KR102408474B1 - 유리 튜브 테이퍼를 제어하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

유리 튜브를 제조하기 위한 유리 튜브 제조 장치는 용융 유리를 가진 유리 전달 탱크를 포함한다. 상기 유리 전달 탱크는 바닥 개구를 갖춘다. 벨은 상기 바닥 개구에 위치한 외경을 갖는 상부를 갖춘다. 가열 장치는 벨 주위에 적어도 부분적으로 배치된다. 상기 가열 장치는 가열부 및 이 가열부 아래에 위치한 머플부를 포함한다. 상기 하부 확장 머플 구조는 상기 머플부로부터 하향 확장한다. 상기 하부 확장 머플 구조는 그 내부를 통과하는 대류 공기 유동을 관리하기 위해 상기 유리 튜브의 주변으로 확장한다.

Description

유리 튜브 테이퍼를 제어하기 위한 방법 및 장치

본 출원은 35 U.S.C.§120 하에 2016년 11월 30일 출원된 "Methods and Apparatuses for Controlling Glass Tube Taper,"로 명칭된 미국 가출원 제62/428,005호를 우선권 주장하고 있으며, 상기 특허 문헌의 내용은 참조를 위해 본 발명에 모두 포함된다.

본원에 기술된 실시예들은 일반적으로 유리 튜브을 형성하기 위한 장치에 관한 것으로, 좀더 구체적으로 유리 튜브 형성 공정 동안 유리 튜브 테이퍼를 제어하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

유리병, 카트리지 및 주사기와 같은 유리 제품을 제조하기 위한 유리 튜브의 사용은 유리 튜브 벽에서 높은 레벨의 치수 안정성을 요구한다. 예를 들어, 유리병, 카트리지 및 주사기는 최소의 편심률 및 벽 두께 변화가 요구되는 엄격한 치수 요구사항을 갖는다. 산업 표준에서는 벽 두께 변화가 그러한 제품의 전체 벽 두께의 5% 미만일 것을 요구하고 있다. 그러나, 그러한 유리 제품이 형성되는 유리 튜브에서의 치수 변화는 벽 두께가 허용 오차 범위를 벗어나는 유리 제품을 야기할 수 있다. 그와 같은 치수 변화는, 예를 들어 유리 튜브 제조 공정에서 공정 불안정성 또는 변형의 결과일 수 있다.

튜브 외경에 영향을 미칠 수 있는 많은 요인이 있다. 그와 같은 요인들은 튜브 형성 단계에서 발생할 수 있으며, 상당한 튜브 외경 및 두께 변화를 야기한다.

따라서, 유리 튜브 형성 장치로부터 형성된 유리 튜브에서의 치수 변화를 감소시키는 대안의 유리 튜브 형성 장치가 필요하다.

본원에 기술된 실시예들은 유리 튜브의 생산 동안 감소된 튜브 테이퍼를 제공하는 향상된 열적 치수 안정성을 갖는 유리 튜브 형성 장치에 관한 것이다. 그러한 장치는 유리 형성 공정 동안 유리 튜브가 수직에서 비-수직 또는 수평 방향으로 유동됨에 따라 대류 공기 유동을 관리하는 하부 확장 머플 구조를 사용한다. 그러한 유리 튜브가 원하는 치수로 형성됨에 따라 대류 및 주변 공기 유동은 이러한 상이한 공기 유동 체계에서 더 제어될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 유리 튜브를 제조하기 위한 유리 튜브 제조 장치는 용융 유리를 갖는 유리 전달 탱크를 포함한다. 그러한 유리 전달 탱크는 바닥 개구를 갖는다. 벨(bell)은 상기 바닥 개구에 위치한 외경을 갖는 상부를 갖춘다. 가열 장치는 상기 벨 주위에 적어도 부분적으로 배치된다. 상기 가열 장치는 가열부와, 상기 가열부의 아래에 위치한 머플부(muffle portion)를 포함한다. 하부 확장 머플 구조는 머플부로부터 하향 확장되고, 상기 하부 확장 머플 구조는 유리 튜브의 주변으로 확장되어 그 내부를 통과하는 대류 공기 유동을 관리한다.

다른 실시예에 따르면, 유리 튜브를 제조하기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은 유리 전달 탱크의 유리 조성물을 용융시켜 용융 유리를 생성하는 단계를 포함한다. 상기 유리 전달 탱크는 내경을 갖는 바닥 개구를 갖춘다. 상기 용융 유리는 벨 주위로 드로우(draw)되어, 유리 튜브를 형성한다. 그러한 유리 튜브는 상기 바닥 개구의 내경과 상기 벨의 외경 간 공간에 형성한다. 가열 장치는 상기 벨의 주위에 적어도 부분적으로 배치된다. 상기 가열 장치는 가열부 및 이 가열부의 아래에 위치한 머플부를 포함한다. 상기 유리 튜브는 상기 머플부로부터 하향 확장하는 하부 확장 머플 구조를 통해 지향된다. 상기 하부 확장 머플 구조는 그 내부를 통과하는 대류 공기 유동을 관리하기 위해 유리 튜브의 주변으로 확장한다.

다른 실시예에 따르면, 유리 튜브를 제조하기 위한 유리 튜브 제조 장치를 위한 가열 장치는 용융 유리가 벨 주위로 드로우되어, 유리 튜브를 형성함에 따라 용융 유리를 가열하기 위한 가열 요소를 포함하는 가열부를 구비한다. 머플부는 상기 가열부로부터 유리 튜브를 받는다. 하부 확장 머플 구조는 상기 머플부로부터 하향 확장하고, 상기 하부 확장 머플 구조는 그 내부를 통과하는 대류 공기 유동을 관리하기 위해 유리 튜브의 주변으로 확장한다.

본원에 기술된 향상된 열적 치수 안정성을 갖는 유리 튜브 형성 장치의 추가적인 특징 및 장점은 이하의 상세한 설명에 기술되며, 부분적으로는 그 상세한 설명으로부터 당업자에게 명확해지거나 또는 이하의 상세한 설명, 청구범위 및 첨부된 도면을 포함하여, 본원에 기술한 실시예를 실시함으로써 인식될 것이다.

상기한 일반적인 설명 및 이하의 상세한 설명은 다양한 실시예들을 기술하고, 청구 대상의 성질 및 특성을 이해하기 위한 개요 또는 기초를 제공하기 위한 것이라는 것을 알아야 한다. 수반되는 도면들은 다양한 실시예들을 더 잘 이해할 수 있도록 하기 위해 포함되며, 본 명세서에 포함되어 그 일부를 구성한다. 그러한 도면들은 본원에 기술된 다양한 실시예들을 기술하며, 그 설명과 함께 청구 대상의 원리 및 동작들을 설명하기 위해 제공된다.

본원발명에 의하면, 유리 튜브 형성 공정 동안 유리 튜브 테이퍼를 제어하기 위한 방법 및 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본원에 나타내고 기술한 하나 이상의 실시예에 따른 가열 장치를 갖춘 유리 튜브 제조 장치의 개략도이고;
도 1a는 본원에 나타내고 기술한 하나 이상의 실시예에 따른 유리 전달 탱크의 바닥 개구 내의 벨의 확대도를 나타내는 도 1에 나타낸 벨 영역의 개략도이고;
도 2a는 본원에 나타내고 기술한 하나 이상의 실시예에 따른 머플부를 포함하는 가열 장치의 실시예를 나타내고;
도 2b는 본원에 나타내고 기술한 하나 이상의 실시예에 따른 머플부 및 이 머플부 아래로 하향 확장하는 하부 확장 머플부를 포함하는 가열 장치의 실시예를 나타내고;
도 2c는 본원에 나타내고 기술한 하나 이상의 실시예에 따른 머플부 및 이 머플부 아래로 하향 확장하는 하부 확장 머플부를 포함하는 가열 장치의 실시예를 나타내고;
도 3은 각각의 도 2a, 도 2b 및 도 2c에 대한 온도 변화 대 드로우 높이 위치(X)의 플롯이고;
도 4의 (A)는 본원에 나타내고 기술한 하나 이상의 실시예에 따른 머플부 및 이 머플부와 동일한 직경을 갖는 하부 확장 머플부를 포함하는 가열 장치의 실시예를 나타내고;
도 4의 (B)는 본원에 나타내고 기술한 하나 이상의 실시예에 따른 머플부 및 이 머플부의 직경보다 작은 직경을 갖는 하부 확장 머플부를 포함하는 가열 장치의 실시예를 나타내고;
도 4의 (C)는 본원에 나타내고 기술한 하나 이상의 실시예에 따른 머플부 및 이 머플부의 직경보다 작은 직경을 갖는 하부 확장 머플부를 포함하는 가열 장치의 실시예를 나타내고;
도 4의 (D)는 본원에 나타내고 기술한 하나 이상의 실시예에 따른 머플부 및 이 머플부의 직경보다 작은 직경을 갖는 하부 확장 머플부를 포함하는 가열 장치의 실시예를 나타내고;
도 5는 본원에 나타내고 기술한 하나 이상의 실시예에 따른 다-측면 하부 확장 머플 구조의 실시예를 나타내고;
도 6은 본원에 나타내고 기술한 하나 이상의 실시예에 따른 가열 장치 및 하부 확장 머플 구조를 갖춘 다른 유리 튜브 제조 장치의 개략도를 나타내고;
도 7은 도 6의 라인 7-7에 따른 하부 확장 머플 구조의 단면을 나타내고;
도 8의 (A)는 본원에 나타내고 기술한 하나 이상의 실시예에 따른 머플부를 포함하는 가열 장치의 실시예를 나타내고;
도 8의 (B)는 본원에 나타내고 기술한 하나 이상의 실시예에 따른 머플부 및 이 머플부의 직경보다 작은 직경을 갖는 개구를 갖춘 머플 바닥 커버를 포함하는 가열 장치의 실시예를 나타내고;
도 8의 (C)는 본원에 나타내고 기술한 하나 이상의 실시예에 따른 머플부 및 이 머플부의 직경보다 작은 직경을 갖는 개구를 갖춘 머플 바닥 커버를 포함하는 가열 장치의 실시예를 나타내고;
도 8의 (D)는 본원에 나타내고 기술한 하나 이상의 실시예에 따른 머플부 및 이 머플부의 직경보다 작은 직경을 갖는 개구를 갖춘 머플 바닥 커버를 포함하는 가열 장치의 실시예를 나타내고;
도 9는 본원에 나타내고 기술한 하나 이상의 실시예에 따른 유리 튜브와 머플 바닥 커버의 개구의 둘레 간 갭 대 평균 유리 튜브 테이퍼의 플롯을 나타내고;
도 10은 본원에 나타내고 기술한 하나 이상의 실시예에 따른 머플 바닥 커버를 포함하는 가열 장치의 바닥 사시도이고;
도 11은 본원에 나타내고 기술한 하나 이상의 실시예에 따른 직사각형 머플 바닥 커버의 바닥도이고;
도 12는 본원에 나타내고 기술한 하나 이상의 실시예에 따른 머플 바닥 커버 및 하부 확장 머플 구조를 포함하는 가열 장치의 측면 사시도이고;
도 13은 본원에 나타내고 기술한 하나 이상의 실시예에 따른 머플 바닥 커버 및 하부 확장 머플 구조 커버 플레이트를 갖춘 하부 확장 머플 구조를 포함하는 가열 장치의 측면 사시도이고;
도 14는 도 13의 가열 장치의 측단면도이고;
도 15는 본원에 나타내고 기술한 하나 이상의 실시예에 따른 하부 확장 머플 구조 및 커버 플레이트를 포함하는 가열 장치의 측면 사시도이고;
도 16은 하부 확장 머플 구조 및 커버 플레이트를 포함하는 도 15의 가열 장치의 측단면도이며;
도 17은 본원에 나타내고 기술한 하나 이상의 실시예에 따른 시간에 따른 유리 튜브의 외경의 플롯이다.

이제, 본원에 기술된 유리 튜브를 형성하기 위한 다양한 장치 및 방법이 상세히 참조될 것이며, 그 예들은 첨부 도면에 나타나 있다. 가능할 때마다, 동일한 도면 부호는 동일하거나 유사한 부분을 나타내기 위해 도면 전체에 걸쳐 사용될 것이다.

본원에 기술된 실시예들은 유리 형성 공정 동안 유리 튜브 테이퍼를 제어하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 그러한 장치는 벨의 외부에 걸쳐 용융 유리를 지향시키고, 내경을 형성하기 위해 용융 유리의 내부로 상기 벨을 통해 공기와 같은 압축 가스를 전달함으로써 용융 유리를 유리 튜브로 형성하기 위해 용융 유리의 탱크 아래에 위치한 벨을 사용한다. 그러한 벨은 또한 용융 유리가 수직으로 통과함에 따라 용융 유리에 열을 전달하는 가열 장치 내에 적어도 부분적으로 배치된다. 상기 가열 장치는 유리 튜브 형성 동안 벨에서 환경으로 이동하는 유리를 적어도 부분적으로 격리시키는 머플부를 포함한다. 하부 확장 머플 구조는 상기 가열 장치의 머플부로부터 이동함에 따라 유리 튜브를 적어도 부분적으로 둘러싸는 머플부에 인접하여 제공될 수 있다. 상기 하부 확장 머플 구조는 환경으로부터 내부의 유리 튜브를 적어도 부분적으로 계속해서 격리시키고 그 내부를 통과하는 대류 공기 유동을 관리할 수 있다. 유리 튜브가 수직 방향에서 비-수직 방향 또는 수평 방향으로 전이함에 따라, 하부 확장 머플 구조는 유리 튜브를 따라 그리고 그 주위로 확장될 수 있다.

본원에 사용된 방향 용어들, 예컨대, 위, 아래, 우측, 좌측, 전면, 후면, 상부, 하부(바닥), 수직, 수평은 단지 도시된 도면들에 참조를 위해 이루어질 뿐, 달리 명시하지 않는 한 절대적인 방위를 암시하는 것은 아니다.

달리 명시하지 않는 한, 본원에 기술된 임의의 방법은 그 단계들이 특정 순서로 수행될 것을 요구하는 것으로 해석되지 않으며, 임의의 장치의 특정 방위가 요구되는 것으로 해석되지 않는다. 따라서, 방법 청구항이 실제로 그 단계들이 따르는 순서를 암시하지 않거나, 임의의 장치 청구항이 실제로 개별 구성 요소들에 대한 순서 또는 방위를 암시하지 않거나, 또는 단계들이 특정 순서로 제한되는 청구항 또는 설명에서 달리 명시되지 않거나, 또는 장치의 구성 요소에 대한 특정 순서 또는 방위가 열거되지 않는 경우, 어떤 식으로든 순서 또는 방위가 유추되는 것은 결코 아니다. 이것은 다음과 같은 해석을 위한 소정의 가능한 비-표현의 기초를 포함한다: 단계들의 배열, 동작 흐름, 구성 요소의 순서, 또는 구성 요소의 방위에 관한 논리의 문제; 문법적 구성이나 구두점에서 파생된 평범한 의미; 명세서에서 설명된 실시예들의 수 또는 타입.

본원에서 사용된 단수 형태 "하나", "한" 및 "그"는 문맥이 달리 명시하지 않는 한 복수 대상을 포함한다. 따라서, 예를 들어, "하나"의 성분에 대한 언급은 문맥이 달리 명시하지 않는 한, 2개 이상의 그러한 성분을 갖는 형태를 포함한다.

이론에 의해 구애됨이 없이, 형성 공정 동안 유리 튜브의 외경에 영향을 줄 수 있는 많은 요인이 있다. 유리 튜브를 제조하기 위한 하나의 공정은 벨로(Vello) 공정이다. 그러한 벨로 공정은 알려진 직경의 다이(die)( "벨 헤드" 또는 "벨"이라고도 함) 주변에 중력을 사용하여 용융 유리를 유동시킴으로써 유리 튜브를 형성한다. 유리 튜브의 외경에 영향을 줄 수 있는 몇 가지 요인으로는 그 탱크의 비균질성, 벨에서의 공기 압력 변화, 자연 대류 및 주변 온도 변동이 있다. 예를 들어, 자연 대류는 형성 단계 동안 튜브 주위에 유리 유동 불안정성을 유발할 수 있다. 이러한 유발된 유동 불안정은 유리 온도 변동을 야기할 수 있으며, 이는 튜브의 길이를 따라 튜브 외경 및 두께 변화를 증가시킬 수 있다. 그와 같은 공기 유동 불안정성은 유리 튜브가 유리 형성 공정 동안 수직 방향에서 더 수평 방향으로 비-축대칭 방식으로 유동할 때 특히 심각할 수 있다.

공기 온도가 머플부 내부의 형성 상태에서 유리 튜브 주위에서 변하기 때문에, 유리 튜브로부터 공기로의 열전달이 변화하여 유리 온도 변동을 야기할 수 있다. 일반적으로, 그러한 유리 온도는 벨의 하류에서 보다 빠르게 변화할 수 있고 능동적인 유리 튜브 형성이 일어나는 머플부의 중간에서 피크될 수 있다. 유리 튜브 치수(외경)에 대한 온도 변화로 인한 점도 변화의 영향을 예측할 수 있다. 확장 튜브가 유동하는 경우, 견인력은 아래의 식과 같이 주어질 수 있다:

,

여기서 F는 유리 튜브에 따른 견인력이고, μ(T)는 점도이고, dU/dZ는 감쇠율이고, A는 튜브 단면적이다. 그러한 견인력(F)은 튜브 형성 공정 동안 일정하게 유지된다. 그러한 유리 점도가 변동될 때, 단면적(A)이 외란의 위치에서 변하지 않는다면 튜브 감쇠율(dU/dZ)은 변한다. 결과적으로, 유리 튜브의 직경 및 두께는 하류에서 변한다. 그러한 유리 튜브의 길이에 따른 튜브 외경의 차이는 테이퍼라고 할 수 있다.

테이퍼 계산에 대한 업계 정의는 원형 튜브 부분의 외부를 고려하지 않도록 최대 단면 외경의 최대에서 유리 튜브의 길이(예컨대, 1.6 m)에 따른 최대 단면 외경의 최소를 뺀 것이다. 즉, 원형 튜브의 경우, 테이퍼는 최대 외경에서 미리 결정된 길이의 최소 외경을 뺀 것이다. 상기 하부 확장 머플 구조는 유리 튜브와 환경 간 장벽을 제공하며, 유리 튜브가 형성됨에 따라 유리 튜브의 길이를 따라 테이퍼를 감소시킬 수 있는 그 내부의 대류 공기 유동을 관리하도록 크기 되고 구성된다.

도 1을 참조하면, 유리 튜브를 연속적으로 형성하기 위한 예시의 유리 튜브 제조 장치(100)가 개략적으로 도시되어 있다. 그러한 유리 튜브 제조 시스템(100)은 일반적으로 용융 유리 전달 시스템(102), 용융 유리를 수용하기 위한 전달 용기(104) 및 벨(106)을 포함한다. 상기 용융 유리 전달 시스템(102)은 일반적으로 용융 용기(108), 정제 용기(110), 및 상기 유리 튜브 제조 장치(100)의 전달 용기(104)에 결합된 혼합 용기(112)를 포함한다. 상기 전달 용기(104)는 유리를 용융 상태로 가열 및/또는 유지하기 위한 가열 요소(나타내지 않음)를 포함할 수 있다. 상기 전달 용기(104)는 또한 상기 전달 용기(104) 내의 용융 유리를 더 균질화하기 위한 혼합 성분을 함유할 수 있다. 일부의 실시예들에 있어서, 상기 전달 용기(104)는 상기 벨(106)에 유리를 제공하기 전에 그 유리의 점도를 증가시키기 위해 용융 유리를 냉각 및 조절할 수 있다.

상기 전달 용기(104)는 그 바닥에 개구(118)를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 있어서, 상기 개구(118)는 원형이지만, 계란형, 타원형 또는 다각형일 수 있고, 용융 유리(120)가 상기 전달 용기(104)의 개구(118)를 통해 유동될 수 있는 크기로 되어 있다. 상기 용융 유리(120)는 상기 전달 용기(104)의 개구(118)로부터 직접 상기 벨(106)을 걸쳐 유동하여 유리 튜브(122)를 형성할 수 있다.

벨 지지체(126)는 상기 유리 튜브 제조 장치의 일부인 벨(106)에 연결된다. 상기 벨 지지체(126)는 상기 벨(106)의 내부 챔버(130)에 유체 결합되는 파이프, 도관, 또는 유사한 유체 전달 장치와 같은 유체 공급 채널(128)을 가질 수 있다. 그러한 유체 공급 채널(128)은 가압 유체의 공급물을 상기 내부 챔버(130)에 전달하도록 동작할 수 있다. 일부의 실시예들에 있어서, 상기 가압 유체는, 제한하진 않지만, 질소, 헬륨, 아르곤, 크립톤, 크세논 등을 포함하는 가압 가스, 구체적으로는 공기 또는 불활성 가압 가스일 수 있다. 그러한 가스는 도 1에 개략적으로 나타낸 바와 같이 상기 벨(106)을 통해 유동한 후 상기 유리 튜브(122)의 내부를 지지하고 상기 벨(106)의 측벽(132)과 더 이상 접촉하지 않는다. 상기 유리 튜브 제조 장치(100)는 용융 유리를 상기 벨(106)에 공급하기 위한 유리 전달 용기(104)를 포함한다.

상기 벨(106)은 상부 표면(142) 및 측벽(132)을 갖춘 상부(140)를 가질 수 있다. 상기 측벽(132) 및 바닥 에지(146)는 상기 벨(106)의 내부 챔버(130)를 형성한다. 상기 상부(140)의 상부 표면(142)은 외경(148)을 갖는다(도 1a). 상기 벨(106)은 제한하진 않지만 실질적으로 원추형 또는 대안적으로 실질적으로 포물선형을 포함하는 다양한 형태를 가질 수 있다. 따라서, 상기 벨(106)은 이 벨의 표면을 걸쳐 드로우된 가열된 유리(즉, 용융 유리)의 튜브를 팽창시키고 얇게 하기에 적합한 임의의 형태 및/또는 구성일 수 있음을 알아야 한다. 상기 벨(106)이 형성되는 재료는 상기 벨이 이 벨(106)에 걸쳐 드로우된 가열된 유리를 오염시키지 않도록 상승된 온도에서 안정하다. 적합한 벨 재료의 예는 제한하진 않지만 내화성 금속 및 그 합금, 백금족 금속, 스테인레스 강, 니켈, 니켈계 합금 및 예를 들어 지르콘(ZrSiO₄) 및 알루미나(Al₂O₃)와 같은 세라믹을 포함한다.

도 1a를 간략히 참조하면, 상기 유리 전달 용기(104)는 내경(153)을 갖는 바닥부(150)를 가진 바닥 개구(118)를 갖춘다. 상기 상부(140)의 외경(148)은 상기 바닥 개구(118)의 내경(153)보다 작을 수 있다. 상기 상부(140)와 바닥 개구(118) 간 클리어런스(C_R; clearance)는 적어도 부분적으로 상기 벨(106)에 걸쳐 드로우된 유리 튜브의 벽 두께를 제어한다. 또한, 상기 벨(106)이 벨형 또는 포물선형이므로, 상기 벨(106)의 외경은 그 벨(106)의 길이를 따라 하류 방향으로 증가한다. 상기 바닥 개구(118)에 대한 벨(106)의 상부(140)의 위치는 유리 전달 용기(104)로부터 상기 바닥 개구(118)를 통해 그리고 벨(106)에 걸쳐 용융 유리의 균일한 유동을 제공하도록 조정될 수 있다.

도 1을 다시 참조하면, 가열 요소를 갖춘 가열 장치(152; 예컨데, 노(furnace))는 상기 벨(106) 주위에 배치될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 가열 장치(152)는 적외선 가열 장치를 포함할 수 있다. 제한하진 않지만 포커스형 적외선, 저항성, 유도 및/또는 이들의 조합을 포함하는 다른 타입의 가열 유닛이 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 더욱이, 도 1이 상기 가열 장치가 벨(106) 주위에 배치되는 것으로 나타나 있지만, 상기 가열 장치(152)가 저항성 가열 장치일 때와 같이 상기 벨(106)과 통합될 수 있다는 것을 알아야 한다.

하부 확장 머플 구조(154)는 상기 가열 장치(152) 아래로 확장한다. 기술된 실시예에 있어서, 상기 하부 확장 머플 구조(154)는 상기 가열 장치(152)의 일부인 머플부이다. 상기 하부 확장 머플 구조(154)는 상기 유리 튜브(122)의 주변 주위로 360°로 그리고 가열 요소를 포함하는 가열 장치(152)의 가열부(156)로부터 하향하여 모든 측면으로 상기 유리 튜브(122)에 대해 확장한다. 상기 하부 확장 머플 구조(154)는 미리 결정된 거리 D(예컨대, 약 100 mm 이상과 같이, 약 200 mm 이상과 같이, 약 300 mm 이상과 같이, 약 400 mm 이상과 같이, 약 500 mm 이상과 같이, 약 600 mm 이상과 같이, 약 700 mm 이상과 같이, 약 800 mm 이상과 같이, 약 100 mm 내지 약 1.5 m와 같이, 약 500 mm 내지 약 1 m와 같이, 약 80 mm 이상)로 상기 가열부(156) 아래로 확장할 수 있다. 일부의 실시예들에 있어서, 상기 하부 확장 머플 구조는, 이하 보다 더 상세히 기술하는 바와 같이, 머플부에 연결될 수 있다.

예

유리 튜브 테이퍼 상에서 하부 확장 머플 구조(154)의 사용을 테스트하기 위한 모델이 구성되었다. 그러한 모델은 ANSYS, Inc.로부터 상업적으로 이용 가능한 전산유체역학(CFD) 소프트웨어 ANSYS Fluent에 기초하였다. 상기 모델은 자연 대류, 복사 열 전달 및 중력이 있는 상태에서 유리 튜브 유동을 고려한 2D 축대칭 모델이다. 그러한 모델 도메인이 도 2a에 의해 나타나 있다. 그 드로우 높이는 1.6 mm인 것으로 가정되었다. 유리 도메인의 기하학적 형태 및 속도 필드는 COMSOL Inc.로부터의 2D COMSOL 모델로부터 고정 및 얻어졌다. 그러한 모델은 유리 형성을 고려하지 않았으며, 하부 확장 머플 구조 내측의 열적 상호작용 및 결과의 유동 패턴을 포착하는 것에 초점을 맞추었다.

상기 하부 확장 머플부(154)에서의 유리 입구 온도는 1220℃로 지정되었고, 상기 하부 확장 머플부(154)로부터의 출구는 단열되는 것으로 가정했다. 상기 유리 튜브의 내부 표면도 단열되는 것을 가정했다. 상기 유리 튜브의 외부 표면 열 전달은 열적 상호작용에 따라 달라지며, 상기 모델에 의해 계산되었다. 실제 온도 측정치를 반영하기 위해 등온(일정 온도) 경계 조건이 상기 하부 확장 머플부(154)의 벽에 규정되었다.

도 2a-c는 상기 하부 확장 머플 구조(154)의 길이가 대류 공기 유동을 가질 수 있는 결과를 나타낸다. 상대적으로 짧은 머플부(154a, 154b)들을 갖는 케이스 (A) 및 (B)의 경우, 상기 머플부(154a 및 154b)에는 공기 유동 패턴의 현저한 불안정성이 보인다. 이러한 불안정한 공기 유동 패턴은 환형 소용돌이로 무질서하고 혼돈된 형태로 특징되며, 이는 유리 튜브의 표면 상에 가짜 온도 변화를 유발하고 튜브 품질에 악영향을 미칠 수 있다. 이러한 대류 공기 유동 패턴은 그러한 대류 패턴이 무조건적으로 불안정해지는 임계 층 치수가 있는 레일리-베나드(Rayleigh-Benard) 대류와 유사하다. 그러나, 여기에서 중요한 차이점은 레일리-베나드 대류에서 일반적으로 고려되지 않은 복사 영향이며, 공기 유동 체계의 안정성에 상당한 영향을 줄 수 있다는 점이다. 상대적으로 긴 머플부(154c)를 갖는 케이스 (C)는 유리 튜브가 냉각되어 머플부(154c)를 통해 이동함에 따라 유리 튜브의 표면 상에 더 낮은 온도 변화를 제공하는 케이스 (A) 및 (B)와 비교하여 좀더 안정한 공기 유동 패턴을 갖는다.

도 3을 참조하면, 온도 변화 대 드로우 높이 위치 X의 플롯(60)이 도 2a-c의 케이스 (A), (B) 및 (C) 각각에 대해 나타나 있다. X 위치는 벨과의 거리이며, 여기서 유리 온도는 시간에 따라 일정하고 변하지 않는다. 볼 수 있는 바와 같이, 더 긴 머플부(154c)는 더 짧은 머플부(154a 및 154b)의 것보다 벨(0.1℃ 미만의)로부터의 거리 X에 걸쳐 보다 안정한 유리 온도 프로파일을 갖는다. 실제로, 더 긴 머플부(154c)는 0.1℃ 미만과 같이 약 0.5℃ 미만의 온도 변화를 갖는 반면, 더 짧은 머플부(154a)는 0.5℃ 초과의 온도 변화를 갖는다.

도 4의 (A)-(D)는 상기 하부 확장 머플 구조의 폭 또는 직경이 대류 공기 유동을 가질 수 있는 결과를 나타낸다. 상대적으로 넓은 하부 확장 머플 구조(354a 및 354b; 예컨대, 각각 직경이 18인치 및 10인치)를 갖는 도 4의 (A) 및 (B)의 경우, 약간 환형 유동되려는 경향이 있다. 예를 들어, 도 4의 (A)는 유리 튜브 형성의 시작 부근에서 벨 아래의 환형 유동을 나타내는 반면, 도 4의 (B)는 상기 하부 확장 머플 구조(354b) 내에서 환형 유동을 나타낸다. 두 경우 모두, 증가된 난류는 유리 튜브 길이에 따른 온도 변화를 일으킬 수 있다. 상대적으로 좁은 유동 제어 구조(354c 및 354d)(예컨대, 각각 5인치 및 2인치)를 나타내는 도 4의 (C) 및 (D)를 비교한다. 상기 하부 확장 머플 구조(354c 및 354d)는 유리 튜브의 길이를 따라 온도를 감소시킬 수 있는 유동 제어 구조(354c 및 354d) 내에서 대류 공기 유동을 제어하는 좁고 긴 치수로 인해 상기 하부 확장 머플 구조(354a 및 345b)에 비해 더 작은 환형 유동을 생성하는 경향이 있다.

도 5를 참조하면, 가열 장치로부터 유동하는 유리 튜브의 길이의 일부를 둘러싸는 예시의 하부 확장 머플 구조(164)가 나타나 있다. 상기 하부 확장 머플 구조(164)는 일반적으로 유리 튜브가 가열 장치를 빠져 나옴에 따라 모든 측면에서 유리 튜브를 둘러싸는 상부 벽(166) 및 4개의 측벽(168, 170, 172, 174)을 갖는 5-측면 구조이다. 일부의 실시예들에 있어서, 상기 하부 확장 머플 구조(164)는 상기 상부 벽(166)에서 상기 가열 장치의 머플부에 연결될 수 있으며, 머플부 단독으로 제공된 인클로저를 확장시키기 위해 그 아래에 위치될 수 있다. 하나의 측벽(168)은 유리 튜브의 방향을 수직에서 수평으로 변경하고 또 드로우 공정 또는 유리 튜브 절단과 같은 다른 하류 공정 중에 생성된 요동으로부터 유리 튜브의 상류부를 격리시키기 위해 유리 튜브용 커터너리(catenary)를 수용하도록 비스듬이 경사질 수 있다. 상기 하부 확장 머플 구조(164)는 임의의 적합한 고온 재료 또는 금속, 금속 합금, 세라믹, 유리 등과 같은 재료의 조합으로 형성될 수 있다.

도 6을 참조하면, 유리 튜브 제조 장치(200)의 다른 실시예는 용융 유리 전달 시스템(102), 전달 용기(104), 벨(106) 및 머플부(154)를 포함하는 가열 장치(152)를 포함한, 도 1을 참조하여 상기 기술한 많은 요소들을 포함한다. 이러한 실시예에 있어서, 하부 확장 머플 구조(202)는 상기 가열 장치(152)의 머플부(154)에 연결되는 유연한 인클로저(예컨대, 실린더 또는 튜브)의 형태가 된다. 상기 하부 확장 머플 구조(202)는 케블라(Kevlar), 알루미나, 실리카 및 세라믹 섬유의 고온 직조와 같은 금속(예컨대, 강철, 알루미늄 합금), 직물들과 같은 임의의 적합한 재료로 형성되는 열 가공된 장치(TED)일 수 있다.

상기한 바와 같이, 상기 하부 확장 머플 구조(202)는 상기 가열 장치(152) 아래로 하향 확장한다. 상기 하부 확장 머플 구조(202)는 상기 가열 장치(152)의 머플부(154)에 밀봉식으로 연결될 수 있다. 밀봉부(205)는 상기 하부 확장 머플 구조(202)와 상기 가열 장치(152) 사이에 형성되어 이들 사이의 공기의 진입을 억제할 수 있다. 상기 하부 확장 머플 구조(202)는 상기 유리 튜브(122) 주위로 360°로 그리고 상기 머플부(154)로부터 하향하여 모든 측면으로 상기 유리 튜브(122)에 대해 확장할 수 있다. 상기 하부 확장 머플 구조(202)는 가열부(156) 아래로 그리고 유리 튜브(122)의 길이를 따라 미리 결정된 길이(L)로 확장할 수 있다. 상기 하부 확장 머플 구조(202)의 유연성으로, 상기 하부 확장 머플 구조(202)의 형태는 상기 유리 튜브(122)의 원하는 유동 경로를 따르고 둘러싸도록 조정될 수 있다. 도 6에 의해 볼 수 있는 바와 같이, 상기 유리 튜브(122)는 커터너리(204)에 매달려 상기 유리 튜브(122)가 유동 경로를 따라 이동할 때 그 유리 튜브(122)가 실질적으로 수직 방향에서 실질적으로 수평 방향으로 시프트함에 따라 하나 이상의 풀 롤러(206)를 걸쳐 드로우된다.

상기 하부 확장 머플 구조(202)는 원형 또는 타원형과 같은 다른 적절한 둥근 형상 또는 모든 측면에서 유리 튜브(122)를 둘러싸는 삼각형 또는 직사각형과 같은 다른 적절한 형상과 같은 임의의 적절한 단면 형상일 수 있다. 상기 하부 확장 머플 구조(202)의 길이(또는 거리 (D))는 절단시 유리 튜브의 길이 또는 다른 적절한 요소와 같은 다양한 요소들에 기초하여 선택될 수 있다. 일 예로서, 하부 확장 머플 구조의 길이는 약 0.5 m 내지 약 1 m와 같이 약 100 ㎜ 내지 약 1.5 m일 수 있다.

도 7을 참조하면, 유리 튜브(122)를 가진 하부 확장 머플 구조(202)의 단면도가 도시되어 있다. 볼 수 있는 바와 같이, 상기 유리 튜브(122)는 상기 하부 확장 머플 구조(202)를 통하여 중공 개구를 통해 이동한다. 상기 하부 확장 머플 구조(202)는 원하는 형태 및 위치로 상기 하부 확장 머플 구조(202)를 지지하는데 사용될 수 있는 임의의 수의 지지 구조를 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 지지 구조(212)는 상기 유리 튜브(122)로부터 이격된 둥근 단면 형태로 상기 하부 확장 머플 구조(202)를 지지할 수 있는 아치형이나 아니면 둥근 지지 구조(212; 간단히 '지지체'라고도 함)를 포함할 수 있다. 또한, 롤러(206)들이 상기 하부 확장 머플 구조(202) 내에 위치되어 상기 하부 확장 머플 구조(202)를 통해 유동 경로를 따라 유리 튜브(122)를 드로우하는데 사용될 수 있다.

상기 하부 확장 머플 구조(202)는 실질적으로 원형 단면인 경우에는 직경인 높이(H) 및 폭(W)을 갖는다. 일부의 실시예들에 있어서, 상기 폭(W) 및/또는 높이(H)는 상기 머플부(154)의 폭 및/또는 높이와 실질적으로 동일할 수 있다. 상기 유리 튜브(122)에서 상기 하부 확장 머플 구조(202)까지의 최대 거리(D_r)는 상기 하부 확장 머플 구조(20)의 폭(W) 및/또는 높이(H)보다 작다. 예로서, 상기 하부 확장 머플 구조(202)의 폭(W) 및/또는 높이(H)는 상기 머플부(154; 도 6)의 출구 직경(D_m)과 거의 동일할 수 있다. 예를 들어, 상기 출구 직경(D_m) 및 폭(W) 및/또는 높이(H)는 약 18 인치일 수 있으며, 상기 최대 거리(D_r)는 약 15 인치일 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 상기 폭(W) 및/또는 높이(H)는 약 10 인치일 수 있고, 출구 직경(D_m)은 약 18 인치일 수 있고, 상기 거리(D_r)는 약 7 인치일 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 상기 폭(W) 및/또는 높이(H)는 약 5 인치 내지 약 10 인치일 수 있고, 상기 거리(D_r)는 약 2 인치일 수 있다.

상기 하부 확장 머플 구조(202)는 필요한 경우 상기 하부 확장 머플 구조(202) 및 유리 튜브 형성물로부터 유리 튜브 제거를 용이하게 할 수 있는 다수의 피처(feature)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 6을 다시 참조하면, 상기 하부 확장 머플 구조(202)는 외벽(220) 내에 형성되고 임의의 적절한 재밀폐 가능한 패스너(fastener) 또는 플러그를 사용하여 폐쇄될 수 있는 재밀폐 가능한 개구와 같은 개방 가능한 부분(222)을 포함할 수 있다. 일부의 실시예들에 있어서, 상기 하부 확장 머플 구조(202)는 스프링 장착 및/또는 자기(magnetic) 밀봉부와 같은 머플부(154)에 연결된 해제 가능한 밀봉부를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 상기 외벽(220)은 특정 조건 하에서 쉽게 제거(예컨대, 화학적, 기계적, 열적 등)될 수 있는 연소 관통(burn through) 섹션이나 아니면 분리 가능한 부분을 포함할 수 있다. 상기 하부 확장 머플 구조(202)의 외측으로부터의 내부 접근을 제공함으로써, 유리 튜브의 제거 또는 상기 하부 확장 머플 구조(202)의 내부에 대한 일반적 접근이 요구되는 라인 브레이크(line break) 또는 다른 이벤트의 경우에 유리 튜브의 제거를 용이하게 할 수 있다.

상기 하부 확장 머플 구조(202)에서의 대류 공기 흐름의 안정화는 유리 튜브 특성에 영향을 줄 수 있는 상기 하부 확장 머플 구조(202)를 사용하여 대류 공기 흐름을 안정화시키지 않는 것과 비교하여 그 내부의 공기 온도를 증가시킬 수 있다. 또한, 도 6은 상기 하부 확장 머플 구조(202) 및 중공 개구(210)를 냉각하여 미리 결정된 방식으로 상기 유리 튜브(122)로부터 열을 제거하는데 사용될 수 있는 냉각 시스템(226)을 포함하는 유리 튜브 제조 장치(200)의 실시예를 나타낸다. 예를 들어, 상기 냉각 시스템(226)은 상 변화(액체에서 증기로의)를 이용하여 기화 잠열을 이용하는 다상 냉각 시스템일 수 있다. 상기 냉각 시스템(226)은 액체가 상기 하부 확장 머플 구조(202)로부터 열을 흡수함으로써 증기로 변환되는 증발기 요소(228), 증기를 액체로 다시 응축시키는 응축기 요소(232)로 상기 증기를 지향시키는 증기 도관(230) 및 사이클을 반복하기 위해 액체를 상기 증발기 요소(228)로 다시 이송하는 액체 도관(234)을 포함한다. 재순환 수 및 강제 공기 냉각과 같은 다른 냉각 시스템이 사용될 수 있다. 또한, 상기 중공 개구(210)는 질소, 헬륨 및 아르곤과 같은 공기 이외의 가스로 채워질 수 있다. 포트는 상기 하부 확장 머플 구조(202)와 머플부(154) 간 인터페이스에, 상기 하부 확장 머플 구조(202)의 단부 출구(236)에, 또는 그 모두에 제공될 수 있다. 상기 하부 확장 머플 구조(202)의 외벽(220)은 단편 또는 다중 섹션 디자인(예컨대, 클램쉘(clamshell))일 수 있다.

도 8의 (A)-(B)를 참조하면, 상기 하부 확장 머플 구조의 길이는 대류 공기 유동 안정성에 영향을 줄 수 있지만, 직경이 감소된 머플 바닥 커버(240)는 또한 자연 대류에 의한 유동 불안정성을 억제할 수도 있다. 도 8의 (A)는 머플 바닥 커버가 없이 머플부(244a)를 가진 가열 장치(242a)를 나타낸다. 일 예로서, 상기 머플부(244a)의 출구 개구(246a)는 약 18 인치일 수 있다. 볼 수 있는 바와 같이, 다양한 불안정한 공기 유동 패턴이 존재하며, 이는 유리 튜브의 표면 상에 가짜 온도 변화를 유발하고 튜브 품질에 악영향을 미칠 수 있다. 도 8의 (B) 및 (C)는 개구(246b 및 246c)를 갖는 머플 바닥 커버(240b 및 240c)의 사용을 통한 대류 공기 유동 안정성의 일부 개선을 나타낸다. 예를 들어, 개구 246a는 약 9인치일 수 있고, 개구 246c는 약 6 인치일 수 있으며, 이에 의해 상기 유리 튜브(248)와 상기 머플러 바닥 커버(240b 및 240c)의 둘레(250b 및 250c) 간 거리를 감소시킨다. 도 8의 (D)는 가장 큰 대류 공기 유동 안정성을 나타내며, 가장 작은 개구(246d)를 갖는다. 예를 들어, 상기 머플러 바닥 커버(240d)의 개구(246d)는 약 3 인치일 수 있다.

도 9는 상기 유리 튜브와 상기 머플 바닥 커버의 개구의 둘레 간 갭 대 평균 유리 튜브 테이퍼의 플롯(252)을 나타낸다. 볼 수 있는 바와 같이, 상기 플롯(252)은 섹션 254의 튜브 테이퍼에서 증가하고, 섹션 256에서 감소하며, 이후 머플 바닥 커버가 없는 지점(260)까지 섹션 258에서 다시 증가함으로써 튜브 직경 테이퍼의 머플 바닥 커버의 개구 구멍 크기를 개방하는 비-단조(non-monotonic) 효과를 나타낸다.

도 10을 참조하면, 가열 장치(268)의 머플부(266)의 바닥(264)에 연결된 머플 바닥 커버(262)의 실시예가 도시되어 있다. 상기 머플 바닥 커버(262)에는 각각 개구(278)의 일부를 포함하는 대칭이거나 대칭이 아닐 수 있는 다수의 섹션(270 및 272)이 제공될 수 있다. 상기 머플 바닥 커버(262)를 위한 다수의 섹션(270 및 272)을 제공함으로써, 필요한 경우 튜브 형성 공정 중에 머플 바닥 커버(262)의 개방 및 폐쇄를 용이하게 할 수 있다. 상기 머플 바닥 커버(262)는 판형 또는 평면 형상일 수 있고, 상기 머플부(266)의 주변(274)까지 확장되어, 상기 머플부(266)의 전체 출구 개구(276)를 커버할 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 상기 머플 하부 커버는 단일의 판형 섹션일 수 있다. 상기 머플 하부 커버(262)는 상기 머플부(266)의 형상에 대응하도록 둥근 또는 원형이지만, 도 11의 머플 바닥 커버(280)에 의해 나타낸 바와 같이, 상기 머플 바닥 커버에 다른 형상이 사용될 수 있다. 다른 둥근 형상(예컨대, 타원형), 직사각형 또는 불규칙한 형상과 같은 다른 형상들이 또한 상기 개구(278, 282)에 사용될 수 있다. 상기 머플 하부 커버는 임의의 적절한 재료로 형성될 수 있으며, 예를 들어 불투명 석영을 사용하여 환경으로의 열 손실을 감소시키는 방사선 차폐물로서 이루어질 수 있다.

도 12를 참조하면, 다른 실시예에 있어서, 상기 가열 장치(268)는 머플부(266)를 포함하며, 상기 머플부에는 머플 바닥 커버(262)가 연결된다. 이러한 실시예에 있어서, 상기 개구부(278)를 통해 확장되어 상기 머플부(266)를 확장시키는 크기의 외경을 갖는 튜브 형태의 하부 확장 머플 구조(290)를 포함한다. 상기 하부 확장 머플 구조(290)는 상기 머플부(266) 내측으로 그리고 상기 머플부(266)의 반대측에서 단부(296)로 외측으로 확장될 수 있다. 하부 확장 머플 구조(290)는 유리 튜브가 가열 장치(268)를 빠져 나감에 따라 상기 유리 튜브의 커터너리 경로에 매칭되거나 그것을 수용하도록 구부러질 수 있다. 상기 하부 확장 머플 구조(290)는 원형, 타원형 또는 임의의 다른 적절한 단면 형상일 수 있다.

도 13 및 14는 가열 장치(268) 및 이 가열 장치(268)의 머플부(160)에 연결된 머플 바닥 커버(262)를 나타낸다. 도 14를 다시 참조하면, 상기 머플 바닥 커버(262)는, 나타낸 실시예에서, 상기 머플부(160)의 내부(300)와 상기 하부 확장 머플 구조(304)의 내부(302) 간 소통을 제공하는 개구(278)를 포함한다. 상기 하부 확장 머플 구조(290)와는 반대로, 상기 개구(278)는 상기 하부 확장 머플 구조(304)의 내부(302)의 안쪽에 위치한다. 상기 하부 확장 머플 구조(304)는 유리 튜브가 가열 장치(268)를 빠져 나감에 따라 상기 유리 튜브의 커터너리 경로에 매칭되거나 그것을 수용하도록 구부러질 수 있다. 하부 확장 머플 구조 커버 플레이트(306)는 상기 하부 확장 머플 구조(304)의 하단부(308)를 커버하는데 사용될 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 하부 확장 머플 구조 커버 플레이트가 사용되지 않을 수 있다. 추가로, 상기 하부 확장 머플 구조(304)는 유연할 수 있으며, 임의의 수의 굴곡 및 직선 섹션을 포함할 수 있다. 또한, 온도 제어 장치(가열 및/또는 냉각)는 상기 하부 확장 머플 구조(304)의 내부(302) 안쪽에 제공되거나 또는 제공되지 않을 수 있다. 이들 온도 조절 장치는 공정 조건이 변경에 따라 커터너리 길이를 조정하기 위해 유리 튜브의 에너지 균형을 능동적으로 제어할 수 있다.

도 15 및 16은 도 13 및 14에서와 같이 거기에 연결된 하부 확장 머플 구조(304)를 포함하는 가열 장치(268)의 머플부(160)에 연결된 머플 바닥 커버(262) 및 가열 장치(268)의 또 다른 변형을 나타낸다. 이러한 예에 있어서, 테이퍼된 하부 확장 머플 구조(312)는 상기 하부 확장 머플 구조(304)의 하단부(308)에 연결된다. 그러한 테이퍼된 하부 확장 머플 구조(312)는 이 하부 확장 머플 구조(312)의 하단부(308)에 연결되는 상단부(314)부터 하단부(316)까지의 치수(예컨대, 내경)로 테이퍼질 수 있어, 약간 끝이 잘린 원추형을 형성한다. 테이퍼된 하부 확장 머플 구조(312)의 하단부(316)에 연결되는 또 다른 하부 확장 머플 구조(320)가 나타나 있다. 다시, 상기 하부 확장 머플 구조(304 및 320)들은 유리 튜브가 가열 장치(268)를 빠져 나감에 따라 상기 유리 튜브의 커터너리 경로에 매칭되거나 그것을 수용하도록 구부러질 수 있다. 하부 확장 머플 구조 커버 플레이트(322)가 상기 하부 확장 머플 구조(320)의 하단부(324)를 커버하는데 사용될 수 있다. 상기 하부 확장 머플 구조 커버 플레이트(322)는 또한 상기 머플 하부 커버(262)의 개구(278)의 중심 축(330)에 대해 소정의 각도 α(예컨대, 약 175° 내지 약 90°)로 있는 중심 축(328)을 갖는 개구(326)를 포함할 수 있다. 상기와 같이, 상기 하부 확장 머플 구조 커버 플레이트(322)는 상기 하단부(324)를 통해 상기 하부 확장 머플 구조(320) 내로의 공기 유입을 관리할 수 있다.

상술한 방법 및 장치들은 대류 공기 유동을 관리하는데 사용되는 하부 확장 머플 구조를 포함하며, 이는 튜브 형성 중에 온도 변화를 감소시킬 수 있다. 그러한 온도 변화를 감소시키면 튜브가 형성됨에 따라 유리 튜브의 길이에 따른 외경의 차이를 감소시킬 수 있다. 도 17을 참조하면, 예를 들어, 하부 확장 머플 구조를 사용하는 유리 형성 장치에 대한 시간에 따른 유리 튜브의 외경의 플롯은 길이 1.6 m에 걸쳐 타겟 외경 16.75 mm를 갖는 유리 튜브에 대해 0.1 mm 이하의 튜브 테이퍼를 야기할 수 있다. 일부의 실시예들에 있어서, 상기 유리 튜브는 적어도 약 1 m의 길이에 걸쳐 20 mm 이하의 미리 결정된 타겟 외경 및 최대 약 0.5 mm의 유리 테이퍼를 가질 수 있다. 상기 하부 확장 머플 구조는 가열 장치의 머플부의 일부로서 일체로 형성될 수 있거나, 또는 상기 하부 확장 머플 구조는 상기 가열 장치와 별도로 형성되어 상기 머플부에 연결될 수 있다. 또한, 상기 하부 확장 머플 구조는 유리 튜브가 형성됨에 따라 실질적으로 수직 방향에서 비-수직 방향 또는 수평 방향으로 상기 유리 튜브의 유동 경로를 따를 수 있다. 상술한 바와 같이, 상기 하부 확장 머플 구조의 길이 및 폭은 대류 공기 유동에 영향을 미친다. 또한, 상기 하부 확장 머플 구조 커버 플레이트는 상기 하부 확장 머플 구조 및/또는 상기 가열 장치의 머플부로의 공기 혼입을 관리하는데 사용될 수도 있다.

본 기술 분야의 당업자는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고서 다양한 변형 및 변경이 본원에 기술된 실시예들에 대해 이루어질 수 있음을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본원에 기술된 실시예들은 첨부된 청구항 및 그 균등물의 범위 내에서 임의의 변경 및 변형을 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (37)

1. 비-축대칭 유동 경로를 사용하여 유리 튜브를 제조하기 위한 유리 튜브 제조 장치로서, 상기 유리 튜브 제조 장치는:
   용융 유리를 포함하고, 바닥 개구를 갖춘 유리 전달 탱크;
   상기 바닥 개구에 위치한 외경을 갖는 상부를 갖춘 벨;
   상기 벨 주위에 적어도 부분적으로 배치되고, 가열부 및 상기 가열부의 아래에 위치하고 상기 유리 튜브의 주변으로 확장하는 머플부를 포함하는 가열 장치; 및
   상기 머플부로부터 하향 확장하고, 그 내부를 통과하는 대류 공기 유동을 관리하기 위해 유리 튜브의 주변으로 확장하는 하부 확장 머플 구조를 포함하며,
   상기 하부 확장 머플 구조는 상기 유리 튜브가 수직 방향에서 수평 방향으로 전이함에 따라 상기 유리 튜브의 주변으로 모두 확장하는 수직 확장 부분 및 수평 확장 부분을 포함하고, 상기 하부 확장 머플 구조는 상기 유리 튜브 주위의 상기 하부 확장 머플 구조를 지지하는 지지체를 포함하는 지지 구조에 의해 지지되며, 상기 하부 확장 머플 구조는 원형 단면을 갖고 상기 하부 확장 머플 구조의 전체 길이를 따라 미리 결정된 거리 이하의 상기 유리 튜브로부터의 최대 거리를 갖는, 유리 튜브 제조 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 하부 확장 머플 구조는 가열 장치로부터 개별적으로 형성되고, 상기 머플부에 연결되는, 유리 튜브 제조 장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 하부 확장 머플 구조는 직물을 포함하는, 유리 튜브 제조 장치.
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5. 청구항 1에 있어서,
   상기 하부 확장 머플 구조는 시간에 따라 최대 0.5℃의 벨로부터의 거리 대한 유리 온도 변화를 제공하는, 유리 튜브 제조 장치.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 머플부 또는 하부 확장 머플 구조에 연결되고, 유리 튜브가 통과하는 개구를 갖춘 커버 플레이트를 더 포함하는, 유리 튜브 제조 장치.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 하부 확장 머플 구조는 길이가 적어도 100 mm인, 유리 튜브 제조 장치.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 하부 확장 머플 구조는 머플부의 내부 폭보다 작은 내부 폭을 갖는, 유리 튜브 제조 장치.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 하부 확장 머플 구조는 감소된 내부 폭으로 테이퍼지는, 유리 튜브 제조 장치.
10. 청구항 1에 있어서,
    상기 하부 확장 머플 구조로부터 열을 제거하는 냉각 장치를 더 포함하는, 유리 튜브 제조 장치.
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