KR20180107413A

KR20180107413A - 유리 제품 제조 장치

Info

Publication number: KR20180107413A
Application number: KR1020170034757A
Authority: KR
Inventors: 전병철; 권용규; 김선준; 박현규; 안장헌; 이성국; 이호순
Original assignee: 코닝 인코포레이티드
Priority date: 2017-03-20
Filing date: 2017-03-20
Publication date: 2018-10-02
Also published as: TWI759446B; KR102308619B1; EP3601171A4; TW201838937A; US11180403B2; JP2020509988A; US20200017389A1; WO2018175398A1; EP3601171A1; CN110446689A; JP7045391B2

Abstract

본 발명은 유리 제품 제조 장치에 관한 것으로서, 가스 가열부 및 전기 가열부를 갖는 용융로; 상기 용융로의 외표면 상에 설치되고, 상기 용융로로부터 방출되는 열을 회수하도록 구성된 제 1 열교환 모듈; 및 상기 제 1 열교환 모듈의 내부를 통과하는 열전달 매개 유체의 흐름을 구동하는 펌프를 포함하고, 상기 제 1 열교환 모듈의 적어도 일부는 상기 전기 가열부의 적어도 일부의 외표면과 열적으로 결합된(thermally coupled) 유리 제품 제조 장치를 제공한다. 본 발명의 실시예들에 따른 유리 제품 제조 장치를 이용하면 에너지 효율이 더 높으면서 불량률을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

유리 제품 제조 장치 {Glass product manufacturing apparatus}

본 발명은 유리 제품 제조 장치에 관한 것으로서, 에너지 효율이 더 높으면서 불량률을 감소시킬 수 있는 유리 제품 제조 장치에 관한 것이다.

유리 제품의 제조에 있어서 에너지 효율을 증대시키고 제조 공정의 불량률을 감소시키는 것이 유리할 수 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 에너지 효율이 더 높으면서 불량률을 감소시킬 수 있는 유리 제품 제조 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 상기 기술적 과제를 이루기 위하여 가스 가열부 및 전기 가열부를 갖는 용융로; 상기 용융로로부터 방출되는 열을 회수하도록 구성된 제 1 열교환 모듈; 및 상기 제 1 열교환 모듈의 내부를 통과하는 열전달 매개 유체의 흐름을 구동하는 펌프를 포함하고, 상기 제 1 열교환 모듈의 적어도 일부는 상기 전기 가열부의 적어도 일부의 외표면과 열적으로 결합된(thermally coupled) 유리 제품 제조 장치를 제공한다.

일부 실시예들에 있어서, 상기 유리 제품 제조 장치는 유리 제품을 가공하기 위하여 가공 유체를 공급하도록 구성된 유리 제품 가공부; 및 상기 가공 유체를 가열할 수 있는 제 2 열교환 모듈을 더 포함하고, 상기 제 2 열교환 모듈은 상기 열전달 매개 유체의 열을 상기 가공 유체로 전달하도록 구성될 수 있다.

일부 실시예들에 있어서, 상기 가스 가열부가 상기 용융로 내의 용융 유리의 가장 높은 액위보다 더 높이 배치되고, 상기 전기 가열부가 상기 용융로 내의 용융 유리의 가장 높은 액위보다 더 낮게 배치될 수 있다. 이 때, 상기 제 1 열교환 모듈의 적어도 일부분은 상기 전기 가열부의 외표면과 면 접촉(surface contact)을 이룰 수 있다. 또, 상기 제 1 열교환 모듈은 고정 부재에 의하여 상기 전기 가열부의 외표면에 밀착될 수 있다. 또한, 상기 제 1 열교환 모듈이 상기 전기 가열부의 외표면과 면접촉을 이루는 면적은 상기 용융로의 외벽 중 상기 제 1 열교환 모듈이 설치된 외벽의 전체 면적의 15% 내지 60%일 수 있다.

일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 열교환 모듈은 상기 용융로의 외표면과 간격을 두고 이격되어 배치될 수 있다. 이 때, 상기 제 1 열교환 모듈의 상기 용융로의 외표면을 향하는 표면은 상기 용융로의 외표면과 실질적으로 평행할 수 있다.

본 발명의 다른 태양은 가스 가열부 및 전기 가열부를 갖는 용융로; 유리 제품을 가공하기 위하여 가공 유체를 공급하도록 구성된 유리 제품 가공부; 및 열교환 장치를 포함하는 유리 제품 제조 장치를 제공한다. 여기서, 상기 열교환 장치는: 상기 용융로로부터 방출되는 열을 회수할 수 있는 제 1 열교환 모듈; 상기 가공 유체를 가열하기 위한 제 2 열교환 모듈; 상기 제 1 열교환 모듈과 상기 제 2 열교환 모듈 사이를 순환하는 열전달 매개 유체; 및 상기 열전달 매개 유체의 흐름을 구동하는 펌프를 포함할 수 있다.

일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 열교환 모듈은 측방향으로 이격된 세 개의 섹션들을 포함할 수 있다. 특히, 상기 열전달 매개 유체는 물일 수 있다.

일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 열교환 모듈은 상기 열전달 매개 유체의 온도를 약 7℃ 내지 약 15℃ 상승시키도록 구성될 수 있다. 이 때, 상기 제 2 열교환 모듈은 상기 가공 유체의 온도를 약 3℃ 내지 약 8℃ 상승시키도록 구성될 수 있다.

일부 실시예들에 있어서, 상기 유리 제품 제조 장치는 상기 제 1 열교환 모듈로 공급되는 열전달 매개 유체를 저장하는 제 1 탱크를 더 포함하고, 상기 제 1 열교환 모듈로부터 배출되는 열전달 매개 유체가 상기 제 1 탱크로 리사이클될 수 있도록 구성될 수 있다. 특히, 상기 유리 제품 제조 장치는 상기 제 2 열교환 모듈에서 배출되는 상기 열전달 매개 유체를 저장하는 제 2 탱크를 더 포함할 수 있다.

일부 실시예들에 있어서, 상기 용융로는 원료 물질을 공급하는 공급 장치가 결합되는 제 1 측벽 및 용융 유리 배출구가 배치되는 제 2 측벽을 포함하고, 상기 제 1 열교환 모듈은 상기 제 1 측벽 상에 직접 접촉하도록 배치될 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 유리 제품 제조 장치를 이용하면 에너지 효율이 더 높으면서 불량률을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유리 제품 제조 장치를 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 열교환 모듈과 용융로를 나타낸 분해 사시도이다.
도 3a는 제 1 열교환 모듈이 용융로의 후면벽에 설치된 모습을 나타낸 정면도이다.
도 3b는 상기 제 1 열교환 모듈을 이루는 각 튜브를 나타낸 사시도이다.
도 4a 내지 도 4c는 튜브와 용융로 사이의 접촉 양상을 개념적으로 나타낸 측단면도들이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제 1 열교환 모듈을 용융로의 후면벽에 적용하였을 때의 전기 가열부의 전력 소모를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 유리 제품 제조 장치에 있어서 용융로와 유리 제품 가공부 사이의 공정 단계들을 구체적으로 나타낸 공정도이다.
도 7은 제 1 열교환 모듈을 적용하였을 때와 제 1 열교환 모듈을 적용하지 않았을 때의 불량률의 변화 추이를 나타낸 그래프이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명 개념의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명 개념의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명 개념의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 발명 개념의 실시예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명 개념을 설명하기 위해서 제공되는 것으로 해석되는 것이 바람직하다. 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명 개념은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되어지지 않는다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명 개념의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성 요소는 제 2 구성 요소로 명명될 수 있고, 반대로 제 2 구성 요소는 제 1 구성 요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명 개념을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함한다" 또는 "갖는다" 등의 표현은 명세서에 기재된 특징, 개수, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

달리 정의되지 않는 한, 여기에 사용되는 모든 용어들은 기술 용어와 과학 용어를 포함하여 본 발명 개념이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 공통적으로 이해하고 있는 바와 동일한 의미를 지닌다. 또한, 통상적으로 사용되는, 사전에 정의된 바와 같은 용어들은 관련되는 기술의 맥락에서 이들이 의미하는 바와 일관되는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 여기에 명시적으로 정의하지 않는 한 과도하게 형식적인 의미로 해석되어서는 아니 될 것임은 이해될 것이다.

어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 수행될 수도 있다.

첨부 도면에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조 과정에서 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다. 여기에 사용되는 모든 용어 "및/또는"은 언급된 구성 요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유리 제품 제조 장치(1)를 나타낸 블록도이다.

도 1을 참조하면, 상기 유리 제품 제조 장치(1)는 용융로(12) 및 제 1 열교환 모듈(110)을 포함한다.

일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 열교환 모듈(110)은 상기 용융로(12)의 외표면 상에 설치될 수 있다. 여기서 제 1 열교환 모듈(110)이 용융로(12)의 "외표면 상에" 설치됨은 제 1 열교환 모듈(110)이 용융로(12)의 외표면과 물리적으로 접촉함을 의미할 수도 있고, 또는 용융로(12)의 외표면과 소정 간격을 두고 이격되어 위치됨을 의미할 수도 있다.

일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 열교환 모듈(110)은 상기 용융로(12)의 외표면의 직접 위에 설치될 수 있다. 여기서 제 1 열교환 모듈(110)이 용융로(12)의 "외표면의 직접 위에" 설치됨은 제 1 열교환 모듈(110)이 용융로(12)의 외표면과 물리적으로 접촉하여 설치됨을 의미한다.

다른 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 열교환 모듈(110)은 상기 용융로(12)의 외표면으로부터 소정 간격 이격되어 설치될 수 있다. 예를 들면, 상기 소정 간격은 약 5 mm 내지 약 30 mm일 수 있다.

상기 제 1 열교환 모듈(110)은 상기 용융로(12)와 전도, 대류 및/또는 복사에 의한 열교환이 가능하도록 제공될 수 있으며 이에 관해서는 뒤에서 상세하게 설명한다.

상기 제 1 열교환 모듈(110)은 열교환을 위하여 열교환 매개 유체를 사용할 수 있으며, 물, 오일, 불활성 가스 등이 이용될 수 있지만 여기에 한정되지 않는다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 열교환 매개 유체는 물일 수 있다. 상기 열교환 매개 유체는 상기 제 1 열교환 모듈(110)을 통과하는 동안 상기 용융로(12)로부터 방출되는 열을 흡수하여 온도가 상승할 수 있다.

구체적으로, 상기 제 1 열교환 모듈(110)로 열전달 매개 유체가 유입되는 제 1 유입구(110_in)와 상기 제 1 열교환 모듈(110)로부터 열전달 매개 유체가 유출되는 제 1 유출구(110_out) 사이의 온도 차이는, 예를 들면, 약 7℃ 내지 약 15℃일 수 있다. 예를 들면 상기 제 1 유입구(110_in)를 통하여 유입되는 열전달 매개 유체의 온도는 약 65℃ 내지 약 75℃일 수 있다. 또한 상기 제 1 유출구(110_out)를 통하여 유출되는 열전달 매개 유체의 온도는, 예를 들면, 약 75℃ 내지 약 85℃일 수 있다.

상기 열교환 매개 유체는 제 1 탱크(131)에 저장될 수 있으며 펌프(133)에 의하여 상기 제 1 열교환 모듈(110)로 공급될 수 있다. 도 1에서는 상기 제 1 탱크(131)가 액체를 저장하는 것으로 도시되었지만 통상의 기술자는 기체가 저장될 수도 있음을 이해할 것이다.

상기 유리 제품 제조 장치(1)는 유리 제품 가공부(70) 및 제 2 열교환 모듈(120)을 더 포함할 수 있다.

상기 유리 제품 가공부(70)는 상기 용융로(12)에서 용융된 용융 유리를 이용하여 유리 제품을 제조함에 필요한 단위 공정, 예컨대 인발(drawing), 절단, 세정, 린스 등 중의 어느 하나 이상일 수 있다. 이러한 단위 공정에는 상승된 온도의 가공 유체, 예컨대 물, 오일, 불활성 가스 등이 유리할 수 있다. 예를 들면, 상승된 온도를 갖는 처리 유체는 세정 공정에서 유리 표면의 오염이나 불순물 등이 잘 제거될 수 있도록 할 수 있다. 또는, 상승된 온도를 갖는 처리 유체는 린스 공정에서 유리 표면으로부터 세정 액이 더 잘 제거되도록 할 수 있다. 이와 같이, 상기 가공 유체의 온도 상승은 제 2 열교환 모듈(120)에 의하여 달성될 수 있다.

상기 제 2 열교환 모듈(120)은 유리 제품 가공부(70)에서 사용되는 가공 유체의 온도를 상승시키는 작용을 수행할 수 있다. 제 1 열교환 모듈(110)에서 온도가 상승된 열전달 매개 유체는 상기 제 2 열교환 모듈(120)로 공급될 수 있다. 또한 상기 열전달 매개 유체는 상기 제 2 열교환 모듈(120)을 통과하는 동안 상기 가공 유체로 열을 전달하여 상기 가공 유체의 온도를 상승시킬 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 열교환 모듈(110)로부터 배출되는 상기 열전달 매개 유체는 적어도 부분적으로 상기 제 1 탱크(131)로 리사이클될 수 있다.

구체적으로, 상기 제 2 열교환 모듈(120)로 열전달 매개 유체가 유입되는 제 2 유입구(121_in)과 상기 제 2 열교환 모듈(120)로부터 열전달 매개 유체가 유출되는 제 2 유출구(121_out) 사이의 온도 차이는, 예를 들면, 약 15℃ 내지 약 25℃일 수 있다. 예를 들면 상기 제 2 유입구(121_in)를 통하여 유입되는 열전달 매개 유체의 온도는 약 74℃ 내지 약 84℃일 수 있다. 또한 상기 제 2 유출구(121_out)를 통하여 유출되는 열전달 매개 유체의 온도는, 예를 들면, 약 55℃ 내지 약 65℃일 수 있다.

또, 상기 제 2 열교환 모듈(120)로 가공 유체가 유입되는 제 3 유입구(127_in)과 상기 제 2 열교환 모듈(120)로부터 가공 유체가 유출되는 제 3 유출구(127_out) 사이의 온도 차이는, 예를 들면, 약 3℃ 내지 약 8℃일 수 있다. 예를 들면 상기 제 3 유입구(127_in)를 통하여 유입되는 가공 유체의 온도는 약 47℃ 내지 약 53℃일 수 있다. 또한 상기 제 3 유출구(127_out)를 통하여 유출되는 가공 유체의 온도는 약 52℃ 내지 약 58℃일 수 있다.

상기 가공 유체로 열을 전달함에 따라 냉각된 상기 열전달 매개 유체는 제 2 탱크(141)로 수송되어 저장될 수 있다. 도 1에서는 상기 제 2 탱크(141)가 액체를 저장하는 것으로 도시되었지만 통상의 기술자는 기체가 저장될 수도 있음을 이해할 것이다.

상기 제 2 탱크(141) 내의 열전달 매개 유체는 직접적으로 또는 제 1 냉각 유닛(151)을 통과한 후 상기 제 1 탱크(131)로 이송될 수 있다. 또, 상기 열전달 매개 유체는 제 1 냉각 유닛(151)을 통과한 후 다시 제 2 탱크(141)로 리사이클될 수 있다.

상기 제 1 냉각 유닛(151)은 유리 제품의 제조 또는 가공 공정 또는 기타 유틸리티 공정 중의 적어도 어느 하나와 관련된 것일 수 있으며, 상기 제 1 냉각 유닛(151)의 출구에서의 온도는, 예를 들면, 약 60℃ 내지 약 75℃일 수 있다.

또한 상기 제 2 탱크(141) 내의 열전달 매개 유체는 인발 머신(drawing machine)과 같은 제 2 냉각 유닛(153)을 통과한 후 다시 제 2 탱크(141)로 리사이클될 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 상기 용융로(12)와 상기 유리 제품 가공부(70)는 제 1 열교환 모듈(110), 제 2 열교환 모듈(120), 열전달 매개 유체, 및 펌프(133, 143)에 의하여 열적으로 연결될 수 있다. 여기서 제 1 열교환 모듈(110), 제 2 열교환 모듈(120), 열전달 매개 유체, 및 펌프(133, 143)는 열교환 장치(100)로 정의될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 열교환 모듈(110)과 용융로(12)를 나타낸 분해 사시도이다.

도 2를 참조하면, 상기 용융로(12)는 가스 가열부(12g)와 전기 가열부(12e)를 포함할 수 있다. 상기 가스 가열부(12g)는 통상적으로 상기 전기 가열부(12e)보다 상부에 위치할 수 있다.

상기 가스 가열부(12g)는 가스를 연료로 하는 버너(12ga)를 이용하여 상기 용융로(12) 내에 에너지를 공급하도록 구성될 수 있다. 상기 전기 가열부(12e)는 전기 전극(12ea)을 이용하여 상기 용융로(12) 내에 에너지를 공급하도록 구성될 수 있다.

상기 전기 전극(12ea)은 상기 용융로(12) 내의 용융 유리에 잠기도록 구성될 수 있다. 또한 상기 용융로(12) 내의 용융 유리의 액위는 상기 버너(12ga)와 상기 전기 전극(12ea) 사이에 위치할 수 있다. 다시 말해, 상기 버너(12ga)는 용융 유리의 가장 높은 액위보다 높게 위치하고, 상기 전기 전극(12ea)은 용융 유리의 가장 높은 액위보다 낮게 위치할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 가스 가열부(12g)는 용융 유리의 가장 높은 액위보다 높게 위치하고, 상기 전기 가열부(12e)는 용융 유리의 가장 높은 액위보다 낮게 위치할 수 있다.

상기 전기 전극(12ea) 및 상기 버너(12ga)는 상기 용융로(12)의 대향하는 양 측벽(12sw) 상에 제공될 수 있다.

또한 상기 제 1 열교환 모듈(110)은 상기 용융로(12)의 후면벽(backwall)(12bw) 상에 제공될 수 있다. 상기 용융로(12)의 후면벽(12bw)에는 용융 유리를 형성하기 위한 원료를 공급하기 위한 공급구(12fh)가 제공될 수 있다. 상기 용융로(12) 내에서 생성된 용융 유리는 상기 후면벽(12bw)의 반대쪽 벽을 통하여 유리 제품을 제조하기 위한 공정으로 공급될 수 있다.

상기 제 1 열교환 모듈(110)은 상기 전기 가열부(12e)와 적어도 부분적으로 중첩되도록 배치될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 열교환 모듈(110)의 적어도 일부는 상기 전기 가열부(12e)의 적어도 일부와 중첩되도록 배치될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 열교환 모듈(110)은 상기 전기 가열부(12e)와 완전히 중첩되도록 배치될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 열교환 모듈(110)은 부분적으로는 상기 전기 가열부(12e)와 중첩되고 또한 부분적으로는 상기 가스 가열부(12g)와 중첩된다. 여기서 전기 가열부(12e)와 '중첩'되는 것은 상기 제 1 열교환 모듈(110)의 외연을 상기 용융로(12)의 외표면 상에 투영하였을 때 전기 가열부(12e)와 겹치는 것을 의미한다.

상기 제 1 열교환 모듈(110)은 고정 부재(112)에 의하여 상기 용융로(12)에 고정될 수 있다. 상기 고정 부재(112)는 상기 제 1 열교환 모듈(110)을 상기 용융로(12)에 고정할 수 있는 임의의 결합 부재일 수 있고 특별히 한정되지 않는다. 상기 고정 부재(112)는 예를 들면 그레이팅(grating), 바(bar), 와이어 등일 수 있다.

상기 제 1 열교환 모듈(110)은 상기 용융로(12)의 외표면에 밀착되어 접촉할 수도 있고, 소정 간격 이격되어 배치될 수도 있다.

도 3a는 상기 제 1 열교환 모듈(110)이 상기 용융로(12)의 후면벽(12bw)에 설치된 모습을 나타낸 정면도이다. 도 3b는 상기 제 1 열교환 모듈(110)을 이루는 각 튜브를 나타낸 사시도이다.

도 3a 및 도 3b를 참조하면, 상기 제 1 열교환 모듈(110)은 복수의 튜브들(110tb)이 연결되어 이루어질 수 있다. 상기 복수의 튜브들(110tb)은 직렬적으로 및/또는 병렬적으로 연결될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 복수의 튜브들(110tb)은 측방향으로 이격된 세 개의 섹션들을 포함할 수 있다.

각 튜브들(110tb)은 양 쪽에 개방부를 갖는 튜브 바디(110bd), 상기 튜브 바디(110bd)와 함께 상기 튜브 바디(110bd)의 내부 공간을 정의하기 위한 튜브 바(110br), 그리고 상기 튜브 바디(110bd)를 프레임에 고정하기 위한 튜브 플레이트(110pl)를 포함할 수 있다. 도 3b에서는 상기 튜브 바디(110bd)와 상기 튜브 바(110br)가 별개로 구성되는 것으로 도시되었지만, 통상의 기술자는 상기 튜브 바디(110bd)와 상기 튜브 바(110br)가 일체로 구성될 수도 있음을 이해할 것이다. 또한, 도 3b에서는 튜브 바디(110bd)의 단면이 직사각형인 것으로 도시되었지만, 통상의 기술자는 튜브 바디(110bd)의 단면이 다른 모양을 가질 수 있음을 이해할 것이다.

일부 실시예들에 있어서, 상기 튜브(110tb)의 외표면 중 상기 용융로(12)를 향하는 쪽의 표면은 평탄한 평면일 수 있다. 특히, 상기 평탄한 표면이 상기 용융로(12)의 외표면과 실질적으로 평행하게 되도록 상기 제 1 열교환 모듈(110)이 구성될 수 있다.

위에서 설명한 바와 같이 상기 제 1 열교환 모듈(110)은 상기 용융로(12)의 외표면 상에 접촉하도록 설치될 수도 있고, 소정 간격을 두고 이격되어 설치될 수도 있다. 상기 제 1 열교환 모듈(110)이 상기 용융로(12)의 외표면 상에 접촉하도록 설치되는 경우, 상기 튜브 바디(110bd)의 어느 한 면이 상기 외표면 상에 밀착하여 면접촉을 이루도록 하면 상기 용융로(12)로부터 방출되는 열을 전도에 의하여 전달받는 것이 가능하다.

이 때, 상기 제 1 열교환 모듈(110)이 상기 용융로(12)의 외표면과 면접촉을 이루는 면적은 상기 용융로(12)의 외벽 중 상기 제 1 열교환 모듈(110)이 설치된 외벽(여기서는 상기 용융로(12)의 후면벽(12bw)) 전체 면적의 약 15% 내지 약 60%일 수 있다. 만일 상기 면접촉을 이루는 면적의 비율이 너무 낮으면 전도에 의한 열전달이 미흡할 수 있다. 상기 면접촉을 이루는 면적의 비율이 너무 높으면 용융로(12)를 이루는 다른 장치와의 간섭이 발생할 가능성이 있다.

또 상기 용융로(12)를 향하는 튜브 바디(110bd)의 면이 평탄한 평면인 경우 상기 용융로(12)로부터 방출되는 복사열을 효과적으로 반사할 수 있다. 특히 상기 튜브 바디(110bd)의 소재를 금속과 같이 복사열을 효과적으로 반사 가능한 소재로 선택하면 상기 용융로(12)로부터 방출되는 복사열을 더욱 효과적으로 반사할 수 있다.

도 4a 내지 도 4c는 상기 튜브(110tb)와 용융로(12) 사이의 접촉 양상을 개념적으로 나타낸 측단면도들이다.

도 4a를 참조하면, 튜브들(110tb)은 도관(conduit)(110cn)에 의하여 서로 연결되어 있으며, 튜브(110tb)의 한 면이 용융로(12)의 후면벽(12bw) 상에 밀착되어 있다. 즉, 튜브(110tb)와 상기 후면벽(12bw)이 면접촉을 이루고 있다. 이러한 면접촉은 고정 부재(112)에 의하여 밀착이 더 강화될 수 있다.

특히 상기 튜브(110tb)의 단면을 이루는 직사각형의 각 변의 길이는 L1과 L2(L1>L2)인데, 길이가 더 긴 쪽이 상기 후면벽(12bw)을 향하도록 제 1 열교환 모듈(110)을 구성할 수 있다. 이와 같이 구성하는 경우 전도에 의한 열전달이 더 증가할 수 있다. 바꾸어 말하면, 전체 열전달량에 있어서 전도에 의하여 열전달이 이루어지는 비율이 더 높을 수 있다.

도 4b를 참조하면, 튜브들(110tb)은 도관(110cn)에 의하여 서로 연결되어 있으며, 튜브(110tb)의 한 면이 용융로(12)의 후면벽(12bw) 상에 밀착되어 있다. 즉, 튜브(110tb)와 상기 후면벽(12bw)이 면접촉을 이루고 있다.

한편, 도 4a의 실시예와는 달리, L1 < L2로서 길이가 더 짧은 쪽이 상기 후면벽(12bw)을 향하도록 제 1 열교환 모듈(110)을 구성할 수 있다. 이와 같이 구성하는 경우 전체 열전달량에 있어서 전도에 의한 열전달의 비율이 도 4a의 실시예에 비하여 더 낮아질 수 있다. 바꾸어 말하면 전체 열전달량에 있어서 복사나 대류에 의한 열전달의 비율이 도 4a의 실시예에 비하여 더 높아질 수 있다.

도 4c를 참조하면, 튜브들(110tb)은 도관(110cn)에 의하여 서로 연결되어 있으며, 튜브(110tb)와 후면벽(12bw)이 서로 간격 d를 두고 이격되어 있다. 이러한 경우는 상기 튜브(110tb)와 상기 후면벽(12bw) 사이에 전도에 의한 열전달을 방지하는 것이 의도되는 경우일 수 있다. 후면벽(12bw)의 표면 온도, 제 1 열교환 모듈(110)에 요구되는 열전달 용량(heat transfer capacity), 외부 온도 등 여러 공정 조건에 따라 어떤 경우에는 전도에 의한 열전달이 에너지 효율의 측면에서 불리한 결과를 초래할 수 있기 때문이다.

도 4a와 도 4b의 실시예와는 달리, 각 튜브들(110tb)이 후면벽(12bw)과 직접 접촉하고 있지 않기 때문에 전도에 의한 열전달은 발생하지 않는다. 따라서 상기 튜브(110tb)와 상기 후면벽(12bw) 사이에는 오직 대류 또는 복사에 의해서만 열전달이 발생한다. 전도에 의한 열전달은 용융로(12)의 측벽을 통하여 에너지가 방출되는 것을 증가시키는 효과가 다소간 있을 수 있다. 따라서 전도에 의한 열전달을 차단하면 용융로(12)의 에너지 효율이 더 개선될 가능성이 있다.

상기 간격 d는, 예를 들면, 약 5 mm 내지 약 30 mm일 수 있다. 만일 상기 간격 d가 너무 작으면 상기 튜브(110tb)와 상기 후면벽(12bw) 사이의 의도치 않은 접촉으로 인해 전도에 의한 열전달이 발생할 수 있다. 만일 상기 간격 d가 너무 크면 복사에 의한 열전달 효율이 급격히 감소할 수 있다.

필요에 따라 상기 튜브(110tb)와 상기 후면벽(12bw)의 직접 접촉을 방지하기 위하여 상기 튜브(110tb)와 상기 후면벽(12bw) 사이에는 스페이서가 제공될 수 있다. 이 때 상기 스페이서는 열적으로 절연성인 물질로 이루어질 수 있다.

또한 도 4c에서와 같이 튜브들(110tb)이 후면벽(12bw)과 직접 접촉할 필요가 없는 경우에는 튜브들(110tb)은 다양한 형태의 단면을 가질 수 있다. 예컨대 상기 튜브들(110tb)은 원형, 타원형, 반원형, 다각형 등의 단면 형태를 가질 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제 1 열교환 모듈(110)을 용융로(12)의 후면벽(12bw)에 적용하였을 때의 전기 가열부(12e)의 전력 소모를 나타낸 그래프이다.

도 5에서 가로축은 가동에 따른 시간을 나타내고 세로축은 세팅된 온도를 유지하기 위하여 전기 가열부(12e)에 인가되는 전력 소모를 나타낸다.

시점 (A)

세 개의 섹션들을 포함하는 제 1 열교환 모듈을 용융로의 후면벽 상에 적용하였다. 하나의 섹션은 11개의 튜브들로 구성되며, 각 섹션은 도 4a에 보인 바와 같이 튜브의 단면 사각형의 더 긴 변의 면이 후면벽과 직접 접촉하도록 하였다. 더 긴 변의 길이는 40 mm이었다.

제 1 열교환 모듈을 설치함과 동시에 전기 가열부의 전력 소모가 급격히 감소함을 확인할 수 있었다. 이는 전도에 의하여 촉진되는 열 방출이 다소간 있음에도 불구하고 제 1 열교환 모듈에 의한 복사열 반사가 상당한 양의 열을 용융로 내부로 리턴시킨 데 따른 것으로 해석된다.

시점 (B)

용융로 외부의 일부 공간에 대하여 단열재를 더 보강하였다. 그 결과 전기 가열부의 전력 소모가 약간 감소한 것이 확인되었다.

시점 (B')

용융로 내부의 온도의 설정점(set point)을 상승시켰다. 그에 따라 전기 가열부의 전력 소모가 증가함이 확인되었다. 이후 일정 기간 안정화시켰다.

시점 (C)

각 튜브에 대하여 도 4b에 도시한 바와 같이 튜브의 단면 사각형의 더 짧은 변의 면이 후면벽과 직접 접촉하도록 한 점을 제외하고는 시점 (A)에서와 동일하게 제 1 열교환 모듈을 구성하였다.

그 결과 시점 (A)에서만큼 드라마틱하게 전력 소모가 감소하지는 않았지만 다소간의 전력 감소 효과가 있음이 확인되었다. 시점 (A)에 비하여 접촉 면적이 감소함에 따라 제 1 열교환 모듈에 의한 복사열 반사 효과가 감소한 데 기인하는 것으로 해석된다.

시점 (D)

용융로 내부의 온도의 설정점 변화에 따라 상기 전기 가열부의 전력 소모가 지속적으로 증가하였다. 이후 시점(D)에서 제 1 열교환 모듈을 다시 시점 (A)에서와 같은 제 1 열교환 모듈로 교체하였다. 다만 시점 (A)에서는 한 섹션당 11개의 튜브들이 포함되었던 반면, 시점 (D)에서는 한 섹션당 8개의 튜브들이 포함된 제 1 열교환 모듈이 이용되었다.

그 결과 시점 (A)에서보다는 전력 소모의 감소폭이 작지만 시점 (C)에서보다는 전력 소모의 감소폭이 더 큼을 확인할 수 있었다.

시점 (D')

용융로 내부의 온도의 설정점을 상승시켰다. 그에 따라 전기 가열부의 전력 소모가 증가함이 확인되었다. 이후 일정 기간 안정화시켰다.

시점 (E)

제 1 열교환 모듈은 바꾸지 않고 다만 제 1 열교환 모듈과 후면벽 사이의 거리를 1인치(=2.54cm) 이격시켰다.

그 결과 전기 가열부의 전력 소모가 지속적으로 감소하는 것이 확인되었다. 이는 전도에 의하여 제 1 열교환 모듈로 열이 전달되는 것이 차단된 데 따른 것으로 추정된다.

시점 (F)

시점 (E)에서와 동일하게 유지하되 다만 제 1 열교환 모듈과 후면벽 사이의 거리를 1/2 인치(=1.27mm)로 변경하였다.

그 결과 전기 가열부의 전력 소모가 더욱 감소하는 것이 확인되었다. 추정컨대 제 1 열교환 모듈과 후면벽 사이의 거리가 가까워짐에 따라 제 1 열교환 모듈에 의한 복사열 반사 효과가 증가한 데 기인하는 것으로 해석된다.

시점 (G)

시점 (F)에서와 동일하게 유지하되 다만 제 1 열교환 모듈과 후면벽 사이의 거리를 1/4 인치(=0.635mm)로 변경하였다.

시점 (H)

시점 (G)에서와 동일하게 유지하되 다만 제 1 열교환 모듈을 후면벽에 접촉시켰다.

그 결과 전기 가열부의 전력 소모가 증가하는 것이 확인되었다. 제 1 열교환 모듈과의 접촉에 따른 전도에 기인하여 열이 방출되기 때문인 것으로 추정된다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 실시예들에 따른 제 1 열교환 모듈을 포함하는 유리 제품 제조 장치를 이용하면 보다 저렴한 비용으로 유리 제품을 제조하는 것이 가능하다. 특히 본 발명의 실시예들에 따른 유리 제품 제조 장치를 이용하면 전기 에너지의 사용을 줄이는 데 기여할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 유리 제품 제조 장치(1)(도 1 참조)에 있어서 용융로(12)와 유리 제품 가공부(70) 사이의 공정 단계들을 구체적으로 나타낸 공정도이다.

도 6을 참조하면, 유리 제품 제조 장치(1)는 상기 용융로(12)에 뱃치 물질(57)을 공급할 수 있는 뱃치 이송 장치(11)를 포함할 수 있다. 상기 뱃치 물질(57)은 모터(13)에 의하여 구동되는 뱃치 이송 장치(11)에 의하여 용융로(12)로 도입될 수 있다. 화살표(17)로 표시된 바와 같이 원하는 양의 뱃치 물질(57)을 상기 용융로(12)로 도입하도록 컨트롤러(15)가 상기 모터(13)를 제어하게끔 구성될 수 있다. 유리 레벨 프로브(19)는 스탠드파이프(23) 내의 용융 유리(21)의 레벨을 측정하고, 측정된 레벨 정보를 통신 라인(25)을 통하여 전송하도록 컨트롤러(15)와 통신할 수 있다.

상기 유리 제품 제조 장치(10)는 상기 용융로(12)의 다운스트림에 위치하고 제 1 연결 튜브(29)에 의해 상기 용융로(12)와 유체 연통되는 청징 용기(27), 예컨대 청징 튜브를 포함할 수 있다. 또한 혼합 용기(31), 예컨대 교반 챔버가 청징 용기(27)의 다운스트림에 위치할 수 있고, 이송 용기(33), 예컨대 보울(bowl)이 혼합 용기(31)의 다운스트림에 위치할 수 있다. 도시된 바와 같이, 제 2 연결 튜브(35)가 청징 용기(27)를 혼합 용기(31)와 연통시킬 수 있고, 제 3 연결 튜브(37)가 혼합 용기(31)를 이송 용기(33)와 연통시킬 수 있다. 배출 도관(39)은 용융 유리(21)를 이송 용기(33)로부터 성형 장치(43)의 입구 튜브(41)로 이송하도록 위치할 수 있다. 도시된 바와 같이, 상기 용융로(12), 청징 용기(27), 혼합 용기(31), 이송 용기(33), 및 성형 장치(43)는 상기 유리 제품 제조 장치(10)에서 직렬적으로 배치될 수 있는 유리 용융 스테이션들의 예들이다.

상기 용융로(12)는 내화 (예를 들면 세라믹) 벽돌과 같은 내화 물질로 통상적으로 제조된다. 상기 유리 제품 제조 장치(10)는 백금 또는 백금-함유 금속들, 예컨대 백금-로듐, 백금-이리듐 및 이들의 조합들로부터 통상적으로 제조되는 구성 부품들을 더 포함할 수 있다. 하지만 이들 구성 부품들은 몰리브덴, 팔라듐, 레늄, 탄탈륨, 티타늄, 텅스텐, 루테늄, 오스뮴, 지르코늄, 및 이들의 합금들, 및/또는 지르코늄 산화물과 같은 내화 금속들을 포함할 수도 있다. 상기 백금-함유 구성 부품들은 제 1 연결 튜브(29), 청징 용기(27)(예컨대 청징 튜브), 제 2 연결 튜브(35), 스탠드파이프(23), 혼합 용기(31)(예컨대 교반 챔버), 제 3 연결 튜브(37), 이송 용기(33), 배출 도관(39), 및 입구 튜브(41) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 성형 장치(43)도 내화 물질로 제조될 수 있으며, 유리 리본을 형성하도록 설계될 수 있다.

상기 용융로(12)의 적어도 일부, 예컨대 내벽의 적어도 일부는 지르코니아(fused zirconia, FZ)와 같은 내화물(refractory article)로 이루어질 수 있다. 상기 제 1 열교환 모듈(110)의 적용은 내화물에 발생하는 크랙도 감소시켜 용융 유리 내에 내화물의 조각이 혼입되는 현상("스토닝")("stoning")도 개선하는 데 기여하는 것으로 보인다.

도 1의 유리 제품 가공부(70)는 성형 장치(43)일 수도 있고, 성형 장치(43)보다 다운스트림에서 유리 제품을 추가적으로 가공하는 단계, 예를 들면, 에지 절단, 세정, 린스 등을 수행하는 단계 중의 어느 하나일 수도 있다. 따라서 도 1에서는 용융로(12)와 유리 제품 가공부(70)가 별개로 도시되었지만 이들은 하나의 연속되는 흐름 상의 두 부분일 수 있다.

도 7은 제 1 열교환 모듈(110)을 적용하였을 때(II)와 제 1 열교환 모듈(110)을 적용하지 않았을 때(I, III, IV, V, VI)의 불량률의 변화 추이를 나타낸 그래프이다.

도 7을 참조하면, 제 1 열교환 모듈(110)을 적용하였을 때(II)의 불량률(약 0.86%)이 제 1 열교환 모듈(110)을 적용하지 않았을 때(I, III, IV, V, VI)의 불량률에 비하여 유의미하게 낮음을 확인할 수 있었다.

여기서, 상기 불량률은 전체 제품들 중에서 지르코니아 손실로 인하여 발생한 결함을 갖는 불량품들을의 백분율로 정의된다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 기술되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 앞으로의 실시예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.

12: 용융로 12bw: 후면벽
12e: 전기 가열부 12ea: 전기 전극
12g: 가스 가열부 12ga: 버너
70: 유리 제품 가공부 100: 열교환 장치
110: 제 1 열교환 모듈 110_in: 제 1 유입구
110_out: 제 1 유출구 112: 고정 부재
120: 제 2 열교환 모듈 121_in: 제 2 유입구
121_out: 제 2 유출구 127_in: 제 3 유입구
127_out: 제 3 유출구 131: 제 1 탱크
133, 143: 펌프 141: 제 2 탱크
151: 제 1 냉각 유닛 153: 제 2 냉각 유닛

Claims

가스 가열부 및 전기 가열부를 갖는 용융로;
상기 용융로로부터 방출되는 열을 회수하도록 구성된 제 1 열교환 모듈; 및
상기 제 1 열교환 모듈의 내부를 통과하는 열전달 매개 유체의 흐름을 구동하는 펌프;
를 포함하고,
상기 제 1 열교환 모듈의 적어도 일부는 상기 전기 가열부의 적어도 일부의 외표면과 열적으로 결합된(thermally coupled) 것을 특징으로 하는 유리 제품 제조 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 유리 제품 제조 장치는:
유리 제품을 가공하기 위하여 가공 유체를 공급하도록 구성된 유리 제품 가공부; 및
상기 가공 유체를 가열할 수 있는 제 2 열교환 모듈;
을 더 포함하고,
상기 제 2 열교환 모듈은 상기 열전달 매개 유체의 열을 상기 가공 유체로 전달하도록 구성된 것을 특징으로 하는 유리 제품 제조 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 가스 가열부는 상기 용융로 내의 용융 유리의 가장 높은 액위보다 더 높이 배치되고, 상기 전기 가열부는 상기 용융로 내의 용융 유리의 가장 높은 액위보다 더 낮게 배치되는 것을 특징으로 하는 유리 제품 제조 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 제 1 열교환 모듈의 적어도 일부분은 상기 전기 가열부의 외표면과 면 접촉(surface contact)을 이루는 것을 특징으로 하는 유리 제품 제조 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 제 1 열교환 모듈은 고정 부재에 의하여 상기 전기 가열부의 외표면에 밀착되는 것을 특징으로 하는 유리 제품 제조 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 제 1 열교환 모듈이 상기 전기 가열부의 외표면과 면접촉을 이루는 면적은 상기 용융로의 외벽 중 상기 제 1 열교환 모듈이 설치된 외벽의 전체 면적의 15% 내지 60%인 것을 특징으로 하는 유리 제품 제조 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 열교환 모듈은 상기 용융로의 외표면과 간격을 두고 이격되어 배치된 것을 특징으로 하는 유리 제품 제조 장치.
제 7 항에 있어서,
상기 제 1 열교환 모듈의 상기 용융로의 외표면을 향하는 표면은 상기 용융로의 외표면과 실질적으로 평행한 것을 특징으로 하는 유리 제품 제조 장치.
가스 가열부 및 전기 가열부를 갖는 용융로;
유리 제품을 가공하기 위하여 가공 유체를 공급하도록 구성된 유리 제품 가공부; 및
열교환 장치;
를 포함하고,
상기 열교환 장치는:
상기 용융로로부터 방출되는 열을 회수할 수 있는 제 1 열교환 모듈;
상기 가공 유체를 가열하기 위한 제 2 열교환 모듈;
상기 제 1 열교환 모듈과 상기 제 2 열교환 모듈 사이를 순환하는 열전달 매개 유체; 및
상기 열전달 매개 유체의 흐름을 구동하는 펌프;
를 포함하는 유리 제품 제조 장치.
제 9 항에 있어서,
상기 제 1 열교환 모듈은 측방향으로 이격된 세 개의 섹션들을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 제품 제조 장치.
제 9 항에 있어서,
상기 열전달 매개 유체는 물인 것을 특징으로 하는 유리 제품 제조 장치.
제 9 항에 있어서,
상기 제 1 열교환 모듈은 상기 열전달 매개 유체의 온도를 약 7℃ 내지 약 15℃ 상승시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 유리 제품 제조 장치.
제 12 항에 있어서,
상기 제 2 열교환 모듈은 상기 가공 유체의 온도를 약 3℃ 내지 약 8℃ 상승시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 유리 제품 제조 장치.
제 9 항에 있어서,
상기 제 1 열교환 모듈로 공급되는 열전달 매개 유체를 저장하는 제 1 탱크를 더 포함하고,
상기 제 1 열교환 모듈로부터 배출되는 열전달 매개 유체가 상기 제 1 탱크로 리사이클될 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 유리 제품 제조 장치.
제 14 항에 있어서,
상기 제 2 열교환 모듈에서 배출되는 상기 열전달 매개 유체를 저장하는 제 2 탱크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 제품 제조 장치.
제 9 항에 있어서,
상기 용융로는 원료 물질을 공급하는 공급 장치가 결합되는 제 1 측벽 및 용융 유리 배출구가 배치되는 제 2 측벽을 포함하고,
상기 제 1 열교환 모듈은 상기 제 1 측벽 상에 직접 접촉하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 유리 제품 제조 장치.