(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
時間的に変化する電磁波を用いた金属構造物の腐食予防をもたらすシステムであって：
時間的に変化する周波数を有する電磁波を発生させる発生装置であって、前記発生装置は、それぞれ前記金属構造物上で距離を隔てて配置された第１及び第２励起サイトに電気的に接続された少なくとも２つの出力端子を有し、前記金属構造物を電磁波の支配下に置くことを可能にするもの；及び
電磁波を発生させるように前記発生装置に駆動電圧を印加するための、前記発生装置に接続された電源を備え、
前記金属構造物上に、その場で安定した酸化された金属の種であって、その種は腐食されないものを形成するように、前記金属構造物を活性化させるように、前記駆動電圧及び／又は前記電磁波の周波数が選択されていることを特徴とするシステム。
【請求項２】
電磁波を強化するために、前記発生装置に電気的に結合されるべき前記第１及び第２励起サイトの一方に、少なくとも１つの超低周波エミッタが取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記金属構造物に適用される補助電気防食システムを組み合わせて使用されることを特徴とする請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項４】
前記補助電気防食システムは、犠牲陽極電気防食システム又は強制通電電気防食システム又はこれら２つのシステムの組合せを備えていることを特徴とする請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記金属構造物は鉄をベースにしたものであり、鉄をベースにした構造物の表面に安定したマグネタイトの形成を可能にするように、印加される電圧及び周波数が選択されていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記鉄をベースにした構造物は水中に沈められ又は土中に埋設されており、駆動電圧は５Ｖから５０Ｖの範囲内で印加され、周波数は１００Ｈｚから１ＭＨｚの範囲内で動作することを特徴とする請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
電磁波を強化するために、前記発生装置に電気的に結合されるべき前記第１及び第２励起サイトの一方に、超低周波エミッタが取り付けられていることを特徴とする請求項５に記載のシステム。
【請求項８】
前記鉄をベースにした構造物に適用される補助電気防食システムを組み合わせて使用されることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項９】
前記金属構造物は銅をベースにしたものであり、銅をベースにした構造物の表面に安定した亜酸化銅の形成を可能にするように、印加される電圧及び周波数が選択されていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記銅をベースにした構造物は水中に沈められ又は土中に埋設されており、駆動電圧は５Ｖから５０Ｖの範囲内で印加され、周波数は１００Ｈｚから１ＭＨｚの範囲内で動作されることを特徴とする請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
電磁波を強化するために、前記発生装置に電気的に結合されるべき前記第１及び第２励起サイトの一方に、超低周波エミッタが取り付けられていることを特徴とする請求項９に記載のシステム。
【請求項１２】
前記銅をベースにした構造物に適用される補助電気防食システムを組み合わせて使用されることを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１３】
前記金属構造物は開ループ又は閉ループシステム内に設置されていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
時間的に変化する電磁波を用いて金属構造物の腐食予防をもたらす方法であって、
時間的に変化する周波数を有する電磁波を発生させる発生装置を設けるステップ；及び
前記金属構造物を、発生された時間的に周波数が変化する電磁波の支配下に置くステップを備え、
前記金属構造物上に、その場で安定した酸化された金属の種であって、その種は腐食されないものを形成するように、前記金属構造物を活性化させるために、前記電磁波を発生させるために前記発生装置に印加される駆動電圧及び／又は前記電磁波の周波数が選択されていることを特徴とする方法。
【請求項１５】
電磁波を強化するために、前記発生装置に電気的に結合された少なくとも１つの超低周波エミッタを、前記金属構造物の上に取り付けるステップを備えたことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記金属構造物に適用される補助電気防食システムを組み合わせて使用されることを特徴とする請求項１４又は１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記補助電気防食システムは、犠牲陽極電気防食システム又は強制通電電気防食システム又はこれら２つのシステムの組合せを備えたことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記金属構造物が完全電気防食の電位に達した後、前記補助電気防食をスイッチオフするステップを備えたことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記金属構造物は鉄をベースにしたものであり、鉄をベースにした構造物の表面に安定したマグネタイトの形成を可能にするように、印加される電圧及び周波数が選択されていることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
前記鉄をベースにした構造物は水中に沈められ又は土中に埋設されており、駆動電圧は５Ｖから５０Ｖの範囲内で印加され、周波数は１００Ｈｚから１ＭＨｚの範囲内で動作されることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
電磁波を強化するために、水面よりも上の前記鉄をベースにした構造物の表面に、前記発生装置に電気的に結合された超低周波エミッタを取り付けるステップを備えたことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記鉄をベースにした構造物に適用される補助電気防食システムを組み合わせて使用されることを特徴とする請求項１９乃至２１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
前記金属構造物は銅をベースにしたものであり、銅をベースにした構造物の表面に安定した亜酸化銅の形成を可能にするように、印加される電圧及び周波数が選択されていることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項２４】
前記銅をベースにした構造物は水中に沈められ又は土中に埋設されており、駆動電圧は５Ｖから５０Ｖの範囲内で印加され、周波数は１００Ｈｚから１ＭＨｚの範囲内で動作されることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
電磁波を強化するために、水面よりも上の前記銅をベースにした構造物の表面に、前記発生装置に電気的に結合された超低周波エミッタを取り付けるステップを備えたことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記銅をベースにした構造物に適用される補助電気防食システムを組み合わせて使用されることを特徴とする請求項２３乃至２５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２７】
開ループ又は閉ループシステム内で実行されることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には、金属構造物の腐食抑制の分野に関し、特に、所望する駆動電圧によって発生され、所望する周波数で動作する、時間的に変化する電磁波によって、パイプラインや水タンクなどの水没及び埋設された金属構造物の腐食予防をもたらすシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
全ての金属は酸化される傾向を示すことが知られているので、腐食は金属構造物につきまとう主要な問題の１つである。さまざまな工業における標準的な腐食防止手法として、電気防食は、金属構造物の保護及び腐食防止の１つの手段である。
【０００３】
特に、電気防食は、電解質に接触するあらゆる金属構造物に適用することができる。実際のところ、その主な用途は、土中に埋設された又は水中に沈められた鋼構造物を保護することである。一般的に保護される構造物は、パイプラインの外面、船体、桟橋、基礎杭、鋼矢板、及び海上作業台を含む。電気防食は、貯水タンクや水循環システムの内面にも用いられる。
【０００４】
電気防食において、保護されるべき金属構造物は陰極として作用し、陽極からの直流電流を受ける。陽極は、消耗品、半消耗品又は恒久的な陽極である。電気防食によれば、陰極表面から離脱する腐食電流を抑制するために直流電流だけが陰極表面に入射し、いかなる保護膜も形成されない。
【０００５】
鋼構造物の電気防食に必要とされる防食電流密度は、主に、それの表面状態及びそれが曝される環境状態によって決定される。裸の又はひどく腐食した鋼表面は、より高い防食電流を必要とし、それゆえエネルギーコストが高くなるが、十分にコーティングされた鋼表面は防食電流をあまり必要とはしない。しかしながら、水没された領域又は埋設された領域にある鋼構造物の表面にコーティングを施すためのコストは高く、一般的にコーティングはその構造物の耐用年数の最後までは持ちこたえられない。まして、構造物の耐用年数中のコーティングの更新は、高価である。このような理由で、多くの鋼構造物は、コーティングされないままであり、腐食予防のために、高い防食陰極電流に頼っている。
【０００６】
水没又は埋設された鋼構造物がコーティングされていようと裸であろうと、迷走電流又は干渉電流が存在するときはいつでも、電解質に接触している鋼が、ＤＣ電流が鋼表面から離れるときに、以下の方程式に従ってＦｅイオンに溶け出すように、電解質に浸された鋼構造物は、干渉腐食を免れないであろう。
Ｆｅ  →  Ｆｅ＋＋  ＋  ２ｅ−
【０００７】
さらに、電気防食はその他の限界を有している。電気防食の陽極の動作電圧は、電解質の導電率に依存している。鋼構造物が川の水のような導電率が低い電解質に曝されているとき、導電率の低い水は陽極から電解質（すなわち、水）への抵抗が増加するので、陽極から防食電流を送り出すために高い駆動電圧が必要である。このことは、電気防食システムの高いエネルギー消費をもたらし、好適な電気防食計画の立案を困難にする。
【０００８】
一般的に、電気防食は、安定した保護方法であり、それ自体の保護コーティングを形成することはできず、必要な防食電流を低減させるために、外部から塗布された保護コーティングに依存し、さらに、干渉腐食電流に対して無防備であり、導電率が低い状態では、動作するために高い電圧を必要とする。
【０００９】
電気防食法は、金属構造物や腐食物に比べて異なった電位を有する陽極を優先的に設けることによって、金属構造物を保護するために広範囲に使用されている。犠牲タイプと強制通電タイプの２つの形式の陽極が利用可能である。上記不利益や欠点に加えて、犠牲陽極及び強制電流システムは、この分野においてよく知られた固有の限界をそれぞれ有している。
【００１０】
現在、閉ループ水処理システムのために用いられている方法も存在しており、どの方法も、水中の鋼構造物の腐食予防のために、鋼構造物を直接処理するのではなく、水を処理するために脈動電磁波を使用している。しかしながら、これらの方法は、外洋の桟橋の金属パイプなどの開ループ水システムにとっては効果が無く、実際的ではない。
【００１１】
それゆえ、金属構造物が土中に埋設されているか又は水中に沈められているか否かに関わりなく、あるいは、金属構造物は閉ループシステムであるか又は開ループシステムであるか否かにかかわらず、低コストで構造物を直接処理することによって金属構造物の表面に長期間持続する保護コーティングを設けることが可能であり、また、構造物の腐食を効果的に抑制し予防することを可能にする、新しい装置及び方法の要求が存在している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上記要求を満たすためになされたものであり、少ない維持費で腐食予防期間の延長を可能にする、時間的に変化する電磁波を用いた金属構造物の腐食予防をもたらすシステムを提供するという主目的を有している。
【００１３】
本発明の他の目的は、エネルギー的に極めて経済的であり、使いやすい、時間的に変化する電磁波を用いた金属構造物の腐食予防をもたらすシステムを提供することである。
【００１４】
本発明のさらに別の目的は、強固で、効果的に腐食を抑制し、予防しうる、時間的に変化する電磁波を用いた金属構造物の腐食予防をもたらすシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明のこれら及び他の目的及び利点は、時間的に変化する電磁波を用いた金属構造物の腐食予防をもたらすシステムを提供することによって満足される：このシステムは、
時間的に変化する周波数を有する電磁波を発生させる発生装置であって、前記発生装置は、それぞれ金属構造物上で距離を隔てて配置された第１及び第２励起サイトに電気的に接続された少なくとも２つの出力端子を有し、前記金属構造物を電磁波の支配下に置くことを可能にするもの；及び
電磁波を発生させるように前記発生装置に駆動電圧を印加するための、前記発生装置に接続された電源を備え、
前記金属構造物上に、その場で安定した酸化された金属の種であって、その種は腐食されないものを形成するように、前記金属構造物を活性化させるように、前記駆動電圧及び／又は前記電磁波の周波数が選択されていることを特徴とする。
【００１６】
ここで用いた「金属構造物」の語句は、元素状態の金属構造物及び合金構造物を含む。
【００１７】
電磁波を強化するために、前記発生装置に電気的に結合されるべき１つ又は２つの前記第１及び第２励起サイトに、少なくとも１つの超低周波エミッタが取り付けられていることが好ましい。
【００１８】
場合によっては、前記構造物が完全電気防食の電位を有するまで、短期間に前記金属構造物の電位をよりマイナス側にするようにシフトさせるために、前記金属構造物に適用されている補助電気防食システムと組み合わせて本発明のシステムが用いられる。その段階で、腐食反応のための駆動力が除去され、そのため、「完全電気防食」と呼ばれる。本発明のシステム及び補助電気防食システムは、同時に又は連続して適用されてもよい。
【００１９】
本発明の一具体例において、本発明のシステムは、鉄をベースにした構造物、特に、鋼構造物の腐食予防をもたらすために使用される。場合によっては、鉄の電位及びｐＨがプールベダイアグラムの安定領域内に抑制されるように、印加される電圧及び周波数が選択され、それによって、鉄をベースにした構造物の表面に安定したマグネタイトの形成を可能にする。例えば、仮に、鉄をベースにした構造物が水中に沈められ又は土中に埋設されていたとすると、印加される駆動電圧は５Ｖから５０Ｖの範囲内で選択され、動作周波数は１００Ｈｚから１ＭＨｚの範囲内で選択されてもよい。
【００２０】
本発明の他の具体例において、本発明のシステムは、銅をベースにした構造物、特に、銅合金構造物の腐食予防をもたらすために使用される。場合によっては、銅の電位及びｐＨがプールベダイアグラムの安定領域内に抑制されるように、印加される電圧及び周波数が選択され、それによって、銅をベースにした構造物の表面に亜酸化銅を安定して付着させることを可能にする。例えば、仮に、銅をベースにした構造物が水中に沈められ又は土中に埋設されていたとすると、印加される駆動電圧は５Ｖから５０Ｖの範囲内で選択され、動作周波数は１００Ｈｚから１ＭＨｚの範囲内で選択されてもよい。
【００２１】
安定したマグネタイト又は亜酸化銅は、プールベダイアグラムが元素状態の鉄や銅に対して提案しているものよりも広いｐＨ領域で形成されるかもしれないことに注意すべきである。特定の鉄をベースにした合金の実現において、マグネタイトが、より低いｐＨレベルで合金構造物の表面に形成されるかもしれない。同様に、安定した金属酸化物の形成を可能にするために、金属構造物を、本発明に係る時間的に変化する電磁波処理の支配下に置くことによって、マグネタイト以外の安定した金属酸化物が、プールベダイアグラムの安定領域よりもより広いｐＨ領域で又はより広い電位領域の下で形成されるかもしれない。
【００２２】
本発明のシステムは、それが開ループ又は閉ループシステム内に設置されるか否かにかかわらず、金属構造物に適用可能である。
【００２３】
本発明に他の一態様は、時間的に変化する電磁波を用いて金属構造物の腐食予防をもたらす方法を提供することであり、その方法は：
時間的に変化する周波数を有する電磁波を発生させる発生装置を設けるステップ；及び
前記金属構造物を、発生された時間的に周波数が変化する電磁波の支配下に置くステップを備え、
前記金属構造物上に、その場で安定した酸化された金属の種であって、その種は腐食されないものを形成するように、前記金属構造物を活性化させるために、前記電磁波を発生させるために前記発生装置に印加される駆動電圧及び／又は前記電磁波の周波数が選択されていることを特徴とする。
【００２４】
従来の電気防食システム又は閉ループ水システムにおける構造物の腐食予防のための水を処理するために電磁波を用いた方法とは異なり、本発明の本質は、構造物自体を活性化させ、金属構造物上に、その場で安定した酸化された金属の種を形成することを可能にするために時間的に変化するパルス状の電磁波を用い、その種は腐食を生じさせないことである。安定した酸化された種は、構造物表面に保護コーティングを形成し及びそのように機能し、この保護コーティングは、自己修復及び維持費が少ないという有利性を有し、金属構造物が時間的に変化するパルス状の電磁波の処理の支配下に置かれている限り、金属構造物の全寿命を通して、持続する。この、その場で形成され能動的な腐食保護コーティングは、従来技術からは知られておらず、提案もされていない。
【００２５】
従来の電気防食システムは、電解質の導電率に依存している。電解質の導電率が低ければ低いほど、必要な駆動電圧は高くなる。それに対して、本発明のシステムは電解質の導電率とは無関係であり、安定した酸化された種を形成するための駆動電圧を非常に小さくすることができる。例えば、水没又は埋設された鋼構造物にマグネタイト保護コーティングを形成するための駆動電圧は、その構造物が曝されている環境に関係なく、５Ｖから５０Ｖであってもよい。
【００２６】
本発明をさらによく理解するために、本発明及びその実施形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１実施形態に基づいて構成された、時間的に変化する電磁波を用いた金属構造物の腐食予防をもたらすシステムを概略的に示す図。
【図２】本発明の第２実施形態に基づいて構成された、時間的に変化する電磁波を用いた金属構造物の腐食予防をもたらすシステムを概略的に示す図。
【図３】２５℃における鉄のプールベダイアグラム。
【図４】２５℃における銅のプールベダイアグラム。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明は、好適な実施形態において図示及び記載されているけれども、時間的に変化する電磁波を用いた金属構造物の腐食予防をもたらすシステムは、様々な異なった構成、大きさ、形態及び材料で製造することができる。
【００２９】
時間的に変化する脈動電磁波は、広く様々な工業において用いられていることが知られている。本願発明者は、金属構造物を、直接、時間的に変化する脈動電磁波の支配下に置いたならば、例えばその金属又は合金のためのプールベダイアグラムにおける安定領域内に入るように金属構造物の電位を適宜制御することにより、安定化をもたらし、酸化処理を遅らせる、安定した酸化された金属の種の層が、金属構造物の表面にその場で形成されることを発見した。本発明はこの発見に基づいている。
【００３０】
金属構造物に電磁波を印加させることによる安定した酸化された金属の種の形成は、一般的に、印加させる電磁波の周波数と駆動電圧に依存し、電解質の導電率とは無関係である。この安定した酸化された種は、能動的な保護コーティング層として作用し、電磁波処理が機能している限り、構造物の全寿命を通して腐食予防をもたらすように作用する。鋼の表面にこのようなコーティングを形成することにより、電気防食をすることなく閉ループシステムにおいて真水中に沈められた鋼構造物の全体的な腐食率を２ｍｐｙ（ミリ／年）少なくすることができることがわかった。
【００３１】
一般的に、自然な、保護されていない、裸の鋼の海水に対する電位は、Ａｇ／ＡｇＣｌ参照電極に対して、主に−５００ｍＶから−６５０ｍＶの範囲にある。十分にコーティングされた鋼に関しては、電位は、主に−６００ｍＶから−７００ｍＶの範囲にある。電位に関して、水に対する鋼の電位がマイナスになればなるほど、鋼の表面から流れ出す腐食電流が少なくなり、言い換えると、腐食反応のための駆動力が少なくなる。従来の電気防食システムでは、ＤＣ電流が鋼を活性化させ、鋼の電位は時間がたつにつれて徐々にマイナス側に進み、それに応じて、鋼の表面から流れ出す腐食電流が少なくなる。Ａｇ／ＡｇＣｌ参照電極に対して−７８０ｍＶに達すると、鋼の表面の腐食電流は完全になくなり、腐食反応のための駆動力が除去され、腐食は生じないように思われる。このことは、「完全電気防食」と呼ばれる。完全電気防食の電位は、用いられた参照電極によって変化することは、当業者の能力の範囲内である。ここで用いた「完全電気防食」は、腐食反応が生じない均一な電位を有する金属構造物のことを意味している。
【００３２】
このような電気防食の原理は、本発明に基づいて時間的に変化する脈動電磁波を用いる場合にも適用することができる。海水中の自然な、保護されていない、裸の鋼構造物は、Ａｇ／ＡｇＣｌ参照電極に対して、−０．５Ｖから−０．６５Ｖの標準的な電位から開始する。電磁波が印加されると、海水に対する鋼の電位は、徐々にマイナス側にシフトして行き、提案しているマグネタイトコーティングが次第に形成される。通常、鋼の電位は、電磁波を印加し始めてから数日で−７５０ｍＶよりもマイナス側にシフトする。この−７５０ｍＶの電位では、鋼構造物の腐食予防は、十分にコーティングされたものよりも優れている。電磁波を用いて鋼構造物をさらに活性化させることにより、鋼の電位はさらにマイナス側に進み、最終的に−７８０ｍＶに達する。この段階では、腐食反応の駆動力が除去され、すなわち「完全電気防食」が達成される。
【００３３】
マグネタイトコーティングの生成を開始するための駆動電圧は、例えば数ボルト程度に、非常に小さくてもよい。さらにエネルギーを節約し、マイナス電位を、例えばＡｇ／ＡｇＣｌに対する−７８０ｍＶの工業的な完全電気防食現象にシフトさせるために、時間的に変化する脈動電磁波による活性化が、補助電気防食システムと組み合わせて用いられてもよい。この組合せは、駆動電圧を１２Ｖ又はそれ以下に低下させ、鋼の電位をＡｇ／ＡｇＣｌに対する−７８０ｍＶに急速にシフトさせることを可能にする。それゆえ、この組合せは、鋼構造物をよりマイナスに完全に分極するのに必要な全エネルギーをさらに減少させるであろうし、また、マグネタイトコーティングを、鋼の表面を急速に覆うように形成することができる。マグネタイトは、磁性を有しており、金属構造物の表面に十分に付着する。
【００３４】
図面を参照して、図１は本発明の第１実施形態に合わせて構成されたシステム１００を示す。この実施形態において、システム１００は、電源ユニット１１０と、時間的に変化する周波数を有する電磁波を発生させる発生装置１２０と、その一部が海水中に沈められた鋼パイプ１３０と、パイプ１３０に取り付けられた超低周波（ＵＬＦ）エミッタ１４０を備えている。
【００３５】
電源ユニットは発生装置１２０に電気的に接続されている。電源ユニット１１０において、ＡＣ電源が用いられている。電源ユニット１１０は、選択された周波数で動作する時間的に変化する脈動電磁波の発生を可能にするように、発生装置１２０に所望するＡＣ駆動電圧を供給する。電源ユニット１１０は、発生装置１２０に対して数ボルトから数百ボルトの駆動電圧を供給することが好ましく、実際の用途にもよるが５Ｖから５０Ｖが好ましい。
【００３６】
発生装置１２０は、時間的に周波数が変化する電磁波を発生させることが可能な、この分野で公知のいずれかのタイプの手段を用いることができる。例えば、発生装置は回路基板、コンソールカード又はアンテナの周りにコイルが巻回されたフェライトコアアンテナであってもよい。発生装置１２０は、２つの出力端子１２２，１２４を有しており、端子１２２は、鋼の表面に位置する第１の励起サイト１３２に電気的に接続されており、端子１２４は、第１励起サイト１３２に対して空間的に離れた関係にある鋼パイプ１３０の第２励起サイトに取り付けられたＵＬＦエミッタ１４０に電気的に接続されている。第２励起サイトは、もしも、ＵＬＦエミッタが水中に取り付けられていたならば必要としたであろう潜水夫の必要性を排除するために、ＵＬＦエミッタが水面よりも上に取り付けられるように選択されていることが好ましい。鋼パイプ１３０の表面にマグネタイトを生成するために、動作する電磁波の周波数は、１００Ｈｚから１ＭＨｚの範囲にあることが好ましい。時間的に周波数が変化する電磁波の波形は、矩形、三角形、正弦波又はその他の形状とすることができる。
【００３７】
従来の電気防食において、防食電流は、陽極から電解質を介して鋼の表面の陰極に入射し、完全電気防食となるように、鋼の電位をよりマイナスの電位になるようにシフトさせる。それに対して、本発明の波電流は、水中を伝わらずに、その代わりに、発生装置１２０からＵＬＦエミッタ１４０に進み、水面よりも上側及び水中から直接鋼に入射する。１００Ｈｚから１ＭＨｚの範囲の動作周波数を有する電磁波は、鋼パイプの全領域に沿って伝わり、鋼の表面の全体に沿ってマグネタイトコーティングを形成することを可能にする。
【００３８】
この周波数範囲及び上記駆動電圧の条件下で、鋼は、関連するプールベダイアグラムの安定領域に入るように、海水中で所望する電位で平衡状態となるように抑制されるであろう。この安定領域において、マグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）は、徐々に鋼の表面に形成されるであろう（図３参照）。電磁波を連続して印加することにより、鋼パイプの表面の電位をマイナス方向にシフトさせるように分極させることを可能にする。マグネタイト形成開始の段階で、鋼パイプの電位は、Ａｇ／ＡｇＣｌに対して既に−７５０ｍＶに達しうることがわかるであろう。この段階で、鋼パイプ１４０の腐食率は、既に最小である。しかしながら、鉄の完全電気防食のための従来現象である、Ａｇ／ＡｇＣｌに対する電位が−７５０ｍＶから−７８０ｍＶに移行するのに要する時間は、より長くなるであろう。
【００３９】
もしも必要であれば、短い時間で完全電気防食を満たすために、補助電気防食システムを追加してもよい。補助電気防食システムは、犠牲陽極電気防食システム、強制通電型電気防食システム、又はこれら２つのシステムを混合したものであってもよい。図１に示す実施形態では、補助電気防食システムは強制通電型のものであり、海水中に沈められ、陽極として作用するＳ型エミッタ１５０を備えている。Ｓ型エミッタ１５０は、ＤＣ電源である発生装置１２０の端子１２６に接続されている。ＤＣ電源を供給するために、発生装置の内部回路は、ＡＣ電源をＤＣ出力に変換する電気防食整流器を備えている。その他の陽極でも補助電気防食システムは可能であり、当業者の能力を持ってすれば、様々な形状や大きさのものの中から選択することができる。
【００４０】
図１に示す補助電気防食システムでは、ＤＣ電流は、電気防食が生じるように、Ｓ型エミッタ１５０を通って鋼パイプ１３０に伝わる。本発明の電磁波処理の使用に起因して、補助電気防食システムは、通常の電気防食の計画電流密度のごく一部しか必要としない。主電磁波システムと補助電気防食システムを同時に又は連続してスイッチオンした後、鋼パイプ１３０は、従来の電気防食システムと比較して、非常に短い時間で、且つ、非常に少ないエネルギー消費によって、完全電気防食の電位を有するようになる。一旦、鋼の電位が完全電気防食のレベルに達すると、補助電気防食システムをスイッチオフし、主電磁波システムだけを動作状態にしてもよい。鋼の電位を完全電気防食のレベルに保持するには、それで十分である。
【００４１】
ＵＬＦエミッタ１４０は、鋼の表面の全体に沿ってマグネタイトコーティングを形成すうることを容易にするために、発生装置１２０により発生された電磁波を最適化し、強化するために設けられている。ＵＬＦエミッタ１４０は、この分野では公知であり、詳細には説明しない。
【００４２】
マグネタイトは、良好な保護コーティングとして作用し、自己修復と低いメンテナンス性といった利点を有する。マグネタイト層の自己修復性はユニークである。マグネタイトコーティングが使用中にダメージを受けると、新たなマグネタイト層が、新たに露出された裸の鋼の表面に再形成される。その結果、鋼構造物のメンテナンスはあまり必要でなくなる。鋼の表面に形成されたマグネタイト層は、マグネタイト陽極と同様の性質を有している。鋼構造物上に形成されたマグネタイト層は導電性であり、電流がマグネタイト層の表面から流れ出ると、マグネタイト層は、マグネタイト陽極と同様に、ほとんど消耗されない。このことは、マグネタイトコーティングされた鋼構造物の表面から流れ出た干渉する腐食電流が存在したとしても、鋼パイプの干渉腐食の問題は緩和されることを意味する。
【００４３】
本発明の電磁波システムの他の特徴は、電磁波が、表皮効果によって鋼の全断面を通って鋼の表面に伝わる傾向があることである。この表皮効果の下では、マグネタイト層は、鋼の外面全体に形成されるだけでなく、電気防食電流が届き得ない鋼の窪み、ひび割れ及び裂け目の中にも形成される。このことは、従来のＤＣ電気防食電流や従来のコーティング材料が通常では届き得ない場所に、優れた腐食予防方法を適用することを可能にする。
【００４４】
導体又は金属の内部を伝わる電流がオームの法則に従い、材料の電気抵抗に縛られ、時間がたっても変化しない、従来のＤＣ又は周波数が一定のＡＣ電流回路では見られなかった異常なアバランシェ電流効果が、所定の十分な駆動電圧での電磁波励起によって発生される可能性が高いことに、注目したい。電磁波励起の場合、駆動電圧が、ある閾値に達すると、電流は、もはやオームの法則には従わない。金属の内部の電子は、電子が電磁波発生装置から離れて伝わるように、半導体におけるものと同様の、電流の急激な増加を伴う雪崩効果を受けると考えられる。理論上、その距離は無限にまで達することができるけれども、電流の増加は電磁波発生装置のヒューズを飛ばしてしまう。このように、アバランシェ電流を制御するために、電流制御装置が必要である。このような電流制御装置を用いることにより、電磁波が到達しうる距離を制限することができる。
【００４５】
あるいは、駆動電圧がマグネタイトの形成を促進させるのにちょうど十分である間は、アバランシェ電流が発生しないように、駆動電圧をアバランシェ効果閾値電圧に近いけれどもそれよりも下のレベルに制御してもよい。
【００４６】
ここで、本発明の第２実施形態に基づいて構成されたシステム２００を示す図２を参照する。図に示すように、このシステム２００は、海水中に沈められた２つの鋼パイプ上に同時でマグネタイト層の形成を刺激するために用いられ、このシステム２００の配置は、上記システム１００と構造的に同様である。特に、システム２００は、電源ユニット２１０と、時間的に変化する周波数を有する電磁波を発生させるために、電源ユニット２１０に電気的に接続された発生装置２２０と、それぞれ海水中に沈められた部分を有する２つの鋼パイプ２３０と、各パイプ２３０の水面よりも上に取り付けられ、同一の発生装置２２０の出力端子にそれぞれ電気的に接続された、２つの超低周波（ＵＬＦ）エミッタ２４０を備えている。２つのパイプ２３０は、マグネタイトコーティングを形成するために、電磁波によって活性化される。このシステム２００は、水中で２つの鋼パイプ２３０の間に配置されたＳ型エミッタ２５０を備えた補助電気防食システムを、さらに備えている。
【００４７】
電源ユニット２１０、発生装置２２０、ＵＬＦエミッタ２４０及び補助電気防食システムの説明は、上記第１実施形態における対応する部分を引用し、ここではその説明を省略する。
【００４８】
図２は、２つのパイプが、主電磁波システム及び補助電気防食システムから均一に分布された腐食防止を受けることを可能にするために、これら２つのパイプを電気的に接続するために、鉄筋やワイヤーなどの導体２６０が使用されていることを示している。
【００４９】
閉ループ水システムでは、２つの鋼パイプ２３０を活性化するために用いられるエネルギーの一部は、水中に分散され、そのため水自身も励起されてしまう。その結果、閉ループ水システムにおいて、鋼パイプを保護するために必要なエネルギーは、開ループ水システムにおけるよりも一層少なくなる。このことは、特に、閉ループ冷却水又は冷却された水システムにおいて鋼部材を保護するために有用である。
【００５０】
本発明のシステム及び方法は、鉄をベースにした構造物以外の金属構造物に応用することができる。例えば、銅合金の電位がプールベダイアグラムにおける安定領域（図４参照）に入るように、１００Ｈｚから１ＭＨｚの範囲で動作するように適度に電磁波の周波数を制御し、５Ｖから５０Ｖの範囲で動作するように駆動電圧を制御することにより、銅合金構造物が時間的に変化する電磁波に曝されると、安定した銅酸化物（Ｃｕ２Ｏ）の保護コーティングが構造物の表面上に形成され、強固に付着する。同様に、この安定した酸化された種は、銅合金構造物の腐食を予防するための腐食予防コーティングとして非常に有効である。
【００５１】
本発明によれば、時間的に変化するパルス状の電磁波を用いた腐食予防のためのシステム及び方法は広い範囲に応用することができ、桟橋、波止場、鋼の着脱壁、錨杭、石油積み出し用プラットフォーム、石油採掘ステーション、井戸の先端、タンクの内部、タンクの外部、風車の基礎杭、橋の基礎杭、ブイ、陸上及び海上の鋼又は金属パイプの内面及び外面、コンクリートでコーティングされたパイプライン、冷却水鋼パイプの内側、冷却水取り入れ構造物、網、門、係船用丸太、コンクリート内部の鋼など、水没された又は埋設された全ての鋼構造物を含むけれども、これらには限定されない。
【００５２】
このように、本発明は、非常にシンプルで、エネルギーの節約ができ、金属構造物の効果的な腐食予防をもたらす、時間的に変化する電磁波を用いた、金属構造物の腐食予防のためのシステム及び方法を提供する。本発明において、金属構造物の表面に、その場で安定した金属酸化物の種を形成するために、時間的に変化する電磁波によって活性化されるのは金属構造物、それ自体である。安定した酸化された種が形成された後、腐食は生じない。このことは、従来技術に比べて、本発明の最も顕著でユニークな特徴である。
【００５３】
金属構造物を活性化するために電磁波を用いているので、必要な補助電気防食電流は劇的に少なくなり、それゆえ、電気防食電流を発生させるために必要な駆動電圧は、非常に低くなる。また、補助電気防食システムは、金属構造物が完全電気防食電位に達した後はスイッチオフすることができ、主電磁波による動作だけになるので、さらにエネルギーコストを節約することができる。
【００５４】
ここで説明した実施形態は、腐食予防システム及び方法の例示を意図しており、本発明は、図示された実施形態に限定されるものではないことは、当業者によって理解されるであろう。当業者であれば、本発明の範囲を逸脱することなく、当業者の常識によって様々な変形や改良が可能であることは、また、そのような変形や改良は本発明の範囲に含まれることは、想像できるであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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