TWI653203B - 用於調節玻璃之預澄清設備 - Google Patents

Abstract

本案描述一預澄清器，其包括一腔，用於接收排出一浸沉式燃燒熔化器的熔融玻璃。該預澄清器亦包括一消泡器及一排出導管。該熔融玻璃容置腔包括一頂部分、一底部分、及一封閉側壁。該頂部分包括一開口以容納該消泡器，該消泡器係設置以消除該腔內的玻璃氣泡。該排出導管位於該腔內，且與在該側壁中的一出口流體連通。該排出導管係設置以允許經預澄清的熔融玻璃從該腔的下部流至該出口，並流到下一個製程階段，一般為一澄清器。

Description

用於調節玻璃之預澄清設備 【相關申請案的交叉引用】

本申請案主張於2014年7月21日提出申請的美國申請案第62/026797號之優先權，該申請案的整體併入本案作為參考。

本案一般係關於玻璃熔化方案與技術，且特別是關於應用在一澄清器之前的一種用於處理排出浸沉式燃燒熔化器的熔融玻璃的設備。

浸沉式燃燒熔化作為傳統的玻璃熔化製程的一替代方案。在浸沉式燃燒熔化製程中，將燃料與氧化劑的一混合物注入玻璃浴中而導致在熔融體中的燃燒。在玻璃浴中的加強的混合及熱傳遞，可實現比在傳統熔化器中通常具有的那些熔化速率更佳的熔化速率。

浸沉式燃燒熔化的一個缺點是，在浸沉式燃燒下，會使燃燒氣體出現在熔融體中。在熔融體中的大量氣體，伴隨著其受攪拌的運動以及與火焰的交互作用，會使得含有充足的具有廣大分布的尺寸與數量的氣泡的一玻璃熔融體，其數量級大於那些傳統的熔化器中所出現的氣體。

傳統浸沉式燃燒製程的動力作用亦會導致一極度擾亂的熔融體自由液面。燃燒氣體在熔融體中膨脹並上 升，直到它們浮出自由液面，並經由排氣管離開熔化器。這些擾亂的後果之一是，熔化器的本體會受到高強度的機械式振動的影響，此後果會傳遞至下游製程。同時，這些擾亂會產生玻璃位準的振盪，其會轉化成排出的玻璃流速的變異。

這些在熔融體中的氣泡、熔化器的振動，以及排出流速的變異會對於在熔化器下游的玻璃澄清步驟造成設計上的困境。使用連接至一浸沉式燃燒熔化器的傳統澄清器的設計，一般而言不適於解決上述設計上的困境。例如，傳統澄清器可能無法處理熔融體中的過量的氣體，或上升至玻璃自由液面的氣泡所形成的有關的泡沫。化學式澄清可照慣例用來致力於這些議題，但化學式澄清的效力是有限的，因各個氣泡在其尚為較小時的發展為數眾多，而會產生出多泡沫玻璃。同時，由於多泡沫玻璃的二相特性，玻璃流的控制會變得較困難。因為這些限制，浸沉式燃燒熔化的使用一直以來在應用上都受限於相對低品質的要求(如含有氣泡)。

在考量浸沉式燃燒熔化的使用在應用上具有高品質的要求，例如顯示器及PV玻璃(光電玻璃)，必須運用能致力於大量的氣泡及其大尺寸分布的澄清方案。因此，本領域亟需一改良的浸沉式燃燒熔化器以及預澄清機制。

本案的一個實施例提供一種預澄清器，包括一腔，用於接收排出一浸沉式燃燒熔化器的熔融玻璃。該預澄清器亦包括一消泡器及一排出導管。該熔融玻璃容置腔包括一頂部分、一底部分、及一封閉側壁。該頂部分包括一開口以容納該消泡器，該消泡器係設置以消除該腔內的玻璃氣泡。該排出導管位於該腔內，且與在該側壁中的一出口流體連通。該排出導管係設置以允許經預澄清的熔融玻璃從該腔的下部流至該出口，並流到下一個製程階段，一般為一澄清器。

本案用以加工排出一浸沉式燃燒熔化器的多泡沫玻璃，以使其可有效地在傳統的澄清器中處理。本案包括提供管理由浮出氣體所形成的自由液面的泡沫的工具，使其適於有效分離多泡沫玻璃中的大部分氣體。

在本案的另一實施例中，一預澄清器可經設計以將熔化器的下游的設備與有關於浸沉式燃燒的機械振動隔離。本案亦可減弱有關於浸沉式燃燒熔化的流速變異，而得到穩定的及可控制的玻璃流速，以進入傳統的澄清步驟。

附加的特徵和優點將於以下的詳細說明中描述，並且部分對於本領域技術人員而言，從該描述中或透過實施本案所述實施例，包括後以下的詳細說明、申請專利範圍及附圖，將是顯而易見的。

應當理解的是，前述一般性敘述及以下詳細描述都只是示例性的，並且旨在提供用以理解申請專利範圍 的本質和特徵的概述或架構。所含的後附圖式係提供進一步的理解，並且被併入及構成本說明書的一部分。圖式所示的一或多個實施例，應合併說明書一起用來說明各種實施例的原理及操作。

20‧‧‧玻璃熔化系統

22‧‧‧浸沉式燃燒熔化器

24‧‧‧玻璃位準

26‧‧‧熔化器導管

28‧‧‧預澄清器

30‧‧‧玻璃位準

31‧‧‧澄清器導管

32‧‧‧澄清器

34‧‧‧腔

36‧‧‧消泡器

38‧‧‧排出導管

40‧‧‧底部分

42‧‧‧頂部分

44‧‧‧側壁

46‧‧‧頭部

48‧‧‧柄部

50‧‧‧玻璃泡物

52‧‧‧頂部開口

54‧‧‧蓋

56‧‧‧觀察口

58‧‧‧絕緣層

60‧‧‧入口

64‧‧‧非剛性封閉體

66‧‧‧熔融玻璃流

68‧‧‧出口

72‧‧‧連接

74‧‧‧絕緣層

76‧‧‧洩流接頭

78‧‧‧絕緣層

80‧‧‧下開口

82‧‧‧上開口

84‧‧‧氣體燃燒器

85‧‧‧金屬捲線

86‧‧‧上凸緣

88‧‧‧中間凸緣

90‧‧‧下凸緣

91‧‧‧接頭凸緣

92‧‧‧封閉體

圖1為使用本案的預澄清器的一玻璃熔化系統的側面正視圖。

圖2為本案的預澄清器的截面正視圖。

將參考本案實施例、所附圖示中的例子進行詳細說明。將儘可能地於所附圖示中使用相同的參考符號，來表示相同或相似的元件。

一些實施例的操作原理可使用斯托克斯上升(Stokes rise)以使氣體從玻璃熔融體分離。在這些實施例中，從一浸沉式燃燒熔化器排出的多泡沫玻璃，會被倒注在一例示性預澄清器的自由液面上，並且會以一低速向下流動，以允許在熔融體內的氣泡藉由斯托克斯上升效應而上升。經分離的氣泡能浮出於空氣/玻璃界面並聚積成玻璃泡物，玻璃泡物會在一消泡器的幫助下而消除。該向下的玻璃流動能在一例示性預澄清器中加熱，以減低熔融體的粘性並利於氣體上升。經預澄清的玻璃進入一排出導管，該排出導管可連接至位於該預澄清器內的一下部的一例示性澄清器，其中不會有泡沫或極少量的泡沫會進入在該下部的該排出導管。

圖1為使用本案的預澄清器28的一玻璃熔化系統20的側面正視圖。參照圖1，玻璃熔化系統20包括一傳統的浸沉式燃燒熔化器22。浸沉式燃燒熔化器為本領域眾所周知，且任何這種燃燒器會於本案中使用。浸沉式燃燒熔化器22會藉由一熔化器導管26連接至預澄清器28。預澄清器28會被設置成相對低於浸沉式燃燒熔化器22，以使熔化器導管26會從浸沉式燃燒熔化器22至預澄清器28而具有朝下的角度。然後，預澄清器28會藉由澄清器導管31而連接至澄清器32。

如圖1所示，浸沉式燃燒熔化器22的玻璃位準24會在預澄清器28及澄清器32的玻璃位準30之上。

如以下進一步詳述，因熔融玻璃的高空隙比，熔化器導管26能允許熔融玻璃從浸沉式燃燒熔化器22以一粗略受控制的速率向下流動。熔化器導管26會以非剛性接合的方式連接至預澄清器28，以將預澄清器28與浸沉式燃燒熔化器22中的任何振動隔離。熔化器導管26亦被包覆於一非剛性封閉體內，以降低或控制周圍環境對於預澄清器28的內部大氣的影響，及/或減少熱量損失。

圖2為本案的預澄清器28的截面正視圖。參照圖2，預澄清器28包括一熔融玻璃容置腔34、一消泡器36以及一排出導管38。腔34可包括一底部分40、一頂部分42及一封閉側壁44。在一些實施例中，封閉側壁44會具有一圓形的截面，或其他適合的截面。

在一些實施例中，消泡器36可包括一頭部46及一柄部48，藉此消泡器36會設置於熔融玻璃容置腔34的頂面，並連接於在腔34的頂部分42中的頂部開口52。如圖2中所示，消泡器36的柄部48會延伸通過頂部開口52，使得柄部48可併用以對消泡器36提供泡沫消除動作(foam-breaking movement)。消泡器36的頭部46會設置於腔34內，當腔34充滿了從浸沉式燃燒熔化器22流出的熔融玻璃時，頭部46能接觸玻璃泡物50(見圖1)。

在圖2所記載的實施例中，可利用一旋轉圓錐體來拉伸、消除並減少在其自由液面的玻璃泡物50。當然，可在預澄清器28中使用其他泡沫控制替代方案或其組合，而此一例子不應作為本案所附的申請專利範圍的限制。例如，該旋轉圓錐體及其他例示性泡沫減量方案係描述於美國專利第6,854,290號中，該案整體以參考方式併入本案。

蓋54亦可作為該腔的頂部分42的一部分，以適當地修正在頂部開口52內的消泡器36的位置，並密封腔34的內部而隔離外部大氣。該腔的頂部分42亦可提供一觀察口56以允許可視觀察腔34的內部。該腔的頂部分42亦可包括絕緣層58以減少腔34的內部的熱量損失。

在一些實施例中，側壁44可包括一入口60經配置以接受熔化器導管26，該熔化器導管26從浸沉式燃燒熔化器22輸送熔融玻璃至一例示性預澄清器28。在一些實施例中，入口60會將熔化器導管26採用非剛性連接。這種連 接有益於將預澄清器28與浸沉式燃燒熔化器22內所產生的振動隔離。

入口60與熔化器導管26之間的介面亦可包括一非剛性封閉體64，非剛性封閉體64保持在浸沉式燃燒熔化器22與預澄清器28之間的一非剛性連接，並且亦可經配置以減少或控制以降低或控制周圍環境對於一例示性預澄清器28的內部大氣的影響，及/或減少熱量損失。在圖2的實施例中，入口60會比熔化器導管26寬，且允許熔化器導管26延伸至該腔34的內部，以使熔融玻璃流66可倒入腔34。

腔的側壁44亦可包括一出口68，出口68經配置以接收澄清器導管31。此澄清器導管31可作為供朝向澄清器32的熔融玻璃的一出口(如圖1)。在一些實施例中，可提供澄清器32的一連接72並經絕緣處理如圖2所示。絕緣連接72可用來減少該系統的熱量損失。在其他實施例中，腔的側壁44亦可包括絕緣層74以減少該系統的熱量損失。

在一些非限制性的實施例中，在腔34必需關閉且排空的情況下，腔的底部分40亦可包括一洩流接頭76。該洩流接頭76可利用下凸緣90及一接頭凸緣91來進行加熱。在需要不同的經預澄清的玻璃流的情況下，洩流接頭76亦可用作一分流器。洩流接頭76的位置不必限定在該腔的底部分40的中央，而可應用於側壁44中。類似於該側 壁，該腔的底部分40可包括絕緣層78以減少該系統的熱量損失。

排出導管38可包括下開口80及上開口82，下開口80及上開口82定義出排出導管38內的一通道。排出導管38可與側壁44的出口68流體連通，以使經預澄清的熔融玻璃在經由出口68而流出腔34之前，能進入位於下開口80處的排出導管38。如圖2所示，排出導管38的下開口80可設置在腔34的一下部。一上開口82可設置在玻璃泡物50位準之上的腔34的一上部，如此不會有物質經由上開口82而進入排出導管38。

在一些實施例中，排出導管38不需要低流速，如預澄清器28的向下流動區域的那些導管。在圖2的實施例中，在排出導管38中的熔融玻璃的流動可具有一向上的方向，但其他實施例尚可包括任何流動方向，只要進入排出導管38的入口處是在玻璃的自由液面之下的適當高度，而此一例子不應作為本案所附的申請專利範圍的限制。

腔34亦可包括在玻璃泡物50上方的空間中的一氣體燃燒器84，或複數個氣體燃燒器。氣體燃燒器84，或複數個氣體燃燒器，可用來對該玻璃位準上方的大氣加熱。當然，可應用對該玻璃位準上方的預澄清器28加熱的其他方法，且此一實施例不應作為本案所附的申請專利範圍的限制。例如，腔34的側壁44與頂部分42可用金屬捲線85來進行電性加熱。

腔34亦可包括上凸緣86、中間凸緣88、下凸緣90，該些凸緣係分別用於對腔34的內部直接加熱。上凸緣86可位於緊鄰熔融玻璃流66的腔34的上部。中間凸緣88可位於腔34的中段區域，以調節腔34的中段區域加熱。下凸緣90可位於腔34的底部。在一些實施例中，這些凸緣86、88、90的每一者可被獨立地控制以提供腔34從頂部至底部的一個預定的溫度梯度。此控制的輸入可由溫差電偶、RTDs、或類似者來提供。例如，上凸緣86可設定一較高的溫度相較於中間凸緣88、下凸緣90，以提供在腔34的上部的一較高溫的區域。在腔34的上部的一較高溫的區域可預料能降低粘性，以提升熔融玻璃中的較高的泡沫移動力。

預澄清器28的內部可為一鉑合金製成的一圓形管。藉由導通電能，鉑亦可用作一加熱元件。當然，預澄清器28的內部不必限定於鉑合金，而其他材料可用來形成預澄清器28的內部。例如，可使用鉑銠合金，例如但非限於PtRh20及PtRh30合金。如前所記載，雖然所示的預澄清器28的截面是圓形的，只要在對玻璃流動的適當考量下，該截面可為任何其他合適的幾何形狀。

在一些實施例中，一封閉體92可附加至預澄清器28。封閉體92可含有能防止氫氣滲透的一調節大氣。當使用鉑合金作為預澄清器28的內部材料時，會需要此一具有調節大氣的封閉體。

在不脫離本發明所附的申請專利範圍所定義的精神和範圍下而進行各種修改和變化，對於本領域技術人員將是顯而易見的。

Claims (8)

1. 一種玻璃預澄清器，包含：一熔融玻璃保持腔，具有一頂部分，一底部分，及一封閉側壁；一消泡器，該消泡器具有一頭部及一柄部，該頭部經配置以將玻璃泡物附接於該腔內；以及一排出導管，該排出導管具有一第一開口，一第二開口，及一中間通道，該第一開口位於該腔的一下部以浸入在該玻璃泡物下方的熔融玻璃中，且該第二開口位於該腔的一上部以位於該玻璃泡物上方；其中該腔的該頂部分包括一第三開口，該第三開口經配置以容納該消泡器的該柄部，該消泡器的該柄部係插入該第三開口，以對在該腔內的該消泡器的該頭部提供泡沫消除動作；其中該側壁包括一入口及一出口，該入口經配置以接收來自一熔融玻璃來源的熔融玻璃，該出口經配置以排出經預澄清的熔融玻璃；以及其中該排出導管係與該出口流體連通，以使僅有通過在該第一開口處的該排出導管的經預澄清的熔融玻璃會經由該出口被排出。
2. 如請求項1所述之玻璃預澄清器，其中該腔包括一加熱元件以加熱該腔。
3. 如請求項2所述之玻璃預澄清器，其中該腔包括複數個加熱元件以加熱該腔，並允許在該腔內產生具有相異溫度的加熱區域。
4. 如請求項1所述之玻璃預澄清器，其中該腔包括一氣體燃燒器，該氣體燃燒器安置位於該玻璃泡物的上方。
5. 如請求項1所述之玻璃預澄清器，其中該腔包括一內壁，該內壁由一鋁合金所製成。
6. 如請求項1所述之玻璃預澄清器，其中該預澄清器包括圍繞該腔的一封閉體，該封閉體經配置以將該腔保持在一受控制的大氣中。
7. 如請求項5所述之玻璃預澄清器，其中該預澄清器包括圍繞該腔的一封閉體，該封閉體經配置以將該腔保持在一受控制的大氣中。
8. 如請求項1所述之玻璃預澄清器，其中該入口經配置以容納一導管，該導管用於在一非剛性連接中輸送熔融玻璃。