JPS6346525A - 流動流体の温度調節のための方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は１つの容器を通って流れる流動物質の温度の調
整装置に関するものである０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、コツプ製のよう
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、溶融したガラスの熱均質性を最適なものにするのに
役立つものである。

実際、溶融したガラス塊が、これを加工する成形機に達
したときにほぼ均質な温度を有していることは重要であ
る。しかるに、炉と機械の間で、溶融ガラスは、耐火性
材料で被覆された壁をもつ一般に閉鎖回路の形をした容
器を通過する。

溶融ガラスと容器の側壁の耐火材の間の熱交換により溶
融ガラスの流れの岸はその中心部分よりも急速に冷却さ
れる。この現象はさらに、容器の側壁の耐火材上のガラ
スの摩擦のため、その岸に沿って溶融ガラスの流れが減
速することによって強くなる。その結果、ガラス流の同
じ横方向断面内部でかなり大きい温度差がみられること
になる。

本発明の目的は、流動する流体内の熱変動を減少させる
こと、とくに容器を通しての通過中の溶融ガラス流の熱
変動を減らすことにある、この後者の場合において、容
器の形状は、溶融ガラスの流量及び容器の下流におかれ
たガラスの成形機への溶融ガラスの供給方法に応じて変
化しうる。

例えば、板ガラス産業において、この容器は通常幅ＩＱ
ｍ、長さ２０ｍ、深さ１ｍはどの閉鎖流路の形状をし、
毎日の流量はガラス数百トンであると考えられる。

中抜ガラス産業（びん、フラスコ、ポット、コツプ）及
びグラスファイバ産業において、主流路は通常２ｍ未満
の幅をもち、フィーダとよばれる幅が通常１．５ｍ未満
の二次流路に供給している。

これらの二次流路はさまざまな加工用機械に溶融ガラス
を配送する。主流路の派生型は放射状に配置された二次
流路を補給できるほぼ半円筒型の容器で構成されている
ものである。この場合、この容器は一般に前槽と呼ばれ
る。又他の派生型において、主流路は矩形の容器から成
る。

〈従来の技術〉 問題となっている容器の幾何形状のいかんにかかわらず
望まれる冷却に応じて、閉鎖用シャッタの水平移動によ
り断面積を調節することのできる開口部のカバーを備え
つける技術は既知のものである（英国特許第３５５．５
５５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
縁部にて、より冷却するという自然な傾向をもっている
ため、ガラス表面の上に気体又は液体燃料バーナを含む
加熱装置を備えることも又、既知の技術でありこれは上
述の特許に記載されている。開口部により作り出される
冷却源ならびにバーナにより与えられる熱源の調節は流
れの表面、通常その軸に沿って行なわれた測定又は観察
に基づき経験的に行なわれる。しかし、このような−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、流れの方向に対して横方向に均一な温
度を得これを保持するように、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の変動に
よりきちんと対応するためにはこの情報では不充分であ
る。溶融ガラスの熱伝導性はその温度の関数であるため
ガラス内部のあらゆる温度差は、一定の条件の下でさら
に既存の不均質性を強化するのに貢献する可能性があり
、従って、できるかぎり完全な情報に応じて温度にきち
んと影響を及ぼす可能性を得ることが特に望ましくなる
。このことは、特許請求の範囲第１項、７項及び１６項
に記載のとおり本発明を用いて実現される。

流路の幅が１０ｍを超える可能性のある板がラス産業に
おいて、ガラス流に対して平行な軸に従って、一連の開
口部を数カ所配置することができる。又中抜がラス及び
グラスファイバ産業において用いられる主流路の場合も
同様である。半円形容器の場合、扇形に開口部を配置し
、これらをいくフかのガラス流管と心合せさせることが
望ましい。

二次流路の場合、単一の一連の開口部を、その軸の上に
配置することができる。バーナーを含む閉鎖流路の場合
、容器の壁に近いバーナにより流体上に発せられた熱を
優先的に反射する要素を備えつけるとよい。

ここで本発明を実施例の形Ｂ描写と、図面を用いて説明
していきたい。

特に第２図、３図及び８図を参照すると、１という番号
の付された溶融ガラスは耐熱材料でできた流路（２）を
通って流れる。この流路（２）と金属製外枠（４）の間
には断熱材（３）が挿入されている。流路（２）はその
長さ全体にわたり、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）で被覆され
ている。

カバースラブ（６）には、流路の軸平面に平行な線に沿
って分布した開口部（７）が一定の間隔でついている。

これらの開口部（７）の各々の上には、流路の軸平面に
平行に、水平方向に移動し、溶融ガラスの表面により発
せられた熱束が放出する開口部（７）の断面積を増減さ
せるシャツタ（８）がある、この熱束がガラスの化学組
成、その温度、その流速、ガラス流の深さ及びシャフタ
（８）の開口度の関数である関係式に従って表面からベ
ットプレートへと徐々に伝達されるガラスの冷却を決定
する。

さまざまな深さでのガラスの温度は、各々複数の熱電対
（９ａ、９ｂ、９ｃ）を包含する高温測定棒（９）を用
いて測定される。これらの測定全体に基づいて、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
にても可能だが、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、各々の開口は、流路より上の横方向及び縦
方向のその位置に応じてならびに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
全体に従って、制御されるということから、流れの横方
向平面においてガラスの温度の最適な均質化をもたらす
開口部の分化調整を行なうことが可能である。従って、
側壁に近接していることを考え、開口部（７ａ及び７ｄ
）は開口部（７ｂ及び７ｃ）よりも閉じられていること
になる。こうして、流路の軸平面近くのものに比べ、壁
に沿って流れるガラスの冷却は少ない。

ここで扇形に配置された複数の二次流路が結びつけられ
ている半円形の前槽から成る容器に適合された実施形態
を示す第４図から第９図を詳しくみていきたい。第４図
の例には、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
同様に有効である。炉口（図示されておらず）を上昇し
た後、溶融ガラス（１）は、前槽に放射状に結びつけら
れた二次流路と同じ数の流管として前槽内で分布する。

前槽内では、ガラスはそれ自体金属骨組（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。容器はガラス流管が後に続く放射軸に従
って分布した開口部（７）を一定の間隔で含むカバース
ラブ（６）で完全に被覆されている。これらの開口部名
々（７）の上には、上述の放射軸に対して平行に、水平
方向に動くシャッタ（８）がある、シャッタ（８）の手
動又は自動調節により、溶融ガラスの表面が発する熱束
が放出する開口部（７）の断面積を増減することができ
る。一方各々、異なる深さに置かれた複数の熱電対（９
ａ、９ｂ、９ｃ）を含む高温測定棒は、温度を測定しそ
の温度から各シャッタ（８）のための最適な開口度を導
き出すため、各ガラス流管上に植込まれている。

次にさらに詳しく、第７図から第９図をみていこう、参
照番号は本質的に同じ機能をもつ機構について前述のも
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
の輻射により生成された熱はバーナー（５）ブロックか
ら流路（２）の縁部、溶融ガラス（１）の流れ、できれ
ばバーナ（５）の列の各々に向い合って縦方向の突出部
（６ａ）を有する内部面をもつカバースラブ（６）へと
伝導され、溶融ガラスの流れの半玉に炎の輻射を反射す
る。輻射によるこの分布に加えて、高温気体の対流の流
れが突出部（６ａ）、バーナーブロック（５）、流路の
縁部（２）及びガラス（１）により区切られた２つの横
方向通路の中に生じる。これらの流れは溶融ガラスの流
れの岸の加熱を強くする。この岸の特別な加熱は、又、
耐火材（１８）を用いてのカバースラブ（６）の側縁部
の断熱により促進される。

前述のように、スラブ（６）には、その軸部分に一定の
間隔で開口部（７）がついている。これらの開口部（７
）の各々の上には、ガラスが発する熱束の断面積を増減
させるスライドシャッタ（８）がある。

この設備は、縦方向にパネル（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
縦方向の棒（１３）に調節可能な形で結びつけられた横
方向の棒（１１）を含む、金属シャシと一体を成してい
る。棒（１１及び１３）の間の調整は棒（１３）の中の
細長い穴（１２）を介し、棒（１１及び１３）の間の結
合を確かなものにするためこれらの穴（１２）を通して
かみ合わされた固定用ボルト（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
り同じ金属シャシと一体を成す異なるシャッタ（８）の
相対的位置を修正することができる。こうして溶融ガラ
スの流れの方向に従ってシャッタ（８）を用いて開口部
（７）の開閉振幅を分割することができる。実際、ガラ
スの温度が低下すると、その熱伝導率は小さくなる。ガ
ラスが熱くなればなるほど、その質量中の熱的不均質性
を強めることなくこれを冷却することが容易になる。そ
れに反して、ガラスが冷たくなればなるほど、表面のガ
ラスと下側のガラスの間の熱勾配を強めたくない場合に
その冷却をより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枠が縦方向に移
動できるようにするため、縦方向の棒（１３）は回転こ
ろ（１７）　　（第９図）上にとりつけられており、一
方空気又は電気式ジヤツキ（２５）は棒の１つ（１３）
と一体を成したアーム（１５）上に作用し、いずれかの
方向にシャッタ（８）を移動させこうして開口部（７）
の断面積を増減させる。

シャフタ（８）の移動及びバーナー（５）の作用は第８
図に詳述されている調整回路により制御Ｂされている。

この回路の基本的機構は流れの中心軸上の溶融ガラスの
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）はできれば一区画につき１本の
高温計という割合でスラブ（６）上の、その中にあけら
れた観察用円筒形穴（２８）の上にとりつけられる。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、記録計（２１）の中に記録され、記憶
装置（２７）から出た目標信号と測定信号を比較する比
較器（２２）の中で処理される。目標信号は、手動式に
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。目標信号と測定信号の間の比較の結果に
応じて、比較器（２２）は、開口部（７）の開放断面積
を増減するためジヤツキ（２５）を制御する回路（２３
）に対する制御信号を引きはずしするか又は、バーナー
（５）の強さを増減させるためのゲート弁（２４）を作
動させる制御信号を引きはずしすることができる。この
自動調節は放射高温計（２０）により観察された温度が
記憶装置　（２７）の中に記憶された目標温度と一致す
るまで続けられる。これらの値はできれば図示されてい
ない適当な装置の上に同時に表示されることが望ましい
。

溶融ガラス（１）の流れの軸方向領域を冷却する必要が
ない場合、シャッター（８）は、燃料ガスを放出するた
めのスリットを除き、開口部（７）を完全におおうこと
ができる。

通気断面（７）の幅は流路の幅の約３分の１であること
がわかる。

シャッター（８）が開口部（７）をおおう場合、ガラス
により発せられた輻射はこれらのシャッタにより反射さ
れる。反対に、これらが開かれている場合、ガラスが発
した輻射は反射されず、溶融ガラスの表面の全幅の約３
分の１に相当する軸方向の帯に沿ってガラスが冷却され
ることになる。

この冷却の強度は、明らかにシャッター（８）の開口度
により左右される。このガラスの軸方向の冷却はその粘
度を増大させ、その結果、その流出速度を制動し岸に沿
って、ガラス流が相対的に加速化し、側面領域内のその
冷却が減少することになる。このようにして、側面領域
内のガラスの温度よりも低い表面温度を、中央領域内で
測定することができた。

表面の溶融ガラスの加熱又は冷却と、ガラス質量内の熱
量伝達の間には成る関係が存在する。この伝達はガラス
の化学組成、温度、考慮される深さ、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、溶融ガラス塊の中の温度の分布に従って目標温度
を自動的に制御するための装置を備えることが望ましい
。このため、縦方向の断面を区切るパネル（４１）の各
々の並びに複数の温度測定点を備えた。示されている例
において、パネルには側面方向に２つの穴（３６）中心
に１つの穴（３５）があり、これらの穴の中には、溶融
ガラス塊の中の異なるレベルでの温度の測定を行なうた
めの高温測定棒（９）がとりつけられている、示されて
いる例においては３つのレベル（９ａ、　　９　ｂ、　
　９　ｃ）である、各々の高温測定棒（９）により与え
られる測定値は、計算機（４７）にて処理され、こうし
て得られた値は溶融ガラス塊内で測定された温度に従っ
て記憶装！（２７）内の目標温度を自動的に調整するの
に用いられる。この目標温度の制御により特に上述のガ
ラス塊中の垂直方向の熱均質性を最適化することができ
る。

一方、溶融ガラス流のような敵性の環境の中に浸された
測定計器の耐用年数が往々にして下値がであることから
、測定回路が適切に機能しなくなった時点で警告を発す
る警報装置を配置させることが有利、かつ重要である。

かかる回路が提供する誤った表示が温度調節全てを狂わ
せ、重大な事態をひきおこさないようにするため、これ
らの表示が制御回路によりできるかぎり早急に無視され
ることが望ましい。これらの成果（注意信号の引きはす
しと、疑わしい表示を与える計器ユニットの運転停止）
は本発明に従った設備において容易に得ることができる
。実際、純粋に熱力学的な理由から、特殊な点を除いて
多くの測定点において測定された温度全体は、この最後
の点が必ずその内側になくてはならない１つの間隔を決
定する。

従って、各々の測定点について、利用できる全ての点に
て或いはそのうちのいくつかだけにて測点された温度全
体を考慮に入れながらこの点における温度が究極の場合
にとりうる値の最大の間隔を決定する計算回路を備える
ことができる。

利用できるいくつかの点においてのみ測定された温度を
考慮に入れる場合、一般に、制御すべき点の近辺にある
点がとりあげられる。このとき、制御すべき点に割当て
られた測定ユニットが他の箇所で測定された値全体によ
る制約を考慮に入れてこの点において可能な値の範囲か
ら出る温度に相当する信号を発するや否や、警告信号を
発するよう、監視回路が配置される。この場合、監視回
路はさらに、上述の測定ユニットを、調節に影響を及ぼ
さないように作動停止させるか、又は、かかるユニット
が発する信号に対し、予じめ定められた方法でその調節
に対する影響を減少させ、場合によってはゼロにもなり
うる均衡係数を割り当てることができる。測定ユニット
の急激な劣化を望む場合には前者の方法をこの劣化が漸
進的なものである傾向にあるならば第２の方法を選ぶこ
とになる。

第１０図及び第１０Ａ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）の有利な実
施様式を示している。この高温測定棒（９）には異なる
レベルに位置づけされた３つの熱電対（９ａ、９ｂ及び
９Ｃ）（うち９Ｃは第１θ図に示されていない）がある
、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本の線の溶接は、熱電対が浸されている媒質の
温度を示す起電力を生じる熱電対を構成している。ロジ
ウムを含むプラチナの各線はアルミナの毛管（３８）に
より隣接する線から隔離されている。６本の毛管全体は
アルミナ製の不貫通管（４０）の内側でアルミナセメン
ト（３９）により埋込まれている。このアルミナ管（４
０）はロジウムを含むプラチナ製の第２の不貫通管（４
２）によって、浸せきされる溶融ガラスによる侵食作用
に対し保護されている。この管（４２）の長さはできれ
ば、溶融ガラスの表面より上でアルミナ管（４０）内に
作られた溝穴（４３）内に管をはめ込むことにより最小
限におさえられることが望ましい。

管（４０）はパネル（４１）の上面上にあり、液浸の深
さを定めるフランジ（４４）内に締め込まれる。２つの
固定ネジ（４５）により測定棒（９）の液浸深さを修正
することができる。

測定棒（９）の上部は管（４０）に埋込まれた測定ヘッ
ド（４６）から成る。この測定ヘッド（４６）の内部に
は３つの熱電対の接続端子がある。

【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の実施様式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わしたもの
である。 第９図は、この同じ流路を横断面図で表わしたものであ
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。 主要な構成要素の番号 １・・・・・・溶融ガラス、２・・・・・・耐熱材、３
・・・・・・断熱材、４・・・・・・金属骨組、５・・
・・・・バーナー、６・・・・・・カバースラブ、７・
・・・・・開口部、８・・・・・・シャッター、９ａ、
ｂ、ｅ・・・・・・熱電対、９・・・・・・測定棒、１
１．１３・・・・・・棒、１２・・・・・・穴、１４・
・・・・・固定用ボルト、１５・・・・・・アーム、１
７・・・・・・回転ころ、２０・・・・・・放射高温計
、２１・・・・・・記録計、２２・・・・・・比較器、
２３・・・・・・回路、２４・・・・・・ゲート弁、２
５・・・・・・ジヤツキ、２７・・・・・・記憶装置、
２８・・・・・・観察用円筒形穴、 ３５．３６・・・・・・穴、４７・・・・・・計算機、
３９・・・・・・アルミナセメント、 ４０・・・・・・アルミナ管、４２・・・・・・不貫通
管、４３・・・・・・溝穴、４１・・・・・・パネル、
４４・・・・・・フランジ、４５・・・・・・固定ネジ
、４６・・・・・・測定ヘッド。 手続補正書く方式） ３．補正をする者 事件との関係　　出願人 ４、代理人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、測定点の三次元格子の結節点において局所温度を繰
   返し測定すること、ならびに、容器の天井内に分布する
   、可変的断面積をもつ複数の開口部の断面積及び／又は
   容器及び／又はその壁の厚さ内で分布する複数の熱源の
   火力を個別に調節するため、これらの測定全体に基づき
   定められた値を利用すること、を特徴とする、１つの容
   器内を流れ、容器の外部温度より高い温度をもつ流体中
   の温度分布を調節するための方法。 ２、特許請求の範囲第１項に記載の方法において、その
   格子が流管の方向に向いた軸をもつ、本質的に平行六面
   体のメッシュの格子であることを特徴とする方法。 ３、特許請求の範囲第１項及び第２項のいずれかに記載
   の方法において、格子の節点のいくつかが流体の表面に
   あること、そして、放射高温計を用いて、これらの節点
   における温度を測定することを特徴とする方法。 ４、特許請求の範囲第１項から第３項までの何れかに記
   載の方法において詳述の断面積及び／又は出力を、一定
   の測定点と、この上流及び／又は下流の相当する測定点
   とほぼ同じ流管上にある場所の関の考察温度の相違に応
   じて調節するということを特徴とする方法。 ５、特許請求の範囲第１項から第４項までのいずれかに
   記載の方法において、相当する測定点と流管に対し直交
   する同じ面にほぼ位置する場所と一定の測定点の間の考
   察温度の相違に応じて上述の断面積及び／又は火力を調
   節することを特徴とする方法。 ６、特許請求の範囲第１項から第５項までのいずれかに
   記載の方法において、流管の方向及びこれに対して横方
   向の温度差が一定の目標値以下となるように調節を行な
   うことを特徴とする方法。 ７、スラブ内に作られた可動シャッタ（８）の備わった
   開口部（６）、溶融物質のレベルより下の、容器の側壁
   内に備えつけられたバーナ（５）、測定点の３次元格子
   の節点において、この物質の温度を測定するための機構
   、並びに、行なった測定に従って、バーナーの火力及び
   シャッタの開口度を制御する電気調節回路を特徴とする
   、スラブで被覆された容器を通って流れる溶融物質の熱
   均質化のための、特許請求の範囲第１項に記載の方法の
   実施のための装置。 ８、特許請求の範囲第７項に記載の装置において、溶融
   物質内及び／又は容器の壁厚内に置かれた加熱機構を特
   徴とする装置。 ９、特許請求の範囲第７項及び第８項に記載の装置にお
   いて、シャッタ（８）が個別に又はグループ毎に、ロー
   ラ（１７）を介してスラブ上に載っている可動シャシ内
   にとりつけられ、１つ以上のジャッキ（２５）により起
   道させられることを特徴とする装置。 １０、特許請求の範囲第７項から第８項までのいずれか
   に記載の装置において、スラブ（６）内にとりつけられ
   、溶融物質内に浸漬している高温測定棒（９）を特徴と
   する装置。 １１、特許請求の範囲第１０項に記載の装置において、
   棒の中には異なるレベルに配置された複数の熱電対（９
   ａ、９ｂ、９ｃ）をもつものがあることを特徴とする装
   置。 １２、特許請求の範囲第１０項又は第１１項のいずれか
   に記載の装置において、複数の棒（９）がスラブとの関
   係において横方向に置かれ、１本の中心棒及び２本の側
   面方向棒を有する同一のパネル（４１）上にとりつけら
   れていることを特徴とする装置。 １３、特許請求の範囲第１０項から第１２項までのいず
   れかに記載の装置において、少なくとも１本の棒（９）
   が、少なくとも１つの熱電対を閉じ込め、それにより侵
   食から保護されているアルミナ製の同軸内部管（４０）
   内に備えられた１つ以上の溝穴の中にはめ込まれたロジ
   ウムを含むプラチナ製の不貫通管（４２）を備えている
   ことを特徴とする装置。 １４、特許請求の範囲第７項から第１３項までのいずれ
   かに記載の装置において、放射高温計 （２０）が溶融物質の表面温度を測定するようにスラブ
   （６）に固定されていることを特徴とする装置。 １５、特許請求の範囲第７項から第１４項までのいずれ
   かに記載の装置において、ゼロになる可能性のある１未
   満の係数により、測定された他の全ての値全体により定
   められた第１の範囲から出た場合に、測定装置のいずれ
   か１つによって発せられた信号を均衡させるよう、そし
   てかかる信号が少なくとも第１の範囲を含む第２の範囲
   から出る場合に注意信号をひきはずすよう、調整回路が
   備えられていることを特徴とする装置。 １６、特許請求の範囲第１項に記載の方法の、耐火性物
   質流路に沿って流れる溶融ガラスの温度の均質化への応
   用。