技術 高透過ガラスの製造装置及び製造方法

0001

本発明は、高透過ガラスの製造装置及び製造方法に関するものである。

0002

太陽電池における太陽電池セルを保護するカバーガラスは、入射光を太陽電池セル内に効率良く取り込むために、赤外線領域の透過率が高い高透過ガラスが用いられている（例えば、特許文献１参照）。

0003

特開２０１１−１６２３７９号公報

0004

高透過ガラスは、ガラス原料を槽窯内にて溶融させた後、フロート法やロールアウト法にて板状に成形される。

0005

高透過ガラスは、その性質として赤外線領域の吸収が少ないため、槽窯内ではより多くの熱量を加える必要がある。その結果として、溶融ガラスの熱容量が多くなり槽窯出口近傍での溶融ガラスの温度が成形可能な温度まで低下し難い。この場合には、その後の成形工程での溶融ガラスの温度が高くなり成形工程に支障が出る。この対策として、槽窯出口と成形工程までの距離を長くして溶融ガラスの温度を自然冷却によって低下させることが考えられるが、この場合には装置全体が大きくなってしまう。

0006

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、コンパクトな装置で、かつ溶融ガラスの成形を良好に行うことができる高透過ガラスの製造装置及び製造方法を提供することを目的とする。

0007

本発明は、高透過ガラスの原料を溶融させ成形に必要な溶融ガラスを作る槽窯と、前記槽窯の排出口から排出された溶融ガラスを板状に成形する成形装置と、を備える高透過ガラスの製造装置であって、前記槽窯は、熱を加えることによって高透過ガラスの原料を溶かす加熱領域と、溶融ガラスの温度を所定温度に維持して溶融ガラスからガスを抜く脱泡領域と、前記排出口近傍に設けられ、冷却手段を用いて溶融ガラスの温度を成形可能な温度まで冷却する冷却領域と、を備える。

0008

本発明によれば、冷却手段を用いて溶融ガラスの温度を成形可能な温度まで冷却する冷却領域が槽窯の排出口近傍に設けられるため、溶融ガラスの成形を良好に行うことができる。また、冷却手段を用いて積極的に溶融ガラスの温度を低下させるものであるため、溶融ガラスの温度を低下させるために槽窯の排出口と成形装置までの距離を長くする必要がなく、装置全体をコンパクトに構成することができる。

0009

本発明の実施の形態に係る高透過ガラスの製造装置の平面図である。
図１におけるＡ−Ａ線に沿う断面図である。
図２における部分拡大図である。

0010

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

0011

図１〜図３を参照して、本実施の形態に係る高透過ガラスの製造装置１００について説明する。

0012

製造装置１００は、高透過ガラスの原料を溶融させ成形に必要な溶融ガラスを作る槽窯１と、槽窯１の排出口３から排出された溶融ガラスを板状に成形する成形装置２０（図２参照）とを備える。

0013

図２に示すように、槽窯１は、溶融ガラスが貯留される窯下部１ａと、窯下部１ａを覆う窯上部１ｂとからなる容器である。窯下部１ａと窯上部１ｂは煉瓦にて構成される。

0014

槽窯１の一端部には、高透過ガラスの原料を投入するための投入口２が設けられる。槽窯１の他端部には、溶融ガラスを成形装置２０へ向けて排出するための排出口３が設けられる。

0015

図３に示すように、槽窯１内の溶融ガラスは、その液面が排出口３よりも高くなるように貯留されるため、投入口２から原料が投入された溶融ガラスは、排出口３に向かって流れ、排出口３から成形装置２０へと排出されることになる。

0016

図２に示すように、槽窯１は内部に、熱を加えることによって高透過ガラスの原料を溶かす加熱工程が行われる加熱領域５と、溶融ガラスの温度を所定温度に維持して溶融ガラスからガスを抜く脱泡工程を行う脱泡領域６と、溶融ガラスを対流させて温度を調整する調整工程が行われる調整領域７と、排出口３近傍に設けられ、冷却手段としてのクーラ９を用いて溶融ガラスの温度を成形可能な温度まで冷却する冷却工程が行われる冷却領域８とを備える。

0017

また、製造装置１００では、高透過ガラスの原料を槽窯１内に投入する前に原料の鉄を除去する脱鉄工程も行われる。原料には少なからず鉄が混入しており、また、原料を投入口２まで搬送する装置内でコンタミが生じ、それが原料内に混入することがある。これら混入した鉄が槽窯１内に混入した場合には、槽窯１内から除去することは困難であり、特に、原料が溶融ガラスになった後は除去は不可能となる。脱鉄の方法は、磁力発生装置としての永久磁石を原料に直接接触させることによって行われる。または、搬送用ベルトを介して永久磁石を原料に当てるようにしてもよい。なお、原料中に水分が多いと、鉄が原料から離れ難くなるため、原料は極力水分が少ない状態にするのが望ましい。

0018

槽窯１の内部には、加熱領域５と脱泡領域６を有する上流室１０と、調整領域７を有する中流室１１と、冷却領域８を有する下流室１２とが形成される。上流室１０と中流室１１は、上流室１０から中流室１１への溶融ガラスの流れを絞る第１ネック部１３を通じて連通する。つまり、第１ネック部１３は、その流路断面積が上流室１０と比較して小さく形成される。また、中流室１１と下流室１２は、中流室１１から下流室１２への溶融ガラスの流れを絞る第２ネック部１４を通じて連通する。つまり、第２ネック部１４は、その流路断面積が中流室１１と比較して小さく形成される。

0019

上流室１０の上流側の窯上部１ｂ内の空間には、投入口２から投入された高透過ガラスの原料に熱を加える蓄熱室１６が配置される。蓄熱室１６は、バーナーにより加熱された燃焼ガスが流れる複数の燃焼通路１６ａ〜１６ｄにて構成される。各燃焼通路１６ａ〜１６ｄは、溶融ガラスの液面に沿って配置される。高透過ガラスの原料は、蓄熱室１６から発生する輻射熱によって溶融する。蓄熱室１６が配置される箇所が加熱領域５である。加熱領域５の上流付近、つまり投入口２付近の温度は１４００℃程度であり、下流の燃焼通路１６ｄ付近の温度は１６００℃程度である。

0020

上流室１０の加熱領域５の下流側は脱泡領域６となる。脱泡領域６では、加熱領域５にて高温となった蓄熱室１６内の空気及び溶融ガラスがもつ熱が熱源となり、溶融ガラスの温度が所定温度である１４００〜１６００℃に維持される。これにより、溶融ガラスは、原料が十分に溶解して溶融状態が維持され均質なガラスとなる。また、溶融ガラスの粘度は低い状態に保たれるため、加熱領域５にて原料を溶融した際に発生したガスや、溶融ガラス内にて発生したＳＯ2やＳＯ3等のガスが溶融ガラス中を浮上し易い。したがって、溶融ガラスの温度を所定温度に維持することによって、溶融ガラスからガスを抜くことができる。

0021

第１ネック部１３によって上流室１０から中流室１１への溶融ガラスの流れが絞られるため、溶融ガラスは脱泡領域６にて滞留する。これにより、溶融ガラスの均質化が促進されると共に、溶融ガラスからガスが抜ける時間が確保されるため、ガス抜きが確実に行われる。

0022

第１ネック部１３は、上流室１０から中流室１１への溶融ガラスの流れを抑制して、加熱領域５での熱損失を抑制する機能も有する。また、第１ネック部１３は、上流室１０内の高温の空気が下流側へ流れることを防止する機能も有する。

0023

高透過ガラスの組成を表１に示す。

0024

0025

製造装置１００によって得られる高透過ガラスは、例えば、太陽エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池セルを保護する太陽電池用のカバーガラスとして好適に用いられる。これは、太陽電池用のカバーガラスは、太陽電池の発電効率向上のために、可視〜赤外にかけての波長領域の光吸収を極力抑えた透過率が高い性質を有するガラスが求められているためである。このような性質を有する高透過ガラスを工業的に製造する場合には、上記波長の光の吸収成分を少なくしたガラス組成にする必要がある。具体的には、上記表１に示すように、赤外線領域の吸収物質であるＦｅ2+が少ない組成である必要があり、Ｆｅ2Ｏ3が８０〜１５０ｐｐｍの範囲であることが望ましい。

0026

このように、高透過ガラスはＦｅの含有量が少ないため、槽窯１内の溶融ガラスは蓄熱室１６から発生する輻射熱を吸収し難い。したがって、脱泡領域６にて溶融ガラスの温度を所定温度に維持して、溶融ガラスを均質化すると共に溶融ガラス内のガス抜きを行うためには、加熱領域５では溶融ガラスにより多くの熱量を加える必要がある。

0027

中流室１１は、第２ネック部１４によって下流室１２への溶融ガラスの流れが絞られる。したがって、中流室１１の調整領域７では溶融ガラスの対流が発生する。ここで、高透過ガラスでない通常のガラスの場合には、輻射熱を吸収し易いため、溶融ガラスの表面が輻射熱を吸収し、槽窯１内の溶融ガラスの表面と底部の温度差が大きくなる。このため、通常のガラスの場合には、対流によって溶融ガラスの温度が低下し易く、調整領域７にて溶融ガラスの温度を低下させる機能が大きい。したがって、調整領域７の後に冷却領域８を設けなくても溶融ガラスの温度を排出口３にて成形可能な温度まで低下させることが可能となる。

0028

しかし、高透過ガラスは輻射熱を吸収し難いため、溶融ガラスの表面が輻射熱を吸収し難く、槽窯１内の溶融ガラスの表面と底部の温度はほぼ同じとなり、槽窯１内の溶融ガラスの温度はほぼ均一となる。このため、高透過ガラスの場合には、調整領域７にて溶融ガラスの対流が発生しても、調整領域７の入口と出口の温度はあまり変わらず、調整領域７にて溶融ガラスの温度を低下させる機能は小さい。したがって、本発明において、調整領域７は必須の構成要件ではない。ただ、調整領域７を設けることによって、冷却領域８に配置されるクーラ９の冷却能力を抑えることができるという利点がある。

0029

下流室１２の窯上部１ｂ内の空間には、溶融ガラスの温度を成形可能な温度まで冷却するクーラ９が配置される。クーラ９は、内部に冷却媒体としての水が流れる複数の配管１７ａ〜１７ｃにて構成される。各配管１７ａ〜１７ｃは、溶融ガラスの液面に沿って、かつ溶融ガラスに非接触で配置される。図２及び図３では、紙面と垂直方向に延在して配置される。配管１７に溶融ガラスが接触すると、溶融ガラスが急冷され割れるおそれがあるため、配管１７は溶融ガラスの液面から所定距離だけ離して配置する必要がある。配管１７が配置される箇所が冷却領域８である。配管１７中の水はポンプによって循環され、循環の途中で熱交換機等によって冷却される。

0030

下流室１２の端部には排出口３が設けられるため、下流室１２内の溶融ガラスはほぼ対流することなく流れ全量が排出口３から排出される。下流室１２内を流れている間に溶融ガラスは冷却され、排出口３近傍では溶融ガラスの温度は成形可能な温度である１２００℃程度まで一気に低下する。排出口３近傍にて溶融ガラスの温度が下がりきらない場合には、次工程の成形工程にて、溶融ガラスがロールに巻き付く等の支障が出る。また、排出口３近傍にて溶融ガラスの温度が低すぎる場合には、次工程での成形が困難となる。これらを考慮して、排出口３近傍での溶融ガラスの温度は、溶融ガラスの成形が可能な温度である９００℃〜１３００℃の範囲が好ましい。さらに好ましい温度は１１００℃〜１３００℃の範囲であり、この範囲内となるようにクーラ９を流れる水の温度及び流量が調整される。

0031

図２に示すように、排出口３から排出された溶融ガラスは、溶融ガラスを板状に成形する成形装置２０へと導かれる。成形装置２０は、回転自在な下ロール２１と上ロール２２とを備え、溶融ガラスを下ロール２１と上ロール２２の間に通すことによって板状に成形するロールアウト成形装置である。クーラ９にて排出口３近傍での溶融ガラスの温度が成形可能な温度まで冷却されているため、成形装置２０による成形工程では、溶融ガラスがロールに巻き付く等の支障や、溶融ガラスの温度が低すぎて成形が困難になるといったことがなく、溶融ガラスの成形を良好に行うことができる。

0032

成形後、溶融ガラスの温度は８００℃程度まで低下する。板状に成形された溶融ガラスは除冷され、その後、所望の大きさに採板されて高透過ガラスが得られる。なお、成形装置２０は、フロート法の成形装置を用いるようにしてもよい。

0033

以上に示す実施の形態によれば、クーラ９を用いて溶融ガラスの温度を成形可能な温度まで冷却するクーラ９が槽窯１の排出口３近傍に設けられるため、その後の成形工程にて溶融ガラスの成形を良好に行うことができる。また、クーラ９を用いて積極的に溶融ガラスの温度を低下させるため、溶融ガラスの温度を低下させるために槽窯１の排出口３と成形装置２０までの距離を長くする必要がなく、装置全体をコンパクトに構成することができる。

0034

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

0035

本発明は、高透過ガラスの製造装置に適用することができる。

0036

１槽窯
２投入口
３ 排出口
５ 加熱領域
６脱泡領域
７調整領域
８冷却領域
９クーラ（冷却手段）
１０上流室
１１ 中流室
１２下流室
１３ 第１ネック部
１４ 第２ネック部
１６蓄熱室
１７配管
２０成形装置
１００高透過ガラスの製造装置