JPWO2015190531A1 - 溶融ガラスの製造方法、ガラス物品の製造方法、および溶融ガラス製造装置 - Google Patents

溶融ガラスの製造方法、ガラス物品の製造方法、および溶融ガラス製造装置 Download PDF

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Abstract

ガラス溶融物の対流が過剰になることを抑制しつつ、ガラス溶融物中のＨ２Ｏの含有率を増加させることが容易な溶融ガラスの製造方法を提供する。本発明の溶融ガラスの製造方法の一つの態様は、溶解槽においてガラス原料を溶解してガラス溶融物を製造する原料溶融工程と、溶解槽の上流側端部から下流側端部に流れるガラス溶融物中に水分子供給ガスを供給する水分子供給工程と、下流側端部から流出したガラス溶融物を減圧雰囲気下で脱泡する清澄工程と、を有し、水分子供給工程における水分子供給ガスの供給位置は、ガラス溶融物の流れ方向における下流側から上流側へ順に第１位置と第２位置とを含み、第１位置は、上流側端部と下流側端部との双方から離間した位置であり、第２位置は、上流側端部から第１位置までのガラス溶融物の流れ方向の距離の中心よりも上流側端部に近い位置であることを特徴とする。

Description

本発明は、溶融ガラスの製造方法、ガラス物品の製造方法、および溶融ガラス製造装置に関する。
たとえば、特許文献１から３に記載されているように、ガラス溶融物の対流を生じさせること等を目的として、溶解槽中にバブラーを設ける構成が知られている。
国際公開第２００９／１２５７５０号 特開昭５３−１０２９１６号公報 米国特許第６８７１５１４号明細書 国際公開第２００７／１１１０７９号
ところで、たとえば、特許文献４に記載されているように、ガラス溶融物中におけるＨ２Ｏの含有率を増加させることで、減圧脱泡を促進できることが知られている。ガラス溶融物中におけるＨ２Ｏの含有率を増加させる方法として、たとえば、特許文献２には、溶解槽中に設けられたバブラーによってガラス溶融物中にＨ２Ｏを導入する方法が記載されている。
しかし、たとえば、バブラーから噴出されるガスの噴出量を大きくし過ぎると、溶解槽中においてガラス溶融物の対流が過剰に生じる場合がある。その結果、バブラーから噴出されたガスの気泡が清澄槽に流入する問題や、溶解槽の底部が過剰に加熱されて溶解槽が劣化する問題等が生じる虞があった。
本発明の一つの態様は、上記問題点に鑑みて成されたものであって、ガラス溶融物の対流が過剰になることを抑制しつつ、ガラス溶融物中のＨ２Ｏの含有率を増加させることが容易な溶融ガラスの製造方法、そのような溶融ガラスの製造方法を用いたガラス物品の製造方法、およびそのような溶融ガラス製造装置を提供することを目的の一つとする。
本発明の溶融ガラスの製造方法の一つの態様は、溶解槽においてガラス原料を溶解してガラス溶融物を製造する原料溶融工程と、前記溶解槽の上流側端部から下流側端部に流れる前記ガラス溶融物中に水分子供給ガスを供給する水分子供給工程と、前記下流側端部から流出した前記ガラス溶融物を減圧雰囲気下で脱泡する清澄工程と、を有し、前記水分子供給工程における前記水分子供給ガスの供給位置は、前記ガラス溶融物の流れ方向における下流側から上流側へ順に第１位置と第２位置とを含み、前記第１位置は、前記上流側端部と前記下流側端部との双方から離間した位置であり、前記第２位置は、前記上流側端部から前記第１位置までの前記ガラス溶融物の流れ方向の距離の中心よりも前記上流側端部に近い位置であることを特徴とする。
前記第２位置において供給される前記水分子供給ガスの浮上力は、前記第１位置において供給される前記水分子供給ガスの浮上力よりも小さい製造方法としてもよい。
前記第１位置および第２位置において供給される水分子供給ガスは、バブラーによって気泡として噴出され、前記第２位置において供給される前記水分子供給ガスの気泡の泡径は、前記第１位置において供給される前記水分子供給ガスの気泡の泡径よりも小さい製造方法としてもよい。
前記第２位置において供給される前記水分子供給ガスの供給量は、前記第１位置において供給される前記水分子供給ガスの供給量よりも小さい製造方法としてもよい。
前記水分子供給工程において、前記第１位置と前記中心との間には、前記水分子供給ガスを供給しない製造方法としてもよい。
前記水分子供給工程において、前記第１位置から前記下流側端部の間には、前記水分子供給ガスを供給しない製造方法としてもよい。
前記第１位置は、前記ガラス溶融物の流れ方向において、前記ガラス溶融物の温度が最も高い位置の近傍で、かつ、前記ガラス溶融物中における前記溶解槽の底部側である製造方法としてもよい。
前記第２位置は、前記ガラス溶融物中における前記溶解槽の底部側である製造方法としてもよい。
前記第２位置は、前記ガラス溶融物中における素地面側である製造方法としてもよい。
前記水分子供給工程において、前記ガラス溶融物と接する空間に水蒸気を供給する製造方法としてもよい。
前記原料溶融工程において、前記ガラス原料を空気燃焼により溶解する製造方法としてもよい。
前記溶解槽には、前記溶解槽の内部に燃焼炎を噴射するバーナーが接続され、前記バーナーには、前記溶解槽中の熱を蓄熱する蓄熱炉を介して燃焼ガスが供給され、前記原料溶融工程において、前記蓄熱炉に水蒸気を供給する製造方法としてもよい。
前記水分子供給ガスは、水素原子が含まれるガスを含む製造方法としてもよい。
本発明のガラス物品の製造方法の一つの態様は、上記の溶融ガラスの製造方法を用いて溶融ガラスを製造する工程と、前記溶融ガラスを成形してガラス物品とする成形工程と、を有することを特徴とする。
本発明の溶融ガラス製造装置の一つの態様は、ガラス原料を溶解してガラス溶融物を製造するための溶解槽と、前記溶解槽に設けられ、前記溶解槽の上流側端部から下流側端部に流れる前記ガラス溶融物中に水分子供給ガスを供給する供給口を有するバブラーと、前記下流側端部から流出した前記ガラス溶融物を減圧雰囲気下で脱泡する減圧脱泡装置と、を備え、前記バブラーは、前記ガラス溶融物の流れ方向の下流側から上流側へ順に、前記水分子供給ガスを供給する第１噴出口を有する第１バブラーと、前記水分子供給ガスを供給する第２噴出口を有する第２バブラーとを含み、前記第１噴出口は、前記上流側端部と前記下流側端部との双方から離間した第１位置に設けられ、前記第２噴出口は、前記上流側端部から前記第１位置までの前記ガラス溶融物の流れ方向の距離の中心よりも前記上流側端部に近い第２位置に設けられることを特徴とする。
本発明の一つの態様によれば、ガラス溶融物の対流が過剰になることを抑制しつつ、ガラス溶融物中のＨ２Ｏの含有率を増加させることが容易な溶融ガラスの製造方法、そのような溶融ガラスの製造方法を用いたガラス物品の製造方法、およびそのような溶融ガラス製造装置が提供される。
本実施形態の溶融ガラス製造装置を示す概略構成図である。 本実施形態の溶融ガラス製造装置の部分を示す斜視図である。 本実施形態の溶融ガラス製造装置の部分を示す平面図である。 本実施形態のバブラーを示す部分拡大図である。 本実施形態のガラス物品の製造方法の手順を示すフローチャートである。 本実施形態の溶融ガラス製造装置の他の一例を示す概略構成図である。 本実施形態の溶融ガラス製造装置の他の一例を示す概略構成図である。 比較例の溶融ガラス製造装置を示す概略構成図である。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る溶融ガラスの製造方法、ガラス物品の製造方法、および溶融ガラス製造装置について説明する。
なお、本発明の範囲は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等を異ならせる場合がある。
なお、図面においては、適宜、３次元直交座標系としてＸＹＺ座標系を示し、Ｚ軸方向を鉛直方向とし、Ｘ軸方向を図１に示す溶解槽１１の長さ方向とし、Ｙ軸方向を溶解槽１１の幅方向とする。溶解槽１１の長さ方向は、図１における左右方向である。また、溶解槽１１の幅方向は、図３における上下方向である。
本明細書において、「上流側」および「下流側」とは、溶融ガラス製造装置内におけるガラス溶融物の流れ方向に対するものである。
また、本明細書において、特に断りがない場合には、「ガラス溶融物の流れ方向」とは、溶融ガラス製造装置１０の全体におけるガラス溶融物Ｇの流れの主となる方向を意味するものであり、溶解槽１１中において生じる対流による流れの方向を意味するものではない。すなわち、本実施形態において溶解槽１１におけるガラス溶融物Ｇの流れ方向とは、Ｘ軸の正（プラス）方向である。
＜溶融ガラス製造装置＞
まず、本実施形態の溶融ガラス製造装置１０について説明する。
図１および図２に示すように、本実施形態の溶融ガラス製造装置１０は、溶解槽１１と、第１バブラー２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄと、第２バブラー２１ａ，２１ｂ，２１ｃと、減圧脱泡装置１２と、を備える。また、溶融ガラス製造装置１０は、図３に示すように、第１加熱装置４０と、第２加熱装置４１と、を備える。溶融ガラス製造装置１０の下流側には、成形装置５００が設けられている。
［溶解槽］
溶解槽１１は、本実施形態においては、耐火煉瓦で形成されている。溶解槽１１の上流側壁部１１ｂには、上流側壁部１１ｂの内側面１１ｄに開口するガラス原料投入口１８が設けられている。溶解槽１１の内部においては、ガラス原料投入口１８から投入されたガラス原料Ｇ０が溶解され、ガラス溶融物Ｇが製造される。製造されたガラス溶融物Ｇは、溶解槽１１内を上流側壁部１１ｂの内側面１１ｄから下流側壁部１１ｃの内側面１１ｅに流れる。
なお、上流側壁部１１ｂの内側面１１ｄは、特許請求の範囲の上流側端部に相当する。下流側壁部１１ｃの内側面１１ｅは、特許請求の範囲の下流側端部に相当する。
ガラス溶融物Ｇの素地面Ｇａの天井部１１ｈ側、すなわち、鉛直方向上方側には、ガラス溶融物Ｇの素地面Ｇａと溶解槽１１の内壁面とで囲まれた空間Ｄが形成されている。溶解槽１１の底部１１ａには、第１バブラー２０ａ〜２０ｄと、第２バブラー２１ａ〜２１ｃとが設置されている。
［第１バブラー］
第１バブラー２０ａ〜２０ｄは、図１および図２に示すように、水分子供給ガスＢ１１を気泡としてガラス溶融物Ｇ中に供給するガス供給管からなるバブラーである。第１バブラー２０ａ〜２０ｄは、溶解槽１１の底部１１ａから鉛直方向上方側に突出して、溶解槽１１の幅方向に並んで設けられている。
第１バブラー２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄの鉛直方向上方側の端部には、それぞれ水分子供給ガスＢ１１を噴出する第１噴出口２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄが設けられている。第１噴出口２４ａ〜２４ｄの形状は、特に限定されず、本実施形態においては、たとえば、円形状である。
第１噴出口２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄは、図２および図３に示すように、それぞれガラス溶融物Ｇ中の第１位置Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３，Ｐ１４に設けられている。第１位置Ｐ１１〜Ｐ１４は、溶解槽１１の上流側壁部１１ｂの内側面１１ｄと下流側壁部１１ｃの内側面１１ｅとの双方から離間した位置である。本実施形態において第１位置Ｐ１１〜Ｐ１４は、ホットスポットの近傍である。
ホットスポットとは、溶解槽１１において、流れ方向におけるガラス溶融物Ｇの温度が最も高い位置である。溶解槽１１におけるガラス溶融物Ｇの流れ方向の温度は、中央付近で最も高くなり、その上流側と下流側とでは低くなるように分布する。そのため、ホットスポットは、溶解槽１１内のガラス溶融物Ｇの流れ方向の中央付近となる。
ホットスポットにおいては、ガラス溶融物Ｇは、鉛直方向上方側に上昇し、ホットスポットの上流側と下流側とでは、ガラス溶融物Ｇは、鉛直方向下方側に下降する。これにより、ガラス溶融物Ｇ中には対流ＬＦおよびＵＦが生じる。
なお、本明細書において、ホットスポットの近傍とは、ホットスポットからの距離が、たとえば、溶解槽１１の流れ方向の長さの１／５以下程度になる範囲を意味する。
本実施形態において第１位置Ｐ１１は、図１に示すように、ガラス溶融物Ｇ中における溶解槽１１の底部１１ａ側である。第１位置Ｐ１２〜Ｐ１４についても同様である。
ここで、本明細書において、ガラス溶融物Ｇ中における溶解槽１１の底部１１ａ側とは、ガラス溶融物Ｇの鉛直方向深さの中心よりも底部１１ａ側であることを意味する。
なお、本明細書において、第１噴出口２４ａ〜２４ｄの位置とは、第１噴出口２４ａ〜２４ｄのガラス溶融物Ｇの流れ方向の中心で、かつ、第１噴出口２４ａ〜２４ｄの溶解槽１１の幅方向の中心の位置を意味する。すなわち、本実施形態において第１噴出口２４ａ〜２４ｄの位置とは、第１噴出口２４ａ〜２４ｄの中心の位置を意味する。後述する第２噴出口２５ａ〜２５ｃについても同様である。
また、本明細書において、「水分子供給ガス」とは、反応の有無によらず、最終的にガラス溶融物Ｇ内に水分子（Ｈ２Ｏ）を供給可能なガスを意味する。すなわち、水分子供給ガスは、水蒸気（Ｈ２Ｏ）を含んだガスであってもよいし、ガラス溶融物Ｇ内で反応してＨ２Ｏを生成可能な２種類以上のガスを含んだガスであってもよい。言い換えると、水分子供給ガスは、水素原子が含まれるガスを含む。水分子供給ガスは、水素原子と酸素原子以外の原子を含んでいてもよい。
水蒸気を含んだガスとは、水蒸気に、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｎ２、Ｏ２、ＣＯ２から１つ以上のガスを混合したガスがあげられる。その場合、水蒸気の分圧は０．５気圧以上が好ましい。一方で、配管内での結露を抑制するために、水蒸気の分圧を０．８気圧以下に設定してもよい。
また、反応により水分子を供給する２種以上のガスを含んだガスとしては、Ｈ２や、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ６、Ｃ３Ｈ８、Ｃ４Ｈ１０等の炭化水素のうちから選択される１つ以上のガスと、Ｏ２との混合ガスでもよい。その反応により水分子を供給するガスには、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｎ２、ＣＯ２のうちから１つ以上のガスを混合してもよい。
本実施形態においては、図４に示すように、第１バブラー２０ａの第１噴出口２４ａから噴出される水分子供給ガスＢ１１は、たとえば、水素ガス（Ｈ２）と、酸素ガス（Ｏ２）と、を含んだガスである。本実施形態において第１バブラー２０ａの第１噴出口２４ａは、水素噴出口２６と、酸素噴出口２７と、を含む。水素噴出口２６からは、Ｈ２が噴出され、酸素噴出口２７からはＯ２が噴出される。これにより、第１バブラー２０ａの第１噴出口２４ａからＨ２とＯ２とを含む水分子供給ガスＢ１１が噴出される。噴出された水分子供給ガスＢ１１においては、Ｈ２とＯ２とが反応して、Ｈ２Ｏが生成される。他の３つの第１バブラー２０ｂ〜２０ｄについても同様である。
第１バブラー２０ａ〜２０ｄの材質は、たとえば、白金（Ｐｔ）、白金ロジウム合金などの白金合金、ＳＵＳ、アルミナやジルコニアなどのセラミックスである。
たとえば、第１バブラー２０ａ〜２０ｄの材質としてＳＵＳを選択した場合には、第１バブラー２０ａ〜２０ｄとして、二重管構造を有し水冷可能なバブラーを用いてもよい。
［第２バブラー］
第２バブラー２１ａ〜２１ｃは、図１および図２に示すように、水分子供給ガスＢ２１を気泡としてガラス溶融物Ｇ中に供給するガス供給管からなるバブラーである。第２バブラー２１ａ〜２１ｃは、溶解槽１１の底部１１ａから鉛直方向上方側に突出して、溶解槽１１の幅方向に並んで設けられている。
第２バブラー２１ａ，２１ｂ，２１ｃの鉛直方向上方側の端部には、それぞれ水分子供給ガスＢ２１を噴出する第２噴出口２５ａ，２５ｂ，２５ｃが設けられている。第２噴出口２５ａ〜２５ｃの形状は、特に限定されず、本実施形態においては、たとえば、円形状である。
第２噴出口２５ａ，２５ｂ，２５ｃは、図２および図３に示すように、それぞれガラス溶融物Ｇ中の第２位置Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ２３に設けられている。第２位置Ｐ２１〜Ｐ２３は、上流側壁部１１ｂの内側面１１ｄから第１位置Ｐ１１〜Ｐ１４までのガラス溶融物Ｇの流れ方向の距離の中心よりも内側面１１ｄに近い位置である。
また、図１に示すように、本実施形態においては、第２位置Ｐ２１は、ガラス溶融物Ｇ中における溶解槽１１の底部１１ａ側である。第２位置Ｐ２２，Ｐ２３についても同様である。
本実施形態において第２バブラー２１ａ〜２１ｃの第２噴出口２５ａ〜２５ｃは、第１バブラー２０ａの第１噴出口２４ａと同様に、２つの噴出口を含み、それぞれ、Ｈ２とＯ２とを噴出する。すなわち、第２バブラー２１ａ〜２１ｃの第２噴出口２５ａ〜２５ｃから噴出される水分子供給ガスＢ２１は、本実施形態においては、Ｈ２とＯ２とを含むガスである。
本実施形態において、第２バブラー２１ａ〜２１ｃの第２噴出口２５ａ〜２５ｃから噴出される水分子供給ガスＢ２１全体の浮上力は、第１バブラー２０ａ〜２０ｄの第１噴出口２４ａ〜２４ｄから噴出される水分子供給ガスＢ１１全体の浮上力よりも小さい。
ここで、「浮上力」とは、ガラス溶融物Ｇ中で噴出された水分子供給ガスの気泡が、鉛直方向上方に浮上することでガラス溶融物に対して働く鉛直方向上向きの体積力である。すなわち、「浮上力」とは、水分子供給ガスの気泡がガラス溶融物Ｇを鉛直方向上方側に押し上げる力である。水分子供給ガスの浮上力Ｆは、以下の式（１）〜（３）で定義される。
Figure 2015190531
Figure 2015190531
Figure 2015190531
Ｃｄは、抗力係数である。ρは、ガラス溶融物Ｇの密度である。ｄは、水分子供給ガスの気泡の直径、すなわち、泡径である。ｕは、ガラス溶融物Ｇの鉛直方向の速度に対する水分子供給ガスの気泡の鉛直方向の相対速度である。Ｒｅは、レイノルズ数である。ｇは、重力加速度である。νは、動粘性係数である。相対速度ｕは、ガラス溶融物Ｇ中においては、浮上力Ｆと重力とが釣り合う速度が一定となった終端速度Ｖである。
終端速度Ｖは、以下のストークスの式（４）によって求めることができる。
Figure 2015190531
ρｆは、水分子供給ガスの密度である。
上記の式（１）〜（４）より、浮上力Ｆは、水分子供給ガスの泡径ｄが大きいほど、大きくなることが分かる。また、浮上力Ｆは、ガラス溶融物Ｇの動粘性係数νが小さいほど、大きくなることが分かる。また、上記の式（１）〜（４）によって求められる浮上力Ｆは、気泡１つあたりのものであるため、噴出される水分子供給ガスの噴出量が大きいほど、水分子供給ガス全体の浮上力は大きくなる。
なお、水分子供給ガスの噴出量は、ガラス溶融物Ｇ中に供給される水分子供給ガスの供給量である。
本実施形態においては、第２バブラー２１ａ〜２１ｃから噴出される水分子供給ガスＢ２１全体の浮上力Ｆが、第１バブラー２０ａ〜２０ｄから噴出される水分子供給ガスＢ１１全体の浮上力Ｆよりも小さくなる範囲内において、各噴出口から噴出される水分子供給ガスＢ１１、Ｂ２１のそれぞれの浮上力Ｆは、特に限定されない。
本実施形態においては、第１バブラー２０ａ〜２０ｄの方が、第２バブラー２１ａ〜２１ｃよりも多く設けられている。そのため、たとえば、各バブラーから噴出される水分子供給ガスの浮上力Ｆを同じに設定することで、第２バブラー２１ａ〜２１ｃから噴出される水分子供給ガスＢ２１全体の浮上力Ｆを、第１バブラー２０ａ〜２０ｄから噴出される水分子供給ガスＢ１１全体の浮上力Ｆよりも小さくできる。
また、第２バブラー２１ａ〜２１ｃから噴出される水分子供給ガスＢ２１のそれぞれの浮上力Ｆを、第１バブラー２０ａ〜２０ｄから噴出される水分子供給ガスＢ１１のそれぞれの浮上力Ｆに対して、小さく設定してもよい。
また、たとえば、第１バブラーの数と、第２バブラーの数とを同じ数として、第２バブラーから噴出される水分子供給ガスＢ２１のそれぞれの浮上力Ｆを、第１バブラーから噴出される水分子供給ガスＢ１１のそれぞれの浮上力Ｆに対して、小さく設定してもよい。
浮上力Ｆの大きさを調整する方法は、特に限定されず、たとえば、噴出量を調整してもよいし、泡径ｄを調整してもよいし、動粘性係数νを調整してもよい。動粘性係数νの調整方法としては、たとえば、後述する第１バーナー６０ａ〜６０ｅおよび第２バーナー６１ａ〜６１ｅのそれぞれを調整し、第１バブラー２０ａ〜２０ｄ上のガラス溶融物Ｇと、第２バブラー２１ａ〜２１ｃ上のガラス溶融物Ｇと、の温度を調整する方法を採用できる。ガラス溶融物Ｇの温度が大きいほど、ガラス溶融物Ｇの動粘性係数は小さくなる。
浮上力Ｆを調整する方法として、噴出量および泡径ｄを調整する方法を採用した場合には、バブラーのみを調整すればよいため、浮上力Ｆの調整が簡便である。
水分子供給ガスＢ１１，Ｂ２１の気泡は、共に、泡径ｄが小さい方が好ましい。泡径ｄが小さいほど、水分子供給ガスＢ１１，Ｂ２１がガラス溶融物Ｇ中に吸収されやすく、また、ガラス溶融物Ｇの対流を阻害することを抑制できる。泡径ｄを小さくすると、浮上力Ｆは小さくなるが、その場合には、水分子供給ガスＢ１１，Ｂ２１の噴出量を大きくすることで、浮上力Ｆを調整することが好ましい。
なお、各バブラーから噴出される水分子供給ガスの気泡の泡径ｄとは、各バブラーから噴出される無数の気泡の平均の値であり、また各バブラーから噴出される水分子供給ガスの浮上力Ｆとは、各バブラーから噴出される水分子供給ガスの気泡による浮上力の平均の値である。
本実施形態においては、図３に示すように、上流側壁部１１ｂの内側面１１ｄから各第１位置Ｐ１１〜Ｐ１４までのガラス溶融物Ｇの流れ方向の距離の中心を通る中心線Ｃよりも上流側に、ガラス溶融物Ｇ中にバブラーの噴出口を設置可能な設置領域ＡＲ１が形成されている。設置領域ＡＲ１は、平面視、すなわち、図３のＸＹ面視で、中心線Ｃと上流側壁部１１ｂの内側面１１ｄとの間に形成されている。設置領域ＡＲ１は、第２位置Ｐ２１〜Ｐ２３を含む。
本実施形態においては、設置領域ＡＲ１よりも下流側には、非設置領域ＡＲ２と、非設置領域ＡＲ３と、が形成されている。
非設置領域ＡＲ２は、平面視で、第１位置Ｐ１１〜Ｐ１４を通る線分Ｌ１と中心線Ｃとの間に形成されている。非設置領域ＡＲ２は、ガラス溶融物Ｇ中においてバブラーの噴出口が設けられない領域である。言い換えると、非設置領域ＡＲ２においては、ガラス溶融物Ｇ中に水分子供給ガスを供給しない。
非設置領域ＡＲ３は、平面視で、線分Ｌ１と下流側壁部１１ｃの内側面１１ｅとの間に形成されている。非設置領域ＡＲ３は、非設置領域ＡＲ２と同様に、ガラス溶融物Ｇ中においてバブラーの噴出口が設けられない領域である。言い換えると、非設置領域ＡＲ３においては、ガラス溶融物Ｇ中に水分子供給ガスを供給しない。
なお、本明細書において、非設置領域にバブラーの噴出口が設けられないとは、噴出口の位置、すなわち、本実施形態においては噴出口の中心位置が非設置領域に設けられないことを意味するものであり、噴出口の全体が非設置領域に設けられないことを意味するものではない。言い換えると、噴出口の中心位置が非設置領域に設けられていない範囲内において、噴出口の一部が非設置領域にはみ出すことは許容される。
また、本明細書において、非設置領域においてガラス溶融物Ｇ中に水分子供給ガスを供給しないとは、非設置領域に設けられた噴出口から水分子供給ガスを噴出しないことを意味する。したがって、噴出された水分子供給ガスが非設置領域に侵入することや、第１位置Ｐ１１〜Ｐ１４や設置領域ＡＲ１に設けられたバブラーの噴出口の一部が非設置領域にはみ出した場合に、そのはみ出した部分から水分子供給ガスが噴出されることは、許容される。
［第１加熱装置および第２加熱装置］
第１加熱装置４０と第２加熱装置４１とは、図３に示すように、溶解槽１１を幅方向に挟んで設けられている。第１加熱装置４０は、第１蓄熱炉５０と、第１バーナー６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０ｄ，６０ｅと、を備える。第２加熱装置４１は、第２蓄熱炉５１と、第２バーナー６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄ，６１ｅと、を備える。
第１蓄熱炉５０および第２蓄熱炉５１は、溶解槽１１の長さ方向に延びて形成された箱状構造である。第１蓄熱炉５０および第２蓄熱炉５１は、本実施形態においては、煉瓦で形成されている。第１蓄熱炉５０および第２蓄熱炉５１の内部空間の雰囲気の熱は、形成材料である煉瓦によって蓄熱される。
なお、第１蓄熱炉５０と第２蓄熱炉５１とは、特許請求の範囲における蓄熱炉に相当する。
第１蓄熱炉５０および第２蓄熱炉５１の長さ方向の一端には、内部の空間を外部と連通させる開口部５２と開口部５３とがそれぞれ設けられている。
第１蓄熱炉５０の溶解槽１１側の壁部には、第１バーナー６０ａ〜６０ｅが長さ方向に並んで接続されている。第２蓄熱炉５１の溶解槽１１側の壁部には、第２バーナー６１ａ〜６１ｅが長さ方向に並んで接続されている。第１蓄熱炉５０の内部および第２蓄熱炉５１の内部は、それぞれ、第１バーナー６０ａ〜６０ｅおよび第２バーナー６１ａ〜６１ｅの内部と連通している。
第１バーナー６０ａ〜６０ｅおよび第２バーナー６１ａ〜６１ｅは、空気燃焼バーナーである。第１バーナー６０ａ〜６０ｅおよび第２バーナー６１ａ〜６１ｅは、燃焼炎を噴射することで溶解槽１１の内部を熱し、ガラス原料Ｇ０を溶解させる。第１バーナー６０ａ〜６０ｅの噴射口は、溶解槽１１の空間Ｄに臨む溶解槽１１の側壁面１１ｆに設けられている。第２バーナー６１ａ〜６１ｅの噴射口は、溶解槽１１の空間Ｄに臨む溶解槽１１の側壁面１１ｇに設けられている。これにより、第１蓄熱炉５０の内部および第２蓄熱炉５１の内部は、それぞれ、第１バーナー６０ａ〜６０ｅおよび第２バーナー６１ａ〜６１ｅの内部を介して、空間Ｄと連通している。
なお、第１バーナー６０ａ〜６０ｅおよび第２バーナー６１ａ〜６１ｅは、特許請求の範囲のバーナーに相当する。
第１バーナー６０ａ〜６０ｅと第２バーナー６１ａ〜６１ｅとは、交互に燃焼炎を噴射し、溶解槽１１の内部を加熱する。図３においては、第１バーナー６０ａ〜６０ｅから燃焼炎が噴射されている場合を示している。この場合においては、燃焼ガスとして空気が開口部５２から第１蓄熱炉５０へと供給される。第１蓄熱炉５０に供給された空気は、第１バーナー６０ａ〜６０ｅに供給され、第１バーナー６０ａ〜６０ｅの噴射口から燃焼炎が噴射される。そして、第１バーナー６０ａ〜６０ｅの燃焼炎によって生じた排ガスは、第２バーナー６１ａ〜６１ｅの内部を介して、第２蓄熱炉５１へと流入し、開口部５３から外部へと排出される。このとき、第２蓄熱炉５１内に流入された排ガスによって、第２蓄熱炉５１は、熱せられる。言い換えると、第２蓄熱炉５１は、溶解槽１１中の熱を蓄熱する。
所定時間が経過すると、今度は、燃焼ガスとしての空気が、開口部５３から第２蓄熱炉５１の内部に流入され、第２バーナー６１ａ〜６１ｅが燃焼炎を噴射する。このとき、第２蓄熱炉５１は、第１バーナー６０ａ〜６０ｅによって生じた排ガスによって蓄熱されているため、第２蓄熱炉５１に流入された空気は、予熱される。これにより、第１バーナー６０ａ〜６０ｅおよび第２バーナー６１ａ〜６１ｅによって生じる燃焼熱の利用効率を向上できる。
［減圧脱泡装置］
減圧脱泡装置１２は、図１に示すように、溶解槽１１の下流側に設けられている。減圧脱泡装置１２は、いわゆる門型の減圧脱泡装置である。減圧脱泡装置１２は、清澄槽１４と、上昇管１３と、下降管１５と、接続路１６，１７と、図示しない減圧手段と、を備える。
清澄槽１４は、たとえば、本実施形態においては耐火煉瓦で形成されている。清澄槽１４は、耐火煉瓦で囲まれた内部空間を有する中空構造である。耐火煉瓦としては、焼成煉瓦であっても、不焼成煉瓦であっても、電融鋳造煉瓦であってもよい。
清澄槽１４の内部空間には、ガラス溶融物Ｇの流路が一方向に延びて形成されている。ガラス溶融物Ｇの流路が延びる方向は、本実施形態においては、Ｘ軸方向である。
上昇管１３は、清澄槽１４の上流側の端部に鉛直方向下方側から接続されている。上昇管１３は、鉛直方向に延びて形成されている。上昇管１３の内部と清澄槽１４の流路とは、連通している。上昇管１３の鉛直方向下方側の端部は、接続路１６を介して、溶解槽１１と接続されている。上昇管１３は、溶解槽１１から清澄前のガラス溶融物Ｇを吸い上げて清澄槽１４内の流路に供給する。上昇管１３の断面形状は、特に限定されず、たとえば、矩形状である。
下降管１５は、清澄槽１４の下流側の端部に鉛直方向下方側から接続されている。下降管１５は、鉛直方向に延びて形成される。下降管１５の内部と清澄槽１４の流路とは、連通している。下降管１５の鉛直方向下方側の端部は、接続路１７を介して、成形装置５００と接続されている。下降管１５は、清澄槽１４によって清澄された後のガラス溶融物Ｇを清澄槽１４内の流路から鉛直方向下方側に排出する。下降管１５の断面形状は、特に限定されず、たとえば、矩形状である。
図示しない減圧手段は、清澄槽１４の流路内を減圧する手段である。減圧手段は、流路内を減圧できる範囲内において、特に限定されない。減圧手段としては、たとえば、清澄槽１４を収容する減圧ハウジングを用いることができる。この場合においては、減圧ハウジング内を減圧吸引することで、清澄槽１４の流路の内部を大気圧未満の減圧状態とできる。また、他の減圧手段として、減圧ハウジングを設けずに、清澄槽１４におけるガラス溶融物Ｇの上部空間を、減圧ポンプ等を用いて減圧吸引してもよい。
＜ガラス物品の製造方法＞
次に、本実施形態のガラス物品の製造方法について説明する。
本実施形態のガラス物品の製造方法は、図５に示すように、溶融ガラス製造工程Ｓ１と、成形工程Ｓ２と、を有する。
なお、本明細書において、溶融ガラス製造工程Ｓ１は、すなわち、特許請求の範囲における溶融ガラスの製造方法に相当する。
［溶融ガラスの製造方法］
溶融ガラス製造工程Ｓ１は、原料溶融工程Ｓ１ａと、水分子供給工程Ｓ１ｂと、清澄工程Ｓ１ｃと、を有する。以下の説明においては、上記説明した本実施形態の溶融ガラス製造装置１０を用いて、溶融ガラス製造工程Ｓ１について説明する。
原料溶融工程Ｓ１ａは、ガラス原料Ｇ０を溶解してガラス溶融物Ｇを製造する工程である。第１バーナー６０ａ〜６０ｅおよび第２バーナー６１ａ〜６１ｅによって加熱される溶解槽１１に、ガラス原料投入口１８を介してガラス原料Ｇ０を投入する。この工程により、ガラス原料Ｇ０が溶解され、ガラス溶融物Ｇが製造される。
水分子供給工程Ｓ１ｂは、第１バブラー２０ａ〜２０ｄおよび第２バブラー２１ａ〜２１ｃによって、溶解槽１１の上流側壁部１１ｂの内側面１１ｄから下流側壁部１１ｃの内側面１１ｅに流れるガラス溶融物Ｇ中に水分子供給ガスＢ１１，Ｂ２１を供給する工程である。水分子供給工程Ｓ１ｂにおける水分子供給ガスの供給位置は、ガラス溶融物Ｇの流れ方向における下流側から上流側へ順に第１噴出口２４ａ〜２４ｄが設けられた第１位置Ｐ１１〜Ｐ１４と第２噴出口２５ａ〜２５ｃが設けられた第２位置Ｐ２１〜Ｐ２３とを含む。
上述したように、第１バブラー２０ａ〜２０ｄの第１噴出口２４ａ〜２４ｄから噴出される全体としての水分子供給ガスＢ１１の浮上力よりも、第２バブラー２１ａ〜２１ｃの第２噴出口２５ａ〜２５ｃから噴出される全体としての水分子供給ガスＢ２１の浮上力が小さくなるようにして、水分子供給ガスＢ１１，Ｂ２１をガラス溶融物Ｇ中に噴出させる。
第１バブラー２０ａ〜２０ｄの第１噴出口２４ａ〜２４ｄは、ホットスポットの近傍に設けられているため、第１バブラー２０ａ〜２０ｄから噴出される水分子供給ガスＢ１１によって、溶解槽１１内を大きく循環する２ループの対流が生じる。具体的には、図１に示すように、ガラス溶融物Ｇがホットスポット、すなわち、第１バブラー２０ａ〜２０ｄの位置の近傍から上昇して上流側へと移動する上流側対流ＵＦと、ガラス溶融物Ｇが第１バブラー２０ａ〜２０ｄの位置の近傍から上昇して下流側へと移動する下流側対流ＬＦと、が生じる。
第１バブラー２０ａ〜２０ｄの第１噴出口２４ａ〜２４ｄから噴出された水分子供給ガスＢ１１の気泡は、上流側対流ＵＦと下流側対流ＬＦとによって溶解槽１１内を循環するガラス溶融物Ｇ中に吸収される。
一方、第２バブラー２１ａ〜２１ｃの第２噴出口２５ａ〜２５ｃから噴出された水分子供給ガスＢ２１の気泡は、上流側対流ＵＦによって溶解槽１１内を循環するガラス溶融物Ｇ中に吸収される。
ここで、水分子供給ガスＢ１１，Ｂ２１の噴出量は、増加させたいガラス溶融物Ｇ中のＨ２Ｏの含有率に応じて決定される。たとえば、ガラス溶融物ＧのＨ２Ｏの含有率を１００ｐｐｍ上昇させたい場合には、水分子供給ガスＢ１１，Ｂ２１全体の噴出量を、たとえば、１ｋｇのガラス溶融物Ｇに対して、１００Ｎｍ３以上、５０００Ｎｍ３以下となるように設定すればよい。
ガラス溶融物Ｇ中のＨ２Ｏの含有率が高いほど、清澄工程Ｓ１ｃにおいてガラス溶融物Ｇ中の気泡を脱泡しやすい。そのため、ガラス溶融物Ｇ中のＨ２Ｏの含有率は、十分に高くなるように調整されることが好ましい。具体的には、ガラス溶融物ＧのＨ２Ｏの含有率は、０．０２５ｗｔ％以上が好ましく、０．０３５ｗｔ％以上がより好ましく、ガラス溶融物Ｇ中に溶けるＨ２Ｏが飽和する含有率とすることがさらに好ましい。ガラス溶融物Ｇ中に溶けるＨ２Ｏが飽和する含有率は、たとえば、ガラス溶融物Ｇの温度が１０００℃以上、１８００℃以下程度の範囲において、０．０３ｗｔ％以上、０．１ｗｔ％以下程度である。
この工程により、ガラス溶融物Ｇ中に水分子供給ガスＢ１１，Ｂ２１が供給され、ガラス溶融物Ｇ中のＨ２Ｏの含有率が増加する。ガラス溶融物Ｇは、接続路１６を介して溶解槽１１から流出される。流出したガラス溶融物Ｇは、減圧脱泡装置１２に流入される。
次に、清澄工程Ｓ１ｃは、溶解槽１１の下流側壁部１１ｃから接続路１６を介して流出したガラス溶融物Ｇを減圧雰囲気下で脱泡する工程である。減圧脱泡装置１２に流入されたガラス溶融物Ｇは、上昇管１３を介して、清澄槽１４に供給される。清澄槽１４の内部を図示しない減圧手段によって減圧状態とし、ガラス溶融物Ｇに清澄槽１４中を通過させる。
ガラス溶融物Ｇは、減圧状態の清澄槽１４中を通過することで、ガラス溶融物Ｇ中の気泡が大きく成長する。成長した気泡は、ガラス溶融物Ｇの素地面Ｇｂに浮上し、破泡する。
この工程により、清澄槽１４によってガラス溶融物Ｇ中の気泡が除去される。すなわち、清澄槽１４によってガラス溶融物Ｇが清澄される。
以上の原料溶融工程Ｓ１ａから清澄工程Ｓ１ｃによって、溶融ガラス製造工程Ｓ１は、終了し、溶融ガラスが製造される。
なお、本明細書において、「ガラス溶融物」とは、原料溶融工程Ｓ１ａによってガラス原料Ｇ０が溶融されてから、清澄工程Ｓ１ｃによって清澄されるまでの溶けたガラスを意味するものである。
また、本明細書において、「溶融ガラス」とは、成形することでガラス物品を製造できる状態の溶けたガラスを意味するものである。
なお、成形することでガラス物品を製造できる状態とは、ガラス溶融物Ｇに対して水分子供給工程Ｓ１ｂおよび清澄工程Ｓ１ｃを行った状態のみを意味するものではなく、ガラス溶融物Ｇに対して前述の工程の一部を省略した状態であってもよく、他の工程を行った状態であってもよい。
次に、成形工程Ｓ２は、製造された溶融ガラスを成形装置５００によって目的の形状に成形してガラス物品とする工程である。
以上の溶融ガラス製造工程Ｓ１と成形工程Ｓ２とにより、ガラス物品が製造される。
なお、成形工程Ｓ２の後に、成形されたガラス物品を徐冷する徐冷工程や、徐冷されたガラスを必要な長さに切断する切断工程や、切断されたガラスを研磨する研磨工程を設けてもよい。また、ガラス物品は、徐冷工程の途中のガラス溶融物もしくは成形体、または徐冷工程の後および切断工程の後の成形体に、表面処理等の加工をしたものやフィルムを貼ったものを含む。
本実施形態によれば、第２バブラー２１ａ〜２１ｃの第２噴出口２５ａ〜２５ｃが、設置領域ＡＲ１に設けられているため、溶解槽１１におけるガラス溶融物Ｇの対流が過剰になることを抑制しつつ、ガラス溶融物Ｇ中のＨ２Ｏの含有率を増加させることが容易である。以下、詳細に説明する。
減圧脱泡によってガラス溶融物Ｇ内の気泡を脱泡する場合には、ガラス溶融物Ｇ中にＨ２Ｏが多く含有されていることが好ましい。これは、ガラス溶融物Ｇ中に溶け込んだＨ２Ｏのガス成分は、減圧雰囲気内において成長するガラス溶融物Ｇ中の気泡に流入する速度が大きいため、気泡が大きく成長し、清澄槽１４における素地面Ｇｂへと浮上しやすくなるためである。
ガラス溶融物Ｇ中のＨ２Ｏの含有率を増加させる方法としては、前述したように、たとえば、バブラーによって水分子供給ガスをガラス溶融物Ｇ中に供給する方法を選択できる。
しかし、たとえば、図８に示すような、溶解槽３１１に第１バブラー２０ａ〜２０ｄのみが設けられている溶融ガラス製造装置３１０においては、清澄工程において十分な脱泡が生じるように大量のＨ２Ｏをガラス溶融物Ｇ中に供給しようとすると、水分子供給ガスＢ１１の浮上力が大きくなり過ぎる場合があった。これにより、上流側対流ＵＦａと下流側対流ＬＦａとが、過剰な速度で循環する場合があった。
ガラス溶融物Ｇの対流が過剰になると、水分子供給ガスＢ１１の気泡がガラス溶融物Ｇ中に吸収される前に、減圧脱泡装置１２へと流入してしまう場合がある。この場合においては、清澄槽１４における素地面Ｇｂに水分子供給ガスＢ１１の気泡が滞留し、泡層３７０が形成される場合がある。泡層３７０が形成されると、清澄槽１４の流路における圧力損失が大きくなり、流路内をガラス溶融物Ｇが流れなくなる問題や、清澄槽１４の天井や壁面等に接触した泡層３７０がガラス溶融物Ｇ内に滴下してガラス溶融物Ｇの品質を低下させる問題があった。
また、ガラス溶融物Ｇの対流が過剰になると、第１バーナー６０ａ〜６０ｅおよび第２バーナー６１ａ〜６１ｅによって加熱された溶解槽１１における素地面Ｇａ側のガラス溶融物Ｇが、溶解槽１１の底部１１ａ側に循環する速度が大きくなる。その結果、底部１１ａの温度が上昇し、溶解槽１１が劣化する問題があった。また、ガラス溶融物Ｇ全体の温度も高温となりやすいため、ガラス溶融物Ｇの動粘性係数νが著しく低下して、溶解槽１１が煉瓦で形成されている場合には、ガラス溶融物Ｇが目地から漏れる問題があった。
以上のように、第１バブラー２０ａ〜２０ｄを用いてガラス溶融物Ｇ中のＨ２Ｏの含有率を増加させる場合には、ガラス溶融物Ｇの対流が過剰にならないように、噴出される水分子供給ガスＢ１１の浮上力を調整する必要がある。しかし、その場合においては、ガラス溶融物Ｇ中のＨ２Ｏの含有率を十分に増加させることができない場合があり、対流が過剰になることを抑制しつつ、ガラス溶融物Ｇ中に含有されるＨ２Ｏの割合を十分に増加させることは困難であった。
これに対して、本実施形態によれば、第２バブラー２１ａ〜２１ｃの第２噴出口２５ａ〜２５ｃが設けられる第２位置Ｐ２１〜Ｐ２３が、設置領域ＡＲ１に設けられている。すなわち、第２位置Ｐ２１〜Ｐ２３が、上流側壁部１１ｂの内側面１１ｄから第１噴出口２４ａ〜２４ｄが設けられた第１位置Ｐ１１〜Ｐ１４までのガラス溶融物Ｇの流れ方向の中心よりも内側面１１ｄに近い位置に設けられている。設置領域ＡＲ１は、第１位置Ｐ１１〜Ｐ１４と十分に離間した位置に形成されている。そのため、設置領域ＡＲ１内において第２噴出口２５ａ〜２５ｃから噴出された水分子供給ガスＢ２１の気泡は、第１バブラー２０ａ〜２０ｄによって生じる上流側対流ＵＦおよび下流側対流ＬＦを増長させにくい。したがって、本実施形態によれば、第１噴出口２４ａ〜２４ｄから噴出される水分子供給ガスＢ１１の噴出量を増加させる代わりに、第２噴出口２５ａ〜２５ｃから水分子供給ガスＢ２１を噴出させることで、ガラス溶融物Ｇの対流が過剰になることを抑制しつつ、ガラス溶融物Ｇ中のＨ２Ｏの含有率を十分に増加させることが容易である。
また、第１噴出口２４ａ〜２４ｄが設けられる第１位置Ｐ１１〜Ｐ１４と設置領域ＡＲ１との間において水分子供給ガスを供給すると、第１噴出口２４ａ〜２４ｄと第２バブラー２１ａ〜２１ｃの第２噴出口２５ａ〜２５ｃが設けられる第２位置Ｐ２１〜Ｐ２３との距離が近いため、第１バブラー２０ａ〜２０ｄによって生じる上流側対流ＵＦおよび下流側対流ＬＦを増長させやすい。
これに対して、本実施形態によれば、第１噴出口２４ａ〜２４ｄの第１位置Ｐ１１〜Ｐ１４と設置領域ＡＲ１との間には、非設置領域ＡＲ２が形成されているため、バブラーの噴出口が設けられない。したがって、ガラス溶融物Ｇの対流が過剰になることをより抑制できる。
また、溶解槽１１における第１噴出口２４ａ〜２４ｄが設けられる第１位置Ｐ１１〜Ｐ１４よりも下流側において水分子供給ガスを供給すると、水分子供給ガスの気泡がガラス溶融物Ｇ中に吸収される前に、減圧脱泡装置１２に流入しやすい。
これに対して、本実施形態によれば、溶解槽１１の第１噴出口２４ａ〜２４ｄが設けられる第１位置Ｐ１１〜Ｐ１４よりも下流側には、非設置領域ＡＲ３が形成されているため、バブラーの噴出口が設けられない。したがって、水分子供給ガスの気泡が、減圧脱泡装置１２に流入することを抑制できる。
また、第２噴出口２５ａ〜２５ｃから噴出される水分子供給ガスＢ２１の噴出量を増加させると、水分子供給ガスＢ２１の浮上力が大きくなるため、上流側対流ＵＦを阻害する虞がある。上流側対流ＵＦが阻害されると、加熱された素地面Ｇａ側のガラス溶融物Ｇが底部１１ａ側に循環しにくくなるため、底部１１ａの温度が低下する。その結果、ガラス溶融物Ｇ全体の温度が低下し、清澄槽１４において十分な清澄温度が維持できず、ガラス溶融物Ｇ中に含まれる気泡を十分に除去できない虞があった。
これに対して、本実施形態によれば、第２噴出口２５ａ〜２５ｃから噴出される水分子供給ガスＢ２１の浮上力は、第１噴出口２４ａ〜２４ｄから噴出される水分子供給ガスＢ１１の浮上力よりも小さく設定されるため、上流側対流ＵＦを阻害することが抑制される。
また、本実施形態によれば、第１噴出口２４ａ〜２４ｄおよび第２噴出口２５ａ〜２５ｃは、ガラス溶融物Ｇ中において溶解槽１１の底部１１ａ側に設けられている。そのため、噴出される水分子供給ガスＢ１１，Ｂ２１の気泡は、ガラス溶融物Ｇ中の底部１１ａ側から素地面Ｇａ側に上昇する分、ガラス溶融物Ｇ中の滞在時間が長くなるため、ガラス溶融物Ｇ中に吸収されやすい。したがって、本実施形態によれば、ガラス溶融物Ｇ中のＨ２Ｏの含有率を増加させることが容易である。
また、本実施形態によれば、第１噴出口２４ａ〜２４ｄは、ホットスポットの近傍に設けられているため、溶解槽１１内に、２ループの対流、すなわち上流側対流ＵＦと下流側対流ＬＦとを生じさせることができる。このような２ループの対流が生じると、ガラス溶融物Ｇの溶解槽１１内での滞在時間を長くできる。そのため、ガラス溶融物Ｇ中に吸収されるＨ２Ｏの量を多くできる。
また、上流側対流ＵＦは、素地面Ｇａにおいては、上流側に向かう流れを形成するため、ガラス原料Ｇ０の溶け残りが下流側に流れてくることを抑制できる。これにより、ガラス原料Ｇ０が溶けない状態のまま減圧脱泡装置１２に流出することを抑制できる。
また、本実施形態においては、第１バーナー６０ａ〜６０ｅおよび第２バーナー６１ａ〜６１ｅは、空気燃焼バーナーである。空気燃焼によって、ガラス原料Ｇ０を溶解する場合には、製造されるガラス溶融物Ｇ中のＨ２Ｏの含有率が低下してしまう。一方、本実施形態は、ガラス溶融物Ｇ中のＨ２Ｏの含有率を増加させることができるため、ガラス原料Ｇ０が空気燃焼によって溶解する場合に、特に効果的である。
また、本実施形態においては、第１蓄熱炉５０と第２蓄熱炉５１とが設けられている。空気燃焼を行う場合においては、溶解槽１１内に排出される熱量が多いため、第１蓄熱炉５０と第２蓄熱炉５１とを用いて熱の利用効率を向上させることが好ましい。
なお、本実施形態においては、以下の構成および方法を採用することもできる。
本実施形態においては、第２バブラーの第２噴出口が設けられる第２位置は、設置領域ＡＲ１内である範囲内において、特に限定されない。また、第２バブラーの本体が設けられる位置は、第２噴出口が設置領域ＡＲ１内に設けられる範囲内において、特に限定されない。本実施形態においては、たとえば、図６および図７に示すような構成であってもよい。以下、詳細に説明する。
なお、上記説明と同様の構成については、図面において同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。
本実施形態においては、たとえば、図６に示す溶融ガラス製造装置１１０のように、溶解槽１１１の天井部１１ｈに第２バブラー１２１が設けられていてもよい。第２バブラー１２１は、溶解槽１１１の天井部１１ｈから空間Ｄを介してガラス溶融物Ｇ中まで、鉛直方向下方側に延びて設けられている。第２バブラー１２１は、たとえば、図２の第２バブラー２１ａ〜２１ｃと同様に、溶解槽１１の幅方向に並んで３つ設けられている。
第２バブラー１２１の鉛直方向下方側の端部には、第２噴出口１２５が設けられている。第２噴出口１２５からは、水分子供給ガスＢ２２が噴出される。第２噴出口１２５は、たとえば、第１バブラー２０ａ〜２０ｄの第１噴出口２４ａ〜２４ｄと同様に、２つの噴出口を含む構成である。第２噴出口１２５は、第２位置Ｐ１２１に設けられている。第２位置Ｐ１２１は、設置領域ＡＲ１内で、かつ、ガラス溶融物Ｇ中の素地面Ｇａ側である。
ここで、本明細書において、ガラス溶融物Ｇ中の素地面Ｇａ側とは、ガラス溶融物Ｇの鉛直方向深さの中心よりも素地面Ｇａ側であることを意味する。
この構成によれば、第２バブラー１２１の第２噴出口１２５が、ガラス溶融物Ｇ中の素地面Ｇａ側に設けられているため、噴出される水分子供給ガスＢ２２がガラス溶融物Ｇの対流を阻害することをより抑制できる。
また、本実施形態においては、たとえば、図７に示す溶融ガラス製造装置２１０のように、溶解槽２１１の上流側壁部１１ｂに第２バブラー２２１が設けられていてもよい。第２バブラー２２１は、上流側壁部１１ｂからガラス溶融物Ｇ中まで、溶解槽２１１の長さ方向に延びて設けられている。第２バブラー２２１は、たとえば、図２の第２バブラー２１ａ〜２１ｃと同様に、溶解槽２１１の幅方向に並んで３つ設けられている。
第２バブラー２２１の下流側の端部には、第２噴出口２２５が設けられている。第２噴出口２２５からは、水分子供給ガスＢ２３が噴出される。第２噴出口２２５は、たとえば、第１バブラー２０ａ〜２０ｄの第１噴出口２４ａ〜２４ｄと同様に、２つの噴出口を含む構成である。第２噴出口２２５は、第２位置Ｐ２２１に設けられている。第２位置Ｐ２２１は、設置領域ＡＲ１内で、かつ、ガラス溶融物Ｇ中の底部１１ａ側である。
この構成によれば、第２バブラー２２１に、ガラス原料投入口１８と同じ側から、水分子供給ガスＢ２３を供給できるため、たとえば、投入するガラス原料Ｇ０の量に応じて、第２バブラー２２１の第２噴出口２２５からの水分子供給ガスＢ２３の噴出量を調整することが容易である。
また、本実施形態においては、たとえば、第２噴出口２５ａ〜２５ｃが設置領域ＡＲ１内に設けられていれば、第２バブラー２１ａ〜２１ｃの本体が非設置領域ＡＲ２，ＡＲ３に設けられていてもよい。
また、本実施形態においては、水分子供給工程Ｓ１ｂにおいて、溶解槽１１の空間Ｄに、水蒸気を供給してもよい。言い換えると、溶解槽１１におけるガラス溶融物Ｇと接する空間Ｄに水蒸気を供給してもよい。これにより、ガラス溶融物Ｇ中のＨ２Ｏの含有率を増加できる。
また、本実施形態においては、原料溶融工程Ｓ１ａにおいて、第１蓄熱炉５０および第２蓄熱炉５１を介して第１バーナー６０ａ〜６０ｅおよび第２バーナー６１ａ〜６１ｅに燃焼ガスを供給する際に、第１蓄熱炉５０および第２蓄熱炉５１に水蒸気を供給してもよい。これにより、第１バーナー６０ａ〜６０ｅおよび第２バーナー６１ａ〜６１ｅの燃焼炎とともに、溶解槽１１内、すなわち、本実施形態においては空間Ｄ内に水蒸気が供給され、ガラス溶融物Ｇ中のＨ２Ｏの含有率を増加できる。この場合においては、第１蓄熱炉５０および第２蓄熱炉５１に、燃焼ガスを供給するとともに水蒸気を供給してもよいし、燃焼ガスを供給する前に第１蓄熱炉５０内および第２蓄熱炉５１内に水蒸気を供給しておいてもよい。
また、上記説明においては、第１バブラー２０ａの第１噴出口２４ａは、水素噴出口２６と酸素噴出口２７とを含む構成とし、第１バブラー２０ａの第１噴出口２４ａからＨ２とＯ２との両方を噴出できる構成としたが、これに限られない。本実施形態においては、たとえば、複数設けられるバブラーのうちの１つがＨ２のみを噴出し、他の１つがＯ２のみを噴出し、それぞれから噴出されるガスがガラス溶融物Ｇ中で反応するようにバブラーを設置してもよい。第２バブラー２１ａ〜２１ｃについても同様である。
また、本実施形態においては、複数の第１バブラー２０ａ〜２０ｄおよび複数の第２バブラー２１ａ〜２１ｃのそれぞれの噴出口から噴出される水分子供給ガスＢ１１，Ｂ２１の種類、および浮上力Ｆは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
また、上記説明においては、第１バブラーとして、第１バブラー２０ａ〜２０ｄの４つを溶解槽１１の幅方向に並べる構成としたが、本実施形態において溶解槽１１の幅方向に並べる第１バブラーの数に限定はなく、３つ以下であっても、５つ以上であってもよい。
また、同様に、上記説明においては、第２バブラーとして、第２バブラー２１ａ〜２１ｃの３つを溶解槽１１の幅方向に並べる構成としたが、本実施形態において溶解槽１１の幅方向に並べる第２バブラーの数に限定はなく、２つ以下であっても、４つ以上であってもよい。
また、上記説明において、第２バブラー２１ａ〜２１ｃの第２噴出口２５ａ〜２５ｃは、ガラス溶融物Ｇの流れ方向において同じ位置に、溶解槽１１の幅方向に１列に並んで設けられる構成としたが、これに限られない。本実施形態においては、たとえば、第２バブラーは、溶解槽１１の幅方向に２列以上に並んで設けられてもよいし、複数の第２バブラーが、ガラス溶融物Ｇの流れ方向においてそれぞれ異なる位置に配置されてもよい。
また、上記説明において、第１バブラー２０ａ〜２０ｃの第１噴出口２４ａ〜２４ｃは、ガラス溶融物Ｇの流れ方向において同じ位置に、溶解槽１１の幅方向に１列に並んで設けられる構成としたが、これに限られない。本実施形態においては、たとえば、第１バブラーは、溶解槽１１の幅方向に２列以上に並んで設けられてもよいし、複数の第１バブラーが、ガラス溶融物Ｇの流れ方向においてそれぞれ異なる位置に配置されてもよい。
また、本実施形態においては、溶解槽１１および清澄槽１４は、煉瓦製に限られず、たとえば、白金または白金合金で形成されていてもよい。
また、本実施形態においては、減圧脱泡装置１２は、平置き型の減圧脱泡装置であってもよい。
また、本実施形態においては、ガラス原料Ｇ０を溶解する方法は、特に限定されず、上述した空気燃焼の他、酸素燃焼等によって溶解してもよい。
また、本実施形態においては、第１蓄熱炉５０および第２蓄熱炉５１は、設けられていなくてもよい。
本発明によれば、ガラス溶融物の対流が過剰になることを抑制しつつ、ガラス溶融物中のＨ２Ｏの含有率を増加させることが容易な溶融ガラスの製造方法、そのような溶融ガラスの製造方法を用いたガラス物品の製造方法、およびそのような溶融ガラス製造装置が提供できる。
なお、２０１４年６月１２日に出願された日本特許出願２０１４−１２１５７７号の明細書、特許請求の範囲、図面および要約書の全内容をここに引用し、本発明の開示として取り入れるものである。
１０，１１０，２１０，３１０…溶融ガラス製造装置、１１，１１１，２１１，３１１…溶解槽、１１ａ…底部、１１ｄ…内側面（上流側端部）、１１ｅ…内側面（下流側端部）、１２…減圧脱泡装置、１３…上昇管、１４…清澄槽、１５…下降管、２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ…第１バブラー、２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，１２１，２２１…第２バブラー、２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ…第１噴出口、２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，１２５，２２５…第２噴出口、５０…第１蓄熱炉（蓄熱炉）、５１…第２蓄熱炉（蓄熱炉）、６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０ｄ，６０ｅ…第１バーナー（バーナー）、６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄ，６１ｅ…第２バーナー（バーナー）、Ｂ１１，Ｂ２１，Ｂ２２，Ｂ２３…水分子供給ガス、Ｄ…空間、Ｇ…ガラス溶融物、Ｇ０…ガラス原料、Ｇａ，Ｇｂ…素地面、Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３，Ｐ１４…第１位置、Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ２３，Ｐ１２１，Ｐ２２１…第２位置、Ｓ１…溶融ガラス製造工程（溶融ガラスの製造方法）、Ｓ１ａ…原料溶融工程、Ｓ１ｂ…水分子供給工程、Ｓ１ｃ…清澄工程、Ｓ２…成形工程。

Claims (15)

  1. 溶解槽においてガラス原料を溶解してガラス溶融物を製造する原料溶融工程と、
    前記溶解槽の上流側端部から下流側端部に流れる前記ガラス溶融物中に水分子供給ガスを供給する水分子供給工程と、
    前記下流側端部から流出した前記ガラス溶融物を減圧雰囲気下で脱泡する清澄工程と、
    を有し、
    前記水分子供給工程における前記水分子供給ガスの供給位置は、前記ガラス溶融物の流れ方向における下流側から上流側へ順に第１位置と第２位置とを含み、
    前記第１位置は、前記上流側端部と前記下流側端部との双方から離間した位置であり、
    前記第２位置は、前記上流側端部から前記第１位置までの前記ガラス溶融物の流れ方向の距離の中心よりも前記上流側端部に近い位置であることを特徴とする溶融ガラスの製造方法。
  2. 前記第２位置において供給される前記水分子供給ガスの浮上力は、前記第１位置において供給される前記水分子供給ガスの浮上力よりも小さい請求項１に記載の溶融ガラスの製造方法。
  3. 前記第１位置および第２位置において供給される水分子供給ガスは、バブラーによって気泡として噴出され、前記第２位置において供給される前記水分子供給ガスの気泡の泡径は、前記第１位置において供給される前記水分子供給ガスの気泡の泡径よりも小さい請求項１または２に記載の溶融ガラスの製造方法。
  4. 前記第２位置において供給される前記水分子供給ガスの供給量は、前記第１位置において供給される前記水分子供給ガスの供給量よりも小さい請求項１から３のいずれか一項に記載の溶融ガラスの製造方法。
  5. 前記水分子供給工程において、前記第１位置と前記中心との間には、前記水分子供給ガスを供給しない請求項１から４のいずれか一項に記載の溶融ガラスの製造方法。
  6. 前記水分子供給工程において、前記第１位置から前記下流側端部の間には、前記水分子供給ガスを供給しない請求項１から５のいずれか一項に記載の溶融ガラスの製造方法。
  7. 前記第１位置は、前記ガラス溶融物の流れ方向において、前記ガラス溶融物の温度が最も高い位置の近傍で、かつ、前記ガラス溶融物中における前記溶解槽の底部側である請求項１から６のいずれか一項に記載の溶融ガラスの製造方法。
  8. 前記第２位置は、前記ガラス溶融物中における前記溶解槽の底部側である請求項１から７のいずれか一項に記載の溶融ガラスの製造方法。
  9. 前記第２位置は、前記ガラス溶融物中における素地面側である請求項１から７のいずれか一項に記載の溶融ガラスの製造方法。
  10. 前記水分子供給工程において、前記ガラス溶融物と接する空間に水蒸気を供給する請求項１から９のいずれか一項に記載の溶融ガラスの製造方法。
  11. 前記原料溶融工程において、前記ガラス原料を空気燃焼により溶解する請求項１から１０のいずれか一項に記載の溶融ガラスの製造方法。
  12. 前記溶解槽には、前記溶解槽の内部に燃焼炎を噴射するバーナーが接続され、
    前記バーナーには、前記溶解槽中の熱を蓄熱する蓄熱炉を介して燃焼ガスが供給され、
    前記原料溶融工程において、前記蓄熱炉に水蒸気を供給する請求項１から１１のいずれか一項に記載の溶融ガラスの製造方法。
  13. 前記水分子供給ガスは、水素原子が含まれるガスを含む請求項１から１２のいずれか一項に記載の溶融ガラスの製造方法。
  14. 請求項１から１３のいずれか一項に記載の溶融ガラスの製造方法を用いて溶融ガラスを製造する工程と、
    前記溶融ガラスを成形してガラス物品とする成形工程と、
    を有することを特徴とするガラス物品の製造方法。
  15. ガラス原料を溶解してガラス溶融物を製造するための溶解槽と、
    前記溶解槽に設けられ、前記溶解槽の上流側端部から下流側端部に流れる前記ガラス溶融物中に水分子供給ガスを供給する供給口を有するバブラーと、
    前記下流側端部から流出した前記ガラス溶融物を減圧雰囲気下で脱泡する減圧脱泡装置と、
    を備え、
    前記バブラーは、前記ガラス溶融物の流れ方向の下流側から上流側へ順に、前記水分子供給ガスを供給する第１噴出口を有する第１バブラーと、前記水分子供給ガスを供給する第２噴出口を有する第２バブラーとを含み、
    前記第１噴出口は、前記上流側端部と前記下流側端部との双方から離間した第１位置に設けられ、
    前記第２噴出口は、前記上流側端部から前記第１位置までの前記ガラス溶融物の流れ方向の距離の中心よりも前記上流側端部に近い第２位置に設けられることを特徴とする溶融ガラス製造装置。
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