KR20130143612A

KR20130143612A - 전해 산화물 환원 시스템으로부터 오프-가스를 포획 및 제거하기 위한 애노드 보호덮개

Info

Publication number: KR20130143612A
Application number: KR1020137016169A
Authority: KR
Inventors: 제임스 엘 윌릿; 로렐 에이 반즈; 스탠리 지 위드마이어; 제임스 엘 베일리; 마크 에이 윌리엄슨
Original assignee: 지이-히타치 뉴클리어 에너지 어메리카스 엘엘씨
Priority date: 2010-12-23
Filing date: 2011-09-28
Publication date: 2013-12-31
Also published as: KR101714113B1; CN103270197B; WO2012087397A1; US8771482B2; EP2655696A1; JP2014501329A; CN103270197A; US20120160668A1; EP2655696B1; JP5849098B2

Abstract

본 발명의 애노드 보호덮개는 복수의 애노드 조립체 및 각각의 애노드 조립체에 대한 애노드 보호덮개를 구비할 수 있는 전해 산화물 환원 시스템으로부터 오프-가스를 포획 및 제거하기 위해 사용된다. 애노드 보호덮개는 정점을 구비하는 테이퍼진 상부 섹션을 갖는 보디 부분을 구비한다. 보디 부분은 오프-가스 수집 공동을 형성하는 내벽을 갖는다. 상부 섹션의 정점으로부터 굴뚝 구조물이 연장되며, 이는 보디 부분의 오프-가스 수집 공동에 연결된다. 굴뚝 구조물은 외부 튜브 내에 내부 튜브를 구비한다. 따라서, 소제 가스/냉각 가스는 내부 튜브와 외부 튜브 사이의 환형 공간에 하향 공급될 수 있는 반면에, 오프-가스는 내부 튜브에 의해 형성된 출구 경로를 통해서 제거될 수 있다.

Description

전해 산화물 환원 시스템으로부터 오프-가스를 포획 및 제거하기 위한 애노드 보호덮개{ANODE SHROUD FOR OFF-GAS CAPTURE AND REMOVAL FROM ELECTROLYTIC OXIDE REDUCTION SYSTEM}

(연방 지원 연구 또는 개발)

본 발명은 미국 에너지부에 의해 수여된 계약 번호 DE-AC02-06CH11357 하의 정부 지원에 의해 이루어졌다.

본 발명은 전해 산화물 환원 시스템용 애노드 보호덮개에 관한 것이다.

불순한 원료로부터 금속을 회수하거나 및/또는 금속-산화물로부터 금속을 추출하기 위해 전기화학적 프로세스가 사용될 수 있다. 종래의 프로세스는 통상적으로, 금속-산화물을 전해질 내에서 용해시키고 이후 전기 분해 또는 선택적 전계확산시킴으로써 금속-산화물을 그 대응 금속으로 환원시키는 것을 포함한다. 금속-산화물을 그 대응 금속 상태로 환원시키기 위한 종래의 전기화학적 프로세스는 단일 단계 또는 다단계 방식을 채용할 수 있다.

금속-산화물이 전해질 내에서 비교적 낮은 용해도를 가질 때는 통상 다단계 방식이 사용된다. 다단계 방식은 두 개의 개별 용기(vessel)를 사용하는 2단계 프로세스일 수 있다. 예를 들어, 사용후 핵연료의 우라늄 산화물로부터 우라늄을 추출하는 것은 용융 LiCl 전해질 내에 용해되어 있는 리튬에 의해 우라늄 산화물을 환원시켜 제 1 용기에서 우라늄과 Li₂0를 생성하는 초기 단계를 포함하며, 여기에서 Li₂0는 용융 LiCl 전해질 내에 용해된 상태로 남아있다. 프로세스는 이후 제 2 용기에서 전해채취(electrowinning)하는 후속 단계를 포함하며, 용융 LiCl 중의 용해된 Li₂O는 전기분해식으로 분해되어 리튬을 재생시킨다. 따라서, 결과적인 우라늄은 추출될 수 있지만, 재생된 리튬을 갖는 용융 LiCl은 다른 배치(batch)의 환원 단계에 사용하기 위해 재순환될 수 있다.

그러나, 다단계 방식은 고온의 용융 염 및 환원제를 하나의 용기에서 다른 용기로 전달하는 것에 관한 문제와 같은 여러가지 공학적 복잡성을 수반한다. 추가로, 용융 염 중의 산화물의 환원은 전해질-환원제 시스템에 따라서 열역학적으로 억제될 수 있다. 특히, 이 열역학적 억제는 주어진 배치에서 환원될 수 있는 산화물의 양을 제한할 것이다. 그 결과, 생산 요건을 충족하기 위해서는 용융 전해질 및 환원제의 보다 빈번한 이동이 필요할 것이다.

한편, 단일-단계 방식은 일반적으로, 적합한 용융 전해질 내에 금속 산화물을 캐소드(cathode) 및 애노드(anode)와 함께 침지시키는 것을 포함한다. 애노드와 캐소드를 대전시킴으로써, 금속 산화물은 용융 전해질을 통한 이온 교환과 전해 변환을 통해서 그 대응 금속으로 환원될 수 있다. 그러나, 종래의 단일-단계 방식이 다단계 방식보다 덜 복잡할 수 있지만, 금속 수율은 여전히 상대적으로 낮다. 또한, 금속 산화물이 그 대응 금속으로 환원됨으로 인해 산소 가스의 발생이 초래될 것이고, 이는 부식성을 가지며 따라서 적절히 해결되지 않을 경우 시스템에 유해하다.

전해 산화물 환원 시스템으로부터 오프-가스를 희석, 냉각 및/또는 제거하기 위해 전해 산화물 환원 시스템의 각각의 애노드 조립체에는 애노드 보호덮개(anode shroud)가 제공될 수 있다. 본 발명의 비제한적 실시예에 따른 애노드 보호덮개는 정점을 구비하는 테이퍼진 상부 섹션을 갖는 보디 부분을 구비할 수 있다. 상부 섹션은 정점으로부터 하향 경사질 수 있다. 보디 부분은 오프-가스 수집 공동을 형성하는 내벽을 가질 수 있다. 보디 부분의 하측은 폐쇄되지 않을 수 있다. 보디 부분의 상부 섹션의 대향 경사부에는 복수의 애노드 가이드가 배치될 수 있다. 복수의 애노드 가이드의 각각은 보디 부분 내의 오프-가스 수집 공동으로 이어지는 통로를 형성할 수 있다. 상부 섹션의 정점으로부터 굴뚝 구조물이 연장될 수 있으며 이는 보디 부분의 오프-가스 수집 공동에 연결될 수 있다. 굴뚝 구조물은 외부 튜브 내에 내부 튜브를 구비할 수 있다. 따라서, 소제(sweep) 가스/냉각 가스는 내부 튜브와 외부 튜브 사이의 환형 공간에 하향 공급될 수 있는 반면에, 오프-가스는 내부 튜브에 의해 형성된 출구 경로를 통해서 제거될 수 있다.

본 명세서의 비제한적 실시예의 다양한 특징 및 장점은 첨부 도면을 참조하여 상세한 설명을 검토할 때 보다 자명해질 수 있다. 첨부 도면은 단지 예시적인 목적으로 제시된 것이며, 청구범위의 범위를 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 첨부 도면은 명시하지 않는 한 실척으로 간주되지 않아야 한다. 명료함을 위해, 도면의 다양한 치수는 과장될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 비제한적 실시예에 따른 전해 산화물 환원 시스템의 사시도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 비제한적 실시예에 따른 전해 산화물 환원 시스템용 애노드 조립체의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 비제한적 실시예에 따른 전해 산화물 환원 시스템용 캐소드 조립체의 사시도이다.
도 4는 애노드 조립체와 캐소드 조립체뿐 아니라 하강 위치에 있는 리프트 시스템을 구비한 본 발명의 비제한적 실시예에 따른 전해 산화물 환원 시스템의 사시도이다.
도 5a는 본 발명의 비제한적 실시예에 따른 전해 산화물 환원 시스템용 애노드 보호덮개의 사시도이다.
도 5b는 본 발명의 비제한적 실시예에 따른 전해 산화물 환원 시스템용 애노드 보호덮개의 저면도이다.
도 5c는 본 발명의 비제한적 실시예에 따른 전해 산화물 환원 시스템용 애노드 보호덮개의 분해도이다.
도 6은 본 발명의 비제한적 실시예에 따른 전해 산화물 환원 시스템용 애노드 보호덮개 내에서의 소제 가스 및 오프-가스의 유동을 도시하는 단면도이다.

하나의 요소 또는 층이 다른 요소 또는 층에 대해 "그 위에 존재(on)"하거나, 그것에 "연결" 또는 "결합"되거나 이를 "커버"하는 것으로 언급될 때, 이는 다른 요소 또는 층에 대해 바로(directly) 그 위에 존재하거나, 그것에 직접 연결 또는 직접 결합되거나, 이를 직접 커버하는 것일 수도 있고, 또는 그 사이에 중개 요소 또는 중개 층이 존재할 수도 있음을 알아야 한다. 대조적으로, 하나의 요소가 다른 요소 또는 층에 대해 "바로 그 위에 존재(on)"하거나, "직접 연결" 또는 "직접 결합"되거나 이를 "직접 커버"하는 것으로 언급될 때는, 중개 요소 또는 중개 층이 전혀 존재하지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐서 유사한 요소는 유사한 도면부호로 지칭한다. 본 명세서에 사용되는 용어 "및/또는"은 관련 열거된 항목들 중 하나 이상의 임의의 및 모든 조합을 포함한다.

본 명세서에서는 다양한 요소, 부품(components), 구역, 층 및/또는 섹션을 기술하기 위해 제 1, 제 2, 제 3 등의 용어가 사용될 수 있지만, 이들 요소, 부품, 구역, 층 및/또는 섹션은 이들 용어에 의해 제한되지 않아야 함을 알아야 한다. 이들 용어는 하나의 요소, 부품, 구역, 층 또는 섹션을 다른 구역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해 사용될 뿐이다. 따라서, 예시적 실시예의 교시 내용으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서, 이하에서 논의되는 제 1 요소, 부품, 구역, 층 또는 섹션이 제 2 요소, 부품, 구역, 층 또는 섹션으로 명명될 수 있다.

도면에 도시되어 있는 하나의 요소 또는 특징부에 대한 다른 요소(들) 또는 특징부(들)의 관계를 설명하기 위해 본 명세서에서는 설명의 편의상 공간적 상대 용어[예를 들면, "밑(beneath)", "아래(below)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등]가 사용될 수 있다. 공간적 상대 용어는 도면에 도시된 배향뿐 아니라 사용 중이거나 작동 중인 장치의 다른 배향을 망라하도록 의도된 것임을 알아야 한다. 예를 들어, 도면에서의 장치가 뒤집어지면, 다른 요소 또는 특징부 "밑" 또는 "아래"의 것으로 기술된 요소가 다른 요소 또는 특징부의 "위"로 배향될 것이다. 따라서, 용어 "아래"는 위와 아래의 배향을 모두 망라할 수 있다. 장치가 달리 배향될 수도 있으며(90도로 회전되거나 다른 배향에 있을 수 있음), 본 명세서에 사용되는 공간적 상대 서술어(descriptor)는 그에 따라서 해석될 수 있다.

본 명세서에 사용되는 용어는 다양한 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐이며, 예시적 실시예를 제한하려는 것이 아니다. 본 명세서에 사용되는 단수 형태의 관사 및 정관사는 달리 명시되지 않는 한 복수 형태도 포함하도록 의도된다. 또한, 본 명세서에 사용되는 용어 "구비한다", "구비하는", "포함한다" 및/또는 "포함하는"은 언급되는 특징부, 정수, 단계, 작동, 요소 및/또는 부품의 존재를 특정하지만 하나 이상의 다른 특징부, 정수, 단계, 작동, 요소, 부품 및/또는 그 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않음을 알 것이다.

본 명세서에서 예시적 실시예는, 예시적 실시예의 이상적 실시예(및 중간 구조물)의 개략도인 단면도를 참조하여 설명된다. 따라서, 예를 들어 제조 기술 및/또는 공차로 인한 도시된 형상으로부터의 변동이 예상된다. 따라서, 예시적 실시예는 본 명세서에 도시된 구역의 형상에 한정되는 것으로 간주되지 않아야 하지만, 예들 들어 제조에 기인하는 형상 편차를 포함해야 한다. 예를 들어, 장방형으로 도시되는 식립(implanted) 구역은 통상, 비식립 구역에서 식립 구역으로의 이원적 변화보다는 그 에지에서 라운드형 또는 곡선형 특징부 및/또는 식립 농도의 구배를 가질 것이다. 마찬가지로, 식립에 의해 형성되는 매립(buried) 구역은 상기 매립 구역과 식립이 발생하는 표면 사이의 구역에서 일부 식립을 초래할 수 있다. 따라서, 도면에 도시된 구역들은 속성상 개략적이며, 그 형상은 장치의 구역의 실제 형상을 도시하도록 의도되지 않고 예시적 실시예의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다.

달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에 사용되는 모든 용어(기술 용어 및 과학 용어를 포함)는 당업자에 의해 보편적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 보편적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어를 포함하는 용어들은 관련 기술 분야에서의 그 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명확히 정의되지 않는 한 이상적이거나 지나치게 정형화된 의미로 해석되지 않을 것임을 알 것이다.

본 발명의 비제한적 실시예에 따른 전해 산화물 환원 시스템은 산화물이 그 금속 형태로 환원되는 것을 촉진하여 금속의 후속 회수가 가능하도록 구성된다. 일반적으로, 전해 산화물 환원 시스템은 복수의 애노드 조립체, 상기 복수의 애노드 조립체의 각각을 위한 애노드 보호덮개, 복수의 캐소드 조립체, 및 상기 복수의 애노드 및 캐소드 조립체를 위한 배전 시스템을 구비한다. 그러나, 상기 전해 산화물 환원 시스템은 이것에 한정되지 않으며, 본 명세서에 특별히 제시되지 않을 수도 있는 다른 부품들을 포함할 수 있음을 알아야 한다.

본 명세서의 개시 내용에 추가적으로, 전해 산화물 환원 시스템은 2010년 12월 23일자로 출원되고 발명의 명칭이 "전해 산화물 환원 시스템(ELECTROLYTIC OXIDE REDUCTION SYSTEM)"인 관련 미국 출원 제12/978,027호; HDP Ref. 8564-000228/US; GE Ref. 24AR246140에 기재된 것일 수 있고, 배전 시스템은 2010년 12월 23일자로 출원되고 발명의 명칭이 "전기화학적 환원을 위한 애노드-캐소드 배전 시스템 및 그 사용 방법(ANODE-CATHODE POWER DISTRIBUTION SYSTEMS AND METHODS OF USING THE SAME FOR ELECTROCHEMICAL REDUCTION)"인 미국 출원 제12/977,839호; HDP Ref. 8564-000225/US; GE Ref. 24AR246136에 기재된 것일 수 있으며, 애노드 조립체는 2010년 12월 23일자로 출원되고 발명의 명칭이 "전기화학적 환원을 위한 모듈형 애노드 조립체 및 그 사용 방법(MODULAR ANODE ASSEMBLIES AND METHODS OF USING THE SAME FOR ELECTROCHEMICAL REDUCTION)"인 미국 출원 제12/977,916호; HDP Ref. 8564-000226/US; GE Ref, 24AR246138에 기재된 것일 수 있고, 캐소드 조립체는 2010년 12월 23일자로 출원되고 발명의 명칭이 "전기화학적 환원을 위한 모듈형 캐소드 조립체 및 그 사용 방법(MODULAR CATHODE ASSEMBLIES AND METHODS OF USING THE SAME FOR ELECTROCHEMICAL REDUCTION)"인 미국 출원 제12/978,005호; HDP Ref. 8564-000227/US; GE Ref. 24AR246139에 기재된 것일 수 있으며, 상기 문헌의 각각은 그 전체가 본 명세서에 원용된다. 원용되는 출원의 표 1이 하기에 제공된다.

원용되는 관련 출원
미국 출원 번호	HDP/GE Ref.	출원일	명칭
12/978,027	8564-000228/US 24AR-246140	12/23/2010	ELECTROLYTIC OXIDE REDUCTION SYSTEM
12/977,839	8564-000225/US 24AR-246136	12/23/2010	ANODE-CATHODE POWER DISTRIBUTION SYSTEMS AND METHODS OF USING THE SAME FOR ELECTROCHEMICAL REDUCTION
12/977,916	8564-000226/US 24AR-246138	12/23/2010	MODULAR ANODE ASSEMBLIES AND METHODS OF USING THE SAME FOR ELECTROCHEMICAL REDUCTION
12/978,005	8564-000227/US 24AR-246139	12/23/2010	MODULAR CATHODE ASSEMBLIES AND METHODS OF USING THE SAME FOR ELECTROCHEMICAL REDUCTION

전해 산화물 환원 시스템의 작동 중에, 복수의 애노드 및 캐소드 조립체는 용융 염 전해질 내에 침지된다. 용융 염 전해질은 약 650℃(+/- 50℃)의 온도로 유지될 수 있지만, 예시적 실시예는 이것에 한정되지 않는다. 전기화학적 프로세스는 산화물 원료(예를 들면, 금속 산화물)를 함유하는 캐소드 조립체에서 환원 전위가 발생되도록 이루어진다. 환원 전위의 영향 하에, 금속 산화물(MO: metal oxide) 원료로부터의 산소(O)가 용융 염 전해질 내에 산화물 이온으로서 용해되며, 따라서 금속(M)이 캐소드 조립체에 남겨진다. 캐소드 환원은 하기와 같을 수 있다:

MO + 2e^- → M + O² ^-

애노드 조립체에서, 산화물 이온은 산소 가스로 변환된다. 애노드 조립체 각각의 애노드 보호덮개는 프로세스 중에 전해 산화물 환원 시스템으로부터 산소 가스를 희석, 냉각 및 제거하는데 사용될 수 있다. 애노드 환원은 하기와 같을 수 있다:

O² ^- → ½O₂ + 2e^-

비제한적 실시예에서, 금속 산화물은 우라늄 이산화물(UO₂)일 수 있으며, 환원 생성물은 우라늄 금속일 수 있다. 그러나, 다른 형태의 산화물도 본 발명에 따른 전해 산화물 환원 시스템에 의해 그 대응 금속으로 환원될 수 있음을 알아야 한다. 마찬가지로, 본 발명에 따른 전해 산화물 환원 시스템에 사용되는 용융 염 전해질은 그것에 특별히 제한되지 않으며, 환원될 산화물 원료에 따라 달라질 수 있다. 종래 장치에 비해서, 본 발명에 따른 전해 산화물 환원 시스템은 환원 생성물의 상당히 큰 수율을 가능하게 한다.

도 1은 본 발명의 비제한적 실시예에 따른 전해 산화물 환원 시스템의 사시도이다. 도 1을 참조하면, 전해 산화물 환원 시스템(100)은 용융 염 전해질을 보유하도록 설계되는 용기(102)를 구비한다. 따라서, 용기(102)는 용융 염 전해질을 안전하게 보유할 수 있도록 약 700℃까지의 온도를 견딜 수 있는 재료로 형성된다. 용기(102)는 외부로부터 가열될 수 있으며 긴 지지체를 구비할 수 있다. 용기(102)는 또한 프로세스 전복으로부터 보다 효과적인 작동 및 회수가 가능하게 하기 위해 지역 가열되도록 구성될 수 있다. 전해 산화물 환원 시스템(100)의 작동 중에, 복수의 애노드 및 캐소드 조립체(200, 300)(예를 들면, 도 4)는 용기(102) 내의 용융 염 전해질 속에 부분 침지되도록 배열된다. 애노드 및 캐소드 조립체(200, 300)는 도 2a, 도 2b 및 도 3과 관련하여 더 상세히 논의될 것이다.

전력은 복수의 칼날 접점(104)을 통해서 애노드 및 캐소드 조립체(200, 300)에 분배된다. 칼날 접점(104)은 용기(102) 위에 배치되는 글러브박스 플로어(106) 상에 쌍으로 배열된다. 칼날 접점(104)의 각 쌍은 용기(102)의 양쪽에 있도록 배열된다. 도 1에 도시하듯이, 칼날 접점(104)은 교호적인 한 쌍 및 두 쌍의 열(row)로 배열되며, 단부 열은 한 쌍의 칼날 접점(104)으로 구성된다.

칼날 접점(104)의 한 쌍의 열은 애노드 조립체(200)와 결합하도록 구성되는 반면에, 두 쌍의 열은 캐소드 조립체(300)와 결합하도록 구성된다. 보다 명확히 말해서, 복수의 칼날 접점(104)은, 애노드 조립체(200)가 하나의 전원으로부터 한 쌍의 칼날 접점(104)[두 개의 칼날 접점(104)]을 거쳐서 전력을 수용하고 캐소드 조립체(300)가 두 개의 전원으로부터 두 쌍의 칼날 접점(104)[네 개의 칼날 접점(104)]을 거쳐서 전력을 수용하도록 배열된다. 캐소드 조립체(300) 용도의 두 쌍의 칼날 접점(104)과 관련하여, 내부 쌍은 저전력 피드스루(feedthrough)에 연결될 수 있고, 외부 쌍은 고전력 피드스루에 연결될 수 있다(또는 그 반대도 가능).

예를 들어, 전해 산화물 환원 시스템(100)이 11개의 애노드 조립체(200)와 10개의 캐소드 조립체(300)를 보유하도록 설계되는 것으로 가정하면(예시적 실시예가 이것에 한정되지는 않지만), 22개의 칼날 접점(104)(11 쌍)은 11개의 애노드 조립체와 연관될 것이고 40개의 칼날 접점(104)(20 쌍)은 10개의 캐소드 조립체와 연관될 것이다. 전술한 바와 같이, 본 명세서의 개시 내용에 추가적으로, 배전 시스템은, 본원과 동일한 날짜에 출원되고 발명의 명칭이 "전기화학적 환원을 위한 애노드-캐소드 배전 시스템 및 그 사용 방법(ANODE-CATHODE POWER DISTRIBUTION SYSTEMS AND METHODS OF USING THE SAME FOR ELECTROCHEMICAL REDUCTION)"이며 그 전체가 본 명세서에 원용되는 관련 미국 출원 제12/977,839호; HDP Ref. 8564-000225/US; GE Ref. 24AR246136에 기재된 것일 수 있다.

전해 산화물 환원 시스템(100)은 용기(102)로부터의 열 손실을 제한하도록 설계된 모듈형 히트 실드(heat shield)를 추가로 구비할 수 있다. 모듈형 히트 실드는 프로세스 작동 중에 전류, 전압 및 오프-가스 조성을 감시하도록 구성된 계기 포트를 가질 수 있다. 추가로, 글러브박스 플로어(106)와 용기(102) 사이에 냉각 채널 및 팽창 조인트가 배치될 수 있다. 팽창 조인트는 C형상일 수 있으며 18게이지 판금으로 제조될 수 있다. 냉각 채널은 글러브박스 플로어(106) 아래에 하지만 팽창 조인트 위에 고정될 수 있다. 그 결과, 용기(102)가 약 700℃의 온도에 도달할 수 있다는 사실에도 불구하고, 냉각 채널은 팽창 조인트[용기(102)의 상부에 고정됨]로부터 열을 제거하여 글러브박스 플로어(106)를 약 80℃ 이하의 온도로 유지할 수 있다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 비제한적 실시예에 따른 전해 산화물 환원 시스템용 애노드 조립체의 사시도이다. 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 애노드 조립체(200)는 애노드 버스 바(bus bar)(208)에 연결되는 복수의 애노드 봉(rod)(202)을 구비한다. 각각의 애노드 봉(202)의 상측 부분과 하측 부분은 상이한 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 애노드 봉(202)의 상측 부분은 니켈 합금으로 형성될 수 있고 애노드 봉(202)의 하측 부분은 백금으로 형성될 수 있지만, 예시적 실시예는 그것에 한정되지 않는다. 애노드 봉(202)의 하측 부분은 전해 산화물 환원 시스템(100)의 작동 중에 용융 염 전해질 레벨 아래에 놓일 수 있으며, 하측 부분이 다른 재료로 교체 또는 변경될 수 있도록 제거될 수 있다.

애노드 버스 바(208)는 열 팽창을 줄이기 위해 분절화(segmented)될 수 있으며, 여기에서 애노드 버스 바(208)의 각 세그먼트는 구리로 형성될 수 있다. 애노드 버스 바(208)의 여러 세그먼트는 슬립(slip) 커넥터에 의해 결합될 수 있다. 또한, 슬립 커넥터는 애노드 봉(202)이 용융 염 전해질 내로 떨어지지 않도록 보장하기 위해 애노드 봉(202)의 상부에 부착될 수 있다. 애노드 조립체(200)는 상기 예들 중 임의의 것에 의해 제한되지 않아야 한다. 오히려, 다른 적합한 구성 및 재료도 사용될 수 있음을 알아야 한다.

애노드 조립체(200)가 전해 산화물 환원 시스템(100) 내로 하강될 때, 애노드 버스 바(208)의 하단 부분은 칼날 접점(104)의 대응 쌍과 결합할 것이며, 애노드 봉(202)은 용기(102) 내의 용융 염 전해질 내로 연장될 것이다. 도 2a 및 도 2b에는 네 개의 애노드 봉(202)이 도시되어 있지만, 예시적 실시예는 이것에 한정되지 않는 것을 알아야 한다. 따라서, 전해 산화물 환원 시스템(100)에 충분한 애노드 전류가 제공되면 애노드 조립체(200)는 넷 이하의 애노드 봉(202) 또는 넷 이상의 애노드 봉(202)을 구비할 수 있다.

전해 산화물 환원 시스템(100)의 작동 중에, 애노드 조립체(200)는 약 150℃ 이하의 온도로 유지될 수 있다. 적절한 작동 온도를 유지하기 위해, 애노드 조립체(200)는 냉각 가스를 공급하는 냉각 라인(204), 및 상기 냉각 라인(204)에 의해 공급되는 냉각 가스뿐 아니라 환원 공정에 의해 발생되는 오프-가스를 제거하는 오프-가스 라인(206)을 구비한다. 냉각 가스는 비활성 가스(예를 들면, 아르곤)일 수 있고 오프-가스는 산소를 포함할 수 있지만, 예시적 실시예는 이것에 한정되지 않는다. 그 결과, 오프-가스의 농도와 온도가 저하되어 그 부식을 감소시킬 수 있다. 또한 본 명세서에서 냉각 가스는 "소제 가스(sweep gas)"로 지칭될 수도 있음을 알아야 한다.

냉각 가스는 글러브박스 분위기에 의해 제공될 수 있다. 비제한적 실시예에서는, 글러브박스 외부의 압축 가스가 전혀 사용되지 않는다. 이러한 경우에, 가스 공급은 글러브박스 내부의 송풍기를 사용하여 압축될 수 있으며, 오프-가스 배기는 외부 진공 소스를 가질 것이다. 가스 공급을 조작하기 위한 모든 모터 및 제어기는 보다 쉬운 접근 및 정비를 위해 글러브박스 외부에 설치될 수 있다. 용융 염 전해질을 동결로부터 보호하기 위해서, 공급 프로세스는 애노드 보호덮개 내부의 냉각 가스가 약 610℃ 미만이 되지 않도록 구성될 수 있다.

애노드 조립체(200)는 애노드 가드(210), 리프트 베일(lift bail)(212), 및 계기 가이드 튜브(214)를 추가로 구비할 수 있다. 애노드 가드(210)는 애노드 버스 바(208)로부터의 보호를 제공하며, 이는 또한 캐소드 조립체(300)의 삽입을 위한 안내를 제공할 수 있다. 애노드 가드(210)는 금속으로 형성될 수 있으며, 애노드 조립체(200)의 상부로부터의 열 손실을 허용하기 위해 천공될 수 있다. 리프트 베일(212)은 애노드 조립체(200)의 제거를 보조한다. 계기 가이드 튜브(214)는 용융 염 전해질 및/또는 애노드 조립체(200) 아래의 가스 공간으로 계기를 삽입하기 위한 포트를 제공한다. 전술한 바와 같이, 본 명세서의 개시 내용에 추가적으로, 애노드 조립체는, 본원과 동일한 날짜에 출원되고 발명의 명칭이 "전기화학적 환원을 위한 모듈형 애노드 조립체 및 그 사용 방법(MODULAR ANODE ASSEMBLIES AND METHODS OF USING THE SAME FOR ELECTROCHEMICAL REDUCTION)"이며 그 전체가 본 명세서에 원용되는 관련 미국 출원 제12/977,916호; HDP Ref. 8564-000226/US; GE Ref. 24AR246138에 기재된 것일 수 있다.

도 3은 본 발명의 비제한적 실시예에 따른 전해 산화물 환원 시스템용 캐소드 조립체의 사시도이다. 도 3을 참조하면, 캐소드 조립체(300)는 환원 공정을 위한 산화물 원료를 함유하도록 설계되며, 상부 바스켓(302), 하부 바스켓(306), 및 상기 상부 바스켓(302)과 하부 바스켓(306) 내에 수용되는 캐소드 판(304)을 구비한다. 조립 시에, 캐소드 판(304)은 상부 바스켓(302)의 상단부로부터 하부 바스켓(306)의 하단부로 연장될 것이다. 캐소드 판(304)의 측부 에지는 강성을 제공하기 위해 둘러싸일(hemming) 수 있다. 추가 강성을 위해 캐소드 판(304)의 중심 아래에 리버스 벤드(reverse bend)도 제공될 수 있다. 하부 바스켓(306)은 네 개의 고강도 리벳에 의해 상부 바스켓(302)에 부착될 수 있다. 하부 바스켓(306)이나 상부 바스켓(302)의 어느 것에 손상이 생기는 경우, 리벳을 드릴 제거하고, 손상된 바스켓을 교체한 후, 지속적인 작동을 위해 다시 리벳 결합될 수 있다.

캐소드 바스켓[상부 바스켓(302)과 하부 바스켓(306)을 포함]은 캐소드 판(304)으로부터 전기적으로 절연된다. 각각의 캐소드 조립체(300)는 두 개의 전원으로부터 전력을 수용하기 위해 두 쌍의 칼날 접점(104)[네 개의 칼날 접점(104)]과 결합하도록 구성된다. 예를 들어, 캐소드 판(304)은 일차 환원 전류를 수용할 수 있고, 캐소드 바스켓은 환원 공정의 다양한 부산물을 제어하기 위해 이차 전류를 수용할 수 있다. 캐소드 바스켓은, 환원 공정 중에 용융 염 전해질이 출입할 수 있도록 충분히 개방되어 있지만 산화물 원료와 결과적인 금속 생성물을 보유하기에 충분히 미세한 다공성 금속판으로 형성될 수 있다.

뒤틀림을 감소 또는 방지하기 위해 캐소드 바스켓 내부에는 강화 리브가 제공될 수 있다. 하부 바스켓(306)에 수직 강화 리브가 제공되는 경우, 캐소드 판(304)은, 캐소드 판(304)이 캐소드 바스켓에 삽입될 때 강화 리브 주위에 간극을 허용하기 위해 대응 슬롯을 가질 것이다. 예를 들어, 하부 바스켓(306)에 두 개의 수직 강화 리브가 제공되는 경우에, 캐소드 판(304)은 두 개의 강화 리브 주위에 간극을 허용하기 위해 두 개의 대응 슬롯을 가질 것이다. 또한, 산화물 원료를 장입(loading)할 때 캐소드 판(304)이 캐소드 바스켓의 중심에 유지되도록 보장하기 위해 캐소드 판(304)의 양면의 중간 섹션 근처에 위치 스페이서가 제공될 수 있다. 위치 스페이서는 세라믹 재질일 수 있으며 수직-배향될 수 있다. 또한, 캐소드 조립체(300) 상부로의 방사성 및 전도성 열전달에 대한 써멀 브레이크(thermal break)를 제공하기 위해 캐소드 판(304)의 양면의 상부 섹션에는 지그재그형 스페이서가 제공될 수 있다. 지그재그형 스페이서는 세라믹 재질일 수 있으며 수평-배향될 수 있다.

캐소드 조립체(300)는 또한, 단부에 리프트 탭(310)이 배치된 리프트 브래킷(308)을 구비할 수 있다. 리프트 탭(310)은 전해 산화물 환원 시스템(100)의 리프트 시스템과 상호작용하도록 설계된다. 전술한 바와 같이, 본 명세서의 개시 내용에 추가적으로, 캐소드 조립체는, 본원과 동일한 날짜에 출원되고 발명의 명칭이 "전기화학적 환원을 위한 모듈형 캐소드 조립체 및 그 사용 방법(MODULAR CATHODE ASSEMBLIES AND METHODS OF USING THE SAME FOR ELECTROCHEMICAL REDUCTION)"이며 그 전체가 본 명세서에 원용되는 관련 미국 출원 제12/978,005호; HDP Ref. 8564-000227/US; GE Ref. 24AR246139에 기재된 것일 수 있다.

도 4는 애노드 조립체와 캐소드 조립체뿐 아니라 하강 위치에 있는 리프트 시스템을 구비한 본 발명의 비제한적 실시예에 따른 전해 산화물 환원 시스템의 사시도이다. 리프트 시스템은, 본원과 동일한 날짜에 출원되고 발명의 명칭이 "전해 산화물 환원 시스템(ELECTROLYTIC OXIDE REDUCTION SYSTEM)"이며 그 전체가 본 명세서에 원용되는 관련 미국 출원 제12/978,027호; HDP Ref. 8564-000228/US; GE Ref. 24AR246140에 기재된 것일 수 있다. 리프트 시스템에 추가적으로, 도 4는 또한 작동 중에 전해 산화물 환원 시스템(100)에 배열되는 복수의 애노드 및 캐소드 조립체(200, 300)를 도시한다. 애노드 및 캐소드 조립체(200, 300)는 각각의 캐소드 조립체(300) 측면에 두 개의 애노드 조립체(200)가 위치하도록 교호적으로 배열될 수 있다. 도 4에서의 전해 산화물 환원 시스템(100)은 11개의 애노드 조립체(200)와 10개의 캐소드 조립체를 갖는 것으로 도시되어 있지만, 예시적 실시예는 이것에 한정되지 않음을 알아야 한다. 대신에, 전해 산화물 환원 시스템(100)의 모듈형 설계는 더 많거나 더 작은 수의 애노드 및 캐소드 조립체를 포함하는 것을 허용한다.

전술한 바와 같이, 전해 산화물 환원 시스템에서의 각각의 애노드 조립체에 대해서는 애노드 보호덮개(도 5a 내지 도 5c 및 도 6과 관련하여 차후에 보다 상세히 설명될 것임)가 제공될 수 있다. 따라서, 전해 산화물 환원 시스템이 11개의 애노드 조립체를 구비하면, 11개의 애노드 보호덮개가 또한 구비될 수 있다(예시적 실시예는 이것에 한정되지 않지만). 애노드 보호덮개는 애노드 조립체(200)의 냉각뿐 아니라 환원 공정에 의해 발생되는 오프-가스의 제거를 촉진한다. 예를 들어, 애노드 조립체 각각의 애노드 보호덮개는 우라늄 산화물이 우라늄 금속으로 환원되는 도중에 전해 산화물 환원 시스템으로부터의 산소 가스를 희석, 냉각 및 제거하기 위해 사용될 수 있다.

도 5a는 본 발명의 비제한적 실시예에 따른 전해 산화물 환원 시스템용 애노드 보호덮개의 사시도이다. 도 5a를 참조하면, 애노드 보호덮개(500)는 상부 섹션(504)과 하부 섹션(508)을 갖는 보디 부분(502)을 구비한다. 하부 섹션(508)은 상부 섹션(504)과 바로 인접할 수 있으며 수직 측벽을 가질 수 있다. 상부 섹션(504)은 테이퍼지며 정점(506)을 구비한다. 상부 섹션(504)의 정점(506)은 보디 부분(502)의 평면도에 대해 중심에 위치한다. 상부 섹션(504)은 정점(506)으로부터 하부 섹션(508)으로 하향 경사진다. 상부 섹션(504)은 수평 기준선에 대해 약 25도 내지 75도의 각도로 경사질 수 있다. 예를 들어, 상부 섹션(504)은 수평 기준선에 대해 50도 각도로 경사질 수 있지만, 예시적 실시예는 이것에 한정되지 않는다.

보디 부분(502)의 상부 섹션(504)의 대향 경사부에는 복수의 애노드 가이드(510)가 배치된다. 애노드 가이드(510)는 애노드 조립체(200)의 애노드 봉(202)을 수용하도록 설계되며, 따라서 대응하여 이격될 수 있다. 비제한적 실시예에서, 복수의 애노드 조립체(510)는 균일하게 상호 이격될 수 있다. 도 5a는 애노드 보호덮개(500)가 네 개의 애노드 가이드(510)를 갖는 것으로 도시하고 있지만, 애노드 가이드(510)의 개수는 애노드 보호덮개(500)에 대응하는 애노드 조립체(200)의 애노드 봉(202)의 개수에 따라서 변경될 것임을 알아야 한다. 예를 들어, 애노드 조립체(200)가 여섯 개의 애노드 봉(202)을 가지면, 대응 애노드 보호덮개(500)는 여섯 개의 애노드 봉(202)을 수용하기 위해 여섯 개의 애노드 가이드(510)를 가질 것이다.

복수의 애노드 가이드(510)의 각각은 보디 부분(502) 내의 오프-가스 수집 공동(530)(도 6)으로 이어지는 통로를 형성한다. 보디 부분(502)의 내벽은 오프-가스 수집 공동(530)을 형성한다. 보디 부분(502)의 하측은 폐쇄되지 않는다(도 5b). 애노드 보호덮개(500)는 보디 부분(502)의 바닥 에지가 환원 공정 중에 용융 염 전해질 중에 침지되도록 전해 산화물 환원 시스템(100) 내에 배열되도록 설계된다. 이러한 경우에, 보디 부분(502) 내의 오프-가스 수집 공동(530)은 용융 염 전해질에 의해 아래로부터 경계지어질 것이다. 추가로, 애노드 조립체(200)의 애노드 봉(202)은 애노드 보호덮개(500)의 애노드 가이드(510)를 통해서 그 내부의 오프-가스 수집 공동(530) 내부로 연장되고 전해 산화물 환원 시스템(100)의 용기(102) 내의 용융 염 전해질 내로 연장될 것이다.

상부 섹션(504)의 정점(506)으로부터 굴뚝 구조물(514)이 연장되며, 이는 보디 부분(502)의 오프-가스 수집 공동(530)에 연결된다. 굴뚝 구조물(514)은 외부 튜브(518) 내에 내부 튜브(516)를 구비한다. 내부 튜브(516)는 약 0.5인치 내지 1.5인치(1.27㎝ 내지 3.81㎝)의 직경을 가질 수 있으며, 외부 튜브(518)는 약 0.6인치 내지 2.0인치(1.52㎝ 내지 5.08㎝)의 직경을 가질 수 있다. 말하자면, 내부 튜브(516)는 외부 튜브(518)로부터 0.05인치(1.27㎜) 내지 0.25인치(6.35㎜)의 거리만큼 이격될 수 있다. 비제한적 실시예에서, 내부 튜브(516)와 외부 튜브(518)는 동심적으로 배치될 수 있다. 굴뚝 구조물(514)은 내부 튜브(516)가 소제 가스 및 오프-가스를 위한 출구 경로를 제공하도록 구성된다.

굴뚝 구조물(514)의 측면에는 동일한 개수의 애노드 가이드(510)가 배치될 수 있다. 그러나, 홀수의 애노드 가이드(510)가 제공되는 경우에 굴뚝 구조물(514)의 측면에는 동일하지 않은 개수의 애노드 가이드(510)가 배치될 것임을 알아야 한다. 예를 들어, 다섯 개의 애노드 가이드(510)가 제공되면, 굴뚝 구조물(514)의 일 측에는 세 개의 애노드 가이드(510)가 배치될 수 있고 다른 측에는 두 개의 애노드 가이드(510)가 배치될 수 있다.

복수의 애노드 가이드(510)의 최상위면들은 상호 동일한 레벨에 놓일 수 있다. 또한, 복수의 애노드 가이드(510)의 각각의 최상위면은 상부 섹션(504)의 정점(506)의 최상위면보다 높지만 굴뚝 구조물(514)의 최상위면보다 낮을 수 있다. 또한, 도 5a에 도시된 계기 포트 가이드(512)는 애노드 조립체(200)의 계기 가이드 튜브(214)에 대응할 수 있다.

내부 튜브(516)의 외표면과 외부 튜브(518)의 내표면은 보디 부분(502)의 오프-가스 수집 공동(530)으로 이어지는 환형 공간(526)(도 6)을 형성한다. 굴뚝 구조물(514)은 환형 공간(526)이 냉각 가스/소제 가스가 보디 부분(502)의 오프-가스 수집 공동(530) 내로 하향 유동하여 오프-가스 수집 공동(530)으로부터의 오프-가스를 희석, 냉각 및 제거하기 위한 진입 경로를 제공하도록 구성된다.

보디 부분(502)은 상부 섹션(504)의 하나 이상의 경사부 아래에서 상부 섹션(504)의 정점(506)으로부터 베이스로 연장되는 하나 이상의 내부 채널(528)을 구비할 수 있다. 비제한적 실시예에서는, 내부 채널(528)이 상부 섹션(504)의 각 경사부 아래에서 연장될 수 있다. 내부 채널(528)은 환형 공간(526)에 연결된다.

내부 튜브(516)는 그 외표면에서 그 내표면까지 연장되는 배수구(weep hole)를 구비할 수 있다. 배수구는 환형 공간(526)으로부터 내부 튜브(516)의 내표면에 의해 형성되는 출구 경로까지의 지름길을 제공한다. 그 결과, 소제 가스가 환형 공간(526)을 하향 이동할 때, 소제 가스의 일부는 배수구를 거쳐서 내부 튜브(516)에 의해 형성되는 출구 경로로 방향 전환될 수 있지만, 소제 가스의 대부분은 내부 튜브(516)에 의해 형성되는 출구 경로를 통해서 오프-가스와 함께 상향 이동하기 전에 내부 채널(528) 내로 계속 유동하고 오프-가스 수집 공동(530) 내로 하향 유동할 것이다. 배수구에 의해 방향 전환되는 소제 가스는 내부 튜브(516)에 의해 형성되는 출구 경로를 통해서 오프-가스 수집 공동(530)으로부터 제거되는 오프-가스를 희석 및 냉각시키는데 도움이 될 수 있다. 내부 튜브(516) 내의 배수구의 개수, 배열 및 크기는 달라질 수 있다. 예를 들어, 복수의 배수구가 내부 튜브(516)의 둘레 주위에 하나 이상의 링 패턴으로 제공될 수 있다. 링 패턴들은 함께 그룹화되거나 소정 간격으로 이격될 수 있다. 또한, 배수구는 내부 튜브(516)의 상측, 중간, 및/또는 하측 부분에 제공될 수 있다. 각각의 배수구의 직경은 0.05인치(1.27㎜) 내지 0.25인치(6.35㎜)의 범위에 있을 수 있다. 비제한적 실시예에서, 각각의 배수구는 약 0.15인치(3.81㎜)의 직경을 가질 수 있다.

애노드 보호덮개(500)는 전해 산화물 환원 공정 중에 발생할 수 있는 부식에 대해 비교적 내식성인 합금으로 형성된다. 상기 합금은 Ni-Cr-Al-Fe 합금일 수 있다. 예를 들어, Ni-Cr-Al-Fe 합금은 약 75중량% Ni, 16중량% Cr, 4.5중량% Al 및 3중량% Fe를 포함할 수 있다. 그러나, 비교적 고온의 용융 염 전해질을 견딜 수 있는 다른 형태의 내식성 합금도 사용될 수 있음을 알아야 한다.

도 5b는 본 발명의 비제한적 실시예에 따른 전해 산화물 환원 시스템용 애노드 보호덮개의 저면도이다. 도 5b를 참조하면, 내부 채널(528)(도 6)은 상부 섹션(504)의 베이스에 있는 하나 이상의 구멍(520)을 통해서 오프-가스 수집 공동(530)에 연결된다. 포트 구멍(520)은 애노드 보호덮개(500)의 오른쪽 하측에만 명시되어 있지만, 포트 구멍(520)은 애노드 보호덮개(500)의 왼쪽 하측에도 제공되며 도시된 각도에 기초한 관측에서 보이지 않을 뿐이다. 또한, 도 5b에는 세 개의 포트 구멍(520)이 도시되어 있지만, 예시적 실시예는 이것에 한정되지 않음을 알아야 한다. 예를 들어, 애노드 보호덮개(500)는 애노드 보호덮개(500)의 오른쪽 하측과 왼쪽 하측의 각각에 네 개 이상(또는 두 개 이하)의 포트 구멍을 가질 수도 있다.

도 5c는 본 발명의 비제한적 실시예에 따른 전해 산화물 환원 시스템용 애노드 보호덮개의 분해도이다. 이 분해도는 내부 채널(528)(도 6)의 속성을 명시하기 위한 것이다. 도 5c를 참조하면, 내부 채널(528)은 상부 보디 판(522)과 하부 보디 판(524)에 의해 형성된다. 조립 중에, 굴뚝 구조물(514)(도 5a)의 외부 튜브(518)는 상부 보디 판(522)에 고정될 것이며, 굴뚝 구조물(514)의 내부 튜브(516)는 하부 보디 판(524)에 고정될 것이다. 또한, 상부 및 하부 보디 판(522, 524)은 내부 채널(528)을 제공하기 위해 조립 중에 적당히 상호 이격될 것이다.

도 6은 본 발명의 비제한적 실시예에 따른 전해 산화물 환원 시스템용 애노드 보호덮개 내에서의 소제 가스 및 오프-가스의 유동을 도시하는 단면도이다. 전술한 바와 같이, 산화물 원료가 그 대응 금속으로 환원되는 과정 중에, 전해 산화물 환원 시스템(100)의 애노드 조립체(200)에는 오프-가스로서 산소 가스가 형성된다. 애노드 보호덮개(500)는 애노드 조립체(200)로부터 산소 오프-가스를 수집하여 이를 전해 산화물 환원 시스템(100)으로부터 제거하기 위해 사용된다. 산소 가스는 부식성이기 때문에, 애노드 보호덮개(500) 내의 용융 염 전해질을 동결시키지 않는 상태로 가능한 한 빨리 희석, 냉각 및 제거되어야 한다. 오프-가스를 희석시켜 그 온도를 저하시킴으로써, 산소 가스의 부식성이 감소될 수 있다.

도 6을 참조하면, 애노드 보호덮개(500)의 굴뚝 구조물(514)에 공급되는 소제 가스는 초기에 외부 튜브(518)와 내부 튜브(516) 사이의 환형 공간(526)을 하향 이동한다. 소제 가스가 환형 공간(526)을 하향 이동함에 따라, 이는 내부 튜브(516)의 배수구(도시되지 않음)와 마주친다. 배수구는 소제 가스가 내부 튜브(516)에 진입하여 상향 이동하는 오프-가스와 혼합됨으로써, 제거되는 오프-가스의 농도와 온도를 감소시키도록 할 수 있다. 소제 가스의 대부분은 환형 공간(526)을 계속 하향 이동하며 보디 부분(502)에 근접할수록 온도가 증가한다. 환형 공간(526)으로부터, 소제 가스는 내부 채널(528)을 하향 이동할 것이며 포트 구멍(520)(도 5b)을 통해서 오프-가스 수집 공동(530)에 진입할 것이다. 그 결과, 오프-가스는 오프-가스 수집 공동(530)으로부터 소제될 것이며 굴뚝 구조물(514)의 내부 튜브(516)에 의해 형성되는 출구 경로로 하향 이동한 후 전해 산화물 환원 시스템(100)으로부터 제거될 것이다. 소제 가스는 오프-가스 수집 공동(530)으로 이동하는 도중에 가열되기 때문에, 용융 염 전해질의 동결이 방지될 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 빠져나가는 오프-가스는 환형 공간(526) 내의 하향 이동하는 소제 가스에 의해 내부 튜브(516)의 배수구를 거쳐서 희석 및 냉각될 수 있다.

이상 여러가지 예시적 실시예를 설명했지만, 다른 변형예가 있을 수 있음을 알아야 한다. 이러한 변형예는 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나는 것으로 간주되지 않아야 하며, 당업자에게 자명한 이러한 모든 수정예는 하기 청구범위의 범위에 포함되도록 의도된다.

Claims

애노드 보호덮개(anode shroud)에 있어서,
정점을 구비하는 테이퍼진 상부 섹션을 갖는 보디 부분으로서, 상기 상부 섹션은 정점으로부터 하향 경사지고, 상기 보디 부분은 오프-가스 수집 공동을 형성하는 내벽을 가지며, 상기 보디 부분의 하측은 폐쇄되지 않는, 상기 보디 부분;
상기 보디 부분의 상부 섹션의 대향 경사부에 배치되는 복수의 애노드 가이드로서, 상기 복수의 애노드 가이드 각각은 상기 보디 부분 내의 오프-가스 수집 공동으로 이어지는 통로를 형성하는, 상기 복수의 애노드 가이드; 및
상기 상부 섹션의 정점으로부터 연장되고 상기 보디 부분의 오프-가스 수집 공동에 연결되는 굴뚝 구조물(chimney structure)로서, 외부 튜브 내에 내부 튜브를 구비하는 굴뚝 구조물을 포함하는 것을 특징으로 하는
애노드 보호덮개.
제 1 항에 있어서,
상기 상부 섹션의 정점은 상기 보디 부분의 평면도에 대해 중심에 위치하는 것을 특징으로 하는
애노드 보호덮개.
제 1 항에 있어서,
상기 상부 섹션은 수평 기준선에 대해 25도 내지 75도의 각도로 경사지는 것을 특징으로 하는
애노드 보호덮개.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 애노드 가이드는 상호 균일하게 이격되는 것을 특징으로 하는
애노드 보호덮개.
제 1 항에 있어서,
상기 굴뚝 구조물의 측면에는 동일한 개수의 애노드 가이드가 위치하는 것을 특징으로 하는
애노드 보호덮개.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 애노드 가이드의 최상위면들은 상호 동일한 레벨에 놓이는 것을 특징으로 하는
애노드 보호덮개.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 애노드 가이드의 각각의 최상위면은 상기 상부 섹션의 정점의 최상위면보다 높지만 상기 굴뚝 구조물의 최상위면보다 낮은 것을 특징으로 하는
애노드 보호덮개.
제 1 항에 있어서,
상기 내부 튜브의 외표면과 상기 외부 튜브의 내표면은 상기 보디 부분의 오프-가스 수집 공동으로 이어지는 환형 공간을 형성하며, 상기 굴뚝 구조물은, 환형 공간이 소제 가스가 보디 부분의 오프-가스 수집 공동 내로 하향 유동하여 오프-가스 수집 공동으로부터의 오프-가스를 희석, 냉각 및 제거하기 위한 진입 경로를 제공하도록 구성되는 것을 특징으로 하는
애노드 보호덮개.
제 8 항에 있어서,
상기 보디 부분은 상부 섹션의 하나 이상의 경사부 아래에서 상부 섹션의 정점으로부터 베이스로 연장되는 하나 이상의 내부 채널을 구비하는 것을 특징으로 하는
애노드 보호덮개.
제 9 항에 있어서,
상기 하나 이상의 내부 채널은 환형 공간에 연결되는 것을 특징으로 하는
애노드 보호덮개.
제 10 항에 있어서,
상기 하나 이상의 내부 채널은 상부 섹션의 베이스에 있는 하나 이상의 포트 구멍을 통해서 오프-가스 수집 공동에 연결되는 것을 특징으로 하는
애노드 보호덮개.
제 8 항에 있어서,
상기 굴뚝 구조물은 내부 튜브가 소제 가스 및 오프-가스를 위한 출구 경로를 제공하도록 구성되는 것을 특징으로 하는
애노드 보호덮개.
제 1 항에 있어서,
상기 내부 튜브와 상기 외부 튜브는 동심적으로 배치되는 것을 특징으로 하는
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제 1 항에 있어서,
상기 내부 튜브는 상기 외부 튜브로부터 0.05인치(1.27㎜) 내지 0.25인치(6.35㎜)의 거리만큼 이격되는 것을 특징으로 하는
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제 1 항에 있어서,
상기 내부 튜브는 0.5인치 내지 1.5인치(1.27㎝ 내지 3.81㎝)의 직경을 가지며, 상기 외부 튜브는 0.6인치 내지 2.0인치(1.52㎝ 내지 5.08㎝)의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는
애노드 보호덮개.
제 1 항에 있어서,
상기 내부 튜브는 배수구를 구비하는 것을 특징으로 하는
애노드 보호덮개.
제 1 항에 있어서,
상기 보디 부분은 상부 섹션과 인접하는 하부 섹션을 추가로 구비하며, 상기 하부 섹션은 수직 측벽을 갖는 것을 특징으로 하는
애노드 보호덮개.
제 1 항에 있어서,
상기 애노드 보호덮개는 전해 산화물 환원 공정 중의 부식에 대해 내식성을 갖는 합금으로 형성되는 것을 특징으로 하는
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제 18 항에 있어서,
상기 합금은 Ni-Cr-Al-Fe 합금인 것을 특징으로 하는
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제 19 항에 있어서,
상기 Ni-Cr-Al-Fe 합금은 약 75중량% Ni, 16중량% Cr, 4.5중량% Al 및 3중량% Fe를 포함하는 것을 특징으로 하는
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