NO331938B1 - Fremgangsmate og system for energigjenvinning og/eller kjoling - Google Patents

Abstract

Den foreliggende oppfinnelsen dreier seg om en fremgangsmåte og et system for energiutvinning og/eller kjøling i minst en elektrolysecelle (1) for produksjon av et metall, spesielt aluminium, hvor cellen(e) er forsynt med en eller flere varmevekslere og hvor det sirkulerer et varmevekslermedium gjennom nevnte varmeveksler(e) og dette dirigeres videre til minst en varmeomformingsenhet, som for eksempel en ekspansjonsturbin med åpen krets (3). Ekspansjonsturbinen er koblet til en kompressor (2) som fører varmevekslermediet til cellene (1, 51). I en realisering er det koblet en andre ekspansjonsturbin (40) til en generator (41) som kan brukes til å produsere strøm. Systemet er for en stor del selvdrevet og varmevekslermediet er fortrinnsvis luft som brukes i en åpen krets.

Description

Den foreliggende oppfinnelsen dreier seg om en fremgangsmåte og et system for utvinning av energi eller kjøling av elektrolyseceller for metallproduksjon, hvor det trekkes ut overskuddsvarme fra cellene for å kjøle dem og/eller for å bruke den på fordelaktig vis.

Spesielt innbefatter oppfinnelsen en fremgangsmåte og et system for utvinning av overskuddsvarme fra elektrolyseceller i aluminiumindustrien, og omdanning av varmen som utvinnes til andre energiformer som for eksempel trykk og eventuelt elektrisk energi. Dessuten kan det komprimerte varmevekslermediet brukes til å produsere elektrisk energi og denne energien kan føres til cellene for å øke produksjonsvolumet fra de nevnte cellene og/eller redusere forbruket av strøm fra det vanlige nettet. Komprimert kjølemedium kan føres inn i cellen for å avkjøle den.

Ved aluminiumsproduksjon vil energiforbruket i elektrolyseprosessen være omtrent 13 kWh elektrisk energi pluss et forbruk av omtrent 0,4 kg karbon (teoretisk 0,334 kg C = 3,15 kWh) pr. kg aluminium som produseres. Den teoretiske entalpien som kreves pr. kg aluminium som produseres er omtrent 6,4 kWh. Altså skjer det et energitap i cellene som skyldes at strømmen gjennom elektrolytten danner overskuddsvarme, mest på grunn av elektrisk motstand i elektrolytten.

I elektrolyseceller for produksjon av aluminium er det nødvendig å holde ved like en frossen kant av fast elektrolytt langs sideveggene i cellekammeret for å unngå nedbrytning og erosjon av materialet i celleveggen. Hvis det skulle skje at denne kanten smelter ned på grunn av høy temperatur i cellen, vil det få stor innvirkning på cellens levetid.

Hvis cellen derimot blir for kald, spesielt i bunnen, blir katoden etter hvert dekket med frossen elektrolytt eller slam som reduserer det aktive arealet for strømfordelingen slik at den elektriske motstanden øker og energiutbyttet synker på grunn av ugunstige magnetohydrodynamiske effekter.

Vanligvis reguleres varmebalansen og dermed tykkelsen av den frosne kanten i en individuell celle ved å modifisere cellemotstanden gjennom anoden og katoden, mens strømstyrken er den samme for alle cellene i en seriekoblet rekke av celler. Innføring av varmeutvinningssystemer i elektrolyseceller innebærer en utfordring når det gjelder å holde balansen mellom energien som tilføres cellen og avkjølingen av hver celle. På den annen side blir det mulig med en mer fleksibel drift av cellene, blant annet med høyere strømstyrke og bedre reaksjoner på variasjoner i strømstyrken eller parametere som innvirker på kjøleforholdene, som for eksempel temperaturen i omgivelsene.

Når en elektrolysecelle for aluminiumsproduksjon drives optimalt, oppstår det et stort sett proporsjonalt forhold mellom strømstyrken i den elektriske kraften som tilføres og mengden av aluminium som produseres. Hvis strømstyrken skal økes, må motstanden i elektrolytten holdes ved like eller til og med økes for å opprettholde den magnetohydrodynamiske stabiliteten, hvis cellen produserer ved lavest mulig spenning. Altså øker energien som føres til cellen nærmest kvadratisk med produksjonen hvis ikke cellen modifiseres på andre måter. Som en tommelfingerregel kan man si at det er mulig å øke produksjonen så lenge temperaturen i cellen kontrolleres ved at det fjernes overskuddsvarme fra cellen. Overskuddsvarmen kan for eksempel tas ut ved å la et kjølemedium sirkulere i en lukket krets som varmeveksles med elektrolytt og smeltet metall i varmevekslere. Slike varmevekslere kan implementeres i cellens sidevegger og bunn.

I den kjente teknikken er det publisert flere løsninger for å utvinne eller utnytte overskuddsvarmen som produseres i elektrolyseceller for aluminium.

I dag blir vanligvis en forholdsvis liten del av varmen utvunnet og brukt for eksempel til å forvarme råstoff og anoder for å holde tritt med prosesstemperaturen som normalt ligger i området 950-965 °C.

WO 98/00211 fremlegger et cellearrangement for elektrometallurgiske prosesser hvor kjølekamre med grunnflate som dekker en liten andel av celleflaten. Sammen dekker disse kjølekamrene en vesentlig andel av celleflaten uten noe større mellomrom mellom kjølekamrene. Kamrene tilpasses for å kunne motta en gjennomstrømning av kjølemedium som kontrolleres individuelt for hvert kjølekammer. Kjølemediet er fortrinnsvis helium og varmen som utvinnes kan omdannes til elektrisk energi ved hjelp av en turbin som driver en generator.

Hovedidéen ved denne oppfinnelsen er at kjølemediet sirkulerer i en lukket krets for hver individuelle produksjonscelle, og dermed brukes det samme mediet både for transport av varmeenergi og som arbeidsmediet i maskinen som er nødvendig for å omdanne varmeenergien til elektrisk energi. Den lukkede kretsen gjør det mulig å bruke komprimert helium som arbeidsmedium. Dette vil øke tettheten og tillate lavere hastighet og redusert gassfriksjon for en gitt kjølehastighet. Helium har høy varmekapasitet pr. masseenhet og dessuten lav viskositet og høy varmeledningsevne sammenliknet med luft. Varmeovergangshastigheten for et gitt areal og en gitt temperaturforskjell kan derfor være høy og friksjonstapet på grunn av transport av det nødvendige kvantum kjølemedium gjennom trange kanaler vil være lavt. Derfor kan alle kjølearealer og aktive arealer i varmevekslerne reduseres til en minimal størrelse, slik at det blir igjen en størst mulig andel av det tilgjengelige arealet for hovedformålet, produksjon av aluminium.

Den viktigste utfordringen når det gjelder WO 87/00211 er at den lukkede kretsen med blant annet slike komponenter som varmevekslere, rekuperator, kompressor, turbin, instrumenter m.m. må være gasstett for å hindre lekkasje av arbeidsgass til atmosfæren, noe som innfører betydelige utgifter. Noen typer arbeidsgasser er dyre. Hvis det brukes helium og kretsen ikke er absolutt lekkasjesikker, kan akkumulert lekkasje gjennom nesten usynlige hull i tidens løp representere utgifter som overskrider gevinsten ved reproduksjon av strøm så vel som fordelen ved de forbedringene i kontroll av prosessen som skyldes effektiv kjøling av cellen.

WO 01/94667 fremlegger en elektrolysecelle for produksjon av aluminium og en fremgangsmåte for å opprettholde en skorpe på sideveggen og for å utvinne strøm. I det minste en del av sideveggen i elektrolysecellen består av ett eller flere fordampningskjølte paneler som danner et element av en første sirkulasjonskrets. For en komplett løsning spesifiseres det tre individuelle lukkede kretser pluss en enhet for å slippe lavtemperaturenergi ut i atmosfæren.

Hver av elektrolysecellene krever:

a) Mange primære varmeopptakere (14 enheter i parallell er fremstilt på figuren), med flytende metall ved kokepunktet som medium for opptak av varmeenergi fra cellen. b) En lukket krets, fortrinnsvis med en inert gass, brukes til å ta opp varmeenergi fra kondensasjon av fordampet flytende metall i de forskjellige enhetene av den første kretsen. For den andre lukkede kretsen trengs det en separat pumpe for å sirkulere gassen. I henhold til det uttrykte formålet med WO 01/94667, å «omdanne varmeenergi til strøm med effektivitet 45 % eller mer» er det åpenbart at driftstemperaturen til denne pumpen må være høy, trolig omtrent 800 - 900 °C, og at varmevekslerne og rekuperatoren må være ekstremt effektive samt at den inerte gassen sannsynligvis må være helium eller hydrogen. Pålitelige pumper som kan være i drift under disse forholdene representerer mange tekniske utfordringer og kan siden representere en vesentlig kostnadsøkning både ved installasjon og drift. c) Det brukes en tredje lukket krets (den andre lukkede kretsen med inert gass) for å ta opp varmeenergi fra flere celler. I den tredje lukkede kretsen kombinerer en kompressor

og en ekspansjonskrets pumpefunksjonen med omdanning av varmeenergien til mekanisk energi med en roterende aksel som også driver en elektrisk generator, I denne tredje lukkede kretsen er det også en rekuperator og en kjøler for å slippe lavtemperaturenergi ut i atmosfæren.

US 4 222 841 viser et system for energigjenvinning fra aluminiumselektrolyseceller, hvor det kan benyttes luft som varmevekslermedium. I utførelsen som angår gjenvinning ved hjelp av en dampkjel blir luften sluppet ut til atmosfæren, alternativt blir luften resirkulert tilbake til cellen ved hjelp av en pumpe (56). Videre kan det innblandes atmosfærisk luft ved pumpen. Den oppvarmede luften blir benyttet til produksjon av elektrisk energi, ved hjelp av en turbin eller dampkjel for drift av en dampturbin.

US 4 154 055 vedrører varmeveksling ved benyttelse av en varmeveksler som gjennomstrømmes av et varmeavgivende medium og et varmeopptakende medium. Det varmeavgivende medium ses å være forbrenningsavgass fra en ovn. For øvrig relateres løsningen til forvarming av luft for mating inn til nevnte ovn.

I henhold til den foreliggende oppfinnelsen som er definert i de vedlagte kravene, kan man overvinne en eller flere av manglene, kompliseringene eller ulempene ved den kjente teknikken.

Den foreliggende oppfinnelsen dreier seg om energiutvinning fra elektrolytiske produksjonsceller. Spesielt egner oppfinnelsen seg for kjøling og varmeutvinning i elektrolyseceller og prosesser for produksjon av aluminium.

Hovedmålet for den foreliggende oppfinnelsen likner målet for WO 87/00211 og for WO 01/94667 og baserer seg på behovet for kontrollert fjerning av overskuddsvarme fra elektrolyseceller samt omdanning av en vesentlig andel av denne varmeenergien til mekanisk energi.

Den mekaniske energien kan forholdsvis lett omdannes til strøm, komprimert luft og/eller andre former av potensiell energi som kan brukes i industriprosesser. På liknende måte som i WO 87/00211 kan man bruke ett og samme arbeidsmedium både til kjøling av industriprosessen og som arbeidsmedium i maskinen som brukes til å omdanne den opptatte varmeenergien til mekanisk energi.

Det er imidlertid her den foreliggende oppfinnelsen skiller seg fra den kjente teknikken: Den foreliggende oppfinnelsen baserer seg på et selvdrevet kjølesystem hvor det brukes luft som arbeidsmedium i motsetning til den kjente teknikken, som bruker et annet arbeidsmedium (fortrinnsvis en inert gass).

Luft er det eneste kjølemediet som kan håndteres på rimelig måte i et system med åpen krets. For andre kjølemedier enn luft trenger systemet av åpenbare grunner en lukket krets for å hindre store tap av arbeidsmedium til atmosfæren.

Tap av arbeidsmedium til atmosfæren vil også være et problem hvis det plutselig eller gradvis skulle oppstå en lekkasje under driften av det lukkede systemet. Kjølesystemet bør fungere kontinuerlig og uforstyrret i hele levetiden til elektrolysecellen og alle lekkasjer kan lett bygge seg opp til tap av store mengder (dyrt) kjøle-/arbeidsmedium (som helium og liknende) og dermed øke driftsutgiftene til systemet.

Noen lekkasjer kan repareres uten for mange problemer, men når cellen er i drift, er det nesten umulig å reparere de fleste sprekker og lekkasjer i forbindelse med kjølekamrene og koblingene som vanligvis vil måtte integreres i sideveggene til produksjonscellene.

Et system med åpen krets er mye mindre sårbart for lekkasjer enn et lukket system siden kjølemediet i et system med åpen krets alltid skal ut i atmosfæren. De fleste sprekker og lekkasjer som kan oppstå under driftslevetiden vil ikke ha noen vesentlig innflytelse på kjølefunksjonen i cellen, men kan selvsagt redusere utbyttet av utvunnet energi (elektrisitet, komprimert luft m.m.).

Hittil har man unngått luft som kjølemedium i trange kanaler så lenge kanalene lages av metall og bygges inn i kjølepaneler inne i foringen i veggene til elektrolysecellene. Temperaturen på innerflaten av kjølekanalene kan av og til overskride punktet der det metalliske materialet vil reagere med oksygen i luften.

Søkernes egen patentsøknad NO 2003 1220 som dreier seg om varmevekslerpaneler, baserer seg på bruk av keramiske materialer som silisiumkarbid til kontaktmateriale i de forholdsvis trange kanalene. Siden reaksjon mellom silisiumkarbid og oksygen bare kan skje ved høyere temperatur enn den normale prosesstemperaturen i elektrolysecellene, skulle det være uproblematisk å bruke luft i denne sammenhengen. Altså kan denne typen varmevekslere være meget velegnede til bruk i henhold til den foreliggende oppfinnelsen.

Hvis diameteren og lengden av kanalene optimaliseres for bruk av luft i stedet for en inert gass, vil luften ta opp den nødvendige energimengden i form av overskuddsvarme - som om det ble brukt en inert gass. Sammenliknet for eksempel med helium, vil bruk av luft bare føre til en liten økning i kanaldiameter, kanallengde og friksjonstap.

Den viktigste fordelen som oppnås ved å bruke luft i en åpen krets er imidlertid at komponenten som fortrinnsvis brukes til å sirkulere luften gjennom kjølekanalene allerede finnes i form av turboladere, som vanligvis brukes til å utvinne overskuddsenergi fra avgassene fra dieselmotorer. Turboladere har godt rykte for pålitelighet og lang driftslevetid. Siden de har vært tilgjengelige som industrikomponenter i lang tid, er utgiftene pr. enhet forholdsvis lav.

Kompressordelen av turboladeren komprimerer luften fra atmosfæretrykk og temperatur til høyere tetthet enn atmosfæren, noe som innebærer at hastigheten til luften gjennom kjølekanalene reduseres sammen med friksjonstapet i kanalene. Etter at luften har passert gjennom kjølekanalene, har den høyere temperatur. Friksjonen vil føre til et tap i trykk og en ekstra marginal temperaturøkning før luften kommer inn i ekspansjonsturbinen til turboladeren. Under slike forhold som beskrives her for kjøling av elektrolysecellene, vil turbinen produsere mer mekanisk energi enn det som trengs for å drive kompressoren.

Overskuddsvarmen som utvinnes kan derfor omdannes til trykkenergi og i én realisering til elektrisk energi, Omdanningen kan skje i en varmekraftmaskin, turbin eller liknende. Turbinen kan brukes til å drive en kompressor, generator eller liknende.

Alternativt kan varmeenergien brukes til å produsere damp for å drive en dampturbin. I én realisering av den foreliggende oppfinnelsen føres energien som utvinnes tilbake til den samme cellen som den ble utvunnet fra. I en annen realisering leverer energiomdanningssystemet energi til flere celler eller til det offentlige nettet. Varmevekslerkretsen kan fortrinnsvis være åpen.

Disse og andre fordeler kan oppnås med oppfinnelsen i henhold til de vedføyde patentkrav.

Oppfinnelsen forklares nedenfor med figurer og eksempler hvor: Fig. 1 fremlegger en første realisering hvor det utvinnes energi fra en

aluminiumselektrolysecelle i en energiomdanningsenhet,

Fig. 2 fremlegger en andre realisering for energiutvinning fra én celle,

Fig. 3 fremlegger en tredje realisering for energiutvinning som innbefatter én brenner, Fig. 4 fremlegger en fjerde realisering for energiutvinning som innbefatter to

energiomdanningsenheter,

Fig. 5 fremlegger en femte realisering for energiutvinning fra mer enn én celle, hvor det

brukes én (1) energiomdanningsenhet,

Fig. 6 fremlegger en sjette realisering for energiutvinning fra flere celler, hvor det brukes en felles elektrisk energigenerator, Fig. 7 fremlegger en syvende realisering for energiutvinning fra flere celler, hvor minst

en del av en kuldeside av kretsen er felles.

Fig. 1 viser en aluminiumselektrolysecelle 1 med kanaler 6, 8 for et sirkulerende medium. Kanalen 6 befinner seg på kuldesiden av kretsen, mens kanal 8 er på varmesiden. Mediet kan være en gass, fortrinnsvis luft, men det kan også brukes andre gasser med akseptable egenskaper. I cellen kan det anbringes varmevekslere (ikke fremstilt på figuren). Varmevekslerne kan fortrinnsvis være av typen som inngår i søkerens egen patentsøknad NO 2003 1220.

Oppvarmet medium fra cellen transporteres til en ekspansjonsturbin 3 som er mekanisk koblet til en kompressor 2, for eksempel med en aksel 4. Utløpet fra kompressoren 2 er koblet til kanalen 6, fortrinnsvis gjennom en tilbakeslagsventil 7 for å sirkulere medium til varmevekslerne i cellen 1. Kompressoren kan ha et innløp 5 som kan slippe inn luft fra omgivelsene, fortrinnsvis etter at den er kondisjonert gjennom et filter og en dråpefanger (ikke fremstilt på figuren). På utløpssiden av turbinen kan det anbringes en strupeventil 10, før gassen kommer inn i en avgasslinje 9. Figur 2 er basert på de samme prinsippene som er nevnt for figur 1, men i tillegg er det en forgrening med en kontroll ventil mellom kanalene som fører medium til/fra cellen 1. Hensikten med forgreningen som innbefatter ventilen 20, er å føre medium fra kuldesiden direkte til varmesiden uten å gå gjennom varmevekslerne i cellen, og ventilen gjør det mulig å kontrollere strømmen av kjølemedium gjennom cellen 1 og dermed kontrollere kjølevirkningen. Figur 3 er basert på prinsippene som er beskrevet for figur 2.1 tillegg innbefatter kanalen på varmesiden av cellen 1 en brenner 30. Brenneren kan tilføres en gass som inneholder oksygen, som for eksempel luft, gjennom den ovennevnte forgreningen. Hensikten med brenneren er å heve energinivået (temperaturen) i gassen som utvinnes fra cellen, for å sikre at ekspansjonsturbinen(e) kjøres mer effektivt og stabilt. Brenneren kan holde innløpstemperaturen til ekspansjonsturbinen konstant uavhengig av utløpstemperaturen. Dessuten kan brenneren brukes hvis strømprisen fra det offentlige nettet er høy eller hvis det er knapphet på elektrisk kraft. Figur 4 viser en fjerde realisering basert på prinsippene som beskrives på figur 3. På figur 4 har varmesiden av kretsen fra celle 1 i tillegg til brenneren 3 og turbinen 3 med avgassrøret 9 en ekstra turbin 40 som er koblet til en generator 41 nedstrøms for avgassrøret. Denne realiseringen gjør det mulig å føre den elektriske kraften som utvinnes tilbake til cellen(e) som kraftbidrag til elektrolyseprosessen. Figur 5 viser en realisering basert på prinsippene fra den realiseringen som er fremstilt på figur 3. I tillegg til elementene fra denne realiseringen er det koblet en eller flere ekstra celler 51 i parallell med hovedkretsen med kanaler 52 (kuldesiden) og 53 (varmesiden) som henholdsvis står i forbindelse med kanalene 6 og 8. Ved kuldesideforbindelsen mellom de nevnte cellene 1, 51 er det anbrakt en treveisventil 50 for å kontrollere mengden av sirkulerende medium i nabokanalene. Fordelen med å koble flere celler til den samme energiutvinningsenheten er at flere celler vil bidra til å jevne ut oppførselen til de individuelle cellene, og utvinningsenheten vil ha mer stabile driftsforhold. Dessuten vil det være mulig å redusere investeringene ved å bruke en større kompressor-/turbinenhet for flere celler. En ulempe er at det vil kreve et mer komplisert røropplegg. Investeringene reduseres betydelig ved at kontrollventilene befinner seg på kuldesiden i stedet for på varmesiden av cellen. Figur 6 er basert på prinsippene fra realiseringen som er fremlagt på figur 5 hvor flere celler 1, 51, kombineres ved hjelp av kanalene 52, 53, og hvor varmesidekanalen 8 innbefatter brenner, ekspansjonsturbin med avgassrør 9. Avgassrøret er dessuten koblet til en andre ekspansjonsturbin 40 som driver en generator 41. Denne realiseringen gjør det mulig å føre kraften som utvinnes tilbake til cellene som bidrag til elektrolyseprosessen. Figur 7 fremlegger et arrangement med to celler, 1,51 som er sammenkoblet på kuldesiden. Begge cellene 1,51 har en kompressor 2,72 og et

ekspansjonsturbinarrangement 3,73 hvor ekspansjonsturbinen driver kompressoren ved hjelp av en aksel 4,74. Dessuten har cellene kuldesidekanaler 6, 76 som forbinder kompressoren 2,72 med cellen 1,51 og varmesidekanaler 8,78 som forbinder varmesiden av cellene 1, 51 med turbinene 3, 73.

På kuldesiden av kretsene er det anbrakt treveisventiler 81, 82 i kanalene 6, 76 slik at det kan trekkes ut overskudd av kaldt, komprimert medium. Det kalde mediet samles i en kanal 80 og føres videre til en trykkomvandlingsenhet (70) som er koblet til en elektrisk generator (71). Overskuddet av komprimert luft fra mer enn to celler kan kobles til kanal 80. Trykkomvandlingsenheten kan være en ekspansjonsmotor som for eksempel en gassmotor, en luftturbin eller liknende. Fordelen med denne realiseringen er at det transporteres kaldere luft i kanalen 80 i stedet for at luften som tas ut har høyere temperatur som i de foregående eksemplene.

Kaldere luft har mindre volum pr. masseenhet enn varm luft. Dette vil redusere lufthastigheten i kanalen for en gitt rørgeometri og en gitt massestrøm. Dette vil gi lavere friksjonstap enn ved transport av varm luft. Siden temperaturen er lavere, kan varmetapet holdes lavt med mindre og billigere isolasjon.

Varmekraftmaskinen (turbolader eller kompressor/ekspansjonsturbin) som fremlegges i de ovennevnte realiseringene kan dimensjoneres for å komprimere luften til et overtrykk på vanligvis 3-5 bar. Dermed vil temperaturen øke fra romtemperatur til vanligvis 200-300 °C. Siden temperaturen er høyere enn i omgivelsene, vil det bli mindre materialstress på grunn av temperatursjokket når kjølemediet går inn i kjølekanalene. Den komprimerte luften fordeles mellom mange varmevekslere som inneholder kjølekanaler, fortrinnsvis av typen som omtales i søkernes egen patentsøknad NO 2003 1220. Den komprimerte luften vil ta opp overskuddsvarme fra elektrolysecellen og dermed kjøle sideveggen.

Bare en del av den oppsamlede energien vil vanligvis være nødvendig for å overvinne trykktapet i kjølekanalene. Det kan også være noen sprekker og små lekkasjer i noen av kanalene som vil føre til trykktap. Når luften oppvarmes vil volumet øke. Derfor kan det produseres mer mekanisk energi i ekspansjonsdelen av varmekraftmaskinen enn hva som trengs for å drive kompressoren. Dette betyr at kun en del av det overtrykk som er tilstede før ekspansjonsdelen behøves for å drive kompressoren.

Vi har her følgende valgmuligheter:

a) En generator kan kobles til varmekraftmaskinen. Ekspansjonskretsen vil nå produsere strøm.

b) Det kan tilkobles en kompressor som produserer komprimert luft.

c) En hydraulisk pumpe kan produsere hydraulisk energi.

d) Det kan kobles en andre ekspansjonskrets i serie med den første og dermed kan det

totale trykkpotensialet fordeles mellom de to atskilte enhetene.

Dessuten må man være klar over at turboladerenheten fortrinnsvis kan være av en type som fås i handelen, omtrent som slike turboladere som brukes i tungtransportbiler eller skipsmotorer med turboladning til forbrenningsmotorene. Ved å bruke kommersielle moduler vil det dermed være mulig å holde utgiftene på et levedyktig nivå.

En elektromotor-generator (ikke fremstilt på figurene) kan drives direkte eller gjennom en kraftoverføring til turboladerens aksel, for å hjelpe til med pumpe-/komprimeringsaktiviteten ved behov. Slikt behov kan oppstå for eksempel ved oppstart eller hvis det må fjernes store mengder varme fra cellen. Dessuten kan generatoren brukes til å utvinne overskuddsenergi når det er mulig. Motor-generatoren kan altså kontrolleres med en datamaskin eller liknende og dermed brukes til å kontrollere strømmen av medium gjennom cellen.

Claims (15)

1. Fremgangsmåte for energiutvinning og/eller kjøling i minst én elektrolysecelle (1, 51) for produksjon av et metall, spesielt aluminium, hvor cellen(e) er forsynt med en eller flere varmevekslere og hvor det sirkulerer et varmevekslingsmedium gjennom nevnte varmevekslere), og dette dirigeres videre til minst en varmeomformingsenhet, som utgjøres av en ekspansjonsturbin (3), karakterisert vedat ekspansjonsturbinen (3) kobles sammen med en kompressor (2) som fører et varmevekslermedium som utgjøres av luft ved forhøyet trykk til cellen (1, 51) for varmeveksling og kjøling av cellen på en stort sett selvdrevet måte, idet varme uttrekkes ved hjelp av varmevekslerne) bestående av et materiale som er i det vesentligste inert med hensyn til oksygen ved de rådende trykk- og temperatur forhold, fortrinnsvis et keramisk materiale, og hvor en motor-generator kobles mekanisk til sammenstillingen av ekspansjonsturbin (3) og kompressor (2).

2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert vedat luften tas fra omgivelsene.

3. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert vedat luften slippes ut til omgivelsene etter at den har passert gjennom varmeomformingsenheten.

4. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert vedat luften føres gjennom en brenner (30) for å øke temperaturen i luften før den føres til minst én varmeomformingsenhet (3, 40).

5. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert vedat overskuddet av kald luft føres gjennom ventilene (81, 82) før det føres inn i enheten for omforming av varme/trykk til elektrisk strøm (70).

6. System for energiutvinning og/eller kjøling i minst én elektrolysecelle (1, 51) for produksjon av metall, spesielt aluminium, hvor cellen har en eller flere varmevekslere og hvor det sirkulerer et varmevekslermedium gjennom nevnte varmeveksler(e), og dette dirigeres videre til minst én første varmeomformingsenhet, som utgjøres av en ekspansjonsturbin (3), karakterisert vedat ekspansjonsturbinen (3) er forbundet via en aksel med en kompressor (2) som fører et varmevekslermedium som utgjøres av luft til cellene (1, 51) for varmeveksling, idet varmeveksleren(-ene) er tildannet av et materiale som er hovedsakelig inert i forhold til oksygen under de rådende trykk- og temperaturforhold, fortrinnsvis et keramisk materiale, idet en motor-generator er koblet mekanisk til sammenstillingen av ekspansjonsturbin (3) og kompressor (2).

7. System i henhold til krav 6, karakterisert vedat luften sirkulerer i en krets (5, 6, 8, 9) som er åpen mot omgivelsene.

8. System i henhold til krav 6, karakterisert vedat det er en brenner (30) mellom cellen(e) (1, 51) og varmeomformingsenheten (3).

9. System i henhold til krav 6, karakterisert vedat det er en andre ekspansjonsturbin (40) nedstrøms for den første varmeomformingsenheten (3).

10. System i henhold til krav 9, karakterisert vedat den andre turbinen (40) er koblet til en generator (41) for elektrisk kraftproduksjon.

11. System i henhold til krav 10, karakterisert vedat den elektriske kraften som produseres sendes tilbake til cellen(e) eller til det offentlige kraftnettet.

12. System i henhold til krav 6, karakterisert vedat kald luft komprimert av kompressoren(e) (2, 72 eller andre) ekspanderes i en ekspansjonsmotor (70) som fortrinnsvis driver én generator (71).

13. System i henhold til krav 6, karakterisert vedat materialet i varmeveksleren/-ene omfatter silisium karbid.

14. System i henhold til krav 6, karakterisert vedat trykket i luften som entrer varmevekslerne er beliggende mellom 3 og 5 bar.

15. System i henhold til krav 6, karakterisert vedat temperaturen til luften som entrer varmevekslerne er beliggende mellom 200° C og 300° C.