KR101117999B1 - 용융 유리의 도관 구조 및 그 도관 구조를 사용한 감압 탈포 장치 - Google Patents

용융 유리의 도관 구조 및 그 도관 구조를 사용한 감압 탈포 장치 Download PDF

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마사히로 사이토우
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아사히 가라스 가부시키가이샤
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Abstract

용융 유리의 도관을 구성하는 내화 벽돌로부터 용출된 성분, 용융 유리의 도관을 구성하는 백금 벽면과 용융 유리의 계면에서 발생한 이물질, 표층에 잔존하는기포, 휘산에 의해 이질화된 유리 등을 효과적으로 제거할 수 있는 용융 유리의 도관 구조, 용융 유리의 도관 구조체, 감압 탈포 장치 및 그 감압 탈포 장치를 사용한 용융 유리의 감압 탈포 방법을 제공한다. 백금제 또는 백금 합금제의 중공관으로 이루어지는 용융 유리의 도관 구조로서, 상기 도관 구조는, 적어도 하류단측이 내관 및 외관으로 이루어지는 2 중관 구조를 이루고 있고, 상기 내관은, 상류단 및 하류단이 개방단이며, 상기 외관은, 하류단에 있어서, 상기 2 중관 구조 중, 상기 외관과 내관의 간극에 속하는 영역이 폐지단이고, 상기 내관에 속하는 영역이 개방단이고, 상기 도관 구조의 상류단이 개방단이며, 상기 외관의 상기 하류단측에는 개구부가 형성되어 있다.

Description

용융 유리의 도관 구조 및 그 도관 구조를 사용한 감압 탈포 장치{MOLTEN GLASS CONDUIT STRUCTURE AND VACUUM DEAERATOR UTILIZING THE SAME}
본 발명은 용융 유리의 도관 구조에 관한 것이다. 본 발명의 용융 유리의 도관 구조는, 감압 탈포 장치의 하강관, 혹은 그 하강관에 접속되는 연장관으로서 사용할 수 있다.
또, 본 발명은 그 도관 구조와, 드레인 아웃을 갖는 용융 유리의 도관 구조체에 관한 것이다.
또, 본 발명은 감압 탈포 장치 및 그 감압 탈포 장치를 사용한 용융 유리의 감압 탈포 방법에 관한 것이다.
감압 탈포 장치와 같은 유리 제조 장치에 있어서, 용융 유리의 유로를 이루는 감압 탈포조, 상승관 및 하강관과 같은, 중공관으로 이루어지는 용융 유리의 도관의 구성 재료는, 내열성 및 용융 유리에 대한 내식성이 우수할 것이 요구된다. 이를 만족하는 재료로서, 백금 또는 백금 로듐 합금과 같은 백금 합금을 사용하는 경우도 있는데 (특허 문헌 1 참조), 백금에 비해 저가이기 때문에, 전기 주조 벽돌과 같은 내화 벽돌이 널리 사용되고 있다 (특허 문헌 2 참조).
그러나, 전기 주조 벽돌과 같은 내화 벽돌을 용융 유리의 도관에 사용한 경 우, 내화 벽돌에 함유되는 성분이 용출되어 용융 유리에 혼입될 우려가 있었다. 이와 같은 성분의 구체예로는, 지르코니아계 전기 주조 벽돌로부터 용출되는 지르코니아, 알루미나실리카계 전기 주조 벽돌이나 지르코니아계 전기 주조 벽돌로부터 용출되는 알루미나 등을 들 수 있다.
이들 성분이 용융 유리 중에 균일하게 분산된 경우, 제조되는 유리에 악영향을 미칠 가능성은 거의 없다. 그러나, 이들 성분이 용융 유리 중에 편재한 경우, 제조되는 유리에 림과 같은 결점을 발생시킬 가능성이 있다.
한편, 용융 유리의 도관이 백금제 또는 백금 합금제인 경우, 백금 벽면과 용융 유리의 계면에서 백금이나 백금 합금에 기인하는 이물질이 발생하는 경우가 있다. 용융 유리 중에 잔류한 백금이나 백금 합금에 기인하는 이물질은, 제조되는 유리에 결점을 발생시킨다.
또, 용융 유리의 도관이 내화 벽돌제, 백금제 또는 백금 합금제인 모든 경우에 있어서, 도관 벽면과, 용융 유리의 계면에서 기포가 발생하는 경우가 있다. 이와 같은 도관 벽면과 용융 유리의 계면에서의 기포의 발생이 감압 탈포 장치의 감압 탈포조나 하강관 (이나 감압 탈포 장치보다 하류측의 용융 유리의 도관) 에서 발생한 경우, 용융 유리로부터 제거하는 것이 곤란해지기 때문에, 제조되는 유리에 결점을 발생시킨다.
용융 유리의 도관 구조에는, 용융 유리 중에 혼입되어 있는 이물질을 제거하기 위한 기구, 예를 들어 드레인 아웃, 오버 플로우 등이 형성되어 있다. 그러나, 이들 종래의 이물질 제거 기구에서는, 용융 유리의 도관을 구성하는 내화 벽돌 로부터 용출된 성분이나, 용융 유리의 도관을 구성하는 백금 벽면과 용융 유리의 계면에서 발생한 이물질, 및 도관 벽면과 용융 유리의 계면에서 발생한 기포 (이하, 이것을 총칭하여 「용융 유리의 도관을 구성하는 백금 벽면과 용융 유리의 계면에서 발생한 이물질 등」 또는 간단히 「이물질 등」 이라고 한다.) 를 충분히 제거할 수 없었다.
또, 감압 탈포조 내를 이동하는 용융 유리류 (流) 중에는, 파포되지 않은 기포나 휘산에 의해 이질화된 유리가 존재하는 경우가 있다. 이들이 제조되는 유리에 혼입되면, 제조되는 유리의 결점이 되므로 제거할 필요가 있다. 그러나, 용융 유리류 중에 존재하는 파포되지 않은 기포나 휘산에 의해 이질화된 유리는, 드레인 아웃이나 오버 플로우와 같은 종래의 이물질 제거 기구로는 충분히 제거할 수 없었다.
특허 문헌 1 : 일본 공개특허공보 평2-221129호
특허 문헌 2 : 일본 공개특허공보 평11-139834호
발명의 개시
발명이 해결하고자 하는 과제
본 발명은 상기한 종래 기술에 있어서의 문제점을 해결하기 위하여, 내화 벽돌로부터 용출된 성분, 용융 유리의 도관을 구성하는 백금 벽면과 용융 유리의 계면에서 발생한 이물질 등을 효과적으로 제거할 수 있는 용융 유리의 도관 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 용융 유리의 도관 구조는, 감압 탈포 장치의 하강관 또는 그 하강관에 접속되는 연장관으로서 바람직하다.
또, 본 발명은 그 도관 구조와, 드레인 아웃을 갖는 용융 유리의 도관 구조체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또, 본 발명은 용융 유리의 하강관 또는 그 하강관에 접속되는 연장관으로서, 본 발명의 용융 유리의 도관 구조를 사용한 감압 탈포 장치, 및 그 감압 탈포 장치를 사용한 용융 유리의 감압 탈포 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 감압 탈포조, 상승관 및 하강관을 구성하는 내화 벽돌로부터 용출된 성분이나, 감압 탈포조, 상승관 및 하강관을 구성하는 백금 벽면과 용융 유리의 계면에서 발생한 이물질이나, 용융 유리의 표층에 잔존한 기포나, 용융 유리 표면에서의 휘산에 의해 이질화된 유리 등을 효과적으로 제거할 수 있는 감압 탈포 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또, 본 발명의 감압 탈포 장치를 사용한 용융 유리의 감압 탈포 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
과제를 해결하기 위한 수단
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명자들은, 내화 벽돌로부터 용출된 성분, 용융 유리의 도관을 구성하는 백금 벽면과 용융 유리의 계면에서 발생한 이물질 등이 혼입된 용융 유리의 유동에 대하여 예의 검토한 결과, 내화 벽돌로부터 용출된 성분, 백금 벽면과의 계면에서 발생한 이물질 등이 혼입된 용융 유리는 층류 상태로 도관의 내벽 부근에 머문 상태로 유동하는 것을 알아내었다. 이하, 본 명세서에 있어서, 이것을 경계층류라고 한다.
즉, 내화 벽돌로부터 용출된 성분, 백금 벽면과의 계면에서 발생한 이물질 등은, 용융 유리 중에 균일하게 확산되지 않고, 도관의 벽면을 따라 어느 두께의 경계층류, 예를 들어 층두께 3 ～ 5mm 정도의 경계층류로서 흐른다.
본 발명은 상기한 지견에 기초하는 것으로서, 백금제 또는 백금 합금제의 중공관으로 이루어지는 용융 유리의 도관 구조로서,
상기 도관 구조는, 적어도 하류단측이 내관 및 외관으로 이루어지는 2 중관 구조를 이루고 있고,
상기 내관은, 상류단 및 하류단이 개방단이며,
상기 외관은, 하류단에 있어서, 상기 2 중관 구조 중, 상기 외관과 내관의 간극에 속하는 영역이 폐지단 (閉止端) 이고, 상기 내관에 속하는 영역이 개방단이고,
상기 도관 구조의 상류단이 개방단이며,
상기 외관의 상기 하류단측에는 개구부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 용융 유리의 도관 구조 (이하, 「본 발명의 도관 구조」 라고 한다.) 를 제공한다.
본 발명의 도관 구조는, 상기 도관 구조의 상기 하류단측에 있어서, 상기 내관이 상기 외관의 폐지단으로부터 돌출되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 도관 구조에 있어서, 상기 내관 상류단으로부터 상기 개구부 상류단까지의 거리 (Lin(mm)) 와, 상기 내관의 내경 (Din(mm)) 이 하기 식으로 나타내는 관계를 만족하는 것이 바람직하다.
Lin ≥ Din/2
본 발명의 도관 구조에 있어서, 상기 외관의 내경과 상기 내관의 외경의 차 (Dout-in(mm)) 와, 상기 내관의 내경 (Din(mm)) 이 하기 식으로 나타내는 관계를 만족하는 것이 바람직하다.
Dout-in/2 ≥ 0.02 × Din
본 발명의 도관 구조에 있어서, 상기 내관 상류단으로부터 상기 개구부 상류단까지의 거리 (Lin(mm)) 와, 상기 외관의 내경과 상기 내관의 외경의 차 (Dout-in(mm)) 가 하기 식으로 나타내는 관계를 만족하는 것이 바람직하다.
Lin ≥ (Dout-in/2) × 3
본 발명의 도관 구조에 있어서, 상기 외관의 유로의 단면적으로부터 상기 내관의 유로의 단면적을 뺀 단면적차 (Sout-in(㎟)) 와, 상기 내관의 유로의 단면적 (Sin(㎟)) 이 하기 식으로 나타내는 관계를 만족하는 것이 바람직하다.
Sout-in ≤ Sin
본 발명의 도관 구조에 있어서, 상기 개구부의 면적 (S(㎟)) 과, 상기 외관의 내경 (Dout(mm)) 이 하기 식으로 나타내는 관계를 만족하는 것이 바람직하다.
S ≥ 9 × Dout
본 발명의 도관 구조는 상승관, 감압 탈포조 및 하강관을 갖는 감압 탈포 장치의 하강관으로서 사용하는 것이 바람직하다.
또, 본 발명의 도관 구조는 상승관, 감압 탈포조 및 하강관을 갖는 감압 탈포 장치에 있어서, 상기 하강관에 접속되는 연장관으로서 사용하는 것이 바람직하다.
또, 본 발명은 상승관, 감압 탈포조 및 하강관을 갖는 감압 탈포 장치를 사용하여 용융 유리를 감압 탈포하는 방법으로서,
상기 하강관으로서, 본 발명의 도관 구조를 사용한 용융 유리의 감압 탈포 방법을 제공한다.
또, 본 발명은 상승관, 감압 탈포조 및 하강관을 갖는 감압 탈포 장치를 사용하여 용융 유리를 감압 탈포하는 방법으로서,
상기 하강관에 접속되는 연장관으로서, 본 발명의 도관 구조를 사용한 용융 유리의 감압 탈포 방법을 제공한다.
또, 본 발명은 백금제 또는 백금 합금제의 중공관으로 이루어지는 도관 구조와, 상기 도관 구조의 하류단측에 형성되고, 적어도 1 개의 개구부를 갖는 드레인 아웃을 갖는 용융 유리의 도관 구조체로서,
상기 도관 구조는, 적어도 하류단측이 내관 및 외관으로 이루어지는 2 중관 구조를 이루고 있고,
상기 내관은, 상류단 및 하류단이 개방단이고,
상기 외관은, 하류단에 있어서, 상기 2 중관 구조 중, 상기 외관과 내관의 간극에 속하는 영역이 폐지단이고, 상기 내관에 속하는 영역이 개방단이고,
상기 도관 구조의 상류단이 개방단이며,
상기 외관의 하류단측에는 개구부가 형성되어 있고, 상기 외관에 형성된 개구부의 상류단이 상기 드레인 아웃의 개구부의 상류단보다 0 ～ 500mm 하류측에 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 용융 유리의 도관 구조체를 제공한다.
또, 본 발명은 상승관, 감압 탈포조 및 하강관을 갖는 감압 탈포 장치에 있어서, 상기 하강관으로서, 본 발명의 도관 구조를 사용한 감압 탈포 장치를 제공한다.
또, 본 발명은 상승관, 감압 탈포조 및 하강관을 갖는 감압 탈포 장치에 있어서, 상기 하강관에 접속되는 연장관으로서, 본 발명의 도관 구조를 사용한 감압 탈포 장치를 제공한다.
이하, 본 명세서에 있어서, 상기한 감압 탈포 장치를 제 1 양태의 감압 탈포 장치라고 한다.
제 1 양태의 감압 탈포 장치에 있어서, 상기 하강관 또는 상기 하강관에 접속되는 연장관으로서 사용되는 용융 유리의 도관 구조가, 적어도 상기 2 중관 구조의 상류단에 있어서, 하기 식을 만족하는 것이 바람직하다.
wdownstream ＞ wupstream
(식 중, wdownstream 은 수평 방향의 용융 유리류에 있어서 하류측에서의 상기 외관과 상기 내관의 간극의 폭 (mm) 이며, wupstream 은 수평 방향의 용융 유리류에 있어서 상류측에서의 상기 외관과 상기 내관의 간극의 폭 (mm) 이다.)
제 1 양태의 감압 탈포 장치에 있어서, 상기 wdownstream 및 상기 wupstream 이 하기 식을 만족하는 것이 바람직하다.
wdownstream ≥ 2 × wupstream
또, 본 발명은 상승관, 감압 탈포조 및 하강관을 포함하는 감압 탈포 장치로서,
상기 하강관과 연통하여 접속되는 하류측 피트를 갖고,
상기 하류측 피트가, 외관을 이루는 피트 본체와, 상기 피트 본체 내에 위치하여 하류 방향으로 연장되는 내관의 2 중관 구조이며, 상기 피트 본체에는 드레인 아웃이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 감압 탈포 장치를 제공한다.
이하, 본 명세서에 있어서, 상기한 감압 탈포 장치를 제 2 양태의 감압 탈포 장치라고 한다.
제 2 양태의 감압 탈포 장치에 있어서, 상기 하강관의 내경 (D1(mm)) 과, 상기 내관의 외경 (D2(mm)) 이 하기 식으로 나타내는 관계를 만족하는 것이 바람직하다.
D1 ＞ D2
제 2 양태의 감압 탈포 장치에 있어서, 상기 하강관의 내경과 상기 내관의 외경의 차 (ΔD(mm)) 와, 상기 내관의 내경 (D3(mm)) 이 하기 식으로 나타내는 관계를 만족하는 것이 바람직하다.
ΔD ≥ 0.04 × D3
제 2 양태의 감압 탈포 장치에 있어서, 상기 하강관의 유로의 단면적으로부터 상기 내관의 유로의 단면적을 뺀 단면적차 (ΔS(㎟)) 와, 상기 내관의 유로의 단면적 (S1(㎟)) 이 하기 식으로 나타내는 관계를 만족하는 것이 바람직하다.
ΔS ≤ S1
제 2 양태의 감압 탈포 장치에 있어서, 상기 하강관과, 상기 내관이 오버랩되어 있는 부분을 갖고,
상기 오버랩되어 있는 부분의 길이 (L(mm)) 와, 상기 내관의 외경 (D2(mm)) 이 하기 식으로 나타내는 관계를 만족하는 것이 바람직하다.
L ≤ 5 × D2
제 2 양태의 감압 탈포 장치에 있어서, 상기 하강관의 하류단과 상기 내관의 상류단의 거리 (d) 와, 상기 내관의 외경 (D2) 이 하기 식으로 나타내는 관계를 만족하는 것이 바람직하다.
0.5 × D2 ≤ d ≤ 5 × D2
제 2 양태의 감압 탈포 장치에 있어서, 상기 하강관과, 상기 내관이 적어도 상기 내관의 상류단에 있어서, 하기 식을 만족하는 것이 바람직하다.
wldownstream ≥ wlupstream
(식 중, wldownstream 은 수평 방향의 용융 유리류에 있어서 하류측에서의 상기 하강관과 상기 내관의 간극의 폭 (mm) 이며, wlupstream 은 수평 방향의 용융 유리류에 있어서 상류측에서의 상기 하강관과 상기 내관의 간극의 폭 (mm) 이다.)
제 2 양태의 감압 탈포 장치에 있어서, 상기 wldownstream 및 상기 wlupstream 이 하기 식을 만족하는 것이 바람직하다.
wldownstream ≥ 2 × wlupstream
제 1 및 제 2 양태의 감압 탈포 장치에 있어서, 적어도 일부가 용융 유리의 표층에 침지되도록 상기 감압 탈포조 내에 설치되고, 또한 상기 용융 유리의 표층의 흐름을 상기 감압 탈포조의 측벽 방향으로 유도하는 흐름 제어 부재가 형성되어 있는 것이 바람직하다.
상기 흐름 제어 부재는, 용융 유리의 표층이고 또한 용융 유리의 흐름에 직교하는 수평 방향에 있어서의 폭이 하기 식을 만족하는 것이 바람직하다.
W1 ＜ W2
(식 중, W1 은 최상류측에 있어서의 상기 흐름 제어 부재의 폭 (mm) 이며, W2 는 최하류측에 있어서의 상기 흐름 제어 부재의 폭 (mm) 이다.)
상기 용융 유리의 흐름 방향을 축으로 한 경우에, 상기 흐름 제어 부재의 평면 형상이 그 축에 대하여 대략 선대칭인 것이 바람직하다.
상기 흐름 제어 부재의 최하류측이, 상기 하강관의 관축보다 용융 유리의 흐름 방향의 상류측에 위치하는 것이 바람직하다.
상기 흐름 제어 부재의 평면 형상 중, 상기 용융 유리의 표층의 흐름을 상기 감압 탈포조의 측벽 방향으로 유도하는 데에 기여하는 부분과, 상기 용융 유리의 흐름 방향이 이루는 각도의 최대값 (α) 이 하기 식을 만족하는 것이 바람직하다.
15˚ ≤ α ≤ 85˚
상기 흐름 제어 부재가, 하기 식을 만족하는 것이 바람직하다.
20mm ≤ X
50mm ≤ h
(식 중, X 는 상기 흐름 제어 부재가 상기 용융 유리의 표층에 침지된 깊이이며, h 는 상기 감압 탈포조의 저면으로부터 상기 흐름 제어 부재의 저면까지의 높이이다.)
상기 흐름 제어 부재의 최하류측과, 상기 감압 탈포조의 측벽의, 용융 유리의 표층이고 또한 용융 유리의 흐름에 직교하는 방향에 있어서의 2 개의 간극 (Y1, Y2(mm)) 이 하기 식을 만족하는 것이 바람직하다.
Z ≤ Y1 ≤ Φ/4
Z ≤ Y2 ≤ Φ/4
(식 중, Φ 는 용융 유리의 표층이고 또한 용융 유리의 흐름에 직교하는 수평 방향에 있어서의 상기 감압 탈포조의 내경이며, Z 는 Φ/30 또는 X/2 (X 는 상기 흐름 제어 부재가 상기 용융 유리의 표층에 침지된 깊이) 중, 어느 작은 쪽의 값이다.)
또한, 본 발명은 제 1 및 제 2 양태의 감압 탈포 장치를 사용하여 용융 유리를 감압 탈포하는 방법을 제공한다.
발명의 효과
본 발명의 도관 구조에 의하면, 내화 벽돌로부터 용출된 성분이나 용융 유리의 도관을 구성하는 백금 벽면과 용융 유리의 계면에서 발생한 이물질 등을 함유한 경계층류를 용융 유리의 메인 플로우로부터 분리할 수 있다. 그 후, 경계층류를 드레인 아웃으로부터 배출함으로써, 이들 이물질 등을 함유하지 않는 용융 유리를 성형 장치에 공급할 수 있다. 이 결과, 결점이 적은 고품질의 유리 제품을 제조할 수 있다.
본 발명의 감압 탈포 장치에 의하면, 내화 벽돌로부터 용출된 성분이나 용융 유리의 도관을 구성하는 백금 벽면과 용융 유리의 계면에서 발생한 이물질 등을 함유한 경계층류를 용융 유리의 메인 플로우로부터 분리할 수 있다. 그 후, 경계층류를 드레인 아웃으로부터 배출함으로써, 이들 이물질 등을 함유하지 않는 용융 유리를 성형 장치에 공급할 수 있다. 이 결과, 결점이 적은 고품질의 유리 제품을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 감압 탈포 장치에 의하면, 감압 탈포조 내를 이동하는 용융 유리류의 표층을 이루는, 파포되지 않은 기포나 휘산에 의해 이질화된 유리를 포함한 경계층류를 용융 유리의 메인 플로우로부터 분리할 수 있다. 그 후, 경계층류를 드레인 아웃으로부터 배출함으로써, 이들 이물질 등을 함유하지 않는 용융 유리를 성형 장치에 공급할 수 있다. 이 결과, 결점이 적은 고품질의 유리 제품을 제조할 수 있다.
본 발명의 감압 탈포 장치에 있어서, 감압 탈포조 내에 흐름 제어 부재를 형성함으로써, 용융 유리의 메인 플로우로부터의 경계층류의 분리를 보다 효과적으로 실시할 수 있다.
도 1 은, 본 발명의 용융 유리의 도관 구조를 구비한 감압 탈포 장치의 단면도이다.
도 2 는, 도 1 에 나타내는 감압 탈포 장치 (100) 의 도관 구조 (1) 및 그 주변을 나타낸 부분 확대도이다.
도 3 은, 도 2 와 동일한 도면이며, 도관 구조 (1) 에 있어서 특정한 부분의 치수를 나타내고 있다.
도 4 는, 본 발명의 도관 구조의 다른 양태를 나타낸 단면도이며, 2 중관 구조의 폭이 도 2 에 나타내는 도관 구조 (1) 와는 상이하다.
도 5 는, 본 발명의 도관 구조의 다른 양태를 나타낸 단면도이며, 외관의 폐지단의 형상이 도 2 에 나타내는 도관 구조 (1) 와는 상이하다.
도 6 은, 본 발명의 도관 구조의 다른 양태를 나타낸 단면도이며, 내관의 형상이 도 2 에 나타내는 도관 구조 (1) 와는 상이하다.
도 7 은, 본 발명의 도관 구조의 다른 양태를 나타낸 단면도이다.
도 8 은, 본 발명의 제 2 양태의 감압 탈포 장치를 나타낸 단면도이다.
도 9 는, 도 8 에 나타내는 감압 탈포 장치 (100') 의 하류측 피트 (180) 및 그 주변을 나타낸 부분 확대도이다.
도 10 은, 도 9 와 동일한 도면이며, 도면 중 특정 부분의 치수를 나타내는 부호가 기재되어 있다.
도 11 은, 제 2 양태의 감압 탈포 장치의 다른 실시형태의 하류측 피트 및 그 주변을 나타낸 부분 확대도이며, 연장관의 내벽과 내관의 외벽 사이의 공극 부분의 폭이 도 9 에 나타내는 형태와는 상이하다.
도 12 는, 제 2 양태의 감압 탈포 장치의 다른 실시형태의 하류측 피트 및 그 주변을 나타낸 부분 확대도이며, 연장관과 내관의 관계가 도 9 에 나타내는 형태와는 상이하다.
도 13 은, 도 12 와 동일한 도면이다. 단, 내관 상단 (상류단) 의 형상이 도 12 와는 상이하다.
도 14(a) 는 본 발명의 감압 탈포 장치의 단면도이다. 단, 감압 탈포조, 상승관 및 하강관만을 나타내고 있다. 도 14(b) 는 도 14(a) 의 감압 탈포 장치의 평면도이다. 단, 도 14(b) 에 있어서, 감압 탈포조 상부의 벽면은 생략되어 있다.
도 15 는, 도 14(b) 와 동일한 도면이다. 단, 흐름 제어 부재의 형상이 도 14(b) 와는 상이하다.
부호의 설명
1, 2, 3, 4, 5 : 도관 구조
1a, 2a, 3a, 4a, 5a : 내관
1b, 2b, 3b, 4b, 5b : 외관
6 : 도관
11, 21, 31, 41, 51 : 개구부
100, 100' : 감압 탈포 장치
110 : 감압 하우징
120 : 감압 탈포조
122, 122' : 흐름 제어 부재
130 : 상승관
140 : 하강관
150, 160, 160' : 연장관
170 : 단열재
180, 180', 180'', 180''' : 하류측 피트
181 : 피트 본체
182, 181', 182'', 182''' : 내관
183, 600 : 드레인 아웃
300 : 용해조
400 : 상류 피트
500 : 하류 피트
700 : 도관
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다. 도 1 은, 본 발명의 용융 유리의 도관 구조를 구비한 감압 탈포 장치, 즉 본 발명의 제 1 양태의 감압 탈포 장치의 단면도이다. 도 1 에 나타내는 감압 탈포 장치 (100) 는, 용해조 (300) 중의 용융 유리 (G) 를 감압 탈포하고, 다음의 처리조 (도시하고 있지 않음) 에 연속적으로 공급하는 프로세스에 사용되는 것이다.
감압 탈포 장치 (100) 는, 금속제, 예를 들어 스테인리스강제로서, 사용시 그 내부가 감압 상태로 유지되는 감압 하우징 (110) 을 갖는다. 감압 하우징 (110) 내에는, 감압 탈포조 (120) 가 그 장축이 수평 방향으로 배향하도록 수납 배치되어 있다. 감압 탈포조 (120) 의 일단의 하면에는 수직 방향으로 배향하는 상승관 (130) 이, 타단의 하면에는 하강관 (140) 이 장착되어 있다.
감압 탈포 장치 (100) 에 있어서, 감압 탈포조 (120), 상승관 (130) 및 하강관 (140) 은, 전기 주조 벽돌과 같은 내화 벽돌제, 또는 백금제 혹은 백금 합금제의 중공관이다.
감압 탈포조 (120) 가 내화 벽돌제의 중공관인 경우, 감압 탈포조 (120) 는, 외형이 직사각형 단면을 갖는 내화 벽돌제의 중공관이며, 용융 유리의 유로를 이루는 내부 형상은 직사각형 단면을 갖는 것이 바람직하다.
상승관 (130) 및 하강관 (140) 이 내화 벽돌제의 중공관인 경우, 상승관 (130) 및 하강관 (140) 은, 원형 단면이나 직사각형을 포함하는 다각형 단면을 갖 는 내화 벽돌제의 중공관이며, 용융 유리의 유로를 이루는 내부 형상이 원형상 단면을 갖는 것이 바람직하다.
한편, 감압 탈포조 (120) 가 백금제 또는 백금 합금제의 중공관인 경우, 감압 탈포조 (120) 에 있어서의 용융 유리의 유로를 이루는 내부 단면 형상이, 원형 또는 타원형을 갖는 것이 바람직하다.
상승관 (130) 및 하강관 (140) 이 백금제 또는 백금 합금제의 중공관인 경우, 상승관 (130) 및 하강관 (140) 에 있어서의 용융 유리의 유로를 이루는 내부 단면 형상이, 원형 또는 타원형을 갖는 것이 바람직하다.
상승관 (130) 및 하강관 (140) 의 하단 (하류단) 에는, 각각 연장관 (150, 160) 이 장착되어 있다. 연장관 (150, 160) 은, 백금제 또는 백금 합금제의 중공 원통관이다.
또한, 상승관 (130) 및 하강관 (140) 이 백금제 또는 백금 합금제의 중공관인 경우, 연장관 (150, 160) 을 갖지 않고, 도 1 에서 연장관 (150, 160) 으로 기재되어 있는 부분까지 상승관 (130) 및 하강관 (140) 이 연장되어 있어도 된다. 이와 같은 경우, 이하 본 명세서에 있어서의 연장관 (150, 160) 에 관한 기재는, 백금제 또는 백금 합금제의 상승관 및 하강관에 관한 기재로서 이해된다.
감압 하우징 (110) 내에 있어서, 감압 탈포조 (120), 상승관 (130) 및 하강관 (140) 의 주위에는 단열재 (170) 가 배치 형성되어 있다.
상승관 (130) 은, 감압 탈포조 (120) 와 연통되어 있고, 용해조 (300) 로부터의 용융 유리 (G) 를 감압 탈포조 (120) 에 도입한다. 이 때문에, 상승관 (130) 에 장착된 연장관 (150) 의 하단 (하류단) 은, 용해조 (300) 와 도관 (700) 을 개재하여 접속된 상류 피트 (400) 의 개구단에 끼워넣어져, 그 상류 피트 (400) 내의 용융 유리 (G) 에 침지되어 있다.
하강관 (140) 은, 감압 탈포조 (120) 에 연통되어 있고, 감압 탈포 후의 용융 유리 (G) 를 다음의 처리조 (도시 생략) 에 도출한다. 이 때문에, 하강관 (140) 에 장착된 연장관 (160) 의 하단 (하류단) 은, 하류 피트 (500) 의 개구단에 끼워넣어져, 그 하류 피트 (500) 내의 용융 유리 (G) 에 침지되어 있다. 하류 피트 (500) 에는 드레인 아웃 (600) 이 접속되어 있다. 또한, 드레인 아웃이란, 용융 유리의 균질성을 높이기 위하여, 용융 유리의 일부, 구체적으로는 이물질 등을 함유한 용융 유리를 외부로 유출시키기 위한 유출관 등으로 이루어지는 장치를 의미한다.
도 1 에 나타내는 감압 탈포 장치 (100) 에 있어서, 하강관 (140) 에 장착된 연장관 (160) 이 본 발명의 도관 구조 (1) 이다. 도 2 는, 도 1 에 나타내는 감압 탈포 장치 (100) 에 있어서, 도관 구조 (1) 및 그 주변을 나타낸 부분 확대도이다.
도 2 에 나타내는 도관 구조 (1) 는, 하류단측이 내관 (1a) 및 외관 (1b) 으로 이루어지는 2 중관 구조로 되어 있다. 내관 (1a) 및 외관 (1b) 은, 모두 백금제 또는 백금 합금제의 중공 원통관이다. 여기서, 백금 합금의 구체예로는, 백금-금 합금, 백금-로듐 합금을 들 수 있다. 백금 또는 백금 합금이라고 할 경우, 백금 또는 백금 합금에 금속 산화물을 분산시켜 이루어지는 강화 백금이어도 된다. 분산되는 금속 산화물로는, Al2O3, 또는 ZrO2 혹은 Y2O3 으로 대표되는, 장주기표에 있어서의 3 족, 4 족 혹은 13 족의 금속 산화물을 들 수 있다.
도 2 에 나타내는 도관 구조 (1) 에 있어서, 내관 (1a) 은, 상단 (상류단) 및 하단 (하류단) 이 개방단으로 되어 있다.
외관 (1b) 은, 하단 (하류단) 에 있어서, 2 중관 구조 중, 외관 (1b) 과 내관 (1a) 의 간극에 속하는 영역, 즉 내관 (1a) 의 외벽과 외관 (1b) 의 내벽 사이의 공극 부분의 하단 (하류단) 이 폐지단으로 되어 있다. 한편, 외관 (1b) 의 하단 (하류단) 중, 2 중관 구조 중, 내관 (1a) 에 속하는 영역, 즉 도 2 중에서 내관 (1a) 의 내측에 위치하는 부분은 개방단으로 되어 있다. 내관 (1a) 의 하단 (하류단) 은, 외관 (1b) 의 하단 (하류단 : 폐지단) 으로부터 돌출되어 있다. 외관 (1b) 의 상단 (상류단) 은 개방단으로 되어 있다. 또한, 내관 (1a) 은, 그 하단 (하류단) 이 외관 (1b) 의 하단 (하류단 : 폐지단) 으로부터 돌출되어 있는데, 내관 (1a) 의 하단각 부류단) 이 외관 (1b) 의 하단 (하류단 : 폐지단) 으로부터 돌출되는 것은 필수는 아니다. 즉, 본 발명의 도관 구조의 2 중관 구조에 있어서, 내관의 하단 (하류단) 이 외관의 하단 (하류단 : 폐지단) 으로부터 돌출되어 있지 않아도 된다.
외관 (1b) 의 하단 (하류단 : 폐지단) 측에는 개구부 (11) 가 형성되어 있다. 보다 구체적으로는, 외관 (1b) 의 하단 (하류단 : 폐지단) 측의 측벽에, 외관 (1b) 의 길이 방향의 한 변보다 외관 (1b) 의 둘레 방향의 한 변이 긴 가로로 긴 직사각형 형상을 한 개구부 (11) 가 형성되어 있다. 도 2 에 있어서, 개구부 (11) 는 하류 피트 (500) 와 접속되는 드레인 아웃 (600) 의 개구부와 거의 동일한 높이 위치에 위치하고 있다. 또한, 개구부 (11) 는 하류 피트 (500) 와 접속되는 드레인 아웃 (600) 의 개구부와 거의 동일한 높이 위치이거나, 또는 개구부 (11) 의 상단 (상류단) 이 드레인 아웃 (600) 의 개구부의 상단 (상류단) 보다 하측 (하류측) 에 위치하는 것이 바람직하다.
또한, 도 2 에 있어서, 드레인 아웃 (600) 은, 본 발명의 도관 구조 (1) 의 하단 (하류단) 측에 위치하고 있다. 본 발명에 있어서, 도관 구조 (1) 와 드레인 아웃 (600) 을 갖는 구조를 용융 유리의 도관 구조체라고 한다.
상기와 같이, 이물질 등은, 용융 유리 중에 균일하게 확산되지 않고, 도관의 벽면을 따라 두께 3 ～ 5mm 정도의 경계층류로서 흐르므로, 경계층류를 포함한 용융 유리류가 도 2 에 나타내는 도관 구조 (1) 의 2 중관 구조에 도달하면, 이물질 등을 함유한 경계층류는, 내관 (1a) 의 외벽과 외관 (1b) 의 내벽 사이의 공극 부분 (이하, 「2 중관 구조의 공극 부분」 이라고도 한다.) 으로 이동한다. 한편, 경계층류를 제거한 용융 유리류의 메인 플로우 (이하, 「메인 플로우」 라고 한다.) 는 내관 (1a) 내측의 공극 (이하, 「내관 (1a) 내부」 라고 한다.) 으로 이동한다. 이로써, 경계층류와 메인 플로우가 물리적으로 분리된다. 또한, 메인 플로우란, 이물질 등을 함유하지 않는 유리류로서, 최종적으로는 제품이 되는 것을 의미한다.
내관 (1a) 내부를 이동하는 메인 플로우는, 도면 중 화살표 A 방향으로 이동 한다. 즉, 내관 (1a) 의 하단 (하류단 : 개방단) 을 통과하여, 하류 피트 (500) 내를 하류 방향으로 이동한다. 한편, 2 중관 구조의 공극 부분을 이동하는 경계층류는, 도면 중 화살표 B 방향으로 이동한다. 즉, 외관 (1b) 내벽 (측벽) 에 형성된 개구부 (11) 로부터 하류 피트 (500) 를 거쳐 드레인 아웃 (600) 으로 이동한다.
이 결과, 이물질 등을 함유한 경계층류로부터 분리된 메인 플로우만이 성형 장치로 공급된다. 한편, 드레인 아웃 (600) 으로 이동한 경계층류는 폐기되어 컬릿화된다.
본 발명의 도관 구조에 있어서, 경계층류와 메인 플로우를 적절히 분리하기 위하여 이하에 서술하는 점에 대하여 유의해야 한다. 이하에 서술하는 점에 대해서는 도 3 을 참조할 것. 또한, 도 3 은, 각 부의 치수를 나타내는 부호가 추가되어 있는 점을 제외하고 도 2 와 동일하다.
도 3 에 나타내는 도관 구조 (1) 에 있어서, 개구부 (11) 로부터의 경계층류 (도 2 중, 화살표 B 로 나타낸다) 와 내관 (1a) 으로부터의 용융 유리의 메인 플로우 (도 2 중, 화살표 A 로 나타낸다) 가 다시 합류하는 것을 방지하기 위하여, 도 3 에 나타내는 내관 (1a) 이 외관 (1b) 의 하단 (하류단 : 폐지단) 으로부터 돌출되어 있는 것이 바람직하다.
외관 (1b) 의 측벽에 형성된 개구부 (11) 의 위치 및 형상에 따라 다르기도 하지만, 경계층류의 출구인 개구부 (11) 와, 메인 플로우의 출구인 내관 (1a) 하단 (하류단) 의 거리가 가까우면, 2 중관 구조에 의해 분리된 경계층류와 메인 플로우 가 다시 합류할 우려가 있다. 내관 (1a) 이 외관 (1b) 의 하단 (하류단 : 폐류단) 으로부터 돌출되어 있으면, 내관 (1a) 하단 (하류단) 이 개구부 (11) 로부터 충분히 떨어져 있으므로, 경계층류와 메인 플로우가 다시 합류할 우려가 없어, 양자를 확실하게 분리할 수 있다.
경계층류와 메인 플로우를 확실하게 분리할 수 있다는 면에서, 개구부 (11) 하단 (하류단) 으로부터 내관 (1a) 하단 (하류단) 까지의 거리 (Lexit) 는, 10 ～ 200mm 인 것이 바람직하다.
경계층류와 메인 플로우를 물리적으로 분리하기 위하여, 상기 내관 상단 (상류단) 으로부터 상기 개구부 상단 (상류단) 까지의 거리 (Lin(mm)) 와, 상기 내관의 내경 (Din(mm)) 이 하기 식 (1) 로 나타내는 관계를 만족하는 것이 바람직하다.
Lin ≥ Din/2 … (1)
Lin 및 Din 이, 상기 식 (1) 로 나타내는 관계를 만족하고 있으면, 개구부 (11) 로부터의 2 중관 구조의 길이, 보다 구체적으로는, 개구부 (11) 로부터의 2 중관 구조의 공극 부분의 길이가, 경계층류와 메인 플로우를 물리적으로 분리하기에 충분하다.
Din 은, 감압 탈포 장치의 규모, 특히 그 장치를 통과하는 용융 유리의 유량 (t/일) 에 따라 상이한데, 통상은 50 ～ 900mm 이며, 보다 바람직하게는 100 ～ 700mm 이다. Lin 은 50mm 이상인 것이 바람직하고, 100mm 이상인 것이 보다 바 람직하고, 200mm 이상 1500mm 이하인 것이 특히 바람직하다. 단, 비용면에서 문제가 없으면, 도관 구조 (1) 는 전체 길이에 걸쳐 2 중관 구조이어도 된다. 한편, Lin 이 50mm 미만이면, 개구부 (11) 까지의 거리가 불충분해져, 경계층류와 메인 플로우의 분리에 지장을 초래할 가능성이 있다.
본 발명의 도관 구조에 있어서, Lin 및 Din 이 하기 식 (2) 로 나타내는 관계를 만족하는 것이 보다 바람직하고, 하기 식 (3) 으로 나타내는 관계를 만족하는 것이 더욱 바람직하다.
Lin ≥ 1.0 × Din … (2)
1.0 × Din ≤ Lin ≤ 4 × Din … (3)
도 1 및 도 2 에 나타내는 바와 같이, 도관 구조 (1) 가 하강관 (140) 의 하단 (하류단) 에 장착된 연장관 (160) 인 경우, 도관 구조 (1) 전체의 길이는, 통상은 100 ～ 3000mm 이며, 보다 바람직하게는 200 ～ 1500mm 이다. 감압 탈포 장치 (100) 의 사용시, 감압 탈포조 (120) 내에 있어서의 용융 유리 (G) 의 액면의 높이를 조절하기 위하여, 감압 탈포조 (120) 를 최대 600mm 정도 상하시킨다. 이 때, 연장관 (160 : 도관 구조 (1)) 의 선단이 하류 피트 (500) 내의 용융 유리 (G) 에 항상 침지되어 있을 필요가 있다. 연장관 (160 : 도관 구조 (1)) 의 길이가 상기 범위이면, 감압 탈포조 (120) 를 최대한으로 상하시켜도, 연장관 (160 : 도관 구조 (1)) 의 선단이 하류 피트 (500) 내의 용융 유리 (G) 에 항상 침지된 상태가 된다.
경계층류와 메인 플로우를 물리적으로 분리하기 위하여, 외관 (1b) 의 내경과 내관 (1a) 의 외경의 차 (Dout-in(mm)) 가, 내관 (1a) 의 내경 (Din(mm)) 과의 사이에서 하기 식 (4) 로 나타내는 관계를 만족하는 것이 바람직하다. 여기서, Dout-in/2 는 2 중관 구조의 공극 부분의 폭 (외관 (1b) 과 내관 (1a) 의 간극의 폭) 에 해당한다.
Dout-in/2 ≥ 0.02 × Din … (4)
Dout-in 및 Din 이 상기 식 (4) 로 나타내는 관계를 만족하고 있으면, 2 중관 구조의 공극 부분의 폭이, 경계층류와 메인 플로우를 물리적으로 분리하기에 충분하다.
경계층류, 용융 유리의 온도나 점도, 유로를 구성하는 재료 등에 따라서도 약간 변동하는데, 3 ～ 5mm 정도의 두께를 갖는다. 이들 경계층류를 메인 플로우 중에 유입시키지 않기 위해서는 상기와 같은 관계가 필요한 것을, 본 발명자들은 지견하였다.
Dout-in/2 는, 구체적으로는 5mm 이상인 것이 바람직하고, 10mm 이상인 것이 보다 바람직하고, 또 100mm 이하인 것이 바람직하다. Dout-in/2 를 100mm 초과로 한 경우, 경계층류의 두께에 대하여 2 중관 구조의 공극 부분의 폭이 지나치게 커지기 때문에, 메인 블로우 중, 분리되어 2 중관 구조의 공극 부분으로 이동하는 양이 증가하여, 제조되는 유리의 수율을 저하시키므로 바람직하지 않다.
도 2 에 나타내는 도관 구조 (1) 에 있어서, 경계층류만이 분리되어 2 중관 구조의 공극 부분으로 이동하는 것이 바람직하고, 이것을 달성하기 위해서는 2 중관 구조의 공극 부분의 폭을 경계층류의 층두께와 실질적으로 동일하게 하는 것이 이상적이다. 본 발명자들은, 내화 벽돌로부터 용출된 성분이나 백금 벽면과의 계면에서 발생한 이물질, 및 도관 벽면과 용융 유리의 계면에서 발생한 기포는, 용융 유리 중에 균일하게 확산되지 않고, 도관의 벽면을 따라 어느 두께의 경계층류, 예를 들어 층두께 3 ～ 5mm 정도의 경계층류로서 흐르는 것을 알아내었다.
그러나, 감압 탈포의 실시시에 있어서의 경계층류의 층두께는, 반드시 일정하지는 않고 변동하는 경우도 있다. 그 때문에, 경계층류를 확실하게 분리하여, 2 중관 구조의 공극 부분으로 이동시키기 위해서는, 2 중관 구조의 공극 부분의 폭이 경계층류의 층두께보다 어느 정도 큰 것이 바람직하다. 이 경우, 메인 플로우의 일부도 분리되어, 2 중관 구조의 공극 부분으로 이동한다.
따라서, 2 중관 구조의 공극 부분의 폭이 경계층류의 층두께보다 지나치게 큰 경우, 메인 플로우 중, 분리되어 2 중관 구조의 공극 부분으로 이동하는 양이 증가되어, 제조되는 유리의 수율을 저하시키므로 바람직하지 않다.
본 발명의 도관 구조에 있어서, Dout-in 및 Din 이 하기 식 (5) 로 나타내는 관계를 만족하는 것이 보다 바람직하고, 하기 식 (6) 으로 나타내는 관계를 만족하는 것이 더욱 바람직하다.
Dout-in/2 ≥ 0.04 × Din … (5)
0.04 × Din ≤ Dout-in/2 ≤ 0.25 × Din … (6)
여기서, Din 은 상기한 바와 같이 통상은 50 ～ 900mm 이며, 보다 바람직하게는 100 ～ 700mm 이다. 백금제 또는 백금 합금제의 내관 (1a) 및 외관 (1b) 의 두께는, 0.4 ～ 6mm 인 것이 바람직하고, 0.8 ～ 4mm 인 것이 보다 바람직하다.
이상의 점으로부터, 내관 (1a) 의 외경은, 55 ～ 905mm 인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 105 ～ 705mm 이다. 외관 (1b) 의 외경은, 70 ～ 1200mm 인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 100 ～ 1000mm 이다.
또, 경계층류와 메인 플로우를 물리적으로 분리하기 위하여, 내관 상단 (상류단) 으로부터 개구부 상단 (상류단) 까지의 거리 (Lin(mm)) 와, 외관의 내경과 내관의 외경의 차 (Dout-in (mm)) 가 하기 식 (7) 로 나타내는 관계를 만족하는 것이 바람직하다.
Lin ≥ (Dout-in/2) × 3 … (7)
Lin 및 Dout-in 이 상기한 관계를 만족하고 있으면, 2 중관 구조의 공극 부분의 폭 (Dout-in/2) 과의 관계에서 본 경우에, 개구부 (11) 로부터의 2 중관 구조의 공극 부분의 길이 (Lin) 가, 경계층류와 메인 플로우를 물리적으로 분리하기에 충분하다.
또, Dout-in × 20 ≥Lin 인 것이 바람직하다.
또, 경계층류와 메인 플로우를 물리적으로 분리하기 위하여, 외관 (1b) 의 유로의 단면적으로부터 내관 (1a) 의 유로의 단면적을 뺀 단면적차 (Sout-in(㎟)) 와, 내관 (1a) 의 유로의 단면적 (Sin(㎟)) 이 하기 식 (8) 로 나타내는 관계를 만족하는 것이 바람직하다.
Sout-in ≤ Sin … (8)
여기서, 외관 (1b) 및 내관 (1a) 의 유로의 단면적이란, 외관 (1b) 및 내관 (1a) 의 유로의 길이 방향에 대하여 직교하는 방향의 단면적을 가리킨다. Sout-in 및 Sin 이 식 (8) 로 나타내는 관계를 만족하고 있으면, 경계층류의 두께에 대하여 2 중관 구조의 공극 부분의 폭이 지나치게 커지지 않기 때문에, 메인 플로우 중, 분리되어 2 중관 구조의 공극 부분으로 이동하는 양이 증가하지 않는다. 따라서, 제조되는 유리의 수율이 저하되지 않는다.
Sout-in 및 Sin 이 하기 식 (9) 로 나타내는 관계를 만족하는 것이 바람직하고, 하기 식 (10) 으로 나타내는 관계를 만족하는 것이 더욱 바람직하다.
Sout-in ≤ 0.90 × Sin … (9)
Sout-in ≤ 0.80 × Sin … (10)
또, 0.50 × Sin ≤ Sout-in 인 것이 바람직하다.
또, 경계층류와 메인 플로우를 물리적으로 분리하기 위하여, 개구부 (11) 의 면적 (S(㎟)) 과, 외관의 내경 (Dout(mm)) 이 하기 식 (11) 로 나타내는 관계를 만 족하는 것이 바람직하다.
S ≥ 9 × Dout … (11)
여기서, 개구부 (11) 의 면적 (S) 은, 그 개구부 (11) 의 평면 상에 대한 투영 면적이다. S 및 Dout 이 상기 식 (11) 으로 나타내는 관계를 만족하고 있으면, 개구부 (11) 가 외관 (1b) 과 내관 (1a) 의 공극부를 통과하는 용융 유리를 유출시킬 수 있을 정도로 크기 때문에, 그 개구부 (11) 를 통과할 때의 경계층류의 유동 저항이 현저하게 증가하지 않는다. 개구부 (11) 가 매우 작은 경우, 그 개구부 (11) 를 통과할 때의 경계층류의 유동 저항이 현저하게 증가한다. 이 결과, 2 중관 구조의 공극부를 이동하는 경계층류와, 내관 (1a) 의 내부를 이동하는 메인 플로우 사이에서 유동성에 현저한 차가 발생하여. 경계층류와 메인 플로우를 분리하는 효과가 저하된다. 또한, 상기 식 (11) 은, 경계층류의 두께가 3mm 인 경우에는, 3mm 이상의 두께의 용융 유리를 개구부로부터 유출시킬 필요가 있어, 그 점에 주목하여 구해진 수식이다.
본 발명의 도관 구조에 있어서, S 및 Dout 이 하기 식 (12) 로 나타내는 관계를 만족하는 것이 바람직하고, 하기 식 (13) 으로 나타내는 관계를 만족하는 것이 더욱 바람직하다.
S ≥ 12 × Dout … (12)
20 × Dout ≤ S ≤ 90 × Dout … (13)
S 가 90 × Dout 보다 큰 경우, 외관 (1b) 의 내경에 대하여 개구부 (11) 의 크기가 지나치게 커지기 때문에, 2 중관 구조에 의해 분리된 경계층류와 메인 플로우가 다시 합류할 우려가 있다.
또한, 개구부 (11) 는, 폐지단 근방에 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 폐지단 근방이란, 외관 (1a) 의 폐지단 부분뿐만 아니라, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 외관 (1a) 의 폐지단에 가까운 부분의 내벽 (측벽) 부분도 포함한다. 여기서 말하는 「폐지단에 가까운 부분」이란, 외관 (1a) 의 폐지단으로부터 200mm 이내의 범위를 의미한다.
개구부 (11) 를 폐지단 근방에 형성함으로써, 경계층류와 메인 플로우를 물리적으로 분리할 수 있는 거리를 길게 취할 수 있고, 결과적으로 균질성이 양호한 유리를 얻는 것이 가능해진다.
또, 개구부 (11) 는 반드시 1 개일 필요는 없고, 다수 있어도 된다. 개구부가 복수인 경우, 적어도 1 개의 개구부가 외관 (1a) 의 폐지단으로부터 200mm 이내에 있으면 된다.
또, 개구부 (11) 가 직사각형 형상인 경우, 외관 (1b) 의 길이 방향으로 긴 직사각형 형상 (즉, 세로로 긴 직사각형 형상) 이 아니라, 외관 (1b) 의 둘레 방향으로 긴 직사각형 형상 (즉, 가로로 긴 직사각형 형상) 인 것이, 그 개구부 (11) 를 경계층류가 통과할 때의 유동 저항이 작기 때문에 바람직하다.
개구부 (11) 의 형상은, 직사각형 형상에 한정되지 않고, 다른 형상이어도 된다. 예를 들어, 정사각형이어도 되고, 원형 혹은 타원형이어도 된다. 또, 삼각형, 오각형, 육각형, 팔각형 등의 다른 다각형이어도 된다.
개구부 (11) 는, 외관 (1b) 의 둘레 방향의 길이 (즉, 개구부 (11) 의 폭) 가, 드레인 아웃 (600) 의 개구부의 폭보다 작은 것이 바람직하다. 개구부 (11) 의 폭이 드레인 아웃 (600) 의 개구부의 폭보다 크면, 2 중관 구조에 의해 분리된 경계층류와 메인 플로우가 다시 합류할 우려가 있다.
여기서, 개구부 (11) 의 폭은, 그 개구부 (11) 를 평면 상에 투영한 형상에 있어서의 폭이다. 또한, 드레인 아웃 (600) 이 곡면 형상인 경우, 드레인 아웃 (600) 의 폭도 그 드레인 아웃 (600) 을 평면 상에 투영한 형상에 있어서의 폭이다.
도 2 에 있어서, 외관 (1b) 에 형성된 개구부 (11) 는, 드레인 아웃 (600) 의 개구부 부근, 보다 구체적으로는 드레인 아웃 (600) 의 개구부와 거의 동일한 높이에 위치하고 있다. 단, 개구부 (11) 의 상단 (상류단) 이 드레인 아웃 (600) 의 개구부의 상단 (상류단) 으로부터 더욱 하측 (하류측), 구체적으로는, 개구부 (11) 의 상단이 드레인 아웃의 개구부의 상단보다 0 ～ 500mm 하측 (하류측) 에 위치하는 것이 바람직하다. 2 중관 구조에 의해 분리된 경계층류와 메인 플로우가 다시 합류하는 것을 방지하기 위해서는, 개구부 (11) 의 상단 (상류단) 이 드레인 아웃 (600) 의 개구부의 상단 (상류단) 으로부터 더욱 하측 (하류측) 에 위치하는 것은 바람직한 구성이다.
상기한 바와 같이, 도 1 에 나타내는 감압 탈포 장치 (100) 의 사용시, 감압 탈포조 (120) 를 최대 600mm 정도 상하시키기 위하여, 개구부 (11) 와 드레인 아웃 (600) 의 개구부의 위치 관계는, 도 2 에 나타낸 위치 관계로부터 어느 정도 변화된다. 그러나, 감압 탈포조 (120) 를 상하동시킨 경우에도, 개구부 (11) 는, 드레인 아웃 (600) 의 개구부로부터 지나치게 떨어지지 않는 것이, 2 중관 구조에 의해 분리된 경계층류와 메인 플로우가 다시 합류하는 것을 방지하기 위하여 바람직하다. 개구부 (11) 의 상단 (상류단) 과, 드레인 아웃 (600) 의 개구부의 상단 (상류단) 이 가장 떨어진 상태에 있어서, 양자의 거리는 400mm 이하인 것이 바람직하고, 200mm 이하인 것이 보다 바람직하다.
또한, 개구부 (11) 로부터 유출된 경계층류가, 메인 플로우와 다시 합류하는 것을 방지하기 위하여, 드레인 아웃 (600) 의 개구부의 면적을 어느 정도 크게 취할 필요가 있다. 구체적으로는, 드레인 아웃 (600) 의 개구부의 면적을 Sdrain 으로 한 경우, 개구부 (11) 의 면적 (S) 과의 사이에서 하기 식 (14) 로 나타내는 관계를 만족하는 것이 바람직하다.
Sdrain ≥ S … (14)
상기 서술한 바와 같이, 내화 벽돌로부터 용출된 성분이나 용융 유리의 도관을 구성하는 백금 벽면과 용융 유리의 계면에서 발생한 이물질 등은, 용융 유리 중에 균일하게 확산되지 않고, 도관의 벽면을 따라 어느 두께의 경계층류로서 흐른다.
그러나, 도 1 에 나타내는 감압 탈포 장치 (100) 에 있어서, 감압 탈포조 (120) 로부터 하강관 (140) 을 거쳐 연장관 (160), 즉 도 2 에 나타내는 도관 구조 (1) 에 도달하는 경계층류의 두께는, 도관 구조 (1) 의 부위에 따라 상이한 경우가 있다.
용융 유리 (G) 의 표면에서는, 파포되지 않은 기포나 휘산에 의해 이질화된 유리가 존재하고, 이들이 감압 탈포조 (120) 내를 이동하는 용융 유리류의 표층을 이룬다. 이와 같은 파포되지 않은 기포나 휘산에 의해 이질화된 유리를 포함하는 용융 유리 (G) 의 표층도 또한, 감압 탈포조 (120) 의 측벽 또는 감압 탈포조 (120) 의 하류측 단부의 벽면에 부딪혀, 본 명세서에 있어서의, 벽면을 따른 경계층류와 일체화된다.
따라서, 용융 유리 (G) 가 하강관 (140) 으로 이동할 때에는, 감압 탈포조 (120) 의 하류단의 벽면을 따라 되돌아가는 형태로 하강관 (140) 으로 이동하는 경향이 있다. 이 결과, 수평 방향에 있어서의 용융 유리류의 흐름 방향에 있어서의 상류측 (이하, 「수평 방향 상류측」 이라고 한다.) 의 하강관 (140) 의 벽면을 따라 흐르는 경계층류보다, 수평 방향에 있어서의 용융 유리류의 흐름 방향에 있어서의 하류측 (이하, 「수평 방향 하류측」 이라고 한다.) 의 하강관 (140) 벽면을 따라 흐르는 경계층류가 많아지는 경향이 있다. 바꾸어 말하면, 수평 방향 상류측의 하강관 (140) 벽면을 따라 흐르는 경계층류의 두께보다, 수평 방향 하류측의 하강관 (140) 벽면을 따라 흐르는 경계층류의 두께가 커지는 경향이 있다. 하강관 (140) 으로부터 연장관 (160) 으로 이동한 경계층류에 있어서도 이 상태가 유지되므로, 수평 방향 상류측의 연장관 (160) 벽면을 따라 흐르는 경계층류의 두 께보다 수평 방향 하류측의 연장관 (160) 벽면을 따라 흐르는 경계층류의 두께가 커지는 경향이 있다.
본 발명의 도관 구조에 있어서, 2 중관 구조의 공극 부분의 폭을 설정할 때, 상기 서술한 바와 같은 감압 탈포 장치 (100) 내에서의 경계층류의 유동 경향, 즉 하강관 (140) 및 연장관 (160) 내를 이동하는 경계층류의 두께가, 수평 방향 상류측보다 수평 방향 하류측이 커지는 경향이 있는 점을 고려하는 것이 바람직하다.
도 4 는, 본 발명의 도관 구조의 다른 실시형태를 나타낸 단면도이다. 도 4 에 나타내는 도관 구조 (2) 에서는, 2 중관 구조의 공극 부분의 폭이, 도면 중 좌측, 즉 수평 방향에 있어서의 용융 유리 (G) 의 유동 방향에 있어서의 상류측의 공극 부분의 폭 (wupstream) 보다, 도면 중 우측, 즉 수평 방향에 있어서의 용융 유리 (G) 의 유동 방향에 있어서의 하류측의 공극 부분의 폭 (wdownstream) 이 커져 있어, 하기 식 (15) 를 만족하는 관계가 되어 있다.
wdownstream ＞ wupstream … (15)
본 발명의 도관 구조에 있어서, 2 중관 구조의 공극 부분의 폭을 상기 식 (15) 를 만족하도록 설정함으로써, 연장관 (160), 즉 본 발명의 도관 구조 내를 이동하는 경계층류의 두께가, 수평 방향 상류측보다 수평 방향 하류측 쪽이 큰 경우에도, 경계층류와 메인 플로우를 적절히 분리할 수 있다.
도 4 에 나타내는 도관 구조 (2) 에 있어서, 2 중관 구조의 공극 부분의 폭은, 하기 식 (16) 을 만족하도록 설정하는 것이 보다 바람직하다.
wdownstream ≥ 2 × wupstream … (16)
또한, 도 4 에 나타내는 도관 구조 (2) 에 있어서, 의도한 기능을 발휘하기 위해서는, 즉 도관 구조 내를 이동하는 경계층류의 두께가, 수평 방향 상류측보다 수평 방향 하류측 쪽이 큰 경우에도, 경계층류와 메인 플로우를 적절히 분리하기 위해서는, 2 중관 구조의 상류단에 있어서, 그 2 중관 구조의 공극 부분의 폭이 상기 식 (15) 를 만족하고 있으면 되고, 2 중관 구조의 다른 부분에서는 공극 부분의 폭이 상기 식 (15) 를 만족하고 있지 않아도 된다. 단, 이 경우, 2 중관 구조의 공극 부분의 폭이, 용융 유리류의 유동 방향을 따라 변화하게 되므로, 공극 부분을 이동하는 경계층류에서 압손이 발생할 우려가 있다. 따라서, 2 중관 구조의 공극 부분의 폭은, 용융 유리류의 유동 방향 전체에 걸쳐서 상기 식 (15) 를 만족하는 것이 바람직하다.
본 발명의 도관 구조에 있어서, 2 중관 구조의 공극 부분의 폭이 상기 식 (15) 를 만족하도록 설정하는 방법으로는, 외관 (1b) 내에 내관 (1a) 을 수평 방향 상류측으로 편심 (偏心) 시켜 배치하는 방법, 2 중관 구조의 공극 부분의 폭이 수평 방향 하류측에 있어서 부분적으로 확대되도록, 용융 유리의 흐름에 직교하는 방향의 단면 형상이 부분적으로 확경 또는 축경된 외관 (1b) 또는 내관 (1a) 을 사용하는 방법을 들 수 있다.
또한, 도 4 에 나타내는 도관 구조 (2) 에 있어서도, 상기한 식 (1) ～ (14) 의 관계가 적용된다.
본 발명의 도관 구조에 있어서, 2 중관 구조를 이루는 내관 (1a) 및 외관 (1b) 은, 백금 또는 백금 합금제의 중공관으로서, 하기 (1) ～ (3) 의 조건을 만족하고 있는 한, 그 형상은 이것에 한정되지 않는다.
(1) 내관 (1a) 은 상류단 및 하류단이 개방단이다.
(2) 외관 (1b) 은, 2 중관 구조 중, 외관 (1b) 과 내관 (1a) 의 간극에 속하는 영역 (내관 (1a) 의 외벽과 외관 (1b) 의 내벽 사이의 공극 부분) 의 하류단이 폐지단으로 되어 있고, 내관 (1a) 에 속하는 영역 (내관 (1a) 의 내측에 위치하는 부분) 의 하류단이 개방단으로 되어 있다.
(3) 외관 (1b) 의 하류단측에 개구부가 형성되어 있다.
따라서, 내관 (1a) 및 외관 (1b) 은, 단면 형상이 타원 형상의 것이나, 사각형, 육각형, 팔각형 등, 다각형 형상의 것이어도 된다.
또, 도 2 에서는, 외관 (1b) 의 폐지단 (하단 (하류단)) 이 수평단인데, 외관의 폐지단의 형상은 이에 한정되지 않는다. 도 5 는, 본 발명의 도관 구조의 다른 양태를 나타낸 단면도이며, 외관의 폐지단의 형상이 도 2 에 나타내는 도관 구조 (1) 와는 상이하다. 도 5 에 나타내는 도관 구조 (3) 에 있어서, 내관 (3a) 과 외관 (3b) 이 2 중관 구조를 이루고 있는 점은, 도 2 에 나타내는 도관 구조 (1) 와 동일하지만, 외관 (3b) 의 폐지단 (하단 (하류단)) 이 비스듬하게 경사진 형상으로 되어 있다.
보다 구체적으로는, 외관 (3b) 의 길이 방향에 있어서, 하류 피트 (500) 에 형성된 드레인 아웃 (600) 에 면하는 측의 하단 (하류단 : 도면 중 좌측의 하단 (하류단). 이하, 「장단」 이라고도 한다.) 의 길이가, 그 장단에 대하여 이면측의 하단 (하류단 : 도면 중 우측의 하단 (하류단). 이하, 「단단」 이라고도 한다.) 보다 길어, 장단과 단단을 잇는 하단 (하류단) 이 비스듬하게 경사져 있다. 외관 (3b) 의 장단 부근의 측벽에는 개구부 (31) 가 형성되어 있다. 도 5 에 나타내는 도관 구조 (3) 에서는, 2 중 구조의 공극 부분을 이동하는 경계층류를 외관 (3b) 의 비스듬하게 경사진 하단 (하류단) 을 따라 개구부 (31) 방향으로 유도할 수 있다.
또한, 내관 (3a) 의 개구단, 즉 상단 (상류단) 이나 하단 (하류단) 이 비스듬하게 경사진 형상으로 되어 있어도 된다. 예를 들어, 도 5 에 있어서, 개구부 (31) 로부터 먼 측의 내관 (3a) 의 상단 (상류단) 이, 개구부 (31) 에 가까운 측의 내관 (3a) 의 상단 (상류단) 보다 낮아지도록 경사진 형상인 경우, 이하의 효과가 발생한다. 개구부 (31) 에 도달하기까지 경계층류가 2 중 구조의 공극 부분을 이동하는 거리에 관하여, 내관 (3a) 의 상단 (상류단) 이 경사져 있지 않은 경우, 개구부 (31) 로부터 먼 측의 공극 부분을 경계층류가 이동하는 거리가, 개구부 (31) 에 가까운 측의 공극 부분을 이동하는 거리보다 길어지므로, 공극 부분을 이동하는 경계층류에서 압손이 발생할 우려가 있다. 개구부 (31) 로부터 먼 측의 내관 (3a) 의 상단 (상류단) 이, 개구부 (31) 에 가까운 측의 내관 (3a) 의 상단 (상류단) 보다 낮아지도록 경사진 형상인 경우, 개구부 (31) 로부터 먼 측의 공극 부분을 경계층류가 이동하는 거리와, 개구부 (31) 에 가까운 측의 공극 부분을 경계층류가 이동하는 거리의 차가 작아지기 때문에, 공극 부분을 이동하는 경계층 류에서 압손이 발생할 우려가 적어진다.
도 5 에 나타내는 도관 구조 (3) 에 있어서도, 상기한 식 (1) ～ (16) 의 관계가 적용된다. 또한, 도 5 에 나타내는 도관 구조 (3) 에 있어서, 개구부 하단 (하류단) 으로부터 내관 하단 (하류단) 까지의 거리 (Lexit) 는, 개구부 (31) 하단 (하류단) 으로부터 내관 (3a) 의 하단 (하류단) 까지의 거리이다. 내관 (3a) 상단 (상류단) 으로부터 개구부 (31) 상단 (상류단) 까지의 거리 (Lin), 내관 (3a) 의 내경 (Din), 외관 (3b) 의 내경과 내관 (3a) 의 외경의 차 (Dout-in), 내관 (3a) 및 외관 (3b) 의 유로의 단면적, 개구부 (31) 의 면적 (S) 및 드레인 아웃 (600) 의 개구부의 면적 (Sdrain) 에 대해서는, 도 2 에 나타내는 도관 구조 (1) 와 동일하다.
또, 도 2 ～ 도 5 에 있어서, 내관 (1a, 2a, 3a) 은, 모든 부위에서 직경 (내경, 외경) 이 동일한 단순한 직관 형상을 한 중공 원통관이 나타나 있는데, 내관의 형상은 이에 한정되지 않는다. 도 6 은, 본 발명의 도관 구조의 다른 실시형태를 나타낸 단면도이며, 내관의 형상이 도 2 ～ 도 5 에 나타내는 도관 구조 (1, 2, 3) 와는 상이하다. 도 6 에 나타내는 도관 구조 (4) 에 있어서, 내관 (4a) 과 외관 (4b) 이 2 중관 구조를 이루고 있는 점은, 도 2 ～ 도 5 에 나타내는 도관 구조 (1, 2, 3) 와 동일하다. 단, 도 6 에 나타내는 도관 구조 (4) 에서는, 내관 (4a) 의 일부 (도면에서는 하단 (하류단) 근방 부분) 가 확경되어 있어, 테이퍼관 형상을 이루고 있다. 테이퍼관 형상을 이루는 내관 (4a) 의 하단 (하 류단) 이, 외관 (4b) 의 내벽과 접합됨으로써, 내관 (4a) 의 외벽과 외관 (4b) 의 내벽 사이의 공극 부분의 하단 (하류단) 이 폐지단으로 되어 있다. 따라서, 내관 (4a) 의 하단 (하류단) 은, 외관 (4b) 의 폐지단으로부터 돌출되어 있지 않다. 도 6 에 나타내는 도관 구조 (4) 에서는, 2 중 구조의 공극 부분을 이동하는 경계층류를 테이퍼관 형상을 이루는 내관 (4a) 의 외벽을 따라 개구부 (41) 방향으로 유도할 수 있다.
도 6 에 나타내는 도관 구조 (4) 에 있어서도, 상기한 식 (1) ～ (16) 의 관계가 적용된다. 또한, 도 6 에 나타내는 도관 구조 (4) 에 있어서, 내관 (4a) 의 내경 (Din) 은, 내관 (4a) 중, 확경되어 있지 않은 부분의 내경이다. 내관 (4a) 상단 (상류단) 으로부터 개구부 (41) 상단 (상류단) 까지의 거리 (Lin), 외관 (4b) 의 내경과 내관 (4a) 의 외경의 차 (Dout-in), 내관 (4a) 및 외관 (4b) 의 유로의 단면적, 개구부 (41) 의 면적 (S) 및 드레인 아웃 (600) 의 개구부의 면적 (Sdrain) 에 대해서는, 도 2 에 나타내는 도관 구조 (1) 와 동일하다.
또, 도 2 ～ 도 6 에 나타내는 도관 구조 (1 ～ 4) 는, 외관 (1b, 2b, 3b, 4b) 의 하단측 (하류단측) 에 형성된 개구부 (11, 21, 31, 41) 를 드레인 아웃 (600) 의 개구부 부근에 위치시킴으로써, 개구부 (11, 21, 31, 41) 로부터 유출된 경계층류가, 메인 플로우와 다시 합류하는 것을 방지하고 있는데, 도 7 에 나타내는 도관 구조 (5) 와 같이, 개구부 (51) 로부터 유출된 경계층류를 그대로 드레인 아웃 (600) 의 개구부까지 유도하기 위한 도관 (6) 을 형성해도 된다. 또한, 도 7 에 나타내는 도관 구조 (5) 에서는, 개구부 (51) 가 외관 (5b) 의 측벽이 아니라, 폐지단의 일부에 형성되어 있다.
도 7 에 나타내는 도관 구조 (5) 는, 장치적으로 복잡해지기는 하지만, 확실하게 메인 플로우와 경계층류를 분리할 수 있는 점에서 우수하다.
도 7 에 나타내는 도관 구조와 같이, 개구부 (51) 로부터 유출된 경계층류를 그대로 드레인 아웃 (600) 의 개구부까지 유도하기 위한 도관 (6) 을 형성한 경우, 드레인 아웃 (600) 의 개구부의 위치는 반드시 하류측 피트 (500) 의 측면이 아니어도 되고, 예를 들어 도 7 에 있어서, 하류측 피트 (500) 의 하면 좌측 구석이어도 된다.
도 2 ～ 도 6 에 나타내는 도관 구조 (1, 2, 3, 4) 에서는, 외관 (1b, 2b, 3b, 4b) 의 하단 (하류단) 부근의 측벽에 개구부 (11, 21, 31, 41) 가 1 개 형성되어 있고, 도 7 에 나타내는 도관 구조 (5) 에서는, 외관 (5b) 의 폐지단의 일부에 개구부 (51) 가 1 개 형성되어 있다. 단, 개구부의 수는 이에 한정되지 않고, 복수이어도 된다. 이 경우, 복수의 개구부는, 외관 (1b) 의 동일한 높이 위치에 병렬하도록 (즉, 좌우로) 형성되어 있어도 되고, 또는 외관 (1b) 의 둘레 방향 동일 위치로 높이 위치를 바꾸어 (즉, 상하로) 형성되어 있어도 된다. 또, 이들 2 개의 양태를 조합한 형태로 (즉, 상하 좌우로) 형성되어 있어도 된다.
또, 도 2 에 있어서, 하류 피트 (500) 가, 드레인 아웃 (600) 에 대하여 반대측 (도면 중 하류 피트 (500) 우측의 벽면) 에도 드레인 아웃을 갖고 있는 경우, 개구부 (11) 의 반대측의 외관 (1b) 측벽에도 개구부를 형성해도 된다. 이들과 대응하도록, 외관의 하단 (하류단) 부근의 측벽에 복수의 개구부가 형성되어 있어도 된다.
또한, 개구부가 복수 존재하는 경우, Lexit 는 가장 하측 (하류측) 에 위치하는 개구부 하단 (하류단) 으로부터 내관 (1a) 하단 (하류단) 까지의 거리로 한다. Lin 은 가장 상측 (상류측) 에 위치하는 개구부 상단 (상류단) 과 내관 상단 (상류단) 사이의 거리로 한다. S 는 모든 개구부의 면적의 합계로 한다. 단, 상기 식 (14) 에 대해서는, 서로 대응 관계에 있는 개구부 (외관 하단측의 개구부와 드레인 아웃의 개구부) 에 대하여 적용된다.
이상, 본 발명의 도관 구조를 하강관의 하단 (하류단) 에 접속되는 연장관으로서 사용하는 경우에 대하여 설명하였다. 단, 본 발명의 도관 구조는, 하강관자체로서도 사용할 수 있다.
감압 탈포 장치에 있어서, 백금제 또는 백금 합금제의 중공관을 하강관으로서 사용하는 경우가 있다. 이 경우, 백금제 또는 백금 합금제의 하강관으로서, 본 발명의 도관 구조를 사용해도 된다.
백금제 또는 백금 합금제의 중공관을 하강관으로서 사용하는 경우, 통상은 복수개의 중공관을 접합하여 1 개의 하강관으로 한다. 본 발명의 도관 구조는, 하강관을 구성하는 복수개의 중공관 중, 하단측 (하류단측) 의 중공관으로서 사용한다. 단, 백금제 또는 백금 합금제의 1 개의 중공관으로 이루어지는 하강관으로서, 본 발명의 도관 구조를 사용해도 된다.
또한, 도관 구조의 치수 등에 대해서는, 하강관의 연장관으로서 사용하는 경우에 대하여 상기 서술한 것과 동일하다.
본 발명의 도관 구조의 용도는, 감압 탈포 장치의 하강관 및 그 하강관의 하단 (하류단) 에 접속되는 연장관에 한정되지 않고, 유리 제조 장치에 포함되는, 하강관 및 그 연장관 이외의 용융 유리의 도관 구조로서도 사용할 수 있다.
유리 제조 장치의 용융 유리의 도관 구조는, 모두 내화 벽돌제, 또는 백금 혹은 백금 합금제이다. 따라서, 내화 벽돌로부터 용출된 성분의 용융 유리 (G) 에 대한 혼입이나, 백금 벽면과 용융 유리의 계면에서의 이물질 등의 발생은, 유리 제조 장치를 구성하는 모든 용융 유리의 도관 구조에서 발생할 가능성이 있다.
내부가 감압된 감압 탈포조 (120), 그리고 그 감압 탈포조 (120) 와 접속되는 상승관 (150) 및 하강관 (140) 은, 용융 유리의 성분이 휘발되기 쉬워, 유리 제조 장치에 있어서의, 내화 벽돌로부터의 성분의 용출이나, 백금 벽면과 용융 유리의 계면에서의 이물질 등의 발생원의 하나이다.
한편, 유리 제조 장치에는 이들 이외에도, 용융 유리의 성분의 휘발이 일어나, 내화 벽돌로부터의 성분의 용출이나, 백금 벽면과 용융 유리의 계면에서의 이물질 등이 발생할 우려가 있는 부위가 존재한다.
이와 같은 부위로는, 예를 들어 도 1 에 나타내는 구성 중, 용해조 (300) 를 들 수 있다. 또, 유리 제조 장치에 있어서, 용융 유리의 유로 도중에 형성되는 교반조를 들 수 있다.
본 발명의 도관 구조는, 이들 부위에서 발생한 이물질 등을 함유하는 경계층 류를 용융 유리의 메인 플로우로부터 물리적으로 분리하는 목적으로도 사용할 수 있다. 예를 들어, 용해조 (300) 와 상류측 피트 (400) 를 접속되는 도관 (700) 으로서 본 발명의 도관 구조를 사용할 수 있다.
본 발명의 제 1 양태의 감압 탈포 장치에서는, 본 발명의 도관 구조가 내화 벽돌제의 하강관에 접속되는 연장관, 또는 백금제 또는 백금 합금제의 하강관 자체로서 사용되고 있다. 따라서, 도 1 에 나타내는 감압 탈포 장치 (100) 는, 본 발명의 제 1 양태의 감압 탈포 장치의 일례이다.
본 발명의 제 1 양태의 감압 탈포 장치에 있어서, 본 발명의 도관 구조, 즉 내화 벽돌제의 하강관에 접속되는 연장관, 또는 백금제 혹은 백금 합금제의 하강관, 이외의 구성은 특별히 한정되지 않는다.
다음으로, 본 발명의 제 2 양태의 감압 탈포 장치에 대하여 설명한다.
도 8 은, 본 발명의 제 2 양태의 감압 탈포 장치를 나타낸 단면도이다. 도 8 에 나타내는 감압 탈포 장치 (100') 는, 이하의 상이점 이외에는 도 1 에 나타내는 감압 탈포 장치 (100) 와 동일하다.
? 하강관 (140) 의 하단측 (하류단) 에 접속되는 연장관 (160') 이 2 중관 구조를 갖고 있지 않다.
? 하류측 피트 (180) 가 후술하는 구조를 갖는다.
도 9 는, 도 8 에 나타내는 감압 탈포 장치 (100') 의 하류측 피트 (180) 및 그 주변을 나타낸 부분 확대도이다.
도 9 에 나타내는 하류측 피트 (180) 는, 외관을 이루는 피트 본체 (181) 와, 그 피트 본체 (181) 내에 위치하고, 하류 방향으로 연장되는 내관 (182) 의 2 중관 구조로 되어 있다. 상기와 같은 2 중관 구조로 함으로써, 내화 벽돌로부터 용출된 성분, 백금 벽면과의 계면에서 발생한 이물질 등을 함유한 경계층류, 보다 구체적으로는, 하강관 (160') 으로부터 하류측 피트 (180) 로 이동하는 용융 유리에 있어서, 경계층류를 용융 유리의 메인 플로우로부터 분리할 수 있다.
피트 본체 (181) 는, 상단 (상류단) 이 개구된 저부 통형상체로서, 상단 (상류단) 의 개구부의 형상은, 예를 들어 사각형 등의 방형 또는 원형이다. 피트 본체 (181) 의 저부에는 드레인 아웃 (183) 이 형성되어 있다.
내관 (182) 은, 양단이 개구된 중공 통형상관이며, 그 단면 형상은 예를 들어 원형이다. 내관 (182) 은, 그 일단이 용융 유리의 유동 방향에 있어서의 상류측, 즉 하강관 (140) 측, 보다 구체적으로는 하강관 (140) 의 하단 (하류단) 에 장착된 연장관 (160') 측에 위치하고 있고, 타단은 피트 본체 (181) 의 측면을 관통하여 용융 유리의 유동 방향에 있어서의 하류 방향으로 연장되어 있다. 내관 (182) 은, 그 전체 형상이 대략 L 자상을 이루고 있다.
피트 본체 (181), 내관 (182) 및 드레인 아웃 (183) 은, 통상은 백금제 또는 백금 합금제이다. 피트 본체 (181), 내관 (182) 및 드레인 아웃 (183) 이 백금제 또는 백금 합금제인 경우, 그 단면 형상은 원형 또는 타원 형상인 것이, 제작의 용이함이나 변형의 곤란성 등의 이유에 의해 바람직하다.
단, 피트 본체, 내관 (182) 및 드레인 아웃 (183) 은, 전기 주조 벽돌과 같은 내화 벽돌제이어도 된다. 피트 본체 (181), 내관 (182) 및 드레인 아웃 (183) 이 내화 벽돌제인 경우, 그 단면 형상은 사각형 등의 다각형, 원형 또는 타원 형상인 것이, 제작의 용이함이나 내화 벽돌의 침식 방지 등의 이유에 의해 바람직하다.
도 9 에 있어서, 연장관 (160') 과 내관 (182) 이 오버랩되어 있는 부분을 갖는다. 보다 구체적으로는, 내관 (182) 의 상단 (상류단) 이 연장관 (160') 의 내부에 위치함으로써 양자가 오버랩되어 있다. 단, 연장관 (160') 과 내관 (182) 이 오버랩되어 있는 부분을 갖는 것은 필수가 아니고, 양자가 오버랩되어 있지 않아도 된다.
도 8 에 나타내는 감압 탈포 장치 (100') 에서는, 하강관 (140) 이 내화 벽돌제이기 때문에, 그 하강관 (140) 의 하단 (하류단) 에 장착된 백금제 또는 백금 합금제의 연장관 (160') 이 하류측 피트 (180) 내 (피트 본체 (181) 내) 의 용융 유리에 침지되어 있는데, 감압 탈포 장치에 따라서는, 백금제 또는 백금 합금제의 하강관이 하류측 피트 내의 용융 유리에 침지되어 있는 경우도 있다. 이와 같은 경우, 백금제 또는 백금 합금제의 하강관과, 하류측 피트의 내관이 직접 오버랩된다.
이하, 본 명세서에 있어서, 「하강관과, 하류측 피트의 내관이 오버랩되어 있다」 고 한 경우, 하기 (a), (b) 의 양방을 포함한다.
(a) 내화 벽돌제의 하강관의 하단 (하류단) 에 장착된 백금제 또는 백금 합금제의 연장관과, 하류측 피트의 내관이 오버랩되어 있다.
(b) 백금제 또는 백금 합금제의 하강관과, 하류측 피트의 내관이 직접 오버 랩되어 있다.
제 2 양태의 감압 탈포 장치에 있어서, 경계층류와 메인 플로우를 적절히 분리하기 위하여 이하에 서술하는 점에 대하여 유의해야 한다. 이하에 서술하는 점에 대해서는 도 10 을 참조할 것. 또한, 도 10 은, 각 부의 치수를 나타내는 부호가 추가되어 있는 점을 제외하고 도 9 와 동일하다.
도 10 에 있어서, 연장관 (160') 의 내경 (D1) 과, 내관 (182) 의 외경 (D2) 은 하기 식 (17) 로 나타내는 관계를 만족하는 것이 바람직하다.
D1 ＞ D2 … (17)
즉, 제 2 양태의 감압 탈포 장치에 있어서, 연장관 (하강관인 경우도 포함한다) 과, 하류측 피트의 내관이 오버랩되어 있는 경우, 하류측 피트의 내관의 상단 (상류단) 이 연장관 내부에 위치하는 관계가 된다.
제 2 양태의 감압 탈포 장치에 있어서, 연장관과 내관이 상기와 같은 관계가 되어 있음으로써, 이하에 서술하는 효과가 발휘된다.
상기한 바와 같이, 내화 벽돌로부터의 용출 성분이나 백금 벽면과의 계면에서 발생한 이물질 등은, 용융 유리 중에 균일하게 확산되지 않고, 도관의 벽면을 따라 두께 3 ～ 5mm 정도의 경계층류로서 흐르므로, 경계층류를 포함한 용융 유리류가, 도 9 중, 연장관 (160') 과 내관 (182) 이 오버랩되어 있는 부분에 도달하면, 내화 벽돌로부터의 용출 성분이나 백금 벽면과의 계면에서 발생한 이물질 등을 함유한 경계층류는, 연장관 (160') 의 내벽과 내관 (182) 의 외벽 사이의 간극에 속하는 영역, 즉 연장관 (160') 의 내벽과 내관 (182) 의 외벽 사이의 공극 부분으로 이동한다 (도면 중, 화살표 B 로 나타낸다.). 한편, 경계층류를 제외한 메인 플로우는 내관 (182) 의 내부로 이동한다 (도면 중, 화살표 A 로 나타낸다.). 이 결과, 경계층류와 메인 플로우가 물리적으로 분리된다.
내관 (182) 의 내부를 이동하는 메인 플로우는, 도면 중 화살표 A 방향을 따라 이동한다. 즉, 내관 (182) 내부를 하류 방향으로 이동한다. 한편, 연장관 (160') 의 내벽과 내관 (182) 의 외벽 사이의 공극 부분을 이동하는 경계층류는, 도면 중 화살표 B 방향을 따라 이동하여 드레인 아웃 (183) 으로부터 배출된다.
이와 같이 하여, 내화 벽돌로부터의 용출 성분이나 백금 벽면과의 계면에서 발생한 기포를 포함한 경계층류로부터 분리된 메인 플로우만이 성형 장치로 공급된다. 한편, 드레인 아웃 (183) 으로부터 배출된 경계층류는 폐기되어 컬릿화된다.
경계층류와 메인 플로우를 물리적으로 분리하기 위하여, 연장관 (160') 의 내경 (D1) 과 내관 (182) 의 외경 (D2) 의 차 (ΔD(mm)) 가, 내관 (182) 의 내경 (D3(mm)) 과의 사이에서 하기 식 (18) 로 나타내는 관계를 만족하는 것이 바람직하다.
ΔD ≥ 0.04 × D3 … (18)
ΔD 및 D3 이, 하기 식 (18) 로 나타내는 관계를 만족하고 있으면, 연장관 (160') 의 내벽과 내관 (182) 의 외벽 사이의 공극 부분의 폭, 즉 ΔD/2 가 경계층류와 메인 플로우를 물리적으로 분리하기에 충분하다.
ΔD 는, 구체적으로는 10mm 이상인 것이 바람직하고, 20mm 이상인 것이 보다 바람직하고, 40mm 이상 200mm 이하인 것이 특히 바람직하다. ΔD 를 200mm 초과로 한 경우, 경계층류의 두께에 대하여, 연장관 (160') 의 내벽과 내관 (182) 의 외벽 사이의 공극 부분의 폭이 지나치게 커지기 때문에, 메인 플로우의 유량이 감소되어 바람직하지 않다.
도 9 에 나타내는 도관 구조 (1) 에 있어서, 경계층류만이 분리되어, 연장관 (160') 의 내벽과 내관 (182) 의 외벽 사이의 공극 부분으로 이동하는 것이 바람직하고, 이것을 달성하기 위해서는 연장관 (160') 의 내벽과 내관 (182) 의 외벽 사이의 공극 부분의 폭을 경계층류의 층두께와 실질적으로 동일하게 하는 것이 이상적이다.
그러나, 감압 탈포의 실시시에 있어서의 경계층류의 층두께는, 반드시 일정하지는 않고, 변동하는 경우도 있다. 그러므로, 경계층류를 확실하게 분리하여, 연장관 (160') 의 내벽과 내관 (182) 의 외벽 사이의 공극 부분으로 이동시키기 위해서는, 그 공극 부분의 폭이 경계층류의 층두께보다 어느 정도 큰 것이 바람직하다. 이 경우, 메인 플로우의 일부도 분리되어, 그 공극 부분으로 이동한다.
따라서, 연장관 (160') 의 내벽과 내관 (182) 의 외벽 사이의 공극 부분의 폭이 경계층류의 층두께보다 지나치게 큰 경우, 메인 플로우 중, 분리되어 그 공극 부분으로 이동하는 양이 증가하여, 제조되는 유리의 수율을 저하시키므로 바람직하지 않다.
제 2 양태의 감압 탈포 장치에 있어서, ΔD 및 D3 이 하기 식 (19) 로 나타내는 관계를 만족하는 것이 보다 바람직하고, 하기 식 (20) 으로 나타내는 관계를 만족하는 것이 더욱 바람직하다.
ΔD ≥ 0.08 × D3 … (19)
0.1 × D3 ≤ ΔD ≤ 0.6 × D3 … (20)
여기서, D3 은 통상은 50 ～ 900mm 이며, 보다 바람직하게는 100 ～ 700mm이다. 백금제 또는 백금 합금제의 내관 (182) 및 연장관 (160') 의 두께는, 0.4 ～ 6mm 인 것이 바람직하고, 0.8 ～ 4mm 인 것이 보다 바람직하다.
이상의 점으로부터, 내관 (182) 의 외경 (D2) 은, 51 ～ 912mm 인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 102 ～ 708mm 이다. 연장관 (160') 의 외경은, 60 ～ 1300mm 인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 123 ～ 1000mm 이다.
또, 경계층류와 메인 플로우를 물리적으로 분리하기 위하여, 연장관 (160') 의 유로의 단면적으로부터 내관 (182) 의 유로의 단면적을 뺀 단면적차 (ΔS(㎟)) 와, 내관 (182) 의 유로의 단면적 (S1(㎟)) 이 하기 식 (21) 로 나타내는 관계를 만족하는 것이 바람직하다.
ΔS ≤ S1 … (21)
여기서, 연장관 (160') 및 내관 (182) 의 유로의 단면적이란, 연장관 (160') 및 내관 (182) 의 유로의 길이 방향에 대하여 직교하는 방향의 단면적을 가리킨다. ΔS 및 S1 이 식 (21) 로 나타내는 관계를 만족하고 있으면, 경계층류의 두께에 대하여, 연장관 (160') 의 내벽과 내관 (182) 의 외벽 사이의 공극 부분의 폭이 지나치게 커지지 않기 때문에, 메인 플로우 중, 분리되어 그 공극 부분으로 이동하는 양이 증가하지 않는다. 따라서, 제조되는 유리의 수율이 저하되지 않는다.
또, 0.50 × S1 ≤ ΔS 인 것이 바람직하다.
제 2 양태의 감압 탈포 장치에 있어서, 오버랩 부분을 갖고 있는 것이 바람직하다. 오버랩 부분을 갖고 있음으로써, 경계층류와 메인 플로우를 분리하는 효과가 증대하기 때문에 바람직하다.
오버랩 부분의 길이 (L(mm)) 와, 내관 (182) 의 외경 (D2(mm)) 이 하기 식 (22) 로 나타내는 관계를 만족하는 것이 바람직하다.
L ≥ 0.5 × D2 … (22)
감압 탈포 장치 (100') 의 사용시, 감압 탈포조 (120) 내에 있어서의 용융 유리 (G) 의 액면의 높이를 조절하기 위하여, 감압 탈포조 (120) 를 최대 500mm 정도 상하시킨다. 이 때, 연장관 (160') 은, 감압 탈포조 (120) 의 변위에 따라 상하로 이동한다. 이 때문에 오버랩 부분의 길이 (L) 는, 감압 탈포조 (120) 의 변위에 따라 변화되고, 감압 탈포조 (120) 를 최대한 상승시켰을 때에 L 이 최소가 된다.
L 이 최소가 되는 이 상태를 포함한 모든 상태에 있어서, L 및 D2 가 상기 식 (22) 로 나타내는 관계를 만족하는 것이 바람직하다. 단, 상기 서술한 바와 같이, L 은 제로 (즉, 연장관 (160') 과 내관 (182) 이 오버랩되어 있지 않다) 이어도 된다.
또, 내관의 상단 (상류단) 이 연장관 (하강관) 내에 지나치게 깊이 들어갈 가능성이 있기 때문에, L 은 하기 식 (23) 을 만족하는 것이 바람직하다.
L ≤ 5 × D2 … (23)
L 이 최소가 되는 상태를 포함한 모든 상태에서 L 및 D2 가 상기 식 (23) 으로 나타내는 관계를 만족하고 있으면, 감압 탈포조 (120) 의 변위에 상관없이, 연장관 (160') 의 내벽과 내관 (182) 의 외벽 사이의 공극 부분의 길이가 경계층류와 메인 플로우를 물리적으로 분리하기에 충분하다. 또한, 감압 탈포조 (120) 를 최대한으로 상하시켜도, 연장관 (160') 의 선단이 하류측 피트 (180 : 피트 본체 (181)) 내의 용융 유리 (G) 에 항상 침지된 상태가 된다.
D2 는 감압 탈포 장치의 규모, 특히 감압 탈포 장치를 통과하는 용융 유리의 유량 (t/일) 에 따라 상이한데, 통상은 51 ～ 912mm 이며, 보다 바람직하게는 102 ～ 708mm 이다. L 은 30mm 이상 1000mm 이하인 것이 바람직하고, 50mm 이상 700mm 이하인 것이 보다 바람직하다. L 을 1000mm 초과로 하여도, 경계층류와 메인 플로우의 분리에는 더 이상 기여가 적고, 오버랩되어 있는 부분의 길이가 매우 길어지므로 비용이 증가된다.
또한, 연장관 (160') 자체의 길이는, 통상은 200 ～ 3000mm 이며, 보다 바람직하게는 400 ～ 1500mm 이다. 내관 (182) 은, 도면 중 하류 방향으로 연장되어 있기 때문에 그 길이는 특별히 한정되지 않는다. 단, 내관 (182) 의 길이는, 50mm ～ 600mm 인 것이 바람직하고, 100mm ～ 500mm 인 것이 보다 바람직하다.
상기 서술한 바와 같이, 내화 벽돌로부터 용출된 성분이나 용융 유리의 도관을 구성하는 백금 벽면과 용융 유리의 계면에서 발생한 이물질 등을 함유하는 경계층류는, 감압 탈포조 (120) 내를 이동하는 용융 유리 (G) 의 표층을 이룬다. 따라서, 용융 유리 (G) 가 하강관 (140) 으로 이동할 때에는, 감압 탈포조 (120) 의 하류단의 벽면을 따라 되돌아가는 형태로 하강관 (140) 으로 이동하는 경향이 있다. 이 결과, 수평 방향 상류측의 하강관 (140) 벽면을 따라 흐르는 경계층류보다, 수평 방향 하류측의 하강관 (140) 벽면을 따라 흐르는 경계층류가 많아지는 경향이 있다. 바꾸어 말하면, 상류측의 하강관 (140) 벽면을 따라 흐르는 경계층류의 두께보다, 하류측의 하강관 (140) 벽면을 따라 흐르는 경계층류의 두께가 커지는 경향이 있다. 하강관 (140) 으로부터 연장관 (160') 으로 이동한 경계층류에 있어서도 이 상태가 유지되므로, 수평 방향 상류측의 연장관 (160') 의 벽면을 따라 흐르는 경계층류의 두께보다 수평 방향 하류측의 연장관 (160') 의 벽면을 따라 흐르는 경계층류의 두께가 커지는 경향이 있다.
제 2 양태의 감압 탈포 장치에 있어서, 연장관 (160') 의 내벽과 내관 (182) 의 외벽 사이의 공극 부분의 폭을 설정할 때, 상술한 바와 같은 감압 탈포 장치 (100') 내에서의 경계층류의 유동 경향, 즉 하강관 (140) 및 연장관 (160') 내를 이동하는 경계층류의 두께가, 수평 방향 상류측보다 수평 방향 하류측이 커지는 경향이 있는 점을 고려하는 것이 바람직하다.
도 11 은, 제 2 양태의 감압 탈포 장치의 다른 실시형태를 나타낸 단면도이다. 도 1 에서는, 연장관 (160') 의 내벽과 내관 (182) 의 외벽 사이의 공극 부분의 폭이, 도면 중 좌측, 즉 수평 방향에 있어서의 용융 유리 (G : 도 8 참조) 의 유동 방향에 있어서의 상류측의 공극 부분의 폭 (w1upstream) 보다 도면 중 우측, 즉 수평 방향에 있어서의 용융 유리 (G) 의 유동 방향에 있어서의 하류측의 공극 부분의 폭 (w1downstream) 이 커, 하기 식 (24) 를 만족하는 관계가 되어 있다.
w1downstream ＞ w1upstream … (24)
제 2 양태의 감압 탈포 장치에 있어서, 연장관 (160') 의 내벽과 내관 (182) 의 외벽 사이의 공극 부분의 폭을 상기 식 (24) 를 만족하도록 설정함으로써, 연장관 (160') 내를 이동하는 경계층류의 두께가, 수평 방향 상류측보다 수평 방향 하류측 쪽이 큰 경우에도, 경계층류와 메인 플로우를 적절히 분리할 수 있다.
도 11 에 있어서, 연장관 (160') 의 내벽과 내관 (182) 의 외벽 사이의 공극 부분의 폭이 하기 식 (25) 를 만족하도록 설정하는 것이 보다 바람직하다.
w1downstream ≥ 2 × w1upstream … (25)
또한, 도 11 에 있어서, 의도한 기능을 발휘하기 위해서는, 즉 연장관 (160') 내를 이동하는 경계층류의 두께가, 수평 방향 상류측보다 수평 방향 하류측 쪽이 큰 경우에도, 경계층류와 메인 플로우를 적절히 분리하기 위해서는, 오버랩 부분의 상류단에 있어서, 연장관 (160') 의 내벽과 내관 (182) 의 외벽 사이의 공극 부분의 폭이 상기 식 (24) 를 만족하고 있으면 되고, 오버랩 부분의 다른 부분에서는 그 공극 부분의 폭이 상기 식 (24) 를 만족하고 있지 않아도 된다. 단, 이 경우, 공극 부분의 폭이, 용융 유리류의 유동 방향을 따라 변화하게 되므로, 공극 부분을 이동하는 경계층류에서 압손이 발생할 우려가 있다. 따라서, 연장관 (160') 의 내벽과 내관 (182) 의 외벽 사이의 공극 부분의 폭은, 오버랩 부분의 용융 유리류의 유동 방향 전체에 걸쳐서 상기 식 (24) 를 만족하는 것이 바람직하다.
제 2 양태의 감압 탈포 장치에 있어서, 연장관 (160') 의 내벽과 내관 (182) 의 외벽 사이의 공극 부분의 폭이 상기 식 (24) 를 만족하도록 설정하는 방법으로는, 내관 (182) 내에 연장관 (160') 을 수평 방향 상류측으로 편심시켜 배치하는 방법, 연장관 (160') 의 내벽과 내관 (182) 의 외벽 사이의 공극 부분의 폭이 수평 방향 하류측에 있어서 부분적으로 확대되도록, 용융 유리의 흐름에 직교하는 방향의 단면 형상이 부분적으로 확경된 연장관 (160') 또는 용융 유리의 흐름에 직교하는 방향의 단면 형상이 부분적으로 축경된 내관 (182) 을 사용하는 방법을 들 수 있다.
또한, 도 11 에 나타내는 실시형태에 있어서도, 상기한 식 (17) ～ (23) 의 관계가 적용된다.
제 2 양태의 감압 탈포 장치에 있어서는, 하류측 피트가, 외관을 이루는 피트 본체와, 피트 본체 내에 위치하여 하류 방향으로 연장되는 내관의 2 중관 구조이면 되고, 도 9 에 나타내는 바와 같은 연장관 (160') 과 내관 (182) 이 오버랩되 어 있는 것에 한정되지 않는다.
도 12 는, 제 2 양태의 감압 탈포 장치의 다른 실시형태의 하류측 피트 및 그 주변을 나타낸 부분 확대도이다. 본 실시형태는 연장관과 내관의 관계가 상이한 점 이외에는 도 9 에 나타내는 실시형태와 동일하다.
도 12 에 나타내는 실시형태에서는, 연장관 (160') 과 내관 (182'') 이 오버랩되어 있지 않고, 연장관 (160') 의 하단 (하류단) 과, 내관 (182'') 의 상단 (상류단) 이 떨어져 있디. 오버랩되어 있지 않음으로써, 백금 도관 자체를 간소화할 수 있음과 함께, 설비 상의 설계를 용이화하는 것이 가능해진다.
또한, 오버랩되지 않는 것은, 단순한 설계 변경으로 인정될 우려도 있지만, 그렇지 않다. 그곳에는 용융 유리 장치 특유의 곤란성을 갖고 있는 것을 염두에 둘 필요가 있다.
유리 제조 설비는, 한 번 조립하여 용융 유리를 흘리기 시작하면, 매우 장기간 (2 ～ 15 년 정도) 연속 운전된다. 그렇다면, 만약 어떠한 실패가 있던 경우에는, 수리는 거의 효과가 없고 전면적인 재건이 필요해진다. 또, 용융 유리는 1200℃ 이상의 매우 고온이기 때문에, 그 흐름을 직접 보는 것은 매우 곤란하다. 그렇게 생각한 경우, 용융 유리 장치의 설계는, 나중에 문제가 생기지 않는 설비임과 동시에, 간이한 설비인 것이 바람직한 경우가 있다.
이 오버랩되지 않는 도관 구조는, 오버랩시키지 않아도, 본 발명의 목적을 달성할 수 있다는 점에서 매우 큰 공헌을 갖고 있다.
도 12 에 나타내는 연장관 (160') 에 경계층류를 포함하는 용융 유리류를 흘 린 경우, 내화 벽돌로부터의 용출 성분이나 백금 벽면과의 계면에서 발생한 이물질 등을 함유한 경계층류는, 연장관 (160') 의 하단 (하류단) 에 도달하면, 화살표 B 방향을 따라 이동한다. 즉, 연장관 (160') 의 하단 (하류단) 으로부터 외측으로 퍼져 피트 본체 (181) 의 내벽과 내관 (182'') 의 외벽 사이의 공극을 이동한다. 한편, 메인 플로우는 화살표 A 방향을 따라 이동하여, 내관 (182'') 내부를 이동한다. 이 결과, 경계층류와 메인 플로우가 물리적으로 분리된다.
도 12 에 나타내는 실시형태에 있어서, 경계층류가 화살표 B 방향을 따라 이동하는 이유에 대하여 이하에 설명한다.
하강관 (160') 의 하단 (하류단) 과 내관 (182'') 의 상단 (상류단) 사이의 부분에서는, 메인 플로우가 흐르는 피트 본체 (181) 의 중심 부근과, 피트 본체 (181) 의 외주 부근 (내벽 부근) 에서 압력차가 발생하여, 피트 본체 (181) 의 외주 부근 (내벽 부근) 은 피트 본체 (181) 의 중심 부근에 비해 압력이 낮은 상태가 된다. 이 압력차에 의해, 경계층류는 화살표 B 방향을 따라 이동한다.
도 12 에 나타내는 실시형태에 있어서, 내관 (182'') 내부를 이동하는 메인 플로우는, 도면 중 화살표 A 방향을 따라 이동하여 하류 방향으로 이동한다. 한편, 피트 본체 (181) 의 내벽과 내관 (182'') 의 외벽 사이의 공극 부분을 이동하는 경계층류는, 도면 중 화살표 B 방향을 따라 이동하여, 드레인 아웃 (183) 으로부터 배출된다. 이와 같이 하여, 내화 벽돌로부터의 용출 성분이나 백금 벽면과의 계면에서 발생한 기포를 포함한 경계층류로부터 분리된 메인 플로우만이 성형 장치로 공급된다. 한편, 드레인 아웃 (183) 으로부터 배출된 경계층류는 폐 기 처분된다.
도 12 에 나타내는 실시형태에 있어서, 연장관 (160') 의 하단 (하류단) 과 내관 (182'') 의 상단 (상류단) 의 거리 (d) 와, 내관 (182'') 의 외경 (D2) 이 하기 식 (26) 으로 나타내는 관계를 만족하는 것이 바람직하다.
0 ＜ d ≤ 5 × D2 … (26)
d 및 D2 가 상기 식 (26) 을 만족하고 있으면, 연장관 (160') 의 하단 (하류단) 과 내관 (182'') 의 상단 (상류단) 의 거리가, 경계층류와 메인 플로우를 물리적으로 분리하기에 충분하다. 보다 구체적으로는, d 및 D2 가 상기 식 (26) 을 만족하고 있으면, 경계층류가 화살표 B 방향을 따라 이동하는 한편, 메인 플로우는 화살표 A 방향을 따라 이동한다. 따라서, 메인 플로우의 일부가 화살표 B 방향을 따라 이동할 우려가 없고, 화살표 B 방향을 따라 이동하는 경계층류의 일부가 다시 메인 플로우에 합류할 우려도 없다.
d 및 D2 가 상기 식 (27) 을 만족하고 있는 것이 보다 바람직하고, 하기 식 (28) 을 만족하고 있는 것이 더욱 바람직하다.
0.5 × D2 ≤ d ≤ 4 × D2 … (27)
0.5 × D2 ≤ d ≤ 2 × D2 … (28)
D2 는, 도 10 에 나타내는 실시형태에 대하여 기재한 것과 동일하고, 통상은 51 ～ 912mm 이며, 보다 바람직하게는 102 ～ 708mm 이다. d 는 30mm 이상 1000mm 이하인 것이 바람직하고, 50mm 이상 700mm 이하인 것이 보다 바람직하다.
또한, 연장관 (160') 및 내관 (182'') 의 치수에 대해서는, 도 10 에 나타내는 실시형태에 대하여 기재한 것과 동일하다.
도 13 은, 제 2 양태의 감압 탈포 장치의 또 다른 실시형태의 하류측 피트 및 그 주변을 나타낸 부분 확대도이다. 단, 내관 (182''') 상단 (상류단) 의 형상이 도 12 와는 상이하다. 도 13 에 있어서, 내관 (182''') 상단 (상류단) 에는 확경부가 형성되어 있다. 도 13 에 나타내는 내관 (182''') 은, 상단 (상류단) 에 확경부가 형성되어 있음으로써, 설비적인 설계 변경을 최소한으로 억제하면서, 메인 플로우의 유량을 증대시키는 것이 가능해진다.
또한, 확경부는, 도 13 과 같이 가파르게 직경을 작게 할 뿐만 아니라, 경사적으로 또는 계단상으로 직경을 작게 하는 것이어도 된다.
도 12 또는 도 13 에 나타내는 실시형태에 있어서, 연장관 (160') 의 내경 (D1) 과, 내관 (182'', 182''') 의 외경 (D2) 이 하기 식 (29) 로 나타내는 관계를 만족하는 것이 바람직하다.
0.98 × D2 ≤ D1 ≤ 2.5 × D2 … (29)
여기서, 도 13 과 같이, 내관 (182''') 상단 (상류단) 에 확경부가 형성되어 있는 경우, 내관 (182''') 의 외경 (D2) 은 확경부의 외경을 의미한다.
연장관 (160') 내경 (D1) 과, 내관 (182'', 182''') 의 외경 (D2) 이 상기 식 (29) 로 나타내는 관계를 만족하고 있으면, 연장관 (160') 의 내경과, 내관 (182'', 182''') 의 외경의 차가 현저하게 크지 않기 때문에, 경계층류와 메인 플로우를 물리적으로 분리하기에 적합하다. 연장관 (160') 의 내경과, 내관 (182'', 182''') 의 외경의 차가 현저하게 큰 경우, 경계층류를 메인 플로우로부터 충분히 분리할 수 없을 우려가 있다 (내관 (182'', 182''') 의 외경이 큰 경우). 또, 메인 플로우 중 경계층류측으로 분리되는 양이 증가하여, 제조되는 유리의 수율을 저하시키므로 바람직하지 않다 (연장관 (160') 의 내경이 큰 경우).
본 발명의 제 1 및 제 2 감압 탈포 장치, 감압 탈포조 내를 이동하는 용융 유리류, 보다 구체적으로는, 감압 탈포조 내를 이동하는 용융 유리류의 표층의 흐름을 그 감압 탈포조의 측벽 방향으로 유도하는 흐름 제어 부재가 감압 탈포조 내에 형성되어 있는 것이 바람직하다.
상기 서술한 바와 같이, 본 발명의 제 1 감압 탈포 장치에서는 하강관 또는 그 하강관의 하단 (하류단) 에 접속되는 연장관이 갖는 2 중관 구조를 이용하여, 그 하강관 혹은 연장관 내를 이동하는 용융 유리의 경계층류와 메인 플로우를 분리한다. 본 발명의 제 2 감압 탈포 장치, 하강관 혹은 그 하강관의 하단 (하류단) 에 접속되는 연장관과, 하류측 피트가 갖는 내관이 이루는 오버랩 부분 (단, 오버랩되지 않는 경우도 있다) 을 이용하여, 그 하강관 혹은 연장관 내를 이동하는 용융 유리의 경계층류와 메인 플로우를 분리한다.
상기 서술한 바와 같이, 내화 벽돌로부터 용출된 성분이나 용융 유리의 도관을 구성하는 백금 벽면과 용융 유리의 계면에서 발생한 이물질 등을 함유하는 경계층류는, 감압 탈포조 내를 이동하는 용융 유리류의 표층을 이룬다.
따라서, 감압 탈포조 내를 이동하는 용융 유리류의 표층의 흐름을 감압 탈포조의 측벽 방향으로 유도함으로써, 본 발명의 제 1 및 제 2 감압 탈포 장치에 있어서의, 용융 유리의 경계층류와 메인 플로우의 분리를 보다 효과적으로 실시할 수 있다.
도 14(a) 는, 도 1 및 도 7 과 동일한 감압 탈포 장치의 단면도이다. 단, 감압 탈포 장치 중, 감압 탈포조 (120), 및 그 감압 탈포조 (120) 에 접속되는 상승관 (130) 및 하강관 (140) 만이 나타나 있다. 도 14(b) 는, 도 14(a) 에 나타내는 감압 탈포 장치의 평면도이다. 단, 감압 탈포조 (120) 의 내부 구조가 보이도록, 감압 탈포조 (120) 상부의 벽면이 생략되어 있다.
도 14(a) 에 나타내는 바와 같이, 감압 탈포조 (120) 내에는, 그 일부가 용융 유리 (G) 의 표층에 침지되도록, 흐름 제어 부재 (122) 가 형성되어 있다. 도 14(b) 에 나타내는 바와 같이, 흐름 제어 부재 (122) 는, 그 평면 형상이, 용융 유리 (G) 의 유동 방향 상류측의 폭 (W1) 이 좁고, 하류측의 폭 (W2) 이 넓은 대략 V 자상이다. 도 14(b) 에 나타내는 바와 같이, 흐름 제어 부재 (122) 를 형성함으로써, 감압 탈포조 (120) 내를 이동하는 용융 유리 (G) 의 표층의 흐름이, 도면 중 화살표로 나타내는 바와 같이, 감압 탈포조 (120) 의 양방의 측벽 방향으로 유도된다.
또한, 흐름 제어 부재 (122) 는 그 일부가 용융 유리 (G) 의 표층에 침지되기 때문에, 내화 벽돌제, 또는 백금 혹은 백금 합금제이다.
흐름 제어 부재에 의해, 용융 유리류의 표층의 흐름을 감압 탈포조의 측벽 방향으로 유도하기 위하여 이하에 서술하는 점에 대하여 유의해야 한다.
흐름 제어 부재 (122) 는, 용융 유리류의 표층이고 또한 용융 유리류의 흐름에 직교하는 수평 방향에 있어서의 폭, 즉 평면 형상에 있어서의 폭이 하기 식 (30) 을 만족하는 것이 바람직하다.
W1 ＜ W2 … (30)
상기 식 (30) 중, W1 은 최상류측에 있어서의 상기 흐름 제어 부재의 폭 (mm) 이며, W2 는 최상류측에 있어서의 흐름 제어 부재의 폭이다.
상기 식 (30) 을 만족하고 있으면, 흐름 제어 부재 (122) 의 폭이 용융 유리 (G) 의 흐름 방향의 하류측을 향하여 커지므로, 즉 흐름 제어 부재 (122) 의 평면 형상이, 용융 유리 (G) 의 흐름 방향의 하류측을 향하여 퍼진 형상이 되므로, 용융 유리 (G) 의 표층을 화살표로 나타내는 바와 같이 감압 탈포조 (120) 의 측벽 방향으로 유도할 수 있다.
W1 및 W2 는 하기 식 (31) 을 만족하는 것이 보다 바람직하다.
W1 ＜ W2/2 … (31)
따라서, 흐름 제어 부재는 그 평면 형상이 용융 유리 (G) 의 흐름 방향의 하류측을 향하여 퍼진 형상이면 되고, 도 14(b) 에 나타내는 바와 같은 대략 V 자상에 한정되지 않는다. 예를 들어, 용융 유리 (G) 의 흐름 방향의 하류측을 향하 여 퍼진 대략 U 자상이나 대략 ㅅ 자상이어도 되고, 용융 유리 (G) 의 흐름 방향의 상류측이 상저, 하류측이 하저가 되도록 배치한 대략 사다리꼴 형상이어도 된다. 또, 도 14(b) 에 나타내는 흐름 제어 부재는, 용융 유리 (G) 의 표층을 감압 탈포조 (120) 의 측벽 방향으로 유도하는 데에 기여하는 부분, 즉 대략 V 자상의 부분만으로 이루어지고, 용융 유리 (G) 의 하류측은 중공 구조로 되어 있는데, 이 부분이 중실 구조가 된 대략 삼각형상의 구조이어도 된다.
감압 탈포조 (120) 내에 있어서의 용융 유리 (G) 의 흐름 방향을 축으로 한 경우, 흐름 제어 부재 (122) 의 평면 형상이 그 축에 대하여 대략 선대칭이면, 용융 유리 (G) 의 표층이, 도 14(b) 중, 감압 탈포조 (120) 의 양방의 측벽 방향으로 균등하게 유도되므로 바람직하다. 또한, 용융 유리 (G) 의 표층을 감압 탈포조 (120) 의 양방의 측벽 방향으로 균등하게 유도하기 위해서는, 감압 탈포조 (120) 의 폭 방향에 있어서의 중앙 부근을 흐르는 용융 유리 (G) 의 흐름 방향을 축으로 한 경우, 흐름 제어 부재 (122) 의 평면 형상이 그 축에 대하여 대략 선대칭인 것이 바람직하다.
단, 용융 유리류의 표층을 감압 탈포조의 측벽 방향으로 유도하는 데에 문제가 없는 한, 흐름 제어 부재의 평면 형상은 그 축에 대하여 비대칭이어도 된다.
흐름 제어 부재 (122) 의 최하류측이, 하강관 (140) 의 관축 (도 14(a) 중, 파선으로 나타낸다.) 보다 용융 유리 (G) 의 흐름 방향의 상류측에 위치하는 것이 바람직하다. 흐름 제어 부재 (122) 의 최하류측이, 하강관 (140) 의 관축보다 용융 유리 (G) 의 흐름 방향의 하류측에 위치하고 있으면, 하강관 (140) 에 도달하 기 전에, 용융 유리 (G) 의 표층을 감압 탈포조 (120) 의 측벽 방향으로 유도할 수 없을 우려가 있다.
또, 흐름 제어 부재 (122) 를 감압 탈포조 (120) 의 상류측에 형성하면, 감압 탈포조 (120) 의 측벽 방향으로 유도된 용융 유리 (G) 의 표층의 일부가, 감압 탈포조 (120) 내를 하류 방향으로 이동하는 동안, 감압 탈포조 (120) 의 중앙 부근으로 되돌아올 우려가 있으므로, 도 14(a), (b) 에 나타내는 바와 같이, 흐름 제어 부재 (122) 는 감압 탈포조 (120) 에 있어서, 용융 유리 (G) 의 하류측에 형성하는 것이 바람직하다.
흐름 제어 부재 (122) 의 평면 형상 중, 용융 유리 (G) 의 표층의 흐름을 감압 탈포조의 측벽 방향으로 유도하는 데에 기여하는 부분과, 용융 유리 (G) 의 흐름 방향 (도 14(b) 중, G0 으로 나타낸다.) 이 이루는 각도의 최대값 (α) 이 하기 식 (32) 를 만족하는 것이 바람직하다.
15˚ ≤ α ≤ 85˚ … (32)
여기서, 용융 유리 (G) 의 표층의 흐름을 감압 탈포조의 측벽 방향으로 유도하는 데에 기여하는 부분이란, 도 14(b) 에 나타내는 흐름 제어 부재 (122) 의 경우, 대략 V 자상을 이루는 2 개의 아암을 가리킨다. 흐름 제어 부재의 평면 형상이, 용융 유리 (G) 의 흐름 방향의 하류측을 향하여 퍼진 대략 U 자상이나 대략 ㅅ 자상인 경우, 대략 U 자상 또는 대략 ㅅ 자상을 이루는 2 개의 아암을 가리킨다. 이들 평면 형상의 경우, 용융 유리 (G) 의 표층의 흐름을 감압 탈포조의 측벽 방향으로 유도하는 데에 기여하는 부분과, 용융 유리 (G) 의 흐름 방향 (G0) 이 이루는 각도가 변화되는데, 그 중 최대값이 상기 식 (32) 를 만족하고 있으면 된다. 또, 흐름 제어 부재의 평면 형상이 대략 사다리꼴 형상인 경우, 용융 유리 (G) 의 흐름 방향 (G0) 에 직교하여, 용융 유리 (G) 의 표층의 흐름을 감압 탈포조의 측벽 방향으로 유도하는 데에 기여하지 않는 상저, 하저가 아니라, 용융 유리 (G) 의 흐름 방향 (G0) 에 대하여 경사져 배치되고, 용융 유리 (G) 의 표층의 흐름을 감압 탈포조의 측벽 방향으로 유도하는 데에 기여하는, 상저와 하저를 연결하는 2 개의 아암을 가리킨다. 또, 흐름 제어 부재의 평면 형상이 대략 삼각형상인 경우, 용융 유리 (G) 의 흐름 방향 (G0) 에 직교하고, 용융 유리 (G) 의 표층의 흐름을 감압 탈포조의 측벽 방향으로 유도하는 데에 기여하지 않는 저변 부분이 아니라, 용융 유리 (G) 의 흐름 방향 (G0) 에 대하여 경사져 배치되어, 용융 유리 (G) 의 표층의 흐름을 감압 탈포조의 측벽 방향으로 유도하는 데에 기여하는, 용융 유리 (G) 의 흐름 방향의 상류측에 위치하는 대략 삼각형상의 정점과, 대략 삼각형상의 저변을 연결하는 2 개의 아암을 가리킨다.
각도 (α) 가 15˚ 미만이면, 용융 유리 (G) 의 표층을 감압 탈포조 (120) 의 측벽 방향으로 유도하는 작용이 불충분해질 우려가 있다. 한편, 각도 (α) 가 85˚ 초과이면, 용융 유리 (G) 의 흐름 방향에 대한 각도가 지나치게 커지기 때문에, 용융 유리 (G) 의 흐름을 저해할 우려가 있다.
각도 (α) 는 하기 식 (33) 을 만족하는 것이 보다 바람직하다.
30˚ ≤ α ≤ 80˚ … (33)
흐름 제어 부재 (122) 가, 하기 식 (34), (35) 를 만족하는 것이 바람직하다.
20mm ≤ X … (34)
50mm ≤ h … (35)
식 (34) 중, X 는 흐름 제어 부재 (122) 가 용융 유리 (G) 의 표층에 침지된 깊이이다. 식 (35) 중, h 는 감압 탈포조 (120) 의 저면으로부터 흐름 제어 부재 (122) 의 저면까지의 높이이다.
X 가 20mm 미만이면, 용융 유리 (G) 의 표층의 일부가 흐름 제어 부재 (122) 의 하방으로 돌아 들어가, 그 표층을 감압 탈포조 (120) 의 측벽 방향으로 유도하는 작용이 불충분해질 우려가 있다.
h 가 50mm 미만이면 감압 탈포조 (120) 의 저면과 흐름 제어 부재 (122) 의 저면의 거리가 지나치게 작아지기 때문에, 양자 사이를 통과하는 용융 유리 (G) 의 유속이 커져, 용융 유리 (G) 의 표층을 안으로 끌어들여, 그 표층을 감압 탈포조 (120) 의 측벽 방향으로 유도하는 작용이 불충분해질 우려가 있다.
X 는 30mm 이상인 것이 보다 바람직하고, 40mm 이상인 것이 더욱 바람직하다.
h 는 60mm 이상인 것이 보다 바람직하고, 70mm 이상인 것이 더욱 바람직하다.
흐름 제어 부재 (122) 의 최하류측과, 감압 탈포조 (120) 의 측벽의, 용융 유리 (G) 의 표층이고 또한 용융 유리 (G) 의 흐름에 직교하는 방향에 있어서의 2 개의 간극 (Y1, Y2(mm)) 이 하기 식 (36), (37) 을 만족하는 것이 바람직하다.
Z ≤ Y1 ≤ Φ/4 … (36)
Z ≤ Y2 ≤ Φ/4 … (37)
식 (36), (37) 중, Φ 는 용융 유리 (G) 의 표층이고 또한 용융 유리 (G) 의 흐름에 직교하는 수평 방향에 있어서의 감압 탈포조 (120) 의 내경이며, Z 는 Φ/30 또는 X/2 중, 어느 작은 쪽의 값이다.
Y1, Y2 가 Φ/4 보다 크면, 간극이 지나치게 넓어지기 때문에, 용융 유리 (G) 의 표층을 감압 탈포조 (120) 의 측벽 방향으로 유도하는 작용이 불충분해질 우려가 있다. 한편, Y1, Y2 가 Φ/30 보다 작은 경우, 간극이 지나치게 좁아지기 때문에, 용융 유리 (G) 의 흐름을 저해할 우려가 있다. 한편, Y1, Y2 가 X/2 보다 작은 경우, 흐름 제어 부재 (122) 가 용융 유리 (G) 에 침지되어 있는 부분의 깊이가, 감압 탈포조 (120) 의 측벽과의 간극에 비해 작기 때문에, 용융 유리 (G) 의 표층의 일부가 흐름 제어 부재 (122) 의 하방으로 돌아 들어가, 그 표층을 감압 탈포조 (120) 의 측벽 방향으로 유도하는 작용이 불충분해질 우려가 있다.
이상, 흐름 제어 부재에 대하여, 용융 유리 (G) 의 표층을 감압 탈포조의 양방의 측벽 방향으로 유도하는 형태에 대하여 도시하여 설명하였는데, 흐름 제어 부 재는, 적어도 일부가 용융 유리류의 표층에 침지되도록 감압 탈포조 내에 설치되고, 용융 유리류의 표층의 흐름을 감압 탈포조의 측벽 방향으로 유도할 수 있으면 되며, 도시한 형태에 한정되지 않는다. 따라서, 흐름 제어 부재는 용융 유리 (G) 의 표층을 감압 탈포조의 일방의 측벽 방향으로 유도하는 것이어도 된다.
도 15 는, 도 14(b) 와 동일하게, 감압 탈포 장치의 평면도이다. 도 15 에서는, 흐름 제어 부재 (122') 가 용융 유리 (G) 의 흐름 방향 (G0) 에 대하여 경사져 직선상으로 배치되어 있고, 감압 탈포조 (120) 내를 이동하는 용융 유리 (G) 의 표층을 감압 탈포조 (120) 의 일방의 측벽 방향으로 유도한다.
또한, 도 15 에 나타내는 실시형태에 있어서도, 상기한 식 (32) ～ (37) 의 관계가 적용된다. 단, 도 15 에 나타내는 실시형태에서는, 용융 유리 (G) 의 표층을 유도하는 측의 감압 탈포조의 측벽 사이에 간극 (Y1) 이 있으면 되고, 용융 유리 (G) 의 표층을 유도하지 않는 측의 측벽과의 사이에는 간극 (Y2) 이 존재하지 않아도 된다. 이 경우, 식 (36), (37) 중, 식 (36) 의 관계만이 적용된다.
본 발명의 용융 유리의 감압 탈포 방법에서는, 전기 주조 벽돌제의 하강관에 접속되는 연장관, 또는 백금제 또는 백금 합금제의 하강관 자체로서, 본 발명의 도관 구조를 사용한 감압 탈포 장치, 즉 본 발명의 제 1 양태의 감압 탈포 장치를 사용하고, 용해조로부터 공급되는 용융 유리를 소정의 감압도로 감압된 감압 탈포조를 통과시켜 감압 탈포를 실시한다.
또는, 본 발명의 용융 유리의 감압 탈포 방법에서는, 본 발명의 제 2 양태의 감압 탈포 장치를 사용하여, 용해조로부터 공급되는 용융 유리를 소정의 감압도로 감압된 감압 탈포조를 통과시켜 감압 탈포를 실시한다.
본 발명의 용융 유리의 감압 탈포 방법에서는, 내화 벽돌로부터의 용출 성분, 용융 유리의 도관을 구성하는 백금 벽면과 용융 유리의 계면에서 발생한 이물질 등이 분리 제거된 용융 유리를 성형 장치에 공급할 수 있다. 이 결과, 결점이 적은 고품질의 유리 제품을 제조할 수 있다.
본 발명의 용융 유리의 감압 탈포 방법에 있어서, 용융 유리는 감압 탈포조에 연속적으로 공급?배출되는 것이 바람직하다.
용해조로부터 공급되는 용융 유리와의 온도차가 발생하는 것을 방지하기 위하여, 감압 탈포조는, 내부가 1100℃ ～ 1500℃, 특히 1150℃ ～ 1450℃ 의 온도 범위가 되도록 가열되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 용융 유리의 유량이 1 ～ 1000 톤/일인 것이 생산성의 면에서 바람직하다.
용융 유리의 유량은, 메인 플로우와 드레인 아웃의 합계량이 되는데, 메인 플로우의 유량은, 드레인 아웃의 유량의 1 배 이상, 특히 2 배 이상, 나아가서는 5 배 이상인 것이 바람직하다. 메인 플로우의 유량이 지나치게 적으면 생산성이 떨어지고, 지나치게 많으면 메인 플로우와 경계층류의 분리가 불충분해질 우려가 있다.
감압 탈포 방법을 실시할 때, 감압 하우징을 외부로부터 진공 펌프 등에 의해 진공 흡인함으로써, 감압 하우징 내에 배치된 감압 탈포조의 내부를 소정의 감압 상태로 유지한다. 여기서 감압 탈포조 내부는, 51 ～ 613hPa (38 ～ 460 mmHg) 로 감압되어 있는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 감압 탈포조 내부는 80 ～ 338hPa (60 ～ 253mmHg) 로 감압되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 의해 탈포되는 유리는, 가열 용융법에 의해 제조되는 유리인 한, 조성적으로 제약되지 않는다. 따라서, 소다 라임 유리로 대표되는 소다 라임 실리카계 유리나 알칼리 붕규소 유리와 같은 알칼리 유리이어도 된다.
감압 탈포 장치의 각 구성 요소의 치수는, 사용하는 감압 탈포 장치에 따라 적절히 선택할 수 있다. 도 1, 7 에 나타내는 감압 탈포조 (120) 의 경우, 그 치수의 구체예는 이하와 같다.
수평 방향에 있어서의 길이 : 1 ～ 20m
내부 단면 형상에 있어서의 폭 : 0.2 ～ 5m
상승관 (130) 및 하강관 (140) 의 치수의 구체예는 이하와 같다.
길이 : 0.2 ～ 6m, 바람직하게는 0.4 ～ 4m
내부 단면 형상에 있어서의 폭 : 0.05 ～ 0.8m, 바람직하게는 0.1 ～ 0.6m
상승관 (130) 에 접속되는 연장관 (150) 의 치수는, 본 발명의 도관 구조의 외관에 대하여 기재한 것과 동일하다.
본 발명의 용융 유리의 도관 구조는, 감압 탈포 장치의 하강관, 혹은 그 하강관에 접속되는 연장관으로서 사용할 수 있고, 용융 유리로부터 이물질 등을 효과적으로 제거할 수 있는 용융 유리의 감압 탈포 장치에 적합하다.
또한, 2006년 8월 29일에 출원된 일본 특허출원 2006-231831의 명세서, 특허 청구의 범위, 도면 및 요약서의 전체 내용을 여기에 인용하고, 본 발명의 명세서의 개시로서 받아들이는 것이다.

Claims (42)

  1. 백금제 또는 백금 합금제의 중공관으로 이루어지는 용융 유리의 도관 구조로서,
    상기 도관 구조는, 적어도 하류단측이 내관 및 외관으로 이루어지는 2 중관 구조를 이루고 있고,
    상기 내관은, 상류단 및 하류단이 개방단이며,
    상기 외관은, 하류단에 있어서, 상기 2 중관 구조 중, 상기 외관과 내관과의 간극에 속하는 영역이 폐지단이고, 상기 내관에 속하는 영역이 개방단이고,
    상기 도관 구조의 상류단이 개방단이며,
    상기 외관의 상기 하류단측에는 개구부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 용융 유리의 도관 구조.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 도관 구조의 상기 하류단측에 있어서, 상기 내관이 상기 외관의 폐지단으로부터 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 용융 유리의 도관 구조.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 내관의 상류단측으로부터 상기 개구부의 상류단까지의 거리 (Lin(mm)) 와, 상기 내관의 내경 (Din(mm)) 이 하기 식으로 나타내는 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 용융 유리의 도관 구조.
    Lin ≥ Din/2
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 외관의 내경과 상기 내관의 외경의 차 (Dout-in(mm)) 와, 상기 내관의 내경 (Din(mm)) 이 하기 식으로 나타내는 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 용융 유리의 도관 구조.
    Dout-in/2 ≥ 0.02 × Din
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 내관의 상류단으로부터 상기 개구부의 상류단까지의 거리 (Lin(mm)) 와, 상기 외관의 내경과 상기 내관의 외경의 차 (Dout-in(mm)) 가 하기 식으로 나타내는 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 용융 유리의 도관 구조.
    Lin ≥ (Dout-in/2) × 3
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 외관의 유로의 단면적으로부터 상기 내관의 유로의 단면적을 뺀 단면적차 (Sout-in(㎟)) 와, 상기 내관의 유로의 단면적 (Sin(㎟)) 이 하기 식으로 나타내는 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 용융 유리의 도관 구조.
    Sout-in ≤ Sin
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 개구부의 면적 (S(㎟)) 과, 상기 외관의 내경 (Dout(mm)) 이 하기 식으로 나타내는 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 용융 유리의 도관 구조.
    S ≥ 9 × Dout
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상승관, 감압 탈포조 및 하강관을 갖는 감압 탈포 장치의 하강관으로서 사용되는 용융 유리의 도관 구조.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상승관, 감압 탈포조 및 하강관을 갖는 감압 탈포 장치의 상기 하강관에 접속되는 연장관으로서 사용되는 용융 유리의 도관 구조.
  10. 상승관, 감압 탈포조 및 하강관을 갖는 감압 탈포 장치를 사용하여 용융 유리를 감압 탈포하는 방법으로서,
    상기 하강관으로서, 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 도관 구조를 사용하는 것을 특징으로 하는 용융 유리의 감압 탈포 방법.
  11. 상승관, 감압 탈포조 및 하강관을 갖는 감압 탈포 장치를 사용하여 용융 유리를 감압 탈포하는 방법으로서,
    상기 하강관에 접속되는 연장관으로서, 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 도관 구조를 사용하는 것을 특징으로 하는 용융 유리의 감압 탈포 방법.
  12. 백금제 또는 백금 합금제의 중공관으로 이루어지는 도관 구조와, 상기 도관 구조의 하류단측에 형성되고, 적어도 1 개의 개구부를 갖는 드레인 아웃을 갖는 용융 유리의 도관 구조체로서,
    상기 도관 구조는, 적어도 하류단측이 내관 및 외관으로 이루어지는 2 중관 구조를 이루고 있고,
    상기 내관은, 상류단 및 하류단이 개방단이고,
    상기 외관은, 하류단에 있어서, 상기 2 중관 구조 중, 상기 외관과 내관과의 간극에 속하는 영역이 폐지단이고, 상기 내관에 속하는 영역이 개방단이고,
    상기 도관 구조의 상류단이 개방단이며,
    상기 외관의 하류단측에는 개구부가 형성되어 있고, 상기 외관에 형성된 개구부의 상류단이 상기 드레인 아웃의 개구부의 상류단보다 0 ～ 500mm 하류측에 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 용융 유리의 도관 구조체.
  13. 상승관, 감압 탈포조 및 하강관을 갖는 감압 탈포 장치에 있어서, 상기 하강관으로서, 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 용융 유리의 도관 구조를 사용하는 것을 특징으로 하는 감압 탈포 장치.
  14. 상승관, 감압 탈포조 및 하강관을 갖는 감압 탈포 장치에 있어서, 상기 하강관에 접속되는 연장관으로서, 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 용융 유리의 도관 구조를 사용하는 것을 특징으로 하는 감압 탈포 장치.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 하강관 또는 상기 하강관에 접속되는 연장관으로서 사용되는 용융 유리의 도관 구조가, 적어도 상기 2 중관 구조의 상류단에 있어서, 하기 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 감압 탈포 장치.
    wdownstream ＞ wupstream
    (식 중, wdownstream 은 수평 방향의 용융 유리류에 있어서의 하류측에서의 상기 외관과 상기 내관과의 간극의 폭 (mm) 이며, wupstream 은 수평 방향의 용융 유리류에 있어서의 상류측에서의 상기 외관과 상기 내관과의 간극의 폭 (mm) 이다.)
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 wdownstream 및 상기 wupstream 이 하기 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 감압 탈포 장치.
    wdownstream ≥ 2 × wupstream
  17. 상승관, 감압 탈포조 및 하강관을 포함하는 감압 탈포 장치로서,
    상기 하강관과 연통하여 접속되는 하류측 피트를 갖고,
    상기 하류측 피트가, 외관을 이루는 피트 본체와, 상기 피트 본체 내에 위치하여 하류 방향으로 연장되는 내관과의 2 중관 구조이며, 상기 피트 본체에는 드레인 아웃이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 감압 탈포 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 하강관의 내경 (D1(mm)) 과, 상기 내관의 외경 (D2(mm)) 이 하기 식으로 나타내는 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 감압 탈포 장치.
    D1 ＞ D2
  19. 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,
    상기 하강관의 내경과 상기 내관의 외경과의 차 (ΔD(mm)) 와, 상기 내관의 내경 (D3(mm)) 이 하기 식으로 나타내는 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 감압 탈포 장치.
    ΔD ≥ 0.04 × D3
  20. 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,
    상기 하강관의 유로의 단면적으로부터 상기 내관의 유로의 단면적을 뺀 단면적차 (ΔS(㎟)) 와, 상기 내관의 유로의 단면적 (S1(㎟)) 이 하기 식으로 나타내는 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 감압 탈포 장치.
    ΔS ≤ S1
  21. 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,
    상기 하강관과, 상기 내관이, 오버랩되어 있는 부분을 갖고,
    상기 오버랩되어 있는 부분의 길이 (L(mm)) 와, 상기 내관의 외경 (D2(mm)) 이 하기 식으로 나타내는 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 감압 탈포 장치.
    L ≤ 5 × D2
  22. 제 17 항에 있어서,
    상기 하강관의 하류단과 상기 내관의 상류단과의 거리 (d) 와, 상기 내관의 외경 (D2) 이 하기 식으로 나타내는 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 감압 탈포 장치.
    0.5 × D2 ≤ d ≤ 5 × D2
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 하강관과, 상기 내관이, 적어도 상기 내관의 상류단에 있어서, 하기 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 감압 탈포 장치.
    wldownstream ≥ wlupstream
    (식 중, wldownstream 은 수평 방향의 용융 유리류에 있어서의 하류측에서의 상기 하강관과 상기 내관과의 간극의 폭 (mm) 이며, wlupstream 은 수평 방향의 용융 유리류에 있어서의 상류측에서의 상기 하강관과 상기 내관과의 간극의 폭 (mm) 이다.)
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 wldownstream 및 상기 wlupstream 이 하기 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 감압 탈포 장치.
    wldownstream ≥ 2 × wlupstream
  25. 제 13 항에 있어서,
    적어도 일부가 용융 유리의 표층에 침지되도록 상기 감압 탈포조 내에 설치되고, 또한 상기 용융 유리의 표층의 흐름을 상기 감압 탈포조의 측벽 방향으로 유도하는 흐름 제어 부재가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 감압 탈포 장치.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 흐름 제어 부재는, 용융 유리의 표층이고 또한 용융 유리의 흐름에 직교하는 수평 방향에 있어서의 폭이 하기 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 감압 탈포 장치.
    W1 ＜ W2
    (식 중, W1 은 최상류측에 있어서의 상기 흐름 제어 부재의 폭 (mm) 이며, W2 는 최하류측에 있어서의 상기 흐름 제어 부재의 폭 (mm) 이다.)
  27. 제 25 항에 있어서,
    상기 용융 유리의 흐름 방향을 축으로 한 경우에, 상기 흐름 제어 부재의 평면 형상이 그 축에 대하여 선대칭인 것을 특징으로 하는 감압 탈포 장치.
  28. 제 25 항에 있어서,
    상기 흐름 제어 부재의 최하류측이, 상기 하강관의 관축보다 용융 유리의 흐름 방향의 상류측에 위치하는 것을 특징으로 하는 감압 탈포 장치.
  29. 제 25 항에 있어서,
    상기 흐름 제어 부재의 평면 형상 중, 상기 용융 유리의 표층의 흐름을 상기 감압 탈포조의 측벽 방향으로 유도하는 데에 기여하는 부분과, 상기 용융 유리의 흐름 방향이 이루는 각도의 최대값 (α) 이 하기 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 감압 탈포 장치.
    15˚ ≤ α ≤ 85˚
  30. 제 25 항에 있어서,
    상기 흐름 제어 부재가, 하기 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 감압 탈포 장치.
    20mm ≤ X
    50mm ≤ h
    (식 중, X 는 상기 흐름 제어 부재가 상기 용융 유리의 표층에 침지된 깊이이며, h 는 상기 감압 탈포조의 저면으로부터 상기 흐름 제어 부재의 저면까지의 높이이다.)
  31. 제 25 항에 있어서,
    상기 흐름 제어 부재의 최하류측과, 상기 감압 탈포조의 측벽과의, 용융 유리의 표층이고 또한 용융 유리의 흐름에 직교하는 방향에 있어서의 2 개의 간극 (Y1, Y2(mm)) 이 하기 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 감압 탈포 장치.
    Z ≤ Y1 ≤ Φ/4
    Z ≤ Y2 ≤ Φ/4
    (식 중, Φ 는 용융 유리의 표층이고 또한 용융 유리의 흐름에 직교하는 수평 방향에 있어서의 상기 감압 탈포조의 내경이며, Z 는 Φ/30 또는 X/2 (X 는 상기 흐름 제어 부재가 상기 용융 유리의 표층에 침지된 깊이) 중, 어느 작은 쪽의 값이다.)
  32. 제 13 항에 기재된 감압 탈포 장치를 사용하여 용융 유리를 감압 탈포하는 방법.
  33. 제 14 항에 있어서,
    상기 하강관 또는 상기 하강관에 접속되는 연장관으로서 사용되는 용융 유리의 도관 구조가, 적어도 상기 2 중관 구조의 상류단에 있어서, 하기 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 감압 탈포 장치.
    wdownstream ＞ wupstream
    (식 중, wdownstream 은 수평 방향의 용융 유리류에 있어서의 하류측에서의 상기 외관과 상기 내관과의 간극의 폭 (mm) 이며, wupstream 은 수평 방향의 용융 유리류에 있어서의 상류측에서의 상기 외관과 상기 내관과의 간극의 폭 (mm) 이다.)
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 wdownstream 및 상기 wupstream 이 하기 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 감압 탈포 장치.
    wdownstream ≥ 2 × wupstream
  35. 제 14 항에 있어서,
    적어도 일부가 용융 유리의 표층에 침지되도록 상기 감압 탈포조 내에 설치되고, 또한 상기 용융 유리의 표층의 흐름을 상기 감압 탈포조의 측벽 방향으로 유도하는 흐름 제어 부재가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 감압 탈포 장치.
  36. 제 35 항에 있어서,
    상기 흐름 제어 부재는, 용융 유리의 표층이고 또한 용융 유리의 흐름에 직교하는 수평 방향에 있어서의 폭이 하기 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 감압 탈포 장치.
    W1 ＜ W2
    (식 중, W1 은 최상류측에 있어서의 상기 흐름 제어 부재의 폭 (mm) 이며, W2 는 최하류측에 있어서의 상기 흐름 제어 부재의 폭 (mm) 이다.)
  37. 제 35 항에 있어서,
    상기 용융 유리의 흐름 방향을 축으로 한 경우에, 상기 흐름 제어 부재의 평면 형상이 그 축에 대하여 선대칭인 것을 특징으로 하는 감압 탈포 장치.
  38. 제 35 항에 있어서,
    상기 흐름 제어 부재의 최하류측이, 상기 하강관의 관축보다 용융 유리의 흐름 방향의 상류측에 위치하는 것을 특징으로 하는 감압 탈포 장치.
  39. 제 35 항에 있어서,
    상기 흐름 제어 부재의 평면 형상 중, 상기 용융 유리의 표층의 흐름을 상기 감압 탈포조의 측벽 방향으로 유도하는 데에 기여하는 부분과, 상기 용융 유리의 흐름 방향이 이루는 각도의 최대값 (α) 이 하기 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 감압 탈포 장치.
    15˚ ≤ α ≤ 85˚
  40. 제 35 항에 있어서,
    상기 흐름 제어 부재가, 하기 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 감압 탈포 장치.
    20mm ≤ X
    50mm ≤ h
    (식 중, X 는 상기 흐름 제어 부재가 상기 용융 유리의 표층에 침지된 깊이이며, h 는 상기 감압 탈포조의 저면으로부터 상기 흐름 제어 부재의 저면까지의 높이이다.)
  41. 제 35 항에 있어서,
    상기 흐름 제어 부재의 최하류측과, 상기 감압 탈포조의 측벽과의, 용융 유리의 표층이고 또한 용융 유리의 흐름에 직교하는 방향에 있어서의 2 개의 간극 (Y1, Y2(mm)) 이 하기 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 감압 탈포 장치.
    Z ≤ Y1 ≤ Φ/4
    Z ≤ Y2 ≤ Φ/4
    (식 중, Φ 는 용융 유리의 표층이고 또한 용융 유리의 흐름에 직교하는 수평 방향에 있어서의 상기 감압 탈포조의 내경이며, Z 는 Φ/30 또는 X/2 (X 는 상기 흐름 제어 부재가 상기 용융 유리의 표층에 침지된 깊이) 중, 어느 작은 쪽의 값이다.)
  42. 제 14 항에 기재된 감압 탈포 장치를 사용하여 용융 유리를 감압 탈포하는 방법.
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