JP6366970B2 - 防食用電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、太陽電池を外部電源として、防食対象物に防食電流を供給する防食用電源装置に関する。

防食対象物に直流電流を流して腐食電流を打ち消すことにより、防食対象物である金属の腐食を防止する電気防食法が知られている。電気防食法には、直流電流を供給する外部電源として太陽電池を利用した外部電源方式がある（特許文献１、２）。太陽電池は、商用電源の引き込みが困難な場所に対応可能である。また、太陽電池は、蓄電池を利用する場合と比較すると、電池交換等のメンテナンスが不要となる利点を有する。しかしながら、太陽電池には、天候によっては、安定した直流電流を供給できず、また、夜間に発電できないという不具合がある。

特許文献１には、対地電位の時間的推移が緩慢な防食対象物の場合、太陽電池から防食電流を断続に供給しても防食が可能であることが開示されている。また、特許文献２には、一日当たり３〜９時間、２〜５０ｍＡ／ｍ^２の電流密度の防食電流を防食対象物に供給することで、電気防食を有効に行えることが開示されている。

特開平７−２８６２８９号公報 特開２００２−１１５０８５号公報

しかしながら、いずれの先行技術も、太陽電池から供給される入力電圧が所定値以下になった場合の対策については、何ら開示していない。入力電圧が所定値以下になると、電源装置は動作が不安定になり、防食電流を適切に制御できなくなるおそれがある。所望の防食電流が供給されないと、防食対象物の防食が有効に行われない。また、防食対象物に供給される防食電流が過少だと、防食対象物から電源装置に逆方向の電流が流れ、防食対象物の腐食が進行するおそれがある。一方、防食対象物に供給される防食電流が過剰だと、過防食により水素が発生し、防食対象物が損壊するおそれがある。

本発明は、前記の課題を解決するためになされたものであって、防食対象物に安定した防食電流を供給できる防食用電源装置を提供することを目的とする。

本発明に係る防食用電源装置は、太陽電池を外部電源として、防食対象物に防食電流を供給する防食用電源装置において、前記防食電流の設定電流値を設定する電流設定部と、前記太陽電池から供給される入力電圧を制御し、前記設定電流値の前記防食電流を出力する電圧制御部と、前記入力電圧を検出し、検出結果に応じて前記入力電圧を制御するための電圧制御信号を前記電圧制御部に出力する電圧検出部と、を備え、前記電圧検出部は、前記入力電圧が閾値電圧以上の場合、前記電圧制御信号として前記入力電圧の制御を許可する信号を前記電圧制御部に出力し、前記入力電圧が前記閾値電圧未満の場合、前記電圧制御信号として前記入力電圧の制御を停止する信号を前記電圧制御部に出力し、前記電圧制御部は、前記防食対象物への前記防食電流の出力を停止することを特徴とする。

前記防食用電源装置において、前記電圧制御部から出力される前記防食電流を検出し、前記防食電流の電流値を前記設定電流値に制御する防食電流制御信号を生成する制御信号生成部を備え、前記電圧制御部は、前記防食電流制御信号に基づいて前記入力電圧を制御することを特徴とする。

前記防食用電源装置において、前記防食対象物から前記防食用電源装置への逆方向の電流の流れを阻止する電流阻止部を備えることを特徴とする。

前記防食用電源装置において、前記電流設定部は、可変抵抗器であることを特徴とする。

本発明の防食用電源装置では、太陽電池から供給される入力電圧が閾値電圧以上の場合、電圧制御部が入力電圧を設定電流値に従って制御するため、所望の防食電流が防食対象物に供給される。また、入力電圧が閾値電圧未満の場合、電圧制御部が入力電圧の制御を停止するため、不適切な防食電流が防食対象物に供給されるのを防ぐことができる。従って、防食対象物には、安定した防食電流が供給され、防食対象物の腐食が防止される。

また、本発明の防食用電源装置は、防食対象物に供給される防食電流を検出し、防食電流制御信号を生成して電圧制御部を制御するため、所望の防食電流を防食対象物に供給できる。

また、本発明の防食用電源装置は、防食対象物から防食用電源装置への逆方向の電流の流れを電流阻止部により阻止するため、逆方向の電流による防食対象物の腐食が進行する事態を回避できる。

また、本発明の防食用電源装置は、可変抵抗器を用いて防食電流の設定電流値を容易に設定できる。

本実施形態の防食用電源装置の全体図である。 本実施形態の防食用電源装置の詳細なブロック図である。 本実施形態の防食用電源装置のフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

＜防食用電源装置１０の構成の説明＞
図１は、本実施形態の防食用電源装置１０の全体図である。防食用電源装置１０には、外部電源である太陽電池１２と、防食電流を供給する防食対象物１４とが接続される。防食対象物１４は、例えば、鉄筋１６により補強されるコンクリート１８である。コンクリート１８の表面には、陽極２０が配置される。防食用電源装置１０は、鉄筋１６を陰極とし、陽極２０からコンクリート１８を介して鉄筋１６に防食電流を供給する。

図２は、本実施形態の防食用電源装置１０の詳細なブロック図である。防食用電源装置１０は、ブレーカ２２ａ、２２ｂ、バリスタ２４、入力フィルタ２６、突入電流制限部２８、電圧制御部３０、パルス幅制御信号生成部３２（制御信号生成部）、電流阻止部３４、バリスタ３６、電圧検出部３８、可変抵抗器４０（電流設定部）及び電流検出器４２を備える。太陽電池１２は、ブレーカ２２ａ、２２ｂに接続される。

ブレーカ２２ａ、２２ｂは、防食用電源装置１０への過電流の流入を阻止する遮断器である。ブレーカ２２ａ、２２ｂは、バリスタ２４に接続される。バリスタ２４は、防食用電源装置１０を高電圧から保護する素子である。バリスタ２４は、入力フィルタ２６に接続される。入力フィルタ２６は、内外のノイズを除去するフィルタである。外部からのノイズとして、例えば、雷等によって発生するノイズがある。内部からのノイズとして、例えば、電圧制御部３０のスイッチングによって発生するノイズがある。入力フィルタ２６は、突入電流制限部２８に接続される。突入電流制限部２８は、例えば、ブレーカ２２ａ、２２ｂをオン、オフさせたときに生じる大電流を制限する回路である。突入電流制限部２８は、電圧制御部３０に接続される。

電圧制御部３０は、太陽電池１２から供給される入力電圧Ｖｉｎを制御し、設定電流値Ｉｓに制御された防食電流Ｉを出力する回路である。ここで、設定電流値Ｉｓは、防食対象物１４の防食に適した所望の防食電流Ｉの電流値である。設定電流値Ｉｓは、防食に適した電流値として、０．０〜１．０Ａの範囲で設定される。

電圧制御部３０は、パルス信号生成部４４及びスイッチング素子４６を備える。パルス信号生成部４４は、電圧制御信号ＶＣＳ、パルス幅制御信号ＰＣＳに基づき、パルス幅変調されたパルス信号ＰＳを生成する回路である。

スイッチング素子４６は、パルス信号ＰＳに基づき、入力電圧ＶｉｎをＰＷＭ制御して防食電流Ｉを出力する素子である。電圧制御部３０は、電流阻止部３４に接続される。

電流阻止部３４は、防食対象物１４から防食用電源装置１０への逆方向の電流の流れを阻止する回路である。電流阻止部３４は、例えば、防食対象物１４から電圧制御部３０へ向かう電流の流れを阻止するダイオードである。電流阻止部３４は、バリスタ３６に接続される。

バリスタ３６は、防食用電源装置１０を高電圧から保護する素子である。バリスタ３６は、防食対象物１４に接続される。

パルス幅制御信号生成部３２は、パルス幅制御信号ＰＣＳ（防食電流制御信号）を生成する回路である。ここで、パルス幅制御信号ＰＣＳは、電流検出器４２により検出された防食電流Ｉの電流値が設定電流値Ｉｓとなるようにパルス信号ＰＳのパルス幅を制御するための制御信号である。パルス幅制御信号生成部３２には、可変抵抗器４０及び電流検出器４２が接続される。

可変抵抗器４０は、設定電流値Ｉｓを設定する抵抗器である。電流検出器４２は、電圧制御部３０から出力される防食電流Ｉの電流値を検出する検出器である。パルス幅制御信号生成部３２は、パルス信号生成部４４に接続される。

電圧検出部３８は、太陽電池１２から供給される入力電圧Ｖｉｎを検出して閾値電圧Ｖｔｈと比較し、電圧制御信号ＶＣＳを出力する回路である。ここで、電圧制御信号ＶＣＳは、電圧検出部３８が検出した入力電圧Ｖｉｎの検出結果に応じて、電圧制御部３０における入力電圧Ｖｉｎを制御するための制御信号である。電圧制御信号ＶＣＳは、電圧制御部３０における入力電圧Ｖｉｎの制御を許可するＨ信号と、入力電圧Ｖｉｎの制御を停止するＬ信号とを備える。電圧検出部３８は、パルス信号生成部４４に接続される。

＜防食用電源装置１０の動作の説明＞
次に、防食用電源装置１０の動作について説明する。図３は、本実施形態の防食用電源装置１０のフローチャートである。

防食用電源装置１０の陽極側は、防食対象物１４に配置された陽極２０に接続される。防食用電源装置１０の陰極側は、防食対象物１４の鉄筋１６に接続される。

（１）通常の処理
作業者は、可変抵抗器４０を調整し、設定電流値Ｉｓをパルス幅制御信号生成部３２に設定する（ステップＳ１）。この場合、作業者は、例えば、電圧制御部３０から出力される防食電流Ｉを電流検出器４２により検出し、防食電流Ｉが所望の電流値となるように可変抵抗器４０を調整して設定電流値Ｉｓを設定できる。パルス幅制御信号生成部３２は、パルス幅制御信号ＰＣＳを生成し、パルス信号生成部４４に出力する。

太陽電池１２から供給された入力電圧Ｖｉｎは、ブレーカ２２ａ、２２ｂを介して入力フィルタ２６に供給される。入力フィルタ２６の前段のバリスタ２４は、入力電圧Ｖｉｎが高くなると、抵抗値が小さくなるため、入力フィルタ２６への高電圧の入力を遮断できる。入力電圧Ｖｉｎは、入力フィルタ２６でノイズが除去され、突入電流制限部２８を介して、電圧制御部３０に供給される。

電圧検出部３８は、入力電圧Ｖｉｎを検出し、閾値電圧Ｖｔｈと比較する（ステップＳ２）。入力電圧Ｖｉｎが閾値電圧Ｖｔｈ以上の場合（ステップＳ２、ＹＥＳ）、電圧検出部３８は、入力電圧Ｖｉｎの制御を許可する電圧制御信号ＶＣＳ（Ｈ信号）をパルス信号生成部４４に出力する（ステップＳ３）。

パルス信号生成部４４は、電圧制御信号ＶＣＳ（Ｈ信号）が入力されると、パルス信号ＰＳの生成が可能となる。パルス信号生成部４４は、パルス幅制御信号生成部３２から供給されるパルス幅制御信号ＰＣＳに基づき、パルス幅が制御されたパルス信号ＰＳを生成し、スイッチング素子４６に出力する。スイッチング素子４６は、パルス信号ＰＳに基づいて入力電圧ＶｉｎをＰＷＭ制御し、設定電流値Ｉｓに制御された防食電流Ｉを出力する（ステップＳ４）。

防食電流Ｉは、電流阻止部３４を介して防食対象物１４に供給される（ステップＳ５）。防食対象物１４には、陽極２０から鉄筋１６に防食電流Ｉが供給され、腐食電流が打ち消されて金属の腐食が防止される。

（２）防食電流Ｉの出力が停止される場合の処理
天候の悪化や日没等により光量が減少すると、電圧制御部３０に入力する入力電圧Ｖｉｎが低下する。電圧検出部３８は、入力電圧Ｖｉｎを検出し、閾値電圧Ｖｔｈと比較する（ステップＳ２）。入力電圧Ｖｉｎが閾値電圧Ｖｔｈ未満の場合（ステップＳ２、ＮＯ）、電圧検出部３８は、入力電圧Ｖｉｎの制御を停止する電圧制御信号ＶＣＳ（Ｌ信号）をパルス信号生成部４４に出力する（ステップＳ６）。

電圧制御信号ＶＣＳ（Ｌ信号）が入力されると、パルス信号生成部４４は、パルス信号ＰＳを生成しない。従って、防食電流Ｉは、電圧制御部３０から出力されないため、防食対象物１４に防食電流Ｉが供給されない（ステップＳ７）。

電圧制御部３０では、低い入力電圧Ｖｉｎに基づいた防食電流Ｉは出力されないため、防食対象物１４に不適切な防食電流Ｉが供給されるのを防ぐことができる。例えば、防食対象物１４には、不安定な電圧制御による過剰な防食電流Ｉが供給されないため、防食対象物１４が過防食されない。

（３）防食電流Ｉが変動する場合の処理
次に、電圧制御部３０から出力される防食電流Ｉが変動する場合の処理について説明する。防食電流Ｉは、防食対象物１４の負荷変動、防食用電源装置１０の温度変化等により変動する場合がある。

電流検出器４２は、防食電流Ｉを検出する。パルス幅制御信号生成部３２は、検出された防食電流Ｉの電流値と、可変抵抗器４０により設定された設定電流値Ｉｓとを比較する。パルス幅制御信号生成部３２は、防食電流Ｉが設定電流値Ｉｓよりも増加すると判定した場合、防食電流Ｉを減少させるパルス幅制御信号ＰＣＳを生成し、パルス信号生成部４４に出力する。パルス信号生成部４４は、パルス幅制御信号ＰＣＳに基づき、パルス幅が狭くなるように制御されたパルス信号ＰＳを生成し、スイッチング素子４６に出力する。スイッチング素子４６は、パルス信号ＰＳに基づいて入力電圧ＶｉｎをＰＷＭ制御し、減少するように制御された防食電流Ｉを出力する。

また、パルス幅制御信号生成部３２は、防食電流Ｉが設定電流値Ｉｓよりも減少すると判定した場合、防食電流Ｉを増加させるパルス幅制御信号ＰＣＳを生成し、パルス信号生成部４４に出力する。パルス信号生成部４４は、パルス幅制御信号ＰＣＳに基づき、パルス幅が広くなるように制御されたパルス信号ＰＳを生成し、スイッチング素子４６に出力する。スイッチング素子４６は、パルス信号ＰＳに基づいて入力電圧ＶｉｎをＰＷＭ制御し、増加するように制御された防食電流Ｉを出力する。

なお、パルス幅制御信号生成部３２は、検出された防食電流Ｉと設定電流値Ｉｓとの差分値を算出し、差分値に応じてパルス幅を制御するパルス幅制御信号ＰＣＳを生成できる。また、パルス幅制御信号生成部３２は、所定時間の前後に検出された防食電流Ｉの増加率又は減少率を算出し、増加率又は減少率に応じてパルス幅を制御するパルス幅制御信号ＰＣＳを生成してもよい。

（４）出力電圧Ｖｏｕｔが変動する場合の処理
電圧制御部３０の出力電圧Ｖｏｕｔが変動する場合の処理について説明する。出力電圧Ｖｏｕｔは、防食電流Ｉと同様に、防食対象物１４の負荷変動、防食用電源装置１０の温度変化等により変動する場合がある。

出力電圧Ｖｏｕｔは、パルス信号生成部４４に供給される。パルス信号生成部４４は、入力された出力電圧Ｖｏｕｔと、設定電流値Ｉｓの防食電流Ｉが出力される場合の電圧値Ｖｓとを比較する。パルス信号生成部４４は、出力電圧Ｖｏｕｔが電圧値Ｖｓよりも増加すると判定した場合、パルス幅が狭くなるように制御されたパルス信号ＰＳを生成し、スイッチング素子４６に出力する。スイッチング素子４６は、パルス信号ＰＳに基づいて入力電圧ＶｉｎをＰＷＭ制御し、減少するように制御された出力電圧Ｖｏｕｔを出力する。

また、パルス信号生成部４４は、出力電圧Ｖｏｕｔが電圧値Ｖｓよりも減少すると判定した場合、パルス幅が広くなるように制御されたパルス信号ＰＳを生成し、スイッチング素子４６に出力する。スイッチング素子４６は、パルス信号ＰＳに基づいて入力電圧ＶｉｎをＰＷＭ制御し、増加するように制御された出力電圧Ｖｏｕｔを出力する。

ここで、パルス信号生成部４４は、出力電圧Ｖｏｕｔと電圧値Ｖｓとの差分値を算出し、差分値に応じてパルス信号ＰＳのパルス幅を制御できる。また、パルス信号生成部４４は、所定時間の前後で検出された出力電圧Ｖｏｕｔから増加率又は減少率を算出し、増加率又は減少率に応じてパルス信号ＰＳのパルス幅を制御してもよい。

また、パルス信号生成部４４は、防食電流Ｉの変動と出力電圧Ｖｏｕｔの変動とを同時に検出した場合、防食電流Ｉの変動による制御を優先する。すなわち、パルス信号生成部４４は、パルス幅制御信号生成部３２からパルス幅制御信号ＰＣＳが入力されるとともに、出力電圧Ｖｏｕｔの変動を検出した場合には、防食電流Ｉの変動に対するパルス信号ＰＳの制御を優先する。

また、電圧制御部３０から防食対象物１４に防食電流Ｉが供給されない場合、防食用電源装置１０の電位が防食対象物１４の電位よりも低くなることがある。この場合、防食対象物１４から防食用電源装置１０に逆方向の電流が流れ、防食対象物１４の腐食が進行するおそれがある。しかしながら、電圧制御部３０と防食対象物１４との間には、電流阻止部３４が接続されているため、防食対象物１４からの逆方向の電流の流れは、電流阻止部３４によって阻止される。この結果、逆方向の電流により防食対象物１４の腐食が進行する事態が回避される。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で変更することが可能である。

本実施形態では、設定電流値Ｉｓは、防食電流Ｉを電流検出器４２で検出し、その電流値が所望の設定電流値Ｉｓとなるように、可変抵抗器４０で調整して設定されるものとしたが、設定電流値Ｉｓを設定できるのであれば、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、可変抵抗器４０の抵抗値と対応する防食電流Ｉの電流値との関係を予め測定することで決定しておけば、防食電流Ｉを検出することなく、抵抗値を調整するだけで所望の設定電流値Ｉｓを設定できる。

また、本実施形態では、陽極２０は、コンクリート１８の表面に配置されるものとしたが、防食対象物１４を防食できるのであれば、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、陽極２０は、コンクリート１８の内部に埋設されてもよい。

１０…防食用電源装置
１２…太陽電池
１４…防食対象物
１６…鉄筋
１８…コンクリート
２０…陽極
２２ａ、２２ｂ…ブレーカ
２４、３６…バリスタ
２６…入力フィルタ
２８…突入電流制限部
３０…電圧制御部
３２…パルス幅制御信号生成部
３４…電流阻止部
３８…電圧検出部
４０…可変抵抗器
４２…電流検出器
４４…パルス信号生成部
４６…スイッチング素子

Claims (4)

1. 太陽電池を外部電源として、防食対象物に防食電流を供給する防食用電源装置において、
   前記防食電流の設定電流値を設定する電流設定部と、
   前記太陽電池から供給される入力電圧を制御し、前記設定電流値の前記防食電流を出力する電圧制御部と、
   前記入力電圧を検出し、検出結果に応じて前記入力電圧を制御するための電圧制御信号を前記電圧制御部に出力する電圧検出部と、
   を備え、
   前記電圧検出部は、
   前記入力電圧が閾値電圧以上の場合、前記電圧制御信号として前記入力電圧の制御を許可する信号を前記電圧制御部に出力し、
   前記入力電圧が前記閾値電圧未満の場合、前記電圧制御信号として前記入力電圧の制御を停止する信号を前記電圧制御部に出力し、前記電圧制御部は、前記防食対象物への前記防食電流の出力を停止する
   ことを特徴とする防食用電源装置。
2. 請求項１記載の防食用電源装置において、
   前記電圧制御部から出力される前記防食電流を検出し、前記防食電流の電流値を前記設定電流値に制御する防食電流制御信号を生成する制御信号生成部を備え、
   前記電圧制御部は、前記防食電流制御信号に基づいて前記入力電圧を制御することを特徴とする防食用電源装置。
3. 請求項１又は２記載の防食用電源装置において、
   前記防食対象物から前記防食用電源装置への逆方向の電流の流れを阻止する電流阻止部を備えることを特徴とする防食用電源装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項記載の防食用電源装置において、
   前記電流設定部は、可変抵抗器であることを特徴とする防食用電源装置。

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