RU2813819C2 - System and method for melting glass or ceramic materials - Google Patents
System and method for melting glass or ceramic materials Download PDFInfo
- Publication number
- RU2813819C2 RU2813819C2 RU2021129477A RU2021129477A RU2813819C2 RU 2813819 C2 RU2813819 C2 RU 2813819C2 RU 2021129477 A RU2021129477 A RU 2021129477A RU 2021129477 A RU2021129477 A RU 2021129477A RU 2813819 C2 RU2813819 C2 RU 2813819C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrodes
- electrode
- electrode array
- interior
- melting
- Prior art date
Links
- 238000002844 melting Methods 0.000 title claims abstract description 124
- 230000008018 melting Effects 0.000 title claims abstract description 124
- 239000011521 glass Substances 0.000 title claims abstract description 34
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 18
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 40
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 30
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000003491 array Methods 0.000 claims description 33
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 12
- 239000006060 molten glass Substances 0.000 description 11
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 9
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 6
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 3
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 239000006066 glass batch Substances 0.000 description 2
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 2
- 239000000289 melt material Substances 0.000 description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000006004 Quartz sand Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910021538 borax Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011449 brick Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 1
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007665 sagging Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000004328 sodium tetraborate Substances 0.000 description 1
- 235000010339 sodium tetraborate Nutrition 0.000 description 1
- 229910052845 zircon Inorganic materials 0.000 description 1
- GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N zirconium(iv) silicate Chemical compound [Zr+4].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Настоящее изобретение в целом относится к системе и способу для плавления материалов. Более конкретно, хотя и не исключительно, настоящее изобретение относится к системе и способу для плавления материалов во время производства стеклянного или керамического материала.The present invention generally relates to a system and method for melting materials. More specifically, although not exclusively, the present invention relates to a system and method for melting materials during the production of glass or ceramic material.
При обычном электрическом плавлении стекла (или некоторых других керамических материалов) используется способ прямого электрического сопротивления, при котором электроды, обычно из молибдена, помещаются в расплавленное стекло и между ними пропускается ток. Удельное электрическое сопротивление стекла является более высоким, чем в электрической цепи, что приводит к нагреванию стекла между электродами. Стеклянная шихта, состоящая из различных минералов, но преимущественно кварцевого песка, подается сверху расплавленного стекла и нагревается до тех пор, пока она не расплавится, формируя новое стекло.Conventional electric melting of glass (or some other ceramic materials) uses a direct electrical resistance method in which electrodes, usually molybdenum, are placed in the molten glass and a current is passed between them. The electrical resistivity of glass is higher than in an electrical circuit, which leads to heating of the glass between the electrodes. A glass charge, consisting of various minerals, but predominantly quartz sand, is fed on top of the molten glass and heated until it melts, forming new glass.
Плавление стекла таким способом является чистым и относительно эффективным по сравнению, например, с плавлением газом. Однако этот способ является неэффективным из-за тепловых потерь. Зона, нагреваемая между электродами, является относительно тонкой/поверхностной и зависит от теплопроводности (и, в гораздо меньшей степени, конвекции) для нагрева стеклянной шихты над ней. Стекло плохо проводит тепло, и поэтому для плавления стекла таким способом требуется неглубокий плавильный резервуар с большой площадью поверхности, чтобы получить количество стекла, необходимое для производственного процесса. Из-за этого тепловые потери являются большими.Melting glass this way is clean and relatively efficient compared to, for example, gas melting. However, this method is ineffective due to heat losses. The area heated between the electrodes is relatively thin/shallow and relies on conduction (and to a much lesser extent convection) to heat the glass charge above it. Glass is a poor conductor of heat, and so melting glass this way requires a shallow melting tank with a large surface area to produce the amount of glass needed for the manufacturing process. Because of this, heat losses are large.
Желательно предложить улучшенную систему для плавления материалов, которая решала бы вышеупомянутые проблемы.It would be desirable to propose an improved material melting system that solves the above problems.
Соответственно, первый аспект настоящего изобретения предлагает систему для плавления материалов во время производства стеклянного или керамического материала, содержащую:Accordingly, the first aspect of the present invention provides a system for melting materials during the production of glass or ceramic material, comprising:
плавильный резервуар, имеющий внутренность с шириной и длиной; иa melting tank having an interior with a width and a length; And
электродный массив, содержащий множество удлиненных электродов, каждый из которых проходит по меньшей мере частично через ширину внутренности плавильного резервуара в направлении, по существу перпендикулярном длине внутренности плавильного резервуара;an electrode array comprising a plurality of elongated electrodes, each of which extends at least partially across the width of the interior of the melting vessel in a direction substantially perpendicular to the length of the interior of the melting vessel;
в которой каждый электрод в электродном массиве располагается на расстоянии от смежного электрода в электродном массиве, составляющем около 5-100 мм;wherein each electrode in the electrode array is located at a distance from an adjacent electrode in the electrode array of about 5-100 mm;
в которой электродный массив конфигурируется таким образом, что во время операции нагревания ток течет между смежными электродами в электродном массиве, так что тепло излучается из электродов к материалам, расположенным во внутренности плавильного резервуара.wherein the electrode array is configured such that, during a heating operation, current flows between adjacent electrodes in the electrode array so that heat is radiated from the electrodes to materials located in the interior of the melting vessel.
Соответственно, множество электродов являются по существу компланарными.Accordingly, the plurality of electrodes are substantially coplanar.
Точнее, каждый электрод в электродном массиве располагается на расстоянии от смежного электрода в электродном массиве, составляющем около 5-30 мм вдоль длины внутренности плавильного резервуара.More precisely, each electrode in the electrode array is located at a distance from an adjacent electrode in the electrode array of about 5-30 mm along the length of the interior of the melting vessel.
Точнее, каждый электрод в электродном массиве располагается на расстоянии от смежного электрода в электродном массиве, составляющем около 7-25 мм вдоль длины внутренности плавильного резервуара.More precisely, each electrode in the electrode array is located at a distance from an adjacent electrode in the electrode array of about 7-25 mm along the length of the interior of the melting vessel.
Соответственно, каждый электрод из множества электродов представляет собой пластинчатый электрод.Accordingly, each electrode of the plurality of electrodes is a plate electrode.
Соответственно, верхняя поверхность каждого электрода является закругленной.Accordingly, the top surface of each electrode is rounded.
Соответственно, каждый электрод проходит по меньшей мере частично через ширину внутренности плавильного резервуара в положении вблизи от основания плавильного резервуара.Accordingly, each electrode extends at least partially across the width of the inside of the melting vessel at a position proximal to the base of the melting vessel.
Соответственно, электродный массив содержит первый набор электродов и второй набор электродов, причем во время операции нагревания ток течет между электродами первого набора электродов и электродами второго набора электродов.Accordingly, the electrode array includes a first set of electrodes and a second set of electrodes, wherein during a heating operation, current flows between the electrodes of the first set of electrodes and the electrodes of the second set of electrodes.
Соответственно, электроды первого набора электродов соединяются с первой стороной плавильного резервуара, а электроды второго набора электродов соединяются со второй стороной плавильного резервуара.Accordingly, the electrodes of the first set of electrodes are connected to the first side of the melting tank, and the electrodes of the second set of electrodes are connected to the second side of the melting tank.
Соответственно, первая и вторая стороны являются противоположными сторонами плавильного резервуара.Accordingly, the first and second sides are opposite sides of the melting tank.
Соответственно, электроды первого набора удлиненных электродов располагаются с чередованием с электродами второго набора удлиненных электродов.Accordingly, the electrodes of the first set of elongated electrodes are arranged in alternation with the electrodes of the second set of elongated electrodes.
Соответственно, система содержит систему управления для того, чтобы управлять разностью потенциалов между первым набором электродов и вторым набором электродов. Accordingly, the system includes a control system for controlling a potential difference between the first set of electrodes and the second set of electrodes.
Соответственно, система управления конфигурируется таким образом, что разность потенциалов между каждым из первого набора удлиненных электродов и смежным электродом второго набора удлиненных электродов составляет около 10-40 В.Accordingly, the control system is configured such that the potential difference between each of the first set of elongated electrodes and an adjacent electrode of the second set of elongated electrodes is about 10-40 V.
Соответственно, система содержит по меньшей мере два электродных массива.Accordingly, the system contains at least two electrode arrays.
Соответственно, каждый из по меньшей мере двух электродных массивов отстоит на некоторое расстояние от смежного электродного массива вдоль длины внутренности плавильного резервуара.Accordingly, each of the at least two electrode arrays is spaced some distance from an adjacent electrode array along the length of the interior of the melting vessel.
Соответственно, каждый из по меньшей мере двух электродных массивов отстоит от смежного электродного массива вдоль длины внутренности плавильного резервуара на расстояние около 50-300 мм.Accordingly, each of the at least two electrode arrays is spaced from an adjacent electrode array along the length of the inside of the melting vessel by a distance of about 50-300 mm.
Соответственно, система управления выполнена с возможностью независимого управления разностью потенциалов между первым набором электродов и вторым набором электродов каждого электродного массива. Accordingly, the control system is configured to independently control the potential difference between the first set of electrodes and the second set of electrodes of each electrode array.
Соответственно, второй аспект настоящего изобретения предлагает систему для плавления материалов во время производства стеклянного или керамического материала, содержащую:Accordingly, the second aspect of the present invention provides a system for melting materials during the production of glass or ceramic material, comprising:
плавильный резервуар, имеющий внутренность с шириной и длиной; иa melting tank having an interior with a width and a length; And
электродный массив, содержащий множество удлиненных электродов, каждый из которых проходит по меньшей мере частично через ширину внутренности плавильного резервуара в направлении, по существу перпендикулярном длине внутренности плавильного резервуара;an electrode array comprising a plurality of elongated electrodes, each of which extends at least partially across the width of the interior of the melting vessel in a direction substantially perpendicular to the length of the interior of the melting vessel;
в которой плотность электродов в электродном массиве составляет около 2-20 электродов на 200 мм вдоль длины внутренности плавильного резервуара;in which the density of electrodes in the electrode array is about 2-20 electrodes per 200 mm along the length of the inside of the melting tank;
в которой электродный массив конфигурируется таким образом, что во время операции нагревания ток течет между смежными электродами в электродном массиве, так что тепло излучается из электродов к материалам, расположенным во внутренности плавильного резервуара.wherein the electrode array is configured such that, during a heating operation, current flows between adjacent electrodes in the electrode array so that heat is radiated from the electrodes to materials located in the interior of the melting vessel.
Соответственно, третий аспект настоящего изобретения предлагает систему для плавления материалов во время производства стеклянного или керамического материала, содержащую:Accordingly, the third aspect of the present invention provides a system for melting materials during the production of glass or ceramic material, comprising:
плавильный резервуар, имеющий внутренность с шириной и длиной; иa melting tank having an interior with a width and a length; And
электродный массив, содержащий множество удлиненных пластинчатых или плоских стержневых электродов, каждый из которых проходит по меньшей мере частично через ширину внутренности плавильного резервуара в направлении, по существу перпендикулярном длине внутренности плавильного резервуара;an electrode array comprising a plurality of elongated plate or flat rod electrodes, each of which extends at least partially across the width of the interior of the melting vessel in a direction substantially perpendicular to the length of the interior of the melting vessel;
в которой электродный массив конфигурируется таким образом, что во время операции нагревания ток течет между смежными электродами в электродном массиве, так что тепло излучается из электродов к материалам, расположенным во внутренности плавильного резервуара.wherein the electrode array is configured such that, during a heating operation, current flows between adjacent electrodes in the electrode array so that heat is radiated from the electrodes to materials located in the interior of the melting vessel.
Соответственно, верхняя поверхность каждого электрода является закругленной.Accordingly, the top surface of each electrode is rounded.
Соответственно, система второго и третьего аспектов имеет признаки, соответствующие первому аспекту настоящего изобретения.Accordingly, the system of the second and third aspects has features consistent with the first aspect of the present invention.
Соответственно, четвертый аспект настоящего изобретения предлагает использование системы первого или второго аспекта для плавления материалов во время производства стеклянного или керамического материала.Accordingly, the fourth aspect of the present invention provides the use of the system of the first or second aspect for melting materials during the production of glass or ceramic material.
Соответственно, пятый аспект настоящего изобретения предлагает способ плавления материалов во время производства стеклянного или керамического материала, содержащий: Accordingly, the fifth aspect of the present invention provides a method for melting materials during the production of glass or ceramic material, comprising:
обеспечение системы, содержащей:providing a system containing:
плавильный резервуар, имеющий внутренность с шириной и длиной; иa melting tank having an interior with a width and a length; And
электродный массив, содержащий множество удлиненных электродов, каждый из которых проходит по меньшей мере частично через ширину внутренности плавильного резервуара в направлении, по существу перпендикулярном длине внутренности плавильного резервуара;an electrode array comprising a plurality of elongated electrodes, each of which extends at least partially across the width of the interior of the melting vessel in a direction substantially perpendicular to the length of the interior of the melting vessel;
в которой каждый электрод в электродном массиве располагается на расстоянии от смежного электрода в электродном массиве, составляющем около 5-100 мм;wherein each electrode in the electrode array is located at a distance from an adjacent electrode in the electrode array of about 5-100 mm;
выполнение операции нагревания, содержащей протекание тока между смежными электродами в электродном массиве, чтобы тем самым излучать тепло из электродов к материалам, расположенным во внутренности плавильного резервуара.performing a heating operation comprising passing current between adjacent electrodes in the electrode array to thereby radiate heat from the electrodes to materials located within the interior of the melting vessel.
Соответственно, система в пятом аспекте является системой первого, второго или третьего аспекта.Accordingly, a system in the fifth aspect is a system of the first, second or third aspect.
Некоторые варианты осуществления настоящего изобретения обеспечивают то преимущество, что обеспечивается улучшенная система для плавления материалов во время производства стеклянного или керамического материала.Some embodiments of the present invention provide the advantage of providing an improved system for melting materials during the production of glass or ceramic material.
Некоторые варианты осуществления настоящего изобретения обеспечивают то преимущество, что система может плавить материалы во время производства стеклянного или керамического материала более эффективно, чем известные системы, использующие прямое электрическое сопротивление. В частности, эта система имеет уменьшенные тепловые потери по сравнению с известными системами.Some embodiments of the present invention provide the advantage that the system can melt materials during the production of glass or ceramic material more efficiently than known systems using direct electrical resistance. In particular, this system has reduced heat losses compared to known systems.
Некоторые варианты осуществления настоящего изобретения обеспечивают то преимущество, что система в меньшей степени зависит от теплопроводности и/или конвекции тепла по сравнению с известными системами, использующими прямое электрическое сопротивление.Some embodiments of the present invention provide the advantage that the system is less dependent on thermal conduction and/or convection of heat compared to prior art systems using direct electrical resistance.
Некоторые варианты осуществления настоящего изобретения обеспечивают то преимущество, что по сравнению с известными системами данная система может использовать меньший плавильный резервуар для получения количества расплавленного стекла или керамики, необходимого для непрерывного производственного процесса.Some embodiments of the present invention provide the advantage that, compared to prior art systems, the system can use a smaller melting tank to produce the amount of molten glass or ceramic required for a continuous production process.
Некоторые варианты осуществления настоящего изобретения обеспечивают то преимущество, что обеспечивается улучшенный способ плавления материалов во время производства стеклянного или керамического материала.Some embodiments of the present invention provide the advantage of providing an improved method for melting materials during the production of glass or ceramic material.
Некоторые варианты осуществления настоящего изобретения обеспечивают то преимущество, что данный способ является более энергоэффективным, чем известные способы.Some embodiments of the present invention provide the advantage that the method is more energy efficient than prior art methods.
Во избежание сомнений, любые из описанных в настоящем документе особенностей в равной степени применимы к любому аспекту настоящего изобретения. В рамках настоящей заявки явно предусматривается, что различные аспекты, варианты осуществления, примеры и альтернативы, изложенные в предыдущих абзацах, в формуле изобретения и/или в следующем описании и чертежах, и в частности их индивидуальные особенности, могут быть взяты независимо или в любой комбинации. Особенности, описанные в связи с одним аспектом или вариантом осуществления настоящего изобретения, применимы ко всем аспектам или вариантам осуществления, если такие особенности не являются несовместимыми.For the avoidance of doubt, any of the features described herein are equally applicable to any aspect of the present invention. It is expressly contemplated herein that the various aspects, embodiments, examples and alternatives set forth in the preceding paragraphs, claims and/or the following description and drawings, and in particular their individual features, may be taken independently or in any combination . Features described in connection with one aspect or embodiment of the present invention apply to all aspects or embodiments unless such features are incompatible.
Далее будут описаны варианты осуществления настоящего изобретения, посредством только примеров и со ссылками на сопровождающие чертежи, в которых:Embodiments of the present invention will now be described, by way of examples only and with reference to the accompanying drawings, in which:
Фиг. 1 иллюстрирует вид сверху в разрезе системы, включающей в себя плавильный резервуар;Fig. 1 illustrates a top sectional view of a system including a melting tank;
Фиг. 2 иллюстрирует вид сбоку в разрезе системы, показанной на Фиг. 1;Fig. 2 illustrates a cross-sectional side view of the system shown in FIG. 1;
Фиг. 3a, 3b и 3c иллюстрируют поперечные сечения примеров электродов для использования в системе, показанной на Фиг. 1; иFig. 3a, 3b and 3c illustrate cross sections of example electrodes for use in the system shown in FIG. 1; And
Фиг. 4 иллюстрирует вид сверху в разрезе другой системы, включающей в себя плавильный резервуар.Fig. 4 illustrates a top sectional view of another system including a melting tank.
На Фиг. 1 и 2 проиллюстрирована система для плавления материала во время производства стеклянного или керамического материала. Система включает в себя плавильный резервуар 200. Плавильный резервуар 200 может быть любым известным плавильным резервуаром. Например, плавильный резервуар 200 может включать в себя конструкцию из огнеупорных цирконовых кирпичей, футерованных силимонитовыми изоляционными блоками, как это известно в данной области техники. In FIG. 1 and 2 illustrate a system for melting material during the production of glass or ceramic material. The system includes a
Плавильный резервуар имеет внутренность 202. Внутренность 202 выполнена с возможностью принимать материалы, подлежащие плавлению. Например, внутренность 202 может принимать стеклянную «шихту» (смесь составляющих компонентов стекла) или стеклянные гранулы. Материалы, подлежащие плавлению, могут приниматься внутренностью 202 плавильного резервуара 200 любым подходящим образом. Например, материал может подаваться из бункера и т.п. во внутренность 202 плавильного резервуара 200 сверху плавильного резервуара. Материалы могут подаваться непрерывно или как одно или более дискретных количеств в зависимости от производственного использования плавильного резервуара 200.The melting tank has an interior 202. The interior 202 is configured to receive materials to be melted. For example, the interior 202 may receive a glass batch (a mixture of glass constituents) or glass beads. Materials to be melted may be received by the
Внутренность 202 имеет ширину W и длину L. В этом примере плавильный резервуар 200 является в профиле прямоугольным, и поэтому ширина и длина перпендикулярны друг другу. Плавильный резервуар 200 имеет две длинные стороны 206, определяющие длину L внутренности 202 резервуара и две короткие стороны 208, определяющие ширину W внутренности 202 резервуара (ширина резервуара короче его длины). Выходное отверстие 210 обычно располагается в стороне 208, определяющей ширину резервуара. В других примерах выходное отверстие может быть расположено в другом месте (например в стороне 206, определяющей длину резервуара).The interior 202 has a width W and a length L. In this example, the
Внутренность 202 имеет основание 204 (то есть внутреннее основание). Хотя это и не показано на чертежах, основание 204 наклонено вниз в направлении к выходному отверстию 210, чтобы помочь расплавленному продукту течь к выходному отверстию 210 (то есть основание наклонено вдоль резервуара). Однако в других примерах основание 204 может простираться горизонтально (то есть без наклона). Внутренность 202 окружена сторонами 206, 208 резервуара. The interior 202 has a base 204 (ie, an internal base). Although not shown in the drawings, the
Система включает в себя электродный массив 1001. Электродный массив 1001 включает в себя множество удлиненных электродов 102, каждый из которых проходит по меньшей мере частично через ширину W внутренности плавильного резервуара в направлении, по существу перпендикулярном длине L внутренности плавильного резервуара 200. В этом примере электродный массив 1001 включает в себя четыре электрода 102, хотя другие примеры могут включать в себя больше или меньше электродов, например 3, 5, 6 или больше электродов.The system includes an electrode array 100 1 . The electrode array 100 1 includes a plurality of
Электроды 102 могут быть сделаны из любого подходящего материала, например молибдена, платины, иридия или другого металла с относительно высокой температурой плавления. The
Используемый в настоящем документе термин «удлиненный» внутри термина «удлиненный электрод» означает, что один размер электрода (например, его длина) является удлиненным относительно другого размера электрода (например, его ширины или толщины). В описанных примерах удлиненный размер представляет собой длину удлиненного электрода, проходящего через ширину внутренности плавильного резервуара. As used herein, the term “elongated” within the term “elongated electrode” means that one dimension of the electrode (eg, its length) is elongated relative to another dimension of the electrode (eg, its width or thickness). In the described examples, the elongated dimension is the length of the elongated electrode extending across the width of the inside of the melting vessel.
Используемый в настоящем документе термин «по существу перпендикулярный» применительно к протяженности электродов относительно длины L внутренности плавильного резервуара 200 в целом относится к протяженности электродов 102 через ширину внутренности плавильного резервуара в направлении, перпендикулярном к длине L внутренности плавильного резервуара 200. Таким образом, электроды перпендикулярны боковым стенкам 206 плавильного резервуара. Однако следует понимать, что незначительные или тривиальные отклонения от перпендикуляра также охватываются этим термином.As used herein, the term "substantially perpendicular" when referring to the extent of the electrodes relative to the length L of the interior of the
В этом примере электроды 102 электродного массива 1001 являются параллельными и по существу компланарными. Другими словами, удлиненная (или продольная) ось каждого электрода 102 в электродном массиве 1001 располагается внутри общей плоскости и параллельна продольной оси смежных электродов. В этом примере электроды 102 располагаются вдоль длины внутренности плавильного резервуара. Таким образом, общая плоскость электродов 102 в электродном массиве 1001 является по существу горизонтальной и/или параллельной основанию 204 плавильного резервуара 200.In this example, the
В этом примере электроды являются прямыми. Другими словами, электроды простираются по меньшей мере частично через ширину внутренности плавильного резервуара 200 вдоль линейного пути.In this example, the electrodes are straight. In other words, the electrodes extend at least partially across the width of the interior of the
В этом примере электродный массив 1001 включает в себя первый набор электродов 1041-2 и второй набор электродов 1061-2. В этом примере электроды первого набора электродов 1041-2 располагаются с чередованием с электродами второго набора электродов 1061-2. Другими словами, вдоль длины внутренности 202 плавильного резервуара 200 электроды 102 в электродном массиве 1001 чередуются электроды первого набора электродов 1041-2 и электроды второго набора электродов 1061-2. В проиллюстрированном примере электроды первого набора электродов присоединяются к первой стороне плавильного резервуара (то есть проходят от нее), а электроды второго набора электродов присоединяются ко второй, противоположной стороне плавильного резервуара. In this example, the electrode array 100 1 includes a first set of electrodes 104 1-2 and a second set of electrodes 106 1-2 . In this example, the electrodes of the first set of electrodes 104 1-2 are arranged in alternation with the electrodes of the second set of electrodes 106 1-2 . In other words, along the length of the
Как проиллюстрировано на Фиг. 2, в этом примере каждый электрод 102 электродного массива 1001 проходит по меньшей мере частично через ширину внутренности 202 плавильного резервуара 200 в положении рядом (то есть близком или смежном) с основанием 204 плавильного резервуара. Например, электроды 102 могут быть расположены на расстоянии по существу 10-100 мм от основания резервуара. Расплавленное стекло должно стекать вниз через электродный массив (массивы), при этом сток находится ниже, чем электродный массив (массивы) внутри резервуара 200. Во избежание перегрева у основания 204 резервуара 200 необходимо выбирать оптимальное положение размещения электродов 102. Например, оптимальное положение может находиться на расстоянии 50-70 мм от основания 204 резервуара 200, более точно примерно в 60 мм от основания резервуара. As illustrated in FIG. 2, in this example, each
Электродный массив 1001 конфигурируется таким образом, чтобы во время операции нагревания ток протекал между смежными электродами 102 в электродном массиве 100. В этом примере ток протекает между смежными электродами 102 при приложении разности потенциалов между первым набором электродов и вторым набором электродов. Используемый в настоящем документе термин «смежные электроды» означает электроды, которые являются непосредственно смежными в электродном массиве 1001 (другими словами следующий или ближайший электрод внутри массива). Electrode array 100 1 is configured such that, during a heating operation, current flows between
Прохождение тока между смежными электродами 102 в электродном массиве 1001 будет нагревать материалы во внутренности 202 плавильного резервуара 200 (например, расплавленное стекло) за счет прямого электрического резистивного нагрева. Когда ток течет между соседними электродами 102 в электродном массиве 1001, тепло также излучается от электродов 102 к материалам, расположенным во внутренности плавильного резервуара 200. Таким образом, когда ток течет между соседними электродами 102, электроды нагреваются и выделяют тепло в виде инфракрасного (IR) излучения. Другими словами, операция нагревания включает в себя протекание тока между смежными электродами в электродном массиве, чтобы тем самым излучать тепло из электродов к материалам, расположенным во внутренности плавильного резервуара.The passage of current between
Используемое в настоящем документе IR излучение, включая ближнее IR излучение, определяется как электромагнитное излучение, имеющее длину волны по существу от 700 нм до 1 мм и частоту по существу от 300 ГГц до 430 ТГц. Обычно считается, что ближнее IR излучение имеет длину волны 700-2500 нм или более точно 780-2500 нм. В дальнейшем «IR» относится как к инфракрасным, так и к ближним инфракрасным частотам.As used herein, IR radiation, including near-IR radiation, is defined as electromagnetic radiation having a wavelength of substantially 700 nm to 1 mm and a frequency of substantially 300 GHz to 430 THz. Near-IR radiation is generally considered to have a wavelength of 700-2500 nm, or more precisely 780-2500 nm. In the following, “IR” refers to both infrared and near-infrared frequencies.
Каждый электрод 102 в электродном массиве 1001 располагается на расстоянии от смежного электрода в электродном массиве, составляющем около 5-100 мм. Интервал между смежными электродами в электродном массиве 1001 соответствует расстоянию между ними вдоль внутренности плавильного резервуара (другими словами, электроды разнесены по существу горизонтально). Точнее, каждый электрод 102 в электродном массиве 1001 располагается на расстоянии от смежного электрода в электродном массиве, составляющем около 5-30 мм. Используемый в настоящем документе «интервал» между смежными электродами относится к разделению или зазору между смежными электродами.Each
Другими словами, плотность электродов 102 в электродном массиве 1001 составляет около 2-20 электродов на 200 мм (или, другими словами, от 2 электродов на 20 мм до 2 электродов на 200 мм) вдоль внутренности 202 плавильного резервуара 200.In other words, the density of the
Используемая в настоящем документе плотность электродов в электродном массиве вычисляется между удлиненными/продольными осями (то есть центральными точками) концевых электродов в электродном массиве. Например, в этом примере электродный массив 1001 имеет 4 электрода с шириной 20 мм и интервалом 15 мм между смежными электродами. Расстояние между удлиненными осями концевых электродов 102 внутри массив составляет 105 мм. Следовательно, плотность электродов составляет 4 электрода на 105 мм (или 7,6 электродов на 200 мм).As used herein, the density of electrodes in an electrode array is calculated between the elongated/longitudinal axes (ie, center points) of the end electrodes in the electrode array. For example, in this example, the electrode array 100 1 has 4 electrodes with a width of 20 mm and a spacing of 15 mm between adjacent electrodes. The distance between the elongated axes of the
В другом примере электродный массив 1 может иметь 4 электрода с шириной 10 мм и интервалом 5 мм между смежными электродами. В этом случае расстояние между удлиненными осями концевых электродов внутри массива составляет 45 мм, так что плотность электродов составляет 4 электрода на 45 мм (или приблизительно 18 электродов на 200 мм).In another example, the electrode array 1 may have 4 electrodes with a width of 10 mm and a spacing of 5 mm between adjacent electrodes. In this case, the distance between the elongated axes of the end electrodes within the array is 45 mm, so that the electrode density is 4 electrodes per 45 mm (or approximately 18 electrodes per 200 mm).
В другом примере электродный массив 1001 может иметь 4 электрода с шириной 30 мм и интервалом 100 мм между смежными электродами. В этом случае расстояние между удлиненными осями концевых электродов внутри массива составляет 390 мм, так что плотность электродов составляет 4 электрода на 390 мм (или около 2 электрода на 195 мм).In another example, the electrode array 100 1 may have 4 electrodes with a width of 30 mm and a spacing of 100 mm between adjacent electrodes. In this case, the distance between the extended axes of the end electrodes within the array is 390 mm, so the electrode density is 4 electrodes per 390 mm (or about 2 electrodes per 195 mm).
Малый интервал между электродами 102 в электродном массиве 1001 (то есть высокая плотность электродов в электродном массиве 1001) увеличивает количество тепла, излучаемого из электродов. Таким образом, увеличенное число электродов внутри небольшой площади обеспечивает большую площадь поверхности электродов, что приводит к увеличению мощности IR излучения. Таким образом, хотя прямое электрическое сопротивление используется в качестве средства генерации инфракрасного излучения, основным механизмом нагрева материалов внутри плавильного резервуара является излучение, а не прямое электрическое сопротивление, как в известных системах. The small spacing of the
Использование инфракрасного излучения в качестве основного механизма нагрева дает преимущества по сравнению с системами прямого электрического сопротивления. Инфракрасное излучение может легко проходить через материалы в плавильном резервуаре (например, расплавленное стекло около основания внутренности резервуара) и воздействовать непосредственно на нерасплавленные материалы (например, стеклянную шихту или стеклянные гранулы), которые необходимо расплавить. Таким образом, нагрев материалов внутри резервуара в меньшей степени зависит от теплопроводности/конвекции тепла через сами материалы. По сути можно использовать резервуары с меньшей площадью поверхности, что снижает тепловые потери. Другими словами, использование IR-излучения в качестве механизма первичного нагрева позволяет быстро расплавить продукт в плавильном резервуаре, размер которого меньше размера, используемого в более традиционном методе прямого электрического сопротивления. В дополнение к этому, наличие электродов, которые расположены ближе друг к другу, позволяет использовать более низкое напряжение по сравнению с известными системами, что помогает снизить энергопотребление системы для заданного эффекта нагрева.Using infrared radiation as the primary heating mechanism offers advantages over direct electrical resistance systems. Infrared radiation can easily pass through materials in the melting tank (eg molten glass near the base of the tank interior) and directly affect unmelted materials (eg glass batch or glass granules) that need to be melted. Thus, heating of the materials inside the tank is less dependent on conduction/convection of heat through the materials themselves. Essentially, tanks with a smaller surface area can be used, which reduces heat loss. In other words, using IR radiation as the primary heating mechanism allows the product to be rapidly melted in a melting vessel that is smaller than the size used in the more traditional direct electrical resistance method. In addition, having electrodes that are located closer together allows the use of a lower voltage compared to prior art systems, which helps reduce system power consumption for a given heating effect.
Обеспечение расстояния ниже указанного выше диапазона может снизить требуемое напряжение до такой степени, что управление системой станет затруднительным и потребуются более толстые провода трансформатора с водяным охлаждением. Обеспечение интервала, превышающего указанный выше диапазон, может снизить проводимость между электродами до такой степени, что более низкое напряжение должно быть увеличено для компенсации, что на самом деле означает возвращение к более традиционному плавлению за счет прямого электрического сопротивления. Было обнаружено, что интервал от примерно 7 мм до 25 мм, более точно 15 мм, является особенно предпочтительным по причинам, изложенным выше. Providing distances below the above range may reduce the required voltage to the point that system control becomes difficult and thicker water-cooled transformer leads are required. Providing a spacing greater than the above range can reduce the conductivity between the electrodes to such an extent that the lower voltage must be increased to compensate, which in effect reverts to more traditional fusion through direct electrical resistance. It has been found that a range of from about 7 mm to 25 mm, more specifically 15 mm, is particularly preferred for the reasons stated above.
Следует отметить, что в ранее известных системах прямого электрического сопротивления, где основным механизмом нагрева является прохождение тока через сам продукт, нагрев продукта внутри плавильного резервуара более эффективен, когда электроды разнесены дальше друг от друга (например от около 500 мм до около 1 м). Кроме того, электроды обычно являются большими (например около 60 мм в диаметре) и дорогими, так что используется как можно меньше электродов.It should be noted that in previously known direct electrical resistance systems, where the primary heating mechanism is the passage of current through the product itself, heating of the product within the melting vessel is more efficient when the electrodes are spaced further apart (for example, from about 500 mm to about 1 m). In addition, the electrodes are typically large (eg about 60 mm in diameter) and expensive, so that as few electrodes as possible are used.
В этом примере каждый электрод из множества электродов 102 представляет собой пластинчатый электрод (или, другими словами, стержневой электрод или плоский стержневой электрод). Используемый в настоящем документе термин «пластинчатый» в термине «пластинчатый электрод» относится к геометрии, в которой электрод имеет две поверхности, разделенные толщиной пластины. У каждой поверхности есть размеры (например длину и ширину), которые являются относительно большими по сравнению с толщиной пластины. Например, ширина каждого электрода 102 может быть по меньшей мере на 40% больше, чем толщина пластины. In this example, each electrode of the plurality of
Что касается описанных в настоящем документе пластин, «поверхности» являются нагревающими поверхностями, выполненными с возможностью излучения тепла. В этом примере электроды 102 расположены так, что поверхности нагрева являются верхней и нижней поверхностями нагрева. Другими словами, электроды ориентированы так, что одна из поверхностей нагрева обращена вверх в резервуаре (другими словами, толщина электродов расположена по существу перпендикулярно основанию плавильного резервуара, а ширина электродов расположена по существу горизонтально и/или параллельно основанию внутренности резервуара). Таким образом, излучаемое тепло от верхней поверхности направляется к нерасплавленному продукту, расположенному выше.With respect to the plates described herein, the "surfaces" are heating surfaces configured to radiate heat. In this example, the
Использование удлиненных пластин в качестве электродов обеспечивает большую площадь внешней поверхности по сравнению с площадью поперечного сечения электродов. Количество тепла, излучаемого электродом при прохождении через него тока (благодаря омическому нагреву), обычно пропорционально сопротивлению электрода. Сопротивление электрода обратно пропорционально его площади поперечного сечения (для данной длины электрода). Для данной площади поверхности электрода пластина имеет меньшую площадь поперечного сечения и, следовательно, более высокое сопротивление, чем другие формы (например, стержневые электроды круглого сечения, которые используются в типичных системах прямого электрического сопротивления из-за их прочности). Таким образом, удлиненный пластинчатый электрод помогает электроду эффективно излучать тепло (то есть более низкий ток требуется для того же тепловыделения при заданной разности потенциалов). The use of elongated plates as electrodes provides a larger external surface area compared to the cross-sectional area of the electrodes. The amount of heat emitted by an electrode when current passes through it (due to ohmic heating) is usually proportional to the resistance of the electrode. The resistance of an electrode is inversely proportional to its cross-sectional area (for a given electrode length). For a given electrode surface area, a plate has a smaller cross-sectional area and therefore a higher resistance than other shapes (such as the circular rod electrodes used in typical direct electrical resistance systems because of their strength). Thus, the elongated plate electrode helps the electrode radiate heat efficiently (i.e., lower current required for the same heat output at a given potential difference).
Пластинчатые электроды 102 могут иметь любое подходящее поперечное сечение, например, по существу прямоугольное, по существу полукруглое, их комбинацию и т.п. Фиг. 3a иллюстрирует поперечное сечение, перпендикулярное удлиненной оси примерного электрода 102. В этом примере поперечное сечение электрода является по существу прямоугольным. В других примерах верхняя поверхность каждого электрода 102 является закругленной. Таким образом, верхняя поверхность не является плоской (то есть не является линейной). Другими словами, верхняя поверхность проходит по нелинейному пути между сторонами электрода. Фиг. 3b и 3c иллюстрируют поперечное сечение, перпендикулярное удлиненной оси примерного электрода 102, в котором верхняя поверхность электрода является закругленной.The
Округление верхней поверхности увеличивает площадь верхней поверхности. Следовательно, площадь поверхности, доступная для излучения/вывода IR излучения вверх к нерасплавленной шихте или гранулам, увеличивается. Верхняя поверхность может быть закруглена на любую подходящую величину. Например, верхняя поверхность может проходить по пути, который лишь немного отклоняется от линейного пути между сторонами электрода (как показано в примерах на Фиг. 3b и Фиг. 3c). Таким образом, закругленная верхняя поверхность может не искривляться до такой степени, чтобы стать полукруглой (когда диаметр полукруглой верхней поверхности соответствует ширине электрода). Например, закругленная поверхность может иметь радиус кривизны около 40-60 мм, более конкретно 50 мм. Таким образом, электрод извлекает выгоду из увеличенной площади верхней поверхности для увеличения излучения IR без значительного увеличения площади поперечного сечения электрода (и следовательно понижения эффективности электрода).Rounding the top surface increases the area of the top surface. Consequently, the surface area available for irradiation/output of IR radiation upward to the unmelted charge or granules is increased. The top surface can be rounded to any suitable amount. For example, the top surface may follow a path that deviates only slightly from the linear path between the sides of the electrode (as shown in the examples in Fig. 3b and Fig. 3c). Thus, the rounded top surface may not curve to such an extent as to become semicircular (when the diameter of the semicircular top surface corresponds to the width of the electrode). For example, the rounded surface may have a radius of curvature of about 40-60 mm, more specifically 50 mm. Thus, the electrode benefits from increased top surface area for increased IR emission without significantly increasing the cross-sectional area of the electrode (and therefore reducing the efficiency of the electrode).
Для примеров с закругленной верхней поверхностью нижняя поверхность может быть незакругленной (то есть обычно плоской или линейной), так что IR излучение, направленное вниз, в уже расплавленный продукт, будет ниже, чем направленное вверх в нерасплавленную шихту или гранулы.For examples with a rounded top surface, the bottom surface may be non-rounded (i.e., typically flat or linear), so that IR radiation directed downward into the already molten product will be lower than that directed upward into the unmolten charge or granules.
Ширина электродов может составлять около 10-30 мм, и более точно ширина электрода составляет около 20 мм. Толщина электрода может составлять около 5-20 мм, и более точно толщина электрода составляет около 12 мм.The width of the electrodes may be about 10-30 mm, and more precisely the width of the electrode is about 20 mm. The thickness of the electrode may be about 5-20 mm, and more precisely the thickness of the electrode is about 12 mm.
В этом примере электроды 102 в электродном массиве 1 только частично проходят через ширину внутренности 202 плавильного резервуара 200. Конец каждого из электродов первого и второго наборов удлиненных электродов располагается на расстоянии от стенки плавильного резервуара около 5-30 мм. Обеспечение зазора между концом каждого электрода и стенкой плавильного резервуара помогает избежать втягивания/выталкивания боковой стенки электродом во время пуска и выключения системы. Это особенно важно в тех ситуациях, когда система регулярно останавливается и запускается.In this example, the
В других примерах электроды 102 могут проходить на всю ширину внутренности плавильного резервуара. Например, первый и второй наборы электродов могут проходить от противоположных сторон плавильного резервуара, как было описано выше, но могут проходить полностью до противоположной стороны внутренности плавильного резервуара. Конец каждого электрода может поддерживаться соответствующей стенкой внутренности плавильного резервуара. Например, конец каждого электрода может приниматься соответствующей стенкой внутренности плавильного резервуара, например с помощью канавки, отверстия, выступа или монтажной скобы. При поддержке конца каждого электрода электроды могут быть менее склонными к провисанию, так что деформация при высоких температурах уменьшается, и срок службы увеличивается. In other examples, the
В данном примере система включает в себя по меньшей мере два электродных массива описанного выше типа. В частности, система включает в себя три электродных массива 1001, 1002 и 1003. Следует понимать, что система может иметь любое количество электродных массивов в соответствии с рядом факторов (например, размер внутренности резервуара и/или требуемый выход тепла, который в свою очередь может зависеть от материалов, подлежащих плавлению, например от требуемого выхода расплавленного продукта).In this example, the system includes at least two electrode arrays of the type described above. Specifically, the system includes three electrode arrays 100 1 , 100 2 and 100 3 . It should be understood that the system may have any number of electrode arrays depending on a number of factors (eg, the size of the interior of the reservoir and/or the required heat output, which in turn may depend on the materials to be melted, for example, the required molten product yield).
В проиллюстрированном примере электродные массивы 1001-3 являются компланарными. Таким образом, плоскости каждого из электродных массивов 1001-3 являются совпадающими. Однако в альтернативных вариантах осуществления, таких как показанный на Фиг. 4, электродные массивы 1001-3 могут быть расположены другими способами. Например, по меньшей мере один из электродных массивов может быть расположен в плоскости, смещенной от других электродных массивов (например, может быть три электродных массива, один из которых параллелен, но смещен вертикально относительно других двух массивов). При вертикальном смещении смежных электродных массивов боковой интервал между электродными массивами может быть уменьшен без интерференции между смежными массивами.In the illustrated example, the electrode arrays 100 1-3 are coplanar. Thus, the planes of each of the electrode arrays 100 1-3 are coincident. However, in alternative embodiments such as that shown in FIG. 4, the electrode arrays 100 1-3 may be arranged in other ways. For example, at least one of the electrode arrays may be located in a plane offset from the other electrode arrays (eg, there may be three electrode arrays, one of which is parallel but offset vertically relative to the other two arrays). By vertically moving adjacent electrode arrays, the lateral spacing between electrode arrays can be reduced without interference between adjacent arrays.
В данном примере каждый из электродных массивов 1001-3 располагается на некотором расстоянии от смежного электродного массива. В частности, электродные массивы 1001-3 располагаются вдоль длины внутренности плавильного резервуара. Разнесение электродных массивов 1001-3 обеспечивает более легкое независимое управление электродными массивами (как будет описано ниже). Другими словами, разнесение электродных массивов предотвращает прохождение интерференционных токов между электродами соседних массивов, так что ими становится легче управлять независимо. В дополнение к этому, разнесение электродных массивов помогает предотвратить образование «горячих точек» внутри плавильного резервуара во время операции нагревания. Упомянутая «горячая точка» представляет собой область, в которой стекло значительно горячее, чем окружающий материал. Это вызывает увеличение проводимости в этой области, что приводит к более высокому току, протекающему через нее, по сравнению с окружающими областями. Более высокий ток приводит к дальнейшему нагреванию стекла, так что локальное повышение температуры может стать самораспространяющимся. In this example, each of the electrode arrays 100 1-3 is located some distance from the adjacent electrode array. In particular, the electrode arrays 100 1-3 are located along the length of the interior of the melting vessel. Separating the electrode arrays 100 1-3 allows for easier independent control of the electrode arrays (as will be described below). In other words, spacing the electrode arrays prevents interference currents from passing between the electrodes of adjacent arrays, so that they can be more easily controlled independently. In addition to this, spacing the electrode arrays helps prevent the formation of "hot spots" within the melting vessel during the heating operation. The referred to “hot spot” is an area where the glass is significantly hotter than the surrounding material. This causes an increase in conductivity in that area, resulting in a higher current flowing through it compared to the surrounding areas. The higher current causes the glass to heat up further, so that the local temperature increase can become self-propagating.
Электродные массивы могут быть расположены от смежного электродного массива на расстоянии около 50-300 мм, точнее около 60-150 мм, и более точно 75 мм.The electrode arrays may be spaced from an adjacent electrode array at a distance of about 50-300 mm, more precisely about 60-150 mm, and more precisely 75 mm.
Как было упомянуто ранее, вышеописанные конфигурации позволяют использовать резервуар с уменьшенной площадью поверхности по сравнению с известными системами для обеспечения расплавленного продукта в рамках непрерывного производственного процесса. Например, внутренность плавильного резервуара может иметь ширину 400-600 мм. Внутренность плавильного резервуара может иметь длину 700 мм или больше. Таким образом, вышеописанная концепция может быть расширена за счет увеличения длины плавильного резервуара до любого необходимого значения. As previously mentioned, the above-described configurations allow the use of a vessel with a reduced surface area compared to prior art systems to provide molten product in a continuous production process. For example, the inside of a melting tank may have a width of 400-600 mm. The inside of the melting tank may be 700 mm or more in length. Thus, the above concept can be expanded by increasing the length of the melting tank to any desired value.
В данном примере система включает в себя систему управления током, протекающим через каждый электродный массив 1001-3. В данном примере система управления управляет разностью потенциалов между первым набором электродов и вторым набором электродов, чтобы воздействовать на величину тока.In this example, the system includes a system for controlling the current flowing through each electrode array 100 1-3 . In this example, the control system controls the potential difference between the first set of electrodes and the second set of electrodes to influence the amount of current.
Электродные массивы 1-3 могут быть связаны с системой управления любым подходящим способом. Например, кабель может соединять каждый из первого и второго наборов электродного массива (или каждый электрод в нем) с системой управления. Кабель может быть прикручен к соответствующему набору или электроду. Кабель может иметь водяное охлаждение. Electrode arrays 1-3 may be coupled to the control system in any suitable manner. For example, a cable may connect each of the first and second sets of electrode array (or each electrode therein) to a control system. The cable can be screwed to a suitable set or electrode. The cable may be water-cooled.
В этом примере первый и второй наборы электродов каждого электродного массива 1001-3 электрически соединены в отдельно управляемые цепи. То есть каждый электродный массив 1001-3 включает в себя первый набор электродов 1041-2 и второй набор электродов 1061-2, соединенные в цепь. В проиллюстрированном примере каждый набор электродов электрически соединяется с соответствующей шиной 220, 230. В данном примере общая шина 220 используется в качестве первой шины первого набора электродов каждого электродного массива 1001-3. Однако отдельная шина 230 используется в качестве второй шины второго набора электродов каждого электродного массива 1001-3, чтобы гарантировать, что каждый электродный массив 1001-3 присутствует в отдельной цепи и, следовательно, может управляться независимо. Каждая цепь включает в себя трансформатор, выполненный с возможностью преобразования напряжения, подаваемого от источника энергии (или отдельных источников энергии для каждого массива) до требуемого уровня, определяемого системой управления. Источник энергии, например, может быть источником питания с напряжением 415 В.In this example, the first and second sets of electrodes of each electrode array 100 1-3 are electrically connected in separately controlled circuits. That is, each electrode array 100 1-3 includes a first set of electrodes 104 1-2 and a second set of electrodes 106 1-2 connected in a circuit. In the illustrated example, each electrode set is electrically coupled to a corresponding busbar 220, 230. In this example, the common busbar 220 is used as the first busbar of the first electrode set of each electrode array 100 1-3 . However, a separate bus 230 is used as a second bus of the second set of electrodes of each electrode array 100 1-3 to ensure that each electrode array 100 1-3 is present in a separate circuit and therefore can be controlled independently. Each circuit includes a transformer configured to convert the voltage supplied from the power source (or separate power sources for each array) to a desired level determined by the control system. The power source, for example, may be a 415 V power supply.
Система управления может включать в себя пользовательский интерфейс, который позволяет пользователю задавать инструкции для системы управления до/во время работы. В других примерах (или в дополнение) система управления может функционировать в соответствии с предпрограммированными инструкциями.The control system may include a user interface that allows a user to specify instructions to the control system before/during operation. In other examples (or in addition), the control system may operate in accordance with preprogrammed instructions.
Например, системой первоначально можно управлять вручную. Ручное управление может продолжаться до тех пор, пока контролируемые параметры не станут относительно постоянными, после чего управление может быть передано компьютеру, который работает в соответствии с заранее запрограммированными инструкциями.For example, the system may initially be operated manually. Manual control can continue until the parameters being monitored are relatively constant, after which control can be transferred to the computer, which operates according to preprogrammed instructions.
В некоторых примерах электродными массивами управляют независимо. То есть величиной тока между первым и вторым наборами каждого электродного массива можно управлять и изменять независимо (другими словами, система управления может управлять разностью потенциалов между первым набором электродов и вторым набором электродов каждого электродного массива независимо). Независимое управление может быть достигнуто с помощью единой системы управления, которая может управлять каждым электродным массивом независимо, или независимой системы управления для каждого электродного массива. Независимое управление электродными массивами позволяет изменять тепловую мощность (то есть испускаемое IR излучение) в разных местах внутри резервуара. Например, ток, протекающий через каждый электродный массив, и, следовательно, тепловыделение от каждого электродного массива может соответствовать его относительному расстоянию от выходного отверстия плавильного резервуара. Например, в случае необходимости электродный массив, расположенный дальше от выходного отверстия, может иметь более высокое тепловыделение по сравнению с теми массивами, которые расположены ближе к выходному отверстию. Это позволяет лучше контролировать температурный градиент расплавленного продукта внутри плавильного резервуара.In some examples, the electrode arrays are controlled independently. That is, the amount of current between the first and second sets of each electrode array can be controlled and varied independently (in other words, the control system can control the potential difference between the first set of electrodes and the second set of electrodes of each electrode array independently). Independent control can be achieved using a single control system that can control each electrode array independently, or an independent control system for each electrode array. Independent control of the electrode arrays allows the thermal power (that is, the IR radiation emitted) to be varied at different locations within the tank. For example, the current flowing through each electrode array, and therefore the heat dissipation from each electrode array, may correspond to its relative distance from the melting vessel outlet. For example, if necessary, an electrode array located further from the outlet may have a higher heat dissipation compared to those arrays located closer to the outlet. This allows for better control of the temperature gradient of the molten product within the melting vessel.
Для описанной выше компоновки плавильного резервуара и электродных массивов прикладываемая разность потенциалов между концами независимо управляемых электродных массивов составляет по существу 10-40 В. Разности потенциалов внутри этого диапазона обычно являются достаточными для пропускания тока через небольшой зазор между соседними электродами в электродном массиве через материал внутри плавильного резервуара. Получаемая потребляемая мощность для описанного выше резервуара (с тремя электродными массивами) обычно составляет от 40 кВт до 100 кВт при производстве непрерывного потока расплавленного стекла в количестве 1-4 кг/мин.For the melting vessel and electrode array arrangement described above, the applied potential difference between the ends of the independently controlled electrode arrays is substantially 10-40 V. Potential differences within this range are usually sufficient to allow current to pass through the small gap between adjacent electrodes in the electrode array through the material within the melting vessel. The resulting power input for the tank described above (with three electrode arrays) is typically 40 kW to 100 kW when producing a continuous flow of molten glass at 1-4 kg/min.
Как и в случае с известными системами, которые работают с прямым электрическим сопротивлением, может потребоваться, чтобы электроды были по меньшей мере частично погружены в расплавленный продукт во время запуска системы. Например, когда система используется для производства стеклянного материала, может потребоваться, чтобы был обеспечен слой расплавленного стекла (в некоторых примерах, включая Borax), который охватывает электроды, чтобы позволить начать операцию нагрева (то есть позволить току течь между смежными электродами благодаря улучшенной электропроводности стекла в расплавленном состоянии). Достаточное для погружения электродов количество расплавленного стекла можно получить с помощью газового нагревателя.As with known systems that operate with direct electrical resistance, it may be necessary for the electrodes to be at least partially immersed in the molten product during startup of the system. For example, when the system is used to produce glass material, it may be necessary to provide a layer of molten glass (in some examples, including Borax) that surrounds the electrodes to allow the heating operation to begin (that is, to allow current to flow between adjacent electrodes due to the improved electrical conductivity of the glass in a molten state). A sufficient amount of molten glass to immerse the electrodes can be obtained using a gas heater.
Возможны различные модификации компоновки, как было описано выше. Например, следует понимать, что хотя описанные примеры относятся только к плавлению материала для получения расплавленного стекла, вышеупомянутое устройство может также использоваться для плавления материалов при производстве керамического материала.Various modifications of the layout are possible, as described above. For example, it should be understood that although the described examples only relate to melting a material to produce molten glass, the above-mentioned apparatus can also be used to melt materials to produce a ceramic material.
Электроды внутри каждого массива могут конфигурироваться любым подходящим образом. Например, электроды различных размеров и/или различных поперечных сечений и/или с различными интервалами могут использоваться внутри одного электродного массива. Первый и второй наборы электродов внутри по меньшей мере одного массива могут проходить от одной и той же стороны внутренности плавильного резервуара.The electrodes within each array can be configured in any suitable manner. For example, electrodes of different sizes and/or different cross-sections and/or at different intervals may be used within a single electrode array. The first and second sets of electrodes within the at least one array may extend from the same side of the interior of the melting vessel.
Каждый электродный массив может конфигурироваться любым подходящим образом. Например, компоновка (например, размеры, и/или поперечное сечение, и/или интервалы) электродов и/или количество электродов в смежных массивах электродов может отличаться в зависимости от требуемой тепловой мощности в конкретной области резервуара.Each electrode array can be configured in any suitable manner. For example, the arrangement (eg, dimensions and/or cross-section and/or spacing) of electrodes and/or the number of electrodes in adjacent electrode arrays may differ depending on the required thermal power in a particular area of the tank.
В проиллюстрированном примере система включает в себя один дополнительный электрод 300 рядом с выходным отверстием 210 плавильного резервуара. Этот электрод помогает обеспечить нагревание по всей длине плавильного резервуара во время запуска и дополнительно позволяет при необходимости точно регулировать температуру во время операции. Электрод 300 может конфигурироваться таким образом, что во время операции нагревания ток течет между электродом 300 и электродом ближайшего электродного массива (1003) или самим выходным отверстием 210. В других примерах этот электрод 300 может отсутствовать, и вместо этого электродный массив 1003 может простираться до положения рядом с выходным отверстием 210.In the illustrated example, the system includes one
В некоторых примерах плавильный резервуар может включать в себя дополнительную камеру, расположенную между электродами 1001,2,3 (и опционально электродом 300) и выходным отверстием 210. В таких примерах дополнительная камера определяется перегородкой, отделяющей главный объем плавильного резервуара от дополнительной камеры. Эта перегородка помогает предотвратить прохождение полурасплавленного стекла (например, нерасплавленных или частично расплавленных частиц) по дну резервуара и из выходного отверстия 210. Дополнительные электроды могут быть расположены ближе к верхнему концу перегородки, чтобы обеспечить дополнительный нагрев стекла, проходящего через него, помогая высвободить любые образующиеся пузырьки и гарантировать, что оно остается расплавленным, когда оно течет к выходному отверстию. Например пара электродов (которая может включать в себя электрод 300) может быть размещена с любой стороны верхнего конца перегородки.In some examples, the melting vessel may include an additional chamber located between the electrodes 100 1,2,3 (and optionally electrode 300) and the outlet 210. In such examples, the additional chamber is defined by a partition separating the main volume of the melting vessel from the additional chamber. This baffle helps prevent semi-molten glass (e.g., unmelted or partially molten particles) from passing along the bottom of the reservoir and from the outlet 210. Additional electrodes may be located near the top end of the baffle to provide additional heating to the glass passing through it, helping to release any formed bubbles and ensure that it remains molten as it flows towards the outlet. For example, a pair of electrodes (which may include electrode 300) may be placed on either side of the upper end of the septum.
Специалистам в данной области техники также будет понятно, что любое количество комбинаций вышеупомянутых особенностей и/или особенностей, показанных на прилагаемых чертежах, обеспечивают явные преимущества по сравнению с предшествующим уровнем техники и, следовательно, находятся в пределах объема описанного в настоящем документе изобретения. Those skilled in the art will also appreciate that any number of combinations of the above features and/or features shown in the accompanying drawings provide distinct advantages over the prior art and are therefore within the scope of the invention described herein.
Схематические чертежи необязательно выполнены в масштабе и представлены в целях иллюстрации, а не ограничения. Чертежи изображают один или более аспектов, описанных в данном раскрытии. Однако следует понимать, что другие аспекты, не изображенные на чертежах, также попадают в объем данного раскрытия.The schematic drawings are not necessarily to scale and are presented for purposes of illustration and not limitation. The drawings depict one or more aspects described in this disclosure. However, it should be understood that other aspects not depicted in the drawings also fall within the scope of this disclosure.
Claims (27)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB1905288.5 | 2019-04-15 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2021129477A RU2021129477A (en) | 2023-05-15 |
| RU2813819C2 true RU2813819C2 (en) | 2024-02-19 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1029197A (en) * | 1962-08-25 | 1966-05-11 | Siemens Ag | A method of and an apparatus for use in melting glass or other oxidic substances |
| GB2031402A (en) * | 1978-10-13 | 1980-04-23 | Paramount Glass Mfg Co Ltd | A Glass Melting Furnace for Fabricating Glass Fibers |
| EP0325055A2 (en) * | 1987-12-24 | 1989-07-26 | Nippon Sheet Glass Co., Ltd. | Glass melting furnace |
| RU2465221C2 (en) * | 2008-06-30 | 2012-10-27 | Охара Инк. | Method of making glass articles and device to this end |
| RU2603115C1 (en) * | 2015-10-15 | 2016-11-20 | Акционерное Общество "Саратовский институт стекла" | Method for glass melting in the glass melting furnace bath |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1029197A (en) * | 1962-08-25 | 1966-05-11 | Siemens Ag | A method of and an apparatus for use in melting glass or other oxidic substances |
| GB2031402A (en) * | 1978-10-13 | 1980-04-23 | Paramount Glass Mfg Co Ltd | A Glass Melting Furnace for Fabricating Glass Fibers |
| EP0325055A2 (en) * | 1987-12-24 | 1989-07-26 | Nippon Sheet Glass Co., Ltd. | Glass melting furnace |
| RU2465221C2 (en) * | 2008-06-30 | 2012-10-27 | Охара Инк. | Method of making glass articles and device to this end |
| RU2603115C1 (en) * | 2015-10-15 | 2016-11-20 | Акционерное Общество "Саратовский институт стекла" | Method for glass melting in the glass melting furnace bath |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9802850B2 (en) | Energy efficient high-temperature refining | |
| EP0236486B1 (en) | Related cases | |
| CN105829253A (en) | Apparatus and method for making glass | |
| JPH07106913B2 (en) | Glass melting method and melting tank | |
| JP2007131525A (en) | Process for producing flat glass, particularly float glass easy to become glass ceramic | |
| US6119762A (en) | Device for manufacturing an electrode plate assembly for lead accumulator | |
| RU2813819C2 (en) | System and method for melting glass or ceramic materials | |
| RU2382739C1 (en) | Method and device for tapping molten glass from discharge channels | |
| JP7495427B2 (en) | Systems and methods for melting glass or ceramic materials - Patents.com | |
| CN112279496B (en) | Apparatus and method for manufacturing glass ribbon | |
| RU2822049C2 (en) | System and method for melting materials | |
| JP7554764B2 (en) | Heating element and system and method for melting material using said heating element - Patents.com | |
| US20070098036A1 (en) | Unit for conductively heatable melting | |
| JP4741217B2 (en) | Glass melt refining equipment | |
| JPH06227822A (en) | Outflow apparatus for glass preform | |
| JPH01167237A (en) | Glass melting furnace | |
| US3941577A (en) | Method and apparatus for making molten glass | |
| JP2002060226A (en) | Glass melting furnace | |
| JP7080521B1 (en) | Conductive container and energizing heating device | |
| US5271032A (en) | Lid heater for glass melter | |
| WO2024214473A1 (en) | Method and device for manufacturing glass article | |
| CA1065610A (en) | Method and apparatus for making molten glass | |
| JPH0421795Y2 (en) | ||
| SU874677A1 (en) | Feeder of glass smelting furnace | |
| RU2208665C1 (en) | Device for growing of refractory single crystals |