ガラス溶融炉の予備加熱方法とガラス溶融装置およびガラス物品の製造方法
【課題】ガラス溶融炉の予備加熱方法とガラス溶融装置およびガラス物品の製造方法の提供する。
【解決手段】バーナー１３からの燃焼ガスを耐火製炉材からなる溶融ガラス導入用のガラス溶融炉３内に導入し、該導入後の燃焼ガスを前記ガラス溶融炉３内から排気し、該排気した燃焼ガスを前記バーナー１３から前記ガラス溶融炉３に至る燃焼ガス経路の途中から再度前記ガラス溶融炉３に導入して循環させながら、前記ガラス溶融炉３の予熱を行うガラス溶融炉３の予備加熱方法。
【解決手段】バーナー１３からの燃焼ガスを耐火製炉材からなる溶融ガラス導入用のガラス溶融炉３内に導入し、該導入後の燃焼ガスを前記ガラス溶融炉３内から排気し、該排気した燃焼ガスを前記バーナー１３から前記ガラス溶融炉３に至る燃焼ガス経路の途中から再度前記ガラス溶融炉３に導入して循環させながら、前記ガラス溶融炉３の予熱を行うガラス溶融炉３の予備加熱方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融ガラス導入用のガラス溶融炉の予備加熱方法と予備加熱が可能な構成のガラス溶融装置および該ガラス溶融装置によるガラス物品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、成形されたガラス物品の品質を向上させるために、溶解槽で溶融した溶融ガラスを成形装置で成形する前に、溶融ガラス内に発生した気泡を除去する減圧脱泡装置が用いられている。この従来の減圧脱泡装置は、真空吸引することにより内部を減圧可能な減圧ハウジングと、この減圧ハウジングの内部に収容された減圧脱泡槽とからなり、溶解槽と成形装置の間に設けられている。減圧脱泡槽に導入された溶融ガラスにおいて、減圧状態で気泡が成長するので、成長した気泡が溶融ガラスの液面に浮上し、破泡することで泡抜きがなされる。
上述の減圧脱泡装置は、高温の溶融ガラスを内部に引き込み、泡抜きした後、高温状態のまま溶融ガラスを成形装置に送るので、減圧脱泡槽内部の溶融ガラス流路は、操業中、常に高温の溶融ガラスに接している。
しかし、運転開始前に初めて溶融ガラスを減圧脱泡槽に導入する場合、導入溶融ガラスの固化を防止するため、あるいは、減圧脱泡槽を構成する耐火性炉材のヒートショックを防止するために、運転開始前の減圧脱泡槽を予熱することがある。例えば、減圧脱泡槽を部分的に予め溶融ガラスの温度に近い温度まで予熱し、予熱後に溶融ガラスを導入する方法と装置が提供されている（特許文献１）。
【０００３】
上述の減圧脱泡槽を予熱する装置は、減圧脱泡槽において溶融ガラスの導入部と導出部に予備加熱用バーナーを設け、減圧脱泡槽の天井部に設けた排気用煙突にドラフトコントロール用バーナーを設けている。この構成の予熱装置は、溶融ガラスの導入前に予備加熱用バーナーにより減圧脱泡槽の内部を予備加熱することで、耐熱レンガなどの耐火性炉材のヒートショックによる損傷を抑制できる。また、減圧脱泡槽を予熱する装置において予熱温度を溶融ガラス温度に近い温度に引き上げるため、酸素を１０〜２０％程度に富化した空気を予備加熱用バーナーに供給する装置を利用し、バーナーから減圧脱泡槽に送る燃焼ガスの温度をより高温に引き上げることもなされている。
【０００４】
また、成形されたガラス物品を製造する他の例の装置として、溶解槽と清澄槽を備えたガラス溶融炉を用い、溶解槽で製造した溶融ガラスを高温の清澄槽に導いて泡抜きした後、成形装置に送ってガラス板を成形する装置が知られている。このガラス溶融炉は溶融ガラスの流路を有し、この流路は耐火性炉材を組み付けて構成されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２４０７２７号公報
【特許文献２】特開昭６１−１３２５６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述の減圧脱泡槽に対し溶融ガラスの導入部や導出部に設けた予備加熱用バーナーから減圧脱泡槽の内部に燃焼ガスを送って予熱する装置は、減圧脱泡槽の天井部に設けた排気用煙突から予熱空気を排出してしまうので、予熱時の熱効率が良好ではない問題がある。
【０００７】
また、ガラス溶解槽と高温清澄を行う清澄槽を有するガラス溶融炉を備えたガラス製造装置において、あるいは、高温の溶融ガラスが流れる種々の構成のガラス溶融炉において、上述の減圧脱泡槽と同様、流路を形成する耐熱レンガなどの耐火性炉材のヒートショックによる損傷を抑制するために、運転開始の初期段階においてガラス溶融炉の予備加熱を行う必要がある。なお、以下においては、ガラス溶融炉とは、溶解槽及び溶解槽から溶融ガラスを導出した後に溶融ガラスから泡を消滅させる、いわゆる清澄を行うための減圧脱泡槽や清澄槽、並びにその他成形前の溶融ガラスを通過させる装置をいう。これら種々の構成のガラス溶融炉において、予備加熱を行う場合、大型で内部空間の広いガラス溶融炉では予備加熱用バーナーの炎を直接引き込んで予備加熱を行うことも可能であるが、予備加熱用バーナーを設けるスペースのないガラス溶融流路を備えたガラス溶融炉においては他の手段を講じる必要がある。
また、ガラス溶融炉によって耐火性炉材の内面に金属ライナーを配置して溶融ガラスに対する耐熱性と耐蝕性を高めたガラス溶融炉も提供されている。この場合には、金属ライナーの材料によっては酸化に弱いので、予備加熱しようとするガラス溶融炉の内部を影響のない程度の雰囲気に置換することも必要になる。しかしながら、ガラス溶融炉の内部雰囲気の酸素濃度を低めに調整しながら予備加熱できる手段は提供されていないのが実情である。
【０００８】
本発明は、高温の溶融ガラスを流すガラス溶融炉に対して内部雰囲気の酸素を制御しながらガラス溶融炉の予備加熱ができる方法と予備加熱が可能な構成のガラス溶融装置の提供を目的とする。
また、本発明は予備加熱が可能な前記ガラス溶融装置を備えて高品質のガラス物品を製造できるガラス物品の製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、バーナーからの燃焼ガスを耐火製炉材からなるガラス溶融炉内に導入し、該導入後の燃焼ガスを前記ガラス溶融炉内から排気し、該排気した燃焼ガスを前記バーナーから前記ガラス溶融炉に至る燃焼ガス経路の途中から再度前記ガラス溶融炉に導入して循環させながら、前記ガラス溶融炉の予熱を行うガラス溶融炉の予備加熱方法を提供する。
本発明の予備加熱方法は、前記バーナーに燃料の燃焼に必要な量の酸素を供給し、前記バーナーにおいて燃焼により生成した酸素消費後の燃焼ガスに前記ガラス溶融炉から排気した燃焼ガスを加えた混合ガスを前記燃焼ガス経路から前記ガラス溶融炉に供給し、該ガラス溶融炉内の酸素濃度を低く維持しながら前記ガラス溶融炉の予熱を行うことができる。
【００１０】
本発明の予備加熱方法は、前記ガラス溶融炉内の雰囲気圧力を大気圧以上にすることができる。
本発明の予備加熱方法は、前記ガラス溶融炉内の酸素濃度を３％以下にすることができる。
本発明の予備加熱方法は、前記燃焼ガスの酸素量を調整して前記ガラス溶融炉内の温度を調整することができる。
本発明の予備加熱方法は、前記ガラス溶融炉内の複数の空間に対し、前記バーナーからの燃焼ガスを個別に供給し、前記複数の空間から個別に燃焼ガスを排気し、前記排気した燃焼ガスを前記空間に個別に導入して前記循環を行うことができる。
本発明は、耐火製炉材からなる溶融ガラス流路を備えたガラス溶融炉と、前記溶融ガラス流路に燃焼ガスを導入するためのバーナーと、前記溶融ガラス流路に前記バーナーからの燃焼ガスを導入する燃焼ガス導入路と、前記溶融ガラス流路に導入した燃焼ガスを該溶融ガラス流路から排出する燃焼ガス排出路と、前記燃焼ガス排出炉から排出した燃焼ガスを前記溶融ガラス導入路に戻す燃焼ガス循環路と、を有するガラス溶融装置を提供する。
本発明のガラス溶融装置は、ガラス溶融炉が溶解槽を含んでもよい。
本発明のガラス溶融装置は、前記ガラス溶融炉が該ガラス溶融炉内の雰囲気圧力の調整手段を有する構成にできる。
本発明のガラス溶融装置は、前記溶融ガラス流路における燃焼ガスと酸素ガスの濃度割合の調整手段を備えてもよい。
本発明のガラス溶融装置は、前記溶融ガラス流路において溶融ガラスと接触する流路面に、溶融ガラスに対する耐熱性及び耐蝕性を有する金属ライナーを設けてもよい。
本発明のガラス溶融装置は、前記金属ライナーをモリブデンから形成できる。
【００１１】
本発明のガラス溶融装置は、前記ガラス溶融炉が、溶融ガラスをより高温に加熱するための加熱領域と、該加熱領域で加熱された高温の溶融ガラスを高温状態のまま温度保持しながら流す高温領域と、この高温領域に接続された冷却域とを具備した構成であってもよい。
本発明は、先のいずれかに記載のガラス溶融装置によって溶融ガラスを製造する工程と、該溶融ガラスを成形する工程と、成形後のガラスを徐冷する徐冷工程を含むガラス物品の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、予熱に使用した燃焼ガスをガラス溶融炉から抜き出して燃焼ガス経路に戻し、新たな燃焼ガスに加えてガラス溶融炉に戻しつつ循環利用するので、予熱を行った後の燃焼ガスを再利用しながら効率良くガラス溶融炉の予備加熱ができる。
このため、例えば、ガラス溶融炉に溶融ガラスを導入して運転を行う前に、ガラス溶融炉の炉内温度を溶融ガラスに近い温度に予備加熱でき、溶融ガラスの導入時にガラス溶融炉を構成する耐火性炉材にヒートショックを与えるおそれが少なく、耐火性炉材の損傷を防止しながら運転開始できる効果がある。
また、排気した燃焼ガスをバーナーが生成させた新たな燃焼ガスに混合しながら循環させて再利用すると、ガラス溶融炉に供給する燃焼ガス中の酸素濃度を低く維持することができ、ガラス溶融炉を低酸素状態に維持したまま予熱ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は本発明の第一実施形態に係るガラス溶融炉を備えたガラス溶融装置の一例を示す構成図。
【図２】図２は本発明の第二実施形態に係るガラス溶融炉を備えたガラス溶融装置の一例を示す構成図。
【図３】図３は同第二実施形態のガラス溶融炉を備えたガラス溶融装置と燃焼装置および該燃焼装置に対する燃料供給系と空気供給系と酸素供給系の一例を示す構成図。
【図４】図４は同ガラス溶融炉の一例を示す側面略図。
【図５】図５は同ガラス溶融炉の一例を示す平面略図。
【図６】図６は同ガラス溶融炉の一部断面構造を示すもので、図６（ａ）は横断面図、図６（ｂ）は部分拡大断面図。
【図７】図７は本発明に係るガラス溶融装置を用いてガラス物品を製造する方法について工程ごとに示す説明図。
【図８】図８は同ガラス溶融炉を備えたガラス溶融装置に適用される下流側予備加熱装置の一例を示す構成図。
【図９】図９は本発明に係るガラス溶融炉の他の構造例を示す断面略図。
【図１０】図１０は実施例のガラス溶融装置を用いて試験運転した場合の炉内雰囲気温度変化と炉内酸素濃度の関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
＜第一実施形態＞
以下、本発明に係るガラス溶融炉およびそれを備えたガラス溶融装置とガラス物品の製造装置の一実施形態について図面に基づき説明するが、本発明は以下の実施形態に制限されるものではない。また、以下に示す各図において各構成要素の縮尺については図示した場合に把握し易いように簡略化して示す。
図１は本発明に係るガラス溶融炉を備えたガラス溶融装置と該ガラス溶融装置を備えたガラス物品の製造装置の第一実施形態を模式的に示す構成図である。
本実施形態のガラス物品の製造装置１は、ガラス原料を溶融して溶融ガラスを生成するための溶解槽２と、この溶解槽２の下流側に順次設置されたガラス溶融炉３と、成形装置５と、徐冷装置（徐冷手段）６とを備えている。また、本実施形態の製造装置１において、ガラス溶融炉３に排出路７と燃焼装置８と導入路９が接続されてガラス溶融装置１０が構成されている。なお、溶解槽２を溶融ガラスの清澄などをするガラス溶融炉３と区別しているが、溶解槽２は本発明に係るガラス溶融炉の一部である。以下のその他の実施形態の説明においても、溶解槽と、溶融ガラスの清澄などをするガラス溶融炉の部分とを区別しているが、溶解槽は本発明に係るガラス溶融炉の一部である。すなわち、本発明においては、ガラス溶融炉のすべてにおいて本発明の予熱方法を適用する必要はなく、必要に応じてガラス溶融炉の一部にのみ適用してもよい。
【００１５】
本実施形態の溶解槽２は、その一側にガラス原料の投入部が設けられ、その他側にガラス溶融炉３への接続部２ａが設けられ、投入部から投入されたガラス原料を燃焼バーナーなどの加熱装置を用いて溶解することにより溶融ガラスを作成するための槽として設けられている。なお、溶解槽２に設けられている燃焼バーナーは、溶解槽２の側壁に横向きに取り付けられて燃焼炎を吹き出す形式の燃焼バーナーであっても、溶解槽２の天井壁に下向きに取り付けられて燃焼炎を吹き出す形式の燃焼バーナーであってもよく、また、ガラス原料粉末を所定の割合で混合してなる混合粉末原料を燃焼バーナーから直接吹き出して溶融ガラスとする気中溶融式の燃焼バーナーであってもよい。ただし、この場合には、予備加熱時には混合粉末原料は供給しない。
【００１６】
本実施形態の溶解槽２が接続されたガラス溶融炉３は、平面視細長い溶融ガラスの流路Ｒを備えた炉体からなり、炉体の内部には必要に応じて溶融ガラスを加熱できる電極などの加熱手段が設けられ、加熱手段の後段側に溶融ガラスの流路が形成されている。ガラス溶融炉３の下流側に接続部３ａを介し成形装置５と徐冷装置６が接続されている。なお、本実施形態において溶解槽２の接続部２ａとガラス溶融炉３の接続部３ａは、溶解槽２あるいはガラス溶融炉３と同等構造の後述する耐火性炉材からなる流路として構成されているが図１では直線状に略記している。
【００１７】
溶解槽２、ガラス溶融炉３あるいはその他、溶融ガラスを移送する接続部２ａ、３ａを構成する耐火性炉材は、例えば電鋳レンガ等の炉材が適用される。電鋳レンガに代表される高温の溶融ガラスに対する耐蝕性炉材としては、耐火原料を電気溶融した後所定形状に鋳込み成形する、いわゆる電鋳レンガだけに限定されず、耐火原料を加圧成形した後焼成する結合レンガもその中に含まれる。代表例としては、ジルコニア系電鋳レンガ、例えばＺＢ（Ａｌ２ Ｏ３−ＺｒＯ２−ＳｉＯ２）、アルミナ系電鋳レンガ、例えばＭＢ（Ａｌ２Ｏ３）、高ジルコニア系電鋳レンガ、例えばＺＢ−ｘ９５０（ＺｒＯ２）、ジルコン系結合レンガ、例えばＺＲ（ＺｒＯ２−ＳｉＯ２）、ジルコンアルミナ系結合レンガ、例えばＺＭ（Ａｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２−ＳｉＯ２）、ハイアルミナ系結合レンガ、例えばＣＷ（Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２）、クロム系結合レンガ（Ｃｒ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２）（いずれも旭硝子（株）製）等を例示できる。なお、耐火性炉材について複数積層して、厚い炉壁とする場合は溶融ガラスに接する面のみを上述の電鋳レンガで構成し、その他の部分は通常の耐火レンガで構成することができる。
【００１８】
本実施形態のガラス溶融炉３において溶解槽２に近い側の導入部３Ａに予熱ガスの導入路（燃焼ガス経路）９の一端９ａが接続され、ガラス溶融炉３において成形装置５に近い側の導出部３Ｂに燃焼ガス排出路７の一端７ａが接続されている。導入路９の一端９ａと排出路７の一端７ａはいずれもガラス溶融炉３の内部に連通されている。従って、導入路９を介しガラス溶融炉３の内部空間に燃焼ガスを供給し、排出路７を介しガラス溶融炉３の内部空間から燃焼ガスを排出できる。
燃焼ガスの導入路９の他端９ｂ側にガラス溶融炉３の外部に設けられた燃焼装置８が接続されている。この燃焼装置８は、燃焼空間１１ａを内部に備えた中空構造の筐体１１と、その内部に火口１３ａを位置させて筐体１１に一体化された円筒型の燃焼バーナー１３とから構成されている。筐体１１は耐熱性の金属材料からなり、燃焼バーナー１３の大きさに合わせて適宜の大きさに形成されているが、本実施形態の筐体１１は一例として直径１ｍ、長さ１．５〜２ｍ程度の円筒形状とされる。
【００１９】
燃焼バーナー１３は、燃料ガス供給部１３ｂと酸素供給部１３ｃと空気供給部１３ｄを備えた酸素富化型の多重管構造のバーナーとされている。燃焼バーナー１３の燃料ガス供給部１３ｂに燃料ガス導入路１５の一端が接続され、燃焼バーナー１３の酸素供給部１３ｃに酸素導入路１６の一端が接続され、燃焼バーナー１３の空気供給部１３ｄに空気導入路１７の一端が接続されている。また、空気導入路１７の一部が分岐されて分岐ライン１８が形成され、この分岐ライン１８が前述の導入路９において筐体１１に近い位置に接続され、更に分岐ライン１８の途中部分に前述の排出路７の他端７ｂが接続されている。
燃焼バーナー１３は、燃料ガス供給部１３ｂから供給された燃料ガス、例えば都市ガスあるいはＬＰＧ（液化石油ガス）などと、空気供給部１３ｄから供給された空気とを混合して火口１３ａから噴出させて燃焼空間１１ａに燃焼炎Ｆを生成し、燃焼ガスを発生できる。あるいは、燃焼バーナー１３は、燃料ガスと空気に加えて酸素供給部１３ｃから酸素を供給して燃料ガスの燃焼を促進し、より高温の燃焼ガスを発生できる。燃焼バーナー１３が発生させる燃焼ガスは空気の供給量を調整することで１２００℃程度まで温度上昇できるが、酸素導入路１６から酸素を供給し、酸素供給量を増加することで更に２００℃程度、例えば１４００〜１６００℃程度まで燃焼ガス温度を上昇させることもできる。
【００２０】
燃料ガス導入路１５は、図示略の燃料供給源に接続され、この燃料ガス導入路１５には、その上流側から順に、燃料ガスの圧力を減圧調整する減圧弁２０を備えた圧力調整部２１と、燃料ガスの流量を計測する流量計２２を備えた燃料ガス計量部２３と、燃料ガスの流量調節を行う燃料ガスコントロール弁２５を備えた燃料ガスコントロール部２６と、燃料ガス導入路１５を閉じる遮断弁２７が組み込まれている。
圧力調整部２１は、燃料ガス導入路１５に沿って減圧弁２０の上流側と下流側に減圧弁２０を挟むように設けられた開閉弁２８、２９と、上流側の開閉弁２８よりも上流側位置と下流側の開閉弁２９よりも下流側位置とに接続する分岐管３０と、この分岐管３０に組み込まれた開閉弁３１とからなる。また、燃料ガス導入路１５において開閉弁２８より上流側に開閉弁３２が組み込まれている。
【００２１】
燃料ガス計量部２３は、燃料ガス導入路１５に沿って流量計２２の上流側と下流側に流量計２２を挟むように設けられた開閉弁３３、３４と、上流側の開閉弁３３より上流側位置と下流側の開閉弁３４より下流側位置とに接続する分岐管３５とこの分岐管３５に組み込まれた開閉弁３６とからなる。
燃料ガスコントロール部２６は、燃料ガス導入路１５に沿って燃料ガスコントロール弁２５の上流側と下流側に燃料ガスコントロール弁２５を挟むように設けられた開閉弁３７、３８と、上流側の開閉弁３７より上流側位置と下流側の開閉弁３８より下流側位置とに接続する分岐管３９とこの分岐管３９に組み込まれた開閉弁４０とからなる。
以上の燃料ガス導入路１５において、燃料供給源からの燃料ガス圧力を減圧弁２０で調整し、流量計２２により燃料流量を把握し、燃料ガスコントロール弁２５で燃料供給量を調整して必要流量の燃料ガスを燃焼バーナー１３に供給できる。
【００２２】
酸素導入路１６は、図示略の酸素供給源に接続され、この酸素導入路１６には、その上流側から順に、酸素の圧力を減圧調整する減圧弁４１を備えた圧力調整部４２と、酸素の流量を計測する流量計４３を備えた酸素計量部４４と、酸素の流量調節を行う酸素コントロール弁４５を備えた酸素コントロール部４６と、酸素導入路１６を閉じる遮断弁４７が組み込まれている。
圧力調整部４２は、酸素導入路１６に沿って減圧弁４１の上流側と下流側に減圧弁４１を挟むように設けられた開閉弁４８、４９と、上流側の開閉弁４８より上流側位置と下流側の開閉弁４９より下流側位置とに接続する分岐管５０とこの分岐管５０に組み込まれた開閉弁５１とからなる。また、酸素導入路１６において開閉弁４８より上流側に開閉弁５２が組み込まれている。
【００２３】
酸素計量部４４は、酸素導入路１６に沿って流量計４３の上流側と下流側に流量計４３を挟むように設けられた開閉弁５３、５４と、上流側の開閉弁５３より上流側位置と下流側の開閉弁５４より下流側位置とに接続する分岐管５５とこの分岐管５５に組み込まれた開閉弁５６とからなる。
酸素コントロール部４６は、酸素導入路１６に沿って酸素コントロール弁４５の上流側と下流側に酸素コントロール弁４５を挟むように設けられた開閉弁５７、５８と、上流側の開閉弁５７より上流側位置と下流側の開閉弁５８より下流側位置とに接続する分岐管５９とこの分岐管５９に組み込まれた開閉弁６０とからなる。
以上の酸素導入路１６は、酸素供給源からの酸素の圧力を減圧弁４１で調整し、流量計４３により酸素流量を把握し、酸素コントロール弁４５で酸素供給量を調整して必要流量の酸素を燃焼バーナー１３に供給できる。
【００２４】
空気導入路１７は、空気供給源となるブロア等の送風機６１に接続され、この空気導入路１７には、その上流側から順に、バタフライ弁６２と、空気の流量を計測する流量計６３を備えた空気計量部６４と、空気の流量調節を行う空気コントロール弁６５を備えた空気コントロール部６６が組み込まれている。
空気計量部６４は、空気導入路１７に沿って流量計６３の上流側と下流側に流量計６３を挟むように設けられたバタフライ弁７３、７４と、上流側のバタフライ弁７３よりも上流側位置と下流側のバタフライ弁７４よりも下流側位置とに接続する分岐管７５とこの分岐管７５に組み込まれたバタフライ弁７６とからなる。
空気コントロール部６６は、空気導入路１７に沿って空気コントロール弁６５の上流側と下流側に空気コントロール弁６５を挟むように設けられたバタフライ弁７７、７８と、上流側のバタフライ弁７７よりも上流側位置と下流側のバタフライ弁７８よりも下流側位置とに接続する分岐管７９とこの分岐管７９に組み込まれたバタフライ弁８０とからなる。
以上の空気導入路１７において、送風機６１からの空気の流量を流量計６３により把握し、空気コントロール弁６５で空気供給量を調整して必要流量の空気を燃焼バーナー１３に供給できる。
【００２５】
分岐ライン１８は、空気導入路１７においてバタフライ弁６２とバタフライ弁７３との間から分岐され、導入路９において燃焼装置８の近傍位置に接続されている。分岐ライン１８には、その上流側から順に、バタフライ弁８１と、空気の流量を計測する流量計８３を備えた空気計量部８４と、バタフライ弁８５が組み込まれている。
空気計量部８４は、分岐ライン１８に沿って流量計８３の上流側と下流側に流量計８３を挟むように設けられたバタフライ弁８６、８７と、上流側のバタフライ弁８６より上流側位置と下流側のバタフライ弁８７より下流側位置とに接続する分岐管８８とこの分岐管８８に組み込まれたバタフライ弁８９とからなる。
【００２６】
分岐ライン１８において、バタフライ弁８５の下流側に前記排出路７の他端７ｂが延長されて接続されている。排出路７は、ガラス溶融炉３の導出部側に接続されているが、ガラス溶融炉３の導出部側から分岐ライン１８に接続するまでの途中部分に、ブロア等の送風機９０と、バタフライ弁９１と、空気の流量を計測する流量計９３を備えた空気計量部９４と、バタフライ弁９５がこの順に組み込まれている。
空気計量部９４は、排出路７に沿って流量計９３の上流側と下流側とに流量計９３を挟むように設けられたバタフライ弁９６、９７と、上流側のバタフライ弁９６に対し上流側位置と下流側のバタフライ弁９７に対し下流側位置とに接続する分岐管９８と、この分岐管９８に組み込まれたバタフライ弁９９とからなる。
【００２７】
また、排出路７においてガラス溶融炉３の導出部側と送風機９０との間に熱交換器１００が組み込まれ、排出路７においてガラス溶融炉３から導出された部分に分岐部１０１が設けられその先端側に仕切弁（圧力調整手段）１０１Ａが設けられている。前記熱交換器１００は、排出路７を流れる燃焼ガスの温度を例えば２００℃程度まで低下させるために設けられている。前記仕切弁１０１Ａはガラス溶融炉３の炉内圧力が上昇した場合に圧力を外部に逃がすための圧力ダンパーの機能を有する。
【００２８】
以上の排出路７は、ガラス溶融炉３から排出された燃焼ガスについて熱交換器１００に導いて温度を下げた後、この燃焼ガスを送風機９０により分岐ライン１８を介し導入路９に送り、循環するために設けられている。このため、排出路７の後半部分、即ち、送風機９０を設けた部分から分岐ライン１８に接続された部分までと、この接続部分から分岐ライン１８が導入路９に接続するまでの部分を纏めて燃焼ガス循環路１９と称する。
なお、分岐ライン１８に送られた燃焼ガスは、送風機６１から送られた空気と必要に応じ混合して燃焼装置８近くの導入路９に供給できるが、送風機６１から分岐ライン１８に送る空気については、バタフライ弁８１、８６、８７、８９、８５を操作して送風を停止し、排出路７からの燃焼ガスのみを燃焼ガス循環路１９に導いて導入路９に供給することもできる。
また、前記熱交換器１００によって排出路７の内部を通過する燃焼ガスの温度を例えば２００℃程度まで下げておくのは、排出路７の途中に設けられている流量計９３が熱に弱い構成である場合、この熱に弱い流量計９３を損傷させないためである。
【００２９】
図１に示すガラス溶融炉３に対し、運転開始に伴い、溶解槽２でガラス原料から生成された溶融ガラスを移送するが、仮に温度の低いガラス溶融炉３に高温の溶融ガラスを直に移送するとガラス溶融炉３を構成する耐火性炉材がヒートショックなどの影響で傷むおそれが高いので、移送する予定の溶融ガラスの温度にできるだけ近い温度にガラス溶融炉３を予備加熱し、この予備加熱後にガラス溶融炉３に溶融ガラスを移送する必要がある。
【００３０】
図１に示す構造の燃焼装置８と導入路９を備えたガラス溶融炉３について溶融ガラス導入の前に予備加熱するためには、燃料ガス導入路１５から必要量の燃料と、酸素導入路１６から必要量の酸素と、空気導入路１７から必要量の酸素をそれぞれ燃焼バーナー１３に供給して着火させ、燃焼空間１１ａに燃焼炎Ｆを発生させる。この燃焼炎Ｆに伴う燃焼ガスの温度は、燃焼バーナー１３に供給する空気量と酸素量の制御により、空気のみ供給の場合は１２００℃程度まで調節可能であり、更に、酸素を多く供給することで２００℃以上高い１４００〜１６００℃程度まで調整できる。
【００３１】
燃焼装置８は密閉型の筐体１１を備え、その内部を燃焼空間１１ａとしているので、燃焼バーナー１３に供給する酸素と空気について燃料ガスが燃焼するために必要な空気量のみ、あるいは、酸素量のみを供給し、燃焼空間１１ａにおいて燃料ガスを完全燃焼させることで、導入路９を介してガラス溶融炉３に送る酸素量を少なくできる。
ガラス溶融炉３を構成する耐火性炉材は予熱温度において酸素が存在しても特に問題は生じないが、例えば、ガラス溶融炉３の内面にＭｏなどの耐熱金属でライナー材を内張りする場合は、後述するようにＭｏが５００〜６００℃を超える温度で酸素雰囲気中において燃焼するおそれがあるので、この場合は炉内雰囲気中の酸素をできる限り少なくすることが好ましい。
【００３２】
燃焼バーナー１３で発生させた燃焼ガスを導入路９からガラス溶融炉３の導入部３Ａに供給し、ガラス溶融炉３の内部を燃焼ガスで予備加熱するとともに、予備加熱に使用した燃焼ガスを排出燃焼ガスとしてガラス溶融炉３の導出部側から排出路７に排出する。
排出路７に排出させた予備加熱利用後の燃焼ガスを熱交換器１００で望ましくは２００℃程度に冷却した後、送風機９０により分岐ライン１８に移送する。これにより、予備加熱使用後の燃焼ガスを導入路９を介し再度ガラス溶融炉３の導入部３Ａ側に送って循環再利用できる。このため燃焼バーナー１３により発生させた燃焼ガスを効率良く利用でき、熱効率を高くできる。
なお、分岐ライン１８から導入路９に供給する循環燃焼ガスの流量を調節し、燃焼装置８から送られる燃焼ガスに対する混合量を調節することで、導入路９を介しガラス溶融炉３に供給できる予備加熱用燃焼ガスの温度を調整できる。例えば、分岐ライン１８から供給する燃焼ガスの温度は燃焼装置８から送る燃焼ガスの温度よりも低くできるので、分岐ライン１８から導入路９に供給する燃焼ガスの温度と燃焼装置８から送られる燃焼ガスの温度の間の温度範囲に温度調節ができる。よって、常温状態のガラス溶融炉３を徐々に加熱して温度上昇させ、導入するべき溶融ガラスの温度に近い温度まで順次昇温する場合、循環再利用する燃焼ガスを有効に利用して段階的に予備加熱温度を上昇できる。
【００３３】
例えば、燃焼バーナー１３が発生させる燃焼ガスは酸素の供給量に応じ１６００℃程度まで温度上昇できるが、１６００℃の燃焼ガスの温度がガラス溶融炉３を予熱するために高過ぎる場合は、分岐ライン１８を介して導入路９に戻す燃焼ガスの温度を低く設定し、分岐ライン１８を介して導入路９に戻す燃焼ガスの供給量を多くするならば、導入路９からガラス溶融炉３に供給する予備加熱用の燃焼ガスの温度を低い温度に調整できる。
このため、予熱の初期段階において導入路９から低い温度の燃焼ガスを供給し、予熱の進行に応じて徐々に燃焼ガスの温度を高くするように調節することができ、ガラス溶融炉３の予備加熱を段階的に加熱温度を徐々に高めながら実施できる。
例えば、１００℃程度の燃焼ガスから初めて徐々に燃焼ガスの温度を高めてガラス溶融炉３の炉内温度を高め、最終的には導入する溶融ガラスの温度に近い温度まで予備加熱を行うことができる。
【００３４】
ガラス溶融炉３において、耐熱性向上、耐火性炉材保護などのために、金属ライナーを炉体に内張りする構造が知られている。この金属ライナーが例えばＭｏからなる場合、Ｍｏは酸素を多く含む雰囲気中において５００〜６００℃に加熱されると昇華して燃焼するおそれがある。
このように酸素を多く含む雰囲気を嫌う金属ライナーなどの部材がガラス溶融炉３の内部に配されている場合、酸素を含む雰囲気においてその部材が昇華する温度を超える温度まで予備加熱するには、雰囲気制御を行い、酸素濃度を低くしたまま徐々に加熱温度を上昇させつつ予備加熱することが好ましい。
この点において、図１に示す構造を採用した場合、ガラス溶融炉３から排気した燃焼ガスを燃焼ガス循環路１９を介し導入路９に戻す場合、送風機６１側から分岐ライン１８に送る空気を無くして排気燃焼ガスのみを燃焼ガス循環路１９に送る。送風機６１から分岐ライン１８の下流側に送る空気を遮断するには、バタフライ弁８１、８５、８６、８７、８９のいずれかを閉塞すればよい。
【００３５】
このように操作すると、燃焼バーナー１３の燃焼炎Ｆの生成において酸素がほぼ消費されて低酸素濃度となっている燃焼ガスを導入路９に送っている場合、この燃焼ガスに更に酸素の少ない排気燃焼ガスを追加して循環させ、ガラス溶融炉３の内圧が上昇した分のガス圧は仕切弁１０１Ａにより外部に解放するので、導入路９からガラス溶融炉３に供給する燃焼ガス中の酸素量を循環が進むにつれて順次低濃度にできる。酸素が低濃度になった状態で前記金属ライナーの昇華温度を超えるように予備加熱すると、金属ライナーの昇華あるいは損傷は生じない。なお、仕切弁１０１Ａによりガラス溶融炉３の内圧調節ができるが、ガラス溶融炉３の内圧は正圧とすることが好ましい。ガラス溶融炉３の内圧が負圧になると、外気を吸引するので、ガラス溶融炉３の内部に空気が混入する。空気の混入はガラス溶融炉３内部の酸素濃度を低減する上では好ましくない。
以上のように予備加熱すると、酸素を多く含む雰囲気のまま予備加熱すると損傷するおそれの高い部材を備えたガラス溶融炉３に対し予備加熱する場合、部材損傷の問題を回避しながら予備加熱ができる効果がある。
【００３６】
なお、この点に鑑み、ガラス溶融炉３の内部空間に含まれる酸素の濃度は３％以下であることが望ましく、１％以下であることがより好ましい。
ガラス溶融炉３の予備加熱を行ったならば、溶解槽２からガラス溶融炉３に生産用の溶融ガラスを移送し、必要に応じて電極等で再加熱するか、その後の清澄剤による清澄効果を発揮させて泡抜きを行い、その後、成形装置５に送って目的の形状に成形し、その後徐冷装置６で冷却することにより目的の形状のガラス物品を得ることができる。
【００３７】
本実施形態の製造装置１を用いて製造するガラス物品は、フロート法によらず、その他フュージョン法、ダウンドロー法、リドロー法により製造されるガラスである限り、組成的には制限されない。したがって、ソーダライムガラス、混合アルカリ系ガラス、ホウケイ酸ガラス、あるいは、無アルカリガラスのいずれであってもよい。また、製造されるガラス物品の用途は、建築用や車両用に限定されず、フラットパネルディスプレイ用、その他の各種用途が挙げられる。
【００３８】
一例として、建築用または車両用の板ガラスに使用されるソーダライムガラスの場合には、酸化物基準の質量百分率表示で、ＳｉＯ２：６５〜７５％、Ａｌ２Ｏ３：０〜３％、ＣａＯ：５〜１５％、ＭｇＯ：０〜１５％、Ｎａ２Ｏ：１０〜２０％、Ｋ２Ｏ：０〜３％、Ｌｉ２Ｏ：０〜５％、Ｆｅ２Ｏ３：０〜３％、ＴｉＯ２：０〜５％、ＣｅＯ２：０〜３％、ＢａＯ：０〜５％、ＳｒＯ：０〜５％、Ｂ２Ｏ３：０〜５％、ＺｎＯ：０〜５％、ＺｒＯ２：０〜５％、ＳｎＯ２：０〜３％、ＳＯ３：０〜０．５％、という組成を有するガラスを適用できる。
【００３９】
ガラス溶融炉３において予備加熱時に溶融ガラスの温度に近い温度まで加熱した後に溶融ガラスを移送すると、ガラス溶融炉３を構成する耐火性炉材にヒートショックを与えることが無く、ガラス溶融炉３の炉材に損傷を与えることなく溶融ガラスを製造できるので、泡の少ない、炉材クラックなどに起因する不純物混入の無い、高品質の溶融ガラスからガラス物品を製造でき、高品質のガラス物品を得ることができる。
【００４０】
＜第二実施形態＞
図２〜６は本発明に係るガラス溶融炉を備えたガラス溶融装置と該ガラス溶融装置を備えたガラス物品の製造装置の第二実施形態を模式的に示す図である。
本実施形態のガラス物品の製造装置１０２は、図３に示すようにガラス原料を溶融して溶融ガラスを生成するための溶解槽２と、この溶解槽２の下流側に順次設置されたガラス溶融炉１０３と、成形装置５と、徐冷装置（徐冷手段）６とを備えている。また、本実施形態のガラス物品の製造装置１０２において、ガラス溶融炉１０３に排出路７と燃焼装置８と導入路（燃焼ガス経路）９が接続されてガラス溶融装置１０４が構成されている。
本実施形態に設けられている排出路７、燃焼装置８、導入路９、燃焼バーナー１３、燃料ガス導入路１５、酸素導入路１６、空気導入路１７、分岐ライン１８、燃焼ガス循環路１９の構成はいずれも先の第一実施形態に設けられている各要素と同等である。第一実施形態に設けられている構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付してそれら要素の説明は略する。
【００４１】
本第二実施形態の構成において第一実施形態の構成と異なる主体は、ガラス溶融炉１０３の構成と該ガラス溶融炉１０３に対する導入路９の接続位置の構成等である。
本実施形態のガラス溶融炉１０３は、溶融ガラスの清澄を行うための清澄槽として構成され、加熱領域となる第一の清澄槽１０３Ａと高温領域となる第二の清澄槽１０３Ｂと冷却域となる冷却槽１０３Ｄに区分けされ、詳細には図４〜６に示す構造とされている。
本実施形態の第一の清澄槽（加熱領域）１０３Ａは、平面視細長く幅がほぼ一定であって、図４、図５に示す如く横幅と同程度の深さの槽として構成され、底壁部１０３ａとその両側の側壁部１０３ｂと天井部１０３ｃとから構成されている。第一の清澄槽１０３Ａの底壁部１０３ａと両方の側壁部１０３ｂとに区画された領域が溶融ガラスの流路Ｒ１とされていて、図４の２点鎖線ＧＨが溶融ガラスの液面位置となるようにガラス溶融炉１０３に溶融ガラスが供給される。第一の清澄槽１０３Ａの底壁部１０３ａには複数本の電極１０８が所定の間隔をあけて立設され、これらの電極１０８…に対する通電量を制御することで溶融ガラスを目的の温度に加熱できる。
【００４２】
第一の清澄槽１０３Ａにおいて、耐火レンガ（耐火性炉材）を複数、目地部を介し接合して底壁部１０３ａと側壁部１０３ｂと天井部１０３ｃが構成され、全体として図４、図５に示す形状の槽としての概形になるように構成されている。図４と図５においては第一の清澄槽１０３Ａを構成する耐火レンガの肉厚は略して記載し、槽の輪郭のみ示している。
第一の清澄槽１０３Ａにおいて上流端側、即ち、溶解槽２側の部分に底壁部１０３ａから１段高められた入口側段部１０３ｄが形成され、第一の清澄槽１０３Ａにおいて下流端側、即ち、第二の清澄槽１０３Ｂ側には底壁部３ａから一段低めてドレン排出用のドレンアウト部１０３ｅが第一の清澄槽１０３Ａの幅方向に複数形成されている。第一の清澄槽１０３Ａの導入部１０３ｆは入口側段部１０３ｄが形成されている分だけ第一の清澄槽１０３Ａの他の部分よりも浅く形成されている。また、第一の清澄槽１０３Ａの下流端側は垂直に立ち上がる仕切壁１０３ｇにより区画され、この仕切壁１０３ｇの上端部側において溶融ガラスの流路Ｒ１の深さが浅くされた部分を介して第二の清澄槽１０３Ｂが接続されている。
【００４３】
第二の清澄槽（高温領域）１０３Ｂは、平面視細長く、幅がほぼ一定であって、図４、図５に示す如く横幅に比べて浅い槽として構成され、底壁部１０４ａとその両側の側壁部１０４ｂと天井部１０４ｃとから構成されている。第二の清澄槽１０３Ｂの底壁部１０４ａと両方の側壁部１０４ｂとに区画された領域が溶融ガラスの流路Ｒ２とされ、図４の２点鎖線ＧＨが溶融ガラスの液面位置となるように第二の清澄槽１０３Ｂに溶融ガラスＧが供給されるようになっている。
第二の清澄槽１０３Ｂにおいて、耐火レンガ（耐火性炉材）を複数、目地部を介し接合して底壁部１０４ａと側壁部１０４ｂと天井部１０４ｃが構成され、全体として図４、図５に示す如き槽としての概形になるように構成されている。図４と図５においては第二の清澄槽１０３Ｂを構成する耐火レンガの肉厚は略して記載し、槽の輪郭のみを示し、図６に一例として底壁部１０４ａと側壁部１０４ｂとそれらを構成する耐火レンガの肉厚を描いている。
【００４４】
なお、底壁部１０４ａと側壁部４ｂを構成する耐火レンガの大きさは任意であり、底壁部１０４ａと側壁部１０４ｂの大きさに応じて適用する耐火レンガの個数や大きさは自由に選定することができる。例えば、図６（ａ）に示す底壁部１０４ａと側壁部１０４ｂを複数の耐火レンガで複層構造としてもよい。図６に示す構造では説明の簡略化のために底壁部１０４ａを構成する耐火レンガを１つのみ示し、側壁部１０４ｂを構成する耐火レンガを側壁部１０４ｂの高さ方向に２つ積層した例として示している。図６では例えば、側壁部１０４ｂの底部側に第一の耐火レンガ１０４ｄを配置し、その上に第二の耐火レンガ１０４ｅを重ねた構造として示している。なお、図６において側壁部１０４ｂの上端部を構成する耐火レンガ１０４ｅの外側（裏側）には水冷ジャケット１５０が設けられている。水冷ジャケット１５０の構造については公知の構成であるので、詳細な説明は略するとともに、図６においても詳細構造は略す。なお、水冷ジャケット１５０は一例として、往管と戻管により循環流路を構成し、その循環流路に冷却水を流して冷却する構造を採用できる。
第二の清澄槽１０３Ｂにおいて上流端側、即ち、第一の清澄槽１０３Ａ側の部分に底壁部１０４ａから１段高められた入口側段部１０４ｇが形成され、第二の清澄槽１０３Ｂの導入部１０４ｆは第二の清澄槽１０３Ｂの他の部分よりも浅く形成され、第二の清澄槽１０３Ｂにおいて下流端側の底壁部１０４ｂは一定の深さのまま冷却槽１０３Ｄに接続されている。
【００４５】
冷却槽（冷却域）１０３Ｄは平面視細長く幅がほぼ一定であって、図４に示す如く第二の清澄槽１０３Ｂよりも深い槽として構成され、底壁部１０５ａとその両側の側壁部１０５ｂと天井部１０５ｃとから構成されている。冷却槽１０３Ｄの底壁部１０５ａと両方の側壁部１０５ｂとに区画された領域が溶融ガラスの流路Ｒ３とされていて、図４の２点鎖線ＧＨが溶融ガラスの液面位置となるように冷却槽１０３Ｄに溶融ガラスＧが供給されるようになっている。
【００４６】
また、冷却槽１０３Ｄの下流端側に排出側段部１０５ｄが形成され、この排出側段部１０５ｄの下流側に成形装置５が接続され、排出側段部１０５ｄにより浅く形成された流路の下流端部から成形装置５に溶融ガラスが供給されるようになっている。なお、図４に示す符号１０９は冷却槽１０３Ｄの内部側に設けられた攪拌装置を示す。
成形装置５は底壁５ａと周壁５ｂにより区画されたプール部に溶融錫のベッド層１１０が収容されており、このベッド層１１０の上に溶融ガラスＧを流入させて拡げて冷却し、板状のガラスを成形できる。
冷却槽１０３Ｄにおいて、耐火レンガを複数、目地部を介し接合して底壁部１０５ａと側壁部１０５ｂと天井部１０５ｃが構成され、全体として図４、図５に示す如き槽としての概形になるように構成されている。図４と図５においては冷却槽１０３Ｄを構成する耐火レンガの肉厚は略して記載し、槽の輪郭のみを示している。
【００４７】
以上のガラス溶融炉１０３に対し、排出路７の一端７ａが冷却槽１０３Ｄの天井部１０５ｃに接続され、排出路７の一端７ａが冷却槽１０３Ｄの内部空間に連通されている。また、導入路９の一端９ａが第二の清澄槽１０３Ｂの導入側の天井部１０４ｃに接続され、導入路９の一端９ａが第二の清澄槽１０３Ｂの内部空間に連通されている。
本実施形態のガラス溶融炉１０３においては、導入路９の一端９ａから燃焼ガスを第二の清澄槽１０３Ｂに供給して予備加熱を行うことができるように、かつ、冷却槽１０３Ｄの導出側から予備加熱に用いた燃焼ガスの一部を排出路７を介し取り出して送風機９０により分岐ライン１８を介し導入路９に送って循環利用できるように構成されている。
なお、ガラス溶融炉３の第一の清澄槽１０３Ａに対し図８に示すように予備加熱用の燃焼装置８、導入路９Ａが接続されている構成も可能であるが、これらの構造と第一の清澄槽１０３Ａの予備加熱については第二実施形態の説明後に別途説明する。
【００４８】
本実施形態のガラス溶融炉１０３には内面カバー１１５が設けられている。この内面カバー１１５は、第二の清澄槽１０３Ｂの底壁部１０４ａと側壁部１０４ｂ、１０４ｂにより区画される流路Ｒ２をほぼ囲むことができるような高さと幅に形成され、第二の清澄槽１０３Ｂのほぼ全長に渡り設置されているとともに、冷却槽１０３Ｄの底壁部１０５ａと側壁部１０５ｂ、１０５ｂにより区画される流路Ｒ３をほぼ囲むことができるような高さと幅に形成され、冷却槽１０３Ｄのほぼ全長に渡り設置されている。
【００４９】
内面カバー１１５はＭｏからなるので、空気中あるいは酸素雰囲気中において５００〜６００℃に加熱されると昇華するおそれがある。内面カバー１１５を備えたガラス溶融炉１０３を運転開始前に予備加熱するには、Ｍｏからなる内面カバー１１５が損傷しないように予備加熱する必要がある。
そのために、燃焼装置８に密閉型の筐体１１を備え、その内部を燃焼空間１１ａとしているので、燃焼バーナー１３に供給する酸素と空気について燃料ガスが燃焼するために必要な空気量のみ、あるいは、酸素量のみを供給し、燃焼空間１１ａにおいて燃料ガスを完全燃焼させることで、導入路９を介してガラス溶融炉３に送る酸素量を少なくできる。
【００５０】
燃焼空間１１ａにおいて燃料ガスを完全燃焼させて導入路９からガラス溶融炉３に送る燃焼ガス中に含まれる酸素を可能な限り少なくするには、燃料ガスの供給量を流量計２２により正確に計測し、酸素の供給量を流量計４３により正確に計測し、空気の供給量を流量計６３により正確に計測してそれぞれ燃焼バーナー１３に送ることが好ましい。
一例として、燃料ガスにＬＰＧを用いる場合、ＬＰＧ１に対しＬＰＧの組成に応じた理論燃焼に基づく空気量を供給することが完全燃焼の面では好ましい。なお、このガスと空気の比率は理想的な比率の一例であるので、燃焼バーナー１３が発生させる燃焼ガス中にできる限り少ない酸素を含むように運転するためには、実機の燃焼バーナーを用いて試験を行ない、実機の燃焼バーナーに供給した空気量あるいは酸素量とガラス溶融炉３の内部の酸素濃度を把握して酸素濃度が低くなる割合の空気量あるいは酸素量を把握した上で空気量あるいは酸素量を決定することが望ましい。
【００５１】
ガラス溶融炉１０３において、Ｍｏ製の内面カバー１１５を設けているので、酸素を含む雰囲気において内面カバー１１５が昇華する温度を超える温度まで予備加熱するには、雰囲気制御を行い、酸素濃度を低くしたまま徐々に加熱温度を上昇させつつ予備加熱することが必要となる。
この点において、図２〜６に示す構造を採用した場合、ガラス溶融炉１０３の冷却槽１０３Ｄから排気した燃焼ガスを排出路７から燃焼ガス循環路１９を介し導入路９に戻す場合、送風機６１側から分岐ライン１８に送る空気を無くして排気燃焼ガスのみを燃焼ガス循環路１９に送る。送風機６１から分岐ライン１８の下流側に送る空気を遮断するには、バタフライ弁８１、８５、８６、８７、８９のいずれかを閉塞すればよい。
【００５２】
このように操作すると、燃焼バーナー１３の燃焼炎Ｆの生成において酸素がほぼ消費されて低酸素濃度となっている燃焼ガスを導入路９に送っている場合、この燃焼ガスに更に酸素の少ない排気燃焼ガスを追加して循環させ、ガラス溶融炉１０３の内圧が上昇した分のガス圧は仕切弁１０１Ａにより外部に解放するので、導入路９からガラス溶融炉１０３に供給する燃焼ガス中の酸素量を循環が進むにつれて順次低濃度にできる。酸素が低濃度になった状態で内面カバー１１５の昇華温度域を超えるように予備加熱すると、内面カバー１１５の昇華あるいは損傷は生じない。
以上のように予備加熱すると、酸素を多く含む雰囲気のまま予備加熱すると損傷するおそれの高い内面カバー１１５を備えたガラス溶融炉１０３に対し予備加熱する場合、内面カバー１１５の損傷の問題を回避しながら予備加熱できる効果がある。
【００５３】
次に、先に説明した内面カバー１１５を備えた第二の清澄槽１０３Ｂと冷却槽１０３Ｄを備えたガラス溶融炉１０３を用いてガラス物品を製造する方法について以下に説明する。
本実施形態のガラス溶融炉１０３においては、溶解槽２においてガラス原料を溶融して溶融ガラスＧを生成し、この溶融ガラスＧを溶解槽２において循環させるなどの手法を採用し、ある程度の泡抜き、均質化をした後に、溶融ガラスを第一の清澄槽１０３Ａに移動させる。溶解槽２においてガラス原料を溶融させて溶融ガラスを形成する工程を図７に示す如くガラス溶融工程Ｓ１と称する。
【００５４】
第一の清澄槽１０３Ａにおいて、電極８を用いて通電加熱することにより、溶融ガラスの温度を１４２０〜１５１０℃程度の範囲の高温に調整し、清澄する。この範囲の高温度域に保持することで溶融ガラスＧの成分中に含まれている清澄剤の効果などにより泡抜きが進行される。また、この範囲の高温に加熱することで、溶融ガラスの粘度が低下するので、泡も抜けやすくなる。
第一の清澄槽１０３Ａにおいてある程度泡抜きを行った後、第二の清澄槽１０３Ｂに溶融ガラスを導いて更に清澄処理を進め泡抜きする。
第二の清澄槽１０３Ｂの温度は入口側において１５１０℃程度に、出口側において１５００℃程度として溶融ガラスの清澄を促進する。この第二の清澄槽１０３Ｂに前述の内面カバー１１５を設けているので、後述する内面カバー１１５による作用効果を得ることができる。
本実施形態においては第一の清澄槽１０３Ａと第二の清澄槽１０３Ｂにおいて行う清澄を図７に示す如く清澄工程Ｓ２と称する。
【００５５】
第二の清澄槽１０３Ｂにおいて泡抜きした溶融ガラスは冷却槽１０３Ｄにおいて導入側で１５００℃程度の温度から導出側で１２００℃程度の温度まで冷却する。
冷却槽１０３Ｄにおいて１２００℃程度まで冷却した溶融ガラスは次工程の成形装置５において溶融錫のベッド層１１０の上に拡げ、更に冷却して板状ガラスとすることができる。本実施例において成形装置５を用いて板状ガラスを成形する工程を図７に示す如く成形工程Ｓ３と称する。
次いで、板状ガラスを常温に近い温度まで徐冷する徐冷工程Ｓ４を行い、目的のサイズに切断する切断工程Ｓ５を施すことにより、図７に示す如く目的のガラス物品Ｇ６を得ることができる。
【００５６】
以上のガラス物品Ｇ６の製造工程において、本実施形態では第二の清澄槽１０３Ｂと冷却槽１０３Ｄに耐熱金属製の内面カバー１１５を設けている。
第二の清澄槽１０３Ｂと冷却槽１０３Ｄにおいて内面カバー１１５は溶融ガラスＧの流路Ｒ２を覆っているので各槽を構成している耐火性炉材と溶融ガラスＧとの直接接触を極力少なくし、耐火性炉材の構成成分が溶融ガラスＧ側に溶出することを抑制できる。
従って、溶融ガラスＧの清澄を長期間連続的に行った場合であっても、流路Ｒ２、Ｒ３を流れる溶融ガラスＧに耐火性炉材の構成成分の溶出を生じさせることなく溶融ガラスＧの製造を行うことができる。従って組成の乱れていない高品質の溶融ガラスＧを次工程に送り、成形装置５で成形することで高品質のガラス物品Ｇ６を得ることができる。
なお、必要に応じて、成形後のガラス物品をさらに研磨する工程を設け、表面を研磨したガラス物品を製造することもできる。
【００５７】
次に、先の第二実施形態のガラス溶融炉３において第一の清澄槽（加熱領域）１０３Ａに対し予備加熱するための構造について図８を基に説明する。
ガラス溶融炉１０３の第一の清澄槽１０３Ａにおいて第二の清澄槽１０３Ｂに近い側に導入路９Ａの一端９ｃが接続されている。この導入路９Ａの他端９ｂは燃焼装置８の筐体１１に接続されている。導入路９Ａは先に説明した導入路９と同等構造であり、燃焼装置８、筐体１１についても同等構造である。
燃焼装置８に設けられている燃焼バーナー１３、燃焼バーナー１３に接続されている燃料ガス導入路１５、酸素導入路１６、空気導入路１７、分岐ライン１８について同等構造である。
図８に示す構造において、第一の清澄槽１０３Ａを予備加熱するための構造は、先の第二の清澄槽１０３Ｂと冷却槽１３Ｄを予備加熱する装置から、排出路７を除いた構造とされている。また、第一の清澄槽１０３Ａの導入部側に排気ライン１２８が設けられている。
【００５８】
図８に示す構造を用いて第一の清澄槽１０３Ａの予備加熱を行うには、先に説明した図３に示す導入路９と排出路７を用いて予備加熱を行う場合と同期してあるいは別途個別に行うことができる。
一例として、第一の清澄槽１０３Ａと第二の清澄槽１０３Ｂを同時に予備加熱する場合、導入路９から燃焼ガスを第二の清澄槽１０３Ｂに導入すると同時に導入路９Ａから燃焼ガスを第一の清澄槽１０３Ａに導入して同時に予備加熱できる。
【００５９】
また、第一の清澄槽１０３Ａと第二の清澄槽１０３Ｂとの境界部分に仕切壁を設け、第一の清澄槽１０３Ａと第二の清澄槽１０３Ｂを仕切った状態で個別に予備加熱することができる。
第一の清澄槽１０３Ａと第二の清澄槽１０３Ｂを仕切った状態で個別に予備加熱する場合、仕切壁を閉じておき、第一の清澄槽１０３Ａと第二の清澄槽１０３Ｂと冷却槽１３Ｄを予備加熱し、第二の清澄槽１０３Ｂと冷却槽１３Ｄにのみ保護用の溶融ガラスを満たすこともできる。
なお、第一の清澄槽１０３Ａに個別に予備加熱装置を接続することなく、第二の清澄槽１０３Ａに設けた予備加熱装置を用いて共用で行なってもよい。
【００６０】
図９は、第一の清澄槽１０３Ａと第二の清澄槽１０３Ｂを仕切壁で区分することが可能な場合の構造を示す。図９の構造は、ガラス溶融炉が大型となって、一度に全体を予備加熱することが難しい場合に、２つの領域毎に個別に予備加熱を可能とした実施形態である。
この例のガラス溶融装置２０３は先のガラス溶融炉１０３と同様に第一の清澄槽１０３Ａと第二の清澄槽１０３Ｂと冷却槽１０３Ｄとから構成されているが、第一の清澄槽１０３Ａと第二の清澄槽１０３Ｂの境界部分の天井壁に上下移動自在に仕切壁２０５が設けられ、冷却槽１０３Ｄの導出端部分の天井壁に上下移動自在に仕切壁２０６が設けられている。これらの仕切壁２０５、２０６はガラス溶融装置２０３の外部に設けられた図示略の昇降装置により上下移動自在に支持され、仕切壁２０５、２０６をガラス溶融装置２０３の底壁側にまで下降させると第二の清澄槽１０３Ｂと冷却槽１０３Ｄの導入側と導出側を閉じることができる。
【００６１】
図９に示すガラス溶融炉１０３において、第一の清澄槽１０３Ａの仕切壁２０５に近い位置の天井部に導入路９が接続され、第一の清澄槽１０３Ａの導入端側の天井部に排出路７が接続され、第二の清澄槽１０３Ｂの仕切壁近くの天井部に導入路９が接続され、冷却槽１０３Ｄの導出端側の天井部に排出路７が接続されている。
また、この実施形態の第二の清澄槽１０３Ｂにおいて、その天井部１０４ｃの底面側に白金ヒーターなどの面状の加熱装置２０７が設置されている。この加熱装置２０７は第二の清澄槽１０３Ｂにとって必須ではないが、この加熱装置２０７に通電することで第二の清澄槽１０３Ｂの温度を調節できる。
【００６２】
図９に示すガラス溶融装置２０３を用いて予備加熱を行うには、仕切壁２０５、２０６をガラス溶融装置２０３の底壁側まで下降させ、第二の清澄槽１０３Ｂと冷却槽１０３Ｄを閉じた後、燃焼装置８で発生させた燃焼ガスを導入路９から第二の清澄槽１０３Ｂの仕切壁２０５に近い内部空間に導入し、冷却槽１０３Ｄの導出側の仕切壁２０６に近い内部空間から排出路７に排出する。燃焼装置８からの燃焼ガスにより第二の清澄槽１０３Ｂと冷却槽１０３Ｄを投入予定の溶融ガラスの温度近くまで予備加熱したならば、第一の清澄槽１０３Ａと第二の清澄槽１０３Ｂに保護用の溶融ガラスを流入させ、Ｍｏ製の内面カバー１１５を保護用の溶融ガラスで覆う。
この後、生産に使用する溶融ガラスを溶解槽２から第一の清澄槽１０３Ａに移流させ、必要に応じて電極１０８により加熱して必要な温度に加熱し、仕切壁２０５、２０６を上昇させて第一の清澄槽１０３Ａと第二の清澄槽１０３Ｂを連通し、冷却槽１０３Ｄと成形装置５を連通することにより溶融ガラスの生成並びにガラス物品の生産に移行できる。
【００６３】
以上に説明した予備加熱方法によれば、Ｍｏ製の内面カバー１１５を設けた第二の清澄槽１０３Ｂと冷却槽１０３Ｄを低酸素状態のまま加熱し、内面ライナー１１５の昇華を防止しつつ必要な温度まで安全に予備加熱できる。そして、予備加熱後、直ちに保護用の溶融ガラスを第二の清澄槽１０３Ｂと冷却槽１０３Ｄに導入することで、内面カバー１１５を損傷させることなく保護用の溶融ガラスで覆うことができ、この後、第一の清澄槽１０３Ａに溶解槽２から溶融ガラスを移送し、ガラス物品の生産を開始できる。
なお、以上の実施形態において、ガラス溶融炉３、１０３、１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｄに対して本発明の予備加熱方法を適用する方法について説明したが、本発明に係る予備加熱方法は、本発明に係るガラス溶融炉の一部である溶解槽２に対しても適用することもできる。
【実施例】
【００６４】
図２〜６に示す概略構造を有するガラス溶融炉を耐火性炉材（ＡＧＣセラミックス社製商品名；ＺＢ−1691−ＶＦ）を用いて試験用ガラス溶融炉として構築した。この試験用ガラス溶融炉の大きさは、第一の清澄槽の溶融ガラス流路幅４００ｍｍ、深さ４６０ｍｍ、長さ３．５ｍ、第二の清澄槽の溶融ガラス流路幅４００ｍｍ、深さ１２０ｍｍ、長さ２．０ｍ、冷却槽の溶融ガラス流路幅４００ｍｍ、深さ４６０ｍｍ、長さ２．５ｍに設定して構築した。第一の清澄槽には５本の黒鉛電極を等間隔で配置し、これらの黒鉛電極群で溶融ガラスを導入部において１４２０℃に加熱でき、導出部において１５１０℃に加熱できるように出力を調整可能な電極群とした。白金ヒーターは第二の清澄槽の天井部のほぼ全面を占めるように配置した。
【００６５】
第二の清澄槽と冷却槽の底面と側面を覆うようにＭｏ製の内面カバーを配置した。内面カバーは、各底壁プレート、各側壁プレート、それらのプレートの隙間をカバーする各カバープレートは厚さ５ｍｍのＭｏ板からなる。側壁プレートの高さは第二の清澄槽においては第二の清澄槽を流動させる予定の溶融ガラスの液面高さに対応させ、冷却槽においては冷却槽を流動させる予定の溶融ガラスの液面高さに対応させた。
また、Ｍｏ製の内面カバーを保護するため、内面カバーの裏面と耐火性炉材の内面の間に必然的に生じる隙間を埋めるように、目標組成のガラス板を挿入した。この板ガラスは、予備加熱時に溶融ガラスとなって生産用溶融ガラスの導入の前にできだけ早く内面カバーを覆うことができるように設けている。
なお、Ｍｏ製の内面カバーを予熱中またはその後にできるだけ昇華させないために、事前に内面カバーの溶融ガラス通路側に目標組成のガラス板またはカレットを敷き詰めて、早い段階で内面カバーの表面をガラス板などが溶融したガラスで覆うようにしてもよい。
【００６６】
燃焼バーナーとして、中外炉工業（株）製（商品名：Ｈ―ＴＭＧ―２５Ｂ）の燃焼バーナーを用いた。燃焼バーナーに接続する筐体はＬ１５００ｍｍ×φ１０００ｍｍの円筒形状の鋼板製のものを用いた。この燃焼バーナーにＬＰＧガスを２．４[Ｎｍ３／時間]、空気を送風開始から７分間４８．１[Ｎｍ３／時間]、７分後から８７．９[Ｎｍ３／時間]の割合で送り、燃焼バーナー前方の直径１ｍ、長さ２ｍの筐体内に燃焼炎を発生させた。この筐体から燃焼ガス導入路に燃焼炎に伴う燃焼ガスを送り、この燃焼ガスに循環希釈空気を３００[Ｎｍ３／時間]の割合で混合して先のガラス溶融炉の第一の清澄槽の導入部側に供給した。
以上の条件にて燃焼ガスをガラス溶融炉の第一の清澄槽と冷却槽に送り、冷却槽から抜き出した予備加熱使用後の燃焼ガスを循環燃焼ガスとして前述の送風量で燃焼ガス導入路に供給し、この状態で約５日間予備加熱試験した。
【００６７】
この予備加熱試験では、炉内雰囲気温度、Ｍｏ製の内面カバーの温度、炉内酸素濃度を、それぞれ図２の１０３Ａの上流側、１０３Ｂの下流側、燃焼ガス排出路７の途中の位置で測定した。図１０に、炉内雰囲気温度、Ｍｏ製の内面カバーの温度、炉内酸素濃度の推移を示す。
図１０に示す結果のように、約５日間かけて試験運転した結果、Ｍｏ製の内面カバーの温度を常温から１４００℃近くまで順調に昇温できた。
また、炉内酸素濃度の遷移は試験開始から４分後に目標の１％以下に下がり、その後、酸素濃度１％以下の範囲を約５日間保つことができた。なお、炉内の酸素濃度について、完全に酸素を無くして、炉内を還元雰囲気にすると、Ｐｔが損傷するおそれがあるので、酸素は低濃度ながら、存在することが好ましい。この面から、炉内酸素濃度は３％以下とすることが好ましく、１％以下にすることがより好ましい。
この面から鑑み、図１０に示す試験結果から試験用ガラス溶融炉は、酸素濃度１％以下を約５日間維持できたので、より好ましい酸素濃度範囲を維持できていることが明かである。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明の技術は、建築用ガラス、車両用ガラス、光学用ガラス、医療用ガラス、表示装置用ガラス、その他一般のガラス物品の製造に広く適用できる。
【符号の説明】
【００６９】
１…製造装置、２…溶解槽、３…ガラス溶融炉、３Ａ…導入部、３Ｂ…導出部、５…成形装置（成形手段）、６…徐冷装置（徐冷手段）、７…燃焼ガス排出路、７ａ…一端、７ｂ…他端、８…燃焼装置、９…燃焼ガス導入路、９ａ…一端、９ｂ…他端、１０…ガラス溶融装置、１１…筐体、１１ａ…燃焼空間、１３…燃焼バーナー、１３ｂ…燃料ガス供給部、１３ｃ…酸素供給部、１３ｄ…空気供給部、１５…燃料ガス導入路、１６…酸素導入路、１７…空気導入路、１８…分岐ライン、１９…燃焼ガス循環路、Ｇ…溶融ガラス、ＧＨ…液面位置、１０１Ａ…仕切弁（調整手段）、１０２…製造装置、１０３…ガラス溶融炉、１０３Ａ…第一の清澄槽（加熱領域）、１０３Ｂ…第二の清澄槽（高温領域）、１０３Ｄ…冷却槽（冷却域）、１０４…ガラス溶融装置、２０３…ガラス溶融装置、２０５、２０６…仕切壁。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融ガラス導入用のガラス溶融炉の予備加熱方法と予備加熱が可能な構成のガラス溶融装置および該ガラス溶融装置によるガラス物品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、成形されたガラス物品の品質を向上させるために、溶解槽で溶融した溶融ガラスを成形装置で成形する前に、溶融ガラス内に発生した気泡を除去する減圧脱泡装置が用いられている。この従来の減圧脱泡装置は、真空吸引することにより内部を減圧可能な減圧ハウジングと、この減圧ハウジングの内部に収容された減圧脱泡槽とからなり、溶解槽と成形装置の間に設けられている。減圧脱泡槽に導入された溶融ガラスにおいて、減圧状態で気泡が成長するので、成長した気泡が溶融ガラスの液面に浮上し、破泡することで泡抜きがなされる。
上述の減圧脱泡装置は、高温の溶融ガラスを内部に引き込み、泡抜きした後、高温状態のまま溶融ガラスを成形装置に送るので、減圧脱泡槽内部の溶融ガラス流路は、操業中、常に高温の溶融ガラスに接している。
しかし、運転開始前に初めて溶融ガラスを減圧脱泡槽に導入する場合、導入溶融ガラスの固化を防止するため、あるいは、減圧脱泡槽を構成する耐火性炉材のヒートショックを防止するために、運転開始前の減圧脱泡槽を予熱することがある。例えば、減圧脱泡槽を部分的に予め溶融ガラスの温度に近い温度まで予熱し、予熱後に溶融ガラスを導入する方法と装置が提供されている（特許文献１）。
【０００３】
上述の減圧脱泡槽を予熱する装置は、減圧脱泡槽において溶融ガラスの導入部と導出部に予備加熱用バーナーを設け、減圧脱泡槽の天井部に設けた排気用煙突にドラフトコントロール用バーナーを設けている。この構成の予熱装置は、溶融ガラスの導入前に予備加熱用バーナーにより減圧脱泡槽の内部を予備加熱することで、耐熱レンガなどの耐火性炉材のヒートショックによる損傷を抑制できる。また、減圧脱泡槽を予熱する装置において予熱温度を溶融ガラス温度に近い温度に引き上げるため、酸素を１０〜２０％程度に富化した空気を予備加熱用バーナーに供給する装置を利用し、バーナーから減圧脱泡槽に送る燃焼ガスの温度をより高温に引き上げることもなされている。
【０００４】
また、成形されたガラス物品を製造する他の例の装置として、溶解槽と清澄槽を備えたガラス溶融炉を用い、溶解槽で製造した溶融ガラスを高温の清澄槽に導いて泡抜きした後、成形装置に送ってガラス板を成形する装置が知られている。このガラス溶融炉は溶融ガラスの流路を有し、この流路は耐火性炉材を組み付けて構成されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２４０７２７号公報
【特許文献２】特開昭６１−１３２５６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述の減圧脱泡槽に対し溶融ガラスの導入部や導出部に設けた予備加熱用バーナーから減圧脱泡槽の内部に燃焼ガスを送って予熱する装置は、減圧脱泡槽の天井部に設けた排気用煙突から予熱空気を排出してしまうので、予熱時の熱効率が良好ではない問題がある。
【０００７】
また、ガラス溶解槽と高温清澄を行う清澄槽を有するガラス溶融炉を備えたガラス製造装置において、あるいは、高温の溶融ガラスが流れる種々の構成のガラス溶融炉において、上述の減圧脱泡槽と同様、流路を形成する耐熱レンガなどの耐火性炉材のヒートショックによる損傷を抑制するために、運転開始の初期段階においてガラス溶融炉の予備加熱を行う必要がある。なお、以下においては、ガラス溶融炉とは、溶解槽及び溶解槽から溶融ガラスを導出した後に溶融ガラスから泡を消滅させる、いわゆる清澄を行うための減圧脱泡槽や清澄槽、並びにその他成形前の溶融ガラスを通過させる装置をいう。これら種々の構成のガラス溶融炉において、予備加熱を行う場合、大型で内部空間の広いガラス溶融炉では予備加熱用バーナーの炎を直接引き込んで予備加熱を行うことも可能であるが、予備加熱用バーナーを設けるスペースのないガラス溶融流路を備えたガラス溶融炉においては他の手段を講じる必要がある。
また、ガラス溶融炉によって耐火性炉材の内面に金属ライナーを配置して溶融ガラスに対する耐熱性と耐蝕性を高めたガラス溶融炉も提供されている。この場合には、金属ライナーの材料によっては酸化に弱いので、予備加熱しようとするガラス溶融炉の内部を影響のない程度の雰囲気に置換することも必要になる。しかしながら、ガラス溶融炉の内部雰囲気の酸素濃度を低めに調整しながら予備加熱できる手段は提供されていないのが実情である。
【０００８】
本発明は、高温の溶融ガラスを流すガラス溶融炉に対して内部雰囲気の酸素を制御しながらガラス溶融炉の予備加熱ができる方法と予備加熱が可能な構成のガラス溶融装置の提供を目的とする。
また、本発明は予備加熱が可能な前記ガラス溶融装置を備えて高品質のガラス物品を製造できるガラス物品の製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、バーナーからの燃焼ガスを耐火製炉材からなるガラス溶融炉内に導入し、該導入後の燃焼ガスを前記ガラス溶融炉内から排気し、該排気した燃焼ガスを前記バーナーから前記ガラス溶融炉に至る燃焼ガス経路の途中から再度前記ガラス溶融炉に導入して循環させながら、前記ガラス溶融炉の予熱を行うガラス溶融炉の予備加熱方法を提供する。
本発明の予備加熱方法は、前記バーナーに燃料の燃焼に必要な量の酸素を供給し、前記バーナーにおいて燃焼により生成した酸素消費後の燃焼ガスに前記ガラス溶融炉から排気した燃焼ガスを加えた混合ガスを前記燃焼ガス経路から前記ガラス溶融炉に供給し、該ガラス溶融炉内の酸素濃度を低く維持しながら前記ガラス溶融炉の予熱を行うことができる。
【００１０】
本発明の予備加熱方法は、前記ガラス溶融炉内の雰囲気圧力を大気圧以上にすることができる。
本発明の予備加熱方法は、前記ガラス溶融炉内の酸素濃度を３％以下にすることができる。
本発明の予備加熱方法は、前記燃焼ガスの酸素量を調整して前記ガラス溶融炉内の温度を調整することができる。
本発明の予備加熱方法は、前記ガラス溶融炉内の複数の空間に対し、前記バーナーからの燃焼ガスを個別に供給し、前記複数の空間から個別に燃焼ガスを排気し、前記排気した燃焼ガスを前記空間に個別に導入して前記循環を行うことができる。
本発明は、耐火製炉材からなる溶融ガラス流路を備えたガラス溶融炉と、前記溶融ガラス流路に燃焼ガスを導入するためのバーナーと、前記溶融ガラス流路に前記バーナーからの燃焼ガスを導入する燃焼ガス導入路と、前記溶融ガラス流路に導入した燃焼ガスを該溶融ガラス流路から排出する燃焼ガス排出路と、前記燃焼ガス排出炉から排出した燃焼ガスを前記溶融ガラス導入路に戻す燃焼ガス循環路と、を有するガラス溶融装置を提供する。
本発明のガラス溶融装置は、ガラス溶融炉が溶解槽を含んでもよい。
本発明のガラス溶融装置は、前記ガラス溶融炉が該ガラス溶融炉内の雰囲気圧力の調整手段を有する構成にできる。
本発明のガラス溶融装置は、前記溶融ガラス流路における燃焼ガスと酸素ガスの濃度割合の調整手段を備えてもよい。
本発明のガラス溶融装置は、前記溶融ガラス流路において溶融ガラスと接触する流路面に、溶融ガラスに対する耐熱性及び耐蝕性を有する金属ライナーを設けてもよい。
本発明のガラス溶融装置は、前記金属ライナーをモリブデンから形成できる。
【００１１】
本発明のガラス溶融装置は、前記ガラス溶融炉が、溶融ガラスをより高温に加熱するための加熱領域と、該加熱領域で加熱された高温の溶融ガラスを高温状態のまま温度保持しながら流す高温領域と、この高温領域に接続された冷却域とを具備した構成であってもよい。
本発明は、先のいずれかに記載のガラス溶融装置によって溶融ガラスを製造する工程と、該溶融ガラスを成形する工程と、成形後のガラスを徐冷する徐冷工程を含むガラス物品の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、予熱に使用した燃焼ガスをガラス溶融炉から抜き出して燃焼ガス経路に戻し、新たな燃焼ガスに加えてガラス溶融炉に戻しつつ循環利用するので、予熱を行った後の燃焼ガスを再利用しながら効率良くガラス溶融炉の予備加熱ができる。
このため、例えば、ガラス溶融炉に溶融ガラスを導入して運転を行う前に、ガラス溶融炉の炉内温度を溶融ガラスに近い温度に予備加熱でき、溶融ガラスの導入時にガラス溶融炉を構成する耐火性炉材にヒートショックを与えるおそれが少なく、耐火性炉材の損傷を防止しながら運転開始できる効果がある。
また、排気した燃焼ガスをバーナーが生成させた新たな燃焼ガスに混合しながら循環させて再利用すると、ガラス溶融炉に供給する燃焼ガス中の酸素濃度を低く維持することができ、ガラス溶融炉を低酸素状態に維持したまま予熱ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は本発明の第一実施形態に係るガラス溶融炉を備えたガラス溶融装置の一例を示す構成図。
【図２】図２は本発明の第二実施形態に係るガラス溶融炉を備えたガラス溶融装置の一例を示す構成図。
【図３】図３は同第二実施形態のガラス溶融炉を備えたガラス溶融装置と燃焼装置および該燃焼装置に対する燃料供給系と空気供給系と酸素供給系の一例を示す構成図。
【図４】図４は同ガラス溶融炉の一例を示す側面略図。
【図５】図５は同ガラス溶融炉の一例を示す平面略図。
【図６】図６は同ガラス溶融炉の一部断面構造を示すもので、図６（ａ）は横断面図、図６（ｂ）は部分拡大断面図。
【図７】図７は本発明に係るガラス溶融装置を用いてガラス物品を製造する方法について工程ごとに示す説明図。
【図８】図８は同ガラス溶融炉を備えたガラス溶融装置に適用される下流側予備加熱装置の一例を示す構成図。
【図９】図９は本発明に係るガラス溶融炉の他の構造例を示す断面略図。
【図１０】図１０は実施例のガラス溶融装置を用いて試験運転した場合の炉内雰囲気温度変化と炉内酸素濃度の関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
＜第一実施形態＞
以下、本発明に係るガラス溶融炉およびそれを備えたガラス溶融装置とガラス物品の製造装置の一実施形態について図面に基づき説明するが、本発明は以下の実施形態に制限されるものではない。また、以下に示す各図において各構成要素の縮尺については図示した場合に把握し易いように簡略化して示す。
図１は本発明に係るガラス溶融炉を備えたガラス溶融装置と該ガラス溶融装置を備えたガラス物品の製造装置の第一実施形態を模式的に示す構成図である。
本実施形態のガラス物品の製造装置１は、ガラス原料を溶融して溶融ガラスを生成するための溶解槽２と、この溶解槽２の下流側に順次設置されたガラス溶融炉３と、成形装置５と、徐冷装置（徐冷手段）６とを備えている。また、本実施形態の製造装置１において、ガラス溶融炉３に排出路７と燃焼装置８と導入路９が接続されてガラス溶融装置１０が構成されている。なお、溶解槽２を溶融ガラスの清澄などをするガラス溶融炉３と区別しているが、溶解槽２は本発明に係るガラス溶融炉の一部である。以下のその他の実施形態の説明においても、溶解槽と、溶融ガラスの清澄などをするガラス溶融炉の部分とを区別しているが、溶解槽は本発明に係るガラス溶融炉の一部である。すなわち、本発明においては、ガラス溶融炉のすべてにおいて本発明の予熱方法を適用する必要はなく、必要に応じてガラス溶融炉の一部にのみ適用してもよい。
【００１５】
本実施形態の溶解槽２は、その一側にガラス原料の投入部が設けられ、その他側にガラス溶融炉３への接続部２ａが設けられ、投入部から投入されたガラス原料を燃焼バーナーなどの加熱装置を用いて溶解することにより溶融ガラスを作成するための槽として設けられている。なお、溶解槽２に設けられている燃焼バーナーは、溶解槽２の側壁に横向きに取り付けられて燃焼炎を吹き出す形式の燃焼バーナーであっても、溶解槽２の天井壁に下向きに取り付けられて燃焼炎を吹き出す形式の燃焼バーナーであってもよく、また、ガラス原料粉末を所定の割合で混合してなる混合粉末原料を燃焼バーナーから直接吹き出して溶融ガラスとする気中溶融式の燃焼バーナーであってもよい。ただし、この場合には、予備加熱時には混合粉末原料は供給しない。
【００１６】
本実施形態の溶解槽２が接続されたガラス溶融炉３は、平面視細長い溶融ガラスの流路Ｒを備えた炉体からなり、炉体の内部には必要に応じて溶融ガラスを加熱できる電極などの加熱手段が設けられ、加熱手段の後段側に溶融ガラスの流路が形成されている。ガラス溶融炉３の下流側に接続部３ａを介し成形装置５と徐冷装置６が接続されている。なお、本実施形態において溶解槽２の接続部２ａとガラス溶融炉３の接続部３ａは、溶解槽２あるいはガラス溶融炉３と同等構造の後述する耐火性炉材からなる流路として構成されているが図１では直線状に略記している。
【００１７】
溶解槽２、ガラス溶融炉３あるいはその他、溶融ガラスを移送する接続部２ａ、３ａを構成する耐火性炉材は、例えば電鋳レンガ等の炉材が適用される。電鋳レンガに代表される高温の溶融ガラスに対する耐蝕性炉材としては、耐火原料を電気溶融した後所定形状に鋳込み成形する、いわゆる電鋳レンガだけに限定されず、耐火原料を加圧成形した後焼成する結合レンガもその中に含まれる。代表例としては、ジルコニア系電鋳レンガ、例えばＺＢ（Ａｌ２ Ｏ３−ＺｒＯ２−ＳｉＯ２）、アルミナ系電鋳レンガ、例えばＭＢ（Ａｌ２Ｏ３）、高ジルコニア系電鋳レンガ、例えばＺＢ−ｘ９５０（ＺｒＯ２）、ジルコン系結合レンガ、例えばＺＲ（ＺｒＯ２−ＳｉＯ２）、ジルコンアルミナ系結合レンガ、例えばＺＭ（Ａｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２−ＳｉＯ２）、ハイアルミナ系結合レンガ、例えばＣＷ（Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２）、クロム系結合レンガ（Ｃｒ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２）（いずれも旭硝子（株）製）等を例示できる。なお、耐火性炉材について複数積層して、厚い炉壁とする場合は溶融ガラスに接する面のみを上述の電鋳レンガで構成し、その他の部分は通常の耐火レンガで構成することができる。
【００１８】
本実施形態のガラス溶融炉３において溶解槽２に近い側の導入部３Ａに予熱ガスの導入路（燃焼ガス経路）９の一端９ａが接続され、ガラス溶融炉３において成形装置５に近い側の導出部３Ｂに燃焼ガス排出路７の一端７ａが接続されている。導入路９の一端９ａと排出路７の一端７ａはいずれもガラス溶融炉３の内部に連通されている。従って、導入路９を介しガラス溶融炉３の内部空間に燃焼ガスを供給し、排出路７を介しガラス溶融炉３の内部空間から燃焼ガスを排出できる。
燃焼ガスの導入路９の他端９ｂ側にガラス溶融炉３の外部に設けられた燃焼装置８が接続されている。この燃焼装置８は、燃焼空間１１ａを内部に備えた中空構造の筐体１１と、その内部に火口１３ａを位置させて筐体１１に一体化された円筒型の燃焼バーナー１３とから構成されている。筐体１１は耐熱性の金属材料からなり、燃焼バーナー１３の大きさに合わせて適宜の大きさに形成されているが、本実施形態の筐体１１は一例として直径１ｍ、長さ１．５〜２ｍ程度の円筒形状とされる。
【００１９】
燃焼バーナー１３は、燃料ガス供給部１３ｂと酸素供給部１３ｃと空気供給部１３ｄを備えた酸素富化型の多重管構造のバーナーとされている。燃焼バーナー１３の燃料ガス供給部１３ｂに燃料ガス導入路１５の一端が接続され、燃焼バーナー１３の酸素供給部１３ｃに酸素導入路１６の一端が接続され、燃焼バーナー１３の空気供給部１３ｄに空気導入路１７の一端が接続されている。また、空気導入路１７の一部が分岐されて分岐ライン１８が形成され、この分岐ライン１８が前述の導入路９において筐体１１に近い位置に接続され、更に分岐ライン１８の途中部分に前述の排出路７の他端７ｂが接続されている。
燃焼バーナー１３は、燃料ガス供給部１３ｂから供給された燃料ガス、例えば都市ガスあるいはＬＰＧ（液化石油ガス）などと、空気供給部１３ｄから供給された空気とを混合して火口１３ａから噴出させて燃焼空間１１ａに燃焼炎Ｆを生成し、燃焼ガスを発生できる。あるいは、燃焼バーナー１３は、燃料ガスと空気に加えて酸素供給部１３ｃから酸素を供給して燃料ガスの燃焼を促進し、より高温の燃焼ガスを発生できる。燃焼バーナー１３が発生させる燃焼ガスは空気の供給量を調整することで１２００℃程度まで温度上昇できるが、酸素導入路１６から酸素を供給し、酸素供給量を増加することで更に２００℃程度、例えば１４００〜１６００℃程度まで燃焼ガス温度を上昇させることもできる。
【００２０】
燃料ガス導入路１５は、図示略の燃料供給源に接続され、この燃料ガス導入路１５には、その上流側から順に、燃料ガスの圧力を減圧調整する減圧弁２０を備えた圧力調整部２１と、燃料ガスの流量を計測する流量計２２を備えた燃料ガス計量部２３と、燃料ガスの流量調節を行う燃料ガスコントロール弁２５を備えた燃料ガスコントロール部２６と、燃料ガス導入路１５を閉じる遮断弁２７が組み込まれている。
圧力調整部２１は、燃料ガス導入路１５に沿って減圧弁２０の上流側と下流側に減圧弁２０を挟むように設けられた開閉弁２８、２９と、上流側の開閉弁２８よりも上流側位置と下流側の開閉弁２９よりも下流側位置とに接続する分岐管３０と、この分岐管３０に組み込まれた開閉弁３１とからなる。また、燃料ガス導入路１５において開閉弁２８より上流側に開閉弁３２が組み込まれている。
【００２１】
燃料ガス計量部２３は、燃料ガス導入路１５に沿って流量計２２の上流側と下流側に流量計２２を挟むように設けられた開閉弁３３、３４と、上流側の開閉弁３３より上流側位置と下流側の開閉弁３４より下流側位置とに接続する分岐管３５とこの分岐管３５に組み込まれた開閉弁３６とからなる。
燃料ガスコントロール部２６は、燃料ガス導入路１５に沿って燃料ガスコントロール弁２５の上流側と下流側に燃料ガスコントロール弁２５を挟むように設けられた開閉弁３７、３８と、上流側の開閉弁３７より上流側位置と下流側の開閉弁３８より下流側位置とに接続する分岐管３９とこの分岐管３９に組み込まれた開閉弁４０とからなる。
以上の燃料ガス導入路１５において、燃料供給源からの燃料ガス圧力を減圧弁２０で調整し、流量計２２により燃料流量を把握し、燃料ガスコントロール弁２５で燃料供給量を調整して必要流量の燃料ガスを燃焼バーナー１３に供給できる。
【００２２】
酸素導入路１６は、図示略の酸素供給源に接続され、この酸素導入路１６には、その上流側から順に、酸素の圧力を減圧調整する減圧弁４１を備えた圧力調整部４２と、酸素の流量を計測する流量計４３を備えた酸素計量部４４と、酸素の流量調節を行う酸素コントロール弁４５を備えた酸素コントロール部４６と、酸素導入路１６を閉じる遮断弁４７が組み込まれている。
圧力調整部４２は、酸素導入路１６に沿って減圧弁４１の上流側と下流側に減圧弁４１を挟むように設けられた開閉弁４８、４９と、上流側の開閉弁４８より上流側位置と下流側の開閉弁４９より下流側位置とに接続する分岐管５０とこの分岐管５０に組み込まれた開閉弁５１とからなる。また、酸素導入路１６において開閉弁４８より上流側に開閉弁５２が組み込まれている。
【００２３】
酸素計量部４４は、酸素導入路１６に沿って流量計４３の上流側と下流側に流量計４３を挟むように設けられた開閉弁５３、５４と、上流側の開閉弁５３より上流側位置と下流側の開閉弁５４より下流側位置とに接続する分岐管５５とこの分岐管５５に組み込まれた開閉弁５６とからなる。
酸素コントロール部４６は、酸素導入路１６に沿って酸素コントロール弁４５の上流側と下流側に酸素コントロール弁４５を挟むように設けられた開閉弁５７、５８と、上流側の開閉弁５７より上流側位置と下流側の開閉弁５８より下流側位置とに接続する分岐管５９とこの分岐管５９に組み込まれた開閉弁６０とからなる。
以上の酸素導入路１６は、酸素供給源からの酸素の圧力を減圧弁４１で調整し、流量計４３により酸素流量を把握し、酸素コントロール弁４５で酸素供給量を調整して必要流量の酸素を燃焼バーナー１３に供給できる。
【００２４】
空気導入路１７は、空気供給源となるブロア等の送風機６１に接続され、この空気導入路１７には、その上流側から順に、バタフライ弁６２と、空気の流量を計測する流量計６３を備えた空気計量部６４と、空気の流量調節を行う空気コントロール弁６５を備えた空気コントロール部６６が組み込まれている。
空気計量部６４は、空気導入路１７に沿って流量計６３の上流側と下流側に流量計６３を挟むように設けられたバタフライ弁７３、７４と、上流側のバタフライ弁７３よりも上流側位置と下流側のバタフライ弁７４よりも下流側位置とに接続する分岐管７５とこの分岐管７５に組み込まれたバタフライ弁７６とからなる。
空気コントロール部６６は、空気導入路１７に沿って空気コントロール弁６５の上流側と下流側に空気コントロール弁６５を挟むように設けられたバタフライ弁７７、７８と、上流側のバタフライ弁７７よりも上流側位置と下流側のバタフライ弁７８よりも下流側位置とに接続する分岐管７９とこの分岐管７９に組み込まれたバタフライ弁８０とからなる。
以上の空気導入路１７において、送風機６１からの空気の流量を流量計６３により把握し、空気コントロール弁６５で空気供給量を調整して必要流量の空気を燃焼バーナー１３に供給できる。
【００２５】
分岐ライン１８は、空気導入路１７においてバタフライ弁６２とバタフライ弁７３との間から分岐され、導入路９において燃焼装置８の近傍位置に接続されている。分岐ライン１８には、その上流側から順に、バタフライ弁８１と、空気の流量を計測する流量計８３を備えた空気計量部８４と、バタフライ弁８５が組み込まれている。
空気計量部８４は、分岐ライン１８に沿って流量計８３の上流側と下流側に流量計８３を挟むように設けられたバタフライ弁８６、８７と、上流側のバタフライ弁８６より上流側位置と下流側のバタフライ弁８７より下流側位置とに接続する分岐管８８とこの分岐管８８に組み込まれたバタフライ弁８９とからなる。
【００２６】
分岐ライン１８において、バタフライ弁８５の下流側に前記排出路７の他端７ｂが延長されて接続されている。排出路７は、ガラス溶融炉３の導出部側に接続されているが、ガラス溶融炉３の導出部側から分岐ライン１８に接続するまでの途中部分に、ブロア等の送風機９０と、バタフライ弁９１と、空気の流量を計測する流量計９３を備えた空気計量部９４と、バタフライ弁９５がこの順に組み込まれている。
空気計量部９４は、排出路７に沿って流量計９３の上流側と下流側とに流量計９３を挟むように設けられたバタフライ弁９６、９７と、上流側のバタフライ弁９６に対し上流側位置と下流側のバタフライ弁９７に対し下流側位置とに接続する分岐管９８と、この分岐管９８に組み込まれたバタフライ弁９９とからなる。
【００２７】
また、排出路７においてガラス溶融炉３の導出部側と送風機９０との間に熱交換器１００が組み込まれ、排出路７においてガラス溶融炉３から導出された部分に分岐部１０１が設けられその先端側に仕切弁（圧力調整手段）１０１Ａが設けられている。前記熱交換器１００は、排出路７を流れる燃焼ガスの温度を例えば２００℃程度まで低下させるために設けられている。前記仕切弁１０１Ａはガラス溶融炉３の炉内圧力が上昇した場合に圧力を外部に逃がすための圧力ダンパーの機能を有する。
【００２８】
以上の排出路７は、ガラス溶融炉３から排出された燃焼ガスについて熱交換器１００に導いて温度を下げた後、この燃焼ガスを送風機９０により分岐ライン１８を介し導入路９に送り、循環するために設けられている。このため、排出路７の後半部分、即ち、送風機９０を設けた部分から分岐ライン１８に接続された部分までと、この接続部分から分岐ライン１８が導入路９に接続するまでの部分を纏めて燃焼ガス循環路１９と称する。
なお、分岐ライン１８に送られた燃焼ガスは、送風機６１から送られた空気と必要に応じ混合して燃焼装置８近くの導入路９に供給できるが、送風機６１から分岐ライン１８に送る空気については、バタフライ弁８１、８６、８７、８９、８５を操作して送風を停止し、排出路７からの燃焼ガスのみを燃焼ガス循環路１９に導いて導入路９に供給することもできる。
また、前記熱交換器１００によって排出路７の内部を通過する燃焼ガスの温度を例えば２００℃程度まで下げておくのは、排出路７の途中に設けられている流量計９３が熱に弱い構成である場合、この熱に弱い流量計９３を損傷させないためである。
【００２９】
図１に示すガラス溶融炉３に対し、運転開始に伴い、溶解槽２でガラス原料から生成された溶融ガラスを移送するが、仮に温度の低いガラス溶融炉３に高温の溶融ガラスを直に移送するとガラス溶融炉３を構成する耐火性炉材がヒートショックなどの影響で傷むおそれが高いので、移送する予定の溶融ガラスの温度にできるだけ近い温度にガラス溶融炉３を予備加熱し、この予備加熱後にガラス溶融炉３に溶融ガラスを移送する必要がある。
【００３０】
図１に示す構造の燃焼装置８と導入路９を備えたガラス溶融炉３について溶融ガラス導入の前に予備加熱するためには、燃料ガス導入路１５から必要量の燃料と、酸素導入路１６から必要量の酸素と、空気導入路１７から必要量の酸素をそれぞれ燃焼バーナー１３に供給して着火させ、燃焼空間１１ａに燃焼炎Ｆを発生させる。この燃焼炎Ｆに伴う燃焼ガスの温度は、燃焼バーナー１３に供給する空気量と酸素量の制御により、空気のみ供給の場合は１２００℃程度まで調節可能であり、更に、酸素を多く供給することで２００℃以上高い１４００〜１６００℃程度まで調整できる。
【００３１】
燃焼装置８は密閉型の筐体１１を備え、その内部を燃焼空間１１ａとしているので、燃焼バーナー１３に供給する酸素と空気について燃料ガスが燃焼するために必要な空気量のみ、あるいは、酸素量のみを供給し、燃焼空間１１ａにおいて燃料ガスを完全燃焼させることで、導入路９を介してガラス溶融炉３に送る酸素量を少なくできる。
ガラス溶融炉３を構成する耐火性炉材は予熱温度において酸素が存在しても特に問題は生じないが、例えば、ガラス溶融炉３の内面にＭｏなどの耐熱金属でライナー材を内張りする場合は、後述するようにＭｏが５００〜６００℃を超える温度で酸素雰囲気中において燃焼するおそれがあるので、この場合は炉内雰囲気中の酸素をできる限り少なくすることが好ましい。
【００３２】
燃焼バーナー１３で発生させた燃焼ガスを導入路９からガラス溶融炉３の導入部３Ａに供給し、ガラス溶融炉３の内部を燃焼ガスで予備加熱するとともに、予備加熱に使用した燃焼ガスを排出燃焼ガスとしてガラス溶融炉３の導出部側から排出路７に排出する。
排出路７に排出させた予備加熱利用後の燃焼ガスを熱交換器１００で望ましくは２００℃程度に冷却した後、送風機９０により分岐ライン１８に移送する。これにより、予備加熱使用後の燃焼ガスを導入路９を介し再度ガラス溶融炉３の導入部３Ａ側に送って循環再利用できる。このため燃焼バーナー１３により発生させた燃焼ガスを効率良く利用でき、熱効率を高くできる。
なお、分岐ライン１８から導入路９に供給する循環燃焼ガスの流量を調節し、燃焼装置８から送られる燃焼ガスに対する混合量を調節することで、導入路９を介しガラス溶融炉３に供給できる予備加熱用燃焼ガスの温度を調整できる。例えば、分岐ライン１８から供給する燃焼ガスの温度は燃焼装置８から送る燃焼ガスの温度よりも低くできるので、分岐ライン１８から導入路９に供給する燃焼ガスの温度と燃焼装置８から送られる燃焼ガスの温度の間の温度範囲に温度調節ができる。よって、常温状態のガラス溶融炉３を徐々に加熱して温度上昇させ、導入するべき溶融ガラスの温度に近い温度まで順次昇温する場合、循環再利用する燃焼ガスを有効に利用して段階的に予備加熱温度を上昇できる。
【００３３】
例えば、燃焼バーナー１３が発生させる燃焼ガスは酸素の供給量に応じ１６００℃程度まで温度上昇できるが、１６００℃の燃焼ガスの温度がガラス溶融炉３を予熱するために高過ぎる場合は、分岐ライン１８を介して導入路９に戻す燃焼ガスの温度を低く設定し、分岐ライン１８を介して導入路９に戻す燃焼ガスの供給量を多くするならば、導入路９からガラス溶融炉３に供給する予備加熱用の燃焼ガスの温度を低い温度に調整できる。
このため、予熱の初期段階において導入路９から低い温度の燃焼ガスを供給し、予熱の進行に応じて徐々に燃焼ガスの温度を高くするように調節することができ、ガラス溶融炉３の予備加熱を段階的に加熱温度を徐々に高めながら実施できる。
例えば、１００℃程度の燃焼ガスから初めて徐々に燃焼ガスの温度を高めてガラス溶融炉３の炉内温度を高め、最終的には導入する溶融ガラスの温度に近い温度まで予備加熱を行うことができる。
【００３４】
ガラス溶融炉３において、耐熱性向上、耐火性炉材保護などのために、金属ライナーを炉体に内張りする構造が知られている。この金属ライナーが例えばＭｏからなる場合、Ｍｏは酸素を多く含む雰囲気中において５００〜６００℃に加熱されると昇華して燃焼するおそれがある。
このように酸素を多く含む雰囲気を嫌う金属ライナーなどの部材がガラス溶融炉３の内部に配されている場合、酸素を含む雰囲気においてその部材が昇華する温度を超える温度まで予備加熱するには、雰囲気制御を行い、酸素濃度を低くしたまま徐々に加熱温度を上昇させつつ予備加熱することが好ましい。
この点において、図１に示す構造を採用した場合、ガラス溶融炉３から排気した燃焼ガスを燃焼ガス循環路１９を介し導入路９に戻す場合、送風機６１側から分岐ライン１８に送る空気を無くして排気燃焼ガスのみを燃焼ガス循環路１９に送る。送風機６１から分岐ライン１８の下流側に送る空気を遮断するには、バタフライ弁８１、８５、８６、８７、８９のいずれかを閉塞すればよい。
【００３５】
このように操作すると、燃焼バーナー１３の燃焼炎Ｆの生成において酸素がほぼ消費されて低酸素濃度となっている燃焼ガスを導入路９に送っている場合、この燃焼ガスに更に酸素の少ない排気燃焼ガスを追加して循環させ、ガラス溶融炉３の内圧が上昇した分のガス圧は仕切弁１０１Ａにより外部に解放するので、導入路９からガラス溶融炉３に供給する燃焼ガス中の酸素量を循環が進むにつれて順次低濃度にできる。酸素が低濃度になった状態で前記金属ライナーの昇華温度を超えるように予備加熱すると、金属ライナーの昇華あるいは損傷は生じない。なお、仕切弁１０１Ａによりガラス溶融炉３の内圧調節ができるが、ガラス溶融炉３の内圧は正圧とすることが好ましい。ガラス溶融炉３の内圧が負圧になると、外気を吸引するので、ガラス溶融炉３の内部に空気が混入する。空気の混入はガラス溶融炉３内部の酸素濃度を低減する上では好ましくない。
以上のように予備加熱すると、酸素を多く含む雰囲気のまま予備加熱すると損傷するおそれの高い部材を備えたガラス溶融炉３に対し予備加熱する場合、部材損傷の問題を回避しながら予備加熱ができる効果がある。
【００３６】
なお、この点に鑑み、ガラス溶融炉３の内部空間に含まれる酸素の濃度は３％以下であることが望ましく、１％以下であることがより好ましい。
ガラス溶融炉３の予備加熱を行ったならば、溶解槽２からガラス溶融炉３に生産用の溶融ガラスを移送し、必要に応じて電極等で再加熱するか、その後の清澄剤による清澄効果を発揮させて泡抜きを行い、その後、成形装置５に送って目的の形状に成形し、その後徐冷装置６で冷却することにより目的の形状のガラス物品を得ることができる。
【００３７】
本実施形態の製造装置１を用いて製造するガラス物品は、フロート法によらず、その他フュージョン法、ダウンドロー法、リドロー法により製造されるガラスである限り、組成的には制限されない。したがって、ソーダライムガラス、混合アルカリ系ガラス、ホウケイ酸ガラス、あるいは、無アルカリガラスのいずれであってもよい。また、製造されるガラス物品の用途は、建築用や車両用に限定されず、フラットパネルディスプレイ用、その他の各種用途が挙げられる。
【００３８】
一例として、建築用または車両用の板ガラスに使用されるソーダライムガラスの場合には、酸化物基準の質量百分率表示で、ＳｉＯ２：６５〜７５％、Ａｌ２Ｏ３：０〜３％、ＣａＯ：５〜１５％、ＭｇＯ：０〜１５％、Ｎａ２Ｏ：１０〜２０％、Ｋ２Ｏ：０〜３％、Ｌｉ２Ｏ：０〜５％、Ｆｅ２Ｏ３：０〜３％、ＴｉＯ２：０〜５％、ＣｅＯ２：０〜３％、ＢａＯ：０〜５％、ＳｒＯ：０〜５％、Ｂ２Ｏ３：０〜５％、ＺｎＯ：０〜５％、ＺｒＯ２：０〜５％、ＳｎＯ２：０〜３％、ＳＯ３：０〜０．５％、という組成を有するガラスを適用できる。
【００３９】
ガラス溶融炉３において予備加熱時に溶融ガラスの温度に近い温度まで加熱した後に溶融ガラスを移送すると、ガラス溶融炉３を構成する耐火性炉材にヒートショックを与えることが無く、ガラス溶融炉３の炉材に損傷を与えることなく溶融ガラスを製造できるので、泡の少ない、炉材クラックなどに起因する不純物混入の無い、高品質の溶融ガラスからガラス物品を製造でき、高品質のガラス物品を得ることができる。
【００４０】
＜第二実施形態＞
図２〜６は本発明に係るガラス溶融炉を備えたガラス溶融装置と該ガラス溶融装置を備えたガラス物品の製造装置の第二実施形態を模式的に示す図である。
本実施形態のガラス物品の製造装置１０２は、図３に示すようにガラス原料を溶融して溶融ガラスを生成するための溶解槽２と、この溶解槽２の下流側に順次設置されたガラス溶融炉１０３と、成形装置５と、徐冷装置（徐冷手段）６とを備えている。また、本実施形態のガラス物品の製造装置１０２において、ガラス溶融炉１０３に排出路７と燃焼装置８と導入路（燃焼ガス経路）９が接続されてガラス溶融装置１０４が構成されている。
本実施形態に設けられている排出路７、燃焼装置８、導入路９、燃焼バーナー１３、燃料ガス導入路１５、酸素導入路１６、空気導入路１７、分岐ライン１８、燃焼ガス循環路１９の構成はいずれも先の第一実施形態に設けられている各要素と同等である。第一実施形態に設けられている構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付してそれら要素の説明は略する。
【００４１】
本第二実施形態の構成において第一実施形態の構成と異なる主体は、ガラス溶融炉１０３の構成と該ガラス溶融炉１０３に対する導入路９の接続位置の構成等である。
本実施形態のガラス溶融炉１０３は、溶融ガラスの清澄を行うための清澄槽として構成され、加熱領域となる第一の清澄槽１０３Ａと高温領域となる第二の清澄槽１０３Ｂと冷却域となる冷却槽１０３Ｄに区分けされ、詳細には図４〜６に示す構造とされている。
本実施形態の第一の清澄槽（加熱領域）１０３Ａは、平面視細長く幅がほぼ一定であって、図４、図５に示す如く横幅と同程度の深さの槽として構成され、底壁部１０３ａとその両側の側壁部１０３ｂと天井部１０３ｃとから構成されている。第一の清澄槽１０３Ａの底壁部１０３ａと両方の側壁部１０３ｂとに区画された領域が溶融ガラスの流路Ｒ１とされていて、図４の２点鎖線ＧＨが溶融ガラスの液面位置となるようにガラス溶融炉１０３に溶融ガラスが供給される。第一の清澄槽１０３Ａの底壁部１０３ａには複数本の電極１０８が所定の間隔をあけて立設され、これらの電極１０８…に対する通電量を制御することで溶融ガラスを目的の温度に加熱できる。
【００４２】
第一の清澄槽１０３Ａにおいて、耐火レンガ（耐火性炉材）を複数、目地部を介し接合して底壁部１０３ａと側壁部１０３ｂと天井部１０３ｃが構成され、全体として図４、図５に示す形状の槽としての概形になるように構成されている。図４と図５においては第一の清澄槽１０３Ａを構成する耐火レンガの肉厚は略して記載し、槽の輪郭のみ示している。
第一の清澄槽１０３Ａにおいて上流端側、即ち、溶解槽２側の部分に底壁部１０３ａから１段高められた入口側段部１０３ｄが形成され、第一の清澄槽１０３Ａにおいて下流端側、即ち、第二の清澄槽１０３Ｂ側には底壁部３ａから一段低めてドレン排出用のドレンアウト部１０３ｅが第一の清澄槽１０３Ａの幅方向に複数形成されている。第一の清澄槽１０３Ａの導入部１０３ｆは入口側段部１０３ｄが形成されている分だけ第一の清澄槽１０３Ａの他の部分よりも浅く形成されている。また、第一の清澄槽１０３Ａの下流端側は垂直に立ち上がる仕切壁１０３ｇにより区画され、この仕切壁１０３ｇの上端部側において溶融ガラスの流路Ｒ１の深さが浅くされた部分を介して第二の清澄槽１０３Ｂが接続されている。
【００４３】
第二の清澄槽（高温領域）１０３Ｂは、平面視細長く、幅がほぼ一定であって、図４、図５に示す如く横幅に比べて浅い槽として構成され、底壁部１０４ａとその両側の側壁部１０４ｂと天井部１０４ｃとから構成されている。第二の清澄槽１０３Ｂの底壁部１０４ａと両方の側壁部１０４ｂとに区画された領域が溶融ガラスの流路Ｒ２とされ、図４の２点鎖線ＧＨが溶融ガラスの液面位置となるように第二の清澄槽１０３Ｂに溶融ガラスＧが供給されるようになっている。
第二の清澄槽１０３Ｂにおいて、耐火レンガ（耐火性炉材）を複数、目地部を介し接合して底壁部１０４ａと側壁部１０４ｂと天井部１０４ｃが構成され、全体として図４、図５に示す如き槽としての概形になるように構成されている。図４と図５においては第二の清澄槽１０３Ｂを構成する耐火レンガの肉厚は略して記載し、槽の輪郭のみを示し、図６に一例として底壁部１０４ａと側壁部１０４ｂとそれらを構成する耐火レンガの肉厚を描いている。
【００４４】
なお、底壁部１０４ａと側壁部４ｂを構成する耐火レンガの大きさは任意であり、底壁部１０４ａと側壁部１０４ｂの大きさに応じて適用する耐火レンガの個数や大きさは自由に選定することができる。例えば、図６（ａ）に示す底壁部１０４ａと側壁部１０４ｂを複数の耐火レンガで複層構造としてもよい。図６に示す構造では説明の簡略化のために底壁部１０４ａを構成する耐火レンガを１つのみ示し、側壁部１０４ｂを構成する耐火レンガを側壁部１０４ｂの高さ方向に２つ積層した例として示している。図６では例えば、側壁部１０４ｂの底部側に第一の耐火レンガ１０４ｄを配置し、その上に第二の耐火レンガ１０４ｅを重ねた構造として示している。なお、図６において側壁部１０４ｂの上端部を構成する耐火レンガ１０４ｅの外側（裏側）には水冷ジャケット１５０が設けられている。水冷ジャケット１５０の構造については公知の構成であるので、詳細な説明は略するとともに、図６においても詳細構造は略す。なお、水冷ジャケット１５０は一例として、往管と戻管により循環流路を構成し、その循環流路に冷却水を流して冷却する構造を採用できる。
第二の清澄槽１０３Ｂにおいて上流端側、即ち、第一の清澄槽１０３Ａ側の部分に底壁部１０４ａから１段高められた入口側段部１０４ｇが形成され、第二の清澄槽１０３Ｂの導入部１０４ｆは第二の清澄槽１０３Ｂの他の部分よりも浅く形成され、第二の清澄槽１０３Ｂにおいて下流端側の底壁部１０４ｂは一定の深さのまま冷却槽１０３Ｄに接続されている。
【００４５】
冷却槽（冷却域）１０３Ｄは平面視細長く幅がほぼ一定であって、図４に示す如く第二の清澄槽１０３Ｂよりも深い槽として構成され、底壁部１０５ａとその両側の側壁部１０５ｂと天井部１０５ｃとから構成されている。冷却槽１０３Ｄの底壁部１０５ａと両方の側壁部１０５ｂとに区画された領域が溶融ガラスの流路Ｒ３とされていて、図４の２点鎖線ＧＨが溶融ガラスの液面位置となるように冷却槽１０３Ｄに溶融ガラスＧが供給されるようになっている。
【００４６】
また、冷却槽１０３Ｄの下流端側に排出側段部１０５ｄが形成され、この排出側段部１０５ｄの下流側に成形装置５が接続され、排出側段部１０５ｄにより浅く形成された流路の下流端部から成形装置５に溶融ガラスが供給されるようになっている。なお、図４に示す符号１０９は冷却槽１０３Ｄの内部側に設けられた攪拌装置を示す。
成形装置５は底壁５ａと周壁５ｂにより区画されたプール部に溶融錫のベッド層１１０が収容されており、このベッド層１１０の上に溶融ガラスＧを流入させて拡げて冷却し、板状のガラスを成形できる。
冷却槽１０３Ｄにおいて、耐火レンガを複数、目地部を介し接合して底壁部１０５ａと側壁部１０５ｂと天井部１０５ｃが構成され、全体として図４、図５に示す如き槽としての概形になるように構成されている。図４と図５においては冷却槽１０３Ｄを構成する耐火レンガの肉厚は略して記載し、槽の輪郭のみを示している。
【００４７】
以上のガラス溶融炉１０３に対し、排出路７の一端７ａが冷却槽１０３Ｄの天井部１０５ｃに接続され、排出路７の一端７ａが冷却槽１０３Ｄの内部空間に連通されている。また、導入路９の一端９ａが第二の清澄槽１０３Ｂの導入側の天井部１０４ｃに接続され、導入路９の一端９ａが第二の清澄槽１０３Ｂの内部空間に連通されている。
本実施形態のガラス溶融炉１０３においては、導入路９の一端９ａから燃焼ガスを第二の清澄槽１０３Ｂに供給して予備加熱を行うことができるように、かつ、冷却槽１０３Ｄの導出側から予備加熱に用いた燃焼ガスの一部を排出路７を介し取り出して送風機９０により分岐ライン１８を介し導入路９に送って循環利用できるように構成されている。
なお、ガラス溶融炉３の第一の清澄槽１０３Ａに対し図８に示すように予備加熱用の燃焼装置８、導入路９Ａが接続されている構成も可能であるが、これらの構造と第一の清澄槽１０３Ａの予備加熱については第二実施形態の説明後に別途説明する。
【００４８】
本実施形態のガラス溶融炉１０３には内面カバー１１５が設けられている。この内面カバー１１５は、第二の清澄槽１０３Ｂの底壁部１０４ａと側壁部１０４ｂ、１０４ｂにより区画される流路Ｒ２をほぼ囲むことができるような高さと幅に形成され、第二の清澄槽１０３Ｂのほぼ全長に渡り設置されているとともに、冷却槽１０３Ｄの底壁部１０５ａと側壁部１０５ｂ、１０５ｂにより区画される流路Ｒ３をほぼ囲むことができるような高さと幅に形成され、冷却槽１０３Ｄのほぼ全長に渡り設置されている。
【００４９】
内面カバー１１５はＭｏからなるので、空気中あるいは酸素雰囲気中において５００〜６００℃に加熱されると昇華するおそれがある。内面カバー１１５を備えたガラス溶融炉１０３を運転開始前に予備加熱するには、Ｍｏからなる内面カバー１１５が損傷しないように予備加熱する必要がある。
そのために、燃焼装置８に密閉型の筐体１１を備え、その内部を燃焼空間１１ａとしているので、燃焼バーナー１３に供給する酸素と空気について燃料ガスが燃焼するために必要な空気量のみ、あるいは、酸素量のみを供給し、燃焼空間１１ａにおいて燃料ガスを完全燃焼させることで、導入路９を介してガラス溶融炉３に送る酸素量を少なくできる。
【００５０】
燃焼空間１１ａにおいて燃料ガスを完全燃焼させて導入路９からガラス溶融炉３に送る燃焼ガス中に含まれる酸素を可能な限り少なくするには、燃料ガスの供給量を流量計２２により正確に計測し、酸素の供給量を流量計４３により正確に計測し、空気の供給量を流量計６３により正確に計測してそれぞれ燃焼バーナー１３に送ることが好ましい。
一例として、燃料ガスにＬＰＧを用いる場合、ＬＰＧ１に対しＬＰＧの組成に応じた理論燃焼に基づく空気量を供給することが完全燃焼の面では好ましい。なお、このガスと空気の比率は理想的な比率の一例であるので、燃焼バーナー１３が発生させる燃焼ガス中にできる限り少ない酸素を含むように運転するためには、実機の燃焼バーナーを用いて試験を行ない、実機の燃焼バーナーに供給した空気量あるいは酸素量とガラス溶融炉３の内部の酸素濃度を把握して酸素濃度が低くなる割合の空気量あるいは酸素量を把握した上で空気量あるいは酸素量を決定することが望ましい。
【００５１】
ガラス溶融炉１０３において、Ｍｏ製の内面カバー１１５を設けているので、酸素を含む雰囲気において内面カバー１１５が昇華する温度を超える温度まで予備加熱するには、雰囲気制御を行い、酸素濃度を低くしたまま徐々に加熱温度を上昇させつつ予備加熱することが必要となる。
この点において、図２〜６に示す構造を採用した場合、ガラス溶融炉１０３の冷却槽１０３Ｄから排気した燃焼ガスを排出路７から燃焼ガス循環路１９を介し導入路９に戻す場合、送風機６１側から分岐ライン１８に送る空気を無くして排気燃焼ガスのみを燃焼ガス循環路１９に送る。送風機６１から分岐ライン１８の下流側に送る空気を遮断するには、バタフライ弁８１、８５、８６、８７、８９のいずれかを閉塞すればよい。
【００５２】
このように操作すると、燃焼バーナー１３の燃焼炎Ｆの生成において酸素がほぼ消費されて低酸素濃度となっている燃焼ガスを導入路９に送っている場合、この燃焼ガスに更に酸素の少ない排気燃焼ガスを追加して循環させ、ガラス溶融炉１０３の内圧が上昇した分のガス圧は仕切弁１０１Ａにより外部に解放するので、導入路９からガラス溶融炉１０３に供給する燃焼ガス中の酸素量を循環が進むにつれて順次低濃度にできる。酸素が低濃度になった状態で内面カバー１１５の昇華温度域を超えるように予備加熱すると、内面カバー１１５の昇華あるいは損傷は生じない。
以上のように予備加熱すると、酸素を多く含む雰囲気のまま予備加熱すると損傷するおそれの高い内面カバー１１５を備えたガラス溶融炉１０３に対し予備加熱する場合、内面カバー１１５の損傷の問題を回避しながら予備加熱できる効果がある。
【００５３】
次に、先に説明した内面カバー１１５を備えた第二の清澄槽１０３Ｂと冷却槽１０３Ｄを備えたガラス溶融炉１０３を用いてガラス物品を製造する方法について以下に説明する。
本実施形態のガラス溶融炉１０３においては、溶解槽２においてガラス原料を溶融して溶融ガラスＧを生成し、この溶融ガラスＧを溶解槽２において循環させるなどの手法を採用し、ある程度の泡抜き、均質化をした後に、溶融ガラスを第一の清澄槽１０３Ａに移動させる。溶解槽２においてガラス原料を溶融させて溶融ガラスを形成する工程を図７に示す如くガラス溶融工程Ｓ１と称する。
【００５４】
第一の清澄槽１０３Ａにおいて、電極８を用いて通電加熱することにより、溶融ガラスの温度を１４２０〜１５１０℃程度の範囲の高温に調整し、清澄する。この範囲の高温度域に保持することで溶融ガラスＧの成分中に含まれている清澄剤の効果などにより泡抜きが進行される。また、この範囲の高温に加熱することで、溶融ガラスの粘度が低下するので、泡も抜けやすくなる。
第一の清澄槽１０３Ａにおいてある程度泡抜きを行った後、第二の清澄槽１０３Ｂに溶融ガラスを導いて更に清澄処理を進め泡抜きする。
第二の清澄槽１０３Ｂの温度は入口側において１５１０℃程度に、出口側において１５００℃程度として溶融ガラスの清澄を促進する。この第二の清澄槽１０３Ｂに前述の内面カバー１１５を設けているので、後述する内面カバー１１５による作用効果を得ることができる。
本実施形態においては第一の清澄槽１０３Ａと第二の清澄槽１０３Ｂにおいて行う清澄を図７に示す如く清澄工程Ｓ２と称する。
【００５５】
第二の清澄槽１０３Ｂにおいて泡抜きした溶融ガラスは冷却槽１０３Ｄにおいて導入側で１５００℃程度の温度から導出側で１２００℃程度の温度まで冷却する。
冷却槽１０３Ｄにおいて１２００℃程度まで冷却した溶融ガラスは次工程の成形装置５において溶融錫のベッド層１１０の上に拡げ、更に冷却して板状ガラスとすることができる。本実施例において成形装置５を用いて板状ガラスを成形する工程を図７に示す如く成形工程Ｓ３と称する。
次いで、板状ガラスを常温に近い温度まで徐冷する徐冷工程Ｓ４を行い、目的のサイズに切断する切断工程Ｓ５を施すことにより、図７に示す如く目的のガラス物品Ｇ６を得ることができる。
【００５６】
以上のガラス物品Ｇ６の製造工程において、本実施形態では第二の清澄槽１０３Ｂと冷却槽１０３Ｄに耐熱金属製の内面カバー１１５を設けている。
第二の清澄槽１０３Ｂと冷却槽１０３Ｄにおいて内面カバー１１５は溶融ガラスＧの流路Ｒ２を覆っているので各槽を構成している耐火性炉材と溶融ガラスＧとの直接接触を極力少なくし、耐火性炉材の構成成分が溶融ガラスＧ側に溶出することを抑制できる。
従って、溶融ガラスＧの清澄を長期間連続的に行った場合であっても、流路Ｒ２、Ｒ３を流れる溶融ガラスＧに耐火性炉材の構成成分の溶出を生じさせることなく溶融ガラスＧの製造を行うことができる。従って組成の乱れていない高品質の溶融ガラスＧを次工程に送り、成形装置５で成形することで高品質のガラス物品Ｇ６を得ることができる。
なお、必要に応じて、成形後のガラス物品をさらに研磨する工程を設け、表面を研磨したガラス物品を製造することもできる。
【００５７】
次に、先の第二実施形態のガラス溶融炉３において第一の清澄槽（加熱領域）１０３Ａに対し予備加熱するための構造について図８を基に説明する。
ガラス溶融炉１０３の第一の清澄槽１０３Ａにおいて第二の清澄槽１０３Ｂに近い側に導入路９Ａの一端９ｃが接続されている。この導入路９Ａの他端９ｂは燃焼装置８の筐体１１に接続されている。導入路９Ａは先に説明した導入路９と同等構造であり、燃焼装置８、筐体１１についても同等構造である。
燃焼装置８に設けられている燃焼バーナー１３、燃焼バーナー１３に接続されている燃料ガス導入路１５、酸素導入路１６、空気導入路１７、分岐ライン１８について同等構造である。
図８に示す構造において、第一の清澄槽１０３Ａを予備加熱するための構造は、先の第二の清澄槽１０３Ｂと冷却槽１３Ｄを予備加熱する装置から、排出路７を除いた構造とされている。また、第一の清澄槽１０３Ａの導入部側に排気ライン１２８が設けられている。
【００５８】
図８に示す構造を用いて第一の清澄槽１０３Ａの予備加熱を行うには、先に説明した図３に示す導入路９と排出路７を用いて予備加熱を行う場合と同期してあるいは別途個別に行うことができる。
一例として、第一の清澄槽１０３Ａと第二の清澄槽１０３Ｂを同時に予備加熱する場合、導入路９から燃焼ガスを第二の清澄槽１０３Ｂに導入すると同時に導入路９Ａから燃焼ガスを第一の清澄槽１０３Ａに導入して同時に予備加熱できる。
【００５９】
また、第一の清澄槽１０３Ａと第二の清澄槽１０３Ｂとの境界部分に仕切壁を設け、第一の清澄槽１０３Ａと第二の清澄槽１０３Ｂを仕切った状態で個別に予備加熱することができる。
第一の清澄槽１０３Ａと第二の清澄槽１０３Ｂを仕切った状態で個別に予備加熱する場合、仕切壁を閉じておき、第一の清澄槽１０３Ａと第二の清澄槽１０３Ｂと冷却槽１３Ｄを予備加熱し、第二の清澄槽１０３Ｂと冷却槽１３Ｄにのみ保護用の溶融ガラスを満たすこともできる。
なお、第一の清澄槽１０３Ａに個別に予備加熱装置を接続することなく、第二の清澄槽１０３Ａに設けた予備加熱装置を用いて共用で行なってもよい。
【００６０】
図９は、第一の清澄槽１０３Ａと第二の清澄槽１０３Ｂを仕切壁で区分することが可能な場合の構造を示す。図９の構造は、ガラス溶融炉が大型となって、一度に全体を予備加熱することが難しい場合に、２つの領域毎に個別に予備加熱を可能とした実施形態である。
この例のガラス溶融装置２０３は先のガラス溶融炉１０３と同様に第一の清澄槽１０３Ａと第二の清澄槽１０３Ｂと冷却槽１０３Ｄとから構成されているが、第一の清澄槽１０３Ａと第二の清澄槽１０３Ｂの境界部分の天井壁に上下移動自在に仕切壁２０５が設けられ、冷却槽１０３Ｄの導出端部分の天井壁に上下移動自在に仕切壁２０６が設けられている。これらの仕切壁２０５、２０６はガラス溶融装置２０３の外部に設けられた図示略の昇降装置により上下移動自在に支持され、仕切壁２０５、２０６をガラス溶融装置２０３の底壁側にまで下降させると第二の清澄槽１０３Ｂと冷却槽１０３Ｄの導入側と導出側を閉じることができる。
【００６１】
図９に示すガラス溶融炉１０３において、第一の清澄槽１０３Ａの仕切壁２０５に近い位置の天井部に導入路９が接続され、第一の清澄槽１０３Ａの導入端側の天井部に排出路７が接続され、第二の清澄槽１０３Ｂの仕切壁近くの天井部に導入路９が接続され、冷却槽１０３Ｄの導出端側の天井部に排出路７が接続されている。
また、この実施形態の第二の清澄槽１０３Ｂにおいて、その天井部１０４ｃの底面側に白金ヒーターなどの面状の加熱装置２０７が設置されている。この加熱装置２０７は第二の清澄槽１０３Ｂにとって必須ではないが、この加熱装置２０７に通電することで第二の清澄槽１０３Ｂの温度を調節できる。
【００６２】
図９に示すガラス溶融装置２０３を用いて予備加熱を行うには、仕切壁２０５、２０６をガラス溶融装置２０３の底壁側まで下降させ、第二の清澄槽１０３Ｂと冷却槽１０３Ｄを閉じた後、燃焼装置８で発生させた燃焼ガスを導入路９から第二の清澄槽１０３Ｂの仕切壁２０５に近い内部空間に導入し、冷却槽１０３Ｄの導出側の仕切壁２０６に近い内部空間から排出路７に排出する。燃焼装置８からの燃焼ガスにより第二の清澄槽１０３Ｂと冷却槽１０３Ｄを投入予定の溶融ガラスの温度近くまで予備加熱したならば、第一の清澄槽１０３Ａと第二の清澄槽１０３Ｂに保護用の溶融ガラスを流入させ、Ｍｏ製の内面カバー１１５を保護用の溶融ガラスで覆う。
この後、生産に使用する溶融ガラスを溶解槽２から第一の清澄槽１０３Ａに移流させ、必要に応じて電極１０８により加熱して必要な温度に加熱し、仕切壁２０５、２０６を上昇させて第一の清澄槽１０３Ａと第二の清澄槽１０３Ｂを連通し、冷却槽１０３Ｄと成形装置５を連通することにより溶融ガラスの生成並びにガラス物品の生産に移行できる。
【００６３】
以上に説明した予備加熱方法によれば、Ｍｏ製の内面カバー１１５を設けた第二の清澄槽１０３Ｂと冷却槽１０３Ｄを低酸素状態のまま加熱し、内面ライナー１１５の昇華を防止しつつ必要な温度まで安全に予備加熱できる。そして、予備加熱後、直ちに保護用の溶融ガラスを第二の清澄槽１０３Ｂと冷却槽１０３Ｄに導入することで、内面カバー１１５を損傷させることなく保護用の溶融ガラスで覆うことができ、この後、第一の清澄槽１０３Ａに溶解槽２から溶融ガラスを移送し、ガラス物品の生産を開始できる。
なお、以上の実施形態において、ガラス溶融炉３、１０３、１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｄに対して本発明の予備加熱方法を適用する方法について説明したが、本発明に係る予備加熱方法は、本発明に係るガラス溶融炉の一部である溶解槽２に対しても適用することもできる。
【実施例】
【００６４】
図２〜６に示す概略構造を有するガラス溶融炉を耐火性炉材（ＡＧＣセラミックス社製商品名；ＺＢ−1691−ＶＦ）を用いて試験用ガラス溶融炉として構築した。この試験用ガラス溶融炉の大きさは、第一の清澄槽の溶融ガラス流路幅４００ｍｍ、深さ４６０ｍｍ、長さ３．５ｍ、第二の清澄槽の溶融ガラス流路幅４００ｍｍ、深さ１２０ｍｍ、長さ２．０ｍ、冷却槽の溶融ガラス流路幅４００ｍｍ、深さ４６０ｍｍ、長さ２．５ｍに設定して構築した。第一の清澄槽には５本の黒鉛電極を等間隔で配置し、これらの黒鉛電極群で溶融ガラスを導入部において１４２０℃に加熱でき、導出部において１５１０℃に加熱できるように出力を調整可能な電極群とした。白金ヒーターは第二の清澄槽の天井部のほぼ全面を占めるように配置した。
【００６５】
第二の清澄槽と冷却槽の底面と側面を覆うようにＭｏ製の内面カバーを配置した。内面カバーは、各底壁プレート、各側壁プレート、それらのプレートの隙間をカバーする各カバープレートは厚さ５ｍｍのＭｏ板からなる。側壁プレートの高さは第二の清澄槽においては第二の清澄槽を流動させる予定の溶融ガラスの液面高さに対応させ、冷却槽においては冷却槽を流動させる予定の溶融ガラスの液面高さに対応させた。
また、Ｍｏ製の内面カバーを保護するため、内面カバーの裏面と耐火性炉材の内面の間に必然的に生じる隙間を埋めるように、目標組成のガラス板を挿入した。この板ガラスは、予備加熱時に溶融ガラスとなって生産用溶融ガラスの導入の前にできだけ早く内面カバーを覆うことができるように設けている。
なお、Ｍｏ製の内面カバーを予熱中またはその後にできるだけ昇華させないために、事前に内面カバーの溶融ガラス通路側に目標組成のガラス板またはカレットを敷き詰めて、早い段階で内面カバーの表面をガラス板などが溶融したガラスで覆うようにしてもよい。
【００６６】
燃焼バーナーとして、中外炉工業（株）製（商品名：Ｈ―ＴＭＧ―２５Ｂ）の燃焼バーナーを用いた。燃焼バーナーに接続する筐体はＬ１５００ｍｍ×φ１０００ｍｍの円筒形状の鋼板製のものを用いた。この燃焼バーナーにＬＰＧガスを２．４[Ｎｍ３／時間]、空気を送風開始から７分間４８．１[Ｎｍ３／時間]、７分後から８７．９[Ｎｍ３／時間]の割合で送り、燃焼バーナー前方の直径１ｍ、長さ２ｍの筐体内に燃焼炎を発生させた。この筐体から燃焼ガス導入路に燃焼炎に伴う燃焼ガスを送り、この燃焼ガスに循環希釈空気を３００[Ｎｍ３／時間]の割合で混合して先のガラス溶融炉の第一の清澄槽の導入部側に供給した。
以上の条件にて燃焼ガスをガラス溶融炉の第一の清澄槽と冷却槽に送り、冷却槽から抜き出した予備加熱使用後の燃焼ガスを循環燃焼ガスとして前述の送風量で燃焼ガス導入路に供給し、この状態で約５日間予備加熱試験した。
【００６７】
この予備加熱試験では、炉内雰囲気温度、Ｍｏ製の内面カバーの温度、炉内酸素濃度を、それぞれ図２の１０３Ａの上流側、１０３Ｂの下流側、燃焼ガス排出路７の途中の位置で測定した。図１０に、炉内雰囲気温度、Ｍｏ製の内面カバーの温度、炉内酸素濃度の推移を示す。
図１０に示す結果のように、約５日間かけて試験運転した結果、Ｍｏ製の内面カバーの温度を常温から１４００℃近くまで順調に昇温できた。
また、炉内酸素濃度の遷移は試験開始から４分後に目標の１％以下に下がり、その後、酸素濃度１％以下の範囲を約５日間保つことができた。なお、炉内の酸素濃度について、完全に酸素を無くして、炉内を還元雰囲気にすると、Ｐｔが損傷するおそれがあるので、酸素は低濃度ながら、存在することが好ましい。この面から、炉内酸素濃度は３％以下とすることが好ましく、１％以下にすることがより好ましい。
この面から鑑み、図１０に示す試験結果から試験用ガラス溶融炉は、酸素濃度１％以下を約５日間維持できたので、より好ましい酸素濃度範囲を維持できていることが明かである。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明の技術は、建築用ガラス、車両用ガラス、光学用ガラス、医療用ガラス、表示装置用ガラス、その他一般のガラス物品の製造に広く適用できる。
【符号の説明】
【００６９】
１…製造装置、２…溶解槽、３…ガラス溶融炉、３Ａ…導入部、３Ｂ…導出部、５…成形装置（成形手段）、６…徐冷装置（徐冷手段）、７…燃焼ガス排出路、７ａ…一端、７ｂ…他端、８…燃焼装置、９…燃焼ガス導入路、９ａ…一端、９ｂ…他端、１０…ガラス溶融装置、１１…筐体、１１ａ…燃焼空間、１３…燃焼バーナー、１３ｂ…燃料ガス供給部、１３ｃ…酸素供給部、１３ｄ…空気供給部、１５…燃料ガス導入路、１６…酸素導入路、１７…空気導入路、１８…分岐ライン、１９…燃焼ガス循環路、Ｇ…溶融ガラス、ＧＨ…液面位置、１０１Ａ…仕切弁（調整手段）、１０２…製造装置、１０３…ガラス溶融炉、１０３Ａ…第一の清澄槽（加熱領域）、１０３Ｂ…第二の清澄槽（高温領域）、１０３Ｄ…冷却槽（冷却域）、１０４…ガラス溶融装置、２０３…ガラス溶融装置、２０５、２０６…仕切壁。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バーナーからの燃焼ガスを耐火製炉材からなるガラス溶融炉内に導入し、該導入後の燃焼ガスを前記ガラス溶融炉内から排気し、該排気した燃焼ガスを前記バーナーから前記ガラス溶融炉に至る燃焼ガス経路の途中から再度前記ガラス溶融炉に導入して循環させながら、前記ガラス溶融炉の予熱を行うガラス溶融炉の予備加熱方法。
【請求項２】
前記バーナーに燃料の燃焼に必要な量の酸素を供給し、前記バーナーにおいて燃焼により生成した酸素消費後の燃焼ガスに前記ガラス溶融炉から排気した燃焼ガスを加えた混合ガスを前記燃焼ガス経路から前記ガラス溶融炉に供給し、該ガラス溶融炉内の酸素濃度を低く維持しながら前記ガラス溶融炉の予熱を行う請求項１に記載のガラス溶融炉の予備加熱方法。
【請求項３】
前記ガラス溶融炉内の雰囲気圧力を大気圧以上にする請求項１又は２に記載のガラス溶融炉の予備加熱方法。
【請求項４】
前記ガラス溶融炉内の酸素濃度を３％以下にする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のガラス溶融炉の予備加熱方法。
【請求項５】
前記燃焼ガスの酸素量を調整して前記ガラス溶融炉内の温度を調整する請求項１乃至４のいずれか一項に記載のガラス溶融炉の予備加熱方法。
【請求項６】
前記ガラス溶融炉内の複数の空間に対し、前記バーナーからの燃焼ガスを個別に供給し、前記複数の空間から個別に燃焼ガスを排気し、前記排気した燃焼ガスを前記空間に個別に導入して前記循環を行う請求項１乃至５のいずれか一項に記載のガラス溶融炉の予備加熱方法。
【請求項７】
耐火製炉材からなる溶融ガラス流路を備えたガラス溶融炉と、
前記溶融ガラス流路に燃焼ガスを導入するためのバーナーと、
前記溶融ガラス流路に前記バーナーからの燃焼ガスを導入する燃焼ガス導入路と、
前記溶融ガラス流路に導入した燃焼ガスを該溶融ガラス流路から排出する燃焼ガス排出路と、
前記燃焼ガス排出炉から排出した燃焼ガスを前記溶融ガラス導入路に戻す燃焼ガス循環路と、
を有するガラス溶融装置。
【請求項８】
前記ガラス溶融炉が溶解槽を含む請求項７に記載のガラス溶融装置。
【請求項９】
前記ガラス溶融炉が、該ガラス溶融炉内の雰囲気圧力の調整手段を有する請求項７又は８に記載のガラス溶融装置。
【請求項１０】
前記溶融ガラス流路における燃焼ガスと酸素ガスの濃度割合の調整手段を備えた請求項７乃至９のいずれか一項に記載のガラス溶融装置。
【請求項１１】
前記溶融ガラス流路において溶融ガラスと接触する流路面に、溶融ガラスに対する耐熱性及び耐蝕性を有する金属ライナーが設けられた請求項７乃至１０のいずれか一項に記載のガラス溶融装置。
【請求項１２】
前記金属ライナーがモリブデンからなる請求項１１に記載のガラス溶融装置。
【請求項１３】
前記ガラス溶融炉が、溶融ガラスをより高温に加熱するための加熱領域と、該加熱領域で加熱された高温の溶融ガラスを高温状態のまま温度保持しながら流す高温領域と、この高温領域に接続された冷却域とを具備した請求項７乃至１２のいずれか一項に記載のガラス溶融装置。
【請求項１４】
請求項７乃至１３のいずれか一項に記載のガラス溶融装置によって溶融ガラスを製造する工程と、該溶融ガラスを成形する工程と、成形後のガラスを徐冷する工程を含むガラス物品の製造方法。
【請求項１】
バーナーからの燃焼ガスを耐火製炉材からなるガラス溶融炉内に導入し、該導入後の燃焼ガスを前記ガラス溶融炉内から排気し、該排気した燃焼ガスを前記バーナーから前記ガラス溶融炉に至る燃焼ガス経路の途中から再度前記ガラス溶融炉に導入して循環させながら、前記ガラス溶融炉の予熱を行うガラス溶融炉の予備加熱方法。
【請求項２】
前記バーナーに燃料の燃焼に必要な量の酸素を供給し、前記バーナーにおいて燃焼により生成した酸素消費後の燃焼ガスに前記ガラス溶融炉から排気した燃焼ガスを加えた混合ガスを前記燃焼ガス経路から前記ガラス溶融炉に供給し、該ガラス溶融炉内の酸素濃度を低く維持しながら前記ガラス溶融炉の予熱を行う請求項１に記載のガラス溶融炉の予備加熱方法。
【請求項３】
前記ガラス溶融炉内の雰囲気圧力を大気圧以上にする請求項１又は２に記載のガラス溶融炉の予備加熱方法。
【請求項４】
前記ガラス溶融炉内の酸素濃度を３％以下にする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のガラス溶融炉の予備加熱方法。
【請求項５】
前記燃焼ガスの酸素量を調整して前記ガラス溶融炉内の温度を調整する請求項１乃至４のいずれか一項に記載のガラス溶融炉の予備加熱方法。
【請求項６】
前記ガラス溶融炉内の複数の空間に対し、前記バーナーからの燃焼ガスを個別に供給し、前記複数の空間から個別に燃焼ガスを排気し、前記排気した燃焼ガスを前記空間に個別に導入して前記循環を行う請求項１乃至５のいずれか一項に記載のガラス溶融炉の予備加熱方法。
【請求項７】
耐火製炉材からなる溶融ガラス流路を備えたガラス溶融炉と、
前記溶融ガラス流路に燃焼ガスを導入するためのバーナーと、
前記溶融ガラス流路に前記バーナーからの燃焼ガスを導入する燃焼ガス導入路と、
前記溶融ガラス流路に導入した燃焼ガスを該溶融ガラス流路から排出する燃焼ガス排出路と、
前記燃焼ガス排出炉から排出した燃焼ガスを前記溶融ガラス導入路に戻す燃焼ガス循環路と、
を有するガラス溶融装置。
【請求項８】
前記ガラス溶融炉が溶解槽を含む請求項７に記載のガラス溶融装置。
【請求項９】
前記ガラス溶融炉が、該ガラス溶融炉内の雰囲気圧力の調整手段を有する請求項７又は８に記載のガラス溶融装置。
【請求項１０】
前記溶融ガラス流路における燃焼ガスと酸素ガスの濃度割合の調整手段を備えた請求項７乃至９のいずれか一項に記載のガラス溶融装置。
【請求項１１】
前記溶融ガラス流路において溶融ガラスと接触する流路面に、溶融ガラスに対する耐熱性及び耐蝕性を有する金属ライナーが設けられた請求項７乃至１０のいずれか一項に記載のガラス溶融装置。
【請求項１２】
前記金属ライナーがモリブデンからなる請求項１１に記載のガラス溶融装置。
【請求項１３】
前記ガラス溶融炉が、溶融ガラスをより高温に加熱するための加熱領域と、該加熱領域で加熱された高温の溶融ガラスを高温状態のまま温度保持しながら流す高温領域と、この高温領域に接続された冷却域とを具備した請求項７乃至１２のいずれか一項に記載のガラス溶融装置。
【請求項１４】
請求項７乃至１３のいずれか一項に記載のガラス溶融装置によって溶融ガラスを製造する工程と、該溶融ガラスを成形する工程と、成形後のガラスを徐冷する工程を含むガラス物品の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−９５６３９（Ｐ２０１３−９５６３９Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４０４６５（Ｐ２０１１−２４０４６５）
【出願日】平成２３年１１月１日（２０１１．１１．１）
【出願人】（０００００００４４）旭硝子株式会社 (2,665)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１日（２０１１．１１．１）
【出願人】（０００００００４４）旭硝子株式会社 (2,665)
【Ｆターム（参考）】
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