KR20120097338A - 유리 제조 공정에서 휘발된 재료를 포위된 공간으로부터 제거하기 위한 방법 및 기기 - Google Patents

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Abstract

용융된 유리를 수용하는, 포위되거나 또는 부분적으로 포위된 공간 내로부터 휘발된 화합물을 제거하기 위한 기기와 방법이 제시된다. 하나 이상의 응축 장치가 상기 응축 장치의 응축 부재에 증기의 잠재적인 응축을 만들도록 포위부 내에 위치되어, 상기 포위부로부터의 응축물의 제거를 더욱 용이하게 할 수 있다. 응축 부재가 포위부의 설계에 따라 다양한 형상 및 크기를 취할 수 있다.

Description

유리 제조 공정에서 휘발된 재료를 포위된 공간으로부터 제거하기 위한 방법 및 기기{Method and Apparatus for Removing Volatilized Materials from an Enclosed Space in a Glass Making Process}
본 발명은 휘발된 재료를 포위된 공간으로부터 제거하기 위한 기기 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 유리 제조 공정에 있어서 상기 공간 내의 선택된 표면에서 휘발된 재료의 응축을 방지하는 기기 및 방법에 관한 것이다.
전형적인 유리 제조 시스템에 있어서, 다양한 원료(raw) 성분이나 또는 뱃치(batch) 재료는 일반적으로 분말(pulverulent) 상태에서, 용융 노로 안내되거나 "충전"된다. 분말상의 뱃치 재료가 용융되어, 시스템의 제조부로 유동될 수 있는 점성의 용융된 재료가 성형된다. 점성의 용융된 재료가 냉각될 때 상기 용융된 재료는 유리를 형성하고, 다양한 형상으로 만들어질 수 있다. 단지 설명을 위하여, 점성의 용융된 재료가 이후 용융된 유리로 지칭되거나 또는 유리 용융물로 지칭될 것이다.
노 내의 원재료를 용융시킴으로써 유리 시트와 같은 유리 물품을 제조하는 것이 공지되어 있다. 하향-인발 공정이나 또는 융합 공정으로 알려진, 이러한 한 공정에 있어서, 용융된 유리가 성형체에서의 트로프(trough)의 면을 오버플로한다. 별도의 유리가 유동하여 이후 성형체의 하부에서 다시 합쳐지거나 융합하여 유리의 연속의 리본을 형성한다. 유리의 별도의 시트가 이후 리본으로부터 절결된다. 성형 기기의 적어도 일부가 벽에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸인 공간 내에 수용된다.
불리하게도, 휘발된 재료가 용융된 유리에 의해 또는 상기 용융된 유리로부터 발생되고, 이들 휘발된 재료가 성형 공간의 영역부 내의 표면상에서, 가장 두드러지게는 유리 리본을 인발하도록 사용된 포위부 내에 수용된 설비 표면에서 응축되거나 또는 포위부 벽부의 내측 표면상에서 응축되곤 한다. 응축된 재료가 설비 표면상에서 축적될 수 있고 표면의 열적 특성에 손상을 미치거나, 또는 유리 리본을 파손시키고 오염시키거나 또는 공정의 열적 특성에 손상을 미친다.
본 발명의 명세서에는 이러한 효과를 완화시키는 방법 및 기기에 대해 기재되어 있다.
용융된 재료로부터의 유리의 제조는 일반적으로 휘발된 화합물의 형성을 초래한다. 유리 시트 재료를 제조하기 위한 플로트(float) 공정과 같은 여러 공정에 있어서, 제조자는 유리 재료가 부유하는 주석조(tin bath)의 휘발과 관련하여 문제점을 반드시 갖는다. 이러한 휘발된 주석은 유리 및 주석을 수용한 챔버의 지붕에서 응축될 수 있으며, 이에 따라 응축물이 루프로부터 유리에 결함을 야기시키는 수평으로 배치된 유리 상으로 적하(drip)될 수 있다.
시트 유리를 만드는 융합 성형 방법에 있어서, 용융된 유리 재료가 성형체로 이송되고, 상기 성형체는 그 상부 표면에 개방 채널이 형성되며 일반적인 웨지의 형상을 취한다. 용융된 유리 재료가 채널의 상부를 오버플로하고, 별도의 스트림으로서 성형체의 외측 성형 표면 아래로 유동한다. 별도의 스트림은 성형체의 하부, 즉 루트에서 합쳐져 우수한 표면 품질을 갖는 유리 리본을 만든다. 성형체의 성형 표면과 접촉하는 용융된 유리 재료의 표면 만이 상기 성형체의 루트로부터 인발된 유리 리본의 내부 내에 한정되기 때문에, 리본의 외측 표면이 초기상태이다. 리본의 주 표면과의 접촉을 피함으로써 리본 표면의 초기 특성을 유지하도록 모든 노력이 행해진다. 실제로, 적어도 리본이 유리로 응고될 때까지, 리본과의 접촉은 리본의 엣지부를 통해서만 이루어진다.
유리의 제조는 유리 재료의 특성에 따른 온도에서, 비교적 고 온도에서 일어난다. 예를 들면, 디스플레이 장치 제조에 사용되는 유리와 같은, 유리의 박막 시트의 제조에 있어서, 여러 경우에 있어서 용융된 유리 재료가 1500C나 또는 이 이상의 온도에 도달할 수 있다. 성형 공정 동안에서도, 용융된 유리 재료가 1000℃ 이상일 수 있다. 용융된 유리 재료에 의해 겪게 되는 고 온도에 의해 유리 재료의 특정 성분이 용융된 유리 재료를 둘러싸는 공간을 채우는 증기로 휘발될 수 있다. 용융된 유리 재료가 한정된 공간 내에 있다면, 휘발된 성분이 표면 근처에서 응축될 수 있고 그리고 충분한 양의 재료가 응축될 때, 상기 표면으로부터 배출된다. 예를 들면, 휘발된 재료가 액상으로 응축되면, 응축물은 리본을 인발하고 가이드하도록 사용된 롤러와 같은, 장치나 또는 여러 표면상에 하향 적하하고 수집될 수 있다. 휘발된 재료가 고체로 응축되면, 고체 응축물은 수집되어 리본 성형 공정의 열적 밸런스에 손상을 미칠 수 있다.
일 실시예에 따라, 유리 시트 성형 기기는, 용융된 유리가 내부에 위치되고 휘발된 무기 재료를 포함한 분위기를 더 포함하는 포위부와, 상기 분위기로 뻗어있는 응축 부재를 포함한 응축 장치를 포함하여 개시되어 있다. 응축 장치는 응축 부재로 유동되는 냉각 유체를 수용하기 위한 통로를 포함한다. 응축 부재는 하나 이상의 세장형 응축 구성요소를 포함한다. 하나 이상의 세장형 응축 구성요소는 길이방향 축선을 포함한다. 응축 구성요소의 길이방향 축선은 만곡될 수 있다. 예를 들면, 하나 이상의 세장형 응축 구성요소는 아크나 또는 코일의 형태를 취할 수 있다. 여러 실시예에 있어서, 응축 장치가 복수의 세장형 응축 구성요소를 포함한다.
특정 실시예에 있어서 유리 성형 기기는 성형체를 포함하고 상기 성형체로부터 유리의 리본이 인발되며, 상기 성형체는 상기 성형체의 하부 루트에서 합쳐지는 수렴하는 성형 표면을 포함한다. 유리 성형 기기는 복수의 응축 부재를 더 포함하고 상기 성형 기기에서 하나 이상의 응축 부재는 루트를 통과하는 가상의 수직 평면의 제 1 면에 위치되고 다른 한 응축 부재가 상기 수직 평면의 제 2 면에 위치된다.
여러 실시예에 있어서, 유리 성형 기기는 성형체를 포함하고 상기 성형체로부터 유리의 리본이 인발되고, 상기 성형체는 상기 성형체의 하부 루트에서 합쳐지는 수렴하는 성형 표면을 포함하고, 그리고 응축 부재의 말단부와 리본의 엣지 사이의 거리와 상기 응축 부재 사이의 거리가 적어도 5㎝이다.
여러 실시예에 있어서, 유리 성형 기기는 성형체를 포함하고 상기 성형체로부터 유리의 리본이 인발되고, 응축 부재의 말단부와 리본의 엣지 사이의 거리가 적어도 5㎝이다.
여러 실시예에 있어서, 유리 성형 기기는 성형체를 포함하며, 상기 성형체는 상기 성형체의 하부 루트에서 만나는 수렴하는 성형 표면을 포함하고, 루트를 통해 뻗어있고 상기 루트와 평행한 제 1 가상의 수직 평면에 대해 그리고 상기 루트에 수직하고 리본의 최외측 엣지와 교차하는 제 2 가상의 수직 평면에 의해 교차되며, 포위부로 뻗어있는 응축 부재는 상기 포위부로부터 제 2 수직 평면을 지나 뻗어있지 않다.
특정 실시예에 따라, 응축 부재의 온도는 상기 응축 부재 근방의 포위부의 온도보다 적어도 50℃ 이하이다. 응축 부재의 외측 표면적은 바람직하게 적어도 100㎠이고, 여러 경우에 있어서 응축 부재의 외측 표면적은 적어도 480㎠이다. 응축 부재는 포위부의 내측 표면으로부터 적어도 10㎝ 뻗어 있다.
다른 일 실시예에 따르면 본 발명의 방법은 포위부 및 성형체를 포함하는 유리 제조 기기를 제조하는 단계를 포함하여 개시되어 있으며 상기 성형체로부터 유리가 인발되고 상기 포위부 내에 위치되고, 상기 유리 제조 기기는 포위부의 내측 표면으로부터 상기 포위부에 의해 포위된 볼륨으로 뻗어있는 응축 부재를 더 포함하고, 상기 볼륨은 상기 볼륨 내에 포함된 분위기에 휘발된 화합물을 포함하고 상기 휘발된 화합물이 상기 응축 부재 상에 응축하도록 상기 응축 부재를 통해 냉각 유체를 유동시킨다. 특정 실시예에 있어서, 화합물은 액상으로 응축한다. 예를 들면, 액체 응축이 응축 부재로부터 적하되고 드립 트레이(drip tray)와 같은 수집 용기로부터 수집된다. 드립 트레이는 주기적으로 제거되고 교체되거나, 또는 비워지고, 세정되고 재설치될 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 휘발된 화합물은 고체처럼 응축 부재에서 응축한다. 응축 부재나 또는 전체 응축 장치가 제거되고 세정되거나 교체될 수 있다.
따라서, 단지 예시적으로서, 아래 C1 내지 C20과 같은 실시예를 포함된다.
C1. 유리 성형 기기는: 내부에 위치된 용융된 유리를 포함하고, 휘발된 무기 재료로 이루어진 분위기를 더 포함한 포위부와; 상기 분위기로 뻗어있는 말단부를 갖는 하나 이상의 응축 부재를 포함한 응축 장치;를 포함하고, 상기 응축 장치는 냉각 유체의 유동을 수용하기 위한 통로를 포함한다.
C2. C1에 따른 유리 성형 기기에 있어서, 하나 이상의 응축 부재는 만곡된 길이방향 축선을 포함한다.
C3. C1에 따른 유리 성형 기기에 있어서, 하나 이상의 응축 부재는 아크나 또는 코일 형태를 취한다.
C4. C1 내지 C3 중 어느 하나에 따른 유리 성형 기기에 있어서, 하나 이상의 응축 부재의 온도는 상기 하나 이상의 응축 부재 부근의 상기 포위부의 온도보다 적어도 50℃ 이하이다.
C5. C1 내지 C4 중 어느 하나에 따른 유리 성형 기기에 있어서, 하나 이상의 응축 부재의 표면적은 적어도 100㎠이다.
C6. C1 내지 C5 중 어느 하나에 따른 유리 성형 기기에 있어서, 하나 이상의 응축 부재의 표면적은 적어도 480㎠이다.
C7. C1 내지 C6 중 어느 하나에 따른 유리 성형 기기에 있어서, 하나 이상의 응축 부재는 상기 포위부의 내측 표면으로부터 상기 포위부 분위기로 적어도 12㎝ 뻗어있다.
C8. C1 내지 C7 중 어느 하나에 따른 유리 성형 기기에 있어서, 상기 유리 성형 기기는 성형체를 포함하고 상기 성형체로부터 유리의 리본이 인발되고, 상기 포위부 분위기로 뻗어있는 하나 이상의 응축 부재의 말단부와 리본의 엣지 사이의 거리가 적어도 5㎝이다.
C9. C1 내지 C8 중 어느 하나에 따른 유리 성형 기기에 있어서, 냉각 유체가 하나 이상의 응축 부재의 외측에 위치되거나 또는 그 주변에 위치된 냉각 부재를 통해 유동된다.
C10. C1 내지 C8 중 어느 하나에 따른 유리 성형 기기에 있어서, 하나 이상의 응축 부재의 일부가 포위부 외측으로 뻗어있고 상기 냉각 통로는 상기 포위부 외측에 뻗어있는 하나 이상의 응축 부재의 일부 내측에만 위치된다.
C11. C1 내지 C10 중 어느 하나에 따른 유리 성형 기기에 있어서, 상기 유리 성형 기기는 성형체를 포함하고 상기 성형체로부터 유리의 리본이 인발되고, 상기 성형체는 상기 성형체의 하부 루트에서 합쳐지는 수렴하는 성형 표면을 포함하고, 상기 포위부로 뻗어있는 응축 부재의 말단부와 리본의 엣지 사이의 거리는 적어도 5㎝이다.
C12. C1 내지 C11 중 어느 하나에 따른 유리 성형 기기에 있어서, 상기 유리 성형 기기는 성형체를 포함하고 상기 성형체는 상기 성형체의 하부 루트에서 만나는 수렴하는 성형 표면을 포함하고, 포위부 분위기로 뻗어있는 상기 하나 이상의 응축 부재의 말단부가 루트에 수직하고 리본의 최외측 엣지를 교차하는 수직 평면을 지나 뻗어있지 않다.
C13. C1 내지 C12 중 어느 하나에 따른 유리 성형 기기에 있어서, 응축 장치는 복수의 응축 부재를 포함한다.
C14. C13에 있어서, 유리 성형 기기는 성형체를 포함하고 상기 성형체로부터 용융된 유리의 리본이 인발되며, 상기 성형체는 상기 성형체의 하부 루트에서 만나는 수렴하는 성형 표면을 포함하고, 상기 루트로부터 멀리 위치된 응축 부재는 상기 루트에 보다 근접하여 위치된 응축 부재보다 더 길다.
C15. C1 내지 C7 중 어느 하나에 따른 유리 성형 기기에 있어서, 상기 유리 성형 기기는 성형체를 포함하고 상기 성형체로부터 용융된 유리의 리본이 인발되며, 상기 성형체는 상기 성형체의 하부 루트에서 합쳐지는 수렴하는 성형 표면을 포함하고, 응축 장치가 복수의 응축 부재를 더 포함하고 상기 복수의 응축 부재 중 하나 이상의 응축 부재가 상기 루트를 통과하는 가상의 수직 평면의 제 1 면에 위치되고 복수의 응축 부재 중 다른 하나의 응축 부재가 상기 수직 평면의 제 2 면에 위치된다.
C16. 유리 시트 성형 기기는 포위부와 상기 포위부 내에 위치된 유리가 인발되는 성형체를 포함한 유리 제조 기기와; 상기 포위부의 내측 표면으로부터 상기 포위부로 포위된 볼륨으로 뻗어있는 복수의 응축 부재를 포함한 응축 장치를 포함하여 제공되고, 상기 성형체는 상기 성형체의 하부 루트에서 만나는 수렴하는 성형 표면을 포함하고, 상기 볼륨은 상기 볼륨 내에 수용된 분위기에 휘발된 화합물을 포함하고, 그리고 복수의 응축 부재는 가상의 수직 평면의 제 1 면 상에 위치된 제 1 응축 부재와, 상기 가상의 수직 평면의 제 2 면 상에 위치된 제 2 응축 부재를 포함한다.
C17. C16에 있어서, 응축 장치는 냉각 유체의 유동을 수용하기 위한 통로를 포함한다.
C18. 유리 성형 방법은 포위부와 상기 포위부 내에 위치된 유리가 인발되는 성형체를 포함한 유리 제조 기기를 제공하는 단계와, 휘발된 화합물이 응축 부재에서 응축하도록 상기 응축 부재를 통해 냉각 유체를 유동시키는 단계를 포함하며, 상기 유리 제조 기기는 상기 포위부에 의해 포위된 볼륨으로 뻗어있는 응축 부재를 더 포함하고, 상기 볼륨은 상기 볼륨에 수용된 분위기에 휘발된 화합물을 포함한다.
C19. C16에 있어서, 화합물은 액상으로 응축한다.
C20. C16 또는 C17에 있어서, 휘발된 화합물은 유리로부터 휘발된 화합물이다.
상기 일반적인 설명과 아래 상세한 설명 모두는 본 발명의 실시예를 나타내고 있으며, 청구범위로 청구된 바와 같은 본 발명의 특징 및 특성의 전반적인 이해를 돕기 위한 것임을 알 수 있을 것이다. 첨부한 도면은 본 발명의 이해를 더욱 돕기 위하여 본 발명의 명세서의 일부를 이루도록 통합되어 있다. 도면은 본 발명의 일 실시예를 나타내고 있고, 상세한 설명과 함께 본 발명을 설명하기 위해 사용되었다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 일례의 융합 유리 제조 기기의 일부의 단면을 포함한 사시도이다.
도 2는 도 1의 유리 제조 기기의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 응축 장치의 사시도이다.
도 4는 유리 리본의 각각의 면에 하나씩 위치한, 응축 부재의 배치를 나타낸 도 3의 응축 장치의 정면도이다.
도 5는 유리 리본과 관련된 응축 부재의 배치를 나타낸 도 3의 응축 장치의 평면도이다.
도 6은 복수의 응축 부재를 포함한 응축 장치의 사시도이다.
도 7은 2개의 그룹의 응축 부재를 나타낸 도 6의 응축 장치의 정면도로서, 하나의 그룹은 유리 리본의 하나의 면 상에 위치되고 다른 하나의 그룹은 상기 유리 리본의 다른 한 면에 위치되며, 각각의 그룹의 응축 부재는 복수의 응축 부재를 포함하고 있다.
도 8은 아크형 응축 부재를 포함한 응축 장치의 측단면도이다.
도 9는 유리 리본의 한 면 상의 아크형 응축 부재와 상기 유리 리본의 다른 한 면 상의 다른 한 아크형 응축 부재를 포함한, 도 8의 응축 부재와 유사한 응축 장치의 정면도이다.
도 10은 코일형상의 응축 부재를 포함한 어느 한 실시예의 응축 장치의 측면도이다.
도 11은 응축 부재의 일부 주위에 위치된 외측 냉각 부재를 구비한 고체 응축 부재를 포함한 응축 장치의 측단면도이다.
도 12는 냉각 유체 유동을 수용하기 위한 내측 냉각 통로를 포함한 응축 부재의 측단면도이다.
단지 예시적인 것으로서 설명을 위한 아래 바람직한 실시예에 있어서, 특정 상세한 사항을 개시하고 있는 이들 실시예는 본 발명의 전반적인 이해를 돕기 위해 설명되어 있다. 그러나, 본 발명의 장점을 그대로 가지면서, 본 발명이 본 명세서에 개시된 특정 사항의 범주 내의 다른 실시예로 실시될 수 있다는 것을 당업자라면 알 수 있을 것이다. 더욱이, 잘 알려진 장치, 방법 및 재료에 대한 설명은 본 발명의 설명을 보다 명확하게 하기 위해 생략될 수 있다. 결론적으로, 가능하다면, 동일한 부재번호는 동일한 구성요소를 지시하고 있다.
아래 기재된 설명은 융합 유리 제조 공정에 관한 것으로서, 유리 시트의 성형과 관련하여 기재되어 있는 한편, 본 명세서에 기재된 주된 사항은 광범위한 범위의 활용도(activities)로 적용가능하며 이 경우 용융된 유리가 폐쇄되거나 부분적으로 폐쇄된 공간 내에 포함되고 휘발된 재료의 응축이 바람직하지 않다. 따라서, 본 명세서에 개시된 주된 사항은 아래 특정된 실시예로 한정되지 않고, 예를 들면, 플로트 공정, 상향인발 공정 및 슬롯형 공정과 같은 여러 유지 제조 공정에서 사용될 수 있다.
성형체(12)를 포함하는 일례의 융합 유리 성형 기기(10) 또는 FDM(Fusion Draw Machine)의 단면도가 도 1에 도시되어 있다. 성형체(12)는 트로프(14) 및 수렴하는 측벽 또는 성형 표면(16)을 포함한 상부 개방 용기이며, 성형체(12)에 들어가는 용융된 유리(18)가 트로프를 오버플로하고 용융된 유리의 2개의 별도의 유동으로서 수렴하는 측벽 아래로 내려간다. 2개의 별도의 용융된 유리가 유동해 성형체의 하부에서 다시 합쳐지며 수렴하는 측벽이 만나는 상기 하부에서 초기상태의(pristine) 외측 표면을 갖는 유리 리본(20)을 성형한다. 수렴하는 성형 표면이 만나는 성형체의 하부에 따른 라인이 루트(22)라고 알려져 있다. 유리 리본(20)이 성형체 루트로부터 아래쪽으로 당겨지고 이후 상기 유리 리본이 만족스런 점도와 온도로 냉각된 이후에 소정의 크기의 시트로 절결된다. 융합 유리 제조 공정의 보다 상세한 기재가 Dockerty에게 허여된 미국특허문헌 제3,338,696호에 기재되어 있고, 이 문헌의 내용은 참조를 위해 본 명세서에 통합되어 있다.
리본 성형 공정 동안에 유리를 둘러싼 환경을 제어하기 위하여, 성형 기기(10)는 또한 전형적으로 도 2에 도시된 포위부(24)를 포함하며 상기 포위부는 새롭게 성형된 리본의 일부와 성형체를 둘러싼다. 포위부(24)는, 예를 들면, 액체로부터 탄성 고체로의 용융된 유리 전이와 같은 안정된 열적 환경을 제공하고 미립자 오염으로부터 새롭게 성형된 리본을 보호하는 상부 포위부(26)와 하나 이상의 하부 포위부(28)를 포함한다. 포위부(24)는 또한 리본의 엣지부(32)를 파지함으로써 리본의 형상 및 위치를 조정하고 당기기 위한 롤 조립체(30)와 같은 부가적인 공정 설비를 부착하기 위한 편리한 플랫폼을 제공한다. 그렇지만, 보호 작동에도 불구하고, 포위부(24), 그리고 여러 부착된 설비 그 자체가 성형체로부터 유동하는 유리 리본에 대한 오염원으로 사용될 수 있다.
용융 공정 동안에 원재료는 "뱃치(batch)"를 포함하고 소정의 유리 조성물 제조하도록 선택된 특정 금속 산화물 재료를 포함하며, 나사식 이송기나 또는 어거(auger)와 같은 이송 기기에 의해 용융 노로 이송된다. 공정으로 성형된 유리 물품의 필요한 특성을 달성하기 위하여, 다양한 도핑 재료와 같은 추가 재료가 또한 포함될 수 있다. 여러 경우에 있어서, 특히 디스플레이 산업용 유리 시트 제조에 있어서, 유리의 용융 온도는 1200℃, 1300℃, 1400℃ 및 1500℃ 까지도 초과하여 매우 높을 수 있다. 후-용융 정련(정제)(post-melting refining(fining)) 작동(도시 생략)이 최종 용융된 재료(용융물)로부터 가스상의 혼입물을 제거하도록 용융된 유리를 보다 고온도로 가열하도록 설계되지만, 상기 용융물의 고 온도가 용융된 유리 혼합물의 특정 성분을 계속 휘발시키거나, 또는 공정의 더욱 하류의 상기 용융물과 접촉하는 설비 및/또는 용기의 부분조차도 계속 휘발시킬 수 있다. 통상 휘발된 구성성분은 지르코니아 및 보론(boron) 산화물을 포함할 수 있다. 보론은 낮은 증기 압력 때문에 특히 성가신 성분이다.
휘발된 재료의 응축은, 상당한 금전적 가치가 유리에 부여될 때, 유리 재료가 용융된 기간 내내 제조 공정을 성가시게 할 수 있지만, 성형 공정 동안에 가장 손상을 입는다. 융합 성형 공정 동안에, 용융된 유리(18)가 성형체(12)에 진입하고 보호식 포위부(24) 내에 수용되고 성형체를 둘러싸는 분위기(34)에 노출된다. 그러나, 용융된 유리가 성형체(12)에 진입할 때, 분위기(34)로의 자유 표면의 노출은 포위부 분위기로 휘발하도록 저 증기 압력 유리 성분에 대한 기회를 제공한다. 이들 휘발된 재료가 용융된 유리 보다 낮은 온도인 포위부 내의 표면상에서 응축할 수 있다. 응축이 가장 차가운 표면상에서 우선적으로 발생한다. 예를 들면, 포위부 벽부, 성형체로부터 아래쪽으로 유리를 인발하는데 사용되는 인발 롤, 및 포위부 내의 증기에 대한 가상의 임의의 여러 냉각 몸체가 응축된 재료를 축적할 수 있다. 응축물 퇴적 및 빌드업(build-up)이 특정 내부 FDM 표면상에서 시간 내내 증가하고 상기 FDM의 열 전달 특성을 변경할 수 있다. 보다 중요하게는, 액체 형상의 응축물은 일단 충분한 빌드업이 만들어지면 FDM 표면상의 고브(gob)로 유동을 개시할 수 있다. 이들 고브는 유리 리본에 손상을 미칠 수 있고 예를 들어, 유리 리본과 접촉하고 상기 리본을 가이드하는 롤러와 같은 내측 FDM 구성요소의 작동성에 손상을 입히거나 제한한다.
본 명세서에 개시된 실시예에 따라, 코일, 튜브, 막대기 또는 여러 적당한 형상으로 형성되고 스테인레스 스틸과 같은 내 고온성 재료로 만들어진 하나 이상의 응축 부재(38)를 포함하는 응축 장치(36)는 포위부(24)나, 상부 포위부(26)에 배치되거나, 또는 특히 하부 포위부(28) 내에 배치된다. 응축 장치가 FDM 분위기에 삽입되고 냉각 유체 공급 라인과 연결될 수 있어 응축 발생에 필요한 냉각을 제공할 수 있다. 물은 높은 열 특성, 저 비용 및 용이한 사용가능성 때문에 바람직한 냉각 유체이다. 그러나, 여러 실시예에 있어서 공기가 적당한 냉각 유체로 사용될 수 있다. 응축 장치가 지지판(40)의 도움으로써 FDM 상에 장착될 수 있고 현 개구를 통해 삽입될 수 있거나 또는 상기 포위부(24)를 통해 새롭게 형성된 접근점(access point)을 통해 삽입될 수 있다.
응축 장치가 응축 부재의 열 전달 특성을 밸런스맞춤으로써 유리의 열 프로파일을 조정하는 현 FDM 특성에 손상을 미치지 않도록 설계될 수 있다. 이는, 예를 들면, 적당한 냉각 유체 온도 및 유동율, 응축 부재의 크기 및 형상, 그리고 유리 리본에 대한 응축 장치의 일반적인 위치를 선택함으로써 행해질 수 있다. 응축 부재 설계품의 상이한 형상 및 패턴이, 예를 들면, FDM에서의 상이한 위치에서의 응축물 제거를 최대화하도록 사용될 수 있다. 응축 장치의 전반적인 설계와 배치 및 응축 부재는 FDM의 특정 구성 및 설계에 따라 결정된다. 응축 부재는 주어진 형상으로 형성된 단일의 튜브로 만들어지며, 잠재적인 크랙이나 또는 누출을 피하기 위해 용접부가 없다. 이러한 용접부가 없는 특징부는 쿨란트 누출 위험을 감소시킨다. 이러한 누출은 특히, 액상의 쿨란트가 사용될 때 전기 회로와 동일 영역에서의 배선 때문에 그리고 포위부에 의한 열적 환경에서의 잠재적인 충격과 유리 리본의 성형 시의 충격 때문에 매우 바람직하지 않다. 그러나, 공기의 누출과 같은 가스 누출까지도 포위부 내의 열적 환경을 붕괴하고 언밸런스하게 할 수 있어, 리본 성형에 영향을 준다.
응축 부재 재료의 고 온도 특성 때문에, 응축 장치가 설비 강도나 또는 결합성을 위해 응축 부재를 통과하는 유체의 연속 유동을 필요로 하지 않는다. 냉각 설비와의 연속 연결부가 필요 없으면 설치가 용이하고 강성을 제공하며, 유체 유동이 중단되는 경우의 제조 문제점을 방지한다.
도 3은 포위부(24)의 벽(내측 표면)으로부터 외측으로 돌출한 세장형 막대기나 또는 튜브의 형태로 응축 부재(38)를 포함한 응축 장치(36)의 일 실시예를 도시하고 있다. 비록 도시되지 않았지만, 응축 부재(38)는 능동적으로 냉각된 구성요소일 수 있으며, 이 경우 응축 부재(38)는 통로를 포함하며 상기 통로를 통해 냉각 유체(42)가 휘발된 재료의 응축을 유도하는데 적당한 온도보다 낮은 응축 부재의 온도로 통과된다. 냉각 유체(42)는 유체를 순환시키고 냉각하는 냉각 유닛(도시 생략)에 의해 공급될 수 있다. 냉각 유닛은 예를 들면, 열 교환기 및/또는 냉장 유닛을 사용할 수 있다. 냉각 유체는 물 또는 공기와 같은 임의의 적당한 냉각 유체일 수 있다. 선택적으로, 응축 부재(38)는 수동적으로 냉각될 수 있다. 도 3에 도시된 실시예에 있어서, 2개의 응축 부재가 도시되어 있다. 바람직하게, 2개의 응축 부재는, 루트(22)와 평행하고 상기 루트를 통과하는 제 1 가상의 수직 평면(44)에 대해, 성형체 루트로부터 하강하는 유리 리본이 2개의 응축 부재 사이에 위치되도록, 위치된다. 즉, 하나의 응축 부재(38)가 가상 평면의 하나의 면에 위치되고 다른 하나의 응축 부재가 상기 가상 평면의 다른 한 면에 위치된다(도 4 참조). 가상 평면이 루트로부터 하강하는 유리 리본에 근접하기 때문에, 이는 리본의 하나의 면 상의 포위부로부터 외측으로 뻗어있는 하나의 응축 부재, 그리고 상기 리본의 다른 한 면 상의 상기 포위부로부터 뻗어있는 다른 응축 부재로 보여질 수 있다. 바람직하게, 응축 부재가 유리 리본의 주 표면(20a 및 20b)에 인접하여 놓여 있는 포위부(24)로 충분히 멀리 뻗어있지 않다. 즉, 응축 부재는 리본의 주 표면에 바로 인접하지 않도록 위치된다(도 5 참조). 이러한 구성은 루트(22)로부터 보여지는 것처럼 리본의 아래에서 본 도 5에 도시된 구성에 따른다. 루트(22)와 평행하고 상기 루트를 통과하는 제 1 가상의 수직 평면(44)이 다시 고려된다. 또한 제 1 가상의 수직 평면(44)과 수직하고 성형체로부터 하강하는 리본의 최외측 엣지를 교차하는 제 2 가상의 수직 평면(46)이 고려된다. 도 3의 실시예의 경우에 있어서, 제 2 수직 평면(46)은 세장형 응축 부재(38)에 일반적으로 수직한다. 바람직하게, 응축 부재는 제 2 수직 평면을 통과하도록 포위부(24)로부터 충분한 거리로 뻗어있지 않다. 바람직하게, 포위부 벽부로부터 가장 먼 응축 부재, 상기 응축 부재의 말단부 상의 한 지점으로부터, 제 2 가상의 수직 평면까지의 거리 "d"는 적어도 5㎝이지만, 30㎝ 이상만큼 클 수 있다. 제 2 가상의 수직 평면의 위치가 루트로부터의 특정 거리로 위치된 리본의 최외측 엣지를 나타낸다는 것을 알 수 있을 것이다. 리본이 루트로부터 하강함에 따라 가늘게 되기 때문에, 즉 보다 협폭이 되기 때문에, 상기 리본의 최외측 엣지의 위치와, 이에 따른 제 2 가상의 수직 평면의 위치가 상기 루트로부터 리본의 길이부 더욱 아래로 보여지는 바와 같이 변한다. 따라서, 주어진 응축 부재가 포위부의 벽으로부터 돌출한 거리는 루트(22)에 대한 응축 부재의 위치에 따라 변할 수 있다. 이는 루트로부터 보다 먼 응축 부재가 상기 루트와 보다 근접하여 위치된 응축 부재보다 더 길 수 있다는 것을 의미한다.
도 6은, 도 6의 응축 장치가 복수의 응축 부재(38)를 포함한다는 것을 제외하고는 도 3에 도시된 응축 장치(36)와 유사한 응축 장치(36)를 도시하고 있다. 도 6의 실시예에 있어서, 복수의 응축 부재는 또한 유리 리본의 어느 한 면에 위치된다. 도 3의 실시예서와 같이, 응축 장치의 각각의 응축 부재는 상기 응축 부재의 온도를 감소시키기 위하여 냉각 유체로 공급될 수 있다. 바람직하게, 응축 부재가 그룹으로 배치되어, 도 6에 도시된 바와 같이 한 그룹의 응축 부재가 유리 리본의 한 면에 위치되고 다른 그룹의 응축 부재가 상기 유리 리본의 다른 한 면에 위치된다. 도 7은 응축 부재 쪽으로 선형이며 유리 리본의 어느 한 면에 대한 응축 부재의 그룹을 나타낸 도 6의 응축 장치를 도시한 도면이다.
응축 부재가 포위부(24) 내의 분위기에 노출된 응축의 표면적을 최대화하는 임의의 적당한 형상으로 형성될 수 있음은 분명하다. 예를 들면, 도 8의 실시예는 아크형 또는 굽힘-형상의 응축 부재(38)를 나타내고 있다. 즉, 응축 부재가 중심 축선(48)을 갖는 튜브이고, 상기 중심 축선은 만곡되어 있다. 응축 부재의 표면적은 대략 100㎠이거나 그 이상이며, 또는 225㎠이거나 그 이상이다. 여러 실시예에 있어서, 응축 부재의 표면적은 대략 480㎠이거나 그 이상일 수 있다.
도 7과 유사하게, 도 9는 도 8의 응축 장치의 정면도이며, 상기 도 8은 하나의 아크형 응축 부재가 유리 리본의 하나의 면에 어떻게 위치될 수 있고 다른 하나의 응축 부재가 상기 유리 리본의 반대쪽 면 상에 어떻게 위치될 수 있는 가를 나타내고 있다. 물론, 응축 부재(38)는 코일형상의 부재일 수 있다. 상기와 같이, 응축 부재는 적당한 냉각 유체로 냉각될 수 있거나, 또는 고체 및 휴지형(passive)일 수 있다. 냉각 유체가 사용된다면, 상기 냉각 유체는 응축 부재의 내부에서 유동될 수 있거나, 또는 상기 응축 부재의 외부에 또는 그 주변에 위치된 별도의 냉각 부재를 통해 유동될 수 있다.
도 10은 응축 부재가 헬리컬식으로 감기거나 또는 트위스트된 튜브-형상의 부재이고, 상기 기재한 실시예에서와 같이, 상기 응축 부재에 외측에 위치된 냉각 통로를 통해 냉각 유체를 유동시킴으로써 능동적으로 냉각될 수 있거나, 또는 트위스트된 부재가 수동적으로 냉각될 수 있다는 점에서, 응축 부재(38)가 컴팩트한 형광등과 비슷한 어느 한 실시예를 나타내고 있다. 여러 실시예에 있어서, 수동 냉각은 포위부 외측 응축 부재의 구역의 표면적을 증가시킴으로써 그리고 주위 온도에 노출됨으로써 행해질 수 있다. 표면적은 응축 부재를 핀이나 또는 여러 표면적 증가 돌출부(도시 생략)로 끼워맞춤으로써 증가될 수 있다. 여러 실시예에 있어서, 이전 실시예에서와 같이, 복수의 트위스트된 응축 부재가 배치되어, 제 1 그룹의 하나 이상의 응축 부재가 유리 리본의 한 면 상에 위치되고 다른 하나의 그룹의 하나 이상의 응축 부재가 상기 유리 리본의 다른 면 상에 위치된다.
도 11에는 세장형 응축 부재(38)를 포함한 응축 장치(36)의 일 실시예가 도시되어 있으며, 상기 도 11에서, 상기 세장형 응축 부재의 일부가 포위부(24) 외측을 뻗어있고, 상기 포위부(24) 외측을 뻗어있는 응축 부재의 일부가 상기 응축 부재의 외측 부분과 접촉하거나 또는 그 근방의 여러 유사한 냉각 통로나 냉각 코일(50)을 포함한다. 이러한 실시예는 냉각용 응축 부재의 몸체를 통하는 전도에 따르지만, 포위부 내부에서의 잠재적인 냉각 유체 누출을 제거하는 능동형 냉각 접근법이다.
도 11과 같이, 도 12는 능동 냉각이 포위부 외측을 뻗어있는 응축 부재의 일부에 적용되고, 냉각 유체의 유동을 수용하기 위한 상기 응축 부재 내부의 냉각 통로(52)를 포함하는 일 실시예를 도시한 도면이다. 냉각 통로는 응축 부재의 외측부(포위부(24) 외측에 뻗어있는 응축 부재의 부분)로만 제한될 수 있거나, 또는 냉각 통로가 포위부(24)의 내부에서 상기 응축 부재의 일부를 점유하도록 응축 부재 내에 더욱 뻗어있다.
여러 실시예에 있어서, 단열 재료가 응축 부재의 선택된 부분에 위치되어 포위부 내측의 열적 환경이 보다 미세하게 제어되어, 상기 응축 부재의 특정 구역으로부터의 냉각을 감소시켜 유리 리본의 충격을 최소화할 수 있다. 이러한 단열의 실시예가 도 12에 도시되어 있고, 상기 도 12에서 단열 층 또는 캡이 응축 부재에 끼워맞춰져 도시되어 있다. 응축 부재의 단열부가 임의의 상기 응축 부재 설계품에 적용될 수 있거나, 또는 필요한 임의의 다른 응축 부재 설계품에 적용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
본 발명의 상기 기재된 실시예, 특히 임의의 바람직한 실시예가 본 발명의 명확한 이해를 돕기 위해 설명된, 가능한 실시예라는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명의 상기 실시예에 대한 다양한 변경 및 수정이 본 발명의 범주 및 사상 내에서 실질적으로 행해질 수 있다. 이러한 모든 변경 및 수정은 본 명세서의 범주 내에서 이루어지며 아래 청구범위로 보호받게 된다.

Claims (10)

  1. 유리 성형 기기로서,
    용융된 유리(18)가 내부에 위치되고, 휘발된 무기 재료를 포함한 분위기(34)를 포함하는 포위부(24); 및
    상기 분위기로 뻗어있는 말단부를 갖는 하나 이상의 응축 부재(38)를 구비한 응축 장치(36)를 포함하고,
    상기 응축 장치는 냉각 유체의 유동을 수용하기 위한 통로를 포함하는 유리 성형 기기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 하나 이상의 응축 부재(38)는 만곡된 길이방향 축선을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 성형 기기.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 하나 이상의 응축 부재(38)의 온도는 상기 하나 이상의 응축 부재 근방의 상기 포위부(24)의 온도보다 적어도 50℃ 낮은 것을 특징으로 하는 유리 성형 기기.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 하나 이상의 응축 부재(38)의 일부가 상기 포위부 외측으로 뻗어있고 상기 냉각 통로가 상기 포위부(24) 외측에 뻗어있는 상기 응축 부재의 일부의 내측에만 위치되는 것을 특징으로 하는 유리 성형 기기.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 유리 성형 기기는 성형체(12)를 포함하고 상기 성형체로부터 유리(20)의 리본이 인발되고, 포위부 분위기(34)로 뻗어있는 상기 하나 이상의 응축 부재(38)의 말단부와 상기 리본의 엣지 사이의 거리가 적어도 5㎝인 것을 특징으로 하는 유리 성형 기기.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 유리 성형 기기는 성형체(12)를 포함하고 상기 성형체로부터 유리(20)의 리본이 인발되고, 상기 성형체는 상기 성형체의 하부 루트(22)에서 만나는 수렴하는 성형 표면(16)을 포함하고, 포위부 분위기(34)로 뻗어있는 상기 하나 이상의 응축 부재(38)의 말단부와 상기 리본의 엣지 사이의 거리가 적어도 5㎝인 것을 특징으로 하는 유리 성형 기기.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 유리 성형 기기는 성형체(12)를 포함하고 상기 성형체는 상기 성형체의 하부 루트(22)에서 만나는 수렴하는 성형 표면(16)을 포함하고, 포위부 분위기(34)로 뻗어있는 상기 하나 이상의 응축 부재(38)의 말단부가 상기 루트에 수직하고 상기 리본의 최외측 엣지를 교차하는 수직 평면을 지나 뻗어있지 않는 것을 특징으로 하는 유리 성형 기기.
  8. 유리 성형 방법으로서,
    포위부(24)와 상기 포위부 내에 위치된 유리가 인발되는 성형체(12)를 포함한 유리 제조 기기를 제공하는 단계; 및
    휘발된 화합물이 응축 부재에서 응축하도록 상기 응축 부재를 통해 냉각 유체를 유동시키는 단계를 포함하고,
    상기 유리 제조 기기는 상기 포위부로 포위된 볼륨으로 뻗어있는 응축 부재(38)를 더 포함하고, 상기 볼륨은 상기 볼륨에 수용된 분위기(34)에 휘발된 화합물을 포함하는 유리 성형 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 화합물은 액상으로 응축하는 것을 특징으로 하는 유리 성형 방법.
  10. 청구항 8 또는 9에 있어서,
    상기 휘발된 화합물은 상기 유리로부터 휘발된 화합물인 것을 특징으로 하는 유리 성형 방법.
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