JPH07216576A - 単極電解槽および双極電解槽において用いる短絡システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電気分解回路の複数の電解槽のうちの少なく
とも１つの電解槽をバイパスする短絡システムであっ
て、電解槽をバイパスするときに他の電解槽の作動状態
に影響を及ぼさない、短絡システムを提供する。 【構成】 本発明の短絡システムは、電解槽（１０ａ〜
１０ｄ）に電流を与える電源手段（２、３、５、６、
７）と、電解槽をバイパスするためのジャンパスイッチ
手段（１８、１９）と、バイパスされるべき電解槽（１
０ｃ）を、他の電解槽の作動状態に影響を及ぼすことな
く短絡することを可能にするのに少なくとも十分な時間
だけ、電解槽に供給される電流を制御及び遮断する手段
（１２、１３、１４、１５、１６、２０、２１、２２、
２３、２４）と、を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気分解回路における
単極又は双極の複数の電解槽のうちの少なくとも１つの
電解槽をバイパスする短絡システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】よく知られているように、電気化学装置
は複数の電解槽を備え、各電解槽は、フィルタープレス
配置（filter press arrangement）と呼ばれる配置に組
み立てられた複数の基本的な槽（elementary cell）に
在り、前記基本的な槽は、直列（双極電解槽）または並
列（単極電解槽）に電気的に接続されている。電解槽に
は、通常、単極（monopolar）電解槽の場合には５００
ｋＡまでの電流および１０Ｖの最大電圧が与えられ、双
極（bipolar）電解槽の場合には２０ｋＡまでの電流お
よび３００Ｖの最大電圧が与えられる。

【０００３】標準のオペレーション状態において、電解
槽のうちの１つの電解槽がサービスを受けるときには、
サービスを受けるその電解槽のメンテナンスまたは交換
を可能にするために、装置全体に与えられている電気分
解電流が遮断されねばならない。

【０００４】装置全体（電気分解回路）への電流の遮断
が長引くと、生産の損失となるのみではなく、温度及び
圧力が顕著に移行することによって電解槽の内部の部品
を損傷し得る。更に、電流の遮断が長引くと、コンプレ
ッサのような、この装置の付属的装置も損傷し得る。こ
の問題を回避するためには、停止オペレーションおよび
始動オペレーションに多くの時間を要する。なぜなら
ば、電流を少しずつ減少、又は増加していかねばならな
いからである。その結果として、更なる生産の損失とな
る。

【０００５】従来の装置では、この問題は、複数の電解
槽の電気回路における、サービスを受ける電解槽をバイ
パスすることを提供するジャンパスイッチ（jumper swi
tch）手段の助けを得ることによって解消されている。
残りの電解槽における電気分解プロセスの停止を避ける
ために、ひとたびサービスが行われると、電解槽のバイ
パス（接続の解除）および接続は電流負荷のもとで行わ
れる。

【０００６】サービスを受ける電解槽は、銅の母線を用
いることによってバイパスされ得、この母線はその電解
槽の端子接点に接続される。装置を通る電流が極めて高
いと、母線を接続するオペレーションは重大な損傷を伴
う。

【０００７】この問題を解決するために、短絡母線（sh
ort-circuiting bus-bar）が、固定接点に加えて、固定
接点上をスライドする可動接点とともに提供され、これ
によって、完全かつ安全なオペレーションが可能とされ
る。更に、可動接点は固定接点にまさる他の利点を提供
する。それは、振動が起こっているときの安定性、熱膨
張の完全な吸収、単一接点直列抵抗、である。

【０００８】接点の圧力は、各可動接点に対して１つの
適切なバネによって保証される。母線、固定および可動
接点、のこの配置は、この技術分野ではジャンパスイッ
チとして知られる装置によって提供される。

【０００９】しかしながら、高い動作電流のため、また
可動接点への高い動作電流のため、電解槽を短絡してい
る間にアークが起こり得る。

【００１０】この問題は、適切なアーク保護接点によっ
て克服される。この接点は、固定の接点へのアークを避
けるために、可動又は固定の何れかである主接点に関し
て、事前に閉じること及び遅らせて開くこと、を提供す
る。

【００１１】２０ｋＡまでの電流及び３００Ｖまでの電
圧でオペレーションを行うスイッチに対しては、アーク
保護接点に加えて、犠牲ヒューズ（sacrificial fuse）
が与えられる。

【００１２】これらのジャンパスイッチは、十分に普及
しているが、かなりのメンテナンスを必要とする。アー
ク保護接点は、通常、数十回の開及び閉工程ごとに、そ
して、犠牲ヒューズは各オペレーションの後に、代えね
ばならない。アーク保護接点及び犠牲ヒューズの交換
は、高価であるだけでなく、メンテナンスの専門家の支
援も必要とする。更に、接点におけるアーク発生の危険
性は、上記の解決法では完全に除去されない。実際、電
流は、短絡オペレーションに進む前にしばしば減少す
る。更に、ヒューズを交換することを忘れると、次の短
絡オペレーションの間に重大な危険を起こすこととなり
得る。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の主な目的は、
単極及び双極の電解槽に適切な短絡システムを提供する
ことによって、従来技術の不都合を除くことである。こ
のシステムは、電気分解プロセスを中断することなく完
全に安全な方法で、前記電解槽の接続解除及び続いての
接続を可能にする。

【００１４】本発明の更なる目的は、技術的援助の必要
性を除去し、従来技術のジャンパスイッチよりもより少
ないメンテナンスを必要とする短絡システムを提供する
ことである。

【００１５】本発明の更なる目的は、従来技術のジャン
パスイッチと比較して簡単な構成であり且つ費用がかか
らない、高い信頼性の短絡システムを提供することであ
る。

【００１６】本発明の更なる目的は、接点の寿命を不定
的に延長するように、低コストのジャンパスイッチを利
用することを、又は高コストのジャンパスイッチが用い
られた場合、可能にする、短絡システムを提供すること
である。

【００１７】

【課題を解決するための手段】以下の説明から明らかに
なる本発明の上記の目的及び他の目的は、本発明の短絡
システムによって達成される。複数の電解槽を備える電
気分解回路において用いられる本発明の短絡システム
は、電源手段と、オペレーションの状態には影響せず、
電気分解回路における複数の電解槽のうちの少なくとも
１つの電解槽を短絡することを可能にする大変制限され
た時間の間、電流を遮断する手段とを備える。

【００１８】本発明の特徴及び利点は、以下の実施例の
説明において詳細に示される。単極及び双極の電解槽の
ための短絡システムの他の実施例も、本発明の精神から
離れることなく考えられる。

【００１９】

【実施例】本発明を図１を参照して説明する。図１は電
気的ブロック図を表し、参照番号１は、電気分解装置の
一次三相電流給電ライン２を備える短絡システムを示
す。ライン２は、高電圧スイッチ装置４で変圧器３に接
続される。変圧器３の一次側は星状接続（star-type co
nnection）のものであり、二次側は開放三角状接続（op
en-triangle-type connection）のものである。二次側
の電気回路は、半導体、特定的にはサイリスタ、が与え
られた整流器５で完了する。

【００２０】整流器５は、グレーツブリッジ構成（Grae
tz bridge scheme）に従って編成され、そして、サイリ
スタ６及び７の単純化された形で示されている。各サイ
リスタ６及び７には、保護ヒューズ８ａ及び８ｂが、そ
れぞれ与えられている。変圧器３及び整流器５は、ＡＣ
／ＤＣ変換装置を表す。整流器５の出力、即ち、サイリ
スタ６及び７の変圧器３に接続されていない端子は、直
列に接続された電解槽１０ａ乃至１０ｄを備える電気分
解回路に接続される。２つのＤＣ断路器１１ａ及び１１
ｂは、電気分解回路９を、電流ライン２と変圧器３と整
流器５とからなる電力供給手段から分離するために、電
気分解回路９の端子で配置される。

【００２１】整流器５のサイリスタ６及び７のゲートは
制御回路１２に接続され、この制御回路１２はサイリス
タに対してファイヤリングパルス（firing pulse）を生
成する。このサイリスタ制御回路１２は、自動電流制御
装置１３から、サイリスタをトリガするシーケンスを受
信する。自動電流制御装置１３は、同期及び測定回路１
６に更に接続される。この同期及び測定回路１６は、制
御装置１３にサイリスタをファイヤリングする同期信号
を送る。回路１６は、回路１６が接続されている一次給
電ライン２から同期信号を導出する。更に、同期及び測
定回路１６は、一次電圧が所定のレベル以下に下がった
場合に整流器５を切り離すために、ライン２によって与
えられる最小電圧を制御する。

【００２２】更に、制御装置１３は測定及び電流フィー
ドバック回路１５に接続され、測定及び電流フィードバ
ック回路１５は、変圧器３と整流器５との間に配置され
た変流器１４から入力信号を受信する。回路１５は整流
器５によって供給される電流を検知する。制御装置１３
は、それ自身の電源１７に接続される。

【００２３】自動電流制御装置１３には、電流設定点の
制御のために、更に、ポテンショメータ２４が与えられ
る。

【００２４】本発明のシステムは、また、短絡オペレー
ションを開始することを可能にするセレクタ２２を備え
る。セレクタ２２は始動信号を制御回路１２とＡＮＤゲ
ート２３との両方に送り、ＡＮＤゲートの入り口にはま
た、制御装置１３から整流器５の零電流（zero-curren
t）の信号が与えられる。ゲート２３の出力はコマンド
回路２０に送られる。スイッチ１９が与えられたジャン
パスイッチ手段１８は、接続を解除されるべき電解槽１
０ｃの端子で適用される。スイッチ１９及びコマンド回
路２０はリミットスイッチ２１に接続され、リミットス
イッチ２１は、スイッチ１９の正確な位置を検知し、ス
イッチ１９の位置に依存して制御回路１２がサイリスタ
にファイヤリングパルスを送るようにする。

【００２５】本発明のシステムのオペレーションは、次
のようにまとめられる。

【００２６】電気分解装置の通常のオペレーションの
間、１１ｋＶのオーダーの一次三相（primary three-ph
ase）電流が５０Ｈｚの周波数でライン２を流れる。変
圧器３の高電圧スイッチ装置４は明らかに閉じられ、一
次電圧は出力電圧に変換され、それは整流器５の端子、
即ち、サイリスタ６及び７の端子に送られる。サイリス
タ６及び７の始動は制御回路１２によって制御され、制
御回路１２は自動電流制御装置１３によって制御され
る。

【００２７】制御装置１３は、正の極性を有するポテン
ショメータ２４を通じての設定点信号と、変流器１４に
よって検知された流れている電流の関数であるフィード
バック信号とを受ける。回路１２及び１３を通じてサイ
リスタ６及び７を制御するのは、この２つの信号の間の
差である。制御回路１２は、制御装置１３を通じて、同
期及び測定回路１６によって、ライン２の一次電圧によ
って同期される。従って、サイリスタ６及び７のファイ
ヤリングは変圧器３と位相が一致して行われる。

【００２８】更に、同期及び測定回路１６から来る信号
は一次電圧を測定するのに用いられ、そして、変圧器３
の一次側の最小電圧及び位相シーケンスを制御する。も
し、この電圧が正常値の８０％に減少するか又は誤った
シーケンスを有すると、保護するために整流器５は分離
される。

【００２９】電解槽のうちの１つがバイパスされるべき
場合、オペレータはセレクタ２２をターンオンすること
によってこの手順を開始する。セレクタ２２は制御回路
１２とＡＮＤゲート２３とに始動信号を送る。この信号
が受信されると、制御回路１２からサイリスタ６及び７
に送られるファイヤリングパルスが停止される。

【００３０】整流器５のサイリスタはもはや導通しない
ので、電流は零になる。零電流の状態は、変流器１４に
よって及び測定及び電流フィードバック回路１５によっ
て検査される。測定及び電流フィードバック回路１５
は、制御装置１３を通じて、零電流の信号をＡＮＤゲー
ト２３に送る。この零電流信号及びセレクタ２２から来
る始動信号は、コマンド回路２０を作動するＡＮＤゲー
ト２３を活性化させる。

【００３１】コマンド回路２０は、除かれるべき電解槽
に接続されたジャンパスイッチ手段１８のスイッチ１９
を閉じるようにする。リミットスイッチ２１は、スイッ
チ１９の位置を検出し、そしてジャンパスイッチ手段１
８が閉じられたかどうかを検査する。ひとたび前記の検
査が行われると、リミットスイッチは制御回路１２に、
小さい遅延とともに、サイリスタへのファイヤリングパ
ルスを再開始する信号を送る。

【００３２】このように、電気分解プロセスのオペレー
ション状態に影響しないようにするために、電気分解回
路への電流の供給は非常に制限された時間のみ、典型的
には２００乃至１０００ミリ秒の範囲の時間、遮断され
る。電流の遮断がスイッチ１９の閉じる時間に依存する
ことは、明らかである。速いスイッチを用いると、遮断
時間は減少され得る。更に、ファイヤリングパルスを再
開始するための信号は、電気分解回路９への電流の供給
がスイッチ１９を閉じる前に再開される何れの危険をも
避けるために、小さい遅延を伴って送られる。

【００３３】同じように、ジャンパスイッチ手段１８
は、サービスを受けた電解槽を電気分解回路９に再び接
続するように、開かれ得る。セレクタ２２は始動信号
を、制御回路１２へ及びＡＮＤゲート２３へ送る。サイ
リスタ６及び７へのファイヤリングパルスは停止され、
そして整流器５により供給される零電流の状態が回路１
４及び１５によって検査される。次に、ＡＮＤゲート２
３はコマンド回路２０を作動し、コマンド回路２０はス
イッチ１９を開く。リミットスイッチ２１は、スイッチ
１９が開く動作を完了したかどうかを検知し、その後
に、サイリスタ６及び７へのファイヤリングパルスの再
開始信号を制御回路１２に、好適には小さい所定の遅延
を伴って、送る。

【００３４】上記の説明は本発明の一実施例を示すため
のものである。多くの詳細部分は技術的に同等のものと
換えることが可能である。材質及び形状、寸法、エレメ
ントは、本発明の精神から離れることなく、特定の要求
に依存して選択されるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の短絡システムの一実施例の電気的ブロ
ック図を示す。

【符号の説明】

１ 短絡システム： ２ 電流給電ライン： ３ 変圧
器： ４ スイッチ装置： ５ 整流器： ６、７ サ
イリスタ： ８ａ、８ｂ ヒューズ： ９ 電気分離回
路： １０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ 電解槽： １
１ａ、１１ｂ断路器： １２ 制御回路： １３ 自動
電流制御装置： １４ 変流器： １５ 測定及び電流
フィードバック回路： １６ 同期及び測定回路： １
７ 電源： １８ ジャンパスイッチ手段： １９ ス
イッチ： ２０ コマンド回路： ２１ リミットスイ
ッチ： ２２ セレクタ： ２３ ＡＮＤゲート： ２
４ ポテンショメータ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気分解回路における単極又は双極の複
   数の電解槽のうちの少なくとも１つの電解槽（１０ｃ）
   をバイパスする短絡システムであって、電流ライン
   （２）と、サイリスタ又はそれと同等のデバイス（６、
   ７）を基にする整流器（５）と、前記電解槽に電気分解
   電流を与える変圧器（３）とを含む電源手段と、同期及
   び測定回路（１６）に接続された自動電流制御装置（１
   ３）に接続された制御回路（１２）と、前記電解槽（１
   ０Ｃ）をバイパスするためのスイッチ（１９）をもつジ
   ャンパスイッチ手段（１８）とを備える短絡システムで
   あって、前記制御回路（１２）へと、前記自動電流制御
   装置（１３）に接続されたＡＮＤゲート（２３）へとの
   両方に始動信号を送るのに適切な選択手段（２２）と、
   前記ＡＮＤゲート（２３）に及び前記ジャンパスイッチ
   手段（１８）に接続され、前記電気分解回路に供給され
   る電流を、少なくとも前記電解槽（１０ｃ）を短絡する
   ことを可能にするのに十分な時間だけ、遮断するための
   コマンド回路（２０）と、前記電流を再開始するための
   リミットスイッチ（２１）と、を備えることを特徴と
   し、前記電流の遮断は、前記単極又は双極の複数の電解
   槽の作動状態に影響を及ぼさないことを特徴とする、短
   絡システム。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の短絡システムにおい
   て、前記自動電流制御装置（１３）は、測定及び電流フ
   ィードバック回路（１５）と更に接続され、該測定及び
   電流フィードバック回路（１５）は、前記変圧器（３）
   と前記整流器（５）との間に位置する変流器（１４）に
   接続される、ことを特徴とする短絡システム。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の短絡システムを用いて
   電気分解回路における単極又は双極の複数の電解槽のう
   ちの少なくとも１つの電解槽（１０ｃ）をバイパスする
   方法において、 ａ．零電流状態を確立するために前記サイリスタ（６、
   ７）へのファイヤリングパルスを止めるように前記制御
   回路（１２）に信号を送るため、及び信号を前記ＡＮＤ
   ゲート（２３）に送るために、前記セレクタ手段（２
   ２）をターンオンするステップと、 ｂ．前記変流器（１４）及び前記測定及び電流フィード
   バック回路（１５）によって零電流の状態を検査するス
   テップと、 ｃ．前記自動電流制御装置（１３）から前記ＡＮＤゲー
   ト（２３）に零電流の信号を送り、かつ、前記コマンド
   回路（２０）に始動信号を送るステップと、 ｄ．前記電解槽（１０ｃ）をバイパスするように前記コ
   マンド回路（２０）を通じて前記スイッチ（１９）を閉
   じるステップと、 ｅ．前記リミットスイッチ（２１）によって前記スイッ
   チ（１９）の位置を検知するステップと、 ｆ．前記リミットスイッチ（２１）によって前記サイリ
   スタ（６、７）へのファイヤリングパルスを、小さい遅
   延を伴って再開始するステップと、を備えることを特徴
   とする方法。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の方法において、前記小
   さい遅延は２００ミリ秒乃至１０００ミリ秒の範囲であ
   る、方法。