KR20150090906A - 유리 제조 시스템에 내부 수소 투과를 제한시키는 시스템 및 방법 - Google Patents

유리 제조 시스템에 내부 수소 투과를 제한시키는 시스템 및 방법 Download PDF

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마틴 허버트 골러
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Abstract

수소는 물품의 외부 표면과 접촉하는 용융 유리에 응답하여 물품의 내부 공간에 투과할 수 있다. 투과는 내부 공간의 길이에 유체를 가짐으로써 제한될 수 있다. 유체는 물품의 내부 표면과 접촉을 할 수 있고, 상기 유체는 내부 공간의 길이의 체적의 적어도 약 33%를 채울 수 있으며, 그리고 상기 유체는 미리 결정된 수소의 부분 압력을 제공할 수 있다. 특징부들은 내부 공간 내에서 유체가 흐르도록 하기 위해 제공될 수 있다.

Description

유리 제조 시스템에 내부 수소 투과를 제한시키는 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR RESTRICTING INWARD HYDROGEN PERMEATION IN A GLASS MANUFACTURING SYSTEM}
본 출원은 2012년 11월 26일에 출원된 미국 특허 출원 제13/685217호의 우선권 주장 출원이고, 상기 출원의 전반적인 내용은 참조로서 본원에 병합된다.
본 발명은 일반적으로 유리 제품들을 생산하는 것에 관한 것으로, 보다 구체적으로 유리 제품들을 생산하는데 사용될 수 있는 물품의 벽을 통해 수소 투과를 제한하는 것에 관한 것이다.
산소-풍부 블리스터들 (oxygen-rich blisters)의 형태를 한 기체 유리 결함들은 제조 중에 유리에 들어갈 수 있다. 제조 동안, 이러한 블리스터들은 용융 유리와 인접한 백금 벽 사이의 계면에서 형성될 수 있다. 블리스터들은 백금 벽을 통한 수소 투과에 응답하여 형성될 수 있다. 그러므로, 블리스터링(blistering)은 수소 투과 블리스터링을 의미할 수 있다.
본원에서 인용된 임의의 참조가 선행 기술을 구성하는 승인 사항은 이루어져 있지 않다. 출원인은 임의의 인용 문헌들의 정확성 및 적합성에 대해 도전하기 위한 권리를 명확히 가지고 있다.
본원의 실시예는 용융 유리를 처리하는 방법에 관한 것이고, 상기 방법은 물품의 외부 표면과 용융 유리 사이의 면 간의 접촉 (face-to-face contact)을 하는 단계, 및 상기 물품을 통한 내부 수소 투과를 제한시키는 단계를 포함한다. 상기 물품은 귀금속을 포함할 수 있으며, 그리고 상기 물품의 내부 표면은 상기 물품의 내부 공간 주위에서 뻗어나갈 수 있다. 상기 물품을 통한 내부 수소 투과를 제한시키는 단계는 상기 내부 공간에 매질을 가지는 단계를 포함할 수 있고, 상기 매질은 상기 물품을 통한 내부 수소 투과를 제한시키기에 효과적이다.
일 예시에서, 상기 물품을 통한 내부 수소 투과를 제한시키는 단계는 상기 내부 공간에 유체를 가지는 단계를 포함할 수 있고, 상기 유체는 상기 물품의 내부 표면과 면 간의 접촉을 하며, 그리고 상기 유체는 상기 물품을 통한 내부 수소 투과를 제한시킨다. 일 양태에서, 상기 유체는 적어도 상기 물품의 외부에 위치한 용융 유리의 레벨로 상기 물품의 내부 공간을 채울 수 있다. 이러한 그리고/또는 또 다른 양태에서, 상기 유체는 길이에 따른 내부 공간의 체적의 적어도 약 33%를 채울 수 있다. 상기 내부 공간 내의 유체는 상기 물품의 내부표면과 상기 유체 사이의 면 간의 접촉에서 수소의 부분 압력을 제공하는 유체의 결과로, 상기 물품을 통한 내부 수소 투과를 제한시킬 수 있으며, 상기 부분 압력은 상기 용융 유리와 상기 물품의 외부 표면 사이의 면 간의 접촉에서 상기 용융 유리에 의해 제공된 수소의 부분 압력과 적어도 대략적으로 동일할 수 있다. 상기 물품의 내부 공간 내의 유체는 액체, 예를 들면 제한적이지는 않지만 용융 유리를 포함할 수 있다. 상기 내부 공간은 상기 길이에 대해 십자방향으로 뻗어나가는 치수 (예를 들면, 최대 십자방향 치수)를 가질 수 있고, 상기 십자방향 치수는 상기 물품의 내부 표면의 마주하는 부분들 사이에서 정의되며, 그리고 상기 십자방향 치수는 상기 길이보다 작을 수 있다. 상기 십자방향 치수는 상기 물품의 내부 표면의 직경 방향으로 서로 마주한 부분들 사이에서 정의된 직경일 수 있으며, 그리고 상기 직경은 상기 길이보다 작을 수 있다.
또 다른 예시에서, 상기 물품을 통한 내부 수소 투과를 제한시키는 단계는 상기 내부 공간에서 유체가 흐르도록 하는 단계를 포함할 수 있고, 그 결과 상기 유체는 상기 물품의 내부 표면과 면 간의 접촉을 하고, 상기 유체는 상기 물품을 통한 내부 수소 투과를 제한시킨다. 보다 구체적으로, 상기 유체는 상기 내부 공간에서 순환될 수 있으며, 그리고 상기 유체는, 상기 물품의 외부 표면과 상기 용융 유리 사이의 면 간의 접촉에서 상기 용융 유리에 의해 제공된 수소의 부분 압력과 적어도 대략적으로 동일할 수 있는 수소의 부분 압력을 가질 수 있다. 상기 물품의 내부 공간 내에 흐르는 유체는 기체일 수 있다.
일 예시에서, 상기 용융 유리는 교반 챔버에 함유될 수 있다. 상기 물품은 임의의 적합한 디바이스, 예를 들면, 제한적이지는 않지만, 외부 방향으로 뻗어나가는 하나 이상의 교반 소자들을 가질 수 있는 관형 교반기일 수 있다. 상기 교반 챔버 내의 용융 유리는 상기 교반기로 교반될 수 있다.
본원의 추가 실시예는 용융 유리와 접촉하는 장치에 관한 것으로, 상기 장치는 귀금속을 포함한 물품을 포함하고, 이때 상기 물품은 서로 마주한 내부 표면과 외부 표면을 가지고, 상기 외부 표면은 상기 용융 유리와의 면 간의 접촉을 하며, 그리고 상기 내부 표면은 상기 물품의 내부 공간 주위에서 뻗어나가며; 그리고 유리 충진물은 상기 물품의 내부 표면과의 면 간의 접촉을 할 수 있다. 상기 유리 충진물은 길이에 따른 내부 공간의 체적의 적어도 약 33%를 채울 수 있다. 상기 길이에 따른 내부 공간은, 상기 물품의 내부 표면의 서로 마주한 부분들 사이에 정의된 십자방향 치수 (예를 들면, 최대 십자방향 치수)를 가질 수 있으며, 그리고 상기 십자방향 치수는 상기 길이보다 작을 수 있다. 보다 특정적인 예시로서, 상기 길이에 따른 내부 공간은 상기 물품의 내부 표면의 직경 방향으로 서로 마주한 부분들 사이에 정의된 직경을 가질 수 있으며, 그리고 상기 직경은 상기 길이보다 작을 수 있다. 상기 물품은 임의의 적합한 디바이스, 예를 들면, 제한적이지는 않지만, 외부 방향으로 뻗어나가는 교반 소자 (들)를 가질 수 있는 관형 교반 샤프트일 수 있다.
용융 유리와 접촉하는 장치에 관한 또 다른 실시예에서, 상기 장치는 상기 용융 유리와의 면 간의 접촉을 하는 외부 표면을 가진 물품, 및 상기 내부 공간 내에서 유체가 흐르도록 하기 위해, 상기 물품의 내부 공간과 유체 연통하는 공기 조화 유닛을 포함할 수 있고, 상기 유체는 상기 물품의 벽을 통하여 내부 수소 투과를 제한시킨다. 상기 물품은 임의의 적합한 디바이스, 예를 들면, 제한적이지는 않지만, 외부 방향으로 뻗어나가는 교반 소자 (들)를 가질 수 있는 관형 교반 샤프트일 수 있다.
추가적인 특징 및 이점은 다음의 상세한 설명에서 기술될 것이고, 다음의 상세한 설명, 청구항 및 첨부된 도면을 포함한 본원에 개시된 바와 같이, 이와 같은 설명은 기술 분야의 통상의 기술자에게 있어 부분적으로 손쉽게 명확해질 수 있거나, 기술 분야의 통상의 기술자라면 실시예를 시행함으로써 인식될 것이다.
이해하여야 하는 바와 같이, 상술된 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명 모두는 단지 예시일 뿐이며, 청구항의 특성 및 특징을 이해시키려는 개요 또는 틀을 제공하려는 의도를 갖는다.
첨부된 도면은 추가적인 이해를 제공하기 위해 포함되고, 이러한 명세서의 일부에 병합되고 그 일부를 구성하기도 한다. 도면은 하나 이상의 실시예 (들)를 나타내고, 상세한 설명과 함께 다양한 실시예의 원리 및 동작을 설명하는 기능을 한다.
도 1은 실시예에 따라서, 유리 제조 시스템의 교반 챔버 및 소수의 다른 특징들의 측 단면도를 개략적으로 도시한다.
도 2는 또 다른 실시예에 따라서, 유리 제조 시스템의 교반 챔버 및 소수의 다른 특징들의 측 단면도를 개략적으로 도시한다.
도 3은 실시예에 따라서, 도 2의 일부를 보다 상세하게 예시하는 단면도를 개략적으로 도시한다.
다양한 실시예들은 첨부된 도면을 참조하여 보다 완전하게 기술될 것이다. 동일 참조 번호들은 동일하거나 유사한 부분들을 의미하기 위해 도면 전체를 통해 사용될 수 있다. 그러나, 양태들은 다수의 서로 다른 형태들로 구현될 수 있으며, 본원에서 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 이해되어서는 아니된다.
도 1은 실시예에 따라서, 다음에서 기술된 유리 제조 시스템의 선택 특징들을 개략적으로 예시한다. 시스템은 종래의 교반 챔버 (10) (예를 들면, 혼합 용기)를 포함할 수 있고, 이때 상기 교반 챔버에서 용융 유리 (16)가 교반될 수 있으며, 그리고 교반 챔버는 시스템의 다른 종래의 특징들에 종래의 방식으로 연관될 수 있다. 예를 들면, 종래의 용융 용기 (미도시)는 시스템의 상류 말단에 위치할 수 있다. 종래의 청징관 (finer tube) (미도시)은 하류에 위치할 수 있으며, 그리고 종래 방식으로 용융 용기에 연결되거나 연관될 수 있다. 교반 챔버 (10)는 하류에 위치할 수 있으며, 그리고 종래 방식으로 청징관에 연결되거나 연관될 수 있다. 종래의 전달 용기 (미도시)는 하류에 위치할 수 있으며, 그리고 종래 방식으로 교반 챔버에 연결되거나 연관될 수 있다. 제조 시스템의 성형 용기 (미도시) 또는 다른 적합한 특징부는 하루에 위치할 수 있으며, 그리고 종래 방식으로 전달 용기에 연결되거나 연관될 수 있다.
교반 챔버 (10)는 유입구 (12) 및 유출구 (14)를 포함할 수 있으며, 이때 상기 유입구 및 유출구에 의하여, 교반 챔버의 내부는 청징관 및 전달 용기 각각에 유체 연통할 수 있다. 유리 시트들은 예를 들면 미국 특허 제7,628,038호에 기술된 방식으로 유리 제조 시스템에서 이루어질 수 있으며, 이때 상기 특허의 전반적인 내용은 참조로서 본원에 병합된다. 대안적으로, 유리 제조 시스템은 유리 물품들의 임의의 다른 적합한 유형들을 형성하도록 구성될 수 있다.
이러한 본원의 일 양태는, 귀금속 물품에 연관된 임의의 수소 투과 블리스터링을 제한하는 것에 관한 방법들, 시스템들 및 장치들, 예를 들면, 제한적이지는 않지만, 유리 제조 시스템 내에서 처리되는 용융 유리 (16)과의 면 간의 접촉을 하기 위해 외부 표면을 가진 관형 교반 샤프트 (18)의 제공이다. 이에 대해, 예를 들면, 교반 샤프트 (18)는 교반 챔버 (10)의 내부 내에 위치한 용융 유리 (16)를 교반하는 교반기 (20)의 일부일 수 있다. 교반기 (20)는, 블레이드들 또는 임의의 다른 적합한 특징부들 등의 하나 이상의 교반 소자들 (22)을 선택적으로 더 포함할 수 있으며, 이때 상기 하나 이상의 교반 소자들은 교반 챔버 (10) 내의 용융 유리 (16)에 잠긴 관형 교반 샤프트 (18)의 하부 말단에 고정적으로 연결되어 상기 하부 말단으로부터 외부 방향으로 뻗어나갈 수 있다. 용융 유리 (16)는 형성되어 종래의 방식으로 교반 챔버 (10)의 내부로 공급될 수 있다.
이러한 본원의 일 양태에서, 이하에서 보다 상세하게 논의되는 바와 같이, 관형 교반 샤프트 (18)의 측벽을 통한 용융 유리 (16)으로부터의 임의의 내부 수소 투과는 교반 샤프트의 내부 공간 내에 미리 결정된 기재 (substance) (예를 들면, 매질들) 또는 충진물 (24)을 가짐으로써 제한될 수 있다. 미리 결정된 기재는, 교반 챔버 (10) 내에서 교반 중인 용융 유리 (16)에 연관된 수소의 부분 압력과 적어도 동일한 정도인 수소의 부분 압력에 선택적으로 연관될 수 있다. 미리 결정된 기재는 이하에서 보다 상세하게 논의되는 바와 같이, 고체, 액체, 또는 기체일 수 있다. 보다 구체적으로 일 예시에서, 관형 교반 샤프트 (18)의 내부 표면과 충진물 사이의 면 간의 접촉에서 충진물 (24)에 의해 제공된 수소의 부분 압력은, 이하에서 보다 상세하게 논의되는 바와 같이, 교반 샤프트의 외부 표면과 용융 유리 사이의 면 간의 접촉에서 용융 유리 (16)에 의해 제공된 수소의 부분 압력과 적어도 대략적으로 동일할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 관형 교반 샤프트 (18)의 상부 말단은 교반 챔버의 상부 개구부를 통해 교반 챔버 (10)의 외부로 뻗어나갈 수 있다. 교반 샤프트 (18)의 상부 말단은 임의의 적합한 방식으로, 예를 들면 종래의 방식으로 교반 챔버 (10)의 상부 개구부에 회전 가능하게 장착될 수 있거나, 또는 상기 상부 개구부에 근접하여 회전 가능하게 장착될 수 있다. 종래의 액추에이터 시스템은 교반 챔버 (10)에 대해 교반 샤프트 (18)를 회전시켜, 교반 챔버 내에서 용융 유리 (16)를 혼합하기 위해 제공될 수 있다. 액추에이터 시스템은 종래의 모터 (28)를 포함할 수 있고, 모터의 회전 출력은, 순환 체인 (endless chain), 벨트, 스프라켓들 (sprockets), 풀리들 (pulleys), 기어들 등 중 하나 이상을 포함할 수 있는 종래의 구동부 (30)에 의해 교반 샤프트 (18)로 전해질 수 있다. 교반 샤프트 (18)는 종래의 구동부 (30)에 회전 가능하게 장착될 수 있다. 종래의 구동부 (30)에 관해, 교반 샤프트 (18)의 상부는, 모터 (28)의 출력에 의해 선회되는 기어를 가진 수직형 샤프트에 연결되되, 커플러에 의해 연결될 수 있다.
도 1에 예시된 실시예에서, 관형 교반 샤프트 (18)의 하부 말단은 예를 들면 플러그 또는 임의의 다른 적합한 구조체의 형태를 할 수 있는 하부 말단 벽 (32)에 의해 종래의 방식으로, 선택적으로 완전하게 폐쇄될 수 있다. 각각의 교반 샤프트 (18), 하부 말단 벽 (32) 및 교반 소자들 (22)은 귀금속 예를 들면 제한적이지는 않지만 백금 (예를 들면, 백금 합금)을 포함하거나, 상기 백금으로 기본적으로 구성되거나, 또는 단지 백금으로 구성될 수 있다. 다른 적합한 귀금속들은 Ir, Re, Rh, Pd, Au, Re, Os를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 충진물 (24), 예를 들면 유리 충진물은 하부 말단 벽 (32)으로부터 유리 충진물 (24)의 상부 표면 (34)까지 상부 방향으로 뻗어나가는 교반 샤프트의 내부 공간의 하부 길이 L 내에 함유된다. 유리 충진물 (24)은, 충분한 레벨의 용융 유리 (16)가 교반 챔버 (10)에 함유되도록 하는 방식으로 유리 제조 시스템이 동작하는 동안, 통상적으로 용융된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 유리 충진물 (24)의 상부 표면 (34)은 교반 챔버 내의 용융 유리 (16)의 상부 표면 (36) 위에 위치한다. 유리 충진물 (24)의 상부 표면 (34)은, 교반 챔버 (10)에서 교반 중인 용융 유리 (16)의 상부 표면 (36)만큼이나 통상적으로 적어도 높다. 도 1에 도시된 것의 대안으로서, 유리 충진물 (24)의 상부 표면 (34)은 교반 샤프트 (18)의 선택적인 상부 말단 벽 (38)에 가까이에 위치하거나 또는 선택적으로 상기 상부 말단 벽과의 면 간의 접촉을 할 수 있다. 또 다른 대안으로서, 상부 표면들 (34, 36)은 이하에서 보다 상세하게 논의되는 바와 같이, 서로 동일한 레벨로 또는 대략적으로 동일한 레벨로 위치할 수 있다.
관형 교반 샤프트 (18)의 내부 공간에서 유리 충진물 (24)은, 투과 또는 확산 배리어를 제공함으로써, 교반 샤프트 (18)의 벽을 통한 내부 방향으로의 수소의 투과를 느리게 하기 위함이다. 예를 들면, 유리들은 백금의 수소 투과율보다 약 일백 배 느린 수소 투과율을 가질 수 있다. 하부 말단 벽 (32)의 상부 표면과 교반 샤프트 (18)의 내부 표면과의 마주하는 면 간의 접촉을 하는 유리 충진물 (24)을 가짐으로써, 처리된 용융 유리 (16)로부터 교반기 (20)를 통하여 손실된 수소는 교반 샤프트의 외부 표면에 근접하여 산소 블리스터 발생을 감소 또는 나아가 제거하도록, 현저하게 느릴 수 있다.
예를 들면, 유리 충진물 (24)은, 최소의 보이드를 형성하는 관형 교반 샤프트 (18)의 내부 공간의 하부 길이 L을 실질적으로 충진하기 위해 점도가 충분히 낮을 수 있는 임의의 유리를 포함하거나, 상기 유리로 기본적으로 구성되거나, 또는 단지 상기 유리로 구성될 수 있다. 선택적으로, 유리 충진물 (24)은 처리 중인 용융 유리 (16)보다 높은 Beta-OH를 가질 수 있다. Beta-OH는 유리 내의 수소의 부분 압력에 비례하는 유리 내의 물의 양의 대리 측정물로서 특징이 지어질 수 있다. 서로 달리 말하면, beta-OH는, 적외선 분광법에 의해 측정될 수 있는 유리 내의 수산기 함량의 측정물로 특징이 지어질 수 있다. 보다 높은 Beta-OH를 가진 유리는 낮은 Beta-OH 유리보다 큰 수소의 부분 압력에 연관되어야 한다. 교반 샤프트 (18)의 내부 공간 내에 보다 높은 Beta-OH를 가진 유리를 위치시킴으로써, 교반 샤프트의 벽을 통하고 처리되는 용융 유리 (16)로의 수소의 플럭스 (flux)는, 교반 샤프트의 외부 표면에서의 용융 유리 (16) 내의 산소 블리스터 형성을 억제하기 위해 확립될 수 있다.
유리 충진물 (24)은, 임의의 적합한 방식으로, 예를 들면, 교반기 (20)가 제조될 시에, 교반 샤프트 (18)의 내부 공간에 유리의 코어 실리더를 넣음으로써, 관형 교반 샤프트 (18)의 내부 공간에 제공될 수 있다. 또 다른 예시로서, 가루 컬릿 (powdered cullet)은 교반기 (20)가 제조될 시에 교반 샤프트 (18)의 내부 공간 내부에 쏟아 부어질 수 있거나, 또는 가루 컬릿은 교반기가 설치된 후에, 나아가 심지어 유리 제조 시스템이 동작하는 동안, 교반 샤프트의 내부 공간 내부에 쏟아 부어질 수 있으며, 그리고 가루 컬릿은 교반 샤프트의 내부 공간 내에서 용융될 수 있다.
또 다른 예시에서, 유리 충진물 (24)은 제자리에서 들어갈 수 있고, 상기 충진물에는 하나 이상의 홀들 (40) (예를 들면, 작은 홀들)이 있을 수 있고, 이때 상기 홀들은, 처리되는 용융 유리 (16)가 충진물 (24)을 형성하기 위해 홀들을 통하여 교반 샤프트의 내부 공간으로 스며들거나 흐르도록 하기 위해, 교반 샤프트 (18)의 측벽을 통해 뻗어나가고, 그 결과 처리되는 용융 유리 (16) 및 충진물 (24)의 유리는 동일하다 (예를 들면, 실질적으로 유사하다). 이에 대하여, 교반 샤프트 (18)의 벽을 통하여 뻗어나가는 상기와 같은 홀들 (40)의 예시는 도 1에 파선으로 개략적으로 도시된다. 대안적으로, 홀들 (40) 중 하나 이상은 하부 말단 벽 (32)을 통해 뻗어나갈 수 있거나, 또는 하부 말단 벽은 생략될 수 있다. 교반 샤프트 (18)의 내부 공간이 예를 들면 홀 (들) (40) 등에 의해 교반 챔버 (10)의 내부 공간과 유체 연통을 할 시에, 유리 충진물 (24)의 상부 표면 (34)은, 교반 챔버 (10) 내의 용융 유리 (16)의 상부 표면 (36)과 동일한 레벨로 위치할 수 있거나, 또는 대략적으로 동일한 레벨로 위치할 수 있다. 대안적으로, 충진물 (24)은 교반 샤프트 (18)를 통한 내부 수소 투과를 감소시키기 위해, 내화성 산화물 또는 금속 등의 임의의 적합한 물질을 포함하거나, 상기 물질로 기본적으로 구성되거나, 또는 상기 물질로 단지 구성될 수 있다.
도 1에 도시된 실시예에 연관될 수 있는 방법의 예시로서, 관형 교반 샤프트 (18)의 외부 표면은 교반 챔버 (10) 내에 교반 중인 용융 유리 (16)와의 면 간의 접촉을 하며, 그리고 교반 샤프트의 내부 공간의 하부 길이 "L"는 하부 말단 벽 (32)으로부터 유리 충진물 (24)의 상부 표면 (34) 까지 뻗어나가며, 교반 샤프트의 내부 공간의 하부 길이 L는 교반 샤프트의 내부 표면의 직경 반향으로 마주하는 부분들 사이에서 정의된 직경 "D" 및 체적을 가지고, 직경 D는 하부 길이 L보다 작으며, 그리고 유리 충진물 (예를 들면, 용융 (예를 들면, 액체) 유리 충진물)은 하부 말단 벽 (32)으로부터 유리 충진물 (24)의 상부 표면 (34)까지 뻗어나가는 교반 샤프트의 내부 공간의 하부 길이 L의 체적 모두를 채운다 (예를 들면 실질적으로 100%). 일 실시예에 따르면, 그리고 일 실시예에서, 유리 충진물 (24)의 상부 표면 (34)을 제외하고는, 유리 충진물의 다른 모든 표면들은 교반기 (20)의 귀금속과 면 간의 접촉을 할 수 있으며; 그리고 유리 충진물의 이러한 다른 표면들 각각에 대해, 표면 모두는 실질적으로 교반 샤프트 (18)의 귀금속 및 하부 말단 벽 (32)의 귀금속 등의 귀금속과의 면 간의 접촉을 할 수 있다.
유리 충진물 (24)은 관형 교반 샤프트 (18)의 내부 표면과 외부 표면 사이에서 정의된 벽 두께보다 두꺼울 수 있다. 유리는, 교반 샤프트 (18)의 내부 표면의 직경 방향으로 마주하는 부분들 중 하나로부터 교반 샤프트의 내부 표면의 직경 방향으로 마주하는 부분들 중 다른 부분까지 교반 샤프트의 내부 공간의 하부 길이 L의 직경 D에 실질적으로 연속적으로 걸쳐 뻗어나갈 수 있으며, 유리 충진물은 교반 샤프트의 내부 표면의 직경 방향으로 마주한 부분들 각각과 면 간의 접촉을 할 수 있다. 교반 샤프트의 내부 공간의 하부 길이 L의 직경 D는 교반 샤프트 (18)의 내부 직경일 수 있다.
직경 D는 보다 일반적으로 최대의 십자방향 치수 (crosswise dimension)를 의미할 수 있다. 예를 들면, 관형 교반 샤프트 (18)가 원통형 관일 수 있는 반면, 관형 교반 샤프트는 다른 적합한 구성들, 예를 들면, 제한적이지는 않지만, 삼각형 또는 다른 적합한 형상의 관들의 형태를 할 수 있다.
본 문헌의 일 양태에 따라서, 유리 충진물 (24)은, 하부 말단 벽 (32)으로부터 유리 충진물의 상부 표면 (34)까지 뻗어나가는 교반 샤프트의 내부 공간의 하부 길이 L의 전체 체적 (예를 들면, 실질적인 전체 체적)을 채울 수 있고, 그 결과 유리 충진물의 유리만 (예를 들면 실질적인 유리만) 하부 말단 벽 (32)으로부터 유리 충진물의 상부 표면 (34)까지 뻗어나가는 교반 샤프트의 내부 공간의 하부 길이 L에 존재한다. 이에 대하여, 유리 충진물 (24)이 내화성 물질들을 부식시키기 때문에, 실리케이트 및/또는 알루미나계 세라믹 물질들 (예를 들면, SiO2 세라믹 물질) 등의 내화성 물질들을 교반 샤프트 (18)의 내부 공간으로부터 제외시키는 것은 이점이 될 수 있다. 대안적으로, 유리 충진물 (24)은, 하부 말단 벽 (32)으로부터 유리 충진물의 상부 표면 (34)까지 뻗어나가는 교반 샤프트의 내부 공간의 하부 길이 L의 전체 체적 미만으로 채울 수 있다. 예를 들면, 유리 충진물 (24)이 아직 용융되지 않은 컬릿의 형태를 할 시에, 컬릿의 인접한 부분들 사이에 보이드들이 있을 수 있고, 그리고/또는 물품은 관형 교반 샤프트 (18)과는 다른 것, 예를 들면, 제한적이지는 않지만, 레벨 프로브 (level probe), 벨 또는 벨 샤프트 (예를 들면, 유리 관을 형성하는데 사용), 열전대 시스 (thermocouple sheath) 등일 수 있다. 예를 들면, 유리 충진물 (24)은, 하부 말단 벽 (32)으로부터 유리 충진물의 상부 표면 (34)까지 뻗어나가는 물품 또는 교반 샤프트의 내부 공간의 하부 길이 L의 체적의 단지 일부, 예를 들면, 상기 체적의 적어도 약 33%, 상기 체적의 적어도 약 50%, 상기 체적의 적어도 약 75%, 상기 체적의 적어도 약 90%, 상기 체적의 적어도 약 98%, 및/또는 임의의 다른 적합한 양을 차지할 수 있다.
도 2에 도시된 실시예는 도 1에 도시된 실시예와 유사하되, 주목할 만한 변화들, 및 기술 분야의 통상의 기술자에게 명백한 바와 같은 변화들을 제외하고는 유사하다. 유사함으로 인해, 동일하고, 유사한 구성요소들 및/또는 이와 유사한 적어도 일부 방식에서의 기능은 100이 증가된 참조 번호들을 가진다. 도 2를 참조해 보면, 교반 챔버 (110)는 유입구 및 유출구 (112, 114)를 포함할 수 있고, 이때 상기 유입구 및 유출구에 의하여, 교반 챔버의 내부는 유리 제조 시스템의 청징관 및 전달 용기 각각에 유체 연통할 수 있다. 교반기 (120)는, 블레이드들 또는 임의의 다른 적합한 특징부들 등의 하나 이상의 교반 소자들 (122)을 포함할 수 있으며, 이때 상기 하나 이상의 교반 소자들은 교반 챔버 (110) 내의 용융 유리 (116)에 잠긴 관형 교반 샤프트 (118)의 하부 말단에 고정적으로 연결되어 상기 하부 말단으로부터 외부 방향으로 뻗어나갈 수 있다. 교반 샤프트 (118)의 상부 말단은 임의의 적합한 방식으로, 예를 들면 하나 이상의 회전 베어링들 (126) 방식으로 교반 챔버 (110)의 상부 개구부에 회전 가능하게 장착될 수 있거나, 또는 상기 상부 개구부에 근접하여 회전 가능하게 장착될 수 있다. 교반 샤프트 (118)는 모터 (128)에 의해 회전 가능하게 구동되되, 적합한 구동부 (30)에 의해 구동될 수 있다. 관형 교반 샤프트 (118)의 하부 말단은 예를 들면 하부 말단 벽 (132)에 의해 폐쇄된다.
도 2에 예시된 실시예에 따라서, 도 1의 충진물 (24) 및 홀 (들) (40)은 통상적으로 교반기 (120)로부터 생략된다. 보다 구체적으로, 관형 교반 샤프트 (118)는 도 1에 도시된 유리 충진물 (24) 또는 홀 (들) (40)을 통상적으로 포함하지 않는다.
도 2를 참조해 보면, 교반기 (120)는 관형 교반 샤프트 (118)의 내부 공간에서 유체 (예를 들면, 대기)를 제어하는 제어 시스템 (150)을 포함하거나, 상기 제어 시스템에 연관되고, 그 결과 교반 샤프트의 내부 공간 내의 제어 유체는, 교반 샤프트 (118)의 외부 표면과 용융 유리 (116) 사이의 계면에서 용융 유리 (116)에 의해 제공된 수소의 부분 압력과 대략적으로 적어도 동일한 수소의 부분 압력에 연관된다. 제어 시스템 (150)은 제어 유체가 관형 교반 샤프트 (118)의 내부 공간 내에서 흐르도록 구성될 수 있다. 이하에서 보다 상세하게 논의되는 보다 특별한 예시로서, 제어 시스템 (150)은 선택적으로, 관형 교반 샤프트 (118)의 내부 공간 내의 제어 유체를 순환시키거나, 또는 보다 특별하게 재순환시키는 폐쇄-루프 제어 시스템일 수 있다. 제어 유체는 예를 들면, 충분한 습도를 가진 기체 또는 공기일 수 있고, 그 결과 교반 샤프트 (118)의 내부 공간 내의 제어 대기는 교반 챔버 (110) 내에서 교반 중인 용융 유리 (116)에 연관된 수소의 부분 압력과 적어도 대략적으로 동일한 수소의 부분 압력을 가진다. 기체 등의 다른 적합한 유체들은 이하에서 보다 상세하게 논의되는 바와 같이, 관형 교반 샤프트 (118)의 내부 공간으로 들어가거나, 또는 보다 특별하게 상기 내부 공간 내에서 순환될 수 있다.
도 3을 참조해 보면, 제어 시스템 (150)은 커플러 (152)를 포함할 수 있으며, 커플러는 임의의 적합한 방식으로, 교반 샤프트 (118)의 상부 말단에 장착되어, 상기 상부 말단을 방해할 수 있다. 예를 들면, 이러한 장착은 사용을 통해 또는 하나 이상의 회전 베어링들 (156)을 통하여 가능해질 수 있다. 베어링들 (126, 156)은, 교반 샤프트 (118)가 교반 챔버 (110) 및 커플러 (152) 둘 다에 대해 회전되도록 장착되어 연동적으로 구성될 수 있다. 커플러 (152)는 커플러와 교반 챔버 (110) 사이에 임의의 상대 회전을 방지하거나 그렇지 않으면 제한하기 위해 프레임 (미도시) 또는 다른 적합한 특징부들에 연결될 수 있다.
커플러 (152)는 하부 방향으로 개방된 챔버의 형태를 할 수 있고, 그 결과 커플러는 하부 개방부를 포함한다. 커플러 (152)의 하부 개방부는 관형 교반 샤프트 (118)의 상부 말단에 대해 개방될 수 있고, 그 결과 교반 샤프트의 내부 공간과 커플러의 내부 공간 사이의 유체 연통이 개방된다. 커플러 (152)는 제어 시스템 (150)의 하나 이상의 통로들 (158, 160, 162) (예를 들면, 튜브들 또는 다른 적합한 도관들)을 포함하거나, 상기 통로들에 연결되거나, 또는 그렇지 않다면, 상기 통로들에 연관될 수 있다. 예를 들면, 상류 통로 (158)는 제어 시스템 (150)의 커플러 (152)와 공기 조화 유닛 (conditioning unit) (164) 사이에 연결되어, 커플러의 내부 공간과 공기 조화 유닛 사이에 유체 연통을 제공할 수 있다. 공기 조화 유닛 (164)은 제어 시스템 (150) 및 교반 샤프트 (118)의 내부 공간을 통하여 순환된 액체 (예를 들면, 기체)를 이동시키기 위해, 하나 이상의 모터-구동 펌프들 (166) (예를 들면, 팬 (들))을 포함하거나 또는 상기 팬들에 연관될 수 있다. 펌프 (166)는 공기 조화 유닛 (164)에 장착될 수 있거나, 또는 그렇지 않다면, 상기 공기 조화 유닛과 유체 연통할 수 있다. 중간 통로 (160)는 펌프 (166)와 커플러 (152) 사이에 연결될 수 있으며, 그리고 하류 통로 (162)는 펌프와 교반 샤프트 (118)의 내부 공간의 하부 사이에 유체 연통을 제공하기 위해 중간 통로에 연결될 수 있다. 즉, 하류 통로 (162)는 교반 샤프트 (118)의 내부 공간으로 하부 방향으로 뻗어나갈 수 있다. 보다 구체적으로, 하류 통로 (162)는 교반 샤프트 (118)의 내부 공간으로 동축으로 하부 방향으로 뻗어나갈 수 있으며, 그리고 하류 통로 (162)의 외부 직경은 관형 교반 샤프트 (118)의 내부 직경 D보다 작을 수 있다.
도 3에서 일련의 화살표로 개략적이고 부분적으로 도시된 바와 같이, 폐쇄-루프 제어 시스템 (150)은, 하류 통로 (162)의 하부 말단으로부터 교반 샤프트의 내부 공간의 하부 말단으로 제어 유체를 방출시키고, 교반 샤프트의 내부 공간의 상부 말단 외부로 나와 커플러 (152)를 통하여 상류 통로 (158)의 상류 말단으로 제어 유체를 끌어당김으로써, 교반 샤프트 (118)의 내부 공간을 통하여 제어 유체를 순환시킬 수 있다. 대안적으로, 제어 유체는 반대 방향으로 흐를 수 있으며, 그리고 임의의 다른 적합한 커플러 (152), 통로들 (158, 160, 162), 펌프 (166) 및 공기 조화 유닛 (164)이 사용될 수 있고, 이러한 특징부들은 임의의 다른 적합한 방식으로 배치될 수 있다. 또 다른 예시로서, 도 3에서 파선으로 개략적으로 도시된 바와 같이, 상류 통로 (158) 또는 상기 상류 통로의 일부는 생략될 수 있거나, 또는 그렇지 않다면 제어 시스템 (150)은, 제어 시스템이 폐쇄 루프를 형성하지 않도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 일부 상황들에서, 예를 들면, 제어 유체가 습공기 등일 시에, 커플러 (152)는 제어 유체를, 예를 들면 하류 통로 (162)에 의해 교반 샤프트 (118)의 내부 공간으로 제어 유체를 주입하도록 구성될 수 있으며, 그리고 교반 샤프트의 내부 공간의 상부 말단은 주변 대기에 개방될 수 있고, 그 결과 제어 유체는 교반 샤프트의 내부 공간으로부터 주변 대기로 배출된다. 예를 들면, 제어 시스템 (150)은 제어 유체로 교반 샤프트 (118)의 내부 공간을 채우고 그리고/또는 제어 유체로 교반 샤프트의 내부 공간을 퍼징하도록 구성될 수 있다.
일 예시로서, 공기 조화 유닛 (164)은 가습기일 수 있거나, 상기 가습기를 포함할 수 있다. 또 다른 예시로서, 공기 조화 유닛 (164)은 제어 시스템 (150) 내에 다양하게 배치될 수 있는 다양한 특징부들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 제어 시스템 (150)은 교반 샤프트 (118)의 내부 공간 내에서 습하고 적은 산소 대기를 제공할 수 있다 (예를 들면, 순환시킬 수 있다). 이에 대하여, 공기 조화 유닛 (164)은 수증기, 산소 및 질소 (또는 아르콘 또는 헬륨 등의 또 다른 불활성 기체)의 혼합물을 제공할 수 있다. 이에 대하여, 폐쇄-루프 제어 시스템 (150)은 제어 시스템 내의 하나 이상의 위치들로부터 센서 판독물들을 획득하는 컴퓨터화된 제어기를 포함할 수 있다. 센서들은 유동 센서, 이슬점/습도 센서, 온도 센서, 산소 센서 및 압력 센서 각각 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 컴퓨터화된 제어기는 센서 측정물들을 처리하며, 그리고 공기 조화 유닛 (164)의 서로 다른 특징부들, 예를 들면, 습도 공급 시스템, 가열/냉각 제어 시스템, 펌프 (들) (166) 및 O2/N2 보충 시스템을 제어할 수 있다. 펌프 (들) (166)는 공기, 스트림 및/또는 임의의 다른 적합한 물질 등의 처리 기체에 접근할 수 있다. 동작 시, 컴퓨터화된 제어기 등은, 교반 챔버 (110) 내에서 교반 중인 용융 유리 (116)에 연관된 수소의 부분 압력과 적어도 대략적으로 동일하거나 그보다 큰 수소의 부분 압력을 가진 교반 샤프트 (118)의 내부 공간 내부에서 환경/대기를 생성하기 위해, 폐쇄 루프 제어 시스템 (150)의 디바이스들을 제어한다. 제어 시스템 (150)은 미국 특허 제7,628,038호에 기술된 적합한 특징부들 및 동작들을 포함할 수 있고, 이때 상기 특허의 전반적인 내용은 본원에 참조로서 이미 병합되었다.
명확하게 언급되지 않은 이상, 본원에서 설명한 방법의 단계는 특정 순서로 실행될 필요가 없다. 이에 따라서, 방법 청구항은 그 단계 다음에 오는 순서를 실제로 인용할 필요가 없거나, 단계가 특정 순서에 제한되는 청구항 또는 설명에서 특별하게 언급되지 않으며, 특히 순서가 암시되는 것도 의도하지 않는다.
기술 분야의 통상의 기술자에게 명백한 바와 같이, 다양한 변형 및 변화는 본 발명의 기술 사상 또는 권리 범위로부터 벗어남 없이 구현될 수 있다. 본 발명의 기술 사상 및 본질을 병합하고 개시한 실시예의 변형, 조합, 하위 조합 및 변화가 기술 분야의 통상의 기술자에게 일어날 수 있는 일이기 때문에, 본 발명은 첨부된 청구항 및 이들의 균등물의 권리 범위 내에 모든 것을 포함하도록 이해되어야 할 것이다.

Claims (16)

  1. 용융 유리를 처리하는 방법에 있어서,
    귀금속을 포함한 물품의 외부 표면과 용융 유리 사이의 면 간의 접촉 (face-to-face contact)을 하는 단계 - 상기 물품은 상기 외부 표면과 마주하는 내부 표면을 가지고, 상기 내부 표면은 상기 물품의 내부 공간 주위에서 뻗어나가고, 길이에 따른 내부 공간은 상기 물품의 내부 표면의 마주하는 부분들 사이에서 정의된 십자방향 치수 및 체적을 가지고, 상기 십자방향 치수는 상기 길이보다 작으며, 상기 물품의 벽 두께는 상기 물품의 내부 표면과 외부 표면 사이에서 정의됨 -; 및
    상기 물품의 벽을 통한 내부 수소 투과 (inward hydrogen permeation)를 제한시키는 단계;를 포함하며,
    상기 물품의 벽을 통한 내부 수소 투과를 제한시키는 단계는 상기 내부 공간의 길이에 따라 액체를 가지는 단계를 포함하고, 상기 액체는 상기 물품의 내부 표면과의 면 간의 접촉을 하고, 상기 액체는 상기 길이에 따른 내부 공간의 체적의 적어도 약 33%를 채우고, 상기 액체는 상기 물품의 벽을 통한 내부 수소 투과를 제한시키기에 효과적인, 용융 유리 처리 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 물품의 벽을 통한 내부 수소 투과를 제한시키는 단계는:
    상기 액체가 상기 내부 표면과 상기 액체 사이의 면 간의 접촉에서 수소의 부분 압력을 제공하는 단계를 포함하며; 그리고
    상기 내부 표면과 상기 액체 사이의 면 간의 접촉에서 액체에 의해 제공된 수소의 부분 압력은 상기 외부 표면과 상기 용융 유리 사이의 면 간의 접촉에서 수소의 부분 압력과 적어도 대략적으로 동일한, 용융 유리 처리 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 용융 유리 처리 방법은:
    상기 용융 유리를 교반 챔버에 적어도 부분적으로 함유시키는 단계; 및
    상기 교반 챔버에 용융 유리를 교반하는 단계;를 더 포함하며,
    상기 교반하는 단계는 상기 교반 챔버에서 상기 물품을 회전시키는 단계를 포함하며, 상기 물품은 관형 교반 샤프트이며, 그리고 적어도 하나의 교반 소자는 상기 관형 교반 샤프트로부터 외부 방향으로 뻗어나가는, 용융 유리 처리 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 길이에 따른 내부 공간 내의 액체는 용융 유리를 포함하는, 용융 유리 처리 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 길이에 따른 내부 공간 내의 액체는 용융 유리이며, 그리고 상기 내부 공간 내의 용융 유리는 상기 물품의 외부 표면과 접촉한 용융 유리와 실질적으로 유사한, 용융 유리 처리 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 액체는 상부 표면 및 다른 표면들을 가지며, 그리고 상기 다른 표면들 모두는 귀금속과의 면 간의 접촉을 하는, 용융 유리 처리 방법.
  7. 용융 유리와 접촉하는 장치에 있어서,
    귀금속을 포함한 물품 - 상기 물품은 서로 마주한 내부 표면과 외부 표면을 가지고, 상기 외부 표면은 상기 용융 유리와의 면 간의 접촉을 하며, 그리고 상기 내부 표면은 상기 물품의 내부 공간 주위에서 뻗어나감 -; 및
    상기 물품의 내부 표면과의 면 간의 접촉을 하는 유리 충진물;을 포함하며,
    상기 유리 충진물은 길이에 따른 내부 공간의 체적의 적어도 약 33%를 채우고, 상기 길이에 따른 내부 공간은, 상기 길이에 대해 십자방형으로 뻗어나가고 상기 물품의 내부 표면의 서로 마주한 부분들 사이에서 뻗어나가는 치수를 가지며, 그리고 십자방향 치수는 상기 길이보다 작은, 용융 유리 접촉 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 물품은 교반기의 관형 샤프트인, 용융 유리 접촉 장치.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 내부 공간의 길이는 상기 물품의 전체 길이보다 작으며; 그리고
    상기 유리 충진물은 상기 길이에 따른 내부 공간의 체적을 실질적으로 완전하게 채우는, 용융 유리 접촉 장치.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 물품의 벽 두께는 상기 물품의 내부 표면과 외부 표면 사이에서 정의되며; 그리고
    상기 유리 충진물은 상기 물품의 벽 두께보다 두꺼운, 용융 유리 접촉 장치.
  11. 청구항 7에 있어서,
    상기 유리 충진물은 상부 표면 및 다른 표면들을 포함하며, 그리고 상기 다른 표면들 모두는 귀금속과의 면 간의 접촉을 하는, 용융 유리 접촉 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 다른 표면들 각각에 대해, 상기 표면 모두는 귀금속과의 면 간의 접촉을 실질적으로 하는, 용융 유리 접촉 장치.
  13. 청구항 7에 있어서,
    상기 용융 유리 접촉 장치는, 상기 용융 유리를 적어도 부분적으로 함유하기 위한 컨테이너를 더 포함하며,
    상기 물품은, 회전 가능하게 장착되어 상기 컨테이너 내에서 뻗어나가는 교반 샤프트인, 용융 유리 접촉 장치.
  14. 용융 유리 처리 방법에 있어서,
    물품의 벽의 외부 표면과 용융 유리 사이의 면 간의 접촉을 하는 단계- 상기 물품은 귀금속을 포함하고, 상기 물품의 벽은 상기 외부 표면과 마주한 내부 표면을 더 포함하며, 그리고 상기 벽의 내부 표면은 상기 물품의 내부 공간 주위에서 뻗어나감 -; 및
    상기 물품의 벽을 통한 내부 수소 투과를 제한시키는 단계;를 포함하며,
    상기 물품의 벽을 통한 내부 수소 투과를 제한시키는 단계는 상기 내부 공간 내에서 기체가 흐르도록 하는 단계를 포함하고, 상기 기체는 상기 벽의 내부 표면과 면 간의 접촉을 하고, 상기 기체는 상기 벽을 통한 내부 수소 투과를 제한시키기에 효과적인, 용융 유리 처리 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 용융 유리 처리 방법은 상기 내부 공간 내에서 상기 기체를 순환시키는 단계를 포함하고,
    상기 기체는, 상기 외부 표면과 상기 용융 유리 사이의 면 간의 접촉에서 상기 용융 유리에 의해 제공된 수소의 부분 압력과 적어도 대략적으로 동일한 수소의 부분 압력을 가지는, 용융 유리 처리 방법.
  16. 청구항 14에 있어서,
    상기 용융 유리 처리 방법은,
    상기 용융 유리를 교반 챔버에 적어도 부분적으로 함유시키는 단계; 및
    상기 교반 챔버에 용융 유리를 교반하는 단계;를 더 포함하며,
    상기 교반하는 단계는 상기 교반 챔버에서 상기 물품을 회전시키는 단계를 포함하며, 상기 물품은 상기 물품으로부터 외부 방향으로 뻗어나간 적어도 하나의 교반 소자를 포함하는, 용융 유리 처리 방법.
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