JP5780539B1 - 改質水防錆効果判定装置及び改質水防錆効果判定方法 - Google Patents

Abstract

水の防錆性が向上したことを、短時間で簡便に判定できる改質水防錆効果判定装置及び改質水防錆効果判定方法を提供する。アノード電極、一対のカソード電極、アノード電極と一方のカソード電極との間に電流を通電する第１電流発生装置、アノード電極と他方のカソード電極との間に電流を通電する第２電流発生装置、一対のカソード電極に流れる電流の大きさを定期的に変える電流切替装置、及び一方のカソード電極と他方のカソード電極との間における電位差を計測し出力信号を出力する計測出力手段を備えてなる第１電位差測定装置と第２電位差測定装置とを有し、第１電位差測定装置によって出力される出力信号Ａと、第２電位差測定装置によって出力される出力信号Ｂとに基づいて、処理水の防錆効果を判定する判定手段を有することを特徴とする。

Description

本発明は改質水防錆効果判定装置及び改質水防錆効果判定方法に関し、更に詳しくは、水が改質されることによって水の防錆性が向上したことを、短時間でかつ簡便に判定することのできる改質水防錆効果判定装置及び改質水防錆効果判定方法に関する。

一般に、金属を水に長時間浸漬させると、金属の表面が腐食する。金属の腐食は、金属表面の一部がアノードとカソードとに局部的に分極することによって引き起こされる。アノードとカソードとの間に微量の電流が流れることにより、アノードにおいて酸化反応が起こり、カソードにおいて還元反応が起こる。アノードにおける酸化反応によって金属の表面が酸化されることにより、金属の腐食が進行する。

従来、水を改質する装置として、遠赤外線を放射するセラミックスによって水を浄化することのできる各種の水処理装置が知られている。この水処理装置の一例として、都市拡業株式会社から市販されている「ザ・バイオウォーター」（登録商標）という名称の装置が挙げられる（非特許文献１参照）。この水処理装置によって処理された水は、様々な効果を有することが報告されており、特に、赤錆劣化対策に有効であることが注目されている。具体的には、水処理装置によって処理された水は、水処理装置によって処理されていない水に比べて、金属を腐食させにくくなる。言い換えると、水処理装置によって水を処理することによって、水の防錆性が高められる。例えば、水処理装置を配管の途中に設け、水処理装置によって処理された改質水を配管内部に通水することによって、配管内表面における金属の腐食が進行することを抑制することができる。

水に浸漬された金属の表面を観察、分析等することによって金属の腐食の進行を評価するには、通常、金属を水に浸漬させた後、数ヶ月〜数年程度の時間が必要である。同様に、従来、水処理装置を配管の途中に設けることによって、配管内表面の金属の腐食が抑えられるという効果を検証するにも、水処理装置を設けた後、数ヶ月〜数年程度の時間が必要である。よって、水処理装置を配管の途中に設けた後、短時間の間に、水の防錆性が高まったことを判定することができないという問題がある。

また、通常、水処理装置は、工場・ビル等の大規模な施設の配管に設置されることが一般的である。水処理装置による水の改質効果を、水処理装置が設置された配管を用いて調べるには、これらの配管を備えた設備の運転を一時的に停止し、配管内部の水を抜いた後に、配管の内表面を観察等する必要がある。設備の運転を停止することは現実的に難しいことが多く、配管内部の水抜きを行うには多大な労力が必要なので、水処理装置を設けたことによって水の防錆性が高まったことを、水処理装置が設置された配管において検証することは困難である。

"製品の紹介"、[online]、都市拡業株式会社、[平成26年4月21日検索]、インターネット<URL: http://www.biowater.co.jp/product/feature.html>

本発明が解決しようとする課題は、水処理装置を用いて改質された改質水の防錆性が向上したことを、短時間でかつ簡便に測定することのできる改質水防錆効果測定装置及び改質水防錆効果測定方法を提供することである。

前記課題を解決するための手段は、
（１）アノード電極、一対のカソード電極、アノード電極と一方のカソード電極との間に電流を通電する第１電流発生装置、アノード電極と他方のカソード電極との間に電流を通電する第２電流発生装置、一対のカソード電極に流れる電流の大きさを定期的に変える電流切替装置、及び一方のカソード電極と他方のカソード電極との間における電位差を計測し出力信号を出力する計測出力手段を備えてなる第１電位差測定装置と第２電位差測定装置とを有し、前記第１電位差測定装置におけるアノード電極と一対のカソード電極とは、水処理装置によって処理された改質水に浸漬され、前記第２電位差測定装置におけるアノード電極と一対のカソード電極とは、水処理装置によって処理されない未改質水に浸漬され、第１電位差測定装置における計測出力手段から出力される出力信号Ａと、第２電位差測定装置における計測出力手段から出力される出力信号Ｂとに基づいて、改質水の防錆効果を判定する判定手段を有してなることを特徴とする改質水防錆効果判定装置であり、
（２）前記第１電位差測定装置及び第２電位差測定装置は、一方のカソード電極と他方のカソード電極との間に電流を通電する第３電流発生装置をそれぞれ備えてなることを特徴とする前記（１）に記載の改質水防錆効果判定装置であり、
（３）前記判定手段は、出力信号Ａの出力信号Ｂに対する割合に基づいて、改質水の防錆効果を判定することを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の改質水防錆効果判定装置であり、
（４）前記一対のカソード電極の表面は銀で形成され、前記アノード電極の表面は白金で形成されてなることを特徴とする前記（１）から（３）までのいずれか一項に記載の改質水防錆効果判定装置であり、
（５）前記水処理装置は、４．４μｍ以上１５．４μｍ以下の波長の遠赤外線を９２％以上の積分放射率で放射するハイブリッドセラミックに水を接触させる装置である前記（１）から（４）までのいずれか一項に記載の改質水防錆効果判定装置であり、
（６）水処理装置によって処理された改質水に浸漬されたカソード電極と一方のアノード電極との間、及び前記改質水に浸漬されたカソード電極と他方のアノード電極との間に電流を通電し、水処理装置によって処理されない未改質水に浸漬されたカソード電極と一方のアノード電極との間、及び前記未改質水に浸漬されたカソード電極と他方のアノード電極との間に電流を通電し、改質水に浸漬された一方のカソード電極と他方のカソード電極との間における電位差と、未改質水に浸漬された一方のカソード電極と他方のカソード電極との間における電位差とに基づいて、改質水の防錆効果を判定することを特徴とする改質水防錆効果判定方法であり、
（７）未改質水に浸漬された一方のカソード電極と他方のカソード電極との間における電位差に対する、改質水に浸漬された一方のカソード電極と他方のカソード電極との間における電位差の割合に基づいて、改質水の防錆効果を判定することを特徴とする前記（６）に記載の改質水防錆効果判定方法であり、
（８）前記一対のカソード電極の表面は銀で形成され、前記アノード電極の表面は白金で形成されてなることを特徴とする前記（６）又は（７）に記載の改質水防錆効果判定方法であり、
（９）前記水処理装置は、４．４μｍ以上１５．４μｍ以下の波長の遠赤外線を９２％以上の積分放射率で放射するハイブリッドセラミックに水を接触させる装置である前記（６）から（８）までのいずれか一項に記載の改質水防錆効果判定方法である。

本発明では、アノード電極とカソード電極との間に通電することによって、カソード反応を迅速に進行させることができる。よって、実験時間が短時間であっても、改質水と未改質水との防錆性の違いを判定できる程度に、カソード電極における炭酸カルシウム被膜の形成が進行する。本発明によると、数ヶ月から数年程度の長期間にわたって金属を水に浸漬させる実験をする必要はなく、数日間程度の短期間の実験によって、水の防錆性が高まったことを判定することのできる改質水防錆効果判定装置及び改質水防錆効果判定方法を提供することができる。
また、本発明の改質水防錆効果判定装置及び改質水防錆効果判定方法は、一対のカソード電極の間における電位差を利用して改質水の防錆効果を判定することができるので、実際に水に浸漬された金属表面の観察等をする必要がなく、簡便である。

図１は、第１電位差測定装置の構成を示す模式図である。 図２は、本発明の改質水防錆効果判定装置の構成を示す模式図である。 図３は、第１電流発生装置及び第２電流発生装置における制御機構の一例を示す回路図である。 図４は、水処理装置が配管に設置される例を示す模式図である。 図５は、実施例における電圧測定値の経時的変化を示すグラフである。

本発明の改質水防錆効果判定装置は、第１電位差測定装置と、第２電位差測定装置と、判定手段とを有する。以下に、図１を用いて第１電位差測定装置について説明するが、第２電位差測定装置も図１に示された第１電位差測定装置と同じ構成を有する。

図１に示すように、第１電位差測定装置１１は、アノード電極２、一対のカソード電極３、アノード電極２と一方のカソード電極１３との間に電流を通電する第１電流発生装置１４、及びアノード電極２と他方のカソード電極２３との間に電流を通電する第２電流発生装置２４を有する。図１に示される例においては、アノード電極２及びカソード電極３は、それぞれ２枚の電極を有し、一方のアノード電極１２が一方のカソード電極１３と接続され、他方のアノード電極２２が他方のカソード電極２３と接続される。
アノード電極２及び一対のカソード電極３を水に浸漬し、第１電流発生装置１４及び第２定電流発生装置２４を起動させると、アノード電極１２とカソード電極１３との間、及びアノード電極２２とカソード電極２３との間において電流が流れ、アノード電極２においてアノード反応が、カソード電極３においてカソード反応が引き起こされる。
尚、アノード電極の形状は特に制限されず、板状、棒状、又は線状であってもよい。

アノード反応は、一般に酸化反応であり、例えば、アノード電極２の表面がＰｔのようにイオン化傾向の小さい金属である場合には、アノード反応として主に以下の（１）の反応が引き起こされる。また、アノード電極２の表面が例えばＣｕのようにイオン化傾向の比較的大きい金属である場合には、アノード反応として以下の（２）の反応が引き起こされる．
２Ｈ_２Ｏ → Ｏ₂＋４Ｈ^＋＋４ｅ- ・・・・・ （１）
Ｃｕ → Ｃｕ^２＋＋２ｅ⁻ ・・・・・ （２）
上記（２）の反応では、アノード電極２を構成する金属が溶出する。金属が水中に溶出すると、水中の不純物が増大することによって、アノード反応とカソード反応とが阻害され、改質水防錆効果を精度良く判定できないことがある。よって、アノード電極２の表面は、電気分解によってアノード電極２を形成する金属が溶出しないように、イオン化傾向の小さい金属で形成されてなることが好ましい。具体的には、アノード電極２として、不溶性電極として公知の電極を用いることができる。さらに具体的には、表面に白金又は酸化イリジウムの薄膜を被覆した電極をアノード電極２として用いることができる。白金又は酸化イリジウムの薄膜を被覆した電極は、チタンに代表される他の金属によって形成された基体の表面に、白金をめっき処理すること、又は酸化イリジウムを焼き付けることによって得られる。

カソード反応は、一般に還元反応であり、例えば、以下の（３）又は（４）の反応が引き起こされる。
Ｏ_２＋２Ｈ_２Ｏ＋４ｅ⁻ → ４ＯＨ⁻・・・・・ （３）
２Ｈ_２Ｏ＋２ｅ⁻ → ２ＯＨ⁻＋Ｈ_２ ・・・・ （４）
上記（３）又は（４）の反応で生成する水酸化物イオンＯＨ⁻によって、カソード電極３近傍の水のｐＨが高くなる。ｐＨが高くなると、水中に溶けている炭酸ガスからＣＯ_３ ^２−が放出されやすくなり、水中においてカルシウムイオンであるＣａ^２＋とＣＯ_３ ^２−とが反応してＣａＣＯ_３が生成しやすくなる。よって、カソード反応が進むにつれてカソード電極３の表面には、ＣａＣＯ_３（以下、「炭酸カルシウム」と称することがある。）の被膜が形成される。

炭酸カルシウムは、アラゴナイトとカルサイトとの主に２つの異なった結晶構造をとり得る。アラゴナイトの結晶は、針状の形状をしていることが知られている。一方で、カルサイトの結晶は、粒状の形状をしていることが知られている。アラゴナイトの比率の大きい炭酸カルシウムにおいては、針状の結晶が多くの隙間を形成しながら付着するので、炭酸カルシウムの被膜が電極の表面をまばらに覆う。一方で、カルサイトの比率の大きい炭酸カルシウムの被膜においては、粒状の結晶が隙間なく付着するので、炭酸カルシウムの被膜が電極の表面を均一に隈なく覆うことができる。カソード電極３の表面において炭酸カルシウムの被膜に覆われる面積が大きいほど、カソード電極３の電気抵抗は増大する。よって、等量の炭酸カルシウムの被膜が電極表面に形成される場合でも、カルサイトの比率が大きい被膜は、アラゴナイトの比率が大きい被膜に比べて、カソード電極３の表面を隙間なく覆うことができるので、電極表面の電気抵抗をより増大させる。

水に金属が浸漬される際に、カソード反応により炭酸カルシウムの被膜が金属表面に形成されることによって、炭酸カルシウムの被膜が金属表面の保護膜として機能し、金属表面の酸化が抑制される。また、炭酸カルシウムの被膜が金属表面を覆うことによって、局部的に分極したアノードとカソードとの間で電流が流れにくくなり、アノード反応によって金属の表面が酸化することが抑制される。よって、炭酸カルシウムの被膜が金属表面を隙間なく覆えば覆うほど、金属の腐食を抑制することができる。

カソード電極３の表面は、電気分解装置の陰極の材料として公知公用の材料にて形成されることができ、具体的には、カソード電極３の表面はイオン化傾向の小さい金属若しくは合金、又は耐食性に優れた金属若しくは合金にて形成されることができ、さらに具体的には、カソード電極３の表面は銀又は銅によって形成されることができる。カソード電極３の表面を銀又は銅で形成するには、カソード電極３全体を銀又は銅で作製してもよいし、他の金属によって作製された基体の外表面に銀めっき又は銅めっきを施してもよい。

第１電流発生装置１４は、アノード電極１２と一方のカソード電極１３との間に電流を通電し、第２電流発生装置２４はアノード電極２２と他方のカソード電極２３との間に電流を通電する。第１電流発生装置１４及び第２電流発生装置２４は、一定の大きさの電流を通電する装置であってもよいし、定期的に通電する電流の大きさを変えるように制御されている装置であってもよい。第１電流発生装置１４によって通電される電流の大きさ及び通電時間の積（以下、「電気量」と称することがある。）と、第２電流発生装置２４によって通電される電気量とは、同程度であることが好ましい。例えば、第１電流発生装置１４及び第２電流発生装置２４を１時間起動させる際に、最初の３０分間は、第１電流発生装置１４によって通電される電流値を４．５μＡ、第２定電流発生装置２４によって通電される電流値を３．５μＡとし、後半の３０分間は、第１電流発生装置１４によって通電される電流値を３．５μＡ、第２電流発生装置２４によって通電される電流値を４．５μＡとすることによって、通電してから１時間を経過した時点における第１電流発生装置１４による電気量と第２電流発生装置２４による電気量とを等しくすることができる。

第１電流発生装置１４及び第２電流発生装置２４としては、電流を通電することのできる装置であれば特に制限されず、市販の電源装置を用いることができる。また、第１電流発生装置１４及び第２電流発生装置２４は、１個の電源装置を用いて通電を行ってもよい。
例えば、図３に示されるように、第１電流発生装置１４と第２電流発生装置２４とに共通な電源装置９２を１つ設け、電源装置９２の下流に２つの電流変換器９３及び９４を設け、電流変換器９３及び９４から第１定電流発生装置１４及び２４に電流を出力するように設計すればよい。さらに具体的には、電流変換器９３から第１電流発生装置１４又は第２電流発生装置２４のいずれか一方に電流を出力すると共に、電流変換器９４から第１電流発生装置１４又は第２電流発生装置２４の他方に電流を出力するように制御することのできる制御回路９５を設け、電流変換器９３又は９４からの第１電流発生装置１４又は第２電流発生装置２４への出力を、一定時間毎に切り替えることのできるフリップフロップ制御装置９６を設けるようにすればよい。フリップフロップ制御装置９６によって出力が切り替えられる頻度は特に制限されないが、例えば、５分に１回程度〜１時間に１回程度の頻度であればよい。

第１電流発生装置１４及び第２電流発生装置２４によって通電される電流が大きいほど、カソード反応を迅速に起こすことができるので、判定に要する時間を短縮することができる。一方で、第１電流発生装置１４及び第２電流発生装置によって通電される電流を大きくし過ぎると、使用者が電極に触れて感電することがあるとともに、カソード電極において激しく水素が発生することにより形成された炭酸カルシウム被膜が剥離させられることがある。よって、第１電流発生装置１４及び第２電流発生装置２４によって通電される電流密度は、１０μＡ／ｃｍ^２以上２００μＡ／ｃｍ^２以下程度であればよい。

アノード電極２は１枚であってもよいし、複数枚であってもよい。アノード電極２の枚数は、カソード電極３の枚数と同じであることが好ましい。

本発明の第１電位差測定装置１１は、図１に示されるように、電流切替装置３５、及び計測出力手段３６を有し、第３電流発生装置３４を有していてもよい。

第３電流発生装置３４は、一方のカソード電極１３と他方のカソード電極２３との間に電流を通電する。電流切替装置３５は、一対のカソード電極に流れる電流の大きさを、定期的に変える。電流切替装置３５によって電流の大きさが変えられる頻度は特に制限されないが、例えば、５分に１回〜１時間に１回程度であればよい。

第３電流発生装置３４は、一定の大きさの電流を通電する装置であればよい。第３電流発生装置３４としては、市販の定電流源を用いることができる。
第１電流発生装置１４及び第２電流発生装置２４が起動している間に、第３電流発生装置３４を起動させてもよい。このように、第１電流発生装置１４及び第２電流発生装置２４と、電流発生装置３４とを同時に運転させる場合には、第１電流発生装置１４によって通電される電流と第２電流発生装置２４によって通電される電流とが同じ大きさであればよい。また、第３電流発生装置３４によって通電される電流の大きさが、第１電流発生装置１４によって通電される電流の大きさ及び第２電流発生装置２４によって通電される電流の大きさよりも、小さいことが望ましい。第３電流発生装置３４によって通電される電流の大きさがこのような関係にあると、カソード電極１３又はカソード電極２３において、常にカソード反応が引き起こされることとなる。第１電流発生装置１４と第２電流発生装置２４とを、同じ大きさの電流が通電されるように運転させたまま、第３電流発生装置３４を運転すると、第３電流発生装置３４によって通電される電流の大きさ及び向きを制御することによって、カソード電極１３、カソード電極２３に流れる電流の大きさを制御することができる。よって、第３電流発生装置３４を設けると、第１電流発生装置１４及び第２電流発生装置２４によって通電される電流を制御することなく、第３電流発生装置３４によって通電される電流を制御するのみで、一対のカソード電極に流れる電流の大きさを制御することができる。
尚、第１電流発生装置１４と第２電流発生装置２４とを停止させた後に、第３電流発生装置３４のみを起動させてもよい。

計測出力手段３６は、一方のカソード電極１３と他方のカソード電極２３との間における電位差を測定し、判定手段９１へと出力信号を出力する。電位差を測定する際には、カソード電極１３又はカソード電極２３のいずれか一方が基準電極となり、他方が作用電極となる。
第３電流発生装置３４によって一方のカソード電極１３と他方のカソード電極２３との間に電流を通電するには、電圧が必要である。一定の大きさの電流を通電するのに必要な電圧は、カソード電極３における電気抵抗の大きさと比例する。前述したように、カソード電極３の表面に炭酸カルシウムの被膜が形成されていればいるほど、また、炭酸カルシウムの被膜におけるカルサイト結晶の比率が大きければ大きいほど、カソード電極３における電気抵抗の大きさは大きくなる。

尚、第３電流発生装置３４として一定の電圧を印加する定電圧装置を使用し、計測出力手段３６がカソード電極１３とカソード電極２３との間に発生する電流の大きさを測定することによっても、カソード電極３における電気抵抗の大きさを測定することができるので、本発明と同様の効果を達成することができる。

図２に示されるように、第１電位差測定装置１１は水処理装置によって処理された改質水４１において用いられ、第２電位差測定装置６１は水処理装置によって処理されていない未改質水４２において用いられる。より具体的には、本発明の水改質効果判定装置１を使用する際には、第１電位差測定装置１１におけるアノード電極２及びカソード電極３は改質水４１に浸漬され、第２電位差測定装置６１におけるアノード電極５２及びカソード電極５３は未改質水４２に浸漬される。

水処理装置としては、水流通路内に配設されたハイブリッドセラミックを有する装置を挙げることができ、例えば、都市拡業株式会社製の「ザ・バイオウォーター（登録商標）」を使用することができる。前記ハイブリッドセラミックは、４．４〜１５．４μｍの遠赤外線を９２％以上の積分放射率で放射するセラミックであり、水道水をこのハイブリッドセラミックで処理することにより、「生命活性力」、「制菌力」、「抗酸化力」、「洗浄力」、「環境浄化力」、「改質持続力」、及び「防食力」のうちの少なくとも１つ以上の水の改質効果が達成される（非引用文献１参照）。

水処理装置によって処理された改質水４１は、未改質水４２に比べて、防錆性が高められる。言い換えると、改質水４１に浸漬された金属は、未改質水４２に浸漬された金属に比べて、腐食速度が遅くなる。
より具体的には、改質水４１に浸漬された金属では、カソード反応によってカルサイト結晶を豊富に含んだ炭酸カルシウムが表面に形成されやすく、炭酸カルシウムの被膜が金属表面を隈なく覆うことによって金属表面における腐食の進行が抑制される。一方で、未改質水４２に浸漬された金属では、カソード反応によってアラゴナイト結晶の比率の大きい炭酸カルシウムが表面に形成されやすく、炭酸カルシウムの被膜が金属表面をまばらに覆うので、金属表面において炭酸カルシウム被膜の形成されていない箇所から、腐食が進行しやすい。

図２において、改質水４１に浸漬されたカソード電極３は、未改質水４２に浸漬されたカソード電極５３に比べて、カルサイトの比率の大きい炭酸カルシウム被膜を形成しやすいので、カソード電極３はカソード電極５３に比べて電気抵抗が大きくなる。よって、カソード反応が進行するにつれて、カソード電極１３とカソード電極２３との間に一定の大きさの電流を通電するのに必要な電圧は、カソード電極６３とカソード電極７３との間に同じ大きさの電流を通電するのに必要な電圧よりも大きくなる。

判定手段９１は、出力信号Ａ及び出力信号Ｂに基づいて、改質水４１の防錆効果を判定することができる。出力信号Ａ及び出力信号Ｂは、本発明の効果を奏する限りにおいて特に制限されないが、例えば、出力信号Ａとしては、カソード電極１３とカソード電極２３との間における電位差、カソード電極１３とカソード電極２３との間に流れる電流値、又はカソード電極３における電気抵抗値等が挙げられる。出力信号Ａと出力信号Ｂとは同種の信号であればよく、例えば、出力信号Ａがカソード電極１３とカソード電極２３との間における電位差である場合には、出力信号Ｂはカソード電極６３とカソード電極７３との間における電位差であればよい。

判定手段９１は、出力信号Ａと出力信号Ｂとに基づいて、改質水４１の防錆効果を判定することができる。より具体的には、判定手段９１は、出力信号Ａの出力信号Ｂに対する割合、出力信号Ｂの出力信号Ａに対する割合、又は出力信号Ａと出力信号Ｂとの差等を算出することによって、改質水４１の防錆効果を判定することができる。例えば、出力信号Ａ及びＢが一対のカソード電極の間における電位差である例においては、出力信号Ａが出力信号Ｂよりも大きいと、改質水４１に浸漬されたカソード電極３の表面には、未改質水４２に浸漬されたカソード電極５３の表面に比べて、カルサイト比率の大きい炭酸カルシウム被膜によって電極表面がより被覆されていると推察される。よって、判定手段９１が出力信号Ａは出力信号Ｂよりも大きいと判定することにより、カソード反応によって金属が腐食しにくい水に改質されたこと、言い換えると、改質水の防錆効果が向上したと判定することができる。

電流切替装置３５としては、従来公知の装置を使用することができる。また、計測出力手段３６は、カソード電極間における電位差等を測定する測定装置と、測定結果を判定手段９１へと出力する出力装置とを組み合わせてなる装置であってもよい。

次に、本発明の作用について説明する。

例えば、図４のように、水処理装置１０２、例えば、「ザ・バイオウォーター（登録商標）」を配管に設置したことによって、配管内の水が改質され、配管内表面の金属の腐食の進行が抑制されたことを、設備業者等が確認したいことがある。その際に、設備業者等は本発明の改質水防錆効果判定装置１を用いることができる。まず、水処理装置１０２前段の配管に設けられた三方弁１０４から未改質水４１を、水処理装置１０２後段の配管に設けられた三方弁１０５から改質水４２を、それぞれビーカー等の容器にサンプリングする。図２に示されるように、容器にサンプリングした改質水４１に第１電位差測定装置１１のカソード電極３とアノード電極２とを浸漬させ、未改質水４２に第２電位差測定装置６１のカソード電極５３とアノード電極５２とを浸漬させる。

次に、第１電流発生装置１４及び６４と、第２電流発生装置２４及び７４とを起動し、カソード電極１３、２３、６３、及び７３に通電する。通電によってカソード反応が引き起こされると、通電されたカソード電極１３、２３、６３、及び７３の表面には、炭酸カルシウムの被膜が形成される。例えば、第１電流発生装置１４及び第１電流発生装置６４によって、１０μＡ／ｃｍ^２以上２００μＡ／ｃｍ^２以下程度の電流密度にて、約５〜５０時間程度通電すると、カソード電極１３、２３、６３、及び７３の表面には、改質水４１の防錆効果を判定することができる程度に、炭酸カルシウムの被膜が形成される。尚、改質水４１及び未改質水４２の硬度を増加させることによって、通電時間を短くすることができる。改質水４１及び未改質水４２の硬度を増加させるには、改質水４１又は未改質水４２に、炭酸カルシウム等の塩を添加すればよい。尚、正確な防錆効果の判定を行うためには、改質水４１に添加する塩の種類及び量と、未改質水４２に添加する塩の種類及び量とを同じにすればよい。

改質水４１は、未改質水４２に比べて防錆性が高められている。改質水４１に浸漬されるカソード電極３においては、未改質水４２に浸漬されるカソード電極５３に比べて、カルサイト結晶を豊富に含有する炭酸カルシウム結晶が析出しやすい。よって、カソード電極３の表面は、カソード電極５３の表面に比べて、炭酸カルシウム被膜によって隈なく覆われることになる。

さらに、第１電流発生装置１４及び６４と、第２電流発生装置２４及び７４とを起動させたままで、第３電流発生装置３４及び８４を起動させ、カソード電極１３と２３との間及びカソード電極６３と８３との間に一定の大きさの電流を通電する。この時、第３電流発生装置３４によって通電される電流の大きさと、第３電流発生装置８４によって通電される電流の大きさとが、同じになるようにする。また、第１電流発生装置１４によって通電される電流の大きさと第１電流発生装置６４によって通電される電流の大きさとが同じになるようにし、第２電流発生装置２４によって通電される電流の大きさと第２電流発生装置７４によって通電される電流の大きさとが同じになるようにする。さらに、第３電流発生装置３４によって通電される電流の大きさは、第１電流発生装置１４、６４、第２電流発生装置２４、及び７４によって通電されるいずれの電流の大きさよりも小さく設定すればよい。
第３電流発生装置によって通電される電流密度が、０．５μＡ／ｃｍ^２以上２５μＡ／ｃｍ^２以下程度であれば、迅速かつ正確に改質水４１の防錆効果を判定することができる。
次に、第３電流発生装置３４及び８４による通電時に、計測出力手段３６及び８６が、カソード電極１３と２３との間、及びカソード電極６３と７３との間における電位差を測定する。カソード電極間における電位差が大きいほど、カソード電極の電気抵抗が大きく、カソード電極においてカルサイト結晶を豊富に含む炭酸カルシウム被膜が形成されていることになる。

計測出力手段３６及び８６は、判定手段９１へと、測定した電位差を出力信号Ａ及び出力信号Ｂとして出力する。判定手段９１は、出力信号Ａの出力信号Ｂに対する割合が１００％よりも大きいことを確認することにより、カソード電極３がカソード電極５３よりも電気抵抗が大きくなっていると判定し、改質水４１の防錆効果が向上したと判定する。

本発明の改質水防錆効果判定装置１は、２つの計測出力手段３６及び８６を用いて、カソード電極３及び５における電位差等の測定をすることによって水の防錆効果が改善したことを確認できるので、水処理装置１０２を設置することにより配管１０３内表面の金属の腐食が抑えられることを検証するのに、配管１０３内部の観察等を行う必要がない。よって、わざわざ設備を止めたり配管１０３の水抜きを行ったりする必要がなく、簡便に水処理装置１０２を導入したことによる防錆効果の向上を確認することができる。
また、本発明の改質水防錆効果判定装置１は、電流を通電することによって、水に浸漬された金属で起こるカソード反応を、迅速に進めることができる。よって、水処理装置１０２を導入したことによる防錆効果を確認するのに、数ヶ月〜数年程度の長期間にわたって経過観察をする必要がなく、数日程度の短期間で水の防錆効果が向上したことを確認することができる。

尚、第３電流発生装置３４を用いることなく、一方のカソード電極と他方のカソード電極との間における電位差を計測することによって、改質水の防錆効果を判定することもできる。例えば、第１電流発生装置１４によって通電する電流の大きさと、第２電流発生装置２４によって通電する電流の大きさとが異なるように設定し、カソード電極１３とカソード電極２３との間に生じる電位差を計測すればよい。また、電流切替装置３５を用いて、第１電流発生装置１４によって通電される電流の大きさと、第２電流発生装置によって通電される電流の大きさとを、一定時間毎に切り替えることで、カソード電極３に流れる電流の大きさを制御すればよい。さらに、電位差を出力信号として用いる例においては、カソード電極１３とカソード電極２３との間に通電される電流の大きさと、カソード電極６３と７３との間に通電される電流の大きさとが等しくなるように、第１電流発生装置１４、２４、６４及び７４の運転を制御すればよい。

以下に、実施例を用いて本発明を説明する。

（実施例１）
５０００ｍＬの水道水に、硬度が３００ｐｐｍとなるように硫酸カルシウムを添加し、未改質水４２を得た。この未改質水４２に、「ザ・バイオウォーター」に装填されるのと同じハイブリッドセラミック（１３．５φ×１９ｍｍ）を２個入れて１５分間静置することによって、改質水４１を得た。この改質水４１に、改質水防錆効果判定装置１の第１電位差測定装置１１における２枚のアノード電極２と２枚のカソード電極３とを浸漬させた。また、未改質水４２に、改質水防錆効果測定装置１の第２電位差測定装置６１における２枚のアノード電極５２と２枚のカソード電極５３とを浸漬させた。カソード電極３及び５３としては表面が研磨された銀によって形成された電極を使用し、アノード電極２及び５２としては白金めっき電極を使用した。カソード電極１３、２３、６３、及び７３の表面積は、それぞれ０．２ｃｍ^２であった。
次に、４μＡの電流が通電されるように、第１電流発生装置１４及び６４並びに第２電流発生装置２４及び７４を４８時間運転させた。第１電流発生装置１４及び６４によって通電された電流の大きさは、４μＡであった。４８時間後に、第１電流発生装置１４及び６４並びに第２電流発生装置２４及び７４を運転させたままで、第３電流発生装置３４及び８４を運転させた。第３電流発生装置３４及び８４によって、カソード電極３とカソード電極５３とには、それぞれ０．５μＡの電流が通電された。また、第３電流発生装置３４及び８４を運転させてから３０分経過後、言い換えると、第１電流発生装置１４及び６４と、第２電流発生装置２４及び７４とを運転させてから４８時間３０分を経過した後より、３０分毎に電流切替装置３５及び８５により電流の大きさを変えた。また、第３電流発生装置３４及び８４を運転させてから１時間毎の期間を１サイクルとした。
第１電流発生装置１４及び６４並びに第２電流発生装置２４及び７４によって通電される電流の大きさは、第３電流発生装置３４及び８４によって通電される電流の大きさよりも大きいので、第３電流発生装置３４及び８４によって通電されている間においても、カソード電極１３、６３、２３及び７３においては常に電流が流れ込み、常にカソード反応が起こった。
そして、第３電流発生装置３４及び８４によって通電している際に、連続的にカソード電極１３とカソード電極２３との間、及びカソード電極６３と７３との間における電位差を測定した。結果を図５に示す。各サイクルにおける前半３０分間の電位差は正の値であり、各サイクルにおける後半３０分間の電位差は負の値であった。各サイクルにおける前半３０分間と、後半３０分間における電位差の平均値をそれぞれ求めた。結果を以下の表１に示す。尚、図５の横軸において経過時間が０分となる時点は、第３電流発生装置３４及び８４の運転を開始した時点である。

さらに、各サイクル毎に、カソード電極３又は５３における電気抵抗値（以下、「分極抵抗値」と称することがある。）を計算した。計算には、以下の式（５）を用いた。
Ｒ_ｐ１ ＝ （Ｖ_1＋−Ｖ_１−）／２Ｉ−Ｒ ・・・・・ （５）
Ｒ_ｐ１：各サイクルの分極抵抗値
Ｖ_１＋：各サイクルの前半３０分間におけるカソード電極間の電位差の平均値
Ｖ_１−：各サイクルの後半３０分間におけるカソード電極間の電位差の平均値
Ｉ：第３電流発生装置によって通電される電流値
Ｒ：カソード電極間の溶液抵抗値
尚、カソード電極間の溶液抵抗値は、カソード電極間の距離、及び溶液が改質水であるか未改質水であるかによって自動的に決定される。
上記式（５）においては、「（Ｖ_1＋−Ｖ_１−）／２Ｉ」という式によって求められた全抵抗値から、溶液による電気抵抗値である「Ｒ」を差し引くことによって、カソード電極における電気抵抗値のみが「Ｒ_ｐ１」として求められる。
各サイクルにおける分極抵抗の値、及びその平均値を以下の表１に示す。さらに、未改質水４２において算出された分極抵抗の平均値に対する、改質水４１において算出された分極抵抗の平均値の割合を算出したところ、結果は１３７．５％であった。

（表１）

以上より、改質水４１に浸漬されたカソード電極３は、未改質水４２に浸漬されたカソード電極５３と比較して電気抵抗が大きくなることが示された。よって、改質水４１におけるカソード反応では、未改質水４２におけるカソード反応よりも、カルサイト比率の大きい緻密な炭酸カルシウム被膜が密に形成されることが示された。炭酸カルシウム被膜の形成によって金属の腐食が抑制されるので、改質水４１は未改質水４２に比べて、防錆効果が向上していることが示された。

１ 改質水防錆効果判定装置
２、１２、２２、５２、６２、７２ アノード電極
３、１３、２３、５３、６３、７３ カソード電極
１１ 第１電位差測定装置
１４、６４ 第１電流発生装置
２４、７４ 第２電流発生装置
３４、８４ 第３電流発生装置
３５、８５ 電流切替装置
３６、８６ 計測出力手段
４１ 改質水
４２ 未改質水
６１ 第２電位差測定装置
９１ 判定手段
９２ 電源装置
９３、９４ 電流変換器
９５ 制御回路
９６ フリップフロップ制御装置
１０２ 水処理装置
１０３ 配管
１０４、１０５ 三方弁

Claims (9)

1. アノード電極、一対のカソード電極、アノード電極と一方のカソード電極との間に電流を通電する第１電流発生装置、アノード電極と他方のカソード電極との間に電流を通電する第２電流発生装置、一対のカソード電極に流れる電流の大きさを定期的に変える電流切替装置、及び一方のカソード電極と他方のカソード電極との間における電位差を計測し出力信号を出力する計測出力手段を備えてなる第１電位差測定装置と第２電位差測定装置とを有し、
   前記第１電位差測定装置におけるアノード電極と一対のカソード電極とは、水処理装置によって処理された改質水に浸漬され、
   前記第２電位差測定装置におけるアノード電極と一対のカソード電極とは、水処理装置によって処理されない未改質水に浸漬され、
   第１電位差測定装置における計測出力手段から出力される出力信号Ａと、第２電位差測定装置における計測出力手段から出力される出力信号Ｂとに基づいて、改質水の防錆効果を判定する判定手段を有してなることを特徴とする改質水防錆効果判定装置。
2. 前記第１電位差測定装置及び第２電位差測定装置は、一方のカソード電極と他方のカソード電極との間に電流を通電する第３電流発生装置をそれぞれ備えてなることを特徴とする請求項１に記載の改質水防錆効果判定装置。
3. 前記判定手段は、出力信号Ａの出力信号Ｂに対する割合に基づいて、改質水の防錆効果を判定することを特徴とする請求項１又は２に記載の改質水防錆効果判定装置。
4. 前記一対のカソード電極の表面は銀で形成され、前記アノード電極の表面は白金で形成されてなることを特徴とする請求項１から３までのいずれか一項に記載の改質水防錆効果判定装置。
5. 前記水処理装置は、４．４μｍ以上１５．４μｍ以下の波長の遠赤外線を９２％以上の積分放射率で放射するハイブリッドセラミックに水を接触させる装置である請求項１から４までのいずれか一項に記載の改質水防錆効果判定装置。
6. 水処理装置によって処理された改質水に浸漬されたカソード電極と一方のアノード電極との間、及び前記改質水に浸漬されたカソード電極と他方のアノード電極との間に電流を通電し、
   水処理装置によって処理されない未改質水に浸漬されたカソード電極と一方のアノード電極との間、及び前記未改質水に浸漬されたカソード電極と他方のアノード電極との間に電流を通電し、
   改質水に浸漬された一方のカソード電極と他方のカソード電極との間における電位差と、未改質水に浸漬された一方のカソード電極と他方のカソード電極との間における電位差とに基づいて、改質水の防錆効果を判定することを特徴とする改質水防錆効果判定方法。
7. 未改質水に浸漬された一方のカソード電極と他方のカソード電極との間における電位差に対する、改質水に浸漬された一方のカソード電極と他方のカソード電極との間における電位差の割合に基づいて、改質水の防錆効果を判定することを特徴とする請求項６に記載の改質水防錆効果判定方法。
8. 前記一対のカソード電極の表面は銀で形成され、前記アノード電極の表面は白金で形成されてなることを特徴とする請求項６又は７に記載の改質水防錆効果判定方法。
9. 前記水処理装置は、４．４μｍ以上１５．４μｍ以下の波長の遠赤外線を９２％以上の積分放射率で放射するハイブリッドセラミックに水を接触させる装置である請求項６から８までのいずれか一項に記載の改質水防錆効果判定方法。

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