KR20080108915A

KR20080108915A - 유리 또는 플로트 유리의 제조에 사용되는 유리 또는 용융금속의 유량 측정 방법 및 측정 어셈블리의 이용

Info

Publication number: KR20080108915A
Application number: KR1020080054374A
Authority: KR
Inventors: 쿠네르트 크리스티안; 에케르트 스펜; 게르베트 군터; 군트룸 토마스
Original assignee: 쇼오트 아게
Priority date: 2007-06-11
Filing date: 2008-06-10
Publication date: 2008-12-16
Also published as: DE102007027362B3; JP2008304461A

Abstract

본 발명은 미리 결정된 주파수를 갖는 초음파 측정 신호들을 생성하는 초음파 유량계를 이용하여 500℃ 이상의 온도에서 플로트 유리 공정 내의 고온 용융 유리 또는 용융 금속 내의 유량 측정 방법 및 상기 방법에 따라 구성된 측정 어셈블리의 이용에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 상기 초음파 유량계의 초음파 측정 신호들은 텅스텐, 몰리브덴, 니오브, 탄탈 또는 상기 원소들 중 적어도 2개의 합금 또는 조합으로 구성되며 용융물과 접촉하게 되는 도파관을 통해 용융물 내로 연결되며, 상기 용융물의 유량 또는 볼륨 및/또는 매스 관통유동이 도플러 원리에 따라 측정된다. 이 경우, 용융물에서 반사된 초음파 측정 신호들은 초음파 도파관을 통해 용융물로부터 분리되며 초음파 유량계로 되돌아온다.

본 발명에 따르면, 높은 부식성 환경에서도 접촉 없이 유동 조건들이 측정될 수 있으며 용융물 표면의 아래에서도 연속적으로 측정될 수 있다. 바람직한 적용은 플로트 유리 시스템의 용융 주석 내의 유동 조건의 측정과 관련된다.

Description

유리 또는 플로트 유리의 제조에 사용되는 유리 또는 용융 금속의 유량 측정 방법 및 측정 어셈블리의 이용{METHOD AND USE OF A MEASURING ASSEMBLY FOR MEASURING THE FLOW RATE IN A GLASS OR METAL MELT USED FOR THE PRODUCTION OF GLASS OR FLOAT GLASS}

본 발명은 특히 500℃ 이상의 온도에서, 플로트 유리(float glass)의 제조를 위한 공정 내에서 사용되는 고온 유리(hot glass) 또는 용융 금속(metal melt) 내의 유량(flow rate) 측정을 위한 방법 및 상기 방법에 따라 구성된 장치 또는 측정 어셈블리(measuring assembly)의 이용에 관한 것이다.

예를 들어 창유리, 차의 윈드스크린(windscreen), 거울과 같은, 이용되는 모든 범위의 전체 평판 유리(flat glass)의 95%는 공지된 플로트 유리 방법을 이용하여 현재 생산된다. TFT 디스플레이 등과 같은 것을 위한 얇은 판 유리(thin glass pane) 또는 유리 필름(glass film)도 또한 플로트 유리이다.

도 1은 본 발명에 따른 측정 어셈블리가 적용될 종래 플로트 유리 시스템(float glass system)의 개략적인 종단면도이다. 플로트 유리 시스템(1)은 액체 주석(liquid tin)(7)으로 구성된 긴 배스(bath)를 포함하며, 낮은 점도를 구비하고 조성 및 온도에 대하여 조절되는 용융 유리(glass melt)(8)가 일측면으로부터 연속적으로 상기 시스템으로 안내되며, 대략 3분의 2 정도 더 가벼운 상기 유리는 상기 용융 주석(7) 상에 플로팅(floating)하며 오일 막과 같이 균일하게 스프레딩(spreading)된다. 응고된 유리 스트립(glass strip)(9)은 컨베이어(10)를 통해 들어 올려진다. 상기 주석 배스(7)는 세라믹 플로어 스톤(ceramic floor stone)(2) 및 세라믹 에지 스톤(ceramic edge stone)(3)에 의해 형성된 트로프(trough) 내에 수용된다. 상기 트로프는 또한 천장 구조물(4)에 의해 상부를 향하여 밀폐되어 있다. 대기중의 산소에 의한 용융 금속의 산화 가능성 때문에 상기 장치는 전체로서 캐스팅(6)에 의해 둘러싸여지며, 따라서 상기 시스템(1) 내에서 (종종 질소 및 수소의 조합인) 보호 분위기가 유지될 수 있다.

플로트 유리의 제조는 순환하는, 연속적인 공정이다. 단위 시간당 재료 처리량(throughput)인 유리의 양, 인발 속도(drawing speed) 및 또다른 (도시되지 않은) 성형 수단(shaping means)의 변화는 평판 유리(flat glass)의 두께가 변화되도록 한다. 플로트 유리 방법은 약 0.4mm 두께부터의 유리의 제조를 가능하게 한다. 따라서 플로트 유리 시스템은 끊임없이 영구적으로 작동하며 가능한 거의 중단없이 수 년 이상 평판 유리를 제조한다. 상대적으로 대형 시스템은 대략 단위 시간당 3,000 ㎡ 또는 단위 시간당 33 ton을 산출한다. 현재 전세계에서 약 250개의 플로트 유리 시스템이 사용되는 것으로 추정된다.

주석 및 액체 유리(liquid glass)의 표면 장력의 결과로, 플로트 유리 방법에서는 매우 매끄러운 표면들이 형성된다. 그러나, 용융 주석(tin melt) 내에서, 유리 스트립의 운반 및 공정 챔버(process chamber) 내의 요구되는 온도차에 의해 용융 주석 내에 유동(flow)이 형성된다. 이러한 유동은 유리의 성형 중에 에너지 및 물질들의 전달을 보장하며, 예를 들어 플로트 유리의 표면 품질과 같은 제품 특성에 영향을 미칠 수 있다. 따라서 이러한 유동에 대한 지식 및 특히 유동 변화의 인식은 공정 제어를 위해서 매우 중요하다. 플로트 유리 시스템의 막대한 재료 처리량 및 순환하는 연속적인 작동 때문에, 특히 디스플레이(display)를 위한 얇은 유리(thin glass) 또는 무알칼리 얇은 유리(alkali-free thin glass)의 제조에서, 연속적으로 접촉 없이 작동하는 측정 방법 또는 측정 어셈블리가 바람직하다.

종래 기술에 따르면, 플로트 유리 방법의 경우, 용융 주석 내의 유동의 측정은 실절적으로 단기(short-term)의 특징을 나타내는 것으로 제한되며, 이러한 목적을 위하여 플로트(float)가 용융 주석 표면에 부착되며, 상기 플로트의 경로가 시간에 걸쳐 모니터링 된다. 플로트의 관찰은 유동에 대하여 결론이 도출되는 것을 가능하게 한다. 그러나, 이러한 측정은 진행 중인 생산으로의 개입을 요구하며 따라서 바람직하지 않은 방해이다. 따라서, 이러한 측정은 거의 실행될 수 없다. 플로트 유리 시스템의 제한된 가시성 조건의 결과로, 관찰은 단지 정량적으로 따라서 부정확하게 해석될 수 있다. 연속적인 감시는 따라서 불가능하다. 또한, 상기 플로트는 표면에 근접한 유동만 탐지한다. 용융 주석의 한가운데서의 유동에 대한 어떠한 설명도 불가능하다. 또한, 상기 유동은 용융 주석 위로 흐르는 대기에 의해 영향을 받는다.

또한 불투명 매질(media) 내의 유동의 측정을 위한 유량계들이 이 분야에서 공지된다. 이것들은 초음파 전달 시간차 방식(ultrasonic transit-time method)을 이용하여 통상적으로 작동한다. 독일 특허 출원 DE 198 12 458 C2 호는 고온 액체 또는 기체 내의 유동의 측정을 위한 초음파 유량계의 트랜스미팅(transmitting) 및/또는 리시빙(receiving) 헤드(head)를 개시한다. 상기 트랜스미팅 및/또는 리시빙 헤드는 하우징, 초음파 신호를 유동 매질로 전송 및/또는 상기 유동 매질로부터 초음파 신호를 수신하는 초음파 변환기(transducer), 및 또한 초음파 도파관(waveguide)을 포함하며, 상기 도파관을 통해 초음파 신호들이 유동 매질에 연결 및/또는 유동 매질로부터 분리된다. 상기 초음파 도파관은 높은 열 전도 저항을 갖는 신장된 혼(horn)으로 구성된다. 상기 혼의 높은 열 전도 저항의 결과로, 초음파 도파관이 짧을 때조차, 특히 압전결정체(piezoelectric crystal)와 같은, 이러한 온도에서 사용된 구성 요소가 고장 나는 경향이 있게 되거나 또는 완전히 기능적으로 부적합하게 되기 때문에, 초음파 변환기 및 트랜스미팅 및/또는 리시빙 헤드의 또 다른 구성 부재들이 150℃ 이상의 온도로 가열되는 것이 방지될 수 있다.

상기 전달 시간차 방법(transit-time difference method)에서는, 매질에서 유동의 방향으로 및 유동의 역방향으로 초음파 측정 신호들의 상이한 전달 시간이 평가된다. 그러나, 이것은 예를 들어, 독일 특허 공개 공보 DE 10 2004 044 607 A1 호에 개시된 바와 같이, 유동 매질의 대향 측면들 상에 2개의 초음파 변환기의 배치를 요구한다. 이러한 타입의 측정 어셈블리는 따라서 유리의 제조, 특히 플로트 유리의 제조에 종종 존재하는 것과 같은, (일반적으로 대향 측면들이 수 미터 떨어져 설정되는) 상대적으로 큰 체적 및 치수를 구비한 핫 존(hot zone) 내의 적용을 위해 부적합하다. 또한, 전달 시간차 원리(transit-time difference principle)에 따라 작동하는 측정 어셈블리는 고온 유리(hot glass) 또는 용융 주석 내로 초음파 도파관의 실질적으로 수직적인 함침을 요구하는데 ; 이것은 불리하다.

동독 특허 공개 공보 DD 89 030 A1 호는 높은 점성 매질의 유량의 측정을 위한 장치를 개시하는데, 이러한 장치는 완전히 상이한 측정 원리에 기초한다. 즉, 실질적으로 점형태(punctiform)의 열 소스(heat source)가 매질 내에서 온도 피크들(peaks)을 발생하도록 의도되는데 상기 온도 피크들은 유동 매질, 특히 유량 벡터(flow rate vector)에 대한 정보를 얻기 위해 구형의 주위 센서에서 검출된다.

독일 특허 공개 공보 DE 198 08 701 A1 (미국 특허 공개 공보 US 2002/0124661 A1에 대응)는 관통유동(throughflow) 측정 장치를 개시하는데 상기 장치는 전달 시간차 방법에 따른 측정 방법을 이용하며, 상기 측정 방법은 본 발명에 따른 측정 방법과 상당히 상이하다. 상기 측정 방법은 2개의 초음파 변환기의 사용을 요구하며, 이것은 비용이 많이 든다. 상기 측정 방법은 또한 낮은 비등점, 즉 기화하기 쉬운, 높은 점성을 갖는 유체, 압축성 유체(compressible liquid), 그리고 또한 예를 들어 페인트 또는 피복제의 관통유동 측정에서와 같이 높은 파티클(particle) 함량을 갖는 서스펜션(suspension) 또는 디스퍼션(dispersion)에서만 사용이 가능하다.

독일 특허 공개 공보 DE 102 29 220 A1(국제 특허 공보 WO 2004/003540 A3에 대응)는 유체의 유동학적 파라미터(rheological parameter)의 측정 방법을 개시하는데, 상기 방법은 도플러 원리에 따라 수행된다. 고온에서의 이용은 개시되지 않 는다.

미국 특허 공개 공보 US 2005/0016298 A1(미국 특허 공보 US 7,021,145 B2에 대응)는 200℃ 이상의 고온 유체 내에서 관통유동 측정을 위한 피에조 변환기(piezo transducer)의 이용을 개시한다. 그러나 상기 미국 특허 공개 공보 US 2005/0016298 A1호는 도플러 측정 법칙에 따른 측정 방법을 개시하지 않는다. 그럼에도 불구하고, 피에조 변환기 상의 온도를 낮게 유지하기 위한 목적으로 초음파 도파관 내의 열 방산을 위한 수단들, 즉 냉각 리브(rib) 및 에어 갭(air gap)의 이용이 개시된다. 그러나, 이러한 목적을 위하여, 상기 이용은 매우 낮은 열전도율, 특히 15 W/mK 미만, 더욱 바람직하게는 1 W/mK 미만의 열전도율을 갖는 재료로 구성된 도파관의 코어(core)에서 행해져야 한다.

독일 특허 공개 공보 DE 195 30 807 A1(미국 특허 공보 US 5,824,915 및 일본 특허 공보 JP 10508111 T2에 대응)는 전달 시간 방법에 따라 작동하는 또다른 체적 유량계(volume flowmeter)를 개시한다.

일본 특허 공개 공보 JP 61-093 914 A호는 매우 고온에서의 이용을 위한 또다른 초음파 도파관을 개시한다. 상기 초음파 도파관을 위한 재료로서 알루미늄, Mg 및 Ti이 개시되어 있는데 상기 재료들은 액체 주석 또는 액체 유리 내에서 사용될 수 없다.

독일 특허 공보 DE 102 05 545 B4(미국 특허 공보 US 6,799,475 B2 및 일본 특허 공개 공보 JP 2003194601 A에 대응)는 측정 튜브(measuring tube), 초음파 변환기, 초음파 도파관 및 주위로부터 측정 튜브의 내부의 밀봉을 위한 실(seal)을 포함하는 유량계를 개시한다. 이러한 경우, 초음파 도파관은 최적의 열 단열(heat insulation)을 보장하도록 의도되는데; 이것은 최적의 열 단열을 갖는 재료, 특히 약 20 W/mK 미만의 열전도율을 갖는 스테인레스 스틸(stainless steel)의 사용을 요구한다.

또다른 관련 측정 장치 및 측정 방법은 독일 특허 공보 DE 101 53 297 C2(미국 특허 공보 US 6,669,636 B2 및 일본 특허 공개 공보 JP 2003106880 A에 대응), 미국 특허 공보 US 5,694,480 및 독일 특허 공보 DE 198 13 975 C2에 개시되어 있다.

본 발명의 목적은 측정 방법 및 본 발명의 측정 방법에 따라 구성된 측정 어셈블리의 이용을 제공하는 것이며, 이것은 유리 제조를 위한 공정에서 사용되는 고온 금속 또는 용융 유리 내에서, 특히 500℃ 이상의 온도에서의 용융물 내에서의 유동(flow)이, 용융물 표면의 아래에서도 신뢰 가능하게 그리고 연속적으로 측정되는 것이 가능하도록 한다. 본 발명의 또다른 태양은 유리의 생산, 특히 플로트 유리의 생산에서 또한 상기 방법의 이용에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 이러한 목적들 및 또다른 목적들은 청구항 1항에 따른 방법 및 청구항 11항에 따른 이용에 의해 달성된다. 또다른 유리한 실시예들은 종속항의 내용을 형성한다.

따라서 본 발명은 미리 결정된 주파수를 구비한 초음파 측정 신호를 발생하는 초음파 유량계를 이용한 고온 매질(hot medium) 내의 유량을 측정하기 위한 방법으로부터 시작한다. 본 발명에 따르면, 상기 고온 매질은 유리 제조 공정, 특히 플로트 유리 제조에 사용되는 고온 유리(hot glass) 또는 용융 금속(metal melt)이며, 약 500℃ 보다 고온이며, 예를 들어 플로트 유리의 제조 시에 1300℃의 온도까지 이를 수 있다. 본 발명에 따르면, 상기 초음파 유량계의 초음파 측정 신호들은, 텅스텐, 몰리브덴, 니오브, 탄탈 또는 상기 원소들의 적어도 2개의 합금 또는 조합으로 구성된 도파관을 통해 용융물 내로 연결된다. 본 발명에 따르면, 상기 초음파 유량계는 도플러 원리(Doppler principle)에 따라 작동하며, 초음파 측정 신호들이 소정의 주파수에서 유동 매질 내로 연결된다. 상기 매질 내에 함유된 마이크로파티클(microparticle)에 의해 반사된 초음파 측정 신호들이 평가된다. 본 발명에 따르면, 상기 매질의 유량 또는 볼륨 관통유동(volume throughflow) 및/또는 매스 관통유동(massive throughflow)이, 상기 연결되고 반사되는 초음파 측정 신호들 사이에서 발생하는 주파수 편이에 기초하여 결정될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 상기 초음파 도파관은 초음파 측정 신호들의 연결뿐만 아니라 분리를 위해서도 사용되며, 상기 초음파 측정 신호들은 용융물에서, 용융물로부터 반사되며 그리고 초음파 측정 신호들을 초음파 유량계로 전송하기 위해서도 사용된다.

도플러 측정 원리의 이용 결과로서, 원칙적으로는 단일의 도파관을 고온 용융물 내로 함침시키면 충분하며, 따라서 신뢰도가 증가한다. 상기 측정 방법은 이러한 경우 연속적으로 수행할 수 있다. 이러한 경우 상기 도파관은 고온 용융물 내로 수직적으로 담글 필요가 없고, 대신에 예각을 이루며 담글 수 있으며; 이것은 상기 장치를 측정될 용융물 내로의 유입을 위해 상당한 이점을 제공한다. 동시에, 이러한 기하학적 구조는 용융물 표면 아래의 유동이 연속적으로 측정되는 것을 가능하게 한다. 도파관 재료의 본 발명에 따른 선택은, 고부식성의 금속 또는 용융 유리, 특히 그 융점보다 훨씬 높은, 즉 500℃ 이상인 용융 주석 내에서도 상기 방법 및 측정 어셈블리가 적용되는 것을 가능하게 한다. 부식성의 조건에서도, 용융물과 접촉하거나 또는 바로 가까이에 배치된 도파관의 부품들은 짧은 시간 이후에 용해되지 않으며 또한 그들의 음파 특성을 잃지 않는다. 본 발명에 따른 상기 측정 방법은 따라서 특히 유리 제조에서의 사용에 적합하며, 일반적인 고온뿐만 아니라, 한정된 온도까지 용융물들에 대한 사용 또한 모든 경우에 가능하다.

또다른 실시예에 따르면, 도파관의 길이는 최대 100㎝, 더욱 바람직하게는 최대 30㎝이다. 본 발명자에 의해 실행된 테스트에서, 놀랍게도, 도플러 원리에 따라 수행되며 도파관이 고온 용융물 내로 수직으로 담글 필요가 없는 측정 방법에서, 열은 비교적 짧은 거리를 통해 감소될 수 있으며, 따라서 유량계의 부재들, 특히 초음파 변환기는 과도하게 열적으로 부하되지 않는다는 것이 밝혀졌다. 또한, 도파관의 한정된 길이는 초음파 신호의 과도한 감소를 방지하며, 따라서 보다 높은 감도를 갖는 측정이 가능하게 된다.

또다른 실시예에 따르면, 상기 도파관은 그 리딩 단부(leading end)가 용융물 내로 예각으로 함침된다. 이것은 특히 용융물 표면 아래의 유동도 용이하게 탐지되는 것을 가능하게 한다. 또한 각도를 변화시키는 것은 센서의 시야가 변화되는 것을 가능하게 한다. 따라서, 예를 들어 플로트 유리 시스템에서, 주석 배스(tin bath)의 상이한 영역들은 함침각을 연속적으로 또는 점차적으로 변화시킴에 의한 탐지 또는 스캐닝 될 수 있다.

더욱 바람직한 실시예에 따르면, 유량계가 유리 제조 시스템, 특히 플로트 유리 시스템 내로 돌출하는 경우, 상기 유량계는, 예를 들어 초음파 변환기, 초음파 도파관으로의 전이 영역 등과 같은 유량계 부재들의 냉각을 위해서 전체로서 냉각 재킷(cooling jacket)에 의해 둘러싸인다. 이러한 경우, 상기 도파관은 냉각 재킷의 리딩 단부를 통과하며 그로부터 돌출한다. 상기 도파관의 전체 길이는 이러 한 경우 약 100㎝ 미만이며, 바람직하게는 약 30㎝ 미만이다. 이러한 경우, 변환기에 근접한, 도파관의 트레일링 단부(trailing end)와 냉각 재킷을 통한 관통 영역 사이에 충분한 거리인 약 50㎝, 더욱 바람직하게는 약 20㎝의 거리가 유지되며, 냉각 재킷 내에서 작동하는 도파관의 부품의 열전도저항이 유량계, 특히 변환기의 과도한 가열의 방지를 또한 돕는다. 이러한 길이의 도파관에서, 초음파의 음파 감쇠는 여전히 수용범위 내이다. 또한, 유량계는, 특히 냉각 재킷과 도파관 사이의 전이 영역은, 용융물의 고온에서의 상당한 열 방사의 반사를 위해서, 방사 스크린(radiation screen)에 의해 추가적으로 보호될 수 있다. 이러한 유형의 방사 스크린의 반사 용량은 작동 온도에서의 용융물의 열 방사의 주파수 스펙트럼에 따라 조절되며; 이것은 적합한 코팅, 특히 금속 코팅 및/또는 유전체 적층 시스템(dielectric multilayer system)에 의해 용이하게 달성될 수 있다.

또다른 실시예에 따르면, 상기 냉각 재킷은 유량계의 부재들의 온도를 150℃ 이하, 더욱 바람직하게는 100℃ 이하로 유지시킨다. 따라서 초음파 변환기 및 또다른 부재들의 손상 또는 고장이 신뢰 가능하게 방지될 수 있다.

또다른 바람직한 실시예에 따르면, 냉각 매질(cooling medium)이 냉각 재킷을 통해 흐른다. 사용되는 냉각 매질은 어떤 요구되는 유체일 수 있으며, 특히 물일 수 있다. 이와 관련하여 상기 냉각 자체는 유리 제조 시스템의 조건들의 두드러진 변화를 야기하지 않으므로 이러한 위치에서 실제로 발생하는 유동은 거의 영향받지 않음을 주목해야 한다. 이러한 경우, 냉각 재킷은 특히 이중벽 구조가 가능하다.

전반적으로, 이러한 경우, 유량계 및 그 내부에 초음파 도파관의 트레일링 단부를 수용하는 원통형 구조의 냉각 재킷이 사용된다. 이러한 경우, 초음파 도파관은 냉각 재킷의 리딩 단부를 관통한다. 이 영역에서, 냉각 재킷의 리딩 단부는 테이퍼지도록 형성될 수 있으며, 특히 테이퍼 원추형 또는 반구형으로 형성될 수 있다.

또다른 바람직한 실시예에 따르면, 이러한 경우, 텅스텐, 몰리브덴, 니오브, 탄탈 또는 상기 언급된 원소들 중 적어도 2개의 합금 또는 조합으로 구성된 냉각 재킷이 사용된다. 어떠한 경우도, 적어도, 유리 제조 시스템에 노출되는 냉각 재킷의 외부 스킨(skin)은 텅스텐, 몰리브덴, 니오브, 탄탈 또는 상기 언급된 원소들 중 적어도 2개의 합금 또는 조합으로 구성되어야 한다. 따라서 본 발명에 따른 측정 방법은 과도하게 급속한 도파관의 분해(decomposition) 없이 특히 높은 부식성의 환경 및 용융물에서 사용될 수 있다.

열전도율은 각각 텅스텐은 165 W/mK, 몰리브덴은 138 W/mK, 니오브는 52 W/mK, 탄탈은 54 W/mK 이다. 따라서, 본 발명에 따르면, 냉각 재킷을 위해 상대적으로 높은 열전도율의 재료들이 사용되며; 이것은 최적의 열 단열 및 따라서 가능한 낮은 열 전도율을 갖는 초음파 도파관 재료들을 위한 이용에 대해 종래 기술의 상기 열거된 노력들과는 대조적이다.

또한 다른 재료들 특히 알루미늄, 금, 은, 베릴륨 또는 구리도 상대적으로 높은 열 전도율을 갖지만, 그들의 가격, 일반적인 재료 물성 및/또는 특히 고온 음파 특성 때문에 본 발명에 따르면, 이러한 재료들은 바람직하게는 사용되지 않는 다. 텅스텐 및 몰리브덴은 그들의 양호한 고온 음파 특성 때문에, 특히, 본 발명에 따르면, 초음파 도파관 및/또는 그들의 냉각 재킷을 위한 재료로서 바람직하다.

본 발명의 바람직한 적용들은 플로트 유리 시스템의 용융 주석 내의 유동의 측정과 관련된다. 이러한 경우, 냉각 재킷은 플로트 유리 시스템의 측면 폐쇄 부재를 통해 안내될 수 있다. 따라서 플로트 유리 시스템 내의 온도 조건은 측정 방법에 의해 크게 영향을 받지 않는다.

가장 특별히 바람직한 적용은 이러한 경우 디스플레이(display)를 위한 무알칼리 얇은 유리(alkali-free thin glass)의 제조를 위한 플로트 유리 시스템의 용융 주석 내의 유동 측정이다.

그러나, 기본적으로, 본 발명에 따른 측정 방법은 특히, 예를 들어 트로프(trough), 용융 채널(melt channel), 용융 도가니(melting crucible), 인발 노즐(drawing nozzle) 등에 수용되거나 흐르는 용융 유리 내의 또는 용융 유리의 유량의 측정을 위해, 유리 제조 내의 어떠한 요구되는 다른 공정에서도 적용가능하다.

본 발명은 이하에서 또다른 특징, 장점 및 달성하고자 하는 목적을 나타내는 실시예 및 첨부된 도면을 참조하여 설명된다.

상기 도면에서, 동일한 도면 부호는 동일한 또는 실질적으로 등가인 부재 또는 부재의 그룹을 표시한다.

본 발명은 측정 방법 및 본 발명의 측정 방법에 따라 구성된 측정 어셈블리 의 이용을 제공하며, 이것은 유리 제조를 위한 공정에서 사용되는 고온 금속 또는 용융 유리 내에서, 특히 500℃ 이상의 온도에서의 용융물 내에서의 유동(flow)이, 용융물 표면의 아래에서도 신뢰 가능하게 그리고 연속적으로 측정되는 것이 가능한 효과를 제공한다.

도 2에 따르면, 플로트 유리 시스템(1)에서 용융 주석(7)이 세라믹 플로어 스톤(ceramic floor stone)(2) 및 세라믹 엣지 스톤(ceramic edge stone)(3)에 의해 형성된 배트(vat) 내에 수용된다. 유리 스트립(glass strip)(9)은 용융 주석(7) 상에 부유한다. 상기 유리 스트립(9)은 양측면 상의 엣지 스톤(3)에서 떨어지도록 설치된다. 도 1과 관련하여 설명된 바와 같이, 플로트 유리 시스템(1) 및 용융 주석(7)을 포함하는 배트는 충분히 밀폐되어, 열 또는 매질은 비교적 작은 삽입 슬롯과 제거 슬롯 및, 적합하다면, 또한 시스템 내의 온도 조건에 영향을 미치며 따라서 용융 주석(7) 내의 유동 조건에 영향을 미치는 관측 개구부를 통해서만 주위 환경과 교환된다. 도 2에 따르면, 폐쇄 부재(5)에 의해 폐쇄되는 하나 이상의 접근 개구부가 시스템의 가장자리에 제공된다. 도 2에 따르면, 전체로서 도면부호 11로 표시되는 유량계가 폐쇄 부재(5) 내의 작은 통과 개구부 또는 엣지갭(edge gap)을 통과한다.

도 3은 본 발명에 따른 방법에 사용되는 유량계(11)의 확대 부분 단면도이다. 상기 유량계(11)는 초음파 측정 신호들을 보내거나 받는 사실상의 트랜스미팅(transmitting) 및/또는 리시빙 헤드(receiving head)(초음파 변환기)(13)를 포 함한다. 상기 초음파 측정 신호들은 초음파 변환기(13)에 연결된 초음파 도파관(12)을 통과한다. 이러한 장치는 중공 원통형의 냉각 재킷(14)의 내부에 위치하며, 상기 냉각 재킷의 내부에 케이블 피드 라인(cable feed line)(16)이 또한 안내된다. 유량계의 부재들이 150℃ 이하, 더욱 바람직하게는 100℃ 이하의 온도를 유지하도록 보장하는 냉각 유체가 냉각 재킷(14)을 통해 흐른다. 예를 들어 냉각수와 같은 냉각 유체가 냉각 재킷(14)을 통해 흐를 수 있다. 냉각 재킷(14)의 리딩 단부(leading end)는 원추형으로 테이퍼지며, 도파관(12)이 상기 테이퍼진 영역(15)의 끝을 통과하며 그로부터 돌출한다. 도파관(12)의 전체 길이의 일정 부분이 상기 부분(15)으로부터 돌출한다. 이러한 돌출 길이는 약 30㎝ 미만, 더욱 바람직하게는 약 10㎝ 미만이 될 수 있다.

용융물과 접촉하는 모든 구성요소들, 특히 도파관(12)은 금속 텅스텐, 몰리브덴, 니오브, 또는 탄탈 중의 하나 또는 상기 언급된 원소들 중 적어도 2개의 합금 또는 조합으로 구성된다. 냉각 재킷(14)도 또한 이러한 재료로 구성될 수 있다.

도 2에 따르면, 도파관(12)의 전면 팁(front tip)은 용융 주석(7) 내로 예각으로 함침된다. 이러한 경우, 냉각 재킷(14)은 용융 주석(7)으로부터 더욱 분리된다. 도파관(12)의 함침각은 유량계(11)의 시야를 실질적으로 결정한다. 도 2에 따르면, 유량계는 유리 스트립(9)의 아래 영역으로 향해진다. 명백히, 함침각의 변화는 또한 시야가 변화되는 것을 가능하게 하고, 따라서, 예를 들어, 사이드 스톤(side stone)과 유리 스트립의 에지 사이의 용융 주석의 영역 내의 유동이 측정되는 것을 가능하게 한다.

본 발명에 따른 방법의 측정에 사용되는 유량계는 제어 및 평가 유닛을 포함하여, 용융 주석(7)의 유량 또는 볼륨 및/또는 매스 관통유동(volume and/or mass throughflow)이, 연결되고 반사되는 초음파 측정 신호 사이에서 발생하는 주파수 편이(frequency shift)에 기초하여 결정될 수 있다. 이용되는 도플러 원리는 용융물이 초음파 측정 신호들이 반사되는, 특히 불순물들, 밀도의 차이 등과 같은 이질성들을 포함할 때만 사용될 수 있다. 그러나 도플러 측정 법칙의 이용은 도파관(12)이 단지 짧은 길이에 걸쳐 예각으로 용융물 내로 함침되어야 하며 또한 상기 플로트 유리 시스템 내의 측정 지점마다 단지 하나의 도파관 및 하나의 유량계가 요구되는 것을 의미한다. 본 기술 분야의 당업자에게 즉각적으로 명백하듯이, 측정은 상기 플로트 유리 시스템을 따라 어떠한 소망하는 지점에서도 행해질 수 있으며, 따라서 용융 주석 내의 유동 조건들의 2차원 또는 3차원의 전체 이미지가 측정되는 것을 가능하게 한다.

<도면 부호의 설명>

1 플로트 유리 시스템

2 세라믹 플로어 스톤

3 세라믹 엣지 스톤

4 세라믹 실링 스톤

5 폐쇄 부재

6 캐이싱

7 용융 주석

8 용융 유리

9 플로트 유리

10 컨베이어

11 트랜스미팅 및 리시빙 헤드

12 초음파 도파관

13 초음파 트랜스미터/리시버

14 냉각 재킷

15 냉각 재킷의 리딩 단부

16 캐이블/신호 라인

도 1은 종래 기술에 따른 플로트 유리 시스템의 개략적인 종단면도이며;

도 2는 본 발명에 따른 측정 방법을 이용한 플로트 유리 시스템의 개략적인 단면도이며;

도 3은 도 2에 따른 플로트 유리 시스템의 개략적인 추가 상세 단면도이다.

Claims

500℃ 이상의 온도에서의 유리 또는 플로트 유리의 제조에서, 미리 정해진 주파수를 갖는 초음파 측정 신호들을 발생시키는 초음파 유량계(11)를 이용하여 고온 용융 유리 또는 용융 금속의 유량 측정 방법으로서, 상기 방법에서

상기 초음파 유량계(11)의 초음파 측정 신호들은 텅스텐, 몰리브덴, 니오브, 탄탈 또는 상기 언급된 원소들 중 최소한 2개의 합금 또는 조합으로 구성되며 상기 용융물과 접촉하게 되는 도파관(12)을 통해 용융물(7) 내로 연결되며;

상기 용융물에서 반사되는 초음파 측정 신호들은 초음파 도파관(12)을 통해 상기 용융물(7)로부터 분리되어 초음파 유량계(11)로 되돌아오며; 그리고

상기 용융물(7)의 유량 또는 볼륨 및/또는 매스 관통유동(volume and/or mass throughflow)이 도플러 원리에 따라 측정되는 것을 특징으로 하는 유량 측정 방법.
제 1항에 있어서,

상기 도파관(12)의 길이는 최대 100 ㎝, 바람직하게는 최대 30 ㎝인 것을 특징으로 하는 유량 측정 방법.
선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,

상기 도파관(12)은 그 리딩 단부가 예각을 이루며 상기 용융물(7) 내로 함침 되는 것을 특징으로 하는 유량 측정 방법.
선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,

상기 유량계(11)는, 유량계의 부재들(12, 13, 16)의 냉각을 위하여 냉각 재킷(14)에 의해 둘러싸이며, 상기 도파관(12)은 냉각 재킷(14)의 리딩 단부(15)를 통해 나와 그로부터 돌출되는 것을 특징으로 하는 유량 측정 방법.
제 4항에 있어서,

상기 냉각 재킷(14)은 유량계의 부재들의 온도를 150℃ 이하, 더욱 바람직하게는 100℃ 이하로 유지시키는 것을 특징으로 하는 유량 측정 방법.
제 4항 또는 제 5항에 있어서,

상기 냉각 재킷(14)을 통해 냉각 매질이 흐르는 것을 특징으로 하는 유량 측정 방법.
제 4항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 냉각 재킷(14)은 텅스텐, 몰리브덴, 니오브, 탄탈 또는 상기 언급된 원소들 중 최소한 2개의 합금 또는 조합으로 구성되는 것을 특징으로 하는 유량 측정 방법.
선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,

상기 용융물은 플로트 유리 시스템(1)에서 사용되는 용융 주석(7)인 것을 특징으로 하는 유량 측정 방법.
제 8항에 있어서,

상기 냉각 재킷은 플로트 유리 시스템(1)의 측면 폐쇄 부재(5)를 통해 안내되는 것을 특징으로 하는 유량 측정 방법.
제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 용융물은 용융 유리인 것을 특징으로 하는 유량 측정 방법.
측정 어셈블리의 이용으로서, 다음의 특징들: 즉,

500℃ 이상의 온도에서의 유리 또는 플로트 유리의 제조에서 사용되는 고온 용융 유리 또는 용융 금속의 유량의 측정을 위해서 또는 용융 유리의 볼륨 및/또는 매스 관통유동의 측정을 위해서,

미리 정해진 주파수에서 초음파 측정 신호들을 발생시키는 초음파 유량계(11); 및

제어 및 평가 유닛으로서; 여기서

상기 유량계는 초음파 측정 신호들을 상기 용융물(7) 내로 연결하며, 용융물(7)에서 반사되는 초음파 측정 신호들을 용융물(7)로부터 분리하여 초음파 유량 계(11)로 되돌려 보내기 위하여 용융물과 접촉하는 도파관(12)을 포함하며,

상기 도파관(12)은 텅스텐, 몰리브덴, 니오브, 탄탈 또는 상기 언급된 원소들 중 최소한 2개의 합금 또는 조합으로 구성되며,

도플러 원리에 따라 용융물(7)의 유량 또는 볼륨 및/또는 매스 관통유동을 측정하도록 구성되는 제어 및 평가 유닛을 특징으로 하는 측정 어셈블리의 이용.
제 11항에 있어서,

상기 도파관(12)의 길이는 최대 100 ㎝, 바람직하게는 최대 30 ㎝인 것을 특징으로 하는 측정 어셈블리의 이용.
제 11항 또는 제 12항에 있어서,

상기 도파관(12)은 그 리딩 단부가 예각을 이루며 상기 용융물(7) 내로 함침되는 것을 특징으로 하는 측정 어셈블리의 이용.
제 11항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 유량계(11)는, 유량계의 부재들(12, 13, 16)의 냉각을 위하여 냉각 재킷(14)에 의해 둘러싸이며, 상기 도파관(12)은 냉각 재킷(14)의 리딩 단부(15)를 통해 나와 그로부터 돌출되는 것을 특징으로 하는 측정 어셈블리의 이용.
제 14항에 있어서,

상기 냉각 재킷(14)은 유량계의 부재들의 온도를 150℃ 이하, 더욱 바람직하게는 100℃ 이하로 유지시키는 것을 특징으로 하는 측정 어셈블리의 이용.
제 14항 또는 제 15항에 있어서,

상기 냉각 재킷(14)을 통해 냉각 매질이 흐르는 것을 특징으로 하는 측정 어셈블리의 이용.
제 14항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 냉각 재킷(14)은 텅스텐, 몰리브덴, 니오브, 탄탈 또는 상기 언급된 원소들 중 최소한 2개의 합금 또는 조합으로 구성되는 것을 특징으로 하는 측정 어셈블리의 이용.
제 11항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서,

도플러 원리에 따라서, 상기 용융물(7)의, 특히 사용된 용융 주석의 유량 또는 볼륨 및/또는 매스 관통유동의 측정을 위한 플로트 유리 시스템(1)에서의 측정 어셈블리의 이용.
제 18항에 있어서,

상기 냉각 재킷은 플로트 유리 시스템(1)의 측면 폐쇄 부재(5)를 통해 안내되는 것을 특징으로 하는 측정 어셈블리의 이용.