JP5016167B2 - 減圧清澄器 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的には減圧清澄(reduced pressure fining)、即ち溶融ガラス中に閉じこめられた気泡を取り除く処理に関する。特に、本発明は、真空室内の気密条件を維持して、真空室を通じて溶融ガラスを移送するチューブ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
ガラス製造業においては、ガラスバッチは、不純物について予め分析がなされた、適切な寸法の、清浄にされ、そして処理された材料から得られた種々の原材料をブレンダー(配合機)中で混合することによって製造される。カレット(屑ガラス)と呼ばれるリサイクルガラスもまた、原材料と共に混合されても良い。最も一般的に製造されるソーダ石灰ガラスについては、これらの原材料は、シリカ(SiO)、ソーダ(NaO)、石灰(CaO)、及び種々の他の化合物を含んでいる。ソーダは、シリカが溶融する温度を下げるフラックス(融剤)として働き、石灰はシリカの安定剤として機能する。典型的なソーダ石灰ガラスは、約70%のシリカと、15%のソーダと、9%の石灰と、ずっと少量の種々の他の化合物からなる。ガラスバッチは、ガラス溶解窯の溶解室の背後のホッパーである「ドッグハウス(原料投入口)」に搬送される。ガラスバッチは、コンベア装置の振動によって、成分の再分離(segregation)が生じないように僅かに加湿されてもよいし、或いは、粒子間の接触を改善するために、ペレット或いはブリケットに圧縮されてもよい。
【0003】
ガラスバッチは、機械化されたシャベル、スクリューコンベア、或いは、ブランケットフィーダーによって溶解室に挿入される。ガラスバッチを溶融するのに必要とする熱は、天然ガス、オイル、或いは電気によって発生される。しかし、電気溶融は、必要な箇所に熱を供給し、煙道ガスによって運び去られるバッチ材料の問題をなくすので、ずっとエネルギー効率が良く、且つクリーンな方法である。溶融ガラスの成分を、全体に亘って確実に均質にするために、溶融ガラスは、典型的には、機械的ミキサー或いは窒素、或いはエアバブラーを備えた調整室内で共にかき回される。溶融ガラスは、次に、前炉(forehearth)と呼ばれる狭い1対の溝から成形機械へと運ばれる。溶解室内では、バッチ内の原材料の分解によって大量のガスが発生することがある。これらのガスは、閉じこめられた空気と共に、溶融ガラス内に気泡を形成する。大きな気泡は、表面に浮上するが、特にガラスの粘度が増すにつれ、小さな気泡は最終製品の品質に影響するような数で溶融ガラス内に閉じこめられる。例えば、液晶ディスプレイの如き高品質ガラスを必要とする製品については、溶融ガラスを成形機に給送する前に、閉じこめられた気泡は、溶融ガラスから取り除かれる。
【0004】
溶融ガラスから気泡を取り除く工程は清澄と呼ばれる。ガラスを清澄する1つの方法は、ブレンダー内で混合する前に、ガラスバッチに清澄剤として知られる種々の材料を添加することを含む。清澄剤の主目的は、溶融ガラスが適切な清澄温度にある時に、溶融ガラス内のガスを放出することである。放出されたガスは、溶融ガラス内の気泡に拡散する。気泡が大きくなるにつれ、それらの相対的な浮力が増大し、溶融ガラスの表面まで浮き上がってそこでそれらが消滅する。気泡が溶融ガラスを移動する速度は、溶融ガラスの粘度を低減することによって増大し、溶融ガラスの粘度はその温度を高めることによって、低くすることができる。大気圧での効果的な清澄剤、ガラス溶解及び清澄工程は、溶融ガラスの温度が溶融ガラスの粘度が十分低い温度範囲、即ちソーダ石灰ガラスについては1300℃から1500℃まで増大するに従って、大量の清澄ガスを放出できるのものでなければならない。ソーダ石灰ガラスに用いるのに適した清澄剤の例は、硫酸ナトリウム(NaSO)である。
【0005】
ガラスを清澄する他の方法は、溶融ガラスに低圧の領域を通過させて、溶融ガラス中の気泡を膨張させ、速やかにガラスの表面まで浮上させることである。この工程は、典型的には、減圧清澄(reduced pressure fining)、或いは真空清澄(vacuum fining)と称される。種々の形状の減圧清澄器がある。タケシタ等の米国特許第5,849,058号には、サイフォンタイプの一般的な減圧清澄器が開示されている。図16に示すように、減圧清澄器は、真空ハウジング2内に配置された真空容器1を含む。真空容器1は、起立したパイプ3に連結された一端と、降下したパイプ4に連結された他端を有する。起立したパイプ3及び降下したパイプ4は、溶融ガラスの高温に耐え、容易には腐蝕しない材料である白金から作られる。真空容器1、上昇するパイプ3及び降下したパイプ4は、電気により加熱される。断熱材5は、真空容器1、起立したパイプ3および降下したパイプ4の周りに形成される。典型的には、断熱材5は、一般的に断熱れんがからなり、起立したパイプ3および降下したパイプ4の構造的支持部を兼ねている。真空容器1に連結されていない起立したパイプ3および降下したパイプ4の底端は、真空ハウジング2を通過して貯留容器6および7に、それぞれ延びている。貯留容器6は、ガラス溶解窯(図示せず)からの溶融ガラスを受容するために連結されている。
【0006】
起立したパイプ3、真空容器1および降下したパイプ4を通る溶融ガラスの流れは、サイフォンの原理に従ったものである。従って、真空容器1内の溶融ガラスの液面は、貯留容器6内の溶融ガラスの液面より高く、真空容器1の圧力は、貯留容器6の圧力よりも低い。真空容器1の圧力は、貯留容器6内の溶融ガラスの液面に対する真空容器1内の溶融ガラスの液面の高さと関係がある。貯留容器6内の溶融ガラスの液面上の、真空容器1内の溶融ガラスの液面の高さは、所望の清澄圧力と、真空容器1内に流れ込む溶融ガラスの速度に基づいて決められる。溶融ガラスは、閉じこめられた気泡と共に、ガラス溶解窯(図示せず)から貯留容器6に移送される。真空容器1内の圧力が、貯留容器6内の圧力より低いので、貯留容器6内の溶融ガラスは、起立したパイプ3を通って真空容器1に上昇する。真空容器1内の圧力は、大気圧より低い減圧状態、典型的には、大気圧の1/20から1/3にされる。溶融ガラスが真空容器1を通過すると、圧力が減少しているので、溶融ガラス内の気泡は膨張し、溶融ガラスの表面に速やかに上昇して、上方空間8に気泡の層を形成する。清澄されたガラスは、降下したパイプ4を通って貯留容器7に降下する。
【0007】
真空ハウジング2は、清澄工程の間、空気の吸込を最小にするように設計されなければならない。起立したパイプ3および降下したパイプ4が真空ハウジング2から出る部分は、真空ハウジング2内の気密状態が確実になるように封止されねばならない。
【0008】
膨張する起立したパイプおよび降下したパイプと、真空ハウジングとの間のシールの問題、および内部圧力からパイプが破壊することを阻止する為の十分な支持を提供することを取り上げた従来技術の文献はほとんどない。Ando等に発行された米国特許第5,851,258号には、真空ハウジングを通る溶融材料を運ぶ起立したパイプおよび降下したパイプ用のバックアップ構造、およびパイプと真空ハウジング間のシールのための金属製ベローが開示されている。図17は、起立したパイプまたは降下したパイプであって差支えない、パイプ16のバックアップ構造を示している。バックアップ構造は、支持プレート32および押上手段36から作られた支持デバイス30を含む。起立したパイプ16の周囲には、それを取り囲むように断熱れんが28が配置されている。パイプ16を有する、真空ハウジングの脚部12Aは、矩形のプリズム状円筒形に形成され、支持部材40は、矩形のプリズム状円筒形の脚部12Aの4つの隅部に固定される。押上手段36は、脚部12Aを支持プレート32に連結して、れんが28を支持するように支持プレート32を上方に付勢する。環状のフランジ16Aは、パイプ16の外周に所定の間隔で取り付けられている。れんが28は、各々フランジ16A間に積層されている。各れんが28の上面には、凹み28Aが形成されている。各凹み28Aの深さは、フランジ16Aの厚みと略同じであるので、れんが28がフランジ16A間で積み重ねられると、各フランジ16Aは、隣接する凹み28Aに受容される。
【0009】
白金で作られたパイプ16の熱膨張係数は、れんが28の熱膨張係数より高いので、隣接するフランジ16A間のパイプ16の部分の伸びは、同じ隣接するフランジ16A間に配置されたれんが28より大きい。このように、パイプ16の部分の軸方向の伸びは、れんが28によって制限されるので、パイプ16の部分は湾曲して内方に変形する。パイプ16の軸方向の延びは、全体として、積層されたれんが28の伸びに相当する。パイプ16およびれんが28は、熱膨張すると、押上手段36の付勢力に対して下方に膨張する。れんが28とパイプ16との間には、空間Sがあって、この空間Sがパイプ16の円周方向の熱膨張を収容することができる。円筒形のベロー50は、真空ハウジングの脚部12Aを支持プレート32に連結し、断熱材、すなわち、れんが28が円筒形のベロー50内に収容されて、真空室の内側が気密状態に維持される。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
前者の従来技術においては、起立したパイプ3および降下したパイプ4は、それらが熱せられると膨張するので、真空ハウジング2の壁と、起立したパイプ3および降下したパイプ4との間に信頼できるシールを維持することが困難である。例えば、起立したパイプ3および降下したパイプ4は、1500℃まで加熱されたとき、各々5.1cm(2in.)を越えて延びることがある。このように、真空ハウジング2内に大気圧で多量の空気が流れ込むような間隙があるかもしれない。さらに、起立したパイプ3および降下したパイプ4の周りの断熱れんが5は、起立したパイプ3および降下したパイプ4からの熱を吸収すると膨張するが、起立したパイプ3および降下したパイプ4よりも低い率で膨張する。このように、断熱れんがのいくつかの間隙は開き、起立したパイプ3および降下したパイプ4に支持されない部分が生じることがある。支持されない部分は、溶融ガラスがパイプ3、4に及ぼす内部圧力から、破壊することがある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明の減圧清澄用のチューブ装置は、真空ハウジングを通じて溶融した材料を移送するチューブ装置であって、チューブ装置が、
チューブが膨張するにつれて圧縮する複数のたたみこみ部を有するチューブと、
チューブの長さに沿って配置された、該チューブを加熱する電流を流すための複数の突部と、
突部の間に積層された複数の耐熱性断熱れんがと、
前記チューブの入口端に連結された第1のシールフランジと、
前記チューブの出口端に連結された第2のシールフランジと、
を備え、
各シールフランジが、
真空ハウジングのベースと接触して封止するよう真空ハウジングのベースに連結される金属製シールリング、および
金属製シールリング及び前記チューブに連結される、金属製シールリングに前記チューブの膨張力を伝達するための耐熱性シールブロックを有し、それによりたたみこみ部を圧縮することを特徴とするものである。
【0012】
さらに、本発明の減圧清澄用のチューブ装置は、真空ハウジングを通じて溶融した材料を移送する、減圧清澄用のチューブ装置であって、チューブ装置が、
チューブが膨張するにつれて圧縮する複数のたたみこみ部を有するチューブと、
チューブの長さに沿って配置された、該チューブを加熱する電流を流すための複数の突部と、
突部の間に積層された複数の耐熱性断熱れんがと、
前記チューブの入口端に連結された第1のシールフランジと、
前記チューブの出口端に連結された第2のシールフランジと、
前記チューブの入口端への溶融した材料の流れを制御するバルブと、
を備え、
各シールフランジが、
真空ハウジングのベースと接触して封止するよう真空ハウジングの前記ベースに連結される金属製シールリング、および
金属製シールリング及び前記チューブに連結される、金属製シールリングに前記チューブの膨張力を伝達するための耐熱性シールブロックとを有し、それによりたたみこみ部を圧縮することを特徴とするものである。
【0013】
【発明の実施の形態】
本発明の1つの態様は、真空ハウジングを通じて溶融材料を移送するチューブ装置である。この真空ハウジングは、チューブが膨張するに従って圧縮する複数のたたみこみ部を有するチューブを含む。チューブの長手方向に配置された複数の突部には、チューブを加熱する電流が流れる。突部の間には複数の断熱れんがが積層される。チューブの入口端には、第1のシールフランジが連結され、チューブの出口端には、第2のシールフランジが連結される。各シールフランジは、真空ハウジングのベースに連結されて、密封状態に接触するようにされた金属製シールリングを含む。各シールフランジは、チューブの膨張力を金属製シールリングに伝え、それによりたたみこみ部を圧縮する耐熱シールブロックを含む。
【0014】
他の態様および発明の効果は、以下の発明の詳細な説明および添付図面から明白になろう。
【0015】
図1は、溶融ガラス、或いは他の溶融材料内に閉じこめられた気泡を除去するのに適した減圧清澄器50の概略図である。減圧清澄器50は真空ハウジング52を含み、真空ハウジング52は、上昇ケーシング54、清澄ケーシング56,および降下ケーシング58を含む。清澄ケーシング56は、水平なケーシングであり、上昇ケーシング54および降下ケーシング58は、垂直に起立したケーシングである。これらのケーシング54、56、58は、一般的には円筒形であっても良く、或いは、例えば、矩形のように他の形状を有していても良い。清澄ケーシング56は、入口ノズル60および出口ノズル62を有する。シールされた接続部64が、入口ノズル60と上昇ケーシング54の頂部との間に形成されている。このシールされた接続部64は、例えば、上昇ケーシング54の頂部の取付フランジ68に結合される、入口ノズル60の取付フランジ66、および取付フランジ66と取付フランジ68との間に配置されるO−リングシール69を含んでも良い。同様にシールされた接続部70は、出口ノズル62と、降下ケーシング58の頂部との間に形成されている。真空ハウジング52もまた、上昇ケーシング54のベース78に連結される入口マニホールド84を含む。入口マニホールド84は、上昇ケーシング54のベース78に、気密溶接、Oリングシール、或いは気密シールを形成する他の手段によって連結されても良い。
【0016】
上昇ケーシング54、清澄ケーシング56、降下ケーシング58および入口マニホールド84は、清澄室98とチューブ装置73が配置された、連続した真空室72を形成している。清澄室98は、その全体が清澄ケーシング56に含まれる。チューブ装置73は、連続した真空室72を経て溶融ガラスを運ぶ直熱チューブ74を含む。チューブ装置73は、また、直熱チューブ74を断熱すると共に、構造的な支持をする耐熱断熱材75を含む。直熱チューブ74は、白金か白金合金で作られるのが好ましい。その理由は、白金は、高い融点を有し、容易には腐食しないからである。チューブ74の入口端76は、入口マニホールド84に位置し、入口マニホールド84の入口90でバルブ79と連通している。シールフランジ(第1のシールフランジ)88は、チューブ74の入口端76を入口マニホールド84に固定し、空気が連続した真空室72に進入するのを防止するか、最少にする。チューブ74の出口端80は、降下ケーシング58のベース82に位置する。シールフランジ(第2のシールフランジ)86は、チューブ74の出口端80を降下ケーシング58に固定し、空気が連続した真空室72に吸い込まれるのを最少にする。
【0017】
他の直熱チューブ92は、上昇ケーシング54の入口マニホールド84の入口90をガラス溶解窯94に連結し、溶融ガラスをガラス溶解窯94からチューブ74の入口端76に運ぶことを可能にしている。好ましくは、チューブ92もまた、白金か白金合金から作られる。チューブ74は、上昇チューブ96および降下チューブ100を含む。上昇チューブ96は、上昇ケーシング54のベース78から清澄ケーシング56の入口ノズル60へ延びており、エルボー97により清澄室98に連結されている。降下チューブ100は、降下ケーシング58のベース82から、清澄ケーシング56の出口ノズル62へ延びており、エルボー99により清澄室98に連結されている。降下チューブ100の出口端80は、導管107を経て攪拌室106と連通している。攪拌機(図示せず)は、攪拌室106に受容されたいかなる流体をも攪拌するために攪拌室106内に配置されている。
【0018】
典型的なガラス清澄工程においては、上昇チューブ96、降下チューブ100および清澄室98は約1400℃に加熱される。ガラス溶解窯94からの溶融ガラスは、次に、入口マニホールド84の入口90のバルブ79を経て上昇チューブ96に流れ込む。攪拌室106はまた、約1400℃に予熱され、そしてカレットとして知られるリサイクルガラスが攪拌室106に供給されて、攪拌室106内のガラスのレベルが、降下チューブ100の出口端80に達するまで溶融されることが可能になる。攪拌室106内の溶融カレットの代わりに、或いは、それに加えて、溶融ガラスをチューブ92から攪拌室106に、攪拌室106のガラスのレベルが降下チューブ100の出口端に達するまで迂回させてもよい。降下チューブ100の出口端80が、一旦溶融ガラス内に沈むと、清澄室98の圧力が、徐々に減少し、上昇チューブ96および降下チューブ100を通って、清澄室98内に溶融ガラスが引き込まれる。清澄室98内の圧力は、図示しない真空ポンプを用いて、清澄室98内の空気を抜いて減少させてもよい。ガラスが清澄室98に引き込まれている間に、降下チューブ100の出口端80が溶融ガラス内に沈んだ状態を保つように、さらなるカレットを攪拌室106内で溶解してもよい。一旦、清澄室98内の溶融ガラスが、所望のレベルに達すると、チューブ74を通る流れが、攪拌室106中から外にガラスを出すことによって開始される。
【0019】
運転中は、溶融ガラスは、サイフォンのようにチューブ74を通じて流れる。ガラスが、チューブ74の外に確実に流れるようにするために、降下チューブ100は、ガラス圧力を大気圧まで上昇させて、ガラスの粘性の流れによる圧力降下に打ち勝つために十分長いものでなければならない。圧力降下がなければ、降下チューブ100の長さは、上昇チューブ96の長さと略同じとなろう。しかし、圧力降下を考慮して、降下チューブ100は上昇チューブ96より長いものとなる。従って、上昇チューブ96の入口端77と、チューブ74の出口端80の間のガラスレベルには差がある。この実施形態では、上昇チューブ96と降下チューブ100のサイズは、このガラスレベルの差が、在来の攪拌室内のガラスレベルに対応して、概ね5.1cm(2in.)から10.2cm(4in.)にあるように選択される。しかし、ガラスレベルの相違は、ガラスの粘性流による装置内の予測される圧力降下に関係していることに注意すべきである。レベルプローブ108、110は、夫々、清澄室98中および降下チューブ100の後のガラスレベルを検知するために用いられる。溶解窯94内のガラスレベルは、ガラスバッチ即ちガラスを製造するのに用いられる原材料が、溶解窯94に供給される速度によって制御され、清澄室98内のガラスレベルは、清澄室98内の真空および流れバルブ79によって制御される。降下チューブ100後のガラスレベルは、制御されないが、降下チューブ100の温度を変更することにより調節することができる。
【0020】
清澄室98内の圧力は、大気圧より低く下げられ、溶融ガラス内に閉じこめられた気泡の膨張を促進する。清澄室98内の減圧Pを実現するために、清澄室98内のガラスの表面112は、ガラス溶解窯94内のガラスの表面116に対して、高さHだけ高くされる。高さHは、以下の式で与えられる。
【0021】
H=P/ρg (1)
ここで、ρは、溶融ガラスの密度であり、gは重力加速度である。このように、例えば、所望の大気圧以下の圧力Pが0.1気圧(atm)であり、溶融ガラスの密度が2.4g/cm(150lb/ft)であるならば、清澄室98内のガラスの表面は、ガラス溶解窯94のガラス表面上3.86m(152in.)の高さHに上昇するだろう。等式(1)から得られる高さHは、バルブ79を通過する圧力低下を考慮していないことに注意すべきである。バルブ79は、実際の高さHが、等式(1)を用いて計算された高さHより小さいように調整することができる。一般的に、連続した真空室72の圧力は、真空ポンプ装置によって所望の清澄圧力に制御される。次に、バルブ79は、所望のガラスレベルに清澄室98内のガラスレベルを維持するように自動的に調整される。降下チューブ100は、流れの抵抗に打ち勝つために十分な圧力があるように高さHよりも長くなければならない。清澄室98内が大気圧より下がると、溶融ガラス中に閉じこめられていた気泡は急速に膨張し、ガラスの表面に移動する。清澄室98は適切な長さに選択することが重要であり、その適切に選択された長さによって、ガラス中に閉じこめられた気泡が、ガラス表面112に上昇して消滅するのに十分な滞留時間が可能となる。ガラス表面112に移動する急速に膨張した気泡(bubble)の結果として発生する泡沫(foam)を収容するために、ガラス表面112上に上方空間118が形成されることもまた重要である。
【0022】
図2、図3は、降下チューブ100の周囲の耐熱断熱材75と共に、降下チューブ100の詳細な垂直、水平断面図を示す。上昇チューブ96および上昇チューブ96の周囲の断熱材75の構成は、降下チューブ100のそれとほぼ同様である。従って、上昇チューブ96の構造、および上昇チューブ96の周囲の断熱材75の説明は省略する。降下チューブ100は、チューブ74の最も長い垂直部分であり、それ自体の重量および熱膨張により湾曲することを防止する見地から一層の難問を提起している。耐熱断熱材75は、断熱れんが122を含む。この断熱れんが122は、絶縁板(絶縁材)124を被嵌した外面123、および降下チューブ100に接着された内面125を有する。断熱れんが122は、バブコック・アンド・ウイルコックス社(Babcock and Wilcox, Inc.)から製品番号K−3000として市販されている材料の如き高密度アルミナ材料から製造される。絶縁板124は、カーボランダム社(Carborundum Corp.)からデュロボード(Duroboard)の商標名で市販されている材料の如き、低密度のファイバ材料から製造される。断熱れんが122は、パワーフランジ即ち突部128の間に積層され、降下チューブ100の長手方向に配設されている。図4は、パワーフランジ128の一つの平面図を示す。このパワーフランジ128は、典型的には白金、或いは白金合金から製造され、降下チューブ100の外径に溶接される。各フランジ128に隣接する一つ或いは両方の断熱れんが122は、フランジ128が、はまる切欠き(図示せず)を有してもよい。上端のパワーフランジ128で受容した電流は、他のパワーフランジ128に流れる。降下チューブ100のジュール熱は、この電流によって発生する。パワーフランジ128の外縁は、それらが過度に熱くならないように、水冷されてもよい。
【0023】
降下チューブ100は、加熱されると膨張する。このように、いくつかの小さな転造されたリング即ちたたみこみ部130が、熱膨張を吸収するために、降下チューブ100の壁に形成される。図6は、降下チューブ100の小さな部分の拡大図を示す。転造されたリング130は、典型的には2〜3mmの深さであり、降下チューブ100の長手方向に配設され、通常は降下チューブ100の長手方向に約2.54cm或いは5.1cmの間隔である。転造されたリング130は、降下チューブ100が膨張するにつれて圧縮する。断熱れんが122は、キャスタブルセメント132によって、断熱れんが122と降下チューブ100との間に僅かな相対的移動があるように、降下チューブ100に接着される。これによって、降下チューブ100の熱膨張が転造されたリング130(図6に示す)により確実に均一になされ、このように数個の転造されたリング130を有することにより、完全な挫屈が防止される。キャスタブルセメント132の1例は、カーボランダム社から、BI−57の商品名(trade designation)で市販されている気泡アルミナ(bubbled alumina)である。このセメントは、最初に加熱されると、おおよそ、0%の熱膨張を有するように焼結する。この断熱れんが122は、降下チューブ100と略同じくらい熱くなるが、降下チューブ100ほどには膨張しない。ファイバクロス133の厚い層が、断熱れんが122の熱膨張を吸収するように各断熱れんが122の間に配置される。このファイバクロス133は、ジルカープロダクト社(Zircar Products, Inc.)によって市販された、APA−2型の如きアルミナペーパーが好ましい。しかし、いかなる繊維質の耐熱材料を使用してもよい。
【0024】
図5は、断熱れんが122が移動しないように、スチール製のアングル134によって、断熱れんが122の外側隅部127が保持されているところを示す。断熱れんが122が移動しないと言う事実は重要な特徴である。なぜならば、降下チューブ100に対する断熱れんが122の相対的な移動によって、降下チューブ100のパワーフランジ128が、剪断される虞が無いためである。スチール製のアングル134は、ねじロッド135により共に結合されている。ねじロッド135は、互いに電気的に絶縁されているので、大電流が降下チューブ100を流れても、周りを囲むねじロッド135に電流を生じることはない。断熱れんが122およびスチール製のアングル134の重量は無視できず、好ましくは、パワーフランジ128にかかるべきではない。このように、スチール製アングル134は、降下ケーシング58から内側に突出する支持部材137(図5に示す)により降下ケーシング58に固定される。それ故、スチール製アングル134および断熱れんが122は、降下ケーシング58によって支持される。その代わりに、断熱れんが122および絶縁板124は、断熱れんが122が熱膨張したとき、摩擦によって降下ケーシング58に保持されるよう、降下ケーシング58にきつく詰め込まれてもよい。
【0025】
図2に戻って、降下チューブ100の出口端80のシールフランジ86は、金属製のシールリング136、および、例えば銅リング138の如き導電性リングを含む。金属製シールリング136および銅リング138は、断熱れんが層139の周囲に取り付けられる。金属製シールリング136は、スチール(鋼)のような強靱な金属で製造してもよい。スペーサ140は、金属製シールリング136が降下ケーシング58のボルトで固定されたとき、銅リング138が降下ケーシング58から電気的に絶縁されるように、金属製シールリング136と銅リング138の間に配置される。スペーサ140は、イー・アイ・デュポン・デ・ネモース社(E.I. du Pont de Nemours & Co.)によってテフロンの商標名で市販されたような合成樹脂で作ってもよい。O−リングシール142は、銅リング138とスペーサ140との間、およびスペーサ140と金属製シールリング136との間に配置されて、空気の漏れを封止している。その代わりに、ダブリュ・エル・ゴア・アソシエイツ社(W.L. Gore & Associates, Inc.)によってゴアテックス(Gore-Tex)の商標名で市販された圧縮可能なポリテトラフルオロエチレン(PTFE)の封止用ガスケットを銅リング138と金属製シールリング136との間に配置して、金属製シールリング136から銅リング138を電気的に絶縁すると共に空気漏れを封止してもよい。導電性の突部、例えば白金ディスク146の外縁144は、銅リング138に銀はんだ付け即ち溶接されている。
【0026】
シールフランジ86は、また、断熱れんが層139に取り付けられたシールブロック148を含む。好ましくは、シールブロック148は、強固な熱衝撃抵抗のある耐熱性材料で作られる。このような材料の例は、チャス・テイラー・サンズ社(Chas, Taylor Sons Co.)によって市販された、接着したアルミナ−ジルコニア−シリカ耐熱性物質のジルマル(Zirmul)である。シールブロック148は、降下チューブ100の膨張力を金属製シールリング136に伝えるために使用される。金属製シールリング136に伝達された膨張力も外部の圧力に抗する。シールブロック148は、金属製シールリング136の内縁に着座する。降下チューブ100の端部149は、シールブロック148の開口150にはまるように狭くなっており、このようにして、降下チューブ100の膨張力は、シールブロック148全体に確実に分散されるようになっている。シールブロック148は、降下チューブ100の膨張力を抑制するために十分厚くなっている。降下チューブ100の端部149も、断熱れんが層139の開口152に延びる。降下チューブ100の外端部80は、白金ディスク146に溶接されている。白金ディスク146それ自体は、外力に持ちこたえるほど強くないが、シールブロック148と断熱れんが層139が、外力に耐えるために白金ディスク146にとって必要とされる支持を提供している。金属製シールリング136は、降下ケーシング58のベースにボルト締めされており、O−リングシール153が、金属製シールリング136と降下ケーシング58のベース82との間の気密シールを提供している。銅ケーブル(図示せず)は、変圧器(図示せず)から、銅リング138の外縁に取り付けられた銅チューブ155に電流を流す。銅リング138は、次に、白金ディスク146および降下チューブ100のパワーフランジ(突部)128Aに電流を流す。銅チューブ155を通って水、或いは他の冷却液が流され、銅リング138の外縁を冷却して銅リング138の外縁が過熱されるのを防止する。
【0027】
室温まで冷却された直熱白金チューブを再度加熱するのは、白金チューブ或いは白金チューブのパワーフランジ128の一つに亀裂が入る虞があるので通常行われない。しかし、降下チューブ100の表面にリング130が転造された後、アニール(焼鈍)されるならば、転造されたリング130は、降下チューブ100の加熱と冷却の間に生じる僅かな変形を吸収するのに十分な延性となる。降下チューブ100が運転温度にまで加熱されると、転造されたリング130内の応力は開放される。しかし、降下チューブ100が冷却されると、縮みやすい。このように、降下チューブ100が冷却すると、降下チューブ100には、収縮に抗する力が加えられなければならない。押圧ブロック(収縮力に抗する手段)154は、降下チューブ100が収縮しないように保つのに必要な力を提供する。降下チューブ100に隣接する少なくともフランジ128Aの部分は、フランジ128Aが収縮力によって剪断されないように、十分厚くなければならない。押圧ブロック154は、シールブロック148上のパワーフランジ128の頂部に配置されると共に、スチール製のアングル156により所定の位置に保持される。押圧ブロック154は、チャス・テイラー・サンズ社によって市販された、接着したアルミナ−ジルコニア−シリカ耐熱性物質の如き強度のある耐熱性物物のZirmulで作られる。しかしながら、この強度のある耐熱性物質は、典型的にはよい断熱材ではない。それ故、押圧ブロック154によって占有される領域の周囲は、大きな熱損失があり、ガラスがこの領域を通過すると急速に冷却されてしまう。この急速な冷却を低減するために、別体の変圧器(図示せず)を用いて、シールブロック148の直上の白金ディスク146とパワーフランジ128A間に電力を提供する。白金ディスク146とパワーフランジ128Aの間の、降下チューブ100の短い部分の温度は、熱電対158を用いて測定することができ、この熱電対158の出力は、白金ディスク146とパワーフランジ128Aに供給される電圧を制御するのに用いることができる。変圧器(図示せず)は、パワーフランジ128Aと他のパワーフランジ128との間に電力を提供する。変圧器は2つのフランジの間に必要とされる。パワーフランジ128に電流を供給する電力線160は、支持部141(図2に示す)によって真空ハウジング58の壁部に取り付けられる。
【0028】
図7、図8は、降下チューブ100を清澄室98に連結するエルボー99の垂直断面図を示す。エルボー99の構成は、上昇チューブ96を清澄室98に連結するエルボー97(図1に示す)の構成と同様である。エルボー99は、降下チューブ100が加熱され、冷却されると、夫々、シールブロック148(図2に示す)と同様な膨張力および収縮力に晒される。したがって、エルボー99は、降下チューブ100に亀裂を生じることなく、降下チューブ100の熱膨張力および収縮力に耐えなければならない。降下チューブ100が膨張するとき、上方への垂直力は、降下チューブ100の約半分に亘ってかなりよく分散される。しかし、降下チューブ100が収縮するときは、エルボー99の溶接部がある箇所の内側隅部162に大きな局部応力が生じる。これらの大きな局部応力は、エルボー99の欠陥の原因となる。この局部応力を最少にするためには、小さな支持フランジ164が、エルボー99のベース165の周囲に溶接される。支持フランジ164は、次に、フランジ164が上下に移動しないように、2つの支持ブロック166、168の所定の位置に固定される。支持ブロック166、168の一つは、フランジ164を収容するよう切り欠かれ、フランジ164が取り付けられると、耐熱性材料で作られたセメントが、フランジ164がきつく把持されるように、フランジ164の周囲に配置される。
【0029】
降下チューブ100および清澄室98により力が加えられた時に、フランジ164が曲がらないように、支持ブロック166、168をきつく固定することは重要である。この実施形態では、支持ブロック166は、Zirmulの如き、強靱な熱衝撃抵抗のある耐熱材料で製造され、支持ブロック168は、高アルミナ耐熱材料の如き高温度抵抗材料から製造される。エルボー99は、支持ブロック168内にある。支持ブロック168は、断熱れんが170により断熱されている。断熱れんが170は、バブコック・アンド・ウイルコックス社によって製品番号K−28で市販された材料の如き耐熱性材料で作られても良い。断熱れんが170は、降下チューブ100および清澄室98の膨張力に耐えるだけの十分な強度がなければならない。エルボー99を所定の位置に保持するためにはスチールのような強靱な金属で作られたブラケット172が、断熱れんが170の頂部174および側部176に配置される。ブラケット172は、エルボー99が、降下チューブ100および清澄室98に対し相対的な移動をしないように、清澄ケーシング56に固定される。エルボー99は、清澄ケーシング56に対して固定された支持部178に着座する。支持部178は、スチールのような強靱な金属で作られても良い。
【0030】
図9は、上昇ケーシング54のベース78の入口マニホールド84の詳細な断面図を示す。入口マニホールド84の入口90のシールフランジ88は、降下チューブ100のベース82のシールフランジ86と同様である。シールフランジ88は、スチールの如き強靱な金属で作られた金属製シールリング180を含む。金属製シールリング180は、断熱れんが層182の周囲に固定される。白金ディスク184は、断熱れんが層182上に取付けられ、押圧ブロック186は、白金ディスク184に取付けられる。白金ディスク184の外縁は、断熱れんが層182の周囲に固定された銅製パワーフランジ190に溶接される。この銅製パワーフランジ190は、テフロン或いは他の適切な材料で作られたスペーサ192によって金属製シールリング180から電気的に絶縁されている。O−リングシール194は、銅製パワーフランジ190とスペーサ192との間、およびスペーサ192と金属製シールリング180との間に配置され、空気漏れに対し封止している。金属製シールリング180は、入口マニホールド84のフランジ196にボルトで固定され、O−リングシール198は、金属製シールリング180とフランジ196の間を気密に封止している。シールブロック200は、れんが層192の下に取付けられ、白金チューブ202の膨張力を金属製シールリング180に伝達するのに使用される。白金チューブ202は、上昇チューブ96(図1に示す)に連結されている。
【0031】
強靱な金属で作られたリング(金属製リング)、例えば、スチールリング(収縮力に抗する手段)204は、シールブロック200の下に配置され、外力に対向するのに必要な力、および白金チューブ202が冷却したときの収縮力に抗する力を提供する。押圧ブロック154(図2に示す)と同様な押圧ブロックも、白金チューブ202の収縮力に抵抗するのに使用してもよい。押圧ブロック(収縮力に抗する手段)186は、チューブ203の収縮力に抗するのに必要な力を提供する。白金チューブ202の端部206は、シールブロック200およびれんが層182の開口208、209に、それぞれはまるように細くなっている。端部206は、チューブ92から溶融ガラスを受容する流れ穴210を形成している。ニードル212は、清澄室98内の圧力を変更できるよう、流れ穴210を通過する溶融ガラスの流れを制御するために、流れ穴210内で可動である。流れ穴210およびニードル212は、前述のバルブ79(図1に示す)を構成する。流れ穴210および上昇チューブ96、降下チューブ100は、真空ハウジング52(図1に示す)内に完全に収容されていることが重要である。上昇チューブ96および降下チューブ100内の圧力を連続した真空室72内の圧力よりも大きなレベルに維持することを可能にしており、これにより、チューブ96、100が、確実に座屈しないようになっている。チューブ202は、非常に短いけれども、それを変形するのに要する力は長いチューブを変形するのに要する力と同じである。このようにして、押圧ブロック186は、スチールアングル214により所定の位置に保持され、押圧ブロック186がチューブ203の収縮力に抗することが可能になる。シールブロック200および金属製シールリング180は押圧ブロック186を保持する支持部を提供する。
【0032】
図10は、清澄室98を収容する清澄ケーシング56の詳細な断面図を示す。清澄室98は、上昇チューブ96および降下チューブ100よりもはるかに大きな直径を有している。清澄室98の端部には、パワーフランジ216がある。これらのパワーフランジ216は、大直径の清澄室98を加熱するのに相当大きな電流を必要とするので、上昇チューブ96および降下チューブ100のパワーフランジ128よりもずっと大きい。冷却液が通って循環する冷却チューブ217は、パワーフランジ216の上部外縁に取付けられるのが好ましい。清澄室98は、キャスタブルセメント218の層によって囲まれ、クリープおよび高温に対する抵抗がある高アルミナ耐熱物質或いは他の材料で作られたクレードルに着座する。クリープは、長時間の応力による材料寸法の緩慢な変化である。清澄室98のルーフ222は、耐クリープ性の耐熱性材料221により覆われている。清澄室98の側部、底部および頂部は、それぞれ耐熱性断熱れんが223、224によって断熱され、他の絶縁層226、例えば、カーボランダム社によりデュロボード(Duroboard)3000の商標名で、市販されている絶縁板によって覆われている。清澄室98の壁部は、熱膨張を吸収するために、小さな転造リング即ちたたみこみ部227(図11に示す)を有する。エルボー99、97のブラケット172は、清澄室98が加熱されると、清澄室98の壁部の転造リング227が圧縮されて、清澄室98の熱膨張が吸収されるようにエルボー99、97を固定状態に保持する。ファイバクロス230の層が、クレードル220、耐熱性材料221および断熱れんが224の垂直連結部224間に配置される。ファイバクロス230は、クレードル220と断熱れんが224の熱膨張を吸収する。
【0033】
本実施形態では、清澄室98は、充満した量のたった半分のガラスがあるように設計されているが、これは本発明が作動する為の要件である。ガラスのレベルは、レベルプローブ108(図1に示す)によって測定される。このレベルプローブ108は、降下チューブ100の上の起立パイプ232を通して挿入され、ニードルバルブ212(図9に示す)を流れ穴210(図9に示す)に対して移動させることによって調節される。レベルプローブ108は、典型的には白金ロッドである。レベルプローブ108が、ガラス面に触れると、電気回路が閉じてガラスと接触したことを示す。実際上、レベルプローブ108の位置は、レベルプローブ108内に選択された抵抗が維持されるように、コントローラ(図示せず)によって調節される。起立パイプ232は、泡沫や気泡があってはならない、清澄室98の下流に位置する。
【0034】
起立パイプ232は、降下チューブ100および上昇チューブ96に、それぞれ電流を流すために使用しても良い。通常は、電流は、エルボー99の周囲の清澄パワーフランジ216を通り、降下チューブ100のパワーフランジ128に流れる。熱モデルは、この電流路の、エルボー99の内側隅部162が、電流がここに集中する傾向があるために非常に熱くなることを示した。しかし、降下チューブ100の中心線上に位置する起立パイプ232により、起立パイプ232を下って降下チューブ100に流れた電流は、集中する傾向がなく、降下チューブ100上のホットスポットは、相当除去される。清澄室98に連結するエルボー99の短い水平部分は、加熱される必要がない。上昇チューブ96の上に位置する起立パイプ233は、同様に上昇チューブ96へ電流を流すのに用いてもよい。真空ハウジング52内の供給ポート(図示せず)を通じて、上昇チューブ96および降下チューブ100、清澄室98のパワーフランジ128(図2、図3に示す)へ電流を供給してもよい。じゃま板235は、清澄室98内のガラス面の直下に位置する。じゃま板235は、ガラス面の気泡沫、気泡がエルボー99に通過するのを阻止する。清澄室98のルーフ222には、カメラ穴237が形成されており、このカメラ穴237を通じてガラス面112の気泡沫を観察してもよい。カメラ穴237は、典型的には白金で裏打ちされる。
【0035】
清澄室98は、溶融ガラスの表面に気泡が上昇することができるようにすることによって、溶融ガラス中の気泡を除去するように計算された断面と長さを有している。断面も、ガラス面112上に気泡のための十分な上方空間118があるように選択されている。清澄室98は、円形の断面を有してもよい。図12は、清澄室98の代替の断面234を示す。この断面234がガラスの深さを最小にする。この形状は気泡を除去するのに一層効果的である。断面234は、ルーフの垂れ下がり或いは崩壊を防止するのに好ましいドーム状のルーフ236を有する。ガラスと接触する溝238は白金で裏打ちされている。大部分の場合、ルーフ236も、また、腐食性の蒸気による影響から防ぐために白金で裏打ちされるべきである。ドーム状のルーフ236は、円形でもよいが、カテナリー(弛み)形状の方が、白金の内張のクリープによる垂れ下がりに対して一層抵抗性がある。さらに、上昇した温度で、清澄室98のルーフを清澄室98上の耐熱物質に押しつけて、垂れ下がりを防止することが必要かもしれない。
【0036】
図2に戻って、降下チューブ100の上端は、固定されたエルボー99で規制され、降下チューブ100の底端は、シールフランジ86によって降下ケーシング58に固定されるので、降下チューブ100の膨張が、降下チューブ100の壁部の小さな転造されたリング130(図6に示す)によって内部的に吸収される。図13および図14は、どのようにして熱膨張が、小さな転造リングを含まないチューブ240に適応できるのかを示す。図13では、大きな金属製ベロー242が、チューブ240の膨張を吸収するために、チューブ240の上端に形成されている。チューブ240の端部が、ベロー242を圧縮するのに必要な大きな力に抗するために十分に支持されることが必要である。チューブ240の周囲の断熱れんが246をケーシング248の壁部に固定するのに使用される支持部材(図示せず)は、チューブ240が膨張するにつれて上昇しなければならない。チューブ240上のパワーフランジ(突部)252に電流を供給する電力線244も、また、チューブ240が膨張すると、フランジ252が剪断されないように上昇しなければならない。断熱れんが246がチューブ240より膨張が少ないため、断熱れんが246間にいくらかの間隙が空くかもしれないことに注意すべきである。これらの間隙は、チューブ240が内部圧力によって破裂する虞のある部分、或いはチューブを通過する溶融ガラス中のコールドスポットが生じる部分で、支持されない部分を残すことがある。しかし、断熱れんが246がキャスタブルセメント250によってチューブ240に接着されるならば、キャスタブルセメント250は、チュ−ブ240が膨張するにしたがって断熱れんが246を上昇させる。しかし、チューブ240の上部にある大きな金属ベロー242は、大きな半径方向の温度勾配を有し、これが溶融ガラスの再発気泡を促進することがあるということに注意すべきである。外部ヒーター(図示せず)をベロー242の部分で大きな温度勾配を防止するために設けてもよい。ベロー242もまた、酸化され、クリープや垂水の傾向がある。カーボランダム社によってファイバフラックス(Fiberfrax)の商標名で市販されているようなファイバ補強部材をベロー240のたたみこみ部の間に配置して、たるみを防止するのに役立てることができる。
【0037】
図14では、断熱れんが246は、例えば、チューブ240に接着しないで、底部から押し上げられることが可能となる。断熱れんが246が押し上げられると、パワーフランジ252が持ち上がる。再び、断熱れんが246をケーシング248の壁部に固定する支持部(図示せず)は、断熱れんが246が押し上げられるに従って、上昇しなければならない。いくつかの膨張リング(たたみこみ部)254は、チューブ240の、パワーフランジ252間に生じる膨張を吸収するのに必要である。膨張リング254は、小さな転造リング130(図6に示す)に比べて柔軟である、即ちそれらは小さな転造リングよりもはるかに大きな半径を有するので、それらを圧縮するのにずっと少ない力で済む。小さなベロー256は、チューブ240の上部の膨張を吸収するために、チューブ240の上部になお必要である。
【0038】
図15は、2つの部分260、262に作られたチューブ258を示す。部分260、262の隣接する端部は、パワーフランジとして使用される円形のディスク264、266を有する。チューブ部分260、262は、膨張するが接触はしない。結果として、ガラスは、ディスク264、266間の開放した結合部268に流れる。円形のディスク264、266はそれらの外縁に溶接された冷却チューブ270を有する。開放した結合部268に流れるガラスは凍結する。典型的には、開放した連結部268は、あまりに小さいので、ガラスは開放した連結部268から流れ出ることはない。断熱れんが272、274と、チューブ部分260、262の異なる膨張は、フランジ間に膨張リング276を提供することによって対処される。チューブ部分260、262を運転する電力は、別体の変圧器(図示せず)によって提供される。
【0039】
限られた数の実施形態について本発明を説明したが、当業者にとって、ここに開示した発明の範囲から逸脱しない他の実施形態を考え出すことができることは理解できよう。従って、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲のみによって限定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図1】減圧清澄器の概略図
【図2】図1に示す減圧清澄器の降下部分の詳細な垂直断面図
【図3】図1に示すチューブ装置の水平断面図
【図4】パワーフランジの頂部
【図5】図2に示す降下部分のA−A線に沿う断面図
【図6】図2に示すチューブ部分の拡大図
【図7】図1に示すエルボーの詳細な断面図
【図8】図1に示すエルボーの詳細な断面図
【図9】図1に示す入口マニホールドの断面図
【図10】図1に示す減圧清澄器の清澄部分の断面図
【図11】図10に示す清澄室の部分の拡大図
【図12】図10に示す清澄室の断面図
【図13】図1に示す減圧清澄器の他のチューブの構成を示す断面図
【図14】図1に示す減圧清澄器の他のチューブの構成を示す断面図
【図15】図1に示す減圧清澄器の他のチューブの構成を示す断面図
【符号の説明】
52 真空ハウジング
73 チューブ装置
76 入口端
79 バルブ
80 出口端
86 第2のシールフランジ
88 第1のシールフランジ
96 上昇チューブ
97,99 エルボー
100 降下チューブ
108 レベルプローブ
122,223,224,246,272 耐熱性断熱れんが
128,128A,146,252 突部
124 絶縁材
130,227,254 たたみこみ部
132,250 キャスタブルセメント
133 ファイバクロス
134,172 アングル
136,180 金属製シールリング
138 導電性リング
142,153 O−リングシール
148,200 耐熱性シールブロック
154,186 耐熱性押圧ブロック
164 支持フランジ
204 スチールリング
232,233 パイプ

Claims (10)

  1. 真空ハウジングと
    該真空ハウジング内に配された、膨張するにつれて圧縮する複数のたたみこみ部を有するチューブと、
    該チューブの長手方向に配置された、該チューブを加熱する電流を流すための複数の突部と、
    該突部の間に積層された複数の耐熱性断熱れんがと、
    前記チューブの入口端に連結された第1のシールフランジと、
    前記チューブの出口端に連結された第2のシールフランジと、
    を備え、
    各シールフランジが、
    前記真空ハウジングのベースと接触して封止するよう前記真空ハウジングの前記ベースに連結される金属製シールリング、および
    前記金属製シールリング及び前記チューブに連結される、前記金属製シールリングに前記チューブの膨張力を伝達するための耐熱性シールブロックを有し、それにより前記たたみこみ部を圧縮することを特徴とする減圧清澄器
  2. 前記各シールフランジが、さらに、前記チューブの突部に電流を導く導電性リングを含むことを特徴とする請求項1記載の減圧清澄器
  3. 前記導電性リングが、前記金属製シールリングから電気的に絶縁されていることを特徴とする請求項2記載の減圧清澄器
  4. 前記金属製シールリングと、前記真空ハウジングの前記ベースとの間を封止するためのシールを、さらに有することを特徴とする請求項1記載の減圧清澄器
  5. 各シールフランジが、前記チューブの収縮力に抗する手段をさらに有することを特徴とする請求項1記載の減圧清澄器
  6. 前記チューブに隣接する前記断熱れんがの前記内面が、キャスタブルセメントにより前記チューブに固定されていることを特徴とする請求項1記載の減圧清澄器
  7. 前記断熱れんがを前記真空ハウジングの壁部に固定するための手段をさらに有することを特徴とする請求項6記載の減圧清澄器
  8. 前記チューブの前記入口端への溶融した材料の流れを制御するバルブをさらに有することを特徴とする請求項1記載の減圧清澄器
  9. 前記チューブが、第1の垂直部、第2の垂直部、および水平部を有し、該水平部の両端が1対のエルボーにより前記第1および第2の垂直部に連結されていることを特徴とする請求項1記載の減圧清澄器
  10. エルボーの、対応する前記垂直部に接続される端部に固定されるとともに前記エルボーに隣接する前記断熱れんが間に確実に固定され支持フランジをさらに有することを特徴とする請求項9記載の減圧清澄器
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