WO2015181859A1 - 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

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WO2015181859A1
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current
cathode electrode
cathode
potential difference
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惠保 田尻
石川　光男
邦男 根本
神谷　信行
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都市拡業株式会社
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    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/18—Water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/30—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation

Definitions

  • the present invention relates to a modified water rust prevention effect determination device and a modified water rust prevention effect determination method, and more specifically, in a short time, easily determines that the rust prevention property of water has been improved by reforming water.
  • the present invention relates to a modified water rust prevention effect determination apparatus and a modified water rust prevention effect determination method that can be performed.
  • a water treatment apparatus is generally installed in piping of a large-scale facility such as a factory or a building.
  • a large-scale facility such as a factory or a building.
  • In order to investigate the water reforming effect of the water treatment equipment using the pipes installed with the water treatment equipment temporarily stop the operation of the equipment equipped with these pipes and drain the water inside the pipes. It is necessary to observe the inner surface of the pipe. It is often difficult to stop the operation of the equipment, and it takes a lot of labor to drain the water inside the piping. It is difficult to verify the piping in which the water treatment apparatus is installed.
  • the problem to be solved by the present invention is a modified water rust prevention effect measuring device capable of easily measuring in a short time that the rust prevention property of the treated water improved using the water treatment device has been improved. And providing a method for measuring the modified water rust prevention effect.
  • Means for solving the problems are as follows: (1) An anode electrode, a pair of cathode electrodes, a first current generator for energizing current between the anode electrode and one cathode electrode, and a second current energizing current between the anode electrode and the other cathode electrode A generator, a current switching device that periodically changes the magnitude of the current flowing through the pair of cathode electrodes, and a measurement output unit that measures a potential difference between one cathode electrode and the other cathode electrode and outputs an output signal
  • a first potential difference measuring device and a second potential difference measuring device wherein the anode electrode and the pair of cathode electrodes in the first potential difference measuring device are immersed in treated water treated by a water treatment device, The anode electrode and the pair of cathode electrodes in the two-potential difference measuring device are immersed in untreated water that is not treated by the water treatment device, And determining means for determining the antirust effect of the treated water based on the
  • the first potential difference measuring device and the second potential difference measuring device each include a third current generating device for passing a current between one cathode electrode and the other cathode electrode.
  • (1) is a modified water rust prevention effect determination device according to (3) The said determination means determines the rust prevention effect of a treated water based on the ratio with respect to the output signal B of the output signal A, The reformed water rust prevention as described in said (1) or (2) characterized by the above-mentioned.
  • An effect judging device, (4) The surface of the pair of cathode electrodes is made of silver, and the surface of the anode electrode is made of platinum.
  • the water treatment apparatus is an apparatus for bringing water into contact with a hybrid ceramic that radiates far infrared rays having a wavelength of 4.4 ⁇ m or more and 15.4 ⁇ m or less with an integral emissivity of 92% or more.
  • a current is passed between the cathode electrode immersed in untreated water that is not treated by the water treatment device and one anode electrode, and between the cathode electrode immersed in the untreated water and the other anode electrode, Based on the potential difference between the one cathode electrode immersed in the treated water and the other cathode electrode and the potential difference between the one cathode electrode immersed in the untreated water and the other cathode electrode, It is a method for judging the rust prevention effect of modified water, characterized by judging the rust prevention effect of (7) Based on the ratio of the potential difference between one cathode electrode immersed in treated water and the other cathode electrode relative to the potential difference between one cathode electrode immersed in untreated water and the other cathode electrode.
  • the surface of the pair of cathode electrodes is formed of silver, and
  • the water treatment apparatus is an apparatus for bringing water into contact with a hybrid ceramic that radiates far infrared rays having a wavelength of 4.4 ⁇ m or more and 15.4 ⁇ m or less with an integral emissivity of 92% or more.
  • the cathodic reaction can be rapidly advanced by energizing between the anode electrode and the cathode electrode. Therefore, even when the experiment time is short, the formation of the calcium carbonate coating on the cathode electrode proceeds to such an extent that the difference in rust prevention between treated water and untreated water can be determined. According to the present invention, it is not necessary to conduct an experiment in which a metal is immersed in water for a long period of several months to several years, and it is determined that the rust prevention property of water has been improved by a short-term experiment of several days. It is possible to provide a modified water rust prevention effect determination apparatus and a modified water rust prevention effect determination method that can be used.
  • modified water rust prevention effect determination device and the modified water rust prevention effect determination method of the present invention can determine the rust prevention effect of the reformed water using the potential difference between the pair of cathode electrodes. It is not necessary to observe the surface of the metal immersed in water, and it is simple.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of the first potentiometer.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the modified water rust prevention effect judging device of the present invention.
  • FIG. 3 is a circuit diagram illustrating an example of a control mechanism in the first current generator and the second current generator.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating an example in which a water treatment apparatus is installed in a pipe.
  • FIG. 5 is a graph showing a change with time in voltage measurement values in the example.
  • the reformed water rust prevention effect judging device of the present invention has a first potential difference measuring device, a second potential difference measuring device, and a judging means.
  • the first potential difference measuring device will be described with reference to FIG. 1, but the second potential difference measuring device has the same configuration as the first potential difference measuring device shown in FIG.
  • the first potential difference measuring device 11 includes an anode electrode 2, a pair of cathode electrodes 3, a first current generator 14 that supplies current between the anode electrode 2 and one cathode electrode 13, and A second current generator 24 is provided between the anode electrode 2 and the other cathode electrode 23 to pass a current.
  • the anode electrode 2 and the cathode electrode 3 each have two electrodes, one anode electrode 12 is connected to one cathode electrode 13, and the other anode electrode 22 is the other. Connected to the cathode electrode 23.
  • the shape of the anode electrode is not particularly limited, and may be a plate shape, a rod shape, or a line shape.
  • the anode reaction is generally an oxidation reaction.
  • the following reaction (1) is mainly caused as the anode reaction.
  • the surface of the anode electrode 2 is a metal having a relatively high ionization tendency such as Cu
  • the following reaction (2) is caused as an anode reaction. 2H 2 O ⁇ O 2 + 4H + + 4e ⁇ (1) Cu ⁇ Cu 2+ + 2e ⁇ (2)
  • the metal constituting the anode electrode 2 is eluted.
  • the surface of the anode electrode 2 is formed of a metal having a small ionization tendency so that the metal forming the anode electrode 2 is not eluted by electrolysis.
  • a known electrode can be used as an insoluble electrode.
  • an electrode whose surface is covered with a thin film of platinum or iridium oxide can be used as the anode electrode 2.
  • An electrode coated with a thin film of platinum or iridium oxide is obtained by plating platinum on the surface of a substrate formed of another metal typified by titanium or baking iridium oxide.
  • the cathode reaction is generally a reduction reaction, and, for example, the following reaction (3) or (4) is caused.
  • the pH of the water in the vicinity of the cathode electrode 3 is increased by the hydroxide ions OH ⁇ generated by the reaction (3) or (4).
  • CO 3 2 ⁇ is easily released from carbon dioxide dissolved in water, and Ca 2+ and CO 3 2 ⁇ which are calcium ions react with each other in water to easily generate CaCO 3 . Therefore, as the cathode reaction proceeds, a coating of CaCO 3 (hereinafter sometimes referred to as “calcium carbonate”) is formed on the surface of the cathode electrode 3.
  • CaCO 3 hereinafter sometimes referred to as “calcium carbonate”
  • Calcium carbonate can take mainly two different crystal structures of aragonite and calcite.
  • Aragonite crystals are known to have a needle-like shape.
  • calcite crystals are known to have a granular shape.
  • acicular crystals adhere while forming many gaps, so that the calcium carbonate coating sparsely covers the surface of the electrode.
  • the calcium carbonate film having a large calcite ratio the granular crystals adhere without gaps, so that the calcium carbonate film can uniformly cover the surface of the electrode.
  • the electrical resistance of the cathode electrode 3 increases as the area covered with the calcium carbonate coating on the surface of the cathode electrode 3 increases.
  • a coating with a large calcite ratio can cover the surface of the cathode electrode 3 without a gap compared to a coating with a large aragonite ratio. Therefore, the electrical resistance on the electrode surface is further increased.
  • the surface of the cathode electrode 3 can be formed of a publicly known material as a material of the cathode of the electrolysis apparatus. Specifically, the surface of the cathode electrode 3 is made of a metal or alloy having a low ionization tendency, or corrosion resistance. The surface of the cathode electrode 3 can be made of silver or copper. In order to form the surface of the cathode electrode 3 with silver or copper, the entire cathode electrode 3 may be made of silver or copper, or the outer surface of a base made of another metal is subjected to silver plating or copper plating. May be.
  • the first current generator 14 passes a current between the anode electrode 12 and one cathode electrode 13, and the second current generator 24 passes a current between the anode electrode 22 and the other cathode electrode 23.
  • the first current generator 14 and the second current generator 24 may be devices that pass a current having a constant magnitude, or may be devices that are controlled so as to change the magnitude of a current that is periodically passed. It may be.
  • the product of the magnitude of the current energized by the first current generator 14 and the energization time (hereinafter sometimes referred to as “electric amount”) and the amount of electricity energized by the second current generator 24 are: It is preferable that it is comparable.
  • the current value energized by the first current generator 14 is 4.5 ⁇ A and the second constant current for the first 30 minutes.
  • the current value energized by the generator 24 is 3.5 ⁇ A
  • the current value energized by the first current generator 14 is 3.5 ⁇ A and the current value energized by the second current generator 24 for the last 30 minutes.
  • the first current generator 14 and the second current generator 24 may be energized using a single power supply device.
  • one power supply device 92 common to the first current generation device 14 and the second current generation device 24 is provided, and two current converters 93 and 94 are provided downstream of the power supply device 92. It may be provided and designed to output current from the current converters 93 and 94 to the first constant current generators 14 and 24.
  • current is output from the current converter 93 to either the first current generator 14 or the second current generator 24, and from the current converter 94 to the first current generator 14 or the second current.
  • a control circuit 95 that can be controlled to output current to the other side of the generator 24 is provided, and the output from the current converter 93 or 94 to the first current generator 14 or the second current generator 24 is constant.
  • a flip-flop control device 96 that can be switched every time may be provided. The frequency at which the output is switched by the flip-flop control device 96 is not particularly limited, but may be, for example, about once every 5 minutes to about once every hour.
  • the cathode reaction can be caused more quickly, so that the time required for the determination can be shortened.
  • the current supplied by the first current generator 14 and the second current generator is excessively increased, the user may be touched by the electrode and may receive an electric shock, and hydrogen may be generated vigorously at the cathode electrode.
  • the formed calcium carbonate film may be peeled off. Therefore, the current density supplied by the first current generator 14 and the second current generator 24 may be about 10 ⁇ A / cm 2 to 200 ⁇ A / cm 2 .
  • the anode electrode 2 may be a single sheet or a plurality of sheets.
  • the number of anode electrodes 2 is preferably the same as the number of cathode electrodes 3.
  • the first potential difference measuring device 11 of the present invention includes a current switching device 35 and a measurement output means 36, and may include a third current generator 34.
  • the third current generator 34 supplies a current between the one cathode electrode 13 and the other cathode electrode 23.
  • the current switching device 35 periodically changes the magnitude of the current flowing through the pair of cathode electrodes.
  • the frequency with which the magnitude of the current is changed by the current switching device 35 is not particularly limited, but may be, for example, about once every 5 minutes to about once every hour.
  • the 3rd electric current generator 34 should just be an apparatus which supplies with the electric current of a fixed magnitude
  • a commercially available constant current source can be used as the third current generator 34.
  • the third current generator 34 may be activated while the first current generator 14 and the second current generator 24 are activated. As described above, when the first current generator 14, the second current generator 24, and the current generator 34 are operated at the same time, the current supplied by the first current generator 14 and the second current generator 24. It is sufficient that the current supplied by is equal in magnitude. Further, the magnitude of the current supplied by the third current generator 34 is smaller than the magnitude of the current supplied by the first current generator 14 and the magnitude of the current supplied by the second current generator 24. It is desirable.
  • the cathode reaction is always caused at the cathode electrode 13 or the cathode electrode 23.
  • the third current generator 34 When the third current generator 34 is operated while the first current generator 14 and the second current generator 24 are operated so that the same current is supplied, the third current generator 34 supplies the current. By controlling the magnitude and direction of the generated current, the magnitude of the current flowing through the cathode electrode 13 and the cathode electrode 23 can be controlled. Therefore, when the third current generator 34 is provided, the current supplied by the third current generator 34 is controlled without controlling the current supplied by the first current generator 14 and the second current generator 24. Only by this, the magnitude of the current flowing through the pair of cathode electrodes can be controlled. Note that only the third current generator 34 may be activated after the first current generator 14 and the second current generator 24 are stopped.
  • the measurement output means 36 measures the potential difference between the one cathode electrode 13 and the other cathode electrode 23, and outputs an output signal to the determination means 91.
  • either the cathode electrode 13 or the cathode electrode 23 serves as a reference electrode, and the other serves as a working electrode.
  • the third current generator 34 In order for the third current generator 34 to pass a current between one cathode electrode 13 and the other cathode electrode 23, a voltage is required.
  • the voltage required to pass a current having a constant magnitude is proportional to the magnitude of the electrical resistance in the cathode electrode 3. As described above, the more the calcium carbonate coating is formed on the surface of the cathode electrode 3 and the larger the ratio of calcite crystals in the calcium carbonate coating, the greater the electrical resistance in the cathode electrode 3. It gets bigger.
  • the measurement output means 36 measures the magnitude of the current generated between the cathode electrode 13 and the cathode electrode 23. Since the magnitude of the electrical resistance in the cathode electrode 3 can be measured, the same effect as in the present invention can be achieved.
  • the first potential difference measuring device 11 is used in the treated water 41 treated by the water treatment device, and the second potential difference measuring device 61 is used in the untreated water 42 not treated by the water treatment device. It is done. More specifically, when the water reforming effect determination device 1 of the present invention is used, the anode electrode 2 and the cathode electrode 3 in the first potential difference measuring device 11 are immersed in the treated water 41 and the second potential difference measuring device. The anode electrode 52 and the cathode electrode 53 in 61 are immersed in the untreated water 42.
  • Examples of the water treatment apparatus include an apparatus having a hybrid ceramic disposed in a water flow passage.
  • a hybrid ceramic disposed in a water flow passage.
  • the hybrid ceramic is a ceramic that radiates 4.4 to 15.4 ⁇ m of far-infrared rays with an integral emissivity of 92% or more.
  • the treated water 41 treated by the water treatment device has higher rust prevention properties than the untreated water 42.
  • the metal immersed in the treated water 41 has a slower corrosion rate than the metal immersed in the untreated water 42. More specifically, in the metal immersed in the treated water 41, calcium carbonate containing abundant calcite crystals is easily formed on the surface by the cathode reaction, and the calcium carbonate coating covers the metal surface thoroughly. The progress of corrosion on the surface is suppressed.
  • the metal immersed in the untreated water 42 calcium carbonate having a large ratio of aragonite crystals is easily formed on the surface by the cathodic reaction, and the calcium carbonate coating sparsely covers the metal surface. Corrosion tends to proceed from a portion where no film is formed.
  • the cathode electrode 3 immersed in the treated water 41 is easier to form a calcium carbonate film having a larger calcite ratio than the cathode electrode 53 immersed in the untreated water 42. Compared to the cathode electrode 53, the electric resistance is increased. Therefore, as the cathode reaction proceeds, the voltage required to pass a constant current between the cathode electrode 13 and the cathode electrode 23 is the same between the cathode electrode 63 and the cathode electrode 73. It becomes larger than the voltage required to energize the current.
  • the determination means 91 can determine the rust prevention effect of the treated water 41 based on the output signal A and the output signal B.
  • the output signal A and the output signal B are not particularly limited as long as the effects of the present invention are achieved.
  • the output signal A the potential difference between the cathode electrode 13 and the cathode electrode 23, the cathode electrode 13 and the cathode electrode 23, and the like.
  • the output signal A and the output signal B may be the same type of signal.
  • the output signal A is a potential difference between the cathode electrode 13 and the cathode electrode 23
  • the output signal B is output from the cathode electrode 63 and the cathode signal.
  • Any potential difference between the electrode 73 and the electrode 73 may be used.
  • the determination means 91 can determine the rust prevention effect of the treated water 41 based on the output signal A and the output signal B. More specifically, the determination unit 91 performs processing by calculating a ratio of the output signal A to the output signal B, a ratio of the output signal B to the output signal A, a difference between the output signal A and the output signal B, or the like.
  • the antirust effect of the water 41 can be determined. For example, in an example in which the output signals A and B are a potential difference between a pair of cathode electrodes, if the output signal A is larger than the output signal B, the surface of the cathode electrode 3 immersed in the treated water 41 is not yet applied.
  • the determination means 91 determines that the output signal A is larger than the output signal B, so that the metal has been reformed to be less susceptible to corrosion by the cathode reaction, in other words, the rust prevention effect of the treated water is improved. Can be determined.
  • the measurement output means 36 may be an apparatus formed by combining a measurement device that measures a potential difference between the cathode electrodes and an output device that outputs a measurement result to the determination means 91.
  • a water treatment device 102 for example, “The Bio Water (registered trademark)” in a pipe
  • the water in the pipe is reformed, and the corrosion of the metal on the inner surface of the pipe is prevented.
  • Equipment suppliers may want to confirm that progress has been suppressed.
  • the equipment contractor etc. can use the reforming water rust prevention effect determination apparatus 1 of this invention.
  • untreated water 41 is sampled from a three-way valve 104 provided in a pipe upstream of the water treatment apparatus 102
  • treated water 42 is sampled from a three-way valve 105 provided in a pipe downstream of the water treatment apparatus 102 in a container such as a beaker. To do.
  • FIG. 1 untreated water 41 is sampled from a three-way valve 104 provided in a pipe upstream of the water treatment apparatus 102
  • treated water 42 is sampled from a three-way valve 105 provided in a pipe downstream of the water treatment apparatus 102 in a container such as a beaker.
  • the cathode electrode 3 and the anode electrode 2 of the first potential difference measuring device 11 are immersed in the treated water 41 sampled in the container, and the cathode electrode 53 of the second potential difference measuring device 61 is immersed in the untreated water 42. And the anode electrode 52 are immersed.
  • the first current generators 14 and 64 and the second current generators 24 and 74 are activated to energize the cathode electrodes 13, 23, 63, and 73.
  • a cathodic reaction is caused by energization
  • a coating of calcium carbonate is formed on the surfaces of the energized cathode electrodes 13, 23, 63, and 73.
  • the cathode electrodes 13, 23, 63 A coating of calcium carbonate is formed on the surfaces of, and 73 to such an extent that the rust prevention effect of the treated water 41 can be determined.
  • energization time can be shortened by increasing the hardness of the treated water 41 and the untreated water 42.
  • a salt such as calcium carbonate may be added to the treated water 41 or the untreated water 42.
  • the type and amount of salt added to the treated water 41 may be the same as the type and amount of salt added to the untreated water 42.
  • the treated water 41 has improved rust prevention compared to the untreated water 42.
  • calcium carbonate crystals containing abundant calcite crystals are more likely to precipitate than in the cathode electrode 53 immersed in the untreated water 42. Therefore, the surface of the cathode electrode 3 is more completely covered with the calcium carbonate coating than the surface of the cathode electrode 53.
  • the third current generators 34 and 84 are started up while the first current generators 14 and 64 and the second current generators 24 and 74 are started up, and between the cathode electrodes 13 and 23 and the cathode electrode.
  • a current having a constant magnitude is passed between 63 and 83.
  • the magnitude of the current supplied by the third current generator 34 and the magnitude of the current supplied by the third current generator 84 are set to be the same.
  • the magnitude of the current energized by the first current generator 14 and the magnitude of the current energized by the first current generator 64 are made the same so that the magnitude of the current energized by the second current generator 24 is increased.
  • the magnitude of the current supplied by the second current generator 74 are made the same.
  • the magnitude of the current supplied by the third current generator 34 is set to be smaller than the magnitude of any current supplied by the first current generators 14 and 64, the second current generators 24 and 74. That's fine.
  • Current density is energized by the third current generator is as long as 0.5 .mu.A / cm 2 or more 25 .mu.A / cm 2 or less, it is possible to determine the corrosion protection of the treated water 41 quickly and accurately.
  • the measurement output means 36 and 86 measure the potential difference between the cathode electrodes 13 and 23 and between the cathode electrodes 63 and 73. The larger the potential difference between the cathode electrodes, the greater the electrical resistance of the cathode electrode, and the calcium carbonate film containing abundant calcite crystals is formed on the cathode electrode.
  • the measurement output means 36 and 86 output the measured potential difference as the output signal A and the output signal B to the determination means 91.
  • the determination unit 91 determines that the electrical resistance of the cathode electrode 3 is larger than that of the cathode electrode 53 by confirming that the ratio of the output signal A to the output signal B is greater than 100%, and the treated water 41. It is determined that the rust prevention effect of is improved.
  • the modified water rust prevention effect judging device 1 of the present invention confirms that the rust prevention effect of water has been improved by measuring the potential difference etc. at the cathode electrodes 3 and 5 using the two measurement output means 36 and 86. Therefore, in order to verify that the corrosion of the metal on the inner surface of the pipe 103 can be suppressed by installing the water treatment apparatus 102, it is not necessary to observe the inside of the pipe 103 or the like. Therefore, it is not necessary to bother to stop the facility or drain the piping 103, and it is possible to confirm the improvement of the rust prevention effect by simply introducing the water treatment device 102.
  • the modified water rust prevention effect determination apparatus 1 of this invention can advance rapidly the cathode reaction which occurs with the metal immersed in water by supplying an electric current. Therefore, in order to confirm the rust prevention effect due to the introduction of the water treatment device 102, it is not necessary to follow up over a long period of several months to several years, and the rust prevention effect of water in a short period of several days. Can be confirmed.
  • the rust preventive effect of the reformed water can also be determined by measuring the potential difference between one cathode electrode and the other cathode electrode without using the third current generator 34.
  • the magnitude of the current supplied by the first current generator 14 is set to be different from the magnitude of the current supplied by the second current generator 24, and the potential difference generated between the cathode electrode 13 and the cathode electrode 23 is determined.
  • the current switching device 35 is used to switch the magnitude of the current supplied by the first current generation device 14 and the magnitude of the current supplied by the second current generation device at regular intervals, whereby the cathode electrode What is necessary is just to control the magnitude
  • the magnitude of the current supplied between the cathode electrode 13 and the cathode electrode 23 is equal to the magnitude of the current supplied between the cathode electrodes 63 and 73.
  • operation of the 1st electric current generator 14, 24, 64, and 74 is just to control the driving
  • Untreated water 42 was obtained by adding calcium sulfate to 5000 mL of tap water so that the hardness was 300 ppm.
  • this untreated water 42 two same hybrid ceramics (13.5 ⁇ ⁇ 19 mm) loaded in “The Bio Water” were put and allowed to stand for 15 minutes to obtain treated water 41.
  • the two anode electrodes 2 and the two cathode electrodes 3 in the first potentiometer 11 of the modified water rust prevention effect determination device 1 were immersed.
  • the two anode electrodes 52 and the two cathode electrodes 53 in the second potential difference measuring device 61 of the modified water rust prevention effect measuring device 1 were immersed in the untreated water 42.
  • the cathode electrodes 3 and 53 electrodes formed of silver whose surface was polished were used, and as the anode electrodes 2 and 52, platinum-plated electrodes were used.
  • the surface areas of the cathode electrodes 13, 23, 63, and 73 were each 0.2 cm 2 .
  • the first current generators 14 and 64 and the second current generators 24 and 74 were operated for 48 hours so that a current of 4 ⁇ A was applied.
  • the magnitude of the current supplied by the first current generators 14 and 64 was 4 ⁇ A.
  • the third current generators 34 and 84 were operated while the first current generators 14 and 64 and the second current generators 24 and 74 were operated.
  • the third current Even during energization by the generators 34 and 84, current always flowed through the cathode electrodes 13, 63, 23 and 73, and a cathode reaction always occurred. Then, while the third current generators 34 and 84 were energized, the potential difference between the cathode electrode 13 and the cathode electrode 23 and between the cathode electrodes 63 and 73 was continuously measured. The results are shown in FIG.
  • the potential difference in the first half 30 minutes in each cycle was a positive value, and the potential difference in the second half 30 minutes in each cycle was a negative value.
  • the average value of the potential difference in the first half 30 minutes and the second half 30 minutes in each cycle was determined. The results are shown in Table 1 below.
  • the time when the elapsed time becomes 0 minutes on the horizontal axis in FIG. 5 is the time when the operation of the third current generators 34 and 84 is started.
  • the electrical resistance value at the cathode electrode 3 or 53 was calculated for each cycle.
  • the following formula (5) was used for the calculation.
  • R p1 (V 1+ ⁇ V 1 ⁇ ) / 2I ⁇ R (5)
  • R p1 Polarization resistance value in each cycle
  • V 1+ Average value of potential difference between cathode electrodes in the first half 30 minutes of each cycle
  • V 1 ⁇ Average value of potential difference between cathode electrodes in the latter half 30 minutes of each cycle
  • I Third Current value energized by the current generator
  • R Solution resistance value between the cathode electrodes The solution resistance value between the cathode electrodes depends on the distance between the cathode electrodes and whether the solution is treated water or untreated water.
  • the electric resistance at the cathode electrode is obtained by subtracting “R”, which is the electric resistance value of the solution, from the total resistance value obtained by the equation “(V 1+ ⁇ V 1 ⁇ ) / 2I”. Only the resistance value is obtained as “R p1 ”.
  • the values of polarization resistance in each cycle and the average value are shown in Table 1 below. Furthermore, when the ratio of the average value of the polarization resistance calculated in the treated water 41 to the average value of the polarization resistance calculated in the untreated water 42 was calculated, the result was 137.5%.
  • the cathode electrode 3 immersed in the treated water 41 has a higher electrical resistance than the cathode electrode 53 immersed in the untreated water 42. Therefore, it was shown that a dense calcium carbonate film having a large calcite ratio is formed more densely in the cathode reaction in the treated water 41 than in the cathode reaction in the untreated water 42. Since the corrosion of the metal is suppressed by the formation of the calcium carbonate coating, it is shown that the treated water 41 has an improved rust prevention effect compared to the untreated water 42.

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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

改質水防錆効果判定装置及び改質水防錆効果判定方法
　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処理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処理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処理水に浸漬され、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処理水に浸漬され、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、処理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、処理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処理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、及び前記処理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処理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、及び前記未処理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、処理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、未処理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、処理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）未処理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、処理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、処理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、処理水と未処理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．
　　　２Ｈ２Ｏ　→　Ｏ2＋４Ｈ＋＋４ｅ-　・・・・・　（１）
　　　Ｃｕ　→　Ｃｕ２＋＋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。
　　　Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ｅ－　→　４ＯＨ－・・・・・　（３）
　　　２Ｈ２Ｏ＋２ｅ－　→　２ＯＨ－＋Ｈ２　・・・・　（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ＣＯ３ 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Ｃａ２＋とＣＯ３ ２－とが反応してＣａＣＯ３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、ＣａＣＯ３（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／ｃｍ２以上２００μＡ／ｃｍ２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処理水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処理水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は処理水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は未処理水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処理水４１は、未処理水４２に比べて、防錆性が高められる。言い換えると、処理水４１に浸漬された金属は、未処理水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、処理水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、未処理水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、処理水４１に浸漬されたカソード電極３は、未処理水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、処理水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、処理水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、処理水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、処理水４１に浸漬されたカソード電極３の表面には、未処理水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、処理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から未処理水４１を、水処理装置１０２後段の配管に設けられた三方弁１０５から処理水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処理水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、未処理水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／ｃｍ２以上２００μＡ／ｃｍ２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、処理水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、処理水４１及び未処理水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。処理水４１及び未処理水４２の硬度を増加させるには、処理水４１又は未処理水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、処理水４１に添加する塩の種類及び量と、未処理水４２に添加する塩の種類及び量とを同じにすればよい。
　処理水４１は、未処理水４２に比べて防錆性が高められている。処理水４１に浸漬されるカソード電極３においては、未処理水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／ｃｍ２以上２５μＡ／ｃｍ２以下程度であれば、迅速かつ正確に処理水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、処理水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、未処理水４２を得た。この未処理水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、処理水４１を得た。この処理水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、未処理水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０．２ｃｍ２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。
Ｒｐ１　＝　（Ｖ1＋－Ｖ１－）／２Ｉ－Ｒ　・・・・・　（５）
　Ｒｐ１：各サイクルの分極抵抗値
　Ｖ１＋：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
　Ｖ１－：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、及び溶液が処理水であるか未処理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、「（Ｖ1＋－Ｖ１－）／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「Ｒｐ１」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、未処理水４２において算出された分極抵抗の平均値に対する、処理水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）

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
　以上より、処理水４１に浸漬されたカソード電極３は、未処理水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、処理水４１におけるカソード反応では、未処理水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、処理水４１は未処理水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　　　　　　　　　　　　　　　　処理水
４２　　　　　　　　　　　　　　　　未処理水
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処理水に浸漬され、
    　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処理水に浸漬され、
    　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、処理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、処理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処理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、及び前記処理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処理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、及び前記未処理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、
    　処理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、未処理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、処理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. 　未処理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、処理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、処理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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