KR101295555B1 - 유리의 전기용해장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유리 용융을 위한 용해장치에 있어서, 혼합된 무기질 유리 원료를 제공하는 공급부; 및 상기 공급부로부터 제공된 원료가 용융조에서 용해되도록 내부에 적어도 하나 이상의 발열체가 구비된 용해로;를 포함하며, 상기 발열체는, 상기 용융조 상부에 마련되어, 복사열에 통해 상기 원료를 간접적으로 가열하는 제1발열체;와, 상기 용융조 내에 설치되어 상기 원료를 직접 가열하는 제2발열체;를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 유리의 전기용해장치를 개시한다.
이러한 본 발명은 용해로 상부 발열체에 의한 간접가열과, 용해로 내부 발열체에 의한 직접가열을 겸비한 전기 용해로로서, 에너지 절약이 가능하고, 유리의 높은 용해품질을 얻을 수 있으며, 특히, 용해용량 대비 인출량이 배가되어 단위시간당 용해량을 증가시킬 수 있으며, 또한, 복사열에 의한 간접가열과, 전극 통전에 의한 직접가열이 가능한 발열체를 통해 특정 유리조성에 대한 맞춤 용해가 가능하다. 그리고 제1발열체와 용융조 사이에 격벽을 설치되어, 휘발성분에 의한 제1발열체의 침식을 방지되고, 따라서 장기간 사용이 가능한 경제적 효과와, 격벽에 복수의 통기구가 형성되되, 용융조에서 제1발열체 방향으로 하향 경사 구조를 갖도록 형성되어, 휘발성분의 유입을 차단하면서, 제1발열체의 복사열이 통기구를 통해 용융조로 전달되도록 하여, 열효율의 저하를 방지하는 효과가 있다.

Description

유리의 전기용해장치{ELECTRIC APPARATUS FOR SMELTING GLASS}

본 발명은 유리 용해를 위한 전기로에 관한 것으로, 더욱 상세하게 설명하면, 용해로 상부 발열체에 의한 간접가열과, 용해로 내부 발열체에 의한 직접가열을 겸비한 전기 용해로로서, 에너지 절약이 가능하고, 유리의 높은 용해품질을 얻을 수 있으며, 특히, 발열체의 열전달 효율이 극대화되어 용해로의 대형화가 가능하고 따라서, 용해용량 대비 인출량이 배가되어 단위시간당 용해량을 크게 증가시킬 수 있는 전기 용해장치에 관한 것이다.

일반적으로 유리의 전기용해장치는 미립자 형태의 유리분말을 제조하기 위한 장치로서, 통상 전기 발열체를 이용하여 복사열을 이용한 간접가열 방식 내지는 용융조의 내부에서 직접 통전하는 직접가열 방식이 있으며, 이는 재료의 배합 내지는 특성에 따라 선택적으로 적용하여 유리분말을 제조하고 있다.

그러나, 상기 간접가열 방식과 직접가열 방식은 발열체 주변부위를 제외하고는 유리원료에 대한 열전달 효율이 상대적으로 낮아 실험실 규모의 소형로에는 적합하나 대형로에는 적합하지 못함은 물론, 아래에 개시되는 바와 같이 비경제적일 뿐더러 산업상 대량생산에 문제가 있다.

보다 구체적으로는, 상기 가열 방식 중 간접가열방식은 전기 발열체의 복사열을 이용하여 간접적으로 유리원료를 가열하는데, 용해로가 대형화될 경우, 특정 위치에만 발열체가 설치되어, 발열체로부터 이격거리에 있는 유리원료에 충분한 열량을 공급하기 어렵고, 따라서 유리원료를 용융하는데 많은 시간과 전력이 소요됨에도 불구하고 효율이 높지 않으며, 이를 개선하여 보다 많은 양의 열량공급을 위하여 종래보다 용해로의 단위 면적당 많은 수량의 발열체를 설치해야 하는데, 이는 경제적 관점에서 문제점이 있다.

또한, 가사 많은 수량의 발열체를 설치하더라도, 발열체간 설치 간격이 존재해야 하고, 따라서 설치상의 제약으로 인해 일정 수량 이상의 설치가 불가능하므로 발열체의 설치수량은 한정되고, 한정된 수량으로는 충분한 열량 공급이 이루어질 수 없는 악순환의 문제점이 있다.

또한, 상기 가열방식 중 직접가열방식은 용융조 내부에 발열체를 설치하여 유리원료가 직접 발열체와 접촉함으로써 유리원료를 가열하는 방식으로서, 그 상부를 원료로 덮어 열손실을 최소화하는 일명 콜드탑(cold-top) 방식으로 원료를 용융시키는데, 이 방식은 상부를 덮고 있는 원료의 두께에 따라 가열시간이 가변되며, 장시간 열처리로 인해 발열체 주변과 발열체와 이격거리에 있는 원료간의 휘발정도가 달라 조성이 국부적으로 상이해지는 문제점이 있다.

또한, 발열체의 설치 수량과 관련된 문제는 간접가열방식에서와 동일한 문제점을 노출시키고 있다.

한편, 대형의 용해로를 이용하여 분체유리용 모유리를 용해할 경우, 발열체를 한계량으로 설치하더라도, 원료 투입량 대비 용해능력이 저조하여 상부 원료층이 두꺼워지면서 용해능력의 저하는 물론, 국부적 가열에 의한 브릿지(bridge) 현상을 동반하여 제품의 퀄리티를 저해시키는 문제가 있다.

상술한 바와 같이, 전기 발열체를 이용한 전기용해장치는 그 한계가 있으며, 또한, 발열체의 가열능력이 발열체 재료에 따라 달라지는데, 장비를 대형화하는 경우, 용융 과정을 원활히 수행하기 위해서는 가열능력, 즉 융점이 높은 발열체를 적용해야 하며, 이 경우, 발열체의 단가가 매우 높아지고, 따라서 최종적으로 유리의 제조단가가 높아지는 문제가 있다.

한편, 발열체가 유리원료의 휘발에 의한 침식 및 오염의 문제가 쉽게 대두되고 있으며, 이는 발열체의 수명과 신뢰성을 저하함은 물론, 후속 처리를 위한 유리원료의 조성에 악영향을 주는 문제점도 있다.

그러므로 열전달 측면과 발열체의 설치 수량 측면, 발열체의 설치간격 측면, 발열체의 침식과 관련되는 측면 등 제반 요인을 모두 고려하는 경우,전기용해장치는 그 한계성을 가짐이 분명하며, 이는 용융시간이라는 시간, 경제적 측면에서도 불리한 요소로 작용하며, 많은 전력을 소모하므로 대량생산체제에 적합하지 않은 문제가 있다.

따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 용해로 상부 발열체에 의한 간접가열과, 용해로 내부 발열체에 의한 직접가열을 겸비한 전기 용해로로서, 유리원료에 대한 전방위적 가열이 가능하며, 전달되는 열에너지를 다시 가열원으로 사용할 수 있어 에너지 절약이 가능하고, 국부적으로 조성이 달라지는 문제점을 최소화하여 유리의 높은 용해품질을 얻을 수 있으며, 특히, 발열체의 열전달 효율이 극대화되어 용해로의 대형화가 가능하고 따라서, 용해용량 대비 인출량이 배가되어 단위시간당 용해량을 증가시킬 수 있는 유리의 전기용해장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 본 발명은 복사열에 의한 간접가열과, 전극 통전에 의한 직접가열이 가능한 발열체를 각각 제어함으로써 특정 유리조성에 대한 맞춤 용해가 가능한 유리의 전기용해장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 제1발열체와 용융조 사이에 격벽을 설치되어, 휘발성분에 의한 제1발열체의 침식을 방지되고, 따라서 장기간 사용이 가능한 유리의 전기용해장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 격벽에 복수의 통기구가 형성되되, 용융조에서 제1발열체 방향으로 하향 경사 구조를 갖도록 형성되어, 휘발성분의 유입을 차단하면서, 제1발열체의 복사열이 통기구를 통해 용융조로 전달되도록 하여, 열효율의 저하를 방지하는 유리의 전기용해장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 유리 용해장치에 있어서, 혼합된 무기질 유리 원료를 제공하는 공급부; 및 상기 공급부로부터 제공된 원료가 용융조에서 용해되도록 내부에 적어도 하나 이상의 발열체가 구비된 용해로;를 포함하며, 상기 발열체는, 상기 용융조와 근접하게 구비되어 복사열에 통해 상기 유리원료를 간접 가열하는 제1발열체;와, 상기 용융조 내에 설치되어 상기 유리원료를 직접 가열하는 제2발열체;를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 유리의 전기용해장치를 개시한다.

상기 제1발열체는, 슈퍼칸탈(MoSi2) 발열체로서, 상기 용융조 상부 측면공간에 설치되는 것이 바람직하다.

상기 제2발열체는, 몰리브덴(Mo), 산화주석(SnO2) 및 백금(Pt) 중 어느 하나의 물성의 전극인 것이 바람직하다.

용해된 조성물을 유리 리본(glass ribbon)의 형상으로 성형하고, 내부에 냉각부가 구비된 한 쌍의 롤러;를 더 포함하여 구성된 것이 바람직하다.

상기 용해로는, 상기 용융조와 상기 제1발열체 사이에 설치되어, 상기 용융조의 휘발성분에 의한 상기 제1발열체의 훼손을 방지하는 격벽;을 더 포함하여 구성된 것이 바람직하다.

상기 격벽은, 내화재로서, 상기 제1발열체의 복사열이 상기 용융조로 전달되도록 복수의 통기구;을 더 포함하며, 상기 통기구는, 상기 용융조에서 상기 제1발열체 방향으로 하향 경사 구조를 갖는 것이 바람직하다.

상기 발열체는, 용해하려는 조성물에 따라 상기 제1발열체와 제2발열체의 열량비를 조절하는 제어장치;를 더 포함하며, 상기 제어장치는, 정전류 컨트롤 방식을 채용하고, 상기 제2발열체의 전극이 상기 용융조 내부에서 직접 통전하여 상기 조성물을 용해되도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 구성에 의하면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

본 발명은 용해로 상부 발열체에 의한 간접가열과, 용해로 내부 발열체에 의한 직접가열을 겸비한 전기 용해로로서, 에너지 절약이 가능하고, 유리의 높은 용해품질을 얻을 수 있으며, 특히, 발열체의 열전달 효율이 극대화되어 용해로의 대형화가 가능하고 따라서, 용해용량 대비 인출량이 배가되어 단위시간당 용해량을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 본 발명은 복사열에 의한 간접가열과, 전극 통전에 의한 직접가열이 가능한 발열체를 통해 특정 유리조성에 대한 맞춤 용해가 가능한 효과가 있다.

본 발명은 제1발열체와 용융조 사이에 격벽을 설치되어, 휘발성분에 의한 제1발열체의 침식을 방지되고, 따라서 장기간 사용이 가능한 경제적 효과가 있다.

본 발명은 격벽에 복수의 통기구가 형성되되, 용융조에서 제1발열체 방향으로 하향 경사 구조를 갖도록 형성되어, 휘발성분의 유입을 차단하면서, 제1발열체의 복사열이 통기구를 통해 용융조로 전달되도록 하여, 열효율의 저하를 방지하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 유리 전기융해장치를 설명하기 위해 나타낸 전체도,
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 발열체를 설명하기 위해 나타낸 융해로의 단면도, 그리고,
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 격벽을 설명하기 위해 나타낸 융해로의 단면도이다.

이하 본 발명에 따른 유리의 전기용해장치의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명하도록 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

본 발명을 설명함에 있어서, 정의되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의 내려진 것으로, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 유리 전기융해장치를 설명하기 위해 나타낸 전체도이다.

도시된 바와 같이 전기 용해장치는 유리원료를 제공을 위한 공급부(140)와, 공급된 유리원료를 용해시키기 위한 용해로(100) 및 용해된 유리를 배출하는 배출부(120)로 크게 구성된다.

공급부(140)는 원료의 안정적 공급이 용이하도록 역피라미드 형상의 호퍼(141)의 유리원료를 용해로(100)에 이송시키기 위한 이송부(143)로 구성되며, 이때, 이송부(143)는 스크루, 경사 및 유압구조 등 호퍼(141)를 통해 공급된 유리분말을 용해로(100)에 제공되도록 하는 구성이며, 이는 통상의 구조이므로 상세한 설명은 생략한다.

용해로(100)는 공급부(140)로부터 제공된 유리원료를 수용하고, 용해되는 용융조(101)와, 용융조(101)의 유리원료를 직접 내지는 간접가열하는 발열체(110)로 구성되며, 여기서 용융조(101)는 공급부로부터 제공되는 유리원료를 수용하는 함체로서, 도시된 바와 같이 용해로(100)의 함체 영역이거나, 또는 별도의 함체일 수도 있다.

발열체(110)는 제어장치(160)를 통해 유리원료의 특성 즉, 유리원료의 용융저항에 대응하는 맞춤 전압을 제공되는 것은 물론, 국부적 가열과 원격의 영역에 대한 가열이 용이하다. 따라서 발열량의 최적화가 가능하고 용해품질이 향상은 물론, 단위 시간당 용해량을 증가시킬 수 있도록 구성된다.

이러한, 발열체(110)는 용융조(101)와 근접되게 설치되어 복사열을 통해 용융조(101)의 유리원료를 간접적으로 가열하는 제1발열체(111)와, 용융조 내부에 설치되어 유리원료를 직접 가열하는 제2발열체(113)로 구성되며, 이에 대한 상세한 설명은 도 2를 함께 참조하여 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 발열체를 설명하기 위해 나타낸 융해로의 단면도이다.

도시된 바와 같이, 도 2a는 도 1의 A-A선에 의한 단면도를 나타낸 것이며, 도 2b는 도 2a의 B-B 선에 의한 단면상태를 나타낸 도면 것이며, 상세한 설명은 이를 함께 참조하여 설명하도록 한다.

제1발열체(111)는 용융조(101)의 상부 양측부에 일정한 간격을 두고 설치되어, 복사열을 통해 용융조(101)의 유리원료를 간접적으로 가열하기 위한 것이다.

이러한 제1발열체(111)는 용융조(101)의 길이방향 즉, 일정한 간격을 두고 공정의 진행방향을 따라 복수로 설치됨이 바람직하다.

또한, 제1발열체(111)는 용융조(101)와 근접된 영역은 물론, 용해물이 배출시까지 경화되는 것이 방지되도록 배출부(120) 영역에 추가 설치되는 것이 바람직하다.

한편, 제1발열체(111)는 초고온 발열체(MoSi2)인 것이 바람직하며, 이는 산화 분위기하의 고온(1800℃까지 사용 가능)에서 사용이 가능하며, 더구나, 표면에 형성되는 엷은 SiO2 유리 막이 발열체가 고온에서 산화되는 것을 방지해 준다.

이러한 제1발열체의 형상으로는 막대(Pole, Bar), U, W, U-직각(right angle) 등의 다양한 형태 중 적어도 어느 하나의 형상인 것이 바람직하다.

제2발열체(113)는 용융조(101) 내부에서 설치되는 전극으로서, 용융조(101) 내부에 수용된 유리원료와 직접 통전하여 용해시키기 위한 것이며, 특히, 도 1에 도시된 정전류 방식의 제어장치(160)를 통해 유리원료의 용해저항에 대응하는 적정 전류를 제공하여 발열량의 최적화가 가능하여 용해품질 향상은 물론, 단위 시간당 용해량을 증가시킬 수 있다.

이러한 제2발열체(113)는 도시된 바와 같이 용해로(100)의 외측으로부터 용융조(101)의 내부로 설치되는 구조로서, 적어도 두 개 이상인 것이 바람직하다.

또한, 제2발열체(113)는 몰리브덴(Mo), 산화주석(SnO2) 및 백금(Pt) 중 어느 하나의 물성의 전극인 것이 바람직하며, 그 중, 몰리브덴인 것이 가장 바람직하다.

이와 같이 발열체(110)를 통해 융해된 용융물은 이후, 배출부(120)를 통해 유리리본의 형태 성형되는데, 이는 도 1을 함께 참조하여 설명하도록 한다.

용융물은 도시된 바와 같이 용융조(101)를 통해 용해된 용융물은 그 하중으로 수직 하방 이동하여 스로트(121)를 통해 배출부(120)로 유입된 후, 배출구(123)를 통해 외부로 배출되면서, 한 쌍의 롤러(130)를 통해 유리리본(glass ribbon) 형상으로 성형된다.

그리고, 성형물은 조분쇄 및 미분쇄를 거쳐 소정의 입자 크기를 갖는 미립형 형태의 유리분말로 가공된다.

이때, 롤러(130)의 내부에는 냉각부(131)가 더 구비되며, 이는 고온의 용융물을 유리리본으로의 성형이 용이하도록 하기 위한 것이다.

한편, 유리분말을 용해하는 과정에서 휘발성분에 의해 제1발열체(111)가 훼손이 방지되도록 도 3에 도시된 바와 같이 격벽(150)이 더 설치될 수 있는데, 이는 도 3을 참조하여 설명하도록 한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 격벽을 설명하기 위해 나타낸 융해로의 단면도이다.

도시된 바와 같이, 도 3a는 도 1의 A-A선에 의한 단면도를 나타낸 것이며, 도 3b는 도 3a의 C-C 선에 의한 단면상태를 나타낸 도면이되, 격벽(150)을 더 포함한 상태를 나타낸 것이다.

도시된 바와 같이 용해되는 유리분말로부터 발생하는 휘발성분에 의해, 적어도 근접된 제1발열체(111)가 훼손되는 것을 방지하기 위한 격벽(150)이 더 설치된다.

이러한 격벽(150)은 용융조(101)와 제1발열체(111) 사이에 설치되어, 휘발성분에 의해 제1발열체(111)가 침식되는 것을 방지하기 위한 것이다.

즉, 격벽(150)은 용융조(101)로부터 발생하는 휘발성분이 제1발열체(111)와 접촉되는 것을 차단하여, 제1발열체(111) 훼손에 의한 탈락은 물론, 오작동 되는 것을 방지하기 위한 것이다.

또한, 격벽(150)은 내화재로서, 휘발성분의 접촉은 차단하되, 제1발열체(111)의 복사열이 용융조(101)로 전달되도록 복수의 통기구(151)가 더 형성되며, 이러한 통기구(151)는 용융조(101)에서 제1발열체(111) 방향으로 하향 경사 구조인 것이 바람직하다.

즉, 통기구는 휘발성분의 유입이 소정의 경사를 구비함으로서, 휘발성분의 유입을 방지하고, 제1발열체의 복사열이 용융조로 전달되도록 함으로써, 열효율이 저하되는 것을 방지되도록 하는 것이다.

이상에서 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것이 아니고 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 안정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 용해로 101 : 용융조
110 : 발열체 111 : 제1발열체
113 : 제2발열체 120 : 배출부
121 : 스로트 123 : 배출구
130 : 롤러 131 : 냉각부
140 : 공급부 141 : 호퍼
143 : 이송부 150 : 격벽
151 : 통기구 160 : 제어장치

Claims (7)

1. 유리 용해장치에 있어서,
   혼합된 무기질 유리 원료를 제공하는 공급부(140); 및
   상기 공급부(140)로부터 제공된 원료가 용융조(101)에서 용해되도록 내부에 적어도 하나 이상의 발열체(110)가 구비된 용해로(100);를 포함하며,
   상기 발열체(110)는, 상기 용융조(101)와 근접하게 구비되어 복사열에 통해 상기 유리원료를 간접 가열하는 제1발열체(111);와, 상기 용융조(101) 내에 설치되어 상기 유리원료를 직접 가열하는 제2발열체(113);와, 상기 용융조(101)와 상기 제1발열체(111) 사이에 설치되어, 상기 용융조(101)의 휘발성분에 의한 상기 제1발열체(111)의 훼손을 방지하는 격벽(150);을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 유리의 전기용해장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1발열체(111)는,
   슈퍼칸탈(MoSi2) 발열체로서, 상기 용융조 상부 측면공간에 설치되는 것을 특징으로 하는 유리의 전기용해장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제2발열체(113)는,
   몰리브덴(Mo), 산화주석(SnO2) 및 백금(Pt) 중 어느 하나의 물성의 전극인 것을 특징으로 하는 유리의 전기용해장치.
4. 제1항에 있어서,
   용해된 조성물을 유리 리본(glass ribbon)의 형상으로 성형하고, 내부에 냉각부(131)가 구비된 한 쌍의 롤러(130);를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 유리의 전기용해장치.
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 격벽(150)은,
   내화재로서, 상기 제1발열체(111)의 복사열이 상기 용융조(101)로 전달되도록 복수의 통기구(151);을 더 포함하며,
   상기 통기구(151)는, 상기 용융조(101)에서 상기 제1발열체(111) 방향으로 하향 경사 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 유리의 전기용해장치.
7. 제1항 내지 제4항, 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 발열체(110)는,
   용해하려는 조성물에 따라 상기 제1발열체(111)와 제2발열체(113)의 열량비를 조절하는 제어장치(160);를 더 포함하며,
   상기 제어장치(160)는,
   정전류 컨트롤 방식을 채용하고, 상기 제2발열체(113)의 전극이 상기 용융조(101)내부에서 직접 통전하여 상기 조성물을 용해되도록 하는 것을 특징으로 하는 유리의 전기용해장치.
   

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