194588. lajstromszámú szabadalom • Hall-Heroult elektrolizáló cella aszimmetrikus katód rudakkal és hőszigeteléssel
7 194 588 8 ból álló keveréket lehet használni vagy fordítva, az áramlási iránnyal ellentétes irányú 17 bélést lehet megerősíteni a 19 bélés paramétereinek és vastagságának megválasztásával, vagy pedig a 2 fémház külső falát hőszigeteléssel látjuk el, vagy valamilyen ezzel egyenértékű megoldást alkalmazunk, ami a hőszigetelés természetét és/vagy vastagságát illeti, vagy a 2 fémház és a környezeti levegő közötti hőkicserélési jelenséget befolyásoljuk, vagy az áramlási iránnyal ellentétes oldalon vagy az áramlási iránnyal megegyező oldalon vagy egyidejűleg mindkét oldalon végrehajtott megfelelő intézkedésekkel. A 7. ábrán azoknak az elveknek az alkalmazását mutatjuk be, aminek alapja az, hogy az áramlási iránnyal ellentétes és azzal megegyező irányú áramköröket képező 11 és 13 vezetékek azonos kereszt-, metszetűek, de különböző hosszúságúak, melynek megfelelő részét alumínium rudakból alakítottuk ki, és az ohmos ellenállások közötti különbségek kiegyenlítésére az áramlási iránnyal megegyező irányú 15 katódkivezetés keresztmetszetét csökkentettük, hosszát pedig megnöveltük. Az 5., 6. és 7. ábrákon bemutatott három esettel kapcsolatban meg kell jegyeznünk, hogy az áramlási iránnyal ellentétes irányú 14 katódkivezetés végének a keresztmetszete kis mértékben el van vékonyítva, de még ez a csökkentett keresztmetszet is nagyobb az áramlási iránnyal megegyező irányú 15 katódkivezetés keresztmetszeténél. Ez az elrendezés csupán egy példa, ami azonban nem szükséges jellemzője a találmánynak. A találmány tárgyát ismerő szakember tudatában van annak a ténynek, hogy a katódtömbök termikus egyensúlyát befolyásolni lehet, ha a katódkivezetés végének keresztmetszetét módosítjuk. Ezt az elrendezést, ami önmagában ismert, azonban itt a találmány valódi értelmében vett megoldással kombinálva alkalmaztuk. A 6. ábrán az áramlási iránnyal ellentétes irányú 18 bélést helyileg megnöveltük, és az áramlási irány-, nyal megegyező irányú 19 bélést pedig helyileg lecsökkentettük, a megfelelő mértékben. A 7. ábrán bemutatott megoldásban csupán az áramlási iránynyal ellentétes irányú 18 bélést növeltük meg. Egy 280 kA-es elektrolizáló cellát elláttunk aszimmetrikus katódrudakkal és aszimmetrikus hőszigeteléssel. A katódrudakat kisebb átmérőjű acélrudakkal meghosszabbítottuk. A meghosszabbított szakasz hossza az áramlási iránnyal megegyező oldalon nagyobb volt, mint az áramlási iránnyal ellentétes oldalon (a hosszúságok aránya 4:3 volt). Ilyen módon az áramlási iránnyal megegyező oldalon olyan katódos feszültségesést tudtunk elérni, ami 35 mV-tal nagyobb volt, mint az áramlási iránnyal ellentétes oldali katódos feszültségesés. Az alumínium vezetékek súlyát így 860 kg-mal csökkentettük. A cella áramlási iránnyal ellentétes oldalánál a szigetelést csekély mértékben megnöveltük (a 18 bélést), vagyis az áramlási iránnyal megegyező oldalánál nagyobbra választottuk, így lehetővé vált, hogy a védőgát részek tökéletesen szimmetrikusak voltak. Megjegyezzük' (lásd 7. ábrát), hogy ebben az esetben az áramlási ; iránnyal ellentétes irányú áramkört képező 11 vezetékek és az áramlási iránnyal megegyező irányú áramkört képező 13 vezetékek átmrője ázonos volt, ami a technika állásából ismert megoldásoknál nem így volt (lásd 3. és 4. ábrákat). A találmány szerinti elektrolizáló cella kétféle előnnyel rendelkezik: 1. A külső vezetékeket képező fém mennyiségét jelentősen csökkentettük. Ez azt jelenti, hogy a beruházási költségeket csökkentettük, továbbá, hogy a cella körüli tér kevésbé rendezetlen. 2. Az áramlási iránnyal megyező oldalon levő katódrudak keresztmetszetének csökkentése lehetővé teszi, hogy nagyobb mennyiségű hő legyen jelen a cella belsejében, mint a normál keresztmetszetek esetében (megnövekedett Joule hatás, és az acél alkalmazásával csökkentett termikus veszteségek). Ezt ki lehet használni, feltéve, hogy az áramlási iránnyal ellentétes és az azzal megegyező irányú oldalak között a hőszigetelést megfelelő módon osztjuk meg, és az áramlási iránnyal ellentétes oldalon az acél keresztmetszetét megnövelhetjük, anélkül, hogy a cella termikus egyensúlyát megzavarnánk. Vagyis egy állandó teljes körű hőszigeteléssel, ami energiamegtakarítást tes# lehetővé, melynek mértékét 50 kWh/tonnára becsülhetjük. Szabadalmi igénypontok 1. Hall-Heroult elektrolizáló cella alumíniumnak olvasztott timföldfürdő elektrolízisével történő előállítására, amely több, egymás után elrendezett cellából (1) álló cellasorból áll, ahol a cellák (1) négyszögletes fémházból vannak kialakítva, amelyeknek hosszanti tengelyei merőlegesek az általuk képezett cellasor tengelyére, és amelyek hőszigetelő béléssel (3), valamint olyan katóddal (4) vannak ellátva, amely széntartalmú tömbök (5) összetapasztásával van kialakítva, amelyekbe acélrudak (6) vannak beágyazva és amelyeknek végei katódkivezetésként (12, 12’) áramlási iránnyal ellentétes és azzal megegyező (azaz a cellasorban folyó áram irányával ellentétes, illetve azzal megegyező) oldalánál a cellából (1) kinyúlnak, és amelyekhez a sorban következő cellához (1) vezető összekötő vezetékek (13) hozzá vannak kapcsolva, ahol a vezetékek (13) a hozzájuk tartozó katódkivezetésekkel (12) egy áramlási iránnyal ellentétes irányú, illetve egy azzal megegyező irányú áramkört képeznek, ahol az egyes cellák egy-egy anódrendszert tartalmaznak, amelyek egy állítható magasságú, vízszintesen elrendezett tápáram sínre (10) vannak felfüggesztve, mely rendszer a cellák (1) fémházainak (2) hosszanti tengelyével párhuzamos két anódvonalból áll, az anódok (8) széntartalmú tömbökből vannak kialakítva és fémrudak révén eltávolíthatóan vannak a tápáram sínre (10) felfüggesztve, amelyeknek alsó része be van ágyazva a széntartalmú tömbbe, és a tápáram sín (10) vagy ariódsín szerelvény a cellasorban levő előző cella (1) áramlási iránynyal ellentétes irányú, illetve azzal megegyező irányú • áramköreivel össze van kötve, azzal jellemezve, hogy az áramlási iránnyal megegyező irányba eső katódkivezetések (15) végeinek ohmos ellenállása nagyobb, ; ! 5 10 15 20 * 25 30 35 40 45 50 55 60 65 5
