KR20180004231A

KR20180004231A - 용융 유리를 컨디셔닝하기 위한 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20180004231A
Application number: KR1020177035132A
Authority: KR
Inventors: 자고르카 다식 가에타; 윌리엄 웨스턴 존슨
Original assignee: 코닝 인코포레이티드
Priority date: 2015-05-06
Filing date: 2016-04-29
Publication date: 2018-01-10
Also published as: WO2016178964A3; TW202023967A; TW201641450A; TWI681937B; JP2018520969A; JP2020063189A; WO2016178964A2; CN107660197A; JP6639522B2

Abstract

본 발명은 용융 유리를 처리하는 장치, 더욱 특별하기로 용융 유리를 교반하는 장치에 관한 것이다. 본 발명의 장치는 최상단 교반 블레이드를 갖춘 주 교반기를 구비한 용기와, 주입 교반기를 포함하는데, 용기를 관통하여 뻗어 있는 수평면에 대해, 최상단 교반 블레이드는 수평면 아래에 놓이고, 주입 교반기는 수평면 위에 전반적으로 놓인다. 용기는 다수의 주입 교반기를 구비할 수 있고, 주 교반기의 회전 방향에 대해 다양한 방향으로 회전할 수 있다. 또한, 본 발명은 용융 유리를 처리하는 방법을 포함한다.

Description

용융 유리를 컨디셔닝하기 위한 장치 및 방법

본 출원은 35 U.S.C.§119 하에 2015년 5월 6일자로 출원된 미국 가출원번호 제US 62/157,576호에 의거하여 우선권을 주장하였으며, 이의 내용은 본 명세서에 참고로 병합된다.

본 발명은 용융 유리를 처리하기 위한 장치, 특별하기로 용융 유리를 혼합하기 위한 장치에 관한 것이다.

상업적 규모의 유리 제조는 통상적으로 원료(배치(batch))가 용융로에 첨가되고, 배치가 화학 반응을 일으켜 용융 유리를 생성하는 온도로 가열되는 내화성 세라믹 용융로 내에서 수행된다. 배치를 가열하는 여러 방법들은 가스 점화식 버너, 전류 또는 두개의 방식을 포함하여 사용될 수 있다. 소위 하이브리드 공정에서, 하나 이상의 가스 점화식 연소 버너에서의 가스 화염이 초기에 배치를 가열한다. 배치의 온도가 상승하고 용융 유리가 형성되면서, 전류가 용융로의 측벽 및/또는 하부에 장착된 전극을 통해 용융 유리로 주입될 수 있도록 재료의 전기 저항이 감소한다. 전류가 내부에서 용융 유리를 가열하고, 가스 버너는 용융 유리 위에서 가열한다. 몇몇 실시예에서, 수중 연소(submerged combustion)가 사용될 수 있다.

예컨대, 청진 및 균일화를 위한 용융 유리의 하류 공정은 노 구조물의 특정 부분 또는 용융로의 하류에 위치되고 도관으로 용융로에 연결된 다른 용기에서 수행될 수 있다. 용융 유리가 이송될 때 용융 유리의 적절한 온도를 유지하기 위해, 용융 유리는 가열될 수 있다. 청징(fining) 공정과 같은 몇몇 공정에서, 용융 유리는 용융 유리로부터 기포를 더욱 완전히 제거할 수 있도록 노 온도보다 높은 온도로 청징 용기에서 가열될 수 있다. 용융로의 제조장치 하류의 다른 부분에서, 용융 유리는 용융 유리를 성형에 적절한 점도를 갖도록 하나 이상의 도관을 통해 유동하는 동안에 냉각될 수 있다. 그러나 냉각은 매우 빠른 냉각 속도를 방지하기 위해 열에너지의 제어된 첨가로 제한될 수 있다.

용융 공정은 하류 공정으로 용융 유리의 스트림을 생성할 수 있는데, 이는 후속 공정 없이 적어도 하나 이상의 다음과 같은 이유: 1) 입상 원료의 불완전한 용융; 2) 용융 용기를 구비한 내화물의 용해; 3) 용융 유리의 자유 표면으로부터의 휘발; 4) 밀도-분리 유리층에서의 블랜딩(blending); 및 5) 다른 조성의 유리들 사이에 전이 등으로 불균일성일 수 있다. 결과적으로, 용융 유리가 완제품을 형성하고 냉각될 때 화학적 그리고 열적 불균일성은 가시적인 굴절률 변화를 초래할 수 있는 용융 유리 내에 존재할 수 있다. 완제품이 유리 리본 또는 유리 시트와 같은 인발된 물품이라면, 굴절률 차이의 영역은 길고, 얇은 줄무늬, 또는 일반적으로 언급되는 코드(cord)와 같이 나타나도록 펼쳐질 수 있다. 몇몇 경우에, 코드가 유리 제품의 두께에 작은 변화로 나타날 수 있다. 따라서, 유리 제품은 약 1 내지 10 밀리미터(mm) 범위에 가변적인 공간주기(spatial period)와 통상적으로 약 10 나노미터(nm) 또는 그 이상의 깊이를 갖는 표면 주름을 구비할 수 있다.

광학 특성 유리, 예컨대 텔레비전, 컴퓨터 모니터, 태블릿, 스마트 폰 등과 같은 기기에 사용될 디스플레이 패널(예컨대, 액정 디스플레이 패널)의 제조에 적합한 유리를 제조하기 위해, 이러한 불균일 영역의 제거가 중요하다. 다량의 코드는 시각적 그리고 기능적으로 디스플레이의 품질에 영향을 미치기 때문에 바람직하지 않다. 시각적으로, 코드는 주름진 표면의 곡률에 의해 생성된 렌즈 효과의 결과로 인발된 방향으로 다수의 짙은 선으로 나타날 수 있다. 기능적으로, 높은 코드는 액정 디스플레이(LCD) 기기의 셀 갭(cell gap)에서 변동을 일으킬 수 있으며, 이는 액정 동작에 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 혼합이 코드를 효과적으로 제거하도록 용융 유리가 충분히 낮은 점도를 유지하는 동안에 용융 유리를 혼합하도록 노력해야 한다. 혼합은 수동적일 수 있으며, 용융 유리의 유동 방향은 용융 유리의 유동 내에 위치된 정적 베인(vane)에 의해 반복적으로 가변되거나 용융 유리가 이동 부재, 예컨대 회전 교반기를 구비한 교반 용기와 같은 혼합 용기를 통해 용융 유리를 유동시켜 능동적으로 혼합시킬 수 있다.

시간이 지남에 따라, 혼합 용기, 특히 교반 용기의 혼합 성능을 향상시킬 필요성이 상업적 코드 특징의 강화, 증가된 유리 유속에 따른 코드 로딩의 증가 또는 새롭고 용융이 어려운 유리 조성물의 주입에도 불구하고 증가하고 있다.

주어진 교반 용기 구성에서, 혼합 강도는 교반 용기 내에 위치된 교반기의 분당 회전(RPM)을 증가시킴으로써 증가될 수 있다. 하지만, 교반기 크기가 증가하면 RPM이 감소하는 기계적 한계를 갖는다. 즉 교반 블레이드의 직경이 증가할수록, 교반 용기 내에서 효과적으로 회전될 수 있는 속도는 감소한다. 덧붙여서, 높은 RPM은 혼합 용기의 부식으로 생성된 금속(예컨대, 백금 또는 백금 합금) 함유물의 증가와 교반기 수명의 감소를 포함하는 해로운 부작용을 유발할 수 있다.

작동 교반기의 RPM 설정은 교반기 수명을 저하시키지 않으면서 백금 또는 백금 합금 함유물을 최소화도록 바람직한 수준으로 코드를 혼합하는 절충안(tradeoff)이다. 이러한 절충안을 회피하는 교반 효과의 개선을 달성하는 방안을 찾은 것이 바람직하다.

특정 유리 제조 공정에서, 통상적으로 배치로 언급되는 혼합물인 원료는 고온 열원(혹은 열원들)에 노출되는데, 그로 인해 원료가 화학반응을 거쳐 이후에 용융 유리로 언급되어질 용융 물질을 생성하고, 성형 장치에 의해 물품으로 성형될 용융 물질은 적절한 냉각을 통해 유리 물품이 된다. 당해분야에서 특히 숙련되지 않은 사람들에게 있어, 용융 유리를 형성하는 고온 공정은 통상적으로 용융 공정으로 언급되는데, 다음 설명의 목적을 위해 이러한 기준은 엄밀히 정확하지는 않더라도 만족스럽다. 어찌되었든, 용융 공정 중에, 그 결과로 생긴 용융 유리는 균일하지 않다. 우선, 원료는 통상적으로 실제 입상이며, 용융 유리의 매우 작은 영역이 인접한 작은 영역과 다른 화학적 조성을 포함할 수 있다. 온도 변화도 있을 수 있는데, 용융 유리의 일 영역은 다른 영역과 다른 온도일 수 있다. 용융 유리에서 이러한 화학적 그리고 열적 불균일성이 완화되지 않는다면 이에 국한되지 않지만 평균 시력을 갖는 사람에 의해 쉽게 관찰될 수 있는 굴절률에 차이와 같은 유리 완제품에 특성 변화를 초래할 수 있다. 하류 성형 공정 동안에 용융물을 인발(연신)하는 방식을 사용하는 공정에서, 불균일성의 작은 영역은 인발 방향과 대체로 평행한 긴 필라멘트(다시 말하자면, 코드)로 연신될 수 있다. 이러한 필라멘트는 유리 완제품에서 쉽게 관찰될 수 있다. 유리 물품이 유리 시트, 예컨대 디스플레이 기기(예컨대, 액정 디스플레이 기기)의 제조에 사용되는 유리 시트인 경우에, 이러한 필라멘트는 시청자들에게 산만함을 유발한다. 덧붙여서, 이러한 필라멘트들은 유리 시트에 두께 변화를 유발할 수 있어서, 디스플레이 패널 기능을 방해할 수 있는 평행한 유리 시트 사이의 갭 차이를 발생한다. 유리 시트가 연삭 및/또는 연마와 같은 추가로 공정처리될 수 있는 경우에도, 굴절률 차는 남아 있게 된다. 따라서, 유리 제조업자는 용융 유리를 균일화시키는 다양한 수단을 채용한다.

몇몇 공정에서, 용융 유리에 전류를 형성하기 위한 전극과 같은 열원 혹은 열원들은 혼합을 최대화하고 완전한 용융을 생산하기 위해 용융 유리에 바람직한 대류 전류를 생성하도록 배열된다. 몇몇 공정들은 용융 유리에 가스를 주입하도록 구성된 버블러(bubbler)를 사용할 수 있다. 기포는 용융 유리를 통해 자유 표면으로 상승하고, 이렇게 함으로써 용융 유리의 혼합을 돕는 기계적 운동을 야기한다.

몇몇 공정에서, 용융로에서의 혼합은 추가 하류 혼합으로 증가될 수 있다. 예컨대, 이러한 추가 혼합은 용융 유리를 특히 교반하도록 구성된 용기를 통해 용융 유리를 유동시켜 실행될 수 있다. 교반 조작의 일례에서, 교반기는 용융로의 용기 하류 내에 회전가능하게 장착될 수 있는데, 용융 유리가 용기를 통해 유동하면서, 교반기는 용기 내에서 회전하고 용융 유리의 기계적 혼합을 일으킨다. 통상적으로, 교반기는 샤프트와, 샤프트 상에 배열되고 외부를 향해 연장되어 샤프트의 회전이 필라멘트를 "절단"하고 용융 유리의 덩어리 전체를 분산시키는 하나 이상의 교반 블레이드를 구비한다. 몇몇 실시예에서, 교반기는 나선형 또는 이와 다르게 샤프트에서 권선된 하나 이상의 블레이드를 갖춘 샤프트를 구비한 스크류형일 수 있다. 다른 실시예에서, 교반기는 미리 결정된 패턴으로 샤프트를 따라 배열된 하나 이상의 패들을 구비한 패들형일 수 있다. 다른 구성도 가능하며, 패들의 면들에 개구부를 갖춘 패들과 예컨대 조리용 믹서를 위한 혼합 블레이드를 상기시키는 연결 바아(bar) 부재의 배열을 갖춘 골격화된 부재들을 구비한다.

전술된 혼합 용기의 일 양상은 용융 유리의 표면 아래에 하나 이상의 혼합 블레이드를 잠수시킬 필요가 있다는 공통점을 가질 수 있다. 하나 이상의 혼합 블레이드가 용융 유리의 자유 표면에 노출되면, 랩핑(lapping)이 용융 유리에 가스(예컨대, 공기)를 비말하여 발생할 수 있다. 포획 공기, 심지어 미세 기포가 완제품에 추가로 관찰가능한 결점을 형성하여 바람직하지 못하다. 따라서, 하나 이상의 혼합 블레이드는 통상적으로 용융 유리의 자유 표면 아래에 위치된다. 그러나, 유동 분석은 용융 유리의 자유 표면 아래에 하나 이상의 블레이드를 위치선정하여 혼합 블레이드 위에 용융 유리를 휴지 영역으로 나타내는 것을 보여준다. 즉, 정상 상태 조건 하에서 가혹한 혼합이 거의 없는 용융 유리의 정체 영역과 이러한 영역에 용융 유리가 특정 교반기 설계에서 휴지 영역으로부터 누설되고, 예컨대 용기의 벽과 교반 블레이드 사이에 경로를 따라 혼합 블레이드를 우회한다.

따라서, 본 명세서에 기술된 용융 유리를 컨디셔닝하기 위한 장치는 용기와; 용기 내에 위치되고 제1 회전축에 대해 회전가능하며, 주 교반기 샤프트와 제1 회전축에 대해 거리(dm) 만큼 외부를 향해 연장되어 있는 최상단 주 교반 블레이드를 구비한 주 교반기; 및 용기 내에 위치되고 거리(dm)보다 작은 거리(da) 만큼 제1 회전축에서 오프셋된 제2 회전축에 대해 회전가능한 제1 주입 교반기;로 이루어진다.

용기를 관통하여 뻗어 있는 수평면에 대해, 최상단 주 교반 블레이드는 수평면 아래에 위치되고, 제1 주입 교반기는 수평면 아래로 길이연장되지 않는다.

본 발명의 장치는 용기 내로 개방되고 상기 용융 유리를 상기 용기로 이송하도록 구성된 이송 도관을 추가로 구비할 수 있으며, 이송 도관은 중심 길이방향 축을 구비한다. 후속으로, 이송 도관의 상기 중심 길이방향 축과 직교하는 상기 용기를 관통하여 뻗어 있는 제1 수직면에 대해, 제1 회전축이 제1 수직면 내에 전반적으로 놓이고, 제1 주입 교반기는 이송 도관과 같이 제1 수직면의 동일 측면 상에 위치선정된다.

덧붙여서, 장치는 용기 내에 위치되고 거리(da) 만큼 제1 회전축에서 오프셋된 제3 회전축에 대해 회전가능하며 이송 도관과 같이 제1 수직면의 동일 측면 상에 위치된 제2 주입 교반기를 추가로 구비할 수 있다. 따라서, 상기 제1 수직면과 직교하는 제2 수직면에 대해, 이송 도관의 중심 길이방향 축은 제2 수직면 내에 전반적으로 놓이고, 제2 회전축과 제3 회전축은 제2 수직면에서 등거리에 위치된다.

장치는 이송 도관으로부터 제1 수직면의 대향 측면 상에 위치된 제2 주입 교반기를 추가로 구비할 수 있다.

장치는 다수의 주입 교반기를 추가로 구비할 수 있다.

특정 실시예에서, 용기는 원통형이고, 제1 회전축은 용기의 중심 길이방향 축과 일치한다.

다른 양상에서, 용융 유리를 컨디셔닝하기 위한 장치는 용기와; 용기 내에 위치되고 제1 회전축에 대해 회전가능하며, 주 교반기 샤프트와 제1 회전축에 대해 거리(dm) 만큼 외부를 향해 연장되어 있는 최상단 주 교반 블레이브를 구비한 주 교반기; 및 용기 내에 위치되고 제1 회전축에서 오프셋된 제2 회전축에 대해 회전가능한 제1 주입 교반기;로 이루어진다. 따라서, 용기를 관통하여 뻗어 있는 수평면에 대해, 최상단 주 교반 블레이드는 수평면 아래에 위치되고, 제1 주입 교반기는 수평면 아래로 길이연장되지 않는다.

예컨대, 제1 주입 교반기는 용기의 상류 용적부 내에 위치되고, 최상단 교반 블레이드는 용기의 하류 용적부 내에 위치선정된다.

상류 용적부와 하류 용적부는 원통형상 용적부일 수 있고, 상류 용적부의 중심 길이방향 축은 하류 용적부의 중심 길이방향 축과 일치한다.

예컨대, 장치는 다수의 주입 교반기를 추가로 구비할 수 있다. 다수의 주입 교반기의 각 주입 교반기는 용기 내에 위치되고 거리(dm)보다 작은 거리(da) 만큼 제1 회전축에서 오프셋된 회전축에 대해 회전가능하다.

장치는 용기 내로 개방되고 용융 유리를 용기로 이송하도록 구성된 이송 도관을 추가로 구비하고, 이송 도관은 중심 길이방향 축을 구비하고, 이송 도관의 중심 길이방향 축과 직교하는 용기를 관통하여 뻗어 있는 제1 수직면에 대해, 제1 회전축이 제1 수직면 내에 전반적으로 놓이고, 제1 주입 교반기는 이송 도관과 같이 제1 수직면의 동일 측면 상에 위치선정될 수 있다.

장치는 용기 내에 위치되고 제1 회전축에서 오프셋된 제3 회전축에 대해 회전가능하며 이송 도관과 같이 제1 수직면의 동일 측면 상에 위치된 제2 주입 교반기를 추가로 구비할 수 있고, 제1 수직면과 직교하는 제2 수직면에 대해, 이송 도관의 중심 길이방향 축은 제2 수직면 내에 전반적으로 놓이고, 제3 회전축은 제2 회전축보다 제2 수직면의 대향 측면 상에 위치선정될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제2 회전축과 제3 회전축은 제2 수직면에서 등거리에 위치된다.

또 다른 양상에서, 용융 유리를 컨디셔닝 하는 방법은 이송 도관으로부터 용융 유리의 유동에 대해 상류 용적부와 하류 용적부를 구비한 용기로 용융 유리를 유동하는 단계와; 회전축에 대해 회전가능한 제1 주입 교반기를 갖춘 상기 상류 용적부에서 용융 유리를 교반하는 단계; 및 주입 교반기의 상기 회전축과 평행한 회전축에 대해 회전가능한 주 교반기를 갖춘 하류 용적부에서 용융 유리를 교반하는 단계;를 포함하는데, 주 교반기는 최상단 교반 블레이드를 구비하고, 용기를 관통하여 뻗어 있는 수평면에 대해, 최상단 교반 블레이드는 수평면 아래에 위치선정되고, 제1 주입 교반기는 수평면 위에 전반적으로 위치선정된다.

예컨대, 최상단 교반 블레이드는 주 교반기의 회전축에서 최상단 교반 블레이드의 최대 연장된 길이(dm)를 구비하고, 제1 주입 교반기의 회전축과 주 교반기의 회전축 사이에 오프셋은 거리(dm)보다 작게 되어 있다.

방법은 회전축을 갖춘 제2 주입 교반기로 용융 유리를 교반하는 단계를 추가로 포함하는데, 제2 주입 교반기는 수평면 상에 전반적으로 위치선정되고, 제2 주입 교반기의 회전축과 주 교반기의 회전축 사이에 오프셋은 거리(dm)보다 작게 되어 있다. 는, 용융 유리를 컨디셔닝하기 위한 방법.

몇몇 실시예에서, 이송 도관의 중심 길이방향 축과 직교하는 수직면에 대해, 용기의 중심 길이방향 축은 수직면 내에 전반적으로 놓이고, 제1 주입 교반기와 제2 주입 교반기는 수직면과 이송 도관 사이에 위치선정된다.

몇몇 실시예에서, 제1 주입 교반기의 회전 방향은 제2 주입 교반기의 회전 방향과 동일할 수 있다. 되어 있는, 용융 유리를 컨디셔닝하기 위한 방법.

몇몇 실시예에서, 주 교반기의 회전 방향은 제1 주입 교반기의 회전 방향과 동일하다.

몇몇 실시예에서, 제1 주입 교반기의 각속도는 제2 주입 교반기의 각속도와 동일하다. 예컨대, 장치는 다수의 주입 교반기, 예컨대 2개 이상의 주입 교반기들을 구비할 수 있는데, 주입 교반기의 각도는 모두 동일하다.

도 1은 유리 제조 장치의 일례를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 혼합 용기의 영역을 도해한 종래기술에 따른 혼합 용기의 개략도로서, 내부에 용융 유리가 잘 혼합되어 있지 않다.
도 3은 혼합 용기 내에서 유동하는 유리를 도해한 도 2의 혼합 용기의 평면도이다.
도 4는 주 교반기의 기능을 보강하기 위해 1개의 주입 교반기를 구비한 본 명세서에 기술된 실시예에 따른 혼합 용기의 평면도이다.
도 5는 주 교반기의 기능을 보강하기 위해 2개의 주입 교반기를 구비한 본 명세서에 기술된 실시예에 따른 혼합 용기의 평면도이다.
도 6은 도 4의 혼합 용기의 단면도이다.
도 7은 주입 교반기와 주 교반기에 대한 하나의 가능한 회전 방향을 따라 용융 유리의 유동을 모델링하여 도시한 도 5의 혼합 용기의 평면도이다.
도 8은 주입 교반기와 주 교반기에 대한 다른 가능한 회전 방향을 따라 용융 유리의 유동을 모델링하여 도시한 도 5의 혼합 용기의 평면도이다.
도 9는 주입 교반기와 주 교반기에 대한 또 다른 가능한 회전 방향을 따라 용융 유리의 유동을 모델링하여 도시한 도 5의 혼합 용기의 평면도이다.
도 10은 주입 교반기와 주 교반기에 대한 또 다른 가능한 회전 방향을 따라 용융 유리의 유동을 모델링하여 도시한 도 5의 혼합 용기의 평면도이다.
도 11은 본 명세서에 기술된 실시예에 따른 나란히 배열된 2개의 주입 교반기의 개략도로서, 주입 교반기는 대향 구조로 배열되어 있고 주입 교반기들의 회전 동안에 교반 블레이드들이 접촉하지 않게 거리를 두고 분리되어 있다.
도 12는 본 명세서에 기술된 실시예에 따른 나란히 배열된 2개의 주입 교반기의 개략도로서, 주입 교반기는 비월(interlaced) 구조로 배열된다.
도 13은 본 명세서에 기술된 실시예에 따른 나란히 배열된 2개의 주입 교반기를 개략적으로 도시한 평면도로서, 주입 교반기들은 대향 구조로 배열되고, 주입 교반기들은 교반 블레이들의 접촉을 방지하기에 불충분한 거리로 이격되어 있지만 각각의 주입 교반기들의 회전은 주입 교반기의 교반 블레이드와 접촉되지 않게 시간설정되어 있다.
도 14는 3개의 주입 교반기를 구비한 본 발명에 따른 실시예의 평면도로서, 2개로 쌍을 이루는 주입 교반기는 주 교반기와 이송 도관 사이에 위치되고 제3 교반기는 쌍을 이루는 주입 교반기에서 주 교반기의 반대측에 위치된다.
도 15는 추가 주입 교반기를 구비한 도 14의 혼합 용기의 평면도이다.

이제, 본 발명의 장치들과 방법들이 상세하게 기술될 것이며, 이들의 실례들은 첨부도면들에 예시된다. 가능할 때마다, 동일한 도면 부호는 동일하거나 유사한 부분들을 나타내기 위해 도면 전체에 걸쳐 사용될 것이다. 그러나, 본 개시는 많은 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다.

범위는 본 명세서에서 "약" 하나의 특정 값에서 및/또는 "약" 다른 특정 값으로 표현될 수 있다. 그러한 범위가 표현될 때, 다른 실시예는 하나의 특정 값에서 및/또는 다른 특정 값까지 포함한다. 유사하게, 값이 근사값으로 표현될 때, 선행하는 "약"의 사용에 의해, 특정 값이 또 다른 실시예를 형성한다는 것을 이해해야 할 것이다. 범위들의 각각의 끝점은 다른 끝점과 연관되고, 다른 끝점과는 독립적으로 중요하다는 것을 더 이해해야 할 것이다.

본 명세서에 사용되는 방향성 용어들, 예컨대 상, 하, 좌, 우, 전방, 후방, 상부, 하부는 도시된 바와 같이 단지 도면에 참조될 뿐, 절대적인 방위를 의미하는 것은 아니다.

달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 본 명세서에 기재된 임의의 방법은 그 단계들이 특정 순서로 수행될 것을 요구하는 것으로 해석되어서는 안된다. 따라서, 여기서는 방법 청구범위가 실제로 그 단계들이 연속하여 뒤따르는 것으로 순서를 암시하지 않으며, 또 그 단계들이 특정 순서로 제한되는 것으로 청구범위 또는 상세한 설명에서 달리 구체적으로 언급하지 않는다. 이것은 해석을 위한 가능한 모든 비명시적 근거를 포함하며, 다음을 포함한다: 단계들의 배열 또는 동작 흐름에 관한 논리 문제; 문법적 구성이나 구두점에서 파생된 평범한 의미; 명세서에서 설명된 실시예들의 수 또는 타입.

본 명세서에 사용된 바와 같이, 단수 형태 "하나", "한" 및 "상기"는 문맥이 달리 명확하게 지시하지 않는 한 복수 대상을 포함한다. 따라서, 예를 들어, "하나"의 성분에 대한 언급은 문맥이 달리 명확하게 나타내지 않는 한, 2개 이상의 그러한 성분을 갖는 형태를 포함한다.

본 발명의 양상은 배치(batch)를 용융 유리로 처리하는 장치를 구비하고, 더욱 특별하기로 용융 유리를 처리하는 장치에 관한 것이다. 본 발명의 노(爐)는 가스, 액체, 및/또는 고체를 가열하기 위해 광범위한 분야에 제공될 수 있다. 일 실례에서, 본 발명의 장치는 배치를 용융 유리로 용해하고 용융 유리를 하류 공정 설비로 이송하도록 구성된 유리 용융 시스템을 참조로 하여 기술되어 있다.

본 발명의 방법은 다양한 방식으로 용융 유리를 처리할 수 있다. 예컨대, 용융 유리는 초기 온도보다 높은 온도로 용융 유리를 가열하여 처리될 수 있다. 다른 실례에서, 용융 유리는 용융 유리의 온도를 유지하거나 용융 유리에 열에너지를 투입하여 용융 유리의 냉각 속도를 제어함으로써 열 손실을 감소시켜 처리될 수 있다.

본 발명의 방법은 용융 유리를 청징 용기 또는 혼합 용기, 예컨대 교반 용기로 처리할 수 있다. 선택가능하기로, 장치는 열측정 기기, 전자 기기, 전자기계 기기, 지지 구조물 또는 용융 유리를 일 위치에서 다른 위치로 이송하는 이송 용기(도관)을 구비한 유리 제조 장치의 작동을 용이하게 하는 다른 구성요소와 같은 하나 이상의 추가 구성요소를 구비할 수 있다.

유리 제조 장치(10)의 일례가 도 1에 도시되어 있다. 몇몇 실례에서, 유리 제조 장치(10)는 용융 용기(14)를 구비할 수 있는 유리 용융로(12)를 포함할 수 있다. 용융 용기(14)에 추가하여, 유리 용융로(12)는 배치를 가열하고 배치를 용융 유리로 전환하도록 구성된 가열부재(예컨대, 연소버너 또는 전극)과 같은 하나 이상의 추가 구성요소를 선택적으로 구비할 수 있다. 추가 실례에서, 유리 용융로(12)는 용융 용기의 근방에서 열 손실을 감소시키도록 구성된 열 관리 기기(예컨대, 절연 부품)를 구비할 수 있다. 또 다른 실례에서, 유리 용융로(12)는 배치 재료를 유리 용융물로 용이하게 용융하도록 구성된 전자 기기 및/또는 전자기계 기기를 포함할 수 있다. 또한, 유리 용융로(12)는 지지 구조물(예컨대, 지지 샤시, 지지부재 등) 또는 다른 구성요소를 구비할 수 있다.

유리 용융 용기(14)는 통상적으로 내화성 세라믹 물질과 같은 내화성 물질로 구성된다. 몇몇 실례에서, 유리 용융 용기(14)는 내화성 세라믹 벽돌, 예컨대 알루미늄 또는 지르코니아를 함유한 내화성 세라믹 벽돌로 구성될 수 있다.

몇몇 실례에서, 유리 용융로는 유리 리본을 제조하도록 구성된 유리 제조 장치의 구성요소로서 병합될 수 있다. 몇몇 실례에서, 본 발명의 유리 용융로는 슬롯 드로잉(slot draw) 장치, 플로트 배스(float bath) 장치, 다운-드로우(down-draw) 장치(예컨대, 융합(fusion) 장치), 업-드로우(up-draw) 장치, 프레스-롤링(press-rolling) 장치, 튜브 드로잉 장치, 또는 다른 유리 리본 제조 장치의 구성요소로 병합될 수 있다. 실례로서, 도 1은 후속 공정을 위해 유리 리본을 유리 시트로 융합 인발하는 융합 하향-인발(fusion down-draw) 유리 제조 장치의 구성요소로 유리 용융로(12)를 개략적으로 도해하고 있다.

유리 제조 장치(10,예컨대, 융합 하향-인발 장치)는 유리 용융 용기(14)에 대해 상류에 위치된 상류 유리 제조 장치(16)를 선택적으로 구비할 수 있다. 몇몇 실례에서, 상류 유리 제조 장치(16)의 일부 혹은 전부는 유리 용융로(12)의 일부로서 병합될 수 있다.

예시된 실례에 도시된 바와 같이, 상류 유리 제조 장치(16)는 저장 설비(18;Storage bin), 배치 이송 설비(20), 및 배치 이송 설비에 연결된 모터(22)를 구비할 수 있다. 저장 설비(18)는 화살표(26)에 표시된 바와 같이 유리 용융로(12)의 용융 용기(14)로 공급될 수 있는 다량의 배치(24)를 저장하도록 구성될 수 있다. 몇몇 실례에서, 배치 이송 설비(20)는 모터(22)로 동력전달받아, 배치 이송 설비(20)가 미리 결정된 배치의 양을 저장 설비(18)에서 용융 용기(14)로 이송할 수 있다. 추가 실례에서, 모터(22)는 배치 이송 설비(20)에 동력을 전달할 수 있어 배치 이송 설비(20)가 용융 용기(14)로부터 하류에 용융 유리의 감지된 레벨을 기초로 하여 제어된 속도로 배치(24)를 주입할 수 있다. 그런 다음에, 용융 용기(14) 내에 배치(24)는 가열되어 용융 유리(28)를 형성할 수 있다.

또한, 유리 제조 장치(10)는 유리 용융로(12)에 대해 하류에 위치된 하류 유리 제조 장치(30)를 선택적으로 구비할 수 있다. 몇몇 실례에서, 하류 유리 제조 장치(30)의 일부는 유리 용융로(12)의 일부로서 병합될 수 있다. 예컨대, 아래에 기술될 제1 연결 도관(32) 또는 하류 유리 제조 장치(30)의 다른 일부가 유리 용융로(12)의 일부로서 병합될 수 있다. 제1 연결 도관(32)을 구비한 하류 유리 제조 장치의 요소는 귀금속으로 형성될 수 있다. 적합한 귀금속는 백금, 이리듐, 로듐, 오스뮴, 루테늄, 및 팔라듐으로 구성된 금속 그룹에서 선택된 백금족 원소 또는 이들의 합금을 포함한다. 예컨대, 유리 제조 장치의 하류 구성요소는 70 내지 90 중량%의 백금과 10 내지 30 중량%의 로듐을 포함하는 백금-로듐 합금으로 형성될 수 있다.

하류 유리 제조 장치(30)는 용융 융기(14)로부터 하류에 위치되고 앞서 기술된 제1 연결 도관(32)을 통해 용융 용기(14)에 결합된 청징 용기(34)와 같은 제1 컨디셔닝(다시 말하자면, 처리) 용기를 구비할 수 있다. 몇몇 실례에서, 용융 유리(28)는 제1 연결 도관(32)을 통해 용융 용기(14)에서 청징 용기(34)까지 중력으로 공급될 수 있다. 예컨대, 중력은 용융 용기(14)로부터 청징 용기(34)까지 제1 연결 도관(32)의 내부 경로를 통해 용융 유리(28)를 구동시킬 수 있다.

청징 용기(34) 내에서, 기포가 다양한 기술에 의해 용융 유리(28)로부터 제거될 수 있다. 예컨대, 배치(24)는 가열될 때에 화학적 환원반응을 거치고 산소를 저감하는 산화주석과 같은 다원자가의 화합물(즉, 청징제)를 포함할 수 있다. 다른 적당한 청징제는 비소, 안티몬, 철 및 세륨의 산화물을 제한하지 않고 포함한다. 청징 용기(34)는 용융 용기 온도보다 높은 온도로 가열되어, 청징제를 가열한다. 청징제(들)의 온도-유도된 화학 환원으로 생성된 산소 기포는 청징 용기 내에서 용융 유리를 통해 상승하고, 용융로에서 생성된 용융물 내의 가스는 청징제로 생성된 산소 기포로 합쳐질 수 있다. 그런 다음에, 확장된 가스 기포는 청징 용기 내에 용융 유리의 자유 표면으로 상승한 후에 배출된다.

하류 유리 제조 장치(30)는 청징 용기(34)로부터 하류에 위치될 수 있는 용융 유리를 혼합하기 위한 혼합 용기(36)와 같은 제2 컨디셔닝 용기를 추가로 구비할 수 있다. 유리 용융 혼합 용기(36)는 균질한 유리 용융 조성물을 제공하여, 그렇지 않으면 청징 용기에 존재하는 정제된 용융 유리 내에 존재할 수 있는 불균일성을 저감 또는 제거하는 데에 사용될 수 있다. 도시된 바와 같이, 청징 용기(34)는 제2 연결 도관(38)을 통해 용융 유리 혼합 용기(36)에 결합될 수 있다. 몇몇 실례에서, 용융 유리(28)는 제2 연결 도관(38)을 통해 청징 용기(34)로부터 혼합 용기(36)까지 중력으로 공급될 수 있다. 예컨대, 중력은 청징 용기(34)로부터 혼합 용기(36)까지 제2 연결 도관(38)의 내부 경로를 통해 용융 유리(28)를 구동시킬 수 있다. 혼합 용기(36)는 청징 용기(34)의 하류에 도시되어 있지만, 혼합 용기(36)는 청징 용기(34)의 상류에 위치될 수 있다는 것에 주목해야 한다. 몇몇 실시예에서, 하류 유리 제조 장치(30)는 다수의 혼합 용기, 예컨대 청징 용기(34)로부터 상류에 혼합 용기와 청징 용기(34)로부터 하류에 혼합 용기를 구비할 수 있다. 이러한 다수의 혼합 용기는 동일한 설계일 수 있거나 서로 다른 설계일 수 있다.

하류 유리 제조 장치(30)는 혼합 용기(36)로부터 하류에 위치될 수 있는 이송 용기(40)와 같은 다른 컨디셔닝 용기를 추가로 구비할 수 있다. 이송 용기(40)는 하류 성형 설비 내로 공급되는 용융 용기(28)를 조절할 수 있다. 예컨대, 이송 용기(40)는 출구 도관(44)을 통해 성형 몸체(42)에 용융 유리(28)의 일정한 유동을 조정하고 제공하기 위해 어큐물레이터 및/또는 유동 제어기로서 작용할 수 있다. 도시되었듯이, 혼합 용기(36)는 제3 연결 도관(46)을 통해 이송 용기(40)에 결합된다. 몇몇 실례에서, 용융 유리(28)는 제3 연결 도관(46)을 통해 혼합 용기(36)에서 이송 용기(40)까지 중력 공급될 수 있다. 예컨대, 중력은 혼합 용기(36)로부터 이송 용기(404)까지 제3 연결 도관(46)의 내부 경로를 통해 용융 유리(28)를 구동시킬 수 있다.

하류 유리 제조 장치(30)는 주입 도관(50)을 구비한 앞서 기술된 성형 몸체(42)로 이루어진 성형 장치(48)를 추가로 구비할 수 있다. 출구 도관(44)은 이송 용기(40)로부터 성형 장치(48)의 주입 도관(50)으로 용융 유리(28)를 이송하기 위해 위치될 수 있다. 융합 성형 공정에서, 성형 몸체(42)는 성형 몸체의 상부면에 위치된 트로프(52;trough)와, 성형 몸체의 바닥 가장자리(56;루트(root))를 따라 수렴하는 수렴 형성 표면(54)을 구비할 수 있다. 이송 용기(40), 출구 도관(44), 및 주입 도관(50)을 지나 성형 몸체 트로프로 전달된 용융 유리는 트로프의 벽을 오버플로우하고 용융 유리의 분리된 유동으로 수렴 형성 표면(54)을 따라 내려간다. 용융 유리의 분리된 유동은 루트(56)를 따라 아래에서 결합하여, 중력과 풀링 롤(pulling roll,미도시)에 의한 유리 리본의 장력을 가하여 루트(56)로부터 인발된 단일 유리 리본(58)을 생산하고, 유리를 냉각하고 점도를 증가하여 유리 리본의 크기를 조절하도록 루트(56)를 따라 아래에서 결합하여, 유리 리본(58)은 점탄성 전이를 경험하고 유리 리본(58)에 안정적인 치수 특성을 부여하는 기계적 특성을 갖는다. 이어서, 유리 리본은 유리 분리 장치(미도시)에 의해 개별 유리시트로 분리될 수 있다.

특정 유리 제조 시스템에서, 용융 유리는 혼합 용기의 상부에 인접해 있는 혼합 용기 내로 개방되는 도관을 통해 혼합 용기로 보내지는데, 중력이 용융 유리를 혼합 용기를 통해 하향되게 끌어당긴다. 통상적으로, 교반형 혼합 용기를 위해서, 교반기는 교반 용기의 입구 아래에 위치된 교반 블레이드를 구비한다. 공급 도관의 출구에 인접해 있는 용융 유리는 포물선 유동 프로파일을 갖는 단방향 포아죄유 흐름(Poiseuille flow)에 가깝다. 코드는 유선(유동 벡터)과 정렬된다. 용융 유리는 교반 블레이드 위에 교반 용기로 들어가고 아래의 교반 블레이드로 생성된 하나 이상의 정체 영역 주위에서 회전 이동을 따른다. 결과적으로, 심지어 용융 유리가 하강하여 상부 교반 블레이드와 직접 상호 작용하여도 불완전한 혼합이 발생할 수 있다. 그 결과, 혼합 용기로 들어가는 모든 코드가 혼합 용기를 나올때 완전히 혼합되지 않을 수도 있다.

도 2는 종래기술에 따른 교반기를 사용하는 예시적인 혼합 용기(36)에 대한 모델링된 유동 데이터를 도시한다. 혼합 용기(36)는 용기 벽(100)과, 혼합 용기 내에서 회전가능하게 장착되고 회전축(104)에 대해 회전하도록 구성된 교반기(102)를 구비한다. 교반기(102)는 중심 샤프트(106)와, 샤프트(106)에서 외부로 연장되는 다수의 교반 블레이드(108)를 구비하는데, 교반 블레이드(108)는 샤프트(106)의 길이부를 따라 배열된다. 도 2의 흐름도는 교반기(102)의 최상단 블레이드(108) 위에 위치된 일반적으로 정체된 용융 유리의 영역(110)을 도해하고 있으며, 심지어 교반기(102)가 회전하여도 정체 영역 내에서 용융 유리의 불충분한 혼합이 발생한다. 몇몇 경우에, 혼합되지 않은 용융 유리는 하나 이상의 정체 영역에서 탈출하고 충분한 혼합없이 혼합 용기의 나머지 부분을 통과할 수 있다. 예컨대, 혼합되지 않은 용융 유리는 샤프트(106)를 따라 하방으로 이동할 수 있거나, 혼합되지 않은 용융 유리는 용기 벽(100)의 내부면을 따라 하방으로 이동할 수 있다. 혼합되지 않은 용융 유리는 성형 몸체로 운반되는 용융 유리의 흐름 내에서 비말동반된 불균일한 용융 유리를 포함한다.

도 3은 도 2와 관련하여 위에 기술된 바와 같이 주 교반기(102)만을 구비한 종래의 혼합 용기(36)의 부분 평면도이고, 화살표(120)로 표시되었듯이 용융 유리의 모델링된 유동을 도시하고 있다. 주 교반기(102)의 교반 블레이드는 유동 방향 화살표(120)의 시인성을 방해하지 않도록 하기 위해 도시하지 않는다. 주 교반기(102)는 화살표(122)로 표시된 바와 같이 시계방향으로 회전하고, 유동 방향 화살표(120)는 도관(38,이후에 이송 도관(38))에서 혼합 용기(36) 내로 용융 유리(28)의 유동에 대한 전체 유동 패턴을 도해하고, 혼합 용기 내에서 용융 유리(28)의 후속 유동을 도시한다. 표시되었듯이, 단일 중심 주 교반기만을 구비한 종래의 혼합 용기에서, 혼합 용기로 들어가는 용융 유리는 주 교반기(102)의 거동에 의해 단일 회전방향(시계방향 혹은 반시계방향 회전)으로 추진된다. 따라서, 주 교반기의 최상단 교반 블레이드 위에 혼합 용기의 용적부 내에서 약간의 혼합이 발생할 수 있다. 이러한 경우의 혼합은 주 교반기(102)의 작동에 완전히 의존해야 한다.

도 4를 참조로 하면, 다른 예시적인 혼합 용기(36)는 용기 벽(200)과, 주 교반기(202), 및 적어도 하나의 주입 교반기(204;inlet stirrer)를 구비하며, 평면도로 도시하고 있다. 더욱 특별하기로, 도 4는 단일 주입 교반기(204)만을 구비한 혼합 용기를 도해하고 있다. 도 5는 2개의 주입 교반기(204)를 구비한 다른 예시적인 혼합 용기(36)를 도시하고 있다. 도 6은 도 4의 혼합 용기의 측단면도를 도해하는 것으로, 주 교반기(202)와 혼합 용기 내에서 용융 유리(28)의 자유 표면(206)에 대한 적어도 하나의 교반기(204)의 수직 배열을 도시한다. 도 4 및 도 5의 혼합 용기(36)는 1개와 2개의 주입 교반기(204)를 도시하고 있지만, 혼합 용기(36)는 2개 이상의 주입 교반기(204)를 구비할 수 있다.

주 교반기(202)는 주 교반기 샤프트(208)와 이로부터 연장된 하나 이상의 주 교반 블레이드(210)를 구비한다. 하나 이상의 주 교반 블레이드(210)는 혼합 용기의 작동 중에 혼합 용기(36) 내에서 용융 유리(28)의 자유 표면(206) 아래에 잠수되도록 구성되어 있다. 주 교반기(202)는 예컨대 주 교반기 샤프트(208)에서 외부로 연장되고 수직방향으로 연장 배열로 배열된 다수의 주 교반 블레이드(210)를 구비할 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 혼합 용기(36)는 원통형 용기이며, 용기 벽은 원통형 내부 체적을 한정한다. 따라서, 도 4 및 도 5의 실시예에서, 주 교반기 샤프트(208)는 중심에 위치될 수 있고, 교반 용기(36) 내에서 회전가능하게 장착된다. 즉, 주 교반기 샤프트(208)는 혼합 용기(36)의 중심 길이방향 축(212)이 주 교반기 샤프트(208)의 축인 주 교반기 샤프트(208)의 중심 길이방향 축(214)과 동일(일치)하게 위치되도록 용기 벽(200), 예컨대 혼합 용기 벽(200)의 내부면과 동심축을 가질 수 있다. 혼합 용기(36)가 원통형 혼합 용기인 경우에, 교반 블레이드(210)는 용융 유리가 이송 도관(38)과 출구 도관(46) 사이를 이동함에 따라 유입 이동하는 용융 유리를 교반 블레이드를 우회하지 않도록 하기 위해 혼합 용기의 벽에 인접하게 쓸어내도록 구성된다(도 6 참조). 예컨대, 몇몇 실시예에서, 교반 블레이드(210)의 최외각 범위는 용기 벽의 내부면과 3cm 이내, 예컨대 약 1.6cm 내지 약 3cm의 범위, 또는 약 1.6cm 내지 약 2.5cm의 범위, 또는 약 1.6cm 내지 약 2cm의 범위이고, 이들 사이의 모든 범위와 하위 범위를 포함한다. 하나 이상의 교반 블레이드(210)는 회전축(214)에서 거리(dm)만큼 외부로 연장된다. 주 교반기 샤프트(208)는 또한 벨트, 체인 또는 다른 구동 커플링 수단으로 주 교반기 샤프트에 결합될 수 있는 예컨대 전기 모터를 구비한 구동 조립체(미도시)에 결합될 수 있다.

전술된 바와 같이, 혼합 용기(36)는 또한 하나 이상의 주입 교반기(204)를 구비할 수 있다. 각각의 주입 교반기(204)는 주입 교반기 샤프트(216)를 구비할 수있고 추가로 이로부터 연장된 다수의 교반 블레이드(218)를 구비할 수 있다. 각 주입 교반기 샤프트(216)는 주 교반기 샤프트의 회전축(214)에서 거리(da)만큼 오프셋된 회전축(222)을 중심으로 회전할 수 있다. 거리(da)는 각 주입 교반기(204)에 대해 동일할 수 있거나, 거리(da)는 일 주입 교반기에서 다른 주입 교반기까지 가변할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 거리(da)는 몇몇 주입 교반기(204)에 대해 동일할 수 있고, 다른 주입 교반기에 대해 다를 수 있다. 교반 블레이드(218)가 주입 교반기 샤프트(216)의 길이부를 따라 배열되도록 교반 블레이드(218)는 예컨대 수직방향으로 연장배열되어 배열될 수 있다. 다른 실시예에서, 각각의 주입 교반기(204)는 단일 교반 블레이드, 예컨대 나선형으로 권취된 교반 블레이드(예컨대, 나사)를 구비할 수 있다. 도 4 내지 도 6의 실시예에서, 주입 교반기 샤프트(216)의 회전축(222)은 거리(dm)보다 작은 거리(da)만큼 주 교반기 샤프트(208)의 회전축(214)에서 이격되어 있다. 덧붙여서, 주입 교반기 샤프트(216)와 교반 블레이드(218)의 전체(예컨대, 주입 교반기(204))는 주 교반기(202)의 블레이드(210)로 훑는 돌출 범위 내에 놓여질 수 있다. 즉, 주 교반기(202)가 회전하면, 하나 이상의 블레이드(210)는 반경(dm)의 원호로 훑는다. 원호의 돌출은 원통형 용적부를 가지며, 주입 교반기(204;주입 교반기 샤프트(216)와 교반 블레이드(218))는 몇몇 실시예에서 주 교반기(202)의 교반 블레이드로 훑어지는 돌출된 원통형 용적부 내에 전반적으로 놓일 수 있다. 교반 블레이드(210)로 훑어지는 원통형 용적부는 혼합 용기(36)의 전체 용적보다 작고 주입 교반기(204;주입 교반기 샤프트(216)와 교반 블레이드(218))는 혼합 용기(36)의 전체 원통형 용적부 내에 전반적으로 놓여지는 것이 명백해야 한다.

도 6으로부터 명백해지듯이, 각 주입 교반기(204)는 주입 교반기(204)의 최하단부가 주 교반기(202)의 최상단 교반 블레이드(210) 위에 위치되도록 위치선정된다. 즉, 각 주입 교반기(204)는 주 교반기(202)의 최상단 교반 블레이드(210)와 혼합 용기 커버(225) 사이의 용기(36) 내에 용적부를 차지한다. 각 주입 교반기(204)의 회전축(222)이 주 교반기 샤프트(208)의 회전축(214)과 평행하게 길이연장되고 거리(dm) 보다 작은 거리(da)만큼 회전축(214)에서 오프셋되어 있기 때문에, 만약 주입 교반기(204)가 주 교반기(202)의 최상단 교반 블레이드(210) 아래로 연장된다면, 주입 교반기(204)는 주 교반기(202)의 회전을 간섭하게 될 것이다. 이는 다른 방식으로 혼합 용기(36)를 관통하여 뻗어 있는 수평면(224)을 상상함으로써 보여질 수 있다(도 6 참조). 예컨대, 수평면(224)은 중심 길이방향 축(212)과 직교할 수 있다.

주 교반기(202)의 최상단 교반 블레이드가 수평면(224) 아래에 배치되는 것을 고려한다. 추가로, 하나 이상의 주입 교반기(204)가 수평면(224) 아래로 연장되지 않는 것을 고려한다. 따라서, 수평면(224)은 혼합 용기의 용적부를 상류 용적부(226)와 하류 용적부(228)로 분리하고, 하나 이상의 주입 교반기(204)는 혼합 용기의 상류 용적부(226) 내에 위치선정되고 혼합 용기의 하류 용적부(228)로 연장되지 않는다.

제1 수직면(230;도 4 참조)은 혼합 용기(36)를 관통하여 뻗는 것으로 고려하는데, 회전축(214)은 전반적으로 제1 수직면(230) 내에 놓인다. 제1 수직면(230)은 이송 도관(38)의 중심 길이방향 축(232)과 직교될 수 있다고 추가로 고려한다. 몇몇 실시예에서, 도 4 및 도 5의 실시예와 같이, 적어도 하나의 주입 교반기(204)가 주 교반기 샤프트(208)과 이송 도관(38) 사이에 위치되도록 적어도 하나의 교반기(204)는 위치선정된다. 달리 말하자면, 적어도 하나의 주입 교반기(204)는 이송 도관(38)과 같이 제1 수직면(230)의 동일 측면 상에 놓인다.

다음에, 혼합 용기 내에 위치되고, 거리(da)만큼 주 교반기(202)의 회전축에서 오프셋되며 이송 도관(38)과 같이 제1 수직면(230)의 동일 측면 상에 위치된 회전축에 대해 회전가능한 제2 주입 교반기(204)를 고려하는바(도 5 참조), 제1 수직면(230)에 직교되는 제2 수직면(233)에 대해, 이송 도관(38)의 중심 길이방향 축(232)은 제2 수직면(231) 내에 전반적으로 놓이고, 제1 주입 교반기의 회전축과 제2 주입 교반기의 회전축은 제2 수직면(233)의 대향 측면 상에 있게 된다. 예컨대, 몇몇 실시예에서, 제1 주입 교반기(204)와 제2 주입 교반기(204)는 제2 수직면(233)에서 등거리에 있을 수 있다(도 5 참조).

도 7은 2개의 주입 교반기(204)를 구비한 도 5에서 구체화된 예시적인 혼합 용기(36) 내에 용융 유리의 유동을 모델링하고 있다. 도 7은 혼합 용기(36)로 들어오는 용융 유리의 유동이 주입 교반기의 회전으로 방해받는 것을 도해하고 있다. 즉, 주 교반기(202)의 교반 블레이드 상에 용융 유리의 유동은 더욱 혼란스러워져, 혼합을 강화한다. 주 교반기(202)와 주입 교반기들(204)의 교반 블레이드는 더욱 명료하게 하기 위해 생략되었다. 샤프트만 도시되어 있다. 도 7의 실시예에서, 주 교반기(202)는 화살표(234)로 표시되었듯이 시계방향으로 회전한다. 덧붙여서, 각 주입 교반기는 또한 시계방향으로 회전하지만, 주 교반기(202)와 각각의 주입 교반기(204)는 반시계방향으로 회전할 수 있다. 도시되었듯이, 상류 용적부(226)로 들어가는 용융 유리는 주입 교반기(204)로 인해 유동의 방해를 겪는다.

도 8의 실시예에서, 주입 교반기(204)는 반대 방향으로 회전하는데, 제1 주입 교반기(204)는 시계방향으로 회전하는 반면에 제2 주입 교반기(204)는 반시계방향으로 회전하는 것을 의미한다. 주 교반기(202)는 화살표(234)로 표시되었듯이 시계방향으로 회전하지만, 주 교반기(202)가 반시계방향으로 회전할 수 있다. 다시, 유동 방해는 혼합 용기 내에서, 특히 상류 용적부(226) 내에서 발생하는 것으로 나타나고 있다.

도 9에 도해된 또 다른 실시예에서, 주입 교반기(204)는 도 8의 실시예와 같이 반대 방향으로 회전하지만, 본 실시예에서, 회전방향은 전환되는데, 도 8에 "상부" 주입 교반기의 반시계방향 회전을 대신하여 도 9에서 상부 주입 교반기는 시계방향으로 회전하고 하부 주입 교반기는 반시계방향으로 회전한다. 주 교반기(202)는 시계방향으로 회전한다.

마지막으로, 도 10에서, 주 교반기(202)는 화살표(234)로 표시되었듯이 시계방향으로 회전하고, 2개의 주입 교반기(204)는 반대로, 반시계방향으로 회전한다. 도 7, 도 8, 및 도 9의 경우와 같이, 유동 방해가 주입 교반기(204)의 영역(상류 용적부(226))에서 발생하여, 주 교반기(202)에 의해 실행되어야 하는 작업을 감소시켜 하류 용적부(228)에서 용융 유리를 혼합한다.

도 11, 도 12, 및 도 13은 한쌍의 주입 교반기(204)의 다양한 배열을 도해한다. 예컨대, 도 11의 실시예에서, 2개의 주입 교반기(204)가 도해되되 주입 교반기의 각 회전축(222)을 분리하는 거리(ds)가 각 교반 블레이드(218)의 길이(dn)의 두배보다 크도록 배열되어 있다(여기서 교반 블레이드 길이(dn)는 각 샤프트의 회전축(222)에서 교반 블레이드(218)의 팁(tip)까지 측정한다). 따라서, 각 교반 블레이드가 대향되게 위치선정되는 동안에, 대향하는 블레이드들이 서로 접촉되지 않게 충분한 간극이 제공된다. 예컨대, 대향하는 교반 블레이드들은 약 1.2cm 내지 약 2.5cm의 범위에 거리만큼 떨어질 수 있다. 주입 교반기들은 동일하거나 주입 교반기들은 다른 설계일 수 있다.

도 12의 실시예에서, 주입 교반기(204)는 수직방향으로 오프셋된 구성으로 배열되되, 주입 교반기들의 개별적인 교반 블레이드(218)는 수직방향으로 비월되어 있다. 따라서, 각 주입 교반기 회전축(222) 사이의 거리(ds)는 개별적인 교반 블레이드의 길이(dn)의 2배보다 작아야 하지만, 단일 교반 블레이드의 길이(dn)보다는 커야 하는데, 다시 말하자면, dn < ds < 2·dn 이다.

도 12의 실시예에서, 주입 교반기는 (수직방향으로 배열된) 도 11에 도해된 주입 교반기와 유사하게 대향 배열되되, 주입 교반기의 회전축들(222) 사이의 거리는 주입 교반기의 회전축(222) 사이의 거리(ds)가 개별적인 교반 블레이드(218)의 길이(dn)의 2배 미만이지만, 도 12에 도시된 바와 같이 단일 교반 블레이드의 길이보다 길어야 하는데, 다시 말하자면, dn < ds < 2·dn 이다. 본 발명의 목적상, 2개의 주입 교반기의 교반 블레이드는 "얽혀져 있는(interwined)"으로 언급된다. 본 실시예에서, 얽혀져 있는 주입 교반기의 회전은 일 주입 교반기의 교반 블레이드와 인접해 있는 다른 주입 교반기의 교반 블레이드 사이에서 접촉되지 않게 시간설정되어 있다. 예컨대, 2개의 교반기 사이의 상대 회전 위상은 45도 일 수 있으며, 예컨대 약 40도 내지 약 50도의 범위일 수 있다.

또 다른 실시예에서, 2개 이상의 주입 교반기(204)는 혼합 용기(36) 내에 구비될 수 있다. 예컨대, 도 14는 3개의 주입 교반기(204)를 구비한 실시예를 도해한다. 추가 주입 교반기(204)는 앞서 기술된 주입 교반기(204)와 실질적으로 동일하거나 일치할 수 있으며, 단지 배치만이 상이하다. 예컨대, 추가 주입 교반기(204)는 이동도관(38)보다 평면(230)의 대향 측면 상에 위치될 수 있다(도 4 참조). 도 14의 실시예에서, 제3 주입 교반기(204)는 제1 수직면(230)과 이송 도관(38) 사이에 위치된 제1 및 제2 주입 교반기(204)과 대향되는 제1 수직면(230)의 측면 상에 위치된다. 추가로, 제3 주입 교반기(204)는 제3 주입 교반기의 회전축(222)이 이송 도관(38)의 중심 길이방향 축(232)과 교차되도록 위치선정될 수 있지만, 다른 실시예에서는 그렇게 위치될 필요는 없다. 도 15는 주 교반기(202) 주위에 배열된 다수의 추가 주입 교반기의 사용을 도해한다. 도 15의 실시예에서, 다수의 주입 교반기의 각 주입 교반기(204)의 회전축(222)은 거리(dm)보다 작은 동일한 거리(da)만큼 주 교반기(202)의 회전축(214)에서 오프셋되어 있다. 하지만, 이러한 동일한 오프셋(offset)이 필요하지 않으며, 다른 실시에에서 거리(da)는 주입 교반기에서 주입 교반기까지 가변할 수 있다.

실례

아래의 표 1은 분당 회전(RPM)의 가변하는 회전 속도의 조건 하에서 주 교반기에 대해서 서로 다른 (동시 회전(Co) 또는 반대 회전(X)) 다양한 회전 방향(Rot. Dir.)으로 회전하는 주입 교반기를 갖춘 예시적인 혼합 용기의 특정한 성능 특성을 나타내는 모델링된 데이터를 제공하고, 2개의 주입 교반기 사이에 상해 회전 위상을 갖는다. 각 실례에서, 주 교반기는 11RPM의 회전 속도로 시계방향으로 회전한다. 교반 유효성 지수(SEI)는 광학적으로 투명한 아크릴로 제조된 (주 및 주입) 교반기를 사용하여 스케일된 모의 혼합 용기의 광학 분석으로 파생되되, 용융 유리의 점도를 모방하기 위해 선택된 파라핀은 용융 유리의 유동을 시뮬레이션을 하기 위해 혼합 용기를 관통하여 유동된다. 그런 다음에, 염료가 파리핀의 유동으로 주입되고 유동이 전하 결합 소자(CCD) 카메라로 이미지화하고 적당한 이미지 소프트웨어로 분석한다. 각 픽셀의 출력이 증폭되고, 디지털화되며, (검정 0에서 흰색 255까지의 범위에 걸쳐져 있는) 8-비트(bit) 그레이 스케일로 스케일(scale)된다. 결과 데이터는 특정화에 적합한 파일로 인코딩되어, 폭과 높이 치수가 CCD의 각 방향에 있는 픽셀 수와 동일한 숫자 배열로 나타난다. 수량적 정보는 예컨대 가장자리, 채색, 강도, 피처 크기(feature size), 프랙탈 차원(fractal dimension), 및 위치에 위해 정의된 이미지의 특정 피처에 대해 획득된다. 다른 시간대에서 찍은 동일 영역의 이미지 시퀸스를 조합함으로써, 추가적인 시간-파생 정보는 속도, 가속도 및 성장 및/또는 감쇠율을 포함하되 이에 제한되지 않는 특징에 대해 측정될 수 있다. 이러한 기술을 사용하여, 수치적 척도, 교반 유효성이 상대적이며 다양한 혼합 용기 설계를 평가하기 위해 사용될 수 있다.

교반 유효성 지수는 체류시간 분포(분산 기간(term))의 반치폭(FWHM;full-width at half maximum)과 필터링되지 않은 이미지 강도(균일성 기간)에 대한 고주파수 대역 통과 이미지 강도의 비율의 곱이다. SEI는 초 단위이며, 실제로 혼합 용기에 의해 주입된 불균일성에 위해 보정된 혼합 용기의 시간 분산이다. 예컨대, 분산 기간은 모의 혼합 용기의 일련의 라인 스캔 이미지로부터 얻어질 수 있다. 유속은 측정 동안 일정하게 유지되기 때문에, 시간의 측정이 용적을 대신하여 사용될 수 있다. 적합한 이미징 소프트웨어를 사용하여, 라인 스캔 이미지의 평균 강도 프로파일이 도출될 수 있다. 예컨대, 픽셀의 각 라인의 평균 강도가 계산된 다음에 시간 단계의 함수로 플로팅된다. 결과 프로파일은 대략 로그-정규 분포인 시간의 함수로 흡수 분포를 나타낸다. 그런 다음에, 분산 기간은 이러한 분포의 FWHM이다.

균질성 기간은 이미지에 대비의 척도이다. 목적은 염료의 분산을 제거하고 분산된 염료를 설명하는 것이다. 그런 다음에, 분산 기간과 관련하여 이미지화된 FWHM 영역이 분석된다. 영역의 리딩 엣지(leading edge)는 전체 높이의 20%로 확장되고 영역의 적분 강도가 측정된다. 그런 다음에, 저역 필터가 적용된다. 그런 다음에, 균질성 기간은 저역 영역의 강도의 적분으로 표현되는 총 강도의 분율과 동일하게 된다.

아래 표 1의 데이터는 주 교반기와 동시 회전하는 위상 회전식 주입 교반기의 평균 교반 유효성을 보여주고 있지만, 다른 구성이 교반 유효성의 동시발생 감소도 가능하다. "위상"은 주입 교반기의 상대적인 속도를 언급하며, "동위상(in phase)"은 교반 블레이드가 도 11에 배열된 방식으로 동일한 회전속도로 회전된다는 것을 의미한다(비교하면, 45도 위상차는 도 13의 교반 블레이드와 유사하게 보여질 것이다).

RPM	Rot. Dir.0	위상	Co, X	SEI(초)
7	CW	0	Co	29265
7	CCW	0	Co	24549
2.75	CCW	0	Co	24424
2.75	CW	45	Co	23511
2.75	CCW	45	Co	20062
7	CCW	45	Co	22025
7	CW	45	Co	21981
7	CW	45	X	21137
2.75	CW	0	Co	20972
7	CCW	45	X	19460
주입 교반기 없음				19404
2.75	CW	45	X	19286
7	CCW	0	X	19049
2.75	CCW	0	X	18644
2.75	CCW	45	X	18378
2.75	CW	0	X	16849
7	CW	0	X	13553

다양한 변형 및 변경이 본 발명의 사상과 범주를 벗어나지 않고 본 명세서에서 이루어질 수 있음은 당해분야의 숙련자들에게 있어 명백해질 것이다. 이로써, 본 발명은 첨부된 청구범위의 범주 및 그 균등물 내에 속한다면 여기에 기재된 변형 및 변경을 보호하는 것으로 의도된다.

Claims

용기와;
상기 용기 내에 위치되고 제1 회전축에 대해 회전가능하며, 주 교반기 샤프트와 상기 제1 회전축에 대해 거리(dm) 만큼 외부를 향해 연장되어 있는 최상단 블레이드를 구비한 주 교반기; 및
상기 용기 내에 위치되고 거리(dm)보다 작은 거리(da) 만큼 상기 제1 회전축에서 오프셋(offset)된 제2 회전축에 대해 회전가능한 제1 주입 교반기;로 이루어진, 용융 유리를 컨디셔닝하기 위한 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 용기를 관통하여 뻗어 있는 수평면에 대해, 상기 최상단 주 교반 블레이드는 상기 수평면 아래에 위치되고, 상기 제1 주입 교반기는 상기 수평면 아래로 길이연장되지 않는, 용융 유리를 컨디셔닝하기 위한 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 용기 내로 개방되고 상기 용융 유리를 상기 용기로 이송하도록 구성된 이송 도관을 추가로 구비하고, 상기 이송 도관은 중심 길이방향 축을 구비하고, 상기 이송 도관의 상기 중심 길이방향 축과 직교하는 상기 용기를 관통하여 뻗어 있는 제1 수직면에 대해, 상기 제1 회전축이 상기 제1 수직면 내에 전반적으로 놓이고, 상기 제1 주입 교반기는 상기 이송 도관과 같이 상기 제1 수직면의 동일 측면 상에 위치선정되는, 용융 유리를 컨디셔닝하기 위한 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 용기 내에 위치되고 상기 거리(da) 만큼 상기 제1 회전축에서 오프셋된 제3 회전축에 대해 회전가능하며 상기 이송 도관과 같이 상기 제1 수직면의 동일 측면 상에 위치된 제2 주입 교반기를 추가로 구비하고, 상기 제1 수직면과 직교하는 제2 수직면에 대해, 상기 이송 도관의 상기 중심 길이방향 축은 상기 제2 수직면 내에 전반적으로 놓이고, 상기 제2 회전축과 상기 제3 회전축은 상기 제2 수직면의 대향 측면 상에 위치선정되는, 용융 유리를 컨디셔닝하기 위한 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 이송 도관으로부터 상기 제1 수직면의 대향 측면 상에 위치된 제2 주입 교반기를 추가로 구비하는, 용융 유리를 컨디셔닝하기 위한 장치.
청구항 1에 있어서,
다수의 주입 교반기를 추가로 구비하는, 용융 유리를 컨디셔닝하기 위한 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 용기는 원통형이고, 상기 제1 회전축은 상기 용기의 중심 길이방향 축과 일치하는, 용융 유리를 컨디셔닝하기 위한 장치.
용기와;
상기 용기 내에 위치되고 제1 회전축에 대해 회전가능하며, 주 교반기 샤프트와 상기 제1 회전축에 대해 거리(dm) 만큼 외부를 향해 연장되어 있는 최상단 주 교반 블레이브를 구비한 주 교반기; 및
상기 용기 내에 위치되고 상기 제1 회전축에서 오프셋된 제2 회전축에 대해 회전가능한 제1 주입 교반기;로 이루어지고,
상기 용기를 관통하여 뻗어 있는 수평면에 대해, 상기 최상단 주 교반 블레이드는 상기 수평면 아래에 위치되고, 상기 제1 주입 교반기는 상기 수평면 아래로 길이연장되지 않는, 용융 유리를 컨디셔닝하기 위한 장치.
청구항 8에 있어서,
상기 제1 주입 교반기는 상기 용기의 상류 용적부 내에 위치되고, 상기 최상단 교반 블레이드는 상기 용기의 하류 용적부 내에 위치선정되는, 용융 유리를 컨디셔닝하기 위한 장치.
청구항 9에 있어서,
상기 상류 용적부와 상기 하류 용적부는 원통형상 용적부이고, 상기 상류 용적부의 중심 길이방향 축은 상기 하류 용적부의 중심 길이방향 축과 일치하는, 용융 유리를 컨디셔닝하기 위한 장치.
청구항 8에 있어서,
다수의 주입 교반기를 추가로 구비하는, 용융 유리를 컨디셔닝하기 위한 장치.
청구항 11에 있어서,
상기 다수의 주입 교반기의 각 주입 교반기는 상기 용기 내에 위치되고 거리(dm)보다 작은 거리(da) 만큼 상기 제1 회전축에서 오프셋된 회전축에 대해 회전가능한, 용융 유리를 컨디셔닝하기 위한 장치.
청구항 8에 있어서,
상기 용기 내로 개방되고 상기 용융 유리를 상기 용기로 이송하도록 구성된 이송 도관을 추가로 구비하고, 상기 이송 도관은 중심 길이방향 축을 구비하고, 상기 이송 도관의 상기 중심 길이방향 축과 직교하는 상기 용기를 관통하여 뻗어 있는 제1 수직면에 대해, 상기 제1 회전축이 상기 제1 수직면 내에 전반적으로 놓이고, 상기 제1 주입 교반기는 상기 이송 도관과 같이 상기 제1 수직면의 동일 측면 상에 위치선정되는, 용융 유리를 컨디셔닝하기 위한 장치.
청구항 13에 있어서,
상기 용기 내에 위치되고 상기 제1 회전축에서 오프셋된 제3 회전축에 대해 회전가능하며 상기 이송 도관과 같이 상기 제1 수직면의 동일 측면 상에 위치된 제2 주입 교반기를 추가로 구비하고, 상기 제1 수직면과 직교하는 제2 수직면에 대해, 상기 이송 도관의 상기 중심 길이방향 축은 상기 제2 수직면 내에 전반적으로 놓이고, 상기 제3 회전축은 상기 제2 회전축보다 상기 제2 수직면의 대향 측면 상에 위치선정되는, 용융 유리를 컨디셔닝하기 위한 장치.
청구항 14에 있어서,
상기 제2 회전축과 상기 제3 회전축은 상기 제2 수직면에서 등거리에 위치되는, 용융 유리를 컨디셔닝하기 위한 장치.
이송 도관으로부터 용융 유리의 유동에 대해 상류 용적부와 하류 용적부를 구비한 용기로 용융 유리를 유동하는 단계와;
회전축에 대해 회전가능한 제1 주입 교반기를 갖춘 상기 상류 용적부에서 상기 용융 유리를 교반하는 단계;
상기 주입 교반기의 상기 회전축과 평행한 회전축에 대해 회전가능한 주 교반기를 갖춘 상기 하류 용적부에서 상기 용융 유리를 교반하는 단계;를 포함하는데,
상기 주 교반기는 최상단 교반 블레이드를 구비하고, 상기 용기를 관통하여 뻗어 있는 수평면에 대해, 상기 최상단 교반 블레이드는 상기 수평면 아래에 위치선정되고, 상기 제1 주입 교반기는 상기 수평면 위에 전반적으로 위치선정되는, 용융 유리를 컨디셔닝하는 방법.
청구항 16에 있어서,
상기 최상단 교반 블레이드는 상기 주 교반기의 회전축에서 상기 최상단 교반 블레이드의 최대 연장된 길이(dm)를 구비하고, 상기 제1 주입 교반기의 상기 회전축과 상기 주 교반기의 상기 회전축 사이에 오프셋은 거리(dm)보다 작게 되어 있는, 용융 유리를 컨디셔닝하기 위한 방법.
청구항 17에 있어서,
회전축을 갖춘 제2 주입 교반기로 상기 용융 유리를 교반하는 단계를 추가로 포함하는데, 상기 제2 주입 교반기는 상기 수평면 상에 전반적으로 위치선정되고, 상기 제2 주입 교반기의 상기 회전축과 상기 주 교반기의 상기 회전축 사이에 오프셋은 거리(dm)보다 작게 되어 있는, 용융 유리를 컨디셔닝하기 위한 방법.
청구항 18에 있어서,
상기 이송 도관의 중심 길이방향 축과 직교하는 수직면에 대해, 상기 용기의 중심 길이방향 축은 상기 수직면 내에 전체 놓이고, 상기 제1 주입 교반기와 상기 제2 주입 교반기는 상기 수직면과 상기 이송 도관 사이에 위치선정되는, 용융 유리를 컨디셔닝하기 위한 방법.
청구항 19에 있어서,
상기 제1 주입 교반기의 회전 방향은 상기 제2 주입 교반기의 회전 방향과 동일하게 되어 있는, 용융 유리를 컨디셔닝하기 위한 방법.
청구항 20에 있어서,
상기 주 교반기의 회전 방향은 상기 제1 주입 교반기의 회전 방향과 동일하게 되어 있는, 용융 유리를 컨디셔닝하기 위한 방법.
청구항 19에 있어서,
상기 제1 주입 교반기의 각속도는 상기 제2 주입 교반기의 각속도와 동일하게 되어 있는, 용융 유리를 컨디셔닝하기 위한 방법.