JP5701391B2 - エネルギー効率の良い高温精製 - Google Patents

Description

本発明は、ガラス溶融物を精製する方法および装置に関する。

現在、光学および／または工業用のガラスおよび／またはガラス・セラミックスの品質には、高い要求がなされている。一方でこれらのガラスは、できる限り均質でありかつ気泡およびストリークがないことが望まれる。他方でこれらのガラスは、ヒ素またはアンチモンなどの有毒なまたは環境に有害ないかなる物質もできる限り含有しないこととなる、いわゆる「エコガラス」であることが望まれる。

最終的なガラスおよび／または最終的なガラス・セラミックの品質は、本質的に、ガラス溶融物を精製する品質により影響を受ける。精製の品質を改善する１つの手法は、高い精製温度の使用を基にするが、それは精製温度の上昇によって溶融物の粘度が低下し、したがって溶融物中の気泡の上昇速度が増大し、既存のまたは発生した気泡を溶融物からより良好に除去できるようになるからである。

さらに、高い精製温度、特に１７００℃よりも高い温度では、いわゆる高温精製剤が利用可能である。高温精製剤の一例は、ＳｎＯ_２である。ＳｎＯ_２は生態学的に無害であるが、１５００℃よりも高い精製温度でしか使用することができない。このため、１２５０℃よりも高い温度で既に利用することのできるＡｓ_２Ｏ_５など生態学的に疑問のある精製剤を、省略することが可能になる。

高温範囲、特に１７００℃よりも高い範囲での精製は、例えば文献ＤＥ １０ ２００６ ００３ ５２１ Ａｌに記載されている。溶融物を、この溶融物中に配置された電極を使用して加熱する。しかしそこに記載された教示は、温度を上昇させることを目指すだけではない。その本質的な特徴は、溶融物に大きな温度差を発生させることにより実現される、精製容器内での安定化対流ロールの形成である。温度差は、溶融物の内容積ゾーンと溶融物の周辺ゾーンとの間に存在する。このように精製るつぼの側壁は冷却される。側壁は、この冷却された側壁上で溶融物が凝固するような程度まで冷却される。したがって、固有の材料の保護層が形成される。いわゆる「スカル（ｓｋｕｌｌ）るつぼ」が形成される。記載される教示の基本的な考え方は、対流ロールを形成するために、冷却された側壁を通して溶融物の周辺ゾーンを冷却すること、それと同時に電極を使用して精製容器の内部の溶融物を加熱することが必要である、という仮定に基づく。そこに示される装置は、「エコガラス」を生成するのに適している。しかし冷却には、非常に高いエネルギーコストを伴う。溶融物を加熱するために溶融物に導入されたエネルギーは、冷却された側壁を通して溶融物から「直接」引き出される。さらに電源は、必要とされる電力を供給できるよう適切に大きさを決めなければならない。また、側壁の十分な冷却も行わなければならない。側壁の冷却は、水を運搬する銅管をベースにするので、冷却は、システム全体の崩壊をもたらす可能性があることからいかなる状況下でも失敗してはならない。したがって、適切な緊急冷却システムを提供しなければならないが、それはさらに複雑でコストがかかるものである。

ＤＥ １０ ２００６ ００３ ５２１ Ａｌ

前述の背景を考慮すれば、本発明の目的は、従来技術の欠点が少なくとも緩和された、ガラスおよび／またはガラス・セラミックスを生成するための、かつ／またはガラス溶融物を精製する方法および装置を提供することである。

特に、精製システムを建設し運転する財務コストを削減することが意図される。好ましくは、精製のためのエネルギー需要を削減することが意図される。しかし、上述のシステムで得られるような良好な品質のガラスが、少なくとも実現されるべきである。さらに、「エコガラス」を生成することが可能であるべきである。

これらの目的は、独立クレームによる装置および方法によって既に達成される。本発明による方法および装置の有利な実施形態は、それぞれの従属クレームに記述される。

一般に本発明は、外部からの能動的な冷却が必要ではなくなるよう、前記の従来技術のスカル壁の代わりにＩｒ壁などの「高」温安定な金属壁を用いること、および溶融物が側壁を通して間接的に加熱されるよう、伝導的に、また任意選択でさらに誘導によって、好ましくは局所的に、凝固した溶融物でもはや覆われていない側壁を加熱することを提示する。

第１に、本発明は、無機非金属溶融物を精製する装置を提供する。装置は、好ましくは、連続精製に適している。溶融物は、好ましくは、ガラスおよび／またはガラス・セラミックを生成するためのガラス溶融物である。

装置は、下記の構成要素、すなわち
− 上側および下側を備えた精製るつぼであって、少なくとも側壁によって画定されて、その内面に溶融物接触面として金属ライニングを有するるつぼ、
− ライニング内の電流によってライニングを伝導加熱するための少なくとも１つの加熱手段であって、加熱されたライニングを通して溶融物を加熱することができるようになされており、この加熱手段とライニングとが供給手段によって互いに接続されている加熱手段
を含み、
− 供給手段は、少なくとも側壁のライニングにおいて、その少なくとも部分において、上側から下側にまたは下側から上側に流れる電流を発生させることができるように、少なくとも１つの上部接続および少なくとも１つの下部接続によってライニングとの接触を確立している。

下記の構成要素を含む装置は、下記のように記述することができる。
− 少なくとも側壁によって画定され、その内面に溶融物接触面として金属ライニングを有する精製るつぼであって、溶融物を精製するためのボリュームが少なくとも精製るつぼ内に形成され、そのボリュームが基面、頂面、および外周面によって画定されるようになされているるつぼ、
− ライニング内の電流によってライニングを伝導的に加熱するための少なくとも１つの加熱手段であって、加熱されたライニングによって溶融物を加熱することができるようになされており、この加熱手段とライニングとが供給手段によって互いに接続されている加熱手段、
− 供給手段は、少なくともライニングの部分において、頂面から基面にまたは基面から頂面に流れる電流を発生させることができるように、ライニングとの接触を確立している。

本発明の範囲内には、ガラスおよび／またはガラス・セラミックを生成するための方法も含まれる。方法は、
− バッチを溶融してガラス溶融物を提供するステップ、
− 側壁に、少なくともその部分に隣接している少なくともあるボリュームでまたは精製ボリュームで、ガラス溶融物の温度を上昇させることによってガラス溶融物を精製するステップであって、少なくとも側壁が、少なくともその部分で電流により伝導加熱され、
側壁内で電流が流れる方向が頂部から底部または底部から頂部になるような電位差が側壁に得られるステップ、
− 精製されたガラス溶融物を均質化および／または調整するステップ、
− 均質化および／または調整されたガラス溶融物を、ガラスおよび／またはガラス・セラミックを得ることができるように、成形および／または冷却および／または熱処理するステップ
を含む。

下記のステップを含む方法は、下記のように記述することができる。
− バッチを溶融してガラス溶融物を得るステップ、
− 少なくとも、基面、頂面、および外周面によって画定されたボリュームのガラス溶融物の温度を上昇させることによって、ガラス溶融物を精製するステップであって、外周面は、電流によって伝導的に加熱された側壁に、その少なくとも部分で隣接しており、
電位差は、側壁内で電流が流れる方向が頂面から基面または基面から頂面のどちらかになるように側壁に得られまたは得ることができるステップ、
− 精製されたガラス溶融物を均質化および／または調整するステップ、
− 均質化および／または調整されたガラス溶融物を、ガラスおよび／またはガラス・セラミックを得ることができるように、成形および／または冷却および／または熱処理するステップ。

方法の好ましい実施形態では、側壁は、ボリュームまたは外周面がライニングに隣接し、電位差がライニング内に得られ、溶融物がライニングを通して加熱可能になるように、その内面にライニングを含む。

さらに、本発明による装置または本発明を実施するための方法は、下記のように記述することができる。装置は、以下の構成要素、すなわち
− 上側および下側を有し、かつ少なくとも側壁によって画定され、その内面に好ましくは溶融物接触面として金属ライニングを有している精製るつぼ、
− 側壁内、好ましくはライニング内の電流によって、側壁を、好ましくはライニングを伝導的に加熱するための少なくとも１つの加熱手段であって、加熱された側壁によって、好ましくはライニングによって溶融物を加熱することができるようになされており、この加熱手段と側壁、好ましくはライニングとが供給手段によって互いに接続されている加熱手段
を含み、
− 供給手段は、少なくとも１つの上部接続および少なくとも１つの下部接続によって、側壁と、好ましくはライニングと接触を確立しており、供給手段は、側壁と、好ましくはライニングと接触するための、少なくとも１つの上部接続部材および少なくとも１つの下部接続部材を含んでいる。本発明の方法は、それぞれの装置の特徴に対応する方法ステップとして構築することができる。

特に、方法は、本発明による装置を使用して実施することができる。本発明による装置は、本発明による方法を行うように特に適合される。好ましくは、本発明による方法は、連続的に行うことができる。

本発明による側壁の、好ましくは側壁のライニングの伝導加熱は、側壁の電気抵抗加熱である。本明細書で関係あるものは、側壁で発生した電流の流れる方向である。言い換えれば、電流は、上部から底部に流れ、またはその逆も同様である。実質的に側壁全体における電流は、上側または頂面から下側または基面に流れ、またはその逆も同様である。好ましくは、電流は、頂面から基面にまたは上側から下側に、側壁の外周全体の周りに拡がり、またはその逆も同様である。しかし、これは電流の流れる方向が側壁全体にわたって平行および／または垂直および／または真っ直ぐであることを意味しない。

伝導加熱されたライニングは、側壁の部分または内面全体を覆う。好ましくは、ライニングは、精製るつぼの溶融物接触面を全体的に提供する。ライニングは、シートメタルにより提供される。ライニングは、０．２ｍｍから３ｍｍ、例えば好ましくは０．５ｍｍから２ｍｍ程度の厚さを有する。本発明の一実施形態では、ライニングは、その部分に修正された断面を有し、その結果、修正された断面を有する部分では、温度が、修正された電流密度を通して選択的に調節できるようになる。

一実施形態では、ライニングは、側壁の部分または上面全体を覆うカラーを形成する。好ましくはカラーは、伝導的に、全体的に、またはその部分を加熱することができる。

本発明の別の実施形態では、精製るつぼは、少なくともライニングによって形成された底部を有する。底部は、下側を提供する。基面は、底部に隣接する。好ましくは、一般に精製るつぼの底部は同じ電位にあるのでまたは底部は同じ電位に設定されるので、底部を伝導加熱することができず、またはその部分だけを伝導加熱することができない。しかし実施形態に応じて、例えば片側に配置構成された単一の加熱手段を使用した場合、底部に電流を流すことも可能である。本発明の一実施形態では、側壁が、精製るつぼの底部に対して傾斜している。

溶融物は、溶融物の精製温度まで加熱される。溶融物を精製するための温度は、それぞれのタイプのガラスに左右される。一般に、精製るつぼまたは精製ゾーンに進入する溶融物の最高温度は、精製るつぼまたは精製ゾーン内の溶融物の最高温度よりも、少なくとも約２００℃低く、好ましくは約６００℃を超えない範囲で低く、好ましくは約４００℃低い。しかし一般に、溶融物は、１５００℃よりも高い温度に、好ましくは１７００℃よりも高い温度に、最も好ましくは１８００℃よりも高い温度に加熱される。

精製るつぼ、特にライニングは、能動的に冷却されない。精製るつぼ、特にそのライニングの、選択的な大面積のまたは一体化した冷却のための冷却手段は提供されない。好ましくは、これは一般に、側壁の溶融物接触面、好ましくはライニングと、溶融物と間に、５０℃以下の、好ましくは１０℃以下の温度差をもたらす。

側壁の、好ましくはライニングの加熱、および／または精製るつぼ内の溶融物のスループット、および／または精製るつぼの壁または側壁を通した熱輸送は、供給されるエネルギーと放出されるエネルギーとの間でバランスがとれるように、したがって壁材料の過熱が生じないように、互いに適合される。

しかし、精製るつぼを構成するのに使用される材料は、適切な温度耐性を示すことが必要である。例えば側壁、好ましくはライニングは、少なくとも１５００℃、好ましくは少なくとも１７００℃、最も好ましくは少なくとも１８００℃で、適切な温度安定性を有する。

１７００℃よりも低い範囲の温度を実現する場合、側壁、好ましくはライニングを構成するために、下記の金属を使用してもよい。その金属は、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、およびＮｂを含む群から選択された少なくとも１種の金属である。

１８００℃よりも高い、特に好ましい範囲の温度を実現する場合、側壁、好ましくはライニングを構成するために、下記の金属を使用してもよい。その金属は、Ｉｒ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、およびＮｂを含む群から選択された少なくとも１種の金属である。

好ましくは、ライニングは、イリジウム・ライニングであり、イリジウムまたはイリジウム合金により形成される。そのようなイリジウム・ライニングは、約５０重量％超、好ましくは約９０重量％超、最も好ましくは約９９重量％超のイリジウム含量を有する。上述の好ましい温度は、例えばイリジウム・ライニングで実現可能である。

温度耐性材料の他に、環境に対して最も低い可能性があるエネルギー損失が生ずるような、できる限り低い熱伝導性を示す材料が好ましい。これは一般に、単一の材料を使用して実現することが難しいので、好ましい実施形態では側壁が多層構造を有する。

一実施形態では、側壁は、好ましくはライニングに隣接する少なくとも第１の層と、第２の層とを含む。第１の層は、第２の層に比べて高い温度安定性または耐熱性を有する。第２の層は、第１の層に比べて低い熱伝導性を有する。第１の層は本質的に、システムに安定性を与える。第１の層は、第２の層の比べて高い支え強度を有する。第２の層は本質的に、断熱性をシステムに与える。好ましくは第１の層は、実質的にＬ字形の断面を有し、その一方の脚が第２の層の上方に向かって外側に延びている。

別の実施形態では、側壁は、第１の層とライニングとの間に配置構成された第３の層を含む。好ましくは、第３の層は布地を含む。例えば第３の層は、熱膨張によってライニングを第１の層上で滑らせることが可能であり、第１および／または第２の層への最初の熱的急騰または熱調節を引き起こすことができる。

第１の層は、スピネルからなる、またはスピネルを含む。第１の層は、好ましくは、２Ｗ／ｍＫから４Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する。第２の層は、絶縁材料を、好ましくは耐熱レンガを含む。これはＦＬ３０からなる、またはＦＬ３０を含む。第２の層は、好ましくは１Ｗ／ｍＫ未満の熱伝導率を有する。特に、第１の層の熱伝導率を第２の層の熱伝導率で割った比は、少なくとも２である。第３の層は、酸化ジルコニウム不織布を含んでいてもよい。

個々の層を経た絶縁または熱流は、側壁の層において、それぞれの臨界温度を実質的に超えるものがないように、または層もしくは側壁の崩壊が生じ得るほど長い間それぞれの臨界温度を超えるものがないように、適合される。個々の材料の選択、および／または個々の層および／または側壁の寸法および／または幾何形状の選択、および／または精製のための装置の選択は、精製ボリューム、スループット、溶融物の温度など、それぞれの要件に応じて行われる。

精製るつぼの構造だけではなく、特に溶融物の漸進的な加熱を行うこととなる側壁またはライニングをそれぞれ伝導加熱するための側壁またはライニングへの接続または電流供給手段の設計も、関係がある。

供給手段は、ライニングに対する少なくとも１つの上部接続および少なくとも１つの下部接続を介して、側壁への、好ましくはライニングへの接触を確立する。上部および下部接続は、供給手段からライニングへのインターフェースをもたらす。上部接続と下部接続との間には、電圧が印加されて、伝導加熱のための電流が供給される。好ましくは、印加電圧が交流電圧であり、したがって側壁の、好ましくはライニング内の電流は交流である。上部接続は上側に関連付けられ、下部接続は下側に関連付けられる。しかし、これは上部接続を下部接続よりも空間的に上方に配置構成しなければならないことを意味するものではない（例を図６．ｏに示す。）。そうではなく、上部接続を介して、電流を直接（例えば図６．ｅ参照）または間接的（例えば、図６．ａ参照）に、側壁のライニングに供給しまたは側壁のライニングから引き出し、次いで電流を側壁のライニング内で上側から下側にまたは下側から上側に流し、次いで下部接続を介して電流を引き出しまたは供給することを意味する。

本発明の一実施形態では、供給手段は、ライニングと接触をさせるために、少なくとも１つの上部接続部材と少なくとも１つの下部接続部材とを含む。この場合、上部接続部材は、側壁および／またはライニングのカラーに関連付けられる。下部接続部材は、ライニングの底部に関連付けられる。上部および下部接続部材のそれぞれは、特に少なくともその部分が電気伝導性である。上部および下部接続部材のそれぞれは、金属成分であり、または金属を含む。

一実施形態では、上部接続部材は、側壁の外周の部分の周りまたは側壁の外周の周り全体に延びる、ジャケットとして形成され、好ましくは側壁の外面に支えられる。

一実施形態では、下部接続部材が、基面および／または底部の外周の部分の周りまたはこの外周の周り全体に延びる、好ましくは基面および／または底部の外縁に接する、プレートまたはシートとして形成される。下部接続部材は、特に精製るつぼの外側に接触可能になるように、例えば側壁を経てまたは側壁の下を延びて外側に至る。

本発明の別の実施形態では、供給手段は、ライニングと加熱手段とを、好ましくは上部および／または下部接続部材を介して電気的に接続するための、上部連結手段および下部連結手段を含む。

この場合、一実施形態では、上部連結手段は、精製るつぼの外周の部分の周りまたはこの外周の周りに完全に、好ましくは上部接続部材の周りに延びる。一実施形態では、下部連結手段はその一方で、精製るつぼの外周の部分の周りまたはこの外周の周りに完全に、好ましくは下部接続部材の周りに延びる。

好ましくは、上部および／または下部連結手段は、金属プレートまたはシートメタルとして形成され、したがって上部および／または下部接続部材および／またはライニングは２次元的に接触することができる。好ましくは、その厚さは約１ｍｍから約５０ｍｍに、より好ましくは約２ｍｍから約２０ｍｍに及ぶ。本発明の好ましい変形例では、供給手段、好ましくは上部接続および下部接続がライニングに比べて広い断面を有し、したがってライニングの電流密度は供給手段の電流密度よりも高くなる。しかし、ライニングの内部でまたはライニングで発生した電流密度は、本質的に同じである。しかし、ライニングの断面を変化させることによって、ライニングの温度を選択的に修正することも同様に可能である。

本発明の一実施形態は、供給手段の少なくともその一部が冷却可能になるように、供給手段に関連付けられた冷却するための手段を含む。これは、例えば、環境への望ましくない熱放出および／または用いられる材料の過熱を低減させる。

一実施形態では、加熱手段は、１０から１００Ｈｚ、好ましくは５０Ｈｚの周波数で電流を供給するように適合される。これは、精製装置の振動をもたらし、溶融物中での気泡の上昇を促進させる。

一実施形態では、加熱手段は変圧器として設計される。本明細書で使用することができる加熱手段の特定の設計は、精製ボリューム、スループット、溶融物の温度など、実現されるそれぞれの要件に依存する。本発明の一実施形態では、２０Ａ／ｍｍ^２まで、好ましくは３０Ａ／ｍｍ^２までの電流密度を、側壁で、好ましくはライニングで得ることが可能である。一般に、側壁、好ましくはライニングに印加される電位差は、１Ｖから５０Ｖの範囲の程度であってもよく、かつ／または全電流は、５ｋＡから１００ｋＡの範囲の程度であってもよい。電圧は、例えば周波数が１０Ｈｚから１０ｋＨｚの範囲のＡＣ電圧である。

本発明の別の実施形態では、ライニングを誘導加熱するための手段が提供され、したがってさらに、溶融物は少なくともその部分が好ましくは誘導加熱される。

別の実施形態では、好ましくは非酸化流体の定められた雰囲気が溶融物と反対の方向を向いているライニングの面に提供可能になるように、側壁を貫通してまたは精製るつぼの壁を貫通して延びる気体供給手段または供給ラインが提供される。一実施形態では、流体は、好ましくは窒素、アルゴン、ヘリウム、および／またはフォーミング・ガスを含む気体として提供される。

最後に、本発明による方法によって生成することができまたは生成されたガラス物品、好ましくは光学および／または工業用ガラス、および／またはガラス・セラミックも、本発明の範囲内にある。

次に本発明について、以下の例示的な実施形態により詳細に記述する。この目的のため、添付図面を参照する。様々な図面で使用される同じ符号は、同じ部分を指す。

平面図（図１．ａ）および側面図（図１．ｂ）で、ガラスの製造における個々のステップまたは構成要素を例として概略的に示す図である。 本発明による精製るつぼで得られた溶融物の温度プロファイルを示しており、このるつぼは、例として、底部に入口（「底部供給」／図２．ａ）を、または上部領域に側方入口（「上部供給」／図２．ｂ）を有し、それぞれが側方出口を有する図である。 溶融物が１７５０℃よりも高い精製温度に曝される、精製るつぼでの溶融物の滞留時間に関するシミュレーション結果を示す図である。 単層および２層の壁をそれぞれ備えた精製るつぼの第１および第２の例示的な実施形態を、概略的に示す図である。 平面図（図４．ｃ）および水平断面図（図４．ｄ）で、電気連結手段のない（図４．ａ）および電気連結手段を備えた（図４．ｂ）、垂直断面で３層壁を有する精製るつぼの第３の例示的な実施形態を、概略的に示す図である。 本発明による図４．ａに示される実施形態の修正例を示す図である。 電力供給のための接点または上部および下部接続の異なる配置構成を備えた、精製るつぼの様々な実施形態を示す図である。 気体供給ラインを備えた図４．ａの円Ｚ１内の詳細の概略図である。 インターフェース領域の第１および第２の例示的な実施形態を示す、図４．ａの円Ｚ２内の詳細の概略図である。

図１．ａおよび１．ｂは、ガラスを製造する個々のステップと、本発明により構成されかつ本発明により動作する精製るつぼ３の、２つの可能性ある位置を示す。例示を目的として、ガラス溶融物１を溶融し、精製し、調整し、均質化し、かつ成形するためのシステム、したがってガラスを生成するためのシステムを示す。

ガラス製造の第１のプロセス・ステップは、出発材料、すなわちバッチを溶融トラフ２で溶融することである。例として、開放溶融物面１ａを有する開放型溶融るつぼ２が示されている。バッチが粘性になったら、溶融物１の最初の予備精製を溶融トラフ２で開始する。

溶融物１の最大限の均一性および気泡をなくすことを実現するために、ガラス溶融物１の徹底した混合および脱気が必要である。したがって溶融の後、ガラス溶融物１は精製ゾーン３内で精製される。精製ゾーン３は、精製チャンバ３または精製るつぼ３とも呼ばれる。精製の主な目的は、溶融物中で物理的および化学的に結合される気体を、溶融物１から除去することである。

本発明により構成され動作する精製るつぼ３の、２つの可能性ある位置を示す。

一方で、本発明による精製るつぼ３は、るつぼ２の直後のまたはすぐ後の下流に配置構成されてもよく、底部に入口をかつ上側に側方出口を有する精製るつぼ３として設計されてもよい（図２．ａに示される温度プロファイル参照）。この変形例では、精製るつぼ３は、側壁１０、または外周面３２によりそれぞれ画定される。このるつぼは、開放基面３３および開放頂面３１を有する。基面３３は、底部または下側と呼んでもよい。頂面３１は、上側と呼んでもよい（図３．ｂの補足図参照）。

しかし最初に、ある種のチャネルを溶融るつぼ２と精製るつぼ３との間に配置構成することも可能であるが、このチャネルはこの場合には、むしろ側方入口であり、このチャネルを介して溶融物１が精製るつぼ３に供給されるものである。この場合、チャネルは、精製るつぼ３の上部領域の側方入口３ａおよび側方出口３ｂで形成されてもよい（図２．ｂに示される温度プロファイル参照）。

均質化は、全ての成分の溶解および均一分布と、シュリーレンの排除を指す。溶融物の調整は、溶融物１の温度をできる限り素早くかつ正確に調節することを意味する。これは例えば、溶融および精製プロセスが完了してガラスを所望の成型温度にするときに、ガラス溶融炉のチャネル・システムで実現される。

精製るつぼ３の後、溶融物１の流動方向の下流にチャネル４が続き、その内部で溶融物１の調整が実現される。したがってチャネル４を、調整手段４と呼んでもよい。チャネルを経て、溶融物１は、トラフに配置構成された撹拌器手段５ａを含む均質化手段５に供給され、溶融物１を均質化してシュリーレンを溶融物１から除去する役割をする。ガラス溶融物１の均質化の後、ガラスの成形６を行う。一般に、最終的なガラスは、成形処理に常に供される。製品に応じて、ガラスは様々に成形される。ガラスを塑性状態で加工するための、５つの基本的な方法：鋳込み、吹込み、延伸、プレス、および圧延がある。成形は、ガラス塊のゆっくりとした完全な凝固の後に、またはガラスが半液体状態でまだ粘性状態にあるときに、またはガラス塊が既に高温でありかなりの液体状態にあるときに、開始する。特にガラス・セラミックを生成する場合、セラミック化として公知の別の熱処理が必要である。

図２．ａおよび２．ｂは、それぞれの場合に、本発明による精製るつぼ３におけるシミュレーションの結果としての、溶融物１の温度プロファイルを示す。図２．ｂに示される温度プロファイルに関する本発明による精製るつぼ３の特定の例示的な実施形態を、図３．ａ、３．ｂ、４．ａ、および５．ａから５．ｃに示す。これらの実施形態では、空間またはボリュームが、溶融物１の上方で精製るつぼ３内に形成される。これは、それぞれの場合に開放溶融物面１ａが提供されることを意味する。

まず、図２．ａは、図１の記述で最初に述べた、本発明による精製るつぼの実施形態および位置決めを示す。このるつぼは、精製るつぼ３の底部に配置構成された、溶融物１用の入口を有する。対照的に出口は、精製るつぼ３の上部領域に配置構成される。このように精製るつぼ３は、その端面、すなわち基面３３および頂面３１またはその上側および底部側が開放しているある種の容器を構成する。精製るつぼ３は、その部分が真っ直ぐにまたは斜めに先端が切り取られた円錐台の形状を有していてもよい。精製るつぼ３の内面には、伝導的にかつ任意選択でそれに加えて誘導的に加熱することのできるライニング５０が、溶融物接触面として配置される。

一般に、精製るつぼ３に進入する溶融物１の最高温度は、少なくとも約２００℃であり、好ましくは、精製るつぼ３または精製ゾーン３内の溶融物１の最高温度よりも約４００℃を超えない範囲で低い。例えば溶融物１は、約１５００℃から約１６００℃の温度で精製るつぼ３の高温精製ゾーンに進入するが、これは特に、１８００℃よりも高い範囲の通常好ましい温度を有する。溶融物１は、加熱されたライニング５０によって間接的に、徐々に加熱され、上昇する。精製るつぼ３の上縁の端部または領域、すなわち精製るつぼ３の出口では、溶融物１がその最高温度を有し、したがってその最低粘度を有する。最高温度はこの場合、約１８５０℃から約１９００℃に及ぶ。さらにこの領域では、溶融物面１ａまでの距離が最も短い。溶融物１中に存在しまたは溶融物１中で生成された任意の気泡は、溶融物面１ａから出て行く。

ライニング５０に拡がる温度は、ライニング５０に接触している溶融物１の温度よりも高い。しかし、その温度は溶融物１の温度に近い程度のものである。ライニング５０に接触している溶融物のその部分の温度とライニング５０内の温度との差は、１００℃以下であり、好ましくは５０℃以下である。

図２．ｂは、本発明により設計された精製るつぼ３の第２の実施形態を示す。このるつぼは、精製るつぼ３の上部領域に配置構成された、溶融物１用の入口３ａを有する。出口３ｂも精製るつぼ３の上部領域に配置構成されるが、入口３ａとは反対側に配置構成される。精製るつぼ３は、その上部端面または頂面３１または上側が開放しており、かつその下側または基面３３が底部により閉じている種類の容器である。精製るつぼ３は、その部分が真っ直ぐなまたは斜めに先端が切り取られた円錐台の形状を有していてもよい。精製るつぼ３の内面には、伝導的に、かつ任意選択でそれに加えて誘導的に加熱される溶融物接触面としてライニング５０が配置されている。溶融物１は、上方から精製るつぼ３に横方向に進入する。溶融物１は、約１５００℃から約１６００℃の温度で精製るつぼ３に進入する。まず、溶融物１は、精製るつぼ３内を下向きに落下する。溶融物は、加熱されたライニング５０に沿って流れる。加熱されたライニング５０により、溶融物は徐々に加熱され、精製るつぼ３の反対側を上向きに上昇する。精製るつぼ３の上縁の端部または領域で、すなわち精製るつぼ３のアウトプットまたは出口３ｂで、溶融物１はその最高温度を有し、したがってその最低粘度を有する。最高温度はこの場合、約１８５０℃から約１９００℃に及ぶ。さらにこの領域では、溶融物面１ａまでの距離が最も短い。溶融物１中に存在しまたは溶融物１中で生成された気泡は、溶融物面１ａから出て行く。ライニング５０に拡がる温度は、ライニング５０に接触している溶融物１の温度よりも高い。しかしこの温度は、溶融物１の温度に近い程度のものである。ライニング５０に接触している溶融物１の部分の温度とライニング５０内の温度との差は、１００℃以下であり、好ましくは５０℃以下である。

シミュレーションの結果（図２．ｃ参照）は、溶融物が１７５０℃よりも高い精製温度に曝される、本発明による精製るつぼ３内の溶融物１の滞留時間が、従来技術で述べたシステム（本記述の導入部分参照）に比べて長いことを示す。いわゆる短絡流が防止される。溶融物１の短絡流は、精製チャンバ３での滞留時間が単に短い溶融物１の流れまたは部分を指し、したがって、この流れまたはこの部分に関して不十分な精製しか実現できない。驚くべきことに、例えば冷却された壁を用いて現在行われているように（本記述の導入部分参照）、精製チャンバ３に大きな温度勾配を提供することが必ずしも必要ではないことがわかった。能動的な冷却を全く行わない、本発明により構成された精製るつぼ３で得ることができる温度プロファイルは、安定な対流ロールを生成するのに十分なものとなる。

本発明によれば、特に約１７００℃よりも高い温度では、能動的に冷却された壁または面を全く使用しない。代わりに、十分に絶縁された壁が使用され、したがって壁材料または絶縁材料には過大な応力がかからない。この理由は、壁、または壁の第１および／または第２の層が、少なくとも、ライニングを介して間接的に接触しているガラスのように高温だからである。絶縁は適合されまたは十分な熱流は調節され、したがって一方では壁および絶縁材料が過大な応力を受けず、他方では壁を経る熱流は、経済的効率を考慮して低減され、好ましくは最小限に抑えられる。これは、壁の材料、および壁または個々の層の厚さを適切に選択することによって実現される。

本発明による精製るつぼ３の特定の例を、以下に示す。

図３．ａは、精製るつぼ３の第１の例示的な実施形態の断面を、概略的に示す。

精製チャンバ３は、単層構造を有する。精製チャンバ３の側壁１０および底部２３は、それぞれ壁１１によって形成される。側壁１０および底部２３は一緒になって、精製チャンバ３の内部を画定する。これらは精製ゾーン３の基面３３、外周面３２、および頂面３１を画定する（図３．ｂ参照）。側壁１０および底部２３は、耐熱材料で構成される。精製チャンバ３の内部または溶融物接触領域は、金属材料５０、好ましくはシートメタルで裏打ちされる。精製チャンバ３の内面は、金属ライニング５０により覆われる。

ライニング５０は、精製るつぼ３の溶融物接触面を、好ましくは全体的に提供する。ライニング５０は、精製るつぼ３の底部２３および側壁１０を覆う。さらにライニング５０は、精製るつぼ３の内側上縁または精製るつぼ３の側壁１０の内側上縁を越えて延びる。ライニングは側壁１０の上面１０ａに載置され、それによって側壁を好ましくは完全に覆う。したがってライニング５０はカラー５１を形成する。カラー５１は、側壁１０に対して傾いている。カラー５１は、いわば「曲げられている」。カラー５１は、側壁１０に対して約４５°から１３５°の角度を形成し、この場合は約９０°を形成する。さらにライニング５０またはライニング５０のカラー５１は、精製るつぼ３の外側上縁または精製るつぼ３の側壁１０をも越えて延びる。この部分は精製るつぼ３の外面に支えられ、精製るつぼ３の側壁１０の上方部分を覆う。一方、カラー５１は、その面を少なくとも十分離れて延び、したがって側壁１０では、側壁１０の臨界温度を超えることなくまたは少なくとも著しく超えることはない。他方、カラー５１の幅は、るつぼの側方流出の傾向が高いことにより限定される。好ましくは、カラー５１の幅および／または長さは、短絡流が実質的に回避できるように選択される。

側壁１０の外面で下向きに延びる、ライニング５０の部分は、加熱手段用の上部接続６０および６１を形成する。この例では、第１の加熱手段７１および第２の加熱手段７２が、ライニング５０を伝導加熱するために使用される。このために、第１の加熱手段７１用の第１の上部接続６０（符号は、この図では示されていない。）および第２の加熱手段７２用の第２の上部接続６１を提供してもよい。第１の上部接続６０および第２の上部接続６１は、互いに反対側に配置構成される（図６．ａから６．ｇも参照）。精製チャンバ３の底部５３を形成するライニング５０の部分は、この場合その他の、加熱手段７１および７２に関する下部接続６２および６３を提供する。第１の加熱手段７１用の第１の下部接続６２（符号は、この図では示していない。）および第２の加熱手段７２用の第２の下部接続６３を提供してもよい。

第１および第２の加熱手段７１および７２のそれぞれは、好ましくは変圧器を含む。２つの変圧器を用いて、ライニング５０は伝導加熱される。しかし溶融物１は、単一の加熱手段のみによって、この場合は、２つの加熱手段７１および７２の１つによって、伝導加熱されることも可能である。このように、実質的に、溶融物１そのものが加熱されるのではなく、溶融物１は伝導加熱されたライニング５０を通して間接的に加熱される。本発明による加熱の基本的原理に関するさらなる詳細は、図４．ａから４．ｄの記述で説明されることになる。

例えば溶融物１中に配置構成された電極を用い、または放射加熱器を用い、例えばバーナまたは電気加熱放熱器を使用して、好ましくは溶融物１を直接加熱するための、追加の加熱器の使用が可能である。

一例を挙げれば、図３．ａでは、必要に応じて溶融物面１ａの冷却を防止するために、任意選択のバーナ４１が溶融物面１ａの上方の領域、いわゆる上方炉４０内に配置構成されている。バーナ４１と共に、上方炉４０は、シーリング４３および側壁４２により画定される。シーリング４３および側壁４２は、Ｑｕａｒｚａｌ（登録商標）（ケイ素に富むセラミック）、ムライト、および／またはＨＺＦＣ（高ジルコニア融解キャスト）などの耐熱材料から作製される。側壁４２は、精製るつぼ３の上縁を越えてまたは精製るつぼ３の側壁１０の上縁を越えて、下向きに延びる。

上方炉４０と精製るつぼ３との間の移行領域には、特に熱膨張に耐えられるように、隙間が設けられる。上述のように、ライニング５０はこの領域内にも延びる。この移行領域では、特に精製るつぼ３および上方炉４０により画定された内部空間を環境から密閉するために、冷却するための手段８１、好ましくは水運搬チューブなどの水冷手段が配置構成される。移行領域にも流入する溶融物１はそこで固化し、移行領域を密閉する。いわゆるグレージング・カラー８０が形成される。このように、ライニング５０は、環境に存在する酸素と接触するのを防止することができる。これは、ライニング５０が、例えば高温での酸化に耐えられないイリジウムから形成されるときに特に重要である。ガラス溶融物１は、ライニング５０全体またはカラー５１全体を覆い、したがって３相界面は存在しないようになる。グレージング・カラー８０のさらなる詳細およびさらなる精製を、図８．ａおよび８．ｂに示す。

底部５３を形成するライニング５０の部分は壁２３上に載置され、底部に安定性をもたらす。この壁２３は、底部に対してある種の基礎をもたらす。精製るつぼ３を環境から効果的に遮断するために、基礎２３を気密ビン２４で包封する。

まとめると、図３．ａは、単層構造を有する壁１０および２３を含む、精製るつぼ３を示す。壁１０の単層１１は、溶融物１の特に約１７００℃よりも高い温度で、精製るつぼ３に機械的強度または安定性をもたらす。さらに、この単層１１は、十分低い熱伝導率を示し、したがって発生した熱がシステム内に残るようにかつ環境に放出されないようになる。図３．ａに示されるように、底部２３および側壁１０は、一体的に形成されてもよく、すなわち単一構成要素で提供されてもよい。

図３．ｂは、基面３３、頂面３１、および外周面３２によって画定される精製用のボリュームを示す。精製ボリュームは、記述されるボリュームに必ずしも限定されず、カラー５１よりも上のボリュームを含んでいてもよい。さらに図３．ｂは、図３．ａに示されるシステム３の修正例を示す。側壁１０は、もはや単層構造ではなく、２層構造である。ライニング５０に隣接する第１の層１１は、ライニング５０の温度安定性に類似した温度安定性を有し、必要な安定性をるつぼ３に提供する。好ましくは、第１の層１１は、約２０００℃までの温度安定性を示す。１つの例示的な実施形態では、第１の層１１は、好ましくはＺｒＯ_２および／またはスピネルをベースにした耐熱セラミック材料で作製される。

第２の層１２は、第１の層１１に比べて低い温度安定性を有する。しかし代わりに、第２の層１２は、第１の層１１よりも低い熱伝導率を有する。したがって第２の層１２は、必須の断熱性を提供し、したがって発生した熱はシステム内に残りかつ環境に放出されない。例えば第２の層１２は、ＦＬ３０で作製されてもよい。第２の層１２は、約１６００℃から約１７００℃の温度安定性を有する。

第１の層１１は、Ｌ字形断面を有する。その１つの脚は、第２の層１２を越えて外向きに延び、それによって第２の層１２用のカラーが形成される。このように、第２の層１２は、加熱されたライニング５０に直接熱接触していない。

底部２３または底部の基礎２３は、約２０００℃までの温度安定性を有する。例えば底部２３は、好ましくはＺｒＯ_２および／またはスピネルをベースにした耐熱セラミック材料で作製された壁である。

図４．ａから４．ｄは、３層壁１０を有する精製るつぼ３の第３の実施形態を概略的に示す。まず、図４．ａは、この図には示されていない対になった加熱手段７１および７２への電気連結手段６６および６８がない、精製るつぼ３の水平断面を示す。

精製るつぼ３は、いわゆる「頂部供給」、すなわち上方からの入口３ａを有する。溶融物１の流動方向１ｂを、矢印で示す。溶融物１は側方に流動し、この場合は左から側壁１０の上面に沿ってるつぼ３に入り、縁部を通過した後に下向きに流動する。加熱された壁１０またはライニング５０を通してるつぼ３の内部を続けて加熱することにより、この例では、溶融物１は再び上向きに上昇し、側壁１０の上縁の上方に上昇し、次いで側方に外向きに流動し、右側に至る。溶融物１は、２つの加熱手段７１および７２の接続ラインに平行にまたはこの接続ラインに沿って流動する。本発明の１つの変形例では、溶融物は、この接続ラインに垂直にまたは横に流動してもよい。例えば接続部材６６および６８またはフランジを、溶融物１の流動方向１ｂに対して９０°回転させる。図４．ｂおよび４．ｃでは、溶融物１の流動方向１ｂが、画像平面の外ならびに画像平面内に延びてもよいことが示される。

左に示されるカラー５１は、ガラス溶融物１用の入口３ａを画定する。右に示されるカラー５１は、ガラス溶融物１用の出口３ｂを画定する。ライニング５０には十分に「通電され」または伝導加熱されるので、溶融物１は、るつぼ３の内部空間でだけではなく、既に左のカラー５１で、さらに右のカラー５１でも同様に加熱される。

精製るつぼ３の内側または内部ボリュームは、基面３３、頂面３１、および外周面３２により画定される精製空間を形成する。精製ボリュームは、記述されるボリュームに限定する必要はなく、カラー５１の上方のボリュームを含んでいてもよい。外周面３２は、側壁１０もしくは側壁１０の内面１０ｂによって、または側壁１０のライニング５０によって、境界がつけられまたは画定される。基面３３は、ライニング５０の底部５３により制限されまたは画定される。頂面３１は、例えばるつぼ３の上部開口によって画定される。

壁１０の構造は、図３．ｂに示される構造に類似している。第１の相違として、追加の第３の層１３が、るつぼ３に必須の機械的安定性を与える第１の層１１と、ライニング５０との間に配置構成される。一般に第３の層１３は、好ましくは約２１００℃まで温度耐性のある布地である。布地の一例はフェルトである。材料の一例はＺｒＯ_２である。好ましい実施形態では、第３の層１３はＺｒＯ_２フェルトを含む。第３の層１３は、例えば設置中に、ライニング５０から第１の層１１を機械的に保護する。さらにライニング５０は、熱に関連した膨張または収縮中に、第３の層１３上を滑ってもよい。さらに第３の層１３は、ライニングから蒸発した粒子に対するある種のトラップの役割を果たす。第３の層１３は、側壁１０の上面１０ａおよび内面１０ｂを覆う。これはある種の第２のライニングを形成する。

溶融物１は、電流によって、ライニング５０の側壁５２を、少なくともその部分を伝導加熱することにより加熱される。この例では、ライニング５０全体が伝導加熱される。これは、ライニング５０の上部外縁と、側壁５２が底部５３に融合する下部内縁で、電力が供給されるからである。

電流は、電圧Ｕ１およびＵ２を印加することによって発生し、それによって、Ｕ１≠Ｕ２の場合にライニングに電位差が発生する。Ｕ１＞Ｕ２の場合の、ライニング５０内の電流の方向を矢印で示す（図４．ｂ参照）。

示される例では、側壁５２の電流の流れる方向が頂面３１から基面３３に、または上側３ｃから下側３ｄになるように、ライニング５０の側壁５２に電位差が得られる。ライニング５０のカラー５１も同様に加熱されるので、電流の流れる方向はカラー５１の外側から側壁５２に向かって内向きになり、側壁５２内では、頂面３１から基面３３に向かう。底部５３は一般に伝導加熱されず、または少なくとも２つの加熱手段７１および７２の場合に伝導加熱されないが、それは電位が均一でありしたがって電流が流れないからである。カラー５１の左側からカラー５１の右側への電流はなく、すなわち入口３ａから出口３ｂに向かって流れず、またはその逆も同様である。

この実施形態では、加熱は、２つの加熱手段７１および７２を使用して実現される。電源は、ある点を介して機能せず、面を介して機能する。これに関しては、図４．ｂから４．ｄを参照されたい。

ライニング５０は、単一構成要素として提供してもよい。その利点は、縁部を全くまたは少ししか密閉する必要がないことである。しかしこの例では、ライニング５０が２つの部分で形成される。ライニング５０の側壁５２およびカラー５１は、第１の、好ましくは一体構造の構成要素によって提供される。ライニング５０の底部５３は、第２の構成要素によって提供される。側壁５２の下面は底部５３に載置される。好ましくは、側壁５２および底部５３は一緒に溶接される。

好ましい実施形態では、ライニング５０の底部５３を提供する構成要素の表面積は、精製ゾーン３の基面３３よりも広い（図４．ｄ参照）。より良く示すために、これを、ソーサに置かれたカップと比較することができる。ソーサは一般に、カップの底部よりも広い面または大きい直径を有する。したがって、ある種の延長部またはカラーが形成される。これは、このカラーと、したがって底部５３との接触を容易に確立することができるという利点をもたらす。好ましくは、この領域は、基面３３よりも厚く形成され、したがってジュール加熱をここでは最小限に保つことができる。

ライニング５０の底部５３は、下部接続部材６５を使用して接触させる（同様に図４．ｄ参照）。下部接続部材６５は下部接続６２および６３に接触する（図６．ａから６．ｇ参照）。下部接続部材６５は底部５３に関連付けられる。好ましくは下部接続部材６５は、環状フランジ６５であり、好ましくは円形フランジである。環状フランジ６５は、図示されるように底部５３の外縁に係合してもよい。しかし、長さの熱変化を補償できるようにするために、延長要素６４を中間小片として設けることも可能である（図３．ａおよび３．ｂの延長プレート６４参照）。好ましくは環状フランジ６５が底部５３に溶接される。環６５は、好ましくは底部５３の外周の周り全体に延びる。環６５は金属で作製され、例えばニッケル・フランジ６５を構成する。環６５は、側壁１０を経てまたは側壁１０の下を、外側まで延びる。接続部材６５は、特に下部連結手段６６を介する、ライニング５０と対になった加熱手段７１および７２との間の２つの電気接続の、１つを提供する（図４．ｄ参照）。

ライニング５０のカラー５１は、上部接続部材６７を介して接触する（同様に図４．ｃ参照）。ここで上部接続部材６７は、側壁５２およびカラー５１に関連付けられる。この部材はライニング５０の上方部分に接触する。上部接続部材６７は、側壁１０の外面１０ｃに係合する。これは、好ましくはるつぼ３の外周の周り全体にまたはるつぼ３の側壁１０の外面１０ｃの周りに延びるジャケット、例えば円筒状ジャケットを構成する。ジャケット６７は、例えばニッケル・フランジ６７を構成する金属で作製される。上部接続部材６７は、特に上部連結手段６８を介した、ライニング５０と加熱手段７１および７２との間の２つの電気接続の、他の１つを提供する。

図４ｂは図４．ａに類似している。さらに加熱手段７１および７２への連結手段６６および６８を、その図に例示する。図４ｃは、図４．ｂのシステムを平面図で示す。図４．ｄは、図４．ｂのシステムを、切断線Ａ−Ａに沿った断面で示す。

連結手段６６および６８は、ライニング５０と加熱手段７１および７２との間に電気接続を確立する。連結手段６６および６８は、フランジ６５および６７に、好ましくはそこに隣接することによって電気的に連結されたプレートとして形成される。連結手段６６および６８とフランジ６５および６７は、それぞれ、一体的にまたは１つの小片として形成されてもよい。

連結手段６６および６８は、半径方向に外向きに延びる。図４．ｃおよび４．ｄに示されるように、これらの手段は精製るつぼ３の外周の周り全体に延びる。これは、より均一な電流分布をもたらし、したがってライニング５０のより均一な加熱をもたらす。

例として、２つの加熱手段７１および７２をここでは使用する。２つの加熱手段７１および７２により生成された電流は、対向する側からライニング５０に供給され、したがって互いに約１８０°の角度をなす。加熱の理想的な場合は、ライニング５０の外周の周りの均一な電流供給と考えられる。一例は、回転対称な電力供給である。この理想的な場合に近付くために、複数の加熱手段７１および７２、および／または複数の電源領域を使用してもよい。好ましくは複数の加熱手段７１および７２、および／または複数の電源領域は、互いにほぼ等しい角度間隔で配置構成される。例えば、既に図示されるように１８０°の間隔を空けて配された２つの接続、または１２０°の角度で間隔を空けて配された３つの接続、９０°の角度で間隔を空けて配された４つの接続などがある。

下部接続部材６５および関連付けられた下部連結手段６６と、上部接続部材６７および関連付けられた上部連結手段６８は一緒になって、ライニング５０への、したがってライニング５０を加熱するための、電力供給手段を形成する。（１つまたは複数の）下部接続６２および／または６３は、それに関連付けられた下部接続部材６５および下部連結手段６６を有する。（１つまたは複数の）上部接続６０および／または６１は、それに関連付けられた上部接続部材６７および上部連結手段６８を有する。好ましくは、ライニング５０用の供給手段６５から６８は、ライニング５０よりも広い断面を有する。したがって供給手段６５から６８における電流密度は低減する。したがって熱は供給手段６５から６８で発生せずに、ライニング５０で発生し、したがって例えば環境への望ましくない熱放散が低減する。

一実施形態では、ライニング５０用の供給手段６５から６８は、少なくともその部分で冷却される。このため、供給手段６５から６８の抵抗の低下により、特に環境への望ましくない熱損失を低減することが可能になる。例えば側壁と底部との間で接する縁部の領域には、冷却装置が備えられる。このため溶融物は、この領域に進入して固化され、密閉を行うようになる（例えば、図３．ａおよび３．ｂの延長要素６４付近の冷却手段８１参照）。

図５．ａから５．ｃは、図４．ａに示される精製るつぼ３の修正例を示す。

まず、図５．ａは、ライニング５０が伝導加熱されるだけではない実施形態を示す。ある部分では、ライニング５０はさらに誘導加熱される。例えばカラー５１は、さらに誘導加熱される。好ましくは、溶融物１用の出口３ｂを形成するカラー５１は、さらに加熱される。この目的のため、コイル７３を出口３ｂの領域に配置構成する。このように、溶融物１の温度は精製の終わりに上昇する可能性があり、したがって溶融物１の精製を必要に応じて促進させることができる。インダクタの幾何形状および発振回路の周波数は、精製るつぼ３の対応する幾何形状に適合される。

図５．ｂは、ライニング５０で発生する温度プロファイル、したがって溶融物１でも同様に発生する温度プロファイルに影響を与えるために、ライニング５０の厚さを、特にその部分で選択的に変化させる実施形態を示す。例として、カラー５１、ここでは溶融物１用の出口３ｂを形成するライニング５０の厚さは、側壁１０上のライニング５０および５２の厚さよりも大きくなるように選択される。これは、より低い電流密度をもたらし、したがって出口３ｂでより低い温度をもたらす。このように、例えば溶融物成分の過剰な加熱およびそれに伴う「蒸発」を低減させまたは防止することができる。

図５．ｃは、溶融物１用の入口３ａに比べて拡大されたカラー５１を出口３ｂの領域に有する、精製るつぼ３の実施形態を示す。これは、溶融レベルが低い場合に加熱された溶融物１を長距離にわたり移動させることができ、したがって気泡を逃すのに少しの時間しか必要としない。このように、精製を改善することができる。同時に溶融物１を冷却してもよく、したがって下流の装置３に続けて接触する場合、重大ではない腐食は全くまたは僅かしか予測されない。出口３ｂまたは出口３ｂでのカラー５１は、特にその長さに関し、耐熱材料などの精製装置３の下流のユニットの材料に実質的に影響を及ぼすことなくまたはその材料を劣化させない温度まで、溶融物１を冷却することができるように選択されまたは寸法決めされる。

本発明の一態様は、少なくとも精製るつぼ３の側壁１０、好ましくはライニング５０の側壁５３が、少なくともその部分でまたは余すところなく、好ましくは伝導加熱されるという事実に基づく。伝導加熱は、精製るつぼ３の側壁１０で、好ましくはライニング５０の側壁５２で、側壁１０または５２における電流の流れる方向が頂面３１から基面３３にまたは基面３３から頂面３１になるような手法で、電位差が得られるように行われる。ライニング５０、またはライニング５０の側壁５２における電流は、精製るつぼ３の上側３ｃから下側３ｄにまたは下側３ｄから上側３ｃに流れる。

このコンテクストにおいて、図６．ａから６．ｈは、精製るつぼ３の簡略化した断面を示し、より精密に言えば、それぞれ電流を供給するためのまたは電圧を印加するための接続の、異なる配置構成を有する精製るつぼ３のライニング５０について述べている。より良く理解するために、接続６０から６３をここでは導入する。これらの接続は、電流がライニング５０に供給される領域を特定する。これらはライニング５０の異なる領域に配置構成される。電圧は、この場合もＵ１およびＵ２と呼ぶ。例としてＵ１は、Ｕ１＞０Ｖの正の値を有する。対照的にＵ２は接地電位にあり、例えばＵ２＝０Ｖである。示される矢印は、電流の流れる方向を示す。

図６．ａは、図４．ａに既に示された接続または電力供給スキームを示す。電力供給スキームは、この場合、２つの加熱手段７１および７２に向けて設計される。２つの上部接続６０および６１と２つの下部接続６２および６３が設けられる。２つの下部接続６２および６３は、精製るつぼ３の内側下縁に配置構成され、そこでは側壁５２がライニング５０の底部５３に合流している。底部５３を形成するライニング５０は同じ電位Ｕ２にあるので、底部５３は伝導加熱されなくなる。２つの上部接続６０および６１は、カラー５１を形成するライニング５０のそれぞれの外側上縁に配置構成される。

後に続く図において、２つの上部接続および２つの下部接続に関する符号６０から６３の表示と、ライニング５０の部分に関する符号５１から５３の表示と、上側および下側に関する符号３ｃから３ｄの表示は省略した。

図６．ｂは、図５．ｃに既に示された電力供給スキームを示す。出口３ｂは、溶融物１の入口３ａに比べて大きい。さらにカラー５１は、側壁１０の外面１１ｃ上に下向きに延びる。これは図３．ａおよび３．ｂに既に示されている。したがって接続６０および６１は、外面１０ｃに配置構成される。その他の場合には、接続６２および６３は、図６．ａに示される接続６２および６３と同一である。繰返しを避けるために、上記説明を参照されたい。

図６．ｃは、単一の加熱手段７１のみが設けられた電力供給スキームを示す。そのような電源は確かに完全に非対称であるが、このタイプの電源は、Ｕ１とＵ２との間の最短経路に沿った局所加熱によってこの最短経路に沿って高い抵抗をもたらすので、精製するのに十分であり、したがって、それほど加熱されていない領域でのより低い抵抗により、電流は外周にわたって徐々に「拡がり」または「進む」ことになる。これは、破線矢印によって示される。本発明のこの変形例では、加熱手段７１のこの片側の配置構成により、電流は底部５３にさらに流れることができる。

図６．ｄは、第１に、上部接続６０および６１がカラー５１の外縁に配置構成されていないが例えばカラー５１に中間に配置構成されている、電力供給スキームを示す。また、下部接続６２および６３も、もはやコーナにはない。これらの接続は、底部５３そのものに配置構成される。この実施形態では、電流はやはり、側壁５２と一緒に部分的に加熱されることになる底部５３のある部分を経て流れることになる。

図６．ａから６．ｄに示される実施形態のライニング５０の側壁５２は、底部５３に垂直にまたは直角に配置構成される。対照的に、図６．ｅから６．ｈは、側壁５２が垂直または直立方向に対して傾いて、台形の断面を与える実施形態を示す。そのような傾きによれば、側壁５２と相互に作用する領域内に存在する気泡は一般的に垂直に上向きに上昇し、傾いた側壁５２に沿っては上昇しないので、側壁５２上への気泡の付着が低減する。好ましくは、側壁５２と垂直または直立方向との間に形成された角度は、１°から１５°の範囲である。気泡は、溶融物１に含まれていてもよく、かつ／または精製によって生成されていてもよい。

気泡の付着は、加熱手段７１および／または７２からライニング５０に１０から１００Ｈｚの周波数（供給周波数）で電流を供給することによって、さらに低減させることができる。本発明の簡略化した実施形態では、それぞれの国で典型的な供給周波数が供給される。例えば欧州では、この周波数は約５０Ｈｚであり、米国では約６０Ｈｚである。その結果、装置３は振動する。高い電流密度により、気泡はライニング５０から「振り落とされる」。より高い周波数、例えば約１０ｋＨｚまでの周波数を使用することによって、気泡の形成を少なくとも低減させることができまたは回避することができる。この目的で、加熱手段７１および／または７２はインバータを含んでいてもよい。

図６．ｅは、図６．ａに示されたものと実質的に類似している電力供給スキームを示す。繰返しを避けるために、図６．ａと併せて上記説明を参照されたい。しかし、ライニング５０はこの場合２部構造を有し、ライニング５０の第１の部分としての側壁５２と、ライニング５０の第２の部分としての底部５３とからなる。底部５３は、側壁５２との隣接縁を越えて延びる。底部は、言ってみればその面が突出している。それによって、ある種の延長部またはカラーが形成される。２つの下部接続６２および６３は、この延長部で係合する。この構成は、ここでは図示されていない下部接続部材６５への容易な接続可能性が認められる（図４．ｄ参照）。

図６．ｆは、図６．ｂに示されるものに実質的に対応した電力供給スキームを示す。壁５２の傾きの他、この構成の別の相違は、入口３ａにカラーがないことである。

図６．ｇは、基面３３に入口３ａを有する精製るつぼ３の、電力供給スキームを示す。例として、電源の極性、したがってライニング５０での電流の流れる方向を逆転させた。

さらに図６．ｈは、接続６０から６３が、縁部にもコーナにも配置されずにそれらの間のある範囲に配置されるように側壁５２に配置構成された、電力供給スキームを示す。上部接続６０および６１と下部接続６２および６３は、側壁５２上に配置される。したがって側壁５２は、その部分でのみ伝導加熱される。

図６．ｉは、底部がもはや平面形状をもたずに湾曲している実施形態を示す。この実施形態では同様に、精製ボリュームが、そこに関連付けられてこの場合は湾曲している基面３３を有していてもよい。

対照的に図６．ｊは、実質的に三角形の断面を有する実施形態を示す。ここで基面３３は、三角形の下部の点により形成される。さらに下部接続６２および６３は、１点または小さい面積で一致する。

図６．ｋは、全体が湾曲した構成の実施形態を示す。さらなる進展として図６．ｌは、この場合２つの湾曲面により形成された修正例を示す。

図６．ｍおよび６．ｎは、電流が部分的に、電流の流れる実際の方向に直角にまたは抗するようにも流れる実施形態を示す。ここで重要なのは、全体的に考えて、電流が依然として底部から頂部に流れるということである。

最後に図６．ｏは、ライニング５０が外面でかなり下まで延びて、空間的に考えた場合に上部接続６０および６１が下部接続６２および６３の下にある実施形態を示す。しかし、側壁１０のライニング５２内の電流の流れる方向が頂部から底部に至るように、電流が依然としてライニング５０に供給されることは必要不可欠である。

図示される全ての実施形態において、側壁５２の電位差は、側壁５２での電流の流れる方向が頂面３１から基面３３に至るように選択され（図６．ａから６．ｆ、および６．ｈから６．ｏ）、またはその逆も同様であり、基面３３から頂面３１に至るように選択される（図６．ｇ）。したがって電流は、上側から下側に流れ、またはその逆も同様である。したがって電流は、溶融物１に接触する側壁５２で電流が流れる方向が逆転しまたは完全に逆転するようには流れなくなり、したがって例えば１つの側壁５２での電流の流れは頂面３１から基面３３に至り、対向する側壁５２では基面３３から頂面３１に流れることがわかる。

図７は、図４．ａの詳細なＺ１の概略図を示す。側壁５２では、気体供給ライン９０が配置構成されまたは組み込まれる。このように、定められた雰囲気を、背面またはライニング５０または５３の溶融物から離れた面に適用することができる。好ましくは非酸化流体の雰囲気が適用される。好ましくは、流体は、気体として供給される。気体は、窒素、不活性ガス、および水素からなる群から選択された少なくとも１種の気体である。このため、イリジウムは高温での酸化に対して、特に周囲酸素に対して耐性がないので、ライニング５０または５３の、特にイリジウムで作製されたライニング５０または５３の、酸化に対する効果的な保護が可能になる。一般に実施するのが複雑な完全に気密の構造は、必要としない。好ましくは、定められた雰囲気は流動システムを構成せずに、永久に流体を交換することのない実質的に静的なシステムを構成する。このように、固体と気相または液相との間が熱力学的平衡に達することになるので、高温での金属ライニング５０の気化を低減させることができる。

図８．ａおよび８．ｂは、図４ａの詳細なＺ２の図を示し、ライニング５０または５１への接続が一方では確立されかつ隣接する装置４または上方炉４０への移行が実現される、移行領域の第１および第２の例示的な実施例が示されている。移行領域は、いわゆるグレージング・カラー８０として設計される。

図８．ａは、本発明によるグレージング・カラー８０の第１の実施形態を示す。ライニング５０のカラー５１は、側壁１０の外縁を越えて延び、下向きに「曲がり」、接続部材６７またはライニング５０を加熱するフランジに係合する。このように、電気接続が確立される。好ましくは、ライニング５０またはライニング５１の端部は接続部材６７に弾力的に係合し、したがって熱線形膨張を補償することができる。このために、好ましくは、ライニング５０の端縁を「曲げる」。例えば、ライニング５０、接続部材６７のヘッドエンド、およびＰｔシート４４で覆われた耐熱材料４２の間に、溶融物１を充填することができる中間空間が形成される。接続部材６７はＬ字形である。その上方の水平な脚の下に、冷却手段８１、例えば水運搬パイプが配置構成される。このため、中間空間に流入する溶融物１を固化させて、固有の材料の保護ジャケットを形成し、移行領域を閉じること、好ましくは気密にすることが可能である。

図８．ｂは、本発明によるグレージング・カラー８０の第２の実施形態を示す。側壁１０の外面に沿って延びるライニング５０およびカラー５１の領域は、図８．ａを参照しながら記述した領域に類似している。したがって、繰返しを避けるため、上記図８．ａの説明を参照されたい。次に、接続部材６７は、ライニング５０の端部または縁部を越えて上向きに延びる。接続部材６７は、Ｌ字形の上に置かれたある種の延長部または細長い部分を有する。好ましくは、延長部は、側壁１０の上縁まで延びる。したがって中間空間が、ライニング５０と接続部材６７との間に形成され、溶融物１を充填することができる。接続部材６７の延長部内または延長部に、冷却システムまたは冷却手段８１が配置構成される。この場合も、冷却手段８１の１つの可能性ある実施例は、水運搬パイプ・システム８１である。このように、中間空間に流入する溶融物１は、固化して、固有の材料の保護ジャケットを形成し、移行領域を閉じて、好ましくは気密にすることができる。

本発明の１つの利点は、例えば、従来技術の装置（ＤＥ １０ ２００６ ００３ ５２１ Ａｌ）に比べて６０から８０％低いエネルギー消費量である。さらに、追加のフェイルセーフ冷却塔を必要としない。最後に、この技術は、用いられるガラスの電気伝導率に依存しない。これは高い柔軟性をもたらす。例えば、ホウケイ酸ガラスからガラス・セラミックまたはアルカリ・フリー・ガラスに変更する場合、修正を必要としない。

記述された実施形態は、例として理解されることが、当業者には明らかであろう。本発明は、これらの例示的な実施形態に限定するものではなく、本発明の精神から逸脱することなく多くの手法で様々に変えてもよい。

個々の実施形態の特徴ならびに記述の概略的部分で述べた特徴は、互いに組み合わせてもよい。

１ 溶融物またはガラス溶融物
１ａ 溶融物面または自由溶融物面
１ｂ 溶融物の流動方向
２ 溶融トラフまたは溶融ユニット
３ 精製るつぼまたは精製ゾーン
３ａ 精製るつぼの入口
３ｂ 精製るつぼの出口
３ｃ 精製るつぼの上側
３ｄ 精製るつぼの下側
４ チャネルまたは調整手段
５ 均質化手段
５ａ 撹拌器手段
６ 成形手段
１０ 側壁または外周面
１０ａ 側壁の上面
１０ｂ 側壁の内面
１０ｃ 側壁の外面
１１ 第１の層
１２ 第２の層
１３ 第３の層
２３ 精製るつぼの底部または基礎
２４ ビンまたは気密ビン
３１ 頂面
３２ 外周面
３３ 基面
４０ 上方炉
４１ バーナ
４２ 上方炉の側壁
４３ 上方炉のシーリング
４４ シートメタルまたは白金シート
５０ ライニング
５１ ライニングのカラー
５２ ライニングの側壁
５３ ライニングの底部
６０ 第１の上部接続
６１ 第２の上部接続
６２ 第１の下部接続
６３ 第２の下部接続
６４ 延長要素または延長プレート
６５ 特に底部用の、下部接続部材、またはフランジもしくはニッケル・フランジ
６６ 下部接続部材と加熱手段との間の下部連結手段
６７ 側壁および／またはカラー用の上部接続部材、またはフランジもしくはニッケル・フランジ
６８ 上部接続部材と加熱手段との間の上部連結手段
６９ ２つの連結手段の間の絶縁
７１ 第１の加熱手段または第１の変圧器
７２ 第２の加熱手段または第２の変圧器
７３ 誘導コイル
８０ グレージング・カラー
８１ 冷却手段または流体運搬パイプもしくはパイプ・システム
９０ 気体供給

Claims (20)

1. 無機非金属溶融物を精製する装置であって、
   上側（３ｃ）および下側（３ｄ）を備えた精製るつぼ（３）であり、少なくとも側壁（１０）によって画定されて、その内面（１０ｂ）に溶融物接触面として金属ライニング（５０、５２）を有し、前記側壁が、少なくとも、第１の層（１１）と、第２の層（１２）とを含み、前記第１の層（１１）は、前記第２の層（１２）に比べて高い温度安定性を有し、前記ライニングが、前記精製るつぼの前記溶融物接触面を全体的に提供するるつぼと、
   前記ライニング（５０、５２）内の電流によって前記ライニング（５０、５２）を伝導加熱するための少なくとも１つの加熱手段（７１、７２）であり、前記加熱されたライニング（５０、５２）を通して前記溶融物を加熱することができるようになされており、前記加熱手段（７１、７２）と前記ライニング（５０、５２）とが供給手段によって互いに接続されている加熱手段と
   を含み、
   前記供給手段は、少なくとも前記側壁（１０）の前記ライニング（５０、５２）において、その少なくとも部分において、前記上側（３ｃ）から前記下側（３ｄ）にまたは前記下側（３ｄ）から前記上側（３ｃ）に流れる電流を発生させることができるように、少なくとも１つの上部接続（６０、６１）および少なくとも１つの下部接続（６２、６３）によって前記ライニング（５０、５２）との接触を確立している
   装置。
2. 前記ライニング（５０）が、前記側壁（１０）の上面（１０ａ）をその少なくとも部分で覆うカラー（５１）を形成する、請求項１に記載の装置。
3. 前記供給手段が、前記ライニング（５０、５１、５２、５３）に接触するための少なくとも１つの上部接続部材（６７）および少なくとも１つの下部接続部材（６５）を含む、請求項１または２に記載の装置。
4. 前記上部接続部材（６７）が、前記ライニング（５０）の前記側壁（１０、５２）および／または前記カラー（５１）に関連付けられ、前記下部接続部材（６５）が、前記精製るつぼ（３）の前記下側（３ｄ）および／または底部（５３）に関連付けられる、請求項３に記載の装置。
5. 前記上部接続部材（６７）が、前記側壁（１０）の外周、少なくともその部分の周りに延びるジャケットとして形成される、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記下部接続部材（６５）が、前記下側（３ｄ）および／または前記底部（５３）の外周、少なくともその部分の周りに延びるプレートとして形成され、かつ／または前記下部接続部材（６５）が、前記側壁（１０）を貫通してまたは前記側壁（１０）の下を外側まで延びる、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の装置。
7. 前記供給手段が、前記ライニング（５０、５１、５２、５３）と前記加熱手段（７１、７２）とを電気接続するための、上部連結手段（６８）および下部連結手段（６６）を含む、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の装置。
8. 前記上部連結手段（６８）が、前記精製るつぼ（３）の外周の周りに、少なくともその部分の周りに延び、前記下部連結手段（６６）が、前記精製るつぼ（３）の外周の周りに、少なくともその部分の周りに延びる、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の装置。
9. 前記供給手段が、前記ライニング（５０、５１、５２、５３）に比べて大きな断面を有する、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の装置。
10. 前記供給手段に関連付けられた、冷却するための少なくとも１つの手段（８１）を含み、したがって前記供給手段は少なくともその部分が冷却可能である、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の装置。
11. 前記ライニング（５０、５１）を誘導加熱するための手段（７３）を含む、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の装置。
12. 前記ライニング（５０、５１、５２、５３）が、その部分において修正された断面を有し、その結果、修正された断面を有する部分では、温度が、修正された電流密度を通して選択的に調節できるようになる、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の装置。
13. 前記側壁（１０）が、前記精製るつぼ（３）の前記下側（３ｄ）および／または前記底部（５３）に対して傾いている、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の装置。
14. 前記側壁（１０）が多層構造を有する、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の装置。
15. 前記第２の層（１２）は、前記第１の層（１１）に比べて低い熱伝導率を有する、請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の装置。
16. 前記側壁（１０）が、前記第１の層（１１）と前記ライニング（５０、５１、５２、５３）との間に配置構成された第３の層（１３）を含む、請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の装置。
17. 前記第１の層（１１）が、実質的にＬ字形の断面を有し、その１つの脚が前記第２の層（１２）の上方を外向きに延びる、請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の装置。
18. 前記側壁（１０）を貫通して延びる気体供給ライン（９０）を含む、請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の装置。
19. 前記加熱手段（７１、７２）が、１０Ｈｚから１０ｋＨｚの周波数で電流を供給するように適合されている、請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の装置。
20. ガラスおよび／またはガラス・セラミックを生成する方法であって、
    バッチを溶融してガラス溶融物（１）を提供することと、
    少なくとも側壁（１０、５０、５２）に隣接しているあるボリュームで、前記ガラス溶融物（１）、少なくともその部分の温度を上昇させることによって前記ガラス溶融物（１）を精製することであって、少なくとも前記側壁（１０、５０、５２）が、少なくともその部分で電流により伝導加熱され、前記側壁が、少なくとも、第１の層（１１）と、第２の層（１２）とを含み、前記第１の層（１１）は、前記第２の層（１２）に比べて高い温度安定性を有し、
    前記側壁（１０、５０、５２）内で電流が流れる方向が頂部から底部または底部から頂部になるように、電位差が、前記側壁（１０、５０、５２）に提供されることと、
    前記精製されたガラス溶融物（１）を均質化および／または調整することと、
    前記均質化および／または調整されたガラス溶融物（１）を、ガラスおよび／またはガラス・セラミックを提供することができるように、成形および／または冷却および／または熱処理することと
    を含む方法。