JP2023091397A - ガラス物品の製造方法及びガラス物品の製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】溶融炉内の側壁の周辺で溶融ガラスを十分に加熱できるようにして、溶融炉から良質の溶融ガラスをガラス物品の成形部に向かって移送する。【解決手段】ガラス物品の製造方法につき、溶融炉１の底壁１ａに配置された電極３を用いてガラス原料Ｇａを加熱溶融して溶融ガラスＧｍを得る溶融工程を備えると共に、電極３により通電される電流の一部が溶融炉１の側壁１ｂに流れるように該電極３を配置する。【選択図】図２

Description

本発明は、溶融炉で生成した溶融ガラスからガラス物品を製造する方法及び装置に係り、特に、溶融炉でガラス原料を加熱溶融して溶融ガラスを得るための技術の改良に関する。

周知のように、ガラス繊維やガラス板などのガラス物品の製造方法は、溶融炉でガラス原料を加熱溶融する溶融工程を備えている。

この溶融工程では、溶融炉の底壁に配置された電極を用いて溶融ガラスを通電加熱することにより、ガラス原料を加熱溶融して溶融ガラスを得ることが公知となっている（特許文献１、２参照）。

溶融工程で得られた溶融ガラスは、溶融炉からガラス物品の成形部に通じる移送流路に流出する。

特開２００３－１８３０３１号公報 特開２０１９－３４８７１号公報

ところで、特許文献１、２に開示のように溶融炉の底壁に電極を配置する手法では、溶融炉内の熱が側壁を通じて炉外に放熱される。これに対して何ら対策を講じなければ、溶融炉内の側壁の周辺で温度低下が生じ、溶融ガラスを適切に加熱することが困難になる。この場合には、十分に加熱溶融されていないガラス原料が溶融炉から移送流路に流出し、良質の溶融ガラスの供給に支障が生じるおそれがある。また、溶融炉内の側壁の周辺で溶融ガラスの粘度が上昇して停滞層が形成され、停滞層の溶融ガラスが溶融炉から移送流路に流出すると、得られるガラス物品に泡や脈理が発生するおそれがある。これによっても、良質の溶融ガラスの供給に支障が生じるおそれがある。

以上の観点から、本発明の課題は、溶融炉内の側壁の周辺で溶融ガラスを十分に加熱できるようにして、溶融炉から良質の溶融ガラスをガラス物品の成形部に向かって移送することである。

上記課題を解決するために創案された本発明の第一の側面は、溶融炉の底壁に配置された電極を用いてガラス原料を加熱溶融して溶融ガラスを得る溶融工程を備えたガラス物品の製造方法であって、前記電極により通電される電流の一部が前記溶融炉の側壁に流れるように該電極を配置することに特徴づけられる。

このような構成によれば、電極により通電される電流の一部が溶融炉の側壁に流れることで、側壁が加熱されるため、溶融炉内の側壁の周辺で溶融ガラスの温度低下を低減できる。したがって、側壁の周辺で溶融ガラスを十分に加熱できるようになり、溶融炉から良質の溶融ガラスをガラス物品の成形部に向かって移送することが可能となる。

この構成において、前記側壁での単位面積当たりの発熱量の最大値が前記側壁からの放熱量の２０％以上で且つ１５０％以下になるように前記側壁に電流を流すことが好ましい。

ここで、側壁での単位面積当たりの発熱量の最大値が、側壁からの放熱量の２０％以上であれば、溶融炉内の側壁の周辺で溶融ガラスの温度低下を確実に低減できる。一方、側壁での単位面積当たりの発熱量の最大値が、側壁からの放熱量の１５０％以下であれば、側壁が熱により損傷等することを低減できる。ここで、側壁での単位面積当たりの発熱量の最大値は、後述の［数５］及び［数７］によって算出するものとする。また、側壁からの放熱量は、例えば熱流計（京都電子工業株式会社製ＨＦＭ－２０１）及び熱流センサー（京都電子工業株式会社製Ｔ７５０Ｓ－Ｂ）を用いて測定するものとする。

以上の構成において、前記電極を配置する態様は、相互間に電流が流れる一対の電極が、前記電極に最も近い前記側壁の内壁面に沿う方向に並び、前記一対の電極が前記側壁の内壁面と交差する方向に複数対並ぶ態様であることが好ましい。

このようにすれば、電極を配置する態様が、側壁に効率良く電流を流すことが可能な態様になる。

この構成において、前記一対の電極間の距離Ｌに対する前記側壁の内壁面に最も近い電極から該側壁の内壁面までの距離Ｌｘの比（Ｌｘ／Ｌ）が、３．０以下であることが好ましい。

ここで、上述の距離の比が、３．０以下であれば、側壁の内壁面に最も近い電極が、側壁の内壁面に近くなり、側壁に十分な電流を流すことができる。

以上の構成において、下記の［数１］式を満たすように前記電極を配置してもよい。

ここで、
Ａは、前記一対の電極間の距離Ｌに対する前記側壁の内壁面に最も近い電極から該側壁の内壁面までの距離Ｌｘの比（Ｌｘ／Ｌ）であり、
Ｑは、前記一対の電極への供給電力（Ｗ）であり、
Ｄは、前記溶融炉内での溶融ガラスの深さ（ｍ）であり、
ｐは、前記側壁の内壁面と直交する方向の電極対間の間隔（ｍ）であり、
Ｌは、前記一対の電極間の距離（ｍ）であり、
ｔは、前記側壁の厚み（ｍ）であり、
Ｗは、前記側壁からの放熱量（Ｗ／ｍ²）である。

このようにすれば、側壁での単位面積当たりの発熱量の最大値を側壁からの放熱量の２０％以上にするための具体的な電極の配置態様を得ることができる（詳細は、[発明を実施するための形態]の欄で説明する）。

さらに、下記の［数２］式を満たすように前記電極を配置してもよい。

ここで、Ａ、Ｑ、Ｄ、ｐ、Ｌ、ｔ、Ｗの意義は、上記［数１］式のそれらと同一である。

このようにすれば、側壁での単位面積当たりの発熱量の最大値を側壁からの放熱量の５０％以上にするための具体的な電極の配置態様を得ることができる（詳細は、[発明を実施するための形態]の欄で説明する）。

加えて、下記の［数３］式を満たすように前記電極を配置してもよい。

ここで、Ａ、Ｑ、Ｄ、ｐ、Ｌ、ｔ、Ｗの意義は、上記［数１］式のそれらと同一である。

このようにすれば、側壁での単位面積当たりの発熱量の最大値を側壁からの放熱量の１５０％以下にするための具体的な電極の配置態様を得ることができる（詳細は、[発明を実施するための形態]の欄で説明する）。

以上の構成において、所定加熱温度での前記側壁を構成する耐火煉瓦の比抵抗Ｒ１に対する前記所定加熱温度での溶融ガラスの比抵抗Ｒ２の比（Ｒ２／Ｒ１）が、１以上であることが好ましい。

このようにすれば、側壁に十分な量の電流を流すことができるため、側壁の発熱不足をなくして、側壁の周辺での溶融ガラスの加熱をより適切に行うことが可能となる。

以上の構成において、溶融ガラスはＥガラスであり且つ前記側壁を構成する耐火煉瓦はクロム煉瓦であってもよい。なお、Ｅガラスとは、ＡＳＴＭ Ｄ５７８－０５ ４．２．２で定義される組成を意味する。

このようにすれば、上述の比（Ｒ２／Ｒ１）が１以上となり、側壁に十分な量の電流を流すことができるため、側壁の発熱不足をなくして、側壁の周辺での溶融ガラスの加熱をより適切に行うことが可能となる。また、ガラス繊維の製造方法では、溶融ガラスとしてＥガラスを用いることが多く、溶融炉の側壁をクロム煉瓦で構成することが多い。したがって、ここでの溶融ガラス及びここでの側壁を有する溶融炉を、特にガラス繊維の製造方法に有効利用することができる。

上記課題を解決するために創案された本発明の第二の側面は、底壁に配置された電極を用いてガラス原料を加熱溶融して溶融ガラスを生成する溶融炉を備えたガラス物品の製造装置であって、前記電極により通電される電流の一部が前記溶融炉の側壁に流れるように該電極が配置されていることに特徴づけられる。

これによれば、この製造装置と構成が実質的に同一の既述の製造方法と同一の作用効果を享受することができる。

本発明によれば、溶融炉内の側壁の周辺で溶融ガラスを十分に加熱できるようになり、溶融炉から良質の溶融ガラスをガラス物品の成形部に向かって移送することが可能となる。

本発明の実施形態に係るガラス物品の製造装置における主要部の概略構成を例示する縦断側面図である。 本発明の実施形態に係るガラス物品の製造装置の構成要素である溶融炉の側壁の周辺での電極の配置態様を示す概略平面図である。 本発明の実施形態に係るガラス物品の製造方法に関する第一のシミュレーション結果を示すグラフである。 本発明の実施形態に係るガラス物品の製造方法に関する第二のシミュレーション結果を示すグラフである。 本発明の実施例でのシミュレーション結果を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態に係るガラス物品の製造方法及び製造装置について添付図面を参照しつつ説明する。

図１は、本実施形態に係るガラス物品の製造装置における主要部の概略構成を例示する縦断側面図である。同図に示すように、この製造装置が備える溶融炉１は、通電加熱を含む加熱によって、ガラス原料（固体原料）Ｇａを溶融して溶融ガラスＧｍを生成するものである。この溶融炉１は、耐火煉瓦で構成された底壁１ａと側壁１ｂとによって溶融空間が区画形成されている。なお、溶融空間の上方は、天井壁１ｃで覆われている。溶融空間で生成された溶融ガラスＧｍは、溶融炉１の流出口１ｄから移送流路２に流出し、移送流路２を通じてガラス物品の成形部（図示略）に向かって移送される。本実施形態では、ガラス物品の成形部は、ガラス繊維を成形するブッシングである。

ブッシングに向かって移送される溶融ガラスＧｍとしては、例えば、Ｅガラス（アルカリ含有量２％以下のガラス）、Ｄガラス（低誘電率ガラス）、ＡＲガラス（耐アルカリ性ガラス）、Ｃガラス（耐酸性のガラス）、Ｍガラス（高弾性率のガラス）、Ｓガラス（高強度、高弾性率のガラス）、Ｔガラス（高強度、高弾性率のガラス）、Ｈガラス（高誘電率のガラス）、ＮＥガラス（低誘電率のガラス）が挙げられる。ガラスの密度は、例えば、２．０～３．０ｇ／ｃｍ³である。

溶融炉１の底壁１ａには、溶融ガラスＧｍを通電加熱するための複数の電極３が配置されている。これらの電極３は、底壁１ａを貫通して上方に突出し、溶融ガラスＧｍに侵漬された状態にある。本実施形態では、これらの電極３の底壁１ａから上方への突出長さｄの下限が、例えば溶融ガラスＧｍの深さＤの２０％以上、好ましくは３０％以上、より好ましくは４０％以上とされる。また、突出長さｄの上限が、例えば溶融ガラスＧｍの深さＤの８０％以下、好ましくは７０％以下、より好ましくは６０％以下とされる。また、本実施形態では、これらの電極３による通電加熱とバーナーによるガス燃焼加熱とを併用する方式を採用しているが、バーナーによるガス燃焼加熱を省略する方式であっても良い。

溶融炉１の側壁１ｂの上部には、原料供給機であるスクリューフィーダー４が配設されている。このスクリューフィーダー４は、溶融ガラスＧｍの液面Ｇｍａの一部にガラス原料Ｇａを順次供給するものである。なお、スクリューフィーダー４に代えて、プッシャーや振動フィーダ等の他の原料供給機を用いてもよい。

本実施形態に係る製造方法では、以上のような構成を備えた製造装置によって、溶融炉１の底壁１ａに配置された電極３を用いてガラス原料Ｇａを加熱溶融して溶融ガラスＧｍを得る溶融工程が実行される。

図２は、側壁１ｂに対する電極３の配置態様を示す横断平面図である。なお、側壁１ｂは、平面視で四角形状（好ましくは矩形状）をなすため、四つの面を有しているが、同図では便宜上、一つの面に対応する側壁１ｂのみを図示している。同図に示すように、電極３の配置態様は、相互間に電流が流れる一対の電極３が、電極３に最も近い側壁１ｂの内壁面１ｚに沿う方向に並び、この一対の電極３が側壁１ｂの内壁面１ｚと交差する方向に複数対（図例では二対）並ぶ態様である。そして、第一電極３ａと第二電極３ｂとの間、及び第三電極３ｃと第四電極３ｄとの間に、それぞれ電圧（例えば単相交流電圧）が印加される。これに伴って、第一電極３ａと第二電極３ｂとの間、及び第三電極３ｃと第四電極３ｄとの間に電流が流れる。

なお、内壁面１ｚに沿う方向とは、内壁面１ｚと平行な方向であることが好ましいが、この平行な方向に対して一方側に１０°以内または他方側に１０°以内で傾斜した方向であってもよい。また、内壁面１ｚと交差する方向とは、内壁面１ｚと直交する方向であることが好ましいが、この直交する方向に対して一方側に１０°以内または他方側に１０°以内で傾斜した方向であってもよい。

以下、本実施形態に係るガラス物品の製造方法の特徴的構成及びその作用効果を説明する。

第一の特徴的構成は、電極３の相互間に流れる電流の一部が側壁１ｂに流れるように電極３が配置されている点である。これによれば、側壁１ｂに電流が流れることで、側壁１ｂが加熱される。この場合、溶融炉１内の側壁１ｂの周辺では溶融ガラスＧｍの温度低下が生じやすいが、側壁１ｂが加熱されることで、その温度低下が低減される。これにより、側壁１ｂの周辺で溶融ガラスＧｍを十分に加熱することができ、溶融炉１内で良質の溶融ガラスＧｍを生成することが可能となる。したがって、移送流路２を通じてブッシングに向かって良質の溶融ガラスＧｍを移送することが可能となる。

第二の特徴的構成は、上記のような電極３の配置態様の下で、側壁１ｂでの単位面積当たりの発熱量の最大値が側壁１ｂからの放熱量の２０％以上で且つ１５０％以下になるように側壁１ｂに電流が流れるようになっている点である。この場合、側壁１ｂでの単位面積当たりの発熱量の最大値が、側壁１ｂからの放熱量の２０％未満であれば、側壁１ｂの周辺での溶融ガラスＧｍの温度低下を十分に低減することが困難である。一方、側壁１ｂでの単位面積当たりの発熱量の最大値が、側壁１ｂからの放熱量の１５０％超であれば、側壁１ｂが熱により損傷等するおそれがある。これに対して、当該数値範囲が上述のように２０％以上で且つ１５０％以下であれば、側壁１ｂの周辺での溶融ガラスＧｍの温度低下を確実に低減した上で、側壁１ｂの熱による損傷等を防止できる。

第三の特徴的構成は、一対の電極３間の距離Ｌに対する側壁１ｂの内壁面１ｚに最も近い電極３（第一電極３ａ及び第二電極３ｂ）から側壁１ｂの内壁面１ｚまでの距離Ｌｘ（以下、電極３から側壁１ｂまでの最短距離Ｌｘという）の比（Ｌｘ／Ｌ）が、３．０以下とされている点である。比（Ｌｘ／Ｌ）が３．０以下であれば、第一電極３ａ及び第二電極３ｂが、側壁１ｂの内壁面１ｚに近くなり、側壁１ｂに十分な電流を流すことができる。

第四の特徴的構成は、所定加熱温度での側壁１ｂを構成する耐火煉瓦の比抵抗Ｒ１に対する上記所定加熱温度での溶融ガラスＧｍの比抵抗Ｒ２の比（Ｒ２／Ｒ１）が、好ましくは１以上、より好ましくは２以上とされている点である。このようにした場合、側壁１ｂに十分な量の電流を流すことができるため、側壁１ｂの発熱不足をなくして、側壁１ｂの周辺での溶融ガラスＧｍの加熱をより適切に行うことが可能となる。

次いで、本発明者等が実施したシミュレーションについて図２を参照しつつ説明する。このシミュレーションは、側壁１ｂに電流を流した場合の発熱効果を確認するために実施したものである。

シミュレーションを実施した具体的な条件は、ガラス深さＤを１ｍ、側壁１ｂの内壁面１ｚと交差する方向の電極３対間の間隔ｐを０．５ｍ、電極３の底壁１ａからの突出長さｄを０．５ｍ、側壁１ｂの厚さｔを０．１５ｍとした。そして、側壁１ｂの内壁面１ｚに沿う方向の一対の電極３間の距離Ｌを１ｍ、１．３３ｍ、１．６６ｍ、２ｍの四条件について実施した。また、一対の電極３間の距離Ｌに対する電極３から側壁１ｂまでの最短距離Ｌｘの比Ａ（Ｌｘ／Ｌ）を０．５、１．０、２．０の三条件について実施した。さらに、側壁１ｂの比抵抗Ｒ１に対する溶融ガラスＧｍの比抵抗Ｒ２の比Ｂ（Ｒ２／Ｒ１）を４、８の二条件について実施した。ここで、比抵抗の比Ｂは、側壁１ｂがクロム煉瓦で構成され且つ溶融ガラスＧｍとしてＥガラスが用いられる場合の比である。この場合、側壁１ｂをクロム煉瓦以外の耐火物、例えば電鋳煉瓦などで構成したり、溶融ガラスＧｍとして上記列挙した中でＥガラス以外のガラスを用いたりすることがある。この事を考慮すれば、比抵抗の比Ｂは、上述のように１以上であることが好ましい。

図３は、比抵抗の比Ｂを４とした場合における溶融ガラスＧｍの平均発熱密度ω_aveに対する側壁１ｂの最高発熱密度ω_maxの比Ｃ（ω_max／ω_ave）をグラフに表したものである。図４は、比抵抗の比Ｂを８とした場合における溶融ガラスＧｍの平均発熱密度ω_aveに対する側壁１ｂの最高発熱密度ω_maxの比Ｃ（ω_max／ω_ave）をグラフに表したものである。溶融ガラスＧｍの平均発熱密度ω_aveは、溶融ガラスＧｍの単位体積当たりの発熱量の平均値である。また、側壁１ｂの最高発熱密度ω_maxは、側壁１ｂの単位体積当たりの発熱量の最大値である。図３及び図４は、何れも、上記の電極３間の距離Ｌの四条件と、電極３間の距離Ｌに対する電極３から側壁１ｂまでの最短距離Ｌｘの比Ａの三条件とについて数値を変えることで計１２種類について求めたデータをプロットしたものである。

本発明者等は、図３及び図４から、比Ｃが比Ａに対して指数関数的に変化していることに着目し、シミュレーション結果（上記のプロットしたデータ）から最小二乗法により曲線Ｓを割り出した。図３に示す曲線Ｓと図４に示す曲線Ｓとは同一である。したがって、曲線Ｓは、計２４種類のシミュレーション結果から割り出されたものである。この曲線Ｓは、下記の［数４］式で表わされる。

ここで、
ω_maxは、側壁１ｂの最高発熱密度(Ｗ／ｍ³)であり、
ω_aveは、溶融ガラスＧｍの平均発熱密度(Ｗ／ｍ³)であり、
Ａは、一対の電極３間の距離Ｌに対する電極３から側壁１ｂまでの最短距離Ｌｘの比である。

溶融ガラスＧｍの平均発熱密度ω_aveは、下記の［数５］式で表される。

ここで、
Ｑは、一対の電極３への供給電力（Ｗ）であり、
Ｄは、溶融炉１内での溶融ガラスＧｍの深さ（ｍ）であり、
ｐは、側壁１ｂの内壁面１ｚと交差する方向の電極３対間の間隔（ｍ）であり、
Ｌは、側壁１ｂに沿う方向の一対の電極３間の距離（ｍ）である。

側壁１ｂの最高発熱密度ω_maxは、上記の［数４］式を変形した下記の［数６］式で表される。

さらに、側壁１ｂの最高発熱密度ω_maxに側壁１ｂの厚みｔを乗じることで、側壁１ｂでの単位面積当たりの発熱量の最大値ω_max・ｔに換算することができる。したがって、下記の［数７］式が成り立つ。

そして、側壁１ｂでの加熱効果を得るためには、側壁１ｂでの単位面積当たりの発熱量の最大値ω_max・ｔが側壁１ｂからの放熱量Ｗに対して２０％以上の割合で側壁１ｂを加熱するのが好ましい（この理由は既述の通り）。そのためには、下記の［数８］式が成り立つ必要がある。なお、既述の［数１］式は、下記の［数８］式に上記の［数５］式を代入し、変形したものである。

ここで、
Ｗは、側壁１ｂからの放熱量（Ｗ／ｍ²）であり、
ｔは、側壁１ｂの厚さ(ｍ)である。

側壁１ｂでの加熱効果をさらに得るためには、側壁１ｂでの単位面積当たりの発熱量の最大値ω_max・ｔが側壁１ｂからの放熱量Ｗに対して５０％以上の割合で側壁１ｂを加熱するのが好ましい。そのためには、下記の［数９］式が成り立つ必要がある。なお、既述の［数２］式は、下記の［数９］式に上記の［数５］式を代入し、変形したものである。

一方、側壁１ｂの過度な加熱は、側壁１ｂを構成する耐火煉瓦の溶損等をもたらす。側壁１ｂでの単位面積当たりの発熱量の最大値ω_max・ｔが側壁１ｂからの放熱量Ｗよりも大きくなるに連れて、耐火煉瓦の溶損等が発生しやすくなる。側壁１ｂの過度な発熱を生じさせないようにするには、側壁１ｂでの単位面積当たりの発熱量の最大値ω_max・ｔが側壁１ｂからの放熱量Ｗを大きく超えないようにする必要がある。これを考慮すれば、側壁１ｂでの単位面積当たりの発熱量の最大値ω_max・ｔが側壁１ｂからの放熱量Ｗの１．５倍以下になることが好ましい。そのためには、下記の［数１０］式が成り立つ必要がある。なお、既述の［数３］式は、下記の［数１０］式に上記の［数５］式を代入し、変形したものである。

以上、本発明の実施形態に係るガラス物品の製造方法及び製造装置について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々のバリエーションが可能である。

例えば、以上の実施形態では、溶融炉１の一つの面に対応する側壁１ｂのみを対象として電極３の配置態様を説明したが、当該側壁１ｂと対向する側壁、または当該側壁１ｂ以外の三つの面に対応する側壁１ｂについても対象として、同様の電極３の配置態様としてもよい。以上の実施形態のように側壁１ｂが平面視で四角形状をなす場合、原料供給機（スクリューフィーダー４）が配設された側壁１ｂと流出口１ｄが配設された側壁１ｂとの間に位置する側壁１ｂの両方を対象とすることが好ましい。原料供給機（スクリューフィーダー４）が配設された側壁１ｂと流出口１ｄが配設された側壁１ｂの平面視での長さに比べて、その間に位置する側壁１ｂの方が長い場合、より広範囲で側壁１ｂを加熱することができる。

以上の実施形態では、側壁１ｂの内壁面１ｚに沿う方向に並ぶ一対の電極３を、側壁１ｂの内壁面１ｚと交差する方向に二対並ぶ場合を例示したが、側壁１ｂの内壁面１ｚと交差する方向に三対以上並ぶようにしてもよい。

以上の実施形態では、ガラス繊維の製造方法及び製造装置に本発明を適用したが、ガラス繊維以外のガラス物品（例えばガラス板やガラス管など）の製造方法及び製造装置に本発明を適用してもよい。

以下、本発明の実施例を説明する。この実施例では、溶融炉１の側壁１ｂの内壁面１ｚに沿う方向に並ぶ電極対を側壁１ｂの内壁面１ｚと交差（直交）する方向に複数対配置した。そして、溶融炉１内での溶融ガラスＧｍの深さＤを１ｍ、溶融炉１の内壁面１ｚに沿う方向の一対の電極３間の距離Ｌを１．５ｍ、溶融炉１の内壁面１ｚと交差する方向の電極３対間の間隔ｐを０．５ｍ、電極３の底壁１ａからの突出長さｄを０．５ｍ、側壁１ｂの厚みｔを０．１５ｍとした。電極３には、一対あたり１００ｋＷの電力を供給した。したがって、この実施例における溶融ガラスＧｍの平均発熱密度ω_aveは、［数５］式より１３３．３ｋＷ／ｍ³である。また、側壁１ｂの比抵抗Ｒ１に対する溶融ガラスの比抵抗Ｒ２の比Ｂ（Ｒ２／Ｒ１）は６とした。側壁１ｂからの放熱量Ｗは、例えば熱流計（京都電子工業株式会社製ＨＦＭ－２０１）及び熱流センサー（京都電子工業株式会社製Ｔ７５０Ｓ－Ｂ）を用いて測定することができ、ここでは２０００Ｗ／ｍ²とした。

以上の条件の下で、側壁１ｂでの単位面積当たりの発熱量の最大値を側壁１ｂからの放熱量Ｗの２０％以上とするためには、［数８］式より側壁１ｂの最高発熱密度ω_maxを２．７ｋＷ/ｍ³以上にする必要がある。これに伴って、［数１］式より一対の電極３間の距離Ｌに対する電極３から側壁１ｂまでの最短距離Ｌｘの比Ａは１．８９以下にする必要がある。

さらに、側壁１ｂでの単位面積当たりの発熱量の最大値を側壁１ｂからの放熱量Ｗの５０％以上とするためには、［数９］式より側壁１ｂの最高発熱密度ω_maxを６．７ｋＷ/ｍ³以上にする必要がある。これに伴って、［数２］式より比Ａは１．４７以下にする必要がある。

一方、側壁１ｂの過度な加熱を回避することを目的として、側壁１ｂでの単位面積当たりの発熱量の最大値を側壁１ｂからの放熱量Ｗの１．５倍以下にするには、［数１０］式より側壁１ｂの最高発熱密度ω_maxを２０ｋＷ／ｍ³以下にする必要がある。これに伴って、[数３]式より比Ａは０．９７以上とする必要がある。

このような理論の下で、比Ａを、０．６、０．８、１．０、１．２、１．４、１．６、１．８、２．０とした場合のシミュレーションを実施し、側壁での最高発熱密度ω_maxを求めた。図５に、その結果を示す。図５に示す曲線Ｓ１は、［数６］式を表したものである。以下、図５を参照して、上記のシミュレーション結果を検討する。

［数１］式について検討すると、比Ａを２．０（上述の１．８９超）とした場合のシミュレーション結果では、最高発熱密度ω_maxが２．３ｋＷ／ｍ³を示し、放熱量Ｗの２０％に相当する上述の２．７ｋＷ／ｍ³より小さくなっている。一方、比Ａを１．８（上述の１．８９以下）とした場合のシミュレーション結果では、最高発熱密度ω_maxが３．３ｋＷ／ｍ³を示し、放熱量Ｗの２０％に相当する上述の２．７ｋＷ／ｍ³より大きくなっている。ここでのシミュレーション結果から、比Ａが２．０から１．８に至るまでの間に、側壁１ｂでの単位面積当たりの発熱量の最大値が側壁１ｂからの放熱量Ｗの２０％を超えるか否かの境界が存在していることを知得できる。この事によって、［数１］式が適正であることを確認した。

［数２］式について検討すると、比Ａを１．６（上述の１．４７超）とした場合のシミュレーション結果では、最高発熱密度が４．８ｋＷ／ｍ³を示し、放熱量Ｗの５０％に相当する上述の６．７ｋＷ／ｍ³より小さくなっている。一方、比Ａを１．４（上述の１．４７以下）とした場合のシミュレーション結果では、最高発熱密度ω_maxが７．２ｋＷ／ｍ³を示し、放熱量Ｗの５０％に相当する上述の６．７ｋＷ／ｍ³より大きくなっている。ここでのシミュレーション結果から、比Ａが１．６から１．４に至るまでの間に、側壁１ｂでの単位面積当たりの発熱量の最大値が側壁１ｂからの放熱量Ｗの５０％を超えるか否かの境界が存在していることを知得できる。この事によって、［数２］式が適正であることを確認した。

［数３］式について検討すると、比Ａを１．０（上述の０．９７以上）とした場合のシミュレーション結果では、最高発熱密度が１６．９ｋＷ／ｍ³を示し、放熱量Ｗの１５０％に相当する上述の２０ｋＷ／ｍ³より小さくなっている。一方、比Ａを０．８（上述の０．９７未満）とした場合のシミュレーション結果では、最高発熱密度ω_maxが２７．４ｋＷ／ｍ³を示し、放熱量Ｗの１５０％に相当する上述の２０ｋＷ／ｍ³より大きくなっている。ここでのシミュレーション結果から、比Ａが１．０から０．８に至るまでの間に、側壁１ｂでの単位面積当たりの発熱量の最大値が側壁１ｂからの放熱量Ｗの１５０％を超えるか否かの境界が存在していることを知得できる。この事によって、［数３］式が適正であることを確認した。

１ 溶融炉
１ａ 底壁
１ｂ 側壁
１ｚ 側壁の内壁面
３ 電極
３ａ 第一電極
３ｂ 第二電極
３ｃ 第三電極
３ｄ 第四電極
Ｇａ ガラス原料
Ｇｍ 溶融ガラス

Claims (10)

1. 溶融炉の底壁に配置された電極を用いてガラス原料を加熱溶融して溶融ガラスを得る溶融工程を備えたガラス物品の製造方法であって、
   前記電極により通電される電流の一部が前記溶融炉の側壁に流れるように該電極を配置することを特徴とするガラス物品の製造方法。
2. 前記側壁での単位面積当たりの発熱量の最大値が前記側壁からの放熱量の２０％以上で且つ１５０％以下になるように前記側壁に電流を流す請求項１に記載のガラス物品の製造方法。
3. 前記電極を配置する態様は、相互間に電流が流れる一対の電極が、前記電極に最も近い前記側壁の内壁面に沿う方向に並び、前記一対の電極が前記側壁の内壁面と交差する方向に複数対並ぶ態様である請求項１または２に記載のガラス物品の製造装置。
4. 前記一対の電極間の距離Ｌに対する前記側壁の内壁面に最も近い電極から該側壁の内壁面までの距離Ｌｘの比（Ｌｘ／Ｌ）が、３．０以下である請求項３に記載のガラス物品の製造装置。
5. 下記の［数１］式を満たすように前記電極を配置する請求項３または４に記載のガラス物品の製造方法。
   

   

   ここで、
   Ａは、前記一対の電極間の距離Ｌに対する前記側壁の内壁面に最も近い電極から該側壁の内壁面までの距離Ｌｘの比（Ｌｘ／Ｌ）であり、
   Ｑは、前記一対の電極への供給電力（Ｗ）であり、
   Ｄは、前記溶融炉内での溶融ガラスの深さ（ｍ）であり、
   ｐは、前記側壁の内壁面と直交する方向の電極対間の間隔（ｍ）であり、
   Ｌは、前記一対の電極間の距離（ｍ）であり、
   ｔは、前記側壁の厚み（ｍ）であり、
   Ｗは、前記側壁からの放熱量（Ｗ／ｍ²）である。
6. 下記の［数２］式を満たすように前記電極を配置する請求項３または４に記載のガラス物品の製造方法。
   

   

   ここで、
   Ａは、前記一対の電極間の距離Ｌに対する前記側壁の内壁面に最も近い電極から該側壁の内壁面までの距離Ｌｘの比（Ｌｘ／Ｌ）であり、
   Ｑは、前記一対の電極への供給電力（Ｗ）であり、
   Ｄは、前記溶融炉内での溶融ガラスの深さ（ｍ）であり、
   ｐは、前記側壁の内壁面と直交する方向の電極対間の間隔（ｍ）であり、
   Ｌは、前記一対の電極間の距離（ｍ）であり、
   ｔは、前記側壁の厚み（ｍ）であり、
   Ｗは、前記側壁からの放熱量（Ｗ／ｍ²）である。
7. 下記の［数３］式を満たすように前記電極を配置する請求項３または４に記載のガラス物品の製造方法。
   

   

   ここで、
   Ａは、前記一対の電極間の距離Ｌに対する前記側壁の内壁面に最も近い電極から該側壁の内壁面までの距離Ｌｘの比（Ｌｘ／Ｌ）であり、
   Ｑは、前記一対の電極への供給電力（Ｗ）であり、
   Ｄは、前記溶融炉内での溶融ガラスの深さ（ｍ）であり、
   ｐは、前記側壁の内壁面と直交する方向の電極対間の間隔（ｍ）であり、
   Ｌは、前記一対の電極間の距離（ｍ）であり、
   ｔは、前記側壁の厚み（ｍ）であり、
   Ｗは、前記側壁からの放熱量（Ｗ／ｍ²）である。
8. 所定加熱温度での前記側壁を構成する耐火煉瓦の比抵抗Ｒ１に対する前記所定加熱温度での溶融ガラスの比抵抗Ｒ２の比（Ｒ２／Ｒ１）が、１以上である請求項１～７の何れかに記載のガラス物品の製造方法。
9. 溶融ガラスはＥガラスであり且つ前記側壁を構成する耐火煉瓦はクロム煉瓦である請求項１～８の何れかに記載のガラス物品の製造方法。
10. 底壁に配置された電極を用いてガラス原料を加熱溶融して溶融ガラスを生成する溶融炉を備えたガラス物品の製造装置であって、
    前記電極により通電される電流の一部が前記溶融炉の側壁に流れるように該電極が配置されていることを特徴とするガラス物品の製造装置。

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