(57)【要約】  本開示は、バッチ材料を溶融させる機器であって、容器、電極と当該電極に結合された少なくとも１つの検出構成要素とを含む電極アセンブリ、および当該電極アセンブリの電気特性および光学特性を測定するように構成された少なくとも１つの装置、を含む機器に関する。さらに本明細書において、電極長さの光学的および電気的検出のための電極アセンブリ、ならびにそのような電極アセンブリを含む機器も開示する。
2017538089.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッチ材料を溶融させるための機器であって、
容器と、
該容器内に配設された少なくとも１つの電極アセンブリであって、
電極、および
該電極に結合された少なくとも１つの検出構成要素
を含む、電極アセンブリと、
該電極アセンブリの電気特性または光学特性を測定するように構成された少なくとも１つの装置と、
を備えた、機器。
【請求項２】
前記少なくとも１つの装置が、前記電極アセンブリの、電導度、インピーダンス、抵抗、キャパシタンス、光強度、後方散乱光強度、または光反射率のうちの少なくとも１つを測定するように構成される、請求項１に記載の機器。
【請求項３】
前記少なくとも１つの検出構成要素が、導電性コアと該導電性コアを囲む少なくとも１つの絶縁層とを含む電気プローブであり、前記少なくとも１つの装置が、該プローブの電気特性を測定するように構成され、該電気特性が、該導電性コアと前記電極との間の抵抗またはキャパシタンス、電磁波の飛行時間、またはスペクトルインピーダンスである、請求項１または２に記載の機器。
【請求項４】
前記少なくとも１つの検出構成要素が、前記電極の２つの分離部分の間に配設された絶縁層であり、前記少なくとも１つの装置が、該電極の電気特性を測定するように構成され、該電気特性が、該電極の該２つの分離部分の間のキャパシタンスである、請求項１または２に記載の機器。
【請求項５】
前記少なくとも１つの検出構成要素が、少なくとも部分的に前記電極内に配設された絶縁性ロッドであり、該絶縁性ロッドが、電気発振回路に接続された２つの導電性ワイヤを含み、前記少なくとも１つの装置が、該検出構成要素の電気特性を測定するように構成され、該電気特性が、該電気発振回路の振動周期または周波数である、請求項１または２に記載の機器。
【請求項６】
前記少なくとも１つの検出構成要素が、少なくとも部分的に前記電極内に配設された光ファイバーであり、前記少なくとも１つの装置が、該光ファイバーの光学特性を測定するように構成され、該光学特性が、該光ファイバーの光強度、後方散乱光強度、または光反射率である、請求項１または２に記載の機器。
【請求項７】
電極と、
該電極に結合された少なくとも１つの電気プローブであって、導電性コアおよび該導電性コアを囲む少なくとも１つの絶縁層を含む、電気プローブと、
該電気プローブの抵抗またはキャパシタンスを測定するように構成された少なくとも１つの装置と、
を備えた、電極アセンブリ。
【請求項８】
電極と、
該電極に結合された少なくとも１つの光学プローブと、
該光学プローブの少なくとも１つの光学特性を測定するように構成された少なくとも１つの装置と、
を備えた、電極アセンブリ。
【請求項９】
電極と、
該電極に結合された少なくとも１つのプローブであって、絶縁性ロッドと電気発振回路に接続された２つの導電性ワイヤとを含む、プローブと、
該電気発振回路の振動周期または周波数を測定するように構成された少なくとも１つの装置と、
を備えた、電極アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【優先権】
【０００１】
本出願は、２０１４年１１月２５日に出願された米国特許出願第６２／０８４１５４号明細書に対する優先権の恩典を主張するものであり、なお、当該特許出願の内容は、参照によりその全体が本明細書に組み入れられる。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、概して、バッチ材料を溶融させるための機器に関し、より具体的には、ガラスバッチ材料を溶融させるための機器、およびそのような機器での電極長さの測定に関する。
【背景技術】
【０００３】
溶融炉は、数例を挙げればガラスおよび金属バッチ材料などの、様々なバッチ材料を溶融させるために使用することができる。バッチ材料は、２つ以上の電極を有する容器内に位置して、当該電極に電圧を印加することによって溶融させることができる。溶融炉のライフサイクルは、例えば、電極損耗に依存し得る。例えば、溶融プロセスの際、電極は、溶融バッチ材料との接触により、徐々に損耗され得る。ある時点において、電極は、短くなり過ぎ得、ならびに炉の安全な稼働を損ない得る。例えば、稼働の際に、電極が所定の箇所を過ぎて損耗した場合、バッチ材料は、バッチを汚染し得る炉の構成要素に接触し得る。例えば、ガラス溶融物の場合、そのような接触は、望ましくない汚染物質および／または着色物質を、ガラス溶融物または最終ガラス生成物中へ導入し得る。さらに、電極および／または炉に穿孔された任意の穴も、バッチ材料が漏れる経路を提供し得、それは、炉の稼働上の安全性を損ない得る。
【０００４】
溶融炉の寿命終了時点の正確な予測は、稼働上の安全性も維持しつつ、多大なコスト削減をもたらし得る。電極が交換可能でないおよび／または延長できない溶融炉では、１つの電極が最小の安全な長さまで損耗した場合、当該溶融炉は稼働を停止される。しかしながら、溶融操作の間、容器内の電極長さを直接的に観察または測定することは可能ではない場合がある。出願人は、以前に、質量収支アプローチを使用して電極長さを計算した。例えば、酸化スズを含む電極の場合、溶融システムの内外での酸化スズの質量収支を使用することによって、残留する電極長さを見積もることができる。しかしながら、このアプローチは、全ての電極の平均損耗値のみを提供することができるのであって、個々の電極ブロックの損耗に関する情報は提供することができない。さらに、そのような計算は、例えば、±３０％以上などの大きな誤差マージンを有し得る。稼働の際、例えば、バッチ材料組成および／または稼働温度などのいくつかの変数が、電極損耗速度に影響を及ぼす可能性があり、これは、電極損耗の予測を困難にし得るか、または正確な予測を不可能にし得る。
【０００５】
個々の電極損耗に対する特定値が存在しないので、溶融炉は、溶融したバッチ材料の安全な包蔵を確保するために、早期に稼働を停止され得る。いくつかの例では、溶融炉の稼働が停止された時点の数ヶ月後まで安全に操業することができたことがわかった。例えば、数日、または長くは数ヶ月などの溶融炉のさらなる稼働時間により、かなりの資本および稼働コストの削減を生じることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、溶融炉内の電極の長さを正確に見積もるための方法を提供することが有利であろうし、それは、より長い稼働時間およびより低い稼働コストにつながり得る。さらに、終了点に達するまで安全な稼働を可能にするために正確な個々の電極のエンドポイントのフィードバックを提供することができる、バッチ材料を溶融させるための機器を提供することは有利であろう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示は、バッチ材料を溶融させるための機器であって、容器、電極と当該電極に結合された少なくとも１つの検出構成要素とを含む当該容器内に配設された少なくとも１つの電極アセンブリ、および、当該電極アセンブリの少なくとも１つの電気特性または光学特性を測定するように構成された少なくとも１つの装置、を備えた機器に関する。様々な実施形態により、当該バッチ材料は、ガラスバッチ材料から選択することができる。追加の実施形態において、当該検出構成要素は、絶縁層、絶縁層で囲まれた導電性コア、または光ファイバーを含み得る。さらなる実施形態により、少なくとも１つの装置は、電極アセンブリの、電導度、インピーダンス、抵抗、キャパシタンス、電圧、光強度、後方散乱光強度、光反射率、振動周期、および／または周波数のうちの少なくとも１つを測定するように構成することができる。
【０００８】
さらに本明細書において、電極と、当該電極に結合された少なくとも１つの電気プローブであって、導電性コアおよび当該導電性コアを囲む絶縁層を含む電気プローブと、当該電気プローブの抵抗またはキャパシタンスを測定するように構成された少なくとも１つの装置とを備えた、電極アセンブリも開示する。さらに本明細書において、電極と、当該電極に結合された少なくとも１つの光学プローブと、当該少なくとも１つの光学プローブの少なくとも１つの光学特性を測定するように構成された少なくとも１つの装置とを備えた電極アセンブリも開示する。さらに本明細書において、電極と、当該電極に結合された少なくとも１つのプローブであって、電気発振回路に結合された２つの導電性ワイヤを含む絶縁性ロッドを含むプローブと、当該発振回路の振動周期または周波数を測定するように構成された装置とを備えた、電極アセンブリも開示する。さらに、本明細書において開示される、電極アセンブリを備えた、例えば、ガラスバッチ材料などのバッチ材料を溶融させるための機器も本明細書において開示する。
【０００９】
本開示のさらなる特徴および利点について、以下の詳細な説明において述べ、ある程度は、その説明から当業者には容易に明らかとなるか、または以下の詳細な説明、特許請求の範囲、ならびに添付の図面を含め、本明細書において説明されるような方法を実践することによって認識される。
【００１０】
上述の全般的な説明および以下の詳細な説明は両方とも、本開示の様々な実施形態を提示し、特許請求の範囲の性質および特徴を理解するための概説または枠組みを提供することを意図することは理解されるべきである。添付の図面は、本開示についてのさらなる理解を提供するために含められており、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部をなすものである。図面は、本開示の様々な実施形態を例示し、説明と共に、本開示の原理および作用を説明する役割を果たす。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
以下の詳細な説明は、以下の図面と併せて読むことにより最も良く理解することができ、なお、当該図面において、同じ構造は、可能であれば同じ参照番号によって示される。
【図１】例示的溶融炉の断面図を示す概略図である。
【図２Ａ】本開示の実施形態による例示的電極アセンブリの断面図を表す。
【図２Ｂ】本開示の実施形態による例示的電極アセンブリの断面図を表す。
【図３Ａ】本開示の実施形態による例示的電極アセンブリの断面図を表す。
【図３Ｂ】本開示の実施形態による例示的電極アセンブリの断面図を表す。
【図４】本開示の実施形態による例示的電極アセンブリを示す概略図である。
【図５】本開示の実施形態による例示的プローブを示す概略図である。
【図６】本開示の実施形態による例示的電極アセンブリを示す概略図である。
【図７Ａ】本開示の実施形態による例示的電極アセンブリの断面図を表す。
【図７Ｂ】本開示の実施形態による例示的電極アセンブリの断面図を表す。
【図８】本開示の実施形態による例示的電極アセンブリの断面図である
【図９】光ファイバーの長さの関数としての散乱光強度のグラフ表示である。
【図１０】本開示の実施形態による例示的電極アセンブリの断面図である。
【図１１】本開示の実施形態による例示的電極アセンブリの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
機器
本明細書において、バッチ材料を溶融させるための機器であって、容器、電極と当該電極に結合された少なくとも１つの検出構成要素とを含む当該容器内に配設された少なくとも１つの電極アセンブリ、および、当該電極アセンブリの少なくとも１つの電気特性または光学特性を測定するように構成された少なくとも１つの装置、を含む機器を開示する。
【００１３】
本開示の実施形態を、バッチ材料１０５を溶融させるための例示的な炉１００を表す図１を参照しながら説明する。溶融炉１００は、容器１１０を含み得、これは、いくつかの実施形態において、導入口１１５および導出口１２０を有し得る。バッチ材料１０５は、導入口１１５により、容器１１０内に導入することができる。次いで、当該バッチ材料は、容器１１０の側壁１２５および／または底面１３０（これらは、加熱することができる）との接触によって、および／または少なくとも１つの電極１４０との接触によって、容器内において加熱することができる。溶融されたバッチ材料１３５は、さらなる処理のために導出口１２０によって容器１１０の外へと流出させることができる。
【００１４】
用語「バッチ材料」およびその変形は、溶融の際に、反応および／または結合によって所望の最終生成物を形成する前駆体成分の混合物を意味するために本明細書において使用される。例えば、当該バッチは、数例を挙げれば、ガラス前駆体材料または金属合金前駆体材料などを含むことができる。当該バッチ材料は、前駆体材料を結合するための任意の既知の方法によって、調製および／または混合され得る。例えば、ある特定の非限定的な実施形態において、当該バッチ材料は、例えば、任意の溶媒または液体なしで、前駆体粒子の乾燥混合物または実質的に乾燥した混合物を含むことができる。他の実施形態において、当該バッチ材料は、例えば、液体または溶媒の存在下での前駆体粒子の混合物などの、スラリー状態であり得る。
【００１５】
様々な実施形態により、バッチ材料は、例えば、シリカ、アルミナ、および例えば、ホウ素、マグネシウム、カルシウム、ナトリウム、ストロンチウム、スズ、またはチタンの酸化物などの様々な追加の酸化物などの、ガラス前駆体材料を含み得る。例えば、ガラスバッチ材料は、シリカおよび／またはアルミナと、１種または複数種の追加の酸化物との混合物であってもよい。様々な実施形態において、ガラスバッチ材料は、アルミナおよび／またはシリカをまとめて約４５重量％から約９５重量％と、ホウ素、マグネシウム、カルシウム、ナトリウム、ストロンチウム、スズ、および／またはチタンの酸化物のうちの少なくとも１種をまとめて約５重量％から約５５重量％とを含む。
【００１６】
バッチ材料は、関連技術分野における既知の任意の方法、例えば、従来のガラスおよび／または金属の溶融技術などにより溶融させることができる。例えば、バッチ材料は、溶融容器に装入され、例えば、約１２００℃から約１６５０℃、約１２５０℃から約１６００℃、約１３００℃から約１５５０℃、約１３５０℃から約１５００℃、または約１４００℃から約１４５０℃などの、約１１００℃から約１７００℃の間の全ての範囲および部分範囲を含む範囲の温度に加熱され得る。当該バッチ材料は、ある特定の実施形態において、例えば、稼働温度およびバッチサイズなどの様々な可変因子に応じて、溶融容器内において、数分から数時間または数日以上の範囲の滞留時間を有し得る。例えば、当該滞留時間は、約３０分間から約３日間、約１時間から約２日、約２時間から約１日、約３時間から約１２時間、約４時間から約１０時間、または約６時間から約８時間の間の全ての範囲および部分範囲を含む範囲であり得る。
【００１７】
ガラス処理の場合、溶融ガラスバッチ材料は、それに続いて、数例を挙げれば、気泡を除去する清澄化、およびガラス溶融物を均質にするための撹拌などを含む、様々な追加の処理ステップを施されることができる。次いで、当該溶融ガラスは、例えば、ガラスリボンを生成するために、例えば、フュージョンドロー技術およびフロート技術などの任意の既知の方法を使用して処理することができる。それに続いて、非限定的な実施形態において、ガラスリボンは、ガラスシートへと成形、切断、仕上げ研磨、および／またはそれ以外の方法で処理することができる。
【００１８】
容器１１０は、所望の溶融プロセスにおける使用にとって好適な任意の耐熱性材料、例えば、例えば、ジルコン、ジルコニア、アルミナ、酸化マグネシウム、シリコンカーバイド、窒化ケイ素、および酸窒化ケイ素などの耐火物材料、例えば、白金および白金合金などの貴金属、およびそれらの組み合わせを含むことができる。様々な実施形態により、当該容器１１０は、例えば、耐火物材料または貴金属などの耐熱性材料の内張を伴う外壁または外層（図示されず）を含むことができる。当該容器１１０は、所望の用途のための任意の好適な形状またはサイズを有することができ、ならびに、ある特定の実施形態では、円形、楕円形、正方形、または多角形の断面を有することができる。数例を挙げれば、長さ、高さ、幅、および深さなどを含む、当該容器の寸法は、所望の用途に応じて変えることができる。特定の製造プロセスまたはシステムにとって適切であるように、これらの寸法を選択することは、当業者の能力の内である。
【００１９】
図１は、側壁１２５に取り付けられた電極１４０を示しているが、当該電極は、容器１１０内において任意の方向を向けて構成することができ、ならびに当該電極は、容器１１０の、例えば、当該容器の天井または底面などの任意の壁に取り付けることができることは理解されるべきである。さらに、図１は、３つの電極１４０を例示しているが、特定の用途のために所望される場合、任意の数の電極を使用してもよいことは理解されるべきである。さらに、図１は、継続的な処理にとって好適であり得る導入口１１５および導出口１２０を有する容器１１０を例示しているが、他の容器を使用してもよく、それらは、導入口および／または導出口を有していてもまたは有していなくてもよく、ならびにバッチ処理または半バッチ処理のために使用することができることは理解されるべきである。
【００２０】
電極１４０は、溶融炉での作動にとって好適な任意の寸法および／または形状を有することができる。例えば、いくつかの実施形態において、当該電極は、炉壁の１つまたは複数から延在するロッドまたはブロック状の形状にすることができる。当該電極は、例えば、正方形、円形、または任意の他の規則的もしくは不規則な形状などの、任意の好適な断面形状を有することができる。さらに、当該電極の初期長さは、用途および／または溶融容器のサイズに応じて変えることができる。いくつかの非限定的な実施形態において、当該電極は、例えば、約２０ｃｍから約１７５ｃｍ、約３０ｃｍから約１５０ｃｍ、約４０ｃｍから約１２５ｃｍ、約５０ｃｍから約１００ｃｍ、または約６０ｃｍから約７５ｃｍなどの、約１０ｃｍから約２００ｃｍの間の全ての範囲および部分範囲を含む範囲の初期長さを有することができる。
【００２１】
電極１４０は、所望の溶融用途にとって好適な任意の材料を含むことができる。例えば、当該電極材料は、作動の間の電極の通常の損耗または侵食が、バッチ組成および／または最終生成物に、ほとんどまたは全く悪影響を及ぼし得ないように選択することができる。ガラス溶融操作などの様々な非限定的な実施形態において、電極は、１種または複数種の酸化物、あるいは、最終ガラス組成中に存在していてもよい他の材料を含むことができる。例えば、当該電極は、バッチ材料中に既に存在する酸化物（例えば、最終生成物中の酸化物の量を名目上増加させる）、またはバッチ材料中に存在しない酸化物（例えば、最終生成物中に少量または痕跡量の酸化物を導入する）を含むことができる。非限定的な例として、当該電極は、例えば、酸化第二スズ、酸化モリブデン、酸化ジルコニウム、タングステン、酸化モリブデンジルコニウム、白金、および他の貴金属、グラファイト、シリコンカーバイド、ならびに他の好適な材料およびそれらの合金を含むことができる。
【００２２】
本開示の様々な実施形態により、容器１１０は、電極と当該電極に結合された少なくとも１つの検出構成要素とを含む１つまたは複数の電極アセンブリを含むことができる。本明細書において使用される場合、用語「検出構成要素」、「検出構造」、「プローブ」、およびそれらの様々な変形は、単独でまたは電極との併用において、測定可能な信号を発生させることができるか、または、例えば電気信号または光学信号などの信号の発生に貢献することができる、任意の構成要素を意味することが意図される。検出構成要素それ自体は、信号を発生させることができるか、または、電極自体による信号の発生を促進するように電極内または電極に隣接して位置決めすることができる。例えば、非限定的な実施形態において、検出構成要素は、例えば、回路の電導度、インピーダンス、抵抗、キャパシタンス、振動周期または周波数などの電気信号を発生させるプローブなどの電気プローブ、および、例えば、光強度、後方散乱光強度、光反射率などの光学信号を発生させるプローブなどの光学プローブから選択することができる。代替の実施形態において、検出構成要素は、絶縁性構成要素から選択することができ、それらは、例えば、電極を２つ以上の部分に分離することにより、２つの部分の間において、検出することができる電気信号（例えば、キャパシタンス）を発生させることができる。
【００２３】
本明細書において使用される場合、用語「に結合された」およびその変形は、検出構成要素（例えば、プローブ、光ファイバーなど）が、電極に物理的に接触していることを意味することが意図される。当該検出構成要素は、電極内、例えば、電極に穿孔されるかまたはそれ以外の方法で形成された、穴またはチャネルの内側に位置することができる。様々な実施形態において、検出構成要素は、少なくとも部分的に電極内に位置することができる。例えば、当該検出構成要素は、２つの端部と、当該２つの端部の間の中央部分とを有することができ、当該端部の一方または両方は、電極の外側に位置することができ、それと同時に、当該検出構成要素の少なくとも一部（例えば、当該構成要素の、少なくとも１つの端部または中央部分の少なくとも一部）は、電極内に位置することができる。電極の外側の当該検出構成要素の部分は、例えば、少なくとも１つの検出装置などに接続することができる。当該検出構成要素は、電極の表面上に位置することもでき、例えば、電極の表面に物理的に取り付けることもできる。
【００２４】
本明細書において開示される機器は、電極の長さを見積もるための様々な検出機構を含むことができる。いくつかの実施形態において、当該機器は、エンドポイント検出システムを含み得る。そのような機器において、ある特性（例えば、電気特性または光学特性）は、溶融バッチ材料が、電極の特定の箇所に達したときに突然変わることがある。例えば、例えば、抵抗および／または電圧などの電気特性における変化は、バッチ材料が、電極内に配設された検出構造またはプローブに最初に物理的に接触したときに生じ得る。他の実施形態において、当該機器は、較正された長さ測定システムを含み得る。そのような機器において、ある特性（例えば、電気特性または光学特性）は、電極長さが変わるにしたがって徐々に変化することがある。検出構造またはプローブは、例えば、電極内において、または電極に隣接して、電極に結合することができ、電極損耗速度と同様または同一の速度で損耗することがある。したがって、当該プローブは、電極の長さの代用として機能する。電極長さは、例えば、インピーダンス、キャパシタンス、電磁放射線の飛行時間、電磁スペクトル反応、振動周期、周波数、または光透過率などのプローブの特性を測定し、プローブの長さ、したがって電極の長さに対して当該特性を相関させることによって見積もることができる。
【００２５】
電気的検出
本明細書において、電極、当該電極に結合された少なくとも１つの電気プローブであって、導電性コアと当該導電性コアを囲む絶縁層とを含む電気プローブ、および、当該電気プローブの抵抗またはキャパシタンスを測定するように構成された少なくとも１つの装置、を含む電極アセンブリを開示する。追加の実施形態において、当該電極アセンブリは、絶縁層（例えば、導電性コアを伴わない）から選択される検出構成要素を含むことができる。そのような電極アセンブリを含む、例えば、ガラスバッチ材料などのバッチ材料を溶融させるための機器も、本明細書において開示する。
【００２６】
図２Ａおよび図２Ｂは、本開示の様々な実施形態による例示的および非限定的な電極アセンブリを表しており、当該電極アセンブリは、電気的エンドポイント検出によって電極長さを測定するために使用することができる。これらの図において、電極１４０は、溶融バッチ材料Ｍと接触している。当該電極は、検出構成要素１５０を備えており、これは、当該図示される実施形態において、導電性コア１５０ａと絶縁層１５０ｂとを含む電気プローブであり得る。検出構成要素および／または電極は、１つまたは複数のコネクタ１５５を介して装置（図示されず）に接続することができ、当該コネクタは、検出構成要素および／または電極からの様々な電気信号および／または光学信号をリレーすることができる。例えば、図２Ａに示されるように、検出構成要素１５０は、所定の最小電極長さＬｍｉｎに対応する箇所まで電極１４０内に挿入することができる。当該検出構成要素１５０のチップは、所定の箇所に揃えることができる。溶融バッチ材料Ｍが、所定の最小電極長さＬｍｉｎまで電極を侵食するまで、例えば、電極長さが当該最小電極長より長い間、当該検出構成要素１５０のチップにおける絶縁層１５０ｂは、無傷のままであり得、例えば、溶解されない。したがって、導電性コア１５０ａと電極１４０との間の抵抗Ｒを、比較的高いままに維持することができる。
【００２７】
図２Ｂは、溶融バッチ材料Ｍが所定の箇所まで電極１４０を侵食した後の、電極が最小長さＬｍｉｎに達したことを信号化する、同じ例示的電極アセンブリを示している。絶縁材料１５０ｂのチップは、溶融バッチ材料Ｍ中に溶解することができ、その結果として、導電性コア１５０ａが導電性溶融物Ｍに晒される。次いで、電気伝導性の溶融バッチ材料Ｍは、導電性コアを周囲の電極に「接続」し、これは、導電性コア１５０ａと電極１４０の間の抵抗Ｒｍを低下させることができる。当該抵抗Ｒｍは、例えば、溶融バッチ材料の抵抗率ならびに／あるいはプローブおよび電極の寸法などの様々な因子によって変わり得る。ただし、抵抗Ｒｍは、電極が最小電極長さＬｍｉｎより長いときの、したがって絶縁材料のチップが実質的に無傷であるときの抵抗Ｒに比べて、比較的低くあり得る（例えば、約１Ｏｈｍ）。Ｒ（高）からＲｍ（低）への抵抗における変化は、電極が、作動において電極を安全に使用することができるエンドポイントに近いかまたは達していることを信号化することができる。抵抗の突然の変化は、いくつかの実施形態において、炉の停止または炉の稼働における任意の他の適切な行動の引き金となり得る。
【００２８】
最小電極長さＬｍｉｎは、安全性の理由かそれとも他の稼働上の懸念かにかかわらず、稼働を停止させることが有利であり得るような、任意の長さであり得る。ある特定の実施形態において、検出構成要素は、電極長さが、例えば、約７５ｍｍ未満、約６０ｍｍ未満、約５０ｍｍ未満、または約４０ｍｍ未満などの、約１００ｍｍ未満の間の全ての範囲および部分範囲を含む長さであることを信号化することができる。例えば、電極における構造および／またはそのような構造を収容するために穿孔された穴は、低温端部から約４０ｍｍの深さまで、電極中に延在することができる。様々な実施形態において、炉の安全な稼働を保証するために、例えば、約１０ｍｍを上回るような、例えば、約１０ｍｍから約３５ｍｍまでなどの、安全性のマージンを加えることができる。
【００２９】
検出構成要素１５０は、いくつかの実施形態において、絶縁層１５０ｂで囲まれた導電性コア１５０ａを含む電気プローブであり得る。導電性コアおよび絶縁層の両方は、当該溶融機器の作動温度に耐えるように選択すべきである。導電性コアは、これらに限定されるわけではないが、金属、金属合金、金属酸化物、およびそれらの組み合わせを含む、任意の数の導電性材料を含むことができる。これらの材料は、溶融バッチ材料Ｍに可溶性であってもまたは可溶性でなくてもよい。ある特定の実施形態において、当該コアは、例えば、白金および白金合金、例えば、Ｐｔ／Ｒｈ合金などの、貴金属および合金を含むことができる。当該絶縁層は、例えば、数例を挙げれば、ガラス、アルミナ、溶融シリカ、および溶融バッチ材料中に存在していてもよい他の酸化物などのセラミックおよびガラス材料などの、任意の数の非導電性材料から選択することができる。市販の絶縁性材料の非限定的な実施形態は、Ｃｏｒｎｉｎｇ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ製の高温高シリカ含有のＶｙｃｏｒ（登録商標）ガラスである。様々な実施形態により、当該絶縁層は、溶融バッチ材料Ｍに可溶性であり得、および／またはそうでなければ溶融バッチ材料Ｍによって容易に壊れ得る。
【００３０】
導電性コアおよび／または絶縁層の材料は、ある特定の実施形態において、バッチ材料および／または最終生成物を有意には汚染し得ない材料から選択することができる。例えば、当該導電性コアは、稼働温度においてバッチ材料に溶解しないかまたは実質的に溶解しない材料（例えば、ＰｔおよびＰｔ合金）を含むことができる。あるいは、当該導電性コアおよび／または絶縁層は、バッチ材料に溶解することができる材料であって、しかし、バッチおよび／または最終生成物に望ましくない材料または特性（例えば、汚染および／または着色）を導入しない材料、例えば、電極を構成するために使用される材料と同じまたは同様の材料などを含むことができる。したがって、いくつかの非限定的な実施形態において、当該プローブは、バッチ組成中に既に存在する材料、または望ましくない結果を生じることなく最終生成物中に存在していてもよい材料（例えば、元々はバッチ組成に中に存在しない）から構成することができる。
【００３１】
検出構成要素１５０の寸法は、用途および、例えば、それらが結合される電極のサイズに応じて変えることができる。当該検出構成要素は、例えば、非導電性材料の少なくとも１つの層で覆われた電気伝導性材料の、ロッド、ワイヤ、またはブロックから選択することができる。ある特定の実施形態において、当該プローブは、溶融プロセスに関連する、例えば、温度、圧力などの追加情報を測定し提供することができる。したがって、当該プローブは、様々な実施形態において、非電導性のシースを伴う導電性熱電対を含むことができる。
【００３２】
好適なプローブ寸法の非限定的な例は、例えば、約５ｍｍから約１２ｍｍ、または約８ｍｍから約１０ｍｍなどの、約３ｍｍから約１５ｍｍの間の全ての範囲および部分範囲を含む範囲の直径または厚さを有することができる。追加の実施形態において、当該絶縁層は、例えば、約１ｍｍから約８ｍｍ、約２ｍｍから約７ｍｍ、約３ｍｍから約６ｍｍ、または約４ｍｍから約５ｍｍなどの、約０．５ｍｍから約１０ｍｍの間の全ての範囲および部分範囲を含む範囲の厚さを有することができる。
【００３３】
当該プローブは、少なくとも部分的に、例えば、穿孔されるかまたはそれ以外の方法で電極に提供される穴またはチャネルの内などの、電極内に配設することができる。そのような穴またはチャネルの直径は、様々な実用的問題を念頭に置きつつ、所望されるように変えることができる。例えば、当該直径は、電極の構造的完全性を低下させないために十分に小さく、かつプローブを収容するのに十分に、ならびに製造上の困難さを低減するかまたは避けるほど十分に大きくなければならい。様々な実施形態により、当該直径は、例えば、約１０ｍｍから約３５ｍｍ、約１５ｍｍから約３０ｍｍ、または約２０ｍｍから約２５ｍｍなどの、約５ｍｍから約４０ｍｍの間の全ての範囲および部分範囲を含む範囲であり得る。
【００３４】
図３Ａおよび図３Ｂは、代替の非限定的な実施形態を表しており、当該実施形態において、電極長さは、電気的に較正された長さ測定システムによって測定することができる。これらの図において、図２Ａおよび図２Ｂの実施形態と同様に、電極１４０は、溶融バッチ材料Ｍと接触している。当該電極は、検出構成要素１５０を備えており、これは、図示された実施形態において、導電性コア１５０ａと絶縁層１５０ｂとを含む電気プローブを含むことができる。当該検出構成要素および／または電極は、１つまたは複数のコネクタ１５５を介して、装置（図示されず）に接続することができ、当該コネクタは、検出構成要素および／または電極からの様々な電気信号および／または光学信号をリレーすることができる。
【００３５】
例えば、図３Ａに示されるように、検出構成要素１５０は、電極長さと実質的に同様または同一の長さＬを有することができる。図３Ｂに表されているように、稼働の間、溶融バッチ材料Ｍは、電極（および検出構成要素）を侵食し得、したがって、より短い長さＬ１を有する検出構成要素が得られる。様々な実施形態において、検出構成要素および電極は、所定の稼働条件下（例えば、温度、バッチ組成など）において、実質的に同様の侵食速度または同一の侵食速度を有する。ある特定の実施形態により、検出構成要素および電極それぞれの侵食速度が実質的に同様であるかまたは同一であることを確保するために、当該検出構成要素および電極を、例えば、電線などの外部コネクタで電気的に接続することによって、測定されていないときのそれらのそれぞれの長さをモニターすることができる。計測の際、当該プローブは、電極から外して、測定装置に接続しなければならない。追加の実施形態において、導電性コア１５０ａは、電極と同じ材料を含むことができる。絶縁層は、図２Ａおよび図２Ｂに関して説明した任意の好適な材料を含むことができる。
【００３６】
導電性コアの抵抗ＲｃおよびキャパシタンスＣは、検出構成要素の長さＬに比例し得る。当該コアの抵抗は、式（１）、
【００３７】
【数１】
2017538089.tif 000003
【００３８】
を使用して推測することができ、ならびに当該コアのキャパシタンスＣは、式（２）、
【００３９】
【数２】
2017538089.tif 000004
【００４０】
を使用して推測することができ、この場合、ｄは、導電性コアの直径であり、ｗは、絶縁ギャップの幅であり、εは、絶縁体の誘電率であり、εｏは、真空誘電率であり、ρｃは、コア抵抗率であり、Ｌは、電極長さであり、Ａは、コアの断面積である。長さ測定の際、当該検出構成要素は、電極に電気的に接続されていてはいけない。初期長さＬにおいて測定される電気特性Ｚ１を、測定された電気特性Ｚ２と比較することができ、これは、検出構成要素が、より短い長さＬ１に達したことを示し得る。例えば、例えば、電気プローブなどの検出構成要素の抵抗Ｒｃおよび／またはキャパシタンスＣをモニターすることによって、任意の所定の時点における検出構成要素（したがって、電極）の長さＬ１を推測することが可能である。
【００４１】
当該コアの抵抗は、いくつかの実施形態において、溶融バッチ材料の抵抗と比較して、比較的小さくあり得る。したがって、様々な実施形態において、当該コアのキャパシタンスを測定することが、有利であり得る。キャパシタンス測定は、当技術分野において既知の任意の方法、例えば、インピーダンス測定のための標準的な方法を用いて行うことができる。あるいは、導電性電極によって囲まれた検出構成要素は、抵抗体（溶融バッチ材料）によって終端する「同軸ケーブル」として、効率的に概念化することができる。したがって、当該「同軸ケーブル」の長さ（したがって電極長）の測定は、標準的時間領域反射（ＴＤＲ）法を使用して、または共鳴振動数を測定することによって、実施することができる。
【００４２】
図３Ａおよび図３Ｂは、例えば、ロッド、ワイヤ、ケーブル、またはヒューズなどの主に一方向に延在するプローブなどの、一次元検出構成要素を表しており、追加の実施形態では、例えば、平面状プローブなどの二次元検出構成要素、さらには例えば、ブロックなどの三次元検出構成要素を使用することも可能である。図４は、そのような例示的、非限定的な実施形態を表しており、当該実施形態において、電極アセンブリは、多次元検出構成要素を含む。例えば、検出構成要素１５０は、図４に表されるように、電極１４０の２つの部分またはブロック１４０ａと１４０ｂとの間に位置することができるが、他の構成も可能であり、本開示の範囲内に収まるように想到される。図４は、実質的に同じ寸法を有する２つの電極ブロックの間、例えば、電極の中間に位置された実質的に平面状の検出構成要素を表しており、当該検出構成要素は、中心をはずれて、例えば、異なる寸法を有する２つのブロックの間に位置してもよいことは理解されるべきである。その上、ある特定の実施形態において、当該検出構成要素は、電極の外側に位置することもでき、例えば、１つまたは複数の電極表面、例えば、電極の上面、側面、または底面に取り付けるかまたは結合することもできる。
【００４３】
一次元検出構成要素の場合と同様に、抵抗およびキャパシタンスは、検出構成要素の表面積、したがって検出構成要素の長さＬ（および高さｈ）に比例し得る（Ａ＝ｈ×Ｌ）。図５に表されるように、検出構成要素１５０、例えば、電気プローブは、少なくとも１つの絶縁層１５０ｂによって囲まれる導電性コア１５０ａを含むことができ、ならびに、少なくとも１つのコネクタ１５５によって少なくとも１つの測定装置（図示されず）に接続することができる。図６は、本開示による電極アセンブリのさらなる別の実施形態を示しており、当該実施形態において、電極の２つ以上の部分が、検出構成要素によって分離されている。当該検出構成要素は、絶縁層を含むことができ、ならびにいくつかの実施形態では、（図５に図示されたプローブとは対照的に）導電性コアを含み得ない。図６に表された非限定的な実施形態により、２つの電極部分あるいはブロック１４０ａおよび１４０ｂは、絶縁層１５０ｂによって分離することができる。当該絶縁層は、当該２つの電極ブロックの間に電気容量を生じさせ、これは、プローブの表面積、したがって長さＬ（および高さＨ）に比例し得る（Ａ＝Ｈ×Ｌ）。したがって、この実施形態において、電極長さは、２つの電極ブロックの間のキャパシタンスを測定することによって推測することができる。測定の際、当該２つの電極ブロックは、例えば、主電力ケーブルまたは他の手段などによって、互いに電気的に接続されていてはならない。
【００４４】
図７Ａおよび図７Ｂは、本開示の様々な実施形態による例示的、非限定的な電極アセンブリを表しており、これらにおいて、電極長さは、電気回路（例えば、不足スタブ同調発振回路など）によって測定することができる。これらの図において、電極１４０は、溶融バッチ材料Ｍに接触している。当該電極は、検出構成要素１５０を備え、これは、例示される実施形態において、絶縁層１５０ｂおよび導電性ワイヤ１５０ｃを含むことができる。例えば、当該検出構成要素は、絶縁性材料（例えば、アルミナまたは他の好適なセラミック材料もしくはガラス材料）から構成されるロッドと、その中に配設された２つのワイヤ（例えば、銅または他の好適な金属および金属合金）とを含むことができる。ワイヤ１５０ｃは、電気発振回路（図示されず）に接続することができ、これは、例えば、回路の振動周期および／または周波数などの、様々な信号をリレーすることができる。
【００４５】
非限定的な例として、検出構成要素１５０は、差動対として接続された２つのトランジスタを含むマルチバイブレーターであり得る。当該２つの導電性ワイヤ１５０ｃは、絶縁性材料１５０ｂまたはロッド（本明細書において「スタブ」とも呼ばれる）中に螺入させることができ、これらを電極に埋め込むことにより、（例えば、溶融バッチ材料Ｍにおいて）短絡した伝送路を作り出すことができる。スタブの長さより下に伝搬された信号は、ワイヤにおける不一致な端部から反射される。第一のトランジスタがオン（または導電）に切り替えられたときに、初期の立下りパルスが生じ、不一致の端部からの反射の後に立上りパルスを形成する。反対側の第二トランジスタのベース内に結合される場合、当該正パルスは、それに導電させ、第一トランジスタをオフに切り替え、ならびに逆もまた同様である。トランジスタのオン−オフ切り替えの間の遅延は、振動周期として測定することができる。
【００４６】
再び、絶縁材料は、電極損耗の速度と同様または同一の速度において侵食するはずである。ワイヤそれ自体は、溶融バッチ材料Ｍ中において崩壊または溶解し得ないが（図７Ｂに示されるように）、信号反射は、当該ワイヤがスタブによってもはや絶縁されない箇所において生じるはずである。次いで、スタブの長さＬｓ（したがって電極長さ）が、振動周期と絶縁されたワイヤ長さの間の直接相関を用いて、または周波数と絶縁されたワイヤ長さの間の逆相関を用いて、推測され得る。換言すれば、より短い振動周期（またはより高い発振周波数）は、より短い電極長さを信号化するであろう。例えば、振動周期（τ）は、式（３）、
τ＝ＡＬｓ＋Ｂ                                                          （３）
を使用して、スタブ長Ｌｓに相関させることができる。周波数は、期間の逆数として表現することができ（ｆ＝１／τ）、同様に、スタブ長さＬｓ（したがって電極長さ）に相関させることができる。
【００４７】
光学的検出
本明細書において、電極と、当該電極に結合された少なくとも１つの光学プローブと、当該少なくとも１つの光学プローブの少なくとも１つの光学特性を測定するように構成された少なくとも１つの装置とを含む電極アセンブリを開示する。そのような電極アセンブリを含む、例えば、ガラスバッチ材料などのバッチ材料を溶融させるための機器も本明細書において開示する。
【００４８】
図８は、本開示の様々な実施形態による例示的、非限定的な電極アセンブリを表しており、これは、例えば、光学的に較正された長さ測定システムを使用して、光学的後方散乱により電極長さを測定するために使用することができる。電極１４０は、溶融バッチ材料Ｍに接触している。当該電極は、検出構成要素１５０を備えることができ、これは、様々な実施形態において、（図８に示されるように）光学プローブまたは光ファイバーを含むことができる。当該光学プローブは、シングルモードまたはマルチモードファイバーであり得、ならびに所望の用途での使用にとって好適な任意の材料を含むことができる。例えば、いくつかの実施形態において、当該光ファイバーは、シリカベースのガラスを含むことができる。
【００４９】
ある特定の実施形態により、光ファイバーは、中空であり得、あるいは、例えば、純シリカコア、または少なくとも１種の、例えば屈折率増加ドーパント、例えば、Ｇｅ、Ｐ、Ａｌ、および／またはＴｉなどのドーパントをドープしたシリカコアなどの、コアを含み得る。例えば、コアデルタは、例えば、約０．３％から約１．８％、約０．５％から約１．５％、または約０．８％から約１．２％などの、約０．２％から約２％の間の全ての範囲および部分範囲を含む範囲に及び得る。例えば、コア直径も、例えば、約８マイクロメートルから約４００マイクロメートル、約１０マイクロメートルから約３００マイクロメートル、約２０マイクロメートルから約２００マイクロメートル、または約５０マイクロメートルから約１００マイクロメートルなどの、約５マイクロメートルから約５００マイクロメートルの間の全ての範囲および部分範囲を含む範囲で変えることができる。当該光ファイバーはさらに、クラッド層を含むことができ、これは、いくつかの実施形態において、純シリカ、または少なくとも１種のドーパント、例えば、Ｆおよび／またはＢなどの屈折率減少ドーパント、もしくはＧｅ、Ｐ、Ａｌ、および／またはＴｉなどの屈折率増加ドーパントをドープしたシリカを含むことができる。例えば、ファイバーの溶融温度を変えるために、例えば、Ｃｌ、Ｋ、および／またはＮａドーパントなどの他のドーパントを当該ファイバーに加えることもできる。
【００５０】
光学プローブの直径は、いくつかの作動パラメータに応じて変えることができ、ならびに、例えば、約２００マイクロメートルから約５ｍｍ、約３００マイクロメートルから約３ｍｍ、約４００マイクロメートルから約２ｍｍ、または約５００マイクロメートルから約１ｍｍなどの、約１００マイクロメートルから約１０ｍｍの間の全ての範囲および部分範囲を含む範囲に及び得る。様々な実施形態において、当該光学プローブは、穴またはチャネルを通して電極中に挿入することができる。当該プローブのエンドポイントは、溶融バッチ材料Ｍに接触する電極の端部に対応させることができる。検出構成要素１５０、例えば、光学プローブは、測定装置１６０、例えば、光反射率計（例えば、ＬＵＮＡ社製のＯＢＲ４６００）などに接続することができる。したがって、当該光学プローブの長さは、後方散乱信号を測定することによって推測することができる。当該光学プローブが、電極侵食速度と実質的に同様または同一の速度において消費されると仮定することにより、推測される光学プローブの長さを、電極の長さに相関させることができる。
【００５１】
様々な実施形態により、当該光学プローブは、周囲の電極より高い軟化点を有し得るが、溶融バッチ材料に晒された場合、様々な実施形態において、当該プローブは溶解することができる。光学プローブの溶解速度は、ある特定の例において、電極損耗の速度より速くすることができる。しかしながら、損耗の期間の後、当該プローブはさらに電極中に埋包され、これは、溶融バッチ材料への暴露を制限し得るため、溶解速度は、電極損耗におよそ一致し得ると考えられる。したがって、電極のエンドポイントと光学プローブのエンドポイントの間の任意のオフセットは、時間経過と共に減少し、安定化することができ、それによって、測定精度が向上する。
【００５２】
図９は、２つの光ファイバーの場合の、ファイバー長さの関数としての後方散乱光強度を示している。曲線１００は、光の少なくとも一部を反射する端部を備える光ファイバーに対応する。曲線１０１は、顕著には光を反射しない「軟質の」ファイバー端部を備える光ファイバーに対応する。両方の例において、ファイバーの長さ（したがって、電極の長さ）は、図９に示された依存性によって特定することができる。当然のことながら、２つ以上のプローブ（または光ファイバー）を電極に含ませることによって、追加の測定点を提供することも可能であり、これは、測定の精度および／または信頼性を高めることができる。
【００５３】
図１０は、本開示の様々な実施形態による、さらなる例示的、非限定的な電極アセンブリを表しており、これは、光学エンドポイント検出によって、例えば、光強度または放射を検出することによって、電極長さを測定するために使用することができる。電極１４０は、溶融バッチ材料Ｍに接触している。電極は、検出構成要素１５０を備えることができ、様々な実施形態において、それは、光学プローブまたは光ファイバーを含むことができる（図１０に示されるように）。当該プローブまたはファイバーは、図８を参照しながら説明したものと同様であり得る。光学プローブは、所定の最小長さＬｍｉｎまで、電極の穴またはチャネルに挿入することができる。当該プローブの他方の端部は、測定装置１６０、例えば、光強度検出器（光検出器）などに接続することができる。溶融バッチ材料Ｍが、所定の最小長さＬｍｉｎまで電極を侵食するまで、例えば、電極長さが最小電極長さより長い間は、当該溶融材料は、プローブに接触せず、光学信号はほとんどまたは全く検出され得ない。当該溶融材料が電極を十分に侵食し、光学プローブのチップに達した場合、溶融バッチ材料からの光が当該プローブに入ることができる。次いで、測定装置が、光、例えば、光強度の増加などを検出することができ、結果として、最小電極長さに達したことを信号化することができる。図８に示される構成と同様に、測定の精度および／または信頼性を向上させるために所定の電極に２つ以上の光学プローブを含ませることも可能である。
【００５４】
本開示の様々な実施形態による、さらなる例示的、非限定的な電極アセンブリが図１１に表されており、これは、光学エンドポイント検出によって、例えば、ファイバーループを通る光強度を検出することによって、電極長さを測定するために使用することができる。電極１４０は、溶融バッチ材料Ｍに接触している。当該電極は、検出構成要素１５０を備えることができ、これは、様々な実施形態において、光ファイバーループを含むことができる（図１１に示されるように）。当該ファイバーループは、図８を参照しながら説明したものと同様の材料および寸法を含み得る。当該光ファイバーループは、２つの端部と、当該２つの端部の間に位置された中央部分とを含み得る。当該光ファイバーループは、電極の穴またはチャネルに挿入することができ、その場合、一方の端部は測定装置１６０、例えば、光強度検出器などに接続され、もう一方の端部は、光源１６５に接続される。当該光ファイバーループの一部、例えば、ループの中央部分は、電極内に配設することができる。当該ループの一部、例えば、ループの頂点（または転回点）などは、所定の最小長さＬｍｉｎに実質的に対応するように位置決めすることができる。
【００５５】
溶融バッチ材料が当該ファイバーに達するまで、光源１６５からの光は、当該ループを通って連続的に伝わることができ、したがって測定装置１６０によって検出することができる。溶融バッチ材料がループに達したとき、当該ファイバーは、溶融バッチ材料中へと溶融するかまたは溶解し、場合によって、２つ以上の非連続的セグメントを形成し、それにより、測定装置によって示される光強度を著しく減じるかまたは無くしてしまうであろう。当該測定装置は、例えば、光強度の減少などを検出することができ、結果として、最小電極長さに達したことを信号化することができる。図８に示される構成と同様に、測定の精度および／または信頼性を向上させるために２つ以上の光ファイバーを含ませることが可能である。
【００５６】
追加の実施形態において、図１１に示される構成は、電極内に配設された当該ファイバーの端部が、測定するのに十分に顕著な光反射を提供することができる場合、ループを伴わない光ファイバープローブ（例えば、電極の外側に一方の端部が位置されかつ電極内にもう一方が配設されるプローブ、例えば、図１０を参照されたい）と共に使用することができる。光反射は、当該ファイバーの反対端に反射体、例えば、鏡またはブラッググレーティングなどを取り付けることによっても高めることができる。溶融バッチ材料が反射体に達すると、当該反射体が破壊され得て、所定の波長の反射信号が著しく減じられ得る。やはり、当該減少した信号は、電極が所定の最小長さに迫っていることを示し得る。
【００５７】
本明細書において説明される実施形態は、フュージョン式形成プロセス（ダウンドロー、スロットドローなど）において使用される溶融装置、ならびにフロート式形成プロセスにおいて使用される溶融装置に、等しく適用可能であるため、任意の特定のガラス形成プロセスに限定されるものではない。さらに、本明細書において説明される実施形態は、例示的な電極の寿命の間に当該電極を溶融物中へと押し込むために使用されるプロセスおよびシステムと併せて使用することができることが想到される。
【００５８】
本明細書において開示される機器は、１つのタイプの電極アセンブリに限定されるものではなく、様々な実施形態において、電極アセンブリの組み合わせ、例えば、電気的または光学的検出構成要素を用いるアセンブリの組み合わせ、ならびに／あるいは、エンドポイントまたは較正された長さ検出構成要素を用いるアセンブリの組み合わせなどを含むことができることは理解されるべきである。さらに、特定の実施形態と共に説明した様々な構成要素は、限定されることなく他の実施形態における同様の構成要素を説明するために相互互換的に使用することができることは理解されるべきである。さらに、本明細書において説明される検出方法は、溶融炉における電極以外の他の構成要素、例えば、溶融装置の寿命を制限し得る任意の耐火性構成要素の長さを測定するためにも使用することができる。
【００５９】
本明細書において開示される機器は、先行技術の機器に勝る１つまたは複数の利点を提供し得る。ある特定の実施形態において、本明細書において開示される機器は、その場での電極長さ測定を可能にすることによって、電極の目視評価をするためにバッチ材料を排出する必要がなく、それにより、稼働停止時間を短縮することができる。さらに、本明細書において開示される機器は、より正確なエンドポイントのフィードバックを提供することができ、それにより、時期尚早な炉の停止を避け、それにより、多大なコスト削減を提供すると同時に、ガラス漏れも防ぎ、それによって稼働安全性を確保することができる。さらに、本明細書において開示される電極アセンブリは、例えば、電極表面上または電極自体の内に１つまたは複数の検出構成要素を含むように既存の電極を変更することによる、既存の溶融炉に対する改造であり得る。電極長さを推測するための電気特性の測定は、標準的な方法および設備を使用して実施することができ、したがって、これらの測定の実践は、作業コストを実質的に増加させ得ない。最後に、電極長さの光学的測定は、高電力および高電圧回路によるあらゆる電気的干渉を避けることができる。当然のことながら、本明細書において開示される機器は、１つまたは複数の上記の利点を有していなくてもよく、そのような機器も添付の特許請求の範囲内に含まれることが意図されることは理解されるべきである。
【００６０】
開示された様々な実施形態が、特定の実施形態に関して説明された、特定の特徴、要素、またはステップを伴い得ることは、理解されるであろう。特定の特徴、要素、またはステップは、特定の一実施形態に関連して説明されるが、様々な例示されない組み合わせまたは順序において、代替の実施形態と交換または組み合わせることができることも理解されるであろう。
【００６１】
本明細書において使用される場合、名詞は、「少なくとも１つの」対象を指し、そうでないことが明確に示されない限り、「１つのみ」の対象に限定されるべきではないことも理解されるべきである。したがって、例えば、「電極」に対する言及は、文脈がそうでないことを明確に示していない限り、２つ以上のそのような電極を有する例を包含する。
【００６２】
範囲は、本明細書において、「約（ａｂｏｕｔ）」１つの特定の値から、および／または、「約」別の特定の値までとして表現することができる。そのような範囲を表現する場合、いくつかの例は、一方の特定の値から、および／または、他方の特定の値までを含む。同様に、値が、先行詞「約」を用いることによって概算として表現される場合、当該特定の値は別の態様を形成ことが理解されるであろう。さらに、範囲の各々の終点は、他方の終点と関連において、および他方の終点とは無関係に、双方とも有意であることが理解されるであろう。
【００６３】
用語「実質的な（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌ）」、「実質的に（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」、およびその変形は、本明細書において使用される場合、説明した特徴が、値または説明に等しいかまたはおよそ等しいことを言及することが意図される。さらに、「実質的に同様（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ  ｓｉｍｉｌａｒ）」は、２つの値が等しいかまたはおよそ等しいことを意味することが意図される。いくつかの実施形態において、「実質的に同様」は、お互いの約１０％以内、例えば、お互いの５％以内、またはお互いの２％以内などの値を意味し得る。
【００６４】
特に明記されない限り、本明細書において説明されるいずれの方法も、そのステップを特定の順序で実施することを必要とすると解釈されることは全く意図していない。したがって、方法のクレームが、そのステップが従うべき順序を実際には列挙していない場合、あるいは、ステップが特定の順序に限定されるべきであると特許請求の範囲または明細書において特に明記されていない場合、任意の特定の順序が推察されることを全く意図していない。
【００６５】
特定の実施形態の様々な特徴、要素、またはステップが、移行句「を含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」を使用して開示され得る場合、同時に、移行句「からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ）」または「から実質的になる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ  ｏｆ）」を使用して記述され得る実施形態を含めた代替の実施形態も含蓄されることは理解されるべきである。したがって、例えば、Ａ＋Ｂ＋Ｃを含む機器に対する含蓄される代替の実施形態は、機器がＡ＋Ｂ＋Ｃからなる実施形態と、機器がＡ＋Ｂ＋Ｃから実質的になる実施形態とを包含する。
【００６６】
本開示の趣旨および範囲から逸脱することなく、本開示に様々な変更および変形を行うことができることは、当業者に明らかであろう。本開示の趣旨および本質が組み込まれた、開示された実施形態の変更、組み合わせ、部分的組み合わせ、および変形は当業者が気付き得るものであるため、本開示は、添付の特許請求の範囲内の全ておよびその同等物を含むと解釈されるべきである。
【００６７】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【００６８】
実施形態１
バッチ材料を溶融させるための機器であって、
容器と、
当該容器内に配設された少なくとも１つの電極アセンブリであって、
電極、および
当該電極に結合された少なくとも１つの検出構成要素
を含む、電極アセンブリと、
当該電極アセンブリの電気特性または光学特性を測定するように構成された少なくとも１つの装置と、
を備えた、機器。
【００６９】
実施形態２
上記少なくとも１つの装置が、上記電極アセンブリの、電導度、インピーダンス、抵抗、キャパシタンス、光強度、後方散乱光強度、または光反射率のうちの少なくとも１つを測定するように構成される、実施形態１に記載の機器。
【００７０】
実施形態３
上記少なくとも１つの検出構成要素が、導電性コアと当該導電性コアを囲む少なくとも１つの絶縁層とを含む電気プローブであり、上記少なくとも１つの装置が、当該プローブの電気特性を測定するように構成される、実施形態１に記載の機器。
【００７１】
実施形態４
上記電気プローブが、少なくとも部分的に上記電極内に配設されるか、または当該電極の外側表面上に位置される、実施形態３に記載の機器。
【００７２】
実施形態５
上記電気特性が、上記導電性コアと上記電極との間の抵抗またはキャパシタンス、電磁波の飛行時間、またはスペクトルインピーダンスである、実施形態３に記載の機器。
【００７３】
実施形態６
上記導電性コアが、金属、金属合金、および金属酸化物から選択される少なくとも１種の導電性材料を含み、上記少なくとも１つの絶縁層が、セラミック材料またはガラス材料から選択される少なくとも１種の絶縁性材料を含む、実施形態３に記載の機器。
【００７４】
実施形態７
上記少なくとも１つの検出構成要素が、上記電極の２つの分離部分の間に配設された絶縁層であり、上記少なくとも１つの装置が、当該電極の電気特性を測定するように構成される、実施形態１に記載の機器。
【００７５】
実施形態８
上記電気特性が、上記電極の上記２つの分離部分の間のキャパシタンスである、実施形態７に記載の機器。
【００７６】
実施形態９
上記少なくとも１つの検出構成要素が、少なくとも部分的に上記電極内に配設された絶縁性ロッドであり、当該絶縁性ロッドが、電気発振回路に接続された２つの導電性ワイヤを含み、上記少なくとも１つの装置が、当該検出構成要素の電気特性を測定するように構成される、実施形態１に記載の機器。
【００７７】
実施形態１０
上記電気特性が、上記電気発振回路の振動周期または周波数である、実施形態９に記載の機器。
【００７８】
実施形態１１
上記少なくとも１つの検出構成要素が、少なくとも部分的に上記電極内に配設された光ファイバーであり、上記少なくとも１つの装置が、当該光ファイバーの光学特性を測定するように構成される、実施形態１に記載の機器。
【００７９】
実施形態１２
上記光学特性が、上記光ファイバーの光強度、後方散乱光強度、または光反射率である、実施形態１１に記載の機器。
【００８０】
実施形態１３
上記光ファイバーが、中空ファイバー、ならびに任意選択により少なくとも１種の屈折率増加ドーパントをドープされていてもよいシリカコアと、任意選択により少なくとも１種の屈折率増加ドーパントまたは屈折率減少ドーパントをドープされていてもよいシリカを含む少なくとも１つのクラッド層とを含むファイバーから選択される、実施形態１１に記載の機器。
【００８１】
実施形態１４
上記少なくとも１つの検出構成要素が、上記機器の作動温度において上記バッチ材料に少なくとも部分的に可溶である、実施形態１に記載の機器。
【００８２】
実施形態１５
上記少なくとも１つの検出構成要素が、多次元幾何学的構造を有する、実施形態１に記載の機器。
【００８３】
実施形態１６
電極と、
当該電極に結合された少なくとも１つの電気プローブであって、導電性コアおよび当該導電性コアを囲む少なくとも１つの絶縁層を含む、電気プローブと、
当該電気プローブの抵抗またはキャパシタンスを測定するように構成された少なくとも１つの装置と、
を備えた、電極アセンブリ。
【００８４】
実施形態１７
上記電気プローブが、少なくとも部分的に上記電極内に配設されるか、または当該電極の外側表面上に位置される、実施形態１６に記載の電極アセンブリ。
【００８５】
実施形態１８
上記導電性コアが、金属、金属合金、および金属酸化物から選択される少なくとも１種の導電性材料を含み、上記少なくとも１つの絶縁層が、セラミック材料およびガラス材料から選択される少なくとも１種の絶縁性材料を含む、実施形態１６に記載の電極アセンブリ。
【００８６】
実施形態１９
電極と、
当該電極に結合された少なくとも１つの光学プローブと、
当該光学プローブの少なくとも１つの光学特性を測定するように構成された少なくとも１つの装置と、
を備えた、電極アセンブリ。
【００８７】
実施形態２０
上記光学プローブが、少なくとも部分的に上記電極内に配設される、実施形態１９に記載の電極アセンブリ。
【００８８】
実施形態２１
上記光学プローブが、２つの端部と、当該２つの端部の間に配設された中央部分とを含み、当該中央部分が上記電極の内側に配設され、当該２つの端部が当該電極の外側に配設される、実施形態２０に記載の電極アセンブリ。
【００８９】
実施形態２２
上記光学プローブが、中空ファイバー、ならびに、任意選択により少なくとも１種の屈折率増加ドーパントをドープされていてもよいシリカコアと、任意選択により少なくとも１種の屈折率増加ドーパントまたは屈折率減少ドーパントをドープされていてもよいシリカを含む少なくとも１つのクラッド層とを含むファイバーから選択される、実施形態１９に記載の電極アセンブリ。
【００９０】
実施形態２３
電極と、
当該電極に結合された少なくとも１つのプローブであって、絶縁性ロッドと電気発振回路に接続された２つの導電性ワイヤとを含む、プローブと、
当該電気発振回路の振動周期または周波数を測定するように構成された少なくとも１つの装置と、
を備えた、電極アセンブリ。
【００９１】
実施形態２４
上記プローブが、少なくとも部分的に上記電極内に配設される、実施形態２３に記載の電極アセンブリ。
【００９２】
実施形態２５
上記導電性ワイヤが、金属、金属合金、および金属酸化物から選択される少なくとも１種の導電性材料を含み、上記少なくとも１つの絶縁性ロッドが、セラミック材料またはガラス材料から選択される少なくとも１種の絶縁性材料を含む、実施形態２３に記載の電極アセンブリ。
【００９３】
実施形態２６
実施形態１６〜２５のいずれか１つにおいて説明される少なくとも１つの電極アセンブリを含む、ガラスバッチ材料を溶融させるための機器。
【００９４】
実施形態２７
溶融炉において電極長さを測定するための方法であって、当該溶融炉が、電極と当該電極に結合された少なくとも１つの検出構成要素とを含む電極アセンブリを含み、
当該溶融炉の稼働の間に、１つまたは複数の箇所において当該電極アセンブリの光学特性または電気特性を測定するステップと、
測定された光学特性または電気特性を当該電極の長さに相関させるステップと
を含む、方法。
【００９５】
実施形態２８
上記測定された光学特性または電気特性における突然の変化が、上記電極の最小長さと相関がある、実施形態２７に記載の方法。
【００９６】
実施形態２９
上記測定された光学特性または電気特性における徐々の変化が、上記電極の長さにおける徐々の変化と相関がある、実施形態２７に記載の方法。
【００９７】
実施形態３０
上記少なくとも１つの検出構成要素が、導電性コアと当該導電性コアを囲む少なくとも１つの絶縁層とを含む電気プローブであり、上記測定された電気特性が、当該導電性コアの抵抗またはキャパシタンスである、実施形態２７に記載の方法。
【００９８】
実施形態３１
上記少なくとも１つの検出構成要素が、上記電極の２つの部分の間に配設された絶縁層であり、上記測定された電気特性が、当該電極の当該２つの部分の間のキャパシタンスである、実施形態２７に記載の方法。
【００９９】
実施形態３２
上記少なくとも１つの検出構成要素が、電気発振回路に接続された２つの導電性ワイヤを含む絶縁性ロッドであり、上記測定された電気特性が、当該電気発振回路の振動周期または周波数である、実施形態２７に記載の方法。
【０１００】
実施形態３３
上記少なくとも１つの検出構成要素が、光学プローブであり、上記測定された光学特性が、当該光学プローブの、光強度、後方散乱光強度、または光反射率である、実施形態２７に記載の方法。
【符号の説明】
【０１０１】
１００  溶融炉
１００、１０１  曲線
１０５  バッチ材料
１１０  容器
１１５  導入口
１２０  導出口
１２５  側壁
１３０  底面
１３５  溶融されたバッチ材料
１４０  電極
１４０ａ、１４０ｂ  ブロック
１５０  検出構成要素
１５０ａ  導電性コア
１５０ｂ  絶縁層
１５０ｃ  導電性ワイヤ
１５５  コネクタ
１６０  測定装置
１６５  光源
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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