JP6654502B2

JP6654502B2 - ガラス溶融装置

Info

Publication number: JP6654502B2
Application number: JP2016087867A
Authority: JP
Inventors: ゾルクアレクサンダー; リンディヒマティアス
Original assignee: ベタイリグンゲンゾルクゲゼルシャフトミットベシュレンクテルハフツングウントコンパニーコマンデイトゲゼルシャフト
Priority date: 2015-04-27
Filing date: 2016-04-26
Publication date: 2020-02-26
Anticipated expiration: 2036-04-26
Also published as: CN106082589A; DE102015108195B4; RU2016116401A; JP2016204257A; RU2707220C2; US20160311715A1; US10125041B2; RU2016116401A3; DE102015108195A1

Description

本発明は、Ｕ字型火炎加熱装置を有する溶融槽を備えたガラス溶融装置に関し、当該Ｕ字型火炎加熱装置は、側壁と底部を備え、当該溶融槽は、少なくとも４０ｍ²の溶融面を有する。この溶融装置の材料供給は、挿入予備室を介して一方の側から材料供給装置を用いて行なわれる。

溶融槽は、一般的に供給材料を供給するための入口と、好ましくは融解されたガラスを取り出すための通路状の出口とを備え、ここでこの溶融槽の入口には挿入予備室が結合されており、またこの挿入予備室は天蓋部を備え、この天蓋部は、上記の材料供給装置に向かって、前面壁を有し、この前面壁は天蓋部と共に上記の溶融槽に向かって開放されている１つのガス室を包囲している。従来の挿入予備室の面積は、通常１．５ｍ²〜３．５ｍ²であった。この溶融槽の入口と反対側にある端部で、この挿入予備室はさらに前面壁における開口部を備え、この開口部は供給材料の投入に用いられる。

ガラス溶融プロセスはエネルギー集約型の工業生産プロセスに属する。このため、製造されるガラス１トン当たりに必要なエネルギーを低減するための様々な努力が行われる。大きなエネルギーコストの例として、いわゆるソーダ−石灰−−ケイ酸ガラスの製造におけるものが挙げられるであろう。多数のガラス組成から成るこのグループのガラスは、世界的に８０％のガラス製造で使用される。このグループのガラスは容器ガラスおよび板ガラスの製造のための基本である。これらのプロセスのためのエネルギー源としては、主に化石燃料が用いられている。これらの化石燃料は、酸化剤として空気あるいは酸化剤を用いた発熱反応をもたらす。放出されたエネルギーは、燃焼室において融解液あるいはこの融解液上に置かれた原料混合物（バッチ；Gemenge）に伝達される。溶融プロセスでは、エネルギーの大部分がこの原料混合物の液状の溶融物への変態のために必要となる。このプロセスは吸熱的に進む。要求されるプロセス温度への溶融および加熱のために必要とされるエネルギーの約３５％は、化学的反応のために必要となる。この混合物を反応温度まで加熱するために必要なエネルギーを加えると、このエネルギーの割合は、融解液に伝達されるエネルギー全体の６０％を超えるものとなる。

大量の溶融ガラスの連続的な製造のために、このガラス溶融装置技術（Wannentechnologie）は、１９世紀の終わりから確立されている。このガラス溶融技術では、溶融槽には、所定の深さで連続的に上記の原料混合物が決められた量で投入される。この溶融槽の上には、酸化剤が供給されて化石燃料が燃焼される燃焼室が在る。この際排気ガスは酸化剤の予熱に用いられる。この溶融槽は、通路状の出口あるいは排出部を有しており、ここから製造用に完全に融解され、精製されたガラスが供給される。

年月の経過の内にこのガラス溶融装置の技術的実施形態は常に改善されてきた。これは概ね品質仕様、溶融装置の長寿命化、投資コストの低減、および排出物の低減に関するものであった。この投資の大部分は、エネルギー消費の低減に用いられてきた。ガラス溶融装置のエネルギーコストは、その全寿命に渡って計算すると、このガラス溶融装置自体への様々な投資の合計となっている。結果的に、増大するエネルギーコストは、今日エネルギー消費の低減のための大きな労力のため、重大な産業問題となっている。

しかしながらこのような展開では、すぐに技術的な条件による限界に突き当たる。理論的な限界値は、以下のようにして規定される（非特許文献１参照）。

ソーダ−石灰-ケイ酸ガラス用の原料バッチからなる純粋な溶融ガラスで、この溶融ガラスの一般的な溶融装置の出口温度１２００℃では、固有の消費エネルギーは２．１ＧＪ／ｔと計算されることになる。この数値は化学的反応およびプロセス温度への加熱だけを含むものであり、その他のあらゆる損失を含まないものである。この必要エネルギーは、原料混合物の変更と取扱いによって僅かに影響され得る。

実際には理論的な消費エネルギーは、特に以下の３つのさらなる熱損失源によって顕著に大きくなる。溶融装置の壁部を貫通する熱損失、この溶融装置からの高温燃焼ガスの排出による熱損失、および加工に向けてこの溶融装置から出る溶融流自体の熱量による熱損失である。あらゆる技術的改良にも拘わらず、現在の技術水準では、固有の消費エネルギーは４ＧＪ／ｔより多いのが一般的である。必要エネルギーを低下するという目的のための、上述の熱損失の制御には限界がある。可能な対策としては以下のものがある。
−原料混合物の割合は、カレット（Recyclingscherben）を用いることにより、その適用可能性に応じて、９０％以上を代替することができる。これにより原料混合物の化学反応のための消費エネルギーが大幅に低減される。
−溶融エネルギーの必要量は、原材料の熱伝導率を改善することによって低減することができる。これはペレット化で実現できるが、しかしながらこれに必要な原料の粉砕および熱処理のために手間がかかり、また高価である。
−消費エネルギーは、制限条件内で、その成分の組成の変更することによっても改善することができる。しかしながらこれにはさらに、消費エネルギーを大きくするという問題がある。

固形のあるいはガス状の残留物を除去するため、連続プロセスにおいて無視できない量の溶融ガラスに滞留時間を与えるために、追加のエネルギーが必要である。固形の残留物は溶けにくい原料バッチであり、ガス状の残留物は気泡であり、これらは原料の分解プロセスに由来する。比較的大きな粘度のため、高いプロセス温度でもこの手間は相当なものである。溶融金属はその融点より上では水の粘性を有する。このような溶融物においては気泡は短時間で上昇する。溶融ガラスにおいては、この上昇速度は桁違いに小さい。このためこれに応じてこの溶融容器は大きなものとならざるを得ない。

上述の溶融槽の壁部を貫通する熱損失は、この溶融装置の表面積に比例する。この溶融槽の壁構造は、何十年にも渡って常に改善されており、またさらに、この損失を極小化するために新たな材料が開発されてきた。

１つの重要な熱損失は、燃焼ガスの熱容量である。燃焼空間の大きさは、上記の燃焼ガスの滞留時間ができるかぎり大きくなるように、かつ上記の壁部での損失のためにこの燃焼空間の容積あるいは表面積は小さくなるように設定される。排出ガスにおける熱は、原則的に燃焼用空気の予熱に利用される。しかしながらこの熱交換プロセスは、その効率が物理的に制限されている。

最後に、さらなる実質的な熱損失として、溶融槽を出て加工までの通路系を通る溶融ガラス自体がある。原則としてこの加工温度は、溶融槽の出口温度より少なくとも２００℃低くなっている。これに対応した大きな冷却能力は、ここではまた不要な大きな熱損失をもたらす。このため、上記の溶融槽からの溶融流の温度をできるかぎり低くする努力が行われてきた。

エネルギー効率の改善のあらゆる試みでは総じてこの溶融槽の大きさの低減である。多数の溶融装置の消費エネルギーおよび溶融能力の分析は、これらが明らかに関連していることを示している。溶融装置の大きさの低減は、壁面積および壁損失の低減を伴うが、これは壁の良好な断熱が前提である。しかしながら溶融槽の大きさの低減は、製造可能なガラス量の低減を決定づける。３．５ｔ／ｍ²ｄの溶融装置の固有の負荷（固有の溶融能力（spezifische Schmelzleistung））は、今日では決まった、好ましい溶融技術条件で実現することができる。少なくとも同等のガラス品質で、ガラス溶融装置のスループットを上げまたこれに対応して固有の溶融能力（spezifische Schmelzleistung）を大きくすることが望まれており、この際消費エネルギーがさらに極小とされなければならない。

溶融面は、ガラス溶融装置のエネルギー最適化のための重要な量である。従来の溶融装置は、３０ｍ²〜２００ｍ²の溶融面を有していた。

溶融槽においては、挿入予備室から来るまだ融解されていない原料混合物がこの溶融面上に浮遊している。ここでこの被覆物は均等でありかつできるかぎり薄くなければならない。原料混合物は、その非常に小さな熱伝導率により、まだ融解していない状態であり、ゆるい積層物として比較的高い気孔率を有している。これによって熱伝導はさらに低減される。このバッチの熱伝導率は、最初約１Ｗ／ｍｋとなっている。この値は溶融ガラスの熱伝導と比較して１／１０より小さく、色および透過性により異なっている。このためこのバッチ被覆物への熱伝達は、非常に制限されており、できるかぎり薄い被覆物とするための努力を行う理由となっている。原料の融解を加速する全ての努力は、概ねこの原料被覆物の上または下のエネルギー密度が増大されることであった。

特許文献１および特許文献２には、原料流へのエネルギー付与が、上方からの照射によって行われることが開示されている。ここで原料は傾いた投入レベル面を形成し、この投入レベル面から融解される。特許文献３では、エネルギー付与がバーナーによって行われ、このバーナーは上方から融解液に向けられている。しかしながらこれらの技術的な示唆は、多くの欠点を有している。バーナーの勢いがまだ融解していない原料に直接当たると、これをかなり舞い上げることになる。容易に融解する成分が、混合物全体の中から溶け出る。この溶融物は不均一になる。原料に直接的にバーナーが当たることによって決まる高いエネルギー密度は、成分（複数）のかなりの蒸発をもたらし、その高い蒸気圧（たとえばアルカリ類）をもたらす。これによってもこの溶融ガラスの不均一性が予想される。

非特許文献２は、まだ融解していないバッチへのエネルギー付与の物理的限界を記載している。溶融ガラスの上に浮遊している原料混合物は、燃焼室における照射によるエネルギーと融解液を介した下側からの熱伝導によるエネルギーとを等しく取得するようになる。最適な効率の原料混合物の融解は、両方のエネルギー流が用いられる場合である。もし一方のみが用いられ得る場合、このバッチが拡がるのに必要な溶融面を小さくすることになるであろう。浮遊しているバッチの下側のエネルギー付与のためには、溶融容器においても、露出している、バッチによって覆われていない面が用いられ得ることが必要であろう。こうして漸くこの溶融物は、エネルギーを取得でき、密度差対流によって輸送される、このバッチ被覆物の下のエネルギーが付与され得るであろう。この原理を利用するため、バッチによって覆われていない面をより多く得るために、溶融槽のかなりな拡大が必要であるが、しかしながらこれは技術的にも費用的にも非常な大きな負担である。

欧州特許第０１３７８８１Ｂ１号明細書米国特許第４３８１９３４号明細書欧州特許第１９０４４０８Ｂ１号明細書

Conradtの論文, "Comparative Analysis of the Performance of Industrial Glass Melting Furnaces" in DGG GOMD Conference, Aachen 2014, Advances in Fusion and Processing of Glass Unganの論文, Glastechn. Ber. 59 (1986) 10, 279-291

したがって本発明の課題は、最初に述べたようなガラス溶融装置を、少なくとも同等のガラス品質で固有の溶融能力を大きくすることであり、この際そのエネルギー消費がさらに極小化されることである。

本発明によればこの課題は、挿入予備室の材料供給面が少なくとも８ｍ²となるようにし、かつ１１５ｍ²以上の溶融面の場合に、この溶融槽の溶融面の少なくとも７％となるようにすることによって解決される。有利には、この材料供給面は、最大でもこの溶融槽の溶融面の２５％となっている。この材料供給面の大きさで、一方で大きな固有の溶融能力が達成され、他方では溶融ガラスに充分なエネルギーが到達し得るように、融解液表面が、原料で覆われていない部分を保持するようにすることができる。これは本発明による大幅な挿入予備室の拡大によって実現される。この挿入予備室への照射は、供給材料への上方からの条件に応じたエネルギー付与を可能とする。この拡大された挿入予備室によって、上記の溶融槽における融解液表面の被覆部は、ガラスのスループットに対して小さくされる。これによって充分に露出している表面が使用され、これは溶融ガラスへのエネルギー付与を可能とし、最終的にこのバッチ被覆部の下に輸送することを可能とする。

上記の固有の溶融能力に関するとりわけ良好な結果は、この溶融能力を５ｔ／ｍ²ｄに増大させることができることであり、もし上記の挿入予備室の材料供給面が、溶融面において９０ｍ²以上の場合に、溶融槽の溶融面の少なくとも９％となる（有利には溶融槽の溶融面の最大２０％）とすることが達成される。好ましくはこの挿入予備室の材料供給面は、溶融面が８０ｍ²以上の場合、溶融槽の溶融面の少なくとも１０％（有利には溶融槽の溶融面の最大１８％）となる。

この材料供給面は、長方形または任意の他の形状であってよく、たとえば台形、非対称の台形または六角形であってよい。この挿入予備室およびこれよりこの挿入予備室の設置面積となっている材料供給面は、供給材料の輸送方向の終端でこの供給材料を投入するための開口部を有する挿入予備室の前面壁によって境界が定まっており、この前面壁は、側面で輸送方向で反対側にあるこの挿入予備室の終端部で溶融槽に直接結合されており、かつその少なくとも２つの側壁は、この挿入予備室の設置面あるいは材料供給面の形状により平行または非平行に配設されている。ここではこの材料供給面は、このガラス溶融装置における融解されたガラスの表面に対し平行に延伸している。

本発明でのこの挿入予備室の材料供給面の大きさは、少なくとも４０ｍ²かつ最大で２００ｍ²の溶融面（材料供給面はこの溶融面に加算されない）を有するガラス溶融装置に対しとりわけ有利である。

上記の挿入予備室および溶融槽は、本発明によれば、ガラス材料を収容する複合体である。この溶融槽および挿入予備室に配設されているガラス材料は、少なくとも部分的にバッチで覆われており、ここでこの挿入予備室におけるガラス材料の表面は、大部分がまだ融解されていないバッチによって覆われている。

本発明の好ましい実施形態によれば、この挿入予備室の天蓋部の鞍部、すなわち最も高いラインは、この挿入予備室の石の縁部（すなわち溶融槽の石の上縁またはドームの縁部）から少なくとも４００ｍｍ、好ましくは少なくとも５００ｍｍの高さｈを備えている。以上によりこの挿入予備室への照射エネルギーの投入が支援され、これによって消費エネルギーの低減が実現される。

さらに、上記の挿入予備室に少なくとも１つの電極を有する電気抵抗加熱部が装備されることが有利であることが分った。ここで上記の挿入予備室に１つの電極または２つ以上の電極が、また場合により上記の溶融槽の領域に１つの電極が配設されていてよい。これらの電極には交流電圧が印加される。これらの電極は、異なる電位を有する。移動可能な電荷担体、好ましくは溶融物におけるアルカリ酸化物を介して、電流が流れる。この通電は、この溶融物に内部摩擦を生成する。この摩擦熱、いわゆるジュール熱は、最終的にこの溶融物における温度上昇をもたらす。この熱伝達は、照射あるいは化石燃料を用いた加熱による熱伝達に対して、大幅に効率的である。この挿入予備室の領域における電力はその損失電力まで完全にこの溶融物に伝達される。したがって本発明は、挿入予備室における完全電気式加熱を、溶融槽の領域における化石燃料を用いた溶融技術と組み合わせるものである。これは具体的には挿入予備室の材料供給面が拡大されたことによって可能となっている。この挿入予備室の領域における融解は、大幅に加速され、一方化石燃料による加熱の領域は、ガラススループットに対してその大きさを低減することができる。以上のようにこの方法により、固有の溶融能力をさらに増大することができる。

発明者により、挿入予備室において電気的な追加加熱を用いることにより床面でこの溶融物が固化することを避けることができることが見出された。電気的な加熱を追加的に使用することは、最初はコストがかかるが、しかしながらこのコストは、顕著に増大された固有の溶融能力によってそれ以上に打ち消される。さらに、（溶融槽との比較において）小さな挿入予備室における、溶融物の完全電気式加熱の既知の欠点である、装置の負荷の変動が即座に溶融物の供給材料による表面被覆物の変化をもたらすこと、熱損失およびこれによるエネルギー損失を引き起こすこと、およびこの溶融物の溶融容器における滞留時間がしばしば比較的短いことが、あまり問題とはならず、むしろ電極の配設のおかげでこのガラス溶融装置の必要な部位にエネルギーの供給を実現することができることが認識された。本発明による方法によってガラス品質を改善することができる。

１つの好ましい実施形態においては、少なくとも２つの電極が側部で上記の溶融物の中へ突出し、ここでそれぞれ側部で突出している２つの電極は対向して配設されており、１つの電極対を形成する。これらの電極の側部の配置の利点は、これらがその位置のおかげで、異物片によってこの溶融物に持ち込まれる金属不純物（複数）と反応または合金を作ることが無いことである。これらの金属不純物は、その大きな密度のおかげで、挿入予備室の床面上に沈殿する。

さらに、上記の少なくとも２つの電極の少なくとも１つの電極は、この挿入予備室において、この挿入予備室の床面から、供給材料の輸送方向を横切るように上記の溶融物の中へ突出して１つの床面電極を形成しており、ここで好ましくは各々の床面電極は側部でこの溶融物の中へ突出している電極対に属しており、この挿入予備室の前面壁から同じ距離Ｙで配設されている。ここでこれらの床面電極は、好ましくは上記の側部電極の前側端部の間でほぼ中央に配置されている。この実施形態は、カレットを金属不純物から良好に分離する場合は、とりわけ有利である。この好ましい実施形態では、側部に配設された電極の対および１つの床面電極を用いて、個々の電極の固有の負荷（Ａ／ｃｍ²の単位）を有利に低減することができ、これはそれぞれの電極の寿命を長くすることをもたらす。

本発明の１つの派生実施例においては、上記の少なくとも２つの電極は、前方の部分Ｘで溶融ガラスの中へ突出しており、ここでこの部分Ｘの長さは少なくとも２００ｍｍとなっており、好ましくは少なくとも４００ｍｍおよび／または好ましくは最大で１２００ｍｍとなっている。ここで上記の少なくとも２つの電極は、挿入予備室において供給材料の輸送方向に対し横方向に上記の溶融物の中へ突出している。この実施形態においても、この溶融ガラスの中へ突出している部分を長くすることによってこの電極の負荷を低減することができ、これによりその寿命が長くなる。

同じ理由から、多数の電極を用いることは有利であり、ここで側部に配設されているもう１つの電極対および／またはもう１つの床面電極は、この挿入予備室の前面壁に向かって隣接している、側部に配設されている１つの電極対および／またはこの挿入予備室の前面壁に向かって隣接している１つの床面電極に対して距離Ｙ₂を有し、この距離は、少なくとも２００ｍｍ、好ましくは少なくとも４００ｍｍおよび／または好ましくは最大で２０００ｍｍとなっている。この距離Ｙ₂も同様に挿入予備室における供給材料の輸送方向に対し平行な方向で測られる。

もう１つの実施形態例においては、前面壁に向かって隣接している上記の少なくとも２つの電極は、この前面壁からの距離Ｙを有しており、この距離は好ましくは少なくとも４００ｍｍ、好ましくは少なくとも７００ｍｍおよび／または好ましくは最大で２０００ｍｍとなっている。この距離Ｙは、挿入予備室における供給材料の輸送方向に対し平行な方向で測られる。前面壁からのこれらの電極の上記の距離は、これらの電極が高温の溶融物の領域に配設されることで有利となっている。そこではこの溶融物は高温のおかげで大きな電気伝導度を有している。この結果これらの電極はそこでより多くのジュール熱を発生することができる。

各々の側部で突出している電極対は、挿入予備室の石の縁部から距離Ｚを有しており、この距離は少なくとも２００ｍｍ、好ましくは少なくとも４００ｍｍおよび／また好ましくは最大で８００ｍｍとなっている場合、これはさらに有利である。この距離Ｚは、この挿入予備室の石の縁部を起点としてこの挿入予備室の床面の方向で測られる。この実施形態の利点は、この構成では上記の電極が、対流柱（Stroemungswalze）の核領域でかつ上記の溶融物の被覆物から充分な距離を置いて存在しているということにある。ここでもこの溶融液の電気伝導度は、上記の溶融物を加熱するために好ましいものである。これらの電極は、上記の石の縁部からの距離では、まだ融解していない溶融物から充分な距離に配置されており、こうしてこの電極材料がこの材料流と反応することを避けることができる。

代替として、または追加的に、挿入予備室における上記の溶融物は、少なくとも１つの、床面からこの溶融物の中に潜り込んでいる、任意の種類の燃料、特に可燃性ガスによって動作するバーナーによっても加熱されてよい。この加熱技術は気泡の形成をもたらすが、しかしながらこの場合には用いることができる。これは上記の挿入予備室の後に、溶融槽が繋がっており、この溶融槽はこのような気泡を再び除去することができるからである。

以下の図に示される実施形態例を参照して、本発明を詳細に説明する。

Ｕ形状の燃焼炎加熱部を有する溶融槽を本発明によるガラス溶融装置の第１の実施形態例の挿入予備室と共に上面図で示す。図１に示す実施形態例の断面A-Aに沿った挿入予備室および溶融槽の断面図である。スループット能力３００ｔ／ｄを有する本発明による、大きな材料供給面の挿入予備室を有する溶融装置の溶融槽における融解液の表面の被覆部を示す。比較例として、従来のスループット能力１５０ｔ／ｄを有する溶融装置の溶融槽における融解液の表面の被覆部を示す。本発明によるガラス溶融装置の第２の実施形態例を上面図で示す。図５に示す本発明によるガラス溶融装置の第２の実施形態例の、断面Ｂ−Ｂに沿った断面図である。本発明によるガラス溶融装置の第３の実施形態例を上面図で示す。本発明によるガラス溶融装置の第４の実施形態例を上面図で示す。図８に示す本発明によるガラス溶融装置の第４の実施形態例の、断面Ｃ−Ｃに沿った断面図である。本発明によるガラス溶融装置の第５の実施形態例を上面図で示す。

図１にはＵ型燃焼槽（Typ U-Flammenwanne）の形式のガラス溶融装置の溶融槽が概略的に示されており、その１つの側壁１４には挿入予備室３が配設されている。挿入予備室３は、溶融槽１の入口４で終端となっており、そこでこの溶融槽１に合流している。左側、すなわち図１の溶融槽１の側壁１７には、２つの隣り合って配設されたバーナーのバーナーポート５，６が、酸化剤および燃料の供給管と共に示されている。そこには再生熱回収のための再生機の２つのチャンバが（どちらも不図示）接続されている。バーナーポート５，６を有する側壁１７と反対側の側壁１５には、好ましくは溶融槽１の通路状の出口２が配設されており、この出口は溶融ガラスの排出に用いられる。

このガラス溶融装置には、連続的に未だ融解されていない供給材料７が供給される。この際、供給材料７は、不図示の材料供給装置を介して挿入予備室３に供給される。これが矢印８で示されている。そこからこの供給材料７は、溶融ガラス９の上に押し出される。この供給材料７は、完全に融解していない限り、溶融ガラス９（その表面が図２において点線で示されている）の上に浮遊し、そして燃焼室２２において上方から熱放射あるいは火焔放射によって、かつ下方から溶融ガラス９を介した熱伝導によって加熱される。この被覆部へのバッチ７を貫通する熱伝導は非常に制限されている。この熱伝導は１Ｗ／ｍＫより小さい。これに対し、溶融ガラス９の熱伝導率は１桁大きく、すなわち１０Ｗ／ｍＫより大きい。

挿入予備室３は、側壁１１，１２，１３および出口４によって境界が定まっており、これらは供給材料の輸送方向に対して平行に材料供給面Ｆ１を形成している。さらにこの挿入予備室３は、１つの床面２６を備える。上記の（部分的に融解された）溶融ガラス９は、シンク内に配設されており、このシンクは上記の石の縁部（シンクの上縁）２３で終っている。

溶融（槽）面Ｆ２は、溶融槽のシンクの領域における燃焼室２２の設置面積として定義され、この溶融槽シンクは側壁１４〜１７によって境界が定められている。

従来挿入予備室３は、溶融面Ｆ２と比較して小さくされていた。ここで溶融ガラス９の供給材料７による被覆部は、この挿入予備室を顕著に拡大することによって低減される。挿入予備室３の材料供給面Ｆ１は、本発明によれば、少なくとも８ｍ²となっており、１１５ｍ²以上の溶融面Ｆ２の場合は、この溶融面Ｆ２の少なくとも７％となっており、好ましくは９０ｍ²以上の溶融面Ｆ２の場合には、この溶融面Ｆ２の少なくとも９％となっており、とりわけ好ましくは８０ｍ²以上の溶融面Ｆ２の場合には、この溶面Ｆ２の少なくとも１０％となっている。挿入予備室の供給面が、最大で溶融面Ｆ２の２５％、好ましくは最大で２０％、とりわけ好ましくは最大でこの溶融面Ｆ２の１８％となっていると有利である。

従来のガラス溶融装置では、固有の負荷はほぼ３．５t／ｍ²＊ｄであり、カレット使用が７０％を越える場合は、ほぼ９６０ｋＷｈ／tガラス（３４５０ｋＪ／ｔ）となっている。

モデル計算では、本発明による挿入予備室３の拡大によって、固有の溶融能力を５ｔ／ｍ²＊ｄを越えるまで増大することが可能であることが示されている。その消費エネルギーは、５０％のカレット使用での計算例において、３．３ＧＪ／ｔガラスまで低減され得る。

このようなモデル計算が、図３および４に示されている。これらの場合では、共に溶融装置はそれぞれ溶融槽１，１'の溶融面が６０ｍ²となっている。通常は、この溶融面には、挿入予備室３，３'の材料供給面は含まれていない。図３に示す本発明による溶融装置の挿入予備室３の六角形の材料供給面は、９ｍ²となっており、これに対し図４に示す従来の溶融装置の挿入予備室３'の材料供給面は２．２ｍ²となっている。

図３に示す溶融装置の溶融能力は、３００ｔ／ｄとなっており、これに対し図４に示す従来の溶融装置の溶融能力は、１５０ｔ／ｄにしかならない。

融解液に浮遊している、まだ融解されていない溶融物７は、図３および４では流跡によって示されている。融解液の露出した面２５，２５'は、溶融物に覆われておらず、網掛けで図示されている。図３に示す拡大された挿入予備室を有する溶融装置ではその溶融能力が倍増されているにも拘わらず、その露出した面２５は、図４に示す小さな挿入予備室３'を有しはるかに小さな負荷を有する溶融装置での露出した面２５'に対してほぼ同じ大きさとなっている。これらの露出した面２５，２５'は、大部分燃焼室からの照射エネルギーが溶融面を介して融解液９に入り込み得ることに起因するものである。この照射エネルギーは、露出した表面を介してガラス液の中に入り込み、こうして加熱された融解液は、密度対流のために対流して溶融物投入部の領域に戻る。この熱い融解液対流は、溶融物被覆部の下側の溶融物の融解を促進する。

図１および２に示す挿入予備室３は天蓋部１８を有し、この天蓋部は材料供給装置に向かって前面壁２０を備え、この前面壁はこの天蓋部１８と共に１つのガス室２１を包囲している。天蓋部１８の鞍部は、ガス室２１において、上記の挿入予備室３の石の縁部２３から少なくとも４００ｍｍ、好ましくは少なくとも５００ｍｍの距離ｈを有している。これにより、挿入予備室の領域における照射および／または燃焼ガスによるエネルギーの供給が促進される。

挿入予備室３には、追加的な電気抵抗加熱部が装備されていてよい。このための実施例を以下に図５〜１０を参照して説明する。図５〜１０に示されているガラス溶融装置の構造は、電気的加熱部までは、図１および２に示す第１の実施形態例に対応している。

図５および６に示す実施形態例は、２つの電極２４を挿入予備室３の領域に有し、これらは側壁１１あるいは１３から側部で（すなわち供給材料の輸送方向に対し横方法で）上記の溶融液の中へ突出している。これら２つの電極２４は、対向して配設されており、１つの電極対を形成している。

これらの電極２４は、前方の部分で長さＸ（側壁１１あるいは１３から測った長さ）で上記の溶融液の中へ突出している。この部分の長さＸは、少なくとも２００ｍｍとなっており、好ましくは少なくとも４００ｍｍとなっており、および／または好ましくは最大で１２００ｍｍとなっている。

さらにこれらの電極２４は、挿入予備室３の前面壁２０への距離Ｙを有している。この距離Ｙは、供給材料の輸送方向に対し平行な方向で測られる。この前面壁からの距離Ｙは、少なくとも４００ｍｍとなっており、好ましくは少なくとも７００ｍｍとなっており、および／または好ましくは最大で２０００ｍｍとなっている。

さらにこれらの電極２４は、挿入予備室３の石の縁部２３から距離Ｚ（図６参照）で配設されており、この距離は少なくとも２００ｍｍとなっており、好ましくは少なくとも４００ｍｍとなっており、および／または好ましくは最大で８００ｍｍとなっている。この距離Ｚは、この挿入予備室３の石の縁部２３を起点としてこの挿入予備室３の床面２６の方向で測られる。

図７に示す実施形態例は、側部に配設されたもう１つの電極の対２４'を備える。これらは上記の第１の電極対２４から距離Ｙ₂で配設されており、この距離は、少なくとも２００ｍｍ、好ましくは少なくとも４００ｍｍ、および／または好ましくは最大で２０００ｍｍとなっている。この距離Ｙ₂もまた上記の距離Ｙと同様に挿入予備室３における供給材料の輸送方向に対し平行な方向で測られる。

図５および６に示す実施形態例に対して、図８および９の実施形態例は、もう１つの床面電極２５を備え、この床面電極は、挿入予備室３の床面２６において上記の２つの側部の電極２４のほぼ中央に配設され、かつ上向きに設置されており、これもまたこの挿入予備室３において供給材料の輸送方向に対し横方向で上記の溶融液の中へ突出している。この床面電極２５は、側部の電極２４と同じ前面壁２０からの距離Ｙを有している。

図１０に示す本発明によるガラス溶融装置の別の実施形態例は、電極の配設に関して図７および図８／９の実施形態例の組合せとなっている。この実施形態例は２対の側部の電極２４，２４'およびそれぞれに１つの床面電極２５，２５'を備え、これらは側部の電極２４，２４'の１つの対に属している。

１，１'：溶融槽
２：出口
３，３'：挿入予備室
４：溶融槽１の入口
５：バーナーポート
６：バーナーポート
７：供給材料（バッチ、未融解）
８，８'：矢印（材料供給装置を用いた供給材料の供給を示す。）
９：溶融ガラス
１１：挿入予備室３の側壁
１２：挿入予備室３の側壁
１３：挿入予備室３の側壁
１４：溶融槽１の側壁
１５：溶融槽１の側壁
１６：溶融槽１の側壁
１７：溶融槽１の側壁
１８：天蓋部
２０：挿入予備室３の前面壁
２１：ガス室
２２：燃焼室
２３：挿入予備室３の石の縁部（シンクの上側縁部）
２４，２４'：電極
２５，２５'：床面電極
２６：挿入予備室３の底面
２７，２７'：バッチ被覆物の無い表面
Ｆ１：材料供給面
Ｆ２：溶融面

Claims

ガラス溶融装置であって、
Ｕ型火炎加熱装置を有する溶融槽（１）であって、供給材料を供給するための入口、融解したガラスを取り出すための出口、および少なくとも４０ｍ²の溶融面（Ｆ２）を備えた溶融槽（１）と、
前記供給材料（７）を投入するための、前記溶融槽（１）の側部に配設され且つ前記溶融槽（１）の入口と結合されている、少なくとも１つの挿入予備室（３）であって、前記溶融槽の前記入口と共に材料供給面（Ｆ１）の境界となる側壁（１１，１２，１３）を有する挿入予備室（３）と、
材料供給装置と、
を備え、
前記挿入予備室（３）は、前記材料供給装置に向かって前面壁（２０）を備えた天蓋部（１８）を備え、当該前面壁は当該天蓋部（１８）と共にガス室（２１）を包囲し、当該ガス室は前記溶融槽（１）に向かって開放されており、
前記挿入予備室（３）の前記材料供給面（Ｆ１）は少なくとも８ｍ² であり、かつ溶融面（Ｆ２）が１１５ｍ ² 以上の場合は前記溶融槽（１）の前記溶融面（Ｆ２）の少なくとも7 %となっていることを特徴とするガラス溶融装置。
溶融面（Ｆ２）が９０ｍ²以上の場合は、前記挿入予備室（３）の前記材料供給面（Ｆ１）は、前記溶融槽（１）の前記溶融面（Ｆ２）の少なくとも９％となっていることを特徴とする、請求項１に記載のガラス溶融装置。
溶融面（Ｆ２）が８０ｍ²以上の場合は、前記挿入予備室（３）の前記材料供給面（Ｆ１）は、前記溶融槽（１）の前記溶融面（Ｆ２）の少なくとも10 %となっていることを特徴とする、請求項１に記載のガラス溶融装置。
前記挿入予備室（３）の前記天蓋部（１８）の鞍部が、前記挿入予備室（３）の石の縁部（４）からの少なくとも４００ｍｍの距離（ｈ）、好ましくは少なくとも５００ｍｍの距離を有することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のガラス溶融装置。
前記挿入予備室（３）が、電気抵抗加熱部を備えることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のガラス溶融装置。
前記挿入予備室（３）は、少なくとも１つの電極、好ましくは少なくとも２つの電極を前記電気抵抗加熱部のために備えることを特徴とする、請求項５に記載のガラス溶融装置。
少なくとも２つの電極（２４，２４'）が側部で溶融物の中へ突出しており、側部で突出している２つの電極はそれぞれ、前記挿入予備室（３）において対向して配設されており、１つの電極対を形成していることを特徴とする、請求項５または６に記載のガラス溶融装置。
少なくとも１つの電極が前記挿入予備室（３）の床面から溶融物の中へ突出して、１つの床面電極（２５）を形成していることを特徴とする、請求項５乃至７のいずれか１項に記載のガラス溶融装置。
各々の床面電極（２５）は、側部で前記溶融物の中へ突出している１つの電極対（２４，２４'）に属し、前記前面壁（２０）から同じ距離（Ｙ）で配設されていることを特徴とする、請求項８に記載のガラス溶融装置。
前記少なくとも２つの電極（２４，２４'，２５）は、前方の部分（Ｘ）で前記溶融物の中へ突出しており、当該部分（Ｘ）の長さは、少なくとも２００ｍｍ、好ましくは少なくとも４００ｍｍとなっていることを特徴とする、請求項７または９に記載のガラス溶融装置。
前記前面壁（２０）に向かって隣接している少なくとも２つの電極（２４，２５）は、前記挿入予備室の前面壁（２０）からの距離（Ｙ）を有し、当該距離は、少なくとも４００ｍｍ、好ましくは少なくとも７００ｍｍとなっていることを特徴とする、請求項５乃至１０のいずれか１項に記載のガラス溶融装置。
側部に配設されたもう１つの電極対（２４'）および／またはもう１つの床面電極（２５'）が、前記挿入予備室（３）の前面壁（２０）に向かって隣接している、側部に配設されている１つの電極対（２４）および／または前記挿入予備室（３）の前面壁（２０）に向かって隣接している１つの床面電極（２５）に対して距離Ｙ2を有し、当該距離は、少なくとも２００ｍｍ、好ましくは少なくとも４００ｍｍとなっていることを特徴とする、請求項５乃至１１のいずれか１項に記載のガラス溶融装置。
側部で突出している電極対（２４，２４'）の各々は、前記挿入予備室（３）の石の縁部（２３）からの距離（Ｚ）を有し、当該距離は、少なくとも２００ｍｍ、好ましくは少なくとも４００ｍｍとなっていることを特徴とする、請求項５乃至１２のいずれか１項に記載のガラス溶融装置。
前記挿入予備室は、少なくとも１つの、前記床面から前記溶融物へ潜り込んでいる、加熱用のバーナーを備えることを特徴とする、請求項８に記載のガラス溶融装置。