KR810002026B1 - 해수용 알미늄 양극봉 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

해수용 알미늄 양극봉

제1도는 본 발명에 의한 해수용 양극봉의 입면도 및 부분파면도.

제2도는 제1도의 선분 2-2의 단면도.

제3도는 제1도의 측단도.

제4도는 설치된 양극봉의 평면도.

제5도는 제4도의 파단도.

제6도는 제4도의 측단도.

본 발명은 금속표면의 음극성보호에 관한 것이다. 본 발명은 특히 구조물에 직접적으로 접속시킨 해수용 알미늄 전극봉에 관한 것이다. 본 발명은 특히 양극봉의 조합에 관한 것으로 그 표면이 소모성을 갖는 양극봉에 관한 것이다.

종래에 있어서 전극봉으로 사용하는 금속은 해수나 토양에 설치할 경우에 그 부식이 현저하다는 결점을 갖고 있었다. 이와 같은 결점을 해결하기 위하여 선체 또는 지하파이프의 음극성보호에 관한 연구를 계속해 왔다.

이와 같은 방향에 있어서 인가전류장치에 대한 여러가지 형태가 발전되어 왔으나 구조, 설치유지면에서 비용이 많이 든다는 결점을 수반했다. 직접 접속시킨 소모성 양극봉은 구조, 설치 및 정비면에서 경비를 절감하게 된다. 이와 같은 양극봉은 단시간은 유용되지만 화합되지 않는 코팅을 유발하므로서 표면의 전위를 변화시키게 된다.

미국 선박청은 순수 아연으로 만든 직접 접속용 아연 양극봉을 개발했으며 이것은 최상의 양극봉이라 간구되어 왔다. 이와 같은 고순도 양극봉도 철재선박에 직접 접속시키면 해수에 담근지 몇주 안되어서 그 표면에 불활성 코팅이 형성되므로서 그 아연의 표면전위가 저하되어 선체를 부식으로부터 보호하기에 난점이 생겼다. 그러나 현재 전 세계적으로 90% 이상이 아연전극봉이나 그와 유사한 형태의 전극봉을 사용하고 있다.

소모성양극봉이나 아연양극봉에 관한 기술은 미국특허 3,726,779호, 3,485,741호, 3,425,925호, 1,984,899호, 3,048,535호, 2,619,455호, 3,260,661호, 3,047,478호, 3,772,179호, 3,567,676호, 2,779,729호, 2,934,485호, 3,232,857호, 2,882,213호, 3,870,615호, 3,227,664호 등이 있으며 영국특허 제11,216호, 3,205호, 852,154호 등이 있다.

본 발명은 특히 양전극용 전극봉의 조합에 관한 것으로 양극봉에 불필요한 코팅이생성함을 방지하는 것에 목적이 있다. 본 발명은 지하 또는 해수등에 접촉되어 부식성 전기분위기에 노출되는 금속구조물에 사용할 수 있으나 여기에서는 특히 해수중의 있는 철재선박을 예로하여 설명코져 한다.

일반적으로 본 발명의 양극봉은 구조적으로나 전기적으로나 활성재료와 접촉되어 있는 선박용 알미늄합금으로 구성되어 있다. 이때의 양극봉이라함은 조합체의 소모성부분에 해당한다. 즉 활성재료나 기타 양극용구조물의 량이 포함되지 않은 선박용합금 자체만의 량을 의미한다. 실제로 활성물질은 전기적, 물리적성질에 의해서 선택한다. 이상적인 활성물질은 선체에 양극으로서 설치될 수 있도록 견고한 여건을 구비한 것이 좋다. 이때의 활성물질의 표면전위는 강철제 선체에 양극봉으로 사용하기 위해서는 은-염화은반전지에 대해서 -400미리볼트 이하의 전위차를 갖는 것이 좋다.

음극성 보호기술에서, 특히 강철제선체 보호에 이용하기 위해서는 표준 은-염화은반전지로서 재료의 표면전위를 측정하는 것이 필요하다. 이러한 점에서 볼 때 고순도 아연의 표면전위는 약 -1030미리볼트이고 강철의 표면전위는 약 -630미리볼트이다. 이렇게 되므로서 아연과 강철 사이의 전위차는 단지 400mV 밖에 되지 않아순수아연에 의한 저해작용을 피하는 데 적합치 않다. 실험결과에 의하면 아연과 그 상대접속금속의 전위차가 750mV 이상이면 아연의 표면이 계속해서 용액 중으로 흘러들어갈 수 있음을 밝혀냈다. 용액의 진행을 계속적으로 활발히 유지시키면 아연의 새로운 원자가 일정하게 전해질로 흘러들어간다. 이러한 결과로 양극봉의 소모 손실이 일어나지만 이때의 소모손실은 다른 접속금속에서의 손실에 비하면 대단히 적은 것이다.

이와 유사하게 어떤 특수한 알미늄합금의 표면 전위는 은-염화은반전지에 기준하면 -1000 내지 -1300mV가 된다. 이 같은 합금은 해수용으로 사용되는데 바람직한 물리적, 화학적인 특성이 있으므로 선박용합금으로 분류된다.

이와 같은 합금들은 순수아연에 대적할 만큼 철제에 대하여 전위차이를 형성한다. 그러므로서 손실용액법을 활발히 진행시킬 수 있는 선박용 알미늄합금과의 활성접속재료의 사용은 매우 유용하다. 그러나 이와 같은 선박용 알미늄 합금은 순수아연을 사용한 경우보다 탁월한 실수율을 나타냄을 알아냈다.

이때의 실수율이라함은 소모된 양극봉의 Lb당 음이온 보호에 유용한 AH(Amp Hour)수로 나타낸다. 다음은 이상의 알미늄합금류에 속하는 것을 몇개 나열한 표이며, 이것들은 카이저 알미늄 콤파니에서 만든 것이다.

선박용합금에서는 수은류가 존재하는 것은 바람직하지 못하다. 본 발명에 따르면 아연과 주석이 섞인 합금이 바람직하다. KA-804 합금은 순수아연의 경우보다 특별한 이점이 없고 그 실수율도 유사하다. KA-90류의 합금은 표면을 페인트 칠한 배밑바닥외부용으로 이상적이며 이때 큰표면전위차는 페인트표면으로부터 표면이 박리되려는 경향을 크게 한다. 깊은 탱크의 경우에서 구멍 뚫을 부분과 페인트칠을 안한 부분에 대해서는 페인트박리가 고려되지 않으므로 KA-46 같은 합금을 일반적으로 사용한다.

본 발명의 양극용 활성물질로는 특히 선박용 알미늄합금이나 고순도 아연은 그들의 표면전위 사이에 전위차가 있어야 하며 양극봉의 표면전위는 양극봉 사이에 보호되어지는 전위차보다 적어도 200mV 이상이 되어야 한다. 구조물이 강철인 경우에는 활성물질로서는 전술한 바의 표면전위가 -400mV 이하인 것이 적합하다. 활성재료는 적합하게 -300mV 이하의 표면전위를 갖으므로서 750mV 이상의 전위차를 유도시켜서 알미늄 합금의 표면이 계속적으로 소모되게 한다. 특수한 종류인 동-주석합금(예 : 청동)도 사용할 수 있으나 이때의 알미늄과의 전위차는 단지 700m를 나타낸다. 따라서 이들을 활성재료로 사용함은 본 발명의 요건에 있어서 경계선이 된다. 그러나 이와 같은 수준의 활성화는 양극봉 표면상에 불순물이 침적되는 것을 지연시키거나 저지하는데 매우 도움이 된다. 600mV 보다 낮은 전위차는 일반적으로 이러한 효과면에서 부족하다. 어떤 경우에서나, 약 -220mV의 표면전위를 갖는 동이 가장바람직한데 이것은, 모넬 합금백금보다 경제적인 면이 우수하다는 특징을 갖고 있다.

본 발명에 사용되는 활성재료로서는 양호한 기계적성질과 또한 적합한 표면전위를 갖는 이유로 동이 가장 적합하다. 동으로된 적색청동합금은 중량비로 3% 아연, 6.5% 주석, 1.5% 납으로 구성되며 이것이 현재로서는 이상적인 활성재료로 생각된다. 모넬 역시 유용하나 이는 너무 고가이다. 탄소나 납 중의 하나도 활성재료로서 사용할 수 있다. 이들 활성재료를 사용할 때에는등을 사용할 때보다 표면노출이 적어야 한다.

더우기, 각각의 경우, 이들 재료들은 알루미늄 표면으로부터 양극봉표면에 활성재료로유발되는 소멸이 과도하게 신속히 진행되는 범위까지 전자가 운행하는 경향이 있다.

활성재료로 유발되는 소멸이란 뜻은 양극봉 금속의 중량손실이 선체의 보호를 위하여 유전재료 손실로 과도함을 의미한다.

양극봉과 선체의 유전접합으로 인한 소멸성금속의 손실은 선체의 속도, 온도 및 파도, 그리고 양극봉의 조성등에 의하여 상당히 변한다. 그러나, 어떤 경우에도 활성재료 자체로 인한 양극봉재료의 소멸은 식별이 된다. 어떤 활성재료로 유발되는 소멸이 선체와 양극봉의 유전성으로부터 소멸성 양극봉을 유지하는데 바람직할 때 활성재의 양극봉재료에 대한 면적비는 약 10% 이하로 년간 활성재료로 유발되는 소멸성 비율을 유지하도록 선택되는 것이 바람직하며 적합하게는 1 내지 5%가 좋다.

본 발명의 특정양극봉은 2년간 봉사할 수 있는 것으로기대 된다. 기본적으로 활성재료로 유발되는 소멸비율은 낮을 것이며 통상 1 내지 3%가 될 것이다. 이들의 수명이 끝나므로서 활성재료로 유발되는 소멸비는 소멸의 진행에 따라 양극봉과 활성재료와의 표면비율의 변화에 의하여 5 내지 10%의 높이로 활성재료로 유발되는 소멸비율이 증가하게 된다.

활성재료와 양극봉은 이런 경향을 서로 방해하는 형상으로 제공할 수 있다. 통상적으로 증가되는 소멸비율은 고유의 아연표면의 증가경향과 평행되는 것이 바람직하다.

여기에서, 양극봉의 모양은 도면에 표시된 것이 가장 적합하다. 활성재료의 양극봉합금에 대한 면적비율은 양극의 소멸 비율을 유지하는데 약 10% 이하를 선정하는 것이 바람직하며, 1 내지 5%가 적합하다.

본 발명의 작용형태는 아래와 같으며, 특정 주위환경에서의 특정구조를 적합하게 보호할 필요가 요구되는 양극봉의 표면적을 계산하는데 도움을 주는 것 이외에는 특정기구를 필수적으로 포함하지 않는다.

KA-90 선박용 알미늄 양극봉과 동활성재료의 구조물을 연합하여 노출표면에 부착하였다고 가정한다. 동은 KA-90 합금과 주위해수 사이의 물리적 및 전기적 접촉을 친밀하게 한다.

KA-90 합금과 동표면 사이의 전위차는 약 810mV 이며, 이는 합금의 표면으로부터 동표면으로의 전자이동의 경향을 준다.

결과적으로, 두 표면은 동일 전위로 될 것이나, 동활성재료의 표면전위가 전자를 해수에 방사하므로서 그의 정상표면전위에 대하여 음성이 될 때는 예외로 한다. 결과적으로, 합금표면으로부터 동표면으로의 전자흐름의 연속이 유지된다. 이 경향에서 합금으로부터 새금속원자들이 연속적으로 노출되어, 약 -1030mV에서 KA-90 합금의 환성표면전위가 유지된다.

결론적으로, 전자들은 선체표면으로 이동하여, 양극봉에 추가적부하를 제공하게 된다. 그러나, 동활성 재료표면에 대해서는 양극봉에인접하는 선체표면의 표면전위가 종극적으로 KA-90 합금의 전위에 근접되므로, 동표면 활성보다도 오히려 양극봉표면의 활성이 억제된다.

일반적으로, 활성표면으로 동이 사용될 때 각 표준 KA-90 합금 양극봉(약 19Lb의 KL-90 합금함유)이 해수중에서 강철선체에 유전접합으로 사용되면 약 500평방피트의 젖은 표면을 보호하게 되며, 또한 년간 최소 약 23,000AH(약 5mH 5mA/ft²)의 보호전류를 발진하게 된다. 이 조건하에서, 년간 개략 0.06Lb의 합금금속이 양극봉표면으로부터 소멸로 인하여 소실된다. 일반적인 표준양극봉은 약 1.75ft²의 표면적을 갖는다. 그러므로 상기 조건하에서 선체바닥표면에 대한 양극봉표면비는 약 1/300이 된다.

일반적으로 활성표면으로 동이 사용될 때에는 각 68Lb의 표준아연극봉이 해수중에서 강철선체바닥에 유전접합으로 사용되며 약 500 평방피트의 젖은 표면을 보호하게 되며 또한 년간 최소 약 13,000AH(3mA/ft²)의 보호전류를 발진하게 된다.

이 조건하에서, 각 양극봉은 년간 개략적으로 26Lb의 아연금속이 양극봉표면으로부터 소멸에 의하여 소실된다. 표준양극봉표면은 약 2.5ft²이므로 상기조건하에서 선체 바닥표면에 대한 양극봉 표면의 비는 약 1/200이 된다. 이들 조건하에서 아연금속의 일반적인 활성재료로 유도되는 소멸은 제 1차년도에는 1.5Lb 그리고 제2차 년도에는 약 3Lb가 된다.

특수형 설치용 조립체가 본 발명에 의해 마련되며 이로서 양극봉은 용접하는 일이 없이 편리하게 교환될 수 있다. 이로서 필요시 에는 선체를 독크작업하는 일 없이 양극봉은 수개씩 교체하게 된다.

설치용기구는 설치바닥에 활성재코아금속을 가진 알루미늄 합금양극봉재료로 확실한 물리적특성과 전기적접합을 유지할 수 있는 구조로 되어 있다.

이상적으로는 양극봉은 원통형코아 주위에 주조되 원통형봉으로 형성되며 길이는 교체하는데 편리한 길이로 표준화된다.

이들 양극봉의 사용으로 인한 소멸은 끝부로부터 중간을 향하여 진행되는 경향을 가짐을 발견하였다.

제1도 내지 제3도에 예시된 양극봉은 제2도에 잘 표시되어 있는 바와 같이 합금의 몸체에 깊숙히 박힌 동코아 12의 주위에 선박용 알미늄합금을 적합하게는 KA-90 합금이 주조된 형태로 구성된다. 코아 12의 끝부분 13은 접속용돌출부로 연장되며, 이들 접속용돌출부에는 구멍 15가 마련되어 있어 접속용의 적합한 핀 또는 볼트에 의하여 선체의 바닥판에 고정하는데 적합하도록 되어 있으며, 기타 구조(표시없음)음극적인 보호에 필요한 구조로 되어 있다. 접속용돌출부 13의 노출된 표면은 알미늄합금양극몸체11의 소실을 유지시키는데 충분한 초기활성표면을 제공한다. 합금 11의 소실이 진행되므로서 접촉용 돌출부 13의 표면은 활성코아 12의 노출부증가에 의하여 필연적으로 보충된다. 양극봉금속몸체 11은 여러형태로 성형 가능하나 도시된 형태의 양극봉이 적합하다.

이 모양은 아연으로 하거나 선박용 알미늄합금으로 하거나 일반적으로 코아활성양극봉을 위해 편의점이 발견되었다. 표시와 같이 양극봉은 약간 확대된 끝부분 16을 수인치 길이(약 3인치) 그리고 가장 넓은 횡단면(도면 3)이 2.5 내지 3인치 넓이를 갖는다(제3도).

양극봉몸체 11의 나머지 길이는 보통 약 20인치 내지 2피트(예는 22.5인치)이며, 원형단면을 갖는다. 확대된 끝부분 16은 코아 12의 납짝한 연장부 13에 마추어진다. 도시와 같이 코아 12는 직경이 약 5/8인치의 동봉(銅棒)이며, 환상(環狀) 합금양극봉 11은 외경이 약 25/16인치이다. 이 구조는 양극봉 대 코아의 초기의 노출된 표면비가 약 8 : 1 이 되게 한다.

사용조건하에서 소멸이 진행되므로 이 비율은 궁극적으로 1 : 1에 도달할 때까지 증가된다. 실제로 노출된표면의 초가비율은 동코아가 이용될 때 가장 유용한 초기비율이 약 7 : 1에서 약 10 : 1 내에 있다고는 하지마는 약 5 : 1 에서 약 15 : 1의 범위내에서 선택될 수 있다. 예시된 양극봉은 용이하고 신속하게 표준화된 장치에 교환설치되도록 표준화되는 것이 좋다. 이 타입의 대표적인표준신품 양극봉은 KA-90선박용 알미늄합금 19파운드와 노출된 활성표면 약 250평방인치 그리고 약 4.5파운드로 구성된다.

동코아 12는 본 발명의 양극과 음극보호제에 의해 요구된 활성표면을 제공한다. 동코아 대신에 납이나 탄소코아를 사용할 수도 있다. 그러나 이들 재료로된 전체적인 제품은 강도나 적합한 구조적특성을 갖을 것은 물론 이들의 노출된 면적을 감소시켜야 합이 필요함을 알아야 한다. 특히 동심이 사용될때 접속용돌출부 13와 강철선체바닥의 직접접속에 의하여 전기적연속성이 이루어지는 것이 바람직하다. 본문과 청구범위에서 사용된 직접접속이라 함은 두 금속표면 사이의 물리적 접촉에 의해 두 물질을 상호연결시키는 도선이나 케이블을 통하지 않고 두 물질의 상당한 표면면적을 통하여 충분한 유전도를 제공하는 것을 말한다. 이와 같은 접속은 설치된 조립체의 원금속표면의 접촉을 통해서 이루어진다.

매우 바람직한 설치조립체가 제4도, 제5도 및 제6도에 표시되어 있으며 여기서 강철제 베이스 18은 마주보는 양측부 19와 홈이있는 상부 20으로 구성된 블래킷으로서 선체바닥에 직접 용접으로 부착되어 있다. 티형볼트 24(단조강이 바람직함)가 베이스 18의 양측부 사이에 수용되고 양극봉의 접속용 돌출부 19내의 구멍 13와 홈이 있는 상부 15를 통하여 연장된다. 접속용돌출부 20은 베이스 13에 납땜 등으로 고정시킨 활동이나 청동 왓셔로된 페드 18에 설치된다. 특수형상의 상부왓셔 27은 황동이나 청동제이며, 티형볼트 나사부분을 활동하게 되어 있고 너트 28은 접속용 돌출부 15와 패드 25, 베이스 18 그리고 선체바닥(표시없음) 사이의 직접적인 물리적접속을 확실하게 보증하도록 조립체를 조이게 된다. 너트 28은 플라스틱 캡 30으로 씌워진다. 양극봉을 바꾸기 위해서는 단지 캡 30과 너트 28 및 상사왓셔 29을 빼고 양극봉을 들어내면 된다. 용접이나 기타 정교한 독크건조작업은 불필요하다.

해수중에서의 금속구조의 음극성보호에 관한 공지 기술에서 고순도의 아연양극봉이 적합하다고 알려져 있지마는 해수중에 있어서의 최초의 수개월동안에는 어떤 점에서 선박표면의 주위보다 낮은 유전성인 아연의 표면전위를 실제적으로 억제하거나 낮추게 하는 표면코팅을 발달시키게 된다.

이때 아연은 전체에 대하여 더이상 양극봉의 기능을 하지 못하게 되나 선체에 대하여 음극역할을 하게 된다. 이로서 선체가 아연양극봉 주위부분에서 양극봉의로서의 기능을 갖게 된다. 선체의 연례적인 독크작업 기간중아연양극봉을 점검하면 은-염화은 반전지에 대하여 -1030mV의 정상전위에 비해 -내지-300의 낮은 표면전위를 나타냈다.

이와 유사한 현상은 아연양극봉 대신 일반 알미늄합금양극을 대치하였을 때에도 나타난다.

본 발명에서 설명된 활성코아를 사용하면 음극보호 시스템에서 합금과 모선(母線) 사이의 충분한 전위차를 제공하게 되며 사용된 양극봉에 의해 일반적으로 발달되는 저항성 또는 억제성코팅을 파괴하게 된다.

본 발명의 양극봉은 강철 선체바닥에 음극보호를 제공하기 위하여 수량 및 위치의 배열에 대하여 설명한다. 주어진 배열에 있어서의 소요의 양극봉수는 선체바닥의 젖은 표면적을 포함하는 몇가지 요소에 의하여 정해진다. 이 젖은 표면적은 선체바닥의 형에 관계되는 방정식에 의하여 계산된다. 예를들어 C-4 화물선과 같은 양호한 유선형 선체의 젖은 표면적은 0.6(길이 × 기둥) + 1.7(길이 × 깊이) = 젖은 표면적

즉 (L × D × 1.7 × L × B × 0.6)이다.

각종 형태의 선체바닥에 대하여 이와 유사한 방정식이 세워진다. 젖은 표면적이 주어지면 양극봉배열의 수와 위치가 결정된다.

본 발명의 각양극봉은 적합하게 100 내지 1300 평방피트의 젖은 표면적 내에서 배열되며, 양극봉대 선체바닥표면적의 비는 1 : 50 내지 1 : 750의 범위로 주어진다.

Claims (1)

1. 해수에 노출되는 철재선박표면에 복수개의 양극봉을 해수와 접촉되도록 직접 부착하여 철재선박의 음극성보호를 하게 되는 양극봉에있어서 상기 양극봉은 은-염화은반건전지로 측정된 표면전위차가 약-1000mV 내지 1300mV인 선박용 알미늄합금의 양극봉몸체(11)와, 알미늄 양극봉몸체(11)의 표면전위와 코아(12)의 표면전위 사이의 전위차가 선박표면전위와 양극봉몸체(11)의 표면전위 사이의 전위차보다 적어도 200mV 이상 크게 형성되도록 하는 코아(12)로 구성되며, 상기 알미늄합금(11)의 노출표면과 코아(12)의 노출표면의 비가 약 15 : 1 이하가 되는 것을 특징으로하는 알미늄 합금 양극봉.

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