KR20190005978A - 유리 관을 제조하는 가열 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

유리 관을 제조하는 가열 장치 및 방법이 개시된다. 유리 관을 제조하는 가열 장치는 용융 유리를 수용하도록 구성된 보울 및 상기 보울에 열적으로 결합된 복수의 가열 요소를 포함한다. 보울은 보울 높이를 가지며, 용융 유리를 유지하도록 구성된 터브 부분, 상기 터브 부분 밑으로 연장된 보울 웰, 및 상기 보울 웰의 원위 말단에 있는 오리피스를 포함한다. 복수의 가열 요소는 보울 높이를 따라 제 1 수직 위치에 배치된 제 1 가열 요소, 상기 보울 높이를 따라 제 2 수직 위치에 배치된 제 2 가열 요소를 포함하며, 상기 제 1 수직 위치는 상기 제 2 수직 위치로부터 수직으로 이격된다.

Description

유리 관을 제조하는 가열 장치 및 방법
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 "유리 관을 제조하는 가열 장치 및 방법" 명칭으로 2016년 5월 25일 자로 출원된 미국 가출원 제62/341,298호의 우선권 주장 출원이며, 상기 가출원의 전체는 여기에 참조로 병합된다.
본 명세서는 일반적으로 유리 관을 제조하는 가열 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 유리 관을 제조하기 위해 사용된 보울의 다양한 위치에 배치된 복수의 가열 요소를 포함하여, 유리 관을 형성하는 가열 장치 및 방법에 관한 것이다.
바이알 (vials), 카트리지 및 시린지와 같은 유리 제품에 사용되는 유리 관은 유리 관 벽에서 높은 수준의 치수 안정성을 요구한다. 예를 들면, 카트리지 및 시린지는 최소의 동심도 및 벽 두께 변화가 요구되는 엄격한 치수 요건을 가진다. 일부 산업 표준은 벽 두께 변화가 상품의 전체 벽 두께의 5 % 미만인 것을 필요로 한다. 그러나, 유리 제품이 형성되는 유리 관에서의 치수 변화는 벽 두께가 허용 오차 범위를 벗어나는 유리 제품을 초래할 수 있다. 그러한 치수 변화는, 예를 들면, 용융 유리가 유리 관 제조 공정에서 유리 관으로 인발되기 전에, 용융 유리의 불균일한 가열의 결과일 수 있다.
이에 따라서, 유리 관을 제조하는 대안적인 가열 장치가 필요하다.
일 실시예에 따르면, 유리 관을 제조하는 가열 장치는 용융 유리를 수용하도록 구성된 보울 및 상기 보울과 열적으로 결합된 복수의 가열 요소를 포함한다. 보울은 보울 높이를 가지며, 용융 유리를 유지하도록 구성된 터브 부분 (tub portion), 상기 터브 부분 밑으로 연장된 보울 웰 (bowl well), 및 상기 보울 웰의 원위 말단에 있는 오리피스를 포함하고, 상기 원위 말단은 터브 부분과 먼 곳에 위치된다. 복수의 가열 요소는 보울 높이를 따라 제 1 수직 위치에 배치된 제 1 가열 요소, 및 보울 높이를 따라 제 2 수직 위치에 배치된 제 2 가열 요소를 포함한다. 상기 제 1 수직 위치는 상기 제 2 수직 위치로부터 수직으로 이격된다.
또 다른 실시예에서, 유리 관을 제조하는 가열 장치는 용융 유리를 수용하도록 구성된 보울 및 상기 보울과 열적으로 결합된 복수의 가열 요소를 포함한다. 보울은 용융 유리를 유지하도록 구성된 터브 부분, 상기 터브 부분 밑으로 연장되는 보울 웰, 상기 보울 웰의 원위 말단에 있는 오리피스를 포함하며, 상기 원위 말단은 터브 부분과 먼 곳에 위치된다. 보울 웰은 복수의 보울 웰 원주 섹터를 포함한다. 복수의 보울 웰 원주 섹터는 제 1 보울 웰 원주 섹터 및 제 2 보울 웰 원주 섹터를 포함한다. 보울 웰과 결합된 복수의 가열 요소는 제 1 보울 웰 원주 섹터에 배치된 제 1 가열 요소, 및 제 2 보울 웰 원주 섹터에 배치된 제 2 가열 요소를 포함한다. 제 1 보울 웰 원주 섹터는 제 2 보울 웰 원주 섹터로부터 원주를 따라 이격된다.
여전히 또 다른 실시예에서, 유리 관을 제조하는 방법은 보울에 용융 유리를 수용하는 단계를 포함한다. 상기 보울은 터브 부분 및 상기 터브 부분 밑으로 연장된 보울 웰을 포함한다. 상기 보울 웰은 복수의 보울 웰 원주 섹터를 포함하고, 상기 복수의 보울 웰 원주 섹터는 제 1 보울 웰 원주 섹터 및 제 2 보울 웰 원주 섹터를 포함한다. 상기 방법은 용융 유리를 터브 부분으로부터 보울 웰을 통해 흐르게 하는 단계, 용융 유리가 상기 보울을 통해 흐를 시에 상기 용융 유리를 복수의 가열 요소로 가열하는 단계, 및 용융 유리를 보울 웰로부터, 상기 보울 웰의 윈위 말단에 있는 오리피스를 통해 흐르게 하는 단계를 추가로 포함한다. 복수의 가열 요소는 복수의 보울 웰 원주 섹터에 배치된다. 복수의 가열 요소는 제 1 보울 웰 원주 섹터에 배치된 제 1 가열 요소, 및 제 2 보울 웰 원주 섹터에 배치된 제 2 가열 요소를 포함하되, 상기 제 1 보울 웰 원주 섹터가 상기 제 2 보울 웰 원주 섹터로부터 원주를 따라 이격되도록 포함한다.
유리 관을 제조하는 가열 장치 및 방법의 부가적인 특징 및 이점은 다음의 상세한 설명, 청구 범위 및 첨부 도면에서 설명된다.
이해되어야 하는 바와 같이, 상술한 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명 둘 다는 다양한 실시예를 기술하고, 청구된 주제의 특성 및 특징을 이해하기 위한 개요 또는 개관을 제공하는 것으로 의도된다. 첨부 도면은 다양한 실시예의 추가 이해를 제공하기 위해 포함되며, 본 명세서에 통합되어 본 명세서의 일부를 구성한다. 도면은 여기에 기재된 다양한 실시예를 도시하며, 설명과 함께 청구된 주제의 원리 및 동작을 설명하는 역할을 한다.
도 1은 여기에 도시되고 기재된 하나 이상의 실시예에 따른, 유리 관 제조 장치의 개략도이다;
도 2는 여기에 도시되고 기재된 하나 이상의 실시예에 따른, 터브 부분 및 보울 웰을 가진 보울의 개략도이다;
도 3은 여기에 도시되고 기재된 하나 이상의 실시예에 따른, 가열 요소가 위치될 수 있는 다양한 위치를 나타낸 도 2의 보울의 개략도이다;
도 4는 여기에 도시되고 기재된 하나 이상의 실시예에 따른, 유리 제조 장치의 보울의 표면 부분에 배치된 가열 요소의 개략도이다;
도 5a는 여기에 도시되고 기재된 하나 이상의 실시예에 따른, 복수의 보울 웰 원주 섹터를 도시한 보울 웰의 상부도의 개략도이며, 그리고 도 5b는 보울 웰의 사시도이다;
도 6은 여기에 도시되고 기재된 하나 이상의 실시예에 따른, 보울 중심선에 대한 가열 요소의 배치를 도시한 보울 웰의 상부도의 개략도이다;
도 7은 여기에 도시되고 기재된 하나 이상의 실시예에 따른, 보울 중심선에 대한 가열 요소의 대안 배치를 도시한 보울 웰의 상부도의 개략도이다;
도 8은 여기에 도시되고 기재된 하나 이상의 실시예에 따른, 유리 관을 제조하는 방법을 도시한 순서도이다;
도 9a 및 9b는 여기에 도시되고 기재된 하나 이상의 실시예에 따른, 상이한 위치에서 가변 전력량이 가열 요소로 보울에 인가될 때 오리피스에서 용융 유리의 출구 온도 프로파일을 도시한다; 그리고
도 10a 및 10b는 여기에 도시되고 기재된 하나 이상의 실시예에 따른, 상이한 원주 섹터에서 가변 전력량이 가열 요소로 보울에 인가될 때 오리피스에서 용융 유리의 출구 온도 프로파일을 도시하고, 도 10c는 가열 요소의 배치를 도시한다.
이제, 여기에 기재된 유리 관을 형성하는 다양한 장치 및 방법이 상세하게 참조될 것이며, 그 예는 첨부된 도면에 도시된다. 가능할 때마다, 동일한 도면 부호는 동일하거나 유사한 부분을 언급하기 위해 도면 전체에 걸쳐 사용될 것이다. 일반적으로 도면을 참조하면, 가열 장치는 내부에 용융 유리를 수용하는 보울을 포함한다. 보울은 터브 부분, 및 상기 터브 부분 밑으로 연장되는 보울 웰을 포함한다. 오리피스는 보울 웰의 원위 말단에 배치된다. 보울은 용융 유리를 수용하는 전로 개방부, 및 터브 부분으로부터 오버플로우 용융 유리를 제거하는 오버플로우 개방부를 추가로 포함한다. 가열 장치는 보울에 열적으로 결합된 복수의 가열 요소를 포함하여, 상기 복수의 가열 요소가 보울 높이에 따른 다양한 수직 위치에서, 및/또는 다양한 원주 위치에서 배치되도록 한다. 가열 장치는 용융 유리가 보울 웰을 통해 터브 부분으로부터 오리피스 밖으로 흐를 시에 용융 유리를 가열하기 위해 사용된다. 구체적으로, 가열 장치는 오리피스를 빠져나가는 용융 유리의 열적 균질성을 유지하도록 구성되어, 유리관 제조 공정에서 관 치수에서의 변화 및 불안정성을 완화시킨다.
유리 관을 제조하는 하나의 공정은 Vello 공정이다. Vello 공정은 알려진 직경의 다이 ("벨", "벨 헤드", 또는 "벨"이라고도 지칭됨) 주위에 용융 유리를 흐르게 하여 유리 관을 형성한다. 이제, 도 1을 참조하면, 유리 관 제조 장치 (300) 및 벨 위치선정 장치 (100)가 개략적으로 도시된다. 도 1은, 유리 관 (304)이 하향 수직 방향 (즉, 도 1에 도시된 좌표축의 - Z-방향)으로 인발되도록, 일반적으로 수직으로 배향된 (즉, 도 1에 도시된 좌표축의 +/- Z-방향으로) 유리 관 제조 장치 (300)의 정면도를 도시한다.
벨 위치선정 장치 (100)는 적어도 하나의 프레임 레그 (frame leg) (122)를 갖는 프레임 (120) 및 플랫폼 (130)을 포함한다. 적어도 하나의 프레임 레그 (122)는 베이스 (190) (즉, 플로어 (floor))에 의해 지지된다. 벨 위치선정 장치 (100)는 또한 지지 위치선정 디바이스 (140)을 가진다. 지지 위치선정 디바이스 (140)는 플랫폼 (130)에 지지 및 부착되고, 이어서 상기 플랫폼 (130)은 적어도 하나의 프레임 레그 (122)에 의해 지지된다. 실시예에서, 지지 위치선정 디바이스 (140)은, 적어도 2-축 제어 (도 1에 도시된 X-Y 축 이동). 3-축 제어 (도 1에 도시된 X-Y-Z 축 이동), 또는 보울 (305)의 하부 개구에 대해 지지체 (110)의 최대 5-축 제어를 제공하기 위해, 고온 정밀 볼 스크류, 선형 슬라이드 등을 사용한다. 지지 위치선정 디바이스 (140)는 고온 정밀 볼 스크류, 선형 슬라이드 등을 제어하는 서보 또는 가변 주파수 구동 (VFD) 운동 디바이스를 포함할 수 있다. 지지 위치선정 디바이스 (140)는 지지체 (110)와 연결된다. 지지체 (110)는 유리 관 제조 장치 (300)의 일부인 벨 (200)과 연결된다. 지지체 (110)로부터의 원격 제어 및 피드백은 지지 위치선정 디바이스 (140)의 일부로서 포함될 수 있다. 지지체 (110)는 파이프, 도관, 또는 유사한 유체 전달 디바이스와 같은 유체 공급 채널 (112)을 가질 수 있고, 상기 유체 공급 채널은 벨 (200)의 내부 챔버 (202)에 유체 결합된다. 유체 공급 채널 (112)은 가압 유체의 공급을 내부 챔버 (202)로 전달하기 위해 동작 가능할 수 있다. 여기에 기재된 실시예에서, 가압 유체는 가압 가스, 구체적으로는 공기, 또는 질소, 헬륨, 아르곤, 크립톤, 크세논 등을 제한됨 없이 포함하는 불활성 가압 가스일 수 있다. 가스는 벨 (200)을 지나서 흐르고 도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이 벨 (200)의 측면 벽 (214)과 더 이상 접촉하지 않은 후에, 유리 관 (304)의 내부를 지지한다. 유리 관 제조 장치 (300)는 용융 유리 (302)를 공급하여 벨 (200)에 걸쳐 흐르게 하는 보울 (305)을 포함한다.
실시예에서, 외부 가열 기구 (219)를 갖는 외부 가열 시스템 (218)은 벨 (200) 주위에 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 외부 가열 시스템 (218)은 적외선 가열 시스템을 포함할 수 있다. 그러나, 이해되어야 하는 바와 같이, 다른 유형의 가열 유닛은 집광 적외선, 저항성, 유도성 및/또는 이들의 조합을 제한됨 없이 포함하여 사용될 수 있다. 추가로, 이해되어야 하는 바와 같이, 도 1은 벨 (200) 주위에 배치되는 바와 같은 외부 가열 시스템을 도시하지만, 외부 가열 시스템 (218)은 외부 가열 시스템 (218)이 저항성 가열 시스템일 때와 같이, 벨 (200)과 통합될 수 있다. 일부 실시예는 외부 가열 시스템 (218)을 포함하지 않을 수 있다.
여전히 도 1을 참조하면, 유리 관을 형성하는 유리 관 제조 장치 (300)는 인발 메커니즘 (328)을 추가로 포함할 수 있다. 인발 메커니즘 (328)은 일반적으로 벨 (200) 아래에 배치되며, 벨 (200)에 걸쳐 인발된 유리 관과 접촉하고 유리 관을 하향으로 인발시키기 위해 동작 가능한 적어도 하나의 트랙터 휠 (329)을 포함할 수 있다. 실시예에서, 유리 관 제조 장치 (300)는 빌딩, 구조체 등의 하나 이상의 플로어를 통해 수직으로 연장될 수 있다. 이들 실시예에서, 벨 위치선정 장치 (100)는, 지지 위치선정 디바이스 (140)로부터 플로어 (베이스 (190))를 통해, 그리고 하부 플로어에 의해 위치 및 지지되는 보울 (305)을 통해 연장되는 지지체 (110)를 갖는 하나의 플로어 (베이스 (190)) 상에 위치 및 지지될 수 있다. 일부 실시예에서, 벨 위치선정 장치 (100)를 갖는 유리 관 제조 장치 (300)는, 통로, 지게차 등과 같은 이동 중장비를 갖는 플로어와 같은, 유리 관 제조 장치 (300)에 진동을 전달할 수 있는 구조체, 장비 등으로부터 구조적으로 격리된다. 실시예에서, 유리 관 제조 장치 (300)에 견고하게 연결된 유리 용융로 (도시되지 않음)는 또한 유리 관 제조 장치 (300)에 진동을 전달할 수 있는 구조체, 장비 등으로부터 구조적으로 격리될 수 있다.
벨 (200)은 상부 표면 (211) 및 측면 벽 (214)을 갖는 상부 부분 (210)을 포함한다. 측면 벽 (214) 및 하부 에지 (215)는 벨 (200)의 내부 챔버 (202)를 정의한다. 상부 부분 (210)의 상부 표면 (211)은 외부 직경을 가진다. 벨 (200)은 실질적으로 원추 형상 또는, 대안적으로, 실질적인 포물선 형상을 제한됨 없이 포함하는 다양한 형상을 가질 수 있다. 이에 따라서, 이해되어야 하는 바와 같이, 벨은 벨의 표면에 걸쳐 인발된 가열 유리 (즉, 용융 유리)의 관을 팽창 및 얇게 하기에 적합한 임의의 형상 및/또는 구성일 가질 수 있다. 벨 (200)이 형성되는 재료는 벨 (200)이 벨 (200)에 걸쳐 인발된 가열 유리를 오염시키지 않도록 승온에서 안정하다. 적합한 벨 재료의 예는 내화성 금속 및 그의 합금, 백금-족 금속, 스텐리스 강, 니켈, 니켈-계 합금 및 세라믹 그 예로, 예를 들면, 지르콘 (ZrSiO4) 및 알루미나 (Al2O3)을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 여전히 도 1을 참조하면, 보울 (305)은 오리피스 (310) (도 3에 도시됨)를 가진다. 상부 부분 (210)와 오리피스 (310) 사이의 틈은 벨 (200)에 걸쳐 인발된 유리 관의 벽 두께를 적어도 부분적으로 좌우한다. 부가적으로, 그리고 벨 (200)이 벨 형상 또는 포물선 형상이기 때문에, 벨 (200)의 외부 직경은 하향 방향으로 벨 (200)의 길이를 따라 증가한다. 오리피스 (310)에 대한 벨 (200)의 상부 부분 (210)의 위치는 용융 유리 (302)가 보울 (305)로부터 오리피스 (310)를 통해, 그리고 벨 (200)에 걸쳐 균일하게 흐르도록 조정될 수 있다.
이제 도 2를 참조하면, 보울 (305)의 사시도가 도시된다. 보울 (305)은 용융 유리 (302)를 수용하도록 구성된다. 보울은 보울 높이 (HB)를 가진다. 보울 (305)은 용융 유리 (302)를 유지하도록 구성된 터브 부분 (320)을 포함한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 터브 부분 (320)은 통 (tub)의 형태로 형상화된다. 터브 부분 (320)은 터브 부분 높이 (HTB)를 가진다. 보울 웰 (325)은 터브 부분 (320)의 일 부분 밑으로 연장된다. 다른 실시예에서, 보울 웰 (325)은 터브 부분 (320) 전체 밑으로 연장된다 (예를 들면, 터브 부분 (320)이 단면으로 원형일 때). 보울 웰 (325)은 보울 (305)의 터브 부분 (320)과 가까운 근위 말단 (327), 및 터브 부분 (320)과 먼 원위 말단 (331)을 가진다. 실시예에서, 보울 웰 (325)은, 근위 말단 (327)의 근위 원주가 원위 말단 (331)의 원위 원주와 동일하도록, 원통형 형상을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 보울 웰 (325)은, 근위 원주가 원위 원주보다 크도록 절두 원추 형상을 가질 수 있어, 보울 웰 (325)은 원위 말단 (331)을 향하여 내부로 테이퍼링된다. 일부 실시예에서, 보울 웰 (325)은 도 2에 도시된 바와 같이, 원통형 및 절두 원추 형상을 가질 수 있다. 보울 웰 (325)은 보울 웰 높이 (HBW)를 가진다. 터브 부분 높이 (HTB) 및 보울 웰 높이 (HBW)를 결합하면 보울 높이 (HB)가 된다. 보울 (305)은 보울 웰 (325)의 원위 말단 (331)에서 오리피스 (310) (도 3에 도시됨)를 추가로 포함한다. 유체 공급 채널 (112)은 도 1에 논의된 바와 같이, 터브 부분 (320), 보울 웰 (325), 및 오리피스 (310)를 통해 연장된다.
여전히, 도 2를 참조하면, 보울은 전로 측면 (forehearth side, 330) 및 오버플로우 측면 (334)을 추가로 포함한다. 전로 측면 (330)은 용융 유리 (302)를 보울 (305)에 수용하도록 구성된 전로 개방부 (332), 및 과량의 용융 유리 (302)를 보울 (305)로부터 제거하도록 구성된 오버플로우 개방부 (336)를 가진다. 실시예에서, 용융 유리 (302)는 전로 개방부 (332)로부터 오버플로우 개방부 (336)를 향하여 흐른다. 보울 중심선 (340)은 전로 개방부 (332)의 중앙과 오버플로우 개방부 (336)의 중앙 사이에 연장되어, 보울 중심선 (340)은 전로 개방부 (332)와 오버플로우 개방부 (336)를 이등분한다. 실시예에서, 보울 중심선 (340)은 보울 (305)의 전로 측면 (330)로부터 오버플로우 측면 (334)까지 용융 유리 (302)의 흐름을 나타낸다. 실시예에서, 보울 중심선 (340)은 유체 공급 채널 (112)을 가로지른다.
이제, 도 3을 참조하면, 보울 (305)은 가열 장치 (400)와 함께 도시된다. 가열 장치 (400)는 보울 (305)과 열적으로 결합된 복수의 가열 요소를 포함한다. 복수의 가열 요소는 제 1 가열 요소 (410A), 제 2 가열 요소 (410B), 제 3 가열 요소 (410C), 제 4 가열 요소 (410D), 제 5 가열 요소 (410E), 제 6 가열 요소 (410F), 및 제 7 가열 요소 (410G)를 포함한다. 추가로, 온도 센서 (405A, 405B, 405C, 405D, 405E, 405F, 405G)는 보울 (305)과 열적으로 결합되고 보울 (305) 내에서 용융 유리 (302)의 온도를 감지하도록 구성된다. 온도 센서 (405A, 405B, 405C, 405D, 405E, 405F, 405G)는 제어기 (407)와 통신 가능하게 결합된다. 제어기 (407)는 감지된 온도에 기초하여 복수의 가열 요소를 제어하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 하나의 제어기 (407)와 결합된 하나의 온도 센서만이 제공될 수 있다. 다른 실시예에서, 제어기 (407)는 온도 센서와 통합될 수 있다.
도 3이 보울 (305)의 외부 상에서 복수의 가열 요소를 도시하지만, 실시예에서, 복수의 가열 요소는 보울 (305)의 벽 내에 또는 보울 (305)의 내부 상에 배치될 수 있다. 실시예에서, 복수의 가열 요소가 보울 (305)의 내부 상에 배치될 때, 복수의 가열 요소는 용융 유리 (302)와 직접적으로 접촉하지 않도록 피복될 수 있다. 일부 실시예에서, 복수의 가열 요소는 카트리지 가열기, 가열 로드, 가열 필라멘트, 가열 와이어, 가열 테이프 등일 수 있다. 실시예에서, 복수의 가열 요소는 고온 (약 1000℃ 내지 약 1900℃)을 견디기 위해, 백금, 티타늄, 텅스텐 등과 같은 금속으로 이루어진다. 일부 실시예에서, 2 개의 가열 요소는 차례대로 배치될 수 있고, 이 경우에 저항 코일 또는 저항 판이 2 개의 가열 요소 사이에 배치된다. 실시예에서, 복수의 가열 요소는 약 0.1 kW 내지 약 10 kW의 범위 내의, 또는 약 0.2 kW 내지 약 1.5 kW의 범위 내의, 또는 약 0.25 kW 내지 약 1.5 kW의 범위 내의 에너지를 제공하도록 구성될 수 있다.
도 3을 참조하면, 복수의 가열 요소는 보울 (305)의 보울 높이 (HB)를 따라 복수의 수직 위치에 배치될 수 있다. 복수의 수직 위치는 제 1 수직 위치 (412A), 제 2 수직 위치 (412B), 제 3 수직 위치 (412C), 제 4 수직 위치 (412D), 제 5 수직 위치 (412E), 제 6 수직 위치 (412F), 및 제 7 수직 위치 (412G)를 포함한다. 실시예에서, 복수의 가열 요소 중 적어도 하나의 가열 요소는 복수의 수직 위치의 각각의 수직 위치에 위치될 수 있다. 일부 실시예에서, 복수의 가열 요소 중 하나 초과는 복수의 수직 위치의 각각의 수직 위치에 배치될 수 있다.
비-제한적인 예제로서, 제 2 가열 요소 (410B)는 보울 높이 (HB)를 따라 위치된 제 2 수직 위치 (412B)에 배치되고, 제 5 가열 요소 (410E)는 보울 높이 (HB)를 따라 위치된 제 5 수직 위치 (412E)에 배치된다. 실시예에서, 제 2 수직 위치 (412B)는 제 5 수직 위치 (412E)로부터 수직으로 이격된다. 실시예에서, 도 3에 도시된 바와 같이, 제 2 가열 요소 (410B)는, 터브 부분 높이 (HTB)를 따라 위치된, 보울 (305)의 터브 부분 (320)에 배치되고, 제 5 가열 요소 (410E)는 보울 웰 높이 (HBW)를 따라 위치된 보울 웰 (325)에 배치된다. 일부 실시예에서, 복수의 가열 요소 중 하나 초과는 터브 부분 높이 (HTB)를 따라, 보울 (305)의 터브 부분 (320)에 위치될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제 1 가열 요소 (410A) 및 제 2 가열 요소 (410B) 둘 다는 터브 부분 높이 (HTB)를 따라, 보울의 터브 부분 (320)에 배치된다. 일 실시예에서, 복수의 가열 요소 중 하나 초과는 보울 웰 높이 (HBW)를 따라, 보울 웰 (325)에 배치될 수 있다. 예를 들면, 도 3에 도시된 바와 같이, 제 5 가열 요소 (410E) 및 제 6 가열 요소 (410F)는 보울 웰 높이 (HBW)를 따라, 보울 (305)의 보울 웰 (325)에 배치될 수 있다.
실시예에서, 복수의 가열 요소는 보울 (305)의 복수의 표면 부분에 배치된다. 복수의 표면 부분은 제 1 표면 부분 (SP1), 제 2 표면 부분 (SP2), 제 3 표면 부분 (SP3), 및 제 4 표면 부분 (SP4)을 포함한다. 복수의 표면 부분은 또한 터브 부분 (320)에서의 오버플로우 개방부 (336) 밑에서 평평한 부분 (SP0)을 포함할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 표면 부분은 보울 높이 (HB)의 세그먼트를 따라 연장된다. 예를 들면, 복수의 표면 부분 (SP1) 중 하나는 보울 (305)의 터브 부분 높이 (HTB)의 세그먼트를 따라 연장된다. 또 다른 실시예에서, 복수의 표면 부분 (SP3) 중 또 다른 것은 보울 (305)의 보울 웰 높이 (HBW)의 세그먼트를 따라 연장된다. 일부 실시예에서, 복수의 표면 부분 중 한 표면 부분은 터브 부분 높이 (HTB) 중 세그먼트 및 보울 웰 높이 (HBW)의 세그먼트를 따라 연장될 수 있다.
도 4를 간단히 참조하면, 도 3의 제 3 표면 부분 (SP3)이 도시된다. 표면 부분 (SP3)은 보울 높이 (HB)의 세그먼트를 따라 연장된, 구체적으로 보울 (305)의 보울 웰 높이 (HBW)를 따라 연장된, 상부 부분 (430)과 하부 부분 (435) 사이에 연장된 일 부분이다. 제 3 표면 부분 (SP3)은 상부 부분 (430)과 하부 부분 (435) 사이에 보울 (305)의 벽의 표면적을 포함한다. 제 3 표면 부분 (SP3)은 표면 부분 높이 (HSP3)를 가진다. 이러한 실시예에서, 제 3 표면 부분 (SP3)은 절두 원추 형상이지만, 그러나, 일부 실시예에서, 복수의 표면 부분은 원통형 형상일 수 있다. 추가로, 제 3 표면 부분 (SP3)은 제 5 수직 위치 (412E)에서의 제 5 가열 요소 (410E) 및 제 6 수직 위치 (412F)에서의 제 6 가열 요소 (410F)를 포함한다. 실시예에서, 제 5 수직 위치 (412E) 및 제 6 수직 위치 (412F) 각각은 보울 높이 (HB)를 따라, 그리고 표면 부분 (SP3) 내에 위치된다.
도 3을 참조하면, 복수의 표면 부분 (즉, SP0, SP1, SP2, SP3, SP4)은 도시되고, 이 경우, 복수의 가열 요소는 복수의 표면 부분에 위치된다. 비-제한적인 예제로서, 제 2 수직 위치 (412B)에서의 제 2 가열 요소 (410B) 및 제 5 수직 위치 (412E)에서의 제 5 가열 요소 (410E)는 도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 표면 부분 중 상이한 표면 부분 (410B는 SP1에 있고, 410E는 SP3에 있음)에 배치된다. 또 다른 비-제한적인 예제로서, 제 2 수직 위치 (412B)에서의 제 2 가열 요소 (410B) 및 제 3 수직 위치 (412C)에서의 제 3 가열 요소 (410C)는 동일한 표면 부분 (410B 및 410C는 SP1에 있음)에 배치된다. 일 실시예에서, 복수의 가열 요소 모두는 하나의 표면 부분 (예를 들면, SP1, SP2, SP3, 또는 SP4 중 하나에서만)에 위치될 수 있다. 그러한 실시예에서, 복수의 가열 요소는 동일한 표면 부분의 상이한 수직 위치에서 배치될 수 있다.
복수의 가열 요소에 의해 제공된 에너지의 양은 제어기 (407)에 의해 제어된다. 일부 실시예에서, 제어기 (407)는 온도 센서 (405A, 405B, 405C, 405D, 405E, 405F, 405G)에 의해 제어기 (407)에 제공된 감지 온도에 기초하여 복수의 가열 요소 각각에 의해 제공된 에너지의 양을 개별적으로 제어하도록 구성된다. 실시예에서, 제어기 (407)는 감지 온도에 기초하여 복수의 가열 요소에 의해 제공된 에너지를 자동으로 제어하도록 구성된다. 도 3이 단일 제어기 (407)와 결합된 각각의 온도 센서 (405A, 405B, 405C, 405D, 405E, 405F, 405G)를 도시하지만, 일부 실시예에서, 각각의 온도 센서 (405A, 405B, 405C, 405D, 405E, 405F, 405G)는 개별적인 제어기와 결합될 수 있다. 추가로, 실시예에서, 다수의 제어기는 각각의 온도 센서와 결합될 수 있다. 실시예에서, 용융 유리 (302)의 온도는 터브 부분 (320)과 비교하여 보울 웰 (325)에서 보다 크게 요구된다. 터브 부분 (320) 및 보울 웰 (325) 내에서 용융 유리 (302)의 온도가 감지되면, 에너지는 이에 따라서 복수의 가열 요소에 제공될 수 있다. 용융 유리 (302)의 가열을 제어하기 위하여, 제어기 (407)는, 제 2 가열 요소 (410B) 및 제 5 가열 요소 (410E)에 제공된 에너지를 변경하여 보울 높이 (HB)를 따라 원하는 온도 구배를 얻기 위하여 동작 가능한, 비례 적분 미분 (proportional integral derivative, "PID") 제어 알고리즘, 간단한 온/오프 제어 알고리즘 또는 임의의 다른 제어 알고리즘을 이용할 수 있다.
비-제한적인 예제로, 도 3을 참조하면, 제어기 (407)는 온도 센서 (405B)에 의해 감지된 용융 유리 (302)의 제 1 감지 온도에 기초하여 제 2 가열 요소 (410B)를 제어하도록 구성되고, 제어기 (407)는 제 1 감지 온도에 기초하여 제 5 가열 요소 (410E)를 독립적으로 제어하도록 구성된다. 제 1 감지 온도는 제 2 수직 위치 (412B)에서 감지된다. 일부 실시예에서, 제어기 (407)는 온도 센서 (405B)에 의해 감지된 제 1 감지 온도에 기초하여 제 2 가열 요소 (410B)를 제어하도록 구성되고, 제어기 (407)는 온도 센서 (405E)에 의해 감지된 제 2 감지 온도에 기초하여 제 5 가열 요소 (410E)를 독립적으로 제어하도록 구성된다. 이러한 실시예에서, 제 1 감지 온도는 제 2 수직 위치 (412B)에서 취해지고, 제 2 감지 온도는 제 5 수직 위치 (412E)에서 취해진다.
도 5a 및 5b를 이제 참조하면, 복수의 가열 요소의 배치는 보울 웰 높이 (HBW)를 따라 제 8 수직 위치 (412S) 및 제 9 수직 위치 (412W)에서 보울 웰 (325)에 배치되는 것으로 도시된다. 도 5a는 보울 웰 (325)의 상부도를 도시하고, 도 5b는 보울 웰 (325)의 측면도를 도시한다. 실시예에서, 복수의 가열 요소 각각은 보울 웰 (325)의 복수의 보울 웰 원주 섹터에 대해 배치될 수 있다. 보울 웰 (325)은 제 1 보울 웰 원주 섹터 I, 제 2 보울 웰 원주 섹터 II, 제 3 보울 웰 원주 섹터 III, 및 제 4 수직 원주 섹터 IV를 포함한 복수의 보울 웰 원주 섹터로 분할될 수 있다. 도 5a가 각각의 수직 위치에서 4 개의 보울 웰 원주 섹터를 도시하지만, 임의의 주어진 수직 위치에서는 1 내지 100 섹터, 또는 2 내지 20 섹터, 또는 5 내지 10 섹터가 있을 수 있다. 실시예에서, 보울 웰 (325)의 일 부분이 4 개의 보울 웰 원주 섹터로 분할될 수 있고, 보울 웰 (325)의 또 다른 부분이 8 개의 보울 웰 원주 섹터로 분할될 수 있다. 실시예에서, 각각의 원주 보울 웰 섹터는 다른 원주 보울 웰 섹터로부터 크기가 변화될 수 있다. 실시예에서, 복수의 가열 요소 중 적어도 하나의 가열 요소는 복수의 보울 웰 원주 섹터의 각각의 보울 웰 원주 섹터에 위치될 수 있다. 일부 실시예에서, 복수의 가열 요소 중 하나 초과는 복수의 보울 웰 원주 섹터의 각각의 보울 웰 원주 섹터에 배치될 수 있다. 실시예에서, 복수의 가열 요소 중 하나의 가열 요소는 복수의 보울 웰 원주 섹터의 하나 초과에 걸쳐 연장된다. 일부 실시예에서, 스트립 온도 센서는 보울 웰 원주 섹터에 걸쳐 원주를 따라 배치될 수 있다.
도 5a 및 5b를 참조하면, 제 8 수직 위치 (412S)에서, 제 8 가열 요소 (410S), 제 9 가열 요소 (410T), 제 10 가열 요소 (410U), 및 제 11 가열 요소 (410V) 각각은 복수의 보울 웰 원주 섹터 I, II, III, IV 각각에 제각기 배치된다. 제 9 수직 위치 (412W)에서, 제 12 가열 요소 (410W), 제 13 가열 요소 (410X), 제 14 가열 요소 (410Y), 및 제 15 가열 요소 (410Z) 각각은 복수의 보울 웰 원주 섹터 I, II, III, IV 각각에 제각기 배치된다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 제 12 가열 요소 (410W)는 제 9 수직 위치 (412W)에서 제 1 보울 웰 원주 섹터 I에 배치되고, 제 11 가열 요소 (410V)는 제 8 수직 위치 (412S)에서 제 2 보울 웰 원주 섹터 II에 배치된다. 이러한 실시예에서, 제 1 보울 웰 원주 섹터 I는 제 2 보울 웰 원주 섹터 II로부터 원주를 따라 이격된다. 그러므로, 제 11 가열 요소 (410V) 및 제 12 가열 요소 (410W)는 또한 서로 원주를 따라 이격된다. 추가로, 도 5a에 도시된 바와 같이, 제 12 가열 요소 (410W)는 제 11 가열 요소 (410V)로부터 원주를 따라 그리고 수직으로 이격된다. 추가로, 실시예에서, 제 1 보울 웰 원주 섹터 I에서의 제 12 가열 요소 (410W) 및 제 3 보울 웰 원주 섹터 III에서의 제 14 가열 요소 (410Y)는 동일한 수직 위치 (즉, 제 9 수직 위치 (412W))에서 서로 원주를 따라 이격된다.
도 5a를 참조하면, 복수의 가열 요소에 의해 제공된 에너지의 양은 제어기 (407)에 의해 제어된다. 제어기 (407)는 온도 센서 (405S, 405T, 405U, 405V, 405W, 405X, 405Y, 405Z)에 의해 제어기 (407)에 제공된 감지 온도에 기초하여 복수의 가열 요소 각각에 의해 제공된 에너지의 양을 개별적으로 제어하도록 구성된다. 실시예에서, 제어기 (407)는 온도 센서 (405W)에 의해 감지된 용융 유리 (302)의 제 1 감지 온도에 기초하여 제 12 가열 요소 (410W)를 제어하도록 구성되고, 제어기 (407)는 제 1 감지 온도에 기초하여 제 11 가열 요소 (410V)를 독립적으로 제어하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 제어기 (407)는 온도 센서 (405W)에 의해 감지된 제 1 감지 온도에 기초하여 제 12 가열 요소 (410W)를 제어하도록 구성되고, 제어기 (407)는 온도 센서 (405V)에 의해 감지된 제 2 감지 온도에 기초하여 제 11 가열 요소 (410V)를 독립적으로 제어하도록 구성된다. 이러한 실시예에서, 제 1 감지 온도는 제 9 수직 위치 (412W)에서 취해지고, 제 2 감지 온도는 제 8 수직 위치 (412S)에서 취해진다.
실시예에서, 제어기 (407)는 감지 온도에 기초하여 복수의 가열 요소에 의해 제공된 에너지를 자동으로 제어하도록 구성된다. 도 5a가 개별적 제어기 (407)와 결합된 각각의 온도 센서 (405S, 405T, 405U, 405V, 405W, 405X, 405Y, 405Z)를 도시하지만, 일부 실시예에서, 각각의 온도 센서는 개별적 제어기와 결합될 수 있다. 제어기 (407)는 복수의 가열 요소에 제공된 에너지를 변경하기 위하여 동작 가능한, 비례 적분 미분 ("PID") 제어 알고리즘, 간단한 온/오프 제어 알고리즘 또는 임의의 다른 제어 알고리즘을 이용할 수 있다. 일부 실시예에서, 보울 웰 (325)의 전로 측면 (330)에 배치된 복수의 보울 웰 원주 섹터에서의 복수의 가열 요소 (예를 들면, 410U, 410V, 410Y, 410Z)는 보울 (305)의 오버플로우 측면 (334)에 배치된 복수의 보울 웰 원주 섹터에서의 복수의 가열 요소 (예를 들면, 410S, 410T, 410W, 410X)보다 적은 에너지를 제공하도록 구성될 수 있다. 이는 용융 유리 (302)가 보울 (305)의 오버플로우 측면 (334)에서 용융 유리 (302)의 더 긴 체류 시간으로 인해, 보울 (305)의 전로 측면 (330)보다 보울 (305)의 오버플로우 측면 (334)에서 더 냉각되기 때문이다. 예를 들면, 제 8 가열 요소 (410S) 및 제 9 가열 요소 (410T) (오버플로우 측면 (334) 상의 둘 다)는 제 10 가열 요소 (410U) 및 제 11 가열 요소 (410V) (전로 측면 (330) 상의 둘 다)보다 더 큰 에너지 양을 제공할 수 있다. 전로 측면 (330)과 오버플로우 측면 (334) 사이의 최소 단면 온도 차이 (△T)를 유지하기 위해, 오버플로우 측면 (334)에서의 용융 유리 (302)는 보울 (305)의 전로 측면 (330)에서의 용융 유리와 비교하여 우선적으로 가열될 수 있다.
도 6을 참조하면, 실시예에서, 복수의 가열 요소는 보울 중심선 (340)에 대해 상이한 배향으로 배치될 수 있다. 실시예에서, 보울 중심선 (340)은 보울 (305)의 전로 측면 (330)으로부터 오버플로우 측면 (334)으로 용융 유리 (302)의 흐름 방향을 나타낸다. 비-제한적인 예제로, 도 6에서 제 10 수직 위치 (412L)에서, 제 16 가열 요소 (410L)는 제 2 보울 웰 원주 섹터 II에 배치되고, 제 17 가열 요소 (410M)는 제 3 보울 웰 원주 섹터 III에 배치되고, 제 18 가열 요소 (410N)는 제 4 보울 웰 원주 섹터 IV에 배치되고, 제 19 가열 요소 (410P)는 제 1 보울 웰 원주 섹터 I에 배치된다. 제 16 가열 요소 (410L) 및 제 17 가열 요소 (410M)는 보울 중심선 (340)이 제 16 가열 요소 (410L) 및 제 17 가열 요소 (410M)를 가로지르지 않는 방식으로 위치될 수 있다. 실시예에서, 제 16 가열 요소 (410L) 및 제 17 가열 요소 (410M)는 보울 중심선 (340)의 양 측면 상의 옆에 위치된다.
도 7을 참조하면, 대안적인 실시예에서, 제 16 가열 요소 (410L)는 보울 웰 (325) 내의 제 10 수직 위치 (412L)에서 제 2 보울 웰 원주 섹터 II에 배치될 수 있다. 이러한 실시예에서, 제 16 가열 요소 (410L)는 보울 중심선 (340)이 제 16 가열 요소 (410L)를 가로지르도록 (이로 인해 또한 제 10 수직 위치 (412L)에서 제 2 보울 웰 원주 섹터 II를 가로지르도록) 위치된다. 이러한 실시예에서, 제 16 가열 요소 (410L)는 보울 중심선 (340)이 제 16 가열 요소 (410L)를 이등분하도록 위치된다.
일부 실시예에서, 복수의 가열 요소는 도 3에 도시된 바와 같이, 보울 높이 (HB)를 따라 복수의 수직 높이에 위치되고, 또한 도 5a에 도시된 바와 같이, 보울 웰 (325)에서 원주 섹터에 위치될 수 있다.
가열 장치를 사용하여 유리 관을 제조하는 방법이 이제 논의될 것이다.
도 2 및 8을 참조하면, 유리 관 제조 방법 (800)은 유리 관 제조 장치 (300)의 보울 (305)에서 용융 유리 (302)를 수용하는 단계를 단계 (S810)에서 포함한다. 실시예에서, 용융 유리 (302)는 보울 (305)의 전로 측면 (330)에서 전로 개방부 (332)를 통해 수용된다. 용융 유리 (302)는 보울 (305)의 터브 부분 (320)으로 수용된다. 보울 (305)은 보울 (305)의 터브 부분 (320) 밑으로 연장된 보울 웰 (325), 및 보울 웰 (325)의 원위 말단 (331)에 배치된 오리피스 (310)를 추가로 포함하고, 원위 말단 (331)은 보울 (305)의 터브 부분 (320) 먼 곳에 위치한다. 실시예에서, 용융 유리 (302)는 전로 개방부 (332)로부터 오버플로우 개방부 (336)를 향하여 흐른다. 흐름 방향을 나타내기 위하여, 보울 중심선 (340) (도 2에 점선으로 도시된 바와 같음)은 보울 (305)의 전로 측면 (330)으로부터 오버플로우 측면 (334)을 향하여 그려질 수 있다.
도 2 및 8을 참조하면, 단계 (S820)에서, 방법 (800)은 보울 (305)의 터브 부분 (320)으로부터 보울 웰 (325)로 용융 유리 (302)를 흐르게 하는 단계를 포함한다. 과량의 용융 유리 (302)가 터브 부분 (320)을 진입하는 실시예에서, 과량의 용융 유리 (302)는 보울 (305)의 오버플로우 측면 (334)에 배치된 오버플로우 개방부 (336)를 통하여 터브 부분 (320)으로부터 제거된다. 용융 유리 (302)가 터브 부분 (320)으로부터 보울 (305)로 흐르기 때문에, 단면 온도 차이 (△T)는 보울 웰 (325)에서, 전로 측면 (330)에서의 용융 유리 (302) 및 오버플로우 측면 (334)에서의 용융 유리 (302) 내에 일어난다. 이러한 단면 온도 차이 (△T)는 보울 (305)의 오버플로우 측면 (336)에서의 용융 유리 (302)의 체류 시간이 보울 (305)의 전로 측면에서의 용융 유리 (302)의 것보다 길기 때문에 일어난다. 추가로, 보울 (305) 내에서 용융 유리 (302)의 단면 온도 차이 (△T)가 증가할 때, 그러한 용융 유리를 사용하여 얻어진 유리 관은 관의 불균일한 두께를 초래하여, 그러한 관은 사용에 부적합하게 될 수 있다.
도 5 및 8을 참조하면, 단계 (S830)에서, 방법 (800)은 용융 유리 (302)가 보울 (305)을 통해 흐를 시에, 가열 장치 (400)로 용융 유리 (302)를 가열하는 단계를 포함한다. 용융 유리 (302)는 보울 (305) 전체에 걸쳐 분포된 복수의 가열 요소로 가열된다. 복수의 가열 요소는 도 5a 및 5b에 도시된 바와 같이, 복수의 보울 웰 원주 섹터에 배치될 수 있고, 이 경우에 제 8 수직 위치 (412S)에서, 제 8 가열 요소 (410S), 제 9 가열 요소 (410T), 제 10 가열 요소 (410U), 및 제 11 가열 요소 (410V) 각각은 복수의 보울 웰 원주 섹터 I, II, III, IV 각각에 제각기 배치된다. 제 9 수직 위치 (412W)에서, 제 12 가열 요소 (410W), 제 13 가열 요소 (410X), 제 14 가열 요소 (410Y), 및 제 15 가열 요소 (410Z) 각각은 복수의 보울 웰 원주 섹터 I, II, III, IV 각각에 제각기 배치된다.
추가로, 방법 (800)은 또한 보울 중심선 (340)에 대해 상이한 배향으로 복수의 가열 요소로 용융 유리 (302)를 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 도 6에 도시된 바와 같이, 제 16 가열 요소 (410L) 및 제 17 가열 요소 (410M)는 보울 중심선 (340)이 제 16 가열 요소 (410L) 및 제 17 가열 요소 (410M)를 가로지르지 않는 방식으로 위치될 수 있다. 실시예에서, 제 16 가열 요소 (410L) 및 제 17 가열 요소 (410M)는 보울 중심선 (340)의 양 측면 상의 옆에 위치된다. 또 다른 실시예에서, 도 7에 도시된 바와 같이, 제 16 가열 요소 (410L)는 보울 웰 (325) 내의 제 10 수직 위치 (412L)에서 제 2 보울 웰 원주 섹터 II에 배치될 수 있다. 이러한 실시예에서, 제 16 가열 요소 (410L)는 보울 중심선 (340)이 제 16 가열 요소 (410L)를 가로지르도록 (이로 인해 또한 제 10 수직 위치 (412L)에서 제 2 보울 웰 원주 섹터 II를 가로지르도록) 위치된다.
대안적인 실시예에서, 방법 (800)은 단계 (S830)에서 도 3에 도시된 바와 같이, 용융 유리 (302)가 보울 (305)을 통해 흐를 시에, 보울 높이 (HB)를 따라 복수의 수직 위치에 배치된 복수의 가열 요소로 용융 유리 (302)를 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 실시예에서, 복수의 수직 위치는 복수의 표면 부분에 배치될 수 있다. 일부 실시예에서, 제 2 가열 요소 (410B)는 제 2 수직 위치 (412B)에 배치될 수 있고, 제 5 가열 요소 (410E)는 제 5 수직 위치 (412E)에 배치될 수 있어, 제 2 수직 위치 (412B)는 제 5 수직 위치 (412E)로부터 수직으로 이격된다. 이러한 실시예에서, 복수의 가열 요소는 터브 부분 (320) 및 보울 웰 (325)에 배치될 수 있다. 실시예에서, 단계 (S830)는 복수의 수직 위치에 배치된, 또한 복수의 보울 웰 원주 섹터에 배치된 복수의 가열 요소로 용융 유리 (302)를 가열하는 단계를 포함할 수 있다.
도 3, 5a 및 8을 참조하면, 단계 (S840)에서, 방법 (800)은 온도 센서 (405A...405G, 405S...405Z)를 사용하여 용융 유리의 온도를 감지하고 복수의 가열 요소에 의해 제공된 에너지의 양을 제어기 (407)로 제어하는 단계를 포함한다. 실시예에서, 보울 (305)은 온도 센서 (405A...405G, 405S...405Z)와 열적으로 결합되고, 이어서 상기 온도 센서는 제어기 (407)와 통신 가능하게 결합된다. 실시예에서, 방법 (800)은 보울 높이 (HB)를 따라 온도 구배를 감지하고, 보울 (305)의 단면을 따라 단면 온도 차이 (△T)를 감지하는 단계를 포함한다. 온도 구배 또는 단면 온도 차이가 미리 결정된 범위를 초과하는 경우에, 방법 (800)은 또한 제어기 (407)로 복수의 가열 요소 각각을 개별적으로 제어하는 단계를 포함할 수 있다. 구체적으로, 감지 온도에 기초한 제어기 (407)는 우선적으로 복수의 가열 요소의 일부에 에너지를 제공하여 온도 구배 및/또는 단면 온도 차이 (△T)가 미리 결정된 범위로 되돌아 오는 것을 확보한다.
복수의 가열 요소 각각에 의해 제공된 에너지의 양은 제어기 (407)에 의해 개별적으로 제어될 수 있다. 제어기 (407)는 온도 센서 (405A...405G, 405S...405Z)에 의해 제공된 감지 온도에 기초하여 각각의 가열 요소에 제공된 에너지를 제어한다. 실시예에서, 제어기 (407)는 감지 온도에 기초하여 복수의 가열 요소에 의해 제공된 에너지를 자동으로 제어한다. 실시예에서, 용융 유리 (302)의 온도는 터브 부분 (320)과 비교하여 보울 웰 (325)에서 보다 크게 요구된다. 터브 부분 (320) 및 보울 웰 (325) 내에서 용융 유리 (302)의 온도가 감지되면, 에너지는 이에 따라서 복수의 가열 요소에 제공될 수 있다. 용융 유리 (302)의 가열을 제어하기 위하여, 제어기 (407)는, 제 2 가열 요소 (410B) 및 제 5 가열 요소 (410E)에 제공된 에너지를 변경하여 보울 높이 (HB)를 따라 원하는 온도 구배를 얻기 위하여 동작 가능한, 비례 적분 미분 ("PID") 제어 알고리즘, 간단한 온/오프 제어 알고리즘 또는 임의의 다른 제어 알고리즘을 이용할 수 있다.
비-제한적인 예제로, 도 3을 참조하면, 제어기 (407)는 온도 센서 (405B)에 의해 감지된 용융 유리 (302)의 제 1 감지 온도에 기초하여 제 2 가열 요소 (410B)를 제어하고, 제어기 (407)는 제 1 감지 온도에 기초하여 제 5 가열 요소 (410E)를 독립적으로 제어한다. 제 1 감지 온도는 제 2 수직 위치 (412B)에 취해진다. 일부 실시예에서, 제어기 (407)는 온도 센서 (405B)에 의해 감지된 제 1 감지 온도에 기초하여 제 2 가열 요소 (410B)를 제어하고, 제어기 (407)는 온도 센서 (405E)에 의해 감지된 제 2 감지 온도에 기초하여 제 5 가열 요소 (410E)를 독립적으로 제어한다. 이러한 실시예에서, 제 1 감지 온도는 제 2 수직 위치 (412B)에서 취해지고, 제 2 감지 온도는 제 5 수직 위치 (412E)에서 취해진다.
도 5a를 참조하면, 일부 실시예에서, 보울 웰 (325)의 전로 측면 (330)에 배치된 복수의 보울 웰 원주 섹터에 있는 복수의 가열 요소 (예를 들면, 410U, 410V, 410Y, 410Z)는 보울 (305)의 오버플로우 측면 (334)에 배치된 복수의 보울 웰 원주 섹터에 있는 복수의 가열 요소 (예를 들면, 410S, 410T, 410W, 410X)보다 적은 에너지를 제공할 수 있다. 예를 들면, 제어기 (407)는 (오버플로우 측면 (334) 상의 둘 다인) 제 8 가열 요소 (410S) 및 제 9 가열 요소 (410T)를 제어하여 (전로 측면 (330) 상의 둘 다인) 제 10 가열 요소 (410U) 및 제 11 가열 요소 (410V)보다 큰 에너지의 양을 제공한다.
일부 실시예에서, 도 1 및 8을 참조하면, 단계 (S850)에서, 방법 (800)은 보울 웰 (325)의 원위 말단 (331)에서 오리피스 (310)를 통해 보울 웰 (325)로부터 용융 유리 (302)를 흐르게 하는 단계를 포함한다. 용융 유리 (302)가 오리피스 (310)를 통해 흐를 시에, 용융 유리 (302)는 벨 (200)에 걸쳐 흐를 수 있다. 용융 유리 (302)가 오리피스 (310)를 통해 흐르는 동안, 가압 유체는 유체 공급 채널 (112)을 통해 송풍된다. 가압 유체가 유체 공급 채널 (112)을 통해 흐를 시에, 유리 관은 단계 (S860)에서 벨 (200)에 걸쳐 인발된다.
이해되어야 하는 바와 같이, 본 출원은 유리 관을 제조하는 가열 장치 및 방법에 관한 것이다. 유리 관을 제조하는 가열 장치는 용융 유리를 유지하도록 구성된 터브 부분을 가진 보울, 터브 부분 밑으로 연장된 보울 웰, 및 오리피스를 포함한다. 가열 장치는 보울과 열적으로 결합되고, 복수의 가열 요소를 포함한다. 복수의 가열 요소는 보울 내에서 다양한 위치에 배치되고, 제어기에 의해 제어되어 보울 내의 용융 유리를 가열한다. 구체적으로, 가열 장치는 오리피스를 빠져나가는 용융 유리의 열적 균질성을 유지하도록 구성되어, 유리관 제조 공정에서 관 치수에서의 변화 및 불안정성을 완화시킨다.
예제
여기에 기재된 실시예는 다음의 비-제한적인 예제에 의해 더 명확해질 것이다.
다음 데이터는 터브 부분 (320) 및 보울 웰 (325) 및 오리피스 (310)를 포함하는 보울 (305)의 모델이 설정된 전산 유체 역학 (computational fluid dynamics, CFD)을 사용하여 얻어졌다. 복수의 가열 요소를 사용하여 보울 (305) 내에서 상기 논의된 위치에 공급되는 에너지의 범위로 다수의 경우가 평가되었다. CFD 소프트웨어 (Fluent)는 온도 값을 계산하기 위해 사용되었다.
예제 1
도 9a 및 9b를 참조하면, 보울 (305)에서 전로 측면 (330)과 오버플로우 측면 (334) 사이의 용융 유리 (302)의 단면 온도 (ΔT)를 비교하기 위해 예시적인 비-제한적 수학 모델이 구성되었다. 구체적으로, 보울 (305)에 어떠한 에너지도 공급되지 않았을 때, 모델은 생성되었다. 부가적으로, 다양한 표면 부분 (SP1, SP2, SP3, 및 SP4)에서 개별적으로 있고 모든 표면 부분에서 결합된 복수의 가열 요소를 사용하여 에너지가 공급되었을 때, 다양한 모델이 생성되었다. 표면 부분 (SP1, SP2, SP3, 및 SP4)은 도 3에 도시된 바와 같다. 도 9a 및 9b는 보울 (305)을 빠져나가는 유리 온도를 도시한다. 도 9a에서 알 수 있는 바와 같이, 보울 (305) 내에 어떠한 전력도 제공되지 않았을 때, 단면 온도 (ΔT)는 Tmax로 볼 수 있다. 추가로, Pmin은 인가된 최소 전력량 (kW)을 나타내고, 표면 부분 (SP2)에서만 복수의 가열 요소를 사용하여 Pmin + 0.25 kW의 전력이 인가되었을 때, Tmin에서 단면 온도 (ΔT)가 관측되었다.
부가적으로, 도 9a에서 알 수 있는 바와 같이, 보울 (305)의 전로 측면 (330) 및 보울 (305)의 오버플로우 측면 (334)에서 용융 유리 (302)의 온도는 온도 T1 내지 T1+13℃의 범위에 있다. 그러나, 도 9b에서 도시된 바와 같이, 아래의 표 1에서 만들어진 바와 같이, 보울 (305)에 전력이 인가될 때, 전로 측면 (330)과 오버플로우 측면 (334) 사이의 단면 온도 (ΔT)는 감소된다.
표 1은 상이한 표면 부분에 인가된 전력량 및 오리피스 (310)를 통해 보울 (305)을 빠져나가는 용융 유리 (302)의 결과적인 단면 온도 (ΔT)를 도시한다.
표 1: 복수의 가열 요소를 갖는 보울 모델
경우 전력 영역 전력 (kW) △T
1 전력 없음 0 Tmax (=Tmin + 7)
2 평평한- Pmin Tmin + 5
3 표면 부분 (SP1) Pmin Tmin + 2
4 표면 부분 (SP1) Pmin +0.5 Tmin + 1
6 표면 부분 (SP2) Pmin +0.25 Tmin
7 표면 부분 (SP3) Pmin +0.25 Tmin + 4
8 표면 부분 (SP3) Pmin Tmin + 2
10 표면 부분 (SP4) Pmin/4 Tmin + 5
11 표면 부분 (SP1, SP2, SP3, 및 SP4)의 결합 Pmin Tmin + 7 내지 Tmin + 3
예제 2
도 10a 및 10b를 참조하면, 복수의 가열 요소가 도 7에서 설명되고 도 10c로 재현되는 바와 같이 배치될 때, 보울 웰 (325)에 공급되지 않은 전력 (도 10a)과 보울 웰 (325)에 공급된 전력 (도 10b)을 비교하기 위해 예시적인 비-제한적 모델 또한 개발되었다.
도 10c에 도시된 바와 같이, 제 16 가열 요소 (410L)는 보울 중심선 (340)이 제 16 가열 요소 (410L)를 이등분하도록 배치된다. 제 16 가열 요소 (410L)와 더불어, 제 17 가열 요소 (410M), 제 18 가열 요소 (410N), 및 제 19 가열 요소 (410P)는 동등하지 않은 전력량을 제공하도록 구성된다. 제 16 가열 요소 (410L)는 0 kW를 제공하도록 구성되었고, 제 17 가열 요소 (410M) 및 제 19 가열 요소 (410P) 각각은 전력의 Pmin' kW를 제공하도록 구성되었으며, 그리고 제 18 가열 요소 (410N)는 Pmin' + 20 kW를 제공하도록 구성되었다. 그러므로, 보울 (305)의 오버플로우 측면 (334)은 개별적으로 제어되는 복수의 가열 요소를 사용하여 우선적으로 가열되었다.
도 10a는 보울 웰 (325) 전체에 걸쳐 어떠한 전력도 제공되지 않을 때 용융 유리 (302)의 온도의 출구 프로파일을 도시한다. 도 10a에 도시된 온도는 온도 T2 내지 약 T2+7℃의 범위에 있다. 보다 짧은 체류 시간으로 인해, 보울 (305)의 전로 측면 (330)으로부터의 용융 유리 (302)는 오버플로우 측면 (332) 상의 용융 유리보다 고온이고, 이는 오리피스 (310)를 빠져나가는 용융 유리 (302)에서 원주의 열적 비-균질성을 초래한다. 도 10b의 출구 프로파일에서 볼 수 있는 바와 같이, 도 10c에 대해 상술된 바와 같은 가열 요소에 의해 전력이 제공되었을 때, 용융 유리 (302)에서의 열적 비-균일성은 상술된 바와 같이 개별적으로 제어된 복수의 가열 요소를 사용하여 우선적으로 가열함으로써 해결되었다.
통상의 기술자에게 명백한 바와 같이, 다양한 수정 및 변형은 청구된 주제의 기술 사상 및 권리 범위를 벗어남 없이, 여기에서 기술된 실시예에 대해 이루어질 수 있다. 따라서, 그러한 수정 및 변형이 첨부된 특허 청구 범위 및 그 등가물의 권리 범위 내에 있는 경우, 본 명세서는 여기에 기재된 다양한 실시예의 수정 및 변형을 포괄하는 것으로 의도된다.

Claims (20)

  1. 유리 관을 제조하는 가열 장치에 있어서,
    용융 유리를 수용하도록 구성된 보울,
    여기서 상기 보울은 보울 높이를 가지며, 다음을 포함함:
    상기 용융 유리를 유지하도록 구성된 터브 부분;
    상기 터브 부분 밑으로 연장된 보울 웰; 및
    상기 보울 웰의 원위 말단에 있는 오리피스 - 상기 원위 말단은 상기 터브 부분과 먼 곳에 위치됨;
    상기 보울과 열적으로 결합된 복수의 가열 요소,
    여기서 상기 복수의 가열 요소는 다음을 포함함:
    상기 보울 높이를 따라 제 1 수직 위치에 배치된 제 1 가열 요소; 및
    상기 보울 높이를 따라 제 2 수직 위치에 배치된 제 2 가열 요소 - 상기 제 1 수직 위치는 상기 제 2 수직 위치으로부터 수직으로 이격됨;를 포함하는, 유리 관 제조 가열 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 보울 웰은 보울 웰 높이를 가지며,
    상기 제 1 가열 요소 및 상기 제 2 가열 요소는 상기 보울 웰 높이를 따라 위치되는, 유리 관 제조 가열 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 터브 부분은 터브 부분 높이를 가지고, 상기 보울 웰은 보울 웰 높이를 가지며,
    상기 제 1 가열 요소는 상기 터브 부분 높이를 따라 위치되고, 상기 제 2 가열 요소는 상기 보울 웰 높이를 따라 위치되는, 유리 관 제조 가열 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 터브 부분은 터브 부분 높이를 가지며,
    상기 제 1 가열 요소 및 상기 제 2 가열 요소는 상기 터브 부분 높이를 따라 위치되는, 유리 관 제조 가열 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 보울과 열적으로 결합되고 상기 보울 내의 용융 유리의 온도를 감지하도록 구성된 온도 센서; 및
    상기 온도 센서와 통신 가능하게 결합되고, 상기 감지 온도에 기초하여 상기 복수의 가열 요소를 제어하도록 구성된 제어기;를 더욱 포함하는, 유리 관 제조 가열 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제어기는 상기 용융 유리의 제 1 감지 온도에 기초하여 제 1 가열 요소를 제어하고, 상기 용융 유리의 제 1 감지 온도에 기초하여 제 2 가열 요소를 독립적으로 제어하는, 유리 관 제조 가열 장치.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 제어기는 용융 유리의 제 1 감지 온도에 기초하여 제 1 가열 요소를 제어하고, 용융 유리의 제 2 감지 온도에 기초하여 제 2 가열 요소를 독립적으로 제어하는, 유리 관 제조 가열 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 보울 웰은, 상기 제 1 가열 요소가 제 1 보울 웰 원주 섹터에 배치되고 상기 제 2 가열 요소가 제 2 보울 웰 원주 섹터에 배치되도록, 복수의 보울 웰 원주 섹터를 더욱 포함하고,
    상기 제 1 보울 웰 원주 섹터는 상기 제 2 보울 웰 원주 섹터로부터 원주를 따라 이격되는, 유리 관 제조 가열 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 보울 웰 아래에 배치된 벨; 및
    상기 벨의 내부 챔버로 가압 유체의 공급을 전달하기 위해, 상기 벨의 내부 챔버와 유체적으로 결합된 유체 공급 채널;을 더욱 포함하는, 유리 관 제조 가열 장치.
  10. 유리 관을 제조하는 가열 장치에 있어서,
    용융 유리를 수용하도록 구성된 보울,
    여기서 상기 보울은 다음을 포함함:
    상기 용융 유리를 유지하도록 구성된 터브 부분;
    상기 터브 부분 밑으로 연장되고, 복수의 보울 웰 원주 섹터를 가진 보울 웰 - 상기 복수의 보울 웰 원주 섹터는 제 1 보울 웰 원주 섹터 및 제 2 보울 웰 원주 섹터를 포함함; 및
    상기 보울 웰의 원위 말단에 있는 오리피스 - 상기 원위 말단은 상기 터브 부분과 먼 곳에 위치됨; 및
    상기 보울 웰과 열적으로 결합된 복수의 가열 요소,
    여기서 상기 복수의 가열 요소는 다음을 포함함:
    상기 제 1 보울 웰 원주 섹터에 배치된 제 1 가열 요소; 및
    상기 제 2 보울 웰 원주 섹터에 배치된 제 2 가열 요소 - 상기 제 1 보울 웰 원주 섹터는 상기 제 2 보울 웰 원주 섹터로부터 원주를 따라 이격됨;를 포함하는, 유리 관 제조 가열 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제 1 가열 요소는 보울 웰 높이를 따라 제 1 수직 위치에 배치되고; 그리고
    상기 제 2 가열 요소는 상기 보울 웰 높이를 따라 제 2 수직 위치에 배치되고, 상기 제 1 가열 요소는 상기 제 2 가열 요소로부터 수직으로 이격되는, 유리 관 제조 가열 장치.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 제 1 가열 요소 및 상기 제 2 가열 요소는 보울 웰 높이를 따라 제 1 수직 위치에 배치되는, 유리 관 제조 가열 장치.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 복수의 가열 요소의 가열 요소는 4 개의 보울 웰 원주 섹터의 각각의 보울 웰 원주 섹터에 위치되는, 유리 관 제조 가열 장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 제 1 보울 웰 원주 섹터에 있는 제 1 가열 요소는 보울 중심선을 가로지르는, 유리 관 제조 가열 장치.
  15. 청구항 10에 있어서,
    상기 보울과 열적으로 결합되고 상기 보울 내의 용융 유리의 온도를 감지하도록 구성된 온도 센서; 및
    상기 온도 센서와 통신 가능하게 결합되고, 상기 감지 온도에 기초하여 상기 복수의 가열 요소를 제어하도록 구성된 제어기, 여기서 상기 제어기는 상기 용융 유리의 제 1 감지 온도에 기초하여 제 1 가열 요소를 제어하고, 상기 용융 유리의 제 1 감지 온도에 기초하여 제 2 가열 요소를 독립적으로 제어함;를 포함하는, 유리 관 제조 가열 장치.
  16. 유리 관을 제조하는 방법에 있어서,
    보울에 용융 유리를 수용하는 단계, 여기서 상기 보울은 터브 부분 및 상기 터브 부분 밑으로 연장되는 보울 웰을 포함하고, 상기 보울 웰은 복수의 보울 웰 원주 섹터를 포함하고, 상기 복수의 보울 웰 원주 섹터는 제 1 보울 웰 원주 섹터 및 제 2 보울 웰 원주 섹터를 포함함;
    상기 용융 유리를 상기 터브 부분으로부터 상기 보울 웰을 통해 흐르게 하는 단계;
    상기 용융 유리가 상기 보울을 통해 흐를 시에 상기 용융 유리를 복수의 가열 요소로 가열하는 단계, 여기서 상기 복수의 가열 요소는 상기 복수의 보울 웰 원주 섹터에 배치됨; 및
    상기 용융 유리를 상기 보울 웰로부터, 상기 보울 웰의 윈위 말단에 있는 오리피스를 통해 흐르게 하는 단계;를 포함하고,
    상기 복수의 가열 요소는 상기 제 1 보울 웰 원주 섹터에 배치된 제 1 가열 요소, 및 상기 제 2 보울 웰 원주 섹터에 배치된 제 2 가열 요소를 포함하고, 상기 제 1 보울 웰 원주 섹터는 상기 제 2 보울 웰 원주 섹터로부터 원주를 따라 이격되는, 유리 관 제조 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 보울 아래에 배치된 벨의 내부 챔버로 가압 유체의 공급을 전달하는 유체 공급 채널을 통해, 유체를 송풍시키는 단계; 및
    상기 벨에 걸쳐 유리 관을 인발시키는 단계;를 더욱 포함하는, 유리 관 제조 방법.
  18. 청구항 16에 있어서,
    상기 복수의 가열 요소는 복수의 수직 위치에 배치되고,
    상기 제 1 가열 요소는 터브 부분 높이를 따라 제 1 수직 위치에 배치되고, 상기 제 2 가열 요소는 보울 웰 높이를 따라 제 2 수직 위치에 배치되고, 상기 제 1 수직 위치는 상기 제 2 수직 위치로부터 수직으로 이격되는, 유리 관 제조 방법.
  19. 청구항 16에 있어서,
    상기 제 1 가열 요소는, 보울 중심선이 상기 제 1 가열 요소를 가로지르도록, 상기 보울 웰 내에 배치되되, 상기 복수의 보울 웰 원주 섹터 중 하나에 배치되는, 유리 관 제조 방법.
  20. 청구항 16에 있어서,
    온도 센서를 사용하여 상기 용융 유리의 온도를 감지하는 단계; 및
    상기 감지 온도에 기초하여, 상기 복수의 가열 요소에 의해 제공된 에너지의 양을, 제어기를 사용하여 자동으로 제어하는 단계;를 더욱 포함하는, 유리 관 제조 방법.
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