JP7194065B2 - Cathodic protection electrode device and cathodic protection structure for underground buried metal body - Google Patents
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Description
本発明は、地中に埋設された金属体の電気防食に使用される電気防食用電極装置及びそれを用いた電気防食構造に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a cathodic protection electrode device used for cathodic protection of a metal body buried in the ground, and a cathodic protection structure using the same.
地中に埋設された炭素鋼鋼管等の金属体の防食方法として、従来、外部電源方式の電気防食方法が知られている。外部電源方式の電気防食方法では、被防食体である地中の金属体を陰極として、直流電源装置を用いて電気防食用電極から陰極に直流電流を流入させることにより、陰極の電位をマイナス方向に変化させ、陰極である鋼材を防食する。外部電源方式の電気防食方法を実施する場合、典型的には、地面から鉛直方向に数m以上、場合によっては100mを超える深さの掘削孔を穿設し、該掘削孔に、チタン等から構成された電極体を含む電極装置を設置するとともに、バックフィルを充填する。バックフィルは、電極体の接地抵抗を低下させるために用いられるもので、コークス、黒鉛等を主体とする。掘削孔に配された電極体は、リード線を介して、掘削孔の外部に設置された電源と電気的に接続される。 2. Description of the Related Art As a method for preventing corrosion of metal bodies such as carbon steel pipes buried in the ground, conventionally, an external power supply type cathodic protection method is known. In the cathodic protection method using an external power supply, a metal body in the ground, which is the object to be protected, is used as a cathode, and a DC power supply is used to flow a direct current from the cathodic protection electrode to the cathode, thereby reducing the potential of the cathode in the negative direction. to prevent corrosion of the steel material that is the cathode. When implementing an external power supply system cathodic protection method, typically, a drilling hole is drilled vertically from the ground to a depth of several meters or more, sometimes exceeding 100m, and the drilling hole is filled with titanium or the like. An electrode assembly including the configured electrode body is installed and the backfill is filled. The backfill is used to lower the ground resistance of the electrode body, and is mainly composed of coke, graphite, or the like. The electrode assembly arranged in the borehole is electrically connected to a power supply installed outside the borehole via a lead wire.
外部電源方式の電気防食方法の改良技術に関し、特許文献1には、掘削孔に配される防食用電極として、掘削孔の深さ方向に延びる中空の合成樹脂パイプを備え、該パイプの外周に電極体が配置されたものが記載されている。特許文献1記載の防食用電極においては、合成樹脂パイプの外周に配された電極体の一部が、該パイプに設けられた孔を通して該パイプの内部に導入され、この電極体におけるパイプ内に導入された部分に、外部電源との電気接続に使用されるリード線の一端が接続される。 Regarding an improved technology for an external power supply type cathodic protection method, Patent Document 1 discloses that a hollow synthetic resin pipe extending in the depth direction of the drilled hole is provided as an anticorrosion electrode arranged in the drilled hole, and the outer circumference of the pipe is provided with An arrangement of electrode bodies is described. In the anticorrosion electrode described in Patent Document 1, a part of the electrode body arranged on the outer periphery of the synthetic resin pipe is introduced into the pipe through a hole provided in the pipe, and the pipe in the electrode body is introduced into the pipe. One end of a lead wire used for electrical connection with an external power source is connected to the introduced portion.
特許文献1記載の防食用電極は、重要部品である電極体がパイプの内外にわたって延在するという特殊な構成を有しているため、その組み立てや設置の際には、電極体あるいはそれに接続されたリード線が損傷しないよう、細心の注意を払う必要があり、組立作業や設置作業が煩雑となりやすく、また、そのような細心の注意を払って作業してもなお、電極体やリード線の損傷が懸念される。また、特許文献1記載の防食用電極は、パイプの外周に電極体が配置された構成であることに起因して外径が比較的大きく、そのため、これが設置される掘削孔を比較的大径とする必要があり、掘削孔の穿設作業が大掛かりなものとなり、この点でも設置作業が煩雑となりやすい。 The anti-corrosion electrode described in Patent Document 1 has a special configuration in which the electrode body, which is an important part, extends over the inside and outside of the pipe. Therefore, it is necessary to pay close attention not to damage the lead wires, which tends to complicate the assembly and installation work. Damage is a concern. In addition, the anticorrosion electrode described in Patent Document 1 has a relatively large outer diameter due to the configuration in which the electrode body is arranged on the outer periphery of the pipe. Therefore, the drilling work of the drilling hole becomes a large-scale work, and in this respect also, the installation work tends to be complicated.
また、掘削孔に充填されるバックフィルは、掘削孔において密実に充填されることが理想的であるところ、充填前のバックフィルは通常、比較的比重が小さく流動性に乏しいものであるため、斯かる理想的な形態を実現するのは容易ではないのが実情である。このような技術背景において、特許文献1記載の技術の採用によって防食用電極が大径化することは、バックフィルの理想的な形態の実現から遠ざかるものであり、掘削孔の底部に残存し得る泥水の影響と相俟って、バックフィルが電極の周囲に疎らに充填されるおそれがあり、延いては防食用電極の早期故障につながるおそれがある。 In addition, it is ideal that the backfill to be filled in the borehole is densely filled in the borehole. The reality is that it is not easy to realize such an ideal form. In such a technical background, increasing the diameter of the anti-corrosion electrode by adopting the technology described in Patent Document 1 is far from realizing the ideal form of backfilling, and may remain at the bottom of the borehole. Together with the influence of the muddy water, the backfill may sparsely fill the periphery of the electrode, which may lead to premature failure of the anticorrosion electrode.
本発明の課題は、従来技術が有する欠点を解消し得る技術を提供することにあり、詳細には、組み立てが簡単で、容易に設置でき、且つ長期にわたって安定した防食性能を発揮し得る電気防食用電極装置及び電気防食構造を提供することである。 An object of the present invention is to provide a technique capable of overcoming the drawbacks of the prior art. More specifically, an electric protection that is simple to assemble, easy to install, and capable of exhibiting stable anti-corrosion performance over a long period of time. To provide an edible electrode device and a cathodic protection structure.
本発明は、地面から下方に延びる掘削孔に配され、地中に埋設された金属体に防食電流を供給する電気防食用電極装置であって、電極ユニットと、該電極ユニットの周囲に配されるバックフィルとを備え、前記電極ユニットは、電極体と、電気絶縁性を有する中空の筒体とを備え、該電極体と該筒体とは前記掘削孔の深さ方向に直列に接続され、且つ該電極体よりも上方に該筒体が位置しており、前記電極ユニットの内部に、前記電極体の軸線方向の両端のうちの上方側の一端から該電極ユニットの長手方向の両端のうちの上方側の一端にわたって、中空部が延在し、該中空部に、該電極体と該電極ユニットの外部に設置された電源とを電気的に接続するリード線が挿通されている、電気防食用電極装置である。 The present invention is a cathodic protection electrode device arranged in a drill hole extending downward from the ground and supplying an anti-corrosion current to a metal body buried in the ground, comprising an electrode unit and an electrode unit arranged around the electrode unit. The electrode unit includes an electrode body and a hollow cylindrical body having electrical insulation, and the electrode body and the cylindrical body are connected in series in the depth direction of the excavation hole. and the cylindrical body is positioned above the electrode body, and a cylindrical body is provided inside the electrode unit from one of the axial ends of the electrode body on the upper side to both longitudinal ends of the electrode unit. A hollow portion extends over one end of the upper side of the electrode unit, and a lead wire is inserted through the hollow portion to electrically connect the electrode body and a power supply installed outside the electrode unit. It is an anticorrosion electrode device.
また本発明は、電気防食用電極及び直流電源装置を備え、地中に埋設された金属体に対し、該電気防食用電極から防食電流を供給する、地中埋設金属体の電気防食構造であって、前記電気防食用電極が、前記の本発明の電気防食用電極装置である、地中埋設金属体の電気防食構造である。 The present invention also provides an anti-corrosion structure for a metal body buried underground, which includes an anti-corrosion electrode and a direct-current power supply, and supplies an anti-corrosion current from the anti-corrosion electrode to the metal body buried in the ground. The cathodic protection electrode is the cathodic protection structure of the underground buried metal body, which is the cathodic protection electrode device of the present invention.
本発明によれば、組み立てが簡単で、容易に設置でき、且つ長期にわたって安定した防食性能を発揮し得る電気防食用電極装置及び電気防食構造が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the electrode apparatus for cathodic protection and the cathodic protection structure which are easy to assemble, can be installed easily, and can exhibit a stable anticorrosion performance over a long period of time are provided.
以下、本発明をその好ましい実施形態に基づき図面を参照して説明する。なお、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。図面は基本的に模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なる場合がある。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described based on its preferred embodiments with reference to the drawings. In addition, in the following description of the drawings, the same or similar reference numerals are given to the same or similar parts. The drawings are basically schematic, and the ratio of each dimension may differ from the actual one.
図1には、本発明の地中埋設金属体の電気防食構造(以下単に、「電気防食構造」ともいう。)の一実施形態である電気防食構造1Aの概略構成が示されている。電気防食構造1Aは、外部電源方式の電気防食方法に使用されるもので、電気防食用電極装置2及び直流電源装置3を備え、地面100Sから所定の深さの土壌100中に埋設された地中埋設金属体110(被防食体)に対し、電気防食用電極装置2から防食電流を供給し得る。本発明は、種々の地中埋設金属体の電気防食に適用可能である。本発明が適用可能な地中埋設金属体の具体例として、埋設配管、鋼管杭、地下タンクを例示できる。
FIG. 1 shows a schematic configuration of an
図1に示すように、電気防食用電極装置2は、地面100Sから下方に延びる掘削孔101に配され、直流電源装置3は、地上すなわち地面100Sよりも上方に設置されている。電気防食用電極装置2は、リード線26を介して直流電源装置3のプラス極と電気的に接続され、地中埋設金属体110は、リード線36を介して直流電源装置3のマイナス極と電気的に接続されており、これにより、電気防食用電極装置2から地中埋設金属体110に防食電流を供給し得る電気回路が形成されている。
As shown in FIG. 1, the cathodic
本実施形態では掘削孔101は、図1に示すように、地面100Sから鉛直方向Xに延びている。また、掘削孔101の深さ方向(本実施形態では鉛直方向X)と直交する方向の長さすなわち孔径(最大差し渡し長さ)は、深さ方向の全長にわたって一定ではなく、深さ方向の上部、具体的には、掘削孔101における地面100Sから鉛直方向Xに10~20mにわたる部分は、それよりも下方に位置する部分よりも孔径が長い大径部101Aであり、大径部101Aよりも下方に位置する部分は小径部101Bである。そして、この掘削孔101の大径部101Aには、大径部101Aを画成する壁面に沿って中空のガイドパイプ31が配置されている。ガイドパイプ31の素材は特に限定されず、例えば、ポリ塩化ビニル等の合成樹脂が挙げられる。ガイドパイプ31は、掘削孔101に電気防食用電極装置2を設置する際に通常実施される、通電試験に必要な非通電領域を形成するために設置されるものである。掘削孔101の地面100S側の端には通気孔を有する蓋32が配され、この蓋32の通気孔を介して、電気分解によって発生したガスを掘削孔101から外部に放出する。蓋32の素材は特に限定されないが、車輛等の荷重に耐えられるもので、例えば、鋳鉄が挙げられる。なお、本発明において、掘削孔101は、図1に示す如き部分的に孔径が異なるものでなくてもよく、深さ方向の全長にわたって孔径が一定でもよい。また、ガイドパイプ31は無くてもよい。
In this embodiment, the
電気防食用電極装置2は、一方向に長い形状より具体的には筒状の電極ユニット20と、電極ユニット20の周囲に配されるバックフィル30とを備える。掘削孔101における電極ユニット20の非存在部は、バックフィル30で満たされている。バックフィル30は、電極ユニット20が有する電極体21の接地抵抗の低下や電気化学的特性の向上等を目的として配置される。バックフィル30としては、当該技術分野で通常用いられるものを特に制限無く用いることができる。例えば、バックフィル30はコークス、黒鉛等を含んでいてもよい。
The cathodic
本実施形態では、電気防食用電極装置2は、図1及び図2に示すように、電極ユニット20を複数、具体的には2個備え、その複数の電極ユニット20は、掘削孔101において所定間隔を置いて互いに平行に配置されている。複数の電極ユニット20は、それぞれ、その長手方向の一端(下端)が掘削孔101の底部と接触し、掘削孔101の深さ方向の略全長にわたって延在している。
In this embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2 , the cathodic
複数の電極ユニット20は、それぞれ、電極体21と筒体22とを備えている。電極ユニット20を構成する電極体21と筒体22とは、掘削孔101の深さ方向に直列に接続され、且つ電極体21よりも上方に筒体22が位置している。
Each of the
本実施形態では、複数の電極ユニット20は、それぞれ図1に示すように、1個の電極体21と複数の筒体22とを備える。各電極ユニット20においては、当該電極ユニット20の長手方向の所定位置に電極体21が位置し、該電極体21よりも上方すなわち地面100Sに近い側は、1又は複数の筒体22から構成され、電極体21は含まない。また本実施形態では、複数(2個)の電極ユニット20どうしは、図1に示すように、電極体21の掘削孔101の深さ方向における位置が互いに異なる。
In this embodiment, each of the plurality of
電極体21は、一方向に長い形状を有し、典型的には、図3に示す如き円柱状を有するが、電極体21の形状はこれに限定されず、任意に設定することができる。本実施形態では電極体21は中実構造であるが、後述の実施形態(図8に示す電気防食構造1C)のように中空構造でもよい。電極体21の素材としては、この種の外部電源方式の電気防食における電極として使用可能なものを特に制限なく用いることができ、例えば金属酸化物被覆チタン(MMO)、白金めっきチタンが挙げられる。
The
筒体22は中空であり、図2及び図4に示すように、中空部220を有する。より具体的には、筒体22は図4に示すように、その軸線方向(本実施形態では鉛直方向Xと同方向)の両端が開口した筒状をなし、中空部220は、筒体22の軸線方向の全長にわたって延在している。中空部220は、筒体22の周面を形成する周壁部221によって画成されている。
The
筒体22の素材としては、電気絶縁性を有する素材を用いることができ、具体的には例えば、塩化ビニル、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンなどの電気絶縁性合成樹脂が挙げられる。
As a material for the
本実施形態では、筒体22の少なくとも一部は、その周面を形成する周壁部221が通気性を有する。より具体的には、電極ユニット20における、掘削孔101の小径部101B(ガイドパイプ31の非配置部)に位置する部分を構成する筒体22は、図4に示すように、その周壁部221にこれを厚み方向に貫通する貫通孔222が、該周壁部221の略全体に複数散在しており、この貫通孔222の存在により、該周壁部221に通気性が付与されている。このように、筒体22の周壁部221に通気性を付与する主な理由の1つは、電気分解によって発生したガスが電極体21の周囲に移動してくるので、このガスを筒体22の内部(中空部220)に取り込むためである。一般に、塩素イオンを含む水を電気分解することによって塩素ガス等のガスが経時的に発生するところ、このガスが電極体21の周囲に滞留すると、電極体21の接地抵抗を増大させ電流を低下させ、その結果、被防食体の防食効果の低下につながるおそれがある。そこで本実施形態では、筒体22の周壁部221に通気性を付与することで、このガスを、周壁部221(貫通孔222)を介して筒体22の内部に取り込むようにし、電極体21の電流の低下を抑制し得るようにした。貫通孔222の直径は特に制限されないが、通気性と筒体22の強度とのバランス等の観点から、好ましくは1~15mmである。なお、電極ユニット20における、掘削孔101の大径部101A(ガイドパイプ31の配置部)に位置する部分を構成する筒体22も、掘削孔101の小径部101Bに位置するものと同様に、周壁部221が通気性を有していてもよい。
In this embodiment, at least a part of the
本実施形態では、周壁部221に貫通孔222を有する筒体22(掘削孔101の小径部101Bに位置する筒体22)は、図1及び図4に示すように、周面が通気性シート223で被覆されている。斯かる構成により、貫通孔222の存在によって周壁部221に付与される通気性を維持しつつ、周壁部221の周囲に存在するバックフィル30が貫通孔222を介して筒体22の内部に侵入する不都合を防止することが可能となる。通気性シート223としては、バックフィル30の通過が不可能で、ガスの通過が可能な条件を満足し、且つ耐食性を有する多孔質シートが好ましく、具体的には例えば、ガラス繊維、合成繊維及び天然繊維からなる群から選択される1種以上を主体とする繊維シートないしマット;不織布、織布、多孔性フィルムが挙げられる。
In this embodiment, the
本実施形態では、前述したとおり、電極ユニット20は、1個の電極体21と複数の筒体22とを備え、これらが掘削孔101の深さ方向に直列に接続されているところ、これらの電極体21及び筒体22どうしは互いに接離自在に接続されている。具体的には図4に示すように、筒体22どうしの直列接続には、軸線方向の両端が開口した環状の第1継手部23が使用され、電極体21と筒体22との直列接続には、前者が後者に比して小径であるため、第1継手部23に加えて更にこれよりも小径の第2継手部24が使用されている。軸線方向に隣り合う2個の筒体22どうしは、これら2個の筒体22それぞれの長手方向一端に嵌合された第1継手部23を介して、接離自在に直列接続される。また、軸線方向に隣り合う電極体21と筒体22とは、電極体21の長手方向一端に嵌合された第2継手部24と筒体22の長手方向一端に嵌合された第1継手部23とが嵌合されることで、接離自在に接続される。なお、電極体21と第2継手部24とは接着剤等の接合手段により接合されてもよく、すなわち第2継手部24は電極体21の長手方向一端に固定されていてもよい。
In this embodiment, as described above, the
電極ユニット20の各部の寸法等は特に制限されないが、電極ユニット20の設置の容易性と防食性能とのバランス等の観点から、下記範囲に設定することが好ましい。
電極体21について、軸線方向の長さは、好ましくは850~2500mm、軸線方向と直交する方向の長さ(外径)は、好ましくは16~20mmである。一般に、電極体21の外径が大きいほど、防食電流が大きくなって防食性能の点で有利であるが、その反面、電極体21が大型化するために設置作業が煩雑になるおそれがある。
筒体22について、軸線方向の長さは、好ましくは1000~2000mm、軸線方向と直交する方向の長さ(外径)は、好ましくは22~26mmである。筒体22はできるだけコンパクトの方が、設置作業が簡易になるため好ましい。
The dimensions and the like of each part of the
The length of the
The
電極ユニット20の軸線方向(長手方向)の全長、すなわち電極体21と筒体22とが直列に接続された状態での全長は、掘削孔101の深さ等にもよるが、通常は50~100mである。掘削孔101は通常、深さが50~100m、幅(深さ方向と直交する方向の長さ)が125~150mmである。
The total length of the
図1に示すように、複数の電極ユニット20それぞれの内部には、電極体21の軸線方向の両端のうちの上方側(地面100Sに近い側)の一端から該電極ユニット20の長手方向の両端のうちの上方側(地面100Sに近い側)の一端にわたって、中空部25が延在している。本実施形態では、電極ユニット20における電極体21よりも上方に位置する部分は、中空部220を有する筒体22が複数直列に接続されて構成されているので、電極ユニット20の中空部25は、その複数の筒体22の中空部220が一方向(電極ユニット20の長手方向)に連続的に配置されて構成されている。
As shown in FIG. 1, inside each of the plurality of
そして、電極ユニット20の中空部25には、図2~図4に示すように、電極体21と電極ユニット20の外部に設置された電源(本実施形態では直流電源装置3)とを電気的に接続するリード線26が挿通されている、リード線26は、その長さ方向の一端が、電極体21の軸線方向の一端(上端)にボルト27によって固定され(図3及び図4参照)、その電極体21との固定部から電極ユニット20の中空部25(筒体22の中空部220)を通って地面100Sに向かって上方に延び(図2参照)、電極ユニット20の上方側の開口端から外部に延出しており、その延出部の先端(リード線26の長さ方向の他端)が、地上に設置された直流電源装置3のプラス極に接続されている(図1参照)。本実施形態では、掘削孔101に配された複数の電極ユニット20それぞれがリード線26を介して直流電源装置3と電気的に接続されている。
2 to 4, in the
前述した構成の電気防食用電極装置2あるいはこれを用いた電気防食構造1Aによれば、電気防食用電極装置2(電極体21)と直流電源装置3とを電気的に接続する重要部品であるリード線26の大部分、具体的には、電極体21との固定部から地面100S又はその近傍にわたる部分が、電極ユニット20の内部(中空部25)に収容されているため、リード線26の保護性能に優れ、リード線26の物理的な損傷や焼損・発火などの事故を未然に防止することができる。また、斯かる構成により、特許文献1記載の防食用電極と比べて、組み立てや設置の際にリード線26を損傷するおそれが少ないため、電気防食用電極装置2の組立作業や設置作業が簡易になり得る。また、リード線26は、電極体21との固定部を除き、電極体21と接触することがなく、リード線26に対して電極体21の質量が負荷されることがないため、リード線26の変形や断線のおそれが少ない。
According to the cathodic
また、電極体21と筒体22とが組み合わされて掘削孔101の深さ方向に直列に接続されることで、電極体21がその軸線方向の上下に位置する筒体22に支持されているため、電極体21の設置位置が地面100Sから比較的遠い場合でも、掘削孔101に電極ユニット20を設置する際の電極体21の揺れが効果的に抑制されるので、電極体21を所定の位置に容易に設置できる。
Further, the
また、電極体21と筒体22とが直列接続される構成が採用されていることで、特許文献1記載の防食用電極の如くに筒体の外周に電極体が配置された構成と比べて、電極ユニット20の外径の小型化が促進される。電極ユニット20の外径が小型化すると、これが設置される掘削孔101の孔径を小さくすることが可能となるところ、斯かる掘削孔101の小径化により、掘削孔101の形成に使用する掘削機が比較的小型のもので済むなど、穿設作業の簡易化が促進され、延いては、電極ユニット20の設置作業の簡易化が促進される。また前述したように、電極ユニット20の外径が大径化すると、バックフィル30が電極体21の周囲に疎らに充填されるおそれがあるところ、電極ユニット20の外径の小径化が促進されることで斯かる懸念が払拭され、長期にわたって安定した防食性能が発現し得る。
In addition, the adoption of the structure in which the
また本実施形態では、1個の電極ユニット20につき1個の電極体21を備えた構成が採用されているため、電極ユニット20の内部(中空部25)にはリード線26が1本しか存在しない。そのため、リード線どうしが絡まることなく、電極ユニット20の組立作業を簡易に行うことができ、作業性が良好である。
Further, in this embodiment, since one
また本実施形態では、電極ユニット20を構成する複数の筒体22の一部が、周壁部221に貫通孔222が設けられることで通気性が付与されたものであるため、電気分解によって発生し、電極体21の周囲に移動してくる塩素ガス等のガスは、周壁部221を介して電極ユニット20の内部(中空部25)に取り込まれ、中空部25を通って電極ユニット20の外部に排出され得る。したがって本実施形態によれば、掘削孔101に電極ユニット20とは別体のガス排出手段を設置する必要が無く、そのため、掘削孔101の小径化が促進され、延いては電気防食用電極装置2の設置容易化が促進される。
Further, in the present embodiment, since some of the plurality of
電気防食用電極装置2が長期にわたって安定した防食性能を発揮するためには、電極ユニット20(特に電極体21)の周囲においてバックフィル30が隙間なく密実に充填されることが好ましい。具体的には、図2に示す如き、電極体21の配置位置での該電極体21の軸線方向と直交する方向の断面において、バックフィル30は電極ユニット20に比して面積が大きいことが好ましい。このように、「バックフィル30の面積>電極ユニット20の面積」という大小関係が成立することで、掘削孔101における電極ユニット20の非配置部にバックフィル30が隙間なく密実に充填されるので、電気防食用電極装置2が故障し難く、長期にわたり安定して電極体21の接地抵抗の低下を図り十分な防食電流を流すことが可能となる。ここでいう「電極ユニット20の面積」は、本実施形態のように、掘削孔101に電極ユニット20が複数配されている場合は、その複数の電極ユニット20それぞれの断面積の総和を意味する。図2に示す形態では、電極ユニット20が2個存在するので、その2個の電極ユニット20の断面積の総和が前記「電極ユニット20の面積」である。
In order for the cathodic
前記大小関係が成立することによる作用効果をより一層確実に奏させるようにする観点から、電極体21の配置位置での該電極体21の軸線方向と直交する方向の断面において、バックフィル30の面積と電極ユニット20の面積との比率は、前者>後者を前提として、前者/後者として、好ましくは2.5~3.9、又は4.9~8.2である。前記断面におけるバックフィル30の面積は、好ましくは6400~8200mm2である。前記断面における電極ユニット20の単体の面積は、好ましくは1000~1300mm2、又は2100~2600mm2である。
From the standpoint of ensuring that the effects of the above-described size relationship are established, the cross section of the
図5には、本発明の電気防食構造の他の実施形態が示されている。後述する実施形態については、前記実施形態(電気防食構造1A)と異なる構成部分を主として説明し、同様の構成部分は同一の符号を付して説明を省略する。特に説明しない構成部分は、前記実施形態についての説明が適宜適用される。
Another embodiment of the cathodic protection structure of the present invention is shown in FIG. In the embodiment to be described later, the components different from the above-described embodiment (the
図5に示す電気防食構造1Bは、電極ユニット20及びバックフィル30を包囲するケーシング40を備える。ケーシング40は中空の筒状より具体的には円筒状を有し、その長手方向の一端(下端)が掘削孔101の底部に接触するように、掘削孔101に配されており、掘削孔101の底部から小径部101Bの深さ方向の略全長にわたって延在している。ケーシング40の長手方向の両端(上端及び下端)は開口していてもよく、閉塞していてもよく、前者の場合、別部材でケーシング40の開口端を閉塞してもよい。ケーシング40の素材としては、例えば炭素鋼、鋳鉄が挙げられる。ケーシング40が存在することにより、これが存在しない場合と比べて、バックフィル30の密実状態の安定性が向上し、延いては、防食性能の長期安定性が向上し得る。
The
電気防食構造1Bにおいては、複数(2個)の電極ユニット20のうちの少なくとも1個の外面に、他の電極ユニット20との接触を防止する接触防止部材28が設けられている。図5に示す形態では、複数の電極ユニット20それぞれの外面に、複数の接触防止部材28が、電極ユニット20の長手方向(掘削孔101の深さ方向)に所定間隔を置いて間欠配置されている。掘削孔101に複数の電極ユニット20が配された形態では、電極ユニット20どうしが接触し、一方の電極ユニット20の電極体21が、他方の電極ユニット20の電極体21あるいは筒体22と接触するなどして、電極体21が損傷することが懸念される。これに対し、電気防食構造1Bにおいては、電極ユニット20の外面に接触防止部材28を設置することで、電極ユニット20における接触防止部材28の設置部が周辺部よりも大径化し、径方向の外方に突出しているので、仮に、1個の電極ユニット20が鉛直方向Xに対して傾くなどして他の電極ユニット20に近接したとしても、一方の電極ユニット20の電極体21が他方の電極ユニット20と接触するよりも前に、接触防止部材28が他方の電極ユニット20と接触するため、電極体21が他の部材と接触する機会が無く、前記の懸念が払拭されている。更に接触防止部材28の採用により、電極体21の周囲に空間が確保され、その空間にバックフィル30が密に充填され得るため、電極体21の性能が安定し、電極反応が阻害されず、電極体21の寿命が長くなり得る。
In the cathodic protection structure 1</b>B, a
接触防止部材28は、図6に示すように、電極ユニット20の周方向の全長にわたって連続する環状をなし、中央部に貫通孔を有している。電極ユニット20の外面に接触防止部材28を設置するには、接触防止部材28に貫通孔に電極ユニット20あるいはその構成部材(電極体21、筒体22)を挿入すればよい。図6に示す接触防止部材28は平面視形状が円形であるが、接触防止部材28の平面視形状はこれに限定されず、例えば、楕円形、三角形、四角形、五角形以上の多角形であり得る。また、接触防止部材28の素材は特に限定されず、例えば、ゴムや発泡性樹脂材等の弾性を有する弾性体が挙げられる。
As shown in FIG. 6, the
接触防止部材28は、電流が流れる部位を除き、電極体21の外面に設置してもよく、筒体22の外面に設置してもよいが、電極体21の保護を万全にする観点から、後者の方が好ましい。また、複数の電極ユニット20それぞれに接触防止部材28を設置する場合、近接する2個の電極ユニット20どうしで、電極ユニット20の長手方向における接触防止部材28の位置は同じでもよく、あるいは図5に示す形態のように異なっていてもよいが、電極体21の保護を万全にする観点から、後者の方が好ましい。また、図5に示す形態では、接触防止部材28は、電極ユニット20の長手方向に所定間隔を置いて設置されているが、接触防止部材28の設置形態はこれに限定されず、例えば、電極体21と該長手方向において隣接する1個又は2個の筒体22に設置してもよい。なお、接触防止部材28は、掘削孔101に電極ユニット20が1個しか配されていない場合に、その1個の電極ユニット20の外面に設置してもよく、その場合には、電極ユニット20における電極体21が掘削孔101の壁面あるいはケーシング40と接触する不都合が回避され得る。
The
電気防食構造1Bは、図5に示すように、掘削孔101の底部に配され、電極ユニット20を下方から支持する支持手段29を備える。図7には、図5に示す支持手段29の一例が示されている。支持手段29は、図7に示すように、掘削孔101の底部に載置される支持板290と、支持板290の上面から上方に向かって突出する支柱291とを有する。
The
支持板290の平面視形状は、これが載置される掘削孔101の底部の平面視形状と略同形状であり、図示の形態では円形である。また、支持板290の外径(最大差し渡し長さ)は通常、掘削孔101の底部の内径と同じか、又はそれよりもやや小径とされる。なお、図5に示す形態のように、掘削孔101にケーシング40が存在する場合、支持板290の平面視形状及び外径は、前記のように「掘削孔101の底部」を基準とする代わりに、「ケーシング40の下端」を基準としてもよい。支柱291の数は、掘削孔101に設置される電極ユニット20の数と同数であり、図示の形態では2個である。複数の支柱291は、所定間隔を置いて間欠配置されている。
The plan view shape of the
支持手段29による電極ユニット20の支持は、図7に示すように、(1)電極ユニット20を構成する筒体22の中空部220に支柱291が挿入されるか、又は図5に示すように、(2)支柱291が有する中空部に電極ユニット20(筒体22)の長手方向一端部(下端部)が挿入されることによってなされる。支持手段29の採用によって電極ユニット20が下方から支持されることで、電極ユニット20の下端部が掘削孔101の底部を形成する土壌中にめり込むことなく、電極ユニット20の自立安定性が向上するので、掘削孔101の壁面あるいはケーシング40の内面と電極ユニット20との間隔が比較的狭い場合でも、電極ユニット20がこれらと接触する不都合が効果的に防止され得る。
The
なお、本発明に係る支持手段は、掘削孔101の底部に配され、電極ユニット20を下方から支持し得るものであればよく、前述の如き、支持板及び支柱を備えた構成のものに限定されない。本発明に係る支持手段の一例として、ベントナイトを含む固形物である、ベントナイト組成物が挙げられる。このベントナイト組成物が本発明に係る支持手段として掘削孔101の底部に配された場合、ベントナイト組成物は、その上部側(掘削孔101の底部とは反対側)に電極ユニット20の下端部がめり込んだ状態で固化しており、該電極ユニット20は下方から支持し得る。このような支持手段としてのベントナイト組成物は、例えば、掘削孔101に電極ユニット20を設置する前に、掘削孔101に固形ベントナイトを投入し、必要に応じ更に水を投入した後、掘削孔101に電極ユニット20を挿入し、該電極ユニット20の下端部を、掘削孔101の底部に存在するベントナイト組成物に挿入する。この電極ユニット20の下端部挿入時点では、ベントナイト組成物は流動性を帯びているので、電極ユニット20の下端部を挿入可能である。その後所定時間放置することで、ベントナイト組成物は固化し、電極ユニット20の支持手段として機能し得る。
The supporting means according to the present invention is only required to be arranged at the bottom of the
前述した電気防食構造1A,1Bにおいては、1個の電極ユニット20につき1個の電極体21を具備する構成であったが、図8に示す電気防食構造1Cにおいては、1個の電極ユニット20につき複数の電極体21を具備する構成が採用されている。より具体的には、電気防食構造1Cにおける電極ユニット20は、地面100Sから相対的に近い電極体21Aと、地面100Sから相対的に遠い電極体21Bとを備え、両電極体21A,21Bの間に筒体22が1個以上介在配置されている。電極体21Aは中空構造であって、その軸線方向の全長にわたって延在する中空部(図示せず)を有しており、電極体21Bの上端から延びるリード線26は、この電極体21Aの中空部を通ってそれよりも上方に延びている。したがって、電極ユニット20の上端からは、電極体21A,21Bそれぞれから延びる合計2本のリード線26が延出している。つまり、電極体21Bの上端から電極ユニット20の上端にわたって延在し、リード線26が挿通される中空部25は、筒体22の中空部220に加えて更に、電極体21Bよりも上方に位置する電極体21Aの中空部(図示せず)を含んで構成されている。
In the above-described
また、電気防食構造1Cにおいては、バックフィル30はケーシング40の内部に充填されており、ケーシング40の外部には充填されていない。ケーシング40はその長手方向両端が開口しているが、上端の開口は蓋41によって閉塞され、下端の開口は支持手段29によって閉塞されている。掘削孔101におけるケーシング40の外部には砂利102が充填されている。掘削孔101は、その深さ方向の全長にわたって孔径(最大差し渡し長さ)が一定である。なお、図8では、貫通孔222を有する筒体22の周壁部221が露出しているが、前述した電気防食構造1A,1Bにおける筒体22と同様に、周壁部221が通気性シート223(図4参照)で被覆されていてもよい。
Further, in the cathodic protection structure 1</b>C, the inside of the
次に、本発明の電気防食構造の設置方法(製造方法)について図9を参照しながら説明する。本発明の電気防食構造の設置方法は、典型的には、1)掘削孔101を穿設する工程、2)掘削孔101に電極ユニット20を設置する工程、3)掘削孔101にバックフィル30を充填する工程とを有し、この順で実施される。
Next, the installation method (manufacturing method) of the cathodic protection structure of the present invention will be described with reference to FIG. The installation method of the cathodic protection structure of the present invention typically includes the following steps: 1) drilling a
図9(a)には、ボーリングマシン120を用いて掘削孔101を穿設する様子が示されている。掘削孔101の穿設は常法に従って実施できる。循環水Wは、ボーリングマシン120に取り付けられたポンプ121によりロッド122内を通って先端のコアチューブ123に送られ、掘り屑とともに掘削孔101の外部に排出される。掘削孔101に配置される電極ユニット20は前述したように比較的小径とすることが可能であり、その場合、掘削孔101は比較的小径でよく、その小径の掘削孔101を穿設するボーリングマシン120としては、比較的小型のものを使用することが可能である。
FIG. 9( a ) shows how a
図9(a)に示すように、大径部101A及び小径部101Bを有する掘削孔101を穿設する場合、先ず、地面100Sからの比較的浅い深度(例えば深さ10~20m程度)まで掘削して大径部101Aを形成した後、大径部101Aにガイドパイプ31を挿入する。次に、所定の深さまで掘削して小径部101Bを形成する。小径部101Bの形成後、必要に応じ、小径部101Bにケーシング40を挿入する。例えば、小径部101Bにバックフィル30を比較的密に充填する場合などに、ケーシング40を使用すると有効である。
As shown in FIG. 9(a), when boring the
次に、図9(b)に示すように、穿設し掘削孔101に電極ユニット20を設置する。電極ユニット20は長いものになると数十メートルにも及ぶ場合があるので、掘削孔101に挿入する前に、電極体21や筒体22等の電極ユニット20の構成部材どうしを直列接続してしまうと、掘削孔101への挿入が困難になる。そこで、掘削孔101に挿入する前の電極ユニット20を、図10に示す形態、すなわち、電極ユニット20の構成部材どうしが直接接続されておらず、且つ電極体21の軸線方向の一端(掘削孔101に配置された状態では上端)から延びるリード線26が、該構成部材が有する中空部(典型的には、筒体22の中空部220)を挿通している形態とする。斯かる形態の電極ユニット20は、複数の構成部材がリード線26を介して一体となっていながらも、構成部材どうしが直接接続されていないため、電極体21及び筒体22以外の部分(リード線26のみの部分)で曲げることが可能であり、ハンドリング性に優れる。斯かるフレキシブルな状態の電極ユニット20を掘削孔101に所定長さ挿入(垂下)したら、その挿入された部分の構成部材どうしを接続し、再び挿入する。斯かる作業を繰り返すことで、図9(b)に示すように掘削孔101に電極ユニット20を設置することができる。
Next, as shown in FIG. 9B, the
図9(b)に示す如くに、掘削孔101に電極ユニット20を設置した後は、掘削孔101にバックフィル30を投入し充填する。バックフィル30の充填は常法に従って実施できる。こうして電気防食用電極装置2を設置することができる。電気防食用電極装置2の設置後、該装置2から延出するリード線26を、地上に設置された直流電源装置3のプラス極に接続するとともに、一端が地中埋設金属体110に接続されたリード線36を該装置3のマイナス極に接続する。以上の方法あるいはこれに準ずる方法により、前述した電気防食構造1Aないし1Cを設置することができる。
As shown in FIG. 9B, after the
以上、本発明をその好ましい実施形態に基づき説明したが、本発明は前記実施形態に制限されない。一の実施形態が具備する構成は、他の実施形態が具備し得る。
例えば、電気防食構造1A,1Bにおいては、掘削孔101の大径部101A(ガイドパイプ31の配置部)における電極ユニット20の非配置部にバックフィル30が充填されていたが、バックフィル30に代えて、砂利を充填してもよい。
また、前記実施形態では、電気防食用電極装置2は電極ユニット20を2個備えていたが、電気防食用電極装置2が備える電極ユニット20の数(1つの掘削孔101に配される電極ユニット20の数)は1個でもよく、3個以上でもよい。ただし、前記の「バックフィル30の面積>電極ユニット20の面積」という大小関係が成立するようにする観点から、電気防食用電極装置2が備える電極ユニット20の数は2個又は3個が好ましい。
Although the present invention has been described above based on its preferred embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments. A configuration included in one embodiment may be included in another embodiment.
For example, in the
In the above-described embodiment, the cathodic
1A,1B,1C 電気防食構造
2 電気防食用電極装置
20 電極ユニット
21,21A,21B 電極体
22 筒体
220 中空部
221 周壁部
222 貫通孔
223 通気性シート
23 第1継手部
24 第2継手部
25 中空部
26,36 リード線
28 接触防止部材
29 支持手段
290 支持板
291 支柱
30 バックフィル
40 ケーシング
3 直流電源装置
100 土壌
100S 地面
101 掘削孔
101A 大径部
101B 小径部
102 砂利
110 地中埋設金属体(被防食体)
1A, 1B, 1C
Claims (10)
電極ユニットと、該電極ユニットの周囲に配されるバックフィルとを備え、
前記電極ユニットは、電極体と、電気絶縁性を有する中空の筒体とを備え、該電極体と該筒体とは前記掘削孔の深さ方向に直列に接続され、且つ該電極体よりも上方に該筒体が位置しており、
前記電極ユニットの内部に、前記電極体の軸線方向の両端のうちの上方側の一端から該電極ユニットの長手方向の両端のうちの上方側の一端にわたって、中空部が延在し、該中空部に、該電極体と該電極ユニットの外部に設置された電源とを電気的に接続するリード線が挿通されている、電気防食用電極装置。 A cathodic protection electrode device arranged in a drill hole extending downward from the ground and supplying an anticorrosion current to a metal body buried in the ground,
An electrode unit and a backfill arranged around the electrode unit,
The electrode unit includes an electrode body and an electrically insulating hollow cylindrical body, the electrode body and the cylindrical body are connected in series in the depth direction of the excavation hole, and The cylindrical body is positioned above,
A hollow portion extends inside the electrode unit from one upper end of the axial ends of the electrode body to one upper end of the longitudinal ends of the electrode unit. and (2) a lead wire for electrically connecting the electrode body and a power supply installed outside the electrode unit is inserted therein.
前記電極ユニットを構成する前記筒体の中空部に前記支柱が挿入されるか、又は前記支柱が有する中空部に前記電極ユニットの長手方向一端部が挿入されることで、該電極ユニットが前記支持手段によって下方から支持されている、請求項7に記載の電気防食用電極装置。 The support means has a support plate placed on the bottom of the excavation hole, and a pillar projecting upward from the upper surface of the support plate,
By inserting the column into the hollow portion of the cylinder constituting the electrode unit, or by inserting one end in the longitudinal direction of the electrode unit into the hollow portion of the column, the electrode unit is supported by the support. 8. A cathodic protection electrode device according to claim 7, supported from below by means.
前記電気防食用電極が、請求項1~9の何れか1項に記載の電気防食用電極装置である、地中埋設金属体の電気防食構造。 An anti-corrosion structure for an underground buried metal object, comprising an anti-corrosion electrode and a DC power supply, and supplying an anti-corrosion current from the anti-corrosion electrode to the metal object buried in the ground,
The cathodic protection structure for an underground metal body, wherein the cathodic protection electrode is the cathodic protection electrode device according to any one of claims 1 to 9.
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