JPS6124334B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、熔融温度で比較的高い電気的抵抗を
有する熔融ガラス用の電気炉に関する。 ガラスの製造は、一般に重油を燃焼させること
により加熱される大型の室中でガラス成分を熔
融、精製することによりおこなつていた。近年、
環境の保護および石油燃料の供給不安の問題が生
じ、ガラスの熔融、精製手段として、電気的加熱
方式がクローズアツプされてきた。かかる加熱方
式、とくに、未熔融バツチの連続ブランケツト
を、熔融ガラス全体の表面上、又は熔融窯中に入
れられた物質の自由表面の実質部分上を流動させ
る方式は、バツチ ブランケツトの熱絶縁性、大
気中に放出される高温ガスの減少および、ガラス
熔融、精製工程中のガス成分の放出の低下等によ
り熱量の節約が得られる利点がある。 アルカリホウ珪酸ガラスおよびソーダ石炭珪酸
ガラス等の、熔融、作業温度で比較的低い電気抵
抗性を示すガラスにおいては、電流が熔融された
ガラス中を流れる際に、このガラスが加熱抵抗体
として作用するジユール効果加熱を有効に利用す
る。しかしながら、熔融状態となる作業温度で比
較的高い電気抵抗を有するガラスでは、工業的に
生産する場合に満足できる結果が得られなかつ
た。 とくに困難な問題は、典型的につぎの成分を有
する、Ｅガラスとして一般に知られているガラス
組成物を量産するため、ジユール効果加熱を利用
するときに経験された。 SiO₂ 54 ％ Al₂O₃ 14 ％ CaO 17.5％ MgO 4.5％ B₂O₃ 10 ％ このガラスは熔融、精製のため高温度が要求さ
れる。また、このガラスは比較的高い電気抵抗を
有するとともに、比較的急岐な負温度係数の電気
抵抗を有する。 ガラスの熔融、精製操作の際に、熔融ガラスの
容器に用いる耐火物質は、この耐火物質の損失率
により定まる有効寿命を有する、この容器の建造
および修理に要する設備投資は、バツチ材料が通
常の作業で供給されて、ガラスが連続的に取り出
される連続式熔融窯が数年間使用可能であること
に見合わねばならない。 熔融ガラスの容器に用いられる好ましい表面壁
材料は酸化クロムである。Ｅガラスは通常、1315
℃（2400〓）〜1510℃（2750〓）内の温度で処理
される。この温度範囲内で酸化クロム耐火物は重
油燃焼による加熱を受けても所望の寿命以上に耐
えることができる。即ち、この耐火物はガラス成
分による機械的な侵食と、熱的、化学的な侵食を
受けるが経済的に許容できる範囲である。しかし
ながら、Ｅガラスにジユール効果加熱を与えよう
とする場合、特別な対索を講じない限り、酸化ク
ロム耐火材料は比較的速く崩壊が進行する。 酸化クロム耐火材料を保護する１の手段は、ジ
ヨージ アール・マクランにより、1974年４月23
日付で付与された米国特許第3806621号（特開昭
47−44430号に対応する。）の「エレクトリツク
フアーナス」の明細書中に開示されており、この
中で、熔融室の少なくとも１の側壁、通常は全側
壁が低溶解性酸化クロム耐火材料により形成さ
れ、熔融室の底部が、熔融ガラス温度で高電気抵
抗を有する耐火材料により形成されており、そし
て、熔融室中に複数の電極が、その１以上の協同
する相互接続された電極のまわりを、少なくとも
その一部分をかこむように配置されており、これ
らの電極間に電圧を印加することによりジユール
効果加熱を生ぜしめるとともに、側壁中に大きな
電位差又は電気的ストレスが発生することを制限
しようとするものである。側壁およびこれに協同
する電極もしくは複数の電極間の相互的な接続配
置を適切におこなうことにより、側壁中に生ずる
電位差又は電気的ストレスに関してフエンス又は
ガード リングが得られる。ある態様では、フエ
ンス又はガード電極は接地され、これらが包囲す
る１又はそれ以上の電極は電源の加熱側に接続さ
れている。 ガラス熔融温度で比較的高い電気抵抗を示す代
表的な耐火材料は緻密質ジルコンである。この材
料は前記マクラン特許では熔融窯の底部に用いら
れている。緻密質ジルコン耐火材料は、Ｅガラス
の熔融温度でＥガラスよりも実質的に高い電気抵
抗性を有するが、これをガラスタンクの側壁に用
いる場合は侵食および腐食を受けて急速に崩壊す
る。 従来、多数の特許が、熔融ガラス容器の側壁附
近に生ずる熔融ガラスの電気加熱量を制限する技
術を開示している。共に「エレクトリツク フア
ーナス」の名称で、1973年８月10日付許与された
コーネリアスの米国特許第2089689号および、同
第2089690号は、熔融ガラス容器の側壁中を貫通
する電極、又は少なくとも、これらの側壁と接触
し、かつ、電力源と熔融ガラス中に置かれた電極
間に接続された電気的導通部材を有する熔融窯構
造を開示している。その他の特許で、側壁附近に
流動する熔融ガラスの部分的加熱を防止するため
ガラス熔融窯中に置かれる電極を特定の方向に向
ける構造を有する特許として、ロマゾチの「エレ
クトリツク フアーナス」にかかる1941年12月３
日付の米国特許第2267537号、ボレルほかの「エ
レクトリツク グラス フアーナス」にかかる
1951年５月８日付の米国特許第2552395号 ラム
バードの「メソツド アンド ア パレータス
フオ ザ マニユフアクチユア オブ グラス
バイ エレクトリツク ヒーテイング」にかかる
1953年４月28日付の米国特許第2636913号、およ
び、ペンバーシーの「フアーナス エレクトロー
ド アセンブリ」にかる1968年11月５日付の米国
特許第3409725号がある。かかる従来の技術は、
熔融状態で比較的低い電気抵抗性を示すガラス組
成物に関しては満足すべきものであつたが、熔融
状態で容器耐火物より高い抵抗値を有するガラス
組成物を熔融炉中で熔融、精製するとき、ジユー
ル効果加熱による耐火物の崩壊が著るしく高い。
たとえば、コーネリアス特許の場合、電極間に印
加される電圧により生ずる高密度電流は低抵抗の
側壁に流れるためにガラス中に流れる電流の小部
分のみがジユール効果加熱のため作用する。耐火
物に流れる電流は、耐火物の崩壊の主原因とな
る。 界面領域に現れる侵食および腐食現象はとくに
問題となる。電極によりガラスにジユール効果加
熱を与える場合、電極は、空気−ガラス、空気−
バツチおよびバツチ−ガラスのそれぞれの界面部
でとくに強く化学作用を受けるため、これらの電
極を前記各界面部分および、高温時の酸化を受け
る環境から隔離しないと電極の寿命は著るしく短
縮される。前記マクラン特許においては、電極は
熔融ガラス表面の下方位置まで窯の底部から差し
込まれている。この構成はコーネリアス特許およ
び他の特許の開示中に示されていないが、電極は
熔融ガラス表面の下方に置かれており、電極が通
る壁部は高温処理を必要とするガラスを入れるよ
うにとくに選択されておらず、また、熔融ガラス
より小さい電気抵抗を有する側壁で構成されてい
る。 このマクランの米国特許（特開昭47−44430号
に対応する。）では、複数の組み合された電極
を、多数の接地電極で囲むことにより、側壁に生
ずる最大電位差、すなわち、電気的ストレスを抑
えようとしている。このような配列によれば、側
壁の電圧を、組み合された電極間の電圧の15％以
下とすることができる。しかしながら、側壁に生
ずる電圧を組み合わされた電極間の電圧の３％以
下にすることにより、側壁を流れる電流密度を
0.31アンペア／cm²に抑えることが好ましい。 また、マクランの米国特許の配列では、多数の
電極を用いなければならず不便であつた。 本発明によれば、比較的高い電気抵抗を有する
熱可塑性物質が、（操作温度で）熔融熱可塑性物
質より低い電気抵抗を有する物質の側壁を有する
耐火材料容器に入れられ、熔融状態で加熱され
る。電極は電気的に側壁と絶縁されているため側
壁中の導電パスは最小となる。この電気的絶縁は
電極の配置により達成される。 本発明による装置の１態様は、低溶解性の耐火
物質、好ましくは酸化クロム耐火材料で形成され
た側壁と、ジルコン等の比較的高い電気抵抗性を
有する底部を有し、この底部から複数対の電極が
挿通されており、これらの電極は、その間の熔融
ガラス中を電流が流れる電極間の距離以上に側壁
から隔てられて配置されている。底部の侵食作用
は側壁の侵食に比して緩慢であり、したがつて、
特にガラスの垂直温度分布が、底壁附近のガラス
が比較的低温であり、熔融ガラスの静止層が、熔
融ガラス体中の対流現象により生ずるガラスの流
れから底表面を絶縁するようにこの表面上を覆つ
ている限り、比較的高溶解性のジルコンの底壁が
使用可能となる。Ｅガラスの場合は、酸化クロム
耐火材料は1260℃（2300〓）〜1482℃（2700〓）
における作業温度のガラスの電気抵抗の約1/10〜
約1/6の抵抗値を有する。ジルコンの底部耐火材
料の抵抗値は、1260℃（2300〓）の温度における
ガラスの抵抗値の約66倍であり、1482℃（2700
〓）のガラスの約60倍である。 酸化クロムの腐食現象はこの物質中を通る電流
密度によつて促進されるが、適切なガラス熔融窯
の側壁と同様に酸化クロム側壁の寿命の低下は、
耐火材料中を通る電流密度が0.31アンペア／cm²以
下に制限された場合は妥当な範囲内である。した
がつて、本発明は、熱可塑性物質より低い電気抵
抗を有する側壁耐火物に関する電極の配置関係を
含み、側壁耐火物を含む電流パス中の抵抗が電極
に印加れる電圧に対して充分に高い値とすること
により、電流密度を0.31アンペア／cm²以下に制限
することを特徴とする。 つぎに本発明の具体的実施態様を図にしたがつ
て説明する。 本発明によるガラス熔融窯のタンク部分１０の
平面および側断面がそれぞれ第１図および第２図
に示されている。この熔融窯はジユール効果加熱
機構のみを有するものであつてもよく、又、ジユ
ール効果加熱機構とタンク中の熔融物の表面上に
置かれる別の加熱機構を併用したものであつても
よい。図において、ガラス成分上に置かれる加熱
機構、ガラス成分に付与する熱が外部に放散しな
いように、成分上の空間を覆うクラウン、および
この空間を大気に連通する煙道は、本発明の説明
を強調するため省略してある。 一般に、バツチ供給機構および上記のガラス加
熱システムは公知である。第１図と第２図に示す
ように、バツチはタンク１０の後部の後壁１５に
近い両側壁１３，１４にそれぞれ形成されたドツ
グハウス１１，１２から導入される。通常のアー
ガー型バツチ フイーダ（図示せず）が各ドツグ
ハウス中に置かれており、これがバツチを熔融ガ
ラスの表面上に押出し、このバツチは熔融ガラス
表面の一部又は全表面上に浮動する。このバツチ
は熔融ガラスよりも電気抵抗が高いため、バツチ
がタンク１０中の熔融ガラス上で如何に分布され
ても、このシステムに関しては電気的に影響を与
えない。したがつて、バツチはドツグハウス１
１，１２近くの各表面上に集まる場合もあり、ま
た、両側壁１３，１４間で後壁から前壁１６およ
び熔融ガラスをタンクから取出すスロート１７ま
での距離にわたつて連続的にのびる帯状体を形成
する場合もあり、又タンク中の熔融ガラスの全表
面を覆う場合もある。この第２の状態にある場合
を説明する。したがつてバツチ層１８は熔融窯の
長さにそつて後壁１５から前壁１６側に先端部１
９までのびており、この先端部から前方は熔融ガ
ラス２１の表面が表れている。第２図に断面で示
すように、バツチ ブランケツト１８は熔融ガラ
ス中に徐々に熔け込む境界面２２を有する。この
装置はバツチ ブランケツト１８と熔融ガラス表
面２１上の雰囲気を含む迫、及びヒーターが石油
系燃料バーナーの場合、電気加熱及び石油系燃料
によるブースト作業を行なうための迫中の煙道
（図示せず）を有する。 本発明はとくに、熔融・精製温度で熔融状態に
あるとき、高抵抗を有するガラスを熔融・精製す
るためのタンクに関する。このガラスの代表的な
ものはＥガラス等の低アルカリガラス類である。
Ｅガラスは、ウールガラスの製造に用いるアルカ
リホウケイ酸ガラス等の比較的アルカリ成分の高
い（約15重量％のアルカリ分）ガラスにより代表
されるような、ジユール効果加熱によつて普通加
熱されるガラスよりも高い電気抵抗を有し、ま
た、作業温度に加熱された熔融ガラスを入れる耐
火材料よりも抵抗が高い。しかして、高抵抗ガラ
スのジユール効果加熱は、低抵抗のガラスの場合
では生じない耐火材料中に形成される分路電流に
よる損失の問題が生じてくる。 高電気抵抗性を有するガラスは通常、高温の熔
融・精製作業温度で操作しなければならない。従
来認識された耐火材料が高温にさらされる悪影響
と、高抵抗性ガラスの製造の際、高温で操作する
ことによる悪い電気的影響とが結合される。概略
的に、耐火材料の消耗度はガラス熔融温度が華氏
目盛で100゜増すごとに２倍となる。 高温〔約1340℃〜1510℃（2500〓〜2750〓）〕
で熔融されるガラスを入れる耐火材料としては消
耗度の点から考えれば酸化クロムが好ましい。耐
火材料の消耗度が最も大である部分は、熔融ガラ
スの自由表面が窯のふん囲気中に露呈されている
場合には、この熔融ガラスと窯のふん囲気との境
界線に、又、この熔融ガラス上を覆つてバツチが
浮動している場合には、ガラスバツチ部分と前記
熔融ガラスとの境界線部分に現れる。この耐火材
料を、Ｅガラスにジユール効果加熱をおこなうガ
ラス熔融タンクの両側壁に用いた場合、酸化クロ
ムの腐食は、耐火材料中を流れる電流密度の函数
であることが見出された。熔融Ｅガラスの熔融温
度で電流を流さない場合の腐食に対する腐食率の
比較は、0.31アンペア以下の電流を前記ガラス境
界線に流すとき、酸化クロムの耐腐食性に実質的
影響を与えないことを示す。しかしながら、0.37
アンペア／cm²の電流密度を付与したとき酸化クロ
ムの腐食率は約15％に増大し、1.12アンペア／cm²
の電流を流したときの耐火材料の寿命は90％減と
なり、さらに1.37アンベア／cm²の電流を付与する
とその寿命は98％に低下する。熔融ガラスの下部
に接する酸化クロムの腐食率は、ガラス境界線に
おいて生ずるほど高くない。 緻密質ジルコン（約265×0.45Kg／0.76m³）
は、その腐食性が実質的に酸化クロムより劣る
が、逆に高い電気抵抗性を有する。表に示すよ
うに、約1150℃〜1540℃（2100〓〜2800〓）の温
度範囲下における酸化クロム耐火物の電気抵抗値
の約300〜1000倍である。 酸化クロム、ジルコン、典型的な高アルカリガ
ラスおよび典型的なＥガラスのそれぞれの作業温
度範囲内の電気抵抗値を以下に示す。

【表】 熔融窯の側壁よりも電気抵抗値の低いガラスに
ジユール効果加熱を付与する場合、この両側壁中
の通電はほとんど無視しうる程度である。即ち、
ガラス熔融体中に置かれた２個の電極間に流れる
電流に対するガラスの抵抗は著るしく低いため、
この電極間の電流は大部分、熔融ガラスに与えら
れる。しかして、低抵抗性ガラスのジユール効果
加熱は、耐火物容器中で分流路を形成することな
く充分に達成される。 Ｅガラス等の高抵抗ガラスは、その耐腐食、耐
侵食性のため熔融窯の側壁に利用される耐火物よ
りも実質的に高い電気抵抗を有する。このため、
ガラスにジユール効果加熱を与えるため、熔融ガ
ラス中に置かれた電極間に与えられる電位は、大
部分の電流を、ジユール効果加熱を付与すべきガ
ラス中の電流通路と電気的に平行な耐火物中の通
路に流す。 一般に、高い電流密度は電極部分に現れるた
め、この附近にジユール効果加熱が顕著におこな
われる。したがつて、ジユール効果加熱窯は、熱
量を均一に分配して、均一な加熱をおこなうよう
に、電極をガラス熔融部分の実質的部分にわたつ
て配置せしめるように設計されてきた。この電極
配置は、電極を窯の側壁に近接させることにな
る。これは耐火壁が熔融ガラスよりも電気抵抗が
高い場合にはよいが、この電極列が、電極と側壁
間に比較的に低い抵抗を形成し、ジユール効果加
熱を与えるガラスに通される電流に対する低抵抗
通路を形成した。 ガラスのジユール効果加熱のための好ましい電
極配置は、空気・ガラス又は空気・バツチおよび
バツチ・ガラスの界面が電極表面から離されるよ
うに、ガラス線の下方の窯の壁を通して電極との
接続導線を通すようにする。１の方法は、タンク
１０の底部３１中に置かれた電極２４〜２９によ
り示すように、タンク底部をたてに貫通する電極
を取付ける。これらの電極は通常、酸化を最小限
に防ぐために加熱領域においては酸化物質から隔
離される。典型的な形態としては、３×２、54cm
径の正円円筒形のモリブデン電極がタンク底部の
下方部でジヤケツトされており、このジヤケツト
の出口部分で約340℃（650〓）以下となるように
冷却されている。ジヤケツトの冷却のため水又は
空気が用いられ、また、窒素をジヤケツト内の電
極の受熱部分の周囲に適切な非酸化ふん囲気を形
成するため使用しうる。 電極２４〜２９がタンク１０の耐火材料の底部
壁３１を通される場合、これら電極間に低抵抗シ
ヤントを形成せしめることなく、電気窯中に用い
られる酸化クロムの優れた耐腐食性を得るため
に、酸化クロムを、熱的又は化学的作用による侵
食率および／又は腐食率の高い両側壁又はその他
の部分に用いる一方、加熱システムの金属導体か
ら離れた所に置く。そしてジルコンをタンクの底
部３１に使用して、作業温度における電極間に高
電気抵抗部分を形成せしめる。熔融窯の底部の腐
食率は比較的低いため、ジルコン被覆層は、側壁
のガラスライン、ドツグハウス（原料投入部）１
１，１２およびスロート部（しぼり部）１７に用
いる酸化クロムと同等の耐用寿命を有する。 側壁に流れる電流をジユール効果加熱をおこな
うための0.31アンペア／cm²以下の電流密度と同様
に維持することにより電気的侵食を最少にでき
る。これは、側壁電流を各パスの全抵抗値により
所望の電流密度に制限するように、低抵抗値の側
壁の部分を含み電流パスの長さを、電圧が印加さ
れてジユール効果加熱のため必要な電流が通る比
較的高抵抗の熔融ガラス中の電流パスの長さに比
例させることにより達成される。 第１図および第２図において、電極の配置の好
ましい例として、３対の電極２４及び２５，２６
及び２７並びに２８及び２９が示されている。側
壁１３および１４の、熔融ガラスとの接触面部分
が酸化クロムで形成され、底部壁３１の熔融ガラ
ス接触面部分がジルコンで形成されている場合、
そして、内部温度が1390℃〜1400℃（2540〓〜
2610〓）の熔融Ｅガラス中に46cm（18インチ）の
長さでのびる7.6cm（３インチ）径のモリブデン
電極２４及び２５，２６及び２７並びに２８及び
２９の各対同士間に320ボルトの交流を印加し、
かつ、これらの電極が約1.89ｍ（６フイート６イ
ンチ）巾を有するタンクの中心線の両側で対の相
手方との間に60cm（24インチ）の距離で置かれた
電極回路に725アンベアの電流を流した場合、壁
１３および１４にはほとんど電流による腐食は生
じなかつた。約34オーム・センチの熔融ガラスが
均一温度分布を有するとき、各対をなす電極２４
及び２５，２６及び２７並びに２８及び２９間の
電流通路は抵抗物質中で最小、53.3cmの長さであ
る。各対をなす電極２４及び２５，２６及び２７
並びに２８及び２９間の計算抵抗値は0.440オー
ムである。 電極２４および２５は最も近接する側壁部１
３，１４からそれぞれ64.7cm（251/2インチ）離
されている。他の電極２６，２７，２８，２９に
関しても、壁−電極および電極相互間の距離も同
様である。各端部の対の電極２４，２５および２
８，２９はそれぞれ後壁１５から約834cm（９フ
イート４1/2インチ）、前壁１６から約369cm（４
フイート１1/2インチ）離れており、電極と壁部
間の導電性を考えた場合、熔融ガラスを通つて前
壁および後壁に流れる電流は無視しうるほど低
い。シヤントを形成する壁部電流は各電極および
その最短距離にある壁部間の最短通路より熔融ガ
ラス中を流れる。各一対の電極は窯のたて中心線
に対して直角な平面上に振り分けて置かれてお
り、一対の電極２６，２７は１対の電極２４，２
５から約381cm（４フイート６インチ）離れ、１
対の電極２８，２９は前記対の電極２６，２７か
ら約282cm（３フイート３インチ）離れている。 図示の態様の電気窯は３相交流電源３２により
作動され、３個の変圧器の各一次側巻線は互に
120゜位相の異なる交流を供給され、変圧器４３
の２次巻線の極性は逆になる。熱電対３３および
３４は熔融ガラス下部の温度をそれぞれ1393℃
（2540〓）および1431℃（2610〓）と示し、スロ
ート部入口の熔融ガラスの温度は約1415℃（2580
〓）であるとき、電極２４，２５間にジユール効
果加熱を与えるため用いる電力は290V、650Aで
あり、電極２６，２７間の電力は320V、725Aで
あり、また、電極２８，２９間の電力は310V、
830Aである。 実際には、Ｅガラスを処理する場合の第１図お
よび第２図に示す熔融窯のたて中心線にそつたガ
ラス下部温度は、後壁１５から前壁までの約2/3
の距離のホツト スポツトに向つて漸増し、この
ホツト スポツトからスロート部１７にかけて温
度が漸減するように形成されている。熱電対３４
はホツト スポツトの部分に置かれている。熱電
対３４が置かれた窯の横断方向における温度勾配
は、熔融ガラス−側壁接触表面部では約1150℃
（2300〓）に低下し、酸化クロム耐火物の外部で
は、熱が15cm（６インチ）の耐火物の厚さを通過
する間に約150℃（300〓）低下して約1000℃
（2000〓）となる。この熔融窯を横切る他の部分
に関しても同様の温度勾配が存在する。 側壁付近のＥガラスは150Ω・cmの抵抗又は、
ホツト スポツト領域においても電極間のガラス
の５倍の抵抗値を有する。また、酸化クロム耐火
物は熔融ガラスとの接触面で10Ω・cmの抵抗値を
有し、その外表面では25Ω・cmである。酸化クロ
ム耐火物の平均抵抗値は約15Ω・cmである。熔融
ガラスの流動とその対流は両電極および両側壁間
に非直線温度勾配を生じ、したがつて直線温度勾
配又は直線抵抗勾配とはならないが、負性対数温
度係数を有する側壁附近のガラスが低温のとき、
電極間の距離よりも離れた電極−側壁間に存在す
るガラスの抵抗は、電極間の抵抗値の数倍であ
る。 電力供給源３２は変圧器と制御器を介して各対
の電極へ各相からの電力を送る３相交流の発生源
である。たとえば、変圧器３５は電力供給源３２
に接続された１次巻線と、１対の電極２４，２５
間に接続された２次巻線を有する。電流は変圧器
３５の２次巻線、制御器３６および抵抗（点線）
３７により示される熔融ガラスによつて形成され
る回路を通して電極２４と２５間に流れる。制御
器３６は、通常半サイクルが対称である電圧サイ
クルの或る部分の電流をブロツクするよう位相制
御する可飽和リアクトル又は並列反極性シリコン
制御整流器を用いることができる。電極２６およ
び２７は変圧器３８の２次巻線、制御器３９およ
び抵抗４１で示される電極２６，２７間の熔融ガ
ラス中の流路とによる回路に接続されている。同
様に電極２８，２９も変圧器４３の２次巻線と制
御器４４に接続し、その間に抵抗４２を有する回
路を形成する。各対の電極は熔融ガラス中の加熱
領域を形成する。 各対の電極２４−２５，２６−２７および２８
−２９は３相交流電源３２から各２本の導線によ
り互に位相の異なる電力が送られるため全電極に
現れる瞬間電圧は異なる。したがつて、熔融ガラ
ス中を流れる電流は各対の電極ごとに考える必要
がある。異なる電圧の各対の電極間を流れる電流
密度は電圧位相により異なる。これらの電流路を
破線により示す抵抗４５〜４９および５１〜５３
により表わしている。各電極から熔融窯側壁まで
の熔融ガラス中のシヤントパス中の抵抗（破線よ
り示す）を５４〜５９で示し、また、熔融ガラス
抵抗と接続する側壁の長さ部分中に形成される抵
抗を６１〜６６で示す。 各電流パスは媒質（熔融ガラス）の固有抵抗、
抵抗値を決定する側壁の断面積および長さ、なら
びに電流の大きさを決定する印加電圧の関数であ
る。電極間の第１の概略回路をわかりやすく説明
するために、電流パスの部分が所定媒質中でその
長さに比例した一定密度を有するものとする。し
かしながら、実際は電気式熔融窯中のガラスの温
度的・電気的特性は、抵抗の負温度係数の指数関
係、熔融ガラス内部の温度変化、熔融ガラスのう
ち窯の側壁附近に存在する、大部分の熔融ガラス
と成分を異にする熔融ガラス層および、熔融ガラ
スの流動パターン等により簡単に分析することは
容易でない。したがつて、導電パスと抵抗が直線
関係を有するものとして近似値を得るほかはな
い。さらに、側壁に最も接近した部分は、側壁に
より冷却された熔融ガラスは電極間のガラスに比
して高抵抗性を有する。熔融ガラスを窯外に取出
したり、比較的低温のバツチを加えても温度状態
が変化し、したがつて熔融ガラス全体の抵抗値も
変動する。第１図の電流の流れを考えた場合、各
対の電極間においては抵抗値が最も低く、この低
抵抗部分は対応するガラス部分を強く加熱する。
電極２４，２５間の抵抗３７は最も低い抵抗値を
示す。しかしながら、１対の電極２４，２５に与
えられた電位差により、電極２４から熔融ガラス
抵抗５４を介して側壁１３への電流パス、側壁１
３から後壁１５を通つて側壁１４までの並列パス
（この抵抗を符号６１で示す）および、熔融ガラ
ス抵抗５５を介して電極２５と側壁１４を接続す
る電流パスが存在する。その他の並列パスは側壁
１３から前壁１６を通つて側壁１４に達するパス
（この内部抵抗を、符号６６，６５，６４，６３
および６２で示す）と、抵抗５５で示す熔融ガラ
スを通つて電極２５に接続される回路を形成す
る。側壁１３から電極２４までの距離、ならび
に、側壁１４から電極２５までの距離は電極２
４，２５間の距離より大である。したがつて、側
壁部分を含むパスのガラス抵抗は、側壁付近のガ
ラス温度が低いため抵抗値が増大していることを
度外視しても、両電極間の抵抗値の２倍である。
ガラス抵抗に側壁抵抗が付加された場合、電極２
４，２５は、電極・側壁およびシヤント中に包含
される側壁の全長よりも互に接近して置かれてい
るため、側壁を含むパスは、電極２４，２５間に
存在する熔融ガラス抵抗の数倍の値を有し、した
がつて、電源から流れる電流は微少である。 他の対の電極に電力を与えてジユール効果加熱
を起す場合も前述と同様に、電極間および耐火壁
を通るシヤント回路中に電流が流れる。さらに、
電極間には、つぎのようなパスが形成される。即
ち、変圧器３５の２次巻線（点により示す極性を
有する）−電極２４−熔融ガラス中の対角線パス
４７−電極２７−制御器３９−変圧器３８の２次
巻線−電極２６−熔融ガラスの対角線パス４８−
電極２５−制御器３６を経て変圧器３５の２次巻
線に戻るパスである。このパスに印加される電圧
は電極２４，２５および２６，２７間に印加され
た印加電圧の和である。これらの電圧は互に位相
を異にするため、電圧の和は各電圧の大きさと位
相関係の函数として現れる。電極２６に関して電
極２５に現れる電圧の位相差は120゜であり、電
極２７に関して60゜である。電極２７に関して電
極２４上に現れる電圧の位相差は120゜であり、
電極２６に関しては60゜である。変圧器３５と変
圧器３８に同一位相の電圧を印加する場合は、異
なる対の２個の電極間に現れる位相差はゼロであ
り、別の２個の電極間の位相差は180゜である。
４端子四辺形結線に同一電圧の２種の位相を印加
する平衡方式においては、電気的に対となつてい
る数グループの電極中、異なるグループの電極同
士を組み合わせると、別の電極の組み合わせにお
けるよりも高い電圧が発生する。電源とこれら電
極グループ又は各対関係との接続の仕方如何によ
つては、より高い、およびより低い相間電圧およ
び電流が加わる熔融ガラス中の部分の位置が決定
され、そして、電圧が印加される側壁部分を含む
シヤント パス中の電流密度が定められる。 しかして、第１図の例において、位相差が60゜
であるため相間電圧および電流が低く、側壁１４
に近い電極２５，２７間、および側壁１３に近い
電極２４，２６間でタンク側壁に平行に与えられ
る。このパスは、変圧器３５−電極２４−熔融ガ
ラス抵抗４５−電極２６−変圧器３８−制御器３
９−電極２７−熔融ガラス抵抗４６−電極２５−
制御器３６−変圧器３５のループにより構成され
る。 シヤント パスは前述の内側の電極間のパスに
平行な熔融窯の側壁を含む。しかしながら、各パ
スは、各電極が抵抗５４，５５，５６および５７
を有するため各対の電極シヤフト間の熔融ガラス
制限抵抗の２倍の抵抗値を受け、また、各パスに
加わる電圧は、電圧の位相差の関係により各電極
間の電圧の２倍以下である。各対の電極に印加さ
れる電極間電圧が等しく、かつ、制御器が電圧の
全サイクルの間、導通状態に置かれた場合、位相
が60゜異なる電圧の和は、１対の電極間電圧の
1.0倍である。 電極２４，２６間の電圧は１個の電圧源の電圧
の0.50倍であり、この電圧により生ずる側壁中の
シヤント電流は抵抗５４，６６および５６の総和
により定まる。電極２４，２６に近い側壁の内部
抵抗６６に平行して流れる微小電流パスは、抵抗
６１，６２，６３，６４および６５を通るが、こ
れらの直列抵抗の和は抵抗６６より著るしく高い
値であるため電流は無視しうる程である。電流は
電圧の函数と抵抗の逆函数であるため、相間側壁
電流は、高側壁抵抗間に高相間電圧を印加するこ
とにより減ずることができる。このことは、平行
な側壁電流パスの長さと抵抗を近似的に等しくな
るように、第１図の四角状の側壁の各対向する電
極間に、より高い値に合成された相間電圧を印加
することにより達成される。 上記の実効電圧は、位相が120゜異なる電圧を
印加すると√３＝1.732の電圧となる場合の電極
２４，２７および電極２５，２６間の相間電圧に
より示される。この高い相間電圧を、近似的にバ
ランスされた側壁パス抵抗と熔融ガラス制限抵抗
による高抵抗に印加することにより、この相間電
圧により生ずるシヤント電流を最小にできる。 もし数個のシヤントパスの側壁部分の抵抗を熔
融ガラス制限抵抗に加えると、側壁中を流れる電
流は電極間に流れる電流のほんの一部にすぎず、
したがつて、高い相間電圧を印加しても本来のジ
ユール効果加熱電流の一部にすぎない、とくに、
より温度の低い窯壁は、約1260℃（2300〓）の内
部表面温度部分で約10Ω・cmの比抵抗を有し、約
1093℃（2000〓）の外部表面温度の部分で約25
Ω・cmの比抵抗を有するため側壁部は熔融ガラス
の制限抵抗を増大させる。 相対する１対の電極２６，２７および２８，２
９は一次巻線３５，３８および４３で120℃の位
相差を有する共通側壁に隣接する電極の瞬間電圧
に60゜の位相差を有する。この場合、電極２７，
２９および電極２６，２８間の電圧は、電極２
７，２６に対する印加電圧がVsin（ωｔ）、電極
２９，２８に対する印加電圧がVsin（ωｔ−60
゜）の場合、1.732／2Vsin（ωｔ＋30゜）であ
る。熔融ガラス抵抗と側壁部分間、たとえば、抵
抗５７，６３および５９を介して電極２７，２９
に高電圧を印加することは壁部に電流を通す見地
から最も好ましくない。このシステムを臨界側壁
電流密度で長時間操作することは避ける必要があ
り、熔融ガラスの抵抗パス５１および４９の増大
相間電流を与えて、この部分のガラス温度を上昇
させようとする場合のみに限るべきである。 １対の電極間の熔融ガラス中に生ずる本来のジ
ユール効果電流パスのほかに、両端の対電極２
４，２５および２８，２９にもそれぞれ前述の電
流パスが形成され、したがつて、熔融ガラスの壁
面抵抗−電極および側壁抵抗−電極により制限さ
れる各電極間の電位により熔融窯の壁部にシヤン
ト電流が形成される。これにより、高電流の発生
が長い側壁パスによつて抑制されるが、側壁にそ
つて120゜の位相差が現れるため電極２６，２８
および電極２５，２９間の相間電圧が増大する。 両端部に置かれた各対の電極間に流れる電流に
より生ずるジユール効果加熱は、長い導通パスの
高熔融ガラス抵抗により減少する。各対の電極２
４，２５および２８，２９間で60゜の位相差を有
する相間電流は、パス制御器３６−電極２５−熔
融ガラス抵抗７１−電極２９−制御器４４−変圧
器４３の２次巻線−電極２８−熔融ガラス抵抗７
２−電極２４−変圧器３５の２次巻線−制御器３
６の回路中を流れる。各対の電極２４，２５およ
び２８，２９間で120゜の位相差を有する対角線
のジユール効果加熱電流パスは、制御器３６−電
極２５−対角線状の熔融ガラス抵抗７３−電極２
８−変圧器４３の２次巻線−制御番４４−電極２
９−熔融ガラス抵抗７４−電極２４−変圧器３５
の２次巻線−制御器３６である。 上述のシヤント電流は側壁中で累積されるた
め、電流密度に関しての累積効果を考慮する必要
がある。側壁中に生ずる前述の短絡電流パスは相
間シヤント電流より大であるため、壁面電流とジ
ユール効果加熱の関係における第１義的な制限要
素となる。各対の電極は熔融のたて軸に関して互
に接近して置かれているため、たてのジユール効
果電流を分路する制限相間電流に対する側壁抵抗
の影響は低下する。図示の態様における各対の電
極２６，２７および２８，２９は、別の対の電極
２４，２５および２６，２７の配置間隔以上に接
近して置かれている。この短かい距離に置かれた
電極間に印加される電圧を低下することにより低
抵抗のシヤントパス中の電流レベルを減ずること
ができる。たて長方向に配列された電極２７およ
び２９、ならびに、電極２６および２８間の電流
位相を120゜移動させることにより、このパス中
の電流密度を低下させうる。 長期間にわたる熔融操作の間に、熔融窯の側壁
を電気的腐食から防止する見地より、各電圧源に
接続された電極が、前記電圧源に相隣る電圧源に
対応する電極に対してつぎのような位相の電圧を
受けるように複数個の電圧源の位置を調整するこ
とが好ましい。即ち、前記電極が側壁部分の長さ
にそつて離されて配置され、高電圧を受けるシヤ
ントパス中で高い側壁電気抵抗を与えるように、
これらの電極に高相間電圧を印加する。たとえ
ば、位相角の差異が60゜の電圧を共通する側壁に
近く置かれた電極に与え、120゜の位相差を反対
側の側壁に近い電極に与えるように、位相差を有
する各電圧源と接続した電極、たとえば２４，２
５および２６，２７に極間電圧を印加する。上記
の結果、たとえば、電極２４，２５に印加される
電圧の極性は変圧器３５により逆転する。 上述の説明から明らかなように、熔融物質の電
気抵抗は、側壁耐火物中の電流密度を所要印加電
圧での有害限界線以下に抑制するように作用する
ので、比較的高抵抗の熔融ガラス中に置かれた対
の電極間でジユール効果加熱が生ずる。この効果
は、電極間の熔融ガラス中の電流パスが、電極と
これに最も近い側壁部分との間に形成される電流
パスよりも短かい場合に達成される。 四角形に整列配置された電極グループ２４−２
５，２６−２７，２８−２９の如く、複数の対の
電極が、この各グループに電圧を印加する別個の
電圧源を有する場合、この複数の電圧源の電圧累
積効果は、耐火物質の側壁中のシヤント電流に関
して考慮する必要がある。単相、等電圧電源の場
合は、異なるグループのうちの或る対の電極間電
圧は倍となる。図示の態様のように、３相で各
120゜の位相差を有する同一電圧相を印加する場
合は、或る電極間に現れる合成電圧は単一電圧の
0.866倍であり、他の電極間の電圧は0.50倍であ
る。側壁中のシヤントパスは相間電圧に対する抵
抗が最大となり、この場合、最大電圧がかかる異
なるグループの電極はその側壁との最短距離がで
きるだけ大となるように配置されることにより、
最大側壁抵抗が効果的に電流を制限する。しかし
て、電極間の四角形状の配置において、最大制限
電流を生ずるために、電極２５と２６間、および
電極２４と２７間の如く、四角形状配置の相対す
る側の異なるグループの電極間に60゜の位相差を
有する電圧を印加する必要がある。 理解すべきことは、複数個のシヤントパスは側
壁に平行であり、したがつて、そこに流れる電流
の総和は、側壁の耐火物質の寿命を考慮して定め
られる。また、酸化クロム耐火物の寿命は3.68
A/cm²の電流を用いることにより短縮する傾向が
見られるが、窯が改良され、耐火寿命が短縮され
てもよいならば、さらに高い密度の電流を用いる
ことができる。さらに、電極グループ間に生ずる
ジユール効果加熱を利用した上に、部分加熱が必
要な場合、たとえば、電極２７，２９間等の、四
角状配置電極グループの一側の電極間に短時間、
最大電圧を印加する一方、最低の抵抗値を有する
側壁抵抗６３に電圧を印加することにより、電流
密度が前述のリミツトを超えることがあるが実現
可能である。 上述のように、本発明を、タンク底部ならびに
側壁に特定の耐火材料を用い、かつ、特定の熔融
ガラス物質の例により説明した。しかしながら、
本発明に関して、別の電気抵抗性を有する物質の
組合せを用いても、本発明概念内で達成しうるこ
とを理解すべきである。したがつて、本発明は上
述の態様のみに制限を受けるものではない。 以上説明したように、本発明によれば、３組の
対になつている電極は、対の電極間の距離が、各
電極と、これらに最も近い側壁間の距離よりも小
であるように設けられている。このため、側壁へ
流れる電流密度を0.31アンペア／cm²以下に抑える
ことができる。また、加熱窯に必要な電極は、６
個だけで済み、操作が容易でかつコストパーフオ
ーマンスも高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるガラス熔融電気窯の一実
施態様を示す概略平面図で、３対の電極に別々の
位相を有する電圧を供給するための３相電源と、
熔融窯側壁内および熔融ガラス中の主な電流パス
を示すもの、および、第２図は、第１図の２−２
線にそつた、熔融ガラスタンクとスロート部の縦
断面図である。 １０……タンク、１３，１４……側壁、１７…
…スロート、１８……バツチ層又はバツチブラン
ケツト、２１……熔融ガラス、２２……境界面、
２４〜２９……電極、３１……底部、３２……電
圧源、３５，３８，４３……変圧器、４５〜４
９，５１〜５９，６１〜６６……抵抗。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 熔融温度で比較的高い電気抵抗を有する熔融
   ガラスを入れる容器、この熔融ガラスより低い電
   気抵抗を有する前記容器の側壁、該容器中で熔融
   ガラスと電気的に接触しうる位置に置かれる複数
   の電極、および熔融ガラスにジユール効果加熱を
   与えるため前記電極を介して熔融ガラスに電力を
   付与する機構を有する熔融ガラスの加熱窯におい
   て、 ３組の対になつた前記電極が前記側壁に対して
   横方向に互に平行に前記容器中に配置されてお
   り、前記電力付与機構は前記各対の電極に互いに
   位相が120゜異なる交番電流を流す交流電源であ
   り、前記各対になつている電極は、対の電極間の
   距離が、各電極と、これらに最も近い側壁間の距
   離よりも小であるように設けられていることを特
   徴とするジユール効果加熱による熔融ガラスの加
   熱窯。 ２ 前記側壁が酸化クロムにより形成されている
   特許請求の範囲第１項に記載の加熱窯。 ３ 前記容器は、前記熔融ガラスの電気抵抗より
   高い電気抵抗性を有する物質で形成した底部を有
   し、前記電極は容器の底部からこの容器中の熔融
   ガラスと接触しうる位置にのびている特許請求の
   範囲第１項に記載の加熱窯。 ４ 前記電力付与機構は、前記熔融ガラス間、お
   よびこの熔融ガラスと側壁を含む電路に直接、合
   成電圧を印加するように前記各対の電極間にそれ
   ぞれ接続される複数の別個電圧源を有する特許請
   求の範囲第１項に記載の加熱窯。 ５ 前記３組の対になつた電極は、前記交流電源
   に接続された３個の変圧器の２次巻線にそれぞれ
   接続されている特許請求の範囲第１項記載の加熱
   窯。