JPS61592A - カソ−ド防食用アノ−ド電極 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、石油給湯器１石油温水ボイラー、電気温水器
、電気湯沸器、ガス湯沸器などで貯湯器を有する缶体に
用いられる外部電源方式のカソード防食用アノード電極
の改良に関する。

従来例の構成とその問題点 温水器等の貯湯器の缶体には、ステンレス鋼板やグラス
ライニングした鋼板が多用されて込る。

しかし、例えばステンレス鋼を用いた缶体であっても、
水質によっては缶体内面が腐食して鉄分を多く含む湯に
なったり、孔食や応力腐食割れが発生し漏水の原因とな
る例がある。

近年グラスライニングした鋼製の缶体が多用されてきて
いるが、グラスライニングにはピンホール等の皮膜欠陥
が多数存在するのが常であり、また缶体の溶接部にはグ
ラスライニングで被覆できない部分があったり、給水口
や給湯口のパイプ取付部も、構造上缶体をグラスライニ
ング加工後溶接されるため鉄素地の露出部がある。さら
に電気温水器ではヒータ取付部には鉄素地露出部の生じ
ることは避けがたい。

またカソード防食用のアノード電極取付部においても、
鉄素地の露出部を皆無にすることは困難である。そのた
め貯湯器を有する缶体にはカソード防食が施されるのが
一般的である。

カソード防食は、カンード、例えば缶体の鉄をアノード
の平衡電位まで分極させ、熱力学的に安定な領域にもっ
ていき防食する方法であり、流電陽極方式と外部電源方
式の二種類の方式がある。

流電陽極方式は、犠牲陽極方式とも呼ばれており、例え
ば鉄が被防食体の場合、流電陽極にはアルミニウム、マ
グネシウム、亜鉛などが用いられる。金属のイオン化傾
向の大小により、これらの金属はアノードに、一方鉄は
カソードになって鉄が防食されることになる。

外部電源方式は外部電源として直流電源を用い、被防食
体の鉄を陰極として通電し、鉄を陰分極させて防食する
方法であシ、アノードとしては、炭素、グラファイト、
白金メッキチタン線などの不溶性電極が用いられる。

一般に被防食金属の自然電位に対し０．２〜０．３Ｍ陰
分極させたものが防食電位として設定される。

例えば鉄鋼の場合、自然電位は約−〇、４５Ｖ（対飽和
カロメル電極）であるため、淡水中では鉄の防食電位は
−０，７７Ｖ程度であるが、さらにこれ以上陰分極させ
ることも多い。

最近グラスライニングした鋼を用い、外部電源方式でカ
ソード防食を施した温水器缶体について下記のような問
題が発生し、早急な対策を講じることの必要性がクロー
ズアップされてきている。

４　　　　　　　　−ｔなわち、温水に対して十分な耐
性をもつと考えられていたグラスライニングが数年の使
用によって劣化あるいは消耗し、下地の鉄が著しく腐食
して給湯水中に缶体から溶出した鉄分が多く混入し、わ
ずかに赤褐色に着色した水いわゆる“赤水″の発生であ
る。

この原因を電気温水器の場合につき詳細に調べた結果を
次に述べる。

従来市販されている深夜電力を利用する電気温水器の断
面構造の概略図の一例を第１図に示す。

第１図において、１は内面をグラスライニングした電気
温水器の缶体で、アノードとして作用する白金メッキチ
タン電極２が缶体１と電気的に絶縁されて取付けられて
いる。シーズヒータ３は缶体１に電気的に接触した状態
あるいは絶縁した状態で取付られる。＝また４は給水口
、５は給湯口、６は排水口である。このような構成にお
いて、缶体内に水を満たし、電極２をアノ一ド、缶体１
をカソードとして通電して防食を行ないつつシーズヒー
タ３を交流電源につないで缶体１内の水を加熱する。

市販の深夜電力利用の電気温水器の仕様の一例を示すと
、゛缶体の高さ１７５　ＬＭｒ　＋直径７３α９缶体容
量４６０　ｌ＋電源は夜間用は単相交流２００Ｖ　（５
，ａ　Ｋ　’Ｗ　）　、　昼間用ｕ単相交流１ｏＯｖで
８６℃沸上げの場合、給水温度が１０℃では約８時間を
必要とする。

防食用直流電源の出力電圧は約１３ｖで缶体付加電圧及
び缶体電流は水の導電率の値によって変動するように設
計されており、アノード電極に流れる電流も又変動する
。例えば水の導電率が５０Δυラ　　の場合、缶体付加
電圧は約１１ｖ１缶休電流は約４ｍＡ、アノード眠極電
流は約７ｍＡである。

これに対して水の導電率が６００μぴ／ｃｍ　　Ｋ：な
ると、缶体付加電圧は約ｅＶ、缶体電流は約１１ｍＡ、
アノード電極電流は約２０　ｍ　Ａになる。

シーズヒータは銅パイプにニッケルメッキをしだものが
用いられており、シーズヒータについてもカソード防食
がなされているがこれについてはその詳訓は省略する。

周知のようにアノード及びカソード′電極反応はそれぞ
れ次のように示される。

アノード電極反応 Ｏ金属の溶解 Ｍ−４Ｍ”　＋十ｎｅ− ０水の酸化　酸素発生 ２Ｈｏ→０゜＋４Ｈ＋＋４Ｏ−（ａ性）４０Ｈ−→ｏ２
＋２Ｈ２ｏ＋２ｅ−（アルカリ性）０ガス発生（例） ２Ｃ６−Ｃ１２＋２ｅ− カソード電極反応 ０金属の析出 Ｍ”＋ｎθ−→１シ ０水の還元、水素発生 ２Ｈ”＋２ｅ　　＝Ｈ２Ｃ酸性） ２Ｈ２０＋２ｅ−→Ｈ２＋２０Ｈ（アルカリ性）０溶存
酸素の還元 ０２＋２ｆ（２０＋４ｅ−−４０Ｈ（酸性）ｏ＋４Ｈ＋
＋４０−→２Ｈ２ｏ（アルカリ性）カソード電極反応に
注目すると水素の発生と水酸イオン（Ｏ）（−）の生成
反応がある。

燭の缶体にグラスライニングを施し、外部市源法でカン
ード防食を行った電気温水器は、例えば前述の仕様にお
いてはその内面の総表面積は約４：３ｍ’程度の広さを
有する。すでに述べたように水の導電率が５００μｔｙ
／、、　の場合の缶体電流は約１１ｍＡであり、この電
流値でも初期的には上述の広い表面積でもグラスライニ
ングのピンホール等に起因午る鉄素地露出面の防食は十
分可能である。実測によってもグラスライニングの電位
は鉄の防食電位（−０，７７Ｖ　）を十分にカバーして
いる。

しかし水質によっては長期間の使用によってグラスライ
ニング表面が劣化し、消耗して鉄素地の露出面積が増加
してくる。又前述のカソード電極反応によって生成する
水素ガスがグラスライニングの爪とびを加速することも
判明している。

さらにピンホール等の鉄素地露出部においてグラスライ
ニングの消耗とスケールの生成の問題がある。電気温水
器の使用の初期においては、グラ４　　　　　　　スラ
イニングのピンホール等の微少欠陥部に集中して直流が
流れる。その為その部分の電流密度はかなり大きな値と
なり、水酸イオンの生成量が多くなる。実験によっても
、ピンホール内部の７７Ｈは短時間で強アルカＩＪ　（
ＴＨ１２〜１４）を示すであろうということが判明して
いる。この強いアルカリ性によってピンホール近傍のグ
ラスライニングが溶解消耗し、鉄素地の露出面積が増大
していく。

まだ生成する水酸イオンの為に電極に比較的近いグラス
ライニング面の鉄素地露出部に、外部電源方式による電
気防食特有のスケールが生成する。

このスケールは、例えばカルシウムイオンとマグネシウ
ムイオンの場合には次の反応によって生じる。

Ｃａ　２”＋ＨＣＯ；　＋ＯＨ−→Ｃａ　Ｃｏ３＋Ｈ２
０Ｍｑ２＋＋２０Ｈ−Ｍｇ（ＯＩＦ（）２このスケール
は電極近傍（約２０〜３０ｃｍの範囲）に集中して生じ
、外観的に花が咲いたようにも見える為、俗名を“花咲
きスケール″と呼ぶこともある。

このスケールの分析結果の一例を示すと、炭蕾カルシウ
ム６５．５％、水酸化マグネシウム６．２％。

二酸化ケイ素２１．８％、その他１６．６％であった。

ケイ素の含有量が多いのは、グラスライニング中のケイ
素が溶解してスケール中に取込まれだものである。この
ようなスケールの生成している部分は必ず広い面積で鉄
素地が露出している。

その為防食電流は電極近傍のスケール生成部の鉄素地露
出部分に集中して流れるようになる。その結果、防食電
流が電極より遠く離れた部分に到達しにくくなり、初期
の電流分布の状態とはかなり異なった分布を示すように
なる。この状態が更に進行すると電極より遠い部分から
鉄素地の露出部の腐食が進行する。腐食はグラスライニ
ングの下部にまわり込み、グラスライニングを鉄素地か
ら剥離させ、高い水温と水中の共存イオンによってグラ
スライニングを劣化させながらますます腐食が進行し、
１合湯水に鉄イオン（Ｆ　ｅ３　＋　）が多く混じるよ
うになり、赤褐色に着色した水が出るようになる。

缶体の電流分布を測定した浩果を次に述べる。

缶体の各部分の電流を測定して電流分布を直接求める方
法は、測定中の電流の変動が大きくて困難である。その
だめ次の方法を用いた。

市販の電気温水器の缶体の上部鏡板部を切断除去し、缶
体中に純水を満たす。この実験に用すた缶体は高さ１４
５ｃｍ、内径６２０であり、これに純水４００１を入れ
た。

硫酸銅（ＣｕＳ０４・６Ｈ２ｏ）１００ｇを先に述べた
純水４００ｇに溶解した。この場合の銅イオン濃度はｅ
４ｐｐｍ　であり、導電率は２２０バ５／ａｎであった
。

この缶体内にステンレス鋼＆（ＳＵＳ３ｏａ。

２Ｘ１４０ｃＴｎ＋板厚１龍９片面塗装）を挿入し、缶
体の電気防食回路を用い、ステンレス鋼板をカソードと
して常温で２０分間電気分解を行う。

銅が電気メッキされたステンレス鋼板を取出し、水洗後
乾燥する。銅の定量分析に用いる部分（それぞれ２　Ｘ
　２　ｃｍ　）を除き他の部分をテープでシール−する
。定量を行う部分の銅を少量の硝酸で溶解し、純水を用
いて希釈したのち原子吸光分析法で銅を電歇する。銅の
定量値は６０分間心気分解を行った値に、奥算する。結
果の一例を第２図に示す。

なおステンレス鋼板の缶体内への挿入位置け、電極部よ
り缶体壁面にそって約３５σはなれた所である。第２図
には電極近傍に露出部が無い場合と電極近傍に大きな露
出部が生じた場合を想定して実験を行った１、若果とを
示した。

第２図に示しだように露出部が漂い場合（曲線Ａ）には
缶体の上部においても銅の析出量が多く、防食電流が上
部にも達していることがわかる。これに対して電極直上
部に鉄素地の大きな露出部（１ｏ８０−）がある場合（
曲線Ｂ）には、缶体の上下方向全体にわたって銅の析出
量が少なく、とくに電極から遠い上部においては防食電
流が少なくなる。そのだめ電極近傍の″花咲きスケール
″、都の鉄素地露出によって生じる防食電流分布の乱れ
は、電極よりの距離が大きくなるｌｌｉど腐食の発生を
大きくさせる傾向がある。市場クレーム品を回収し解体
して調べてみると、上述のような傾向が明らかに観察さ
れる。

このような事実から判断すれば、初めから防食電流を大
きく設定しておけば缶体全体の防食が可能になるのでは
ないかとの推論が成り立つ。しかし、防食電流を大きな
値【設定することは鉄素地露出部においてカンード電極
反応を強め、水素ガス発生によるグラスライニングの爪
とびゃ高い水酸イオンの生成の為グラスライニング′の
溶解を大きく加速することになり良い方法とは言えない
。

とくに電極近傍においてこの様な傾向が大きくなる。電
極近傍のグラスライニング面の爪とびや水酸イオンによ
るグラスライニングの劣化、“花咲きスケール″の抑制
を行う有効な対策として、電極をグラスライニング面よ
り遠ざける方法が考えられる。

市、楊りレーム品を解体して調べてみると、電極を中心
として約３０Ｃｍ以内における″花咲きスケール″の生
成が著しく、電極より近い程その発生率は大きく増大す
る傾向がある。

すなわち、従来の一気防食における問題点は、缶体のグ
ラスライニング面に近接してアノード電極が取付けられ
る構成になっていたことである。

又、電極は大型缶体であっても一ケ所しか設置されてい
なかったことも電流分布の不均一さをまねくことになり
、問題点のひとつとして指摘される。

発明の目的 本発明の目的は、缶体の電流分布の均一化を図り、又電
極をグラスライニング面から遠、ざけてカノード電極反
応に起因する局部的なグラスライニングの劣化を抑制し
、眠気温水器の耐用寿命の大幅な向上を行うことである
。

発明の構成 本発明は、電気絶縁材料で電極の一部を被覆した部分を
設けた外部電源方式によるカソード防食温水器のアノー
ド電極である。

実施例の説明 第３図は本発明の一実施例のアノード電極を示す〜 １１は電極を缶体に締結するだめのネジ部を・汀するプ
ラグであり、その中にはテフロン製のパイプ１２が挿入
され、パイプ１２の中に電気絶縁材料で耐熱水性の強い
例えばテフロン又はセラミックス製のパイプ１３が挿入
されている。

更にその中に白金メッキ（約２μｍ）チタン線（線径的
１．ｓｍｍ）１’が挿入される構成になっている。この
様な構成においてチタン線１４への白金メッキは水と接
触する部分のみに限定してもよい。

このアノード電極を用いると、電気絶縁材料よりなるパ
イプ１３で被覆している部分の長さを変えることにより
、缶体の内面のグラスライニング面からアノードとして
作用する白金メッキチタン線１４の間の距離を任意に可
変することが可能となり、グラスライニング表面におけ
るカソード反応を制御卸することが可能となる。なお成
極の作用部は缶体の大きさによって変化させることが必
要であるが１０〜３００ｍ　、ｉ早産がよい。

第４図は鋼板にグラスライニング処理を施した円節型の
深夜成力を利用した電気温水器に本発明のアノード電極
を取付けた状態を示す断面図である。

第４図において、各部の名称は第１図において述べたの
で省略するが、第３図に示すアノード電極２１．２２を
缶体の上部中心から垂直に下方向と缶体の下部側面部か
ら中央方向に向けて取付けている。後者の電極２２′（
ついては缶体の中央部において電極の作用部が上方向に
折り曲げられている。その折り曲げ部より先端部が白金
メッキチタン線の露出部であり、アノードとし、て作用
する。

このような構成における作用及び利点を次に述べる。

まず、電極の作用部を缶体のグラスライニング面から遠
ざけることはグラスライニング表面のカソード反応を緩
和することになり、防食可能な電流量の範囲において水
素ガス発生に起因するグラスライニングの爪とび、水酸
イオンの生成によるピンホール部のグラスライニングの
溶解、消耗の低減、鉄素地露出部の“花咲きスケール″
の生成４　　　　　　　を抑制し、缶体の電流分布の乱
れをなくすることを可能とする。

重点をおりたものであり、電極２’２１ｄ缶体の大略下
半分の防食に重点をおいた配置である。

電流分布は缶体表面に均一であることが望捷しぐ、その
為には本発明の電極を用い、円筒型缶体の場合にはその
円の中心部に電極を配置することが最良の構成である。

又電極の作用部はグラスライニング面より少々くとも１
５ｃｍ以上の間隔を保つことが望ましい。

他の実施例として缶体下部のグラスライニング後の組立
て時の溶接部、ヒータ取付部、給水口あるいは排水口の
溶接部の鉄素地露出面積が大きい場合には第４図の電極
２２０作用部を下方向に向けることも缶体下部の防食に
重点をおく場合には効果的である。

又、第４図において缶体上部に電極を取付ける場合、電
極２２のように缶体側面から挿入して取付ける方法を採
用してもよい。

第４図の構成において、第２図で述べた方法に粘って缶
体の上下方向の電流分布を銅の析出量の分布で求め、そ
の結果を第５図に示す、第５図に示したように、缶体の
グラスライニング表面の上下方向のいずれの部分１７１
−いても銅の析出量には大きな変動は認められず、防食
電流分布は大略均一であると判断される。

発明の効果 以上述べたように、本発明の電極を用いることにより、
缶体内の防食電流分布を均一にすることが可能であり、
又グラスライニング表面におけるカソード電極反応を緩
和して均一化することができ、グラスライニングの劣化
を大きく低減させることができる。これにより電気温水
器等の貯湯器を有する給湯器の耐用寿命を大きく向上さ
せることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はカソード防食電気温水器の縦断面略図、第２図
は電気温水器缶体の防食電流分布を銅の析出量で調べた
実験結果を示す図、第３図は本発明の一実施例のカソー
ド防食用アノード電極を示す図、第４図は電気温水器缶
体に本発明のカソード防食用アノード電極を取付けた缶
体の縦断面略図、第５図は第４図に示した電極配置で電
気温水器缶体の防食電流分布を銅の析出量で調べた実験
結果を示す図である。 １・・・・・・グラスライニングした眠気温水器の缶体
、１２・・・・テフロン製パイプ、１３・・・・・セラ
ミック又はテフロン製パイプ、１４・・・・アノードと
して作用する白金メッキチタン電極。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名臼唸
Ｇ側？Ｊ　　５ 第３図 β＝＝＝＝＝＝ −へ９（ 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 缶体に近接する部分に電気絶縁材料で被覆した部分を設
   けたカソード防食用アノード電極。