KR102645627B1 - 금속 용기를 가열하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
용융 유리를 제조하기 위한 장치 및 방법이 개시된다. 장치는 용융 유리를 이송하기 위한 용기 및 플랜지를 통해서 용기에 전류를 공급하도록 구성된 적어도 하나의 플랜지를 포함하고, 플랜지는 폐쇄 루프로 용기 주위로 완전히 연장되는 제1 링을 포함하고, 제1 링은 제1 두께를 가지는 제1 부분 및 제1 두께와 상이한 제2 두께를 가지는 제2 부분을 포함하고, 제1 부분의 적어도 일부가 제2 부분의 적어도 일부와 용기 벽 사이에 배치되도록, 그리고 제1 부분 및 제2 부분이 용기 주위로 완전히 연장되지 않도록, 제1 부분 및 제2 부분은 플랜지의 평면 내에서 중첩된다. 또한, 개시된 플랜지를 이용하는 유리 제조 방법이 개시된다.
Description
본원은 2015년 10월 21일자로 출원된 미국 가특허출원 제62/244,462호의 35 U.S.C. § 119 하의 우선권 이익을 주장하며, 상기 문헌의 내용에 기초하고 그 전체가 참조로서 본원에 포함된다.
본 개시 내용은 금속 용기를 가열하기 위한 장치, 보다 특히 용기의 직접적인 전기 가열에 의해서 재료를 이송하도록 구성된 금속 용기, 및 그 내부의 재료를 가열하기 위한 장치에 관한 것이다. 재료는 예를 들어 용융 유리일 수 있다.
상업적 규모로 유리를 제조하는 것은 전형적으로 내화 세라믹 용융 퍼니스 내에서 실행되며, 여기에서 원료 재료(배치(batch))가 용융 퍼니스에 부가되고 배치가 화학적으로 반응되어 용융 유리를 생성하는 온도까지 가열된다. 기체-발화형 버너, 전기 전류, 또는 양자 모두를 포함하는, 배치를 가열하는 몇몇 방법이 이용될 수 있다. 소위 하이브리드 프로세스에서, 하나 이상의 기체-발화형 연소 버너로부터의 기체 불꽃이 초기에 배치를 가열한다. 배치의 온도가 높아지고 용융 유리가 형성됨에 따라, 재료의 전기 저항이 감소되며, 그에 따라 용융 퍼니스의 측벽 및/또는 바닥 내에 장착된 전극을 통해서 전류가 용융 유리 내로 도입될 수 있다. 전류는 내부로부터 용융 유리를 가열하고, 기체 버너는 위쪽으로부터 용융 유리를 가열한다. 일부 실시예에서, 침잠형 연소가 이용될 수 있다.
용융 유리의 하류 프로세싱, 예를 들어 청징 및 균질화가 퍼니스 구조물의 특정 부분 내에서, 또는 용융 퍼니스의 하류에 위치되고 도관에 의해서 용융 퍼니스에 연결되는 다른 용기 내에서 실행될 수 있다. 용융 유리가 이송될 때 용융 유리의 적절한 온도를 유지하기 위해서, 용융 유리가 가열될 수 있다. 청징 프로세스와 같은 일부 프로세스에서, 용융 유리로부터의 보다 완전한 기포의 제거를 돕기 위해서, 용융 유리는, 청징 용기 내에서, 퍼니스 온도 보다 더 높은 온도까지 가열될 수 있다. 용융 퍼니스 하류의 제조 장치의 다른 부분에서, 용융 유리가 성형을 위한 적절한 점도가 되게 하기 위해서, 하나 이상의 도관을 통해서 유동되는 동안 용융 유리가 냉각될 수 있다. 그러나, 너무 빠른 냉각 비율을 방지하기 위해서, 열 에너지의 제어된 부가에 의해서 냉각이 제한될 수 있다.
광학적 품질의 유리, 예를 들어 텔레비전, 컴퓨터 모니터, 태블릿, 스마트폰 및 기타와 같은 그러한 장치 내에서 이용되는 디스플레이 패널의 제조를 위한 디스플레이 유리로서 이용하기에 적합한 유리를 제조하기 위해서, 하류 프로세싱 장비는, 백금족의 금속과 같은 귀금속으로 전형적으로 형성된다. 백금, 및/또는 그 합금은, 가공성이 양호하고, 높은 용융 온도를 가지며, 양호한 내식성을 나타내기 때문에, 용융 유리 프로세싱 장비의 제조에 특히 유용하다.
통상적으로, 도관 및 다른 프로세싱 장비를 포함하여, 용융 퍼니스 하류의 금속 용기는 외부 전기 가열 요소, 예를 들어 용기 주위에 배치된 내화 절연 재료 내에 장착된 권선에 의해서 가열된다. 이러한 권선은 종종 백금 권선 또는 백금의 합금이다. 이러한 것이 작은 부피의 작업에 만족스러울 수 있지만, 용융 유리의 부피가, 예를 들어 시간별 또는 일별 기준으로, 증대되어야 하는 경우에, 프로세싱 장비를 통한 용융 유리의 유동 비율을 단순히 증가시키는 것에 의해서, 새로운 제조 장비의 부가와 연관된 상당한 자본적 지출을 피할 수 있어야 하는 것이 분명할 것이다. 그러나, 증가된 유동 부피는 더 많은 열 에너지의 유입을 필요로 할 수 있다. 일부 시점에서, 이는 외부 가열 요소로 달성하기 어려워지기 시작한다. 따라서, 현대의 유리 물품의 대규모의 유리 제조, 그리고 특히 귀금속 용기를 통한 용융 유리의 유동에 의해서 제조되는 유리 물품은, 용기를 가열하고 그에 따라 용기 내의 용융 유리를 가열하는 용기 자체 내의 전류를 구축하는 것에 의한, 소위 용융 유리의 직접적인 가열을 이용한다.
다른 고려 사항에는, 용융 유리가 시스템 내로 도입되기 전에, 초기 시스템 준비 중에 하류 금속 프로세싱 장비를 예열하는 것이 포함된다. 이러한 조건 하에서, 용융 유리를 용기 내로 도입하기 전에 필요 온도를 달성하기 위해서, 많은 전류가 필요할 수 있다. 용기에 대한 연결은, 용기 또는 연결 구성요소를 손상시키는 효과가 없이, 이러한 전류를 운반할 수 있어야 한다.
그 대부분의 기본적인 실시예에서, 하류 프로세스 장비는, 적어도 2개의 플랜지가 연결된 금속 용기를 포함할 수 있다. 다시 플랜지는 전류 공급원과 전기적으로 통신되고, 전형적으로 플랜지 본체와 전류를 전원으로부터 플랜지로 전달하는 전기 케이블(예를 들어, 버스) 사이의 중간에서 전극 부분을 포함한다. 통상적인 플랜지 설계는 용기의 둘레 주위로 전류를 적절하게 분배하지 못할 수 있는데, 이는, 종종 단순히, 플랜지 내의 전류 흐름을 고려하지 않았기 때문이며, 이는 용기 주위에 열점을 형성할 수 있다. 이는 특히, 길다란 횡단면을 가지는 도관과 같은 비-원형 용기에서 문제가 될 수 있다. 따라서, 플랜지가 용기에 결합될 때, 용기 주위로 더 균일하게 전류를 분배하여, 용기 벽 내의 열점 및 그 내부의 용융 유리의 불균일한 가열을 방지하는, 플랜지 설계가 요구된다.
유리 제조 장치에서 용기에의 부착을 위한 플랜지가 본원에서 설명된다. 그러한 플랜지는, 플랜지가 부착되는 용기, 예를 들어 금속 도관의 벽에 전류를 분배하는 기능을 하고, 그에 의해서 용기 및 용기 내에 있을 수 있는 용융 유리를 가열한다. 본 설명에 따른 플랜지는, 백금족 금속 또는 그 합금 중 하나와 같이, 고온을 견딜 수 있는 귀금속으로 형성된 제1 링을 포함한다. 적합한 귀금속은 백금족 금속 백금, 로듐, 이리듐, 루테늄, 팔라듐 및 오스뮴, 및 그 합금을 포함한다. 본 개시 내용에 따른 제1 링은 두께가 상이할 수 있는 적어도 2개의 개별적인 부분을 포함한다. 재료 내에서 개별적인 부분들이 또한 상이할 수 있고, 그에 따라 개별적인 부분들이 상이한 재료 전기 저항을 나타낼 수 있다. 그리고, 제1 링은 전체적으로 볼 때 용기 주위로 폐쇄 루프로 연장되는 반면, 제1 링의 개별적인 부분 중 어느 것도 전체 용기 주위로 완전히 연장되지 않는다. 따라서, 개별적인 부분은 구분된 영역들이고, 하나의 부분은 다른 부분과 상이한 두께(즉, 다른 부분 보다 얇거나 두꺼운 두께)를 가질 수 있다. 예를 들어 본원에서 설명된 실시예에서, 하나의 각도 위치를 따라서 용기의 중심으로부터 외향으로 무한 연장되는 선은 제1 링의 단지 하나의 부분과 교차할 수 있다. 또한 상이한 각도 위치를 따라 연장되는 다른 선의 경우에, 그러한 선은 제1 링의 양 부분의 폭에 걸쳐질 수 있다. 그에 따라, 제1 링의 부분은, 연부의 특정 영역을 따라 연부-대-연부 방식으로 중첩되나, 어떠한 부분도 용기 주위에서 전체적으로 연장되지 않는다.
제1 링 내에 포함된 복수의 부분은, 특히 제1 링이 플랜지의 최내측 링일 때, 플랜지의 전극 부분과, 용기에 부착되고 제1 플랜지로부터 이격된 다른 플랜지의 전극 부분 사이의 최단 전도 경로를 따른, 즉 전극과 용기 사이의 선형 경로를 따른, 그리고 전극 부분에 가장 근접된 위치에서의 용기 벽을 따른 전류의 큰 집중을 방지하는 방식으로 전류를 지향시키는 기능을 한다. 예를 들어, 2개의 이격된 플랜지의 전극 부분 모두가 용기의 상단부에서 배향된다면, 플랜지들 사이의 가장 짧은 전도 경로는 용기의 상단부를 따라 위치된다. 본 개시 내용의 실시예는 용기의 측면 및 하단부를 향해서 전류를 지향시키고, 그에 의해서 플랜지의 상단부에서 그리고 용기의 상단부에서 전류를 감소시킨다.
본원에서 개시된 원리 및 예시적인 실시예는, 유리 제조 장치의 문맥으로 설명되지만, 금속 용기 내에서 운송되거나 수용되는 다른 재료를 프로세싱하기 위한 다른 장치에 관한 것일 수 있다는 것을 이해하여야 할 것이다.
따라서, 일 실시예에서, 벽을 포함하고, 재료를 운송하도록 배열된 용기를 포함하는, 재료를 프로세싱하기 위한 장치가 개시된다. 플랜지는 용기에 부착되고 전류를 용기 벽에 전달하도록 구성되며, 플랜지는 폐쇄 루프로 용기 주위로 완전히 연장되는 제1 링을 포함하고, 제1 링은 제1 두께를 포함하는 제1 부분 및 제1 두께와 상이한 제2 두께를 포함하는 제2 부분을 포함한다. 용기의 길이방향 축에 수직인 평면 내의 용기의 횡단면적 형상은 원형 또는 길다란 형상일 수 있다. 일부 실시예에서, 용기는, 예를 들어, 청징 용기일 수 있다. 일부 실시예에서, 재료는 용융 유리이다.
제1 부분이 제2 부분과 용기 벽 사이에 배치되도록, 그리고 제1 부분 및 제2 부분 모두가 용기의 주위로 완전히 연장되지 않도록, 제1 링의 제1 부분 및 제2 부분은 플랜지의 평면 내에서 중첩된다. 일부 실시예에서, 제1 링의 제1 부분의 두께는 제2 부분의 두께와 상이하다. 예를 들어, 제1 링의 제1 부분의 두께는 제1 링의 제2 부분의 두께보다 얇을 수 있다.
플랜지는 제1 링 주위로 폐쇄 루프로 연장되는 제2 링을 더 포함할 수 있다. 제2 링의 두께는 제1 링의 제1 또는 제2 부분 중 하나 또는 모두의 두께 보다 두꺼울 수 있다. 제2 링은 최외측 링일 수 있다.
제1 링은 제1 금속을 포함할 수 있는 한편, 제2 링은 제1 금속과 상이한 제2 금속을 포함한다. 예를 들어, 제1 링이 백금족 금속, 또는 그 합금을 포함할 수 있는 한편, 제2 링은, 예를 들어 그리고 비제한적으로, 니켈, 구리 또는 그 합금을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 링은 백금-로듐 합금일 수 있다.
본 개시 내용의 예에 따라서, 플랜지의 평면 내의 용기의 중심선으로부터 연장되고 그에 수직인 제1 반경방향 선은, 제1 링의 제2 부분과 교차되지 않고, 제1 링의 제1 부분과 교차될 수 있다. 제1 반경방향 선은 용기의 단축에 평행할 수 있다.
제1 링은 제3 부분을 더 포함할 수 있고, 제3 부분은 용기 주위로 완전히 연장되지 않는다. 예시적인 실시예에서, 제3 부분은 제1 부분과 제2 부분 사이에 배치될 수 있다.
다른 실시예에서, 벽 및 용기에 부착된 플랜지를 포함하는 용기를 포함하는 유리 제조를 위한 장치가 설명된다. 용기의 길이방향 축에 수직인 평면 내의 용기의 횡단면적 형상은 원형 또는 길다란 형상일 수 있다. 일부 실시예에서, 용기는, 예를 들어, 청징 용기일 수 있다. 플랜지는 전류를 용기 벽에 전달하도록 구성된다. 플랜지는 용기 주위로 완전히 연장되고 폐쇄 루프로 용기 벽에 부착되는 제1 링을 포함할 수 있고, 제1 링은 제1 두께를 포함하는 제1 부분 및 제1 두께와 상이한 제2 두께를 포함하는 제2 부분을 포함한다. 그러나, 제1 부분 또는 제2 부분 중 어느 하나 또는 모두가 균일한 두께일 수 있다. 제1 부분도 그리고 제2 부분도 용기 주위로 완전히 연장되지 않고, 제1 부분 및 제2 부분 모두의 폭을 가로지르는 플랜지의 평면 내의 용기의 중심선으로부터 그에 수직으로 연장되는 적어도 하나의 반경방향 선이 있을 수 있다. 플랜지는 제1 링 주위로 폐쇄 루프로 완전히 연장되는 제2 링을 더 포함할 수 있다.
제1 링이 제1 금속을 포함할 수 있는 한편, 제2 링은 제1 금속과 상이한 제2 금속을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 제2 링은 제1 링의 전체 둘레 주위에서 제1 링과 접촉되고, 제1 부분 및 제2 부분 모두 제2 링과 접촉된다.
또 다른 실시예에서, 전기 플랜지에 부착된 용기에 전류를 공급하도록 구성된 전기 플랜지를 포함하는 전기적으로 가열되는 용기를 제조하기 위한 방법이 설명되고, 그러한 전기 플랜지는 용기의 중심선에 실질적으로 수직인 평면 내에서 용기를 둘러싸며, 그러한 방법은 (a) 전기 플랜지를 매개변수화하는(parameterizing) 단계를 포함하고, 전기 플랜지는 제1 금속을 포함하는 제1 링 및 제1 금속과 상이한 제2 금속을 포함하는 제2 링을 포함하고, 제1 링은, 플랜지의 평면 내에서, 상이한 두께의 복수의 반경방향 중첩 부분을 포함하고, 제1 링은 제1 및 제2 중첩 부분을 포함하며, 중첩되는 부분 중 어느 것도 용기 주위로 완전히 연장되지 않는다. 매개변수화하는 단계는 중첩되는 부분의 두께, 형상, 및 위치를 결정하는 단계, (b) 플랜지를 통해서 용기로 공급되는 전체적인 미리 결정된 전류에 대해서, 미리 결정된 위치에서의 제1 링 내의 전류 밀도를 계산하는 단계, 및 (c) 미리 결정된 위치에서의 전류 밀도 사이의 차이가 미리 결정된 전류 밀도 값 보다 큰 경우에, 중첩 부분의 크기, 형상 및 위치 중 적어도 하나를 수정하는 단계, 이어서 (e) 제1 링 내의 전류 밀도가 미리 결정된 전류 밀도 값 미만이 될 때까지, 단계(b) 및 (c)를 반복하는 단계를 포함할 수 있다. 미리 결정된 전류 밀도 값은 절대 전류 밀도 값 또는 백분율 전류 밀도 값일 수 있다.
본 개시 내용의 실시예는, 전류가 공급되는 인접 플랜지를 포함하는 용기의 경우에, 인접 플랜지들 사이의 중간점에서의 전류 밀도 보다 낮을 수 있는, 플랜지의 전극 부분에 가장 가까운 위치에서 용기-플랜지 접합부에서의 전기 전류 밀도를 생성할 수 있다. 이러한 위치는, 일부 예에서, 용기의 상단부일 수 있고, 전극 부분은 12시 위치에서 플랜지 본체로부터 수직 상향 연장된다. 다른 예에서, 전극 부분은 6시 위치에서 플랜지 본체에 대해서 수직 하향 연장될 수 있다. 또 다른 예에서, 전극 부분은 3시 위치 또는 9시 위치에서 플랜지 본체에 대해서 수평적으로 연장될 수 있다. 전술한 위치들 중간의 위치가 또한 가능하다는 것이 분명할 것이다. 인접 플랜지들의 전극 부분들이 12시 위치(즉, 용기의 상단부 부근)에서 플랜지 본체로부터 수직 상향 연장되는 예에서, 인접 플랜지들 사이의 선 상의 인접 플랜지들 사이에서 연장되는 선에서, 예를 들어 12시 위치에서, 그러한 선 상의 최대 전류 밀도와 그러한 선 상의 용기-플랜지 접합부에서의 전류 밀도 사이의 전류 밀도차가 10% 이하, 예를 들어 6% 이하, 또는 5% 이하, 예를 들어, 모든 범위 및 그 사이의 하위-범위를 포함하여, 약 4% 내지 약 10%의 범위 이내일 수 있다.
예시적인 실시예에서, 플랜지의 전극 부분에 가장 가까운 원주방향 (각도적) 위치에서, 예를 들어 12시 위치에서 용기 상의 선을 따른 최대 전류 밀도는 인접 플랜지들 사이의 총 거리의 약 20%, 예를 들어 약 18% 이하, 약 15% 이하, 또는 약 13% 이하에서 발생된다.
전술한 일반적인 설명 및 이하의 구체적인 설명 모두는 본 개시 내용의 실시예를 제시하고, 실시예가 설명되고 청구될 때 실시예의 성질 및 특성을 이해하기 위한 개관 또는 틀을 제공하기 위한 것임을 이해할 수 있을 것이다. 첨부 도면이 실시예의 추가적인 이해를 제공하기 위해서 포함되었고, 본 명세서에 통합되고 그 일부를 구성한다. 도면은 개시 내용의 다양한 실시예를 도시하고, 설명과 함께, 실시예의 원리 및 동작을 설명하는 역할을 한다.
도 1은 본원에서 설명된 실시예에 따른 예시적인 유리 제조 장치의 개략도이다.
도 2는 본원에서 설명된 실시예에 따른 예시적인 플랜지의 측면도이다.
도 3a는 전극 부분과 플랜지에 부착된 용기 사이의 선 상에서 집중된 전류 분배의 효과를 보여주는 일반적인 플랜지의 측면도이다.
도 3b는 도 3a의 2개의 일반적인 플랜지를 포함하는 도관의 횡단면적 측면도이다.
도 4는 본원에서 설명된 실시예에 따른 다른 예시적인 플랜지의 측면도이다.
도 5는 본원에서 설명된 실시예에 따른 또 다른 예시적인 플랜지의 측면도이다.
도 6은 본원에서 설명된 실시예에 따른 또 다른 예시적인 플랜지의 측면도이다.
도 7는 본원에서 설명된 실시예에 따른 다른 예시적인 플랜지의 측면도이다.
도 8는 본원에서 설명된 실시예에 따른 또 다른 예시적인 플랜지의 측면도이다.
도 9는 본원에서 설명된 실시예에 따른 다른 예시적인 플랜지의 측면도이다.
도 10은 통상적인 플랜지 설계의 측면도이다.
도 11은 통상적인 플랜지 대 본원에서 설명된 실시예에 따른 플랜지에 부착된 용기의 벽 내의 3개의 분리된 위치에 대한 길이의 함수로서의 전류 밀도의 비교를 보여주는 그래프이다.
도 12는 통상적인 플랜지 대 본원에서 설명된 실시예에 따른 플랜지에 부착된 용기의 벽 내의 3개의 분리된 위치에 대한 길이의 함수로서의 전류 밀도의 비교를 보여주는 그래프이다.
도 2는 본원에서 설명된 실시예에 따른 예시적인 플랜지의 측면도이다.
도 3a는 전극 부분과 플랜지에 부착된 용기 사이의 선 상에서 집중된 전류 분배의 효과를 보여주는 일반적인 플랜지의 측면도이다.
도 3b는 도 3a의 2개의 일반적인 플랜지를 포함하는 도관의 횡단면적 측면도이다.
도 4는 본원에서 설명된 실시예에 따른 다른 예시적인 플랜지의 측면도이다.
도 5는 본원에서 설명된 실시예에 따른 또 다른 예시적인 플랜지의 측면도이다.
도 6은 본원에서 설명된 실시예에 따른 또 다른 예시적인 플랜지의 측면도이다.
도 7는 본원에서 설명된 실시예에 따른 다른 예시적인 플랜지의 측면도이다.
도 8는 본원에서 설명된 실시예에 따른 또 다른 예시적인 플랜지의 측면도이다.
도 9는 본원에서 설명된 실시예에 따른 다른 예시적인 플랜지의 측면도이다.
도 10은 통상적인 플랜지 설계의 측면도이다.
도 11은 통상적인 플랜지 대 본원에서 설명된 실시예에 따른 플랜지에 부착된 용기의 벽 내의 3개의 분리된 위치에 대한 길이의 함수로서의 전류 밀도의 비교를 보여주는 그래프이다.
도 12는 통상적인 플랜지 대 본원에서 설명된 실시예에 따른 플랜지에 부착된 용기의 벽 내의 3개의 분리된 위치에 대한 길이의 함수로서의 전류 밀도의 비교를 보여주는 그래프이다.
이제, 개시 내용의 실시예가 도시된 첨부 도면을 참조하여 장치 및 방법을 보다 전체적으로 이하에서 설명할 것이다. 가능한 경우에, 동일한 또는 유사한 부분을 지칭하기 위해서, 도면 전체를 통해서 동일한 참조 번호가 이용된다. 그러나, 이러한 개시 내용은 많은 상이한 형태로 구현될 수 있고, 본원에서 기술된 실시예로 제한되는 것으로 해석되지 않아야 한다.
범위는 하나의 "약" 특별한 값으로부터 및/또는 "약" 다른 특별한 값까지로서 본원에서 설명될 수 있다. 그러한 범위가 표현되었을 때, 다른 실시예가 하나의 특별한 값으로부터 및/또는 다른 특별한 값까지를 포함한다. 유사하게, 값이 개략적인 것으로 표현되었을 때, "약"이라는 선행사의 이용에 의해서, 특별한 값이 다른 실시예를 형성한다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 각각의 범위의 종단점은 다른 종단점과 관련하여, 그리고 다른 종단점과 독립적으로 상당히 중요하다는 것을 더 이해할 수 있을 것이다.
본원에서 사용된 바와 같은 방향적 용어 - 예를 들어, 상, 하, 우측, 좌측, 전방, 후방, 상단부, 하단부 - 는 단지 도시된 바와 같은 도면을 참조하여 기재된 것이고 절대 배향을 암시하기 위한 것은 아니다.
달리 명백하게 기술되지 않는 한, 본원에서 기술된 임의 방법에서 그 단계들이 특별한 순서로 실시될 것을 요구하는 것으로 해석되지 않는다. 따라서, 방법의 단계들이 따라야 하는 순서가 방법 청구항에 실제로 기재되지 않은 경우, 또는 단계들이 특정 순서로 제한되어야 한다는 것이 청구범위나 상세한 설명에서 달리 구체적으로 기술되지 않은 경우에, 어떠한 면에서도 순서가 결코 추정되지 않는다. 이는: 단계의 배열 또는 동작적 흐름에 대한 논리 문제; 문법적 구성이나 구두점에서 파생된 평범한 의미; 명세서에서 설명된 실시예의 수 또는 유형을 포함하는, 해석을 위한 임의의 가능한 비-명시적 기반에서 적용된다.
본원에서 사용된 바와 같이, 문맥에서 달리 명백하게 기재되어 있지 않는 한, 단수 형태("a", "an", 및 "the")가 복수의 대상을 포함한다. 그에 따라, 문맥에서 달리 명백하게 기재되어 있지 않는 한, "하나의" 구성요소에 대한 언급은 둘 이상의 그러한 구성요소를 가지는 양태를 포함한다.
개시 내용의 양태는 배치를 용융 유리로 프로세싱하기 위한, 보다 특히 용융 유리를 프로세싱하기 위한 장치를 포함한다. 개시 내용의 퍼니스는 기체, 액체 및/또는 고체를 가열하기 위한 넓은 범위의 적용예를 위해서 제공될 수 있다. 하나의 예에서, 본 개시 내용의 장치는, 배치를 용융 유리로 용융시키고 용융 유리를 하류의 프로세싱 장비로 이송하도록 구성된 유리 용융 시스템을 참조하여 설명된다.
개시 내용의 방법은 매우 다양한 방식으로 용융 유리를 프로세스할 수 있다. 예를 들어, 용융 유리는 용융 유리를 초기 온도 보다 높은 온도까지 가열하는 것에 의해서 프로세스될 수 있다. 추가적인 예에서, 용융 유리는, 용융 유리의 온도를 유지함으로써, 또는 열 에너지를 용융 유리 내로 입력하고 그에 의해서 용융 유리의 냉각 비율을 제어하는 것에 의해서 달리 발생될 수 있는 열 손실의 비율을 감소시킴으로써 프로세스될 수 있다.
개시 내용의 방법은 청징 용기로 또는 혼합 용기, 예를 들어 교반 용기로 용융 유리를 프로세스할 수 있다. 선택적으로, 장치는, 용융 유리를 하나의 위치로부터 다른 위치로 운반하는 이송 용기(도관)를 포함하는 유리 제조 장치의 동작을 돕기 위한 열 관리 장치, 전자 장치, 전기기계적 장치, 지지 구조물 또는 다른 구성요소와 같은 하나 이상의 추가적인 성분을 포함할 수 있다.
도 1에는 예시적인 유리 제조 장치(10)가 도시되어 있다. 일부 예에서, 유리 제조 장치(10)는, 용융 용기(14)를 포함할 수 있는 유리 용융 퍼니스(12)를 포함할 수 있다. 용융 용기(14)에 더하여, 유리 용융 퍼니스(12)는, 배치를 가열하고 배치를 용융 유리로 변환하도록 구성된 가열 요소(예를 들어, 연소 버너 또는 전극)와 같은 하나 이상의 부가적인 구성요소를 선택적으로 포함할 수 있다. 추가적인 예에서, 유리 용융 퍼니스(12)는 용융 유리의 온도를 제어하도록 구성된 열 관리 장치(예를 들어, 절연, 가열 및/또는 냉각 구성요소)를 포함할 수 있다. 또 다른 추가적인 예에서, 유리 용융 퍼니스(12)는, 배치 재료를 용융 유리로 용융시키는 것을 용이하게 하도록 구성된 전자 장치 및/또는 전기기계적 장치를 포함할 수 있다. 더 추가적으로, 유리 용융 퍼니스(12)는 지지 구조물(예를 들어, 지지 샤시, 지지 부재, 등) 또는 다른 구성요소를 포함할 수 있다.
유리 용융 용기(14)는 전형적으로 내화 세라믹 재료와 같은 내화 재료로 이루어진다. 일부 예에서, 유리 용융 용기(14)는 내화 세라믹 벽돌, 예를 들어 알루미나 또는 지르코니아를 포함하는 내화 세라믹 벽돌로 구축될 수 있다.
일부 예에서, 유리 용융 퍼니스는 유리 리본을 제조하기 위해 구성된 유리 제조 장치의 구성요소로서 포함될 수 있다. 일부 예에서, 개시 내용의 유리 용융 퍼니스는 슬롯 인발 장치, 플로트 배스 장치(float bath apparatus), 융해 하향-인발 장치를 포함하는 하향-인발 장치, 상향-인발 장치, 프레스-롤링 장치, 관 인발 장치 또는 다른 유리 리본 제조 장치를 포함하는 유리 제조 장치의 구성요소로서 포함될 수 있다. 예로서, 도 1은 후속 프로세싱 중에 유리 리본을 유리 시트로 융해 인발하기 위한 융해 하향-인발 장치(10)의 구성요소로서 유리 용융 퍼니스(12)를 개략적으로 도시한다.
유리 제조 장치(예를 들어, 융해 하향-인발 장치(10))는, 용융 유리 유동 방향에 대해서 유리 용융 용기(14)의 상류에 배치된 상류 유리 제조 장치(16)를 선택적으로 포함할 수 있다. 일부 예에서, 상류 유리 제조 장치(16)의 일부 또는 전체가 유리 용융 퍼니스(12)의 일부로서 포함될 수 있다.
설명된 예에서 제시된 바와 같이, 상류 유리 제조 장치(16)는 배치 저장 빈(batch storage bin)(18), 배치 전달 장치(20), 및 배치 전달 장치에 연결된 모터(22)를 포함할 수 있다. 저장 빈(18)은, 화살표(26)에 의해서 표시된 바와 같이, 유리 용융 퍼니스(12)의 용융 용기(14) 내로 공급될 수 있는 배치(24)의 소정량을 저장하기 위해서 구성될 수 있다. 일부 예에서, 배치 전달 장치(20)는 미리 결정된 양의 배치(24)를 저장 빈(18)으로부터 용융 용기(14)에 전달하도록 구성된 모터(22)에 의해서 동력을 공급받을 수 있다. 추가적인 예에서, 모터(22)가 배치 전달 장치(20)에 동력을 공급하여, 용융 용기(14) 하류의 용융 유리의 감지된 레벨을 기초로 제어된 비율로 배치 재료(24)를 도입할 수 있다. 그에 따라, 용융 용기(14) 내의 배치(24)가 가열되어 용융 유리(28)를 형성할 수 있다.
유리 제조 장치(10)는 용융 유리의 유동 방향에 대해서 유리 용융 퍼니스(12)의 하류에 배치되는 하류 유리 제조 장치(30)를 선택적으로 포함할 수 있다. 일부 예에서, 하류 유리 제조 장치(30)의 일부가 유리 용융 퍼니스(12)의 일부로서 포함될 수 있다. 예를 들어, 이하에서 설명되는 제1 연결 도관(32), 또는 하류 유리 제조 장치(30)의 다른 부분이 유리 용융 퍼니스(12)의 일부로서 포함될 수 있다. 제1 연결 도관(32)을 포함하는, 하류 유리 제조 장치의 요소가 귀금속으로 형성될 수 있다. 적합한 귀금속은 백금, 이리듐, 로듐, 오스뮴, 루테늄 및 팔라듐, 그리고 그 합금으로 이루어진 금속의 그룹으로부터 선택된 백금족 금속을 포함한다. 예를 들어, 유리 제조 장치의 하류 구성요소는 70 내지 90 중량% 백금 및 10 내지 30 중량% 로듐을 포함하는 백금-로듐 합금으로 형성될 수 있다.
하류 유리 제조 장치(30)는, 용융 용기(14) 하류에 위치되고 전술한 제1 연결 도관(32)에 의해서 용융 용기(14)에 결합되는, 청징 용기(34)와 같은 제1 컨디셔닝 용기를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 용융 유리(28)는 제1 연결 도관(32)을 통해서 용융 용기(14)로부터 청징 용기(34)로 중력 공급될 수 있다. 예를 들어, 중력은 용융 유리(28)가 용융 용기(14)로부터 청징 용기(34)까지 제1 연결 도관(32)의 내부 경로를 통과되게 할 수 있다.
청징 용기(34) 내에서, 다양한 기술을 이용하여 기포를 용융 유리(28)로부터 제거할 수 있다. 예를 들어, 배치(24)는, 가열될 때 화학 환원 반응되고 산소를 방출하는 주석 산화물과 같은 다원자가 화합물(즉, 청징제)을 포함할 수 있다. 다른 적합한 청징제에는 비제한적으로 비소, 안티몬, 철 및 세륨이 포함된다. 청징 용기(34)는 용융 용기 온도 보다 더 높은 온도까지 가열되고, 그에 의해서 청징제를 가열한다. 청징제(들)의 온도-유도된 화학 환원에 의해서 생성된 산소 기포가 청징 용기 내의 용융 유리를 통해서 상승되고, 용융 퍼니스 내에서 생성된 용융체 내의 기체가 청징제에 의해서 생성된 산소 기포 내로 응집될 수 있다. 이어서, 확대된 기포는 청징 용기 내의 용융 유리의 자유 표면까지 상승될 수 있고, 그 후에 분출될 수 있다.
하류 유리 제조 장치(30)는, 청징 용기(34)의 하류에 위치될 수 있는 용융 유리 혼합을 위한 혼합 용기(36)와 같은 제2 컨디셔닝 용기를 더 포함할 수 있다. 유리 용융체 혼합 용기(36)는 균질한 유리 용융체 조성물을 제공하기 위해서, 그에 의해서 청징 용기를 빠져 나오는 청징처리된 용융 유리 내에 달리 존재할 수 있는 불균질체 다발을 감소 또는 제거하기 위해서 이용될 수 있다. 도시된 바와 같이, 청징 용기(34)는 제2 연결 도관(38)에 의해서 용융 유리 혼합 용기(36)에 결합될 수 있다. 일부 예에서, 용융 유리(28)는 제2 연결 도관(38)을 통해서 청징 용기(34)로부터 혼합 용기(36)로 중력 공급될 수 있다. 예를 들어, 중력은 용융 유리(28)가 청징 용기(34)로부터 혼합 용기(36)까지 제2 연결 도관(38)의 내부 경로를 통과되게 할 수 있다.
하류 유리 제조 장치(30)는, 혼합 용기(36)의 하류에 위치된 전달 용기(40)와 같은 다른 컨디셔닝 용기를 더 포함할 수 있다. 전달 용기(40)는 하류 성형 장치 내로 공급되는 용융 유리(28)를 컨디셔닝할 수 있다. 예를 들어, 전달 용기(40)는 용융 유리(28)의 일정한 유동을 조정하고 출구 도관(44)을 통해서 성형 본체(42)에 제공하기 위한 축적기 및/또는 유동 제어기로서 작용할 수 있다. 도시된 바와 같이, 혼합 용기(36)는 제3 연결 도관(46)에 의해서 전달 용기(40)에 결합될 수 있다. 일부 예에서, 용융 유리(28)는 제3 연결 도관(46)을 통해서 혼합 용기(36)로부터 전달 용기(40)로 중력 공급될 수 있다. 예를 들어, 중력은 용융 유리(28)가 혼합 용기(36)로부터 전달 용기(40)까지 제3 연결 도관(46)의 내부 경로를 통과하도록 구동시키는 작용을 할 수 있다.
하류 유리 제조 장치(30)는, 유입구 도관(50)을 포함하는 전술한 성형 본체(42)를 포함하는 성형 장치(48)를 더 포함할 수 있다. 출구 도관(44)은 전달 용기(40)로부터 성형 장치(48)의 유입구 도관(50)까지 용융 유리(28)를 전달하도록 배치될 수 있다. 융해 성형 프로세스에서, 성형 본체(42)는 그러한 성형 본체의 상부 표면 내에 배치된 홈통(52) 및 성형 본체의 하단부 연부(근부)(56)를 따라서 수렴되는 수렴 성형 표면(54)을 포함할 수 있다. 전달 용기(40), 출구 도관(44) 및 유입구 도관(50)을 통해서 성형 본체 홈통(52)에 전달되는 용융 유리는 홈통의 벽을 범람하고 용융 유리의 별개의 유동으로서 수렴 성형 표면(54)을 따라서 하강한다. 용융 유리의 별개의 유동들이 근부(56)를 따라서 그리고 그 아래에서 합쳐져, 유리 리본(58)이 점-탄성 전이부를 통과하도록 그리고 유리 리본(58)의 안정적인 치수적 특성을 제공하는 기계적 성질을 가지도록 유리가 냉각되고 용융 유리의 점도가 증가될 때 유리 리본의 치수를 제어하기 위해서, 예를 들어 중력 및 당김 롤(미도시)에 의해서 유리 리본에 장력을 인가하는 것에 의해서 근부(56)로부터 인발되는 유리의 단일 리본(58)을 생성한다. 유리 리본은 후속하여 유리 분리 장치(미도시)에 의해서 개별적인 유리 시트로 분리될 수 있다.
하류 유리 제조 장치의 다른 구성요소와 달리, 성형 본체(42)는 전형적으로 알루미나(산화알루미늄) 또는 지르코니아(산화지르코늄)와 같은 내화 세라믹 재료로 형성되나, 다른 내화 재료가 이용될 수도 있다. 일부 예에서, 성형 본체(42)는, 정수압적으로 프레스되고 소결되고, 이어서 적절한 형상으로 가공된 세라믹 재료의 단일체형 블록이다. 다른 예에서, 성형 본체는 내화재 재료, 예를 들어 세라믹 내화제 재료의 둘 이상의 블록을 합치는 것에 의해서 형성될 수 있다. 성형 본체(42)는 용융 유리의 유동을 성형 본체 위로 그리고 그로부터 지향시키도록 구성된 하나 이상의 귀금속 구성요소를 포함할 수 있다.
용융 유리(28)가 용융 용기(14)로부터 성형 본체(42)로 이동될 때, 용융 유리는 그러한 용융 유리가 통과하여 유동되는 다양한 귀금속 용기 내에서 열적으로 컨디셔닝된다. 예를 들어, 용융 유리(28)가 제1 연결 도관(32)을 통해서 청징 용기(34) 내로 이동될 때, 용융 유리는 청징 프로세스를 돕기 위해서 용융 용기 내의 용융 유리의 온도 보다 더 높은 온도까지 가열될 수 있다. 용융 유리(28)는, 용융 유리가 청징 용기의 길이를 따라서 이동될 때, 청징 용기 내에서 더 가열될 수 있다. 전술한 바와 같이, 용융 용기에 비해서 상대적으로 더 높은 청징 용기 내의 온도는 청징제의 화학 환원을 향상시킴으로써 청징제에 의한 산소 방출을 증가시키고, 용융 유리의 점도를 감소시킴으로써 용융 유리 내에 포획된 기포가 용융 유리의 자유 표면까지 상승되는 것을 촉진한다. 따라서, 제1 도관(32) 및 청징 용기(34)는 제1 도관 및 청징 용기의 벽을 통해서 전류를 지향시키기 위한 플랜지를 포함하도록 구성될 수 있다.
용융 유리가 제2 도관(38)을 통해서 청징 용기(34)로부터 혼합 용기(36)로 이송될 때, 용융 유리의 온도가, 예를 들어 혼합 용기 내에 회전 가능하게 배치된 교반기에 의해서 용융 유리가 용이하게 혼합될(균질화될) 수 있는 온도 미만으로 감소되는 것을 방지하여야 한다. 혼합 용기 내의 용융 유리의 온도가 너무 점착적이 된다면, 혼합 효율에 부정적인 영향을 미칠 수 있고, 그에 의해서 용융 유리의 균질화에서 혼합 프로세스의 효율성을 감소시킬 수 있다. 따라서, 청징 용기(34)와 혼합 용기(36) 사이에 배치된 제2 연결 도관(38), 및 혼합 용기 자체가, 제2 도관 및 혼합 용기의 벽을 통해서 전류를 지향시키기 위한 플랜지로 구성될 수 있다.
전달 용기(40)에 의해서 성형 본체(42)에 전달된 용융 유리(28)는 유리 리본의 성형을 가능하게 하기에 적합한 점도를 가져야 한다. 만약 용융 유리의 점도가 너무 낮다면, 유리 리본에 적절한 장력을 인가하는 것이 어렵거나 불가능해질 수 있다. 만약 점도가 너무 높다면, 두께 제어에 문제가 생길 수 있다. 또한, 용융 유리(28)가 성형 본체(42)의 성형 표면(54) 위에서 유동될 때 그 온도는, 용융 유리 자체의 결정화(실투(devitrification))를 방지하도록 그리고, 용융 유리가 성형 본체의 성형 표면 위에서 유동될 때 용융 유리 내로 용해될 수 있는 성형 본체 재료의 결정화 및 석출을 방지하도록, 제어되어야 한다. 용융 유리가 성형 본체(42)에 전달될 때 용융 유리(28)의 적절한 온도 및 점도를 달성하기 위해서, 용융 유리가 제3 연결 도관(46)을 통해서 이동될 때 용융 유리로부터의 순 열 손실이 충분히 제어되어야 한다. 따라서, 제3 연결 도관(46)은 제3 도관의 벽을 통해서 전류를 지향시키기 위한 플랜지로 구성될 수 있다.
유리 제조 장치(10)의 임의의 또는 모든 전술한 구성요소가 하나 이상의 플랜지와 함께 구성될 수 있다. 플랜지로 공급되는 전류가 별개로 제어되어 다양한 온도의 구역을 생성할 수 있도록, 플랜지가 구성될 수 있다. 예를 들어, 청징 용기(34)는 복수의 플랜지를 포함할 수 있고, 둘 이상의 플랜지의 그룹을 제어하여, 청징 용기를 따라 상이한 온도의 구역들을 제공할 수 있다. 상이한 온도의 그러한 구역이 하류 유리 제조 장치의 금속 구성요소를 따라서 하나 이상의 위치에 구축될 수 있음이 명백하여야 한다. 이하의 설명은, 하류 유리 제조 장치 내에서와 같은, 유리 제조 장치 내에서 이용하기에 적합한 플랜지에 대해서, 그 구조 및 그 동작을 포함하여, 더 구체적으로 설명한다.
도 2에는 본 개시 내용의 실시예에 따른 용기(102)에 부착된 예시적인 플랜지(100)의 횡단면적 측면도가 도시되어 있다. 용기(102)는, 예를 들어, 전술한 용융 퍼니스(12)와 성형 본체(42) 사이의 하류 유리 제조 장치(30)를 포함하는 금속 용기 중 임의의 하나 일 수 있고, 제1, 제2 및 제3 도관(32, 38 및 46), 청징 용기(34), 혼합 용기(36), 전달 용기(40), 출구 도관(44) 및 유입구(50), 또는 유리 제조 장치(10)를 포함할 수 있는 임의의 다른 금속 용기 또는 다른 금속 구성요소를 포함한다. 용기(102)는, 용융 유리의 유동을 수용하도록 구성된 내부 부피(106)를 둘러싸는 벽(104)을 포함하고, 그리고 용기의 길이를 따라서 연장되는 중앙 길이방향 축(108), 및 길이방향 축(108)에 수직인 플랜지의 평면 내의 횡단면적 형상을 포함한다. 길이방향 축(108)은 용기의 원형 단면의 중심에 위치되고 또한 용기 중심선(108)으로서 지칭될 수 있다. 용기(102)의 횡단면적 형상은, 용기의 길이를 따른(길이방향 축(108)을 따른) 위치의 함수로서, 길이방향 축(108)에 수직한 평면 내의 형상 및 크기 모두가 달라질 수 있으나, 도 2의 예에서 원형 횡단면으로서 도시되어 있다. 예를 들어, 하류 유리 제조 장치 내의 특정 도관이, 하나의 횡단면적 형상의 도관으로부터 상이한 횡단면적 형상을 가지는 다른 도관으로의 전이 단편을 형성하는 전이 도관을 포함할 수 있다.
플랜지(100)는 제1 링(112), 제2 링(114) 및 본체 부분(110)의 최외측 링에 부착된 전극 부분(116)을 포함하는 본체 부분(110)을 포함한다. 제2 링(114)은, 일부 예에서, 최외측 링일 수 있다. 전극 부분(116)은 최외측 링, 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같은 제2 링(114)에 직접적으로 결합된다. 일부 예에서, 전극 부분(116)은 최외측 링과 일체형일 수 있고 그와 함께 형성될 수 있다. 다른 예에서, 전극 부분(116)은 최외측 링, 예를 들어 제2 링(114)과 별개로 형성될 수 있고, 예를 들어 용접에 의해서, 그에 부착될 수 있다. 본원에서 사용된 바와 같이, 제1 링(112)은 최내측 링일 수 있고, 예를 들어, 제1 링(112)의 내부 연부를 용기 벽(104)에 용접하는 것에 의해서, 용기(102)와 밀접하게 접촉될 수 있다.
도 2에 도시된 실시예에서, 제1 링(112)은 제1 금속을 포함하고, 제1 금속은, 제1 링(112)이 최내측 링일 때, 용기(102)와 양립 가능하고, 상당한 저하 없이, 긴 기간 동안 용기의 외부 표면(예를 들어, 벽(104))에서의 고온 환경을 견딜 수 있다. 예를 들어, 제1 링(112)은 백금족 금속 또는 그 합금과 같은 귀금속을 포함할 수 있고, 일부 예에서, 용기(102)와 동일한 귀금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 링(112)은 백금-로듐 합금을 포함할 수 있고, 백금은 합금의 약 70% 내지 약 90%로 포함되고, 로듐은 합금의 약 20% 내지 약 30%로 포함된다. 제1 링(112)의 전부가 동일한 금속으로 형성될 수 있거나, 제1 링(112)이 상이한 금속들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 링(112)은 상이한 백분율 조합의 백금-로듐 합금을 포함할 수 있거나, 다른 합금화 재료를 포함할 수 있고, 그에 따라 제1 링의 전기 저항을 수정하거나, 제1 링의 강도 또는 경도와 같은 제1 링의 기계적 성질을 변화시키거나, 합금화에 의해서 요구될 수 있고 획득될 수 있는 임의의 다른 희망 속성을 획득할 수 있다. 제1 링(112)은 폭(W1)을 더 포함하고, 그러한 폭(W1)은, 길이방향 축(108)에 수직인 선을 따라서 취해진다. 일부 실시예에서, 폭(W1)은 제1 링 주위의 각도 위치와 관련하여 변경될 수 있다. 다른 실시예에서, 예를 들어 도 2에 도시된 실시예에서, 폭(W1)이 각도적으로 일정할 수 있다.
제2 링(114)은 용기(102)의 벽(104)으로부터 이격되고 제1 링(112) 주위의 폐쇄 루프로 배치되며, 제1 링(112) 보다 용기 벽(104)으로부터 더 먼 거리에 있고 그에 따라 제1 링(112) 보다 낮은 온도에 노출되며, 원하는 경우에, 제1 링(112)의 제조에서 이용된 금속 또는 금속들과 상이한 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 링(112)은, 백금족 금속 또는 그 합금을 포함하는 귀금속으로 형성될 수 있고, 제2 링(114)은, 예를 들어 그리고 비제한적으로 니켈, 구리, 또는 그 합금과 같은, 덜 고가이고 및/또는 온도 내성이 낮으면서도 전기 전도적인 금속으로 형성될 수도 있다. 그러나, 전술한 바와 같이, 일부 예에서, 제2 링(114)이 백금-함유 링일 수 있다. 제2 링(114)은 폭(W2)을 더 포함하고, 그러한 폭(W2)은 길이방향 축(108)에 수직인 선을 따라서 취해진 것이다. 폭(W2)은 용기(102)에 대한 각도 위치(예를 들어, 길이방향 축(108))의 함수로서 변경될 수 있거나, 폭(W2)이 실질적으로 일정할 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 링(114)은 예를 들어 용접에 의해서 제1 링(112)에 직접 접합될 수 있다. 다른 실시예에서, 제2 링(114)은 제1 링(112)으로부터 이격될 수 있고 제1 링(112)과 직접적으로 접촉되지 않을 수 있다. 예를 들어, 플랜지(100)는 제1 링(112)과 제2 링(114) 사이에서 하나 이상의 중간 링을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 예를 들어 플랜지(100)의 주요 표면에 수직인 방향을 따른, 최외측 링의 두께는, 플랜지가 부착되는 용기 주위의 각도 위치의 함수로서 변경될 수 있다. 예를 들어, 최외측 링은, 백금이나 그 합금 보다 덜 고가이고 온도 내성이 낮은 니켈, 구리, 또는 다른 금속으로 형성될 수 있고, 전극 부분(116)에 인접한 최외측 링의 영역은 최외측 링의 다른 영역 보다 두껍다. 그러한 두꺼운 부분은 전극 부분(116)에 인접할 수 있으나, 전극 부분(116)과 제1 링(112)의 제1 부분(118) 사이에 직접적으로 위치되지 않는다(예를 들어, 도 6, 도 7, 및 도 8 참조). 예를 들어, 두꺼운 부분은 다른 부분 보다 50% 이상 더 두꺼울 수 있고, 예를 들어 약 25% 내지 약 75% 범위로 더 두꺼울 수 있거나, 약 30% 내지 약 70% 범위로 더 두꺼울 수 있거나, 약 35% 내지 약 60% 범위로 더 두꺼울 수 있거나, 약 40% 내지 약 55% 범위로 더 두꺼울 수 있다. 최외측 링의 두꺼운 부분은 용기의 외주 주위에서 공급 전류를 조향하는데(steering) 있어서 도움을 주고, 전극 부분(116) 가까이에서 최외측 링 상에 열점이 형성되는 것을 최소화하고, 예를 들어 제거한다. 그러한 과열은, 전류 밀도가 전극 부분 내에서 그리고 그 주위에서 높기 때문에 발생될 수 있다. 전극 부분(116)에 인접하나 전극 부분(116)과 제1 링(112) 사이에 있지 않는 최외측 링의 두꺼운 부분은 증가된 횡단면적을 나타내고 그에 따라 전류 밀도의 감소 및 저항 가열로 인한 온도의 감소를 나타낸다. 그에 따라, 전극 부분(116)에 인접한 최외측 링의 일부가 전극 부분에 대향되는 최외측 링의 일부 보다 더 두꺼울 수 있다. 전술한 바와 같이, 최외측 링이 제2 링(114)일 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 제2 링(114)은 최외측 링과 제1 링(112) 사이 중간의 링일 수 있다.
전술한 바와 같이, 제1 링(112)은 용기(102) 주위의 폐쇄 루프로 연장되고, 제1 링(112)이 최내측 링인 경우에, 제1 링(112)은 제1 링(112)의 내부 연부를 따라서 용기 벽(104)의 외부 둘레 주위로 용기(102)에 부착될 수 있다. 예를 들어, 제1 링(112)의 내부 연부가 용기 벽(104)의 외부 표면에 용접될 수 있다. 유사하게, 도 2에 도시된 것과 같은 예에서, 제2 링(114)의 내측 연부가 제1 링(112)의 외측 연부에 직접적으로 부착될 수 있다. 다른 예에서, 전술한 바와 같이, 개재되는 부가적인 링이 제1 링(112)과 제2 링(114) 사이에, 즉 제2 링(114)의 내측 연부와 제1 링(112)의 외측 연부 사이에 배치될 수 있다. 그러한 개재되는 부가적인 링은 백금족 금속 또는 그 합금과 같은 귀금속을 포함할 수 있다. 또한, 부가적인 링, 예를 들어 최외측 링이 제2 링(114)의 외측에 배치될 수 있다.
도 2에 의해서 더 도시되는 바와 같이, 제1 링(112)은 제1 두께(T1)를 가지는 제1 부분(118)을 포함한다. T1은, 예를 들어, 약 40 mil(약 0.1 cm) 내지 약 50 mil(약 0.13 cm)의 범위일 수 있다. 제1 부분(118)은, 일부 실시예에서, 용기(102)의 전체 둘레의 절반 미만(180° 미만) 주위로 연장될 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 부분(118)은 용기(102)의 전체 둘레의 절반 이상 주위로 그러나 용기(102)의 전체 둘레 미만으로(180°초과 그러나 360°미만으로) 연장될 수 있다. 예를 들어, 원형 횡단면을 포함하는 도 2에 도시된 용기를 고려하면, 그러한 도면은 용기(102)의 상단부로부터 멀리 수직으로 연장되는 전극 부분(116)을 더 도시한다. 비록 도 2는 용기(102)로부터 멀어지는 방향으로 플랜지(100)로부터 연장되는 하나의 전극 부분(166)만을 도시하나, 플랜지(100)는 둘 이상의 전극 부분을 포함할 수 있다. 또한, 전극 부분(116) 및 용기(102)를 통하는 것을 포함하여, 지면 내에서(즉, 플랜지의 평면 내에서) 플랜지(100)를 통해서 연장되는 길이방향 축(108)에 수직인 선(120)을 고려하고, 용기(102)의 제1 직경(122)은 선(120) 상에 놓인다. 또한 선(120)에 수직이고 길이방향 축(108)을 통해서 연장되고 그에 수직인 제2 선(124)을 고려하고, 용기(102)의 제2 직경(126)이 선(124) 상에 놓인다. 도시된 실시예에서, 선(120)은 수직으로 그리고 수평으로 도시된 선(124)에 직교하는 것으로 도시되어 있지만, 수직 및 수평 이외의 배향이 적용될 수 있다. 도 2에 도시된 실시예에 따라서, 제1 링(112)의 제1 부분(118)은 수평 선(124)에 대해서 용기 벽(104)의 상부 절반 전체를 초과하여 그 주위로 연장된다. 이는, 수평 선(124)을 넘어서서(아래로) 용기 벽(104) 주위로 연장되는 제1 부분(118)에 의해서 도시되어 있다.
플랜지(100)의 평면 내에서 길이방향 축(중심선)(108)에 수직으로 그리고 그로부터 외향으로 무한으로 연장되는 2개의 반경방향 선, 즉 제1 반경방향 선(130) 및 제2 반경방향 선(132)을 상상하는 것에 의해서, 선행된 설명을 다른 방식으로 볼 수 있고, 제1 반경방향 선(130)은 수직 선(120)의 하나의 측면 상의 제1 부분(118) 상의 단일 지점(지점(A))에서만 교차하고, 제2 반경방향 선(132)은 수직 선(120)의 대향 측면 상의 제1 부분(118) 상의 상이한 단일 지점(지점(B))과 교차한다. 제1 부분(118)이 용기(102) 주위로 연장되는 영역에 걸친 제1 반경방향 선(130) 및 제2 반경방향 선(132)에 의해서 경계 지어지는 그 사이의 원호는 360°- α의 각도를 이룬다. 이러한 예에서, 각도(α)는 180°미만일 수 있다. 부가적으로, 제1 링(112)이 최내측 링인 도 2의 예에서, 제1 부분(118)은 360°- α의 각도에 걸쳐 용기 벽(104)과 접촉될 수 있다. 그에 따라, 각도(α)는, 제1 부분(118)이 주위로 연장되지 않거나 용기 벽과 접촉되지 않는, 용기 벽(102)의 영역을 나타낼 수 있다.
또한, 제1 부분(118)이 전극 부분(116)에 인접하고 그리고 동시에 전극 부분(116)과 동일한 수평 선(124)의 측면 상에 위치된다는 것을 주목하여야 할 것이다. 이러한 점의 중요성은 이하에서 더 구체적으로 설명될 것이다.
제1 링(112)은 제2 두께(T2)를 가지는 제2 부분(128)을 더 포함한다. 제2 두께(T2)는 제1 두께(T1)와 상이할 수 있다. 예를 들어, 제2 두께(T2)는 제1 두께(T1)보다 더 두꺼울 수 있다. 일부 실시예에서, T2는 약 80 mil(약 0.2 cm) 내지 약 100 mil(약 0.25 cm)의 범위일 수 있다. 제2 부분(128)은, 예를 들어 적어도 α의 각도 범위에 걸쳐, 제1 부분(118)이 연장되지 않는 용기 벽(104)의 해당 부분 주위로 연장된다. 도 2에 도시된 실시예에서, 제2 부분(128)은 α의 각도 범위에 걸쳐 용기 벽(104)과 접촉된다. 일부 실시예에서, 제2 부분(128)은 α보다 큰 각도 범위에 걸쳐 용기 벽(104) 주위로 연장될 수 있다. 그 대신에, 플랜지(100)의 평면 내에서 길이방향 축(중심선)(108)에 수직으로 그리고 그로부터 외향으로 무한으로 연장되는 2개의 부가적인 반경방향 선 즉, 제3 반경방향 선(134) 및 제4 반경방향 선(136)을 상상하면, 제3 반경방향 선(134)은 제2 부분(128) 상의 단일 지점(지점(C))에서만 교차하고, 제4 반경방향 선(136)은 수직 선(120)의 대향 측면 상의 제2 부분(128) 상의 상이한 단일 지점(지점(D))과 교차한다. 도 2의 예시적인 플랜지에서, 제1 및 제2 반경방향 선(130, 132)은 수평 선(124)에 대해서 하향 연장되는 반면, 제3 및 제4 반경방향 선(134, 136)은 수평 선(124)에 대해서 대체로 상향으로 연장된다는 것을 주목하여야 할 것이다. 제2 부분(128)이 연장되는 해당 영역 주위의 제3 반경방향 선(134)과 제4 반경방향 선(136) 사이의 원호는 360°- β의 각도를 이룬다. 각도(β)는 180도 미만의 각도일 수 있고, 제2 부분(128)은, 적어도, 360°- β에 의해서 형성되는 벽(104)의 해당 부분 주위로 연장된다. 도 2에 도시된 실시예에서, 각도(β)는 또한, 제1 부분(112)이 외향적으로 인접되는 링, 예를 들어 제2 링(114)과 접촉되는 각도 범위를 나타낸다. 제2 부분(128)이 용기(102) 주위로 연장되는 각도 범위(360°- β)는 180도 보다 클 수 있으나, 도시된 실시예에서는 제2 부분(128)과 용기 벽(102) 사이의 접촉 선이 180도 미만(각도(α))으로 이루어져 있다. 또한, 플랜지(100)의 평면 내에서 그리고 용기(102)에 대해서 제1 부분(118)과 제2 부분(128) 사이의 연부-대-연부 중첩이 존재한다는 것을 인지하여야 할 것이다. 도 2에 따라서, 중첩 영역은 제1 반경방향 선(130)과 제3 반경방향 선(134) 사이에, 및/또는 제2 반경방향 선(132)과 제4 반경방향 선(136) 사이에 위치된다. 도 2와 관련하여, 중첩의 적어도 하나의 영역의 각도 범위는, 수직 선(120)을 중심으로 플랜지(100)의 우측 절반체와 좌측 절반체 사이에서 대칭을 가정하면, (360°- α - β)/2 이다. 본 문맥에서, 그러한 중첩은, 플랜지(100)의 평면 내에 놓이고 길이방향 축(108)에 수직으로 그로부터 외향으로 무한으로 연장되는 적어도 하나의 임의의 반경방향 선(138)이 제1 부분(118) 및 제2 부분(128) 모두의 폭에 걸쳐 연장될 것이라는 것을 의미한다. 이동의 관점에서 볼 때, 선(138)을 따라서 길이방향 축(108)으로부터 멀어지는 방향으로 이동되는 경우에, 제1 부분(118)을 그리고 이어서 제2 부분(128)을 순차적으로 통과한다. 그에 따라, 임의의 선(138)을 따라서, 제1 부분(118)은 제2 부분(128)과 용기 벽(104) 사이에 놓인다. 다른 각도 배향에서, 임의의 선(138)과 같은 임의의 선이 단지 제1 부분(118)과 교차할 수 있고, 또 다른 배향에서 선(138)은 단지 제2 부분(128)과 교차할 수 있다는 것을 주목하여야 할 것이다.
전술한 설명을 요약하면, 제1 링(112)은 용기(102) 주위로 폐쇄 루프로 연장된다. 제1 링(112)은 적어도 2개의 부분 즉, 제1 부분(118) 및 제2 부분(128)을 포함하고, 제1 또는 제2 부분 중 어느 것도 개별적으로 용기(102) 주위로 폐쇄 루프로 연장되지 않는다. 제1 부분(118) 및 제2 부분(128)은, 연부-대-연부 중첩의 영역이 있다는 점에서, 적어도 부분적으로 포개지며, 제1 부분(118)의 외측 연부의, 전부가 아닌, 적어도 일부는 제2 부분(128)의 내측 연부의, 전부가 아닌, 일부와 접촉된다. 용기의 중앙선에 대해서, 제1 부분(118)은 용기(102)의 적어도 일부 주위로 연장되고, 길이방향 축(108)에 대해서 180도 초과인 각도에 걸쳐 연장될 수 있다. 유사하게, 제2 부분(128)은 용기(102)의 적어도 일부 주위로 연장되고, 길이방향 축(108)에 대해서 180도 초과인 각도에 걸쳐 연장될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제1 부분(118)의 제1 두께(T1)는 제2 부분(128)의 제2 두께(T2)보다 얇을 수 있다. 다른 실시예에서, 상이한 고유 전기 저항들을 제공하도록, 제1 부분(118) 및 제2 부분(128)의 재료가 선택될 수 있다.
도 2 및 전술한 설명의 도움으로, 플랜지(100)의 평면 내에 놓이고, 제1 링(112)과 관련하여, 제1 부분(118)의 폭에만 교차하고 제2 부분(128)과는 교차하지 않는 길이방향 축(108)으로부터 외향으로 그리고 수직으로 무한 연장되는, 적어도 하나의 반경방향 선(150)이 존재한다는 것이 더 명백할 것이다. 반경방향 선(150)은 전극 부분(116)과 추가적으로 교차될 수 있다. 유사하게, 플랜지(100)의 평면 내에 놓이고, 제1 링(112)과 관련하여, 제2 부분(128)의 폭에만 교차되고 제1 부분(118)에는 교차되지 않으며 전극 부분과 교차하지 않을 수 있는 길이방향 축(108)으로부터 외향으로 그리고 수직으로 무한 연장되는 적어도 하나의 반경방향 선(152)이 있다.
제1 부분(118)이 일반적으로 전극 부분(116)에 인접하고 수평 선(124)에 대해서 전극 부분(116)과 동일한 용기(102)의 측면 상에 위치되는 것이, 단일 전극 부분(116)을 도시한 도 2를 참조하여 이미 주목되었다. 제2 부분(128)은 반대로 배치된다. 설명 목적을 위해서 그리고 비제한적으로 도 3a에 도시된 예시적인 일반적 플랜지(140)를 고려하면, 플랜지(140)는 단지 하나의 링 및 하나의 전극 부분(142)을 포함하고, 편의상 그리고 참조적으로, 전극 부분(142)이 수직 배향되고 일반적인 용기(144)의 상단부로부터 멀어지는 방향으로 상향 연장되는 것을 가정한다. 도 3b를 참조하면, 제1 플랜지(140)와 동일하고 그 길이방향 축을 따라서 용기(144) 상에서 제1 플랜지(140)로부터 이격된 제2 플랜지(140)를 또한 고려한다. 마지막으로, 제1 및 제2 플랜지(140)의 각각은 전원에 연결되고, 그에 따라 전류가 용기(144)를 통해서 제1 플랜지(140)와 제2 플랜지(140) 사이에서 형성된다는 것을 고려하여야 한다. 본 예에 따라서, 가장 큰 전류 밀도는 제1 플랜지의 전극을 통해서 용기의 상단부 내로 하향되는 선을 따르는데, 이는 이러한 선이 전극과 용기 사이의 최단 경로를 나타내기 때문이고, 여기에서 도 3a의 화살표는 전류를 나타내고 화살표들 사이의 거리는 전류 밀도를 나타낸다. 용기 내에서, 가장 큰 전류 밀도는 플랜지들(140) 사이의 용기의 상단부(143)를 따라서 발견될 수 있는데, 이는 이러한 것이 (플랜지가 용기와 접합되는) 제1 플랜지의 상단부 내측 부분과 제2 플랜지의 상단부 내측 부분 사이의 최단 경로를 나타내기 때문이다. 제2 플랜지에서, 가장 큰 전류 밀도가 용기(144)의 상단부로부터 각각의 플랜지의 전극 부분까지 연장되는 선을 따라 존재한다는 점에서, 제1 플랜지에서와 상황이 동일하다.
전술한 현상은 용기를 통해서 흐르는 용융 유리의 불균일한 가열을 초래할 수 있는데, 이는 용기의 특정 부분이 용기의 다른 부분과 상이한 전류 밀도를 운반하기 때문이다. 더 중요하게, 전류의 상당한 부분이 전극 부분 및 용기의 상단부를 따른 선 상에 집중된다. 전극 부분에 가장 근접한 용기 벽을 따르는 선을 따른 이러한 전류의 높은 집중은 이러한 선을 따른 영역에서, 특히 플랜지와 전극 부분에 가장 근접한 용기의 해당 부분 사이의 접합부 부근에서 플랜지의 과다한 가열을 초래할 수 있다. 플랜지 및/또는 용기의 선택된 부분의 과다 가열은, 최악의 시나리오에서, 플랜지 또는 용기에 대한 열적 손상(예를 들어, 용융)을 초래할 수 있다. 또한, 용융 유리의 불균일한 가열은 후속하여 불균일한 점도를 초래할 수 있고, 그에 따라 용기를 통해서 유동되는 용융 유리의 일부 영역이 용융 유리의 다른 영역과 다른 점도를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 용기(144)가, 관통하여 그리고 그 횡단면 내에서 유동되는 용융 유리로 채워지는 경우에, 용융 유리의 유동의 하단부 부분이 용융 유리의 유동의 상단부 부분 보다 더 저온일 수 있고(적게 가열될 수 있고), 그에 따라 용융 유리의 유동의 상단부 부분 보다 더 큰 점도를 나타낼 수 있다. 이는 용기를 통한 용융 유리의 유동을 방해할 뿐만 아니라, 하류 프로세스를 방해할 수 있다. 예를 들어, 불균일한 가열이 교반 용기의 상류 및 그 부근에서 발생되는 경우에, 불균일한 점도가 혼합 및 균질화를 방해할 수 있다. 불균일한 점도가 성형 본체의 상류에서 그리고 그 부근에서 발생되는 경우에, 불균일한 점도가 성형 프로세스를 방해할 수 있고 균일한 두께의 고품질의 유리 시트의 생산을 방지할 수 있다.
특정 용기 유형, 예를 들어 용기가 용융 유리로 완전히 채워지지 않는 유형의 경우에, 전술한 상황이 특히 문제가 될 수 있다. 예를 들어, 청징 용기는 동작 중에 용융 유리로 완전히 채워지지 않을 수 있고, 그에 따라 용융 유리가 자유 표면을 포함한다. 용융 유리를 제외한 청징 용기의 부피는 용융 유리의 자유 표면과 청징 용기의 상부 내부 표면 사이의 기체 대기를 포함한다. 청징 용기를 통해서 흐르는 용융 유리는 기체 대기 보다 더 양호한 열 전도체일 수 있고, 플랜지의 전극이 상향 수직 배향될 때, 적어도 전술한 이유로 가장 적은 양의 열 전도를 나타내는 용기의 부분 내에서 저항 가열의 가장 큰 양이 발생될 수 있다. 즉, 적어도 기체 대기의 비교적 열등한 열 전도로 인해서, 용기의 상단부는 높은 전류 밀도에 의해서 생성된 바람직하지 못한 높은 온도 그리고 동시에 손상 방지를 위해서 충분한 열을 복사 또는 전도할 수 없는 전류 경로를 따른 용기의 능력에 의해서 손상될 수 있다.
또한, 전류의 상당한 부분이 전극 부분(116)과 용기 사이의 최단 전도 경로를 따르기 때문에, 전류 경로와 관련된 전술한 유사한 어려움이 플랜지 자체에서 발생될 수 있다는 것을 주목하여야 할 것이다. 그에 따라, 플랜지(100)는 또한 높은 전류 밀도로부터 초래되는 열적 손상을 받을 수 있다. 따라서, 일부 실시예에서, 플랜지(100)는, 최외측 링의 둘레(예를 들어, 외부 연부) 주위에 전형적으로 배치되는 냉각 도관(145)을 포함할 수 있고, 그러한 냉각 도관은 적합한 유체, 예를 들어 공기 또는 물과 같은 냉각 유체를 운반하도록 구성된다.
더 문제가 되는 것은, 용융 유리를 장치 내로 도입하기 위한 준비 에서의 하류 제조 장치의 초기 예열이다. 이러한 동작 중에, 용융 유리의 유동의 도입에 앞서서 장치 구성요소의 적절한 가열을 달성하기 위해서, 매우 큰 전류 값이 필요할 수 있다. 이러한 조건 하에서, 전체 용기가 기체 대기로 채워질 수 있기 때문에, 용기 벽의 특정 부분이 매우 큰 전류 밀도와 고온에 노출될 수 있다.
여러 실시예로 본원에서 설명된 플랜지는, 전류가 안전하게 전술한 최단 전도 경로로부터 멀리 분배되도록, 전류를 효과적으로 조향하는 것에 의해서 전술한 것과 같은 문제를 완화하거나 방지한다. 예를 들어, 전술한 바와 같은 최단 전도 경로 상에 놓이는 제1 링(112)의 제1 부분(118)이 제1 링의 다른 부분(예를 들어, 제2 부분(128)) 보다 더 얇게 만들어질 때, 얇은 제1 부분에 의해서 나타나는 큰 전기 저항은, 전류를 제1 부분(118)으로부터 멀리 효과적으로 조향하는 것에 의해서, 전류의 더 균일한 분배를 초래한다. 이는 플랜지(100) 내에서 낮은 전체 온도를 초래할 수 있고, 그에 따라 상당한 열점을 피할 수 있다. 이는, 큰 전류를 수용하기 위한 수단으로서, 용기 자체 내에서 또는 용기에 직접적으로 부착된 플랜지의 해당 부분 내에서, 용기의 전체 둘레 주위에서 두꺼운 영역을 이용하는 통상적인 플랜지 설계와 분명히 상이하다. 따라서, 도 2와 관련하여 설명된 바와 같이, 제1 링(112)은 전극 부분(116) 부근에서, 그에 따라 전극 부분(116)과 용기(102) 사이의 최단 전도 경로 상에서, 제1 링의 나머지 보다 얇은 제1 부분을 적어도 포함한다. 또한, 제1 및 제2 부분(118, 128)의 중첩 구성이 플랜지 및/또는 용기의 전극 부분 부근에서의 전류 밀도 감소를 위해서 전류를 조향할 수 있을 뿐만 아니라, 제1 링(112)이 부착되는 용기(102)주위에서의 전류의 균일성에 기여할 수 있다는 것을, 모델링이 보여준다. 제1 링(112)에 관한 설명은, 용기(102)에 부착될 때에도, 제1 링(112)과 용기 벽(104) 사이에 배치될 수 있는 용접 재료의 존재를 고려한다는(discount) 것, 그리고 용접 재료 자체는 용기에 대한 전류 분배에 최소의 영향을 미친다는 것을 주목하여야 할 것이다. 또한, 본 설명 전체를 통해서, "링"이라는 용어는 폐쇄된 형상을 나타내기 위한 것이고, 반드시 원형 형상이 아니라는 것을 주목하여야 할 것이다. 그에 따라, 이하에서 더 완전히 설명되는 바와 같이, 링이라는 용어는 임의의 폐쇄된 형태를 지칭할 수 있고, 전술한 설명은 비-원형 용기 및 플랜지 설계에 적용 가능하다.
용기(202)에 부착된 다른 예시적인 플랜지(200)의 횡단면적 정면도가 도 4에 도시되어 있다. 용기(202)는, 제1, 제2 및 제3 도관(32, 38 및 46), 청징 용기(34), 혼합 용기(36), 전달 용기(40), 출구 도관(44) 및 유입구(50), 또는 유리 제조 장치(10)를 포함할 수 있는 임의의 다른 금속 용기를 포함하는, 전술한 하류 유리 제조 장치(30)를 포함하는 용기 중 임의의 하나 일 수 있다. 용기(202)는 내부 부피(206)를 형성하는 벽(204)을 포함한다. 용기(202)는 용기의 중심에서 용기의 길이를 따라서 연장되는 길이방향 축(208), 및 길이방향 축(208)에 수직인 플랜지의 평면 내의 횡단면적 형상을 더 포함한다. 횡단면적 형상은 용기의 길이를 따른 위치의 함수로서 형상 및 크기 모두가 달라질 수 있으나, 도 4의 예에서 길다란 형상으로 도시되어 있다. 길다란 형상은, 긴 축(장축)(210) 및 짧은 축(단축)(212)을 포함하는 형상을 의미하며, 양 축은 길이방향 축(208)에 수직이고, 장축은 단축 보다 길다. 길다란 횡단면적 형상은 계란형, 타원형, 직사각형, 또는 이러한 형상 또는 다른 형상의 조합일 수 있다. 예를 들어, 도 4의 예에서 도시된 길다란 횡단면적 형상은, 2개의 반원형 단부 부분과 같은, 2개의 궁형 단부 부분을 가지는 대체로 직사각형인 형상을 포함한다.
플랜지(200)는, 플랜지(100)와 유사하게, 제1 링(216), 제2 링(218), 및 최외측 링에 부착된 전극 부분(220)을 포함하는 본체 부분(214)을 포함한다. 제2 링(218)은, 일부 예에서, 최외측 링일 수 있고, 전극 부분(220)은 도시된 바와 같이 제2 링(218)에 직접적으로 결합된다. 예를 들어, 전극 부분(220)은 제2 링(218)과 일체형일 수 있고 그와 함께 형성될 수 있다. 일부 예에서, 전극 부분(220)은 최외측 링, 예를 들어 제2 링(218)과 별개로 형성될 수 있고, 예를 들어 용접에 의해서, 그에 부착될 수 있다. 제1 링(216)은 제2 링(218)과 용기(202) 사이에 배치되고, 최내측 링일 수 있으며 용기 벽(204)과 밀접하게 접촉될 수 있다. 예를 들어, 제1 링(216)은 제1 링(216)의 내부 연부 주위에서 용기 벽(204)에 용접될 수 있다.
도 4에 도시된 실시예에서, 제1 링(216)은, 특히 최내측 링으로 구성되는 경우에, 용기(202)와 양립 가능하고, 상당한 저하 없이, 긴 기간 동안 용기의 표면에서의 고온 환경을 견딜 수 있는 제1 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 링(216)은 전술한 바와 같이 백금족 금속 또는 그 합금과 같은 귀금속을 포함할 수 있고, 일부 예에서, 용기 벽(204)과 동일한 귀금속을 포함할 수 있다. 제1 링(216)의 전부가 동일한 금속으로 형성될 수 있거나, 제1 링(216)이 상이한 금속들을 포함할 수 있다. 그러한 상이한 금속들이 동일한 원소의 그러나 상이한 비율의 합금들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 링(216)은 링의 상이한 지역들 내에서 상기한 전기 저항들을 가지는 금속들을 이용하여, 두께 차이와 함께 이용될 수 있거나 두께 차이를 가지지 않을 수 있는 방식으로 제1 링의 영역들의 저항을 재단(tailor)할 수 있다. 예를 들어, 제1 링(216)은 큰 전기 저항을 가지는 제1 금속의 영역, 및 낮은 전기 저항의 다른 영역을 포함할 수 있다. 제1 링(216)은 매끄럽게 곡선화되고 연속적인 외부 둘레(연부)를 포함할 수 있고, 폭(W1)을 더 포함한다. 폭(W1)은 일정할 수 있거나, 이 용기(202) 주위의 각도 위치의 함수로서 달라질 수 있다.
제2 링(218)은 용기(202)의 벽(204)으로부터 이격되고, 제1 링(216)의 제조에서 이용된 금속 또는 금속들과 상이한 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 링(216)은, 백금족 금속 또는 그 합금을 포함하는 귀금속으로 형성될 수 있고, 제2 링(218)은, 예를 들어 그리고 비제한적으로, 니켈, 구리, 또는 그 합금과 같은, 덜 고가인 전기 전도체로 형성될 수 있다. 제2 링(218)은 폭(W2)을 더 포함한다. 폭(W2)이 일정할 수 있거나, 폭(W2)이 용기(202) 주위의 각도 위치의 함수로서 달라질 수 있다.
제1 링(216)이 최내측 링이고 용기 벽(104)에 연결되는 경우에, 제1 링(216)의 내부 연부가 용기 벽(204)에 부착될 수 있고 용기(202) 주위에서 폐쇄 루프로 연장될 수 있다. 예를 들어, 제1 링(216)의 내부 연부가 용기 벽(204)에 용접될 수 있다. 유사하게, 도 4에 도시된 예에서, 제2 링(218)의 내측 연부가 제1 링(216)의 외측 연부에 부착될 수 있다. 일부 예에서, 개재되는 부가적인 링이 제1 링(216)과 제2 링(218) 사이에 배치될 수 있다. 일부 예에서, 제2 링(218)이 최외측 링일 수 있다. 그러나, 다른 예에서, 부가적인 링이 제2 링(218), 예를 들어 최외측 링의 외측에 배치될 수 있거나, 부가적인 링이 제1 링(216)과 용기 벽(204) 사이에서 제1 링(216)의 내측에 배치될 수 있다.
일부 실시예에서, 최외측 링의 두께는, 최외측 링이 제2 링(218)이든지 또는 그렇지 않든지 간에, 플랜지가 부착되는 용기 주위의 각도 위치의 함수로서 달라질 수 있다. 예를 들어, 최외측 링은, 백금이나 그 합금 보다 덜 고가이고 온도 내성이 낮은 니켈, 구리, 또는 다른 금속으로 형성될 수 있고, 전극 부분(220)에 인접한 최외측 링의 영역은 최외측 링의 다른 영역 보다 두껍다. 그러한 두꺼운 부분은 전극 부분(220)에 인접할 수 있으나, 전극 부분(220)과 제1 링(216)의 제1 부분(222) 사이에 직접적으로 위치되지 않는다(예를 들어, 도 6, 도 7, 및 도 8 참조). 예를 들어, 두꺼운 부분은 다른 부분 보다 50% 이상 더 두꺼울 수 있고, 예를 들어 약 25% 내지 약 75% 범위로 더 두꺼울 수 있거나, 약 30% 내지 약 70% 범위로 더 두꺼울 수 있거나, 약 35% 내지 약 60% 범위로 더 두꺼울 수 있거나, 약 40% 내지 약 55% 범위로 더 두꺼울 수 있다. 최외측 링의 두꺼운 부분은 용기의 외주 주위에서 전류를 조향하는데 있어서 도움을 주고, 전극 부분(220) 가까이에서 최외측 링 상에 열점이 형성되는 것을 최소화하고, 예를 들어 제거한다. 그러한 과열은, 전류 밀도가 전극 부분 내에서 그리고 그 주위에서 높기 때문에 발생될 수 있다. 전극 부분(220)에 인접하나 전극 부분(220)과 제1 링(216) 사이에 있지 않는 최외측 링의 두꺼운 부분은 증가된 횡단면적 및 그에 따라 감소된 전류 밀도를 나타낸다. 그에 따라, 전극 부분(220)에 인접한 최외측 링의 일부는, 전극 부분에 대향되는 최외측 링의 일부와 같은, 최외측 링의 다른 부분 보다 두꺼울 수 있다. 전술한 바와 같이, 최외측 링이 제2 링(218)일 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 제2 링(218)은 최외측 링과 제1 링(216) 사이 중간의, 또는 최외측 링과 용기 벽(204) 사이 중간의 링일 수 있다.
도 4에 의해서 더 도시되는 바와 같이, 제1 링(216)은 제1 두께(T1)를 가지는 제1 부분(222)을 포함한다. 제1 부분(222)은 벽(204)의 일부 주위로 연장되고, 플랜지의 평면 내에서 용기(202)의 전체 둘레의 절반 미만의(180°미만의) 원호에 걸쳐 연장될 수 있다. 다른 실시예에서, 제1 부분(222)은 플랜지의 평면 내에서 용기(202)의 전체 둘레의 절반 이상으로(180°이상으로), 그러나 전체 둘레 미만으로(360°미만으로) 벽(204)의 일부 주위로 연장될 수 있다. 예를 들어, 전극 부분(220)이 용기(202)로부터 멀리 수직으로 연장되는, 도 4에 도시된 길다란 용기를 고려한다. 길이방향 축(208)을 관통해서 그리고 그에 수직으로 연장되고 전극 부분(220)이 놓이는 플랜지(200)의 평면 내에서 무한 연장되는 수직 선(224)을 더 고려한다. 예를 들어, 전극 부분(220)이 수직으로 연장되는 실시예에서, 수직 선(220)은 플랜지(200) 및 용기(202)를 대칭적인 우측 절반체 및 좌측 절반체로 양분할 수 있고, 용기(202)의 짧은 축(단축)(212)은 수직 선(224) 상에 놓인다. 또한 플랜지(200)의 평면 내에 놓이는 무한 연장 수평 선(226)을 고려하고, 수평 선(226)은 수직 선(224)에 수직이고 길이방향 축(208)에서 수직 선(224)과 교차되며, 용기(202)의 긴 축(장축)(210)은 수평 선(226) 상에 놓인다. 도 4에 도시된 실시예에 따라서, 제1 부분(222)은 용기 벽(204)의 둘레의 절반 초과로, 그러나 전체 둘레 미만으로 주위에서 연장된다. 예를 들어, 제1 부분(222)은 용기 벽(204)의 둘레의 절반 초과에서, 그러나 전체 둘레 미만에서 접촉될 수 있다. 이는, 제1 부분(222)이 벽의 상부 절반 전체에 걸쳐 용기 벽(204) 주위로 연장되고 용기의 우측 측면 및 좌측 측면 모두에서 길이방향 축을 지나서 벽 상에서 하향 연장되는 도시된 실시예에서 도시되어 있다. 도 4의 실시예에서 도시된 바와 같이, 제1 링(216)은 최내측 링일 수 있고, 제1 부분(222)은 용기 벽(204)의 둘레의 절반 초과로 그러나 전체 둘레 미만으로 용기 벽(204)과 접촉되거나 그 주위로 연장된다. 이는, 제1 부분(222)이 180도 초과의 원호에 걸쳐 용기 벽(204)과 접촉될(또는 그 주위로 연장될) 수 있다는 것에 주목함으로써, 다른 방식으로 볼 수 있다. 또한, 제1 부분(222)이 전극 부분(220)에 인접하고 그리고 동시에 (상단부 측면과 하단부 측면 사이의 경계로서 수평 선(226)을 이용함으로써) 전극 부분(220)과 동일한 수평 선(226)의 측면 상에 위치된다는 것을 주목하여야 할 것이다. 그러나, 일부 실시예에서, 제1 부분(222)은 180도 미만으로 용기(202) 주위로 연장될 수 있다.
제1 링(216)은 제2 두께(T2)를 가지는 제2 부분(228)을 더 포함한다. 제2 두께(T2)는 제1 두께(T1)와 상이할 수 있다. 도 4에 도시된 실시예에서, 제2 부분(228)은, 제1 부분(222)이 존재하지 않는 용기 벽(204)의 해당 부분과 접촉될 수 있다. 달리 보면, 제1 부분(222)이 360°- α의 각도 범위에 걸쳐 용기 벽(204)과 접촉되는 경우로서, α가 180도 미만인 경우에, 제2 부분(228)은 각도 범위(α)에 걸쳐 용기 벽(204)과 접촉될 수 있다. 그러나, 제2 부분(228)이 제1 부분(222)과 용기 벽(204) 사이의 접촉 선을 지나서 용기(202) 주위로 연장될 수 있다는 것이 또한 도 4로부터 명백하다. 그에 따라, 제2 부분(228)이 용기(202) 주위로 연장되는 각도 범위가 180도 보다 클 수 있으나, 제2 부분(228)과 용기 벽(204) 사이의 접촉 선은 180도 미만으로 이루어져 있다. 이는 플랜지(200) 평면의 제1 부분(222)과 제2 부분(228) 사이의 연부-대-연부 중첩을 초래한다. 본 문맥에서, 그러한 중첩은, 플랜지(200)의 평면 내에 놓이고 길이방향 축(208)으로부터 외향으로 무한으로 연장되는 적어도 하나의 임의의 반경방향 선(230)을 의미하고, 임의적인 반경방향 선(230)은 제1 부분(222) 및 제2 부분(228) 모두의 폭에 걸쳐 별개로 연장될 것이다. 이동의 관점에서 볼 때, 임의의 선(230)을 따라서 용기 벽(204)으로부터 멀어지는 방향으로 이동되는 경우에, 제1 부분(222) 또는 제2 부분(228) 중 어느 하나를 그리고 이어서 제2 부분(228) 또는 제1 부분(222) 중 나머지 하나를 순차적으로 통과한다. 중첩 영역 내에서, 제1 부분(222)의 일부가 플랜지(200)의 평면 내에서 제2 부분(228)의 일부와 용기 벽(204) 사이에 위치되도록, 제1 부분(222)의 외측 연부의 일부는 제2 부분(228)의 내측 연부의 일부와 접촉된다.
전술한 설명으로부터, 제1 링(216)이 용기(202) 주위에서 폐쇄 루프로 연장된다는 것 그리고 제1 링(216)이 적어도 2개의 부분(222, 228)을 포함한다는 것을 관찰할 수 있다. 어느 부분(222 또는 228)도 용기 주위로 완전히 연장되지 않는다. 연부-대-연부 중첩의 영역이 있다는 점에서 이러한 부분(222, 228)이 포개지며, 제1 부분(216)의 외측 연부는 제2 부분(228)의 내측 연부와 접촉된다. 또 다른 방식으로 볼 때, 플랜지(200)의 평면 내에서 길이방향 축(208)에 수직으로 그리고 그로부터 외향으로 무한 연장되고 제1 부분(222)의 단일 지점(지점(E))에만 교차되는 반경방향 선(232)을 고려한다. 길이방향 축(208)에 수직으로 그리고 그로부터 외향으로 무한 연장되고 수직 선(224)의 대향 측면 상에서 제1 부분(222)의 다른 단일 지점(지점(F))에 교차되는 반경방향 선(234)을 또한 고려한다. 제1 및 제2 반경방향 선(232, 234) 사이의 원호는 180도 미만의 각도(α)로 이루어질 수 있고, 제1 부분(222)은 적어도 360°- α의 각도만큼 용기(202) 주위로 연장된다. 유사하게, 길이방향 축(208)에 수직으로 그리고 그로부터 외향으로 무한 연장되고 제2 부분(228)의 단일 지점(G)에서만 교차되는 반경방향 선(236)을 고려한다. 또한, 길이방향 축(208)에 수직으로 그리고 그로부터 외향으로 무한 연장되고 지점(G)과 상이한 제2 부분(228)의 단일 지점(H)에서만 교차되는 반경방향 선(238)을 고려한다. 제3 및 제4 반경방향 선(236, 238) 사이의 원호는 180도 미만의 각도(β)로 이루어질 수 있고, 제2 부분(228)은 적어도 360°- β의 각도만큼 용기(202) 주위로 연장된다. 예시적인 실시예에서, 제1 부분(222)의 두께(T1)는 제2 부분(228)의 두께(T2)보다 얇을 수 있다. 일부 실시예에서, 상이한 고유 전기 저항들을 제공하도록, 제1 부분(118) 및 제2 부분(128)의 재료가 선택될 수 있다.
도 4 및 전술한 설명의 도움으로, 플랜지(200)의 평면 내에 놓이고, 제1 링(216)과 관련하여, 제1 부분(222)의 폭에만 교차되고 제2 부분(228)에는 교차되지 않는 길이방향 축(208)으로부터 외향으로 그리고 수직으로 무한 연장되는, 적어도 하나의 반경방향 선(240)이 존재한다는 것이 명백할 것이다. 반경방향 선(240)은 전극 부분(220)과 추가적으로 교차된다. 유사하게, 플랜지(200)의 평면 내에 놓이고, 제1 링(216)과 관련하여, 제2 부분(228)의 폭에만 교차되고 제1 부분(222)에는 교차되지 않는 길이방향 축(208)으로부터 외향으로 그리고 수직으로 무한 연장되는 적어도 하나의 반경방향 선(242)이 있다.
도 5에 도시된 또 다른 실시예에서, 다른 예시적인 플랜지(300)가 용기(302)에 부착되어 도시되어 있다. 용기(302)는, 제1, 제2 및 제3 도관(32, 38 및 46), 청징 용기(34), 혼합 용기(36), 전달 용기(40), 출구 도관(44) 및 유입구(50), 또는 제조 장치(10)를 포함할 수 있는 임의의 다른 금속 용기를 포함하는, 전술한 하류 유리 제조 장치(30)를 포함하는 용기 중 임의의 하나 일 수 있다. 용기(302)는 내부 부피(306)를 형성하는 벽(304)을 포함한다. 용기(302)는 용기의 길이를 따라서 연장되는 중앙 길이방향 축(308), 및 길이방향 축(308)에 수직인 플랜지의 평면 내의 횡단면적 형상을 더 포함한다. 횡단면적 형상은 용기의 길이를 따른 위치의 함수로서 형상 및 크기 모두가 달라질 수 있으나, 도 5의 예에서 길다란 형상으로 도시되어 있다. 다른 실시예에서, 길다란 횡단면적 형상은 계란형, 타원형, 직사각형, 또는 이러한 형상 또는 다른 형상의 조합일 수 있다. 예를 들어, 도 5에서 도시된 길다란 횡단면적 형상은, 2개의 반원형 단부 부분과 같은, 2개의 궁형 단부 부분을 가지는 대체로 직사각형인 형상을 포함한다.
플랜지(300)는, 플랜지(100, 200)와 유사하게, 제1 링(316), 제2 링(318), 및 최외측 링에 부착된 전극 부분(320)을 포함하는 본체 부분(314)을 포함한다. 제2 링(318)은, 일부 예에서, 최외측 링일 수 있고, 전극 부분(320)은 도시된 바와 같이 제2 링(318)에 직접적으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 전극 부분(320)은 제2 링(318)과 일체형일 수 있고 그와 함께 형성될 수 있다. 일부 예에서, 전극 부분(320)은 최외측 링, 예를 들어 제2 링(318)과 별개로 형성될 수 있고, 예를 들어 용접에 의해서, 그에 부착될 수 있다. 제1 링(316)은, 일부 실시예에서, 최내측 링일 수 있고 용기 벽(304)과 밀접하게 접촉될 수 있다.
일부 실시예에서, 최외측 링의 두께는 플랜지가 부착되는 용기 주위의 각도 위치의 함수로서 달라질 수 있다. 예를 들어, 최외측 링은, 백금이나 그 합금 보다 덜 고가이고 온도 내성이 낮은 니켈, 구리, 또는 다른 금속으로 형성될 수 있고, 전극 부분(320)에 인접한 최외측 링의 영역은 최외측 링의 다른 영역 보다 두껍다. 그러한 두꺼운 부분은 전극 부분(320)에 인접할 수 있으나, 전극 부분(320)과 제1 링(316)의 제1 부분(322) 사이에 직접적으로 위치되지 않는다(예를 들어, 도 6, 도 7, 및 도 8 참조). 예를 들어, 두꺼운 부분은 다른 부분 보다 50% 이상 더 두꺼울 수 있고, 예를 들어 약 25% 내지 약 75% 범위로 더 두꺼울 수 있거나, 약 30% 내지 약 70% 범위로 더 두꺼울 수 있거나, 약 35% 내지 약 60% 범위로 더 두꺼울 수 있거나, 약 40% 내지 약 55% 범위로 더 두꺼울 수 있다. 최외측 링의 두꺼운 부분은 용기의 외주 주위에서 전류를 조향하는데 있어서 도움을 주고, 전극 부분(320) 가까이에서 최외측 링 상에 열점이 형성되는 것을 최소화하고, 예를 들어 제거한다. 그러한 과열은, 전류 밀도가 전극 부분 내에서 그리고 그 주위에서 높기 때문에 발생될 수 있다. 전극 부분(320)에 인접하나 전극 부분(320)과 제1 링(316) 사이에 있지 않는 최외측 링의 두꺼운 부분은 증가된 횡단면적 및 그에 따라 감소된 전류 밀도를 나타낸다. 그에 따라, 전극에 인접한 최외측 링의 일부는, 최외측 링의 다른 부분, 예를 들어 전극 부분(320)에 대향되는 최외측 링의 일부 보다 두꺼울 수 있다. 전술한 바와 같이, 최외측 링이 제2 링(318)일 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 제2 링(318)은 최외측 링과 제1 링(316) 사이 중간의, 또는 최외측 링과 용기 벽(304) 사이 중간의 링일 수 있다.
도 5에 도시된 실시예에서, 제1 링(316)은, 용기(302)와 양립 가능하고, 상당한 저하 없이, 긴 기간 동안 용기의 표면에서의 고온 환경을 견딜 수 있는 제1 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 링(316)은 백금족 금속 또는 그 합금과 같은 귀금속을 포함할 수 있고, 일부 예에서, 용기 벽(304)과 동일한 귀금속을 포함할 수 있다. 제1 링(316)의 전부가 동일한 금속으로 형성될 수 있거나, 제1 링(316)이 상이한 금속들을 포함할 수 있다. 그러한 상이한 금속들이 동일한 원소의 그러나 상이한 비율의 합금들을 포함할 수 있다. 제1 링(316)은 폭(W1)을 더 포함한다. 폭(W1)은 일정할 수 있거나, 용기(302) 주위의 각도 위치의 함수로서 달라질 수 있다. 제1 링(316)은, 일부 실시예에서, 매끄럽게 곡선화되고 연속적인 외부 둘레를 포함할 수 있다.
제2 링(318)은 용기(302)의 벽(304)으로부터 이격되고, 그에 따라 제2 링(318)은 제1 링(316)의 제조에서 이용된 금속 또는 금속들과 상이한 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 링(316)은, 백금족 금속 또는 그 합금을 포함하는 귀금속으로 형성될 수 있고, 제2 링(318)은, 예를 들어 그리고 비제한적으로, 니켈, 구리, 또는 그 합금과 같은, 덜 고가인 전기 전도체로 형성될 수 있다. 제2 링(318)은 폭(W2)을 더 포함한다. 폭(W2)이 일정할 수 있거나, 폭(W2)이 용기(302) 주위의 각도 위치의 함수로서 달라질 수 있다.
제1 링(316)이 최내측 링인 경우에, 제1 링(316)의 내부 연부는 용기(302) 주위에서 폐쇄 루프로 용기 벽(304)에 부착될 수 있다. 예를 들어, 제1 링(316)의 내부 연부가 용기 벽(304)에 용접될 수 있다. 유사하게, 도 5에 도시된 예에서, 제2 링(318)의 내측 연부가 제1 링(316)의 외측 연부에 부착될 수 있다. 다른 예에서, 개재되는 부가적인 링이 제1 링(316)과 제2 링(318) 사이에 배치될 수 있다. 또한, 최외측 링과 같은 부가적인 링이, 제1 링(216)과 용기 벽(304) 사이와 같이 제2 링(318)의 외측에 또는 제1 링(316) 내측에 배치될 수 있다.
도 5에 의해서 더 도시되는 바와 같이, 제1 링(316)은 제1 두께(T1)를 가지는 제1 부분(322)을 포함한다. 제1 부분(322)은 플랜지의 평면 내에서 용기(302)의 전체 둘레의 절반 미만(180°미만)으로 벽(304)의 일부 주위로 연장될 수 있다. 다른 실시예에서, 제1 부분(322)은 플랜지의 평면 내에서 용기(302)의 전체 둘레의 절반 이상으로(180°이상으로), 그러나 전체 둘레 미만으로(360°미만으로) 벽(304)의 일부 주위로 연장될 수 있다. 예를 들어, 전극 부분(320)이 용기(302)로부터 멀리 수직으로 연장되는, 도 5에 도시된 길다란 용기를 고려한다. 전극 부분(320)을 포함하는 플랜지(300) 및 용기(302)를 대칭적인 우측 절반체 및 좌측 절반체로 양분하는 무한 연장 수직 선(324)을 또한 고려하고, 용기(302)의 짧은 축(단축)(312)은 그러한 수직 선(324) 상에 놓인다. 또한 수직 선(324)에 수직인 무한 연장 수평 선(326)을 고려하고, 용기(302)의 긴 축(장축)(310)은 수평 선(326) 상에 놓인다. 도 5에 도시된 실시예에 따라서, 제1 부분(322)은 플랜지의 평면 내에서 용기 벽(304)의 둘레의 절반 초과로(180°초과로), 그러나 전체 둘레 미만으로(360°미만으로) 주위에서 연장된다. 예를 들어, 제1 부분(322)은 용기 벽(304)의 둘레의 절반 초과에서, 그러나 전체 둘레 미만에서 접촉될 수 있다. 이는, 제1 부분(322)이 벽의 상부 절반 전체에 걸쳐 용기 벽(304) 주위로 연장되고 용기의 우측 측면 및 좌측 측면 모두에서 길이방향 축을 지나서 벽 상에서 하향 연장되는 도시된 실시예에서 도시되어 있다. 도 5의 실시예에서, 제1 링(316)은 최내측 링이고, 제1 부분(322)은 용기 벽(304)의 둘레의 절반 초과로 그러나 전체 둘레 미만으로 용기 벽(304)과 접촉된다. 또한, 제1 부분(322)이 전극 부분(320)에 인접하고 그리고 전극 부분(320)과 동일한 수평 선(326)의 측면 상에 위치된다는 것을 주목하여야 할 것이다.
제1 링(316)은 제2 두께(T2)를 가지는 제2 부분(328)을 더 포함한다. 제2 두께(T2)는 제1 두께(T1)와 동일하거나 상이할 수 있다. 도 5의 도시된 실시예에서, 제2 부분(328)은 플랜지의 평면 내에서 용기(302)의 전체 둘레의 절반 미만(180°미만)으로 벽(304)의 일부 주위로 연장될 수 있다. 다른 실시예에서, 제2 부분(328)은 플랜지의 평면 내에서 용기(302)의 전체 둘레의 절반 이상으로(180°이상으로), 그러나 전체 둘레 미만으로(360°미만으로) 벽(304)의 일부 주위로 연장될 수 있다. 제2 부분(328)은, 제1 부분(322)이 접촉되지 않는 용기 벽(304)의 적어도 일부에 접촉될 수 있다. 달리 보면, 제1 부분(322)이 360°- α의 각도 범위에 걸쳐 용기 벽(304)과 접촉되는 경우로서, α가 180도 미만인 경우에, 제2 부분(328)은 α 이하의 각도 범위에 걸쳐 용기 벽(304)과 접촉될 수 있다. 그러나, 도 5의 실시예로부터, 제2 부분(328)이 제1 부분(322)과 용기 벽(304) 사이의 접촉 선을 지나서 용기(302) 주위로 연장될 수 있다는 것이 또한 명백하다. 그에 따라, 제2 부분(328)이 용기(302) 주위로 연장될 수 있는 각도 범위가 180도 보다 클 수 있으나, 제2 부분(328)과 용기 벽(304) 사이의 접촉 선은 180도 미만으로 이루어져 있다.
제1 링(316)은 제3 부분을 더 포함할 수 있고, 제3 부분은 2개의 구분된 하위-부분, 즉 부분(332a 및 332b)으로 분할될 수 있고, 하위-부분(332a) 및 하위-부분(332b)의 각각은 용기 벽(304)의 적어도 일부 주위로 연장되고 각각은 두께(T3)를 갖는다. 2개의 하위-부분(332a 및 332b)은 수직 선(324)을 중심으로 반대로 그리고 대칭적으로 배치될 수 있다. 일부 실시예에서, 하위-부분(332a 및 332b)은 제1 부분(322)과 제2 부분(328) 사이에 배치될 수 있다. 제3 두께(T3)는 제2 두께(T2)보다 얇으나, 두께(T1)보다는 두꺼울 수 있고, 예를 들어, T1 < T3 < T2이다.
일부 실시예에서, 제1 링(316)의 내부 연부가 용기 벽(304)에 부착될 수 있고 용기(302) 주위에서 폐쇄 루프로 연장될 수 있다. 예를 들어, 제1 링(316)의 내부 연부가 용기 벽(304)에 용접될 수 있다. 유사하게, 도 5에 도시된 예에서, 제2 링(318)의 내측 연부가 제1 링(316)의 외측 연부에 부착될 수 있다.
또한 도 5에 도시된 바와 같이, 플랜지(300)의 평면 내에서 제1 부분(322)과 하위-부분(332a 및 332b) 사이에 연부-대-연부 중첩이 있다. 그러한 중첩은, 길이방향 축(308)으로부터 외향으로 그리고 그에 수직으로 무한 연장되고 플랜지(300)의 평면 내에 놓이는 적어도 하나의 임의의 반경방향 선(330)에 대해서, 임의의 반경방향 선(330)이 제1 부분(322) 및 하위-부분(332a) 또는 하위-부분(332b)중 적어도 하나 모두의 폭에 개별적으로 교차되게 연장될 것임을 의미한다. 또한, 반경방향 선(330)이 제2 부분(328) 및 하위-부분(332a 및 332b) 중 적어도 하나 모두의 폭에 교차 연장되도록, 하위-부분(332a 및 332b)과 제2 부분(328) 사이에 연부-대-연부 중첩이 존재한다. 마지막으로, 비록 연부-대-연부(접촉) 중첩은 아니나, 제1 부분(322)과 제2 부분(328) 사이에 중첩이 있고, 반경방향 선(330)은 제1 부분(322)의 폭 및 제2 부분(328)의 폭과 교차 연장된다. 그에 따라, 반경방향 선(330)은 제1 링(316)의 모든 3개의 부분(예를 들어 322, 328 및 332a 및/또는 332b)과 교차된다.
또 다른 방식으로 볼 때, 플랜지(300)의 평면 내에서 길이방향 축(308)에 수직으로 그리고 그로부터 외향으로 무한 연장되고 용기(302)에 대해서 제1 부분(322)의 단일 지점(지점(J))에만 교차되는 반경방향 선(336)을 고려한다. 길이방향 축(208)으로부터 외향으로 무한 연장되고 수직 선(324)의 대향 측면 상에서 제1 부분(322)의 다른 단일 지점(지점(K))에 교차되는 반경방향 선(338)을 또한 고려한다. 반경방향 선들(336, 338) 사이의 원호는 180도 미만의 각도(α)로 이루어질 수 있고, 제1 부분(322)은 적어도 360°- α의 각도만큼 용기(302) 주위로 연장된다. 유사하게, 길이방향 축(308)에 수직으로 그리고 그로부터 외향으로 무한 연장되고 하위-부분(332a)의 단일 지점(지점(L))에서만 교차되는 반경방향 선(340)을 고려한다. 또한, 길이방향 축(308)에 수직으로 그리고 그로부터 외향으로 무한 연장되고 하위-부분(332b)의 단일 지점(지점(M))에서만 교차되는 반경방향 선(342)을 고려한다. 반경방향 선들(340 및 342) 사이의 원호는 180도 미만의 각도(φ)로 이루어지고, 하위-부분(332a 또는 332b)의 적어도 일부가 제2 부분(328)과 용기 벽(304) 사이에 배치될 수 있다. 사실상, 하위-부분(332a)의 적어도 일부가 제2 부분(328)과 제1 부분(322) 사이에 배치될 수 있다.
마지막으로, 부가적인 반경방향 선(348)을 고려한다. 반경방향 선들(342 및 348) 사이의 원호는 180도 미만인 각도(Ψ)로 이루어지고, 제1 부분(322)이 제2 링(318)과 접촉되는 각도 범위를 형성할 수 있다. 유사하게, 반경방향 선들(340 및 344) 사이의 원호는 180도 미만인 각도(θ)로 이루어질 수 있고, 제2 부분(328)이 용기 벽(304)과 접촉되는 각도 범위를 형성할 수 있다.
도 5 및 전술한 설명의 도움으로, 플랜지(300)의 평면 내에 놓이고, 제1 링(316)과 관련하여, 제1 부분(322)의 폭에만 교차하고 제2 부분(328) 및 하위-부분(332a 또는 332b)과는 교차하지 않는 길이방향 축(308)으로부터 외향으로 그리고 수직으로 무한 연장되는, 적어도 하나의 반경방향 선(350)이 존재한다는 것이 더 명백할 것이다. 반경방향 선(350)은 전극 부분(320)과 추가적으로 교차된다. 유사하게, 플랜지(300)의 평면 내에 놓이고, 제1 링(316)과 관련하여, 제2 부분(328)의 폭에만 교차되고 제1 부분(322) 및 하위-부분(332a 또는 332b)에는 교차되지 않는 길이방향 축(308)으로부터 외향으로 그리고 수직으로 무한 연장되는 적어도 하나의 반경방향 선(352)이 있다.
도 6에 도시된 또 다른 실시예에서, 다른 예시적인 플랜지(400)가 용기(402)에 부착되어 도시되어 있다. 용기(402)는, 제1, 제2 및 제3 도관(32, 38 및 46), 청징 용기(34), 혼합 용기(36), 전달 용기(40), 출구 도관(44) 및 유입구(50), 또는 유리 제조 장치(10)를 포함할 수 있는 임의의 다른 금속 용기를 포함하는, 전술한 하류 유리 제조 장치(30)를 포함하는 용기 중 임의의 하나 일 수 있다. 용기(402)는 내부 부피(406)를 형성하는 벽(404)을 포함한다. 용기(402)는 용기의 길이를 따라서 연장되는 중앙 길이방향 축(408), 및 길이방향 축(408)에 수직인 평면 내의 횡단면적 형상을 더 포함한다. 횡단면적 형상은 용기의 길이를 따른 위치의 함수로서 형상 및 크기 모두가 달라질 수 있으나, 도 6의 예에서 길다란 형상으로 도시되어 있다. 도 6의 횡단면적 형상은 긴 축(장축)(410) 및 짧은 축(단축)(412)을 포함하고, 양 축은 길이방향 축(408)에 그리고 서로 수직이다. 길다란 횡단면적 형상은 계란형, 타원형, 직사각형, 또는 이러한 형상 또는 다른 형상의 조합일 수 있다. 예를 들어, 도 6에서 도시된 길다란 횡단면적 형상은, 2개의 반원형 단부 부분과 같은, 2개의 궁형 단부 부분을 가지는 대체로 직사각형인 형상을 포함한다.
플랜지(400)는, 플랜지(100, 200 및 300)와 유사하게, 제1 링(416), 제2 링(418) 및 최외측 링에 부착된 전극 부분(420)을 포함하는 본체 부분(414)을 포함한다. 제2 링(418)은, 일부 예에서, 최외측 링일 수 있고, 전극 부분(420)은 도시된 바와 같이 제2 링(418)에 직접적으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 전극 부분(420)은 제2 링(418)과 일체형일 수 있고 그와 함께 형성될 수 있다. 일부 예에서, 전극 부분(420)은 최외측 링, 예를 들어 제2 링(418)과 별개로 형성될 수 있고, 예를 들어 용접에 의해서, 그에 부착될 수 있다. 제1 링(416)은 최내측 링일 수 있고 용기 벽(404)과 밀접하게 접촉될 수 있다. 예를 들어, 최내측 링(416)은 제1 링(416)의 내부 연부 주위에서 용기 벽(404)에 용접될 수 있다.
일부 실시예에서, 최외측 링의 두께는 플랜지가 부착되는 용기 주위의 각도 위치의 함수로서 달라질 수 있다. 예를 들어, 최외측 링은, 백금이나 그 합금 보다 덜 고가이고 온도 내성이 낮은 니켈, 구리, 또는 다른 금속으로 형성될 수 있고, 전극 부분(420)에 인접한 최외측 링의 영역은 최외측 링의 다른 영역 보다 두껍다. 예를 들어, 도시된 실시예에서 또한 제2 링(418)인, 도 6의 실시예의 최외측 링의 부분(419)은 최외측 링의 부분(421) 보다 두꺼울 수 있다. 예를 들어, 부분(419)은 부분(421) 보다 50% 이상 더 두꺼울 수 있고, 예를 들어 약 25% 내지 약 75% 범위로 더 두꺼울 수 있거나, 약 30% 내지 약 70% 범위로 더 두꺼울 수 있거나, 약 35% 내지 약 60% 범위로 더 두꺼울 수 있거나, 약 40% 내지 약 55% 범위로 더 두꺼울 수 있다. 최외측 링의 두꺼운 부분은 용기의 외주 주위에서 전류를 조향하는데 있어서 도움을 주고, 전극 부분(420) 가까이에서 최외측 링 상에 열점이 형성되는 것을 최소화하고, 예를 들어 제거한다. 그러한 과열은, 전류 밀도가 전극 부분 내에서 그리고 그 주위에서 높기 때문에 발생될 수 있다. 전극 부분(420)에 인접하나 전극 부분(420)과 제1 링(416) 사이에 있지 않는 최외측 링의 두꺼운 부분은 증가된 횡단면적 및 그에 따라 감소된 전류 밀도를 나타낸다. 그에 따라, 전극 부분(420)에 인접한 최외측 링의 일부는, 최외측 링의 다른 부분, 예를 들어 전극 부분(420)에 대향되는 최외측 링의 일부(421) 보다 두꺼울 수 있다. 전술한 바와 같이, 최외측 링이 제2 링(418)일 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 제2 링(418)은 최외측 링과 제1 링(416) 사이 중간의, 또는 최외측 링과 용기 벽(404) 사이 중간의 링일 수 있다.
도 6에 도시된 실시예에서, 제1 링(416)은, 용기(402)와 양립 가능하고, 상당한 저하 없이, 긴 기간 동안 용기의 표면에서의 고온 환경을 견딜 수 있는 제1 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 링(416)은 백금족 금속 또는 그 합금과 같은 귀금속을 포함할 수 있고, 일부 예에서, 용기 벽(404)과 동일한 귀금속을 포함할 수 있다. 제1 링(416)의 전부가 동일한 금속으로 형성될 수 있거나, 제1 링(416)이 상이한 금속들을 포함할 수 있다. 그러한 상이한 금속들이 동일한 원소의 그러나 상이한 비율의 합금들을 포함할 수 있다. 제1 링(416)은 폭(W1)을 더 포함한다. 폭(W1)은 일정할 수 있거나, 용기(402) 주위의 각도 위치의 함수로서 달라질 수 있다. 도 6에 도시된 실시예에서, W1은 용기(402) 주위의 각도 위치의 함수로서 달라진다. 제1 링(416)은 매끄럽게 곡선화되고 연속적인 외부 둘레(연부)를 포함할 수 있다.
제2 링(418)은 용기(402)의 벽(404)으로부터 이격되고, 제1 링(416)의 제조에서 이용된 금속 또는 금속들과 상이한 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 링(416)은, 백금족 금속 또는 그 합금을 포함하는 귀금속으로 형성될 수 있고, 제2 링(418)은, 예를 들어 그리고 비제한적으로, 니켈, 구리, 또는 그 합금과 같은, 덜 고가인 전기 전도체로 형성될 수 있다. 제2 링(418)은 폭(W2)을 더 포함한다. 폭(W2)이 일정할 수 있거나, 폭(W2)이 용기(402) 주위의 각도 위치의 함수로서 달라질 수 있다. 도 6에 도시된 실시예에서, W2는 용기(402) 주위의 각도 위치의 함수로서 달라진다.
도 6에 도시된 플랜지(400)는, 도 5가 제1 부분(322)에 의해서 생성된 각도(α)(반경방향 선들(336 및 338) 사이의 각도)가 반경방향 선들(340 및 342) 사이의 하위-부분(332a) 및 하위-부분(332b)의 각도(θ) 보다 큰 플랜지의 실시예를 도시한다는 것을 제외하면, 도 5에 도시된 플랜지(300)와 동일하고, 여기에서 전술한 반경방향 선들은 이전의 예에서와 같이 단일 지점에서만 그들의 각각의 하위-부분과 접촉된다. 도 6은 제1 링(416)의 제1 부분(422)에 의해서 생성된 각도(α)(반경방향 선들(436 및 438) 사이의 각도)가 무한 연장되는 반경방향 선들(440 및 442) 사이의 제1 링(416)의 하위-부분들(432a 및 432b)의 각도(θ) 보다 작은 실시예를 구체적으로 도시하며, 여기에서 전술한 반경방향 선들은 단일 지점에서만 그들의 각각의 하위-부분과 접촉된다. 따라서, 도 5의 실시예에서, 하위-부분(332a(및 332b)은 용기 벽(304)과 접촉되는 반면, 도 6의 실시예에서, 하위-부분(432a 및 432b)은 용기(402)의 벽(404)과 접촉되지 않는다.
도 7에 도시된 다른 실시예에서, 다른 예시적인 플랜지(500)가 용기(502)에 부착되어 도시되어 있다. 용기(502)는, 제1, 제2 및 제3 도관(32, 38 및 46), 청징 용기(34), 혼합 용기(36), 전달 용기(40), 출구 도관(44) 및 유입구(50), 또는 유리 제조 장치(10)를 포함할 수 있는 임의의 다른 금속 용기를 포함하는, 전술한 하류 유리 제조 장치(30)를 포함하는 용기 중 임의의 하나 일 수 있다. 용기(502)는 내부 부피(506)를 형성하는 벽(504)을 포함한다. 용기(502)는 용기의 중앙에서 용기의 길이를 따라서 연장되는 중앙 길이방향 축(508), 및 길이방향 축(508)에 수직인 플랜지의 평면 내의 횡단면적 형상을 더 포함한다. 횡단면적 형상은 용기의 길이를 따른 위치의 함수로서 형상 및 크기 모두가 달라질 수 있으나, 도 7의 예에서 길다란 형상으로 도시되어 있다. 길다란 횡단면적 형상은 계란형, 타원형, 직사각형, 또는 이러한 형상 또는 다른 형상의 조합일 수 있다. 예를 들어, 도 7에서 도시된 길다란 횡단면적 형상은, 2개의 반원형 단부 부분과 같은, 2개의 궁형 단부 부분을 가지는 대체로 직사각형인 형상을 포함한다.
플랜지(500)는 플랜지(100, 200, 300 및 400)와 유사하고 제1 링(516), 제2 링(518), 및 최외측 링에 부착된 전극 부분(520)을 포함하는 본체 부분(514)을 포함한다. 따라서, 플랜지의 구성요소와 관련한 플랜지(200, 300 및 400)에 관한 전술한 설명이 플랜지(500)에 적용될 수 있다. 제2 링(518)은, 일부 예에서, 최외측 링일 수 있고, 전극 부분(520)은 도시된 바와 같이 제2 링(518)에 직접적으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 전극 부분(520)은 제2 링(518)과 일체형일 수 있고 그와 함께 형성될 수 있다. 일부 예에서, 전극 부분(520)은 최외측 링, 예를 들어 제2 링(518)과 별개로 형성될 수 있고, 예를 들어 용접에 의해서, 그에 부착될 수 있다. 제1 링(516)은, 일부 실시예에서, 최내측 링일 수 있고 용기 벽(504)과 밀접하게 접촉될 수 있다.
도 7에 도시된 실시예에서, 제1 링(516)은, 용기(502)와 양립 가능하고, 상당한 저하 없이, 긴 기간 동안 용기의 표면에서의 고온 환경을 견딜 수 있는 제1 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 링(516)은 백금족 금속 또는 그 합금과 같은 귀금속을 포함할 수 있고, 일부 예에서, 용기 벽(504)과 동일한 귀금속을 포함할 수 있다. 제1 링(516)의 전부가 동일한 금속으로 형성될 수 있거나, 제1 링(516)이 상이한 금속들을 포함할 수 있다. 그러한 상이한 금속들이 동일한 원소의 그러나 상이한 비율의 합금들을 포함할 수 있다. 제1 링(516)은 폭(W1)을 더 포함한다. 폭(W1)은 일정할 수 있거나, 용기(502) 주위의 각도 위치의 함수로서 달라질 수 있다. 제1 링(516)은 매끄럽게 곡선화되고 연속적인 외부 둘레(연부)를 포함할 수 있다.
제2 링(518)은 용기(502)의 벽(504)으로부터 이격되고, 제1 링(516)의 제조에서 이용된 금속 또는 금속들과 상이한 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 링(516)은, 백금족 금속 또는 그 합금을 포함하는 귀금속으로 형성될 수 있고, 제2 링(518)은, 예를 들어 그리고 비제한적으로, 니켈, 구리 및 그 합금과 같은, 덜 고가인 전기 전도체로 형성될 수 있다. 제2 링(518)은 폭(W2)을 더 포함한다. 폭(W2)이 일정할 수 있거나, 폭(W2)이 용기(502) 주위의 각도 위치의 함수로서 달라질 수 있다.
일부 실시예에서, 최외측 링의 두께는 플랜지가 부착되는 용기 주위의 각도 위치의 함수로서 달라질 수 있다. 예를 들어, 최외측 링은, 백금이나 그 합금 보다 덜 고가이고 온도 내성이 낮은 니켈, 구리, 몰리브덴, 또는 다른 금속으로 형성될 수 있고, 전극 부분(520)에 인접한 최외측 링의 영역은 최외측 링의 다른 영역 보다 두껍다. 예를 들어, 도시된 실시예에서 또한 제2 링(518)인, 도 7의 실시예의 최외측 링의 부분(519)은 최외측 링의 부분(521) 보다 두꺼울 수 있다. 예를 들어, 부분(519)은 부분(521) 보다 50% 이상 더 두꺼울 수 있고, 예를 들어 약 25% 내지 약 75% 범위로 더 두꺼울 수 있거나, 약 30% 내지 약 70% 범위로 더 두꺼울 수 있거나, 약 35% 내지 약 60% 범위로 더 두꺼울 수 있거나, 약 40% 내지 약 55% 범위로 더 두꺼울 수 있다. 최외측 링의 두꺼운 부분은 용기의 외주 주위에서 전류를 조향하는데 있어서 도움을 주고, 전극 부분(520) 가까이에서 최외측 링 상에 열점이 형성되는 것을 최소화하고, 예를 들어 제거한다. 그러한 과열은, 전류 밀도가 전극 부분 내에서 그리고 그 주위에서 높기 때문에 발생될 수 있다. 전극 부분(520)에 인접하나 전극 부분(520)과 제1 링(516) 사이에 있지 않는 최외측 링의 두꺼운 부분은 증가된 횡단면적 및 그에 따라 감소된 전류 밀도를 나타낸다. 그에 따라, 전극 부분(520)에 인접한 최외측 링의 일부는 최외측 링의 다른 부분, 예를 들어 전극 부분에 대향되는 최외측 링의 부분보다 두꺼울 수 있다. 전술한 바와 같이, 최외측 링이 제2 링(518)일 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 제2 링(518)은 최외측 링과 제1 링(516) 사이 중간의, 또는 최외측 링과 용기 벽(504) 사이 중간의 링일 수 있다.
제1 링(516)이 최내측 링인 경우에, 제1 링(516)의 내부 연부는 용기 벽(504)에 부착될 수 있고 용기(502) 주위에서 폐쇄 루프로 연장될 수 있다. 예를 들어, 제1 링(516)의 내부 연부가 용기 벽(504)에 용접될 수 있다. 유사하게, 도 7에 도시된 예에서, 제2 링(518)의 내측 연부가 제1 링(516)의 외측 연부에 부착될 수 있다. 다른 예에서, 개재되는 부분, 예를 들어 개재되는 부가적인 링이 제1 링(516)과 제2 링(518) 사이에 배치될 수 있다. 또한, 부가적인 링이, 제1 링(516)과 용기 벽(504) 사이와 같이 제2 링(518)의 외측에 또는 제1 링(516) 내측에 배치될 수 있다.
도 5 및 도 6의 실시예(플랜지(300 및 400))와 유사하게, 제1 링(516)은 적어도 3개의 부분, 즉 각각 3개의 두께(T1, T2 및 T3)를 가지는, 제1 부분(522), 제2 부분(528), 그리고 제3 부분을 포함할 수 있고, 제3 부분은 2개의 하위-부분(532a 및 532b)으로 분할된다. 3개의 부분 중 어느 것도 용기(502) 주위로 완전히 연장되지 않는다. 하위-부분(532a 및 532b)은 대향되어 그리고 대칭적으로 배치될 수 있다. 적어도 제2 부분(528)의 일부가 하위-부분(530a 및 530b)과 제1 부분(522) 사이에 배치된다는 점에서, 플랜지(500)는 플랜지(300 및 400)와 상이하다. 따라서, 모든 3개의 부분(522, 528) 및 하위-부분(532a 및 532b)의 폭과 개별적으로 교차되어 연장되는 플랜지(500)의 평면 내에서 길이방향 축(508)으로부터 외향으로 그리고 그에 수직으로 무한 연장되는 적어도 하나의 반경방향 선(550)이 있다. 또한, 단지 2개의 부분 즉, 제2 부분(528) 및 하위-부분(532a 또는 532b) 중 하나와 교차되어 연장되는 플랜지(500)의 평면 내에서 길이방향 축(508)으로부터 외향으로 그리고 그에 수직으로 무한 연장되는 적어도 하나의 반경방향 선(552)이 있다. 도 7로부터, 제1 및 제2 부분(522 및 528)에만 교차되어 연장될 수 있는 길이방향 축(508)으로부터 연장되는 반경방향 선(예를 들어, 반경방향 선(550))이 존재하도록, (쇄선(556)에서 하위-부분(532a)의 끝을 자르는 것에 의해서) 하위-부분(532a)의 각도 범위를 단축하는 것과 같은, 다른 플랜지 구성이 또한 가능하다는 것을 용이하게 관찰할 수 있을 것이다. 그러한 단축이 또한 하위-부분(532b)에 대해서 실시될 수 있다는 것이 용이하게 명백해질 것이다.
도 7 및 전술한 설명의 도움으로, 제1 링(516)과 관련하여, 단지 제1 부분(522)의 폭에 교차되고 제2 부분(528) 및 하위-부분(532a 또는 532b)과는 교차하지 않는 플랜지(500)의 평면 내에서 길이방향 축(508)으로부터 외향으로 그리고 그에 수직으로 무한 연장되는 적어도 하나의 반경방향 선(558)이 존재한다는 것이 더 명백할 것이다. 반경방향 선(558)은 전극 부분(520)과 추가적으로 교차된다. 유사하게, 제1 링(516)과 관련하여, 제2 부분(528)의 폭에만 교차되고 제1 부분(522) 및 하위-부분(532a 또는 532b)에는 교차되지 않는 플랜지(500)의 평면 내에서 길이방향 축(508)으로부터 외향으로 그리고 그에 수직으로 무한 연장되는 적어도 하나의 반경방향 선(560)이 있다.
도 8에 도시된 플랜지(600)는 플랜지(100, 200, 300, 400 및 500)와 유사하고 제1 링(616), 제2 링(618), 및 최외측 링에 부착된 전극 부분(620)을 포함하는 본체 부분(614)을 포함한다. 따라서, 적절한 경우에, 플랜지의 주요 구성요소와 관련된 플랜지(100, 200, 300, 400 및 500)에 관한 전술한 설명이 도 8의 플랜지에 적용될 수 있다. 제2 링(618)은, 일부 예에서, 최외측 링일 수 있고, 전극 부분(620)은 도시된 바와 같이 제2 링(618)에 직접적으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 전극 부분(620)은 제2 링(618)과 일체형일 수 있고 그와 함께 형성될 수 있다. 일부 예에서, 전극 부분(620)은 최외측 링, 예를 들어 제2 링(618)과 별개로 형성될 수 있고, 예를 들어 용접에 의해서, 그에 부착될 수 있다. 제1 링(616)은 최내측 링일 수 있고 용기(602)의 벽(604)과 밀접하게 접촉될 수 있다.
도 8에 도시된 실시예에서, 제1 링(616)은, 용기(602)와 양립 가능하고, 상당한 저하 없이, 긴 기간 동안 용기의 표면에서의 고온 환경을 견딜 수 있는 제1 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 링(616)은 백금족 금속 또는 그 합금과 같은 귀금속을 포함할 수 있고, 일부 예에서, 용기 벽(604)과 동일한 귀금속을 포함할 수 있다. 제1 링(616)의 전부가 동일한 금속으로 형성될 수 있거나, 제1 링(616)이 상이한 금속들을 포함할 수 있다. 그러한 상이한 금속들이 동일한 원소의 그러나 상이한 비율의 합금들을 포함할 수 있다. 제1 링(616)은 폭(W1)을 더 포함한다. 폭(W1)이 일정할 수 있거나, 용기(602) 주위의 각도 위치의 함수로서 달라질 수 있다. 제1 링(616)은 매끄럽게 곡선화되고 연속적인 외부 둘레를 포함할 수 있다.
부가적으로, 제1 링(616)은, 예를 들어 플랜지(200)의 부분(222 및 228)에 각각 상응하는 제1 부분(622) 및 제2 부분(628)을 포함한다.
제2 링(618)은 용기(602)의 벽(604)으로부터 이격되고, 그에 따라 제2 링(618)은 제1 링(616)의 제조에서 이용된 금속 또는 금속들과 상이한 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 링(616)은, 백금족 금속 또는 그 합금을 포함하는 귀금속으로 형성될 수 있고, 제2 링(618)은, 니켈 또는 구리와 같은, 덜 고가인 전기 전도체로 형성될 수 있다. 제2 링(618)은 폭(W2)을 더 포함한다. 폭(W2)이 일정할 수 있거나, 폭(W2)이 용기(602) 주위의 각도 위치의 함수로서 달라질 수 있다.
일부 실시예에서, 최외측 링의 두께는 플랜지가 부착되는 용기 주위의 각도 위치의 함수로서 달라질 수 있다. 예를 들어, 최외측 링은, 백금이나 그 합금 보다 덜 고가이고 온도 내성이 낮은 니켈, 구리, 또는 다른 금속으로 형성될 수 있고, 전극 부분(620)에 인접한 최외측 링의 영역은 최외측 링의 다른 영역 보다 두껍다. 예를 들어, 도시된 실시예에서 또한 제2 링(618)인, 도 8의 실시예의 최외측 링의 부분(650)은 최외측 링의 부분(652) 보다 두꺼울 수 있다. 예를 들어, 부분(650)은 부분(652) 보다 50% 이상 더 두꺼울 수 있고, 예를 들어 약 25% 내지 약 75% 범위로 더 두꺼울 수 있거나, 약 30% 내지 약 70% 범위로 더 두꺼울 수 있거나, 약 35% 내지 약 60% 범위로 더 두꺼울 수 있거나, 약 40% 내지 약 55% 범위로 더 두꺼울 수 있다. 최외측 링의 두꺼운 부분은 용기의 외주 주위에서 전류를 조향하는데 있어서 도움을 주고, 전극 부분(620) 가까이에서 최외측 링 상에 열점이 형성되는 것을 최소화하고, 예를 들어 제거한다. 그러한 과열은, 전류 밀도가 전극 부분 내에서 그리고 그 주위에서 높기 때문에 발생될 수 있다. 전극 부분(620)에 인접하나 전극 부분(620)과 제1 링(616) 사이에 있지 않는 최외측 링의 두꺼운 부분은 증가된 횡단면적을 나타내고 그에 따라 감소된 전류 밀도를 나타낸다. 그에 따라, 전극 부분(620)에 인접한 최외측 링의 일부는 최외측 링의 다른 부분, 예를 들어 전극 부분에 대향되는 최외측 링의 부분보다 두꺼울 수 있다. 전술한 바와 같이, 최외측 링이 제2 링(618)일 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 제2 링(618)은 최외측 링과 제1 링(616) 사이 중간의, 또는 최외측 링과 용기 벽(604) 사이 중간의 링일 수 있다.
제1 링(616)이 최내측 링인 경우에, 제1 링(616)의 내부 연부는 용기 벽(604)에 부착될 수 있고 용기(602) 주위에서 폐쇄 루프로 연장될 수 있다. 예를 들어, 제1 링(616)의 내부 연부가 용기 벽(604)에 용접될 수 있다. 유사하게, 도 8에 도시된 예에서, 제2 링(618)의 내측 연부가 제1 링(616)의 외측 연부에 부착될 수 있다. 다른 예에서, 개재되는 부분, 예를 들어 개재되는 부가적인 링이 제1 링(616)과 제2 링(618) 사이에 배치될 수 있다. 또한, 부가적인 링이, 제1 링(616)과 용기 벽(604) 사이와 같이 제2 링(618)의 외측에 또는 제1 링(616) 내측에 배치될 수 있다.
도 8의 실시예에서, 제1 링(616)은 전류를 더 지향시키기 위해서 노치(654)를 그 외부 연부 내에 포함하고, 노치는 전극 부분(620)에 대향되는 수평 선(626)의 측면 상에 위치된다. 또한, 전술한 임의의 제1 링(114, 216, 316, 416 또는 516)은, 수평 선(124, 226, 326, 426, 526)에 대해서 전극 부분(120, 220, 320, 420 및 520) 각각과 대향되는 제1 링의 측면 상의 절취 부분을 포함하는 노치를 포함할 수 있다. 도 8에 도시된 실시예에서, 노치(654)는 V-형상의 절취부이다.
용기(702)에 부착된 예시적인 플랜지(700)의 횡단면도가 도 9에 도시되어 있다. 용기(702)는, 예를 들어, 제1, 제2 및 제3 도관(32, 38 및 46), 청징 용기(34), 혼합 용기(36), 전달 용기(40), 출구 도관(44) 및 유입구(50), 또는 유리 제조 장치(10)를 포함할 수 있는 임의의 다른 금속 용기를 포함하는, 전술한 용융 퍼니스와 성형 본체 사이의 하류 유리 제조 장치(30)를 포함하는 금속 용기 중 임의의 하나 일 수 있다. 용기(702)는, 내부 부피(706)를 둘러싸는 벽(704)에 의해서 형성되고, 용기의 길이를 따라서 연장되는 중앙 길이방향 축(708), 및 길이방향 축(708)에 수직인 플랜지의 평면 내의 횡단면적 형상을 포함한다. 용기의 횡단면적 형상은 용기의 길이를 따른 위치의 함수로서 형상 및 크기 모두가 달라질 수 있으나, 도 9의 예에서 원형 횡단면으로 도시되어 있다. 따라서, 길이방향 축(708)은 용기의 원형 횡단면의 중심에 위치된다.
플랜지(700)는 제1 링(712) 및 제2 링(714)을 포함하는 본체 부분(710)을 포함한다. 도 9의 실시예에서, 플랜지(700)는 본체 부분(710)의 최외측 링에 부착된 2개의 전극 부분(716a 및 716b)을 포함하고, 2개의 전극 부분은 180도 만큼 변위된다. 제2 링(714)은, 일부 예에서, 최외측 링일 수 있고, 전극 부분(716a 및 716b)은 도시된 바와 같이 제2 링(714)에 직접적으로 결합된다. 예를 들어, 전극 부분(716a 및 716b)은 최외측 링과 일체형일 수 있고 그와 함께 형성될 수 있다. 일부 예에서, 전극 부분(716a 및 716b)은 최외측 링, 예를 들어 제2 링(714)과 별개로 형성될 수 있고, 예를 들어 용접에 의해서, 그에 부착될 수 있다. 본원에서 사용된 바와 같이, 제1 링(712)은 최내측 링일 수 있고 용기(702)와 밀접하게 접촉될 수 있다.
도 9에 도시된 실시예에서, 제1 링(712)은, 용기(702)와 양립 가능하고, 상당한 저하 없이, 긴 기간 동안 용기의 표면에서의 고온 환경을 견딜 수 있는 제1 금속을 포함한다. 예를 들어, 제1 링(712)은 백금족 금속 또는 그 합금과 같은 귀금속을 포함할 수 있고, 일부 예에서, 용기(702)와 동일한 귀금속을 포함할 수 있다. 제1 링(712)의 전부가 동일한 금속으로 형성될 수 있거나, 제1 링(712)이 상이한 금속들을 포함할 수 있다. 제1 링(712)은 폭(W1)을 더 포함한다. 일부 실시예에서, 폭(W1)은 제1 링 주위의 각도 위치와 관련하여 변경될 수 있다. 다른 실시예에서, 예를 들어 도 9의 실시예에서, 폭(W1)이 실질적으로 각도적으로 일정할 수 있다.
제2 링(714)은 용기(702)의 벽(704)으로부터 이격되고 제1 링(712) 주위의 폐쇄 루프로 배치되며, 제1 링(712) 보다 용기 벽(704)으로부터 더 먼 거리에 있고 그에 따라 제1 링(712) 보다 낮은 온도에 노출되며, 제1 링(712)의 제조에서 이용된 금속 또는 금속들과 상이한 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 링(712)은, 백금족 금속 또는 그 합금을 포함하는 귀금속으로 형성될 수 있고, 제2 링(714)은, 니켈 또는 구리와 같은, 덜 고가인 전기 전도 금속으로 형성될 수 있다. 제2 링(714)은 폭(W2)을 더 포함한다. 폭(W2)이 용기(702)에 대한 각도 위치의 함수로서 달라질 수 있거나, 폭(W2)이 실질적으로 일정할 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 링(714)의 내부 연부는 예를 들어 용접에 의해서 제1 링(712)의 외부 연부에 직접 접합될 수 있다.
제1 링(712)은 용기(702) 주위의 폐쇄 루프로 연장되고, 제1 링(712)이 최내측 링인 경우에, 제1 링(712)은 용기 벽(704)의 외부 둘레 주위로 용기(702)에 부착될 수 있다. 예를 들어, 제1 링(712)의 내부 연부가 용기 벽(704)의 외부 표면에 용접될 수 있다. 유사하게, 도 9에 도시된 예에서, 제2 링(714)의 내측 연부가 제1 링(712)의 외측 연부에 부착될 수 있다. 다른 예에서, 개재되는 부분, 예를 들어 개재되는 부가적인 링이 제1 링(712)과 제2 링(714) 사이에 배치될 수 있다. 또한, 부가적인 링, 예를 들어 최외측 링이, 제2 링(714)의 외측에 또는 제1 링(712) 내측에, 예를 들어 제1 링(712)과 용기 벽(704) 사이에 배치될 수 있다.
일부 실시예에서, 최외측 링의 두께는 플랜지가 부착되는 용기 주위의 각도 위치의 함수로서 달라질 수 있다. 예를 들어, 최외측 링은, 백금이나 그 합금 보다 덜 고가이고 온도 내성이 낮은 니켈, 구리 또는 다른 금속으로 형성될 수 있고, 전극 부분(716a 및 716b)에 인접한 최외측 링의 영역은 최외측 링의 다른 영역 보다 두껍다. 예를 들어, 부분(716a 및 716b)은 최외측 링의 다른 부분 보다 50% 까지 또는 50% 초과로 더 두꺼울 수 있고, 예를 들어 약 25% 내지 약 75% 범위로 더 두꺼울 수 있거나, 약 30% 내지 약 70% 범위로 더 두꺼울 수 있거나, 약 35% 내지 약 60% 범위로 더 두꺼울 수 있거나, 약 40% 내지 약 55% 범위로 더 두꺼울 수 있다. 최외측 링의 두꺼운 부분은 용기의 외주 주위에서 공급 전류를 조향하는데(steering) 있어서 도움을 주고, 전극 부분 가까이에서 최외측 링 상에 열점이 형성되는 것을 최소화하고, 예를 들어 제거한다. 그러한 과열은, 전류 밀도가 전극 부분(716a 및 716b) 내에서 그리고 그 주위에서 높기 때문에 발생될 수 있다. 전극 부분에 인접한 최외측 링의 두꺼운 부분은 증가된 횡단면적 및 그에 따라 감소된 전류 밀도를 나타낸다. 그에 따라, 전극 부분에 인접한 최외측 링의 부분은 최외측 링의 다른 부분, 예를 들어 전극 부분과 그에 인접한 두꺼운 부분 사이의 최외측 링 부분보다 두꺼울 수 있다. 전술한 바와 같이, 최외측 링이 제2 링(714)일 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 제2 링(714)은 최외측 링과 제1 링(712) 사이 중간의, 또는 최외측 링과 용기 벽(704) 사이 중간의 링일 수 있다.
도 9에 의해서 더 도시된 바와 같이, 제1 링(712)은 수평 선(720)의 대향 측면들 상에 배치된 2개의 하위-부분(718a 및 718b)을 포함할 수 있고, 두께(T1)를 포함한다. 하위-부분(718a)은 용기(702)의 전체 둘레의 절반 이하의 주위로 연장될 수 있고 그와 접촉될 수 있다. 유사하게, 하위-부분(718b)은 용기(702)의 전체 둘레의 절반 미만과 접촉된다. 예를 들어, 도 9의 실시예에서, 양 하위-부분(718a 및 718b)은 용기 둘레의 절반 미만으로 용기(702) 주위로 연장되고, 그에 따라, 구분된 하위-부분들이 되며, 어느 하위-부분도 용기의 둘레 주위로 완전히 연장되지 않는다. 일부 실시예에서, 하위-부분(718a 및 718b)은 서로 접촉되지 않는다는 것이 명확할 것이다. 예를 들어, 하위-부분(718a 및 718b)은 그들의 각각의 전극 부분(716a 및 718b)에 인접하여 배치될 수 있고, 통과하여 연장되고 길이방향 축(708)에 수직인 수직 선(724)이 하위-부분 모두를 통해서 연장된다. 하위-부분(718a 및 718b)은 동일한 두께(T1)를 가질 수 있거나, 하위-부분(718a 및 718b)은 상이한 두께들(T1a 및 T1b)을 가질 수 있으며, T1b는 T1a과 상이하다.
제1 링(712)은 하위-부분(722a) 및 하위-부분(722b)을 더 포함한다. 하위-부분(722a 및 722b)은 동일한 두께(T2)를 가질 수 있거나, 하위-부분(722a 및 722b)은 상이한 두께들(T2a 및 T2b)을 가질 수 있으며, T2b는 T2a과 상이하다. 하위-부분(718a 및 718b)과 유사하게, 하위-부분(722a 및 722b)은 분리되고 용기(702) 주위에 대향되어 배치된다. 또한 하위-부분(718a 및 718b)과 유사하게, 하위-부분(722a 및 722b) 각각은 용기(702) 주위로 180도 미만으로 연장된다. 일부 실시예에서, T1은 T2 미만이다. 일부 실시예에서, T1a 및 T1b가 동일하고, T2a 및 T2b가 동일하며, T1a, T1b는 T2a, T2b 미만이다. 일부 실시예에서, 상이한 고유 전기 저항을 가지도록 각각의 하위-부분의 재료가 선택될 수 있다.
도 9 및 선행하는 설명으로부터, 하위-부분(718a, 718b 및 722a, 722b)은 중첩 하위-부분이라는 것이 명백하다. 따라서, 하위-부분(718a 또는 718b) 중 하나와 교차되고 하위-부분(722a) 또는 하위-부분(722b) 중 하나와 또한 교차되지 않는 길이방향 축(708)으로부터 외향으로 그리고 그에 수직으로 무한 연장되는 적어도 하나의 반경방향 선(726)이 있다. 또한, 하위-부분(718a 또는 718b) 중 하나 및 하위-부분(722a) 또는 하위-부분(722b) 중 하나 모두와 교차되는 길이방향 축(708)으로부터 외향으로 그리고 그에 수직으로 무한 연장되는 적어도 하나의 반경방향 선(728)이 있다. 마지막으로, 하위-부분(722a 또는 722b) 중 하나와 교차되고 하위-부분(718a) 또는 하위-부분(718b) 중 하나와 또한 교차되지 않는 플랜지의 평면 내의 길이방향 축(708)으로부터 외향으로 그리고 그에 수직으로 무한 연장되는 적어도 하나의 반경방향 선(730)이 있다.
전술한 개시 내용의 장점으로부터, 많은 플랜지 설계가 생성될 수 있다는 것이 당업자에게 자명할 것이다. 특히, 플랜지가 해당 벽과 교차되는(그에 부착되는) 용기 벽에 전류가 균일하게 전달되도록, 플랜지의 각도 위치의 함수로서, 플랜지의 전류 운반 용량이 재단될 수 있는, 일관된 설계 방법론이 구상될 수 있다. 따라서, 하나의 그러한 방법에서, 제1 단계는 초기 플랜지 및 용기 설계를 매개변수화하는 것을 포함한다. 초기 플랜지 및/또는 용기 설계가 기존의 물리적 플랜지 및/또는 용기일 수 있거나, 초기 플랜지 및/또는 용기 설계가 가상 설계일 수 있다. 매개변수화는, 플랜지 및/또는 용기를 구조 및 그 동작 특성을 규정하는 필수 매개변수 값으로 감소시키는 것을 의미한다. 예를 들어, 링의 최내측 연부에서, 미리 결정된 벽 두께를 가지는 용기에 부착된 단일 링 만을 가지는 단순한, 원형 대칭적 플랜지는, 비제한적으로, 링의 외부 둘레를 규정하는 외부 반경, 플랜지의 내측 연부를 규정하는 내부 반경, 두께, 및 (예를 들어, 전기 저항에 의해서 적어도 자체가 규정되는) 재료, 용기의 벽 두께 및 심지어 용기를 통한 용융 재료(예를 들어, 용융 유리)의 유동 비율과 같은 그러한 매개변수 값에 의해서 매개변수화될 수 있다. 그러한 매개변수 값은, 플랜지 내의 미리 결정된 전류에 대해서, 플랜지 상의 또는 그 내부의 임의의 지점에서의 전류 밀도를 계산하기 위해서 이용될 수 있다. 예를 들어, 전기 회로 분석 소프트웨어와 같은, 과제를 위해서 설계되거나 구성된 소프트웨어로, 필요한 계산을 할 수 있다. 부가적으로, 전류 밀도를 이용하여, 용기를 통한 재료의 미리 결정된 유동 비율에 대해서, 미리 결정된 위치에서 플랜지 또는 용기 벽의 온도를 결정할 수 있다. 이러한 계산된 결과는 희망 전류 밀도 및/또는 온도에 비교될 수 있다. 예를 들어, ANSYS Fluent라는 소프트웨어를 이용하여, 유동 및 온도 필드를 계산할 수 있다.
따라서, 방법은, 플랜지 및/또는 용기 내의 전류 밀도 및/또는 플랜지 및/또는 용기 내의 온도를 계산하기 위해서, 매개변수화된 값 뿐만 아니라, 예를 들어, 플랜지로 공급되는 미리 결정된 전류 그리고 일부 예에서 용기를 통한 재료(예를 들어, 용융 유리)의 유동 비율을 이용하는 단계를 더 포함할 수 있다. 계산된 전류 밀도 및/또는 온도는 플랜지 및/또는 용기를 수정하기 위한 기반으로서 이용될 수 있다. 예를 들어, 비제한적으로, 플랜지를 포함하는 재료의 제1 링의 많은 수의 개별적인 부분, 제1 링의 개별적인 부분의 두께, 제1 링의 개별적인 부분의 형상, 제1 링의 폭의 변동, 및 링 또는 링의 부분을 포함하는 하나 이상의 재료의 고유 전기 저항, 및 기타 중 적어도 하나를 변화시키는 것에 의해서, 플랜지의 초기 설계가 수정될 수 있다. 변화가 이루어졌을 때, 플랜지 및/또는 용기 상의 미리 결정된 지점에서의 전류 밀도 및/또는 온도를 재계산할 수 있고 플랜지 또는 용기 상의 관심 영역들 사이의 전류 밀도 및/또는 온도의 희망 차이에, 예를 들어 용기의 상단부 부분과 용기의 측면 또는 하단부 부분 사이의 전류 밀도 및/또는 온도의 차이에 다시 비교할 수 있다. 미리 결정된 지점에서의 전류 밀도 및/또는 온도는 또한, 미리 결정된 한계와 같은, 미리 결정된 값에 비교될 수 있다. 전류 밀도 및/또는 온도의 희망 차이에 도달할 때까지, 수정 및 계산의 프로세스가 반복적으로 적용될 수 있다. 완료 시에, 최종 설계의 매개변수 값을 이용하여 최종 매개변수 값을 나타내는 플랜지 및/또는 용기를 제조할 수 있다.
예 1
도 4의 플랜지 즉, 플랜지(200)에 따른 플랜지 설계를 가지는, 내부 부피(806)를 둘러싸는 벽(804)을 포함하는 길다란 용기(802)를 위해서 구성된, 도 10에 도시된 빈 통상적인 플랜지(800)를 평가하기 위해서, 전기 회로 분석을 위해서 개발된 소프트웨어 및 FLUENT 소프트웨어를 이용하여 모델링을 실시하였다. 용기 벽(804)은 40 mil(약 50.8 cm)의 일정 두께를 가졌다. 통상적인 플랜지(800)는 본체 부분(808) 및 본체 부분으로부터 연장되는 전극 부분(810)을 포함하였다. 본체 부분(808)은 두께가 0.5 인치(1.27 cm)인 니켈 최외측 링(810), 및 상이한 두께의 2개의 백금-로듐 링 - 80 mil(약 0.41 cm)의 일정한 두께를 가지는 최내측 링(812) 및 최외측 링(810)과 용기(802) 사이에 배치되고 40 mil(약 0.20 cm)의 일정 두께를 가지는 중간 링(814) - 을 포함하였다. 양 백금-로듐 링(812 및 814)은 용기(802) 주위로 완전히 연장되었다. 용기(802)는 6 인치(15.24 cm)의 단축(816) 및 20 인치(50.8 cm)의 장축(818)을 가졌다. 도 4에 따른 플랜지, 즉 플랜지(200)는 니켈 최외측 링(218) 및 40 mil(약 0.20 cm)의 일정한 두께를 가지는 제1 부분(222) 및 80 mil(약 50.8 cm)의 일정한 두께를 가지는 제2 부분(228)을 포함하는 백금-로듐 최내측 링(216)을 포함하였다. 플랜지(200)는 동일한 용기(802) 주위에 배치되었다. 플랜지는 단일 전극 부분(220)을 포함하였다.
모델링에서, 양 플랜지가 60 인치(152.4 cm)로 멀리 이격되고 10,000 암페어가 공급되는 동일한 구성의 제2 플랜지와 쌍을 이루었다. 즉, 플랜지(800)는 제2 플랜지(800)와 쌍을 이루었고, 플랜지(200)는 제2 플랜지(200)와 쌍을 이루었다. 모델링은, 백금의 용융 온도(1768.3 ℃) 보다 상당히 높은, 2030 ℃의 통상적인 플랜지(800) 내의 최대 온도를 나타냈다. 최대 온도는 전극 부분(810)과 용기(802)의 상단부 사이의 직선 상의 중간 링 내에서 발생되었다. 최대 전류 밀도는 16 amps/mm2였고, 용기 벽(804)의 궁형 부분에 인접한 최내측 링(812) 내에서 발생되었다. 니켈 링(810) 내에서 발생되는 최대 온도가 1096 ℃였다.
플랜지(800)와 대조적으로, 동일한 조건 하의 플랜지(200)는 전극 부분(220)과 용기(802)의 상단부 사이의 직선 상의 제1 부분(222) 내에서 발생되는 1523 ℃의 최대 온도를 나타냈다. 이러한 최대 온도는 백금의 용융 온도 미만이었다. 최대 전류 밀도는 11 amps/mm2였고 플랜지(800)와 동일한 위치에서 발생되었다. 니켈 최외측 링 내에서 발생되는 최대 온도가 650 ℃였다.
예 2
도 11은 플랜지(200)에 대한 전류 밀도와 비교되는 12,000 amps/mm2의 공급된 전류에서 용기(도관)의 길이를 따른 3개의 위치에서 플랜지(800) 내의 모델링된 전류 밀도를 보여준다. 플랜지(200 및 800)는 다시, 쌍을 이루는 플랜지들 사이의 60 인치(152.4 cm)의 간격을 가지고, 9 인치(약 22.9 cm)의 단축 및 30 인치(76.2 cm)의 장축을 가지는 길다란 용기(도관) 상에서 동일한 각각의 플랜지와 쌍을 이루었다. 전류 밀도는 용기의 상단부에서, 장축(연부)에서, 그리고 용기의 하단부에서 계산되었다. 통상적인 플랜지(800)는 본체 부분(808) 및 본체 부분으로부터 연장되는 전극 부분(810)을 포함하였다. 본체 부분(808)은 두께가 0.5 인치(1.27 cm)인 니켈 최외측 링(810), 및 상이한 두께의 2개의 백금-로듐 링 - 80 mil(약 0.41 cm)의 일정한 두께를 가지는 최내측 링(812) 및 최외측 링(810)과 용기(802) 사이에 배치되고 40 mil(약 0.20 cm)의 일정 두께를 가지는 중간 링(814) - 을 포함하였다. 양 백금-로듐 링(812 및 814)은 용기(802) 주위로 완전히 연장되었다. 용기(802)는 9 인치(22.9 cm)의 단축(816) 및 30 인치(76.2 cm)의 장축(818)을 가졌다. 플랜지(200)는 0.5 인치(1.27 cm) 두께를 가지는 니켈 최외측 링(218), 및 40 mil(약 0.20 cm)의 일정한 두께를 가지는 제1 부분(222), 80 mil(약 50.8 cm)의 일정한 두께를 가지는 제2 부분(228), 및 단일 전극 부분(220)을 포함하는 백금-로듐 최내측 링(216)을 포함하였다. 플랜지(200)는 동일한 용기(802) 주위에 배치되었다.
도 11은, 좌측 측면 플랜지(-30 인치, 76.2 cm에서의 위치)에서, 통상적인 플랜지 설계에 대한 용기의 상단부에서의 전류 밀도(곡선(900))가 약 7.3 amps/mm2이고 용기의 하단부(곡선(904))에서 약 5.3 amps/mm2이라는 것을 도시한다. 용기의 연부(곡선(902))에서, 전류 밀도가 약 7.3 amps/mm2이다. 이러한 예에서 플랜지들 사이의 거리인 60 인치(152.4 cm)에 걸쳐, 전류 밀도는 약 0.55 amps/mm2(약 7.3 amps/mm2 내지 6.75 amps/mm2) 변동된다. 부가적으로, 전류가 용기-플랜지 접합부(즉, 도면에서 -30 인치 및 +30 인치)에서 가장 높고 플랜지들 사이의 중간점을 향해서 감소되는 것이 확인될 수 있다.
비교하면, 플랜지(200)에 대한 용기의 상단부에 위치되는 플랜지-용기 접합부(예를 들어, -30 인치)에서의 전류 밀도(곡선(906))는 단지 약 6.5 amps/mm2이고, 용기의 하단부에 위치되는 플랜지-용기 접합부(예를 들어, -30 인치)에서는 약 5.8 amps/mm2 이다(곡선(910)). 용기의 연부(측면)(곡선(910))에서, 전류 밀도가 약 7.3 amps/mm2이다. 그에 따라, 용기-플랜지 접합부에서 용기의 외주 주위의 전류의 최대 변동은 약 1.5 amps/mm2이고, 이는 전류가 용기의 상단부로부터 멀어지는 방향으로 조향되는 것을 나타낸다.
더 중요하게, 플랜지들 사이의 거리에 걸쳐, 용기의 상단부를 따른 전류 밀도(곡선(906))는, 통상적인 플랜지에 대한 것과 동일한 공급 전류에 대해서, 단지 약 0.26 amps/mm2(약 6.76 amps/mm2 내지 6.5 amps/mm2)로 변동된다. 이러한 차이는 용기의 상단부에서의 최대 전류 밀도의 약 4%에 상당한다. 또한, 도면에서 명확하게 확인되는 바와 같이, 용기의 상단부를 따른 전류 밀도는, 통상적인 플랜지와 대조적으로, 용기-플랜지 접합부(즉, -30 인치 및 + 30 인치)에서 가장 낮고, 하나의 플랜지로부터 인접 플랜지로 이동됨에 따라 최대 전류 밀도가 급격히 증가된다. 도시된 예에서, 전류 밀도는 용기-플랜지 접합부에 매우 근접하여 피크를 형성한다. 본 예에서, 전류 밀도는 플랜지의 약 8 인치(20.32 cm) 이내에서, 또는 인접 플랜지들 사이의 전체 거리의 약 13% 이내에서 최대에 도달한다. 부가적으로, 전류 밀도는 피크들 사이에서, 즉 도 11의 예에서 약 -22 인치 및 +22 인치(44 인치, 111.76 cm의 거리)의 위치들 사이에서 실질적으로 일정하고, 약 0.05 amps/mm2이하만큼 변동된다.
요약하면, 동일한 입력 전류에 대해서, 본원에서 설명된 실시예에 따른 플랜지는, 통상적인 플랜지에 비교할 때, (전류가 플랜지 본체 내로 도입되는) 전극 부분의 위치에 가장 가까운 지점에서, 예를 들어 본 예에서 용기의 상단부에 위치되는 플랜지와 용기 벽 사이의 접합부에서의 전류 밀도를 상당히 감소시킬 수 있고, 인접한 플랜지들 사이의 거리에 걸쳐 용기의 상단부를 따라 더 일정한(균일한) 전류 밀도를 생성한다는 것을 보여준다.
도 12는, 12,000 amps/mm2의 전류 공급에서, 용기(도관)의 길이를 따른 동일한 3개의 위치에서 플랜지(800 및 200)의 동일한 배열에 대한 모델링된 온도를 보여준다. 플랜지(200 및 800)는 다시 동일한 각각의 플랜지와 쌍을 이루었고, 온도는 용기의 상단부(12시 위치)에서, 장축(3시 위치)에서, 그리고 용기의 하단부(6시 위치)에서 계산되었다. 도 12는, 좌측 플랜지(-30 인치, 76.2 cm에서의 위치)에서, 용기-플랜지 접합부에 위치되는 통상적인 플랜지 설계에 대한 용기의 상단부(12시 위치)(곡선(912))에서 온도가 약 1360 ℃이고 용기의 하단부(6시 위치)(곡선(916))에서 약 1140 ℃라는 것을 보여준다. 용기-플랜지 접합부에 위치되는 용기의 측면(3시 위치)(곡선(914))에서, 온도는 약 1220 ℃이다.
비교하면, 플랜지(200)에 대한 용기-플랜지 접합부에 위치되는 용기의 상단부(12시 위치)(곡선(918))에서의 온도는 약 1300 ℃이고, 용기의 하단부(곡선(922))에서 약 1075 ℃이다. 용기-플랜지 접합부에 위치되는 용기의 3시 위치(곡선(920))에서, 온도는 약 1220 ℃이다.
도 11 및 도 12에 대한 데이터는, 본 개시 내용의 실시예에 따른 플랜지가, 용기의 상단부에 근접한 플랜지 내의 전류를 플랜지의 다른 영역으로 재-분배하는 것에 의해서, 플랜지가 부착되는 용기의 기능을 위험하게 하지 않으면서, 큰 전류(예를 들어, 8000 암페어 초과)를 운반할 수 있다는 것을 보여준다. 부가적으로, 그러한 데이터는, 본원의 여러 실시예에서 설명된 바와 같은 플랜지 설계를 이용하여, 전류 분배 및 온도 균일성이 개선될 수 있다는 것을 보여준다. 예를 들어, 약 -25 인치의 위치(도 11의 선(924))에서, 통상적인 플랜지를 이용하는 용기의 외주 주위(상단부, 측면, 하단부)의 전류 밀도는 약 5.5 내지 약 7.25 amps/mm2의 범위에 걸쳐 변경되고, 그 차이는 약 1.75 amps/mm2 또는 약 24.1%이다. 플랜지(200)의 경우에, 용기의 외주 주위의 전류 밀도는 약 6.15 amps/mm2 내지 약 6.75 amps/mm2의 범위에 걸쳐 변경되고, 그 차이는 약 0.6 amps/mm2 또는 약 8.9%이다.
도 12의 약 -25 인치의 위치(도 12의 선(926))에서, 통상적인 플랜지(800)를 이용하는 동안 용기 온도는 용기의 외주 주위에서 약 1170 ℃ 내지 약 1225 ℃의 범위에 걸쳐 변경되고, 그 차이는 약 55 ℃ 또는 약 5.5%이다. 플랜지(200)의 경우에, 동일한 위치에서, 온도는 용기의 외주 주위에서 약 1180 ℃ 내지 약 1210 ℃의 범위에 걸쳐 변동되고, 그 차이는 약 30 ℃ 또는 약 2.5%이다. 그에 따라, 양 플랜지 설계에 대해서 도관의 중심(위치 0)에서 실질적으로 균일한 것에 근접하는 온도를 데이터가 보여주지만, 본원에서 설명된 실시예에 따른 플랜지를 이용하는 용기는, 통상적인 플랜지 보다, 플랜지-용기 접합부에서, 특히 전극 부분에 가장 가까운 위치에서 더 낮은 전류 밀도, 및 플랜지에 더 근접하여 더 큰 외주방향 온도 균일성을 나타낼 수 있고, 그리고 플랜지들 사이의 용기의 상당한 길이에 걸쳐 상당한 전류 밀도 및 온도의 균일성을 유지할 수 있다.
본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고도, 본 개시 내용의 실시예에 대한 여러 가지 수정 및 변경이 이루어질 수 있다는 것이 관련 기술 분야의 통상의 기술자에게 명확할 것이다. 그에 따라, 본 개시 내용은, 첨부된 청구항 및 그 균등물의 범위 내에 포함되는 한, 그러한 실시예의 수정 및 변경을 포함하기 위한 것이다.
Claims (48)
- 용융 재료를 프로세싱하기 위한 장치이며, 장치는:
벽을 포함하고, 용융 재료를 이송하도록 배열되는 금속 용기; 및
상기 금속 용기에 부착되고 상기 금속 용기의 벽에 전류를 전달하도록 구성된 적어도 하나의 플랜지를 포함하고, 상기 적어도 하나의 플랜지는:
폐쇄 루프로 상기 금속 용기 주위로 완전히 연장되는 제1 링으로서, 상기 제1 링은 제1 두께를 가지는 제1 부분 및 상기 제1 두께와 상이한 제2 두께를 가지는 제2 부분을 포함하고, 상기 제1 부분이 상기 제2 부분과 상기 벽 사이에 배치되도록, 그리고 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분이 상기 금속 용기 주위로 완전히 연장되지 않도록, 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분은 상기 플랜지의 평면 내에서 중첩되는, 제1 링;
최외측 링으로서, 상기 최외측 링의 두께는 상기 금속 용기 주위의 각도 위치의 함수에 따라 달라지는, 최외측 링; 및
상기 최외측 링에 부착되는 전극으로서, 상기 전극에 인접한 상기 최외측 링의 부분은 상기 전극에 대향되는 상기 최외측 링의 부분보다 두꺼운, 최외측 링을 포함하는,장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1 링의 제1 부분의 두께는 상기 제1 링의 제2 부분의 두께보다 얇은, 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1 링 주위에서 폐쇄 루프로 연장되는 제2 링을 더 포함하는, 장치. - 제3항에 있어서,
상기 제2 링의 두께는 상기 제2 부분의 두께 보다 두꺼운, 장치. - 제3항에 있어서,
상기 제1 링은 제1 금속을 포함하고, 상기 제2 링은 상기 제1 금속과 상이한 제2 금속을 포함하는, 장치. - 제3항에 있어서,
상기 제2 링이 상기 최외측 링인, 장치. - 제1항에 있어서,
상기 플랜지의 평면 내에서 상기 금속 용기의 중심선으로부터 그리고 그에 수직으로 연장되는 제1 반경방향 선 상에서, 상기 제1 반경방향 선은 상기 제1 링의 제1 부분과 교차되고 상기 제1 링의 제2 부분과 교차되지 않는, 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1 링은 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 사이에 배치된 제3 부분을 더 포함하고, 상기 제3 부분은 상기 금속 용기 주위로 완전히 연장되지 않는, 장치. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 금속 용기의 길이방향 축에 수직인 평면 내의 금속 용기의 횡단면적 형상이 길다란, 장치. - 적어도 하나의 전기 플랜지에 부착된 금속 용기에 전류를 공급하도록 구성된 적어도 하나의 전기 플랜지를 포함하는 전기 가열식 금속 용기를 제조하기 위한 방법으로서, 상기 적어도 하나의 전기 플랜지는 상기 금속 용기의 중심선에 실질적으로 수직인 평면 내에서 상기 금속 용기를 둘러싸는, 방법이며, 상기 방법은:
(a) 적어도 하나의 전기 플랜지를 매개변수화하는 단계로서, 상기 적어도 하나의 전기 플랜지는 제1 금속을 포함하는 제1 링 및 제1 금속과 상이한 제2 금속을 포함하는 제2 링을 포함하고, 상기 단계는:
상기 제1 링은 상기 금속 용기 주위로 폐쇄 루프로 완전히 연장되고, 상기 제1 링은 복수의 반경방향 중첩 부분을 포함하고, 상기 반경방향 중첩 부분은 제1 두께를 포함하는 제1 부분 및 제1 두께와 상이한 제2 두께를 포함하는 제2 부분을 포함하고, 상기 제1 부분과 제2 부분은 상기 제1 부분이 상기 제2 부분과 금속 용기 사이에 위치되도록 플랜지의 평면에서 중첩되고, 상기 반경방향 중첩 부분 중 어느 것도 상기 금속 용기 주위로 완전히 연장되지 않으며,
상기 제2 링은 상기 제1 링 주위로 연장되고 상기 제2 링에 부착된 전극을 포함하고, 상기 제2 링의 두께는 상기 금속 용기 주위의 각도 위치의 함수로서 달라지고, 상기 전극에 인접한 상기 제2 링의 부분은 상기 전극에 대향되는 상기 제2 링의 부분보다 두껍고,
상기 매개변수화하는 단계는 상기 제1 부분 및 제2 부분의 두께, 형상, 및 위치를 결정하는 것을 포함하는, 매개변수화하는 단계;
(b) 상기 적어도 하나의 전기 플랜지를 통해서 상기 금속 용기에 공급되는 전체적인 미리 결정된 전류에 대해서, 제1 위치에서의 상기 제1 링 내의 전류 밀도를 계산하는 단계로서, 상기 제1 위치는 상기 적어도 하나의 전기 플랜지 상의 또는 내의 임의의 위치인, 단계; 및
(c) 상기 제1 위치에서의 전류 밀도와 상기 금속 용기의 상단부에서 상기 적어도 하나의 전기 플랜지 내의 전류 밀도 사이의 차이가 미리 결정된 값 보다 큰 경우에, 상기 제1 부분 및 제2 부분 중 적어도 하나에서의 크기, 형상 및 위치 중 적어도 하나를 수정하는 단계; 그리고
(e) 상기 제1 위치에서의 전류 밀도 및 상기 금속 용기의 상단부에서 플랜지 내의 전류 밀도가 상기 미리 결정된 값 미만이 될 때까지, 상기 단계(b) 및 단계(c)를 반복하는 단계를 포함하는,
방법. - 제12항에 있어서,
상기 단계(b)에서, 상기 금속 용기의 벽의 온도를 계산하기 위해서 상기 제1 위치에서 상기 계산된 전류 밀도를 이용하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 유리를 제조하는 방법이며:
금속 용기를 통해서 용융 유리를 유동시키는 단계로서, 상기 금속 용기는 벽, 제1 플랜지 및 상기 제1 플랜지에 인접한 제2 플랜지를 포함하고, 상기 제1 및 제2 플랜지는 각각의 용기-플랜지 접합부에서 상기 벽에 부착되며, 상기 제1 및 제2 플랜지는 상기 벽에 전류를 공급하도록 구성되며, 상기 제1 및 제2 플랜지 각각은 본체 부분으로부터 연장되는 전극 부분을 포함하고, 상기 본체 부분은 제1 금속을 포함하는 제1 링 및 상기 제1 금속과 상이한 제2 금속을 포함하는 제2 링을 포함하는, 단계;
상기 제1 및 제2 플랜지들 사이에서 상기 벽 내에 전류를 구축하는 단계를 포함하고; 그리고
상기 제1 링은 상기 금속 용기 주위로 폐쇄 루프로 완전히 연장되고, 상기 제1 링은 제1 두께를 포함하는 제1 부분 및 제1 두께와 상이한 제2 두께를 포함하는 제2 부분을 포함하며, 상기 제1 부분 및 제2 부분은 상기 제1 부분이 상기 제2 부분과 금속 용기 사이에 위치되도록 플랜지의 평면에서 중첩되고, 상기 제1 부분 및 제2 부분 중 어느 것도 상기 금속 용기 주위로 완전히 연장되지 않으며;
상기 제2 링은 상기 제1 링 주위로 연장되고 상기 제2 링에 부착된 전극을 포함하고, 상기 제2 링의 두께는 상기 금속 용기 주위의 각도 위치의 함수로서 달라지고, 상기 전극에 인접한 상기 제2 링의 부분은 상기 전극에 대향되는 상기 제2 링의 부분보다 두껍고,
상기 제1 및 제2 플랜지의 전극 부분에 가장 가까운 상기 벽 상의 위치에서 상기 제1 플랜지로부터 상기 제2 플랜지까지 연장되는 벽 상의 선을 따라서, 상기 선을 따른 전류 밀도가 상기 용기-플랜지 접합부에서 최소인, 방법. - 제14항에 있어서,
상기 선 상의 최대 전류 밀도와 상기 최소 전류 밀도 사이의 차이가 10% 이하인, 방법. - 삭제
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