TW202041473A - 用來針對低電阻率玻璃允許高電流輸入的匯流條設計 - Google Patents

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布萊恩道格拉斯 伯恩斯
吉勃特 德安傑利斯
春鴻契爾西 何
愛德華李 金寶三世
李岳昊
班傑明佩漢 席洛克
馬修尼可拉斯 特瑪羅
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美商康寧公司
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Abstract

本案提供一種組件，向玻璃熔化槽中的熔融玻璃提供電流。組件包括一結構，此結構具有：電極，與熔融玻璃接觸；及流體冷卻式連接裝置。流體冷卻式連接裝置包括：電連接到電流源的第一連接構件及電連接到電流源的第二連接構件，其中第一連接構件及第二連接構件彼此隔開；及電交叉連接支柱，具有固定到第一連接構件的第一端及固定到第二連接構件的第二端。組件也包括匯流條，匯流條電連接到流體冷卻式連接裝置及電極。電流源經由結構及電極向熔融玻璃提供電流，以供透過電阻加熱來加熱熔融玻璃。

Description

用來針對低電阻率玻璃允許高電流輸入的匯流條設計
此申請案依據專利法主張於2018年12月21日所提出的第62/783614號的美國臨時專利申請案的優先權權益，該申請案的整體內容於本文中以引用方式依附及併入本文中。
本揭示內容大致與用於熔融玻璃的電阻加熱的方法及組件相關。詳細而言，本揭示內容與向熔融玻璃組成提供高電流相關，此等熔融玻璃組成具有比目前的熔融玻璃組成低的電阻性質。
匯流條及電極是與玻璃熔化槽（在本文中有時稱為「預熔槽」）一起使用的元件，以從電流源（舉一個非限制性的例子，例如變壓器）向玻璃熔體供應電流。在常規的佈置中，可以藉由例如電力纜線向匯流條遞送來自電流源的電流。匯流條通常連接到電極，電極將電流遞送到玻璃熔化槽中的玻璃熔體中。玻璃熔體充當電阻器以透過電阻加熱將電流作為熱能散逸到玻璃熔體中。為了完成電路，電流經由例如第二電極、第二匯流條、及第二組電力纜線流回電流源。
在常規的玻璃熔化槽佈置中，透過匯流條施加相對低的安培數的電流，例如約1700 A（安培）。玻璃熔體所需的電流量是被熔化的玻璃類型或玻璃組成的函數。然而，開發的一些新的玻璃組成具有比常規的玻璃組成低的電阻性質。這些新玻璃組成的較低的電阻性質需要，向玻璃熔體施加較高的安培數的電流以在玻璃熔體中獲得必要的熱生成。對於常規的玻璃熔化槽佈置而言，電流必須經過纜線、匯流條、及電極的相同電路徑。然而，較高安培數的電流使得電路徑中的元件（特別是匯流條）的溫度增加。在某些安培數水平下，匯流條被加熱到大於最大安全操作溫度的溫度，且因此可能使得匯流條故障。
因此，需要改善組件及方法以供向玻璃熔化槽中的新的玻璃組成遞送所需的電流。在某些非限制性的情況下，改善的組件及方法增強了玻璃熔化槽的電路徑中的常規元件的電流傳導能力。
此揭示內容在各種實施例中大致與用於熔融玻璃的電阻加熱的方法及組件相關，並且此等方法及組件在某些實施例中用來向熔融玻璃組成提供充足的電流，此等熔融玻璃組成具有比目前的熔融玻璃組成低的電阻性質。
依據某些實施例，一種組件向玻璃熔化槽中的熔融玻璃提供電流。組件包括一結構，此結構具有：電極，被設置為與熔融玻璃接觸；及流體冷卻式連接裝置。流體冷卻式連接裝置包括：第一連接構件及第二連接構件，各自與電流源電連通，其中第一連接構件及第二連接構件彼此隔開；及電交叉連接支柱，具有固定到第一連接構件的第一端及固定到第二連接構件的第二端。組件也包括匯流條，匯流條與流體冷卻式連接裝置及電極電連通。電流源經由結構及電極向熔融玻璃提供電流，以供透過電阻加熱來加熱熔融玻璃。在一個實施例中，流體是水。
依據一些揭露的方法，藉由提供一種結構向玻璃熔化槽中的熔融玻璃提供電流，結構具有流體冷卻式連接裝置，流體冷卻式連接裝置包括：第一連接構件及第二連接構件，各自與電流源電連通，其中第一連接構件及第二連接構件彼此隔開；及電交叉連接支柱，具有固定到第一連接構件的第一端及固定到第二連接構件的第二端。所提供的結構也具有匯流條，匯流條與流體冷卻式連接裝置及電極電連通，電極被設置為與熔融玻璃接觸。將電流源通電以經由結構及電極向熔融玻璃提供電流，以供透過電阻加熱來加熱熔融玻璃。在一個實施例中，流體是水。
將在詳細說明、申請專利範圍、及附圖中闡述本揭示內容的其他的實施例、額外的特徵、及優點，且本領域中的技術人員將容易理解此等實施例、額外的特徵、及優點的一部分。要了解到，上述的一般說明及以下的詳細說明呈現了本揭示內容的各種實施例，且旨在提供用於了解申請專利範圍的本質及特性的概述或框架。包括了附圖以提供本揭示內容的進一步了解，且將此等附圖併入此說明書中且構成此說明書的一部分。此等附圖繪示本揭示內容的各種實施例且與說明書一起用於解釋本揭示內容的原理及操作。
提供本標的的以下說明作為使本標的及其最佳的、目前已知的實施例成為可能的教示。本領域中的技術人員將認識，可以對本文中所述的實施例作出許多改變，同時仍然獲得本標的的有益結果。也將理解，對於一些實施例而言，可以藉由選定本標的的特徵中的一些而不利用其他特徵來獲得本標的的所需益處中的一些。因此，本領域中的技術人員將認識，本標的的許多變體及調適是可能的，且在某些情況下可能甚至是合乎需要的，並且是本標的的一部分。因此，提供以下說明作為本標的的原理的說明且不作為本標的的限制，並且可以包括本標的的變體及本標的的變化。
儘管本標的的實施例的以下示例性論述可能針對或參照用於玻璃組成的電阻加熱的特定組件及/或方法，但要了解，此論述無論如何不旨在限制本標的的範圍，且所呈現的原理可同等適用於用於玻璃組成（例如玻璃熔化槽中的玻璃組成）的電阻加熱的其他系統及/或方法。
本領域中的技術人員將進一步理解，在不脫離本標的的精神及範圍的情況下，本文中所述的示例性實施例的許多變體是可能的。因此，本說明書不旨在且不應被解釋為限於所給定的實例，而應授予隨附請求項及其等效物所提供的全部保護範圍。
參照圖式描述了用於熔融玻璃的電阻加熱的組件及/或方法的各種實施例，在此等圖式中，將類似的元件符號給予類似的構件以促進本標的的了解。
本揭示內容描述了用於熔融玻璃的電阻加熱的新穎方法及組件，並且此等方法及組件在某些實施例中用來向熔融玻璃組成提供充足的電流，此等熔融玻璃組成具有比目前的熔融玻璃組成低的電阻性質。某些新的玻璃組成（其具有比目前的玻璃組成低的電阻性質）可能需要大於約2600 A的電流，而不是用於某些目前的玻璃組成的典型的1700 A。其他的新玻璃組成可能需要更高的電流，例如大於約5000 A、大於約8000 A、及大於約10,000 A，包括其間的所有範圍及子範圍。
在一個詳細、非限制性的實施例中，具有主要包括錫的電極及主要包括鋼的匯流條的玻璃熔化槽佈置應能夠遞送約5000 A下的電流，同時將匯流條的溫度維持低於500℃。基於分析，現有的匯流條結構不能在不超過匯流條的660℃的最大操作溫度的情況下耐得住約5000 A的電流。在其他的實施例中，電極可以主要包括鉬，或可以是錫及/或鉬及/或其他材料的某種組合。在又其他的實施例中，匯流條可以包括銅及/或鎳。如上所述，其他的玻璃熔化槽佈置及設計可能同樣缺乏在具有較低的電阻性質的玻璃組成所需的電流下操作的能力。如本文中所使用的，用語「(結構)主要包括(成分)」指的是指名的結構的指名的成分包括至少約50重量百分比、約60重量百分比、約70重量百分比，包括其間的所有範圍及子範圍。
著眼於圖1，示出了典型的先前技術示例性玻璃熔化槽佈置100的簡化示意圖。一定體積的熔融玻璃101（在本文中有時稱為「玻璃熔體」或「玻璃」）被容納在玻璃熔化槽102中。電流源103（其在一個實施例中可以是變壓器）經由輸入導體111（其在一個實施例中可以是電纜線或導管）向輸入匯流條114供應輸入電流（由箭頭104所示），此輸入匯流條電連接到輸入電極116。輸入電極116與熔融玻璃101接觸，此熔融玻璃被輸入電流電阻地加熱，如由符號105所示。為了完成電路，輸出電流（由箭頭106所示）橫越輸出電極126、輸出匯流條124、及輸出導體121到變壓器103，此等元件分別用與上文針對輸入元件所描述的方式類似的方式電連接。
現在參照圖2，示出了用於與玻璃熔化槽佈置100一起使用的匯流條214及電極216的典型的先前技術示例性佈置。在一個實施例中，輸入及輸出的匯流條/電極佈置是實質相同的，所以本文僅會描述一個。電極216（其可以與圖1中的電極116及126中的任一者或兩者對應）主要包括錫，且其長度（示為216L）由於在操作期間對電極的侵蝕一般介於約36英寸（在電極壽命的開始時）與約6英寸（在電極壽命的結束時）之間。匯流條214被設置在電極216的長度的一端處，而電極的長度的相對端或相對端的一部分與玻璃熔化槽102中的熔融玻璃101接觸，如圖1中所示。在玻璃熔化槽佈置100的操作期間，藉由在匯流條214上施加力（如示意性地及/或象徵性地由箭頭213a及213b所示）將電極216推動到玻璃熔化槽102中。本領域中的技術人員將了解，箭頭213a及213b是施力的簡單表示，且本揭示內容不一定限於這兩個點力，且舉一個非限制性的例子，此等力可以是匯流條的側面上的分佈力以將電極216推動到玻璃熔化槽102中。因此，匯流條214應強健到足以在施加由箭頭213a及213b所表示的力的期間維持其配置及操作。
一般而言，匯流條214的最壞情況的熱條件是在電極壽命的結束時（此時電極216長約6英寸），因為匯流條當時將處於相對靠近玻璃熔化槽102的位置且因此暴露於來自玻璃熔化槽的增加的熱負載。
典型匯流條214具有二或更多個連接點以將匯流條電連接到導體（輸入導體111或輸出導體121中的任一者，如圖1中所示，但不同時都電連接到輸入導體及輸出導體）。在圖2中所示的佈置中，匯流條214具有四個連接點214a、214b、214c、及214d。這些連接點中的每一者可以連接到導體以將電流傳導到電流源103（或各自可以連接為從該電流源傳導電流），如上所述。匯流條214上的連接點214a、214b、214c、及214d中的一或更多者可能與匯流條上的其他連接點電隔離，使得連接點的故障可能造成劣化的操作，這是因為例如匯流條的受影響部分從（或向）電流源103接收減少的電流或不接收電流，及/或其餘可操作的連接點中的一或更多者接收增加的電流，藉此使此此該等連接點更靠近此/此等連接點的熱操作極限（例如500℃或660℃的最大溫度）。
現在著眼於圖3，呈現了依據本標的的一個實施例的玻璃熔化槽佈置300的簡化示意圖。與圖1的玻璃熔化槽佈置100類似，玻璃熔化槽佈置300包括一定體積的熔融玻璃101、電流源103、輸入匯流條114，此熔融玻璃被容納在玻璃熔化槽102中，此輸入匯流條電連接到輸入電極116，此輸入電極與熔融玻璃101接觸，此熔融玻璃如由符號105所示地電阻地加熱。此外，為了完成電路，玻璃熔化槽佈置300包括輸出電極126及輸出匯流條124。除了上述元件以外，玻璃熔化槽佈置300還包括輸入流體冷卻式連接裝置312，此輸入流體冷卻式連接裝置經由輸入導體311電連接到電流源103。輸入流體冷卻式連接裝置312電連接到輸入匯流條114。類似地，玻璃熔化槽佈置300包括輸出流體冷卻式連接裝置322，此輸出流體冷卻式連接裝置經由輸出導體321電連接到電流源103。輸入流體冷卻式連接裝置322電連接到輸出匯流條124。因此，輸入電流（由箭頭304所示）從電流源103經由輸入導體311流動到輸入流體冷卻式連接裝置312到輸入匯流條114，此輸入匯流條電連接到輸入電極116，此輸入電極轉而與熔融玻璃101接觸，此熔融玻璃被輸入電流電阻地加熱，如由符號105所示。為了完成電路，輸出電流（由箭頭306所示）橫越輸出電極126、輸出匯流條124、輸出流體冷卻式連接裝置322、及輸出導體321到變壓器103，此等元件分別用與上文針對輸入元件所描述的方式類似的方式電連接。
在一個實施例中，匯流條114可以是常規匯流條214，如圖2中所示。匯流條114可以主要包括鋼，例如不銹鋼。在其他的實施例中，匯流條114可以是增強版本的常規匯流條。例如，匯流條114可以是流體冷卻的（有或沒有內部導流器），例如整個匯流條或匯流條的選定部分（例如連接點214a、214b、214c、及/或214d中的一或更多者處）中的任一者。舉另一個例子，可以將匯流條114或匯流條的一部分建構為具有更大的體積，藉此減少通過匯流條或匯流條的增強部分的電流密度。減少的電流密度將改善由增加電流引起的溫度增加。測試表明，連接點214a、214b、214c、及214d可以是初始故障位置或首先超過安全熱操作參數的位置（特別是對於增加的電流而言）。在一個實施例中，可以將一或更多個連接點214a、214b、214c、及/或214d建構為具有額外的材料，以增加連接點的體積，藉此減少通過連接點的電流密度。同樣地，可以增加輸入導體（311）或輸出導體（321）與連接點214a、214b、214c、及/或214d中的一或更多者之間的接觸面積以進一步減少電流密度。舉一個另外的非限制性實例，可以將額外的連接點（未示出）添加到匯流條114。如本領域中的技術人員將了解的，可以採用上述實例中的任一者或組合來減少由於電流的增加而由匯流條114所經歷的最大溫度。在一個實施例中，應將匯流條中的任何點的最大溫度保持小於約450℃、小於約500℃、小於約550℃，包括其間的所有範圍及子範圍。在一個實施例中，應將匯流條的最大溫度保持小於約600℃、小於約650℃、小於約660℃、小於約700℃（包括其間的所有範圍及子範圍），以防止匯流條故障。
考慮圖4，呈現了依據本標的的一個實施例的流體冷卻式連接裝置412、匯流條414、及電極416的非限制性佈置400的插圖。在一個實施例中，輸入及輸出的流體冷卻式連接裝置/匯流條/電極佈置是實質相同的，所以本文僅會描述一個。電極416（其可以與圖3中的電極116及126中的任一者或兩者對應）主要包括錫，且其長度（示為416L）由於在操作期間對電極的侵蝕一般介於約36英寸（在電極壽命的開始時）與約6英寸（在電極壽命的結束時）之間。在圖4中，示出了壽命結束時或接近壽命結束的電極416。匯流條414被設置在電極416的長度的一端處，而電極的長度的相對端或相對端的一部分與玻璃熔化槽102中的熔融玻璃101接觸，如上文針對圖1所描述及示出的。在一個實施例中，可以將薄的銀絲網安置在電極與匯流條之間，以確保兩者之間的適當電接觸。在其他的實施例中，可以用由具有高導電率的一或更多種其他材料製作的類似結構替換銀絲網。
流體冷卻式連接裝置412實體地及電氣地連接到匯流條414，使得匯流條414定位在流體冷卻式連接裝置412與電極416之間。在一個實施例中，流體冷卻式連接裝置412替換圖2中所示的匯流條連接點214a、214b、214c、及214d。如下文進一步描述，與由先前技術的匯流條連接點214a、214b、214c、及214d所提供的連接區域相比，此設計允許例如輸入導體纜線與流體冷卻式連接裝置之間較大及/或較厚的連接區域（在連接點426及/或427處）。
在一個實施例中，流體冷卻式連接裝置412主要包括銅。在其他的實施例中，流體冷卻式連接裝置可以主要包括鎳或具有高導電率的某種其他金屬。在其他的實施例中，流體冷卻式連接裝置可以是銅及/或鎳及/或其他材料的組合。在一個實施例中，冷卻流體流動通過流體冷卻式連接裝置412的至少一部分的內部部分。在一個非限制性的實施例中，冷卻流體分別通過入口441a及441b流入且通過出口441c及441d流出。在一個實施例中，冷卻流體的流動可以是在與上述的方向相對的方向上。在其他的實施例中，可以將冷卻流體入口及/或出口安置在圖4中的示例性實施例中所示的位置以外的流體冷卻式連接裝置412上的位置中。在一個實施例中，冷卻流體是水。在其他的實施例中，冷卻流體可以是液體、氣體、乳液、懸浮液、油、及/或致冷劑。在另一個實施例中，通過流體冷卻式連接裝置412的水的流速為約0.5加侖每分鐘（「gpm」）、大於約0.5加侖每分鐘、介於約0.5與約1.0加侖每分鐘之間、大於約1.0加侖每分鐘，包括其間的所有範圍及子範圍。在另一個實施例中，進入流體冷卻式連接裝置412的內部部分的水的溫度為約35℃、大於約25℃、大於約30℃、大於約35℃、大於約40℃，包括其間的所有範圍及子範圍。在一個實施例中，應將流體冷卻式連接裝置412的任何部分的最大溫度保持小於約125℃、小於約150℃、小於約175℃、小於約200℃，包括其間的所有範圍及子範圍。
在一個另外的實施例中，匯流條414是流體冷卻的（整個匯流條或匯流條的選定部分中的任一者）。在一個非限制性的實施例中，冷卻流體分別通過入口443a及443b流入且通過相應的出口（未示出）流出。在一個實施例中，冷卻流體的流動可以是在與上述的方向相對的方向上。在其他的實施例中，可以將冷卻流體入口及/或出口安置在圖4中的示例性實施例中所示的位置以外的匯流條414上的位置中。在一個實施例中，冷卻流體是水。在其他的實施例中，冷卻流體可以是液體、氣體、乳液、懸浮液、油、及/或致冷劑。在一個又另外的實施例中，第一流體源為流體冷卻式連接裝置412供應流體，且單獨的第二流體源供應流體以供流體冷卻匯流條414。或者，單個流體源可以為流體冷卻式連接裝置412供應流體且供應流體以供流體冷卻匯流條414。在一個實施例中，通過匯流條414的水的流速為約0.5加侖每分鐘、大於約0.5加侖每分鐘、介於約0.5與約1.0加侖每分鐘之間、大於約1.0加侖每分鐘，包括其間的所有範圍及子範圍。在另一個實施例中，進入匯流條414的內部部分的水的溫度為約35℃、大於約25℃、大於約30℃、大於約35℃、大於約40℃，包括其間的所有範圍及子範圍。在一個實施例中，應將匯流條中的任何點的最大溫度保持小於約450℃、小於約500℃、小於約550℃，包括其間的所有範圍及子範圍。在一個實施例中，應將匯流條的最大溫度保持小於約600℃、小於約650℃、小於約660℃、小於約700℃（包括其間的所有範圍及子範圍），以防止匯流條故障。
在玻璃熔化槽佈置300的操作期間，藉由在流體冷卻式連接裝置416上施加力（此力通過匯流條414傳送到電極416，如示意性地及/或象徵性地由箭頭413a及413b所示）將電極416推動到玻璃熔化槽102中。本領域中的技術人員將了解，箭頭413a及413b是施力的簡單表示，且本揭示內容不一定限於這兩個點力，且舉一個非限制性的例子，此等力可以是流體冷卻式連接裝置的側面上的分佈力以最終將電極416推動到玻璃熔化槽102中。在一個實施例中，可以向流體冷卻式連接裝置的任何地方及/或向匯流條414的任何地方施加由箭頭413a及413b所表示的力，且本揭示內容不限於圖2或圖4中的任一者中所示的佈置。因此，流體冷卻式連接裝置412及匯流條414應各自是實體上強健的，以在施加由箭頭413a及413b所表示的力的期間維持它們相應的配置及操作。
流體冷卻式連接裝置412、匯流條414、及電極416的佈置400強健到足以允許在高電流（例如大於約5000 A、大於約8000 A、及大於約10,000 A，包括其間的所有範圍及子範圍）下操作。
在一個實施例中，流體冷卻式連接裝置412可以包括：第一部分422，固定到匯流條414的第一區域，此第一區域可以位在（但不限於）匯流條414的縱向邊緣附近；及第二部分423，固定到匯流條414的第二區域，此第二區域可以位在（但不限於）匯流條414的相對的縱向邊緣附近。在一個實施例中，匯流條414的第一區域及第二區域彼此隔開，然而可以預期，在一個實施例中，流體冷卻式連接裝置412的第一部分及第二部分也可以鄰接。流體冷卻式連接裝置412可以更包括：第一連接構件424，固定到流體冷卻式連接裝置412的第一部分422；及第二連接構件425，固定到流體冷卻式連接裝置412的第二部分423。連接到第一連接構件424及第二連接構件425的相對端的分別是第一連接點426及第二連接點427。第一連接點426及第二連接點427經由圖3中所示的輸入導體311（或輸出導體321）電連接到電流源103，此導體在一個實施例中可以是一或更多條電纜線。在一些實施例中，第一連接構件424及第二連接構件425可以隔開達大於約6英寸、大於約9英寸、大於約12英寸、大於約18英寸的距離，包括其間的所有範圍及子範圍。
在一個實施例中，交叉連接支柱430被設置在第一連接構件424與第二連接構件425之間且在第一連接點426及第二連接點427附近，使得交叉連接支柱430的一端附接到第一連接構件424，且交叉連接支柱430的另一端附接到第二連接構件425。或者，交叉連接支柱430可以附接到第一連接點426及第二連接點427。在一個實施例中，交叉連接支柱430與流體冷卻式連接裝置412的第一部分422及第二部分423隔開。若故障（例如第一連接點426或第二連接點427中的任一者故障），交叉連接支柱430也充當防護裝置。舉一個非限制性的例子，若第一連接點426（或向或自第一連接點傳導電流的導體）故障，則交叉連接支柱430將能夠從第二連接點427向第一連接構件424傳導電流，藉此維持相對平衡的進入匯流條414的電流及/或減輕或防止流體冷卻式連接裝置412或匯流條414中的電流密度及溫度增加。類似的情境適用於第二連接點427故障的情況中。
現在考慮圖5，呈現了依據本標的的一個實施例的流體冷卻式連接裝置512及匯流條514的非限制性佈置500的插圖。流體冷卻式連接裝置512可以與圖3中的流體冷卻式連接裝置312及322中的任一者或兩者對應。同樣地，匯流條514可以與圖3中的匯流條114及124中的任一者或兩者對應。
流體冷卻式連接裝置512實體地及電氣地連接到匯流條514，使得匯流條514定位在流體冷卻式連接裝置512與電極（未示出）之間。在一個實施例中，可以將薄的銀絲網安置在電極與匯流條之間，以確保兩者之間的適當電接觸。在一個實施例中，流體冷卻式連接裝置512主要包括銅。在其他的實施例中，流體冷卻式連接裝置可以主要包括鎳或具有高導電率的某種其他金屬。在其他的實施例中，流體冷卻式連接裝置可以是銅及/或鎳及/或其他材料的組合。
在一個實施例中，流體冷卻式連接裝置512可以包括：第一部分522，固定到匯流條514的第一區域，此第一區域可以位在（但不限於）匯流條514的縱向邊緣附近；及第二部分523，固定到匯流條514的第二區域，此第二區域可以位在（但不限於）匯流條514的相對的縱向邊緣附近。在一個實施例中，匯流條514的第一區域及第二區域彼此隔開，然而可以預期，在一個實施例中，流體冷卻式連接裝置512的第一部分及第二部分也可以鄰接。流體冷卻式連接裝置512可以更包括：第一連接構件524，固定到流體冷卻式連接裝置512的第一部分522的一端；及第二連接構件525，固定到流體冷卻式連接裝置512的第二部分523的一端。連接到第一連接構件524及第二連接構件525的相對端的分別是第一連接點526及第二連接點527。第一連接點526及第二連接點527分別經由導體511a及511b電連接到電流源103。導體511a及511b與圖3中的輸入導體311或輸出導體321中的任一者對應（但不同時與兩者對應）。在一個實施例中，導體511a及511b是水冷式纜線。在一些實施例中，第一連接構件524及第二連接構件525可以隔開達大於約6英寸、大於約9英寸、大於約12英寸、大於約18英寸的距離，包括其間的所有範圍及子範圍。
在一個實施例中，交叉連接支柱530被設置在第一連接構件524與第二連接構件525之間且在第一連接點526及第二連接點527附近，使得交叉連接支柱530的一端附接到第一連接構件524，且交叉連接支柱530的另一端附接到第二連接構件525。或者，交叉連接支柱530可以附接到第一連接點526及第二連接點527。在一個實施例中，交叉連接支柱530與流體冷卻式連接裝置512的第一部分522及第二部分523隔開。
在一個實施例中，冷卻流體流動通過流體冷卻式連接裝置512的至少一部分的內部部分。在圖5中所示的非限制性實施例中，冷卻流體分別經由入口541a及541b流動到流體冷卻式連接裝置512中、通過第一連接構件525及第二連接構件524、且經由出口541c及541d離開。在一個實施例中，冷卻流體可以（單獨地或附加於出口541c及541d地）分別經由出口541e及541f離開。在一個實施例中，冷卻流體的流動可以是在與上述的方向相對的方向上。在其他的實施例中，可以將冷卻流體入口及/或出口安置在圖5中的示例性實施例中所示的位置以外的流體冷卻式連接裝置512上的位置中。在上述的實施例中，冷卻流體不流動通過交叉連接支柱530。在另一個實施例中，交叉連接支柱530被設計為接受冷卻流體流且在第一連接構件525與第二連接構件524之間交叉連接冷卻流體路徑。在此佈置中，在一個實施例中，冷卻流體可以通過入口541a或541b中的一者進入流體冷卻式連接裝置512。在一個實施例中，冷卻流體的流動可以是在與上述的方向相對的方向上。
在一個實施例中，冷卻流體是水。在其他的實施例中，冷卻流體可以是液體、氣體、乳液、懸浮液、油、及/或致冷劑。在另一個實施例中，通過流體冷卻式連接裝置512的水的流速為約0.5加侖每分鐘、大於約0.5加侖每分鐘、介於約0.5與約1.0加侖每分鐘之間、大於約1.0加侖每分鐘，包括其間的所有範圍及子範圍。在另一個實施例中，入口541a及541b中的一或兩者處的水的溫度為約35℃、大於約25℃、大於約30℃、大於約35℃、大於約40℃，包括其間的所有範圍及子範圍。在一個實施例中，應將流體冷卻式連接裝置512的任何部分的最大溫度保持小於約125℃、小於約150℃、小於約175℃、小於約200℃，包括其間的所有範圍及子範圍。
在一個另外的實施例中，匯流條514是流體冷卻的（整個匯流條或匯流條的選定部分中的任一者）。在圖5中所示的非限制性實施例中，冷卻流體經由入口551流動到匯流條514中、通過匯流條514、經由出口552離開匯流條。在一個實施例中，冷卻流體的流動可以是在與上述的方向相對的方向上。在其他的實施例中，可以將多個入口及/或多個出口（為了明確起見未示出）用於匯流條514。在一些實施例中，可以存在用於匯流條514的特定區段的單個入口/出口對及用於匯流條514的單獨區段的單獨入口/出口對。在其他的實施例中，多個入口/出口傳送冷卻流體，此冷卻流體可以在匯流條514的整個流體冷卻部分內流動。在一個實施例中，冷卻流體被規劃路線為通過流體冷卻式連接裝置512及匯流條514兩者的一部分。
在一個實施例中，冷卻流體是水。在其他的實施例中，冷卻流體可以是液體、氣體、乳液、懸浮液、油、及/或致冷劑。在另一個實施例中，通過匯流條514的水的流速為約0.5加侖每分鐘、大於約0.5加侖每分鐘、介於約0.5與約1.0加侖每分鐘之間、大於約1.0加侖每分鐘，包括其間的所有範圍及子範圍。在另一個實施例中，入口551處的水的溫度為約35℃、大於約25℃、大於約30℃、大於約35℃、大於約40℃，包括其間的所有範圍及子範圍。在一個實施例中，應將匯流條514中的任何點的最大溫度保持小於約450℃、小於約500℃、小於約550℃，包括其間的所有範圍及子範圍。在一個實施例中，應將匯流條的最大溫度保持小於約600℃、小於約650℃、小於約660℃、小於約700℃（包括其間的所有範圍及子範圍），以防止匯流條故障。
在一個又另外的實施例中，第一流體源為流體冷卻式連接裝置512供應流體，且單獨的第二流體源供應流體以供流體冷卻匯流條514。或者，單個流體源可以為流體冷卻式連接裝置512供應流體且供應流體以供流體冷卻匯流條514。
在玻璃熔化槽佈置300的操作期間，藉由在流體冷卻式連接裝置512上施加力，來將電極（為了明確起見未示出）（例如電極416）推動到玻璃熔化槽102中，此力通過匯流條514傳送到電極416，如上文針對圖4所述。因此，流體冷卻式連接裝置512及匯流條514應強健到足以在施加力的期間維持它們相應的配置及操作。此外，流體冷卻式連接裝置512及匯流條514的佈置500強健到足以允許在高電流（例如大於約5000 A、大於約8000 A、及大於約10,000 A，包括其間的所有範圍及子範圍）下操作。
圖6繪示依據本標的的一個實施例用於向玻璃熔化槽中的熔融玻璃提供電流的方法的高階方塊圖。在方塊662處，提供結構，其中結構包括：流體冷卻式連接裝置，包括電連接到電流源的第一連接構件及電連接到電流源的第二連接構件，其中所述第一連接構件及所述第二連接構件彼此隔開；及電交叉連接支柱，具有固定到所述第一連接構件的第一端及固定到所述第二連接構件的第二端。結構更包括匯流條，匯流條電連接到流體冷卻式連接裝置及電極。在方塊664處，將電極設置為與熔融玻璃接觸。在方塊666處，將電流源通電以經由結構及電極向熔融玻璃提供電流以供透過電阻加熱來加熱熔融玻璃。
將藉由以下實例進一步闡明本標的的各種實施例。作為熱測試的基準，產生了熱模擬模型以針對各種匯流條設計預測溫度及溫度分佈。接著使用現有的匯流條設計（例如圖2中的匯流條214）來運行此模型。將模型的預測溫度結果與來自操作中的現有匯流條（例如匯流條214）的測試運行的實際結果進行比較，其中用紅外線溫度計記錄實際的溫度。模型的預測結果與記錄到的實際溫度非常吻合。
實例1
使用四種不同的電流利用水冷式匯流條設計運行熱模擬模型：1700 A、2600 A、3000 A、5000 A。針對每次運行，均將匯流條建模為具有四個連接點，每個連接點傳導總電流的¼。將錫電極建模為長36英寸，即在電極的壽命開始的時候且因此是匯流條處的溫度的最佳情況。模擬運行的結果顯示在以下的表格1中：
表格1
模型參數 1700 A 2600 A 3000 A 5000 A
安培/連接點（A） 425 650 750 1250
最大電流密度（A/mm2 ） 1.05 1.61 1.86 3.09
錫/玻璃表面處的平均電流密度（A/mm2 ） 0.0092 0.014 0.016 0.027
最大匯流條溫度（℃） 112 228 293 663
冷卻水入口溫度（℃） 35 35 35 35
冷卻水出口溫度（℃） 37.17 37.32 37.36 38.30
5000 A測試的663℃的最大匯流條溫度超過了此測試中所使用的匯流條的設計準則，此設計準則在此實例中為500℃。因此，用於此測試的匯流條設計將不適合傳導5000 A的電流。
實例2
用現有的匯流條設計運行熱模擬模型一次，此匯流條設計具有四個相同尺寸的連接點（在本文中稱為「連接條」），其中每個連接條的體積為2.78 in3 。用大致相同的匯流條設計運行熱模擬模型第二次，但其中四個連接條中的每一者均具有11.12 in3 的體積。針對這兩次運行中的每一者，均將錫電極建模為長6英寸，即在電極的壽命結束的時候且因此是匯流條處的溫度的最壞情況。模擬運行的結果顯示在以下的表格2中：
表格2
模型參數 5000 A 5000 A
連接點數量 4 4
安培/連接條（A） 1250 1250
纜線/連接條接觸面積（in2 ） 1.41 1.41
連接條體積（in3 ） 2.78 11.12
最大匯流條溫度（℃） 672 445
最大連接條溫度（℃） 672 267
針對第一次運行（現有的匯流條設計），672℃的最大匯流條溫度及最大連接條溫度超過了此測試中所使用的匯流條的設計準則，此設計準則在此實例中為500℃。針對第二次運行（修改過的匯流條設計），445℃的最大匯流條溫度及267℃的最大連接條溫度各自低於500℃的設計準則。因此，用於第一次運行的現有匯流條設計將不適合傳導5000 A的電流。然而，用於第二次運行的修改過的匯流條設計將適於傳導5000 A的電流。
實例3
用水冷式連接裝置（如上所述）、匯流條、及錫電極運行熱模擬模型，此電極被建模為長6英吋，即在電極的壽命結束的時候且因此是匯流條處的溫度的最壞情況。在此實例中，匯流條包括水冷式的第一板及水冷式的第二板，第一板與第二板實質上彼此相鄰。兩個水冷式的板與電極實質相鄰，其中「底」板比「頂」板更靠近電極。在兩次運行中的每一者中，均將電流建模為5000 A。在第一次運行中，將兩條有功纜線連接到水冷式連接裝置，使得每條纜線均傳導2500 A。在第二次運行中，僅使用一條有功纜線，其傳導所有的5000 A。此外，因為電極僅長6英寸，所以水冷式連接裝置及匯流條各自暴露於非常高的環境溫度，此等環境溫度的範圍從約500℃到約700℃。並且，將通過水冷式連接裝置的冷卻水的流速設定在約0.5 gpm到約1.0 gpm之間。模擬運行的結果顯示在以下的表格3中：
表格3
模型參數 5000 A 5000 A
電極長度（in） 6 6
有功纜線數量 2 1
安培/纜線（A） 2500 5000
水冷式連接裝置的最大溫度（℃） 121 122
匯流條/電極介面處的最大溫度（℃） 260 260
匯流條的最大溫度（℃） 409 409
冷卻水入口溫度–水冷式連接裝置（℃） 35 35
冷卻水入口溫度–匯流條（℃） 35 35
冷卻水出口溫度–匯流條的頂板（℃） 48 48
冷卻水出口溫度–匯流條的底板（℃） 53 53
最大電流密度（A/mm2 ） 5.3 6.8
錫/玻璃表面的平均電流密度（A/mm2 ） 0.0217 0.0217
對於兩次運行中的每一者而言，409℃的最大匯流條溫度及121℃（第一次運行）及122℃（第二次運行）的最大水冷式連接裝置溫度各自低於匯流條的500℃的設計準則及水冷式連接裝置的200℃的設計準則。因此，用於第一次運行及第二次運行的水冷式連接裝置及匯流條設計適於傳導5000 A的電流。
實例4
如上文針對實例3所述地用水冷式連接裝置、匯流條、及錫電極運行熱模擬模型。在第一次運行中，將電流建模為8000 A。在第二次運行中，將電流建模為10,000 A。在兩次運行中，僅將一條有功纜線連接到水冷式連接裝置，此纜線傳導所有電流。此外，因為電極僅長6英寸，所以水冷式連接裝置及匯流條各自暴露於非常高的環境溫度，此等環境溫度的範圍從約500℃到約700℃。並且，將通過水冷式連接裝置的冷卻水的流速設定在約0.5 gpm到約1.0 gpm之間。模擬運行的結果顯示在以下的表格4中：
表格4
模型參數 8000 A 10,000 A
電極長度（in） 6 6
有功纜線數量 1 1
安培/纜線（A） 8000 10,000
水冷式連接裝置的最大溫度（℃） 126 131
匯流條/電極介面處的最大溫度（℃） 261 266
匯流條的最大溫度（℃） 411 413
冷卻水入口溫度–水冷式連接裝置（℃） 35 35
冷卻水入口溫度–匯流條（℃） 35 35
冷卻水出口溫度–匯流條的頂板（℃） 49 49
冷卻水出口溫度–匯流條的底板（℃） 53 55
最大電流密度（A/mm2 ） 11 14
錫/玻璃表面的平均電流密度（A/mm2 ） 0.035 0.043
對於兩次運行中的每一者而言，411℃（第一次運行）及413℃（第二次運行）的最大匯流條溫度及126℃（第一次運行）及131℃（第二次運行）的最大水冷式連接裝置溫度各自低於匯流條的500℃的設計準則及水冷式連接裝置的200℃的設計準則。因此，用於第一次運行及第二次運行的水冷式連接裝置及匯流條設計適於傳導高達至少10,000 A的電流。
在一個實施例中，一種組件向玻璃熔化槽中的熔融玻璃提供電流，組件包括一結構，此結構包括：流體冷卻式連接裝置，具有電連接到電流源的第一連接構件及電連接到電流源的第二連接構件，其中第一連接構件及第二連接構件彼此隔開；及電交叉連接支柱，具有固定到第一連接構件的第一端及固定到第二連接構件的第二端。結構更包括：匯流條，電連接到流體冷卻式連接裝置及電極，其中電極被設置為與熔融玻璃接觸，且其中電流源經由結構及電極向熔融玻璃提供電流，以供透過電阻加熱加熱熔融玻璃。
在另一個實施例中，匯流條是流體冷卻的。在又另一個實施例中，第一流體源為流體冷卻式連接裝置供應流體，且第二流體源為流體冷卻式匯流條供應流體。在又另一個實施例中，流體冷卻式連接裝置更包括：第一部分，固定到匯流條的第一區域；及第二部分，固定到匯流條的第二區域，其中匯流條的第一區域及第二區域彼此隔開。在又另一個實施例中，第一連接構件固定到流體冷卻式連接裝置的第一部分，且第二連接構件固定到流體冷卻式連接裝置的第二部分。在一個另外的實施例中，第一連接構件經由第一纜線電連接到電流源，且第二連接構件經由第二纜線電連接到第二電流源。在一個又另外的實施例中，第一連接構件經由第一纜線電連接到電流源，且第二連接構件經由第二纜線電連接到電流源。在一個又另外的實施例中，第一纜線與第一連接構件的連接點與流體冷卻式連接裝置的第一部分隔開。在一個又另外的實施例中，第二纜線與第二連接構件的連接點與流體冷卻式連接裝置的第二部分隔開。在一個又另外的實施例中，第一連接構件及第二連接構件隔開達至少六英寸。在一個又另外的實施例中，流體冷卻式連接裝置主要包括銅，及/或匯流條主要包括鋼，及/或電極主要包括錫。在又另外的實施例中，電流源供應至少約3000安培的電流，電流源供應至少約5000安培的電流，電流源供應至少約8000安培的電流，電流源供應至少約10,000安培的電流。
在一個實施例中，上述組件更包括冷卻流體，冷卻流體流動通過流體冷卻式連接裝置的內部部分。在一個另外的實施例中，冷卻流體的流速介於0.5加侖每分鐘與約1.0加侖每分鐘之間。在一個又另外的實施例中，進入流體冷卻式連接裝置的內部部分的冷卻流體的溫度為約35℃。
在一個實施例中，對於上述組件而言，電流源供應至少約10,000安培的電流，匯流條是流體冷卻的，電極的長度為約6英寸，且匯流條的最大溫度小於約450℃。
在一個實施例中，提供了一種用於向玻璃熔化槽中的熔融玻璃提供電流的方法，方法包括以下步驟：提供結構，結構包括：流體冷卻式連接裝置，具有：電連接到電流源的第一連接構件及電連接到電流源的第二連接構件，其中第一連接構件及第二連接構件彼此隔開；及電交叉連接支柱，具有固定到第一連接構件的第一端及固定到第二連接構件的第二端。結構更包括匯流條，匯流條電連接到流體冷卻式連接裝置及電極。方法更包括以下步驟：將電極設置為與熔融玻璃接觸；及將電流源通電以經由結構及電極向熔融玻璃提供電流，以供透過電阻加熱來加熱熔融玻璃。在一個另外的實施例中，電流源供應至少約10,000安培的電流，匯流條是流體冷卻的，電極的長度為約6英寸，且匯流條的最大溫度小於約450℃。
儘管此說明書包含許多細節，但這些細節不應被解釋為對所請求保護的標的的範圍的限制，而是應解釋為可能特定於特定實施例的特徵的說明。也可以將在單獨實施例的背景脈絡下在此說明書中描述的某些特徵結合實施在單個實施例中。相反地，也可以單獨地或用任何合適的子組合將在單個實施例的背景脈絡下描述的各種特徵實施在多個實施例中。並且，儘管可能在上文將特徵描述為用某些組合作用且甚至起初如此主張，但在一些情況下也可以將來自所主張的組合的一或更多個特徵從此組合刪去，且所主張的組合也可以涉及子組合或子組合的變型。
儘管已經描述了本標的的一些實施例，但要了解，所描述的實施例僅是說明性的，且在被給予完整範圍的等效物時，本發明的範圍要僅藉由隨附申請專利範圍來界定，藉由細讀本文，本領域中的技術人員將自然想到許多變型及變體。
100:玻璃熔化槽佈置 101:熔融玻璃 102:玻璃熔化槽 103:電流源 104:箭頭 105:符號 106:箭頭 111:輸入導體 114:輸入匯流條 116:輸入電極 121:輸出導體 124:輸出匯流條 126:輸出電極 214:匯流條 216:電極 300:玻璃熔化槽佈置 304:箭頭 306:箭頭 311:輸入導體 312:流體冷卻式連接裝置 321:輸出導體 322:輸出流體冷卻式連接裝置 400:佈置 412:流體冷卻式連接裝置 414:匯流條 416:電極 422:第一部分 423:第二部分 424:第一連接構件 425:第二連接構件 426:第一連接點 427:第二連接點 430:交叉連接支柱 500:佈置 512:流體冷卻式連接裝置 514:匯流條 522:第一部分 524:第一連接構件 526:第一連接點 530:交叉連接支柱 551:入口 552:出口 662:方塊 664:方塊 666:方塊 213a:箭頭 213b:箭頭 214a:連接點 214b:連接點 214c:連接點 214d:連接點 216L:長度 413a:箭頭 413b:箭頭 416L:長度 441a:入口 441b:入口 441c:出口 441d:出口 443a:入口 443b:入口 511a:導體 511b:導體 541a:入口 541b:入口 541c:出口 541d:出口 541e:出口 541f:出口
圖1是典型的玻璃熔化槽佈置的簡化示意圖。
圖2是匯流條及電極的典型佈置的簡化插圖。
圖3是依據本標的的一個實施例的玻璃熔化槽佈置的簡化示意圖。
圖4是依據本標的的一個實施例的流體冷卻式連接裝置、匯流條、及電極的佈置的簡化插圖。
圖5是依據本標的的一個實施例的流體冷卻式連接裝置及匯流條的佈置的簡化插圖。
圖6是高階方塊圖，繪示依據本標的的一個實施例用於向玻璃熔化槽中的熔融玻璃提供電流的方法。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
500:佈置
512:流體冷卻式連接裝置
514:匯流條
522:第一部分
524:第一連接構件
526:第一連接點
530:交叉連接支柱
551:入口
552:出口
511a:導體
511b:導體
541a:入口
541b:入口
541c:出口
541d:出口
541e:出口
541f:出口

Claims (26)

  1. 一種用於向一玻璃熔化槽中的熔融玻璃提供電流的組件，包括： 一結構，包括： 一流體冷卻式連接裝置，包括： 一第一連接構件及一第二連接構件，該第一連接構件及該第二連接構件與一電流源電連通且彼此隔開；以及 一電交叉連接支柱，具有固定到該第一連接構件的一第一端及固定到該第二連接構件的一第二端； 以及 一匯流條，與該流體冷卻式連接裝置及一電極電連通； 該電極被設置為與該熔融玻璃接觸；以及 其中該電流源經由該結構及該電極向該熔融玻璃提供一電流，以供透過電阻加熱來加熱該熔融玻璃。
  2. 如請求項1所述的組件，其中該流體是水。
  3. 如請求項1所述的組件，其中該流體選自由以下項目所組成的群組：一液體、一氣體、一乳液、一懸浮液、一油、一致冷劑、及上述項目的組合。
  4. 如請求項1所述的組件，其中該匯流條是流體冷卻的。
  5. 如請求項4所述的組件，其中該流體是水。
  6. 如請求項4所述的組件，其中一第一流體源為該流體冷卻式連接裝置供應流體，且一第二流體源為該流體冷卻式匯流條供應流體。
  7. 如請求項1所述的組件，其中該流體冷卻式連接裝置更包括： 一第一部分，固定到該匯流條的一第一區域；以及 一第二部分，固定到該匯流條的一第二區域， 其中該匯流條的該第一區域及該第二區域彼此隔開。
  8. 如請求項7所述的組件，其中該第一連接構件固定到該流體冷卻式連接裝置的該第一部分，且該第二連接構件固定到該流體冷卻式連接裝置的該第二部分。
  9. 如請求項8所述的組件，其中該第一連接構件經由一第一纜線電連接到該電流源，且該第二連接構件經由一第二纜線電連接到一第二電流源。
  10. 如請求項8所述的組件，其中該第一連接構件經由一第一纜線電連接到該電流源，且該第二連接構件經由一第二纜線電連接到該電流源。
  11. 如請求項10所述的組件，其中該第一纜線與該第一連接構件的一連接點與該流體冷卻式連接裝置的該第一部分隔開。
  12. 如請求項11所述的組件，其中該第二纜線與該第二連接構件的一連接點與該流體冷卻式連接裝置的該第二部分隔開。
  13. 如請求項1所述的組件，其中該第一連接構件及該第二連接構件隔開達至少六英寸。
  14. 如請求項1所述的組件，其中該流體冷卻式連接裝置主要包括銅。
  15. 如請求項1所述的組件，其中該匯流條主要包括鋼。
  16. 如請求項1所述的組件，其中該電極主要包括錫。
  17. 如請求項1所述的組件，其中該電流源供應至少約3000安培的電流。
  18. 如請求項1所述的組件，其中該電流源供應至少約10,000安培的電流。
  19. 如請求項1所述的組件，更包括：冷卻流體，流動通過該流體冷卻式連接裝置的一內部部分。
  20. 如請求項19所述的組件，其中該冷卻流體是水，該水具有約0.5加侖每分鐘與約1.0加侖每分鐘之間的一流速。
  21. 如請求項19所述的組件，其中該冷卻流體是水，該水具有進入該流體冷卻式連接裝置的該內部部分的一溫度，該溫度是在約30℃到約40℃的範圍中。
  22. 如請求項1所述的組件，其中該電流源供應至少約10,000安培的電流，其中該匯流條是流體冷卻的，其中該電極具有約6英寸到約9英寸的範圍中的一長度，且其中該匯流條的一最大溫度小於約450℃。
  23. 一種用於向一玻璃熔化槽中的熔融玻璃提供電流的方法，該方法包括以下步驟： 提供一結構，該結構包括： 一流體冷卻式連接裝置，包括： 一第一連接構件及一第二連接構件，該第一連接構件及該第二連接構件與一電流源電連通且彼此隔開；以及 一電交叉連接支柱，具有固定到該第一連接構件的一第一端及固定到該第二連接構件的一第二端； 以及 一匯流條，與該流體冷卻式連接裝置及一電極電連通； 將該電極設置為與該熔融玻璃接觸；以及 將該電流源通電以經由該結構及該電極向該熔融玻璃提供一電流，以供透過電阻加熱來加熱該熔融玻璃。
  24. 如請求項23所述的組件，其中該流體是水。
  25. 如請求項23所述的組件，其中該流體選自由以下項目所組成的群組：一液體、一氣體、一乳液、一懸浮液、一油、一致冷劑、及上述項目的組合。
  26. 如請求項23所述的方法，其中該電流源供應至少約10,000安培的電流，其中該匯流條是流體冷卻的，其中該電極具有約6英寸到約9英寸的範圍中的一長度，且其中該匯流條的一最大溫度小於約450℃。
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