TW201512111A - 包括感應受熱包殼的玻璃片製造所用的方法及設備 - Google Patents

Abstract

一種用於玻璃製造的方法及設備，該方法包括以下步驟：根據預定熱概況來加熱用於容納熔融玻璃成形設備之包殼。該包殼具有用至少一個感應加熱系統加熱的至少第一側壁及第二側壁，該感應加熱系統經配置以將能量熱耦合至該等側壁的至少一部分。

Description

包括感應受熱包殼的玻璃片製造所用的方法及設備 相關申請案之交互參照

本申請案主張2013年8月20日申請的美國臨時申請案序列號第61/867,707號之優先權權益，該申請案之內容為本文之基礎且如同下文完整闡述一樣以全文引用方式併入本文中。

本說明書大體上係關於玻璃片的製造，且更確切而言，係關於利用容納熔融玻璃成形設備之包殼來製作玻璃片的設備及方法。

在玻璃片之製造中，重要的是維持玻璃成形環境之穩固溫度控制。舉例而言，在使用熔合拉伸製程的玻璃片之製造中，重要的是出於各種原因維持圍繞玻璃成形設備(或等管(isopipe))之環境之穩固溫度控制，包括維持玻璃成形設備之壽命及完整性並控制玻璃之品質及尺寸均勻性(例如厚度)。

在穩態製造操作期間，經常需要將玻璃成形設備周圍之環境維持在輻射為主要熱傳遞模式所處的溫度下。為維持此等溫度，可在玻璃成形設備及組件周圍構造包殼，該包殼經工程化以促進經由包殼之壁的輻射熱傳遞。舉例而言，電阻材料棒可緊鄰包殼之壁置放，且經受足以將棒電阻加熱之電流，以便加熱至使熱自該等棒輻射至包殼之壁且自包殼之壁輻射至熔融玻璃及熔融玻璃成形設備的溫度。

增加製造運作速率及製造溫度已開始令使用電阻受熱材料來維持該等製程之長期穩定操作所需的穩固及持續溫度控制超過極限。舉例而言，由於電阻受熱棒之大小已增大來補償較穩固的製造環境，所以其花費已增大而可靠性及有用的使用壽命已趨向於減小。因此，將需要設計用於維持玻璃成形設備之環境中的穩固溫度控制之替代或其他方法。

根據一個實施例，本揭示內容係關於根據預定熱概況來加熱用於容納熔融玻璃片成形設備之包殼的方法。該包殼具有第一側壁及第二側壁，且加熱該包殼之步驟包括以下步驟：用至少一個感應加熱系統加熱第一側壁及第二側壁中之至少一者的至少一部分。

在另一實施例中，本揭示內容係關於可用於製作玻璃片之製程的設備。該設備包括用於容納熔融玻璃片成形設備之包殼。該包殼包括第一側壁及第二側壁，且熔融玻璃成形設備位於該包殼中。該設備亦包括至少一個感應加熱系統，其經配置以將能量耦合至第一側壁及第二側壁中之至少 一者的至少一部分。

應理解，前述的一般描述及以下詳述描述各種實施例，且意欲提供用於理解所請求標的之性質及特徵的概述或框架。隨附圖式係納入來提供對各種實施例的進一步理解，且併入本說明書中並構成本說明書之一部分。圖式例示本文所述的各種實施例，且與說明書一起用於解釋所請求標的之原理及操作。

d‧‧‧垂直距離

X‧‧‧方向

Y‧‧‧方向

Z‧‧‧方向

100‧‧‧包殼

102‧‧‧第一側壁

104‧‧‧第二側壁

152‧‧‧第一緊鄰基座

154‧‧‧第二緊鄰基座

180‧‧‧材料

182‧‧‧托架

202‧‧‧第一電阻受熱棒/電阻受熱棒

204‧‧‧第二電阻受熱棒/電阻受熱棒

206‧‧‧第三電阻受熱棒/電阻受熱棒

208‧‧‧第四電阻受熱棒/電阻受熱棒

210‧‧‧第五電阻受熱棒/電阻受熱棒

212‧‧‧第六電阻受熱棒/電阻受熱棒

302‧‧‧第一感應加熱系統/感應加熱系統

304‧‧‧感應加熱系統

306‧‧‧感應加熱系統

308‧‧‧感應加熱系統

310‧‧‧第二感應加熱系統/感應加熱系統

312‧‧‧感應加熱系統

314‧‧‧感應加熱系統

316‧‧‧感應加熱系統

320‧‧‧感應加熱系統

322‧‧‧絕緣材料

324‧‧‧第一節段

326‧‧‧第二節段

330‧‧‧感應線圈

380‧‧‧絕緣體

382‧‧‧感應線圈

384‧‧‧絕緣體

400‧‧‧熔融玻璃成形設備

500‧‧‧交流電力供應

502‧‧‧電路

504‧‧‧電路

506‧‧‧電路

508‧‧‧電路

550‧‧‧熱站

600‧‧‧冷卻器

602‧‧‧冷卻流體輸入管線

652‧‧‧冷卻流體輸出管線

700‧‧‧控制器

702‧‧‧控制迴路

1000‧‧‧感應加熱系統

第1圖為用於容納熔融玻璃成形設備之包殼的透視圖，其中電阻受熱棒及感應加熱系統熱耦合至包殼側壁中之每一者的一部分；第2圖為第1圖之實施例的截面透視端視圖，其例示容納於包殼中的熔融玻璃成形設備；第3圖為用於容納熔融玻璃成形設備之包殼的透視圖，其中感應加熱系統熱耦合至包殼側壁中之每一者；第4圖為第3圖之實施例的截面透視端視圖，其例示容納於包殼中的熔融玻璃成形設備；第5圖為替代實施例的截面透視端視圖，其例示鄰近包殼側壁中之每一者定位的中間基座及熱耦合至緊鄰基座中之每一者的感應加熱系統；第6圖為感應加熱系統之陣列的示意性表示；第7A及7B圖為感應加熱系統之替代線圈配置的截面透視端視圖；第8圖為感應加熱系統的示意性表示，其中線圈密 度及距基座的線圈距離在感應加熱系統之不同區域中有所不同；以及第9圖為感應加熱系統之各種元件的示意性表示。

現將詳細參考用於玻璃片製造的各種實施例及併入有該等實施例之玻璃製造製程。只要有可能，整個圖式將使用相同參考數字來提及相同或相似部件。玻璃片材料可大體上藉由將玻璃批料熔融以形成熔融玻璃且隨後使熔融玻璃成形成玻璃片來形成。示範性製程包括浮製玻璃製程、狹槽拉伸製程及熔合下拉製程。

第1圖展示根據本文之實施例的適用於製作玻璃片之製程的設備的透視圖。設備包括用於容納熔融玻璃成形設備之包殼100。包殼包括第一側壁102及第二側壁104。第一、第二及第三電阻受熱棒202、204及206分別熱耦合至第一側壁102，且第四、第五及第六電阻受熱棒208、210及212分別直接熱耦合至第二側壁104。此外，第一感應加熱系統302熱耦合至第一側壁102且第二感應加熱系統310熱耦合至第二側壁104。

第2圖展示第1圖之實施例的截面透視端視圖，其展示容納於包殼100中的熔融玻璃成形設備(等管)400。

包殼100通常由諸如耐火陶瓷材料之耐火材料製成。可用於製作包殼100的耐火陶瓷材料之實例包括在可操作溫度下維持其結構完整性，同時不會消極地與玻璃反應的任何緻密、熱傳導材料，諸如碳化矽。可用於包殼100的示 範性碳化矽材料包括選自以下者的材料：可購自Saint-Gobain的Hexoloy®家族之碳化矽材料，及可購自M-Cubed Technologies的反應黏結碳化矽。

在示範性實施例中，包殼之耐火材料可包括在高於1,000℃，諸如高於1,200℃，及進一步諸如高於1,400℃，及又進一步諸如高於1,600℃，諸如1,200℃至1,900℃及進一步諸如1,400℃至1,800℃，及又進一步諸如1,600℃至1,700℃的溫度下，實質上保持其強度性質以及化學與物理穩定性的材料。

儘管側壁102及104之厚度不受限制，但是該厚度可例如在0.25吋至6吋之範圍內，諸如1吋至2.5吋之範圍內。

電阻受熱棒202、204、206、208、210及212可由具有足夠電阻加熱容量及機械堅固性的任何材料製成，以向包殼之側壁提供穩態輻射加熱能力。可用於電阻受熱棒的材料之實例包括碳化矽、二矽化鉬、鎳鉻合金、鉑合金及熟習此項技術者已知的各種商業加熱器組合物。可商購的電阻受熱棒包括可購自I Squared R Element公司的碳化矽Starbars®及可購自Sandvik的Globars^TM。

儘管電阻受熱棒之尺寸不受限制，但是該等棒之尺寸範圍可例如：直徑為0.5吋至3吋，諸如1吋至2.5吋，且軸向(縱向)長度為15吋至300吋，諸如30吋至250吋。電阻受熱棒之直徑可為恆定的或可沿其軸向(縱向)長度而變化。

可將電阻受熱棒適當地鄰近側壁置放，以便將能量 有效地耦合至側壁，而同時不造成側壁因流過電受熱棒的電流的短路。儘管電阻受熱棒與側壁之間的最短距離不受限制，但是該最短距離可例如在0.125吋至8吋之範圍內，諸如1吋至4吋之範圍內。

在示範性實施例中，為使足夠的輻射熱傳遞能夠在電阻受熱棒與側壁之間發生，應使電阻受熱棒維持在穩態可操作的溫度下，該等溫度使適當程度的熱傳遞能夠在棒與側壁之間及側壁與熔融玻璃及熔融玻璃成形設備之間發生。就此而言，可使電阻受熱棒維持在大致相同的溫度下或不同的溫度下，視製程條件、玻璃組成及所需玻璃特徵及幾何形狀而定。舉例而言，在某些示範性實施例中，可使在相對較高位置處的電阻受熱棒維持在相對高於在相對較低位置處的電阻受熱棒之溫度的溫度下，以使得電阻受熱棒之溫度隨其位置降低而降低。在其他示範性實施例中，可使在相對較高位置處的電阻受熱棒維持在相對低於在相對較低位置處的電阻受熱棒之溫度的溫度下，以使得電阻受熱棒之溫度隨其位置降低而升高。在其他示範性實施例中，可使在相對中間高度處的電阻受熱棒維持在相對高於在相對較高及較低位置處的電阻受熱棒之溫度的溫度下，以使得電阻受熱棒之溫度自較高位置至中間位置升高且隨後自中間位置至較低位置降低。在其他示範性實施例中，可使在相對中間高度處的電阻受熱棒維持在相對低於在相對較高及較低位置處的電阻受熱棒之溫度的溫度下，以使得電阻受熱棒之溫度自較高位置至中間位置降低且隨後自中間位置至較低位置升高。電阻受熱棒亦 可按製程所需來配置及/或構造以便提供沿其縱向長度的熱梯度。

在根據上文所提及實施例中任何實施例的穩態操作下，電阻受熱棒之溫度可在100℃至1650℃之範圍內，諸如900℃至1450℃之範圍內。舉例而言，維持在相對較高溫度下的電阻受熱棒可例如為至少900℃且可在900℃至1650℃之範圍內，而維持在相對較低溫度下的電阻受熱棒可例如為小於900℃且可在100℃至900℃之範圍內。

在示範性實施例中，感應加熱系統302及310可包括直接嵌入絕緣材料中的至少一個感應線圈。絕緣材料可保護感應線圈中的傳導材料避免過熱且可幫助能夠維持感應線圈之結構及機械完整性。在示範性實施例中，感應線圈以能夠根據預定熱概況加熱包殼100之方式配置於絕緣材料中。

為根據預定熱概況加熱包殼100，感應線圈及絕緣材料必須大致鄰近易於感應加熱的材料來配置，該材料諸如易於至少在對應於在穩態操作期間包殼之所需熱概況的溫度下感應加熱的材料。

如本文所用，「易於感應」意謂在材料處於由具有5kW至250kW功率之電力供應供電時具有10kHz至250kHz頻率的交流電流之1至50毫米內時，該材料能夠經由感應加熱而加熱至少500℃。

在第1及2圖中所例示的實施例中，感應加熱系統302及310直接熱耦合至第一側壁102及第二側壁104，該等側壁繼而易於至少在對應於穩態操作期間包殼之所需熱概況 的溫度下感應加熱。

在某些示範性實施例中，第一側壁102及第二側壁104易於在寬溫度範圍內感應，諸如在至少20℃，包括至少50℃及進一步包括至少100℃，諸如20℃至1,900℃及進一步諸如50℃至1,800℃，及又進一步諸如100℃至1,700℃的溫度下感應。在此等實施例中，第一側壁102及第二側壁104可易於在小於100℃，包括小於50℃，及進一步包括小於20℃的溫度下感應。

在此等實施例中，包括包殼100之設備可自冷起始條件(例如在室溫下)加熱，其中第一側壁102及第二側壁104至少在部分地藉由感應加熱系統302及310加熱。包括包殼100之設備可繼續在對應於所需熱概況之穩態操作溫度下加熱，其中第一側壁102及第二側壁104繼續至少在部分地藉由感應加熱系統302及310加熱。

在其他示範性實施例中，第一側壁102及第二側壁104易於在更接近涵蓋對應於穩態操作期間包殼之所需熱概況的溫度的溫度範圍內感應。此溫度範圍可包括至少500℃，包括至少600℃，進一步包括至少700℃，又進一步包括至少800℃，及又進一步包括至少900℃，諸如500℃至1,900℃，及進一步諸如600℃至1,800℃，及又進一步諸如700℃至1,700℃，及又進一步諸如800℃至1,600℃，及甚至又進一步諸如900℃至1,500℃的溫度。

在此等實施例中，包括包殼100之設備可自冷起始條件(例如在室溫下)加熱，其中第一側壁102及第二側壁104 在較早步驟中用至少一個電阻受熱棒(例如，諸如至少電阻受熱棒202、204、206、208、210及212)加熱，接著一旦側壁102及104之溫度已達到易於感應的足夠溫度，即進行啟動感應加熱系統302及310的稍後步驟。由彼時起，第一側壁102及第二側壁104繼續至少部分地藉由感應加熱系統302及310根據所需熱概況加熱。

或者，包括包殼100之設備可自冷起始條件(例如在室溫下)加熱，其中第一側壁102及第二側壁104在較早步驟中用至少一個電阻受熱棒(例如，諸如至少電阻受熱棒202、204、206、208、210及212)加熱，接著一旦側壁102及104之溫度已達到易於感應的足夠溫度，即進行以下後一步驟：用感應加熱系統302及310中之至少一者替代電阻受熱棒中之至少一者。由彼時起，第一側壁102及第二側壁104繼續至少部分地藉由感應加熱系統302及310根據所需熱概況加熱。

在某些示範性實施例中，一旦側壁102及104之溫度已達到易於感應的足夠溫度，即可將所有電阻受熱棒由感應加熱系統替代。由彼時起，第一側壁102及第二側壁104繼續藉由感應加熱系統根據所需熱概況加熱。

在替代實施例中，諸如在其中第一側壁及第二側壁在室溫下易於感應的實施例中，感應加熱系統可最初沿第一側壁102及第二側壁104存在，以使得包殼100可自冷起始(例如在室溫下)條件加熱，其中第一側壁102及第二側壁104由感應加熱系統自冷起始條件加熱至與所需熱概況一致的穩態 操作條件。由彼時起，第一側壁102及第二側壁104繼續藉由感應加熱系統根據所需熱概況加熱。

如上文所述，包括第一側壁102及第二側壁104之包殼100可由諸如碳化矽的陶瓷材料製成，該碳化矽包括緻密燒結碳化矽及反應黏結碳化矽。碳化矽材料提供對高溫環境中熔融的良好抗性、相對良好的熱傳導性，且可自包殼100轉移至玻璃片的極低程度的缺陷。

當包括第一側壁102及第二側壁104之包殼100包含碳化矽時，此包殼及壁可基本上由碳化矽組成。在某些實施例中，包括第一側壁102及第二側壁104之包殼100亦可包含選自由二矽化鉬、氧化錫及鉻化鑭組成之群的至少一種陶瓷材料。

可用於其中第一側壁及第二側壁易於在室溫下感應的示範性實施例中的側壁材料之實例包括：可購自M-Cubed Technologies的反應黏結碳化矽，及含有矽-金屬(silicon metal)及/或其他有意引入的導電成分之碳化矽材料。

可用於其中第一側壁及第二側壁易於僅在更高溫度下(諸如在更接近涵蓋對應於穩態操作期間包殼之所需熱概況的溫度的溫度範圍內)感應的示範性實施例中的側壁材料之實例包括：緻密燒結碳化矽，諸如可購自Saint-Gobain的Hexoloy®家族之碳化矽材料。

易於僅在高溫下感應的諸如碳化矽之陶瓷材料可具有對高溫下熔融的優異抗性，該等高溫諸如至少1600℃，及進一步諸如至少1700℃，及又進一步諸如至少1800℃，及甚 至又進一步諸如至少1900℃，包括1600℃至2200℃的溫度。此等材料可經工程化以具有在較低溫度下感應的易感性，但此可導致稍微減小的對高溫下熔融的抗性。

舉例而言，在某些實施例中，可將導電第二相材料經由選自由反應黏結、共火燒結(co-fire sintering)及溫度積層/反應組成之群的至少一種方法併入基於陶瓷的基質中，諸如併入基於碳化矽的基質中。導電第二相材料之實例為矽。導電第二相材料可與至少一種耐火元素金屬組合，以便賦予導電第二相材料較高的熔點。耐火元素金屬之實例包括選自由以下組成之群的金屬：鈦、釩、鉻、鋯、鈮、鉬、釕、銠、鉿、鉭、鎢、錸、鋨及銥。

第3圖展示其中複數個感應加熱系統302、304、306、308、310、312、314及316直接耦合至第一側壁102及第二側壁104的實施例。在第3圖中所例示的實施例中，第一側壁102及第二側壁104之幾乎整個表面直接耦合至感應加熱系統。儘管第3圖之實施例展示在包殼100之頂部上方延伸的絕緣材料，但是應理解，本文之實施例包括以下實施例，其中絕緣材料不在包殼100之頂部上方延伸或僅在包殼100之頂部上方部分地延伸。此外，應理解，本文之實施例包括以下實施例，其中包殼之頂部易於感應且至少一個感應加熱系統直接熱耦合至包殼之頂部。

第4圖展示第3圖之實施例的截面透視端視圖，其展示容納於包殼100內的熔融玻璃成形設備(等管)400。

在示範性實施例中，為根據預定熱概況加熱包殼 100，應將感應加熱系統以能夠對第一側壁102及第二側壁104進行適當程度的感應加熱之方式來配置。就此而言，感應加熱系統可經配置以將相同或不同量的能量耦合至第一側壁102及第二側壁104，以使得第一側壁102及第二側壁104之溫度概況可於其長度及/或高度範圍內大致恆定，或可於其長度及/或高度範圍內根據預定熱概況而變化。舉例而言，在某些示範性實施例中，在相對較高位置處的感應加熱系統可比在相對較低位置處的感應加熱系統將更多能量耦合至第一側壁及第二側壁，以使得側壁之溫度自頂部向底部降低。在其他示範性實施例中，在相對較高位置處的感應加熱系統可比在相對較低位置處的感應加熱系統將更少能量耦合至第一側壁及第二側壁，以使得側壁之溫度自頂部向底部升高。在其他示範性實施例中，在相對中間高度處的感應加熱系統可比在較高及較低位置處的感應加熱系統將更多能量耦合至第一側壁及第二側壁，以使得側壁之溫度自較高位置向中間位置升高且隨後自中間位置向較低位置降低。在其他示範性實施例中，在相對中間高度處的感應加熱系統可比在較高及較低位置處的感應加熱系統將更少能量耦合至第一側壁及第二側壁，以使得側壁之溫度自較高位置向中間位置降低且隨後自中間位置向較低位置升高。

第5圖展示如本文所揭示的替代實施例的截面透視端視圖。在第5圖之實施例中，第一緊鄰基座152鄰近第一側壁102定位且第二緊鄰基座154鄰近第二側壁104定位。感應加熱系統302、304、306及308直接耦合至第一緊鄰基 座152且感應加熱系統310、312、314及316直接耦合至第二緊鄰基座154。第一緊鄰基座152定位在感應加熱系統302、304、306及308與第一側壁102之間且，第二緊鄰基座154定位在感應加熱系統310、312、314及316與第二側壁104之間。熔融玻璃成形設備(等管)400容納於包殼100中。

第一緊鄰基座152及第二緊鄰基座154較佳易於在室溫下感應，該室溫包括至少20℃的溫度，低於50℃的溫度，諸如20℃至1,900℃的溫度。在此等實施例中，第一緊鄰基座152及第二緊鄰基座154可自冷起始(例如在室溫下)條件加熱，其中第一緊鄰基座152及第二緊鄰基座154由感應加熱系統自冷起始條件加熱至與所需熱概況一致的穩態操作條件，繼而使第一側壁102及第二側壁104能夠自冷起始條件加熱至與所需熱概況一致的穩態操作條件。由彼時起，第一側壁102及第二側壁104繼續藉由第一緊鄰基座及第二緊鄰基座及感應加熱系統根據所需熱概況加熱。

在第5圖中所例示的實施例中，第一側壁102及第二側壁104可或可不易於感應。舉例而言，在第5圖中所例示的實施例中，第一緊鄰基座152及第二緊鄰基座154可易於在室溫下感應，而第一側壁102及第二側壁104不易於在室溫下感應，諸如第一側壁及第二側壁易於僅在高度(例如在500℃或更高)下感應或大體上根本不易於感應的情況。

第6圖為感應加熱系統之陣列的示意性表示，該陣列諸如可直接耦合至以下者的感應加熱系統之陣列：用於容納熔融玻璃成形設備之包殼之側壁，或定位在感應加熱系統 之陣列與用於容納熔融玻璃成形設備之包殼之側壁之間的緊鄰基座。儘管第6圖展示12個感應加熱系統之陣列4×3陣列(其中四個感應加熱系統在垂直方向上且三個感應加熱系統在水平或縱向方向上)，但是應理解，在任一方向上的任何數目的感應加熱系統之陣列涵蓋於本文所揭示的實施例之範疇內。儘管第6圖展示彼此間隔分開的感應加熱系統之陣列，但是應理解，本文所揭示的實施例包括以下實施例，其中一或多個感應加熱系統與至少一個其他感應加熱系統接觸或重疊。

感應加熱系統之陣列可包含經配置以根據一預定熱概況或任何數目的預定熱概況來加熱用於容納熔融玻璃成形設備之包殼的加熱系統，該預定熱概況可基於各種製程條件、玻璃組成及/或所需玻璃特徵及幾何形狀來選擇。舉例而言，感應加熱系統之陣列可視預定熱概況而配置及/或操作，以使得陣列中之各感應加熱系統將與一或多個其他感應加熱系統相同或不同量的能量耦合至易於感應的材料。此外，感應加熱系統之陣列可經配置及操作以使得隨時間推移，陣列中之各感應加熱系統將相同或不同量的能量耦合至易於感應的材料。舉例而言，在起動程序期間，陣列中之一或多個感應加熱系統可經配置及操作以將能量耦合至易於感應的材料，其中所耦合的能量隨時間的變化而變化，諸如隨自冷起始條件至穩態可操作條件之時間週期的變化而變化。就此而言，陣列中之各感應加熱系統可隨時間的變化將與一或多個其他感應加熱系統相同或不同量的能量耦合至易於感應的材 料。

舉例而言，在一組較佳實施例中，感應加熱系統之陣列可經配置以使得平均而言，在陣列之最外部水平末端上的感應加熱系統比定位在陣列之最外部水平末端上的感應加熱系統之間的感應加熱系統(亦即定位在水平或縱向方向上更靠近中心的感應加熱系統)將更少能量耦合至易於感應的材料。在此等實施例中，感應加熱系統可隨其在陣列上之垂直位置的變化將相同或不同量的能量耦合至易於感應的材料。舉例而言，在一些實施例中，感應加熱系統可隨其高度的變化將遞減量的能量耦合至易於感應的材料，以使得配置在陣列上較高點處的感應加熱系統比直接配置在其下方的感應加熱系統將更少能量耦合至易於感應的材料。或者，在其他實施例中，感應加熱系統可隨其高度的變化將遞增量的能量耦合至易於感應的材料，以使得配置在陣列上較高點處的感應加熱系統比直接配置在其下方的感應加熱系統將更多能量耦合至易於感應的材料。

在替代實施例中，感應加熱系統之陣列可經配置以使得平均而言，在陣列之最外部水平末端上的感應加熱系統比定位在陣列之最外部水平末端上的感應加熱系統之間的感應加熱系統(亦即定位在水平或縱向方向上更靠近中心的感應加熱系統)將更多能量耦合至易於感應的材料。在此等實施例中，感應加熱系統可隨其在陣列上之垂直位置的變化將相同或不同量的能量耦合至易於感應的材料。舉例而言，在一些實施例中，感應加熱系統可隨其高度的變化將遞減量的能量 耦合至易於感應的材料，以使得配置在陣列上較高點處的感應加熱系統比直接配置在其下方的感應加熱系統將更少能量耦合至易於感應的材料。或者，在其他實施例中，感應加熱系統可隨其高度的變化將遞增量的能量耦合至易於感應的材料，以使得配置在陣列上較高點處的感應加熱系統比直接配置在其下方的感應加熱系統將更多能量耦合至易於感應的材料。

在一些實施例中，可自感應加熱系統耦合至易於感應的材料的能量之量可隨感應加熱系統之幾何構形的變化而變化。第7A及7B圖為用於感應加熱系統的替代線圈配置的截面透視端視圖。在第7A及7B圖中之每一者中，絕緣體380直接耦合至易於感應的材料(例如側壁)180，其中配置進一步包括其他絕緣體384及托架182。感應線圈382經配置以使得編為奇數的截面區域(例如1、3、5、7)中之電流在與編為偶數的截面區域(例如2、4、6)中之電流相反的方向上流動。在第7A圖中所示的實施例中，感應線圈經配置以使得線圈截面區域之間的垂直間隔為大致恆定的。在第7B圖中所示的實施例中，感應線圈經配置以使得其中電流在相反方向上流動的最接近線圈截面區域之間存在垂直距離d，其中d大於其中電流在相同方向上流動的任何兩個線圈截面區域之間的垂直距離。舉例而言，d可大於其中電流在相同方向上流動的任何兩個線圈截面區域之間的垂直距離至少1.5倍，諸如至少2倍，及進一步諸如至少3倍，包括1.5倍至3倍。

第8圖為感應加熱系統的示意性表示，其中線圈密 度及距易於感應的材料的線圈距離在感應加熱系統之不同區域中有所不同。如第8圖中所示，感應加熱系統320包括絕緣材料322及具有第一節段324及第二節段326之感應線圈。第一節段324比第二節段326具有每單位面積更高量的線圈密度，而第二節段326經配置比第一節段324更接近易於感應的材料(未展示)。換言之，第一節段324在X-Y方向上具有較大量的線圈密度，而第二節段326在Z方向上較接近易於感應的材料。

儘管第8圖例示其中第一節段324具有每單位面積較高量的線圈密度且第二節段326經配置較接近易於感應的材料之實施例，但是應理解，本文所揭示的實施例包括其他配置，包括但不限於以下配置，其中整個感應線圈離易於感應的材料(基座)的距離大致相同，但每單位面積的線圈密度在感應加熱系統之不同區中有所變化。本文之實施例亦可包括以下實施例，其中整個感應線圈具有每單位面積大致相同的線圈密度，但配置成在感應加熱系統之不同區中離基座不同距離。此外，本文之實施例可包括以下實施例，其中整個感應線圈具有每單位面積大致相同的線圈密度，且在感應加熱系統之整個區域範圍內離基座的距離大致相同。舉例而言，本文之實施例可包括以下實施例，其中第一節段比第二節段具有每單位面積更高量的線圈密度且同時經配置比第二節段更接近基座。此等實施例可使相同或不同量的能量能夠耦合至基座之不同部分。舉例而言，此等實施例可經配置以便將基座之至少一部分加熱至與基座之至少一個其他部分不同的 溫度。

至少一個感應加熱系統亦可包含至少兩個感應線圈，該等感應線圈例如經配置以將相同或不同量的能量耦合至基座。舉例而言，至少兩個感應線圈可經配置以便將基座之至少一部分加熱至與基座之至少一個其他部分不同的溫度。

在感應加熱系統與基座之間耦合的能量之量亦可跨於不同感應加熱系統隨例如感應系統中每單位面積的線圈密度及/或感應加熱系統中線圈與基座之鄰近度的變化而變化。舉例而言，在第6圖之實施例中，感應加熱系統之陣列可經配置，以使得陣列中之至少一個感應加熱系統具有的每單位面積的線圈密度及/或距基座的線圈距離大於或小於陣列中之至少一個其他感應加熱系統之每單位面積的線圈密度及/或距基座的線圈距離。舉例而言，若需要使一或多個感應加熱系統比其他感應加熱系統將更多能量耦合至基座(諸如在起動程序期間或穩態操作期間維持預定熱概況)，則意欲將較多能量耦合至基座的一或多個感應加熱系統可經配置，以具有比意欲將較少能量耦合至基座的感應加熱系統每單位面積更大的線圈密度及/或距基座更大的線圈鄰近度。

本文之實施例亦可包括以下實施例，其中複數個感應加熱系統(諸如第6圖中所例示的感應加熱系統之陣列)各自經配置以就每單位面積的線圈密度及線圈-基座鄰近度而言具有大致相同的線圈配置，其中自各感應加熱系統耦合至基座的能量之量基於供應至各感應加熱系統的功率之量而變 化。供應至各感應加熱系統的功率亦可在上文段落中所論述的實施例中有所變化，其中每單位面積的線圈密度及/或線圈與基座之鄰近度在不同的感應加熱系統之間有所變化。此等實施例可使相同或不同量的能量能夠耦合至基座之不同部分。舉例而言，此等實施例可經配置以便將基座之至少一部分加熱至與基座的至少一個其他部分不同的溫度。

在示範性實施例中，感應線圈可包括允許足夠導電性而同時具有對流過管路的冷卻流體的良好耐蝕性的任何管路材料。舉例而言，感應線圈可包含選自以下組成之群的至少一種材料：銅、鎳、鉑、金、銀及包含其至少一者的合金。在尤其較佳實施例中，感應線圈包含銅且冷卻流體包含水。

在示範性實施例中，絕緣材料可包括在基座材料(例如側壁102及104)與感應線圈之間提供足夠絕熱而同時允許感應線圈之結構及機械支撐的任何材料。舉例而言，絕緣材料可包含適於擴展的高溫工業應用的任何非傳導耐火材料，諸如包含氧化鋁、氧化矽及氧化鋯中之至少一種化合物的耐火絕緣材料。

在本文所揭示的實施例中，感應線圈可配置在絕緣材料之表面上或完全或部分地嵌入絕緣材料中。當感應線圈嵌入絕緣材料中時，絕緣材料可具有凹入表面區域，該凹入表面區域根據所需感應線圈配置來圖案化以接受感應線圈。當感應線圈部分地嵌入絕緣材料中時，絕緣材料可部分地圍繞感應線圈。當感應線圈完全嵌入絕緣材料中時，絕緣材料可完全圍繞感應線圈。

第9圖展示可用於藉由感應促進基座(未展示)之直接加熱的示範性感應加熱系統1000的示意性表示。感應加熱系統1000包括交流電力供應500、熱站550、供應冷卻流體的冷卻器600及控制器700。感應加熱系統1000亦包括用於將冷卻流體流動自冷卻器600引導至交流電力供應500、熱站550及感應線圈330的冷卻流體輸入管線602，以及用於將冷卻流體流動自感應線圈330引回冷卻器600的冷卻流體輸出管線652。此外，感應加熱系統1000包括在交流電力供應500、熱站550及感應線圈330之間的電路502、504、506及508。感應加熱系統1000另外包括用於使控制器700能夠對基座之感應加熱提供管理控制的控制迴路702。儘管第9圖展示提供至串聯系統組件的冷卻流體，但是應理解，本文所揭示的實施例包括其中將冷卻流體提供至並聯系統組件的實施例。

此外，儘管第9圖展示單一冷卻流體源，其中使冷卻流體供應至且返回至該單一冷卻流體源(例如冷卻器600)以使得冷卻流體在感應加熱系統1000內持續循環，但是應理解，本文之實施例可包括以下實施例，其中冷卻流體自不同於冷卻器600的來源供應，包括自一個以上的來源(例如冷卻器600及家庭用水系統(house water)之組合)供應，且其中一些(若非全部)冷卻流體在循環穿過輸入管線602及輸出管線652之後不返回至冷卻器600。

在操作中，交流電經由電路502、504、506及508自交流電力供應500供應至熱站550及感應線圈330，而同時 冷卻流體經由冷卻流體輸入管線602及輸出管線652引導自冷卻器600穿過交流電力供應500、熱站550及感應線圈330。交流電之量及頻率以及冷卻流體之流率可經由控制器700及控制迴路702同時控制，以便對基座之感應加熱提供管理控制。此控制可例如包括或轉發至電腦處理單元，且此單元可根據熟習此項技術者已知的製程控制方法處理例如回饋或前饋控制。

當採用複數個感應加熱系統，諸如第6圖中所例示的陣列時，可諸如以上文所述的方式獨立地控制各感應加熱系統，以便對基座之感應加熱提供管理控制，諸如根據預定熱概況來控制。

此外，此控制可允許藉由感應來直接加熱基座，以使得基座表面之至少一部分的最低溫度維持在穩態下、盡可能地接近恆溫。舉例而言，基座表面之至少一部分的最低溫度可維持在穩態、處於預定溫度下歷時預定時間長度，該預定溫度變化不大於±10℃，諸如不大於±5℃，及進一步諸如不大於±2℃，及又進一步諸如不大於±1℃。儘管此預定時間長度不受限制，但是該預定時間長度可為至少1小時，諸如至少10小時，及進一步諸如至少25小時，包括1小時至10年，諸如10小時至5年，及進一步諸如20小時至1年。

儘管此最低溫度不受限制，但是在較佳實施例中，該最低溫度應至少維持在對應於預定熱概況的可操作溫度下。舉例而言，在某些較佳實施例中，基座表面維持於1,000℃以上，諸如1,100℃以上，及進一步諸如1,200℃以上，包 括1,000℃至1,400℃。

基座、感應線圈330及感應加熱系統1000亦可經配置以便允許基座之至少一部分的最低溫度的快速改變，例如回應於將要求此溫度改變之預定因素而快速改變。舉例而言，若流過熔融玻璃成形設備的玻璃之組成欲改變以使得其液相溫度亦改變，則基座之至少一部分的最低溫度將相應地改變。或者，若流過熔融玻璃成形設備的玻璃之流率改變，則基座之至少一部分的最低溫度將相應地改變。就此而言，可將控制器700整合至控制演算法中，該控制演算法不僅控制感應加熱系統，而且用於控制整個玻璃成形製程，其中基座之溫度可回應於或預期按任何數目的製程參數或經量測或所需玻璃特徵而改變，該等參數或特徵包括但不限於玻璃組成、玻璃溫度、玻璃去玻溫度、玻璃黏度及玻璃流率。

舉例而言，本文所揭示的實施例包括以下實施例，其中基座之至少一部分的最低溫度可以每分鐘至少5℃之速率改變，包括每分鐘至少10℃，諸如在至少1,000℃之溫度下(包括在1,000℃至1,400℃之溫度下)每分鐘5℃至每分鐘30℃。

本文所揭示的實施例包括以下實施例，其中溫度概況存在於基座(例如側壁)上，以使得基座表面上的最高溫度大於基座表面上的最低溫度至少25℃，諸如至少50℃，及進一步諸如至少100℃。舉例而言，本文所揭示的實施例可包括以下實施例，其中基座表面上的最高溫度與最低溫度之間的差為25℃至500℃，諸如50℃至250℃。此等溫度概況可隨基 座表面上溫度相對位置的變化而大致為線性或非線性的。

各感應加熱系統中之感應線圈應較佳經配置以使得其與基座實質上絕緣，同時仍足夠接近基座以使基座溫度能夠對應於所需熱概況。儘管此將視應用、包殼構造及感應線圈與基座之間的絕緣材料之類型及量而變定，但是在較佳實施例中，感應線圈可經配置以使得最接近基座的線圈之部分在1毫米與50毫米之間，諸如在5毫米與25毫米之間。

在某些示範性實施例中，感應加熱系統之一或多個感應線圈可由提供例如熱保護、電保護、機械保護及/或腐蝕保護的至少一種材料塗佈、絕緣或套封。舉例而言，在某些示範性實施例中，感應線圈可套封於織物材料中，該織物材料包含選自由氧化鋁及氧化矽組成之群的至少一種材料。

本文之實施例包括以下實施例，其中感應線圈包含具有2毫米至15毫米，諸如4毫米至10毫米，及進一步諸如4毫米至7毫米的外徑之銅管。在此等實施例中，銅管可例如具有0.5毫米至1毫米的徑向厚度。儘管管路最通常具有圓形或橢圓形截面，但是應理解，本文之實施例包括其中管路可以正方形或矩形截面的實施例。

儘管實施例不受限制，但是較佳實施例包括以下實施例，其中各感應加熱系統之電力供應提供至少5kW功率，諸如至少7.5kW功率，及進一步諸如至少10kW功率，及又進一步諸如至少15kW功率，諸如5kW至250kW功率，及頻率為至少10kHz，諸如至少20kHz，及進一步諸如至少50kHz，諸如10kHz至250kHz之交流電。

可在防止感應線圈之非所需軟化、變形或熔融而同時保持交流電力供應足夠冷卻的流率及溫度下提供冷卻流體。舉例而言，冷卻水可在約0℃至約50℃，包括約25℃的溫度下自冷卻器提供至感應線圈。冷卻流體流率可例如在每分鐘約0.5公升至每分鐘約20公升之範圍內，諸如每分鐘約1公升至每分鐘約10公升之範圍內。

本文之實施例可提供勝過加熱熔融玻璃成形設備之包殼的其他方法的優勢，該等其他方法諸如例如專門依賴於電阻受熱棒來提供包殼之加熱的方法。此等優勢可包括在較高溫度及運作速率下操作的能力、較低操作成本(例如與維護及更換電阻受熱棒相關聯的較低成本)、較低的製造失穩風險、現有製造資產的較好利用度，及更精確控制及調節圍繞玻璃成形設備之環境的能力，包括能夠根據預定熱概況更精確控制及調節用於容納熔融玻璃成形設備之包殼之側壁的溫度，包括在起動至冷卻的全製程範圍期間的更精確控制。

熟習此項技術者將明白的是，可在不脫離所請求標的之精神及範疇的情況下對本文所述的實施例做出各種修改及變化。因此，本說明書意欲涵蓋本文所述的各種實施例之修改及變化，前提是該等修改及變化在隨附申請專利範圍及其等效物之範疇內。

100‧‧‧包殼

102‧‧‧第一側壁

104‧‧‧第二側壁

202‧‧‧第一電阻受熱棒/電阻受熱棒

204‧‧‧第二電阻受熱棒/電阻受熱棒

206‧‧‧第三電阻受熱棒/電阻受熱棒

208‧‧‧第四電阻受熱棒/電阻受熱棒

210‧‧‧第五電阻受熱棒/電阻受熱棒

212‧‧‧第六電阻受熱棒/電阻受熱棒

302‧‧‧第一感應加熱系統/感應加熱系統

310‧‧‧第二感應加熱系統/感應加熱系統

Claims (26)

1. 一種製作玻璃片的方法，該方法包含以下步驟：根據一預定熱概況加熱用於容納一熔融玻璃片成形設備之一包殼，該包殼包含一第一側壁及一第二側壁；其中加熱該包殼的步驟包含以下步驟：用至少一個感應加熱系統加熱第一側壁及第二側壁中之至少一者的至少一部分。
2. 如請求項1所述之方法，其中該等第一側壁及第二側壁的至少一部分易於感應加熱且直接熱耦合至該至少一個感應加熱系統。
3. 如請求項1所述之方法，其中該至少一個感應加熱系統直接熱耦合至一緊鄰基座，該緊鄰基座定位在該至少一個感應加熱系統與第一側壁及第二側壁中之至少一者之間。
4. 如請求項1所述之方法，其中該至少一個感應加熱系統包含直接嵌入一絕緣材料中的至少一個感應線圈。
5. 如請求項1所述之方法，其中加熱該包殼的步驟進一步包含以下步驟：用至少一個電阻受熱棒加熱第一側壁及第二側壁中之至少一者的至少一部分。
6. 如請求項5所述之方法，其中該方法包含以下較早步驟： 用至少一個電阻受熱棒加熱第一側壁及第二側壁中之至少一者的至少一部分，接著以下稍後步驟：用至少一個感應加熱系統替代該至少一個電阻受熱棒中之至少一者。
7. 如請求項2所述之方法，其中第一側壁及第二側壁的至少一部分易於在小於50℃的溫度下感應。
8. 如請求項7所述之方法，其中易於在小於50℃的溫度下感應的第一側壁及第二側壁的該部分包含碳化矽及選自由以下組成之群組的至少一種其他材料：矽、鈦、釩、鉻、鋯、鈮、鉬、釕、銠、鉿、鉭、鎢、錸、鋨及銥。
9. 如請求項3所述之方法，其中該緊鄰基座易於在小於50℃的溫度下感應。
10. 如請求項1所述之方法，其中該至少一個感應加熱系統包含至少兩個感應線圈，該等感應線圈經配置以將該等第一側壁及第二側壁中之至少一者的至少一部分加熱至與該等第一側壁及第二側壁中之至少一者的至少一個其他部分不同的溫度。
11. 如請求項1所述之方法，其中該至少一個感應加熱系統包含至少兩個感應加熱系統，該等感應加熱系統經配置以將該等第一側壁及第二側壁中之至少一者的至少一部分加熱至 與該等第一側壁及第二側壁中之至少一者的至少一個其他部分不同的溫度。
12. 如請求項1所述之方法，其中第一側壁及第二側壁兩者之全部均各自用至少一個感應加熱系統加熱。
13. 如請求項12所述之方法，其中該方法包含以下步驟：將第一側壁及第二側壁兩者自一冷起始條件加熱至對應於穩態操作條件的一預定熱概況。
14. 如請求項12所述之方法，其中該等第一側壁及第二側壁中之至少一者包含碳化矽。
15. 一種適用於製作玻璃片之製程的設備，該設備包含：一包殼，該包殼用於容納一熔融玻璃片成形設備，該包殼包含一第一側壁及一第二側壁；以及一熔融玻璃成形設備，該熔融玻璃成形設備位於該包殼內；其中該設備進一步包含至少一個感應加熱系統，該感應加熱系統經配置以將能量耦合至第一側壁及第二側壁中之至少一者的至少一部分。
16. 如請求項15所述之設備，其中第一側壁及第二側壁的至少一部分易於感應加熱且直接熱耦合至該至少一個感應加熱 系統。
17. 如請求項15所述之設備，其中該包殼進一步包含易於感應加熱的一頂部，其中該頂部直接熱耦合至至少一個感應加熱系統。
18. 如請求項15所述之設備，其中該至少一個感應加熱系統直接熱耦合至一緊鄰基座，該緊鄰基座定位在該至少一個感應加熱系統與第一側壁及第二側壁中之至少一者之間。
19. 如請求項15所述之設備，其中該至少一個感應加熱系統包含直接嵌入一絕緣材料中的至少一個感應線圈。
20. 如請求項16所述之設備，其中該等第一側壁及第二側壁的至少一部分易於在小於50℃的溫度下感應。
21. 如請求項20所述之設備，其中易於在小於50℃的溫度下感應的第一側壁及第二側壁的該部分包含碳化矽及選自由以下組成之群組的至少一種其他材料：矽、鈦、釩、鉻、鋯、鈮、鉬、釕、銠、鉿、鉭、鎢、錸、鋨及銥。
22. 如請求項18所述之設備，其中該緊鄰基座易於在小於50℃的溫度下感應。
23. 如請求項15所述之設備，其中該至少一個感應加熱系統包含至少兩個感應線圈，該等感應線圈經配置以將該等第一側壁及第二側壁中之至少一者的至少一部分加熱至與該等第一側壁及第二側壁中之至少一者的至少一個其他部分不同的溫度。
24. 如請求項15所述之方法，其中該至少一個感應加熱系統包含至少兩個感應加熱系統，該等感應加熱系統經配置以將該等第一側壁及第二側壁中之至少一者的至少一部分加熱至與該等第一側壁及第二側壁中之至少一者的至少一個其他部分不同的溫度。
25. 如請求項15所述之設備，其中該等第一側壁及第二側壁中之至少一者包含碳化矽。
26. 如請求項15所述之設備，其中該至少一個感應加熱系統包含至少一個感應線圈，該感應線圈經配置以使得在其中電流在相反方向上流動的最接近線圈截面區域之間存在一垂直距離d，其中d大於其中電流在相同方向上流動的任何兩個線圈截面區域之間的一垂直距離。