CN117178080A - 用于对船的金属部件进行阴极保护的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于阴极保护的装置(100)，该装置被布置成提供对被配置为浸入电解环境中的金属元件(10)的外加电流阴极保护。该用于阴极保护的装置(100)包括：容器主体(110)，该容器主体包括内室(111)和至少一个导电接口(115)，该至少一个导电接口被布置成电连接到该金属元件(10)；阳极(120)，该阳极与该容器主体(110)成一体并且具有相对于该容器主体(110)面向外部的部分；参比电极(130)，该参比电极与该容器主体(110)成一体并且具有相对于该容器主体(110)面向外部的部分；直流源(140)，该直流源设置在该容器主体(110)中并且包括电连接到该导电接口(115)的负极和电连接到该阳极(120)的正极；控制单元(150)，该控制单元设置在该容器主体(110)中并且被配置为在该用于阴极保护的装置(100)浸入电解环境中时测量该导电接口(115)与该参比电极(130)之间的电压ΔV。特别地，该用于阴极保护的装置(100)以这样的方式配置：当该控制单元(150)检测到电压ΔV＞ΔV*时，其中ΔV*是预定阈值，该直流源(140)在该导电接口(115)与该阳极(120)之间供应电流I以便于恢复条件ΔV＜ΔV*。
Description
技术领域
本发明涉及暴露于电解环境(诸如淡水或海水)的金属结构的电偶腐蚀的领域。
特别地，本发明涉及一种外加电流阴极保护装置。
现有技术的描述
众所周知，电偶腐蚀是在浸入导电液体(称为电解质)中的不同电位的金属直接地或通过起链接作用的另一元件的介入彼此接触时触发的电化学反应。产生的电流能够侵蚀具有最低电势的金属(阳极)，通常是最不贵金属，从而将其腐蚀。
当船浸入水中时，作为极好的电解质的水构成触发这种现象的高度有利的环境，从而严重地危害浸入船中的金属(螺旋桨、轴、龙骨、杆、通海旋塞、翼片等)和与这些元件接触的所有金属部件(阀、管道等)。水的盐度、其温度和氧的存在程度越高，腐蚀的可能性越大。
通常，保护船的最有效的解决方案包括使用适当地定位的阳极，其自然地产生保护电流。这些次贵金属元素(通常是锌或铝合金，也有镁合金)腐蚀，从而防止对船的最重要且昂贵的部件的腐蚀。出于这个原因，它们通常被称为牺牲阳极。WO2004101 851中描述了该系统的应用的示例。
然而，该系统涉及牺牲阳极的逐渐磨损，这要求不断检查以便维持对船的有效保护，并且必须每年在冬季储存期间进行更换。此外，在腐蚀期间，牺牲阳极将金属氧化物释放到海洋环境中，从而产生高污染。
另选系统是所谓的外加电流阴极保护，其中借助由通常由合适的直流电源(称为电源阴极)供应的电动势外加的电流使待保护的金属处于安全电位。
RU2713898、US4592818、US3929606、US3930977中描述了外加电流阴极保护的一些示例。
然而，在此类系统中，存在相对于待保护的金属位于远程位置的单个电流发生器，其借助复杂电路系统连接到放置在船体上的各种部件。
出于这个原因，此类系统通常用于大船中，在大船中，可获得用于能够为整个船的保护系统供电的电流发生器的空间。
此外，将待保护的金属部件与发电机电连接所必需的电路通常形成在船体的表面上。这在船体不完全地是金属(例如，由玻璃纤维或木材制成)的情况下非常复杂。
文档EP1715229A2公开了一种水下装备的防腐蚀装置，其包括充电模块、能量存储模块、电化学防腐蚀模块和控制模块。
然而，控制模块被设计成借助由用户设定的恒定电流保护水下装备。因此，用户可设定高电流强度，当然高至足以对抗电偶电流，从而不仅提供完全保护而且分散能量，或者用户可设定较低的电流强度，从而节省能量但存在损失保护有效性的风险。
发明内容
因此，本发明的特征是提供一种外加电流阴极保护装置，该外加电流阴极保护装置可用在小船(例如，游船)上或浸入电解环境中的金属结构或部件上，从而保证彻底的防腐蚀并同时保证比现有技术装置更低的能量消耗。
另外，本发明的特征是提供这样一种装置，该装置是完全自主的并可直接地安装在船的或水下结构的金属部件上，而无需用于连接到中心发电机的电路系统。
另外，本发明的特征是提供这样一种装置，该装置可实时地记录和传输关于本地监测的电量的信息。
这些和其他目的通过用于阴极保护的装置实现，该用于阴极保护的装置被布置成提供对被配置为浸入电解环境中的金属元件的外加电流阴极保护，该用于阴极保护的装置包括：
-容器主体，该容器主体包括内室和至少一个导电接口，该至少一个导电接口被布置成电连接到该金属元件；
一阳极，该阳极与该容器主体成一体并且具有相对于该容器主体面向外部的部分；
-直流源，该直流源设置在该容器主体中并且包括电连接到该导电接口的负极和电连接到该阳极的正极；
该用于阴极保护的装置的主要特征在于，该用于阴极保护的装置还包括：
-参比电极，该参比电极与该容器主体成一体并且具有相对于该容器主体面向外部的部分；
-控制单元，该控制单元设置在该容器主体中并且被配置为在该用于阴极保护的装置浸入电解环境中时测量该导电接口与该参比电极之间的电压ΔV；
并且在于，该用于阴极保护的装置以这样的方式配置：当该控制单元检测到电压ΔV>ΔV*时，其中ΔV*是预定阈值，该直流源在该导电接口与该阳极之间供应电流I以便于恢复条件ΔV≤ΔV*。
以这种方式，本发明允许在金属元件的外加电流下获得阴极保护，从而避免使用牺牲阳极而同时具有放置在金属元件上的一个或多个装置的能量自主性。这使得可无需远离装置的中心能量源，而另一方面，现有技术外加电流阴极保护系统需要该中心能量源。
特别地，该导电接口被配置用于将该容器主体机械地紧固到该金属元件。
有利地，该导电接口包括至少一个凸缘，该至少一个凸缘被配置用于将该容器主体以机械的方式和电的方式两者紧固到该金属元件。
特别地，该容器主体包括气密密封元件，该气密密封元件被配置为将该内室与该电解环境隔绝。
有利地，该阳极包含以下元素中的至少一种元素：
-钛；
-用铱和钌活化的钛；
-用铂活化的钛；
-用铂活化的铌；
-前述项的组合。
特别地，该控制单元还被布置成生成寄存器，在该寄存器中报告了选自以下项的电参数的随时间推移的趋势：
-该导电接口与该参比电极之间的该电压ΔV；
-由该直流源供应的该电流I；
-该直流源的该正极和该负极之间的电压ΔVG；
-所述直流源的状态数据；
-前述项的组合。
以这种方式，可监测参数随时间推移的趋势并产生可用于改变保护电流的统计信息和/或预测。
有利地，在该内室中还设置有天线，该天线被布置成将该控制单元无线连接到远程装置。该装置可以是例如收集数据的智能电话、平板电脑、计算机或服务器。
特别地，该控制单元被调适成借助该天线传输存在于该寄存器上的数据。
有利地，还设置有再充电装置，该再充电装置被布置成对该直流源进行再充电，特别是借助原动能或太阳能。
有利地，该直流源被调适成通过无线充电来聚积能量。例如，电池可使用磁感应或共振装置来进行再充电。
特别地，该装置可包括用于可视地指示该电池的状态和/或该装置的操作状态的装置，诸如特别是LED。
特别地，该再充电装置选自以下项：
一太阳能电池板，该太阳能电池板布置在该容器主体的一部分上；
-直流发生器，该直流发生器连接到该容器主体并且具有转子，该转子被配置为通过该用于阴极保护的装置与该电解环境之间的相对移动来推进；
-惯性发生器，该惯性发生器布置在该容器主体中并且被配置用于利用该金属元件的振荡。
有利地，该控制单元被配置用于借助该远程装置调整该预定阈值ΔV*。
特别地，该控制单元被配置用于基于确定的环境参数来自动地调整该预定阈值ΔV*。
有利地，该金属元件被配置为浸入电解流体中，并且该确定的环境参数选自以下项：
-该电解流体的氧含量；
-该电解流体的盐度水平；
-该金属元件在该电解流体中的移动速度；
-前述项的组合。
特别地，该用于阴极保护的装置具有在3cm与30cm之间的最大长度。
有利地，该容器主体具有流体动力学形状，特别是圆形形状。
附图说明
现在将参考附图，将通过以下对一些示例性实施方案进行的示例性但非限制性的描述来示出本发明，在附图中：
-图1示出了根据本发明的用于阴极保护的装置的可能的示例性实施方案；
-图1A示出了用于阴极保护的装置的操作的逻辑图；
-图2示出了根据本发明的用于阴极保护的装置的可能的示例性实施方案，其包括再充电装置、用于与远程装置的无线连接的天线以及视觉信号发送装置；
-图3示出了用于阴极保护的装置的示例性实施方案，其中存在外部涡轮机作为再充电装置；
-图4示意性地示出了根据本发明的布置在船的船体上的一些阴极保护装置的可能的应用。
具体实施方式
在图1中，示出了根据本发明的用于阴极保护的装置100的优选示例性实施方案，该用于阴极保护的装置被布置成当船或其他结构的金属元件10浸入电解环境(诸如海水或淡水)中时提供对该元件10的外加电流阴极保护。
特别地，用于阴极保护的装置100包括容器主体110，该容器主体包括与外部隔绝的内室111和两个导电接口115，这允许容器主体110与金属元件10之间的机械和电连接被保护。
用于阴极保护的装置100还包括阳极120和参比电极130，这两者布置在容器主体110的外部并与电解液接触。
此外，直流源140(特别是可再充电电池)和控制单元150放置在内室中。
特别地，电池140通过负极连接到导电接口115并通过正极连接到阳极120，从而借助电解液产生电路。
替代地，控制单元150被配置为测量导电接口115与参比电极130之间的电压ΔV。
甚至参考图1A，装置100以这样的方式配置：当控制单元150检测到电压ΔV>ΔV*时，其中ΔV*是预定值，电池140在导电接口115与阳极120之间供应电流I，使得导电接口115以及因此连接到该导电接口的金属元件10充当阴极，从而允许恢复条件ΔV≤ΔV*。
以这种方式，本发明允许在金属元件10的外加电流下获得阴极保护，从而避免使用牺牲阳极而同时具有放置在金属元件上的一个或多个装置的能量自主性。这使得可无需中心发电机，而具有外加电流的现有技术阴极保护系统需要该中心发电机。
特别地，控制单元可包括电子板151，该电子板被调适成生成寄存器，在该寄存器中报告了电参数(诸如例如导电接口115与参比电极130之间的电压ΔV、由电池140供应的电流I和电池140的电压ΔVG)随时间推移的趋势。此外，控制单元可记录任何腐蚀峰值和“过保护”现象。
以这种方式，可监测参数随时间推移的趋势并产生可用于改变保护电流的统计信息和/或预测。
参考图2和图3，在本发明的示例性实施方案中，控制单元还可包括电子板152和天线，该天线被布置成将控制单元150无线连接到收集数据的远程装置200(诸如智能电话、平板电脑、计算机或服务器)来传输存在于监测的电参数的寄存器中的数据。
这样，通过远程装置，可实时地监测记录的参数、金属元件10的腐蚀/保护状态以及电池状态，从而允许在故障的情况下进行干预，或者允许对装置维护的需要，或者即使想要调整电压的阈值ΔV*(超过该阈值，就激活保护电流)也可。
有利地，还设置有再充电装置154，该再充电装置被布置成例如借助原动能或太阳能对电池140进行再充电。
特别地，该再充电装置154可以是例如布置在内室111外部的水电涡轮机(图3)。另选地，再充电装置可以是由波浪运动致动并放置在内室111内的陀螺发生器。该第二解决方案允许避免再充电装置的可能源于浸入海洋环境中或一般来讲是电解环境中的磨损。
以这种方式，直流源可通过源于船的移动或源于在长时间停船的情况下的波浪运动的能量来进行再充电。
另选地，充电装置1 54可以是相对于阴极保护装置100远程放置(例如放置在船的船体上或甲板上方)的太阳能电池板。
此外，电池140可通过无线充电来进行再充电。以这种方式，可对电池进行再充电，而不必从船体移除装置100。例如，电池可使用磁感应或共振装置来进行再充电。
此外，装置100可包括装置的电池状态和/或操作状态的视觉信号发送装置153，诸如特别是LED。
以这种方式，可对装置l 00进行快速视觉检查并检验其正确地运作(例如，绿灯或间歇绿灯)、电池失效或即将耗尽(例如，红灯或闪烁红灯)或者装置或电池彻底损坏(未亮灯)。
对本发明的示例性实施方案的前述描述将根据概念角度如此完全地揭示本发明，使得其他人通过运用当前知识将能够针对各种应用修改和/或调适这些实施方案，而无需进一步研究且不离偏本发明，并且因此，应当理解，此类调整和修改将必须视为等同于具体实施方案。用于实现本文所述的不同功能的构件和材料可具有不同性质，而因此不脱离本发明的领域。应当理解，本文所采用的措辞或术语是出于描述而不是限制的目的。
Claims (16)
1.一种用于阴极保护的装置(100)，所述用于阴极保护的装置被布置成提供对被配置为浸入电解环境中的金属元件(10)的外加电流阴极保护，所述用于阴极保护的装置(100)包括：
-容器主体(110)，所述容器主体包括内室(111)和至少一个导电接口(115)，所述至少一个导电接口被布置成电连接到所述金属元件(10)；
-阳极(120)，所述阳极与所述容器主体(110)成一体并且具有相对于所述容器主体(110)面向外部的部分；
-直流源(140)，所述直流源设置在所述容器主体(110)中并且包括电连接到所述导电接口(115)的负极和电连接到所述阳极(120)的正极；
所述用于阴极保护的装置(100)的特征在于，所述用于阴极保护的装置还包括：
-参比电极(130)，所述参比电极与所述容器主体(110)成一体并且具有相对于所述容器主体(110)面向外部的部分；
-控制单元(150)，所述控制单元设置在所述容器主体(110)中并且被配置为在所述用于阴极保护的装置(100)浸入电解环境中时测量所述导电接口(115)与所述参比电极(130)之间的电压ΔV；
并且在于，所述用于阴极保护的装置以这样的方式配置：当所述控制单元(150)检测到电压ΔV>ΔV*时，其中ΔV*是预定阈值，所述直流源(140)在所述导电接口(115)与所述阳极(120)之间供应电流I以便于恢复条件ΔV≤ΔV*。
2.根据权利要求1所述的用于阴极保护的装置(100)，其中所述导电接口(115)被配置用于将所述容器主体(110)机械地紧固到所述金属元件(10)。
3.根据权利要求1所述的用于阴极保护的装置(100)，其中所述导电接口(115)包括至少一个凸缘，所述至少一个凸缘被配置用于将所述容器主体(110)以机械的方式和电的方式两者紧固到所述金属元件(10)。
4.根据权利要求1所述的用于阴极保护的装置(100)，其中所述容器主体(110)包括气密密封元件，所述气密密封元件被配置为将所述内室(111)与所述电解环境隔绝。
5.根据权利要求1所述的用于阴极保护的装置(100)，其中所述阳极(120)包含以下元素中的至少一种元素：
-钛；
-用铱和钌活化的钛；
-用铂活化的钛；
-用铂活化的铌；
-前述项的组合。
6.根据权利要求1所述的用于阴极保护的装置(100)，其中所述控制单元(150)还被布置成生成寄存器，在所述寄存器中报告了选自以下项的电参数的随时间推移的趋势：
-所述导电接口(115)与所述参比电极(130)之间的所述电压ΔV；
-由所述直流源(140)供应的所述电流I；
-所述直流源(140)的所述正极和所述负极之间的电压ΔVG；
-所述直流源(140)的状态数据；
-前述项的组合。
7.根据权利要求1所述的用于阴极保护的装置(100)，其中在所述内室(111)中还设置有天线，所述天线被布置成将所述控制单元(150)无线连接到远程装置。
8.根据权利要求6和7所述的用于阴极保护的装置(100)，其中所述控制单元(150)被调适成借助所述天线传输存在于所述寄存器上的数据。
9.根据权利要求1所述的用于阴极保护的装置(100)，其中还设置有再充电装置(154)，所述再充电装置被布置成对所述直流源(140)进行再充电。
10.根据权利要求1所述的用于阴极保护的装置(100)，其中所述直流源(140)被调适成通过无线充电来聚积能量。
11.根据权利要求9所述的用于阴极保护的装置(100)，其中所述再充电装置(154)选自以下项：
-太阳能电池板，所述太阳能电池板布置在所述容器主体(110)的一部分上；
-直流发生器，所述直流发生器连接到所述容器主体(110)并且具有转子，所述转子被配置为通过所述用于阴极保护的装置(100)与所述电解环境之间的相对移动来推进；
-惯性发生器，所述惯性发生器布置在所述容器主体(110)中并且被配置用于利用所述金属元件(10)的振荡。
12.根据权利要求7所述的用于阴极保护的装置(100)，其中所述控制单元被配置用于借助所述远程装置调整所述预定阈值ΔV*。
13.根据权利要求1所述的用于阴极保护的装置(100)，其中所述控制单元被配置用于基于确定的环境参数来自动地调整所述预定阈值ΔV*。
14.根据权利要求1 3所述的用于阴极保护的装置(100)，其中所述金属元件(10)被配置为浸入电解流体中，并且其中所述确定的环境参数选自以下项：
-所述电解流体的氧含量；
-所述电解流体的盐度水平；
-所述金属元件(10)在所述电解流体中的移动速度；
-前述项的组合。
15.根据权利要求1所述的用于阴极保护的装置(100)，其中所述用于阴极保护的装置(100)具有在3cm与30cm之间的最大长度。
16.根据权利要求1所述的用于阴极保护的装置(100)，其中所述容器主体(110)具有流体动力学形状，特别是圆形形状。
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