KR20210095213A - 저저항률 유리에서 고전류 입력을 가능하게 하는 버스바 설계 - Google Patents

저저항률 유리에서 고전류 입력을 가능하게 하는 버스바 설계 Download PDF

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KR20210095213A
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앙젤리스 길버트 드
춘홍 첼시 헤
3세 에드워드 리 킴블
유하오 리
벤자민 펠햄 슈록
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Abstract

어셈블리는 유리 용융 탱크 내의 용융 유리에 전류를 공급한다. 어셈블리는 용융 유리와 접촉하는 전극을 갖는 구조, 및 유체-냉각 연결 장치를 포함한다. 유체-냉각 연결 장치는, 전류원에 전기적으로 연결된 제1 연결 요소 및 전류원에 전기적으로 연결된 제2 연결 요소(상기 제1 및 제2 연결 요소들은 서로 이격됨); 및 제1 연결 요소에 고정된 제1 단부 및 제2 연결 요소에 고정된 제2 단부를 갖는 전기 교차-연결 스트럿을 포함한다. 어셈블리는 유체-냉각 연결 장치 및 전극에 전기적으로 연결된 버스바를 또한 포함한다. 전류원은, 저항 가열을 통해 용융 유리를 가열하기 위한 구조 및 전극을 통해, 용융 유리에 전류를 공급한다.

Description

저저항률 유리에서 고전류 입력을 가능하게 하는 버스바 설계
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2018년 12월 21일에 출원된 미국 가출원 번호 62/783614를 기초로 하여 35 U.S.C. §119에 기반한 우선권을 주장하며, 그의 내용은 신뢰되고 그 전문이 본원에 참조로 포함된다.
기술분야
본 개시내용은 일반적으로 용융 유리의 저항 가열을 위한 방법 및 어셈블리에 관한 것이다. 특히, 본 개시내용은 현재의 용융 유리 조성물보다 더 낮은 저항 특성을 갖는 용융 유리 조성물에 대해 높은 전류를 공급하는 것에 관한 것이다.
버스바 및 전극은 전류원(예컨대, 비-제한적 실시예로서, 변압기)으로부터 유리 용융물로 전류를 공급하기 위해, 유리 용융 탱크(때때로 본원에서 "예비 용융 탱크"로 지칭됨)와 함께 사용되는 성분이다. 종래의 배열에서, 전류원으로부터의 전류는, 예컨대, 전력 케이블에 의해 버스바에 전달될 수 있다. 버스바는 통상적으로 전류를 유리 용융 탱크 내의 유리 용융물로 전달하는 전극에 연결된다. 유리 용융물은, 저항 가열을 통해 유리 용융물 내로 전류를 열 에너지로서 방산시키는 저항기로서 작용한다. 전기 회로를 완성하기 위해, 전류는, 예컨대 제2 전극, 제2 버스바, 및 전력 케이블의 제2 세트를 통해 전류원으로 다시 흐른다.
종래의 유리 용융 탱크 배열에서, 비교적 낮은 암페어 전류, 예컨대 약 1700 A(암페어)가 버스바를 통해 인가된다. 유리 용융물에 의해 요구되는 전류의 양은, 용융되는 유리의 유형 또는 유리 조성에 대한 함수이다. 그러나, 개발된 일부 신규 유리 조성물은 종래의 유리 조성물보다 더 낮은 저항 특성을 갖는다. 이들 신규 유리 조성물의 보다 낮은 저항 특성은, 유리 용융물에서 필요한 열 발생을 얻기 위해, 유리 용융물에 보다 높은 암페어 전류를 인가할 것을 요구한다. 종래의 유리 용융 탱크 배열의 경우, 전류는 케이블, 버스바 및 전극의 동일한 전기 경로를 통과해야 한다. 그러나, 보다 높은 암페어 전류는, 전기 경로 내의 구성요소, 특히 버스바의 온도를 증가시킨다. 특정 암페어 수준에서, 버스바는 최대 안전 작동 온도를 초과하는 온도로 가열되고, 따라서 버스바의 고장을 유발할 수 있다.
따라서, 요구되는 전류 흐름을 유리 용융 탱크 내의 새로운 유리 조성물로 전달하기 위한 개선된 어셈블리 및 방법에 대한 필요성이 존재한다. 특정한 비-제한적인 상황에서, 개선된 어셈블리 및 방법은, 유리 용융 탱크를 위한 전기 경로에서, 종래의 구성요소의 전류-운반 능력을 향상시킨다.
본 개시내용은 일반적으로, 다양한 실시태양에서, 용융 유리의 저항 가열을 위한 방법 및 어셈블리에 관한 것이고, 특정 실시태양에서, 현재의 용융 유리 조성물보다 더 낮은 저항 특성을 갖는 용융 유리 조성물에 충분한 전류를 공급하는 것에 관한 것이다.
특정 실시태양에 따르면, 어셈블리는 전류를 유리 용융 탱크 내의 용융 유리에 공급한다. 어셈블리는 용융 유리와 접촉하도록 배치된 전극을 갖는 구조, 및 유체-냉각 연결 장치를 포함한다. 유체-냉각 연결 장치는, 각각 전류원과 전기 통신하는 제1 연결 요소 및 제2 연결 요소(제1 및 제2 연결 요소는 서로 이격됨); 및 제1 연결 요소에 고정된 제1 단부 및 제2 연결 요소에 고정된 제2 단부를 갖는 전기적 교차-연결 스트럿을 포함한다. 어셈블리는 또한, 유체-냉각 연결 장치 및 전극과 전기 통신하는, 버스바를 포함한다. 전류원은 저항 가열을 통해 용융 유리를 가열하기 위한 구조 및 전극을 통해 용융 유리에 전류를 공급한다. 한 실시태양에서, 유체는 물이다.
일부 개시된 방법에 따르면, 각각 전류원과 전기 통신하는 제1 연결 요소 및 제2 연결 요소(제1 및 제2 연결 요소는 서로 이격됨); 및 제1 연결 요소에 고정된 제1 단부 및 제2 연결 요소에 고정된 제2 단부를 갖는 전기적 교차-연결 스트럿을 포함하는 유체-냉각 연결 장치를 갖는 구조를 제공함으로써, 유리 용융 탱크 내의 용융 유리에 전류가 공급된다. 제공된 구조는 또한, 유체-냉각 연결 장치, 및 용융 유리와 접촉하도록 배치된 전극과 전기 통신하는, 버스바를 갖는다. 저항 가열을 통해 용융 유리를 가열하기 위한 구조 및 전극을 통해 용융 유리에 전류를 공급하도록, 전류원에 동력이 공급된다. 한 실시태양에서, 유체는 물이다.
본 개시내용의 다른 실시태양, 추가적인 특징 및 이점은 상세한 설명, 청구범위 및 도면에 제시될 것이고, 부분적으로는 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 용이하게 명백할 것이다. 상기 일반적인 설명 및 하기 상세한 설명 둘 다는 본 개시내용의 다양한 실시태양을 제시하며, 청구범위의 성질 및 특질을 이해하기 위한 개관 또는 프레임워크를 제공하기 위해 의도된 것으로 이해되어야 한다. 첨부 도면은 본 개시내용의 추가적인 이해를 제공하기 위해 포함되며, 본 명세서에 포함되고 그의 일부를 구성한다. 도면은 본 개시내용의 다양한 실시태양을 도시하고, 설명과 함께 본 개시내용의 원리 및 작동을 설명하는 역할을 한다.
도 1은 통상적인 유리 용융 탱크 배열의 단순화된 개략도이다.
도 2는 버스바 및 전극의 통상적인 배열의 단순화된 도시이다.
도 3은 본 기술 내용의 실시태양에 따른 유리 용융 탱크 배열의 단순화된 개략도이다.
도 4는 본 기술 내용의 실시태양에 따른 유체-냉각 연결 장치, 버스바 및 전극의 배열의 단순화된 도시이다.
도 5는 본 기술 내용의 실시태양에 따른 유체-냉각 연결 장치 및 버스바의 배열의 단순화된 도시이다.
도 6은 본 기술 내용의 실시태양에 따른 유리 용융 탱크 내의 용융 유리에 전류를 공급하는 방법을 도시하는 고급 블록 다이어그램이다.
본 기술 내용의 하기 설명은 본 기술 내용 및 그의 최상의, 현재 공지된 실시태양의 가능한 교시로서 제공된다. 관련 기술분야의 통상의 기술자는 본 기술 내용에 대해 유익한 결과를 여전히 얻으면서도, 본원에 기재된 실시태양에 대해 많은 변화가 이루어질 수 있음을 인식할 것이다. 또한, 일부 실시태양의 경우, 본 기술 내용의 목적하는 이점 중 일부는 다른 특징을 이용하지 않으면서 본 기술 내용의 특징 중 일부를 선택함으로써 얻어질 수 있음이 명백할 것이다. 따라서, 관련 기술분야의 통상의 기술자는 본 기술 내용의 많은 변형 및 적합화가 가능하고, 심지어 특정 상황에서는 바람직할 수 있으며, 본 기술 내용의 일부라는 것을 인식할 것이다. 따라서, 하기 설명은 본 기술 내용의 원리의 예시로서 제공되며, 그를 제한하지 않고, 그에 대한 변형 및 그의 순열을 포함할 수 있다.
본 기술 내용의 실시태양의 하기 예시적인 논의는 유리 조성물을 저항 가열하기 위한 특정 어셈블리 및/또는 방법에 관한 것이거나 이를 참조할 수 있지만, 논의는 어떠한 방식으로도 본 발명의 주제의 범주를 제한하는 것으로 의도되지 않으며, 제시된 원리는, 예컨대 유리 용융 탱크에서와 같이, 유리 조성물을 저항 가열하기 위한 다른 시스템 및/또는 방법에 동등하게 적용가능하다는 것이 이해되어야 한다.
관련 기술분야의 통상의 기술자는 본원에 기재된 예시적인 실시태양에 대한 많은 변형이 본 기술 내용의 취지 및 범주로부터 벗어나지 않으면서 가능하다는 것을 추가적으로 인지할 것이다. 따라서, 설명은 주어진 실시예로 제한되는 것으로 의도되지 않고 그와 같이 해석되어서는 안되며, 첨부된 청구범위 및 그의 균등물에 의해 제공되는 완전한 보호 범위가 허용되어야 한다.
본 기술 내용의 이해를 용이하게 하기 위해 유사한 요소가 유사한 숫자 표시로 주어진 도면을 참조하여, 용융 유리를 저항 가열하기 위한 어셈블리 및/또는 방법의 다양한 실시태양이 기재되어 있다.
본 개시내용은 용융 유리를 저항 가열하기 위한, 또한 특정 실시태양에서 현재 용융 유리 조성물보다 더 낮은 저항 특성을 갖는 용융 유리 조성물에 충분한 전류를 공급하는, 신규한 방법 및 어셈블리를 개시한다. 현재의 유리 조성물보다 더 낮은 저항 특성을 갖는 특정한 새로운 유리 조성물은 특정한 현재의 유리 조성물에 대한 통상적인 1700 A가 아니라, 약 2600 A 초과의 전류를 필요로 할 수 있다. 다른 새로운 유리 조성물은 훨씬 더 높은 전류, 예컨대, 그 사이의 모든 범위 및 하위 범위를 포함하여, 약 5000 A 초과, 약 8000 A 초과, 및 약 10,000 A 초과를 필요로 할 수 있다.
특정한 비-제한적 실시태양에서, 주석으로 주로 구성된 전극 및 강철로 주로 구성된 버스바를 갖는 유리 용융 탱크 배열은, 버스바의 온도를 500 ℃ 미만으로 유지하면서 약 5000 A의 전류 흐름을 전달할 수 있어야 한다. 분석에 기초하여, 기존의 버스바 구조는, 660 ℃의 버스바의 최대 작동 온도를 초과하지 않으면서 약 5000 A의 전류 흐름을 견딜 수는 없다. 다른 실시태양에서, 전극은 주로 몰리브데넘으로 구성될 수 있거나, 또는 주석 및/또는 몰리브데넘 및/또는 다른 물질의 일부 조합일 수 있다. 또 다른 실시태양에서, 버스바는 구리 및/또는 니켈을 포함할 수 있다. 다른 유리 용융 탱크 배열 및 설계는 상기 기재된 바와 같이, 보다 낮은 저항 특성을 갖는 유리 조성물에서 필요한 전류에서 작동하는 능력의 동일한 결여를 겪을 수 있다. 본원에 사용된 용어 "주로 (성분)으로 구성된 (구조)"는, 그 사이의 모든 범위 및 하위 범위를 포함하여, 명명된 구조의 적어도 약 50 중량%, 약 60 중량%, 약 70 중량%를 포함하는 명명된 성분을 지칭한다.
도 1을 참조하면, 통상적인 선행 기술의 예시적인 유리 용융 탱크 배열(100)의 단순화된 개략도가 도시된다. 일정 부피의 용융 유리(101)(때때로 본원에서 "용융 유리" 또는 "유리"로 지칭됨)이 유리 용융 탱크(102)에 들어 있다. 전류원(103)(한 실시태양에서, 변압기일 수 있음)은 입력 전류(화살표(104)에 의해 도시)를 입력 도체(111)(한 실시태양에서, 전기 케이블 또는 도관일 수 있음)를 통해 입력 전극(116)에 전기적으로 연결된 입력 버스바(114)에 공급한다. 입력 전극(116)은 부호(105)로 나타낸 바와 같이 입력 전류에 의해 저항 가열된 용융 유리(101)와 접촉한다. 전기 회로를 완성하기 위해, 출력 전류(화살표(106)에 의해 도시)는 출력 전극(126), 출력 버스바(124) 및 출력 도체(121)를 통과하여 변압기(103)를 향해 흐르고, 이들은 각각 입력 성분에 대해 상기 기재된 것과 유사한 방식으로 전기적으로 연결된다.
이제 도 2를 참조하면, 유리 용융 탱크 배열(100)과 함께 사용하기 위한 버스바(214) 및 전극(216)의 통상적인 종래 기술의 예시적 배열이 도시되어 있다. 일 실시태양에서, 입력 및 출력 버스바/전극 배열은 실질적으로 동일하며, 따라서 여기서 하나만이 설명될 것이다. 전극(216)(도 1의 전극(116, 126) 중 어느 하나 또는 모두에 대응할 수 있음)은 주로 주석으로 구성되며, 통상적으로 작동하는 동안의 전극의 침식으로 인해 216L로 도시된 바와 같이 약 36 인치(전극 수명의 시작시) 내지 약 6 인치(전극 수명의 종료시)의 길이이다. 버스바(214)는 전극(216)의 길이의 일 단부에 배치되고, 전극의 길이의 대향 단부 또는 대향 단부의 일부는, 도 1에 도시된 바와 같이 유리 용융 탱크(102) 내의 용융 유리(101)와 접촉한다. 유리 용융 탱크 배열(100)의 작동 중에, 전극(216)은, 화살표(213a, 213b)에 의해 개략적으로 그리고/또는 비유적으로 도시된 바와 같이, 버스바(214)에의 힘의 인가에 의해, 유리 용융 탱크(102) 내로 밀어 넣어진다. 관련 기술분야의 통상의 기술자는 화살표(213a, 213b)가 힘 인가의 단순한 표현이라는 것 그리고 개시 내용이 이러한 두 점 힘으로 반드시 제한되는 것이 아니라는 것 그리고 그러한 힘은, 비-제한적인 실시예로서, 전극(216)을 유리 용융 탱크(102) 내로 밀어 넣기 위해 버스바의 측면 상에 분배된 힘일 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 버스바(214)는 화살표(213a, 213b)에 의해서 표현된 힘의 인가 중에 그 구성 및 작동을 유지할 수 있을 정도로 충분히 튼튼해야 한다.
통상적으로, 버스바(214)에 대한 최악의 열 조건은 전극(216)이 약 6 인치 길이인 전극 수명의 종료시에 있는데, 이는 버스바가 유리 용융 탱크(102)에 비교적 근접한 위치에 있고 그에 따라 유리 용융 탱크로부터의 증가된 열 부하에 노출될 것이기 때문이다.
통상적인 버스바(214)는 버스바를 도체(도 1에 도시된 바와 같은, 입력 도체(111) 또는 출력 도체(121) 중 어느 하나이지만, 입력 및 출력 도체 모두에 동시에 연결되지는 않음)에 전기적으로 연결하기 위한 두 개 이상의 연결 지점을 갖는다. 도 2에 도시된 배열에서, 버스바(214)는 네 개의 연결 지점(214a, 214b, 214c, 214d)을 가진다. 전술한 바와 같이, 이러한 연결 지점의 각각은 도체에 연결되어 전류를 전류원(103)으로 전달할 수 있을 것이다(또는 그 각각이 전류원으로부터 전류를 전달하도록 연결될 수 있을 것이다). 버스바(214) 상의 하나 이상의 연결 지점(214a, 214b, 214c, 214d)은, 버스바 상의 다른 연결 지점으로부터 전기적으로 격리될 수 있을 것이고, 그에 따라, 예컨대, 영향을 받은 버스바의 부분이 전류원(103)으로부터(또는 전류원으로) 감소된 전류를 받거나 전류를 받지 않음으로 인해, 및/또는 하나 이상의 나머지 동작적 연결 지점이 증가된 전류 흐름을 받음으로 인해 500 ℃ 또는 660 ℃ 최대 온도와 같은 그/그들의 열적 동작 한계에 더 근접하게 그/그들을 밀어 넣음으로 인해, 연결 지점의 고장으로 인한 저하된 동작을 초래할 수 있을 것이다.
이제 도 3을 참조하면, 본 기술 내용의 실시태양에 따른 유리 용융 탱크 배열(300)의 단순화된 개략도가 제공된다. 도 1의 유리 용융 탱크 배열(100)과 유사하게, 유리 용융 탱크 배열(300)은, 유리 용융 탱크(102) 내에 포함된 일정 부피의 용융 유리(101), 전류원(103), 부호(105)에 의해서 도시된 바와 같이 저항 가열되는 용융 유리(101)와 접촉하는 입력 전극(116)에 전기적으로 연결된 입력 버스바(114)를 포함한다. 추가적으로, 전기 회로를 완성하기 위해, 유리 용융 탱크 배열(300)은 출력 전극(126) 및 출력 버스바(124)를 포함한다. 상술한 구성 요소에 추가하여, 유리 용융 탱크 배열(300)은, 입력 도체(311)를 통해 전류원(103)에 전기적으로 연결되는 입력 유체-냉각 연결 장치(312)를 포함한다. 입력 유체-냉각 연결 장치(312)는 입력 버스바(114)에 전기적으로 연결된다. 유사하게, 유리 용융 탱크 배열(300)은, 출력 도체(321)를 통해 전류원(103)에 전기적으로 연결되는 출력 유체-냉각 연결 장치(322)를 포함한다. 입력 유체-냉각 연결 장치(322)는 출력 버스바(124)에 전기적으로 연결된다. 따라서, 입력 전류(화살표(304)에 의해 도시)는, 전류원(103)으로부터 입력 도체(311)를 통해 입력 유체-냉각 연결 장치(312)로, 그리고 입력 전극(116)에 전기적으로 연결되는 입력 버스바(114)로 흐르고, 결과적으로 입력 전극은 부호(105)에 의해 도시된 바와 같이 입력 전류에 의해 저항 가열되는 용융 유리(101)와 접촉한다. 전기 회로를 완성하기 위해, 출력 전류(화살표(306)에 의해 도시)는, 입력 구성요소에 대해 위에서 설명된 것과 유사한 방식으로 각각 전기적으로 연결되는, 출력 전극(126), 출력 버스바(124), 출력 유체-냉각 연결 장치(322) 및 출력 도체(321)를 통과하여 변압기(103)를 향해 흐른다.
일 실시태양에서, 버스바(114)는 도 2에 도시된 바와 같은 종래의 버스바(214)일 수 있다. 버스바(114)는 주로 스테인리스 강과 같은 강으로 구성될 수 있다. 다른 실시태양에서, 버스바(114)는 종래의 버스바의 향상된 버전일 수 있다. 예컨대, 버스바(114)는, 예컨대 전체 버스바, 또는 연결 지점(214a, 214b, 214c, 및/또는 214d) 중 하나 이상과 같은 버스바의 선택된 부분에서 유체-냉각될 수 있다(내부 배플(baffle)이 있거나 없는). 다른 실시예로서, 버스바(114) 또는 버스바의 일부는 더 많은 체적을 갖도록 구성될 수 있고, 이에 의해 버스바 또는 버스바의 향상된 부분을 통한 전류 밀도를 감소시킨다. 감소된 전류 밀도는 증가된 전류 흐름으로 인한 온도 증가를 개선할 것이다. 테스트는 연결 지점(214a, 214b, 214c, 214d)이 초기 고장 위치(들), 또는 특히 증가된 전류 흐름에 대해 안전한 열 작동 파라미터를 최초로 초과하는 위치(들)일 수 있음을 보여주었다. 일 실시태양에서, 하나 이상의 연결 지점(214a, 214b, 214c 및/또는 214d)은 연결 지점(들)의 체적을 증가시켜 연결 지점(들)을 통한 전류 밀도를 감소시키기 위해, 추가적인 물질로 구성될 수 있다. 마찬가지로, 연결 지점(214a, 214b, 214c 및/또는 214d) 중 하나 이상에 대한 입력 도체(311) 또는 출력 도체(321) 사이의 접촉 면적은, 전류 밀도를 추가적으로 감소시키기 위해, 넓어 수 있다. 추가적인 비-제한적인 실시예로서, 추가적인 연결 지점(미도시)이 버스바(114)에 추가될 수 있다. 통상의 기술자가 이해할 수 있을 바와 같이, 상기 실시예들 중 임의의 하나 또는 조합이, 전류 흐름의 증가로 인해 버스바(114)가 겪는 최대 온도를 감소시키기 위해, 이용될 수 있다. 일 실시태양에서, 버스바의 임의의 지점의 최대 온도는, 그 사이의 모든 범위 및 하위 범위를 포함하여, 약 450 ℃ 미만, 약 500 ℃ 미만, 약 550 ℃ 미만으로 유지되어야 한다. 일 실시태양에서, 버스바의 최대 온도는 버스바의 고장을 방지하기 위해, 그 사이의 모든 범위 및 하위 범위를 포함하여, 약 600 ℃ 미만, 약 650 ℃ 미만, 약 660 ℃ 미만, 약 700 ℃ 미만으로 유지되어야 한다.
도 4를 참조하면, 본 기술 내용의 일 실시태양에 따른 유체-냉각 연결 장치(412), 버스바(414) 및 전극(416)의 비-제한적인 배열(400)이 도시되어 있다. 일 실시태양에서, 입력 및 출력 유체-냉각 연결 장치/버스바/전극 배열은 실질적으로 동일하고, 따라서 여기서 하나만이 설명될 것이다. 전극(416)(도 3의 전극(116, 126) 중 어느 하나 또는 모두에 대응할 수 있음)은 주로 주석으로 구성되며, 통상적으로 작동 동안의 전극의 침식으로 인해 416L로 도시된 바와 같이 약 36 인치(전극 수명의 시작시) 내지 약 6 인치(전극 수명의 종료시)의 길이이다. 도 4에서는, 수명의 종료시 또는 그 부근에서의 전극(416)이 도시되어 있다. 버스바(414)는 전극(416)의 길이의 일 단부에 배치되고, 전극의 길이의 대향 단부 또는 대향 단부의 일부는, 도 1을 참조하여 도시되고 설명된 바와 같이 유리 용융 탱크(102) 내의 용융 유리(101)와 접촉한다. 일 실시태양에서, 얇은 은(silver) 스크린이 전극과 버스바 사이에 배치되어, 그 둘 사이의 적절한 전기적 접촉을 보장할 수 있다. 다른 실시태양에서, 은 스크린은, 높은 전기 전도성을 갖는, 하나 이상의 다른 물질로 이루어진 유사한 구조로 대체될 수 있다.
유체-냉각 연결 장치(412)는, 버스바(414)가 유체-냉각 연결 장치(412)와 전극(416) 사이에 배치되도록, 물리적으로 그리고 전기적으로 버스바(414)에 연결된다. 일 실시태양에서, 유체-냉각 연결 장치(412)는 도 2에 도시된 버스바 연결 지점(214a, 214b, 214c, 214d)을 대체한다. 하기에서 추가적으로 설명되는 바와 같이, 이러한 설계는, 종래 기술의 버스바 연결 지점(214a, 214b, 214c, 214d)에 의해 제공되는 것보다, 예컨대, 입력 도체 케이블과 유체-냉각 연결 장치 사이의 (연결 지점(426 및/또는 427)에서의) 더 크고 그리고/또는 더 두꺼운 연결 영역을 허용한다.
일 실시태양에서, 유체-냉각 연결 장치(412)는 주로 구리로 구성된다. 다른 실시태양에서, 유체-냉각 연결 장치는 주로 니켈 또는 높은 전기 전도성을 갖는 몇몇 다른 금속으로 구성될 수 있다. 다른 실시태양에서, 유체-냉각 연결 장치는 구리 및/또는 니켈 및/또는 다른 물질의 조합일 수 있다. 일 실시태양에서, 냉각 유체는 유체-냉각 연결 장치(412)의 적어도 일부의 내부 부분을 통해 흐른다. 비-제한적인 실시태양에서, 냉각 유체는 각각 유입구(441a, 441b)를 통해 유입되고, 유출구(441c, 441d)를 통해 유출된다. 일 실시태양에서, 냉각 유체의 흐름은 위에서 설명된 것과 반대 방향일 수 있다. 다른 실시태양에서, 냉각 유체 유입구 및/또는 유출구는, 도 4의 예시적인 실시태양에 도시된 위치 이외의 유체-냉각 연결 장치(412) 상의 위치에 위치될 수 있다. 일 실시태양에서, 냉각 유체는 물이다. 다른 실시태양에서, 냉각 유체는 액체, 기체, 에멀젼, 현탁액, 오일 및/또는 냉매일 수 있다. 또 다른 실시태양에서, 유체-냉각 연결 장치(412)를 통한 물의 유량은, 약 0.5 갤런/분("gpm"), 약 0.5 갤런/분 초과, 약 0.5 내지 약 1.0 갤런/분, 약 1.0 갤런/분 초과이며, 그 사이의 모든 범위 및 하위 범위를 포함한다. 또 다른 실시태양에서, 유체-냉각 연결 장치(412)의 내부 부분으로 유입되는 물의 온도는 대략 35 ℃이고, 약 25 ℃ 초과, 약 30 ℃ 초과, 약 35 ℃ 초과, 약 40 ℃ 초과이고, 그 사이의 모든 범위 및 하위 범위를 포함한다. 일 실시태양에서, 유체-냉각 연결 장치(412)의 임의의 부분의 최대 온도는, 그 사이의 모든 범위 및 하위 범위를 포함하여, 약 125 ℃ 미만, 약 150 ℃ 미만, 약 175 ℃ 미만, 약 200 ℃ 미만으로 유지되어야 한다.
추가적인 실시태양에서, 버스바(414)는 전체 버스바 또는 버스바의 선택된 부분 중 어느 하나에서 유체-냉각된다. 비-제한적인 실시태양에서, 냉각 유체는 유입구(443a, 443b)를 통해 내부로, 그리고 각각의 유출구(도시되지 않음)를 통해 외부로 흐른다. 일 실시태양에서, 냉각 유체의 흐름은 위에서 설명된 것과 반대 방향일 수 있다. 다른 실시태양에서, 냉각 유체 유입구 및/또는 유출구는 도 4의 예시적인 실시태양에 도시된 위치 이외의 버스바(414) 상의 위치에 배치될 수 있다. 일 실시태양에서, 냉각 유체는 물이다. 다른 실시태양에서, 냉각 유체는 액체, 기체, 에멀젼, 현탁액, 오일 및/또는 냉매일 수 있다. 또 다른 실시태양에서, 제1 유체 공급원은 유체-냉각 연결 장치(412)에 유체를 공급하고, 분리된 제2 유체 공급원은 버스바(414)를 유체-냉각하기 위한 유체를 공급한다. 대안적으로, 단일 유체 공급원이, 유체-냉각 연결 장치(412)에 그리고 버스바(414)를 유체-냉각하기 위해, 유체를 공급할 수 있다. 일 실시태양에서, 버스바(414)를 통한 물의 유량은, 약 0.5 갤런/분, 약 0.5 갤런/분 초과, 약 0.5 내지 약 1.0 갤런/분, 약 1.0 갤런/분 초과이며, 그 사이의 모든 범위 및 하위 범위를 포함한다. 다른 실시태양에서, 버스바(414)의 내부 부분으로 유입되는 물의 온도는 대략 35 ℃이고, 약 25 ℃ 초과, 약 30 ℃ 초과, 약 35 ℃ 초과, 약 40 ℃ 초과이며, 그 사이의 모든 범위 및 하위 범위를 포함한다. 일 실시태양에서, 버스바의 임의의 부분의 최대 온도는, 그 사이의 모든 범위 및 하위 범위를 포함하여, 약 450 ℃ 미만, 약 500 ℃ 미만, 약 550 ℃ 미만으로 유지되어야 한다. 일 실시태양에서, 버스바의 최대 온도는 버스바의 고장을 방지하기 위해, 그 사이의 모든 범위 및 하위 범위를 포함하여, 약 600 ℃ 미만, 약 650 ℃ 미만, 약 660 ℃ 미만, 약 700 ℃ 미만으로 유지되어야 한다.
유리 용융 탱크 배열(300)의 작동 중에, 전극(416)은 유체-냉각 연결 장치(412)에의 힘의 인가에 의해, 유리 용융 탱크(102) 내로 밀어 넣어지고, 유체-냉각 연결 장치는 화살표(413a, 413b)로 개략적으로 및/또는 비유적으로 도시된 바와 같이 버스바(414)를 통해 전극(416)으로 전달된다. 통상의 기술자는 화살표(413a, 413b)가 힘 인가의 단순한 표현이라는 것 그리고 개시 내용이 이러한 두 점 힘으로 반드시 제한되는 것이 아니라는 것 그리고 그러한 힘은, 비-제한적인 실시예로서 궁극적으로 전극(416)을 유리 용융 탱크(102) 내로 밀어 넣기 위해 유체-냉각 연결 장치의 측면 상에 분배되는 힘일 수 있다는 것을 이해할 것이다. 일 실시태양에서, 화살표(413a, 413b)에 의해 표현된 힘은, 유체-냉각 연결 장치에 어디에서나 및/또는 버스바(414)에 어디에서나 인가될 수 있고, 본 개시 내용은 도 2 또는 도 4에 도시된 배열로 제한되지 않는다. 따라서, 유체-냉각 연결 장치(412) 및 버스바(414)는 화살표(413a, 413b)에 의해 표현된 힘의 인가 중에 그 각각의 구성 및 작동을 유지할 수 있을 정도로 각각 물리적으로 튼튼해야 한다.
유체-냉각 연결 장치(412), 버스바(414) 및 전극(416)의 배열(400)은, 그 사이의 모든 범위 및 하위 범위를 포함하여, 약 5000 A 초과, 약 8000 A 초과 및 약 10,000 A 초과와 같은 고전류에서 작동할 수 있을 정도로 충분히 튼튼하다.
일 실시태양에서, 유체-냉각 연결 장치(412)는, 버스바(414)의 길이 방향 모서리 근처에 위치될 수 있지만 그에 제한되지 않는 버스바(414)의 제1 영역에 고정되는 제1 부분(422), 및 버스바(414)의 대향 길이 방향 모서리 근처에 위치될 수 있지만 그에 제한되지 않는 버스바(414)의 제2 영역에 고정되는 제2 부분(423)을 포함할 수 있다. 일 실시태양에서, 버스바(414)의 제1 및 제2 영역은 서로 이격되지만, 일 실시태양에서는, 유체-냉각 연결 장치(412)의 제1 및 제2 부분들이 인접할 수 있음이 고려된다. 유체-냉각 연결 장치(412)는, 일 단부에서 유체-냉각 연결 장치(412)의 제1 부분(422)에 고정되는 제1 연결 요소(424), 및 일 단부에서 유체-냉각 연결 장치(412)의 제2 부분(423)에 고정되는 제2 연결 요소(425)를 더 포함할 수 있다. 제1 및 제2 연결 지점(426, 427)은 각각 제1 및 제2 연결 요소(424, 425)의 대향 단부에 연결된다. 제1 및 제2 연결 지점(426, 427)은, 일 실시태양에서 하나 이상의 전기 케이블일 수 있는, 도 3에 도시된 입력(또는 출력(321)) 도체(311)를 통해 전류원(103)에 전기적으로 연결된다. 일부 실시태양에서, 제1 및 제2 연결 요소(424, 425)는, 그 사이의 모든 범위 및 하위 범위를 포함하여, 약 6 인치 초과, 약 9 인치 초과, 약 12 인치 초과, 약 18 인치 초과의 거리만큼 이격될 수 있다.
일 실시태양에서, 교차-연결 스트럿(430)은, 교차-연결 스트럿(430)의 일 단부가 제1 연결 요소(424)에 부착되고 교차-연결 스트럿(430)의 타 단부가 제2 연결 요소(425)에 부착되도록, 제1 및 제2 연결 지점(426, 427) 부근에서 제1 및 제2 연결 요소(424, 425) 사이에 배치된다. 대안적으로, 교차-연결 스트럿(430)은 제1 및 제2 연결 지점(426, 427)에 부착될 수 있다. 일 실시태양에서, 교차-연결 스트럿(430)은 유체-냉각 연결 장치(412)의 제1 및 제2 부분(422, 423)으로부터 이격된다. 교차-연결 스트럿(430)은 또한, 예컨대, 제1 또는 제2 연결 지점(426 또는 427) 중 어느 하나의 고장과 같은, 고장의 경우에의 안전 장치로서 작용한다. 비-제한적인 실시예로서, 제1 연결 지점(426)(또는 제1 연결 지점으로 또는 제1 연결 지점으로부터 전류를 전달하는 도체)의 고장의 경우, 교차-연결 스트럿(430)은 제2 연결 지점(427)으로부터 제1 연결 요소(424)로 전류를 전달할 수 있을 것이고, 이에 의해 버스바(414) 내로의 상대적으로 균형 잡힌 전류 흐름을 유지하고 및/또는 유체-냉각 연결 장치(412) 또는 버스바(414) 내의 증가된 전류 밀도 및 온도를 완화 또는 방지한다. 유사한 시나리오가 제2 연결 지점(427)의 고장의 경우에 적용된다.
이제 도 5를 참조하면, 본 기술 내용의 일 실시태양에 따른 유체-냉각 연결 장치(512) 및 버스바(514)의 비제한적인 배열(500)이 도시되어 있다. 유체-냉각 연결 장치(512)는 도 3의 유체-냉각 연결 장치(312, 322) 중 어느 하나 또는 둘 다에 대응할 수 있다. 마찬가지로, 버스바(514)는 도 3의 버스바(114, 124) 중 어느 하나 또는 둘 다에 대응할 수 있다.
유체-냉각 연결 장치(512)는 버스바(514)가 유체-냉각 연결 장치(512)와 전극(미도시) 사이에 배치되도록, 물리적으로 그리고 전기적으로 버스바(514)에 연결된다. 일 실시태양에서, 얇은 은 스크린이 전극과 버스바 사이에 배치되어, 그 둘 사이의 적절한 전기적 접촉을 보장할 수 있다. 일 실시태양에서, 유체-냉각 연결 장치(512)는 주로 구리로 구성된다. 다른 실시태양에서, 유체-냉각 연결 장치는 주로 니켈 또는 높은 전기 전도성을 갖는 몇몇 다른 금속으로 구성될 수 있다. 다른 실시태양에서, 유체-냉각 연결 장치는 구리 및/또는 니켈 및/또는 다른 물질의 조합일 수 있다.
일 실시태양에서, 유체-냉각 연결 장치(512)는 버스바(514)의 길이 방향 모서리 근처에 위치될 수 있지만 그에 제한되지 않는 버스바(514)의 제1 영역에 고정되는 제1 부분(522), 및 버스바(514)의 대향 길이 방향 모서리 근처에 위치될 수 있지만 그에 제한되지 않는 버스바(514)의 제2 영역에 고정되는 제2 부분(523)을 포함할 수 있다. 일 실시태양에서, 버스바(514)의 제1 및 제2 영역들은 서로 이격되지만, 일 실시태양에서는, 유체-냉각 연결 장치(512)의 제1 및 제2 부분들이 인접할 수 있음이 고려된다. 유체-냉각 연결 장치(512)는, 일 단부에서 유체-냉각 연결 장치(512)의 제1 부분(522)에 고정되는 제1 연결 요소(524), 및 일 단부에서 유체-냉각 연결 장치(512)의 제2 부분(523)에 고정되는 제2 연결 요소(525)를 더 포함할 수 있다. 제1 및 제2 연결 지점(526, 527)은 각각 제1 및 제2 연결 요소(524, 525)의 대향 단부에 연결된다. 제1 및 제2 연결 지점(526, 527)은, 각각 도체(511a, 511b)를 통해 전류원(103)에 전기적으로 연결된다. 도 3에서, 도체(511a, 511b)는 입력 도체(311) 또는 출력 도체(321)에 대응하지만, 동시에 둘 다에 대응하지는 않는다. 일 실시태양에서, 도체(511a, 511b)는 수냉식 케이블이다. 일부 실시태양에서, 제1 및 제2 연결 요소(524, 525)는, 그 사이의 모든 범위 및 하위 범위를 포함하여, 약 6 인치 초과, 약 9 인치 초과, 약 12 인치 초과, 약 18 인치 초과의 거리만큼 이격될 수 있다.
일 실시태양에서, 교차-연결 스트럿(530)은, 교차-연결 스트럿(530)의 일 단부가 제1 연결 요소(524)에 부착되고 교차-연결 스트럿(530)의 타 단부가 제2 연결 요소(525)에 부착되도록, 제1 및 제2 연결 지점(526, 527) 부근에서 제1 및 제2 연결 요소(524, 525) 사이에 배치된다. 대안적으로, 교차-연결 스트럿(530)은 제1 및 제2 연결 지점(526, 527)에 부착될 수 있다. 일 실시태양에서, 교차-연결 스트럿(530)은 유체-냉각 연결 장치(512)의 제1 및 제2 부분(522, 523)으로부터 이격된다.
일 실시태양에서, 냉각 유체는 유체-냉각 연결 장치(512)의 적어도 일부의 내부 부분을 통해 흐른다. 도 5에 도시된 비-제한적인 실시태양에서, 냉각 유체는 각각 유입구(541a, 541b)를 거쳐, 제1 및 제2 연결 요소(525, 524)를 통해, 그리고 유출구(541c, 541d)를 통해 배출되어, 유체-냉각 연결 장치(512)로 흐른다. 일 실시태양에서, 냉각 유체는 각각 유출구(541e, 541f)를 통해 (개별적으로 또는 유출구(541c, 541d)에 더하여) 배출될 수 있다. 일 실시태양에서, 냉각 유체 흐름은 전술한 것과 반대 방향일 수 있다. 다른 실시태양에서, 냉각 유체 유입구 및/또는 유출구는, 도 5의 예시적인 실시태양에 도시된 위치 이외의 유체-냉각 연결 장치(512)상의 위치에 위치될 수 있다. 전술한 실시태양에서, 교차-연결 스트럿(530)을 통한 냉각 유체의 흐름은 없다. 다른 실시태양에서, 교차-연결 스트럿(530)은 냉각 유체 흐름을 수용하고 제1 연결 요소(525)와 제2 연결 요소(524) 사이의 냉각 유체 경로들을 교차-연결하도록 설계된다. 이러한 배열에서, 일 실시태양에서, 냉각 유체는 유입구(541a 또는 541b)들 중 하나를 통해 유체-냉각 연결 장치(512)로 유입될 수 있다. 일 실시태양에서, 냉각 유체 흐름은 전술한 것과 반대 방향일 수 있다.
일 실시태양에서, 냉각 유체는 물이다. 다른 실시태양에서, 냉각 유체는 액체, 기체, 에멀젼, 현탁액, 오일 및/또는 냉매일 수 있다. 또 다른 실시태양에서, 유체-냉각 연결 장치(512)를 통한 물의 유량은, 약 0.5 갤런/분, 약 0.5 갤런/분 초과, 약 0.5 내지 약 1.0 갤런/분, 약 1.0 갤런/분 초과이며, 이들 사이의 모든 범위 및 하위 범위를 포함한다. 다른 실시태양에서, 유입구(541a, 541b) 중 하나 또는 둘 다에서, 물의 온도는 약 35 ℃, 약 25 ℃ 초과, 약 30 ℃ 초과, 약 35 ℃ 초과, 약 40 ℃ 초과이고, 그 사이의 모든 범위 및 하위 범위를 포함한다. 일 실시태양에서, 유체-냉각 연결 장치(512)의 임의의 부분의 최대 온도는 그 사이의 모든 범위 및 하위 범위를 포함하여, 약 125 ℃ 미만, 약 150 ℃ 미만, 약 175 ℃ 미만, 약 200 ℃ 미만으로 유지되어야 한다.
추가적인 실시태양에서, 버스바(514)는 전체 버스바 또는 버스바의 선택된 부분 중 어느 하나에서 유체-냉각된다. 도 5에 도시된 비-제한적인 실시태양에서, 냉각 유체는 유입구(551)를 통해 버스바(514) 내로, 버스바(514)를 통해서 흐르고, 배출구(552)를 통해 버스바에서 배출된다. 일 실시태양에서, 냉각 유체 흐름은 위에서 설명된 것과 반대 방향일 수 있다. 다른 실시태양에서, 복수의 유입구 및/또는 복수의 유출구(명료함을 위해 미도시)가 버스바(514)에 사용될 수 있다. 일부 실시태양에서, 버스바(514)의 특정 섹션을 위한 단일 유입구/유출구 쌍 및 버스바(514)의 별개의 섹션을 위한 별개의 유입구/유출구 쌍이 존재할 수 있다. 다른 실시태양에서, 복수의 유입구/유출구는 버스바(514)의 유체-냉각 부분(들)을 통해 유동할 수 있는 냉각 유체를 운반한다. 일 실시태양에서, 냉각 유체는 유체-냉각 연결 장치(512) 및 버스바(514) 둘 다의 부분을 통해 전달된다.
일 실시태양에서, 냉각 유체는 물이다. 다른 실시태양에서, 냉각 유체는 액체, 기체, 에멀젼, 현탁액, 오일 및/또는 냉매일 수 있다. 또 다른 실시태양에서, 버스바(514)를 통한 물의 유량은, 약 0.5 갤런/분, 약 0.5 갤런/분 초과, 약 0.5 내지 약 1.0 갤런/분, 약 1.0 갤런/분 초과이며, 그 사이의 모든 범위 및 하위 범위를 포함한다. 다른 실시태양에서, 유입구(551)에서의 물의 온도는 대략 35 ℃이고, 약 25 ℃ 초과, 약 30 ℃ 초과, 약 35 ℃ 초과, 약 40 ℃ 초과이며, 그 사이의 모든 범위 및 하위 범위를 포함한다. 일 실시태양에서, 버스바(514)의 임의의 부분의 최대 온도는, 그 사이의 모든 범위 및 하위 범위를 포함하여, 약 450 ℃ 미만, 약 500 ℃ 미만, 약 550 ℃ 미만으로 유지되어야 한다. 일 실시태양에서, 버스바의 최대 온도는 버스바의 고장을 방지하기 위해, 그 사이의 모든 범위 및 하위 범위를 포함하여, 약 600 ℃ 미만, 약 650 ℃ 미만, 약 660 ℃ 미만, 약 700 ℃ 미만으로 유지되어야 한다.
또 추가적인 실시태양에서, 제1 유체 공급원은 유체-냉각 연결 장치(512)에 유체를 공급하고, 분리된 제2 유체 공급원은 버스바(514)를 유체-냉각하기 위한 유체를 공급한다. 대안적으로, 단일 유체 공급원이, 유체-냉각 연결 장치(512)에 그리고 버스바(514)를 유체-냉각하기 위해, 유체를 공급할 수 있다.
유리 용융 탱크 배열(300)의 작동 중에, 전극(416)과 같은 전극(명료함을 위해 미도시)은 도 4를 참조하여 상술된 바와 같이, 버스바(514)를 통해 전극(416)으로 전달되는 유체-냉각 연결 장치(512)에의 힘의 인가에 의해, 유리 용융 탱크(102) 내로 밀어 넣어진다. 따라서, 유체-냉각 연결 장치(512) 및 버스바(514)는 그 힘의 인가 중에 그 각각의 구성 및 작동을 유지할 수 있을 정도로 충분히 튼튼해야 한다. 추가적으로, 유체-냉각 연결 장치(512) 및 버스바(514)의 배열(500)은, 그 사이의 모든 범위 및 하위 범위를 포함하여, 약 5000 A 초과, 약 8000 A 초과 및 약 10,000 A 초과와 같은 고전류에서 작동할 수 있을 정도로 충분히 튼튼하다.
도 6은 본 기술 내용의 일 실시태양에 따른 유리 용융 탱크 내의 용융 유리에 전류를 공급하기 위한 방법의 고급 블록 다이어그램을 도시한다. 블록(662)에서는, 전류원에 전기적으로 연결된 제1 연결 요소 및 전류원에 전기적으로 연결된 제2 연결 요소(상기 제1 및 제2 연결 요소는 서로 이격됨); 및 제1 연결 요소에 고정된 제1 단부 및 제2 연결 요소에 고정된 제2 단부를 갖는 전기 교차-연결 스트럿을 포함하는 유체-냉각 연결 장치를 포함하는 구조가 제공된다. 구조는 유체-냉각 연결 장치 및 전극에 전기적으로 연결된 버스바를 더 포함한다. 블록(664)에서, 전극은 용융 유리와 접촉하도록 배치된다. 블록(666)에서, 저항 가열을 통해 용융 유리를 가열하기 위한 구조 및 전극을 통해, 용융 유리에 전류를 공급하도록, 전류원에 동력이 공급된다.
본 기술 내용의 다양한 실시태양은 다음의 실시예에 의해 더 명확해질 것이다. 열 테스트를 위한 기준으로서, 다양한 버스바 설계에 대한 온도 및 온도 프로파일을 예측하기 위해, 열 시뮬레이션 모델이 생성되었다. 이어서, 도 2의 버스바(214)와 같은 기존의 버스바 설계를 이용하여, 모델이 실행되었다. 모델의 예측된 온도 결과는 작동 중인 기존의 버스바, 예컨대 버스바(214)의 테스트 실행으로부터의 실제 결과와 비교되었고, 여기서 실제 온도는 적외선 온도계로 기록되었다. 모델의 예측된 결과는 기록된 실제 온도와 잘 일치하였다.
실시예 1
열 시뮬레이션 모델은 1700 A, 2600 A, 3000 A, 5000 A의 네 가지 상이한 전류 흐름을 사용하는 수냉식 버스바 설계로 실행되었다. 각각의 실행에 대해, 버스바는, 각각 총 전류 흐름의 1/4을 운반하는 네 개의 연결 지점을 갖도록, 모델링되었다. 주석 전극은 36 인치 길이로, 즉 전극의 수명의 시작 및 이에 따라 버스바의 온도에 대해 최선의 시나리오가 되도록, 모델링되었다. 시뮬레이션 실행의 결과는 아래의 표 1에 나타난다.
표 1
모델 파라미터 1700 A 2600 A 3000 A 5000 A
암페어/연결 지점 (A) 425 650 750 1250
최대 전류 밀도 (A/㎟) 1.05 1.61 1.86 3.09
주석/유리 표면의 평균 전류 밀도 (A/㎟) 0.0092 0.014 0.016 0.027
버스바의 최대 온도 (℃) 112 228 293 663
냉각수 유입구 온도 (℃) 35 35 35 35
냉각수 유출구 온도 (℃) 37.17 37.32 37.36 38.30
5000 A 테스트에 대한 최대 버스바 온도인 663 ℃는, 이 테스트에 사용된 버스바에 대한 설계 기준인 500 ℃를 초과한다. 따라서, 이 테스트에 사용된 버스바 설계는 5000 A 전류를 전달하기에 적합하지 않을 것이다.
실시예 2
열 시뮬레이션 모델은, 각각의 연결바의 체적이 2.78 in3인, 네 개의 동일한 크기의 연결 지점(본원에서 "연결바"로 지칭됨)을 갖는 기존의 버스바 설계로 한 번 실행되었다. 열 시뮬레이션 모델은, 일반적으로 동일한 버스바 설계로 두 번째로 실행되었으나, 여기서 네 개의 연결바 각각은 11.12 in3의 체적을 가졌다. 이들 두 개의 실행의 각각에 대해, 주석 전극은 6 인치 길이로, 즉 전극의 수명의 종료 및 이에 따라 버스바의 온도에 대해 최악의 시나리오가 되도록, 모델링되었다. 시뮬레이션 실행의 결과는 아래의 표 2에 나타난다.
표 2
모델 파라미터 5000 A 5000 A
연결 지점의 수 4 4
암페어/연결바 (A) 1250 1250
케이블/연결바 접촉 면적 (in2) 1.41 1.41
연결바 체적 (in3) 2.78 11.12
버스바의 최대 온도 (℃) 672 445
연결바의 최대 온도 (℃) 672 267
제1 실행(기존의 버스바 설계)에 대해, 최대 버스바 온도 및 최대 연결바 온도인 672 ℃는, 이 테스트에 사용된 버스바에 대한 설계 기준인 500 ℃를 초과한다. 제2 실행(변형된 버스바 설계)의 경우, 최대 버스바 온도인 445 ℃와 최대 연결바 온도인 267 ℃는, 각각 설계 기준인 500 ℃ 미만이다. 따라서, 제1 실행에서 사용된 기존의 버스바 설계는 5000 A 전류를 전달하기에 적합하지 않을 것이다. 그러나, 제2 실행에 사용된 변형된 버스바 설계는 5000 A 전류를 운반하기에 적합할 것이다.
실시예 3
열 시뮬레이션 모델은 (상기 기술된 바와 같은) 수냉식 연결 장치, 버스바, 및 6 인치 길이로 모델링된 주석 전극으로, 즉 전극의 수명의 종료 및 이에 따라 버스바의 온도에 대한 최악의 시나리오가 되도록 실행되었다. 이러한 실시예에서, 버스바는 서로 실질적으로 인접한 수냉식 제1 플레이트 및 수냉식 제2 플레이트를 포함한다. 두 개의 수냉식 플레이트는, "하부" 플레이트가 "상부" 플레이트보다 전극에 더 가깝도록 하여, 전극에 실질적으로 인접한다. 두 개의 실행 각각에서, 전류는 5000 A로 모델링되었다. 제1 실행에서, 두 개의 액티브 케이블은, 각각의 케이블이 2500 A를 전달하도록, 수냉식 연결 장치에 연결된다. 제2 실행에서, 단지 하나의 액티브 케이블이 사용되며, 이는 5000 A 전부를 전달한다. 또한, 전극의 길이는 단지 6 인치이기 때문에, 수냉식 연결 장치와 버스바는 각각 약 500 ℃ 내지 약 700 ℃ 범위의 매우 높은 주변 온도에 노출된다. 또한, 수냉식 연결 장치를 통한 냉각수의 유량은 약 0.5 gpm 내지 약 1.0 gpm으로 설정된다. 시뮬레이션 실행의 결과는 아래의 표 3에 나타난다.
표 3
모델 파라미터 5000 A 5000 A
전극 길이 (in) 6 6
액티브 케이블의 수 2 1
암페어/케이블 (A) 2500 5000
수냉식 연결 장치의 최대 온도 (℃) 121 122
버스바/전극 인터페이스에서의 최대 온도 (℃) 260 260
버스바의 최대 온도 (℃) 409 409
냉각수 유입구 온도 - 수냉식 연결 장치 (℃) 35 35
냉각수 유입구 온도 - 버스바(℃) 35 35
냉각수 유출구 온도 - 버스바의 상부 플레이트 (℃) 48 48
냉각수 유출구 온도 - 버스바의 하부 플레이트 (℃) 53 53
최대 전류 밀도 (A/㎟) 5.3 6.8
주석/유리 표면의 평균 전류 밀도 (A/㎟) 0.0217 0.0217
두 개의 실행 각각에 대해, 버스바의 최대 온도인 409 ℃ 및 수냉식 연결 장치 최대 온도인 121 ℃(제1 실행) 및 122 ℃(제2 실행)는 각각, 버스바에 대해서는 500 ℃ 및 수냉식 연결 장치에 대해서는 200 ℃인 설계 기준 미만이다. 따라서, 제1 및 제2 실행을 위해 사용되는 수냉식 연결 장치 및 버스바 설계는 5000 A 전류를 전달하기에 적합하다.
실시예 4
열 시뮬레이션 모델은 실시예 3에 대해 위에서 설명된 바와 같이 수냉식 연결 장치, 버스바, 및 주석 전극을 이용하여 실행되었다. 제1 실행에서, 전류는 8000 A로 모델링되었다. 제2 실행에서, 전류는 10,000 A로 모델링되었다. 두 실행 모두에서, 수냉식 연결 장치에는 전류 전부를 전달하는 하나의 액티브 케이블만이 연결된다. 또한, 전극의 길이는 단지 6 인치이기 때문에, 수냉식 연결 장치와 버스바는 각각 약 500 ℃ 내지 약 700 ℃ 범위의 매우 높은 주변 온도에 노출된다. 또한, 수냉식 연결 장치를 통한 냉각수의 유량은 약 0.5 gpm 내지 약 1.0 gpm으로 설정된다. 시뮬레이션 실행의 결과는 아래의 표 4에 나타난다.
표 4
모델 파라미터 8000 A 10,000 A
전극 길이 (in) 6 6
액티브 케이블의 수 1 1
암페어/케이블 (A) 8000 10,000
수냉식 연결 장치의 최대 온도 (℃) 126 131
버스바/전극 인터페이스에서의 최대 온도 (℃) 261 266
버스바의 최대 온도 (℃) 411 413
냉각수 유입구 온도 - 수냉식 연결 장치 (℃) 35 35
냉각수 유입구 온도 - 버스바(℃) 35 35
냉각수 유출구 온도 - 버스바의 상부 플레이트 (℃) 49 49
냉각수 유출구 온도 - 버스바의 하부 플레이트 (℃) 53 55
최대 전류 밀도 (A/㎟) 11 14
주석/유리 표면의 평균 전류 밀도 (A/㎟) 0.035 0.043
두 개의 실행 각각에 대해, 버스바의 최대 온도인 411 ℃(제1 실행) 및 413 ℃(제2 실행), 및 수냉식 연결 장치의 최대 온도인 126 ℃(제1 실행) 및 131 ℃(제2 실행)는 각각, 버스바에 대해서는 500 ℃ 및 수냉식 연결 장치에 대해서는 200 ℃인 설계 기준 미만이다. 따라서, 제1 및 제2 실행을 위해 사용되는 수냉식 연결 장치 및 버스바 설계는 적어도 10,000 A의 전류까지 전달하기에 적합하다.
일 실시태양에서, 어셈블리는 유리 용융 탱크 내의 용융 유리에 전류를 공급하고, 어셈블리는, 전류원에 전기적으로 연결된 제1 연결 요소 및 전류원에 전기적으로 연결된 제2 연결 요소(상기 제1 및 제2 연결 요소는 서로 이격됨), 및 제1 연결 요소에 고정된 제1 단부 및 제2 연결 요소에 고정된 제2 단부를 갖는 전기 교차-연결 스트럿을 포함하는 유체-냉각 연결 장치를 포함하는 구조를 포함한다. 구조는 유체-냉각 연결 장치 및 전극에 전기적으로 연결된 버스바를 더 포함하고, 전극은 용융 유리와 접촉하도록 배치되며, 전류원은, 저항 가열을 통해 용융 유리를 가열하기 위한 구조 및 전극을 통해, 용융 유리에 전류를 공급한다.
다른 실시태양에서, 버스바는 유체-냉각된다. 또 다른 실시태양에서, 제1 유체 공급원은 유체-냉각 연결 장치에 유체를 공급하고, 제2 유체 공급원은 유체-냉각 버스바에 유체를 공급한다. 또 다른 실시태양에서, 유체-냉각 연결 장치는, 버스바의 제1 영역에 고정되는 제1 부분, 및 버스바의 제2 영역에 고정되는 제2 부분을 더 포함하고, 버스바의 제1 및 제2 영역은 서로 이격된다. 또 다른 실시태양에서, 제1 연결 요소는 유체-냉각 연결 장치의 제1 부분에 고정되고, 제2 연결 요소는 유체-냉각 연결 장치의 제2 부분에 고정된다. 추가적인 실시태양에서, 제1 연결 요소는 제1 케이블을 통해서 전류원에 전기적으로 연결되고, 제2 연결 요소는 제2 케이블을 통해서 제2 전류원에 전기적으로 연결된다. 또 다른 실시태양에서, 제1 연결 요소는 제1 케이블을 통해 전류원에 전기적으로 연결되고, 제2 연결 요소는 제2 케이블을 통해 전류원에 전기적으로 연결된다. 또 다른 실시태양에서, 제1 연결 요소에 대해 제1 케이블이 연결되는 지점은 유체-냉각 연결 장치의 제1 부분으로부터 이격된다. 또 다른 실시태양에서, 제2 연결 요소에 대해 제2 케이블이 연결되는 지점은 유체-냉각 연결 장치의 제2 부분으로부터 이격된다. 또 다른 실시태양에서, 제1 및 제2 연결 요소는 적어도 6 인치만큼 이격된다. 또 다른 실시태양에서, 유체-냉각 연결 장치는 주로 구리로 구성되고/되거나 버스바는 주로 강철로 구성되고/되거나 전극은 주로 주석으로 구성된다. 또 다른 추가적인 실시태양에서, 전류원은 적어도 약 3000 암페어의 전류를 공급하고, 전류원은 적어도 약 5000 암페어의 전류를 공급하고, 전류원은 적어도 약 8000 암페어의 전류를 공급하고, 전류원은 적어도 약 10,000 암페어의 전류를 공급한다.
일 실시태양에서, 전술한 어셈블리는 유체-냉각 연결 장치의 내부 부분을 통해 흐르는 냉각 유체를 더 포함한다. 추가적인 실시태양에서, 냉각 유체의 유량은 약 0.5 갤런/분 내지 약 1.0 갤런/분이다. 또 다른 실시태양에서, 유체-냉각 연결 장치의 내부 부분으로 들어오는 냉각 유체의 온도는 대략 35 ℃이다.
하나의 실시태양에서, 위에서-설명된 어셈블리에 대해, 전류원은 적어도 약 10,000 암페어의 전류를 공급하고, 버스바는 유체-냉각되고, 전극의 길이는 약 6 인치이고, 버스바의 최대 온도는 약 450 ℃ 미만이다.
일 실시태양에서, 유리 용융 탱크 내의 용융 유리에 전류를 공급하기 위한 방법이 제공되며, 상기 방법은, 전류원에 전기적으로 연결된 제1 연결 요소 및 전류원에 전기적으로 연결된 제2 연결 요소(상기 제1 및 제2 연결 요소는 서로 이격됨), 및 제1 연결 요소에 고정된 제1 단부 및 제2 연결 요소에 고정된 제2 단부를 갖는 전기 교차-연결 스트럿을 포함하는 유체-냉각 연결 장치를 포함하는 구조를 제공하는 단계를 포함한다. 구조는 유체-냉각 연결 장치 및 전극에 전기적으로 연결된 버스바를 더 포함한다. 방법은, 용융 유리와 접촉하도록 전극을 배치하는 단계, 및 저항 가열을 통해서 용융 유리를 가열하기 위한 구조 및 전극을 통해 용융 유리에 전류를 공급하도록 전류원에 동력을 공급하는 단계를 더 포함한다. 추가적인 실시태양에서, 전류원은 적어도 약 10,000 암페어의 전류를 공급하고, 버스바는 유체-냉각되고, 전극의 길이는 약 6 인치이고, 버스바의 최대 온도는 약 450 ℃ 미만이다.
본 명세서는 많은 세부 사항을 포함하지만, 이들은 청구된 기술 내용에 대한 제한으로서 해석되어서는 안되며, 오히려 특정 실시태양에 특정될 수 있는 특징의 설명으로서 해석되어야 한다. 개별 실시태양의 맥락에서 본 명세서에 설명된 특정 특징은 또한 단일의 실시태양에서 조합하여 구현될 수 있다. 반대로, 단일 실시태양과 관련하여 설명된 다양한 특징은 또한 다수의 실시태양에서 개별적으로 또는 임의의 적절한 하위 조합으로 구현될 수 있다. 더욱이, 특징부가 특정 조합으로 작용하는 것으로서 전술되고 심지어 초기에 이와 같이 청구될 수도 있지만, 청구된 조합으로부터 하나 이상의 특징부는 몇몇 경우에 조합으로부터 삭제될 수 있고, 청구된 조합은 하위조합 또는 하위조합의 변형에 관련될 수도 있다.
본 기술 내용의 일부 실시태양이 설명되었지만, 설명된 실시태양은 단지 예시적이며, 본 발명의 범주는 본 명세서의 숙련자로부터 본 기술 분야의 통상의 기술자가 자연스럽게 떠올릴 수 있는 전체 범위의 균등물, 다수의 변형 및 수정에 부합될 때 첨부된 청구범위에 의해서만 규정된다는 것을 이해하여야 한다.

Claims (26)

  1. 전류원과 전기 통신하고 서로 이격되는, 제1 연결 요소 및 제2 연결 요소, 및 제1 연결 요소에 고정된 제1 단부 및 제2 연결 요소에 고정된 제2 단부를 갖는 전기적 교차-연결 스트럿을 포함하는, 유체-냉각 연결 장치; 및
    유체-냉각 연결 장치, 및 용융 유리와 접촉하도록 배치된 전극과, 전기 통신하는, 버스바;
    를 포함하는 구조를 포함하며,
    전류원은, 저항 가열을 통해 용융 유리를 가열하기 위해 구조 및 전극을 통해 용융 유리에 전류를 공급하는, 유리 용융 탱크 내의 용융 유리에 전류를 공급하기 위한 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서, 유체는 물인, 어셈블리.
  3. 제1항에 있어서, 유체는 액체, 기체, 에멀젼, 현탁액, 오일, 냉매 및 그의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 어셈블리.
  4. 제1항에 있어서, 버스바는 유체-냉각되는, 어셈블리.
  5. 제4항에 있어서, 유체는 물인, 어셈블리.
  6. 제4항에 있어서, 제1 유체 공급원이 유체-냉각 연결 장치에 유체를 공급하고, 제2 유체 공급원은 유체-냉각 버스바를 위해 유체를 공급하는, 어셈블리.
  7. 제1항에 있어서, 상기 유체-냉각 연결 장치는,
    버스바의 제1 영역에 고정되는 제1 부분; 및
    버스바의 제2 영역에 고정되는 제2 부분을 더 포함하고,
    버스바의 상기 제1 및 제2 영역은 서로 이격되는, 어셈블리.
  8. 제7항에 있어서, 제1 연결 요소는 유체-냉각 연결 장치의 제1 부분에 고정되고, 제2 연결 요소는 유체-냉각 연결 장치의 제2 부분에 고정되는, 어셈블리.
  9. 제8항에 있어서, 제1 연결 요소는 제1 케이블을 통해서 전류원에 전기적으로 연결되고, 제2 연결 요소는 제2 케이블을 통해서 제2 전류원에 전기적으로 연결되는, 어셈블리.
  10. 제8항에 있어서, 제1 연결 요소는 제1 케이블을 통해 전류원에 전기적으로 연결되고, 제2 연결 요소는 제2 케이블을 통해 전류원에 전기적으로 연결되는, 어셈블리.
  11. 제10항에 있어서, 제1 연결 요소에 대해 제1 케이블이 연결되는 지점은 유체-냉각 연결 장치의 제1 부분으로부터 이격되는, 어셈블리.
  12. 제11항에 있어서, 제2 연결 요소에 대해 제2 케이블이 연결되는 지점은 유체-냉각 연결 장치의 제2 부분으로부터 이격되는, 어셈블리.
  13. 제1항에 있어서, 제1 및 제2 연결 요소는 적어도 6 인치만큼 이격되는, 어셈블리.
  14. 제1항에 있어서, 유체-냉각 연결 장치는 주로 구리로 구성되는, 어셈블리.
  15. 제1항에 있어서, 버스바는 주로 강철로 구성되는, 어셈블리.
  16. 제1항에 있어서, 전극은 주로 주석으로 구성되는, 어셈블리.
  17. 제1항에 있어서, 전류원은 적어도 약 3000 암페어의 전류를 공급하는, 어셈블리.
  18. 제1항에 있어서, 전류원은 적어도 약 10,000 암페어의 전류를 공급하는, 어셈블리.
  19. 제1항에 있어서, 유체-냉각 연결 장치의 내부 부분을 통해 흐르는 냉각 유체를 더 포함하는, 어셈블리.
  20. 제19항에 있어서, 냉각 유체는 약 0.5 갤런/분 내지 약 1.0 갤런/분의 유량을 갖는 물인, 어셈블리.
  21. 제19항에 있어서, 냉각 유체는 약 30 ℃ 내지 약 40 ℃의 범위 내에서 유체-냉각 연결 장치의 내부 부분으로 들어오는 온도를 갖는 물인, 어셈블리.
  22. 제1항에 있어서, 전류원은 적어도 약 10,000 암페어의 전류를 공급하고, 버스바는 유체-냉각되고, 전극은 약 6 인치 내지 약 9 인치 범위의 길이를 갖고, 버스바의 최대 온도는 약 450 ℃ 미만인, 어셈블리.
  23. 전류원과 전기 통신하고 서로 이격되는, 제1 연결 요소 및 제2 연결 요소, 및 제1 연결 요소에 고정된 제1 단부 및 제2 연결 요소에 고정된 제2 단부를 갖는 전기적 교차-연결 스트럿을 포함하는, 유체-냉각 연결 장치; 및 유체-냉각 연결 장치 및 전극과, 전기 통신하는, 버스바를 포함하는 구조를 제공하는 단계;
    용융 유리와 접촉하도록 전극을 배치하는 단계; 및
    저항 가열을 통해서 용융 유리를 가열하기 위해 구조 및 전극을 통해 용융 유리에 전류를 공급하도록 전류원에 동력을 공급하는 단계;
    를 포함하는, 유리 용융 탱크 내의 용융 유리에 전류를 공급하기 위한 방법.
  24. 제23항에 있어서, 유체는 물인, 어셈블리.
  25. 제23항에 있어서, 유체는 액체, 기체, 에멀젼, 현탁액, 오일, 냉매 및 그의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 어셈블리.
  26. 제23항에 있어서, 전류원은 적어도 약 10,000 암페어의 전류를 공급하고, 버스바는 유체-냉각되고, 전극은 약 6 인치 내지 약 9 인치 범위의 길이를 갖고, 버스바의 최대 온도는 약 450 ℃ 미만인, 방법.
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