JP6493128B2 - 電解用の電源制御装置および電源制御方法 - Google Patents
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Description
その理由として、電着が進むにつれてカソードがアノードに接触しやすくなり、接触した時には、その接触部に電流が集中してしまうが、この電流ロスやそれに伴う生産ロスが直列方式では小さいことが挙げられる。具体的には、直列方式では、接触の生じた電解槽の電流が空費される程度である。一方、並列方式では、並列関係にある各電解槽に流れるべき電流が、接触部に集中して空費されてしまう。
この定電流電源を用いると、電気抵抗に差があっても各槽へ均等に電流を分配できるので、電着して得られる目的金属の生産量や品質を保つことができる。さらに電解槽からカソードやアノードを引き上げる際にも、その電解槽を迂回するように一時的に回路を変更する場合にも、定電流電源を用いれば、各槽に流れる電流の時間的変動が抑えられるので、電着して得られる目的金属の生産量や品質を保つことができる。なお、電源としては直流電源であればよく、パルス通電や逆方向通電といった機能を備えてもよい。
以上のように、電解槽内の液位の低下を精度よく検出して、確実に危険を防止するシステムが求められていた。
よって、単位時間あたりの電圧の変動率の変化速度で判断すれば、電解槽内の液位の低下を精度よく検出できる。
続いて、発明者らは、一定時間内に電圧の変動率の変化を発見する方法を検討し、たとえば10〜20個の電解槽を直列につなげた組を作り、その組の電圧を測定することで、短期間に電解槽内の液位の低下を検出できることを見出し、本発明を完成した。
本発明では、電解槽を直列につなげて構成した組にかかる電圧を測定して、その測定電圧値が過大になった場合に、電源から電解槽へ電解電流の供給を停止する。なお、本願発明では、電圧の測定値が正の値となるように測定する。
その測定電圧値が過大であるかどうかの判定は、その測定電圧値から計算により評価電圧値を求め、その評価電圧値が予め設定した遮断電圧値以上の値を示す場合に、測定電圧値は過大であると判断する。
遮断電圧値の計算に用いるデータの期間は、遮断電圧値の更新間隔より長くするのが望ましい。このようにすることで、遮断電圧値は安定し、異常の検出精度を向上させることができる。
[第1の評価方法]
評価電圧値として、測定電圧値E[V]をそのまま用いる。
このとき、遮断電圧値[V]としては、次の式(1)〜(3)に挙げるいずれかを用いることができる。
評価電圧値として、測定電圧値Eと、その測定電圧値Eを記録した電解槽の組と同数の電解槽を直列につなげた別の組にかかる電圧の測定値E’との差の絶対値である、|E−E’|を用いる。このときの遮断電圧値として、次に挙げるいずれかの値を用いる。
複数の電解槽から構成される組を多数、備える電解精錬設備では、組同士の組み合わせが無数に存在するため、評価電圧値や遮断電圧値の運用に困難が予想される。
なお、このとき、遮断電圧値の計算には、遮断電圧値が最も大きくなるようにEおよびE’を選ぶことで、誤検出を防止できる。
本発明の平均値、最大値、最小値の計算に用いるデータの始期は、「10日前」、「電解槽を直列につなげた組のすべての電解槽の液位が安定した時点」、「通電槽数が変化した時点」、「電解電流を意図的に変化させた時点」のいずれかの遅い時刻とするのがよい。
さらにデータの終期は、計算時点または計算時点の直前とするのがよい。
1つの組を構成する電解槽は、電源に直列接続された全ての電解槽で構成するのではなく、一部の電解槽だけとするのがよい。このようにすることで、電圧の変化を鋭敏にして高感度に検出することができる。
1つの組を構成する電解槽の数mは、1槽以上でもよいが、好ましくは2槽以上とする。測定に時間を要する場合は、9槽以上、または18槽以上とするのがよい。これによって、測定すべき組が減るので、時間内に測定を終えることが容易になる。
図1は、本発明の電源制御装置を用いた電解工程の一具体例の等価回路を示す概略図である。
ここで、E11、E12、Ea、Eb、Eallは上記測定電圧値を表し、E11、E12はそれぞれ第1組の第1番電解槽、第2番電解槽の測定電圧値、Ea、Ebは12槽の電解槽からなる組と、その隣り合う組の測定電圧値、Eallは全電解槽を一組とした場合の測定電圧値であり、電解槽に掛かる電圧である。
そこで、電源から電解槽への電解電流の供給を停止するに際して、変圧機能部5への高圧電流を遮断することによって停止させる。このようにすることによって、遮断部4(いわゆるスイッチ)に通る電流は、高圧側の電流であり、低圧電流を遮断する場合に比べて少なくすむので、遮断部の容量が少なくすみ、遮断部の消耗も少なくすむ。
なお、高圧電流が交流である場合、電源装置3は、図1のように降圧と同時に直流に変換(整流)してもよく、降圧の前に直流に変換(整流)してもよく、降圧のあとで直流に変換(整流)してもよい。
電解槽V内の電解液Lは、図2(b)のように銅イオンと電流の通る回路を構成しているので、その液位11が高いほど、銅イオンと電流の通る断面積が大きくなる。導体の抵抗値が断面積に反比例することは広く知られており、電解槽内の電解液の液位が一定速度で低下していても、抵抗値は加速度的に増大する。これが、組に掛かる電圧が加速度的に増大する第一の要因である。
このようにすれば、電解液が減少していない場合に、誤って電解電流の供給を停止させることがないので、無駄な停止が減って生産量を増大させることができる。
具体的には、例えば図7のように点線内の電解槽V22の電解液が流失したときに、本発明においては電解電流の供給を停止した後、図3の黒塗り部を短絡器10により短絡することにより、電流を白抜き矢印のごとく迂回させ、電解電流の供給を再開する。図3において、「白抜き×」は図7の第2組第2番の電解槽V22に相当し、電解液が流失したため機能していない電解槽である。
電解液の蒸発が加速度的に進むと、それに伴い、電解槽の上方には多量の水蒸気が供給される。電解建屋では電解槽から水蒸気が蒸発しており湿度が高いので、多量に供給された水蒸気は、空中で結露して霧となる。この霧は、例えば光電管など、光を用いて検出することができる。このように検出した場合に限り、電源から電解槽への電解電流の供給を停止させてもよい。このようにすれば、電解液が減少していない場合に、誤って電解電流の供給を停止させることがないので、無駄な停止が減って生産量を増大させることができる。
このような光を用いた検出は、電解槽が多数ある場合に好適に使用できるうえ、電解液が減少した槽を特定するのも容易にする。
この図4に示す電源制御装置は、複数の電解槽を直列につなげた組の電圧を測定し、この組の電圧をそれぞれ計器用変圧器を介してアラームセッターに送り、アラームセッターの入力値が設定値を超えたときに直流過電圧信号を出力する。
さらに、この直流過電圧信号が出力されると、重故障警報を発報するとともに保護回路を動作させ電源装置を自動的に停止するように構成されている。
なお、電源装置には、各電解槽が直列につながって接続され、閉回路をなしている。
通電が停止された時点の組の電圧は、アラームセッターの設定時点の電圧であった。
この図5の電源制御装置は、18槽の電解槽を直列につなげた組の電圧を測定し、各組の電圧差のうち最大のものを計器用変圧器を介してアラームセッターに送り、アラームセッターの入力値が設定値を超えたときに直流過電圧信号を出力する。また、直流過電圧信号が出力されると、重故障警報を発報するとともに保護回路を動作させ電源装置を自動的に停止するようになっている。
なお、電源装置には、各組が直列につながって接続され、閉回路をなしている。
その通電が停止した時点の各組の電圧差のうち最大のものは、アラームセッターの設定時点の電圧であった。
この図4に示す電源制御装置は、複数の電解槽を直列につなげた組の電圧を測定し、この組の電圧をそれぞれ計器用変圧器を介してアラームセッターに送り、アラームセッターの入力値が設定値を超えたときに直流過電圧信号を出力する。
さらに、この直流過電圧信号が出力されると、重故障警報を発報するとともに保護回路を動作させ電源装置を自動的に停止するように構成されている。
なお、電源装置には、2槽の電解槽を直列に接続した組を1組と、4槽の電解槽を直列に接続した組を1組とが直列につながって接続されて閉回路をなしている。
通電が停止された時点の組の電圧は、アラームセッターの設定時点の電圧であった。
電流を流しながら、ある電解槽の底部にある栓を抜いたところ、その電解槽内の電解液が減少していき、栓を抜いてから5分毎に電解槽にかかる電圧を測定した。
電圧は7回測定したが、電圧は単調増加し、その増加速度は、測定回数が増えるほど加速していた。
通電中の電解槽のカソード表面をルーペで定期的に観察したところ、特段の問題なく、銅の電着が進行しつつあることを確認した。
j 電解槽の組番号
k 組内の電解槽番号
L 電解液
A アノード
C カソード
3 電源装置
4 遮断部
5 変圧機能部
6 交流電源
10 短絡器
11 電解液の液位
Claims (2)
- 受電した高圧電流を降圧して低圧電流を給電する変圧機能部を備えた電源と、前記電源に直列に接続されて閉回路をなす複数の電解槽からなる電解部とを備え、前記電源から電解部に電解電流を供給する電解精錬設備に用いる電源制御装置であって、
前記電解部が、直列接続された2個以上、m個の電解槽からなる組と、前記組に属さない電解槽とを、直列接続した構成からなり、
前記組に掛かる電圧が、遮断電圧値以上の電圧を示した場合、
前記高圧電流を遮断することにより、前記電源から電解部への電解電流の供給を停止すること特徴とする電解精錬設備に用いる電源制御装置。 - 請求項1に記載の電源制御装置を用いて直列接続されたm個の電解槽からなる組に掛かる電圧増加を検出し、電源から電解部への電解電流の供給を停止した後、
前記電圧増加が検出された組が電解液量の減少した槽を含み、この槽を迂回する通電経路を構築し、
前記電解電流の供給を再開することを特徴とする電源制御方法。
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JP2015193834A JP6493128B2 (ja) | 2015-09-30 | 2015-09-30 | 電解用の電源制御装置および電源制御方法 |
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