JP5030929B2 - 屋外構造物の構成部材の寿命監視方法 - Google Patents
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Description
本発明は、塩害の経時変化を常に監視しつつ、塩害を未然に防ぐことができる屋外構造物の構成部材の寿命監視方法に関する。
例えば風車等の屋外構造物は、海上や沿岸で設置するので、風車の内部に設けたトランス、制御盤等が塩害により腐食することが懸念されている。
そのため、装置内部の材質、塗装に即した塩害予測が必要となってきている。
そのため、装置内部の材質、塗装に即した塩害予測が必要となってきている。
その評価方法としてJISZ2371「塩水噴霧試験方法」及びJISK5621「複合サイクル試験」等が確立されている(非特許文献1、2)。
また、近年塩害腐食量を予測するセンサとして腐食センサの提案がある(特許文献1)。
この腐食センサについて説明すると、二つの異種金属(基板と導電部)を互いに絶縁部で絶縁した状態とし、両者の端部を環境へ露出すると、その環境に応じて両金属間を水膜が連結するので腐食電流が流れる。この電流は卑な金属の腐食速度に対応するので、その腐食センサと用いられている。
このセンサは、「大気腐食モニタ」(Atmospheric Corrosion Monitor)あるいはACM型腐食センサと称されている。
このセンサの一例を図6及び図7−1、7−2に示す。これらの図面に示すように、ACM型腐食センサ(以下、「腐食センサ」という。)110は、厚さ0.8mmの炭素鋼板を64mm×64mmに切り出し、基板111とした。この上に、厚膜IC用精密スクリーン印刷機を用いて絶縁ペースト(厚さ30〜35μm)の絶縁部112を塗布し、硬化させた。
続いて、導電ペースト(厚さ30〜40μm、フィラー:Ag)を、基板111との絶緑が保たれるように、絶縁部112のパターン上に積層印刷し、硬化させて導電部113とし、腐食センサを構成している(非特許文献3)。
そして、図7−2に示すように、湿度や海塩(塩化物イオン等)等の水膜114により、導電部113と基板111とが短絡して、Fe−Agのガルバニック対の腐食電流を電流計115で計測している。なお、116a、116bは端子である。
このセンサの一例を図6及び図7−1、7−2に示す。これらの図面に示すように、ACM型腐食センサ(以下、「腐食センサ」という。)110は、厚さ0.8mmの炭素鋼板を64mm×64mmに切り出し、基板111とした。この上に、厚膜IC用精密スクリーン印刷機を用いて絶縁ペースト(厚さ30〜35μm)の絶縁部112を塗布し、硬化させた。
続いて、導電ペースト(厚さ30〜40μm、フィラー:Ag)を、基板111との絶緑が保たれるように、絶縁部112のパターン上に積層印刷し、硬化させて導電部113とし、腐食センサを構成している(非特許文献3)。
そして、図7−2に示すように、湿度や海塩(塩化物イオン等)等の水膜114により、導電部113と基板111とが短絡して、Fe−Agのガルバニック対の腐食電流を電流計115で計測している。なお、116a、116bは端子である。
また、前記ACM型腐食センサを用いた、太陽光発電システム部材の塩害腐食量予測法が提案され、湿度と測定電流値及び海塩付着量との関係図より、付着海塩量を推定することが提案されている(非特許文献4)。
しかしながら、JISZ2371規格及びJISK5621規格試験においては、試験環境が実際の環境と一致していないので、試験精度が悪いという問題がある。
また、ACM型腐食センサを用いて、腐食電流から腐食の度合いを推定することはできるものの、屋外構成体を構成する各構成部材のほとんどの素材は、塗装が施されているので、その個々の塗装の塗膜の状況(塗膜の種類や塗膜の厚さ等)に応じた腐食の程度を適宜判断することができない、という問題がある。
すなわち、屋外構造体である例えば風車等においては、内部の発熱を防止するために、外気を導入しており、その外気に海塩が同伴される場合を考慮した現場の環境に応じた部材や部品のメンテナンスの時期を的確に把握することが切望されている。
本発明は、前記問題に鑑み、塩害の経時変化を常に監視しつつ、塩害防止を未然に防ぐことができる屋外構造物の構成部材の寿命監視方法を提供することを課題とする。
上述した課題を解決するための本発明の第1の発明は、外気環境に晒される構造物の少なくとも一箇所以上に設けられ、塩害情報の腐食電流を検知する腐食センサを用いて、腐食電流による構造物の構成部材の寿命を監視する方法であって、前記腐食センサの基板が、構造物の各構成部材と同一の素材からなると共に、腐食センサの基板の表面に絶縁部を介して設けられる複数の導電部を覆うと共に、前記構造物の表面に亙って、前記構成部材に塗布した塗膜と同一の塗膜を塗布してなる第1の腐食センサと、第1の腐食センサにおいて、前記塗膜を塗布していない第2の腐食センサとを用い、第1の腐食センサにより、腐食電流が検知されるまでの寿命時間における腐食電気量を計測し、第2の腐食センサにより、腐食電流の積算電気量を計測し、第2の腐食センサによる総電気量が、前記寿命時間における腐食電気量の値を超えた際に、警告を発することを特徴とする腐食電流による屋外構造物の構成部材の寿命監視方法にある。
第2の発明は、第1の発明において、第2の腐食センサにより、腐食電流の総電気量を計測する際に、一定電流値以上の高い電流が検出された場合には、雨水による濡れ時間と判断し、この雨水による濡れ時間の電気量を総電気量から除外することを特徴とする腐食電流による屋外構造物の構成部材の寿命監視方法にある。
第3の発明は、第1の発明において、第2の腐食センサにより、腐食電流の積算電気量を計測する際に、一定電流値以上の高い電流が検出された場合には、雨水による濡れ時間と判断し、この雨水による濡れ時間の電気量を総電気量から除外すると共に、構造体の除湿を行うことを特徴とする腐食電流による屋外構造物の構成部材の寿命監視方法にある。
本発明によれば、海塩、雨水等の腐食性因子の作用による経時変化を腐食電流の総電気量により、各構成部材の劣化の程度を迅速に判断することができる。これにより劣化抑制のための対策を講じることができる。
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
本発明による実施例に係る屋外構造物の構成部材の寿命監視方法について、図面を参照して説明する。
図1−1は、実施例に係る第1の腐食センサの概略図である。図1−2は、第1の腐食センサの腐食時における概略図である。図2は、実施例に係る第1の腐食センサの平面図である。図3は、実施例に係る第2の腐食センサの平面図である。図4−1は、実施例に係る第2の腐食センサの概略図である。図4−2は、第2の腐食センサの腐食時における概略図である。図5は、屋外構造物の一例である風力発電装置の概略図である。
図1−1は、実施例に係る第1の腐食センサの概略図である。図1−2は、第1の腐食センサの腐食時における概略図である。図2は、実施例に係る第1の腐食センサの平面図である。図3は、実施例に係る第2の腐食センサの平面図である。図4−1は、実施例に係る第2の腐食センサの概略図である。図4−2は、第2の腐食センサの腐食時における概略図である。図5は、屋外構造物の一例である風力発電装置の概略図である。
これらの図面に示すように、本実施例に係る第1の腐食センサ11−1は、その基板12が、構造物である例えば風力発電装置100の各構成部材(例えば発電機104)の材料と同一の材料13A…からなると共に、腐食センサ11の基板12の表面に絶縁部14を介して設けられる複数の導電部15を覆うと共に、前記風力発電装置100のタワー102の外表面102aに亙って、前記構成部材(例えば発電機104)に塗布した塗膜16Aと同一の塗膜16Aを塗布してなるものである。
これに対し、本実施例の第2の腐食センサ11−2は、図3、図4−1及び図4−2に示すように、第1の腐食センサ11−1において、塗膜16Aを塗布していない、従来技術に係るセンサを用いている。
ここで、図5に示す風力発電装置100について説明する。図5に示すように、風力発電装置100は、例えば地上部101に設置されたタワー102と、タワー102の上端に設けられたナセル103とを備えている。ナセル103は、ヨー方向に旋回可能であり、図示しないナセル旋回機構によって所望の方向に向けられる。ナセル103には、発電機104と増速機105とが搭載されている。発電機104のロータは、増速機105を介して風車ロータ106の主軸107に接合されている。風車ロータ106は、主軸107に接続されたハブ108と、ハブ108に取り付けられた翼109とを備えている。
ここで、本実施例においては、第1の腐食センサ11−1において、発電機104の材料を13A、その塗膜を16Aとしたものを第1の腐食センサ11−1Aとし、増速機105の材料を13B、その塗膜を16Bとしたものを第1の腐食センサ11−1Bとしている。
具体的な設置は、図5に示すように、第1の腐食センサ11−1A、11−1B及び第2の腐食センサ11−2は、タワー102の表面に近接して設置されている。
まt、第2の腐食センサ11−2はこれら第1の腐食センサ11−1A、11−1Bに近接して設置している。
まt、第2の腐食センサ11−2はこれら第1の腐食センサ11−1A、11−1Bに近接して設置している。
そして、外気に晒された結果、海塩、雨水等の腐食性因子19の作用による経時変化により、塗膜16A又は16Bに亀裂等が発生し、図1−2に示すように、例えば塗膜16Aに劣化部20が形成される。この劣化部20から、雨水が浸入して導電部15と基板12とが短絡して、腐食電流が流れ、電流計18の計測により劣化を判断することができる。符号17a、17bは端子を図示する。
そして、第1の腐食センサ11−1Aにより、材料13Aとした基板12に腐食電流が検知されるまでの寿命時間(tmax)における腐食電気量(クーロン:Cmax)を計測しておく。これにより、塗膜16Aで材料13Aの発電機104における腐食寿命が予測できる。この試験は、予め行うものであり、例えば紫外線照射手段を用いた加速劣化試験によりこれを求めるようにしてもよい。
そして、第2の腐食センサ11−2を用いて、経時変化による腐食電流の積算電気量(クーロン)を計測し、第2の腐食センサ11−2による総電気量(X)が、前記寿命時間(tmax)における腐食電気量(クーロン:Cmax)の値を超えた際に、寿命と判断して、所定の警告を発し、その対策を行うようにすればよい。
所定の警告とは、例えば換気系統の切替、塩害防止フィルタ等の使用、装置内部の除湿を行う指令等である。
所定の警告とは、例えば換気系統の切替、塩害防止フィルタ等の使用、装置内部の除湿を行う指令等である。
例えば、海塩を付着することを監視する場合には、海塩の流入がある場合に、空気導入手段の閉鎖や開口割合の低減を指示や、塩害フィルタへの切替指示を行うようにすればよい。
また腐食電流の積算値を監視する場合には、腐食可能性がある場合に、部品交換やメンテナンス頻度を調整等の必要な指示を行う。
これにより、例えば風力発電装置における各構成部材の寿命を監視することができる。
また、第2の腐食センサ11−2により、腐食電流の総電気量(X)を計測する際に、一定電流値(例えば1μA)以上の高い電流が検出された場合には、雨水による濡れ時間と判断し、この雨水による濡れ時間の電気量を総電気量から除外するようにすればよい。
これは、通常は0.〜100nA程度が海塩等の腐食電流である。それに対して、1μA以上は高い電流値であるので、これを積算から除外する。
このように、海塩付着の判断においては、雨水の濡れによる高い電流値を積算電気量から除外することで、海塩付着量の確実な判断が可能となる。
このように、海塩付着の判断においては、雨水の濡れによる高い電流値を積算電気量から除外することで、海塩付着量の確実な判断が可能となる。
さらに、この雨水による濡れの判断があった場合には、屋外構造物に対して、濡れによる腐食要因が高いこととなると判断し、屋外構造物の除湿を行うようにすればよい。
この濡れの監視の場合には、濡れが有りと判断したら、空気導入手段の閉鎖や開口割合の低減を指示や、装置内部の除湿指示を行うようにすればよい。
濡れが無い場合には、通常の換気指示を行うようにすればよい。
濡れが無い場合には、通常の換気指示を行うようにすればよい。
例えば風力発電装置においては、図6の通路の抜き出し拡大模式図に示すように、ナセル103内部の放熱のために、外部から外気120を導入する空気導入部が設置されている。
この空気導入の際に、単なる開口部通路121や中性フィルタ122を介装した中性フィルタ通路123を通して、空気を内部に導入している場合には、雨水に伴って海塩も同伴することが予測できる。
この空気導入の際に、単なる開口部通路121や中性フィルタ122を介装した中性フィルタ通路123を通して、空気を内部に導入している場合には、雨水に伴って海塩も同伴することが予測できる。
このため、海塩対策として、図6の通路の抜き出し拡大模式図に示すように、海塩フィルタ124を有する海塩フィルタ通路124を介装した海塩フィルタ通路125に流路を切り換えて、内部の腐食を未然に防止するようにしている。図6中、符号126、127は切替部である。
ここで、海塩粒子の粒径は、一般的に1.0μm以下と5μm付近との二つのピークを有するもので、全体の70%程度が2.0〜7.0μmの粒径範囲にあるので、容易にろ材により捕集することができる。
そして、海塩フィルタとしては、強い吸水力を有する塩分吸収層と、撥水性を有する層等から積層され、高い湿度条件において潮解した場合においても、液状化した塩分は撥水性を有する層で膜状に拡がることがなく、液滴となり、圧力損失の上昇を抑えることができるものである。これと同時に塩分吸収層により素早く吸収・保持されるので下流側(内部側)への再飛散が防止されている。
そして、海塩フィルタとしては、強い吸水力を有する塩分吸収層と、撥水性を有する層等から積層され、高い湿度条件において潮解した場合においても、液状化した塩分は撥水性を有する層で膜状に拡がることがなく、液滴となり、圧力損失の上昇を抑えることができるものである。これと同時に塩分吸収層により素早く吸収・保持されるので下流側(内部側)への再飛散が防止されている。
このように、本発明の屋外構造物の構成部材の寿命を監視方法は、前記各構成部材に対応した第1の腐食センサ11−1を用いて、材料13A…等に塗布した塗膜16A…等と同一の塗膜16A…等を塗布し、経時変化の劣化により各構成部材の劣化度合い判断しておき、これを元にして、各部材の劣化を監視することができることとなる。
また、濡れが監視された場合には、雨水と同伴する海塩の導入を防止するために、図6に示すように、切替部126,127を切り換え、海塩フィルタ124を有する海塩フィルタ通路125に切り換えることで、塩害を防止することができる。
また、フィルタが無い場合には、通路を閉鎖又は空気取り入れ量を軽減して、極力塩害を防止するようにしてもよい。
これにより、構造物内部の塩害を防止することができると共に、その建築計画や、そのメンテナンス作業の計画を構築することができる。
以上は、本発明の屋外構造物として、例えば風力発電装置を用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、海岸等の塩害対策が必要な例えば橋梁設備や太陽電池設備等にも適用することができる。さらに、車両、船舶等の移動体の塩害対策に適用することもできる。
以上のように、本発明に係る屋外構造物の構成部材の寿命監視方法は、構造物内部の塩害を防止することができる、例えば風力発電装置の構成部材の劣化の判断に用いて適している。
11−1、11−1A、11−1B 第1の腐食センサ
11−2 第2の腐食センサ
12 基板
13A、13B 材料
14 絶縁部
15 導電部
16A、16B 塗膜
19 腐食性因子
11−2 第2の腐食センサ
12 基板
13A、13B 材料
14 絶縁部
15 導電部
16A、16B 塗膜
19 腐食性因子
Claims (3)
- 外気環境に晒される構造物の少なくとも一箇所以上に設けられ、塩害情報の腐食電流を検知する腐食センサを用いて、腐食電流による構造物の構成部材の寿命を監視する方法であって、
前記腐食センサの基板が、構造物の各構成部材と同一の素材からなると共に、
腐食センサの基板の表面に絶縁部を介して設けられる複数の導電部を覆うと共に、前記構造物の表面に亙って、前記構成部材に塗布した塗膜と同一の塗膜を塗布してなる第1の腐食センサと、
第1の腐食センサにおいて、前記塗膜を塗布していない第2の腐食センサとを用い、
第1の腐食センサにより、腐食電流が検知されるまでの寿命時間における腐食電気量を計測し、
第2の腐食センサにより、腐食電流の積算電気量を計測し、
第2の腐食センサによる総電気量が、前記寿命時間における腐食電気量の値を超えた際に、警告を発することを特徴とする腐食電流による屋外構造物の構成部材の寿命監視方法。 - 請求項1において、
第2の腐食センサにより、腐食電流の総電気量を計測する際に、
一定電流値以上の高い電流が検出された場合には、雨水による濡れ時間と判断し、この雨水による濡れ時間の電気量を総電気量から除外することを特徴とする腐食電流による屋外構造物の構成部材の寿命監視方法。 - 請求項1において、
第2の腐食センサにより、腐食電流の積算電気量を計測する際に、
一定電流値以上の高い電流が検出された場合には、雨水による濡れ時間と判断し、この雨水による濡れ時間の電気量を総電気量から除外すると共に、
構造体の除湿を行うことを特徴とする腐食電流による屋外構造物の構成部材の寿命監視方法。
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