(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラスを溶解する方法であって、
（ｉ）一連の制御パラメータに従ってガラス溶解炉を運転するステップ、
（ｉｉ）前記ガラス溶解炉にガラスバッチを供給するステップ、
（ｉｉｉ）前記ガラスバッチを溶融ガラスに溶解するステップであって、該溶解の間に、前記ガラスバッチの一部及び泡沫を含む表層が、前記溶融ガラスの表面に形成されるステップ、
（ｉｖ）前記表層を含む前記ガラス溶解炉の内部の、複数のサーモグラムを取得するステップ、
（ｖ）少なくとも１つの前記サーモグラムを分析することにより、該サーモグラムの第１調査経路に沿った第１温度プロファイル、及び該サーモグラムの第２調査経路に沿った第２温度プロファイルを取得するステップ、
（ｖｉ）前記サーモグラムの前記第１温度プロファイルと前記第２温度プロファイルとを比較することにより、前記表層を分析し、該第１温度プロファイルと該第２温度プロファイルとがどの程度異なっているかを判定するステップ、及び
（ｖｉｉ）前記一連の制御パラメータを調整することにより、前記第１温度プロファイルと前記第２温度プロファイルとの差異を低減するステップ、
を有して成ることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第１調査経路が、前記第２調査経路に平行であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
ガラスを溶解する方法であって、
（ｉ）一連の制御パラメータに従ってガラス溶解炉を運転するステップ、
（ｉｉ）前記ガラス溶解炉にガラスバッチを供給するステップ、
（ｉｉｉ）前記ガラスバッチを溶融ガラスに溶解するステップであって、該溶解の間に、前記ガラスバッチの一部及び泡沫を含む表層が、前記溶融ガラスの表面に形成されるステップ、
（ｉｖ）前記表層を含む前記ガラス溶解炉の内部の、複数のサーモグラムを取得するステップ、
（ｖ）少なくとも１つの前記サーモグラムの前記表層に対応する部分を対称な半部分に分割するステップ、
（ｖｉ）前記サーモグラムの前記半部分を比較することにより、該半部分がどの程度熱的に非対称であるかを判定するステップ、及び
（ｖｉｉ）前記一連の制御パラメータを調整することにより、前記サーモグラムの前記半部分の熱的な非対称性を低減するステップ、
を有して成ることを特徴とする方法。
【請求項４】
ガラスを溶解する方法であって、
（ｉ）一連の制御パラメータに従ってガラス溶解炉を運転するステップ、
（ｉｉ）前記ガラス溶解炉の壁に設けられた第１供給窓及び第２供給窓を通して、前記ガラス溶解炉にガラスバッチを供給するステップ、
（ｉｉｉ）前記ガラスバッチを溶融ガラスに溶解するステップであって、該溶解の間に、前記ガラスバッチの一部及び泡沫を含む表層が、前記溶融ガラスの表面に形成されるステップ、
（ｉｖ）前記表層を含む前記ガラス溶解炉の内部の、複数のサーモグラムを取得するステップ、
（ｖ）前記サーモグラムの少なくとも１つから、前記第１供給窓の第１バッチ充填速度及び前記第２供給窓の第２バッチ充填速度を特定するステップ、
（ｖｉ）前記第１バッチ充填速度を前記第２バッチ充填速度と比較することにより、該第１バッチ充填速度と該第２バッチ充填速度とがどの程度異なっているかを判定するステップ、及び
（ｖｉｉ）前記一連の制御パラメータを調整することにより、前記表層の不均衡流を低減するステップ、
を有して成ることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガラスの製造に関し、より詳細には、ガラス溶解炉の状態監視に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フュージョンダウンドロー法によって板ガラスが製造される。この方法は生来ファイアポリッシュしたような清浄な表面を有する板ガラスを製造することができ、このような板ガラスは表示用途や高品質の表面を必要とするその他の用途におけるガラス基体の製造に有用である。基本的なフュージョンダウンドロー法が特許文献１及び特許文献２に記載されている。大まかに言えば、フュージョンダウンドロー法は溶融ガラスをフュージョンアイソパイプの堰に供給することを含んでいる。溶融ガラスが堰の上部からオーバーフローすることにより２つの流れに分割され、フュージョンアイソパイプの収斂する対向側壁に沿って流下する。分割された溶融ガラス流はフュージョンアイソパイプの底部において１つに融合する。フュージョンアイソパイプの側壁に接触する分割溶融ガラス流の内表面が最終的に板ガラスの内側になり、フュージョンアイソパイプの側壁に接触しない分割溶融ガラス流の外表面が最終的に外側になるため、板ガラスがファイアポリッシュしたような清浄な表面を有することができる。
【０００３】
フュージョンアイソパイプの堰に溶融ガラスを供給することは簡単なことではない。何故なら、フュージョンダウンドロー法によって製造される板ガラスの品質は、供給される溶融ガラスの品質に直接左右されるからである。組成及び温度分布両方の観点からの溶融ガラスの不均一性及び固体又は気体の含有は好ましくない。通常、大規模な商用ガラスの製造における供給システムは、溶解炉、精製炉、及び撹拌炉を備えている。溶解炉がガラスバッチを受け取り溶解することによって溶融ガラスを生成する。一般に、ガスを燃焼させてガラスバッチを溶解する熱を得ている。溶解炉から精製炉に対し溶融ガラスが連続的に送られ、そこで溶融ガラスに含まれている気体が除去される。次に、均一性を向上させるため、溶融ガラスが撹拌炉において撹拌された後、一般に供給管及び下降管から成る構成を通してフュージョンアイソパイプの入口に供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第３,３３８，６９６号明細書（公開日：１９６７年８月２９日、Ｄｏｃｈｅｒｔｙ氏）
【特許文献２】米国特許第３,６８２，６０９号明細書（公開日：１９７２年８月８日、Ｄｏｃｈｅｒｔｙ氏）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
溶融ガラスを生成するのは溶解炉であるため、供給システムにおける３つの炉のうち溶解炉が最も重要であると考えられる。ガラスバッチを溶解している間、溶解炉の状態を監視することが重要である。監視結果を用いて効率的に運転し、高品質の溶融ガラスを生成するよう溶解炉の動作を調整することができる。監視可能な状態の例として、温度変化、溶融ガラスのフローパターン、溶融ガラスとガラスバッチとの界面、泡沫生成、泡沫とガラスバッチとの界面、及び難溶解性ガス放出があげられる。電荷結合素子（ＣＣＤ）や相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）センサーを用いたビデオ技術により、溶解炉内の画像が捕捉されてきたが、これ等のビデオ技術はガスや泡沫が存在している溶解炉内の鮮明な画像を得ることはできない。これ等のビデオ技術が用いる可視波長（４００〜６５０ｎｍ）はガスを透過できないため、ガス炎の背後を見ることはできない。また、ビデオセンサーは温度に反応しないため溶解炉の温度マッピングに役立たない。代わりに、溶解炉底部の熱電対及び頂上部のバーナーの熱出力に基づいて、溶解炉内の温度分布の評価が行われている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の１つの態様によるガラス溶解方法は、一連の制御パラメータに従ってガラス溶解炉を運転するステップを含んでいる。この方法において、ガラス溶解炉にガラスバッチが供給され溶融ガラスに溶解される。ガラスバッチが溶解される間に、ガラスバッチ及び泡沫を含む表層が溶融ガラスの表面に形成される。ガラス溶解炉内部の複数のサーモグラムが得られる。これ等のサーモグラムを分析することにより、表層に熱力学的不安定性が存在するか否かが判定される。次に、一連の制御パラメータを調整することにより、存在すると判定された表層の熱力学的不安定性が低減される。
【０００７】
１つの実施の形態において、バッチ溶解期間の少なくとも一部においてサーモグラムが取得される。
【０００８】
１つの実施の形態において、サーモグラムの分析が、少なくとも１つのサーモグラムを分析することにより、第１調査経路に沿った第１温度プロファイル及び第２調査経路に沿った第２温度プロファイルを得ることを含んでいる。第１温度プロファイルと第２温度プロファイルとを比較することによって、両者がどの程度異なっているかが判定される。
【０００９】
１つの実施の形態において、サーモグラムの分析が、少なくとも１つのサーモグラムの表層に対応する部分を対称な半部分に分割することを含んでいる。２つの半部分を比較することにより、それ等がどの程度熱的に非対称であるかが判定される。
【００１０】
１つの実施の形態において、ガラスバッチが、ガラス溶解炉の壁に設けられた第１供給窓及び第２供給窓を通して、ガラス溶解炉に供給される。
【００１１】
１つの実施の形態において、少なくとも１つのサーモグラムから、第１供給窓の第１バッチ充填速度及び第２供給窓の第２バッチ充填速度が算出される。第１バッチ充填速度と第２バッチ充填速度とを比較することにより、両者がどの程度異なっているかが判定される。
【００１２】
本発明の別の態様によるガラス溶解システムは壁に覗き窓を有する炉を備えている。また、このガラス溶解システムは、支持体と支持体に接続された赤外線カメラを備えている。赤外線カメラは赤外線センサー及び赤外線センサーに光学的に接続されたレンズを有している。アクチュエータが支持体に接続され、レンズを覗き窓に選択的に挿入又は覗き窓から後退するよう支持体を移動させることができる。
【００１３】
１つの実施の形態において、ガラス溶解システムは、覗き窓へのアクセスを規制するための窓に取り付けられたシャッターを備えている。
【００１４】
１つの実施の形態において、ガラス溶解システムは、赤外線センサーによって記録されたサーモグラムを記憶するための記憶手段及び赤外線センサーによって記録されたサーモグラムを処理するための処理手段を備えている。
【００１５】
１つの実施の形態において、処理手段は赤外線センサーによって記録されたサーモグラムを分析し、炉内のガラスバッチ及び泡沫を含む表層に熱力学的不安定性が存在するか否かを判定する。
【００１６】
１つの実施の形態において、ガラス溶解システムは、サーモグラムの分析結果に応じて炉を運転するための命令を生成するコントローラを備えている。
【００１７】
１つの実施の形態において、ガラス溶解システムは、炉内の複数の点における温度及び流速を監視するための複数のセンサーを備えている。
【００１８】
１つの実施の形態において、コントローラは温度及び流速を監視するためにセンサーからの入力を受信する。
【００１９】
本発明の更に別の態様によるガラス溶解炉撮像装置は、支持体と、支持体に接続された赤外線センサーと、支持体に接続され、赤外線センサーに光学的に接続されたレンズと、支持体に接続され、支持体を移動するためのアクチュエータとを備えている。
【００２０】
１つの実施の形態において、ガラス溶解炉撮像装置は内部に赤外線センサーを備え、温度制御されたセンサージャケットを有している。
【００２１】
１つの実施の形態において、ガラス溶解炉撮像装置は内部にレンズを備え、温度制御されたシュラウドを有している。
【００２２】
１つの実施の形態において、温度制御されたシュラウドがレンズを通して又はレンズの周囲に冷却流体を循環させるための２つの独立した流路を有している。
【００２３】
１つの実施の形態において、レンズはサファイアレンズである。
【００２４】
１つの実施の形態において、レンズは円柱レンズである。
【００２５】
１つの実施の形態において、ガラス溶解炉撮像装置は赤外線センサーとレンズとの間の光路にバンドパスフィルターを備えている。
【００２６】
１つの実施の形態において、バンドパスフィルターの中心波長が略０．８５μｍである。
【００２７】
前記概要及び以下の詳細な説明は本発明の例示であって、特許請求した本発明の本質及び特徴を理解するための要旨又は骨格を提供するためのものである。添付図面は本発明の理解を更に深めるためのものであり、本明細書に組み込まれその一部を構成するものである。図面は各種実施の形態を示すものであって、明細書の記述と併せて本発明の原理及び作用を説明するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
以下は添付図面の図の説明である。図は必ずしも正確な縮尺ではなく、特定の図の表示は明瞭さ及び簡潔さを重んじ、縮尺上又は図解上誇張したものとなっている。
【図１】ガラス溶融炉の内部を監視する装置の概略図。
【図２】レンズシュラウドの断面図。
【図３】図２に示すレンズシュラウドの３−３線断面図。
【図４】ガラス溶融炉の内部を監視するシステムの概略図。
【図５】図４に示すシステムの制御部のブロック図。
【図６Ａ】ガラス溶融炉の断面図。
【図６Ｂ】図６Ａに示すガラス溶融炉の６Ｂ−６Ｂ線断面図。
【図７Ａ】不均衡な表層流を示すガラス溶解表面内部の温度マップ。
【図７Ｂ】均衡した表層流を示すガラス溶解表面内部の温度マップ。
【図８Ａ】ガラス溶解表面内部の温度マップ。
【図８Ｂ】図８Ａに示す温度マップの各調査経路に沿った温度プロファイルを示す図。
【図９】ガラス溶解炉内の溶融ガラスの仮想対流運動を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明の更なる特徴及び効果が以下の詳細な説明に述べてあり、当業者にとってそれ等の特徴及び効果はその説明から容易に理解できると共に、記述されている本発明を実施することにより認識することができる。
【００３０】
図１に示すように、本発明の１つの実施の形態において、センサージャケット１０４内に設けられた二次元（２Ｄ）の赤外線（ＩＲ）センサー１０２を備えた、ガラス溶解炉の内部のような、炉内を監視する装置１００が提供される。１つの実施の形態において、センサージャケット１０４は温度制御されたジャケットである。センサージャケット１０４を通して水や空気のような流体を循環させることによって温度制御することができる。また、装置１００はレンズシュラウド１０８内に収容されたレンズ１０６を備えている。レンズ１０６は任意の適切な集束レンズであってよい。１つの実施の形態において、レンズ１０６はサファイアから成っている。別の実施の形態において、高温に耐え得るレンズ材料を用いることができる。１つの実施の形態において、レンズシュラウド１０８は温度制御されたシュラウドである。レンズシュラウド１０８を通して水や空気のような流体を循環させることによって温度制御することができる。
【００３１】
２ＤのＩＲセンサー１０２とレンズ１０６とによってＩＲカメラが構成される。ＩＲカメラは電磁スペクトルのＩＲ領域の放射線を検出するものである。ＩＲカメラによって記録されたものをサーモグラムと呼ぶ。サーモグラムは温度に敏感に反応するため、炉内の温度マップを作成することができる。ＩＲカメラは炉内に気体媒質が存在していてもサーモグラムを記録することができる。１つの実施の形態において、ＩＲセンサーとレンズとの間の光路にバンドパスフィルター１１０を備えている。バンドパスフィルター１１０の中心波長は炉内の気体媒質のスペクトルに基づいており、検出された放射線が気体媒質によって半不明瞭にならないような波長が選択される。１つの実施の形態において、バンドパスフィルター１１０の中心波長は０．８５μｍである。この波長は光が気体を透過できる天然ガスの２つのスペクトル・ウィンドウの１つである。
【００３２】
センサージャケット１０４は、フレーム１１４に取り付けられた基部１１２の上部に設けられている。レンズシュラウド１０８もフレーム１１４に取り付けられている。フレーム１１４は、リニアアクチュエータ１１８の可動部分である基部１１６に取り付けられている。従って、リニアアクチュエータ１１８を操作することによって、フレーム１１４及びそれに取り付けられているすべての構成部品が移動する。各種のリニアアクチュエータを使用することができる。１つの実施の形態において、空気圧式アクチュエータがリニアアクチュエータとして使用される。
【００３３】
図２において、レンズシュラウド１０８は内管１２０及び外管１２２を有している。内管１２０及び外管１２２は高温に耐え得ると共に酸化し難い材料から成っている。ステンレス鋼が適切な例である。白金のような貴金属も適しているが高価である。管１２０及び１２２の全体を貴金属で形成する代わりに、それ等の先端のみを貴金属で形成することができる。内管１２０は外管１２２から離間して同心円を成している。図３において、内管１２０と外管１２２との間に設けられたバッフル１２４によって、その間に半環状の上部室１２６及び半環状の下部室１２８が画成されている。バッフル１２４の長さは管１２０、１２２より短いため、半環状室１２６、１２８はレンズシュラウド１０８の前端部において合流している（図２）。図２において、レンズシュラウド１０８の前端部が参照番号１２９で示されている。内管１２０と外管１２２との間の空間はレンズシュラウド１０８の前端部で閉塞されているため、半環室１２６、１２８に収容された流体はその中に閉じ込められる。
【００３４】
図２において、外管１２２は下部室１２８に接続された供給ポート１３０及び上部室１２６に接続された戻りポート１３２を有している。使用に当たり、冷水源のような冷却流体源が供給ポート１３０に接続される。冷却流体は供給ポート１３０から下部室１２８、レンズシュラウド１０８の先端、及び上部室１２６に流れる。上部室１２６内の流体は戻りポート１３２を通して排出される。レンズシュラウド１０８は、内管１２０内のレンズ１０６を支持するレンズホルダー１３４を有している。１つの実施の形態において、レンズ１０６は孔１３６を有する中空円筒レンズである。レンズホルダー１３４は、レンズ孔１３６に位置合わせされた孔１３８及び孔１３８に接続された入口ポート１４０と出口ポート１４２とを有している。ポート１４０、１４２から孔１３６、１３８に冷却空気が供給され、内部を流れることによってレンズ１０６が冷却される。
【００３５】
図４は炉壁１５６に覗き窓１５４を備えた炉内監視システム１５０を示す図である。システム１５０は炉内を監視する装置１００を備えている。装置１００は覗き窓１５４の近傍において、例えば、台１６０上に支持される。この位置において、炉内を撮像するため、リニアアクチュエータ１１８を駆動してレンズシュラウド１０８を覗き窓１５４に挿入することができる。台１６０はレンズ１０６が炉内部に対し所望の視角となるよう装置１００を傾斜させる手段を有することができる。システム１５０は覗き窓１５４の入口に設けられたシャッターボックス１６２を備えている。シャッターボックス１６２は覗き窓１５４に対しレンズシュラウド１０８を挿抜できる通路１６４を有している。開閉式シャッター１６６が通路１６６の端部に設けられ、通路１６４を開放及び閉塞することができる。シャッターボックス１６２は、冷却空気を通路１６４に供給できるポート１６８を有している。通路１６４に供給された空気は、レンズシュラウド１０８の周囲を先端まで流れる。
【００３６】
図５はシステム１５０の制御部を示す図である。システム１５０は、例えば、レンズ１０６（図２）に接続された熱電対のような、レンズ１０６の温度を測定するためのレンズセンサー１７０を備えている。システム１５０は、例えば、レンズホルダー１３４（図２）のポート１４０、１４２（図２）及び外管１２２（図２）のポート１３０、１３２（図２）に接続された流量センサーのような、これ等のポートの流量を測定するためのレンズシュラウドセンサー１７２を備えている。また、システム１５０は、例えば、シャッターボックス１６２（図４）のポート１６８（図４）に接続された流量センサーのような、このポートの流量を測定するためのシャッターボックスセンサー１７４を備えている。システム１５０は、例えば、熱電対及び流量センサーのようなセンサージャケット１０４（図１）の内部の温度及び流動状態を監視するセンサージャケットセンサー１７６を備えることができる。
【００３７】
システム１５０は入力インタフェース１８２を介して各種センサーからの入力を受信するコントローラ１８０を備えている。コントローラ１８０は入力を処理して装置１００を操作するための制御信号を生成するプロセッサー１８４及びデータやプログラムを記憶する記憶装置１８６を有している。制御信号は、出力インタフェース１８８を介し、装置１００（図４）の適切な部分に伝達される。１つの実施の形態において、レンズ１０６の冷却が不十分のとき、コントローラ１８０に基づいて警報が発せられる。その後、コントローラ１８０は、リニアアクチュエータ１１８（図４）に対し、覗き窓１５４（図４）からレンズシュラウド１０８（図４）を自動的に後退させるための制御信号を生成する。コントローラ１８０は装置１００の別の監視状態に基づいて別の警報起動し、起動した警報に基づいて適切な処置を講じることができる。コントローラ１８０はサーモグラムを記憶及び処理するデータ取得ユニット１９０を有している。データ取得ユニット１９０はＩＲセンサー１０２に接続されサーモグラムを受信する。コントローラ１８０は、サーモグラム及び装置１００の操作に関連するその他の情報を表示するための表示装置１９２を有することができる。
【００３８】
図６Ａ、６Ｂにおいて、ガラス溶解炉２００は対向端壁２０２、２０４及び対向側壁２０６、２０８を有している。炉２００の長さは側壁２０６、２０８の何れかに沿った長さである。また、炉２００は屋根２１０及び床２１２も有している。炉端壁２０２は炉２００内にバッチ２１８を連続的に供給するための２つの供給窓２１４、２１６を有している。バッチ２１８は溶融ガラスを形成するための適切な任意の原材料であってよい。表示用途として、バッチはホウケイ酸ガラスを形成する成分を含んでいてよい。ホウケイ酸ガラスはＢ２Ｏ３及びＳｉＯ３に加え、一般には、Ｎａ２Ｏ又はＫ２Ｏ及びＡｌ２Ｏ３、並びに溶融ガラスの形成を促進するその他の成分を含んでいる。バッチ２１８を溶解して溶融ガラス２２０を形成するバーナー２１９が屋根２１０を通して挿入される。溶解が徐々に進み、一定量の溶融ガラス２２０が炉２００の底部及びバッチの表層２２２に溜まり、泡沫が溶融ガラスの表面に浮揚する。例えば、炉の床を通して複数の並行電極２２４が溶融ガラス２２０のプールに浸漬される。溶融ガラス２２０を通して電極２２４間に電流が流れることにより溶融ガラスが加熱される。炉２００内にバッチが追加されることや徐々にバッチが溶解されて溶融ガラスが形成されることに起因する表層２２２と溶融ガラス２２０との温度差により溶融ガラス２２０に対流パターンが誘発される。
【００３９】
熱によって誘起される“ホットスポット”又は“スプリングゾーン”は、一般にスループットの高いガラス溶解炉において溶解性能を向上させる手段として確立される。このようなスプリングゾーンは、バッチパターンの安定性、溶解炉内の所定の位置におけるバッチ保持、及び溶融ガラスの均一性を向上する上において有益な手段であることがガラス製造分野においてよく知られている。溶解炉を効率的に運転する上において、このようなスプリングゾーンの正確かつ一貫した制御が必須である。オペレータが望む対流パターンを生成するために、このようなスプリングゾーンは炉の形状に対し縦方向、横方向、又は両方向に確立される。伝統的に、これ等は炉の頂上部又は底部の熱電対を監視する手段及び／又は炉の覗き窓を通して手動で対象とする壁の温度を光学高温計で測定することによって監視される。このようなスプリングゾーンを誘起する温度プロファイルを維持するために、これ等の測定結果に基づいて入力エネルギーが調整される。一般に、このようなスプリングゾーンは、溶解炉の充填端部から２／３の長さの位置に確立されるが、特定の溶解システムの設計又は必要性に基づいて調整することができる。
【００４０】
１つの実施の形態において、１つ以上の熱誘起ホットゾーン又はスプリングゾーンが炉２００内に確立される。１つの実施の形態において、充填端壁２０２から炉２００の長さの略１／２〜１／３の位置にホットスポット又はスプリングゾーンを確立することができる。スプリングゾーンは炉内の特定の位置において、溶融ガラス２２０を逆流させることができる。この逆流により溶融ガラス２２０が混合され均一性が促進される。炉２００内の様々な位置に温度センサーを配置することにより、それ等の位置の温度を監視することができる。例えば、炉の屋根２１０及び床２１２にそれぞれ温度センサー２２５、２２７を配置することができる。温度センサー２２５、２２７の出力が炉内の温度制御に役立つ。
【００４１】
表示用途のような高品質の板ガラスを製造するためには、高品質の溶融ガラスが必要である。高品質の溶融ガラスは高均質なガラス組成を有していることが必要である、即ち、珪石を含有していてはならない。高品質の溶融ガラスは気体や、例えば、ジルコン粒子のような板ガラスに縞や筋を生じさせ、板ガラスの形成過程に潜在的に影響を及ぼす固体を含有していてはならない。このような縞や筋によって局部的に光学特性が変わるため、そのような板ガラスは表示用途として使用できない。そのような高品質の溶融ガラスを生成するためには、溶解パラメータを慎重に制御する必要がある。制御すべき溶解パラメータの体表的な例に、ガラスの抵抗率を関数とする各電極対の電圧、（ガラスの均一性を最高に高める最適対流プロファイルを確保するための）炉の長さに沿った温度プロファイル、及び（表層に沿った特定の温度勾配を確保するための）各バーナー対の熱流束がある。この多変量空間は炉内の熱力学に複雑な影響を及ぼす。今日まで、前記のような溶解パラメータは確率論的、即ち、局部的ではなく、体積のランダムな統計的分布に基づいて選択され実施されてきた。表層の完全な２Ｄ温度分布及びバッチ堆積の３次元（３Ｄ）力学の観点からの熱力学が、定量的監視及び局部にわたる溶解過程の正確な制御に対し現在欠けているフィードバックの１つである。
【００４２】
１つの実施の形態において、システム１５０（図４及び５）を用いて前記欠けているフィードバックが提供される。システム１５０を用いてガラス溶解炉内部が撮像される。撮像された画像はガラス溶解炉内のバッチ堆積の力学的傾向の分析に使用される２Ｄのサーモグラムとして記録される。前記のように、装置１００（図１及び２）は、サーモグラムを記録するためのＩＲセンサー１０２（図１）を備えている。前記ガラス溶解炉に対しシステムを使用するため、炉壁に（図４の覗き窓１５４と同様の）覗き窓が形成され、前記のように装置１００のレンズ端部が覗き窓に挿入されサーモグラムが記録される。覗き窓が形成される炉壁は、供給窓が形成された端壁２０２（図６Ａ）に対向する、即ち、供給端壁２０２を含む炉の部分が撮像できる端壁２０４（図６Ａ）であってよい。システム１５０は、炉屋根２１０（図６Ａ）のバーナー２１９（図６Ａ）の炎、炉２００（図６Ａ）内の気体、及び溶融ガラス２２０（図６Ａ）を覆う表層内の泡沫を通して、正確に記録することができる。システム１５０は、前記のように分析される記録したサーモグラムをリアルタイムで配信することができる。サーモグラムを用いて、特に表層の熱力学的安定性を評価することができる。更に、分析結果を用いて、溶解ガラス生成中において表層の熱力学が安定するよう溶解パラメータを最適化することができる。表層の熱力学を安定させることによって、高品質の溶融ガラスを効率的に生成することができる、即ち、必要な変更を加えるだけで溶解処理を安定させることができる。
【００４３】
本発明の１つの実施の形態において、一連の制御パラメータを用いて、例を図６Ａ及び６Ｂに示す、ガラス溶解炉の運転を含む、溶融ガラスを生成する方法が提供される。制御パラメータは、各バーナーの熱流束量を決定する入力、各電極対の熱流束量を決定する入力、及び炉に対する窓を通したバッチ供給速度のような、システムに入力される物理的入力である。これ等の制御パラメータを調整することによって、既に例を挙げた溶解パラメータが影響を受ける。この方法はガラス溶解炉にガラスバッチを供給し、バッチを融解ガラスに溶解するステップを有している。溶解処理中にバッチ及び泡沫を含む表層が融解ガラスの表面に形成される。
【００４４】
この方法はシステム１５０（図４及び５）を用いて表層のサーモグラムを取得するステップを有している。サーモグラムは数時間、数日、又は数カ月にわたり炉内に対し異なる視角から収集される。また、この方法はサーモグラムを精査又は分析して表層の熱力学が安定しているか否かを判定するステップを有している。一般に、表層のフローパターン及び／又は温度分布が炉の中心線を中心に対称である場合、熱力学は安定していると見なされ、そうでない場合には不安定であると見なされる。一般に、この中心線は炉の長さに沿った線、即ち、バッチが供給される炉の供給端部から溶融ガラスが流出する排出端部に延びる線である。その他の基準を用いて表層の熱力学が安定しているか否かを判定することができる。表層の熱力学が不安定であると判定された場合、１つ以上の制御パラメータを調整することにより、その不安定性を低減又は除去することができる。調整は多数のサブステップにわたって行われる。サーモグラムの精査及び制御パラメータの調整は、溶融ガラスの生成処理全体を通して行われるか、一連の制御パラメータの最適値が見つかるまで行われる。
【００４５】
サーモグラムは炉内のバッチ及び泡沫を含む表層の全フィールドにわたる温度分布を示すことができる。図７Ａ及び７Ｂは、システム１５０（図４及び５）を用いて炉から得た一連のサーモグラムのうちの２つから作成された温度マップを示す図である。図７Ａの表層流は不均衡である。即ち、炉の右側Ｒの方が左側Ｌより表層流の温度が高い。左右は供給窓を有する端壁から見たものである。これに対し、図７Ｂの表層流は比較的均衡が取れている。図７Ａに示すような不均衡な表層流が一連のサーモグラムに持続する場合には、補正を必要とする表層熱力学の不安定性を示している。
【００４６】
図８Ａはシステム１５０（図４及び５）を用いて炉内部から取得されたサーモグラムによる温度マップを示す図である。線１、２、３、及び４は調査経路を示している。調査経路１、２、及び４に沿った温度プロファイルを図８Ｂに示す。図８Ｂにおいて、Ｆは泡沫を表わし、Ｂはバッチを表わしている。平行な調査経路１及び２に沿った温度プロファイルが非常に似ていることが理想である。しかし、図８Ｂはそうなっていない。このような温度プロファイルの相違は表層の熱力学が不安定であることを示している。左バッチ２５１が“蛇行”していることが、表層の熱力学的不安定性を更に示している。このような蛇行によって、図９に仮定的に示す状況を招くことがある。図９において、溶融バッチ２５２下部の溶融ガラス２５０が望ましいホットスポット２５４を炉２５９の望ましい位置からより温度の高い側に移動させる別の対流状態に置かれることにより、炉の左側Ｌ及び右側Ｒに溶融ガラス体において非対称である対流経路２５６、２５８がそれぞれ形成される。このような非対称な対流パターンはガラスの属性に影響を及ぼす可能性がある。従って、１つの実施の形態において、表層の熱力学的不安定性の有無を判定するサーモグラムの精査が表層温度分布及び表層流の異常を探索することを含んでいる。
【００４７】
サーモグラムを精査して表層の熱力学的不安定性に関する情報を得るためには幾つかの方法がある。１つの実施の形態において、サーモグラムがビデオプレイヤー又はビデオプレイヤーを備えたコンピュータにロードされる。次に、オペレータが、例えば、１／１２０〜３０Ｈｚの選択周波数範囲において捕捉した一連のサーモグラムを選択速度で再生する。サーモグラムを再生しながら、オペレータはサーモグラムを精査して表層の熱力学的傾向を調査する。別の実施の形態において、自動ツールがサーモグラムを入力として取得し、サーモグラムを分析して表層の熱力学的傾向を調査し、表層の熱力学の評価に有益な各種出力を生成する。この自動ツールは、サーモグラムを分析するタスク及び表層の熱力学的不安定性の評価に有益な出力を生成するタスクを実行するよう設計された、コンピュータで実行可能なプログラムを実行する任意の汎用コンピュータであってよい。
【００４８】
１つの実施の形態において、このプログラムは、プロセッサー（例えば図５の１８４）で実行されると、例えば、記憶装置又はデータ取得ユニット（例えば、図５の１８６、１９２）からサーモグラムを取得し、例えば、溶解炉の左側の泡沫層及び右側上方のような選択された調査線に沿った温度プロファイルを生成する。これ等のプロファイルによって溶解炉の左側及び右側に沿ったガラス近傍の瞬時温度プロファイルが得られる。プログラムは幾つかのサーモグラムの温度プロファイルを生成することができるため、オペレータは時間と共にどのように温度プロファイルが変化するかを観察することができる。また、プログラムは、各々のサーモグラムから得られた温度プロファイルを比較して大幅に異なっている場合には、表層の熱力学的不安定性を示すフラグを生成することができる。顕著な不安定性が検出された場合、プログラムはフラグの生成の他に、警報を発することができる。
【００４９】
別の例において、プログラムによってサーモグラムが選択され、表層に対応するサーモグラムの一部が炉の長さに沿って対称な半部分に分割される。次に、その半部分の温度が比較される。例えば、各々の半部分の平均温度が算出され比較される。平均温度に顕著な相違が見られる場合、表層熱力学の不安定性を示すフラグが生成される。この処理を繰り返すことができるため、オペレータは時間と共にどのように表層半部分間の対称性又は非対称性が変化するかを観察することができる。
【００５０】
別の例において、サーモグラムから、各々の供給窓におけるバッチ対空気の割合がプログラムによって算出される。この割合から各々の供給窓の瞬間充填速度が判定できる。左側の供給窓の充填速度を右側の供給窓の充填速度と比較することにより、供給非対称の有無を判定することができる。このような供給非対称は炉内の表層に不均衡流を生じさせる可能性があるため、供給非対称が検出された場合、プログラムはオペレータに対し供給非対称の補正を促すフラグを生成することができる。プログラムは供給窓の充填速度に関する制御パラメータを交互に調整することができる。この調整は２つの供給窓間の供給対称が得られるまで行われる。
【００５１】
プログラムは、溶解パラメータ（例えば、ガラス底部の熱電対出力、各電極対の対地電圧、各バーナー対の熱流束、溶解炉の空気圧等）と共にサーモグラムの分析結果を表示させることができるため、溶解パラメータに関する制御パラメータの調整効果を容易に評価することができる。また、プログラムは、サーモグラムの分析結果に基づいて、どの制御パラメータを調整すべきかを示すことができる。更に、プログラムは表層の熱力学を更に安定させるために直接制御パラメータを調整することができる。また、前記のように、警報を発することもできる。
【００５２】
前記作用を成すようアルゴリズム化されたソフトウェアによって、前記システム／技術を完全自動化／自律化することができる。適切なハードウェアを備えた１つ以上の適切な汎用コンピュータをプログラミングすることによって、これ等の態様を実行することができる。プログラミングは、プロセッサーが読取り可能な１つ以上のプログラム記憶装置を介し、前記作用を成すためのコンピュータで実行可能な１つ以上のプログラム命令をコード化することによって達成できる。プログラム記憶装置は、例えば、１つ以上のフロッピー（登録商標）ディスク、ＣＤ  ＲＯＭ、光ディスク、磁気テープ、読取り専用メモリチップ（ＲＯＭ）、及び当技術分野で周知のその他の形態又は今後開発される形態を成すことができる。プログラム命令はオブジェクトコード、即ち、事実上コンピュータによって直接実行可能な２進形式、実行前にコンパイル又は解釈を必要とするソースコード、あるいは部分的にコンパイルされたコードのような特定の中間形態を成すものであってよい。プログラム記憶装置及び命令コード化の具体的形式は本発明においては重要ではない。
【００５３】
限定された数の実施の形態に基づいて本発明を説明してきたが、本開示によって恩恵を受ける当業者にとって、本発明の範囲を逸脱せずに別の実施の形態が可能であることが理解できる。従って、本発明の範囲は添付クレームによってのみ限定されるものである。
【符号の説明】
【００５４】
１００  炉内監視装置
１０２  ＩＲセンサー
１０４  センサージャケット
１０６  レンズ
１０８  レンズシュラウド
１１０  バンドパスフィルター
１１２  基部
１１４  フレーム
１１６  基部
１１８  リニアアクチュエータ
１２０  内管
１２２  外管
１２４  バッフル
１２６  上部室
１２８  下部室
１５０  炉内監視システム
１５４  覗き窓
１５６  炉壁
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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