(57)【要約】  バッチ材料を溶融する装置用の電極の長さを示す方法が提供される。当該方法は、第一の温度センサを用いて前記電極に沿って位置決めされる第一の温度測定点における温度を示す第一の信号を提供するステップを備える。第二の温度センサを用いて、前記電極に沿って位置決めされる第二の温度測定点において、温度を示す第二の信号が提供される。前記第一および第二の信号に基づいて、前記電極の高温面に対して、電極長さが特定される。
2019504286.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッチ材料を溶融する装置用の電極の長さを示す方法であって、
第一の温度センサを用いて前記電極に沿って位置決めされる第一の温度測定点における温度を示す第一の信号を提供するステップと、
第二の温度センサを用いて前記電極に沿って位置決めされる第二の温度測定点における温度を示す第二の信号を提供するステップと、
前記第一および第二の信号に基づき前記電極の高温面に対する電極の長さを特定するステップと
を備える方法。
【請求項２】
前記第一の温度測定点における温度を示す前記第一の信号および前記第二の温度測定点における温度を示す前記第二の信号を受信する測定モジュールであって、前記第一および第二の信号に基づいて前記電極の前記高温面に対する前記電極長さを特定する測定モジュールをさらに備える、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記測定モジュールが、前記第一の温度測定点および前記第二の温度測定点の箇所情報に基づいて前記電極の前記高温面に対する前記電極長さを測定する、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記測定モジュールが、前記電極の前記高温面における温度情報に基づいて該電極の該高温面に対する前記電極長さを測定する、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記測定モジュールが、前記電極を形成する材料の、温度の関数としての熱伝導率情報に基づいて該電極の前記高温面に対する前記電極長さを測定する、請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記第一の温度測定点および前記第二の温度測定点の箇所情報を前記測定モジュールのメモリに入力するステップをさらに備える、請求項２記載の方法。
【請求項７】
第三の温度センサを用いて前記電極に沿って位置決めされる第三の温度測定点における温度を示す第三の信号を提供するステップと、
前記第一、第二および第三の信号に基づいて前記電極の前記高温面に対する前記電極長さを特定するステップと
をさらに備える請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記第一および第二の信号に基づいて前記電極の前記高温面に対する前記電極長さを特定する前記ステップは、該電極を形成する材料の熱伝導率を用いる、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
容器と、
該容器内にある電極であって、該電極の高温面と低温面の間に軸に沿って測定される電極長さを有する電極と、
熱的長さ測定組立体と
を備えるバッチ材料を溶融する装置であって、前記熱的長さ測定組立体が、
前記電極に沿って位置決めされる第一の温度測定点における温度を示す第一の信号を提供するように配置および構成される第一の温度センサと、
前記電極に沿って位置決めされる第二の温度測定点における温度を示す第二の信号を提供するように配置および構成される第二の温度センサと
を備え、前記第一および第二の信号が、前記電極長さを特定するために使用される、装置。
【請求項１０】
前記第一および第二の温度測定点における温度を示す前記第一および第二の信号を受信するプロセッサを含む測定モジュールであって、温度を示す前記第一および第二の信号に基づいて前記電極長さを特定する前記プロセッサによって実行可能な論理を含む測定モジュールをさらに備える、請求項９記載の装置。
【請求項１１】
前記測定モジュールが、前記第一の温度測定点および前記第二の温度測定点の位置情報をメモリに保存するメモリ部品を備える、請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
前記電極に沿って位置決めされる第三の温度測定点における温度を示す第三の信号を提供するように配置および構成される第三の温度センサをさらに備える請求項９の装置であって、前記第一、第二および第三の信号が、前記電極長さを特定するために使用される、装置。
【請求項１３】
バッチ材料を溶融する装置用の熱的長さ測定組立体であって、
電極に沿って位置決めされる温度測定点における温度を示す信号を提供するように配置および構成される温度センサと、
前記温度測定点における温度を示す前記信号を受信するプロセッサを含む測定モジュールであって、温度を示す前記信号に基づいて前記電極の高温面に対する電極長さを特定する前記プロセッサによって実行可能な論理を含む測定モジュールと
を備える熱的長さ測定組立体。
【請求項１４】
前記温度センサが第一の温度センサであり、前記温度測定点が第一の温度測定点であり、前記装置が、前記電極に沿って位置決めされる第二の温度測定点における温度を示す信号を提供するように配置および構成される第二の温度センサをさらに備える、請求項１３記載の熱的長さ測定組立体。
【請求項１５】
温度を示す前記信号に基づいて当該電極の前記高温面に対する前記電極長さを特定する前記プロセッサによって実行可能な前記論理が、前記電極を形成する材料の熱伝導率を用いる、請求項１３または１４記載の熱的長さ測定組立体。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、２０１５年１１月５日に出願された米国仮出願第６２／２５１２２３号の合衆国法典第３５巻第１１９条に基づく優先権を主張し、当該出願の内容に依拠し、全体を参照によって本明細書に援用する。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、バッチ材料を溶融する方法および装置に関し、特に、バッチ材料を溶融する方法および装置、およびかかる装置における電極長さを特定するための電極内の温度情報の使用法に関する。
【背景技術】
【０００３】
溶融炉は、各種のバッチ材料、いくつか例を挙げるとすれば、ガラスバッチ材料および金属バッチ材料などを溶融するために用いることができる。バッチ材料を二つ以上の電極を有する容器に入れ、電極間に電圧を印加して当該バッチに電流を流してこのバッチを加熱および溶融することによって、当該バッチ材料を溶融することができる。溶融炉の寿命は、電極の損耗によって決まる場合がある。例えば、溶融過程で、電極は、溶融バッチ材料との接触により徐々に損耗する場合がある。ある時点で、電極が短くなりすぎる可能性があり、溶融炉の安全な運転を危うくする可能性がある。例えば、この電極が、運転中に所定の点を過ぎるまで損耗すると、バッチ材料は、このバッチを汚染する可能性のある溶融炉の部品に接触する可能性がある。例えば溶融ガラスの場合、このような接触により、この溶融ガラスまたは最終的なガラス製品に望ましくない混入物および／または色が取り込まれる可能性がある。さらに、この電極および／または溶融炉に開いた孔も、バッチ材料の漏出経路となる場合があり、溶融炉の運転安全性を危うくしかねない。
【０００４】
溶融炉の寿命点を正確に予測することで、溶融炉の時期尚早な運転停止を回避することによって大幅にコストが削減できると同時に、運転安全性も維持することができる。しかし、溶融運転中は、容器内の電極長さを直接観察または測定することができない可能性がある。また、運転中は、バッチ材料の組成および／または運転温度などのいくつかの可変要素が電極の損耗速度に影響する場合があり、電極損耗の予測を複雑にする、または正確な予測の実現を困難にする可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、溶融炉に関する運転期間の延長および運転コストの削減につながり得る、溶融炉内の電極の長さを正確に推定する方法を提供することは有益であるだろう。さらに、電極長さの指標として電極内の温度情報を用いることができるバッチ材料を溶融する装置を提供することは有益だろう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態によれば、バッチ材料を溶融する装置用の電極の長さを示す方法が提供される。当該方法は、第一の温度センサを用いて前記電極に沿って位置決めされる第一の温度測定点における温度を示す第一の信号を提供するステップを含む。第二の温度センサを用いて、前記電極に沿って位置決めされる第二の温度測定点において、温度を示す第二の信号が提供される。前記第一および第二の信号に基づいて、前記電極の高温面に対して、電極長さが特定される。
【０００７】
別の実施形態では、バッチ材料を溶融する装置が、容器と、当該容器内にある電極であって、当該電極の高温面と低温面の間で軸に沿って測定される電極長さを有する電極とを含む。熱的長さ測定組立体が、前記電極に沿って位置決めされる第一の温度測定点における温度を示す第一の信号を提供するように配置および構成される第一の温度センサを含む。第二の温度センサが、前記電極に沿って位置決めされる第二の温度測定点における温度を示す第二の信号を提供するように配置および構成される。前記第一および第二の信号は、前記電極長さを特定するために使用される。
【０００８】
別の実施形態では、バッチ材料を溶融する装置用の熱的長さ測定組立体が、電極に沿って位置決めされる温度測定点における温度を示す信号を提供するように配置および構成される温度センサを含む。測定モジュールは、前記温度測定点における温度を示す前記信号を受信するプロセッサを含む。前記測定モジュールは、温度を示す前記信号に基づいて前記電極の高温面に対する電極長さを特定する前記プロセッサによって実行可能な論理を含む。
【０００９】
本明細書に記載のさらなる特徴および利点は、下記の詳細な説明において述べられ、部分的には、その説明から当業者にはすぐに明らかになり、または下記の詳細な説明、請求項、および添付の図面を含む、本明細書に記載の実施形態を実施することによって認識されるだろう。
【００１０】
上記概要および下記の詳細な説明は、様々な実施形態を説明するものであり、請求の主題の本質および特徴を理解するための概観および骨格を提供することを意図していると理解すべきである。添付の図面は、これらの様々な実施形態のさらなる理解をもたらすことを意図して含まれており、本明細書に援用され、その一部を構成する。これらの図面は、本明細書に記載の様々な実施形態を示し、その説明とともに、請求の主題の原理および作用の説明に役立つ。
【００１１】
本開示の上記およびその他の特徴、態様および利点は、本開示の下記の詳細な説明が添付の図面を参照して読まれるときに、より深く理解される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本明細書では「メルタ」とも呼ぶ溶融炉の一実施形態の縦断面図を示す概略図である。
【図２】図２は、図１の溶融炉に用いる電極組立体および熱的長さ測定組立体を示す概略図である。
【図３】図３は、別の電極組立体、および熱的長さ測定組立体の論理を示す概略図である。
【図４】図４は、複数の電極ブロックの集合体を示す概略図である。
【図５】図５は、電極長さを特定する際に用いる熱伝導率と温度の関係を示す例示的な図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本明細書に開示されるのは、バッチ材料を溶融する装置である。この装置は、容器と、電極を含む、当該容器内に配置される少なくとも一つの電極組立体とを含む。温度センサ組立体は、既知の箇所における前記電極内の温度の指標を提供するために当該電極に設けられる温度センサを含む。当該電極の高温面の位置は、測定モジュールによって、温度を示す信号、温度の関数としての電極材料の熱伝導率の知識、および当該電極の高温面における温度の推定値から特定することができる。
【００１４】
本明細書で用いる「高温面」という用語は、溶融炉内のバッチ材料に最も近いまたは接触している端面を指す。「低温面」という用語は、溶融炉内の溶融材料から最も遠い端面を指し、一般的に、バッチ材料から離れているために高温面よりも温度が低い。高温面と低温面の間の温度差により、電極中では高温面から低温面に向かう熱移動が生じる。
【００１５】
本開示のいくつかの実施形態を、図１を参照して議論する。図１は、バッチ材料１０５を溶融する例示的な炉１００を描いている。溶融炉１００は容器１１０を含むことができ、容器１１０は、一部の実施形態では入口１１５および出口１２０を備えることができる。バッチ材料１０５は、入口１１５を通して容器１１０に導入することができる。バッチ材料は、次に、任意の適した方法またはそれらの組み合わせ、例えば、容器１１０内の燃焼バーナ（図示せず）によって加熱することができる当該容器の側壁１２５および／もしくは底部１３０との接触による、ならびに／または電極１４０との接触によるなどの従来の溶融技術によって、容器内で加熱して溶融することができる。溶融バッチ材料１３５は、さらなる処理のために出口１２０を通じて容器１１０から流出することができる。
【００１６】
「バッチ材料」という用語およびその変形は、本明細書では、溶融すると反応および／または結合して、最終的な所望の材料組成を形成する前駆体成分の混合物を指すために使用する。バッチ材料は、例えば、いくつか例を挙げるとすれば、ガラス前駆体材料、または金属合金前駆体材料を含むことができる。バッチ材料は、前駆体材料を組み合わせる任意の既知の方法によって調製および／または混合してよい。例えば、特定の非限定的な実施形態において、バッチ材料は、例えば、溶剤すなわち液体を用いずに、前駆体粒子の乾燥した混合物または実質的に乾燥した混合物を含むことができる。他の実施形態では、バッチ材料は、スラリー状、例えば、液体すなわち溶剤の存在下での前駆体粒子の混合物でもよい。
【００１７】
様々な実施形態によれば、バッチ材料は、シリカ、アルミナ、および酸化ホウ素、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ナトリウム、酸化ストロンチウム、酸化スズ、および酸化チタンなどの様々な追加の酸化物などのガラス前駆体材料を含んでよい。例えば、ガラスバッチ材料は、シリカおよび／またはアルミナと一つ以上の追加の酸化物の混合物でもよい。様々な実施形態において、ガラスバッチ材料は、合計で約４５重量％から約９５重量％のアルミナおよび／またはシリカと、合計で約５重量％から約５５重量％の、酸化ホウ素、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ナトリウム、酸化ストロンチウム、酸化スズ、および／または酸化チタンのうちの少なくとも一つの酸化物を含む。
【００１８】
バッチ材料は、任意の適した方法、例えば、従来のガラスおよび／または金属溶融技術に従って溶融することができる。例えば、バッチ材料は、溶融容器に加えられ、約１２００℃から約１６５０℃まで、約１２５０℃から約１６００℃まで、約１３００℃から約１５５０℃まで、約１３５０℃から約１５００℃まで、または約１４００℃から約１４５０℃までなどの、約１１００℃から約１７００℃までの温度であって、これらの間の全ての範囲および部分範囲を含む温度に加熱することができる。バッチ材料は、特定の実施形態では、運転温度およびバッチ体積、ならびにバッチ材料成分の粒径などの様々な可変要素次第で、数分から数時間、数日、またはそれ以上に及ぶ溶融容器での滞留時間を有する可能性がある。例えば、滞留時間は、約３０分から約３日、約１時間から約２日、約２時間から約１日、約３時間から約１２時間、約４時間から約１０時間、または約６時間から約８時間に及ぶ可能性があり、それらの間の全ての範囲および部分範囲を含む可能性がある。
【００１９】
ガラス処理の場合、溶融したガラスバッチ材料は、続いて、いくつか例を挙げるとすれば、気泡を除去するための清澄、および溶融ガラスを均質化するための攪拌を含む、様々なさらなる処理ステップを受けることができる。溶融ガラスは、次に、例えばガラスリボンを製造するために、フュージョンドロー技術、スロットドロー技術、およびフロート技術などの任意の既知の方法を用いて処理することができる。続いて、非限定的な実施形態において、このガラスリボンは、ガラスシートに形成、切断、研磨、および／またはその他の処理を行うことができる。
【００２０】
容器１１０は、所望の溶融工程での使用に適した任意の断熱材料または耐熱材料、例えば、ジルコン、ジルコニア、アルミナ、酸化マグネシウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、および酸窒化物ケイ素などの耐火材料、白金および白金合金などの貴金属、ならびにそれらの組み合わせから形成することができる。様々な実施形態によれば、容器１１０は、耐火材料または貴金属などの耐熱材料の内張りを有する外壁または外層を含むことができる。容器１１０は、所望の用途に応じて任意の適した形状および大きさを有することができ、特定の実施形態では、例えば、円形、オーバル形、正方形、または多角形の断面を有することができる。いくつか例を挙げるとすれば、長さ、高さ、幅、および深さを含む容器の寸法は、所望の用途に応じて変えることができる。寸法は、特定の製造工程または製造システムに応じて適切に選択することができる。
【００２１】
図１は、側壁１２５内に取り付けられた電極１４０を示しているが、これらの電極は、容器１１０内で任意の向きに構成することができ、容器１１０の天井または底部など、この容器の任意の壁に取り付けることができると理解すべきである。さらに、図１は三つの電極１４０を示しているが、特定の用途に対して必要に応じてまたは要望に応じて任意数の電極を使用してよいと理解すべきである。さらに、図１は、入口１１５および出口１２０を備える容器１１０であって、連続的な処理に適し得る容器１１０を示しているが、入口および／または出口を含んでも含まなくてもよくかつバッチ処理またはセミバッチ処理に用いることができるその他の容器を用いることができると理解すべきである。
【００２２】
電極１４０は、溶融炉における運転に適した任意の寸法および／または形状を有することができる。例えば、一部の実施形態では、電極１４０は、炉壁とほぼ面一である端面を有し、反対側の端面が炉壁の外側に位置し、これらの両側の端面間で電極１４０中に温度差を生じる、棒状またはブロック状にすることができる。電極１４０は、正方形、円形、または任意のその他の規則的な形状もしくは不規則な形状などの任意の適した断面形状を有することができる。さらに、電極１４０の最初の長さは、溶融容器の用途および／または大きさに応じて変えることができる。一部の非限定的な実施形態では、電極１４０は、約２０ｃｍから約１７５ｃｍ、約３０ｃｍから約１５０ｃｍ、約４０ｃｍから約１２５ｃｍ、約５０ｃｍから約１００ｃｍ、または約６０ｃｍから約７５ｃｍなど、約５ｃｍから約２００ｃｍに及ぶ最初の長さであって、それらの間の全ての範囲および部分範囲を含む最初の長さを有することができる。さらに、電極は、最初の長さよりも大きい幅および／または高さ、例えば約２５ｃｍ以上、例えば約４０ｃｍ以上、例えば約５０ｃｍ以上の幅および／または高さを有してもよい。
【００２３】
電極１４０は、所望の溶融用途に適した任意の材料を含むことができる。例えば、電極材料は、運転中の電極１４０の通常の損耗または浸食がバッチ組成および／または最終製品に対する悪影響をほとんど有しない、または全く有しないように選択することができる。ガラス溶融運転などの様々な非限定的な実施形態において、電極は、最終的なガラス組成に存在することができる一つ以上の酸化物またはその他の材料を含むことができる。例えば、電極は、バッチ材料に既に存在する酸化物を含み（例えば、最終製品における当該酸化物の量を名目上増加する）、またはバッチ材料に存在しない酸化物を含む（例えば、少量または微量の酸化物を最終組成に取り込む）ことができる。非限定的な一例として、電極は、例えば、酸化スズ（ＩＶ）、酸化モリブデン、酸化ジルコニウム、タングステン、酸化ジルコニウムモリブデン、白金およびその他の貴金属、黒鉛、炭化ケイ素、およびその他の適した材料およびそれらの合金を含むことができる。
【００２４】
本開示の様々な実施形態によれば、容器１１０は、電極１４０を備える一つ以上の電極組立体と、この電極に結合した温度センサ組立体とを備えることができる。本明細書で用いる「温度センサ」、「温度プローブ」という用語およびそれらの変形は、温度を示す測定可能な信号または入力を生成する任意の部品を表すことを意図している。例えば、非限定的な実施形態において、温度センサ組立体は、熱電効果として知られる過程において、その温度測定点のうちの一つの温度が別の温度測定点の温度とは異なるときに電圧を生じる温度センサを含むことができる。
【００２５】
本明細書で用いるように、「に結合した」という用語およびその変形は、温度センサ組立体が電極に物理的に接触していることを表すことを意図している。温度センサ組立体は、例えば電極内に、例えば、電極に穿設またはその他の方法で形成した孔またはチャネルの内側に位置する温度測定点を有することができる。
【００２６】
図２を参照すると、上記の方法で容器を加熱するのに使用する電極組立体２００の一実施形態が示されており、溶融バッチ材料Ｍと接触する高温面２１４を有する電極２１２であって、高温面２１４を除く全ての側部を断熱材２１５、例えば、炉壁および／またはその他の断熱材料によって断熱させた電極２１２を含む。熱的長さ測定組立体２０２は、所定の箇所からの電極２１２の電極長さＬＥの指標を提供するように構成される。熱的長さ測定組立体２０２は、温度センサ組立体２０４を含んでもよい。少なくとも１５００℃の温度、例えば少なくとも２０００℃以上、さらには例えば少なくとも３０００℃以上の温度に耐えるように構成されるセラミックシース熱電対またはその他のシース熱電対などの任意の適した温度センサ組立体を使用してよい。一部の実施形態では、温度センサ組立体２０４は、電極組立体２００の電極２１２内に位置する温度測定点ＡおよびＢをそれぞれ画定する温度センサ２０８および２１０を含む。温度測定点ＡおよびＢは、電極２１２の長さＬＥに沿って既知の距離離れている。
【００２７】
温度センサ２０８および２１０は、電極２１２（および断熱材２１５）の側部を通って設けられる、またはその他の方法で電極２１２内に設けられるなど、電極２１２内に配置できる。温度測定点ＡおよびＢは、電極２１２のｘ軸に沿う箇所ｘ１およびｘ２に対応する。ｘ軸は、一般的に高温面２１４と低温面２１７の間に延在し、それらの面に対して実質的に垂直であり、ｘ軸に沿って電極長さＬＥを測定してもよい。電極２１２の高温面２１４は箇所ｘｇに対応し、その位置は、熱的長さ測定組立体２０２によって提供できる。高温面２１４における温度を代表する溶融バッチ材料Ｍの温度の指標を提供するために、温度測定点Ｇを画定する温度センサ２１８を含む、別の温度センサ組立体２１６または同一の温度センサ組立体２０４を設けることができる。
【００２８】
温度センサ組立体２０４、２０６（および２１６）は、それぞれ、箇所ｘ１、ｘ２およびｘｇの温度を示す信号を測定モジュール２２２に送るために使用される通信線２２０を含む。通信は、温度センサ組立体２０４と２０６と２１６の間で有線および／または無線で提供される可能性がある。さらに、通信は、例えば、インターネット（広域ネットワーク）および／またはＷｉ‐Ｆｉ（登録商標）（ローカルエリアネットワーク）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、近距離無線通信（ＮＦＣ）などにより、有線または無線のいずれかで、測定モジュール２２２からスマートフォンまたはコンピュータなどの測定モジュール２２２の外部の一つ以上のデバイスに提供される可能性がある。したがって、ネットワークにより、媒介デバイスを介して、または媒介デバイスを用いずに、すなわち、直接的に二つ以上のデバイスの間の通信が容易になる可能性がある。
【００２９】
測定モジュール２２２は、メモリ部品２２４およびプロセッサ部品２２６を含むことができる。メモリ部品２２４は、接触箇所、例えば、ｘ１、ｘ２およびｘｇ、および／またはそれらの間の距離、所定の計測温度、所定の高温面測定値、メンテナンスルーチンなどの所定のデータを保存することができる。メモリ部品２２４は、電極長さＬＥの特定を行うためにプロセッサ部品２２６が実行できる論理も含むことができ、その詳細を以下で説明する。
【００３０】
電極長さの特定
温度が一つの座標ｘのみに依存すると仮定すると、熱流束は次式によって与えられる。
【００３１】
【数１】
2019504286.tif 000003
【００３２】
定常な場合、一次元系の状態は時間変化しない。エネルギー保存の法則から、熱流束ｊは定数であり、座標ｘに依存しない。式（１）とｄｘを掛け、ｘについての積分を行うと、次式が与えられる。
【００３３】
【数２】
2019504286.tif 000004
【００３４】
ここで、Ｉ（Ｔ）は、Ｋ（Ｔ）の積分関数である。
【００３５】
【数３】
2019504286.tif 000005
【００３６】
二点における温度を既知とする。すなわち、Ｔ（ｘ１）＝Ｔ１、かつＴ（ｘ２）＝Ｔ２のとき、式（２）は次のようになる。
【００３７】
【数４】
2019504286.tif 000006
【００３８】
既知の温度Ｔｇを有する箇所ｘｇの位置は、式（４）の次の形から分かる。
【００３９】
【数５】
2019504286.tif 000007
【００４０】
式（５）は、任意の依存関係Ｋ（Ｔ）に対して有効である。なお、積分の熱伝導率Ｉ（Ｔ）は、差分比としてのみ式（５）に含められる。したがって、Ｉ（Ｔ）に任意定数を加えても、またはＩ（Ｔ）と任意定数因子を掛けても、高温面２１４（ｘｇ）の位置に関する距離の予測は変わらないだろう。
【００４１】
熱伝導率の測定
実験から関数Ｉ（Ｔ）を得るために、式（２）は次のように書き換えられる。
【００４２】
【数６】
2019504286.tif 000008
【００４３】
ここで、ＡおよびＢは任意定数であり、それらの値は電極長さの予測には無関係である。式（５）はＩ（Ｔ）の熱伝導率の不定積分の差のみを含むため、付加定数Ｂは引かれることになる。式（５）はＩ（Ｔ）の線形結合の比のみを含むため、乗法定数Ａは約分できる。Ａ＝１・Ｗ／ｍ２およびＢ＝０を代入すると、次の結果が得られる。
【００４４】
【数７】
2019504286.tif 000009
【００４５】
したがって、関数Ｉ（Ｔ）は、Ｔ（ｘ）の逆関数として式（７）を用いて電極内の複数の箇所の温度の測定値から内挿することができる。実際の熱流束の知識は必要ない。電極の側部は、一次元的な熱移動に近似させるためにしっかりと断熱すべきである。
【００４６】
図３は、上記した方法と類似の方法で温度センサ組立体を用いて個別の箇所ｘｉ（ｉ＝１、２、…、ｎ）で測定した温度に関する関数Ｉ（Ｔ）の近似を示す。温度の関数として点ｘを内挿することにより、電極長さＬＥを特定するために測定モジュール２２２（図２）が使用することができる関数Ｉ（Ｔ）の近似が与えられる。図２に示すように電極２１２内部の二つの温度測定点ＡおよびＢのみを用いるとき、箇所ｘ２を超えた外挿による端点特定の精度を支援するためにｘ軸に沿う箇所ｘ１とｘ２の間の距離を大きくすることは利益となり得る。しかし、ｘ軸に沿う箇所ｘ１とｘ２の間の距離は、未知でありかつ減っていく箇所ｘｇによって制限される。一部の実施形態では、三つ以上の温度測定点および対応する温度センサ組立体が用いられてもよい。電極２１２の全ての側部の断熱材２１５により、さらに一次元的な温度分布を作成することができる。システムの部品間の可能性のある相互作用に応じて、任意の適した断熱材２１５が用いられてよい。断熱材料の例としては、セラミック材料およびガラス材料などの非導電材料、例えば、ガラス、アルミナ、溶融シリカなどが挙げられる。
【００４７】
測定モジュール２２２（図２）は、所定の最小電極長さに近づく電極長さＬＥの監視も行ってよい。例えば、測定モジュール２２２は、電極長さＬＥが一つ以上の所定の最小電極長さに到達した場合、アラームを鳴らす、視覚的な指標を提供する、かつ／または運転の停止さえ行ってよい。一部の実施形態では、音声、視覚および／もしくは運転によるアラーム条件は異なっていてもよく、または所定の最小電極長さが検出されるときに異なる段階で発生してもよい。例示的な最小電極長さとしては約１００ｍｍ以下でもよく、例えば約７５ｍｍ以下、例えば約６０ｍｍ以下、例えば約５０ｍｍ以下、例えば約５０ｍｍ以下でもよく、これらの間の全ての範囲および部分範囲を含んでよい。
【００４８】
図４を参照すると、図２および図３が単一の電極ブロックを描いているのに対し、集合体２５０を形成する複数の電極ブロック２４０が設けられてもよく、各電極ブロックは、本明細書に記載のように、温度センサ組立体および接触箇所を有する。さらに、これらの複数の電極ブロックの電極長さを検出するために、図２の測定モジュール２２２または複数の測定モジュールを用いてもよい。
【００４９】
電極の中を主に軸方向に熱が流れる一次元の温度分布が上記で議論されている。しかし、電極が比較的長い場合、例えば、電極使用の初期では、熱の流れは、一次元モデルでは正確に表されない可能性がある。コンピュータモデリングの数値計算を用いれば、電極長さＬＥの特定は、温度値および高温面の温度の推定値を用いて行うことができる。
【実施例】
【００５０】
熱伝導率が、関数Ｋ（Ｔ）＝Ｋ０ｅｘｐ（−α＊Ｔ）（Ｋ０＝３９．４Ｗ／ｍＫ、α＝０．００１９Ｋ−１）によって近似することができる場合を考える。この場合、Ｉ（Ｔ）はＫ（Ｔ）に比例する。説明のため図５を参照すると、第一の温度センサは低温面から２５ｍｍの箇所にあり、第二のセンサは低温面から５３ｍｍの箇所にある。第一の温度センサがＴ１＝５８０℃、第二の温度センサがＴ２＝９２１℃を測定し、ガラス温度がＴｇ＝１５２５℃であれば、式（５）により、電極の長さは７４ｍｍになるだろう。
【００５１】
上記の熱的長さ測定組立体および関連の方法は、電極の長さに沿って検出された温度値、温度の関数としての電極材料の熱伝導率の知識、および電極長さの指標としての電極の高温面の温度の推定値を利用することができる。有利なことに、電極長さが減少するにつれ、本明細書に記載の熱的長さ測定法の精度は向上させることができる。電極長さのオンライン測定は、溶融材料を排出して溶融運転を停止することなく監視することができる。熱的長さ測定組立体は、現在利用可能なメルタで使用されている電極に組み込むことができる。上記の熱的長さ測定組立体および関連の方法は、例えば、生成されたガラスを汚染または溶融物の性質を変化しかねない材料を溶融物に取り込むことなく電極長さを検出することができる。上記の熱的長さ測定組立体および関連の方法は、様々な種類の電極および溶融物に適用可能である。
【００５２】
本明細書に記載の実施形態には、請求の主題の精神および範囲から逸脱することなく様々な修正および変更を行うことができることは当業者には明らかであろう。したがって、かかる修正および変更が、添付の請求項およびそれらの均等物の範囲内であれば、本明細書は、本明細書に記載の様々な実施形態の当該修正および変更を包含することを意図している。
【００５３】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【００５４】
実施形態１
バッチ材料を溶融する装置用の電極の長さを示す方法であって、
第一の温度センサを用いて前記電極に沿って位置決めされる第一の温度測定点における温度を示す第一の信号を提供するステップと、
第二の温度センサを用いて前記電極に沿って位置決めされる第二の温度測定点における温度を示す第二の信号を提供するステップと、
前記第一および第二の信号に基づき前記電極の高温面に対する電極の長さを特定するステップと
を備える方法。
【００５５】
実施形態２
前記第一の温度測定点における温度を示す前記第一の信号および前記第二の温度測定点における温度を示す前記第二の信号を受信する測定モジュールであって、前記第一および第二の信号に基づいて前記電極の前記高温面に対する前記電極長さを特定する測定モジュールをさらに備える、実施形態１記載の方法。
【００５６】
実施形態３
前記測定モジュールが、前記第一の温度測定点および前記第二の温度測定点の箇所情報に基づいて前記電極の前記高温面に対する前記電極長さを測定する、実施形態２記載の方法。
【００５７】
実施形態４
前記測定モジュールが、前記電極の前記高温面における温度情報に基づいて当該電極の当該高温面に対する前記電極長さを測定する、実施形態３記載の方法。
【００５８】
実施形態５
前記測定モジュールが、前記電極を形成する材料の、温度の関数としての熱伝導率情報に基づいて当該電極の前記高温面に対する前記電極長さを測定する、実施形態４記載の方法。
【００５９】
実施形態６
前記第一の温度測定点および前記第二の温度測定点の箇所情報を前記測定モジュールのメモリに入力するステップをさらに備える、実施形態２記載の方法。
【００６０】
実施形態７
前記第一の温度測定点を画定するために前記第一の温度センサを前記電極に挿入するステップと、
前記第二の温度測定点を画定するために前記第二の温度センサを前記電極に挿入するステップと
をさらに備える、実施形態１記載の方法。
【００６１】
実施形態８
第三の温度センサを用いて前記電極に沿って位置決めされる第三の温度測定点における温度を示す第三の信号を提供するステップと、
前記第一、第二および第三の信号に基づいて前記電極の前記高温面に対する前記電極長さを特定するステップと
をさらに備える、実施形態１記載の方法。
【００６２】
実施形態９
前記第一および第二の信号に基づいて前記電極の前記高温面に対する前記電極長さを特定する前記ステップは、当該電極を形成する材料の熱伝導率を用いる、実施形態１記載の方法。
【００６３】
実施形態１０
容器と、
当該容器内にある電極であって、当該電極の高温面と低温面の間に軸に沿って測定される電極長さを有する電極と、
熱的長さ測定組立体と
を備えるバッチ材料を溶融する装置であって、前記熱的長さ測定組立体が、
前記電極に沿って位置決めされる第一の温度測定点における温度を示す第一の信号を提供するように配置および構成される第一の温度センサと、
前記電極に沿って位置決めされる第二の温度測定点における温度を示す第二の信号を提供するように配置および構成される第二の温度センサと
を備え、前記第一および第二の信号が、前記電極長さを特定するために使用される、装置。
【００６４】
実施形態１１
前記第一および第二の温度測定点における温度を示す前記第一および第二の信号を受信するプロセッサを含む測定モジュールであって、温度を示す前記第一および第二の信号に基づいて前記電極長さを特定する前記プロセッサによって実行可能な論理を含む測定モジュールをさらに備える、実施形態１０記載の装置。
【００６５】
実施形態１２
前記測定モジュールが、前記第一の温度測定点および前記第二の温度測定点の位置情報をメモリに保存するメモリ部品を備える、実施形態１１記載の装置。
【００６６】
実施形態１３
前記電極の周りに設けられる断熱材をさらに備える、実施形態１０記載の装置。
【００６７】
実施形態１４
前記電極が、当該電極の最初の長さよりも大きな幅を有する、実施形態１０記載の装置。
【００６８】
実施形態１５
前記電極が、当該電極の最初の長さよりも大きな高さを有する実施形態１０記載の装置。
【００６９】
実施形態１６
前記電極に沿って位置決めされる第三の温度測定点における温度を示す第三の信号を提供するように配置および構成される第三の温度センサをさらに備える実施形態１０記載の装置であって、前記第一、第二および第三の信号が、前記電極長さを特定するために使用される、装置。
【００７０】
実施形態１７
バッチ材料を溶融する装置用の熱的長さ測定組立体であって、
電極に沿って位置決めされる温度測定点における温度を示す信号を提供するように配置および構成される温度センサと、
前記温度測定点における温度を示す前記信号を受信するプロセッサを含む測定モジュールであって、温度を示す前記信号に基づいて前記電極の高温面に対する電極長さを特定する前記プロセッサによって実行可能な論理を含む測定モジュールと
を備える熱的長さ測定組立体。
【００７１】
実施形態１８
前記温度センサが第一の温度センサであり、前記温度測定点が第一の温度測定点であり、前記装置が、前記電極に沿って位置決めされる第二の温度測定点における温度を示す信号を提供するように配置および構成される第二の温度センサをさらに備える、実施形態１７記載の熱的長さ測定組立体。
【００７２】
実施形態１９
前記測定モジュールが、前記第一の温度測定点および前記第二の温度測定点の位置情報をメモリに保存するメモリ部品を備える、実施形態１７記載の熱的長さ測定組立体。
【００７３】
実施形態２０
温度を示す前記信号に基づいて当該電極の前記高温面に対する前記電極長さを特定する前記プロセッサによって実行可能な前記論理が、前記電極を形成する材料の熱伝導率を用いる、実施形態１７記載の熱的長さ測定組立体。
【符号の説明】
【００７４】
１００  溶融炉
１０５  バッチ材料
１１０  容器
１１５  入口
１２０  出口
１２５  側壁
１３０  底部
１３５、Ｍ  溶融バッチ材料
１４０、２１２  電極
２００  電極組立体
２０２  熱的長さ測定組立体
２０４、２０６、２１６  温度センサ組立体
２０８、２１０、２１８  温度センサ
２１４  高温面
２１５  断熱材
２１７  低温面
２２０  通信線
２２２  測定モジュール
２２４  メモリ部品
２２６  プロセッサ部品
２４０  電極ブロック
２５０  集合体
ＬＥ  電極長さ
Ａ、Ｂ、Ｇ  温度測定点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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