NO331318B1

NO331318B1 - Procedure for operation of electrolysis cells connected in series as well as busbar system for the same

Info

Publication number: NO331318B1
Application number: NO20071766A
Authority: NO
Inventors: Frank Ovstetun; Christian Droste
Original assignee: Norsk Hydro As
Priority date: 2007-04-02
Filing date: 2007-04-02
Publication date: 2011-11-21
Also published as: ZA200906503B; NZ579815A; NO20071766L; CN101663422B; BRPI0809671B1; BRPI0809671A2; AU2008233392B2; EA200901330A1; WO2008120993A1; EA016404B1; CA2681205A1; EP2150639B1; EP2150639A4; EP2150639A1; AU2008233392A1; CA2681205C; CN101663422A

Abstract

Framgangsmåte og forbedringer i forbindelse med en elektrolysecelle, der cellen innbefatter en stort sett vannrett katode av et elektrisk ledende materiale, med innkapslede strømledere, som for eksempel vannrette strømsamlere. Cellen innbefatter også et samleskinnesystem. Cellen kan betjenes med en bedre fordeling av elektrisk strøm mens det nevnte samleskinnesystemet leder strøm fra minst én mellomliggende posisjon på katoden. Oppfinnelsen kan brukes til celler som er stilt opp både ende mot ende og side ved side.Method and improvements in connection with an electrolysis cell, wherein the cell includes a substantially horizontal cathode of an electrically conductive material, with encapsulated current conductors, such as horizontal current collectors. The cell also includes a busbar system. The cell can be operated with a better distribution of electrical current while the said busbar system conducts current from at least one intermediate position on the cathode. The invention can be applied to cells arranged both end to end and side by side.

Description

Den foreliggende oppfinnelsen dreier seg om forbedringer i elektrolyseceller som er koblet i sene og en framgangsmåte for drift av disse. Spesielt dreier oppfinnelsen seg om et samleskinnesystem og dermed også om den elektriske strømfordelingen i celler av Hall-Héroult-typen for produksjon av aluminium. The present invention concerns improvements in electrolysis cells which are connected in tendons and a method for operating them. In particular, the invention relates to a busbar system and thus also to the electrical current distribution in cells of the Hall-Héroult type for the production of aluminium.

TEKNISK FELT FOR OPPFINNELSEN TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

For å oppnå en god forståelse av oppfinnelsen, må man først ha kjennskap til at aluminium produseres industrielt ved elektrolyse i celler som er koblet sammen elektrisk i serie, med en løsning av alumina i smeltet kryolitt som er oppvarmet vanligvis til mellom 940 og 980 °C ved hjelp av varmeeffekten fra strømmen som går gjennom cellen. In order to achieve a good understanding of the invention, one must first know that aluminum is produced industrially by electrolysis in cells that are connected electrically in series, with a solution of alumina in molten cryolite that is heated usually to between 940 and 980 °C by means of the heating effect from the current passing through the cell.

Hver celle består av en isolert stålbeholder formet som et parallellepiped, og denne understøtter en katode som inneholder ferdigbrente karbonblokker med innkapslede stålstenger som kan omtales som strømsamlere for katodestrømmen og leder strømmen ut av cellen, tradisjonelt omtrent 50 % fra hver av langsidene til cellen. Uttakene fra strømsamlerne er koblet til samleskinnesystemet, som leder strømmen fra katodene til anodene i den neste cellen. Anodesystemet, som består av karbon, stål og aluminium, er festet på en såkalt «anoderamme», med anodestenger som kan justeres i høyden og som står i elektrisk kontakt med katodestengene i foregående celle. Each cell consists of an insulated steel container shaped like a parallelepiped, and this supports a cathode containing pre-fired carbon blocks with encased steel rods that can be referred to as current collectors for the cathode current and conducts the current out of the cell, traditionally approximately 50% from each of the long sides of the cell. The outlets from the current collectors are connected to the busbar system, which conducts the current from the cathodes to the anodes of the next cell. The anode system, which consists of carbon, steel and aluminium, is fixed on a so-called "anode frame", with anode rods that can be adjusted in height and which are in electrical contact with the cathode rods in the preceding cell.

Elektrolytten, det vil si løsningen av alumina i en smeltet kryolittblanding ved 940-980 °C, befinner seg mellom anodesystemet og katoden. Produsert aluminium avsettes på katodeoverflaten. I bunnen av katodedigelen vil det alltid være et lag flytende aluminium Siden digelen er rektangulær, er vanligvis anoderammen som anodene er montert i parallell med langsidene, mens katodestengene er parallelle med kortsidene, som gjerne kalles cellehoder. The electrolyte, i.e. the solution of alumina in a molten cryolite mixture at 940-980 °C, is located between the anode system and the cathode. Produced aluminum is deposited on the cathode surface. At the bottom of the cathode crucible there will always be a layer of liquid aluminium. Since the crucible is rectangular, the anode frame in which the anodes are mounted is usually parallel to the long sides, while the cathode rods are parallel to the short sides, which are often called cell heads.

Det meste av magnetfeltet i cellen dannes av strømmen som går i anode- og katodesystemet. All annen strøm vil perturbere dette magnetfeltet. Most of the magnetic field in the cell is formed by the current flowing in the anode and cathode system. Any other current will perturb this magnetic field.

Cellene stilles opp i rekker og kan stå på tvers side om side, med kortsidene parallelt med aksen til produksjonslinjen. Alternativt kan de plasseres ende mot ende slik at langsidene blir parallelle med produksjonslinjeaksen. En produksjonslinje representeres vanligvis ved to rekker av celler I de to rekkene går strømmen i hver sin retning. Cellene kobles elektrisk i serie, og endene av seriene kobles til den positive og negative polen på en elektrisk likeretter- og kontrollsubstasjon. Det oppstår sterke magnetfelt på grunn av den elektriske strømmen som går gjennom de forskjellige ledende elementene: anodesystemet, elektrolytten, det flytende metallet, katodesystemet med tilhørende ledere Sammen med den elektriske strømmen i den flytende elektrolytten og metallet, danner disse feltene grunnlaget for den magnetohydrodynamiske (MHD) oppførselen til elektrolytten og det flytende metallet i digelen. De såkalte LaPlace-kreftene, som danner strømninger i elektrolytten og metallet, har også en ugunstig innvirkning på den jevne driften av cellen (stabilitet). Dessuten vil også utformingen av cellen og samleskinnekonfigurasjonen virke inn på hvordan den elektriske strømmen fordeler seg mens den går gjennom cellen. Det må være klart at oppfinnelsen kan iverksettes i celler som er oppstilt både side ved side og ende mot ende. Lav vekt, og dermed lave utgifter til samleskinnesystemet, er viktig for å kunne tilby en smelteovnsteknologi som er konkurransedyktig på pris The cells are lined up in rows and can stand crosswise side by side, with the short sides parallel to the axis of the production line. Alternatively, they can be placed end to end so that the long sides are parallel to the production line axis. A production line is usually represented by two rows of cells. In the two rows, the flow goes in different directions. The cells are electrically connected in series, and the ends of the series are connected to the positive and negative poles of an electrical rectifier and control substation. Strong magnetic fields arise due to the electric current passing through the various conducting elements: the anode system, the electrolyte, the liquid metal, the cathode system with associated conductors Together with the electric current in the liquid electrolyte and the metal, these fields form the basis of the magnetohydrodynamic ( MHD) behavior of the electrolyte and the liquid metal in the crucible. The so-called LaPlace forces, which form currents in the electrolyte and the metal, also have an adverse effect on the smooth operation of the cell (stability). In addition, the design of the cell and the busbar configuration will also affect how the electric current is distributed as it passes through the cell. It must be clear that the invention can be implemented in cells which are arranged both side by side and end to end. Low weight, and thus low costs for the busbar system, is important to be able to offer a melting furnace technology that is competitive in price

Til vanlig er det arrangementet av anodene i cellen som virker mest inn på strømfordelingen gjennom anodesystemet, i tillegg til utformingen av nippelkonfigurasjonen i anodeopphenget og grensesnittet mellom dem og den individuelle anoden Typically, it is the arrangement of the anodes in the cell that most affects the current distribution through the anode system, in addition to the design of the nipple configuration in the anode suspension and the interface between them and the individual anode

Katodesystemet er normalt utformet slik at strømsamlerne er innkapslet i vannrett stilling i de individuelle katodeblokkene. Denne teknologiske løsningen har vist seg å være svært pålitelig med hensyn til å unngå problemer med lekkasje av smelte eller bad gjennom katodesystemet. Dessuten vil strømsamlerne være beskyttet av det omsluttende katodematerialet (karbonbasert materiale), som er meget motstandsdyktig mot høy temperatur og korrosjonsangrep. Til vanlig fanger samleskinnene opp strømmen utenfor katodemantelen. En mangel ved denne kjente teknikken er at strømmen i katodesystemet vil fordele seg med høyere intensitet i periferien av katodeblokkene enn andre steder. Dessuten vil en teknologi som baserer seg på homogen innkapsling av strømsamlere i spalter som er formet på undersiden av katodeblokkene, føre til at strømfordelingen langs strømsamleren innover mot den andre enden av katodeblokken vil synke nokså proporsjonalt med avstanden fra samleskinnen Derfor er det en fordel å fordele strømmen på en måte som kan defineres på forhånd, og i mer hensiktsmessige områder av katodesystemet, for å oppnå en jevn strømfordeling Dessuten må strøm som ledes ut av katodesystemet på den såkalte oppstrømssiden av katoden, ledes mot den såkalte nedstrømssiden av katoden og videre mot anodesystemet til nabocellen i serien Denne måten å lede strøm på (oppstrøms i deler av katoden og deretter nedstrøms i samleskinnesystemet) vil representere et system der deler av strømmen i cellen ledes gjennom en lengre distanse enn hva som er strengt tatt nødvendig. The cathode system is normally designed so that the current collectors are enclosed in a horizontal position in the individual cathode blocks. This technological solution has proven to be very reliable in terms of avoiding problems with leakage of melt or bath through the cathode system. In addition, the current collectors will be protected by the enclosing cathode material (carbon-based material), which is highly resistant to high temperature and corrosion attack. Normally, the busbars capture the current outside the cathode sheath. A shortcoming of this known technique is that the current in the cathode system will be distributed with higher intensity in the periphery of the cathode blocks than elsewhere. Furthermore, a technology based on homogeneous encapsulation of current collectors in slits formed on the underside of the cathode blocks will cause the current distribution along the current collector inwards towards the other end of the cathode block to decrease fairly proportionally with the distance from the busbar. Therefore, it is an advantage to distribute the current in a way that can be defined in advance, and in more appropriate areas of the cathode system, in order to achieve an even current distribution. Furthermore, current that is led out of the cathode system on the so-called upstream side of the cathode must be directed towards the so-called downstream side of the cathode and further towards the anode system to the neighboring cell in series This way of conducting current (upstream in parts of the cathode and then downstream in the busbar system) will represent a system where parts of the current in the cell are conducted through a longer distance than is strictly necessary.

FRAMSTILLING AV PROBLEMET STATEMENT OF THE PROBLEM

Utformingen av katodestrømfordelingen og det tilsvarende samleskinnesystemet for celler til aluminiumsproduksjon er anerkjent som en av de mer kvalifiserte nøkkelaktivitetene når det gjelder å utvikle en konkurransedyktig teknikk for reduksjon av aluminium. The design of the cathode current distribution and the corresponding busbar system for cells for aluminum production is recognized as one of the more qualified key activities in developing a competitive aluminum reduction technique.

Formgiveren må ha flere frihetsgrader i prosessen med å utvikle et optimalt katodesystem, og bruke ferdighetene sine til å velge en konfigurasjon (topologi) som kan gi optimal strømfordeling. The designer must have several degrees of freedom in the process of developing an optimal cathode system, and use his skills to choose a configuration (topology) that can provide optimal current distribution.

Det er kjent at det burde være mulig å forbedre strømfordelingen i katodesystemet hvis strømmen kunne ledes bort fra katodesystemet i punkter eller områder som er valgt på forhånd ved hjelp av simulering og beregninger. Dette vil imidlertid innebære å gjennombore katodesystemet iallfall delvis fra bunnen og oppover, og fortrinnsvis kobles til vannrette strømsamlere ved hjelp av strømledere eller plugger som beskrevet i søkernes Norsk Patentsøknad 20064165. It is known that it should be possible to improve the current distribution in the cathode system if the current could be diverted away from the cathode system at points or areas selected in advance by means of simulation and calculations. However, this will involve piercing the cathode system at least partially from the bottom upwards, and preferably connecting to horizontal current collectors using current conductors or plugs as described in the applicant's Norwegian Patent Application 20064165.

DEN KJENTE TEKNIKKEN THE KNOWN TECHNIQUE

US patent 3,470,083, innlevert i oktober 1964, framlegger en katodebunn i en elektrolysecelle med strømledere satt inn loddrett i katoden. I loddrette hull i katoden settes det inn sylindriske plugger som innkapsles i et materiale som helles i hullet. Hver av de individuelle pluggene er koblet til et elektrisk ledende element utenfor katoden. De elektrisk ledende elementene er strukket videre ut mot sidene av cellen og kobles til et samleskinnesystem som omgir ovnen. Løsningen som framlegges i dette patentet er et forsøk på å løse problemene med konvensjonelle samleskinner, blant annet problemene med forskjellig varmeutvidelse i karbonmaterialet og jernskinnene (strømsamlerne) som fører til betydelig mekanisk stress og danner tverrsprekker i karbonblokkene. Imidlertid legger ikke løsningen fram noen forbedringer i samleskinnesystemet slik som den foreliggende oppfinnelsen. US patent 3,470,083, filed in October 1964, discloses a cathode base in an electrolytic cell with current conductors inserted vertically into the cathode. Cylindrical plugs are inserted into vertical holes in the cathode and are encapsulated in a material that is poured into the hole. Each of the individual plugs is connected to an electrically conductive element outside the cathode. The electrically conductive elements are stretched further towards the sides of the cell and are connected to a busbar system that surrounds the oven. The solution presented in this patent is an attempt to solve the problems with conventional busbars, including the problems with different thermal expansion in the carbon material and the iron rails (current collectors) which lead to significant mechanical stress and form transverse cracks in the carbon blocks. However, the solution does not present any improvements in the busbar system such as the present invention.

NO 165203 B vedrører fremgangsmåte og innretning for undertrykking av magnetiske forstyrrelser i elektrolysekar Hele strømmen fra karbonkatoden trekkes gjennom vertikale uttak gjennom bunnen av denne. NO 165203 B relates to a method and device for suppressing magnetic disturbances in electrolytic vessels. The entire current from the carbon cathode is drawn through vertical outlets through the bottom thereof.

EP 0 345 959 viser en cellerekke for elektrolytisk produksjon av aluminium der hver celle har minst én leder R, som stikker ut gjennom cellebunnen ved en mellomliggende posisjon av cellen for hver katodeblokk. Omtrent halvparten av strømmen ledes til en katodestrømsamleskinne B1 og en andre halvpart til en katodestrømsamleskinne, der B1 og B2 er arrangert under cellen på hver av dens langsider. EP 0 345 959 shows a cell array for the electrolytic production of aluminum where each cell has at least one conductor R, which protrudes through the cell bottom at an intermediate position of the cell for each cathode block. About half of the current is directed to a cathode current busbar B1 and another half to a cathode current busbar, where B1 and B2 are arranged below the cell on each of its long sides.

GB 2 008 617 viser innenfor denne teknikk et annet arrangement hvor strømledere er integrert i katodeblokkene og strøm ledes ut av cellen ved mellomliggende posisjoner. GB 2 008 617 shows within this technique another arrangement where current conductors are integrated into the cathode blocks and current is led out of the cell at intermediate positions.

I henhold til den foreliggende oppfinnelsen kan strømfordelingen i katodesystemet og dermed utformingen av samleskinnesystemet forbedres ved at det anordnes minst ett strømuttak mellom endene av katoden. Den foreliggende oppfinnelsen omfatter anordning av loddrette (vertikale) strømledere. Dessuten kan strømlederne (strømuttak) med fordel kobles elektrisk til vannrette (horisontale) samleskinneelementer som kan strekkes helt eller delvis gjennom katodeblokken De(n) ytterste enden(e) av sistnevnte kan kobles til samleskinnesystemet for cellen. According to the present invention, the current distribution in the cathode system and thus the design of the busbar system can be improved by arranging at least one current outlet between the ends of the cathode. The present invention comprises the arrangement of vertical (vertical) current conductors. In addition, the current conductors (current outlets) can advantageously be electrically connected to horizontal (horizontal) busbar elements which can be stretched in whole or in part through the cathode block. The outermost end(s) of the latter can be connected to the busbar system for the cell.

Den foretrukne katodestrømfordelingen er avhengig av egenskapene til samleskinnesystemet. Den kan være helt annerledes hvis man skal innføre oppfinnelsen ved ombygging av eksisterende samleskinnesystemer, enn for et nyutformet samleskinnesystem. Dette innebærer at den foretrukne strømmengden som ledes ut av de loddrette uttakene kan ligge i intervallet 20-100%, mens 100% representerer en utforming med bare loddrette uttak. The preferred cathode current distribution depends on the characteristics of the busbar system. It can be completely different if the invention is to be introduced when converting existing busbar systems, than for a newly designed busbar system. This means that the preferred amount of current that is led out of the vertical outlets can lie in the interval 20-100%, while 100% represents a design with only vertical outlets.

Antall strømledere kan være forholdsvis lavt, for eksempel i en realisering der det brukes et vanlig antall vannrette strømsamlere. De magnetohydrodynamiske effektene i en elektrolysecelle kan forbedres i henhold til den foreliggende oppfinnelsen, og det er mulig å forenkle samleskinneutformingen til den nevnte cellen ved å redusere vekten. Dette innebærer også lavere investeringsutgifter. The number of current conductors can be relatively low, for example in an implementation where a normal number of horizontal current collectors is used. The magnetohydrodynamic effects in an electrolysis cell can be improved according to the present invention, and it is possible to simplify the busbar design of the said cell by reducing the weight. This also means lower investment costs.

I henhold til den foreliggende oppfinnelsen slik den defineres i de vedlagte patentkravene 1-13, kan det lages et optimalisert samleskinnesystem som overvinner de viktigste manglene ved de kjente utformingene. De vedlagte kravene definerer dessuten en framgangsmåte for drift av en celle med forbedret samleskinnesystem. According to the present invention as defined in the attached patent claims 1-13, an optimized busbar system can be created which overcomes the most important shortcomings of the known designs. The attached requirements also define a procedure for operating a cell with an improved busbar system.

Den foreliggende oppfinnelsen beskrives nedenfor med figurer og eksempler, der: The present invention is described below with figures and examples, where:

Figur 1 viser en skjematisk lay-out i perspektiv for et samleskinnesystem i henhold til den foreliggende oppfinnelsen der cellene er stilt opp side ved side, Figure 1 shows a schematic layout in perspective for a busbar system according to the present invention where the cells are lined up side by side,

Figur 2 viser den samme lay-outen som på fig. 1, sett ovenfra, Figure 2 shows the same layout as in fig. 1, top view,

Figur 3 representerer en andre realisering av oppfinnelsen og viser en skjematisk lay-out i perspektiv for et samleskinnesystem der cellene er stilt opp ende mot ende, Figure 3 represents a second realization of the invention and shows a schematic layout in perspective for a busbar system where the cells are lined up end to end,

Figur 4 viser den samme lay-out som på fig. 3, sett ovenfra. Figure 4 shows the same layout as in fig. 3, top view.

En hensikt med den beskrevne utformingen er å oppnå et lavt spenningsfall og jevn eller flat strømfordeling ved katodeblokkoverflaten med forbedret magnetohydrodynamisk stabilitet Dette kan oppnås ved hjelp av et forenklet samleskinnesystem (lavere vekt og dermed billigere), med optimalisert utforming av de individuelle samleskinneelementene. One purpose of the described design is to achieve a low voltage drop and even or flat current distribution at the cathode block surface with improved magnetohydrodynamic stability. This can be achieved with the help of a simplified busbar system (lower weight and thus cheaper), with optimized design of the individual busbar elements.

Fig. 1 og 2 viser en utførelse av et samleskinnesystem 1 som leder strøm fra katodesystemet i en første elektrolysecelle til anodesystemet i nabocellen. Cellene er stilt opp side ved side. Samleskinneelementene til anodesystemet er angitt som anodebjelker 2, 3, for elektrisk tilslutning av cellens anodestruktur. Individuelle anoder er angitt ved A, A'. Figuren viser også stigeledere, ett av dem angitt ved referansenummer 6. I katodesystemet til den førstnevnte cellen er det framstilt noen hovedelementer av samleskinnesystemet. For det første er det på nedstrømssiden av katodesystemet angitt koblinger 7 som leder strøm fra katodens strømsamleruttak (ikke framstilt på figuren) til en nedstrøms samleskinne 10, som for sin del er koblet til de nevnte stigeskinnene. Fig. 1 and 2 show an embodiment of a busbar system 1 which conducts current from the cathode system in a first electrolysis cell to the anode system in the neighboring cell. The cells are lined up side by side. The busbar elements of the anode system are indicated as anode beams 2, 3, for electrical connection of the cell's anode structure. Individual anodes are indicated by A, A'. The figure also shows ladder conductors, one of them indicated by reference number 6. In the cathode system of the first-mentioned cell, some main elements of the busbar system are produced. Firstly, connections 7 are indicated on the downstream side of the cathode system which conduct current from the cathode current collector outlet (not shown in the figure) to a downstream busbar 10, which in turn is connected to the aforementioned riser rails.

For å lede strøm fra en mellomliggende region av katoden er det anordnet en eller flere kontakter 8 som for sin del står i elektrisk forbindelse med en mellomliggende samleskinne 11. Kontakten 8 står for sin del i elektrisk forbindelse med et tilsvarende strømuttak i katoden (ikke framstilt på figuren). In order to conduct current from an intermediate region of the cathode, one or more contacts 8 are arranged which are in electrical connection with an intermediate bus bar 11. The contact 8 is in electrical connection with a corresponding current outlet in the cathode (not shown in the figure).

På oppstrømssiden av katodesystemet er det anordnet en samleskinne 12 med flere kontakter 9 for å lede strøm fra endene av katodens strømsamler. On the upstream side of the cathode system, a bus bar 12 with several contacts 9 is arranged to conduct current from the ends of the cathode's current collector.

Dessuten er det framstilt samleskinneelementer, f eks. 13, 15, 16, som leder strøm fra katodesystemet til nedstrømssiden av katoden og videre til de tilsvarende stigeledere 6. Spesielt samleskinneelementet 13 kan anordnes utenfor cellens grunnriss for å kompensere for uønskede magnetiske forstyrrelser Siden planløsningen for samleskinnen i denne realiseringen er av symmetrisk type, er det anordnet et liknende samleskinneelement i motsatt ende av cellen. In addition, busbar elements have been produced, e.g. 13, 15, 16, which conduct current from the cathode system to the downstream side of the cathode and on to the corresponding riser conductors 6. In particular, the busbar element 13 can be arranged outside the cell's floor plan to compensate for unwanted magnetic disturbances. Since the layout of the busbar in this embodiment is of a symmetrical type, a similar busbar element is arranged at the opposite end of the cell.

Samleskinneelementet 15 og de tilsvarende elementene 16 etc. mot motsatt side av cellen leder strøm fra den mellomliggende samleskinnen 11 i katodesystemet og videre til samleskinnen 10. The busbar element 15 and the corresponding elements 16 etc. towards the opposite side of the cell conduct current from the intermediate busbar 11 in the cathode system and on to the busbar 10.

Tilsvarende kan det for å kompensere magnetfeltet optimalt anordnes ett eller flere samleskinneelementer 17 under katodemantelen. Slike elementer anordnes fortrinnsvis på en skjevsymmetrisk måte (ikke framstilt på figuren), for å optimalisere effekten av magnetfeltkompenseringen. Correspondingly, in order to optimally compensate the magnetic field, one or more busbar elements 17 can be arranged under the cathode sheath. Such elements are preferably arranged in a skew-symmetric manner (not shown in the figure), in order to optimize the effect of the magnetic field compensation.

Med det ovennevnte arrangementet kan samleskinnesystemet lede strøm fra strømuttak både på oppstrøms- og nedstrømssiden av katodesystemet sammen med en eller flere mellomliggende posisjoner på en måte som er fordelaktig for å oppnå en jevn strømfordeling i cellens katodestruktur, og dessuten redusere vekten av samleskinnesystemet i sin helhet With the above arrangement, the busbar system can conduct current from current outlets both upstream and downstream of the cathode system together with one or more intermediate positions in a manner beneficial to achieving uniform current distribution in the cathode structure of the cell, and furthermore reducing the weight of the busbar system as a whole

Figur 3 viser en andre realisering av oppfinnelsen, og framstiller i perspektiv en skjematisk lay-out over et samleskinnesystem der cellene er stilt opp ende mot ende. Figur 4 viser den samme lay-outen som i fig. 3 sett ovenfra. Figure 3 shows a second realization of the invention, and presents in perspective a schematic lay-out of a busbar system where the cells are lined up end to end. Figure 4 shows the same layout as in fig. 3 seen from above.

På figurene leder samleskinnesystemet 100 strøm fra katodesystemet i en første elektrolysecelle til anodesystemet i nabocellen. Samleskinneelementene til anodesystemet er angitt som anodebjelker 202, 203, for elektrisk tilkobling av cellens anodestruktur. Individuelle anoder er angitt ved A, A'. Figurene viser også stigeledere 206, 206', 206", 206'". In the figures, the busbar system 100 conducts current from the cathode system in a first electrolysis cell to the anode system in the neighboring cell. The busbar elements of the anode system are indicated as anode beams 202, 203, for electrical connection of the anode structure of the cell. Individual anodes are indicated by A, A'. The figures also show ladders 206, 206', 206", 206'".

I katodesystemet til den førstnevnte cellen er det framstilt noen hovedelementer av samleskinnesystemet. På hver langside av katodestrukturen er det arrangert samleskinner 210, 212 med elektriske kontakter 207, 209 elektrisk forbundet med katodens strømsamlere (ikke framstilt på figuren). Samleskinnene 210, 212 er for sin del koblet til stigelederne 206, 206' og gjennom samleskinneelementene 218, 219 til nabocellens stigeledere 206", 206"'. In the cathode system of the first-mentioned cell, some main elements of the busbar system have been produced. Busbars 210, 212 are arranged on each long side of the cathode structure with electrical contacts 207, 209 electrically connected to the current collectors of the cathode (not shown in the figure). The busbars 210, 212 are for their part connected to the ladder conductors 206, 206' and through the busbar elements 218, 219 to the neighboring cell's ladder conductors 206", 206"'.

For å lede strøm fra en mellomliggende region av katoden er det anordnet en eller flere kontakter 208 som for sin del står i elektrisk forbindelse med en mellomliggende samleskinne 211. Kontakten 208 står for sin del i elektrisk forbindelse med det tilsvarende strømuttaket i katoden (ikke framstilt på figuren). Den mellomliggende samleskinnen 211 er dessuten koblet til samleskinneelementene 218, 219 gjennom samleskinneelementene 220, 221,222. In order to conduct current from an intermediate region of the cathode, one or more contacts 208 are arranged which are in electrical connection with an intermediate bus bar 211. The contact 208 is in electrical connection with the corresponding current outlet in the cathode (not shown) in the figure). The intermediate busbar 211 is also connected to the busbar elements 218, 219 through the busbar elements 220, 221, 222.

Med det ovennevnte arrangementet kan samleskinnesystemet lede strøm fra begge strømuttakene på begge sider av katodesystemet sammen med en eller flere mellomliggende posisjoner på en måte som er fordelaktig for å oppnå en jevn strømfordeling i cellens katodestruktur, og dessuten redusere vekten til samleskinnesystemet i sin helhet With the above arrangement, the busbar system can conduct current from both current outlets on both sides of the cathode system together with one or more intermediate positions in a manner that is beneficial for achieving an even current distribution in the cathode structure of the cell, and furthermore, reducing the weight of the busbar system as a whole

Det skal forstås at det kan oppnås flere kombinasjoner og arrangementer av samleskinneelementer i henhold til den foreliggende oppfinnelsen. It should be understood that several combinations and arrangements of busbar elements can be achieved according to the present invention.

Hvor mye strøm som fordeles gjennom de individuelle samleskinneelementene kan beregnes på forhånd og optimaliseres ved hjelp av formgivingsprogramvare og bekreftes ved forsøk. How much current is distributed through the individual busbar elements can be calculated in advance and optimized using design software and confirmed by testing.

Claims

1. Method of operation of electrolytic cells connected in series, in which the electric current is led into a first cell through an anode arrangement in the upper part of the cell, further through an electrically conductive electrolyte, then through a generally horizontal cathode, and then to a anode arrangement in a neighboring cell, through one or more ladder conductors (6; 206), where electrical current is led vertically out of the cell from at least one intermediate position on the cathode by means of at least one contact (8, 208) and further downstream along said cathode to said one or more ladder conductors (6; 206), current being led from the cathode through at least one current collector which is encapsulated therein, characterized by the current is led out of the cathode partly at the at least one intermediate position in combination at at least one horizontal end of the current collector.

2. Procedure according to claim 1, characterized by the proportion of current that is extracted at the at least one intermediate position is a pre-calculated proportion of the current at the horizontal end of the current collector.

3. Procedure according to claim 1, characterized by the proportion of the current that is led out of the intermediate position lies in the interval 20-100% of all current, where 100% represents extraction of current exclusively via the intermediate current outlets.

4. Method according to claim 1, where the cells are lined up side by side, characterized in that electric current which is collected at an intermediate contact (8) is led through at least one busbar element (17) to a busbar (12) arranged upstream of said contact (8).

5. Method according to claim 1, where the cells are lined up side by side, characterized in that electric current collected at an intermediate contact (8) is led through at least one busbar element (15) to a busbar (10) downstream of said contact (8).

6 Busbar system (1; 100) in an electrolysis cell which includes a largely horizontal cathode structure of an electrically conductive material, and which also has integrated current conductors, such as horizontal current collectors, characterized in that the busbar system has an intermediate busbar (11; 211) including at least one electrical contact (8; 208) which is connected to the cathode structure by a vertically arranged power outlet, the busbar system having at least one electrical connection to a horizontally arranged power outlet in the cathode structure.

7. Busbar system according to claim 6, characterized by several electrical current contacts (8, 208) are provided to the cathode structure.

8. Busbar system according to claim 6, characterized by the busbar system includes at least one busbar (10; 210) connected to at least one current collector outlet on one side of the cathode.

9 Busbar system according to claim 6, characterized by the busbar system includes busbars (10, 12; 210, 212) connected to current collector outlets on the sides of the cathode.

10. Busbar system according to claim 6, characterized by the busbar system includes at least one busbar element (13) outside the cell head.

11. Busbar system according to claim 6, characterized by the busbar system includes at least one busbar element (17) which can be arranged skew-symmetrically below the cathode sheath.

12. Busbar system according to claim 6, characterized by the cells are lined up side by side.

13. Busbar system according to claim 6, characterized by the cells are lined up end to end.