JP2011021988A

JP2011021988A - 腐食検知装置及び屋外構造物

Info

Publication number: JP2011021988A
Application number: JP2009166943A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Takeda; 一弘竹田; Chisato Tsukahara; 千幸人塚原; Shinsaku Dobashi; 晋作土橋; Yasushi Okano; 靖岡野; Ryosuke Notomi; 良介納富
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2009-07-15
Filing date: 2009-07-15
Publication date: 2011-02-03

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腐食検知装置及びそれを備えた屋外構造物を提供する。
【解決手段】第１の導電部１１と、該第１の導電部１１を被覆する屋外構造物に塗布する材料と同一の絶縁性の塗膜部１２と、該塗膜部１２の上部に設けられる所定間隔を持って複数設けられる直線状の第２の導電部１３とを有し、前記塗膜部１２の劣化により発生する腐食電流を検知するものであり、塗膜部１２の劣化によってできた亀裂によって発生する水膜により腐食電流を検知する。
【選択図】図１

Description

本発明は、屋外構造物の塩害等による腐食を事前に検知することができる腐食検知装置及びそれを備えた屋外構造物に関する。

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、風車の外部塗装や、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。

この腐食センサは、「大気腐食モニタ」(Atmospheric Corrosion Monitor)あるいはＡＣＭ型腐食センサ（以下「腐食センサ」ともいう。）と称されている。
このセンサの一例を図９及び図１０−１、１０−２に示す。図９及び図１０−１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としており、この基板１１１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、硬化させている。
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）。
ここで、前記基板１１１を第１の導電部とすると共に、導電部１１３を所定間隔を持って複数設けられる直線状の第２の導電部としている。

そして、図１０−２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、これに起因する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、図９中、符号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及び５）。

特開２００８−１５７６４７号公報

ＪＩＳＺ２３７１ＪＩＳＫ５６２１ http://www.nims.go.jp/mdss/corrosion/ACM/ACM1.htm 松下電工技法（Ｎｏｖ．２００２）ｐ７９−８５材料と環境「ＡＣＭセンサによる環境腐食性評価」５４、３７５−８（２００５）

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には、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。

また、屋外構造物の設置場所において、季節や時間に応じて、風向きが変化するので、塗膜の劣化の原因は、屋外構造物の設置箇所（部位）により異なる。具体的な劣化因子としては、紫外線照射によるもの、ぬれ時間の継続によるもの、海塩の付着によるもの等があり、その腐食環境に応じて屋外構造物の塗膜や部材や部品等のメンテナンスを的確に実施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、塩害を未然に防ぐことができる腐食検知装置及びそれを備えた屋外構造物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、屋外構造物の外表面に設けられる第１の導電部と、該第１の導電部を被覆する屋外構造物に塗布する材料と同一の絶縁性の塗膜部と、該塗膜部の塗膜上に相互に所定間隔を持って設けられる第２の導電部とを有し、前記塗膜部の劣化により発生する腐食電流を検知することを特徴とする腐食検知装置にある。

第２の発明は、第１の発明において、前記塗膜部は、屋外構造物に塗布する塗膜よりも薄いことを特徴とする腐食検知装置にある。

第３の発明は、第１又は２の腐食検知装置を、屋外構造物の塗装面に設けてなることを特徴とする屋外構造物にある。

第４の発明は、第３の発明において、前記塗膜部の厚みがそれぞれ異なる複数の腐食検知装置を設けてなることを特徴とする屋外構造物にある。

第５の発明は、第３又は４の発明において、腐食検知装置近傍に、日射計、湿度計又はｐＨ計のいずれか一つを設けてなることを特徴とする屋外構造物にある。

第６の発明は、屋外構造物の基板を第１の導電部とし、前記基板を被覆する屋外構造物塗膜と、該塗膜の上部に所定間隔を持って設けられる第２の導電部とを有し、前記塗膜の劣化により腐食電流を検知することを特徴とする屋外構造物にある。

第７の発明は、屋外構造物の基板と、該基板の上に絶縁部を介して設けられた第１の導電部と、前記基板を被覆する屋外構造物塗膜と、該塗膜の上部に所定間隔を持って設けられる第２の導電部とを有し、前記塗膜の劣化により腐食電流を検知することを特徴とする屋外構造物にある。

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について、塗膜の劣化状況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迅速に講じることができる。

図１は、実施例１に係る腐食検知装置の概略図である。図２−１は、実施例１に係る腐食検知装置の使用状況の概略図である。図２−２は、実施例１に係る腐食検知装置の使用状況の概略図である。図２−３は、実施例１に係る腐食検知装置の使用状況の概略図である。図３は、屋外構造物の一例である風力発電装置に腐食検知装置を設置した際の側面図である。図４は、実施例２に係る屋外構造物の一例である風力発電装置に腐食検知装置、ＡＣＭ型腐食センサ及び湿度計を設置した際の側面図である。図５は、相対湿度と腐食電流値との関係を示す図である。図６−１は、ＡＣＭ型腐食センサによる計測の一例を示すチャートである。図６−２は、腐食検知装置の計測の一例を示すチャートである概略図である。図７は、実施例３に係る腐食検知装置の概略図である。図８は、実施例３に係る他の腐食検知装置の概略図である。図９は、従来技術に係る腐食センサの平面図である。図１０−１は、従来技術に係る腐食センサの概略図である。図１０−２は、従来技術の腐食時における概略図である。

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１に係る腐食検知装置について、図面を参照して説明する。図１は、本実施例に係る腐食検知装置の概略図である。
図１に示すように、本実施例に係る腐食検知装置１０Ａは、検知対象物である屋外構造物の外表面である塗膜２１の上面に設けられる第１の導電部１１と、該第１の導電部１１を被覆する屋外構造物に塗布する材料と同一の絶縁性の塗膜部１２と、該塗膜部１２の塗膜上に相互に所定間隔を持って複数設けられる直線状の第２の導電部１３とを有し、前記塗膜部１２の劣化により発生する腐食電流を検知するものである。そして、経時変化によって、屋外構造物の塗膜２１の劣化によってできる例えば亀裂と同様な亀裂を腐食検知装置１０Ａの塗膜部１２に発生させ、この亀裂によって発生する水膜により腐食電流を検知するようにしている。

ここで、センサを構成する前記塗膜部１２は、屋外構造物の基板２０に塗布する塗膜２１の塗料と同様のものを塗布してなるものである。そして、その塗膜部１２の膜厚は、屋外構造物に塗装される塗膜よりも薄くなるようにしている（塗膜２１の厚さ（Ｄ）＞塗膜部１２の厚さ（ｄ））。
厚みは、より好適には、その塗膜部１２の厚さ（ｄ）は、塗膜２１のＤの約１／３〜４／５程度とすればよい。
なお、一般に、塗膜部は下地層、中間層、上塗り層からなり、耐候性を発揮するには上塗り層が担っている。よって、前記塗膜部１２の厚さ（ｄ）をこの上塗り層の膜厚の約１／３〜４／５程度とするようにしてもよい。

また、この厚みを変更することにより、劣化の進捗度合いを判定することができる。そして、屋外構造物の塗膜２１の一箇所において、前記塗膜部１２の厚みがそれぞれ異なる複数の腐食検知装置１０Ａを設けて、厚みによる腐食度合いを判定するようにしてもよい。

また、第１の導電部１１を形成する材料としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）、亜鉛（Ｚｎ）、ステンレス鋼などを用いるのが好ましい。また、第２の導電部１３を形成する材料としては、例えば、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、グラファイトなどの炭素材料などを用いるのが好ましい。
なお、塗膜部１２以外は、従来のＡＣＭ型腐食センサと同様の構成であり、第１の導電部１１の厚さは例えば０．８ｍｍ程度とし、第２の導電部１３は導電（Ａｇ）ペーストを用いて、例えば３０〜４０μｍの膜厚としている。

図２−１乃至図２−３に本実施例に係る腐食検知装置１０Ａを用いた腐食検知の使用状況の概略図を示す。
図２−１及び図２−２に示すように、本実施例に係る腐食検知装置１０Ａは、第１の導電部１１の上部に設けられる塗膜部１２の上面に所定間隔を持って複数設けられる直線状の第２の導電部１３が形成されているので、その塗膜部１２の劣化に応じて、亀裂１４が発生する（図２−１参照）。この亀裂１４の伸展に応じて発生する水膜１５により、第２の導電部１３と第１の導電部１１とが短絡し、この発生する腐食電流を検知するようにしている（図２−２参照）。

また、図２−２に示すような明確な亀裂１４が発生しないような場合においても、塗膜部１２の経時的な劣化により、塗膜部１２に対して水が浸透することにより水の浸透部１６が形成され、第２の導電部１３と第１の導電部１１とが短絡することがあり、この短絡により発生する腐食電流を検知するようにしてもよい（図２−３参照）。

これにより、実際の屋外構造物の塗膜と同様の材料による塗膜の劣化の進捗度合いを確認することができることとなる。

図３は屋外構造物の一例である風力発電装置に腐食検知装置を設置した際の側面図である。
ここで、図３に示す風力発電装置１００について説明する。
図３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。
本実施例では、図３に示すように、屋外構造物である風力発電装置１００のタワー１０２の側面に腐食検知装置１０Ａを設けている。

このように本発明によれば、塗膜の劣化の程度を迅速に判断することができる。これにより劣化の度合いに応じた対策を（例えば水洗い処理や乾燥処理、再塗装等）を迅速に講じることができる。

本発明では、図９に示すような従来技術に係るＡＣＭ型腐食センサ１１０において、屋外構造物に塗布される塗膜の材料と同一の塗膜部を絶縁部として亀裂等の劣化を監視する腐食検知装置を構成しているので、屋外構造物が完成した後、任意の箇所に腐食検知装置１０Ａを設置するだけで済み、絶縁部である塗膜部１２の劣化状況により腐食の度合いを確認することができる。
また、塗膜部１２の厚さを任意に設定して、劣化状況の確認を事前に把握できることとなる。

これに対し、既存のＡＣＭ型腐食センサ１１０を用いて、塗膜の亀裂を確認するような場合には、例えばこの既存のＡＣＭ型腐食センサ１１０の全体を覆い、しかも漏洩が無いように、さらに屋外構造物の表面に亙って、屋外構造物に塗布した塗膜を塗布する必要がある。よって、屋外構造物が完成した後に、既存のＡＣＭ型腐食センサ１１０を設置し、しかもその表面を覆うように塗膜を塗布する作業工程が別途発生し、作業工程が増え、手間がかかることとなる。

また、腐食検知装置近傍に、ｐＨ計を設置け、そのｐＨに応じて酸性雨対策を講じるようにしてもよい。
すなわち、ｐＨが７の中性域においては、塩素イオン（Ｃｌ^-）が主体であるが、ｐＨが７以下となると、主体の塩素イオン（Ｃｌ^-）の他に硫酸イオン（ＳＯ₄ ^-）が混在してくる。そして、ｐＨが５．８以下となると、塩素イオン（Ｃｌ^-）よりも硫酸イオン（ＳＯ₄ ^-）が主体となり、酸性雨対応が必要となる。
酸性雨対策としては、外部塗膜の洗浄の際に入念に洗浄する他、次回の塗膜の塗布の際に、酸性雨対策の塗膜とする等である。

また、腐食検知装置近傍に、日射計を設置け、太陽光による日射量に応じた対策を講じるようにしてもよい。
さらに、太陽光の内、紫外線は塗膜の劣化に大きな影響を与えるので、日射計において、紫外線量を求めることができる太陽光を分光して特定の波長の光を計測できる分光日射計等を用いるようにしてもよい。

さらに、雨がかりの有無、日射の有無の状態を考慮するようにしてもよい。この結果、雨がかり有無の測定で雨による影響を、日射有無の測定で日射による影響を共に知ることができるからである。

本発明による実施例２に係る腐食検知装置を備えた屋外構造物について、図面を参照して説明する。図４は、本実施例に係る腐食検知装置を備えた屋外構造物の一例である風力発電装置の概略図である。
本実施例の風力発電装置１００Ｂにおいては、腐食検知装置１０Ａ近傍に、ＡＣＭ型腐食センサ１１０と、湿度計３０とを設置け、その湿度に応じた海塩付着量を計測するようにしている。

ここで、図５は相対湿度と腐食電流値との関係を示す。図５では、予め所定量の海塩を付着させておき、恒温槽中で測定した各海塩付着量におけるＡＣＭ型腐食センサ１１０のセンサ出力（電流値：Ｉ₁）と湿度との関係図であり、ＡＣＭ型腐食センサ１１０で電流を計測し、湿度計３０で湿度を計測することで、海塩付着量を推定できるものである（非特許文献５参照）。

本実施例では、タワー１０２の側面に、腐食検知装置１０Ａ、ＡＣＭ型腐食センサ１１０及び湿度計３０を近接して設置している。
そして、腐食検知装置１０Ａで塗膜の劣化を監視し、ＡＣＭ型腐食センサ１１０で腐食状況を監視し、湿度計３０で湿度を監視している。

そして、計測の都度、ＡＣＭ型腐食センサ１１０と腐食検知装置１０Ａの各々の電流値（Ｉ₁、Ｉ₂）を計測すると共に、その計測時点における湿度を計測しておく。

図６−１は、ＡＣＭ型腐食センサ１１０の電流値（Ｉ₁）の計測の一例（例えば１２０日計測した）であり、図６−２は腐食検知装置１０Ａの電流値（Ｉ₂）の計測の一例である。
そして、計測を続けている際、図６−２に示すように、腐食検知装置１０Ａで塗膜の劣化（亀裂）を確認（電流値が急激に上昇（１００日目））とする。
このような場合、この亀裂の発生するまでにおけるそのセンサの設置環境の海塩の付着の状況を、事前に求めていたＡＣＭ型腐食センサ１１０の電流値と湿度との計測結果により、腐食環境を確認することができる。
例えば、亀裂発生するまでのＡＣＭ型腐食センサ１１０での電流（Ｉ₁）の積算、または平均をとり、腐食環境を推定することができる。

さらに、図５において、その計測時点における湿度と電流値とによって、そのときの海塩の付着量を確認することができる。
すなわち、ＡＣＭ型腐食センサ１１０での電流量と、湿度との関係からどれくらい海塩が付着していたかが判断できる。
よって、その計測場所が腐食しやすい環境であったか否かが判断できる。

また、塗膜の劣化が診断されれば、構造物自体が腐食される前に、その対策を講じることができる。一般に大気腐食は、その設置場所の腐食環境により、その腐食の状況が大きく変動する。よって、本発明によれば、その設置場所の腐食環境の状況を把握した上で、塗膜劣化の事前検知が可能となる。

そして、塗装のやり直しを行う場合、例えば膜厚を標準膜厚の塗装で良いのか、膜厚を厚くする厚塗り塗装で良いのかを判断する指標となる。よって、本発明によれば、塗膜の劣化（亀裂等）に至るまでの状況を勘案して、今後の塗膜の劣化を防止する対策を講じることができる。

この際、太陽光の日射量を計測できる日射計を用いることにより、亀裂に至るまでに太陽光の影響も確認できる。よって、メンテナンスの時期を単なる時間で決定することなく、季節に応じたメンテナンスの時期を決定することもできる。
すなわち、夏場と冬場とでは、日射量も異なるので、その日射量に応じた対策を図ることが必要となる。設置場所によっても同様に対策が必要となる。

さらに、太陽光を分光して特定の波長の紫外光を計測できる分光日射計等を用いるようにすることで、塗膜の劣化に影響大きい紫外線量を把握することができ、紫外線量の影響も加味した対策を講ずることができる。
すなわち、太陽光の紫外線エネルギーは４１０ｋＪ／ｍｏｌであり、例えばアクリル系の樹脂の結合エネルギーは３６５ｋＪ／ｍｏｌ、無機系樹脂の結合エネルギーは４３５ｋＪ／ｍｏｌであるので、太陽光が長期間に亙って照射されることにより紫外線の影響で、塗膜２１の塗料の分子間結合が切断され、亀裂や割れ等が発生することになるからである。

また、紫外線量の計測においては、直接塗膜に照射される紫外線量の他に反射による紫外線の影響も考慮する必要があるので、その紫外線量の計測の際には、反射率を考慮した紫外線量に変換することで、より的確な判断をなすことができる。
例えば、反射率は、砂浜であると１０〜２５％、コンクリートであると１０％、水面であると１０〜２０％、草地や土であると１０％以下とする補正が必要となる。

また、屋外構造物の壁面と頂面とでは、頂面の塗膜は、壁面の２．５倍程度の紫外線量であるので、例えばナセルの頂面に設置し、ナセルの頂面の劣化の度合いを考慮することも有効である。

本発明による実施例３に係る他の腐食検知装置について、図面を参照して説明する。図７は、本実施例に係る腐食検知装置の概略図である。
図７に示すように、本実施例に係る腐食検知装置１０Ｂは、屋外構造物の基板２０を第１の導電部とし、前記基板２０を被覆する屋外構造物の塗膜２１と、該塗膜２１の上部に所定間隔を持って設けられる第２の導電部１３とを有し、前記塗膜２１の劣化により腐食電流を検知するようにしている。
本実施例では、屋外構造物の基材２０に塗布される塗布層２１の表面に、直接第２の導電部１３を設けて、センサ構造とすることにより、簡易な構成で塗布層２１の劣化を監視することができる。このように、本実施例では、屋外鉱物に塗布される塗膜２１を絶縁部として、その上に第２の導電部１３を貼り付けるだけで、腐食検知機能を有する屋外構造物とすることができることとなる。

また、図８に示す腐食検知装置１０Ｃように、屋外構造物の基板２０と、該基板の上に絶縁部１１２を介して設けられた第１の導電部１１と、前記基板２０を被覆する屋外構造物の塗膜２１と、該塗膜２１の上部に所定間隔を持って設けられる第２の導電部１３とを有し、前記塗膜の劣化により腐食電流を検知するようにしてもよい。

これは、図７のように、基材を第１の導電部とすると、基材に流れるノイズの影響があるが、本実施例のように絶縁部１１２を設けることでノイズの影響を防止することが可能となることができるからである。

さらに、本実施例に係る腐食検知装置１０Ｂ、１０Ｃのいずれかと、ＡＣＭ型腐食センサ１１０及び湿度計３０を用いて、実施例２のような判断をすることもできる。

以上のように、本発明に係る腐食検知装置及び屋外構造物は、その塗膜の劣化の程度を迅速に判断することができる、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。

１０Ａ〜Ｃ腐食検知装置
１１第１の導電部
１２塗膜部
１３第２の導電部
１４亀裂
１５水膜
１６浸透部
２０基板
２１塗膜
３０湿度計

Claims

屋外構造物の外表面に設けられる第１の導電部と、該第１の導電部を被覆する屋外構造物に塗布する材料と同一の絶縁性の塗膜部と、該塗膜部の塗膜上に相互に所定間隔を持って設けられる第２の導電部とを有し、前記塗膜部の劣化により発生する腐食電流を検知することを特徴とする腐食検知装置。
請求項１において、
前記塗膜部は、屋外構造物に塗布する塗膜よりも薄いことを特徴とする腐食検知装置。
請求項１又は２の腐食検知装置を、屋外構造物の塗装面に設けてなることを特徴とする屋外構造物。
請求項３において、
前記塗膜部の厚みがそれぞれ異なる複数の腐食検知装置を設けてなることを特徴とする屋外構造物。
請求項３又は４において、
腐食検知装置近傍に、日射計、湿度計又はｐＨ計のいずれか一つを設けてなることを特徴とする屋外構造物。
屋外構造物の基板を第１の導電部とし、前記基板を被覆する屋外構造物塗膜と、該塗膜の上部に所定間隔を持って設けられる第２の導電部とを有し、前記塗膜の劣化により腐食電流を検知することを特徴とする屋外構造物。
屋外構造物の基板と、該基板の上に絶縁部を介して設けられた第１の導電部と、
前記基板を被覆する屋外構造物塗膜と、
該塗膜の上部に所定間隔を持って設けられる第２の導電部とを有し、前記塗膜の劣化により腐食電流を検知することを特徴とする屋外構造物。