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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024024213
(43)【公開日】2024-02-22
(54)【発明の名称】カソードアセンブリ
(51)【国際特許分類】
C25C 7/02 20060101AFI20240215BHJP
C25C 3/08 20060101ALI20240215BHJP
【ＦＩ】
C25C7/02 308Z
C25C3/08
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022126882
(22)【出願日】2022-08-09
(71)【出願人】
【識別番号】595009109
【氏名又は名称】ＳＥＣカーボン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100104444
【弁理士】
【氏名又は名称】上羽 秀敏
(74)【代理人】
【識別番号】100174285
【弁理士】
【氏名又は名称】小宮山 聰
(72)【発明者】
【氏名】秋田 涼
(72)【発明者】
【氏名】小山 泰弘
(72)【発明者】
【氏名】津田 拓也
【テーマコード（参考）】
4K058
【Ｆターム（参考）】
4K058AA14
4K058BA08
4K058BB05
4K058BB07
4K058BB09
4K058DD08
4K058EB01
4K058GB02
4K058GB11
(57)【要約】
【課題】コレクターバーが熱膨張した際、カソードブロックの溝の側面よりも底面に強い接触圧力が掛かるようにすることで、カソードブロック内の電流経路を最短化し、電力消費量を抑制できるカソードアセンブリを提供する。
【解決手段】カソードアセンブリ１００は、底部に溝１１が設けられた炭素製のカソードブロック１０と、溝１１内に配置された金属製のコレクターバー２０と、溝１１内に配置されたサポートバー３０と、を備え、コレクターバー２０は、溝１１の底面１０ａに接触する第１の面２０ａと、第１の面２０ａの反対側の面である第２の面２０ｂとを有し、サポートバー３０は、第２の面２０ｂに接触する面であって、第２の面２０ｂに沿う形状を有する支持面（３１ａ、３２ａ）を有し、第２の面２０ｂ及び支持面（３１ａ、３２ａ）の各々は、コレクターバー２０が幅方向に膨張したときコレクターバー２０が高さ方向上側に移動するように傾斜している。
【選択図】図５
【解決手段】カソードアセンブリ１００は、底部に溝１１が設けられた炭素製のカソードブロック１０と、溝１１内に配置された金属製のコレクターバー２０と、溝１１内に配置されたサポートバー３０と、を備え、コレクターバー２０は、溝１１の底面１０ａに接触する第１の面２０ａと、第１の面２０ａの反対側の面である第２の面２０ｂとを有し、サポートバー３０は、第２の面２０ｂに接触する面であって、第２の面２０ｂに沿う形状を有する支持面（３１ａ、３２ａ）を有し、第２の面２０ｂ及び支持面（３１ａ、３２ａ）の各々は、コレクターバー２０が幅方向に膨張したときコレクターバー２０が高さ方向上側に移動するように傾斜している。
【選択図】図５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
アルミニウム製錬用の電解炉で使用されるカソードアセンブリであって、
底部に溝が設けられた炭素製のカソードブロックと、
前記溝内に配置された金属製のコレクターバーと、
前記溝内に配置されたサポートバーと、を備え、
前記コレクターバーは、前記溝の底面に接触する第１の面と、前記第１の面の反対側の面である第２の面とを有し、
前記サポートバーは、前記第２の面に接触する面であって、前記第２の面に沿う形状を有する支持面を有し、
前記電解炉に設置された状態において、前記コレクターバーが延びる方向を長さ方向とし、長さ方向及び高さ方向の両方に垂直な方向を幅方向とし、
前記第２の面及び前記支持面の各々は、前記コレクターバーが幅方向に膨張したとき前記コレクターバーが高さ方向上側に移動するように傾斜している、カソードアセンブリ。
底部に溝が設けられた炭素製のカソードブロックと、
前記溝内に配置された金属製のコレクターバーと、
前記溝内に配置されたサポートバーと、を備え、
前記コレクターバーは、前記溝の底面に接触する第１の面と、前記第１の面の反対側の面である第２の面とを有し、
前記サポートバーは、前記第２の面に接触する面であって、前記第２の面に沿う形状を有する支持面を有し、
前記電解炉に設置された状態において、前記コレクターバーが延びる方向を長さ方向とし、長さ方向及び高さ方向の両方に垂直な方向を幅方向とし、
前記第２の面及び前記支持面の各々は、前記コレクターバーが幅方向に膨張したとき前記コレクターバーが高さ方向上側に移動するように傾斜している、カソードアセンブリ。
【請求項2】
請求項１に記載のカソードアセンブリであって、
前記第２の面及び前記支持面の各々は、前記電解炉に設置された状態において、幅方向の内側から外側に向かって高さが高くなるように傾斜している、カソードアセンブリ。
前記第２の面及び前記支持面の各々は、前記電解炉に設置された状態において、幅方向の内側から外側に向かって高さが高くなるように傾斜している、カソードアセンブリ。
【請求項3】
請求項２に記載のカソードブロックであって、
前記コレクターバーは、前記溝の側面と接触していない、カソードアセンブリ。
前記コレクターバーは、前記溝の側面と接触していない、カソードアセンブリ。
【請求項4】
請求項１に記載のカソードアセンブリであって、
前記第２の面及び前記支持面の各々は、前記電解炉に設置された状態において、幅方向の外側から内側に向かって高さが高くなるように傾斜している、カソードアセンブリ。
前記第２の面及び前記支持面の各々は、前記電解炉に設置された状態において、幅方向の外側から内側に向かって高さが高くなるように傾斜している、カソードアセンブリ。
【請求項5】
請求項４に記載のカソードブロックであって、
前記コレクターバーは、幅方向に並んで配置された第１サブコレクターバー及び第２サブコレクターバーからなり、
前記第１サブコレクターバーと前記第２サブコレクターバーとが接触していない、カソードアセンブリ。
前記コレクターバーは、幅方向に並んで配置された第１サブコレクターバー及び第２サブコレクターバーからなり、
前記第１サブコレクターバーと前記第２サブコレクターバーとが接触していない、カソードアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、カソードアセンブリに関する。
【背景技術】
【0002】
アルミニウム製錬用の電解炉の陰極（カソード）には、炭素製のカソードブロックが使用される。カソードブロックは、シェルと呼ばれる鉄製の箱に設置され、電解炉の炉底を構成する。カソードブロックはまた、電解浴に電子を供給する役割を担っている。
【0003】
カソードブロックには、金属製のコレクターバーを介して電子が供給される。以下、本明細書では、カソードブロックにコレクターバーを接続した組立体を「カソードアセンブリ」と呼ぶ。
【0004】
国際公開第２０１８／１３４７５４号には、炭素質材料からなるカソード本体と、金属材料からなる少なくとも一つのカソードコレクターバーとを備えるカソードアセンブリが開示されている。このカソードコレクターバーは、二つのバーエレメントを備えている。二つのバーエレメントの各々は、カソード本体のスロットの側面と接触する主側面と、テーパー面とを備えている。二つのテーパー面は、二つのバーエレメント間で接触ラインを形成する。
【0005】
特表２０１７－５３４７７０号公報には、炭素カソード内に組み立てられたカソード集電体アセンブリが開示されている。このカソード集電体アセンブリは、炭素カソードの下に配置される高導電性金属の集電バーを備える。この集電バーは、炭素カソードとの界面に、導電性のフレキシブルなフォイル又はシートを有する。
【0006】
国際公開第２０２１／２４０３５３号には、少なくとも一つのスロットを備える炭素質の材料からなるカソード本体と、このスロットに部分的に収納されるコレクターバーシステムとを備えるカソードアセンブリが開示されている。コレクターバーシステムは、二つの個別バーと、個別バーに取り付けられ、コレクターバーシステムの外側面がスロットの内側壁と強固に接触するようにする維持手段とを備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】国際公開第２０１８／１３４７５４号
【特許文献2】特表２０１７－５３４７７０号公報
【特許文献3】国際公開第２０２１／２４０３５３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
コレクターバーは一般的に、カソードブロックに形成された溝（「カソードスロット」とも呼ばれる。）内に配置される。アルミニウム製錬用の電解炉の操業温度は約９６０℃であるが、このとき、溝内のコレクターバーが熱膨張し、溝の側面と強く接触する。溝の側面には強い接触圧力が掛かるため、その部分の接触抵抗が低くなる。操業時の電流はカソード電解面側からコレクターバーへと流れるが、溝側面とコレクターバーとの間の接触抵抗が低いため、この部分に電流が迂回して流れる。これによって、電力が余計に消費される。
【0009】
本発明の課題は、コレクターバーが熱膨張した際、カソードブロックの溝の側面よりも底面に強い接触圧力が掛かるようにすることで、カソードブロック内の電流経路を最短化し、電力消費量を抑制できるカソードアセンブリを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明の一実施形態によるカソードアセンブリは、アルミニウム製錬用の電解炉で使用されるカソードアセンブリであって、底部に溝が設けられた炭素製のカソードブロックと、前記溝内に配置された金属製のコレクターバーと、前記溝内に配置されたサポートバーと、を備え、前記コレクターバーは、前記溝の底面に接触する第１の面と、前記第１の面の反対側の面である第２の面とを有し、前記サポートバーは、前記第２の面に接触する面であって、前記第２の面に沿う形状を有する支持面を有し、前記電解炉に設置された状態において、前記コレクターバーが延びる方向を長さ方向とし、長さ方向及び高さ方向の両方に垂直な方向を幅方向とし、前記第２の面及び前記支持面の各々は、前記コレクターバーが幅方向に膨張したとき前記コレクターバーが高さ方向上側に移動するように傾斜している。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、コレクターバーが熱膨張した際、カソードブロックの溝の側面よりも底面に強い接触圧力が掛かるようにすることで、カソードブロック内の電流経路を最短化し、電力消費量を抑制できるカソードアセンブリが得られる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。各図に示された構成部材間の寸法比は、必ずしも実際の寸法比を示すものではない。
【0014】
【0015】
電解炉１は、本発明の第１の実施形態によるカソードアセンブリ１００を備えている。カソードアセンブリ１００は、図１の奥行き方向（ｙ方向）に複数並べて配置されている。カソードアセンブリ１００の各々は、カソードブロック１０と、コレクターバー２０と、サポートバー３０とを備えている。カソードブロック１０は、電解炉１の炉底を構成している。コレクターバー２０とカソードブロック１０とは電気的に接続されており、コレクターバー２０の端部は電解炉１の外側に引き出されている。サポートバー３０は、コレクターバー２０を下方から支持している。カソードアセンブリ１００の詳しい構成は後述する。
【0016】
電解炉１は、カソードアセンブリ１００に加えて、アノード９１、シェル９２、ライニング９３等を備えている。電解炉１の内部には、酸化アルミニウムを含む融液９４が収容されている。コレクターバー２０及びアノード９１は、図示しない電源装置に電気的に接続されている。電源装置によって、カソードブロック１０とアノード９１との間に電圧が印加される。これによって融液９４中の酸化アルミニウムが還元され、アルミニウム９５が生成する。
【0017】
［カソードアセンブリ１００の構成］
図２～図５を参照して、カソードアセンブリ１００の構成を説明する。図２は、カソードアセンブリ１００の構成を模式的に示す斜視図である。図３は、カソードアセンブリ１００を図２とは異なる方向から（底面側から）見た斜視図である。図４は、図３からカソードブロック１０を抜き出して示す図である。図５は、カソードアセンブリ１００を図４のＶ―Ｖ線を通る面で切断した断面図（ｙｚ断面図）である。
図２～図５を参照して、カソードアセンブリ１００の構成を説明する。図２は、カソードアセンブリ１００の構成を模式的に示す斜視図である。図３は、カソードアセンブリ１００を図２とは異なる方向から（底面側から）見た斜視図である。図４は、図３からカソードブロック１０を抜き出して示す図である。図５は、カソードアセンブリ１００を図４のＶ―Ｖ線を通る面で切断した断面図（ｙｚ断面図）である。
【0018】
カソードアセンブリ１００は、既述のとおり、カソードブロック１０と、コレクターバー２０と、サポートバー３０とを備えている。カソードアセンブリ１００はさらに、固定部材４１（図３及び図５）や、スペーサー４２（図５）等を備えている。カソードアセンブリ１００は例えば、アルミナ等の粉末が敷き詰められた床面Ｆ（図５）の上に設置される。
【0019】
カソードブロック１０は、炭素製である。「炭素製のカソードブロック」には、ＴｉＢ２やＴｉＣ等と炭素との複合材からなるカソードブロックも含まれる。カソードブロック１０は、好ましくは黒鉛製である。カソードブロック１０は、直方体形状であり、図４に示すとおり、底部に溝１１が設けられている。溝１１は、カソードブロック１０の底部に加えて、カソードブロック１０の側面（図２のｘ方向に垂直な面）においても開口している。すなわち溝１１は、カソードブロック１０をｘ方向に貫通している。溝１１は、底面１０ａ及び二つの側面１０ｂを有している。
【0020】
溝１１の底面１０ａは、水平面にほぼ水平な平面である。一方、二つの側面１０ｂは、鉛直方向から傾斜している（図５を参照。）。二つの側面１０ｂは、より具体的には、カソードブロック１０の底面（ｚ方向下側）に近づくほど互いの間隔が小さくなるように傾斜している。傾斜角度は、例えば１～２０°である。これによって、溝１１はｙｚ断面（コレクターバー２０が延びる方向と垂直な断面）において、台形の形状を有している。この断面形状は、コレクターバー２０及びサポートバー３０が溝１１から脱落するのを抑制できるため、好ましい形状である。もっとも、溝１１の断面形状は任意である。溝１１の断面形状は例えば、矩形であってもよい。すなわち、溝１１の二つの側面１０ｂは、水平面と垂直な面であってもよい。
【0021】
溝１１内には、コレクターバー２０及びサポートバー３０が配置されている。
【0022】
コレクターバー２０は、より具体的には、図２及び図３に示すように、ｘ方向の両方の端部が溝１１の外側に突き出るように溝１１内に配置されている。このように、ある部材が「溝１１内に配置されている」という場合、当該部材の少なくとも一部が溝１１内に配置されていることを意味し、当該部材の他の一部が溝１１の外側にはみ出している場合を含むものとする。
【0023】
コレクターバー２０は、金属製である。コレクターバー２０は、電気伝導率が高い金属からなることが好ましい。コレクターバー２０は、例えば鉄若しくは銅、又はこれらの合金からなり、好ましくは銅又は銅合金からなる。
【0024】
コレクターバー２０は、一方向に延びた形状を有している。以下、コレクターバー２０が延びる方向（ｘ方向）を長さ方向と呼ぶ。また、長さ方向及び高さ方向（カソードアセンブリ１００が電解炉１に配置された状態における鉛直方向（ｚ方向））の両方に垂直な方向（ｙ方向）を幅方向と呼ぶ。コレクターバー２０は、溝１１が延びる方向と長さ方向とが平行になるように配置されている。
【0025】
図５に示すように、コレクターバー２０は、カソードブロック１０の溝１１の底面１０ａと接触する上面（第１の面）２０ａ、上面２０ａの反対側の面である下面（第２の面）２０ｂ、及び溝１１の側面１０ｂと対向する面である二つの外側面２０ｃを有している。
【0026】
上面２０ａは、溝１１の底面１０ａに沿った形状を有していることが好ましい。上面２０ａは、例えば水平面と平行な平面である。
【0027】
下面２０ｂは、後述するサポートバー３０の支持面（３１ａ、３２ａ）に接触している。下面２０ｂは、支持面（３１ａ、３２ａ）に沿った形状を有している。下面２０ｂはより具体的には、カソードアセンブリ１００が組み上げられて電解炉１（図１）に設置された状態において、幅方向の内側から外側に向かって高さが高くなるように傾斜している。下面２０ｂの詳細は後述する。
【0028】
二つの外側面２０ｃの各々と対応する溝１１の側面１０ｂとの間には、隙間ｃ１が設けられている。すなわち、コレクターバー２０は、溝１１の側面１０ｂと接触していない。二つの外側面２０ｃは任意の形状であってよい。二つの外側面２０ｃは例えば、水平面と垂直な平面である。
【0029】
サポートバー３０は、溝１１内において、コレクターバー２０の下側に配置されている。サポートバー３０は、一方向に延びた形状を有しており、溝１１が延びる方向とサポートバー３０が延びる方向とが平行になるように配置されている。
【0030】
図３では、サポートバー３０の全体が溝１１内に配置されているように図示しているが、この構成は例示であり、サポートバー３０もコレクターバー２０と同様に、一部が溝１１からはみ出していてもよい。
【0031】
サポートバー３０の長さ（ｘ方向の寸法）は、カソードブロック１０の長さと同程度であることが好ましいが、カソードブロック１０の長さよりも短くてもよい。サポートバー３０の長さは、好ましくはカソードブロック１０の長さの３０％以上であり、さらに好ましくは５０％以上であり、さらに好ましくは８０％以上である。
【0032】
サポートバー３０は、導電性を有していても有していなくてもよい。サポートバー３０の材質は任意であるが、所定の強度と耐熱性とを備えているものが好ましい。サポートバー３０は、例えば金属やセラミックスからなり、好ましくは鉄又は鉄合金からなる。
【0033】
サポートバー３０は、幅方向に並んで配置された、第１サブバー（第１サブサポートバー）３１と、第２サブバー（第２サブサポートバー）３２とからなる。
【0034】
図５に示すように、第１サブバー３１は、コレクターバー２０の下面２０ｂと接触するように配置される上面３１ａ、上面３１ａの反対側の面である下面３１ｂ、溝１１の側面１０ｂと対向する面である外側面３１ｃ、及び第２サブバー３２と対向する面である内側面３１ｄを有している。同様に、第２サブバー３２は、コレクターバー２０の下面２０ｂと接触するように配置される上面３２ａ、上面３２ａの反対側の面である下面３２ｂ、溝１１の側面１０ｂと対向する面である外側面３２ｃ、及び第１サブバー３１と対向する面である内側面３２ｄを有している。
【0035】
コレクターバー２０は、第１サブバー３１の上面３１ａ及び第２サブバー３２の上面３２ａによって支持されている。以下、上面３１ａ及び上面３２ａによって構成される面を「サポートバー３０の支持面（３１ａ、３２ａ）」又は単に「支持面（３１ａ、３２ａ）」と呼ぶ。
【0036】
支持面（３１ａ、３２ａ）は、コレクターバー２０の下面２０ｂに沿う形状を有している。さらに、下面２０ｂ及び支持面（３１ａ、３２ａ）の各々は、コレクターバー２０が幅方向に膨張したときコレクターバー２０が高さ方向上側に移動するように傾斜している。
【0037】
本実施形態では、下面２０ｂ及び支持面（３１ａ、３２ａ）の各々は、カソードアセンブリ１００が組み上げられて電解炉１（図１）に設置された状態において、幅方向の内側から外側に向かって高さが高くなるように傾斜している。下面２０ｂ及び支持面（３１ａ、３２ａ）の各々は、より具体的には、幅方向の内側から外側に向かって高さが高くなるように、水平面から傾斜角αだけ傾斜している。傾斜角αは、特に限定されないが、例えば１～６０°である。傾斜角αの下限は、好ましくは３°であり、さらに好ましくは５°であり、さらに好ましくは１０°である。傾斜角αの上限は、好ましくは５０°であり、さらに好ましくは４５°であり、さらに好ましくは３０°である。下面２０ｂ及び支持面（３１ａ、３２ａ）に傾斜を設けることによる効果の詳細は後述する。
【0038】
第１サブバー３１の下面３１ｂ及び第２サブバー３２の下面３２ｂは、任意の形状であってよい。下面３１ｂ及び下面３２ｂは、例えば水平面と平行な平面である。
【0039】
第１サブバー３１の外側面３１ｃ及び第２サブバー３２の外側面３２ｃは、対応する溝１１の側面１０ｂと接触している。より正確には、外側面３１ｃと側面１０ｂとの間、及び外側面３２ｃと側面１０ｂとの間には、後述するスペーサー４２が配置されており、外側面３１ｃ及び３２ｃは、スペーサー４２を間に介した状態で、対応する溝１１の側面１０ｂと接触している。外側面３１ｃ及び３２ｃは、対応する溝１１の側面１０ｂに沿った形状であることが好ましい。
【0040】
第１サブバー３１の内側面３１ｄと第２サブバー３２の内側面３２ｄとの間には、隙間ｃ２が設けられている。すなわち、第１サブバー３１と第２サブバー３２とは、互いに接触していない。内側面３１ｄ及び内側面３２ｄは任意の形状であってよい。内側面３１ｄ及び内側面３２ｄは例えば、水平面と垂直な平面である。
【0041】
第１サブバー３１と第２サブバー３２との間の隙間ｃ２の大きさは、固定部材４１によって固定されている。本実施形態では、図３に示すように、複数の固定部材４１がサポートバー３０の長さ方向に沿って所定の間隔で配置されている。固定部材４１の各々は、幅方向に延びた板状の形状を有しており、第１サブバー３１の下面３１ｂ及び第２サブバー３２の下面３２ｂに接触している。固定部材４１の各々は、幅方向の両端付近の二箇所において、ドリルビス４１１によってサポートバー３０に固定されている。
【0042】
固定部材４１は、導電性を有していても有していなくてもよい。固定部材４１の材質は任意である。固定部材４１は、例えば金属やセラミックスからなる。固定部材４１は、コレクターバー２０よりも熱膨張率が小さいことが好ましく、コレクターバー２０及びサポートバー３０のいずれよりも熱膨張率が小さいことがさらに好ましい。
【0043】
固定部材４１とサポートバー３０とを固定する位置（ドリルビス４１１を打ち込む位置）は、できるだけサポートバー３０の幅方向の外側であることが好ましい。すなわち、固定部材４１とサポートバー３０とを固定する二つの位置の間の長さをできるだけ長くすることが好ましい。固定部材４１とサポートバー３０とを固定する二つの位置の間の長さは、好ましくはサポートバー３０の幅の５０％以上であり、さらに好ましくは７５％以上である。
【0044】
上述のとおり、第１サブバー３１の外側面３１ｃ及び第２サブバー３２の外側面３２ｃは、スペーサー４２を間に介した状態で、対応する溝１１の側面１０ｂと接触している。また、第１サブバー３１と第２サブバー３２との間の隙間ｃ２の大きさは、固定部材４１によって固定されている。この構成によれば、サポートバー３０がスペーサー４２を間に介した状態で溝１１の側面１０ｂに挟まれることにより、サポートバー３０の幅方向の位置が固定される。また、コレクターバー２０が第１サブバー３１の上面３１ａ及び第２サブバー３２の上面３２ａに挟まれることにより、コレクターバー２０の幅方向の位置が固定される。これによって、コレクターバー２０及びサポートバー３０が溝１１内に固定される。
【0045】
スペーサー４２は、高温で軟化することによって、サポートバー３０が熱膨張したときカソードブロック１０が受ける応力を緩和する。スペーサー４２は例えば、熱可塑性樹脂又は融点が６５０℃以下の金属からなるシート状の部材である。スペーサー４２は、好ましくは熱可塑性樹脂のシートである。
【0046】
［カソードアセンブリ１００の組立手順］
図６Ａ～図６Ｄを参照して、カソードアセンブリ１００の組立手順を説明する。図６Ａ～図６Ｄに示すように、カソードアセンブリ１００の組立ては、カソードブロック１０の底部が上向きになるように配置して行う。
図６Ａ～図６Ｄを参照して、カソードアセンブリ１００の組立手順を説明する。図６Ａ～図６Ｄに示すように、カソードアセンブリ１００の組立ては、カソードブロック１０の底部が上向きになるように配置して行う。
【0047】
まず、図６Ａに示すように、溝１１の底面１０ａの幅方向の中央付近にコレクターバー２０を配置する。この際、コレクターバー２０の上面２０ａが溝１１の底面１０ａと接触するように配置する。
【0048】
次に、図６Ｂに示すように、溝１１の側面１０ｂにスペーサー４２を配置し、さらにコレクターバー２０の上にサポートバー３０を配置する。この際、サポートバー３０の支持面（３１ａ、３２ａ）がコレクターバー２０の下面２０ｂと接触するように配置する。さらに、第１サブバー３１及び第２サブバー３２を幅方向の外側に寄せて、外側面３１ｃ及び外側面３２ｃがスペーサー４２を間に介して対応する溝１１の側面１０ｂに接触するようにする。
【0049】
次に、図６Ｃに示すように、サポートバー３０の上に複数の固定部材４１を配置し、ドリルビス４１１を打ち込んでサポートバー３０と複数の固定部材４１とを固定する。
【0050】
【0051】
［カソードアセンブリ１００の効果］
図７を参照して、カソードアセンブリ１００の効果を説明する。図７は、コレクターバー２０が幅方向に膨張する様子を模式的に示す断面図である。コレクターバー２０の二つの外側面２０ｃと溝１１の側面１０ｂとの間には隙間ｃ１が存在する。そのため、コレクターバー２０を加熱したとき、コレクターバー２０は、図７に白抜きの矢印で模式的に示すように、幅方向の中心を起点として外側に向かって熱膨張する。
図７を参照して、カソードアセンブリ１００の効果を説明する。図７は、コレクターバー２０が幅方向に膨張する様子を模式的に示す断面図である。コレクターバー２０の二つの外側面２０ｃと溝１１の側面１０ｂとの間には隙間ｃ１が存在する。そのため、コレクターバー２０を加熱したとき、コレクターバー２０は、図７に白抜きの矢印で模式的に示すように、幅方向の中心を起点として外側に向かって熱膨張する。
【0052】
コレクターバー２０の下面２０ｂ及びサポートバー３０の支持面（３１ａ、３２ａ）の各々は、幅方向の内側から外側に向かって高さが高くなるように傾斜している。そのため、コレクターバー２０が幅方向の外側に膨張すると、支持面（３１ａ、３２ａ）の上をずり上がり、コレクターバー２０が高さ方向（ｚ方向）の上側に移動する。これによって、溝１１の底面１０ａとコレクターバー２０の上面２０ａとの間に強い接触圧力が掛かる。
【0053】
図８は、仮想的な比較例によるカソードアセンブリ９００の構成を模式的に示す断面図である。カソードアセンブリ９００は、カソードブロック９１０と、コレクターバー９２０とを備えている。カソードブロック９１０には溝９１１が形成されており、コレクターバー９２０は、溝９１１内に配置されている。
【0054】
カソードアセンブリ９００では、コレクターバー９２０が幅方向に膨張することによって、溝９１１の側面とコレクターバー９２０の側面との間に強い接触圧力が掛かり、この部分の接触抵抗が低くなる。これによって、図８に二点鎖線によって模式的に示すように、電流が迂回して流れ、電力が余計に消費される。
【0055】
これに対し、本実施形態によるカソードアセンブリ１００の構成によれば、溝１１の底面１０ａとコレクターバー２０の上面２０ａとの間に強い接触圧力が掛かる。これによって、カソードブロック１０の上部から底部に向かって最短経路で電流が流れる。これによって、カソード電圧降下を改善することができる。
【0056】
なお、コレクターバー２０及びサポートバー３０は、幅方向だけではなく、高さ方向にも熱膨張する。高さ方向の熱膨張も、底面１０ａと上面２０ａとの接触圧力の向上に寄与する。
【0057】
以上、本発明の第１の実施形態によるカソードアセンブリ１００の構成を説明した。カソードアセンブリ１００の構成によれば、コレクターバー２０が熱膨張した際、カソードブロック１０の溝１１の側面１０ｂよりも底面１０ａに強い接触圧力が掛かるようにすることで、カソードブロック１０内の電流経路を最短化し、電力消費量を抑制することができる。
【0058】
上記では、サポートバー３０が第１サブバー３１及び第２サブバー３２からなる場合を説明した。サポートバー３０が一つの部品から構成されている場合、サポートバー３０の幅と溝１１の幅とを精度よく一致させることが好ましいが、そのような加工は、特に工業的な規模での生産では困難な場合がある。サポートバー３０を第１サブバー３１と第２サブバー３２とに分割し、隙間ｃ２の大きさを固定部材４１によって調整することで、サポートバー３０の幅の調整が容易になる。
【0059】
本実施形態ではまた、第１サブバー３１と第２サブバー３２とが互いに接触しないように配置されている。さらに、サポートバー３０と固定部材４１とは、サポートバー３０の幅方向の外側でドリルビス４１１によって固定されている。この構成によれば、第１サブバー３１及び第２サブバー３２は、図７に白抜きの矢印で模式的に示すように、ドリルビス４１１の位置を起点として、幅方向の外側から内側に向かって膨張する。これによって、固定部材４１の熱膨張の影響をキャンセルできる。あるいは、第１サブバー３１及び第２サブバー３２が、固定部材４１の熱膨張の量よりも大きく膨張することによって、コレクターバー２０を高さ方向のより上側に移動させることができる。
【0060】
もっとも、コレクターバー２０を溝１１の側面１０ｂよりも底面１０ａにより強く接触させるという効果は、サポートバー３０が一つの部品から構成されている場合でも得られる。そのため、サポートバー３０が第１サブバー３１及び第２サブバー３２からなることは必須ではなく、サポートバー３０は一つの部品から構成されていてもよい。この場合、カソードアセンブリ１００は、固定部材４１を備えていなくてもよい。
【0061】
またスペーサー４２も、コレクターバー２０を溝１１の側面１０ｂよりも底面１０ａにより強く接触させるという観点からは必須ではない。そのためカソードアセンブリ１００は、スペーサー４２を備えていなくてもよい。
【0062】
上記では、コレクターバー２０のｘ方向の両方の端部が溝１１の外側に突き出ている場合を説明した。しかし、一つの溝１１に二本のコレクターバー２０を配置し、各々の一方の端部が溝１１の外側に突き出るようにしてもよい。
【0063】
上記では、カソードブロック１０に一つの溝１１が形成されている場合を説明した。しかし、カソードブロック１０に複数の溝を設けて、一つのカソードブロックに複数のコレクターバー２０及びサポートバー３０を配置するようにしてもよい。
【0064】
［カソードアセンブリ１００の変形例１］
図９は、カソードアセンブリ１００の変形例の一つであるカソードアセンブリ１００Ａの構成を模式的に示す断面図である。カソードアセンブリ１００Ａは、カソードアセンブリ１００（図５）のコレクターバー２０に代えて、コレクターバー２０Ａを備えている。
図９は、カソードアセンブリ１００の変形例の一つであるカソードアセンブリ１００Ａの構成を模式的に示す断面図である。カソードアセンブリ１００Ａは、カソードアセンブリ１００（図５）のコレクターバー２０に代えて、コレクターバー２０Ａを備えている。
【0065】
コレクターバー２０Ａは、幅方向に並んで配置された、第１サブバー（第１サブコレクターバー）２１と、第２サブバー（第２サブコレクターバー）２２とからなる。すなわち、カソードアセンブリ１００（図５）のコレクターバー２０は一つの部品から構成されているのに対し、カソードアセンブリ１００Ａ（図９）のコレクターバー２０Ａは二つの部品からなる。第１サブバー２１と第２サブバー２２とは、互いに接触した状態で配置されている。カソードアセンブリ１００Ａの構成によっても、カソードアセンブリ１００の場合と同様の効果が得られる。
【0066】
コレクターバー２０Ａの材質によっては、大きいサイズの部品を調達することが困難な場合がある。カソードアセンブリ１００Ａの構成によれば、コレクターバー２０Ａを第１サブバー２１と第２サブバー２２とに分けることによって、部品の調達を容易にすることができる。コレクターバー２０Ａは、三つ以上の部品から構成されるようにしてもよい。
【0067】
［カソードアセンブリ１００の変形例２］
図１０は、カソードアセンブリ１００の変形例の一つであるカソードアセンブリ１００Ｂの構成を模式的に示す断面図である。カソードアセンブリ１００Ｂは、カソードアセンブリ１００Ａ（図９）と比較して、傾斜角αの大きさが異なっている。
図１０は、カソードアセンブリ１００の変形例の一つであるカソードアセンブリ１００Ｂの構成を模式的に示す断面図である。カソードアセンブリ１００Ｂは、カソードアセンブリ１００Ａ（図９）と比較して、傾斜角αの大きさが異なっている。
【0068】
傾斜角αが大きいほど、コレクターバー２０Ａが熱膨張した際、コレクターバー２０Ａが高さ方向の上側に移動する量が大きくなる。そのため、傾斜角αが大きいほど、溝１１の底面１０ａとコレクターバー２０の上面２０ａとの間により強い接触圧力を掛けることができる。一方、傾斜角αが大きいほど、コレクターバー２０Ａの断面積が小さくなる。傾斜角αは、底面１０ａと上面２０ａとの間の接触圧力が大きくなる効果と、コレクターバー２０Ａの断面積が小さくなる効果とを考慮して決定することが好ましい。
【0069】
［第２の実施形態］
［カソードアセンブリ２００の構成］
図１１～図１３を参照して、本発明の第２の実施形態によるカソードアセンブリ２００の構成を説明する。図１１は、カソードアセンブリ２００の構成を模式的に示す斜視図である。図１１は、図３と同様に、カソードアセンブリ２００を底面側から見た斜視図である。図１２は、カソードアセンブリ２００を図１１のＸＩＩ－ＸＩＩ線を通る面で切断した断面図（ｙｚ断面図）であり、図１３は、カソードアセンブリ２００を図１１のＸＩＩＩ－ＸＩＩＩ線を通る面で切断した断面図（ｙｚ断面図）である。
［カソードアセンブリ２００の構成］
図１１～図１３を参照して、本発明の第２の実施形態によるカソードアセンブリ２００の構成を説明する。図１１は、カソードアセンブリ２００の構成を模式的に示す斜視図である。図１１は、図３と同様に、カソードアセンブリ２００を底面側から見た斜視図である。図１２は、カソードアセンブリ２００を図１１のＸＩＩ－ＸＩＩ線を通る面で切断した断面図（ｙｚ断面図）であり、図１３は、カソードアセンブリ２００を図１１のＸＩＩＩ－ＸＩＩＩ線を通る面で切断した断面図（ｙｚ断面図）である。
【0070】
カソードアセンブリ２００は、カソードアセンブリ１００（図３）のコレクターバー２０及びサポートバー３０に代えて、コレクターバー５０及びサポートバー６０を備えている。すなわち、カソードアセンブリ２００は、カソードブロック１０と、コレクターバー５０と、サポートバー６０とを備えている。カソードアセンブリ２００はさらに、固定部材４３及び間隔調整部材４４を備えている。
【0071】
コレクターバー５０は、幅方向に並んで配置された、第１サブバー（第１サブコレクターバー）５１と、第２サブバー（第２サブコレクターバー）５２とからなる。
【0072】
図１２及び図１３に示すように、第１サブバー５１は、溝１１の底面１０ａと接触するように配置される上面５１ａ、上面５１ａの反対側の面である下面５１ｂ、溝１１の側面１０ｂと対向する面である外側面５１ｃ、及び第２サブバー５２と対向する面である内側面５１ｄを有している。同様に、第２サブバー５２は、溝１１の底面１０ａと接触するように配置される上面５２ａ、上面５２ａの反対側の面である下面５２ｂ、溝１１の側面１０ｂと対向する面である外側面５２ｃ、及び第１サブバー５１と対向する面である内側面５２ｄを有している。
【0073】
以下、上面５１ａ及び上面５２ａによって構成される面（第１の面）を「コレクターバーの上面（５１ａ、５２ａ）」又は単に「上面（５１ａ、５２ａ）」と呼ぶ。同様に、下面５１ｂ及び下面５２ｂによって構成される面（第２の面）を「コレクターバーの下面（５１ｂ、５２ｂ）」又は単に「下面（５１ｂ、５２ｂ）」と呼ぶ。
【0074】
上面（５１ａ、５２ａ）は、溝１１の底面１０ａに沿った形状を有していることが好ましい。上面（５１ａ、５２ａ）は、例えば水平面と平行な平面である。
【0075】
下面（５１ｂ、５２ｂ）は、後述するサポートバー６０の支持面（６１ａ、６２ａ）に接触している。下面（５１ｂ、５２ｂ）は、支持面（６１ａ、６２ａ）に沿った形状を有している。下面（５１ｂ、５２ｂ）はより具体的には、カソードアセンブリ２００が組み上げられて電解炉に設置された状態において、幅方向の外側から内側に向かって高さが高くなるように傾斜している。下面（５１ｂ、５２ｂ）の詳細は後述する。
【0076】
第１サブバー５１の外側面５１ｃ及び第２サブバー５２の外側面５２ｃの各々は、対応する溝１１の側面１０ｂと接触している。すなわち、コレクターバー５０は、溝１１の側面１０ｂと接触している。第１サブバー５１の外側面５１ｃ及び第２サブバー５２の外側面５２ｃの各々は、対応する溝１１の側面１０ｂに沿った形状を有していることが好ましい。
【0077】
第１サブバー５１の内側面５１ｄと第２サブバー５２の内側面５２ｄとの間には、隙間ｃ３が設けられている。すなわち、第１サブバー５１と第２サブバー５２とは接触していない。内側面５１ｄ及び内側面５２ｄは任意の形状であってよい。内側面５１ｄ及び内側面５２ｄは例えば、水平面と垂直な平面である。
【0078】
サポートバー６０は、幅方向に並んで配置された、第１サブバー（第１サブサポートバー）６１と、第２サブバー（第２サブサポートバー）６２とからなる。
【0079】
図１２及び図１３に示すように、第１サブバー６１は、コレクターバー５０の下面（５１ｂ、５２ｂ）と接触するように配置される上面６１ａ、上面６１ａの反対側の面である下面６１ｂ、溝１１の側面１０ｂと対向する面である外側面６１ｃ、及び第２サブバー６２と対向する面である内側面６１ｄを有している。同様に、第２サブバー６２は、コレクターバー５０の下面（５１ｂ、５２ｂ）と接触するように配置される上面６２ａ、上面６２ａの反対側の面である下面６２ｂ、溝１１の側面１０ｂと対向する面である外側面６２ｃ、及び第１サブバー６１と対向する面である内側面６２ｄを有している。
【0080】
コレクターバー５０は、第１サブバー６１の上面６１ａ及び第２サブバー６２の上面６２ａによって支持されている。以下、上面６１ａ及び上面６２ａによって構成される面を「サポートバー６０の支持面（６１ａ、６２ａ）」又は単に「支持面（６１ａ、６２ａ）」と呼ぶ。
【0081】
支持面（６１ａ、６２ａ）は、コレクターバー５０の下面（５１ｂ、５２ｂ）に沿う形状を有している。さらに、下面（５１ｂ、５２ｂ）及び支持面（６１ａ、６２ａ）の各々は、コレクターバー５０が幅方向に膨張したときコレクターバー５０が高さ方向上側に移動するように傾斜している。
【0082】
本実施形態では、下面（５１ｂ、５２ｂ）及び支持面（６１ａ、６２ａ）の各々は、カソードアセンブリ２００が組み上げられて電解炉に設置された状態において、幅方向の外側から内側に向かって高さが高くなるように傾斜している。下面（５１ｂ、５２ｂ）及び支持面（６１ａ、６２ａ）の各々は、より具体的には、幅方向の外側から内側に向かって高さが高くなるように、水平面から傾斜角βだけ傾斜している。傾斜角βは、特に限定されないが、例えば１～６０°である。傾斜角βの好ましい範囲は、カソードアセンブリ１００（図５）の傾斜角αの好ましい範囲と同様である。
【0083】
第１サブバー６１の下面６１ｂ及び第２サブバー６２の下面６２ｂは、任意の形状であってよい。下面６１ｂ及び下面６２ｂは、例えば水平面と平行な平面である。
【0084】
第１サブバー６１の外側面６１ｃ及び第２サブバー６２の外側面６２ｃと対応する溝１１の側面１０ｂとの間には、隙間ｃ４が設けられている。すなわち、サポートバー６０は、溝１１の側面１０ｂと接触していない。外側面６１ｃ及び外側面６２ｃは任意の形状であってよい。外側面６１ｃ及び外側面６２ｃは例えば、水平面と垂直な平面である。
【0085】
第１サブバー６１の内側面６１ｄと第２サブバー６２の内側面６２ｄとの間には、隙間ｃ５が設けられている。すなわち、第１サブバー６１と第２サブバー６２とは、互いに接触していない。内側面６１ｄ及び内側面６２ｄは任意の形状であってよい。内側面６１ｄ及び内側面６２ｄは例えば、水平面と垂直な平面である。
【0086】
第１サブバー６１と第２サブバー６２との間の隙間ｃ５は、間隔調整部材４４によって所定の大きさに調整された状態で維持されている。本実施形態では、複数の間隔調整部材４４がサポートバー６０の長さ方向に沿って所定の間隔で配置されている。間隔調整部材４４は、例えばねじである。図１３に示すように、第１サブバー６１にねじ穴６１１を設けてここに間隔調整部材４４を挿入し、締結度合によって間隔調整部材４４の突出度合いを調整することで、隙間ｃ５の大きさを調整することができる。
【0087】
間隔調整部材４４は、上記の構成に限定されない。間隔調整部材４４は、隙間ｃ５の大きさを調整できるものであればよい。もっとも、隙間ｃ５の大きさを細かく制御できるという観点からは、ねじ機構を利用したものであることが好ましい。
【0088】
サポートバー６０の高さ方向の下側には、固定部材４３が配置されている。コレクターバー５０及びサポートバー６０は、溝１１の底面１０ａ及び固定部材４３によって高さ方向の上下から挟まれることにより、高さ方向の位置が固定されている。
【0089】
本実施形態では、図１１に示すように、複数の固定部材４３がサポートバー６０の長さ方向に沿って所定の間隔で配置されている。固定部材４３の各々は、幅方向に延びた板状の形状を有しており、第１サブバー６１の下面６１ｂ及び第２サブバー６２の下面６２ｂに接触している。固定部材４３の各々は、幅方向の両端付近において、ねじ４３１によってカソードブロック１０の底面に固定されている。
【0090】
ねじ４３１を通すために固定部材４３に空けておく貫通穴４３ａは、図１２に示すように、幅方向に延びた形状を有することが好ましい。これによって、固定部材４３が幅方向に熱膨張した際に、カソードブロック１０に加わる応力を低減することができる。また、高さ方向の熱膨張による影響を緩和するため、ねじ４３１の長さは長くすることが好ましい。一方、ねじ４３１が長すぎると、溝１１の底面１０ａへの圧力が下がりすぎる場合がある。ねじ４３１の長さは、これらを考慮して適切な長さとすることが好ましい。また、ねじ穴１２が破損するのを抑制するため、ねじ４３１として二条ねじ等の多条ねじを用いることが好ましい。
【0091】
固定部材４３は、導電性を有していても有していなくてもよい。固定部材４３の材質は任意である。固定部材４３は、例えば金属やセラミックスからなる。固定部材４３は、コレクターバー５０よりも熱膨張率が小さいことが好ましく、コレクターバー５０及びサポートバー６０のいずれよりも熱膨張率が小さいことがさらに好ましい。
【0092】
上述のとおり、第１サブバー６１と第２サブバー６２との間の隙間ｃ５は、間隔調整部材４４によって所定の大きさに調整された状態で維持されている。また、サポートバー６０の支持面（６１ａ、６２ａ）は、幅方向の外側から内側に向かって高さが高くなるように傾斜している。これによって、コレクターバー５０の第１サブバー５１は、サポートバー６０の第１サブバー６１から、幅方向の外側に抗力を受ける。同様に、コレクターバー５０の第２サブバー５２は、サポートバー６０の第２サブバー６２から、幅方向の外側に抗力を受ける。一方、第１サブバー５１及び第２サブバー５２は溝１１の側面１０ｂに接触しているため、幅方向の外側にも移動できない。この構成によって、コレクターバー５０及びサポートバー６０が溝１１内に固定される。
【0093】
［カソードアセンブリ２００の組立手順］
図１４Ａ～図１４Ｄを参照して、カソードアセンブリ２００の組立手順を説明する。図１４Ａ～図１４Ｄに示すように、カソードアセンブリ２００の組立ては、カソードブロック１０の底部が上向きになるように配置して行う。
図１４Ａ～図１４Ｄを参照して、カソードアセンブリ２００の組立手順を説明する。図１４Ａ～図１４Ｄに示すように、カソードアセンブリ２００の組立ては、カソードブロック１０の底部が上向きになるように配置して行う。
【0094】
まず、図１４Ａに示すように、溝１１の底面１０ａに第１サブバー５１及び第２サブバー５２を配置する。この際、上面５１ａ及び上面５２ａが溝１１の底面１０ａに接触するように配置する。さらに、第１サブバー５１及び第２サブバー５２を幅方向の外側に寄せて、外側面５１ｃ及び外側面５２ｃが対応する溝１１の側面１０ｂに接触するようにする。
【0095】
次に、図１４Ｂに示すように、第１サブバー５１及び第２サブバー５２の上に第１サブバー６１及び第２サブバー６２を配置する。この際、サポートバー６０の支持面（６１ａ、６２ａ）がコレクターバー５０の下面（５１ｂ、５２ｂ）と接触するように配置する。
【0096】
次に、図１４Ｃに示すように、サポートバー６０の上に複数の固定部材４３を配置し、ねじ４３１をねじ穴１２に締め込んでカソードブロック１０に固定する。その後、間隔調整部材４４を緩めることによって、コレクターバー５０及びサポートバー６０を溝１１内に固定する。
【0097】
【0098】
［カソードアセンブリ２００の効果］
図１５を参照して、カソードアセンブリ２００の効果を説明する。図１５は、コレクターバー５０が幅方向に膨張する様子を模式的に示す断面図である。第１サブバー５１の外側面５１ｃ及び第２サブバー５２の外側面５２ｃは溝１１の側面１０ｂによって拘束されているのに対し、第１サブバー５１と第２サブバー５２との間には隙間ｃ３が存在する。そのため、コレクターバー５０を加熱したとき、コレクターバー５０は、図７に白抜きの矢印で模式的に示すように、幅方向の外側を起点として内側に向かって熱膨張する。
図１５を参照して、カソードアセンブリ２００の効果を説明する。図１５は、コレクターバー５０が幅方向に膨張する様子を模式的に示す断面図である。第１サブバー５１の外側面５１ｃ及び第２サブバー５２の外側面５２ｃは溝１１の側面１０ｂによって拘束されているのに対し、第１サブバー５１と第２サブバー５２との間には隙間ｃ３が存在する。そのため、コレクターバー５０を加熱したとき、コレクターバー５０は、図７に白抜きの矢印で模式的に示すように、幅方向の外側を起点として内側に向かって熱膨張する。
【0099】
コレクターバー５０の下面（５１ｂ、５２ｂ）及びサポートバー６０の支持面（６１ａ、６２ａ）の各々は、幅方向の外側から内側に向かって高さが高くなるように傾斜している。そのため、コレクターバー５０が幅方向の内側に膨張すると、支持面（６１ａ、６２ａ）の上をずり上がり、コレクターバー５０が高さ方向（ｚ方向）の上側に移動する。これによって、溝１１の底面１０ａとコレクターバー５０の上面（５１ａ、５２ａ）との間に強い接触圧力が掛かる。
【0100】
本実施形態ではまた、第１サブバー６１の外側面６１ｃ及び第２サブバー６２の外側面６２ｃが、対応する溝１１の側面１０ｂと接触しないように配置されている。この構成によれば、第１サブバー６１及び第２サブバー６２は、図１５に白抜きの矢印で模式的に示すように、幅方向の内側から外側に向かって膨張する。これによって、コレクターバー５０を高さ方向のより上側に移動させることができる。
【0101】
以上、本発明の第２の実施形態によるカソードアセンブリ２００の構成を説明した。カソードアセンブリ２００の構成によれば、コレクターバー５０が熱膨張した際、カソードブロック１０の溝１１の側面１０ｂよりも底面１０ａに強い接触圧力が掛かるようにすることで、カソードブロック１０内の電流経路を最短化し、電力消費量を抑制することができる。
【0102】
上記では、サポートバー６０が第１サブバー６１及び第２サブバー６２からなる場合を説明した。サポートバー６０を第１サブバー６１と第２サブバー６２とに分割し、隙間ｃ５の大きさを間隔調整部材４４によって調整することで、サポートバー６０の幅の調整が容易になる。
【0103】
もっとも、コレクターバー５０を溝１１の側面１０ｂよりも底面１０ａにより強く接触させるという効果は、サポートバー６０が一つの部品から構成されている場合でも得られる。そのため、サポートバー６０が第１サブバー６１及び第２サブバー６２からなることは必須ではなく、サポートバー６０は一つの部品から構成されていてもよい。この場合、カソードアセンブリ２００は、間隔調整部材４４を備えていなくてもよい。
【0104】
［カソードアセンブリ２００の変形例］
図１６は、カソードアセンブリ２００の変形例であるカソードアセンブリ２００Ａの構成を模式的に示す断面図である。カソードアセンブリ２００Ａは、カソードアセンブリ２００（図１２）の固定部材４３に代えて、一対の固定部材４５を備えている。
図１６は、カソードアセンブリ２００の変形例であるカソードアセンブリ２００Ａの構成を模式的に示す断面図である。カソードアセンブリ２００Ａは、カソードアセンブリ２００（図１２）の固定部材４３に代えて、一対の固定部材４５を備えている。
【0105】
一対の固定部材４５の各々は、断面がＬ字型の形状を有し、溝１１の側面１０ｂに接する部分と、第１サブバー６１の下面６１ｂ又は第２サブバー６２の下面６２ｂに接する部分とを有している。固定部材４５の各々は、溝１１の側面１０ｂに接する部分に突起部４５１を有している。溝１１の側面１０ｂに形成されたスリット１３に突起部４５１を挿入することにより、固定部材４５の高さ方向の位置が固定されている。コレクターバー５０及びサポートバー６０は、溝１１の底面１０ａ及び固定部材４５によって高さ方向の上下から挟まれることにより、高さ方向の位置が固定されている。また、固定部材４５、コレクターバー５０及びサポートバー６０は、溝１１によって挟まれることにより、幅方向の位置が固定されている。この構成によって、コレクターバー５０及びサポートバー６０が溝１１内に固定されている。
【0106】
カソードアセンブリ２００Ａの構成によっても、カソードアセンブリ２００の場合と同様の効果が得られる。
【0107】
［第３の実施形態］
［カソードアセンブリ３００の構成］
図１７～図１９を参照して、本発明の第３の実施形態によるカソードアセンブリ３００の構成を説明する。図１７は、カソードアセンブリ３００の構成を模式的に示す斜視図である。図１７は、図３及び図１１と同様に、カソードアセンブリ３００を底面側から見た斜視図である。図１８は、カソードアセンブリ３００の構成から、後述するサポートバー７０の本体部分７１を除いた構成を模式的に示す斜視図である。図１９は、カソードアセンブリ３００を図１７のＸＩＸ－ＸＩＸ線を通る面で切断した断面図（ｙｚ断面図）である。
［カソードアセンブリ３００の構成］
図１７～図１９を参照して、本発明の第３の実施形態によるカソードアセンブリ３００の構成を説明する。図１７は、カソードアセンブリ３００の構成を模式的に示す斜視図である。図１７は、図３及び図１１と同様に、カソードアセンブリ３００を底面側から見た斜視図である。図１８は、カソードアセンブリ３００の構成から、後述するサポートバー７０の本体部分７１を除いた構成を模式的に示す斜視図である。図１９は、カソードアセンブリ３００を図１７のＸＩＸ－ＸＩＸ線を通る面で切断した断面図（ｙｚ断面図）である。
【0108】
カソードアセンブリ３００は、カソードアセンブリ２００（図１１）のサポートバー６０に代えて、サポートバー７０を備えている。すなわち、カソードアセンブリ３００は、カソードブロック１０と、コレクターバー５０と、サポートバー７０とを備えている。カソードアセンブリ３００はさらに、高さ保持部材４６を備えている。
【0109】
サポートバー７０は、本体部分７１と、シート７２とからなる。本体部分７１は、セラミックスの粉末の固化物からなる。本体部分７１は、好ましくはアルミナセメント等のセメントからなる。サポートバー７０は、後述するように、コレクターバー５０の下面（５１ａ、５２ａ）の上にシート７２を配置し、その上に本体部分７１の材料となるセメント等を充填して形成されたものである。
【0110】
シート７２は、本体部分７１の材料となるセメント等が第１サブバー５１と第２サブバー５２との隙間等に入り込まないようにするために配置される。シート７２の材料は特に限定されない。シート７２は、例えば熱可塑性樹脂からなる。シート７２として熱可塑性樹脂を用いる場合、昇温時にシート７２が軟化することで、カソードブロック１０に区加わる応力を緩和する効果も得られる。
【0111】
図１９に示すように、サポートバー７０は、コレクターバー５０の下面（５１ｂ、５２ｂ）と接触するように配置される支持面７０ａ、支持面７０ａの反対側の面である下面７０ｂ、及び溝１１の側面１０ｂと対向する面である二つの外側面７０ｃを有している。
【0112】
サポートバー７０の支持面７０ａは、コレクターバー５０の下面（５１ｂ、５２ｂ）に沿う形状を有している。さらに、下面（５１ｂ、５２ｂ）及び支持面７０ａの各々は、コレクターバー５０が幅方向に膨張したときコレクターバー５０が高さ方向上側に移動するように傾斜している。具体的には、下面（５１ｂ、５２ｂ）及び支持面７０ａの各々は、カソードアセンブリ３００が組み上げられて電解炉に設置された状態において、幅方向の外側から内側に向かって高さが高くなるように傾斜している。
【0113】
サポートバー７０の下面７０ｂは、任意の形状であってよい。下面７０ｂは、例えば水平面と平行な平面である。
【0114】
サポートバー７０の二つの外側面７０ｃは、対応する溝１１の側面１０ｂと接触している。すなわち、サポートバー７０は、溝１１の側面１０ｂと接触している。
【0115】
高さ保持部材４６は、サポートバー７０の本体部分７１の中に埋め込まれている。高さ保持部材４６は、シート７２が高温で軟化した際に、コレクターバー５０の高さが低下しないように、コレクターバー５０を高さ方向下側から支持する。
【0116】
本実施形態では、図１８に示すように、複数の高さ保持部材４６がシート７２の長さ方向に沿って所定の間隔で配置されている。高さ保持部材４６の各々は、シート７２の幅方向に延びた板状の形状を有している。高さ保持部材４６の各々には、ねじ４６１が取り付けられている。ねじ４６１は、先端がシート７２を貫通してコレクターバー５０に接触するように配置されている。高さ保持部材４６はサポートバー７０の本体部分７１の中に埋め込まれているため、高さ保持部材４６及びねじ４６１の位置は固定されている。これによって、シート７２が高温で軟化した際にコレクターバー５０の高さが低下するのを抑制することができる。高さ保持部材４６の材質は任意である。高さ保持部材４６は、例えば金属やセラミックスからなる。
【0117】
高さ保持部材４６は、上記の構成に限定されない。高さ保持部材４６は、シート７２が高温で軟化した際に、コレクターバー５０の高さが低下しないように、コレクターバー５０を高さ方向下側から支持できるものであればよい。
【0118】
［カソードアセンブリ３００の組立手順］
図２０Ａ～図２０Ｄを参照して、カソードアセンブリ３００の組立手順を説明する。図２０Ａ～図２０Ｄに示すように、カソードアセンブリ３００の組立ては、カソードブロック１０の底部が上向きになるように配置して行う。
図２０Ａ～図２０Ｄを参照して、カソードアセンブリ３００の組立手順を説明する。図２０Ａ～図２０Ｄに示すように、カソードアセンブリ３００の組立ては、カソードブロック１０の底部が上向きになるように配置して行う。
【0119】
まず、図２０Ａに示すように、溝１１の底面１０ａに第１サブバー５１及び第２サブバー５２を配置する。この際、上面５１ａ及び上面５２ａが溝１１の底面１０ａに接触するように配置する。さらに、第１サブバー５１及び第２サブバー５２を幅方向の外側に寄せて、外側面５１ｃ及び外側面５２ｃが対応する溝１１の側面１０ｂに接触するようにする。
【0120】
次に、図２０Ｂに示すように、第１サブバー５１及び第２サブバー５２の上にシート７２を配置する。
【0121】
次に、図２０Ｃに示すように、シート７２の上に高さ保持部材４６を配置する。この際、ねじ４６１の先端がシート７２を貫通してコレクターバー５０に接触するようにする。その後、シート７２の上に、本体部分７１の材料となるセメント等を充填してサポートバー７０を形成する。
【0122】
【0123】
［カソードアセンブリ３００の効果］
図２１を参照して、カソードアセンブリ３００の効果を説明する。図２１は、コレクターバー５０が幅方向に膨張する様子を模式的に示す断面図である。第１サブバー５１の外側面５１ｃ及び第２サブバー５２の外側面５２ｃは溝１１の側面１０ｂによって拘束されているのに対し、第１サブバー５１と第２サブバー５２との間には隙間が存在する。そのため、コレクターバー５０を加熱したとき、コレクターバー５０は、図２１に白抜きの矢印で模式的に示すように、幅方向の外側を起点として内側に向かって熱膨張する。
図２１を参照して、カソードアセンブリ３００の効果を説明する。図２１は、コレクターバー５０が幅方向に膨張する様子を模式的に示す断面図である。第１サブバー５１の外側面５１ｃ及び第２サブバー５２の外側面５２ｃは溝１１の側面１０ｂによって拘束されているのに対し、第１サブバー５１と第２サブバー５２との間には隙間が存在する。そのため、コレクターバー５０を加熱したとき、コレクターバー５０は、図２１に白抜きの矢印で模式的に示すように、幅方向の外側を起点として内側に向かって熱膨張する。
【0124】
コレクターバー５０の下面（５１ｂ、５２ｂ）及びサポートバー７０の支持面７０ａの各々は、幅方向の外側から内側に向かって高さが高くなるように傾斜している。そのため、コレクターバー５０が幅方向の内側に膨張すると、支持面７０ａの上をずり上がり、コレクターバー５０が高さ方向（ｚ方向）の上側に移動する。これによって、溝１１の底面１０ａとコレクターバー５０の上面（５１ａ、５２ａ）との間に強い接触圧力が掛かる。
【0125】
以上、本発明の第３の実施形態によるカソードアセンブリ３００の構成を説明した。カソードアセンブリ３００の構成によれば、コレクターバー５０が熱膨張した際、カソードブロック１０の溝１１の側面１０ｂよりも底面１０ａに強い接触圧力が掛かるようにすることで、カソードブロック１０内の電流経路を最短化し、電力消費量を抑制することができる。
【0126】
以上、本発明についての実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態のみに限定されず、発明の範囲内で種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【0127】
１ 電解炉
１００、１００Ａ、１００Ｂ、２００、２００Ａ、３００、９００ カソードアセンブリ
１０、９１０ カソードブロック
１１、９１１ 溝
１０ａ 底面
１１ｂ 側面
２０、５０、９２０ コレクターバー
２０ａ、（５１ａ、５２ａ） 上面（第１の面）
２０ｂ、（５１ｂ、５２ｂ） 下面（第２の面）
２０ｃ 外側面
３０、６０、７０ サポートバー
（３１ａ、３２ａ）、（６１ａ、６２ａ）、７０ａ 支持面
９１ アノード
９２ シェル
９３ ライニング
９４ 融液
９５ アルミニウム
１００、１００Ａ、１００Ｂ、２００、２００Ａ、３００、９００ カソードアセンブリ
１０、９１０ カソードブロック
１１、９１１ 溝
１０ａ 底面
１１ｂ 側面
２０、５０、９２０ コレクターバー
２０ａ、（５１ａ、５２ａ） 上面（第１の面）
２０ｂ、（５１ｂ、５２ｂ） 下面（第２の面）
２０ｃ 外側面
３０、６０、７０ サポートバー
（３１ａ、３２ａ）、（６１ａ、６２ａ）、７０ａ 支持面
９１ アノード
９２ シェル
９３ ライニング
９４ 融液
９５ アルミニウム
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図6D】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14A】
【図14B】
【図14C】
【図14D】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20A】
【図20B】
【図20C】
【図20D】
【図21】