(57)【要約】【課題】ブッシングを通過するフィラメントのウェブための最適な繊維化条件を保証する熱交換装置を提供する。【解決手段】流体を吹付ける手段を備える少なくとも一つのフィン（２）からなり、吹付けの手段が、上記フィン（２）の少なくとも一つの壁（４、５）から構成していて、上記壁（４、５）が、開放気孔率を有することを特徴とする熱交換装置（１）。【選択図】図１
2011116647.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を吹付けるための手段を備えた少なくとも一つのフィン（２）を具備する熱交換装置（１）であって、該吹付けるための手段が均一であり、そして該フィン（２）の少なくとも一つの壁（４、５）から構成されていて、該壁（４、５）が開放気孔率を持っていることを特徴とする、熱交換装置（１）。
【請求項２】
該壁（４、５）の該開放気孔率が、5と30％の間にあって、好ましくは10と25％の間、そしてさらに好ましくは15と25％の間にあることを特徴とする、請求項１に記載の熱交換装置（１）。
【請求項３】
該フィン（２）が、平行六面体の全体形状と管状の断面からなっていて、圧力0.5bar及び0℃の空気で測定された、300から1500Sm3/h/m2の範囲であって、詳細には300から800Sm3/h/m2の範囲にある透過率を持つことを特徴とする、請求項1又は2に記載の熱交換装置（１）。
【請求項４】
圧力0.5bar及び0℃の空気で測定した該透過率が、500から600Sm3/h/m2の範囲であることを特徴とする、請求項3に記載の熱交換装置（１）。
【請求項５】
該吹付け流体の速度場が、該開放気孔率の壁の全域で、対称であることを特徴とする、請求項１から4のいずれか一項に記載の熱交換装置（１）。
【請求項６】
該熱交換装置の該壁（４、５）の少なくとも一つが、金属粉を焼結することによって得られることを特徴とする、請求項１から5のいずれか一項に記載の熱交換装置（１）。
【請求項７】
該金属粉が、粉末化された、ステンレス鋼、真鍮及びニッケルであって、粒子径が100μmより小さくて、好ましくは粒子径が10から80μmの範囲にある混合物に基づいていることを特徴とする、請求項6に記載の熱交換装置（１）。
【請求項８】
該開放気孔率が、ほぼ17％程度であることを特徴とする、請求項7に記載の熱交換装置（１）。
【請求項９】
該熱交換装置の少なくとも一つの壁が、金網を積層することによって得られることを特徴とする、請求項１から5のいずれか一項に記載の熱交換装置（１）。
【請求項１０】
該積層が、３から18、詳細には3から6の金網の層からなることを特徴とする、請求項9に記載の熱交換装置（１）。
【請求項１１】
該流体が、0.1と6barの間、好ましくは0.2と4barの間の圧力の空気であることを特徴とする、請求項１から10のいずれか一項に記載の熱交換装置（１）。
【請求項１２】
該吹付け流体は、当初液状の流体が、該フィン（２）の中で蒸発した結果、発生することを特徴とする、請求項１から10のいずれか一項に記載の熱交換装置（１）。
【請求項１３】
該熱交換装置が、補助冷却回路を備えることを特徴とする、請求項１から12のいずれか一項に記載の熱交換装置（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラスフィラメントの製作を意図する繊維化室（fiberizing booths）になされた改良に関している。繊維化室は、それ自体がよく知られた方法で、ガラスフィラメントのウェブを作成するために、溶融ガラスが流れる複数の孔が貫通する少なくとも一つのブッシングから構成されることが想起される。
【０００２】
より具体的に、本発明は、繊維化室の中に配置されるブッシング底部のすぐ下に位置するようになっている熱交換装置に照準を合わせている。
【背景技術】
【０００３】
さて、繊維化室の運転は、実際に多数の物理化学のパラメータが常に監視されている、特別に複雑な工程である。これに関して、ブッシング底部の温度が、最適なフィラメントを得るための最も重要なパラメータの一つであることが、具体的に指摘されている。なぜなら、実際にガラスの粘性を支配するのが、ブッシング底部の温度だからである。
【０００４】
このため、結果としてグラスファイバコーンの温度を設定するために、ブッシングの下側を冷却することが必要である。
【０００５】
さらに、他の現象がフィラメントのコーン温度に影響し、ブッシング底部のすぐ下に、熱交換装置の組込を必要とする。
【０００６】
従って、繊維化室において、フィラメントの移動は、室の外側に向かって、ウェブに捕捉された空気を伴っている。そしてこれは、ブッシング底部のすぐ下で、ウェブの内側に向かって外側から空気を吸引させる原因となる。ガラスコーンとブッシング底部とで、均一な熱交換を確保するために、ブッシング底部のすぐ下での空気の欠乏を補うために、新鮮な空気を供給することが必要であり、従って、フィラメントの厚さの均一性を向上することが可能となる。
【０００７】
ブッシング底部で、温度に影響を及ぼすことは出来るが空気供給機能のない、既存の熱交換装置の第一グループは、櫛（comb）を形成するフィンの配列からなる。各々のフィンは、優れた熱交換率（特に、伝導に関して）をもつ材料から作られたバーから作られ、各々のバーの自由端の一方は、ブッシング下側で繊維化室に固定されたマニホールドに接続され、そのマニホールドは、伝導によって得た熱エネルギーを運び去ることが出来る熱伝導回路を備えており、ガラスフィラメントは、櫛の隙間を通過する。
【０００８】
それは、ブッシング下側の冷却に関して、現状の要求に合致するけれど、この第一グループの装置は、高い処理量を持つブッシングに対し、置き換えることは出来ない。繊維化室の形状（ブッシングに配慮しようとする室の面積寸法は、建設によって設定される。）に関連する問題は、非常に多数の（数千の）オリフィスからなるブッシングに、これらの装置を搭載することを想像することは困難であり、この問題は、加えて、追加空気の供給が必要である場合に、高処理量のブッシングにおいて本質的なことを、ますます悪化させる。
【０００９】
ガラスコーンを冷却する機能と空気を供給する機能の両方を実施する、熱交換装置の第二グループもまた知られている。これらは、フィンに吹付けをする。第二グループも、また櫛のように作られて、ブッシング底部のすぐ下に配置される。ガラスフィラメントはフィンの列の間の隙間を通過する。
【００１０】
冷却フィンは、特許文献１と特許文献２において公知なものである。さて、これらの資料に従って、フィンは、フィンを形成するためのチューブの中に折り重ねられた金網から作られる。しかし、折り重ねは、メッシュのいくつかの孔を変形する。そこで、これらはもはや同サイズではなく、吹付けによって発生する流れも、もはや均一ではない。
【００１１】
特許文献３は、ブッシング底部のすぐ下で、伝達による熱交換を増加する吸引フィン装置を開示している。フィンを介して空気を吸引することは、ブッシングの下に均一な流れを発生し、繊維化の安定性を向上する。それに反して、フィンを介して空気を吸引することは、フィンの表面に浮遊物質（ダスト）の付着、ならびにウェブにダストや水の飛沫の侵入を助長して、これらは、ウェブの不安定性の一因として知られる要因である。
【００１２】
特許文献４と特許文献５は、固体ニッケルの薄いシートから作られるフィンに関している。同一で規則どおりの大きさを持つ孔は、光化学や電解工程を使って得られる。
【００１３】
これらの孔を製作する時に払った注意にもかかわらず、これらの密度は、ガラスフィラメントのウェブの安定性を保証する、最適な空気の流れ条件（均一性）を保証するには十分でない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】米国特許第３１５０９４６号明細書
【特許文献２】米国特許第３３４５１４７号明細書
【特許文献３】米国特許第５６９３１１８号明細書
【特許文献４】米国特許第４２１４８８４号明細書
【特許文献５】米国特許第４３１０６０２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、ブッシング、詳細には高処理量のブッシング底部のすぐ下に位置することを意図する熱交換装置を提案することによって、これらの欠点を多少とも解決することを目指しており、この熱交換装置は、上述のブッシングを通過するフィラメントのウェブための最適な繊維化条件を保証するようになっている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
このために、本発明の主題であり、流体を吹付けるための手段を備えた少なくとも一つのフィンからなる熱交換装置は、吹付けの手段が均一であり、上述のフィンの少なくとも一つの壁から成っていて、上述の壁が開放気孔率を持つことを特徴とする。
【００１７】
これらの配列よって、流体の吹付けから生じる対流の変化を使って、ブッシング底部を離れるガラスコーンの最適な冷却を得ることが可能となる。
【００１８】
本発明の選抜された実施形態において、頼りになるものは、たぶん次の測定の一つ及び/又はその他になるかもしれない。
−  壁の開放気孔率は、5から30％の間、好ましくは、10から25％の間、さらに好ましくは、15から20％の間である。
−  フィンは、平行六面体の全体形状と管の断面であり、圧力0.5bar及び0℃の空気で計測された、300から1500Sm3/h/ m2の範囲にあって、詳細には、300から800Sm3/h/ m2の範囲にあって、好ましくは、500から600Sm3/h/ m2の範囲にある透過率を持つ。
−  吹付け流体の速度場は、開放気孔率の壁の全域で対称である。
−  熱交換装置の少なくとも一つの壁は、金属粉を焼結して得られる。
−  金属粉は、粒子径が100μmより小さくて、好ましくは、粒子径が10から80μmの範囲内にある、粉末化された、ステンレス鋼、真鍮及びニッケルの混合物がベースである。
−  金属粉をベースとするフィンの気孔率は、ほぼ17％程度である。
−  熱交換装置の少なくとも一つの壁は、金網を積層して得られる。
−  積層は、3から18、詳細には3から6の金網の層からなる。
−  流体は、0.1と6barの間、好ましくは0.2と4barの間の圧力の空気である。
−  吹付け流体は、当初液状の流体がフィンの中で蒸発した結果、発生する。
−  熱交換装置は、補助冷却回路を備えている。
【００１９】
本発明の他の特徴と利点は、添付図面を参照して限定されるものではない例として提供された、実施形態うちの一つである、次の記述の中で明らかになるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図1は、本発明に従う熱交換装置の斜視図である。
【図２】図2は、フィンを通過する様々な冷却空気流量に対する、ブッシングの設定温度の増加の関数として、ブッシングの処理量の変化を説明する曲線である。
【図３】図3は、吹付け流体流量の関数として、及びフィンの一点と吹付け空気との間の温度差の関数として、吹付けるフィンによって除去されるであろう熱エネルギーの変化を説明する曲線である。
【図４】図4は、フィン上のコーンの異なる二点に対する、様々な吹付ける流体温度と流量による、コーンの形状の変化を説明する写真である。
【図５】図5は、フィン上のコーンの異なる二点に対する、様々な吹付ける流体温度と流量による、コーンの形状の変化を説明する写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図1は、本発明に従う熱交換装置１を図示する。この装置は本質的に、複数のフィン２（図がより容易に理解されるよう、二つのフィンが図示されている）とマニホールド３を備えている。各々のフィンは、一方の自由端において、この詳細な実施形態で櫛を形成するために、マニホールドの壁の一点に、既存の手段（溶接、ろう付け、接着）で固定される。この熱交換装置が、櫛以外の異なった配置を適用してもよいことは言うまでも無い。このように、それは、上述のフィンを組込むフレームの形であっても、又はフレームの一部であってもよい。
【００２２】
この熱交換装置は、繊維化室のブッシング底部のすぐ下で近辺に位置するようになっている。フィンの間の隙間は、溶融ガラスのフィラメントが、同一面上で、２本の並列したフィンと等距離にあるように位置する平面内をほぼ通過するために、ブッシング底部に位置する繊維化ノズルの隔離距離と、大体一致している。
【００２３】
各々のフィンは、管状断面を有しているおおよそ平行六面体の形状であり、対をなす互いに平行な長短の壁４、５を有するが、長い壁４、５が、フィラメントに面するようになっている。図１に示した例において、フィンは矩形の断面であり、フィンの壁４、５の間に画定する内部通路６は、圧縮した吹付ける流体（例として、空気や窒素ガスのような）の通過が可能である。この吹付ける流体は、フィンの孔を詰まらせるような有害な微粒子を除去する処理をあらかじめ受けている（油分と塵を除去した空気）。吹付ける流体は、また当初、液状（水、アルコール、エチレングリコール、純粋又は混合物として使用されるアセトン）の流体がフィンの中で蒸発した結果、発生してもよい。このタイプの吹付ける流体は、流体の蒸発潜熱を使用できるから、有利である。各々のフィンの各々の通路は、櫛が製作される場合にマニホールドに接続され、櫛それ自身は、繊維化室に分配される吹付ける流体に接続するための装置を用いてマニホールドに設置される。
【００２４】
本発明の第一実施形態に従って、フィンは金属粉、詳細には、粒子径が、100μmより小さくて、好ましくは、10から80μmの範囲にある粉末化された、ステンレス鋼、真鍮、及びニッケルの混合物を焼結することによって得られる。
【００２５】
このタイプの粉末で要求される開放気孔率は、5と30％の間、好ましくは、10と25％の間、さらに好ましくは、15と20％の間の範囲で、おおよそ17％程度である。
【００２６】
フィンの管壁の厚さは、おおよそ1mm程度である。
【００２７】
これらのフィンを使用して、フィンの各々の長い面にわたって、0.5barと0℃で計測された空気に対して、300から1500Sm3/h/ m2の範囲の、詳細には、300から800Sm3/h/ m2の範囲の、好ましくは、500から600Sm3/h/ m2の範囲の透過率を測定でき、そして、透過率値の最初の範囲の場合に、0.08と0.2m/sの間の流速を表す。フィンの運転圧力、それ故これらのフィンの少なくとも一つを組込む櫛の運転圧力は、0.1と6barの間であり、好ましくは、0.2と4barの間である。
【００２８】
第二実施形態に従って、フィンは、少なくとも3と18層の間で、詳細には、圧縮又は焼結によって組立てられる金網の層を、少なくとも3と6層の間で、金網を積層することによって得られる。金網のメッシュサイズは、大体１から3μｍの範囲である。
【００２９】
金網の積層により要求された開放気孔率は、5から30％の範囲であって、好ましくは、10と25％の間、さらに好ましくは、15と20％の間である。
【００３０】
同様に、これらのフィンを使用して、フィンの各々の長い面で、0.5barと0℃の空気に対する、300から1500Sm3/h/ m2の範囲の、詳細には、300から800Sm3/h/ m2の範囲の、好ましくは、500から600Sm3/h/ m2の範囲の透過率を測定することが出来て、（透過率値の最初の範囲の場合で、）0.08と0.2m/sの間の流速を表す。フィンの運転圧力、それ故これらのフィンの少なくとも一つを組込む櫛の運転圧力は、0.1と6barの間で、好ましくは、0.2と4barの間である。
【００３１】
この製造方法を使用して、フィンの長い壁の各々の側面を介して、吹付ける流体の流れに関するいくつかの特徴を決定することが可能である。
【００３２】
ゆえに、図2は、フィンの壁を介して、様々な吹付ける流体流量対するブッシング底部の設定温度の増加の関数として、ブッシングの処理量の変化を示す。ブッシングに関するデータが図2以下で表示され、当該ブッシングは、耐アルカリガラスくずを供給された実験室のブッシングのものである。
【００３３】
ブッシングの処理量は、ブッシングの設定温度の上昇につれて徐々に増加する。ブッシングが耐え得る最高温度（1475℃）で、吹付ける流量を調節することによって、47.2kg/dayの最大ブッシング処理量が観測された。これは、従来のフィンで達成される最大処理量（39.1kg/day）より21％高い。吹付けフィンを使用する処理量の利得は、その結果、非常に大きい。この最大処理量が、合金のブッシングが融解するブッシングの最高設定温度（1475℃）によって、むしろ制限されることが指摘されるだろう。
【００３４】
ブッシングの処理量の増加は、伝達によってフィンの冷却を行っている、吹付ける流体の温度に依存するばかりでない。吹付ける流体がフィンの多孔性壁を通過する場合、（20℃でフィンに入ってくる）新鮮な吹付け流体は、効果的にフィンを冷却し、吹付ける流量に依存して、フィン温度を比較的低く保つことが出来る。吹付けフィンのこの低い温度は、同時にコーンと吹付けフィンとの間の輻射熱交換の増大を可能にする。吹付けフィンの冷却能力の概念を与えるために、図3は、吹付けフィンによって除去出来る熱出力を、コーン周囲の空気温度をそれぞれ100℃、200℃、及び300℃に仮定して、吹付ける流体流量の関数として示している。もしもフィンが、吹付ける流体（この例では空気）を、流量5m3/hで吹付けるならば、100℃で120W、200℃で280W、及び300℃で450Wを除去できることが示される。このデータは、従来技術のフィンの冷却能力が、約100Wを限度とすることと、比較されるべきである。
【００３５】
しかし、ブッシングの処理量を増加することが、ユーザの主な目的の1つではあるが、この増加が、ブッシングの安定性、主にブッシング底部のすぐ下に形成されるコーンの安定性を犠牲にして行ってはいけない事実を見失わないことが、やはり重要である。さて、コーンの安定性は、コーン温度に依存し、この温度自体は、吹付ける流体の流量と均質性に依存する。
【００３６】
図4と5に図示するように、設定温度が増加する場合、図4で示したコーンは、漸次高温になることが観測された。それは、徐々に体積を回復し、暫時真直ぐになる。図5で示したコーンの場合に、フィンによって吹付けることは、より緩やかであり、コーンはより幅広くなる。設定温度が増加する場合、コーンは大きくなり、ノズルの周囲からあふれ出始める。1465℃を超える場合、空気流量は、繊維化を安定にするために増加しなければならない。極めて有利な現象が観測された。コーンは、非常に安定であり、従来技術のフィンで見られたコーンのどのような脈動も、もはや実際に無い。繊維化は、コーンがノズルの周囲にあふれ出る場合でさえ、安定して達成された。コーンが極端に高温の場合は脈動が再現し、吹付け量の少しの増加は、直ちにこの不安定性を鎮めることが出来る。加えて、試験中に、コーンの形状は、フィンを介して吹付ける流量を変えることによって、非常に容易にそして非常に柔軟に変化することが見出された。これは、フィラメントの厚さを調節するための大きな可能性の利点を提供する。
【００３７】
勿論、熱交換装置おいて、すなわち図示されていない別の実施形態において、特に、フィンの形状、断面及び外形について、意図されてもよい。同様に、熱交換装置おいて、また図に示されない代替の方式に従って、（例えば水のような）熱伝達流体を循環することによって追加の熱エネルギーを除去するためにマニホールドに組込まれる、冷却回路が提供されてもよい。
【００３８】
上述した本発明は、多数の利点を提供する。
・ フィンの吹付けによって、ブッシング底部及びガラスコーンの、冷却を増加する。これは、繊維化温度範囲を広げることを可能にする。繊維化は、不安定を減らしてより安定になる。
・ 吹付けによってフィンの表面の空気浮遊物の沈着を回避する。ガラスフィラメントの繊維化のために、より効果的でより経済的なフィンを提供することが可能となる。このようにフィラメントの製造が、主に又は完全に、フィンの周期的なクリーニングによる阻害からそれ自体を分離でき、ゆえに生産性が向上する。
・ 熱吸収率を調整でき、全ての運転条件の下で、最適な熱吸収を可能にするフィンを提供する。
・ 吹付け圧力を調整することによって、フィラメントの厚さを正確に調整するための追加の手段を提供する。
・ フィンを介して吹付ける新鮮な空気を使用して、フィラメントの引き出しによって繊維化領域から吸い出される空気を、直ちに補償する。この敏感な領域のフィラメントのウェブの内側に向かて、外側からの空気の侵入を減少する、あるいは阻止することが可能になる。このように、繊維化は、フィラメントのウェブの外側での、空気の流れの荒い又は過渡的な外乱の効果（例えば、塵の運動）から、それ自体を分離できる。繊維化領域の空気の流れ条件は、より安定でかつ容易な制御となる。
・ 均一かつ均質な吹付けフィンを用いた結果、より高い温度で繊維化すること、及びブッシングの安定性を維持すると同時に、繊維化の応力を減少することが可能になる。
【符号の説明】
【００３９】
１    熱交換装置
２    フィン
４    壁
５    壁
６    内部通路
【図１】
2011116647.tif 000003
【図２】
2011116647.tif 000004
【図３】
2011116647.tif 000005
【図４】
2011116647.tif 000006
【図５】
2011116647.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成23年3月30日(2011.3.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を吹付けるための手段を備えた少なくとも一つのフィンを具備する熱交換装置であって、
前記吹付けるための手段は、均一であって、前記フィンの少なくとも一つの壁を含んでおり、
前記フィンの少なくとも一つの壁は、粉末化された、ステンレス鋼、真鍮、及びニッケルの混合物を焼結することによって形成されており、
前記混合物は100μmより小さい粒子径を有しており、
前記少なくとも一つの壁は、15％と25％の間にある開放気孔率を有している、熱交換装置。
【請求項２】
前記フィンが、平行六面体の全体形状と管状の断面からなっていて、圧力0.5bar及び0℃の空気で測定された、300から1500Sm3/h/m2の範囲にある透過率を持つ、請求項１に記載の熱交換装置。
【請求項３】
圧力0.5bar及び0℃の空気で測定した前記フィンの透過率が、500から600Sm3/h/m2の範囲にある、請求項２に記載の熱交換装置。
【請求項４】
前記吹付け流体の速度場が、前記開放気孔率の少なくとも一つの壁の全域で、対称である、請求項１に記載の熱交換装置。
【請求項５】
前記開放気孔率が17％である、請求項１に記載の熱交換装置。
【請求項６】
前記吹付け流体は、当初液状の流体が、前記フィンの中で蒸発した結果、発生したものである、請求項１に記載の熱交換装置。
【請求項７】
前記熱交換装置が補助冷却回路をさらに備える、請求項１に記載の熱交換装置。
【請求項８】
前記フィンが、平行六面体の全体形状と管状の断面からなっていて、圧力0.5bar及び0℃の空気で測定された、300から800Sm3/h/m2の範囲にある透過率を持つ、請求項１に記載の熱交換装置。
【請求項９】
前記混合物が、10から80μmの範囲にある粒子径を有する、請求項１に記載の熱交換装置。