JP2021059459A - ガラス溶解方法、ガラス溶解炉、及びガラス製造方法 - Google Patents
ガラス溶解方法、ガラス溶解炉、及びガラス製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】安価な構成でありながら、酸素泡の発生、及び電極の腐食を低減できるガラス溶解炉を用いたガラス溶解方法の提供。【解決手段】１次側が交流電源２に接続され、２次側が巻線数の選択が可能なトランス１０と、交流電源２とトランス１０の１次側との導通をスイッチングするサイリスタ２０と、トランス１０によって供給された電圧をガラス原料に印加し、ガラス原料を溶解して溶融ガラスＧを得る電極対と、溶融ガラスＧを保持する溶解槽５０とを有するガラス溶解炉１を用いたガラス溶解方法であって、トランス１０の２次側に出力される電圧が、変換電圧の７０％以上、９８％以下となるように、トランス１０の２次側の巻線数が選択されて電極対に接続される選択ステップと、選択ステップによって変更されたトランス１０の２次側に出力される電圧が、予め定めた実効値となるように、サイリスタ２０がスイッチングされるスイッチングステップとを含むことを特徴とするガラス溶解方法。【選択図】図１
Description
本発明は、ガラス溶解方法、ガラス溶解炉、及びガラス製造方法に関する。
溶解槽内に電極を挿入し、電極間に通電して発生するジュール熱を利用してガラス原料を溶解するガラス溶解炉が知られている。このようなガラス溶解炉では、電極の腐食を抑制するために、高周波（たとえば、１００Ｈｚ（ヘルツ）以上）で電極間を通電させることが行われている（たとえば、特許文献１参照）。
しかし、上述したガラス溶解炉では、高周波の電源を使用するため、たとえば、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの商用電源を直接使用できずに高周波の電源を生成する高価な設備が必要になる課題があった。また、ガラス溶解炉に低周波の電源を使用した場合には、電極の腐食、及び酸素泡が発生する場合があった。
本発明は、安価な構成でありながら、酸素泡の発生、及び電極の腐食を低減できるガラス溶解炉を用いたガラス溶解方法、ガラス溶解炉、及びガラス製造方法を提供する。
本発明は、以下の態様を有する。
１次側が交流電源に接続され、２次側が巻線数の選択が可能なトランスと、前記交流電源と前記トランスの１次側との導通をスイッチングするスイッチング素子と、前記トランスによって供給された電圧をガラス原料に印加し、前記ガラス原料を溶解して溶融ガラスを得る電極対と、前記溶融ガラスを保持する溶解槽とを有するガラス溶解炉を用いたガラス溶解方法であって、前記トランスの２次側に出力される電圧が、変換電圧の７０％以上、９８％以下となるように、前記トランスの２次側の巻線数が選択されて前記電極対に接続される選択ステップと、前記選択ステップによって変更された前記トランスの２次側に出力される電圧が、予め定めた実効値となるように、前記スイッチング素子がスイッチングされるスイッチングステップとを含むことを特徴とするガラス溶解方法。
１次側が交流電源に接続され、２次側が巻線数の選択が可能なトランスと、前記交流電源と前記トランスの１次側との導通をスイッチングするスイッチング素子と、前記トランスによって供給された電圧をガラス原料に印加し、前記ガラス原料を溶解して溶融ガラスを得る電極対と、前記溶融ガラスを保持する溶解槽とを有するガラス溶解炉を用いたガラス溶解方法であって、前記トランスの２次側に出力される電圧が、変換電圧の７０％以上、９８％以下となるように、前記トランスの２次側の巻線数が選択されて前記電極対に接続される選択ステップと、前記選択ステップによって変更された前記トランスの２次側に出力される電圧が、予め定めた実効値となるように、前記スイッチング素子がスイッチングされるスイッチングステップとを含むことを特徴とするガラス溶解方法。
１次側が交流電源に接続され、２次側が巻線数の選択が可能なトランスと、前記交流電源と前記トランスの１次側との導通をスイッチングするスイッチング素子と、前記トランスによって供給された電圧をガラス原料に印加し、前記ガラス原料を溶解して溶融ガラスを得る電極対と、前記溶融ガラスを保持する溶解槽とを備え、前記トランスの２次側に出力される電圧が、変換電圧の７０％以上、９８％以下となるように、前記トランスの２次側の巻線数が選択されて前記電極対に接続され、前記巻線数の選択によって変更された前記トランスの２次側に出力される電圧が、予め定めた実効値となるように、前記スイッチング素子がスイッチングされることを特徴とするガラス溶解炉。
１次側が交流電源に接続され、２次側が巻線数の選択が可能なトランスと、前記交流電源と前記トランスの１次側との導通をスイッチングするスイッチング素子と、前記トランスによって供給された電圧をガラス原料に印加し、前記ガラス原料を溶解して溶融ガラスを得る電極対と、前記電極対に供給された電圧を制御する制御装置と、溶融ガラスを保持する溶解槽とを備え、前記制御装置は、前記トランスの２次側に出力される電圧が、変換電圧の７０％以上、９８％以下となるように、前記トランスの２次側の巻線数を選択して前記電極対に接続させる変更制御部と、前記巻線数の選択によって変更された前記トランスの２次側に出力される電圧が、予め定めた実効値となるように、前記スイッチング素子をスイッチングさせるスイッチング制御部とを備えることを特徴とするガラス溶解炉。
上記のガラス溶解炉を用いたガラス製造方法であって、
前記溶解槽で、前記ガラス原料を溶解して溶融ガラスを得る溶解工程と、
前記溶解槽より下流に設けられた成形炉で、前記溶融ガラスを成形する成形工程と、
前記成形炉より下流に設けられた徐冷炉で、成形されたガラスを徐冷する徐冷工程と
を含むガラス製造方法。
前記溶解槽で、前記ガラス原料を溶解して溶融ガラスを得る溶解工程と、
前記溶解槽より下流に設けられた成形炉で、前記溶融ガラスを成形する成形工程と、
前記成形炉より下流に設けられた徐冷炉で、成形されたガラスを徐冷する徐冷工程と
を含むガラス製造方法。
本発明によれば、ガラス溶解方法、ガラス溶解炉、及びガラス製造方法は、安価な構成でありながら、酸素泡の発生、及び電極の腐食を低減できる。
以下、本発明の一実施形態によるガラス溶解方法、ガラス溶解炉、及びガラス製造方法について、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態によるガラス溶解炉１の一例を示すブロック図である。
図１に示すように、ガラス溶解炉１は、トランス１１〜１３と、サイリスタ２１〜２３と、タップ切替部３１〜３３と、電圧検出部４１〜４３と、溶解槽５０と、電極５１〜５４と、制御装置６０とを備えている。
図１は、本実施形態によるガラス溶解炉１の一例を示すブロック図である。
図１に示すように、ガラス溶解炉１は、トランス１１〜１３と、サイリスタ２１〜２３と、タップ切替部３１〜３３と、電圧検出部４１〜４３と、溶解槽５０と、電極５１〜５４と、制御装置６０とを備えている。
図１において、トランス１１〜１３のそれぞれは、同一の構成であり、任意のトランスを示す場合、又は特に区別しない場合には、トランス１０として説明する。また、サイリスタ２１〜２３のそれぞれは、同一の構成であり、任意のサイリスタを示す場合、又は特に区別しない場合には、サイリスタ２０として説明する。また、タップ切替部３１〜３３のそれぞれは、同一の構成であり、任意のタップ切替部を示す場合、又は特に区別しない場合には、タップ切替部３０として説明する。また、電圧検出部４１〜４３のそれぞれは、同一の構成であり、任意の電圧検出部を示す場合、又は特に区別しない場合には、電圧検出部４０として説明する。また、溶解槽５０は、ガラス原料を溶解することにより得られる溶融ガラスＧを保持する。
ガラス溶解炉１は、交流電源２から供給される電圧に基づいて、所定の電圧を電極５１〜５４に印加することにより、電極間に通電して発生するジュール熱を利用して溶解槽５０内のガラス原料を溶解する。
交流電源２は、たとえば、３相交流２００Ｖの商用電源、又は発電機により発電された電源である。交流電源２は、たとえば、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの低周波の交流電源である。交流電源２は、電源線Ｒ、電源線Ｓ、及び電源線Ｔに、それぞれ位相が１２０度ずれた２００Ｖの電圧を供給する。
交流電源２は、たとえば、３相交流２００Ｖの商用電源、又は発電機により発電された電源である。交流電源２は、たとえば、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの低周波の交流電源である。交流電源２は、電源線Ｒ、電源線Ｓ、及び電源線Ｔに、それぞれ位相が１２０度ずれた２００Ｖの電圧を供給する。
トランス１０は、１次側が交流電源２に接続される１次側コイルと、２次側が巻線数の選択が可能なタップ付きの２次側コイルとを有する。トランス１０の２次側のタップは、巻線比（巻線数）を選択する複数の端子が用意されている。トランス１０の構成について、図２を参照して説明する。
図２は、本実施形態のトランス１０の一例を示す説明図である。
図２に示すように、トランス１０は、１次側コイルＴＣ１と、２次側コイルＴＣ２とを有する絶縁型のトランスである。また、１次側コイルＴＣ１は、端子Ｔ１１と端子Ｔ１２とを備えており、端子Ｔ１１と端子Ｔ１２とには、交流電源２が接続される。
また、２次側コイルＴＣ２は、端子Ｔ２１と、複数の端子Ｔ２２−１〜Ｔ２２−Ｎ（タップ）とを備えており、２次側コイルＴＣ２の巻線数を選択可能に構成されている。すなわち、端子Ｔ２２−１〜Ｔ２２−Ｎの接続を切り替えることにより、トランス１０の巻線比が、選択可能になっている。端子Ｔ２１と、端子Ｔ２２−１〜Ｔ２２−Ｎとは、タップ切替部３０に接続される。
図２に示すように、トランス１０は、１次側コイルＴＣ１と、２次側コイルＴＣ２とを有する絶縁型のトランスである。また、１次側コイルＴＣ１は、端子Ｔ１１と端子Ｔ１２とを備えており、端子Ｔ１１と端子Ｔ１２とには、交流電源２が接続される。
また、２次側コイルＴＣ２は、端子Ｔ２１と、複数の端子Ｔ２２−１〜Ｔ２２−Ｎ（タップ）とを備えており、２次側コイルＴＣ２の巻線数を選択可能に構成されている。すなわち、端子Ｔ２２−１〜Ｔ２２−Ｎの接続を切り替えることにより、トランス１０の巻線比が、選択可能になっている。端子Ｔ２１と、端子Ｔ２２−１〜Ｔ２２−Ｎとは、タップ切替部３０に接続される。
トランス１０は、端子Ｔ１１と端子Ｔ１２とに２００Ｖの交流信号が供給された場合に、２次側コイルＴＣ２の端子Ｔ２２−１〜Ｔ２２−Ｎ（タップ）の選択によって、変換電圧が、たとえば、５００Ｖ、４２５Ｖ、３６２Ｖ、３０８Ｖ、２６２Ｖ、２２３Ｖのうちのいずれかに選択可能になっている（Ｎ＝６）。変換電圧は、２次側コイルＴＣ２に出力される最大交流電圧の実効値である。また、トランス１０は、２次側コイルＴＣ２の端子Ｔ２２−１〜Ｔ２２−Ｎの選択によって変換電圧の選択が可能となっており、電圧が最大の変換電圧に対する、隣り合う端子の変換電圧の差の比が１５％以下となるように、巻線数が設定されている。前述のＮ＝６の場合、電圧が最大の変換電圧は５００Ｖであり、たとえば、変換電圧４２５Ｖと３６２Ｖとの差は６３Ｖであるから、比が１２．６％であり、比が１５％以下となるように巻線数が設定されていることが分かる。
図１の説明において、トランス１１は、１次側が交流電源２の電源線Ｒと、サイリスタ２１を介して電源線Ｓとに接続されている。また、トランス１１は、２次側がタップ切替部３１に接続されている。また、トランス１２は、１次側が交流電源２の電源線Ｓと、サイリスタ２２を介して電源線Ｔとに接続されている。また、トランス１２は、２次側がタップ切替部３２に接続されている。また、トランス１３は、１次側が交流電源２の電源線Ｔと、サイリスタ２２を介して電源線Ｒとに接続されている。また、トランス１３は、２次側がタップ切替部３３に接続されている。
サイリスタ２０（スイッチング素子の一例）は、双方向サイリスタであり、交流電源２とトランス１０の１次側との導通をスイッチングする。サイリスタ２０は、制御装置６０からの制御信号により導通状態又は非導通状態にスイッチングされる。
サイリスタ２１は、トランス１１の１次側と交流電源２との導通をスイッチングし、サイリスタ２２は、トランス１２の１次側と交流電源２との導通をスイッチングする。また、サイリスタ２３は、トランス１３の１次側と交流電源２との導通をスイッチングする。
サイリスタ２１は、トランス１１の１次側と交流電源２との導通をスイッチングし、サイリスタ２２は、トランス１２の１次側と交流電源２との導通をスイッチングする。また、サイリスタ２３は、トランス１３の１次側と交流電源２との導通をスイッチングする。
タップ切替部３０は、トランス１０の２次側の全端子（全タップ）に接続されており、制御装置６０からの制御信号に基づいて、トランス１０の２次側の端子Ｔ２１と、端子Ｔ２２−１〜Ｔ２２−Ｎ（タップ）のうちの１つとを電極対に接続する。
タップ切替部３１は、トランス１１に接続されており、制御装置６０からの制御信号に基づいて、トランス１１の２次側の端子Ｔ２１と、端子Ｔ２２−１〜Ｔ２２−Ｎ（タップ）のうちの１つとを電圧供給線Ｌ１と電圧供給線Ｌ２とに接続する。すなわち、タップ切替部３１は、制御装置６０からの制御信号に基づいて、トランス１１の２次側のタップの接続を切り替えて、電極５１と電極５２との電極対に接続する。
タップ切替部３１は、トランス１１に接続されており、制御装置６０からの制御信号に基づいて、トランス１１の２次側の端子Ｔ２１と、端子Ｔ２２−１〜Ｔ２２−Ｎ（タップ）のうちの１つとを電圧供給線Ｌ１と電圧供給線Ｌ２とに接続する。すなわち、タップ切替部３１は、制御装置６０からの制御信号に基づいて、トランス１１の２次側のタップの接続を切り替えて、電極５１と電極５２との電極対に接続する。
タップ切替部３２は、トランス１２に接続されており、制御装置６０からの制御信号に基づいて、トランス１２の２次側の端子Ｔ２１と、端子Ｔ２２−１〜Ｔ２２−Ｎ（タップ）のうちの１つとを電圧供給線Ｌ２と電圧供給線Ｌ３とに接続する。すなわち、タップ切替部３２は、制御装置６０からの制御信号に基づいて、トランス１２の２次側のタップの接続を切り替えて、電極５２と電極５３との電極対に接続する。
タップ切替部３３は、トランス１３に接続されており、制御装置６０からの制御信号に基づいて、トランス１３の２次側の端子Ｔ２１と、端子Ｔ２２−１〜Ｔ２２−Ｎ（タップ）のうちの１つとを電圧供給線Ｌ３と電圧供給線Ｌ４とに接続する。すなわち、タップ切替部３３は、制御装置６０からの制御信号に基づいて、トランス１３の２次側のタップの接続を切り替えて、電極５３と電極５４との電極対に接続する。
タップ切替部３３は、トランス１３に接続されており、制御装置６０からの制御信号に基づいて、トランス１３の２次側の端子Ｔ２１と、端子Ｔ２２−１〜Ｔ２２−Ｎ（タップ）のうちの１つとを電圧供給線Ｌ３と電圧供給線Ｌ４とに接続する。すなわち、タップ切替部３３は、制御装置６０からの制御信号に基づいて、トランス１３の２次側のタップの接続を切り替えて、電極５３と電極５４との電極対に接続する。
電極５１〜５４は、溶解槽５０内に挿入される。電極５１と電極５２との電極対には、トランス１１によって変換された電圧が供給され、当該電圧を印加することによって発生するジュール熱を利用してガラス原料を溶解する。また、電極５２と電極５３との電極対には、トランス１２によって変換された電圧が供給され、当該電圧を印加することによってガラス原料を溶解する。また、電極５３と電極５４との電極対には、トランス１３によって変換された電圧が供給され、当該電圧を印加することによってガラス原料を溶解する。
電圧検出部４０は、トランス１０の２次側の出力電圧を検出する。電圧検出部４１は、タップ切替部３１によって変動するトランス１１の２次側の出力電圧を検出する。電圧検出部４２は、タップ切替部３２によって変動するトランス１２の２次側の出力電圧を検出する。電圧検出部４３は、タップ切替部３３によって変動するトランス１３の２次側の出力電圧を検出する。電圧検出部４０は、検出した電圧を制御装置６０に出力する。
制御装置６０は、ガラス溶解炉１を統括的に制御する。制御装置６０は、所定の電圧が、電極５１〜５４に供給されるように、サイリスタ２１〜２３、及びタップ切替部３１〜３３に制御信号を出力する。制御装置６０は、たとえば、トランス１１〜１３の２次側のタップの接続を指示する制御信号をタップ切替部３１〜３３に出力する。トランス１１〜１３の２次側のタップの接続は、トランス１１〜１３の２次側に出力される電圧が、変換電圧の７０％以上、９８％以下となるように、たとえば、作業者によって選択される。
また、スイッチング制御部６１を備える制御装置６０は、タップ切替部３１〜３３によって選択されたトランス１１〜１３の２次側のタップの接続に応じて、サイリスタ２１〜２３のスイッチングを制御する。
スイッチング制御部６１は、トランス１１〜１３の２次側に出力される電圧が、予め定めた実効値（以下、所定の実効値という。）となるように、サイリスタ２１〜２３のスイッチングを制御する。すなわち、スイッチング制御部６１は、電圧検出部４１〜４３が検出したトランス１１〜１３の出力電圧に基づいて、所定の電圧が電極対に供給されるように、制御信号（たとえば、トリガ信号）をサイリスタ２１〜２３に出力する。たとえば、スイッチング制御部６１は、トランス１１〜１３の出力電圧が、０Ｖになってから、所定の電圧に応じた所定の時間経過したタイミングでトリガ信号をサイリスタ２１〜２３に出力する。ここで、「所定の実効値」は、所定の実効値を指す場合もあれば、所定の範囲の実効値を指す場合もある。
スイッチング制御部６１は、トランス１１〜１３の２次側に出力される電圧が、予め定めた実効値（以下、所定の実効値という。）となるように、サイリスタ２１〜２３のスイッチングを制御する。すなわち、スイッチング制御部６１は、電圧検出部４１〜４３が検出したトランス１１〜１３の出力電圧に基づいて、所定の電圧が電極対に供給されるように、制御信号（たとえば、トリガ信号）をサイリスタ２１〜２３に出力する。たとえば、スイッチング制御部６１は、トランス１１〜１３の出力電圧が、０Ｖになってから、所定の電圧に応じた所定の時間経過したタイミングでトリガ信号をサイリスタ２１〜２３に出力する。ここで、「所定の実効値」は、所定の実効値を指す場合もあれば、所定の範囲の実効値を指す場合もある。
本実施形態では、トランス１１〜１３の２次側に出力される電圧が、変換電圧の７０％以上、９８％以下となるように、タップ切替部３１〜３３によってトランス１１〜１３の２次側のタップが選択される。そして、スイッチング制御部６１は、トランス１１〜１３の２次側に出力される電圧が、所定の実効値となるように、制御信号（たとえば、トリガ信号）をサイリスタ２１〜２３に出力する。
次に、図面を参照して、本実施形態のガラス溶解炉１の動作について説明する。
まず、図３を参照して、サイリスタ２０及び制御装置６０のスイッチング制御部６１の動作について説明する。
まず、図３を参照して、サイリスタ２０及び制御装置６０のスイッチング制御部６１の動作について説明する。
図３は、本実施形態のトランス１０の２次側の出力電圧及びサイリスタ２０のトリガ信号の波形の一例を示すグラフである。
この図において、グラフは、上から順に、トランス１０の２次側の出力電圧のグラフと、制御装置６０が出力する制御信号のグラフとを示している。各グラフの縦軸は電圧を示し、横軸は時間を示している。
この図において、グラフは、上から順に、トランス１０の２次側の出力電圧のグラフと、制御装置６０が出力する制御信号のグラフとを示している。各グラフの縦軸は電圧を示し、横軸は時間を示している。
波形Ｗ１は、サイリスタ２０が常に導通状態である場合のトランス１０の２次側の出力電圧の波形を示している。また、波形Ｗ２は、制御装置６０が出力する制御信号の波形を示している。
トランス１０の２次側の出力電圧は、時刻ｔ１において、サイリスタ２０が非導通状態であるため、０Ｖである。
トランス１０の２次側の出力電圧は、時刻ｔ１において、サイリスタ２０が非導通状態であるため、０Ｖである。
時刻ｔ２において、スイッチング制御部６１は、トランス１０の２次側の出力電圧が、所定の実効値となるように、周期的に波形Ｗ２に示すトリガ信号（パルス信号）を出力する。その結果、サイリスタ２０が導通状態になり、トランス１０の２次側の出力電圧は、波形Ｗ１の斜線塗潰し部分のような電圧波形になる。また、時刻ｔ４において、該出力電圧が０Ｖになり、サイリスタ２０が再び非導通状態になる。
本実施形態では、トランス１０の２次側のタップは、トランス１０の２次側の出力電圧が、変換電圧の７０％以上、９８％以下となるように選択される。そして、スイッチング制御部６１は、時刻ｔ２から時刻ｔ４までの斜線塗潰し部分の面積Ｓ１が、時刻ｔ１から時刻ｔ４の面積の４９％以上、９１％以下となるように、トリガ信号（パルス信号）を出力する。図３に示すように、たとえば、交流電源２の周波数が５０Ｈｚで、面積Ｓ１が時刻ｔ１から時刻ｔ４の面積の５０％である場合、スイッチング制御部６１は、２次側の出力電圧が０Ｖになった時刻ｔ１から、１／４周期（≒５ｍｓ）経過後に、トリガ信号（パルス信号）を出力する。本実施形態では、面積Ｓ１が時刻ｔ１から時刻ｔ４の面積の４９％以上、９１％以下となるように、スイッチング制御部６１は、時刻ｔ１から１／４周期までの間で、トリガ信号（パルス信号）を出力する。
また、同様に、スイッチング制御部６１は、たとえば、時刻ｔ５、時刻ｔ６、及び時刻ｔ７において、サイリスタ２０を導通させるトリガ信号を出力する。
ここで、トランス１０の２次側の出力電圧が、変換電圧の７０％以上というのは、面積Ｓ１が、時刻ｔ１から時刻ｔ４の面積の４９％以上であることを意味する。また、トランス１０の２次側の出力電圧が、変換電圧の９８％以下というのは、面積Ｓ１が、時刻ｔ１から時刻ｔ４の面積の９１％以下であることを意味する。
また、同様に、スイッチング制御部６１は、たとえば、時刻ｔ５、時刻ｔ６、及び時刻ｔ７において、サイリスタ２０を導通させるトリガ信号を出力する。
ここで、トランス１０の２次側の出力電圧が、変換電圧の７０％以上というのは、面積Ｓ１が、時刻ｔ１から時刻ｔ４の面積の４９％以上であることを意味する。また、トランス１０の２次側の出力電圧が、変換電圧の９８％以下というのは、面積Ｓ１が、時刻ｔ１から時刻ｔ４の面積の９１％以下であることを意味する。
次に、図４及び図５を参照して、本実施形態によるガラス溶解炉１を用いたガラス溶解方法について説明する。
図４は、本実施形態のガラス溶解炉１を用いたガラス溶解方法の一例を示すフローチャートである。
図４において、まず、トランス１０の２次側に出力される電圧が、変更電圧の７０％以上、９８％以下となるように、作業者によって、トランス１０の２次側のタップが選択される（ステップＳ１０１）。これにより、トランス１０の２次側の巻線数が選択されて電極対に接続される。ステップＳ１０１の処理の詳細について、図５を参照して後述する。
図４は、本実施形態のガラス溶解炉１を用いたガラス溶解方法の一例を示すフローチャートである。
図４において、まず、トランス１０の２次側に出力される電圧が、変更電圧の７０％以上、９８％以下となるように、作業者によって、トランス１０の２次側のタップが選択される（ステップＳ１０１）。これにより、トランス１０の２次側の巻線数が選択されて電極対に接続される。ステップＳ１０１の処理の詳細について、図５を参照して後述する。
次に、トランス１０の２次側に出力される電圧が、所定の実効値となるように、制御装置６０が、サイリスタ２０をスイッチングさせる（ステップＳ１０２）。制御装置６０のスイッチング制御部６１は、たとえば、図３に示すように、トリガ信号をサイリスタ２０に出力して、サイリスタ２０をスイッチングさせる。これにより、所定の電圧が、電極５１〜５４に供給される。
図４に示すガラス溶解炉１を用いたガラス溶解方法において、ステップＳ１０１は、トランス１０の２次側に出力される電圧が、変換電圧の７０％以上、９８％以下となるように、２次側コイルＴＣ２の巻線数が選択されて電極対に接続される選択ステップに対応する。また、ステップＳ１０２は、選択ステップによって変更されたトランス１０の２次側に出力される電圧が、所定の実効値となるように、サイリスタ２０がスイッチングされるスイッチングステップに対応する。
図４に示すガラス溶解炉１を用いたガラス溶解方法において、ステップＳ１０１は、トランス１０の２次側に出力される電圧が、変換電圧の７０％以上、９８％以下となるように、２次側コイルＴＣ２の巻線数が選択されて電極対に接続される選択ステップに対応する。また、ステップＳ１０２は、選択ステップによって変更されたトランス１０の２次側に出力される電圧が、所定の実効値となるように、サイリスタ２０がスイッチングされるスイッチングステップに対応する。
次に、図５を参照して、前記ステップＳ１０１の処理の詳細について説明する。
図５は、本実施形態のトランス１０の２次側のタップの選択手順の一例を示すフローチャートである。
図５に示すように、まず、作業者によって、トランス１０の２次側のタップが選択されて、変換電圧Ｖ１が指定される（ステップＳ２０１）。制御装置６０は、選択されたタップが電極対に接続されるように、タップ切替部３０に制御信号を出力する。
図５は、本実施形態のトランス１０の２次側のタップの選択手順の一例を示すフローチャートである。
図５に示すように、まず、作業者によって、トランス１０の２次側のタップが選択されて、変換電圧Ｖ１が指定される（ステップＳ２０１）。制御装置６０は、選択されたタップが電極対に接続されるように、タップ切替部３０に制御信号を出力する。
次に、電圧検出部４０が、トランス１０の２次側の出力電圧Ｖ２を検出する（ステップＳ２０２）。電圧検出部４０が、タップ切替部３０を介してトランス１０の２次側に出力される出力電圧Ｖ２を検出し、制御装置６０に出力する。
次に、たとえば、制御装置６０に表示される出力電圧Ｖ２と、変換電圧Ｖ１とに基づいて、作業者によって処理が分岐される（ステップＳ２０３）。変換電圧Ｖ１と出力電圧Ｖ２とがほぼ等しい場合（Ｖ１≒Ｖ２）に、処理がステップＳ２０４に進められる。また、変換電圧Ｖ１の７０％が、出力電圧Ｖ２より大きい場合（Ｖ１×７０％＞Ｖ２）に、処理がステップＳ２０５に進められる。また、変換電圧Ｖ１が出力電圧Ｖ２より大きく、変換電圧Ｖ１の７０％が出力電圧Ｖ２以下である場合（Ｖ１×７０％≦Ｖ２＜Ｖ１）に、トランス１０の２次側のタップの選択が完了し、選択手順を終了する。
ステップＳ２０４では、２次側巻線比が１段階上げられる。すなわち、作業者によって、変換電圧が１段階高い２次側のタップが選択される。制御装置６０は、選択されたタップが電極対に接続されるように、タップ切替部３０に制御信号を出力する。ステップＳ２０４の処理後、処理がステップＳ２０２に戻される。
ステップＳ２０５では、２次側巻線比が１段階下げられる。すなわち、作業者によって、変換電圧が１段階低い２次側のタップが選択される。制御装置６０は、選択されたタップが電極対に接続されるように、タップ切替部３０に制御信号を出力する。ステップＳ２０５の処理後、処理がステップＳ２０２に戻される。
前記のように、トランス１０の２次側に出力される電圧が、変換電圧の７０％以上、９８％以下となるように、２次側のタップ（２次側巻線比）が選択される。
前記のように、トランス１０の２次側に出力される電圧が、変換電圧の７０％以上、９８％以下となるように、２次側のタップ（２次側巻線比）が選択される。
以上説明したように、本実施形態のガラス溶解炉１を用いたガラス溶解方法は、選択ステップと、スイッチングステップとを含んでいる。ガラス溶解炉１は、１次側が交流電源２に接続され、２次側が巻線数の選択が可能なトランス１０と、交流電源２とトランス１０の１次側との導通をスイッチングするサイリスタ２０（スイッチング素子）と、トランス１０によって供給された電圧をガラス原料に印加し、ガラス原料を溶解して溶融ガラスＧを得る電極対（たとえば、電極５１と電極５２との電極対）とを有する。選択ステップにおいて、トランス１０の２次側に出力される電圧が、変換電圧の７０％以上、９８％以下となるように、トランス１０の２次側の巻線数が選択されて電極対に接続される。そして、スイッチングステップにおいて、選択ステップによって変更されたトランス１０の２次側に出力される電圧が、所定の実効値となるように、サイリスタ２０がスイッチングされる。
このことにより、本実施形態のガラス溶解炉１を用いたガラス溶解方法は、安価な構成でありながら、酸素泡の発生、及び電極５１〜５４の腐食を低減できる。たとえば、本実施形態のガラス溶解方法では、周波数が５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの低周波で、電圧が２００Ｖの交流電源を利用できるため、高周波を生成する高価な設備を必要としない。また、トランス１０の２次側に出力される電圧が、変換電圧の７０％以上、９８％以下となるように、２次側の巻線数が選択されることで、電極対に印加される電圧の最大値が抑制されるため、本実施形態のガラス溶解方法は、酸素泡の発生、及び電極５１〜５４の腐食を低減できる。
たとえば、図３の波形Ｗ３は、トランス１０の２次側に出力される電圧が、変換電圧の３０％である場合の波形を示している。この場合、電極対に印加される電圧の最大値は、本実施形態の波形Ｗ１に比べて大きく、時刻ｔ３（面積Ｓ３の部分）においてサイリスタ２０が導通される。波形Ｗ３の面積Ｓ３は、時刻ｔ１から時刻ｔ４の面積の１４％である。波形Ｗ１の電圧をＥ１、波形Ｗ３の電圧をＥ３として、トランスの２次側に出力される電圧Ｅ１、Ｅ３の実効値は同一である。
波形Ｗ３は、電極対に印加される電圧が大きいため、酸素泡、及び電極５１〜５４の腐食が発生し易くなる。
波形Ｗ１の電圧Ｅ１の最大値をＥ１ｍａｘ、波形Ｗ３の電圧Ｅ３の最大値をＥ３ｍａｘとして、電圧Ｅ１の実効値（Ｅ１ｅｆｆ）、電圧Ｅ３の実効値（Ｅ３ｅｆｆ）は、それぞれ式（１）、式（２）によって算出される。
波形Ｗ３は、電極対に印加される電圧が大きいため、酸素泡、及び電極５１〜５４の腐食が発生し易くなる。
波形Ｗ１の電圧Ｅ１の最大値をＥ１ｍａｘ、波形Ｗ３の電圧Ｅ３の最大値をＥ３ｍａｘとして、電圧Ｅ１の実効値（Ｅ１ｅｆｆ）、電圧Ｅ３の実効値（Ｅ３ｅｆｆ）は、それぞれ式（１）、式（２）によって算出される。
Ｅ１ｅｆｆ＝（Ｅ１ｍａｘ／√２）×０．７ （１）
Ｅ３ｅｆｆ＝（Ｅ３ｍａｘ／√２）×０．３ （２）
Ｅ３ｅｆｆ＝（Ｅ３ｍａｘ／√２）×０．３ （２）
Ｅ１ｅｆｆ＝Ｅ３ｅｆｆであるから、Ｅ１ｍａｘは、Ｅ３ｍａｘの４３％である。
これに対して、本実施形態のガラス溶解方法では、波形Ｗ１の面積Ｓ１の部分に示すように、トランス１０の２次側に出力される電圧が、変換電圧の７０％以上、９８％以下となるように、トランス１０の２次側の巻線数が選択されることで、電極対に印加される電圧の最大値が低減されるため、酸素泡の発生、及び電極５１〜５４の腐食を低減できる。
トランス１０の２次側に出力される電圧は、変換電圧の８０％以上が好ましく、９５％以下が好ましい。前述のとおり、トランス１０の２次側に出力される電圧が、変換電圧の７０％以上であれば、電極対に印加される電圧の最大値が低減される。また、変換電圧の９８％以下であれば、トランス１０の巻線数を都度選択せずに、サイリスタ２０がスイッチングされ、電極対に印加される電圧を増減させることができる。
ここで、変換電圧が８０％以上は、波形Ｗの面積が、時刻ｔ１から時刻ｔ４の面積の６１％であることを意味する。また、変換電圧が９５％以下は、波形Ｗの面積が、時刻ｔ１から時刻ｔ４の面積の８５％であることを意味する。
これに対して、本実施形態のガラス溶解方法では、波形Ｗ１の面積Ｓ１の部分に示すように、トランス１０の２次側に出力される電圧が、変換電圧の７０％以上、９８％以下となるように、トランス１０の２次側の巻線数が選択されることで、電極対に印加される電圧の最大値が低減されるため、酸素泡の発生、及び電極５１〜５４の腐食を低減できる。
トランス１０の２次側に出力される電圧は、変換電圧の８０％以上が好ましく、９５％以下が好ましい。前述のとおり、トランス１０の２次側に出力される電圧が、変換電圧の７０％以上であれば、電極対に印加される電圧の最大値が低減される。また、変換電圧の９８％以下であれば、トランス１０の巻線数を都度選択せずに、サイリスタ２０がスイッチングされ、電極対に印加される電圧を増減させることができる。
ここで、変換電圧が８０％以上は、波形Ｗの面積が、時刻ｔ１から時刻ｔ４の面積の６１％であることを意味する。また、変換電圧が９５％以下は、波形Ｗの面積が、時刻ｔ１から時刻ｔ４の面積の８５％であることを意味する。
また、たとえば、トランス１０の２次側にサイリスタを配置した場合に、トランス１０の２次側の出力電圧の中心レベルが０Ｖからずれて直流電圧成分を持つことがあり、該直流電圧成分が、酸素泡の発生、及び電極５１〜５４の腐食の原因となる。これに対して、本実施形態のガラス溶解方法では、トランス１０の１次側にサイリスタ２０を配置しているため、前記の直流電圧成分が生じることがない。
よって、本実施形態のガラス溶解方法は、安価な構成でありながら、酸素泡の発生、及び電極５１〜５４の腐食を低減できる。そのため、本実施形態のガラス溶解方法は、ガラス溶解炉１で溶解されて製造されるガラス製品の品質を向上できる。
よって、本実施形態のガラス溶解方法は、安価な構成でありながら、酸素泡の発生、及び電極５１〜５４の腐食を低減できる。そのため、本実施形態のガラス溶解方法は、ガラス溶解炉１で溶解されて製造されるガラス製品の品質を向上できる。
また、本実施形態では、スイッチングステップにおいて、トランス１０の２次側に出力される電圧が、所定の実効値となるように、サイリスタ２０がスイッチングされる。サイリスタ２０は、選択ステップによって変更されたトランス１０の２次側に出力される電圧が、選択された変換電圧の７０％以上となるように、スイッチングされる。
これにより、本実施形態のガラス溶解方法は、所定の電圧が電極対に供給されるように、サイリスタ２０のスイッチングを適切に制御できる。
これにより、本実施形態のガラス溶解方法は、所定の電圧が電極対に供給されるように、サイリスタ２０のスイッチングを適切に制御できる。
また、本実施形態では、トランス１０は、２次側コイルＴＣ２の端子Ｔ２２−１〜Ｔ２２−Ｎの選択によって変換電圧の選択が可能となっており、電圧が最大の変換電圧に対する、隣り合う端子の変換電圧の差の比が１５％以下となるように、巻線数が設定されている。
これにより、本実施形態のガラス溶解方法は、トランス１０の２次側のタップを選択することで、トランス１０の２次側に出力される電圧が、変換電圧の７０％以上、９８％以下となるように、容易に実現できる。
これにより、本実施形態のガラス溶解方法は、トランス１０の２次側のタップを選択することで、トランス１０の２次側に出力される電圧が、変換電圧の７０％以上、９８％以下となるように、容易に実現できる。
また、本実施形態では、選択ステップにおいて、電極対に印加される交流電圧の実効値が、２００Ｖ以上となるように、トランス１０の２次側の巻線数が選択されて電極対に接続される。
これにより、本実施形態のガラス溶解方法は、たとえば、２００Ｖの商用電源を用いてガラス原料を溶解することができる。
これにより、本実施形態のガラス溶解方法は、たとえば、２００Ｖの商用電源を用いてガラス原料を溶解することができる。
また、本実施形態のガラス溶解炉１は、トランス１０と、サイリスタ２０と、電極対と、溶解槽５０とを備えている。トランス１０は、１次側が交流電源２に接続され、２次側が巻線数の選択が可能である。サイリスタ２０は、交流電源２とトランス１０の１次側との導通をスイッチングする。電極対（たとえば、電極５１と電極５２との電極対等）は、トランス１０によって供給された電圧をガラス原料に印加し、ガラス原料を溶解して溶融ガラスＧを得る。溶解槽５０は、溶融ガラスＧを保持する。ガラス溶解炉１は、トランス１０の２次側に出力される電圧が、変換電圧の７０％以上、９８％以下となるように、２次側の巻線数が選択されて電極対に接続される。そして、ガラス溶解炉１は、巻線数の選択によって変更されたトランス１０の２次側に出力される電圧が、所定の実効値となるように、サイリスタ２０がスイッチングされる。
これにより、本実施形態のガラス溶解炉１は、本実施形態のガラス溶解方法と同様に、安価な構成でありながら、酸素泡の発生、及び電極５１〜５４の腐食を低減できる。
これにより、本実施形態のガラス溶解炉１は、本実施形態のガラス溶解方法と同様に、安価な構成でありながら、酸素泡の発生、及び電極５１〜５４の腐食を低減できる。
次に、図６を参照して、本実施形態のガラス溶解炉１を用いたガラス製造方法について説明する。
図６は、本実施形態のガラス製造方法の一例を示すフローチャートである。
ガラス原料を溶解槽５０内に供給し、ガラス原料を加熱して溶解し、溶融ガラスを得る（溶解工程：Ｓ１０）。トランス１０によって電極対に供給された電圧をガラス原料に印加し、通電してジュール熱を発生させ、ガラス原料を加熱する。
溶融ガラスＧは、溶解槽５０より下流に設けられた成形炉（不図示）で成形される（成形工程：Ｓ２０）。成形されたガラスは、成形炉より下流に設けられた徐冷炉（不図示）で徐冷され（徐冷工程：Ｓ３０）、ガラス製品となる。
図６は、本実施形態のガラス製造方法の一例を示すフローチャートである。
ガラス原料を溶解槽５０内に供給し、ガラス原料を加熱して溶解し、溶融ガラスを得る（溶解工程：Ｓ１０）。トランス１０によって電極対に供給された電圧をガラス原料に印加し、通電してジュール熱を発生させ、ガラス原料を加熱する。
溶融ガラスＧは、溶解槽５０より下流に設けられた成形炉（不図示）で成形される（成形工程：Ｓ２０）。成形されたガラスは、成形炉より下流に設けられた徐冷炉（不図示）で徐冷され（徐冷工程：Ｓ３０）、ガラス製品となる。
なお、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
たとえば、前記の実施形態において、作業者によって、制御装置６０が操作され、図４及び図５に示す処理が実行される例を説明したが、作業者によって実行された処理（手順）の一部又は全部を制御装置６０が実行するようにしてもよい。この場合、ガラス溶解炉１は、トランス１１〜１３と、サイリスタ２１〜２３と、タップ切替部３１〜３３と、電圧検出部４１〜４３と、溶解槽５０と、電極５１〜５４と、制御装置６０とを備え、制御装置６０は、スイッチング制御部６１と、変更制御部（不図示）とを備えていてもよい。
たとえば、前記の実施形態において、作業者によって、制御装置６０が操作され、図４及び図５に示す処理が実行される例を説明したが、作業者によって実行された処理（手順）の一部又は全部を制御装置６０が実行するようにしてもよい。この場合、ガラス溶解炉１は、トランス１１〜１３と、サイリスタ２１〜２３と、タップ切替部３１〜３３と、電圧検出部４１〜４３と、溶解槽５０と、電極５１〜５４と、制御装置６０とを備え、制御装置６０は、スイッチング制御部６１と、変更制御部（不図示）とを備えていてもよい。
変更制御部は、トランス１０の２次側に出力される電圧が、変換電圧の７０％以上、９８％以下となるように、２次側の巻線数を選択して電極対に接続させる。スイッチング制御部６１は、巻線数の選択によって変更されたトランスの２次側に出力される電圧が、所定の実効値となるように、サイリスタ２１〜２３をスイッチングさせる。
また、ガラス溶解炉１の制御方法は、選択ステップと、スイッチングステップとを含む。選択ステップにおいて、制御装置６０が、トランスの２次側に出力される電圧が、変換電圧の７０％以上、９８％以下となるように、トランス１０の２次側の巻線数を選択して電極対に接続させる。スイッチングステップにおいて、制御装置６０が、選択ステップによって変更されたトランス１０の２次側に出力される電圧が、所定の実効値となるように、サイリスタ２１〜２３をスイッチングさせる。
なお、前記の実施形態において、ガラス溶解炉１は、トランス１０を３つ備え、３対の電極対に電圧を供給する例を説明したが、これに限定されるものではなく、トランス１０を２つ以下、又は４つ以上備えるようにしてもよい。たとえば、ガラス溶解炉１は、１つのトランス１０を備え、１対の電極対に電圧を供給するようにしてもよい。
また、前記の実施形態において、交流電源２は、３相交流２００Ｖの電源である例を説明したが、たとえば、３相交流４００Ｖの電源であってもよいし、１相交流２００Ｖの電源であってもよいし、他の電源であってもよい。
また、前記の実施形態において、スイッチング制御部６１は、トランス１０の２次側の出力電圧に基づいて、サイリスタ２０のスイッチングを制御する例を説明したが、これに限定されるものではない。スイッチング制御部６１は、たとえば、トランス１０の１次側（１次側コイルＴＣ１）の電圧に基づいて、サイリスタ２０のスイッチングを制御してもよい。
また、前記の実施形態において、ガラス溶解炉１が、スイッチング素子の一例として、サイリスタ２０を備える例を説明したが、トランジスタ、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）などの他のスイッチング素子を備えてもよい。
また、前記の実施形態において、スイッチング制御部６１は、トランス１０の２次側の出力電圧に基づいて、サイリスタ２０のスイッチングを制御する例を説明したが、これに限定されるものではない。スイッチング制御部６１は、たとえば、トランス１０の１次側（１次側コイルＴＣ１）の電圧に基づいて、サイリスタ２０のスイッチングを制御してもよい。
また、前記の実施形態において、ガラス溶解炉１が、スイッチング素子の一例として、サイリスタ２０を備える例を説明したが、トランジスタ、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）などの他のスイッチング素子を備えてもよい。
前記の制御装置６０は内部に、コンピュータシステムを有している。そして、前記の制御装置６０の処理過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、前記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしてもよい。
１ ガラス溶解炉
２ 交流電源
１０、１１、１２、１３ トランス
２０、２１、２２、２３ サイリスタ（スイッチング素子）
３０、３１，３２、３３ タップ切替部
４０、４１、４２、４３ 電圧検出部
５０ 溶解槽
５１、５２、５３、５４ 電極
６０ 制御装置
６１ スイッチング制御部
Ｇ 溶融ガラス
ＴＣ１ １次側コイル
ＴＣ２ ２次側コイル
Ｔ１１、Ｔ１２、Ｔ２１、Ｔ２２−１〜Ｔ２２−Ｎ 端子
２ 交流電源
１０、１１、１２、１３ トランス
２０、２１、２２、２３ サイリスタ（スイッチング素子）
３０、３１，３２、３３ タップ切替部
４０、４１、４２、４３ 電圧検出部
５０ 溶解槽
５１、５２、５３、５４ 電極
６０ 制御装置
６１ スイッチング制御部
Ｇ 溶融ガラス
ＴＣ１ １次側コイル
ＴＣ２ ２次側コイル
Ｔ１１、Ｔ１２、Ｔ２１、Ｔ２２−１〜Ｔ２２−Ｎ 端子
Claims (6)
- １次側が交流電源に接続され、２次側が巻線数の選択が可能なトランスと、前記交流電源と前記トランスの１次側との導通をスイッチングするスイッチング素子と、前記トランスによって供給された電圧をガラス原料に印加し、前記ガラス原料を溶解して溶融ガラスを得る電極対と、前記溶融ガラスを保持する溶解槽とを有するガラス溶解炉を用いたガラス溶解方法であって、
前記トランスの２次側に出力される電圧が、変換電圧の７０％以上、９８％以下となるように、前記トランスの２次側の巻線数が選択されて前記電極対に接続される選択ステップと、
前記選択ステップによって変更された前記トランスの２次側に出力される電圧が、予め定めた実効値となるように、前記スイッチング素子がスイッチングされるスイッチングステップと
を含むことを特徴とするガラス溶解方法。 - 前記トランスは、２次側コイルの端子の選択によって前記変換電圧の選択が可能となっており、電圧が最大の変換電圧に対する、隣り合う端子の変換電圧の差の比が１５％以下となるように、前記巻線数が設定されている
請求項１に記載のガラス溶解方法。 - 前記選択ステップにおいて、前記電極対に印加される交流電圧の実効値が、２００Ｖ以上となるように、前記トランスの２次側の巻線数が選択されて前記電極対に接続される
請求項１又は２に記載のガラス溶解方法。 - １次側が交流電源に接続され、２次側が巻線数の選択が可能なトランスと、
前記交流電源と前記トランスの１次側との導通をスイッチングするスイッチング素子と、
前記トランスによって供給された電圧をガラス原料に印加し、前記ガラス原料を溶解して溶融ガラスを得る電極対と、
前記溶融ガラスを保持する溶解槽と
を備え、
前記トランスの２次側に出力される電圧が、変換電圧の７０％以上、９８％以下となるように、前記トランスの２次側の巻線数が選択されて前記電極対に接続され、
前記巻線数の選択によって変更された前記トランスの２次側に出力される電圧が、予め定めた実効値となるように、前記スイッチング素子がスイッチングされる
ことを特徴とするガラス溶解炉。 - １次側が交流電源に接続され、２次側が巻線数の選択が可能なトランスと、
前記交流電源と前記トランスの１次側との導通をスイッチングするスイッチング素子と、
前記トランスによって供給された電圧をガラス原料に印加し、前記ガラス原料を溶解して溶融ガラスを得る電極対と、
前記電極対に供給された電圧を制御する制御装置と、
溶融ガラスを保持する溶解槽と
を備え、
前記制御装置は、
前記トランスの２次側に出力される電圧が、変換電圧の７０％以上、９８％以下となるように、前記トランスの２次側の巻線数を選択して前記電極対に接続させる変更制御部と、
前記巻線数の選択によって変更された前記トランスの２次側に出力される電圧が、予め定めた実効値となるように、前記スイッチング素子をスイッチングさせるスイッチング制御部と
を備えることを特徴とするガラス溶解炉。 - 請求項４又は５に記載のガラス溶解炉を用いたガラス製造方法であって、
前記溶解槽で、前記ガラス原料を溶解して溶融ガラスを得る溶解工程と、
前記溶解槽より下流に設けられた成形炉で、前記溶融ガラスを成形する成形工程と、
前記成形炉より下流に設けられた徐冷炉で、成形されたガラスを徐冷する徐冷工程と
を含むガラス製造方法。
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