KR20150119419A - 상호접속된 전해 셀들에서 전류 분포를 모니터링하기 위한 디바이스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 적어도 2개의 인접 전해 셀들로 구성된 전해조의 캐소드(cathode)들 및 애노드(anode)들에서의 전류 분포의 지속적인 모니터링을 위한 디바이스에 관한 것이고, 상기 적어도 2개의 인접 전해 셀들 각각은 다수의 상기 캐소드들 및 애노드들을 포함한다. 본 발명에 따른 디바이스는 근본적으로, 전극들 및 버스-바가 인접하는 절연 물질의 기저를 지지하기 위해 적합한 하우징들을 가지는 적어도 하나의 전류-수집 버스-바(bus-bar)로 구성된다. 기저는 전압을 측정하기 위한 집적 프로브들을 갖는다. 본 발명은 또한, 특히 금속 전해채취 또는 전기제련에서 이용된 셀들에서의 각각의 전극 상에서 지속적인 전류 분포를 평가하도록 허용하는 영구적인 모니터링 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 기존의 절연 기저를 전압을 측정하기 위한 집적 프로브들을 가지는 새로운 기저 요소로 대체하는 대체물을 포함하는 전해조를 새로 장착하기 위한 방법에 관한 것이다.

Description

상호접속된 전해 셀들에서 전류 분포를 모니터링하기 위한 디바이스{DEVICE FOR MONITORING CURRENT DISTRIBUTION IN INTERCONNECTED ELECTROLYTIC CELLS}

본 발명은 전기야금 애플리케이션들에 대한 셀(cell)들에서 전류 분포를 모니터링하기 위한 시스템에 관한 것이다.

전기화학 플랜트(plant)의 셀들 특히, 금속 전해채취 또는 전기제련 플랜트들의 셀들에 공급된 전류는 생성 시에 부정적인 결과들을 갖는 상기 셀들에 설치된 전극들 사이에서 매우 다양한 방식으로 분포될 수 있다. 이러한 현상은 몇몇 이유들로 인해 발생할 수 있다. 예를 들면, 금속 전해채취 또는 전기제련 플랜트들의 특정한 경우에서, 음극성의 전극들(캐소드(cathode)들)은 종종 그 위에 증착된 결과물을 거둬들이는 것을 허용하기 위해 그들의 시트(seat)들로부터 제거되어, 이후에 후속 생성 사이클 동안 그들의 원래 위치들로 다시 놓여진다. 매우 많은 수의 캐소드들에 대해 일반적으로 실행되는 이러한 빈번한 핸들링(handling)은 종종 결코 이상적이 아닌 전기 접촉들을 야기하고, 또한 시트들의 가능한 파울링(fouling)으로 인한 각각의 전류-수집 버스-바(bus-bar)들 상의 불완전한 위치전환(repositioning)을 야기한다. 결과물 증착은 부가적으로, 전극 표면 상에 불규칙적인 방식으로 일어날 수 있고, 결과물 질량 그레디언트(gradient)들의 형성은 캐소드의 표면 프로파일을 변경한다. 이것이 발생할 때마다, 전체 표면을 따라 더 이상 일정하지 않은 애노드(anode)-대-캐소드 갭에 의해 야기된 전기 불균형의 상태가 발생한다: 애노드들과 캐소드들의 각각의 쌍 사이의 간격의 함수인 전기 저항은 가변이 될 수 있고, 이는 불규칙적인 전력 분포의 문제점을 악화시킨다.

전류는 따라서, 전극 그 자체들과 전류-수집 버스-바들 사이의 불량 전기 접촉들로 인해 및 캐소드들의 표면 프로파일의 변경들 때문에 각각의 전극에 상이한 정도들로 할당될 수 있다. 게다가, 심지어 애노드들의 단순한 마모(wear)는 전류 분포에 영향을 미칠 수 있다.

전류의 분포에서의 이들 불균일들은 애노드-대-캐소드 단락들을 야기할 수 있다. 이 경우에, 전류는 대향하는 애노드들의 심각한 손상으로 인해 단락 영역들에 집중하는 경향이 있다. 게다가, 단락은 영향을 받은 캐소드 상의 전류의 집중을 초래하고, 이는 나머지 캐소드들에 대한 전류를 감소시키고 결과물을 심각하게 햄퍼링(hampering)하며, 이는 단락된 캐소드가 분리될 때까지 재개될 수 없다.

언급된 바와 같이, 품질 및 생성 용량의 손실을 생성하는 것 외에, 균등하지 않은 전류 분포는 또한, 티타늄 메쉬(mesh)들로부터 얻어진 최신의 애노드들의 완전성(integrity) 및 수명을 위태롭게 할 것이다.

산업 플랜트들에서, 존재하는 많은 수의 셀들 및 전극들을 고려할 때, 전류의 분포에서의 불규칙성들을 검출하는 업무는 매우 복잡하다. 이러한 측정은 실제로 적외선 또는 자기 검출기들을 통해 오퍼레이터(operator)들에 의해 실행된, 수천의 수동 측정들을 수반한다. 금속 전해채취 또는 전기제련 장치들의 특정 경우에서, 이들 검출들은 주로 황산으로 구성된 고 온도 환경에서 및 산성 안개들이 있는 가운데 오퍼레이터에 의해 행해진다.

게다가, 적외선 센서들을 갖는 가우스미터들 또는 계기(instrument)들과 같은, 오퍼레이터들에 의해 이용된 종래의 수동 디바이스들은, 그들이 실제로 자기장 또는 온도 변동들에 의해 생성된 간접 불균형들을 검출할 때 전류 분포의 단지 큰 불균형들을 추적하는 것을 허용하고, 상기 전류 분포의 단지 큰 불균형들은 차례로 로컬 전류 세기의 함수이다.

영구적이고 지속적인 작동에도 불구하고, 각각의 셀에 대한 그리고 모든 단일 전극에 대한 것이 아닌 전압 및 온도의 변화들을 단지 검출하는 셀들의 무선 모니터링을 위한 공지된 시스템들이 존재한다. 상기 논의된 바와 같은, 이 정보는 거의 정확하지 않고 글로벌적으로 충분하지 않다. 게다가, 이제 홀 효과(Hall effect)에 의존하는 고정 전류 센서들에 의해 개별적인 캐소드들에 공급된 전류의 지속적인 검출을 목적으로 개발중인 프로젝트들이 존재한다: 이들 센서들은 큰 세트의 배터리들과 같은, 커다란 크기의 외부 전원을 요구하는 활성 구성요소들이다. 자기 센서들에 기초한 시스템들은, 그들이 충분한 정확도의 측정을 제공하지 않더라도 또한 공지된다.

마지막으로, 이들 수동 또는 반-수동 시스템들은 단지 가끔의 확인들을 허용하는 지속적인 동작을 위해 적합하지 않은 단점을 갖는다; 게다가, 그들은 매우 비쌀 뿐만 아니라, 단지 큰 크기의 전류 변동들을 나타낼 수 있는 단점을 갖는다.

이들 이유들 때문에, 산업은 전해채취 또는 전기제련 플랜트의 셀들에 설치된 모든 전극들에서 전류 분포를 영구적으로 및 지속적으로 모니터링하기 위한 기술적으로 및 경제적으로 실행가능한 시스템을 필요로 한다.

본 발명은 경보 시스템을 통해 하나 이상의 특정 전극들의 오작동을 보고함으로써, 외부적으로 전력을 공급받은 구성요소들을 이용하지 않고 및 유해한 환경들에서 수동 측정들을 실행하기 위해 오퍼레이터들의 존재를 요구하지 않고 전기화학 플랜트들 예를 들면, 금속 전해채취 또는 전기제련 플랜트들에서 수천의 전극들의 전류 분포를 지속적으로 모니터링하는 것을 허용한다.

적외선 또는 자기 센서들과 같은 활성 전자 구성요소들의 부재는 훨씬 더 싸고 가상적으로 정비가 필요 없는 시스템을 허용한다.

본 발명의 다양한 양태들은 첨부된 청구항들에서 제시된다.

하나의 양태 하에서, 본 발명은 적어도 2개의 인접 전해 셀들로 구성된 전해조의 캐소드들 및 애노드들에서 전류 분포를 지속적으로 모니터링하기 위한 디바이스에 관한 것이고, 상기 적어도 2개의 인접 전해 셀들 각각은 다수의 캐소드들 및 애노드들을 포함하고, 디바이스는 동종의 전기 전도도를 갖는 가늘고 긴 메인 몸체로 구성된 적어도 하나의 셀-간 전류 수집 버스-바를 포함하고, 몸체는 캐소드들 및/또는 애노드들을 지지하고 그와의 전기 접촉을 확립하기 위해 적합한 하우징(housing)들을 포함하고, 하우징들은 균등하게 이격되며, 셀-간 전류 수집 버스-바는 셀-간 전류 수집 버스-바의 하우징들과 관련하여 전기 전압을 검출하고 전기 접촉들을 확립하기 위한 집적 프로브(probe)들을 구비한 절연 물질로 형성된 적어도 하나의 기저 요소에 인접한다.

용어 '하우징들'은 본 명세서에서 애노드들 및 캐소드들을 수용하고 지지할 뿐만 아니라, 전극들과 버스-바들 사이의 최적 전기 접촉들을 선호하기(favouring) 위한 적합한 시트들을 나타내기 위해 이용된다.

모든 방향들에서 일정한 전도도, 버스-바들 상에 제공된 전극 하우징들의 잘 정의된 기하학적 구조들 및 버스-바들과 전극들 사이의 적합한 전기 접촉들에 의해 특징지워진 전류-수집 버스-바들에 대한 적합한 물질들을 선택함으로써, 전극들에 대한 전류 할당은 전류-수집 버스-바들에 대해 측정될 수 있는 잠재적인 차 값들과 직접적으로 관련될 수 있다.

또 다른 양태 하에서, 본 발명은 적어도 2개의 인접 전해 셀들로 구성된 전해조의 캐소드들 및 애노드들에서 전류 분포를 지속적으로 모니터링하기 위한 디바이스에 관한 것이고, 상기 적어도 2개의 인접 전해 셀들 각각은 다수의 캐소드들 및 애노드들을 포함하고, 디바이스는 보조 캐소드 버스-바, 보조 애노드 버스-바 및 그 사이에 배열된 적어도 하나의 셀-간 전류 수집 버스-바를 포함하고, 보조 버스-바들 및 셀-간 버스-바는 동종의 전기 전도도를 갖는 가늘고 긴 몸체들로 구성되고, 동종의 전기 전도도를 갖는 가늘고 긴 메인 몸체로 구성된 셀-간 전류 수집 버스-바는 캐소드들 및/또는 애노드들을 지지하고 그와의 전기 접촉을 확립하기 위한 하우징들을 포함하고, 보조 및 셀-간 버스-바들은 절연 물질로 형성된 적어도 하나의 기저 요소에 인접하고, 기저 요소는 셀-간 전류 수집 버스-바의 하우징들과 관련하여 전기 전압을 검출하고 전기 접촉들을 확립하며 보조 버스-바들 중 하나 상에 균등하게 이격된 전기 전압을 검출하고 전기 접촉들을 확립하기 위한 집적 프로브들을 포함한다.

보조 버스 바들은 전극 오작동에 따라 중단될 전류를 흡수하는 기능을 갖는다. 이롭게, 이 특징은 전극의 오작동의 경우에 플랜트를 정지시키지 않도록 허용하고 보조 버스-바들에 대한 전기 전압의 측정을 통해, 오작동의 더 정확한 양적인 평가를 얻도록 허용한다.

하나의 실시예에서, 기저 요소의 절연 물질은 섬유-강화 플라스틱(fibre-reinforced plastic; FRP)이다.

기저 요소는 단일 피스(piece)로 구성될 수 있거나 다수의 별개의 부분들로 형성될 수 있고, 각각의 전류-수집 버스-바 당 하나는 보조 버스-바들을 포함한다.

전류-수집 버스-바들은 상이한 형태들을 가질 수 있어서 하우징들이 바의 길이를 따라 동일한 간격들로 위치될 수 있다; 또 다른 실시예에서, 더 넓은 버스-바는 그것의 길이에 따라 대향 측들 상에 교번적으로 위치된 하우징들을 제공받을 수 있다.

하나의 실시예에서, 전기 전압을 검출하고 전기 접촉들을 확립하기 위한 프로브들은 케이블들 또는 와이어들이다.

더 효율적인 접촉들을 보장하기 위해, 전기 접촉 영역들과 관련하여, 프로브들은 전류-수집 버스-바의 임의의 또는 절연 기저 요소의 임의의 변형을 보상하기 위해 출몰식 팁(retractable tip)들을 구비할 수 있다.

또 다른 실시예에서, 전기 전압을 검출하고 전기 접촉들을 확립하기 위해 적합한 프로브들은 상기 전기 접촉들과 관련하여 출몰식 팁들을 구비한다.

검출 프로브들이, 이미 그 자체로 일부 보호를 제공하는 절연 기저 요소에 집적될지라도, 부가적인 절연 보호들의 이용은 부식성 산성 안개 환경의 및 접촉 지점들에 대한 산성 용액의 근접을 고려하여 바람직하다.

하나의 실시예에서, 기저 요소는 공격적인(aggressive) 환경에 대한 그들의 보호를 위한 출몰식 팁들과 관련하여 플라스틱 섬유로 라이닝(lining)된 스프링(spring)들 또는 고무 물질로 형성된 실(seal)들을 포함한다.

또 다른 양태 하에서, 본 발명은 상기 설명된 바와 같이 디바이스를 통해 전기적 직렬(electrical series)로 상호 접속된 금속 전착을 위한 다수의 셀들을 포함하는 전해조에 관한 것이다.

하나의 실시예에서, 본 발명은 다수의 셀들이, 그 애노드들이 애노드 전기 접촉들을 위한 하우징들을 구비한 전류 수집 버스-바를 통해 직류 전원의 양극에 접속되는 터미널 셀의 하나의 단부에서, 및 그 캐소드들이 캐노드 전기 접촉들을 위한 하우징들을 구비한 전류 수집 버스-바를 통해 상기 직류 전원의 음극에 접속되는 터미널 셀의 다른 단부에서 전기적 직렬로 접속되고 전류 수집 버스-바들은 전기 전압을 검출하고 전기 접촉들을 확립하기 위한 집적 프로브들을 포함하는 절연 물질로 형성된 기저 요소에 인접한다.

또 다른 양태 하에서, 본 발명은 금속 전착을 위한 셀들로 구성된 전해조의 캐소드들 및 애노드들에서 전류 분포를 지속적으로 모니터링하기 위한 시스템에 관한 것이고, 상기 셀들 각각은 다수의 상기 캐소드들 및 애노드들을 구비하며, 상기 시스템은 상기 설명된 바와 같은 디바이스; 상기 프로브들에 의해 검출된 전위 값들로부터 시작하는 각각의 개별적인 캐소드 및 각각의 애노드에서의 전류 세기 값들을 얻기 위한 아날로그 또는 디지털 계산 수단; 경고 디바이스, 상기 계산 수단부에 의해 제공된 전류 세기 측정치와 각각의 캐소드 및 각각의 애노드에 대한 미리 정의된 임계값들의 세트를 비교하기 위해 적합한 처리기; 상기 전류 세기 결과들이 임의의 캐소드 또는 애노드에 대한 상기 대응하는 미리 정의된 임계값에 따르지 않을 때마다 상기 경고 디바이스를 작동시키기 위한 수단을 포함한다.

또 다른 양태에서, 본 발명은 적어도 2개의 인접 전해 셀들로 구성되고 적어도 하나의 셀-간 전류 수집 버스-바를 구비한 전해조를 새로 장착하기 위한(retrofitting) 방법에 관한 것이고, 상기 셀-간 전류 수집 버스-바는 캐소드들 및/또는 애노드들을 지지하고 그와의 전기 접촉을 확립하기 위한 균등하게 이격된 하우징들을 구비한 동종의 전기 전도도를 갖는 가늘고 긴 메인 몸체로 구성되고, 상기 셀-간 전류 수집 버스-바는 절연 물질로 형성된 적어도 하나의 원래 기저 요소에 인접하며, 상기 방법은:

- 상기 원래 기저 요소로부터 상기 적어도 하나의 셀-간 전류 수집 버스-바를 리프팅(lifting)하는 단계;

- 상기 원래 기저 요소를 절연 물질로 형성된 적어도 하나의 대체 기저 요소를 대체하는 단계로서, 상기 대체 기저 요소는 상기 적어도 하나의 전류 수집 버스-바의 상기 하우징들과 관련하여 전기 전압을 검출하고 전기 접촉들을 확립하기 위한 집적 프로브들을 포함하는, 상기 적어도 하나의 대체 기저 요소를 대체하는 단계; 및

- 상기 셀-간 전류 수집 버스-바를 상기 대체 기저 요소와 인접하게 위치시키는 단계를 포함한다.

하나의 실시예에서, 본 발명은 적어도 2개의 인접 전해 셀들로 구성되는 전해조가 하나의 셀-간 전류 수집 버스-바, 하나의 보조 캐소드 버스-바 및 하나의 보조 애노드 버스-바를 구비하는 방법에 관한 것이다.

또 다른 실시예에서, 본 발명은 상기 셀-간 전류 수집 버스-바를 상기 대체 기저 요소와 인접하게 위치시키는 단계가 가이드(guide)들의 도움에 의해 실행되는 방법에 관한 것이다.

본 발명을 예시하는 일부 구현들은 이제 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이고, 상기 첨부된 도면들은 본 발명의 상기 특정한 구현들에 비해 상이한 요소들의 교호 배치(reciprocal arrangement)를 도시하는 유일한 목적을 갖는다; 특히, 도면들은 반드시 치수대로 도시되지 않는다.

도 1 내지 도 4는 셀-간 전류 수집 버스-바, 보조 애노드 및 캐소드 버스-바들, 전기 전압을 검출하고 전기 접촉들을 확립하기 위한 집적 프로브들을 포함하는 기저 요소를 포함하는 본 발명의 가능한 일 실시예의 3차원 뷰를 도시한 도면들.
도 5는 각각의 셀이 5개의 애노드들 및 4개의 캐소드들을 포함하는, 직렬로 접속된 3개의 전해 셀들로 구성된 플랜트의 구조를 도시한 도면.
도 6은 보조 버스-바를 포함하는 셀의 구조를 도시한 도면.
도 7은 5개의 애노드들 및 4개의 캐소드들을 포함하는 시스템의 2차원 모델을 표현하는 회로의 구조를 도시한 도면.

도 1은 전도성 셀-간 전류 수집 버스-바(0), 애노드 보조 버스-바(1), 캐소드 보조 버스-바(2), 기저 요소(3)를 포함하는 디바이스의 3차원 상면도를 보여준다.

도 2는 전도성 셀-간 전류 수집 버스-바(0), 애노드 보조 버스-바(1), 캐소드 보조 버스-바(2), 포텐셜(potential)의 검출을 위한 프로브들(4) 및 출몰식 팁들(5)의 3차원 저면도를 보여준다.

도 3은 기저 요소(3)에 집적된 바와 같이 포텐셜의 검출을 위한 프로브들(4) 및 출몰식 팁들(5)의 배치의 3차원 상면도를 보여준다. 도 4는 기저 요소(2), 출몰식 팁(5), 밀봉 고무 링(6)의 상세의 상면도를 보여준다.

도 5에서, 전기적 직렬로 접속된 3개의 전해 셀들(Cell 1, Cell 2 및 Cell 3)로 구성된 전해조 시스템의 구조가 보여지고, 각각의 전해 셀는 5개의 애노드들(2개의 외부 애노드들을 식별하는 애노드 1 및 애노드 5), 4개의 캐소드들(2개의 외부 캐소드들을 식별하는 캐소드 1 및 캐소드 4), 애노드 전류 수집 버스-바(버스 바 1), 캐소드 전류 수집 버스-바(버스 바 4), 2개의 셀-간 전류 수집 버스-바들(버스 바 2 및 버스 바 3), 전류 흐름(6)의 방향을 나타내는 화살표들, 포텐셜을 측정하기 위한 지점들(a_{21 내지 25}, k_{21 내지 24}, a_{31 내지 35}, k_{31 내지 34})을 포함한다.

도 6은 보조 버스-바(새로운 애노드들 밸런스 버스), 메인 전류의 방향(I 애노드 Y)을 나타내는 화살표들, 보상 전류(I 밸런스애노드 Y)를 나타내는 화살표들을 포함하는 셀의 구조를 보여준다.

도 7에서, 4개의 캐소드들 및 5개의 애노드들을 가지는 셀에 대한 2차원 전류 경로를 재생성하는 모델을 표현하는 회로의 구조가 보여진다. 라벨들(1, 2, 3 및 4)은 캐소드들(1, 2, 3 및 4)에 대한 전류들을 각각 표현한다(도시되지 않음). 라벨들(5, 6, 7, 8, 및 9)은 애노드들(1, 2, 3, 4 및 5)에 대한 전류들을 각각 표현한다(도시되지 않음). 라벨(10)은 전류 수집 버스-바의 전기 속성들을 표현하는 저항들을 나타낸다. 라벨(11)은 바 내부의 전류 흐름들을 나타낸다. 라벨(12)은 바 상의 2개의 연속적인 전극들의 2개의 인접 지점들 사이의 접촉 지점들에서의 전압 차를 표현한다. 라벨(13)은 측정들이 취해지는 지점들을 나타낸다.

발명자들에 의해 얻어진 가장 중요한 결과들 중 일부가 다음 예에 도시되고, 상기 다음 예는 본 발명의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다.

예

구리 전해채취 플랜트는 도 5의 구조에 따라 조립되었다. 각각이, 산화 이리듐 및 4개의 구리 캐소드들에 기초하여 촉매 층으로 코팅된 티타늄 메쉬로 형성된 5개의 애노드들을 포함하는 3개의 전해 셀들은 애노드들 및 캐소드들을 위한 사다리꼴 하우징들을 갖는 2개의 구리 셀-간 전류-수집 버스-바들에 의해 전기적 직렬로 접속되었다(도 1 참조). 2개의 버스-바들은 그 다음, (전극 당 2개) 확립될 36개의 전기 접촉들과 관련하여 출몰식 팁들을 가지는 36개의 프로브들을 포함하는 섬유-강화 플라스틱의 기저 요소 상에 수납(house)되었다. 프로브들은 차례로, 세트 값들과 비교하여 10%의 불일치가 검출된 경우에, 그에 접속된 알람(alarm)을 트리거링하도록 프로그래밍된, 마이크로처리기 및 데이터베이스를 구비한 데이터 로거(data logger)에 접속되었다.

이 특정한 경우에 전류 할당을 산출하기 위해 이용된 방법은, 전류(I)가 다음으로 주어진 셀(2)의 각각의 애노드 및 각각의 캐소드에 관련된 다음 공식들로 표현된 모델에 기초한다:

I(애노드 1)=I'(k₂₁, a₂₁)

I(애노드 2)=I"(k₂₁, a₂₂)+I'(k₂₂, a₂₂)

I(애노드 3)=I"(k₂₂, a₂₃)+I'(k₂₃, a₂₃)

I(애노드 4)=I"(k₂₃, a₂₄)+I'(k₂₄, a₂₄)

I(애노드 5)=I"(k₂₄, a₂₅)

I(캐소드 1)=I'(k₃₁, a₃₁)+I"(k₃₁, a₃₂)

I(캐소드 2)=I'(k₃₂, a₃₂)+I"(k₃₂, a₃₃)

I(캐소드 3)=I'(k₃₃, a₃₃)+I"(k₃₃, a₃₄)

I(캐소드 4)=I'(k₃₄, a₃₄)+I"(k₃₄, a₃₅)

여기서, I' 및 I"는 각각의 캐소드 및 각각의 애노드에 걸친 각각의 쌍의 전기 접촉들 사이에 포함된 전류-수집 버스-바의 부분들을 통해 흐르는 전류들을 식별하고 k₂₁, a₂₁은 캐소드 1과 애노드 2 사이의 세그먼트에서 각각의 셀-간 전류-수집 버스-바를 통해 흐르는 전류를 식별하고(나머지 쌍들은 유사한 의미를 갖는다), k의 각각의 첨자의 전자는 셀 수를 나타내고 후자는 각각 캐소드 수 또는 애노드 수를 나타낸다.

일반적인 셀(X)에 대해, 다음 관계들이 따라서 적용된다:

I(애노드 Y)=I"[k_{X (Y-1)}, a_XY]+I'(k_XY, a_XY)

I(캐소드 Y)=I'[k_(X+1)Y, a_(X+1)Y]+I"[k_(X+1)Y, a_(Y+1)(Y+1)]

물질의 균질성 및 전류-수집 버스-바들의 구성을 고려하여, 버스-바의 임의의 2개의 연속적인 전기 접촉들 사이의 저항(R)의 값은 같다.

V가 2개의 일반 연속적인 전기 접촉들 사이의 전압 차이면, 대응하는 전류는 (1/R)×V(또는 더 단순하게 V/R)와 같다.

I_tot가 총 전류이고 셀 당 N개의 캐소드들 플러스 N+1 애노드들이 존재하면, 임의의 주어진 셀에 대해:

I_tot=∑I(애노드 Y)(Y는 1부터 N+1까지의 범위이다)이거나 I_tot=∑I(캐소드 Y)(Y는 1부터 N까지의 범위이다).

모든 셀들에 대해, I_tot=(1/R)×{∑V[k_{X (Y-1)}, a_XY]+V(k_XY, a_XY)}(Y는 1부터 N+1까지의 범위이다)이고, 따라서 각각의 셀에 대해; 1/R=I_tot/{∑V[k_{X (Y-1)}, a_XY]+V(k_XY, a_XY)}(Y는 1부터 N+1까지의 범위이다)이다.

셀에서의 캐소드 전류들로부터 시작하는 1/R의 동일한 평가가 행해질 수 있다.

이 연산은 모든 전류-수집 버스-바들에 대해 실행된다: 이 방식으로, R의 값은 다수의 전압 판독들을 이용하여 결정된다. 셀-간 전류-수집 버스-바들의 물리적 구조에 의존하는 R의 결정 시에, 다수의 전극들에서 흐르는 전류들의 값을 결정하는 것이 가능하다. 특히, 일반 셀(X)의 개별적인 애노드 및 캐소드에 대해, 다음이 유지된다:

I(애노드 Y)=(1/R)×{V[k_{X (Y-1)}, a_XY]+V(k_XY, a_XY)}

I(캐소드 Y)=(1/R)×{V[k_(X+1)Y, a_(X+1)Y]+V[k_(X+1)Y, a_(Y+1)(Y+1)]}

당업자는 예를 들면, 보조 버스-바들이 존재하는 경우에서와 같은, 다른 모델들을 이용할 수 있다.

이 경우에, 도 6을 참조하면, I(바노드(Banode) Y)가, 애노드들이 다른 측에 인접하는 보조 버스-바를 통해 애노드들에 공급된 전류이고 b_X가 보조 버스-바와 애노드들 사이의 접촉 지점들이면, 다음이 유지된다:

I(바노드 Y)=I[b_{X (Y+1)}, b_XY]-I[b_XY. b_X(Y-1)]

따라서, 2개의 연속적인 전기 접촉들 사이의 보조 버스-바의 부분의 저항을 Rb로 나타냄으로써, 다음 관계가 얻어진다:

I(바노드 Y)=(1/R_b)×{V[b_{X (Y+1)}, b_XY]-V[b_XY, b_X(Y-1)]}, 그리고 각각의 애노드에 공급된 총 전류는 다음과 같을 것이다.

I(총 전류 애노드(Y))=I(애노드 Y)+I(바노드 Y).

모든 애노드들 및 캐소드들에 대한 전류의 완전한 할당의 이상적인 경우에, 보조 바들에서의 전류는 0이고: 이 상황은 아마도, 다양한 접촉들이 최소 및 유사한 값들을 가질 때 새로운 플랜트들에서 관측됨이 주의되어야 한다. 동작의 진행으로 인해, 접촉들은 캐소드들의 추출 및 위치전환으로 인한 및 산성 안개들에 의해 야기된 부식 현상들로 인한 기계적 응력의 결과로서 악화되었고 따라서 전류가 흐르기 시작하는 보조 버스-바들의 기능이 작동하기 시작하고: 이러한 전류의 세기는 접촉들의 악화의 정도를 표현한다.

완전하게 균일한 분포의 이상적인 경우에 I(일반 애노드 Y의 총 전류)와 각각의 애노드에 대해 예상된 전류의 차는, 이러한 차가 미리 결정된 값을 초과할 때마다 전류 분포의 실제 상황을 확인하고 플랜트 구성요소들의 유지 또는 대체의 동작들과 중재하도록 허용한다.

이전 설명은 본 발명을 제한하는 것으로서 의도되지 않을 것이고, 상기 이전 설명은 본 발명의 범위들을 벗어나지 않고 상이한 실시예들에 따라 이용될 수 있으며, 그 정도는 첨부된 청구항들에 의해 유일하게 정의된다.

본 출원의 설명 및 청구항들에 걸쳐, 용어 "포함하다(comprise)" 및 "포함하는(comprising)" 및 "포함하다(comprises)"와 같은 그의 변형들은 다른 요소들, 구성요소들 또는 부가적인 처리 단계들의 존재를 배제하도록 의도되지 않는다.

문서들, 행위들, 물질들, 디바이스들, 항목들 등의 논의는 콘텍스트(context)를 본 발명에 제공하는 목적을 위해 본 명세서에 유일하게 포함된다. 본 출원의 각각의 청구항의 우선일 전에, 이들 주제들 중 임의의 주제 또는 모든 주제들이 종래 기술의 기초의 부분을 형성했거나 본 발명에 관련된 분야에서의 공통적인 일반 지식이었음이 제안되거나 표현되지 않는다.

Claims (12)

1. 적어도 2개의 인접 전해 셀(electrolysis cell)들로 구성된 전해조의 캐소드(cathode)들 및 애노드(anode)들에서 전류 분포를 지속적으로 모니터링하기 위한 디바이스에 있어서,
   상기 적어도 2개의 인접 전해 셀들 각각은 다수의 상기 캐소드들 및 애노드들을 포함하고, 상기 디바이스는 동종의 전기 전도도를 갖는 가늘고 긴 메인 몸체로 구성된 적어도 하나의 셀-간 전류 수집 버스-바(bus-bar)를 포함하고, 상기 몸체는 상기 캐소드들 및/또는 애노드들을 지지하고 상기 캐소드들 및/또는 애노드들과의 전기 접촉을 확립하기 위한 하우징(housing)들을 포함하고, 상기 하우징들은 균등하게 이격되며, 상기 셀-간 전류 수집 버스-바는 상기 셀-간 전류 수집 버스-바의 상기 하우징들과 관련하여 전기 전압을 검출하고 전기 접촉들을 확립하기 위한 집적 프로브(probe)들을 구비한 절연 물질로 형성된 적어도 하나의 기저 요소에 인접하는, 디바이스.
2. 적어도 2개의 인접 전해 셀들로 구성된 전해조의 캐소드들 및 애노드들에서 전류 분포를 지속적으로 모니터링하기 위한 디바이스에 있어서,
   상기 적어도 2개의 인접 전해 셀들 각각은 다수의 상기 캐소드들 및 애노드들을 포함하고, 상기 디바이스는 보조 캐소드 버스-바, 보조 애노드 버스-바 및 상기 보조 캐소드 버스-바와 상기 보조 애노드 버스-바 사이에 배열된 적어도 하나의 셀-간 전류 수집 버스-바를 포함하고, 상기 보조 버스-바들 및 상기 셀-간 버스-바는 동종의 전기 전도도를 갖는 가늘고 긴 몸체들로 구성되고, 동종의 전기 전도도를 갖는 가늘고 긴 메인 몸체로 구성된 상기 셀-간 전류 수집 버스-바는 상기 캐소드들 및/또는 애노드들을 지지하고 상기 캐소드들 및/또는 애노드들과의 전기 접촉을 확립하기 위한 하우징들을 포함하고, 상기 보조 및 상기 셀-간 버스-바들은 절연 물질로 형성된 적어도 하나의 기저 요소에 인접하고, 상기 적어도 하나의 기저 요소는 상기 셀-간 전류 수집 버스-바의 상기 하우징들과 관련하여 전기 전압을 검출하고 전기 접촉들을 확립하며, 상기 보조 버스-바들 중 하나 상에 균등하게 이격된 전기 전압을 검출하고 전기 접촉들을 확립하기 위한 집적 프로브들을 포함하는, 디바이스.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 기저 요소의 상기 절연 물질은 섬유-강화 플라스틱(fibre-reinforced plastic; FRP)으로 형성되는, 디바이스.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   전기 전압을 검출하고 전기 접촉들을 확립하기 위한 상기 프로브들은 케이블들 또는 와이어들인, 디바이스.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   전기 전압을 검출하고 전기 접촉들을 확립하기 위한 상기 프로브들은 상기 전기 접촉들과 관련하여 출몰식 팁(retractable tip)을 구비하는, 디바이스.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 기저 요소는 출몰식 팁들과 관련하여 고무 실(seal)들 또는 플라스틱 섬유로 라이닝(lining)된 스프링(spring)들을 포함하는, 디바이스.
7. 금속 전착을 위한 다수의 셀들을 포함하는 전해조에 있어서,
   상기 셀들은 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 디바이스에 의해 전기적 직렬(electrical series)로 상호 접속되는, 전해조.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 다수의 셀들은:
   - 터미널 셀의 애노드들이 애노드 전기 접촉들을 위한 하우징들을 구비한 전류 수집 버스-바를 통해 직류 전원의 양극에 접속되는 상기 터미널 셀의 하나의 단부에서;
   - 및 상기 터미널 셀의 캐소드들이 캐노드 전기 접촉들을 위한 하우징들을 구비한 전류 수집 버스-바를 통해 상기 직류 전원의 음극에 접속되는 상기 터미널 셀의 다른 단부에서 전기적 직렬로 접속되고;
   상기 전류 수집 버스-바들은 전기 전압을 검출하고 전기 접촉들을 확립하기 위한 집적 프로브들을 포함하는 절연 물질로 형성된 적어도 하나의 기저 요소에 인접하는, 전해조.
9. 금속 전착을 위한 다수의 셀들을 가지는 전해조의 캐소드들 및 애노드들에서 전류 분포를 지속적으로 모니터링하기 위한 시스템으로서, 상기 셀들 각각은 다수의 상기 캐소드들 및 애노드들을 구비하는, 상기 시스템에 있어서:
   - 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 디바이스;
   - 상기 프로브들에 의해 검출된 전위 값들로부터 시작하는 각각의 개별적인 캐소드 및 각각의 애노드에서의 전류 세기 값들을 얻기 위한 아날로그 또는 디지털 계산 수단;
   - 경고 디바이스;
   - 상기 계산 수단부에 의해 제공된 전류 세기 측정치와 각각의 캐소드 및 각각의 애노드에 대한 미리 정의된 임계값들의 세트를 비교하기 위해 적합한 처리기; 및
   - 상기 전류 세기 결과들이 임의의 캐소드 또는 애노드에 대한 상기 대응하는 미리 정의된 임계값에 따르지 않을 때마다 상기 경고 디바이스를 작동시키기 위한 수단을 포함하는, 시스템.
10. 적어도 2개의 인접 전해 셀들로 구성되고 적어도 하나의 셀-간 전류 수집 버스-바를 구비한 전해조를 새로 장착하기 위한(retrofitting) 방법으로서, 상기 셀-간 전류 수집 버스-바는 캐소드들 및/또는 애노드들을 지지하고 상기 캐소드들 및/또는 애노드들과의 전기 접촉을 확립하기 위한 균등하게 이격된 하우징들을 구비한 동종의 전기 전도도를 갖는 가늘고 긴 메인 몸체로 구성되고, 상기 셀-간 전류 수집 버스-바는 절연 물질로 형성된 적어도 하나의 원래 기저 요소에 인접하는, 상기 방법에 있어서:
    - 상기 원래 기저 요소로부터 상기 적어도 하나의 셀-간 전류 수집 버스-바를 리프팅(lifting)하는 단계;
    - 상기 원래 기저 요소를 절연 물질로 형성된 적어도 하나의 대체 기저 요소를 대체하는 단계로서, 상기 대체 기저 요소는 상기 적어도 하나의 전류 수집 버스-바의 상기 하우징들과 관련하여 전기 전압을 검출하고 전기 접촉들을 확립하기 위한 집적 프로브들을 포함하는, 상기 적어도 하나의 대체 기저 요소를 대체하는 단계; 및
    - 상기 셀-간 전류 수집 버스-바를 상기 대체 기저 요소와 인접하게 위치시키는 단계를 포함하는, 전해조를 새로 장착하기 위한 방법.
11. 제 10 항에 있어서,
    적어도 2개의 인접 전해 셀들로 구성되는 전해조는 하나의 셀-간 전류 수집 버스-바, 하나의 보조 캐소드 버스-바 및 하나의 보조 애노드 버스-바를 구비하는, 전해조를 새로 장착하기 위한 방법.
12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 셀-간 전류 수집 버스-바를 상기 대체 기저 요소와 인접하게 위치시키는 상기 단계는 가이드(guide)들의 도움에 의해 실행되는, 전해조를 새로 장착하기 위한 방법.

Images