JP2010047811A - 表面電流測定装置及び表面電流測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、海水等の導電性の液体に接する構造物の防食電流（表面電流密度）を高精度に計測するための表面電流測定装置及び表面電流測定方法に関する。
【解決手段】構造物の表面を覆うための絶縁性カバー１と、絶縁性カバー１の内側に設置された対極２と、絶縁性カバー１の内側と外側にそれぞれ設置された参照電極３、４と、参照電極間の電位差を計測する電圧計７と、対極２と構造物との間に直流電流を供給するための直流電源５とを備え、電位差が０のときの電流値に基づいて構造物の表面電流密度を算出する。
【選択図】図２

Description

本発明は、海水等の導電性の液体に接する構造物の防食電流（表面電流密度）を高精度に計測するための表面電流測定装置及び表面電流測定方法に関する。

海洋プラント、船舶などといった海洋構造物は、周囲を海水に囲まれ、更には潮風に曝されるといった厳しい腐食環境下にある。この様な腐食を防止するために、例えば船舶用塗料を海洋構造物の表面に塗膜するといったことが考えられるが、摩耗等によって塗膜が劣化し、塗り替えが必要となるため、海洋構造物の表面の腐食や塗膜劣化の状況を把握することが必要である。
しかしながら、腐食や塗膜劣化の状況判断は、主にダイバーによる目視で行っており、塗膜内部の劣化や腐食の判断ができないといったことがある。

一方、海洋構造物の腐食防止の他の例として、電気防食工法がある。電気防食工法には外部電源方式（外電電極法）と流電陽極方式（流電陽極法）の２つの方式がある。中でも、下記特許文献１に記載されているような、流電陽極方式が主流である。流電陽極方式は、金属のイオン化傾向の高低を利用したもので、図１に示すように、鉄（鋼材）よりもイオン化傾向の高いアルミニウム、亜鉛、マグネシウム或いはそれらの合金などから成る犠牲陽極１０２を防食対象の鋼材１００の海水領域１０１に触れる部位、即ち対象表面１０３に溶接などにより電気的に接続し、犠牲陽極１０２と鋼材間の電位差により発生する電流を防食電流として鋼材１００を防食状態に保つ方法である。また、この方法は上述の表面塗膜と併せて利用できる。

しかしながら、流電陽極方式を用いた場合もまた、腐食や塗膜劣化の把握は主に目視で行っていた。また、電気防食用の犠牲陽極の寿命予測（交換時期）に関して、特許文献１では、単に構造物に流入する電流値若しくは電位差を経験値的に測定し、交換時期を推定するものであり、腐食や塗膜劣化の把握とは直接的に関係するものではなかった。
このような問題を解決するために、犠牲陽極の寿命予測及び腐食や塗膜劣化の把握を同時に観測できるようにすることが考えられる。例えば、下記特許文献２のように、表面電流密度を計測する方法が提案されている。
特開２００３−２８６５９１号公報 国際公開第２００５／０５０８１６号パンフレット

しかしながら、海水領域の電場を複数の電極でコントロールしようとすると不安定になったり、機器が複雑化したりするといった問題があった。特に微小な電流を測定しなければならない場合には制御電極からの電流によるノイズの影響で測定が不可能であるといった問題点があった。
本発明は、上述したような問題点を解決するためになされたものであり、本発明は、海水等の導電性の液体に接する構造物の防食電流（表面電流密度）を高精度に計測するための表面電流測定装置及び表面電流測定方法を提供することを目的とする。

本発明は、高精度に防食電流を計測することができる装置を提供することを目的とし、本発明の上記目的は、導電性の液体に接する構造物の表面を覆うための絶縁性カバーと、前記絶縁性カバーが設置された状態においてその内側に設置された対極と、前記絶縁性カバーが設置された状態においてその内側と外側にそれぞれ設置された２本の参照電極と、該参照電極間の電位差を計測する電位差測定手段と、前記対極と前記構造物との間に直流電流を供給するための直流電源とを備え、前記電位差の実測値若しくは該実測値に基づく外挿値が０のときの前記電流値に基づいて前記構造物の表面電流密度を算出することを特徴とする表面電流測定装置によって達成される。

また、本発明の上記目的は、前記直流電源から供給する電流を調節するための制御部と、前記供給される電流の電流値及び前記参照電極間の電位差を解析するための解析部とをさらに備えるとともに、前記制御部は、前記内側と外側の参照電極間の電位差が０に近づくように前記直流電源を制御し、前記解析部は、前記電位差の実測値若しくは外挿値が０のときの前記電流値に基づいて前記構造物の表面電流密度を算出することを特徴とする前記表面電流測定装置によって効果的に達成される。

本発明は、高精度に防食電流を計測する方法を提供することを目的とし、本発明の上記目的は、導電性の液体に接する構造物の表面電流密度を測定する方法であって、該方法は、前記構造物の表面を絶縁性カバーで覆うステップと、前記絶縁性カバーを設置した状態においてその内側と外側にそれぞれ参照電極を設置するステップと、前記絶縁性カバーを設置した状態においてその内側に１本の対極を設置するとともに、前記対極と前記構造物との間に直流電流を供給するステップと、前記参照電極間の電位差の実測値若しくは該実測値に基づく外挿値を求めるステップと、前記電位差の実測値若しくは外挿値が０に近づくように前記直流電流値を調節するステップと、前記電位差が０のときの前記直流電流の電流値に基づいて前記構造物の表面電流密度を算出するステップと、を備えたことを特徴とする表面電流測定方法によって達成される。

また、本発明の上記目的は、前記直流電源から供給する電流を調節するための制御部と、前記供給される電流の電流値及び前記参照電極間の電位差を解析するための解析部とをさらに備えるとともに、前記制御部が、前記内側と外側の参照電極間の電位差が０に近づくように前記直流電源を制御するステップと、前記解析部が、前記電位差の実測値若しくは外挿値が０のときの前記電流値に基づいて前記構造物の表面電流密度を算出するステップとを備えたことを前記表面電流測定方法によって効果的に達成される。

本発明の表面電流計測装置および表面電流計測方法によれば、液体内の表面電流密度計測を高精度に計測できるようになった。例えば、カバーの直径が３０ｃｍの場合には、電流密度で従来は５０ｍＡ／ｍ^２であったものが、０．５ｍＡ／ｍ^２まで測定できるようになった。
また、本発明では、電流密度測定の他、電位差の校正、電流制御等が簡便にできるようになった。

以下、本発明の表面電流測定装置および表面電流測定方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図２は、本発明の表面電流測定装置を示した概略図である。
本発明の表面電流計測装置は、測定対象表面を覆うための半球状カバー（容器）１と、電流を印加するための対極（補助電極）２と、カバー１の内側に設ける容器内参照電極３と、カバー１の外部に設ける容器外参照電極４、電流を印加するための直流電源５と、表面電流を測定する直流電流計６と、容器内参照電極３と容器外参照電極４との電位差を測定する直流電圧計７と、直流電流を制御するための制御部８、並びに電位差及び電流を解析するための解析部９を含む。直流電源５には、電流値を制御するための制御部８が図２では外付けで接続されているが、外付けのタイプは導線を用いて接続しても、赤外線等による遠隔操作でも良く、更には制御部が直流電源５に内蔵されている形でもかまわない。
また、カバーの形状は半球状には限らず、円筒状又は角柱状であってもよい。

次に、直流電源５は鋼製の海洋構造物１０に接続される。海洋構造物とは、一般的に船舶や防波堤などの海水や潮風に接する構造物のことを指す。直流電源５を海洋構造物１０に接続することによって、海洋構造物１０はアースの役割を果たす。また、直流電源５には電流計６と対極２が直列に接続されており、電流計で測定された電流値は、解析部９へと情報が伝達し、解析される。なお、導線については、耐海水性コーティングされていれば材質は特に問わず、対極２を導線に接続する際は、カバー１を貫通するような形で接続しても、対象表面１２と接触部１３との間に隙間がある場合は、その隙間から導線を通しても良い。対極２は白金（Ｐｔ）製が好ましいが、銀、銅、アルミニウム、チタン、クロム、亜鉛、金、タングステン等の金属単体や、若しくはそれらの合金などでもかまわない。カバー１は、絶縁性材質であることが好ましいが、プラスチック製で、絶縁性があればポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、或いはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）に代表されるポリエステルなど材質は問わない。また、金属性のカバーにエポキシ樹脂などを絶縁塗装したカバーを用いても良い。また、カバー１は気密性を有する必要は無く、カバー１自体に孔（ｍｍオーダー）や亀裂、前述の導線貫通のための孔があってもかまわない。

次に、直流電圧計７には、容器内参照電極３と容器外参照電極４を接続する。ここで、容器内参照電極３は、対極２と同様にカバー１を貫通するような形で接続しても、対象表面１２と接触部１３との間に隙間がある場合は、その隙間から導線を通しても良い。参照電極３と４は、銀／塩化銀（Ａｇ／ＡｇＣｌ）電極が好ましいが、水銀電極又はカロメル電極でも良い。なお、直流電圧計７の情報を解析部９に伝達する際は、導線で接続する代わりに、赤外線等による遠隔操作でも良い。

続いて、本発明の表面電流測定装置を用いた表面電流測定方法についてフローチャート（図３）を参照しながら説明する。
先ず、図２で示した容器内参照電極３と容器外参照電極４のオフセット電位差を計測する（ステップＳ１参照）。計測方法は、電極３及び４として用いるための電極（銀／塩化銀電極）を電位差の無い状態の海水に浸して、オフセット値を記録する（オフセット計測）。この場合、電位差の無い海水とは、海水領域１１若しくは前記海水領域の水質に近い海水を、バケツなどの容器に組み入れて、前記容器内にカバーなどで仕切りをしないで均一の状態にした海水のことである。オフセットの校正はこの時点で行ってもよいが、実際の電位差測定の時点(後述のステップＳ３)で行ってもよい。

次に、図２に示したように該表面電流装置を組んだ後、カバー１を対象表面１２に設置し、固定する。カバー１の固定には磁石を用いることが好ましいが、磁石の代わりにゴム製の吸盤などを用いても良い。また、対象表面１２とカバー１は、接触部１３を介して密に接していても、対象表面１２とカバー１の間に隙間が空いていても良い。なお、対象表面１２は表面塗膜されている状態である。

次に、電流発生器から電流を発生させる（ステップＳ２参照）。ここで言う電流発生器とは、図２に示しているように直流電源５と電流値を制御するための制御部８とで成る部分のことを指す。また、解析部９には直流電流計６と直流電圧計７が接続されている（図２参照）。電流発生器で電流（このときに流れる電流をＩとする。）を増加しながら、容器内参照電極３と容器外参照電極４の電位差Ｖ_ＯＩ及びＩを、計測時間ｔ（秒）に対して、図４のようにプロットする（ステップＳ３参照）。なお、電位差Ｖ_ＯＩは、オフセット校正済みの電位差である（ステップＳ４参照）。予めオフセット校正するのが好ましいが、オフセット校正はデータ解析時に行うこともできる（ステップＳ５）。

次に図４より、電位差Ｖ_ＯＩが平衡に達したとき、即ちＶ_ＯＩ＝０（ｍＶ）になった時間における電流発生器からの電流Ｉ_０を解析部９に算出（出力）する（ステップＳ６参照）。ここで、図４のデータを、図５に示すように電位差Ｖ_ＯＩと電流Ｉとの関係にプロットし直したとき、図５中の切片（電流Ｉ）の電流値がＩ_０となる。下記式１に示しているように、電流Ｉ_０を表面積Ｓ（ｍ^２）で割ることで表面電流密度ｉ（Ａ／ｍ^２）を算出し解析部９に出力する（ステップＳ７参照）。ここで、表面積Ｓとは、対象表面１２がカバー１によって覆われた領域の面積のことを指す。
ｉ＝Ｉ_０／Ｓ ・・・（式１）

カバーがシート状の場合（図６参照）、海水に適用する場合はシートの径が１ｍの場合では対象面との隙間が数ｃｍで実用可能である。この場合、電流印加の対極が測定対象面に近くなるので、電流が対象面で分布する。その影響を補正するためにシート状カバーの覆われた領域の表面積Ｓよりも小さい実効表面積Ｓ’によって電流密度を上記式１により算出する。Ｓ’は例えばＳの６０％乃至７０％でよい補正が達成される。

以上、本発明の表面電流計測装置および表面電流計測方法について海洋構造物を例として説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、導電性の液体に接する構造物に対して同様に適用できるものである。

一般的な流電陽極方式の概略図である。 本発明の表面電流測定装置の概略図である。 本発明の表面電流測定装置を使用した場合の表面電流測定方法のフローチャート図である。 Ｖ_ＯＩ−ｔ及びＩ−ｔプロット図である。 Ｖ_ＯＩ−Ｉプロット図である。 カバーがシート状の場合の表面電流測定装置の概略図である。

符号の説明

１ カバー
２ 対極（補助電極）
３ 容器内参照電極
４ 容器外参照電極
５ 直流電源
６ 直流電流計
７ 直流電圧計
８ 制御部
９ 解析部
１０、１００ 海洋構造物
１１、１０１ 海水領域
１２、１０３ 対象表面
１３ 接触部
１０２ 犠牲陽極

Claims (14)

1. 導電性の液体に接する構造物の表面を覆うための絶縁性カバーと、前記絶縁性カバーが設置された状態においてその内側に設置された対極と、前記絶縁性カバーが設置された状態においてその内側と外側にそれぞれ設置された参照電極と、該参照電極間の電位差を計測する電位差測定手段と、前記対極と前記構造物との間に直流電流を供給するための直流電源と、を備え、
   前記電位差の実測値若しくは該実測値に基づく外挿値が０のときの前記電流値に基づいて前記構造物の表面電流密度を算出することを特徴とする表面電流測定装置。
2. 前記直流電源から供給する電流を調節するための制御部と、前記供給される電流の電流値及び前記参照電極間の電位差を解析するための解析部とをさらに備えるとともに、
   前記制御部は、前記内側と外側の参照電極間の電位差が０に近づくように前記直流電源を制御し、
   前記解析部は、前記電位差の実測値若しくは外挿値が０のときの前記電流値に基づいて前記構造物の表面電流密度を算出することを特徴とする請求項１に記載の表面電流測定装置。
3. 前記絶縁性カバーはプラスチック製である請求項１又は２に記載の表面電流測定装置。
4. 前記絶縁性カバーは、絶縁性樹脂でコーティングされている請求項１又は２に記載の表面電流測定装置。
5. 前記絶縁性樹脂は、エポキシ製樹脂である請求項４に記載の表面電流測定装置。
6. 前記絶縁性カバーは、半球状、円筒状又は角柱状である請求項１乃至５のいずれかに記載の表面電流測定装置。
7. 前記絶縁性カバーは、シート状である請求項１乃至５のいずれかに記載の表面電流測定装置。
8. 前記対極は、白金、銀、銅、アルミニウム、チタン、クロム、亜鉛、金、タングステンのうち少なくとも１つの金属から成る請求項１乃至７のいずれかに記載の表面電流測定装置。
9. 前記対極は、白金、銀、銅、アルミニウム、チタン、クロム、亜鉛、金、タングステンのうち２つ以上の金属から成る合金である請求項８に記載の表面電流測定装置。
10. 前記参照電極は、銀／塩化銀電極、水銀電極又はカロメル電極のいずれかである請求項１乃至９のいずれかに記載の表面電流測定装置。
11. 前記制御部は、前記直流電源と遠隔操作で接続される請求項２に記載の表面電流測定装置。
12. 請求項１乃至１１のいずれかに記載の表面電流測定装置を使用した表面電流測定方法。
13. 導電性の液体に接する構造物の表面電流密度を測定する方法であって、該方法は、
    前記構造物の表面を絶縁性カバーで覆うステップと、
    前記絶縁性カバーを設置した状態においてその内側と外側にそれぞれ参照電極を設置するステップと、
    前記絶縁性カバーを設置した状態においてその内側に１本の対極を設置するとともに、前記対極と前記構造物との間に直流電流を供給するステップと、
    前記参照電極間の電位差の実測値若しくは該実測値に基づく外挿値を求めるステップと、
    前記電位差の実測値若しくは外挿値が０に近づくように前記直流電流値を調節するステップと、
    前記電位差が０のときの前記直流電流の電流値に基づいて前記構造物の表面電流密度を算出するステップと、を備えたことを特徴とする表面電流測定方法。
14. 前記直流電源から供給する電流を調節するための制御部と、前記供給される電流の電流値及び前記参照電極間の電位差を解析するための解析部とをさらに備えるとともに、
    前記制御部が、前記内側と外側の参照電極間の電位差が０に近づくように前記直流電源を制御するステップと、
    前記解析部が、前記電位差の実測値若しくは外挿値が０のときの前記電流値に基づいて前記構造物の表面電流密度を算出するステップとを備えたことを特徴とする請求項１３に記載の表面電流測定方法。

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