TR201807790T4 - Süper iletken bir malzemeden yapılma elektrik iletkenlerini içeren alüminyum izabe fırını. - Google Patents
Süper iletken bir malzemeden yapılma elektrik iletkenlerini içeren alüminyum izabe fırını. Download PDFInfo
- Publication number
- TR201807790T4 TR201807790T4 TR2018/07790T TR201807790T TR201807790T4 TR 201807790 T4 TR201807790 T4 TR 201807790T4 TR 2018/07790 T TR2018/07790 T TR 2018/07790T TR 201807790 T TR201807790 T TR 201807790T TR 201807790 T4 TR201807790 T4 TR 201807790T4
- Authority
- TR
- Turkey
- Prior art keywords
- aluminum
- superconducting material
- electrical
- circuit
- electrolytic cells
- Prior art date
Links
- 239000004020 conductor Substances 0.000 title claims abstract description 141
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 100
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 90
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 90
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 claims abstract description 35
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 9
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims description 40
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 9
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 6
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 claims description 4
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 3
- 239000001307 helium Substances 0.000 claims description 2
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 10
- 239000002887 superconductor Substances 0.000 description 10
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 5
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 4
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 3
- 238000009626 Hall-Héroult process Methods 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 229910001610 cryolite Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 2
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910020073 MgB2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 241000604301 Ninia Species 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000011449 brick Substances 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000012809 cooling fluid Substances 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 230000004941 influx Effects 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000005426 magnetic field effect Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000003340 mental effect Effects 0.000 description 1
- 239000008267 milk Substances 0.000 description 1
- 210000004080 milk Anatomy 0.000 description 1
- 235000013336 milk Nutrition 0.000 description 1
- 230000000116 mitigating effect Effects 0.000 description 1
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Substances N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 210000002268 wool Anatomy 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
- C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
- C25C3/08—Cell construction, e.g. bottoms, walls, cathodes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
- C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
- C25C3/16—Electric current supply devices, e.g. bus bars
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
- C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
- C25C3/20—Automatic control or regulation of cells
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
- Vertical, Hearth, Or Arc Furnaces (AREA)
Abstract
Buluş (i) alüminyum üretimine yönelik olan ve bir veya daha fazla sırayı (F) oluşturan elektrolitik hücrelere (2) ait bir seriyi, (ii) elektrolitik hücre (2) serisine elektroliz akımını (l1) temin etmesi amaçlanan ve iki kutba sahip olan bir elektrik besleme istasyonunu (12), (iii) içinden elektroliz akımının (l1) geçtiği ve her biri elektrik besleme istasyonunun (12) kutuplarından birine bağlanan iki uç noktasına sahip bulunan bir ana elektrik devresini (15) ve (iv) içinden bir akımın (I2, I3) geçtiği, elektrolitik hücrelere (2) ait sıra(lar) (F) boyunca uzanan süper iletken malzemeden yapılma bir elektrik iletkenine yer veren en az bir sekonder elektrik devresini (16-17) içeren bir alüminyum izabe fırınıyla (1) ilgilidir. Alüminyum izabe fırınının özelliği, sekonder elektrik devresindeki (16, 17) süper iletken elektrik iletkeninin, elektrolitik hücrelere (2) ait sıra(lar) boyunca (F) en az iki kez uzanması ve böylece seri olarak birkaç dönüşü oluşturmasıdır.
Description
TARIFNAME
SÜPER ILETKEN BIR MALZEMEDEN YAPILMA ELEKTRIK ILETKENLERINI
IÇEREN ALÜMINYUM IZABE FIRINI
Bu bulus bir alüminyum izabe fIIiiýla ve daha özel bir ifadeyle, bir alüminyum izabe
fIIi Iia yönelik elektrik iletkeni sistemiyle ilgilidir.
Alüminyumun Hall-Héroult prosesi kullantlarak elektroliz yoluyla alüminyum oksitten
endüstriyel olarak üretilebildigi bilinmektedir. Özellikle bir çelik pota kovanIiLJ bir iç
refrakter astar ve elektroliz akimini tas yan iletkenlere bagli ikarbon malzemeden
yapilma bir katodu içeren bir elektrolitik hücre bu amaçla temin edilmektedir. Elektrolitik
hücre ayr ca, temel olarak içerisinde alüminyum oksidin çözdürüldügü kriyolite yer
veren bir elektrolitik yunag da bar nd rmaktadin. Hall-Héroult prosesi anodu olusturan
bir karbon blogunun bu elektrolitik yunaglTii içine kêmen daldTTmasTîdan olusmakta
olup reaksiyon ilerledikçe anot tüketilmektedir. Elektrolitik hücrenin taban iIida bir sürü
alüminyum yatagEqusmaktad I.
Genel olarak, alüminyum üretim tesisleri birkaç yüz elektrolitik hücreyi içermektedir.
Birkaç yüz bin amper seviyesindeki yüksek bir elektroliz akînübu elektrolitik hücrelerin
içinden geçmektedir.
Alüminyum izabe fIIiIarIida süregelen bir dizi sorun mevcut bulunmakta olup bunlar
arasnda özellikle tüketilen enerjinin ve elektrik iletkenlerinin üretiminde kullanman
malzemenin maliyetlerinin azaltumasUve aynUyüzey alanndan elde edilen üretimin
artiriilmasi amaciyla boyutlarini düsürülmesi yer almaktad r.
Baska bir sorun, elektroliz akim tarafndan üretilen güçlü bir manyetik alanin
varlgmidan kaynaklanmaktadT. Bu manyetik alan hücrelerin çalßmasi'riia zarar
vermekte ve verimliliklerini düsürmektedir. Özellikle, bu manyetik alanini düsey bileseni
smîalüminyum yatag I'ida kararsâlEga neden olmaktad I.
Manyetik alanmi düsey bileseninin, manyetik alanli elektrolitik hücre ölçeginde
dengelenmesi yoluyla azaltitabilecegi bilinmektedir. Bu çözüm, elektroliz akInIi:bir
hücreden (N) baska bir hücreye (N+1) tasýan iletkenlere ait özel bir düzenleme
vasttasßila uygulamaya konulmaktadl. Genellikle alüminyum çubuk seklinde olan bu
iletkenler, hücrenin (N) uç sîillarüetrafndan geçmektedir. Sekil 1'deki diyagram bir
elektrolitik hücreyi (100) yukarEilan göstermekte olup burada, söz konusu hücreyi (100)
aks yönüne göre bir sonraki hücreye (102) baglayan iletkenlere (101) ait bir
düzenleme vasttasgla, manyetik alan kendinden dengelenmektedir. Bu baglamda,
iletkenlerin (101) etrafmida döndükleri hücreye (100) göre dS merkezli oldugu dikkati
çekecektir. Bu tür manyetik olarak kendinden dengelenen bir hücrenin bir örnegi
özellikle FR 2469475 sayÜIpatent belgesinden bilinmektedir.
Iletkenlere ait özel düzenlemeden kaynaklanan genis alan gereksinimi nedeniyle, bu
çözüm birçok tasarIn kßîiamaslij empoze etmektedir. Ayrica, bu çözümün
uygulamaya konulmasnda kullanlan ve genellikle alüminyumdan yapman iletkenlerin
fazla uzunlugu, yüksek malzeme maliyetlerini ve iletkenlerin rezistans etkisine bagli
yüksek enerji kay plarlni beraberinde getirmektedir.
Manyetik alanjn düsey bileseninin azalt Imasiriia yönelik diger bir çözüm, bir veya daha
fazla metal elektrik iletkeni taraf ndan olusturulan sekonder bir elektrik devresinin
kullaniltnasTîHiçermektedir. Bu sekonder elektrik devresi klasik olarak, alüminyum
izabe fIIimidaki elektrolitik hücrelerin hizalama ekseni veya eksenleri boyunca
uzanmaktadI. Elektroliz akEhIiIi yogunlugunun belirli bir yüzdesi kadar olan bir
yogunluga sahip bir akmn bu devrenin içinden geçmekte ve böylece, elektroliz akmnü
tarafîidan meydana getirilen manyetik alanli etkilerini dengeleyen bir manyetik alanü
üretmektedir.
Özellikle, elektroliz akEnIiIi yogunlugunun %5 ila %20'si kadar bir yogunluga sahip bir
akînütasüan dahili ve/veya harici bir döngü vasIasßila, bitisik hücrelere ait bir hat
tarafndan meydana getirilen manyetik alanLni etkisinin azaltimasna yönelik sekonder
bir devrenin kullanimi IFR 2425482 sayili patent belgesinden bilinmektedir. Ayrica
Magne Runde'ye ait ”Application of High-Tc Superconductors in Aluminum Electrolysis
Plants (alüminyum elektroliz tesislerinde yüksek-Tc süper iletkenlerin uygulanmasri"
baslikll imakaleden (uygulamal süper iletkenlige iliskin IEEE tutanaklari,i cilt 5, No. 2,
Haziran 1995), bu tür bir sekonder devrenin yapImasDamacQla süper iletken bir
malzemenin kullanmnasîimi ekonomik açElan uygulanabilir olmadEgZda bilinmektedir.
Hücreler arasîidaki iletkenler tarafmidan üretilen manyetik alani etkisinin, elektroliz
akînüla aynü yönde olan ve elektroliz aklIhIiIi yogunlugunun %20 ila °/070,si
seviyesinde bir yogunluga sahip olan bir akmnü tasjian döngüler vasIasÜIa
azaltImasIia yönelik sekonder bir devrenin kullanmiîise EP 0204647 saymîpatent
belgesinden bilinmektedir.
Buna karsirt, bu sekonder elektrik devresi veya devrelerinin üretilmesi için geleneksel
olarak alüminyum seklindeki yüksek miktarda malzemeyi gerektirmesi nedeniyle, bu
çözüm maliyetli olmaktadl. Ayrlîta, sekonder elektrik devresine (devrelerine) akî'n
beslenmesi zorunlu oldugundan, bu çözüm enerji bakînmidan da maliyetlidir. Son
olarak bu çözüm, önemli düzeyde güç ve büyüklüge sahip besleme istasyonlarIiIJ
(veya jeneratörlerin) tesis edilmesini de gerektirmektedir.
Dolayßjrla mevcut bulus, üretim ve isletme maliyetlerinin önemli düzeyde azaItÜItEgDve
boyut gereksinimlerinin daha az oldugu bir alüminyum izabe fIIinît temin edilmesi
yoluyla, yukarLda ifade edilen dezavantajlar'ri tamamIia veya bir bölümüne çözüm
getirilmesi ve bir alüminyum üretim tesisinde karsilas Ian sorunlara çözüm getirilmesi
Dolayls yla bu bulus
(i) alüminyum üretimi için tasarlanan ve bir veya daha fazla siray olusturan elektrolitik
hücrelere ait bir seriyi,
(ii) elektrolitik hücre serisine bir elektroliz akînm:(l1) temin edecek biçimde tasarlanan
ve iki kutba sahip olan bir besleme istasyonunu,
(iii) içinden elektroliz akmiîili (I1) geçtigi ve her biri besleme istasyonunun
kutuplarlidan birine baglanan iki uç noktasîia sahip bulunan bir ana elektrik devresini
(iv) içinden bir akInIi (I2, !3) geçtigi, elektrolitik hücrelere ait sîa veya sîalar boyunca
uzanan süper iletken malzemeden yapmna bir elektrik iletkenini içeren en az bir
sekonder elektrik devresini
içeren bir alüminyum izabe frlnilyla ilgili olup özelligi, sekonder elektrik devresindeki
süper iletken malzemeden yapilma elektrik iletkeninin, seri olarak birkaç dönüs
gerçeklestirecek biçimde elektrolitik hücrelere ait slîla veya slTlalar boyunca en az iki
kez uzanmasldln.
Özellikle süper iletken malzemeden yap]]na en az bir elektrik iletkeninin kullantlîmasE
alüminyum izabe fîîimiîi toplam enerji tüketiminin ve dolayßwla alüminyum izabe
fIlIlIJII isletme maliyetlerinin düsürülmesini mümkün hale getirmektedir. Ayrma, daha
küçük ebatlarü nedeniyle, süper iletken malzemeden yapiltna elektrik iietkenleri
alüminyum izabe fIItÜ içinde mevcut alanli daha iyi idare edilmesine olanak
tanînaktadl. Kütleleri alüminyum, bakI veya çelikten yapmna esdeger
iletkenlerinkinden daha az oldugu için, süper iletken malzemeden yapüma elektrik
iletkenleri daha küçük ve dolayßýla daha az maliyetli destek yapttarlia gereksinim
duymaktadm.
Süper iletken malzemeden yapmna bir elektrik iletkeni ile klasik bir elektrik iletkeni
araslidaki birlesme yerlerinde enerji kaymilarliîi varlglidan ötürü, süper iletken
malzemeden yaptima bir elektrik iletkeni özellikle önemli bir uzunluga sahip oldugu
zaman avantajlEolmaktad I.
Süper iletken malzemeden yaplma bir sekonder devrenin kullan lmasLielektroliz akmu
taraf ndan üretilen manyetik alanini hücrelerde mevcut sivilar üzerindeki olumsuz
etkilerinin azalt lmaslni mümkün hale getirmekte ve kritik s cakllklar nlni altinda tutulan
süper iletken malzemeden yap lma elektrik iletkenlerinin neredeyse sifir öz direnci
sayesinde enerji tasarrufunun elde edilmesini saglamaktadm.
Buna ek olarak, sekonder elektrik devresi tarafindan meydana getirilen döngü
hücrelere ait sma veya sîalar boyunca birkaç kez uzanmakta ve seri haldeki birkaç
dönüsü içermektedir. Bu ise, süper iletken malzemeden yaptiîna elektrik iletkeni içinden
geçen akînmi yogunlugunun dönüs sayîsmia bölünmesini ve sonuç olarak, bu akmnü
sekonder elektrik devresine iletmek üzere tasarlanan elektrik besleme istasyonunun
maliyetinin ve besleme istasyonunun kutuplarüile süper iletken malzemeden yaplma
elektrik iletkeni arasîidaki birlesme yerlerinin maliyetinin düsürülmesini mümkün hale
getirmektedir.
AvantajILI bir durum olmak üzere, sekonder elektrik devresindeki süper iletken
malzemeden yap Ima elektrik iletkeni, söz konusu süper iletken malzemeden yapilma
elektrik iletkeninin yaptig dönüslerin içerisinden yan yana geçis yaptig tek bir
kriyojenik mahfazay_ içermektedir. Bu tür bir uygulama, kriyojenik mahfazanin
uzunlugunu ve sogutma sisteminin gücünü azaltmaktad r.
Bulusa uygun alüminyum izabe fEIiIiIi baska bir özelligine göre, sekonder elektrik
devresindeki süper iletken malzemeden yaplma elektrik iletkeni esnektir ve en az bir
kavisli parçaya sahiptir.
Dolayßjila sekonder elektrik devresi, düz olmayan bir veya daha fazla parçaya yer
verebilmektedir. Süper iletken malzemeden yapmna elektrik iletkeninin esnekligi,
engellerden kaçîimnasli: (ve böylelikle alüminyum izabe fimmîi boyutsal
kßttiamalarmia göre ayarlama yapttmaslij, ancak ayn: zamanda manyetik alan
dengelemesinin lokal olarak rafine edilmesini de mümkün hale getirmektedir.
Avantajlü bir durum olmak üzere, sekonder elektrik devresindeki süper iletken
malzemeden yapJIna elektrik iletkeni kßmen, bir manyetik kalkan: olusturan bir
mahfazanîi içine yerlestirilmektedir.
Bu özellik, süper iletken malzemeden yapIma elektrik iletkeninin çevreleyici bir
manyetik alanü üretmesini önleme seklindeki avantaja sahiptir. Bu özellikle, bir
manyetik kalkanli yoklugunda söz konusu geçis bölgelerindeki manyetik alan: siddeti
nedeniyle çaISmas_zarar görecek olan ekipman veya araçlarLm geçisine yönelik
bölgelerin olusturulmasirii imümkün hale getirmektedir. Bu ayniizamanda, güçlü
manyetik alanlara karsiikoruma saglamaya yönelik perdelemeyi içeren maliyetli
ekipmanini kullanilmasindan kaçini Imas ni da mümkün hale getirmektedir.
Tercihen, manyetik kalkani iolusturan mahfaza, elektrolitik hücrelere ait sna veya
smalariîti uç noktalarTtiTii en az birine yerlestirilmektedir.
Bulusa uygun alüminyum izabe fEIiIiIi baska bir özelligine göre, sekonder elektrik
devresi iki uç noktasîtüiçermekte, söz konusu sekonder elektrik devresinin her bir uç
noktasü ana elektrik devresine yönelik besleme istasyonuyla ayn Dolmayan bir besleme
istasyonuna ait bir elektrik kutbuna baglanmaktad I.
Avantajlü bir durum olmak üzere, sekonder elektrik devresindeki süper iletken
malzemeden yapilma elektrik iletkeni, elektrolitik hücrelere ait sma veya smalar boyunca
önceden belirlenmis bir sayida geçis yapmakta ve böylece, 5 kA ile 40 kA araslidaki
yogunluga sahip bir akLmu temin eden bir sekonder elektrik devresi besleme
istasyonunun kullan Imasi mümkün olmaktadin.
Dolayis yla, süper iletken malzemeden yapilma elektrik iletkeni, piyasadan kolayl kla
temin edilebilen ve ekonomik açi-clan faydaln olan bir besleme istasyonunun
kullanilmas için gerekli say da seri dönüsün yapilmasini mümkün hale getirmektedir.
Bulusa uygun alüminyum izabe fIIII'iII baska bir özelligine göre, sekonder elektrik
devresindeki süper iletken malzemeden yapJJTia elektrik iletkeninin en azîiidan bir
bölümü, sIa veya sIaIardaki en az bir elektrolitik hücrenin asagsmia
yerlestirilmektedir.
Yine bulusa uygun alüminyum izabe fInIiIi baska bir özelligine göre, sekonder
elektrik devresindeki süper iletken malzemeden yapilma elektrik iletkeninin en azîidan
bir bölümü, sîa veya sIaIardaki elektrolitik hücrelerin sag tarafüve/veya sol tarafü
boyunca uzanmaktadin.
Bulusa uygun alüminyum izabe fîmmii baska bir özelligine göre, süper iletken
malzemeden yapmna her bir elektrik iletkeni bak] veya alüminyum bir merkezi damara,
en az bir süper iletken malzeme fiberine ve kriyojenik bir mahfazaya sahip bir kablodan
olusturulmaktad I.
Bulusa uygun alüminyum izabe fIIimIi baska bir özelligine göre, kriyojenik
mahfazan I'i içinden bir sogutma akßkan :akmaktad I.
Avantajanir durum olmak üzere, sogutma akskan _'sNLnitrojen ve/veya helyumdur.
Bulus, asagida ekteki sekillerle iliskili olarak sunulan ayr nt II laç klama sayesinde daha
iyi anlasilacak olup bu sekillerde:
- Sekil 1, teknigin bilinen durumuna uygun bir elektrolitik hücrenin yukaridan
diyagramatik bir görünüsüdür.
- Sekil 2, teknigin bilinen durumuna uygun bir elektrolitik hücrenin yandan bir
görünüsüdür.
- Sekil 3, 4, 5, 6 ve 7, süper iletken malzemeden yapIma en az bir elektrik iletkeninin
sekonder bir elektrik devresinde kullanddtgübir alüminyum izabe fjîimiîi yukarmlan
diyagramatik görünüsleridir.
- Sekil 8 ve 9, süper iletken malzemeden yapmria bir elektrik iletkeninin sekonder bir
elektrik devresinde kullanEEdEgZbir alüminyum izabe fIîmIi yukarmlan diyagramatik
görünüsleridir.
- Sekil 10, kavisli bir parçayla donatiims bir sekonder elektrik devresini içeren bir
alüminyum izabe f'r nirii n yukaridan kISmi bir diyagramatik görünüsüdür.
- Sekil 11, bir alüminyum izabe fm nimdaki bir elektrolitik hücreye ait bir kesit görünüsü
olup süper iletken malzemeden yapiltna elektrik iletkenlerinin iki adet sekonder elektrik
devresindeki özel bir konumlandinilma biçimini göstermekte ve ayrica, alüminyum veya
bakmdan yapIma klasik elektrik iletkenlerinde kullanEIImas: gerekecek olan
konumlandmma biçimini de göstermektedir.
Sekil 2, bir elektrolitik hücreye (2) ait klasik bir örnegi göstermektedir. Elektrolitik hücre
(2) özellikle, örnegin çelikten yapmna bir metal pota kovanli:(3) içermektedir. Metal
pota kovan :(3) iç kBmIida refrakter ve/veya yalîkan malzemelerle, örnegin tuglalarla
astarlanmaktadl. Elektrolitik hücre (2) ayrîza, karbon malzemeden yapmna bir katoda
(6) ve özellikle kriyolit ve alüminyum oksit içeren bir elektrolitik yunaktaki (8) elektroliz
reaksiyonu ilerledikçe tüketilecek biçimde tasarlanmis bir dizi anoda (7) sahip
bulunmaktadI. Alüminyum oksit ve ögütülmüs yunak içeren bir kaplama, genel olarak
elektrolit yunagîiü (8) ve en azîtdan kßmen anotlarü (7) örtmektedir. Elektroliz
reaksiyonu smaslida, bir süt: alüminyum yatagü(10) olusmaktadl. Katot (6), pota
kovan :(3) içinden geçen metal çubuk formundaki katot çtkîslarlia (9) elektriksel olarak
baglanmakta ve katot çLkLSIarLiJiLni (9) kendisi de, hücreden hücreye elektrik iletkenlerine
(11) baglanmaktadln. Hücreden hücreye elektrik iletkenleri (11), bir elektrolitik hücreden
(2) digerine elektroliz akimln (I1) iletmektedir. Elektroliz akim (I1) her bir elektrolitik
hücrenin (2) iletken elemanlari iiçinden geçmekte, yani önce bir anodun (7), sonra
elektrolitik yunagini (8), slv alüminyum yatag nini (10), katodun (6) ve son olarak katot
çikFslarlTiia (9) baglFblan hücreden hücreye elektrik iletkenlerinin (11) içinden geçmekte
ve böylece elektroliz akmnliîii (I1) daha sonra, bir sonraki elektrolitik hücrede (2) yer
alan anoda (7) iletilmesi saglanmaktad I.
Bir alüminyum izabe flîmîi (1) elektrolitik hücreleri (2) geleneksel olarak seri halde
düzenlenmekte ve elektriksel baglantttarljseri olarak yapilmaktadl. Bir seri, elektrolitik
hücrelere (2) ait bir veya daha fazla slIayîiçerebiImektedir. Seri birkaç sîay:(F)
içerdigi zaman, bunlar genellikle düz ve birbirine paraleldir ve avantajlEbir durum olmak
üzere, çift bir sayma karsIÜi gelen bir miktarda mevcut bulunmaktad Ilar.
Bir örnegi Sekil 3'te görülebilen alüminyum izabe anLniL(1), içinden bir elektroliz
ak mlrli n (I1) geçtigi bir ana elektrik devresini (15) içermektedir. Elektroliz akim nlni (I1)
yogunlugu, birkaç yüz bin amper mertebesindeki, örnegin 300 kA ila 600 kA
mertebesindeki degerlere ulasabilmektedir.
Bir besleme istasyonu (12), elektrolitik hücrelere (2) ait seriye elektroliz ak mim (I1)
beslemektedir. Elektrolitik hücrelere (2) ait serinin uç noktalarmg her biri, besleme
istasyonunun (12) bir kutbuna baglanmaktadl. Baglaymü elektrik iletkenleri (13),
besleme istasyonunun (12) elektrik kutuplarm :serinin uç noktalarlia baglamaktadl.
Bir seride yer alan sîalarît (F) elektrik baglantßîseri olarak yapilmaktadî. Bir veya
daha fazla baglaymüelektrik iletkeni (14) elektroliz akmmüm) bir sîadaki (F) son
elektrolitik hücreden (2) bir sonraki sîadaki (F) ilk elektrolitik hücreye (2) iletmektedir.
Ana elektrik devresi (15) elektrolitik hücrelere (2) ait serinin uç noktalarîiübesleme
istasyonuna (12) baglayan baglaylc elektrik iletkenlerini (13), elektrolitik hücrelere (2)
ait sralarLi(R) birbirine baglayan baglachLlelektrik iletkenlerini (14), hücreler arasinda
yer alan ve aynüsmadaki (F) iki elektrolitik hücreyi (2) birbirine baglayan elektrik
iletkenlerini (11) ve her bir elektrolitik hücreye (2) ait iletken elemanlarijçermektedir.
Geleneksel olarak, 50 ila 500 elektrolitik hücre (2) seri olarak baglanmakta ve her biri 1
km'den fazla uzunluga sahip iki sIa (F) boyunca uzanmaktad I.
Mevcut bulusun bir uygulamaslia uygun alüminyum izabe fIIiÜ(1) ayrla, örnegin
Sekil 3'te görülebilen bir veya daha fazla sekonder elektrik devresini (16, 17)
içermektedir. Bu sekonder elektrik devreleri (16, 17) geleneksel olarak, elektrolitik
hücrelere (2) ait hatlar (F) boyunca uzanmaktadin. Bunlar, elektroliz yunaginda (8)
karars zliga yol açan ve dolayisiyla elektrolitik hücrelerin (2) verimliligini etkileyen,
elektroliz akiminin (I1) yüksek yogunlugu sonucunda üretilen manyetik alana yönelik
dengeleme yapabilmektedir.
Bir besleme istasyonu (18) tarafindan iletilen bir akmn (l2, l3), sWiasFyla her bir sekonder
elektrik devresinin (16, 17) içinden geçmektedir. Her bir sekonder devreye (16, 17)
iliskin besleme istasyonu (18), ana devreye (15) iliskin besleme istasyonundan (12)
ayrIiI.
Alüminyum izabe fIIi:(1), süper iletken malzemeden yapilma bir elektrik iletkeniyle
donatilîrnß en az bir tane sekonder elektrik devresini (16, 17) içermektedir.
Bu süper iletken malzemeler arasîida örnegin BiSrCaCuO, YaBaCuO, MgB2,
malzemeler veya süper iletken özellikleriyle bilinen diger malzemeler yer almaktadm.
Süper iletken malzemeler kritik sicakliklarinilni altinda tutulduklarl izaman öz dirençleri
sifiin oldugu için, Joule etkisine bagli iolarak si iüretiminden kaynaklanan çok az bir
kaymla birlikte veya bu tür hiçbir kaymi söz konusu olmakszn akiT'nITii tasinmasi?
amaciyla kullan lmaktadinlar. Herhangi bir enerji kaybi isöz konusu olmadigi iiçin,
alüminyum izabe fmmnîtarafdan aIIian bir maksimum enerji miktarD(örnegin 600 kA
ve 2 kV) alüminyumu üreten ana elektrik devresine (15) Iletilebilmekte ve özellikle,
hücrelerin (2) saygüartlüabilmektedir.
Örnegin, bu bulusun uygulamaya konulmasEiamacßila kullanman bir süper iletken kablo
bakI veya alüminyum bir merkezi damar: süper iletken malzeme serit veya fiberlerini
ve bir kriyojenik mahfazayüiçermektedir. Kriyojenik mahfaza, sogutma akßkanîiüve
örnegin SI/Ünitrojeni barIidman bir kmIIan olusturulabilmektedir. Sogutma akßkanü
süper iletken malzemelerin sicakligin n kritik sicakliklar niini altinda, örnegin 100 K
(Kelvin) degerinin aItIida ya da 4K ile 80K arasîtda tutulmas: mümkün hale
getirmektedir.
Enerji kaymlarüsüper iletken malzemeden yapIma elektrik iletkeni ile diger elektrik
iletkenleri arasndaki birlesme yerlerinde bulundugundan, süper iletken malzemeden
yaptlrna elektrik iletkenleri özellikle belirli bir uzunluga ve daha belirgin bir ifadeyle 10 m
veya daha fazla bir uzunluga sahip olduklarjaman avantajIEblmaktadI.
Sekil 3, 4 ve 5, bulusa uygun bir alüminyum izabe fLianiIi (1) farkILI olasu
uygulamalar nl isinilrlaylcl olmayan örnekler halinde göstermektedir. Farkli lsekillerde,
süper iletken malzemeden yapilma elektrik iletkenleri noktali çizgilerle gösterilmektedir.
Sekil 3'teki uygulama, her biri bir besleme istasyonu (18) taraf ndan temin edilen belirli
bir yogunluga sahip ak mlarlni (I2 ve I3) içinden geçtigi iki adet sekonder elektrik
devresine (16 ve 17) yer veren bir alüminyum izabe fleiTtU(1) göstermektedir. Akl'mlar
(I2 ve I3) sekonder elektrik devreleri (smasýla 16 ve 17) içinden elektroliz akmnlýla (I1)
aynDyönde geçmektedir. Bu durumda, sekonder elektrik devreleri (16 ve 17), hücreleri
birbirine baglayan elektrik iletkenleri (11) tarafIidan üretilen manyetik alana yönelik
dengelemeyi saglamaktad I. Elektrik akmilarlidan (I2, I3) her birinin yogunlugu
yüksektir, örnegin elektroliz akInIimi (I1) yogunlugunun %20'si ile %100'ü arasmidadl
ve tercihen %40 ila %70'i kadard I.
Bitisik sîadaki (F) manyetik alana yönelik dengeleme ise, Sekil 4'teki uygulama
vasLtasLyIa elde edilebilmektedir. Sekil 4'te gösterilen alüminyum izabe frmtLK1), içinden
bir elektrik aklmlniln (I3) geçtigi dahili bir döngüyü olusturan bir sekonder elektrik
devresine (18) yer vermektedir.
Sekil 5'te gösterildigi gibi, içinden bir aletnTt (I2) elektroliz aletnlTlia (I1) ters yönde
geçtigi harici bir döngüyü olusturan tek bir sekonder devrenin (16) temin edilmesi
yoluyla da, bitisik smadaki (F) manyetik alana yönelik dengelemenin gerçeklestirilmesi
mümkündür.
Sekonder elektrik devrelerinin (16, 17) iki kilometre seviyesindeki uzunlugu nedeniyle,
sekonder elektrik devresi veya devrelerinin (16, 17) olusturulmasüiçin süper iletken
malzemeden yapüma elektrik iletkenlerinin kullanÜInasD yararIII. Süper iletken
malzemeden yapmna elektrik iletkenlerinin kullanmi: alüminyum veya bakmdan
yaptima elektrik iletkenlerinin ihtiyaç duyduguria kglasla daha az bir voltaja gereksinim
duymaktadln. Dolay siyla, sekonder devresi veya devrelerinin (16, 17) süper iletken
malzemeden yap]]na elektrik iletkenlerini içerdigi durumlarda voltajmi 30 V'tan 1 Ve
düsürülmesi mümkündür. Bu, klasik tipteki alüminyum elektrik iletkenlerine kgiasla
enerji tüketiminde %75 ila %99 seviyesinde bir azalmayîtemsil etmektedir. Ayrma,
sekonder elektrik devresi veya devrelerine yönelik besleme istasyonunun (18) maliyeti
de buna baglîolarak azalmaktad I.
Özellikle Sekil 6 ve 7'de görülebilecegi üzere, alüminyum izabe fII'iü(1) süper iletken
malzemeden yapian ve avantajlubir durum olmak üzere elektrolitik hücrelere (2) ait
ayni is ra (F) boyunca en az iki kez uzanan bir elektrik iletkenine sahip bir sekonder
elektrik devresini (16, 17) içermektedir.
Sekonder bir elektrik devresi (16, 17) taraf ndan olusturulan döngü seri haldeki birkaç
dönüsü içerdiginden, sekonder elektrik devresi (16, 17) içinden geçen ak miri (I2, I3)
yogunlugu, ayn|`imanyetik etkiyle ilgili olarak, temin edilen dönüslerin adedine karsiiik
gelen saymia bölünebilmektedir. AkEh yogunlugundaki bu azalma ayn: zamanda,
birlesme yerlerinde Joule etkisinden kaynaklanan enerji kaymlarm ve süper iletken
malzemeden yapIma elektrik iletkenleri arasIidaki birlesme yerlerinin maliyetinin ve
sekonder elektrik devresine (16, 17) yönelik elektrik iletkenlerinin giris veya çERSIarIiîi
azaItImas: da mümkün hale getirmektedir. Süper iletken malzemeden yapilma
elektrik iletkenleri sayesinde her bir sekonder elektrik devresi (16, 17) içinden geçen
akînli toplam yogunlugundaki azalma, bunlarla iliskili besleme istasyonunun (18)
büyüklügünün azaltümasLntLimümkün hale getirmektedir. Örnegin, 200 kA'IJs bir akmnu
temin etmesi gereken bir döngüde, süper iletken malzemeden yapilma elektrik
iletkeninin yirmi dönüsü, 10 kA degerindeki bir akimiitemin eden bir besleme
istasyonunun (18) kullaniltnasFrFmümkün hale getirmektedir. Benzer sekilde, süper
iletken malzemeden yapilma elektrik iletkeninin 40 dönüsü, 5 kA degerindeki
yogunluga sahip bir akth temin eden bir besleme istasyonunun kullanImasmiü
mümkün hale getirecektir. Böylece bu, mevcut durumda piyasada satilan ve dolayßgila
daha az maliyetli olan ekipmanlarîi kullan ImasDDnümkün hale getirecektir.
Ayrma, süper iletken malzemeden yapilma sekonder elektrik devrelerinin (16, 17)
olusturulmasüiçin bir veya daha fazla dönüsün seri olarak kullanmnasm besleme
istasyonu (18) ile birinci ve son elektrolitik hücre (2) arasîidaki güzergah boyunca akmn
yogunlugu düsük oldugundan (tek bir elektrik iletkeni geçisi), söz konusu güzergah
üzerindeki manyetik alanlar n azaltilmasi :seklindeki avantaja sahiptir.
Süper iletken malzemeden yapIma elektrik iletkenlerinin alüminyum veya bakmdan
yaptiTna elektrik iletkenlerine kjiasla daha küçük bir ebada sahip olmasqaynüyogunluk
için bir bakI iletkenin kesitinden 150 kata kadar daha küçük olan ve bir alüminyum
iletkene kÜasla bu oranli da ötesinde daha küçük olan bir kesit), sekonder elektrik
devreleri (16, 17) tarafIidan olusturulan döngülerde seri haldeki birkaç dönüsün
üretilmesini kolaylastlmaktad I.
Sekil 6'da gösterilen uygulamaya uygun alüminyum izabe anLniL(1), elektrik iletkenleri
seriye ait sinalarini (F) uzunlugunu seri olarak iki kez kat eden bir sekonder elektrik
devresini (16) içermektedir. Sekil 7'deki uygulamada alüminyum izabe flnini (1),
serideki elektrolitik hücrelerin (2) hem sol hem de sag tarafml lkat eden bir sekonder
elektrik devresini (16) içermektedir (sol ve sag taraf, ana elektrik devresinde (15)
bulunan ve elektroliz akTnlTiiTi (l1) genel aklSFyönünde bakan bir gözlemciye göre
tanînlanmaktadî). Ayrma, Sekil Tde gösterilen alüminyum izabe fjîilidaki (1)
sekonder elektrik devresine (16) ait (süper iletken malzemeden yapmna) elektrik
iletkenleri seri olarak birkaç dönüs yapmakta olup bunlara, serideki hücrelerin (2) sol
taraf:b0yunca uzanan iki dönüs ve sag tarafüboyunca uzanan üç dönüs dahildir.
Dönüslerin sayßîim smasßlla yirmi ve otuz olmasü mümkündür. Her bir tarafta
yaptllacak dönüslerin sayîsüaraslidaki fark, optimum manyetik dengenin elde edilmesi
için smalar arasmidaki mesafenin bir fonksiyonu olarak belirlenmektedir.
Süper iletken malzemeden yapdma elektrik iletkeninin iki dönüsü arasLmdaki küçük
potansiyel farki lsayesinde, elektrik iletkeninin çesitli dönüslerinin yalitilmasi ikolaydln.
Süper iletken malzemeden yapilma elektrik iletkeninin her bir dönüsü arasirlia
yerlestirilen ince bir elektrik yalifkan _yeterli olmaktad m.
Bu nedenle ve süper iletken malzemeden yap Ima elektrik iletkeninin küçük ebadll
sayesinde, bir devreye ait süper iletken malzemeden yapIma elektrik iletkeninin, söz
konusu iletken tarafmidan gerçeklestirilen dönüslerin sayßîia bakmnaksîli tek bir
kriyojenik mahfaza içinde barIidmmnasümümkündür. Bu kriyojenik mahfaza, içerisinde
bir sogutma akßkanlimi sirküle edildigi @[1] olarak yalmmnß bir kmüiçerebilmektedir.
Belirli bir konumda, kriyojenik mahfaza, süper iletken malzemeden yapmna aynD
elektrik iletkeninin yan yana birkaç geçisini barîidlabilmektedir.
Böyle bir uygulama, elektrolitik hücrelere ait serinin etraflida birkaç dönüs yapan
alüminyum veya baklndan yapilma elektrik iletkenlerinin söz konusu oldugu durumda
daha fazla kLSLtIamaya yol açacaktm. Gerçekten de, alüminyum veya bakrdan yaptlma
elektrik iletkenleri, süper iletken malzemeden yapilma elektrik iletkenlerinden daha
fazla hacimlidir. Dahasü her bir dönüs arasmida mevcut olacak potansiyeldeki büyük
düsmeden ötürü, takIrnas: ve bakmnnîi yapImasü gerekecek olan maliyetli
yalitkanlarli ilave edilmesi gerekli hale gelecektir. Alüminyum veya bakmdan yapmna
klasik elektrik iletkenleri çalîsma smasnda ßîidgüiçin, iletkenin çesitli dönüsleri
araslia bir yalEtkanIi takürnasü ßIiIi uzaklastIJTnasSlla ilgili sorunlar: gündeme
getirecektir.
Süper iletken malzemeden yapilma elektrik iletkenleri alüminyum veya bakindan
yapilma elektrik iletkenlerine göre ayrica, esnek olabilmeleri seklindeki avantaji i
tas maktadin. Dolaysyla alüminyum izabe finimi i(1), en az bir kavisli parçaya sahip
süper iletken malzemeden yap Ima bir elektrik iletkenine yer veren bir veya daha fazla
sekonder elektrik devresini (16, 17) içerebilmektedir. Bu ise, örnegin Sekil 10”da
görülebilen dikmeler gibi, alüminyum izabe fIIiiD(1) içerisinde mevcut olan engellerin
(19) etrafîidan geçilmesini mümkün hale getirmektedir.
Bu, Sekil 10'da görülebilen alüminyum izabe fîîilidaki (1) sekonder elektrik devresine
(16) ait kavisli parçanm (16a) izin verdigi biçimde, süper iletken malzemeden yapilma
elektrik iletkeninin sekonder elektrik devresi veya devrelerindeki (16, 17) konumunun
lokal olarak ayarlanmasü yoluyla, alüminyum izabe fln Iidaki (1) manyetik alana
yönelik lokal ayarlamalari yapImasîiDda mümkün hale getirmektedir. Bu esneklik,
alüminyum izabe frmriidaki (1) degisiklige yönelik ayarlama yapilarak (örnegin
elektroliz ak mini n (I1) yogunlugundaki bir artis ya da yeni bilgisayarlarini gücü ve
konuya iliskin genel bilgi vasitasiyla kullan labilir hale gelen en yeni manyetik düzeltme
hesaplamalariTiiiTii sonuçlarhi'rii kullanilmasi) süper iletken malzemeden yap Tma elektrik
iletkeninin yerinin manyetik alanin düzeltilmesi amaciyla baslangiçtaki konumuna göre
degistirilmesini mümkün hale getirmektedir.
Sekonder elektrik devresi veya devrelerindeki (16, 17) süper iletken malzemeden
yapÜma elektrik iletkenlerinin, elektrolitik hücrelerin (2) asagBIia yerlestirilebilecegine
dikkat edilmelidir. Bunlarli özellikle gömülü olarak düzenlenmesi mümkündür. Bu
düzenleme, süper iletken malzemeden yapilma elektrik iletkenlerinin küçük ebadjve
bunlarIi ßîtmgior olmasîgerçegi sayesinde mümkün olmaktadl. Alüminyum veya
bakmdan yapIma elektrik iletkenleri ise aynüakmn yogunlugunda daha büyük bir ebada
sahip oldugu ve Isindigi ive dolay siyla sogutulmalarina (mevcut durumda havayla
temas ve/veya özel sogutma araçlarinin kullanilmasLiyoluyla) ihtiyaç duyuldugu için, bu
düzenlemenin bu tür elektrik iletkenlerinde gerçeklestirilmesi zor olacaktin. Sekil 11,
belirli bir alüminyum izabe fIIiD(1) yerlesim planlia göre, süper iletken malzemeden
yaptlhia elektrik iletkenlerini içeren sekonder elektrik devrelerine (16, 17) ve alüminyum
elektrik iletkenlerinin kullanüdgüsekonder elektrik devrelerine (16', 17') yönelik olasü
konumlarügöstermektedir. Sekonder elektrik devreleri (16', 17,) bir elektrolitik hücrenin
(2) her iki yanlida yer almaktadI. Sekil 11'de gösterildigi gibi, sekonder elektrik
devreleri (16', 177) elektrolitik hücrelere (2) örnegin bakm'i isi yapjmasEIamaCSIIa erisimi
engellemektedir. Bunlar daha büyük boyutlara sahip olduklaru ve sogutulmalarU
gerektigi için, süper iletken malzemeden yap Ima elektrik iletkenlerini içeren sekonder
elektrik devrelerindeki (16, 17) gibi elektrolitik hücrelerin (2) asagis na yerlestirilmeleri
mümkün degildir. Öte yandan süper iletken malzemeden yap ima elektrik iletkenlerinin
kullanildigi Isekonder elektrik devreleri (16, 17), elektrolitik hücrelerin (2) asagisiriia
yerlestirilebilmektedir. Dolayl'sFyla, elektrolitik hücrelere (2) erisim kßitlanmams
olmaktad I.
Bulusun bir örnegi Sekil 6'da gösterilen özel bir uygulamaslia göre, süper iletken
malzemeden yapÜIna elektrik iletkenleri kîsmen, bir manyetik kalkanDolusturan bir
mahfazanîi (20) içinde yer alabilmektedir. Bu mahfaza (20) örnegin çelikten yaptlma
bir metal boru seklinde olabilmektedir. Bu, söz konusu manyetik kalkanli dîsmdaki
manyetik alanda önemli bir azalmayü beraberinde getirmektedir. Dolayßlýla bu,
özellikle çalîsmas: süper iletken malzemeden yapmna elektrik iletkenlerinden
kaynaklanan manyetik alan nedeniyle zarar görecek olan araçlar için, söz konusu
mahfazan n (20) yerlestirilmis oldugu konumlarda geçis bölgelerinin olusturulmas nll
mümkün hale getirmektedir. DolayISiyIa bu, söz konusu araçlarln (aksi durumda
korumayla donatFlmalarF gerekecektir) maliyetinin düsürülmesini mümkün hale
getirmektedir. Bu mahfaza (20) avantajl bir biçimde, Sekil 6`da gösterildigi gibi bir
slanmi (F) sonunda yer alan süper iletken malzemeden yapIma elektrik iletkenlerinin
etrafîia yerlestirilebilmektedir.
Bir manyetik kalkanüolusturan mahfaza (20) aynDzamanda, kritik smakltgîili altmida
tutulan süper iletken malzemeden de olusturulabilmektedir. Avantajlübir durum olmak
üzere, bir manyetik kalkanjolusturan süper iletken malzemeden yapJ'ma bu mahfaza,
kriyojenik mahfaza içerisinde süper iletken malzemeden yapmria elektrik iletkenlerinin
daha yak“ia yerlestirilebilmektedir. Mahfazaya ait süper iletken malzemenin kütlesi
en aza indirgenmekte ve mahfazaya ait süper iletken malzeme baska bir özel sogutma
sistemine ihtiyaç duyulmaksmmi kritik scaklLgnini altinda tutulmaktad ir.
Alüminyum veya hatta bakIdan yapttan önceki teknige uygun klasik elektrik
iletkenleriyle birlikte koruyucu bir mahfazanîii (20) kullanmnasümümkün degildir. Süper
iletken malzemeden yapIma bir elektrik iletkeninin 25 cm'lik çapîia karsm bu
alüminyum elektrik iletkenleri etkin biçimde 1 m`ye 1 m seviyesinde büyük bir boyut
kesitine sahiptir. En önemlisi, alüminyumdan yapman elektrik iletkenleri çalßmalarü
slaslida ßlimaktadl. Manyetik bir alan: olusturan bu tür bir mahfazanli (20)
kullandmas+ üretilen LSLniLm uygun sekilde tahliye edilmesini mümkün hale
getirmeyecektir.
Ayrica, süper iletken malzemeden yapilma elektrik iletkenlerinin, esdeger bir akm
yogunlugu için alüminyum bir elektrik iletkeninkinden yirmi kat daha az olabilen bir
metre basina düsen kütle miktarina sahip olduguna da dikkat edilmelidir. Dolayisiyla,
süper iletken malzemeden yamea elektrik iletkenlerine yönelik desteklerin maliyeti
daha azdI ve bunlari tesis edilmesi daha kolaydl.
Alüminyum izabe fim Iidaki (1) ana elektrik devresi (15) de, süper iletken malzemeden
yapÜrna bir veya daha fazla elektrik iletkenini içerebilmektedir. Dolayîsßila, Sekil 8'de
gösterildigi gibi, serideki sialar: (F) elektriksel olarak birbirine baglayan baglayîzü
elektrik iletkenleri (14) süper iletken malzemeden yapülabilmektedir. Elektrolitik
hücrelere (2) ait serinin uç noktalarMZana devreye (15) yönelik besleme istasyonunun
(12) kutuplarlia baglayan baglayiIiEelektrik iletkenleri (13) de Sekil 9'da gösterildigi gibi
süper iletken malzemeden yapuabilmektedir.
Klasik bir alüminyum izabe firilrii nda, iki sirlayi i(F) birbirine baglayan baglayici elektrik
iletkenlerinin (14) ölçüsü, bagladiklar iki s ran n (F) ayn binada m yoksa bu iki sira (F)
arasindaki manyetik etkilesimden ötürü iki ayr`binada mFyer aldrgîiia bagli-olarak 30 m
ile 150 m seklindedir. Serinin uç noktalarini ibesleme istasyonunun (12) kutbuna
baglayan baglayI: elektrik iletkenleri (13) genel olarak, söz konusu besleme
istasyonunun (12) konumuna baglüolarak 20 m ile 1 km araslidaki bir ölçüye sahiptir.
Bu uzunluklardan ötürü, bu konumlarda süper iletken malzemelerden yapÜIna elektrik
iletkenlerinin kullanJmasElIi enerji tasarrufu elde edilmesini mümkün hale getirecegi
kolaylikla anlasIacaktI. Süper iletken malzemelerden yaptlîma iletkenlerin kullanilmasü
sonucunda elde edilen ve daha önce açmlanan küçük ebat veya esneklik veya bir
manyetik kalkanüolusturan bir mahfazaya yerlestirilebilme gibi diger avantajlar da,
süper iletken malzemeden yapilma elektrik iletkenlerinin alüminyum izabe fr ninia (1)
ait ana devrede (15) potansiyel kullanLmLmini hakliLgnLbrtaya çikarmaktadm.
Öte yandan hücreleri birbirine baglayan elektrik iletkenleri (11) daha kßa oldugu için ve
birlesme yerlerindeki enerji kayßlarünedeniyle, bir hücreden (2) digerine elektroliz
akînmiîi iletilmesi amacgila süper iletken malzemeden yapEIIna bir elektrik iletkeninin
kullan mnas :ekonomik açmlan avantajl :degildin
Dolayßjrla, süper iletken malzemeden yapIma elektrik iletkenlerinin bir alüminyum
izabe fIIiIida (1) kullantlmaslili avantajlEbIdugu, iletkenler yeterince uzun oldugunda
ortaya çikabilmektedir. Iletken malzemeden yapilma elektrik iletkenlerinin kullanLmU
özellikle, EP 0204647 sayili ipatent belgesinde aç klanan tipteki döngüler vastasiyla
hücreden hücreye manyetik alan etkisinin azaltllmasl lamac yla tasarlanmls sekonder
elektrik devrelerinin (16, 17) söz konusu oldugu durumda - ana elektrik devresinden
(15) geçen akimmi yogunlugu özellikle yüksek ve 350 kA degerinden fazla oldugu ve
sekonder elektrik devresinden ana devreden geçen aki-mia aynl'yönde geçen akTnIarl'n
yogunluklarîimi toplamüana devredeki akEhIli %20'si ile %100`ü arasîtda ve tercihen
Elbette açklanan uygulamalar birbirini dßlaymiözellikte degildir ve sinerji yoluyla elde
edilen teknik etkinin güçlendirilmesi amacýla bir araya getirilmeleri mümkündür.
Dolayßjila, hem sîalar: birbirine baglayan süper iletken malzemeden yapIma
baglaymîelektrik iletkenlerini (14) hem de yine süper iletken malzemeden yap]rna olan
ve bir serinin uç noktalarnübesleme istasyonunun (12) kutuplarlia baglayan baglaymü
elektrik iletkenlerini (13) içeren bir ana elektrik devresinin (15) ve seri olarak birkaç
dönüs gerçeklestiren ve süper iletken malzemeden yapilan elektrik iletkenlerini içeren
bir veya daha fazla sekonder elektrik devresinin (16, 17) öngörülmesi mümkündür.
Süper iletken malzemeden yapili'na elektrik iletkenlerini içeren tek bir sekonder elektrik
devresinin (16) hücrelere (2) ait slrlalarini (F) aras nda ya da hücrelerin disinda temin
edilmesi ve iletkenlerin seri olarak birkaç dönüsü gerçeklestirmesi de mümkündür.
Son olarak bulus yukarEla açtRlanan uygulamalarla herhangi bir sekilde sîillüolmayü)
söz konusu uygulamalar yalnüca örnek olarak sunulmustur. Bulusun istemlerle
tanînlanan koruma kapsamüdîslia çtlitlmaksâli özellikle çesitli bilesenlerin yapßü
veya bunlarli teknik esdegerleriyle degistirilmesi açsmidan degisiklikler yapEIInasD
mümkün olarak kalacaktî.
Bulusun özellikle, inert (reaksiyona girmeyen) anotlarla elektrolizden yararlanman bir
alüminyum izabefrnlri kapsamas mümkündür.
Bulusun ayrma genel olarak diger bütün türlerdeki döngülere, örnegin CA 2585218,
uygulanmasîda mümkündür.
Claims (12)
- ISTEMLER (i) Alüminyum üretimi için tasarlanan ve bir veya daha fazla smay:(F) olusturan elektrolitik hücrelere (2) ait bir seriyi, (ii) elektrolitik hücre (2) serisine bir elektroliz akm'iIiü(l1) temin edecek biçimde tasarlanan ve iki kutba sahip olan bir elektrik besleme istasyonunu (12), (iii) içinden elektroliz akLmnLni (I1) geçtigi ve her biri besleme istasyonunun (12) kutuplarinidan birine baglanan iki uç noktas na sahip bulunan bir ana elektrik devresini (15) ve (iv) içinden bir ak mini (I2, I3) geçtigi, elektrolitik hücrelere (2) ait 3 ra veya sinalar (F) boyunca uzanan süper iletken malzemeden yapilma bir elektrik iletkenini içeren en az bir sekonder elektrik devresini (16-17) içeren bir alüminyum izabe fmmiüü) olup özelligi, sekonder elektrik devresindeki (16, 17) süper iletken malzemeden yaptlhia elektrik iletkeninin, seri olarak birkaç dönüs gerçeklestirecek biçimde elektrolitik hücrelere (2) ait sîa veya sIaIar boyunca (F) en az iki kez uzanmasII.
- 2. Istem 1ie uygun bir alüminyum izabe fIIiü(1) olup özelligi. sekonder elektrik devresindeki (16, 17) süper iletken malzemeden yaptlrna elektrik iletkeninin, söz konusu süper iletken malzemeden yaptlIna elektrik iletkeninin yaptgü dönüslerin içerisinden yan yana geçis yaptLgLtek bir kriyojenik mahfazayiJçermesidir.
- 3. Istem 1 ila 2'den herhangi birine uygun bir alüminyum izabe fnnl I(1) olup özelligi, sekonder elektrik devresindeki (16, 17) süper iletken malzemeden yap Ima elektrik iletkeninin esnek olmasi-Ne en az bir kavisli parçaya sahip bulunmasl'dm.
- 4. Istem 1 ila 3'ten herhangi birine uygun bir alüminyum izabe frnl l(1) olup özelligi, sekonder elektrik devresinin (16, 17) iki uç noktasî'iüiçermesi, söz konusu sekonder elektrik devresinin (16, 17) her bir uç noktaslimi, ana elektrik devresine (15) yönelik elektrik besleme istasyonundan (12) ayrîolan bir elektrik besleme istasyonuna (18) ait bir elektrik kutbuna baglanmasmlî.
- 5. Istem 4'e uygun bir alüminyum izabe fIIiü(1) olup özelligi. sekonder elektrik devresindeki (16, 17) süper iletken malzemeden yapÜîrna elektrik iletkeninin, elektrolitik10 hücrelere (2) ait sîa veya sîalar boyunca önceden belirlenmis bir saymla geçis yapmasüve böylece, 5 kA ile 40 kA arasmidaki yogunluga sahip bir akînütemin eden bir sekonder elektrik devresi (16, 17) besleme istasyonunun (18) kullanmnasIiIJ mümkün olmas.
- 6. istem 1 ila 5iten herhangi birine uygun bir alüminyum izabe fIIiÜ(1) olup özelligi, sekonder elektrik devresindeki (16, 17) süper iletken malzemeden yapIma elektrik iletkeninin en aanidan bir bölümünün, sLna veya sLijaIardaki (F) en az bir elektrolitik hücrenin (2) asag sinia yerlestirilmesidir.
- 7. Istem 1 ila 6'dan herhangi birine uygun bir alüminyum izabe fnni I(1) olup özelligi, sekonder elektrik devresindeki (16, 17) süper iletken malzemeden yap Ima elektrik iletkeninin en azindan bir bölümünün, sirta veya sinalardaki (F) elektrolitik hücrelerin (2) sag tarafFNe/veya sol taraf`boyunca uzanmaslîlilîl.
- 8. Istem 1 ila ?iden herhangi birine uygun bir alüminyum izabe fiîiüm) olup özelligi, süper iletken malzemeden yaptlîma her bir elektrik iletkeninin bakI veya alüminyum bir merkezi damarü en az bir süper iletken malzeme fiberini ve kriyojenik bir mahfazayü içeren bir kablodan olusturulmasim
- 9. istem 8'e uygun bir alüminyum izabe fImD(1) olup özelligi, kriyojenik mahfazanm içinden bir sogutma akßkanlili akmasmlî.
- 10. Istem 9'a uygun bir alüminyum izabe fIIiD(1) olup özelligi, sogutma akßkanmm swLnitrojen ve/veya helyum olmasLdLiJ.
- 11. Istem 1 ila 10'dan herhangi birine uygun bir alüminyum izabe f r ni (1) olup özelligi, alüminyum izabe fr nini n bir manyetik kalkan olusturan bir mahfazayl !(20) içermesi ve süper iletken malzemeden yamea elektrik iletkeninin kßmen, bir manyetik kalkanlî olusturan bir mahfazanlni (20) içine yerlestirilmesidir.
- 12. Istem 11`e uygun bir alüminyum izabe flmiü(1) olup özelligi, manyetik kalkanü olusturan mahfazanîii (20), elektrolitik hücrelere (2) ait sIa veya sîalarn (F) uç noktalarmiîi en az birine yerlestirilmesidir.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR1102199A FR2977898A1 (fr) | 2011-07-12 | 2011-07-12 | Aluminerie comprenant des cuves a sortie cathodique par le fond du caisson et des moyens de stabilisation des cuves |
FR1102198A FR2977899A1 (fr) | 2011-07-12 | 2011-07-12 | Aluminerie comprenant des conducteurs electriques en materiau supraconducteur |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
TR201807790T4 true TR201807790T4 (tr) | 2018-06-21 |
Family
ID=46717874
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
TR2018/07790T TR201807790T4 (tr) | 2011-07-12 | 2012-07-10 | Süper iletken bir malzemeden yapılma elektrik iletkenlerini içeren alüminyum izabe fırını. |
Country Status (16)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US9598783B2 (tr) |
EP (2) | EP2732076A2 (tr) |
CN (2) | CN103649375A (tr) |
AR (2) | AR087122A1 (tr) |
AU (2) | AU2012282374A1 (tr) |
BR (2) | BR112014000573B1 (tr) |
CA (2) | CA2841300C (tr) |
DK (1) | DK179966B1 (tr) |
EA (1) | EA201490256A1 (tr) |
IN (1) | IN2014CN00886A (tr) |
MY (1) | MY166183A (tr) |
NO (1) | NO2732075T3 (tr) |
RU (2) | RU2764623C2 (tr) |
SI (1) | SI2732075T1 (tr) |
TR (1) | TR201807790T4 (tr) |
WO (2) | WO2013007893A2 (tr) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR3009564A1 (fr) * | 2013-08-09 | 2015-02-13 | Rio Tinto Alcan Int Ltd | Aluminerie comprenant un circuit electrique de compensation |
FR3032459B1 (fr) * | 2015-02-09 | 2019-08-23 | Rio Tinto Alcan International Limited | Aluminerie et procede de compensation d'un champ magnetique cree par la circulation du courant d'electrolyse de cette aluminerie |
FR3042509B1 (fr) * | 2015-10-15 | 2017-11-03 | Rio Tinto Alcan Int Ltd | Serie de cellules d'electrolyse pour la production d'aluminium comportant des moyens pour equilibrer les champs magnetiques en extremite de file |
FR3115942A1 (fr) | 2020-11-05 | 2022-05-06 | Nexans | Boîtier cryostat pour circuit câblé supraconducteur, et circuits câblés supraconducteurs associés |
FR3116147B1 (fr) | 2020-11-10 | 2023-04-07 | Nexans | Dispositif de connexion électrique pour fils supraconducteurs |
Family Cites Families (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB797428A (en) * | 1954-03-10 | 1958-07-02 | Vaw Ver Aluminium Werke Ag | Plant for carrying out fusion electrolysis |
FR2425482A1 (fr) | 1978-05-11 | 1979-12-07 | Pechiney Aluminium | Procede de compensation du champ magnetique induit par la file voisine dans les series de cuves d'electrolyse a haute intensite |
US4222830A (en) * | 1978-12-26 | 1980-09-16 | Aluminum Company Of America | Production of extreme purity aluminum |
FR2469475A1 (fr) | 1979-11-07 | 1981-05-22 | Pechiney Aluminium | Procede et dispositif pour la suppression des perturbations magnetiques dans les cuves d'electrolyse a tres haute intensite placees en travers |
FR2583069B1 (fr) * | 1985-06-05 | 1987-07-31 | Pechiney Aluminium | Dispositif de connexion entre cuves d'electrolyse a tres haute intensite, pour la production d'aluminium, comportant un circuit d'alimentation et un circuit independant de correction du champ magnetique |
EP0905284B1 (en) | 1994-09-08 | 2002-04-03 | MOLTECH Invent S.A. | Aluminium electrowinning cell with drained cathode |
US5831489A (en) * | 1996-09-19 | 1998-11-03 | Trw Inc. | Compact magnetic shielding enclosure with high frequency feeds for cryogenic high frequency electronic apparatus |
CA2287362A1 (en) | 1997-05-23 | 1998-11-26 | Moltech Invent S.A. | Aluminium production cell and cathode |
FR2868436B1 (fr) | 2004-04-02 | 2006-05-26 | Aluminium Pechiney Soc Par Act | Serie de cellules d'electrolyse pour la production d'aluminium comportant des moyens pour equilibrer les champs magnetiques en extremite de file |
NO322258B1 (no) | 2004-09-23 | 2006-09-04 | Norsk Hydro As | En fremgangsmate for elektrisk kobling og magnetisk kompensasjon av reduksjonsceller for aluminium, og et system for dette |
EP1860666A4 (en) * | 2005-03-14 | 2012-02-29 | Sumitomo Electric Industries | SUPERCONDUCTING CABLE |
CA2581348A1 (en) * | 2006-04-10 | 2007-10-10 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Superconducting cable |
RU2316619C1 (ru) * | 2006-04-18 | 2008-02-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Русская инжиниринговая компания" | Устройство для компенсации магнитного поля, наведенного соседним рядом последовательно соединенных электролизеров большой мощности |
US8044752B2 (en) | 2006-07-21 | 2011-10-25 | American Superconductor Corporation | High-current, compact flexible conductors containing high temperature superconducting tapes |
NO332480B1 (no) | 2006-09-14 | 2012-09-24 | Norsk Hydro As | Elektrolysecelle samt fremgangsmate for drift av samme |
CN101255567B (zh) * | 2007-12-17 | 2010-08-25 | 中国铝业股份有限公司 | 一种优化铝电解槽磁场的方法 |
US8478374B2 (en) | 2008-03-28 | 2013-07-02 | American Superconductor Corporation | Superconducting cable assembly and method of assembly |
US9431864B2 (en) * | 2011-03-15 | 2016-08-30 | Siemens Energy, Inc. | Apparatus to support superconducting windings in a rotor of an electromotive machine |
-
2012
- 2012-07-10 CN CN201280034611.7A patent/CN103649375A/zh active Pending
- 2012-07-10 IN IN886CHN2014 patent/IN2014CN00886A/en unknown
- 2012-07-10 US US14/232,168 patent/US9598783B2/en active Active
- 2012-07-10 RU RU2018140052A patent/RU2764623C2/ru active
- 2012-07-10 RU RU2014104795/02A patent/RU2014104795A/ru not_active Application Discontinuation
- 2012-07-10 AU AU2012282374A patent/AU2012282374A1/en not_active Abandoned
- 2012-07-10 DK DKPA201370794A patent/DK179966B1/en not_active IP Right Cessation
- 2012-07-10 NO NO12748726A patent/NO2732075T3/no unknown
- 2012-07-10 SI SI201231308T patent/SI2732075T1/en unknown
- 2012-07-10 US US14/232,125 patent/US20140209457A1/en not_active Abandoned
- 2012-07-10 CA CA2841300A patent/CA2841300C/fr active Active
- 2012-07-10 BR BR112014000573-7A patent/BR112014000573B1/pt not_active IP Right Cessation
- 2012-07-10 MY MYPI2014700059A patent/MY166183A/en unknown
- 2012-07-10 EP EP12748727.0A patent/EP2732076A2/fr not_active Withdrawn
- 2012-07-10 WO PCT/FR2012/000282 patent/WO2013007893A2/fr active Application Filing
- 2012-07-10 BR BR112014000760A patent/BR112014000760A2/pt not_active IP Right Cessation
- 2012-07-10 EA EA201490256A patent/EA201490256A1/ru unknown
- 2012-07-10 EP EP12748726.2A patent/EP2732075B1/fr active Active
- 2012-07-10 CA CA2841847A patent/CA2841847A1/fr not_active Abandoned
- 2012-07-10 WO PCT/FR2012/000283 patent/WO2013007894A2/fr active Application Filing
- 2012-07-10 AU AU2012282373A patent/AU2012282373B2/en active Active
- 2012-07-10 CN CN201280034686.5A patent/CN103687982B/zh active Active
- 2012-07-10 TR TR2018/07790T patent/TR201807790T4/tr unknown
- 2012-07-11 AR ARP120102506A patent/AR087122A1/es active IP Right Grant
- 2012-07-11 AR ARP120102508A patent/AR087124A1/es not_active Application Discontinuation
Also Published As
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TR201807790T4 (tr) | Süper iletken bir malzemeden yapılma elektrik iletkenlerini içeren alüminyum izabe fırını. | |
Van Der Laan et al. | Development of CORC® cables for helium gas cooled power transmission and fault current limiting applications | |
US20090118126A1 (en) | Superconductor induction coil | |
US10804017B2 (en) | Flexibile superconducting lead assembly | |
CN103649376A (zh) | 包括在槽壳底部具有阴极输出的电解池和电解池稳定装置的铝厂 | |
Hamabe et al. | Critical current and its magnetic field effect measurement of HTS tapes forming DC superconducting cable | |
Dietderich et al. | Fabrication of a Short-Period ${\rm Nb} _ {3}{\rm Sn} $ Superconducting Undulator | |
NZ619717B2 (en) | Aluminium smelter comprising electrical conductors made from a superconducting material | |
Floegel-Delor et al. | Optimum design of copper stabilizer on coated conductors | |
Amemiya et al. | Stability analysis of multi-strand superconducting cables | |
Wolf et al. | Current redistribution in a superconducting multi-strand 35 kA DC cable demonstrator | |
CN104299715A (zh) | 高强度低电阻率高压输电电力电缆 | |
CN218812222U (zh) | 长晶炉 | |
CN110392750B (zh) | 用于铝电解槽系列的模块化母线系统 | |
Ogawa et al. | Experimental evaluation of the effect on AC loss of a polygonal arrangement in YBCO assembled conductors | |
Park et al. | Construction and commissioning of the KSTAR current feeder system | |
Khrushchev et al. | Superconducting 119-pole wiggler for ALBA light source | |
Bellomo et al. | $ rm MgB_2 $ Coils for Particle Accelerators | |
Piekarz | Rapid-Cycling HTS-Based Magnets for Muon Acceleration | |
He et al. | Design of the 100 kA High Temperature Superconducting Current Lead for CFETR | |
Abplanalp et al. | Abdyukhanov, IM, see Tronza, VI, TASC June 2013 9500805 Abe, T., see Hatsukade, Y., TASC June 2013 1602204 Aboulkassim, A., Nafidi, A., Chaib, H., Hemine, J., Ramzi, A., Tirbiyine, A., Taoufik, A., El Yakoubi, EY, Sahsah, H., Massaq, M., and El Gouti, T., Correlation Between Enhanced, Orthorhombicity and the Volume of | |
Takahashi et al. | Bitter magnet design for magnetic levitation experiments | |
Wang et al. | Bending charaterization of an HTS strand with geometrical symmetric structure | |
Wanderer | Status of superconducting magnet development (SSC, RHIC, LHC) | |
Tseng et al. | ELECTRICAL POWER AND ITS ENGINEERING FOR THE TWO-MILE LINEAR ELECTRON ACCELERATOR AT THE |