KR100847717B1

KR100847717B1 - 용융유리의 진공탈가스 장치

Info

Publication number: KR100847717B1
Application number: KR1020020057790A
Authority: KR
Inventors: 사까이미쯔요시; 사사끼미찌또; 이또하지메; 기따무라레이; 다니가끼아쯔시
Original assignee: 아사히 가라스 가부시키가이샤
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2002-09-24
Publication date: 2008-07-23
Also published as: US7007514B2; US7650764B2; EP1298094A1; US20050160769A1; EP1731488B1; DE60233832D1; CN1408655A; CN101024549A; KR100855924B1; DE60217599D1; KR20080050365A; KR20030027705A; EP1298094B1; US20030066315A1; DE60217599T2; CN1240633C; EP1731488A1

Abstract

용융유리의 진공탈가스 장치로서,

진공으로 되어 감압되는 진공하우징;

상기 진공하우징내에 설치되어, 용융유리가 유동할 때 그 용융유리의 진공탈가스를 행하는 진공탈가스 용기;

상기 진공탈가스 용기에 연결되어, 탈가스되지 않은 용융유리를 흡입 및 상승시켜 상기 탈가스되지 않은 용융유리를 상기 진공탈가스 용기로 도입하는 상승관; 및

상기 진공탈가스 용기에 연결되어, 탈가스된 용융유리를 진공탈가스 용기로부터 하강시켜 상기 탈가스된 용융유리를 방출하는 하강관을 포함하며,

상기 상승관의 상단부에서의 유로의 단면적이 상기 상승관의 하단부에서의 유로의 단면적보다 더 크다.

진공 탈가스 장치.

Description

용융유리의 진공탈가스 장치{VACUUM DEGASSING APPARATUS FOR MOLTEN GLASS}

도 1 은 본 발명의 진공탈가스 장치의 실시예를 도시하는 개략 단면도이다.

도 2 는 도 1 의 상승관내의 기포제거를 위한 탈가스 기구를 도시하는 개략도이다.

도 3 은 종래의 진공탈가스 장치의 실시예를 도시하는 개략 단면도이다.

도 4 는 도 3 의 상승관내의 기포제거를 위한 탈가스 기구를 도시하는 단면도이다.

도 5 는 감압하에서 기포크기의 변화를 도시하는 도면이다.

도 6 은 도 1 의 라인 A-A' 을 따른 진공탈가스 장치의 개략 단면도이다.

도 7 은 도 1 의 진공탈가스 용기의 유로내에서 유동하는 용융유리의 유속의 횡단방향에서의 분포를 도시하는 도면이다.

도 8 은 도 3 의 라인 B-B' 를 따른 진공탈가스 장치의 개략 단면도이다.

도 9 는 도 3 의 진공탈가스 용기의 유로내에서 유동하는 용융유리의 유속의 횡단방향에서의 분포를 도시하는 도면이다.

본 발명은, 연속적으로 공급되는 용융유리로부터 기포를 제거하는 용융유리용 진공탈가스 장치에 관한 것이다.

성형된 유리제품의 품질을 향상시키기 위해, 도 3 에 도시된 것처럼, 용융탱크내에서 용융된 용융유리가 성형장치에 의해 성형되기 전에 용융유리에서 발생한 기포를 제거하는 진공탈가스 장치를 사용하였다.

도 3 에 도시된 상기 진공탈가스 장치 (110) 는, 용해용기 (112) 내 용융유리 (G) 가 진공탈가스되고 그 이후의 작업용기로 연속적으로 공급되는 공정에 사용된다. 진공탈가스 장치 (110) 내에는, 상기 용융유리를 진공-탈가스하기 위해 감압되도록 진공되는 진공하우징 (114); 이 진공하우징 (114) 에 설치되고 진공하우징과 함께 감압되는 진공탈가스 용기 (116); 및 진공탈가스 용기의 아래의 수직방향으로 상기 각각의 단부에 연결된 상승관 (118) 및 하강관 (120) 이 설치되어 있다.

상기 상승관 (118) 은 상기 용해용기 (112) 와 소통되는 상류피트 (122) 내의 용융유리 (G) 에 침지되는 하단부를 구비한다. 게다가, 상기 하강관 (120) 은 그 이후의 작업용기(비도시)와 소통하는 하류피트 (124) 내의 용융유리(G)에 침지되는 하단부를 구비한다.

상기 진공탈가스 장치 (116) 는, 진공펌프(비도시)에 의해 흡입포트 (114c) 를 통해 감압되도록 진공되는 진공하우징 (114) 내에 실질적으로 수직하게 설치된다. 상기 진공탈가스 용기 (116) 의 내부가 감압되기 때문에, 진공하우징 (114) 의 내부와 소통하는 흡입포트 (116a 및 116b) 를 통해, 진공하우징 (114) 의 내부와 함께 1/20 내지 1/3 atm 의 압력까지, 탈가스하기 전 상기 상류피트 (122) 내 용융유리(G)가 상승관 (118) 을 통해 흡입되고 상승되어, 상기 진공탈가스 용기 (116) 로 도입된다. 그런후, 상기 용융유리는 진공탈가스 용기 (116) 를 통해 유동함에 따라 진공탈가스되며, 용융유리는 상기 하강관 (120) 을 통해 하강되어 하류피트 (124) 로 방출된다.

상기 진공하우징 (114) 은, 스테인리스강 및 내열강등의 금속의 주조로 제조될 수 있다. 진공하우징은, 예를 들어, 진공펌프(비도시)에 의해 외부로부터 진공되어 그 내부가 감압되어, 그 안에 설치된 진공탈가스 용기 (116) 의 내부가 감압되어 소정의 압력(예를 들어, 1/20 내지 1/3 atm)하에 유지된다. 상기 진공탈가스 용기 (116) 에서, 상부공간 (116s) 이 진공탈가스 용기내에서 일정한 깊이까지 채워진 용융유리(G) 위에 형성된다. 상기 상부공간 (116s) 은, 용융유리(G)의 표면으로 상승하여 파괴된 기포로부터의 가스성분이, 흡입포트 (114c) 를 통해 진공펌프(비도시)에 의해 감압된 공간인 상부공간으로부터 흡입되도록, 진공펌프(비도시)에 의해 감압되는 공간이다. 따라서, 상부공간 (116s) 과 접촉하는 용융유리(G)의 면적이 더 클수록, 진공탈가스 효과가 더 크게된다.

진공탈가스 용기 (116) 주변에서, 진공하우징 (114) 내의 상승관 (118) 및 하강관 (120) 은, 단열피복되도록 내화벽돌등의 단열재 (126) 가 설치된다.

또한, 도 3 에 도시된 종래 진공탈가스 장치 (110) 에 있어서, 본 출원인에 의해 출원된 특개평 11-240725 호 공보에 개시된 것처럼, 진공탈가스 용기 (116) 가 치밀한 내화벽돌, 특히 전기-주조 내화벽돌로 구성됨으로써, 상기 장치가 대형 화하여 유속, 즉, 탈가스의 처리용량을 증가시킨 것은 고려할 만하다.

그러나, 용융유리의 유속을 증가시키고 바람직한 진공탈가스 작업을 실시하기 위해, 다양한 요인변동(예를 들어, 탈가스되는 용융유리(G)의 의 유량의 변동, 용해로내 용융유리(G)의 온도강하로 인해 용융유리(G)에 용해되는 가스성분 농도의 변동, 또는 감압되는 진공탈가스 용기내 압력의 변동)을 고려하여, 진공탈가스 용기 (116) 의 넓이 및 전체 길이(즉, 바닥면적); 및 상승관 (118) 과 하강관 (120) 의 직경을 증가시킬 필요가 있다.

그러나, 진공탈가스 용기 (116) 의 폭 및 전체길이, 및 상승관 (118) 과 하강관 (120) 의 유로직경을 증가시킴으로서, 상기 장치는 대형화되고 내화벽돌등이 필연적으로 증가할 것이고, 따라서 비용증가의 문제를 야기하게 된다.

또한, 용융유리(G)내에 포함된 기포의 수가 빠르게 증가하는 경우, 제거되지 않은 기포가 용융유리(G)내에 잔존하며, 이것이 하강강으로 유동하여, 상기 기포가 제품으로서의 유리에 잔존할 것이다. 또한, 기포수의 증가로 인해, 파괴되지 못한 기포가 용융유리(G)의 표면위에 형성되어, 진공탈가스 용기 (116) 의 천정에 부착한다. 결과적으로, 천정에 휘발성 물질이 존재하게 되며, 이것이 결정형태로 고체화되어, 용융유리(G)에 포함될 수 있다. 그 결과, 작은 불투명 물질이 유리제품에 잔존하여 소위 "석물" 이라 불리우는 결점을 형성한다. 또한, 심지어 휘발성 물질이 고온의 용융유리(G)내에서 용해되지 않는경우, 이것은 상기의 용융유리(G)에 균일하게 확산되지 않아, 결과적으로, 상기 용융유리(G)는 조성에서 국부적인 변화를 갖게 될 수 있다. 상기 변화로 인해, 용융유리(G)로부터 습득 되는 유리제품은, 반사율에서 국부적인 변화를 가지며 상기 유리의 거울상이 왜곡되며, 이것을 소위 림의 열하라고 한다.

또한, 진공탈가스 용기 (116) 의 유로의 바닥면적을 증가시키기 위해, 진공탈가스 용기 (116) 의 유로의 총길이를 증가시키는 방법을 생각할 수 있다. 그러나, 장치의 크기가 증가함에 따라, 상기 장치는 용해용기 (112) 와 비교하여 길어지는 문제가 있다. 결과적으로, 기존설비인 용해용기 (112) 와 하류피트 (124) 사이의 상대적 위치를 변경할 필요가 있으며, 따라서 기존설비가 유효하게 이용될 수 없는 단점이 있다. 또한, 진공탈가스 용기가 선형으로 길게 제조되는 경우, 가열에 의한 진공탈가스 용기 (116) 의 팽창이, 그것에 비례하여 증가하여, 상승관 (118) 과 하강관 (120) 사이의 중앙거리간의 중앙위치가 변경하며, 이것은 장치의 왜곡을 발생시켜 안정성을 저하시킬 수 있다.

이와는 달리, 진공탈가스 용기의 바닥면적을 증가시키기 위해, 유로의 폭을 증가시키는 방법을 또한 생각할 수 있다. 그러나, 오직 상기 유로의 폭을 증가시킴으로써 진공탈가스 성능을 충분히 향상시키는 것은 어렵다. 그 이유가 도 8 및 도 9 를 참조하여 서술될 것이다. 도 8 은 도 3 의 라인 B-B'을 따른 진공탈가스 장치 (110) 의 개략 단면도이며, 진공탈가스 용기 (116) 내 용융유리의 유로의 단면형태를 도시하고 있다. 도 8 에 도시된 것처럼, 진공하우징 (114) 내 진공탈가스 용기 (116) 에 있는 용융유리의 유로는, 유로부재 (116c) 를 조립하여 형성되며, 그리고 용융유리의 유로의 바닥부 (116d) 는 편평하다. 도 9 는 유로의 횡단방향에서 용융유리의 유속분포를 나타내고 있다. 도 9 에 도시된 것처럼, 용융유리의 유속은 횡단방향의 중앙(이하, 유로의 중앙부)에서 가장 빠르며, 반대로, 용융유리의 유속은 횡단방향의 단부(이하, 유로의 단부)에서 가장 느리다. 이러한 이유로, 유로의 중앙을 유동하는 용융유리는 충분한 탈가스없이 하강관에 도달하여, 기포가 유리제품에 포함될 가능성이 있다. 즉, 유로의 폭이 단순히 증가하는 경우일 지라도, 상기 용융유리는 여전히 낮은 유속을 가지며 유로의 단부에서 거의 유동하지 않는 문제가 있다. 따라서, 상기 폭의 증가는 진공탈가스 성능의 향상에 거의 기여하지 않는다.

이러한 상황하에서, 본 발명의 목적은, 비용이 최소화될 수 있으며, 진공탈가스 성능이 향상될 수 있으며, 기포, 석물 또는 림의 열화와 같은 문제가 없는 용융유리를 생산하는 것이 가능한 진공탈가스 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은,

진공으로 되어 감압되는 진공하우징;

상기 상승관의 상단부에서의 유로의 단면적이 상기 상승관의 하단부에서의 유로의 단면적보다 더 큰 용융유리의 진공탈가스 장치를 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 상승관의 상단부에서의 유로의 단면적이 상기 상승관의 하단부에서의 유로의 단면적의 1.1 내지 9.0 배인 용융유리의 진공탈가스 장치를 제공하며, 그리고 상술한 진공탈가스 장치는, 상승관의 유로의 중간위치에 임계부가 제공되며, 상기 상단부에서의 유로의 단면적이 상승관의 상기 임계부에서의 유로의 단면적보다 더 큰 구조를 가지는 상승관을 구비하는 진공탈가스 장치이고, 상기 상단부로부터 상기 임계부까지의 거리가 상기 상단부로부터 상기 하단부까지의 거리의 0.05 내지 0.5 배인 용융유리의 진공탈가스 장치이다.

본 발명은,

진공으로 되어 감압되는 진공하우징;

상기 진공탈가스 용기의 용융유리의 유로의 유동방향의 적어도 일부에서, 상기 유로의 횡단방향에서의 중앙의 바닥부가 볼록형상을 가지며, 상기 중앙의 바닥 부의 양측에 위치한, 유로의 횡단방향에서의 양단부의 바닥부는 오목형상을 갖는 진공탈가스 장치를 더 제공한다.

본 발명은, 상기 진공탈가스 용기의 용융유리의 유로의 횡단방향에 있어서 중앙에 있는 상기 볼록형상 바닥부의 최상부로부터 용융유리의 표면까지의 최단거리를 중앙깊이 (D₁) 로 표시하고, 횡단방향에 있어서 각각의 양단부에 있는 상기 오목형상 바닥부의 최하부로부터 용융유리의 표면까지의 최단거리를 단부깊이 (D₂) 로 표시하는 경우, 상기 중앙깊이 (D₁) 는 20 내지 500 mm 이며, 상기 단부깊이 (D₂) 는 중앙깊이 (D₁) 의 1.1 내지 5.0 배인 용융유리의 진공탈가스 장치를 제공하며, 그리고 상술한 진공탈가스 장치는, 상기 진공탈가스 용기의 용융유리의 유로에는, 진공-탈가스에 의해 형성된 기포가 하강관측으로 유출하는 것을 방지하는 기포저지수단이 설치된다.

이제, 동봉된 도면에 도시된 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명에 따른 용융유리용 진공탈가스 장치를 상세히 설명할 것이다.

도 1 은 본 발명의 진공탈가스 장치의 실시예를 도시하는 개략 단면도를 나타낸다. 도 1 은 도 3 과 비교할 때, 상승관 상단부에서의 유로의 단면적이 상승관 하단부에서의 유로의 단면적보다 더 크다. 도 1 에 도시된 것처럼, 상기 진공탈가스 장치 (10) 는, 용해용기 (20) 내의 용융유리 (G) 가 진공-탈가스되어, 상기 탈가스된 용융유리가 다음의 작업용기(비도시), 예를 들어 부동욕의 판재를 성형하는 작업용기, 또는 병을 형성하는 작업용기로 연속하여 공급되는 공정에 사용된다. 상기 진공탈가스 장치 (10) 는 본질적으로 진공하우징 (12), 진공탈가스 용기 (14), 상승관 (16) 및 하강관 (18) 을 포함한다.

상기 진공하우징 (12) 은 상기 진공탈가스 용기 (14) 를 기밀성을 확보하기 위한 것이며, 문형(gate-like-shape)으로 형성되며, 본체부 (12a), 상승관수용부 (12b), 및 하강관수용부 (12c) 를 구비한다. 상기 진공하우징이 진공탈가스 용기 (14) 에 필요한 충분한 기밀성 및 강도를 갖는한, 진공하우징 (12) 의 재료 및 구조에 어떤 특별한 제한은 없다. 그러나, 상기 진공하우징은 금속, 특히 스테인리스강으로 만들어 지는 것이 바람직하다. 진공하우징 (12) 은 외부, 예를 들어 진공펌프(비도시)로 진공되어 내부가 감압되며, 따라서 그 안에 제공된 진공탈가스 용기 (14) 의 내부는, 소정의 압력, 예를 들어 1/20 내지 1/3 atm 의 감압상태로 유지된다.

진공하우징 (12) 의 본체부 (12a) 내에 진공탈가스 용기 (14) 가 제공된다. 상승관 (16) 은 상기 진공탈가스 용기 (14) 좌측단부에 연결되며, 하강관 (18) 은 진공탈가스 용기 (14) 의 우측단부에 연결된다. 여기서, 상기 상승관 (16) 및 하강관 (18) 은, 이들의 본체부가 진공하우징 (12) 내의 상승관수용부 (12b) 및 하강관수용부 (12c) 에 각각 수용되도록 제공되며, 상승관 (16) 및 하강관 (18) 의 하단부는 각각 진공하우징 (12) 의 외부로 신장한다.

본 발명의 상기 진공탈가스 용기 (14), 상기 상승관 (16) 및 상기 하강관 (18) 은 치밀한 전기-주조 내화재를 사용하는 것이 바람직하다. 즉, 용융유리 와 직접 접촉하는 진공탈가스 장치 (10) 의 주요부는 치밀한 전기-주조물질로 된 전기-주조 내화벽돌을 조립하여 형성되기 때문에, 지금까지 사용되어 왔던 플라티늄 또는 플라티늄-로듐등의 플라티늄 합금과 같은 귀금속으로 만들어진 주요부와 비교할때 비용을 상당히 감소할 수 있다. 이러한 비용의 감소에 더하여, 상기 진공탈가스 장치 (10) 는 필요한 형태 및 필요한 두께를 갖도록 디자인 될 수 있다. 그 결과, 진공탈가스 장치의 큰 용적이 실현될 뿐만 아니라, 고온에서 진공탈가스 작업이 가능하게 되었다.

상기 전기-주조 내화벽돌은, 내화재 원료가 전기용해 공정에 의해 용융된후 주조에 의해 소정의 형태로 성형되는 한 특별하게 제한되지 않는다. 종래의 전기-주조 내화벽돌의 다양한 형태가 사용될 수 있다. 이들 중, 알루미나(Al₂O₃)계 전기-주조 내화벽돌, 지르코니아(ZrO₂)계 전기-주조 내화벽돌 및 알루미나-지르코니아-실리카(Al₂O₃-ZrO₂-SiO₂)계 전기-주조 내화벽돌을 바람직한 실시예로 언급할 수 있다. 특히, 용융유리(G)의 온도가 1,300℃이하인 경우에는 MARSNITE(MB)를 사용하며, 1,300℃를 초과하는 경우에는 ZB-X950 또는 ZIRCONITE(ZB)(모두 Asahi Glass Company, Limited 에서 제조됨)를 사용하는 것이 바람직하다.

비록 조밀한 전기-주조 내화물질이 이 실시예에서 사용되지만, 상기 물질에 한정되는 것이 아니라, 조밀한 연성 내화물질이 또한 사용될 수 있다.

조밀한 연성 내화물질로서 조밀한 연성 내화벽돌은, 조밀한 알루미나계 내화벽돌, 조밀한 지르코니아-실리카계 내화벽돌 또는 조밀한 알루미나-지르코니아-실 리카계 내화벽돌인 것이 바람직하다.

더우기, 상승관 (16) 이 용해용기 (20) 의 하류에 있는 상류피트 (22) 내의 용융유리(G)에 침지되는 하단부에서의 대기, 및 하강관 (18) 이 하류피트 (24) 내의 용융유리(G)에 침지되는 하단부에서의 대기와 상기 용융유리(G) 사이에 경계가 존재한다. 따라서, 이러한 경계부근은 반응성이 높으며, 특히, 상기 경계부 또는 상기 벽돌사이의 계면부분에서 전기-주조 내화벽돌의 저하가 진행하는 경향이 있다. 따라서, 상기 상승관 (16) 의 하단부 및 상기 하강관 (18) 의 하단부는 플라티늄 또는 플라티늄 합금으로 만들어 지는 것이 바람직하다.

상기 진공탈가스 용기 (14) 의 주변에는, 진공탈가스 용기 (14) 를 피복하도록 단열재 (26) 가 제공된다. 또한 상승관 (16) 및 하강관 (18) 주변에는, 이들을 각각 피복하도록 단열재 (26) 가 제공된다.

상기 단열재 (26) 로서, 다양한 공지의 표준형 벽돌 또는 주조가능한 벽돌이 사용될 수 있으며, 특별한 제한은 없다. 따라서 상기 단열재 (26) 는 진공하우징 (12) 에 의해 외부로 부터 피복되어, 상기 진공하우징 (12) 내에 수용된다.

여기서, 상기 진공하우징 (12) 의 외벽 온도는, 진공하우징 (12) 으로 전도된 열을 상기 단열재 (26) 로 가능한 많이 절연시킴으로써 가능한 낮게, 예를 들면, 약 100℃ 로 되는 것이 바람직하다.

이제, 본 발명의 특징인, 진공탈가스 장치 (10) 의 탈가스 기구 및 상승관 (16) 의 유로형태를 서술하겠다.

용융유리내에 포함된 기포는 대기압력하에서 일정한 기포크기를 갖는다. 용융유리에 가해진 상기 압력이 낮은 경우(감압상태), 상기 기포크기는 보일샤를의 법칙에 따라 압력에 반비례하여 증가한다. 그러나, 본 발명자는, 상기 압력이 일정압력 이하로 더 감압되는 경우, 상기 기포크기는 보일샤를의 법칙으로부터 벗어나 빠르게 증가하는 것을 발견했다. 이러한 현상은 도 5 를 참조하여 설명할 것이다.

도 5 는 용융유리에 가해진 압력의 감소로 인한 용융유리내의 기포크기의 변화를 도시하는 개략도이며, 이 때 표 1 과 같은 조성을 갖는 용융유리가 상기 용융유리로서 사용되었다. 상기 용융유리의 온도는 1,320℃ 이다.

표 1

화학조성	질량%
SiO₂	72.5
Al₂O₃	2.0
MgO	4.0
CaO	8.0
Na₂O	12.5
K₂O	0.8
SO₃	0.2

도 5 에서, 세로축은 기포크기를 나타내며, 가로축은 상기 용융유리에 가해진 압력과 대기압력 사이의 차인 진공도를 나타내며, "진공도가 0(제로)(mmHg)"는 용융유리에 가해진 압력이 대기압력인 것을 의미한다. 또한, "진공도가 700(mmHg)"은 용융유리에 가해진 압력이 대기압력으로부터 700(mmHg) 감압되었다는 것을 의미한다. 도 5 의 실선은 이론적인 기포크기와 이들이 보일-샤를의 법칙을 따르는 경우의 진공도 사이의 관계를 지시한다. 도 5 에서, 대기압력하에서 초기에 0.2 (mm)의 기포크기를 갖는 기포를 감압함으로서, 상기 기포크기가 점차적으로 증가하는 것이 명백하다.

반면에, 도 5 에서 검은 삼각형 표시는 용융유리내 기포의 실제 기포크기와 진공도 사이의 관계를 나타내고 있으며, 초기에 0.2 (mm)의 기포크기를 갖는 기포는, 진공도가 300 (mmHg)을 초과한 후에는 보일-샤를의 법칙으로부터 벗어나, 상기 보일-샤를의 법칙으로 계산된 기포크기보다 더 크게 된다는 것이 명백하다. 상기 기포크기가 보일-샤를의 법칙으로부터 벗어나는 진공도가 임계압력으로 간주되며, 상기 임계압력은 용융유리의 종류에 따라 다르다. 상기 용융유리내 기포가 진공도가 증가함에 따라 보일-샤를의 법칙으로부터 벗어나 더 크게 되는 현상은, 용융유리내 일부 가스성분이 기포속으로 확산되기 때문에 발생하는 것으로 간주된다. 또한 상기 기포크기는, 상기 기포가 임계압력 이하의 압력에서 더 오랜시간 존재함에 따라 증가하며, 상기 기포크기가 증가함에 따라, 상기 상승속도가 증가하여 상기 기포가 상기 용융유리의 표면을 더 잘 파괴한다.

이러한 원리가 진공탈가스 용기에 적용되는 경우, 상승관의 상단부에서 유로의 단면적을 상기 상승관의 하단부에서의 유로의 단면적보다 더 크게 만듬으로써, 기포가 임계압력 이하의 압력에 오랜시간동안 있게 되어, 탈가스 성능이 향상될 수 있다. 여기서, 상기 유로의 단면은, 상기 용융유리가 유동하는 방향에 대해 수직인 유로의 단면을 의미하며, 상승관의 상단부는 상승관과 진공탈가스 용기의 바 닥면이 연결되는 부분을 의미하며, 상승관의 하단부는 상승관의 최하부분을 의미한다. 이제, 이 원리가 적용되는 진공탈가스 용기를 상세히 설명하겠다.

도 4 는 도 3 의 상승관 (118) 내 기포의 제거를 위한 종래 탈가스 기구를 도시하는 개략도이며, 이것은 상기 용융가스(G)가 도 3 의 종래 진공탈가스 장치 (110) 의 상승관 (118) 에서 유동하는 유로의 상태를 도시하고 있다.

도 4 에서, 상기 용융유리(G)는 기포 (140a) 와 함께 상류피트 (122) 로부터 상승관 (118) 으로 유동하며, 사이펀 원리에따라 상승관 (118) 의 유로에서 상승한다. 한편으로는, 기포 (140a) 은 또한 용융유리 (G) 의 유동을 따라 상승관 (118) 의 유로에서 상승한다. 용융유리(G)에 가해진 압력은 상승관 (16) 의 하단부 (16d) 로부터 위쪽으로 낮아지기 때문에, 보일-샤를의 법칙에 따라 기포크기는 기포 140a 로부터 기포 140b 로 그런후 기포 140c 로 증가한다. 또한 용융유리(G)가 상승함에 따라, 기포에 가해진 압력이 더 감소하게되어, 상기 기포는 보일-샤를의 법칙으로부터 더 벗어나게 된다.

그러나, 도 4 에 도시된 것처럼, 상승관 (118) 의 단면적이 상단부 (118c) 로부터 하단부 (118d) 까지 일정한 경우, 기포 (140g) 및 기포 (140h) 에 의해 도시된 것처럼, 기포가 팽창할 유로내 공간이 없어, 기포는 충분히 팽창할 수 없다. 따라서, 진공탈가스 용기 (116) 로 유동하는 기포의 수가 빠르게 증가하는 경우, 상기 기포는 완전히 제거되지 않고 용융유리내에 머물러, 파괴되지 않은 기포가 진공탈가스 용기 (116) 내 용융유리의 표면위에 형성될 것이다. 그러한 경우에, 도 4 의 기포 (140n) 로 도시된 것처럼, 기포는 진공탈가스 용기 (116) 의 천정에 부착될 수 있어 "석물" 또는 림(leam)의 저하를 발생시킬 수 있다.

또한, 그렇게 팽창한 기포가 함께 결합하여 거대한 기포를 형성하는 경우, 상기 거대한 기포는 매우 큰 부력을 가져, 그 주위의 기포와 비교할 때 고속으로 상승할 것이 명백하다. 이것은 용융유리(G)의 단위시간당 유속이 안정하지 않는 문제를 발생시킨다.

반면에, 도 2 는 본 발명에 따른 도 1 의 상승관 (16) 내 기포제거를 위한 탈가스 기구를 도시하는 개략도이며, 용융유리(G)가 도 1 의 진공탈가스 용기 (14) 의 상승관 (16) 에서 유동하는 유로의 상태를 도시하고 있다. 도 2 에서, 임계부 (16b) 가 상승관 (16) 내 유로의 중간위치에 제공되며, 상기 유로의 단면적은 상승관 (16) 의 하단부 (16d) 로부터 임계부 (16b) 까지 일정하다. 그러나, 임계부 (16b) 로부터 상단부 (16c) 까지의 유로의 단면적이, 상기 임계부 (16b) 로부터 상단부 (16c) 를 향해 점차적으로 증가하도록 구조된다. 여기서, 상기 용융유리(G)에 가해진 압력은 상승관 (16) 의 하단부 (16d) 로부터 위쪽으로 낮아진다. 따라서, 용융유리(G)에 가해진 압력이 유로의 중간위치에서 임계압력으로 되는 위치가 존재하며, 상기 임계부 (16b) 는 그러한 위치보다 더 낮은 위치에 위치하는 것이 바람직하며, 따라서 진공탈가스 성능이 향상될 수 있다.

도 2 에 도시된 것처럼, 용융유리(G)가 상승관 (16) 의 유로에서 유동하는 경우, 상기 용융유리 (G) 가 상기 상승관 (16) 내 유로에서 상승함에 따라 용융유리 (G) 에 가해진 압력이 낮아진다. 따라서, 용융유리(G)내 기포 (140a) 는 보일-샤를의 법칙에 따라 기포 40b 로 팽창한 후 기포 40c 로 팽창한다. 그런후, 상기 기포가 임계부 (16b) 를 통과한 후, 상기 기포크기는 보일-샤를의 법칙으로부터 벗어나 빠르게 증가한다. 그러나, 상기 기포가 도 2 의 상승관 (16) 내 유로에서 팽창할 수 있는 공간이 있기 때문에, 그 기포는 그곳에서 용이하게 팽창할 수 있어 용융유리(G)의 표면위에서 쉽게 파괴된다. 따라서, 상기 진공탈가스 성능이 향상될 수 있으며, 기포가 용융유리 (G) 내에 덜 존재하게 된다. 또한, 기포가 클수록 더 쉽게 파괴되며, 이것은 상기 기포가 진공탈가스 용기 (14) 의 천정에 덜 부착하게 되는 효과를 발생시켜, "석물" 또는 림의 저하등의 결함의 형성이 억제될 수 있다.

또한, 도 2 에 도시된 구조를 사용함으로써, 임계부 (16b) 로부터 상단부 (16c) 로 유동하는 용융유리(G)의 유속이 감속될 수 있다. 따라서 기포를 임계압력 이하의 압력으로 오랜시간동안 두는 것이 가능하여, 진공탈가스 성능을 향상시키는 것이 가능하다. 또한, 상기 용융유리(G)가 유동할 큰 공간이 있기 때문에, 상기의 팽창된 기포가 함께 결합하여 거대한 기포를 잘 형성하지 않아, 용융유리(G)의 단위시간당 유속은 안정될 수 있다.

상승관 (16) 내 유로의 단면형상은 원형일 필요는 없으며, 타원형 또는 직사각형일 수 있다. 또한, 상승관 (16) 내 유로의 단면은 하단부 (16d) 로부터 점차적으로 또는 단계적으로 증가할 수 있다.

또한, 상승관 (16) 의 상단부 (16c) 로부터 하단부 (16d) 까지의 거리는 2 내지 5 m 인것이 바람직하며, 상기 상단부 (16c) 로부터 임계부 (16b) 까지의 거리는 상단부 (16c) 로부터 하단부 (16d) 까지의 거리의 0.05 내지 0.5 배인 것이 바 람직하며, 따라서 진공탈가스 성능이 향상될 수 있다.

상단부 (16c) 에서 유로의 단면적은, 진공탈가스 용기 (14) 내 유로의 폭에 따라 변할 수 있다. 그러나, 상기 진공탈가스 성능을 향상시키기 위해, 상단부 (16c) 에서 유로의 단면적은 하단부 (16d) 에서 유로 단면적의 1.1 내지 9.0 배, 특히 1.5 내지 4.0 배인 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 진공탈가스 용기내에서 단위시간당 용융유리의 유속은, 진공탈가스 용기의 크기에 따라 변할 수 있으나, 1.5 내지 350 톤/일(日) 이다.

또한, 본 발명의 특징인 진공탈가스 용기 (14) 의 단면형상을 이하에서 설명하겠다.

도 6 은 도 1 의 라인 A-A' 을 따른 진공탈가스 장치 (10) 의 개략 단면도이다. 도 6 에 도시된 것처럼, 본 발명의 진공탈가스 용기 (10) 내 유동방향에서 용융유리의 유로의 적어도 일부에서, 상기 유로의 가로방향으로 중앙의 바닥부 (14a) 는 볼록형상을 가지며, 중앙 바닥부 (14a) 의 양단부에 위치하는 양단부의 바닥부 (14b) 는 오목형상을 갖는 것을 특징으로 한다(이하, 이 형상은 요철형상으로 간주됨).

도 6 에 도시된 것처럼, 진공탈가스 용기 (14) 내 유로의 바닥부가 요철형상을 갖도록 함으로써, 도 8 에 도시된 것처럼, 유로의 바닥부 (116d) 가 편평한 경우와 비교할 때, 진공탈가스에 더 많은 시간이 필요한 지역(즉 유로의 양단부)에서 더 많은 유리가 유동하게 하는 것이 가능하다. 진공탈가스에 매우 유용하지 않았던 유로의 양단부가(즉, 진공탈가스 용적내 여분의 공간을 갖는 유로의 단부가, 그곳을 통과하기 때문에, 용융유리(G)가 유입구 (16a) 로부터 유출구 (18a) 까지 유동하는 시간이 가장길게 된다), 지금은 진공탈가스에 대해 효과적으로 사용될 수 있는 효과를 얻었으며, 따라서 진공탈가스의 성능이 향상된다. 이러한 결과는 동시에 진공탈가스의 시뮬레이션 시험에 의해 또한 확인된다. 상술한 것처럼, 진공탈가스 용기 (14) 내 용융유리의 유로의 바닥부가 상술한 요철형상을 갖도록 함으로써, 상기 진공탈가스 성능은 향상될 수 있으며, 큰 유량의 용융유리의 진공탈가스 작업이 가능하며, 잔여 기포가 없는 용융유리를 얻을 수 있다.

또한, 도 7 은 도 6 의 요철형상의 바닥부를 갖는 유로에서 유동하는 용융유리의 유속의 횡단방향 분포를 도시하는 다이어그램을 나타낸다. 도 7 에 도시된 것처럼, 유로의 중앙에서 용융유리의 유속은 유로의 바닥부 (116d) 가 편평한 도 9 의 경우에서 보다 현저히 더 낮다. 이러한 이유로 인해, 유로의 중앙에서 유동하는 용융유리는 충분히 탈가스되기 전에는 하강관에 도달하기 힘들어, 진공탈가스 성능이 향상되며, 큰 유량의 용융유리의 진공탈가스 작업이 가능하게 된다.

또한, 도 6 에 도시된 것과 같은 진공탈가스 용기 (14) 내의 용융유리의 유로에 있어서, 기포의 상승은 유로의 중앙에서 뿐만 아니라 유로의 양단부에서도 활성적이다. 또한, 중앙 바닥부 (14a) 에 존재하는 용융유리(G)는 양단부 바닥부 (14b) 로 유동하여, 결과적으로 유로의 양단부에 있는 용융유리(G)의 유속은 도 7 에 도시된 것처럼 증가한다. 따라서, 정체없이 유로의 횡단방향에서 일정한 유속을 갖는 용융유리(G)의 유동을 얻는 것이 가능하다. 즉, 용융유리(G)의 유속이 국부적으로 낮은 부분이 없어, 상기 용융유리(G)가 하강관 (18) 으로부터 부드 럽게 방출된다. 따라서, 최종제품이 되는 유리시트등의 유리제품은, 균일한 조성을 가지며 균일하지 않은 조성에 의해 발생하는 림의 저하(굴절률의 국부적 변화로 인한 거울상이 왜곡되는 문제)가 없을 것이다. 따라서, 유리시트등의 유리제품의 질이 향상될 수 있다.

진공탈가스 용기 (14) 내 용융유리의 유로 바닥부는, 이 바닥부의 일부가 요철형상을 갖는한, 이 바닥부의 전체길이(즉 용융유리의 유동방향으로의 전체길이)에 대해 도 6 에 도시된 것과 같은 요철형상을 갖을 필요는 없다. 또한, 상승관의 유입구 (16a) 로부터 하강관의 유출구 (18a) 까지의 영역의 유로의 바닥부가, 요철형상을 갖도록 만들어 지는 것이 바람직하다. 또한, 유로 바닥부의 중앙에서 볼록형상부의 폭, 또는 이것의 양단부에 위치한 오목형상부의 폭은, 효과적인 탈가스가 실시될 수 있도록 조정된다. 즉, 볼록형상부의 폭 또는 오목형상부의 폭은 용융유리의 유동방향으로 일정할 필요는 없으며, 점차적으로 증가하거나 또는 점차적으로 감소할 수 있다. 요철형상을 갖는 용융유리의 유로는, 림의 저하를 방지하도록, 상기 용융유리가 접촉하는 부분에 바람직하게 평활한 구조를 갖는다.

또한, 진공탈가스 용기 (14) 내 유로의 바닥부가 도 6 에 도시된 것과 같은 요철형상을 갖도록 함으로써, 횡단방향의 중앙에서 볼록형상 바닥부의 최상부로부터 용융유리의 표면까지의 최단거리인 중앙깊이(D₁) 를 감소시키는 것이 가능하며, 횡단방향의 양단부 각각에서 오목형상 바닥부의 최하부로부터 용융유리의 표면(GS)까지의 최단거리인 단부깊이(D₂)를 증가시키는 것이 가능하다. 그러한 구조에 의해, 유로의 중앙 바닥부에서의 진공도는, 용융유리의 표면에서의 진공도가 일정한 경우 증가될 수 있으며, 따라서 기포는 상승하려고 하며, 진공탈가스 성능이 더욱 향상될 수 있다. 유로 바닥부가 도 8 에 도시된 것처럼 편평한 형상을 갖는 경우, 만약 용융유리의 깊이가 전체적으로 감소되면, 용융유리의 유속이 동시에 증가한다. 결과적으로, 용융유리가 유입구 (16a) 로부터 유출구 (18a) 로 유동하는 시간이 점점 짧아지며, 따라서 탈가스가 어려워지는 단점이 발생하며, 동시에, 진공탈가스 성능을 향상시키기 어렵다.

또한, 진공탈가스 용기 (14) 내 용융유리의 유로의 중앙깊이(D₁)는 20 내지 500 mm 이며, 단부깊이(D₂)는 중앙깊이(D₁)의 1.1 내지 5.0 배이며, 따라서 진공탈가스 성능이 더욱 향상될 수 있으며, 림의 저하가 효과적으로 방지될 수 있다. 또한, 도 6 에 도시된 것처럼, 단부깊이(D₂)는 용융유리의 유로의 단부에 존재하나, 반드시 치수가 동일할 필요는 없으며, 서로 다를 수 있다.

또한, 도 6 에 도시된 것처럼, 진공-탈가스에 의해 형성된 기포가 하강관으로 연결된 유출구 (18a) 로 유출되는 것을 방지하도록, 진공탈가스 용기 (14) 의 하류부에 기포저지수단 (28) 이 제공된다. 이것은 용융유리(G)가 진공탈가스 용기 (14) 의 상류부를 유동하는 동안 용융유리의 표면(GS)위에서 파괴되지 않는 기포는, 이들이 부유할때, 유출구 (18a) 를 통과하지 못하도록 하여 하강관 (18) 으로부터 방출되지 않도록 한다.

본 발명의 실시예가 위에서 상세히 설명되었다. 그러나, 본 발명은 상술 한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 요지로부터 벗어나지 않고 다양한 개량 및 수정이 실시될 수 있는 것은 당연하다.

여기서는, 2001 년 9월 28 일에 출원된 일본특허출원 제 2001-299213 호 및 2001년 10월 31일에 출원된 일본특허출원 제 2001-334106 호의 명세서, 청구항, 도면 및 요약서를 포함하는 개시내용 전부를 전체적으로 참조하고 있다.

상술한 것처럼, 본 발명에 따라, 상승관의 상단부에서의 유로의 단면적을, 상승관 하단부에서의 유로의 단면적보다 크게 함으로써, 기포가 팽창할 수 있는 유로내 공간을 갖는 것이 가능하다. 따라서, 기포가 용이하게 팽창할 수 있어, 상기 진공탈가스 성능이 향상될 수 있다. 또한, 상기 기포가 팽창함에 따라, 기포는 더욱 쉽게 파괴될 수 있으며, 따라서 기포가 진공탈가스 용기의 천정에 덜 부착하는 효과를 얻을 수 있으며, 따라서 "석물" 및 림의 저하와 같은 결함을 생산하지 않는 용융유리를 얻는 것이 가능하다. 또한, 기포가 팽창할 수 있는 유로내 공간이 존재하기 때문에, 상기 팽창한 기포가 함께 결합하여 거대한 기포를 덜 형성하며, 따라서, 용융유리(G)의 단위시간당 유속은 안정될 수 있다.

또한, 본 발명에 따라, 진공탈가스 용기내 용융유리의 유로의 단면형상은, 유동방향에서 유로의 적어도 한 부분에서, 유로의 횡단방향의 중앙 바닥부는 볼록부를 가지며, 그 중앙 바닥부의 양단부에 위치한 횡단방향에서 양단부 바닥부는 오목형상을 갖는다. 따라서, 진공탈가스에 더 많은 시간을 요구하는 영역(즉 유로의 단부)에서 더 많은 유리가 유동하게 하여, 유로의 중앙바닥부에서의 진공도를 증가시키는 것이 가능하다. 또한, 유로의 중앙에서 용융유리의 유속을 감소시키는 것이 가능하여, 진공탈가스 성능이 향상되는 효과를 얻을 수 있다. 그 결과, 대유량의 용융유리의 진공탈가스 작업이 가능하게 되며, 따라서 잔류하는 기포가 없는 용융유리를 얻는 것이 가능하다.

또한, 진공탈가스에 매우 유용하지 않았던 유로의 양단부는, 이제 진공탈가스를 위해 효과적으로 사용될 수 있어, 진공탈가스 성능이 개량될 수 있으며, 또한 림의 저하가 방지될 수 있다.

Claims

진공으로 되어 내부가 감압되는 진공하우징;

상기 진공하우징내에 설치되어, 용융유리가 유동할 때 그 용융유리의 진공탈가스를 행하는 진공탈가스 용기;

상기 진공탈가스 용기에 연결되어, 탈가스되지 않은 용융유리를 흡입 및 상승시켜 상기 탈가스되지 않은 용융유리를 상기 진공탈가스 용기로 도입하는 상승관; 및

상기 진공탈가스 용기에 연결되어, 탈가스된 용융유리를 진공탈가스 용기로부터 하강시켜 상기 탈가스된 용융유리를 방출하는 하강관을 포함하며,

상기 상승관의 상단부에서의 유로의 단면적이 상기 상승관의 하단부에서의 유로의 단면적보다 더 큰 용융유리의 진공탈가스 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 상승관의 상단부에서의 유로의 단면적이 상기 상승관의 하단부에서의 유로의 단면적의 1.1 내지 9.0 배인 것을 특징으로 하는 용융유리의 진공탈가스 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 진공탈가스 장치는, 상승관의 유로의 중간위치에 임계부가 제공되며, 상기 상단부에서의 유로의 단면적이 상승관의 상기 임계부에서의 유로의 단면적보다 더 큰 구조를 가지는 상승관을 구비하는 진공탈가스 장치이고, 상기 상단부로부터 상기 임계부까지의 거리가 상기 상단부로부터 상기 하단부까지의 거리의 0.05 내지 0.5 배인 것을 특징으로 하는 용융유리의 진공탈가스 장치.
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제 1 항에 있어서, 상기 진공탈가스 용기의 용융유리의 유로에는, 진공-탈가스에 의해 형성된 기포가 하강관측으로 유출하는 것을 방지하는 기포저지수단이 설치되는 것을 특징으로 하는 용융유리의 진공탈가스 장치.
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