KR20050035499A - 유리 용융물의 정제 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유리 용융물의 수용을 위해 본질적으로 수평적으로 배열된 가열가능한 관형 구조(4)를 포함하는 유리 용융물 정제 장치에 관한 것으로, 상기 관형 구조(4)는 내화재(2,6)에 의해 외주면을 따라 둘러싸이고, 상기 관형 구조(4)의 내부 표면(3,7)은 적어도 몇몇 단편들의 금속으로 구성된다. 본 발명에 따르면, 상기 장치는 상기 관형 구조(4)가 본질적으로 수평 방향(B)에서 확장되고, 이에 따라, 상기 유리 용융물의 흐름 방향에 대해 횡으로, 그리고 중력 방향에 대해 횡으로 확장되는 비-원형 윤곽을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따라 선택된 상기 윤곽으로 인해, 기포들이 상기 유리 용융물로부터 빠져나가기 위해 이동해야 하는 경로가 상대적으로 짧아진다. 동시에, 상기 흐름 방향에 대해 횡으로 확장되는 것으로 인해 높은 대량 처리가 상기 장치에서 달성될 수 있다.

Description

유리 용융물의 정제 장치{APPARATUS FOR REFINING A GLASS MELT}
본 발명은 유리 용융물, 특히 고-용융 광학 유리의 정제 장치에 관한 것이다.
끊임없이 증가하는 품질 요구 및 더욱 엄격해진 품질 조건들이 더욱더 균일한 유리 및 유리 세라믹스들을 제조하는 유리 제조업자들을 압박하고 있다. 이는 또한 상기 유리 용융물에 남아있을지 모르는 기포들을 제거하기 위해 유리 제조시에 수행되어야 하는 상기 유리 용융물의 정제 단계에 매우 높은 요구조건들을 부여한다. 이러한 목적을 위해, 정제 챔버 또는 정제 배스에서 상기 유리 용융물을 정제하는 것이 일반적이다.
도 1 은 종래 기술에 따른 정제 챔버의 단면도를 도시한다. 상기 정제 챔버는 정제 목적을 위해 유리 용융물(51)이 수용되는 원통형 튜브(50)로 구성된다. 상기 원통형 튜브(50)는 높이 H 까지의 유리 용융물(51)로 채워지고, 상기 레벨 H 이상에서는 다량의 가스(53)가 존재한다. 도 1 에 도시된 바와 같이, 기포들(52)은 계면에서 상기 다량의 가스(53) 속으로 떠오르기 위해 상기 유리 용융물(51) 내에서 중력 g 와 반대 방향으로 상기 유리 용융물(51)과 다량의 기체(53) 사이의 계면을 향하여 상승한다. 상기 원통형 튜브(50)는 본질적으로 수평으로 배열되는데, 즉, 중력 g 의 방향에 대해 대체로 수직으로 배열된다.
종래 기술에 따르면, 정제 챔버들은 통상적으로 원통형 튜브로 구성되는데, 이는 특히 표준 공구들을 이용하여 상기 정제 챔버를 제조하기가 용이하기 때문이다. 도 1 에 도시된 원통형 튜브들은 또한 적당한 금속들, 특히 귀금속으로 구성된 표준 윤곽들로서 얻어질 수 있고, 이에 따라, 간단한 방법으로 추가적으로 가공될 수 있다. 또한, 상기 원통형 관형 몸체의 비교적 간단한 구조는 비교적 간단한 방법으로 수학적으로 계산될 수 있고 또는 시뮬레이션될 수 있는 간단한 흐름 및 혼합비로 귀결된다. 따라서, 상기 정제 조건들은 더욱더 적합하게 선택되어, 더욱 균질인 유리 또는 유리 세라믹스들이 제조될 수 있다.
그러나, 경제적인 제조를 위해, 상기 정제 챔버는 가능한한 높은 처리능을 가지도록 또한 보장되어야 한다. 이것은 절충이 요구된다. 도 1 에 도시된 바와 같이 상기 유리 용융물(51)의 최적의 정제를 위해서는, 상기 유리 용융물(51)과 가스(53) 사이의 계면은 가능한한 커야한다. 실무적으로, 이것은 상기 유리 레벨 H 를 상기 원통형 튜브(50) 직경의 절반으로 한정한다. 다시 말하면, H 가 상기 원통형 튜브(50) 내에서 최대 유리 레벨인 경우 그리고 B 가 상기 원통형 튜브(50)의 최대 너비인 경우, 종래 기술에 따르면 H/B ≒ 0.5 이다.
상기 대량 처리능을 증가시키기 위해, 비-원형 윤곽을 갖는 정제 배스들이 또한 제안되었다. 큰 용량을 위해서, 이러한 정제 배스들은 수직 방향에서 더욱 깊게 만들어지는데, 즉, 중력 방향 g 에 대체로 평행하게, 예를 들면, 타원형 윤곽을 갖도록 구성된다. 따라서, 기포들은 유리 용융물과 기체 사이의 계면에 이르는 비교적 긴 경로를 이동해야한다. 또한, 상기 계면의 크기는 상대적으로 작은데, 이것은 상기 정제 공정의 효율을 감소시키고, 상기 정제 배스에서의 상기 유리 용융물의 높은 잔류 시간을 야기하고, 이에 따라 대량 처리를 감소시킨다. 또한, 상술한바에 따른 채널형 정제 배스들은 상부가 개방되는데, 이것은 열적인 문제점들로 귀결되고, 특히, 상기 유리 용융물의 정확하고 균일한 온도 제어를 어렵게 만든다. 또한, 상기 정제 배스속으로 불순물들이 방해받지 않고 통과될 수 있다.
본 발명의 목적은 효율적인 정제 공정을 수행하는데 이용되고 동시에 높은 대량 처리능력을 갖는 유리 용융물 정제 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 상기 유리 용융물에 대한 온도 조건들이 유연성있게 설정되거나 또는 조절될 수 있고, 더욱 낮은 비용으로 제조될 수 있는 반면, 효율적인 정제 공정을 보장하고 동시에 높은 대량 처리능을 갖는 유리 용융물 정제 장치를 제공하는 것이다.
이러한 목적은 청구범위 제 1 항에 따른 특징들을 갖는 정제 장치들에 의해 달성된다. 바람직한 실시예들이 종속항들의 요지를 구성한다.
본 발명에 따른 유리 용융물 정제 장치는 상기 유리 용융물을 수용하기 위해 대체로 수평으로 배열된 가열가능한 관형 구조를 갖는데, 여기서, 상기 관형 구조는 내화재에 의해 외주면을 따라 대체로 둘러싸이며, 상기 관형 구조의 내부 표면은 적어도 몇몇 단편들의 금속으로 구성된다. 본 발명에 따르면, 상기 장치는 상기 관형 구조가 대체로 수평 방향으로 확장되는 비-원형 윤곽을 갖는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명은 원형 윤곽 또는 중력 방향으로 더 깊게 형성되지만 상대적으로 좁은 윤곽을 갖는 상기 정제 챔버의 구성에 있어서의 종래 이론으로부터의 출발을 기초로 한다. 본 발명에 따르면, 상기 윤곽은 중력 방향에 대해 횡으로 다소 확장되고 중력 방향에서 상대적으로 납작하다. 상기 유리 용융물과 그 위에 위치된 가스 사이의 비교적 큰 계면은 따라서 상기 유리 용융물로부터 상기 가스로의 기포의 배출을 위해 제공된다. 상기 기포들 상기 기체 속으로 통과되기 위해 상대적으로 짧은 경로만을 이동한다는 것이 또한 유리하다. 또한, 대량 처리능이 상기 정제 챔버의 최대 너비를 결정하고 상기 정제 챔버에서 최대 유리 레벨을 상응하게 조절함에 의해 매우 간단한 방법으로 결정될 수 있다. 전체적으로, 따라서 상기 정제 챔버는 달성될 상기 대량 처리능을 맞추기 위해 간단한 방법으로 규모가 정해진다.
이하 사용되는 관형 구조 또는 튜브라는 용어는 본 발명에 따른 비-원형 윤곽을 갖는 중공형 몸체를 의미하는 것으로 이해되어야 하는데, 이것은 주로 상기 유리 용융물을 수용하거나 예를 들어 용융 배스에 연결된 튜브 입구로부터 상기 유리 용융물을 예를 들어 하류 유리 성형 단계로 연결되는 튜브 출구로 이어지도록 구성된다. 외주 방향에서, 상기 관형 구조는 원칙적으로 2 또는 그 이상의 부품들로 구성되도록 설계될 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 가열가능한 관형 구조는 내화재, 특히, 내화 세라믹에 의해 외주면을 따라 둘러싸인다. 상기 내화재는 1 또는 그 이상의 부품들로 구성되는 몸체로 구성되는 것이 바람직하고, 정제될 상기 유리 용융물의 산화 방지 및 충분한 단열 작용을 하는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 상기 내화재로 구성된 몸체는 충분한 열적 질량을 구비하여, 정제될 상기 유리 용융물의 온도가 더욱 균일한 정제를 보장하기 위해 미리 결정된 한계 내에서 안정적인 방법으로 제어될 수 있다.
상기 관형 구조 또는 상기 관형 구조 내에 있는 정제될 유리 용융물은 상부에서 밀폐되기 때문에, 의도하지 않게 불순물 등이 정제될 상기 유리 용융물 속으로 통과되는 것은 가능하지 않다.
본 발명에 따르면, 상기 관형 구조의 내부 표면은 상기 정제 작업 동안에 상기 유리 용융물과 직접적으로 접촉하는 적어도 상기 영역에서 금속으로 형성되고, 상기 금속은 바람직하게는 상기 유리 용융물과 비활성적으로 또는 적어도 낮은 활성을 가지고 반응하여, 상대적으로 낮은 흡광계수를 갖는 광학 유리들도 제조될 수 있다.
본 발명에 따르면, 둥글지 않은 모든 윤곽들이 비-원형 윤곽들로서 이용될 수 있다. 연속적으로 둥글지 않은 윤곽들, 예를 들면, 타원형 윤곽들, 쌍곡선형 윤곽들 또는 가장자리 영역이 둥근 윤곽들이 상기 관형 구조의 수평 위치에서 흐름 방향 및 중력 방향에 대해 횡으로 확장되는 구조로서 이용될 수 있다. 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 관형 구조의 윤곽은 대체로 직사각형인데, 이는 직사각형 윤곽이 특히 유리하게 간단한 방법으로 제조될 수 있고, 흐름 및 혼합비들이 직사각형 트로프(trough) 몸체들에서 비교적 간단하게 계산 또는 시뮬레이션될 수 있기 때문이다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 관형 구조의 직사각형 윤곽은 모따기되어 상기 윤곽은 대체로 사다리꼴 또는 다각형에 상응하게될 수 있다. 상기 관형 구조의 직사각형 윤곽의 코너 영역은 또한 라운딩될 수 있는데, 이는, 이러한 방법으로 상기 관형 형태에서 열적 변형이 더욱 감소되고 더욱 균일한 흐름 및 혼합비가 달성될 수 있기 때문이다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 관형 구조의 비-원형 윤곽은 상기 관형 구조의 최대 너비에 대한 상기 관형 구조의 최대 높이의 비율이 약 0.5 미만, 바람직하게는 0.5 보다 상당히 더 작게 선택된다.
분리되어 독립적으로 또한 청구될 수 있는 바람직한 실시예에 따르면, 상기 관형 구조는 상기 내화재로 구성된 하부 부품 및 상부 부품에 의해 형성되는데, 여기서 상기 유리 용융물을 수용하는 채널은 상기 하부 부품 내에 구성된다. 전체적으로, 따라서, 상기 정제 장치의 2-부품 구성이 달성될 수 있다: 이에 반하여, 상기 관형 구조의 윤곽은 상기한 바와 같이 상기 하부 부품 내에서 상기 채널을 적당히 성형함에 의해 결정될 수 있고, 상기 상부 부품은 상기 채널을 폐쇄하고 정제 동안에 상기 채널의 적당한 열적 조건들을 결정하는 작용을 한다. 높은 가공 비용이 상기 하부 부품의 적당한 성형의 관점에서만 투자되어야 함에 반해, 상기 상부 부품은 또한 예를 들면 내화재로 구성된 판들, 특히 세라믹판들과 같은 표준 구성요소들로 형성될 수 있다는 점에서 유리하다.
바람직하게는, 상기 하부 부품은 상기 상부 부품을 지지하기 위한 상부 가장자리를 구비한다. 상기 가장자리는 납작한 평면을 형성하여 판형 몸체로서 구성된 상부 부품이 상기 채널을 폐쇄하기 위해 상기 하부 부품 상에 놓여지는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같은 2-부품 구성으로 인하여, 상기 정제 작업 동안에 특히 상부 열이 발생하는 것이 또한 가능하다. 따라서, 상기 상부 부품은 열을 상기 유리 용융물의 표면 상으로 방출하고, 이에 따라 상기 유리 용융물은 간접적으로 또한 가열될 수 있다. 이는, 강한 증발 경향을 갖는 성분들(예를 들면 B2O3, P2O 5)을 갖는 유리들의 경우에, 어떠한 강한 와류성의 파괴적인 영향이 상기 유리 용융물의 액체 레벨 이하에서 즉시 발생하지 않는다. 이러한 것들은 그렇지 않으면 휘발성 성분들을 휩쓸어 가고, 이는 상기 유리의 조성의 변화로 귀결될 수 있다. 또한, 상기 정제 장치의 필터 설비의 블로킹이 이에 따라 회피된다. 상기 상부 열은 또한, 특히 상기 유리 용융물의 상대적으로 높은 표면 온도들이 달성될 수 있어서, 상기 표면 영역 내 기포들의 분출이 보장될 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 하부 부품 및 상부 부품은 독립적으로 전기적으로 가열될 수 있고, 이에 따라 상기 정제 작업을 위한 온도 조건들은 더욱 다양한 방법으로 결정될 수 있다. 상기 하부 부품 및 상부 부품 사이의 전기적인 절연을 위해, 절연재료로 구성된 간격편이 상기 하부 부품과 상부 부품 사이, 예를 들면, 상기 하부 부품의 상부 가장자리 상에 제공될 수 있다. 상기 간격편은 정제될 상기 유리 용융물을 더욱 좋은 방법으로 주위 대기로부터 분리하기 위해 액체에 의해 또한 냉각될 수 있다. 특히, 주위 조건들의 감소가 따라서 상기 관형 구조 또는 상기 정제 장치의 채널 내에서 수행될 수 있다.
또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 상기 하부 부품 및 상부 부품의 내부 표면들은 비활성 또는 낮은-활성 금속들로 완전히 형성된다. 따라서 상기 주변 내화재의 부식이 방지되고 상기 정제 장치의 장기간의 작동이 보장된다.
이러한 목적을 위해, 상기 하부 부품 및/또는 상부 부품의 내부 표면은 금속 시트로 완전히 라이닝될 수 있다. 상기 금속 시트는 적당한 윤곽을 갖는 관형 또는 채널형 몸체를 형성하기 위해 적당한 성형 도구들을 이용하여 간단한 방법으로 미리 성형될 수 있다. 이러한 관형 또는 채널형 금속 시트 몸체는 그 다음 상기 하부 부품 내에 적당하게 구성된 리세스 내에 삽입되거나 놓여질 수 있고, 상기 상부 부품에 할당된 금속 시트는 납작하고 표준 금속 시트로부터 적당한 방법으로 절단될 수 있는 것이 바람직하다. 상기 금속 시트들은 1 또는 그 이상의 부품으로 구성될 수 있다. 다수의 부품들로 구성된 금속 시트들은 서로 용접될 수 있거나 또는 서로 맞대어질 수 있다. 상기 금속 시트들은 예를 들면 리테이닝 클램프, 스크류 커넥션 또는 비-확동(non-positive) 연결 기술에 의해 하부 부품 및/또는 상부 부품에 연결될 수 있다.
또한, 상기 하부 부품 및 상부 부품의 금속 라이닝은 서로 연결되거나 또는 연결될 수 있어서, 상기 하부 부품 및 상부 부품은 전기적으로 공동으로 가열될 수 있다. 이는 상기 정제 장치를 전기적으로 가열하기 위해 요구되는 전력 공급장치의 수를 최소화하고 상기 정제 장치의 제조 비용을 감소시킨다.
대안적으로, 상기 금속은 상기 하부 부품 및/또는 상부 부품의 내부 표면 상에서 예를 들면 플라즈마 또는 불꽃 분사에 의해 분사될 수있다. 전체 표면의 밀착성 금속 라이닝은 또한 이러한 방법으로 형성될 수 있고, 이에 따라, 상기 유리 용융물은 상기 내화재와 직접적으로 접촉하지 않거나 또는 부식성 증기들이 상기 내화재를 분해시키지 않는다.
또 다른 실시예에 따르면, 세라믹 형태의 내화재는 적당한 내부 윤곽을 갖는 금속 시트의 외부 표면 상에 분사될 수 있다. 상기 실시예에서, 먼저 금속 시트들로 구성된 금속 구조가 적당한 관형 또는 채널형 내부 횡단면을 갖도록 구성된다. 그 다음 상기 관형 구조를 둘러싸는 세라믹 몸체 또는 상기 금속 구조로 구성된 채널이 형성되어 산화로부터 상기 금속 시트들을 보호하고 정제될 상기 유리 용융물을 열적으로 절연하기 위한 적합한 열적 질량을 가지게 될때 까지 상기 금속 구조의 외측 상에 세라믹이 분사된다. 바람직하게는, 이를 위해 Al2O3 또는 ZrO2 로 구성된 세라믹 층들이 이용된다. 상기 세라믹 외부층으로 인해, 특히 공기에 의한 외부로부터의 금속 구조상의 산화 공격이 저하될 수 있고, 귀금속의 증발이 감소될 수 있으며, 전체적으로 상기 장치들의 수명이 유리하게 증가될 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 정제 장치의 관형 구조 또는 채널에는 전기적 접속을 통하여 저항 가열기들에 의해 하부 부품 및 상부 부품을 가열하기 위해 적어도 하나의 전력 공급장치가 할당된다. 물론, 상기 정제 장치들은 원칙적으로 유도가열 또는 불꽃가열에 의해 또한 가열될 수 있다.
상기 금속 또는 금속 라이닝은 또한 종방향에서 다수의 단편들로 분할될 수 있으며, 개별적인 전력 공급장치들이 상기 단편들 각각에 할당되어, 상기 단편들이 독립적으로 가열되고 상이한 온도로도 가열될 수 있다. 따라서 상기 정제 작업을 위한 흐름 및 혼합 비율은 더욱 유연한 방법으로 결정될 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 관형 구조 또는 채널의 윤곽에 상응하는 윤곽을 갖는 금속 시트가 상기 정제 장치들의 관형 구조 또는 채널 내에서 상기 유리 용융물의 흐름 방향에 대해 횡으로 배열되어서, 상기 관형 구조 또는 채널 내의 유리 용융물의 중심 흐름이 적어도 방해되고 바람직하게는 방지된다. 상기 금속 시트는 상기 관형 구조 또는 채널의 중앙에 배열되는 것이 바람직하다.
상기 관형 구조 또는 채널을 라이닝하는데 사용되는 상기 금속들은 비활성이거나 또는 상대적으로 낮은 활성을 갖는 금속들, 특히, 상기 유리 용융물을 단지 약간만 착색시키는 그러한 금속들인 것이 바람직하고, 이에 따라, 상대적으로 낮은 흡광계수를 갖는 광학 유리들도 제조될 수 있다. 특히 바람직하게는, 상기 금속은 다음 재료들 중 1 또는 그 이상으로 구성된다: 귀금속, Pt, PtRh, 특히 PtRh10, PtAu, 특히 PtAu5, PtIr, 니켈계 합금, 코발트계 합금.
본 발명에 따라 이용되는 상기 귀금속 합금들은 바람직하게는 분말야금 방법에 의해 제조되지 않는 소위 ODS 합금들(산화물-분산-강화 합금)이다. 특히, 분말야금 방법에 의해 제조되지 않는 PtRh10, PtAu5 를 기초로 하는 ODS 합금들은 예를 들면 용접과 같은 그것들의 가공 면에서 상당히 개선된 거동을 나타낸다. 이러한 합금들 또는 분산질들의 분산은 내부 산화에 의해 형성되는 것이 바람직하다.
상기 귀금속 합금들은 용융 또는 분말야금에 의해 또한 제조될 수 있고, 백금계 합금들이 특히 더 선호된다.
본 발명의 바람직한 실시예들은 아래에서 첨부된 도면들을 참조로 기술되며, 또 다른 특징들, 장점들 및 목적들은 그것들로부터 나온다.
도면에서, 동일한 도면부호는 동일하거나 또는 대체로 동일한 기능을 갖는 구성요소들 또는 구성요소들의 그룹을 지칭한다.
도 2 는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 정제 장치들의 단면 사시도를 도시한다. 유리 용융물을 수용하고 상기 유리 용융물을 입구로부터 출구로 이어주는 상기 정제 챔버(1)만이 도시된다. 상기 정제 챔버(1)는 그 내부에 통형상 또는 트로프 형상의 채널(4)이 형성되는 하부 부품(2)과, 상기 채널(4)을 상부에서 폐쇄하는 대체로 판형상의 상부 부품(6)을 포함한다.상기 하부 부품(2) 및 상부 부품(6)은 예를 들면, 내화 세라믹과 같은 내화재로 구성된다. 상기 하부 부품(2) 및 상부 부품(6)의 내부 표면(3,7)은 금속으로 형성된다. 도 2 에 도시된 바와 같이, 상기 채널(4)의 윤곽은 최대 너비 B 및 최대 높이 h 를 갖는 대체로 직사각형이다. 상기 채널(4)의 윤곽은 비-원형이고 대체로 수평 방향에서 확장되고 중력 방향 g 에 수직이다. 본 발명에 따르면, 상기 비율 h/B 는 약 0.5 보다 더 작게, 바람직하게는 0.5 보다 상당히 더 작게 선택된다. 작업 동안에, 대량 처리능은 상기 채널(4)이 상기 최대 내부 높이 h 까지에는 완전히 도달하지 않게 상기 유리 용융물로 채워지도록 선택된다. 따라서 다량의 가스는 도 1 을 참조로 상술된 바와 같이 상기 유리 용융물의 표면 위에 남아있게 된다.
상기 채널(4)의 내측은 적어도 상기 유리의 특정 레벨까지에 이르며, 바람직하게는 상기 상부 가장자리(5)에 까지 이르는 금속으로 구성되고, 상기 금속은 상기 유리 용융물과 접촉할 때 가능한한 약하게 반응해서, 상기 유리 용융물의 조성은 대체로 상기 금속에 의해 전혀 영향받지 않는다.
상기 상부 부품(6) 내측 상의 금속(7)은 상부 부품(6)의 부식 보호체로서 작용하여, 상기 유리 용융물로부터 나오는 격렬한 부식성 증기들이 상기 상부 부품(6)을 분해시키지 않는다.
상기 상부 부품(6)이 하부 부품(2)의 상부 가장자리(5) 상에 놓여지는 도 2 에 도시된 위치에서, 절연 재료로 구성된 간격편(도시되지 않음)이 상기 상부 부품(6)과 하부 부품(2) 사이에 배열되고, 이에 따라, 상기 금속재 내측(3,7)은 서로 전기적으로 격리된다. 상기 절연 간격편은 또한 예를 들면 액체에 의해 또는 수냉식으로 냉각될 수 있어서, 적절한 용융점을 갖는 밀봉편들이 사용될 수 있다.
도 2 에 도시된 바와 같이, 상기 하부 부품(2)의 금속층(3)은 전기 접속구(8)를 통하여 전력 공급장치(9), 특히 AC 전압원에 연결되고, 상기 상부 부품(6)의 금속층(7)은 전기 접속구(10)를 통하여 제 2 전압 공급장치(11), 특히, AC 전압원에 연결된다. 상기 상부 부품(6) 및 하부 부품(2)은 따라서 저항 가열기에 의해 독립적으로 가열될 수 있다. 상기 채널(4)의 종방향에서, 다수의 단편들이 상기 하부 부품(2) 및/또는 상부 부품(6) 내에 또한 제공될 수 있는데, 상기 단편들은 서로 독립적으로 전기적으로 가열될 수 있다.
상기 전력 공급장치(9,11)는 상기 하부 부품(2) 및/또는 상부 부품(6)의 미리 결정된 온도를 달성하도록 제어될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 상기 하부 부품(2) 및/또는 상부 부품(6)의 온도가 또한 감지될 수 있다.
도 3a 는 도 2 의 정제 챔버의 단면도를 도시한다. 도 3a 에 따르면, 상기 하부 부품(2) 및 상부 부품(6) 상의 금속층(3) 및 금속층(7)에는 각각 예를 들면 불꽃 또는 플라즈마 분사에 의해 분사된다. 이렇게 형성된 상기 금속층(3,7)은 상기 하부 부품(2) 및 상부 부품(6)의 내부 표면을 충분한 두께로 완전히 덮어서, 높은 가열 전력을 가지고도 전기 저항 가열이 가능하게 된다. 상기 하부 부품(2) 내에 상기 채널(4)를 형성하기 위해, 내화재, 특히, 내화 세라믹으로 구성된 판형상의 블록이 적당하게 처리될 수 있고, 또는 상기 내화재로 구성된 적합한 다수의 표준 요소들, 예를 들면, L-형상 요소들 및 판형상 요소들이 미리 결정된 기하 구조를 가지고 상기 채널을 형성하도록 적당히 결합될 수 있다. 상기 상부 부품(6)은 또한 다수의 부품들로 구성될 수도 있다.
도 3b 는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 정제 챔버의 개략적인 단면도를 도시한다. 제 2 실시예에 따르면, 상기 하부 부품(2) 및 상부 부품(6)의 내부 표면들은 적합한 금속 시트로 라이닝된다. 상기 채널(4)를 형성하기 위해, 상기 시트는 통형상 또는 트로프 형상의 종방향 구조를 형성하도록 적당히 성형된다. 상기 시트 라이닝(7)은 다른 한편으로 예비성형 없이 표준 금속 시트로부터 절단될 수 있다. 물론, 상기 금속 라이닝(3,7)은 다수의 부품들로 구성될 수도 있고, 예를 들면, 서로에 대해 맞대어질 수 있고, 그리고/또는 용접과 같은 방법으로 서로 연결될 수 있다. 상기 금속 라이닝(3,7)은 하부 부품(2) 및 상부 부품(6) 상에 놓여질 수 있거나, 또는 예를 들면 리테이닝 또는 커넥팅 클램프, 스크류 커넥션 또는 적당한 비-확동 접속 기술(도시되지 않음)에 의해 후자에 연결될 수 있다.
분사 방법에 의해 형성된 금속층과 비교하여 도 3b 에 도시된 바와 같은 시트 라이닝의 장점은 특히 다음과 같다:
(1) 상기 하부 부품(2) 및/또는 상부 부품(6) 내에서 균열이 형성되는 경우에도, 상기 채널(4)로부터 유리 용융물의 이탈없이 신뢰할만한 작업이 보장될 수 있으며;
(2) 적당한 시트 처리 및 시트 성형 공구들에 의해 간단한 방법으로 시트 라이닝이 형성될 수 있고;
(3) 상기 상부 및 하부 부품, 그리고 시트 라이닝의 내화재의 재료 분리로 인하여, 상이한 열팽창이 보상될 수 있고, 예를 들어, 적합한 팽창 이음매 또는 팽창 공동들이 상기 시트 라이닝의 상당히 더 큰 열팽창을 보상할 수 있으며;
(4) 상기 상부 부품(6) 및 하부 부품(2)을 형성하는 내화재 또는 세라믹 몸체들을 이용함에 의해, 상기 시트 라이닝의 효과적인 산화 방지가 보장될 수 있고;
(5) 상기 하부 부품(2), 상부 부품(6) 및 시트 라이닝(3,7)의 재료들이 서로 연결되는 것에 대하여 그것들의 특성들을 고려하지 않고 선택될 수 있다.
도 4 는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 정제 챔버의 단면을 도시한다. 도 4 에 도시된 바와 같이, 상기 하부 부품(2)의 금속 라이닝(12) 및 상부 부품(6)의 금속 라이닝(13)은 서로 전기적으로 연결된다. 상기 금속 라이닝(12,13)은 금속 시트들로 형성될 수 있거나 또는 하부 부품(2) 및 상부 부품(6)의 내부 표면 상에서 적당한 분사 방법에 의해 분사될 수 있다. 제 3 실시예에 따르면, 상기 하부 부품(2) 및 상부 부품(6)은 전기 접속구(도시되지 않음) 및 공통 전력 공급장치를 통하여 전기적으로 공동으로 가열될 수 있으며, 이는 상기 정제 챔버(1)의 가열 비용을 감소시킨다.
본 발명에 따르면, 상기 하부 부품(2) 및 상부 부품(6)의 내부 표면의 라이닝을 위한 금속들로서 다음 재료들이 선호된다: 귀금속, 백금(Pt), PtRh, 특히 PtRh10, PtAu, 특히 PtAu5, PtIr, 니켈계 합금 또는 코발트계 함금들. 당업자들에게는 자명하게, 충분한 온도 안정성을 가지며 상기 유리 용융물과 접촉시에 비활성이거나 또는 낮은 활성을 갖는 다른 금속들을 사용하는 것도 가능하다.
특히 바람직하게는, 본 발명에 따르면, 귀금속 합금들로서, 분말야금법에 의해 제조되지 않는 ODS 합금들(산화물-분산-강화 합금)이 사용된다. 이 경우, 상기 합금 또는 분산질의 분산은 내부 산화에 의해 수행되는 것이 바람직하다. 특히, 분말야금법에 의해 제조되지 않는 PtRh10 또는 PtAu5 계 ODS 합금들은 그것들의 가공성, 특히, 용접에 있어서 유리한 거동을 나타낸다. 용융야금 또는 분말야금법에 의해 제조되는 귀금속 합금들을 이용하는 것도 또한 가능하다. 이 경우, 백금(Pt)계 귀금속 합금들이 선호된다.
상기 귀금속 합금이 약 80 중량% 내지 약 99 중량%의 백금(Pt) 함량 및 약 20 중량% 내지 약 1 중량%의 로듐(Rh) 함량, 또는 약 90 중량% 내지 약 99 중량%의 백금(Pt) 함량 및 약 10 중량% 내지 약 1 중량%의 금(Au) 함량, 또는 약 90 중량% 내지 약 99 중량%의 백금(Pt) 함량 및 약 10 중량% 내지 약 1 중량%의 이리듐(Ir) 함량을 갖는 백금 합금으로 구성되는 경우, 가공성, 산화 거동 및 이와 유사한 것들에 관한 특히 매우 유리한 특성들이 달성될 수 있다.
상술한 설명들에 따르면 상기 정제 챔버는 원칙적으로 배치 방식으로(batch-like) 작동될 수 있다. 그러나, 상기 실시예들에 따른 정제 챔버에서는 상기 유리 용융물이 연속적으로 또는 거의 연속적으로 흘러가는 것이 바람직하다. 달성될 수 있는 대량 처리능은 이경우 유속 및 효과적인 흐름 단면에 의해 결정되고, 상기 파라미터들 B, h 및 상기 채널 또는 상기 관형 구조의 윤곽을 변화시킴에 의해 변동될 수 있다.
본 발명에 따라 높은 정제 효율을 달성하기 위해, 상기 관형 구조 또는 상기 채널의 윤곽이 상기 흐름 방향에 횡으로, 그리고 중력 방향에 수직하게 확장되는 것이 중요한데, 즉, 상기 정제 챔버의 수평 위치, 수평 방향에서 비-원형 윤곽을 형성하기 위해 확장되는 것이 중요하다. 선호되는 윤곽들이 도 5 내지 도 6b 를 참조로 하는 실시예에 의해 이하 기술될 것이다. 개시 지점은 항상 기본적인 형태로 상기 채널(4)의 최대 너비 B 및 최대 내부 높이 h 를 갖는 직사각형 윤곽이다. 도 5 내지 도 6b 에 도시된 바와 같이, 이러한 직사각형 윤곽(4)은 상기 채널(4)의 인접하는 내벽들이 서로 대체로 직각으로 만나는 코너 영역(14)을 갖는다. 이는 상기 코너 영역들(14) 내의 상기 금속 라이닝들의 국부적인 변형으로 귀결될 수 있고, 상기 채널(4)에 수용되는 상기 유리 용융물의 흐름 윤곽의 파괴로 귀결될 수 있다.
이러한 열적 변형을 줄이기 위해, 도 5 에 도시된 바와 같이, 상기 코너 영역(14)들은 모따기되고, 이에 따라, 상기 채널(4)의 윤곽은 모따기된 코너 영역(15)과 대체로 직선형 측벽(16)을 갖는 사다리꼴 측면 영역을 갖는다. 도 5 에서 오른쪽 화살표로 표시되는 바와 같이, 사다리꼴 측벽들을 갖는 이러한 윤곽들은 아치형 또는 타원형 측벽 영역들(17)을 갖는 프로파일을 형성하기 위해 또한 추가적으로 가공될 수 있다.
도 6a 에 도시된 바와 같이, 상기 채널(4)의 대체로 직사각형인 윤곽의 외측 가장자리 영역은 작업 단계에서 상기 도시된 아치형 벽 영역(17)을 형성하기 위해 성형된다. 도 6b 는 또 다른 실시예를 도시하는데, 여기서는 상기 채널(4)의 대체로 직사각형 윤곽이 작업 단계에서 계란형 또는 타원형 윤곽을 형성하도록 성형된다.
상술한 윤곽들을 제조하기 위해, 상기 금속 시트들은 CNC 밴딩법에 의해 성형될 수 있다. 물론, 상술한 윤곽들을 제조하기 위해 종래 기술로부터의 어떠한 성형 방법들도 원칙적으로 이용될 수 있다. 당업자에게는 자명한 바와 같이, 상술한 윤곽들은 물론 내화재, 특히 내화 세라믹으로부터 기본적인 주형에서 형성될 수도 있는데, 이는 그 다음 상기 내측면에 금속 피복을 형성하거나 적당한 분사법에 의해 금속으로 그것을 덮어버리기 위함이다.
상기 채널 또는 관형 구조가 금속 시트들을 성형함에 의해 제조되는 상기 제 2 및 제 3 실시예에 따른 정제 챔버들은 원칙적으로 다음과 같이 제조될 수도 있다: 먼저, 도 3b 내지 도 4 를 참조로 위에서 기술된 바와 같은 금속 시트들이 본 발명에 따른 윤곽을 갖는 상기 채널 또는 관형 구조를 형성하기 위해 적당히 성형되고; 이러한 금속 시트들의 외측들은 그 다음 내화재, 특히 내화 세라믹으로 분사되고; 예를 들면 베이킹 오븐에서 상기 내화재를 적당히 경화시킴에 따라, 상기 금속 시트들의 외측들이 그 다음 도 3b 및 도 4 에 도시된 상부 부품 및 하부 부품 방식으로 내화물로 구성된 층에 의해 둘러싸인다.
본 발명에 따른 장치들은 광학 유리들, 특히, 고-용융 광학 유리의 정제에 유리하게 이용된다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 상기와 같이 선택된 윤곽들로 인해 기포들이 상기 유리 용융물로부터 빠져나가기 위해 이동해야 하는 경로가 상대적으로 짧아지며 동시에, 상기 흐름 방향에 대해 횡으로 확장되는 것으로 인해 높은 대량 처리가 상기 장치에서 달성되고, 유리 용융물에 대한 온도 조건들이 유연성있게 설정 또는 조절될 수 있고, 저렴한 비용으로 제조될 수 있으며, 효율적인 정제 공정 및 높은 대량 처리능을 갖는 유리 용융물 정제 장치를 제공할 수 있는 탁월한 효과를 갖는다.
도 1 은 종래 기술에 따른 정제 장치의 단면도;
도 2 는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 정제 장치의 단면 사시도,
도 3a 는 도 2 의 정제 장치의 단면도;
도 3b 는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 정제 장치의 단면도;
도 4 는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 정제 장치의 단면도;
도 5 는 본 발명에 따른 가능한 직사각형 윤곽들의 개략도;
도 6a 는 본 발명에 따른 라운딩된 코너 영역을 갖는 대체로 직사각형인 윤곽의 구성; 그리고
도 6b 는 상기 정제 장치의 대체로 타원형인 윤곽의 구성을 도시한다.

Claims (19)

  1. 유리 용융물을 수용하기 위해 대체로 수평하게 배열되는 가열가능한 관형 구조(4)를 포함하며, 상기 관형 구조(4)는 외주면을 따라 내화재(2,6)에 의해 둘러싸이며, 상기 관형 구조(4)의 내부 표면(3,7)은 적어도 몇몇 단편들의 금속으로 구성되며, 상기 관형 구조(4)는 대체로 수평 방향(B)으로 확장되는 비-원형 윤곽을 갖는 유리 용융물 정제 장치에 있어서,
    상기 관형 구조는 상기 내화재로 구성되는 하부 부품(2) 및 상부 부품(6)으로 구성되고, 상기 유리 용융물을 수용하는 채널(4)이 상기 하부 부품(2) 내에 형성되며, 상기 상부 부품(6)은 상기 채널(4)을 덮도록 구성되며, 상기 하부 부품(2) 및 상부 부품(6)은 전기적으로 그리고 독립적으로 가열될 수 있는 것을 특징으로 하는 유리 용융물 정제 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부 부품(2) 및 상부 부품(6)의 내부 표면(3,7)은 완전히 상기 금속으로 형성되는 것을 특징으로 하는 유리 용융물 정제 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 하부 부품(2)과 상부 부품(6) 사이에는 절연 재료로 구성되는 간격편이 배열되어, 상기 상부 부품 및 하부 부품이 전기적으로 독립적으로 가열될 수 있는 것을 특징으로 하는 유리 용융물 정제 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 하부 부품(2)은 상기 상부 부품(6)을 지지하기 위한 상부 가장자리(5)를 갖는 것을 특징으로 하는 유리 용융물 정제 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 상부 부품(6)은 상기 채널(4)를 덮기 위해 판형상의 몸체로서 구성되는 것을 특징으로 하는 유리 용융물 정제 장치.
  6. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 하부 부품(2) 및 상부 부품(6)의 상기 내부 표면(3,7)은 금속 시트로 라이닝되는 것을 특징으로 하는 유리 용융물 정제 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 하부 부품(2) 및 상부 부품(6)의 금속 라이닝(3,7)은 서로 연결되거나 또는 연결될 수 있으며, 상기 하부 부품(2) 및 상부 부품(6)은 전기적으로 공동으로 가열될 수 있는 것을 특징으로 하는 유리 용융물 정제 장치.
  8. 제 2 항 내지 제 7 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 금속은 상기 하부 부품(2) 및/또는 상부 부품(6)의 내부 표면 상에서, 특히 플라즈마 또는 불꽃 분사에 의해 분사되는 것을 특징으로 하는 유리 용융물 정제 장치.
  9. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 내화재(2,6)는 상기 금속 시트(3,7)의 외부 표면상에 세라믹, 특히 Al2O3 또는 ZrO2 를 분사함에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 유리 용융물 정제 장치.
  10. 전 항들 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 관형 구조(4)에는 전기 접속구들(8,10)을 통하여 상기 하부 부품(2) 및 상부 부품(6)을 가열하기 위해, 적어도 하나의 전력 공급장치(9,11)가 할당되는 것을 특징으로 하는 유리 용융물 정제 장치.
  11. 전 항들 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 금속(3,7)은 종방향에서 다수의 단편들로 분할되고, 개별적인 전력 공급장치가 상기 단편들 각각에 할당되어 상기 단편들은 독립적으로 가열될 수 있는 것을 특징으로 하는 유리 용융물 정제 장치.
  12. 전 항들 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 관형 구조(4)의 윤곽은 대체로 직사각형인 것을 특징으로 하는 유리 용융물 정제 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 관형 구조(4)의 직사각형 윤곽의 코너 영역(14)은 모따기(15) 및/또는 라운딩(17)되는 것을 특징으로 하는 유리 용융물 정제 장치.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 관형 구조의 최대 너비(B)에 대한 상기 관형 구조(4)의 최대 높이(h)의 비율(h/B)은 약 0.5 보다 작고, 바람직하게는 0.5 보다 상당히 작은 것을 특징으로 하는 유리 용융물 정제 장치.
  15. 전 항들 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 관형 구조(4)에서 상기 유리 용융물의 중심 흐름을 적어도 방해하기 위해, 상기 관형 구조(4)의 윤곽에 상응하는 윤곽을 갖는 적어도 하나의 금속 시트가 상기 관형 구조(4) 내에서 상기 유리 용융물의 흐름 방향에 대해 횡으로 배열되고 바람직하게는 상기 관형 구조의 중앙에 배열되는 것을 특징으로 하는 유리 용융물 정제 장치.
  16. 전 항들 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 금속은 다음 재료들 중 1 또는 그 이상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 유리 용융물 정제 장치: 귀금속, 백금(Pt), PtRh, 특히 PtRh10, PtAu, 특히 PtAu5, PtIr, 니켈계 합금, 코발트계 합금.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 금속은 분말야금법에 의해 제조되지 않는 ODS 합금(산화물-분산-강화 합금)에 의해 형성되고, 분산질의 분산은 내부 산화에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 유리 용융물 정제 장치.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 금속은 용융 또는 분말야금에 의해 제조되는 귀금속으로 형성되는 것을 특징으로 하는 유리 용융물 정제 장치.
  19. 제 16 항 내지 제 18 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 금속은 약 80 중량% 내지 약 99 중량%의 백금(Pt) 함량 및 약 20 중량% 내지 약 1 중량%의 로듐(Rh) 함량, 또는 약 90 중량% 내지 약 99 중량%의 백금(Pt) 함량 및 약 10 중량% 내지 약 1 중량%의 금(Au) 함량, 또는 약 90 중량% 내지 약 99 중량%의 백금(Pt) 함량 및 약 10 중량% 내지 약 1 중량%의 이리듐(Ir) 함량을 갖는 백금 합금으로 구성되는 것을 특징으로 하는 유리 용융물 정제 장치.
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