(57)【要約】  １つのシステム、デバイス及び方法が電解セルを跨いで課される（ｉｍｐｏｓｅｄ）電位を使って給電されるセル給電式（ｃｅｌｌ−ｐｏｗｅｒｅｄ）第１電子デバイスを有する。該電位はこのタスクを達成するために電圧昇圧される。もし該セルに課される電位が不充分ならば、該デバイスは又バッテリー給電されることも可能である。何れにせよ、このデバイスは該電解セル内の１つ以上のセンサーのみならず第２電子デバイスとも通信し、該第１及び第２電子デバイスは無線通信する。特に、該第１電子デバイスはデータ信号を該第２電子デバイスへ無線送信し、それは同じものを受信する。該第１及び第２電子デバイスは相互に物理的に遠隔にあり、それらは、好ましくはスペクトラム拡散技術を使って、私的又は公共のネットワーク上で通信する。加えて、該第２電子デバイスは又該データ信号の更に進んだ処理用にデータ信号をコンピュータへ送信するのが好ましく、これらの配備は、例えば、銅生産時、に使われ得る。
2007529628.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解セルモニタリングシステムに於いて、該システムが
電解セル内の１つ以上のセンサーと通信するセル給電された第１電子デバイスと、そして
前記第１電子デバイスからデータ信号を受信するために前記第１電子デバイスと無線通信する第２電子デバイスと、を具備しており、前記第１電子デバイス及び前記第２電子デバイスは相互から物理的に遠隔にあることを特徴とする該システム。
【請求項２】
前記第１電子デバイスが前記データ信号を前記第２電子デバイスへ送信することを特徴とする請求項１の該システム。
【請求項３】
前記第１電子デバイス及び第２電子デバイスが私的ネットワーク上で通信することを特徴とする請求項１の該システム。
【請求項４】
前記第１電子デバイス及び前記第２電子デバイスが公共的ネットワーク上で通信することを特徴とする請求項１の該システム。
【請求項５】
前記第１電子デバイス及び前記第２電子デバイスがスペクトラム拡散通信技術を使って通信することを特徴とする請求項１の該システム。
【請求項６】
更に
前記第２電子デバイスと通信するコンピュータを具備しており、前記第２電子デバイスが前記データ信号の更に進んだ処理のために前記データ信号を前記コンピュータに送信することを特徴とする請求項１の該システム。
【請求項７】
前記第１電子デバイスが前記セルを跨いで課される電位を使って給電されることを特徴とする請求項１の該システム。
【請求項８】
前記セルを跨いで課される前記電位が前記第１電子デバイスに給電するのに不充分な時、前記第１電子デバイスが前記第１電子デバイスに給電するバッテリーを備えることを特徴とする請求項７の該システム。
【請求項９】
前記第１電子デバイスが、前記第１電子デバイスに給電するために前記セルを跨いで課される前記電位を昇圧することを特徴とする請求項７の該システム。
【請求項１０】
電解セルモニタリングデバイスに於いて、該デバイスが
電解セル内の１つ以上のセンサーと通信する電子部品を具備しており、前記電子部品は前記セルを跨いで課される電位を使って給電されることを特徴とする該デバイス。
【請求項１１】
前記デバイスが、前記セルを跨いで課される前記電位が前記デバイスに給電するのに不充分である時、前記デバイスに給電するバッテリーを具備することを特徴とする請求項１０の該デバイス。
【請求項１２】
前記デバイスが前記デバイスに給電するために前記セルを跨いで課される前記電位を昇圧することを特徴とする請求項１０の該デバイス。
【請求項１３】
電解セルをモニターする方法に於いて、該方法が
電解セル内の１つ以上のセンサーと通信する第１電子デバイスを提供する過程と、そして
前記第１電子デバイスから第２電子デバイスへデータ信号を無線送信する過程と、を具備しており、前記第１電子デバイスと前記第２電子デバイスは相互から物理的に遠隔にあることを特徴とする該方法。
【請求項１４】
前記第１電子デバイス及び第２電子デバイスが私的ネットワーク上で通信することを特徴とする請求項１３の該方法。
【請求項１５】
前記第１電子デバイス及び第２電子デバイスが公共的ネットワーク上で通信することを特徴とする請求項１３の該方法。
【請求項１６】
前記第１電子デバイス及び第２電子デバイスがスペクトラム拡散通信技術を使って通信することを特徴とする請求項１３の該方法。
【請求項１７】
更に、
前記セルの跨いで課される電位を使って前記第１電子デバイスに給電する過程を具備することを特徴とする請求項１３の該方法。
【請求項１８】
更に、
前記セルを跨いで課される前記電位が前記第１電子デバイスに給電するのに不充分な時、バッテリーを使って前記第１電子デバイスに給電する過程を具備することを特徴とする請求項１７の該方法。
【請求項１９】
更に、
前記第１電子デバイスに給電するために前記セルを跨いで課される前記電位を昇圧する過程を具備することを特徴とする請求項１７の該方法。
【請求項２０】
高純度銅を生産する方法に於いて、
フィード材料を、それから１つ以上の非銅不純物で汚染された銅を有する１つ以上の陽極を形成するよう処理する過程と、
中に前記陽極と陰極も浸される水性硫酸電解液を有する１つ以上の電解セル内で前記陽極を電解精錬する過程であって、前記陽極からの銅の溶解、前記陰極上に高純度銅を析出させるに充分な電位の電圧の前記陽極及び前記陰極間における確立、
を含んでいる過程と、
セルパラメーターモニター用の１つ以上のセンサーをサンプリングする過程であって、ここで、前記センサーが、１つ以上のデータ信号で前記パラメーターに対応するデータ信号を発生するよう前記セルに取り付けられており、前記セルの物理的特性に対応する該セルパラメーターをモニターすることを特徴とする過程と、そして
前記データ信号を遠隔の電子デバイスへ無線送信する過程と
を具備することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願はその全開示が引用によりここに組み入れられる２００４年３月１７日出願の米国特許仮出願第６０／５５３，８９９号の米国特許法第１１９条ｅ項の優先権を請求するものである。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、例えば、ｉ）銅、亜鉛、ニッケル、鉛、コバルトそしてその他の類似金属用の電気精錬（ｅｌｅｃｔｒｏｒｅｆｉｎｉｎｇ）及び電解抽出（ｅｌｅｃｔｒｏｗｉｎｎｉｎｇ）システム、ｉｉ）クロルアルカリシステム（ｃｈｌｏｒ−ａｌｋａｌｉ  ｓｙｓｔｅｍｓ）の様な電解セル（ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  ｃｅｌｌ）、そしてｉｉｉ）アルミニウム及びマグネシウム電気分解の様な溶融塩電気分解（ｍｏｌｔｅｎ  ｓａｌｔ  ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ）、を含む電気冶金（ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ）システム用の電解セルモニタリング（ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃ  ｃｅｌｌ
ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ）に関する。
【０００３】
本発明の配備が銅生産の銅精錬（ｃｏｐｐｅｒ  ｒｅｆｉｎｅｍｅｎｔ）段階中に電解セルモニタリングで使われる限り、銅生産（ｃｏｐｐｅｒ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ）はここでは例示的、代表的、そして非限定的目的で説明される。
【背景技術】
【０００４】
銅生産は、その各々が公知であり、図１でブロック線図のフオーマットで示され、下記で詳しく述べる採鉱（ｍｉｎｉｎｇ）、粉砕（ｃｒｕｓｈｉｎｇ）及び磨砕（ｇｒｉｎｄｉｎｇ）、選鉱（ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ）、溶融（ｓｍｅｌｔｉｎｇ）、転化（ｃｏｎｖｅｒｔｉｎｇ）、そして精錬（ｒｅｆｉｎｉｎｇ）の手順（ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ）を有する１連の過程を備える。描かれている様に、採鉱１０は鉱石（ｏｒｅ）をほどき、集める。粉砕及び磨砕１２は該鉱石を粉砕され、磨砕された鉱石に変えるが、それらは望まれる鉱石鉱物（ｄｅｓｉｒｅｄ  ｏｒｅ  ｍｉｎｅｒａｌｓ）が遊離した微細粉末を含んでいる。選鉱１４は該望まれる鉱石鉱物を水性スラリー（ｗａｔｅｒｙ  ｓｌｕｒｒｙ）として集めるが、次いで該スラリーは溶融に好適な液体濃縮物（ｌｉｑｕｉｄ  ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ）を作るために濾過され、乾燥される。溶融１６は銅マット（ｃｏｐｐｅｒ  ｍａｔｔｅ）を作るために該液体濃縮物内で鉄及び硫黄を溶融する｛すなわち、融解し（ｍｅｌｔｓ）、酸化させる｝。転化１８は酸化により該銅マットをブリスター銅（ｂｌｉｓｔｅｒ  ｃｏｐｐｅｒ）に転化する。そして最後に、精錬２０で該ブリスター銅をより精錬された銅（ｍｏｒｅ  ｒｅｆｉｎｅｄ  ｃｏｐｐｅｒ）に精錬する。
【０００５】
今、図１を参照すると、より特定的な説明が今提供されるがそれは更に例示的、代表的、非限定的な目的のためである。
【０００６】
Ａ．採鉱１０
公知の様に、輝銅鉱（ｃｈａｌｃｏｃｉｔｅ）、黄銅鉱（ｃｈａｌｃｏｐｙｒｉｔｅ）、そして斑銅鉱（ｂｏｒｎｉｔｅ）の様な硫化銅（ｃｏｐｐｅｒ  ｓｕｌｆｉｄｅ）又は硫化銅鉄（ｃｏｐｐｅｒ−ｉｒｏｎ−ｓｕｌｆｉｄｅ）の鉱物の１つ以上を有する、種々の鉱物を備える多量の鉱石が地球表面の下に存在する。該鉱石をほどき、それを粉砕及び磨砕用設備への搭載、運搬を可能にするために、爆発物が爆発させられるよう、この鉱石内に孔が開けられる。
【０００７】
Ｂ．粉砕（ｃｒｕｓｈｉｎｇ）及び磨砕（ｇｒｉｎｄｉｎｇ）１２
粉砕及び磨砕設備では、該鉱石は種々の鉱石粉砕及び磨砕機構により粉砕され、水と混合され、そして微細な粉末に磨砕されるが、その後それは選鉱設備へ汲み上げられる。粉砕され、磨砕された鉱石は典型的に２重量パーセント（“ｗｔ％”）より少ない銅を含む。
【０００８】
Ｃ．選鉱１４
該選鉱設備では、該粉砕及び磨砕された鉱石はスラリー液体濃縮物に濃縮される。特に、該粉砕及び磨砕された鉱石は浮遊セル（ｆｌｏａｔａｔｉｏｎ  ｃｅｌｌ）内で水、化学剤（ｃｈｅｍｉｃａｌｓ）及び空気と混合されるが、それは該粉砕、磨砕された鉱石内の銅を該浮遊セル内で立ち上がる空気泡（ａｉｒ  ｂｕｂｂｌｅｓ）に付着させる。該空気泡が該浮遊セルの表面頂部まで浮遊すると、それらは集められ該液体濃縮物を形成する。
【０００９】
かくして、選鉱１４は該粉砕及び磨砕された鉱石をスラリー液体濃縮物内へと濃縮し、該濃縮物は典型的に約２５−３５重量パーセントの銅（及び２０−３０重量パーセントの水）を含む。種々のフイルターを使って、該濃縮物は脱水（ｄｅｗａｔｅｒｅｄ）され、湿気のある銅濃縮物（ｍｏｉｓｔ  ｃｏｐｐｅｒ  ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ）を作るが、それはコンベアベルト、ローダー（ｌｏａｄｅｒｓ）、レイルカー（ｒａｉｌ  ｃａｒｓ）及び類似のものによる取り扱いに適合可能（ａｍｅｎａｂｌｅ）である。
【００１０】
Ｄ．溶融（Ｓｍｅｌｔｉｎｇ）１６
熱と酸素を使って、該濃縮物はスラグと銅マットと呼ばれる銅−鉄硫化物（ｃｏｐｐｅｒ−ｉｒｏｎ  ｓｕｌｆｉｄｅ）に溶融（ｓｍｅｌｔｅｄ）される。特に、その湿気のある濃縮物は最初に大きな回転ドラム又は類似の乾燥装置内で乾燥される。次いで、それは溶融過程に供給されるが、そこでは今や乾燥した濃縮物は酸素の濃い空気（ｏｘｙｇｅｎ−ｅｎｒｉｃｈｅｄ  ａｉｒ）と混合され、濃縮物バーナー（ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ  ｂｕｒｎｅｒ）を通して溶融炉（ｓｍｅｌｔｉｎｇ  ｆｕｒｎａｃｅ）内に吹き込まれる。該溶融炉内では、該今や乾燥した濃縮物は華氏２３００度より高い温度に曝され、それによりそれは部分的に酸化し、該溶融濃縮物内の硫黄及び鉄を酸化させることにより発生する熱のために融解（ｍｅｌｔｓ）する。
【００１１】
この過程は次の３つの産物：ｉ）オフガス（ｏｆｆ−ｇａｓｓｅｓ）、ｉｉ）スラグ（ｓｌａｇ）、及びｉｉｉ）銅マット、を発生する。二酸化硫黄（すなわち、ＳＯ２）を含む、該オフガスは該溶融炉内のオフテークライザー（ｏｆｆ−ｔａｋｅ  ｒｉｓｅｒ）を通して廃ガス処理システム（ｗａｓｔｅ  ｇａｓ  ｈａｎｄｌｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍ）へ回される。該スラグは酸化珪素及び鉄、すなわちより特定的には、脈石鉱物（ｇａｎｇｕｅ  ｍｉｎｅｒａｌ）、フラックス、そして酸化鉄を含み、それは該銅マットに比し低比重（すなわち、より低い密度）を有し、かくしてそれが該銅マットの頂部上に浮くことを可能にする。他方、該銅マットは硫化銅及び硫化鉄を含み、それは該スラグに比して高い比重（すなわち、より高い密度）を有し、かくしてそれが成形し、集まり、該溶融炉の底部に配置されたたらい（ｂａｓｉｎ）又はセトラー（ｓｅｔｔｌｅｒ）へ沈むことを可能にする。
【００１２】
周期的に、該スラグは取り出される（ｔａｐｐｅｄ  ｏｆｆ）。特に、該溶融炉の側壁内の種々のタップ孔（ｔａｐ−ｈｏｌｅｓ）を通して該スラグを該銅マットからスキムすることにより該スラグと銅マットは従来式に分離される。これらのタップ孔は、該銅マットを除去すること無しに該溶融炉から該スラグが除去されることを可能にするために、該側壁の比較的高い高さに配置されるのが普通である。逆に、該銅マット用の種々のタップ孔は、該スラグを除去すること無しに該銅マットが該溶融炉から除去されることを可能にするために、該側壁上の比較的低い高さに配置されるのが普通である。
【００１３】
かくして、溶融１６は該液体濃縮物を銅マットに溶融するが、該銅マットは典型的に約３５−７５重量パーセントの銅を含む。
【００１４】
Ｅ．転化１８
該スラグが該銅マットから分離された後、該銅マットは、ｉ）転化炉内に直接転送されか、ｉｉ）次の転化炉への供給用に保持炉（ｈｏｌｄｉｎｇ  ｆｕｒｎａｃｅ）内に転送されるか、又はｉｉｉ）粒（ｇｒａｎｕｌｅｓ）を形成するために該銅マットを水の中でフラッシュ冷却（ｆｌａｓｈ−ｃｏｏｌｉｎｇ）することにより固体形に転化されるが、該粒は該転化炉への次の供給用に大きな、閉じた空間内に貯蔵堆積（ｓｔｏｃｋ−ｐｉｌｅｄ）される。該転化炉内で、種々の残留不純物が該銅マットから除去され、その結果はブリスター銅（ｂｌｉｓｔｅｒ  ｃｏｐｐｅｒ）と呼ばれる融解銅（ｍｏｌｔｅｎ  ｃｏｐｐｅｒ  ）を生ずる。
【００１５】
２つの基本的種類の転化炉−すなわち、フラッシュ転化炉（ｆｌａｓｈ  ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  ｆｕｒｎａｃｅｓ）及びバス転化炉（ｂａｔｈ  ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  ｆｕｒｎａｃｅ）がある。各々の目的は金属硫化物を金属酸化物に酸化する（すなわち、転化する）ことである。サスペンション炉としても知られる代表的フラッシュ転化炉はそのマグナ、ユタ設備（Ｍａｇｎａ，  Ｕｔａｈ  ｆａｃｉｌｉｔｙ）でケネコットユタ銅社（Ｋｅｎｎｅｃｏｔｔ  Ｕｔａｈ  Ｃｏｐｐｅｒ  Ｃｏｒｐ．）により使われるフラッシュ転化炉を含む。代表的バス転化炉はｉ）そのホーン、カナダ設備（Ｈｏｒｎｅ，  Ｃａｎａｄａ  ｆａｃｉｌｉｔｙ）でノランダ社（Ｎｏｒａｎｄａ，  Ｉｎｃ．）により、ｉｉ）そのサドベリー、カナダ設備（Ｓｕｄｂｕｒｙ，  Ｃａｎａｄａ  ｆａｃｉｌｉｔｙ）でインコ社（Ｉｎｃｏ  Ｌｔｄ．）により、そしてｉｉｉ）そのナオシマ、日本設備（Ｎａｏｓｈｉｍａ，  Ｊａｐａｎ  ｆａｃｉｌｉｔｙ）で三菱マテリアル社（Ｍｉｔｓｕｂｉｓｈｉ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｃｏｒｐ．）により使われるバス転化炉を含む。
【００１６】
転化炉の種類に関係無く、該銅マットは該銅マットの酸素との反応により該転化炉内でブリスター銅に転化される。特に、バス転化炉では、融解銅マットは該炉に充填され、羽口（ｔｕｙｅｒｅｓ）又はガス噴射器を通して空気又は酸素豊富な（ｏｘｙｇｅｎ−ｅｎｒｉｃｈｅｄ）空気が該融解銅マット内に吹き付けられる。酸化珪素フラックスが、酸化される鉄と組み合わせ、スラグを形成するために該バス転化炉に追加される。
【００１７】
他方、フラッシュ転化過程は、最初に該銅マットを適当な寸法（すなわち、粉末）に磨砕し、次いで酸素豊富な空気｛約（ｃａ．）７０−９０％酸素｝を使ってこれをフラッシュ反応炉内に吹き込むことにより、固体化した銅マットを扱う。フラックスも、典型的に酸化カルシウムとして、該粉末化したマット（ｐｏｗｄｅｒｅｄ  ｍａｔｔｅ）に追加されるが、それは又酸化珪素又は酸化カルシウムと酸化珪素の組み合わせであってもよい。該粉末化したマットは該酸素雰囲気内で燃焼（ｃｏｍｂｕｓｔｓ）し、該材料とフラックスを融解するに充分な熱を発生し、融解ブリスター及びスラグを作る。
【００１８】
これらの転化過程は次の２つの産物：ｉ）スラグとｉｉ）ブリスター銅、を発生する。該スラグは脈石鉱物、銅金属（すなわち、Ｃｕ０）、酸化銅（主にＣｕ２Ｏの形の）、フラックス、及び酸化鉄を含み、それは該ブリスター銅に比し低い比重（すなわち、より低い密度）を有し、かくしてそれが該ブリスター銅の頂部上に浮遊することを可能にする。他方、ブリスター銅は脈石鉱物、銅金属（すなわち、Ｃｕ０）、酸化銅（主にＣｕ２Ｏの形の）、及び硫化銅（主にＣｕ２Ｓの形の）を有し、それは該スラグに比して高い比重（すなわち、より高い密度）を有し、かくしてそれが成形し、集まり、該転化炉の底部に配置されたたらい又はセトラーへと沈むことを可能にする。該頂部スラグ層は典型的に約３０ｃｍの深さであるが、該底部ブリスター銅層は約５０ｃｍの深さである。
【００１９】
もし該転化炉がロータリーバス転化炉（ｒｏｔａｒｙ  ｂａｔｈ  ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  ｆｕｒｎａｃｅ）であるなら、該スラグ及びブリスター銅は間歇ベースでマウス（ｍｏｕｔｈ）又はスパウト（ｓｐｕｔ）から別々に注がれる。他方、もし該転化炉が静止バス変換炉（ｓｔａｔｉｏｎａｒｙ  ｂａｔｈ  ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  ｆｕｒｎａｃｅ）であるなら、該スラグ及びブリスター銅除去用に出口が提供される。これらの出口は該転化炉の１つ以上の側壁上の種々の高さに配置された種々のタップ孔を有するのが典型的であり、そして溶融炉で用いられたそれと同様な仕方で、各々は相手方から独立に該転化炉から除去される。他の種類の転化炉は、例えば、該スラグを保持するのに好適な堰（ｗｅｉｒ）を使い、該スラグ及びブリスター銅を連続的にオーバーフローさせるために１つ以上の出口を利用するのが普通である。
【００２０】
該スラグ及びブリスター銅の間で起こる相分離（ｐｈａｓｅ  ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）は完全でない。かくして、示した様に、該スラグは、銅金属（すなわち、Ｃｕ０）及び酸化銅（主にＣｕ２Ｏの形の）の形であるのが通常である追加の銅を含む一方、該ブリスター銅は種々のウェースト及び未回収鉱物（ｗａｓｔｅ  ａｎｄ  ｕｎ−ｒｅｃｏｖｅｒｅｄ  ｍｉｎｅｒａｌｓ）（例えば硫黄）を含み、主に酸化銅（主にＣｕ２Ｏの形の）、硫化銅（主にＣｕ２Ｓの形の）及びフェロシリケート（ｆｅｒｒｏｓｉｌｉｃａｔｅ）、他の形である。スラグ内にある銅は損失金属値（ｌｏｓｔ  ｍｅｔａｌ  ｖａｌｕｅ）を有し、それは該スラグを該溶融炉へ戻るようリサイクルすることにより回収され得る一方、該ブリスター銅内の該ウェースト及び未回収鉱物値は不純物を構成するが、該不純物は陽極炉内か又は電気精錬を通してか何れかで結果的に除去される。
【００２１】
かくして、転化１８は該銅マットをブリスター銅に転化し、該ブリスター銅は９８重量パーセントより高い銅を含むのが典型的である。
【００２２】
Ｆ．精錬２０
最終的に、該ブリスター銅は、通常最初に乾式冶金的に（ｐｙｒｏｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌｌｙ）そして次いで電解式（ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃａｌｌｙ）に、精錬される。特に、該ブリスター銅は更に銅含有量を昇級させるために、反射式又は回転式陽極炉内での点火精錬（ｆｉｒｅ  ｒｅｆｉｎｉｎｇ）の様な、追加的純化過程（ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｓｔｅｐ）に供される。次いで、該ブリスター銅は陽極と呼ばれる大きな、厚いプレートに鋳造され、それはトラック、レイル（ｒａｉｌ）、又は類似のものにより陽極鋳造プラントから電解銅精錬所（ｅｌｅｃｒｏｌｙｔｉｃ  ｃｏｐｐｅｒ  ｒｅｆｉｎｅｒｙ）へ転送されることが多い。該電解銅精錬所では、該陽極は酸性溶液内に降ろされるが、該溶液は約１２０−２５０ｇｐｌの遊離硫酸（ｆｒｅｅ  ｓｕｌｆｕｒｉｃ  ａｃｉｄ）と約３０−５０ｇｐｌの溶解銅（ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ  ｃｏｐｐｅｒ）を含む。次いで該陽極は正の直流源に電気的に接続される。該陽極をこの水性電解液で電解（ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｚｅ）させるために、それらは、負に荷電された、スターターシート（ｓｔａｒｔｅｒ  ｓｈｅｅｔｓ）又は陰極と呼ばれる不溶性の、インターリーブ（ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅｄ）された、ステンレス鋼ブランクにより隔てられる。次いで、予め決められた時間の長さ該陽極と陰極の間に電気が送られ、銅イオンに該陰極でプレートを形成するよう該陽極から陰極へ移動（ｍｉｇｒａｔｅ）させるが、該プレートは２０パーツパーミリオンより少ない不純物（すなわち、硫黄プラス非銅金属で、酸素は含まない）しか含まない。一般に約０．１−０．５Ｖの電圧は対応する約１６０−３８０Ａ／ｍ２の電流密度を用いて該陽極を溶かし、該陰極上にその銅を析出（ｄｅｐｏｓｉｔ）させるのに充分である。精錬された銅が析出される２枚の陰極プレートを作る各陽極と共に、該陰極プレートは次いで洗浄され、究極的最終使用のために用意される。
【００２３】
年当たり３００，０００トンの銅陰極を作る典型的銅精錬所では、セル内にサスペンド
（ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ）された合計１３１，０００ピース用として、各々が４６の陽極と４５の陰極ブランクを有する１，４４０程の電解セルがある。この様な従来の銅製錬所では、各陰極と各陽極は該陽極の支持耳部（ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ  ｅａｒｓ）及び該陰極のハンガーバー（ｈａｎｇｅｒ  ｂａｒｓ）上の２つ以上の接触点を通して該精錬所電流供給システム（ｒｅｆｉｎｅｒｙ  ｃｕｒｒｅｎｔ  ｓｕｐｐｌｙ  ｓｙｓｔｅｍ）に電気的に接続される。これは合計２６０，０００以上の電気接続があり得ることを意味する（すなわち、陽極当たり２及び陰極当たり２が陰極及び陽極の数を掛け算される）。該精錬過程の効率的動作には該陽極及び陰極ブランクの間に短絡が無いこと（ａｂｓｅｎｃｅ
ｏｆ  ｓｈｏｒｔ  ｃｉｒｃｕｉｔｓ）が重要である。続いて詳細に述べられる様に、もし該陽極及び陰極が誤整列（ｍｉｓ−ａｌｉｇｎｅｄ）されるか又は陰極上の銅析出が均一でない仕方で成長し、陽極と接触するなら、短絡が起こり得る。短絡が起こると、望まれる銅メッキ過程（ｄｅｓｉｒｅｄ  ｃｏｐｐｅｒ  ｐｌａｔｉｎｇ  ｐｒｏｃｅｓｓ）は混乱（ｄｉｓｒｕｐｔｅｄ）し、電気的使用効率は低下する。従って、該短絡は該陽極及び陰極に跨る電圧差（ｖｏｌｔａｇｅ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）の減少に帰着する。
【００２４】
精錬過程の効率的動作には該陽極及び陰極間の開路及び短絡（ｏｐｅｎ  ａｎｄ  ｓｈｏｒｔ  ｃｉｒｃｕｉｔｓ）の無いことが重要である。次に詳細に述べる様に、もし該陽極及び陰極が誤整列されるか又は陰極上の銅析出が均一でない仕方で成長し、陽極と接触するなら、短絡が起こり得る。該短絡が起こると、望まれる銅メッキ過程は混乱する。他方、もし電流供給部と該陽極又は陰極との間に接触不良（ｐｏｏｒ  ｃｏｎｔａｃｔ）があるなら開路（ｏｐｅｎ  ｃｉｒｃｕｉｔｓ）が起こり得る。開路が起こると、電気使用の効率は低下する。
【００２５】
かくして、精錬２０は該ブリスター銅を精錬された銅に精錬するが、該精錬された銅は典型的に約９９．９９重量パーセントの銅を含む｛すなわち、実効的に純銅（ｐｕｒｅ  ｃｏｐｐｅｒ）｝。
【００２６】
その後、精錬２０は該精錬された陰極銅が、当該技術で公知の従来方法と技術を使って何等かの数の最終銅製品（ｃｏｐｐｅｒ  ｅｎｄ−ｐｒｏｄｕｃｔｓ）にも変換されることを可能にする。
【００２７】
銅精錬２０の効率はセルモニタリングの効率を高めることにより高められる。特に、少なくとも２つの重要なセルパラメーター（ｃｅｌｌ  ｐａｒａｍｅｔｅｒ）―すなわち、セル電圧及びセル温度、が綿密に（ｃｌｏｓｅｌｙ）モニターされる必要がある。これら２つのセルパラメーター、及びその他を、適切にモニターするのに失敗することは金属回収（ｍｅｔａｌ  ｒｅｃｏｖｅｒｙ）を減じ、スクラップ率（ｓｃｒａｐｅ  ｒａｔｅ）を増やし、そして非効率的エネルギー使用へ導く。それにも拘わらず、大抵の電解金属回収及び精錬設備はこれらのセルパラメーターを有効にモニターしておらず、それは主にこの様なセルモニタリングに付随する高い資金（ｈｉｇｈ  ｃａｐｉｔａｌ）と運転コスト（ｏｐｅｒａｔｉｏｎ  ｃｏｓｔ）のためである。例えば、これらのコストは、タンクハウス内の各個別電解セルがパラメーターモニタリング及び伝送の機器まで配線されて（ｈａｒｄｗｉｒｅｄ）いる時、著しく高価になる。その様にすることは一般に、本質的に厳しく（ｉｎｈｅｒｅｎｔｌｙ  ｈｏｓｔｉｌｅ）、本質的に腐食性で、そして強い磁場に本質的に供される環境内で著しい量の配線を要する。特に、何れかのセルを跨ぐ電圧差（ｖｏｌｔａｇｅ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ａｃｒｏｓｓ  ａｎｙ  ｃｅｌｌ）が０．１から０．５ボルトの桁でありながら、該全タンクハウスを跨ぐ電圧差は数百ボルトになり得る。該電位は人命に関わる可能性があり得る（ｖｏｔａｇｅ  ｐｏｔｅｎｔｉａｌ  ｃａｎ  ｂｅ  ｐｏｔｅｎｔｉａｌｌｙ  ｆａｔａｌ）ので、簡単に線を個別セルに接続し、該線を電圧モニタリング機器に迂回させることは本質的に不安全である。現存する電解セルモニタリングの機器及び技術は高価で、広い有線配線（ｅｘｔｅｎｓｉｖｅ  ｈａｒｄ  ｗｉｒｉｎｇ）を要するので、両欠点は有効な電解セルモニタリングの広範な市場浸透（ｗｉｄｅｓｐｒｅａｄ  ｍａｒｋｅｔ  ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ）を顕著に停止させて来た。
【００２８】
結果として、銅の電解精錬中に開路及び短絡が起こるのが普通である。それらは、ｉ）陽極及び陰極の貧弱な物理的性質、ｉｉ）電流源と該陽極又は陰極との間の接触不良（ｐｏｏｒ  ｃｏｎｔａｃｔ）、ｉｉｉ）陽極及び陰極の誤整列（ｍｉｓａｌｉｇｎｍｅｎｔ）、そしてｉｖ）電解液温度、添加物レベル（ａｄｄｉｔｉｖｅ  ｌｅｖｅｌｓ）、又は化学（ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ）での局所的変動（ｌｏｃａｌ  ｖａｒｉａｔｉｏｎｓ）、を含む多くの理由で起こる。かくして、効率的電解セルモニタリングは銅の電解精錬中重要であり、それはそれが、もし解消（ｃｌｅａｒｅｄ）されなければ、電流効率を減じ、不充分な陰極成長（ｐｏｏｒ  ｃａｔｈｏｄｅ  ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ）の様な下流処理問題に帰着する、陽極及び陰極間の開路及び短絡を、システムオペレーターが検出することを可能にするからである。公知の様に、銅不純物、銅含有量、及び銅外観（ｃｏｐｐｅｒ  ａｐｐｅａｒａｎｃｅ）も又開路及び短絡により究極的に不利に影響される。
【００２９】
従来のモニタリングは陽極及び陰極の間の短絡を識別（ｉｄｅｎｔｉｆｙｉｎｇ）することにのみ焦点合わせされた。これは該陰極を通って流れる異常な磁場を検出するために手持ち式ガウスメーター（ｈａｎｄ−ｈｅｌｄ  Ｇａｕｓｓｍｅｔｅｒ）を手動で使うことにより達成されるのが普通である。この様な手順は、メーター針の大きなふれ（ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）を検出するために該手持ちガウスメーターを綿密に観察しながら、各セル内の該陽極及び陰極上を身体的に歩く（ｐｈｙｓｉｃａｌｌｙ  ｗａｌｋｉｎｇ）ことを要するのが一般的である。しばしば、該ガウスメーターは長い棒又はポールの遠位の端部に固定され、それによりそれは陰極ハンガーバー（ｃａｔｈｏｄｅ  ｈａｎｇｅｒ  ｂａｒ）の近くに保持され得る。どうしても、そのタスクは作業学的に難しく、事故を起こし勝ち（ａｃｃｉｄｅｎｔ−ｐｒｏｎｅ）でもある。更に、該セル上を歩くことは該陽極及び陰極をしばしば誤整列させ、起こり得る汚染（ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ）に導き、そして又しばしば更に進んだ問題へも導く。
【００３０】
開路及び短絡の検出はそれらの原因よりも寧ろそれらの結果を処理するが、それは電極品質を改良するための広く認識された技術である。従って、短絡が検出された後、欠陥（ｆａｕｌｔ）を標定（ｌｏｃａｔｅ）するためにステンレス鋼ロッドで該陰極及び陽極間をプローブし、該短絡の中枢（ｅｐｉｃｅｎｔｅｒ）で成長する損ない銅塊（ｅｒｒａｎｔ  ｃｏｐｐｅｒ  ｎｏｄｕｌｅ）を物理的に分離する｛すなわち、破り外す（ｂｒｅａｋｉｎｇ  ｏｆｆ）｝ことによりそれが解消されるのが一般的である。しばしばこれは該セルから該陰極を物理的に持ち上げることを要する。しかしながら、不幸にして、重要な破損が既に起こった後まで、多くの開路及び短絡は検出されないことが多い。
【００３１】
結果として、より低廉で、より非侵襲性（ｌｅｓｓ  ｉｎｔｒｕｓｉｖｅ）で、保守の必要が低い（ｌｏｗｅｒ  ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ）、そしてより高効率の電解セルモニタリングシステムと方法の要請がある。この様なシステムと方法は銅生産の銅精錬段階２０の間のエネルギー利用と効率を高めるだろう。かくして、銅生産の銅精錬段階２０の間、陽極及び陰極電圧と温度の様な電解セルパラメーターを測定するために、費用効果的で、最小侵襲性で、最小の保守しか要せず、そして益々効率的な電解セルモニタリングのシステムと方法の要請が存在する。
【発明の開示】
【００３２】
１実施例では、本発明（ｔｈｅ  ｉｎｖｅｎｔｉｖｅ  ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔｓ）は電解セルを跨いで課された電位を使って給電されるセル給電第１電子デバイス（ｃｅｌｌ
−ｐｏｗｅｒｅｄ  ｆｉｒｓｔ  ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  ｄｅｖｉｃｅ）を具備するシステムを提供するが、そこでは該電位はこのタスクを達成するため電圧昇圧（ｖｏｌｔａｇｅ−ｂｏｏｓｔｅｄ）される。もし該セルに課された電位がこのデバイスに給電するのに不充分ならば、それは又バッテリー給電される（ｂａｔｔｅｒｙ−ｐｏｗｅｒｅｄ）ことも出来る。とにかく、このデバイスは該電解セル内の１つ以上のセンサーのみならず、第２電子デバイスとも通信し（ｉｎ  ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  ｗｉｔｈ）、そして第１及び第２電子デバイスは無線で通信する（ｗｉｒｅｌｅｓｓｌｙ  ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｅ）。特に、該第２電子デバイスは該第１電子デバイスからデータ信号を受信し、該第１電子デバイスはそれへデータ信号を送信し、該第１及び第２電子デバイスは好ましくは相互から物理的遠隔にあるのがよく、好ましくはスペクトラム拡散技術（ｓｐｒｅａｄ  ｓｐｅｃｔｒｕｍ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）を使って、私的又は公共のネットワーク上で通信するのがよい。加えて、該第２電子デバイスはデータ信号を、該データ信号の更に進んだ処理用に、コンピュータへ送信するのが好ましい。
【００３３】
もう１つの実施例では、本発明（ｉｎｖｅｎｔｉｖｅ  ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）は又、電解セル内のセンサーと通信する電子部品を具備する電解セルモニタリングデバイスを提供するが、該部品は該セルを跨いで課される電位を使って給電され、そこでは該電位はこのタスクを達成するため電圧昇圧されることが多い。もしセルに課された該電位がこのデバイスに給電するのに不充分ならば、それは又バッテリー給電されることが出来る。
【００３４】
もう１つの実施例では、本発明は又、該セルを跨いで課される電位を使って給電されるセル給電第１電子デバイスを提供する過程を含む電解セルのモニタリングの方法を提供するが、そこでは該方法はこのタスクを達成するために該電位を電圧昇圧している。もし該セルに課される電位がこのデバイスに給電するのに不充分であれば、該方法は又バッテリーを使って該デバイスに給電することも出来る。とにかく、このデバイスは該電解セル内の１つ以上のセンサーのみならず第２電子デバイスとも通信し、該第１及び第２電子デバイスは無線通信する。特に、該方法は該第１電子デバイスから第２電子デバイスへデータ信号を無線で送信し、該第１及び第２電子デバイスは好ましくは相互から物理的に遠隔にあるのがよく、好ましくはスペクトラム拡散技術を使って、私的又は公共のネットワーク上で通信するのがよい。
【００３５】
もう１つの実施例では、本発明は又データ信号を発生するために該セルの物理的特性に対応する電解セルパラメーターをモニターするセンサーをサンプリングする過程と、該データ信号を遠隔の電子デバイスへ無線送信する過程と、を具備する高純度銅を生産する方法（ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ  ｈｉｇｈ−ｐｕｒｉｔｙ  ｃｏｐｐｅｒ）を提供する。
【実施例１】
【００３６】
今、図２を参照すると、電解セル２２が示されており、そこでは陽極プレート（ａｎｏｄｅ  ｐｌａｔｅｓ）｛すなわち、“陽極（ａｎｏｄｅｓ）”｝Ａ及び陰極シート（ｃａｔｈｏｄｅ  ｓｈｅｅｔｓ）｛すなわち、“陰極（ｃａｔｈｏｄｅｓ）”｝Ｃが相互に対し近接して交互に配置され、該電解セル２２の内壁２５ａ内に含まれた水性電解液（ａｑｕｅｏｕｓ  ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ）２４内に浸される。銅生産中、明確化のため図ではより少ない量が示されるが、水性電解液２４が普通該電解セル２２の頂部表面２６に比較的近くまで充たされる。電解セル２２内では、該陽極Ａ及び陰極Ｃは、該電解セル２２の頂部表面２６上で長さ方向に走る（ｒｕｎｎｉｎｇ  ｌｅｎｇｔｈｗｉｓｅ）電流レイル２８とイヤー接触する（ｉｎ  ｅａｒ−ｃｏｎｔａｃｔ  ｗｉｔｈ  ｃｕｒｒｅｎｔ  ｒａｉｌ  ２８）。該電流レイル２８は、該陽極Ａから該陰極Ｃへの銅イオン移動（ｃｏｐｐｅｒ  ｉｏｎ  ｍｉｇｒａｔｉｏｎ）に役立つために電流を該電解セル２２へ運ぶ。該電解セル２２は一般に超低電圧（ｕｌｔｒａ−ｌｏｗ  ｖｏｌｔａｇｅ）（すなわち、
０．１−０．８ボルト）であるが、２８００Ａの電流は該電解セル２２付近では異常ではない。このセル電圧は該イオン移動用に該陽極Ａ及び陰極Ｃを跨いで印加される電圧（ｖｏｌｔａｇｅ  ｉｍｐｒｅｓｓｅｄ  ａｃｒｏｓｓ  ｔｈｅ  ａｎｏｄｅｓ  Ａ  ａｎｄ
ｔｈｅ  ｃａｔｈｏｄｅｓ  Ｃ）であるバス電圧（ｂｕｓ  ｖｌｔａｇｅ）により給電（ｐｏｗｅｒｅｄ）されるのが典型的である。
【００３７】
普通の銅生産タンクハウス（ｃｏｍｍｏｎ  ｃｏｐｐｅｒ−ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ  ｔａｎｋ  ｈｏｕｓｅ）は、その各々が３６の電解セル２２を有する４０程の多さの区分（ｓｅｃｔｉｏｎｓ）を備える。更に、典型的電解セル２２は４６程の多さの陽極−陰極Ａ−Ｃ対（ａｎｏｄｅ−ｃａｔｈｏｄｅ  Ａ−Ｃ  ｐａｉｒｓ）を有し、普通のタンクハウス内に１４４０程の多さのセル、又は６６，２４０を超える陽極−陰極Ａ−Ｃ対を生じ得ることが多い。短絡は陽極−陰極Ａ−Ｃ対の何れか間で何時でも起こり得るので、絶えざる電解セルモニタリングは銅生産増大に非常に有益である。しかしながら、各そして全部の電解セル２２で電解セルモニターに電力を速く提供する要請は重荷（ｂｕｒｄｅｎｓｏｍｅ）になる。結果として、配線されたモニタリングシステムは設置と保守が難しく、高価であるので、前に詳述した様に、そうすることにより得られ得る利点にも拘わらず、現在世界の精錬所の６０％より少ししかセル生産をモニターしていないと見積もられる。
【００３８】
従って、セル給電されたマイクロプロセサーベースのスレーブ３０は、該スレーブ３０を電解セル２２の電流レイル２８に接続する電気接続３１を用いて、電気的に電解セル２２に取り付けられる。好ましくは、又適当な機械的結合が該スレーブ３０を該電解セル２２へ結合するのがよい。例えば、１実施例では、該スレーブ３０は該電解セル２２の適当な外壁２５ｂに沿い頂部面２６から垂れ下がる１つの線の形（ａ  ｗｉｒｅ  ｆｏｒｍ）（示されてない）から懸垂される。もう１つの実施例では、該電解セル２２は該スレーブ３０を受けるのに好適な凹部を有して鋳造されてもよい。なおもう１つの好ましい実施例では、１つ又は多数のスレーブ３０が、相互に物理的に近く近接して整列された隣り合うセル２２に跨っている（ｓｔｒａｄｄｌｅ）。更に、もし該スレーブ３０が電解セル２２に物理的に密接に接触しているなら、それが曝される過酷な環境からそれを保護するために適当なハウジング内に納められるのが好ましい。とにかく、電気−機械的取り付け（ｅｌｅｃｔｒｏ−ｍｅｃｈｎｉｃａｌ  ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ）の技術と方法は当該技術で公知であり、一般的な本発明での一体部品としては特に意図されていない。寧ろ、好ましくは無線の｛例えば、無線周波数の（ｒａｄｉｏ）｝リンク強さ（ｌｉｎｋ  ｓｔｒｅｎｇｔｈｓ）を最大化し、オペレーターが該電解セル２２の頂部面２６に沿って歩く時の短絡のクリヤリングの様に、他の銅生産過程との干渉（ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）を最小化するために、適当な配置及び取り付け方法が選ばれる。
【００３９】
加えて、該スレーブ３０は又種々のセンサー（示されてない）に取り付けられ、それらと電気通信するが、該センサーは該センサーが取り付けられる該電解セル２２の物理的特性に対応するセルパラメーターをモニターするものである。例えば、代表的セルパラメーターはセル電圧、セル温度、そしてセル混濁（ｔｕｒｂｉｄｉｔｙ）を含む。従って、適当な電圧センサーがセル電圧をモニターする。適当な温度センサー｛例えば、サーモメーター（ｔｈｅｒｍｏｍｅｔｅｒｓ）、サーミスター及び類似のもの｝がセル温度をモニターする。そして適当な混濁センサーが、しばしばレーザー技術を使って、セル混濁（ｃｅｌｌ  ｔｕｒｂｉｄｉｔｙ）をモニターする。又適当なセンサーは、試薬の系内モニタリング（ｉｎ−ｓｉｔｕ  ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ  ｏｆ  ｒｅａｇｅａｎｔｓ）、特定イオン電極モニタリング（ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ｉｏｎ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ）、そして水性電解液２４の組成のモニタリングを提供する。これらのセンサーの全部は該スレーブ３０と接触し、通信する。
【００４０】
１つの好ましい実施例では、例えば、１つを電解セル２２のドレイン２９の近くにそし
てもう１つをその１つ以上の内壁２５ａに沿って置く様に、多数の温度センサーを該電解セル２２内に提供することにより、多数のセル温度がモニターされる。従って、該電解セル２２からの精密な熱損失又は熱平衡（ａｃｃｕｒａｔｅ  ｈｅａｔ  ｌｏｓｓ  ｏｒ  ｂａｌａｎｃｅ）がモニターされ得る。例えば、好ましい温度センサーはカリフオルニア州、サニーベール（Ｓｕｎｎｙｖａｌｅ，  ＣＡ）のマキシムインテグレーテッドプロダクツ社（Ｍａｘｉｍ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，  Ｉｎｃ．）から入手可能なデーエス１８ビー２０  １−線アール（ＤＳ１８Ｂ２０  １−Ｗｉｒｅ（Ｒ））高精度デジタルサーモメーター（ｈｉｇｈ−ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  ｄｉｇｉｔａｌ  ｔｈｅｒｍｏｍｅｔｅｒ）である。この温度センサーは−１０から＋８５℃の範囲に亘り±０．５℃の精度を有し、１−線アール直列バス（１−Ｗｉｒｅ（Ｒ）  ｓｅｒｉａｌ  ｂｕｓ）上で２の補数のフオーマットで（ｉｎ  ２’ｓ  ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔ  ｆｏｒｍａｔ）１２ビットの分解能（すなわち、０．０６２５℃）で読み出し、現場校正を要せず、その信号線によりパラサイト給電され（ｉｓ  ｐａｒａｓｉｔｅ  ｐｏｗｅｒｅｄ）、該センサー用バスアドレスとして役立つ一意の、スタチック６４ビットシリコン直列番号（ａ  ｕｎｉｑｕｅ，  ｓｔａｔｉｃ  ６４−ｂｉｔ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｓｅｒｉａｌ  ｎｕｍｂｅｒ）を有し、そして多数のＤＳ１８Ｂ２０センサーが同じ１−線アールバス｛ｔｈｅ  ｓａｍｅ  １−Ｗｉｒｅ（Ｒ）ｂｕｓ｝上で共存することを可能にする。他の適当な温度センサーも使われてもよい。
【００４１】
該１つ以上のセルパラメーターは該センサーが取り付けられる電解セル２２の１つ以上の物理特性に対応し、該１つ以上のセンサーは該スレーブ３０の集積化部品（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）とするか、又は代わりに部品アドオンピース（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ  ａｄｄ−ｏｎ  ｐｉｅｃｅｓ）として次の時にそれに付加されることも出来る。該好ましいスレーブ３０はかくしてそれが一緒に動作するセンサーに関して柔軟である。
【００４２】
今、図３を参照すると、スレーブ３０は実時間の、無線通信ネットワーク３４上で１つ以上のマスター３２と電子的に通信するのが好ましい。好ましくは、該スレーブ３０とマスター３２の間の通信は双方向（ｔｗｏ−ｗａｙ）であり、各デバイスが送信及び受信能力を有するのがよい。公共的及び私的、両無線通信ネットワーク３４を含む、何等かの適当な無線通信ネットワーク３４が使われ得る。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１５．４は標準、低速度、無線個人範囲ネットワーク（ｓｔａｎｄａｒｄ，  ｌｏｗ−ｒａｔｅ，  ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ｐｅｒｓｏｎａｌ  ａｒｅａ  ｎｅｔｗｏｒｋｓ）用に普通使われる。
【００４３】
好ましくは、該マスター３２は該スレーブ３０から物理的に分離され、遠隔にあるのがよい。例えば、好ましい実施例では、該マスター３２は該タンクハウス内でタワー（ｔｏｗｅｒ）、天井（ｃｅｉｌｉｎｇ）又は壁から懸垂されるか、又はその上に設置される。換言すれば、該マスター３２は該電解セル２２及びそれぞれのスレーブ３０の直近の動作範囲の外に配置されるのが好ましい。それで、該スレーブ３０は好ましくは該電解セル２２に電気的、機械的に取り付けられるのがよいが、該マスター３２はそれから物理的に遠隔にある。
【００４４】
加えて、コンピュータ３６は、それらの全部が直列デバイス接続用に当該技術で公知技術である、ＲＳ−２３２ポート、その後継（ｉｔｓ  ｓｕｃｃｅｓｓｏｒ）の１つのＲＳ−４２２／ＲＳ−４８５ポート、ＵＳＢポート、又はイーサーネット（Ｅａｔｈｅｒｎｅｔ）ポートを通して該コンピュータ３６へマスター３２を接続する様に、該マスター３２と電子的に通信し、好ましくは配線された（ｈａｒｄ−ｗｉｒｅｄ）、従来のネットワークインターフエース３７上で、通信する。該コンピュータ３６は典型的コンピュータ又は機械読み出し可能な媒体（ｍａｃｈｉｎｅ  ｒｅａｄａｂｌｅ  ｍｅｄｉｕｍ）として動作し、それはデスクトップ（ｄｅｓｋｔｏｐ）、ラップトップ（ｌａｐｔｏｐ）、タブレ
ット（ｔａｂｌｅｔ）ＰＣ又は他の適当な計算プラットフオーム（ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ  ｐｌａｔｆｏｒｍ）として実現されてもよい。典型的に、それはプロセサーを有するシステムを備えるが、一般的な本発明の必須部品として特定の詳細は意図されてない。
【００４５】
描かれている様に、該スレーブ３０は一般に３つの主要機能すなわち：ｉ）該電解セル２２の１つ以上のセルパラメーターの測定；ｉｉ）従来のＡ−Ｄ（“Ａ／Ｄ”）変換器を使ってのセルパラメーターの１つ以上のデータ信号（すなわち、デジタルデータ又はデジタル信号）への変換；そしてｉｉｉ）これらのデータ信号の即時（ｒｅａｌ−ｔｉｍｅ）、無線通信ネットワーク３４上での該マスター３４の１つ以上への無線送信、を達成する。それらは又デジタル信号処理アルゴリズムを実施し、それら自身についての情報を自己診断する。同様に、該マスター３２は一般的に２つの主要機能すなわち：ｉ）これらのデータ信号の該即時、無線通信ネットワーク３４上での該１つ以上のスレーブ３０からの受信；そしてｉｉ）これらのデータ信号の該コンピュータ３６への送信、を達成する。そして最後に、該コンピュータ３６は一般に２つの主要機能すなわち：ｉ）該マスター３２からのデータ信号受信と、データの該コンピュータ３６上又は該プラントコンピュータネットワーク（図３では他の仕方では示されてない）上のもう１つのコンピュータ（示されてない）上に定在するデータベース又はデータヒストリアン（ｄａｔａ  ｈｉｓｔｏｒｉａｎ）への報告；そしてｉｉ）データの処理及び解析と該スレーブ３０及び該マスター３２の通信ステイタスについての診断情報の発生、を達成する。該セルモニタリングシステム内のこれらの無線通信リンクは本質的に単方向（ｕｎｉｌａｔｅｒａｌ）であるよう意図されてなく、中で送信器及び受信器機能が１つのデバイス内に集積化され得る双方向通信（ｂｉｌａｔｅｒａｌ  ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）を含む。
【００４６】
大規模タンクハウスでは、該マスター３２は上記で詳述された様に、１つ以上のデータリレイ４０と中央マスター４２を通して通信する。もし該タンクハウスが充分大きいか又は他の仕方でそれを必要とするなら、多数の中央マスター４２も又実現され得る。
【００４７】
描かれた好ましい実施例では、該スレーブ３０は該マスター３２へ無線で送信するが、該マスターは、主にコンピュータ３６を該タンクハウスとその厳しい環境から取り除くために、該スレーブ３０と該コンピュータ３６の間の仲介者（ｇｏ−ｂｅｔｗｅｅｎ）として役立つ。もう１つの好ましい実施例では、しかしながら、該スレーブ３０は、仲介者としての該マスター３２への送信無しに、直接該コンピュータ３６へ無線送信する。
【００４８】
今、図４を参照すると、即時、無線通信ネットワーク（ｒｅａｌ−ｔｉｍｅ，  ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  ｎｅｔｗｏｒｋ）３４の好ましい実施例が示されるが、そこでは第１マスター３２ａは第１サブシステム３８ａの部分として数百程の多くの第１スレーブ３０ａにサーブ（ｓｅｒｖｅｓ）する。同様に、第２マスター３２ｂは第２サブシステム３８ｂの部分としてもう１つの数百の第２スレーブ３０ｂにサーブし、そして第Ｎマスター３２ｎ及び第Ｎサブシステム３８ｎについて同様である。示される様に、各マスター３２は好ましくはスレーブ３０の各それぞれのセットから物理的に遠隔にあり、それと無線通信するのがよい。好ましい実施例では、４から８程の多さのマスター３２が普通の銅生産タンクハウスの数ヘクタール上に広がる１４４０の電解セル２２にサーブすると予想される。しかしながら、必要な様に、本発明は充分にスケーラブル（ｓｃａｌａｂｌｅ）であり、必要な様により多く又より少ないマスター３２が提供されてもよい。加えて、そして説明される様に、各マスター３２は好ましくは周波数ホップ（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｈｏｐｓ）する、すなわち各マスター３２は周波数ホッピングシステム（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｈｏｐｐｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍ）を利用するのがよい。換言すれば、これらのマスター３２は好ましくは種々の周波数ホッピングシーケンス（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｈｏｐｐｉｎｇ  ｓｅｑｕｅｎｃｅｓ）を利用するのがよく、該シーケンスは多数のマスター３２が共存することを可能にする。
【００４９】
もう１つの好ましい実施例では、該マスター３２と該コンピュータ３６の間の電子的通信は更に、図４に示す様に、該マスター３２からデータリレイ４０へと、該データリレイ４０から中央マスター４２へと、そして次いで該中央マスター４２から該コンピュータ３６へと、の電子的通信から成る。特に、該第１マスター３２ａは第１データリレイ４０ａと電子的に通信し、該第２マスター３２ｂは第２データリレイ４０ｂと電子的に通信し、そして第Ｎデータリレイ４０ｎと電子的に通信する第Ｎマスターについて同様である。好ましくは、該データリレイ４０の各々はもう１つのスレーブ３０であり、そのそれぞれのマスター３２及び該中央マスター４２の間で通信するのがよい。好ましくは、該中央マスター４２は同様にもう１つのマスター３２であり、そのそれぞれのデータリレイ４０及びコンピュータ３６の間で通信するのがよい。かくして、該即時無線通信ネットワーク３４上で該電解セル２２のセンサーから該コンピュータ３６へデータを送信するために往復するスレーブ−マスター−スレーブ−マスター配置（ｒｅｃｉｐｒｏｃａｔｉｎｇ  ｓｌａｖｅ−ｍａｓｔｅｒ−ｓｌａｖｅ−ｍａｓｔｅｒ  ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）が存在するのが好ましい。好ましい実施例では、該スレーブ３０，マスター３２，データリレイ４０，そして中央マスター４２の各々は同じハードウエアから形成され、それによりこの配置を実現している。適当なソフトウエアがこの目的を達成するため各々上で実施される。
【００５０】
ｉ）該スレーブ３０と該マスター３２，ｉｉ）該マスター３２と該データリレイ４０，そしてｉｉｉ）該データリレイ４０と該中央マスター４２、の間の電子的通信は無線であるが、該中央マスター４２と該コンピュータ３６の間の通信は、その全てが直列デバイスの接続用として当該技術で公知技術である、ＲＳ−２３２ポート、その後継の１つであるＲＳ−４２２／ＲＳ−４８５ポート、ＵＳＢポート、又はイーサーネットポートを通して該中央マスター４２を該コンピュータ３６へ接続する様に、従来のネットワークインターフエース３７上で配線されるのが好ましい。何れにせよ、該コンピュータ３６は結局該それぞれのスレーブ３０から受信したデータ信号を処理する。
【００５１】
好ましい実施例では、該コンピュータ３６は普通、該セルモニタリングシステム（すなわち、スレーブ３０，マスター３２，データリレイ４０，そして中央マスター４２）と現在のプラントコンピュータネットワーク３９との間のブリッジ又はデータインターフエースとしての役割を演ずる。それはデータを、該コンピュータ３６又は、普通イーサーナットネットワークである該プラントコンピュータネットワーク３９上のもう１つのコンピュータ（示されてない）、又は他のプラント情報システム上に定在するデータベース又はデータヒストリアンに報告する。該セルモニタリングデータが該プラントコンピュータネットワーク３９で入手可能なので、その上にインストールされた適当なセルモニタリングアップリケーションソフトウエア（ｃｅｌｌ  ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｓｏｆｔｗａｒｅ）｛例えば、フインランド、エスプー（Ｅｓｐｏｏ，  Ｆｉｎｌａｎｄ）のアウトクンプグループ（Ｏｕｔｏｋｕｍｐｕ  Ｇｒｏｕｐ）からのセルセンス（ＣｅｌｌＳｅｎｓｅ）｝を有する１つ以上のコンピュータアプリケーションワークステーション（ｃｏｍｐｕｔｅｒ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎｓ）４１が利用される。該コンピュータアプリケーションワークステーション４１はデータサーバーからセルモニタリングデータにアクセスし、タンクハウス性能（ｔａｎｋ  ｈｏｕｓｅ  ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）の様なタンクハウスセル特性を計算する。その結果は該プラントコンピュータネットワーク３９上の何等かのコンピュータ（すなわち、デスクトップ、ラップトップ、タブレットＰＣ、又は他の適当な計算プラットフオーム）上で何等か適当な仕方でオペレーターに提示される。この様であるから、典型的コンピュータアプリケーションワークステーション４１は該ワークステーション４１を制御し相互作用するためのキーボード４４，モニター４６、そしてマウス４８のみならず該コンピュータ３６又はプラントコンピュータネットワーク３９からの情報又はデータをハードコピーするためのプリンター５０も有してもよい。
【００５２】
当業者は本発明がハードウエア、ソフトウエア、フアームウエア又は何等かのそれらの種々の組み合わせで実現されることを認識するであろう。本発明の代表的可視化ツールは中央化した仕方で１つのコンピュータ３６上で、又は代わりに、多数の要素と部品が多数の相互接続されたコンピュータ３６上に広がる分散した仕方で実現され得る。更に、ここで説明された本発明を実行するよう付加されたどんな種類のコンピュータ３６又は他の装置も適合される。ハードウエア及びソフトウエアの典型的組み合わせは、例えば、ロードされ、実行される時、説明した本発明が実現されるよう該コンピュータ３６を制御するコンピュータプログラムを有する汎用コンピュータ３６とすることが出来る。
【００５３】
かくして、好ましい実施例では、該コンピュータ３６は、該タンクハウスとそのオペレーター用のデータヒストリアン（ｄａｔａ  ｈｉｓｔｏｒｉａｎ）として機能する、現在のプラント情報システムコンピュータに対するインターフエースとなる。
【００５４】
今、図５を参照すると、スレーブ３０の機能ブロック線図が示される。特に、該電解セル２２と該スレーブ３０の間に少なくとも２つの電気接続３１が提供される。第１接続５２はバス電圧を利用するが、該電圧は該スレーブ３０に給電するために該陽極Ａ及び陰極Ｃを跨いで印加される電圧である。該セル電圧は又この接続を通して測定される。第２の接続５４は種々のセンサーと通信するが、該センサーは該センサーが取り付けられる該電解セル２２の物理的特性に対応するセルパラメーターをモニターする。
【００５５】
典型的セル電圧は一般に約０．１−０．８ボルトの間に及び、それらは普通には約０．２−０．３ボルトの間にあり、なおもっと普通には、それらは約０．２５ボルトである。これはマイクロプロセサーベースのスレーブ３０を給電するには一般に不充分であり、それで電圧昇圧器（ｖｏｌｔａｇｅ  ｂｏｏｓｔｅｒ）５４が提供されるがそれは下記で詳述される。該電圧昇圧器５４はその超低セル電圧（ｕｌｔｒａ−ｌｏｗ  ｃｅｌｌ  ｖｏｌｔａｇｅ）を約０．１より低くから約５．０ボルトへ昇圧（ｂｏｏｓｔｓ）する。もし該電圧昇圧器５４を給電するのに該電解セル２２から不充分な電圧しか入手出来ないなら（すなわち、０．１５ボルトより高い電圧が該電解セル２２から必ずしも入手出来ないかもしれない）、再充電可能なバッテリー（ｒｅｃｈａｒｇｅａｂｌｅ  ｂａｔｔｅｒｙ）５６も、約３．６ボルトが好ましい、エネルギーリザーバー（ｅｎｅｒｇｙ  ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ）として提供され得る。代表的再充電可能なバッテリー５６はニッカドバッテリー（ＮｉＣａｄ  ｂａｔｔｅｒｙ）、ＮＩＭＨバッテリー、リチウムイオンバッテリー（Ｌｉｔｈｉｕｍ−Ｉｏｎ  ｂａｔｔｅｒｙ）、又は類似のものを含む。好ましくは、該再充電可能なバッテリー５６は低電流充電、高周囲動作温度用に好適である。他方、もし該マイクロプロセサーベースのスレーブ３０に給電するのに充分な電圧が該電解セル２２から入手可能なら、それは該電圧昇圧器５４又は再充電可能なバッテリー５６無しで直接使われ得る。換言すれば、もし該電圧昇圧器５４に供給するのに充分な電圧が該電解セル２２から入手可能であるなら（すなわち、０．１５ボルトより高い）、該スレーブ３０はそれからエネルギーを引く電圧昇圧器５４により給電され得る。該電圧昇圧器５４は又、該セル電圧が充分高い時（すなわち、０．１５ボルトより高い）該再充電可能なバッテリー５６を充電するだろう。
【００５６】
該再充電可能なバッテリー５６は、例えば、ｉ）該電解セル２２から充分な電圧が入手可能な時は何時も該バッテリー５６を再充電するか；又はｉｉ）該バッテリー電圧が或るしきい値レベルの下に降下した時だけ該バッテリー５６を再充電する、ことを含め、種々の仕方で再充電され得る。干渉を減ずるために、該セルパラメーターをサンプリングし、本発明の無線データ転送機構（ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ｄａｔａ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ）を通してデータを送信又は受信する間、該電圧昇圧器５４を閉止し、該再充電可能なバッテリー５６で該スレーブ３０に給電することは好ましい。
【００５７】
何れにせよ、該電圧昇圧器５４からの電圧か又は該再充電可能なバッテリー５６からの電圧か、何れかにより、電圧調整器５８は約３．３ボルトの一定供給電圧を該スレーブ３０のトランシーバー６０及びマイクロプロセサー６２へ提供する。
【００５８】
下記で詳述される様に、好ましくは該トランシーバー６０は産業、科学及び医学（Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ，  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ，  ａｎｄ  Ｍｅｄｉｃａｌ）（“ＩＳＭ”）バンド（ｂａｎｄ）上で周波数ホッピングスペクトル拡散（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｈｏｐｐｉｎｇ  Ｓｐｒｅａｄ  Ｓｐｅｃｔｒｕｍ）（“ＦＨＳＳ”）又は直接シーケンススペクトル拡散（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｓｅｑｕｅｎｃｅ  Ｓｐｒｅａｄ  Ｓｐｅｃｔｒｕｍ）（“ＤＳＳＳ”）を使ってアンテナ６４を通して該マスター３２と通信するのがよい。好ましくは、該アンテナ６４は該スレーブ３０が曝される厳しい環境のために該スレーブ３０の内部にあるが、もし必要であるか又は望まれるなら、外部アンテナ６４が提供されてもよい。
【００５９】
何れにせよ、該電圧調整器（ｖｏｌｔａｇｅ  ｒｅｇｕｌａｔｏｒ）５８からの供給電圧は又マイクロプロセサー６２に給電し、該プロセサーはセンサーが取り付けられた電解セル２２からのアナログ信号を変換するためにＡ−Ｄ変換器６８を有する。該マイクロプロセサー６２は又該スレーブ３０を制御するためのプロトコルソフトウエア（ｐｒｏｔｏｃｏｌ  ｓｏｆｔｗａｒｅ）７０と、該電圧昇圧器５４用の比例、積分、微分（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ，  Ｉｎｔｅｇｒａｌ，  Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ）（“ＰＩＤ”）コントローラー（ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）又は他のアルゴリズム７２と、を有する。
【００６０】
従って、該スレーブ３０は一般に、下記機能すなわち：電解セルパラメーターのサンプリングと、デジタルデータへの変換；デジタルフイルタリング（ｄｉｇｉｔａｌ  ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ）の様な或るデジタル信号処理アルゴリズムを使ったデジタルデータの処理：無線ラジオリンク（ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ｒａｄｉｏ  ｌｉｎｋ）の様な無線通信ネットワークを通しての該デジタルデータ信号の該マスター３２への送信；超低セル電圧を昇圧することによるそれ自身への電力の提供、そしてバックアップ電力用としての再充電可能なバッテリー５６の使用、の少なくとも１つを行う。好ましい実施例では、それは下記仕様すなわち：該ＩＳＭラジオ周波数バンド上での該ＦＨＳＳ又はＤＳＳＳの使用；７６．８ｋビット／秒以上のボーレイト（ｂａｕｄ  ｒａｔｅ）の使用；約２００フイート以上の送、受信範囲、３つ以上の１０ビットＡ／Ｄチャンネル、約−１０から＋８５℃以上の動作周囲温度、±０．０６１５℃以上のデジタル温度センサー分解能の保有；そしてセル電圧の様なセルデータを通信するためのＬＥＤ出力６６の使用、を有する。それがマイクロプロセサーベースであるので、該スレーブ３０は又、該マスター３２への送信の前に該データ信号を圧縮及びフイルターし、データをオンボードで処理し、予め決められた設定点しきい値からの偏差を認識し、それ自身と該電解セル２２との間の電気的接続品質を解析し、そしてそれがマスター３２へ通信する無線プロトコルを実施するようプログラムされる。
【００６１】
図６は電解セル２２データを通信するための該スレーブ３０のＬＥＤ出力６６用の１つの好ましい方法を描いている。特に、重要なセルパラメーターであるセル電圧は該スレーブ３０を見るオペレーターへ視覚的に示される。例えば、該セル電圧はＬＥＤフラッシング周波数（ｆｌａｓｈｉｎｇ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）に線形的に変換されるので、電解セル２２内の短絡は、種々のＬＥＤ出力６６のフラッシング周波数を視覚的に比較するオペレーターにより該タンクハウス内で容易に識別され得る。もう１つの好ましい実施例では、該スレーブの種々の条件を表す種々のカラーを有する、多数（すなわち、４つ）のＬＥＤ出力６６が利用される。これらのＬＥＤ出力６６は、送信モニタリング及び短絡識別の様な診断目的のため利用される。もう１つの好ましい実施例では、可聴出力（ａｕｄｉｂｌｅ  ｏｕｔｐｕｔｓ）もセルデータを伝えるために提供される。これらの種類の指示器（ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ）はオペレーターが電解セル２２の大きな集合への努力の集中から離れるようにし、より即刻の注意を必要とする様な電解セルに集中することを可能にする。
【００６２】
今、図７を参照すると、図５の電圧昇圧器５４が詳述されているが、それは近似的に０．１ボルトより小さい電圧から、該スレーブ３０に給電し、再充電可能なバッテリー５６を再充電するのに充分な電圧まで、超低セル電圧を昇圧するため提供される。特に、第１インダクター（ｆｉｒｓｔ  ｉｎｄｕｃｔｏｒ）７４は、スイッチング配列（ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ  ａｒｒａｙ）７６―それは最小の抵抗と低いゲート静電容量、そして、好ましくは、１つ以上の適当なモスフエット（ＭＯＳＦＥＴ）デバイスを含むのがよい―が閉じる時電気エネルギーを磁場エネルギーに変換する。該スイッチング配列が開くと、電流ｉを一定に保つために、該第１インダクター７４に蓄えられた該磁場エネルギーはノードＡに高い電圧を発生する。この高い電圧はダイオード８０を通してキャパシター７８を充電する。該キャパシター７８が受ける電荷の量は、部分的には、該マイクロプロセサー６２の該ＰＩＤコントローラー又は他のアルゴリズム７２により制御される該スイッチング配列７６のオン−オフ（ＯＮ−ＯＦＦ）デューティ（ｄｕｔｙ）サイクルに左右される。従って、該昇圧器（ｂｏｏｓｔｅｒ）出力電圧はパルス幅変調（ｐｕｌｔｈ  ｗｉｄｔｈ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）（“ＰＷＭ”）デューティサイクル８２を変えることにより調整（ｒｅｇｕｌａｔｅｄ）され、該サイクルは当業者に公知の低電力消費ドライバー８４を通して動作する該マイクロプロセサー６２の該ＰＩＤコントローラー又は他のアルゴリズム７２により制御される。加えて、ＰＷＭ周波数は好ましくは５０ｋＨｚより高いのがよい。
【００６３】
３．３ボルト電圧調整器５８を通して、該再充電可能なバッテリー５６が、スレーブ３０用初期エネルギー源としてのみならずリザーバーとしても使用される。かくして、該再充電可能なバッテリー５６は、該スレーブ３０が初期にオンに変えられる時のみならず該超低セル電圧が該スレーブ３０に給電するのに利用可能でないか又は不充分である時も、該スレーブ３０に給電する。しかしながら、該超低セル電圧が利用可能でありそして該電圧昇圧器５４に供給するのに充分な時は何時も、該電圧昇圧器５４はオンに変えられ、それは該スレーブ３０に給電し、かつ該再充電可能なバッテリー５６を充電する。好ましい実施例では、バッテリー電圧は周期的にサンプルされ、該電圧は該再充電可能なバッテリー５６の有用寿命（ｕｓｅｆｕｌ  ｌｉｆｅ）を示すために診断情報として通信される。
【００６４】
この超低セル電圧から充分な電力を引き出すために、該電流ｉは高くなければならない。かくして、該電圧昇圧器５４は好ましくは最小抵抗で動作するのがよく、低抵抗を有する該第１インダクター７４とスイッチング配列７６が適切に選ばれる。好ましくは、例えば、該第１インダクター７４とスイッチング配列７６の合計抵抗は２０ミリオームより小さくすべきである。
【００６５】
説明された様に、好ましくはマイクロプロセサー６２内に組み込まれるのがよい、該デジタルＰＩＤデバイス７２は該電圧昇圧器５４の出力を調整する。第２インダクター８８が約２．３オームの好ましい直流抵抗を有するので、該マイクロプロセサー６２は該インダクター８８間の電圧降下を制御することにより充電電流を制御出来る。該インダクター８８間の電圧は、該電圧昇圧器５４の出力電圧とバッテリー５６の電圧の差である。好ましくは、両電圧が電圧デバイダー８６を通して該マイクロプロセサー７２のＡ／Ｄチャンネルによりサンプルされるのがよい。該サンプルされる電圧は、該電圧昇圧器５４がオンに変わると該電圧昇圧器５４の出力電圧であり、それは、該電圧昇圧器５４がオフに変わると、該バッテリー５６の電圧になるであろう。該昇圧器出力電圧は該ＰＩＤコントローラー又は他のアルゴリズム７２の設定点を変えることにより変えられる。代わりの実施例
では、異なる充電戦略（ｃｈａｒｇｅ  ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ）が異なる種類の再充電可能なバッテリー５６用に適用され得る。
【００６６】
好ましくは、該第２インダクター８８は、該電圧昇圧器５４の高周波汚染（ｈｉｇｈ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｃｏｎｔａｍｉｎａｎｔｓ）を有利に除去出来るローパスフイルターインダクター（ｌｏｗ  ｐａｓｓ  ｆｉｌｔｅｒ  ｉｎｄｕｃｔｏｒ）とすることが出来る。
【００６７】
今、図８を参照すると、マスター３２の機能ブロック線図が示される。前記の様に、該スレーブ３０とマスター３２とは同じハードウエアから形成され、アプリケーションにより可能化された異なる機能を有するのが好ましい。何れにせよ、該マスター３２は従来の１１０ボルト交流電力アダプター９０から調整された／未調整の５−９ボルト直流を受け、電圧調整器９２に供給し、該マスター３２のトランシーバー９４及びマイクロプロセサー９６に３．３ボルトの一定供給電圧を提供する。下記で詳述する様に、該トランシーバー９４はＩＳＭバンド上のＦＨＳＳ又はＤＳＳＳを使ってアンテナ９８を通してスレーブ３０と通信するのが好ましい。該アンテナ９８は、送信及び受信感度を高めるために該マスター３２の外部にあるのが好ましいが、必要なら又は望まれるなら、内部アンテナ９８も提供され得る。そして該マイクロプロセサー９６は、中に作られる標準直列通信ポートである、ユニバーサルアシンクロナスレシーバートランスミッター（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ  Ｒｅｃｅｉｖｅｒ  Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ）（“ＵＡＲＴ”）１００を有する。該マイクロプロセサー９６は又マスター３２を制御するためのプロトコルソフトウエア１０２及び該コンピュータ３６と通信するための入力／出力ポート１０４を有する。
【００６８】
従って、該マスター３２は一般に、下記機能すなわち：該スレーブ３０からの無線通信ネットワーク３４を通してのデジタルデータ信号の受信と、該データ信号の、好ましい構成に依り直接か、又はデータリレイ４０及び中央マスター４２を通してか、何れかでの該コンピュータ３６への送信と、の少なくとも１つ以上を行う。好ましい実施例では、それは下記仕様を有する、すなわち、該ＩＳＭラジオ周波数バンド上でのＦＨＳＳ又はＤＳＳＳの使用；約２００フイート以上の送信及び受信範囲と、約−１０から＋８５℃以上の動作温度と、そしてメインの１１０ボルト交流による給電及び２５０ｍＷより少ない最大電力消費と、の保有である。
【００６９】
今、図９−１２を参照すると、好ましい通信プロトコルがＦＨＳＳ通信技術を使って描かれている。
【００７０】
例えば、図９で描かれたスレーブ３０の好ましい動作では、制御は過程１００で始まり、その後制御は過程１０２へ移る。
【００７１】
過程１０２で、スレーブ３０はデータ報告トリガー（ｄａｔａ  ｒｅｐｏｒｔｉｎｇ  ｔｒｉｇｇｅｒ）を待ち、該トリガーはｉ）最後の報告以来測定された、予め規定されたしきい値量（ｐｒｅｄｅｆｉｎｅｄ  ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ  ａｍｏｕｎｔ）又はデッドバンド（ｄｅａｄ−ｂａｎｄ）を超えるセルパラメーターの偏差、又はｉｉ）最後の報告以来の、予め規定された最大報告しきい値期間（ｐｒｅｄｅｆｉｎｅｄ  ｍａｘｉｍｕｍ  ｒｅｐｏｒｔｉｎｇ  ｔｈｒｅｓｏｌｄ  ｐｅｒｉｏｄ）を超える時間、により賦活される。もし該スレーブ３０が過程１０２でデータ報告トリガーを受信するなら、制御は過程１０２から過程１０４へ移り、さもなければ制御は過程１０２に留まりデータ報告トリガーを待つ。
【００７２】
過程１０４で、該スレーブ３０はマスター３２からのビーコン（ｂｅａｃｏｎ）を待つ
。もし該スレーブ３０が過程１０４で該マスター３２からビーコンを受信するなら、制御は１０４から過程１０６へ移り、さもなければ制御は過程１０４に留まり該マスター３２からのビーコンを待つ。
【００７３】
過程１０６では、該スレーブ３０は該マスター３２へ送信請求を送信し、その後制御は過程１０８へ移る。
【００７４】
過程１０８で、該スレーブ３０は該マスター３２が該データを該マスター３２へ送信するよう該スレーブ３０に割り当てるのを待つ。もし該マスター３２が過程１０８で該データを送信するよう該スレーブ３０に割り当てるなら、制御は過程１０８から過程１１０へ移るが、さもなければ、制御は過程１０８から過程１０６へ移る。
【００７５】
過程１１０で、該スレーブ３０は該データを該マスター３２へ送信し、その後制御は過程１１２へ移る。
【００７６】
過程１１２で、該スレーブ３０は該マスター３２からの、該マスター３２が該スレーブ３０から該データを受信した確認応答（ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅｍｅｎｔ）を待つ。もし該スレーブ３０が該マスター３２から該マスター３２が該スレーブ３０から該データを受信した確認応答を過程１１２で受信するなら、制御は過程１１２から過程１１４へ移り、それにより本動作は終了するが、さもなければ制御は過程１１２から過程１１０へ移る。
【００７７】
同様に、図１０で描かれるマスター３２の好ましい動作では、制御は過程１２０で始まり、その後制御は過程１２２へ移る。
【００７８】
過程１２２で、該マスター３２はそのデータバッファー（ｄａｔａ  ｂｕｆｆｅｒ）がフル（ｆｕｌｌ）になるのを待つ。もし該マスター３２のデータバッファーが過程１２２でフルになるなら、制御は過程１２２から過程１２４へ移り、さもなければ制御は過程１２２から過程１２６へ移る。
【００７９】
過程１２４で、該マスター３２はそのデータをデータリレイ４０へ送信し、その後制御は過程１２４から過程１２２へ移り次にデータバッファーがフルになるのを待つ。
【００８０】
過程１２６で該マスター３２はタイムアウト期間（ｔｉｍｅ  ｏｕｔ  ｐｅｒｉｏｄ）が満了（ｅｘｐｉｒｅ）するのを待つ。もし該タイムアウト期間が過程１２６で満了するなら、制御は過程１２６から過程１２４へ移るが、さもなければ制御は過程１２６から過程１２８へ移る。
【００８１】
過程１２８で、該マスター３２はビーコン信号を該スレーブ３０へ送信し、その後制御は過程１２８から過程１３０へ移る。
【００８２】
過程１３０で、該マスター３２はスレーブ３０からの送信請求を待つ。もし該マスター３２がスレーブ３０からの送信請求を過程１３０で受信しないなら、制御は過程１３０から過程１３２へ移るが、さもなければ、制御は過程１３０から過程１３４へ移る。
【００８３】
過程１３２で、該マスター３２はタイムアウト期間が満了になるのを待つ。もし該タイムアウト期間が過程１３２で満了になったなら、制御は過程１３２から過程１３４へ移るが、さもなければ、制御は過程１３２から過程１２２へ移る。
【００８４】
過程１３４では、該マスター３２はそのデータを送信するよう該スレーブ３０に割り当て、その後制御は過程１３６へ移る。
【００８５】
過程１３６で、該マスター３２は該スレーブ３０からのデータを待つ。もし該マスター３２が過程１３６で該スレーブ３０からデータを受信するなら、制御は過程１３６から過程１３８へ移り、さもなければ制御は過程１３６から過程１３４へ移る。
【００８６】
過程１３８で、該マスター３２は確認応答信号を該スレーブ３０へ戻すよう送信し、その後制御は過程１３８から過程１４０へ移り、それにより本動作は終了する。
【００８７】
同様に、図１１に描かれたデータリレイ４０の好ましい動作では、制御は過程１５０で始まり、その後制御は過程１５２へ移る。
【００８８】
過程１５２で、該データリレイ４０はマスター３２からのデータパック（ｄａｔａ  ｐａｃｋ）を待ち、その後制御は過程１５２から過程１５４へ移る。
【００８９】
過程１５４で、該データリレイ４０は該データが用意されるのを待つ。もし該データが過程１５４で用意されるなら、制御は過程１５４から過程１５６へ移り、さもなければ制御は過程１５４から過程１５２へ移る。
【００９０】
過程１５６で、該データリレイ４０は該マスター３２からの該データを受信し、その後制御は過程１５６から過程１５８へ移る。
【００９１】
過程１５８で、該データリレイ４０は該マスター３２からの追加データを待つ。もし該データリレイが過程１５８で該マスター３２から追加データを受信するなら、制御は過程１５８から過程１５６へ移り、さもなければ制御は過程１５８から過程１６０へ移る。
【００９２】
過程１６０で、該データリレイ４０は送信請求を中央マスター４２へ送信し、その後制御は過程１６０から過程１６２へ移る。
【００９３】
過程１６２で、該データリレイ４０は該中央マスター４２が送信を割り当てるのを待つ。もし該中央マスター４２が過程１６２で送信を該データリレイ４０に割り当てるなら、制御は過程１６２から過程１６４へ移り、さもなければ制御は過程１６２から過程１６０へ移る。
【００９４】
過程１６４で、該データリレイ４０はデータを該中央マスター４２へ送信し、その後制御は過程１６６へ移る。
【００９５】
過程１６６で、該データリレイ４０は該中央マスター４２からの該中央マスター４２が該データリレイ４０から該データを受信した確認応答を待つ。もし該データリレイ４０が過程１６６で該中央マスター４２が該データリレイ４０から該データを受信した確認応答を該中央マスター４２から受信するなら、制御は過程１６６から過程１６８へ移り、それにより本動作は終了するが、さもなければ制御は過程１６６から過程１６４へ移る。
【００９６】
最後に、図１２に描かれた中央マスター４２の好ましい動作では、制御は過程１８０で始まり、その後制御は過程１８２へ移る。
【００９７】
過程１８２で、該中央マスター４２は該データリレイ４０からの送信請求を待つ。もし該中央マスター４２が過程１８２で該データリレイ４０から該送信請求を受信するなら、制御は過程１８２から過程１８４へ移り、さもなければ制御は過程１８２に留まり該データリレイ４０からの送信請求を待つ。
【００９８】
過程１８４で、該中央マスター４２はそのデータを送信するよう該データリレイ４０に割り当て、その後制御は過程１８４から過程１８６へ移る。
【００９９】
過程１８６で、該中央マスター４２は該データリレイ４０からのデータを待つ。もし該中央マスター４２が過程１８６で該データリレイ４０からデータを受信すれば、制御は過程１８６から過程１８８へ移り、さもなければ、制御は過程１８６から過程１８４へ移る。
【０１００】
過程１８８で、該中央マスター４２は確認応答を該データリレイ４０へ戻り送信し、その後制御は過程１８８から過程１９０へ移り、それにより本動作は終了する。
【０１０１】
説明した様に、ＦＨＳＳの様なスペクトル拡散通信技術（ｓｐｒｅａｄ  ｓｐｅｃｔｒｕｍ  ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）は、それらを特に狭帯域信号に比して、検波（ｄｅｔｅｃｔ）したり、中断（ｉｎｔｅｒｃｅｐｔ）したり、復調（ｄｅｍｏｄｕｌａｔｅ）したり、妨害（ｊａｍ）したり、又は他の仕方で干渉（ｉｎｔｅｒｆｅｒｅ  ｗｉｔｈ）したり、し難くする広帯域の、ノイズの様な信号（ｎｏｉｓｅ−ｌｉｋｅ  ｓｉｇｎａｌｓ）を使う。
【０１０２】
ダイレクトシーケンススペクトル拡散（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｓｅｑｕｅｎｃｅ  Ｓｐｒｅａｄ  Ｓｐｅｃｔｒｕｍ）（“ＤＳＳＳ”）、周波数ホッピングスペクトル拡散（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｈｏｐｐｉｎｇ  Ｓｐｒｅａｄ  Ｓｐｅｃｔｒｕｍ）（“ＦＨＳＳ”）（例示的、代表的、そして非限定的目的でここで説明された）、タイムホッピングスペクトル拡散（Ｔｉｍｅ  Ｈｏｐｐｉｎｇ  Ｓｐｒｅａｄ  Ｓｐｅｃｔｒｕｍ）（“ＴＨＳＳ”）、そしてコード分割多重アクセス（Ｃｏｄｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ）（“ＣＤＭＡ”）を含む、種々の幾つかのスペクトル拡散伝送技術が存在する。
【０１０３】
ＤＳＳＳでは、送信ステーションでデータ信号は、拡散比（ｓｐｒｅａｄｉｎｇ  ｒａｔｉｏ）に従ってユーザーデータを分割するより高いデータレートビットシーケンス（ｈｉｇｈｅｒ  ｄａｔａ  ｒａｔｅ  ｂｉｔ  ｓｅｑｕｅｎｃｅ）すなわちチッピングコード（ｃｈｉｐｐｉｎｇ  ｃｏｄｅ）と組み合わされる。該チッピングコードは送信される各ビット用の冗長ビットパターン（ｒｅｄｕｎｄａｎｔ  ｂｉｔ  ｐａｔｔｅｒｎ）であり、それは該信号の妨害に対する抵抗を増す。もし該パターン内の１つ以上のビットが送信中損傷されても、元のデータは該送信の冗長度により回復させられ得る。この様なビットシーケンスはスペクトルの平坦さ（ｓｐｅｃｔｒａｌ  ｆｌａｔｎｅｓｓ）と、低い相互及び自己相関値（ｃｒｏｓｓ  ａｎｄ  ａｕｔｏ−ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ  ｖａｌｕｅｓ）と、を有し、従って非目標受信器による妨害又は検波を難しくする。
【０１０４】
ＦＨＳＳでは、そのユニークで、ランダムなシーケンスに従って搬送周波数がシフトする又は“ホップ（ｈｏｐｓ）”する。この技術では、離散周波数の数（ｎｕｍｂｅｒ  ｏｆ  ｄｉｓｃｒｅｔｅ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ）が該システムのバンド幅を決める。
【０１０５】
典型的ＦＨＳＳデバイスは擬似ノイズコード制御周波数シンセサイザー（ｐｓｅｕｄ−ｎｏｉｓｅ  ｃｏｄｅ−ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｒ）である。該デバイスの瞬時周波数出力は擬似乱数シーケンス（ｐｓｅｕｄｏ−ｒａｎｄｏｍ  ｓｅｑｕｅｎｃｅ）に基づき１つの値からもう１つへジャンプする。該瞬時周波数を変えることは発生される周波数範囲上に有効に拡散される出力スペクトラムに帰着する。受信器の局部発振器周波数シンセサイザーを駆動する同期した擬似ノイズコード発生器（ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｅｄ  ｐｓｅｕｄｏ  ｎｏｉｓｅ  ｃｏｄｅ  ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）が受信器のデホッピング（ｄｅ−ｈｏｐｐｉｎｇ）を行う。従って、ＦＨＳＳ
は１セットの搬送波周波数上で急速にホップ出来る周波数シンセサイザーを使う。
【０１０６】
連邦通信委員会（Ｆｅｄｅｒａｌ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ）（“ＦＣＣ”）は、送信器電力及び変調への或る技術的制限が充たされる場合、産業、科学及び医学（Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ，  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ，  ａｎｄ  Ｍｅｄｉｃａｌ）（“ＩＳＭ”）バンドと呼ばれる周波数スペクトラムの部分での非免許運転（ｕｎｌｉｃｅｎｓｅｄ  ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）を許可する。最も良く知られたＩＳＭバンドは米国の９０２−９２８ＭＨｚバンド（普通９１５ＭＨｚバンドと呼ばれる）と全世界での２．４−２．４８３５ＧＨｚバンドである。
【０１０７】
上記説明の様に、これらの技術は当該技術で公知の技術により本発明で容易に実施され得る。しかしながら、本発明はこの点に限定されるよう意図されてはいない。例えば、ＦＨＳＳ及びＤＳＳＳを含むスペクトラム拡散技術が好ましいが、狭帯域通信も又使用され得る。同様に、該ＩＳＭバンドの他の周波数スペクトラムの部分も使用され得る。
【０１０８】
従って、この明細書は本発明の例示的、代表的、そして非限定的実施例を説明することは容易に明らかになろう。従って、本発明の範囲はこれらの実施例の何れかには限定されない。寧ろ、これらの実施例の詳細と特徴は必要なように開示された。かくして、―当業者に明らかな―多くの変更と変型がその範囲から離れることなく本発明の範囲内にあり、本発明は必ずそれらを包含している。従って、本発明の精神と範囲を公に知らせるために付記する請求項が作られた。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
本発明を構成する利点と特徴、及びそれと共に提供される典型的機構の種々の構造と動作的側面、の明確な概念は本明細書の必須部分を形成する、下記の例示的、代表的、そして非限定的図解を参照することにより容易に明らかになるが、そこでは幾つかの図で一般的に類似参照数字が同じ要素を呼称している。
【図１】電気冶金的銅生産の従来技術のフローチャートである。
【図２】代表的電解セルに固定されたスレーブの斜視図である。
【図３】コンピュータと通信するマスターと通信するスレーブを有する本発明のモニタリングシステムの機能線図である。
【図４】本発明の好ましい無線通信ネットワークの代表的実施例のアーキテクチャー的線図である。
【図５】スレーブの機能ブロック線図である。
【図６】好ましい電圧から周波数への写像の可視的表現である。
【図７】好ましい電圧昇圧回路である。
【図８】マスターの機能的ブロック線図である。
【図９】スレーブの好ましい動作のフローチャートである。
【図１０】マスターの好ましい動作のフローチャートである。
【図１１】データリレーの好ましい動作のフローチャートである。
【図１２】中央マスターの好ましい動作のフローチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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