KR20210054015A - 유리 제조 공정에서 귀금속 구성들의 전기화학 공격을 완화시키기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

용융 유리가 내화 용기의 내부 공간을 정의하는 내화 용기 내에서 가열되는 유리 물품을 형성하기 위한 장치 및 방법들이 개시된다. 귀금속 구성이 상기 내부 공간에 노출된다. 상기 장치는 상기 내부 공간에 노출된 제1 및 제2 전극들을 포함한다. 제1 전류를 공급하도록 구성된 제1 전원은 상기 제1 및 제2 전극들 사이에 연결된다. 제2 전원은 상기 귀금속 구성과 상기 제1 전극 또는 제1 보조 전극 중 적어도 하나 사이에 연결되며 상기 제1 전류와 위상이 다른 제2 전류를 제공하도록 구성된다. 제3 전원은 상기 귀금속 구성과 상기 제2 전극 또는 제2 보조 전극 중 적어도 하나 사이에 연결되며 상기 제1 전류와 위상이 다른 제3 전류를 제공하도록 구성된다.

Description

유리 제조 공정에서 귀금속 구성들의 전기화학 공격을 완하시키기 위한 장치 및 방법
본 개시는 유리 물품을 형성하기 위한 장치 및 방법들 및 보다 구체적으로 유리 물품을 생산하기 위한 내화 용기 내에서 귀금속 구성들의 전기화학 공격을 완화시키기 위한 장치들 및 방법들에 관한 것이다.
본 출원은 2018년 9월 28일 출원된 미국 가출원 제62/738,138호의 우선권의 이익을 주장하며, 그 내용들이 보증되며 그 전체가 참조에 의해 본 명세서에 결합된다.
유리의 상업적 용융에서, 용융 공정 내로 에너지를 입력하는 두 주요한 수단들이 있다. 화석 연로의 연소로부터의 에너지의 대류 및/또는 복사, 및/또는 침지된 전극들 사이의 전류를 흐르게함으로써 유리의 줄 가열. 전기 에너지는 그 높은 효율, 적은 환경 영향 및 공정 유연성으로 인해 선호된다. 그러나, 배치(전구체) 재료들은 일반적으로 비전도성이며 따라서 비전기적 방법들이 초기 가열 방법 또는 가열 증대 방법으로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 화석 연료와 전기의 조합은 에너지의 소스들로서 사용될 수 있으며, 배치 재료들은 처음에 연소 버너들에 의해 가열되어 전기적으로 전도성인 용융 재료를 형성하고, 이후 상기 용융 재료(이하 "용융 유리")는 전류에 의해 더 가열된다.
상기 용융 유리를 가열하기 위해 전류를 사용하는 대부분의 유리들의 경우, 전극들은 상기 용융 용기의 하나 이상의 내화 벽 근처 또는 내의 상기 용융 용기 길이의 적어도 일부를 따라 상기 용융 유리 내에 침지된다. 일반적으로, 상기 전극들은 상기 용융 용기의 일 측을 따른 전극들이 상기 용융 용기의 다른 측을 따른 대응하는 전극들을 가지도록 배치되며, 대응하는 전극들로 일 측을 따른 전극들은 상기 용융 유리를 통해 전기적으로 파이어(즉, 전류를 통과시킴)한다. 주어진 용융 용기에 대하여, 상기 용융 용기의 길이 또는 폭을 가로지르는 교류 전류를 제공하는 다수의 전기 회로들이 있을 수 있다. 이전에는 전기 회로 내의 전류가 상기 용융 용기 내의 다른 성분들과는 상호작용이 전혀 또는 거의 없이 하나의 전극으로부터 상기 용융 유리를 통해 그리고 상기 용융 용기의 반대 측의 대응하는 전극에서 상기 용융 용기 밖으로 이동한다고 생각되었다. 최근의 실험 작업은 상기 용융 용기를 가로질러 연장되는 전류는 또한 상기 용융 용기 내의 금속 구성들, 예컨대 연결 도관들, 열전쌍 시스(sheath), 버블러 튜브들, 탭들 또는 다른 금속 구성들을 통해 전도하며 이들과 상호작용할 수 있다는 것을 보여주었다. 이러한 다수의 금속 구성들은 상기 용융 유리의 고온 및 부식성 환경을 견디도록 귀금속, 예를 들어 백금족 금속들 또는 이들의 합금들로 형성될 수 있다. 이러한 귀금속들은 용융 유리보다 낮은 크기의 저항 오더들을 포함하므로, 전극들 사이의 전압 장 내 또는 근처의 귀금속 구성은 전류 경로가 될 수 있다. 따라서, 전류는 상기 전기 회로 내의 상기 전극들 중 하나를 향하는 상기 귀금속 구성의 일 측에서 상기 귀금속 구성에 들어가고 상기 전기 회로 내에서 반대 전극들을 향하는 반대 측들에서 상기 귀금속 성분을 빠져 나온다. 상기 귀금속 구성 내의 상기 전류의 크기는 주어진 전극 회로에 인가된 전류에 정비례할 수 있다. 귀금속을 통해 파이어하는 전류는 상기 귀금속을 공격할 수 있으며 상기 용융 유리 내의 개재물들(시드들)을 형성하는 가스들을 생성할 수 있다. 상기 귀금속 성분이 상기 용융 유리 내에서 부식되고, 상기 귀금속 구성의 손상 및/또는 파괴에 따라 이러한 귀금속 공격은 또한 고체 개재물들을 생산할 수 있다. 유리 산업이 전자 디스플레이들 또는 다른 응용들에 대해 저 및 초저 저항 유리들로 이동함에 따라, 상기 용융 유리 내로 동등한 전력을 얻기 위해 필요한 더 큰 전류 값들로 인해 귀금속 공격은 점점더 문제가 된다. 이러한 유리들을 생산하기 위한 용융 용기들에 연결되는 귀금속 도관들의 부검들은 이 메커니즘으로부터 상당한 귀금속의 공격을 보여주었다.
줄 가열을 사용하는 용융 용기 내의 상기 용융 유리에 노출될 수 있는 귀금속 구성들을 통한 전류를 감소시키고, 이로써 가스 및/또는 입자 개재물(inclusion)을 감소시키는 방법이 필요하다.
본 개시가 해결하려는 과제는 위에서 설명한 바와 같다.
본 개시에 따르면, 유리 물품을 형성하기 위한 장치가 개시된다. 상기 장치는 용융 유리를 홀딩하도록 구성된 내부 공간을 정의하는 내화 용기를 포함한다. 상기 내화 용기는 예를 들어 용융 용기, 전로(forehearth), 또는 청징 용기 중 적어도 하나일 수 있다. 상기 내부 공간은 용융 용기의 경우, 용융 공간일 수 있으며, 용융 재료, 예를 들어 용융 유리가 상기 용융 공간으로 공급되는 배치 재료들로부터 생산된다. 상기 내부 공간 내에 담기는 용융 유리는 적어도 부분적으로 줄 가열에 의해 가열될 수 있으며, 전류는 상기 용융 유리를 통해 통과된다.
상기 장치는 상기 내부 공간에 노출되며 상기 용융 유리에 접촉하도록 배치된 귀금속 구성을 더 포함할 수 있다. 상기 귀금속 구성은 열전쌍, 버블러 튜브, 또는 상기 용융 유리를 위한 유동 경로로서 구성되는 도관 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 장치는 또한 상기 내부 공간, 예를 들어 용융 공간에 노출되며 상기 용융 유리에 접촉하도록 배치된 제1 및 제2 전극들 사이에 전기적으로 연결된 제1 교류 전류 전원을 더 포함할 수 있고, 상기 제1 교류 전류 전원은 제1 전류를 공급하도록 구성된다. 예를 들어, 상기 제1 전류의 적어도 일부는 상기 제1 및 제2 전극들 사이에 연장되나 상기 귀금속 구성을 통해 연장되지 않는다.
상기 장치는 상기 귀금속 구성과 상기 용융 유리에 접촉하도록 배치된 상기 제1 전극 또는 제1 보조 전극 중 적어도 하나 사이에 연결된 제2 전류 전원을 더 포함할 수 있고, 상기 제2 전원은 상기 제1 전류와 다른 위상의 제2 전류를 공급하도록 구성된다. 예를 들어, 용융 유리가 상기 내부 공간 내에 존재할 때 용융 유리와 접촉, 예컨대 용융 유리 내에 침지되도록 상기 제1 보조 전극은 상기 내부 공간 내에 위치될 수 있다. 상기 제1 보조 전극은 상기 제1 전극으로부터 이격될 수 있다.
예를 들어, 일부 실시예들에서, 용융 유리가 상기 내부 공간 내에 존재할 때, 상기 제2 전류가 상기 귀금속 구성 내에 존재하도록 상기 제2 전류는 상기 귀금속 구성과 상기 제1 전극 사이에 상기 용융 유리를 통해 연장될 수 있다. 다른 실시예들에서, 용융 유리가 상기 내부 공간 내에 존재할 때, 상기 제2 전류는 상기 귀금속 구성과 상기 제1 보조 전극 사이에 상기 용융 유리를 통해 연장될 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 용융 유리가 상기 내부 공간 내에 존재할 때, 상기 제2 전류는 상기 귀금속 구성과 제1 전극 및 상기 제1 보조 전극 모두 사이에서 상기 용융 유리를 통해 연장될 수 있다. 즉, 상기 제2 교류 전원은 상기 제1 전극 및 상기 제1 보조 전극 모두에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 장치는 상기 귀금속 구성과 상기 용융 유리에 접촉하도록 배치된 상기 제2 전극 또는 제2 보조 전극 중 적어도 하나 사이에 전기적으로 연결되는 제3 교류 전원을 더 포함할 수 있고, 상기 제2 전원은 상기 제1 전류와 다른 위상의 제3 전류를 공급하도록 구성된다. 예를 들어, 용융 유리가 상기 내부 공간 내에 존재할 때 용융 유리와 접촉하도록 예컨대 용융 유리내에 침지되도록 상기 제2 보조 전극은 상기 내부 공간 내에 배치될 수 있다. 상기 제2 보조 전극은 상기 제1 및 제2 전극 및 상기 제1 보조 전극으로부터 이격될 수 있다.
예를 들어, 일부 실시예들에서, 용융 유리가 상기 내부 공간 내에 존재할 때, 상기 제3 전류가 상기 귀금속 구성 내에 존재하도록 상기 제3 전류는 상기 귀금속 구성과 상기 제2 전극 사이에 상기 용융 유리를 통해 연장될 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 용융 유리가 상기 내부 공간 내에 존재할 때, 상기 제3 전류는 상기 귀금속 구성과 상기 제2 보조 전극 사이에 상기 용융 유리를 통해 연장될 수 있다. 다른 실시예들에서, 용융 유리가 상기 내부 공간 내에 존재할 때, 상기 제3 전류는 상기 귀금속 구성과 제2 전극 및 상기 제2 보조 전극 둘 다 사이에 상기 용융 유리를 통해 연장될 수 있다. 즉, 상기 제3 교류 전원은 상기 제2 전극 및 상기 제2 보조 전극 둘 다에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제1 교류 전원, 상기 제1 전극, 및 상기 제2 전극은 제1 전기 회로를 포함할 수 있다. 또한, 용융 유리가 상기 내부 공간 내에 존재할 때, 상기 제1 전기 회로는 추가적으로 상기 제1 및 제2 전극들 사이에서 상기 용융 유리를 통해 연장되는 전류 경로를 포함할 수 있으며, 상기 전류 경로는 상기 귀금속 구성을 포함하지 않는다.
일부 실시예들에서, 상기 제1 교류 전원, 상기 제1 전극, 및 상기 제2 전극은 제2 전기 회로를 포함할 수 있으며, 용융 유리가 상기 내부 공간 내에 존재할 때, 상기 제2 전기 회로는 상기 귀금속 구성을 포함하는 전류 경로를 더 포함한다. 상기 제1 전류의 적어도 제2 부분은 상기 제1 및 제2 전극들과 상기 귀금속 구성 사이의 상기 전류 경로를 가로지른다.
다양한 실시예들에서, 상기 제2 교류 전원, 상기 귀금속 구성, 및 상기 제1 전극 또는 상기 제1 보조 전극 중 적어도 하나는 제1 전기 바이어싱 회로를 포함할 수 있다. 또한, 용융 유리가 상기 내부 공간 내에 존재할 때, 상기 제1 전기 바이어싱 회로는 추가적으로 상기 귀금속 구성과 상기 제1 전극 사이, 상기 귀금속 구성과 상기 제1 보조 전극 사이, 또는 상기 귀금속 구성과 상기 제1 전극 및 상기 제1 보조 전극 둘 모두 사이에서 상기 용융 유리를 통해 연장되는 하나 이상의 전류 경로들을 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에서, 상기 제3 교류 전원, 상기 귀금속 구성, 및 상기 제2 전극 또는 상기 제2 보조 전극 중 상기 적어도 하나는 제2 전기 바이어싱 회로를 포함할 수 있다. 또한, 용융 유리가 상기 내부 공간 내에 존재할 때, 상기 제2 전기 바이어싱 회로는 추가적으로 상기 귀금속 구성과 상기 제2 전극 사이, 상기 귀금속 구성과 상기 제2 보조 전극 사이, 상기 금속 구성과 상기 제2 전극 및 상기 제2 보조 전극 둘 모두 사이에서 상기 용융 유리를 통해 연장되는 하나 이상의 전류 경로들을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 제1 및/또는 제2 전극들 중 임의의 하나 이상은 주석 또는 몰리브덴을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 제1 및/또는 제2 보조 전극들 중 임의의 하나 이상은 주석 또는 몰리브덴을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 제1 또는 제2 교류 전원 중 적어도 하나는 상기 제1 전류와 상기 제2 전류 사이의 위상 차이의 절대값이 약 90도 내지 약 180도 범위 내이도록 구성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 제1 또는 제3 교류 전원들 중 적어도 하나는 상기 제1 전류와 상기 제3 전류 사이의 위상 차이의 절대값이 약 90도 내지 약 180도 범위 내이도록 구성될 수 있다.
다른 실시예들에서, 유리 물품을 형성하기 위한 방법들이 개시된다. 이 방법들은 제1 교류 전원으로부터 제1 전류를 공급하는 단계를 포함하고, 상기 제1 전류의 제1 부분은 용융 용기의 용융 공간 내의 제1 전극과 제2 전극 사이의 제1 전류 경로를 따라 연장되고, 상기 용융 공간은 용융 유리 및 상기 용융 유리와 접촉하는 귀금속 구성을 포함하고, 상기 제1 전류 경로는 상기 용융 유리를 통해 그리고 상기 귀금속 성분을 통하지 않고 연장되고, 상기 제1 전류의 제2 부분은 상기 용융 용기의 상기 용융 공간 내의 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 제2 전류 경로를 따라 연장되고, 상기 제2 전류 경로는 상기 용융 유리 및 상기 귀금속 구성을 통해 연장다.
상기 방법은 제2 교류 전원으로부터 상기 제1 전류와 위상이 다른 제2 전류를 공급하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 제2 전류는 상기 제1 전극 또는 상기 용융 유리와 접촉하고 상기 제1 전극으로부터 이격된 제1 보조 전극 중 적어도 하나와 상기 귀금속 구성 사이에 연장된다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 용융 유리가 상기 내부 공간 내에 존재할 때, 상기 제2 전류가 상기 귀금속 구성 내에 존재하도록 상기 제2 전류는 상기 귀금속 구성과 상기 제1 전극 사이에서 상기 용융 유리를 통해 연장될 수 있다. 다른 실시예들에서, 용융 유리가 상기 내부 공간 내에 존재할 대, 상기 제2 전류는 상기 귀금속 구성과 상기 제1 보조 전극 사이의 상기 용융 유리를 통해 연장될 수 있다. 다른 실시예들에서, 용융 유리가 상기 내부 공간 내에 존재할 때, 상기 제2 전류는 상기 귀금속 구성과 제1 전극 및 상기 제1 보조 전극 둘 모두 사이에서 상기 용융 유리를 통해 연장될 수 있다. 즉, 상기 제2 교류 전원은 상기 제1 전극 및 상기 제1 보조 전극 둘 모두에 전기적으로 연결될 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 제1 전류와 상기 제2 전류 사이의 위상 차이의 절대값은 약 90도 내지 약 180도 범위 내일 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 귀금속 구성 내의 상기 제2 전류의 크기는 상기 귀금속 구성 내의 상기 제1 전류의 상기 제2 부분의 크기의 약 50% 내지 약 100% 범위 내일 수 있다.
상기 방법들은 또한 제3 교류 전원으로부터의 상기 제1 전류와 위상이 다른 제3 전류를 공급하는 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 제3 전류는 상기 제2 전극 또는 상기 용융 유리와 접촉하여 상기 제2 전극으로부터 이격된 제2 보조 전극 중 적어도 하나와 상기 귀금속 구성 사이에 연장된다.
예를 들어, 일부 실시예들에서, 용융 유리가 상기 내부 공간 내에 존재할 때, 상기 제3 전류가 상기 귀금속 구성 내에 존재하도록 상기 제3 전류는 상기 귀금속 구성과 상기 제2 전극 사이에서 상기 용융 유리를 통해 연장될 수 있다. 다른 실시예들에서, 용융 유리가 상기 내부 공간 내에 존재할 때, 상기 제3 전류는 상기 귀금속 구성과 상기 제2 보조 전극 사이에서 상기 용융 유리를 통해 연장될 수 있다. 다른 실시예들에서, 용융 유리가 상기 내부 공간 내에 존재할 때, 상기 제3 전류는 상기 귀금속 성분과 제2 전극 및 상기 제2 보조 전극 둘 모두 사이에서 상기 용융 유리를 통해 연장될 수 있다. 즉, 상기 제3 교류 전원은 상기 제2 전극 및 상기 제2 보조 전극 둘 모두에 전기적으로 연결될 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 제1 전류와 상기 제3 전류 사이의 위상 차이의 절대값은 약 90도 내지 약 180도 범위 내일 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 제3 전류는 상기 제2 전류와 동일한 위상일 수 있다(위상 차 0도).
일부 실시예들에서, 상기 귀금속 구성 내의 상기 제3 전류의 크기는 상기 귀금속 구성 내의 상기 제1 전류의 상기 제2 부분의 크기의 약 50% 내지 약 100% 범위 내일 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 귀금속 구성 내의 상기 제2 전류의 크기는 상기 귀금속 구성 내의 상기 제3 전류의 크기와 실질적으로 동일할 수 있다.
다양한 실시예들에서, 상기 귀금속 구성은 백금을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 귀금속 구성은 백금 합금, 예컨대 백금-로듐 합금을 포함한다.
다양한 실시예들에서, 상기 귀금속 구성은 열전쌍, 버블러 튜드 ,또는 상기 용융 유리를 위한 유동 경로로서 구성되는 도관 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 방법들은 상기 유리 물품을 생산하도록 성형체로부터 상기 용융 유리를 드로잉하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 상기 유리 물품은 유리 리본을 포함할 수 있다.
본 명세서에 개시된 실시예들의 추가적인 특징들 및 장점들이 다음의 상세한 설명에서 제시될 것이며, 부분적으로는 그 설명으로부터 당업계의 통상의 기술자들에게 명백하거나 다음의 상세한 설명, 청구항들 및 첨부된 도면들을 포함하는 본 명세서에 설명된 실시예들을 실시함으로써 인식될 것이다.
전술한 개괄적인 설명 및 다음의 상세한 설명은 본 명세서에 개시된 실시예들의 속성 및 특성을 이해하기 위한 개요 또는 틀을 제공하도록 의도된 실시예들을 나타낸다는 것이 이해될 것이다. 첨부된 도면들은 추가적인 이해를 제공하기 위해 포함되며, 본 명세서에 통합되어 그 일부를 구성한다. 도면들은 본 개시의 다양한 실시예들을 도시하며, 설명과 함께 그 원리들 및 동작들을 설명한다.
도 1은 본 개시의 실시예들에 따른 예시적인 유리 제조 장치의 개략도이다.
도 2는 도 1의 장치에 사용될 수 있는 예시적인 용융 용기의 평면도이며, 상기 용융 용기 내에 담긴 용융 유리를 통한 전류 경로들 및 어느 전류 경로들이 전극들 사이에 연장되는지를 도시한다.
도 3은 도 1의 장치에 사용될 수 있는 다른 예시적인 용융 용기의 평면도이며, 전극들과 귀금속 구성 사이에 배치된 전기 바이어싱 회로들을 도시한다.
도 4는 도 3의 제1 전류 경로 내의 전류를 도시하는 전기 개략도이다.
도 5는 도 3의 제2 전류 경로 내의 전류를 도시하는 전기 개략도이다.
도 6은 도 3의 제1 전기 바이어싱 회로 내의 전류를 도시하는 전기 개략도이다.
도 7은 도 3의 제2 전기 바이어싱 회로 내의 전류를 도시하는 전기 개략도이다.
도 8은 도 4 내지 도 7에서 분리되어 도시된 상기 전류들을 도시하는 전기 개략도이다.
도 9는 도 2의 전극들 중 적어도 하나 내의 총 전류를 나타내는 파형을 나타낸 플롯이고, 파형은 제1 전극으로부터 상기 용융 유리에 노출된 귀금속 구성을 통해 연장되는 전류를 나타내며, 파형은 상기 제1 전기 바이어싱 회로 내의 전류를 나타낸다.
도 10은 제2 및 제3 교류 전원들이 보조 전극들에 전기적으로 연결되는 대안적인 실시예를 도시하는 전기 개략도이다.
도 11은 제2 및 제3 교류 전원들이 제1 및 제2 전극들 및 제1 및 제2 보조 전극들에 각각 전기적으로 연걀되는 다른 대안적인 실시예들을 도시하는 전기 개략도이다.
본 개시의 실시예들에 대한 참조가 이제 상세히 이루어질 것이며, 그 예들이 첨부된 도면들에 도시된다. 가능할 때마다, 동일한 참조 번호들은 도면들에 걸쳐 동일하거나 유사한 부분들을 참조하도록 사용될 것이다. 그러나, 본 개시는 많은 상이한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 제시된 실시예들로 제한되는 것으로 해석되지 않아야 한다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "약"은 양, 크기, 식, 파라미터들, 및 다른 양들 및 특성들이 정확하지 않으며 정확할 필요가 없으나, 근사하며 및/또는 공차, 변환 인자, 반올림, 측정 오차 등, 및 다른 당업계의 통상의 기술자들에게 알려진 요소들을 반영하여 원하는 바에 따라 더 크거나 작을 수 있다는 것을 의미한다.
범위들은 "약" 하나의 특정 값 및/또는 "약" 다른 특정 값으로서 본 명세서에 표현될 수 있다. 이러한 범위가 표현될 때, 다른 실시예는 상기 하나의 특정 값 내지 상기 다른 하나의 특정 값을 포함한다. 유사하게, 값들이 선행사 "약"의 사용에 의해 근사치들로서 표현된 경우, 상기 특정 값은 다른 실시예를 형성한다는 것이 이해될 것이다. 또한 범위들 각각의 끝점들이 다른 끝점과 관련하여서도 다른 끝점에 무관하게도 의미가 있다는 것이 이해될 것이다.
본 명세서에 사용되는 방향적 용어들-예를 들어, 상, 하, 좌, 우, 전, 후, 위, 아래 -는 도면들을 참조하여서만 이루어지며 절대적인 배향을 의미하도록 의도되지 않는다.
명시적으로 언급되지 않는한, 본 명세서에 제시된 어떠한 방법도 그 단계들이 특정한 순서로 수행되도록 요구하거나 임의의 장치에서 특정 배향이 요구되는 것으로 해석되는 것으로 의도되지 않는다. 따라서, 방법 청구항이 그 단계들이 따라야할 순서를 실제로 언급하지 않거나 임의의 장치 청구항이 개별 구성들에 대한 순서 또는 배향을 실제로 언급하지 않거나, 청구항들 또는 설명에 단계들이 특정한 순서로 제한된다고 구체적으로 언급되지 않거나 장치의 구성들에 대한 특정한 순서 또는 배향이 언급되지 않는 경우, 어떠한 측면에서도 순서 또는 배향이 추론되는 것으로 의도되지 않는다. 이는 단계들의 배치, 작업 흐름, 구성들의 순서, 또는 구성들의 배향과 관련된 논리의 문제들; 문법적 구성 또는 구두법으로부터 유도된 일반적인 의미, 및; 명세서에 설명된 실시예들의 수 또는 종류를 포함하는 해석을 위한 임의의 가능한 비표현적 근거에 적용된다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 단수형들 "a", "an", 및 "the"는 문맥이 명백히 달리 지시하지 않는한 복수의 참조물들을 포함한다. 따라서, 예를 들어, 구성("a componenet")에 대한 참조는 문맥이 명백히 달리 지시하지 않는한 둘 이상의 이러한 구성들을 가지는 양상들을 포함한다.
본 명세서에서 단어 "예시적인", "예", 또는 이들의 변형들은 예, 예시, 또는 사례로서 역할하는 것을 의미하도록 사용된다. "예시적인" 것으로서 또는 "예" 로서 본 명세서에 설명된 임의의 양상 또는 설계는 다른 양상들 또는 설계들에 비해 선호되거나 우수한 것으로 해석되지 않아야 한다. 또한, 예들은 명확성 및 이해의 목적들로만 제공되며 어떠한 방식으로든 개시된 주제 또는 본 개시의 관련된 부분들을 제한 또는 하정하는 것으로 의미되지 않는다. 다양한 범위의 무수한 추가적인 또는 대안적인 예들이 제시될 수 있었으나 간결성의 목적들로 생략되었다는 것이 인식될 것이다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어들 "포함하는(comprising)" 및 "포함하는(including)" 및 그 변형들은 달리 지시되지 않는한 동의어이며 개방형으로 해석되어야 한다. 연결구들 포함하는(comprising), 또는 포함하는(including) 뒤의 구성요소들의 목록은 비배타적인 목록이어서, 목로에 구체적으로 명시된 것들에 더하여 구성들이 또한 존재할 수 있다.
본 명세서에 사용된 바와 같은 용어들 "실질적인", "실질적으로", 및 그 변형들은 설명된 특징이 값 또는 설명과 동일하거나 대략 동일하다는 것을 나타내도록 의도된다. 예를 들어, "실질적으로 평평한" 표면은 평평하거나 대략적으로 평평한 표면을 나타내도록 의도된다. 또한, "실질적으로"는 두 값들이 동일하거나 대략 동일하다는 것을 나타내도록 의도된다. 일부 실시예들에서, "실질적으로"는 서로의 약 10% 이내, 예컨대 서로의 약 5% 이내, 또는 서로의 약2% 이내의 값들을 나타낼 수 있다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, "내화"는 그들이 538℃ 초과의 환경에 노출되는 구조들 또는 시스템들의 구성들로서 적용가능하게하는 화학적 물리적 성질들을 가지는 비금속 재료들을 말한다.
도 1에 도시된 것은 예시적인 유리 제조 장치(10)이다. 일부 실시예들에서, 상기 유리 제조 장치(10)는 용융 용기(14)를 포함하는 유리 용융로(12)를 포함할 수 있다. 용융 용기(14)에 더하여, 유리 용융로(12)는 선택적으로 원재료를 가열하여 상기 원재료를 용융 유리로 변환하도록 구성된 하나 이상의 추가적인 구성들, 예컨대 가열 구성들(예를 들어, 연소 버너들 및/또는 전극들)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 용융 용기(14)는 전기적으로-부스팅된 용융 용기일 수 있으며, 에너지는 연소 버너들을 통해 및 직접 가열에 의해 원재료에 부가되며, 전류가 상기 원재료를 통해 통과되며, 상기 전류는 따라서 상기 원재료의 줄 가열을 통해 에너지를 부가한다. 일부 실시예들에서, 용융로(12)는 용융 용기(14)를 떠나는 용융 유리에에 열 컨디셔닝을 제공하도록 배치된 전로(미도시)를 포함할 수 있다.
추가적인 실시예들에서, 유리 용융로(12)는 상기 용융 용기로부터 열 손실을 감소시키는 열 관리 장치들(예를 들어, 단열 구성들)을 포함할 수 있다. 추가적인 실시예들에서, 유리 용융로(12)는 유리 용융물로 상기 원재료의 용융을 가능하게하는 전자 및/또는 전기기계적 장치들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 유리 용융로(12) 및 보다 구체적으로 유리 용융 용기(14)는 온도 제어 장치로 온도 신호를 전달하는 하나 이상의 열전쌍들(15)을 포함할 수 있다. 일반적으로, 상기 용융 유리 내로 상기 용융 용기의 하나 이상의 벽들(예를 들어, 상기 용융 용기의 측벽 또는 바닥벽)을 관통하는 이러한 열전쌍들은 상기 용융 유리의 부식성 효과들로부터 열전쌍을 보호하기 위해 백금 또는 백금 합금, 예컨대 백금 또는 백금 합금 시스를 포함한다. 또한, 유리 용융로(12)는 지지 구조들(예를 들어, 지지 샤시들, 지지 부재 등) 또는 다른 구성들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 용융 용기(14)는 예컨대 비활성 가스, 예컨대 질소 또는 하나 이상의 희가스들, 또는 산소, 또는 이러한 가스들 중 임의의 조합, 또는 임의의 다른 적합한 가스와 같은 가스의 소스와 유체 연통되는 하나 이상의 버블러 튜브들(17)을 더 포함할 수 있다. 일반적으로, 이러한 버블러 튜브들은 백금 또는 예컨대 백금-로듐 합금을 포함하나 이에 제한되지 않는 백금 합금을 포함하고, 상기 용융 용기의 바닥 벽을 통해 연장된다. 가스를 상기 용융 유리 내로 버블링하는 것은 상기 용융 유리의 혼합을 도울 수 있으며, 상기 용융 유리의 산화환원 상태를 조절하거나, 상기 용융 유리 내의 다른 가스들이 확산할 수 있는 버블을 형성함으로써 상기 용융 유리를 청징하는 것을 도울 수 있다.
유리 용융 용기(14)는 내화 재료, 예컨대 내화 세라믹 재료, 예를 들어 알루미나 또는 지르코니아를 포함하는 내화 세라믹 재료로부터 형성될 수 있으나 상기 내화 세라믹 재료는 다른 내화 재료들, 예컨대 대안적으로 또는 조합으로 사용되는 이트륨(예를 들어, 이트리아, 이트리아-안정화 지르코니아, 이트륨 포스페이트), 지르콘(ZrSiO4), 또는 알루미늄-지르코니아-실리카 또는 심지어 크롬 산화물을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 유리 용융 용기(14)는 내화 세라믹 벽돌들로부터 건설될 수 있다.
일부 실시예들에서, 용융로(12)는 유리 물품, 예를 들어 정해지지 않은 길이의 유리 리본을 제조하도록 구성된 유리 제조 장치의 구성으로서 통합될 수 있으나, 추가적인 실시예들에서, 상기 유리 제조 장치는 제한 없은 다른 유리 물품들, 예컨대 유리 막대들, 유리 튜브들, 유리 엔벨로프들(예를 들어 전구들과 같은 조명 장치들을 위한 유리 엔벨로프들) 및 유리 렌즈들을 형성하도록 구성될 수 있으나 많은 다른 유리 물품들이 고려된다. 일부 예들에서, 상기 용융로는 슬롯 드로우(slot draw) 장치, 플로트 배쓰(float bath) 장치, 다운-드로우(down-draw) 장치(예를 들어, 퓨전 다운 드로우 장치), 업-드로우(up-draw) 장치, 프레싱 장치, 롤링 장치, 튜브 드로잉 장치 또는 본 개시로부터 이익을 얻는 임의의 다른 유리 제조 장치를 포함하는 유리 제조 장치 내에 포함될 수 있다. 예로서, 도 1은 개별적인 유리 시트들로의 후속적인 가공 또는 스풀상으로의 유리 리본의 롤링을 위한 유리 리본을 퓨전 드로잉하기 위한 퓨전 다운-드로우 유리 제조 장치(10)의 구성으로서 개략적으로 유리 용융로(12)를 도시한다.
유리 제조 장치(10)는 선택적으로 유리 용융 용기(14)의 상류에 위치된 상류 유리 제조 장치(16)를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 상류 유리 제조 장치(16)의 일부 또는 전부는 상기 유리 용융로(12)의 일부로서 통합될 수 있다.
도 1에 도시되 실시예에 도시된 바와 같이, 상류 유리 제조 장치(16)는 원재료 저장 통(18), 원재료 운반 장치(20) 및 원재료 운반 장치(20)에 연결된 모터(22)를 포함할 수 있다. 원재료 저장 통(18)은 화살표(26)에 의해 표시된 바와 같이 하나 이상의 공급 포트들을 통해 유리 용융로(12)의 용융 용기(14) 내로 공급될 수 있는 일정량의 원재료(24)를 저장하도록 구성될 수 있다. 원재료(24)는 일반적으로 하나 이상의 유리 형성 금속 산화물들 및 하나 이상의 개질제들을 포함한다. 일부 예들에서, 원재료 운반 장치(20)는 저장 통(18)으로부터 용융 용기(14)로 소정량의 원재료(24)를 운반하도록 모터(22)에 의해 구동될 수 있다. 추가적인 예들에서, 모터(22)는 용융 유리의 유동 방향에 대하여 용융 용기(14)로부터 하류에 감지된 용융 유리의 레벨에 기초하여 제어되는 속도로 원재료(24)를 도입하도록 원재료 운반 장치(20)를 구동할 수 있다. 용융 용기(14) 내의 원재료(24)는 이후 용융 유리(28)를 형성하도록 가열될 수 있다. 일반적으로, 초기 용융 단계에서, 원재료가 상기 용융 용기에 입자로서 예를 들어 다양한 "모래들"로서 추가된다. 원재료(24)는 또한 이전의 용융 및/또는 성형 작업들로부터의 조각 유리(즉, 컬릿(cullet))을 포함할 수 있다. 연소 버너들은 용융 공정을 시작하는데 일반적으로 사용된다. 전기적으로 부스팅된 용융 공정에서, 원재료의 전기 저항이 충분히 감소되면, 원재료와 접촉하여 위치되는 전극들 사이에 전위를 인가하여 이로서 상기 원재료를 통핸 전류를 흘림으로써 전기 부스트가 시작될 수 있으며, 상기 원재료는 일반적으로 용융 상태로 들어가거나 용융 상태에 있다.
유리 제조 장치(10)는 또한 선택적으로 용융 유리(28)의 유동 방향에 대하여 유리 용융로(12)의 하류에 위치된 하류 유리 제조 장치(30)를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 하류 유리 제조 장치(30)의 일부는 유리 용융로(12)의 일부로서 통합될 수 있다. 그러나, 일부 경우들에서, 아래 논의된 제1 연결 도관(32), 또는 상기 하류 유리 제조 장치(30)의 다른 부분들은 상기 유리 용융로(12)의 일부로서 통합될 수 있다.
하류 유리 제조 장치(30)는 용융 용기(14)로부터 하류에 위치되며 상기 제1 연결 도관(32)을 통해 용융 용기(14)에 연결된 제1 컨디셔닝(즉, 가공) 챔버, 예컨대 청징 용기(34)를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 용융 유리(28)는 제1 연결 도관(32)을 통해 용융 용기(14)로부터 청징 용기(34)로 중력 공급될 수 있다. 예를 들어, 중력은 용융 유리(28)를 제1 연결 도관(32)의 내부 경로를 통해 용융 용기(14)로부터 청징 용기(34)로 드라이브할 수 있다. 따라서, 제1 연결 도관(32)은 용융 용기(14)로부터 청징 용기(34)로의 용융 유리(28)를 위한 유동 경로를 제공한다. 그러나, 다른 컨디셔닝 챔버들이 용융 용기(14)의 하류에 예를 들어 용융 용기(14)와 청징 용기(34) 사이에 위치될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 일부 실시예들에서, 컨디셔닝 챔버는 상기 용융 용기와 상기 청징 챔버 사이에 사용될 수 있다. 예를 들어, 1차 용융 용기로부터의 용융 유리는 상기 청징 챔버 내로 들어가기 전에 2차 용융(컨디셔닝) 용기 내에서 더 가열되거나 상기 1차 용융 용기 내의 상기 용융 유리의 온도보다 낮은 온도로 상기 제2 용융 용기 내에서 냉각될 수 있다.
이전에 설명된 바와 같이, 버블들은 다양한 기술들에 의해 용융 유리(28)로부터 제거될 수 있다. 예를 들어, 원재료(24)는 다가 화합물들(즉, 청징제들), 예컨대 가열되었을 때 화학적 환원 반응을 겪고 산소를 방출하는 주석 산화물을 포함할 수 있다. 다른 적합한 청징제들은 제한없이 비소, 안티모니, 철, 및 세륨을 포함하나, 비소 및 안티모니의 사용은 일부 응용들에서 환경적 이유들로 인해 권장되지 않을 수 있다. 청징 용기(34)가 예를 들어 상기 용융 용기 온도보다 더 높은 온도로 가열되며, 이로써 상기 청징제를 가열한다. 용융 유리 내에 포함된 하나 이상의 청징제들의 상기 온도-유도된 화학적 환원에 의해 생산된 산소 버블들은 상기 청징 용기 내의 상기 용융 유리를 통해 상승하며, 상기 용융로 내에서 생산된 상기 용융 유리 내의 가스들은 상기 상기 청징제에 의해 생산된 산소 버블들과 뭉치거나 상기 청징제에 의해 생산된 산소 버블들 내로 확산할 수 있다. 증가된 부력을 가지는 확대된 가스 버블들은 이후 상기 청징 용기 내의 상기 용융 유리의 자유 표면으로 상승할 수 있어 따라서 상기 청징 용기로부터 밖으로 배기될 수 있다. 상기 산소 버블들은 상기 용융 유리를 통해 상승함에 따라 상기 청징 용기 내의 상기 용융 유리의 기계적 혼합을 더 유도할 수 있다.
상기 하류 유리 제조 장치(30)는 청징 용기(34)로부터 하류에 흐르는 상기 용융 유리를 혼합하기 위한 다른 청징 챔버, 예컨대 혼합 장치(36), 예를 들어, 교반 챔버를 더 포함할 수 있다. 혼합 장치(36)는 균질한 유리 용융물 조성을 제공하는데 사용될 수 있고, 이로써 상기 청징 챔버를 빠져나가는 상기 용융 유리 내에 존재할 수 있는 화학적 또는 열적 불균질성들을 감소시킨다. 도시된 바와 같이, 청징 용기(34)는 제2 연결 도관(38)을 통해 혼합 장치(36)에 연결될 수 있다. 일부 실시예들에서, 용융 유리(28)는 제2 연결 도관(38)을 통해 상기 청징 용기(34)로부터 혼합 장치(36)로 중력 공급될 수 있다. 예를 들어, 중력은 용융 유리(28)를 청징 용기(34)로부터 혼합 장치(36)로 제2 연결 도관(38)의 내부 경로를 통해 드라이브할 수 있다. 일반적으로, 혼합 장치(36) 내의 상기 용융 유리는 자유 표면을 포함하며, 자유 부피는 상기 자유 포면과 상기 혼합 장치의 상단 사이에 연장된다. 혼합 장치(36)가 상기 용융 유리의 유동 방향에 대하여 청징 용기(34)의 하류에 도시되었으나, 혼합 장치(36)는 다른 실시예들에서 청징 용기(34)로부터 상류에 위치될 수 있다는 것에 주목해야한다. 일부 실시예들에서, 하류 유리 제조 장치(30)는 다수의 혼합 장치, 예를 들어 청징 용기(34)로부터 상류의 혼합 장치 및 청징 용기(34)로부터 하류의 혼합 장치를 포함할 수 있다. 이러한 다수의 혼합 장치는 동일한 설계일 수 있거나, 서로 상이한 설계일 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 용기들 및/또는 도관들 중 하나 이상은 상기 용융 재료의 혼합 및 결과적인 균질을 촉진하기 위해 그 안에 위치된 정적 혼합 베인들(vanes)을 포함할 수 있다.
하류 유리 제조 장치(30)는 혼합 장치(36)로부터 하류에 위치된 다른 컨디셔닝 챔버 예컨대 운반 용기(40)를 더 포함할 수 있다. 운반 챔버(40)는 하류 성형 장치 내로 공급될 용융 유리(38)를 컨디셔닝할 수 있다. 예를 들어, 운반 챔버(40)는 출구 도관(44)을 통해 성형체(42)로 용융 유리(28)의 일관된 흐름을 조절 및 제공하기 위한 축적기 및/또는 유동 제어기로서 역할할 수 있다. 운반 챔버(40) 내의 상기 용융 유리는, 일부 실시예들에서, 자유 표면을 포함할 수 있으며, 자유 부피는 상기 자유 표면으로부터 상기 운반 챔버의 상단까지 상방으로 연장된다. 도시된 바와 같이, 혼합 장치(36)는 제3 연결 도관(46)을 통해 운반 챔버(40)에 결합될 수 있다. 일부 예들에서, 용융 유리(28)는 제3 연결 도관(46)을 통해 혼합 장치(36)로부터 운반 용기(40)로 중력 공급될 수 있다. 예를 들어, 중력은 용융 유리(28)를 혼합 장치(36)로부터 운반 챔버(40)로 제3 연결 도관(46)의 내부 경로를 통해 드라이브할 수 있다.
하류 유리 제조 장치(30)는 입구 도관(50)을 포함하는 상기 성형체(42)를 포함하는 성형 장치(48)를 더 포함할 수 있다. 출구 도관(44)은 운반 용기(40)로부터 성형 장치(48)의 입구 도관(50)으로 용융 유리(28)를 운반하도록 위치될 수 있다. 퓨전 다운-드로우 유리 제조 장치 내의 성형체(42)는 상기 성형체의 상면에 위치되는 홈통(trough)(52) 및 상기 성형체의 바닥 엣지(루트)(56)를 따라 드로우 방향으로 수렴하는 수렴하는 성형 표면들(54)(오직 한면만 도시됨)을 포함할 수 있다. 운반 용기(40), 출구 도관(44) 및 입구 도관(50)을 통해 성형체 홈통(52)으로 운반된 용융 유리는 홈통(52)의 벽들을 넘쳐흘러 용융 유리의 분리된 흐름들로서 상기 수렴하는 성형 표면들(54)을 따라 하강한다. 상기 용융 유리의 분리된 흐름들은 상기 루트(56)의 아래에서 상기 루트(45)를 따라 결합하여 용융 유리의 단일한 리본(58)을 생산하며, 이는 상기 용융 유리가 냉각되고 상기 재료들의 점성이 증가함에 따라 상기 유리 리본의 치수들을 제어하기 위해 예컨대 중력 및/또는 당김 롤 조립체들(미도시)에 의해 상기 유리 리본에 하방 장력을 가함으로써, 루트(56)로부터 드로우 방향(60)으로 드로우 평면을 따라 드로우된다. 따라서, 유리 리본(58)은 탄성 상태로의 점탄성 전이를 겪어 유리 리본(58)에 안정적인 치수 특성들을 부여하는 기계적 성질들을 얻는다. 유리 리본(58)은 일부 실시예들에서 유리 분리 장치(미도시)에 의해 개별적인 유리 시트들(62)로 분리될 수 있으나, 추가적인 실시예들에서, 상기 유리 리본은 스풀들로 감겨질 수 있으며 추가적인 가공을 위해 저장될 수 있다.
연결 도관들(32, 38, 46), 청징 용기(34), 혼합 장치(36), 운반 용기(40), 출구 도관(44), 또는 입구 도관(50) 중 임의의 하나 이상을 포함하는 하류 유리 제조 장치(30)의 구성들은 귀금속으로 형성될 수 있다. 적합한 귀금속들은 백금, 이리듐, 로듐, 오스뮴, 루테늄, 및 팔라듐, 또는 이들의 합금들로 구성된 군으로부터 선택된 백금족 금속들을 포함한다. 예를 들어, 상기 유리 제조 장치의 하류 구성들은 중량으로 약 70% 내지 약 90% 백금 및 중량으로 약 10% 내지 약 30% 로듐을 포함하는 백금-로듐 합금으로 형성될 수 있다. 그러나, 상기 유리 제조 장치의 하류 구성들을 형성하기 위한 다른 적합한 금속들은 몰리브덴, 레늄, 탄탈륨, 티타늄, 텅스텐 및 이들의 합금들을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 특정 구성들은 내화 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 청징 용기(34)는 내화 청징 용기일 수 있다.
상기 유리 제조 장치(10)의 구성들은 퓨전 다운드로우 유리 제조 구성들로서 도시되고 설명되었으나, 본 개시의 원리들은 다양한 유리 제조 공정들에 적용될 수 있다. 예를 들어, 본 개시의 실시예들에 따른 용융 용기들은 퓨전 공정들, 슬롯 드로우 공정들, 롤링 공정들, 프레싱 공정들, 플로트 공정들, 튜브 드로잉 공정들 등과 같은 다양한 유리 제조 공정들에 사용될 수 있다.
도 2를 참조하면, 예시적인 내화 용융 용기(14)의 평면도가 도시된다(축적에 따르지 않음). 일부 실시예들에서, 상기 내화 용융 용기 벽들은 다각형 풋프린트를 가지는 다각형 형상, 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같이 사각형으로 배열될 수 있으나, 추가적인 실시예들에서, 상기 내화 용융 용기는 원형, 타원형, 또는 다른 굽은 푹프린트를 형성할 수 있다. 제한이 아니라 논의를 위하여, 사각형 풋프린트를 가지는 도 2의 예시적인 용융 용기(14)가 다음의 설명이 다른 용융 용기 형상들에 동등하게 적용 가능할 수 있다는 이해 하에 아래에서 보다 상세히 설명될 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 예시적인 용융 용기(14)는 후방 벽(100), 전방 벽(102), 제1 및 제2 측벽들(104, 106) 및 바닥 벽(예를 들어, 바닥)(108)을 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 천정은 상기 후방 벽, 전방 벽, 및 측벽들 사이에 연장될 수 있고 상기 바닥 벽 위에 연장될 수 있다. 상기 후방 벽, 전방 벽, 측벽들 및 바닥 벽은 배치 재료(24)를 용융 재료(28)(이하에서 용융 유리)로 가공하기 위한 내부 공간(110), 예를 들어 용융 공간을 정의한다. 배치 재료들은 상기 후면 벽 내의 하나 이상의 개구들을 통해 상기 용융 공간으로 들어갈 수 있고, 용융 유리는 상기 전면 벽 내의 하나 이상의 개구들을 통해 상기 내화 용융 용기를 빠쪄나갈 수 있다. 예를 들어, 용융 용기(14)는 전면 벽(102)을 통해 연장되며 용융 공간(110)으로부터 하류 공정으로 용융 유리(28)를 운반하도록 구성된 제1 연결 도관(32)을 더 포함할 수 있다. 용융 용기(14)는 용융 공간(110) 내로 바닥 벽(108)을 통해 연장되는 복수의 전극들(112)을 더 포함할 수 있으나, 추가적인 실시예들에서, 상기 복수의 전극들(112)은 제1 및 제2 측벽들(104, 106)을 통해 용융 공간(110) 내로 노출 및 일부 실시예들에서 연장될 수 있다. 상기 복수의 전극들(112)은 예를 들어 몰리브덴(예를 들어 Mo 또는 MoZrO2) 또는 주석(예를 들어, 주석 산화물)을 포함할 수 있으며, 막대들, 블록들, 플레이트들, 또는 배치 및 작동에 따라 다른 적합한 형상들로서 형성될 수 있다.
상기 복수의 전극들(112)은 하나 이상의 전원들에 연결될 수 있으며, 용융 유리(28)를 통해 전류를 흐르게하기 위한 하나 이상의 전기 회로들을 형성한다. 예를 들어, 상기 복수의 전극들(112)은 소정의 전기 회로 내의 전극들의 쌍들로서 배치될 수 있으며, 상기 소정의 전기 회로 내의 전극들의 상기 쌍 중 하나의 전극은 용융 용기(14)의 일 측에 위치될 수 있고, 상기 소정의 회로 내의 전극들의 쌍의 다른 전극은 용융 용기(14)의 반대 측, 예를 들어 제1 및 제2 측벽들(104, 106)을 따라 또는 그에 위치될 수 있다. 예를 들어, 다양한 실시예들에서, 상기 복수의 전극들(112)은 용융 용기 중심선(CL)의 일 측에서 제1 측벽(104)을 따라(예를 들어, 평행하게) 제1 측벽(104)으로부터 이격되어 연장되는 제1 행의 전극들 및 용융 용기 중심선(CL)의 다른 측의 제2 측벽(106)을 따라 제2 측벽(106)으로부터 이격되어 연장되는 제2 행의 전극들로 배열될 수 있다. 그러나, 상기 복수의 전극들은 소정의 전기 회로가 둘 이상의 전극들, 예를 들어 3개의 전극들, 4개의 전극들, 또는 4개 초과의 전극들을 포함할 수 있는 다른 배치들로 구성될 수 있다. 소정의 전기 회로 내의 전극들, 예를 들어 한 쌍의 전극들, 예를 들어, 중심선(CL)의 일 측에 위치된 상기 전극 쌍 중 한 전극과 중심선(CL)의 다른 측에 위치된 상기 전극 쌍의 다른 전극은 상기 전극들의 쌍 사이에 전위(전압)을 형성함으로써 상기 전극들 사이에서 상기 용융 유리 내에 전류를 흐르게한다. 상기 전원에 의해 구동될 때, 상기 전기 회로는 상기 전극들의 쌍 사이의 상기 용융 유리를 가로질러(예를 들어, 상기 중심선(CL)을 가로질러) "파이어(fire)"하는 것으로 표현된다 (예를 들어, 전류가 상기 대항하는 전극들 사이에 흐른다). 각각 둘 이상의 전극들을 포함하는 다수의 이러한 전기 회로들이 상기 용융 용기 내에 형성될 수 있다. 하나의 이러한 예시적인 전기 회로가 도 2에 도시되며, 연결 도관(32)에 가장 가까운 한 쌍의 전극들(112a 및 112b)이 교류 전원(116)에 의해 하나 이상의 전도체들(114)(예를 들어, 케이블들, 버스 바들(buss bars) 등)을 통해 전류가 공급된다. 전류는 제1 및 제2 전극들(112a 및 112b) 사이에서 용융 유리(28)를 통해 흐를 수 있으며, 용융 유리의 전기 저항으로 인해, 용융 유리(28) 내에 열을 발생시킨다. 교류 전원(116)은 공공시설에 의해 유리 제조 시설에 제공되는 라인 전력을 포함할 수 있으나, 추가적인 실시예들에서, 상기 교류 전원은 현장 발전기에 의해 제공될 수 있다.
다양한 실시예들에서, 상기 복수의 전극들(112)은 전극들의 이동을 위하여 제공되는 전극 홀더들(미도시)에 위치될 수 있다. 예를 들어, 시간에 걸쳐 상기 전극들은 뜨거운 용융 유리 내에서 침식, 부식, 및 용해로 인해 길이가 감소될 수 있다. 따라서, 종종 상기 전극들은 "밀어"져야 할 수 있으며, 이로써 상기 용융 유리에 노출된 상기 전극들의 길이를 소정의 값으로 증가시킨다. 상기 전극 홀더들은 상기 전극의 냉각을 더 제공할 수 있다. 상기 전극들의 냉각은 예를 들어 전극들의 수명을 증가시킬 수 있다. 또한, 일부 실시예들에서, 전극 홀더와 상기 전극 사이의 갭은 용융 유리로 채워질 수 있다. 냉각은 상기 갭 내의 상기 용융 유리의 점도를 증가시켜, 이로써 상기 갭을 통해 상기 용융 용기로부터 용융 유리의 누출을 막을 수 있고, 상기 전극과 성가 전극들이 통과하는 상기 내화벽 사이에 효과적인 전기 절연을 더 형성할 수 있는 유리 밀봉부를 형성한다. 상기 전극들은 상기 갭 내의 유리가 다시 용융되도록(점도 감소) 냉각을 감소시킴으로써 이동될(예를 들어, "밀어질") 수 있으며, 상기 전극을 이동시키고, 이후 상기 갭 내에 상기 유리 밀봉부를 재형성하도록 상기 냉각을 증가시킨다.
3차원 용융 공간(110) 내에서 제1 및 제2 전극들(112a 및 112b) 사이에 많은 가능한 전류 경로들이 존재하며, 이들 중 일부가 제1 및 제2 전극들(112a 및 112b) 사이에 연장되는 여러 점 및 이중점선들에 의해 도시되며 표시된다. 제한이 아니라 논의 목적들로, 재1 및 제2 전극들(112a 및 112b) 사이에 완전히 용융 유리(28)를 통해 연장되는 전류 경로들은 제1 및 제2 전극들(112a 및 112b) 사이의 직선 전류 경로(118)(제1 전류 경로(118))에 의해 도면들에 표현될 것이다. 마찬가지로, 상기 용융 유리 내의 다른 전도체들과 교차하며 그 전도체들을 통해 연장되는 제1 및 제2 전극들(112a 및 112b) 사이에 연장되는 다른 전류 경로들이 있다. 본 명세서에 설명된 바와 같이, 이러한 다른 전도체들은 예컨대 도관들, 버블러 튜브들, 열전쌍 구성들 등과 같은 귀금속 구성들을 포함하는 금속성 전도체들일 수 있다. 상기 용융 유리와 접촉하는 귀금속 구성들과 교차하는 이러한 전류 경로들은 제2 전류 경로(120)에 의해 도면들에 표시된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 전극들(112a 및 112b) 사이에 연장되는 제2 전류 경로(120)는 귀금속 성분의 적어도 일부를 통해 더 연장될 수 있다. 제한이 아니라 논의의 목적들로, 제1 연결 도관(32)은 귀금속 구성을 참조하여 귀금속 구성을 대표하여 설명될 것이다. 예를 들어, 제1 연결 도관(32)은 열전쌍들(15) 및/또는 버블러 튜브들(17)과 같은, 그러나 이에 제한되지 않는 다른 귀금속 구성들을 애표할 수 있다.
제1 전류 경로(118) 및 제2 전류 경로(120)는 병렬 전류 경로들을 나타내므로 제1 및 제2 전극들(112a 및 112b) 내의 상기 전류는 상기 전류 경로들의 개별적인 전기 저항들에 따라 제1 전류 경로(118)와 제2 전류 경로(120) 사이에 나뉘어진다. 예를 들어, 상기 제1 전류 경로의 전기 저항이 R1이고, 상기 병렬의 제2 전류 경로의 전기 저항이 R2이고, i1이 총 전류(예를 들어, 전극들(112a 또는 112b) 중 하나 내의 총 전류)를 나타내고, i1a는 상기 제1 전류 경로(118) 내의 전류를 나타내며 i1b는 제2 전류 경로(120) 내의 전류를 나타내는 경우, i1a=(R2/(R1+R2))·i1 및 i1b=(R1/(R1+R2))·i1.
위에 설명된 바와 같이, 다양한 실시예들에서, 제1 연결 도관(32)은 귀금속, 예를 들어 백금 또는 백금 합금 예컨대 백금-로듐 합금을 포함할 수 있다. 용융 유리의 용융 온도에서 일반적으로 전기적으로 전도성이나, 용융 공간(110)을 차지하는 용융 유리(28)는 여전히 제1 연결 도관(32)보다 실질적으로 큰 전기 저항을 나타낼 수 있다. 따라서, 제1 연결 도관(32)을 통해 연장되는 전류가 상당할 수 있으며, 제1 연결 도관(32) 내의 상기 전류가 충분한 크기를 포함(예를 들어 상당히 큰 전류 밀도를 포함)하는 경우, 제1 연결 도관(32)에 대한 전기화학적 공격이 발생할 수 있어, 이로써 상기 용융 유리 내로 가스를 방출할 수 있거나, 상기 용융 유리 내로 금속성 입자들을 방출할 수 있는 상기 도관 금속의 보다 상당한 재료 분해를 야기한다. 예를 들어, 귀금속을 통해 파이어링하는 표면적의 1 암페어/(인치)2 (0.16 암페어/cm2)정도로 낮은 전류 밀도들은 상기 귀금속을 공격할 수 있으며 상기 용융 유리 내에 개재물들(시드들)을 형성하는 가스들을 발생시킬 수 있다.
전극-전극 전류 경로(제1 전류 경로(118))와 전극-금속성 성분-전극 전류 경로(예를 들어, 제2 전류 경로(120)) 사이의 이러한 전류의 분리를 완화시키기 위하여, 전기 바이어싱 회로들이 상기 귀금속 구성들, 예를 들어 제1 연결 도관(32), 열정쌍(15), 및/또는 버블러 튜브들(17) 내의 전류를 최소화하거나 상쇄하도록 제공될 수 있다.
따라서, 도 3은 제1 전극(112a), 제2 전극(112b), 제1 교류 전원(116a), 제1 및 제2 전극들(112a, 112b) 사이에 용융 유리(28)를 통해 연장되는 제1 전류 경로(118), 및 하나 이상의 전기 전도체들(114)(예를 들어, 와이어링, 버스 바들 등)을 포함하는 제1 전기 가열 회로(122)를 포함하는 용융 용기(14)의 다른 실시예를 도시한다. 제1 교류 전원(116a)은 하나 이상의 전기 전도체들(114)에 의해 제1 및 제2 전극들(112a, 112b) 사이에 전기적으로 연결된다. 본 명세서에 설명된 상기 전원들과 관련하여, 구들 "전기적으로 연결된", "전기적으로 연결되는", 또는 이들의 변형들은 용융 유리를 포함하지 않으나 하나 이상의 다른 구성들을 포함할 수 있는 전기 전도체들에 의해 형성된 물리적 연결 경로를 나타낸다. 일반적으로, 이러한 전기적 전도체들은 금속성 와이어링, 또는 케이블링, 버스 바들, 등을 포함하나 이에 제한되지 않는다. 제1 및 제2 전극들(112a 및 112b) 사이의 상기 전기 연결은 제1 교류 전원(116a), 하나 이상의 전기 도전체들(114)을 포함할 수 있으며, 구성들 사이의 연결을 가능하게하는 전기 커넥터들(예를 들어, 플러그들, 탭들, 러그들, 볼트들 등), 전류 및/또는 전압 측정 장치들 등을 포함하나 제한되지 않는 구성들을 더 포함할 수 있다.
도 3은 아래에서 보다 상세히 설명될 제1 및 제2 전기 바이어싱 회로들(126 및 130)을 더 도시한다.
도 4는 도 3의 일부의 전기 개략도이며, 용융 용기 벽들은 명확성을 위해 제거되었다. 도 4는 전기 가열 회로(122)(점선의 타원으로 둘러싸임)를 강조한다. 다양한 실시예들에 따르면, 제1 교류 전원(116a)은 다음과 같은 형태의 제1 전류(i1)를 제공할 수 있다.
i1=i1max·sin(ωt+φ1), (5)
여기서 i1max은 제1 교류 전원(116a)에 의해 제공된 전류(i1)의 최대 값을 나타내고, ω는 라디안/초의 단위로 제1 교류 전원(116a)에 의해 공급되는 전류의 각주파수를 나타내며 전류 크기의 변화 속도를 나타내고, t는 초 단위로 시간을 나타내고, φ1은 기준 전류에 대하여 교류 전원(116a)에 의해 제공된 전류의 라디안 단위 위상차(이하에서 위상각)를 나타낸다. 이 경우, 본 명세서에 사용된 바와 같이 전류 i1은 제한이 아니라 논의 목적으로, 기준 전류를 나타내며, 따라서 제1 전류 전원(116a)에 의해 공급된 전류(i1)의 위상각(φ1)은 0이다. 전류(i1)의 제1 부분(i1)은 제1 전류 경로(118)를 따라 제1 전극(112a)과 제2 전극(112b) 사이에 용융 유리(28)를 통해 연장되며 제1 연결 도관(32) 내로 연장되지 않는다. 제1 교류 전원(116a)은 공공 기관에 의해 유리 제조 시설로 공급된 라인 전력을 포함할 수 있으나, 추가적인 실시예들에서, 제1 교류 전원(116a)은 현장 발전기를 포함할 수 있다. 제1 전류 전원(116a)은, 다양한 실시예들에서, 변압기를 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 제1 교류 전원(116a)은 전력 관리를 위한 하나 이상의 사이리스터들(thyristors)을 더 포함할 수 있다.
도 5는 도 4와 유사한 다른 전기 개략도이며 제1 교류 전원(116a), 제1 전극(112a), 제2 전극(112b), 제1 연결 도관(32), 제2 전류 경로(120)(제1 전극(112a)과 제1 연결 도관(32) 사이에서 용융 유리(28)를 통해 연장되는 제1 전류 경로 부분(120a) 및 제1 연결 도관(32)과 제2 전극(112b) 사이의 용융 유리(28)를 통해 연장되는 제2 전류 경로 부분(120b)을 포함) 및 제1 교류 전원(116a)을 제1 전극(112a) 및 제2 전극(112b)에 전기적으로 연결하여 교류 전원(116a)이 제1 및 제2 전극들(112a 및 112b) 사이에 전기적으로 연결된 하나 이상의 전기 전도체들(114)(예를 들어, 와이어링, 버스 바들 등)을 포함하는 제2 전기 회로(124)를 도시한다. 따라서, 제1 교류 전원(116a)에 의해 제공되는 전류(i1)의 제2 부분(i1b)은 제1 전류 경로 부분(120a), 제1 연결 도관(32), 및 제2 전류 경로 부분(120b)을 따라 연장된다. i1이 i1a+i1b를 포함한다는 것과 제1 전류 부분(i1a)과 제2 전류 부분(i1b)이 i1과 동일한 파형 파라미터들을 나타낸다는 것이 명백해야 한다. 즉, i1a 및 ib는 모두 sin(ωt+φ1) 형태를 포함하며 여기서φ1=0.
도 6을 참조하면, 제2 교류 전원(116b)이 하나 이상의 전기 도전체들(128)에 의해 제1 전극(112a)과 연결 도관(32) 사이에 전기적으로 연결되도록 용융 용기(14)는 제1 전극(112a), 제1 연결 도관(32), 제2 교류 전원(116b), 제1 전극(112a)과 연결 도관(32) 사이에서 용융 유리(28)를 통해 연장되는 제1 전류 경로 부분(120a), 및 하나 이상의 전기 도전체들(128)(예를 들어, 와이어링, 버스 바들 등)을 포함하는 제1 전기 바이어싱 회로(126)를 더 포함할 수 있다. 상기 하나 이상의 전기 도전체들(128)을 포함하는 제1 전극(112a)과 연결 도관(32) 사이의 상기 전기 연결은 구성들 사이의 연결을 가능하게 하는 전기 커넥터들(예를 들어, 플러그들, 탭들, 러그들, 볼트들, 절연체들 등), 전기 제어 장치들, 예컨대 전류 및/또는 전압 제어기들, 전류 및/또는 전압 측정 장치들 등을 포함하나 이에 제한되지 않는 다른 구성들을 더 포함할 수 있다.
제2 교류 전류 전원(116b)은 다음과 같은 형태의 제2 교류 전류(i2)를 공급할 수 있다.
i2=i2max·sin(ωt+φ2) (5)
여기서 i2max은 제2 교류 전원(116b)에 의해 제공된 전류의 최대 값을 나타내고, ω는 라디안/초의 단위로 각주파수를 나타내며, t는 초 단위로 시간을 나타내고, φ2는 제1 전류(i1)에 대한 제2 전류(i2)의 위상각을 나타낸다. i2는 i1과 위상이 다르도록 위상각(φ2)은 0이 아닐 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, φ2의 절대값은 180도와 동일하거나 실질적으로 동일할 수 있다. 즉, 일부 실시예들에서, 제2 교류 전원(116b)에 의해 제공되는 전류(i2)와 제1 교류 전원(116a)에 의해 제공되는 전류(i1) 사이의 위상 차의 절대값은 180도와 동일하거나 실질적으로 동일할 수 있다.
제2 교류 전원(116b)은 공공 기관에 의해 유리 제조 시설로 공급되는 라인 전원을 포함할 수 있으나, 추가적인 실시예들에서, 제2 교류 전원(116b)은 현장 발전기를 포함할 수 있다. 제2 교류 전원(116b)은 다양한 실시예들에서 변압기를 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 제2 교류 전원(116b)은 전력 관리를 위한 하나 이상의 사이리스터들을 더 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제2 교류 전원(116b)은 위상 변환기를 포함할 수 있다.
이제 도 7을 참조하면, 제3 교류 전원(116c)이 제2 전극(112b)과 연결 도관(32) 사이에 전기적으로 연결되도록 용융 용기(14)는 제2 전극(112b), 제3 교류 전원(116c), 제1 연결 도관(32), 연결 도관(32)과 제2 전극(112b) 사이에서 용융 유리(28)를 통해 연장되는 제2 전류 경로 부분(120b), 제3 교류 전원(116c)를 제2 전극(112b) 및 제1 연결 도관(32)에 전기적으로 연결하는 하나 이상의 전기 도전체들(132)을 포함하는 제2 전기 바이어싱 회로(130)를 더 포함할 수 있다. 하나 이상의 전기 도전체들(128)을 포함하는 상기 제1 전극(112a)과 연결 도관(32) 사이의 전기적 연결은 구성들 사이의 연결을 가능하게하는 전기 커넥터들(예를 들어, 플러그들, 탭들, 러그들, 볼트들, 절연체들 등), 전기 제어 장치들, 예컨대 전류 및/또는 전압 제어기들, 전류 및/또는 전압 측정 장치들 등을 포함하나 이에 제한되지 않는 다른 구성들을 더 포함할 수 있다.
제3 교류 전류 전원(116c)은 다음과 같은 형태의 제3 교류 전류(i3)를 공급할 수 있다.
i3=i3max·sin(ωt+φ3) (5)
여기서 i3max은 제3 교류 전원(116c)에 의해 제공된 전류의 최대 값을 나타내고, ω는 라디안/초의 단위로 각주파수를 나타내며, t는 초 단위로 시간을 나타내고, φ3는 i1에 대한 i3의 위상각을 나타낸다. i3는 i1과 위상이 다르도록 위상각(φ3)은 0이 아닐 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, φ3의 절대값은 180도와 동일하거나 실질적으로 동일할 수 있다. 즉, 일부 실시예들에서, 제3 교류 전원(116c)에 의해 제공되는 전류(i3)와 제1 교류 전원(116a)에 의해 제공되는 전류(i1) 사이의 위상 차의 절대값은 180도와 동일하거나 실질적으로 동일할 수 있다.
제3 교류 전원(116c)은 공공 기관에 의해 유리 제조 시설로 공급되는 라인 전원을 포함할 수 있으나, 추가적인 실시예들에서, 제3 교류 전원(11c)은 현장 발전기를 포함할 수 있다. 제3 교류 전원(116c)은 다양한 실시예들에서 변압기를 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 제3 교류 전원(116c)은 전력 관리를 위한 하나 이상의 사이리스터들을 더 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제3 교류 전원(116c)은 위상 변환기를 포함할 수 있다.
도 8은 전류들(i1(i1a 및 i1b를 포함), i2, 및 i3) 및 전기 회로들(122, 124, 126, 및 130) 내의 전류의 경로들을 도시하는 전기 개략도이다. 상기 전류들(i1a, i1b, i2, 및 i3)은 각각의 전기 회로들 주위로 순환하는 전류 루프들로 표시된다.
도 9는 제1 및 제2전기 바이어싱 회로들(126 및 130)의 효과를 예시하는 플롯이며 교류 전류들(i1, i1b(제2 전기 회로(124)의 제1 전류경로 부분(120a)을 통해 연장됨) 및 제1 전기 바이어싱 회로(126)(제1 전류 경로 부분(120a)을 포함) 내에 순환하는 i2의 단일 사이클을 도시한다. 도 9는 제1 전극(112a)과 연결 도관(32) 사이에 연장되는 전류(i1b)가 제1 전극(112a) 내의 총 전류(i1)의 작은 부분일 수 있으나, 본 예에서, 전류(i1)와 위상이 같다. 반면, 제1 전기 바이어싱 회로(126) 내의 전류(i2)는 전류(i1b)와 위상이 다를 수 있으며, 도 9에는 180도 위상이 다른 것으로 도시되어 있으나, 다시 본 예에서, 실질적으로 크기가 동일하여, 제1 연결 도관(32)의 적어도 일부 내의 전류(i1b)를 효과적으로 생쇄하여, 이로써 제1 연결 도??(32)의 전기화학적 공격을 최소화 예를 들어 제거한다.
그러나, i1b의 전부 상쇄는 일부 실시예들에서 필수적인 것은 아닐 수 있다는 것이 주목되어야 한다. 예를 들어, 귀금속 구성 내의 결과적인 전류의 크기가 상당한 전기화학적 활성도에 관련한 임계값 아래로 감소되는 것만으로도 충분할 수 있다. 따라서, i1b의 충분한 감소는 180도 가 아닌 위상차인 절대값을 가지는 전기 바이어싱 전류(예를 들어, i2 및/또는 i3)로 달성될 수 있다. 즉, 일부 실시예들에서, i2 및/또는 i3는 상기 귀금속 구성, 예컨대 연결 도관(32) 내의 상기 전류(i1b)의 적어도 일부를 상쇄하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, i2와 i1b 사이의 상기 위상차의 절대값은 약 90도 내지 약 180도 범위 내, 예컨대 약 100도 내지 약 180도 범위 내, 약 110도 내지 약 180도, 약 120도 내지 약 180도, 약 130도 내지 약 180도, 약 140도 내지 약 150도, 약 150도 내지 약 180도, 약 160도 내지 약 180도, 또는 약 170도 내지 약 180도일 수 있으며, 그 사이의 모든 범위들 및 하위 범위들을 포함한다. 유사하게, i3와 i1b 사이의 위상차의 절대값은 약 90도 내지 약 180도 범위 내, 예컨대 약 100도 내지 약 180도 범위 내, 약 110도 내지 약 180도, 약 120도 내지 약 180도, 약 130도 내지 약 180도, 약 140도 내지 약 150도, 약 150도 내지 약 180도, 약 160도 내지 약 180도, 또는 약 170도 내지 약 180도 범위 내일 수 있으며, 그 사이의 모든 범위들 및 하위 범위들을 포함한다.
또한, 전류(i2 및/또는 i3)의 크기는 연결 도관(32)을 통해 연장되는 전류(i1b)와 크기가 동일할 필요는 없다. 예를 들어, 연결 도관(32) 내의 전류(i2 및/또는 i3)의 크기는 귀금속 구성의 전기화학적 공격을 제거하기에 충분할 필요만 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, i2 및/또는 i3의 크기는 i1b의 약 50% 내지 i1b의 약 100% 범위 내, 예컨대 약 50% 내지 약 95% 범위내, 약 50% 내지 약 90% 범위 내, 약 50% 내지 약 85% 범위 내, 약 50% 내지 약 80% 범위 내, 약 50% 내지 약 70% 범위 내, 또는 약 50% 내지 약 60% 범위 내일 수 있다. 다른 실시예들에서, i2 및/또는 i3의 크기는 i1b의 약 60% 내지 약 100% 범위 내, 예를 들어 약 70% 내지 약 100% 범위 내, 약 80% 내지 약 100% 범위 내, 약 85% 내지 약 100% 범위 내, 약 90% 내지 약 100% 범위 내, 또는 약 95% 내지 약 100% 범위 내일 수 있다.
위에서 언급된 바와 같이, 제2 전기 회로(124) 및 제1 전기 바이어싱 회로(126)는 공통 전류 경로, 예를 들어, 제1 전극(112a), 제1 전류 경로 부분(120a), 및 연결 도관(32)의 적어도 일부를 공유할 수 있으며 마찬가지로 제2 전기 회로(124) 및 제2 전기 바이어싱 회로(130)는 공통 전류 경로, 예를 들어 제2 전극(112b), 제2 전류 경로 부분(120b) 및 연결 도관(32)의 적어도 일부를 공유할 수 있다. 따라서, 제2 전기 바이어싱 회로(130)가 제2 전기 회로(124)에 대하여 제1 전기 바이어싱 회로(126)와 유사한 결과들을 보여준다는 것이 명백해야 한다. 따라서 제1 및 제2 전기 바이어싱 회로들은 공격을 가능하게 하는 전류를 감소 또는 제거함으로써 귀금속 구성의 전기화학적 공격을 감소 또는 제거할 수 있다.
도 10은 상기 제1 및 제2 전기 바이어싱 회로들이 제1 및 제2 전극들(112a 및 112b)을 포함하지 않는 다른 실시예들을 도시한다. 대신, 용융 용기(14)는 제1 보조 전극(140a) 및 제2 보조 전극(140b)을 더 포함하며, 제1 보조 전극(140a)은 중심선(Cl)의 일측에 위치되고 제2 보조 전극(140b)은 중심선(C)의 반대 측에 위치된다. 다양한 실시예들에서, 제1 및 제2 보조 전극들(140a, 140b)은 제1 및 제2 전극들(112a 및 112b) 각각보다 연결 도관(32)에 더 가까울 수 있다. 제1 보조 전극(140a) 및 제2 보조 전극(140b)은 용융 공간(110) 및 용융 유리(28)에 노출된다. 예를 들어, 제1 및 제2 보조 전극들(140a 및 140b)은 전극들(112)(예를 들어, 제1 및 제2 전극들(112a, 112b))과 동일한 스타일의 전극들일 수 있다. 즉, 전극들(112)이 용융 용기(14)의 바닥 벽(108)으로부터 상방으로 연장되는 막대형 전극들인 경우, 제1 및 제2 전극들(140a 및 140b)은 또한 바닥 벽(108)으로부터 상방으로 연장되는 막대형 전극들일 수 있다. 그러나, 제1 및 제2 보조 전극들(140a 및 140b)은 전극들(112)과 동일한 스타일 전극들일 필요는 없다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 제1 및 제2 보조 전극들(140a 및 140b)은 용융 용기(14)의 측벽들 내에 위치될 수 있고 상기 복수의 전극들(112)은 용융 용기(14)의 바닥 벽(108)으로부터 연장되는 반면, 다른 실시예들에서, 제1 및 제2 보조 전극들(140a 및 140b)은 용융 용기914)의 바닥 벽(108)으로부터 연장될 수 있는 한편 상기 복수의 전극들(112)은 용융 용기(14)의 측벽들(예를 들어, 제1 및 제2 측벽들(104, 106)) 내에 위치된다. 제1 및 제2 보조 전극들(140a 및 140b)을 포함하는 재료는 상기 복수의 전극들(112)을 포함하는 재료와 동일할 필요는 없다. 예를 들어, 상기 복수의 전극들(112)이 주석을 포함할 수 있으나, 제1 및 제2 보조 전극들(140a 및 140b)은 몰리브덴을 포함할 수 있다. 반대로, 상기 복수의 전극들(112)은 몰리브덴을 포함할 수 있는 반면, 제1 및 제2 보조 전극들(140a 및 140b)은 주석을 포함할 수 있다. 추가적인 실시예들에서, 상기 복수의 전극들(112)을 포함하는 재료는 제1 및 제2 보조 전극들(140a 및 140b)을 포함하는 재료와 동일할 수 있다.
상기 복수의 전극들(112)과 유사하게, 제1 및 제2 보조 전극들(140a, 140b)은 필요한 경우 상기 복수의 전극들의 움직임, 상기 복수의 전극들의 냉각 및 상기 보조 전극이 통과하는 상기 내화 용융 용기의 벽으로부터의 상기 보조 전극들의 전기적 절연을 제공할 수 있는 적합한 전극 홀더들에 의해 홀딩될 수 있다.
다양한 실시예들에서, 제2 교류 전원(116b)은 제1 보조 전극(140a)과 연결 도관(32) 사이에 예컨대 하나 이상의 전기 도전체들(128)에 의해 전기적으로 연결될 수 있으며, 제1 전기 바이어싱 회로(126)는 제1 보조 전극(140a), 연결 도관(32), 제1 보조 전극(140a)과 연결 도관(32)을 전기적으로 연결하는 하나 이상의 전기 도전체들, 및 제1 보조 전극(140a)과 연결 도관(32) 사이에 용융 유리(28)를 통해 연장되는 전류 경로(142a)를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에서, 제3 교류 전원(116c)은 예컨대 하나 이상의 전기 도전체들(132)에 의해 제2 보조 전극(140b)과 연결 도관(32) 사이에 전기적으로 연결될 수 있으며, 제2 전기 바이어싱 회로(130)는 제2 보조 전극(140b), 연결 도관(32), 제2 보조 전극(140b)과 연결 도관(32)을 전기적으로 연결하는 하나 이상의 전기 도전체들(132), 및 제2 보조 전극(140b)과 연결 도관(32) 사이에 용융 유리(28)를 통해 연장되는 전류 경로(142b)를 포함할 수 있다.
제2 교류 전원(116b)은 제1 전기 바이어싱 회로(126)에 교류 전류(i2)를 제공한다. 제3 교류 전원(116c)은 제2 전기 바이어싱 회로(130)에 전류(i3)를 제공한다. 이전과 같이, 전류(i2)는 전류(i1)와 위상이 다를 수 있다. 예를 들어, i1(예를 들어, i1b)와 i2 사이의 위상 차는 180도와 동일하거나 실질적으로 동일할 수 있다. 유사하게, 전류(i3)는 i1과 위상이 다를 수 있다. 예를 들어, i1(예를 들어, i1b)와 i3 사이의 위상 차이는 180도와 동일하거나 실질적으로 동일할 수 있다.
상기 귀금속 구성 내의 상기 결과적인 전류의 크기가 상당한 전기화학적 활동성을 위한 임계값 아래로 감소되는 것만으로도 충분하므로, 연결 도관(32) 내의 i1b의 감소는 i1과 180도 위상차가 아닌 절대값을 가지는 위상차를 포함하는 전기 바이어싱 전류(예를 들어, i2 및/또는 i3)로 달성될 수 있다는 것에 주목해야 한다. 즉, i2 및/또는 i3는 상기 귀금속 구성, 예컨대 연결 도관(32) 내의 상기 전류(i1b)의 적어도 일부를 상쇄하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, i2와 i1b 사이의 상기 위상차의 절대값은 약 90도 내지 약 180도 범위 내, 예컨대 약 100도 내지 약 180도 범위 내, 약 110도 내지 약 180도, 약 120도 내지 약 180도, 약 130도 내지 약 180도, 약 140도 내지 약 150도, 약 150도 내지 약 180도, 약 160도 내지 약 180도, 또는 약 170도 내지 약 180도일 수 있으며, 그 사이의 모든 범위들 및 하위 범위들을 포함한다.
유사하게, i3와 i1b 사이의 위상차의 절대값은 약 90도 내지 약 180도 범위 내, 예컨대 약 100도 내지 약 180도 범위 내, 약 110도 내지 약 180도, 약 120도 내지 약 180도, 약 130도 내지 약 180도, 약 140도 내지 약 150도, 약 150도 내지 약 180도, 약 160도 내지 약 180도, 또는 약 170도 내지 약 180도 범위 내일 수 있으며, 그 사이의 모든 범위들 및 하위 범위들을 포함한다.
이전과 같이, i2의 크기는 i1(예를 들어, i1b)의 크기와 동일하거나 실질적으로 동일할 수 있다. 유사하게, i3의 크기는 i1(예를 들어, i1b)의 크기와 동일하거나 실질적으로 동일할 수 있다. 그러나, 일부 실시예들에서, 귀금속 구성, 예를 들어 연결 도관(32)을 통해 연장되는 전류(i2 및/또는 i3)가 i1b를 상당한 전기화학적 공격을 발생하는 임계값 아래로 감소시키는 경우, i2 및/또는 i3는 i1b와 동일하거나 실질적으로 동일할 필요가 없다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, i2 및/또는 i3의 크기는 i1b의 약 50% 내지 i1b의 약 100% 범위 내, 예컨대 약 50% 내지 약 95% 범위내, 약 50% 내지 약 90% 범위 내, 약 50% 내지 약 85% 범위 내, 약 50% 내지 약 80% 범위 내, 약 50% 내지 약 70% 범위 내, 또는 약 50% 내지 약 60% 범위 내일 수 있다. 다른 실시예들에서, i2 및/또는 i3의 크기는 i1b의 약 60% 내지 약 100% 범위 내, 예를 들어 약 70% 내지 약 100% 범위 내, 약 80% 내지 약 100% 범위 내, 약 85% 내지 약 100% 범위 내, 약 90% 내지 약 100% 범위 내, 또는 약 95% 내지 약 100% 범위 내일 수 있다.
도 11에 도시된 추가적인 실시예들에서, 제2 교류 전원(116b)은 예컨대 하나 이상의 전기 도전체들(128)에 의해 연결 도관(32)과 제1 전극(112a) 및 제1 보조 전극(140a) 둘 모두와 전기적으로 연결될 수 있으며, 제1 전기 바이어싱 회로(126)는 제2 교류 전원(116b), 제1 전극(112a), 제1 보조 전극(140a), 연결 도관(32), 전류 경로들(120a 및 142a), 및 제1 전극(112a)과 제1 보조 전극(140a)을 제2 교류 전원(116b)에 그리고 제2 교류 전원(116b)을 연결 도관(32)에 전기적으로 연결하는 하나 이상의 전기 도전체들(128)을 포함할 수 있다. 이 경우, i2는 제2 교류 전원(116b)과 제1 전극(112a) 및 제1 보조 전극(140a) 사이에 연장되는 두 회로 레그들(legs) 내의 i2a 및 i2b로 분할될 수 있다.
또한, 제3 교류 전원(116c)은 예컨대 하나 이상의 전기 도전체들(132)에 의해 연결 도관(32)과 제2 전극(112b) 및 제2 보조 전극(140b) 둘 모두와 전기적으로 연결될 수 있으며, 제2 전기 바이어싱 회로(130)는 제2 보조 전극(140b), 연결 도관(32), 제2 전극(112b) 및 제2 보조 전극(140b) 각각 사이에서 용융 유리(28)를 통해 연장되는 전류 경로들(120b 및 142b), 연결 도관(32), 및 제2 보조 전극(140b) 및 제2 전극(112b)을 제3 교류 전원(116c)에 그리고 제3 교류 전원(116c)을 연결 도관(32)에 전기적으로 연결하는 하나 이상의 전기 도전체들(132)을 포함할 수 있다. 이 경우, i3는 제3 교류 전원(116c)과 제2 전극(112b) 및 제2 보조 전극(140b) 사이에 연장되는 두 회로 레그들 내의 i3a 및 i3b로 분할될 수 있다.
전술한 논의는 본 개시의 양상들을 설명하기 위해 내화 용융 용기를 포함하는 퓨전 다운드로우 유리 제조 장치 및 공정을 사용하였으나, 추가적인 실시에들에서, 상기 유리 제조 장치는 다른 유리 제조 공정들, 예컨대 슬롯 드로우, 플로트, 프레스, 튜브 드로잉, 및 다른 내화 용기들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 용융로(12)는 용융 용기(14)로부터 하류에 위치된 내화 전로를 포함할수 있으며, 용융 용기(14)로부터의 용융 유리는 용융 용기(14)와 유사한 방식의 줄 가열 시스템에 의핸 열적 컨디셔닝을 위하여 상기 전로로 지향된다. 용융 용기(14)와 유사하게, 상기 내화 전로는 상기 전로 내의 용융 유리를 가열하기 위한 AC 전원에 연결된 복수의 전극들을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 전로는 용융 용기(14)를 참조하여 설명된 바와 같이 하나 이상의 전기 바이어싱 회로들을 포함할 수 있다.
다른 실시예들에서, 상기 내화 용기는 용융 용기(14)를 참조하여 위에서 설명된바와 같이 상기 내화 청징 용기 내의 용융 유리를 줄 가열하기 위한 전극들, 교류 전원들, 및 전기 바이어싱 회로들을 구비한 내화 청징 용기를 포함할 수 있다.
전술한 설명들이 제1 연결 도관(32)에 초점이 맞춰졌으나, 본 명세서에 설명된 원리들은 상기 용융 유리를 통해 통과하는 전류에 의해 가열되는 용융 유리를 담는 내화 용기 내에 위치된 귀금속 구성들에 적용될 수 있다는 것이 명백해야 한다.
본 개시의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않으면서 본 개시의 실시예들에 다양한 수정들 및 변경들이 이루어질 수 있다는 것이 당업계의 통상의 기술자들에게 명백할 것이다. 따라서, 본 개시는 첨부된 청구항들 및 그 균등물들의 범위 내인한 이러한 수정들 및 변형들을 커버하는 것으로 의도된다.

Claims (21)

  1. 용융 유리를 담도록 구성된 내부 공간을 정의하는 내화 용기;
    상기 내부 공간에 노출되며 상기 용융 유리와 접촉하도록 배치된 귀금속 구성;
    상기 내부 공간 내에 노출되며 상기 용융 유리와 접촉하도록 배치된 제1 및 제2 전극들 사이에 전기적으로 연결되며 제1 전류를 공급하도록 구성된 제1 교류 전원;
    상기 귀금속 구성과 상기 제1 전극 또는 제1 보조 전극 중 적어도 하나 사이에 전기적으로 연결되는 제2 교류 전원; 및
    상기 귀금속 구성과 상기 제2 전극 또는 제2 보조 전극 중 적어도 하나 사이에 전기적으로 연결되는 제3 교류 전원을 포함하고,
    상기 제1 보조 전극은 상기 용융 유리와 접촉하도록 배치되고,
    상기 제2 전원은 상기 제1 전류와 위상이 다른 제2 전류를 공급하도록 구성되고,
    상기 제2 보조 전극은 상기 용융 유리와 접촉하도록 배치되고,
    상기 제2 전원은 상기 제1 전류와 위상이 다른 제3 전류를 공급하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 유리 물품을 제조하기 위한 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 교류 전원, 상기 제1 전극, 및 상기 제2 전극은 제1 전기 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 물품을 제조하기 위한 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제2 교류 전원, 상기 귀금속 구성, 및 상기 제1 전극 또는 상기 제1 보조 전극 중 상기 적어도 하나는 제1 전기 바이어싱 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 물품을 제조하기 위한 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제3 교류 전원, 상기 귀금속 구성, 및 상기 제2 전극 또는 상기 제2 보조 전극 중 상기 적어도 하나는 제2 전기 바이어싱 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 물품을 제조하기 위한 장치.
  5. 제1 항 내지 제4 항 중 임의의 하나에 있어서,
    상기 내화 용기는 용융 용기, 청징 용기(fining vessel), 또는 전로(forehearth) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 물품을 제조하기 위한 장치.
  6. 제1 항 내지 제5 항 중 임의의 하나에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극들은 주석 또는 몰리브덴을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 물품을 제조하기 위한 장치.
  7. 제1 항 내지 제6 항 중 임의의 하나에 있어서,
    상기 제1 보조 전극은 주석 또는 몰리브덴을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 물품을 제조하기 위한 장치.
  8. 제1 항 내지 제7 항 중 임의의 하나에 있어서,
    상기 제2 보조 전극은 주석 또는 몰리브덴을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 물품을 제조하기 위한 장치.
  9. 제1 항 내지 제8 항 중 임의의 하나에 있어서,
    상기 제2 교류 전원은 상기 제1 전류와 상기 제2 전류 사이의 위상차의 절대값이 약 90도 내지 약 180도 범위 내이도록 구성되는 것을 특징으로 하는 유리 물품을 제조하기 위한 장치.
  10. 제1 항 내지 제9 항 중 임의의 하나에 있어서,
    상기 제3 교류 전원은 상기 제1 전류와 상기 제3 전류 사이의 위상차의 절대값이 약 90도 내지 약 180도 범위 내이도록 구성되는 것을 특징으로 하는 유리 물품을 제조하기 위한 장치.
  11. 제1 교류 전원으로부터 제1 전류를 공급하는 단계로서, 상기 제1 전류의 제1 부분은 용융 용기의 용융 공간 내의 제1 전극과 제2 전극 사이의 제1 전류 경로를 따라 연장되고, 상기 용융 공간은 용융 유리 및 상기 용융 유리와 접촉하는 귀금속 구성을 포함하고, 상기 제1 전류 경로는 상기 용융 유리를 통해서 그리고 상기 귀금속 구성을 통하지 않으며 연장되며, 상기 제1 전류의 제2 부분은 상기 용융 용기의 상기 용융 공간 내의 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 제2 전류 경로를 따라 연장되고, 상기 제2 전류 경로는 상기 용융 유리 및 상기 귀금속 구성을 통해 연장되는, 상기 제1 전류를 공급하는 단계;
    제2 교류 전원으로부터 상기 제1 전류와 위상이 다른 제2 전류를 공급하는 단계로서, 상기 제2 전류는 상기 제1 전극 또는 제1 보조 전극 중 적어도 하나와 상기 귀금속 구성 사이에 연장되며, 상기 제1 보조 전극은 상기 용융 유리와 접촉하며 상기 제1 전극으로부터 이격되는, 상기 제2 전류를 공급하는 단계; 및
    제3 교류 전원으로부터 상기 제1 전류와 위상이 다른 제3 전류를 공급하는 단계로서, 상기 제3 전류는 상기 제2 전극 또는 제2 보조 전극 중 적어도 하나와 상기 귀금속 구성 사이에 연장되며, 상기 제2 보조 전극은 상기 용융 유리와 접촉하며 상기 제2 전극으로부터 이격되는, 상기 제3 전류를 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 물품을 제조하기 위한 방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 전류와 상기 제2 전류 사이의 위상차의 절대값은 약 90도 내지 약 180도 범위 내인 것을 특징으로 하는 유리 물품을 제조하기 위한 방법.
  13. 제11항 또는 제12 항에 있어서,
    상기 제1 전류와 상기 제3 전류 사이의 위상차의 절대값은 약 90도 내지 약 180도 범위 내인 것을 특징으로 하는 유리 물품을 제조하기 위한 방법.
  14. 제11 항 내지 제13 항 중 임의의 하나에 있어서,
    상기 제2 전류는 상기 제3 전류와 동일한 위상인 것을 특징으로 하는 유리 물품을 제조하기 위한 방법.
  15. 제11 항 내지 제14 항 중 임의의 하나에 있어서,
    상기 귀금속 구성 내의 상기 제2 전류의 크기는 상기 귀금속 구성 내의 상기 제1 전류의 상기 제2 부분의 크기의 약 50% 내지 약 100% 범위 내인 것을 특징으로 하는 유리 물품을 제조하기 위한 방법.
  16. 제11 항 내지 제15 항 중 임의의 하나에 있어서,
    상기 귀금속 구성 내의 상기 제3 전류의 크기는 상기 귀금속 구성 내의 상기 제1 전류의 상기 제2 부분의 크기의 약 50% 내지 약 100% 범위 내인 것을 특징으로 하는 유리 물품을 제조하기 위한 방법.
  17. 제11 항 내지 제16 항 중 임의의 하나에 있어서,
    상기 귀금속 구성 내의 상기 제2 전류의 크기는 상기 귀금속 구성 내의 상기 제3 전류의 크기와 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 유리 물품을 제조하기 위한 방법.
  18. 제11 항 내지 제17 항 중 임의의 하나에 있어서,
    상기 귀금속 구성은 백금을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 물품을 제조하기 위한 방법.
  19. 제11 항 내지 제18 항 중 임의의 하나에 있어서,
    상기 귀금속 구성은 열전쌍, 버블러 튜브(bubbler tube), 또는 상기 용융 유리를 위한 유동 경로로서 구성된 도관(conduit) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 물품을 제조하기 위한 방법.
  20. 제11 항 내지 제19 항 중 임의의 하나에 있어서,
    상기 유리 물품을 생산하기 위해 성형체로부터 용융 유리를 드로잉하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 물품을 제조하기 위한 방법.
  21. 제20 항에 있어서,
    상기 유리 물품은 유리 리본을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 물품을 제조하기 위한 방법.

KR1020217012799A 2018-09-28 2019-09-20 유리 제조 공정에서 귀금속 구성들의 전기화학 공격을 완화시키기 위한 장치 및 방법 KR102773232B1 (ko)

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