JP7225980B2 - 電解槽用の観察装置 - Google Patents

Description

本発明は、電解槽用の観察装置に関する。本発明は、更に詳しくは、電解槽内の電解液中に浸漬されている電極板の表面を観察する電解槽用の観察装置に関する。

金属の電気分解による製錬（以下「電解製錬」とも言う）の代表例として、銅やニッケルの電解製錬を挙げることができる。これらの電解製錬においては、高い生産性を得るために、縦横のサイズが６００ｍｍから１０００ｍｍに及ぶ多数の大型の電極板（アノード及びカソード）が強酸性で且つ６０℃程度の高温の電解液に浸漬された状態で操業が行われる。尚、これらの各電極には、１ｍ^２当たり２００～３００Ａ程度、或いは、それ以上の大きさの電流が流され、尚且つ、３日から１０日程度かけて通電する操業が行われる。

電解製錬において正常な電析状態を維持管理することは重要であり、平滑な反応を維持するために、液温、金属濃度、ｐＨ、流量、不純物スペック等が厳しく管理されている。電気分解の進行中において、特に、反応ガスの異常発生は、製品の形状や製品性能に大きく影響する。よって、電気分解反応初期に、この反応ガスの発生状況等を正確且つ即時に確認することができれば不良品の発生を抑えて金属製品の生産性を向上させることができる。

しかしながら、通常、上記の電解液は、金属濃度が高く濃厚色で内部視認性が極めて低いため、電解液の液中の様子を目視により観察することは極めて困難である。又、上記の各電極板は、電解液中に、２５～３０ｍｍ程度の極めて狭い間隔で並べられているため、一般的な水中カメラ等を撮影可能な位置に挿入することもできない。

内部視認性の低い濁水中であっても対象物を把握することができる水中観察装置としては、透明液体を充填した中空ケースの内部に水中カメラを配置した水中観察装置が提案されている（特許文献１）。しかしながら、この装置は、開放された濁水中での使用を前提とするものであり、各電極板（アノード及びカソード）の間の狭小空間に挿入することはできない。

一方、給水配管の内部等、構造体内部の狭小空間を撮影する手段の一つとして、長尺の光ファイバーの先端部に撮像部を設けたファイバースコープが用いられている（特許文献２）。しかしながら、上記の通り、強酸性且つ高温である電解液中に上記のような長時間に亘る操業時間の間を通して浸漬することが可能な耐酸性と耐熱性を有するファイバースコープは存在しない。

特開２０１２－１７２４７２号公報 特開平７－４９４５７号公報

本発明は、このような実情を鑑みてなされたものであり、電解製錬を行う強酸性且つ高温である電解液に長時間に亘って浸漬されている電極板の表面を、長時間に亘って撮影して観察することができる電解槽用の観察装置を提供することを課題とする。

本発明者らは、例えばファイバースコープ等の内視鏡型の撮影装置を、特有の形状からなる内視鏡保護体に収納した構成からなる観察装置により、電解槽内の電極板の表面を鮮明に撮影することができることを見出し、本発明を完成するに至った。具体的には、本発明は以下のものを提供する。

（１） 長尺の挿入部の先端に撮像部が連結されている内視鏡型撮影装置と、内視鏡保護体と、を含んで構成されていて、前記内視鏡型撮影装置は、前記撮像部から撮影方向に向けて光を照射することができる光源を有し、前記内視鏡保護体は、前記挿入部を収納可能な挿入部収納管部と、前記撮像部を収納可能な撮像部収納函部とからなり、前記撮像部収納函部は前記撮影方向の側の面に透明な観察窓が形成されている、電解槽用の観察装置。

（１）の発明によれば、電解槽内の過酷な環境から内視鏡型撮影装置を保護しながら、観察対象である電極版に近距離から光を照射して撮影を行うことができるため、電極板の表面を鮮明に撮影することができる。

（２） 前記観察窓が、前記撮影方向に直行する面に対して３０°以上７５°以下の傾斜角度で配置されている、（１）に記載の電解槽用の観察装置。

（２）の発明によれば、（１）の発明に係る電解槽用の観察装置において、観察窓の配置角度を観察対象に向かう照射光の光軸に対して適切に傾斜させることにより、照射光の撮像部側への反射を低減させて、撮影画像の鮮明度を更に向上させることができる。

（３） 記内視鏡型撮影装置がファイバースコープである、（１）又は（２）に記載の電解槽用の観察装置。

（３）の発明によれば、内視鏡型撮影装置をファイバースコープに特定することで、強力な磁場の発生により、電子素子を用いたビデオスコープ等の使用が困難な電解製錬進行中の電解液中の電極板間においても、安定的に鮮明な画像を撮影する機能を発揮し続けることができる。

本発明によれば、電解製錬を行う強酸性且つ高温である電解液に長時間に亘って浸漬されている電極板の表面を、長時間に亘って撮影して観察することができる電解槽用の観察装置を提供することができる。

本発明の電解槽用の観察装置を用いて行う電解槽内の電極板の観察方法の実施態様の一例を示す模式図である。 本発明の電解槽用の観察装置を構成する内視鏡保護体の斜視図である。 図２の内視鏡保護体を構成する撮像部収納函部の斜視図である。 本発明の電解槽用の観察装置を用いて行う電解槽内の電極板の観察方法の好ましい実施態様を示す説明図である。 本発明の電解槽用の観察装置を構成する内視鏡型撮影装置の撮像部周辺の部分拡大図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。尚、本発明は以下の実施形態に限定されない。

＜電解槽用の観察装置＞
本発明の電解槽用の観察装置１０は、内視鏡型撮影装置２（図５参照）と、内視鏡保護体１（図２参照）とを含んで構成される。

電解槽用の観察装置１０は、少なくとも、電解槽３００内の電解液２００中に投入して使用する際においては、これらが組合された状態、即ち、中空構造の内視鏡保護体１の内部に、内視鏡型撮影装置２の撮像部２２の全体と、挿入部２１の少なくとも電解液中に浸漬されることとなる部分が収納された状態で用いられる（図１参照）。

［内視鏡保護体］
内視鏡保護体１は、挿入部収納管部１１と、撮像部収納函部１２とが一体化されている中空の管状密閉構造であることを、その基本構造とする（図２参照）。この構造は、機能的には、電解液２００中に投入される内視鏡型撮影装置２を電解液２００と接触させずに電極板１００の間の狭小な隙間に挿入して、電解液２００中で長時間に亘って十分な撮影機能を発揮させることが可能な構造であればよく、その限りにおいて特定の形状には限定されない。

内視鏡保護体１を形成する材料は、何れの部分についても、耐酸性と耐熱性とを備える各種の樹脂材料を適宜用いて形成する。これにより、強酸性且つ高温である電解液中に長時間に亘る操業時間の間を通して浸漬することが可能となる。

又、内視鏡保護体１は、全ての面が透明であることが好ましいが、少なくとも撮影方向の側の面に形成される観察窓１２１（図２、図３参照）は透明であることが必須である。その他の部分は必ずしも透明である必要はないが、全体を同一材料で一体成形して製造効率を高めるために、内視鏡保護体１を形成する材料は、透明な一種の材料とすることが好ましい。

上述の各要件を満たす材料の具体例として、アクリル系樹脂や透明塩化ビニル樹脂、或いは、各種の透明樹脂材料にフッ素系コーティング剤等による表面加工を施した樹脂材料等を挙げることができる。但し、電極板１００の間の狭小な隙間に挿入する際の操作性を良好に保持するためには、挿入部収納管部１１を、一定以上の剛性を有するもととすることが好ましい。よって、例えば、高度な可撓性が必須とされる医療用のファイバースコープ保護チューブ等は本発明には転用困難である。この観点からは、上記の各種樹脂の中でも、耐熱性、耐酸性、透明性に加え、適度な剛性をも備えうるアクリル系樹脂を内視鏡保護体１を形成する材料として特に好ましく用いることができる。

挿入部収納管部１１は、ファイバースコープ等の内視鏡型撮影装置２の長尺の挿入部２１を収納する部分である。その形状は、実際に収納する挿入部２１の形状や直径に応じて適宜決定すればよいが、中空長尺の筒型、或いは、同様の角筒型であることが好ましい。

尚、挿入部収納管部１１は、上述の通り、狭小な隙間に容易に挿入するための操作性を担保するに足る剛性を確保した上で、更に、その全体を任意の形状に変型することができる蛇腹構造等の特殊構造とすることもできる。これにより、様々な特殊な観察対象の配置状況に対する適応が可能となる。

挿入部収納管部１１の長さについては、使用が想定される電解槽の深さに応じて適宜決定すればよい。少なくとも電解槽用の観察装置１０の使用時において、内視鏡型撮影装置２の撮像部２２が電解槽３００の最深部に到達した時に、内視鏡型撮影装置２の挿入部２１が電解液２００に接触することを回避できる長さであることが好ましい。一方で操作性を良好に保つために、電解槽３００の深さに加えて保持するために必要な２０ｃｍ以上３０ｃｍ以下程度の長さであることが好ましい。銅やニッケルの電解製錬を行う工業的な電解での深さ方向の電極の長さは０．５ｍ以上１．１ｍ以下程度であることが一般的である。よって、これらの電解槽での使用を想定する場合、内視鏡保護体１の挿入部収納管部１１の長さは、電極の深さ方向の長さに対して１０～２０％程度大きな長さ、つまり概ね０．６ｍ以上１．４ｍ以下であることが好ましい。

挿入部収納管部１１の太さについては、特に限定されない。使用が想定される電解槽における電極板の配置間隔に応じて適宜決定すればよいが、その外径については、内視鏡保護体１の構造上、その最大幅となることが想定される撮像部収納函部１２の幅を最適化してあれば、それよりも小さい径であることで足りるが、上記最大幅部分の幅については、上記電極板の配置間隔幅の１０％以上５０％以下であることが好ましい。又、その内径については、内視鏡型撮影装置２の挿入部２１を円滑に出し入れできる径であれば足りる。一例として、挿入部
収納管部１１の好ましい外径は１０ｍｍ以上１８ｍｍ以下程度、同内径は５ｍｍ以上１６ｍｍ以下程度である。

撮像部収納函部１２は、ファイバースコープ等の内視鏡型撮影装置２の長尺の挿入部２１の先端に接合されている撮像部２２を収納する部分である。その形状は、実際に収納する撮像部２２の形状や大きさに応じて適宜決定すればよい。但し、少なくとも撮影方向の側の面に配置される透明な平面である観察窓１２１を含んで構成されていることは必須である（図３、図４参照）。

撮像部収納函部１２の大きさについては、撮像部２２を収納可能な大きさであることと、想定される電極板１００の配置間隔を考慮して、適宜決定すればよい。銅やニッケルの電解製錬を行う電解槽における電極板の間の隙間幅は、上述の通り、２５～３０ｍｍ程度であることが一般的である。よって、これらの電解槽での使用を想定する場合、内視鏡保護体１の撮像部収納函部１２の大きさについては、最大幅が、２０ｍｍ以上２５ｍｍ以下程度であることが好ましい。

又、撮像部収納函部１２の備える透明な観察窓１２１は、撮影方向ｌ（図４、図５参照）に対して直行する面、即ち、使用時に実際の撮影対象となる電極板１００と平行に対峙することとなる面であってもよいが、この撮影方向に直行する面に対して、３０°以上７５°以下の傾斜角度で配置されていることが好ましい。尚、「傾斜角度が３０°以上７５°以下である」とは、図４に示す角度θが３０°以上７５°以下であることを意味する。観察窓１２１の配置角度をこのように、内視鏡型撮影装置２から観察対象に向かう照射光の光軸の直交面に対して適切に傾斜させることにより、上述の通り、撮像部２２による撮影画像の鮮明度を更に向上させることができる。尚、「撮影方向ｌ」とは、ＬＥＤ等の内蔵光源から発光された光が反射鏡等に反射して最終的に観察対象物に向かうときにおける当該反射光等の出発点（図４、図５における点Ｏ）と観察対象（電極板１００）とを最短距離で結ぶ線の方向のことを言うものとする。

尚、内視鏡保護体１には、本発明の効果を担保する上記各機能を阻害しない範囲でその他の付属的構造が付加されていてもよい。

［内視鏡型撮影装置］
内視鏡型撮影装置２として、長尺の挿入部２１の先端に撮像部２２が連結されているファイバースコープやビデオスコープ等、各種の従来公知の内視鏡型撮影装置であって、使用条件に適う大きさの範囲内のものであれば、特段の限定なく用いることができる。但し、視認性の悪い電解液中で鮮明な画像を撮影する必要があるため、内視鏡型撮影装置２として用いるファイバースコープ等は、撮像部２２から撮影方向に向けて光を照射することができる光源を有するものであることを必須とする。

そして、本発明の電解槽用の観察装置１０を構成する内視鏡型撮影装置としては、上記の各種撮影装置の中でも、ファイバースコープを用いることが特に好ましい。強力な磁場の発生でより、電子素子を用いたビデオスコープ等の使用が困難な電解製錬進行中の電解液中の電極板間においても、安定的に鮮明な画像を撮影する機能を発揮し続けることができるからである。

上述の通り、撮像部２２は、「撮影方向に向けて光を照射する」光源を備える。この光源の種類や構造は特に限定されないが、一般的なファイバースコープにも付属していることが多いＬＥＤを、電解槽用の観察装置１０の光源としても好ましく用いることができる。

＜電解槽内の電極板の観察方法＞
図１に示すように、本発明の電解槽用の観察装置１０は、観察窓１２１の側を観察対象とする電極板１００の方に向けて、電極板間の隙間に投入して使用する。

透明な観察窓１２１を通して光源から発せられる照射光により、視認性の低い電解液中２００に配置されている電極板１００を照らしながら撮影することにより、電極反応の状態等を正確に即時に把握することができる。

又、観察装置１０により撮影された画像は、図１に示すように、必要に応じて画像処理施した上で、適切な任意の位置に設置した、適当なサイズ・解像度を有するモニタ４００に表示して観察することもできる。

アクリル樹脂を図２に示す形状に成型した全長１．０２メートルの内視鏡保護体に、市販のファイバースコープを組合わせて作成した内視鏡保護体（但し、観察保護窓の配置角度は傾斜をつけずに０°とした）により、通常、銅の電解精錬を行っている電解槽において、槽内の電極板を上述の観察方法（図１参照）により、３日間に亘って観察したところ、電解槽深部域の電析状態やガス発生の様子を継続して撮影することができ、撮影画像を通じた目視によって即時に状態変化を確認することができた。又、観察が終了した３日後において、内視鏡保護体及びファイバースコープには何らの劣化や損傷は認められなかった。

又、上記の内視鏡保護体について、観察保護窓の配置角度（図４における角度θ）を１５°、３０°、６０°、７５°、８０°に変えて成型したものをそれぞれ用いて、他は上記と同条件で観察を行ったところ、配置角度が３０°、６０°、７５°のものについては、撮影画像の鮮明度が顕著に向上することが確認された。

以上より、本発明の電解槽用の観察装置は、電解製錬を行う強酸性且つ高温である電解液に長時間に亘って浸漬されている電極板の表面を、長時間に亘って鮮明に撮影して観察することができる電解槽用の観察装置であることが分かる。

１０ 電解槽用の観察装置
１ 内視鏡保護体
１１ 挿入部収納管部
１２ 撮像部収納函部
１２１ 観察窓
２ 内視鏡型撮影装置
２１ 挿入部
２２ 撮像部
１００ 電極板（アノード、カソード）
２００ 電解液
３００ 電解槽
４００ モニタ

Claims (3)

1. 長尺の挿入部の先端に撮像部が連結されている内視鏡型撮影装置と、
   内視鏡保護体と、を含んで構成されていて、
   前記内視鏡型撮影装置は、前記撮像部から撮影方向に向けて光を照射することができる光源を有し、
   前記内視鏡保護体は、前記挿入部を収納可能な挿入部収納管部と、前記撮像部を収納可能な撮像部収納函部とからなり、
   前記撮像部の前記撮影方向は、前記挿入部収納管部の長手方向に対して直交する方向とされていて、
   前記撮像部収納函部は前記撮影方向の側の面に透明な観察窓が形成されていて、
   前記観察窓が、前記撮影方向に直行する面に対して３０°以上７５°以下の傾斜角度で配置されている、
   電解槽用の観察装置。
2. 前記挿入部収納管部は、アクリル樹脂からなり、長さが０．６ｍ以上１．４ｍ以下であり、外径が１０ｍｍ以上１８ｍｍ以下である、
   請求項１に記載の電解槽用の観察装置。
3. 前記内視鏡型撮影装置がファイバースコープである、請求項１又は２に記載の電解槽用の観察装置。

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