WO2020170830A1 - 防食装置 - Google Patents

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anticorrosion device
thermoelectric power
anode
temperature gradient
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陽祐 竹内
拓哉 上庄
真悟 峯田
昌幸 津田
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日本電信電話株式会社
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    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects

Definitions

  • the present invention relates to a metal anticorrosion device, and more particularly to a metal anticorrosion technique inside a reinforced concrete structure (for example, a reinforced concrete utility pole).
  • coating does not prevent physical damage, ultraviolet rays, and deterioration of the coating due to rainfall.Even though it looks healthy, undercoat corrosion occurs through defective parts such as pinholes. There is a fear of Other environmental barriers include embedding in concrete, but there is a risk of corrosion of the rebar through defects such as cracks.
  • cathodic protection there are a method using an external power source and a sacrificial anode method by connecting a metal that is baser than the target metal. Cathodic protection is often used in combination with painting (Non-Patent Document 1).
  • cathodic protection When the corrosion protection in painting is insufficient or difficult to apply, or when a strong corrosive environment is assumed, cathodic protection is used. When an external power source is used for cathodic protection, dedicated equipment is required, and constant energization is required, which increases costs. When using a sacrificial anode, no special equipment is required, but if the anode deteriorates, the anticorrosion effect will be lost.
  • the present invention has been made in view of the above-described conventional technique, and an object thereof is to provide an anticorrosion device which does not require installation of electrical equipment and has no fear of loss of anticorrosion effect due to deterioration of an anode.
  • the invention according to the first aspect is an anticorrosion device for anticorrosion of a metal material in a structure, wherein a thermoelectric power generation unit generates an electromotive force due to a temperature gradient and an anode corresponding to the electromotive force.
  • the gist of the present invention is to have an anode part for carrying out a reaction and a cathode part for carrying out a cathode reaction corresponding to the electromotive force, wherein the cathode part is a metal material in the structure.
  • the gist of the invention according to the second aspect is that, in the invention according to the first aspect, an insoluble material, carbon, or a noble metal is used for the anode part.
  • the invention according to a third aspect is the invention according to the first or second aspect, in which the thermoelectric power generation unit is directly installed on the structure, whereby heat diffusion from an object and heat radiation from the thermoelectric power generation unit are performed.
  • the gist is to use a constant temperature gradient due to.
  • thermoelectric power generation section and the anode section are provided inside a structure in which the metal material is embedded in a nonmetal.
  • the gist is to add corrosion resistance to the structure by incorporating the cathode part.
  • the invention according to a fifth aspect is the invention according to any one of the first to fourth aspects, wherein, in the structure, a high temperature portion in a temperature gradient has a specific temperature of a solar radiation surface of an object in an outdoor environment.
  • the purpose is to use the constant low temperature part of the non-solar surface of the object in the outdoor environment as the low temperature part in the temperature gradient.
  • thermoelectric generator is attached to the inner wall of the hollow portion of the reinforced concrete structure, and the thermoelectric generator is electrically connected to the reinforcing rod and the insoluble material. Is the gist.
  • thermoelectric power generation section is attached to an inner wall of a hollow portion of a cracked reinforced concrete structure at a cracked position, and the thermoelectric power generation section and the reinforcing bars are insoluble.
  • the main point is to prevent corrosion of the reinforcing bars by electrically connecting with the material.
  • the invention according to an eighth aspect is based on the invention according to any one of the first to seventh aspects, wherein the anode portion is buried in the ground and grounded.
  • an anticorrosion device that does not require installation of electrical equipment and has no fear of loss of anticorrosion effect due to deterioration of the anode.
  • thermoelectric generator of the anticorrosion device in the embodiment of the present invention.
  • thermoelectric generator of the anticorrosion device in the embodiment of the present invention.
  • block diagram which shows an example of the anticorrosion apparatus in embodiment of this invention.
  • block diagram which shows an example of the anticorrosion apparatus in embodiment of this invention.
  • block diagram which shows an example of the anticorrosion apparatus in embodiment of this invention.
  • block diagram which shows an example of the anticorrosion apparatus in embodiment of this invention.
  • the present invention relates to a technique for anticorrosion of reinforcing bars by thermoelectric power generation using a naturally existing temperature gradient and using this as a power source for cathodic protection.
  • Thermoelectric power generation is a maintenance-free power generation method that has no moving parts or consumable parts.
  • INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, cathodic protection of reinforcing bars in a reinforced concrete structure can be realized at low cost without external energy supply and maintenance.
  • the temperature gradient is used to perform thermoelectric power generation, thereby realizing cathodic protection.
  • the reinforcing bars in a reinforced concrete structure are targeted for corrosion protection, for example, since the concrete columns have a hollow structure, the temperature rise in the outer wall of the concrete columns due to solar radiation is remarkable, while the temperature inside the hollow is below the ambient temperature.
  • the temperature difference between the outer wall surface and the hollow inner wall surface is about 10°C during the day, and the hollow inner wall surface is hollow.
  • the internal temperature difference was about 10°C.
  • the temperature gradient that can be used is a temperature gradient of about 10°C from the concrete outer wall surface to the inner wall surface, a temperature gradient of about 10°C from the inner wall surface to the hollow interior, and a concrete outer wall surface to the hollow interior where both gradients are combined. There is a temperature gradient of about 20°C.
  • Fig. 1 shows an example of an anticorrosion device that utilizes the temperature gradient from the concrete outer wall surface 51 to the inner wall surface.
  • This anticorrosion device is an anticorrosion device for anticorrosing a metal material in a structure, and as shown in FIG. 1, a thermoelectric power generation unit 10 that generates an electromotive force due to a temperature gradient and an anode that performs an anode reaction corresponding to the electromotive force. It has the part 20 and the cathode part 30 which carries out the cathode reaction corresponding to the electromotive force, and the cathode part 30 is the metal material (target metal) in the structure.
  • a thermoelectric power generation unit 10 that generates an electromotive force due to a temperature gradient and an anode that performs an anode reaction corresponding to the electromotive force.
  • the cathode part 30 is the metal material (target metal) in the structure.
  • reference numeral 11 is a P material
  • reference numeral 12 is an N material
  • reference numeral 13 is a joint portion
  • reference numeral 51 is a concrete outer wall surface
  • reference numeral 52 is a concrete inner wall surface
  • reference numeral 53 is a non-metal.
  • An insoluble material, carbon, or a noble metal can be used for the anode part 20.
  • thermoelectric power generation unit 10 is directly installed on the structure to utilize a constant temperature gradient due to heat diffusion from the object and heat radiation from the thermoelectric power generation unit 10. That is, by incorporating the thermoelectric power generation unit 10, the anode unit 20, and the cathode unit 30 inside the structure in which the metal material is embedded in the nonmetal, it is possible to impart corrosion resistance to the structure.
  • thermoelectric power generation unit 10 may be embedded inside the concrete or installed so as to crawl around the outer periphery of the concrete structure.
  • it is preferable to be close to the concrete outer wall surface 51 which becomes high temperature and the concrete inner wall surface 52 which becomes low temperature, and therefore, it is embedded shallowly in concrete.
  • both the cathode part 30 and the anode part 20 are required to be in a wet environment in order to energize under a condition where an electrochemical reaction occurs, but the environment in which the target metal is corroded is a wet environment. By placing them in the same environment, the energization condition is satisfied. If it is difficult to place the anode part 20 in the same environment as the cathode part 30, the insoluble material of the anode part 20 may be immersed in a cell filled with an aqueous solution. In addition, as shown in FIG. 2, even when the anode part 20 is buried in the ground and utilized as a ground, an anticorrosion effect can be obtained by electromotive force generated by thermoelectric generation.
  • step S1 ⁇ S2 ⁇ S3 ⁇ S4 when the temperature rises due to solar radiation, one-sided expansion causes flexure and expansion of the crack width, a corrosive environment is formed due to moisture intrusion, and a corrosion protection current path is formed (step S1 ⁇ S2 ⁇ S3 ⁇ S4).
  • anticorrosion electromotive force is generated due to the temperature rise of the grounding portion of the thermoelectric power generation unit 10, and the temperature drop due to solar radiation cutoff occurs. Is reduced and water is discharged, and a non-corrosive environment can be achieved (steps S5 ⁇ S6 ⁇ S7).
  • the specific temperature rise of the solar radiation surface of the object in the outdoor environment is used for the high temperature portion in the temperature gradient
  • the object in the outdoor environment is used for the low temperature portion in the temperature gradient.
  • the low temperature part of the non-solar surface is used.
  • the thermoelectric generator 10 is attached to the inner wall of the hollow portion of the cracked reinforced concrete structure at the position of the crack, and the thermoelectric generator 10 is electrically connected to the reinforcing bar and the insoluble material to prevent corrosion of the reinforcing bar. To do.
  • Fig. 4 shows an example of an anticorrosion device that uses a temperature gradient from the concrete inner wall surface 52 to the hollow interior.
  • the thermoelectric power generation unit 10 is attached and installed on the concrete inner wall surface 52, the installation surface is set to the high temperature side (concrete inner wall surface 52 side), and the hollow inner side 54 is set to the low temperature side to generate a temperature gradient inside the thermoelectric power generation unit 10. .. That is, the thermoelectric power generation unit 10 is attached to the inner wall of the hollow part of the reinforced concrete structure, and the thermoelectric power generation unit 10 electrically connects the reinforcing bar and the insoluble material to prevent corrosion of the reinforcing bar.
  • thermoelectric generator 10 A schematic diagram of the thermoelectric generator 10 is shown in FIG. As shown in FIG. 5, the thermoelectric power generation unit 10 includes a P material 11 and an N material 12, and the P material 11 and the N material 12 are alternately arranged in series.
  • FIG. 6 and 7 show an example of an anticorrosion device that uses a temperature gradient from the concrete outer wall surface 51 to the hollow interior 56.
  • Reference numeral 55 in FIG. 6 indicates a support column (reference point). These configurations are the same as those in FIG. 1, except that the low temperature portion is exposed to the hollow interior 56.
  • the number of elements connected in the thermoelectric generator 10 may be arbitrarily designed according to the desired electromotive force.
  • the electromotive force of the thermoelectric power generation unit 10 for example, a thermoelectric power generation unit 10 sufficient to realize a depolarization amount of 100 mV or more (Non-Patent Document 3) with a temperature gradient of 20° C. may be designed.
  • the thermoelectric power generation unit 10 can design an electromotive force with respect to a temperature gradient by a method of connecting a plurality of dissimilar metal joints or a plurality of semiconductor connections in series (Non-Patent Document 3).
  • thermoelectric generator 10 of FIG. 5 on the target metal 30A and connecting the target metal 30A to the cathode part 30 and the insoluble material 20A to the anode part 20, maintenance-free corrosion protection can be achieved. Will be realized.
  • thermoelectric power generation using a temperature gradient generated in an object
  • insoluble material for the anode prevents corrosion due to anode deterioration. It is possible to prevent performance deterioration and loss. That is, there is no need to install electrical equipment, and there is no concern about loss of anticorrosion effect due to deterioration of the anode. Therefore, maintenance-free corrosion protection utilizing renewable energy is realized with a simple configuration.
  • the present embodiment is an anticorrosion device for anticorrosion of a metal material in a structure, which includes a thermoelectric power generation unit 10 that generates an electromotive force due to a temperature gradient and an anode that performs an anode reaction corresponding to the electromotive force. It has a part 20 and a cathode part 30 which carries out a cathode reaction corresponding to an electromotive force, and the cathode part 30 is characterized by being a metal material (target metal) in the structure.
  • an insoluble material, carbon, or a noble metal is used for the anode section 20.
  • thermoelectric generator 10 directly on the structure, a constant temperature gradient due to heat diffusion from the object and heat dissipation from the thermoelectric generator 10 is used.
  • thermoelectric power generation unit 10 the anode unit 20, and the cathode unit 30 inside the structure in which the metal material is embedded in the nonmetal, the structure is provided with corrosion resistance.
  • the high temperature part of the temperature gradient uses a specific temperature rise of the solar radiation surface of the object in the outdoor environment
  • the low temperature part of the temperature gradient has a constant non-solar surface of the object in the outdoor environment. Use the low temperature section.
  • thermoelectric power generation part 10 is attached to the inner wall of the hollow part of the reinforced concrete structure, and the thermoelectric power generation part 10 electrically connects the reinforcing bar and the insoluble material to prevent corrosion of the reinforcing bar.
  • thermoelectric power generation unit 10 is attached to the inner wall of the hollow portion of the cracked reinforced concrete structure at the crack position, and the thermoelectric power generation unit 10 is electrically connected to the reinforcing bar and the insoluble material to prevent corrosion of the reinforcing bar.
  • the anode part 20 is buried in the ground and grounded.
  • Thermoelectric power generation part 11 P material 12
  • N material 13 Joining part 20
  • Non-metal 54 Concrete inner side 55

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Abstract

電気的設備の設置が不要で、陽極の劣化による防食効果の喪失の懸念がない防食装置を提供する。構造物中の金属材料を防食する防食装置であって、温度勾配により起電力を生ずる熱電発電部10と、起電力に対応するアノード反応を担うアノード部20と、起電力に対応するカソード反応を担うカソード部30とを有し、カソード部30が構造物中の金属材料(対象金属)であることを特徴とする。

Description

防食装置
 本発明は、金属の防食装置に関し、特に、鉄筋コンクリート構造物(例えば鉄筋コンクリート製電柱)内部の金属の防食技術に関する。
 金属の防食方法として最も一般的な手法は環境遮断である。
 一例として塗装による環境遮断があるが、塗装では物理的外傷や紫外線、降雨による塗膜劣化は避けられず、一見健全に見えてもピンホールのような欠陥部を介した塗膜下腐食の発生の恐れがある。その他の環境遮断には、コンクリートへの埋設があるが、ひび割れ等による欠陥部を介して鉄筋の腐食が生じる恐れがある。
 また、その他の防食法には電気防食法がある。電気防食には外部電源を用いる方法と対象金属よりも卑な金属を接続することによる犠牲陽極法がある。電気防食は塗装と組み合わせて用いられることが多い(非特許文献1)。
篠田ら、電気防食と被覆防食の現状と将来、材料と環境、vol.63, pp.180-186(2014) 西方、薄膜水下での電気化学計測と大気腐食研究への応用、材料と環境、vol.65, pp.120-126(2016) 大谷ら、流電陽極方式電気防食によるコンクリート中鉄筋の防食効果に関する検討、材料と環境、vol.64, pp.462-465(2015)
 塗装での防食が不十分な場合や適用が困難な場合、強度の腐食環境が想定される場合に電気防食が用いられる。電気防食において外部電源を用いる場合には専用の設備が必要となり、常時通電が必要となるためコストが嵩む。犠牲陽極を用いる場合には、特殊な設備は不要だが陽極が劣化してしまうと防食効果が失われてしまう。
 本発明は、上述した従来の技術に鑑み、電気的設備の設置が不要で、陽極の劣化による防食効果の喪失の懸念がない防食装置を提供することを目的とする。
 上記目的を達成するため、第1の態様に係る発明は、構造物中の金属材料を防食する防食装置であって、温度勾配により起電力を生ずる熱電発電部と、前記起電力に対応するアノード反応を担うアノード部と、前記起電力に対応するカソード反応を担うカソード部とを有し、前記カソード部が前記構造物中の金属材料であることを要旨とする。
 第2の態様に係る発明は、第1の態様に係る発明において、前記アノード部に、不溶性材料、炭素または貴金属を用いることを要旨とする。
 第3の態様に係る発明は、第1または第2の態様に係る発明において、前記構造物に前記熱電発電部を直接設置することで、対象物からの熱拡散と前記熱電発電部からの放熱による恒常的温度勾配を利用することを要旨とする。
 第4の態様に係る発明は、第1から第3のいずれか1つの態様に係る発明において、前記金属材料が非金属に包埋された構造物の内部に、前記熱電発電部、前記アノード部、前記カソード部を組み込むことで、前記構造物に耐食性を付与することを要旨とする。
 第5の態様に係る発明は、第1から第4のいずれか1つの態様に係る発明において、前記構造物において、温度勾配における高温部に、屋外環境における対象物の日射面の特異的な温度上昇を用い、温度勾配における低温部に、屋外環境における対象物の非日射面の恒常的な低温部を用いることを要旨とする。
 第6の態様に係る発明は、第5の態様に係る発明において、鉄筋コンクリート構造物の中空部内壁に前記熱電発電部を貼付し、前記熱電発電部が鉄筋および不溶性材料と電気的に接続することを要旨とする。
 第7の態様に係る発明は、第6の態様に係る発明において、ひび割れが生じた鉄筋コンクリート構造物の、ひび割れ位置の中空部内壁に前記熱電発電部を貼付し、前記熱電発電部と鉄筋と不溶性材料とを電気的に接続することで鉄筋を防食することを要旨とする。
 第8の態様に係る発明は、第1から第7のいずれか1つの態様に係る発明において、前記アノード部は地中に埋設されアースされていることを要旨とする。
 本発明によれば、電気的設備の設置が不要で、陽極の劣化による防食効果の喪失の懸念がない防食装置を提供することが可能である。
本発明の実施の形態における防食装置の一例を示す構成図である。 本発明の実施の形態における防食装置の一例を示す構成図である。 本発明の実施の形態におけるひび割れ位置での防食フローを示す図である。 本発明の実施の形態における防食装置の一例を示す構成図である。 本発明の実施の形態における防食装置の熱電発電部の模式図である。 本発明の実施の形態における防食装置の一例を示す構成図である。 本発明の実施の形態における防食装置の一例を示す構成図である。 本発明の実施の形態における防食装置の一例を示す構成図である。
 次に、図面を参照して、実施の形態について説明する。なお、図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
 また、以下に示す実施の形態は、技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、構成部品の材質、形状、構造、配置などを下記のものに特定するものでない。各実施の形態は、特許請求の範囲内において、種々の変更を加えることができる。
 (概要)
 本発明は、自然に存在する温度勾配を用いて熱電発電し、これを電気防食の電源とすることで鉄筋を防食する技術に関する。熱電発電は可動部や消耗部品もなくメンテナンス不要な発電方法である。本発明により、鉄筋コンクリート構造物中鉄筋の電気防食を、外部エネルギー供給不要、メンテナンス不要で安価に実現できる。
 (実施の形態)
 本実施の形態は、対象物が温度勾配を有する場合に、その温度勾配を利用し熱電発電することで電気防食を実現する。鉄筋コンクリート構造物中の鉄筋を防食対象とした場合、例えばコンクリート柱は中空の構造となっているため、コンクリート柱外壁面は日射による温度上昇が顕著な一方、中空内は気温以下の温度となる。コンクリートの厚さが40mmの場合のコンクリート柱の外壁面、中空内壁面、中空内部の温度を測定した結果、日中、外壁面から中空内壁面の温度差は10℃程度、中空内壁面から中空内部の温度差も10℃程度となっていた。したがって、利用できる温度勾配は、コンクリート外壁面から内壁面にかけての10℃程度の温度勾配、内壁面から中空内部にかけての10℃程度の温度勾配、および、両勾配を合わせたコンクリート外壁面から中空内部への20℃程度の温度勾配となる。
 コンクリート外壁面51から内壁面にかけての温度勾配を利用する防食装置の一例を図1に示す。この防食装置は、構造物中の金属材料を防食する防食装置であって、図1に示すように、温度勾配により起電力を生ずる熱電発電部10と、起電力に対応するアノード反応を担うアノード部20と、起電力に対応するカソード反応を担うカソード部30とを有し、カソード部30が構造物中の金属材料(対象金属)である。図1中の符号11はP材料、符号12はN材料、符号13は接合部、符号51はコンクリート外壁面、符号52はコンクリート内壁面、符号53は非金属を示している。アノード部20には、不溶性材料、炭素または貴金属を用いることができる。
 このように、本実施の形態では、構造物に熱電発電部10を直接設置することで、対象物からの熱拡散と熱電発電部10からの放熱による恒常的温度勾配を利用する。すなわち、金属材料が非金属に包埋された構造物の内部に、熱電発電部10、アノード部20、カソード部30を組み込むことで、構造物に耐食性を付与することができる。
 ここで、熱電発電部10はコンクリート内部に埋め込む、もしくは、コンクリート構造物の外周に這わせる形で設置してもかまわない。コンクリ―ト内部に埋め込む場合には、高温となるコンクリート外壁面51および低温となるコンクリート内壁面52に近い方が好ましいためコンクリートに浅く埋め込む。
 また、カソード部30、アノード部20ともに電気化学反応が生じる条件において通電するため湿潤環境であることが必要だが、対象金属が腐食する環境は湿潤環境であることから、カソード部30、アノード部20を同じ環境に置くことで通電条件が満たされる。アノード部20をカソード部30と同様の環境に配するのが困難な場合には、アノード部20の不溶性材料を、水溶液を満たしたセルに浸漬する等の処置をすればよい。なお、図2に示すように、アノード部20を地中に埋設することでアースとして活用しても、熱発電による起電力により防食効果が得られる。
 また、コンクリート柱のような日射による片面温度上昇に伴う膨張によりたわみを生じる設備では、膨張面でひび割れ幅が拡大する。ひび割れ内部には通常水分が滞留しているが、温度上昇とひび割れ幅拡大に伴う拡散蒸発経路の拡大により水分蒸発が促進される。水分の蒸発により金属表面の水膜厚さが変動すると腐食が促進されることが知られており(非特許文献2)、日射によりたわみを生ずる構造物では、腐食が促進されると考えられる。したがって、ひび割れを有する日射面に防食装置を設置する、あるいは、防食機構を内蔵させることが鉄筋防食には有用である。ひび割れ位置での防食機能の発現のフローを図3に示す。
 すなわち、図3に示すように、日射による温度上昇があると、片面膨張によるたわみの発生とひび割れ幅の拡大が発生し、水分侵入に腐食環境が形成され、防食電流経路が形成される(ステップS1→S2→S3→S4)。ひび割れを有する日射面に防食装置を設置する、あるいは、防食機構を内蔵させた場合、熱電発電部10の接地部の温度上昇による防食起電力が発生し、日射断による温度低下が生じ、ひび割れ幅の縮小と水分の排出が生じ、非腐食環境化を図ることができる(ステップS5→S6→S7)。
 このように、本実施の形態では、構造物において、温度勾配における高温部に、屋外環境における対象物の日射面の特異的な温度上昇を用い、温度勾配における低温部に、屋外環境における対象物の非日射面の恒常的な低温部を用いる。具体的には、ひび割れが生じた鉄筋コンクリート構造物の、ひび割れ位置の中空部内壁に熱電発電部10を貼付し、熱電発電部10と鉄筋と不溶性材料とを電気的に接続することで鉄筋を防食する。
 コンクリート内壁面52から中空内部にかけての温度勾配を利用する防食装置の一例を図4に示す。この構成では熱電発電部10をコンクリート内壁面52に貼付設置し、設置面を高温側(コンクリート内壁面52側)、中空内部側54を低温側とし、熱電発電部10内部に温度勾配を生じさせる。すなわち、鉄筋コンクリート構造物の中空部内壁に熱電発電部10を貼付し、熱電発電部10が鉄筋および不溶性材料と電気的に接続することで鉄筋を防食する。
 熱電発電部10の模式図を図5に示す。図5に示すように、熱電発電部10は、P材料11とN材料12とを備え、P材料11とN材料12とが交互に直列に配列されている。
 コンクリート外壁面51から中空内部56にかけての温度勾配を利用する防食装置の一例を図6、図7に示す。図6中の符号55は支持柱(基準点)を示している。これらの構成は図1と同様だが、低温部を中空内部56に露出している点が異なる。
 上記いずれの構成例においても熱電発電部10における素子の接続数は、所望の起電力に従い任意に設計すればよい。熱電発電部10の起電力としては、例えば20℃の温度勾配により100mV以上の復極量(非特許文献3)を実現するのに十分な熱電発電部10を設計すればよい。熱電発電部10は異種金属接合や半導体接続を複数直列する方法等により温度勾配に対する起電力を設計可能である(非特許文献3)。
 内部に高温の液体やガスを保存するための金属製のタンクやパイプの場合には、内部が常に高温であり、外部は気温となる。そのため、対象金属中には内容物の温度から大気温にかけての温度勾配が恒常的に生じている。したがって、図8に示すように、図5の熱電発電部10を対象金属30Aに設置し、対象金属30Aをカソード部30、不溶性材料20Aをアノード部20に接続することで、メンテナンスフリーの防食が実現される。
 以上のように、本実施の形態によれば、対象物に生じる温度勾配を利用し熱電発電することで専用設備からの電気エネルギー供給を不要とし、陽極に不溶性材料を用いることで陽極劣化による防食性能の低下・喪失を防止することができる。すなわち、電気的設備の設置が不要で、陽極の劣化による防食効果の喪失の懸念がなくなる。したがって、簡易な構成で、再生可能エネルギーを活用したメンテナンスフリーな防食が実現される。
 以上説明したように、本実施の形態は、構造物中の金属材料を防食する防食装置であって、温度勾配により起電力を生ずる熱電発電部10と、起電力に対応するアノード反応を担うアノード部20と、起電力に対応するカソード反応を担うカソード部30とを有し、カソード部30が構造物中の金属材料(対象金属)であることを特徴とする。
 具体的には、アノード部20に、不溶性材料、炭素または貴金属を用いる。
 また、構造物に熱電発電部10を直接設置することで、対象物からの熱拡散と熱電発電部10からの放熱による恒常的温度勾配を利用する。
 また、金属材料が非金属に包埋された構造物の内部に、熱電発電部10、アノード部20、カソード部30を組み込むことで、構造物に耐食性を付与する。
 また、構造物において、温度勾配における高温部に、屋外環境における対象物の日射面の特異的な温度上昇を用い、温度勾配における低温部に、屋外環境における対象物の非日射面の恒常的な低温部を用いる。
 また、鉄筋コンクリート構造物の中空部内壁に熱電発電部10を貼付し、熱電発電部10が鉄筋および不溶性材料と電気的に接続することで鉄筋を防食する。
 また、ひび割れが生じた鉄筋コンクリート構造物の、ひび割れ位置の中空部内壁に熱電発電部10を貼付し、熱電発電部10と鉄筋と不溶性材料とを電気的に接続することで鉄筋を防食する。
 また、アノード部20は地中に埋設されアースされている。
 (その他の実施の形態)
 上記のように、いくつかの実施の形態を記載したが、開示の一部をなす論述および図面は例示的なものであり、各実施の形態を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
 このように、各実施の形態は、ここでは記載していない様々な態様を含む。
 10…熱電発電部
 11…P材料
 12…N材料
 13…接合部
 20…アノード部
 30…カソード部
 51…コンクリート外壁面
 52…コンクリート内壁面
 53…非金属
 54…中空内部側
 55…支持柱(基準点)
 56…中空内部

Claims (8)

  1.  構造物中の金属材料を防食する防食装置であって、
     温度勾配により起電力を生ずる熱電発電部と、
     前記起電力に対応するアノード反応を担うアノード部と、
     前記起電力に対応するカソード反応を担うカソード部とを有し、
     前記カソード部が前記構造物中の金属材料であることを特徴とする防食装置。
  2.  前記アノード部に、不溶性材料、炭素または貴金属を用いることを特徴とする請求項1に記載の防食装置。
  3.  前記構造物に前記熱電発電部を直接設置することで、対象物からの熱拡散と前記熱電発電部からの放熱による恒常的温度勾配を利用することを特徴とする請求項1または2に記載の防食装置。
  4.  前記金属材料が非金属に包埋された構造物の内部に、前記熱電発電部、前記アノード部、前記カソード部を組み込むことで、前記構造物に耐食性を付与することを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の防食装置。
  5.  前記構造物において、温度勾配における高温部に、屋外環境における対象物の日射面の特異的な温度上昇を用い、温度勾配における低温部に、屋外環境における対象物の非日射面の恒常的な低温部を用いることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の防食装置。
  6.  鉄筋コンクリート構造物の中空部内壁に前記熱電発電部を貼付し、前記熱電発電部が鉄筋および不溶性材料と電気的に接続することで鉄筋を防食することを特徴とする請求項5に記載の防食装置。
  7.  ひび割れが生じた鉄筋コンクリート構造物の、ひび割れ位置の中空部内壁に前記熱電発電部を貼付し、前記熱電発電部と鉄筋と不溶性材料とを電気的に接続することで鉄筋を防食することを特徴とする請求項6に記載の防食装置。
  8.  前記アノード部は地中に埋設されアースされていることを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の防食装置。
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