JP2516603B2

JP2516603B2 - ガラス製品製造方法及び装置

Info

Publication number: JP2516603B2
Application number: JP61236047A
Authority: JP
Inventors: ブルックスティックラーデビッド; エフウェストラレオナード; エーウッドロフジェミー
Original assignee: GYASU RISAACHI INST
Current assignee: GYASU RISAACHI INST
Priority date: 1985-10-04
Filing date: 1986-10-03
Publication date: 1996-07-24
Anticipated expiration: 2011-07-24
Also published as: EP0217415A1; JPS62143829A; EP0421490B1; EP0421490A2; DE3650309T2; EP0421490A3; ES2072356T3; EP0217415B1; DE3681240D1; DE3650309D1; ATE121710T1; ATE66904T1; ES2026442T3

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明はガラス及び又はガラス形成材料の熱処理によ
るガラス製品の製造に係り、特にガラスを溶解あるいは
製造する方法及び装置に関する。

従来の技術再生形平炉は米国及び世界中でガラスの溶解に使われ
ているガラス溶解炉の設計の主流である。何年来、多数
の変更がなされてきたが、基本的な熱伝達機構は今もな
お1800年代末のジーメンス一族によって導入されたもの
とほとんど同じである。

ほとんどのガラスは、原材料を1093℃（2000゜Ｆ）程
度まで加熱された炉に供給して溶融・反応させ、溶融ガ
ラスのベッドを形成することで製造される。原材料（既
に製造されたガラス及び／又はカレットも含む）は通常
「バッチ」と称され、ガラス製造の際は例えば炭酸ナト
リウムなどのナトリウム源，砂などのシリカ源，及び他
の様々な化合物や鉱物も含まれる。「バッチ」は炉内に
供給されると溶融・反応してガラスベッドの一部と同化
するまでの間既存の溶融ガラス上に浮いている。以下で
使用する「ガラスバッチ」，「ガラスバッチ材料」，ま
た「バッチ」なる語は一般にガラス，カレット，及び／
又はあらゆる種類のガラスを製造し及び／又は処理する
に必要な原材料をその概念に含むものとする。

平炉では表面積が大きいため、実質的な熱遮蔽をして
いても溶融室への熱入力の20パーセント程度は壁を通し
た熱伝達により散逸し、損失が生じる。この大きな壁に
よる熱損失及びスタックガスの熱損失、さらに溶融ガラ
ス自体の冷却が従来の設計のガラス溶解炉の低い運転効
率の主な原因である。

ガラス工業においては炉の性能をガラスを１トンを溶
かすに要する燃料の熱入力で定義される熱消費率であら
わすのが普通である。例えば、溶融されたガラスについ
て10⁶BTU/トン（1.05506×10⁹J/トン）と測定された炉
の熱消費率について、容器ガラスの熱消費率は5.0〜5.
5,フロートガラスは約6.0,またガラス繊維は約7.0であ
る。

今日の平均的な容器ガラス炉は熱消費率が理論的最大
値の約2.53倍である。これは溶解過程においてガラスバ
ッチが吸収した熱に対する炉の熱入力として定義される
熱効率が40パーセントをやや下回ることを意味する。既
存の再生形平炉の設計を改良することにより排出規制が
ない場合は熱効率を最大50〜55パーセント位までは向上
させることができる。しかし、環境汚染の規制及びNOx
排出規制の結果、炉の性能は10パーセントも低下し、ガ
ラス炉の資本費及び／又は運転費用は実質的に増大す
る。エネルギーを効率的に使用し、同時に環境基準を達
成することは従来の化石燃料燃焼形式のガラス溶解及び
製造システムの運転において大きな問題である。

平炉形でない今日のガラス溶解炉のうちの一つにカレ
ットから反射ガラスビーズを製造するために開発された
特殊目的の炉がある。この特殊な炉は渦流燃焼炉であ
り、上向き通気炉の底のバーナが燃焼ガスの渦流とそれ
に伴うカレットの流れを生じる。カレットの粒子は渦流
中でらせん状の経路を辿り、加熱され、溶解してガラス
ビーズになり、冷却され、最後に炉の底に集まる。より
詳細な説明が米国特許第4,475,936号に記載されてい
る。

また平炉でない別の設計のガラス溶解炉が米国特許第
4,381,934号に記載されている。上記特許はガラスの二
段階溶解又は製造過程の際の第１段目に関する。この第
１段では気泡の多い、流体を含有する未溶解砂粒よりな
る溶解の不完全なガラス漸移層が加熱室内に設けられた
受け台の上に形成される。乾いたガラスバッチ材料がス
クリューフィーダ等によって受け台の上に機械的に連続
して堆積される。溶解のための熱は実質的に一様な熱を
受け台の全ての方向に加える複数の放射源より供給され
る。乾燥したバッチ材料が液化すると、溶解が不完全な
層は受け台の表面へ沈んで溜りの中に沈み、しかる後ガ
ラスは清澄化し完成する。

米国特許第4,544,394号及び第4,553,997号に開示され
た別のガラス溶解炉は電磁流体力学（MHD）発電用に開
発されたスラッギングコール燃焼器から派生している。
かかるスラッギングコール燃焼器及びこれに使う冷却壁
についてはさらに後出の文献を参照されたい。このMHD
燃焼器技術を石炭を燃やすのではなくガラス溶解炉とし
て発展させる際、ガラスバッチを微粒化し、これをガス
燃焼器中に噴射することでガラスバッチを非常に急速に
加熱することが提案されている。高温のバッチ（石炭燃
焼を行なう場合は石炭中の鉱物含有成分として生じ、ガ
ラス質を形成する）は渦流設計の複数のバーナにより流
体力学制御されて溶融室壁から噴出され、粘性層として
流下し（スラグと同様に）炉底のガラスタップを通過す
る。また溶融室壁上のガラス層は前記スラッギングコー
ルと同じように室壁を熱的に遮蔽する作用をなす。下流
側でうまく熱回収ができると、この方法で75パーセント
にも達する熱効率が達成できると予測されている。溶融
過程は、上方に向いた渦流を形成するように配置・指向
された複数のバーナよりなるインジェクタ／バーナ組立
体中で浮遊しているバッチ材料を予熱し、バッチ粒子を
バーナによって生じる上向きの渦流中に混入して溶解さ
せ、渦流溶融室頂壁の球塊状ガラス粒子及び／又は個々
のバッチ滴／粒子を渦流によって生じる流体力学的遠心
力によって堆積させる過程よりなる。渦流溶融室での溶
解過程は熱伝達を受けるバッチの表面積が理想的な全チ
ャージの粒子表面積の極く一部でしかない従来の技術に
対し、ガスからの大きな全表面積を有する浮遊粒子への
熱の伝導，対流，及び放射による伝達によって実行され
る。この形式の溶融室は高い燃焼負荷率及び室壁熱フラ
ックスのもとで動作する。しかし、溶融室の表面積は比
較的小さいので、室壁を冷却せねばならずまたガラスと
の反応がないにもかかわらず、全熱入力に対する全エン
タルピーの損失はわずかである。スラッギングコールの
電磁流体力学的燃焼器の経験から、室壁による熱伝達損
失は全熱入力の５〜７パーセントと予測され、これは室
壁を介した伝達損失が約15〜25％以上である従来のガラ
ス溶融室と対照的である。

発明が解決しようとする問題点米国においては容器ガラス，板ガラス，及びガラス繊
維産業が主要なガラスを量産する製造業であり、ガラス
の全生産量の90パーセント以上を占めている。これらの
ガラス産業は燃料価格の上昇の影響及び／又は環境汚染
規制の強化の影響を最も大きく受ける産業であり、ガス
炉設計の改良を切実に要望している。

問題点を解決するための手段本発明は微粉状のガラスバッチ材料を予熱し、インジ
ェクタ組立体中の予熱された酸化剤及び／又は燃焼流と
混合して浮遊させ、さらにこれをバーナ組立体中で高温
に加熱し、燃焼生成物及びこれといっしょに浮遊してい
る高温のバッチ材料を加速ノズルを通し、好ましくは下
方に向いた好ましくは小断面積の直線状の流れを形成
し、一方向に加速された流れをノズルから噴出させて衝
突面に衝突させ、その際中央体の一部をなすこの衝突面
に高温のバッチ材料を付着させ、次いでその側面を流下
させて回収ゾーンに到らせることによりなる粒子状材料
の熱処理方法及び装置を提供する。

本発明特徴によれば、効果的な熱伝達に加え、以下詳
しく説明する強い内部せん断運動を有する薄い融液の流
れの層が形成されるためガラスの効果的な清澄が得られ
る。そこで従来必要とされた硫酸塩などの清澄剤は不要
になり、従ってSOx汚染を生じる排出成分の源が除去さ
れる。

本発明ではまた燃焼ストイキオメトリーの音響学的制
御が可能であり、このため鉛ガラスの生成を減ずるのに
通常必要なバッチに対する炭素の添加も不要になる。

本発明によるガラス溶融室は渦流形溶融室よりも効率
的で、組立て及び運転費用も構成の改良による動作的な
特徴のため安い利点を有する。

本発明の炉の別の特徴は汚染物質の制御にある。炉の
動作特性及び設計上の特徴のため、渦流形炉に予期され
るような衝突，蒸発及び物理的飛沫同伴などの物質のキ
ャリーオーバーを減少させることができる。そこで、排
ガス中の粒子の量が減少し、またこれに伴って排ガス制
御機器も減らせる。汚染物質の制御については詳細が本
出願人による別の特許出願中に記載されている。

本発明により、従来の平炉式溶解炉よりもはるかに小
形のガラス溶解炉が可能になる。この炉の運転効率は従
来の溶解システムのものより少なくともおよそ50パーセ
ントは向上しており、同時に資本費を少なくとも40パー
セントは低下させることができる。

さらに、本発明により上記利点の他、全ての汚染物質
のレベルを仮りに多少の物質のキャリーオーバーが排ガ
スに生じても現在の最大と思われる値から最小のレベル
まで低下させることができる。

実施例第１図は本発明による、溶解カレット及び／又は溶解
原材料などのガラスバッチ材料を熱処理してガラスを形
成し、従来の方法で使われる溶融ガラスのベッドを形成
する方法及び装置を示す。

第１図に示すように、燃料，酸化剤及びガラスバッチ
材料が燃焼室に導入される。燃料は石油をも含むが、好
ましくは天然ガスなどのガス燃料であり、酸化剤は予熱
された空気及び／又は酸素富化空気であるのが好まし
い。

燃焼室11は高温での運転及び処理ガラス材料に適した
従来の適当な設計のものでよく、以下より詳細に説明す
るノズル13によって分離室12と結合されている。

燃料及び空気は従来通りに導入・燃焼されて燃焼生成
物を生じ、この燃焼生成物中に供給されていっしょに同
伴しているガラスバッチ材料を必要な反応温度及び／又
はガラス溶融温度まで加熱する。この過程は以下詳しく
説明する。燃焼室11中において空気と燃料の反応によ
り、使用する燃料，酸化剤，及びガラスバッチの種類，
温度及び量，また予熱の程度によって変化はするが約25
00゜Ｆ〜4000゜Ｆ（1371℃〜2204℃）の燃焼生成物が得
られる。

好ましくは予熱された、例えば予熱されたシリカ砂，
カレット，閃長岩及びナトリウム及びカルシウムを含む
鉱物よりなるガラスバッチ材料がパイプ14を介して燃焼
室へ導入される酸化剤又は空気流中へ従来通りに加熱さ
れ均質に分散される。好ましくは天然ガスである燃料が
パイプ15を通って導入され、酸化剤又は空気と混合さ
れ、従来の火炎保持器によって点火され、燃焼室11中で
従来の如く燃焼される。この２相よりなる流れは燃焼室
に流入する先立ち熱平衡に達するのに約30m秒間以上の
時間を要すると予想される。好都合な空気温度及びこれ
に平衡する粒子の温度は約1500゜Ｆ（816℃）前後であ
り、約3psig（20685Pa）の圧力で導入される。燃焼ガス
の流速とほゞ同じ流速で流れるガラスバッチ材料の場合
空気は約2200゜Ｆ（1204℃）の温度まで予熱される。ガ
ラスバッチ材料は一方約600゜Ｆ（316℃）の温度まで予
熱される。

シリカ，カレット及び閃長岩等は炎の安定性に大した
影響は与えないため、これらは酸化剤又は空気流中に導
入して燃焼生成物中に共存するようにしてやるのが好ま
しい。しかし、石灰石やソーダ灰などの炭酸塩は火炎に
対して悪影響を与えるのでこれらはパイプ16などにより
燃焼生成物中に点火点よりも下流側で導入される。燃焼
室の大きさはスループット，体積熱発生率及び粒子の熱
的過渡時間により制御される。

燃焼生成物及びその内に共存するガラスバッチ材料は
毎秒約数100フィート（30メートルの数倍）以上の出口
速度を与える先細ノズル13を通って燃焼室から排出され
る。従来の、半角が約10゜の先細ノズルにより、必要な
粒子速度のずれが得られる。ノズル13は指向性の排出流
19としてノズルから排出される燃焼生成物に一様な粒子
分布を与えるようなものであるのが好ましい。例えば石
灰石やソーダ灰などのガラスバッチ材料のうち炭酸塩材
料はノズル流領域18で導入されて均質に分散され、これ
によりこれらが融液層中に含まれるようになる前に高温
にさらされる時間が短縮される。燃焼生成物はガラスに
約2.91×10⁶BTU/トン（3.07×10⁹J/トン）の熱消費率を
与えねばならず、また例えば従来のソーダ石灰ガラスの
場合ガラスを溶融させるのに約2600゜Ｆ（1427℃）の温
度を与えるのが好ましい。ガラスの溶解反応は1900゜Ｆ
（1038℃）位の低温でも生じるが、かかる低温では反応
時間が本発明による実際的なガラス溶解作業としては長
くかかりすぎる。

排出流17はノズル出口19から分離室12に排出される。
分離室の形状は重要ではないが、例えば第１図の如き円
筒形でも、あるいは従来のガラス製造においてガラスを
高温で溶融させる際使われている他の通常の形状でもよ
い。それは意図されておらず、分離室の設計はガラスバ
ッチ材料が（絶縁の目的以外で）分離室12の露出された
内壁面21にほとんど、好ましくは全く堆積しないように
される。第１図に例示した実施例ではノズル13の出口19
は分離室12の頂壁22の中央部に形成される。ノズル13と
分離室12は各々対称軸を有し各々その対称軸について対
称的であり、さらに、これらの対称軸は少なくとも実質
的に互いに一致する。

分離室には上部の分離部分23と下部のガラス回収部分
24とが設けられる。また分離室中には、分離室上部23中
に配設された上部衝突面部分26とこの衝突面部分から同
じ分離室の下部溶融ガラス回収部分24へ延在するガラス
流動部分27とを有する中央体部材25が配設されている。
衝突面部分26は第１図の略半球状の形状以外の形状であ
ってもよいが、ノズルの対称軸と少なくとも略一致する
対称軸に関して少なくとも実質的に対称でなければなら
ない。さらに、衝突面はノズル19から出る排出流17中に
とりこまれているガラスバッチ材料の実質的に全て、特
に小粒径の粒子が衝突面に当たるような寸法及び形状を
有し、またノズル出口からの距離を有さねばならない。

第１図に例示のため示す衝突面部分26は本質的に半球
状の形状をなし、ノズル出口19からはノズル出口の直径
（ノズルが円形の場合）又は最小部分の寸法（ノズルが
非円形の場合）の数倍以上は離れないのが好ましい。好
適なのは円形ノズル出口の径の約2.5倍離れることであ
る。衝突面部分26はガラスバッチ材料の燃焼生成物から
の効果的分離を与えるためノズル出口に密接して形成さ
れている必要がある。これは距離が離れるとより多量の
小粒径の粒子が衝突面に沿ってガス流と共に運ばれてし
まうからである。ガラス流動部分27は衝突面部分26から
溶融ガラス回収部分24へ延在する略円錐形状の滑らかな
外面28を有し、衝突面部分26からの溶融ガラスの流れを
受け継いで回収室のガラス回収部分24中の溶融ガラスプ
ール29へ導く。以下明らかになるように、ノズルと中央
体部分は必ずしも第１図に例示した環状である必要はな
い。

実際的にはガラスバッチ材料中にカレット等を供給す
ると有利である。これは他のガラスバッチ材料の付着性
を向上させるのに有効である。すなわち、カレットは衝
突面26に衝突した際あるいはその直径に溶融状態になっ
ている可能性が高いのに対して他の材料のいくつかは衝
突面26に達した時点で軟化ないし溶融していない可能性
があるためである。こうすることで衝突面26上に継続的
な溶融層を形成することができ、未溶融粒子のほとんど
が全部ではないにせよ面26上で捕獲される。分離室の側
壁には煙道ポート31が一様な間隔で形成され、燃焼生成
物ないし煙道ガスを溶融ガスプール29の表面の比較的す
ぐ上で受入れ、これを外周上に形成されたプリナム室32
へ一様に導き入れ、さらにパイプ33で吸引して熱交換器
等へ送り、通常の如く利用する。溶融ガラスは溶融ガラ
スプールからパイプ34を介して取出され、通常の如く利
用される。

本発明装置において、排気流を燃焼室からノズルを経
由して分離室に噴出させ、近接して設けられた好ましく
は半球状の衝突面に衝突させることにより、前記の利点
の他にも、粒子の捕捉をより簡単かつ効果的にまた経済
的に行なうことができ、さらに分布の一様性を得またガ
ラスバッチ材料の均質化を行なえる利点が生じる。

衝突面部分26におけるガラスバッチ材料の分離の際
は、衝突面部分に生じた鋭く曲げられるガス流場中にお
けるガラスバッチ材料の慣性を利用する。上記の利点の
他、本発明はノズル出口19と衝突面部分26とが近接して
形成されているため所定の速度に対して乱れが最小で、
最小の圧力降下で最大速度におけるガス流の最大の屈曲
を得ることができ、このため分離が実質的に改良され
る。

衝突面部分26及び流動面部分27はガラスバッチ材料が
堆積される第１の外例ないし露出金属部材（図示せず）
及び第２の内側ないし後部部材よりそれぞれなり、間に
外側部材をその破壊温度より低く維持する水などの冷却
媒体が通される。外側金属部材の冷却はその破壊を防ぐ
役目をし、また内側金属部材の露出面の溶融ガラスバッ
チ材料を固化させる作用をなし、従って露出面を連続的
に堆積される高温のガラスバッチ材料による浸食から保
護する。

上記水冷部分はガラスバッチ材料の粒子が付着してガ
ラスの連続的層が形成される面を提供し、このガラス層
は蓄積してガラスのせん断力、融液の粘性及び重力によ
って定まるある平衡厚に達する。この平衡状態では上記
ガラス層は内側が凍結ないし固化したガラス層となって
おり、急な温度勾配が存在し、その上層部はガス温度よ
りやや低い温度の溶融ガラス層で覆われている。

従来の冷却された金属面にシリケートスラグ材料を付
着させる方法で最も成功している方法では冷却面にスラ
グが容易に付着し得る規則的に離間したセラミック面を
設ける。このために、キャスタブルセラミック材料が典
型的な場合幅0.64cm（1/4インチ），ピッチ1.27cm（1/2
インチ）の機械加工溝中にこて塗りされる。これらの最
初の付着点からスラグは徐々に露出金属面上で広がって
連結し始め、最終的には連続で一様な層が形成される。
ガラスバッチ材料か付着する壁は同様な従来の構成のも
ので同じ結果が得られる。また別の壁面の処理としてプ
ラズマガンによって連続的なセラミック被覆を設けても
よい。

上記冷却金属上の被覆として流れを形成する技術は過
去10年の間に特に石炭の燃焼により派生するシリケート
スラグを耐浸食壁及び断熱壁として利用しようとする試
みに関連して大きく発展した。この技術は元来開放サイ
クルMHD発電のハードウェア試験に源を有し、MHD部品に
石炭の燃焼生成物中の高温のシリケートスラグと共存し
得る壁構造を形成させることを目的としていた。

上記技術及び適当な衝突面及び流下部材の構成及び構
造についてはディー・ビー・スティックラー及びアール
・デサロにより第６回国際MHD発電会議，ワシントンDC,
1975年７月に提出の論文「リフレニッシュメントアナ
リシスアンドテクノロジーディベロップメン
ト」；またディー・ビー・ストリックラー及びアール・
デサロによりニューハンプシャー州ヘニカーのニューイ
ングランドカレッジで1977年６月26日〜７月１日の間
開催の燃焼ガス中の不純物によるアッシュの堆積及び浸
食に関する基礎技術会議に提出された論文「コントロー
ルドユーティライゼーションオブコールスラグ
インザエムエイチディートッピングサイク
ル」；ディー・ビー・ストリックラー及びアール・イー
・ガノンにより1981年９月28日〜10月１日までカリフォ
ルニア州ロスアンゼルスで開催の国際ガス研究会議に提
出され、本願でも大々的に引用した論文「スラグーコー
テッドウォールストラクチャーテクノロジーフ
ォーエントレインドフローギャシファイアー
ズ」；アール・ケー・モンジェオン及びディー・ビー・
ストリックラーにより1984年９月30日〜10月４日までカ
ナダのトロントで開催の連合発電会議及び1984年10月28
日〜31日までペンシルバニア州フィラベルフィアで開催
の産業電力会議に提出の論文「ユニークコンバスショ
ンシステムフォーオイルトゥークールコン
バージョンズ」；及びジェー・オー・エー・スタンケヴ
ィスク，エー・シー・ジェー・マッツォン，及びディー
・ビー・ストリックラーによりオランダのアムステルダ
ムで1983年10月11日〜13日の間開催の第３回石炭技術ヨ
ーロッパ 1983年度会議に提出の論文「トロイダルフ
ローパルファライズドコールーファイアドエムエ
イチディーコンバスター」を参照されたい。

また、衝突面部分26及び／又は流動面部分27はガラス
と反応しない適当なセラミックなどの材料より形成して
もよい。

第２図及び第３図はノズル13及び衝突面部分26aの組
合わされた別の例を示す。この場合、ノズル13a及びそ
の出口は矩形形状をなし、衝突面部分26aは実質的にく
さび状であり、頂部41は滑らかに湾曲している。この衝
突面部分26aは前記の場合と同様ノズルの対称軸と一致
する対称軸に関して少なくとも対称的でなければならな
い。

第４図はノズルの衝突面の別の実施例を示す。この場
合、ノズルには拡がった下側部分46が形成され、衝突面
の上方へ突出する略円錐形の部分47と共に環状ノズル出
口47を有する先細った環状ノズル48を形成する。ノズル
出口の下流側すぐ下には外方へ拡がった湾曲した環状面
ないし肩51が設けられ、排出流を一様に半径方向外方へ
導く。この環状出口を形成する上記構成は連続的先細り
ノズルを含む他の形状にすることもできる。

さらに別のノズル衝突面の組合わせを第５図及び第６
図に示す。この際ノズル出口57に設けられた細長いくさ
び形の部材56は複数の別のノズル58a,b,c,dを形成し、
その際各々は略矩形の断面を有する。勿論他のノズル衝
突面組合わせも可能である。

中央物体部材と分離室の形状は分離した燃焼生成物の
衝突面部分に隣接した流れをできるだけ一様にしまた流
動面部分を流れる融液の流れをできるだけ一様にするよ
うに選択するのが好ましい。これは衝突面から溶融ガラ
スプールへ融液流を駆動し、さらにより重要な事に融液
流中に大きな内部せん断運動を与えるために望ましいこ
とである。動作中、前記のように固化したガラスが流動
面に付着し、溶融ガラスが固化ガラスを覆う。この溶融
ガラスの衝突面から溶融ガラス溜りへの流下は燃焼生成
物あるいは煙道ポートへ流れる煙道ガス及び重力によっ
て駆動される。動作状態を、好ましくは分離された燃焼
生成物の制御と組み合わせてやることで融液流中に強い
せん断運動が生じるように制御し、その際例えば約1/16
インチ（0.16cm）位の厚さの薄い流れの層が形成される
ように制御すると、単位溶融ガラスが衝突面から溶融ガ
ラスプールへ流れるに必要な距離又は時間を約10秒ある
いはそれ以上にすることは容易であり、これにより融液
流中の気泡及び／又は未溶解ガスが融液流の露出面に移
動して煙道ガス流に合流する十分な時間が得られる。同
様に、未反応粒子等も反応に十分な時間が得られるので
同様に消失する。

流動面を冷却することで融液中に温度勾配が生じるた
め、融液流中にも温度勾配が生じる。流下しているガラ
ス質材料中に得られた温度勾配は捕獲されている気泡の
周囲の表面張力にも勾配を生じる。この表面張力の勾配
もまた気泡の煙道ガスとの境界面への輸送を促進しガラ
スからの気泡の除去がより促進される。

上記動作パラメータの制御により、ガラスの清澄が効
果的になされ、このため従来融液形成及び／又は清澄に
使われていた清澄剤の使用を不要にする。さらに、上記
過程は硫黄添加剤を必要としないため、分離室から排出
されるSOx濃度は無視できる量になる。

上記の如く、本発明方法ではガラス製造に必要なソー
ダは炭酸ナトリウムとしてのみ供給されるので、SOxが
燃焼生成物や煙道ガス中に生じることはない（ただし、
天然ガス燃料及び従来技術により得られたカレット中の
少量ないし微量の硫黄化合物を除く）。従って、本発明
装置ではSOxは排ガス規制の問題を生じない。

より重大なNOxの形成もまた、400゜Ｆ（2204℃）に達
する高温の燃焼生成物中におけるNOxの初期生成を制御
することによりガラス１トン当りのNOxが約４ポンド
（1.81kg）の望ましいレベルを下回らないまでもこの近
くに制御できる（従来の典型的な過程ではNOx排出レベ
ルはガラス１トン当り71ポンド（32.2kg）以上であ
る）。

本発明はその範囲に、望ましいものではないが第１図
装置を内外で逆にした、燃焼室を分離室内に設ける実施
例をも含む。その際ノズルからの排出流は上方へ向けら
れ、今の場合凹んだ、前記と同様に構成され機能する衝
突面位置に衝突し、またその際分離室の壁は流下部分に
なる。

さらに、出力を増すための一連のノズル中心物体組合
わせが設けられる。またガラスバッチ材料を溶解させる
高温ガス流は燃焼源により生じる必然性はなく、必要に
応じて例の放射エネルギー源、例えば電気アークプラズ
マや核エネルギー、あるいはその組合せより得てもよ
い。

本発明による垂直流下式の実施例は最も簡単かつ経済
的また信頼性の高い構成であり、またガラス製品製造の
際の運転，保守及び修理についても同様な利点を有す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の概略的側断面図、第２図は実質的
に矩形の出口を有するノズル及びこれに協働する衝突面
の部分的側断面図、第３図は第２図のノズル及び衝突面
の線３−３に沿う側面図、第４図はノズル及び協働する
衝突面が環状ノズル出口を形成するノズル及び衝突面の
部分的側断面図、第５図は第２図と同様であるがノズル
が複数の矩形出口を有するノズルのなお別の実施例の部
分的側断面図、第６図は第５図のノズルの線６−６に沿
う底面図である。 11……燃焼室、12……分離室、13,13a,58a〜58d……ノ
ズル、14〜16,33,34……パイプ、18……ノズル流領域、
19……排出流、21……内壁面、22……頂壁、23……分離
室上部、24……ガラス回収部分、25……中央体部材、2
6,26a……衝突面、27……ガラス流動面、28……円錐形
外面、29……溶融ガラスプール、31……煙道ポート、32
……プリナム室、41……頂部、46……ノズル下側部分、
47……円錐形部分、48……環状ノズル、49,57……ノズ
ル出口、51……肩、56……くさび形部材。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ジェミーエーウッドロフアメリカ合衆国マサチューセッツアンドーバークロスストリート 32番地 (56)参考文献特開昭58−20735（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ガラスバッチ材料を熱処理することによる
ガラス製品の製造方法であって：（ａ）ガラス製品の溶融温度よりも実質的に高いピーク
温度を有する高温ガス流を加熱室中に形成し；（ｂ）ガラスバッチ材料を該高温ガス流中に同伴させ；（ｃ）該第１の高温ガス流及び同伴のガラスバッチ材料
を該加熱室からノズルを通って方向性を有する排出流と
して排出し、その際該ノズルの出口において該排出流が
流れの方向に対して垂直な断面で、該ノズルの中央付近
で最小の幅の寸法を有するようにし；（ｄ）該排出ガス流及びこれに同伴し該ノズルから排出
するガラスバッチ材料を、該排出流よりこれに同伴する
ガラスバッチ材料を少なくとも実質的に分離させ得る該
ノズルの最小の幅の寸法の約３倍よりは小さい距離だけ
該ノズル出口から離れた衝突面に衝突させ、該同伴ガラ
スバッチ材料の少なくとも実質的部分を該衝突面上に少
なくとも部分的に液体状態で衝突させて堆積させ；（ｅ）該衝突したガラスバッチ材料を該衝突面上を回収
領域へ向って流動させる段階よりなることを特徴とする
方法。
【請求項２】該加熱室は気体又は液体燃料が導入されて
燃焼生成物を該ガラス溶融温度より実質的に高い温度の
該高温ガス流として形成する燃焼室よりなり、該ガラス
バッチ材料は該燃焼生成物と同伴されることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の方法。
【請求項３】該燃焼室では酸化剤が導入されて該燃料と
組合わされ、また該ガラスバッチの少なくとも一部は該
酸化剤中に酸化剤が該燃料と組合わされる前に分散され
ることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の方法。
【請求項４】該燃焼室に導入されて燃焼される気体燃料
及び酸化剤の流れが少なくとも約2500〜4200゜Ｆ（1371
〜2316℃）の温度の燃焼生成物を生じるようにされ；該
ガラスバッチ材料の第１の部分が該酸化剤の流れの中に
該酸化剤が該燃焼室に導入されるより前に導入され、ま
た該ガラスバッチ材料の第２の部分が該燃焼生成物中に
導入され、該燃焼生成物及びこれと同伴のガラスバッチ
材料は該燃焼室から分離室へ下向きに排出され、該下向
きに排出された排出流及びこれに同伴するガラスバッチ
材料は該ノズルから排出されて凸面を有し断面積が該排
出流より大きい衝突面手段に衝突させられ、その際該排
出流からこれに同伴のガラスバッチ材料が少なくとも実
質的に分離されることを特徴とする特許請求の範囲第３
項記載の方法。
【請求項５】該衝突面を離れる排出流の高温ガス流は該
回収ゾーンへ向って流れるガラスバッチ材料の露出した
表面に沿って流れ、その際該ガラスバッチ材料の流れに
内部せん断運動が加えられることを特徴とする特許請求
の範囲第１項ないし第４項のうちいずれか一項記載の方
法。
【請求項６】該ガラスバッチ材料は該高温ガス流中に約
５〜100ミリ秒間の間同伴していることを特徴とする特
許請求の範囲第１項ないし第５項のうちいずれか一項記
載の方法。
【請求項７】該高温ガス流のピーク温度は約2500゜〜42
00゜Ｆ（1371〜2316℃）であり、該排出流の速度は毎秒
少なくとも数100フィート（30メートルの数倍）である
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第６項の
うちいずれか一項記載の方法。
【請求項８】該排出ガス流は複数のガス流が排出される
際に形成されることを特徴とする特許請求の範囲第１項
ないし第７項のうちいずれか一項記載の方法。
【請求項９】該排出ガス流は円環状のガス流に形成さ
れ、該衝突面は該排出流を受けてその流れの方向を外方
に円周状に変化させることを特徴とする特許請求の範囲
第１項ないし第７項のうちいずれか一項記載の方法。
【請求項１０】該高温ガス流の温度、ガラスバッチ材料
の組成及び粒子の分布、及び該ガラスバッチ材料が該高
温ガス流及び排出流中に同伴される時間は該ガラスバッ
チ材料の少なくとも一部がガラスバッチ材料が該衝突面
に衝突するまでの時間に実質的に液体状態に達するよう
に選択されることを特徴とする特許請求の範囲第１項な
いし第９項のうちいずれか一項記載の方法。
【請求項１１】ガラスバッチ材料を熱処理することによ
りガラス製品を製造する装置であって：（ａ）加熱室（11）と；（ｂ）ガラス製品の溶融温度より実質的に高いピーク温
度を有する高温ガス流を生じる手段（14）と；（ｃ）ガラスバッチ材料を該高温ガス流中に同伴させる
手段（16）と；（ｄ）上側分離部分（23）と下側溶融ガラス回収部分
（24）とを有する分離室（12）と；（ｅ）該加熱室（11）から該高温ガス流及びこれに同伴
のガラスバッチ材料を供給されて該分離室上側部分（2
3）へ向いた排出流として排出する出口を有し、その際
該出口において該排出流を流れの方向に対し垂直な断面
で、中央付近で最小の幅の寸法を有するようにするノズ
ル手段（19）と；（ｆ）該分離室内にあって該ノズル手段（19）からガラ
スバッチ材料を同伴した該排出流を受ける、該同伴ガラ
スバッチ材料が衝突される衝突面手段であって、該排出
流よりこれに同伴するガラスバッチ材料を少なくとも実
質的に分離させ得る該ノズル手段（19）の最小の幅の寸
法の約３倍よりは小さい所定の距離だけ該ノズル出口か
ら離され、その際該ガラスバッチ材料は少なくとも一部
が上記衝突の生じるより前に実質的に流体状態になるよ
うにすることを可能にする衝突面手段（26）と；（ｇ）該衝突面手段（26）からガラスバッチ材料を供給
されてこれを該分離室下側部分（24）へ導く手段（25）
とよりなることを特徴とする装置。
【請求項１２】加熱室は燃焼室（11）よりなり、ガス発
生手段（14）は該燃焼室にガラスの溶融温度より実質的
に高い温度の燃焼生成物を生じる気体又は液体燃料を導
入し燃焼させる手段を含むことを特徴とする特許請求の
範囲第11項記載の装置。
【請求項１３】さらに酸化剤の流れを該燃焼室に導入す
る手段と、該ガラスバッチ材料の一部を該酸化剤の流れ
の中に酸化剤が燃焼室に導入されるより前に同伴させる
手段とを含むことを特徴とする特許請求の範囲第11項記
載の装置。
【請求項１４】該ガラスバッチ材料の一部を該燃料中に
これが該燃焼室に導入されるより前に同伴させる手段を
さらに含むことを特徴とする特許請求の範囲第12項又は
第13項記載の装置。
【請求項１５】該供給されたガラスバッチ材料を該下側
部分に導く手段（25）は流動面（28）を含み、該装置は
該衝突面手段を離れる該高温ガス流を該流動面手段（2
8）上を流れるガラスバッチ材料の露出面上を該露出面
に沿って流し、その際該ガラスバッチ材料の流れの内部
にせん断運動を生じる手段（31）を含むことを特徴とす
る特許請求の範囲第11項ないし第14項のうちいずれか一
項に記載の装置。
【請求項１６】該流動面手段（28）は該衝突面から該分
離室下側部分（24）へ向って下方に延在する流動面を含
むことを特徴とする特許請求の範囲第15項記載の装置。
【請求項１７】該ノズル手段（19）は第１の対称軸を有
し該第１の対称軸に関して少なくとも実質的に対称的で
あり、該装置はさらに該分離室内に配設された該衝突面
手段（26）と該流動手段（27）とを含む中央体手段（2
5）を含み、該衝突面手段（26）は該ノズル手段出口（1
9）と対向し、また該第１の対称軸と実質的に一致する
第２の対称軸を有し該第２の対称軸に対して少なくとも
実質的に対称的であり、該ガラスバッチ材料を供給され
る手段（25）は該衝突面手段から該分離室下側手段へ延
在してガラスバッチ材料を供給されて該分離室下側部分
へ導く該流動面を含み、さらに該流動面は該第２の対称
軸と実質的に一致する第３の対称軸を有し該第３の対称
軸に関して少なくとも実質的に対称的な回転面であるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第16項記載の装置。
【請求項１８】該流動面は円錐形であることを特徴とす
る特許請求の範囲第16項又は第17項記載の装置。
【請求項１９】該流動面手段（27）をガラスの溶融する
温度より低い温度に維持する冷却手段を含むことを特徴
とする特許請求の範囲第16項ないし第18項のうちいずれ
か一項記載の装置。
【請求項２０】該衝突面手段（26）をガラスの溶融する
温度より低い温度に維持する冷却手段を含むことを特徴
とする特許請求の範囲第11項ないし第19項のうちいずれ
か一項記載の装置。
【請求項２１】該ノズル手段をガラスが溶融する温度よ
り低い温度に維持する冷却手段を含むことを特徴とする
特許請求の範囲第11項ないし第20項のうちいずれか一項
記載の装置。
【請求項２２】該ノズル出口（19）は円形形状であるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第11項ないし第21項のう
ちいずれか一項記載の装置。
【請求項２３】該ノズル出口は矩形であることを特徴と
する特許請求の範囲第11項ないし第21項のうちいずれか
一項記載の装置。
【請求項２４】該ノズル出口（48）は環状形状であるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第11項ないし第21項のう
ちいずれか一項記載の装置。
【請求項２５】ガラスバッチ材料を熱処理することによ
るガラス製品の製造方法であって：（ａ）ガラス製品の溶融温度より実質的に高いピーク温
度を有する第１の高温ガス流を形成し；（ｂ）ガラスバッチ材料を該第１の高温ガス流中に同伴
させ；（ｃ）該第１の高温ガス流及びこれに同伴するガラスバ
ッチ材料により第１の対称軸を有する第２の流れを形成
し；（ｄ）該第２の流れを該第１の対称軸と実質的に一致す
る第２の対称軸を有する第１の面に導いて該同伴してい
るガラスバッチ材料の該第２の流れからの分離が接触に
より生じまた該ガラスバッチ材料の該第１の面への堆積
が生じるようなガス流れの場を該第１の面の周囲に形成
し；（ｅ）該堆積した材料を該第１の面から露出表面を有す
る粘性層として該第２の面を超えて回収領域へ流し；（ｆ）該粘性層の流れ及び該第２の流れの該第１の面を
離れた後の流れを制御して該粘性層中に捕獲されている
あるいは生じているガスを移動させて該粘性層の露出表
面より逃がし、同時に該粘性層を構成するガラスバッチ
材料に少なくとも実質的な反応をさせ、その際該粘性層
中においてガス生成及びガスの除去を含む混合及びガラ
ス形成反応が該粘性層の流れが該回収領域に到達するよ
りも前に実質的に完了されることを特徴とする方法。
【請求項２６】該同伴ガラスバッチ材料の該第１の面上
への堆積が制御されることを特徴とする特許請求の範囲
第25項記載の方法。
【請求項２７】該第１の面上に堆積された同伴ガラスバ
ッチ材料の空間的分布を少なくとも実質的に制御して、
所定の割合で同伴ガラスバッチ材料の該第１の面上への
実質的に一様な堆積を生じることを特徴とする特許請求
の範囲第26項記載の方法。
【請求項２８】該粘性層の厚さ及びその上を通過して流
れる該第２の流れを制御して所定の厚さ、熱輸送及び混
合を与え、その際該粘性流中に同伴された気体が該粘性
流の露出した表面にまで達する時間が一単位の粘性流が
該回収ゾーンへ達するに要するよりも短かくされること
を特徴とする特許請求の範囲第25項ないし第27項のうち
いずれか一項記載の方法。
【請求項２９】該粘性層の温度分布を制御し、その際該
粘性流中に同伴される気体が該粘性流の露出した表面に
まで達する時間が一単位の粘性流が該回収ゾーンへ達す
るに要するよりも短かくされることを特徴とする特許請
求の範囲第25項ないし第28項のうちいずれか一項記載の
方法。
【請求項３０】該第２の流れは該第１の面を離れた後該
粘性層の露出面に少なくとも実質的に沿って流され、該
第２の流れは少なくとも該第２の面の上を流れる際該粘
性層中に内部せん断運動を生じることを特徴とする特許
請求の範囲第25項ないし第29項のうちいずれか一項記載
の方法。
【請求項３１】該第２の流れは該第１の面を離れた後該
粘性層の露出面に少なくとも実質的に沿って流され、熱
をこれに伝達することを特徴とする特許請求の範囲第25
項ないし第30項のうちいずれか一項記載の方法。
【請求項３２】該第２の流れは単一の少なくとも実質的
に下方に向いた流れであって該第１の対称軸に関して対
称的であり、該第１の面は該第２の対称軸に関して実質
的に対称的であり、該粘性層は少なくとも実質的に下方
へ向って流れることを特徴とする特許請求の範囲第25項
ないし第31項のうちいずれか一項記載の方法。
【請求項３３】該第２の流れは少なくとも実質的に上方
へ向い、また該粘性層は少なくとも実質的に下方へ流れ
ることを特徴とする特許請求の範囲第25項ないし第31項
のうちいずれか一項記載の方法。