(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解セル内に配列され電解液に浸漬された複数の交互配置電極、すなわち陰極および陽極を含む電気分解システムの個別電極を流れる電流を測定し、該電気分解システムは、２つの隣り合うセルの間のそれぞれに設けられたセル分離壁に配設された母線を有して、該母線と前記電極の吊架棒の間の接触点を介して該電極へ電流を流し、電流検出装置は、該電流で誘起される磁界を測定する磁界検出手段を含む電流測定装置において、前記磁界検出手段は、前記接触点の周囲において該接触点と同じ高さ位置に該接触点の水平面内に配設された複数の磁界センサを含み、該装置は非磁性絶縁材からなるフレームユニットを含み、該フレームユニットは、前記磁界センサを前記接触点に対して所定の位置に保持するように構成されていることを特徴とする電流測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電流測定装置において、前記フレームユニットは、複数の接触点から磁界を測定するように構成された複数の磁界センサを含むことを特徴とする電流測定装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電流測定装置において、前記フレームユニットは１または複数の切り込みを含み、該切り込みのそれぞれは電極吊架棒の端部を収容するように構成されていることを特徴とする電流測定装置。
【請求項４】
請求項３に記載の電流測定装置において、前記フレームユニットは、陰極の１または複数の吊架棒に対応する１または複数の切り込みを含むことを特徴とする電流測定装置。
【請求項５】
請求項３に記載の電流測定装置において、前記フレームユニットは、陽極の１または複数の吊架棒に対応する１または複数の切り込みを含むことを特徴とする電流測定装置。
【請求項６】
請求項３ないし５のいずれかに記載の電流測定装置において、それぞれの切り込みは吊架棒の端部をあそびをもって収容し、前記電極を取り外すことなく前記フレームユニットを前記母線上の位置に降下させて取り付け、またフレームを取り外すことなく前記電極を持ち上げ可能に構成されていることを特徴とする電流測定装置。
【請求項７】
請求項３ないし６のいずれかに記載の電流測定装置において、それぞれの切り込みは、互いに平行で間隔をあけて対向する２つの壁部の間に画成されていることを特徴とする電流測定装置。
【請求項８】
請求項７に記載の電流測定装置において、前記壁部のそれぞれには、互いに離隔した２つの磁界センサが取り付けられていることを特徴とする電流測定装置。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれかに記載の電流測定装置において、前記フレームユニットは第１および第２の切り込みを含み、第１の切り込みのそれぞれは陰極の複数の吊架棒の端部を収容するように配設され、第２の切り込みのそれぞれは陽極の複数の吊架棒の端部を収容するように配設されていることを特徴とする電流測定装置。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれかに記載の電流測定装置において、該装置は、前記母線上に一列または縦列に配設された複数のフレームユニットを含むことを特徴とする電流測定装置。
【請求項１１】
請求項１ないし10のいずれかに記載の電流測定装置において、前記フレームユニットは、前記磁界センサから得た複数の信号を解析するマイクロプロセッサを含むことを特徴とする電流測定装置。
【請求項１２】
請求項11に記載の電流測定装置において、前記フレームユニットは可視表示器を含み、該表示器は、注意を要する不具合のある電極をタンクハウスの操作者に表示するように構成されていることを特徴とする電流測定装置。
【請求項１３】
請求項12に記載の電流測定装置において、前記可視表示器は前記マイクロプロセッサによって制御され、該マイクロプロセッサは前記フレームユニット内に配設されていることを特徴とする電流測定装置。
【請求項１４】
請求項11ないし13のいずれかに記載の電流測定装置において、前記マイクロプロセッサは、前記磁界センサの故障を検出し、また残りの磁界センサの信号の解析を再構成するように構成され、これにより前記フレームユニットは継続して機能できることを特徴とする電流測定装置。
【請求項１５】
請求項14に記載の電流測定装置において、前記マイクロプロセッサは前記磁界センサの故障を知らせる警報信号を発するように構成されていることを特徴とする電流測定装置。
【請求項１６】
請求項11ないし13のいずれかに記載の電流測定装置において、該装置は、前記フレームユニットの前記マイクロプロセッサから信号を受信するように構成された中央処理装置を含むことを特徴とする電流測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気分解システムの個別電極に流れる電流の測定方法に関するものである。また、本発明は、電気分解システムの個別電極に流れる電流を測定する電流測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気精錬(ER)用および電解採取(EW)用の電極は電解液に浸漬され、そこに電流を流す。陽極は正となり、陰極は負となるため、電流は電解液中を陽極から陰極へと流れる。
【０００３】
電気精錬(ER)では、金属製の陽極は可溶性である。すなわち、金属が陽極と陰極の間の電位の影響を受けて電解液に入り込む。例えば、銅の電気精錬では、陽極は不純物の混ざった金属銅で形成され、銅イオンが陽極から電解液に入り込む。ここで電解液に入り込んだ銅イオンは、電解液を通って、あるいは電解液によって陰極へと移動し、陰極に析出される。陰極は析出させる金属と同じ金属でもよく、あるいは異なる金属でもよい。例えば、銅の電気精錬では、ひと頃、銅製の陰極を使用することが一般的であった。しかし、現在では、ステンレス鋼製の恒久陰極を使用することが一般的であり、恒久陰極は銅による被覆が速やかで、銅に覆われるとそれ以降は、実質的に銅製の陰極として機能する。析出した銅は恒久陰極から機械的に除去すなわち剥離させ、恒久陰極は再使用する。陰極に析出した銅は高純度である。不純物の混ざった陽極中の不純物は、電解液中に溶け出すか、あるいは陽極が溶解するにつれ固形物として沈下することがあり、そこには有用な副産物、例えば金などが含まれていることがある。銅以外にも、電気精錬によって精錬される金属として、金、銀、鉛、コバルト、ニッケル、錫、その他の金属がある。
【０００４】
電解採取(EW)は、目的の金属がセルに取り込まれ、当該金属があらかじめ電解液に含まれているという点が電気精錬と異なっている。銅の場合、一般に硫酸を使用して酸化物状の銅鉱石から銅を溶解させ、そこで得られた溶液を選鉱後に電解採取セルに取り込んで銅を抽出する。陽極および陰極を電解液に浸漬させて両者間に電流を流すが、ここでも、陽極は正、陰極は負となる。電解採取では、陽極は非可溶性で、不活性材料で形成される。一般に、銅の電解採取では鉛合金製の陽極を使用する。陰極は電解液から抽出されるのと同じ金属でよく、または異なる材料でもよい。例えば、銅の場合、銅による被覆が速いステンレス鋼製陰極を用いるのが一般的であるが、銅製陰極を使用してもよい。電流の影響により、採取すべき金属が電解質溶液から分離して、高純度の状態で陰極に析出する。電解液は循リングさせ、その過程で濃縮されて、その金属成分の大部分を断念する。電解採取で得られる金属には、銅の他に、鉛、金、銀、亜鉛、クロム、コバルト、マンガン、アルミニウム、その他の金属が含まれる。アルミニウムなどいくつかの金属に対しては、電解液は水溶液とせず、溶融物質を用いる。
【０００５】
必要な電圧値および電流値の例を挙げると、銅の精錬における槽電圧は通常約0.3Vであり、銅の電解採取では約2.0Vである。どちらの場合においても、陰極電流密度は約300A/m2であり、陰極のそれぞれの側の面積は、この時点で約１m2である。これらの数値は金属によって大きく異なるものであり、同種の金属でも大幅に異なる電流密度を適用することがあるが、本発明はあらゆる金属の電気精錬および電解採取に適用する。
【０００６】
ERおよびEWでは、槽にはいっている電解液中で陰極と並置された陽極が開始点となる。ただし、多数の陰極板および多数の陽極板を使用し、それらを交互に配置して、同じ電解槽内のすべての陽極板を並列に接続し、またすべての陰極板も並列に接続するようにしてもよい。この状態は、電気的には単一のセルに見えるため、工業的には一般に１つのセルと称される。電気精錬および電解採取業においては、「セル」という語は、概ね一般的に、並置された陽極および陰極を備えた槽という意味で使われる。また電気精錬および電解採取業において、「槽」とは上述の「セル」と同義であるか、または容器自体を指すこともあり、どちらを意味するかは文脈によって決まる。タンクハウスでは、各セルが直列に電気接続されている。そのため、一般的なER用タンクハウスでは、200ボルトで約36,000アンペアの電源が必要となるであろう。
【０００７】
一般的なタンクハウスを示す電気回路を図１に示す。槽３は、それぞれ１つのセル（並置された多数の陰極１および並置された多数の陽極２で構成される）を収容し、これらが複数、直列接続されている。この直列回路の両端には直流電源19が接続され、所望の電流をセル３に流す。全電流を所望の値に維持する。理想的には、この電流は各陰極１間で均等に分配すべきである。実際には、各陰極−陽極間の電流径路ごとに抵抗には大きなむらがあるため、個々の陰極における電流値にもばらつきが出る。つまり、実際には、最適な効率を下回る状態で金属製造プロセスが行なわれる。
【０００８】
より重大なこととして、陽極板および陰極板間に短絡が発生した場合、時折、セルの一部で動作が中断してしまうことがある。この中断は、通常、陰極板上で金属の小塊または樹状突起が成長して隣接の陽極板とつながるまで大きくなることに起因する。通常動作を続けるには、金属の小塊を物理的に除去しなくてはならない。
【０００９】
個別の陰極または個別の陽極を電気回路から遮断することになれば、通常の生産に別の混乱が生じることがある。図２が示すように、陰極１および陽極２の電気的接続は、一般に、電極の各側部から突出する突出部または吊架棒７を介して行なわれる。右側部では、電気回路の一部を構成する母線４上に吊架棒７が載置されている。電気の遮断は、一般に、接触点６の腐食もしく熱損、または吊架棒７と母線４の間に詰まった異物、もしくは吊架棒７と母線の間に堆積した硫酸塩によって発生する。左側部では、別の吊架棒1’を絶縁支持棒4’上に載置するか、あるいは当該吊架棒は平衡母線として知られる補助的な母線でもよく、電極１は２本の径路を通って電気的に接続され、吊架棒４のうちの１本が受ける接触不良の影響を減少させている。
【００１０】
短絡すると、電気的に短絡した陰極１および陽極２には異常に大きな電流が流れてしまう。従来採用されてきた短絡検出方法は、あまり理想的でない。１つの方法として、短絡による電極の過熱を検出する方法がある。この方法は、電極が損傷するためにあまり良い方法とは言えず、短絡を検出するまでの時間遅延が原因で吊架棒７または母線４が損傷してしまうことがある。
【００１１】
上記の方法は、新型の高価で高機能な陽極が電解採取法に採用されるようになるにつれて、さらに条件に合わなくなる。電解採取では、一般に、不活性型の鉛陽極が使用されてきた。近年では、混合金属酸化物(MMO)の触媒被覆されたチタン系陽極が優れた特性を有するため、採用が増加している。しかし、MMO被覆チタン陽極は鉛ベースの陽極より値段が高いうえに、短絡時に発生する熱による損傷をより被りやすい。そのため、プロセスに関わる不具合、とくに電極間の短絡をきわめて迅速に判別しなければならなくなる。さらには、短絡に到る可能性のある状況を判別することが望ましい。初期の短絡の１つの兆候は、陰極または陽極の電流値が通常値より高くなることである。そのため、電流の上昇を検出するのに適した精度および分解能で電流測定を行なうことが、危険な状況を判別して操作者に状況への対応を促すための手段となる。
【００１２】
短絡を検出する別の方法として、作業員が槽の見回りを行なって、短絡電流によって発生する高磁場をガウスメータを使用して検出することがある。労働規制により、見回りは１日１回のみ、最大でも１日に２〜３回である。そのため、何時間も短絡が検出されない場合もあり、その間、生産量が低減し、電流効率も低下し、陰極の品質が低下する危険性が増し、電極、吊架棒および母線の損傷する可能性がある。また、当該方法は、不具合のないセルを含むすべてのセルを見回り時に確認しなければならないため、非常に効率が悪いことが分かっている。見回り中に無用に各セルの上を歩くことにより電極が動いてしまい、別の短絡が生じる可能性もある。これにより、事故の危険性も高まる。また、作業員が携行し、または頭上クレーンに設置された赤外線カメラも使用して、高電流によって生じる熱に起因する短絡を検出する。この方法では、短絡を検出するまでに長い時間遅れが生じるうえに、モニタ作業用にクレーンを配備できるかという問題もあるため、タンクハウスの状況に所期の効果が得られないということもしばしばあった。
【００１３】
短絡および不良（開）接触を検出するために、個別電極を流れる電流を測定する方法によって、個別陰極または陽極のレベルでこれらの不具合を検出する必要がある。
【００１４】
従来技術として、米国特許第7,445,696号(特許文献１)は電解セルの電流モニタ装置および方法を開示し、これは、短絡だけでなく開路も検出するものである。当該装置は、例えばホール効果センサなどの磁界センサを備え、これは、電流を電解セルに送ったり電解セルから受け取ったりする導体の周囲に発生する磁界の強度を測定するものである。各陰極ごとの磁界電流センサは、セルの上方で走行する軌道車装置に配設して短絡および開接触点を検出するようにしてもよい。磁界センサは、容量近接センサを使って各電極吊架棒の上方へ少し間隔を隔てて誘導される。
【００１５】
別の従来技術が次の文献、E.P. Wiechmann、A.S. Morales、P.E. Aqueveque、R.P. Burgos著、「銅の電解採取プラントおよび電気精錬プラントで使用する等電位セル間母線における陰極電流の測定」、産業応用会議、2007年、第42回IAS年次総会、IEEE 2007年会議報告書、2007年9月23日〜27日、第2074〜2079頁(非特許文献１)に開示されている。この文献では、レシオメトリック線形ホール効果センサおよび強磁性磁束集束素子を使用してドッグボーン型セル間母線における陰極電流を測定する技術を提案している。この文献は、磁束センサおよび磁束集束素子の組合せによって陰極電流が測定できることを開示している。
【００１６】
従来技術による陰極または陽極吊架棒電流の測定装置は、電極吊架棒、または陽極と陰極の間の相互接続部の近傍にホール効果センサを使用し、上述の電流によって発生する磁界を検出し、これによって電流に比例する信号を得ることができる。しかし、ホール効果センサの近傍には通常、他の電流担持導体があり、センサの生ずる磁界によって電流測定が不正確になる。ホール効果センサに取り付けられセンサの通過磁束を集束する磁気材料部材(上述の文献、Wiechmannらによる「銅の電解採取プラント〜」に開示のような)を使用すると、センサを通る不要な磁束の通路となることがある。
【００１７】
要するに、従来技術による方および装置の問題点は、最大電流の箇所における電流の十分に正確な測定結果が得られないことである。最大電流は、電極吊架棒が電気母線に接触する接触点で生ずる。この公知の方法はさらに、吊架棒の上方または下方で少し離れて電極吊架棒からの電流を測定し、磁界センサの位置に対する母線の方向における吊架棒の位置の差に非常に敏感である。また、隣接の陰極が発生する磁界によってかなりの測定誤差を生じやすいことが分かっている。したがって、従来技術方法により得られる測定精度は、悪く不十分である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】米国特許第7,445,696号公報
【非特許文献】
【００１９】
【非特許文献１】E.P. Wiechmann、A.S. Morales、P.E. Aqueveque、R.P. Burgos著、「銅の電解採取プラントおよび電気精錬プラントで使用する等電位セル間母線における陰極電流の測定」、産業応用会議、2007年、第42回IAS年次総会、IEEE 2007年会議報告書、2007年9月23日〜27日、第2074〜2079頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明は、上述の欠点を解消することを目的とする。
【００２１】
具体的には、本発明の一目的は、電極吊架棒と電気母線の接触点を通る電流を正確に測定できる方法および装置を提供することである。
【００２２】
また、本発明は、電極（陰極および／または陽極）に流出入する電流を測定して、短絡または開路の存在を操作者が早い段階で検出可能な方法および装置を提供することを目的とする。
【００２３】
本発明はさらに、十分に正確な電流測定を行なうことにより、短絡を引き起こす金属の小塊または樹状突起の成長を短絡発生前に検出して、短絡の発生を防止する措置をとれるようにする方法および装置を提供することを目的とする。
【００２４】
また、本発明は、十分に正確な電流測定を行なうことにより、高抵抗の接触点（吊架棒の接触点とそれに対応する母線との間の接触点）を判別して、早期に補正措置をとることのできる方法および装置を提供することを目的とする。
【００２５】
また、本発明は、十分に正確な電流測定を行なうことで、電流フローのリアルタイム調整によって、またはデータ解析によるプラント稼働の改善によって、電流測定をプロセス制御に利用可能にする方法および装置を提供することを目的とする。
【００２６】
本発明はさらに、十分に正確な電流測定を行なうことにより、プロセス解析が可能となり、必要に応じて動的プロセス制御はもとより、短絡の予兆および実際の短絡の検出、ならびに開路の検出も可能となる方法および装置を提供することを目的とする。
【００２７】
以下の表１は、上述した様々な目的に必要となる想定電流測定精度を示す。本発明は、最高の精度で電流の測定を行なうことで、プロセス解析を可能とし、また、必要に応じて動的プロセス制御はもとより、短絡の予兆および実際の短絡の検出、ならびに開路の検出も可能とすることを目標とする。
【００２８】
【表１】
0006431099.tif 000002
【課題を解決するための手段】
【００２９】
第１の態様によると、本発明は、電解セル内に配列され電解液に浸漬された複数の交互配置電極、すなわち陰極および陽極を含む電気分解システムの個別電極を流れる電流の測定方法を提供するものであり、電気分解システムは、２つの隣り合うセルの間のそれぞれに設けられたセル分離壁に配設された母線を有して、母線と電極の吊架棒の間の接触点を介して電極へ電流を流し、本方法によれば、各電極の電流は、この電流で誘起される磁界を測定することによって測定する。「接触点」とは、吊架棒がそれぞれの母線要素と接触する箇所を言う。本発明によれば、磁界は、実質的に接触点の高さで検出する。
【００３０】
第２の態様によると、本発明は、電解セル内に配列され電解液に浸漬された複数の交互配置電極、すなわち陰極および陽極を含む電気分解システムの個別電極を流れる電流を測定する電流測定装置を提供するものであり、電気分解システムは２つの隣り合うセルの間のそれぞれに設けられたセル分離壁に配設された母線を有して、母線と電極の吊架棒の間の接触点を介して電極へ電流を流し、電流検出装置は、この電流で誘起される磁界を測定する磁界検出手段を含む。本発明によれば、磁界検出手段は、実質的に接触点の高さで磁界を検出するように構成されている。
【００３１】
本発明の利点は、短絡、短絡の予兆、開回路、および開回路の予兆の検出のために、接触点を通る電流の非常に正確な測定結果を得ることができることである。これによって操作者は、何らかの損傷が発生しないうちに早めに補正措置をとることができる。本発明は、ERプラントおよびEWプラントを新たに建設する際に、または既存のERプラントもしくはEWプラントに導入することができる。本発明の更なる利点は、障害または障害の予兆の正確な位置を操作者に示し、これによって余計な労力であってセルに損傷を与えかねない操作者の巡回の必要性をなくすことである。
【００３２】
本方法の一実施例において、磁界は、実質的に接触点の高さで水平面内に接触点を囲繞するように設けられた磁気回路を使用して検出する。
【００３３】
本方法の一実施例において、磁気回路は開ループ電流センサである。
【００３４】
本方法の一実施例において、磁気回路は閉ループ電流センサである。
【００３５】
本方法の一実施例において、磁気回路は、接触点を囲む第１のリングとして形成された磁性材料からなるコアを含み、このリングは、母線に形成された凹部に配置されている。
【００３６】
本方法の一実施例において、磁界回路は、接触点を囲む第２のリングとして形成された磁気材料からなるコアであり、リングは、母線プロファイルに沿うように２次元または３次元に屈曲、折曲または形成されている。
【００３７】
本方法の一実施例において、磁界は、接触点の近傍で水平面内に配設された磁界センサによって検出する。製造上の理由から、このセンサは、接触点の水平面の上方に3D座標で配置することが必要なことがある。そのような配置は、必ずしも測定信号に最適とは言えないが、センサの物理的配置箇所の点ではより実用的である。物理的配置箇所とは、典型的にはEWセルの頂部にある他の装置によってまだ占有されず、タンクハウスごとに異なるような箇所である。他の装置には、例えば母線、吊架棒、絶縁体、電極昇降フックまたは他のセル頂部機器がある。そこで、接触点の水平面に対するセンサの角度は、0〜75度の範囲でよい。0度とは、センサが接触点と同じ面内にあることを意味し、75度とは、接触点のほとんど真上にあることを意味する。
【００３８】
本方法の一実施例において、磁界は、接触点の周囲で実質的に接触点の水平面内にて0〜75度の角度をなして３次元空間に設けられた磁界センサのアレイで検出する。
【００３９】
本方法の一実施例において、磁界は、実質的に接触点の水平面内で接触点の周囲に設けられた磁界センサのアレイを使用して検出する。
【００４０】
本方法の一実施例において、非磁性絶縁材からなるフレームユニットを配設し、フレームユニットは、３次元空間で磁界センサを接触点に対して所定の位置に保持する。
【００４１】
本方法の一実施例において、磁界センサはホール効果センサおよび／または磁束ゲート型電流センサである。
【００４２】
本装置の一実施例において、磁界検出手段は、接触点の高さにある水平面内で実質的に接触点を囲繞するように構成された磁気回路を含む。
【００４３】
本装置の一実施例において、磁気回路は開ループ電流センサである。
【００４４】
本装置の一実施例において、磁気回路は閉ループ電流センサである。
【００４５】
本装置の一実施例において、磁気回路は、接触点を囲む第１のリングとして形成された磁性材料からなるコアを含み、このリングは、母線に形成された凹部に配置されている。
【００４６】
本装置の一実施例において、磁界回路は、接触点を囲む第２のリングとして形成された磁気材料からなるコアであり、このリングは、母線に沿って２次元または３次元に屈曲または折曲している。
【００４７】
本装置の一実施例において、磁界検出は、接触点の近傍に配設された磁界センサを含む。
【００４８】
本装置の一実施例において、本装置は、接触点の周囲で実質的に接触点の面内に配設された磁界センサのアレイを含む。
【００４９】
本装置の一実施例において、磁界センサのアレイは、接触点の周囲の、実質的に接触点の面内で水平に対して0〜75度の角度をなして３次元空間に設けられている。
【００５０】
本装置の一実施例において、本装置は、接触点の周囲の、実質的に水平面内で接触点の高さに配設された磁気センサのアレイを含む。
【００５１】
本装置の一実施例において、本装置は非磁性絶縁材からなるフレームユニットを含み、フレームユニットは、磁界センサを接触点に対して所定の位置に保持するように構成されている。
【００５２】
本装置の一実施例において、フレームユニットは、複数の接触点から磁界を測定するように構成された複数の磁界センサを含む。
【００５３】
本装置の一実施例において、フレームユニットは１または複数の切り込みを含み、各切り込みは電極吊架棒の端部を収容するように構成されている。
【００５４】
本装置の一実施例において、フレームユニットは、陰極の１または複数の吊架棒に対応する１または複数の切り込みを含む。
【００５５】
本装置の一実施例において、フレームユニットは、陽極の１または複数の吊架棒に対応する１または複数の切り込みを含む。
【００５６】
本装置の一実施例において、各切り込みは吊架棒の端部をあそびをもって収容し、電極を取り外すことなくフレームユニットを母線上の位置に降下させて取り付け、またフレームを取り外すことなく電極を持ち上げ可能に構成されている。
【００５７】
本装置の一実施例において、各切り込みは、互いに平行で間隔をあけて対向する２つの壁部の間に画成されている。
【００５８】
本装置の一実施例において、それぞれの壁部には、互いに離隔した２つの磁界センサが取り付けられている。
【００５９】
本装置の一実施例において、フレームユニットは、陰極の複数の吊架棒および陽極の複数の吊架棒を収容する切り込みを含む。
【００６０】
本装置の一実施例において、本装置は、母線上に一列または縦列に配設された複数のフレームユニットを含む。
【００６１】
本装置の一実施例において、フレームユニットは、磁界センサから得た複数の信号を予解析するマイクロプロセッサを含む。
【００６２】
本装置の一実施例において、マイクロプロセッサは、デジタル、アナログまたは無線手段を用いて接続して情報交換を行なう。
【００６３】
本装置の一実施例において、マイクロプロセッサは、ホストプロセッサに対してデジタル、アナログまたは無線手段を用いて接続して情報交換を行なう。
【００６４】
本装置の一実施例において、フレームユニットは可視表示器を含み、表示器は、注意を要する不具合のある電極をタンクハウスの操作者に表示するように構成されている。
【００６５】
本装置の一実施例において、可視表示器はフレームユニット内に配設されたマイクロプロセッサによって制御される。
【００６６】
本装置の一実施例において、マイクロプロセッサは、磁界センサの故障を検出し、また残りの磁界センサの信号の解析を再構成するように構成され、これによりフレームユニットは継続して機能できる。
【００６７】
本装置の一実施例において、マイクロプロセッサは磁界センサの故障を知らせる警報信号を発するように構成されている。
【００６８】
本装置の一実施例において、本装置はフレームユニットのマイクロプロセッサから信号を受信するように構成された中央処理装置を含む。
【００６９】
本装置の一実施例において、フレームユニットは、電極吊架棒の温度を測定するように配設された温度センサを含む。
【００７０】
本装置の一実施例において、フレームユニットは、母線の温度を測定するように配設された温度センサを含む。
【００７１】
本装置の一実施例において、フレームユニットは外部装置またはホストによって給電される。
【００７２】
本装置の一実施例において、フレームユニットは電気エネルギー貯蔵装置を含む。
【００７３】
本装置の一実施例において、エネルギー貯蔵装置は環境発電によって充電可能である。
【００７４】
本装置の一実施例において、磁界センサはホール効果センサおよび／または磁束ゲート型電流センサである。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
添付図面は、本発明をより理解するためのものであり、また本明細書の一部を構成するものであり、本発明の実施例を例示し、発明の詳細な説明と併せて本発明の原理を説明するのに役立つものである。
【図１】タンクハウスの電気回路の概略図である。
【図２】電解液に浸漬された電極とともに電解セルの断面図である。
【図３】開ループ電流センサの概略図である。
【図４】閉ループ電流センサの概略図である。
【図５】母線に切り込まれ単面硬質電流センサ(開ループまたは閉ループ)を収容する凹部に母線・吊架棒接触点を囲繞するように配設されたセンサの上面図である。
【図６】図５のVI-VIにおける断面図である。
【図７】３次元に曲げられたコアを含み、切り込みなしに接触点を囲繞するように配設可能な母線または電極吊架棒の開ループまたは閉ループ電流センサの様子を示す図である。
【図８】切り込みなしに接触点を囲繞するように配設可能に曲げられ捻じられたコアを含む母線または電極吊架棒の開ループまたは閉ループ電流センサの様子を示す図である。
【図９】ホール効果センサの概略図である。
【図１０】母線・吊架棒接触点を中心に90度間隔で配置された４個のホール効果センサを示す図である。
【図１１】母線・吊架棒接触点を中心に180度間隔で配置された２個のホール効果センサを示す図である。
【図１２】接触点を中心に120度、60度、120度および60度間隔で配置された４個のホール効果センサを示す図である。
【図１３】組立体の都合上、ホール効果センサを非最適状態でも装着可能な他の実施例を示す図である。
【図１４】鉛直方向において理想状態に対してある角度で容易に装着できるホール効果センサを示す図である。
【図１５】陰極吊架棒および陽極吊架棒が導体との接触点を有する２重接触母線システムと、磁界センサを有して接触点の通過電流を検出するフレームユニットとを示す断面図である。
【図１６】図１６の２重接触母線システムの平面図であり、フレームユニットは、それぞれの母線-吊架棒接触点を中心として４個のホールセンサが配置された４つの陰極および陽極を覆っている。
【図１７】フレームユニットの一実施例を示す斜視図であり、フレームユニットは、ERまたはEWシステムの稼働中、１組の陰極吊架棒および陽極吊架棒の上に降ろされるように構成され、陽極および陰極を支障なく吊り上げることができる。
【図１８】本発明に係る装置の一実施例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００７６】
本発明の一実施例では、図５ないし図８にも示すように、電極１および／または２の吊架棒７および母線４の間の接触点６の高さで磁気回路８；81、82によって磁界を検出する。磁気回路は、実質的に接触点６の高さにおいて実質的に水平面内で接触点を囲繞するように配置されている。この磁気回路は、開ループ電流センサまたは閉ループ電流センサとして使用できる。これによって、電極電流を正確に測定することができる。
【００７７】
図３は、開ループ磁気回路で電流測定をする周知の原理を示す。このセンサでは、電流担持導体20は磁気回路８を通っている。導体20内の電流Ｉによって磁気回路８内に磁束が生じ、これは導体20内の電流に比例する。磁気回路８内の空隙21における磁束密度は、ホール効果磁界センサ10によって測定される。センサ10は、空隙21内の磁束密度に、したがって導体20内の電流に比例する信号22を出力する。
【００７８】
図４は、閉ループ磁気回路で電流測定をする周知の原理を示す。このセンサでは、電流担持導体20は磁気回路８を通っている。導体20内の電流は、磁気回路８内に磁束を生成しようとする。これによって空隙21内の磁束密度は変化しようとする。空隙21内のホール効果センサ10の出力には、空隙21内のこの磁束密度の変化の結果として信号が出力される。この信号は増幅器23によって増幅され、増幅器はコイル24に電流を供給し、その方向は、コイル電流の磁気回路８の磁化に対する影響が導体20内の電流のアンペア回数の磁気コア８の磁化に対する影響に逆らうような方向である。これらの対抗するアンペア回数の間を平衡させてコア８内の磁束が零に近づくようにする。コイル24内の電流は抵抗25を通って出力電圧信号26を生じ、これは、コイル24内の電流に比例し、また導体20内の電流にも比例する。
【００７９】
図５および図６は、典型的な陰極吊架棒または陽極吊架棒７を示し、これは、吊架棒が電流を取り出したり、吊架棒から電流が流れ込んだりする母線４に載置されている。いくつかの例では、接触点における電流の方向は片方向となり、またいくつかの他の例では双方向(例えば２重接触母線システム(図15および図16も参照)では)となる。吊架棒７は底部が曲状であることが多く、また母線４は頂部が曲状であることが多いので、両者間の接触点６を通って電流が流れる。吊架棒７の底部も平坦であると、接触点６は細長くなることが多い。接触点６は磁気回路８で囲繞されるが、この磁気回路は、本実施例では第１のリング81として形成された磁気材料の矩形コアである。磁気回路81は硬質であり、基本的には２次元(すなわち平坦)であるので、凹部９を母線４に切り込んであり、磁気回路リング81を収容して接触点６の高さで磁界を検出することができる。図５および図６の磁気回路の配置は、ERおよびEWプラントの新設に際して導入するのに適している。
【００８０】
図７は、図６に記載の装置を示すが、これは、第２のリング82として形成された磁気材料のコアを有する磁気回路８を備え、第２のリングは、３次元で曲状をなし、折れ曲がり、または３次元形状をなして母線４の上に曲がり込んでいる。これによって、母線４に凹部を切り込むことを避けることができる。図８は、磁気回路８2の第２のリングコアを捻じるとともに屈曲させて、吊架棒７を越えて磁気回路を延伸させる際、より便利な形状を得ることができる様子を示している。図７および図８の実施例は、既存のERまたはEWプラントの更改を対象とする場合に重要である。既存の電解採取プラントでは、図７または図８の磁気回路は、陰極を回収し、もしくは陽極を交換する際、またはセルの洗浄中に配設してもよい。既存の電解採取プラントでは、磁気回路は、陰極を回収する際に配設してもよい。さらに、磁気回路８2を３次元に曲げることができるので、測定する接触点６の通過電流以外の電流で生ずる磁束を収束しないような位置に磁束センサ10を含むリム27を配置することができる。
【００８１】
開ループセンサおよび閉ループセンサについては、センサ空隙の位置を選ぶ際、被測定電流以外の電流で生ずる磁束をセンサ磁気回路のホール効果(または他の)センサを含む空隙のない部分に通すようにすべきことを理解すべきである。ホール効果センサ(または他のセンサ)を含む磁気回路の空隙も、磁気回路の被測定電流以外の電流で生ずる磁束を担持し難い部分に配置すべきである。さらに、ホール効果センサ(または他のセンサ)は、熱源からできるだけ離して配置することが望ましい。
【００８２】
さらに、開ループセンサおよび閉ループセンサについては、磁気回路の空隙に配置するセンサのタイプを選ぶ際、磁気回路空隙にホール効果センサ以外のセンサ、例えば磁束ゲート型センサを設けるという他の選択肢もあることを理解すべきである。ホール効果センサは、例えば温度補償、較正係数記憶、デジタル出力、非入力比例出力などの他の種類の機能部を有する集積回路に組み込んでもよい。そのような機能部は費用が掛かり、設計者は、より高機能のホール効果センサを選ぶときに、利点と費用の釣合いを検討することになる。
【００８３】
開ループセンサおよび閉ループセンサについてはまた、コアの材料を選ぶ際、電気分解で行なう電流の測定によって高帯域幅を要さないこと、つまり測定は基本的に直流のみであることを理解すべきである。したがって帯域幅を犠牲にして、センサの他の特性の利点を生かすことができる。コアの磁気材料は残磁性が低いことが望ましい。低残磁性材料は一般に、従来のケイ素鋼(変成器積層用などの)より高価である。フェライトコアも使用可能であるが、特定の形状(例えばＥ字型コアおよびフェライトトロイド)に加工され、フェライトコア製造業者に特定の３次元形状を有するコア用に設備を用意させることは、費用がかさむであろう。磁気材料の残磁性は、いくつかの電流センサ管理用集積回路がビルトイン機能として提供している周知の消磁工程によって緩和可能である。
【００８４】
精度は、電流が一点に集中する箇所で電極ごとに電流を測定することで高くなる。磁気回路の費用は、交流でなく直流で性能が最適となる磁気材料を選べば、低減する。選択した磁気材料の可撓性を利用して、磁気材料を３次元に曲げることができ、母線または電極吊架棒に切込みを入れないでも電流センサが接触点を囲繞するように配設することができる。
【００８５】
本発明の一実施例は、ホール効果センサを使用して電解プロセス内の複数の隣接電極における電流を測定することに関すものである。
【００８６】
図９は典型的なホール効果センサ10を示す。これは、内部をｘ軸方向に通る磁束に感応するが、ｙ軸またはｚ軸方向には感応しない。これを利用すれば、様々な面内を流れる電流で生ずる磁束を区別することができる。
【００８７】
図１０を参照すると、本発明の実施例では、磁界センサ10のアレイが接触点６の高さにおいて実質的に水平面内で接触点を囲繞するように配設されている。図１０は、電流担持導体の周囲に配置されたホール効果変換素子のアレイ10を示し(上面図)、これは、本発明では電極吊架棒と母線(図示せず)の間の接触点６(符号Ａ)でよい。ホール効果センサ10は、その縁部(ｚ軸、図９参照)が接触点６の中心線に向くように装着されている。４個のホール効果センサ10は接触点６から等距離にある。接触点６を通る電流で生ずる磁束線28は、ホール効果センサ10の感応軸ｘを通っている。ホール効果センサからの出力信号は、アナログ手段によって、またはデジタル信号に変換されてマイクロプロセッサで相互に加算されることによって、互いに加算(総和)される。これらの信号の総和は、接触点６に流れる電流の測定値であり、これは比較的、接触点６のホールセンサアレイ10内での変位に影響されない。また、ホール効果センサアレイ10の近くに別の導体29(符号Ｂ)があって、導体Ａの発生した磁束と同じ面内で磁束を生じていても、センサ10出力の総和は、導体Ｂからの磁束30によってほとんど影響を受けなくなる。図１０に示すように、磁束線30は対向する各対のセンサ10を通り、したがってそれらが各センサ対で発生する信号は、合計すると零になり、４個のセンサ10のすべてで発生する信号の合計も零となる。
【００８８】
経済性を考えると、センサ10の個数は、図１１に示すように２個まで減らすことができる。しかし、最終的な信号の大きさは半分になる。また、合計信号(２つの信号の総和)は、接触点６のどの方向の変位にも感応しない。また、図示のように、センサ10は、導体Ｂの発生する磁束にほとんど感応しないが、導体Ｂの位置が導体Ａを中心に90度回転すると、アレイ信号は導体Ｂからの磁束に感応するようになる。
【００８９】
同様に、図１２に示すようにアレイにおける各センサ間の角度が120°、60°、120°および60°のように異なる場合、導体Ａに対して導体Ｂがある位置になると、アレイに対して導体Ａを変位させないようにするアレイの能力、および導体Ｂからの磁束の影響を阻止するアレイの能力が同様に失われる。しかし、電流測定の精度が最高でなくてもよく、しかも図１２に示すような配置を使用することが積極的な理由から好都合である場合、精度の低下および不都合な信号阻止は、許容可能としてもよい。
【００９０】
図１３は、磁界センサ10の配置の別な例を示す。本装置は、絶縁性で非磁性材料のフレームユニット11を含み、磁界センサ10を接触点６に対して所定の位置に保持する。フレームユニット11は、電極吊架棒７をあそびをもって収容するように配置された切り込み12を含む。切り込み12は、互いにある間隔で対向した２枚の平行な壁13に画成されている。２個の磁界センサ10は互いに離間し、それぞれの壁13に取り付けられている。各センサ10はフレームユニット11の側壁13と整列し、各壁は、母線４に垂直な電極の吊架棒７と整列している。図１３から分かるように、各センサ10は壁13と整列しているので、それらの縁部(ｚ軸、図９を参照)が接触点６の中心線に向くように(図１０におけるように)は装着されていない。センサ10のこの配置は、理想的とは言えないが、装着上の利点を有することがある。
【００９１】
図１４は磁界センサ10の配置の他の例を示す。センサ１0は、鉛直方向において垂直方向に対してフレームユニット11の壁13とある小さな角度で整列している。物理的な理由でセンサ10を正確にその水平面に沿って装着できない場合、各センサを接触点６の水平面より上方に配置するような更なる非理想状態が生ずる。
【００９２】
陰極接触点または陽極接触点６は、その通過電流を最高の性能で測定するにはホール効果センサ10が４個必要になる。
【００９３】
図１５および図１６は本発明の一実施例の装置を示し、これは、２重接触母線システム、すなわち商標Outotec DoubleContactTM(米国特許第6,342,136号にも開示)に関連して母線の上方に位置する陰極１および陽極２の吊架棒７とともに使用するように構成されている。２重接触母線システムは主セル間母線４を含み、これは下部絶縁体31上に配置され、電流を陽極２(左側)から陰極１(右側)へ流す。さらに本システムは、下部絶縁体31上に配置され陽極接触用の第１の平衡母線32と、陰極接触用の第２の平衡母線33とを含み、上記第２の平衡33母線は、主セル間母線４上にある第２の絶縁体34上に配置されている。２重接触母線システムは、セル内の電流分布を全電極にわたって均一にすることを企図している。本システムはまた、電流を複数の経路に供給し、電流が母線から電気メッキプロセスへ流れる際に陽極と陰極の間の抵抗が最低となる経路を見つける。
【００９４】
図１６は接触点６における電流の方向も示している。陽極２の主母線４との接触点６において、電流は主母線４から陽極２へ片方向に(紙面から手前へ)流れる。陰極１の主母線４との接触点６において、電流は陰極１から主母線４へ片方向に(紙面から奥へ)流れる。陰極１の第１の平衡母線33との接触点６において、電流の流れは双方向である。同様に、陽極２の第２の平衡母線32との接触点６において、電流の流れは双方向である。
【００９５】
図１５および図１６は、非磁性絶縁材からなるフレームユニット11を示す。フレームユニット11は、磁界検出センサ10を接触点６に対して所定の位置に保持する。フレームユニット11は複数の磁界センサ10を備え、これは、複数の接触点６から磁界を測定するように構成されている。フレームユニット11は、複数の切り込み12を備え、各切り込みは、電極吊架棒７の一方端をあそびをもって収容し、電極を取り外すことなくフレームを母線上の位置に降下させて設置し、またフレームを移動させずに電極を持ち上げることができる。本実施例では、フレームユニット11は、陰極１の吊架棒７の端部を４つと、陽極２の吊架棒７の端部を４つ収容する切り込み12を備えている。各切り込み12は、互いに平行で間隔をあけて対向する２枚の壁部13の間に画成されている。１対の磁界センサ10、例えばホール効果センサが互いに離間してそれぞれの壁部13に取り付けられている。
【００９６】
図１５および図１６の実施例では、陰極１および陽極２の両方の接触点６を通過する電流をモニタするが、陰極もしくは陽極またはその両方をモニタするかは選択的な事項である。より多くの接触点12をモニタすることで、システムの能力がより向上し、何らかの特定の電流測定において隣接導体に流れる電流に起因する誤測を抑制できる。
【００９７】
フレームユニット11は、図１６に示すように、陽極２および陰極１を支障なくセル３から吊り上げることができる。また、フレームユニット11を適切に設計することにより、生産を妨げることなく、フレームユニットをERまたはEWシステム上の適切な位置に降下させることができる。これは、本電流測定システムを既存のERまたはEWプラントに導入するのに有利であることは明らかである。フレームユニット11の重量を重くして母線の上に固定設置し、たとえ吊架棒がフレームユニットに摩擦接触しても、採取中は持ち上がらないようにしてもよい。これに加え、あるいは別の方法として、フレームユニット11にクイックリリースカップリングを設けて、フレームユニットをセルの壁部または母線に固定してもよい。
【００９８】
図１７は、図１６に関連して述べたように、セル間母線上に同一のフレームユニット11が１列または縦列に配置されたものを示す。図１７では、母線上に載置された陰極１の吊架棒７のみを示し、陽極の吊架棒は図示していない。フレームユニット11は、生産を妨げることなく所定の位置に降下できるように設計されている。フレームユニットは、その存在が邪魔になることなく陰極および陽極を引き揚げられるようにも設計されている。フレームユニット11は、注意を要する不具合のある電極を表示するように構成された可視表示器を備えてもよい。フレームユニット11に可視表示器14が具備されている場合（例えば、上面にLEDが設けられている場合）、可視表示器14は、単純なオン・オフ切替え以外の方法で情報を提示可能なことが分かる。例えば、表示器をさまざまな速度で点滅させたり、色を変えたり、あるいは色の異なるLEDの配列を用いてもよい。さらに、可視表示器14を赤外発光体にして、ハンドヘルド型操作器または固定型赤外受光器に情報を送ってもよい。可視表示器14は、各フレームユニット11の上に配設されるLEDでよく、損傷して、操作者に注意を促す必要のある陽極または陰極の位置を表示する可視表示器として使用できる。また、管理室に送られるデータでも、点検を要する陽極または陰極を操作者に提示することができる。
【００９９】
図１８も参照すると、フレームユニット11は磁界センサ10から得られる複数の信号の予解析を行なうマイクロプロセッサ15も備え、取得した電流測定信号のみを中央管理所16に転送するだけでよい。別の実施例では、マイクロプロセッサはフレームユニットに物理的に固定しなくてもよい。また、マイクロプロセッサはフレームユニットの外にある外部装置でもよい。さらに、マイクロプロセッサ15は個別のIDおよび位置情報を含むようにプログラムしてもよい。可視表示器14はマイクロプロセッサ15により制御される。各フレームユニット11内に設置されたマイクロプロセッサ15には、ホール効果センサ10の故障を検出し、残りのホールセンサからの信号の解析を再構成する機能をもたせて、フレームユニット11が若干の質の低下があってもその機能を果たし続けられるようにするとともに、可能であれば、故障および劣化を知らせる警報信号を中央管理室に送って、定期保守時にフレームユニットを交換するようにしてもよい。本装置は、フレームユニット11のマイクロプロセッサ15から信号を受け取るように構成された中央処理装置16を備えている。
【０１００】
フレームユニットに含まれるマイクロプロセッサの運転プログラムの範囲に任意で含まれるアルゴリズムは、各陽極および／または陰極の電流の経時記録を作成するように構成でき、この記録を解析して進行中の短絡に関するプロファイルを見出す。
【０１０１】
またフレームユニット11は、電極吊架棒７、母線４またはフレームユニット11の温度を測定するための温度センサ17を備えていてもよい。温度センサ17は、フレームユニット11のマイクロプロセッサ15に接続させて、中央管理設備16と通信することも可能である。温度センサ24は、好適には電極吊架棒７の近傍に配置される。吊架棒７は、フレームユニット11の熱源となる可能性が最も高い。この熱はホール効果センサ10を損傷させる恐れがある。したがって、温度の上昇を早期に警告することで、操作者は補正措置を施すことができ、ホールセンサおよびフレームユニット内の他の電子部品の損傷を防止できる。また、吊架棒が熱くなっている場合、電極間の短絡を示している。吊架棒が冷えている場合は、開回路を示していることがある。このように、温度センサは電解セルの状態を示すもう１つの情報源でもある。したがって、ホール効果センサおよび温度センサが共働して、目下の不具合または切迫した不具合の警報をプラント操作者に発してもよい。任意では、ホール効果センサおよび温度センサから得られる信号をフレームユニットのマイクロプロセッサで解析して、その場所での不具合について簡単な警報を管理室に発してもよいし、あるいはフレームユニットに設けられた可視表示器によって警報を発してもよい。フレームユニットは電流センサが作動していなくても稼働し、完全に温度検出結果次第であってもよい。ホール効果センサの特性のいくつかは温度に依存する。よって、マイクロプロセッサに送られる温度測定値を利用して、ホール効果センサからの到来信号の温度に関する補正を行なってもよい。サーミスタ、熱電対、デジタルセンサ、または赤外線センサは、いずれも温度センサとして使用可能である。
【０１０２】
さらに、フレームユニット11は、環境発電または外部の通常電源によって充電できる電気エネルギー貯蔵装置18を備えていてもよい。一般的なホール効果センサは、作動中、約10mAを消費する。フレームユニットが４つの陰極および４つの陽極を囲繞する場合、各電極を４個のホール効果センサで取り囲むため、ホール効果センサは全部で32個使用する。全部のホール効果センサが継続的に作動する場合、ホール効果センサが消費する総電流は320mAとなる。この電流量は不都合な大きさであるといえよう。そのため、各ホール効果センサまたはホール効果センサのアレイは、フレームユニットのマイクロプロセッサで制御される電子スイッチ（例えばMOSFET）によってセンサ用電源に接続してもよい。それにより、このように測定値が随時必要なホールセンサだけをマイクロプロセッサによって作動させる。
【０１０３】
電気分解の時間的変化はきわめてゆっくりであるため、電流の測定値（および他のあらゆる測定値）は長い時間間隔で取得すれば十分である。そのうえ、測定値は一瞬でホールセンサから取得できる。マイクロプロセッサは時間の大半をスリープ状態にしておき、フレームユニットの他の電子機器はすべてオフ状態にしてごく少量の電力を使用するように構成できる。よって、フレームユニットに含まれる電子機器の平均電力消費量はきわめて少なくできる。フレームユニットは、ほとんど常時、休止状態にでき、電力の使用はわずか数μWである。フレームユニット内にエネルギー貯蔵装置（例えば適切な大きさのコンデンサまたは充電式バッテリ）が設けられている場合、低電源から、または通常電源を介して細流充電を行なうことも可能である。環境発電を利用した細流充電も可能であろう。細流充電方法は数多くある（例えば、リップル電流、光電池、電解槽から得られる熱を利用するサーモパイルまたはペルチェ素子）。また、この貯蔵エネルギーは、所望に応じて無線送信器をごく短時間（典型的に一瞬だけ）作動させて、取得データを無線で送信するのに使用してもよい。
【０１０４】
さらに別の実施例では、母線導電要素に押圧されるばね接触点をフレームユニットの基部に設けてもよい。ばね接触点を用いる目的は２つある。すなわち、ばね接触点によってフレームユニットの電子回路で使用する電力を母線要素から集電できるようにすることと、電圧測定を母線要素上で可能にすることである。ばね接触点は、動作上正確に必要な個数より多く設けてもよく、そうすることで、いずれかのばね接触点が汚れて母線要素と良好に接続できなくなった場合に有用な何らかの冗長性が生ずる。マイクロプロセッサは、各ばね接触点の状態をモニタし、フレームユニットの保守点検が必要な場合、操作者に通知する。
【０１０５】
また、フレームユニット11は、プラグとソケットを使用して電源線および信号線によってフレームユニット同士を電気的にデイジーチェーン接続してもよい。プラグとソケットを使用するデイジーチェーン方式で複数のフレームユニットを接続しないで、撚り線対などのケーブルを各槽の側面に沿って張り巡らせて、非接触で各フレームユニットに電力を送り、上記ケーブル配線とデータのやり取りもやはり非接触で行なうことも可能である。また、フレームユニット間を電磁結合することも可能である。最初のフレームユニットに配線を利用して給電し、この電力を次に、デイジーチェーン接続されたフレームユニットに電磁結合により無線送電してもよい。
【０１０６】
各フレームユニット11内には適切で正確な電圧を出力する安定化電源が設けられ、フレームユニット内でレシオメトリック型ホール効果センサの使用を可能にしている。フレームユニット内に設けられたマイクロプロセッサ15には、起動ルーチンをプログラムすることもでき、起動ルーチンによってホール効果センサからのオフセット電圧を補償することができる。マイクロプロセッサ15を起動してから、フレームユニット11をERプラントまたはEWプラントに取り付けてこれを行なうことも可能である。
【０１０７】
組み立て中に、ホール効果センサ10の較正を行なって精度を高めてもよい。較正には、適切なダミー母線および吊架棒構造体に公知の組合せの電流を発生させることのできる較正装置が必要になる。これによってマイクロプロセッサは、各ホール効果センサの較正係数を取得して、記憶できる。
【０１０８】
フレームユニットで使用するホールセンサをテストして較正するために、通常、較正装置を用いる。この較正装置は典型的には、母線上に載置する１組の吊架棒を有し、これは、電解セルに見られる構造体に見合う形をとっていた。この装置には、較正の際、様々な導体を介して一定パターンの連続電流、パルス電流または変動電流を流せる電流源が使用される。この電流パターンに合わせて（パターンはあらかじめ設定するか、またはフレームユニットのマイクロプロセッサに送られる）、マイクロプロセッサによって適切な時点におけるホール効果センサ読取り値の測定を行なう。これらの読取り値を使用して、マイクロプロセッサの出力する電流測定値を較正する。
【０１０９】
典型的な較正手順は以下のとおりである。上述のように、すべての導体（または接触点）が４つのホール効果センサで構成されるアレイに囲繞されているものとする。１回目のテストでは、１つの導体または接触点にのみ電流を流すものとする。この導体または接触点を取り囲む４つのホール効果センサから測定値を取り込むことになる。これらの測定値から、導体または接触点における電流の量を求めることができるであろう。これに加えて、または同時に、フレームユニットにおける他のすべてのホール効果センサから測定値を得られることになる。そこでこの工程は、当該フレームユニットが対応するすべての導体または接触点、および報告すべき電流に対して、繰り返し行なわれる。したがって、特定の導体または接触点における電流を測定中、他の導体または接触点のいずれかを流れている可能性のある電流の影響について、マイクロプロセッサは、そのホール効果センサのアレイを囲繞するアレイにおける測定値を補正することができる。したがって、較正中にマイクロプロセッサが行なう較正および学習工程は、高精度の電流測定を実現する重要な役割を果たすものであり、この技法ならびにそれに関連するアルゴリズムは、本発明の更なる態様である。
【０１１０】
各フレームユニット11からデータリンクを介して電流の情報を管理室またはモニタスクリーンに送信して、電流の測定値の観測、記録および解析を行なうことができる。各槽ごとの電流データのリンクは、電流情報を管理室に戻すのに既に用いたフレームユニットで終端させて、既に確立したデータリンクを利用してデータをフレームユニットから伝送するようにしてもよい。
【０１１１】
要約すると、本発明はいくつもの利点をもたらす。電流が電極の一点に集中する位置において、つまり接触点において電流を測定することにより、高い精度で測定を行なえる。複数の磁界センサを使用して各所の電流を測定するため、良好な信号強度が得られるうえに、望ましくない信号の介入に対し優れた電磁波耐性をもたらす。フレームユニットのフレームにマイクロプロセッサを備え付けて、各ホール効果センサのIDおよび較正係数とともにその位置を記憶する機能を持たせることにより、安価でベーシックなホールセンサを用いることができるとともに、優れたユニット精度を実現できる。フレームユニットのフレームにマイクロプロセッサが設けられているため、フレームユニット内でホール効果センサの信号を解析でき、操作者に対する可視的信号表示をフレームユニットに設けることができる。フレームユニットを適切に設計することで、ERプラントまたはEWプラントの稼働中にフレームユニットの取り付けが可能になる。フレームユニットは、電極の上げ下げを含む作業を、制約を受けずに進めることができる。
【０１１２】
ホール効果センサおよび温度センサについて開示してきたが、フレームユニットは本明細書で述べた装置の他に、別のセンサまたは測定機器も備えていてもよく、また、それらの機能は電流および温度の測定だけに限定されるものでない。
【０１１３】
本発明について、いくつかの実施例および具体例に関連して述べてきたが、本発明はこれに限定されるものでなく、予想される特許請求の範囲に含まれる様々な改良例や均等の装置を対象として含む。
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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