FI110866B

FI110866B - Menetelmä LowE-lasilevyjen lämmittämiseksi karkaisu-uunissa

Info

Publication number: FI110866B
Application number: FI20010275A
Authority: FI
Inventors: Pauli Reunamaeki
Original assignee: Tamglass Ltd Oy
Priority date: 2000-08-28
Filing date: 2001-02-14
Publication date: 2003-04-15
Also published as: EP1184346A2; EP1184346B1; EP1184346A3; US6410887B1; FI20010275A; US20020036194A1; FI20010275A0

Description

110866

Menetelmä LowE-lasilevyjen lämmittämiseksi karkaisu-uunissa

Keksinnön kohteena on menetelmä LowE-lasilevyjen lämmittämiseksi teloilla varustetussa karkaisu-uunissa, jossa menetelmässä LowE-lasi levyt siirretään 5 telojen muodostamalla kuljettimella karkaisu-uuniin ja sitten k.o. lasilevyt saatetaan oskilloivaan liikkeeseen karkaisu-uunin sisällä lämmitysjakson ajaksi, jonka jälkeen k.o. lasilevyt siirretään karkaisuosastoon, ja karkaisu-uunissa lasilevyjä lämmitetään ylä-ja alapuolisilla säteilylämmityselementeillä sekä ylä-ja alapuolisilla konvektiolämmityselementeillä.

10

Karkaistaessa eräitä LovvE-lasityyppejä esiintyy karkaisun yhteydessä ongelma: Lasin reunat ja päädyt taipuvat mutkalle pinnoitteen puolelle, eli purkaus-pöydällä reunat ylöspäin. Ilmiötä kutsutaankin raami-ilmiöksi. Mutka lasiin tulee kulkusuunnan etu- ja takapäässä noin 70 mm:n etäisyydelle lasin reunasta ja 15 lasin sivuilla noin 40 mm:n etäisyydelle.

Kyseinen ilmiö esiintyy pääasiallisesti LovvE-laseilla, jotka on valmistettu ns. APCVD-menetelmällä, (ATMOSPHERE PRESSURE CHEMICAL VAPOR DEPOSITION), jossa lasin pinnoitus tapahtuu uuniatmosfäärissä. Sen sijaan 20 luonteeltaan pyrolyyttisesti valmistetuissa CVD-menetelmällä (CHEMICAL . ·. VAPOR DEPOSITION) tehdyissä laseissa ei kyseistä ongelmaa juurikaan :·. esiinny.

APCVD-menetelmällä tehdyn lasin pinnoitteen lämpölaajenemiskerroin näyttää ·:··; 25 olevan suurempi kuin pyrolyyttisesti tehdyllä CVD-menetelmällä. Tämän vuoksi lasi käyttäytyy karkaisu-uunissa seuraavasti: ·:··: 1) Lämmityksen alkuvaiheessa lasi pyrkii taipumaan reunat ylöspäin, koska yläpuolinen LoVVE-pinnoite estää lämpösäteilyn vaikutuksen lasiin, jolloin : 30 alapuoli lasista tulee kuumemmaksi kuin yläpuoli aiheuttaen kaareutumisen.

» · (Tätä kaareutumista voidaan tunnetusti kompensoida yläpuolisella konvek->:> tiopuhalluksella, kuten on esitetty patenttijulkaisussa US-4,390,359).

2 110866 2) Lämmityksen keskivaiheilla pinnoitteen suurempi lämpölaajenemiskerroin aiheuttaa sen, että konvektiopuhallusta voidaan voimakkaasti vähentää tai jopa lopettaa. Tässä vaiheessa lämpötilaero lasin pintojen välillä kompensoituu kylmemmän yläpuolen pinnoitteen lämpölaajenemisella, joka perus- 5 tuu mainittuun suurempaan lämpölaajenemiskertoimeen.

3) Lämmityksen loppuvaiheessa lämpötilaero lasin ylä-ja alapinnan välillä vähenee, kuitenkin pinnoitteen lämpölaajenemisen aiheuttama vastakkaissuuntainen taivutusvaikutus kasvaa edelleen, jolloin lasi pyrkii taipumaan 10 reunat alaspäin, eli kulkee reunojensa varassa. Kun lasi on kuitenkin kar-kaisulämpötilassa pehmennyt ja varsinkin kun lasin reunat pyrkivät ylikuumenemaan reunassa esiintyvän kolmiulotteisen lämmityksen vuoksi, niin lasin reuna-alue antaa periksi kuin “kissan tassu” ja seurauksena on mainittu raami-ilmiö.

15

Keksinnön tarkoituksena on saada aikaan menetelmä, jolla voidaan estää edellä mainitun raami-ilmiön syntyminen.

Tämä tarkoitus saavutetaan oheisessa patenttivaatimuksessa 1 esitettyjen 20 tunnusmerkkien perusteella. Epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa on esitetty ..:': keksinnön edullisia sovellutusmuotoja.

o ·

Keksinnössä on siis oivallettu, että kun lasilevyn alapuolta lämmitetään voimak-kaasti aivan lämmitysjakson loppuvaiheessa konvektiopuhalluksella, tulee lasin *:·: 25 alapinta kuumemmaksi kuin yläpinta, siten kompensoiden LowE-pinnoitteen suuremmasta lämpölaajenemiskertoimesta aiheutuvan kupertavan vaikutuksen.

Ennestään tunnetuilla menetelmillä ja uunilaitteistoilla tätä ongelmaa ei voida ratkaista, kuten ilmenee seuraavasta tekniikan tasoa esittävien patenttijul-30 kaisujen tarkastelusta.

.:. US-4,529,380 esittää karkaisu-uunia, jossa on lasilevyn ylä- ja alapuolinen konvektiopuhallus. Julkaisun mukaan yläpuolista konvektiota tai alapuolista 3 110866 konvektiota voidaan käyttää myös yksinään aikaansaamaan tasainen lämpötila lasilevyjen tasomaisuuden ylläpitämiseksi. Julkaisussa ei ole esitetty, miten ylä-ja alapuolinen konvektiolämmitys tulee ajoittaa lämmitysjakson eri vaiheisiin. Julkaisussa ei myöskään ole esitetty LowE-lasilevyjen lämmittämiseen liittyvää 5 ongelmaa, eikä sen ratkaisun lähtökohdaksi tarvittavaa havaintoa, että pinnoitteen lämpölaajenemiskerroin on suurempi kuin lasilevyn vastakkaisen pinnan lämpölaajenemiskerroin. Tästä johtuen julkaisussa tavoitteeksi ilmoitettu tasaisen lämpötilan ylläpitäminen lasilevyn ylä-ja alapintojen välillä ei johda esillä olevan ongelman ratkaisuun.

10 FI-100596 esittää lasilevyjen lämmitysmenetelmän, jossa lämmitysjakson loppuvaiheessa lasilevyjen alapintaa lämmitetään pakotetulla konvektiolla. Tässä tunnetussa menetelmässä ei käytetä yläpuolista konvektiota, vaan karkaisu-uunin alaosaa jäähdytetään lämmitysjakson alkuvaiheessa. Tällä tunnetulla 15 menetelmällä LovvE-lasilevyjen lämmitys ei käytännössä onnistu, koska pinnoite ottaa huonosti vastaan säteilylämpöä, jolloin alapuolista jäähdytystä joudutaan tehostamaan niin paljon, että lämmitysaika venyy kohtuuttoman pitkäksi ja uunin lämpötasapainon saavuttaminen muutoinkin vaikeutuu, kun hitaammin lämpenevän yläpinnan lämmityksen säätöön voidaan vaikuttaa ainoastaan 20 säteilylämmöllä, jonka säädettävyys on olennaisesti hitaampaa kuin konvek-tiolämmityksen säädettävyys.

• #

Seuraavassa keksinnön mukaista menetelmää ja sen vaihtoehtoisia toteutusta- • · poja selostetaan tarkemmin viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa: *:··: 25

Kuvio 1 esittää pituusleikkausta karkaisu-uunista, jolla keksinnön mukainen menetelmä voidaan toteuttaa ja

Kuvio 2 esittää kuvion 1 mukaisen uunin poikkileikkausta.

30 :'": LowE-lasilevyjä lämmitetään teloilla 2 varustetussa karkaisu-uunissa 1, johon

LovvE-lasilevyt siirretään telojen 2 muodostamalla kuljettimella, jolla lasilevyt 4 110866 saatetaan oskilloivaan liikkeeseen karkaisu-uunin 1 sisällä lämmitysjakson ajaksi. Lämmitysjakson jälkeen lasilevyt siirretään karkaisuosastoon 3.

Karkaisu-uuni 1 on varustettu yläpuolisilla säteilylämmityselementeillä 4, jotka 5 ovat esim. uunin pituussuuntaisia vastuksia, ja alapuolisilla säteilylämmityselementeillä 5, jotka myös voivat olla uunin pituussuuntaisia vastuksia. Lisäksi karkaisu-uuni on varustettu yläpuolisilla konvektiolämmityselementeillä 6, jotka voivat olla esim. uunin pituussuuntaisia putkia, joiden alapinnoissa on reiät puhallusilmasuihkujen suuntaamiseksi vastusten 4 väleistä kohti lasilevyn 10 yläpintaa. Tyypillisesti puhallussuihkut suuntautuvat pystysuoraan alaspäin. Lisäksi uuni on varustettu alapuolisilla konvektiolämmityselementeillä 7, jotka ovat edullisesti uunin poikittaissuuntaisia putkia, jotka sijaitsevat telojen 2 alapuolella niiden kanssa samansuuntaisena ja samalla pystylinjalla telojen 2 kanssa. Tämän sijoittelun ansiosta putket 7 eivät muodosta estettä telojen 15 välistä mahdollisesti putoaville lasin kappaleille. Kussakin putkessa 7 on kaksi puhallusreikäriviä siten sijoitettuna, että alapuolinen konvektiopuhallus suuntautuu yläviistoon kohti telojen 2 välitiloja.

Ylä- ja alapuolisen konvektiopuhalluksen ilma voidaan ottaa kylmänä ilmana 20 uunin ulkopuolelta, jolloin se voidaan esilämmittää lämmönvaihtimessa (ei esitetty) olennaisesti vastaavalla määrällä uunista poistettavaa kuumaa ilmaa. Täten puhallettava ilma voidaan esilämmittää esim. lämpötilaan 300 - 400°C. Puhallettavan konvektioilman määrä on kuitenkin niin pieni, että haluttu kon-vektiota tehostava lämmitysvaikutus saadaan aikaan myös ilman esilämmitystä. ‘"‘·' 25 Puhallusilman sekoitussuhde uunin ilmaan ennen suihkun osumista lasilevyn :: pintaan on suuruusluokkaa 100, joten sen jäähdyttävä vaikutus lasilevyn pin taan osuvan ilman lämpötilaan on hyvin pieni verrattuna konvektiovaikutuksella aikaansaatuun lämmönsiirtokertoimen lisäykseen.

;' ·. * 30 Keksinnön mukainen menetelmä ei ole rajoittunut edellä esitettyyn suori- :’: tusesimerkkiin, jossa käytetään säteilylämpövastuksia. Uuni voi olla myös puhdas konvektiolämmitysuuni, jossa lasilevyjen pääasiallinen lämmitys suori-.,..: tetaan ylä- ja alapuolisilla konvektiolämmityselementeillä 6, 7. Tällöin konvek- 110866 5 tiopuhallusputkista 6 ja 7 puhallettavan lämmityskaasun paineistus ja lämmitys voidaan suorittaa esim. polttamalla kaasua suihkuturbiinityyppisessä laitteessa.

Low-E-laseja lämmitettäessä voidaan lasin vastakkaisten pintojen lämpenemi-5 nen ja uunin ylä- ja alapuolen lämpötasapainon muuttuminen ottaa huomioon ylä- ja alapuolisten konvektiolämmityspuhallusten tehokkuuden ja kestoajan säädöllä. Keksinnön edullisessa suoritusmuodossa lämmitysjakson alkuvaiheessa lasin yläpintaan aiheutetun konvektion lämmönsiirtymiskerroin on pienempi kuin lämmitysjakson loppuvaiheessa lasin alapintaan aiheutetun konvek-10 tion lämmönsiirtymiskerroin. Tämä saadaan aikaan vaikuttamalla puhalluspai-neeseen ja/tai puhallussuihkujen tilavuusvirtaan. Toisaalta lämmönsiirtymisker-toimeltaan pienempää yläpuolista konvektiolämmityspuhallusta on edullista käyttää olennaisesti pitempään kuin alapuolista konvektiolämmityspuhallusta. Lämmitysjakson alkuvaiheessa lasin yläpintaan aiheutetun konvektion kestoai-15 ka on edullisesti yli2 kertaa pitempi kuin lämmitysjakson loppuvaiheessa lasin alapintaan aiheutetun konvektion kestoaika. Lämmitysjakson alkuvaiheessa lasin yläpintaan aiheutetun konvektion kestoaika on 35 % - 60 %, edullisesti 40 % - 55 %, tyypillisesti luokaltaan noin 50 % lämmitysjakson ajasta. Lämmitysjakson loppuvaiheessa lasin alapintaan aiheutetun konvektion kestoaika on 20 20 % - 5 %, edullisesti 15 % - 7 % ja tyypillisesti suuruusluokaltaan noin 10 % ..: ’: lämmitysjakson ajasta.

• · · · I · • · • · · • · » · t · s • · I * * · » · • * · • · I t » » · * · t

Claims

6 110866
1. Menetelmä LowE-lasilevyjen lämmittämiseksi teloilla varustetussa karkaisu-uunissa (1), jossa menetelmässä LowE-lasilevyt siirretään telojen (2) muodos- 5 tamalla kuljettimella karkaisu-uuniin ja sitten k.o. lasilevyt saatetaan oskil-loivaan liikkeeseen karkaisu-uunin sisällä lämmitysjakson ajaksi, jonka jälkeen k.o. lasilevyt siirretään karkaisuosastoon (3), ja karkaisu-uunissa lasilevyjä lämmitetään ylä-ja alapuolisilla säteilylämmityselementeillä (4, 5) sekä ylä-ja alapuolisilla konvektiolämmityselementeillä (6, 7), tunnettu siitä, että lämmi-10 tysjakson alkuvaiheessa lasin yläpintaan aiheutetaan suurempi konvektioläm-mitys kuin alapintaan ja lämmitysjakson loppuvaiheessa lasin alapintaan aiheutetaan suurempi konvektiolämmitys kuin yläpintaan.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lämmitys-15 jakson alkuvaiheessa konvektiolämmitys on vain lasin yläpinnalla.
3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lämmitysjakson loppuvaiheessa konvektiolämmitys on vain lasin alapinnalla.
4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lasilevyjen pääasiallinen lämmitys suoritetaan ylä-ja alapuolisilla konvektiolämmitysele-menteillä (6, 7). • ·
5. Jonkin patenttivaatimuksen 1 -4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 25 alapuolinen konvektiopuhallus suunnataan telojen (2) alapuolella telojen kans-sa samalla pystylinjalla olevista putkista (7) yläviistoon kohti telojen (2) välitiloja. « I ·;·' 6. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että » · :,' · 30 ylä- ja alapuolisen konvektiopuhalluksen ilma otetaan uunin ulkopuolelta ja •«* :: esilämmitetään lämmönvaihtimessa olennaisesti vastaavalla määrällä uunista ·!· poistettavaa ilmaa. 110866 7
7. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lämmitysjakson alkuvaiheessa lasin yläpintaan aiheutetun konvektion lämmön-siirtymiskerroin on pienempi kuin lämmitysjakson loppuvaiheessa lasin alapintaan aiheutetun konvektion lämmönsiirtymiskerroin. 5
8. Patenttivaatimuksen 1,2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lämmitysjakson alkuvaiheessa lasin yläpintaan aiheutetun konvektion kestoaika on yli 2 kertaa pitempi kuin lämmitysjakson loppuvaiheessa lasin alapintaan aiheutetun konvektion kestoaika, joka on 20 % - 5 % lämmitysjakson ajasta. 10
9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lämmitys-jakson alkuvaiheessa lasin yläpintaan aiheutetun konvektion kestoaika on 35 % - 60 %, edullisesti 40 % - 55 % lämmitysjakson ajasta.
10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lämmitys- jakson loppuvaiheessa lasin alapintaan aiheutetun konvektion kestoaika on 15 % - 7 %, edullisesti noin 10 % lämmitysjakson ajasta. • · t 8 110866