(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ca2+及びMg2+を含む水を給水するにあたり、少なくとも一部が鋼製部材からなる配管内に線状電極体を配設し、線状電極体を陽極、配管材を陰極として直流を通電し、配管内面にカルシウム及びマグネシウムを含む塩基性化合物の皮膜を形成させることにより赤水を防止する方法において、通電を定期的に遮断し、通電遮断２．０秒後の両極間電位差（ΔＥ2.0)の値により、通電を再開するか否かを判定して、通電の再開又は通電遮断の継続を行なうことを特徴とする飲用水の赤水防止方法。
【請求項２】
通電遮断２．０秒後の両極間電位差（ΔＥ2.0)が、２．０V未満であれば通電を再開し、２．０V以上のときは通電遮断を継続する請求項１に記載の飲用水の赤水防止方法。
【請求項３】
少なくとも一部が鋼製部材からなる給水配管内に配設した線状電極体、及び該線状電極体を陽極、配管材を陰極として直流を通電する電源装置からなり、該電源装置が、定期的通電遮断・通電遮断２．０秒後の両極間電位差（ΔＥ2.0)の値の測定・通電遮断２．０秒後の両極間電位差（ΔＥ2.0)の値により通電を再開するか否かの判定を行う制御部を備えていることを特徴とする飲用水の赤水防止装置。
【請求項４】
少なくとも一部が鋼製部材からなる給水配管内に配設した線状電極体、及び該線状電極体を陽極、配管材を陰極として直流を通電する電源装置からなる飲用水の赤水防止装置に用いる線状電極体において、該線状電極体が、銅線にニオブと白金を圧延被覆した三層構造からなる外径０．６〜０．８ｍｍの線状金属電極に、テトラフルオロエチレン／パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂単繊維を袋編みに被覆した線状電極体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は少なくとも一部が鋼製部材からなる給水配管内面に外部電源方式の電気防食を行ない飲用水の赤水を防止する方法及び装置に関する。さらに、本発明は電気防食に用いる線状電極体に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来、Ca2+及びMg2+を含む飲用水を給水する配管で、少なくとも一部が鋼製部材からなる給水配管の腐食による赤水が問題となっている。最近は、建造物内の給水配管にポリ塩化ビニルライニング鋼管が多用されるが、ネジ切り加工される鋼管及び継手の端面の鋼露出部で腐食が起こり、防食が必要とされている。その解決策として従来、▲１▼配管内面にエポキシ樹脂をライニングする方法、▲２▼配管内面を磁気処理する方法、▲３▼電子場処理法、▲４▼給水をセラミック充填層に通過させる方法、▲５▼給水に腐食抑制剤を注入する法、▲６▼給水を脱気する法、▲７▼カルシウム防錆法等が提案され、あるものは実施されている。しかし、▲１▼はエポキシ樹脂からのビスフェノールＡの溶出の問題があり、▲２▼、▲３▼、▲４▼はその防食効果が疑問視され、▲５▼は添加薬剤の健康への観点から次第に敬遠される傾向にあり、▲６▼は中空糸の保守を十分に行わないと防食効果が維持できず、▲７▼は長期的には優れているが、即効性に乏しいという問題がある。
【０００３】
これらに対し、電気防食法はストレージタンクの内面防食に適用される等その効果は理論的に認められており、この方法を給水管内面に適用することが検討されている。例えば特公平５−２４２３５号公報には耐蝕性線状陽極電極を配管内に挿入して通電する赤水停止方法が提案され、白金被覆チタン線にゴム、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ナイロン、ポリプロピレン、ポリカーボネート等の多孔性の電気絶縁性チューブで包囲した電極線が開示されている。また特許第２８０１０３０号公報には不溶性金属線の表面に非導電性合成繊維のモノフィラメント糸を組紐状に粗く編組して被覆した管路防蝕用電極線が開示されている。さらに、実用新案登録第２５７２７８５号公報には赤水防止を目的として、チタン線に白金メッキした金属線の表面に複数本のポリエチレンやポリプロピレンモノフィラメント糸をストランド巻き角度１５〜４５°になるよう螺旋状に巻いた管路防食用電極線が開示されている。
これらの方法は給水に含まれるCa2+及びMg2+を利用して塩基性化合物の皮膜を形成させることにより赤水の発生を防止しようとするものであるが、含まれるCa2+及びMg2+の濃度によっては充分な効果を挙げられなかったり、あるいは管内に多量の塩基性化合物のスケールを生じさせるおそれがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、このような現状に鑑み、飲用水の赤水を早期に停止させることを課題として研究を重ねた結果、Ca2+及びMg2+を含む飲用水を給水する配管内に線状電極体を配設し、線状電極体を陽極、配管材を陰極として、直流を断続的に通電することによりカルシウムやマグネシウム化合物の皮膜を必要にして十分な厚さに形成させ、赤水を防止する方法を見いだした。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、Ca2+及びMg2+を含む水を給水するにあたり、少なくとも一部が鋼製部材からなる配管内に線状電極体を配設し、線状電極体を陽極、配管材を陰極として直流を通電し配管内にカルシウム及びマグネシウムを含む塩基性化合物の皮膜を形成させることにより飲用水の赤水を防止する方法において、通電を断続的に行うことにより該皮膜を必要にして十分な厚さに維持する赤水防止方法に関する。これは通電を定期的に遮断し、遮断直後の両極間の電位差を測定し、必要な場合にはその経時的減衰を測定し、通電を再開するか否かを判定し制御することにより行うことができる。また、本発明は、少なくとも一部が鋼製部材からなる給水配管内に配設した線状電極体、該線状電極体を陽極、配管材を陰極として直流を通電する電源装置からなり、該電源装置が、定期的通電遮断・遮断直後の両極間電位差の経時的減衰測定・通電再開の可否判定を行う制御部を備えていることを特徴とする飲用水の赤水防止装置に関する。さらに、本発明は、曲がり部の多い配管に容易に配設できる特定構造の線状電極体に関する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明は、少なくとも一部が鋼製部材からなる給水配管の鉄部における腐食の発生を、給水に含まれるCa2+及びMg2+を利用して防止するものであり、Ca2+及びMg2+を総硬度として10mg/l以上含有する飲用水に適用できる。配管内には線状電極体を配設し、線状電極体を陽極、配管材を陰極として直流を通電する。通電することにより配管内面にカルシウム及びマグネシウムの塩基性化合物の皮膜が形成されるが、通電を定期的に遮断し、遮断直後の両極間の電位差を測定し、必要な場合にはその経時的減衰を測定し、通電を再開するか否かを判定する。
【０００７】
通電時の印加電圧は2.1 〜5V、好ましくは2.5 〜3.5Vとする。通電を再開するか否かの判定には遮断直後の線状電極の電位を基準として配管内面の分極状態を測定する。両極間の電位差が2.0V以上の場合は配管（鉄）の電位が、通常防食効果が得られる鉄の基準電位として知られている-0.77V(SCE) よりも分極が進んでいることを示し、良好な防食状態となる。従って、例えば印加電圧を3Vとし、通電遮断2.0 秒後の電位差（ΔＥ2.0)が2.0V未満であれば通電を再開する。2.0V以上のときは通電を停止する。
本発明に係わる防食状態の判定の根拠は下記の事実にもとづくことを図１〜図３によって説明する。
防食電流は配管内面の鉄部、主として継手部分の露出鉄面に集中して供給される。この状態における配管表面の防食の状態を確認するために、定電流装置１、電位差計２、飽和カロメル基準電極３を備えた図１に示す装置にて試験を行った。ビーカー４に水道水を入れ、表面積4.47cm2 の線状電極( 直径0.75mm、長さ19cm) ５を陽極、表面積16.2cm2 の鉄片６を陰極として定電流装置より1.0mA を通電した。
【０００８】
この結果を図２に示す。線状電極５の電位は+1.58V(SCE) から150 分経過後に+1.65V(SCE) と殆ど陽分極が見られないが、鉄片６の電位は-0.44Vから150 分経過後に-0.88V(SCE) と陰分極し、更に分極が進む傾向にある。また、この間のΔE2.0の測定結果をまとめると図３に示すように鉄片の電位と良い相関がある。
通常、防食効果が得られる鉄の基準電位として知られている-0.77V(SCE) は、図３よりΔＥ2.0 として1.95V に相当する。即ち、ΔＥ2.0 が2.0V以上に維持されていれば鉄が防食状態にあることが理論的に示すことができる。
一方、通電によって配管側の分極が進むと、陰極表面近傍がアルカリ性となるため水中に溶存しているCa2+、Mg2+より、CaCO3 、 Mg(OH)2等の塩基性化合物が生成し、皮膜として付着する。皮膜が形成されると通電を遮断しても鋼管の自然電位に戻るのに時間がかかるようになる。この皮膜が形成されたときの等価回路は皮膜成分と分極成分と見なし得る。皮膜成分の時定数（τf ）は約２秒であり、分極成分の時定数（τd ）は10〜20秒と異なることが知られている。ここで時定数 (τ) は以下のように定義される。
τf (s) = 皮膜抵抗成分 (Ω) ×皮膜容量成分(F)
τd (s) = 分極抵抗成分 (Ω) ×分極容量成分(F)
このため通電遮断2.0 秒後の電位減衰が小さい方が良質な皮膜といえる。従って、ΔＥ2.0 が2.0V以上であれば、皮膜形成すなわち赤水防止効果は良好であると判定して通電を停止し、2.0V未満であれば通電を続行する。飲用水配管の場合、水の使用状況が時間的、季節的に一定しないこと、常に皮膜形成状態を監視する必要があることから、この測定は１〜３時間毎、好ましくは約２時間毎に行う。このようにして断続的に通電することにより、配管内面に形成されるカルシウム及びマグネシウムを含む塩基性化合物の皮膜を必要にして十分な厚さである10〜30μm に維持することが可能となり、配管を閉塞させるおそれなく赤水の発生が防止できる。
【０００９】
本発明では銅線にニオブと白金を圧延被覆した外径０．６〜０．８ｍｍの線状電極を用いる。この電極は銅を芯材としているため、従来の白金を被覆したチタン線より電気抵抗が小さくかつ可撓性があり、曲がり部が多くある小口径の給水配管への挿入が容易である。
この電極には配管に対して電気的接触が起こらないように絶縁被覆が必要であり、この状態において防食電流が供給できるよう、絶縁材料を用いて適当な隙間を有するように被覆する。絶縁被覆材としては、可撓性、耐酸化性、電気絶縁性に優れているとともに、飲用水中への溶出がない素材を用いる必要がある。このような素材としては、フッ素樹脂繊維、好ましくはテトラフルオロエチレン／パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂（ＰＦＡ）を挙げることができる。
【００１０】
ＰＦＡ単繊維の劣化試験の一例を次に示す。
本発明の線状電極体の代表例として、銅線にニオブと白金を圧延被覆した直径0.75mmの線状電極に0.3mm のＰＦＡ単繊維１６本を袋編みに絶縁被覆した線状電極体を作成し、これを陽極として試験を行った。
ビーカー７内に飽和カロメル基準電極８、定電流装置９、陽極１０、陰極（リング状のステンレス板  直径10cm×高さ5.0cm ）１１を備えた図４に示す装置に、硫酸ナトリウムを0.05mol/l の濃度に溶解した水道水を入れ、陰極の中心部に陽極を置き、酸素発生領域の電位＋4.0V(SCE) として、陽極電流密度 300mA/cm2で36日間通電した。なお、図中、電極体の両端部の網かけ部はテフロン製絶縁テープを線状電極体に巻き、電解電流が流れないようにしてあることを示す。それ以外のＵ字部分が供試体となる。試験終了後にＰＦＡ単繊維を取り出し、耐久性の評価をフーリエ変換赤外分光法によって行った。この結果、試験の前後で有意差は認められず、ＰＦＡ単繊維の劣化はなかった。
以下、実施例をあげて本発明を詳しく説明する。
【００１１】
【実施例１】
長さ8.0mの途中に鋼製継手のある２０Ａのポリ塩化ビニルライニング鋼管（新管）に、直径0.3mm のＰＦＡ単繊維16本を外径0.75mmのCu-Nb-Pt線状電極に袋編みにした長さ8mの線状電極体を取り付け、水道水（Ca 55mg/l 、Mg4.0mg/l 、Fe0.03mg/l、Zn0.01mg/l、SiO26.1mg/l ）を流しながら、80mAの直流を断続通電した。陽極電流密度は0.42mA/cm2となる。ΔＥ2.0 を2 時間毎に測定し、2.0V以上のときには通電を停止し、2.0V未満のときは通電を続行した。
このようにして８日間通電した後、鋼製継手内面を観察したところ灰白色の皮膜が認められた。この間の通電遮断時の電極電位減衰を図５に示す。なお、図中、Ａ1 は通電１日目の線状電極の電位減衰、Ｂ1 は通電１日目の鋼管の電位減衰、Ａ8 は通電８日目の線状電極の電位減衰、Ｂ8 は通電８日目の鋼管の電位減衰をそれぞれ表す。
【００１２】
通電遮断後線状電極の電位は、１日目（A1）８日目（A8) ともに急激に低下し、本来のPtの自然電位に漸近する。一方、鋼管の電位減衰には１日目（ B1)と８日目（B8）に大きな違いが認められる。すなわち  B1はA1、A8と同じく急激に減衰している。これは減衰の初期に溶液の電圧降下分が急に除かれるためである。一方、B8の減衰はB1、A1、A8よりも緩やかである。これは皮膜が形成されたため、皮膜成分と分極成分から構成される陰分極が大きくなったためと考えられる。
このような皮膜形成に伴う陰分極の程度を随時遅滞なく検出するためには、通電遮断直後の急激な減衰がほぼ終了した時点、即ち皮膜成分の時定数に相当する2.0 秒後の両極電位を測定すればよい。ただし、本装置においては両極間電位差 (ΔＥ2.0)の測定がより簡便であり信頼性が高い。
本例では１日目のΔＥ2.0 は1.75V と2.0Vより小さく、８日目のΔＥ2.0 は2.23V と2.0Vより大きくなっている。
このようにしてΔＥ2.0 は配管の皮膜状態を判定する上で有効な手段となる。
【００１３】
【実施例２】
断続通電することによる効果を調べるため、２本の水道管（炭素鋼新管、 20A、長さ0.2m) を用意した。一方には実施例１で用いたのと同じ線状電極体( ただし、長さ0.2m) をとりつけて3.0Vで通電し、他方は電極体を取り付けることなく水道水を流した。水道水の水質は Ca 41mg/l、Mg 3.2mg/l、Fe 0.13mg/l 、Zn 0.01mg/l 、SiO2 11mg/l であった。１カ月後にこの水道管の内部表面の付着物を分析した結果を表１に示す。なお、断続通電の基準は実施例１と同様とした。
【００１４】
【表１】
0004306002.tif 000002
この表から明らかなように、通電した管では通電しない管に比べてカルシウム、マグネシウムが多く付着した。防食電流による皮膜形成効果が現れたものである。
【００１５】
【実施例３】
建築後１５年になる家屋の２０Ａ水道配管に本発明を適用した。この配管はメーターボックスから流し台蛇口まで約８ｍの長さがある。これに実施例１で用いたのと同じ線状電極体をとりつけて3.0Vで通電した。水道水の水質は Ca 38mg/l、Mg 4.5mg/l、Fe 0.15mg/l 、Zn 0.01mg/l 、SiO2 6.5mg/lであった。朝一番に蛇口から採水し、溶解鉄濃度の分析によって赤水防止効果の判定を行った。結果を表２に示す。なお、断続通電の基準は実施例１と同様とした。
通電２日後には多量の溶解鉄が検出されたが、これは配管内部の既存の錆が防食電流の供給により還元されたことにより一時的に増加したものである。通電７日後には、通電前の0.2mg/l よりも低い濃度である0.04mg/lとなり、以後ほぼ一定の値で推移し、通電による赤水防止効果が認められた。
また、ΔＥ2.0 を測定した結果、通電１日目は0.9Vであったが、６日目以降３ヶ月後まで2.3 〜2.4Vと安定して推移した。この状態において防食皮膜が形成されている状態にあると推定される。この電圧2.3Vは配管の電位を推定するに -1.1V (=1.2-2.3) に相当し、赤水防止効果は十分であることが確認できた。
【００１６】
【表２】
0004306002.tif 000003
【００１７】
【発明の効果】
本発明によれば、飲用水給水配管内に電気防食用線状電極体を装着し、線状電極体を陽極、配管を陰極として断続的に通電することにより、配管内面に必要にして十分な厚さの皮膜を形成させることができる。この結果、飲用水の赤水を効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】防食試験装置の概略図
【図２】通電時の線状電極と鉄片の電位の経時変化を示す図
【符号の説明】
Ａ：線状電極
Ｂ：鉄片
【図３】通電遮断2.0 秒後の電位差（ΔＥ2.0)と鉄片の電位相関図
【図４】線状電極体の被覆繊維の劣化試験装置の概略図
【図５】通電遮断時の電極電位減衰を示す図
Ａ1 ：通電１日目の線状電極の電位減衰
Ｂ1 ：通電１日目の鋼管の電位減衰
Ａ8 ：通電８日目の線状電極の電位減衰
Ｂ8 ：通電８日目の鋼管の電位減衰
【図１】
0004306002.tif 000004
【図２】
0004306002.tif 000005
【図３】
0004306002.tif 000006
【図４】
0004306002.tif 000007
【図５】
0004306002.tif 000008