
예를 들면, 양극 부재(32)는, 선체(2)로부터 이격되고, 또한 선박용 프로펠러(1)의 선폭 방향의 양측에 설치되어 있으면 된다. 또한, 양극 부재(32)는, 선체(2)로부터 이격되고, 또한 선박용 프로펠러(1)의 선미 방향의 키(4)에 대하여 양측이 되도록 설치되어 있으면 된다. 그리고, 도 6에서는, 양극 부재(32)는, 4군데에 배치되어 있지만, 4군데로 특별히 한정되지 않는다.
전원(34)은, 선박용 프로펠러(1)와, 양극 부재(32)에 전기 케이블 등으로 전기적 접속되어 있다. 전원(34)은, 선박용 프로펠러(1)와 양극 부재(32) 사이에 직류 전류를 통전하는 기능을 가지고 있다. 전원(34)의 양극은, 양극 부재(32)와 전기 케이블 등으로 전기적 접속된다. 전원(34)의 음극은, 선박용 프로펠러(1)와 전기 케이블 등으로 전기적 접속되어도 되고, 프로펠러 축(3)과 전기 케이블 등으로 전기적 접속함으로써, 프로펠러 축(3)을 통하여 선박용 프로펠러(1)와 전기적 접속해도 된다. 그리고, 전원(34)의 음극과, 프로펠러 축(3)을 전기적 접속하는 경우에는, 프로펠러 축(3)은, 금속 재료 등의 도전성(導電性) 재료로 형성된다. 전원(34)은, 전술한 전원(12)과 동일한 포텐시오스탯/갈바노스탯 등의 외부 전원을 사용할 수 있다. 전원(34)은, 예를 들면, 프로펠러 축(3)보다 선수 측에 배치되어 있으면 된다.
제어부(36)는, 전원(34)을 제어하여, 선박용 프로펠러(1)와 양극 부재(32) 사이의 통전을 제어하는 기능을 가지고 있다. 제어부(36)는, 전원(34)과, 전기 케이블 등으로 전기적 접속되어 있다. 제어부(36)는, 통전 개시나 통전 정지, 선박용 프로펠러(1)와 양극 부재(32) 사이에 통전하는 직류 전류의 전류 밀도를 제어할 수 있다. 제어부(36)는, 예를 들면, 전원(34)을 제어하여, 선박용 프로펠러(1)와 양극 부재(32) 사이에, 물의 전기분해 개시 시의 전류 밀도 이상의 직류 전류를 통전할 수 있다. 제어부(36)는, 선박용 프로펠러(1)의 재질이나 형상 치수, 물의 전기분해 개시 시의 전류 밀도, 산소 환원 영역(A)과 천이 영역(C)의 경계의 전류 밀도, 물 전기분해 영역(B)과 천이 영역(C)의 경계의 전류 밀도 등을 기억하는 메모리 등을 구비하고 있어도 된다. 제어부(36)는, 제어부(22)와 마찬가지로, 일반적인 마이크로컴퓨터 등으로 구성할 수 있다. 그리고, 제어부(36)는, 전원(34)과 일체적으로 구성되어 있어도 된다. 제어부(36)는, 예를 들면, 프로펠러 축(3)보다 선수 측에 배치되어 있으면 된다.
그리고, 양극 부재는, 도 6에 나타낸 바와 같이 선박용 프로펠러(1)를 에워싸도록 배치되는 것 외에, 선체(2)에 장착되도록 해도 된다. 양극 부재는, 선체(2)의 옆면이나 바닥면에, 선체(2)와 절연시켜 장착하는 것이 가능하다. 양극 부재는, 선박용 프로펠러(1)의 근방에 장착되면 된다. 선박용 프로펠러(1)를 에워싸도록 양극 부재를 배치할 스페이스가 없는 경우라도, 양극 부재를 선체(2)에 장착함으로써, 생물 부착을 억제할 수 있다.
다음으로, 선박용 프로펠러(1)의 생물 부착 억제 방법에 대하여 설명한다.
준비 공정(S12)에서는, 전술한 바와 같이, 수중에 침지되고, 동 합금으로 형성된 선박용 프로펠러(1)를 음극으로 하고, 선박용 프로펠러(1)의 대극을 구성하는 양극 부재(32)를 수중에 침지시켜 배치한다.
통전 공정(S14)에서는, 선박용 프로펠러(1)와 양극 부재(32) 사이에, 직류 전류를 통전한다. 선박용 프로펠러(1)와 양극 부재(32) 사이에, 직류 전류를 통전함으로써, 선박용 프로펠러(1) 주위의 산소(수중의 용존 산소 등)가 환원에 의해 소비되어, 선박용 프로펠러(1) 주위에 저산소 영역이 형성된다. 선박용 프로펠러(1)와 양극 부재(32) 사이에는, 물의 전기분해 개시 시의 전류 밀도 이상의 직류 전류를 통전하면 된다. 이로써, 선박용 프로펠러(1) 주위가 산소 결핍 상태로 되므로, 따개비 등의 생물의 생물 활동이 억제되어, 선박용 프로펠러(1)로의 생물의 부착이 억제된다.
그리고, 선박용 프로펠러(1)와 양극 부재(32) 사이에 통전하는 직류 전류의 전류 밀도는, 일정하게 해도 되고, 변화시켜도 되지만, 일정한 전류 밀도로 하면 된다. 일정한 전류 밀도로 함으로써, 간단하게 통전을 행할 수 있다. 또한, 일정한 전류 밀도로 함으로써, 생물 부착 억제를 위한 적정한 전류 밀도를 용이하게 유지하는 것이 가능하게 된다. 또한, 일정한 전류 밀도로 함으로써, 과잉한 전류를 통전하는 것을 용이하게 억제할 수 있다.
또한, 선박용 프로펠러(1)의 생물 부착 억제 방법은, 선박용 프로펠러(1)와 양극 부재(32) 사이에 통전하는 직류 전류의 전류량을, 흘수선 이하의 잠수한 프로펠러 면적에 따라 변화시키면 된다. 이로써, 흘수선 이하의 잠수한 프로펠러 면적이 변화되는 경우에도, 통전 시의 전류 밀도를 보다 일정하게 할 수 있다.
보가 상세하게는, 선박용 프로펠러(1)의 오손(汚損)은, 주로, 선박의 정박 기간 중의 해양 생물 등의 부착에 의해 발생하고 있다. 정박 기간 중에는, 선박으로의 화물의 적재와 짐 부리기에 따른 흘수선 위치가 변동되는 것에 의해, 선박용 프로펠러(1)의 일부가 수면으로부터 대기 중에 노출되는 경우가 있다. 이와 같이, 선박용 프로펠러(1)는, 정박 기간 중에, 흘수선 이하의 잠수한 프로펠러 면적이 변동한다. 그리고, 선박용 프로펠러(1)는, 수중에 침지하고 있는 동안에는 생물이 부착되지만, 대기 중에 노출되어 있는 동안에는 생물이 거의 부착되지 않는다.
이와 같은 경우에 있어서, 선박용 프로펠러(1)와 양극 부재(32) 사이에 통전하는 직류 전류를 정전류(定電流)로 통전하면, 잠수한 프로펠러 면적이 변동되는 것에 의해 전류 밀도가 변화된다. 예를 들면, 정전류로 통전하는 경우에는, 잠수한 프로펠러 면적이 보다 작아지게 되면, 전류 밀도는 보다 커지므로, 과잉한 통전이 생길 가능성이 있다. 또한, 정전류로 통전하는 경우에는, 잠수한 프로펠러 면적이 보다 커지게 되면, 전류 밀도는 보다 작아지므로, 적정한 전류 밀도를 유지할 수 없을 가능성이 있어, 생물 부착 억제 효과가 저하되는 경우가 있다.
이와 같은 이유로, 선박용 프로펠러(1)의 생물 부착 억제 방법은, 다음에 나타내는 방법을 사용하는 것이 가능하다. 준비 공정(S12)은, 수중에 참조 전극을 더 침지시켜 배치하고, 통전 공정(S14)은, 참조 전극에 대한 선박용 프로펠러(1)의 전위를 일정하게 유지하여, 선박용 프로펠러(1)와 양극 부재(32) 사이에, 직류 전류를 통전해도 된다.
참조 전극은, 선박용 프로펠러(1)의 근방에 배치되면 된다. 참조 전극은, 전원(34)과 전기 케이블 등으로 전기적 접속되어 있다. 참조 전극에는, 은염화은 전극, 포화 칼로멜(calomel) 전극, 수소 전극 등을 사용하는 것이 가능하다.
제어부(36)는, 참조 전극에 대한 선박용 프로펠러(1)의 전위를 일정하게 유지하여 정전위로 제어한다. 이로써, 선박용 프로펠러(1)의 잠수한 프로펠러 면적이 흘수선의 위치 변화에 따라 변동되는 경우라도, 선박용 프로펠러(1)의 전위가 일정하게 유지되도록, 선박용 프로펠러(1)와 양극 부재(32) 사이의 전압이 자동적으로 조절된다. 이에 따라, 잠수한 프로펠러 면적에 따라 전류량이 자동적으로 변화되어, 전류 밀도를 보다 일정하게 되는 경향으로 할 수 있다. 보다 상세하게는, 전류량의 변동은, 잠수한 프로펠러 면적이 커질수록 전류량이 커지고, 잠수한 프로펠러 면적이 작아질수록 전류량이 작아지므로, 전류 밀도를 보다 일정하게 하는 경향으로 하는 것이 가능하게 된다.
그리고, 선박용 프로펠러(1)의 전위는, 생물 부착 억제를 위하여 설정한 전류 밀도를 통전 가능한 전위로 설정되면 된다. 선박용 프로펠러(1)의 전위는, 예를 들면, 물의 전기분해 개시 시의 전류 밀도 이상의 전류 밀도로 통전 가능한 전위로 설정되면 된다. 선박용 프로펠러(1)의 전위는, 사전에, 실험이나 분석 등에 의해 구할 수 있다.
또한, 선박용 프로펠러(1)의 생물 부착 억제 방법은, 다음에 나타내는 방법을 사용할 수도 있다. 준비 공정(S12)은, 흘수선의 위치를 측정하는 수위 센서를 더 배치하고, 통전 공정(S14)은, 수위 센서에 의해 측정된 흘수선의 위치로부터 흘수선 이하의 잠수한 프로펠러 면적을 구하고, 전류 밀도를 일정하게 하기 위하여, 잠수한 프로펠러 면적에 따라, 선박용 프로펠러(1)와 양극 부재(32) 사이에 통전하는 직류 전류의 전류량을 변화시키도록 해도 된다.
수위 센서에는, 선박의 흘수선 위치를 측정 가능한 일반적인 수위 센서를 사용할 수 있다. 수위 센서는, 제어부(36)와 전기 케이블 등으로 전기적 접속되어 있다.
수위 센서에 의해 측정된 흘수선의 수위 정보는, 제어부(36)에 보내진다. 제어부(36)는, 이 수위 정보와, 선박용 프로펠러(1)의 형상이나 치수 등으로부터, 전류 밀도를 구하기 위하여, 흘수선 이하의 잠수한 프로펠러 면적을 산출한다. 제어부(36)는, 산출된 잠수한 프로펠러 면적에 따라, 선박용 프로펠러(1)와 양극 부재(32) 사이에 통전하는 직류 전류의 전류량을 변화시킨다. 보다 상세하게는, 제어부(36)는, 잠수한 프로펠러 면적이 작아질수록 직류 전류의 전류량을 작게 하고, 잠수한 프로펠러 면적이 커질수록 직류 전류의 전류량을 커지도록 제어한다. 이로써, 선박용 프로펠러(1)의 흘수선 이하의 잠수한 프로펠러 면적에 따라, 전류 밀도를 일정하게 할 수 있다.
이와 같이, 생물 부착 억제 장치(30)에 의하면, 선박용 프로펠러(1)와 양극 부재(32) 사이에, 직류 전류를 통전함으로써, 선박용 프로펠러(1) 주위에, 환원에 의해 산소가 소모됨으로써 저산소 영역이 형성된다. 이로써, 선박용 프로펠러(1) 주위가 산소 결핍 상태로 되므로, 선박용 프로펠러(1)로의 생물의 부착이 억제된다. 또한, 선박용 프로펠러(1)의 오손은, 주로, 선박의 정박 기간 중의 해양 생물의 부착에 의해 생기는 것이지만, 선박용 프로펠러(1)와, 양극 부재(32)를 통전함으로써 선박용 프로펠러(1)로의 생물의 부착을 억제할 수 있으므로, 사람의 수작업에 의해 부착된 생물을 제거하는 경우보다, 보다 간단한 방법으로 생물의 부착을 방지할 수 있다.
이상, 상기 구성의 생물 부착 억제 방법에 의하면, 수중에 침지되고, 동 합금으로 형성되는 생물 부착 억제 대상 부재를 음극으로 하고, 생물 부착 억제 대상 부재의 대극을 구성하는 양극 부재를 수중에 침지시켜 배치하는 준비 공정과, 생물 부착 억제 대상 부재와 양극 부재 사이에, 직류 전류를 통전하는 통전 공정을 구비하고 있으므로, 생물 부착 억제 대상 부재 주위에, 환원에 의해 산소가 소모됨으로써 저산소 영역이 형성된다. 이로써, 생물 부착 억제 대상 부재 주위가 산소 결핍 상태로 되므로, 생물 부착 억제 대상 부재에 대한 생물의 부착이 억제된다. 또한, 생물 부착 억제 대상 부재와, 양극 부재를 통전함으로써 생물 부착 억제 대상 부재에 대한 생물의 부착을 억제할 수 있으므로, 사람의 수작업에 의해 부착된 생물을 제거하는 경우보다, 보다 간단한 방법으로 생물의 부착을 방지할 수 있다.
상기한 구성의 생물 부착 억제 장치에 의하면, 수중에 침지되고, 음극이 되는 동 합금으로 형성된 생물 부착 억제 대상 부재의 대극을 구성하는 양극 부재와, 생물 부착 억제 대상 부재와, 양극 부재에 전기적 접속되는 전원과, 전원을 제어하여, 생물 부착 억제 대상 부재와 양극 부재 사이에 직류 전류를 통전하는 제어부을 구비하고 있으므로, 생물 부착 억제 대상 부재 주위에, 산소가 환원하여 소모되는 것에 의한 저산소 영역을 형성할 수 있다. 이로써, 생물 부착 억제 대상 부재 주위가 산소 결핍 상태로 되므로, 생물 부착 억제 대상 부재에 대한 생물의 부착을 억제 가능하게 된다.
실시예
(정수 환경 하에서의 분극 특성)
정수 환경 하에 있어서, 생물 부착 억제를 위한 전류 밀도의 검토를 행하였다. 먼저, 시험 조건에 대하여 설명한다. 음극이 되는 공시체는, 길이 150mm×폭 70mm×두께 3.0mm의 평판형(평가 면적이 140cm2)으로 했다. 공시체의 재질은, 알루미늄 청동 주물 제3종(ALBC3)으로 했다. 양극 부재는, 외경(外徑) 20mm×길이 150mm의 환봉(丸奉)으로 했다. 양극 부재의 재질은, 아연으로 했다.
공시체와, 양극 부재를, 수조(水槽)에 저장한 전해액에 침지시켜 배치했다. 전해액은, 자연 해수로 했다. 공시체와 양극 부재 사이의 거리는, 약 50mm로 했다. 참조 전극에는, 포화 칼로멜(SCE) 전극을 사용했다. 외부 전원(포텐시오스탯/갈바노스탯)에 의해, 전위 소인(掃引) 속도 1mV/min.로 전위 소인하고, 전류 밀도를 측정했다. 전위 소인의 범위는, 공시체의 자연 전위로부터 1.2V vs SCE까지로 했다.
다음으로, 정수 환경 하에서의 공시체 분극 특성에 대하여 설명한다. 도 7은, 정수 환경 하에서의 공시체 분극 특성을 나타낸 그래프이다. 도 7에 나타낸 그래프에서는, 가로축이 전류 밀도를 나타내고, 세로축이 과전압(過電壓)(공시체의 전위)을 나타내고, 공시체의 분극 곡선을 실선으로 나타내고 있다. 천이 영역은, 전류 밀도가 0.03A/m2 이상 0.09A/m2 이하로 인정되었다. 보다 상세하게는, 산소 환원 영역과 천이 영역의 경계의 전류 밀도 Ia는, 0.03A/m2이며, 물 전기분해 영역과 천이 영역의 경계의 전류 밀도 Ib는, 0.09A/m2였다. 전류 밀도 Ia와 전류 밀도 Ib로부터, 물의 전기분해 개시 시의 전류 밀도 Ic를, Ic=(Ia+Ib)/2의 식으로 산출한 바, 전류 밀도 Ic는, 0.06A/m2였다. 이 시험 결과로부터, 정수 환경 하에서는, 생물 부착을 방지하기 위하여, 0.06A/m2 이상의 전류 밀도의 직류 전류를 통전하는 것이 바람직하고, 0.03A/m2 이상이나, 0.09A/m2 이상의 전류 밀도로 통전해도 되는 것을 알았다.
(유수 환경 하에서의 분극 특성)
유수 환경 하에 있어서, 생물 부착 방지를 위한 전류 밀도의 검토를 행하였다. 먼저, 시험 조건에 대하여 설명한다. 유수 환경 하에서의 시험 조건은, 상기 한 정수 환경 하에서의 시험 조건에 대하여, 해류나 조류(潮流) 등의 유수에 의한 영향을 평가하기 위하여 전해액 중에서 에어레이션(aeration)에 의한 교반을 행간 점이 상이하며(상기한 정수 환경 하에서의 시험에서는, 전해액 중에서의 에어레이션에 의한 교반없음), 그 외의 조건에 대해서는 동일하게 하였다. 에어레이션 방법에 대해서는, 에어 펌프와, 세라믹 에어스톤(직경 30mm×길이 50mm, 중량 50g)을 사용하여 전해액 중에 기포를 발생시켜 교반했다. 에어 펌프에는, 가부시키가이샤닛소의 CHIKARA α 1500을 사용했다. 기포의 직경은, 1mm∼10mm 정도로 했다.
다음으로, 유수 환경 하에서의 공시체의 분극 특성에 대하여 설명한다. 도 8은, 유수 환경 하에서의 공시체의 분극 특성을 나타낸 그래프이다. 도 8에 나타낸 그래프에서는, 가로축이 전류 밀도를 나타내고, 세로축에 과전압(過電壓)(공시체의 전위)을 나타내고, 공시체의 분극 곡선을 실선으로 나타내고 있다. 천이 영역은, 전류 밀도가 0.19A/m2 이상 0.29A/m2 이하로 인정되었다. 보다 상세하게는, 산소 환원 영역과 천이 영역의 경계의 전류 밀도 Ia는, 0.19A/m2이며, 물 전기분해 영역과 천이 영역의 경계의 전류 밀도 Ib는, 0.29A/m2였다. 전류 밀도 Ia와 전류 밀도 Ib로부터, 물의 전기분해 개시 시의 전류 밀도 Ic를, Ic=(Ia+Ib)/2의 식으로 산출한 바, 전류 밀도 Ic는, 0.24A/m2였다. 이 시험 결과로부터, 유수 환경 하에서는, 생물 부착을 방지하기 위하여, 0.24A/m2 이상의 전류 밀도의 직류 전류를 통전하는 것이 바람직하고, 0.19A/m2 이상이나, 0.29A/m2 이상의 전류 밀도로 통전해도 된는 것을 알았다.
(생물 부착성 평가 시험)
다음으로, 실제 해역에 공시체를 침지시켜 생물 부착성 평가 시험을 행하였다. 공시체는, 길이 300mm×폭 150mm×두께 3.0mm의 평판형으로 했다. 공시체의 재질은, 알루미늄 청동 주물 제3종(ALBC3)으로 했다. 양극 부재는, 티탄-이리듐계 재료로 형성한 환봉으로 했다. 통전 면적은, 0.089m2로 했다.
생물 부착성 평가 시험으로서, 공시체를 음극으로 하고, 공시체와 양극 부재 사이에, 외부 전원(포텐시오스탯/갈바노스탯)에 의해 직류 전류를 4개월간 통전하였다(실시예 1). 전류 밀도는, 0.25A/m2로 했다. 한편, 공시체와 양극 부재 사이의 통전을 행하지 않는 것으로 하였다(비교예 1). 그리고, 4개월 경과한 후, 공시체의 외관 관찰을 행하였다.
도 9는, 공시체의 외관 관찰 결과를 나타낸 사진이며, 도 9의 (a)는, 비교예 1의 방법의 사진이며, 도 9의 (b)는, 실시예 1의 방법의 사진이다. 비교예 1의 방법으로는, 공시체의 넓은 범위에, 생물의 부착이나 부식이 인정되었다. 이에 대하여 실시예 1의 방법으로는, 공시체에, 생물의 부착이나 부식이 인정되지 않았다. 이 시험 결과로부터, 공시체와 양극 부재 사이에, 직류 전류를 통전함으로써, 공시체로의 생물 부착을 방지할 수 있는 것을 알았다.
(부식성 평가)
탈알루미늄 부식의 부식성에 대하여 평가했다. 먼저, 부식성 평가의 시험 조건에 대하여 설명한다. 공시체는, 길이 150mm×폭 70mm×두께 3.0mm의 평판형으로 했다. 공시체의 재질은, 알루미늄 청동 주물 제3종(ALBC3)으로 했다. 양극 부재는, 외경 20mm×길이 150mm의 환봉으로 했다. 양극 부재의 재질은, 아연으로 했다.
공시체와, 양극 부재를, 전해액에 침지시켜 배치했다. 전해액은, 자연 해수로 했다. 공시체와 양극 부재 사이의 거리는, 약 240mm로 했다. 참조 전극에는, 포화 칼로멜(SCE) 전극을 사용했다. 외부 전원(포텐시오스탯/갈바노스탯)에 의해, 공시체와 양극 부재 사이에, 20A/m2의 전류 밀도로 직류 전류를 통전했다. 통전 중에는, 에어레이션에 의한 전해액의 교반을 행하였다. 통전 기간은, 7일간으로 했다.
통전 종료 후, 공시체의 외관 관찰을 행한 바, 부식에 의한 표면의 거칠음이나 피트(pit), 감모(減耗) 등에 대해서는 인정되지 않았다. 또한, 통전 전후의 공시체의 중량을 측정한 결과, 통전 전의 중량은, 241.092g이며, 통전 후의 중량은, 241.154g이었다. 이와 같이, 통전 후에 있어서도 공시체의 부식에 의한 중량 감소는 관찰되지 않고, 내식성을 유지하고 있는 것을 알 수 있다. 이 부식성 평가 결과로부터, 공시체가, 알루미늄 청동과 같은 알루미늄을 포함하는 동 합금으로 형성되어 있는 경우에 있어서, 공시체에 20A/m2의 전류 밀도로 직류 전류를 통전해도, 탈알루미늄 부식이 생기지 않는 것을 알 수 있다.
(수소 취성(脆性) 평가)
수소에 의한 수소 취화의 영향을 평가했다. 공시체의 형상은, 인장 시험편 형상으로 했다. 공시체의 재질은, 알루미늄 청동 주물 제3종(ALBC3)으로 했다. 양극 부재는, 외경 20mm×길이 150mm의 환봉으로 했다. 양극 부재의 재질은, 아연으로 했다.
공시체와, 양극 부재를, 전해액에 침지시켜 배치했다. 전해액은, 3.5wt% 식염수로 했다. 공시체와 양극 부재 사이의 거리는, 약 270mm로 했다. 참조 전극에는, 포화 칼로멜(SCE) 전극을 사용했다. 외부 전원(포텐시오스탯/갈바노스탯)에 의해, 공시체와 양극 부재 사이에, 2.5A/m2의 전류 밀도로 직류 전류를 통전했다. 통전 기간은, 28일간으로 했다.
통전 후, 실온에서 인장 시험을 행하였다. 인장 시험은, JIS(Z2241):2011 「금속 재료 인장 시험 방법」에 준거하여 행하였다. 통전 전의 공시체의 인장 강도는, 755MPa이며, 15% 신장했다. 통전 후의 공시체의 인장 강도는, 785MPa이며, 19% 신장했다. 이 시험 결과로부터, 공시체에 2.5A/m2의 전류 밀도로 직류 전류를 통전해도, 수소 취화가 생기지 않는 것을 알 수 있다.
[산업상 이용가능성]
본 개시에 의하면, 생물 부착 억제 대상 부재의 주변이 저산소 상태로 되므로, 수중의 생물 활동이 억제되어, 보다 간단하게 생물의 부착이 억제되므로, 선박용 프로펠러 등의 선박용 부재나, 스러스터 등의 해양 구조물 부재 등에 유용하다.

Claims (14)

  1. 수중에서의 생물의 부착을 억제하는 생물 부착 억제 방법으로서,
    상기 수중에 침지(浸漬)되고, 동(銅) 합금으로 형성된 생물 부착 억제 대상 부재를 음극으로 하고, 상기 생물 부착 억제 대상 부재의 대극(對極)을 구성하는 양극 부재를 상기 수중에 침지시켜 배치하는 준비 공정, 및
    상기 생물 부착 억제 대상 부재와 상기 양극 부재와의 사이에, 직류 전류를 통전(通電)하는 통전 공정
    을 포함하고,
    상기 통전 공정은, 상기 생물 부착 억제 대상 부재와 상기 양극 부재와의 사이에, 물의 전기분해 개시 시의 전류 밀도 이상으로 통전하고,
    상기 통전 공정은, 또한 상기 생물 부착 억제 대상 부재와 상기 양극 부재와의 사이에, 물의 전기분해 개시 시의 전류 밀도 이상 2.5A/m2 이하로 통전하거나, 또는 0.06A/m2 이상의 전류 밀도로 통전하고,
    상기 생물 부착 억제 대상 부재는 일부가 물에 잠긴 선박용 프로펠러이고,
    상기 통전 공정은, 전류 밀도를 일정하게 하기 위하여, 몰수(沒水)한 프로펠러 면적에 따라, 상기 선박용 프로펠러와 상기 양극 부재와의 사이에 통전하는 직류 전류의 전류량을 변화시키는,
    생물 부착 억제 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 동 합금은 알루미늄을 포함하는, 생물 부착 억제 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 통전 공정은, 0.24A/m2 이상의 전류 밀도로 통전하는, 생물 부착 억제 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 동 합금은 알루미늄 청동인, 생물 부착 억제 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 준비 공정은, 상기 수중에 참조 전극을 더 침지시켜 배치하고,
    상기 통전 공정은, 상기 참조 전극에 대한 상기 선박용 프로펠러의 전위를 일정하게 유지하여, 상기 선박용 프로펠러와 상기 양극 부재 사이에, 직류 전류를 통전하는, 생물 부착 억제 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 준비 공정은, 흘수선의 위치를 측정하는 수위 센서를 더 배치하고,
    상기 통전 공정은, 상기 수위 센서에 의해 측정된 흘수선의 위치로부터 흘수선 이하의 잠수한 프로펠러 면적을 구하고, 전류 밀도를 일정하게 하기 위하여, 상기 잠수한 프로펠러 면적에 따라, 상기 선박용 프로펠러와 상기 양극 부재 사이에 통전하는 직류 전류의 전류량을 변화시키는, 생물 부착 억제 방법.
  7. 수중에서의 생물의 부착을 억제하는 생물 부착 억제 장치로서,
    상기 수중에 침지되고, 음극이 되는 동 합금으로 형성된 선박용 프로펠러로 이루어지는 생물 부착 억제 대상 부재의 대극을 구성하는 양극 부재,
    상기 생물 부착 억제 대상 부재와 상기 양극 부재에 전기적 접속되는 전원, 및
    상기 전원을 제어하여, 상기 선박용 프로펠러와 상기 양극 부재와의 사이에, 직류 전류를 물의 전기분해 개시 시의 전류 밀도 이상으로 통전하고, 상기 선박용 프로펠러와 상기 양극 부재와의 사이에, 물의 전기분해 개시 시의 전류 밀도 이상 2.5A/m2 이하로 통전하거나, 또는 0.06A/m2 이상의 전류 밀도로 통전하는 제어부
    를 구비하고, 상기 생물 부착 억제 대상 부재는 일부가 물에 잠긴 선박용 프로펠러이며,
    상기 제어부는, 전류 밀도를 일정하게 하기 위하여, 몰수(沒水)한 프로펠러 면적에 따라, 상기 선박용 프로펠러와 상기 양극 부재와의 사이에 통전하는 직류 전류의 전류량을 변화시키는,
    생물 부착 억제 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 선박용 프로펠러는, 선체의 선미(船尾) 측에 배치되어 있고,
    상기 양극 부재는, 상기 선박용 프로펠러의 선폭(船幅) 방향으로부터 선미 방향에 걸쳐, 상기 선박용 프로펠러를 에워싸도록 설치되어 있는, 생물 부착 억제 장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
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