KR20120082016A

KR20120082016A - 유리 섬유 제조용 고효율 핀 조립체

Info

Publication number: KR20120082016A
Application number: KR1020127011515A
Authority: KR
Inventors: 바이런 엘 베미스; 테리 엘 앤더슨
Original assignee: 오씨브이 인텔렉츄얼 캐피탈 엘엘씨
Priority date: 2009-10-07
Filing date: 2010-10-05
Publication date: 2012-07-20
Also published as: CN102666409A; CA2777042A1; TW201121910A; WO2011044077A1; US20110079051A1; MX2012004217A; EP2485987A1; BR112012011565A2; JP2013507314A; RU2012115187A; TN2012000164A1

Abstract

유리 필라멘트의 제조에 사용하기에 적합한 재료로 구성된 냉각 핀 조립체가 제공된다. 냉각 핀 조립체는 제 1 단부, 제 2 단부 및 이들 단부 사이에서 내부 통로를 갖는 매니폴드를 포함한다. 내부 통로는 냉각 유체의 흐름을 위해 구성된다. 복수 개의 배플이 내부 통로 내에 위치된다. 복수 개의 블레이드가 매니폴드에 연결된다. 블레이드는 매니폴드에 열을 전도시키도록 구성된다. 배플은, 매니폴드 내에 냉각 유체용의 사행상 흐름 경로를 만들도록 구성된다.

Description

유리 섬유 제조용 고효율 핀 조립체{HIGH EFFICIENCY FIN ASSEMBLY FOR MAKING GLASS FIBERS}

본 발명은 유리 섬유 제조용 고효율 핀 조립체에 관한 것이다.

유리 필라멘트의 연속 제조시, 유리는 유리 용융장치 또는 노 (furnace) 에서 용융될 수 있고, 유리는 하나 이상의 부싱으로 흐른다. 각각의 부싱은, 용융 유리의 스트림이 흐르는 수개의 노즐 또는 팁을 갖는다. 유리 스트림은, 와인딩 장치에 의해 노즐로부터 기계적으로 당겨져 연속 유리 필라멘트를 형성한다.

부싱 내의 용융 유리의 온도는 유리를 액체 상태로 유지하기에 충분히 높아야 한다. 그러나, 온도가 너무 높으면, 용융 유리는 부싱 팁을 통과한 후에 필라멘트를 형성할 정도의 점성을 갖기 위해서 충분히 냉각될 수 없을 것이다. 그럼으로써, 유리는 부싱 팁으로부터 흘러 유리 필라멘트를 형성한 후에 신속하게 냉각 또는 급냉되어야 한다. 유리가 너무 느리게 냉각된다면, 유리 필라멘트는 끊어질 것이며 필라멘트 형성 프로세스는 중단될 것이다.

필라멘트 형성 기계 아래의 유리 필라멘트 형성 영역을 냉각시키는 수개의 유형의 장치가 있다. 종래의 냉각 장치는, 공기, 물, 또는 이들 둘 다를 사용하여 부싱 아래에 있는 필라멘트 형성 영역으로부터 열을 전달하여 유리 필라멘트를 냉각한다. 유리 필라멘트 형성 장치의 일예가 도우라티 (Dowlati) 등에 의한 미국 특허 제 6,192,714 호에 개시되어 있으며, 그의 상세가 참조로 본원에 명백히 내재된다.

냉각 장치는 복수 개의 냉각 핀을 포함할 수 있다. 부싱으로부터 인발된 필라멘트는 냉각 핀 중 어느 한쪽 측면 상을 통과할 수 있다. 유리로부터 열이 유리 필라멘트로부터 핀에 방사식으로 그리고 대류식으로 전달될 수 있다. 열은, 핀을 통해 그리고 수냉식 매니폴드에 전도식으로 통과할 수 있다. 이러한 냉각 핀은, 냉각 장치의 표면적을 증가시키며, 이에 의해 필라멘트로부터 그리고 필라멘트 형성 영역으로부터 전달될 수 있는 열량을 증가시킨다.

냉각 유체 공급물, 예컨대 물이, 매니폴드에 진입하여 매니폴드 내의 채널을 통해 이동하고 냉각 유체 복귀물로서 매니폴드의 대향 단부를 나갈 수 있다. 냉각 유체는, 냉각 유체가 매니폴드를 통해 흐름에 따라 열을 흡수하고 이에 의해 매니폴드 및 냉각 핀을 냉각하고 간접적으로 필라멘트 형성 영역을 냉각한다. 그러나, 이러한 냉각 장치가 필라멘트 형성 영역으로부터 제거할 수 있는 열량은 제한될 수 있다. 열이 부싱 아래에 있는 필라멘트 형성 영역으로부터 보다 신속하게 제거될 수 있다면, 부싱과 부싱에 있는 용융 유리의 작동 온도는 증가될 수 있고, 그럼으로써 전체 처리량을 증가시킬 수 있다.

이에 따라, 부싱 아래에 있는 필라멘트 형성 영역을 냉각시키는 개선된 방법 및 장치를 제공하여 보다 많은 열량을 제거하는 이점이 있을 수 있다.

본 발명의 실시형태에 따르면, 유리 필라멘트의 제조에 사용하기에 적합한 재료로 구성된 냉각 핀 조립체가 제공된다. 냉각 핀 조립체는 제 1 단부, 제 2 단부 및 이들 단부 사이에서 내부 통로를 갖는 매니폴드를 포함한다. 내부 통로는 냉각 유체의 흐름을 위해 구성된다. 복수 개의 배플이 내부 통로 내에 위치된다. 복수 개의 블레이드가 매니폴드에 연결된다. 블레이드는 매니폴드에 열을 전도시키도록 구성된다. 배플은, 매니폴드 내에 냉각 유체용의 사행상 흐름 경로를 만들도록 구성된다.

본 발명의 실시형태에 따르면, 또한, 유리 필라멘트의 제조를 위해 구성된 장치가 제공된다. 이 장치는, 복수 개의 노즐을 갖는 부싱을 포함한다. 이 부싱은 용융 유리 공급물을 복수 개의 노즐에 제공하도록 구성된다. 이 노즐은 유리 필라멘트를 제조하기 위해 구성된다. 노즐은 필라멘트 형성 영역을 형성한다. 냉각 핀 조립체는, 필라멘트 형성 영역에 위치된다. 냉각 핀 조립체는 매니폴드에 연결되는 복수 개의 블레이드를 포함한다. 매니폴드는 제 1 단부, 제 2 단부 및 이들 단부 사이에서 내부 통로를 갖는다. 내부 통로는 냉각 유체의 흐름을 위해 구성된다. 복수 개의 배플이 내부 통로 내에 위치된다. 복수 개의 블레이드가 매니폴드에 열을 전도시키도록 구성된다. 배플은, 매니폴드 내에 냉각 유체용의 사행상 흐름 경로를 만들도록 구성된다. 기구는 형성된 필라멘트를 모으도록 구성된다.

본 발명의 실시형태에 따르면, 또한, 유리 필라멘트 제조 방법이 제공된다. 이 방법은, 유리 필라멘트를 제조하기 위해 구성되며 필라멘트 형성 영역을 형성하는 복수 개의 노즐을 가지며 용융 유리 공급물을 노즐에 제공하도록 구성된 부싱을 제공하는 단계; 필라멘트 형성 영역에 냉각 핀 조립체를 위치시키는 단계로서, 냉각 핀 조립체는 매니폴드에 연결되는 복수 개의 블레이드를 포함하고, 매니폴드는 제 1 단부, 제 2 단부 및 이들 단부 사이에서 내부 통로를 가지며, 내부 통로는 냉각 유체의 흐름을 위해 구성되고, 복수 개의 배플이 내부 통로 내에 위치되며, 복수 개의 블레이드가 매니폴드에 열을 전도시키도록 구성되며, 배플은, 매니폴드 내에 냉각 유체용의 사행상 흐름 경로를 만들도록 구성되는 단계; 용융 유리 공급물을 부싱에 제공하는 단계; 노즐을 통해 유리 필라멘트를 형성하는 단계; 매니폴드를 통해 냉각 유체의 흐름을 제공하는 단계: 필라멘트 형성 영역으로부터 매니폴드로 열을 흡수하여 전도하는 단계; 및 냉각 유체가 사행상 경로를 따라 매니폴드를 통해 흐름에 따라 매니폴드로부터 냉각 유체로 열을 전달하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다양한 이점은, 당업자가 첨부 도면의 양상을 판독할 때, 본 발명의 하기의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.

도 1 은 본 발명에 따른 냉각 핀 조립체를 도시하는 유리 필라멘트 형성 장치의 개략적인 입면도이다.
도 2 는 도 1 의 냉각 핀 조립체의 분해 사시도이다.
도 3 은 도 1 의 냉각 핀 조립체의 조립 사시도이다.
도 4 는 도 3 의 4-4 선을 따라 취한 도 1 의 냉각 핀 조립체의 일부의 측면 입면도이다.
도 5 는 냉각 유체의 사행상 흐름을 나타내는 도 1 의 냉각 핀 조립체의 전방 단면도이다.
도 6 은 도 1 의 냉각 핀 조립체 내에 사용하는 배플의 제 1 실시형태의 전방 입면도이다.
도 7 은 도 6 의 배플의 측면 입면도이다.
도 8 은 도 1 의 냉각 핀 조립체 내에 사용하는 배플의 제 2 실시형태의 전방 입면도이다.
도 9 는 도 1 의 냉각 핀 조립체 내에 사용하는 배플의 제 3 실시형태의 전방 입면도이다.
도 10 은 도 1 의 냉각 핀 조립체 내에 사용하는 배플의 제 4 실시형태의 전방 입면도이다.

이하, 본 발명이 본 발명의 특정의 실시형태를 때때로 참조하여 개시될 것이다. 그러나, 본 발명은 상이한 형태로 구현될 수도 있고, 본원에서 설명된 실시형태로 제한되는 바와 같이 이해되어서는 안된다. 오히려, 이들 실시형태는, 이러한 설명이 충분하고 완벽해져 당업자에게 본 발명의 범주를 완전하게 전달할 수 있게 제공된다.

달리 규정하지 않는 한, 본원에 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야 내의 통상적인 기술 중 하나로서 공통적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 본원의 명세서에 사용된 명명법은 단지 특징적 실시형태를 설명하고자 하는는 것이지 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 발명의 명세서 및 첨부의 청구범위에서 사용되는 바와 같이, 단수 형태는, 문맥에서 명확하게 달리 나타내지 않는 한, 복수 형태도 또한 포함하는 것으로 의도된다.

달리 나타내지 않는 한, 명세서 및 청구범위에 사용된 바와 같은 길이, 폭, 높이 등과 같은 치수의 양을 나타내는 모든 수는 모든 경우에 있어서 용어 "약" 에 의해 변경되는 것으로 이해된다. 이에 따라, 달리 나타내지 않는 한, 명세서 및 청구범위에서 설명된 수치의 특성은 본 발명의 실시형태에서 얻어질 바람직한 특성에 따라 변할 수 있는 근사치이다. 본 발명의 넓은 범위를 정하는 숫자와 관련된 범위 및 파라미터가 근사치임에도 불구하고, 특정 예에서 기재한 숫자와 관련된 값은 가능한 한 정확한 것으로 제시된다. 그러나, 임의의 숫자와 관련된 값은 각각의 측정치에서 발견되는 오차에서 필연적으로 기인하는 일정한 오차를 어쩔 수 없이 포함할 수밖에 없다.

본 발명의 실시형태에 따라서, 부싱 아래에 있는 필라멘트 형성 영역을 냉각시키는 개선된 방법 및 장치가 제공된다. 본원에서 사용된 용어 "필라멘트" 는, 필라멘트 형성 장치로부터 형성된 임의의 섬유를 의미하는 것으로 규정된다. 본원에서 사용된 용어 "부싱" 은, 필라멘트 형성 노즐에 용융 유리를 공급하도록 구성된 임의의 구조, 장치 또는 기구를 의미하는 것으로 규정된다. 본원에서 사용된 용어 "필라멘트 형성 영역" 은, 필라멘트 형성 노즐에 인접한 영역을 의미하는 것으로 규정된다. 본원에서 사용된 용어 "매니폴드" 는, 필라멘트 형성 영역으로부터 멀리 열을 전달하도록 구성된 임의의 구조, 장치 또는 기구를 의미하는 것으로 규정된다. 본원에서 사용된 용어 "블레이드" 는, 필라멘트 형성 영역으로부터 매니폴드에 열을 전달하도록 구성된 임의의 구조, 장치 또는 기구를 의미하는 것으로 규정된다. 본원에서 사용된 용어 "사행상"은, 임의의 비선형 경로를 의미하는 것으로 규정된다.

명세서 및 도면은 부싱 아래에 있는 필라멘트 형성 영역을 냉각시키도록 구성된 개선된 장치 및 방법을 개시한다. 일반적으로, 이 장치는, 복수 개의 블레이드와 매니폴드를 갖는 핀 조립체를 포함한다. 매니폴드는 매니폴드 내에 있는 사행상의 통로를 통해 냉각 유체를 가압하도록 구성된다.

이하, 도면을 참조하면, 유리 필라멘트 형성 장치 (10) 가 일반적으로 도 1 에 도시되어 있다. 유리 필라멘트 형성 장치 (10) 는 냉각 핀 조립체 (12) 를 포함한다. 도 1 에 도시된 바와 같이, 필라멘트 (14) 는, 부싱 (18) 에 연결된 복수 개의 노즐 (16) 로부터 인출된다. 필라멘트 (14) 는 개더링 슈 (22) 에 의해 스트랜드 (20) 내로 모이게될 수 있다. 선택적으로, 사이즈는 사이즈 어플리케이터 (24) 에 의해 필라멘트 (14) 에 코팅으로서 도포될 수 있다. 왕복운동 기기 (26) 는, 스트랜드 (20) 를 안내하도록 구성되며, 스트랜드는 와인딩 장치 (30) 에서 회전 콜렛 (28) 주위에 감겨 원통형 패키지 (32) 를 형성한다.

다시 도 1 을 참조하면, 냉각 핀 조립체 (12) 는 부싱 (18) 아래에 위치되며, 필라멘트 형성 영역 (34) 을 냉각 또는 급냉시키도록 구성된다. 도 2 및 도 3 에 도시된 바와 같이, 냉각 핀 조립체 (12) 는 매니폴드 (36) 를 포함한다. 매니폴드 (36) 는 내부 유체 통로 (37) 를 포함한다. 내부 유체 통로 (37) 에 대해서는 하기에서 보다 상세히 논의될 것이다. 매니폴드 (36) 는 임의의 소망하는 길이 (LM) 를 가질 수 있다.

또한, 냉각 핀 조립체 (12) 는, 매니폴드 (36) 에 결합되는 복수 개의 블레이드 (38) 를 포함한다. 블레이드 (38) 는 매니폴드 (36) 의 길이 (LM) 를 따라 이격된다. 블레이드 (38) 는 필라멘트 형성 영역 (34) 으로부터 열을 흡수하고 흡수한 열을 매니폴드 (36) 에 전도시키도록 구성된다. 예시된 실시형태에서, 블레이드 (38) 는 실질적으로 직사각형 단면 형상을 갖는다. 그러나, 블레이드는 다른 소망하는 단면 형상을 가질 수 있다. 예시된 실시형태가 6 개의 블레이드 (38) 를 갖는 것으로 도시되어 있지만, 임의의 소망하는 수의 블레이드 (38) 가 사용될 수 있음이 상정되어야 한다.

다시, 도 2 및 도 3 을 참조하면, 블레이드 (38) 는 인접한 블레이드 (38) 로부터 이격되어, 인접한 블레이드 (38) 가 그 사이에 공간 (44) 을 규정한다. 공간 (44) 은, 노즐 (16) 의 별개의 열 (row), 또는 그룹의 열 사이에 블레이드 (38) 가 장착되게 하며, 도 1 에 도시된 바와 같이 유리 필라멘트 (14) 가 블레이드의 어느 한쪽을 통과하게 한다.

다시, 도 2 및 도 3 을 참조하면, 블레이드 (38) 는 매니폴드 (36) 의 정면 (46) 에 형성된 블레이드 슬롯 (48) 에 결합된다. 블레이드 (38) 는, 비제한적인 예시로서 연납땜 (brazing) 을 포함하는 임의의 소망하는 방식으로 매니폴드 (36) 의 정면 (46) 에서 블레이드 슬롯 (48) 에 결합될 수 있다.

블레이드 (38) 는 임의의 소망하는 고온, 내부식성, 열전달 재료로 형성될 수 있다. 블레이드 재료의 비제한적인 예는, 구리, 스테인리스강, 니켈, 티타늄, 은 및 비제한적인 예로서 니켈-크롬-몰리브덴-텅스텐 합금과 같은 합금을 포함한다. 블레이드 (38) 는, 임의의 소망하는 치수를 가질 수 있고, 그리고 임의의 소망하는 표면, 마무리 또는 코팅을 가질 수 있다.

다시, 도 2 및 도 3 을 참조하면, 매니폴드 (36) 는, 상부면 (50), 저부면 (52), 및 후면 (54) 을 갖는다. 상부면 (50) 은 복수 개의 상부 배플 슬롯 (60) 을 포함하고, 저부면 (52) 은 복수 개의 저부 배플 슬롯 (62) 을 포함한다. 일반적으로, 상부 배플 슬롯 (60) 은 상부 배플 (64) 을 수용하도록 구성되고, 저부 배플 슬롯 (62) 은 저부 배플 (66) 을 수용하도록 구성된다. 상부 배플 (64) 과 저부 배플 (66) 은, 상부 배플 (64) 과 저부 배플 (66) 의 일부가 내부 유체 통로 (37) 내로 신장하도록 상부 배플 슬롯 (60) 과 저부 배플 슬롯 (62) 에 삽입된다. 상부 배플 (64) 과 저부 배플 (66) 의 일부의 내부 유체 통로 (37) 로의 신장은, 내부 냉각 유체의 사행상 흐름을 제공한다.

상부 배플 (64) 과 저부 배플 (66) 은, 상부 배플 슬롯 (60) 과 저부 배플 슬롯 (62) 을 밀봉하도록 매니폴드 (36) 에 연결되며, 이에 의해 상부 배플 (64) 과 저부 배플 (66) 둘레의 내부 냉각 유체의 누출이 방지된다. 배플 (64, 66) 을 매니폴드 (36) 에 연결하기 위해서, 은 (silver) 연납땜의 비제한적인 예를 포함하는 임의의 소망하는 방법이 사용될 수 있다.

도 2 및 도 3 에 도시된 바와 같이, 매니폴드 (36) 는 제 1 단부 (70) 와 제 2 단부 (72) 를 갖는다. 매니폴드 (36) 의 후면 (54) 은 제 1 단부 (70) 에 실질적으로 인접하게 위치된 제 1 틈새 (aperture)(도시 생략) 를 포함한다. 제 1 도관 (74) 은 제 1 틈새에 연결된다. 유사하게, 매니폴드 (36) 의 후면 (54) 은 제 2 단부 (72) 에 실질적으로 인접하게 위치된 제 2 틈새 (도시 생략) 를 포함한다. 제 2 도관 (76) 은 제 2 틈새에 연결된다. 제 1 도관 (74) 과 제 2 도관 (76) 은 매니폴드 (36) 에 냉각 액체를 공급하도록 구성된다. 제 1 도관 (74) 과 제 2 도관 (76) 은 임의의 소망하는 크기, 형상 및 구성을 가질 수 있다.

매니폴드 (36) 와 상부 배플 (64) 및 저부 배플 (66) 은, 임의의 소망하는 고온, 내부식성, 열전달 재료로 형성될 수 있다. 매니폴드와 배플 재료의 비제한적인 예는, 구리, 스테인리스강, 니켈, 티타늄, 은 및 비제한적인 예로서 니켈-크롬-몰리브덴-텅스텐 합금과 같은 합금을 포함한다. 매니폴드 (38) 와 상부 배플 (64) 및 저부 배플 (66) 은, 임의의 소망하는 치수를 가질 수 있고, 그리고 임의의 소망하는 표면, 마무리 또는 코팅을 가질 수 있다.

이하, 도 4 를 참조하면, 매니폴드 (36) 는 폭 (WM) 및 높이 (HM) 를 갖는다. 예시된 실시형태에서, 매니폴드 (36) 의 폭 (WM) 및 높이 (HM) 는 약 0.75 inch 내지 약 1.50 inch 범위이다. 대안으로, 매니폴드 (36) 의 폭 (WM) 및 높이 (HM) 는 약 0.75 inch 미만 또는 약 1.50 inch 초과일 수 있다. 예시된 실시형태에서, 그로 인한 매니폴드 (36) 의 단면적은 약 0.56 inch² 내지 약 2.25 inch²의 범위이다. 그러나, 매니폴드의 단면적은 0.56 inch² 미만, 또는 약 2.25 inch²초과일 수 있다.

도 2 내지 도 4 에 예시된 매니폴드 (36) 가 실질적으로 직사각형 단면 형상을 갖지만, 매니폴드 (36) 는 다른 소망하는 단면 형상을 가질 수 있음이 상정되어야 한다.

다시, 도 2 를 참조하면, 매니폴드 (36) 의 상부면 (50), 저부면 (52), 정면 (46) 및 후면 (54) 은, 내부 유체 통로 (37) 를 규정한다. 도 4 에 도시된 바와 같은 예시된 실시형태에서, 내부 유체 통로 (37) 는, 둥근 직사각형의 단면 형상을 갖는다. 그러나, 내부 유체 통로 (37) 는 다른 소망하는 단면 형상을 가질 수 있다.

내부 유체 통로 (37) 는, 폭 (WFP) 및 높이 (HFP) 를 갖는다. 예시된 실시형태에서, 내부 유체 통로 (37) 의 폭 (WFP) 및 높이 (HFP) 는 약 0.625 inch 내지 약 1.50 inch 범위일 수 있다. 대안으로, 내부 유체 통로 (37) 의 폭 (WFP) 및 높이 (HFP) 는 약 0.625 inch 미만 또는 약 1.50 inch 초과일 수 있다.

내부 유체 통로 (37) 의 폭 (WFP) 및 높이 (HFP) 는 통로 단면적을 유발한다. 통로 단면적의 크기는, 매니폴드 (36) 로부터 매니폴드를 통과하는 냉각 유체로의 열전달시의 인자일 수 있다. 예시된 실시형태에서, 통로 단면적 대 매니폴드 단면적의 비율은, 약 40 % 내지 약 70 % 이다. 다른 실시형태에서, 통로 단면적 대 매니폴드 단면적의 비율은, 약 40 % 미만 또는 약 70 % 초과일 수 있다.

도 4 는 매니폴드 (36) 내에 위치된 저부 배플 (66) 을 예시한다. 저부 배플 (66) 의 일부는 내부 유체 통로 (37) 내로 신장한다. 예시된 실시형태에서, 저부 배플 (66) 은, 저부 배플이 내부 유체 통로 (37) 의 면적의 약 70 % 를 차단하도록 내부 유체 통로 (37) 내로 신장한다. 다른 실시형태에서, 저부 배플 (66) 은, 저부 배플이 내부 유체 통로 (37) 의 면적의 약 70 % 보다 크거나 적은 면적을 차단할 수 있도록 내부 유체 통로 (37) 내로 신장할 수 있다. 도 2 내지 도 4 에 예시된 실시형태가, 상부 배플 (64) 과 저부 배플 (66) 이 내부 유체 통로 (37) 내로 동일한 간격으로 신장하는 것으로 도시되어 있지만, 다양한 상부 배플 (64) 과 저부 배플 (66) 이 내부 유체 통로 (37) 내로 상이한 간격으로 신장할 수 있는 본 발명의 범주 내에 있다.

다시, 도 4 를 참조하면, 저부 배플 (66) 은 선택적인 배플 틈새 (78) 를 포함한다. 일반적으로, 배플 틈새 (78) 는 흐르는 냉각 유체 중 적은 부분이 저부 배플 (66) 을 통과하여 이에 의해 저부 배플 (66) 뒤에서 와류 (eddy) 가 형성되는 것을 실질적으로 방지하도록 구성된다. 도 4 에 예시된 실시형태가 배플 틈새 (78) 를 포함하지만, 냉각 핀 조립체 (12) 는, 배플 틈새 (78) 없이도 실현될 수 있음이 이해되어야 한다. 배플 틈새 (78) 에 대해서는 하기에 더 상세히 논의될 것이다.

이하, 도 5 를 참조하면, 매니폴드 (36) 는 삽입된 상부 배플 (64a ~ 64c) 과 저부 배플 (66a ~ 66b), 및 제 1 도관 (74) 과 제 2 도관 (76) 을 포함한다. 도 5 에 도시된 바와 같이, 상부 배플 (64a ~ 64c) 과 저부 배플 (66a ~ 66b) 은 매니폴드 (36) 내에서 교대로 배치되며, 이에 의해 내부 유체 통로 (37) 내에서 사행상 경로를 형성한다. 매니폴드 (36) 내에서의 냉각 유체의 다양한 흐름이 도시된다. 제 1 사행상 흐름은, 경로 (F1) 에 의해 나타낸다. 상부 배플 (64a ~ 64c) 과 저부 배플 (66a ~ 66b) 을 통한 제 2 흐름은 경로 (F2) 에 의해 나타낸다. 작동시, 냉각 유체는 제 2 도관 (76) 으로부터 매니폴드 (36) 에 진입한다. 냉각 유체의 일부는 경로 (F1) 를 따라 상부 배플 (64a) 아래로 이동하고, 냉각 유체의 일부는 경로 (F2) 를 따라 배플 틈새 (78a) 를 통과한다. 배플 틈새 (78a) 를 통과하는 냉각 유체는, 경로 (F1) 를 따라 그리고 상부 배플 (64a) 뒤에서 와류가 형성되는 것을 실질적으로 방지하도록 구성된다. 상부 배플 (64a) 을 통과하면, 경로 (F1, F2) 를 따라 냉각 유체가 합류한다. 다음으로, 냉각 유체의 일부는 경로 (F1) 를 따라 저부 배플 (66a) 위를 이동하고, 냉각 유체의 일부는 경로 (F2) 를 따라 배플 틈새 (78b) 를 통과한다. 배플 틈새 (78b) 를 통과하는 냉각 유체는, 경로 (F1) 를 따라 저부 배플 (66a) 뒤에서 와류가 형성되는 것을 실질적으로 방지하도록 구성된다. 저부 배플 (66a) 을 통과하면, 경로 (F1) 와 경로 (F2) 를 따라서 냉각 유체가 합류한다. 일부가 상부 배플과 저부 배플을 통과하지만, 상부 배플 아래 및 저부 배플 위를 흐르는 교대 배치 프로세스는, 냉각 유체가 제 1 도관 (74) 을 통해 매니폴드 (36) 를 나갈 때까지 반복된다. 도 5 에 도시된 바와 같이, 상부 배플과 저부 배플의 교대 배치 패턴에 의해 야기되는 냉각 유체의 사행상 흐름은, 냉각 유체에 노출된 매니폴드 (36) 의 표면적을 효과적으로 증가시킨다.

다시, 도 5 를 참조하면, 매니폴드 (36) 내를 흐르는 냉각 유체는, 압력과 유속을 갖는다. 예시된 실시형태에서, 냉각 유체의 압력은, 약 20 psi ~ 약 60 psi 이며, 유속은 약 1.5 gpm ~ 약 4.0 gpm 의 범위이다. 그러나, 다른 실시형태에서, 냉각 유체의 압력은, 약 20 psi 미만, 또는 약 60 psi 초과일 수 있음이 상정되어야 한다. 게다가, 다른 실시형태에서, 유속은 약 1.5 gpm 미만, 또는 약 4.0 gpm 초과일 수 있음이 상정되어야 한다.

상기에서 논의된 바와 같이, 냉각 유체는 제 2 도관 (76) 으로부터 매니폴드 (36) 에 진입하고, 매니폴드 (36) 를 통해 사행상 경로를 이동하여, 마지막으로 제 1 도관 (74) 을 통해 매니폴드 (36) 를 나간다. 냉각 유체가 매니폴드 (36) 를 통해 이동함에 따라, 냉각 유체는 블레이드 (38) 로부터 열을 흡수한다. 냉각 유체의 사행상 경로는, 냉각 유체가 매니폴드를 통해 흐름에 따라 실질적으로 균일한 냉각 유체의 온도를 제공한다. 예시된 실시형태에서, 매니폴드 (36) 에 진입하고 매니폴드 (36) 를 나가는 냉각 유체의 온도차는 약 3°F ~ 약 15°F 이다. 다른 실시형태에서, 매니폴드 (36) 에 진입하고 매니폴드 (36) 를 나가는 냉각 유체의 온도차는 약 3°F 미만 또는 약 15°F 초과일 수 있다.

도 5 에 예시된 실시형태에서, 상부 배플 (64a ~ 64c) 과 저부 배플 (66a ~ 66b) 은, 배플이 블레이드 (38) 중 어느 한쪽 측면 상에서 교대로 되도록 위치된다. 상부 배플과 저부 배플의 교대 패턴은, 상부 배플 아래 및 저부 배플 위 양쪽에의 냉매 흐름을 갖는 단일 블레이드 (38) 를 유발한다.

이에 따라, 냉매 흐름은 각각의 블레이드 (38) 에 대해 최대로 된다. 그러나, 블레이드의 다른 소망하는 수와 패턴이 사용될 수 있음이 상정되어야 한다.

냉각 유체의 사행상 흐름을 갖는 매니폴드 (36) 는, 유리하게는 다수의 이점을 제공한다. 첫번째로, 사행상 흐름은 매니폴드 (36) 의 길이 전체에 냉각 유체의 일정한 난류 (turbulence) 레벨을 제공한다. 냉각 유체의 일정한 난류 레벨은, 필라멘트 형성 영역으로부터 열 추출의 높은 오버롤 레이트 (overall rate) 를 제공한다. 열 추출의 높은 오버롤 레이트는 유리 필라멘트 형성 장치 (10) 가 높은 수준의 처리량으로 작동되게 한다.

두번째로, 냉각 유체의 일정한 난류 레벨은 매니폴드 (36) 의 길이를 따라 보다 균일한 온도의 균일성을 유발한다. 매니폴드 (36) 의 길이를 따른 온도의 균일성은, 매니폴드 (36) 내의 미네랄 스케일 형성의 감소를 유발하고, 냉각 유체의 국부적인 비등 (boiling) 의 감소를 유발한다.

세번째로, 매니폴드 (36) 의 길이를 따른 온도의 균일성은, 또한 냉각 유체의 비용적으로 저렴한 처리의 사용을 허용한다.

네번째로, 매니폴드 (36) 의 길이를 따른 온도의 균일성은, 적은 냉각 유체 흐름 면적 또는 재순환 존 (zone) 의 감소를 유발한다.

이하, 도 6 및 도 7 을 참조하면, 저부 배플 (66) 이 예시된다. 저부 배플 (66) 은, 상이할 수도 있지만, 상부 배플 (64) 과 실질적으로 동일하거나 유사하다. 간략화의 목적으로, 단지 저부 배플 (66) 만 설명할 것이다. 저부 배플 (66) 은 안착부 (seating portion)(80), 차단부 (blocking portion)(82), 차단 가장자리 (84) 및 배플 틈새 (78) 를 포함한다. 안착부 (80) 는 도 2 에 도시된 바와 같이 저부 배플 슬롯 (62) 내에 위치되게 구성된다. 차단부 (82) 는, 상기에서 논의된 바와 같이 통로 (37) 내로의 신장을 위해 구성된다.

저부 배플 (66) 은, 높이 (HB) 와 두께 (TB) 를 갖는다. 저부 배플 (66) 의 높이 (HB) 는, 저부 배플 (66) 이 상기에서 논의된 바와 같은 통로 (37) 내로 소망하는 간격으로 신장하도록 구성된다. 예시된 실시형태에서, 저부 배플 (66) 의 높이 (HB) 는 대략 0.75 inch 이다. 그러나, 저부 배플 (66) 의 높이 (HB) 는 대략 0.75 inch 초과 또는 미만일 수 있다. 저부 배플의 두께 (TB) 는 저부 배플 슬롯 (62) 의 폭에 대응하도록 구성된다. 예시된 실시형태에서, 저부 배플 (66) 의 두께 (TB) 는 대략 0.125 inch 이다. 그러나, 저부 배플 (66) 의 두께 (TB) 는 대략 0.125 inch 초과 또는 미만일 수 있다.

이하, 도 6 을 참조하면, 안착부 (80) 는 폭 (WSP) 을 갖고, 차단부 (82) 는 폭 (WBP) 을 갖는다. 안착부 (80) 의 폭 (WSP) 은, 매니폴드 (36) 의 폭 (WM) 과 실질적으로 동일하도록 구성된다. 예시된 실시형태에서, 폭 (WBP) 은 약 0.75 inch ~ 약 1.50 inch 의 범위이다. 대안으로, 폭 (WSP) 은 약 0.75 inch 미만, 또는 약 1.50 inch 초과일 수 있다.

유사하게는, 차단부 (82) 의 폭 (WBP) 은 내부 유체 통로 (37) 의 폭 (WFP) 과 실질적으로 동일하도록 구성된다. 예시된 실시형태에서, 폭 (WSP) 은 약 0.625 inch ~ 약 1.50 inch 의 범위이다. 대안으로, 폭 (WBP) 은 약 0.625 inch 미만, 또는 약 1.50 inch 초과일 수 있다.

상기에서 논의된 바와 같이, 배플 틈새 (78) 는, 냉각 유체의 흐름이 저부 배플 (66) 을 통과하도록 구성된다. 예시된 실시형태에서, 배플 틈새 (78) 는, 원형 단면 형상을 가지며, 대략 0.19 inch 의 직경 (D) 을 갖는다. 그러나, 배플 틈새 (78) 는, 예컨대 직사각형 단면 형상과 같은 다른 소망하는 단면 형상을 가질 수 있고, 대략 0.19 inch 초과 또는 미만의 직경 (D) 또는 주된 치수를 가질 수도 있다.

이론에 의해 구속되지 않고, 차단 가장자리 (84) 의 형상은, 배플에 의해 부과된 난류의 레벨이 냉각 유체의 흐름에 기여하는 것으로 믿어진다. 도 6 에 예시된 실시형태에서, 배플 가장자리 (84) 는 선형 형상을 갖는다. 그러나, 배플 가장자리는, 배플에 의해 부과된 난류의 레벨의 편차를 냉각 유체에 발생시키도록 의도된 다른 소망하는 형상을 가질 수 있다.

이하, 도 8 을 참조하면, 저부 배플 (166) 의 다른 실시형태가 예시된다. 저부 배플 (166) 은 안착부 (180), 차단부 (182), 차단 가장자리 (184) 및 배플 틈새 (178) 를 포함한다. 안착부 (180), 차단부 (182) 및 배플 틈새 (178) 는 도 6 에 예시되어 상기에서 논의된 안착부 (80), 차단부 (82) 및 배플 틈새 (78) 와 같거나 실질적으로 유사하다. 차단부 (184) 는 안쪽으로 아치를 이루는 형상을 갖는다.

이하, 도 9 를 참조하면, 저부 배플 (266) 의 다른 실시형태가 예시된다. 이 실시형태에서, 차단 가장자리 (284) 는 곡선 (curvilinear) 형상을 갖는다.

또한, 배플의 차단부가 추가의 난류 유도 작용을 위해 구성되는 틈새를 가질 수 있는 것다는 것이 본 발명의 범주 내에 있다. 이 틈새는 원 또는 슬롯을 포함하는 임의의 소망하는 단면 형상 또는 형태를 가질 수 있다.

이하, 도 10 을 참조하면, 저부 배플 (366) 의 또다른 실시형태가 예시된다. 이 실시형태에서, 차단 가장자리 (384) 는 실질적으로 수평부 (386) 와 실질적으로 수직부 (388) 양자를 포함한다. 실질적으로 수직부 (388) 는 하방으로 신장하여 아치부 (390) 를 형성하도록 결합된다. 아치부 (390) 는, 배플 틈새 (78) 에 대해 상술한 바와 같이, 흐르는 냉각 유체의 일부가 저부 배플 (366) 을 통과하여 이에 의해 저부 배플 (366) 뒤에서 와류가 형성되는 것을 실질적으로 방지하도록 구성된다. 도 10 에 예시된 실시형태에서, 수직부 (388) 가 하방으로 신장하여 아치부 (390) 를 형성하도록 결합되지만, 다른 실시형태에서, 수직부 (388) 가 흐르는 냉각 유체의 일부가 저부 배플 (366) 을 통과하여 이에 의해 저부 배플 (366) 뒤에서 와류가 형성되는 것을 실질적으로 방지하는데 충분한 임의의 소망하는 형상을 형성하도록 결합될 수 있음이 상정되어야 한다.

또한, 배플의 차단부가, 추가의 난류 유도 작용을 위해 구성된 틈새를 가질 수 있음이 본 발명의 범주 내에 있다. 이 틈새는 원 또는 슬롯을 포함하는 임의의 소망하는 단면 형상 또는 형태를 가질 수 있다.

본 발명의 원리 및 작동의 양태는 특정의 실시형태에서 기술되었다, 그러나, 본 발명은, 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않고 특정하게 예시되고 기술된 것과 달리 실현될 수도 있음에 주목해야 한다.

Claims

유리 필라멘트의 제조에 사용하기에 적합한 재료로 구성된 냉각 핀 조립체에 있어서, 상기 냉각 핀 조립체는,
제 1 단부, 제 2 단부 및 이들 단부 사이에서 냉각 유체의 흐름을 위해 구성되는 내부 통로를 갖는 매니폴드;
상기 내부 통로 내에 위치되는 복수 개의 배플; 및
상기 매니폴드에 연결되어 매니폴드에 열을 전도시키도록 구성되는 복수 개의 블레이드를 포함하며,
상기 배플은, 매니폴드 내에 냉각 유체용의 사행상 흐름 경로를 만들도록 구성되는, 냉각 핀 조립체.
제 1 항에 있어서,
상기 매니폴드는 상부면과 저부면을 가지며,
상기 배플은 상기 상부면과 저부면으로부터 내부 통로로 연장되는 냉각 핀 조립체.
제 2 항에 있어서,
상기 배플은, 상기 상부면과 저부면에 위치된 복수 개의 배플 슬롯에 위치결정되는 냉각 핀 조립체.
제 1 항에 있어서,
상기 배플 각각은 안착부와 차단부를 갖는 냉각 핀 조립체.
제 4 항에 있어서,
상기 배플의 차단부는 내부 통로로 신장하는 냉각 핀 조립체.
제 5 항에 있어서,
상기 배플의 차단부는 내부 통로의 대략 70 % 를 차단하는 냉각 핀 조립체.
제 6 항에 있어서,
상기 배플의 차단부는 내부 통로 내로 상이한 간격으로 신장하는 냉각 핀 조립체.
제 1 항에 있어서,
상기 배플 각각은, 냉각 유체가 배플을 통과하게 되도록 구성된 배플 틈새를 포함하는 냉각 핀 조립체.
제 8 항에 있어서,
상기 배플은, 매니폴드 내의 냉각 유체의 흐름을 제 1 흐름과 제 2 흐름으로 분리하도록 구성되고,
상기 제 1 흐름은 매니폴드 내에서 그리고 배플 둘레에서 사행상 경로를 따르며,
상기 제 2 흐름은 매니폴드 내에서 그리고 배플 틈새를 통해서 통과하는 냉각 핀 조립체.
제 2 항에 있어서,
상기 매니폴드는 길이를 가지며,
상기 배플은 매니폴드의 상기 길이를 따라 상부면과 저부면으로부터 교대로 신장하며,
상기 배플은 매니폴드의 상기 길이를 따라 교대로 되어 있는 배플 사이에 위치 결정되는 냉각 핀 조립체.
제 1 항에 있어서,
상기 배플 각각은 차단 가장자리를 가지며,
상기 차단 가장자리는 아치 형상을 갖는 냉각 핀 조립체.
유리 필라멘트의 제조를 위해 구성된 장치에 있어서, 상기 장치는,
유리 필라멘트를 제조하기 위해 구성되며 근처의 영역이 필라멘트 형성 영역인 복수 개의 노즐을 가지며 용융 유리 공급물을 노즐에 제공하도록 구성된 부싱;
상기 필라멘트 형성 영역에 위치된 제 1 항 기재의 냉각 핀 조립체; 및
상기 유리 필라멘트를 모으도록 구성된 기구를 포함하는, 유리 필라멘트의 제조를 위해 구성된 장치.
유리 필라멘트 제조 방법에 있어서, 상기 방법은,
유리 필라멘트를 제조하기 위해 구성되며 근처의 영역이 필라멘트 형성 영역인 복수 개의 노즐을 가지며 용융 유리 공급물을 노즐에 제공하도록 구성된 부싱을 제공하는 단계;
상기 필라멘트 형성 영역에 제 1 항 기재의 냉각 핀 조립체를 위치결정하는하는 단계;
상기 용융 유리 공급물을 부싱에 제공하는 단계;
상기 노즐을 통해 유리 필라멘트를 형성하는 단계;
매니폴드를 통해 냉각 유체의 흐름을 제공하는 단계:
상기 필라멘트 형성 영역으로부터 매니폴드로 열을 흡수하여 전도하는 단계; 및,
냉각 유체가 사행상 경로를 따라 매니폴드를 통해 흐를 때 매니폴드로부터 냉각 유체로 열을 전달하는 단계를 포함하는 유리 필라멘트 제조 방법.