JP2010133749A - 屋外構造物の構成部材の寿命監視方法 - Google Patents

Abstract

【課題】塩害の経時変化を常に監視しつつ、塩害防止を未然に防ぐことができる屋外構造物の構成部材の寿命監視方法を提供する。
【解決手段】腐食センサの基板が、構造物の各構成部材と同一の素材からなると共に、腐食センサの基板の表面に絶縁部を介して設けられる複数の導電部を覆うと共に、前記構造物の表面に亙って、前記構成部材に塗布した塗膜と同一の塗膜を塗布してなる第１の腐食センサ１１−１と、第１の腐食センサ１１−１において、前記塗膜を塗布していない第２の腐食センサ１１−２とを用い、第１の腐食センサ１１−１により、腐食電流が検知されるまでの寿命時間（ｔmax）における腐食電気量（クーロン：Ｃmax）を計測し、第２の腐食センサ１１−２により、腐食電流の積算電気量（クーロン）を計測し、第２の腐食センサによる総電気量（Ｘ）が、前記寿命時間（ｔmax）における腐食電気量（クーロン：Ｃmax）の値を超えた際に、警告を発する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、塩害の経時変化を常に監視しつつ、塩害を未然に防ぐことができる屋外構造物の構成部材の寿命監視方法に関する。

例えば風車等の屋外構造物は、海上や沿岸で設置するので、風車の内部に設けたトランス、制御盤等が塩害により腐食することが懸念されている。
そのため、装置内部の材質、塗装に即した塩害予測が必要となってきている。

その評価方法としてＪＩＳＺ２３７１「塩水噴霧試験方法」及びＪＩＳＫ５６２１「複合サイクル試験」等が確立されている（非特許文献１、２）。

また、近年塩害腐食量を予測するセンサとして腐食センサの提案がある（特許文献１）。

この腐食センサについて説明すると、二つの異種金属（基板と導電部）を互いに絶縁部で絶縁した状態とし、両者の端部を環境へ露出すると、その環境に応じて両金属間を水膜が連結するので腐食電流が流れる。この電流は卑な金属の腐食速度に対応するので、その腐食センサと用いられている。

このセンサは、「大気腐食モニタ」(Atmospheric Corrosion Monitor)あるいはＡＣＭ型腐食センサと称されている。
このセンサの一例を図６及び図７−１、７−２に示す。これらの図面に示すように、ＡＣＭ型腐食センサ（以下、「腐食センサ」という。）１１０は、厚さ０．８ｍｍの炭素鋼板を６４ｍｍ×６４ｍｍに切り出し、基板１１１とした。この上に、厚膜ＩＣ用精密スクリーン印刷機を用いて絶縁ペースト（厚さ３０〜３５μｍ）の絶縁部１１２を塗布し、硬化させた。
続いて、導電ペースト（厚さ３０〜４０μｍ、フィラー：Ａｇ）を、基板１１１との絶緑が保たれるように、絶縁部１１２のパターン上に積層印刷し、硬化させて導電部１１３とし、腐食センサを構成している（非特許文献３）。
そして、図７−２に示すように、湿度や海塩（塩化物イオン等）等の水膜１１４により、導電部１１３と基板１１１とが短絡して、Ｆｅ−Ａｇのガルバニック対の腐食電流を電流計１１５で計測している。なお、１１６ａ、１１６ｂは端子である。

また、前記ＡＣＭ型腐食センサを用いた、太陽光発電システム部材の塩害腐食量予測法が提案され、湿度と測定電流値及び海塩付着量との関係図より、付着海塩量を推定することが提案されている（非特許文献４）。

特開２００８−１５７６４７号公報 ＪＩＳＺ２３７１ ＪＩＳＫ５６２１ http://www.nims.go.jp/mdss/corrosion/ACM/ACM1.htm 松下電工技法（Ｎｏｖ．２００２） ｐ７９−８５

しかしながら、ＪＩＳＺ２３７１規格及びＪＩＳＫ５６２１規格試験においては、試験環境が実際の環境と一致していないので、試験精度が悪いという問題がある。

また、ＡＣＭ型腐食センサを用いて、腐食電流から腐食の度合いを推定することはできるものの、屋外構成体を構成する各構成部材のほとんどの素材は、塗装が施されているので、その個々の塗装の塗膜の状況（塗膜の種類や塗膜の厚さ等）に応じた腐食の程度を適宜判断することができない、という問題がある。

すなわち、屋外構造体である例えば風車等においては、内部の発熱を防止するために、外気を導入しており、その外気に海塩が同伴される場合を考慮した現場の環境に応じた部材や部品のメンテナンスの時期を的確に把握することが切望されている。

本発明は、前記問題に鑑み、塩害の経時変化を常に監視しつつ、塩害防止を未然に防ぐことができる屋外構造物の構成部材の寿命監視方法を提供することを課題とする。

上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、外気環境に晒される構造物の少なくとも一箇所以上に設けられ、塩害情報の腐食電流を検知する腐食センサを用いて、腐食電流による構造物の構成部材の寿命を監視する方法であって、前記腐食センサの基板が、構造物の各構成部材と同一の素材からなると共に、腐食センサの基板の表面に絶縁部を介して設けられる複数の導電部を覆うと共に、前記構造物の表面に亙って、前記構成部材に塗布した塗膜と同一の塗膜を塗布してなる第１の腐食センサと、第１の腐食センサにおいて、前記塗膜を塗布していない第２の腐食センサとを用い、第１の腐食センサにより、腐食電流が検知されるまでの寿命時間における腐食電気量を計測し、第２の腐食センサにより、腐食電流の積算電気量を計測し、第２の腐食センサによる総電気量が、前記寿命時間における腐食電気量の値を超えた際に、警告を発することを特徴とする腐食電流による屋外構造物の構成部材の寿命監視方法にある。

第２の発明は、第１の発明において、第２の腐食センサにより、腐食電流の総電気量を計測する際に、一定電流値以上の高い電流が検出された場合には、雨水による濡れ時間と判断し、この雨水による濡れ時間の電気量を総電気量から除外することを特徴とする腐食電流による屋外構造物の構成部材の寿命監視方法にある。

第３の発明は、第１の発明において、第２の腐食センサにより、腐食電流の積算電気量を計測する際に、一定電流値以上の高い電流が検出された場合には、雨水による濡れ時間と判断し、この雨水による濡れ時間の電気量を総電気量から除外すると共に、構造体の除湿を行うことを特徴とする腐食電流による屋外構造物の構成部材の寿命監視方法にある。

本発明によれば、海塩、雨水等の腐食性因子の作用による経時変化を腐食電流の総電気量により、各構成部材の劣化の程度を迅速に判断することができる。これにより劣化抑制のための対策を講じることができる。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

本発明による実施例に係る屋外構造物の構成部材の寿命監視方法について、図面を参照して説明する。
図１−１は、実施例に係る第１の腐食センサの概略図である。図１−２は、第１の腐食センサの腐食時における概略図である。図２は、実施例に係る第１の腐食センサの平面図である。図３は、実施例に係る第２の腐食センサの平面図である。図４−１は、実施例に係る第２の腐食センサの概略図である。図４−２は、第２の腐食センサの腐食時における概略図である。図５は、屋外構造物の一例である風力発電装置の概略図である。

これらの図面に示すように、本実施例に係る第１の腐食センサ１１−１は、その基板１２が、構造物である例えば風力発電装置１００の各構成部材（例えば発電機１０４）の材料と同一の材料１３Ａ…からなると共に、腐食センサ１１の基板１２の表面に絶縁部１４を介して設けられる複数の導電部１５を覆うと共に、前記風力発電装置１００のタワー１０２の外表面１０２ａに亙って、前記構成部材（例えば発電機１０４）に塗布した塗膜１６Ａと同一の塗膜１６Ａを塗布してなるものである。

これに対し、本実施例の第２の腐食センサ１１−２は、図３、図４−１及び図４−２に示すように、第１の腐食センサ１１−１において、塗膜１６Ａを塗布していない、従来技術に係るセンサを用いている。

ここで、図５に示す風力発電装置１００について説明する。図５に示すように、風力発電装置１００は、例えば地上部１０１に設置されたタワー１０２と、タワー１０２の上端に設けられたナセル１０３とを備えている。ナセル１０３は、ヨー方向に旋回可能であり、図示しないナセル旋回機構によって所望の方向に向けられる。ナセル１０３には、発電機１０４と増速機１０５とが搭載されている。発電機１０４のロータは、増速機１０５を介して風車ロータ１０６の主軸１０７に接合されている。風車ロータ１０６は、主軸１０７に接続されたハブ１０８と、ハブ１０８に取り付けられた翼１０９とを備えている。

ここで、本実施例においては、第１の腐食センサ１１−１において、発電機１０４の材料を１３Ａ、その塗膜を１６Ａとしたものを第１の腐食センサ１１−１Ａとし、増速機１０５の材料を１３Ｂ、その塗膜を１６Ｂとしたものを第１の腐食センサ１１−１Ｂとしている。

具体的な設置は、図５に示すように、第１の腐食センサ１１−１Ａ、１１−１Ｂ及び第２の腐食センサ１１−２は、タワー１０２の表面に近接して設置されている。
まｔ、第２の腐食センサ１１−２はこれら第１の腐食センサ１１−１Ａ、１１−１Ｂに近接して設置している。

そして、外気に晒された結果、海塩、雨水等の腐食性因子１９の作用による経時変化により、塗膜１６Ａ又は１６Ｂに亀裂等が発生し、図１−２に示すように、例えば塗膜１６Ａに劣化部２０が形成される。この劣化部２０から、雨水が浸入して導電部１５と基板１２とが短絡して、腐食電流が流れ、電流計１８の計測により劣化を判断することができる。符号１７ａ、１７ｂは端子を図示する。

そして、第１の腐食センサ１１−１Ａにより、材料１３Ａとした基板１２に腐食電流が検知されるまでの寿命時間（ｔmax）における腐食電気量（クーロン：Ｃmax）を計測しておく。これにより、塗膜１６Ａで材料１３Ａの発電機１０４における腐食寿命が予測できる。この試験は、予め行うものであり、例えば紫外線照射手段を用いた加速劣化試験によりこれを求めるようにしてもよい。

そして、第２の腐食センサ１１−２を用いて、経時変化による腐食電流の積算電気量（クーロン）を計測し、第２の腐食センサ１１−２による総電気量（Ｘ）が、前記寿命時間（ｔmax）における腐食電気量（クーロン：Ｃmax）の値を超えた際に、寿命と判断して、所定の警告を発し、その対策を行うようにすればよい。
所定の警告とは、例えば換気系統の切替、塩害防止フィルタ等の使用、装置内部の除湿を行う指令等である。

例えば、海塩を付着することを監視する場合には、海塩の流入がある場合に、空気導入手段の閉鎖や開口割合の低減を指示や、塩害フィルタへの切替指示を行うようにすればよい。

また腐食電流の積算値を監視する場合には、腐食可能性がある場合に、部品交換やメンテナンス頻度を調整等の必要な指示を行う。

これにより、例えば風力発電装置における各構成部材の寿命を監視することができる。

また、第２の腐食センサ１１−２により、腐食電流の総電気量（Ｘ）を計測する際に、一定電流値（例えば１μＡ）以上の高い電流が検出された場合には、雨水による濡れ時間と判断し、この雨水による濡れ時間の電気量を総電気量から除外するようにすればよい。

これは、通常は０．〜１００ｎＡ程度が海塩等の腐食電流である。それに対して、１μＡ以上は高い電流値であるので、これを積算から除外する。
このように、海塩付着の判断においては、雨水の濡れによる高い電流値を積算電気量から除外することで、海塩付着量の確実な判断が可能となる。

さらに、この雨水による濡れの判断があった場合には、屋外構造物に対して、濡れによる腐食要因が高いこととなると判断し、屋外構造物の除湿を行うようにすればよい。

この濡れの監視の場合には、濡れが有りと判断したら、空気導入手段の閉鎖や開口割合の低減を指示や、装置内部の除湿指示を行うようにすればよい。
濡れが無い場合には、通常の換気指示を行うようにすればよい。

例えば風力発電装置においては、図６の通路の抜き出し拡大模式図に示すように、ナセル１０３内部の放熱のために、外部から外気１２０を導入する空気導入部が設置されている。
この空気導入の際に、単なる開口部通路１２１や中性フィルタ１２２を介装した中性フィルタ通路１２３を通して、空気を内部に導入している場合には、雨水に伴って海塩も同伴することが予測できる。

このため、海塩対策として、図６の通路の抜き出し拡大模式図に示すように、海塩フィルタ１２４を有する海塩フィルタ通路１２４を介装した海塩フィルタ通路１２５に流路を切り換えて、内部の腐食を未然に防止するようにしている。図６中、符号１２６、１２７は切替部である。

ここで、海塩粒子の粒径は、一般的に１．０μｍ以下と５μｍ付近との二つのピークを有するもので、全体の７０％程度が２．０〜７．０μｍの粒径範囲にあるので、容易にろ材により捕集することができる。
そして、海塩フィルタとしては、強い吸水力を有する塩分吸収層と、撥水性を有する層等から積層され、高い湿度条件において潮解した場合においても、液状化した塩分は撥水性を有する層で膜状に拡がることがなく、液滴となり、圧力損失の上昇を抑えることができるものである。これと同時に塩分吸収層により素早く吸収・保持されるので下流側（内部側）への再飛散が防止されている。

このように、本発明の屋外構造物の構成部材の寿命を監視方法は、前記各構成部材に対応した第１の腐食センサ１１−１を用いて、材料１３Ａ…等に塗布した塗膜１６Ａ…等と同一の塗膜１６Ａ…等を塗布し、経時変化の劣化により各構成部材の劣化度合い判断しておき、これを元にして、各部材の劣化を監視することができることとなる。

また、濡れが監視された場合には、雨水と同伴する海塩の導入を防止するために、図６に示すように、切替部１２６，１２７を切り換え、海塩フィルタ１２４を有する海塩フィルタ通路１２５に切り換えることで、塩害を防止することができる。

また、フィルタが無い場合には、通路を閉鎖又は空気取り入れ量を軽減して、極力塩害を防止するようにしてもよい。

これにより、構造物内部の塩害を防止することができると共に、その建築計画や、そのメンテナンス作業の計画を構築することができる。

以上は、本発明の屋外構造物として、例えば風力発電装置を用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、海岸等の塩害対策が必要な例えば橋梁設備や太陽電池設備等にも適用することができる。さらに、車両、船舶等の移動体の塩害対策に適用することもできる。

以上のように、本発明に係る屋外構造物の構成部材の寿命監視方法は、構造物内部の塩害を防止することができる、例えば風力発電装置の構成部材の劣化の判断に用いて適している。

本実施例に係る第１の腐食センサの概略図である。 本実施例に係る第１の腐食センサの腐食時における概略図である。 本実施例に係る第１の腐食センサの平面図である。 本実施例に係る第２の腐食センサの平面図である。 本実施例に係る第２の腐食センサの概略図である。 本実施例に係る第２の腐食センサの腐食時における概略図である。 屋外構造物の一例である風力発電装置の概略図である。 屋外構造物の一例である他の風力発電装置の概略図である。

符号の説明

１１−１、１１−１Ａ、１１−１Ｂ 第１の腐食センサ
１１−２ 第２の腐食センサ
１２ 基板
１３Ａ、１３Ｂ 材料
１４ 絶縁部
１５ 導電部
１６Ａ、１６Ｂ 塗膜
１９ 腐食性因子

Claims (3)

1. 外気環境に晒される構造物の少なくとも一箇所以上に設けられ、塩害情報の腐食電流を検知する腐食センサを用いて、腐食電流による構造物の構成部材の寿命を監視する方法であって、
   前記腐食センサの基板が、構造物の各構成部材と同一の素材からなると共に、
   腐食センサの基板の表面に絶縁部を介して設けられる複数の導電部を覆うと共に、前記構造物の表面に亙って、前記構成部材に塗布した塗膜と同一の塗膜を塗布してなる第１の腐食センサと、
   第１の腐食センサにおいて、前記塗膜を塗布していない第２の腐食センサとを用い、
   第１の腐食センサにより、腐食電流が検知されるまでの寿命時間における腐食電気量を計測し、
   第２の腐食センサにより、腐食電流の積算電気量を計測し、
   第２の腐食センサによる総電気量が、前記寿命時間における腐食電気量の値を超えた際に、警告を発することを特徴とする腐食電流による屋外構造物の構成部材の寿命監視方法。
2. 請求項１において、
   第２の腐食センサにより、腐食電流の総電気量を計測する際に、
   一定電流値以上の高い電流が検出された場合には、雨水による濡れ時間と判断し、この雨水による濡れ時間の電気量を総電気量から除外することを特徴とする腐食電流による屋外構造物の構成部材の寿命監視方法。
3. 請求項１において、
   第２の腐食センサにより、腐食電流の積算電気量を計測する際に、
   一定電流値以上の高い電流が検出された場合には、雨水による濡れ時間と判断し、この雨水による濡れ時間の電気量を総電気量から除外すると共に、
   構造体の除湿を行うことを特徴とする腐食電流による屋外構造物の構成部材の寿命監視方法。

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