以热等离子体熔融玻璃的装置及方法与流程

1.本技术案请求在2020年5月8日申请的美国临时申请案第63/022,001号的优先权，该案在此处整体并入作为参考。
2.本公开案大致关于将原始批量材料熔融成熔融玻璃，且更具体而言，关于在热等离子体下将原始批量材料熔融成熔融玻璃。


背景技术：

3.在玻璃制品的生产中，例如用于显示器应用的玻璃片，包括电视及手持设备，例如电话及平板，大多数固态原始批量材料通常在熔融容器中熔融成熔融玻璃。为了加热熔融玻璃上方的区域，熔融容器常常利用一或更多燃烧器，其中含碳氢化合物的燃料源，例如天然气体，与氧气反应以便在熔融玻璃的表面上方产生热的火焰。
4.然而，此基于燃烧的加热可牵涉数个潜在缺点。举例而言，碳氢化合物的燃烧导致含碳气体的产生，例如二氧化碳及一氧化碳，而其排放广泛认为对气候变迁贡献，且在世界上越来越多受到法规及/或税收的约束。碳氢化合物的燃烧亦通常导致其他排放的产生，考虑为对环境有害的，例如氮的氧化物(no
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)，而可能需要使用污染控制装备以减少排放到可接受的等级。此外，含碳氢化合物的燃料的成本及成分，例如天然气，可实质上随着时间变化及/或在世界的某些部分，导致不仅在成本但亦在燃烧的能量输出上为不可预测及/或非所欲的变量。因此，意图以最小化此等缺点的一或更多者的方式加热熔融容器。


技术实现要素：

5.此处所公开的实施方式包括一种用于将原始批量材料熔融成熔融玻璃的装置。装置包括腔室，配置成在腔室之中局限熔融玻璃达预定水平。装置亦包括馈送通口，配置成馈送原始批量材料到腔室中。此外，装置包括多个热等离子体火炬，定位在预定水平上方，各个等离子体火炬配置成热分解其中馈送的工作流体，且发射等离子体火焰到腔室中。
6.此处所公开的实施方式亦包括一种用于将原始批量材料熔融成熔融玻璃的方法。方法包括通过馈送通口馈送原始批量材料到腔室中。方法亦包括以多个等离子体火炬加热腔室，多个等离子体火炬定位在腔室中预定水平上方，各个等离子体火炬热分解其中的工作流体，且发射等离子体火焰到腔室中。此外，方法包括将原始批量材料熔融成熔融玻璃达预定水平。
7.此处所公开的实施方式的额外特征及优点将在以下详细说明中提及，且部分将对所属领域的技术人员从说明书或通过实施如此处所述的公开的实施方式而认知为显而易见的，包括以下的详细说明、权利要求以及附图。
8.应理解以上一般说明及以下详细说明呈现实施方式而意图提供概要或框架用于对所请求实施方式的性质及特征的理解。附图包括以提供进一步理解且并入且构成此说明书的部分。附图图示本公开案的各种实施方式，且与说明书一起供以作为其原理及操作的解释。
附图说明
9.图1为范例熔合向下曳引玻璃制造装置及处理的概要视图；
10.图2根据此处所公开的实施方式，为范例玻璃熔融容器的概要侧面剖面视图；
11.图3为图2的范例玻璃熔融容器的概要顶部剖面视图；
12.图4为图2及图3的范例玻璃熔融容器的概要端面剖面视图；和
13.图5根据此处所公开的实施方式，为范例等离子体火炬的概要侧面剖面视图。
具体实施方式
14.现将详细参考公开案的较佳实施方式的细节，其范例图示在附图中。尽可能地，全篇附图将使用相同的附图标记代表相同或类似的部件。然而，本公开案可以许多不同形式体现，且不应考虑为限制于此处提及的实施方式。
15.范围在此处可表示为从“约”一个特定值及/或到“约”另一特定值。当表示此范围时，另一实施方式包括从一个特定值及/或到其他特定值。类似地，当值表示为大约时，举例而言通过使用“约”的先行词，将理解特定值形成另一实施方式。应进一步理解各个范围的端点与关于另一端点及独立于另一端点两者均为重要的。
16.如此处所使用的方向性词汇，例如上、下、左、右、前、后、顶、底，仅参考所绘制的附图，且并非意图暗示绝对定向。
17.除非另外说明，并非意图将此处所提及的任何方法限制为必须以具体顺序实行其步骤，亦非需要任何装置具体的定向。此外，当方法权利要求并非精确记载其步骤遵循的顺序时，或任何装置权利要求并非实际记载个别部件的顺序或定向时，或在权利要求或说明书中并未记载具体步骤限制为具体顺序时，或并未记载装置的部件的具体顺序或定向时，代表并未意图以任何方式暗示顺序或定向。此举保持解释的任何可能未表达基础，包括：关于步骤的安排的逻辑事项，操作流，部件的顺序或部件的定向；来自语法组织或标点符号的本身异议，及；说明书中所述的实施方式的数量及类型。
18.如此处所使用，单一形式“一”、“一个”及“所述”包括复数参考，除非上下文另外指示。因此，举例而言，参考“一”部件包括具有二或更多此部件的方面，除非上下文另外清楚指示。
19.如此处所使用，“原始批量材料”一词代表大多固态材料，例如固态金属氧化物，而馈送到熔炉的腔室中以待熔融成熔融玻璃。
20.如此处所使用，“熔融玻璃”一词代表在其液化温度上或更高的玻璃成分(高于并无结晶相位可与玻璃平衡共存的温度)。
21.如此处所使用，“热等离子体火炬”一词代表引导从馈送到热等离子体火炬中且在遭受热等离子体火炬之中的能量源之后热分解的工作流体产生的等离子体的流动的设备。范例热等离子体火炬包括利用直流电(dc)、交流电(ac)及射频(rf)以热分解工作流体且产生等离子体的流动者。
22.如此处所使用，“等离子体火焰”一词代表热等离子体火炬投射出的等离子体的流动。
23.如此处所使用，“燃烧器”一词代表从燃料的燃烧主要产生热的设备，“燃烧”一词代表在燃料(例如天然气)及氧化剂(例如来自空气的氧)之间的放热氧化还原化学反应。
24.图1显示范例玻璃制造装置10。在某些范例中，玻璃制造装置10可包含玻璃熔炉12，而可包括熔融容器14。除了熔融容器14之外，玻璃熔炉12包括一或更多额外部件，例如加热原始材料且将原始材料转变成熔融玻璃的加热元件(此处将更详细说明)。在进一步范例中，玻璃熔炉12可包括热管理设备(例如，隔绝部件)，而减少从熔融容器的附近的热损失。仍在进一步范例中，玻璃熔炉12可包括电子设备及/或电子机械设备，而促进将原始材料熔融成玻璃熔融。仍为进一步的，玻璃熔炉12可包括支撑结构(例如，支撑机壳、支撑构件等等)或其他部件。
25.玻璃熔融容器14通常包含耐火材料，例如耐火陶瓷材料，举例而言，包含氧化铝或氧化锆的耐火陶瓷材料。在某些范例中，玻璃熔融容器14可从耐火陶瓷砖构成。玻璃熔融容器14的具体实施方式将在以下更详细说明。
26.在某些范例中，玻璃熔炉可并入作为玻璃制造装置的部件，以制作玻璃基板，例如连续长度的玻璃带体。在某些范例中，本公开案的玻璃熔炉可并入作为玻璃制造装置的部件，包含插槽曳引装置、浮浴装置、例如熔合处理的向下曳引装置、向上曳引装置、按压滚动装置、管状曳引装置或将从此处所公开的方面获益的任何其他玻璃制造装置。通过范例的方式，图1概要图示玻璃熔炉12作为熔合向下曳引玻璃制造装置10的部件，用于熔合曳引玻璃带体用于后续处理成个别玻璃片。
27.玻璃制造装置10(例如，熔合向下曳引装置10)可选地可包括相对于玻璃熔融容器14定位在上游的上游玻璃制造装置16。在某些范例中，上游玻璃制造装置16的部分或整体可并入作为玻璃熔炉12的部分。
28.如图示的范例中所显示，上游玻璃制造装置16可包括储存箱18、原始材料传输设备20及连接到原始材料传输设备的马达22。储存箱18可配置成储存一定数量的原始批量材料24，而如通过箭头26所指示，可馈送到玻璃熔炉12的熔融容器14中。原始批量材料24通常包含一或更多玻璃形成金属氧化物及一或更多改性剂。在某些范例中，原始材料传输设备20可通过马达22供电，使得原始材料传输设备20从储存箱18传输预定量的原始批量材料24到熔融容器14。在进一步范例中，马达22可供电原始材料传输设备20，以基于从下游熔融容器14感测的熔融玻璃的水平，在控制的速率下引入原始批量材料24。在熔融容器14之中的原始批量材料24此后可加热以形成熔融玻璃28。
29.玻璃制造装置10亦可选地可包括相对于玻璃熔炉12定位在下游的下游玻璃制造装置10。在某些范例中，下游玻璃制造装置30的部分可并入作为玻璃熔炉12的部分。在某些实例中，以下讨论的第一连接导管32或下游玻璃制造装置30的其他部分可并入作为玻璃熔炉12的部分。下游玻璃制造装置的元件，包括第一连接导管32，可从贵重金属形成。适合的贵重金属包括铂族金属，选自以下构成的金属的群组：铂、铱、铑、锇、钌及钯，或其合金。举例而言，玻璃制造装置的下游部件可从铂铑合金形成，包括从约70到约90％重量的铂及约10％到约30％重量的铑。然而，其他适合的金属可包括钼、钯、铼、钽、钛、钨及其合金。
30.下游玻璃制造装置30可包括第一调节(即，处理)容器，例如澄清容器34，从熔融容器14的下游定位且通过上述第一连接导管32的方式耦合到熔融容器14。在某些范例中，熔融玻璃28可从熔融容器14通过第一连接导管32的方式重力馈送到澄清容器34。举例而言，重力可造成熔融玻璃28从熔融容器14通过第一连接导管32的内部路径到澄清容器34。然而，应理解其他调节容器可定位在熔融容器14的下游，例如介于熔融容器14及澄清容器34
之间。在某些实施方式中，调节容器可部署在熔融容器及澄清容器之间，其中来自主要熔融容器的熔融玻璃在进入澄清容器之前，进一步加热以持续熔融处理，或冷却到低于熔融容器中熔融玻璃的温度。
31.通过各种技术可在澄清容器34之中从熔融玻璃28移除气泡。举例而言，原始批量材料24可包括多价化合物(即，澄清剂)，例如锡氧化物，而当加热时，经历化学还原反应且释放氧。其他适合的澄清剂包括但非限于砷、锑、铁及铈。澄清容器34加热到大于熔融容器温度的温度，藉此加热熔融玻璃及澄清剂。通过澄清剂的温度引发的化学还原产生的氧气泡在澄清容器之中上升通过熔融玻璃，其中在熔炉中产生的熔融玻璃中的玻璃可扩散或合并到通过澄清剂产生的氧气泡中。扩大的气体气泡可接着上升到澄清容器中熔融玻璃的自由表面，且此后从澄清容器排出。氧气泡可进一步引发在澄清容器中熔融玻璃的机械混合。
32.下游玻璃制造装置30可进一步包括另一调节容器，例如用于混合熔融玻璃的混合容器36。混合容器36可从澄清容器34下游定位。混合容器36可用以提供均质玻璃熔融成分，藉此减少在离开澄清容器的澄清的熔融玻璃之中可能存在的化学物的结索(cords of chemical)或热非均质。如所显示，澄清容器34通过第二连接导管38的方式耦合到混合容器36。在某些范例中，熔融玻璃28可从澄清容器34通过第二连接导管38的方式重力馈送到混合容器36。举例而言，重力可造成熔融玻璃28从澄清容器34通过第二连接导管38的内部路径到混合容器36。应理解尽管混合容器36显示为在澄清容器34的下游，混合容器36可定位在澄清容器34的上游。在某些实施方式中，下游玻璃制造装置30可包括多重混合容器，举例而言，在澄清容器34上游的混合容器及在澄清容器34下游的混合容器。此等多重混合容器可为相同的设计，或其可为不同的设计。
33.下游玻璃制造装置30可进一步包括另一调节容器，例如从混合容器36下游定位的传输容器40。传输容器40可调节馈送到下游形成设备中的熔融玻璃28。举例而言，传输容器40可充当蓄积器及/或流动控制器，以通过出口导管44的方式调整及/或提供熔融玻璃28的一致的流动到形成主体42。如所显示，混合容器36可通过第三连接导管46的方式耦合到传输容器40。在某些范例中，熔融玻璃28可从混合容器36通过第三连接导管46的方式重力馈送到传输容器40。举例而言，可从混合容器36重力驱动熔融玻璃28通过第三连接导管46的内部路径到传输容器40。
34.下游玻璃制造装置30可进一步包括形成装置48，包含上述的形成主体42及入口导管50。出口导管44可定位以从传输容器40传输熔融玻璃28到形成装置48的入口导管50。举例而言，出口导管44可套置于入口导管50的内部表面之中且从入口导管50的内部表面分开，藉此提供定位在出口导管44的外部表面及入口导管50的内部表面之间的熔融玻璃的自由表面。在熔合向下曳引玻璃制作装置中的形成主体42可包含定位在形成主体的上部表面中的开槽52，及沿着形成主体的底部边缘56在曳引方向汇聚的汇聚形成表面54。透过传输容器40、出口导管44及入口导管50传输到形成主体开槽的熔融玻璃溢流开槽的侧壁，且沿着汇聚形成表面54下降为熔融玻璃的分开流动。熔融玻璃的分开流动在下方接合，且沿着底部边缘56以产生通过施加张力到玻璃带体(例如，通过重力、边缘滚子72及拉扯滚子82)从底部边缘56的曳引或流动方向60曳引的玻璃58的单一带体，以随着玻璃冷却且玻璃粘度的增加而控制玻璃带体的尺寸。因此，玻璃带体58经过粘弹性转变且获得机械特性而给予玻璃带体58稳定的尺寸特征。玻璃带体58在某些实施方式中可通过在玻璃带体的弹性区域
中的玻璃分开装置100分开成个别的玻璃片62。机械手臂64可接着使用夹持工具65传送个别玻璃片62到输送系统，在其上可进一步处理个别的玻璃片。
35.图2根据此处所公开的实施方式，显示范例玻璃熔融容器14的概要侧面剖面视图。玻璃熔融容器14包括腔室114，其中原始材料传输设备20传输预定量的原始批量材料24通过馈送通口116到腔室114中。玻璃熔融容器14亦包括多个电极102及多个热等离子体火炬104。
36.在操作中，多个电极102及多个热等离子体火炬104加热腔室114，使得原始批量材料24在腔室114之中熔融成熔融玻璃28达预定水平(l)。如图2中可见，多个等离子体火炬104定位在预定水平(l)上方，且多个电极102定位在预定水平(l)下方。
37.图3及图4分别显示图2的范例玻璃熔融容器14的概要顶部及端面剖面视图。如图3及图4中可见，各个等离子体火炬104发射等离子体火焰108到腔室114中。此外，如图3中所显示，馈送通口116定位在腔室114的第一壁120上，且多个热等离子体火炬104定位在腔室114的第二及第三壁122、124上，第二及第三壁122、124的各者在大致彼此平行且大致正交于第一壁120的方向中延伸。再者，如图3中所显示，原始批量材料24馈送到腔室114中，而并无原始批量材料24接触多个等离子体火炬104的任一者的等离子体火焰108。举例而言，此处所公开的实施方式包括其中在远离最近等离子体火焰108的预定距离处馈送到腔室114中的原始批量材料24，例如远离最近等离子体火焰108至少约1米的距离，包括远离从约1米到约10米的距离，例如远离最近等离子体火焰108从约1米到约5米。
38.如图4中所显示，玻璃熔融容器14包括从腔室114的底部延伸的电极106，其中电极106定位在预定水平(l)的下方。如图4中进一步显示，等离子体火炬104在大致平行于预定水平(l)的方向中发射等离子体火焰108。
39.尽管图2-4显示玻璃熔融容器14包括从腔室114的壁延伸的电极102及从腔室114的底部延伸的电极106，此处所公开的实施方式可包括其中仅从腔室114的壁延伸的电极，仅从腔室114的底部延伸的电极106，或并无任一种类型的电极包括在玻璃熔融容器14中者。电极102及/或106的各者可根据所属领域的技术人员已知的方法连接到一或更多电源(未显示)。
40.此处所公开的实施方式亦包括其中玻璃熔融容器14不包括燃烧器者。
41.图5根据此处所公开的实施方式，显示范例等离子体火炬104的概要侧面剖面视图。在图5中所显示的等离子体火炬104为直流电(dc)等离子体火炬，而包括阴极126及阳极128，当供给电源时，点燃等离子体电弧130且能量化馈送到等离子体火炬104的工作流体132，以便产生等离子体火焰108。
42.尽管图5显示dc等离子体火炬，此处所公开的实施方式包括多个等离子体火炬104，例如包含交流电(ac)、直流电(dc)或射频(rf)等离子体火炬。此等等离子体火炬例如可包括商业上可取得的ac、dc或rf等离子体火炬，而根据所属领域的技术人员可并入或加装以并入玻璃熔融容器14中。范例商业上可取得的等离子体火炬包括但非限于从plazarium可取得的dc工业蒸气等离子体火炬。
43.尽管未限制为任何特定流体，工作流体132可例如选自水、氢、氦、氖及/或氩。因此，范例实施方式包括多个等离子体火炬104的各者热分解从水、氢、氦、氖及/或氩选择的工作流体132。
44.在某些范例实施方式中，工作流体132为水。
45.在某些范例实施方式中，通过在等离子体火炬104中馈送的工作流体132的热分解产生的等离子体火焰108可具有至少约2000℃的温度，例如至少约2500℃，且进一步例如至少约3000℃，包括从约2000℃到约30,000℃，例如从约2500℃到约25,000℃，且进一步例如从约3000℃到约20,000℃。
46.此处所公开的实施方式包括在多个等离子体火炬104的各者中馈送的工作流体132的至少一部分已通过熔融容器14回收到等离子体火炬104中者。举例而言，如图5中所显示，来自工作流体源的主要(未回收的)工作流体132a及来自熔融容器14的回收的工作流体132b两者馈送到等离子体火炬104中，且混合以产生工作流体132。在某些范例实施方式中，馈送到多个等离子体火炬104的各者的至少约90％，例如至少约95％，包括从约90％到约99％，及进一步从约95％到约99％的工作流体132通过熔融容器14回收(即，如图5中所显示，馈送到多个等离子体火炬104的各者中的至少约90％，例如至少约95％，包括从约90％到约99％，及进一步从约95％到约99％的工作流体132为回收的工作流体132b)。
47.尽管以上实施方式已参考熔合向下曳引处理说明，应理解此等实施方式亦可应用到其他玻璃形成处理，例如浮动处理、插槽曳引处理、向上曳引处理、管状曳引处理及按压滚动处理。
48.对所属领域的技术人员而言可对本公开案的实施方式作成各种修改及改变而不悖离本公开案的精神及范畴为显而易见的。因此，本公开案意图覆盖此等修改及改变，倘若其落入随附权利要求及其均等的范畴之中。