(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属の電着プラントのカソードとアノードにおける電流の分布を評価するための装置であって、この装置は次の各要素：
−  電解液を収容している少なくとも一つの電解セル；
−  前記の少なくとも一つの電解セルと連関している電流ブスバー；
−  均衡の二次ブスバー；
−  均一な抵抗と規則的な形態を有するカソードおよびアノードのハンガーバーを上に載せていて、それらのハンガーバーと電気的に接触している複数のカソードおよびアノード、ここで、前記ハンガーバーは前記電流ブスバーと隣接する第一の末端部分および前記均衡の二次ブスバーと隣接する第二の末端部分を有していて、そして前記ハンガーバーは対応するカソードとアノードを前記少なくとも一つの電解セルの内部の所定の位置に保持するのに適している；
を含み、ここで、前記カソードおよびアノードのハンガーバーには、電流ブスバーおよび均衡の二次ブスバーのそれぞれとの電気接続部ならびに対応するカソードまたはアノードとの第一の電気接続部によって画定された領域において、前記カソードおよびアノードのハンガーバーの上に配置された少なくとも四つの接触検出点に接続された少なくとも一つの電気プローブが取り付けられている、前記装置。
【請求項２】
前記カソードおよびアノードのハンガーバーには、マイクロプロセッサーに接続された少なくとも一つの超小型回路が備え付けられていて、前記超小型回路は前記接触検出点に電気的に接続されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記少なくとも一つの超小型回路に無線送信機が備え付けられている、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記接触検出点は温度感知器に接続されている、請求項１から３のいずれかに記載の装置。
【請求項５】
前記カソードおよびアノードのハンガーバーには、前記マイクロプロセッサーと合体した少なくとも一つの超小型回路が備え付けられている、請求項１から４のいずれかに記載の装置。
【請求項６】
前記マイクロプロセッサーと合体した前記超小型回路、ハンガーバーの前記接触検出点、前記無線送信機および前記温度感知器は、耐薬品性の樹脂を用いることによって周囲の化学的環境から保護されている、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
金属の電着プラントのカソードとアノードにおける電流の分布を評価するための方法であって、前記のカソードとアノードの上には対応するハンガーバーが載っていて、次の各工程：
−  前記ハンガーバーに、電流ブスバーおよび均衡の二次ブスバーのそれぞれとの電気接続部ならびに対応するカソードまたはアノードとの第一の電気接続部によって画定された領域において前記カソードおよびアノードのハンガーバーの上に配置された少なくとも四つの接触検出点に電気的に接続することによって、少なくとも一つの電気プローブを取り付けること；
−  カソードおよびアノードのハンガーバーの抵抗を較正すること；
−  電流の測定値をケーブルまたは無線送信機によって中央コンピュータへ送信すること；
−  データを前記中央コンピュータによって合成すること；
−  予め定めた異常が発生した場合に前記中央コンピュータに接続した警報装置を作動させること；
−  異常を示している電極について接続を切るための任意の手段を作動させること；
を含む、前記方法。
【請求項８】
電着の用途のためのカソードまたはアノードのハンガーバーであって、このハンガーバーは均一な抵抗と規則的な形態を有しているとともに、マイクロプロセッサーを接続した少なくとも一つの超小型回路を備えていて、前記超小型回路は電流ブスバーおよび均衡の二次ブスバーのそれぞれとの電気接続部ならびに対応するカソードまたはアノードとの第一の電気接続部によって画定された領域に配置された少なくとも四つの検出点に接続されていて、また前記超小型回路は内部抵抗回路を有する、前記ハンガーバー。
【請求項９】
金属の電着プラントのカソードとアノードにおける電流の分布を評価するための方法であって、前記のカソードとアノードの上には対応するハンガーバーが載っていて、次の各工程：
−  電流ブスバーおよび均衡の二次ブスバーのそれぞれとの電気接続部ならびに対応するカソードまたはアノードとの第一の電気接続部によって画定された領域においてカソードおよびアノードのそれぞれのハンガーバーの上に配置された少なくとも四つの接触検出点に超小型回路を電気的に接続することによって、マイクロプロセッサーと合体した超小型回路をカソードおよびアノードのそれぞれのハンガーバーの上に設けること；
−  カソードおよびアノードのハンガーバーの抵抗を較正すること；
−  電流の測定値をケーブルまたは無線送信機によって中央コンピュータへ送信すること；
−  データを前記中央コンピュータによって合成すること；
−  予め定めた異常が発生した場合に前記中央コンピュータに接続した警報装置を作動させること；
−  異常を示している電極について接続を切るための任意の手段を作動させること；
を含む、前記方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に非鉄金属の電解採取または電解精製のプラントにおいて用いられる電解セル（電解槽）の電極に供給される電流を直接検出するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気化学プラントにおいて用いられるセル、特に金属の電解採取または電解精製のような金属の電着のプラントにおいて用いられるセルに供給される電流は、取り付けられた種々の電極に極めて多様なやり方で分配されるが、製造時に効果のあがらない結果を伴う場合がある。この現象は幾つかの理由により起こりうる。例えば、金属の電解採取または電解精製のプラントの特定のケースにおいて、負の極性を有する電極（カソード）は、その電極の上に付着した生成物を採取し、そして後にそれに続く製造サイクルのために所定の位置に戻すために、それらの取り付け位置から頻繁に取り出される。一般に極めて多数のカソードについて行われるこの頻繁な操作は、関連するブスバー（母線）の上への不完全な再配置と決して理想的とは言えない電気接触をしばしばもたらし、また収容位置において汚れた付着物を生じさせる誘因にもなる。また、電極上へのふぞろいな形での生成物の付着が生じる可能性もあり、それに伴って質量輸送勾配が形成して、それによりカソード表面の輪郭が変化する。これが起こると、電極表面の全体に沿ってのアノードとカソードの間隔がもはや一定にならないために電気的な不均衡が生じ、アノードとカソードの各対の間の距離の関数である電気抵抗が変化しやすくなり、不整な電流分布の問題が悪化する。
【０００３】
従って、カソードとブスバーの間の電気接触の不良およびカソード表面の輪郭の変化のために、電流は各々の電極に異なる量で分配されるかもしれない。さらに、アノードの単純な摩耗さえも電流の分布に影響を及ぼす可能性がある。
【０００４】
電流の分布のこれらの不均一さはアノードとカソードの間の短絡を招くことがある。短絡を頻繁に生じさせる別の原因は、特に銅の電着の場合であるが、樹枝状の付着物が時折形成することであり、アノードとカソードの間隔が局部的に減少することによりこれが局部的に速い速度で成長し、樹枝状物が成長した位置に増大した電流が集中して、最後に、カソードとアノードの間で短絡した状態になる。短絡が起きた場合、その短絡したカソード上に電流が集中しやすく、そのため残りのカソードへの電流が減少し、生産に重大な障害をきたし、短絡したカソードが切り離されるまで製造を再開することができない。
【０００５】
品質と生産力が低下すること以外に、上で示したような不均一な電流分布は、チタンのメッシュから得られる改良型のアノードの保全性に対する危険を生じさせ、それらの寿命を短くする。
【０００６】
工業プラントにおいては、多数のセルと電極が存在する場合、電流の分布の不規則さを検出する作業は極めて複雑である。そのような検出は実際に、赤外線検出器または磁気検出器を用いて操作員によって行われる数千もの手動の測定を含んでいる。金属の電解採取および電解精製プラントの特定のケースにおいて、これらの検出は操作員によって高温の環境下および主に硫酸を含む酸性のミストの存在下で行われる。
【０００７】
さらに、ガウスメーターや赤外線センサーを備えた計器のような、操作員によって用いられる従来の手動要素は、実際には磁場または温度の変化と関係する不均衡を検出するものであるから、電流分布の大きな不均衡の位置を突き止めることができるに過ぎない。
【０００８】
これらの手動または半手動の装置は、（抽出検査のみ可能なものであるから）連続的な作業のためには不適切で、極めて費用がかさみ、また操作員の健康に対して有害であるかもしれない、という欠点を有する。
【０００９】
セルを無線で監視するための公知の装置があり、永続的で連続的に作動するものではあるが、各々のセルについての電位と温度の変化を検出するだけで、全ての電極ごとに検出するものではない。上で説明したように、そのような情報は不正確であり、全体的には不十分である。
【００１０】
上記の問題を克服する試みが、例えば国際公開（ＷＯ）２０１３０３７８９９号に開示されている。この特許出願に記載された発明は、ブスバーの上に数千もの接点を直接固定する必要があり、プラントにおいて運転を行う間に複雑な作業を行わなければならないという欠点を有する。さらに、そのような間接的な電流の測定は、幾つかの近似を考慮する必要のある複雑な計算モデルを用いることを要する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】国際公開（ＷＯ）２０１３０３７８９９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
これらの理由から、金属の電着プラントのセルの中に取り付けられた各々の電極において電極ごとに電流の分布を永続的かつ連続的に監視して測定するための技術的かつ経済的に実行可能な装置を手に入れる必要性が、この工業分野において提起されている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、不健全な環境の中で操作員が手動の測定を行うことを要することなく、電気化学プラント（例えば、非鉄金属の電着プラント（例えば、電解抽出または電解採取および電解精製または電気精製のためのもの））の中に取り付けられた実質的に無制限の数の電極の電流分布を検出し、そして一つ以上の特定の電極が故障したことを警報装置によって信号で知らせることを可能にする。本発明はまた、先行技術における計算の複雑さと間接的な測定装置の設置を解消することを可能にするものであり、この装置は電極を製造する段階で電極上に直接取り付けるのに適している。
【００１４】
本発明の様々な側面が、添付する特許請求の範囲に示されている。
【００１５】
一つの側面において、本発明は金属の電着プラントのカソードとアノードにおける電流の分布を評価するための装置に関し、この装置は次の各要素を含み：
−  電解液を収容している少なくとも一つの電解セル；
−  前記の少なくとも一つの電解セルと連関している電流ブスバー；
−  均一な抵抗と規則的な形態を有するカソードおよびアノードのハンガーバー（吊り棒）と電気的に接触していて、それらのハンガーバーを上に載せている複数のカソードおよびアノード、ここで、前記ハンガーバーは前記電流ブスバーと隣接する末端部分を有していて、そして対応するカソードとアノードを前記少なくとも一つの電解セルの内部の所定の位置に保持するのに適している；
ここで、前記カソードおよびアノードのハンガーバーには、電流ブスバーとの電気接続部および対応するカソードまたはアノードとの第一の電気接続部によって画定された領域において、前記カソードおよびアノードのハンガーバーの上に配置された少なくとも二つの接触検出点に接続された少なくとも一つの電気プローブが取り付けられている。
【００１６】
本明細書において、カソードおよびアノードのハンガーバーと、それらハンガーバーに接続された電極（カソードまたはアノードの各々）との間の「第一の電気接続部」という用語は、電流が発生する側から出発してその電流が達する最初の接触点を示すものとして用いられる。
【００１７】
電極のハンガーバーの形態が規則的であるとき、この寸法から、その電極ハンガーバーに結合した電極上の電流分布を推測することができることを、発明者らは見いだした。
【００１８】
一つの側だけから電流を受け取るようにセルが構成されているか、あるいは電流を再分配するための均衡（balance）の二次電流ブスバーをセルに取り付けた電気化学金属電着プラントが当分野において知られている。後者の場合、本発明の装置は次の要素を含むように構成されている：
−  電解液を収容している少なくとも一つの電解セル；
−  前記の少なくとも一つの電解セルと連関している電流ブスバー；
−  均衡の二次ブスバー；
−  均一な抵抗と規則的な形態を有するカソードおよびアノードのハンガーバー（吊り棒）と電気的に接触していて、それらのハンガーバーを上に載せている複数のカソードおよびアノード、ここで、前記ハンガーバーは前記電流ブスバーと隣接する第一の末端部分および前記均衡の二次ブスバーと隣接する第二の末端部分を有していて、そして前記ハンガーバーは対応するカソードとアノードを前記少なくとも一つの電解セルの内部の所定の位置に保持するのに適している；
ここで、前記カソードおよびアノードのハンガーバーには、電流ブスバーおよび均衡の二次ブスバーのそれぞれとの電気接続部および対応するカソードまたはアノードとの第一の電気接続部によって画定された領域において、前記カソードおよびアノードのハンガーバーの上に配置された少なくとも四つの接触検出点に接続された少なくとも一つの電気プローブが取り付けられている。
【００１９】
本発明に係る装置の一つの態様において、前記カソードおよびアノードのハンガーバーには、マイクロプロセッサーに接続された少なくとも一つの超小型回路が備え付けられていて、前記超小型回路は前記接触検出点に電気的に接続されている。
【００２０】
プラントの管理者にとって煩雑な作業である、電極のハンガーバーを複数のケーブルと接続することを避けるために、抵抗降下の測定値を必要な処理を行うための中央コンピュータへ無線送信機によって送信することができる。このために、本発明に係る装置のさらなる態様においては、マイクロプロセッサーの超小型回路に無線送信機も備え付ける。幾つかの場合においては、電極ハンガーバーの抵抗は、特に臨界的な運転条件と関連する温度の局部的な変化による影響を受けるかもしれない。前記の接触検出点を温度感知器に接続する本発明に係る装置のさらなる態様によって、必要な補正を行うことが可能になる。
【００２１】
本発明に係る装置のさらなる態様においては、ハンガーバーの接触検出点、無線送信機および温度感知器は耐薬品性の樹脂（例えば、エポキシ樹脂）を用いることによって周囲の化学的環境から保護される。
【００２２】
別の側面において、本発明は金属の電着プラントのカソードとアノードにおける電流の分布を評価するための方法に関し、この方法は次の各工程を含む：
−  前記ハンガーバーに、電流ブスバーとの電気接続部および対応するカソードまたはアノードとの第一の電気接続部によって画定された領域において、前記カソードおよびアノードのハンガーバーの上に配置された少なくとも二つの接触検出点に電気的に接続された少なくとも一つの電気プローブを取り付けること；
−  カソードおよびアノードのハンガーバーの抵抗を較正（calibration）すること；
−  電流の測定値をケーブルまたは無線送信機によって中央コンピュータへ送信すること；
−  データを中央コンピュータによって合成（elaboration）すること；
−  予め定めた異常が発生した場合に中央コンピュータに接続した警報装置を作動させること；
−  異常を示している電極について接続を切るための任意の手段を作動させること。
【００２３】
さらなる側面において、本発明は電着の用途のためのカソードまたはアノードのハンガーバーに関し、このハンガーバーは均一な抵抗と規則的な形態を有しているとともに、マイクロプロセッサーを設けた少なくとも一つの超小型回路を備えていて、前記超小型回路は電流ブスバーとの電気接続部および対応するカソードまたはアノードとの第一の電気接続部によって画定された領域に配置された少なくとも二つの検出点に接続されていて、また前記超小型回路は内部抵抗回路を有する。
【００２４】
さらなる側面において、本発明は金属の電着プラントのカソードとアノードにおける電流の分布を評価するための方法に関し、この方法は次の各工程を含む：
−  各々の電流ブスバーとの電気接続部および対応するカソードまたはアノードとの第一の電気接続部によって画定された領域においてカソードおよびアノードのそれぞれのハンガーバーの上に配置された少なくとも二つの接触検出点に超小型回路を電気的に接続することによって、マイクロプロセッサーと合体した超小型回路をカソードおよびアノードのそれぞれのハンガーバーの上に設けること；
−  カソードおよびアノードのハンガーバーの抵抗を較正すること；
−  電流の測定値をケーブルまたは無線送信機によって中央コンピュータへ送信すること；
−  データを中央コンピュータによって処理すること；
−  予め定めた異常が発生した場合に中央コンピュータに接続した警報装置を作動させること；
−  異常を示している電極について接続を切るための手段を作動させること。
【００２５】
本発明を例証する幾つかの具体例を添付図面を参照して以下で説明するが、それらの説明は本発明の特定の具体例についての様々な構成要素の相互の配置を相対的に例示することだけを目的にしていて、特に、図面は必ずしも一定の縮尺で描かれてはいない。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は二重の電気接点の構成を有する本発明に係る電極間ハンガーバー対の概略図を示す。
【図２】図２は二重の電気接点の構成を有する本発明に係る超小型電気回路の構成を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１において、電極ハンガーバー１、このハンガーバーに取り付けた電極２、検出点３、４、５および６、電流の向き７、８、９、１０および１１、電流ブスバー１２および１３、マイクロプロセッサーを備え付けた超小型回路１４が示されている。
【００２８】
図２において、図１の電極ハンガーバーの電気回路と同等の回路に相当する領域１５、超小型回路の電気回路に相当する領域１６、検出点１７、１８、１９および２０、電極ハンガーバーの一部に相当する電気抵抗２３および２４、超小型回路の電位差の測定点２１および２２、付加抵抗体２５および２６を示す超小型電気回路の構成が示されている。
【実施例】
【００２９】
以下の実施例は本発明の特定の態様を証明するために提示されるものであり、本発明の実行可能性は特許請求の範囲に記載された数値の範囲内で十分に実証されている。当業者であれば、実施例において開示された構成と技術は本発明を実施するために十分に機能するものであることが発明者によって見いだされた構成と技術を示していることを理解するはずであるが、しかるに、当業者であれば、本明細書の開示に照らして、開示された特定の態様において多くの変更を行うことができて、それでもなお、本発明の範囲から逸脱することなく、同様の結果または類似する結果が得られることを理解するであろう。
【００３０】
実施例
図２の構成に従う回路を用いることによってカソードとアノードの電流分布を評価するための装置を組み立てた。この特定のケースにおける電流の分配を計算するために用いられる方法は、下の式によって表されるモデルに基づくものである。Ａは１７の点における電圧、Ｃは１９の点における電圧、Ｂは１８の点における電圧、そしてＤは２０の点における電圧である。Ｍは２１の点における電圧であり、Ｎは２２の点における電圧である。Ｋは１７の点と１８の点の間の区画に相当する電極ハンガーバーの抵抗である。Ｐ・Ｋは１９の点と２０の点の間の区画に相当する電極ハンガーバーの抵抗である。Ｒは１７と２１の点の間および１８と２２の点の間のそれぞれに取り付けた抵抗体の値である。Ｐ・Ｒは１９と２１の点の間および２０と２２の点の間に取り付けた抵抗である。Ｉ１は１７の点と１８の点の間の電流であり、Ｉ２は１９の点と２０の点の間の電流である。
【００３１】
【数１】
0006549108.tif 000002
【００３２】
【数２】
0006549108.tif 000003
【００３３】
従って、Ｍ−Ｎの点の間の電位差は（Ｉ１＋Ｉ２）に比例する。従って、全体のＩを知ることによってＲ１、Ｒ２、．．．Ｒｎに等しいＲを導くことができ、そして個々の電流値を得ることができる。
【００３４】
以上の説明は本発明を限定することを意図しておらず、本発明はその範囲から逸脱することなく様々な態様に従って用いることができ、本発明の範囲は添付する特許請求の範囲だけによって確定される。
【００３５】
本願の明細書と特許請求の範囲を通して、「含む」（および「含んでいる」というような変形）という用語は、他の構成要素、構成部材または追加の加工工程の存在を除外することを意図していない。
【００３６】
文献中の検討事項、法令、資料、方策、記事、その他同種類のものは、単に本発明についての背景を提供するという目的のために本明細書に含まれる。これらの事項の何らかのもの、あるいはそれらの全てが先行技術の基礎の部分を形成していたか、あるいは、それらが、本出願の各々の請求項の優先日の前に、本発明に関連する分野において一般的な共通認識になっていた、ということは示唆されないし、表明されてもいない。
【符号の説明】
【００３７】
１  電極ハンガーバー、  ２  電極、  ３、４、５、６  検出点、  ７、８、９、１０、１１  電流の向き、  １２、１３  電流ブスバー、  １４  超小型回路、  １５  電極ハンガーバーの電気回路と同等の回路に相当する領域、  １６  超小型回路の電気回路に相当する領域、  １７、１８、１９、２０  検出点、  ２１、２２  超小型回路の電位差の測定点、  ２３、２４  電気抵抗、  ２５、２６  付加抵抗体。
【図１】
0006549108.tif 000004
【図２】
0006549108.tif 000005