(57)【要約】  ガラス製品製造装置が提供される。ガラス製品製造装置は、ガス加熱ゾーンと電気加熱ゾーンとを含む加熱炉、該加熱炉から熱を回収するように構成された第１の熱交換モジュール、及び該第１の熱交換モジュールを通過する熱伝達媒体流体の流れを駆動するように構成されたポンプを備えており、第１の熱交換モジュールの少なくとも一部は、電気加熱ゾーンの外面の少なくとも一部と熱的に結合している。ガラス製品製造装置は、高いエネルギー効率を示すとともに欠陥率を低下させることができる。
2020509988.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス製品製造装置であって、
ガス加熱ゾーンと電気加熱ゾーンとを含む加熱炉；
前記加熱炉から熱を回収するように構成された第１の熱交換モジュール；及び
前記第１の熱交換モジュールを通過する熱伝達媒体流体の流れを駆動するように構成されたポンプ
を含み、
前記第１の熱交換モジュールの少なくとも一部が、前記電気加熱ゾーンの外面の少なくとも一部と熱的に結合している、
ガラス製品製造装置。
【請求項２】
前記ガラス製品を処理するための処理流体を供給するように構成されたガラス製品処理装置；及び
前記処理流体を加熱するように構成された第２の熱交換モジュール
をさらに含み、
前記第２の熱交換モジュールが、前記熱伝達媒体流体から前記処理流体へと熱を伝達するように構成されている、
請求項１に記載のガラス製品製造装置。
【請求項３】
前記ガス加熱ゾーンが前記加熱炉内のガラス溶融物の最高レベルより高いレベルにあり、前記電気加熱ゾーンが前記加熱炉内の前記ガラス溶融物の前記最高レベルより低いレベルにある、請求項１又は２に記載のガラス製品製造装置。
【請求項４】
前記第１の熱交換モジュールの少なくとも一部が前記電気加熱ゾーンの外面と面接触している、請求項３に記載のガラス製品製造装置。
【請求項５】
前記第１の熱交換モジュールが固定部材を介して前記電気加熱ゾーンの前記外面に接着している、請求項４に記載のガラス製品製造装置。
【請求項６】
前記第１の熱交換モジュールと前記電気加熱ゾーンの前記外面との間の面接触面積が、前記第１の熱交換モジュールが設けられた外壁の全面積の約１５％〜約６０％の範囲である、請求項４又は５に記載のガラス製品製造装置。
【請求項７】
前記第１の熱交換モジュールが前記加熱炉の前記外面から離間されている、請求項１に記載のガラス製品製造装置。
【請求項８】
前記加熱炉の前記外面に面する前記第１の熱交換モジュールの表面が前記加熱炉の前記外面と実質的に平行である、請求項７に記載のガラス製品製造装置。
【請求項９】
ガラス製品製造装置であって、
ガス加熱ゾーンと電気加熱ゾーンとを含む加熱炉；
前記ガラス製品を処理するための処理流体を供給するように構成されたガラス製品処理装置；及び
熱交換装置
を備えており、
前記熱交換装置が、
前記加熱炉から熱を回収するように構成された第１の熱交換モジュール；
前記処理流体を加熱するように構成された第２の熱交換モジュール；
前記第１の熱交換モジュールと前記第２の熱交換モジュールとの間を循環する熱伝達媒体流体；及び
前記熱伝達媒体流体の流れを駆動するように構成されたポンプ
を備えている、
ガラス製品製造装置。
【請求項１０】
前記第１の熱交換モジュールが横方向に互いに離間した３つのセクションを含む、請求項９に記載のガラス製品製造装置。
【請求項１１】
前記熱伝達媒体流体が水である、請求項９又は１０に記載のガラス製品製造装置。
【請求項１２】
前記第１の熱交換モジュールが前記熱伝達媒体流体の温度を約７℃〜約１５℃上昇させるように構成される、請求項９〜１１のいずれか一項に記載のガラス製品製造装置。
【請求項１３】
前記第１の熱交換モジュールに供給される前記熱伝達媒体流体を貯蔵するように構成された第１のタンクをさらに含み、前記第１の熱交換モジュールから排出される前記熱伝達媒体流体が前記第１のタンクに再循環するように構成される、請求項９〜１２のいずれか一項に記載のガラス製品製造装置。
【請求項１４】
前記第２の熱交換モジュールから排出される前記熱伝達媒体流体を貯蔵するように構成された第２のタンクをさらに含む、請求項１３に記載のガラス製品製造装置。
【請求項１５】
前記加熱炉が、原料を供給する供給装置が結合した第１の側壁と、ガラス溶融物の出口が取り付けられた第２の側壁とを備えており、前記第１の熱交換モジュールが前記第１の側壁に直接接触している、請求項９〜１４のいずれか一項に記載のガラス製品製造装置。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、その内容が依拠され、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、２０１７年３月２０日出願の韓国特許出願第１０−２０１７−００３４７５７号の米国法典第３５編特許法１１９条に基づく優先権の利益を主張する。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、ガラス製品製造装置に関し、より詳細には、欠陥率を低下させ、エネルギー効率を高めるガラス製品製造装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
ガラス製品の製造では、エネルギー効率を高め、製造プロセスの欠陥率を低下させることは有利でありうる。
【発明の概要】
【０００４】
本開示の実施形態によれば、ガス加熱ゾーンと電気加熱ゾーンとを含む加熱炉；加熱炉から熱を回収するように構成された第１の熱交換モジュール；及び、該第１の熱交換モジュールを通過する熱伝達媒体流体の流れを駆動するように構成されたポンプを備えたガラス製品製造装置が提供され、ここで、第１の熱交換モジュールの少なくとも一部は、電気加熱ゾーンの外面の少なくとも一部と熱的に結合している。
【０００５】
ガラス製品製造装置はさらに、ガラス製品を処理するための処理流体を供給するように構成されたガラス製品処理装置；及び、処理流体を加熱するように構成された第２の熱交換モジュールを含んでよく、該第２の熱交換モジュールは、熱伝達媒体流体から処理流体へと熱を伝達するように構成することができる。
【０００６】
ガス加熱ゾーンは、加熱炉内のガラス溶融物の最高レベルよりも高いレベルにあってよく、電気加熱ゾーンは、加熱炉内のガラス溶融物の最高レベルよりも低いレベルにあってよい。
【０００７】
第１の熱交換モジュールの少なくとも一部は、電気加熱ゾーンの外面と面接触しうる。
【０００８】
第１の熱交換モジュールは、固定部材を介して電気加熱ゾーンの外面に接着されうる。
【０００９】
第１の熱交換モジュールと電気加熱ゾーンの外面との間の面接触面積は、加熱炉の外壁の全面積の１５％〜６０％の範囲でありうる。
【００１０】
第１の熱交換モジュールは、加熱炉の外面から離間配置することができる。
【００１１】
加熱炉の外面に面する第１の熱交換モジュールの表面は、該加熱炉の外面と実質的に平行でありうる。
【００１２】
本開示の実施形態によれば、ガス加熱ゾーンと電気加熱ゾーンとを含む加熱炉；ガラス製品を処理するための処理流体を供給するように構成されたガラス製品処理装置；及び、熱交換装置を備えたガラス製品製造装置が提供され、ここで、熱交換装置は、加熱炉から熱を回収するように構成された第１の熱交換モジュール；処理流体を加熱するように構成された第２の熱交換モジュール；第１の熱交換モジュールと第２の熱交換モジュールとの間を循環する熱伝達媒体流体；及び、熱伝達媒体流体の流れを駆動するように構成されたポンプを備えている。
【００１３】
第１の熱交換モジュールは、横方向に互いに離間した３つのセクションを含むことができる。
【００１４】
熱伝達媒体流体は水でありうる。
【００１５】
第１の熱交換モジュールは、熱伝達媒体流体の温度を約７℃〜約１５℃上昇させるように構成することができる。
【００１６】
第２の熱交換モジュールは、処理流体の温度を約３℃〜約８℃上昇させるように構成することができる。
【００１７】
ガラス製品製造装置はさらに、第１の熱交換モジュールに供給される熱伝達媒体流体を貯蔵するように構成された第１のタンクを含んでよく、第１の熱交換モジュールから排出される熱伝達媒体流体を第１のタンクに再循環することができる。
【００１８】
ガラス製品製造装置はさらに、第２の熱交換モジュールから排出される熱伝達媒体流体を貯蔵するように構成された第２のタンクを含むことができる。
【００１９】
加熱炉は、原料を供給する供給装置が結合した第１の側壁と、ガラス溶融物の出口が取り付けられた第２の側壁とを含んでよく、第１の熱交換モジュールは、第１の側壁に直接接触していてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】幾つかの実施形態に従うガラス製品製造装置のブロック図
【図２】一実施形態に従う第１の熱交換モジュールと加熱炉の分解斜視図
【図３Ａ】一実施形態に従う加熱炉の後壁に設置された第１の熱交換モジュールの正面図
【図３Ｂ】一実施形態に従う第１の熱交換モジュール内の管の斜視図
【図４Ａ】実施形態に従う管と加熱炉との接触状態を概念的に示す側面断面図
【図４Ｂ】実施形態に従う管と加熱炉との接触状態を概念的に示す側面断面図
【図４Ｃ】実施形態に従う管と加熱炉との接触状態を概念的に示す側面断面図
【図５】実施形態に従う第１の熱交換モジュールが加熱炉の後壁に適用された場合の電気加熱ゾーンにおける消費電力のグラフ
【図６】一実施形態に従うガラス製品製造装置における加熱炉とガラス製品処理装置との間の処理段階を詳細に示すプロセス図
【図７】第１の熱交換モジュールが適用されている場合、及び第１の熱交換モジュールが適用されていない場合の欠陥率の変化を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００２１】
次に、例示的な実施形態が示されている添付の図面を参照して、本開示をより詳細に説明する。しかしながら、本開示の主題は、多くの異なる形態で具現化されてもよく、本明細書に記載される例示的な実施形態に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、この開示によって主題が当業者に伝わるように提供されている。図面において、層及び領域の厚さは、明確にするために誇張されている場合がある。可能な限り、図面中の同様の参照番号は同様の要素を示す。したがって、本開示は、添付の図面に示されるような相対的なサイズ又は間隔によって制限されない。
【００２２】
「第１」、「第２」などの用語は、さまざまな構成要素を説明するために使用される場合があるが、このような構成要素は上記の用語に限定されない。上記の用語は、ある構成要素を別の構成要素と区別するためにのみ使用される。例えば、矛盾することなく、第１の構成要素が第２の構成要素を示してもよく、あるいは第２の構成要素が第１の構成要素を示してもよい。
【００２３】
さまざまな例示的な実施形態において本明細書で使用される用語は、例示的な実施形態のみを説明するために使用され、さまざまな追加の実施形態を限定するものと解釈されるべきではない。文脈で特に定義されていない限り、単数表現には複数表現が含まれる。さまざまな例示的な実施形態において本明細書で使用される「含む」又は「含むことができる／含みうる」という用語は、対応する機能、動作、又は構成要素の存在を示してよく、１つ以上の追加の機能、動作、又は構成要素を限定するものではない。本明細書で使用される場合、用語「含む」及び／又は「含んでいる」は、述べられた特徴、整数、工程、動作、要素、及び／又は構成要素の存在を指定するために使用されうるが、１つ以上の他の特徴、整数、工程、動作、要素、構成要素、及び／又はそれらの群の存在又は追加を排除するものではないことがさらに理解されよう。
【００２４】
ある特定の実施形態が異なる方法で実行されうる場合、特定のプロセス順序は、記載された順序とは異なる方法で実行することができる。例えば、連続して記載される２つのプロセスは、実質的に同時に行うことができ、若しくは、記載された順序とは逆の順序で行うことができる。
【００２５】
例えば製造技術及び／又は公差の結果として、図の形状からの変動が予想される。したがって、本開示の実施形態は、本明細書に図示される領域の特定の形状に限定されると解釈されるべきではなく、例えば製造に起因する形状の逸脱が含まれるべきである。本明細書で用いられる「及び／又は」という用語は、関連する列挙された項目の１つ以上のありとあらゆる組合せを含む。
【００２６】
図１は、実施形態に従うガラス製品製造装置１のブロック図である。
【００２７】
図１を参照すると、ガラス製品製造装置１は、加熱炉１２と、第１の熱交換モジュール１１０とを含む。
【００２８】
幾つかの実施形態では、第１の熱交換モジュール１１０は、加熱炉１２の外面に設けることができる。ここで、加熱炉１２の「外面」に設けられている第１の熱交換モジュール１１０は、第１の熱交換モジュール１１０が加熱炉１２の外面に物理的に接触していること、若しくは第１の熱交換モジュール１１０が加熱炉１２の外面から離間していることを意味しうる。
【００２９】
幾つかの実施形態では、第１の熱交換モジュール１１０は加熱炉１２の外面に直接設けることができる。本明細書では、加熱炉１２の「外面に直接」設けられている第１の熱交換モジュール１１０とは、第１の熱交換モジュール１１０が加熱炉１２の外面に物理的に接触することを意味しうる。
【００３０】
他の幾つかの実施形態では、第１の熱交換モジュール１１０は、加熱炉１２の外面から所定の距離だけ離間されうる。所定の距離は、例えば約５ｍｍ〜約３０ｍｍでありうる。
【００３１】
第１の熱交換モジュール１１０は、伝導、対流、及び／又は放射を通じて加熱炉１２から熱を伝達するために提供することができ、これについては後で詳細に説明される。
【００３２】
第１の熱交換モジュール１１０は、熱交換のための熱伝達媒体流体を使用することができる。熱伝達媒体流体は、例えば、水、油、不活性ガス等でありうるが、これらに限定されない。幾つかの実施形態では、熱伝達媒体流体は水でありうる。熱伝達媒体流体が加熱炉１２からの熱を吸収するため、熱伝達媒体流体の温度は、第１の熱交換モジュール１１０を通過中に上昇する。
【００３３】
詳細には、そこを通じて熱伝達媒体流体が第１の熱交換モジュール１１０内に導入される第１の入口１１０＿ｉｎと、そこを通じて熱伝達媒体流体が第１の熱交換モジュール１１０から排出される第１の出口１１０＿ｏｕｔとの温度の差は、例えば、約７℃〜約１５℃でありうる。例えば、第１の入口１１０＿ｉｎを通じて導入される熱伝達媒体流体の温度は、約６５℃〜約７５℃でありうる。加えて、第１の出口１１０＿ｏｕｔを通じて排出される熱伝達媒体流体の温度は、例えば約７５℃〜約８５℃でありうる。
【００３４】
熱伝達媒体流体は、第１のタンク１３１内に貯蔵することができ、ポンプ１３３によって第１の熱交換モジュール１１０に供給することができる。図１では、第１のタンク１３１は液体を貯蔵するように示されているが、当業者は、第１のタンク１３１内にガスを貯蔵することができることを認識するであろう。
【００３５】
ガラス製品製造装置１はさらに、ガラス製品処理装置７０及び第２の熱交換モジュール１２０を含みうる。
【００３６】
ガラス製品処理装置７０は、加熱炉１２内で生成されるガラス溶融物を使用することによってガラス製品を製造するための１つ以上のユニットプロセス、例えば、延伸、切断、洗浄、すすぎ等を実行することができる。このようなユニットプロセスでは、高温の処理流体、例えば、水、油、不活性ガス等が有利でありうる。例えば、高温の処理流体は、洗浄プロセスにおいてガラスの表面からの汚れ、不純物等の除去を促進することができる。あるいは、高温の処理流体は、すすぎプロセスにおいてガラス表面からの洗浄液の除去を促進することができる。上述のように、処理流体の温度の上昇は、第２の熱交換モジュール１２０によって達成することができる。
【００３７】
第２の熱交換モジュール１２０は、ガラス製品処理装置７０に用いられる処理流体の温度を上昇させることができる。第１の熱交換モジュール１１０内で温度が上昇した熱伝達媒体流体が、第２の熱交換モジュール１２０に供給されうる。加えて、熱伝達媒体流体は、第２の熱交換モジュール１２０を通過する間に処理流体に熱を伝達して、処理流体の温度を上昇させる。幾つかの実施形態では、第１の熱交換モジュール１１０から排出される熱伝達媒体流体は、少なくとも部分的に第１のタンク１３１に再循環されうる。
【００３８】
詳細には、そこを通じて熱伝達媒体流体が第２の熱交換モジュール１２０内に導入される第２の入口１２１＿ｉｎと、そこを通じて熱伝達媒体流体が第２の熱交換モジュール１２０から排出される第２の出口１２１＿ｏｕｔとの温度の差は、例えば、約１５℃〜約２５℃でありうる。例えば、第２の入口１２１＿ｉｎを通じて導入された熱伝達媒体流体の温度は約７４℃〜約８４℃でありうる。加えて、第２の出口１２１＿ｏｕｔを通じて排出される熱伝達媒体流体の温度は、例えば約５５℃〜約６５℃でありうる。
【００３９】
加えて、そこを通じて熱伝達媒体流体が第２の熱交換モジュール１２０内に導入される第３の入口１２７＿ｉｎと、そこを通じて処理流体が第２の熱交換モジュール１２０から排出される第３の出口１２７＿ｏｕｔとの温度の差は、例えば、約３℃〜約８℃でありうる。例えば、第３の入口１２７＿ｉｎを通じて導入された処理流体は、約４７℃〜約５３℃の温度を有しうる。加えて、第３の出口１２７＿ｏｕｔを通じて排出される処理流体は、約５２℃〜約５８℃の温度を有しうる。
【００４０】
処理流体に熱を伝達することによって冷却された熱伝達媒体流体は、第２のタンク１４１に搬送され、そこに貯蔵されうる。図１は、第２のタンク１４１が液体を貯蔵することを例証しているが、当業者は、第２のタンク１４１がガスを貯蔵できることを認識するであろう。
【００４１】
第２のタンク１４１内の熱伝達媒体流体は、直接、又は第１の冷却ユニット１５１を通過した後に、第１のタンク１３１に搬送されうる。加えて、熱伝達媒体流体は、第１の冷却ユニット１５１を通過した後に第２のタンク１４１に再循環されうる。
【００４２】
第１の冷却ユニット１５１は、ガラス製品の製造プロセス又は他のユーティリティプロセスのうちの少なくとも１つを含んでよく、第１の冷却ユニット１５１の出口における温度は、例えば約６０℃〜約７５℃でありうる。
【００４３】
加えて、第２のタンク１４１内の熱伝達媒体流体は、延伸機などの第２の冷却ユニット１５３を通過した後、第２のタンク１４１に再循環されうる。
【００４４】
上述のように、加熱炉１２及びガラス製品処理装置７０は、第１の熱交換モジュール１１０、第２の熱交換モジュール１２０、熱伝達媒体流体、並びにポンプ１３３及び１４３を介して互いに熱的に接続することができる。本明細書では、第１の熱交換モジュール１１０、第２の熱交換モジュール１２０、熱伝達媒体流体、並びにポンプ１３３及び１４３は、熱交換装置１００として定義することができる。
【００４５】
図２は、実施形態に従う第１の熱交換モジュール１１０と加熱炉１２の分解斜視図である。
【００４６】
図２を参照すると、加熱炉１２は、ガス加熱ゾーン１２ｇと電気加熱ゾーン１２ｅとを含みうる。ガス加熱ゾーン１２ｇは、概して、電気加熱ゾーン１２ｅの上に位置している。
【００４７】
ガス加熱ゾーン１２ｇは、燃料としてガスを使用するバーナ１２ｇａを使用することにより、エネルギーを加熱炉１２に供給することができる。電気加熱ゾーン１２ｅは、電極１２ｅａを使用することにより、エネルギーを加熱炉１２に供給することができる。
【００４８】
電極１２ｅａは、加熱炉１２内のガラス溶融物に浸漬させることができる。加えて、加熱炉１２内のガラス溶融物の液体レベルは、バーナ１２ｇａのレベルと電極１２ｅａのレベルの間に位置していてもよい。すなわち、バーナ１２ｇａはガラス溶融物の最高レベルよりも高い位置にあってよく、電極１２ｅａはガラス溶融物の最高レベルよりも低い位置にありうる。幾つかの実施形態では、ガス加熱ゾーン１２ｇはガラス溶融物の最高レベルよりも高い位置にあってよく、電気加熱ゾーン１２ｅはガラス溶融物の最高レベルよりも低い位置にありうる。
【００４９】
電極１２ｅａ及びバーナ１２ｇａはそれぞれ、加熱炉１２の互いに向かい合う対向する側壁１２ｓｗに設けることができる。
【００５０】
加えて、第１の熱交換モジュール１１０は、加熱炉１２の後壁１２ｂｗに設けることができる。ガラス溶融物の原料を供給するための供給口１２ｆｈは、加熱炉１２の後壁１２ｂｗ内に形成することができる。加熱炉１２内で生成されたガラス溶融物は、後壁１２ｂｗとは反対側の壁を通じて、ガラス製品を製造するプロセスに供給されてもよい。
【００５１】
第１の熱交換モジュール１１０は、電気加熱ゾーン１２ｅと少なくとも部分的に重なるように配置することができる。幾つかの実施形態では、第１の熱交換モジュール１１０の少なくとも一部が電気加熱ゾーン１２ｅの少なくとも一部と重なるように配置することができる。幾つかの実施形態では、第１の熱交換モジュール１１０は、電気加熱ゾーン１２ｅと完全に重なるように配置することができる。幾つかの実施形態では、第１の熱交換モジュール１１０は、電気加熱ゾーン１２ｅと部分的に重なっていてよく、かつ、ガス加熱ゾーン１２ｇと部分的に重なっていてよい。本明細書では、電気加熱ゾーン１２ｅとの「重なり」は、第１の熱交換モジュール１１０の外周が加熱炉１２の外面上に投影されたときに、第１の熱交換モジュール１１０の周囲が電気加熱ゾーン１２ｅと重なることを意味しうる。
【００５２】
第１の熱交換モジュール１１０は、固定部材１１２によって加熱炉１２に固定することができる。固定部材１１２は、第１の熱交換モジュール１１０を加熱炉１２に固定することができる任意の連結部材でありうるが、これに限定されない。固定部材１１２は、例えば、格子、バー、ワイヤ等でありうる。
【００５３】
第１の熱交換モジュール１１０は、加熱炉１２の外面と接触していてもよいし、あるいは加熱炉１２の外面から所定の距離だけ離間していてもよい。
【００５４】
図３Ａは、実施形態に従う加熱炉１２の後壁１２ｂｗに設けられた第１の熱交換モジュール１１０の正面図である。図３Ｂは、実施形態に従う第１の熱交換モジュール１１０を形成する各管の斜視図である。
【００５５】
図３Ａ及び３Ｂを参照すると、第１の熱交換モジュール１１０は、互いに接続された複数の管１１０ｔｂを含みうる。複数の管１１０ｔｂは、互いに並列及び／又は直列に接続されうる。幾つかの実施形態では、複数の管１１０ｔｂは、それぞれ、横方向に互いに離間した３つのセクションを含みうる。
【００５６】
各管１１０ｔｂは、その両側に開口部を有する管体１１０ｂｄ、該管体１１０ｂｄと共に管体１１０ｂｄの内部空間を画成するための管バー１１０ｂｒ、及び管体１１０ｂｄをフレームに固定するための管プレート１１０ｐｌを含みうる。図３Ｂでは、管体１１０ｂｄと管バー１１０ｂｒは別々に形成されうるが、当業者は、管体１１０ｂｄと管バー１１０ｂｒを互いに一体的に又はモノリシックに形成できることを認識するであろう。加えて、図３Ｂでは、管体１１０ｂｄは長方形の断面を有するが、当業者は、管体１１０ｂｄが長方形以外の形状の断面を有していてもよいことを認識するであろう。
【００５７】
幾つかの実施形態では、管１１０ｔｂの外面のうち、加熱炉１２に面する表面は平面でありうる。特に、第１の熱交換モジュール１１０は、平面が加熱炉１２の外面と実質的に平行になるように形成することができる。
【００５８】
上述のように、第１の熱交換モジュール１１０は、加熱炉１２の外面と接触して設置されてもよいし、あるいは、加熱炉１２の外面から所定の距離だけ離間するように設置されてもよい。第１の熱交換モジュール１１０が加熱炉１２の外面に接触して設置される場合には、管体１１０ｂｄの表面の１つが、伝導を介して加熱炉１２から熱を受け取るように外面と面接触しうる。
【００５９】
本明細書では、第１の熱交換モジュール１１０と加熱炉１２の外面との間の面接触面積は、加熱炉１２の外壁のうち、第１の熱交換モジュール１１０が設置される外壁（ここでは、加熱炉１２の後壁１２ｂｗ）の全面積の約１５％〜約６０％でありうる。面接触面積の比率が低すぎると、伝導による熱伝達が不十分になりうる。面接触面積の比率が高すぎると、加熱炉１２に含まれる他の構成要素との干渉が生じる可能性がある。
【００６０】
加えて、加熱炉１２に面する管体１１０ｂｄの表面が平坦な面である場合には、加熱炉１２からの熱放射は、加熱炉１２に効果的に反射され戻されうる。特に、管体１１０ｂｄが例えば金属などの熱放射を効果的に反射することができる材料を含む場合、加熱炉１２からの熱放射は、加熱炉１２に効果的に反射され戻されうる。
【００６１】
図４Ａ〜４Ｃは、管１１０ｔｂと加熱炉１２との間の接触の実施形態を概念的に示す側面断面図である。
【００６２】
図４Ａを参照すると、管１１０ｔｂは導管１１０ｃｎを介して互いに接続されており、各管１１０ｔｂの表面は加熱炉１２の後壁１２ｂｗに接着している。すなわち、管１１０ｔｂと後壁１２ｂｗとは互いに面接触している。面接触による接着は、固定部材１１２によって強化することができる。
【００６３】
特に、管１１０ｔｂの長方形断面は、長さＬ１及びＬ２（Ｌ１＞Ｌ２）を有する辺を有し、第１の熱交換モジュール１１０は、より長い辺が後壁１２ｂｗに面することができるように構成することができる。この場合、伝導による熱伝達が増加しうる。言い換えれば、熱伝達の総量に対する伝導による熱伝達の比率が増加しうる。
【００６４】
図４Ｂを参照すると、管１１０ｔｂは、導管１１０ｃｎを介して互いに接続することができ、各管１１０ｔｂの表面は、加熱炉１２の後壁１２ｂｗに接着している。すなわち、管１１０ｔｂと後壁１２ｂｗとは互いに面接触している。
【００６５】
図４Ａに示される例とは異なり、図４Ｂに示される第１の熱交換モジュール１１０は、管１１０ｔｂの短辺が後壁１２ｂｗに面することができるように構成されうる。この場合、熱伝達の総量に対する伝導による熱伝達の比率は、図４Ａを参照して示された例の比率よりも低くなりうる。言い換えれば、熱伝達の総量に対する放射又は対流を介した熱伝達の比率は、図４Ａを参照して示された例の比率よりも大きくなりうる。
【００６６】
図４Ｃを参照すると、管１１０ｔｂは導管１１０ｃｎを介して互いに接続されており、管１１０ｔｂは後壁１２ｂｗから距離ｄだけ離間している。伝導を介した熱伝達が、後壁１２ｂｗの表面温度、第１の熱交換モジュール１１０の熱伝達能力、外部温度等のさまざまな処理条件に応じて、場合によってはエネルギー効率の観点から不利益を生じる可能性があることから、この事例は、管１１０ｔｂと後壁１２ｂｗとの間の伝導による熱伝達を防止することを目的としうる。
【００６７】
図４Ａ及び４Ｂを参照して示される例とは異なり、各管１１０ｔｂは後壁１２ｂｗに直接接触しないことから、伝導を介した熱伝達は生じない可能性がある。したがって、熱は、伝導を介してではなく、対流及び／又放射を介して管１１０ｔｂと後壁１２ｂｗとの間で伝達されうる。伝導を介した熱伝達は、加熱炉１２の側壁を通じたエネルギーの損失をある程度まで、不利に増加させる可能性がある。したがって、伝導を介した熱伝達が遮断されると、加熱炉１２のエネルギー効率が改善されうる。
【００６８】
距離ｄは、例えば約５ｍｍ〜約３０ｍｍでありうる。距離ｄが小さすぎると、管１１０ｔｂと後壁１２ｂｗとの間の意図しない接触に起因して、伝導を介した熱伝達が生じる可能性がある。距離ｄが大きすぎると、放射による熱伝達効率が急速に低下する可能性がある。
【００６９】
必要に応じて、管１１０ｔｂが後壁１２ｂｗに直接接触するのを防ぐために、管１１０ｔｂと後壁１２ｂｗとの間にスペーサが配置されてもよい。本明細書では、スペーサは断熱材を含みうる。
【００７０】
加えて、図４Ｃを参照して示されるように、管１１０ｔｂが必ずしも後壁１２ｂｗに接触しない場合には、管１１０ｔｂは、さまざまなタイプの断面を有することができる。例えば、管１１０ｔｂは、円形断面、楕円形断面、半円形断面、多角形断面等を有しうる。
【００７１】
図５は、実施形態に従う第１の熱交換モジュール１１０が加熱炉１２の後壁１２ｂｗに適用された場合の電気加熱ゾーン１２ｅにおける消費電力のグラフである。
【００７２】
図５では、横軸は動作時間を示し、縦軸は設定温度を維持するための電気加熱ゾーン１２ｅの消費電力を示す。
【００７３】
時点Ａ
３つのセクションを含む第１の熱交換モジュールを加熱炉の後壁に適用した。１つのセクションには１１本の管が含まれ、各セクションでは、図４Ａを参照して示すように、各管の長方形断面の長辺を後壁に直接接触させた。長方形の長辺は４０ｍｍの長さを有する。
【００７４】
第１の熱交換モジュールを設置すると、電気加熱ゾーンの消費電力が急速に減少した。これは、伝導によって幾らかの熱損失が促進されたとしても、第１の熱交換モジュールの熱放射反射によって相対的に大量の熱が加熱炉に戻されたためでありうる。
【００７５】
時点Ｂ
加熱炉の外部空間で断熱材を強化し、それによって電気加熱ゾーンの電力消費がわずかに低下した。
【００７６】
時点Ｂ’
加熱炉内の温度の設定点を上昇させた。したがって、電気加熱ゾーンの消費電力が増加した。その後、溶融加熱炉は、特定の期間、安定した。
【００７７】
時点Ｃ
図４Ｂを参照して示されるように、各管の長方形断面の短辺が後壁に直接接触したことを除いて、第１の熱交換モジュールは時点Ａのものと同一に構成された。
【００７８】
消費電力は時点Ａのように劇的には低下しなかったが、消費電力の低下を示したことが確認された。接触面積は時点Ａの接触面積よりも小さいことから、第１の熱交換モジュールの放射熱反射効果は低下した。
【００７９】
時点Ｄ
加熱炉内の温度の設定点の変化により、電気加熱ゾーンの消費電力は連続的に増加した。その後、時点Ｄで第１の熱交換モジュールを、熱交換モジュールの１つのセクションが１１本ではなく８つの管を含んでいたことを除いて時点Ａで使用した第１の熱交換モジュールと同一の第１の熱交換モジュールに交換した。
【００８０】
その結果、時点Ｄでの消費電力の削減量は、時点Ａでの消費電力の削減量よりも小さかったが、時点Ｃでの消費電力の削減量よりも大きかった。
【００８１】
時点Ｄ’
加熱炉内の温度の設定点を上昇させた。したがって、電気加熱ゾーンの消費電力が増加した。その後、溶融加熱炉は、特定の期間、安定した。
【００８２】
時点Ｅ
第１の熱交換モジュールは交換せずに、第１の熱交換モジュールを後壁から１インチ（＝２．５４ｃｍ）離間させた。
【００８３】
結果として、電気加熱ゾーンの消費電力が連続的に低下することが確認された。消費電力の低下は、伝導による第１の熱交換モジュールへの熱伝達が妨げられたことに起因すると考えられる。
【００８４】
時点Ｆ
条件は、第１の熱交換モジュールと後壁との間の距離が１／２インチ（＝１．２７ｃｍ）に変更されたことを除いて、時点Ｅの条件と同じであった。
【００８５】
第１の熱交換モジュールと後壁との間の距離の短縮に起因して、第１の熱交換モジュールによる熱放射反射が増加したために、電気加熱ゾーンの消費電力はさらに低下した。
【００８６】
時点Ｇ
条件は、第１の熱交換モジュールと後壁との間の距離が１／４インチ（＝０．６３５ｃｍ）に短縮されたことを除いて、時点Ｆの条件と同じであった。
【００８７】
第１の熱交換モジュールと後壁との間の距離の短縮に起因して、第１の熱交換モジュールによる熱放射反射がさらに増加したために、電気加熱ゾーンの消費電力はさらに削減された。
【００８８】
時点Ｈ
条件は時点Ｇと同じであったが、第１の熱交換モジュールを後壁に接触させた。
【００８９】
その結果、第１の熱交換モジュールと加熱炉との間の接触による伝導に起因して熱が放出されたため、電気加熱ゾーンの電力消費は増加した。
【００９０】
上述のように、実施形態に従う第１の熱交換モジュールを含むガラス製品製造装置により、ガラス製品をより安価に製造することができる。特に、実施形態によるガラス製品製造装置は、電気エネルギーの削減に寄与しうる。
【００９１】
図６は、実施形態によるガラス製品製造装置１（図１参照）における加熱炉１２とガラス製品処理装置７０との間の処理段階を示すプロセス図である。
【００９２】
図６を参照すると、ガラス製品製造装置１０は、バッチ材料５７を加熱炉１２に供給することができるバッチ搬送装置１１を含みうる。バッチ材料５７は、モータ１３によって駆動されるバッチ搬送装置１１によって溶融容器１２内に導入されうる。コントローラ１５は、矢印１７で示されるように、所望の量のバッチ材料５７が溶融容器１２に導入されうるようにモータ１３を制御することができる。ガラスレベルプローブ１９は、スタンドパイプ２３内のガラス溶融物２１のレベルを測定し、測定されたレベル情報を、通信ライン２５を介して送信するようにコントローラ１５と通信することができる。
【００９３】
ガラス物品製造装置１０は、溶融ガラスの流れに対し溶融容器１２の下流に位置し、第１の接続管２９を介して溶融容器１２と流体連通する、例えば清澄管などの清澄容器２７を含みうる。加えて、例えば攪拌チャンバなどの混合容器３１を清澄容器２７の下流に配置することができ、送達容器３３は混合容器３１の下流に配置することができる。図面に示されるように、第２の接続管３５は清澄容器２７を混合容器３１に接続することができ、第３の接続管３７は混合容器３１を送達容器３３に接続することができる。出口導管３９は、ガラス溶融物２１を送達容器３３から成形装置４３の入口管４１に移送するように配置されうる。示されるように、溶融容器１２、清澄容器２７、混合容器３１、送達容器３３、及び成形装置４３は、ガラス物品製造装置１０に沿って直列に配置することができるガラス溶融物ステーションの例である。
【００９４】
溶融容器１２は、典型的には、耐火性（例えばセラミック）ブリックなどの耐火材料から作られる。ガラス物品製造装置１０は、通常、白金、又は白金−ロジウム、白金−イリジウム及びそれらの組合せなどの白金含有金属から作られる構成要素をさらに含むことができるが、また、モリブデン、パラジウム、レニウム、タンタル、チタン、タングステン、ルテニウム、オスミウム、ジルコニウム、並びにそれらの合金、及び／又は二酸化ジルコニウムなどの耐火金属を含んでいてもよい。白金含有構成要素は、第１の接続管２９、清澄容器２７（例えば、清澄管）、第２の接続管３５、スタンドパイプ２３、混合容器３１（例えば、攪拌チャンバ）、第３の接続管３７、送達容器３３（例えば、ボウル）、出口導管３９、及び入口４１の１つ以上を含みうる。成形容器４３もまた耐火材料から作られ、ガラスリボンを形成するように設計される。
【００９５】
加熱炉１２の少なくとも一部、例えば加熱炉１２の内壁の少なくとも一部は、溶融ジルコニア（ＦＺ）などの耐火物を含みうる。また、第１の熱交換モジュール１１０の適用は、耐火物に生じる亀裂を低減することもでき、したがって、ガラス溶融物中に流入し、欠陥として残る（例えばストーニング）耐火物の粒子を低減すると考えられる。
【００９６】
図１のガラス製品処理装置７０は、成形装置４３であってもよく、あるいは成形装置４３の下流でガラス製品を追加的に処理するための段階の１つ、例えば、エッジ切断、洗浄、すすぎなどであってもよい。したがって、図１では加熱炉１２とガラス製品処理装置７０は別々に設けられているが、それらは１つの連続したプロセスフローの２つの部分であってもよい。
【００９７】
図７は、第１の熱交換モジュール１１０が適用された場合（ＩＩ）及び第１の熱交換モジュール１１０が適用されない場合（Ｉ、ＩＩＩ、ＩＶ、Ｖ、及びＶＩ）の欠陥率の変化を示すグラフである。
【００９８】
図７を参照すると、第１の熱交換モジュール１１０が適用された場合（ＩＩ）の欠陥率（約０．８６％）は、第１の熱交換モジュール１１０が適用されない場合（Ｉ、ＩＩＩ、ＩＶ、Ｖ、及びＶＩ）の欠陥率よりも有意に低い。
【００９９】
本明細書では、欠陥率は、欠陥がジルコニア損失によるものである全製品中の欠陥製品のパーセンテージとして定義される。
【０１００】
本開示は、その例示的な実施形態を参照して特に示され、説明されてきたが、以下の特許請求の範囲の精神及び範囲から逸脱することなく、形態及び詳細のさまざまな変更がなされうることが理解されよう。
【０１０１】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【０１０２】
実施形態１
ガラス製品製造装置であって、
ガス加熱ゾーンと電気加熱ゾーンとを含む加熱炉；
前記加熱炉から熱を回収するように構成された第１の熱交換モジュール；及び
前記第１の熱交換モジュールを通過する熱伝達媒体流体の流れを駆動するように構成されたポンプ
を含み、
前記第１の熱交換モジュールの少なくとも一部が、前記電気加熱ゾーンの外面の少なくとも一部と熱的に結合している、
ガラス製品製造装置。
【０１０３】
実施形態２
前記ガラス製品を処理するための処理流体を供給するように構成されたガラス製品処理装置；及び
前記処理流体を加熱するように構成された第２の熱交換モジュール
をさらに含み、
前記第２の熱交換モジュールが、前記熱伝達媒体流体から前記処理流体へと熱を伝達するように構成されている、実施形態１に記載のガラス製品製造装置。
【０１０４】
実施形態３
前記ガス加熱ゾーンが前記加熱炉内のガラス溶融物の最高レベルより高いレベルにあり、前記電気加熱ゾーンが前記加熱炉内の前記ガラス溶融物の前記最高レベルより低いレベルにある、実施形態１に記載のガラス製品製造装置。
【０１０５】
実施形態４
前記第１の熱交換モジュールの少なくとも一部が前記電気加熱ゾーンの外面と面接触している、実施形態３に記載のガラス製品製造装置。
【０１０６】
実施形態５
前記第１の熱交換モジュールが固定部材を介して前記電気加熱ゾーンの前記外面に接着している、実施形態４に記載のガラス製品製造装置。
【０１０７】
実施形態６
前記第１の熱交換モジュールと前記電気加熱ゾーンの前記外面との間の面接触面積が、前記第１の熱交換モジュールが設けられた外壁の全面積の約１５％〜約６０％の範囲である、実施形態４に記載のガラス製品製造装置。
【０１０８】
実施形態７
前記第１の熱交換モジュールが前記加熱炉の前記外面から離間されている、実施形態１に記載のガラス製品製造装置。
【０１０９】
実施形態８
前記加熱炉の前記外面に面する前記第１の熱交換モジュールの表面が前記加熱炉の前記外面と実質的に平行である、実施形態７に記載のガラス製品製造装置。
【０１１０】
実施形態９
ガラス製品製造装置であって、
ガス加熱ゾーンと電気加熱ゾーンとを含む加熱炉；
前記ガラス製品を処理するための処理流体を供給するように構成されたガラス製品処理装置；及び
熱交換装置
を備えており、
前記熱交換装置が、
前記加熱炉から熱を回収するように構成された第１の熱交換モジュール；
前記処理流体を加熱するように構成された第２の熱交換モジュール；
前記第１の熱交換モジュールと前記第２の熱交換モジュールとの間を循環する熱伝達媒体流体；及び
前記熱伝達媒体流体の流れを駆動するように構成されたポンプ
を備えている、
ガラス製品製造装置。
【０１１１】
実施形態１０
前記第１の熱交換モジュールが横方向に互いに離間した３つのセクションを含む、実施形態９に記載のガラス製品製造装置。
【０１１２】
実施形態１１
前記熱伝達媒体流体が水である、実施形態９に記載のガラス製品製造装置。
【０１１３】
実施形態１２
前記第１の熱交換モジュールが、前記熱伝達媒体流体の温度を約７℃〜約１５℃上昇させるように構成されている、実施形態９に記載のガラス製品製造装置。
【０１１４】
実施形態１３
前記第２の熱交換モジュールが、前記処理流体の温度を約３℃〜約８℃上昇させるように構成されている、実施形態１２に記載のガラス製品製造装置。
【０１１５】
実施形態１４
前記第１の熱交換モジュールに供給される前記熱伝達媒体流体を貯蔵するように構成された第１のタンクをさらに含み、前記第１の熱交換モジュールから排出される前記熱伝達媒体流体が前記第１のタンクに再循環するように構成されている、実施形態９に記載のガラス製品製造装置。
【０１１６】
実施形態１５
前記第２の熱交換モジュールから排出される前記熱伝達媒体流体を貯蔵するように構成された第２のタンクをさらに含む、実施形態１４に記載のガラス製品製造装置。
【０１１７】
実施形態１６  
前記加熱炉が、原料を供給する供給装置が結合した第１の側壁と、ガラス溶融物の出口が取り付けられた第２の側壁とを備えており、前記第１の熱交換モジュールが前記第１の側壁に直接接触している、実施形態９に記載のガラス製品製造装置。
【符号の説明】
【０１１８】
１，１０  ガラス製品製造装置
１１      バッチ搬送装置
１２      加熱炉／溶融容器
１２ｂｗ  加熱炉後壁
１２ｓｗ  加熱炉側壁
１２ｅ    電気加熱ゾーン
１２ｅａ  電極
１２ｆｈ  供給口
１２ｇ    ガス加熱ゾーン
１２ｇａ  バーナ
１３      モータ
１５      コントローラ
１７      矢印
１９      ガラスレベルプローブ
２１      ガラス溶融物
２３      スタンドパイプ
２５      通信ライン
２７      清澄容器
２９      接続管
３１      混合容器
３３      送達容器
３５      第２の接続管
３７      第３の接続管
３９      出口導管
４１      入口管
４３      成形装置
５７      バッチ材料
７０      ガラス製品処理装置
１００    熱交換装置
１１０    第１の熱交換モジュール
１１０ｂｄ  管体
１１０ｂｒ  管バー
１１０ｃｎ  導管
１１０ｐｌ  管プレート
１１０ｔｂ  管
１１０＿ｉｎ  第１の入口
１１０＿ｏｕｔ  第１の出口
１１２    固定部材
１２０    第２の熱交換モジュール
１２１＿ｉｎ  第２の入口
１２１＿ｏｕｔ  第２の出口
１２７＿ｉｎ  第３の入口
１２７＿ｏｕｔ  第３の出口
１３１  第１のタンク
１３３    ポンプ
１４１    第２のタンク
１４３    ポンプ
１５１    第１の冷却ユニット
１５３    第２の冷却ユニット
【図１】
2020509988.tif 000003
【図２】
2020509988.tif 000004
【図３Ａ】
2020509988.tif 000005
【図３Ｂ】
2020509988.tif 000006
【図４Ａ】
2020509988.tif 000007
【図４Ｂ】
2020509988.tif 000008
【図４Ｃ】
2020509988.tif 000009
【図５】
2020509988.tif 000010
【図６】
2020509988.tif 000011
【図７】
2020509988.tif 000012
【国際調査報告】
2020509988.tif 000013
2020509988.tif 000014