(57)【要約】  本開示は、ガラスリボンを生産するための装置に関し、該装置は、溶融容器、成形容器、及び、前記成形容器から少なくとも１種類の揮発した成分を含む蒸気の少なくとも一部を受けるように構成された揮発濾過システムを備え、該揮発濾過システムは、前記蒸気の凝縮点より高い第１の温度で動作する搬送容器と、前記揮発した成分の凝固温度未満の第２の温度で動作するクエンチチャンバとを備えている。このような装置及び揮発濾過システムを使用するガラスリボンの生産方法についても本明細書に開示される。
2017534554.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラスリボンの生産方法において、
バッチ材料を溶融して溶融ガラスを形成する工程；
前記溶融ガラスを処理してガラスリボンを形成する工程であって、該処理工程において、少なくとも１種類の揮発した成分を含む蒸気が生じる、工程；
前記蒸気の少なくとも一部を放出する工程であって、放出の間に、前記蒸気が、該蒸気の凝縮温度より高い第１の温度で維持される、工程；及び
前記蒸気を、前記揮発した成分の凝固温度未満の第２の温度まで急速冷却する工程
を含む、方法。
【請求項２】
前記少なくとも１種類の揮発した成分が、Ｂ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ、及びそれらの組合せから選択されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の温度が約１０００℃〜約１３００℃の範囲にあることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記第２の温度が約６００℃未満であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記蒸気を約１００℃〜約３００℃の範囲の第３の温度まで冷却する工程をさらに含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
ガラスリボン形成装置において、
溶融容器と、
成形容器と、
前記成形容器から、少なくとも１種類の揮発した成分を含む蒸気の少なくとも一部を受けるように構成された揮発濾過システムであって、
前記蒸気の凝縮温度より高い第１の温度で動作する搬送容器；及び
前記揮発した成分の凝固温度未満の第２の温度で動作するクエンチチャンバ
を含む、揮発濾過システムと、
を備えた、装置。
【請求項７】
前記第１の温度が約１０００℃〜約１３００℃の範囲にあることを特徴とする、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記クエンチチャンバが、圧縮された流体流を前記クエンチチャンバ内に送給するように構成された少なくとも１つの入口を備えることを特徴とする、請求項６又は７に記載の装置。
【請求項９】
前記蒸気の気体部分を前記成形容器に戻すための再循環ループと、再循環する前に前記蒸気の前記気体部分を加熱するための加熱ユニットとをさらに備えることを特徴とする、請求項６〜８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記少なくとも１種類の揮発した成分が、Ｂ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ、及びそれらの組合せから選択されることを特徴とする、請求項６〜９のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、その全体がここに参照することによって本願に援用される、２０１４年９月２４日出願の米国仮特許出願第６２／０５４５３１号の優先権の利益を主張する。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、概略的には、ガラス製造システムのための濾過システムに関し、より詳細には、フュージョンドロー機械のための揮発濾過システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）及びプラズマディスプレイなどの高性能のディスプレイ装置は、一般に、携帯電話、ラップトップ型コンピュータ、電子タブレット、テレビ、及びコンピュータ用モニタなどのさまざまな電子機器に使用される。現在市販されている表示デバイスは、１枚以上の高精度のガラス板を、例えば、２、３の用例を挙げると、電子回路部品用の基板として、又はカラーフィルタとして使用することができる。このような高品質のガラス基板を製造するための先進技術は、Ｃｏｒｎｉｎｇ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ社によって開発され、かつ、例えば、その全体が参照することによって本願に援用される、特許文献１及び２に記載されるフュージョンドロー法である。
【０００４】
フュージョンドロー法は、典型的には、フュージョンドロー機械（ＦＤＭ）を使用し、この機械は成形体（例えばアイソパイプ）を備えうる。成形体は、トラフと、下方に傾斜してルートにおいて接合する２つの主側面（又は成形面）を備えた楔形の断面を有する下位部とを含みうる。動作の間に、トラフは溶融ガラスで満たされ、この溶融ガラスはトラフの側部（又は堰）を越えて流れ、２つのガラスリボンとして２つの成形面に沿って流れ落ち、最終的にはルートで合流し、そこで２つのガラスリボンが融着して単一のガラスリボンを形成する。したがってガラスリボンは、成形体の表面に曝露されていない２つの無傷の外部表面を有することができる。次に、リボンは、下方に延伸され、かつ冷却されて、所望の厚さ及び無傷の表面品質を有するガラス板を形成しうる。
【０００５】
ガラス成形プロセスの間、溶融ガラスの表面から揮発した蒸気は、ＦＤＭ内に捕捉された状態のままでありうる。捕捉された蒸気は、最終的には、ＦＤＭの内壁を被覆可能な粘性の液体を形成する場合があり、多くの事例では、システム内に滲出又は滴り落ちる可能性がある。凝縮された蒸気の液滴は、ガラス板に付着しかねず、それによってシートに欠陥を生じさせる場合がある。さらには、液滴は、ロール表面に落ちた場合に、亀裂（crackouts）及び／又は境界（rubicon）の形成を生じさせることにより、ガラスリボンを悪化させる可能性がある。ＦＤＭ内に捕捉された揮発性蒸気はまた、設備にも損傷を与えかねず、かなりの製造ロスを生じうる。蒸気は、例えば、２、３の例を挙げると、Ｂ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、及びＣａＯなど、さまざまな揮発した化合物を含みうる。
【０００６】
ＦＤＭは、捕捉された蒸気をＦＤＭから抜き出すための蒸気濾過システム（ＶＦＳ）を使用することができる。例えばＦＤＭのマッフル領域の最上部からなど、ＦＤＭからの蒸気の放出が試みられているが、しかしながら、この方法のさまざまな欠点に悩まされてきた。例えば、ＦＤＭからの蒸気の単純な排出には、ＦＤＭの内圧の安定及び排気に対する補償の必要性が考慮されていない。気流及び／又は圧力の変化は、ガラス内に、例えば介在物欠陥などの欠陥を生じうる。これらの従前の方法は、蒸気凝縮による設備の詰まりにも悩まされることがあり、結果的に、信頼性に乏しく、プロセス性能に悪影響を生じうる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第３３３８６９６号明細書
【特許文献２】米国特許第３６８２６０９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
大型化及び画質の要件を伴った高性能ディスプレイについての消費者需要によって、高品質、高精度のガラス板を生産するための改善された製造方法が必要とされている。したがって、ガラスの欠陥を最小限にし、かつ、例えばＦＤＭに捕捉された揮発性蒸気によって生じる、設備損傷及びプロセスの不安定性を低減することができる、ガラスリボン及びガラス板を形成するための方法及び装置を提供することは有利であろう。さまざまな実施形態において、本明細書に開示される方法及び装置は、設備の詰まりを最小限にし、かつ、ＦＤＭの内部の気流の乱れを低減することができ、それによって、ガラス板内の介在物欠陥を防止することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示は、ガラスリボンの生産方法に関し、該方法は、バッチ材料を溶融して溶融ガラスを形成する工程；溶融ガラスを処理してガラスリボンを形成する工程であって、該処理工程において、少なくとも１種類の揮発した成分を含む蒸気が生じる、工程；蒸気の少なくとも一部を放出する工程であって、放出の間に、蒸気が、該蒸気の凝縮温度より高い第１の温度で維持される、工程；及び、蒸気を、揮発した成分の凝固温度未満の第２の温度まで急速冷却する工程を含む。
【００１０】
また、ガラスリボンを生産するための装置も開示され、該装置は、溶融容器、成形容器、及び、該成形容器から、少なくとも１種類の揮発した成分を含む蒸気の少なくとも一部を受けるように構成された揮発濾過システムを備えており、該揮発濾過システムは搬送容器とクエンチチャンバとを備え、この搬送容器は蒸気の凝縮温度より高い第１の温度で動作し、クエンチチャンバは揮発した成分の凝固温度未満の第２の温度で動作する。
【００１１】
さまざまな実施形態において、成形容器から放出された蒸気は、例えば、圧縮された乾燥空気等の圧縮された流体流を使用して、急速にクエンチされうる。さまざまな態様によれば、蒸気を急速にクエンチする工程は、揮発した成分の少なくとも一部を実質的に固体形態に変換するのに十分な期間内で蒸気を冷却する工程を含み、それによって液相を本質的に回避する又は実質的に回避する。ある特定の実施形態において、再循環ループを、加熱された空気を成形容器内に再注入するために使用することができ、これは、成形容器内の気流の乱れを最小限に抑えることができる。さらなる実施形態によれば、蒸気は、Ｂ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ等から選択される少なくとも１種類の揮発した成分を含みうる。
【００１２】
本開示のさらなる特徴及び利点は、以下の詳細な説明において記載され、一部には、その説明から当業者に容易に明らかになり、又は、以下の詳細な説明、特許請求の範囲、並びに添付の図面を含む、本明細書に記載の方法を実施することによって認識されよう。
【００１３】
前述の概要及び以下の詳細な説明は両方とも、本開示のさまざまな実施形態を提示しており、特許請求の範囲の本質及び特徴を理解するための概観又は構成を提供することが意図されていることが理解されよう。添付の図面は、本開示のさらなる理解を提供するために含まれ、本明細書に取り込まれてその一部を構成する。図面は、本開示のさまざまな実施形態を例証しており、その説明と共に、本開示の原理及び操作を説明する役割を担う。
【００１４】
次の詳細な説明は、同様の構造が可能な限り同様の参照番号で示される添付の図面と併せて読んだ場合に最もよく理解されうる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】例となるガラス製造システムの概略図
【図２】本開示の態様に従った蒸気濾過システムを備えた成形容器の概略図
【図３】本開示の態様に従った蒸気濾過システムのプロセスフロー図
【図４】本開示の態様に従った蒸気濾過システムの概略図
【図５】本開示の態様に従ったクエンチチャンバの概略図
【図６】先行技術の方法を使用して得られた蒸気冷却曲線と比較した、本開示に従った蒸気濾過方法を使用して得られた蒸気冷却曲線のグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１６】
装置
ガラスリボンを生産するための装置が本明細書に開示され、該装置は、溶融容器、成形容器、及び、前記成形容器から、少なくとも１種類の揮発した成分を含む蒸気の少なくとも一部を受けるように構成された揮発濾過システムを備えており、該揮発濾過システムは、蒸気の凝縮温度より高い第１の温度で動作する搬送容器と、揮発した成分の凝固温度未満の第２の温度で動作するクエンチチャンバとを備えている。
【００１７】
本開示の実施形態は、ガラスリボン１０４を生産するための例となるガラス製造システム１００を示す、図１に関して論じられる。ガラス製造システム１００は、溶融容器１１０、溶融−清澄管１１５、清澄容器（例えば清澄管）１２０、清澄−攪拌チャンバ連結管１２５（そこから延びるレベルプローブスタンドパイプ１２７を備える）、攪拌チャンバ（例えば混合容器）１３０、攪拌チャンバ−ボウル連結管１３５、ボウル（例えば送達容器）１４０、下降管１４５、並びに、入口１５５、成形体（例えばアイソパイプ）１６０、及びプルロールアセンブリ１６５を備えうるＦＤＭ１５０を具備しうる。
【００１８】
ガラスバッチ材料は、矢印１１２に示されるように、溶融容器１１０内に導入されて溶融ガラス１１４を形成しうる。清澄容器１２０は、溶融−清澄管１１５によって溶融容器１１０に接続される。清澄容器１２０は、溶融容器１１０から溶融ガラスを受ける高温処理領域を有してよく、溶融ガラスから泡を除去することができる。清澄容器１２０は、清澄−攪拌チャンバ連結管１２５によって攪拌チャンバ１３０に接続される。攪拌チャンバ１３０は、攪拌チャンバ−ボウル連結管１３５によってボウル１４０に接続される。ボウル１４０は、下降管１４５を通ってＦＤＭ１５０内へと溶融ガラスを送給することができる。
【００１９】
ＦＤＭ１５０は、入口１５５、成形体１６０、及びプルロールアセンブリ１６５を備えうる。入口１５５は、下降管１４５から溶融ガラスを受け、そこから成形体１６０へと溶融ガラスを流すことができる。成形体１６０は、溶融ガラスを受ける開口１６２を備えていてよく、該溶融ガラスはトラフ１６４内へと流れ、トラフ１６４の両側面から溢れて、２つの対向する成形面１６６ａ及び１６６ｂを流れ落ちた後、ルート１６８において互いに融着してガラスリボン１０４を形成しうる。プルロールアセンブリ１６５は、追加の随意的な装置でさらに処理するために、延伸されたガラスリボン１０４を送達することができる。
【００２０】
例えば、ガラスリボンは、該ガラスリボンに切り込みを入れるための機械的な切り込み装置を備えてよい、移動アンビル装置（traveling anvil machine）（ＴＡＭ）によってさらに処理することができる。切り込みを入れたガラスは、次に、ガラス板の片々へと分離され、当技術分野で知られたさまざまな方法及び装置を使用して、機械加工、研磨、化学的強化、及び／又は、例えばエッチングなどの他の方法で表面処理されうる。当然ながら、本明細書に開示される装置及び方法は、フュージョンドロー法及びシステムに関して論じられるが、このような装置及び方法は、２、３の例を挙げると、スロットドロー法及びフロート法などの他のガラス成形法と併せて使用してもよいと解されるべきである。
【００２１】
例えば、ガラスリボン成形プロセスの間に、例えばＦＤＭ１５０において、揮発した化合物は、蒸気１０２を形成するかもしれず、これがシステム内部に捕捉されて、ガラスリボン及び／又は処理設備に損傷を生じさせる可能性がありうる。したがって、本開示のある特定の態様において、蒸気濾過システム（ＶＦＳ）が、ＦＤＭ又は成形容器から蒸気を放出するために設けられうる。図２は、本開示の非限定的な実施形態に従った、ＶＦＳ１７０が備わった、成形体１６０を含む、成形容器１５２を含むＦＤＭの一部を示している。蒸気流１０２（矢印として示される）は、搬送容器（又はダクト）１７２によって成形容器１５２から放出されうる。搬送容器は、該搬送容器１７２の温度を維持することができ、したがって蒸気流が蒸気の凝縮点より高い温度でその中を移動する、加熱要素１７４を具備しうる。ある特定の実施形態において、搬送容器１７２は、成形容器内の温度（例えば成形温度）と同様又は同一の温度で動作させることができる。
【００２２】
非限定的な例によれば、成形容器は、ある温度範囲で、その最高温点（hottest point）（例えば、成形体１６０のトラフ１６４に近接した上部１５４ａ）で、それらの間のすべての範囲及び部分的範囲を含む、例えば約１１５０℃〜約１２５０℃、約１１５０℃〜約１２２５℃、又は約１１７５℃〜約１２００℃など、約１１００℃〜約１３００℃で動作しうる。その最低温点（coolest point）（例えば、成形体１６０のルート１６８に近接した下位部１５４ｂ）において、成形容器は、それらの間のすべての範囲及び部分的範囲を含む、例えば約８５０℃〜約１１００℃、約９００℃〜約１０５０℃、又は約９５０℃〜約１０００℃など、約８００℃〜約１１５０℃の範囲の温度で動作しうる。よって、搬送容器１７２は、成形温度（例えば、成形容器における最高温点の温度）又はそれに近い温度など、蒸気の凝縮温度より高い温度で動作することができ、この温度は、それらの間のすべての範囲及び部分的範囲を含む、例えば、約１０５０℃〜約１２５０℃、約１１００℃〜約１２２５℃、又は約１１５０℃〜約１２００℃など、約１０００℃〜約１３００℃の範囲である。
【００２３】
搬送容器１７２を通って移動する蒸気１０２は、クエンチチャンバ１７６に入ってよく、そこで蒸気内の揮発した成分の凝固点未満の温度まで急速に冷却されうる。例えば、蒸気は、圧縮された乾燥空気（ＣＤＡ）、デシカントエア、又は、窒素等の適切な冷却されたガス流などの圧縮された流体流１７８と接触してもよい。圧縮された流体流との接触により、蒸気流が希釈され、及び／又は水分含量が低下し、蒸気が液体形成段階を回避又は実質的に回避できるように、蒸気が急激に冷却されうる。クエンチチャンバ１７６内に入る際の圧縮された流体流１７８の温度及び／又は速度は、例えば、蒸気流の温度、組成及び／又は速度、並びにクエンチチャンバ１７６の寸法などに応じて、変動し、制御されうる。
【００２４】
さまざまな実施形態によれば、圧縮された流体流１７８は、それらの間のすべての範囲及び部分的範囲を含む、約０℃〜約−１５０℃、約−２０℃〜約−１００℃、約−３０℃〜約−６０℃、又は約−４０℃〜約−５０℃の範囲の温度を含みうる。一例となる非限定的な実施形態では、圧縮された流体流は、約−３５℃〜約−４０℃の範囲の温度を有しうる。圧縮された流体流の速度は、それらの間のすべての範囲及び部分的範囲を含む、例えば、約１ｍ／秒〜約１０００ｍ／秒、約２ｍ／秒〜約１００ｍ／秒、約５ｍ／秒〜約２０ｍ／秒、又は約５ｍ／秒〜約１５ｍ／秒など、約０．５ｍ／秒〜約２０００ｍ／秒の範囲でありうる。所望の動作及び結果に適した流速度を選択することは、当業者の能力の範囲内である。
【００２５】
したがって、蒸気流１０２は、例えば、約５７５℃未満、約５５０℃未満、約５２５℃未満、又は約５００℃未満などの約６００℃未満の温度など、蒸気中の揮発した成分の凝固点未満の温度まで、急速に冷却されうる。ある特定の実施形態において、蒸気流は、それらの間のすべての範囲及び部分的範囲を含む、約２００℃〜約６００℃、約２５０℃〜約５００℃、又は約３００℃〜約４００℃の範囲の温度まで急速に冷却されうる。
【００２６】
さまざまな実施形態によれば、用語「急速冷却する」及びその変形は、液相を回避又は実質的に回避するのに十分な時間内で、蒸気中に存在する揮発した成分の少なくとも凝固温度まで蒸気を冷却することを意味するために用いられる。さまざまな実施形態によれば、その時間は、例えば、約５秒未満、約１秒未満、約０．５秒未満、又は約０．１秒未満など、約１０秒未満でありうるが、それよりも長い又は短い時間も可能であり、それは本開示の範囲内に入ることが意図されている。他の実施形態では、急速冷却は、ミリ秒内で生じてよく、例えば、その時間は、約０．０１〜約０．０９秒間の範囲でありうる。理論に束縛されることは望まないが、本明細書に開示される蒸気の急速冷却は、処理設備内の液体成分の存在を最小限にする、又は排除することができ、それによって腐食及び／又は詰まりなどの関連する危険性が低減されると考えられる。
【００２７】
冷却された蒸気流１０２（固体粒子を含む）は、次に、例えば、冷却コイルを備えた水冷式の凝縮器などの１つ以上の冷却要素１８２を具備しうる、１つ以上の凝縮器１８０へと移動しうる。蒸気流１０２は、該蒸気流１０２から追加の成分を凝結させることができる凝縮器１８０内でさらに冷却することができ、例えば、蒸気流中の水分は、より低い凝固点又は凝縮点を有する他の成分とともに凝縮されうる。少なくとも１つの凝縮器１８０は、例えば、蒸気流を、それらの間のすべての範囲及び部分的範囲を含む、例えば約１５０℃〜約４００℃、約２００℃〜約３５０℃、又は約２５０℃〜約３００℃など、約１００℃〜約５００℃の範囲の温度まで冷却することができる。１つの非限定的な実施形態では、ＶＦＳは、蒸気流を、約５００℃〜約６００℃の範囲の第１の温度から、それらの間のすべての範囲及び部分的範囲を含む、例えば約３００℃〜約４００℃など、約２５０℃〜約４５０℃の範囲の第２の温度まで冷却可能な第１の凝縮器を備えうる。ＶＦＳは、蒸気流を、それらの間のすべての範囲及び部分的範囲を含む、例えば約１１０℃〜約１８０℃、約１２０℃〜約１７０℃、約１３０℃〜約１６０℃、又は約１４０℃〜約１５０℃など、約１００℃〜約２００℃の範囲の第３の温度まで冷却可能な第２の凝縮器をさらに備えうる。
【００２８】
凝縮器１８０は、捕集室１８４を備えていてもよく、あるいは、捕集室は、ＶＦＳの別部品として提供されてもよい。凝縮器１８０から得られた固体粒子及び／又は液体は、分離された固体成分１８６として捕集室１８４内に蓄積されうる。分離された気体成分（例えば、ガス流）１８８は、次に、エアフィルタ１９０に通されてよく、結果的に得られる濾過空気１９２は、次に、一部の実施形態において、加熱され、再循環ループ１９４を介して成形容器１５２へと戻され再循環されうる。濾過された空気１９２は、ある特定の実施形態では、「メイクアップ」流れとして、成形容器内の減少した気流１９６を補充するのに用いられうる。
【００２９】
図３は、本開示のさまざまな実施形態に従ったＶＦＳについての例となるフロー図を示している。図１及び２は、蒸気流を、成形容器の例えばマッフル領域などの最上部から出るものとして示しているが、容器又はＦＤＭ内のあらゆる地点での放出が可能であると解されるべきである。例えば、図３に示されるように、成形容器は、例えば、蒸気が容器から排出されうる、マッフル又は移行領域（例えば、それぞれ図２の１５４ａ及び１５４ｂを参照）などの最上部及び／又は側部又は他の適切な場所からなど、幾つかの放出地点を含みうる。工程Ａにおいて、蒸気は、成形容器から放出され、工程Ｂで加熱されて、蒸気をその凝縮温度より高い温度に維持しうる。蒸気は、次に、工程Ｃにおいてクエンチ及び冷却されてよく、それによって、少なくとも１種類の揮発した成分が凝固し、及び／又は、蒸気流中に存在するさまざまな成分が凝縮する。微粒子フィルタを工程Ｄにおいて使用して、ガス流から固体粒子を分離してもよい。濾過された流れは、次に、工程Ｅにおいて、例えば送気装置を利用して、随意的な加熱ユニットに輸送されうる。濾過された流れは、次に、一部の実施形態において、工程Ｆで加熱され、工程Ｇにおいて成形容器へと戻され再循環されうる。
【００３０】
図４は、例えば、図３のフロー図に記載される方法など、本明細書に開示される方法の実施に使用されうるＶＦＳ設備の非限定的な実施形態を示す概略図である。例証される実施形態において、成形容器からの蒸気流１０２は、加熱され、クエンチチャンバ１７６へと輸送されてよく、そこで、例えば、１つ以上の圧縮された流れ（図示せず）と接触することによって、急速に冷却されうる。蒸気流は、次に、さらに冷却するために、少なくとも１つの凝縮器１８０（２つ示されている）を通って流れうる。固体粒子及び／又は凝縮された液体は、例えば集塵機などの捕集室１８４内に収集することができる。残りの分離したガス流は、次に、濾過され（図示せず）、加熱ユニット１９８において加熱されうる。加熱されたガス流は、次いで、一部の実施形態によれば、メイクアップ流れ（図示せず）として成形容器へと戻され再循環されうる。
【００３１】
図５は、本開示のさまざまな態様に従ったクエンチチャンバのより詳細な透視図を提供する。図から分かるように、クエンチチャンバ１７６は、一部の実施形態において、少なくとも１つの凝縮器１８０に連結したバルブでありうる。加熱された蒸気流１０２は、１つ以上の入口１７７を備えていてよいクエンチチャンバを通じて流れ、その１つ以上の入口１７７を通って圧縮された流体流がクエンチチャンバ内へと流れ、蒸気流１０２と接触しうる。合流した流れは、次に、さらなる冷却のために凝縮器１８０内へと流れうる。蒸気流が凝縮器に入る際に、分離された固体成分１８６（例えば、凝固した粒子）は、例えば重力に起因して、ガス状の蒸気から落下し始め、捕集容器内に収集することができる。
【００３２】
用語「蒸気流」及び「蒸気」は、本明細書では同じ意味で用いられ、成形容器から放出され、その後に加熱され、クエンチされ、かつ冷却される流れのことを指す。蒸気流は、少なくとも１種類の揮発した成分を含み、成形容器及び搬送容器内でガス状の形態であって、クエンチチャンバを出る際には実質的に固体又は粒子の形態でありうる。本明細書に記載される蒸気流は、ガス状の蒸気及びその中に取り込まれた粒子状物質の両方を包含すると解される。
【００３３】
本明細書で用いられる場合、用語「凝固温度」及びその変形は、少なくとも１つの気体から固体への変化により、例えば、バルク蒸気内に取り込まれた実質的に固体の粒子などの少なくとも１つの固体粒子を含む実質的に液体を含まないバルク蒸気を結果的に生じる温度を意味することが意図されており、この気体から固体への変化は、温度の低下に関係する。凝固温度はまた、析出温度とも称され、又は、例えば昇華の反対など、蒸気の少なくとも一部が固体へと変化する温度でありうる。同様に、用語「凝縮温度」及びその変形は、少なくとも１つの気体から液体への変化が、バルク蒸気内への少なくとも１つの液相の導入を結果的に生じる温度を意味することが意図されており、気体から液体への変化は温度の低下に関係する。
【００３４】
本明細書で用いられる場合、用語「実質的に固体」及びその変形は、本質的に又は完全に固体粒子へと変換された、その変換以前には揮発していた成分を意味することが意図されている。例えば、固体粒子は、１００質量％の固体を含んでよく、あるいは、他の実施形態では、固体粒子は、例えば、約９９．５質量％を超える、約９９質量％を超える、約９８質量％を超える、約９７質量％を超える、約９６質量％を超える、又は約９５質量％を超える固体など、約９９．９質量％を超える固体を含みうる。
【００３５】
非限定的な例によれば、蒸気流は、幾つかの例を挙げると、例えばＢ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、及びＣａＯなど、少なくとも１種類の揮発した成分を含みうる。例えば、Ｂ２Ｏ３の形態などのホウ素は、成形工程の間に揮発してガス状のＢ２Ｏ３を形成しうる。非限定的な例としてホウ素を使用して、蒸気流は、成形容器から放出され、蒸気の凝縮温度より高い温度に維持されうる。例えば、蒸気流は、加熱され、約１１００℃を超える、又は約１２００℃を超えるなど、約１０００℃を超える温度に維持されてよく、その温度は、例えば、それらの間のすべての範囲及び部分的範囲を含む、例えば約１０５０℃〜約１２５０℃、約１１００℃〜約１２２５℃、又は約１１５０℃〜約１２００℃など、例えば、約１０００℃〜約１３００℃の範囲である。蒸気を、凝縮温度を上回る温度に維持することにより、さまざまな実施形態において、そうでなければさまざまな設備部品に損傷を与え、及び／又は、設備を詰まらせたであろう、処理設備において、液体の形成を防止することができる。
【００３６】
クエンチチャンバでは、蒸気流は、例えば、ＣＤＡなど、乾燥圧縮された流れなどの圧縮された流体流と接触させることができる。乾燥冷気は、蒸気流の水分含量を低減、及び／又は、流れを希釈することができ、それによって、蒸気流を、揮発した成分（例えばＢ２Ｏ３）の凝固温度未満の温度まで急速に冷却し、液相の形成を回避又は実質的に回避することができる。Ｂ２Ｏ３として蒸発したホウ素の事例では、凝固点は約５５７℃と推定される。よって、蒸気を約５５０℃未満の温度まで急速に冷却することにより、さまざまな実施形態において、液相の形成なしに、又は実質的に液相の形成なしに、ホウ素を含む固体粒子が生じるはずである。設備を詰まらせうる液体凝縮物とは対照的に、実質的に乾燥した固体粒子は、例えば、エアフィルタ及び／又は集塵機を利用して、より容易にその系から濾別されうる。例となる実施形態は、揮発した成分をいくらでも除去するのに使用できることから、当然ながら、揮発した成分としてのＢ２Ｏ３の例によって、本明細書に添付される特許請求の範囲を限定すべきではない。
【００３７】
図６は、例となる揮発したホウ素蒸気についての本開示のさまざまな態様に従って達成されうる、例となる冷却曲線Ｙを示している。先行技術の冷却曲線Ｘもまた、比較の目的で含まれている。本明細書に開示される方法及び装置を使用して、工程Ａにおいてマッフルを出る揮発したホウ素を含む蒸気（約１２２５℃）は、工程Ｂにおいてクエンチチャンバ内で急速に冷却され（約５００〜６００℃まで）、工程Ｃにおいて第１の凝縮器内で冷却され（約２７５〜３２５℃まで）、工程Ｄにおいて第２の凝縮器内でさらに冷却され（約１００〜１４０℃まで）、かつ、例えば、濾過後、工程ＥにおいてＶＦＳから出る際には、約２５〜４０℃の最終温度を有しうる。当然ながら、上述のように、ＶＦＳはまた、ある特定の実施形態では、蒸気を、成形容器内に戻し再循環させるのに適した温度に再加熱するための加熱ユニットも備えうる。
【００３８】
対照的に、先行技術の方法を使用すると、揮発したホウ素蒸気は、幾つかの工程において、より徐々に冷却し、その間に液体の形成が起こり得、それによって設備の詰まりの危険性をもたらす。例えば、冷却曲線Ｘは、ＶＦＳを使用しない７９”ＥＸＧシステムについてガラスリボン温度を測定するために、熱電対又はパイロ温度センサを使用して延伸におけるさまざまな点に沿って行われた温度測定値を示している。曲線Ｘによって示されるように、放出なしでは、揮発したホウ素蒸気は、揮発したホウ素の凝固点未満の温度に達することはできず、よって、気液状態のままであり、これにより、プロセス流れの輸送がより困難になり、及び／又は、設備の洗浄がより難しくなりうる。したがって、図６は、本明細書に開示される方法及び装置を使用して、システムからより容易に輸送かつ洗浄可能な固体粒子相も生成すると同時に、液相が実質的に回避されるように、少なくとも１種類の揮発した成分を含む蒸気を急速に冷却することが可能であることを実証している。
【００３９】
方法
ガラスリボンの生産方法が本明細書に開示され、該方法は、バッチ材料を溶融して溶融ガラスを形成する工程；溶融ガラスを処理してガラスリボンを形成する工程であって、該処理工程において、少なくとも１種類の揮発した成分を含む蒸気が生じる、工程；蒸気の少なくとも一部を放出する工程であって、放出の間に、蒸気が、該蒸気の凝縮温度より高い第１の温度で維持される、工程；及び、蒸気を、揮発した成分の凝固温度未満の第２の温度まで急速冷却する工程を含む。
【００４０】
用語「バッチ材料」及びその変形は、溶融の際に、反応及び／又は組み合わさってガラスを形成する、ガラス前駆体成分の混合物を意味するものとして本明細書に用いられる。ガラスバッチ材料は、ガラス前駆体材料の混合について知られているいずれの方法によっても調製及び／又は混合されうる。例えば、ある特定の非限定的な実施形態では、ガラスバッチ材料は、例えば、溶媒又は液体を含まない、ガラス前駆体粒子の乾燥した又は実質的に乾燥した混合物を含みうる。他の実施形態では、ガラスバッチ材料は、例えば、液体又は溶媒の存在下で、ガラス前駆体粒子の混合物などのスラリーの形態でありうる。
【００４１】
さまざまな実施形態によれば、バッチ材料は、シリカ、アルミナ；並びに、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、又はチタンの酸化物などのさまざまな追加の酸化物などのガラス前駆体材料を含みうる。例えば、ガラスバッチ材料は、シリカ及び／又はアルミナと、１種類以上の追加の酸化物との混合物を含みうる。さまざまな実施形態において、ガラスバッチ材料は、合計で約４５〜約９５質量％のアルミナ及び／又はシリカ、及び、合計で約５〜約５５質量％の、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、及び／又はチタンのうちの少なくとも１種類の酸化物を含みうる。
【００４２】
バッチ材料は、図１に関して本明細書で述べた方法を含む、当技術分野で知られたいずれの方法に従っても溶融することができる。例えば、バッチ材料は、溶融容器に加えられ、それらの間のすべての範囲及び部分的範囲を含む、例えば約１２００℃〜約１６５０℃、約１２５０℃〜約１６００℃、約１３００℃〜約１５５０℃、約１３５０℃〜約１５００℃、又は約１４００℃〜約１４５０℃などの約１１００℃〜約１７００℃の範囲の温度まで加熱されうる。バッチ材料は、ある特定の実施形態において、動作温度及びバッチサイズなどのさまざまな変数に応じて、数分間〜数時間の範囲の溶融容器内滞留時間を有しうる。例えば、滞留時間は、それらの間のすべての範囲及び部分的範囲を含む、約３０分間〜約８時間、約１時間〜約６時間、約２時間〜約５時間、又は約３時間〜約４時間の範囲でありうる。
【００４３】
溶融ガラスは、その後、２、３の例を挙げると、泡を除去するための清澄工程、及びガラス融液を均質化するための攪拌工程を含む、さまざまな追加の処理工程に供されうる。溶融ガラスは、次いで、本明細書で図１〜２に関して述べたフュージョンドロー法、並びに、スロットドロー法及びフロート法を含む、当技術分野で知られたいずれの方法にでも従ってガラスリボンを生産するために処理されうる。処理工程の間に生じた蒸気は、本明細書に記載されるＶＦＳを使用して放出及び冷却されうる。
【００４４】
ある特定の実施形態において、１つ以上の蒸気流は、例えば、自然対流及び／又は送風機によって誘発される空気吸引（air pull）によって、成形容器から放出されうる。放出工程についての言及は、例えば、成形容器からの蒸気の取り出し、及び、成形容器から、例えば、クエンチチャンバ及び／又は凝縮器などの冷却ユニットへの輸送のことを指すことが意図されている。本開示のさまざまな態様によれば、放出工程の間に、蒸気流は、蒸気の凝縮点より高い第１の温度で維持される。第１の温度は、例えば、その内部を通って蒸気流が成形容器からクエンチチャンバまで移動する搬送容器を加熱することによって、維持されうる。非限定的な例によれば、搬送容器は、それらの間のすべての範囲及び部分的範囲を含む、例えば、約１０５０℃〜約１１７５℃、又は、約１１００℃〜約１１５０℃など、約１０００℃〜約１２００℃の範囲の温度で動作することができる。
【００４５】
蒸気流は、次に、クエンチチャンバに入ってもよく、そこで、蒸気流内の少なくとも１種類の揮発した成分の凝固点未満の第２の温度まで急速に冷却されうる。蒸気流の速度及び／又は体積流量は、例えば、対象とする揮発した成分を凝固するなど、例えば、蒸気流を急速に冷却するのに必要とされる熱伝達の関数として、などの、さまざまな処理パラメータに応じて変動しうる。所望の用途に応じた適切な蒸気の流量及び／又は速度を選択することは、当業者の能力の範囲内であろう。
【００４６】
本明細書で装置に関して述べたように、蒸気流は、第１の温度までクエンチされ、その後に１つ以上の凝縮器によって第２の温度まで、又はさらに第３の温度まで冷却されうる。クエンチ及び冷却後、蒸気流は、固体粒子又は液体凝縮物をガス流から分離するためにさまざまな分離プロセスに供されうる。分離された固体成分は、廃棄、分析、又は、別の目的のために別の方法で再循環されてもよい。分離された気体成分は、例えばエアフィルタを使用して濾過され、必要に応じて成形容器内に戻して再循環するのに適した温度まで加熱されてもよい。例えば、濾過された空気は、それらの間のすべての範囲及び部分的範囲を含む、例えば、約１０５０℃〜約１２００℃、又は約１１００℃〜約１１５０℃など、約１０００℃〜約１２５０℃の範囲の温度まで加熱されうる。
【００４７】
本明細書に開示される方法及び装置は、先行技術の濾過システム、及び／又は、濾過システムを使用せずに動作するＦＤＭに対して、１つ以上の利点をもたらしうる。ある特定の実施形態では、蒸気流の急速冷却により、ＦＤＭ内における問題のある液体凝縮相の生成の可能性が回避又は実質的に回避可能となる。さらには、本明細書に開示されるＶＦＳは、凝縮の発生源（例えば揮発性蒸気）を除去することにより、ＦＤＭ内に蓄積される凝縮を低減することができる。ＦＤＭ内の凝縮の低減は、結果的に、凝縮に関連する、ガラスの亀裂、境界（rubicon）の形成、プロセスの不安定性、及び／又は、製造ロスの低減をもたらしうる。例えば、凝縮を低減することにより、蒸気がぶつかることに起因するマッフル領域における耐火性材料の劣化又は「溶解」が、低減又は排除されうる。凝縮物の存在に起因する設備の故障の危険性もまた、設備の寿命及び性能が経時的に改善されるように、低減されうる。さらには、凝縮による欠陥が低減するか、存在しないことにより、ガラス板の品質は向上しうる。本明細書に開示されるＶＦＳを使用するガラス製造プロセスについての予測されるコストの削減は、１億ドルにも上りうる。
【００４８】
加えて、ＶＦＳシステムは、ＦＤＭの外部にあることから、ＦＤＭに対し、大きな据え込み（major upsets）なしに、容易に後付け、スイッチのオンオフ、洗浄、及び／又は調整が可能である。さらには、ＶＦＳは、基本の産業的な計測及び制御システムを用いて調整、監視、及び制御することができる。ＶＦＳには特殊な材料及び／又は部品が必要とされないことにより、他の濾過システムと比較して大幅なコスト削減をもたらしうる。最終的には、本明細書に開示されるＶＦＳは、分析のための粒子試料の収集、並びに、清掃及び保守のし易さの改善を可能にする。ＶＦＳの定期的な清掃は、ガラス産業によく見られる標準的な工具及び技術を使用して行うことができ、よって、複雑さ、停止時間、及び／又はコストを最小限に抑えうる。当然ながら、本明細書に開示される方法及び装置は、上記利点の１つ以上を有しないかもしれないが、このような方法及び装置は、添付の特許請求の範囲内に入ることが意図されていることが理解されよう。
【００４９】
さまざまな開示される実施形態は、その特定の実施形態に関連して説明される特定の特徴、要素又は工程を包含しうることが認識されよう。特定の特徴、要素又は工程は、１つの特定の実施形態に関して説明されているが、さまざまな図示されていない組合せ又は配列の代替的な実施形態と交換又は組合せされうることもまた認識されよう。
【００５０】
本明細書で用いられる場合、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示されない限り、「１つのみ」の対象に限定すべきではないこともまた理解されよう。よって、例えば、「ある１つの凝縮器」についての言及は、文脈上明らかに別の意味を示していない限り、このような凝縮器を２つ以上有する例を含む。
【００５１】
範囲は、本明細書では、「約」１つの特定の値から、及び／又は「約」別の特定の値までとして表される。このように範囲が表される場合、例には、１つの特定の値から、及び／又は、他の特定の値までが含まれる。同様に、先行詞「約」を用いて、値が近似値として表現される場合、その特定の値が別の態様を形成することが理解されよう。さらには、範囲の各々の終点は、他の終点に関係する場合、及び、他の終点とは独立している場合の両方において、重要であるということも理解されよう。
【００５２】
用語「実質的な」、「実質的に」、及びその変形は、本明細書で用いられる場合、説明される特徴が、ある値又は説明に等しい又はほぼ等しいことを意味することが意図されている。さらには、「実質的に同様の」は、２つの値が等しい又はほぼ等しいことを意味することが意図されている。いくつかの実施形態において、「実質的に同様の」は、互いに約５％以内、又は互いに約２％以内など、互いに約１０％の範囲内の値を意味しうる。
【００５３】
他に明記されない限り、本明細書に記載されるいずれの方法も、その工程が特定の順番で行われることを必要とするように解釈されることは全く意図されていない。したがって、方法の請求項が、その工程が従うべき順番を実際に列挙していない場合、あるいは、それらの工程が特定の順番に限定されるべきであることが請求項又は説明に特に記載されていない場合、特定の順番が推定されることは全く意図されていない。
【００５４】
特定の実施形態のさまざまな特徴、要素又は工程が移行句「含む」を用いて開示されうる一方で、移行句「からなる」又は「〜から実質的になる」を用いて説明されうるものを含む代替的な実施形態も含まれると解されるべきである。よって、例えば、Ａ＋Ｂ＋Ｃを含むシステムに対し含まれる代替的な実施形態には、システムがＡ＋Ｂ＋Ｃからなる実施形態、及び、システムがＡ＋Ｂ＋Ｃから本質的になる実施形態が含まれる。
【００５５】
本開示の精神および範囲から逸脱することなく、本開示に対してさまざまな修正及び変更がなされうることは、当業者にとって明白であろう。本開示の精神及び内容を取り込む開示される実施形態の修正、組合せ、部分的組合せ及び変形は、当業者に想起されるであろうことから、本開示は、添付の特許請求の範囲及びその等価物の範囲内にあるすべてを含むものと解釈されるべきである。
【００５６】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【００５７】
実施形態１
ガラスリボンの生産方法において、
バッチ材料を溶融して溶融ガラスを形成する工程、
前記溶融ガラスを処理してガラスリボンを形成する工程であって、該処理工程において、少なくとも１種類の揮発した成分を含む蒸気が生じる、工程、
前記蒸気の少なくとも一部を放出する工程であって、放出の間に、前記蒸気が、該蒸気の凝縮温度より高い第１の温度で維持される、工程、及び
前記蒸気を、前記揮発した成分の凝固温度未満の第２の温度まで急速冷却する工程、
を含む、方法。
【００５８】
実施形態２
急速冷却する工程が、前記蒸気を、圧縮された乾燥空気、デシカントエア、又は液体窒素から選択される少なくとも１つの圧縮された流体流と接触させる工程を含む、実施形態１に記載の方法。
【００５９】
実施形態３
急速冷却する工程が、約１０秒以下の時間内に生じることを特徴とする、実施形態１に記載の方法。
【００６０】
実施形態４
前記処理工程が、アイソパイプを備えた流体延伸機械（fluid draw machine）内で行われることを特徴とする、実施形態１に記載の方法。
【００６１】
実施形態５
前記少なくとも１種類の揮発した成分が、Ｂ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ、及びそれらの組合せから選択されることを特徴とする、実施形態１に記載の方法。
【００６２】
実施形態６
前記第１の温度が約１０００℃〜約１３００℃の範囲にあることを特徴とする、実施形態１に記載の方法。
【００６３】
実施形態７
前記第２の温度が約６００℃未満であることを特徴とする、実施形態１に記載の方法。
【００６４】
実施形態８
前記蒸気を約１００℃〜約３００℃の範囲の第３の温度まで冷却する工程をさらに含む、実施形態１に記載の方法。
【００６５】
実施形態９
前記急速冷却する工程の後に、前記蒸気が実質的に液体を含まないことを特徴とする、実施形態１に記載の方法。
【００６６】
実施形態１０
前記蒸気を気体成分と固体成分とに分離する工程をさらに含む、実施形態１に記載の方法。
【００６７】
実施形態１１
前記処理工程において使用するために、前記気体成分を濾過、加熱、及び再循環する工程をさらに含む、実施形態１０に記載の方法。
【００６８】
実施形態１２
ガラスリボン形成装置において、
溶融容器と、
成形容器と、
前記成形容器から、少なくとも１種類の揮発した成分を含む蒸気の少なくとも一部を受けるように構成された揮発濾過システムであって、
前記蒸気の凝縮温度より高い第１の温度で動作する搬送容器；及び
前記揮発した成分の凝固温度未満の第２の温度で動作するクエンチチャンバ
を含む、揮発濾過システムと、
を備えた、装置。
【００６９】
実施形態１３
前記成形容器がアイソパイプを備えることを特徴とする、実施形態１２に記載の装置。
【００７０】
実施形態１４
前記第１の温度が約１０００℃〜約１３００℃の範囲にあることを特徴とする、実施形態１２に記載の装置。
【００７１】
実施形態１５
前記クエンチチャンバが、圧縮された流体流を前記クエンチチャンバ内に送給するように構成された少なくとも１つの入口を備えることを特徴とする、実施形態１２に記載の装置。
【００７２】
実施形態１６
前記第２の温度が約６００℃未満であることを特徴とする、実施形態１２に記載の装置。
【００７３】
実施形態１７
約１００℃〜約３００℃の範囲の温度で動作する少なくとも１つの凝縮器をさらに備えることを特徴とする、実施形態１２に記載の装置。
【００７４】
実施形態１８
前記蒸気から固体成分を分離するためのフィルタをさらに備えることを特徴とする、実施形態１２に記載の装置。
【００７５】
実施形態１９
前記蒸気の気体部分を前記成形容器内に戻すための再循環ループと、再循環する前に前記蒸気の前記気体部分を加熱するための加熱ユニットとをさらに備えることを特徴とする、実施形態１２に記載の装置。
【００７６】
実施形態２０
前記少なくとも１種類の揮発した成分が、Ｂ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ、及びそれらの組合せから選択されることを特徴とする、実施形態１２に記載の装置。
【符号の説明】
【００７７】
１００  ガラス製造システム
１０２  蒸気
１０４  ガラスリボン
１１０  溶融容器
１１４  溶融ガラス
１１５  溶融−清澄管
１２０  清澄容器／清澄管
１２５  清澄−攪拌チャンバ連結管
１２７  レベルプローブスタンドパイプ
１３０  攪拌チャンバ／混合容器
１３５  攪拌チャンバ−ボウル連結管
１４０  ボウル／送達容器
１４５  下降管
１５２  成形容器
１５４ａ  上部
１５４ｂ  下位部
１５５  入口
１６０  成形体／アイソパイプ
１６２  開口
１６４  トラフ
１６５  プルロールアセンブリ
１６６ａ，１６６ｂ  成形面
１６８  ルート
１７２  搬送容器／ダクト
１７６  クエンチチャンバ
１７８  圧縮された流体流
１８０  凝縮器
１８４  捕集室
１８６  固体成分
１８８  気体成分／ガス流
１９０  エアフィルタ
１９２  濾過空気
１９４  再循環ループ
１９６  気流
１９８  加熱ユニット
【図１】
2017534554.tif 000003
【図２】
2017534554.tif 000004
【図３】
2017534554.tif 000005
【図４】
2017534554.tif 000006
【図５】
2017534554.tif 000007
【図６】
2017534554.tif 000008
【国際調査報告】
2017534554.tif 000009
2017534554.tif 000010