(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
るつぼの導電部分に直接電流を流してジュール熱により、該るつぼを加熱するガラス溶解炉において、前記るつぼの周壁部が絶縁体を介して積層された複数の導電周壁部を有するように形成すると共に、隣接して配置された上側の前記導電周壁部と下側の前記導電周壁部を流れる電流の相互作用により発生する相互誘導が、それぞれの前記導電周壁部における電流経路全体として相殺されるように、それぞれの前記導電周壁部への電流供給を行うことを特徴とするガラス溶解炉。
【請求項２】
るつぼの導電部分に直接電流を流してジュール熱により、該るつぼを加熱するガラス溶解炉において、導電性のるつぼ上部とるつぼ下部を絶縁体を介して積層すると共に、前記るつぼ上部の導電周壁部と前記るつぼ下部の導電周壁部を流れる電流の相互作用により発生する相互誘導が、それぞれの前記導電周壁部における電流経路全体として相殺されるように、前記るつぼ上部の前記導電周壁部と前記るつぼ下部の前記導電周壁部への電流供給を行うことを特徴とするガラス溶解炉。
【請求項３】
前記るつぼ上部の前記導電周壁部を流れる電流方向と、前記るつぼ下部の前記導電周壁部を流れる電流方向とが、それぞれの前記導電周壁部の電流経路の略半分で互いに同じ方向に、残りの電流経路で互いに逆方向になるように、電流供給を行うことを特徴とする請求項２記載のガラス溶解炉。
【請求項４】
第１交流電源の第１電極に連通する上部第１電極を、前記るつぼ上部の前記導電周壁部の第１面側に、前記第１交流電源の第２電極に連通する上部第２電極を、前記るつぼ上部の前記導電周壁部の前記第１面側の背面に位置する第３面側に、それぞれ設けると共に、
第２交流電源の第１電極に連通する下部第１電極を、前記るつぼ下部の前記導電周壁部の前記第１面の側方に位置する第２面側に、前記第２交流電源の第２電極に連通する下部第２電極を、前記るつぼ下部の前記導電周壁部の前記第２面の背面に位置する第４面側に、それぞれ設けたことを特徴とする請求項３に記載のガラス溶解炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラスの粉末を溶解するガラス溶解炉に関するものである。より詳細には、るつぼに直接交流電流を供給してジュール熱によりるつぼを加熱するガラス溶解炉における電流経路の構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガラスの粉末を溶解し、ガラス繊維を引き出すガラス溶解炉の一つに、白金（Ｐｔ）等で形成されたるつぼに直接、交流電流を通電して、加熱するガラス溶解炉がある。
【０００３】
図６に示すように、このガラス溶解炉１Ｘは、るつぼ１０Ｘの周囲に設けられたブスバー（大容量電源結線板）と呼ばれる電流供給線１３Ｘを経由して、直接、交流電流をるつぼ１０Ｘ本体に流して加熱し、るつぼ１０Ｘの上部から入るガラス粉末Ｇａを１４００℃程度で溶解し、るつぼ１０Ｘ下部の周囲に設けられたノズル１０ｎからガラス繊維Ｇｃを引き出している。
【０００４】
このブスバー１３Ｘは、図７や図８に示すように、円形横断面炉や矩形横断面炉のるつぼ１０Ｘの周囲に配置され、交流電源１６から供給される交流電流はるつぼ１０Ｘ内の電流経路Ｒa ，Ｒb を流れた後、周囲に配置されたブスバー１３Ｘの電流経路Ｒc ，Ｒd を流れ、コントローラ１７で制御される交流電源１６に戻るように構成されている。
【０００５】
このブスバー１３Ｘの電流経路Ｒc ，Ｒd を、るつぼ１０Ｘ内の電流経路Ｒa ，Ｒb の外側に配置することにより、るつぼ１０Ｘ内の電流経路Ｒa ，Ｒb を流れる電流によって発生する交番磁界を、このブスバー１３Ｘの電流経路Ｒc ，Ｒd を流れる電流によって発生する交番磁界で相殺して、外部への誘導磁界の影響を減少している。
【０００６】
しかしながら、この図６に示すガラス溶解炉１Ｘにおいては、ガラスの粉末Ｇａの溶解温度とガラス繊維Ｇｃの引き出し温度との制御を同時に行うことは困難であるため、図９に示すような２段式のるつぼによるガラス溶解炉１０Ｙを使用することが提案されている。
【０００７】
この２段式のガラス溶解炉１Ｙでは、白金等の導電性材料で形成されるるつぼ上部１１Ｙとるつぼ下部１２Ｙとを絶縁体（非導電体）である耐火物（モルタル）１５で接合し、るつぼ上部１１Ｙの導電周壁部１１Ｙａに対して上部ブスバー１３Ｙを経由して、コントローラ１７で制御される第１交流電源１６ａから電流を供給し、また、るつぼ下部１２Ｙの導電周壁部１２Ｙａに対して下部ブスバー４Ｙを経由して、コントローラ１７で制御される第２交流電源１６ｂから電流を供給するように構成される。
【０００８】
そして、この上部ブスバー１３Ｙと、下部ブスバー１４Ｙに流す交流電流を個別にコントローラ１７で調整することにより、ガラス粉末Ｇａの溶解に関係するるつぼ上部１１Ｙの温度と、ガラス繊維Ｇｃの引き出し温度に関係するるつぼ下部１２Ｙの温度がそれぞれ最適になるように調整する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１０〜図１３に示すような電流経路の構成パターンで、単純にるつぼ上部１１Ｙの導電周壁部１１Ｙａに流す交流電流用の上部第１電極Ｅ11と上部第２電極Ｅ21と電流の向きと、るつぼ下部１２Ｙの導電周壁部１２Ｙａに流す交流電流用の下部第１電極Ｅ12と下部第２電極Ｅ22と電流の向きを構成すると、るつぼ上部１１Ｙの導電周壁部１１Ｙａの電流経路Ｒa1，Ｒb1を流れる電流とるつぼ下部１２Ｙの導電周壁部１２Ｙａの電流経路Ｒa2，Ｒb2を流れる電流とが干渉し合って，相互誘導が発生するという問題が生じる。
【００１０】
つまり、図１０と図１２の電流経路の構成パターンでは、隣接し合う電流経路Ｒa1とＲa2、Ｒb1とＲb2において、互いに同じ方向に電流が流れるので、るつぼ上部１１Ｙの導電周壁部１１Ｙａの電流経路Ｒa1とＲb1の全体と、るつぼ下部１２Ｙの導電周壁部１２Ｙａの電流経路Ｒa2とＲb2の全体において，正（プラス）の相互誘導が生じる。
【００１１】
また、図１１と図１３の電流経路の構成パターンでは、互いに逆方向に電流が流れるので、るつぼ上部１１Ｙの導電周壁部１１Ｙａの電流経路Ｒa1とＲb1の全体と、るつぼ下部１２Ｙの導電周壁部１２Ｙａの電流経路Ｒa2とＲb2の全体において，負（マイナス）の相互誘導が生じる。
【００１２】
これらの相互誘導が発生すると、るつぼ上部１１Ｙとるつぼ下部１２Ｙに流れる電流の出力が乱され、安定した電力供給ができなくなり、目標とするるつぼの加熱温度の調整ができなくなるという問題が発生する。
【００１３】
つまり、相互誘導環境では、互いの電流位相、波高値、波形歪みが相手に相互誘導電圧として干渉し、相手の電流値を変化させる。互いに、この影響を与え合うと、電流整定がハンチングして精密な温度設定が不可能になる。
【００１４】
本発明は上記の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、絶縁体を介して積層された複数の導電周壁部を有する多段式のガラス溶解炉において、隣接し合う上側の導電周壁部と下側の導電周壁部に供給する電流の出入口となる電極を工夫して配置することによって、各導電周壁部を流れる電流によって発生する相互誘導を相殺して、効率よく各導電周壁部を加熱でき、しかも、各各導電周壁部の温度調整を個別に行うことができる多段式のガラス溶解炉を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
そして、本発明のガラス溶解炉は、次のように構成される。
【００１６】
１）るつぼの導電部分に直接電流を流してジュール熱により、該るつぼを加熱するガラス溶解炉において、前記るつぼの周壁部が絶縁体を介して積層された複数の導電周壁部を有するように形成すると共に、隣接して配置された上側の前記導電周壁部と下側の前記導電周壁部を流れる電流の相互作用により発生する相互誘導が、それぞれの前記導電周壁部における電流経路全体として相殺されるように、それぞれの前記導電周壁部への電流供給を行うように構成される。
【００１７】
この構成によれば、上側の導電周壁部と下側の導電周壁部を流れる電流の相互作用により発生する相互誘導が、各導電周壁部における電流経路全体として相殺されるように構成されるので、相互誘導による電流出力及び温度調整の不安定化を回避できる。
【００１８】
２）そして、２段の場合には、るつぼの導電部分に直接電流を流してジュール熱により、該るつぼを加熱するガラス溶解炉において、導電性のるつぼ上部とるつぼ下部を絶縁体を介して積層すると共に、前記るつぼ上部の導電周壁部と前記るつぼ下部の導電周壁部を流れる電流の相互作用により発生する相互誘導が、それぞれの前記導電周壁部における電流経路全体として相殺されるように、前記るつぼ上部の前記導電周壁部と前記るつぼ下部の前記導電周壁部への電流供給を行うように構成される。
【００１９】
この構成によれば、るつぼ上部の導電周壁部とるつぼ下部の導電周壁部を流れる電流の相互作用により発生する相互誘導が、各導電周壁部における電流経路全体として相殺されるように構成されるので、相互誘導による電流出力及び温度調整の不安定化を回避できる。
【００２０】
３）そして、上記のガラス溶解炉において、前記るつぼ上部の前記導電周壁部を流れる電流方向と、前記るつぼ下部の前記導電周壁部を流れる電流方向とが、それぞれの前記導電周壁部の電流経路の略半分で互いに同じ方向に、残りの電流経路で互いに逆方向になるように、電流供給を行うように構成される。
【００２１】
この構成によれば、るつぼ上部の導電周壁部に流れる電流とるつぼ下部の導電周壁部に流れる電流とが互いに同じ方向になる部分と互いに逆方向になる部分が半々になるので、各るつぼの電流経路を一周して見ると、全体として相互誘導が相殺されることになる。
【００２２】
４）また、より具体的には、上記のガラス溶解炉において、第１交流電源の第１電極に連通する上部第１電極を、前記るつぼ上部の前記導電周壁部の第１面側に、前記第１交流電源の第２電極に連通する上部第２電極を、前記るつぼ上部の前記導電周壁部の前記第１面側の背面に位置する第３面側に、それぞれ設けると共に、第２交流電源の第１電極に連通する下部第１電極を、前記るつぼ下部の前記導電周壁部の前記第１面の側方に位置する第２面側に、前記第２交流電源の第２電極に連通する下部第２電極を、前記るつぼ下部の前記導電周壁部の前記第２面の背面に位置する第４面側に、それぞれ設けて構成する。
【００２３】
この構成によれば、第１面と第２面と第３面と第４面、及び第１面とが連続して並び、この第１面〜第４面がガラス溶解炉を囲む４面となる。
【００２４】
そして、互いに背面部分となる、第１面から第２面の電流経路と第３面から第４面の電流経路とが、正（又は負）の相互誘導となり、これらに隣接する第２面から第３面の電流経路と第４面から第１面の電流経路とが、負（又は正）の相互誘導となる。
【００２５】
つまり、第１面から第２面の電流経路と第３面から第４面の電流経路において、るつぼ上部の導電周壁部に流れる電流とるつぼ下部の導電周壁部に流れる電流とが同じ方向（又は逆方向）になり、第２面から第３面の電流経路と第４面から第１面の電流経路において、るつぼ上部の導電周壁部に流れる電流とるつぼ下部の導電周壁部に流れる電流とが逆方向（又は同じ方向）になる。
【００２６】
従って、るつぼ上部の導電周壁部に流れる電流とるつぼ下部の導電周壁部に流れる電流とが同じ方向になる部分と逆方向になる部分が略半々になり、各導電周壁部の電流経路全体として、相互誘導が相殺されることになる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明に係る実施の形態のガラス溶解炉について説明する。図１は、ガラス溶解炉の構成図であり、図２と図３は円形横断面の炉における電流経路の構成パターンを示す模式図で、図４と図５は矩形横断面の炉における電流経路の構成パターンを示す模式図である。
【００２８】
なお、図中において、電線の極性を第１電極側をプラスで、第２電極側をマイナスで示すが、このプラスとマイナスの表示は、あくまでも、電流方向を明示するために便宜的に用いたものであり、実際には、電源が交流電源であるため、時々刻々、プラスとマイナスが入れ替わる。
【００２９】
図１に示すように、このガラス溶解炉１は、導電性のるつぼ上部１１とるつぼ下部１２を絶縁体（非導電性）である耐火物（モルタル）１５で接合して形成される。
【００３０】
このるつぼ上部１１とるつぼ下部１２は、白金（Ｐｔ）等の導電性材料で形成され、直接、それぞれ第１交流電源１６ａと第２交流電源１６ｂより供給される交流電流によりジュール熱を発生し高温になる。つまり、溶融ガラスＧｂを取り囲むるつぼ１０の導電周壁部１１ａ、１２ａにおける抵抗加熱を利用した抵抗炉として形成される。
【００３１】
このるつぼ上部１１の導電周壁部１１ａには、第１交流電源１６ａから交流電流を供給するために、上部ブスバー１３が周囲に配置され、図２〜図５に例示するいずれかのパターンで、上部第１電極Ｅ11と上部第２電極Ｅ21において、この導電周壁部１１ａは上部ブスバー１３に接続される。即ち、導電周壁部１１ａの上部第１電極Ｅ11と上部第２電極Ｅ21は、上部ブスバー１３を介して第１交流電源１６ａの第１電極と第２電極にそれぞれ電気的に接続される。
【００３２】
また、るつぼ１２下部の導電周壁部１２ａには、第２交流電源１６ｂから交流電流を供給するために、下部ブスバー１４が周囲に配置され、図２〜図５に例示するいずれかのパターンで、下部第１電極Ｅ12と下部第２電極Ｅ22において、この導電周壁部１２ａは下部ブスバー１４に接続される。即ち、導電周壁部１２ａの下部第１電極Ｅ12と下部第２電極Ｅ22は、下部ブスバー１４を介して第２交流電源１６ａの第１電極と第２電極にそれぞれ電気的に接続される。
【００３３】
この本発明のガラス溶解炉１では、るつぼ上部１１において上部第１電極Ｅ11と上部第２電極Ｅ21を、導電周壁部１１ａの、るつぼ１０の正面側（第１面側）Ｆと背面側（第３面側）Ｂにそれぞれ設けると共に、下部るつぼ１２において、下部第１電極Ｅ12と下部第２電極Ｅ22を、導電周壁部１２ａの、それぞれ異なる側面側、即ち右側面側（第２面側）Ｒと、左側面側（第４面側）Ｌに設ける。
【００３４】
この構成により、るつぼ上部１１の導電周壁部１１ａを流れる電流方向と、るつぼ下部１２の導電周壁部１２ａを流れる電流方向とが、るつぼ上部１１の導電周壁部１１ａの電流経路Ｒa1，Ｒb1の略半分Ｚ1 ，Ｚ3 で、また、るつぼ１２下部の導電周壁部１２ａの電流経路Ｒa2，Ｒb2の略半分Ｚ1 ，Ｚ3 で、互いに同じ方向になり、残りの電流経路Ｚ2 ，Ｚ4 で互いに逆方向になる。
【００３５】
つまり、図２及び図４のパターンでは、正面右側（Ｆ〜Ｒ）Ｚ1 と背面左側（Ｂ〜Ｌ）Ｚ3 の部分において、るつぼ上部１１の導電周壁部１１ａに流れる電流と、るつぼ下部１２の導電周壁部１２ａに流れる電流とが、同じ方向（プラス符号部分）になり、背面右側（Ｒ〜Ｂ）Ｚ2 と正面左側（Ｌ〜Ｆ）Ｚ4 の部分において、るつぼ上部１１の導電周壁部１１ａに流れる電流と、るつぼ下部１２の導電周壁部１２ａに流れる電流とが、逆方向（マイナス符号部分）になる。
【００３６】
また、図３及び図５のパターンでは、逆に、正面右側（Ｆ〜Ｒ）Ｚ1 と背面左側（Ｂ〜Ｌ）Ｚ3 の部分において、るつぼ上部１１の導電周壁部１１ａに流れる電流と、るつぼ下部１２の導電周壁部１２ａに流れる電流とが、逆方向（マイナス符号部分）になり、背面右側（Ｒ〜Ｂ）Ｚ2 と正面左側（Ｌ〜Ｆ）Ｚ4 において、るつぼ上部１１の導電周壁部１１ａに流れる電流と、るつぼ下部１２の導電周壁部１２ａに流れる電流とが、同じ方向（プラス符号部分）になる。
【００３７】
従って、いずれの場合も、上側の導電周壁部１１ａに流れる電流と下側の導電周壁部１２ａに流れる電流とが同じ方向になる部分（プラス符号部分）と逆方向になる部分（マイナス符号部分）が略半々になり、上側の導電周壁部１１ａにおける電流経路Ｒa1，Ｒb1の全体として、また、下側の導電周壁部１２ａにおける電流経路Ｒa2，Ｒb2の全体として、相互誘導が相殺されることになる。
【００３８】
つまり、上側の導電周壁部１１ａにおいても、また、下側の導電周壁部１２ａにおいても、正面右側（Ｆ〜Ｒ）Ｚ1 ，背面右側（Ｒ〜Ｂ）Ｚ2 ，背面左側（Ｂ〜Ｌ）Ｚ3 ，正面左側（Ｌ〜Ｆ）Ｚ4 と電流経路Ｒa1とＲb1、Ｒa2とＲb2を一周すると、（プラス符号部分）と（マイナス符号部分）が同じ長さとなり、全体として、相互誘導が相殺される。
【００３９】
そして、るつぼ上部１１においては、上側の導電周壁部１１ａに流す電流を供給する第１交流電源１６ａがコントローラ１７によって制御されて、その温度がガラスの粉末Ｇａを溶解するのに最適な温度になるように制御される。
【００４０】
また、るつぼ下部１２においては、下側の導電周壁部１２ａに流す電流を供給する第２交流電源１６ｂがコントローラ１７によって制御されて、その温度がノズル１０ｎから引き出されるガラス繊維Ｇｃに最適な温度になるように制御される。
【００４１】
なお、この上部ブスバー１３と下部ブスバー１４は、るつぼ上部１１の下側部分とるつぼ下部１２の上側部分との間よりも距離を離して設けることができるので、上部ブスバー１３と下部ブスバー１４との間の相互誘導の影響は、るつぼ上部１１とるつぼ下部１２の間の相互誘導の影響よりも少なくなるが、このブスバー１３，１４間の相互誘導に関しても、この上部ブスバー１３に流れる電流と下部ブスバー１４に流れる電流が同じ方向になる部分（プラス符号部分）と逆方向になる部分（マイナス符号部分）が半々になるので、同様に、相互誘導が相殺される。
【００４２】
以上の構成のガラス溶解炉１によれば、るつぼ上部１１とるつぼ下部１２に流れる電流の相互作用によって発生する相互誘導が、電流経路全体として相殺されるので、相互誘導による電流出力の不安定化を回避できる。
【００４３】
従って、この電流出力の不安定化に起因する温度調整の不安定化を回避できて効率よく加熱できる。また、るつぼ上部１１とるつぼ下部１２の温度をそれぞれ最適な温度に調整できるので、高品質のガラス繊維Ｇｃを製造することができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明に係るガラス溶解炉によれば、次のような効果を奏することができる。
【００４５】
るつぼの周壁部が絶縁体を介して積層された複数の導電周壁部を有し、この導電周壁部に直接電流を流してジュール熱により、るつぼを加熱するガラス溶解炉において、隣接して配置された上側の導電周壁部と下側の導電周壁部を流れる電流の相互作用により発生する相互誘導が、それぞれの導電周壁部における電流経路全体として相殺されるように、それぞれの前記導電周壁部への電流供給を行うので、相互誘導による電流出力、及び、これに起因する温度調整の不安定化を回避できる。
【００４６】
また、上側の導電周壁部に流れる電流とと下側の導電周壁部に流れる電流とが互いに同じ方向になる部分と互いに逆方向になる部分が半々になるように構成することで、それぞれの導電周壁部の電流経路を一周で見ると、即ち全体としてみると、相互誘導が相殺されるように構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施の形態のガラス溶解炉の構成を示す側面図である。
【図２】本発明に係る円形横断面のガラス溶解炉における、第１の電流経路の構成パターンを示す模式図である。
【図３】本発明に係る円形横断面のガラス溶解炉における、第２の電流経路の構成パターンを示す模式図である。
【図４】本発明に係る矩形横断面のガラス溶解炉における、第１の電流経路の構成パターンを示す模式図である。
【図５】本発明に係る矩形横断面のガラス溶解炉における、第２の電流経路の構成パターンを示す模式図である。
【図６】従来技術におけるガラス溶解炉の構成を示す側面図である。
【図７】従来技術における円形横断面のガラス溶解炉における、電流経路の構成パターンを示す模式図である。
【図８】従来技術における矩形横断面のガラス溶解炉における、電流経路の構成パターンを示す模式図である。
【図９】改良技術における２段式のガラス溶解炉の構成を示す側面図である。
【図１０】改良技術における円形横断面のガラス溶解炉の第１の電流経路の構成パターンを示す模式図である。
【図１１】改良技術における円形横断面のガラス溶解炉の第２の電流経路の構成パターンを示す模式図である。
【図１２】改良技術における矩形横断面のガラス溶解炉の第１の電流経路の構成パターンを示す模式図である。
【図１３】改良技術における矩形横断面のガラス溶解炉の第２の電流経路の構成パターンを示す模式図である。
【符号の説明】
１    ガラス溶解炉
１０    るつぼ
１１    るつぼ上部
１１ａ  導電周壁部（上側）
１２    るつぼ下部
１２ａ  導電周壁部（下側）
１５    耐火物（絶縁体：非導電体）
１６ａ  第１交流電源
１６ｂ  第２交流電源
１７    コントローラ
Ｅ11    上部第１電極
Ｅ21    上部第２電極
Ｅ12    下部第１電極
Ｅ22    下部第２電極
Ｒa1，Ｒb1  上側の導電周壁部の電流経路
Ｒa2，Ｒb2  下側の導電周壁部の電流経路
Ｆ    第１面側
Ｒ    第２面側
Ｂ    第３面側
Ｌ    第４面側
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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