194588. lajstromszámú szabadalom • Hall-Heroult elektrolizáló cella aszimmetrikus katód rudakkal és hőszigeteléssel
5 194 588 6 jobb a hőszigetelése. Ebből következik, hogy előnyös, ha az áramlási iránnyal megyező oldalon csökkentjük a szigetelést és/vagy a szükségesnél nagyobb szigetelést alkalmazunk az áramlási iránnyal ellentétes oldalon, hogy ezzel biztosítsuk a cella megfelelő termikus egyensúlyát, melynél figyelembe kell venni továbbá a hőmérsékletek aszimmetriáját és a védőgátak aszimmetriáját, amit a hagyományos hőszigeteléssel ellátott celláknál lehet tapasztalni. A hó'szigetplés megfelelő méretezése bonyolult számításokat igényel, de ezek a találmány tárgyával foglalkozó szakemberek számára ismert számítások, és nem képezik találmányunk részét. A találmány szerinti Hall-Heroult elektrolizáló ‘ cellát az alábbiakban kiviteli példa kapcsán, a mellékelt rajz alapján ismertetjük részletesebben, ahol az 1-4. ábrákon az ismert megoldások vázlatai láthatók, az 5—7. ábrákon pedig a találmány szerinti megoldás kivitelezését mutatjuk be. Az 1. ábrán a cellasor tengelyére merőleges hossztengelyű cellák elrendelésének, valamint egy cellán feltüntetve a katódtömbök és rudak elrendezésének vázlatát; a 2. ábrán egy hagyományos elektrolizáló cella hossztengelyére merőleges függőleges síkban felvett keresztmetszetét; a 3. és 4. ábrákon a 2. ábra szerinti metszetben ábrázolt hagyományos elektrolizáló cella összekapcsolását sorban következő cellával, mint az a technika állásából ismert; az 5. ábrán a találmány szerinti elektrolizáló cella ka-; tódtömbjének vázlatát; a 6. ábrán ugyanazt a katódtömböt egy elektrolizáló cellába behelyezett állapotban; és végül a I 7. ábrán a cellasorban egymás után elhelyezkedő két cella összekapcsolásának vázlatát mutatjuk be a találmány szerinti megoldásnak megfelelően. Az ábrákon az azonos hivatkozási számokkal azonos részeket jelöltünk. Az elektrolizáló cellák fő részeit tehát a következő elemek képezik: minden 1 cella tartalmaz egy 2 fémházat, egy 3 hőszigetelő bélést, egy 4 katódot, amely egymáshoz ragasztott vagy tapasztott 5 széntartalmú tömbökből áll, amelyekbe 6 acélrudak vannak beágyazva, valamint egy széntartalmú pasztából kialakított 7 tömítést. Az elektrolizáló 1 cellákhoz tartoznak még a 4 katód felett elrendezett 8 anódok, amelyek 9 rudakkal vannak felfüggesztve, és a 9 rudak mechanikusan hozzá vannak szorítva 10 tápáram sínekhez (anódsín szerelvényekhez), amelyek a legtöbb esetben két egymással párhuzamos vonal mentén vannak elrendezve (lásd 3. ábrát). A cellasorban levő 1A cella és a következő IB cella közötti villamos összeköttetést egy 11 vezetékekből álló első vezetékcsoport és egy 13 vezetékekből álló második vezetékcsoport képezi, ahol all vezetékekből álló első csoportot „áramlási iránnyal ellentétes irányú” áramkörnek nevezzük, amelynek L hosszúsága és S keresztmetszete van, és amely az 1A cella áramlási iránnyal szemben elhelyezkedő 12 katódkivezetését a következő 1B cella 10 tápárain sínével (vagy anódsín szerelvényével) összeköti, míg a 13 vezetékekből álló második vezetékcsoport az „áramlás irányával megegyező irányú” vagy az „áramlás irányába eső” áramkörnek nevezzük, melynek hosszúsága 1, keresztmetszete s, és amely az 1A cella áramlási irányba eső 12’ katódkivezetéseit összeköti a következő 1B cellának a fenti 10 tápáram sínével (vagy anódsín szerelvényével). A 3. ábrán látható továbbá, hogy az áramlás irányával ellentétes irányú áramkör S keresztmetszetét lényegesen nagyobbra választottuk, mint az áramlás irányával megegyező irányú áramkör s keresztmetszetét, hogy ezzel közelítőleg helyreállítsuk a két áramkör között a villamos egyensúlyi helyzetet, aminek az ára azonban a lényegesen magasabb beruházási költség, vagyis hogy drágább alumínium rudakat kell alkalmazni. Mint az előzőekben már elmagyaráztuk, az s keresztmetszetet nem lehet egy adott határon túl csökkenteni, nevezetesen olyan érték alá, ahol a 13 vezetékekből álló áramkör felmelegedésének mértéke már elfogadhatatlan lenne. A 4. ábra szerinti megoldásban a villamos egyensúlyt a 13 vezetékekből álló áramlási iránnyal ellentétes irányú áramkör nyomvonalának megnövelésével javították meg. Ezek a megoldások általában nem kielégítőek, és nem oldják meg az áramlási iránnyal ellentétes illetve azzal megegyező irányú áramkörök kiegyenlítésének problémáját. A probléma megoldását jelentő találmány szerinti cellakialakítás látható az 5. ábrán: az áramlási iránynyal ellentétes irányú és azzal megegyező irányú áramkörök kiegyenlítetienségét a 12 katódkivezetéseknél kompenzáljuk, melyek acélrudakból vannak kialakítva és amelyek a 4 katódot képező 5 széntartalmú tömbökbe vannak beágyazva, és amelyek az elektrolizáló rendszeren éppen keresztülhaladó áramot összegyűjtik. Az áramlási iránnyal ellentétes irányú 14 katódkívezetést változatlanul hagyjuk, míg az áramlási iránynyal megegyező irányú 15 katódkivezetésnek a keresztmetszetét is csökkentettük és a hosszát is megnöveltük, mely tényezők együttesen járulnak hozzá az ohmos ellenállás megnövekedéséhez. A 6. ábrán egy olyan találmány szerinti elektrolizáló cellát mutatunk be, amelyben a katódtömböket a találmány szerint helyeztük be. Mivel az áramlási iránnyal ellentétes irányú 14 katódkivezetésen eső feszültség lényegesen kisebb, mint az áramlási iránynyal megegyező irányú 15 katódkivezetésen, (például 1:4 aránynak megfelelően), aminek az a következménye, hogy az áramlási iránnyal ellentétes irányú 16 bélés és az áramlási iránnyal megegyező irányú 17 bélés között termikus kiegyensúlyozatlanság lép fel, ami az egész cella általános egyensúlyára (termikus, villamos és mágneses egyensúlyokra) káros kihatással van. Emiatt tehát vagy az áramlási iránnyal megegyező irányú oldalon kell csökkenteni a szigetelést, például a hőálló téglákból kialakított 3 hőszigetelő bélés egy részét jobb vezetőképességű anyaggal ke h kicserélni, ami például sűrű timföld tégla lehet, aminek vezetőképessége jobb, vagy pedig egy hőszigetelő anyagból és egy ugyanolyan széntartalmú anyag5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 4
