(57)【要約】実質的に泡を含有しない物品を効率よく製造するために、約０．５センチメートル〜約３センチメートルの直径を有するヘリウムの泡（６）を、指定された流量及び場所で供給することによって、ガラス融液から、ブリスタ（ガラス融液中の大きな泡）及びシード（ガラス融液中の小さな泡）を除去するための方法。
2006523605.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）ガラスを形成する原料を窯の中に投入し、前記原料を、ガラス融液を形成するように十分加熱するステップと、
（ｂ）約０．５センチメートルと約４センチメートルとの間の直径を有するヘリウムの泡を、ガラス融液中に供給するステップと、
（ｃ）ヘリウムの泡からのヘリウムガスが、ガラス融液中へ拡散し、また、ガラス融液中の他の気体の泡へ拡散して、泡を浮力によりガラス融液表面へ上昇させ、次いでガラス融液表面から外へ出て行かせる大きさを有するより大きな泡を造りだすのに十分な時間、ヘリウムの泡をガラス融液中に維持し、ガラス融液中の溶存気体をストリッピングし、より小さな可溶性気体の泡を、冷却の間にガラス融液に吸収させるステップと、
（ｄ）ガラス物品を製造するためにガラス融液を冷却するステップと、
を含むガラス融液を清澄するための方法。
【請求項２】
ヘリウムの泡が、ガラス融液の温度が最高水準に到達する領域で窯内に供給される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ヘリウムの泡が、ガラス融液の温度が最高水準に到達する前の領域で窯内に供給される請求項１に記載の方法。
【請求項４】
ヘリウムの泡の直径が約２センチメートル未満である請求項１に記載の方法。
【請求項５】
ヘリウムの泡が、ガラス引出量１日当たり１トンにつき分当たり泡約２０個〜約２５０個の割合でガラス融液中に供給される請求項１に記載の方法。
【請求項６】
ヘリウムの泡が、ヘリウムの飽和水準の約５０％〜約９０％で、ガラス融液中に溶解される請求項１に記載の方法。
【請求項７】
ヘリウムの泡が、約１ｃｍ〜約８ｃｍ隔てられた間隔で設置された少なくとも２本の管からガラス融液中に供給される請求項１に記載の方法。
【請求項８】
ヘリウムの泡が、ヘリウムガスの泡の直径の約２〜約３倍の距離によって隔てた少なくとも２本のノズルからガラス融液中に供給される請求項２に記載の方法。
【請求項９】
ヘリウムの泡がガラス融液中に供給され、活発な清澄反応の間のどの時間においても、窯の底部でその十分な幅において前記ノズル中に実質的に均一に分配されている請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
ヘリウムの泡が、ガラス引出量１日当たり１トンにつき分当たり泡約５０〜約１５０個の割合でガラス融液に供給される請求項３に記載の方法。
【請求項１１】
ヘリウムの泡が、約１ｃｍ〜約８ｃｍの距離を隔てた少なくとも２本のノズルからガラス融液中に供給される請求項３に記載の方法。
【請求項１２】
ガラス融液中の溶存気体をストリッピングし、ガラス融液のレドックス状態を制御するために、異なった種類の気体の泡が窯内に供給される請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
泡が、異なった気体及びヘリウムガスを含有している請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記異なった気体が、酸素、水蒸気、及びそれらの混合物からなる群から選択される請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記異なった気体が、酸素、水蒸気、及びそれらの混合物からなる群から選択される請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
ステップ（ａ）におけるガラス融液の温度が、約１１００℃と約１６００℃との間である請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
ステップ（ｄ）において、ガラス物品内に約５個未満のシードが存在する請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
ヘリウムの泡が、ガラス引出量１日当たり１トンにつき分当たり泡約５０〜約１５０個の割合でガラス融液に供給される請求項２に記載の方法。
【請求項１９】
泡が、ガラス引出量１日当たり１トンにつき分当たり泡約５０〜約１５０個でガラス融液に供給される請求項１２に記載の方法。
【請求項２０】
ヘリウムの泡が、ヘリウムの飽和水準の約５０％〜約９０％でガラス融液中に溶解される請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳＯ２、Ｏ２、Ｈ２Ｏ、ＣＯ２及びＮ２などのさまざまな気体からなる気体の泡をガラス融液から除去するための方法に関し、この方法では、約０．５センチメートル〜約４センチメートルの直径を有するヘリウムガスの泡を指定された流量及び場所でガラス融液を通して供給することによって、実質的に泡を含有しないガラス物品を効率よく製造する。
【背景技術】
【０００２】
ガラスは、溶融すべき原料をガラス窯内に投入することにより製造される。図１には、典型的な容器ガラス窯のプロフィールが示されている。固体のバッチ（ガラス形成原料）は、窯の「溶解槽」の投入口に入り、バッチが窯のホットスポット又はスプリングゾーンゾーンに向かって進むにつれて、液体（ガラス融液）となる。バッチを構成する原料は、製造されているガラスの種類に応じて組成及び物理的性質が変化することになる。通常、バッチ原料には、珪砂、ソーダ灰、石灰石並びにガラス形成及び修飾酸化物（例えば、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ及びＰｂＯ）を含有する他の鉱物、カレット（すなわち、再利用ガラス）、酸化剤（硝酸塩及び硫酸塩）、及び清澄剤（例えば、ＮａＳＯ４、炭素、Ａｓ２Ｏ５及びＳｂ２Ｏ５）が含まれる。高価値のガラスについては、液体ガラスがホットスポットを通って窯の出口に向かうにつれて本質的に泡を含まず、均質にならなければならない。ホットスポットの温度は、確実に所望の化学反応が生じ、清澄作用を有する気体（例えば、Ｏ２及びＳＯ２）を発生し、小さな泡を成長させ、その泡をガラス槽の表面に浮き上がらせるように、ガラス組成に応じて調節される。溶融されたガラスは、ホットスポットを離れ、溶解槽と清澄槽とを分離している、窯の断面積が小さくなっているスロートに向かう。清澄槽においては、ガラスはゆっくりと冷却され、残留している小さな泡（直径が２００ミクロン又はそれ未満）の中の気体は、ガラスがゆっくりと冷却される間に、融液中に吸着される。
【０００３】
空気と燃料による燃焼の代わりに、酸素燃料（天然ガス又は燃料油を燃焼するための空気が、酸素により代替されている）を使用した窯では、環境に害を及ぼす排出物は減少するが、窯の雰囲気中の水が増大することによるプロセス上の問題を抱えることになりうる。従来技術により、窯雰囲気の水の濃度が増大することによる酸素燃料窯の長所と短所が考察される。窯雰囲気の水が増大すると融液中の水の濃度を上昇させる。追加分の水により、融液を清澄するのに必要な硫酸塩の量を削減することができる。しかし、水の濃度がより高くなると、下流で、発泡、色の変化及び加工の問題が生じうる。
【０００４】
硫酸ナトリウムは、ソーダ石灰ケイ酸塩ガラスの清澄剤として普通に用いられる。硫酸ナトリウムは、分解して二酸化硫黄、酸素、及び酸化ナトリウムになるはずである。分解速度及び融液における最終的な平衡は、ガラス融液の化学及び温度に依存する。二酸化硫黄及び酸素は、融液中を拡散しうる望ましい気体であり、融液を清澄する過程で他の気体の泡を成長させる。同時に、ガラス融液中の他の溶存気体は、泡の内部に存在する他の気体の濃度が清澄を行う気体によって希釈されるので、成長しつつある泡の内部に拡散する。この現象は、溶存気体の「ストリッピング（ｓｔｒｉｐｐｉｎｇ）」として公知であり、ガラス融液が冷却する際に、融液の気体再吸収潜在能力、又は小さな、残存泡の「清澄」において重要な役割を果たす。さらに、二酸化硫黄及び酸素の量は、ガラスのレドックス状態（通常、融液中のＦｅ２＋／Ｆｅ３＋の比として表される）に影響する。レドックス状態を変化させることにより、ガラス製品の色を変えることができる。
【０００５】
温度を上げることによって、硫酸ナトリウム又はその他の清澄気体の分解を容易にすることができる。フロートガラス及びＴＶガラス窯は、窯内に「スプリングゾーン（ｓｐｒｉｎｇ  ｚｏｎｅ）」（溶解槽内の最高温度を有する場所）、即ち、「ホットスポット（ｈｏｔ  ｓｐｏｔ）」を設けることによって、これを達成している。スプリングゾーンのガラス融液の温度は、通常、１４５０〜１５５０℃に達しうる。温度が上昇すると、融液の粘度が減少し、二酸化硫黄及び酸素の量が増大することにより、ガラスの清澄の効率を高めることになる。しかし、温度の上昇には、窯にエネルギーを追加投入することが必要であり、窯の耐火物の消耗速度を加速する。
【０００６】
また、炭素、酸化ヒ素、酸化アンチモンなどの他の清澄剤又は清澄添加物は、ガラスの種類に応じて使用され、ガラスのレドックス（Ｒｅｄｏｘ）（すなわち、還元／酸化）状態を制御する。しかし、炭素は、ガラスの輝き及び色を鈍くすることから、食卓用食器ガラスの外観に悪影響を及ぼし、ヒ素及びアンチモンでは、環境排出物の問題が生じる。
【０００７】
また、バッチの清澄剤の量は、融液の滞留時間を延ばすことによって、減少させうる。滞留時間を延ばすことにより、泡は融液を通って窯雰囲気中へ上昇することができるようになる。滞留時間を延ばすのに比例して、窯の引出速度は減少する。通常、清澄剤は必要であるが、清澄剤を過剰に使用すると、他の製品品質上の問題が生じ、かつ／又は環境に悪影響を及ぼしうる。
【０００８】
米国特許第３６２２２９６号には、ヘリウムが実質的に存在していない雰囲気でガラス組成物を融解し、ヘリウムガスを溶融ガラス中に通して、ヘリウムがガラスを通り抜けてシード（小さな泡）中に入り込むようにし、それにより、シードが膨張されるようになり、膨張されたシードが溶融ガラスを通って上昇し、表面で消失することができるようにすることによって、溶融ガラスを清澄する方法が開示されている。
【０００９】
米国特許第３９６０５３２号には、溶融によりガラスを製造する間に、溶融ガラスの層を通して激しい蒸気バブリングを行うことによって、アルカリ金属ケイ酸塩ガラスを製造する方法が開示されている。そのように実行することにより、より少量の燃料を使用してより高い生産量がもたらされ、製品の水ガラスはより溶解しやすくなり、水ガラス溶液はより透明性のあるものとなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、ＳＯ２、Ｏ２、Ｈ２Ｏ、ＣＯ２及びＮ２などのさまざまな気体からなる気体の泡をガラスから除去する方法を提供することである。食卓用食器類、ＴＶのパネル、平面スクリーン液晶表示装置ガラス、高品質の容器及び窓ガラスなどの消費者製品については、ガラスは効率よく泡が除去されていなければならない。ヘリウムバブリングは、ＣＯ２及びＮ２の泡が原因で不合格のガラスのパーセントを低減し、硫酸塩、アンチモン及びヒ素の清澄剤を減らすことにより窯からの排出物を低減し、窯の引出量を増やすことによって、ガラス製造業者に利益をもたらす。
【００１１】
本発明の別の目的は、直径が約０．５〜約４ｃｍの小さなヘリウムの泡を、数センチ間隔で隔てられたノズルのアレイを通してガラス浴内に注入することにより、ガラス融液から気体の泡を除去する方法を提供することである。ヘリウムガスは、ヘリウムガスの泡から融液中に、次いで、ガラス融液中の他の気体の泡の中に拡散し、これらの泡の大きさを急速に成長させ、成長した泡は急速にガラス融液表面に上昇する。ヘリウムがヘリウムの泡から外へ拡散するのに伴って、可溶性融液気体がヘリウムの泡の中に拡散し、ガラスからストリッピングされる。ストリッピング効果によって融液気体の濃度が減少し、さらなる工程ステップの間に泡を形成する確率が減少する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、以下のステップを含む、ガラス融液を清澄するための方法に関する。
【００１３】
ガラスベースの原料を窯の中に投入し、前記原料を、ガラス融液を形成するように十分加熱すること；
【００１４】
1  約０．５センチメートル〜約４センチメートル、好ましくは約１〜２センチメートルの直径を有するヘリウムの泡を、ガラス融液の温度がほぼ最高水準に到達する窯内の領域で、ガラス融液中に供給し、好ましくは、前記ヘリウムの泡を、温度が最高水準に到達する前に、前記領域に供給すること；
【００１５】
ヘリウムの泡からのヘリウムガスが、融液中へ、及び、ガラス融液中の他の気体の泡へ拡散し、約０．１センチメートルを超える直径を有する、より大きな泡を造りだすことができるのに十分な時間、ヘリウムの泡をガラス融液内に維持し、前記より大きな泡を浮力によりガラス融液表面へ上昇させ、次いで、ガラス融液表面から外へ出て行かせ、同時に他の溶存気体をガラス融液からストリッピングし、より小さな（例えば、約３００ミクロン未満）、可溶性気体の泡を、清澄ステップの間にガラス融液に吸収させること；及び
【００１６】
ガラス物品を製造するためにガラス融液を冷却すること。このガラス製品は、好ましくは、ガラス１立方メートル当たり約５個未満のシード（ガラス中の小さな泡）を有する。１立方メートル当たり５個のシードは、いくつかのガラスの品質の測定基準を表しており、他のガラスはガラス１立方メートル当たり１個のシードという測定基準を有しており、一方でパネル表示装置は、シードがゼロでなければならない。
【００１７】
好ましくは、ヘリウムの泡は、活発な清澄反応の、前、後、並びに前及び後、からなる群から選択された期間で、窯の底部で十分な（好ましくは、すべての）幅において、前記ノズルを通してガラス融液中に供給され、実質的に均一に分配される。
【００１８】
好ましくは、ヘリウムの泡をガラス融液中へ供給する割合は、ガラス引出量１ｍＴＰＤ（１日当たりのメートルトン）につき、１分当たり約２０〜約２５０個の泡、より好ましくは、１分当たり約５０〜約１５０個の泡、最も好ましくは、１分当たり約６０〜約１００個の泡であるべきである。好ましくは、約１ｃｍ〜約１０ｃｍの間隔で、より好ましくは約３ｃｍ〜約７ｃｍの間隔で配置された２本又はそれ以上の本数の管を通して、ヘリウムを窯の中に均一に供給することができる。好ましくは、溶存ヘリウムは、主たる清澄域の直前又はその清澄域で約５０％〜約９０％飽和でなければならない。ガラス融液を形成するために、原料（バッチ）を約１０００℃〜約１６５０℃、好ましくは、約１３００℃〜約１５５０℃の間で加熱することができる。好ましくは、完成されたガラス物品には、ガラス１立方メートル当たり３個未満のシード、より好ましくは、ガラス１立方メートル当たり１個未満のシードが存在する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明によれば、ガラス融液から効果的に泡を除去するためには、適切なヘリウムガス流量に加えて、ヘリウムの泡の寸法及び間隔を選択することが必要である。溶融ガラス中の単一泡の挙動についての数学モデルを用いた数値実験及び研究室の実験に基づいて、ヘリウムの清澄による有益な効果及びヘリウムの経済的な適用は、ヘリウムの泡が一定の寸法内にあるときのみ達成できること、及びヘリウムを不適切に適用すると、ヘリウムの小さな泡の欠陥が生じうる、又は、ガラス融液の冷却中にシードの再吸収に悪影響をもたらすことが分かった。
【００２０】
通常、ガラス製造業者は、硫酸塩、硫化物、ヒ素、アンチモン若しくはセリウムの酸化物、又は塩化ナトリウムなどのいくつかの清澄剤の１種又は複数種を、バッチに添加する。塩化ナトリウムを除いて、上記の材料は分解するか、さもなければ、酸素と反応してガラス融液中の溶解度が比較的低い気体を形成する。塩化ナトリウムは蒸発して、溶解度の低い蒸気となる。新たに形成された気体は、ガラス融液中を拡散して他の泡の中に入り、これらの泡の寸法を大きくさせる。泡の寸法が成長するにつれて、これらの泡は、浮力により、より急速に融液の表面に上昇し、ガラス融液を離れて窯雰囲気に入る。上記清澄剤の中で、フロートガラス、食卓用食器ガラス及び容器ガラスでは、通常、硫酸ナトリウムが使用される。
【００２１】
本発明は、窯のスプリングゾーンにおいて又はその前でヘリウムの泡を導入する方法に関する。ヘリウムの泡により、ヘリウムが泡から融液中に拡散することができるようになり、ガラス融液中の溶存ヘリウムの濃度は、上昇することになる。溶存ヘリウムは、二酸化炭素、窒素、酸素、水、二酸化硫黄及び他の気体を含有する他の泡の中に拡散することになり、これらの泡の成長を加速し、同時に、泡の中のこれらの気体の濃度を希釈することになる。同時に、融液中のこれらの可溶性気体は、上昇しているヘリウムの泡、及び、他の気体を含有する泡であって、ヘリウムが希釈された泡の中に拡散して、これらの気体の濃度は減少することになる、すなわち、ヘリウムの泡が、ガラス融液中の他の溶存気体をストリッピングする。バブリング作用には、融液を穏やかに撹拌し、均質化するという追加の利益がある。
【００２２】
本発明のヘリウムの泡は小さく、直径は約０．５センチメートルの大きさであって、約４センチメートル未満であり、好ましくは約２センチメートル未満である。０．５ｃｍ未満のヘリウムの泡は、多すぎる量のヘリウムがヘリウムの泡の外へ拡散させてしまうことになり、非常に小さな泡を融液中に残すことになる。小さな泡は、商業用ガラス溶融タンクの通常の滞留時間内に、融液から外へ上昇することができる浮力を有してはいない。小さなヘリウムの泡は、それ自体のガラス欠陥を作ることになる。対照的に、直径が０．５ｃｍの泡は８００秒の上昇時間を有する。４ｃｍを超える泡は、融液中に拡散されるヘリウムの量を実質的に増やすことなく、ヘリウムの消費を急激に増大させることになる。２５０トン／日の窯については、ガラス融液中のヘリウム飽和量の７０〜７５％のヘリウムを使用すると、２ｃｍの泡について、１日当たり約４０Ｎｍ３（標準ｍ３）のヘリウムが必要となり、これは、ガラス引出１ｍＴＰＤにつき、わずか０．００６７Ｎｍ３／時に相当する。大きなヘリウムの泡は、融液中の滞留時間が短くなり、泡から融液へのヘリウムの拡散及び融液からヘリウムの泡への気体の拡散を最善にすることはないはずである。直径２ｃｍの泡の予測される上昇時間は、１３５０〜１４００℃で３７秒である。４ｃｍの泡では、予測される上昇時間は９秒である。２ｃｍの泡の１日当たりのヘリウム４０ｍ３と比較して、４ｃｍの泡では、ヘリウム１２２ｍ３を使用すると予想されるが、これは、ガラス引出量１ｍＴＰＤにつき、０．０２０Ｎｍ３／時に相当する。上記の上昇時間、泡の寸法及び拡散速度は、典型的な容器又はフロートガラス組成物で１４００℃の融液に基づくものであった。
【００２３】
ガラス融液中の気体の泡すべてを浮き上がらせるために、一定の長さ方向の場所でガラスタンクの底部の全幅で、ノズル間に一定の間隔を持たせたヘリウムバブラノズルを均一に分配することが重要であり、これにより、ヘリウムを実質的に均一に拡散させることができ、好ましくは、活発な清澄反応の前及び／又は反応中に、ガラス流れの断面積全体に、拡散させることができる。ヘリウムノズル間の間隔の好ましい範囲は、約１ｃｍ〜１０ｃｍ、又は通常、ヘリウムガス泡の２〜３の直径である。ヘリウムノズルの総数は、ガラスタンクの寸法及び引出量並びにヘリウムの泡の寸法に応じて決まる。飽和水準の約５０〜８０％のガラス融液中のヘリウム濃度を達成するのに、十分なノズルを設置する必要がある。
【００２４】
図２には、ガラス融液中に２本の管が挿入されている試料ルツボを備えた、研究室のガラス溶融装置の概略図が示されている。ほぼ２００グラムの典型的なフリント又はフロートガラスバッチの原料並びにさまざまな量の硫酸ナトリウム及び炭素をルツボに入れ、窯内で約１時間、１３００℃で溶融した。試料ルツボは、底の直径が９ｃｍであり、１５ｃｍの高さまで緩やかに傾斜した側面を有していた。試料容器の融液の深さは、ほぼ８ｃｍであった。管を用いて、約１５ｍｌ／分の割合でヘリウムをガラス融液中に導入した。試料ルツボ及び管はシリカで作られていた。造り出されたヘリウムの泡の寸法は、直径が約１〜２．５ｃｍであった。文字Ａ及びＢは、寸法及び組成分析用の欠陥泡が観測された場所を示す。試料の場所Ａは、ガラス融液の中心に位置している。試料の場所Ｂは、シリカガラスルツボに接触している。欠陥泡の分析結果を、表１及び２に示す。
【００２５】
【表１】
2006523605.tif 000003
【００２６】
【表２】
2006523605.tif 000004
【００２７】
表２には、それぞれの試料における５個又は６個の欠陥泡について、分析結果の平均値が示されている。試料は、ガラス組成、ヘリウムバブリングあり及びなし、並びに清澄（すなわち、二次清澄）あり又はなし、によって変化した。これらのガラス試料の清澄は、融液を１４２５℃で３０分間保持し、次いで、その融液を１℃／分の速度でゆっくりと１２００℃まで冷却することによって行った。１２００℃に到達すると、融液は６００℃まで急冷され、続いて２℃／分の速度で室温までアニールした。試料１及び３が０．２５重量パーセントのＮａ２ＳＯ４及び０．０５重量％の炭素を有するのに対して、試料２が０重量％のＮａ２ＳＯ４、及び０．１５重量の炭素を有することを除いて、それぞれの融液のバルク組成は、フロートガラスにとって典型的なものであった。
【００２８】
試料１は、ヘリウムバブリングを受けることなく清澄され、表面には未溶解の／相分離したシリカが存在し、バルク内にはいくつかの小さなブリスタが存在していることが分かった。二酸化炭素が、気体泡内の主要成分である。試料２は、ヘリウムバブリングを受けたが、清澄はされていなかった。ガラス試料には、未溶解の／相分離したシリカは存在していないが、欠陥泡が大量に存在する。試料３には、ガラス試料のバルク内に未溶解の／相分離したシリカ又は泡は存在していない。試料３の欠陥泡は、試料ルツボの壁にそってのみ存在していた。二酸化炭素及び酸素が、これらの泡の主要な成分を構成している。試料３に存在する泡の形成は、ガラス融液とシリカルツボの壁との間の相互作用によって生じたものと考えられ、清澄過程で除去されなかった残留物と考えるべきではない。
【００２９】
試料１及び３の比較により、ガラス欠陥を消失させるのには、ヘリウムバブリングが重要であることが分かる。また、試料１及び３の比較から、硫酸塩の濃度を減少させることが可能であることが分かる。硫酸塩を減少させること又は消失させることは、環境の重大問題である二酸化硫黄排出物を削減することになる。また、ヘリウムによる清澄の助けをかりて、窯内の最高温度を低下させること、並びに蒸発及び微粒子排出の低減、燃料コストの低減及び耐火物寿命の延長をもたらすことが可能である。試料２及び３から、欠陥泡の消失は、単に１つの機構から生じているわけではないことが分かる。試料２の欠陥泡は、融液中にあって、ヘリウムバブリング期間中に、融液から離れることができるほど大きく成長しなかった欠陥泡である。試料３から、清澄ステップが存在すれば、試料２に残留している欠陥泡は、浮力によって融液から離れることができたか、又は溶解して融液中に戻ることができたであろうということが分かる。泡が素早く溶解する機会が、可溶性気体を融液からストリッピングするヘリウムの泡から生じ得たであろう。
【００３０】
図３ａ及び３ｂには、典型的なフロートガラス窯の上面図が示されている。次の例は、５００トン／日のフロートガラス窯に基づいている。バッチは、１で窯の中に入り、吹き出し２を通って空気と天然ガスを燃焼させることにより溶解される。バッチは、スプリングゾーン５に向かって進行しながら溶解し、スプリングゾーン５に到達する前に、完全に溶解されていなければならない。バブラ６は、スプリングゾーン５の直前に設置される。図３（ｂ）においては、ヘリウムノズルの列７が、２本の別々の線６の間に設置される。バブラパイプ内のそれぞれのヘリウムノズル７は、この例では、一列に並んでいる隣のヘリウムノズルから６ｃｍ離れて設置される。第２バブラパイプの中心は、第１バブラパイプの列の下流方向に５ｃｍ離れて設置される。パイプは、白金、ロジウム、モリブデン、水冷した鋼、又は貴金属を被覆した耐火性材料から作製することができる。第２バブラパイプ上のヘリウムノズルは、第１バブラパイプと同様に、同一距離を隔てた６ｃｍのところに設置される。第２バブラ列のヘリウムノズルは、３ｃｍずらされる。バブラパイプの代わりに、バブラノズルを、同一の幾何学的配置で、窯の耐火性底煉瓦に組み込むことができる。ヘリウム泡は、７００個／秒の典型的な割合で、直径が約２ｃｍの大きさで融液中に導入される。それぞれのノズルが、２秒ごとに１個の泡を発生するならば、この例では、１４００本のノズルが必要となる。窯の幅が１０メートルなら、１本のバブラパイプ当たり１６７本のノズルを設置することができる。従って、それぞれの列が約５ｃｍ隔てて配置された、８〜９列のバブラの列が必要になる。
【００３１】
空気−天然ガス燃焼の窯については、ヘリウムは、融液中で定常状態の飽和水準のほぼ７０〜８０％（ソーダ石灰ガラスでは、〜０．１１ｍｏｌ／ｍ３）に到達し、二酸化炭素及び窒素の２０〜４０％を除去しなければならない。拡散するヘリウムは、図４に従って泡を成長させることになる。この図から分かるように、バブルの成長速度は、溶存ヘリウムによって、さらに、ガラス中の水含有量が空気燃焼のガラス溶解槽の場合より大きい酸素燃焼のガラス溶解槽内で、大いに促進される。融液は、スプリングゾーン５からネック３に向かって進み、清澄槽（作業槽）４に入る。清澄槽４において、ガラスは冷却し、残存するすべての小さな泡は、融液中に再吸収されることになる（図５）。融液は、キャナル又はスロートを通ってガラス窯から離れる前に、効率よく泡欠陥を含有しないことになる。
【００３２】
定められた寸法及び割合のヘリウム泡によって、ガラスを清澄する本発明の新規な方法によれば、その他の清澄剤の削減を可能にしながら、ガラス品質を改善することができる。最適寸法及び割合で融液中に導入された泡により、融液中の可溶性気体の濃度が減少し、存在する泡が成長することになる。より大きな泡は、浮力によりガラス融液から離れることになる。より小さな泡は、ガラスが冷却するにつれて融液中に吸着されることになる。ヘリウムを用いてガラス融液を清澄すると、窯から環境に有害な排出物を生じさせる又は所望する最終ガラスの外観に影響を与える清澄剤の削減が可能になる。
【００３３】
図３に記載の好ましい方法では、１秒当たり７００個（直径２ｃｍ）の泡を使用してほぼ７０％飽和に到達している。この方法を変更すれば、１秒当たり泡２０００個の割合でバブリングすることにより、融液中のヘリウム飽和を上昇させることができるはずである。ガラス融液中の泡の挙動モデルによれば、ヘリウムの飽和水準は９０％に近いことになる。窯の設計及びガラス融液の組成に応じて、融液を清澄する（溶存気体及び気体の泡を融液から除去する）ために、９０％の飽和水準が必要になることがある。ヘリウムが９０％まで飽和した融液に対しては、ヘリウム濃度を低下させるために、ヘリウムバブラの下流に第２のバブリング装置が必要となる場合がある。下流のバブラでは、酸素又は水又はその二つの組み合わせを使用することができる。図５には、融液中のさまざまなヘリウム濃度を有する、小さな、不合格になる泡の再吸収速度が示されている。この図には、溶存ヘリウム濃度が高いガラス融液中では、泡の収縮（すなわち、再吸収）速度が遅くなることが示されている。従って、シードを含有しないガラスを製造するためには、溶存ヘリウムを他の気体の泡によって除去することが重要となりうる。
【００３４】
新規のヘリウム清澄方法では、フロート窯における粘度及び深さに基づいて、泡に、直径０．５ｃｍ〜４ｃｍの範囲を設定した。他の窯の設計では、フロート窯の１〜１．５メートルの深さより、深い又は浅い深さを有することができる。また、ガラス融液の組成は変化しうるものであり、はるかに高い粘度を有することができる。
【００３５】
最終ガラスの外観は、溶存気体の量を含めたガラス組成の影響を受けやすい。最良の清澄機構には、ヘリウムと混合された又は別々に注入された第２の気体が含まれている。例えば、所望の色を達成するために、融液に酸素を添加することが必要なら、酸素をヘリウムに混合することができる。ヘリウムの泡の寸法及び／又は割合は、酸素の存在を補うように調節される。好ましい設備においては、スプリングゾーンの上流又は下流のいずれかで、酸素を別々のバブラに導入することにより、同じ効果を達成することができる。
【００３６】
フロートガラス窯又は他の類似した設計の窯については、ヘリウムバブラの位置を、好ましくはスプリングゾーンの上流に設置する。竪型窯又はＬＣＤ窯に類似した窯では、ヘリウムバブラを他の場所に設置することができる。竪型窯では、ヘリウムバブラを窯の出口近くに設置することができる。ＬＣＤ窯では、スターラの前の清澄域にヘリウムバブラを設置することができる。
【００３７】
本発明は、示された実施形態に限定されるものではなく、添付された特許請求の範囲の範囲内におけるあらゆる変更及び装置をカバーするように意図されていることが理解されるはずである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】ガラスの温度及び流れのプロフィール付きのガラス窯の概略図である。図１ａは、ガラス窯の側面図である。図１ｂは、窯の温度プロフィールである。
【図２】試験研究室の試験ルツボの側面概略図である。
【図３】ヘリウムバブラの断面図を有するフロートガラス窯の概略図である。図３ａは、窯の上面概略図である。図３ｂは、窯からのバブラの部分的な断面の上面概略図である。
【図４】３００ミクロンの初期直径を有し、初期に１００％ＣＯ２を含有している単一の泡の数学シミュレーションに基づく、硫酸塩を含有するソーダ石灰ガラス融液における、清澄期間中の泡の成長対時間のグラフである。
【図５】３００ミクロンの初期直径を有する単一の泡の数学シミュレーションに基づく、小さな泡の再吸収の寸法対時間のグラフである。
【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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