一种侧部带热管换热器的铝电解槽[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 112210793 A(43)申请公布日 2021.01.12

(21)申请号 2020111188.5(22)申请日 2020.10.19

(71)申请人 郑州轻冶科技股份有限公司

地址 450001 河南省郑州市高新区长椿路

11号Y03幢1单元1楼(72)发明人 梁学民　冯冰　曹志成　梁知力　

李晓春　(74)专利代理机构 郑州睿信知识产权代理有限

公司 41119

代理人 李天龙(51)Int.Cl.

C25C 3/08(2006.01)

权利要求书1页 说明书4页 附图4页

CN 112210793 A()发明名称

一种侧部带热管换热器的铝电解槽(57)摘要

本发明涉及侧部带热管换热器的铝电解槽，侧部带热管换热器的铝电解槽包括槽体、阴极炭块、阴极金属棒，热管换热器贴在槽体的外侧，处于阴极金属棒的上侧；换热控制装置用于在槽体内温度降低时降低热管换热器换热流量，在槽体内温度升高时增加热管换热器的换热流量。通过将热管换热器设置在槽体的外侧且在阴极金属棒的上侧，可以对阴极金属棒处的温度进行调节，在槽体内温度下降时减小热管换热器的换热流量，起到保温的作用，阴极炭块内的电解质也不容易凝固，解决了目前铝电解槽在电解槽内温度下降时阴极炭块内电解质容易凝固造成阴极炭块损坏的问题。

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权　利　要　求　书

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1.侧部带热管换热器的铝电解槽，包括：槽体，用于容纳电解质；阴极炭块，设置在槽体内；阴极金属棒，一端伸入槽体与阴极炭块导电接触，另一端伸出槽体外接电源；阴极炭块处于阴极金属棒的上侧；其特征在于，侧部带热管换热器的铝电解槽还包括：热管换热器，贴在槽体的外侧且处于阴极金属棒的上侧，热管换热器包括贴在槽体上的热管和与热管导热接触的换热器，换热器靠近热管的上端且远离热管的下端设置；

换热控制装置，用于在槽体内温度降低时减小换热器的换热流量，在槽体内温度升高时增加换热器的换热流量。

2.根据权利要求1所述的侧部带热管换热器的铝电解槽，其特征在于，所述热管换热器为板式热管换热器，热管为贴在槽体外侧的板式热管。

3.根据权利要求2所述的侧部带热管换热器的铝电解槽，其特征在于，板式热管包括两个相对的热管板，两热管板之间形成供热管介质流动的热管介质腔。

4.根据权利要求3所述的侧部带热管换热器的铝电解槽，其特征在于，两个热管板均为平板，两个热管板之间有回字形框架，两个热管板与回字形框架共同围成所述热管介质腔。

5.根据权利要求1-4任一项所述的侧部带热管换热器的铝电解槽，其特征在于，所述槽体外设有沿槽体长度方向间隔设置的至少两个摇篮架，沿槽体长度方向间隔的相邻两摇篮架与槽体侧壁围成有容纳槽，热管换热器设置在容纳槽内，所述阴极金属棒伸出槽体外的一端处于容纳槽内。

6.根据权利要求5所述的侧部带热管换热器的铝电解槽，其特征在于，所述容纳槽在槽体宽度方向的深度大于热管换热器在槽体宽度方向上的最大尺寸。

7.根据权利要求5所述的侧部带热管换热器的铝电解槽，其特征在于，所述槽体的槽口处设置有槽沿板，所述热管换热器设置在槽沿板的下方，所述摇篮架的上端固定在槽沿板的下侧。

8.根据权利要求5所述的侧部带热管换热器的铝电解槽，其特征在于，所述摇篮架呈U形，摇篮架包括与槽体侧壁固定的槽侧壁固定部分和与槽体底部固定的槽底固定部分，热管换热器处于相邻的两槽侧壁固定部分之间。

9.根据权利要求1-4任一项所述的侧部带热管换热器的铝电解槽，其特征在于，所述槽体的槽口处设置有槽沿板，所述热管换热器设置在槽沿板的下方。

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说　明　书

一种侧部带热管换热器的铝电解槽

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技术领域

[0001]本发明涉及侧部带热管换热器的铝电解槽。

背景技术

[0002]目前电解铝工业基本采用冰晶石-氧化铝熔盐电解法，其主要设备为电解槽，在电解过程中，电流从阳极流入，依次通过电解质、铝液、阴极炭块，再由阴极钢棒导入母线。阴极是电解槽设备的重要组成。阴极钢棒长期处于1000摄氏度的高温下，与阴极炭块紧密接触，在电解槽内温度下降时，由于阴极钢棒导热性较好，阴极钢棒附近的散热量较大，导致阴极炭块内电解质初晶等温线容易向内侧移动，阴极炭块内电解质凝固，容易造成阴极炭块破损的问题。

发明内容

[0003]本发明的目的在于提供一种侧部带热管换热器的铝电解槽，用于解决目前的铝电解槽在电解槽内温度下降时阴极炭块内电解质容易凝固造成阴极炭块损坏的问题。[0004]本发明的侧部带热管换热器的铝电解槽采用如下技术方案：

侧部带热管换热器的铝电解槽包括：槽体，用于容纳电解质；阴极炭块，设置在槽体内；阴极金属棒，一端伸入槽体与阴极炭块导电接触，另一端伸出槽体外接电源；阴极炭块处于阴极金属棒的上侧；热管换热器，贴在槽体的外侧且处于阴极金属棒的上侧，热管换热器包括贴在槽体上的热管和与热管导热接触的换热器，换热器靠近热管的上端且远离热管的下端设置；

换热控制装置，用于在槽体内温度降低时减小换热器的换热流量，在槽体内温度升高时增加换热器的换热流量。

[0005]本发明侧部带热管换热器的铝电解槽的有益效果：槽体内熔融的电解质和阴极炭块处于阴极金属棒的上侧，通过将热管换热器设置在槽体的外侧且在阴极金属棒的上侧，可以对阴极金属棒上侧的温度进行调节，在槽体内温度下降时减小热管换热器的换热流量，起到保温的作用，阴极炭块内的电解质也不容易凝固，解决了目前铝电解槽在电解槽内温度下降时阴极炭块内电解质容易凝固造成阴极炭块损坏的问题。[0006]为了进一步提高热管换热器的换热效果，所述热管换热器为板式热管换热器，热管为贴在槽体外侧的板式热管。板式热管与槽体接触面积较大，换热效率较高。[0007]对板式热管进一步的优化，板式热管包括两个相对的热管板，两热管板之间形成供热管介质流动的热管介质腔。两个热板板形成热管介质腔结构简单，便于加工。[0008]进一步的，两个热管板均为平板，两个热管板之间有回字形框架，两个热管板与回字形框架共同围成所述热管介质腔。热管板结构更简单，与回字形框架组合方便。[0009]进一步的，所述槽体外设有沿槽体长度方向间隔设置的至少两个摇篮架，沿槽体

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长度方向间隔的相邻两摇篮架与槽体侧壁围成有容纳槽，热管换热器设置在容纳槽内，所述阴极金属棒伸出槽体外的一端处于容纳槽内。能够利用摇篮架对热管换热器进行防护，提高热管换热器的寿命。[0010]进一步的，所述容纳槽在槽体宽度方向的深度大于热管换热器在槽体宽度方向上的最大尺寸。通过容纳槽可以对热管换热器进行防护，减少外界磕碰热管换热器，提高热管换热器的寿命。

[0011]进一步的，所述槽体的槽口处设置有槽沿板，所述热管换热器设置在槽沿板的下方，所述摇篮架的上端固定在槽沿板的下侧。通过槽沿板与摇篮架围成半封闭结构，提高对热管换热器的换热效果。[0012]进一步的，所述摇篮架呈U形，摇篮架包括与槽体侧壁固定的槽侧壁固定部分和与槽体底部固定的槽底固定部分，热管换热器处于相邻的两槽侧壁固定部分之间。摇篮架整体托住槽体，对槽体的加强作用较好。[0013]进一步的，所述槽体的槽口处设置有槽沿板，所述热管换热器设置在槽沿板的下方。利用槽沿板对热管换热器进行防护，避免槽内电解质飞溅出来损伤热管换热器。附图说明

[0014]图1是本发明侧部带热管换热器的铝电解槽具体实施例1中的局部结构示意图；

图2是本发明侧部带热管换热器的铝电解槽具体实施例1中的局部剖视图；

图3是本发明侧部带热管换热器的铝电解槽具体实施例1中热管换热器的结构示意图；图4是图3的左视图；图中：1-槽体；11-槽沿板；2-阴极炭块；3-阴极金属棒；4-热管换热器；41-板式热管；411-热管板；412-回字形框架；42-换热器；421-导热介质进口；422-导热介质出口；5-摇篮架；51-槽侧壁固定部分；52-槽底固定部分；6-容纳槽。具体实施方式

[0015]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。[0016]因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0017]需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

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以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

[0019]本发明侧部带热管换热器的铝电解槽的具体实施例1：

如图1至图4所示，侧部带热管换热器的铝电解槽包括槽体1、阴极炭块2、阴极金属棒3和热管换热器4，阴极炭块2设置在槽体1内，阴极金属棒3一端伸入槽体1内，另一端伸出槽体1外与外部电源连接，阴极炭块2处于阴极金属棒3的上侧并与阴极金属棒3导电连接。[0020]槽体1的槽口处设置有槽沿板11，槽体1的内侧设置有保温层。热管换热器4固定在槽沿板11的下方，能够利用槽沿板11对热管换热器4进行防护。槽体1固定在摇篮架5上，摇篮架5在槽体1长度方向上设置多个，热管换热器4处于相邻的摇篮架5之间，摇篮架5能够对热管换热器4的两侧进行防护。摇篮架呈U形，摇篮架5包括与槽体1侧壁固定的槽侧壁固定部分51和与槽体底部固定的槽底固定部分52，沿槽体长度方向间隔的相邻两摇篮架5的槽壁侧固定部分51与槽体1侧壁围成有容纳槽6，热管换热器4设置在容纳槽6内，即热管换热器处于相邻的两槽侧壁固定部分之间。阴极金属棒3伸出槽体1外的一端处于容纳槽6内。通过容纳槽6可以对热管换热器和阴极金属棒进行防护，减少外界的磕碰。容纳槽6在槽体1宽度方向的深度大于热管换热器在槽体宽度方向上的最大尺寸，使热管换热器4完全处于容纳槽6内，进一步提高防护效果。

[0021]本实施例中的热管换热器4为板式热管换热器，如图1和图2所示，热管换热器4包括板式热管41和固定在板式热管41上侧的换热器42。[0022]侧部带热管换热器的铝电解槽还包括换热器控制装置，本实施例中换热器控制装置为控制换热器换热流量的流量调节阀，换热器控制装置能够控制热管换热器4的换热流量。热管换热器4设置在阴极金属棒3的上侧，位置对应阴极炭块和槽体内的电解质，在槽体1内温度下降时，流量调节阀使热管换热器4的换热流量减小，此时热管换热器4相当于对阴极金属棒3上侧的槽壁进行保温，降低阴极金属棒3处温度下降的速度，阴极炭块2内电解质不容易凝固，提高了阴极炭块2的寿命。

[0023]板式热管41包括两个相对的热管板411和回字形框架412，回字形框架412与两个热管板411围成热管介质腔，热管介质腔内有热管介质，接管介质可以是热敏醇及纯水或去离子水。

[0024]换热器42通过螺栓固定在板式热管41的上侧，如图4所示，换热器42背向板式热管41的一侧设置有导热介质进口421和导热介质出口422，导热介质进口421处于导热介质出口422的上侧。本实施例中流量调节阀调节的换热流量即换热器的导热介质流量。换热器内的导热介质可以是导热油，也可是纯水或去离子水等。

[0025]板式热管41的一板面为与槽体1侧壁相贴的槽体贴合面，另一面为与换热器42固定的换热器固定面。

[0026]本发明的热管换热器4采用热管气液相变，有快速均温及热超导特性，传热能力较高，体积小，换热功率大。是够适应铝电解槽周围狭小空间、开放型高温火源、高磁场、高粉尘、高酸性气体氛围等特殊环境。

[0027]板式热管41内的热管介质蒸发后与换热器42换热，蒸汽冷凝成液体回流至热管介质腔下部，这样往复循环，通过板式热管41将热量传递至换热器42，通过换热器42将热量收集起来。在需要保温时，通过控制换热器42内换热器介质的流量控制换热的速率。[0028]通过热管换热器4和换热器控制装置，减缓电解槽散热，起到保温用；在电解槽内

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电解质温度过高时，可通过增大外部换热系统的介质流量，加速电解槽散热，起到降温作用。

[0029]本发明侧部带热管换热器的铝电解槽在工作时，槽体1内的电解质处于熔融状态，在槽体1温度下降或者上升时，换热控制装置能够控制热管换热器4的换热流量，减小槽体1内温度变化幅度。

[0030]本发明侧部带热管换热器的铝电解槽的具体实施例2，本实施例中侧部带热管换热器的铝电解槽的结构与上述具体实施例的区别仅在于，本实施例中，热管换热器包括热管和与热管连接的换热器，热管为管状。

[0031]本发明侧部带热管换热器的铝电解槽的具体实施例3，本实施例中侧部带热管换热器的铝电解槽的结构与上述具体实施例的区别仅在于：本实施例中，槽体的槽口没有槽沿板，此时容纳槽为上下延伸的通槽。

[0032]本发明侧部带热管换热器的铝电解槽的具体实施例4，本实施例中侧部带热管换热器的铝电解槽的结构与上述具体实施例的区别仅在于：本实施例中，板式热管包括热管板，热管板内开有热管槽，热管槽的开口处设置封盖，热管板与封盖围成热管介质腔。[0033]本发明侧部带热管换热器的铝电解槽的具体实施例5，本实施例中侧部带热管换热器的铝电解槽的结构与上述具体实施例的区别仅在于：本实施例中，槽体外侧设置凹槽，热管换热器设置在凹槽内。此时部分热管换热器没有设置在相邻的摇篮架之间。[0034]本发明侧部带热管换热器的铝电解槽的具体实施例6，本实施例中侧部带热管换热器的铝电解槽的结构与上述具体实施例的区别仅在于：本实施例中，热管换热器的换热器部分伸出容纳槽。[0035]以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

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图 4

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