JP2020012189A - 犠牲陽極構造体並びに犠牲陽極の消耗状態判別装置及び判別方法 - Google Patents
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Abstract
Description
犠牲陽極の消耗は、理論的には、ファラデーの法則に従って発生電流と時間との積( 電気量) に比例するため、犠牲陽極が発生する電流を経時的に測定しておくことにより、犠牲陽極の消耗量を推定することができる。
そして、この寿命予測装置によれば、防食電流はMg陽極から埋設管に対してその電位差に基づいて常時流出し、演算回路は定期的にMg陽極から埋設管側に流出している電流値をモニタリングしており、この値と、あらかじめ入力されている対象となるMg陽極の電気量から、現在までの消耗量を演算するとともに、Mg陽極の消耗度及び寿命を知ることができるとされている。
そして、この電気防食監視システムによれば、銀塩化銀電極や飽和カロメル電極などの照合電極を用いて、水中の金属構造体の電位を測定する従来方法と異なり、防食電流を直接測定することによって、電気防食状態にある水中金属構造体の安全性及び長期耐久性の向上を効率よくかつ効果的に図ることができ、また、水中金属構造体の防食状況あるいは犠牲陽極の消耗状態を無人で遠隔的に監視することができるとされている。
さらに、この犠牲陽極構造体を用いた犠牲陽極の消耗状態判別装置及び犠牲陽極の消耗状態判別方法を提供することを目的とする。
本発明者は、従来の芯金に代えて、第1芯金と第2芯金とを耐熱性絶縁体を介して接続した複合芯金を用い、前記耐熱性絶縁体を適切な位置に配置することによって、犠牲陽極の消耗状態を簡易にかつ正確に判別し得ることを見出した。
このように、本発明は第1芯金と第2芯金の各々に発生する電位の差、若しくは第1芯金と第2芯金との抵抗を検知することで犠牲陽極の消耗状態を判別するものである。
一方、犠牲陽極の消耗量と長さとの関係が記載された前記非特許文献1(「RECOMMENDED PRACTICE DNVGL−RP−B401 Edition June 2017」Cathodic protection design p.38,54参照)によると、犠牲陽極の形状がLong slender stand −offタイプの場合、「初期の犠牲陽極の長さの90%まで消耗した時、犠牲陽極の消耗量が90%に達する」、言い換えれば、「犠牲陽極の長さが10%消耗したときに、犠牲陽極全体としての消耗量は90%になる」という考え方に準拠して、前記第1芯金と前記耐熱性絶縁体との接合部を所定の位置に設けることで、犠牲陽極の消耗量が90%以上になったことを、前記電位差を検知すること、発光体の点灯を視認すること、若しくは抵抗を検知することによって、簡易にかつ正確に判別し得ることを見出したのである。
ここに、「Long slender stand −off」タイプとは、犠牲陽極の長さをL、同断面周長をcとした場合にr=c/2πで表される犠牲陽極の等価半径rから、L≧4rを満たす犠牲陽極である。一方、L<4rの場合は「Short slender stand −off」タイプと称され、「犠牲陽極の長さが10%消耗した時に、その消耗量は85%になる」という考え方に準拠している。
金具は第1芯金と電気的に導通し、犠牲陽極が所期の消耗量に達した場合に、第1芯金と第2芯金間の導通がOFFとなりさえすれば、どのような形状のものであっても良い。さらに、複数個が備わっていても良い。
(1)防食対象鋼材に取り付けられる犠牲陽極構造体において、
犠牲陽極構造体は、犠牲陽極の長手方向でその内部に、第1芯金と第2芯金とが耐熱性絶縁体を介して接続されている複合芯金を備え、
前記第1芯金の犠牲陽極の内部への侵入長さは、前記第2芯金の犠牲陽極の内部への侵入長さよりも短くされており、
前記第1芯金と前記第2芯金との間に配置された前記耐熱性絶縁体は、前記犠牲陽極の消耗量が所望の量に達した時に、前記第1芯金と前記耐熱性絶縁体との接合部が、前記犠牲陽極の前記第1芯金側の端面から露出するような位置に設けられていることを特徴とする犠牲陽極構造体。
(2)前記(1)に記載の犠牲陽極構造体において、
前記第1芯金は、前記犠牲陽極の長手方向の1つの端面若しくは前記1つの端面に隣接する何れか1つの側面から突出し、前記第2芯金は、前記犠牲陽極の長手方向の前記1つの端面に対向する他の端面若しくは前記他の端面に隣接する何れか1つの側面から突出していることを特徴とする犠牲陽極構造体。
(3)前記(1)または(2)に記載の犠牲陽極構造体において、
前記耐熱性絶縁体は、前記犠牲陽極の消耗量が90%若しくは85%となった時の犠牲陽極の第1芯金側の端面から、前記第1芯金と前記耐熱性絶縁体との接合部が露出するような位置に設けられていることを特徴とする犠牲陽極構造体。
(4)前記(1)乃至(3)の何れかに記載の犠牲陽極構造体において、
前記第1芯金には、金具が電気的に導通した状態で接続され、
前記金具は、前記第1芯金から、前記第2芯金及び前記耐熱性絶縁体の中心と所定の距離を有しながら前記犠牲陽極の前記1つの端面に対向する他の端面方向に延伸し、
前記金具と前記第2芯金及び前記耐熱性絶縁体の中心との所定の距離とは、前記犠牲陽極の消耗量が所望の量に達した時の前記犠牲陽極の表面から、前記金具の全体が露出するような距離であることを特徴とする犠牲陽極構造体。
(5)前記(4)に記載の犠牲陽極構造体において、
前記金具と前記第2芯金及び前記耐熱性絶縁体の中心との所定の距離とは、前記犠牲陽極の消耗量が90%若しくは85%に達した時の前記犠牲陽極の表面から、前記金具の全体が露出するような距離であることを特徴とする犠牲陽極構造体。
なお、前記(4)、(5)でいう「所定の距離」、「距離」とは、第2芯金及び耐熱性絶縁体の中心から犠牲陽極の溶解面までの垂直距離が、第2芯金及び耐熱性絶縁体の中心から金具までの垂直距離の最小値よりも短くなった時の、第2芯金及び耐熱性絶縁体の中心から金具までの垂直距離の最小値を指す。しかしながら、「所定の距離」、「距離」を設定する時は、犠牲陽極が所望の残存量に達した状態を正確に検知できなければならないため、金具の形状は、第2芯金及び耐熱性絶縁体の中心から金具までの垂直距離が最小となる箇所が、複数若しくは連続して存在すると、精度が増す。
前記第1芯金及び前記第2芯金の何れか一方は、防食対象鋼材との導通が起こらないよう絶縁状態で防食対象鋼材に保持され、
絶縁状態で防食対象鋼材に保持された一方の芯金には、防食対象鋼材との導通が起こらないよう絶縁状態にされた導線の一端が接続され、その他端は電位差若しくは抵抗測定用の電位測定装置内に引き込まれ、
他方の芯金は、防食対象鋼材と電気的に接続され、前記防食対象鋼材は前記電位測定装置と電気的に接続されていることを特徴とする犠牲陽極の消耗状態判別装置。
(7)前記電位測定装置が、発光体であることを特徴とする前記(6)に記載の犠牲陽極の消耗状態判別装置。
(8)前記発光体が、LED電球であることを特徴とする前記(7)に記載の犠牲陽極の消耗状態判別装置。
図1において、犠牲陽極1は、その長手方向の両端面を芯金が貫通することによって保持され、該芯金は犠牲陽極1の内部への侵入長さが短い第1芯金3と、侵入長さが長い第2芯金5と、第1芯金3と第2芯金5との間に設けられた耐熱性絶縁体2とから構成される。
ここに、犠牲陽極1の長手方向の1つの端面とは第1芯金3側の端面であり、前記1つの端面に対向する他の端面とは第2芯金5側の端面であるとする。よって、以降、長手方向の1つの端面を「端面」、前記端面に対向する他の端面を「他の端面」と表記する。
第1芯金3は、例えば、ステンレス棒鋼や白金等の貴金属でめっきした耐食性金属で作製することができ、第2芯金5は、例えば、鉄棒鋼で作製することができ、また、耐熱性絶縁体2は、例えば、非導電性耐熱セラミックスを採用しても良く、窒化ケイ素やアルミナ等で作製することもできる。耐熱性絶縁体2は450〜700℃程度の溶湯温度に耐えるものであれば、どのような絶縁材料を適用しても良い。
なお、第1芯金3あるいは第2芯金5と耐熱性絶縁体2との接合手段については特に限定されるものではなく、例えば、ねじ接合のような、この出願前に知られている従来のいかなる接合手段であっても良い。
第2芯金5は、例えば溝形鋼6により、防食対象鋼材17に溶接固定されることで、第2芯金5と防食対象鋼材17は導通状態が維持され、防食対象鋼材17と電気的に導通したステンレス電線管11によって、上部工18に設けられた電位測定装置13に、電気的に接続される。
電位測定装置13としては、例えば、図7に示す電位測定装置13内にステンレス板16を設けることができ、また、図8に示すように、所定の電位差が発生した時に自動的に点灯するLED電球16を用いることができる。LED電球16を用いることによって、犠牲陽極の消耗状態を視覚的に容易に判別することができる。
一方、第1芯金3は、例えば、Uボルト9で溝形鋼6に取り付け、該溝形鋼6を防食対象鋼材17に溶接固定するが、第1芯金3と防食対象鋼材17とは導通が起こらないよう絶縁状態で保持することが必要である。
そのためには、例えば、第1芯金3を、硬質塩化ビニールパイプ7等に挿入するとともに、第1芯金3と硬質塩化ビニールパイプ7との間隙に樹脂8等を充填し、これをUボルト9で溝形鋼6に取り付ければ良い。
前記第1芯金3に電気的に接続する導線10は、第1芯金3と同様に、防食対象鋼材17に対して絶縁状態を維持する必要があり、そのため、導線10を絶縁被覆された被覆導線とすることが望ましい。そして、導線10を、例えば、ステンレスサドル12で補強されたステンレス電線管11(防食対象鋼材17とは電気的な導通状態にある)の内部を通して、上部工18に設けられた電位測定装置13内でステンレス板16あるいはLED電球16に接続する。
このように、前記第1芯金3は防食対象鋼材17と絶縁状態で保持され、前記第2芯金5は防食対象鋼材17と電気的に接続されているが、絶縁と導通の組み合わせを逆転させた場合、即ち、前記第1芯金3が防食対象鋼材17に電気的に接続され、前記第2芯金5が防食対象鋼材17に絶縁状態で保持された場合であっても、第1芯金3と第2芯金5の各々に発生する電位の差、もしくは第1芯金3と第2芯金5との抵抗を検知できさえすれば、本発明は成立する。
なお、第1芯金3と第2芯金5の各々に発生する電位の差、若しくは第1芯金3と第2芯金5との抵抗を検知するための構成については特に限定されるものではなく、この出願前に知られている従来のいかなる施工形態を適用しても良い。
図2(b)に示すように犠牲陽極1の消耗が進行し、当初の端面の位置(図中、実線で示す)から端面の位置が後退する(図中、破線で「消耗後の表面と端面」を示す)と、第1芯金3と耐熱性絶縁体2の接合部が、犠牲陽極1の端面から露出し、犠牲陽極1を介した第1芯金3と第2芯金5との導通が遮断されるため、犠牲陽極1及び第2芯金、第1芯金に各々電位が生じ、犠牲陽極1及び第2芯金に繋がる上部工18に設置した電位測定装置13と第1芯金に繋がる前記電位測定装置13内のステンレス板16間、あるいはLED電球16には、例えば、第1芯金3がステンレス棒鋼の場合は0.9V程度以上、同じく白金めっきしたチタン棒の場合は1.8V程度以上の電位差が発生する。そして、この電位差を、電圧計(電位差計)によって測定する、あるいは、LED電球16の点灯を目視で確認することにより、犠牲陽極1の消耗状態、即ち、犠牲陽極1の消耗量が、所望の消耗量に達したことを判断することができる。なお、LEDは有機ELであっても良い。さらに、電位差の発生をセンサーにて検知し、電源を備えた照明機器を発光させる仕組みを設けても良く、電気を利用する光源であればどのような機器であっても良い。
また、電位差の替りに抵抗を計測する場合、犠牲陽極1の消耗前の第1芯金3と第2芯金5との抵抗は0〜数ミリオーム程度を示すが、第1芯金3と耐熱性絶縁体2の接合部が犠牲陽極1の端面から露出した時は、第1芯金3と第2芯金5との導通がOFFとなり、抵抗計のレンジ・オーバー表示により、所望の消耗量に達したことを検知することができる。
なお、前記非特許文献1の第38頁の記述を一部引用すれば、
「7.9.3 陽極が設計寿命の終わりtf(years)に、その使用率uまで消費されたとき、残存する陽極の正味質量maf(kg)は以下によって示される。
maf=mai・(1−u)
Raf(終期の陽極接水抵抗)計算のために使われる最終的な陽極の体積は、残存する陽極の正味質量 maf(kg)、陽極材の密度及び内部芯金の体積から計算することができる。
7.9.4 各々の使用率まで消耗したLong slender stand −offタイプ及びShort slender stand −offタイプの陽極は、長さが10%縮小するものとする。さらに、陽極の最終形状が円筒形であると仮定した場合、陽極の最終半径は(7.9.3)中で説明されているように、その長さの減少、最終質量及び最終体積に基づいて計算される。」と記載されている。
前記記述より、犠牲陽極1の長さが10%縮小すると、各タイプの犠牲陽極1の消耗量が各々90%若しくは85%となること、また、経験的に犠牲陽極1の長さは犠牲陽極1の消耗と共に徐々に短くなることから、比例計算により、犠牲陽極1の長手方向の消耗率と犠牲陽極1の消耗量との関係を導くことができる。よって、犠牲陽極1の消耗量が所望の量に達した時の犠牲陽極1の端面から、第1芯金3と耐熱性絶縁体2の接合部が露出するような位置に耐熱性絶縁体2を設けることによって、犠牲陽極1が所望の消耗量に達したことを判別することができるのである。
一方、図3に示すように、本発明の犠牲陽極構造体の別の形態として、芯金が犠牲陽極1の端面あるいは他の端面からは突出しておらず、端面に隣接する何れか1つの側面から突出し、他の端面に隣接する何れか1つの側面から突出している形態がある。このような場合であっても、犠牲陽極1の消耗量が所望の量に達した時の犠牲陽極1の端面から、第1芯金3と耐熱性絶縁体2の接合部が露出するような位置に耐熱性絶縁体2を設けることによって、犠牲陽極1が所望の消耗量に達したことを判別することができる。
なお、図示してはいないが、第1芯金3を犠牲陽極1の端面から突出させ、第2芯金5を他の端面に隣接する何れか1つの側面から突出させる形態、また、第1芯金3を犠牲陽極1の端面に隣接する何れか1つの側面から突出させ、第2芯金5を他の端面から突出させる形態も、本発明の犠牲陽極構造体の実施の形態に含まれることはいうまでもない。
ただし、いずれの場合も、第1芯金3と耐熱性絶縁体2の接合部が端面から露出した時点で電位差が発生するのを妨げないようにするために、第1芯金の突出位置は、耐熱性絶縁体2と第1芯金3の境界面より端面側でなければならない。
しかし、通常の使用条件下であれば、多くの場合、犠牲陽極全体としての消耗状態と長手方向の消耗状態は相関を有することから、前記の装置による消耗状態の判別は、犠牲陽極の消耗状態の判別手法としては、実用上非常に有効であるといえる。
ただ、犠牲陽極の使用環境及び形状によっては、犠牲陽極の長手方向と断面方向への消耗の進行状況が大きく異なる場合がある。
この場合には、犠牲陽極の長手方向及び断面方向の消耗状態を全体的に把握する必要がある。
図4、図5に示す消耗状態判別装置は、犠牲陽極の長手方向及び断面方向の消耗状態を全体的に把握することができる消耗状態判別装置である。
以下、図4、図5を参照して説明するが、図1、図2で示した箇所と同一の箇所には、同一の符号を付している。
図4、図5に示す犠牲陽極1においては、図1、図2で説明した装置構成に加えて、第1芯金3と耐熱性絶縁体2の接合部に、あるいは、第1芯金3に、第1芯金3と電気的に接続された金具4を設ける点が主たる追加構成である。
図5(b)に、金具4が設けられた犠牲陽極1の端面近傍を示すが、金具4は、前記第1芯金3と非導電性耐熱性セラミックスである窒化ケイ素やアルミナ等の耐熱性絶縁体2との接合部から、あるいは、第1芯金3から、犠牲陽極1の断面方向に延伸41し、さらに、前記第2芯金5及び前記耐熱性絶縁体2の中心と所定の距離を保って犠牲陽極1の他の端面方向に延伸42する。
そして、前記金具4の断面方向への延伸41長さと、金具4の他の端面方向への延伸42部の前記第2芯金5及び前記耐熱性絶縁体2の中心との距離は、犠牲陽極1の消耗量が所望の量に達した時の犠牲陽極1の長さ及び厚さの減少によって、犠牲陽極1の表面から前記金具4の全体が露出するような長さ及び距離とする。
なお、本発明における「第2芯金5及び耐熱性絶縁体2の中心と所定の距離」あるいは「金具4の前記第2芯金5及び前記耐熱性絶縁体2の中心との距離」でいう「所定の距離」、「距離」とは、第2芯金5及び耐熱性絶縁体2の中心から、対向する金具4の延伸42部までの垂直距離の最小値よりも、最小値を得た第2芯金及び耐熱性絶縁体2の中心から犠牲陽極1の溶解面までの垂直距離が短くなった時の、第2芯金5及び耐熱性絶縁体2の中心から金具4までの垂直距離であると定義する。
したがって、本発明では、図4、図5に示すL字形状の金具4ばかりでなく、図6の(a)に示す湾曲形状の金具、あるいは、図6の(b)に示す波形形状の金具等、種々の形状の金具を用いることができる。すなわち、金具4の断面方向への延伸41部は必ずしも第1芯金3と耐熱性絶縁体2の接合部を起点として、犠牲陽極1の断面方向に垂直に延伸する必要はない。
一方、犠牲陽極1が所望の残存量に達した状態を検知するために、第2芯金5及び耐熱性絶縁体2の中心から金具4の表面までの垂直距離の最小値を算出し、設定することが必要で、図4、図5及び図6に示すとおり、第2芯金5及び耐熱性絶縁体2の中心から金具4の表面までの垂直距離が最小となる箇所が複数若しくは連続して存在すると、犠牲陽極1の消耗量を判別する精度は増す。
また、犠牲陽極1の長手方向の消耗速度が、断面方向の消耗速度に比べて極めて速い場合もある。すなわち、断面方向の消耗が少ない時点で、犠牲陽極1の端面から第1芯金3と耐熱性絶縁体2との接合部が露出してしまい、断面方向の消耗が少ないにもかかわらず、犠牲陽極1を介した第1芯金3と第2芯金5との導通がOFFとなり、あたかも犠牲陽極1の長手方向及び断面方向への全体的な消耗量が所期値を超えたと誤認される場合である。
したがって、これらを防止するために、金具4の犠牲陽極1の他の端面方向への延伸42長さは、少なくとも前記金具4の先端部が前記第2芯金5と耐熱性絶縁体2との接合部を超えて延伸42していることが必要で、さらに犠牲陽極1の他の端面まで、任意の長さに延伸42させた形状とすることが可能であるが、犠牲陽極1の長さの1/10〜2/5の長さ範囲とすることが望ましい。
以上のように、金具4は長手方向に歪な消耗傾向を示す場合を補完する役割を担うもので、前記金具4の断面方向への延伸41長さ及び前記金具4の犠牲陽極1の他の端面方向への延伸42長さを、前記の如く定めることにより、犠牲陽極全体としての消耗状態、すなわち、犠牲陽極の長手方向及び断面方向への消耗状態を一段と正確に把握することができる。
例えば、使用環境によって、犠牲陽極1の断面方向の消耗速度が長手方向の消耗速度に比べて速い場合には、まず、金具4の犠牲陽極1の他の端面方向への延伸42部が犠牲陽極1表面から露出する。
しかし、第1芯金3と耐熱性絶縁体2との接合部及び金具4の断面方向の延伸41部が、まだ犠牲陽極1の内部にあるため、第2芯金5−犠牲陽極1−第1芯金3間での導通状態が維持されることから、図7、図8に示す電位測定装置13に電位差は生じることはなく、また、LED電球16が点灯することもない。
よって、このような場合には、犠牲陽極1全体として所望の消耗量に達したとは判断されない。
ついで、犠牲陽極1の長手方向の消耗が進行し、第1芯金3と耐熱性絶縁体2との接合部及び金具4の断面方向の延伸41部が犠牲陽極1の端面から露出した場合には、金具4の全体が犠牲陽極1の表面から露出することになるため、金具4を介した第2芯金5−犠牲陽極1−第1芯金3間での導通がOFFになり、その結果、図7、図8に示す電位測定装置13には数ミリボルト以上の電位差が現れ、また、LED電球16が点灯することになる。
したがって、この場合には、犠牲陽極全体として所望の消耗量を超えたという判断がされる。
しかし、金具4の犠牲陽極1の他の端面方向への延伸42部の少なくとも一部が、まだ犠牲陽極1の内部にあるため、金具4を介した第2芯金5−犠牲陽極1−第1芯金3間での導通は維持され、電位測定装置13に電位差は生じることはなく、また、LED電球16が点灯することもない。
したがって、このような場合には、犠牲陽極全体として所望の消耗量に達したとは判断されない。
ついで、犠牲陽極の断面方向の消耗が進行し、金具4の犠牲陽極1の他の端面方向への延伸42部の全体が犠牲陽極1の表面から露出した場合には、金具4の全体が犠牲陽極1から露出することになるため、第2芯金5−犠牲陽極1−第1芯金3間での導通がOFFになり、その結果、図7、図8に示す電位測定装置13には数ミリボルト以上の電位差が現れ、また、LED電球16が点灯することになる。
したがって、この場合には、犠牲陽極全体として所望の消耗量を超えたということが確認される。
本発明の1つの態様として、犠牲陽極の長手方向の消耗の観点から、犠牲陽極の消耗状態を判別するための犠牲陽極構造体を以下の手順で作製した。
まず、表1に示すそれぞれ所定の材質、サイズの第1芯金3と第2芯金5を、窒化ケイ素からなる耐熱性絶縁体2を介して、ねじ接合し、複合芯金を作製した。
ついで、この複合芯金の周囲に、アルミニウム合金を鋳包み法で鋳造することにより、実施例1の犠牲陽極構造体を作製した。
実施例1の犠牲陽極1のサイズは、表1に示すとおり、台形柱状であって、断面の短辺100mm、同長辺130mm、断面方向の厚さ120mm、長さ960mmであるから、犠牲陽極の長さLは960mm、また、犠牲陽極の等価半径r(ただし、犠牲陽極の断面周長をcとした場合にr=c/2πで表される半径)は約75mmであって、L≧4rの関係を満たす。
したがって、実施例1の犠牲陽極1は、前記非特許文献1でいう「Long slender stand −off」タイプの犠牲陽極に相当する。
そして、この実施例1では、犠牲陽極1の断面方向(厚さ方向)の消耗については考慮せず、犠牲陽極1の長手方向の長さの消耗の観点から、犠牲陽極全体としての消耗量が90%に達する状態、言い換えれば、犠牲陽極1の長さが10%(即ち、96mm)消耗する状態を判別できるように、犠牲陽極1における耐熱性絶縁体2の設置位置を定めた。
具体的には、犠牲陽極1の鋳造あるいは成形に際して、犠牲陽極1の端面から、第1芯金3と耐熱性絶縁体2との接合部までの距離が48mmとなるようにした。
上記の48mmという距離は、犠牲陽極1が90%消耗した時に端面が消耗によって後退する位置に相当する。
なお、第1芯金3を溝形鋼6に固定するにあたり、第1芯金3と防食対象鋼材17が導通しないように、第1芯金3を硬質塩化ビニールパイプ7に挿入するとともに、前記ビニールパイプ7内に樹脂8を充填して、防食対象鋼材17に対して絶縁性を保つようにする。
ついで、第1芯金3に導線10の一端を接続し、また、他端は、上部工18に設置した電位測定装置13内でステンレス板16に接続する。
第2芯金5は防食対象鋼材17と導通を維持し、ステンレス電線管11によって上部工18に設置した電位測定装置13と導通させる。
犠牲陽極1を防食対象鋼材17に取付けた後、図7に示される電位測定装置13の電位差は0mVを示しているが、犠牲陽極1の取付けから8〜10年程度経過後に電位差を測定すると、犠牲陽極の消耗量が所定量(犠牲陽極全体としての消耗量が90%)を超えている場合には、0.8V程度の電位差を示すことになる。
そして、この電位差が生じたことにより、犠牲陽極1は90%以上消耗していると判断することができる。
本発明の別の態様として、犠牲陽極の長手方向及び断面方向の消耗状態を全体的に判別するための犠牲陽極構造体を以下の手順で作製した。
前記実施例1で使用した複合芯金において、第1芯金3と耐熱性絶縁体2をねじ接合するに際し、図5(b)の端面近傍詳細に示すL字形状の金具4を第1芯金3と導通を保持するように取り付けて、金具4を備えた複合芯金を作製した。
第1芯金3及び金具4は白金めっきを施したチタン棒及びチタン線(φ3mm)で、金具4の断面方向の延伸41部の長さは14mmである。これは犠牲陽極1の他の端面方向に向かう延伸42部の表面と対向する第2芯金の表面との垂直距離を指す。また、延伸42部の長さは100mmとした。
なお、金具4の断面方向の前記延伸41部の長さ14mmは、犠牲陽極1が90%消耗した時、断面厚さが減少した犠牲陽極1の表面から金具4全体が露出するであろうと想定される長さ(計算値)である。
前記の金具4を備えた複合芯金の周囲に、実施例1と同様に、表1に示すアルミニウム合金を鋳包み法で鋳造し、成形することにより、表1に示すサイズを有する実施例2の犠牲陽極構造体を作製した。
第2芯金5は防食対象鋼材17と導通を維持し、ステンレス電線管11によって上部工18に設置した電位測定装置13に電気的に接続し、さらに、LED電球16に接続する。これにより、犠牲陽極1が消耗し、第1芯金と第2芯金との間に電位差が発生することで、LED電球16が点灯する仕組みが構築されることとなる。
なお、実施例2では第1芯金3及び金具4の基材としてチタンを採用したが、貴金属めっきを行うに当たり、めっき可能な耐食性金属であれば、他の安価な材質を適用しても良い。
犠牲陽極1を防食対象鋼材17に取付け後、LED電球16は非点灯状態を維持しているが、犠牲陽極1の取付けから8〜10年程度経過後にLED電球16が点灯することにより、犠牲陽極1が90%以上の消耗状態になったことを知ることができる。
前記非特許文献1の記載より、犠牲陽極1の残存率が10%になった時、犠牲陽極1の長さが初期値の90%になるとの考え方に準拠し、犠牲陽極1の残存率及び犠牲陽極1の長さの残存率等から、第2芯金5の表面から金具4の延伸42部までの垂直距離は、次のとおり導かれる。
(犠牲陽極の残存量)=(残存する犠牲陽極の断面積)×(犠牲陽極の残存長さ)より、
a×V0=(πra 2)×(b×L)
(残存する犠牲陽極の近似半径)=(芯金半径)+(第2芯金表面から金具までの垂直距離)より、
ra=d+e
よって、e=[(a×Vo)/(π×b×L)]1/2−d
となる。
ここに、a :犠牲陽極の残存率(%)
b :犠牲陽極長の残存率(%)
d :芯金の半径(mm)
e :第2芯金表面から金具までの垂直距離(mm)
ra:残存する犠牲陽極の近似半径(mm)
V0:犠牲陽極の初期体積(mm3)
L :犠牲陽極の初期長さ(mm)
である。
犠牲陽極1が90%まで消耗し、犠牲陽極1の長さが10%減少した場合に、前記関係式において、以下の数値を代入してeの値を算出すると、e=14mmとなる。
a=0.1、b=0.9、d=8mm、V0=13,248,000mm3、L=960mm。
よって、犠牲陽極1が90%消耗した時、第2芯金5の表面から金具4の延伸42部までの垂直距離(e)は14mmとなる。
なお、残存する犠牲陽極の近似半径は、d+eより22mmとなる。
2 耐熱性絶縁体(非導電性の耐熱性セラミックス)
3 第1芯金(ステンレス棒鋼、白金めっきチタン棒)
4 金具(白金めっきチタン線)
41 (犠牲陽極断面方向への)延伸
42 (犠牲陽極の第2芯金側の他の端面方向への)延伸
5 第2芯金(鉄棒鋼)
6 溝形鋼
7 硬質塩化ビニールパイプ
8 樹脂
9 Uボルト
10 導線(被覆導線)
11 ステンレス電線管
12 ステンレスサドル
13 電位測定装置
14 樹脂
15 ゴムシート
16 ステンレス板、LED電球
17 防食対象鋼材
18 上部工
Claims (9)
- 防食対象鋼材に取り付けられる犠牲陽極構造体において、
犠牲陽極構造体は、犠牲陽極の長手方向でその内部に、第1芯金と第2芯金とが耐熱性絶縁体を介して接続されている複合芯金を備え、
前記第1芯金の犠牲陽極の内部への侵入長さは、前記第2芯金の犠牲陽極の内部への侵入長さよりも短くされており、
前記第1芯金と前記第2芯金との間に配置された前記耐熱性絶縁体は、前記犠牲陽極の消耗量が所望の量に達した時に、前記第1芯金と前記耐熱性絶縁体との接合部が、前記犠牲陽極の前記第1芯金側の端面から露出するような位置に設けられていることを特徴とする犠牲陽極構造体。 - 請求項1に記載の犠牲陽極構造体において、
前記第1芯金は、前記犠牲陽極の長手方向の1つの端面若しくは前記1つの端面に隣接する何れか1つの側面から突出し、前記第2芯金は、前記犠牲陽極の長手方向の前記1つの端面に対向する他の端面若しくは前記他の端面に隣接する何れか1つの側面から突出していることを特徴とする犠牲陽極構造体。 - 請求項1または2に記載の犠牲陽極構造体において、
前記耐熱性絶縁体は、前記犠牲陽極の消耗量が90%若しくは85%となった時の犠牲陽極の第1芯金側の端面から、前記第1芯金と前記耐熱性絶縁体との接合部が露出するような位置に設けられていることを特徴とする犠牲陽極構造体。 - 請求項1乃至3の何れか一項に記載の犠牲陽極構造体において、
前記第1芯金には、金具が電気的に導通した状態で接続され、
前記金具は、前記第1芯金から、前記第2芯金及び前記耐熱性絶縁体の中心と所定の距離を有しながら前記犠牲陽極の前記第1芯金側の端面に対向する他の端面方向に延伸し、
前記金具と前記第2芯金及び前記耐熱性絶縁体の中心との所定の距離とは、前記犠牲陽極の消耗量が所望の量に達した時の前記犠牲陽極の表面から、前記金具の全体が露出するような距離であることを特徴とする犠牲陽極構造体。 - 請求項4に記載の犠牲陽極構造体において、
前記金具と前記第2芯金及び前記耐熱性絶縁体の中心との所定の距離とは、前記犠牲陽極の消耗量が90%若しくは85%に達した時の前記犠牲陽極の表面から、前記金具の全体が露出するような距離であることを特徴とする犠牲陽極構造体。 - 請求項1乃至5の何れか一項に記載の犠牲陽極構造体において、
前記第1芯金及び前記第2芯金の何れか一方は、防食対象鋼材との導通が起こらないよう絶縁状態で防食対象鋼材に保持され、
絶縁状態で防食対象鋼材に保持された一方の芯金には、防食対象鋼材との導通が起こらないよう絶縁状態にされた導線の一端が接続され、その他端は電位差若しくは抵抗測定用の電位測定装置内に引き込まれ、
他方の芯金は、防食対象鋼材と電気的に接続され、前記防食対象鋼材は前記電位測定装置と電気的に接続されていることを特徴とする犠牲陽極の消耗状態判別装置。 - 前記電位測定装置が、発光体であることを特徴とする請求項6に記載の犠牲陽極の消耗状態判別装置。
- 前記発光体が、LED電球であることを特徴とする請求項7に記載の犠牲陽極の消耗状態判別装置。
- 請求項6乃至8の何れか一項に記載の犠牲陽極の消耗状態判別装置において、前記電位測定装置で測定した第1芯金と第2芯金の電位差、あるいは、前記発光体の点灯、あるいは、前記電位測定装置で測定した第1芯金と第2芯金との抵抗を検知することで、犠牲陽極の消耗状態を判別することを特徴とする犠牲陽極の消耗状態判別方法。
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