JP2017522257A - ガラスを調製するための予備清澄装置 - Google Patents

Abstract

予備清澄装置（２８）であって、液中燃焼溶融装置を出た溶融ガラスを受け取るためのチャンバー（３４）を備えている。予備清澄装置（２８）は、泡破壊器（３６）及び出口導管（３８）も備えている。溶融ガラス保持チャンバーは頂部（４２）、底部（４０）及び包囲側壁（４４）を備えている。頂部（４２）は泡破壊器（３６）を収容する開口部を有し、泡破壊器はチャンバー内のガラス気泡を破壊するように配置される。出口導管（３８）は、チャンバー（３４）内に存在し、側壁（４４）の出口（６８）と流体連通している。出口導管（３８）は、予備清澄された溶融ガラスが、チャンバーの下部から出口（６８）、そして、通常は清澄装置である、次の処理段階に流れることができるように配置される。

Description

関連技術の相互参照

本出願は、参照により、全内容が本明細書に組み込まれたものとする、２０１４年７月２１日出願の米国特許出願第６２／０２６７９７号の優先権を主張するものである。

本開示は、概してガラスの溶融戦略及び技術に関し、特には、清澄装置の前の段階で使用できる、液中燃焼溶融装置を出た溶融ガラスを処理するための装置に関するものである。

液中燃焼溶融は、従来のガラス溶融に代わる機能を果たすものである。液中燃焼溶融においては、燃料と酸化剤との混合物がガラス浴に注入され、融液中で燃焼が生じる。浴中での混合及び熱伝達の向上により、従来の溶融装置において一般に見られるよりも良好な溶融速度を達成することができる。

液中燃焼溶融の1つの欠点は、液中燃焼であるが故に、融液中に燃焼ガスが存在することである。融液中の大量のガス、及びその撹拌運動及び炎との相互作用に伴って、ガラス融液が、従来の溶融装置に見られるものより桁違いに大きなサイズ及び量の幅広い分布を有する、多量の気泡を含んだものとなる可能性がある。

従来の液中燃焼方法の動力学では、著しく摂動された融液の存在しない表面がもたらされる可能性もある。燃焼ガスが、自由表面上に現れるまで融液中を膨張及び上昇し、排出口を通して溶融装置を離れる。これ等の摂動の１つの結果は、溶融装置本体がかなりの程度の機械的振動に晒され、それが下流の工程に伝達され得ることである。また、これ等の摂動は、ガラスの現行流量の変動に置き換えることができる、ガラス段階での振動を生じさせる可能性もある。

融液中のこれ等の気泡、溶融装置の振動、及び現行流量の変動は、溶融装置の下流におけるガラス清澄工程の設計課題を構成し得るものである。液中燃焼溶融装置に取り付けられた従来の清澄装置の利用は、前述の設計課題を解決するためには、概して、不十分である。例えば、従来の清澄装置は、融液中の過量のガス、又は気泡としてガラスの自由表面に上昇する、関連する泡を処理することはできないと思われる。これ等の問題に対処するために、従来から化学的清澄を使用することができるが、個々の気泡の成長は小さいものの、より多くの多泡ガラスが生成されるため、化学的清澄の有効性には限度がある。また、ガラスのフロー制御が、多泡ガラスの二相性によってはるかに困難になる可能性がある。これ等の制約があるために、液中燃焼溶融の使用は、これまで比較的低い品質要件（例えば、ブリスター含有量）の用途に制限されている。

表示用及びＰＶ（太陽電池）用のガラス等、品質要件が高い用途に液中燃焼溶融の使用を考慮する場合、大量の気泡及びその幅広いサイズ分布に対処することができる清澄戦略を実施する必要がある。従って、当技術分野において、改良された液中燃焼溶融装置及び予備清澄機構の必要性が存在している。

本開示の1つの実施の形態は、液中燃焼溶融装置を出た溶融ガラスを受け取るためのチャンバーを備えた、予備清澄装置を提供する。予備清澄装置は、泡破壊器及び出口導管も備えている。溶融ガラス保持チャンバーは、頂部、底部、及び包囲側壁を備えている。頂部は泡破壊器を収容する開口部を有し、泡破壊器はチャンバー内のガラス気泡を破壊するように配置される。出口導管はチャンバー内に存在し、側壁の出口と流体連通している。出口導管は、予備清澄された溶融ガラスが、チャンバーの下部から出口、そして、通常は清澄装置である、次の処理段階に流れることができるように配置される。

本開示は、液中燃焼溶融装置を出た多泡ガラスが、従来の清澄装置によって効果的に処理できるように調製する働きをするものである。本開示は、発生ガスによって形成される自由表面の泡を管理するためのツールを備えることによって、多泡ガラス中の大部分のガスを効果的に分離するのに適したものになっている。

本開示の別の実施の形態において、清澄装置の下流の装置が、液中燃焼に伴う機械的振動から分離されるように、予備清澄装置を設計することができる。本開示は液中燃焼溶融に伴う流量の変動を軽減することもでき、安定した制御可能なガラス流量が従来の清澄工程に入る結果となる。

更なる特徴及び効果は、これに続く詳細な説明に述べてあり、当業者はその記述から、一部は容易に明らかであり、これに続く詳細な説明、特許請求の範囲、及び添付図面を含め、本明細書に記載の方法を実施することによって認識できるであろう。

前述の概要説明及び以下の詳細な説明は、いずれも単なる例示であって、特許請求の範囲の性質及び特徴を理解するための概要、及び枠組みの提供を意図したものであることを理解されたい。添付図面は、更なる理解が得られることを意図して添付したもので、本明細書に組み込まれ、その一部を構成するものである。図面は１つ以上の実施の形態を示すもので、その説明と併せ、様々な実施の形態の原理及び作用の説明に役立つものである。

本開示の予備清澄装置を用いた、ガラス溶融システムの立側面図。 本開示の予備清澄装置の立断面図。

添付図面に例を示す、本開示の実施の形態について詳細に説明する。図面全体を通し、可能な限り、同一又は同様の部品には同じ参照番号を使用している。

一部の実施の形態の動作原理は、ガラス融液からガスを分離するために、ストークス上昇を利用することであってよい。かかる実施の形態において、液中燃焼溶融装置を出た多泡ガラスを例示的な予備清澄装置の自由表面に注ぎ、低速で下方に流してストークス上昇効果によって融液中の気泡を上昇させることができる。分離された気泡は空気／ガラス界面に現れてガラスの泡に蓄積される可能性があり、これを泡破壊器の助けを借りて破壊することができる。例示的な予備清澄装置において、下向きのガラス流を加熱し、融液の粘度を下げてガスの上昇を促進することができる。予備清澄されたガラスは、泡の進入が皆無又は最小限に抑制される予備清澄装置の下部に存在し、例示的な清澄装置に接続可能な出口導管に入る。

図１は本開示の予備清澄装置２８を用いた、ガラス溶融システム２０の立側面図である。図１において、ガラス溶融システム２０は、従来の液中燃焼溶融装置２２を備えている。液中燃焼溶融装置は当技術分野において公知であり、かかる任意の燃焼装置を本開示に利用することができる。液中燃焼溶融装置２２は、溶融装置導管２６を通して、予備清澄装置２８に接続することができる。予備清澄装置２８は、溶融装置導管２６が液中燃焼溶融装置２２の下部から予備清澄装置２８にかけて下方に傾斜できるように、液中燃焼溶融装置２２より相対的に低く配置することができる。次に、予備清澄装置２８は、清澄装置導管３１を通して、清澄装置３２に接続することができる。

図１に示すように、液中燃焼溶融装置２２のガラスの高さ２４は、予備清澄装置２８及び清澄装置３２のガラスの高さ３０より高くすることができる。

以下に更に詳しく説明してあるように、溶融装置導管２６は、ボイド率が高いために、
粗く制御された速度で、溶融ガラスを液中燃焼溶融装置２２から下方に流すことができる。溶融装置導管２６を軟係合で予備清澄装置２８に接続して、予備清澄装置２８を液中燃焼溶融装置２２のあらゆる振動から分離することができる。溶融装置導管２６を軟包囲体に収容して、予備清澄装置２８の内部雰囲気に与える周囲の影響を最小限に抑制若しくは制御、及び／又は熱損失を抑制することができる。

図２は、本開示の予備清澄装置２８の立断面図である。図２において、予備清澄装置２８は、溶融ガラス保持チャンバー３４、泡破壊器３６、及び出口導管３８を備えている。チャンバー３４は底部４０、頂部４２、及び包囲側壁４４を備えることができる。包囲側壁４４は、一部の実施の形態において円形断面、又は別の適切な断面を有することができる。

泡破壊器３６は、頭部４６及び脚部４８を備えることができ、それによって、一部の実施の形態において、泡破壊器３６を溶融ガラス保持チャンバー３４の上部に配置して、チャンバー３４の頂部４２の頂部開口部５２に係合させることができる。図２に示すように、泡破壊器３６の脚部４８は、脚部４８が係合して泡破壊器３６に泡破壊運動を与えることができるように、頂部開口部５２を通して延びることができる。泡破壊器３６の頭部４６は、チャンバー３４が液中燃焼溶融装置２２を出た溶融ガラスで満たされると、ガラス泡５０に接触するようにチャンバー３４の内部に配置することができる（図１参照）。

図２に示す実施の形態において、回転円錐体を用いてガラス泡５０を自由表面において伸長、破壊、及び減少させることができる。勿論、この泡制御に代わるもの、又は組み合わせを予備清澄装置２８に使用することができ、かかる例によって添付の特許請求の範囲が限定されるものではない。例えば、回転円錐体及びその他の例示的な泡低減戦略が、参照により全内容が組み込まれたものとする、米国特許第６，８５４，２９０号明細書に記載されている。

頂部開口部５２内の泡破壊器３６の位置を適切に固定すると共に、チャンバー３４の内部を大気から密封するために、カバー５４をチャンバーの頂部４２の一部として使用することもできる。チャンバーの頂部４２に、チャンバー３４の内部を目視検査できるようにする観察ポート５６を設けることもできる。チャンバーの頂部４２は、チャンバー３４の内部からの熱損失を抑制するための断熱材５８を備えることもできる。

一部の実施の形態において、側壁４４は、液中燃焼溶融装置２２から例示的な予備清澄装置２８に溶融ガラスを供給する、溶融装置導管２６を受け取るように構成された、入口６０を有することができる。入口６０は、一部の実施の形態において、溶融装置導管２６を軟接続で収容することができる。かかる接続は、液中燃焼溶融装置２２の内部で発生する振動から、予備清澄装置２８を分離するのに有用であり得る。

入口６０と溶融装置導管２６との界面は、軟包囲体６４を備えることもでき、それによって液中燃焼溶融装置２２と予備清澄装置２８との間の軟接続が維持されると共に、例示的な予備清澄装置２８の内部雰囲気に対する周囲の影響を最小限に抑制若しくは制御、及び／又は熱損失を最小限に抑制するように構成することもできる。図２の実施の形態において、溶融装置導管２６をチャンバーの内部に延ばして、溶融ガラス流６６がチャンバー３４の内部に流入できるようにするために、入口６０の幅を溶融装置導管２６より広くすることができる。

チャンバーの側壁４４は、清澄装置導管３１を受け取るように構成された出口６８も備えることができる。この清澄装置導管３１は、清澄装置３２に向かう溶融ガラスの出口として機能することができる（図１）。一部の実施の形態において、図２に示すように、清澄装置３２に対する接続部７２を設けて、断熱することができる。断熱接続部７２を用いて、システムからの熱損失を最小限に抑制することができる。別の実施の形態において、チャンバーの側壁４４は、システムからの熱損失を最小限に抑制するために、断熱材７４も備えることができる。

一部の非限定的な実施の形態において、チャンバーの底部４０は、チャンバー３４を停止して空にする必要があるときのドレンタップ７６も備えることができる。ドレンタップ７６は、下部フランジ９０及びタップフランジ９１を用いて加熱することができる。ドレンタップ７６は、予備清澄された、分離ガラス流が所望される場合、分流器として使用することもできる。ドレンタップ７６の位置は、チャンバーの底部４０の中央に限定されるものではなく、側壁４４に用いられてもよい。側壁と同様に、チャンバーの底部４０はシステムからの熱損失を最小限に抑制するために断熱材７８を備えることができる。

出口導管３８は、出口導管３８内部の通路を画成する、下部開口部８０及び上部開口部８２を有することができる。出口導管３８は、予備清澄された溶融ガラスが出口６８を通してチャンバー３４から出る前に、下部開口部８０から出口導管３８に入るように、側壁４４の出口６８と流体連通することができる。図２に示すように、出口導管３８の下部開口部８０は、チャンバー３４の下部に配置することができる。上部開口部８２を通して、物質が出口導管３８に入ることがないように、上部開口部８２をチャンバー３４のガラス泡５０より高い位置に配置することができる。

一部の実施の形態において、出口導管３８は、予備清澄装置２８の下方流れ部分のような低速を必要としない。図２の実施の形態において、出口導管３８内における溶融ガラスの流れは、上方向とすることができるが、別の実施の形態は、出口導管３８の入口点が、ガラス自由表面より下方の適切な高さに存在する限り、任意の流れ方向とすることができ、かかる例によって、本明細書に添付の特許請求の範囲がそのように限定されるものではない。

チャンバー３４は、ガラス泡５０の上方空間に、ガスバーナー８４又は複数のガスバーナーを備えることもできる。ガスバーナー８４又は複数のガスバーナーを使用して、ガラスの高さより上の空気を加熱することができる。勿論、ガラスの高さより上の清澄装置２８を加熱する別の方法を使用することができ、かかる実施の形態によって本明細書に添付の特許請求の範囲が限定されるものではない。例えば、チャンバー３４の側壁４４及び頂部４２は、金属巻線８５によって電気的に加熱することができる。

チャンバー３４は、それぞれチャンバー３４の内部を直接加熱するための上部、中間、及び下部フランジ８６、８８、９０を備えることもできる。上部フランジ８６は、チャンバー３４の上部の溶融ガラス流６６の近傍に配置することができる。中間フランジ８８は、チャンバー３４の中央部の加熱を調節するために、チャンバー３４の中央部に配置することができる。下部フランジ９０は、チャンバー３４の下部に配置することができる。一部の実施の形態において、これ等のフランジ８６、８８、９０の各々を独立制御することによって、チャンバー３４の上から下に所定の温度勾配を与えることができる。かかる制御のための入力は、熱電対、ＲＴＤ等によって与えることができる。例えば、上部フランジ８６を、中間及び下部フランジ８８、９０より高い温度に設定して、チャンバー３４の上部に、より高い温度ゾーンを設けることができる。チャンバー３４の上部の、より高い温度ゾーンは、粘度を低下させて溶融ガラス内の気泡を移動し易くするために望ましい場合があり得る。

予備清澄装置２８の内部は、白金合金の円形管であってよい。白金は電気エネルギーを通すことによって、加熱要素としても使用することができる。勿論、別の材料を使用して、予備清澄装置２８の内部を形成することができ、予備清澄装置２８の内部は白金合金に限定されるものではない。例えば、ＰｔＲｈ２０及びＰｔＲｈ３０合金を含みこれに限定されない、白金−ロジウム合金を使用することができる。前述のように、予備清澄装置２８の断面は円形に図示されているが、ガラス流に対して適切な考慮が払われている限り、断面は他の任意の適切な形状であってよい。

一部の実施の形態において、予備清澄装置２８に包囲体９２を付加することができる。包囲体９２は水素透過を防止する調整雰囲気を含むことができる。白金合金を予備清澄装置２８内部の材料として使用する場合、かかる調整雰囲気を含む包囲体が望ましい場合があり得る。

添付の特許請求の範囲に規定する、本発明の精神及び範囲を逸脱せずに、様々な改良及び変形が可能であることは当業者には明らかであろう。

以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。

実施形態１
ガラス予備清澄装置であって、
頂部、底部、及び包囲側壁を有する溶融ガラス保持チャンバーと、
頭部及び脚部を有する泡破壊器であって、該頭部が前記チャンバー内のガラス泡と係合するように構成された泡破壊器と、
第１の開口部、第２の開口部、及び介在通路を有する出口導管であって、前記第１の開口部が、前記ガラス泡の下方の溶融ガラスに浸漬される前記チャンバー下部の位置に配置され、前記第２の開口部が、前記ガラス泡の上方の前記チャンバー上部の位置に配置された出口導管と、
を備え、
前記チャンバーの前記頂部が、前記泡破壊器の前記脚部を収容するように構成された第３の開口部を有し、前記泡破壊器の前記脚部が、前記チャンバー内において、前記泡破壊器の前記頭部に泡破壊運動を与えるように、前記第３の開口部に挿入され、
前記側壁が、溶融ガラス源から溶融ガラスを受け取るように構成された入口、及び予備清澄された溶融ガラスを排出するように構成された出口を有し、
前記出口導管が、該出口導管の前記第１の開口部を通過する予備清澄された溶融ガラスのみが、前記出口を通して排出され得るように、前記出口と流体連通しているガラス予備清澄装置。

実施形態２
前記チャンバーが、該チャンバーを加熱するための加熱要素を備えた、実施形態１記載のガラス予備清澄装置。

実施形態３
前記チャンバーが、該チャンバーを加熱し、該チャンバー内に温度が異なる加熱ゾーンを形成することができる、複数の加熱要素を備えた、実施形態２記載のガラス予備清澄装置。

実施形態４
前記チャンバーが、前記ガラス泡の上方に配置されるように構成されたガスバーナーを備えた、実施形態１記載のガラス予備清澄装置。

実施形態５
前記チャンバーが、内壁を有し、該内壁が白金合金で構成されて成る、実施形態１記載のガラス予備清澄装置。

実施形態６
前記チャンバーを囲む包囲体であって、該チャンバーを制御された雰囲気に維持するように構成された包囲体を備えた、実施形態１記載のガラス予備清澄装置。

実施形態７
前記チャンバーを囲む包囲体であって、該チャンバーを制御された雰囲気に維持するように構成された包囲体を備えた、実施形態５記載のガラス予備清澄装置。

実施形態８
前記入口が、溶融ガラスを供給するための導管を軟接続で収容するように構成されて成る、実施形態１記載のガラス予備清澄装置。

２０ ガラス溶融システム
２２ 液中燃焼溶融装置
２６ 溶融装置導管
２８ 予備清澄装置
３１ 清澄装置導管
３２ 清澄装置
３４ チャンバー
３６ 泡破壊器
３８ 出口導管
４０ 底部
４２ 頂部
４４ 側壁
４６ 頭部
４８ 脚部
５０ ガラス泡
５２ 頂部開口部
５８、７４、７８ 断熱材
６０ 入口
６８ 出口
８４ ガスバーナー
８５ 金属巻線
８６、８８、９０ フランジ
９２ 包囲体

Claims (8)

1. ガラス予備清澄装置であって、
   頂部、底部、及び包囲側壁を有する溶融ガラス保持チャンバーと、
   頭部及び脚部を有する泡破壊器であって、該頭部が前記チャンバー内のガラス泡と係合するように構成された泡破壊器と、
   第１の開口部、第２の開口部、及び介在通路を有する出口導管であって、前記第１の開口部が、前記ガラス泡の下方の溶融ガラスに浸漬される前記チャンバー下部の位置に配置され、前記第２の開口部が、前記ガラス泡の上方の前記チャンバー上部の位置に配置された出口導管と、
   を備え、
   前記チャンバーの前記頂部が、前記泡破壊器の前記脚部を収容するように構成された第３の開口部を有し、前記泡破壊器の前記脚部が、前記チャンバー内において、前記泡破壊器の前記頭部に泡破壊運動を与えるように、前記第３の開口部に挿入され、
   前記側壁が、溶融ガラス源から溶融ガラスを受け取るように構成された入口、及び予備清澄された溶融ガラスを排出するように構成された出口を有し、
   前記出口導管が、該出口導管の前記第１の開口部を通過する予備清澄された溶融ガラスのみが、前記出口を通して排出され得るように、前記出口と流体連通していることを特徴とするガラス予備清澄装置。
2. 前記チャンバーが、該チャンバーを加熱するための加熱要素を備えたことを特徴とする、請求項１記載のガラス予備清澄装置。
3. 前記チャンバーが、該チャンバーを加熱し、該チャンバー内に温度が異なる加熱ゾーンを形成することができる、複数の加熱要素を備えたことを特徴とする、請求項２記載のガラス予備清澄装置。
4. 前記チャンバーが、前記ガラス泡の上方に配置されるように構成されたガスバーナーを備えたことを特徴とする、請求項１記載のガラス予備清澄装置。
5. 前記チャンバーが、内壁を有し、該内壁が白金合金で構成されて成ることを特徴とする、請求項１記載のガラス予備清澄装置。
6. 前記チャンバーを囲む包囲体であって、該チャンバーを制御された雰囲気に維持するように構成された包囲体を備えたことを特徴とする、請求項１記載のガラス予備清澄装置。
7. 前記チャンバーを囲む包囲体であって、該チャンバーを制御された雰囲気に維持するように構成された包囲体を備えたことを特徴とする、実施形態５記載のガラス予備清澄装置。
8. 前記入口が、溶融ガラスを供給するための導管を軟接続で収容するように構成されて成ることを特徴とする、請求項１記載のガラス予備清澄装置。

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