特開 2023-183698 試験装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023183698

(43)【公開日】2023-12-28

(54)【発明の名称】試験装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 17/02 20060101AFI20231221BHJP

【ＦＩ】

G01N17/02

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022097347

(22)【出願日】2022-06-16

(71)【出願人】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(74)【代理人】

【識別番号】110000936

【氏名又は名称】弁理士法人青海国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】河原崎 琢也

(72)【発明者】

【氏名】榊原 洋平

(72)【発明者】

【氏名】内田 正宏

(72)【発明者】

【氏名】篠崎 一平

【テーマコード（参考）】

2G050

【Ｆターム（参考）】

2G050AA01

2G050BA01

2G050CA07

2G050EB03

(57)【要約】

【課題】液体アンモニアの液抵抗を低下させる。
【解決手段】試験装置１１０は、液体アンモニア、カルバミン酸イオン、および、無機アンモニウム塩の混合液Ｍを貯留する容器１２０と、容器１２０内の混合液Ｍを冷却する冷却部１３０と、試験片１４２および対極１４４を少なくとも有し、容器１２０内の混合液Ｍに浸漬される電極ユニット１４０と、電極ユニット１４０に対し、電流を印加する印加部１６０と、を備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

液体アンモニア、カルバミン酸イオン、および、無機アンモニウム塩の混合液を貯留する容器と、
前記容器内の前記混合液を冷却する冷却部と、
試験片および対極を少なくとも有し、前記容器内の前記混合液に浸漬される電極ユニットと、
前記電極ユニットに対し、電流を印加する印加部と、
を備える、試験装置。

【請求項2】

前記冷却部は、前記混合液を－１０℃以下に冷却する、請求項１に記載の試験装置。

【請求項3】

前記印加部は、前記電極ユニットに対し、前記対極の材料に応じた上限電圧以下の電圧を印加する、請求項１または２に記載の試験装置。

【請求項4】

前記容器内の前記混合液の液抵抗を取得する取得部を備える、請求項１または２に記載の試験装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、試験装置に関する。

【背景技術】

【0002】

液体アンモニアを貯蔵するタンク、および、液体アンモニアの運搬に要する機器には、鋼材等の金属材料が用いられている。このような金属材料の経年劣化を把握するために、応力腐食割れ試験が行われている。

【0003】

液体アンモニア中における鋼材の応力腐食割れ試験として、気体のアンモニアを常温で加圧して液体アンモニアを生成し、液体アンモニア中に鋼材および対極を浸漬して、鋼材を電気化学的にアノード分極する技術が提案されている（例えば、特許文献１）。例えば、２０℃で試験を行う場合、０．８５７ＭＰａ以上に加圧してアンモニアを液化させる。特許文献１の技術では、液体アンモニアにカルバミン酸アンモニウムを添加し、応力腐食割れを促進させている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特公Ｓ６０－１０５７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、特許文献１に記載されたような常温で試験を行う従来技術では、気体のアンモニアを液化させるために、０．８ＭＰａ以上に加圧する必要がある。そうすると、加圧に要するポンプ、液体アンモニアを収容するための耐圧容器等の費用が高くなったり、高圧ガス保安法等の規制を満たすための手続が煩雑になったりするという問題があった。

【0006】

そこで、気体および液体のアンモニアを常温未満に冷却して、０．８ＭＰａ未満の圧力で応力腐食割れ試験を行うことが考えられる。しかし、液体アンモニアを常温未満に冷却すると、常温である場合と比較してカルバミン酸アンモニウムが電離しにくくなる。そうすると、常温である場合と比較して液体アンモニアの液抵抗が高くなり、通電による応力腐食割れの促進度合いが小さくなってしまうという問題がある。

【0007】

本開示は、このような課題に鑑み、液体アンモニアの液抵抗を低下させることが可能な試験装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る試験装置は液体アンモニア、カルバミン酸イオン、および、無機アンモニウム塩の混合液を貯留する容器と、容器内の混合液を冷却する冷却部と、試験片および対極を少なくとも有し、容器内の混合液に浸漬される電極ユニットと、電極ユニットに対し、電流を印加する印加部と、を備える。

【0009】

また、冷却部は、混合液を－１０℃以下に冷却してもよい。

【0010】

また、印加部は、電極ユニットに対し、対極の材料に応じた上限電圧以下の電圧を印加してもよい。

【0011】

また、容器内の混合液の液抵抗を取得する取得部を備えてもよい。

【発明の効果】

【0012】

本開示によれば、液体アンモニアの液抵抗を低下させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、本実施形態に係る試験システムを説明する図である。

【図2】図２は、本実施形態に係る試験装置を説明する図である。

【図3】図３は、本実施形態に係る試験方法の処理の流れを示すフローチャートである。

【図4】図４は、分極曲線を示す図である。

【図5】図５は、液抵抗の測定結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下に添付図面を参照しながら、本開示の実施形態について詳細に説明する。実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。

【0015】

図１は、本実施形態に係る試験システム１００を説明する図である。図２は、本実施形態に係る試験装置１１０を説明する図である。図１に示すように、試験システム１００は、試験装置１１０と、アンモニア供給管２１０と、第１窒素供給管２２０と、洗浄水タンク２２２と、第２窒素供給管２３０と、第３窒素供給管２３２と、第１排気管２４０と、廃液タンク２４２、２４４と、第２排気管２４６と、接続管２５０と、空気供給管２５２と、第３排気管２５４と、真空ポンプ２６０と、吸引ビン２６２と、圧力センサ２７０と、スクラバ２７２と、ドラフトチャンバ２７４とを含む。なお、図１中、理解を容易にするために、試験装置１１０の一部を省略する。

【0016】

試験装置１１０は、例えば、応力腐食割れ（ＳＣＣ：Stress Corrosion Cracking）試験を行う。応力腐食割れ試験は、試験片１４２が割れるか否か、割れるまでの時間、どの程度の応力が試験片１４２に印加されると割れるか等を把握する試験である。図２に示すように、試験装置１１０は、容器１２０と、冷却部１３０と、電極ユニット１４０と、制御装置１５０と、を含む。

【0017】

容器１２０は、耐圧容器である。容器１２０は、本体１２２と、蓋部１２４とを含む。容器１２０は、混合液Ｍを貯留する。混合液Ｍは、液体アンモニア、カルバミン酸イオン（ＮＨ_２ＣＯ_２ ^－）、および、無機アンモニウム塩を含む。カルバミン酸イオン前駆体を液体アンモニアに供給することで、混合液Ｍ中にカルバミン酸イオンを生成させる。カルバミン酸イオン前駆体は、例えば、カルバミン酸アンモニウム（ＮＨ_４ＣＯ_２ＮＨ_２）、二酸化炭素（ＣＯ_２）、尿素（ＣＯ（ＮＨ_２）_２）、炭酸アンモニウム（（ＮＨ_４）_２ＣＯ_３）、および、炭酸水素アンモニウム（ＮＨ_４ＨＣＯ_３）のうちの１または複数である。本実施形態では、カルバミン酸イオン前駆体として、カルバミン酸アンモニウムを例に挙げる。無機アンモニウム塩は、例えば、硝酸アンモニウム（ＮＨ_４ＮＯ_３）、塩化アンモニウム（ＮＨ_４Ｃｌ）、および、硫酸アンモニウム（（ＮＨ_４）_２ＳＯ_４）のうちの１または複数である。

【0018】

本実施形態において、後述する演算部１６４によって演算される混合液Ｍの液抵抗が、所定値以下になるように、無機アンモニウム塩が混合される。液抵抗は、単位長さ当たりの抵抗値で示される。所定値は、試験片１４２と対極１４４との間の距離、および、試験片１４２と対極１４４との間に流れる電流密度に基づいて決定される。試験片１４２と対極１４４との間の距離が決定されている場合、試験片１４２と対極１４４との間の電圧降下量は液抵抗と比例する。このため、電圧降下量を無視できる程度に小さい液抵抗を所定値とする。

【0019】

冷却部１３０は、容器１２０内の混合液Ｍを冷却する。冷却部１３０は、例えば、熱交換器１３２と、チラー１３４とを含む。熱交換器１３２は、容器１２０の外壁に設けられる。チラー１３４は、熱交換器１３２に冷媒を循環させる。

【0020】

冷却部１３０は、－１０℃以下－３４℃以上に混合液Ｍを冷却する。本実施形態において、冷却部１３０は、例えば－２０℃に混合液Ｍを冷却する。

【0021】

電極ユニット１４０は、容器１２０内の混合液Ｍに浸漬される。本実施形態において、電極ユニット１４０は、試験片１４２、対極１４４、および、参照極１４６を含む。試験片１４２は、液体アンモニアを貯蔵するタンク、または、液体アンモニアの運搬に要する機器に用いられる金属材料で構成される。試験片１４２は、例えば、鋼材である。試験片１４２は、作用極として機能する。本実施形態において、試験片１４２は、不図示の治具によって応力が負荷される。

【0022】

対極１４４および参照極１４６は、液体アンモニア中において不活性な材料で構成される。対極１４４および参照極１４６を構成する材料は、例えば、白金（Ｐｔ）、オーステナイト系ステンレス鋼、アルミニウム、または、炭素である。オーステナイト系ステンレス鋼は、例えば、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６である。

【0023】

制御装置１５０は、制御部１５２と、メモリ１５４とを含む。

【0024】

制御部１５２は、ＣＰＵ（中央処理装置）を含む半導体集積回路（制御基板、または、ＰＬＣ（programmable logic controller））で構成される。制御部１５２は、ＲＯＭからＣＰＵを動作させるためのプログラムやパラメータ等を読み出す。制御部１５２は、ワークエリアとしてのＲＡＭや他の電子回路と協働して試験装置１１０全体を管理および制御する。

【0025】

メモリ１５４は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＨＤＤ等で構成される。メモリ１５４は、制御部１５２に用いられるプログラムや各種データを保持する。

【0026】

本実施形態において、制御部１５２は、印加部１６０、測定部１６２、演算部１６４としても機能する。

【0027】

印加部１６０は、試験片１４２と参照極１４６との間の電圧を監視し、この電圧が所定の値となるように、試験片１４２と対極１４４との間に直流電流を流す。本実施形態において、印加部１６０は、試験片１４２と参照極１４６との間に、対極１４４の材料に応じた上限電圧以下の電圧を印加する。上限電圧は、アンモニアの電気分解の進行程度によって決定される。上限電圧は、対極１４４の材料によって異なる。例えば、印加部１６０は、対極１４４として白金電極を用いる場合、試験片１４２と参照極１４６との間に、０．０Ｖ超、０．７Ｖ（上限電圧）以下の電圧を印加する。また、印加部１６０は、対極１４４としてＳＵＳ３０４電極を用いる場合、試験片１４２と参照極１４６との間に、０．０Ｖ超、１．０Ｖ（上限電圧）以下の電圧を印加する。

【0028】

測定部１６２（取得部）は、電極ユニット１４０のインピーダンスを測定する。演算部１６４（取得部）は、インピーダンスに基づき、混合液Ｍの液抵抗を演算する。

【0029】

図１に戻って説明すると、アンモニア供給管２１０は、アンモニアの供給源と、容器１２０とを接続する。アンモニアの供給源は、例えば、アンモニアガスボンベである。アンモニア供給管２１０には、開閉弁Ｖ１０、減圧機構２１２、開閉弁Ｖ６が設けられる。

【0030】

開閉弁Ｖ１０は、アンモニア供給管２１０に形成される流路を開閉する。減圧機構２１２は、アンモニア供給管２１０における開閉弁Ｖ１０と、容器１２０との間に設けられる。減圧機構２１２は、アンモニアの供給源から供給されるアンモニアを減圧して、容器１２０に供給されるアンモニアの流量を調整する。開閉弁Ｖ６は、アンモニア供給管２１０における減圧機構２１２と容器１２０との間に設けられる。開閉弁Ｖ６は、アンモニア供給管２１０に形成される流路を開閉する。

【0031】

第１窒素供給管２２０は、窒素の供給源と、洗浄水タンク２２２とを接続する。窒素の供給源は、例えば、窒素ガスボンベである。洗浄水タンク２２２は、洗浄水を貯留する。第１窒素供給管２２０には、開閉弁Ｖ１、減圧機構２２４、ガス流量計２２６、開閉弁Ｖ３が設けられる。

【0032】

開閉弁Ｖ１は、第１窒素供給管２２０に形成される流路を開閉する。減圧機構２２４は、第１窒素供給管２２０における開閉弁Ｖ１と、洗浄水タンク２２２との間に設けられる。減圧機構２２４は、窒素の供給源から供給される窒素を減圧して、洗浄水タンク２２２に供給される窒素の流量を調整する。

【0033】

ガス流量計２２６は、第１窒素供給管２２０における減圧機構２２４と洗浄水タンク２２２との間に設けられる。ガス流量計２２６は、窒素の流量を調整する。開閉弁Ｖ３は、第１窒素供給管２２０におけるガス流量計２２６と、洗浄水タンク２２２との間に設けられる。開閉弁Ｖ３は、第１窒素供給管２２０に形成される流路を開閉する。

【0034】

第２窒素供給管２３０は、第１窒素供給管２２０におけるガス流量計２２６および開閉弁Ｖ３の間と、アンモニア供給管２１０における減圧機構２１２および開閉弁Ｖ６の間とを接続する。第２窒素供給管２３０には、開閉弁Ｖ２、Ｖ５が設けられる。開閉弁Ｖ２、Ｖ５は、第２窒素供給管２３０に形成される流路を開閉する。開閉弁Ｖ２は、第１窒素供給管２２０側に設けられる。開閉弁Ｖ５は、アンモニア供給管２１０側に設けられる。

【0035】

第３窒素供給管２３２の一端は、第２窒素供給管２３０における開閉弁Ｖ２と開閉弁Ｖ５との間に接続される。第３窒素供給管２３２の他端は、洗浄水タンク２２２に貯留された洗浄水に浸漬される。

【0036】

第１排気管２４０は、アンモニア供給管２１０における開閉弁Ｖ６および容器１２０の間と、廃液タンク２４２とを接続する。廃液タンク２４２、２４４は、水を貯留する。第１排気管２４０には、安全弁ＳＶが設けられる。安全弁ＳＶは、容器１２０の圧力が第１所定圧超となったら開弁される。第１所定圧は、例えば、０．２ＭＰａである。

【0037】

第２排気管２４６は、容器１２０と廃液タンク２４４とを接続する。第２排気管２４６には、開閉弁Ｖ９、Ｖ１３が設けられる。開閉弁Ｖ９、Ｖ１３は、第２排気管２４６に形成される流路を開閉する。開閉弁Ｖ９は、容器１２０側に設けられる。開閉弁Ｖ１３は、廃液タンク２４４側に設けられる。

【0038】

接続管２５０は、容器１２０と、第２排気管２４６における開閉弁Ｖ９および開閉弁Ｖ１３の間とを接続する。接続管２５０には、開閉弁Ｖ７、Ｖ８が設けられる。開閉弁Ｖ７、Ｖ８は、接続管２５０に形成される流路を開閉する。開閉弁Ｖ７は、容器１２０側に設けられる。開閉弁Ｖ８は、第２排気管２４６側に設けられる。

【0039】

空気供給管２５２の一端は、大気開放される。空気供給管２５２の他端は、第２排気管２４６における開閉弁Ｖ９と開閉弁Ｖ１３との間に設けられる。空気供給管２５２には、開閉弁Ｖ１１、Ｖ１２が設けられる。開閉弁Ｖ１１、Ｖ１２は、空気供給管２５２に形成される流路を開閉する。開閉弁Ｖ１１は、他端側に設けられる。開閉弁Ｖ１２は、一端側に設けられる。

【0040】

第３排気管２５４は、空気供給管２５２における開閉弁Ｖ１１および開閉弁Ｖ１２の間と、真空ポンプ２６０の吸入側とを接続する。吸引ビン２６２は、第３排気管２５４における空気供給管２５２との接続箇所と、真空ポンプ２６０の吸入側との間に設けられる。吸引ビン２６２は、第３排気管２５４を通じて供給されるガスに含まれる液体を除去する。吸引ビン２６２を備えることにより、真空ポンプ２６０に液体が吸引されてしまう事態を回避できる。これにより、真空ポンプ２６０の故障を防止できる。

【0041】

圧力センサ２７０は、容器１２０内の圧力を測定する。スクラバ２７２は、廃液タンク２４２、２４４に接続される。スクラバ２７２は、アンモニアを浄化する。ドラフトチャンバ２７４は、容器１２０を収容する。ドラフトチャンバ２７４は、内部空間内の気体を排気する。

【0042】

［試験方法］
続いて、上記試験システム１００を用いた試験方法について説明する。図３は、本実施形態に係る試験方法の処理の流れを示すフローチャートである。図３に示すように、試験方法は、設置工程Ｓ１１０、真空工程Ｓ１２０、添加ガス供給工程Ｓ１３０、冷却工程Ｓ１４０、液化工程Ｓ１５０、試験工程Ｓ１６０、除去工程Ｓ１７０を含む。なお、初期状態において、開閉弁Ｖ１～Ｖ１３は閉じられている。以下、各工程について説明する。

【0043】

［設置工程Ｓ１１０］
容器１２０の本体１２２内にカルバミン酸アンモニウムおよび無機アンモニウム塩を設置する。また、本体１２２内に、電極ユニット１４０を設置する。そして、蓋部１２４によって本体１２２の開口を閉じる。

【0044】

［真空工程Ｓ１２０］
真空工程Ｓ１２０は、容器１２０内を真空引きする工程である。真空工程Ｓ１２０では、開閉弁Ｖ７、Ｖ８、Ｖ９、Ｖ１１が開かれる。そして、真空ポンプ２６０を動作させる。圧力センサ２７０によって測定された圧力が第２所定圧になったら真空ポンプ２６０の動作を停止する。第２所定圧は、例えば、－０．１ＭＰａである。

【0045】

［添加ガス供給工程Ｓ１３０］
添加ガス供給工程Ｓ１３０は、容器１２０内に添加ガスを供給する工程である。添加ガスが空気である場合、開閉弁Ｖ９が閉じられ、開閉弁Ｖ１２が開かれる。そして、圧力センサ２７０によって測定された圧力が第３所定圧になったら、開閉弁Ｖ７、Ｖ８、Ｖ１１、Ｖ１２が閉じられる。第３所定圧は、容器１２０内に目標量の空気が貯留された際の圧力である。目標量の空気は、液体アンモニアに溶解させる酸素の目標量に基づき設定される。なお、液体アンモニアに含まれる酸素の量が多いほど、応力腐食割れが進行する。また、空気に換えて、酸素ガスボンベから容器１２０内に酸素を供給してもよい。

【0046】

［冷却工程Ｓ１４０］
冷却工程Ｓ１４０は、容器１２０内を冷却する工程である。冷却工程Ｓ１４０では、すべての開閉弁Ｖ１～Ｖ１３が閉じられる。そして、冷却部１３０が動作される。冷却部１３０は、容器１２０内を－１０℃以下－３４℃以上に冷却する。

【0047】

［液化工程Ｓ１５０］
液化工程Ｓ１５０は、アンモニアを容器１２０内に供給し、容器１２０内においてアンモニアを液化させる工程である。液化工程Ｓ１５０では、開閉弁Ｖ６、Ｖ１０が開かれる。そして、容器１２０における液体アンモニアの貯留量が所定量となったら、開閉弁Ｖ６、Ｖ１０が閉じられる。所定量は、電極ユニット１４０が液体アンモニアに浸漬される液体アンモニアの貯留量である。液化工程Ｓ１５０が行われることにより、容器１２０内に混合液Ｍが貯留される。

【0048】

［試験工程Ｓ１６０］
試験工程Ｓ１６０では、すべての開閉弁Ｖ１～Ｖ１３が閉じられる。試験工程Ｓ１６０は、電極ユニット１４０に制御装置１５０が接続される。そして、印加部１６０は、試験片１４２と参照極１４６との間の電圧を監視し、この電圧が所定の値となるように、試験片１４２と対極１４４との間に直流電流を流す。本実施形態において、印加部１６０は、試験片１４２と参照極１４６との間に、対極１４４の材料に応じた上限電圧以下の電圧を印加する。これにより、試験片１４２に対し、応力腐食割れ試験が行われる。試験工程Ｓ１６０が終了したら、除去工程Ｓ１７０が行われる。

【0049】

［除去工程Ｓ１７０］
除去工程Ｓ１７０は、混合液Ｍを容器１２０から除去する工程である。除去工程Ｓ１７０では、開閉弁Ｖ７、Ｖ８、Ｖ１３を開く。また、冷却部１３０の動作を停止させる。これにより、容器１２０内の混合液Ｍが気化し、廃液タンク２４４に供給される。

【0050】

そして、容器１２０内の圧力が大気圧まで低下したら、開閉弁Ｖ１、Ｖ２、Ｖ５、Ｖ６が開かれる。これにより、容器１２０内が窒素で置換される。容器内１２０内が窒素で置換されたら、開閉弁Ｖ１、Ｖ２、Ｖ５、Ｖ６、Ｖ７、Ｖ８、Ｖ１３が閉じられ、当該試験方法が終了する。

【0051】

以上説明したように、本実施形態の試験装置１１０では、混合液Ｍを冷却する冷却部１３０を備える。これにより、常温である場合よりも容器１２０内の圧力を下げることができる。したがって、常温である場合よりも容器１２０のコストを削減することが可能となる。

【0052】

また、本実施形態の試験装置１１０では、電極ユニット１４０が浸漬される混合液Ｍが、液体アンモニア、カルバミン酸イオン、および、無機アンモニウム塩を含む。混合液Ｍがカルバミン酸イオンを含むことにより、試験片１４２の表面への不働態被膜の形成を抑制することができる。これにより、試験片１４２への応力腐食割れを促進させることが可能となる。

【0053】

また、混合液Ｍが無機アンモニウム塩を含むことにより、カルバミン酸アンモニウムとは無関係に無機アンモニウム塩が電離する。これにより、混合液Ｍが常温よりも低温であっても、混合液Ｍの液抵抗を、常温である場合と同程度、もしくは、常温である場合よりも低下させることが可能となる。したがって、試験装置１１０は、通電による試験片１４２の応力腐食割れの促進度合いを、常温である場合と同程度、もしくは、常温である場合よりも大きくすることが可能となる。

【0054】

また、無機アンモニウム塩は、有機塩と比較して、低温で電離しやすい。したがって、無機アンモニウム塩を添加することにより、有機塩を添加する場合よりも効率よく、混合液Ｍの液抵抗を低下させることができる。

【0055】

また、上記したように、冷却部１３０は、－１０℃以下に混合液Ｍを冷却する。これにより、容器１２０内の圧力を０．２ＭＰａ以下とすることができる。したがって、試験装置１１０を高圧ガス保安法の規制対象外とすることが可能となり、高圧ガス保安法の規制を満たすための手続を省略することができる。

【0056】

また、上記したように、冷却部１３０は、－１０℃以下、－３４℃以上に混合液Ｍを冷却する。これにより、試験装置１１０は、液体アンモニアを貯蔵するタンクと同程度の条件で応力腐食割れ試験を行うことができる。なお、大気圧で液体アンモニアを貯蔵するタンクの温度は、－３３．４℃である。

【0057】

また、上記したように、印加部１６０は、電極ユニットに対し、対極１４４の材料に応じた上限電圧以下の電圧を印加する。これにより、アンモニアの電気分解を抑制することができる。これにより、窒素ガスの生成を抑制することが可能となる。したがって、窒素ガスによる容器１２０の圧力上昇を抑えることができる。

【0058】

また、上記したように、試験装置１１０は、測定部１６２および演算部１６４を備える。これにより、試験装置１１０は、混合液Ｍの液抵抗を取得できる。したがって、試験片１４２に対する応力腐食割れの促進度合を把握することが可能となる。

【0059】

［第１の実施例］
実施例Ａおよび比較例Ａの試験条件を下記表１に示す。

【0060】

【表1】

【0061】

表１に示すように、実施例Ａと比較例Ａとは、試験片１４２を浸漬する混合液のみが異なる。実施例Ａの混合液は、液体アンモニア、カルバミン酸アンモニウム、硝酸アンモニウム、および、１００ｐｐｍの酸素を含む。一方、比較例Ａの混合液は、液体アンモニア、硝酸アンモニウム、および、１００ｐｐｍの酸素を含み、カルバミン酸アンモニウムを含まない。

【0062】

混合液の温度を－２０℃とした。また、試験片１４２として、ＨＴ８０（高張力鋼）を用いた。また、参照極１４６として白金電極を用いた。

【0063】

そして、試験片１４２を混合液に浸漬し、試験片１４２と参照極１４６との間の保持電位を＋０．５Ｖとした。また、試験片１４２の混合液への浸漬時間を１週間とした。

【0064】

その結果、実施例Ａでは、試験片１４２に応力腐食割れが発生した。一方、比較例Ａでは、試験片１４２に応力腐食割れが発生しなかった。

【0065】

以上の結果より、混合液にカルバミン酸イオンを含ませることにより、試験片１４２への応力腐食割れを促進できることが確認された。

【0066】

［第２の実施例］
対極１４４として、白金電極またはＳＵＳ３０４電極を、作用極として鉄電極を、参照極１４６として白金電極を用いて、混合液中でアノード分極を行った。混合液は、液体アンモニアに、５質量％のカルバミン酸アンモニウムおよび５質量％の硝酸アンモニウムを含む。また、作用極と参照極１４６との間の電圧（電位差）を０．０Ｖから２．０Ｖまで変化させて、作用極と対極１４４との間を流れる電流密度を測定した。

【0067】

図４は、分極曲線を示す図である。図４中、縦軸は、電流密度［ｍＡ・ｃｍ^－２］を示し、横軸は、電位差［Ｖ］を示す。また、図４中、実線は、対極１４４として白金電極を用いた場合の分極曲線を示す。図４中、破線は、対極１４４としてＳＵＳ３０４電極を用いた場合の分極曲線を示す。

【0068】

図４に示すように、対極１４４として白金電極を用いた場合であっても、ＳＵＳ３０４電極を用いた場合であっても、電位差を増加させると、電流密度が増加した。

【0069】

また、対極１４４として白金電極を用いた場合、電位差が０．７Ｖ超になると、電流密度が急激に増加することが分かった。また、対極１４４としてＳＵＳ３０４電極を用いた場合、電位差が１．０Ｖ超になると、電流密度が急激に増加することが分かった。

【0070】

これらの結果から、対極１４４として白金電極を用いた場合、電位差が０．７Ｖ以下である場合、下記式（１）に示す反応が進行し、電位差が０．７Ｖ超となると、式（１）に加えて、下記式（２）に示す反応が進行したと推察される。
Ｆｅ → Ｆｅ_２＋ ＋ ２ｅ^－ …式（１）
８ＮＨ_３ → Ｎ_２ ＋ ６ＮＨ_４ ^＋ ＋６ｅ^－ …式（２）

【0071】

同様に、対極１４４としてＳＵＳ３０４を用いた場合、電位差が１．０Ｖ以下である場合、式（１）に示す反応が進行し、電位差が１．０Ｖ超となると、式（１）に加えて、式（２）に示す反応が進行したと推察される。

【0072】

以上の結果から、対極１４４として白金電極を用いる場合、印加部１６０は、試験片１４２と参照極１４６との間に、０．０Ｖ超、０．７Ｖ（上限電圧）以下の電圧を印加することで、アンモニアの分解を抑制して、窒素ガスの発生を抑制できることが確認された。また、対極１４４としてＳＵＳ３０４電極を用いる場合、印加部１６０は、試験片１４２と参照極１４６との間に、０．０Ｖ超、１．０Ｖ（上限電圧）以下の電圧を印加することで、アンモニアの分解を抑制して、窒素ガスの発生を抑制できることが確認された。

【0073】

［第３の実施例］
溶液Ａ～Ｆを作成した。そして、溶液Ａ～Ｆに１００ｐｐｍの酸素を溶解させ、－２０℃とし、液抵抗を測定した。溶液Ａ～Ｆにおける液体アンモニアおよび酸素以外の組成を表２に示す。

【0074】

【表2】

【0075】

溶液Ａは、液体アンモニアにカルバミン酸アンモニウムを溶解させたものである。溶液Ｂは、溶液Ａに硝酸アンモニウムを溶解させたものである。溶液Ｃは、溶液Ａに塩化アンモニウムを溶解させたものである。

【0076】

溶液Ｄは、液体アンモニアに硫酸アンモニウムを溶解させたものである。溶液Ｅは、液体アンモニアに硝酸アンモニウムを溶解させたものである。溶液Ｆは、液体アンモニアに塩化アンモニウムを溶解させたものである。

【0077】

図５は、液抵抗の測定結果を示す図である。図５中、縦軸は、液抵抗ＲＳ［Ω・ｃｍ］を示し、横軸は、経過時間［ｈｒ（時間）］を示す。また、図５中、白色の四角は溶液Ａの測定結果を示し、黒色の四角は溶液Ｂの測定結果を示し、灰色の四角は溶液Ｃの測定結果を示す。図５中、白色の丸は溶液Ｄの測定結果を示し、黒色の丸は溶液Ｅの測定結果を示し、灰色の丸は溶液Ｆの測定結果を示す。

【0078】

図５に示すように、溶液Ａ～Ｆにおいて、時間が経過するに従って、液抵抗が低下することが確認された。これは、時間が経過するに従って、カルバミン酸アンモニウムおよび無機アンモニウム塩が液体アンモニアに分散されたと推察される。

【0079】

また、溶液Ａでは、５０時間経過しても、液抵抗が１．０Ｅ＋０３［Ω・ｃｍ］超であった。一方、溶液Ｂでは、３時間経過後において、液抵抗が１．０Ｅ＋０３［Ω・ｃｍ］未満となり、２３時間経過後および２８時間経過後において、液抵抗が１．０Ｅ＋０２［Ω・ｃｍ］未満となった。また、溶液Ｃでは、溶液Ｂよりは、液抵抗が高いものの、３時間経過後において、液抵抗が１．０Ｅ＋０３［Ω・ｃｍ］未満となり、２３時間経過後および２８時間経過後において、液抵抗が１．０Ｅ＋０２［Ω・ｃｍ］未満となった。

【0080】

以上の結果から、液体アンモニア、および、カルバミン酸イオンに加えて、無機アンモニウム塩として塩化アンモニウムを添加することで、混合液の液抵抗が低下することが確認された。また、液体アンモニア、および、カルバミン酸イオンに加えて、無機アンモニウム塩として硝酸アンモニウムを添加することで、混合液の液抵抗がより低下することが確認された。

【0081】

また、溶液Ｄでは、３時間経過後において、液抵抗が１．０Ｅ＋０４［Ω・ｃｍ］未満であったが、２２時間経過後以降において、液抵抗が１．０Ｅ＋０３［Ω・ｃｍ］未満となった。溶液Ｅでは、３時間経過後において、液抵抗が１．０Ｅ＋０２［Ω・ｃｍ］未満となり、２１時間経過後以降において、液抵抗が１．０Ｅ＋０１［Ω・ｃｍ］未満となった。溶液Ｆでは、３時間経過後において、液抵抗が１．０Ｅ＋０３［Ω・ｃｍ］未満となり、２１時間経過後以降において、液抵抗が１．０Ｅ＋０２［Ω・ｃｍ］未満となった。

【0082】

以上の結果から、硫酸アンモニウムを添加することで、硝酸アンモニウムおよび塩化アンモニウムと同様に、液体アンモニアの液抵抗が低下することが確認された。したがって、液体アンモニア、および、カルバミン酸イオンに加えて、無機アンモニウム塩として硫酸アンモニウムを添加すると、混合液の液抵抗を１．０Ｅ＋０３［Ω・ｃｍ］未満とすることができると推察される。

【0083】

なお、液体アンモニアのみの液抵抗の測定も試みたが、液抵抗が高すぎて測定できなかった。

【0084】

以上、添付図面を参照しながら実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。

【0085】

例えば、上記実施形態において、電極ユニット１４０が、試験片１４２、対極１４４、および、参照極１４６を備える場合を例に挙げた。しかし、電極ユニット１４０は、試験片１４２および対極１４４を少なくとも備えていればよい。この場合、制御装置１５０は、混合液Ｍの液抵抗を測定してもよい。

【0086】

また、上記実施形態において、印加部１６０が、電極ユニット１４０に対し、上限電圧以下の電圧を印加する場合を例に挙げた。しかし、印加部１６０は、電極ユニット１４０に対し、上限電圧超の電圧を印加してもよい。

【0087】

また、上記実施形態において、試験装置１１０が演算部１６４を備える場合を例に挙げた。しかし、演算部１６４は、必須の構成ではない。例えば、試験装置１１０は、電極ユニット１４０とは別体の、混合液Ｍの液抵抗を取得する取得部を備えていてもよいし、取得部を備えていなくてもよい。

【0088】

また、上記実施形態において、冷却部１３０が混合液Ｍを－１０℃以下に冷却する場合を例に挙げた。しかし、冷却部１３０による冷却温度に限定はない。冷却部１３０は、少なくとも、混合液Ｍを常温（例えば、２５℃）未満に冷却すればよい。

【0089】

また、試験片１４２の表面積を小さくして、試験片１４２と対極１４４との間を流れる電流量を減らしてもよい。これにより、窒素ガスの発生を抑制することが可能となる。

【0090】

また、容器１２０内に撹拌機を備えてもよい。これにより、液体アンモニアへの、カルバミン酸イオンおよび無機アンモニウム塩の拡散を加速させることができる。

【0091】

また、上記実施形態において、試験装置１１０が、応力腐食割れ試験を行う場合を例に挙げた。しかし、試験装置１１０は、応力腐食割れ試験以外の電気化学的試験を行ってもよい。

【符号の説明】

【0092】

Ｍ 混合液
１１０ 試験装置
１２０ 容器
１３０ 冷却部
１４０ 電極ユニット
１４２ 試験片
１４４ 対極
１６０ 印加部
１６２ 測定部（取得部）
１６４ 演算部（取得部）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】