(57)【要約】【課題】陽極が地中に埋設されているような状況においても、陽極から防食電流を流したままで陽極の電位を高精度に測定することが可能な構造を備えた電極構造体を提供する。【解決手段】非導電性の容器２と、内部電解質７と、内部電解質７に電気的に接触する状態で配設された照合電極８と、照合電極８と電気的に接続され、容器２の外面に配設された防食電極用金属９ａ，９ｂと、電位測定手段１６とを備え、防食電極用金属９ａ，９ｂは、外部電解質Ｇに電気的に接触可能であり、容器２には、防食電極用金属９ａ，９ｂと電気的に絶縁された貫通孔５が容器２の内外を連通するように防食電極用金属９ａ，９ｂの近傍に形成され、貫通孔５には、多孔質体からなる隔壁６が設置されており、隔壁６を通して、内部電解質７と外部電解質Ｇとが電気的に接続可能である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気防食に用いられる電極構造体であって、
非導電性の容器と、
前記容器内に収容された内部電解質と、
前記容器内に、前記内部電解質に電気的に接触する状態で配設された照合電極と、
前記照合電極と電気的に接続されるとともに、外部電源が電気的に接続され、前記容器の外面に配設された防食電極用金属と、
前記照合電極の電位を基準とした前記防食電極用金属の電位を測定する電位測定手段とを備え、
前記防食電極用金属は、前記容器の外側の外部電解質に電気的に接触可能であり、
前記容器には、前記防食電極用金属と電気的に絶縁された少なくとも一つの貫通孔が該容器の内外を連通するように前記防食電極用金属の近傍に形成され、
前記貫通孔には、前記内部電解質が充填されるとともに、多孔質体からなる隔壁が設置されており、
前記隔壁を通して、前記内部電解質と前記外部電解質とが電気的に接続可能である電極構造体。
【請求項２】
前記貫通孔は、前記防食電極用金属と電気的に絶縁された状態で、前記容器及び前記防食電極用金属を貫通して形成されている請求項１に記載の電極構造体。
【請求項３】
前記防食電極用金属と前記照合電極とが導線によって電気的に接続され、
前記導線は、前記容器を貫通して前記防食電極用金属に接続されるとともに、前記容器内を通って前記照合電極に接続されている請求項１又は２に記載の電極構造体。
【請求項４】
前記防食電極用金属は、相互に電気的に絶縁された第１防食電極用金属と第２防食電極用金属とに分割されており、
前記第１及び第２防食電極用金属は、それぞれ前記照合電極と電気的に接続されるとともに、それぞれ前記外部電源が電気的に接続され、前記外部電解質に電気的に接触可能であり、
前記第１及び第２防食電極用金属には、当該２つの防食電極用金属のうちの何れか一方を試験極、他方を対極として交流インピーダンスを測定する交流インピーダンス測定手段が電気的に接続されている請求項１〜３の何れか一項に記載の電極構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気防食に用いられる電極構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
地中に埋設して使用される鋼管（鋼製埋設管）は、一般的に表面の塗装と併せて電気防食が施されている。例えば、外部電源法による電気防食では、地中に埋設された電極（例えば、Ｔｉ基材の表面にＩｒ系金属酸化物を焼成した電極（ＭＭＯＴｉ電極））を陽極として、当該陽極から防食対象となる鋼製埋設管に向けて電流を流し、この鋼製埋設管の電位が基準値以下となるように維持することで防食状態を達成する。
【０００３】
ここで、上記外部電源法による電気防食では、陽極の表面において、通常、水の電気分解により酸素が発生して電流が流れる。しかし、陽極が長年の使用によって劣化すると、十分な防食電流を流すためには、陽極の電位をより高い値にする必要があり、例えば、地中に海水が存在する場合などのように塩化物イオンが多く存在するような環境下においては、陽極表面に酸素ではなく毒性の強い塩素ガスが発生し、生態系に悪影響を及ぼすという問題が懸念される。
【０００４】
このような問題を解決するものとして、例えば、特許文献１には、塩素発生率を低く抑えられる防食用電極が提案されている。この特許文献１記載の防食用電極は、貴金属の酸化物及び弁金属の酸化物からなる複合酸化物の下地上に、二酸化マンガンにタングステン酸などを組み合わせた複合酸化物ならなる物質を電着により付着させたものであり、当該防食用電極によれば、これを海水中で陽極として使用することにより、塩素発生率を低く抑えることができる。
【０００５】
また、陽極が劣化して塩素ガスが発生するような電位を示すようになった場合、陽極の交換等の措置を講じる必要があり、陽極がそのような電位になったことを把握するために、海水中に設置された陽極の電位を測定する方法が従来から知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３４９７７０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、上記特許文献１記載の防食用電極は、これを長年使用した場合に、電着させた複合酸化物が喪失して塩素ガスの発生を抑制する効果が失われ、塩素発生率を低く抑えることができなくなる。
【０００８】
また、上記海水中に設置された陽極の電位を測定する方法については、海水の電気抵抗が比較的低いため、陽極の電位をある程度正確に測定することができるが、陽極が地中に埋設されているような状況においては、土壌の電気抵抗が高いため、陽極から防食電流を流した状態で当該陽極の電位を測定すると、ＩＲ誤差（電流と抵抗値の積の値が誤差として測定電位に含まれる現象）が１Ｖ以上になることもあり、正確に測定することが困難である。
【０００９】
本発明は以上の実情に鑑みなされたものであり、陽極が地中に埋設されているような状況においても、陽極から防食電流を流したままで陽極の電位を高精度に測定することが可能な構造を備えた電極構造体の提供をその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するための本発明に係る電極構造体の特徴構成は、電気防食に用いられる電極構造体であって、
非導電性の容器と、
前記容器内に収容された内部電解質と、
前記容器内に、前記内部電解質に電気的に接触する状態で配設された照合電極と、
前記照合電極と電気的に接続されるとともに、外部電源が電気的に接続され、前記容器の外面に配設された防食電極用金属と、
前記照合電極の電位を基準とした前記防食電極用金属の電位を測定する電位測定手段とを備え、
前記防食電極用金属は、前記容器の外側の外部電解質に電気的に接触可能であり、
前記容器には、前記防食電極用金属と電気的に絶縁された少なくとも一つの貫通孔が該容器の内外を連通するように前記防食電極用金属の近傍に形成され、
前記貫通孔には、前記内部電解質が充填されるとともに、多孔質体からなる隔壁が設置されており、
前記隔壁を通して、前記内部電解質と前記外部電解質とが電気的に接続可能である点にある。
【００１１】
上記特徴構成によれば、照合電極が電気的に接触した内部電解質と、容器の外側の外部電解質とが貫通孔に設けられた隔壁を通して電気的に接続可能であるとともに、貫通孔が防食電極用金属の近傍に形成されているため、照合電極と防食電極用金属との間に介在する外部電解質の量を限りなく少なくすることができ、外部電解質の抵抗の大きさに左右されるＩＲ誤差を小さくすることができるため、防食電極用金属の電位を精度良く測定することができる。即ち、電極構造体を地中に埋設し、外部電解質が抵抗の大きい土壌であるような状況下において、電極構造体の防食電極用金属を陽極として鋼製埋設管を電気防食する際に、防食電極用金属から防食電流を流したままでも外部電解質に基づく抵抗が小さいため、ＩＲ誤差を小さくすることができ、陽極の電位を精度良く測定することができる。
【００１２】
尚、外部電解質の抵抗の大きさに左右されるＩＲ誤差を少なくするためには、貫通孔と防食電極用金属との間に介在する外部電解質を可能な限り少なくすることが好ましい。
【００１３】
即ち、本発明に係る電極構造体の更なる特徴構成は、前記貫通孔は、前記防食電極用金属と電気的に絶縁された状態で、前記容器及び前記防食電極用金属を貫通して形成されている点にある。
【００１４】
上記特徴構成によれば、貫通孔と防食電極用金属とが極めて接近した状態となるため、これらの間に介在する外部電解質の量を極めて少なくすることができ、ＩＲ誤差を非常に小さくすることができるため、防食電極用金属の電位をより高精度に測定することができる。
【００１５】
また、本発明に係る電極構造体の更なる特徴構成は、前記防食電極用金属と前記照合電極とが導線によって電気的に接続され、
前記導線は、前記容器を貫通して前記防食電極用金属に接続されるとともに、前記容器内を通って前記照合電極に接続されている点にある。
【００１６】
上記特徴構成によれば、防食電極用金属と照合電極とを電気的に接続するための導線が容器内に収容された状態となるため、電極構造体自体をコンパクトにでき、また、導線が容器外に剥き出しになっている場合と比較して、電極構造体を地中に埋設する際などに導線の破断等も起こり難くなる。
【００１７】
また、本発明に係る電極構造体の更なる特徴構成は、前記防食電極用金属は、相互に電気的に絶縁された第１防食電極用金属と第２防食電極用金属とに分割されており、
前記第１及び第２防食電極用金属は、それぞれ前記照合電極と電気的に接続されるとともに、それぞれ前記外部電源が電気的に接続され、前記外部電解質に電気的に接触可能であり、
前記第１及び第２防食電極用金属には、当該２つの防食電極用金属のうちの何れか一方を試験極、他方を対極として交流インピーダンスを測定する交流インピーダンス測定手段が電気的に接続されている点にある。
【００１８】
ところで、鋼製埋設管の電気防食に電極構造体を長年使用した場合、防食電極用金属が劣化して抵抗値が増大してしまった場合や、防食電流が極めて大きいような場合には、ＩＲ誤差が無視することができないほど大きくなる可能性がある。
【００１９】
しかしながら、上記特徴構成によれば、第１及び第２防食電極用金属のうちの一方を試験極、他方を対極として接続された交流インピーダンス測定器により、各防食電極用金属の抵抗を測定して、当該抵抗と各防食電極用金属から流れる電流とからＩＲ誤差を計算できる。よって、計算したＩＲ誤差分を補正した正確な電位を測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１実施形態に係る電極構造体の構造を示す断面図である。
【図２】第１実施形態に係る電極構造体を用いた電気防食システムの概略的な構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
〔第１実施形態〕
以下、図面を参照して第１実施形態に係る電極構造体１について説明する。図１は、電極構造体１の構造を示す断面図であり、図２は、電極構造体１を用いた電気防食システム１００の概略的な構成図である。
【００２２】
図１に示すように、第１実施形態に係る電極構造体１は、非導電性の容器２と、容器２内に収容された内部電解質７と、同じく容器２内に内部電解質７に電気的に接触する状態で配設された照合電極８と、照合電極８と電気的に接続されるとともに、外部電源２０と電気的に接続され、容器２の外面に配設された第１及び第２防食電極用金属９ａ，９ｂと、容器２内に配設された測定ユニット１５とを備えている。
【００２３】
容器２は、頂部及び底部が閉塞され、軸方向における一部に細径部３を有する円筒状部材であり、非導電性を備えた樹脂からなる。以下の説明において、容器２における細径部３を挟んで軸方向上側を、内部空間に照合電極が設置される照合電極設置部２ａ、細径部３を挟んで軸方向下側を、外周面に第１及び第２防食電極用金属９ａ，９ｂが配設される防食電極設置部２ｂと称する。尚、照合電極設置部２ａと防食電極設置部２ｂとは、細径部３を通して連通している。
【００２４】
防食電極設置部２ｂには、その外周面に、容器２の軸方向に間隔を空けて周方向に沿って形成された２つの溝部４ａ，４ｂが形成されている。また、照合電極設置部２ａには、特に図示はしないが、内部空間にアクセスするための開閉扉等が設けられている。
【００２５】
照合電極８は、内部電解質７に電気的に接触した状態、即ち、内部電解質７に少なくとも一部が浸漬した状態で、容器２の照合電極設置部２ａ内に配設されている。
【００２６】
また、第１及び第２防食電極用金属９ａ，９ｂは、それぞれ防食電極設置部２ｂの外周面に形成された２つの溝部４ａ，４ｂ内に配設され、容器２の一部によって相互に電気的に絶縁された円筒状の金属体である。また、第１及び第２防食電極用金属９ａ，９ｂは、電極構造体１を地中に埋設した際に、当該電極構造体１の外側の外部電解質（土壌）Ｇに電気的に接続可能になっている。尚、第１及び第２防食電極用金属９ａ，９ｂは、例えば、Ｔｉ基材の表面にＩｒ系金属酸化物を焼成したものである。
【００２７】
第１及び第２防食電極用金属９ａ，９ｂは、それぞれの裏面に容器２を貫通して接続され、防食電極設置部２ｂ内及び細径部３内を通って照合電極設置部２ａ内の内部電解質７上に取り出されたリード線（被覆導線）１０ａ，１０ｂによって、それぞれ測定ユニット１５に接続されている。また、照合電極８は、同じくリード線１１によって測定ユニット１５に接続されている。斯くして、第１及び第２防食電極用金属９ａ，９ｂと照合電極８とは測定ユニット１５と電気的に接続されている。このように、第１及び第２防食電極用金属９ａ，９ｂと照合電極８とを電気的に接続するリード線１０ａ，１０ｂ，１１が容器２内を通るようにしているため、電極構造体１自体がコンパクトなものとなり、また、リード線１０ａ，１０ｂ，１１が容器２外に剥き出しになっている場合と比較して、電極構造体１を地中に埋設する際などにリード線１０ａ，１０ｂ，１１の破断等も起こり難くなっている。また、各リード線１０ａ，１０ｂはそれぞれ途中で分岐して外部電源２０に接続されている。
【００２８】
また、防食電極設置部２ｂには、容器２並びに第１及び第２防食電極用金属９ａ，９ｂを貫通するように、内部空間と外部とを連通する複数の貫通孔５が、容器２の軸方向に沿って所定間隔を空けて形成されており、当該複数の貫通孔５には多孔質体からなる隔壁６がそれぞれ設置されている。また、各貫通孔５と第１及び第２防食電極用金属９ａ，９ｂとの間には、非導電性の容器２の一部を介在させるようにし、各貫通孔５と第１及び第２防食電極用金属９ａ，９ｂとを電気的に絶縁している。
【００２９】
内部電解質７は、例えば、硫酸ナトリウム水溶液や、硫酸ナトリウム水溶液を含浸させた土壌などであり、各貫通孔５に内部電解質７が入り込むように、防食電極設置部２ｂから照合電極設置部２ａの途中まで充填されており、照合電極設置部２ａ内の内部電解質７上には、当該内部電解質７中の水分の蒸発を防ぐための蓋（図示せず）が設けられている。斯くして、内部電解質７は、電極構造体１を地中に埋設した際に、各貫通孔５及び隔壁６を通して外部電解質Ｇと電気的に接続可能になっている。
【００３０】
測定ユニット１５は、照合電極８の電位を基準とした第１及び第２防食電極用金属９ａ，９ｂの電位を測定する電位計（電位測定手段）１６と、第１防食電極用金属９ａを試験極、第２防食電極用金属９ｂを対極として交流インピーダンスを測定する交流インピーダンス測定器（交流インピーダンス測定手段）１７とからなる。尚、交流インピーダンス測定器１７は、端子等で接続されるものであり、交流インピーダンスを測定する必要がない場合など、交流インピーダンス測定器１７を使用しないような場合には、適宜取り外すことができるようになっている。
【００３１】
この電極構造体１は、図２に示すように、外部電解質Ｇ中に埋設してある鋼製埋設管（防食対象物となる構造物の一例）２２と同じ土壌中に、照合電極設置部２ａが地表、防食電極設置部２ｂが地中に位置するように埋設して、外部電源２０と鋼製埋設管２２とをリード線によって電気的に接続した状態で、外部電源２０によって第１及び第２防食電極用金属９ａ，９ｂから鋼製埋設管２２に向けて防食電流を流すことができる。これにより、鋼製埋設管２２は、外部電源法により防食される。
【００３２】
本実施形態に係る電極構造体１においては、照合電極８が電気的に接触した内部電解質７と外部電解質Ｇとが貫通孔５に設けられた隔壁６を通して電気的に接続され、加えて、複数の貫通孔５が第１及び第２防食電極用金属９ａ，９ｂに極めて近接した状態となっているため、照合電極８と第１及び第２防食電極用金属９ａ，９ｂとの間に介在する外部電解質Ｇの量が極めて少なくなる。よって、第１及び第２防食電極用金属９ａ，９ｂから鋼製埋設管２２に向けて防食電流を流している場合であっても、外部電解質Ｇに基づく抵抗が極めて小さくなるため、ＩＲ誤差が極めて小さくなり、陽極たる第１及び第２防食電極用金属９ａ，９ｂの電位を精度良く測定することができる。
【００３３】
また、本実施形態に係る電極構造体１においては、第１及び第２防食電極用金属９ａ，９ｂが、複数個の貫通孔５を通じて内部電解質７と電気的に接触されるように設けているため、第１及び第２防食電極用金属９ａ，９ｂにおける電位のバラつきが抑制される。
【００３４】
ところで、電極構造体１を長年使用した場合、第１及び第２防食電極用金属９ａ，９ｂの劣化によってその抵抗値が増大することがあり、また、第１及び第２防食電極用金属９ａ，９ｂから鋼製埋設管２２に向けて流れる防食電流が極めて大きいような場合には、ＩＲ誤差が無視できない大きさになる場合がある。
【００３５】
しかしながら、本実施形態に係る電極構造体１においては、第１防食電極用金属９ａを試験極、第２防食電極用金属９ｂを対極として交流インピーダンスを測定する交流インピーダンス測定器１７を設けており、当該交流インピーダンス測定器１７によって、各防食電極用金属９ａ，９ｂにおける抵抗を測定し、これら各防食電極用金属９ａ，９ｂから流出する電流との積を算出することで、ＩＲ誤差を求めることができる。よって、電位計１６で測定した電位を、求めたＩＲ誤差を基に補正して、第１及び第２防食電極用金属９ａ，９ｂの正確な電位を得ることができる。尚、各防食電極用金属９ａ，９ｂから流出する電流（即ち、防食電流）は、電流計２１によって測定する。
【００３６】
以上のように、本実施形態に係る電極構造体１によれば、照合電極８と第１及び第２防食電極用金属９ａ，９ｂとの間に介在する外部電解質Ｇの量を少なくして、外部電解質Ｇの抵抗の大きさに左右されるＩＲ誤差を小さくできるため、第１及び第２防食電極用金属９ａ，９ｂの電位を精度良く測定することができる。即ち、第１及び第２防食電極用金属９ａ，９ｂから鋼製埋設管２２に向けて防食電流が流れている場合であっても、外部電解質Ｇに基づく抵抗が小さくなるため、電流と抵抗との積に基づくＩＲ誤差が小さくなり、陽極たる第１及び第２防食電極用金属９ａ，９ｂの電位を精度良く測定することができる。
【００３７】
また、本実施形態に係る電極構造体１において、第１及び第２防食電極用金属９ａ，９ｂが、複数個の貫通孔５を通じて内部電解質７に対して電気的に接触されるように設けているため、第１及び第２防食電極用金属９ａ，９ｂにおける電位のバラつきを抑制できる。
【００３８】
更に、交流インピーダンス測定器１７によって、各防食電極用金属９ａ，９ｂにおける抵抗を測定することができるため、測定した抵抗と各防食電極用金属９ａ，９ｂから流出する電流との積を算出してＩＲ誤差を求め、電位計１６で測定した電位を、求めたＩＲ誤差を基に補正することで、第１及び第２防食電極用金属９ａ，９ｂの正確な電位を得ることができる。
【００３９】
〔別実施形態〕
〔１〕上記実施形態では、電極構造体１の構成について具体例を挙げて説明したが、その構成は適宜変更可能である。例えば、上記実施形態では、容器２及び各防食電極用金属９ａ，９ｂを貫通する複数の貫通孔５を形成するようにしたが、貫通孔５の個数は特に限定されるものではなく１個であっても良い。また、貫通孔５を形成する位置も特に限定されるものではなく、各防食電極用金属９ａ，９ｂの近傍であれば、各防食電極用金属９ａ，９ｂを貫通しないような位置に形成しても良い。
【００４０】
〔２〕また、上記実施形態では、電気的に絶縁された２つの防食電極用金属９ａ，９ｂを設けるようにしたが、これに限られるものではなく、防食電極用金属は１つであっても良い。
【００４１】
尚、上記実施形態（別実施形態を含む、以下同じ）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、陽極が地中に埋設されているような状況においても、陽極から防食電流を流したままで陽極の電位を高精度に測定することが可能な構造を備えた電極構造体に利用できる。
【符号の説明】
【００４３】
１    電極構造体
２    容器
５    貫通孔
６    隔壁
７    内部電解質
８    照合電極
９ａ，９ｂ    防食電極用金属
１６    電位計
Ｇ    外部電解質
【図１】
2019168383.tif 000003
【図２】
2019168383.tif 000004