KR101075290B1 - 유리 제조 시스템에서 하나 또는 그 이상의 용기 주위의 환경을 제어하는 시스템 및 방법 - Google Patents

유리 제조 시스템에서 하나 또는 그 이상의 용기 주위의 환경을 제어하는 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

유리 제조 시스템에서 하나 또는 그 이상의 용기 주위의 환경(예를 들어,산소,수소, 습도, 온도, 가스 유량, 압력)을 제어하는 시스템 및 방법이 개시된다. 바람직한 구체예에서, 상기 시스템은 유리 시트에서의 가스상 함유물 및 표면 블리스터의 형성을 억제하기 위한 용기(들)의 외부(비유리 접촉 표면) 주위에서 수소 수준을 제어하는데 사용되는 폐루프 제어 시스템 및 캡슐을 포함한다. 또한 상기 폐루프 제어 시스템 및 캡슐은 유리 제조 시스템에서 용융 유리가 하나의 용기에서 다른 용기로 이동되는 동안 용융 유리를 냉각시키는 것을 돕는데 사용될 수 있다. 나아가, 상기 폐루프 제어 시스템 및 캡슐은 용기(들) 상의 귀금속의 산화를 감소시키도록 상기 용기(들)의 주위에 최소한의 산소가 존재하는 분위기를 유지하는데 사용될 수 있다.
백금, 용기, 유리제조, 수소침투, 가스상 함유물

Description

유리 제조 시스템에서 하나 또는 그 이상의 용기 주위의 환경을 제어하는 시스템 및 방법{System and method for controlling the environment around one or more vessels in a glass manufacturing system}
본 출원은 2005년 4월 27일 출원된 "유리 제조 시스템에서 하나 또는 그 이상 용기 주위의 환경을 제어하는 시스템 및 방법"을 그 명칭으로 하는 미국 출원 제11/116,669호의 이익을 주장하며, 상기 문헌은 본 명세서의 참조 문헌으로 포함된다.
본 발명은 유리 제조 시스템에서 하나 또는 그 이상의 용기 주위의 환경(즉, 산소, 수소, 습도, 온도, 가스 유량)을 제어하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
액정 디스플레이(LCDs)와 같은 평판 패널 디스플레이 장치는 평판 유리 시트를 이용한다. 이러한 유리 시트를 제조하기 위한 바람직한 기술은 퓨전 공정이다. 상기 퓨전 공정에서, 유리시트는 내화물/귀금속, 예를 들면 백금 또는 백금 합금을 함유하는 용기를 사용하여 제조된다. 귀금속류는 일반적으로 대부분의 유리와의 관계에서 불활성인 것으로 여겨지며, 따라서 유리 시트 상에 어떠한 함유물(inclusion)을 야기하여서는 안 된다.
그러나, 이는 필수적으로 유효한 것은 아니다. 용기 내부의 금속/유리 경계면에서 일어나는 산화 반응은 유리 용융물 및 그에 따른 유리 시트 상에서 가스상 함유물(gaseous inclusions)의 발생을 초래한다. 상기 금속/유리 경계면에서 일어나는 보다 통상적인 산화반응 중 하나는 음의 전하를 갖는(negatively charged) 산소 이온이 산소 분자로 전환되는 것으로, 이는 유리 용융물 내에서 물 및 수산화 종(hydroxyl species)의 열분해에 의하여 야기된다.
상기 현상은 유리 용융 및 이송(delivery)의 상승된 온도에서, 유리 용융물 내에 낮은 수소 부분압이 존재하기 때문에 일어난다. 아울러, 수소가 유리 용융물을 함유하는 상기 내화물/귀금속 용기와 접촉하는 경우, 상기 수소는 급속하게 용기 밖으로 침투(permeation)하여(퍼져), 금속/유리 경계면으로부터 수소를 고갈시킨다. 화학적 밸런스에 기초하여, 상기 용기를 떠나는 수소 1몰에 대하여, 1/2몰의 산소가 상기 유리/금속 경계면에 남게 된다. 따라서, 수소가 상기 용기를 떠나면서, 상기 금속/유리 경계면에서 산소 수준 또는 산소의 부분압은 증가하게 되어, 유리 용융물 내에 가스상 함유물 또는 블리스터(blister)를 발생시킨다.
이외에도, 가스상 함유물을 발생시킬 수 있는 할로겐(Cl, F, Br)과 같은 유리 용융물 내 기타 종(species)의 촉매화(catalyzing) 또는 산화를 수반하는 다른 반응들이 존재한다. 나아가, 산화 반응은 금속/유리 경계면에서의 전기 화학적 반응에 기인하여 일어날 수 있다. 이러한 전기 화학적 반응은 열 전지, 갈바닉 전지, 높은 교류 또는 직류 제품 및 접지(grounding) 상황과 관련된 것일 수 있다.
오늘날, 유리 시트 내에 가스상 함유물의 형성을 유발하는, 이러한 문제시되는 산화 반응을 해소하기 위하여 채택 가능한 몇 가지 방법들이 알려져 있다. 유리 시트에서의 가스상 함유물의 형성을 최소화시키기 위하여 이용될 수 있는 알려진 하나의 방법은 퓨전 공정 내에 청징제로서 비소를 사용하는 것을 수반한다.
비소는 알려진 최고 온도의 청징제 중 하나이며, 용융된 유리 배스(bath)에 첨가되는 경우, 높은 용융 온도(예를 들어, 1450 ℃ 이상)에서 유리 용융물로부터 O2가 방출될 수 있도록 한다. 이러한 높은 온도의 O2 방출은, 유리 제조의 용융 및 청징 단계 동안 O2 버블의 제거를 촉진하는데, 이로부터 실질적으로 가스상 함유물이 없는 유리 시트가 얻어진다. 더욱이, 임의의 잔류 산소 버블도 냉각 과정에서 환원상태로부터 산화상태로의 전이를 통하여 상기 청징제에 의하여 재흡수된다. 그러나, 환경적인 관점에 있어서는 비소를 사용하는 것은 그것이 유독한 물질로 인식되는 만큼 바람직하지 않다.
유리 시트 내에서 가스상 함유물을 형성하는 산화반응을 완화시키기 위하여 비소 청징제를 사용할 필요가 없는 다른 몇 가지 방법이 알려져 있다. 그러한 방법 중 하나는 미국 특허 제5,785,726호에 기재되어 있는데, 하나 또는 그 이상의 백금-함유 용기를 둘러싸는, 습도가 제어된 인클로저(enclosure)를 개시하고 있으며, 이는 유리시트에서의 가스상 함유물 형성을 감소시키기 위하여 용기(들) 외부의 수소 부분압을 제어하기 위하여 사용된다. 이러한 습도가 제어된 인클로저는 하기에서 더욱 자세히 논의된다. 상기 언급된 특허에 개시에 방법이 성공적으로 유리 시트 상의 가스상 함유물의 형성을 감소시키더라도, 유리 시트 내의 가스상 함유물의 형성을 방지하기 위한 대안을 제공하는 것이 바람직할 것이다. 이러한 요구 및 기타 요구는 본 발명에 따른 시스템 및 방법에 의하여 달성된다.
본 발명은 유리제조 시스템 내 하나 또는 그 이상의 용기 주위의 환경(예를 들어, 산소, 수소, 습도, 온도, 가스 유량)을 제어하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 바람직한 구체예에서, 상기 시스템은 유리 시트에서의 표면 블리스터 및 가스상 함유물의 형성을 억제하기 위하여 용기(들)의 외부(비 유리 접촉 표면:non glass contact surface) 주위의 수소 수준을 제어하기 위하여 사용되는 캡슐 및 폐루프 제어 시스템(closed-loop control system)을 포함한다.
또한, 상기 폐루프 제어시스템 및 캡슐은 용융 유리가 유리 제조 시스템 내 하나의 용기에서 또 다른 용기로 이동하는 동안 용융 유리 냉각에 도움이 되도록 이용될 수 있다. 나아가, 상기 폐루프 제어 시스템 및 캡슐은 상기 용기(들) 상의 귀금속 산화를 감소시키기 위하여 상기 용기(들) 주위에 최소한의 산소를 갖는 분위기를 유지하기 위하여 사용될 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따라 유리 시트(137)를 제조하기 위한 퓨전 공정에 사용되는 예시적인 유리 제조 시스템(100)의 개략도가 도시된다. 유리 제조 시스템(100)은 화살표(112)로 표시된 바와 같이 배치(batch) 물질이 도입된 다음 용융되어 유리 용융물(114)이 형성되는 용융 용기(110)를 포함한다. 상기 용융 용기(110)는 통상적으로 내화성(refractory) 물질로 만들어진다.
유리 제조 시스템(100)은 일반적으로 백금 또는 백금-함유 물질, 예를 들어, Pt-Rh, Pt-Ir, 등 및 이들의 조합으로부터 제조된 구성요소를 더욱 포함한다. 상기 백금-함유 구성요소는 예비 용융된 용융물과 청징기(finer)의 연결튜브(premelt to finer connection tube (PMFCT):113), 청징 용기(fining vessel, 예를 들면 청징기 튜브:115), 혼합 용기(120, 예를 들어, 교반 챔버(120)), 청징기와 교반 챔버의 연결 튜브(a finer to stir chamber connecting tube: 122), 이송(delivery) 용기(예를 들어, 보울(bowl): 125), 교반 챔버와 보울의 연결 튜브(stir chamber to bowl connecting tube:127), 강수관(downcomer:130), 및 주입부(inlet:132)를 포함한다. 상기 주입부(132)는 유리 시트(137)를 성형하는 성형 용기(forming vessel, 예를 들면 퓨전 파이프:135)와 연결된다. 일반적으로, 상기 성형 용기(135)는 내화성 물질로 제조된다.
본 발명에 따른 하나의 구체예에서, 용기(115, 120, 125) 및 튜브(122, 127 및 130)을 포함하는 용융/이송 시스템(141)은 캡슐(140) 내에 캡슐화되거나 싸여있다. 자켓 용적(jacket volume:142)은 용융/이송 시스템(141)에서 상기 캡슐(140)의 내부 벽(interior walls)과 구성요소(115, 120, 122, 125, 127 및 130)의 외부 벽(exterior walls) 사이로 경계가 정하여진다. 상기 캡슐(140)은 자켓 용적(142) 내에 대기(주위) 조건(ambient condition)보다 큰, 약간 높은 양압(slightly more postitive pressure)의 저 산소, 습윤(low oxygen, moist) 분위기를 유지하는데 사용될 수 있는 정도로 누출 방지(leak tight)되는 것이 바람직하다. 도시된 바와 같이, 상기 캡슐(140)은 상기 용융/이송 시스템(141)의 전체 길이를 둘러싸는 하나의 영역으로 만들어질 수 있다.
택일적으로, 개별 캡슐(140)이 용기(115, 120, 125) 및 튜브(122, 127 및 130) 중 하나 또는 그 이상을 둘러싸는 복수 영역(multiple zone)으로서 복수의 캡슐(140)이 사용될 수 있다. 복수 캡슐(140)을 사용할 경우의 장점은 용융/이송 시스템(141)의 특정 영역 내에서의 분위기를 독립적으로 제어할 수 있다는 것이다.
본 발명은 또한 상기 캡슐(140) 내의 환경/분위기를 제어하며 구성요소(115, 120, 122, 125, 127 및 130) 내의 금속/유리 경계면에서 문제가 되는 산화 반응이 일어나는 것을 방지하는 폐루프(closed-loop) 제어 시스템(144)을 포함한다. 다시 말하면, 상기 문제가 되는 산화 반응은 유리 시트(137) 내 가스상 함유물 형성의 원인이 된다. 나아가, 귀금속 용기 및 튜브와의 문제가 되는 산화 반응은 구성요소(115, 120, 122, 125, 127 및 130) 상의 백금(또는 기타 귀금속)의 기능 장애(failure)를 유발할 수 있다.
특히, 상기 폐루프 제어 시스템(144)은 상기 캡슐(140) 내의 분위기를 제어하여, 금속/유리 경계면으로 수소가 이동하도록 유도함으로써 상기 금속/유리 경계면에서의 바람직하지 않은 산화반응이 일어나는 것을 억제한다. 유리/금속 경계면으로 수소가 침투하는 수준을 제어하는 것은 산소 분자(molecular oxygen) 또는 할로겐 같은 바람직하지 않은 종(species)의 생성을 감소시키고, 이는 차례로 용융 유리(114)에서의 바람직하지 않은 가스상 함유물의 형성을 방지한다.
유리/금속 경계면으로의 수소 침투(permeation)는 내부의 유리/금속 경계면에 대하여, 혼합/이송 시스템(141) 내에서의 외부 표면(비 유리 접촉 표면)으로 보다 높은 수소 부분압을 제공함으로써 달성된다. 이를 달성하기 위하여, 습윤의 저산소 분위기(그 결과, 바람직하게는 1650℃에서 12ppm보다 큰, 백금 시스템의 비-유리 접촉 표면에서의 제어된 수소 수준이 달성됨)가 상기 캡슐(140) 내에 유지된다.
상기 캡슐(140) 내부 분위기에서의 수소 수준은 측정할 수 없는(undetectable) 량의 수소를 갖는다는 것을 주목하여야 한다. 그러나, 수소는 물이 용융 유리(114)와 관련된 고온에서 분해될 때 발생한다. 이러한 분위기를 생성하는데 사용될 수 있는 하나의 가스 시스템은 수증기, 산소 및 질소(또는 아르곤이나 헬륨과 같은 또 다른 불활성 가스)의 혼합물일 것이다. 캡슐(140) 내에 상술한 분위기를 생성하는 이러한 가스 시스템을 이용하는 예시적인 폐루프 제어 시스템(144)은 다음에 설명된다.
예시적인 폐루프 제어 시스템(144)은 상기 캡슐(140)의 내부 및 외부에서의 하나 또는 그 이상의 위치(locations)로부터 센서 측정치(sensor reading)를 얻는 제어기(150)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 상기 제어기(150)는 캡슐 공급 센서(152), 캡슐 센서(154) 및 캡슐 출구 센서(156 및 156')로부터 센서 측정치를 얻을 수 있다. 상기 예에서, 상기 캡슐 공급 센서(152)는 유동센서(flow sensor:152a), 이슬점/습도 센서(152b) 온도 센서(152c), 산소 센서(152d), 및 압력센서(152e)를 포함한다.
캡슐센서(154)는 유동센서(flow sensor: 154a), 이슬점/습도 센서(154b) 온도 센서(154c), 산소 센서(154d), 및 압력센서(154e)를 포함한다. 그리고, 상기 캡슐 출구 센서(156 및 156') 각각은 유동센서(156a, 156a'), 이슬점/습도 센서(156b, 156b') 온도 센서(156c, 156c'), 산소 센서(156d, 156d'), 및 압력센서(156e 및 156e')를 포함한다.
제어기(150)는 센서 측정치를 처리하고, 습도 공급 시스템(humidity feed system; 158), 가열/냉각 제어 시스템(160), 공기 조작기(air handler; 162) 및 O2/N2 보충 시스템(O2/N2 makeup system: 164)과 같은 다른 장치들을 제어한다. 상기 공기 조작기(air handler(s):162)는 공기 및 스팀을 이용(access)할 수 있다. 상기 장치(158, 160, 162 및 164) 모두는 도시된 바와 같이 캡슐(140)과 연결된 파이프 네트워크(166)에 연결된다. 조업 과정에서, 상기 제어기(150)는 장치(158, 160, 162 및 164)를 제어하여, 상기 캡슐(140) 내에 환경/분위기를 생성하는데, 여기서, 수증기의 분해에 의하여 생성되는 수소는 만약 대기 분위기(ambient atmosphere)가 구성 요소(115, 120, 122, 125, 127 및 130)의 비-유리 접촉 표면에 존재하는 경우에 생길 수 있는, 상기 구성 요소들의 금속 벽을 통한 수소 침투 속도(침투율)보다 더 크거나 동일한 정도로 생성된다. 그리고, 수소 부분압이 더 높은 경우, 용융 유리(114) 내에서 산소 분자(molecular oxygen), 할로겐 같은 바람직하지 않은 종을 감소시켜 용융유리(114) 내에서의 바람직하지 않은 가스상 함유물의 형성을 방지한다. 보다 높은 수소압이 갖는 또 다른 장점은 캡슐(140) 내의 낮은 산소 수준으로 인하여 백금을 함유하는 구성요소(115, 120, 122, 125, 127 및 130)의 산화속도(산화율)가 감소되거나, 가능한 한 제거되는 것이다.
용융 유리(114)에서 가스상 함유물의 형성을 억제하기 위하여, 백금을 함유하는 구성요소(115, 120, 122, 125, 127 및 130)의 외부 표면(exterior surface) 상의 수소 수준은 상기 구성요소(115, 120, 122, 125, 127 및 130)의 내부 표면(inside surface) 상의 수소 수준 이상일 필요가 있다. 백금을 함유하는 구성요소(115, 120, 122, 125, 127 및 130)의 외부 표면의 수소 수준은 물 분해반응 H20 → H2 + 1/2 O2의 열역학적 평형에 의하여 결정된다. 열역학적 표에 따르면, 물 분해 반응에 대한 자유 에너지(△G)는 58,900-13.1T과 같으며, 여기서 T는 켈빈온도이고, G는 몰당 칼로리 단위의 자유 에너지이다. 주어진 온도에서, 물 반응에 대한 평형상수는 Keq=e-G/RT관계식을 이용하여 계산될 수 있으며, 여기서 G 및 T는 상술된 바와 같고, R은 보편 기체상수(universal gas constant)이다.
일단 Keq를 알려지면, 물의 분해 반응과 관련된 다양한 가스의 부분압의 비율을 계산할 수 있는 바, 여기서, Keq=[(pH2)(pO2)1/2]/pH2O이다. 예를 들어, 1450℃에서 Keq는 2.47
Figure 112011052028902-pct00001
10-5와 같다. 따라서, 만일 이슬점이 75℉인 대기 환경(0.030 기압(atmosphere)의 pH2O)이 1450℃로 가열되는 경우, 그때의 pH2는 1.59
Figure 112011052028902-pct00002
10-6기압(atmosphere) (1.59ppm)으로 계산된다. 이러한 평형에 비추어 볼 때, 당업자는 일정한 이슬점(pH2O)을 유지시키면서, 산소의 부분압을 낮춤으로써, 실질적으로 대기 중의 수소 수준을 증가시킬 수 있음을 용이하게 알 수 있을 것이다. 바람직한 가스 혼합물에서 질소(또는 기타 불활성 가스)의 존재는 직접적으로 물의 분해 반응에 참여하지 않는다는 것을 주목하여야 한다. 그 대신, 상기 불활성 가스의 부분압은 이상 기체 법칙에 따라 산소의 부분압에 영향을 미친다. 그리고, 산소 부분압의 변화는, 물 분해로 인하여, 형성된 평형가스에 영향을 미친다.
표 1은 종래의 인클로저의 둘러싸인 환경 및 캡슐(140) 내 다양한 온도에서의 수소 수준에 대한 물 및 산소 수준의 영향을 나타낸다.
종래의
인클로저		 산소
1 % 		산소
0.01% 		캡슐 140
이슬점
(Dew Pt.)
(Deg F)
80
80
80
140
Percent
Oxygen 		Air
(21)		 1 0.01 0.5
1250 ℃
(ppm H2)		 0.2 0.9 9 8
1450 ℃
(ppm H2)		 2 9 88 77
1650 ℃
(ppm H2)		 11 52 524 463
종래의 인클로저(traditional enclosure)는 상술한 미국 특허 제5,785,726호에 따른 발명의 일 실시예에 따라 제조된 방 크기의 인클로저이다. 상기 종래의 인클로저는 용융/이송 시스템(141) 내 구성요소(115, 120, 122, 125, 127 및 130)의 외측의 수소 부분압이 상기 용기/유리 경계면과 인접한 유리 내에서의 산소 블리스터 형성을 방지하는데 충분한 양이 되도록 보장한다. 종래의 인클로저는 유리 시트내 가스상 함유물의 형성을 성공적으로 감소시킴에도 불구하고, 여전히 몇 가지 단점을 가진다. 첫째, 종래의 인클로저는 너무 커서 용융/이송 시스템(141) 내의 구성요소(115, 120, 122, 125, 127 및 130) 주위에 균일한(uniform) 환경을 유지하는 것이 불가능하지는 않더라도 곤란하게 된다. 둘째, 상기 종래의 인클로저는 너무 크고, 환경이 너무 뜨겁고 습해서, 상기 인클로저로 들어가는 사람들에게 불편함을 야기할 수 있다.
본 발명에 따른 캡슐(140) 및 폐루프 제어 시스템(144)은 이러한 단점 및 상기 종래의 인클로저와 관련된 단점을 해결한다. 바람직한 구체예에서, 캡슐(140)은 분위기의 보다 양호한 제어를 용이하게 하는, 작은 자켓 용적(142)을 형성하는 상대적으로 작은 인클로저이다. 이것은 캡슐(140) 내부의 체적이 종래의 인클로저에서의 체적보다 더 작기 때문에, 상기 캡슐(140) 내부의 조건에 대한 프로브 측정치(probe reading)(상대습도나 이슬점 같은 것)가 유리 가공(processing) 설비의 외부 금속 표면에서의 상태를 보다 잘 대표한다는 사실에 기인한다. 또한, 수소 침투 블리스터의 증가를 유도하는 원인이 되는 용융 유리(114)의 수분 함량 변화 또는 공정 불안정성이 있는 경우, 최대 이슬점에서 작동할 수도 있기 때문에 종래의 인클로저를 사용하여서는 종종 이러한 문제를 해결할 수 있는 방법이 없다. 캡슐(140) 및 폐루프 제어 시스템(144)은 이러한 문제를 해결할 수 있는 보다 양호한 기회를 제공한다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 캡슐(140) 및 폐루프 제어 시스템(144)은 실질적으로 종래의 인클로저의 개선된 버전이다. 다시 말하면, 종래의 인클로저는 용융/이송 시스템(141)의 금속 부분 주위의 습한 공기 분위기를 이용한다. 또한 상기 캡슐(140) 및 폐루프 제어 시스템(144)은 종래의 인클로저에서 높은 이슬점의 공기 분위기를 사용함으로써 가능한 수소 수준보다 1자리 또는 2자리 이상(one to two or more orders of magnitude) 더 큰 수소 수준을 허용하는 저 산소, 습윤의(low oxygen, moist) 분위기를 생성한다. 이러한 저산소, 습윤 분위기의 생성은 또한 수소 침투 블리스터로부터 보호될 수 있는 유리의 범위를 확장한다.
도 2를 참조하면, 블리스터 생성량(백금의 유리 접촉 표면상에서 블리스터가 차지하는 면적) 대 백금 장치(apparatus)의 외부(비-유리 접촉 표면) 상의 분위기 내 수소 수준을 보여주는 그래프이다. 도시된 바와 같이, 종래의 인클로저에서의 습도 공기 분위기와 통상 관련된 낮은 수소 수준은 넓은 온도범위에 걸쳐서는 허용될 수 없는 블리스터를 가졌다. 그리고, 캡슐(140)과 폐루프 제어 시스템(144)과 관련되는 높은 수소 분위기는 유리 내 블리스터를 억제하는데 매우 효과적이었다. 다시 말하면, 종래의 인클로저도 양호하게 작동하나, 본 발명에 따른 캡슐(140) 및 폐루프 제어 시스템(144)은 넓은 범위의 온도 및 유리에 대하여도 블리스터 억제를 가능케 한다는 점에서 훨씬 양호하게 작동한다.
표 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 인클로저로는 1650℃에서 12ppm의 수소를 갖는 분위기를 유지하는 것이 어렵다는 것을 알 수 있다. 이는 종래의 인클로저에 의해서는 사람들이 상기 밀폐된 방으로 출입할 수 있거나, 빈번하게 출입하여 저 산소 분위기를 만드는 것이 가능하지 않기 때문이다. 도 3은 종래의 인클로저 및 캡슐(140) 내의 조업 조건을 달리함에 따라 ppm 단위의 수소 대 온도 면에서 이러한 차이점 및 그 밖의 차이점을 도시하는 그래프이다.
일반적으로, 커브(302) 위쪽 영역은 캡슐(140)이 작동할 수 있으나 종래의 인클로저가 작동하기 어려운 영역이다. 그리고, 캡슐(140) 및 종래의 인클로저 모두 커브(302) 아래의 영역에서 효과적으로 작동할 수 있다.
도 3에 비추어, 종래의 인클로저를 개선하기 위하여 그 다음에는 캡슐(140)의 분위기 내 수소 수준을 평형 관계를 이용하는 하기의 관계식에서 계산된 수소 수준과 같거나 그보다 높게 하여야 한다는 것을 알 수 있을 것이다.
pH2 (ppm) = 78,000 x e -(G/ RT ) (1)
여기서 G, R 및 T는 앞서 정의된 바와 같다. 상기 방정식 및 도 3에 도시된 그래프는 80℉ 이슬점에서 정점을 이루는 종래의 인클로저에서의 pH20 및 pO2의 조건에 기초한 것이다. 더불어, 상기 방정식은 수치 형태로 다시 기재할 수 있다:
pH2(ppm) = 78,000 x e ^ [(-58,900 +13.1 T)/(1.987*T)] (2)
여기서 온도는 켈빈온도이다.
습윤의 저 산소 분위기가 유리에 주는 영향에 관한 일례는 도 4에 도시된다. 도 4의 사진은 1450℃에서 10분 동안 0.005" 두께인 동일한 백금 용기에서 용융된 2개의 유리 샘플을 보여준다. 오른쪽 유리는 20℃ 이슬점 공기 분위기에서 종래 기술을 이용하여 용융된 것이고, 왼쪽 유리는 0.01% 산소를 함유하는 20℃ 이슬점 분위기에서 본 발명에 따라 용융된 것이다.
백금-유리 경계면에서 발생되는 기포(bubble)를 두드러지게 하기 위하여, 테스트 후에, 상기 백금을 유리로부터 벗겨내고 모델링 클레이(modeling clay)를 상기 블리스터 영역으로 가압시켰다. 더 높은 수소 수준을 갖는, 감소된 산소 분위기에 노출된 유리는 공기 중에서 테스트된 유리에 비하여 현저히 적은 블리스터를 갖는다는 것이 명백하다.
상술한 바와 같이, 폐루프 제어시스템(144)은 캡슐(140) 내 습윤의 저산소 분위기를 제어하여 유리시트(137)에서의 가스상 함유물의 발생을 억제한다. 바람직한 구체예에서, 상기 폐루프 제어 시스템(144)은 캡슐(140) 내 수증기, 산소 및 질소의 혼합물을 갖는 가스 시스템을 제어함으로써 이를 실현한다. 전형적인 산소 수준은 0.01 내지 1%, 물은 2 내지 20%이고, 잔량(balance) 가스는 질소 가스(또는 아르곤 같은 기타의 불활성 가스)이다.
상기 가스 시스템은 21% 만큼 높은 산소에서 작동될 수 있으며 200℉ 만큼 높은 이슬점을 가질 수 있다. 또한, 200℉ 이슬점에서 0.01% 산소와 20%의 물(수분)을 갖는 가스 시스템은 1700℃에서 1 내지 38,000 ppm의 수소 범위를 제공할 수 있다. 택일적으로, 캡슐(140)의 자켓 용적(142)으로 도입되는 가스 혼합물은 탄화수소(및 산소), 암모니아, 크래킹된(cracked) 암모니아 제품 및/또는 연소물을 포함할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 유리 제조 시스템(100)은 또한 후술하는 2가지 선택적인 개선 사항(enhancement)을 포함할 수 있다. 제1 개선 사항은 혼합/이송 시스템(141)의 특정 구획(section) 또는 구획들 상의 가스 흐름을 제약(constrict)하는, 캡슐(140) 내 제약 판(constriction plate:174)(또는 그와 유사한 장치)를 사용하는 것을 포함한다. 바람직한 구체예에서, 상기 제약 판(174)은 청징 용기(115)의 단부에 위치하여 예를 들어 95%의 가스가 파이프(166a) 내로 흐르도록 하고, 예를 들어 5%의 가스는 상기 청징 용기(155) 상으로 흘러 파이프(166b)를 통하여 배출되게 한다.
이러한 구성(configuration)은 당업자가 캡슐(140) 내 층상의(laminar) 가스 흐름을 설계할 수 있도록 하여 분위기의 제어 능력을 개선한다. 택일적으로, 그 위에 더 적은 가스 흐름이 바람직한, 혼합/이송 시스템(141) 사이의 특정 영역에 더 작은 체적이 제공되도록 상기 캡슐(141)이 형성되는 경우, 상기 제약 판(174)은 요구되지 않을 수 있다.
제2 개선 사항은 용융/이송 시스템(141)에서의 하나 또는 그 이상의 특정 구성요소(115, 120, 122, 125, 127 및 130)를 냉각시키는 일 방안을 제공하는 파이프(166)의 사용을 포함한다. 본 예시에서, 청징기와 교반 챔버 연결 튜브(122)(FSC 튜브)가 냉각된다. 도시된 바와 같이, 파이프(166c)는 캡슐(140)로 들어가기 전의 위치에서 메인 파이프(main pipe: 166)에 연결된 일단부(168a)를 갖는다. 그리고, 파이프(166c)는 상기 FSC 튜브(122) 주변에 가스 흐름을 제공하는, 주입부(inlet; 170)와 직접 연결된 또 다른 단부(168b)를 갖는다. 상기 FSC튜브(122)는 또한 출구(172)를 가지며, 파이프(166c)로부터의 가스 혼합물은 상기 출구를 통하여 상기 캡슐(140) 내의 분위기로 다시 유도(direct)된다.
상기 제2 개선 사항은 당업자가 본 발명에 따른 유리 제조 시스템(100)에서의 열 전달을 보다 양호하게 제어하는 것을 용이하게 한다는 점에서 중요한 측면이다. 이러한 열 전달의 제어는 본 발명이 수소 침투 제어를 위하여 분위기를 제어하는데 사용되는 것과 동시에 이루어질 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에서, 상기 캡슐(140)과 폐루프 제어 시스템(144)은 상기 제2 개선 사항이 없이도 용융/이송 시스템(141)에서의 구성요소(115, 120, 122, 125, 127 및 130)를 냉각하는데 사용될 수 있다. 특히, 본 발명은 용융에 적합한 높은 온도 조건에서부터 성형에 적합한 더 낮은 온도 조건으로 이동할 때 용융 유리(114)를 냉각하는 것을 보조하는데 이용될 수 있다.
일반적으로, 상기 유리(114)는 약 400℃로 냉각될 필요가 있다. 상기 용융 유리(114)를 냉각시키는 것을 보조하기 위하여, 상기 캡슐(140) 및 폐루프 제어 시스템(144)은 구성요소(115, 120, 122, 125, 127 및 130)의 외측의 가스 흐름과 관련된 강제적 대류(forced convection)를 이용한다. 상기 캡슐(140)이 상대적으로 작고 파이프(166, 166a, 166b 및 166c)에 연결하는데 사용된, 알려진 위치에 개구부(opening)를 갖기 때문에, 상기 열 전달은 주의 깊게 제어될 수 있으며, 또한 냉각 성능은 하나의 장치에서부터 다른 장치까지 재현될 수 있다. 또한 상술한 제1 개선 사항과 관련된 층상 흐름(laminar flow) 역시 당업자가 상기 열 전달을 보다 양호하게 제어하는 것을 보조하는데 사용될 수 있다.
반면에, 종래의 인클로저는 가스 흐름이 통제되지 않고 밀폐된 방 내부의 상이한 국부적 온도 및 공기 흐름에 의존하기 때문에 열 전달을 제어하는데 어려움이 있다. 결과적으로, 상기 종래의 인클로저 내에서의 혼합/이송 시스템(141)의 국부적 냉각 속도(냉각율)은 국부 영역의 전기 가열 장치를 올리거나 내림에 의하여만 제어될 수 있다. 그러나 상기 국부 냉각 속도는 가열기 전력 및 가스 유량에 의하여 캡슐(140) 내에서 제어될 수 있다. 이는 표 2에서 개시된 바와 같이 유리 흐름에 대한 보다 넓은 범위의 냉각 제어 능력(cooling control capacity)을 가능케 한다.
유리흐름 캡슐 140 종래의 인클로저
공칭(Nominal) X X
최소(Minimum) 0.75X 0.85X
최대(Maximum) 1.35X 1.2X
표 2에 도시된 바와 같이, 종래의 인클로저는 가열기 전력이 최대치에 도달할 때 일어나는, 0.85X의 최소 유리 흐름 한계(boundary)를 갖는다. 그리고 종래의 인클로저는 가열기 전력이 일부 회로가 차단되기에 충분하게 돌아오는 경우에 발생하는, 1.2X인 최대의 유리 흐름 한계를 갖는다.
만일 회로가 차단되면, 그때는 냉각의 효율적인 제어가 사라진다. 캡슐(140)은 (예를 들어)공기 냉각이 또한 변동하는 경우 0.75X-1.35X까지 이러한 한계를 확장할 수 있다. 나아가, 상기 캡슐(140)과 관련된 흐름 한계는 냉각 용량에 의하여 좌우되는 것이지, 헤드 손실(head loss)이나 기타 고려 사항에 의한 것이 아니다. 따라서, 캡슐(140)은 당업자가 강제 대류에 의한 냉각을 제어할 수 있도록 해준다. 이러한 유형의 제어는 종래의 인클로저에서는 불가능한데, 밀폐된 방은 너무 커서 개인이 그 밀폐된 방으로 출입할 수 있기 때문이다.
도 5를 참조하면, 플로우 차트는 본 발명에 따라 유리 시트(137)를 제조하는 방법(500)의 기본적 단계들을 도시한다. 단계(502)에서 시작하여, 용융 유리(114)는 용융 용기(110), 청징 용기(115), 혼합 용기(120), 이송 용기(125) 및 성형 용기(135)에서 성형되고 가공된다. 단계(504)에서, 캡슐(140)은 이러한 용기(110, 115, 120, 125 및 135)와, 튜브(113, 122, 127 및 130) 중 하나 또는 그 이상을 둘러싸는(enclose)데 사용된다.
바람직한 구체예에서, 상기 캡슐(140)은 용융/이송 시스템(141)과 관련된 용기(110, 115, 120 및 125)와, 튜브(122, 127 및 130)를 둘러싼다(도 1 참조). 단계(506)에서, 상기 폐루프 제어 시스템(144)은 상기 캡슐(140) 내에 습윤의 저 산소 분위기를 생성하고, 모니터링하며 제어하는데 사용된다. 바람직한 구체예에서, 상기 폐루프 제어 시스템(144)은 가스 혼합물 내의 수소 수준을 제어하는데 사용되어, (예를 들어) 1650℃에서 적어도 12 ppm의 수소(표 1 및 도 2-3 참조)가 둘러싸인 용기(110, 115, 120 및 125)의 외부 주위에 존재하도록 하여 용융 유리(114)로부터의 수소 침투를 감소시키고 용융 유리(114) 내에 바람직하지 않은 가스상 함유물의 형성을 효과적으로 억제시킨다.
또한, 폐루프 제어 시스템(144)은 둘러싸인 용기(110, 115, 120 및 125)와, 튜브(122, 127 및 130) 상의 귀금속의 산화를 감소시키기 위하여 상기 둘러싸인 용기(110, 115, 120 및 125)의 외부 주위에 존재하는 산소의 수준을 제어하는데 사용될 수 있다. 더욱이, 상기 폐루프 제어 시스템(144)은 용융 유리(114)가 용기 중 하나(청징 용기 115)로부터 용기 중 다른 하나(혼합 용기 120)로 이동하는 동안 용융 유리의 냉각을 제어하기 위하여 사용될 수 있다.
다음은 본 발명에 따른 장점, 특징 및 용도에 대한 일부이다.
● 본 발명은 유리와 접촉하는 일 면 및 비접촉 유리 표면인 다른 면을 갖는 귀금속 장치와 유리가 접촉하는 시스템에서 유리를 용융, 이송 또는 성형하는 모든 유리 제조업체에 의하여 사용될 수 있을 것이다. 이러한 귀금속 장치가 용기일 필요는 없으며, 대신에 열전대 시스(thermocouple sheath), 교반기 또는 보울 라이너(bowl liner)와 같은 기타 장치일 수 있다. 또한, 본 발명은 바이코어(Vycor) 튜빙 및 시트의 제조에 있어 유익할 수 있다. 나아가, 본 발명은 어떠한 유형의 유리 제품을 제조하는데 있어서도 유익하다.
● 본 발명은 백금을 함유하는 구성요소의 외부 표면의 산화를 감소시킨다. 현재 기술은 로키드(Rokide(aluminum oxide))와 같은 코팅에 의존하고 있는데, 상기 코팅은 귀금속과 공기(산소)의 접촉을 제한하기 위하여 백금을 함유하는 구성요소의 외측 표면에 위치한다. 본 발명은 백금의 바람직하지 않은 산화 반응에서의 핵심 원인인 산소 수준을 낮추는 수단을 제공한다. 백금 산화를 방지하기 위하여 불활성 또는 환원 분위기를 사용하는 것에는 많은 장점이 있다. 먼저, 산소의 제거/감소는 산화율을 자리수(orders of magnitude) 단위로 감소시킨다. 가장 뛰어난 코팅제는 일반적으로 2 내지 4× 배수로 산화를 감소시킨다. 두 번째로, 산소의 제거/감소는 산화에 의한 장애를 방지하기 위하여 용기에 더 두꺼운 백금 부분을 사용할 필요가 없어진다. 결과적으로, 내구성을 위하여 더 두꺼운 부분을 가지도록 설계된 시스템보다 용기의 비용이 더 적게 소요될 것이다. 세 번째로, 캡슐(140) 내의 불활성 또는 환원 가스 커버리지(coverage)의 사용은 귀금속 시스템의 모든 영역을 보호하고, 심지어 코팅이 어렵도록 형성된 복잡한 영역에서도 보호가 가능하게 된다.
● 본 발명은 유리가 금, 백금, 로듐, 이리듐, 몰리브덴, 팔라듐, 레늄, 탄탈, 티타늄, 텅스텐 및 이들의 합금과 같은 귀금속과 접촉하는, 임의의 유리 또는 용융 시스템에 사용될 수 있다. 이러한 접촉은 용융, 이송 또는 제품의 성형 단계에 있을 수 있다.
● 본 발명은 백금과 유리 경계면에서의 산화 반응을 완충시키는 비소 및 안티몬 산화물과 같은 다원자가 종(multivalent species)(청징제)을 유리 내에 첨가할 필요성을 제거한다. 그리고 청징을 위해 다원자가 종이 필요한 경우에도, 이의 농도를 최소화할 수 있다. 나아가, 필요한 경우 청징제로서 덜 효과적이기는 하나 위험한 물질로 여겨지지 않는 다원자가 종이 사용될 수 있다. 이는 가능한 유리 조성의 수를 증대시키며 또한 완전히 환경 친화적인 유리가 제조되도록 한다.
● 본 발명은 유리 용융/이송 시스템(141) 내로 어떠한 내부 개입도 필요로 하지 않으며, 외부 표면으로부터 시스템 상의 어떤 영역이라도 적용이 가능하다.
● 캡슐(140)은 저 산소 환경의 양압을 유지시킬 수 있는, 간단한 컨테이너 또는 장벽일 수 있다. 예를 들면, 캡슐(140)은 도 1에 도시된 인클로저와 같은 더욱 내구성 있는 것이거나 플라스틱 또는 고무 백처럼 단순한 것일 수 있다.
● 상기 캡슐(140)은 또한 구성요소(115, 120, 125)와, 튜브(122, 127 및 130) 이외에도 혼합/이송 시스템 내 다른 구성요소를 둘러쌀 수 있다. 예를 들어, 캡슐(140)은 구성요소(113 및 132)를 또한 둘러쌀 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
● 캡슐(140)은 도 1에서 보이는 것보다 많거나 적은 주입부 또는 출구를 가질 수 있다는 것을 또한 이해하여야 한다.
● 본 발명의 사용자는 귀금속 용기의 무결성(integrity)에 영향을 미칠 수 있는, 용융/이송 시스템(141) 주위에 너무 높은 수소 수준을 갖는지에 대하여 염려할 필요가 없다. 왜냐하면, 본 발명은 시스템의 금속이 공격받고 파괴되는 것을 초래하면서 유리 구성성분(예를 들어, 철, 주석, 비소, 안티몬)이 환원될 정도로 수소 수준이 얻어지는 것이 불가능하지는 않더라도 이를 곤란하게 만드는 질소, 물, 산소 환경을 사용하기 때문이다.
● 상기 언급된 퓨전 공정에 대한 더욱 자세한 내용은 미국 특허 제3,338,696호 및 제3,682,609호에 개시되어 있다. 상기 두 건의 특허는 본 명세서의 참조문헌으로 포함된다.
본 발명에 따른 하나의 구체예가 도면과 함께 개시되고 상술한 상세한 설명에서 언급되었으나, 본 발명이 개시된 구체예로 한정되는 것이 아니고, 수많은 재배열, 개선사항 및 대체물이 하기의 청구범위에서 언급되고 정의되는 본 발명의 사상으로부터 벗어남이 없이 존재할 수 있음을 이해하여야 한다.
발명의 더욱 완전한 이해는 첨부되는 도면과 다음에 이어지는 상세한 설명을 조합하여 참조함으로써 이루어질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 유리 제조 시스템의 구성요소를 나타내는 블록도이다.
도 2는 블리스터 생성량(블리스터가 차지하는 면적) 대 도 1에서 나타난 예시적인 유리 제조 시스템에 사용될 수 있는 백금 유리 가공 용기의 외부 표면 상 분위기 내의 수소 수준을 보여주는 그래프이다.
도 3은 종래 기술 및 본 발명으로부터 가능한 ppm 단위의 수소 대 온도의 관계에 있어 상이한 조업 조건을 설명하는데 사용될 수 있는 그래프이다.
도 4는 동일한 백금 유리 가공 용기에 약 10분간 용융시킨 2개의 유리 샘플을 나타낸 사진으로서, 샘플 중 하나는 종래 기술에 따라 가공되었고, 다른 하나는 본 발명에 따라 가공되었다.
도 5는 본 발명에 따른 유리 시트를 제조하기 위한 방법의 기본적인 단계를 도시한 플로우챠트이다.

Claims (39)

  1. 유리 제품의 제조 방법으로서,
    용융 용기, 청징 용기, 이송 용기 및 성형 용기 중 적어도 하나 내에서 용융 유리를 성형, 가공, 또는 성형 및 가공하는 단계;
    상기 용기 중 적어도 하나를 둘러싸기 위하여 캡슐을 제공하는 단계; 및
    상기 캡슐의 내부 벽과 상기 적어도 하나의 용기의 비-유리 접촉 표면 주위 사이에 분위기를 제공하는 단계,
    여기서, 상기 분위기를 제공하는 단계는,
    용융 유리 내의 바람직하지 않은 가스상 함유물 형성을 억제하기 위하여, 상기 분위기에서의 가스 혼합물 내 수소 수준을 제어하여 상기 적어도 하나의 용기의 비-유리 접촉 표면 주위의 부분압을 pH2 (ppm) = 78,000 x e ^ [(-58,900 +13.1 T)/(1.987*T(K))]의 평형 관계식으로 정의되는 수준으로 유지 또는 그보다 크게 유지시키는 단계를 더욱 포함하며, 여기서, T는 상기 적어도 하나의 용기의 비-유리 접촉 표면의 켈빈 온도인 것을 특징으로 하는 유리 제품의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 분위기를 제공하는 단계는 상기 적어도 하나의 용기 상의 귀금속 산화를 감소시키기 위하여 상기 적어도 하나의 용기의 비-유리 접촉 표면 주위의 가스 혼합물 내 산소 수준을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 제품의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 분위기를 제공하는 단계는 용융 유리가 상기 적어도 하나의 용기 중 하나로부터 상기 적어도 하나의 용기 중 다른 하나로 이동하는 동안에 상기 용융 유리의 냉각을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 제품의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 가스 혼합물은 상기 적어도 하나의 용기의 비-유리 접촉 표면에서 1700℃에서 38,000ppm까지의 수소를 함유하는 것을 특징으로 하는 유리 제품의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 가스 혼합물은 200℉ 이하의 이슬점 온도로 유지되는 것을 특징으로 하는 유리 제품의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서 상기 가스 혼합물은 21 부피% 미만의 산소량을 갖는 것을 특징으로 하는 유리 제품의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 가스 혼합물은 0.01 내지 1 부피%의 산소, 2 내지 20 부피%의 수증기 및 필수적으로 불활성 가스를 잔량으로 갖는 것을 특징으로 하는 유리제품의 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 가스 혼합물은 크래킹된 암모니아 제품을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 제품의 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 용기의 상기 비-유리 접촉 표면은 금, 백금, 로듐(rhodium), 이리듐(iridium), 몰리브덴(molybdenum), 팔라듐, 레늄(rhenium), 탄탈(tantalum), 티타늄, 텅스텐 및 이들의 합금으로부터 선택된 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 제품의 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 방법은 상기 적어도 하나의 용기 중 하나의 비-유리 접촉 표면 주위에 제약 판(constriction plate)을 위치시키는 단계를 더 포함하고, 상기 제약 판은 상기 용기 상의 가스 혼합물 흐름을 감소시키고 상기 캡슐 내에 가스 혼합물의 층상 흐름을 유발하는 것을 특징으로 하는 유리 제품의 제조 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 분위기 내 수소 수준을 제어하는 단계는 상기 분위기의 조성을 모니터링하고 제어하기 위하여 폐루프 제어 시스템을 이용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 제품의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 폐루프 제어 시스템은
    제어기;
    복수의 센서;
    습도 공급 시스템;
    가열/냉각 제어 시스템;
    공기 조작기; 및
    O2/N2 보충 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 제품의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 습도 공급 시스템, 상기 가열/냉각 제어 시스템, 상기 공기 조작기 및 상기 O2/N2 보충 시스템은 캡슐과 연결된 파이프 네트워크와 연결되는 것을 특징으로 하는 유리 제품의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 파이프 네트워크는 상기 캡슐의 첫 번째 단부에 부착된 메인 파이프를 포함하고, 상기 파이프 네트워크는 상기 캡슐의 반대편 단부에 부착된 출구 파이프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 제품의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 파이프 네트워크는 메인 파이프에 부착된 일 단부 및 한 쌍의 상기 적어도 하나의 용기를 연결하는데 사용된 튜브의 주입부와 연결된 다른 단부를 갖는 또 다른 파이프를 더 포함하며, 여기서 가스 혼합물은 또한 출구를 갖는 튜브 주위로 흐르고, 상기 출구를 통하여 상기 캡슐 내 분위기로 상기 가스 혼합물을 다시 유도하는 것을 특징으로 하는 유리 제품의 제조 방법.
  16. 제12항에 있어서, 상기 제어기는 복수의 센서로부터 센서 측정치를 처리하고, 습도 공급 시스템, 가열/냉각 제어 시스템, 공기 조작기, 및 O2/N2 보충 시스템을 제어하는 것을 특징으로 하는 유리 제조 방법.
  17. 제12항에 있어서, 상기 제어기는 캡슐 공급 센서, 캡슐 센서 및 캡슐 출구 센서를 포함하는 복수의 센서로부터 센서 측정치를 얻는 것을 특징으로 하는 유리 제조 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 캡슐 공급 센서는 유동 센서, 이슬점/습도 센서, 온도 센서, 산소 센서 및 압력 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 제조 방법.
  19. 제17항에 있어서, 상기 캡슐 센서는 유동 센서, 이슬점/습도 센서, 온도 센서, 산소 센서 및 압력 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 제조 방법.
  20. 제17항에 있어서, 상기 캡슐 출구 센서는 유동 센서, 이슬점/습도 센서, 온도 센서, 산소 센서 및 압력 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 제조 방법.
  21. 제3항에 있어서, 상기 용융 유리의 냉각을 제어하는 단계는 상기 용융 유리가 상기 적어도 하나의 용기 중 하나로부터 상기 적어도 하나의 용기 중 다른 하나로 이동하는 동안 상기 용융 유리를 냉각시키기 위하여 강제적 대류를 이용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 제조 방법.
  22. 제1항에 있어서, 상기 캡슐에 의해 둘러싸인 용기는 이의 조업 온도에서 수소 가스가 침투 가능한 것을 특징으로 하는 유리 제조 방법.
  23. 제1항에 있어서, 상기 분위기를 제공하는 단계는 0.21 기압 이하로 분위기 내 산소의 부분압을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 제조 방법.
  24. 제1항에 있어서, 상기 분위기를 제공하는 단계는 용기의 조업 동안 실질적으로 일정한 조성 및 온도 분포를 갖는 분위기를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 제조 방법.
  25. 제1항에 있어서, 상기 캡슐 및 상기 캡슐에 의해 둘러싸인 용기의 비-유리 접촉 표면은 상기 캡슐의 정상 조업 동안 사람의 접근을 필요로 하지 않는 공간의 경계를 정하는 것을 특징으로 하는 유리 제조 방법.
  26. 유리 제조 시스템으로서,
    각각 용융 유리와 접촉하는 내부 벽을 포함하는, 용융 용기, 청징 용기, 이송 용기, 및 성형 용기;
    상기 용기들 중 적어도 하나를 둘러싸는 캡슐;
    상기 캡슐 내부 및 상기 적어도 하나의 용기의 비-유리 접촉 표면 주위의 환경을 모니터링 및 제어하는 폐루프 제어 시스템; 및
    여기서, 상기 폐루프 제어 시스템은 상기 용융 유리 내의 바람직하지 않은 가스상 함유물의 형성을 억제하기 위하여, 상기 환경에서의 가스 혼합물 내 수소 수준을 제어하여 부분압을 pH2 (ppm) = 78,000 x e ^ [(-58,900 +13.1 T)/(1.987*T(K))]의 평형 관계식으로 정의되는 수준으로 유지 또는 그보다 크게 유지시키며, 여기서, T는 상기 적어도 하나의 용기의 비-유리 접촉 표면의 켈빈 온도인 것을 특징으로 하는 유리 제조 시스템.
  27. 제26항에 있어서, 상기 폐루프 제어 시스템은 상기 적어도 하나의 용기 상의 귀금속 산화를 감소시키기 위하여, 상기 적어도 하나의 용기의 비-유리 접촉 표면 주위 환경에서의 상기 가스 혼합물 내 산소 수준을 더 제어하는 것을 특징으로 하는 유리 제조 시스템.
  28. 제26항에 있어서, 상기 폐루프 제어 시스템은 상기 용융 유리가 상기 적어도 하나의 용기 중 하나로부터 상기 적어도 하나의 용기 중 다른 하나로 이동하는 동안 상기 용융 유리의 냉각을 더 제어하는 것을 특징으로 하는 유리 제조 시스템.
  29. 제26항에 있어서, 상기 가스 혼합물은 상기 적어도 하나의 용기의 비-유리 접촉 표면에서 38,000ppm까지의 수소를 함유하는 것을 특징으로 하는 유리 제조 시스템.
  30. 제26항에 있어서, 상기 가스 혼합물은 200℉ 이하의 이슬점 온도에서 유지되는 것을 특징으로 하는 유리 제조 시스템.
  31. 제26항에 있어서, 상기 가스 혼합물은 21 부피% 미만의 산소량을 가지는 것을 특징으로 하는 유리 제조 시스템.
  32. 제26항에 있어서, 상기 가스 혼합물은 0.01 내지 1 부피%의 산소 및 2 내지 20 부피%의 수증기, 및 필수적으로 불활성 가스를 잔량으로 함유하는 것을 특징으로 하는 유리 제조 시스템.
  33. 제26항에 있어서, 상기 가스 혼합물은 크래킹된 암모니아 제품 또는 연소물을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 제조 시스템.
  34. 제26항에 있어서, 상기 적어도 하나의 용기의 상기 비-유리 접촉 표면은 금, 백금, 로듐(rhodium), 이리듐(iridium), 몰리브덴(molybdenum), 팔라듐, 레늄(rhenium), 탄탈(tantalum), 티타늄, 텅스텐 및 이들의 합금으로부터 선택된 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 제조 시스템.
  35. 유리 제조 시스템에서 적어도 하나의 용기 주위의 환경을 제어하는 시스템으로서,
    상기 적어도 하나의 용기를 둘러싸는 캡슐;
    상기 적어도 하나의 용기 내에 위치되는 용융 유리 내의 바람직하지 못한 가스상 함유물의 형성을 효과적으로 억제하기 위하여 상기 적어도 하나의 용기의 비-유리 접촉 표면 주위에 pH2 (ppm) = 78,000 x e ^ [(-58,900 +13.1 T)/(1.987*T(K))]의 평형 관계식으로 정의되는 부분압 수준의 유지 또는 그보다 크게 부분압을 유지시키도록 상기 캡슐 내에 위치된 가스의 혼합물 내 수소 수준을 제어하는 폐루프 제어 시스템;을 포함하며, 여기서 T는 상기 적어도 하나의 용기의 비-유리 접촉 표면의 켈빈 온도인 것을 특징으로 하는 시스템.
  36. 제35항에 있어서, 상기 폐루프 제어 시스템은 상기 적어도 하나의 용기 상의 귀금속 산화를 감소시키기 위하여 상기 적어도 하나의 용기의 비-유리 접촉 표면 주위의 상기 가스 혼합물 내 산소 수준을 더 제어하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  37. 제35항에 있어서, 상기 폐루프 제어 시스템은 상기 용융 유리가 상기 적어도 하나의 용기 중 하나로부터 상기 적어도 하나의 용기 중 다른 하나로 이동하는 동안에 상기 용융 유리의 냉각을 더 제어하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  38. 제35항에 있어서, 상기 시스템은, 상기 적어도 하나의 용기 중 하나의 비-유리 접촉 표면 주위에 위치하는 제약 판(constriction plate)을 더 포함하고, 상기 제약 판은 상기 용기 상의 가스 혼합물 흐름을 감소시키고 상기 캡슐 내에 상기 가스 혼합물의 층상 흐름을 유발하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  39. 제35항에 있어서, 상기 폐루프 제어 시스템은
    제어기;
    복수의 센서;
    습도 공급 시스템;
    가열/냉각 제어 시스템;
    공기 조작기; 및
    O2/N2 보충 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
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