(57)【要約】  陽極と太陽光パネルの提供によりコンクリートまたはモルタル材料中にある金属部が腐食から守られ、前記太陽光パネルと前記陽極は共通ユニットとして設置のために供給されており、前記陽極は前記太陽光パネルの裏に取り付けられ、その間にオプションの蓄電素子を伴っている。陽極の少なくとも一部は材料の表面に取り付けられており、および、陽極と太陽光パネルの一方または両方は表面に適合するために可撓性である。設置においては、光度計が、例えば直射日光を受けない室内の場所において、周囲光のレベルを測定するために使用され、および、その位置における材料と金属部の詳細が太陽光パネルと陽極の望ましい位置とサイズを計算するために使用される。【選択図】図１
2020532648.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン導電性のコンクリートまたはモルタルである材料の中にある金属部を陰極防食および／または不動態化するための方法であって：
陽極を提供するステップ；
２つの端子を持つ太陽光パネルを提供し、および、その上への入射光に応じて端子の間で電圧を生成するよう太陽光パネルを配置するステップ；
前記材料を介して金属部へイオン電流が流れることを可能とするため、陽極と前記材料との間のイオン接続を提供するステップ；
金属部の腐食が抑制もしくは停止されるように、太陽光パネルの１つの端子を陽極に直接的または間接的に接続し、および、他方の端子を金属部に直接的または間接的に接続するステップ；を含み、
太陽光パネルと陽極が共通ユニットとして設置のために供給されることを特徴とする、方法。
【請求項２】
イオン導電性のコンクリートまたはモルタルである材料の中にある金属部を陰極防食および／または不動態化するための方法であって：
陽極を提供するステップ；
２つの端子を持つ太陽光パネルを提供し、および、その上への入射光に応じて端子の間で電圧を生成するよう太陽光パネルを配置するステップ；
前記材料を介して金属部へイオン電流が流れることを可能とするため、陽極と前記材料との間のイオン接続を提供するステップ；
金属部の腐食が抑制もしくは停止されるように、太陽光パネルの１つの端子を陽極に直接的または間接的に接続し、および、他方の端子を金属部に直接的または間接的に接続するステップ；
太陽光パネルの少なくとも一部は可撓性であることを特徴とする、方法。
【請求項３】
イオン導電性のコンクリートまたはモルタルである材料の中にある金属部を陰極防食および／または不動態化するための方法であって：
陽極を提供するステップ；
２つの端子を持つ太陽光パネルを提供し、および、その上への入射光に応じて端子の間で電圧を生成するよう太陽光パネルを配置するステップ；
前記材料を介して金属部へイオン電流が流れることを可能とするため、陽極と前記材料との間のイオン接続を提供するステップ；
金属部の腐食が抑制もしくは停止されるように、太陽光パネルの１つの端子を陽極に直接的または間接的に接続し、および、他方の端子を金属部に直接的または間接的に接続するステップ；を含み、
陽極の少なくとも一部は、前記材料の表面の非平面の形状に一致することを特徴とする、方法。
【請求項４】
前記共通ユニットにおいて、太陽光パネルの１つの端子が陽極に接続されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１つに記載の方法。
【請求項５】
陽極の少なくとも一部が太陽光パネルの裏面に沿って存在し、および、太陽光パネルの裏面に直接または間接的に接続されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項６】
太陽光パネルと陽極の少なくとも一方または両方が少なくとも部分的に可撓性であることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１つに記載の方法。
【請求項７】
太陽光パネルと陽極の少なくとも一方または両方を材料表面の非平面の形状に一致させるために撓曲させること及び表面に陽極を取り付けることを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項８】
陽極が材料の表面に粘着材料によって取り付けられることを特徴とする、請求項１から７のいずれか１つに記載の方法。
【請求項９】
陽極の少なくとも一部が材料の表面に取り付けられることを特徴とする、請求項１から８のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１０】
陽極が太陽光パネルの境界を越えて拡張される一部分を含むことを特徴とする、請求項１から９のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１１】
材料の表面に接続された陽極の一部に加え、追加の陽極構成要素が提供されることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１２】
陽極の少なくとも一部が少なくとも部分的に材料の中に埋め込まれることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１３】
陽極が、太陽光パネルがアクティブでない時に電圧を供給するよう配置された犠牲陽極材を含むことを特徴とする、請求項１から１２のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１４】
太陽光パネルが、１０００ｌｕｘ未満の弱い光のもとで、腐食を軽減するか又は前記金属部に対する陰極防食を提供するために十分な電圧および／または電流を生成するように配置されていることを特徴とする、請求項１から１３のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１５】
エネルギー蓄積素子が陽極および太陽光パネルと共に提供されることを特徴とする、請求項１から１４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１６】
陽極の少なくとも一部が太陽光パネルの裏面に沿って存在し、および太陽光パネルの裏面に直接的または間接的に接続され、および、エネルギー蓄積素子が陽極と太陽光パネルとの間に配置されることを特徴とする、請求項１から１５のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１７】
太陽光パネルが直射日光へのアクセスのない屋内の場所である場所で提供されることを特徴とする、請求項１から１６のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１８】
材料上の位置における周囲光のレベルを測定するために光度計を使用するステップ、および、太陽光パネルと陽極の望ましい位置とサイズを計算するためにその位置における材料および金属部の詳細を使用するステップを含む、請求項１から１７のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１９】
陽極と太陽光パネルの少なくとも１つに接続される装置によって、陽極および太陽光パネルの動作を監視するステップを含む、請求項１から１８のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２０】
設置場所に監視装置を携行する必要を伴わずに、および、その装置を接続解除する必要を伴わずに陽極と太陽光パネルの動作を自動的に監視するステップを含む、請求項１から１９のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２１】
システムがオンの時に電力が供給される動作インディケータ・ライトを提供するステップを含む、請求項１から２０のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２２】
太陽光パネルおよび陽極の両方が、少なくとも部分的に可撓性であることを特徴とする、請求項１から２１のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２３】
イオン導電性のコンクリートまたはモルタルである材料の中にある金属部を陰極防食および／または不動態化するための方法であって：
前記材料中にある金属部へイオン電流を伝達するための陽極を提供するステップ；
2つの端子を持つ太陽光パネルを提供し、および、その上への入射光に応じて端子の間で電圧を生成するよう太陽光パネルを配置するステップ;
陽極を材料に係合するステップ；
金属部の腐食が抑制もしくは停止されるように、太陽光パネルの１つの端子を陽極に直接的または間接的に接続し、および、他方の端子を金属部に直接的または間接的に接続するステップ；
材料上の位置における周囲光のレベルを測定するために光度計を使用するステップ；
および、太陽光パネルと陽極の望ましい位置とサイズを計算するためにその位置における材料および金属部の詳細を使用するステップ、を含む方法。
【請求項２４】
システム中の電流および／または電圧の存在および／または値を測定することにより動作が検知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】
設置場所に監視装置を携行する必要を伴わずに、および、その装置を接続解除する必要を伴わずに陽極と太陽光パネルの動作が自動的に監視されることを特徴とする、請求項２３から２４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２６】
システムがオンの時に電力が供給される動作インディケータ・ライトを提供するステップを含む、請求項２３から２５のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２７】
インディケータがテスト回路に接続され、結果としてインディケータがテストの間にオンになることを特徴とする、請求項２３から２６のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２８】
システム中の電流および／または電圧の存在および／または値を測定することにより動作が検知されることを特徴とする、請求項２３から２７のいずれか１つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧を供給するために太陽光パネルを使用してイオン導電性のコンクリートまたはモルタル材である材料の中にある金属部を陰極防食する、および／または、不動態化するための方法、および／または、陽極アセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光パネルは、例えば１９９７年５月６日に公開された米国特許文献Ｈ１６４４に示されるように、陰極防食システムにおいて一連の陽極に電圧を供給するために使用されている。ほとんどの場合、太陽光パネルまたは複数のパネルは効率的に日光を受けるために望ましい角度でスタンドの上に取り付けられ、および、この一連のパネルは、保護されるべき金属の領域内の一連の陽極に電力を供給するために電圧を提供する。
【発明の概要】
【０００３】
本発明の１つの態様によると、イオン導電性のコンクリートまたはモルタルである材料の中にある金属部を陰極防食および／または不動態化するための方法が提供され、該方法は：
陽極を提供するステップ；
２つの端子を持つ太陽光パネルを提供し、および、その上への入射光に応じて端子の間で電圧を生成するように太陽光パネルを配置するステップ；
前記材料を介して金属部へイオン電流が流れることを可能とするため、陽極と前記材料との間のイオン接続を提供するステップ；
金属部の腐食が抑制もしくは停止されるように、太陽光パネルの１つの端子を陽極に直接的または間接的に接続し、および、他方の端子を金属部に直接的または間接的に接続するステップ；を含み、
太陽光パネルと陽極が共通ユニットとして設置のために供給されることを特徴とする。
【０００４】
本発明の別の態様によると、イオン導電性のコンクリートまたはモルタルである材料の中にある金属部を陰極防食および／または不動態化するための方法が提供され、該方法は：
陽極を提供するステップ；
２つの端子を持つ太陽光パネルを提供し、および、その上への入射光に応じて端子の間で電圧を生成するよう太陽光パネルを配置するステップ；
前記材料を介して金属部にイオン電流が流れることを可能とするため、陽極と前記材料との間のイオン接続を提供するステップ；
金属部の腐食が抑制もしくは停止されるように、太陽光パネルの１つの端子を陽極に直接的または間接的に接続し、および、他方の端子を金属部に直接的または間接的に接続するステップ；を含み、
太陽光パネルの少なくとも一部は可撓性であることを特徴とする。
【０００５】
本発明の別の態様によると、イオン導電性のコンクリートまたはモルタルである材料の中にある金属部を陰極防食および／または不動態化するための方法が提供され、該方法は：
陽極を提供するステップ；
２つの端子を持つ太陽光パネルを提供し、および、その上への入射光に応じて端子の間で電圧を生成するよう太陽光パネルを配置するステップ；
前記材料を介して金属部へイオン電流が流れることを可能とするため、陽極と前記材料との間のイオン接続を提供するステップ；
金属部の腐食が抑制もしくは停止されるように、太陽光パネルの１つの端子を陽極に直接的または間接的に接続し、および、他方の端子を金属部に直接的または間接的に接続するステップ；を含み、
陽極の少なくとも一部が前記材料の表面の非平面の形状に適合することを特徴とする。
【０００６】
本発明の別の態様によると、イオン導電性のコンクリートまたはモルタルである材料の中にある金属部を陰極防食および／または不動態化するための方法が提供され、該方法は：
前記材料の中にある金属部にイオン電流を伝達するための陽極を提供するステップ；
２つの端子を持つ太陽光パネルを提供し、および、その上への入射光に応じて端子の間で電圧を生成するよう太陽光パネルを配置するステップ；
陽極を前記材料と係合するステップ；
金属部の腐食が抑制もしくは停止されるように、太陽光パネルの１つの端子を陽極に直接的または間接的に接続し、および、他方の端子を金属部に直接的または間接的に接続するステップ；
前記材料上の位置における周囲光のレベルを測定するために光度計を使用するステップ；
および、前記位置において太陽光パネルおよび陽極に必要とされる位置とサイズを算出するために、前記材料および金属部の詳細を使用するステップを含む。
【０００７】
本明細書に記載の構成は、第１には、コンクリートまたはモルタルを含む材料の保護のために提供され、および、特に前記材料中の補強鋼材の保護に関するものであるが、しかし、前記材料に接し、それ故に腐食を被る他の金属部もまた保護される場合がある。コンクリートまたはモルタル材は、それ故に、要求された形に成形された表面を持ち、平面の部分を含む場合もあるが、しかし典型的には橋面のへりまたは柱などの側面のような非平面の角にて接続する表面を有している。
【０００８】
好ましい構成では、共通ユニットにおいて、太陽光パネルの１つの端子は初期の製造工程で既に陽極に接続されており、結果として、ユニットは現場に設置する準備ができている。他の構成では、前記接続は設置場所で実施することができる。従って、本発明においては、構成要素は全て作業現場または設置場所で組み立て、および、運転に投入することができる。しかしながら、より好ましくは、陽極および太陽光パネルは事前の製造環境にて共通ユニットとして組み立てられる。
【０００９】
好ましい方法において、陽極の少なくとも一部、および場合によっては全ての陽極は、太陽光パネルの裏面に沿って配置され、接続される。接続は、単純に粘着材料の層によって直接取り付けられるか、または、介在する構成要素があり、結果として、陽極が間接的に太陽光パネルに取り付けられる場合がある。
【００１０】
陽極および太陽光パネルがともに接続される場合、好ましくは太陽光パネルおよび陽極は両方とも可撓性であり、その結果、組み立てられた構造それ自体が可撓性で、アセンブリが取り付けられる非平面の表面に適合することができる。
【００１１】
このことは設置のステップに、必要であれば、前記材料の非平面の表面に適合するよう太陽光パネルおよび陽極を曲げること、および、陽極を前記表面に取り付けることを含めること許容する。
【００１２】
好ましくは、陽極の露出面は、イオン導電性または導電性の粘着材料によって前記材料の表面に取り付けられている。これは、陽極表面が印加されるモルタル層であり得、または、炭素などの導電性材料が追加された粘着剤などの粘着材料の導電層であり得る。
【００１３】
つまり、その構成要素は作業現場または設置場所で一体型ユニットを形成するよう組み立てることができる。一体型ユニットは事前作成でき、または、部分的に事前作成して作業現場において追加の陽極材料に接続することができる。金属部に太陽光パネルをつなぐための電気コネクタは、作業現場において接続することができる。前記ユニットの、前記材料または保護される構造への電気的接続は、作業現場において確立されなければならない。
【００１４】
陽極が供給された最初のユニットの太陽光パネルに取り付けられない場合、陽極の少なくとも一部が前記材料の表面に取り付けられるか、適用される。陽極は、印加電流陽極として、または補強鋼材よりも電気的に陰性の犠牲材料として提供される。従って陽極は：
導電性被覆剤；
導電性マスチック；
アーク溶射亜鉛、または他の犠牲材料；
アーク溶射チタン、または他の非腐食性の材料；
ＭＭＯでコーティングされたチタン；これはリボン、メッシュ、フォイル、チューブ、ロッド、ワイヤー、等として供給することができ；
被覆される場合があるプラチナ；
ニオブ；
グラファイト、炭素；
亜鉛の固体、または他の犠牲材料を含んでもよい。
【００１５】
陽極および太陽光パネルを含むユニットは、取り外し可能な保護層によって覆われた適切な粘着材料の層を含めることにより、それ自体で粘着性がある場合がある。
【００１６】
前記ユニットは、個別に適用された粘着剤、モルタルまたは他のイオン導電性の材料の層を用いて設置されてもよい。
【００１７】
前記ユニットは粘着剤および陽極の両方として作用する導電性被覆／マスチックを使用して貼り付けられてもよい。この陽極材料は完全な陽極であるか、または既にユニットの一部である陽極材料に付加できるものでもよい。つまり、前記ユニットは、太陽光パネルに取り付けられた陽極体によって形成された第１の陽極構成要素を、例えばＭＭＯで被覆したチタン・リボンまたはメッシュ、またはニオブ被覆銅線といった形の補足材料と一緒に含む場合がある。
【００１８】
この追加の陽極材料は、従って、太陽光パネルの境界を越えて拡張される場合がある。つまり、材料の表面への別個の工程として、陽極上の一部が取り付けられた陽極材料より幅広い、またはより大きい本体にはめ込まれ、または取り付けられる場合がある。つまり、太陽光パネルが陽極によって設けられた表面領域の一部または全てを覆う場合があり、その結果として陽極が太陽光パネルによって覆われた領域を越えて拡張される場合がある。或いは、陽極が太陽光パネル領域の一部または全てを覆い、その結果として陽極が太陽光パネルの裏面の一部のみを形成してもよい。
【００１９】
つまり、表面に接続されたまたは適用された陽極の一部に加えて、そこに追加の陽極構成要素が設けられる場合がある。これはコンクリート材料に対してはめ込まれたか埋められた陽極素子でありえる。または、表面に適用された付加的な構成要素でありえる。
【００２０】
別の可能な構成において、付加的な陽極構成要素は、太陽光パネルが働いていないときに電圧を供給するよう配置された犠牲陽極部材を含む。この構成要素は、好ましくは材料の中に埋め込むことができ、またはもう一つの表面の構成要素であってもよい。典型的には、犠牲陽極構成要素は表面陽極と同じ位置において直接的に材料の中に埋め込まれるか、保護される金属部の片側に空けられた別の削孔において埋め込まれるかのどちらかであってよい。
【００２１】
場合によっては、太陽光パネルは太陽光下での使用のために設計され、その結果、強い光度の環境において得られる電圧が設備の保護の要件を満たすための十分な電圧および電流を提供するよう構成される。この場合において、エネルギー蓄積素子が共通ユニットの一部として供給されてもよい。これは電池、蓄電池または１つ以上のキャパシタであり得る。陽極の少なくとも一部が太陽光パネルの裏面に沿って存在し、および太陽光パネルの裏面に直接的または間接的に接続されるところには、好ましくは、蓄電素子が陽極と太陽光パネルとの間に設置される。つまり、ユニットは充電式バッテリーまたはキャパシタ、またはスーパーキャパシタなどのエネルギー蓄積素子を含んでもよい。エネルギー蓄積素子の表面は陽極であり得、または、前記蓄積素子は陽極に直接に接続されない別個の構成要素の場合がある。
【００２２】
電圧および電流が劇的に増減する太陽光下の屋外設置においては、太陽光による電圧が許容できる水準未満に降下した際にバックアップの電圧および電流を供給するために上述の付加的な犠牲陽極部品を使用することが可能である。
【００２３】
別の実施形態では、太陽光パネルは、金属部を弱い光のもとで、例えば太陽光から得られるよりもずっと低い、１０００ｌｕｘ、５００ｌｕｘまたは２００ｌｕｘといった値未満で陰極防食および／または不動態化するための十分な電圧および電流を生成するよう選択および構成することができる。これらの値は、典型的には人工的に照明されてはいるが室内である場所または直射日光へのアクセスがない屋内の場所において得られる。そのような条件は駐車場またはそれに類する直射日光がないところにおいて生じる場合があり；および、他の建造物において、日光が低レベルにまで降下し、且つ、屋内照明システムがユーザーを誘導するのに十分な値を維持する場合にしばしば生じる。そのような低レベルの照明が、適切に選択された弱光用太陽光パネルに対して十分な光を提供できることが発見されている。これらの屋内照明装置は、直射日光により生じる大きな変動を被らない場合に、前記低レベルより高い照度値を提供する。
【００２４】
この実施形態は、前記材料上の位置における周囲光のレベルを測定するために光度計を使用するステップ、および、太陽光パネルと陽極の望ましい位置とサイズを計算するためにその位置における前記材料および金属部の詳細を使用するステップを含む方法を用いて設置されるとき、特に効果的である。
【００２５】
光度計は保護される領域における光強度データを集めるために使用される。構造的データは補強鋼材の位置と量、コンクリートの状態、鋼材の腐食状態および以後の防食の所望されるレベルを含む。これらの基準は太陽光パネルの位置、数およびサイズ、必要な陽極のタイプおよびサイズ、および望ましいエネルギー蓄積素子の数およびサイズを決定するために使用される。
【００２６】
本発明による方法は、太陽光パネル、陽極材料、望ましい場合にはエネルギー蓄積素子、および防食される鋼材への接続をまとめて配置し、および設置することを含み、システムの動作を監視することも随意に伴う。システムの動作はシステムが適切に作動していることを確認するために監視される場合がある。動作は手作業で監視されてもよく、また、好ましくは、動作は自動的に監視され、設置場所に監視装置を携行する必要はなく、および、その装置を接続解除する必要もなく、なぜなら監視完了時に装置が金属部から接続解除されたままでありうるという状況を生じるからである。好ましい動作インディケータはシステムがオンであるときに電力が供給されるＬＥＤライトである。ライトは、システムが稼働状態の場合に常に点灯していてもよく、または、ライトはテスト回路に接続されてもよく、その結果、ライトは通常消灯しており、テスト時間中にシステムが稼働状態であれば点灯する。
【００２７】
太陽光パネル／陽極アセンブリ・ユニットは、必要とされる電気的接続部を提供し、且つ、特に陽極が不活性陽極または非犠牲陽極である場合には陽極と補強鋼材との間の電位差のために逆方向に電流が流れるのを予防するために、スイッチ素子またはダイオードを含む場合がある。
【００２８】
従って、上述の一実施形態は、陽極と太陽光パネルを一体型構造として提供し、そこでは陽極がパネルの裏面に適用されている。これにより、前記材料の表面の角度によって確定される角度であって、太陽の位置によって確定されるのではない角度で太陽光パネルが設置される。この一体型ユニットはさらに可撓性でありえ、ユニット自身が非平面の表面への適合性を備えることを可能としている。この適合性は、表面における欠陥に対応するために軽微な屈曲の形態をとることがあり、または保護される物体における角または湾曲に隣接して適用される場合のように、角度における大きな変化ともなり得る。この場合、太陽光パネルおよび陽極を含む全体のユニットは、角を周るように曲がってもよい。或いは、たとえ陽極と太陽光パネルが接着されている場合でも、陽極が太陽光パネルよりもはるかに大きな表面積を持つことができる。この場合、陽極は、金属を保護するために最適な位置で前記材料の表面に電流を供給するために、角を巡って覆うかまたは適用することができ、一方で太陽光パネルは光を受けるために最適であるように前記材料の表面に設置される。
【００２９】
本明細書で示す構成は、太陽光パネルを陽極に対してある角度で支えることができる補助の部品またはブラケットを使用することができ、その結果、陽極はコンクリートの表面に、その表面によって確定する角度で配置され、一方で太陽光パネルは光の入射に対して最良の角度で支持される。ブラケットは角度を変更するために調節可能であってよい。太陽光パネル、ブラケット、および陽極は一体型ユニットを形成し、それにより、ブラケットと太陽光パネルが前記表面から間隔をとって保持される形で、陽極が前記表面に適用される。
【００３０】
好ましくは、蓄積コンポーネントは、それが使用される場合は、単一のユニットとして、印加された電流と、または非犠牲陽極および／または犠牲陽極と接続される。本構成において、好ましくは、蓄積コンポーネントは露出した表面上で陽極を区画する閉じられた又は覆われたユニットに内包される。この場合、陽極はステンレス鋼またはＭＭＯで被覆したチタンまたは他の適切な材料から作ることができる。
【００３１】
上記の特徴は、好ましくは、コンクリートまたはモルタル材料中の補強鋼材または構造部材を保護するために使用され、それらについては腐食生成物の膨張の力により、および鋼材の強度の劣化により、腐食がコンクリートを崩壊させることがよく知られている。しかしながら、他の状況における使用も考えられる。
【００３２】
本明細書で使用される用語「印加電流陽極」は、犠牲陽極と区別することを意図したものであり、ここで、犠牲陽極は、保護される金属部に対して優先的に腐食するよう金属部ほど貴ではない材料（典型的に亜鉛）で形成される。印加電流陽極は、外部電源と共に使用され、金属部より卑である必要はない。典型的に、そのような印加電流陽極は、チタン、白金、ニオブ、炭素、および他の貴金属、並びに容易に腐食しない酸化物から作られ、または、鉄あるいは亜鉛などのより卑なる材料から作られることも可能である。
【００３３】
上記方法の操作の犠牲またはガルバニックの相中の使用のために、イオン導電性充填材は、好ましくは、犠牲陽極の継続的な腐食を確実するために少なくとも１つの活性剤を包含する。しかしながら、活性剤はシステム中の他の位置にも配置され得る。適切な充填材は、固体、ゲル、または液体の形態であり得る。
【００３４】
ゲルは、カルボキシメチルセルロース、澱粉およびそれらの誘導体、ヒュームドシリカ、または高分子ゲル電解質、例えば水酸化カリウム水溶液中のアクリル酸、またはベントナイトの追加分を伴うポリ塩化ビニル／酢酸塩−ＫＯＨ合成物、プロピレンカーボネート、またはアルミナを含み得る。これらのゲル中の水酸化アルカリは、適切な活性剤として作用する。
【００３５】
適切な活性剤は、犠牲陽極金属に対し腐食性であるアルカリ水酸化物、湿潤剤、触媒材料、および他の材料を含む。活性剤は、単独でまたは組み合わせて使用され得る。
【００３６】
上記の方法の操作の犠牲またはガルバニックの相中の使用のために、イオン導電性充填材は、好ましくは、犠牲陽極の腐食を起こし且つ犠牲陽極上の不動態膜形成を回避するために十分に高いｐＨを備える。代替的に、充填材はより低いｐＨを有し、および／または、犠牲陽極の腐食を起こし且つ犠牲陽極上の不動態膜形成を回避するために他の活性剤を含んでいる場合がある。
【００３７】
本明細書の陽極および方法は、好ましくは、金属部が鋼材であり、且つ、イオン導電性材料がコンクリートまたはモルタルである場合の使用のために設計される。
【００３８】
印加電流コンポーネントおよび犠牲コンポーネントを含む陽極装置は、典型的にはコンクリートまたは他の固体材料に埋め込まれ、結果としてコンクリートまたは充填材によって完全に包まれるが、しかし、それは必須ではなく、および、陽極は部分的にのみ埋め込まれるか、または、コンクリートと直接的あるいは間接的に、物理的あるいはイオン的に接してもよい。
【００３９】
印加電流コンポーネントおよび犠牲コンポーネントを含む陽極装置は、封止材料またはイオン導電性充填材料に取り囲まれる場合があり、それらの材料は多孔質材料または多孔質モルタル材であってよい。適切な封止材料は、無機または有機である可能性があり、いかなるイオン導電性のセメント質、高分子、非セメント質の材料、またはジオポリマーか改質ポルトランドセメントを含むモルタルであってもよい。封止材料は、固体、ゲル、または液体でもよく、変形可能でもよい。
【００４０】
本明細書で提案される構造および方法は、特に金属部が鋼材であり、且つ、イオン導電性材料がコンクリートまたはモルタルである場合のために設計される。しかしながら、同じ構成は、例えば、土壌中のパイプまたは他の構造物向けといった他の腐食防止システムにおいて、および、同様の陽極が使用できる多くの他のシステムにおいて使用されてもよい。
【００４１】
好ましくは、アセンブリは、２００７年６月５日にＷｈｉｔｍｏｒｅに付与された米国特許第７，２２６，５３２号において開示されているように（その開示が参照により組み込まれるか、または本明細書においては開示されないさらなる詳細のために参考にされる場合がある）補強層を含み、それにより陽極の腐食、犠牲陽極イオンの析出、および凍結、融解、湿り、乾燥、および熱膨張／熱収縮などの他の物理的／環境的な力によって引き起こされる可能性がある、膨張、収縮、および歪力などの力を抑制し抵抗する。
【００４２】
本明細書において定義され、記述された本発明は、イオン導電性の材料中にある金属部を陰極防食し、および／または、不動態化するための方法としてのみならず、アセンブリとしても定義され得る。これらの独立した定義の各々は、上に定義されるような従属的特徴の一つまたは全てと併せて使用され得る。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
ここで、本発明の実施形態が添付の図面と共に説明される：
【図１】本発明による防食方法をコンクリート強化構造に対して使用するための第１の陽極アセンブリの横断面図であり、陽極アセンブリは、それが設置されることになっているコンクリート構造物とは離れている。
【図１Ａ】図１の第１の陽極アセンブリの横断面図であり、陽極アセンブリがコンクリート構造物に設置されている。
【図２】本発明にかかる防食方法における、コンクリート強化構造に使用するための第２の陽極アセンブリの横断面図である。
【図３】本発明にかかる防食方法における、組み立ての工程中にある、コンクリート強化構造に使用するための第３の陽極アセンブリの横断面図である。
【図４】本発明にかかる防食方法における、コンクリート強化構造に使用するための第４の陽極アセンブリの横断面図である。
【図５】本発明にかかる防食方法における、コンクリート強化構造に使用するための第５の陽極アセンブリの横断面図である。
【図６】本発明にかかる防食方法における、コンクリート強化構造に使用するための第６の陽極アセンブリの横断面図である。
【図７】本発明にかかる防食方法における、コンクリート強化構造に使用するための第７の陽極アセンブリの横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
図面において、同様の参照符号は、異なる図における対応する部分を示す。
【００４５】
図１および１Ａに示されるように、陽極アセンブリ９が提供され、図のように上部から：太陽光パネル１０；粘着材料１１；陽極１２；粘着層１３および取り外し可能な保護のカバー１４、を含む構造を規定している。
【００４６】
太陽光パネルは可撓性シートから形成されて、弱光用に設計されている。１つの適切な実施例には以下の仕様がある：
ＰｏｗｅｒＦｉｌｍ（登録商標）  Ｌｉｇｈｔ  Ｓｅｒｉｅｓ
【００４７】
アメリカ合衆国カリフォルニアのＰｏｗｅｒＦｉｌｍ  Ｓｏｌａｒ  ＩｎｃによるＰｏｗｅｒＦｉｌｍ（登録商標）  Ｌｏｗ  Ｌｉｇｈｔ  Ｓｅｒｉｅｓモジュールは２００ｌｕｘ程度の低い光レベルに対するエネルギー回収を提供し、ほぼいかなる屋内環境に対しても有用である。
モデル：ＬＬ３−３７
動作電圧  ２．７Ｖ
アンペア＠１０００ｌｕｘ  ５１５μＡ
ワット＠１０００ｌｕｘ  １．３９ｍＷ
典型的なＶｏｃ  ３．５Ｖ
重量０．４オンス（１２ｇ）
全体サイズ  ４．４９ｉｎ×１．４５ｉｎ（１１４ｍｍ×３６．５ｍｍ）
【００４８】
本実施形態において、陽極は、グラファイトまたは炭素などの導電性材料を含んでいる可撓性材料から形成され、その結果として層１２が可撓性かつ導電性である。
【００４９】
陽極は、適切な粘着剤によって、太陽光パネルを形成している可撓性シートの裏面に接着される。このように形成された構造体はそれ自体可撓性である。本実施形態において、粘着層はイオン導電性材料でもある陽極に適用され、その構造体が陰極防食されるべき鉄筋１７を含むコンクリート構造物１６の表面１５にそれ自体の粘着的に取り付けられることを可能にする。適用前に粘着剤を保護するために、取り外し可能なシート１４は粘着剤をカバーする。あるいは、陽極材料は自己接着性であり、その結果、別の粘着層を必要とせずに太陽光パネルに結合される場合がある。液状またはゲル状の追加の自己硬化性陽極材料がアセンブリをコンクリート面に接着するために使用されてもよい。
【００５０】
本明細書に記載の方法は、従って本実施形態において、イオン導電性のコンクリートまたはモルタルである材料の中にある金属部を陰極防食および／または不動態化するためのものである。該方法は、陽極が表面１５に電気的に接続された時に材料１６中にある金属部１７へとイオン電流が伝達されるよう、陽極１２を提供する工程を含む。該方法はさらに、２つの端子１０１および１０２を有する太陽光パネル１０を提供する工程であって、パネルは、上記の仕様に従い、パネルに対する入射光に応じ、端子にわたって電圧を生じる、工程を含む。該方法は、ユニットが電力を供給され、および金属部の保護を提供していることを確認する動作インディケータを含んでもよい。動作インディケータはＬＥＤライトなどの視覚的なインディケータの場合がある。
【００５１】
本実施形態において、初期の製造および供給の段階の間に太陽光パネルの端子１０１は陽極につながれ、結果として、この接続が確立された状態で構造体に供給される。接続部の好ましくない腐食を予防するために、この接続部は好適には不活性な金属材料で形成される。その接続は、単に概略的に示されるが、端子ブロックまたはパッドを太陽光パネル上に含めることができ、そこにワイヤー１０４が半田付けまたは接続され、ワイヤーの端は陽極に、それが形成される材料に応じて、半田付けまたは接着される。
【００５２】
第２の端子１０２は、典型的には端子ブロックまたはパッドに取り付けられた変形可能なワイヤーの形をとるコネクタ１０３を提供する。図１Ａにおいて示されるように設置場所では、第２の端子はワイヤー１０３によって金属部１７に直接または間接的に接続され、金属部は典型的には一連の個別の補強筋への接続を材料１６内の内部接続により提供する。接続は被覆または半田付けにより、または従来技術で周知である方法を使用して締め付けることにより達成できる。
【００５３】
従って、図１および１Ａに示されるように、太陽光パネルおよび陽極は前もって組み立てられ、材料１６の表面に取り付けられる準備ができた共通ユニットとして設置のために供給される。図１の実施形態において示されるように、陽極は全体として太陽光パネルの裏面における層によって形成され、および、陽極に対する付加的な構成要素はない。これは、構造体の最も単純な形態を本明細書に提供するもので、そこでは陽極および太陽光パネルの組み合わせによって形成された可撓性の構造体が、それ自体で粘着的に表面に取り付け可能となっている。すなわち、図１において、第１に陽極が材料の表面に取り付けられ、それは層として表面に適用され、その後に太陽光パネルは陽極層の露出した面の上に取り付けられる。図１および１Ａに示されるように、構造体は非平面の表面（この場合は曲面のコンクリート柱）に適合するよう非平面の形状に折り曲げられ、または撓められることが可能である。つまり、図１および１Ａにおいて、太陽光パネルと陽極の両方が可撓性であり、それにより要求される表面形状に適合する。
【００５４】
次に図２に目を向けると、図１の構成と同様の構成が示されており、そこでは、陽極層１２が太陽光パネルの端部を越えて少なくとも一方向に拡張されている。これは陽極の拡張部分１２１、および、それに関連する粘着層１３１を形成し、これは表面上をコンクリート１６の角１５２を越えた位置１５１へと拡張される。本実施形態において、太陽光パネルが表面１５の平坦な部分に位置し、および陽極のみが角１５２を横断するが故に、陽極層１２のみが可撓性であることはありえる。
【００５５】
示されない他の構成においては、太陽光パネルだけが材料の非平面の表面に適合するよう可撓性であり、陽極は非可撓性であり、および、基準の、例えば平面形状である、表面の一部に取り付けるよう設計されている。
【００５６】
次に図３に目を向けると、さらなる実施形態が示されており、この場合、太陽光パネル１０は、現場で供給されるときには、陽極１２から離れている。本実施形態において、導電性材料１２４は陽極を形成するために表面１５上に適用される。これは、導電ペイント、粘着剤、または他の可撓性で適合性のある材料の場合があり、それは典型的には硬化性の液体またはペーストまたは粉末またはワイヤーとして供給され、金属化可能であり、および、設計において求められる形状および位置に対して層として適用することができる。本実施形態において、太陽光パネルは別個の構成要素として供給され、材料１２４の層に接合される。この接合作用には、材料が硬化する際の材料それ自体の粘着効果を使用できるか、または、別個の粘着材料を使用できる。硬化性の液体またはペーストが未硬化の状態において供給される場合、層１２４が角の周りで要求されるいかなる形、および、構造体の異なる表面上にも適合することができることが理解される。端子１０１および１０２は鋼材１７および上述の陽極に取り付けられている。
【００５７】
この実施形態は、陽極の領域およびそれらに供給されるべき電圧と電流に対する技術的要求を満たすために、構造体が現地で設計されることを可能にする。従って、本実施形態において、陽極は、太陽光パネルの境界を越えて拡張される一部分を含む。
【００５８】
本実施形態において、設置者は、コンクリート１６上の任意の位置の周囲光のレベルを測定するために光度計２０を使用すること、および、特定の位置にある構造体内のコンクリート１６と金属部１７の詳細を使用することによって、適用される陽極１２に求められる位置と大きさ、および必要とされる防食電流を生成するために使用する太陽光パネルの位置と数を計算し、システムを設置場所に対して特別に調整することができる。
【００５９】
光度計はその領域の光強度データを収集するために使用される。構造的データは補強鋼材の位置と量、コンクリートの状態、鋼材の腐食状態および以後の防食について所望されるレベルを含む。これらの基準は太陽光パネルの位置、数およびサイズ、必要な陽極のタイプおよびサイズ、および望ましいエネルギー蓄積素子の数およびサイズを決定するために使用される。
【００６０】
該方法は、太陽光パネル、陽極材料、望ましい場合にはエネルギー蓄積素子、および防食される鋼材への接続をまとめて配置し、および設置することを含み、システムの動作を監視することも随意に伴う。
【００６１】
システムの動作はシステムが適切に作動していることを確認するために監視される場合がある。動作は手作業で監視されてもよく、また、好ましくは、動作は自動的に監視され、設置場所に監視装置を携行する必要はなく、および、その装置を接続解除する必要もなく、なぜなら監視完了時に装置が金属部から接続解除されたままでありうるという状況を生じるからである。好ましい動作インディケータは、電圧および／または電流センサ１０６によって検出されるように、システムがオンであるときに、電力が供給されるＬＥＤライト１０５である。ライト１０５は、システムが稼働状態の場合に常に点灯していてもよく、または、ライトはテスト回路１０７に接続されてもよく、その場合、ライトは通常は消灯しており、システムが稼働状態であればテスト時間中に点灯する。
【００６２】
この構成は、その場所が直射日光へのアクセスがなく、且つ、そのかわりに、典型的には、定常でありながら弱いレベルの人工照明２１を使用する屋内の場所である場合に特に効果的である。この場合、太陽光パネルは、上に規定されたタイプおよび仕様であり得、１０００ｌｕｘ未満の弱い光のもとで腐食を軽減し、前記金属部を陰極防食および／または不動態化するために、十分な電圧を生成するよう構成される。
【００６３】
次に図４に目を向けると、もう一つの実施形態が示されており、そこでは太陽光パネル１０および陽極１２がイオン導電性粘着材料２２によって材料の表面に取り付けられている。本実施形態において、粘着剤１１によって接続している陽極と太陽光パネルの結合した構造は、追加の粘着層１３なしで供給される。本実施形態において、モルタル、グラウトまたは他の同様の材料は、陽極が層２２の上に適用されたときに陽極に接続する性質の表面１５上に適用される。層２２は陽極または太陽光パネルの領域を越えて拡張されることができ、表面１５に対する被覆または保護または補修の層となる場合がある。つまり、陽極１２は導電層を形成する。イオンは層２２および材料１６を介して鋼材１７に伝わることができる。
【００６４】
図４ではまた、層２２によって表面１５に接続された陽極１２の部分に加えて、追加の陽極構成要素２３が提供される構成が示されている。典型的に、この追加の陽極構成要素は、モルタルのケーシング２５で包まれており、材料１６において掘削された穴２６に埋め込まれ、グラウト２７で埋め戻されている犠牲陽極要素２４を含む。従ってこの場合、追加の陽極構成要素２３は、太陽光パネルがアクティブでない時にガルヴァーニ電気の電圧および電流を供給するよう構成された犠牲陽極部材を含む。
【００６５】
あるいは、追加の陽極構成要素はチタンなどのより貴なる陽極を含む場合がある。そのような追加の陽極は掘削された穴の中へ埋め込まれてもよく、または、太陽光パネルによって覆われた領域を越えて表面に沿って拡張されてよい。表面における溝または穴または掘削穴の表面に適用された層に追加の陽極が設置されてもよい。
【００６６】
ワイヤー１０３は、表面から鉄筋まで掘削されたか又はドリルで切られた穴２８を通って鋼材１７に接続され、再び材料２７で埋め戻される。
【００６７】
異なる状況において電流を制御することで周知のスイッチング構成要素および／またはダイオード（図示せず）を含むワイヤー間の適切な接続が、構成要素の腐食状態に依存し且つ周囲光に応じた太陽光パネルの動作に依存して、正常な電流の流れを確保するために必要な場合がある。従って、示されたワイヤー接続部は概要のみである。
【００６８】
次に図５に目を向けると、もう一つの実施形態が示されており、そこでは陽極３０がパネル１０の背面上の層としてではなく、しかしその代わりに固体陽極として提供され、材料１６に掘削された穴３１の中に埋め込まれ、材料２７で埋め戻されている。その構造は、太陽光パネル１０および陽極３０を含む共通ユニットとしてコンクリート中に設置するために供給される。太陽光パネルは粘着剤１３を使用して、表面１５に接続される。ワイヤーは端子１０１から陽極３０まで延び、粘着剤１３を通り抜けてもよい。
【００６９】
図６においてはさらに別の方法が示されており、そこでは太陽光パネルが上述の水平な陽極部分１２を粘着剤層３６によってパネル１０の裏面に取り付けられた追加の犠牲陽極体３７と一緒に含んでいる。この場合、掘削された穴３５の中に挿入された陽極体３７は多孔性のモルタル・マトリックス３９によって覆われている。陽極体３７からのワイヤー３８は、太陽光パネルからの電圧がなく且つ犠牲陽極が保護を提供しているとき、ワイヤー１０３を介して鋼材１７に接続される。これはスイッチ素子（図示せず）によって操作することができる。
【００７０】
図７において、蓄電素子４０が、陽極１２と太陽光パネル１０との間の平面パネルとして配置され、共通ユニット９の一部として提供される。蓄電素子は先に説明されたように電池またはキャパシタを含むことができ、裏面に直接適用された陽極を伴うフラットパック型であってもよい。蓄電素子は太陽光パネルおよび陽極（図示せず）の両方に適用されるか、または取り付けられてもよい。
【００７１】
さらに本実施形態において、太陽光パネル１０は、蓄電素子４０の頂部の平面基礎４２および直立の脚体４３を伴うブラケット４１の上に取り付けられ、このことは、太陽光パネルを平面基礎４２に対して望ましい角度で配置して利用可能な光源の使用を改善することができる。
【００７２】
実験結果
本発明の概念を評価するために、１８’’×１８’’×８’’の厚い鉄筋コンクリートスラブが打設された。各スラブは８×２０ｍｍ径の鋼の補強棒材を含んでいた。スラブは、袋詰めのコンクリートを使用して２回の流し込みで打設された。最初の流し込みは厚さ４インチで、底部に棒材４本を含んだ。この流し込みは普通の袋詰めのコンクリート配合を使用した。第２の流し込みは厚さ４インチで、上部の４本の棒材を含んだ。しかしながら、第２の流し込みは袋詰めのコンクリートだったが；１０ｌｂｓ／ｙｄ３の塩（塩化ナトリウム）を配合に加えていた。棒材はすべて、上部と底部の棒材の間で腐食セルを形成するために電気的に接続される。
【００７３】
第１の区画においては、炭素を満たした陽極（ＤＡＣ−Ａｎｏｄｅ（登録商標））が裏面に適用された寸法（３６．５ｍｍ  ×  １１４ｍｍ）の可撓性の弱光用太陽光パネル（Ｐｏｗｅｒｆｉｌｍ（登録商標）  ＬＬ３−３７）が、導電性の炭素を満たした陽極材料を使用して区画の表面に貼り付けられている。陽極材料とコンクリートの間の接触の表面積は、太陽光パネルの面積と同じであった。導電性の陽極材料は、太陽光パネルの正端子に電気的に接続された。太陽光パネルの負端子は、防食される補強鋼材に電気的に接続された。スラブは異なる光強度に晒され、および、電流出力が測定された。光強度および電流は下記の表において示される。
【００７４】
【表１】
2020532648.tif 000003
【００７５】
第２の区画は前記第１の区画と同じように構築された。設置は以下のように完了した；導電性の陽極（ＤＡＣ−Ａｎｏｄｅ（登録商標））材料の第１の層は、面積１２’’×１２’’の区画に適用された。このコーティングが硬化した後、太陽光パネル（第１の区画上で使用される太陽光パネルと形式および寸法は同一）は、追加の導電性の陽極材料（陽極材料は可撓性の太陽光パネルの裏面に対して事前に取り付けられなかった）を使用して、コンクリート面に直接貼り付けられた。陽極と太陽光パネルの正端子との間の電気的接続は導電性の陽極材料を使用して確立された。同様に、太陽光パネルの負端子は、防食される補強鋼材に電気的に接続された。スラブは異なる光強度に晒され、および、電流出力が測定された。光強度および電流は下記の表において示される。
【００７６】
【表２】
2020532648.tif 000004
【００７７】
さらなる区画においては、炭素を満たした陽極（ＤＡＣ−Ａｎｏｄｅ（登録商標））が裏面に適用された寸法（３６．５ｍｍ  ×  １１４ｍｍ）の可撓性の弱光用太陽光パネル（Ｐｏｗｅｒｆｉｌｍ（登録商標）  ＬＬ３−３７）が、導電性の炭素を満たした陽極材料を使用して区画の表面に貼り付けられている。陽極材料とコンクリートの間の接触の表面積は、太陽光パネルの面積と同じであった。導電性の陽極材料は、太陽光パネルの正端子に電気的に接続された。太陽光パネルの負端子は、防食される補強鋼材に電気的に接続された。スラブは異なる光強度に晒され、および、電流出力が測定された。光強度および電流は下記の表において示される。
【００７８】
【表３】
2020532648.tif 000005
【００７９】
本明細書において上記のように記載された本発明において様々な変更を行うことができ、および、本発明の多くの明らかに多種多様な実施形態が特許請求の範囲の精神と範囲を逸脱することなく、その精神と範囲の中において実施可能であるため、付随する詳細に含まれるすべての事は、単に例示目的であると解釈され、限定する意味では解釈されないことを理解されたい。
【図１】
2020532648.tif 000006
【図１Ａ】
2020532648.tif 000007
【図２】
2020532648.tif 000008
【図３】
2020532648.tif 000009
【図４】
2020532648.tif 000010
【図５】
2020532648.tif 000011
【図６】
2020532648.tif 000012
【図７】
2020532648.tif 000013
【国際調査報告】
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2020532648.tif 000015
2020532648.tif 000016
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