特許 6826470 アノード電極部材、監視装置、及び電気防食システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6826470

(24)【登録日】2021年1月19日

(45)【発行日】2021年2月3日

(54)【発明の名称】アノード電極部材、監視装置、及び電気防食システム

(51)【国際特許分類】

   C23F 13/10 20060101AFI20210121BHJP

   C23F 13/02 20060101ALI20210121BHJP

   C23F 13/22 20060101ALI20210121BHJP

【ＦＩ】

   C23F13/10 B

   C23F13/02 J

   C23F13/02 B

   C23F13/22

【請求項の数】3

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2017-54236(P2017-54236)

(22)【出願日】2017年3月21日

(65)【公開番号】特開2018-154892(P2018-154892A)

(43)【公開日】2018年10月4日

【審査請求日】2019年12月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000239

【氏名又は名称】株式会社荏原製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100106909

【弁理士】

【氏名又は名称】棚井 澄雄

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100169764

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 雄一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100167553

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 久典

(74)【代理人】

【識別番号】100189326

【弁理士】

【氏名又は名称】齋藤 崇暢

(72)【発明者】

【氏名】辻村 学

(72)【発明者】

【氏名】小澤 照彦

【審査官】 大塚 美咲

(56)【参考文献】

【文献】 実開昭４８−０５９７１４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平０２−１５９３９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実公昭５０−００９６２８（ＪＰ，Ｙ１）

【文献】 実開昭５８−０２８１９４（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２３Ｆ １３／１０

Ｃ２３Ｆ １３／０２

Ｃ２３Ｆ １３／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

配管フランジに取り付けられるアノード電極部材であって、
隙間を介して互いに隣り合う第１端領域及び第２端領域を有し、略Ｃ型形状に形成された電極本体と、
前記第１端領域に巻かれた第１コイルと、
前記第２端領域に巻かれた第２コイルと、
を備え、
前記第１コイル及び前記第２コイルは、前記電極本体に一体化されているアノード電極部材。

【請求項2】

アノード電極部材を監視する監視装置であって、
隙間を介して互いに隣り合う第１端領域及び第２端領域を有するとともに略Ｃ型形状に形成された電極本体を有し、前記電極本体の内面が配管の内部に露出するように配置されるアノード電極部材と、
前記第１端領域に巻かれた第１コイルと、
前記第２端領域に巻かれた第２コイルと、
前記第１コイルに電気的に接続された信号送信部と、
前記第２コイルに電気的に接続された信号検出部と、
前記信号送信部及び前記信号検出部に電気的に接続された監視部と、を備える監視装置。

【請求項3】

配管フランジを備えた配管と、
隙間を介して互いに隣り合う第１端領域及び第２端領域を有するとともに略Ｃ型形状に形成された電極本体を有し、前記電極本体の内面が前記配管の内部に露出するように配置されるアノード電極部材と、
前記配管の外部に接続されたカソード電極と、
前記アノード電極部材及び前記カソード電極に配線を介して接続された直流電源と、
請求項２に記載の監視装置と、を備える電気防食システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アノード電極部材、監視装置、及び電気防食システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、アノード電極の消耗具合を知る方法が知られている（特許文献１を参照）。この方法は、断面形状が三角形状であるアノード電極を用意し、アノード電極の防食時間の増加に伴うアノード電流の経時変化を測定（モニタリング）する。具体的に、アノード反応により電極材料が溶出し、三角形状であるアノード電極は減肉する。アノード電極の三角形状断面においては、底面から頂点に向かって、アノード電極は減肉していくので、三角形の底面が徐々に減少することになり、節水面積も暫時減少する。これにより、アノード電流が変化するため、アノード電流の変化からアノード電極の消耗具合をモニタすることが可能となる。

【0003】

また、カソード防食管理用プローブの腐食状態監視方法及び監視システムが知られている（特許文献２を参照）。このシステムは、埋設金属構造物の近傍に設置されたプローブを埋設した状態で、プローブの腐食状態を監視することで、腐食状況に埋設金属構造物が曝されることによる影響を頻繁且つ経時的に把握する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１５−１２９３４６号公報

【特許文献2】特許第５４７０１９１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、特許文献１に開示された方法においては、アノード電極の形状（三角形状）が制限される問題があった。また、特許文献２に開示されたシステムは、アノード電極の消耗具合をモニタするための方法や構造を開示していない。

【0006】

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、電極本体の減肉を監視するのに適したアノード電極部材と、このアノード電極部材の減肉を監視する監視装置と、アノード電極部材及び監視装置を用いた電気防食システムとを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明の第一態様に係るアノード電極部材は、配管フランジに取り付けられるアノード電極部材であって、隙間を介して互いに隣り合う第１端領域及び第２端領域を有し、略Ｃ型形状に形成された電極本体を有する。
上記態様に係るアノード電極部材によれば、配管フランジに取り付けた状態で、電極本体の減肉を監視するのに適したアノード電極部材を実現することができる。

【0008】

上記態様に係るアノード電極部材は、前記第１端領域に巻かれた第１コイルと、前記第２端領域に巻かれた第２コイルとを備え、前記第１コイル及び前記第２コイルは、前記電極本体に一体化されてもよい。

【0009】

上記態様に係るアノード電極部材によれば、第１コイル及び第２コイルが電極本体に一体化されたアノード電極部材を実現することができる。また、第１コイル及び第２コイルを用いて電極本体の減肉を監視するのに適したアノード電極部材を実現することができる。第１コイル及び第２コイルが電極本体に一体化されているので、アノード電極部材を交換する際に、第１コイル及び第２コイルが電極本体に取り付けられた状態で、交換を行うことができる。

【0010】

本発明の第二態様に係る監視装置は、アノード電極部材を監視する監視装置であって、隙間を介して互いに隣り合う第１端領域及び第２端領域を有するとともに略Ｃ型形状に形成された電極本体を有し、前記電極本体の内面が配管の内部に露出するように配置されるアノード電極部材と、前記第１端領域に巻かれた第１コイルと、前記第２端領域に巻かれた第２コイルと、前記第１コイルに電気的に接続された信号送信部と、前記第２コイルに電気的に接続された信号検出部と、前記信号送信部及び前記信号検出部に電気的に接続された監視部と、を備える。

【0011】

上記態様に係る監視装置によれば、信号送信部が交流信号を第１コイルに送信する。このとき、第１端領域における磁場が変化し、磁気歪み効果によって、第２端領域にガイド波信号が伝搬される。第２端領域の第２コイルは、ガイド波信号によって発生した交流信号を出力する。信号検出部は、第２コイルから発生した信号を検出する。監視部は、信号送信部が送信した信号と信号検出部が検出した信号を比較し、その減衰比等に基づき、アノード電極部材の電極本体の減肉量を推定することができる。

【0012】

本発明の第三態様に係る電気防食システムは、配管フランジを備えた配管と、隙間を介して互いに隣り合う第１端領域及び第２端領域を有するとともに略Ｃ型形状に形成された電極本体を有し、前記電極本体の内面が前記配管の内部に露出するように配置されるアノード電極部材と、前記配管の外部に接続されたカソード電極と、前記アノード電極部材及び前記カソード電極に配線を介して接続された直流電源と、第二態様に係る監視装置と、を備える。

【0013】

上記態様に係る電気防食システムによれば、直流電源からアノード電極部材に電流が供給される。このため、カソード電極が接続されている配管の内面、即ち、流体と接する配管の内面には電子が供給される。流体中のカチオン（正イオン）は、配管に引き寄せられ、腐食反応によって配管の金属カチオンが放出することが抑制される。この結果、配管の腐食を抑制することができる。更に、上述した監視装置を備えるので、アノード電極部材の電極本体の減肉量を推定することができる。

【発明の効果】

【0014】

本発明の上記態様によれば、電極本体の減肉を監視するのに適したアノード電極部材と、このアノード電極部材の減肉を監視する監視装置と、アノード電極部材及び監視装置を用いた電気防食システムとを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の実施形態に係るアノード電極部材を備えた電気防食システムの概略構成を示す部分断面図である。

【図2】本発明の実施形態に係るアノード電極部材を監視する監視装置の構成を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本実施形態に係るアノード電極部材を備えた電気防食システムの構成を、図１を参照しながら説明する。
本実施形態の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
本実施形態において、「流体」としては、例えば、配管材料の腐食を招く恐れがある海水等が挙げられる。

【0017】

（電気防食システム）
電気防食システム１００は、配管フランジ７１Ａ（第１フランジ）を備えた配管７０Ａ（第１配管）と、配管フランジ７１Ｂ（第２フランジ）を備えた配管７０Ｂ（第２配管）と、アノード電極部材１と、配管７０Ａの外部に接続されたカソード電極２０と、アノード電極部材１及びカソード電極２０に配線を介して接続された直流電源３０と、監視装置５０を備える。アノード電極部材１は、配管フランジ７１Ａ、７１Ｂの間に固定されている。アノード電極部材１の電極本体１０の内面１Ａは、配管７０Ａ、７０Ｂの内部に露出している。カソード電極２０は、配管７０Ｂの外部に接続されている。

【0018】

配管フランジ７１Ａ、７１Ｂの間には、絶縁シール部材１５が設けられている。絶縁シール部材１５は、アノード電極部材１を被覆固定し、配管フランジ７１Ａ、７１Ｂの間の接続部を密閉している。
配管フランジ７１Ａ、７１Ｂは、公知のボルト及びナット等を用いた締結部材（不図示）により、互いに固定されている。

【0019】

アノード電極部材１及びカソード電極２０の各々から延出する配線は、直流電源３０に接続されている。アノード電極部材１は、配線を介して、直流電源３０のプラス側に接続されている。カソード電極２０は、配線を介して、直流電源３０のマイナス側に接続されている。直流電源３０は、商用電源（交流）を直流に変換するＡＣ−ＤＣ変換器を備え、直流電圧をアノード電極部材１とカソード電極２０との間に印加することが可能である。また、直流電源３０として、例えば、一次電池、二次電池、又は太陽電池等を用いてもよい。アノード電極部材１とカソード電極２０との間に印加される電圧は、１Ｖ〜２Ｖ程度である。

【0020】

（アノード電極部材）
次に、本実施形態に係るアノード電極部材の概略構成を、図２を参照しながら説明する。
アノード電極部材１は、配管フランジ７１Ａ、７１Ｂに取り付けられる部材である。アノード電極部材１は、隙間Ｇを介して互いに隣り合う第１端領域１１及び第２端領域１２を有し、略Ｃ型形状に形成された電極本体１０を有する。アノード電極部材１を構成する材料としては、カーボン、グラファイト、フェライト等が挙げられる。アノード電極部材１は、監視装置５０の一部を構成する。

【0021】

（監視装置）
次に、本実施形態に係るアノード電極部材を監視する監視装置の概略構成を、図２を参照しながら説明する。
監視装置５０は、アノード電極部材１と、アノード電極部材１の第１端領域１１（発信部）に巻かれた第１コイル１１Ａと、アノード電極部材１の第２端領域１２（受信部）に巻かれた第２コイル１２Ａと、第１信号線Ｌ１１を介して第１コイル１１Ａに電気的に接続された信号送信部２１と、第２信号線Ｌ１２を介して第２コイル１２Ａに電気的に接続された信号検出部２２と、信号送信部２１及び信号検出部２２に電気的に接続された監視部２３と、を有する。

【0022】

第１コイル１１Ａが巻かれた第１端領域１１は、磁場を形成する第１磁極部１１Ｂ（第１磁石）として機能する。第２コイル１２Ａが巻かれた第２端領域１２は、磁場を形成する第２磁極部１２Ｂ（第２磁石）として機能する。このような監視装置５０は、信号送信部２１が交流信号を送信し、信号検出部２２が交流信号を受信し、監視部２３において減衰比を測定するよう構成されている。
また、監視装置５０においては、アノード電極部材１の電極本体１０の内面１Ａが配管７０Ａ、７０Ｂの内部に露出するように配置されている。

【0023】

上記構成において、コイルの巻き数は、適宜調整される。電極本体１０に巻かれる第１コイル１１Ａ及び第２コイル１２Ａは、電極本体１０と一体化されてもよい。この場合、アノード電極部材１を交換する際に、第１コイル１１Ａ及び第２コイル１２Ａが電極本体１０に取り付けられた状態で、交換が行われる。第１コイル１１Ａ及び第２コイル１２Ａが電極本体１０に一体化された構造としては、例えば、樹脂材料等の塗布により、第１コイル１１Ａ及び第２コイル１２Ａを電極本体１０に取り付ける構造が挙げられる。

【0024】

一方、アノード電極部材１を交換する際に、使用済みの電極本体から第１コイル１１Ａ及び第２コイル１２Ａを取り外し、新しい電極本体に第１コイル１１Ａ及び第２コイル１２Ａを取り付けて使用してもよい。

【0025】

次に、以上のように構成されたアノード電極部材１及び監視装置５０を備える電気防食システム１００の作用について説明する。

【0026】

図１に示すように、アノード電極部材１が配管フランジ７１Ａ、７１Ｂの間に挟持され、かつ、アノード電極部材１の電極本体１０の内面１Ａが配管７０Ａ、７０Ｂの内部に露出した状態で、符号Ｆに示す方向にて、配管７０Ａ、７０Ｂ内を流体が流動する。

【0027】

直流電源３０からアノード電極部材１に電流が供給される。電流は、アノード電極部材１から、配管７０Ｂ内の流体を介して、配管７０Ｂの内面に流れる。このため、カソード電極２０が接続されている配管７０Ｂの内面、即ち、流体と接する配管７０Ｂの内面には電子が供給される。流体中のカチオン（正イオン）は、配管７０Ｂに引き寄せられ、腐食反応によって配管７０Ｂの金属カチオンが放出することが抑制される。

【0028】

ここで、アノード電極部材１は、アノードとして働き、配管７０Ｂの防食機能を継続するため、流体に接触しているアノード電極部材１の電極本体１０の材料は、アノード反応により内面１Ａから溶出する。時間経過とともに内面１Ａの溶出が進むにつれて、電極本体１０は、減肉する。このような電極本体１０の減肉は、監視装置５０によって監視される。

【0029】

以下、監視装置５０の機能について、具体的に説明する。
信号送信部２１は、ガイド波信号を発生させる信号として、第１信号線Ｌ１１を介して第１コイル１１Ａに交流信号を送信する。このとき、第１端領域１１（発信部）における磁場が変化し、磁気歪み効果によって、アノード電極部材１の反対側、即ち、第２端領域１２（受信部）にガイド波信号が伝搬される。
第２端領域１２の第２コイル１２Ａは、ガイド波信号によって発生した交流信号を出力する。信号検出部２２は、第２コイル１２Ａから発生した信号を検出する。

【0030】

監視部２３は、信号送信部２１が送信した信号と信号検出部２２が検出した信号を比較し、その減衰比等に基づき、アノード電極部材１の電極本体１０の減肉量を推定する。電極本体１０の減肉量は信号の減衰比と略比例関係にあり、減衰比（ｄＢ／ｍ）が大きいほど減肉量（ｍｍ）が大きく腐食が進行していると推定することができる。

【0031】

信号送信部２１が送信する信号の周波数を変えることで、減衰比を減肉量に変換する際の感度を調整することができる。比較的低い周波数（１０ｋＨｚ程度）に設定する場合、減衰比との高い相関で、広い範囲の減肉量を計測することができる。また、比較的高い周波数（５０〜１３０ｋＨｚ）に設定する場合、僅かな減肉量を高感度で計測することができる。計測現場の状況に応じて周波数を変えて減肉量を計測するように、監視装置５０が構成されていることが好ましい。

【0032】

以上説明したように、電気防食システム１００によれば、アノード電極部材１の電極本体１０の減肉量を推定することができるとともに、配管７０Ｂの腐食を抑制することができる。

【0033】

以上、本発明の好ましい実施形態を説明し、上記で説明してきたが、これらは本発明の例示的なものであり、限定するものとして考慮されるべきではないことを理解すべきである。追加、省略、置換、およびその他の変更は、本発明の範囲から逸脱することなく行うことができる。従って、本発明は、前述の説明によって限定されていると見なされるべきではなく、請求の範囲によって制限されている。

【符号の説明】

【0034】

１ アノード電極部材
１Ａ 内面
１０ 電極本体
１１ 第１端領域
１１Ａ 第１コイル
１１Ｂ 第１磁極部
１２ 第２端領域
１２Ａ 第２コイル
１２Ｂ 第２磁極部
１５ 絶縁シール部材
２０ カソード電極
２１ 信号送信部
２２ 信号検出部
２３ 監視部
３０ 直流電源
５０ 監視装置
７０Ａ、７０Ｂ 配管
７１Ａ、７１Ｂ 配管フランジ
１００ 電気防食システム
Ｇ 隙間
Ｌ１１ 第１信号線
Ｌ１２ 第２信号線

【図1】

【図2】