JP5423666B2 - 溶融ガラスの減圧脱泡装置 - Google Patents
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Description
この清澄工程では、減圧雰囲気内に溶融ガラスを導入し、この減圧雰囲気下、連続的に流れる溶融ガラス流内の気泡を大きく成長させて溶融ガラス内に含まれる気泡を浮上させ、溶融ガラス表面で気泡を破泡させて除去し、その後減圧雰囲気から排出する減圧脱泡方法が知られている。
特許文献1には、清澄操作の性能特性を改良するため、さまざまな清澄促進剤をガラス化可能物質、すなわち、ガラス原料、に含めることが提案されている。また、特許文献1には、減圧条件下での清澄の間に気泡の成長に影響する要素として、溶融体物質上のガスの性質、すなわち、溶融ガラス上のガスの性質を挙げている。
また、特許文献2には、溶融ガラスが清澄チャンバ中の減圧に遭遇することで発生した泡沫を破壊する泡沫破壊手段が開示されている。泡沫破壊手段としては、気泡を広げ、破裂させるための機械的回転体の使用や、泡沫へジェット流を衝突させることが開示されている。
溶融ガラスからのガス成分が滞留すると、溶融ガラス上方の雰囲気
(減圧脱泡槽内部の溶融ガラスの上部空間)で溶融ガラスからのガス成分の分圧が高くなるので、溶融ガラス表面に浮上した気泡が破泡しにくくなり、減圧脱泡の効果が低下すると考えられる。
また、本発明者らは、溶融ガラスからのガス成分の滞留を解消することにより、溶融ガラス表面の破泡速度が高まり、過減圧による泡層の肥大化を抑制することができることを見出した。
少なくとも2つの接続管により前記減圧脱泡槽と接続される中空構造の雰囲気制御部を有し、前記雰囲気制御部には該雰囲気制御部内を排気して減圧するための排気口が設けられており、前記雰囲気制御部には、少なくとも1つの前記接続管との関係で下記(1)及び(2)を満たす第1のガス供給管が設けられていることを特徴とする溶融ガラスの減圧脱泡装置(以下、「本発明の減圧脱泡装置」とする。)を提供する。
(1)前記雰囲気制御部と前記接続管とがなす開口部を、前記接続管の管軸方向に沿って前記雰囲気制御部内部へと延ばした仮想領域を、前記第1のガス供給管から供給されるガス流が横切る。
(2)前記第1のガス供給管の先端から該ガス供給管の管軸に沿って延ばした仮想線が、前記雰囲気制御部と前記接続管とがなす開口部を通過しない。
また、溶融ガラスからのガス成分の滞留が解消されることによって、過減圧による泡層の肥大化が発生しにくくなる。この結果、減圧脱泡槽内の減圧度をより高くすることができ、減圧脱泡の効果を向上させることができる。
また、該雰囲気の水蒸気濃度が低減されることによって、溶融ガラス中の揮散しやすい特定成分、例えば、B、Cl、F、S等の揮散を抑制することができ、これらの成分の揮散によるガラス組成の変化を抑制することができる。
11:減圧脱泡槽
12:上昇管
13:下降管
14:雰囲気制御部
15,16:接続管
17:排気口
18:開口部
19:仮想領域
20:第1のガス供給管
21:仮想線
24:第2のガス供給管
100,120:ガス流
140:低水分ガス
200:溶解槽
220:上流ピット
240:下流ピット
G:溶融ガラス
図1は、本発明の減圧脱泡装置の一構成例を示す断面図である。図1に示す減圧脱泡装置10は、円筒形状をした減圧脱泡槽11を有する。減圧脱泡槽11は、内部の気圧が大気圧未満に設定されており、供給された溶融ガラスG中の泡を浮上及び破泡させる。減圧脱泡槽11には、上昇管12および下降管13が接続されている。上昇管12は、脱泡処理前の溶融ガラスGを吸引上昇させて該減圧脱泡槽11に導入する溶融ガラスGの導入手段である。このため、上昇管12の下端部は、上流ピット220内の溶融ガラスGに浸漬されている。上流ピット220には、溶解槽200から溶融ガラスGが供給される。一方、下降管13は、脱泡処理後の溶融ガラスGを該減圧脱泡槽11から下降させて導出する溶融ガラスGの導出手段である。このため、下降管13の下端部は、下流ピット240内の溶融ガラスGに浸漬されている。下流ピット240内の溶融ガラスGは、後工程の処理槽(図示していない)へと導出される。
以下、本明細書において、「上流」および「下流」と言った場合、減圧脱泡装置10を流通する溶融ガラスGの流動方向における上流および下流を意味する。
なお、図示していないが、減圧脱泡槽11は、通常、減圧ハウジング内に収容されており、減圧ハウジングを減圧吸引することにより、減圧脱泡槽11内部の気圧を大気圧未満の減圧状態に保持する。一方、減圧脱泡槽11が減圧ハウジング内に収容されていない場合、減圧脱泡槽11の溶融ガラスGの上部空間を、減圧ポンプ等を用いて減圧吸引することで、減圧脱泡槽11内部の気圧を大気圧未満の減圧状態に保持する。
また、該雰囲気制御部14と、減圧脱泡槽11内の溶融ガラスGの上部空間と、を循環するガス流120の経路を形成するため、接続管15,16は、少なくとも2本必要である。なお、図1に示す減圧脱泡装置10では、2本の接続管15,16で減圧脱泡槽11と雰囲気制御部14とを接続しているが、3本以上の接続管で減圧脱泡槽11と雰囲気制御部14とを接続してもよい。
また、減圧脱泡槽11に流入するガス流120の温度が低いと、減圧脱泡槽11内の溶融ガラスGに悪影響をおよぼすおそれがあるため、雰囲気制御部14、および接続管15,16は、加熱機構を有することが好ましい。但し、雰囲気制御部14、および、全ての接続管15,16に加熱機構を設けることは必ずしも必要ではなく、少なくとも、減圧脱泡槽11にガス流120が流入する側の接続管(図1の場合、接続管15)に加熱機構を設ければ、減圧脱泡槽11に温度が低いガス流120が流入して、減圧脱泡槽11内の溶融ガラスGに悪影響をおよぼすおそれを解消することができる。
(1)雰囲気制御部14と接続管16とがなす開口部18を、接続管16の管軸方向に沿って雰囲気制御部14内部へと延ばした仮想領域19(図1の場合、雰囲気制御部14内において開口部18の上方の領域)を、第1のガス供給管20から供給されるガス100が横切る。
(2)第1のガス供給管20の先端から該ガス供給管20の管軸に沿って延ばした仮想線21(図5参照)が、雰囲気制御部14と接続管16とがなす開口部18を通過しない。
以下、(1)、(2)を満たすことが必要な理由について説明する。
p/ρ+v2/2g+z=const (1)
p:第1のガス供給管20の出口周辺の圧力(Pa)、ρ:ガス流100の密度(kg/m3)、g:重力加速度(m/s)、v:ガス流100の流速(m/s)、z:雰囲気制御部14内における第1のガス供給管20の出口部の高さ(雰囲気制御部底面からの高さ)(m)
この結果、減圧脱泡槽11との間に圧力勾配が生じ、開口部18付近の圧力が減圧脱泡槽11に比べて圧力が低くなる圧力差が生じる。この圧力差によって、開口部18付近の圧力(すなわち、接続管16側の圧力)が低くなり、雰囲気制御部14と接続管15とがなす開口部から減圧脱泡槽11を通って開口部18に至る領域に圧力勾配が生じる。この結果、雰囲気制御部14と、減圧脱泡槽11内の溶融ガラスGの上方空間と、を循環するガス流(以下、「雰囲気制御部と減圧脱泡槽とを循環するガス流」という。)120が生じる。
v > A/0.031× [5.487×10-6×(1/56.353−1/ρ)+19.6×(0.163−z)+7.52 ] 1/2 (2)
ガス流100の流速vは、下記式(3)を満たすことがより好ましく、下記式(4)を満たすことがさらに好ましい。
v > A/0.031× [5.487×10-6×(1/56.353−1/ρ)+19.6×(0.163−z)+8.42 ]1/2 (3)
v > A/0.031× [5.487×10-6×(1/56.353−1/ρ)+19.6×(0.163−z)+9.82 ]1/2 (4)
溶融ガラスGからのガス成分が滞留すると、減圧脱泡槽11内の溶融ガラスG上方の雰囲気において、溶融ガラスGからのガス成分の分圧が高くなるので、溶融ガラスG表面に浮上した気泡が破泡しにくくなり減圧脱泡の効果が低下すると考えられる。
本発明の減圧脱泡装置10では、溶融ガラスGからのガス成分の滞留が解消されることにより、減圧脱泡の効果の低下が起こらず、減圧脱泡の効果に優れている。
すなわち、本発明の減圧脱泡装置において、接続管の数をXとするとき、第1のガス供給管の数がX−1以下(但し、第1のガス供給管の数は1以上)とする必要がある。
また、図1の減圧脱泡装置10では、雰囲気制御部14の上方から挿入した第1のガス供給管20の先端を上流方向に湾曲させることで、該仮想領域19を横切るように、上流方向に向けてガス流100を供給しているが、雰囲気制御部14の下流側端面から水平方向に第1のガス供給管を挿入して、該仮想領域19を横切るように、上流方向に向けてガス流100を供給してもよい。
一方、図3は、図2と同様の部分拡大図であるが、先端が仮想領域19よりも下流側に位置する第1のガス供給管20から下流方向に向けてガス流100を供給する。この場合、ガス流100が仮想領域19を横切らないので、上記(1)を満たさず、開口部18付近の圧力が減圧脱泡槽11に比べて圧力が低くなる圧力差を生じさせることができない。図3と同様の配置であっても、第1のガス供給管20の先端が仮想領域19よりも上流側に位置し、下流方向に向けてガス流100を供給した場合、ガス流100が仮想領域19を横切るので、上記(1)を満たし、開口部18付近の圧力が減圧脱泡槽11に比べて圧力が低くなる圧力差を生じさせることができる。
また、図4は、図2と同様の部分拡大図であるが、第1のガス供給管20の先端の向きが図2とは異なり、斜め下方を向いている。この場合、第1のガス供給管20から供給されるガス流100が仮想領域19よりも手前側(下流側)の雰囲気制御部14の底部に向けて供給されることになるので、ガス流100が仮想領域19を横切らず、上記(1)を満たさず、開口部18付近の圧力が減圧脱泡槽11に比べて圧力が低くなる圧力差を生じさせることができない。
図6は、図5と同様の部分拡大図であるが、第1のガス供給管20の先端の向きが図5とは異なり、仮想線21が斜め下方を向いており、開口部18を通過するため、上記(2)を満たさない。
図7は、図6と同様の部分拡大図であり、仮想線21が斜め下方を向いているが、雰囲気制御部14内における第1のガス供給管20の高さが図6のガス供給管20とは異なるため、仮想線21が開口部18を通過せず、上記(2)を満たす。これと同様に、仮想線21が斜め下方を向く場合であっても、仮想線21が斜め下方を向く角度が図6のガス供給管20に比べて小さく、開口部18を通過しない場合も上記(2)を満たす。
また、接続管の数が3本以上の場合、ガス流導出管をなす接続管およびガス流導入管をなす接続管の配置は適宜選択することができる。例えば、図1に示す減圧脱泡装置において、上流側の接続管15と、下流側の接続管16と、の間に第3の接続管を設けた場合、接続管15,16との関係で上記(1),(2)を満たす第1のガス供給管を設けて、接続管15,16をガス流導出管とし、第3の接続管をガス流導入管としてもよい。または、第3の接続管との関係で上記(1),(2)を満たす第1のガス供給管を設けて、第3の接続管をガス流導出管とし、接続管15,16をガス流導入管としてもよい。
また、図示した態様では、2本の接続管の位置関係が上流側および下流側であるが、接続管の位置関係はこれに限定されない。例えば、2本の接続管の位置関係を図面手前側および奥側にしてもよい。この場合、雰囲気制御部14と、減圧脱泡槽11と、を循環するガス流の方向は、図示した態様でのガス流120の方向と直交する方向(雰囲気制御部14内におけるガス流の方向、および、減圧脱泡槽11内の溶融ガラスGの上方におけるガス流の方向が、それぞれ、図面手前側および奥側、または、図面奥側および手前側)となる。この場合、減圧脱泡槽11内におけるガス流120の方向が、溶融ガラスGの移動方向と直交する方向になる。図示した態様のように、減圧脱泡槽11が溶融ガラスGの流動方向に長い形状である場合、減圧脱泡槽11内の溶融ガラスGの上方におけるガス流120の方向は、溶融ガラスGの移動方向と同一方向または反対方向であることが、溶融ガラスGからのガス成分の滞留を解消させるうえで好ましいが、減圧脱泡槽が縦横方向における長さに有意な差が無い形状(例えば、減圧脱泡槽の平面形状が正方形、六角形、八角形等の形状)の場合、減圧脱泡槽11内におけるガス流120の方向が、溶融ガラスGの移動方向と直交する方向であっても、溶融ガラスGからのガス成分の滞留を解消することができる。
ガス流100として用いる低水分ガスは、水蒸気濃度が60mol%以下である限り特に限定されない。このような低水分ガスの具体例としては、大気、乾燥空気、N2やArのような不活性ガス等が挙げられる。ガス流100として、これら低水分ガスのうち1種類を用いてもよく、複数種類の低水分ガスの混合ガスを用いてもよい。
ガス流100として低水分ガスを用いる場合、水蒸気濃度50mol%以下であることが好ましく、40mol%以下であることがより好ましく、30mol%以下であることがさらに好ましく、25mol%以下であることがさらに好ましく、20mol%以下であることがさらに好ましく、15mol%以下であることがさらに好ましく、10mol%以下であることがさらに好ましく、5mol%以下であることが特に好ましい。
また、該雰囲気の水蒸気濃度が低いほど溶融ガラス表面の泡層が薄くなる傾向があるので、減圧脱泡槽11内の溶融ガラスG上方の雰囲気の水蒸気濃度は50mol%以下であることが好ましく、40mol%以下であることがより好ましい。そして、水蒸気濃度が30mol%以下であると、泡層が更に薄くなる傾向があるので好ましい。
また、該雰囲気の水蒸気濃度が低いと、ガラス組成によっては、1つ1つの気泡が収縮又は破泡する場合があり、これにより泡層は更に薄くなるので好ましい。具体的には、溶融ガラスがボロシリケートガラスの場合、水蒸気濃度が30mol%以下であると、気泡が顕著に収縮する傾向がある。なお、ここでいうボロシリケートガラスは例えば次のような組成である。
組成の範囲:SiO2:55〜74、Al2O3:10〜20、B2O3:5〜12、Al2O3/B2O3:1.5〜3、MgO:0〜5、CaO:0〜5、SrO:0〜12、BaO:0〜12、SrO+BaO:6〜12(単位は質量%)。
更に、減圧脱泡槽11内の溶融ガラスG上方の雰囲気の水蒸気濃度が低いと、減圧脱泡を経て製造されるガラス製品に欠陥とみなされる程度の大きさの気泡が残存し難くなるので好ましい。該雰囲気の水蒸気濃度が更に低くなると、減圧脱泡を経て製造されるガラス製品に欠陥が生じる確率が更に低くなるので、25mol%以下であることがより好ましく、20mol%以下であることがより好ましく、15mol%以下であることがより好ましく、10mol%以下であることがより好ましく、5mol%以下であることが更に好ましい。
また、揮発のしやすい他の成分、例えば、Cl、F、Sなどの揮散を抑制することもできるため、これらの成分の組成変動を防止できるとともに、組成変動に起因する平坦度の悪化を抑制することができる。
これらCl、F、Sなどの成分の揮散は、雰囲気中の水分に大きく影響を受けていると考えられる。例えば、FはHFとして、SはH2SO4として揮散すると考えられる。よって、減圧脱泡槽11内の溶融ガラスG上方の雰囲気の水蒸気濃度をある一定の値以下とすることで、上記成分の揮発、および、それに伴う上記成分の組成変動を抑えることができると考えられる。
この点からも、本発明の減圧脱泡装置は、通常のガラスは言うに及ばず、特にボロシリケートガラスを減圧脱泡する場合に好ましく用いることができるといえる。
減圧脱泡槽11は、溶融ガラスGの導管であるため、耐熱性及び溶融ガラスに対する耐食性に優れた材料を用いる必要があり、白金又は白金合金が広く用いられている。ガス流100として用いる低水分ガスとして、空気中の酸素濃度よりも酸素濃度が低いガスを用いることにより、減圧脱泡槽の材質として白金及び白金合金を用いている場合に、その白金の酸化を抑制し、減圧脱泡槽の寿命を延ばし、更に、ガラス製品において、この白金由来の欠陥の生成を抑制することができるので好ましい。
なお、図1に示す減圧脱泡装置10において、減圧脱泡槽11と同様に、溶融ガラスGの導管をなす上昇管12及び下降管13の材料としても、白金若しくは白金合金、または緻密質耐火物が用いられる。
図8は、本発明の減圧脱泡装置の別の一構成例を示す断面図である。図8に示す減圧脱泡装置10'では、ガス流導入管をなす接続管15から第2のガス供給管24が挿入されており、該第2のガス供給管24の先端が減圧脱泡槽11内の溶融ガラスGの上部空間に位置している。なお、第2のガス供給管24から供給する水蒸気濃度60mol%以下の低水分ガスの具体例については、ガス流100として供給する低水分ガスについて記載したのと同様である。
なお、第2のガス供給管は、減圧脱泡槽11内の溶融ガラスGの上部空間に水蒸気濃度60mol%以下の低水分ガスを供給できればよく、図8に示す態様に限定されない。例えば、ガス流導出管をなす接続管16から減圧脱泡槽11内の溶融ガラスGの上部空間に第2のガス供給管を挿入してもよい。また、接続管15,16以外の部分、例えば、減圧脱泡槽11の上流側または下流側の端面から、減圧脱泡槽11内の溶融ガラスGの上部空間に第2のガス供給管を挿入してもよい。但し、図8に示す態様のように、低水分ガス140の供給方向は、ガス流120(図1参照)を阻害しない方向にすることが減圧脱泡槽11内でガス流に乱れを生じさせないことから好ましい。
水平方向における長さ:1〜20m
内径:0.2〜3m(断面円形)
減圧脱泡槽11が白金製若しくは白金合金製である場合、肉厚は4mm以下であることが好ましく、より好ましくは0.5〜1.2mmである。
減圧脱泡槽は、断面円形の円筒形状のものに限定されず、断面形状が楕円形や半円形状の略円筒形状のものや、断面が矩形の筒形状のものであってもよい。
内径:0.05〜0.8m、より好ましくは0.1〜0.6m
長さ:0.2〜6m、より好ましくは0.4〜4m
上昇管12及び下降管13が白金製若しくは白金合金製である場合、肉厚は0.4〜5mmであることが好ましく、より好ましくは0.8〜4mmである。
雰囲気制御部
内径:0.1〜3m、より好ましくは0.1〜2m
長さ:0.8〜22m、より好ましくは1〜20m
接続管
内径:0.05〜0.5m、より好ましくは0.05〜0.3m
長さ:0.1〜1m、より好ましくは0.1〜0.8m
第1のガス供給管内径
内径:3 〜50mm、より好ましくは5 〜 20 mm
雰囲気制御部14、接続管15,16の肉厚は、構成材料によっても異なるが、ステンレス鋼製である場合、それぞれ以下であることが好ましい。
雰囲気制御部
0.5〜2mm、より好ましくは0.5〜1.5mm
接続管
0.5〜2mm、より好ましくは0.5〜1.5mm
第2のガス供給管内径
内径:3 〜50mm、より好ましくは5 〜 20 mm
実施例では、Fluentを用いて減圧脱泡槽内の溶融ガラスGの上部空間での気流解析を行い、第1のガス供給管から仮想領域にガス流を供給することによるベンチュリ効果、および、ベンチュリ効果によって生じる雰囲気制御部と、減圧脱泡槽内の溶融ガラスの上部空間と、を循環するガス流による溶融ガラスからのガス成分の滞留の解消を評価した。なお、減圧脱泡装置としては、図8に示す減圧脱泡装置10のように、下流側の接続管16との開口部18上方の仮想領域19に第1のガス供給管20からガス流100を供給し、上流側の接続管15から減圧脱泡槽11内の溶融ガラスGの上部空間に挿入された第2のガス供給管24から低水分ガス140を供給するものをモデルとして使用した。または図8とは異なり、上流側の接続管15の上方に第1のガス供給管20を設置してガス流100を供給し、下流側の接続管16から減圧脱泡槽11内の溶融ガラスGの上部空間に挿入された第2のガス供給管24から低水分ガス140を供給するものをモデルとして使用した。なお、ガス流100および低水分ガス140は、いずれもN2を供給するものとしてモデル化した。
減圧脱泡槽11:全長10m、内径1m(断面半円形状)
雰囲気制御部14:全長10m、内径2m(円筒形状)
接続管15,16:全長0.8m、内径0.3m(円筒形状)
接続管15,16は、それぞれ、減圧脱泡槽11の天井部、より具体的には、減圧脱泡槽11の上流側端部から0.1mの位置、および、下流側端部から0.1mの位置に設けた。
排気口17:内径0.05m(円筒形状)、雰囲気制御部14の長手方向における中央となる位置の天井部に設けた。
第1のガス供給管20:図8とは異なり、雰囲気制御部14の下流端中央から内径φ5mmの円形のステンレス製ノズルを水平方向に挿入した。第1のガス供給管20を下流側または上流側のいずれに設置する場合とも、第1のガス供給管の先端の位置は開口部18よりも下流側5mm、雰囲気制御部14の底面から高さ10mmの位置とした。
第2のガス供給管24:内径φ15mmの円形のステンレス製ノズルを雰囲気制御部14の天井部から接続管15を経由して減圧脱泡槽11の溶融ガラスGの上部空間に挿入。第2のガス供給管の先端の位置は減圧脱泡槽11の上部壁面から10mm下の位置とした。
気流解析には、非反応化学種の輸送モデル、標準k−εモデル、標準壁関数を採用した。入口拡散、拡散エネルギについては考慮せず、その他の設定パラメータはデフォルト値を使用した。気流解析の流体物性は、Fluentデータベース内のN2および揮散H2Oからなる混合物の値(下記)を用いた。
粘度:1.72×10-5[kg/m・s]
熱伝導率:0.0454[W/m・K]
質量拡散係数:2.88×10-5[m2/s]
密度:ρ=pMw/RT(非圧縮性理想気体方程式)
比熱:cp=ΣiYicp,i(化学種による比熱の質量分率平均式)[J/kg・K]
減圧脱泡槽11内の溶融ガラスGからは、SO3、O2、B2O3、H2O等、複数のガスが揮散すると考えられるが、本解析では便宜上H2Oのみ2.00NL/minで揮散すると仮定した。
以下、本明細書において、減圧脱泡槽11内の溶融ガラスGから揮散するガスを単に「揮散ガス」とする。
気流解析では、減圧脱泡槽11内の溶融ガラスGからの揮散ガスの濃度として、溶融ガラスG上方の雰囲気の揮散ガスの平均濃度(以下、「溶融ガラスG上方の揮散ガスの平均濃度」という場合もある。)を評価した。なお、溶融ガラスGの液面近傍(溶融ガラスの液面から5mm上方)での揮散ガス濃度を評価指標とした。
また、雰囲気制御部14と、接続管15と、の開口部付近の圧力、および、雰囲気制御部14と、接続管16と、の開口部18付近の圧力(以下、前者を「上流側開口部圧力」、後者を「下流側開口部圧力」という場合もある。)を評価した。
また、減圧脱泡槽11から接続管15を介して雰囲気制御部14へと排出されるガスの量、および、減圧脱泡槽11から接続管16を介して雰囲気制御部14へと排出されるガスの流量(以下、前者を「上流側排出流量」、後者を「下流側排出流量」という場合もある。)を評価した。
実施例1では、第1のガス供給管20を下流側の接続管16の上部に設置しガス流100としてN2を体積流量2NL/minで供給して、溶融ガラスG上方の揮散ガスの平均濃度、上流側開口部圧力、下流側開口部圧力、上流側排出流量および下流側排出流量を評価した。
実施例2では、第1のガス供給管20を下流側の接続管16の上部に設置しガス流100としてN2を体積流量10NL/minで供給して、溶融ガラスG上方の揮散ガスの平均濃度、上流側開口部圧力、下流側開口部圧力、上流側排出流量および下流側排出流量を評価した。
実施例3では、第1のガス供給管20を下流側の接続管16の上部に設置しガス流100としてN2を体積流量15NL/minで供給して、溶融ガラスG上方の揮散ガスの平均濃度、上流側開口部圧力、下流側開口部圧力、上流側排出流量および下流側排出流量を評価した。
実施例4では、第1のガス供給管20を下流側の接続管16の上部に設置しガス流100としてN2を体積流量50NL/minで供給して、溶融ガラスG上方の揮散ガスの平均濃度、上流側開口部圧力、下流側開口部圧力、上流側排出流量および下流側排出流量を評価した。
実施例5では、第1のガス供給管20を上流側の接続管15の上部に設置しガス流100としてN2を体積流量15NL/minで供給して、溶融ガラスG上方の揮散ガスの平均濃度、上流側開口部圧力、下流側開口部圧力、上流側排出流量および下流側排出流量を評価した。
実施例6では、内径φ20 mmの第1のガス供給管20を、下流側の接続管15の上部に設置しガス流100としてN2を体積流量50NL/minで供給して、溶融ガラスG上方の揮散ガスの平均濃度、上流側開口部圧力、下流側開口部圧力、上流側排出流量および下流側排出流量を評価した。
実施例7では、内径φ5 mmの第1のガス供給管20を、内径φ0.2mの上流側の接続管15の上部に設置しガス流100としてN2を体積流量2NL/minで供給して、溶融ガラスG上方の揮散ガスの平均濃度、上流側開口部圧力、下流側開口部圧力、上流側排出流量および下流側排出流量を評価した。
比較例1では、第1のガス供給管20からガス流100を供給せずに、溶融ガラスG上方の揮散ガスの平均濃度、上流側開口部圧力、下流側開口部圧力、上流側排出流量および下流側排出流量を評価した。
なお、実施例1〜7における溶融ガラスG上方の揮散ガスの平均濃度は、比較例1における揮散ガスの平均濃度を100とした場合の相対値として示した。また、上流側開口部圧力(Pa)及び下流側開口部圧力(Pa)の値は、減圧脱泡槽11内の基準圧力(46,662Pa=350mmHg)との差で示した。また、上流側開口部圧力(Pa)と下流側開口部との圧力差(第1のガス供給管20を有してない側の開口部圧力(Pa))−第1のガス供給管20を有する側の開口部圧力(Pa))も示した。
結果を下記表1に示す。なお、実施例1〜7の結果は、ガス流100の供給開始後、定常状態に至った時点での値である。
実施例8では、第1のガス供給管20を下流側の接続管16の上部に設置しガス流100としてN2を体積流量5NL/minで供給し、第2のガス供給管24を上流側の接続管15の上部に設置し低水分ガス140としてN2を体積流量10NL/minで供給して、溶融ガラスG上方の揮散ガスの平均濃度、上流側開口部圧力、下流側開口部圧力、上流側排出流量および下流側排出流量を評価した。
実施例9では、第1のガス供給管20を下流側の接続管16の上部に設置しガス流100としてN2を体積流量10NL/minで供給し、第2のガス供給管24を上流側の接続管15の上部に設置し低水分ガス140としてN2を体積流量10NL/minで供給して、溶融ガラスG上方の揮散ガスの平均濃度、上流側開口部圧力、下流側開口部圧力、上流側排出流量および下流側排出流量を評価した。
実施例10では、第1のガス供給管20を下流側の接続管16の上部に設置しガス流100としてN2を体積流量50NL/minで供給し、第2のガス供給管24を上流側の接続管15の上部に設置し低水分ガス140としてN2を体積流量10NL/minで供給して、溶融ガラスG上方の揮散ガスの平均濃度、上流側開口部圧力、下流側開口部圧力、上流側排出流量および下流側排出流量を評価した。
実施例11では、第1のガス供給管20を上流側の接続管15の上部に設置しガス流100としてN2を体積流量10NL/minで供給し、第2のガス供給管24を下流側の接続管16の上部に設置し低水分ガス140としてN2を体積流量10NL/minで供給して、溶融ガラスG上方の揮散ガスの平均濃度、上流側開口部圧力、下流側開口部圧力、上流側排出流量および下流側排出流量を評価した。
実施例12では、内径φ20mmの第1のガス供給管20を、上流側の接続管15の上部に設置しガス流100としてN2を体積流量50NL/minで供給し、第2のガス供給管24を下流側の接続管16の上部に設置し低水分ガス140としてN2を体積流量15NL/minで供給して、溶融ガラスG上方の揮散ガスの平均濃度、上流側開口部圧力、下流側開口部圧力、上流側排出流量および下流側排出流量を評価した。
実施例13では、内径φ5 mmの第1のガス供給管20を、内径φ0.2mの上流側の接続管15の上部に設置しガス流100としてN2を体積流量15NL/minで供給し、第2のガス供給管24を下流側の接続管16の上部に設置し低水分ガス140としてN2を体積流量10NL/minで供給して、溶融ガラスG上方の揮散ガスの平均濃度、上流側開口部圧力、下流側開口部圧力、上流側排出流量および下流側排出流量を評価した。
比較例2では、第1のガス供給管20は設置せず、第2のガス供給管24を上流側の接続管15の上部に設置し低水分ガス140としてN2を体積流量15NL/minで供給して、溶融ガラスG上方の揮散ガスの平均濃度、上流側開口部圧力、下流側開口部圧力、上流側排出流量および下流側排出流量を評価した。
なお、実施例8〜13における溶融ガラスG上方の揮散ガスの平均濃度は、比較例1における揮散ガスの平均濃度を100とした場合の相対値として示した。また、上流側開口部圧力(Pa)及び下流側開口部圧力(Pa)の値は、減圧脱泡槽11内の基準圧力(46,662Pa=350mmHg)との差で示した。また、上流側開口部圧力(Pa)と下流側開口部との圧力差(上流側開口部圧力(Pa)−下流側開口部圧力(Pa))も示した。
結果を下記表2に示す。なお、実施例8〜13の結果は、ガス流100の供給開始後、定常状態に至った時点での値である。
なお、2008年2月29日に出願された日本特許出願2008−50110号の明細書、特許請求の範囲、図面及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。
Claims (5)
- 内部の気圧が大気圧未満に設定され、供給された溶融ガラス中の泡を浮上及び破泡させる減圧脱泡槽と、前記減圧脱泡槽に接続され、脱泡処理前の溶融ガラスを吸引上昇させて該減圧脱泡槽に導入する上昇管と、前記減圧脱泡槽に接続され、脱泡処理後の溶融ガラスを該減圧脱泡槽から下降させて導出する下降管と、を具備する溶融ガラスの減圧脱泡装置において、
少なくとも2つの接続管により前記減圧脱泡槽と接続される中空構造の雰囲気制御部を有し、前記雰囲気制御部には該雰囲気制御部内を排気して減圧するための排気口が設けられており、前記雰囲気制御部には、少なくとも1つの前記接続管との関係で下記(1)及び(2)を満たす第1のガス供給管が設けられていることを特徴とする溶融ガラスの減圧脱泡装置。
(1)前記雰囲気制御部と前記接続管とがなす開口部を、前記接続管の管軸方向に沿って前記雰囲気制御部内部へと延ばした仮想領域を、前記第1のガス供給管から供給されるガス流が横切る。
(2)前記第1のガス供給管の先端から該ガス供給管の管軸に沿って延ばした仮想線が、前記雰囲気制御部と前記接続管とがなす開口部を通過しない。 - 前記接続管の数をXとするとき、前記第1のガス供給管の数がX−1以下(但し、前記第1のガス供給管の数は1以上)であることを特徴とする請求項1に記載の溶融ガラスの減圧脱泡装置。
- 前記第1のガス供給管から供給されるガス流が、水蒸気濃度60mol%以下の低水分ガス流であることを特徴とする請求項1または2に記載の溶融ガラスの減圧脱泡装置。
- 前記減圧脱泡槽内の溶融ガラスの上部空間に水蒸気濃度60mol%以下の低水分ガスを供給する第2のガス供給管がさらに設けられていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載溶融ガラスの減圧脱泡装置。
- 請求項1〜4に記載の減圧脱泡装置を用いた溶融ガラスの減圧脱泡方法であって、下記式を満たすように前記第1のガス供給管からガス流を供給する溶融ガラスの減圧脱泡方法。
v > A/0.031× [5.487×10-6×(1/56.353−1/ρ)+19.6×(0.163−z)+7.52 ] 1/2
v:第1のガス供給管のガス流の流速(m/s)
ρ:第1のガス供給管のガス流の密度(kg/m3)
z:雰囲気制御部内における第1のガス供給管の出口部の高さ(m)
A:開口部の面積(m2)
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