(57)【要約】耐火材の、特に亀裂の形成や腐食により生じる損傷のリスクを減殺する。本発明は、伝導的に加熱できる融成物（３０）特にガラス融成物用のユニットであって、タンクと、タンクの壁部（１０）の開口を通過して伝導加熱融成物（３０）中に浸漬される少なくとも１つの電極（２０）とを有したユニットを、具体的には融解及び／または精製ユニット及び／または分配器系及び／または流路系を提供する。ユニットは壁部（１０）の少なくとも１つの領域−電極（２０）に隣接する−への加熱力の局部的導入を削減する装置を有している。
2007507409.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝導的に加熱できる融成物（３０）特にガラス融成物用のユニット、具体的には融解及び／または精製ユニット及び／または分配器系及び／または流路系であって、タンクと、タンクの壁部（１０）の開口を通過して伝導加熱融成物（３０）中に浸漬される少なくとも１つの電極（２０）とを有したユニットにおいて、ユニットは壁部（１０）の少なくとも１つの領域−電極（２０）に隣接する−への加熱力の局部的導入を削減する装置を有することを特徴とするユニット。
【請求項２】
請求項１に記載のユニットにおいて、壁部（１０）の少なくとも１つの領域−電極（２０）に隣接する−への加熱力の局部的導入を削減する装置は、少なくとも１つの遮蔽装置（１５、２５）を含むことを特徴とするユニット。
【請求項３】
請求項２に記載のユニットにおいて、遮蔽装置（１５）は壁部（１０）の領域−電極（２０）に隣接する−に設置されることを特徴とするユニット。
【請求項４】
請求項２及び３のいずれかに記載のユニットにおいて、遮蔽装置（１５）は第１の材料から作られる電極れんが（１１）と、電極れんが（１１）に相接する少なくとも１つの絶縁装置（１２、１３）とを含むことを特徴とするユニット。
【請求項５】
請求項２乃至４のいずれか１項に記載のユニットにおいて、遮蔽装置（１５）は、電極れんが（１１）が１層を構成し絶縁装置（１２、１３）が少なくとも１つのさらなる層を構成する層状構造を有することを特徴とするユニット。
【請求項６】
請求項２乃至５のいずれか１項に記載のユニットにおいて、絶縁装置の少なくとも１層（１２）は電極れんが（１１）のホルダーを形成することを特徴とするユニット。
【請求項７】
請求項２乃至６のいずれか１項に記載のユニットにおいて、電極れんが（１１）は少なくとも１つの耐火材から成ることを特徴とするユニット。
【請求項８】
請求項２乃至７のいずれか１項に記載のユニットにおいて、絶縁装置（１２、１３）は少なくとも１つの第２の耐火材から成ることを特徴とするユニット。
【請求項９】
請求項２乃至８のいずれか１項に記載のユニットにおいて、電極れんが（１１）と絶縁装置（１２、１３）とは温度変化に耐える高い能力を有することを特徴とするユニット。
【請求項１０】
請求項２乃至９のいずれか１項に記載のユニットにおいて、電極れんが（１１）の耐火材及び／または絶縁装置（１２、１３）の耐火材は融成物（３０）による腐食に耐えることを特徴とするユニット。
【請求項１１】
請求項２乃至１０のいずれか１項に記載のユニットにおいて、絶縁装置（１２、１３）の少なくとも１つの耐火材は、電極れんが（１１）の少なくとも１つの耐火材より高い導電率を持つことを特徴とするユニット。
【請求項１２】
請求項２乃至１１のいずれか１項に記載のユニットにおいて、絶縁装置（１２、１３）の少なくとも１つの耐火材及び／または電極れんが（１１）の少なくとも１つの耐火材の電気抵抗率ρel,refractoryは、融成物（３０）の電気抵抗率ρel,meltより高いことを特徴とするユニット。
【請求項１３】
請求項２乃至１２のいずれか１項に記載のユニットにおいて、融成物（３０）の電気抵抗率ρel,meltに対する、絶縁装置（１２、１３）の少なくとも１つの耐火材及び／または電極れんが（１１）の少なくとも１つの耐火材の電気抵抗率ρel,refractoryは少なくともρel,refractory≧１．５・ρel,meltの値、特に電極れんがについてはρel,refractory≧１０・ρel,meltの値を有することを特徴とするユニット。
【請求項１４】
請求項２乃至１３のいずれか１項に記載のユニットにおいて、電極れんが（１１）の壁の厚さｄは、電極れんが（１１）から絶縁装置の少なくとも１つの層（１２）に至る変り目での電界勾配ΔＥ１、２の、選択できる上限値に合わせられることを特徴とするユニット。
【請求項１５】
請求項１４に記載のユニットにおいて、電極れんが（１１）から絶縁装置の少なくとも１つの層（１２）に至る変り目での電界勾配ΔＥ１、２の上限値はΔＥ１、２＝５Ｖ／ｃｍであることを特徴とするユニット。
【請求項１６】
請求項２乃至１５のいずれか１項に記載のユニットにおいて、電極（２０）と耐火材との間の隙間の幅ｂｓｐは０ｍｍ＜ｂｓｐ≦３０ｍｍの範囲の値を持つことを特徴とするユニット。
【請求項１７】
請求項１６に記載のユニットにおいて、電極（２０）と耐火材との間の隙間の幅ｂｓｐは２ｍｍ≦ｂｓｐ≦５ｍｍの範囲の値を持つことを特徴とするユニット。
【請求項１８】
請求項２乃至１７のいずれか１項に記載のユニットにおいて、電極れんが（１１）の壁の厚さｄは電極れんが（１１）の開口の幅ｂの少なくとも２倍であることを特徴とするユニット。
【請求項１９】
請求項２乃至１８のいずれか１項に記載のユニットにおいて、電極れんが（１１）の壁の厚さｄは５００ｍｍまでであることを特徴とするユニット。
【請求項２０】
請求項１９に記載のユニットにおいて、電極れんが（１１）の壁の厚さｄは７５ｍｍ≦ｂ≦１５０ｍｍの範囲にあることを特徴とするユニット。
【請求項２１】
請求項２乃至２０のいずれか１項に記載のユニットにおいて、電極れんが（１１）の高さｈは２０ｍｍ≦ｈ≦３００ｍｍの範囲にあることを特徴とするユニット。
【請求項２２】
請求項２１に記載のユニットにおいて、電極れんが（１１）の高さｈは７５ｍｍ≦ｈ≦１５０ｍｍの範囲にあることを特徴とするユニット。
【請求項２３】
請求項２乃至２０のいずれか１項に記載のユニットにおいて、電極れんが（１１）は矩形の形状をなすことを特徴とするユニット。
【請求項２４】
請求項２に記載のユニットにおいて、遮蔽装置（２５）は融成物（３０）の領域−電極（２０）に隣接する−に装置されることを特徴とするユニット。
【請求項２５】
請求項２４に記載のユニットにおいて、遮蔽装置（２５）は遮蔽かご（２２）を具備することを特徴とするユニット。
【請求項２６】
請求項２５に記載のユニットにおいて、遮蔽かご（２２）は電極を通すことのできる開口（２６）を有し、開口（２６）を通る垂線は遮蔽かごの軸線を規定することを特徴とするユニット。
【請求項２７】
請求項２５及び２６のいずれかに記載のユニットにおいて、遮蔽かご（２２）の開口（２６）は遮蔽かご（２２）の上方境界に構成されることを特徴とするユニット。
【請求項２８】
請求項２５乃至２７のいずれか１項に記載のユニットにおいて、遮蔽かご（２２）は電極（２０）に対して軸方向に設置されることを特徴とするユニット。
【請求項２９】
請求項２５乃至２８のいずれか１項に記載のユニットにおいて、遮蔽かご（２２）は回転対称の形状をなすことを特徴とするユニット。
【請求項３０】
請求項２５乃至２９のいずれか１項に記載のユニットにおいて、遮蔽かご（２２）の上方境界（２４）は一体形成されることを特徴とするユニット。
【請求項３１】
請求項２５乃至３０のいずれか１項に記載のユニットにおいて、遮蔽かご（２２）は要素（２９）により接合され得る２つのリム（２７、２８）を有し、少なくとも１つのリムが上方の境界（２４）を形成することを特徴とするユニット。
【請求項３２】
請求項２５乃至３１のいずれか１項に記載のユニットにおいて、要素（２９）の長手方向の軸は、壁部（１０）の領域−電極（２０）と隣接する−の、融成物（３０）に面した表面（１８）との角度Ｗを有することを特徴とするユニット。
【請求項３３】
請求項３２に記載のユニットにおいて、角度Ｗは０°＜Ｗ≦９０°の範囲の値を有することを特徴とするユニット。
【請求項３４】
請求項３３に記載のユニットにおいて、角度Ｗは３０°≦Ｗ≦６０°の範囲の値を有することを特徴とするユニット。
【請求項３５】
請求項２５乃至３４のいずれか１項に記載のユニットにおいて、遮蔽かご（２２）は電極（２０）に固定され得ることを特徴とするユニット。
【請求項３６】
請求項２５乃至３５のいずれか１項に記載のユニットにおいて、遮蔽かご（２２）は壁部（１０）に固定され得ることを特徴とするユニット。
【請求項３７】
請求項２５乃至３６のいずれか１項に記載のユニットにおいて、遮蔽かご（２２）はＭｏ及び／またはＷ及び／またはＳｎＯ２及び／または少なくとも１つの貴金属及び／または上述の材料の少なくとも１つの合金及び／または高温に耐える鋼を含むことを特徴とするユニット。
【請求項３８】
請求項２５乃至３７のいずれか１項に記載のユニットにおいて、融成物に浸漬された電極本体の長さＬＥＫの、遮蔽かご（２２）の高さＨＫに対する比率は、１≦ＬＥＫ／ＨＫ≦２０の範囲の値を持つことを特徴とするユニット。
【請求項３９】
請求項２５乃至３８のいずれか１項に記載のユニットにおいて、融成物に浸漬された電極本体の長さＬＥＫの、遮蔽かご（２２）の高さＨＫに対する比率は、２≦ＬＥＫ／ＨＫ≦５の範囲の値を持つことを特徴とするユニット。
【請求項４０】
請求項２５乃至３９のいずれか１項に記載のユニットにおいて、遮蔽かご（２２）の外側の半径ＲＫの、電極本体の半径ＲＥＬに対する比率は２≦ＲＫ／ＲＥＬ≦１５の範囲の値を持つことを特徴とするユニット。
【請求項４１】
請求項２５乃至４０のいずれか１項に記載のユニットにおいて、遮蔽かご（２２）の外側の半径ＲＫの、電極本体の半径ＲＥＬに対する比率は３≦ＲＫ／ＲＥＬ≦７の範囲の値を持つことを特徴とするユニット。
【請求項４２】
請求項２５乃至４１のいずれか１項に記載のユニットにおいて、２つの電極間の距離ＤＨＫの、遮蔽かご（２２）の外側の半径ＲＫに対する比率は３≦ＤＨＫ／ＲＫ≦５００の範囲の値を持つことを特徴とするユニット。
【請求項４３】
請求項２５乃至４２のいずれか１項に記載のユニットにおいて、２つの電極間の距離ＤＨＫの、遮蔽かご（２２）の外側の半径ＲＫに対する比率は２０≦ＤＨＫ／ＲＫ≦８０の範囲の値を持つことを特徴とするユニット。
【請求項４４】
請求項２５乃至４３のいずれか１項に記載のユニットにおいて、遮蔽かご（２２）の上方のリムの幅ｌｋは、０≦ｌｋ≦ＲＫの範囲にあることを特徴とするユニット。
【請求項４５】
請求項２５乃至４４のいずれか１項に記載のユニットにおいて、遮蔽かご（２２）の上方のリムの幅ｌｋは、０≦ｌｋ≦１／３・ＲＫの範囲にあることを特徴とするユニット。
【請求項４６】
請求項２５乃至４５のいずれか１項に記載のユニットにおいて、電極本体と、遮蔽かご（２２）の開口（２６）の内側の境界との隙間の幅ａは、０≦ａ≦５０ｍｍの範囲にあることを特徴とするユニット。
【請求項４７】
請求項２５乃至４６のいずれか１項に記載のユニットにおいて、電極本体と、遮蔽かご（２２）の開口（２６）の内側の境界との隙間の幅ａは、０≦ａ≦３０ｍｍの範囲にあることを特徴とするユニット。
【請求項４８】
請求項２５乃至４７のいずれか１項に記載のユニットにおいて、遮蔽かご（２２）の成分の材料の厚さｄｋは、５ｍｍ≦ｄｋ≦５０ｍｍの範囲にあることを特徴とするユニット。
【請求項４９】
請求項２５乃至４８のいずれか１項に記載のユニットにおいて、電極本体と、壁部（１０）の開口の内側の境界との隙間の幅ｂｓｐは１ｍｍ≦ｂｓｐ≦３０ｍｍの範囲にあることを特徴とするユニット。
【請求項５０】
請求項２５乃至４９のいずれか１項に記載のユニットにおいて、電極本体と、壁部（１０）の開口の内側の境界との隙間の幅ｂｓｐは、２ｍｍ≦ｂｓｐ≦５ｍｍの範囲にあることを特徴とするユニット。
【請求項５１】
請求項２５乃至５０のいずれか１項に記載のユニットにおいて、融成物（３０）と接触する壁部（１０）の材料の厚さＤＦＦは、５０ｍｍ≦ＤＦＦ≦５００ｍｍの範囲にあることを特徴とするユニット。
【請求項５２】
請求項２５乃至５１のいずれか１項に記載のユニットにおいて、融成物（３０）と接触する壁部（１０）の材料の厚さＤＦＦは、１００ｍｍ≦ＤＦＦ≦３００ｍｍの範囲にあることを特徴とするユニット。
【請求項５３】
請求項２５乃至５２のいずれか１項に記載のユニットにおいて、融成物（３０）の電気抵抗率ρel,meltに対する、壁部（１０）の少なくとも１つの耐火材及び／または電極れんが（１１）の少なくとも１つの耐火材及び／または絶縁装置（１２、１３）の少なくとも１つの耐火材の電気抵抗率ρel,refractoryは、１・ρel,melt≦ρel,refractory≦２０・ρel,meltの値を有することを特徴とするユニット。
【請求項５４】
請求項２５乃至５３のいずれか１項に記載のユニットにおいて、融成物（３０）の電気抵抗率ρel,meltに対する、壁部（１０）の少なくとも１つの耐火材及び／または電極れんが（１１）の少なくとも１つの耐火材及び／または絶縁装置（１２、１３）の少なくとも１つの耐火材の電気抵抗率ρel,refractoryは、１．５・ρel,melt≦ρel,refractory≦５・ρel,meltの値を有することを特徴とするユニット。
【請求項５５】
前記各請求項のいずれか１項に記載のユニットにおいて、温度Ｔは５００℃≦Ｔ≦３０００℃の範囲の値を有することを特徴とするユニット。
【請求項５６】
前記各請求項のいずれか１項に記載のユニットにおいて、温度Ｔは８００℃≦Ｔ≦１９００℃の範囲の値を有することを特徴とするユニット。
【請求項５７】
前記各請求項のいずれか１項に記載のユニットにおいて、電流負荷ｉは０．０５Ａ／ｃｍ２≦ｉ≦２０Ａ／ｃｍ２の範囲の値を有することを特徴とするユニット。
【請求項５８】
前記各請求項のいずれか１項に記載のユニットにおいて、電流負荷ｉは０．１Ａ／ｃｍ２≦ｉ≦３Ａ／ｃｍ２の範囲の値を有することを特徴とするユニット。
【請求項５９】
前記各請求項のいずれか１項に記載のユニットにおいて、少なくとも１つの電極（２０）はボトム電極及び／またはサイド電極及び／またはトップ電極であることを特徴とするユニット。
【請求項６０】
伝導的に加熱できる融成物（３０）特にガラス融成物用のユニットの作動中に、壁部（１０）の少なくとも１つの領域−電極（２０）に隣接する−への加熱力の局部的導入を減じる装置の、特に前記各請求項のいずれか１項に記載した使用法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的に、伝導的に加熱可能な融成物用のユニット、特に融解及び／または精製ユニット及び／または分配器系及び／または流路系に関し、具体的には請求項１の前文に述べた伝導加熱可能なガラス融成物用のユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラスの製造は、熱エネルギーが供給されるガラス融成物の生成過程を含む。熱エネルギーはガラスやガラスくずを溶解する工程ばかりでなく、後続工程のステップ例えば精製や均質化などにも適用される。ガラス製造が必要とする熱エネルギーはジュール効果を使って特に効率良く直接融成物中に放出することができる。
【０００３】
したがって融解設備は、特にガラスの製造については多くの場合液体融成物に浸漬した電極を用いている。電流は電極を介して融成物に導入される。電極ユニットはこの場合電極本体と、電極本体を支持する電極ホルダーとを備えている。電極ホルダーと電極本体とは通常、例えばねじ結合や溶接により互いに固定結合されている。この部分を代表して電極ホルダーが外側の環境に固定結合されている。
【０００４】
電極は基部と側部の両方を融成物に浸漬するか、もしくは上から使用される。最も頻繁に使用される電極の形状は深く押し込め易いことから棒形をなしている。さらに棒形の電極は、設備が稼働中であっても電極ホルダーと電極本体とからなる全体の装置を交換できるという利点を呈する。板状の電極の場合は対照的に、作動中に電極を交換したりこれをさらに押し込むことはできない。
【０００５】
一定の温度を超えるとガラスは導電性を帯びるようになるため、約１０００Ｖまでの電圧で通常十分に高い電流が流れジュール効果を使ってガラス融成物を加熱することができる。融成物の中で電流は異なる易動度のイオンにより実質的に輸送される。融成物を伝導加熱する標準的な周波数は５０もしくは６０Ｈｚである；１０ｋＨｚの周波数は高品質のガラスに、特に光学ガラスに使用される。
【０００６】
図１は一般的な構造を示しており、電流がいかにしてユニットの外側から電極を介して融成物に送り込まれるかを示している。図は電極組立体を具えた融解及び／または精製ユニットの壁部の抜粋を示している。この構成は通常水冷式電極ホルダーを具えており、これに実際の電極本体が適当な方法により固定されている。電極ホルダーはケーブルを介して外側で加熱回路変圧器に接続される。電極は耐火材で構築された壁部を通って融成物に案内される。電極ホルダーや電極本体の長手方向の、融成物に面した電極ホルダーの上側から、融成物に面した壁部の表面までの距離は設定深度（setting depth）と呼ばれる。設定深度は具体的なガラスの種類特にそのガラス化及び結晶化の特性、並びに必要なプロセス温度、さらに壁部の構造特に使用材料の熱伝導率とにより決められる。
【０００７】
通常は電極用の穿孔のある独立した電極れんがが使用される。電極れんがそれ自身は融解及び／または精製ユニットの壁部に挿着される。独立した電極れんがは、電極の周りの領域が容易に外側から観測できるという利点を提供する。こうして亀裂やガラスの漏れは素早く認識することができる。れんがの厚さが腐食のためにガラス融成物により削がれる場合は、ガラスに面した電極れんがの側部を効率良く冷却する強制冷却を外側から与えて、ガラス融成物により生じる腐食を減じるのは容易である。
【０００８】
詳細はガラス技術についての該当する専門家の文献に見ることができる。従来の技術は、例えばＨＶＧ訓練用書物「Elektroschmelzen von Glas」（ガラスの電気融解）１９９０や「Warmetransportprozesse bei der Herstellung und Formgebung von Glas」（ガラスの製造と整形における伝熱プロセス）２００２に明確に記録されている。
【０００９】
適当な整合する変圧器から供給ラインを介して外側から送り込まれた電流は、電極本体からガラス融成物へ侵入し、ジュール効果によりガラス融成物を加熱する。
ユニットの標準寸法と加熱周波数とが与えられれば、融成物と壁部とから成る全体の構成の電力密度ρel（r→）は次式で計算することができる：
Ρel（r→）＝Ｊ￣（ｒ→）＝ρel（Ｔ）・Ｊ￣２（ｒ→）＝σel（Ｔ）・Ｅ￣２（r→）    （１）
ここでρel（r→）は広さ［Ｗ／ｍ３］を持つ。Ｅ￣は［Ｖ／ｍ］による電界であり、Ｊ￣は観測された構成の任意の位置r→での［Ａ／ｍ２］による電流密度である。ρｅｌは［Ω・ｍ］で電気抵抗率を示し、σｅｌは［Ｓ／ｍ］で使用材料の導電率を示す。
電気抵抗率と導電率は温度に依存する。通常使用されるガラスと耐火材との場合、これらは一般に逆の温度依存性を持つ。つまり温度の上昇につれて導電率が増すか、もしくは電気抵抗率が小さくなる。
【００１０】
等式１により全体の装置に導入された電力密度Ｐｅｌは、真っ先に任意の点r→での温度の上昇ΔＴをもたらす。ガラス融成物では、局部的体積要素での、電流により発生した熱量ｑ’pelは３つの作用により当の体積要素から再び放散させることができる。
【００１１】
第１の作用はフォノンにより与えられる熱の伝導である。これをｑ’ｈｅａｔconductionと定める。融成物の特定の体積要素から熱を放散させる第２の作用は、その交換粒子が光子である輻射（熱の流動ｑ’radiation）である。最後に熱はまた、熱の流動による対流（ｑ’convection）で融成物から放散させることもできる。全て３つの作用は温度に依存する。一般に、いわゆる「暗い」ガラスの場合の例外を別とすれば、輻射が支配的なプロセスである。
【００１２】
始動段階のあと、関係する熱の流動が互いに平衡になる規定温度Teｑのところで安定状態が確立される。Ｔ＝Teｑの安定状態で、次の関係が適用される：
ｑ’Pel＝ｑ’radiation＋ｑ’convection＝ｑ’ｈｅａｔconduction    （２）
【００１３】
電流により発生した熱量を融成物の体積要素から放散させた後は、今度はユニットの壁部の材料の体積要素を考察する。ガラス融成物と接触する耐火材は大まかに３つのグループに分けることができる。約２３００℃の温度で成型されるいわゆるＨＺＦＣ（高ジルコニア融解成型）材は、１９００℃乃至２０００℃を超えると軟らかくなる。その成型温度が１９００℃乃至２０００℃のＡＺＳ（アルミナジルコニアシリカ）材は軟らかくはならないが、約１８００℃を超える温度で分解する。製造中押圧された形で焼結されるＺＳ（ジルコニウムケイ酸塩）材は、ほんの１７００℃の温度を超えたところで分解する。いずれにしろ、耐火材での過剰な温度はこれらの破壊につながる。
【００１４】
高温で、多くの耐火材はガラスの導電率に匹敵する導電率を持つ。一方、耐火材それ自身では、電流により局部的に放出された熱量は上述の融成物での状況とは違い、純粋な熱伝導の作用でしか実質的に放散させることはできない。
【００１５】
問題の体積要素では、耐火材からの熱の放散がこの体積要素に発生した熱量ｑ’pelより少ない場合は温度が上昇する。当の体積要素では、これは電気抵抗率の逆の温度依存のために導電率の増大と連動する。一定の電圧でしたがって一定の電界Ｅでの等式１による導電率σｅｌ（Ｔ）の上昇は、高い電力密度ρel（r→）と連動する。これに応じて温度はさらに上昇する。この過程は、ユニットの壁部の耐火材が比較的高い温度で新しい平衡状態に達するまで繰り返す。
【００１６】
黙認できる状況では、起ることの全ては耐火材の通常の腐食が高温のために加速することである。ユニットの寿命は結果として縮められる。一方、最も好ましくない状況では、系は制御から外れ、部分的融解や速い分解が耐火材の領域の破壊へと至らせる。
【００１７】
耐火材の場合、考慮すべきは単に新しい状況での電気抵抗率ではなく、動作中に例えばガラス成分の導入の、特にアルカリ金属の拡散により生じた結果としてこの抵抗率が変化するかもしれないという可能性である。材料は結果としてより導電性を帯びるようになり、これにより耐火材の局部的不安定のリスクが大きくなる。
【００１８】
ユニットの壁部の温度が融成物におけるより高ければ、融成物それ自身はユニットの壁部の冷却媒体として機能する。壁部からの熱の放散は外側に絶縁物を適応して改良することができる。同じことは外部から与える空気による強制冷却にも該当する。
【００１９】
一方、壁部からの熱の放散を改良する利点に加えて、上記の対策はまたこれらに深刻な欠点をも持ち込む。過剰な温度のリスクは減殺されるものの、冷却もしくは絶縁の低下は不必要な付加的な熱の損失を意味する。結果として、全体の設備の効率は相当に逆影響を受ける。さらに、温度の変化や熱の流動のためにガラス融成物中に流動現象が発生するおそれもあり、工程の品質は逆作用を受ける。
【００２０】
上述の問題は特に電極れんがを形成する材料により発生する。通常水冷式電極ホルダーが使用されるから、この材料は温度変化に耐え得なければならない。深く押し込むことのできる電極の場合、タンクの寿命の間に電極ホルダーへの水の供給は何回も中断され、その結果電極れんがは短い時間間隔内で極めて無視できない温度勾配に曝される。設備の加熱中に及び／または上述の高い温度勾配のために、電極れんがには亀裂が形成されるおそれがある。これらの亀裂は通常れんがの電極の孔から半径方向外方に広がる。ガラスはこの種の亀裂に侵入することができ、電極れんがの腐食は加速する。
【００２１】
したがって、温度変化にできるだけ安定なれんが材料を選択すべきである。一方、れんがの他の特性、例えばガラス融成物による腐食へのその抵抗性や電気抵抗性もまた考慮すべきである。
【００２２】
電極れんがの理想的耐火材は次の基準を満たすべきである。これはもっぱら使用融成物と接触しても腐食され難い性質と、温度変化に対する高い抵抗性とを有すべきである。さらに、技術上相応な温度範囲の電気抵抗率は対応する融成物のそれよりも顕著に高くすべきである。さらに、材料は理想的には高い熱伝導率を持ち、少量の放出電気エネルギーさえも効率良く耐火材中に放散されるようにすべきである。
【００２３】
ところが、ガラス融成物と対比して高い電気抵抗率を持つ多くの耐火材は、ジルコニウムケイ酸塩の材料ＺＳ１３００の場合の例に関しては、温度変化に耐える能力が劣る。耐火材での温度変化とその空間的輪郭が大きければ大きいほど、この問題は重要となる。融成物と対比して高い電気抵抗率を持つ耐火材がガラス融成物による腐食に抵抗しないために除外される場合は、ガラス融成物にいっそう抵抗しながらも一定の環境下で高い導電率を持つ材料を用いることが必要である。
【００２４】
融成物による腐食への必要な抵抗と温度変化に耐える能力と有用性と価格とにより、相応しい耐火材の選択は極めて制限される。
【００２５】
したがって過剰な温度のリスクを避けるために、融解及び／または精製ユニットの加熱回路の形状と、位相の位置と、電極の位置とを適当に選択することで電気的加熱を調節することがこれまでに知られた唯一の実用的解決策であった。例をあげれば、H. -J. Illigらによる「Elektrotechnische und Warmetechnische Untersuchungen zur Auswahl von Feuerfestmaterialien fur Elektroschemelzofen zur Glasschmelze」[ガラス融成物の電気融解炉用の耐火材の選択についての電気工学及び熱工学試験]と題した研究、第１１回国際ガラス学会、プラハ１９７７、選集Ｖは、タンク用の一般的材料を使って４−５Ｖ／ｃｍの最大電界強さを超えるべきではないと勧告している。ところが、これは設備を稼働させる方法に相当な制限を課している。
【００２６】
１つの可能な選択肢は例えば、ボトム電極から、融成物に上から浸漬されて耐火構造物を通過する必要のないいわゆるトップ電極への切替えである。
【００２７】
多くの場合、電気加熱回路が大きな力でしたがって高い電圧で作動して、例えば、高い処理量を達成したりガラスの品質に関わる流動を最適化するのが望ましい。全ての最適化の選択肢が、特に上に提示したものがすでに論じ尽くされていれば、多くの場合電極棒の直径を大きくして、電流密度とそのための電極の直近でのエネルギーの局部的放出に影響を与えようとする。ところが電極の直径は、耐火材の穿孔のサイズが制限されるから勝手にどこまでも大きくすることはできない。
【００２８】
上に略述した背景に横たわる問題は、タンクの壁面への加熱力の導入の、耐火材を損なわせる空間的に極度の非画一的分布にある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２９】
したがって、上記の環境に鑑み、本発明の目的は特に亀裂の形成と腐食とにより生じる耐火材の損傷のリスクを低減することにある。
【００３０】
本発明のさらなる目的はユニットの壁部への加熱力の導入の、空間分布の局部的差異を減少することにある。用語「ユニット」は融成物が生成され、処理され、及び／または運搬される全ての装置を意味すると解釈する。特に、用語「ユニット」は融解及び／または精製ユニット及び／または分配器系及び／または流路系を意味すると解釈する。
【００３１】
これに関連して、ユニットの壁部での電界の空間分布の局部的差異を減じることは本発明のさらなる目的を構成する。
【００３２】
さらに、本発明の目的は壁部における温度分布の局部的差異を減じることにある。
【００３３】
さらになお、本発明の目的はユニットの寿命を延ばして設備の効率を上げることにある。
【課題を解決するための手段】
【００３４】
図２及び３に示したグラフは電極の近辺の数学的シミュレーションの結果を示している。この場合、多くの実際の融解ユニットに関する標準比率である、
ρelrefractory ＝２．５・ρelglass；（ρelglass＝２０Ω・ｃｍ）
を予め電気抵抗率の境界条件として定めた。図２のグラフはタンクの壁部とガラス融成物との間の変り目での電力密度を示しており；図３のグラフは壁部の耐火材の５ｃｍの深さでの電力密度を示している。経験から耐火材の損傷が起り得ることが分かっている特に重要な領域の近辺をこの理由から考察した。
【００３５】
電界の高勾配のため電極の直近でエネルギーの集中が起る。この事実に鑑み、本発明は請求項１の特徴を持つユニットを用いるだけで非常に驚異的な簡単な方法により上記の目的を達成する。
【００３６】
本発明は、伝導的に加熱可能な融成物特にガラス融成物用のユニット、具体的には融解及び／または精製ユニット及び／または分配器系及び／または流路系であって、タンクと、タンクの壁部の開口を通過して伝導加熱融成物に浸漬される少なくとも１つの電極とを有するユニットにおいて、壁部の少なくとも１つの領域−電極に隣接する−への加熱力の局部的導入を削減する装置を具備したユニットを提供する。
【００３７】
壁部の少なくとも１つの領域−電極に隣接する−での加熱力の局部的導入を削減する装置を使用することにより、この領域での加熱力の局部的過剰な導入は壁部の残部と対比して好都合にも削減される。なおまた結果として、壁部の空間的温度分布の局部的差異を生じさせることもあり得る。したがって、壁部の耐火材の損傷の原因は完全に排除されるとまではいかないが、本発明を使ってかなり封じることは可能である。
【００３８】
本発明の有利な改良は関連したサブクレームに見られる。
【００３９】
加熱力の局部的導入を特殊な簡単な方法で削減するために、本発明の装置は少なくとも１つの遮蔽装置を備えている。
【００４０】
本文脈において用語「遮蔽装置」は極めて一般的な語として用いられ、電力密度場の空間分布の局所最大値により生じる過剰な温度を低下させるのに使用できる装置を指す。
【００４１】
本発明の遮蔽装置は一方では壁部の領域−電極に隣接した−に配置することができる。このことにより壁部の重要領域に材料の特性を柔軟に適応できるのは好都合である。
【００４２】
壁部の重要領域−電極に隣接する−での材料の特性の有利な適応を特に簡単に実行するために、本発明は、遮蔽装置が第１の材料から作られた電極れんがと電極れんがに隣接する少なくとも１つの絶縁装置とを具備することを規定する。本文脈で、用語「絶縁装置」は外側に対する断熱を言う。
【００４３】
好都合にも低レベルの構造費用と結びつく遮蔽装置の構成は、電極れんがが１層を形成し絶縁装置が少なくとも１つの別の層を形成する層状構造をなしている。
【００４４】
少なくとも１層の絶縁装置が電極れんがのホルダーを形成する結果として、本発明は、上に説明した損傷作用による電極れんがの亀裂が本発明の装置の系の故障につながらないという利点を呈する。いずれにしても絶縁装置の少なくとも１層が電極れんがを確実に保持するから、全体の壁領域が破損するというリスクは最早存在しない。
【００４５】
電極れんがは少なくとも１つの第１の耐火材を含む。この材料は電極れんがの理想的耐火材の要件に最適に適合する。絶縁装置を伴う本発明の組合せは小スペースしか占領しない実際の電極れんがを産み出す。したがって、要件に最適に適合するものの一般的に高価なこの材料の使用を減らすさらなる利点が、コストの相当な削減に結び付く。
【００４６】
絶縁装置は少なくとも１つの第２の耐火材を含む。この少なくとも１つの第２の耐火材は断熱用に有利に用いられ、結果として電極れんがの第１の耐火材の温度勾配を小さくさせる。こうして電極れんがの第１の耐火材の、温度変化に耐える能力への要請はかなりな程度有利に軽減される。したがって本発明は、ガラス融成物と対比して高い電気抵抗率を持つものの温度変化に耐える能力の劣った耐火材の欠点を中和する。
【００４７】
一方、設備の寿命に関しては、電極れんがと絶縁装置とが温度変化に耐える高い能力を持てば特に好都合である。さらに、電極の耐火材及び／または絶縁装置の耐火材とが融成物による腐食に抵抗する実施形態が好ましい。
【００４８】
本発明は好都合にも、電極れんがの少なくとも１つの耐火材の導電率より高い導電率の材料を絶縁装置の耐火材に使用する選択肢を提供する。この選択肢は電極れんがとの層状構造の、本発明の絶縁装置の構成から生れる。絶縁装置はこのため電極から遠く離れて配置されている。
【００４９】
導電率に関する唯一の制限は、ガラス融成物それ自身の導電率や電気抵抗率によりつけられる。破壊のない動作を保証するために、本発明は有利に、ガラスと接触する絶縁装置の少なくとも１つの耐火材と、電極れんがの少なくとも１つの耐火材との電気抵抗率ρel,refractoryが融成物の電気抵抗率ρel,meltより高いことを規定している。
【００５０】
特に好ましい実施形態では、ガラスと接触する絶縁装置の少なくとも１つの耐火材の電気抵抗率ρel,refractoryが融成物の電気抵抗率ρel,meltに対して少なくともρel,refractory＝１．５・ρel,meltの値を持ち、電極れんがの少なくとも１つの耐火材の電気抵抗率が特にρel,refractory＝１０・ρel,meltの値を持つ。
【００５１】
本発明によれば、使用材料の寿命に有利なように、電極れんがの壁の厚さｄは電極から絶縁装置の少なくとも１層に至る変り目での電界勾配ΔＥ１、２の、選択できる上限値に適応する。電極から絶縁装置の少なくとも１層に至る変り目での電界勾配ΔＥ１、２の上限値が例えばΔＥ１、２＝５Ｖ／ｃｍであれば、高い加熱力を導入することができる。同時に、使用材料が実質的に損傷を受けないことも好都合である。
【００５２】
電極を確実に深く押し込めるために及び／または電極と耐火材との隙間にある融成物の安定なガラス化を達成するために、本発明は有利に、電極と耐火材の隙間の幅ｂｓｐが０ｍｍ≦ｂｓｐ≦３０ｍｍの範囲の値を持つと規定する。
【００５３】
特に好ましい実施形態では、電極と耐火材の隙間の幅ｂｓｐは２ｍｍ≦ｂｓｐ≦５ｍｍの範囲の値を持つ。
【００５４】
上述のように電界勾配ΔＥ１、２の選択可能な上限値に適合することに加えて、電極れんがの十分な強度を達成する観点から、電極れんがの壁の厚さｄもまた電極れんがの開口の幅ｂに適合させてある。本発明によれば、電極れんがにおいて壁の厚さｄは開口ｂの少なくとも２倍である。
【００５５】
好ましい実施形態では、電極れんがの壁の厚さｄは５００ｍｍまでである。
【００５６】
特に好ましい実施形態では、電極れんがの壁の厚さｄは７５ｍｍ≦ｂ≦１５０ｍｍの範囲にある。したがって、電極れんがの十分な強度とそのための寿命が、同時に可能最小限の材料の使用そのための低コストと併せて保証できるのは好都合である。
【００５７】
これに関連して、電極れんがの高さｈが２０ｍｍ≦ｈ≦３００ｍｍであれば有利であることが分かっている。
【００５８】
絶縁装置の耐火材の全体の厚さと荷重支持能力とは、高さｈの選択時に考慮すべきである。
【００５９】
特に好ましい実施形態では、電極れんがの高さｈは７５ｍｍ≦ｈ≦１５０ｍｍの範囲にある。
【００６０】
電極れんがの十分に高い強度と、可能最小限の材料の消費並びにそれに対応する寸法とを兼備する利点に加えて、電極れんがの形状に関わる機械加工コストもまた考慮すべきである。原理的には、任意の所望の形状と表面との品質は可能である。
【００６１】
好ましい実施形態では、電極れんがは矩形をなすために、これが特に少ない費用でしたがって好都合に低機械加工コストで製造できるという利点を呈する。
【００６２】
ここで提案した解決策では、電極れんがに使用する耐火材の量は電気条件により要求される量のみである。したがってこれを選択する際、例えば、ガラスに接触する絶縁装置の耐火材よりもガラスに欠陥を作るもっと大きな可能性のある材料を使用することもできる。これに関連して、全体の処理量とそのための希釈効果とが重大な役割を演じる。多くの実働中の設備は、電極の直近だけでなく全体の基部が電極れんがの耐火材から作られている（図４の如く）。
【００６３】
発明者の考察と経験とによれば、電極れんがの耐火材を絶縁装置の耐火材に導入する特に２つの好ましいやり方がある。
【００６４】
第１に、実質的に接合個所が発生しないように対応する接触面を極めてきれいに研削できる。また、画成された接合部は、導電率が劣りその上所望の使用温度で高い粘性を持つガラスやガラス粉末で充填できるから、これを生成ガラスで流出することはできない。このガラスはれんが材料１及び２のいわゆるアルカリ金属拡散バリアと見做すこともできる。隙間は特に０．５ｍｍ乃至１０ｍｍ幅とすることもできるが、１ｍｍから２ｍｍまでの範囲の値が有利であることが分かっている。電気抵抗率はなるべくならρel glass gap／ρel glass≧１０であるべきである。
【００６５】
ここで提案した解決策はボトム電極に用いるのが好ましい。構成の適当な寸法とクランピングとが与えられれば、これはサイド電極にも使用できる。
【００６６】
具体的にはＺＳ１３００や同様の材料などのジルコニウムケイ酸塩の含量の高い材料は電極れんがに適している。これらの材料が殆どのガラス融成物において十分な耐腐食性を持つからである。酸化ジルコニウムの含量の高い材料、例えばＺＢＸ９５０などはガラスと接触する絶縁装置に適しているが、これに関してはガラス融成物に関する導電率を考慮しなければならない。ガラス腐食が許容できれば、ＺＡＣ１７１１などのＡＺＳ材料を使うこともまた可能である。材料１及び２の間の界接面に瀰漫する温度に適した全ての材料は、絶縁装置の第２のもしくは後に続く層として考えられる。
【００６７】
壁部の少なくとも１つの領域−電極に隣接した−への加熱力の局部的導入を削減する、電極に隣接した領域に遮蔽装置を設置した上述の装置に加えて、本発明はさらなる実施形態において、遮蔽装置を融成物の領域−電極に隣接した−に設置することを規定する。
【００６８】
本発明の電極れんがと絶縁装置とから成る遮蔽装置の構造が特に構造上の理由のため実現できない場合は、遮蔽装置を設置するこのさらなる選択肢により、本発明は好都合にも、壁部の少なくとも１つの領域−電極に隣接する−での加熱力の局部的導入に影響を与える選択肢を提供することができる。
【００６９】
本発明の遮蔽装置を融成物の領域−電極に隣接する−に配置することにより、既存のユニットを本発明の遮蔽装置で改善することもでき、これにより関連する諸利点が達成される。
【００７０】
電極の直近での高いエネルギー密度を低めるために、本発明の第２の実施形態の遮蔽装置は遮蔽かごを備えている。
【００７１】
遮蔽装置は周知のように、電極の直近での高いエネルギー密度を低下させる。この種類の遮蔽かごの内部では、電極の直近領域で発生しかつ等式１によりこの領域に高いエネルギーの集中をもたらす高い電界勾配が小さくなる。したがって、加熱力の導入は遮蔽かごなしの構成に比べて低減される。
【００７２】
遮蔽かごを融成物の領域−電極に隣接した−に有利に配置させるために、遮蔽かごは電極が通過できる開口を具え、この開口を通る垂線は遮蔽かごの軸線を規定する。
【００７３】
遮蔽かごの開口が遮蔽かごの上方の境界に配されれば、電極の大きな領域を簡単な構造の遮蔽かごにより囲繞できるのは有利である。好ましい実施形態では、遮蔽かごは電極に対して軸方向に配置される。こうして、そうしなければ電極隣接領域に存在するであろう電界勾配とそのための加熱力と温度の導入の極めて過剰な値を一様に削減することができる。
【００７４】
この利点は遮蔽かごの形状が回転対称であれば、特にかなりな程度活用できる。この場合対称軸は遮蔽かごの軸を形成する。一方円の形状に加えて、この軸に垂直な面にある長円形の形状の遮蔽かごも上述の利点を提供する。
【００７５】
通常、遮蔽かごは具体的には鋭角に画成された変り目を持つ複数の側部を具えることもできるが、これらの変り目は丸くすることもできる。
【００７６】
これに関連して好ましいのは、任意の既存の設備の一定の条件下で最も効率良く製造され得る変形である。遮蔽かごは特に、具体的にねじ結合、溶接もしくはその他接合加工により互いに結合された複数の部品で構成してもよい。
【００７７】
遮蔽かごの有利に簡単な構造形態は、遮蔽かごの上方境界を一体形成する場合にもたらされる。この場合例を挙げれば、遮蔽かごの上方境界として電極用開口の付いたプレートを使用することができる。その場合、適当な形状の遮蔽かごの横の境界が与えられれば、融成物はおおよそかご領域に囲い込むことができる。
【００７８】
別の選択肢は電極の穿孔の直近で基部を覆い、その上にスリーブ付きの耐火金属プレートを立て、外側の境界としてのスリーブと下方の境界としてのプレートとで遮蔽かごを形成することである（この点図８に関する下記参照）。この場合、プレートの下の耐火材は無視できる電界勾配のため防護される。
【００７９】
事実上妨害されないガラス交換が所望であれば、本発明は、要素により結合され得る２つのリムを有し、少なくとも１つのリムが上方境界を形成する遮蔽かごを提供する。この実施形態は例えば、腹部により互いに結合される２つのリングから成るかご状の構造を備えている。
【００８０】
各リングの半径はこの場合異なっていてもよい。例を挙げれば、一方のリムを電極がユニットの壁部を通過する開口から大きく離して配置してもよい。このリムは特に、その場合下方の境界を形成する他方のリムより小さな半径にしてもよい。腹部はその場合かごの横の境界を構成して円錐形の遮蔽かごを形成する。
【００８１】
一方、これらを結合するリムと要素も達成されるべき電力の導入の空間分布の要請に応じて、その他任意の所望の方法で寸法を決め配置することができる。
【００８２】
好ましい実施形態によれば、要素の長手方向の軸は、壁部の領域−電極に隣接する−の融成物に面した表面とで角度Ｗをつくる。
【００８３】
角度Ｗは特に０°＜Ｗ≦９０°の範囲の値を持つ。有利な遮蔽作用は特に角度Ｗが３０°≦Ｗ≦６０°の範囲の値を持つ場合に達成できる。
【００８４】
遮蔽かごを構造上複雑に耐火材に固定することをできるだけ回避するために、本発明は好都合にも遮蔽かごが電極に固定できるように規定する。この場合想定されるのは、タンクの寿命期間中電極をさらに押し込める必要がないことと、電極とかごとの酸化を例えば加熱中に適当に防護することができることである。遮蔽かごを電極に固定した場合、電極は最終的な設定深度で設置されることになる。
【００８５】
特に電極棒が稼働中に外れるリスクや加熱段階での酸化防止の問題のために、電極本体をさらに押し込む可能性を保持しなければならない場合は、遮蔽かごは電極本体に直接接触することなくガラス融成物に設置することができる。
【００８６】
中間スペースの高過ぎる電流密度の問題は、遮蔽かごを耐火材を介する適当な方法で外側の領域に接続すれば回避できる。この場合、加熱電極とかごとは低温の外側では同じ電位にある。
【００８７】
遮蔽かごを電極本体それ自身に固定することで、ガラス融成物に上から浸漬されるいわゆるトップ電極に対しても遮蔽かごが使用できるのは好都合である。後者の場合、これは電力の放出を故意に電極棒の近辺に向けるためになされる。
【００８８】
他の点では、本発明の遮蔽かごをボトム電極に使用するのが好ましい。さらに、サイド電極との共用も有利にできるように、本発明は遮蔽かごを壁部に固定できるように構成した選択肢をも提供する。
【００８９】
さらに、電極を深く押し込んだり、電極棒とかごとを密接に接触させたりする楔やボールなどの適当な器具を「かご」それ自身に取り付けることも考えられる。一方、これらの器具が本発明にしたがって使用されれば、ガラス融成物により引き起こされる対応した耐火金属の腐食は極めて少なくなる。
【００９０】
使用材料を危険に曝らさずに、特に高い電流密度を融成物の効率的な加熱のために導入できるように、本発明は、遮蔽かごがＭｏ及び／またはＷ及び／またはＳｎＯ２及び／または少なくとも１つの貴金属及び／または上述した材料の少なくとも１つの合金及び／または耐高温鋼を含むことを規定する。
【００９１】
かごの、特にその輪郭、その高さ、もしくはさらなるパラメーターの設計により、装置全体の流れの場に直接的な効果を得る、電極の近辺での異なる電力の放出を設定することができる。
【００９２】
遮蔽かごの十分な機械的強度と併せ、同時に壁部への加熱力導入の均一な空間分布を保証する高い効率とを達成する見地から、特定の寸法を対応する長さに用いることが特に有利であることが分かっている。
【００９３】
本発明は特に、融成物に浸漬した電極本体の長さＬＥＫの、遮蔽かごの高さＨＫに対する比率が１≦ＬＥＫ／ＨＫ≦２０の範囲の値を持つことを規定する。特に好ましい実施形態では、融成物に浸漬した電極本体の長さＬＥＫの、遮蔽かごの高さＨＫに対する比率が２≦ＬＥＫ／ＨＫ≦５の範囲の値を持つことを規定している。
【００９４】
遮蔽かごの外側の半径ＲＫの、電極本体の半径ＲＥＬに対する比率は２≦ＲＫ／ＲＥＬ≦１５の範囲の値を有するのが好都合である。特に好ましい実施形態によれば、電極本体の半径ＲＥＬの、遮蔽かごの外側半径ＲＫに対する比率は３≦ＲＫ／ＲＥＬ≦７の範囲の値を持つ。
【００９５】
２つの電極間の距離ＤＨＫの、本発明の遮蔽かごの外側の半径ＲＫに対する比率は３≦ＤＨＫ／ＲＫ≦５００の範囲の値を有するのが有利である。特に好ましい実施形態によれば、２つの電極間の距離ＤＨＫの、遮蔽かごの外側の半径ＲＫに対する比率は２０≦ＤＨＫ／ＲＫ≦８０の範囲の値を有する。
【００９６】
本発明の遮蔽かごの上方リムの幅ｌＫは０≦ｌＫ≦Ｒ／Ｋの範囲にある。好ましい実施形態によれば、遮蔽かごの上方リムの幅ｌＫは０≦ｌＫ≦１／３・ＲＫの範囲にある。
電極本体と、遮蔽かごの開口の内側境界との間の隙間の幅ａは０ｍｍ≦ａ≦５０ｍｍの範囲にある。特に好ましい実施形態によれば、電極本体と、遮蔽かごの開口の内側境界との間の隙間の幅ａは０ｍｍ≦ａ≦３０ｍｍの範囲にある。
【００９７】
遮蔽かごの構成要素の材料の厚さｄＫは５ｍｍ≦ｄＫ≦５０ｍｍの範囲にある。電極本体と、壁部の開口の内側境界との間の隙間の幅ｂＳｐは１ｍｍ≦ｂＳｐ≦３０ｍｍの範囲にある。
【００９８】
特に好ましい実施形態によれば、電極本体と、壁部の開口の内側境界との間の隙間の幅ｂＳｐは２ｍｍ≦ｂＳｐ≦５ｍｍの範囲にある。
【００９９】
融成物と接触する壁部の材料の厚さＤＦＦは、５０ｍｍ≦ＤＦＦ≦５００ｍｍの範囲にある。特に好ましい実施形態によれば、融成物と接触する壁部の材料の厚さＤＦＦは１００ｍｍ≦ＤＦＦ≦３００ｍｍである。
【０１００】
少なくとも１つの遮蔽かごを用いる本発明の融解及び／または精製ユニットの確実な動作を保証するために、本発明は有利に、融成物の電気抵抗率ρel,meltに対する、壁部の少なくとも１つの耐火材の、及び／または電極れんがの少なくとも１つの耐火材の、及び／または絶縁装置の少なくとも１つの耐火材の電気抵抗率ρel,refractoryの比率が１から２０までの値を有することを規定する。
【０１０１】
特に好ましい実施形態によれば、融成物の電気抵抗率ρel,meltに対する、壁部の少なくとも１つの耐火材の、及び／または電極れんがの少なくとも１つの耐火材の、及び／または絶縁装置の少なくとも１つの耐火材の電気抵抗率ρel,refractoryの比率は１．５から５までの値を有する。
【０１０２】
遮蔽かごの使用は、本発明の遮蔽装置を絶縁装置と対比して感度の低い構造にさせる。したがって、遮蔽かご付きの実施形態については、小さい下限値とそのための広い範囲のパラメーターρel,refractory／ρel,meltが可能となる。このことは与えられた融成物に使用できる耐火材に対して材料の広範な選択が有利になされ得ることを意味する。
【０１０３】
本発明はまた、電極れんがと絶縁装置とを遮蔽かごに有利に組み付けることの実現性をも包含している。これにより可能なパラメーターの数が増え、電気加熱力導入の最適な空間分布が設定される。
【０１０４】
融解及び／または精製ユニットの効率的な動作のために、本発明によれば温度Ｔが５００℃≦Ｔ≦３０００℃の範囲の値を得れば好都合である。特に好ましい実施形態では、温度Ｔは８００℃≦Ｔ≦１９００℃の値を有する。温度情報は加熱される成分に、すなわち特に融成物、タンク、電極、及び遮蔽装置に関係する。
【０１０５】
本発明によれば、電流負荷ｉは０．０５Ａ／ｃｍ２≦ｉ≦２０Ａ／ｃｍ２の値を持つ。電流負荷情報は金属部品に、すなわち特に電極及び／または遮蔽かご及び／または電極／遮蔽かごの中間スペースに関係する。
【０１０６】
本発明は好都合にも特に高い電流負荷ｉを許容する。特に好ましい実施形態では、電流負荷ｉは０．１Ａ／ｃｍ２≦ｉ≦３Ａ／ｃｍ２の範囲の値を持つ。
【０１０７】
本発明の、壁部の少なくとも１つの領域−電極に隣接する−での加熱力の局部的導入を削減する装置を、使用時にできるだけ多能にするために、本発明が少なくとも１つの電極をボトム電極及び／またはサイド電極及び／またはトップ電極として規定するのは有利である。
【０１０８】
さらに本発明は、伝導的に加熱可能な融成物特にガラス融成物用のユニットの動作中に、壁部の少なくとも１つの領域−電極に隣接する−での加熱力の局部的導入を削減する、特に上述のように設計された装置の使用法にも関する。
【０１０９】
以下本発明を、例としての実施形態を基本にして添付図面を参照しながらより詳細に説明する。図面では同一の構成要素は同じ参照番号で示される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０１１０】
図１は、ガラス融成物の例を基本とする、伝導的に加熱できる融成物を加熱する電極の一般的な構造を示している。電極２０は融解及び／または精製ユニットの壁部１０の開口に嵌着されて、電流を電極２０を介してガラス融成物３０に送り込むことができるようにされている。
【０１１１】
電極２０は特に水冷式電極ホルダーを具備し、これに実際の電極本体が適当な形で固定される。電極ホルダーはケーブルを介し外部で加熱回路変圧器に接続される。電極ホルダーと電極本体とから成る電極２０は、耐火材で構築される壁部１０を通って融成物３０に導入される。設定深度はガラスの個々の種類により決定される。これに関連して、特にガラス化並びに結晶化の特性と、必要なプロセス温度と、壁部１０の材料の熱伝導率とは重要なパラメーターである。
【０１１２】
図２に示したグラフの曲線１は、ガラス融成物３０に面した壁部１０のじかに表面１８での、壁部１０の電極２０周りの電力密度曲線を示している。図は電極２０からのｍでの距離に対する電力密度をＷ／ｍ３で表している。図は、第２の電極Ｅ２を正の距離の方向にすなわちグラフの右寄りに置いた構成の電極Ｅ１周辺の領域を示している。表示値は電極を囲繞する領域の数学的シミュレーションの結果である。ただしρelrefractory＝２．５・ρel,glass；（ρelglass＝２０Ω・ｃｍ)を前もって電気抵抗率の境界条件として定めた。
【０１１３】
大きな電気密度が電極Ｅ１の直近の囲繞材料に導入される。これに応じて最高のエネルギー密度とそのための最高の温度とがこれらの領域に発生する。電気密度は電極から遠い距離では相当に低くなる。ほんの４ｃｍ位過ぎても、これはその元の値の約半分に落ちる。このことは設備の通常の運転中に電力密度とそのための電力密度に関連する変数の極めて高い勾配が電極近辺に生じることを意味する。特に大量のエネルギーはこの場合流れの主たる方向の領域で、すなわち電極Ｅ１の、グラフの右手側の隣接する電極Ｅ２に面した側で放出される。
【０１１４】
図３に示したグラフは、融成物と接触する壁部１０の表面１８から計算して深さ５ｃｍでの電極Ｅ１周りの電力密度曲線の対応するデータを示している。曲線１のデータで示したように、壁１０の内部５ｃｍの深さのところでも電極の直近で最高の電力密度値に達している。
【０１１５】
電極Ｅ１から距離を増したところでの、約５ｃｍ未満の各距離での電力密度のかなりの低下は、ガラス融成物と対比した電極れんが材料の高い抵抗率に加えて、電極の冷却特に電極ホルダーの水冷と、電極れんがの外側の冷気の強制対流手段にも起因する。曲線１に示すように、これらの冷却手段は電極の近辺の電力密度の強い勾配を従来の装置と共に取り除くには不十分である。
【０１１６】
特に亀裂の形成と腐食とにより生じる壁部１０の耐火材の損傷のリスクを減じるため、本発明によれば、壁部への電力導入の空間分布の局部的差異は小さくされる。本発明の第１の実施形態によれば、壁部１０の領域−電極２０に隣接する−に配設される遮蔽装置はこの目的のために用いられる。
【０１１７】
図４は電極れんが１１の従来の構造を示している。電極れんがは通常単一ブロックの形状で設計される。対照的に本発明は図５に示すように、第１の実施形態によれば遮蔽装置１５が電極れんが１１を有し、電極れんが１１は絶縁装置により保持されることを規定している。
【０１１８】
図示した例では、絶縁装置は電極れんが１１のホルダーとしても働く第１の層１２と、電極れんが１１と第１の絶縁層１２との２つの層とでサンドイッチ状の構造を成す第２の層１３とを備えている。
【０１１９】
実際の電極れんが１１の周りに配置される耐火材１２及び１３は断熱物として働き、これにより実際の電極れんが１１の材料の温度勾配を小さくする。層１２及び１３の材料は付加的に支持機能を果たすから、一定の環境下で電極れんが１１に生じがちな亀裂は、好都合にも本発明の構造により全体の系の機能停止に結びつけない。
【０１２０】
耐火材１２には温度変化に耐える優れた能力を持つ材料を使用できる。一般的には、使用されるガラス融成物３０に対して付加的に腐食に耐える材料を選択することができる。さらに、材料１２は電極２０から遠く離れて配置されるから実際の電極れんが１１の材料よりも極めて高い導電率、すなわち低い電気抵抗率を持つことができる。層１２の材料の唯一の制約はガラス融成物の導電率によりつけられる。
【０１２１】
発明者の実際の経験により、確実な動作のために条件ρel,refractory＝１．５・ρel,glassを満たすべきことが分かっている。寸法ｄは、電極れんが１１の材料が第１の絶縁層１２に相接する領域の電界勾配ΔＥ１、２がおよそ４乃至５Ｖ／ｃｍの値を超えないように選択する。電極れんが１１の高さｈは通常２０から３００ｍｍであるように選択する。隙間の幅ｂは寸法ｄの下の値を限定し、寸法ｄは隙間幅ｂの少なくとも２倍である。
【０１２２】
本発明による遮蔽装置１５の第１の実施形態の上述の利点に加えて、図５に示したサンドイッチ状の構造は、この場合電極れんが１１の材料のように低導電率の材料が一般に非常に高価であるから、本発明によりこれらの使用を最小化すれば高い費用を節約できるというさらなる実践的な効果を呈する。
【０１２３】
図６は本発明の第２の実施形態の、融成物３０の領域−電極２０に隣接した−に設置された遮蔽装置２５を線図式に示している。
【０１２４】
この遮蔽装置２５は、電極２０が通過できる開口２６を具えた遮蔽かご２２を具備する。遮蔽かごの２２の開口２６は遮蔽かごの上方の境界２４に配してある。
【０１２５】
図示した例では、遮蔽かご２２は円筒形をなし、境界２４が上方方向に融成物３０に対して遮蔽かご２２を画成する。一方横の境界２３は、電極２０から半径方向に見える遮蔽かご２２を閉じている。この実施形態では、融成物３０は実質的に遮蔽かご２２の内部に閉じ込められる。
【０１２６】
図７は遮蔽かごの別の実施形態を示している。第１のリム２７は遮蔽かごの上方の境界２４を形成する。第２のリム２８は遮蔽かご２２の下方境界を形成する。２つのリム２７、２８は腹部２９により互いに結合されている。この変形では、遮蔽かご２２の内部と遮蔽かご２２の外の領域との事実上妨害のない融成物３０の交換が可能となる。
【０１２７】
−図２及び３のグラフの曲線１で示したように−電極２０の直近で起る電界の高い勾配は電力密度の不均一な分布と、特にこの領域での電力の過剰な導入とにつながる。電力のこの過剰な導入は本発明の遮蔽かごを使用することにより削減できる。このことは上述のグラフの曲線２、３、及び４で示してある。
【０１２８】
曲線２、３、及び４で示した結果のシミュレーションを、図６の図解に相当する外径２５０ｍｍの遮蔽かご２２の設計で実行した。遮蔽かごの開口２６の内側境界から電極までの距離は曲線２、３、及び４になるように変更した。
【０１２９】
遮蔽かご２２の開口２６の内側境界を電極から２８ｍｍの距離のところで配すると（曲線４）、すでに遮蔽かごなしの値の約３分の１だけ、電極直近での電力密度の局部的導入の相当な削減を達成する。遮蔽かごの開口２６の内側縁部と電極との距離をさらに縮めると（曲線３、曲線２）、電極２０の直近への電力密度の導入はさらに少なくなる。
【０１３０】
電極２０それ自身の直近に遮蔽かごを持たない電極に比した最高のエネルギー削減は、遮蔽かご２２が直接電極棒に固定される場合に達成される。このことは図２及び３に呈したグラフの曲線２により示してある。
【０１３１】
電界の勾配とそのための電力密度とは遮蔽かご２２の外側縁部のところで押し上げられる。この領域で放出されるエネルギーは対応するかご２２なしの構成のものよりも大きい。それにも拘わらず、この増大した導入電力といえども、かごなし電極の直近で放出される値のほんの小部分となるにすぎない。したがってかごの外側縁部領域での電力密度のこの幾分かの増分は決して重大ではない。これは壁部１０の耐火材に危険を呈さない。特に、この領域には発生した熱を放散させるに有効な大きな体積がある。したがって、耐火材に送り込まれがちなエネルギーは早々に放散させることができる。
【０１３２】
電極本体をさらに中に移動させる可能性を保持する必要がある場合は、遮蔽かご２２は電極２０と直接接触してはならない。電極本体をさらに中に移動させる可能性は、稼働中に電極棒が外れるリスクや、設備の加熱中の酸化の防止の問題とに柔軟に応じられるという利点をもたらす。この場合、電極棒の表面とかご２２の内側縁部との間に一定の距離を維持しなければならない。
【０１３３】
別の選択肢は、電極の穿孔２６の直近のユニットの壁部すなわち基部１０を、遮蔽かご２２の横の境界２３を形成するスリーブの立っているプレートで例えば耐火金属板で覆うことである。これに対応する構成は図８に示してある。
【０１３４】
図示した例では、遮蔽かご２２は円筒形の形を成し、下方の境界２４としてのプレートが融成物３０に対して遮蔽かご２２を画成する一方、横の境界２３としてのスリーブが遮蔽かご２２を電極２０から見て半径方向に閉塞する。
【０１３５】
この場合、プレート２４の下の壁部１０の耐火材は無視できる電界勾配のため防護される。以上述べたことはプレートの外側領域、すなわちその縁部にも該当する。
【０１３６】
臨界電界勾配がまだあるかもしれない、電極２０とプレート２４との間の特に穿孔直近領域２６は、そこに作用する集中冷却により緩和される。
【０１３７】
図６及び８に示した実施形態が結合すれば、結果は極めて大径の電極領域とも言える堅牢なかご２２となる。他の領域ではなく壁部２０に面した領域に極めて大きな直径を持つ電極２０は外側から融成物に導入することはできない。というのは例えば、耐火壁中にこれが必要とする穿孔が大きくなりすぎるからである。
【０１３８】
特に稼働中に電極２０が外れるリスクのため、もしくは加熱段階での酸化の防止の問題のため、電極本体をさらに中に移動させる可能性を維持する必要のある場合は、遮蔽かご２２を電極本体と直接接触することなく融成物３０に装置することができる。図８に示した構成によれば、電極２０と遮蔽かご２２との間の電流密度はスリーブの高さを変えることにより設定できる。
【０１３９】
遮蔽かご２２と電極２０との中間スペースでの過剰な電流密度の問題は、図示したように可能な電気結線４０としての遮蔽かご２２を適当な方法で壁部１０を介して外側領域５０に接続すれば回避することができる。
【０１４０】
図９は、２つの隣接する電極２０用の遮蔽装置２５の、本発明による構成の関連幾何学的変数を示している。電極２０とかご２２の内側縁部との上述の距離ａはこの図解に示してある。一方、距離ａが短く選択されるほどこの転移領域での電流密度は高くなる。
【０１４１】
電流は加熱回路の電極Ｅ１から次の電極Ｅ２まで抵抗の少ない径路を流れる。したがって、距離ａの選択時にはガラスの品質に対する最大許容電流密度を考慮すべきである。特に気泡の形成、ガラスの溶解、並びに電極及び／または遮蔽かごの材料の生じ得る腐食はガラスの品質に関わる役割を演じる。
【０１４２】
２つの電極２０は互いからの距離ＤＨＫのところにあり、これは加熱回路の長さを示している。電極本体は半径Ｒｅｌを有し、ガラス中の電極本体の長さはＬｅｌである。電極２０は壁部１０の開口に装置され、電極本体と壁部１０の開口の内側境界との隙間の幅はｂｓｐで示してある。ガラス融成物と接触する耐火材の厚さはＤＦＦで示してある。
【０１４３】
遮蔽かご２２は電極を囲繞して設置される。遮蔽かごの外側の半径はＲｋであり、これは同時に加熱方向の最大の長手方向軸線でもある。遮蔽かごの高さはＨＫである。遮蔽かご２２の、上方のカラーとも言う上方のリムの幅はｌｋで示してある。遮蔽かご２２の成分の材料の厚さはｄｋである。図示した実施形態では、要素２９の長手方向の軸は壁部１０の領域−電極２０に隣接する−の、融成物に面した表面１８との角度Ｗを持つ。
【図面の簡単な説明】
【０１４４】
【図１】電極を具えた融解及び／または精製ユニットの壁部の抜粋を線図式に示した図である。
【図２】融成物に面した融解及び／または精製ユニットの壁部表面での、電極周辺の電力密度の分布を示した図である。
【図３】融成物に面した融解及び／または精製ユニットの壁部側の表面から５ｃｍ測定した深さでの、電極周辺の電力密度の分布を示した図である。
【図４】電極れんがの長手方向の断面を線図式に示した図である。
【図５】本発明による遮蔽装置の第１の実施形態の長手方向断面を線図式に示した図である。
【図６】本発明による遮蔽装置の第２の実施形態の、長手方向の断面と平面とを線図式に示した図である。
【図７】本発明の遮蔽装置のさらなる実施形態の、長手方向の断面と平面とを線図式に示した図である。
【図８】本発明の遮蔽装置のまた別の実施形態の、長手方向の断面と平面とを線図式に示した図である。
【図９】本発明の遮蔽装置の幾何学的寸法を線図式に示した図である。
【符号の説明】
【０１４５】
１０    ユニット壁部
１１    電極れんが
１２    第１の絶縁層
１３    第２の絶縁層
１５、２５    遮蔽装置
１８    壁部表面
２０    電極
２２    遮蔽かご
２３、２４    遮蔽かごの境界
２６    遮蔽かごの開口
２７、２８    遮蔽かごのリム
２９    遮蔽かごの腹部
３０    融成物
４０    電気結線
５０    外部領域
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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