JP2017500440A - 銅または他の製品を電解採取または電解精錬する方法のための直流電流に交流電流を重畳する方法であって、交流電流を注入するためのインダクタと電気回路を閉じるためのコンデンサを用いて交流電源を電解セル群のうち二つの連続したセル間に接続する方法 - Google Patents
銅または他の製品を電解採取または電解精錬する方法のための直流電流に交流電流を重畳する方法であって、交流電流を注入するためのインダクタと電気回路を閉じるためのコンデンサを用いて交流電源を電解セル群のうち二つの連続したセル間に接続する方法 Download PDFInfo
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Abstract
Description
銅産業では、電流整流器を用いて銅を製造する。銅は循環電解液中に溶解され(図2)、整流器によって生成された電流により、電解液中に溶解された銅が陰極表面に析出する。ファラデーの法則に従ったこの方法は、循環電流に比例し、結果として高純度の金属銅をもたらす。しかし、電極における電流密度を恣意的に増やすと、析出される銅の化学的及び物理的品質が低下することは証明された事実であり、そのため、析出方法には、陰極に銅を析出させる能力に関して制限がある。
現在、DCにACを重畳することを実施するために提案されているすべての方法では、AC電源を、DC電源によって用いられる接続点と同じ接続点、または、セルのサブグループにおける点間で、並列に接続することに限定されており、したがって、AC電源を直流電圧にさらすことになる。さらに、図6に示すように、上記様々な提案は、電源の変更、バス接続の変更、セルの構造の変更及び/または前述の変更の組合せを伴う。
提案する解決法は、AC電源の接続点を、電気的に直列に接続された何れか二つの連続したセル間の点に変更することである。特に、最適な接続点は、任意の典型的なERまたはEW用セル回路における中間セルの間である。交流電源を追加するとともに、二つの受動素子、つまり、インダクタ及びコンデンサの組込みも行わなければならない(図1)。
インダクタは、セルと直列に接続する。インダクタは、ACフィルタ及びDC駆動手段(直流電流を循環させるための回路を閉じる)の役割を果たしている。このインダクタは「磁化インダクタンス」として動作すると考えることができる。すなわち、上記インダクタは、磁化インダクタンスが変圧器において動作するのと同じように動作し、交流電流の変化を最小限にしながら交流電圧をサポートするが、この場合、インダクタは、直流電流用の短絡回路の役割も果たしている。組込まれたインダクタのインダクタンス値は、AC電源の動作周波数で、インダクタにおける電流を無視できるように決定される。
コンデンサは、セル群及びDC電源と並列に接続する。コンデンサは、電子回路を閉じる交流電流用導電手段として機能し、且つ、直流電源を通る可能性のあるAC成分を除去する。組込まれたコンデンサの容量値は、コンデンサにおける電圧変動、すなわち、循環交流電流の影響を、AC電源の動作周波数で、無視できるように決定される。なお、コンデンサは、電解セル群における直流電源により与えられる電圧にさらされる。この意味で、電気的不具合を取り除くために、ヒューズをコンデンサと接続しなければならない。
AC電源は、任意の利用可能な技術によって実現できる。このAC電源の動作周波数は、(上記〔発明が解決しようとする課題〕で既に言及したように)5kHz−10kHzの範囲でならなければならない。AC電源により生成される電流の強さは、直流電源により与えられる直流電流の強さの値に依存する。
理論基礎
理論的観点から、本発明は電流重畳の典型的な原理であり、両電源は独立に動作する。これは、エネルギーを磁場の形で蓄えるインダクタと、エネルギーを電場の形で蓄えるコンデンサとの間の双対原理を示す。実際に、インダクタは、DC用短絡回路であり、また、高周波AC用開回路であり、一方、コンデンサはAC用短絡回路であり、また、DC用開回路である。伝統的な素子に加え、本発明で提案する素子を含むシステムは、特徴的な周波数応答を有することも明らかである。
現在、安全な方法で上述のような高電流及び高周波電源を実現する物理的部品がある。しかし、電源は電解セル群の直流電源により与えられるストレスにさらされることがないため、二つのセル間の点のように「ゼロ電圧」の点で接続を行うことは、電源の保護設計をとりわけ容易にする。反対に、この電源は、事実上直流電流に対して与えられる短絡であるインダクタに交流電圧を与える。これは提案する技術革新によるものである。
AC電源により供給される電流の強さ及び周波数を考慮すると、鍛造、押出成形、表面処理及び/または金属溶融のための磁気誘導加熱電源で用いられるもののデザインと同様のデザインを用いるのが便利である。一般的に、これら電源は、電流を増幅する共鳴原理を用いて設計される。通常、これら電源は250Hz−10kHzの範囲の周波数、および、1KA−10KAの間の電流レベルで動作する。磁気誘導加熱用の高電流及び高周波電源を設計及び製造するために開発されたすべての技術を、銅EW及び銅ER、また、他の製品のために、DC電源により与えられる電流にACを重畳する電源の設計及び製造に適用することができる。これは提案する技術革新によるものである。
交流電流を重畳する方法を実施する具体的事例は、電解精錬(ER)である。電解精錬では、直流電源は、「収穫と植栽」プロセスを部分的に行う群に分割され直列に接続された多数のセルに給電する。この場合、各電解精錬セルは約250mVの電圧で動作するため、個々のセル群は減電圧で動作する。したがって、例えば、40セルの一群は、ちょうど10Vの電圧を有する。そのため、ガルバニック絶縁が施された変圧器を使用することにより、DC電源と直列に接続された数個のセル群に並列に給電するひとつの交流電源を実装することが適切である(図7)。上記変圧器の二次巻線は、DCを駆動し、且つ、ACを注入する巻線と同じように作用する。
工業実装の観点からすると、通常の運転をほとんど中断せずに部品の取付けを行うことができるため、本発明で提案する技術は、伝統的なEW法またはER法で本来操作される施設の運転への影響を最小限にして、実施することできる。
すでに言及したように、AC電源の取付け及び動作は、整流変圧器になんの影響も及ぼさない。これは、AC重畳が実施される各電解セル回路には、AC回路を閉じ、今度は整流変圧器により与えられるDC電圧のリップル成分を除去するコンデンサが必然的に取付けられるためである。実際には、コンデンサを組込むことは、整流変圧器から電解セル群に見られるように、LCフィルタを実装することを意味する。なお、LCフィルタの「L」は、整流変圧器を接続する母線のインダクタンスである。
Claims (4)
- 銅及び他の製品を電解採取または電解精錬するための電解セル群に供給するDCにACを重畳するためのシステムであって、上記システムは
(a)上記電解セル群に給電するDC電源と並列に接続されたコンデンサと、
(b)上記電解セル群のうち二つの連続したセル間に直列に接続されたインダクタと、
(c)上記インダクタと並列に接続されたAC電源と、を含むことを特徴とし、
上記DCに加えて、ごく一部の上記ACが、端子においてAC電圧を生成している上記インダクタを流れ、これにより、上記コンデンサをAC用回線経路として利用することによって、上記DC電源に干渉することなく、大部分の上記ACが上記電解セル群を流れることを可能にするシステム。 - 銅及び他の製品を電解採取または電解精錬するための電解セル群に供給するDCにACを重畳するためのシステムであって、上記システムは
(a)上記電解セル群に給電するDC電源と並列に接続されたコンデンサと、
(b)上記電解セル群のうち二つの連続したセル間に直列に接続された変圧器の二次巻線と、
(c)上記変圧器の一次巻線と並列に接続されたAC電源と、を含むことを特徴とし、
上記コンデンサをACへの回線経路として利用することによって、上記DC電源に干渉することなく、上記DCに加えて、ACが上記変圧器の二次巻線及び上記電解セル群を流れるシステム。 - 銅及び他の製品を電解採取または電解精錬するための電解セル群に供給するDCにACを重畳するためのシステムであって、上記システムは
(a)上記電解セル群に給電するDC電源と並列に接続されたコンデンサと、
(b)上記電解セル群のうち二つの連続したセル間に直列に接続された単巻変圧器の一部と、
(c)上記単巻変圧器と並列に接続されたAC電源と、を含むことを特徴とし、
上記コンデンサをACへの回線経路として利用することによって、上記DC電源に干渉することなく、上記DCに加えて、ACが上記単巻変圧器の一部及び上記電解セル群を流れるシステム。 - 銅及び他の製品を電解精錬するための電解セル群に供給するDCにACを重畳するためのシステムであって、上記システムは
(a)セルの各サブグループの本来のDC電源と並列に接続されたコンデンサと、
(b)電解セルの各サブグループのうち二つの連続したセル間に直列に接続された変圧器の二次巻線と、
(c)上記変圧器の一次巻線と並列に接続されたAC電源と、を含むことを特徴とし、
セルの各サブグループのコンデンサをAC用回線経路として利用することによって、上記DC電源に干渉することなく、上記DCに加えて、ACが各変圧器の二次巻線及び電解セルの各サブグループを流れるシステム。
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