(57)【要約】  本発明は、電流を検出することができ、任意選択的に、例えば金属の電解採取、特にイオン溶液からの銅及びその他非鉄金属の電解製造のために非鉄金属の電着のための電解セルで警告信号を起動することができる電極構造に関する。本発明は、前記電極構造に関連して使用されるデータ取得システムに更に関する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノード、前記アノードを担持するアノードハンガーバー及び少なくとも一の無線統合装置を備える金属電着のためのアノード構造体であって、
前記少なくとも一の無線統合装置が
-無線通信手段；
-前記アノードハンガーバーを流れる電流の直接的又は間接的な検出のための少なくとも一の電流センサ；
-エネルギー貯蔵手段；
-マイクロコントロールユニット；
を含み、
前記無線統合装置がスリープモード及び起動モードを含む周期的作動サイクルの対象であり、前記スリープモードが各周期的作動サイクルの持続時間の９０．０００％から９９．９９８％に相当する総持続時間を有する、アノード構造体。
【請求項２】
各前記周期的作動サイクルが１から１５０００秒の持続時間を有する、請求項１に記載のアノード構造体。
【請求項３】
前記マイクロコントロールユニットが
-各前記作動サイクル中に、前記少なくとも一の電流センサを第一の所定数の回数起動し、
-各前記作動サイクル中に、前記無線通信手段を第二の所定数の回数起動し、
前記第二の所定数が前記第一の所定数以下であり、前記無線通信手段が前記少なくとも一の電流センサから回収されたデータを少なくとも一の受信手段に送る、請求項１に記載のアノード構造体。
【請求項４】
前記周期的作動サイクルが３００から６０００秒の持続時間を有し、前記マイクロコントロールユニットが各サイクル中に前記少なくとも一の電流センサを１から１０回起動し、前記少なくとも一の電流センサの各起動が１５ミリ秒未満の持続時間を有する、請求項３に記載のアノード構造体。
【請求項５】
前記マイクロコントロールユニットが各サイクル中に前記無線通信手段を１から３回起動する、請求項４に記載のアノード構造体。
【請求項６】
前記少なくとも一の電流センサがホールセンサである、請求項１から５のいずれか一項に記載のアノード構造体。
【請求項７】
前記少なくとも一の電流センサが温度センサである、請求項１から６のいずれか一項に記載のアノード構造体。
【請求項８】
前記アノードハンガーバーが、下部水平主要部及び二の傾斜中間部を通って前記水平主要部の反対側に接続されている二の水平上部端部を含み、前記少なくとも一の無線統合装置が前記傾斜中間部のいずれかの上面に位置している、請求項６に記載のアノード構造体。
【請求項９】
前記二の傾斜中間部が垂直に対して２０から７０度の角度を形成し、前記ホールセンサが前記傾斜中間部のうちの一の上部第三のセクションに対応して配置されている、請求項８に記載のアノード構造体。
【請求項１０】
視覚又は音響警告装置を更に含む、請求項１から９のいずれか一項に記載のアノード構造体。
【請求項１１】
前記無線統合装置がプラスチック又は樹脂の中から選択される耐食材料で覆われている、請求項１から１０のいずれか一項に記載のアノード構造体。
【請求項１２】
-マイクロコントロールユニット；
-エネルギー貯蔵手段；
-少なくとも一の電流センサ；
-無線通信手段；
を備える無線統合装置であって、
前記エネルギー貯蔵手段で動き；スリープモード及び起動モードを含む周期的作動サイクルの対象であり、前記スリープモードが各周期的サイクルの持続時間の９０．０００％から９９．９９８％に相当する総持続時間を有し、前記マイクロコントロールユニットが各サイクル中に前記少なくとも一の電流センサを第一の所定数の回数起動し、前記マイクロコントロールユニットが各サイクル中に前記無線通信手段を第二の所定数の回数起動し、前記の第二の所定数が前記第一の所定数以下である、無線統合装置。
【請求項１３】
各前記周期的作動サイクルが１から１５０００秒の持続時間を有する、請求項１２に記載の無線統合装置。
【請求項１４】
前記少なくとも一の電流センサがホールセンサである、請求項１２に記載の無線統合装置。
【請求項１５】
-複数の基本的な電解セルを備えた少なくとも一の電解槽であって、各基本的な電解セルが一のカソード及び請求項１に記載の一のアノード構造体を備える、少なくとも一の電解槽；
-少なくとも一のコンピュータ；
を含む、金属電着プラントにおける電流信号のためのデータ取得システムであって、
前記少なくとも一のコンピュータが少なくとも一の前記アノード構造体と無線接続されている、システム。
【請求項１６】
前記少なくとも一のコンピュータが２から２０の前記アノード構造体と無線接続されているローカルコンピュータであり、前記ローカルコンピュータが各前記無線統合装置からの情報を受信し、精巧にし、中央コンピュータに送信するための手段を更に含む、請求項１５に記載のデータ取得システム。
【請求項１７】
視覚信号若しくは音響信号、又はそれらの任意の組合せを提供する少なくとも一の警告装置を更に含み、前記少なくとも一の警告装置が前記中央コンピュータ又は前記少なくとも一のローカルコンピュータにより起動される、請求項１６に記載のデータ取得システム。
【請求項１８】
前記中央コンピュータ又は前記少なくとも一のローカルコンピュータが以下の工程：
-各前記アノード構造体からの、前記少なくとも一の電流センサにより測定される電流信号の少なくとも一の関数を含むデータの取得及び貯蔵；
-線形フィルタによる電流信号の前記少なくとも一の関数のフィルタリング；
-電流信号の前記フィルタリングされた関数がプリセット値域外にある場合の、前記少なくとも一の警告装置の起動
を実行する、請求項１７に記載のデータ取得システム。
【請求項１９】
前記線形フィルタが移動平均フィルタである、請求項１８に記載のデータ取得。
【請求項２０】
前記移動平均フィルタが指数移動平均フィルタである、請求項１９に記載のデータ取得。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非鉄金属の電気精錬、電気めっき又は電解採取のプラントのための電解セルにおける電流を検出するため及び任意選択的に監視するためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電着プラントにおいて、特に非鉄金属の電気精錬、電気めっき又は電解採取のためのプラントにおいて、生産される金属の生産量及び品質は、とりわけ、電解槽の各基本的セルの電極における電流の密度及び分布に依拠する。
【０００３】
特に、生産効率及び品質に影響を与えうる主な要因の一つは、過電流又は異常な電流減少の状況による、電極内の電流分布の不規則性の発生に関連する。例えば、金属の電解採取のためのプラントでは、各基本的セルのカソードは、金属回収作業のために定期的にそのシートから取り除かれなければならない。これらの頻繁な動きは、電極がそのシート内で再配置された後に不完全な電気的接触をもたらし、電極における供給電流の分布の不規則性を引き起こし、結果として生産品質及び効率を低下させることがある。また、電極上の金属の沈着が不均一な方法で起こることがあり、その結果、電流分布に異常が生じることにも留意しなければならない。この現象の一例は、より大きな金属沈着がカソードの下部及び／又は側部にしばしば見られる銅電解採取の場合に見られる。電流分布に大きな不規則性を生じさせうる別の状況は、特に、銅、カドミウム又は亜鉛の電解採取プロセスで見られるような、電極上の樹枝状形成物の成長に関連する。これらの樹枝状の形成物が対向電極と接触するとき、それらは、電解槽の他の電極から供給電流を引き抜くことによって金属製造を著しく損なう恐れのある電気的ショート状態を作り出し、場合によっては、ショートに関与する電極に修復不可能なダメージを与える。
【０００４】
上述の不規則な電流分布の状況を制御するために、現在の警告装置及び監視装置は、時に、金属電気精錬、電気めっき及び電解採取プラントで使用される。これらの装置は、典型的には、電極構造上（例えば電極ハンガーバー上）又は対応する電力供給バスバー上に配置され；あるいは、それらは、電気化学セルの近くに、それらに隣接してつるされるか又は置かれることによって、配置されてもよい。後者の場合、電極を流れる電流の正確且つ信頼性の高い識別は、異なる起源の信号が同時に装置に到達するという事実によって複雑になり、これらの信号の分析は複雑な数学的モデルの使用を必要とする。この複雑さは、電流分布の不規則性による小さな電流信号変動を信頼性のある方法で検出することを困難にする実質的な効果を有する。
【０００５】
一方、電流の警報及び監視装置がカソード又はアノード構造体上に配置されている場合、装置への電力供給は、その実際の使用に影響を及ぼす重要な要素を有する。電極構造上に電源線が直接存在することは、それらが配置される腐食性の環境のために非常に望ましくなく、ワイヤの急速な劣化を引き起こす可能性がある（プラントの安全性のための明らかな結果を伴って裸火を生成することさえもある）。ワイヤの存在はまた、金属収集作業を妨げることがあり、いずれにしても電極へのアクセスを妨げ、したがってプラントオペレータにとって危険であるか少なくとも不都合となる。寿命の限られたバッテリ又は他のエネルギー貯蔵手段の使用は、ワイヤの存在によって引き起こされる電力供給の問題を克服するが、保守の観点から、満足のいく解決策ではない。その正確且つ信頼性の高い操作を保証する目的で、電解採取プラント内の装置のバッテリを検査し交換する動作は、多数の電極上で頻繁に実施され、且つ、不健全な環境条件で行われなければならず、プラント人員を不快にさせる。
【０００６】
したがって、例えば、電流警報とほぼメンテナンス動作を必要とせず、保証された数年間の寿命を有し、簡潔且つ信頼性の高い電流信号検出を提供する検出装置を有する非鉄金属の電気精錬、電気めっき又は電解採取プラントのための電極構造の形態での上述の問題に対する解決策を提供することが望ましい。
【０００７】
プラントの動作パラメータに従って、電流分布における過電流又は他の不規則性の状況の発生は、信号ノイズによる変動と区別することが困難な低信号変動としばしば関連付けられることにも留意すべきである。したがって、その信頼性及び効率が最大化され、電極構造上の電流信号を直接検出することができる電流警報装置及び監視装置と組み合わせて使用されるように、電流信号取得及び処理システムを提供することが望ましい。
【発明の概要】
【０００８】
本発明は、任意選択的に、電流分布における過電流又はその他の不規則性の場合、プラント人員に警告する能力を有する、非鉄金属の電気精錬、電気めっき又は電解採取のための電解槽の電極を流れる電流を検出するためのシステムに関する。特に、本発明は、例えば、デンドライトの成長、金属沈着の不規則性、又はアノード及びカソードを直接互いに電気接触させうる潜在的な機械的事変により生じうる任意の電気ショートに供された電極の迅速な同定を可能にすることができる。
【０００９】
本発明はまた、数年の間メンテナンスフリーの動作を保証するのに十分な電力供給寿命を有し、非鉄金属の電気精錬、電気めっき又は電解採取プラントの腐食環境に耐えることができる電流検出システムにも関する。
【００１０】
本発明はまた、隣接する電極及び／又はその他電力供給手段に由来する検出信号への寄与を減少させるような方法で作製された電極を流れる電流の信頼性のある測定値を提供する電流検出システムにも関する。
【００１１】
本発明はまた、前記システムが前述の電流検出システムと併用して使用されるとき、過電流又は電流分布の不規則性の状況の発生に関連する小さな信号変化を正確に同定することができる、非鉄金属電解採取プラントにおいて電流を測定するためのデータ取得システムにも関する。
【００１２】
本発明の様々な態様が、特許請求の範囲に開示される。
【００１３】
一態様において、本発明は、アノード、アノードを担持するためのアノードハンガーバー、及び少なくとも一の無線統合装置を含む、金属電着のためのアノード構造体であって、後者の装置が以下の要素：無線通信手段、前記アノードハンガーバーを流れる電流の直接的又は間接的な検出のための少なくとも一の電流センサ、電気エネルギー貯蔵システム、及びマイクロコントローラ（ＭＣＵとしても知られる）を含む、アノード構造体に関する。無線統合装置は、待機モード及び起動モードを含む周期的作動サイクルに供されており、待機スリープモードは各周期作動サイルの持続時間の９０．０００％から９９．９９８％の総持続時間を有する。
【００１４】
アノードは任意の材料から作製され、非鉄金属の電気精錬、電着又は電解採取に適した任意の構造を有しうる；例えば、アノードは鉛又はチタンのようなバルブ金属から作製されうる。アノードは触媒的に活性化されてもよく、溝付き、多孔質又は穿孔構造の固形シート、グリッド又は格子からモデル化されてもよい。
【００１５】
用語「無線統合装置」は、他の装置との通信又は警告起動用の、装置を動かすための露出した外部のワイヤがない電流検出装置を示す。該装置は、アノード構造体、好ましくはアノードハンガーバーに組み込まれ、固定され、接着され又は密封される。
【００１６】
用語「無線通信手段」は、電波又はマイクロ波のような電磁波を送信し、場合によっては受信するためのシステムを示す。Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、Ｗｉ−Ｆｉ、ＺｉｇＢｅｅ、３Ｇ又はＧＳＭのような無線通信規格は、この目的のために使用されてもよい。
【００１７】
用語「電気エネルギー貯蔵システム」は、外部電力供給システムへの接続がない場合に無線統合装置を提供する少なくとも一の装置、例えば一の電池又は複数の電池を示す。電気エネルギー貯蔵システムは、マイクロコントローラのような電力供給を必要とする統合装置の全要素を供給する。マイクロコントローラは、本発明による周期的作動サイクルを制御するユニットである。統合装置が主に待機モードにされているこの周期的作動サイクルは、電気エネルギー貯蔵システムの寿命を保存する利点を有し、一年超の動作寿命を提供しうる。
【００１８】
用語「待機モード」は、低エネルギー消費のモードを示す。この待機モードにおいて、無線統合装置、特にマイクロコントローラによる電気エネルギー消費は、ａ）待機及び作動期間の持続時間を決定するクロノメーターと、ｂ）ＲＡＭに含有されるデータを保存するための全サブシステムとを供給するため、並びに時計により供給される覚醒信号後にマイクロコントローラの動作を再開するために必要な最小限に減少される。
【００１９】
電流センサは、例えば、温度センサ又はホールセンサであってもよい。後者は、当該技術分野で、アノードハンガーバーを流れる電流により生成される磁場により誘発されるホール効果の測定を介してアノード構造体を流れる電流の間接的な測定を提供できるとして知られている。
【００２０】
アノードハンガーバー上で測定される温度変化は、基本的な電気化学セルにおける電流の分布における不規則性の発生の更なる又は別の指標を提供する。温度センサは、以下の装置：熱電対、サーミスター、温度抵抗器又は温度に比例する電圧信号を生成することができる他の市販されている電子統合装置の中から選択されうる。しかしながら、当業者は、本明細書に記載される目的の多恵の使用に適した任意の温度センサは、本発明の範囲から逸脱することなく使用されうることを認識するであろう。
【００２１】
一実施態様において、本発明によるアノード構造体は、下部水平主要部及び二の傾斜中間部を通って前記水平主要部の反対側に接続されている二の水平上部側面部により、垂直面で、ハンドルバーの形状であるか、又は言い換えればそのように形成されており、無線統合装置が二の傾斜中間部のうちの一つの上面に配置されているアノードハンガーバーを含む。アノードハンガーバーのハンドルバーの形状は、カソードが金属回収動作のためにそれらのシートから取り除かれるとき、カソードハンガーバーへのアクセスを容易にすることができる。
【００２２】
本明細書に記載されるアノードハンガーバーの部分について言及する用語「水平」は、垂直面に一般的に水平な形状を示す。この定義は、小さな曲率半径を有する曲線状の本体又は垂直方向に２０％以下の誤差の範囲内で水平な本体を含む。
【００２３】
無線統合装置がホールセンサを含む全ての場合において、第一は前記センサが二の傾斜中間部のうちの一つの上部第三部分に位置するように配置されることがあり、この場合、二の傾斜中間部は垂直に対して２０〜７０度の角度を形成する。垂直面においてカソードハンガーバーの平均高さにほぼ相当するこのホールセンサの配置は、隣接する電極に由来する磁場信号の寄与、特に本発明によるアノード構造体に面するカソードハンガーバーに由来する信号の寄与を減少させる利点を提供する。
【００２４】
別の実施態様において、本発明によるアノード構造体の無線統合装置は、総持続時間１〜１５０００秒の作動サイクルを有する。各周期的作動サイクル中、マイクロコントローラは、所定の間隔で、温度センサ又はホールセンサのような、アノードハンガーバー上の電流信号を測定する少なくとも一の電流センサを起動させうる。マイクロコントローラはまた、所定の間隔で、センサ（複数可）により作製される電流測定値に関するデータを少なくとも一の受信手段に送信する無線通信手段を起動させうる。無線通信手段が起動される回数は、電気エネルギー貯蔵システムからのエネルギーの消費を減少させるために、有利には、各サイクル中に電流センサが起動される回数以下となるように選択されうる。受信手段は好ましくは１００ｍ未満の距離、又は好ましくは１５ｃｍ〜２０ｍ、より好ましくは１〜８ｍの距離で電極の近くに配置されてもよく、本発明によるアノード構造体により送信されたデータを回収するようプログラムされてもよい。例えば、各受信手段は、少なくとも一のアノード構造体、好ましくは２から２０のアノード構造体、より好ましくは２から１０のアノード構造体からのデータを回収するようプログラムされてもよい。各受信手段は、更なる通信手段を有するローカルコンピュータに接続されていてもよい。受信手段により回収されたデータは、ローカルコンピュータにより事前処理され、次いで、更なる通信手段により、無線又は有線手段によって中央コンピュータに送信されうる。この二段階通信システム（第一段階はアノード構造体からローカルコンピュータへ、及び第二段階はローカルコンピュータから中央コンピュータへ）は、信号が移動する距離を減少させることにより、信号処理動作を簡素化する利点を提供し、様々な信号間の階層の設定を可能にし、任意選択的にそれらを事前処理し、したがってより効率的で信頼性の高いデータ管理を提供する。中央コンピュータは、続いて、ローカルコンピュータから受信したデータについて更なる処理を実行してもよく、プラントの作業についての報告を提供し、電流分布における不規則性の存在を監視し、必要に応じて警告手段を起動する。小規模及び中規模の銅電解採取プラントにおいて、処理される信号の数は容易に１０００を超え、典型的には５０００以上である。これらの場合において、上記の二段階通信システムは、有利には、効率的且つ信頼性の高い方法でアノード構造体からのデータの流れを組織化するのに使用されうる。
【００２５】
更なる実施態様において、周期的作動サイクルは３００〜６０００秒の持続時間を有し、マイクロコントローラは、例えばホールセンサ又は温度センサのような電流センサ（複数可）を各周期的作動サイクル中１から１０回起動し、各起動は１５ミリ秒未満、好ましくは６から８ミリ秒の持続時間を有する。マイクロコントローラは無線通信手段を各周期的作動サイクル中、１〜３回起動しうる。この実施態様は、１０年までの期間の電気エネルギー貯蔵システムの負荷を保存する利点を有しうる。
【００２６】
更なる実施態様において、本発明によるアノード構造体は、信号灯若しくはＬＥＤのような視覚警告手段、及び／又は音響警告手段を有する。これらの警告手段は、無線統合装置のマイクロコントローラにより、又は好ましくは、統合装置による電流測定値の受信時に電流分布における不規則性の存在を評価する信号を分析するその他コンピュータ装置により、直接起動されうる。この評価は、例えば所定範囲の公称値でアノード構造体上で測定される電流を比較することにより実行されうる。任意の警告の信頼性を高めるために、警告手段は、所定数の測定が検出信号の不規則性の存在を確認した後に、起動されうる。あるいは、統計学的分析は、単一アノード構造体により又は所定のアノード構造体のセットにより検出された電流信号について経時的に実行されうる。この分析は、アノード構造体の平均電流値の時間の変化及び／又はこれらの変化の関連する速度を、所定値の範囲でこれらの値を比較することにより、（第一の導関数を使用して）監視するため、及び／又は、これらの値を互いに又は所定値の範囲で比較することにより、所定数の隣接するアノード構造体により検出された値に関するこれらの変化を監視するために使用することができる。
【００２７】
上記の分析法に加えて、又はその代わりとして、デジタルフィルタは、そのうちに検出される電流の一又は複数の関数（即ち、平均電流及び／又は平均からの標準偏差）に適用することができる。電流関数にフィルタを使用することは、過渡変動による信号変動を減少させることにより、電流分布における実際の不規則性の同定の正確性及び信頼性を高めるのに役立つ。この目的のため、移動平均フィルタ、特に指数移動平均フィルタのような一次デジタルフィルタの使用は、発明者により首尾よく試験された。フィルタされた変数は、許容可能な値の範囲と比較することができ、前記範囲外になる場合、警告を起動することできる。
【００２８】
上記の全ての場合において、無線統合装置は、プラスチック又は樹脂のような耐食材料で覆われており、経時的に装置を保存するのに役立っている。無線統合装置の構成要素を封じ、保護するための熱収縮フィルムの使用は、必要に応じて、装置の構成要素へのアクセスを可能にする利点を提供しうる。熱収縮フィルムは、電気化学プラントの腐食環境に耐えることができる、ポリオレフィンのようなポリマー材料からできていてもよい。あるいは、統合装置は、特に永続的な保護を提供することができる樹脂又はプラスチックマトリックスに包埋されていてもよい。
【００２９】
別の態様において、本発明は、ｉ）マイクロコントローラ、ｉｉ）電気エネルギー貯蔵システム、ｉｉｉ）電流を測定するための少なくとも一の電流センサ（例えば、ホールセンサ及び／又は温度センサ）、及びｉｖ）無線通信手段を備える無線統合装置であって、電気エネルギー貯蔵システムにより動き、待機モードと起動モードを含む周期的作動サイクルに供され、前記待機モードが各周期的作動サイクルの持続時間の９０．０００％〜９９．９９８％の総持続時間を有し、各前記サイクルが１〜１５０００秒の持続時間を有しうる無線統合装置に関する。各サイクル中、マイクロコントローラは、電流センサ及び無線通信手段を所定間隔で起動する。いくつかの場合において、無線通信手段より電流センサを頻繁に起動することが望ましいが、それは後者が前者よりも高い電気エネルギー消費を有するためである。
【００３０】
更なる態様において、本発明は、複数の基本的な電解セルを備える少なくとも一の電解槽を含み、各基本的な電解セルがカソード及び本発明によるアノード構造体を備え、少なくとも一のコンピュータが少なくとも一のアノード構造体と無線接続している、金属電着プラントにおいて電流信号を取得するためのシステムに関する。前記少なくとも一のコンピュータは、２〜２０の前記アノード構造体と無線接続しており、無線統合装置からの情報を受信し、処理し、中央コンピュータへ送信することができるローカルコンピュータでありうる。データ取得システムはまた、ローカル又は中央コンピュータから起動されうる視覚及び／又は音響警告を提供する少なくとも一の警告装置を含みうる。中央コンピュータ又はローカルコンピュータによる前記少なくとも一の警告装置の起動は、以下の工程：ｉ）中央コンピュータ又はローカルコンピュータによる、ローカル又は中央コンピュータに接続されている各アノード構造体により送信されたデータであって、電流信号の少なくとも一の関数を含むデータの取得及び貯蔵、ｉｉ）電流の関数への線形フィルタの適用、ｉｉｉ）電流信号の関数のフィルタされた変数が値の所定範囲外にある場合の警告装置の起動に従って生じうる。線形フィルタは、移動平均フィルタ、例えば指数移動平均フィルタであってもよい。このフィルタは、銅電解採取プラントのアノード構造体を流れる電流信号の、特に、対するカソード上のデンドライトの成長により生じる過電流の場合の分析に特に適していることが観察されている。
【００３１】
各アノード構造体によりコンピュータへ送信されたデータは、時間間隔で作製された連続する測定の結果であるため、時系列データである。線形フィルタは、データの一時的な変化におけるノイズを削除するために適用されてもよい。この目的のため、フィルタされる電流の関数は、ローカル又は中央コンピュータにより、サイクル又は瞬間に応じて指数化されてもよく、そこで電流の直接的又は間接的な信号が検出された。
【００３２】
用語「電流信号の関数」は、電流関数、例えば、ローカル及び／又は中央コンピュータにより分析されたアノード構造体のセットの平均電流値として定義されうる平均電流値からのアノード構造体の電流の偏差の線形関数の数学的関数を示す。電流のこの偏差は、平均電流値に関して正常化され、百分率で表されうる。
【００３３】
統合装置が待機モードであるときに全回収動作を事項するように金属回収動作を無線統合装置の作動サイクルと同期させることは有利でありうる。これは、カソードが金属回収動作中にそれらのシートから除去されるときに異常な電流信号を監視するためのコンピュータ負荷を減少させることを可能にする。
【００３４】
本発明の特定の実施形態における様々な要素の相互配置を示す唯一の目的を有する添付の図面を参照して、本発明のいくつかの例示的な実施形態を説明する。特に、図面は必ずしも一定の縮尺ではない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施態様によるアノード構造体の概略図である。
【図２】本発明の一実施態様によるアノード構造体のアノードハンガーバーの幾何学的セクションの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
図面の詳細な説明
図１は、アノード（１２０）を機械的に担持するアノードハンガーバー（１１０）を備えるアノード構造体（１００）の概略図である。アノードハンガーバーはまた、無線統合装置（１３０）も備える。
【００３７】
図２は、本発明の一実施態様によるアノードハンガーバー（１１０）の幾何学的構造の概略図である。アノードハンガーバー（１１０）は、垂直面ｘｙにおいて、略的に五の幾何学的部分に分けられる。つまり、二の上部及び実質的に水平側面部（１１１）及び（１１５）と、下部水平主要部（１１３）と、下部水平主要部をそれぞれ（１１１）及び（１１５）の部分と接続する二の傾斜中間部（１１２）及び（１１４）である。傾斜中間部（１１４）は、垂直に対して角度（０５０）を形成する。この角度は、典型的には２０から７０度の範囲である。二の上部水平部は、電解槽（非表示）の電流搬送バスバー及び／又はバランスバーの上に（存在する場合）配置されることができる。図面は、傾斜中間部（１１２）の上面に配置され、下部水平主要部へ延びる無線統合装置（１３０）を概略的に説明する。無線統合装置（１３０）は、傾斜中間部の上部第三部分に配置されるホールセンサ（１３１）を内蔵する。
【００３８】
以下の実施例は、本発明の特定の実施態様を実証するために含まれており、その実行可能性は主張された数値範囲において明らかに証明されている。当業者は、以下の実施例に記載された組成物及び方法は、本発明者らが実際に満足に動作することを見出した組成物及び方法を表すことを理解すべきである。ただし、当業者は、本発明の範囲から逸脱することなく、開示された特定の実施形態に対して多くの変更を加えても、同様の又は類似の結果を得ることができることを理解すべきである。
【実施例】
【００３９】
加速試験プログラムを、各セルがカソード及びアノード構造体を含有する６４の基本的なセルを含む銅電解採取のための産業電解槽で行った。カソードは１２４０×８３０ｍｍの表面積を有するステンレス鋼シートから成り、アノードは等しい表面積を有する鉛シートから成っていた。カソードとアノードは垂直に配置され、外部表面間５０ｍｍの距離で互いに向かい合っていた。アノードハンガーバーは、銅でできており、２４×４３ｍｍの断面を有するハンドルバーの形状をしており、耐食樹脂で覆われていた。
【００４０】
アノードでの酸素発生及びカソードでの銅沈着を伴い、４００Ａ／ｍ2の公称電流密度に相当する２．１Ｖの供給電圧で、１６０ｇ／ｌのＨ２ＳＯ４及びＣｕ２ＳＯ４の形態で５０ｇ／ｌの銅を含有する電解質を用いて電解槽を電極で操作した。
【００４１】
電解質の６４のアノード構造体は、本発明に従って作製された６の隣接するアノード構造体を含んだ。６のアノード構造体のそれぞれは、２５ｍｍ×１４ｍｍ×１９０ｍｍの寸法を有する無線統合装置を備え、図２に概略的に示されるようにアノードハンガーバー上に配置された。全ての統合装置は、熱収縮ポリオレフィンフィルムで覆われていた。
【００４２】
各無線統合装置は、二のリチウムバッテリ、即ち、直列に繋がっている１９０ｍＡｈバッテリ及び９０ｍＡｈバッテリから成る電気エネルギー貯蔵システムにより動いた。各バッテリは、８５℃の許容最大動作温度を有し、アイドル時の電荷損失は年間１％未満であった。
【００４３】
統合装置は、以下の仕様を有するホールセンサを備える：−４０℃から１５０℃の温度範囲における磁場の強さに応じた線形応答、約７ｍＡのエネルギー消費及び５０マイクロ秒の「入−切」切り替え時間。
【００４４】
各統合装置は、ＺｉｇＢｅｅ規格に従った電波信号送信機及びマイクロコントローラを備えた。マイクロコントローラは低エネルギー消費を有した。特に、エネルギー消費は以下の起動状態に従って変化した：ｉ）クロックアクティブ（１．６μＡ）を有する待機モード、ｉｉ）電波が切れた状態（７ｍＡ）を有する動作モード、ｉｉｉ）電波が入った状態（２０ｍＡ）を有する動作モード。
【００４５】
各マイクロコントローラは、製造業者により、マイクロコントローラを格納する無線統合装置の一意識別子を提供するＭＡＣ（Ｍｅａｎ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）アドレスと関連付けられた。統合装置のインストール中、全てのＭＡＣアドレスを相当するアノード構造体と関連付け、次いで、この関係をコンピュータに記録した。
【００４６】
コンピュータは受信手段を備えており、本発明による６のアノード構造体と通信するようにした。
【００４７】
１．５分毎に各マイクロコントローラはホールセンサを起動し、電流測定を行い、その電源を切った。センサ起動状態の全体の持続時間は、サイクル当たり約７０マイクロ秒であった。１．５分後毎に各マイクロコントローラは、電波信号を送信することにより、ホールセンサからローカルコンピュータへ電流測定値を送信した。マイクロコントローラが電波による各データパケットを送信するのに要した時間は約４ｍｓであった。
【００４８】
コンピュータにより受信された電流データに基づいて、各測定サイクルｋにおいて、本発明による６のアノード構造体の電流ＩＡＶＧｋの平均値を式：
2018521224.tif 000003
に従って計算した。ここで、Ｉｊ，ｋは、測定サイクルｋ後のアノード構造体における電流の値であり、Ｎは本発明によるアノード構造体の数、即ち６であった。
【００４９】
百分率で表される平均ＩＡＶＧｋに関するアノード電流の偏差ＤＩｊ，ｋを
2018521224.tif 000004
として計算した。
【００５０】
以下のアルゴリズムを偏差ＤＩｊ，ｋに適用して指数移動平均フィルタを使用し、フィルタされた変数を以下のアルゴリズムにより発見した。
2018521224.tif 000005
式中、
2018521224.tif 000006
【００５１】
１００時間の平均プラント動作時間にわたり、実質的な電流不規則性は典型的には最後の２０時間に生じたという発明者の観察に基づき、パラメータα＝ｅｘｐ（−１／τ）を０．９９８７５に設定した。１．５分間の持続時間を有するサイクルで、サイクル数として表される時定数τはτ＝８００＝２０×３６００／９０である。
【００５２】
2018521224.tif 000007
として表される過渡変動ＶＤＩｊ, ｋを所定値Ｘ＝３０と比較した。アルゴリズムを設定し、ＶＤＩｊ, ｋ＞Ｘであるすべての場合におけるアノードｊで視覚警告を起動した。
【００５３】
電解槽を４日間動作させたままにした。本発明によるアノード構造体に由来する電流信号の値の分析をコンピュータに記録し、異常は見られず、警告信号はシステムによって起動しなかった。調査下のセルの要素の目視検査では、デンドライトの形成又は金属の不均一な成長の存在を明らかにならなかった。
【００５４】
カソードに沈着した銅を回収し、生産品質及び量は期待値と一致した。
【００５５】
カソードをそれらのシートに再配置する前に、本発明によるアノード構造体の一つに垂直に、カソードにねじを挿入して、アノードから４ミリメートルの距離にあるねじ山点を有する人工デンドライトを形成した。
【００５６】
次いで、電解槽を４日間動作させた。
【００５７】
動作の３日目、アノード表面に達するまで、デンドライトで銅の沿面成長を観察した。
【００５８】
接触２０分後、関連するアノード構造体に関係して過剰電流の存在がコンピュータ画面上に示され、構造上のＬＥＤの照明を生じさせた。実験中に得たデータの分析は、９２分間で６０％の電流増加がデンドライトとの接触により影響を受けたアノード構造体に記録されたことを示した。
【００５９】
上記の加速試験は、無線統合装置が約一年間の寿命を有することを示す可能性がある。周期的作動サイクルの持続時間を（例えば１．５分から１５分に）増加させることにより、並びに電流センサ及び電波通信手段が各サイクル中に起動する回数を調整することにより、統合装置の電力供給寿命を１０倍増加することができることを、当業者は理解しうる。
【００６０】
先述の記載は本発明を限定するものと意図されておらず、本発明の目的から逸脱することなく様々な実施態様に従って使用することができ、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ明示される。
【００６１】
本出願の明細書及び特許請求の範囲において、用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」並びに「含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」及び「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」のようなその変化形は、他の追加の要素、構成成分又はプロセス工程の存在を除外しない。
【００６２】
文書、行為、資料、装置、記事等の議論は、本発明の文脈を提供する唯一の目的のために本文に含まれている。しかしながら、本出願に添付された各請求項の優先日の前に、本発明に関する分野において、この資料又はその一部が一般的な知識を構成するものとはみなされない。
【図１】
2018521224.tif 000008
【図２】
2018521224.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成29年5月2日(2017.5.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノード、前記アノードを担持するアノードハンガーバー及び少なくとも一の無線統合装置を備える金属電着のためのアノード構造体であって、
前記少なくとも一の無線統合装置が
-無線通信手段；
-前記アノードハンガーバーを流れる電流の直接的又は間接的な検出のための少なくとも一の電流センサ；
-エネルギー貯蔵手段；
-マイクロコントロールユニット；
を含み、
前記無線統合装置がスリープモード及び起動モードを含む周期的作動サイクルを呈し、前記スリープモードが各周期的作動サイクルの持続時間の９０．０００％から９９．９９８％に相当する総持続時間を有する、アノード構造体。
【請求項２】
各前記周期的作動サイクルが１から１５０００秒の持続時間を有する、請求項１に記載のアノード構造体。
【請求項３】
前記マイクロコントロールユニットが
-各前記作動サイクル中に、前記少なくとも一の電流センサを第一の所定数の回数起動し、
-各前記作動サイクル中に、前記無線通信手段を第二の所定数の回数起動する、
ように構成され、
前記第二の所定数が前記第一の所定数以下であり、前記無線通信手段が前記少なくとも一の電流センサから回収されたデータを少なくとも一の受信手段に送る、請求項１に記載のアノード構造体。
【請求項４】
前記周期的作動サイクルが３００から６０００秒の持続時間を有し、前記マイクロコントロールユニットが各サイクル中に前記少なくとも一の電流センサを１から１０回起動するよう構成されており、前記少なくとも一の電流センサの各起動が１５ミリ秒未満の持続時間を有する、請求項３に記載のアノード構造体。
【請求項５】
前記マイクロコントロールユニットが各サイクル中に前記無線通信手段を１から３回起動するよう構成されている、請求項４に記載のアノード構造体。
【請求項６】
前記少なくとも一の電流センサがホールセンサである、請求項１から５のいずれか一項に記載のアノード構造体。
【請求項７】
前記少なくとも一の電流センサが温度センサである、請求項１から６のいずれか一項に記載のアノード構造体。
【請求項８】
前記アノードハンガーバーが、下部水平主要部及び二の傾斜中間部を通って前記水平主要部の反対側に接続されている二の水平上部端部を含み、前記少なくとも一の無線統合装置が前記傾斜中間部のどちらかの上面に配置されている、請求項６に記載のアノード構造体。
【請求項９】
前記二の傾斜中間部が垂直に対して２０から７０度の角度を形成し、前記ホールセンサが前記傾斜中間部のうちの一の上部第三セクションに対応して配置されている、請求項８に記載のアノード構造体。
【請求項１０】
視覚又は音響警告装置を更に含む、請求項１から９のいずれか一項に記載のアノード構造体。
【請求項１１】
前記無線統合装置がプラスチック又は樹脂の中から選択される耐食材料で覆われている、請求項１から１０のいずれか一項に記載のアノード構造体。
【請求項１２】
-マイクロコントロールユニット；
-エネルギー貯蔵手段；
-少なくとも一の電流センサ；
-無線通信手段；
を備える無線統合装置であって、
前記エネルギー貯蔵手段で動き；スリープモード及び起動モードを含む周期的作動サイクルを呈し、前記スリープモードが各周期的サイクルの持続時間の９０．０００％から９９．９９８％に相当する総持続時間を有し、前記マイクロコントロールユニットが各サイクル中に前記少なくとも一の電流センサを第一の所定数の回数起動するように構成されており、前記マイクロコントロールユニットが各サイクル中に前記無線通信手段を第二の所定数の回数起動するように構成されており、前記の第二の所定数が前記第一の所定数以下である、無線統合装置。
【請求項１３】
各前記周期的作動サイクルが１から１５０００秒の持続時間を有する、請求項１２に記載の無線統合装置。
【請求項１４】
前記少なくとも一の電流センサがホールセンサである、請求項１２に記載の無線統合装置。
【請求項１５】
-複数の基本的な電解セルを備えた少なくとも一の電解槽であって、各基本的な電解セルが一のカソード及び請求項１に記載の一のアノード構造体を備える、少なくとも一の電解槽；
-少なくとも一のコンピュータ；
を含む、金属電着プラントにおける電流信号のためのデータ取得システムであって、
前記少なくとも一のコンピュータが少なくとも一の前記アノード構造体と無線接続されている、システム。
【請求項１６】
前記少なくとも一のコンピュータが２から２０の前記アノード構造体と無線接続されているローカルコンピュータであり、前記ローカルコンピュータが各前記無線統合装置からの情報を受信し、精巧にし、中央コンピュータに送信するための手段を更に含む、請求項１５に記載のデータ取得システム。
【請求項１７】
視覚信号若しくは音響信号、又はそれらの任意の組合せを提供する少なくとも一の警告装置を更に含み、前記少なくとも一の警告装置が前記中央コンピュータ又は前記少なくとも一のローカルコンピュータにより起動される、請求項１６に記載のデータ取得システム。
【請求項１８】
前記中央コンピュータ又は前記少なくとも一のローカルコンピュータが以下の工程：
-各前記アノード構造体からの、前記少なくとも一の電流センサにより測定される電流信号の少なくとも一の関数を含むデータの取得及び貯蔵；
-線形フィルタによる電流信号の前記少なくとも一の関数のフィルタリング；
-電流信号の前記フィルタリングされた関数がプリセット値域外にある場合の、前記少なくとも一の警告装置の起動
を実行する、請求項１７に記載のデータ取得システム。
【請求項１９】
前記線形フィルタが移動平均フィルタである、請求項１８に記載のデータ取得。
【請求項２０】
前記移動平均フィルタが指数移動平均フィルタである、請求項１９に記載のデータ取得。
【国際調査報告】
2018521224.tif 000010
2018521224.tif 000011
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