KR101265397B1 - 용융 유리의 감압 탈포 장치 및 감압 탈포 방법 - Google Patents

용융 유리의 감압 탈포 장치 및 감압 탈포 방법 Download PDF

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아사히 가라스 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 감압 탈포 장치를 구성하는 감압 탈포조, 상승관 및 하강관과 같은 용융 유리의 도관 벽면과, 용융 유리의 계면에서의 기포의 발생이나, 감압 탈포조 내에 있어서의 용융 유리의 액면 상승에 의한 감압 탈포 효과의 저하에 의한 영향을 억제하고, 감압 탈포의 효과를 안정적으로 발휘할 수 있는 용융 유리의 감압 탈포 장치 및 감압 탈포 방법을 제공한다. 상기 감압 탈포 장치는, 상승관, 감압 탈포조, 하강관, 상기 상승관에 용융 유리를 공급하는 상류측 피트, 및, 상기 하강관으로부터의 용융 유리를 수용하는 하류측 피트를 갖는 감압 탈포 장치로서, 상기 하강관으로부터 상기 하류측 피트로 이동하는 용융 유리의 일부를 분리하는 분리 기구, 및, 상기 분리 기구에 의해 분리된 용융 유리를 상기 상류측 피트로 되돌리는 반환 배관을 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

용융 유리의 감압 탈포 장치 및 감압 탈포 방법{VACUUM DEFOAMING EQUIPMENT AND VACUUM DEFOAMING METHOD OF MOLTEN GLASS}
본 발명은, 용융 유리의 감압 탈포 장치, 및 용융 유리의 감압 탈포 방법에 관한 것이다.
종래부터 성형된 유리 제품의 품질을 향상시키기 위해서, 용해로에서 원료를 용해한 용융 유리를 성형 장치로 성형하기 전에 용융 유리 내에 발생한 기포를 제거하는 청징 공정이 이용되고 있다.
이 청징 공정에서는, 청징제로서 황산 나트륨 (Na2SO4) 등을 원료 내에 미리 첨가하여, 원료를 용융하여 얻어진 용융 유리를 소정 온도로 일정 시간 저류, 유지함으로써, 청징제에 의해 용융 유리 내의 기포를 성장시켜 부상시켜 제거하는 방법이 알려져 있다.
또, 감압 분위기 내에 용융 유리를 도입하고, 이 감압 분위기 하에서, 연속적으로 흐르는 용융 유리 흐름 내의 기포를 크게 성장시켜 용융 유리 내를 부상시켜 파포시켜 제거하고, 그 후 감압 분위기로부터 배출하는 감압 탈포 방법이 알려져 있다.
감압 탈포 방법으로는, 용융 유리 흐름을 형성하여 그 용융 유리 흐름을 감압 분위기 내, 구체적으로는, 내부가 소정의 감압도로 유지된 감압 탈포조 내에서 이동시킨다. 감압 탈포조 내를 이동할 때, 용융 유리 내에 포함되는 기포를 비교적 단시간에 크게 성장시키고, 성장된 기포의 부력을 이용하여 용융 유리 중을 부상시키고, 용융 유리의 표면에서 기포를 파포시킴으로써, 효율적으로 용융 유리 표면으로부터 기포를 제거할 수 있다.
감압 탈포 장치에 있어서, 용융 유리의 유로를 이루는 감압 탈포조, 상승관 및 하강관과 같은 용융 유리의 도관의 구성 재료는, 내열성 및 용융 유리에 대한 내식성이 우수한 것이 요구된다. 이것을 만족하는 재료로서, 백금 또는 백금 로듐 합금과 같은 백금 합금이나, 전주 (電鑄) 벽돌과 같은 내화 (耐火) 벽돌이 사용되고 있다.
이들 재료는, 내열성 및 용융 유리에 대한 내식성이라고 하는 점에서는 우수한 재료이지만, 용융 유리의 도관이 내화 벽돌제, 백금제 또는 백금 합금제 중 어느 경우에 있어서도, 도관 벽면과, 용융 유리의 계면에서 기포가 발생하는 경우가 있다. 이와 같은 도관 벽면과, 용융 유리의 계면에서의 기포의 발생이, 감압 탈포 장치의 감압 탈포조 (특히 감압 탈포조의 하류측) 나 하강관에서 일어난 경우, 기포를 용융 유리로부터 제거하는 것이 곤란해지기 때문에, 제조되는 유리에 결점을 발생시킨다.
상기 서술한 바와 같이, 용융 유리 중의 기포를 효과적 또한 확실하게 제거하려면, 용융 유리 중에서 기포를 크게 성장시키고, 또한 용융 유리 표면까지 부상시켜 파포하는 프로세스가 필요하다. 이와 같은 프로세스를 확실하게 또한 효과적으로 실시하기 위해서는, 감압 탈포조 내의 감압도를 적절한 범위로 유지할 필요가 있다.
특허문헌 1 에 기재된 용융 유리 감압 탈포 방법으로는, 감압 탈포조 내의 감압도를 항상 적절한 범위로 유지하기 위해서, 감압 탈포조 내의 감압도를 대기압의 변화에 따라 보정하는 것을 제안하고 있다. 단, 감압 탈포조 내의 감압도를 보정한 경우, 감압 탈포조 내에 있어서의 용융 유리의 액면이 변화되어 감압 탈포의 효과에 영향을 미치므로, 특허문헌 1 에 기재된 용융 유리의 감압 탈포 방법으로는, 감압 탈포조 내의 감압도를 보정한 경우, 감압 탈포조의 위치를 상하로 이동시킴으로써, 감압 탈포조 내에 있어서의 용융 유리의 액면을 일정하게 유지하는 것을 제안하고 있다.
특허문헌 1 에 기재된 방법은, 감압 탈포조 내에 있어서의 용융 유리의 액면을 일정하게 유지하면서, 감압 탈포조 내의 감압도를 항상 적절한 범위로 유지함으로써, 감압 탈포의 효과를 항상 최적인 상태로 유지할 수 있다.
그러나, 모든 감압 탈포 장치에 있어서, 감압 탈포조를 상하시킬 수 있는 것은 아니다. 예를 들어, 용융 유리의 탈포 처리량을 증가시키기 위해서 대형의 감압 탈포조로 한 경우, 감압 탈포조 내의 감압도를 보정한 것에 따라, 감압 탈포조를 상하시키는 것은 매우 곤란하고, 현실적이지 않다.
또, 특허문헌 2 에 기재된 감압 탈포 장치와 같이, 상승관 및 하강관이 각각 상류측 피트 및 하류측 피트에 고정된 구조의 감압 탈포 장치의 경우, 감압 탈포조를 상하시킬 수 없다.
이들 감압 탈포조를 상하시킬 수 없는 감압 탈포 장치의 경우, 대기압의 변화에 따라, 감압 탈포조 내의 감압도를 보정하면, 감압 탈포조 내에 있어서의 용융 유리의 액면이 변화되어 감압 탈포의 효과에 영향이 발생한다. 특히, 감압 탈포조 내에 있어서의 용융 유리의 액면이 상승한 경우, 감압 탈포조의 바닥면에서 용융 유리의 액면까지의 거리가 증가되므로, 감압 탈포조의 바닥면 부근에 존재하는 기포가 부상할 수 없게 되어, 감압 탈포의 효과가 저하된다. 감압 탈포조를 상하시킬 수 없는 경우, 그 바닥면의 압력은 감압 탈포조에서의 용융 유리 액면으로부터의 깊이에 의해 정해지므로 조정하기 어렵다.
일본 공개특허공보 2006-306662호 일본 공개특허공보 2000-7344호
발명의 개시
발명이 해결하고자 하는 과제
본 발명은, 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해서, 감압 탈포 장치를 구성하는 감압 탈포조, 상승관 및 하강관과 같은 용융 유리의 도관 벽면과, 용융 유리의 계면에서의 기포의 발생이나, 감압 탈포조 내에 있어서의 용융 유리의 액면 상승에 의한 감압 탈포 효과의 저하에 의한 영향을 억제하고, 감압 탈포의 효과를 안정적으로 발휘할 수 있는 용융 유리의 감압 탈포 장치, 및, 용융 유리의 감압 탈포 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
과제를 해결하기 위한 수단
상기의 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 상승관, 감압 탈포조, 하강관, 상기 상승관에 용융 유리를 공급하는 상류측 피트, 및, 상기 하강관으로부터의 용융 유리를 수용하는 하류측 피트를 갖는 용융 유리의 감압 탈포 장치로서, 상기 하강관으로부터 상기 하류측 피트로 이동하는 용융 유리의 일부를 분리하는 분리 기구, 및, 상기 분리 기구에 의해 분리된 용융 유리를 상기 상류측 피트로 되돌리는 반환 배관을 갖는 것을 특징으로 하는 용융 유리의 감압 탈포 장치 (이하, 「본 발명의 감압 탈포 장치」라고 한다) 를 제공한다.
본 발명의 감압 탈포 장치의 제 1 양태에서는, 상기 하류측 피트의 측부에는, 상기 반환 배관의 일방의 단부 (端部) 를 이루는 개구부가 형성되어 있고,
상기 하강관의 하류단 (下流端) 에는, 그 일부가 상기 분리 기구로서 기능하는 백금제 또는 백금 합금제 중공관으로 이루어지는 용융 유리의 도관 구조가 접속되어 있고,
상기 도관 구조는, 적어도 하류단측이 내관 및 외관으로 이루어지는 이중관 구조를 이루고 있고,
상기 내관은, 상류단 (上流端) 및 하류단이 개방단이고,
상기 외관은, 상류단이 개방단이고 하류단이 폐지단이며, 상기 폐지단의 일부를 내관이 관통하고 있고,
상기 외관의 상기 하류단측에는, 상기 하류측 피트의 측부에 형성된 상기 개구부와 면하는 위치에 개구부가 형성되어 있다.
본 발명의 감압 탈포 장치의 제 2 양태에서는, 상기 하류측 피트의 측부에는, 상기 반환 배관의 일방의 단부를 이루는 개구부가 형성되어 있고,
상기 하강관이, 그 일부가 분리 기구로서 기능하는 백금제 또는 백금 합금제 중공관으로 이루어지는 용융 유리의 도관 구조이고,
상기 도관 구조는, 적어도 하류단측이 내관 및 외관으로 이루어지는 이중관 구조를 이루고 있고,
상기 내관은, 상류단 및 하류단이 개방단이고,
상기 외관은, 상류단이 개방단이고 하류단이 폐지단이며, 상기 폐지단의 일부를 내관이 관통하고 있고,
상기 외관의 상기 하류단측에는, 상기 하류측 피트의 측부에 형성된 상기 개구부와 면하는 위치에 개구부가 형성되어 있다.
본 발명의 감압 탈포 장치의 제 1 및 제 2 양태에 있어서, 상기 도관 구조의 상기 하류단측에 있어서, 상기 내관이 상기 외관의 폐지단으로부터 돌출되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 감압 탈포 장치의 제 1 및 제 2 양태에 있어서, 상기 내관 상류단에서 상기 외관의 상기 하류단측에 형성된 상기 개구부의 상류측단까지의 거리 (Lin) (mm) 와, 상기 내관의 내경 (Din) (mm) 이 하기 식으로 나타내는 관계를 만족하는 것이 바람직하다.
Lin
Figure 112010032803001-pct00001
Din/2
본 발명의 감압 탈포 장치의 제 1 및 제 2 양태에 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
Figure 112010032803001-pct00002
0.02 × Din
본 발명의 감압 탈포 장치의 제 1 및 제 2 양태에 있어서, 상기 내관 상류단에서 상기 외관의 상기 하류단측에 형성된 상기 개구부의 상류측단까지의 거리 (Lin) (mm) 와 상기 외관의 내경과, 상기 내관의 외경의 차 (Dout - in) (mm) 가 하기 식으로 나타내는 관계를 만족하는 것이 바람직하다.
Lin
Figure 112010032803001-pct00003
(Dout - in/2) × 3
본 발명의 감압 탈포 장치의 제 1 및 제 2 양태에 있어서, 상기 외관 유로의 단면적에서 상기 내관 유로의 단면적을 뺀 단면적 차 (Sout - in) (㎟) 와, 상기 내관 유로의 단면적 (Sin) (㎟) 이 하기 식으로 나타내는 관계를 만족하는 것이 바람직하다.
Sout - in
Figure 112010032803001-pct00004
Sin
본 발명의 감압 탈포 장치의 제 1 및 제 2 양태에 있어서, 상기 외관의 상기 하류단측에 형성된 상기 개구부의 면적 (S) (㎟) 과 상기 외관의 내경 (Dout) (mm) 이 하기 식으로 나타내는 관계를 만족하는 것이 바람직하다.
S
Figure 112010032803001-pct00005
9 × Dout
본 발명의 감압 탈포 장치의 제 1 및 제 2 양태에 있어서, 상기 외관의 상기 하류단측에 형성된 개구부의 상류측단이 상기 하류측 피트의 측부 벽면에 형성된 개구부의 상류측단보다 0 ∼ 500 mm 하측에 위치하고 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 감압 탈포 장치의 제 3 양태에서는, 상기 하강관과, 상기 하류측 피트가 연통하여 접속되어 있고,
상기 하류측 피트가, 외관을 이루는 피트 본체와, 상기 피트 본체 내에 위치하여 하류 방향으로 연장되는 내관의 이중관 구조이고, 상기 피트 본체에는 상기 반환 배관의 일방의 단부를 이루는 개구부가 형성되어 있고, 상기 이중관 구조가 상기 분리 기구로서 기능한다.
본 발명의 감압 탈포 장치의 제 3 양태에 있어서, 상기 하강관의 내경 (D1) (mm) 과, 상기 내관의 외경 (D2) (mm) 이 하기 식으로 나타내는 관계를 만족하는 것이 바람직하다.
D1 > D2
본 발명의 감압 탈포 장치의 제 3 양태에 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
Figure 112010032803001-pct00006
0.04 × D3
본 발명의 감압 탈포 장치의 제 3 양태에 있어서, 상기 하강관 유로의 단면적에서 상기 내관 유로의 단면적을 뺀 단면적 차 (ΔS) (㎟) 와, 상기 내관 유로의 단면적 (S1) (㎟) 이 하기 식으로 나타내는 관계를 만족하는 것이 바람직하다.
ΔS
Figure 112010032803001-pct00007
S1
본 발명의 감압 탈포 장치의 제 3 양태에 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
Figure 112010032803001-pct00008
5 × D2
본 발명의 감압 탈포 장치의 제 3 양태에 있어서, 상기 하강관의 하류단과, 상기 내관의 상류단의 거리 (d) (mm) 와, 상기 내관의 외경 (D2) (mm) 이 하기 식으로 나타내는 관계를 만족하는 것이 바람직하다.
0.5 × D2
Figure 112010032803001-pct00009
d
Figure 112010032803001-pct00010
5 × D2
본 발명의 감압 탈포 장치의 제 4 양태에서는, 상기 하류측 피트측의 상기 반환 배관의 개구부가 하기 (1), (2) 를 만족하고 있고, 그 개구부가 상기 분리 기구로서 기능한다.
(1) 상기 개구부가, 상기 하강관을 가상적으로 하류측으로 연장한 가상 영역의 일부를 횡단한다.
(2) 상기 개구부가, 상기 하강관의 중심축을 가상적으로 하류측으로 연장한 가상선을 횡단하지 않는다.
본 발명의 감압 탈포 장치의 제 4 양태에 있어서, 상기 반환 배관과 상기 가상선의 최단 거리 (dmin) (mm) 와 상기 하강관의 반경 (Ddown) (mm) 이 하기 식을 만족하는 것이 바람직하다.
0 < dmin < Ddown
본 발명의 감압 탈포 장치의 제 4 양태에 있어서, 상기 개구부와 상기 가상선이 이루는 각도 (
Figure 112010032803001-pct00011
) (도) 가 하기 식을 만족하는 것이 바람직하다.
10
Figure 112010032803001-pct00012
Figure 112010032803001-pct00013
Figure 112010032803001-pct00014
80
본 발명의 감압 탈포 장치의 제 4 양태는, 상기 개구부 부근에 있어서, 하류측 피트 바닥면과 상기 반환 배관의 바닥면의 높이가 상이한 것이 바람직하다.
본 발명의 감압 탈포 장치의 제 4 양태에 있어서, 서로 높이가 상이한 상기 하류측 피트 바닥면과 상기 반환 배관의 바닥면이 각도 5 ∼ 60 도를 갖는 경사 구조로 접속되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 감압 탈포 장치의 제 4 양태에 있어서, 상기 개구부의 면적과 상기 반환 배관의 단면적이 거의 동등한 것이 바람직하다.
본 발명의 감압 탈포 장치는, 상기 반환 배관 내에 있어서의 용융 유리 흐름을 제어하기 위한 펌프 수단을 추가로 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 감압 탈포 장치는, 상기 반환 배관을 통과하는 용융 유리를 가열하는 수단을 추가로 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 감압 탈포 장치는, 상기 반환 배관을 통과하는 용융 유리를 교반하는 수단을 추가로 갖는 것이 바람직하다.
또, 본 발명은, 내부가 감압 상태로 유지된 감압 탈포조 중에 용융 유리를 통과시킴으로써 그 용융 유리를 감압 탈포하는 방법으로서, 상기 감압 탈포조로부터 유출되는 용융 유리의 일부를 분리하고, 그 분리된 용융 유리를 다시 상기 감압 탈포조 중으로 되돌리는 것을 특징으로 하는 용융 유리의 감압 탈포 방법 (이하, 「본 발명의 감압 탈포 방법」이라고 한다) 을 제공한다.
본 발명의 감압 탈포 방법은, 상기 분리된 용융 유리의 양이, 상기 감압 탈포조 중을 통과하는 용융 유리의 양의 0.1 % 이상, 10 % 이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 감압 탈포 방법은, 상기 분리된 용융 유리의 양이, 상기 감압 탈포조 중을 통과하는 용융 유리의 양의 1 % 이상, 5 % 이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 감압 탈포 방법은, 상기 감압 탈포조 중에 용융 유리를 통과시키면서, 상기 감압 탈포조 중을 통과하는 용융 유리의 양에 대한 상기 분리된 용융 유리의 양의 비율을 변경해도 된다.
본 발명의 감압 탈포 방법은, 상기 분리된 용융 유리가, 상기 감압 탈포조 중으로 되돌려지기 전에 가열되는 것이 바람직하다.
본 발명의 감압 탈포 방법은, 상기 분리된 용융 유리가, 상기 감압 탈포조 중으로 되돌려지기 전에 교반되는 것이 바람직하다.
본 발명의 감압 탈포 방법에 의하면, 감압 탈포조로부터 유출되는 용융 유리의 일부, 구체적으로는, 용융 유리의 도관 벽면과, 용융 유리의 계면에서의 기포의 발생이나, 감압 탈포조에서의 용융 유리의 액면 상승에 의한 감압 탈포 효과의 저하에 의해, 기포를 많이 포함하는 경계층류를 용융 유리의 메인 플로우로부터 분리하여 감압 탈포조로 되돌려 다시 감압 탈포함으로써, 용융 유리의 도관 벽면과, 용융 유리의 계면에서의 기포의 발생이나, 감압 탈포조 내에 있어서의 용융 유리의 액면 상승에 의한 감압 탈포의 효과의 저하에 의한 영향을 억제하여, 감압 탈포의 효과를 안정화할 수 있다. 이로써, 결점이 적은 고품질의 유리 제품을 제조할 수 있다.
게다가, 감압 탈포조에 있어서, 메인 플로우로부터 분리되어 감압 탈포조로 되돌려진 용융 유리가 하층, 용해조로부터 새롭게 공급되는 용융 유리가 상층의 2 층류를 형성하는 것으로 생각할 수 있다. 이와 같은 2 층류가 형성됨으로써, 용해조로부터 새롭게 공급되는 용융 유리에 있어서는, 감압 탈포조 내에 있어서의 외관상의 깊이가 감소한다. 이로써, 감압 탈포의 효과가 향상되는 것이 기대된다.
또, 본 발명의 감압 탈포 방법에 의하면, 종래에는 상기의 기포를 포함하는 용융 유리는 감압 탈포 후에 폐기하였지만, 상기와 같이 다시 감압 탈포를 하기 때문에 폐기하는 용융 유리가 감소하여 수율이 향상된다.
본 발명의 감압 탈포 장치는, 하강관으로부터 하류측 피트로 이동하는 용융 유리의 일부를 분리하는 분리 기구, 및, 분리 기구에 의해 분리된 용융 유리를 상기 상승측 피트로 되돌리는 반환 배관을 갖고 있고, 그 분리 기구에서는 감압 탈포조로부터 유출되는 용융 유리 중, 기포가 많이 포함되는 경계층류를 효과적으로 분리할 수 있기 때문에 본 발명의 감압 탈포 방법을 실시하는 데 바람직하다.
도 1 은 본 발명의 감압 탈포 장치의 제 1 양태의 단면도이다.
도 2 는 도 1 에 나타내는 감압 탈포 장치 (1) 의 연장관 (8) 의 하단 (下端) (하류단) 측 및 그 주변을 나타낸 부분 확대도이다.
도 3 은, 도 2 와 동일한 도면으로서, 연장관 (8) 의 특정 부분의 치수를 나타내고 있다.
도 4 는, 연장관의 다른 형태를 나타낸 단면도로서, 외관의 폐지단의 형상이 도 2 에 나타내는 연장관 (8) 과는 상이하다.
도 5 는, 연장관의 다른 형태를 나타낸 단면도로서, 내관의 형상이 도 2 ∼ 도 4 에 나타내는 연장관 (8, 8') 과는 상이하다.
도 6 은, 연장관의 다른 형태를 나타낸 단면도이다.
도 7 은, 본 발명의 감압 탈포 장치의 제 3 양태를 나타낸 단면도이다.
도 8 은, 도 7 에 나타내는 감압 탈포 장치 (1') 의 하류측 피트 (15) 및 그 주변을 나타낸 부분 확대도이다.
도 9 는, 도 8 과 동일한 도면으로서, 도면 중 특정 부분의 치수를 나타내는 부호가 기재되어 있다.
도 10 은, 본 발명의 감압 탈포 장치의 제 3 양태의 다른 실시형태의 하류측 피트 및 그 주변을 나타낸 부분 확대도로서, 연장관과, 내관의 관계가 도 9 에 나타내는 형태와는 상이하다.
도 11 은, 도 10 과 동일한 도면이다. 단, 내관 상단 (上端) (상류단) 의 형상이 도 10 과는 상이하다.
도 12 는, 본 발명의 감압 탈포 장치의 제 4 양태를 나타낸 단면도이다.
도 13 은, 도 12 에 나타내는 감압 탈포 장치 (1'') 의 하류측 피트 및 그 주변을 나타낸 부분 확대도이다.
도 14 는, 본 발명의 감압 탈포 장치의 제 4 양태의 다른 실시형태의 하류측 피트 및 그 주변을 나타낸 부분 확대도이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다. 도 1 은, 본 발명의 감압 탈포 장치의 제 1 양태의 단면도이다. 도 1 에 나타내는 감압 탈포 장치 (1) 는, 용해조 (100) 중의 용융 유리 (G) 를 감압 탈포하여, 다음의 처리조 (도시하지 않음) 에 연속적으로 공급하는 프로세스에 사용되는 것이다.
감압 탈포 장치 (1) 는, 금속제, 예를 들어 스테인리스강제로서, 사용시 그 내부가 감압 상태로 유지되는 감압 하우징 (2) 을 갖는다. 감압 하우징 (2) 내에는, 감압 탈포조 (3) 가 그 장축이 수평 방향으로 배향하도록 수납 배치되어 있다. 감압 탈포조 (3) 의 일단 (一端) 의 하면에는 수직 방향으로 배향하는 상승관 (4) 이, 타단의 하면에는 하강관 (5) 이 장착되어 있다.
감압 하우징 (2) 내에 있어서, 감압 탈포조 (3), 상승관 (4) 및 하강관 (5) 의 주위에는 단열재 (6) 가 배치 형성되어 있다.
감압 탈포 장치 (1) 에 있어서, 감압 탈포조 (3), 상승관 (4) 및 하강관 (5) 은, 전주 벽돌과 같은 내화 벽돌제, 또는 백금제 혹은 백금 합금제 중공관이다.
감압 탈포조 (3) 가 내화 벽돌제 중공관인 경우, 감압 탈포조 (3) 는, 외형이 직사각형 단면 (斷面) 을 갖는 내화 벽돌제 중공관이고, 용융 유리의 유로를 이루는 내부 형상은 직사각형 단면을 갖는 것이 바람직하다.
상승관 (4) 및 하강관 (5) 이 내화 벽돌제 중공관인 경우, 상승관 (4) 및 하강관 (5) 은, 외형이 원형 단면이나 직사각형을 포함하는 다각형 단면을 갖는 내화 벽돌제 중공관이고, 용융 유리의 유로를 이루는 내부 형상이 원형 단면을 갖는 것이 바람직하다.
한편, 감압 탈포조 (3) 가 백금제 또는 백금 합금제 중공관인 경우, 감압 탈포조 (3) 에 있어서의 용융 유리의 유로를 이루는 내부 단면 형상이, 원형 또는 타원형을 갖는 것이 바람직하다.
상승관 (4) 및 하강관 (5) 이 백금제 또는 백금 합금제 중공관인 경우, 상승관 (4) 및 하강관 (5) 에 있어서의 용융 유리의 유로를 이루는 내부 단면 형상이, 원형 또는 타원형을 갖는 것이 바람직하다.
감압 탈포 장치의 각 구성 요소의 치수는, 사용하는 감압 탈포 장치에 따라 적절히 선택할 수 있는데, 도 1 에 나타내는 감압 탈포조 (3) 의 경우, 그 치수의 구체예는 이하와 같다.
수평 방향에 있어서의 길이 : 1 ∼ 30 m, 바람직하게는 1 ∼ 25 m, 보다 바람직하게는 1 ∼ 20 m, 내부 단면 형상에 있어서의 폭 : 0.2 ∼ 10 m, 바람직하게는 0.2 ∼ 7 m, 보다 바람직하게는 0.2 ∼ 5 m
또, 상승관 (4) 및 하강관 (5) 의 치수의 구체예는 이하와 같다.
길이 : 0.2 ∼ 6 m, 바람직하게는 0.4 ∼ 4 m
내부 단면 형상에 있어서의 폭 : 0.05 ∼ 0.8 m, 바람직하게는 0.1 ∼ 0.6 m
상승관 (4) 및 하강관 (5) 의 하단 (하류단) 에는, 각각 연장관 (7, 8) 이 장착되어 있다. 연장관 (7, 8) 은, 백금제 또는 백금 합금제 중공 원통관이다.
상승관 (4) 은, 감압 탈포조 (3) 와 연통되어 있고, 용해조 (100) 로부터의 용융 유리 (G) 를 감압 탈포조 (3) 에 도입한다. 이 때문에, 상승관 (4) 에 장착된 연장관 (7) 의 하단 (하류단) 은, 상류측 피트 (9) 의 개구단에 끼워넣어져 그 상류측 피트 (9) 내의 용융 유리 (G) 에 침지되어 있다.
하강관 (5) 은, 감압 탈포조 (3) 에 연통되어 있고, 감압 탈포 후의 용융 유리 (G) 를 다음의 처리조 (도시하지 않음) 로 도출한다. 이 때문에, 하강관 (5) 에 장착된 연장관 (8) 의 하단 (하류단) 은, 하류측 피트 (10) 의 개구단에 끼워넣어져 그 하류측 피트 (10) 내의 용융 유리 (G) 에 침지되어 있다.
상류측 피트 (9) 및 하류측 피트 (10) 는, 내화 벽돌제, 또는 백금제 혹은 백금 합금제이다. 상류측 피트 (9) 및 하류측 피트 (10) 가 내화 벽돌제인 경우, 그 단면 형상은, 사각형 등의 다각형, 원형 또는 타원 형상인 것이, 제작의 용이함이나 내화 벽돌의 침식 방지 등의 이유에 의해 바람직하다. 한편, 상류측 피트 (9) 및 하류측 피트 (10) 가 백금제 또는 백금 합금제인 경우, 그 단면 형상은, 원형 또는 타원 형상인 것이, 제작의 용이함이나 변형의 곤란성 등의 이유에 의해 바람직하다.
상세하게는 후술하는데, 용융 유리의 도관 구조인 연장관 (8) 은, 하단 (하류단) 측이 이중관 구조를 이루고 있고, 하강관 (5) 으로부터 하류측 피트 (10) 로 이동하는 용융 유리 (G) 의 일부, 보다 구체적으로는, 하강관 (5) 으로부터 하류측 피트 (10) 로 이동하는 용융 유리 (G) 중, 용융 유리의 도관 벽면과, 용융 유리의 계면에서의 기포의 발생이나, 감압 탈포조에서의 용융 유리의 액면 상승에 의한 감압 탈포 효과의 저하에 의해, 기포를 많이 포함하는 부분을 용융 유리의 메인 플로우로부터 분리하는 분리 기구로서 기능한다. 분리 기구에 의해 분리된 용융 유리를 상류측 피트 (9) 로 되돌리기 위한 반환 배관 (11) 이, 하류측 피트 (10) 와 상류측 피트 (9) 사이를 접속하고 있다.
반환 배관 (11) 에는, 반환 배관 (11) 내에 있어서의 용융 유리 흐름을 제어하기 위한 펌프 수단 (12), 및, 반환 배관 (11) 을 통과하는 용융 유리를 교반하는 교반 수단 (13) 이 형성되어 있다. 단, 펌프 수단 (12) 및 교반 수단 (13) 은, 본 발명의 감압 탈포 장치의 제 1 양태에 있어서 필수의 구성 요건이 아니고, 이들 수단없이도 의도한 기능을 발휘할 수 있는 경우, 감압 탈포 장치 (1) 는 이들 수단을 갖지 않아도 된다.
도 2 는, 도 1 에 나타내는 감압 탈포 장치 (1) 의 연장관 (8) 의 하단 (하류단) 측 및 그 주변을 나타낸 부분 확대도이다.
도 2 에 나타내는 연장관 (8) 은, 하단 (하류단) 측이 내관 (81) 및 외관 (82) 으로 이루어지는 이중관 구조로 되어있다. 내관 (81) 및 외관 (82) 은, 모두 백금제 또는 백금 합금제 중공 원통관이다. 여기에서, 백금 합금의 구체예로서는, 백금-금 합금, 백금-로듐 합금을 들 수 있다. 백금 또는 백금 합금 등의 경우, 백금 또는 백금 합금에 금속 산화물을 분산시켜 이루어지는 강화 백금이어도 된다. 분산되는 금속 산화물로서는, 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 연장관 (8) 에 있어서, 내관 (81) 은, 상단 (상류단) 및 하단 (하류단) 이 개방단으로 되어 있다.
외관 (82) 은, 상단 (상류단) 이 개방단, 하단 (하류단) 이 폐지단으로 되어 있다. 내관 (81) 은, 폐지단인 외관 (82) 의 하단 (하류단) 의 일부를 관통하고 있고, 내관 (81) 의 하단 (하류단) 은, 외관 (82) 의 하단 (하류단) (폐지단) 으로부터 돌출되어 있다. 또한, 도 2 에 나타내는 연장관 (8) 에서는, 내관 (81) 의 하단 (하류단) 이, 외관 (82) 의 하단 (하류단) (폐지단) 으로부터 돌출되어 있지만, 내관의 하단 (하류단) 이 외관의 하단 (하류단) (폐지단) 으로부터 돌출되어 있지 않아도 된다. 이 경우, 내관의 하단 (하류단) 과 외관의 하단 (하류단) 의 높이가 일치하고 있다. 내관 (81) 이 폐지단인 외관 (82) 의 하단 (하류단) 의 일부를 관통하고 있다란, 폐지단인 외관 (82) 의 하단 (하류단) 의 일부에, 개방단인 내관 (81) 의 하단 (하류단) 이 끼워 맞추기 위한 개구부가 형성되어 있는 것을 가리킨다.
외관 (82) 의 하단 (하류단) (폐지단) 측에는 개구부 (83) 가 형성되어 있다. 보다 구체적으로는, 외관 (82) 의 하단 (하류단) (폐지단) 측의 측벽에, 외관 (82) 의 길이 방향의 1 변보다 외관 (82) 의 둘레 방향의 1 변 쪽이 긴 가로로 긴 직사각형 형상을 한 개구부 (83) 가 형성되어 있다. 도 2 에 있어서, 개구부 (83) 는 하류측 피트 (10) 의 측부 (측벽) 에 형성된 반환 배관 (11) 의 개구부와 거의 동일한 높이 위치에 위치하고 있다. 또한, 개구부 (83) 는 하류측 피트 (10) 의 측부 (측벽) 에 형성된 반환 배관 (11) 의 개구부와 거의 동일한 높이 위치나, 또는 개구부 (83) 의 상단 (상류측단) 이 반환 배관 (11) 의 개구부의 상단 (상류측단) 보다 하측에 위치하는 것이 바람직하다.
연장관 (8) 의 하단 (하류단) 측이 이중관 구조를 이룸으로써, 하강관 (5) 으로부터 하류측 피트 (10) 로 이동하는 용융 유리 (G) 중, 용융 유리의 도관 벽면과, 용융 유리의 계면에서의 기포의 발생이나, 감압 탈포조에서의 용융 유리의 액면 상승에 의한 감압 탈포 효과의 저하에 의해, 기포를 많이 포함하는 부분을, 용융 유리의 메인 플로우로부터 분리하는 분리 기구로서 기능한다. 그 연장관 (8) 이 분리 기구로서 기능하는 이유에 대해 이하에 서술한다.
상기 서술한 바와 같이, 감압 탈포를 실시하고 있음에도 불구하고, 용융 유리 중의 기포가 증가되는 원인의 하나는, 용융 유리의 도관 벽면과, 용융 유리의 계면에서의 기포의 발생이다. 용융 유리의 도관 벽면과, 용융 유리의 계면에서 발생한 기포는, 용융 유리 중에 균일하게 확산되지 않고, 도관의 벽면을 따라 일정한 두께의 경계층류, 예를 들어, 층 두께 10 ∼ 50 mm 정도의 경계층류로서 흐른다.
또, 용융 유리 중의 기포가 증가되는 다른 하나의 원인은, 감압 탈포조 내에 있어서의 용융 유리의 액면이 상승한 경우에, 감압 탈포 효과가 저하되어 감압 탈포조 (3) 의 바닥면 부근에 존재하는 기포가 부상할 수 없게 되는 것이다. 이와 같은 기포는, 감압 탈포조 (3) 내에서는 바닥면 부근에 존재하는데, 감압 탈포조 (3) 로부터 유출되어 하강관 (5) (추가로, 연장관 (8)) 에 도달한 후에도, 하강관 (5) (또한 연장관 (8)) 의 벽면, 보다 구체적으로는, 감압 탈포조 내에서 수평 방향에 있어서의 용융 유리 흐름의 흐름 방향에 있어서의 상류측 (이하, 「수평 방향 상류측」이라고 한다) 의 벽면을 따라 일정한 두께의 경계층류, 예를 들어, 층 두께 3 ∼ 5 mm 정도의 경계층류로서 흐른다.
이하, 본 명세서에 있어서, 경계층류와 같은 경우, 용융 유리의 도관 벽면과, 용융 유리의 계면에서의 기포의 발생에 의한 경계층류와, 감압 탈포조 내에 있어서의 용융 유리의 액면 상승에 의한 감압 탈포 효과의 저하에 의한 경계층류의 양방을 포함한다.
이와 같은 경계층류를 포함한 용융 유리 흐름이 도 2 에 나타내는 연장관 (8) 의 이중관 구조에 도달하면, 기포를 많이 포함하는 경계층류는, 내관 (81) 의 외벽과 외관 (82) 의 내벽 사이의 공극 부분 (이하, 「이중관 구조의 공극 부분」이라고도 한다) 으로 이동한다. 한편, 경계층류를 제외한 용융 유리 흐름의 메인 플로우 (이하, 「메인 플로우」라고 한다) 는 내관 (81) 내측의 공극 (이하, 「 내관 (81) 내부」라고 한다) 으로 이동한다. 이로써, 경계층류와 메인 플로우가 물리적으로 분리된다. 또한, 메인 플로우란, 감압 탈포에 의해 기포가 충분히 제거된 용융 유리 흐름으로서, 최종적으로는 제품이 될 수 있는 것을 의미한다.
내관 (81) 내부를 이동하는 메인 플로우는, 도면 중 화살표 A 방향으로 이동한다. 즉, 내관 (81) 의 하단 (하류단) (개방단) 을 통과하여, 하류측 피트 (10) 내를 하류 방향으로 이동한다. 한편, 이중관 구조의 공극 부분을 이동하는 경계층류는, 도면 중 화살표 B 방향으로 이동한다. 즉, 외관 (82) 의 측벽에 형성된 개구부 (83) 로부터 하류측 피트 (10) 로 유출되어, 그 하류측 피트 (10) 의 측부 (측벽) 에 형성된 개구부로부터 반환 배관 (11) 으로 이동한다.
이 결과, 감압 탈포에 의해 기포가 충분히 제거된 메인 플로우만이 성형 장치로 공급된다.
한편, 기포를 많이 포함한 경계층류는, 반환 배관 (11) 내를 이동하여 상류측 피트 (9) 로 보내진다. 상류측 피트 (9) 에 도달한 경계층류는, 용해조 (100) 로부터 새롭게 공급되어 오는 용융 유리와 함께 상승관 (4) (보다 구체적으로는, 연장관 (7) 및 상승관 (4)) 을 상승하여 감압 탈포조 (3) 로 보내진다.
이와 같이 하여, 본 발명의 감압 탈포 장치에서는, 기포를 많이 포함한 경계층류가 감압 탈포조 (3) 로 보내지고 다시 감압 탈포됨으로써, 용융 유리의 도관 벽면과, 용융 유리의 계면에서의 기포의 발생이나 감압 탈포조 내에 있어서의 용융 유리의 액면 상승에 의한 감압 탈포 효과의 저하에 의한 영향이 억제된다.
게다가, 상류측 피트 (9) 로 보내진 경계층류는, 용해조 (100) 로부터 공급되는 용융 유리와 함께 그대로 상승관 (4) 의 반환 배관측을 상승하므로, 감압 탈포조 (3) 에서는, 메인 플로우로부터 분리되어 감압 탈포조 (3) 로 되돌려진 용융 유리가 하층, 용해조 (100) 로부터 새롭게 공급되는 용융 유리가 상층의 2 층류를 형성하는 것으로 생각할 수 있다. 이와 같은 2 층류가 형성됨으로써, 용해조 (100) 로부터 새롭게 공급되는 용융 유리에 있어서는, 감압 탈포조 (3) 내에 있어서의 외관상의 깊이가 감소한다. 이로써, 감압 탈포의 효과가 향상되는 것이 기대된다.
또한, 기포를 많이 포함한 경계층류를 분리 기구에 의해 분리하고, 반환 배관을 통하여 감압 탈포조로 되돌림으로써 얻어지는 상기의 효과는, 후술하는 본 발명의 감압 탈포 장치의 제 2 ∼ 제 4 양태에 있어서도 동일하게 발휘된다.
본 발명의 감압 탈포 장치의 제 1 양태에 있어서, 경계층류와 메인 플로우를 적절히 분리하기 위해서 이하에 서술하는 점에 대해 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 연장관 (8) 에 있어서, 개구부 (83) 로부터의 경계층류 (도 2 중, 화살표 B 로 나타낸다) 와, 내관 (81) 으로부터의 용융 유리의 메인 플로우 (도 2 중, 화살표 A 로 나타낸다) 가 다시 합류되는 것을 방지하기 위해, 도 3 에 나타내는 내관 (81) 이 외관 (82) 의 하단 (하류단) (폐지단) 으로부터 돌출되어 있는 것이 바람직하다.
외관 (82) 의 측벽에 형성된 개구부 (83) 의 위치 및 형상에 따라 다르기도 하지만, 경계층류의 출구인 개구부 (83) 와 메인 플로우의 출구인 내관 (81) 하단 (하류단) 의 거리가 가까우면 이중관 구조에 의해 분리된 경계층류와 메인 플로우가 다시 합류될 우려가 있다. 내관 (81) 이 외관 (82) 의 하단 (하류단) (폐지단) 으로부터 돌출되어 있으면, 내관 (81) 하단 (하류단) 이 개구부 (83) 로부터 충분히 떨어져 있으므로, 경계층류와 메인 플로우가 다시 합류될 우려가 없어, 양자를 확실하게 분리할 수 있다.
경계층류와 메인 플로우를 확실하게 분리할 수 있는 점에서, 개구부 (83) 하단 (하류측단) 에서 내관 (81) 하단 (하류단) 까지의 거리 (Lexit) 는 10 ∼ 200 mm 인 것이 바람직하다.
경계층류와 메인 플로우를 물리적으로 분리하기 위해서, 상기 내관 (81) 의 상단 (상류단) 에서 상기 개구부 (83) 의 상단 (상류측단) 까지의 거리 (Lin) (mm) 와, 상기 내관 (81) 의 내경 (Din) (mm) 이 하기 식 (1) 에 나타내는 관계를 만족하는 것이 바람직하다.
Lin
Figure 112010032803001-pct00015
Din/2… (1)
Lin 및 Din 이, 상기 식 (1) 에 나타내는 관계를 만족하면, 개구부 (83) 로부터의 이중관 구조의 길이, 보다 구체적으로는, 개구부 (83) 로부터의 이중관 구조의 공극 부분의 길이가, 경계층류와 메인 플로우를 물리적으로 분리하는 데 충분하다.
Din 은, 감압 탈포 장치의 규모, 특히 그 장치를 통과하는 용융 유리의 유량 (t/일) 에 따라 상이하지만, 통상적으로는 50 ∼ 900 mm 이고, 보다 바람직하게는 100 ∼ 700 mm 이다. Lin 은 50 mm 이상인 것이 바람직하고, 100 mm 이상인 것이 보다 바람직하고, 200 mm 이상 1500 mm 이하인 것이 특히 바람직하다. 단, 비용면에서 문제가 없으면, 연장관 (8) 은 전체 길이에 걸쳐서 이중관 구조여도 된다. 한편, Lin 이 50 mm 이하이면, 개구부 (83) 까지의 거리가 불충분해져 경계층류와 메인 플로우의 분리에 지장을 초래할 가능성이 있다.
본 발명의 감압 탈포 장치의 제 1 양태에 있어서, Lin (mm) 및 Din (mm) 이 하기 식 (2) 로 나타내는 관계를 만족하는 것이 보다 바람직하고, 하기 식 (3) 으로 나타내는 관계를 만족하는 것이 더욱 바람직하다.
Lin
Figure 112010032803001-pct00016
1.0 × Din… (2)
1.0 × Din
Figure 112010032803001-pct00017
Lin
Figure 112010032803001-pct00018
4 × Din… (3)
도 1 에 나타내는 감압 탈포 장치 (1) 에 있어서, 이중관 구조 이외의 부분도 포함한 연장관 (8) 전체의 길이는, 통상적으로는 100 ∼ 3000 mm 이고, 보다 바람직하게는 200 ∼ 1500 mm 이다. 도 1 에 나타내는 구조의 감압 탈포 장치 (1) 에서는, 감압 탈포조 (3) 에 있어서의 용융 유리 (G) 의 액면의 높이를 조절하기 위해, 감압 탈포조 (3) 를 최대로 600 mm 정도 상하시키는 경우가 있다. 이 때, 연장관 (8) 의 선단이 하류측 피트 (10) 내의 용융 유리 (G) 에 항상 침지되어 있을 필요가 있다. 연장관 (8) 전체의 길이가 상기 범위이면, 감압 탈포조 (3) 를 최대한으로 상하시켜도, 연장관 (8) 의 선단이 하류측 피트 (10) 내의 용융 유리 (G) 에 항상 침지된 상태가 된다.
경계층류와 메인 플로우를 물리적으로 분리하기 위해서, 외관 (82) 의 내경과, 내관 (81) 의 외경의 차 (Dout - in) (mm) 가, 내관 (81) 의 내경 (Din) (mm) 사이에서 하기 식 (4) 로 나타내는 관계를 만족하는 것이 바람직하다. 여기에서, Dout-in/2 는 이중관 구조의 공극 부분의 폭에 해당한다.
Dout - in/2
Figure 112010032803001-pct00019
0.02 × Din… (4)
Dout - in 및 Din 이, 상기 식 (4) 로 나타내는 관계를 만족하면, 이중관 구조의 공극 부분의 폭이, 경계층류와 메인 플로우를 물리적으로 분리하는 데 충분하다.
경계층류는, 용융 유리의 온도나 점도, 유로를 구성하는 재료 등에 따라서도 약간 변동되지만, 3 ∼ 5 mm 정도의 두께를 갖는다. 이들 경계층류를 메인 플로우 중에 유입시키지 않기 위해서는, 상기와 같은 관계가 필요하다.
Dout - in/2 는, 구체적으로는 5 mm 이상인 것이 바람직하고, 10 mm 이상인 것이 보다 바람직하고, 추가로 100 mm 이하인 것이 특히 바람직하다. Dout - in/2 를 100 mm 초과로 한 경우, 경계층류의 두께에 대해 이중관 구조의 공극 부분의 폭이 지나치게 커지기 때문에, 메인 플로우 중, 분리되어 이중 구조의 공극 부분으로 이동하는 양이 증가되어, 제조되는 유리의 수율을 저하시키므로 바람직하지 않다.
도 2 에 나타내는 연장관 (8) 에 있어서, 경계층류만이 분리되어, 이중관 구조의 공극 부분으로 이동하는 것이 바람직하고, 이것을 달성하기 위해서는 이중 구조의 공극 부분의 폭을 경계층류의 층 두께와 실질적으로 동일하게 하는 것이 이상적이다. 그러나, 감압 탈포의 실시시에 있어서의 경계층류의 층 두께는, 반드시 일정하지 않으며 변동하는 경우도 있다. 그러므로, 경계층류를 확실하게 분리하여, 이중 구조의 공극 부분으로 이동시키기 위해서는, 이중 구조의 공극 부분의 폭을 경계층류의 층 두께보다 어느 정도 큰 것이 바람직하다. 이 경우, 메인 플로우의 일부도 분리되어, 이중 구조의 공극 부분으로 이동한다.
따라서, 이중 구조의 공극 부분의 폭이 경계층류의 층 두께보다 지나치게 큰 경우, 메인 플로우 중, 분리되어 이중 구조의 공극 부분으로 이동하는 양이 증가되어, 제조되는 유리의 수율을 저하시키므로 바람직하지 않다.
본 발명의 감압 탈포 장치의 제 1 양태에 있어서, Dout - in (mm) 및 Din (mm) 이 하기 식 (5) 로 나타내는 관계를 만족하는 것이 보다 바람직하고, 하기 식 (6) 으로 나타내는 관계를 만족하는 것이 더욱 바람직하다.
Dout - in/2
Figure 112010032803001-pct00020
0.04 × Din… (5)
0.04 × Din
Figure 112010032803001-pct00021
Dout - in/2
Figure 112010032803001-pct00022
0.25 × Din… (6)
여기에서, Din 은, 상기한 바와 같이 통상적으로는 50 ∼ 900 mm 이고, 보다 바람직하게는 100 ∼ 700 mm 이다. 용융 유리의 도관 구조로서 사용하는 백금제 또는 백금 합금제 내관 (81) 및 외관 (82) 의 두께는, 0.4 ∼ 6 mm 인 것이 바람직하고, 0.8 ∼ 4 mm 인 것이 보다 바람직하다.
이상의 점에서, 내관 (81) 의 외경은, 55 ∼ 905 mm 인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 105 ∼ 705 mm 이다. 외관 (82) 의 외경은, 70 ∼ 1200 mm 인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 100 ∼ 1000 mm 이다.
또, 경계층류와 메인 플로우를 물리적으로 분리하기 위해서, 내관 (81) 의 상단 (상류단) 에서 개구부 (83) 의 상단 (상류측단) 까지의 거리 (Lin) (mm) 와 외관 (82) 의 내경과, 내관 (81) 의 외경의 차 (Dout - in) (mm) 가 하기 식 (7) 로 나타내는 관계를 만족하는 것이 바람직하다.
Lin
Figure 112010032803001-pct00023
(Dout - in/2) × 3… (7)
Lin 및 Dout - in 이 상기의 관계를 만족하면, 이중 구조의 공극 부분의 폭 (Dout -in/2) 과의 관계에서 본 경우에, 개구부 (83) 로부터의 이중관 구조의 공극 부분의 길이 (Lin) 가, 경계층류와 메인 플로우를 물리적으로 분리하는 데 충분하다.
또, Dout - in × 20
Figure 112010032803001-pct00024
Lin 인 것이 바람직하다.
또, 경계층류와 메인 플로우를 물리적으로 분리하기 위해서, 외관 (82) 유로의 단면적에서 내관 (81) 유로의 단면적을 뺀 단면적 차 (Sout - in) (㎟) 와, 내관 (81) 유로의 단면적 (Sin) (㎟) 이 하기 식 (8) 로 나타내는 관계를 만족하는 것이 바람직하다.
Sout - in
Figure 112010032803001-pct00025
Sin… (8)
여기에서, 외관 (82) 및 내관 (81) 유로의 단면적이란, 외관 (82) 및 내관 (81) 의 유로의 길이 방향에 대해 수직인 단면적을 가리킨다. Sout - in 및 Sin 이 식 (8) 로 나타내는 관계를 만족하면, 경계층류의 두께에 대해 이중관 구조의 공극 부분의 폭이 지나치게 커지지 않기 때문에, 메인 플로우 중, 분리되어 이중 구조의 공극 부분으로 이동하는 양이 증가되는 일이 없다. 따라서, 제조되는 유리의 수율이 저하되는 일이 없다.
본 발명의 감압 탈포 장치의 제 1 양태에 있어서, Sout - in (㎟) 및 Sin (㎟) 가 하기 식 (9) 로 나타내는 관계를 만족하는 것이 바람직하고, 하기 식 (10) 으로 나타내는 관계를 만족하는 것이 더욱 바람직하다.
Sout - in
Figure 112010032803001-pct00026
0.90 × Sin… (9)
Sout - in
Figure 112010032803001-pct00027
0.80 × Sin… (10)
또, 0.50 × Sin
Figure 112010032803001-pct00028
Sout - in 인 것이 바람직하다.
또, 경계층류와 메인 플로우를 물리적으로 분리하기 위해서, 개구부 (83) 의 면적 (S83) (㎟) 과 외관 (82) 의 내경 (Dout) (mm) 이 하기 식 (11) 로 나타내는 관계를 만족하는 것이 바람직하다.
S83
Figure 112010032803001-pct00029
9 × Dout… (11)
여기에서, 개구부 (83) 의 면적 (S83) 은, 그 개구부 (83) 의 평면 상에 대한 투영 면적이다. S83 및 Dout 이 상기 식 (11) 로 나타내는 관계를 만족하면, 개구부 (83) 가 외관 (82) 과, 내관 (81) 의 공극 부분을 통과하는 용융 유리를 유출시킬 수 있을 정도로 크기 때문에, 그 개구부 (83) 를 통과할 때의 경계층류의 유동 저항이 현저하게 증가되는 일이 없다. 개구부 (83) 가 매우 작은 경우, 그 개구부 (83) 를 통과할 때의 경계층류의 유동 저항이 현저하게 증가된다. 이 결과, 이중관 구조의 공극 부분을 이동하는 경계층류와, 내관 (81) 의 내부를 이동하는 메인 플로우 사이에서 유동성에 현저한 차가 발생하여 경계층류와 메인 플로우를 분리하는 효과가 저하된다. 또한, 상기 식 (11) 은, 경계층류의 두께가 3 mm 인 경우에는, 3 mm 이상의 흐름의 용융 유리를 개구부로부터 유출시킬 필요가 있어, 그 점에 주목하여 구해진 수식이다.
본 발명의 감압 탈포 장치의 제 1 양태에 있어서, S83 (㎟) 및 Dout (mm) 이 하기 식 (12) 로 나타내는 관계를 만족하는 것이 보다 바람직하고, 하기 식 (13) 으로 나타내는 관계를 만족하는 것이 더욱 바람직하다.
S83
Figure 112010032803001-pct00030
12 × Dout… (12)
20 × Dout
Figure 112010032803001-pct00031
S83
Figure 112010032803001-pct00032
90 × Dout… (13)
S83 이 90 × Dout 보다 큰 경우, 외관 (82) 의 내경에 대해 개구부 (83) 의 크기가 지나치게 커지기 때문에, 이중관 구조에 의해 분리된 경계층류와 메인 플로우가 다시 합류될 우려가 있다.
또한, 개구부 (83) 는, 외관 (82) 의 폐지단 근방에 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 폐지단 근방이란, 외관 (82) 의 폐지단의 부분뿐만 아니라, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 외관 (82) 의 폐지단에 가까운 부분의 측벽 부분도 포함한다. 여기에서 말하는 「폐지단에 가까운 부분」이란, 외관 (82) 의 폐지단으로부터 200 mm 이내의 범위를 의미한다.
개구부 (83) 를 폐지단 근방에 형성함으로써, 경계층류와 메인 플로우를 물리적으로 분리하기 위한 이중관 구조의 공극 부분을 길게 할 수 있다.
또, 개구부 (83) 는 반드시 하나일 필요는 없고, 복수 있어도 된다. 개구부가 복수인 경우, 적어도 하나의 개구부가 외관 (82) 의 폐지단으로부터 200 mm 이내에 있으면 된다.
또, 개구부 (83) 가 직사각형 형상인 경우, 외관 (82) 의 길이 방향으로 긴 직사각형 형상 (즉, 세로로 긴 직사각형 형상) 이 아니라, 외관 (82) 의 둘레 방향으로 긴 직사각형 형상 (즉, 가로로 긴 직사각형 형상) 인 것이 그 개구부 (83) 를 경계층류가 통과할 때의 유동 저항이 작은 점에서 바람직하다.
개구부 (83) 의 형상은, 직사각형 형상에 한정되지 않고, 다른 형상이어도 된다. 예를 들어, 정방형이어도 되고, 원형 혹은 타원형이어도 된다. 또, 삼각형, 오각형, 육각형, 팔각형 등의 다른 다각형이어도 된다.
개구부 (83) 는, 외관 (82) 의 둘레 방향의 길이 (즉, 개구부 (83) 의 폭) 가, 하류측 피트 (10) 의 측부 (측벽) 에 형성된 반환 배관 (11) 의 개구부의 폭보다 작은 것이 바람직하다. 개구부 (83) 의 폭이 반환 배관 (11) 의 개구부의 폭보다 크면, 이중관 구조에 의해 분리된 경계층류와 메인 플로우가 다시 합류될 우려가 있다.
여기에서, 개구부 (83) 의 폭은, 그 개구부 (83) 를 평면 상에 투영한 형상에 있어서의 폭이다.
동일하게, 반환 배관 (11) 의 개구부가 곡면 형상인 경우, 상기 서술한 반환 배관 (11) 의 개구부의 폭이란, 그 개구부를 평면 상에 투영한 형상에 있어서의 폭이다.
도 2 에 있어서, 외관 (82) 에 형성된 개구부 (83) 는, 하류측 피트 (10) 의 측부 (측벽) 에 형성된 반환 배관 (11) 의 개구부 부근, 보다 구체적으로는, 반환 배관 (11) 의 개구부와 동일한 높이에 위치하고 있다. 단, 개구부 (83) 의 상단 (상류측단) 이 반환 배관 (11) 의 개구부의 상단 (상류측단) 으로부터 더욱 하측 (구체적으로는, 개구부 (83) 의 상단 (상류측단) 이 반환 배관 (11) 의 개구부의 상단 (상류측단) 보다 0 ∼ 500 mm 하측) 에 위치하는 것이 바람직하다. 이중관 구조에 의해 분리된 경계층류와 메인 플로우가 다시 합류되는 것을 방지하기 위해서는, 개구부 (83) 의 상단 (상류측단) 이 반환 배관 (11) 의 개구부의 상단 (상류측단) 으로부터 더욱 하측에 위치하는 것은 바람직한 구성이다.
상기 서술한 바와 같이, 도 1 에 나타내는 구조의 감압 탈포 장치 (1) 에서는, 감압 탈포조 (3) 에 있어서의 용융 유리 (G) 의 액면의 높이를 조절하기 위해서, 감압 탈포조 (3) 를 최대 600 mm 정도 상하시키는 경우가 있다. 이 때문에, 개구부 (83) 와 하류측 피트 (10) 의 측부 (측벽) 에 형성된 반환 배관 (11) 의 개구부의 위치 관계는, 도 2 에 나타낸 위치 관계로부터 어느 정도 변화한다. 그러나, 감압 탈포조 (3) 를 상하 이동시킨 경우라도, 개구부 (83) 는, 반환 배관 (11) 의 개구부로부터 지나치게 멀어지지 않는 것이, 이중관 구조에 의해 분리된 경계층류와 메인 플로우가 다시 합류되는 것을 방지하기 위해서 바람직하다. 개구부 (83) 의 상단 (상류측단) 과 반환 배관 (11) 의 개구부의 상단 (상류측단) 이 가장 떨어진 상태에 있어서, 양자의 거리는 400 mm 이하인 것이 바람직하고, 200 mm 이하인 것이 보다 바람직하다.
또한, 개구부 (83) 로부터 유출된 경계층류가, 메인 플로우와 다시 합류되는 것을 방지하기 위해서, 하류측 피트 (10) 의 측부 (측벽) 에 형성된 반환 배관 (11) 의 개구부의 면적을 어느 정도 크게 취할 필요가 있다. 구체적으로는, 반환 배관 (11) 의 개구부의 면적을 S11 (㎟) 로 한 경우, 개구부 (83) 의 면적 (S83) (㎟) 과의 사이에서 하기 식 (14) 로 나타내는 관계를 만족하는 것이 바람직하다.
S11
Figure 112010032803001-pct00033
S83… (14)
본 발명의 감압 탈포 장치의 제 1 양태에 있어서, 이중관 구조를 이루는 내관 (81) 및 외관 (82) 은, 백금 또는 백금 합금제 중공관으로서, 하기 (1) ∼ (3) 의 조건을 만족하고 있는 한, 그 형상은 이것에 한정되지 않는다.
(1) 내관 (81) 은 상단 (상류단) 및 하단 (하류단) 이 개방단이다.
(2) 외관 (82) 은, 상단 (상류단) 이 개방단, 하단 (하류단) 이 폐지단으로 되어 있다. 단, 외관 (82) 의 하단 (하류단) 의 폐지단의 일부를 내관 (81) 이 관통하고 있다.
(3) 외관 (82) 의 하단 (하류단) 측에 개구부 (83) 가 형성되어 있다.
따라서, 내관 (81) 및 외관 (82) 은, 단면 형상이 타원 형상인 것 또는, 사각형, 육각형, 팔각형 등, 다각형 형상이어도 된다.
또, 도 2 에 나타내는 연장관 (8) 에 있어서, 외관 (82) 의 폐지단 (하단 (하류단)) 이 수평단이지만, 외관의 폐지단의 형상은 이것에 한정되지 않는다. 도 4 는, 연장관의 다른 형태를 나타낸 단면도로서, 외관의 폐지단의 형상이 도 2 에 나타내는 연장관 (8) 과는 상이하다. 도 4 에 나타내는 연장관 (8') 에 있어서, 내관 (81') 과 외관 (82') 이 이중관 구조를 이루고 있는 점은, 도 2 에 나타내는 연장관 (8) 과 동일하지만, 외관 (82') 의 폐지단 (하단 (하류단)) 이 비스듬하게 경사진 형상으로 되어 있다.
보다 구체적으로는, 외관 (82') 의 길이에 대해 본 경우, 하류측 피트 (10) 의 측부 (측벽) 에 형성된 반환 배관 (11) 의 개구부에 접하는 측의 길이가 그 반대측보다 길어져 있고, 외관 (82') 의 폐지단 (하단 (하류단)) 이 비스듬하게 경사져 있다.
반환 배관 (11) 의 개구부에 접하는 측의 외관 (82') 의 하단 (하류단) 부근의 측벽에는 개구부 (83') 가 형성되어 있다. 도 4 에 나타내는 연장관 (8') 에서는, 이중 구조의 공극 부분을 이동하는 경계층류를 외관 (82') 이 비스듬하게 경사진 폐지단 (하단 (하류단)) 을 따라 개구부 (83') 방향으로 유도할 수 있다.
또한, 내관 (81') 의 개구단, 즉, 상단 (상류측단) 이나 하단 (하류측단) 이 비스듬하게 경사진 형상으로 되어 있어도 된다. 예를 들어, 도 4 에 있어서, 개구부 (83') 로부터 먼 측의 내관 (81') 상단 (상류단) 이, 개구부 (83') 에 가까운 측의 내관 (81') 상단 (상류단) 보다 낮아지도록 경사진 형상인 경우, 이하의 효과가 발생한다. 개구부 (83') 에 도달하기까지 경계층류가 이중 구조의 공극 부분을 이동하는 거리에 관하여, 내관 (81') 상단 (상류단) 이 경사지지 않은 경우, 개구부 (83') 로부터 먼 측의 공극 부분을 경계층류가 이동하는 거리 쪽이, 개구부 (83') 에 가까운 측의 공극 부분을 이동하는 거리보다 길어지므로, 공극 부분을 이동하는 경계층류에서 압손이 발생할 우려가 있다. 개구부 (83') 로부터 먼 측의 내관 (81') 상단 (상류단) 이, 개구부 (83') 에 가까운 측의 내관 (81') 상단 (상류단) 보다 낮아지도록 경사진 형상인 경우, 개구부 (83') 로부터 먼 측의 공극 부분을 경계층류가 이동하는 거리와, 개구부 (83') 에 가까운 측의 공극 부분을 경계층류가 이동하는 거리의 차가 작아지기 때문에, 공극 부분을 이동하는 경계층류에서 압손이 발생할 우려가 감소된다.
도 4 에 나타내는 연장관 (8') 에 있어서도, 상기한 식 (1) ∼ (14) 의 관계가 적용된다.
또한, 도 4 에 나타내는 연장관 (8') 에 있어서, 개구부 (83) 하단 (하류측단) 에서 내관 (81) 하단 (하류단) 까지의 거리 (Lexit) (도 3 참조) 는, 개구부 (83') 하단 (하류측단) 에서 내관 (81') 의 하단 (하류단) 까지의 거리이다. 내관 (81') 상단 (상류단) 에서 개구부 (83') 상단 (상류측단) 까지의 거리 (Lin), 내관 (81') 의 내경 (Din), 외관 (82') 의 내경과, 내관 (81') 의 외경의 차 (Dout -in), 내관 (81') 및 외관 (82') 유로의 단면적, 개구부 (83') 의 면적 (S83) 및 하류측 피트 (10) 의 측부 (측벽) 에 형성된 반환 배관 (11) 의 개구부의 면적 (S11) 에 대해서는, 도 2 에 나타내는 연장관 (8) 과 동일하다.
또, 도 2 ∼ 도 4 에 나타내는 연장관 (8, 8') 에 있어서, 내관 (81, 81') 은, 모든 부위에서 직경 (내경, 외경) 동일한 단순한 직관 형상을 한 중공 원통관을 나타내고 있는데, 내관의 형상은 이것에 한정되지 않는다. 도 5 는, 연장관의 다른 형태를 나타낸 단면도로서, 내관의 형상이 도 2 ∼ 도 4 에 나타내는 연장관 (8, 8') 과는 상이하다. 도 5 에 나타내는 연장관 (8'') 에 있어서, 내관 (81'') 과 외관 (82'') 이 이중관 구조를 이루고 있는 점은, 도 2 ∼ 도 4 에 나타내는 연장관 (8, 8') 과 동일하다. 단, 도 5 에 나타내는 연장관 (8'') 에서는, 내관 (81'') 의 일부 (도면에서는 하단 (하류단) 근방 부분) 이 확경되어 있고 테이퍼관 형상을 이루고 있다. 테이퍼관 형상을 이루는 내관 (81'') 의 하단 (하류단) 이, 외관 (82'') 의 내벽과 접합함으로써, 내관 (81'') 의 외벽과 외관 (82'') 의 내벽 사이의 공극 부분의 하단 (하류단) 이 폐지단으로 되어 있다. 따라서, 내관 (81'') 의 하단 (하류단) 은, 외관 (82'') 의 폐지단으로부터 돌출되어 있지 않다. 도 5 에 나타내는 연장관 (8'') 에서는, 이중 구조의 공극 부분을 이동하는 경계층류를 테이퍼관 형상을 이루는 내관 (81'') 의 외벽을 따라 개구부 (83'') 방향으로 유도할 수 있다.
도 5 에 나타내는 연장관 (8'') 에 있어서도, 상기한 식 (1) ∼ (14) 의 관계가 적용된다. 또한, 도 5 에 나타내는 연장관 (8'') 에 있어서, 내관 (81'') 의 내경 (Din) 은, 내관 (81'') 중, 확경되어 있지 않은 부분의 내경이다. 내관 (81'') 상단 (상류단) 에서 개구부 (83'') 상단 (상류측단) 까지의 거리 (Lin), 외관 (82'') 의 내경과, 내관 (81'') 의 외경의 차 (Dout - in), 내관 (81'') 및 외관 (82'') 유로의 단면적, 개구부 (83'') 의 면적 (S83) 및 하류측 피트 (10) 의 측부 (측벽) 에 형성된 반환 배관 (11) 의 개구부의 면적 (S11) 에 대해서는, 도 2 에 나타내는 연장관 (8) 과 동일하다.
또, 도 2 ∼ 도 5 에 나타내는 연장관 (8, 8', 8'') 은, 외관 (82, 82', 82'') 의 하단 (하류단) 측에 형성된 개구부 (83, 83', 83'') 를 하류측 피트 (10) 의 측부 (측벽) 에 형성된 반환 배관 (11) 의 개구부 부근에 위치시킴으로써, 개구부 (83, 83', 83'') 로부터 유출된 경계층류가, 메인 플로우와 다시 합류되는 것을 방지하고 있는데, 도 6 에 나타내는 연장관 (8''') 과 같이, 개구부 (83''') 로부터 유출된 경계층류를 그대로 반환 배관 (11) 의 개구부까지 유도하기 위한 도관 (84) 을 형성해도 된다. 또한, 도 6 에 나타내는 연장관 (8''') 에서는, 개구부 (83''') 가 외관 (82''') 의 측벽이 아니라, 폐지단의 일부에 형성되어 있다.
도 6 에 나타내는 연장관 (8''') 은, 장치적으로 복잡하게는 되지만, 확실하게 메인 플로우와 경계층류를 분리할 수 있는 점에서 우수하다.
도 2 ∼ 도 5 에 나타내는 연장관 (8, 8', 8'') 에서는, 외관 (82, 82', 82'') 의 하단 (하류단) 부근의 측벽에 개구부 (83, 83', 83'') 가 1 개 형성되어 있고, 도 6 에 나타내는 8''' 에서는, 외관 (82''') 의 폐지단의 일부에 개구부 (83''') 가 1 개 형성되어 있다. 단, 개구부의 수는 이것에 한정되지 않고, 복수여도 된다. 이 경우, 복수의 개구부는, 외관의 동일한 높이 위치에 병렬하도록 (즉, 좌우 등에) 형성되어 있어도 되고, 또는 외관의 둘레 방향 동일한 위치에 높이 위치를 바꾸어 (즉, 상하로) 형성되어 있어도 된다. 또, 이들 2 개의 양태를 조합한 형으로 (즉, 상하좌우 등에) 형성되어 있어도 된다.
또한, 개구부가 복수 존재하는 경우, Lexit 는 가장 하측에 위치하는 개구부 하단 (하류측단) 에서 내관 하단 (하류단) 까지의 거리로 한다. Lin 은 가장 상측에 위치하는 개구부 상단 (상류측단) 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 하단 (하류측단) 측의 개구부와, 드레인 아웃의 개구부) 에 대해 적용된다.
상기 서술한 원리에 의해 연장관 (8) 이 갖는 이중관 구조에 의해 분리된 용융 유리 (경계층류) 는, 반환 배관 (11) 을 통과하여 상류측 피트 (9) 로 되돌려진다.
반환 배관 (11) 은, 내화 벽돌제, 또는 백금제 혹은 백금 합금제 중공관이다. 반환 배관 (11) 이 내화 벽돌제 중공관인 경우, 외형이 직사각형 단면을 갖는 내화 벽돌제 중공관이고, 용융 유리의 유로를 이루는 내부 형상은 직사각형 단면 또는 원형 단면을 갖는 것이 바람직하다. 한편, 반환 배관 (11) 이 백금제 또는 백금 합금제 중공관인 경우, 용융 유리의 유로를 이루는 내부 단면 형상이, 원형 또는 타원형을 갖는 것이 바람직하다. 어느 경우에 있어서도, 반환 배관 (11) 에 있어서, 용융 유리의 유로를 이루는 내부 형상은 하류측 피트 (10) 의 측면에 형성된 개구부의 형상과 일치하는 것이, 용융 유리의 체류를 방지할 수 있으므로 바람직하다. 또, 용융 유리의 유동 저항의 증가나 압손의 발생을 방지하기 위해, 반환 배관 (11) 의 단면적은 그 반환 배관 (11) 전체를 통하여 일정한 것이 바람직하다. 따라서, 반환 배관 (11) 의 단면적은, 하류측 피트 (10) 의 측부 (측벽) 형성된 개구부의 면적, 및, 상류측 피트 (9) 의 측부 (측벽) 에 형성된 개구부의 면적과 실질적으로 동일한 것이 바람직하다.
또, 반환 배관 (11) 은, 상류측 피트 (9) 에 대한 경로가 최단이 되도록 형성하는 것이 바람직하다. 이 점에서, 반환 배관 (11) 은, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 상류측 피트 (9) 를 향하여 수평 방향으로 연장하는 것이 바람직하다. 또, 반환 배관 (11) 에 있어서의 용융 유리의 유동 저항의 증가를 방지하기 위해, 반환 배관 (11) 에 형성하는 곡부는 최소한으로 하는 것이 바람직하다. 도 1 에 있어서, 반환 배관 (11) 은 펌프 수단 (12) 이 형성된 부분에서 상승하고 있고, 교반 수단 (13) 이 형성된 부분에서 하강하고 있는데, 펌프 수단 (12) 과 교반 수단 (13) 의 위치는 역이어도 되고, 각각의 기능이 얻어지는 위치이면 어디라도 된다.
반환 배관 (11) 의 치수는, 사용하는 감압 탈포 장치에 따라 적절히 선택할 수 있다. 도 1 에 나타내는 반환 배관 (11) 의 경우, 그 치수의 구체예는 이하와 같다.
수평 방향에 있어서의 길이 : 1 ∼ 15 m, 바람직하게는 1 ∼ 12 m, 보다 바람직하게는 1 ∼ 10 m
내부 단면 형상에 있어서의 폭 : 0.2 ∼ 7 m, 바람직하게는 0.2 ∼ 5 m, 보다 바람직하게는 0.2 ∼ 3 m
도 1 에 나타내는 감압 탈포 장치는, 반환 배관 (11) 내에 있어서의 용융 유리 흐름을 제어하는 펌프 수단 (12) 을 갖고 있다. 펌프 수단 (12) 은, 반환 배관 (11) 내에 있어서의 용융 유리 흐름을 제어하고, 상류 방향 (화살표로 나타낸다) 을 향하는 일정한 유속의 용융 유리 흐름 (g) 을 형성한다. 이로써, 반환 배관 (11) 내에 있어서의 용융 유리의 정체가 방지된다. 또, 상류측 피트 (9) 로부터 반환 배관 (11) 에 용융 유리가 진입되어, 반환 배관 (11) 내에서 용융 유리가 역류되는 것이 방지된다. 또, 펌프 수단 (12) 에 의해, 반환 배관 (11) 내에 있어서의 용융 유리 흐름의 유속을 필요에 따라 증감시킬 수 있다.
단, 펌프 수단 (12) 을 사용하는 일없이, 반환 배관 (11) 내에 있어서의 용융 유리 흐름을 제어하여, 상류 방향 (화살표로 나타낸다) 을 향하는 일정한 유속의 용융 유리 흐름을 형성할 수 있는 경우, 펌프 수단 (12) 은 없어도 된다. 예를 들어, 상승관 (4) 에 접속된 연장관 (7) 내의 용융 유리의 온도와, 하강관 (5) 에 접속된 연장관 (8) 내의 용융 유리의 온도 차가 큰 경우에는, 열 대류의 영향에 의해 펌프 수단 (12) 을 사용하지 않아도, 반환 배관 (11) 내에 있어서 상류 방향 (화살표로 나타낸다) 을 향하는 용융 유리 흐름이 형성된다.
펌프 수단 (12) 으로서는, 고온의 용융 유리 흐름에 견딜 수 있는 내열성을 갖고, 점도가 높은 용융 유리에 대해 사용할 수 있는 것인 한 특별히 한정되지 않고, 공지된 구조의 펌프 수단에서 널리 선택할 수 있다. 그 중에서도, 축류식의 펌프가 고온 내구성이 높은 이유에서 바람직하다. 축류식 펌프로는, 프로펠라 형상의 날개를 갖는 것이 널리 알려져 있는데, 나선 모양의 날개를 갖는 축류식의 펌프가 높은 효율이 얻어지는 점에서 특히 바람직하다.
도 1 에서는, 반환 배관 (11) 의 중앙 부근에 펌프 수단 (12) 을 형성하고 있는데, 펌프 수단을 형성하는 위치는 특별히 한정되지 않고, 보다 하류측 피트 (10) 에 가까운 측에 형성해도 되고, 보다 상류측 피트 (9) 에 가까운 측에 형성해도 된다. 또한, 반환 배관 (11) 내에 있어서의 용융 유리 흐름을 적절히 제어할 수 있는 경우, 하류측 피트 (10), 보다 구체적으로는, 하류측 피트 (10) 내의 반환 배관 (11) 의 개구부 부근이나, 상류측 피트 (9) 내, 예를 들어, 상류측 피트 (9) 내의 반환 배관 (11) 의 개구부 부근에 펌프 수단을 형성해도 된다.
또, 도 1 에서는 반환 배관 (11) 내에 1 기의 펌프 수단 (12) 이 형성되어 있는데, 펌프 수단 (12) 의 수는 이것에 한정되지 않고, 펌프 수단을 복수 설치해도 된다. 예를 들어, 도 1 에 있어서의 교반 수단 (13) 대신에, 축류식 펌프를 펌프 수단으로서 설치해도 된다.
도 1 에 나타내는 감압 탈포 장치는, 반환 배관 (11) 을 통과하는 용융 유리를 교반하는 교반 수단 (13) 을 갖고 있다. 교반 수단 (13) 은, 필수의 구성 요건은 아니지만, 반환 배관 (11) 을 통과하여 상류측 피트 (9) 로 되돌려지는 용융 유리의 균질성을 높이기 위해서 교반 수단을 형성하는 것이 바람직하다. 교반 수단으로서는, 용융 유리를 교반하는 목적에서 사용되는 공지된 수단으로부터 널리 선택할 수 있다.
또한, 상기 서술한 바와 같이, 축류식의 펌프는 용융 유리를 교반시키는 작용을 갖는다. 펌프 수단으로서 설치하는 축류식의 펌프에 의한 교반 작용에 의해, 용융 유리의 균질성을 충분히 높일 수 있는 경우, 별도의 교반 수단을 형성하지 않아도 된다.
또, 반환 배관 (11) 과 같은 수평 방향으로 설치된 도관 구조를 통과하는 용융 유리에서는, 용융 유리의 부위에 의해 온도 불균일이 발생하는 경우가 있다. 예를 들어, 반환 배관 (11) 의 바닥면측의 용융 유리가 상층측의 용융 유리에 비하여 온도가 낮아지는 경우가 있다. 이와 같은 온도 불균일이 발생하면 용융 유리의 균질성에 악영향을 미치기 때문에 바람직하지 않다.
본 발명의 감압 탈포 장치의 제 1 양태에 있어서, 반환 배관 (11) 을 통과하는 용융 유리에 온도 불균일이 발생하는 것을 방지하기 위해, 반환 배관 (11) 을 통과하는 용융 유리를 가열하는 가열 수단, 예를 들어, 반환 배관 (11) 의 바닥면측으로부터 용융 유리를 가열하는 수단을 형성하는 것이 바람직하다. 가열 수단을 형성하는 경우, 그 종류는 특별히 한정되지 않고, 유리 용해조에 있어서 유리를 가열하는 것과 동일한 수단을 사용할 수 있다. 즉, 연료를 연소함으로써 용융 유리를 가열하는 수단, 전력을 사용하여 용융 유리를 가열하는 수단 등을 사용할 수 있다.
본 발명의 감압 탈포 장치의 제 2 양태는, 하강관의 하단 (하류단) 에 연장관이 장착되어 있지 않아, 하강관 자체가 그 하단 (하류단) 측에 이중관 구조를 갖는 백금 또는 백금 합금제 중공관인 점을 제외하고, 본 발명의 감압 탈포 장치의 제 1 양태와 같다. 따라서, 본 발명의 감압 탈포 장치의 제 2 양태에서는, 하강관의 하단 (하류단) 이 하류측 피트의 개구단에 끼워넣어져 그 하류측 피트 내의 용융 유리에 침지된다.
본 발명의 감압 탈포 장치의 제 2 양태에서는, 하강관이 갖는 이중관 구조가, 하강관으로부터 하류측 피트로 이동하는 용융 유리 중, 기포를 많이 포함한 경계층류를 메인 플로우로부터 분리하는 분리 기구로서 기능한다.
또한, 이중관 구조를 갖는 하강관이 만족시켜야 할 특징에 대해서는, 본 발명의 감압 탈포 장치의 제 1 양태에 있어서, 연장관이 갖는 이중관 구조에 대해 기재한 것과 동일하다.
다음으로, 본 발명의 감압 탈포 장치의 제 3 양태에 대해 설명한다.
도 7 은, 본 발명의 감압 탈포 장치의 제 3 양태를 나타낸 단면도이다. 도 7 에 나타내는 감압 탈포 장치 (1') 는, 이하의 상이점 이외에는 도 1 에 나타내는 감압 탈포 장치 (1) 와 동일하다.
·하강관 (5) 의 하단측 (하류단) 에 접속하는 연장관 (14) 이 이중관 구조를 갖고 있지 않다.
·하류측 피트 (15) 가 후술하는 구조를 갖는다.
도 8 은, 도 7 에 나타내는 감압 탈포 장치 (1') 의 하류측 피트 (15) 및 그 주변을 나타낸 부분 확대도이다.
도 8 에 나타내는 하류측 피트 (15) 는, 외관을 이루는 피트 본체 (16) 와 그 피트 본체 (16) 내에 위치하고, 하류 방향으로 연장되는 내관 (17) 의 이중관 구조로 되어 있다. 이 이중관 구조가, 하강관 (5) 으로부터 하류측 피트 (15) 로 이동하는 용융 유리 (G) 중, 기포를 많이 포함한 경계층류를 메인 플로우로부터 분리하는 분리 기구로서 기능한다.
피트 본체 (16) 는, 상단 (상류단) 이 개구된 유저통 (有底筒) 형상체이고, 상단 (상류단) 의 개구부의 형상은, 예를 들어 사각형 등의 방형 또는 원형이다. 피트 본체 (16) 의 측부 (측벽) 에는 반환 배관 (11) 의 개구부가 형성되어 있다. 단, 반환 배관 (11) 의 개구부를 형성하는 위치는, 피트 본체 (16) 의 측부 (측벽) 에 한정되지 않고, 피트 본체 (16) 의 바닥부에 형성해도 된다.
내관 (17) 은, 양단이 개구된 중공 통 형상 관으로서, 그 단면 형상은 예를 들어 원형이다. 내관 (17) 은, 그 일단이 용융 유리의 유동 방향에 있어서의 상류측, 즉, 하강관 (5) 측, 보다 구체적으로는 하강관 (5) 의 하단 (하류단) 에 장착된 연장관 (14) 측에 위치하고 있고, 타단은, 피트 본체 (16) 의 측부 (측벽) 를 관통하여 용융 유리의 유동 방향에 있어서의 하류 방향으로 연장되어 있다. 내관 (17) 은, 그 전체 형상이 대략 L 자 형상을 이루고 있다.
피트 본체 (16) 및 내관 (17) 은, 통상적으로는 백금제 또는 백금 합금제이다. 피트 본체 (16) 및 내관 (17) 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 (16) 및 내관 (17) 은, 내화 벽돌제여도 된다. 피트 본체 (16) 및 내관 (17) 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 8 에 있어서, 연장관 (14) 과, 내관 (17) 이 오버랩되어 있는 부분을 갖는다. 보다 구체적으로는, 내관 (17) 의 상단 (상류단) 이 연장관 (14) 내부에 위치함으로써 양자가 오버랩되어 있다. 단, 연장관 (14) 과, 내관 (17) 이 오버랩되어 있는 부분을 갖는 것은 필수가 아니고, 양자가 오버랩되지 않아도 되다.
또, 도 7 에 나타내는 감압 탈포 장치 (1') 에서는, 내화 벽돌제, 또는, 백금제 혹은 백금 합금제 하강관 (5) 의 하단 (하류단) 에 장착된 백금제 또는 백금 합금제 연장관 (14) 이 하류측 피트 (15) 내 (피트 본체 (16) 내) 의 용융 유리에 침지되어 있는데, 감압 탈포 장치에 따라서는, 백금제 또는 백금 합금제 하강관이 하류측 피트 내의 용융 유리에 침지되어 있는 경우도 있다. 이와 같은 경우, 백금제 또는 백금 합금제 하강관과, 하류측 피트 내관이 직접 오버랩된다. 본 발명의 감압 탈포 장치의 제 3 양태에는 이와 같은 것도 포함된다.
이하, 본 명세서에 있어서, 「하강관과, 하류측 피트 내관이 오버랩되어 있다」고 한 경우, 하기 (a), (b) 의 양방을 포함한다.
(a) 내화 벽돌제, 또는, 백금제 혹은 백금 합금제 하강관의 하단 (하류단) 에 장착된 백금제 또는 백금 합금제 연장관과 하류측 피트 내관이 오버랩되어 있다.
(b) 백금제 또는 백금 합금제 하강관과, 하류측 피트 내관이 직접 오버랩되어 있다.
본 발명의 감압 탈포 장치의 제 3 양태에 있어서, 경계층류와 메인 플로우를 적절히 분리하기 위해서 이하에 서술하는 점에 대해 유의해야 한다. 이하에 서술하는 점에 대해서는 도 9 를 참조할 것. 또한, 도 9 는, 각 부의 치수를 나타내는 부호가 추가되어 있는 점을 제외하고 도 8 과 동일하다.
도 9 에 있어서, 연장관 (14) 의 내경 (D1) (mm) 과, 내관 (17) 의 외경 (D2) (mm) 은 하기 식 (15) 로 나타내는 관계를 만족하는 것이 바람직하다.
D1 > D2… (15)
즉, 본 발명의 감압 탈포 장치의 제 3 양태에 있어서, 하강관 (연장관인 경우도 포함한다) 과 하류측 피트 내관이 오버랩되어 있는 경우, 하류측 피트 내관의 상단 (상류단) 이 하강관 내부에 위치하는 관계가 된다.
본 발명의 감압 탈포 장치의 제 3 양태에 있어서, 연장관과, 내관이 상기와 같은 관계가 되어 있음으로써, 이하에 서술하는 효과가 발휘된다.
경계층류를 포함한 용융 유리 흐름이, 도 8 중, 연장관 (14) 과, 내관 (17) 이 오버랩되어 있는 부분에 도달하면, 기포를 많이 포함한 경계층류는, 연장관 (14) 의 내벽과, 내관 (17) 의 외벽 사이의 간극에 속하는 영역, 즉, 연장관 (14) 의 내벽과, 내관 (17) 의 외벽 사이의 공극 부분으로 이동한다 (도면 중, 화살표 B 로 나타낸다). 한편, 경계층류를 제외한 메인 플로우는 내관 (17) 의 내부로 이동한다 (도면 중, 화살표 A 로 나타낸다). 이 결과, 경계층류와 메인 플로우가 물리적으로 분리된다.
내관 (17) 의 내부를 이동하는 메인 플로우는, 도면 중 화살표 A 방향을 따라 이동한다. 즉, 내관 (17) 내부를 하류 방향으로 이동한다. 한편, 연장관 (14) 의 내벽과, 내관 (17) 의 외벽 사이의 공극 부분을 이동하는 경계층류는, 도면 중 화살표 B 방향을 따라 이동하고, 피트 본체 (16) 의 측부 (측벽) 에 형성된 개구부로부터 반환 배관 (11) 으로 이동한다.
이와 같이 하여, 경계층류와 메인 플로우가 물리적으로 분리되어 감압 탈포에 의해 기포가 충분히 제거된 메인 플로우만이 성형 장치로 공급된다. 한편, 기포를 많이 포함한 경계층류는, 반환 배관 (11) 내를 이동하여 상류측 피트 (9) 로 보내진다. 상류측 피트 (9) 에 도달한 경계층류는, 용해조 (100) 로부터 새롭게 공급되어 오는 용융 유리와 함께 상승관 (4) (보다 구체적으로는, 연장관 (7) 및 상승관 (4)) 을 상승하여 감압 탈포조 (3) 로 보내진다.
경계층류와 메인 플로우를 물리적으로 분리하기 위해서, 연장관 (14) 의 내경 (D1) (mm) 과, 내관 (17) 의 외경 (D2) 의 차 (ΔD) (mm) 가, 내관 (17) 의 내경 (D3) (mm) 사이에서 하기 식 (16) 으로 나타내는 관계를 만족하는 것이 바람직하다.
ΔD
Figure 112010032803001-pct00034
0.04 × D3… (16)
ΔD 및 D3 이, 상기 식 (16) 으로 나타내는 관계를 만족하면, 연장관 (14) 의 내벽과, 내관 (17) 의 외벽 사이의 공극 부분의 폭, 즉, ΔD/2 가 경계층류와 메인 플로우를 물리적으로 분리하는 데 충분하다.
ΔD 는, 구체적으로는 10 mm 이상인 것이 바람직하고, 20 mm 이상인 것이 보다 바람직하고, 40 mm 이상 200 mm 이하인 것이 특히 바람직하다. ΔD 를 200 mm 초과로 한 경우, 경계층류의 두께에 대해, 연장관 (14) 의 내벽과, 내관 (17) 의 외벽 사이의 공극 부분의 폭이 지나치게 커지기 때문에, 메인 플로우의 유량이 감소되어 바람직하지 않다.
도 8 에 있어서, 경계층류만이 분리되어, 연장관 (14) 의 내벽과, 내관 (17) 의 외벽 사이의 공극 부분으로 이동하는 것이 바람직하고, 이것을 달성하기 위해서는 연장관 (14) 의 내벽과, 내관 (17) 의 외벽 사이의 공극 부분의 폭을 경계층류의 층 두께와 실질적으로 동일하게 하는 것이 이상적이다.
그러나, 감압 탈포의 실시시에 있어서의 경계층류의 층 두께는, 반드시 일정하지 않으며, 변동하는 경우도 있다. 그러므로, 경계층류를 확실하게 분리하여, 연장관 (14) 의 내벽과, 내관 (17) 의 외벽 사이의 공극 부분으로 이동시키기 위해서는, 그 공극 부분의 폭을 경계층류의 층 두께보다 어느 정도 큰 것이 바람직하다. 이 경우, 메인 플로우의 일부도 분리되어, 그 공극 부분으로 이동한다.
따라서, 연장관 (14) 의 내벽과, 내관 (17) 의 외벽 사이의 공극 부분의 폭이 경계층류의 층 두께보다 지나치게 큰 경우, 메인 플로우 중, 분리되어 그 공극 부분으로 이동하는 양이 증가되어, 제조되는 유리의 수율을 저하시키므로 바람직하지 않다.
감압 탈포 장치의 제 3 양태에 있어서, ΔD (mm) 및 D3 (mm) 이 하기 식 (17) 로 나타내는 관계를 만족하는 것이 보다 바람직하고, 하기 식 (18) 로 나타내는 관계를 만족하는 것이 더욱 바람직하다.
ΔD
Figure 112010032803001-pct00035
0.08 × D3… (17)
0.1 × D3
Figure 112010032803001-pct00036
ΔD
Figure 112010032803001-pct00037
0.6 × D3… (18)
여기에서, D3 은, 통상적으로는 50 ∼ 900 mm 이고, 보다 바람직하게는 100 ∼ 700 mm 이다. 백금제 또는 백금 합금제 내관 (17) 및 연장관 (14) 의 두께는, 0.4 ∼ 6 mm 인 것이 바람직하고, 0.8 ∼ 4 mm 인 것이 보다 바람직하다.
이상의 점에서, 내관 (17) 의 외경 (D2) 은, 51 ∼ 912 mm 인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 102 ∼ 708 mm 이다. 연장관 (14) 의 외경은, 60 ∼ 1300 mm 인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 123 ∼ 1000 mm 이다.
또, 경계층류와 메인 플로우를 물리적으로 분리하기 위해서, 연장관 (14) 유로의 단면적에서 내관 (17) 유로의 단면적을 뺀 단면적 차 (ΔS) (㎟) 와, 내관 (17) 유로의 단면적 (S1) (㎟) 이 하기 식 (19) 로 나타내는 관계를 만족하는 것이 바람직하다.
ΔS
Figure 112010032803001-pct00038
S1… (19)
여기에서, 연장관 (14) 및 내관 (17) 유로의 단면적이란, 연장관 (14) 및 내관 (17) 의 유로의 길이 방향에 대해 수직인 단면적을 가리킨다. ΔS 및 S1 이 식 (19) 로 나타내는 관계를 만족하면, 경계층류의 두께에 대해, 연장관 (14) 의 내벽과, 내관 (17) 의 외벽 사이의 공극 부분의 폭이 지나치게 커지지 않기 때문에 메인 플로우 중, 분리되어 그 공극 부분으로 이동하는 양이 증가되는 일이 없다. 따라서, 제조되는 유리의 수율이 저하되는 일이 없다.
또, 0.50 × S1
Figure 112010032803001-pct00039
ΔS 인 것이 바람직하다.
본 발명의 감압 탈포 장치의 제 3 양태에 있어서, 오버랩 부분을 갖고 있는 것이 바람직하다. 오버랩 부분을 갖고 있음으로써, 경계층류와 메인 플로우를 분리하는 효과가 증대되기 때문에 바람직하다.
오버랩 부분의 길이 (L) (mm) 와, 내관 (17) 의 외경 (D2) (mm) 이 하기 식 (20) 으로 나타내는 관계를 만족하는 것이 바람직하다.
L
Figure 112010032803001-pct00040
0.5 × D2… (20)
도 7 에 나타내는 구조의 감압 탈포 장치 (1') 에서는, 감압 탈포조 (3) 에 있어서의 용융 유리 (G) 의 액면의 높이를 조절하기 위해, 감압 탈포조 (3) 를 최대 600 mm 정도 상하시키는 경우가 있다. 이 때, 연장관 (14) 은, 감압 탈포조 (3) 의 변위에 따라 상하로 이동한다. 이 때문에 오버랩 부분의 길이 (L) 는 감압 탈포조 (3) 의 변위에 따라 변화하여, 감압 탈포조 (3) 를 최대한 상승시켰을 때에 L 이 최소가 된다.
L 이 최소가 되는 이 상태를 포함한 모든 상태에 있어서, L 및 D2 가 상기 식 (20) 에 나타내는 관계를 만족하는 것이 바람직하다. 단, 상기한 바와 같이, L 은 제로 (요컨대, 연장관 (14) 과, 내관 (17) 이 오버랩되어 있지 않다) 여도 된다.
또, 내관의 상단 (상류단) 이 연장관 (하강관) 내로 지나치게 파고들 가능성이 있는 점에서, L 은 하기 식 (21) 을 만족하는 것이 바람직하다.
L
Figure 112010032803001-pct00041
5 × D2… (21)
L 이 최소가 되는 상태를 포함한 모든 상태에서 L 및 D2 가 상기 식 (20) 에 나타내는 관계를 만족하면, 감압 탈포조 (3) 의 변위에 관계없이, 연장관 (14) 의 내벽과, 내관 (17) 의 외벽 사이의 공극 부분의 길이 (L) 가 경계층류와 메인 플로우를 물리적으로 분리하는 데 충분하다. 또, 감압 탈포조 (3) 를 최대한으로 상하시켜도, 연장관 (14) 의 선단이 하류측 피트 (15) (피트 본체 (16)) 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 상이하지만, 통상적으로는 51 ∼ 912 mm 이고, 보다 바람직하게는 102 ∼ 708 mm 이다. L 은 30 mm 이상 1000 mm 이하인 것이 바람직하고, 50 mm 이상 700 mm 이하인 것이 보다 바람직하다. L 을 1000 mm 초과로 해도, 경계층류와 메인 플로우의 분리에는 이미 기여가 적어, 오버랩되어 있는 부분의 길이가 매우 길어지므로 비용 증가가 된다.
또한, 연장관 (14) 자체의 길이는, 통상적으로는 200 ∼ 3000 mm 이고, 보다 바람직하게는 400 ∼ 1500 mm 이다. 내관 (17) 은, 도면 중 하류 방향으로 연장되어 있기 때문에, 그 길이는 특별히 한정되지 않는다. 단, 내관 (17) 의 길이는 50 mm ∼ 600 mm 인 것이 바람직하고, 100 mm ∼ 500 mm 인 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 감압 탈포 장치의 제 3 양태에 있어서는, 하류측 피트가 외관을 이루는 피트 본체와, 피트 본체 내에 위치하여 하류 방향으로 연장되는 내관의 이중관 구조이면 되고, 도 8 에 나타내는 바와 같은 연장관 (14) 과, 내관 (17) 이 오버랩되어 있는 것에 한정되지 않는다.
도 10 은, 본 발명의 감압 탈포 장치의 제 3 양태의 다른 실시형태의 하류측 피트 및 그 주변을 나타낸 부분 확대도이다. 본 실시 형태는, 연장관과, 내관의 관계가 상이한 점 이외에는, 도 8 에 나타내는 실시형태와 동일하다.
도 10 에 나타내는 실시형태에서는, 연장관 (14') 과, 내관 (17') 이 오버랩되어 있지 않아, 연장관 (14') 의 하단 (하류단) 과, 내관 (17') 의 상단 (상류단) 이 떨어져 있다. 오버랩되어 있지 않음으로써, 백금 도관 자체를 간소화할 수 있음과 함께, 설비 상의 설계를 용이화할 수 있게 된다.
또한, 오버랩을 하지 않는 것은, 단순한 설계 변경으로 인정될 우려도 있지만 그렇지 않다. 그곳에는 용융 유리의 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. 그렇게 하면, 만약 어떠한 실패가 있는 경우에는 수리는 거의 효과가 없고, 전면적인 개축이 필요해진다. 또, 용융 유리는 1200 ℃ 이상이라는 대단한 고온이기 때문에, 그 흐름을 직접 보는 것은 매우 곤란하다. 그렇게 생각할 경우, 용융 유리 장치의 설계는, 나중에 문제가 발생하지 않는 설비인 것과 동시에, 매우 간단한 설비인 것이 바람직한 경우가 있다.
이 오버랩을 하지 않는다는 발명은, 오버랩을 시키지 않아도 본 발명의 목적을 달성할 수 있다는 점에서 매우 큰 공헌을 갖고 있다.
경계층류를 포함한 용융 유리 흐름이 도 10 에 나타내는 연장관 (14') 의 하단 (하류단) 에 도달하면, 기포를 많이 포함한 경계층류는 연장관 (14') 의 하단 (하류단) 에 있어서 화살표 B 방향을 따라 이동한다. 즉, 연장관 (14') 의 하단 (하류단) 에서 외측으로 퍼져 피트 본체 (16') 의 내벽과, 내관 (17') 의 외벽 사이의 공극을 이동한다. 한편, 메인 플로우는 화살표 A 방향을 따라 이동하고, 내관 (17') 내부로 이동한다. 이 결과, 경계층류와 메인 플로우가 물리적으로 분리된다.
도 10 에 나타내는 실시형태에 있어서, 경계층류가 화살표 B 방향을 따라 이동하는 이유에 대해 이하에 설명한다.
연장관 (14') 의 하단 (하류단) 과, 내관 (17') 의 상단 (상류단) 사이의 부분에서는, 메인 플로우가 흐르는 피트 본체 (16') 의 중심 부근과, 피트 본체 (16') 의 외주 부근 (내벽 부근) 에서 압력차가 발생하여 피트 본체 (16') 의 외주 부근 (내벽 부근) 은 피트 본체 (16') 의 중심 부근에 비하여 압력이 낮은 상태가 된다. 이 압력 차에 의해, 경계층류는 화살표 B 방향을 따라 이동한다.
도 10 에 나타내는 실시형태에 있어서, 메인 플로우는 도면 중 화살표 A 방향을 따라 내관 (17') 내부로 이동하여 하류 방향으로 이동한다. 한편, 경계층류는, 도면 중 화살표 B 방향을 따라 피트 본체 (16') 의 내벽과, 내관 (17') 의 외벽 사이의 공극 부분으로 이동하고, 피트 본체 (16') 의 측부 (측벽) 에 형성된 개구부로부터 반환 배관 (11) 으로 이동한다. 이와 같이 하여, 경계층류와 메인 플로우가 물리적으로 분리되어, 감압 탈포에 의해 기포가 충분히 제거된 메인 플로우만이 성형 장치로 공급된다. 한편, 기포를 많이 포함한 경계층류는, 반환 배관 (11) 내를 이동하여 상류측 피트 (9) 로 보내진다. 상류측 피트 (9) 에 도달한 경계층류는, 용해조 (100) 로부터 새롭게 공급되어 오는 용융 유리와 함께 상승관 (4) (보다 구체적으로는, 연장관 (7) 및 상승관 (4)) 을 상승하여, 감압 탈포조 (3) 로 보내진다.
도 10 에 나타내는 실시형태에 있어서, 연장관 (14') 의 하단 (하류단) 과, 내관 (17') 의 상단 (상류단) 의 거리 (d) (mm) 와, 내관 (17') 의 외경 (D2) (mm) 이 하기 식 (22) 로 나타내는 관계를 만족하는 것이 바람직하다.
0 < d
Figure 112010032803001-pct00042
5 × D2… (22)
d 및 D2 가 상기 식 (22) 를 만족하면, 연장관 (14') 의 하단 (하류단) 과, 내관 (17') 의 상단 (상류단) 의 거리가, 경계층류와 메인 플로우를 물리적으로 분리하는 데 충분하다. 보다 구체적으로는, d 및 D2 가 상기 식 (22) 를 만족하면, 경계층류가 화살표 B 방향을 따라 이동하는 한편으로, 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, 하기 식 (23) 을 만족하고 있는 것이 보다 바람직하고, 하기 식 (24) 을 만족하고 있는 것이 더욱 바람직하다.
0.5 × D2
Figure 112010032803001-pct00043
d
Figure 112010032803001-pct00044
4 × D2… (23)
0.5 × D2
Figure 112010032803001-pct00045
d
Figure 112010032803001-pct00046
2 × D2… (24)
D2 는, 도 8 에 나타내는 실시형태에 대해 기재한 것과 동일하고, 통상적으로는 51 ∼ 912 mm 이고, 보다 바람직하게는 102 ∼ 708 mm 이다. d 는 30 mm 이상 1000 mm 이하인 것이 바람직하고, 50 mm 이상 700 mm 이하인 것이 보다 바람직하다.
또한, 연장관 (14') 및 내관 (17') 의 치수에 대해서는, 도 8 에 나타내는 실시형태에 대해 기재한 것과 동일하다.
도 11 은, 본 발명의 감압 탈포 장치의 제 3 양태의 또 다른 실시형태의 하류측 피트 및 그 주변을 나타낸 부분 확대도이다. 도 11 에 나타내는 실시형태는, 내관 (17'') 의 상단 (상류단) 의 형상이 도 12 의 내관 (17') 과는 상이하다. 즉, 도 11 에 나타내는 실시형태에서는, 내관 (17'') 의 상단 (상류단) 에 확경부 (18) 가 형성되어 있다. 도 11 에 나타내는 실시형태에서는, 내관 (17'') 의 상단 (상류단) 에 확경부 (18) 가 형성되어 있음으로써, 설비적인 설계 변경을 최소한으로 억제하면서, 메인 플로우의 유량을 증대시킬 수 있게 된다.
또한, 확경부 (18) 는, 도 11 에 나타내는 바와 같은 급준 (急峻) 하게 직경을 작게 할 뿐만 아니라, 경사적으로 또는 계단 형상으로 직경을 작게 하는 것이어도 된다.
도 10 또는 도 11 에 나타내는 실시형태에 있어서, 연장관 (14') 의 내경 (D1) (mm) 과, 내관 (17', 17'') 의 외경 (D2) (mm) 이 하기 식 (25) 로 나타내는 관계를 만족하는 것이 바람직하다.
0.98 × D2
Figure 112010032803001-pct00047
D1
Figure 112010032803001-pct00048
2.5 × D2… (25)
여기에서, 도 11 과 같이, 내관 (17'') 상단 (상류단) 에 확경부 (18) 가 형성되어 있는 경우, 내관 (17'') 의 외경 (D2) 은 확경부 (18) 의 외경을 의미한다.
연장관 (14') 의 내경 (D1) 과, 내관 (17', 17'') 의 외경 (D2) 이 상기 식 (25) 에 나타내는 관계를 만족하면, 연장관 (14') 의 내경과, 내관 (17', 17'') 의 외경의 차가 현저하게 크지 않기 때문에, 경계층류와 메인 플로우를 물리적으로 분리하는 데 바람직하다. 연장관 (14') 의 내경과, 내관 (17', 17'') 의 외경의 차가 현저하게 큰 경우, 경계층류를 메인 플로우로부터 충분히 분리할 수 없을 우려가 있다 (내관 (17', 17'') 의 외경이 큰 경우). 또, 메인 플로우 중 경계층류측으로 분리되는 양이 증가되어, 제조되는 유리의 수율을 저하시키므로 바람직하지 않다 (연장관 (14') 의 내경이 큰 경우).
다음으로, 본 발명의 감압 탈포 장치의 제 4 양태에 대해 설명한다.
도 12 는, 본 발명의 감압 탈포 장치의 제 4 양태를 나타낸 단면도이다.
도 12 에 나타내는 감압 탈포 장치 (1'') 는, 이하의 상이점 이외에는 도 1 에 나타내는 감압 탈포 장치 (1) 와 동일하다.
·상류관 및 하류관에 접속된 연장관의 하단이 상류측 피트 및 하류측 피트 내의 용융 유리에 침지된 구조가 아니라, 상류관 (4') 및 하류관 (5') 과, 상류측 피트 (19) 및 하류측 피트 (20) 가 각각 연통하여 액밀하게 접속된 구조이다 (상이점 1).
·본 발명의 감압 탈포 장치의 제 1 ∼ 제 3 양태와 같은 분리 기구로서 기능하는 이중관 구조를 갖고 있지 않다 (상이점 2).
도 12 에 나타내는 감압 탈포 장치 (1'') 에서는, 상류관 (4') 및 하류관 (5') 과, 상류측 피트 (19) 및 하류측 피트 (20) 가 액밀하게 접속된 구조임으로써 구조가 단단해지는 건설 비용을 삭감할 수 있는 등의 이점이 있다.
그러나, 도 12 에 나타내는 감압 탈포 장치 (1'') 는, 상류관 (4') 및 하류관 (5') 과, 상류측 피트 (19) 및 하류측 피트 (20) 가 각각 액밀하게 접속된 구조이기 때문에, 감압 탈포조 (3) 내의 감압도를 보정한 경우에, 감압 탈포조 (3) 를 상하시킴으로써 감압 탈포조 (3) 내에 있어서의 용융 유리 (G) 의 액면을 일정하게 유지할 수 없다. 따라서, 감압 탈포조 (3) 내에 있어서의 용융 유리 (G) 의 액면이 변화된 경우, 그것에 따라 감압 탈포의 효과에 영향이 발생한다. 특히, 감압 탈포조 (3) 내에 있어서의 용융 유리 (G) 의 액면이 상승한 경우, 감압 탈포 효과가 저하되므로, 기포를 많이 포함한 경계층류의 증가가 문제가 된다.
그러나, 도 12 에 나타내는 감압 탈포 장치 (1'') 에서는, 하강관 (5') 으로부터 하류측 피트 (20) 로 이동하는 용융 유리 (G) 중, 기포를 많이 포함한 경계층류를 분리 기구에 의해 메인 플로우로부터 분리하여, 반환 배관 (11) 을 통하여 감압 탈포조 (3) 로 되돌림으로써, 감압 탈포 효과의 저하에 의한 영향을 억제할 수 있다.
단, 본 발명의 감압 탈포 장치의 제 4 양태에 있어서, 상이점 1 은 필수의 구성이 아니고, 본 발명의 감압 탈포 장치의 제 1 ∼ 제 3 양태와 같이, 상류관 및 하류관에 접속된 연장관의 하단이, 각각 상류측 피트 및 하류측 피트 내의 용융 유리에 침지된 구조여도 된다.
본 발명의 감압 탈포 장치의 제 4 양태에서는, 하기 (1), (2) 를 만족하도록, 하류측 피트 (20) 에 형성된 반환 배관 (11) 의 개구부가, 하강관 (5') 으로부터 하류측 피트 (20) 로 이동하는 용융 유리 (G) 중, 기포를 많이 포함한 경계층류를 메인 플로우로부터 분리하는 분리 기구로서 기능한다.
(1) 그 개구부가, 하강관 (5') 을 가상적으로 하류측으로 연장한 가상 영역의 일부를 횡단한다.
(2) 그 개구부가, 하강관 (5') 의 중심축을 가상적으로 하류측으로 연장한 가상선을 횡단하지 않는다.
상기 (1), (2) 에 대해, 도 13 을 참조하여 설명한다. 도 13 은, 도 12 에 나타내는 감압 탈포 장치 (1'') 의 하류측 피트 및 그 주변을 나타낸 부분 확대도이다.
도 13 에 있어서, 반환 배관 (11) 은 하류측 피트 (20) 의 도면 중 좌측, 즉, 수평 방향 상류측의 측부 (측벽) 의 하단 부근에서 수평 방향 상류측을 향하여 연장되어 있다. 그 반환 배관 (11) 의 개구부 (22) (파선으로 나타낸다) 는, 하류측 피트 (20) 의 수평 방향 상류측의 측부 (측벽) 의 하단 부근에 형성되어 있고 하강관 (5') 을 가상적으로 하류측으로 연장한 가상 영역 (23) (사선으로 나타낸다) 의 일부를 횡단하고 있다. 또한, 본 명세서에 있어서, 하강관을 하류측으로 연장한 가상 영역이란, 도 13 에 나타내는 바와 같이, 하강관 (5') 의 외경을 하류측으로 연장한 영역이 아니라, 하강관 (5') 의 내경을 하류측으로 연장한 영역을 의도하고 있다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 하강관 (5') 으로부터 하류측 피트 (20) 로 이동하는 용융 유리 (G) 중, 도면 중 좌측의 하강관 (5') 의 벽면, 즉, 수평 방향에 있어서의 용융 유리 흐름 (G) 의 유동 방향에 있어서의 상류측의 하강관 (5') 의 벽면을 따라 흐르는 경계층류가, 메인 플로우로부터 분리되어 개구부 (22) 로부터 반환 배관 (11) 으로 이동한다.
도 13 에 있어서, 개구부 (22) 는, 하강관 (5') 의 중심축을 가상적으로 하류측으로 연장한 가상선 (24) (파선으로 나타낸다) 를 횡단하지 않는다. 이로써 메인 플로우 중, 경계층의 부분을 효과적으로 반환 배관 (11) 에 도입할 수 있다.
따라서, 본 발명의 감압 탈포 장치의 제 4 양태에서는, 하강관 (5') 의 벽면을 따라 흐르는 경계층류 중, 수평 방향 상류측, 즉, 도면 중 좌측의 하강관 (5') 의 벽면을 따라 흐르는 경계층류가 분리된다.
상기 서술한 바와 같이, 감압 탈포를 실시하고 있음에도 불구하고, 용융 유리 중의 기포가 증가되는 원인에는, 용융 유리의 도관 벽면과, 용융 유리의 계면에서의 기포의 발생과, 감압 탈포조 내에 있어서의 용융 유리의 액면 상승에 의한 감압 탈포 효과의 저하가 있다.
건축용 또는 자동차용의 유리 등과 같이, 제조되는 유리에 요구되는 기포 품질이 그다지 엄격하지 않은 경우, 후자에 의한 기포를 주로 포함하는 경계층류를 분리하고, 감압 탈포조로 되돌려 다시 감압 탈포를 실시해도 충분하다.
상기 서술한 바와 같이, 감압 탈포조 내에 있어서의 용융 유리의 액면 상승에 의한 감압 탈포 효과의 저하에 의해 발생하는 경계층류는, 수평 방향 상류측, 즉, 도면 중 좌측의 하강관 (5') 의 벽면을 따라 흐르므로, 본 발명의 감압 탈포 장치의 제 4 양태를 사용하여 메인 플로우로부터 분리할 수 있다. 또, 용융 유리의 도관 벽면과, 용융 유리의 계면에서의 기포의 발생에 의한 경계층류 중, 수평 방향 상류측, 즉, 도면 중 좌측의 하강관 (5') 의 벽면을 따라 흐르는 것은, 본 발명의 감압 탈포 장치의 제 4 양태를 사용하여 메인 플로우로부터 분리할 수 있다.
한편, 플랫 디스플레이용 패널에 사용되는 유리와 같이, 제조되는 유리에 요구되는 기포 품질이 매우 엄격한 경우, 이중관 구조에 의해 경계층류를 메인 플로우로부터 분리하는 본 발명의 감압 탈포 장치의 제 1 ∼ 제 3 양태를 사용하여, 용융 유리의 도관 벽면과, 용융 유리의 계면에서의 기포의 발생에 의한 경계층류와 감압 탈포조 내에 있어서의 용융 유리의 액면 상승에 의한 감압 탈포 효과의 저하에 의한 경계층류의 양방을 분리하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 감압 탈포 장치의 제 1 ∼ 제 3 양태를 사용한 경우, 감압 탈포조 (3) 내에 있어서 용융 유리 (G) 흐름의 표층을 이루는 경계층류도 바람직하게 분리할 수 있다. 감압 탈포의 조건에 따라서는, 감압 탈포조 내의 용융 유리 (G) 의 표면에 파포되지 않은 기포가 존재하고, 감압 탈포조 내를 이동하는 용융 유리 흐름 (G) 의 표층을 이룬다. 용융 유리 흐름 (G) 이 하강관으로 이동할 때에는, 파포되지 않은 기포를 포함하는 용융 유리 흐름 (G) 의 표층이 감압 탈포조의 하류단의 벽면을 따라 되접히는 형태로 하강관으로 이동하는 경향이 있다. 이 결과, 수평 방향 상류측의 하강관의 벽면을 따라 흐르는 경계층류보다, 수평 방향에 있어서의 용융 유리 흐름의 흐름 방향에 있어서의 하류측 (이하, 「수평 방향 하류측」이라고 한다) 의 하강관의 벽면을 따라 흐르는 경계층류 쪽이 기포가 많아지는 경향이 있다. 이중관 구조에 의해 경계층류를 메인 플로우로부터 분리하는 본 발명의 감압 탈포 장치의 제 1 ∼ 제 3 양태를 사용한 경우, 이와 같은 경계층류도 바람직하게 분리할 수 있다.
본 발명의 감압 탈포 장치의 제 4 양태에 이야기를 되돌리면, 상기 (1), (2) 를 만족하도록 개구부 (22) 를 형성하기 위해서는, 도 13 에서 분명한 바와 같이, 반환 배관 (11) 의 일단 (一端), 보다 구체적으로는 반환 배관 (11) 의 개구부 (22) 의 일단이 가상 영역 (23) 내에서, 또한, 가상선 (24) 보다 수평 방향 상류측에 위치하면 된다. 바꾸어 말하면, 반환 배관 (11) 과 가상선 (24) 의 최단 거리 (dmin) (mm) 와 하강관 (5') 의 반경 (Ddown) (mm) 이 하기 식 (26) 으로 나타내는 관계를 만족하도록 개구부 (22) 를 형성하면 된다.
0 < dmin < Ddown… (26)
도 13 에서는, 하류측 피트 (20) 의 수평 방향 상류측의 측부 (측벽) 의 하단 부근에 개구부 (22) 가 경사져 형성되어 있는데, 상기 (1), (2) 를 만족하는 개구부는, 하류측 피트 (20) 의 바닥면에 형성할 수도 있다. 예를 들어, 하류측 피트 (20) 의 바닥면의 좌단 (左端) 부근에 개구부를 형성하면 상기 (1), (2) 를 만족하게 된다. 이 경우, 반환 배관은, 개구부로부터 도면 중 하방으로 연장되게 된다. 이와 같은 구성으로 해도, 수평 방향 상류측, 즉, 도면 중 좌측의 하강관 (5') 의 벽면을 따라 흐르는 경계층류를 메인 플로우로부터 분리할 수 있다. 단, 이와 같은 구성으로 한 경우, 반환 배관을 수평 방향 상류측으로 연장하기 위해서 반환 배관을 도중에서 굽힐 필요가 있기 때문에 반환 배관에 있어서의 용융 유리의 유동 저항이 증가될 우려가 있다. 또, 하류측 피트의 바닥면에 반환 배관의 개구부를 형성한 구조의 경우, 도 13 에 나타내는 바와 같은 하류측 피트 (20) 의 수평 방향 상류측의 측부 (측벽) 의 하단 부근에 개구부 (22) 가 경사져 형성한 구조에 비하여 개구부의 면적을 크게 할 수 없으므로 반환 배관 (11) 에 있어서의 용융 유리의 유동 저항이 커진다.
따라서, 도 13 에 나타내는 바와 같이, 하류측 피트 (20) 의 수평 방향 상류측의 측부 (측벽) 의 하단 부근에 개구부 (22) 를 경사지게 하여 형성하는 것이 바람직하다. 여기에서 개구부 (22) 와 가상선 (24) 이 이루는 각도 (
Figure 112010032803001-pct00049
) 가 하기 식 (27) 을 만족하는 것이 바람직하다.
10
Figure 112010032803001-pct00050
Figure 112010032803001-pct00051
Figure 112010032803001-pct00052
80… (27)
여기에서, 각도 (
Figure 112010032803001-pct00053
) 가 상기 식 (27) 을 만족하면, 경계층류의 분리라는 점에서 우수하며 개구부 (22) 의 면적이 적절해진다. 또, 개구부 (22) 로부터 반환 배관 (11) 으로 용융 유리가 진입할 때의 유로의 휨 각도가 완만하므로, 반환 배관 (11) 에 있어서의 용융 유리의 유동 저항이 증가되는 일이 없다. 또, 경계층류의 분리의 관점 및 설비적인 면에서는, 각도 (
Figure 112010032803001-pct00054
) 가 20 도 이상, 70 도 이하가 보다 바람직하다.
도 13 에 나타내는 바와 같이, 수평 방향 상류측으로 연장되는 반환 배관 (11) 의 개구부 (22) 를 하류측 피트 (20) 의 수평 방향 상류측의 측부 (측벽) 의 하단 부근에 경사지게 하여 형성하는 경우, 개구부 (22) 부근에서의 용융 유리의 체류를 억제하기 위해서, 하류측 피트 (20) 의 바닥면의 높이와, 반환 배관 (11) 의 바닥면의 높이를 변경하여, 양자 간에 단차 (段差) 를 형성하는 것이 바람직하다. 도 13 에서는, 하류측 피트 (20) 의 바닥면에 비하여 반환 배관 (11) 의 바닥면의 높이가 낮아져 있다.
도 14 는, 본 발명의 감압 탈포 장치의 제 4 양태의 다른 실시형태의 하류측 피트 및 그 주변을 나타낸 부분 확대도이다. 도 14 에서는, 도 13 과는 반대로 반환 배관 (11) 의 바닥면에 비하여 하류측 피트 (20) 의 바닥면의 높이가 낮아져 있다.
도 13 및 14 에 나타내는 바와 같이, 개구부 (22) 부근에서의 용융 유리의 체류를 억제하기 위해서, 하류측 피트 (20) 바닥면과 반환 배관 (11) 의 바닥면의 사이에 단차를 형성하는 경우, 양자 간은 각도 5 ∼ 60 도를 갖는 경사 구조에 의해 접속하는 것이 바람직하다. 여기에서, 개략 형상이 각도 5 ∼ 60 도를 갖는 경사 구조인 경우, 각도 5 ∼ 60 도를 갖는 슬로프 형상의 경사 구조를 주로 의도하지만, 이것에 한정되지 않고, 계단 형상의 구조로서 그 개략 형상이 각도 5 ∼ 60 도를 갖는 경사 구조가 되는 것도 포함된다. 경사 구조의 각도가 상기 범위이면, 개구부 (22) 부근에서의 용융 유리의 체류를 효과적으로 억제할 수 있다. 또, 경사 구조의 각도가 지나치게 작으면 경사 구조의 거리가 길어지므로, 하류측 피트 (20) 나 반환 배관 (11) 의 단면적이 작아지거나, 하류측 피트 (20) 또는 반환 배관 (11) 의 단면적이 도중에서 변화하는 부분을 발생시키게 되므로 바람직하지 않다.
하류측 피트 (20) 의 바닥면과 반환 배관 (11) 의 바닥면을 접속하는 경사 구조는 각도 10 ∼ 60 도를 갖는 것이 보다 바람직하고, 각도 30 ∼ 60 도를 갖는 것이 더욱 바람직하다.
하류측 피트 (20) 의 바닥면과 반환 배관 (11) 의 바닥면 사이에 단차를 형성하는 경우, 양자 간을 각도 5 ∼ 60 도를 갖는 경사 구조에 의해 접속할 수 있는 한 단차의 높이는 특별히 한정되지 않는다. 단차의 높이는, 개구부 (22) 의 면적과 반환 배관 (11) 의 단면적이 실질적으로 동일해지도록 형성하는 것이 바람직하다.
다음으로, 본 발명의 감압 탈포 방법에 대해 설명한다.
본 발명의 감압 탈포 방법은, 내부가 감압 상태로 유지된 감압 탈포조 중에 용융 유리를 통과시킴으로써 그 용융 유리를 감압 탈포하는 방법으로서, 상기 감압 탈포조로부터 유출되는 용융 유리의 일부를 분리하고, 그 분리된 용융 유리를 다시 상기 감압 탈포조 중으로 되돌리는 것을 특징으로 한다. 바꾸어 말하면, 본 발명의 감압 탈포 방법에서는, 감압 탈포 장치를 사용하여 용융 유리의 감압 탈포를 실시할 때에, 감압 탈포조로부터 유출되는 용융 유리의 일부, 구체적으로는, 감압 탈포조로부터 유출되는 용융 유리 중, 기포를 많이 포함한 경계층류를 분리하고, 분리된 경계층류를 다시 감압 탈포조 중으로 되돌려, 다시 감압 탈포를 실시한다.
따라서, 본 발명의 감압 탈포 방법은, 상기 서술한 본 발명의 감압 탈포 장치의 제 1 ∼ 4 양태를 사용하여 바람직하게 실시할 수 있다.
본 발명의 용융 유리의 감압 탈포 방법에 있어서, 용융 유리는, 감압 탈포조에 연속적으로 공급·배출되는 것이 바람직하다.
또한, 용융 유리의 유량이 1 ∼ 1000 톤/일인 것이 생산성 면에서 바람직하다.
감압 탈포조로부터 유출되는 용융 유리 중, 분리하여 감압 탈포조로 되돌리는 용융 유리의 비율은, 감압 탈포조로부터 유출되는 용융 유리에 포함되는 경계층류의 비율에 따라 다르기 때문에 일률적으로는 말할 수 없지만, 감압 탈포조로부터 유출되는 용융 유리의 20 % 이하인 것이 제조되는 유리의 수율을 저하시키지 않기 때문에 바람직하다. 감압 탈포조로부터 유출되는 용융 유리 중, 분리하여 감압 탈포조로 되돌리는 용융 유리의 비율은 0.1 ∼ 10 % 인 것이 보다 바람직하고, 1 ∼ 5 % 인 것이 더욱 바람직하다.
감압 탈포조로부터 유출되는 용융 유리 중, 분리하여 감압 탈포조로 되돌리는 용융 유리의 비율은, 감압 탈포를 실시하면서 변경할 수도 있다. 예를 들어, 감압 탈포의 개시시는 용융 유리에 포함되는 기포의 양이 많기 때문에, 분리하여 감압 탈포조로 되돌리는 용융 유리의 비율을 조금 높게 설정하고, 그 후, 감압 탈포 상태가 안정되어, 기포가 적어졌을 때에는, 분리하여 감압 탈포조로 되돌리는 용융 유리의 비율을 낮춰도 된다. 분리하여 감압 탈포조로 되돌리는 용융 유리의 비율은, 펌프 수단 (12) 에 의해 반환 배관 (11) 에 있어서의 용융 유리 흐름의 유속을 바꿈으로써 조절할 수 있다.
또, 분리된 용융 유리는, 감압 탈포조 중으로 되돌리기 전에, 반환 배관 (11) 내에 있어서, 가열 및 교반되는 것이 바람직하다.
용해조로부터 공급되는 용융 유리와 감압 탈포조 내의 용융 유리의 온도차가 발생하는 것을 방지하기 위해서, 감압 탈포조는, 내부가 1100 ℃ ∼ 1500 ℃, 특히 1150 ℃ ∼ 1450 ℃의 온도 범위가 되도록 가열되어 있는 것이 바람직하다. 감압 탈포조로 되돌리는 용융 유리의 온도가 용해조로부터 항시 공급되는 용융 유리의 온도에 비하여 낮아진 경우에는, 가열하는 수단에 의해 반환 배관 (11) 에 있어서의 용융 유리의 온도를 높일 수 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. 여기에서 감압 탈포조 내부는, 51 ∼ 613 hPa (38 ∼ 460 mmHg) 로 감압되어 있는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는, 감압 탈포조 내부는 80 ∼ 338 hPa (60 ∼ 253 mmHg) 로 감압되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 감압 탈포 방법이 대상으로 하는 유리는, 가열 용융법에 의해 제조되는 유리인 한 조성적으로는 제약을 받지 않는다. 따라서, 소다라임 유리로 대표되는 소다라임 실리카계 유리나 알칼리붕규산 유리와 같은 알칼리 유리여도 된다.
산업상 이용가능성
본 발명은, 기포 품질이 엄격하게 요구되는 각종 유리의 제조에 이용할 수 있다.
또한, 2008년 2월 27일에 출원된 일본 특허출원 2008-046247호의 명세서, 특허 청구의 범위, 도면 및 요약서의 전체 내용을 여기에 인용하고, 본 발명의 명세서의 개시로서 도입하는 것이다.
1, 1', 1'' : 감압 탈포 장치
2 : 감압 하우징
3 : 감압 탈포조
4,4' : 상승관
5, 5' : 하강관
6 : 단열재
7 : 연장관 (상승관측)
8, 8', 14, 14' : 연장관 (하강관측)
81, 81', 81'', 81''' : 내관
82, 82', 82'', 82''' : 외관
83, 83', 83'', 83''' : 개구부
9, 19 : 상류측 피트
10, 15, 15',20 : 하류측 피트
11 : 반환 배관
12 : 펌프 수단
13 : 교반 수단
18 : 확경부
22 : 개구부
23 : 가상 영역
24 : 가상선
100 : 용해조

Claims (32)

  1. 상승관, 감압 탈포조, 하강관, 상기 상승관에 용융 유리를 공급하는 상류측 피트, 및, 상기 하강관으로부터의 용융 유리를 수용하는 하류측 피트를 갖는 용융 유리의 감압 탈포 장치로서, 상기 하강관으로부터 상기 하류측 피트로 이동하는 용융 유리의 일부를 분리하는 분리 기구, 및, 상기 분리 기구에 의해 분리된 용융 유리를 상기 상류측 피트로 되돌리는 반환 배관을 갖는 것을 특징으로 하는 용융 유리의 감압 탈포 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하류측 피트의 측부에는, 상기 반환 배관의 일방의 단부를 이루는 개구부가 형성되어 있고,
    상기 하강관의 하류단에는, 그 일부가 상기 분리 기구로서 기능하는 백금제 또는 백금 합금제 중공관으로 이루어지는 용융 유리의 도관 구조가 접속되어 있고,
    상기 도관 구조는, 적어도 하류단측이 내관 및 외관으로 이루어지는 이중관 구조를 이루고 있고,
    상기 내관은, 상류단 및 하류단이 개방단이고,
    상기 외관은, 상류단이 개방단이고 하류단이 폐지단이며, 상기 폐지단의 일부를 내관이 관통하고 있고,
    상기 외관의 상기 하류단측에는, 상기 하류측 피트의 측부에 형성된 상기 개구부와 면하는 위치에 개구부가 형성되어 있는 용융 유리의 감압 탈포 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 하류측 피트의 측부에는, 상기 반환 배관의 일방의 단부를 이루는 개구부가 형성되어 있고,
    상기 하강관이, 그 일부가 분리 기구로서 기능하는 백금제 또는 백금 합금제 중공관으로 이루어지는 용융 유리의 도관 구조이고,
    상기 도관 구조는, 적어도 하류단측이 내관 및 외관으로 이루어지는 이중관 구조를 이루고 있고,
    상기 내관은, 상류단 및 하류단이 개방단이고,
    상기 외관은, 상류단이 개방단이고 하류단이 폐지단이며, 상기 폐지단의 일부를 내관이 관통하고 있고,
    상기 외관의 상기 하류단측에는, 상기 하류측 피트의 측부에 형성된 상기 개구부와 면하는 위치에 개구부가 형성되어 있는 용융 유리의 감압 탈포 장치.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 도관 구조의 상기 하류단측에 있어서, 상기 내관이 상기 외관의 폐지단으로부터 돌출되어 있는 용융 유리의 감압 탈포 장치.
  5. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 내관 상류단으로부터 상기 외관의 상기 하류단측에 형성된 상기 개구부의 상류측단까지의 거리 (Lin) (mm) 와, 상기 내관의 내경 (Din) (mm) 이 하기 식으로 나타내는 관계를 만족하는 용융 유리의 감압 탈포 장치.
    Lin
    Figure 112012038842822-pct00055
    Din/2
  6. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 외관의 내경과, 상기 내관의 외경의 차 (Dout-in) (mm) 와, 상기 내관의 내경 (Din) (mm) 이 하기 식으로 나타내는 관계를 만족하는 용융 유리의 감압 탈포 장치.
    Dout-in/2
    Figure 112012038842822-pct00056
    0.02 × Din
  7. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 내관 상류단으로부터 상기 외관의 상기 하류단측에 형성된 상기 개구부의 상류측단까지의 거리 (Lin) (mm) 와 상기 외관의 내경과, 상기 내관의 외경의 차 (Dout-in) (mm) 가 하기 식으로 나타내는 관계를 만족하는 용융 유리의 감압 탈포 장치.
    Lin
    Figure 112012038842822-pct00057
    (Dout-in/2) × 3
  8. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 외관 유로의 단면적에서 상기 내관 유로의 단면적을 뺀 단면적 차 (Sout-in) (㎟) 와, 상기 내관 유로의 단면적 (Sin) (㎟) 이 하기 식으로 나타내는 관계를 만족하는 용융 유리의 감압 탈포 장치.
    Sout-in
    Figure 112012038842822-pct00058
    Sin
  9. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 외관의 상기 하류단측에 형성된 상기 개구부의 면적 (S) (㎟) 과 상기 외관의 내경 (Dout) (mm) 이 하기 식으로 나타내는 관계를 만족하는 용융 유리의 감압 탈포 장치.
    S
    Figure 112012038842822-pct00059
    9 × Dout
  10. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 외관의 상기 하류단측에 형성된 개구부의 상류측단이 상기 하류측 피트의 측부에 형성된 개구부의 상류측단보다 0 ∼ 500 mm 하측에 위치하고 있는 용융 유리의 감압 탈포 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 하강관과, 상기 하류측 피트가 연통하여 접속되어 있고,
    상기 하류측 피트가, 외관을 이루는 피트 본체와, 상기 피트 본체 내에 위치하여 하류 방향으로 연장되는 내관의 이중관 구조이고, 상기 피트 본체에는 상기 반환 배관의 일방의 단부를 이루는 개구부가 형성되어 있고, 상기 이중관 구조가 상기 분리 기구로서 기능하는 용융 유리의 감압 탈포 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 하강관의 내경 (D1) (mm) 과, 상기 내관의 외경 (D2) (mm) 이 하기 식으로 나타내는 관계를 만족하는 용융 유리의 감압 탈포 장치.
    D1 > D2
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 하강관의 내경과, 상기 내관의 외경의 차 (ΔD) (mm) 와, 상기 내관의 내경 (D3) (mm) 이 하기 식으로 나타내는 관계를 만족하는 용융 유리의 감압 탈포 장치.
    ΔD
    Figure 112010032803001-pct00060
    0.04 × D3
  14. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 하강관 유로의 단면적에서 상기 내관 유로의 단면적을 뺀 단면적 차 (ΔS) (㎟) 와, 상기 내관 유로의 단면적 (S1) (㎟) 이 하기 식으로 나타내는 관계를 만족하는 용융 유리의 감압 탈포 장치.
    ΔS
    Figure 112012038842822-pct00061
    S1
  15. 제 11 항 또는 제 12 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 용융 유리의 감압 탈포 장치.
    L
    Figure 112012038842822-pct00062
    5 × D2
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 하강관의 하류단과, 상기 내관의 상류단의 거리 (d) (mm) 와, 상기 내관의 외경 (D2) (mm) 이 하기 식으로 나타내는 관계를 만족하는 용융 유리의 감압 탈포 장치.
    0.5 × D2
    Figure 112010032803001-pct00063
    d
    Figure 112010032803001-pct00064
    5 × D2
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 하류측 피트측의 상기 반환 배관의 개구부가 하기 (1), (2) 를 만족하고 있고, 그 개구부가 상기 분리 기구로서 기능하는 용융 유리의 감압 탈포 장치.
    (1) 상기 개구부가, 상기 하강관을 가상적으로 하류측으로 연장한 가상 영역의 일부를 횡단한다.
    (2) 상기 개구부가, 상기 하강관의 중심축을 가상적으로 하류측으로 연장한 가상선을 횡단하지 않는다.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 반환 배관과 상기 가상선의 최단 거리 (dmin) (mm) 와 상기 하강관의 반경 (Ddown) (mm) 이 하기 식을 만족하는 용융 유리의 감압 탈포 장치.
    0 < dmin < Ddown
  19. 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,
    상기 개구부와 상기 가상선이 이루는 각도 (
    Figure 112010032803001-pct00065
    ) (도) 가 하기 식을 만족하는 용융 유리의 감압 탈포 장치.
    10
    Figure 112010032803001-pct00066
    Figure 112010032803001-pct00067
    Figure 112010032803001-pct00068
    80
  20. 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,
    상기 개구부 부근에 있어서, 하류측 피트 바닥면과 상기 반환 배관의 바닥면의 높이가 상이한 용융 유리의 감압 탈포 장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    서로 높이가 상이한 상기 하류측 피트 바닥면과 상기 반환 배관의 바닥면이 각도 5 ∼ 60 도를 갖는 경사 구조로 접속되어 있는 용융 유리의 감압 탈포 장치.
  22. 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,
    상기 개구부의 면적과 상기 반환 배관의 단면적이 동등한 용융 유리의 감압 탈포 장치.
  23. 제 1 항 내지 제 3 항, 제 11 항, 제 12 항, 제 16 항, 제 17 항 및 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반환 배관 내에 있어서의 용융 유리 흐름을 제어하기 위한 펌프 수단을 추가로 갖는 용융 유리의 감압 탈포 장치.
  24. 제 1 항 내지 제 3 항, 제 11 항, 제 12 항, 제 16 항, 제 17 항 및 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반환 배관을 통과하는 용융 유리를 가열하는 수단을 추가로 갖는 것을 특징으로 하는 용융 유리의 감압 탈포 장치.
  25. 제 1 항 내지 제 3 항, 제 11 항, 제 12 항, 제 16 항, 제 17 항 및 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반환 배관을 통과하는 용융 유리를 교반하는 수단을 추가로 갖는 것을 특징으로 하는 용융 유리의 감압 탈포 장치.
  26. 내부가 감압 상태로 유지된 감압 탈포조 중에 용융 유리를 통과시킴으로써 그 용융 유리를 감압 탈포하는 방법으로서, 상기 감압 탈포조로부터 유출되는 용융 유리의 일부를 분리하고, 그 분리된 용융 유리를 다시 상기 감압 탈포조 중으로 되돌리는 것을 특징으로 하는 용융 유리의 감압 탈포 방법.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 분리된 용융 유리의 비율이, 상기 감압 탈포조 중을 통과하는 용융 유리의 0.1 % 이상, 10 % 이하인 용융 유리의 감압 탈포 방법.
  28. 제 26 항에 있어서,
    상기 분리된 용융 유리의 비율이, 상기 감압 탈포조 중을 통과하는 용융 유리의 1 % 이상, 5 % 이하인 용융 유리의 감압 탈포 방법.
  29. 제 26 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 감압 탈포조 중에 용융 유리를 통과시키면서, 상기 감압 탈포조 중을 통과하는 용융 유리에 대한 상기 분리된 용융 유리의 비율이 변경되는 용융 유리의 감압 탈포 방법.
  30. 제 26 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분리된 용융 유리가, 상기 감압 탈포조 중으로 되돌려지기 전에 가열되는 용융 유리의 감압 탈포 방법.
  31. 제 26 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분리된 용융 유리가, 상기 감압 탈포조 중으로 되돌려지기 전에 교반되는 용융 유리의 감압 탈포 방법.
  32. 용해로에서 유리 원료를 용해하고, 용해한 용융 유리를 제 1 항 기재의 용융 유리의 감압 탈포 장치에서 감압 탈포하며, 상기 감압 탈포에 의해 기포가 제거된 메인 플로우만이 성형 장치로 공급되는 용융 유리를 형성하는 유리 제품의 제조 방법.
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