JP2017030987A - 溶融ガラス加熱装置、ガラス製造装置、およびガラス物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溶融ガラスを温度差が発生しないように加熱し、溶融ガラスの不均質化を抑制する溶融ガラス加熱装置の提供。【解決手段】水平方向に略垂直に延伸する主管１、主管１の上部側方から分岐する上部分岐管２及び主管１の下部側方から分岐する下部分岐管３を備える複合管構造体２２０と、主管１の上端１ａに設けられた電極４、主管１の下端１ｂに設けられた電極５及び上部分岐管２の側方端部２ａに設けられた電極６を備え、電極４と電極５との間に電流を供給する第１の電流供給経路２１を形成し、電極４と電極６との間に電流を供給する第２の電流供給経路２２を形成する通電加熱部２３０と、を有し、複合管構造体２２０が、「０．４＜（主管１の上端１ａと分岐部上端Ｊａとの間（γ）を流れる電流の抵抗および上部分岐管２の分岐部Ｊと側方端部２ａとの間（β）を流れる電流の抵抗の合計／主管１の上端１ａと下端１ｂとの間（α）を流れる電流の抵抗）＜０．８」満たすように構成される、溶融ガラス加熱装置２１０。【選択図】図３

Description

本発明は、溶融ガラス加熱装置、ガラス製造装置、およびガラス物品の製造方法に関する。

ガラス製造装置において、その内部を高温の溶融ガラスが通過する導管には、白金、または白金−金合金、白金−ロジウム合金のような白金合金製の中空管が使用されている。ガラス製造装置では、溶融ガラスの流動性を確保するため、溶融ガラスが通過する導管は加熱される。導管の加熱は、ヒータ等の熱源により、導管を外部から加熱する場合もあるが、導管が白金または白金合金製の中空管の場合、該中空管に通電用の電極を設けて、該中空管を通電加熱することが広く行われている。

導管の加熱において、主管と分岐管を設けた場合は、分岐管における加熱不足が発生する可能性があった。

分岐管への加熱不足への対策として、特許文献１に、溶融ガラスの導管として使用可能な白金製の複合管構造体を通電加熱する方法が開示されている。図７に示すように、この加熱方法により加熱される複合管構造体１００は、２つの主管１０１，１０２と、主管１０１，１０２の間を連結する分岐管１０３とを含む。

この例では、分岐管１０３に通電する経路を第１の通電経路（電流供給経路）１２０と、第２の通電経路１２１と、に分割している。第１の通電経路１２０は、第１の主管１０１と分岐管１０３とを結ぶ。第２の通電経路１２１は、分岐管１０３と第２の主管１０２とを結ぶ。そして、第１の通電経路１２０及び第２の通電経路１２１における、通電制御をそれぞれ独立に実施している。

国際公開第２００６／１２３４７９号

しかしながら、特許文献１の加熱方法は、主管の内部、及び主管と分岐管との接続部（分岐部）での温度差については考慮されていなかった。そのため、溶融ガラスが主管と分岐管の内部を通過するに際し、溶融ガラスに温度差が発生し、溶融ガラスの不均質化を招くことがあった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、溶融ガラスを温度差が発生しないように加熱し、溶融ガラスの不均質化を抑制することができる溶融ガラス加熱装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一態様によれば、溶融ガラスが通過する複合管構造体および該複合管構造体を通電加熱する通電加熱部を備える、溶融ガラス加熱装置であって、
前記複合管構造体は、水平方向に対して略垂直に延伸する主管と、前記主管の上部側方において前記主管から分岐する上部分岐管と、前記主管の下部側方において前記主管から分岐する下部分岐管とを備え、
前記通電加熱部は、前記主管の上端に設けられた第１の電極と、前記主管の下端に設けられた第２の電極と、前記上部分岐管の側方端部に設けられた第３の電極と、を備え、前記第１の電極と前記第２の電極との間に電流を供給する第１の電流供給経路を形成し、前記第１の電極と前記第３の電極との間に電流を供給する第２の電流供給経路を形成しており、
前記複合管構造体において、
０．４＜（前記主管の前記上端と分岐部上端との間を流れる電流の抵抗および前記上部分岐管の分岐部と前記側方端部との間を流れる電流の抵抗の合計／前記主管の前記上端と前記下端との間を流れる電流の抵抗）＜０．８
を満たすように、前記主管に対して、前記上部分岐管が配置される、
溶融ガラス加熱装置が提供される。

本発明の一態様によれば、溶融ガラス加熱装置において、溶融ガラスを温度差が発生しないように加熱し、溶融ガラスの不均質化を抑制することができる。

本発明の第１の実施形態による溶融ガラス加熱装置が搭載されたガラス製造装置を示す断面図である。 図１の製造装置のガラス物品の製造方法を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態による溶融ガラス加熱装置の概略図である。 本発明の第１の実施形態の複合管構造体における、主管に対する上部分岐管の位置を説明する透視斜視図である。 本発明の第２の実施形態による溶融ガラス加熱装置を備えるシステムの概略図である。 主管に対して上部分岐管の位置を変えた複合管構造体での溶融ガラスの温度を示す表である。 従来例の通電加熱装置の概念図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。各図面において、同一の又は対応する構成には、同一の又は対応する符号を付して説明を省略する。本明細書において、数値範囲を表す「〜」はその前後の数値を含む範囲を意味する。

［ガラス製造装置］
図１は、本発明の第１の実施形態による溶融ガラス加熱装置が搭載されたガラス板（ガラス物品）の製造装置を示す断面図である。図１に示すように、ガラス板の製造装置は、溶解装置１０、溶融ガラス搬送装置２０、成形装置３０、接続装置４０、および徐冷装置５０を有する。

溶解装置１０は、ガラス原料Ｇ１を溶解することで溶融ガラスＧ２を作製する。溶解装置１０は、例えば溶解炉１１と、バーナー１２とを有する。

溶解炉１１は、ガラス原料Ｇ１を溶解する溶解室１１ａを形成する。溶解室１１ａには溶融ガラスＧ２が収容される。

バーナー１２は、溶解室１１ａの上部空間に火炎を形成する。この火炎の輻射熱によってガラス原料Ｇ１が溶融ガラスＧ２に徐々に溶け込む。

溶融ガラス搬送装置２０は、溶融ガラスＧ２を溶解装置１０から成形装置３０に搬送し、溶融ガラスＧ２を成形装置３０に供給する。溶融ガラス搬送装置２０において、後述する溶融ガラス加熱装置２１０が設けられている。

成形装置３０は、溶融ガラス搬送装置２０から供給される溶融ガラスＧ２を帯板状のガラスリボンＧ３に成形する。成形装置３０は、例えば成形炉３１と、成形ヒータ３２とを有する。

成形炉３１は、溶融ガラスＧ２を成形する成形室３１ａを形成する。成形炉３１の入口から成形炉３１の出口に向かうほど、成形室３１ａの温度が低い。成形炉３１は、フロートバス３１１と、フロートバス３１１の上方に配設される天井３１２とを有する。

フロートバス３１１は、溶融金属Ｍを収容する。溶融金属Ｍとしては、例えば溶融スズが用いられる。溶融スズの他に、溶融スズ合金なども使用可能である。溶融金属Ｍの酸化を抑止するため、成形室３１ａの上部空間は還元性ガスで満たされる。還元性ガスは、例えば水素ガスと窒素ガスとの混合ガスで構成される。

フロートバス３１１は、溶融金属Ｍの上に連続的に供給された溶融ガラスＧ２を、溶融金属Ｍの液面を利用して帯板状のガラスリボンＧ３に成形する。ガラスリボンＧ３は、フロートバス３１１の上流側から下流側に流動しながら徐々に固化され、フロートバス３１１の下流域において溶融金属Ｍから引き上げられる。

成形ヒータ３２は、天井３１２から吊り下げられる。成形ヒータ３２は、ガラスリボンＧ３の流動方向に間隔をおいて複数設けられ、ガラスリボンＧ３の流動方向における温度分布を調整する。また、成形ヒータ３２は、ガラスリボンＧ３の幅方向に間隔をおいて複数設けられ、ガラスリボンＧ３の幅方向における温度分布を調整する。

接続装置４０は、成形装置３０と徐冷装置５０とを接続する。接続装置４０と徐冷装置５０との間の僅かな隙間には断熱材が詰められてよい。接続装置４０は、接続炉４１と、中間ヒータ４２と、リフトアウトロール４３とを有する。

接続炉４１は、成形炉３１と後述する徐冷炉５１との間に配設され、これらの間を搬送されるガラスリボンＧ３の脱熱を制限する接続室４１ａを形成する。成形炉３１と徐冷炉５１との間においてガラスリボンＧ３の急冷を防止できる。

中間ヒータ４２は、接続室４１ａに配設される。中間ヒータ４２は、ガラスリボンＧ３の搬送方向に間隔をおいて複数設けられ、ガラスリボンＧ３の搬送方向における温度分布を調整する。中間ヒータ４２は、ガラスリボンＧ３の幅方向に分割され、ガラスリボンＧ３の幅方向おける温度分布を調整してもよい。

リフトアウトロール４３は、接続室４１ａに配設される。リフトアウトロール４３は、モータなどによって回転駆動され、ガラスリボンＧ３を溶融金属Ｍから引き上げ、成形炉３１から徐冷炉５１に搬送する。リフトアウトロール４３は、ガラスリボンＧ３の搬送方向に間隔をおいて複数設けられる。

徐冷装置５０は、成形装置３０で成形されたガラスリボンＧ３を徐冷する。徐冷装置５０は、徐冷炉５１と、徐冷ヒータ５２と、徐冷ロール５３とを有する。

徐冷炉５１は、ガラスリボンＧ３を徐冷する徐冷室５１ａを形成する。徐冷炉５１の入口から徐冷炉５１の出口に向かうほど、徐冷室５１ａの温度が低い。

徐冷ヒータ５２は、徐冷室５１ａに配設される。徐冷ヒータ５２は、ガラスリボンＧ３の搬送方向に間隔をおいて複数設けられ、ガラスリボンＧ３の搬送方向における温度分布を調整する。徐冷ヒータ５２は、ガラスリボンＧ３の幅方向に分割され、ガラスリボンＧ３の幅方向おける温度分布を調整してもよい。

徐冷ロール５３は、徐冷室５１ａに配設される。徐冷ロール５３は、モータなどによって回転駆動され、徐冷炉５１の入口から徐冷炉５１の出口に向けてガラスリボンＧ３を搬送する。徐冷ロール５３は、ガラスリボンＧ３の搬送方向に間隔をおいて複数設けられる。

徐冷装置５０において徐冷されたガラスリボンＧ３は切断機で所定のサイズに切断され、製品であるガラス板が得られる。

尚、ガラス板の製造装置は、多種多様であってよい。例えば、ガラス板の製造装置は、溶融ガラス搬送装置２０において、溶融ガラスＧ２に含まれる泡を脱泡する清澄装置を有してもよい。

［ガラス物品の製造方法］
次に、図２を参照して、上記構成のガラス板の製造装置を用いた、ガラス板の製造方法について説明する。図２は、第１の実施形態によるガラス物品の製造方法を示すフローチャートである。図２に示すように、ガラス板の製造方法は、溶解工程Ｓ１０、溶融ガラス搬送工程Ｓ２０、成形工程Ｓ３０、および徐冷工程Ｓ５０を有する。

溶解工程Ｓ１０では、ガラス原料Ｇ１を溶解することで溶融ガラスＧ２を作製する。

溶融ガラス搬送工程Ｓ２０では、溶融ガラスＧ２を溶解装置１０から成形装置３０に搬送する。

成形工程Ｓ３０では、溶解工程Ｓ１０により作製した溶融ガラスＧ２を帯板状のガラスリボンＧ３に成形する。例えば、成形工程Ｓ３０では、溶融金属Ｍの上に溶融ガラスＧ２を連続的に供給し、溶融金属Ｍの液面を利用して溶融ガラスＧ２を帯板状のガラスリボンＧ３に成形する。ガラスリボンＧ３は、フロートバス３１１の上流側から下流側に流動しながら、徐々に固化される。

徐冷工程Ｓ５０では、成形工程Ｓ３０により成形したガラスリボンＧ３を徐冷する。

徐冷されたガラスリボンＧ３は切断機で所定のサイズに切断され、製品であるガラス板が得られる。

尚、ガラス板の製造方法は、多種多様であってよい。例えば、ガラス板の製造方法は、溶融ガラス搬送工程Ｓ２０において、溶融ガラスＧ２に含まれる泡を脱泡する清澄工程を有してもよい。

［溶融ガラス加熱装置］
＜第１の実施形態＞
次に、図３を参照して、本発明の溶融ガラス加熱装置２１０について説明する。図３は、本発明の第１の実施形態の溶融ガラス加熱装置２１０を説明する模式図である。

溶融ガラス加熱装置２１０は、複合管構造体２２０と通電加熱部２３０とを備えている。複合管構造体２２０は、溶融ガラスＧ２が通過する流路を形成する導管を含む。通電加熱部２３０は複合管構造体２２０を通電加熱する。

図３に示す複合管構造体２２０は、導管として、主管（本管ともいう）１と、上部分岐管２と、下部分岐管３とを備えている。

主管１は水平方向に対して略垂直に延伸しており、上部分岐管２は、主管１の上部側方において主管１から分岐しており、主管１と内部が連通する。ここで、水平方向に対して略垂直とは、鉛直方向に対して、±１０度以内である。下部分岐管３は、主管１の下部側方において主管１から分岐しており、主管１と内部が連通する。

図３の構成では、下部分岐管３は溶融ガラスＧ２を主管１へ導入する導入管であり、上部分岐管２は溶融ガラスＧ２を主管１から排出する排出管であるが、後述する図５のように逆の構成であってもよい。

主管１、上部分岐管２及び下部分岐管３は、白金製または白金合金製の中空管である。白金合金の具体例としては、白金‐金合金、白金‐ロジウム合金が挙げられる。また、白金製または白金合金製と言った場合、白金または白金合金に金属酸化物を分散させてなる強化白金製をも含む。この場合、分散される金属酸化物としては、Ａｌ_２Ｏ_３、またはＺｒＯ_２若しくはＹ_２Ｏ_３に代表される周期表におけるＩＩＩ族、ＩＶ族若しくは１３族の金属酸化物が挙げられる。

このような白金含有の中空管の壁に電流を導入するために後述の電極４，５，６，７が、主管１の上端１ａ、主管１の下端１ｂ、上部分岐管２の側方端部２ａ、及び下部分岐管３の側方端部３ａに設けられている。

主管１の上端１ａに設けられた電極４の外側（上側）には、溶融ガラスＧ２からの放熱を防ぐ蓋部材を設けてよい。

上述の構成の複合管構造体２２０を通電加熱する通電加熱部２３０において、電極４が主管１の上端１ａ、電極５が主管１の下端１ｂ、電極６が上部分岐管２の側方端部２ａ、及び電極７が下部分岐管３の側方端部３ａの外周に接合されている。

電極４，５，６，７は、白金製または白金合金製のリング状の電極４ａ，５ａ，６ａ，７ａと、リング状の電極４ａ，５ａ，６ａ，７ａの外縁の一端に接合される引き出し電極４ｂ，５ｂ，６ｂ，７ｂとで構成される。引き出し電極４ｂ，５ｂ，６ｂ，７ｂは、後述する電源２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃに接続され、通電すると、電流は引き出し電極４ｂ，５ｂ，６ｂ，７ｂからリング状の電極４ａ，５ａ，６ａ，７ａを介して導管１，２，３へと流れる。

リング状の電極４ａ，５ａ，６ａ，７ａの外縁には、白金または白金合金以外の金属材料製の部位が設けられていてもよい。このような金属材料としては、ロジウム、イリジウム、モリブデン、タングステン、ニッケル、パラジウム、銅、およびこれらの合金等が挙げられる。

引き出し電極４ｂ，５ｂ，６ｂ，７ｂについても、白金を主たる構成材料とすることが好ましい。但し、これに限定されず上記した白金または白金合金以外の金属材料製であってもよい。

そして、主管１の上端１ａの電極（第１の電極）４と下端１ｂの電極（第２の電極）５とを接続し、電流を供給する第１の電流供給経路２１が形成されている。主管１の上端１ａの電極４と上部分岐管２の側方端部２ａの電極６（第３の電極）とを接続し、電流を供給する第２の電流供給経路２２が形成されている。主管１の下端１ｂの電極５と、下部分岐管３の側方端部３ａの電極（第４の電極）７とを接続し、電流を供給する第３の電流供給経路２３が形成されている。

第１の電流供給経路２１が電極５，４へ、第２の電流供給経路２２が電極４，６へ、第３の電流供給経路２３が電極７，５へ、電流を夫々供給することで、複合管構造体２２０を通電加熱する。

また、通電加熱部２３０において、第１の電流供給経路２１には第１の電源２４Ａが設けられ（挿入され）、第２の電流供給経路２２には第２の電源２４Ｂが設けられ、第３の電流供給経路２３には第３の電源２４Ｃが設けられている。即ち、第１の電源２４Ａが電極５，４へ電気的に接続され、第２の電源２４Ｂが電極４，６へ電気的に接続され、第３の電源２４Ｃが電極７，５へ電気的に接続されている。

さらに、通電加熱部２３０は、第１の電流供給経路２１、第２の電流供給経路２２、及び第３の電流供給経路２３、の各電極間の電流（電流密度）を調整する、電流バランス手段２５を備えている。

一例として、３相交流の電源２４Ａ、電源２４Ｂ及び電源２４Ｃは、それぞれ単相交流電流ｉａ、単相交流電流ｉｂ及び単相交流電流ｉｃを供給する。

ここで、電流バランス手段２５は、電源２４Ａ、電源２４Ｂ及び電源２４Ｃで生成する単相交流電流ｉａ、単相交流電流ｉｂ及び単相交流電流ｉｃの電流レベルを調整し、電源間の電流レベルのバランスをとる電流バランス機能を備えている。電流レベルの調整として、電流の位相を調整してもよい。

電流バランス手段２５は、例えば、３相交流相におけるＲ，Ｓ間、Ｒ，Ｔ間、Ｓ，Ｔ間の単相交流が供給される巻線比が調整可能なコイルを複数含むトランス、トライアック、Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｒｅｇｕｌａｔｏｒ（ＡＣＲ）等を含んで構成される。

なお、図３では、電流バランス手段２５を電源２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃとは別に記載した例を説明したが、電流バランス手段２５を電源２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃと合わせて電源システムとして構成してもよい。

一例として、本実施形態の電流バランス手段２５は、電源２４Ａの単相交流電流ｉａと、電源２４Ｂの単相交流電流ｉｂと、電源２４Ｃの単相交流電流ｉｃとの位相差を２π／３、４π／３になるように、電流を調整する。このように位相差を設定すると、３つの電源２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃの電位差の和は、常に一定である。

よって、主管１の上端１ａと下端１ｂとを接続する第１の電流供給経路２１を流れる電流ｉａ、主管１の上端１ａと上部分岐管２の側方端部２ａとを接続する第２の電流供給経路２２を流れる電流ｉｂ、及び主管１の下端１ｂと下部分岐管３の側方端部３ａとを接続する第３の電流供給経路２３を流れる電流ｉｃは互いに等しくなるように制御される。

上述のように各電流供給経路に均一の電流を供給した場合、図３において、主管１と上部分岐管２との分岐部上端（接続部上端、上方角部）Ｊａは、第１の電流供給経路２１と第２の電流供給経路２２とから供給される電流が重複して流れる。さらに、分岐部上端Ｊａは、主管１の上端１ａから上部分岐管２へ流れる電流の最短経路に位置している。そのめ、分岐部上端Ｊａは電流が集中する部位となる。

よって、分岐部上端Ｊａは、電流が集中することによって局部加熱が発生するおそれがある。

このため、上部分岐管２を通電加熱する際には、分岐部上端Ｊａで局部加熱が発生しないようにすると好ましいため、本実施形態においては、複合管構造体２２０の寸法を規定することにより、電流の集中を緩和する。詳しくは、本実施形態の溶融ガラス加熱装置２１０では、複合管構造体２２０において、主管１の高さ（長さ）Ｈｍに対して、上部分岐管２の位置を適切に設定することで、分岐部上端Ｊａで局部加熱を発生させないように通電制御を容易かつ適切に行うことができる。

ここで、具体的な局部加熱の発生事由について、複合管構造体２２０の寸法の面から検討する。

溶融ガラスＧ２を取り囲む複合管構造体２２０を通電加熱するとき、Ｐを熱量（Ｗ）、Ｉを電流（Ａ）、Ｒを抵抗値（Ω）として、

で熱量が発生する。ここで、Ｈを発熱量（Ｊ）、Ｔを時間（ｓｅｃ）とすると、

の発熱量が発生する。
この際、流れる電流は、Ｖを電圧（Ｖ）として

である。ここで、抵抗は、Ｓを導体（導管）の断面積（ｍ^２）、ｌを導体の長さ（ｍ）、ρを材料の比抵抗（電気抵抗率）（Ω・ｍ）として、

で表される。導管の内径（内側直径）をＤ、導管の厚みをｔとし、式（４）に当てはめると、

ここで、主管１及び上部分岐管２の厚みｔは、０．１ｍｍ〜３ｍｍ程度で、導管の内径Ｄに対して顕著に小さいため（Ｄ＞＞ｔ）、式（５）は、下記のように近似できる。

πは円周率であり、ρは材料の比抵抗であり、ｔは厚みであるため、式（６）の「２ρ／πｔ」は、すべての導管１、２、３で一定である。よって、本実施形態の複合管構造体２２０において、電流が流れる部位の「ｌ／Ｄ」の比率を比較することで、導管における抵抗値Ｒ、及び流れる電流値を比較することができるため、電流量で局所的な熱の発生を予測しうる。

本実施形態では、分岐部上端Ｊａでの局所的な熱の発生を防ぐため、次のように複合管構造体２２０における各導管の寸法及び接続位置（分岐位置）の寸法を設定する。なお、これらの寸法は後述する実施例の温度算出結果を考慮して規定した。

なお、主管の上端１ａ、下端１ｂ、分岐管２、３の側方端部２ａ、３ａに設けられるリング状の電極４，５，６，７の寸法は、導管１，２，３の円筒状の本体部の寸法と比較して無視できるほど小さい。よって、電極４，５，６，７の抵抗は、導管１，２，３の円筒状の本体部の抵抗と比較して無視できるほど小さいものとする。

図４は、主管１に対する上部分岐管２の位置を説明する透視斜視図である。図４において、αは主管１全体、βは上部分岐管２、γは主管１における分岐上方部（分岐部上端Ｊａよりも上方の部分）を示す。

本実施形態では、主管１に対して上部分岐管２の位置を適切に設置するために、主管１の上端１ａから分岐部上端Ｊａまでの位置（距離ｈ）に着目して下記のように規定すると好適である。

本実施形態では、「０．４＜（主管１の上端１ａと分岐部上端Ｊａとの間（γ）を流れる電流の抵抗および上部分岐管２の分岐部Ｊと側方端部２ａとの間（β）を流れる電流の抵抗の合計／主管１の上端１ａと下端１ｂとの間（α）を流れる電流の抵抗）＜０．８」を満たしていると好ましい。

ここで、上述の「［主管１の上端１ａと分岐部上端Ｊａとの間（γ）を流れる電流の抵抗］と［上部分岐管２の分岐部Ｊと側方端部２ａとの間（β）を流れる電流の抵抗］との合計を［主管１の上端１ａと下端１ｂとの間（α）を流れる電流の抵抗］で割った数」を、比率Ａと規定する。

ここで、上部分岐管２の分岐部Ｊとは、主管１と上部分岐管２との接続部である。例えば、主管１が鉛直方向に延伸し、上部分岐管２が主管１から垂直に分岐する場合、接続部である分岐部Ｊは、略円形状である。

比率Ａは、より好ましくは０．４５より大きく、さらに好ましくは０．５より大きい。また、比率Ａは、より好ましくは、０．７５より小さく、さらに好ましくは０．７より小さい。

具体例として、主管１が鉛直方向に延伸し、上部分岐管２が、主管１に対して垂直に分岐し、水平方向に延伸し、側方端部２ａの電極６が、上部分岐管２に対して垂直に設置されている場合は、比率Ａは、下記式で表される。

主管１の高さ（長さ）をＨｍ、主管１の内径をＤ１、上部分岐管２の長さ（即ち、円筒状の上部分岐管２の周面の母線の長さ）をＬ、上部分岐管２の内径をＤ２、主管１の上端１ａから上部分岐管２との分岐部上端Ｊａまでの距離をｈ、とした場合、主管１に対して、上部分岐管２が設けられる位置は、

と設定することができる。
この場合も、
０．４ ＜比率Ａ＝（（ｈ／Ｄ１）＋（Ｌ／Ｄ２））／（Ｈｍ／Ｄ１）＜０．８
を満たしていると好ましい。

ここで、上部分岐管２は水平方向に延伸せず傾斜してもよい。上部分岐管２が水平方向に延伸せず傾斜しており、且つ、側方端部２ａの電極６が鉛直方向に設置されている場合、式（７）からの補正は不要である。

なお、比率Ａは、式（７）に限定されない。例えば、上部分岐管２が水平方向に延伸せず傾斜しており、且つ、側方端部２ａの電極６が鉛直方向に設置されていない場合、上部分岐管２（β）の断面積Ｓ及び長さＬについて、分岐の角度及び端部の角度の関係による場合分けに基づいて、式（７）から加算または減算の補正が必要になる。

上部分岐管２が水平、傾斜のどちらの場合であっても、上述の比率Ａは「［主管１における分岐上方部γに流れる電流の抵抗]と[上部分岐管２（β）に流れる電流の抵抗]との合計を、[主管１の全体αに流れる電流の抵抗]で割った比率］を示している。

このように０．４＜比率Ａ＜０．８に設定することで、分岐部上端Ｊａで発生する局所加熱を抑止し、複合管構造体２２０内において溶融ガラスＧ２を均一に加熱し、不均質化を抑制することができる。

また、本発明において、主管１の上端１ａに対して、上部分岐管２が設けられる位置は、下記式を満たしていると好ましい。ここで、分岐部下端Ｊｂは、図３において、主管１と上部分岐管２との接続部下端（下方角部）である。
「０．５５＜（主管１の上端１ａから、主管１を通って、分岐部上端Ｊａへ流れる電流の最短経路と、分岐部上端Ｊａから、上部分岐管２の内周部最上部を通って、円筒状の上部分岐管２の母線方向に、上部分岐管２の側方端部２ａへ流れる電流の経路との合計ＳＤ／主管１の上端１ａから、主管１を通って、分岐部下端Ｊｂへ流れる電流の最短経路と、分岐部下端Ｊｂから、上部分岐管２の内周部最下部を通って、円筒状の上部分岐管２の母線方向に、上部分岐管２の側方端部２ａへ流れる電流の経路との合計ＬＤ）＜０．７７」
ここで、上述の「[主管１の上端１ａから、主管１を通って、分岐部上端Ｊａへ流れる電流の最短経路と、分岐部上端Ｊａから、上部分岐管２の内周部最上部を通って、円筒状の上部分岐管２の母線方向に、上部分岐管２の側方端部２ａへ流れる電流の経路との合計ＳＤ]を、[主管１の上端１ａから、主管１を通って、分岐部下端Ｊｂへ流れる電流の最短経路と、分岐部下端Ｊｂから上部分岐管２の内周部最下部を通って、円筒状の上部分岐管２の母線方向に、上部分岐管２の側方端部２ａへ流れる電流の経路との合計ＬＤ］で割った比率」を、比率Ｂと規定する。

主管１は水平方向に対して略垂直に配置されるため、電流は、主管１の上端１ａから、主管１を通って、分岐部上端Ｊａへ略鉛直方向に流れる。

また、電流は、主管１の上端１ａから、主管１を通って、主管１と上部分岐管２との接続部（即ち、上部分岐管２の分岐部Ｊ）の側端（左端又は右端）へ略鉛直方向に流れた後に、分岐部Ｊの側端から、分岐部Ｊの円弧に沿って、分岐部下端Ｊｂへ流れる。

また、図４に示すように、主管１が鉛直方向に延伸し、上部分岐管２が、主管１から垂直に分岐している場合、横向きの円筒の形状である上部分岐管２の母線方向は、水平方向である。

比率Ｂは、より好ましくは、０．６０より大きい。また、比率Ｂは、より好ましくは０．７０より小さい。

具体例として、主管１が鉛直方向に延伸し、上部分岐管２が、主管１から垂直に分岐し、水平方向に延伸し、側方端部２ａの電極６が、上部分岐管２に対して垂直に設置されている場合は、直円筒形状の上部分岐管２の母線の長さは上部分岐管２の長さＬに等しいため、比率Ｂは、

と設定することができる。
この場合も、
０．５５＜比率Ｂ＝（ｈ＋Ｌ）／（ｈ＋（５／４）Ｄ２＋Ｌ）＜０．７７
を満たしていると好ましい。

なお、図４で示すように、経路ＳＤ（ｈ＋Ｌ）を通る電流は主管１と上部分岐管２との分岐部上端Ｊａを通り、経路ＬＤ（ｈ＋（５／４）Ｄ２＋Ｌ）を通る電流は、分岐部下端Ｊｂを通る。

ここで、上部分岐管２は水平方向に延伸せず傾斜してもよい。上部分岐管２が水平方向に延伸せず傾斜しており、且つ、側方端部２ａの電極６が鉛直方向に設置されており、上部分岐管２の円筒の底面となる円形の側方端部２ａと円周面の母線が斜めに交わる斜円筒形状であると、式（８）からの補正は不要である。

なお、比率Ｂは、式（８）に限定されない。例えば、上部分岐管２が水平方向に延伸せず傾斜しており、且つ、側方端部２ａの電極６が鉛直方向に設置されていない場合、上部分岐管２（β）の長さＬについて、分岐の角度及び端部の角度の関係による場合分けに基づいて、式（８）から加算または減算の補正が必要になることもありうる。例えば、底面と円周面の母線が直角に交わる直円筒形状を傾斜させて切断することで接続する場合等である。

このように、「[主管１の上端１ａから、主管１を通って、分岐部上端Ｊａへ流れる電流の最短経路と、分岐部上端Ｊａから、上部分岐管２の内周部最上部を通って、円筒状の上部分岐管２の母線方向に、上部分岐管２の側方端部２ａへ流れる電流の経路との合計ＳＤ]を、[主管１の上端１ａから、主管１を通って、分岐部下端Ｊｂへ流れる電流の最短経路と、分岐部下端Ｊｂから、上部分岐管２の内周部最下部を通って、円筒状の上部分岐管２の母線方向に、上部分岐管２の側方端部２ａへ流れる電流の経路との合計ＬＤ]で割った比率」を示す比率Ｂは、上部分岐管２が水平な場合（直円筒形状の場合）、傾斜する場合（直円筒形状、斜円筒形状の場合）の両方を含んでいる。

このように、０．５５＜比率Ｂ＜０．７７に設定することで、上部分岐管２における管内部の上方との下方との温度差の発生を抑制し、複合管構造体２２０における溶融ガラスＧ２の温度差の発生を抑制することができる。

複合管構造体２２０における、寸法、上部分岐管２の設置位置を変えた場合の比率Ａ，Ｂの変化の関係性は下記の通りである。

主管１の上端１ａから上部分岐管２の分岐部上端Ｊａまでの距離ｈが長くなると、比率Ａ，比率Ｂがどちらも大きくなる。

主管１の高さＨｍが低くなると、比率Ｂはそのままであるが、分岐上方部分βの割合が大きくなるため比率Ａが大きくなる。

上部分岐管２の長さＬが長くなると、比率Ａ，比率Ｂがどちらも大きくなる。

距離ｈと高さＨｍ等、２つ以上の寸法を変更する場合は、その変更の比率に応じて、比率Ａ、比率Ｂが連動して変化する。

上記割合を満たして、導管の長さを設定する場合、主管１の高さＨｍは、５００ｍｍ〜３０００ｍｍであると好ましく、上部分岐管２の長さＬは５０ｍｍ〜１５００ｍｍであると好ましい。高さＨｍは、より好ましくは８００ｍｍ以上、さらに好ましくは１１００ｍｍ以上である。また、高さＨｍは、より好ましくは２７００ｍｍ以下、さらに好ましくは２４００ｍｍ以下である。長さＬは、より好ましくは１５０ｍｍ以上、さらに好ましくは２５０ｍｍ以上である。また、長さＬは、より好ましくは１３００ｍｍ以下、さらに好ましくは１１００ｍｍ以下である。主管１の高さＨｍが３０００ｍｍ以下だと、主管１の電流の抵抗が抑制され、溶融ガラスＧ２を充分に加熱することができる。また、上部分岐管２の長さＬが１５００ｍｍ以下だと、上部分岐管２の電流の抵抗が抑制され、溶融ガラスＧ２を充分に加熱することができる。

また、主管１の内径Ｄ１は５０ｍｍ〜５００ｍｍであると好ましい。内径Ｄ１は、より好ましくは１００ｍｍ以上、さらに好ましくは１５０ｍｍ以上である。また、内径Ｄ１は、より好ましくは４５０ｍｍ以下、さらに好ましくは４００ｍｍ以下である。

上部分岐管２の内径Ｄ２は、上部分岐管２を主管１の上部（半分から上）に設置するために主管の高さＨｍの半分よりも短いことが必要であり、上部分岐管２の内径Ｄ２は５０ｍｍ〜５００ｍｍであると好ましい。内径Ｄ２は、より好ましくは１００ｍｍ以上、さらに好ましくは１５０ｍｍ以上である。また、内径Ｄ２は、より好ましくは４５０ｍｍ以下、さらに好ましくは４００ｍｍ以下である。

主管１の上端１ａから上部分岐管２の分岐部上端Ｊａまでの距離ｈは、上部分岐管２を主管１の上部（半分から上）に設置するためには、主管１の高さＨｍの半分よりも短いことが必要であり、距離ｈは５０ｍｍ〜５００ｍｍであると好ましい。距離ｈは、より好ましくは１００ｍｍ以上、さらに好ましくは１５０ｍｍ以上である。また、距離ｈは、より好ましくは４５０ｍｍ以下、さらに好ましくは４００ｍｍ以下である。

距離ｈが短すぎると、上部分岐管２が主管１の上端１ａに近接することになるため、溶融ガラスＧ２の搬送中に、気泡を巻き込むおそれがあり、距離ｈが長すぎると、分岐部上端Ｊａの温度が上がりやすくなるため、適切な距離ｈの設定により、不具合の発生を抑制できる。

また、ガラス製造装置において、複合管構造体２２０の主管１に、溶融ガラスＧ２を攪拌するためのスターラーを設けられてもよい。主管１にスターラーが設けられている場合、溶融ガラスＧ２の状態（温度や均質性等）の均質化を高めることができる。

なお、上述の構成は上から見た場合に、下部分岐管３は、主管１に対して、上部分岐管２とは反対側の側面に設けられているが、上部分岐管２と下部分岐管３とは１８０度反対側に設置される必要はなく、４５度以上の所定の角度となるように設置されてもよい。

また、上述では分岐管２，３は主管１から水平に分岐する場合を説明したが、分岐管２、３は垂直にならない範囲で、主管１から傾斜して分岐していてもよい。その場合も、上述のような比率を満たすように複合管構造体２２０を構成すると好ましい。

＜第２の実施形態＞
本実施形態では、図１で示す溶融ガラス搬送装置２０の内部において、上述の溶融ガラス加熱装置を並べて２つ設置する場合について説明する。

図５は、本発明の第２の実施形態に係る溶融ガラス加熱装置を備えるシステム２００を示す。

図３の構成と同様に、図５の左側に記載された溶融ガラス加熱装置２１０の複合管構造体２２０では、下部分岐管３は溶融ガラスＧ２を主管１へ導入する入口側の導入管であり、上部分岐管２は溶融ガラスＧ２を主管１から排出する排出管である。

第２の溶融ガラス加熱装置２４０の複合管構造体２５０において、上部分岐管２Ｒは、上部分岐管２から排出される溶融ガラスＧ２を主管１Ｒに導入する入口側の導入管であり、下部分岐管３Ｒは、主管１Ｒを通過した溶融ガラスＧ２を排出する出口側の管である。上部分岐管２Ｒの側方端部２ｃは第１の溶融ガラス加熱装置２１０の上部分岐管２の側方端部２ａに対向するように配置されている。

本実施形態において、第１の溶融ガラス加熱装置２１０の通電加熱部２３０と、第２の溶融ガラス加熱装置２４０の通電加熱部２６０とでは、電流バランス手段２５，２５Ｒを別々に設けているため、通電加熱は独立に制御される。

本発明の実施形態に係る溶融ガラス加熱装置（システム）は、図１及び図２に示すフロート法に限られず、フュージョン法や他のガラス物品の製造方法へ適用してもよい。

また、本発明の溶融ガラス加熱装置が搭載されたガラス製造装置を用いて、製造されるガラス物品は、ガラス板に限られず、様々な形状であってもよい。

以上、溶融ガラス加熱装置の実施形態などについて説明したが、本発明は上記実施形態などに限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、改良が可能である。

上記の溶融ガラス加熱装置について、寸法を変えて、複合管構造体の表面温度をシミュレーション（有限要素法）により算出した。下記、例１〜例７は実施例、例８〜例１０は比較例である。

＜例１〜１０＞
例１では、溶融ガラス加熱装置における各部の寸法は下記の通りとした。
主管高さＨｍ： １０００ｍｍ
主管内径Ｄ１： ２００ｍｍ
分岐管長さＬ： ４５０ｍｍ
分岐管内径Ｄ２： ２００ｍｍ
主管上端と分岐管上端との距離ｈ： ２２０ｍｍ
例２〜１０では、例１の溶融ガラス加熱装置における各部の寸法を、図６に示すとおり変更した。

図６の表において、Ｔ０は主管１の中央部の温度、Ｔ１は主管１の上部（分岐上方部γ）の温度、Ｔ２は主管１と上部分岐管２との分岐部上端（角部）Ｊａの温度、及びＴ３は主管１と上部分岐管２との分岐部下端（角部）Ｊｂの温度を示す。

なお温度Ｔ０を算出した主管１の中央部とは、主管１の高さＨｍの半分程度の鉛直方向位置であることを意味する。

図６より比率Ａが０．３３（例８）１．４１（例９）のとき、主管１の中央部と分岐上方部γ、分岐部上端Ｊａとの温度差＜Ｔ１−Ｔ０＞，＜Ｔ２−Ｔ０＞がそれぞれ２０℃を超える。また、比率Ａが０．８０（例１０）のとき、主管１の中央部と分岐部上端Ｊａ、分岐部下端Ｊｂとの温度差＜Ｔ２−Ｔ０＞，＜Ｔ３−Ｔ０＞がそれぞれ２０℃を超える。

よって、比率Ａは、０．４超、０．８未満であると好適である。

また、図６より、比率Ｂが、０．４４（例８）、０．７７（例９）のとき、主管１の中央部と分岐上方部γ、分岐部上端Ｊａとの温度差＜Ｔ１−Ｔ０＞，＜Ｔ２−Ｔ０＞がそれぞれ２０℃を超える。また、比率Ｂが０．９０（例１０）のとき、主管１の中央部と分岐部上端Ｊａ、分岐部下端Ｊｂ＜Ｔ２−Ｔ０＞，＜Ｔ３−Ｔ０＞との温度差がそれぞれ２０℃を超える。

よって、比率Ｂは、０．５５超、０．７７未満であると好適である。

また、寸法を設定する際、上述の比率Ａ，比率Ｂの範囲において、上記の両方の範囲を満たしているとさらに好ましい。

比率Ａ，比率Ｂの両方の範囲を満たす場合は、例１〜例７で示すように、主管１の中央部と分岐上方部γ、分岐部上端Ｊａ、分岐部下端Ｊｂとの温度差＜Ｔ１−Ｔ０＞，＜Ｔ２−Ｔ０＞，＜Ｔ３−Ｔ０＞を小さくすることが可能となり、好適である。

本発明の溶融ガラス加熱装置は、複合管構造体に含まれる主管及び分岐管全体を過不足なく所望の温度まで通電加熱することができるので、ガラス製造装置における溶融ガラスの流路の通電加熱に適用できる。

１，１Ｒ 主管（本管）
１ａ 上端
１ｂ 下端
２，２Ｒ 上部分岐管
２ａ 側方端部
３，３Ｒ 下部分岐管
３ａ 側方端部
４（４ａ，４ｂ） 第１の電極
５（５ａ，５ｂ） 第２の電極
６（６ａ，６ｂ） 第３の電極
７（７ａ，７ｂ） 第４の電極
１０ 溶解装置
２０ 溶融ガラス搬送装置
２１ 第１の電流供給経路
２２ 第２の電流供給経路
２３ 第３の電流供給経路
２４Ａ 第１の電源
２４Ｂ 第２の電源
２４Ｃ 第３の電源
３０ 成形装置
４０ 接続装置
５０ 徐冷装置
２００ 溶融ガラス加熱システム
２１０ 溶融ガラス加熱装置（第１の溶融ガラス加熱装置）
２２０ 複合管構造体
２３０ 通電加熱部
２４０ 第２の溶融ガラス加熱装置
２５０ 複合管構造体
２６０ 通電加熱部
Ｇ２ 溶融ガラス
Ｊａ 分岐部上端
Ｊｂ 分岐部下端
Ｊ 分岐部（接続部）
ＳＤ 主管の上端から、主管を通って、分岐部上端へ流れる電流の最短経路と、分岐部上端から、上部分岐管の内周部最上部を通って、円筒状の上部分岐管の母線方向に、上部分岐管の側方端部へ流れる電流の経路との合計
ＬＤ 主管の上端から、主管を通って、分岐部下端へ流れる電流の最短経路と、分岐部下端から、上部分岐管の内周部最下部を通って、円筒状の上部分岐管の母線方向に、上部分岐管の側方端部へ流れる電流の経路との合計

Claims (16)

1. 溶融ガラスが通過する複合管構造体および該複合管構造体を通電加熱する通電加熱部を備える、溶融ガラス加熱装置であって、
   前記複合管構造体は、水平方向に対して略垂直に延伸する主管と、前記主管の上部側方において前記主管から分岐する上部分岐管と、前記主管の下部側方において前記主管から分岐する下部分岐管とを備え、
   前記通電加熱部は、前記主管の上端に設けられた第１の電極と、前記主管の下端に設けられた第２の電極と、前記上部分岐管の側方端部に設けられた第３の電極と、を備え、前記第１の電極と前記第２の電極との間に電流を供給する第１の電流供給経路を形成し、前記第１の電極と前記第３の電極との間に電流を供給する第２の電流供給経路を形成しており、
   前記複合管構造体において、
   ０．４＜（前記主管の前記上端と分岐部上端との間を流れる電流の抵抗および前記上部分岐管の分岐部と前記側方端部との間を流れる電流の抵抗の合計／前記主管の前記上端と前記下端との間を流れる電流の抵抗）＜０．８
   を満たすように、前記主管に対して前記上部分岐管が配置される、
   溶融ガラス加熱装置。
2. 前記複合管構造体において、前記主管から前記上部分岐管が略垂直に分岐する場合、
   前記主管の前記上端から前記下端までの高さをＨｍ、内径をＤ１、前記上部分岐管の長さをＬ、内径をＤ２、前記主管の前記上端から前記上部分岐管の前記分岐部上端までの距離をｈ、とした場合、
   ０．４＜（（ｈ／Ｄ１）＋（Ｌ／Ｄ２））／（Ｈｍ／Ｄ１）＜０．８
   を満たすように、前記主管に対して前記上部分岐管が配置される、
   請求項１に記載の溶融ガラス加熱装置。
3. 前記複合管構造体において、
   ０．５５＜（前記主管の前記上端から、前記主管を通って、前記分岐部上端へ流れる電流の最短経路と、前記分岐部上端から、前記上部分岐管の内周部最上部を通って、円筒状の前記上部分岐管の母線方向に、前記上部分岐管の前記側方端部へ流れる電流の経路との合計／前記主管の前記上端から、前記主管を通って、分岐部下端へ流れる電流の最短経路と、前記分岐部下端から、前記上部分岐管の内周部最下部を通って、円筒状の前記上部分岐管の前記母線方向に、前記上部分岐管の前記側方端部へ流れる電流の経路との合計）＜０．７７
   を満たすように、前記主管の前記上端に対して、前記上部分岐管が配置される、
   請求項１又は２に記載の溶融ガラス加熱装置。
4. 前記複合管構造体において、前記主管から前記上部分岐管が略垂直に分岐する場合、
   前記上部分岐管の長さをＬ、内径をＤ２、前記主管の前記上端から前記上部分岐管の前記分岐部上端までの距離をｈ、とした場合、
   ０．５５＜（ｈ＋Ｌ）／（ｈ＋（５／４）Ｄ２＋Ｌ）＜０．７７
   を満たすように、前記主管の前記上端に対して、前記上部分岐管が配置される、
   請求項１又は２に記載の溶融ガラス加熱装置。
5. 前記主管の前記上端から前記下端までの高さＨｍは、５００ｍｍ〜３０００ｍｍである、
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の溶融ガラス加熱装置。
6. 前記上部分岐管の長さＬは５０ｍｍ〜１５００ｍｍである、
   請求項１〜５のいずれか一項に記載の溶融ガラス加熱装置。
7. 前記主管の内径Ｄ１は５０ｍｍ〜５００ｍｍである、
   請求項１〜６のいずれか一項に記載の溶融ガラス加熱装置。
8. 前記上部分岐管の内径Ｄ２は、５０ｍｍ〜５００ｍｍであり、且つ、前記主管の高さＨｍの半分よりも短い、
   請求項１〜７のいずれか一項に記載の溶融ガラス加熱装置。
9. 前記主管の上端から前記上部分岐管の分岐部上端までの距離ｈは、５０ｍｍ〜５００ｍｍであり、且つ、前記主管の高さＨｍの半分よりも短い、
   請求項１〜８のいずれか一項に記載の溶融ガラス加熱装置。
10. 前記通電加熱部は、前記第１の電流供給経路及び前記第２の電流供給経路に流れる電流を調整する、電流バランス手段を備える、
    請求項１〜９のいずれか一項に記載の溶融ガラス加熱装置。
11. 前記第１の電流供給経路には第１の電源が設けられ、前記第２の電流供給経路には第２の電源が設けられ、前記電流バランス手段は前記第１の電源及び前記第２の電源の電流の位相を調整する、
    請求項１０に記載の溶融ガラス加熱装置。
12. 前記下部分岐管の側方端部に設けられた第４の電極を有し、
    前記主管の前記下端に設けられた前記第２の電極と前記第４の電極との間に電流を供給する第３の電流供給経路を形成し、
    前記電流バランス手段は、前記第１の電流供給経路、前記第２の電流供給経路、及び前記第３の電流供給経路に流れる電流を調整する、
    請求項１０又は１１に記載の溶融ガラス加熱装置。
13. 前記複合管構造体は白金または白金合金製である、
    請求項１〜１２のいずれか一項に記載の溶融ガラス加熱装置。
14. 請求項１〜１３のいずれか一項に記載の溶融ガラス加熱装置を含むガラス製造装置。
15. 該ガラス製造装置が、前記溶融ガラス加熱装置で構成される第１の溶融ガラス加熱装置と第２の溶融ガラス加熱装置を含んでおり、
    前記第１の溶融ガラス加熱装置において、前記下部分岐管は前記溶融ガラスを導入する入口側の管であり、
    前記第２の溶融ガラス加熱装置において、前記下部分岐管は前記溶融ガラスを排出する出口側の管であり、前記上部分岐管の前記側方端部は前記第１の溶融ガラス加熱装置の前記上部分岐管の前記側方端部に対向するように配置されている、
    請求項１４に記載のガラス製造装置。
16. 請求項１４又は１５に記載のガラス製造装置を用いたガラス物品の製造方法であって、
    ガラス原料を、加熱して溶融ガラスを得ること、及び
    前記溶融ガラスを成形し徐冷してガラス物品を得ること、を含むガラス物品の製造方法。

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