JP2633534B2 - 流動流体の温度調節のための方法と装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は１つのチャンネルの中を流れる流動物質の温
度の調整装置に関する。本発明は特に、プラスチックの
補強又は絶縁用のグラスファイバー、ガラスシートのよ
うな加工製品、フラスコ、ポット、コップ類のようなガ
ラス製中空体を製造する設備におけるその加工の前に、
溶融ガラスの熱的均一性を改善するのに役立つものであ
る。

〔従来技術〕

実際、溶融ガラスのマスが、これを工業製品に成形す
る成型機に達したときにほぼ均一な温度を有しているこ
とは重要である。しかし、炉と機械の間で、溶融ガラス
は、壁が耐火材で被覆されたカバー付きトンネルの形を
したチャンネルの中を通らなければならない。

溶融ガラスと、チャンネルの側壁の耐火材との間の熱
交換により溶融ガラスの流れの側部はその中央部分より
も急速に冷却される。この作用はさらに、チャンネルの
側壁の耐火材でのガラスの摩擦により、その両側部に沿
って溶融ガラスの流れが減速されることによって強めら
れる。その結果、ガラス流の１つの同じ横断面内でかな
り大きい温度差が生じる。

例えば、板ガラスを製造するとき、チャンネルは通常
幅10m、流さ20m、深さ1mほどのカバー付きトンネルの形
状を有し、毎日の流量はガラス数百トンである。

中空容器（びん、フラスコ、ポット、コップなど）及
びグラスファイバを製造するとき、主流路は通常幅2m未
満であり、フィーダと呼ばれる、幅が通常1.5m未満の二
次流路に通じている。これらの二次流路はさまざまなガ
ラス製造機に溶融ガラスを配送する。主流路は、放射状
に配置された二次流路に供給するほぼ半円筒形のチャン
ネルで構成されている。この場合、このチャンネルは一
般に前炉と呼ばれる。他の場合、主流炉は矩形のチャン
ネルである。

チャンネルの幾何形状のいかんにかかわらず所望の冷
却を得る目的で、チャンネルの天井に孔を設け、この孔
の部分を調節することが知られている（英国特許第355,
555号及び米国特許第1,900,361号）。

流路内を流れる溶融ガラスの流れは、流路の中央より
も側部に沿って冷えるので、ガラス表面の上に気体又は
液体燃料バーナを含む加熱装置を設けることが知られ、
また上述の特許に記載されている。開口部により構成さ
れる冷却手段ならびにバーナにより構成される加熱手段
の調節は、流れの表面、通常その軸線に沿って行なわれ
た測定又は観察に基づいて経験的に行なわれる。しか
し、このような一次元格子或いはよくて二次元格子の測
定点から得られた情報により流体の平均温度を全体的に
調節することが可能になるとしても、局部的な操作、例
えばさまざまな開口部の断面積及び異なるバーナーが放
出する熱エネルギーを変えることにより、流れの方向に
対して横方向に均一な温度を作ってこれを維持するには
この情報では不充分である。溶融ガラスの熱伝導は、そ
の温度に依存し、かくして、ガラス内部の温度勾配は、
一定の条件の下で、既に存在する不均一性を更に高めて
しまう。従って、できるかぎり完全な情報に基づいて局
部的に温度に影響を及ぼすことが望ましい。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、流動する流体、特にチャンネルで覆
われた溶融ガラス内の熱変動を減少させることにある。
溶融ガラスの場合には、チャンネルの形状は、溶融ガラ
スの流量及びチャンネルの下流におかれたガラス成形機
の種類によって変化する。

〔発明の構成〕

かかる技術的課題は、本発明によれば、天井を備えた
チャンネルの中を流れ且つチャンネルの外部温度よりも
高い温度を有する流体の温度分布を幾つかの温度測定に
基づいて調節する方法であって、 前記チャンネル及び／又は天井に分散して設けられた
熱源を有し、 三次元格子の結節点の測定点で流体の局所温度を測定
し、 これら測定値の全体に基づいて、前記チャンネルの天
井に設けられた一以上の可変断面の開口部の一以上の熱
放射通路用の開放断面の寸法及び／又は幾つかの前記熱
源の熱出力を調節する、ことからなる方法によって達成
される。

〔発明の作用効果〕

典型例として溶融ガラスを例に、本発明に従う方法の
一具体例を説明すると、溶融ガラス流の底領域は、チャ
ンネルの底壁を通じて外部へ熱が流出するため、溶融ガ
ラス流の中央領域に比べて温度が低い。これに対して、
チャンネルの天井に設けた可変断面の開口部を開けるこ
とによって、チャンネルを通る溶融ガラスの熱が外部に
放出される。チャンネルを通る溶融ガラスは層流であ
り、このため、チャンネルを通る溶融ガラス流は、開口
部を通じた放熱によって、表面領域では大きく温度が低
下し、この温度低下は、表面領域から下方に向かうに従
って徐々に小さくなる。そして、この温度低下によって
粘度が上昇し、下方領域の流動速度を高める。このた
め、溶融ガラス流の底領域は速度が高くなり、チャンネ
ルの底壁を通じての放熱が小さくなる。このようなこと
により、溶融ガラス流の垂直方向の温度勾配を小さくす
ることができる。次いで、次いで、必要であれば、熱源
から表面領域を加熱することで、表面領域の温度を上昇
させて、この表面領域の温度を中央領域の温度に一致さ
せることができる。

流路の幅が10mを超える板ガラスの製造において、各
々がガラス流に対して平行に整列された開口部の列を配
置することができる。また、中空ガラス及びグラスファ
イバの製造において用いられる主流路の場合も同様であ
る。半円形チャンネルの場合、扇状に開口部を配置し、
これら開口部を二次流路と一致させるのが望ましい。

二次流路は、それぞれの軸線に沿った単一列の開口部
を有する。カバーされた流路がバーナーを有する場合、
チャンネルの側壁の近くに設置されたバーナによる熱を
ガラスの上に反射させる要素を設けるのが効果的であ
る。

〔実施例〕

ここで本発明の実施例を、図面を用いて説明する。

特に第２図、３図および８図を参照すると、参照番号
１で示す溶融ガラスは耐熱材料でできた流路２の中を流
れる。この流路２と金属製外枠４との間には断熱材３が
挿入されている。流路２はその全長にわたり、同様に耐
火材料でできた、既知の技法に従って吊下げられたカバ
ースラブ６で覆われている。

カバースラブ６には、流路２の軸平面と平行な列をな
して整列した開口部７が一定の間隔に設けられている。
これらの開口部７の各々の上にはシャッタ８が設けら
れ、シャッタ８は流路２の軸平面と平行に水平方向に移
動することができ、また、開口部７の開放部分を増減さ
せ、この開口部７を通じて、溶融ガラスの表面により発
せられた熱エネルギーを放出させる。この熱の流れは、
溶融ガラスの冷却を導き、この冷却は溶融ガラスの表面
から流路２の底に向けて進行し、このことはある程度、
溶融ガラスの化学組成、その温度、その流速、溶融ガラ
ス流の深さおよびシャッタ８の開口度に左右される。

さまざまな深さでのガラスの温度は、高温測定棒９を
用いて測定され、各測定棒９は複数の熱電対9a、9b、9c
を有する。これらの測定値の全体に基づいて、最適な温
度分布を得ることができるような各々の開口部7a〜7dの
開口度を個別に決定する。この決定は、手動でも可能で
あるが、熱電対が発する信号に基づきデジタル回路を介
してシャッタを制御することによって行なう方が望まし
い。各々の開口部は、流路２より上の横方向及び縦方向
の位置の関数及び溶融ガラスの表面及びガラス内部のさ
まざまな深さにおいて測定された温度の関数で制御され
るので、流れの横方向平面でのガラスの温度の改善した
均質化をもたらす方法で開口部の開口度を調節すること
ができる。開口部7a、7dが側壁に近接していることを考
えると、開口部7a及び7dは開口部7b及び7cよりも閉じぎ
みにされるであろう。かくして、溶融ガラスは、流路２
の軸平面近くよりも側壁近くの方が冷却度合いは小さ
い。

扇形に放射して延びる複数の二次流路が連結された半
円形の前炉から成るチャンネルに適用された実施例を示
す第４図から第９図を詳しく説明する。第４図の実施例
には、３つの二次流路が含まれており、そのうちの１つ
だけが図示され、第７図から第９図を用いてさらに詳し
く説明されている。これらの図は他の流路についても同
様である。溶融ガラス１は炉口（図示されておらず）か
ら上昇した後、前炉に連結された二次流炉と同じ数の流
管に分かれる。前炉内では、溶融ガラスは、金属外枠４
により保持された断熱材３により断熱された耐熱材２と
接触している。チャンネルは、そのガラス流管が、放射
軸に沿って整列した開口部７を一定の間隔で含むカバー
スラブ６で完全に覆われている。これらの開口部７の各
々の上には、上述の放射軸線に対して平行に、水平方向
に動くシャッタ８が設けられている。シャッタ８の手動
又は自動調節により、開口部７の断面積を増減させ、こ
の開口部７を通じて溶融ガラスの表面の発する熱が流出
できる。高温測定棒（その各々が異なる深さに置かれた
複数の熱電対9a、9b、9cを有する）が、温度測定するた
めに各溶融ガラスの流路に設けられ、その温度から各シ
ャッタ８の最適な開口度を導き出す。

さらに詳しく第７図ないし第９図を参照すると、参照
符号は、本質的に同じ機能をもつ機構については、前述
のものと同じである。第８図及び第９図は、溶融ガラス
のレベルより上、流路２の側壁内に内蔵されている気体
又は液体燃料のバーナ５を示している。これらのバーナ
５の各々は、空気と燃料の混合物の燃焼により生成され
た炎がその中で広がる末広の口をもっている。炎による
輻射熱は、流路２の土手のバーナ５から、溶融ガラス１
の流れに伝達され、また、カバースラブ６に伝達され、
このカバースラブ６の下面は、バーナー５の各列に対向
する長手方向の突出部6aを有し、溶融ガラスの流れの両
側の炎の輻射を反射する。この輻射による熱の分配に加
えて、高温気体の対流の流れが、突出部6a、バーナーブ
ロック５、流路２の側部及びガラス１により区切られた
２つの横通路の中に生じる。この対流は溶融ガラスの流
れの側部の加熱を強くする。この加熱は、又、耐火材18
によるカバースラブ６の側部の断熱により促進される。
前述のように、スラブ６は、軸線に沿った開口部７を有
する。これらの開口部７の各々の上には、溶融ガラスか
ら放出される熱の流れの断面を増減させるスライドシャ
ッタ８がある。

この設備は、長手方向に、パネル41により分離された
区画に分けられる。同じ区画のシャッタ８は２本の長手
方向の棒13に調節可能に固定された横方向の棒11を有す
る金属フレームに取り付けられている。棒11及び13の間
の調整は棒13の細長い穴12によって行なわれ、また、棒
11及び13を連結するために穴12の中に係合されるボルト
14を用いて行なわれる。この棒11及び13の間の調整可能
な結合により同じ金属フレームに属するシャッタ８の相
対的位置を修正することができる。このようにして、溶
融ガラスの流れの方向に従ってシャッタ８を用いて開口
部７の開閉の振幅を拡大することができる。実際、溶融
ガラスの温度が低下すると、その熱伝導は小さくなる。
溶融ガラスが熱くなればなるほど、マス中の熱的不均一
性を増大することなくこれを冷却することが容易にな
る。逆に、溶融ガラスが冷たくなればなるほど、流路２
における表面のガラスと下側のガラスとの間の熱勾配の
増大を避けるのであれば、その冷却を一層制限しなくて
はならない。

棒11及び13により形づくられるフレームが長手方向に
移動できるようにするため、長手方向の棒13は回転ころ
17（第９図）上にとりつけられている。空気又は電気式
ジャッキ25は一つの棒13に設けられた棒15を付勢し、い
ずれかの方向にシャッタ８を移動させて、開口部７の断
面積を増減させる。

シャッタ８の移動及びバーナ５の作用は第８図を参照
して詳細に述べる調整回路により制御される。この回路
の本質的な部分は溶融ガラスの流れの中心軸に沿った溶
融ガラスの表面温度を測定する一連の放射高温計20であ
る。

これらの高温計20はスラブ６に取り付けられ、好まし
くは、一区画につき１本の高温計が取り付けられ、ま
た、スラブ６に形成された観察用円筒形穴28の上に取り
付けられる。各々の高温計20により測定された表面温度
は、測定信号に変換されてメモリ27に記録され、メモリ
27にストアされた目標値信号と測定値信号を比較する比
較器22で処理される。目標値は、手動で又は計算機によ
りプログラミングされ、ガラスの最適温度に相当する。
目標値と測定値との間の比較の結果に基づいて、比較器
22は、開口部７の開放度を増減するために、ジャッキ25
を制御する回路23に対する制御信号をトリガするか又
は、バーナー５の強さを増減させるためのバルブ24を作
動させる制御信号をトリガする。この自動調節は放射高
温計20により観察された温度が、メモリ27の中にストア
されている目標温度と一致するまで続けられる。これら
の値は、表示装置（図示せず）で同時にデスプレーする
のが好ましい。

溶融ガラス１の流れの軸線領域を冷却する必要がない
場合、燃焼ガスを放出するためのスリットだけを残し
て、開口部７をシャッタ８で閉じる。図面から理解でき
るように開口部７の幅は流路２の全幅の約３分の１であ
る。

シャッター８が開口部７を覆うと、シャッタ８は溶融
ガラスが発した輻射熱を反射する。反対に、開口部７が
開かれると、ガラスが発した輻射熱は反射されず、溶融
ガラスの全表面の約３分の１に相当する幅の軸方向の帯
に沿って溶融ガラスが冷却される。

この冷却率は、必然的に、シャッター８の開口度によ
り左右される。軸線領域でのこの溶融ガラスの冷却はそ
の粘度を増大させ、したがって、その流速を減じ、両側
に沿ったガラス流を相対的に加速し、側部領域での冷却
を減じる。このような状態の下で、側部領域で測定した
温度よりも低い温度を、中央領域で記録することができ
た。

溶融ガラスの表面での加熱又は冷却と、ガラスのマス
内の熱伝達との間には或る関係が存在する。この熱伝達
は、ガラスの化学組成、温度、観察を行なう深さ、流速
などにより左右される。これらの異なる要因を自動的に
考慮に入れるため、溶融ガラスのマスの中の温度の分布
の関数として目標温度を自動的に変更する手段を備える
ことが望ましい。このため、流路２の長手方向の区分を
区切る各パネル41に複数の温度測定点を直列に設けた。
この実施例では、パネルは、２つの側部穴36と、１つの
中心穴35とを有し、これらの穴には、溶融ガラスのマス
の中の異なるレベルでの温度を測定する高温測定棒９が
取り付けられている。この実施例では、３つのレベル9
a、9b、9cである。各々の高温測定棒９により測定され
た値は、コンピュータ47にて処理され、こうして得られ
た値は、溶融ガラスのマスで測定された温度の関数とし
て、メモリ27内の目標温度を自動的に調整するのに用い
られる。この目標温度の調整により溶融ガラスの中の垂
直方向の熱的均一性を改善することができる。

一方、溶融ガラス流のような過酷な環境の中で作動す
る測定計器の耐用年数が往々にして不確しかであること
から、測定回路が適切に機能しなくなったときに警告を
発する警報手段を設置することが効果的であり、重要で
もある。このような回路による誤った値は、重大な事態
をひきおこす温度調節全体を狂わせるのを回避するため
に、これらの調整回路ができるかぎり早急に誤った値を
無視するのが望ましい。このような操作（注意信号のト
リガと、疑わしい値を発する計器ユニットの離脱）は本
発明に従った設備では容易に行なうことができる。実
際、純粋な熱力学的な理由から、特定の測定点を除いて
数多くの測定点で測定した温度の全体は、無視した測定
点の温度が必然的にその中に存在しなければならない、
ある間隔の値を決める。従って、利用できる全ての測定
点或いはそのうちの小区分の測定点における他の測定点
で測定された温度を考慮に入れて、最も極端な条件下で
あってもこの点の温度が存在しなければならない最大の
間隔を各測定点について算出する回路を備えることがで
きる。

このような小区分は、一般的にチェックすべき点の近
隣に存在する点からなる。チェックすべき点に割当てら
れた測定ユニットが、他の箇所で行なわれた測定による
制約のなかでこの点において可能な温度の間隔から出る
温度に相当する信号を発すると、警告信号を発するよう
に監視回路が設計される。この場合、監視回路はさら
に、上述の測定ユニットが調節に影響を及ぼさないよう
にこの測定ユニットを切り離すか、又、かかるユニット
が発する信号に対し、所定の方法でその調節に対する影
響を減少させ、場合によってはゼロにもなりうる重み係
数を掛けることができる。測定ユニットの急激なブレイ
クダウンを望む場合には、疑わしいユニットを切り離す
ことが好ましい選択になろう。その一方で測定ユニット
の徐々の低下を望む場合には、疑わしい測定の影響を減
じる重み係数の導入が好ましい。

第10図及び第11図は、第１図から第９図までに図示さ
れている装置のための高温測定棒９の好ましい実施例を
示している。この高温測定棒９は、異なるレベルに配置
された３つ熱電対9a、9b及び9c（うち9cは第10図に示さ
れていない）を有する。各々の熱電対は６％のロジウム
を含むプラチナ線及び30％のロジウムを含むプラチナ線
で構成されている。これら２本の線を一体化する溶接
は、熱電対が受ける温度に対応した起電力を生じる熱電
対を構成する。ロジウムを含むプラチナの各線37はアル
ミナの毛細管38により隣接する線から隔離されている。
６本の毛細管の組全体はアルミナセメント39で固めら
れ、アルミナ製の一端が閉じられた管40の中に配置され
ている。このアルミナ管40は、ロジウムを含むプラチナ
製の第２の端が閉じられた管42によって差し込まれる溶
融ガラスによる侵食作用から保護されている。この管42
はできるだけ短いことが好ましく、これにより溶融ガラ
スの表面より上でアルミナ管40に設けられた溝43に管を
はめ込むことができる。

管40はパネル41の上面にあり且つ測定棒９が沈められ
た距離を検出するカラー44で保持される。２つの固定ネ
ジ45により測定棒９の突っ込み深さを修正することがで
きる。

測定棒９の上部は管40に密封された測定ヘッド46から
成る。３つの熱電対の接続端子が測定ヘッド46に設けら
れている。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に従った装置の部分平面図である。 第２図は、第１図の縦方向断面Ａ−Ａに沿った図であ
る。 第３図は、第２図の横方向断面Ｂ−Ｂに沿った図であ
る。 第４図は、第２の実施例の部分平面図である。 第５図は、第４図の横方向断面Ｃ−Ｃに沿った図であ
る。 第６図は、第５図の横方向断面Ｄ−Ｄに沿った図であ
る。 第７図は、第６図の二次流路の１つの部分平面図であ
る。 第８図は、この同じ流路を部分縦断面図で表したもので
ある。 第９図は、この同じ流路を横断面図で表したものであ
る。 第10図は、高温測定棒の部分的に切りとられた図であ
る。 第11図は、この同じ測定棒の断面図である。 １……溶融ガラス、２……耐熱材、 ３……断熱材、５……バーナー、 ６……カバースラブ、７……開口部、 ８……シャッター、9a、9b、9c……熱電対、 ９……測定棒、20……放射高温計、 22……比較器、23……回路

Claims (15)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】天井（６）を備えたチャンネル（２）の中
   を流れ且つチャンネル（２）の外部温度よりも高い温度
   を有する流体の温度分布を幾つかの温度測定に基づいて
   調節する方法であって、 前記チャンネル（２）及び／又はその天井（６）に分散
   して設けられた熱源（５）を有し、 三次元格子の結節点の測定点（9a,9b,9c）で流体の局所
   温度を測定し、 これら測定値の全体に基づいて、前記チャンネル（２）
   の天井（６）に設けられた一以上の可変断面の開口部の
   一以上の熱放射通路用の開放断面の寸法及び／又は幾つ
   かの前記熱源（５）の熱出力を調節する、ことからなる
   方法。
2. 【請求項２】前記格子が、流体の流れ方向に向けられた
   軸線を備えた本質的に平行六面体のメッシュからなる、
   特許請求の範囲第１項の方法。
3. 【請求項３】前記格子の数多くの結節点が流体の表面に
   設けられ、これら結節点の温度が、放射高温計によって
   測定される、特許請求の範囲第１項又は第２項の方法。
4. 【請求項４】ある測定点と、その上流及び／又は下流の
   対応する測定点と等しい流体流れラインに直交する面に
   本質的に配置された測定点との間で観測された温度差の
   関数として、前記開放断面及び／又は前記熱出力が調節
   される、特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれか
   １項の方法。
5. 【請求項５】所定の測定点と、これに対応する測定点と
   等しい流体流れラインに直交する面に本質的に配置され
   た測定点との間で観測された温度差の関数として、前記
   開放断面及び／又は前記熱出力が調節される、特許請求
   の範囲第１項ないし第４項のいずれか１項の方法。
6. 【請求項６】前記孔の開放断面及び／又は前記熱源の熱
   出力が、前記流れラインの方向及び該流れラインを横断
   する方向の温度差を、しきい値と等しいかそれよりも小
   さく維持するように調節される、特許請求の範囲第１項
   ないし第５項のいずれか１項の方法。
7. 【請求項７】前記流体が、耐火材で作られたチャンネル
   に沿って流れる溶融ガラスである、特許請求の範囲第１
   項ないし第６項のいずれか１項の方法。
8. 【請求項８】スラブ（６）によって覆われたチャンネル
   （２）を流れる溶融体（１）の温度を均一化するために
   特許請求の範囲第１項の方法を実施するための装置であ
   って、 水平方向に可動のシャッタ（８）を備えた開口部（７）
   と、 前記チャンネル（２）の側部分に設けられ、前記溶融体
   （１）のレベルよりも高く配置されたバーナ（５）と、 前記溶融体（１）の中及び／又は前記チャンネル（２）
   の壁（３）に設けられた加熱手段と、 三次元格子の結節点の測定点（9a,9b,9c）で前記溶融体
   （１）の温度温度を測定するための手段と、 前記結節点の測定値の関数として、前記シャッタ（８）
   の位置、前記バーナ及び加熱手段の熱出力を調節するた
   めの電子回路とを有する装置。
9. 【請求項９】前記シャッタ（８）が、前記スラブ（６）
   の上に配置された可動フレームに個々に又はグループと
   して設けられ、前記フレームが、ころを介して支持され
   且つ少なくとも１つの作動手段の作動によって移動可能
   である、特許請求の範囲第８項の装置。
10. 【請求項１０】前記スラブ（６）に設けられ且つ前記溶
    融体（１）の中に延びる高温測定棒（９）を有する、特
    許請求の範囲第８項又は第９項の装置。
11. 【請求項１１】前記高温測定棒（９）の少なくとも幾つ
    かが、異なる高さに配置された幾つかの熱電対（9a,9b,
    9c）を有する、特許請求の範囲第10項の装置。
12. 【請求項１２】幾つかの前記高温測定棒（９）が、前記
    スラブ（６）を横断する単一のパネル（41）に設けら
    れ、該パネルが一つの中央の高温測定棒と、２つの側方
    の高温測定棒とを支持している、特許請求の範囲第10項
    又は第11項の装置。
13. 【請求項１３】前記高温測定棒（６）の少なくとも１つ
    が、一端が閉塞され且つ酸化アルミニウムで作られた同
    軸の内側管（40）に設けられた少なくとも１つの溝孔の
    中に嵌め込まれたプラチナロジウムで作られた管（42）
    からなり、上記一端を閉塞した管によって腐食から保護
    されている、特許請求の範囲第10項ないし第12項のいず
    れか１項の装置。
14. 【請求項１４】前記溶融体（１）の表面温度を測定する
    ために前記スラブ（６）に設けられた放射高温形（20）
    を有する、特許請求の範囲第８項ないし第13項のいずれ
    か１項の装置。
15. 【請求項１５】前記電子回路が、前記測定手段のいずれ
    かが発した信号の値が、他の測定値により決定される第
    １の範囲から出たときに、前記測定手段のいずれかが発
    した信号に、ゼロになる可能性のある１未満の係数を掛
    けるように設計され、また、これら測定値が前記第１の
    範囲を含む第２の範囲から出たときに警告信号を発する
    ように設計されている、特許請求の範囲第８項ないし第
    14項のいずれか１項の装置。