專利名稱：在熔融玻璃中起泡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及流體例如熔融^皮璃的處理，由該熔融玻璃可制備有 用的物品。
背景技術(shù)：
將氣體注入流體廣泛用于化學(xué)和冶金應(yīng)用。例如，為了養(yǎng)魚或 為了需氧處理廢水，將氧氣注入水中以溶解氧。為了精煉以除去或 "汽提"溶解的氫，將氬氣或氮?dú)庾⑷肴刍X中。為了精煉以使溶 解的碳起反應(yīng)和除去溶解的碳，將氧氣注入熔化鋼中。
通過從浸沒在流體中的小噴嘴注入氣體，在流體中可形成氣泡。 當(dāng)氣體流速非常低時(shí)， 一般會產(chǎn)生均勻尺寸和分開良好的一連串小 泡。當(dāng)氣體流速增加時(shí)，每單位時(shí)間形成更多的泡，可開始發(fā)生泡 的聚結(jié)。當(dāng)用于本文時(shí)，"聚結(jié)"指兩個(gè)或多個(gè)泡連接在一起形成一個(gè)泡，以及有或沒有結(jié)合形成一個(gè)或多個(gè)更小的衛(wèi)星(satellite)泡；假如 它們不連接在一起而在流體中保持分開，則認(rèn)為泡"非聚結(jié)"。 一般而 言，當(dāng)通過浸沒的噴嘴的氣體流速進(jìn)一步增加時(shí)，發(fā)生更頻繁的聚 結(jié)(例如4個(gè)泡連接在一起形成一個(gè)較大的泡)。當(dāng)氣體流速再進(jìn)一步 增加時(shí)，觀察到無序泡的形成行為，其中以紊流的方式形成許多各 種尺寸和形狀的泡。
在這些應(yīng)用的大多數(shù)中，需要產(chǎn)生良好分散于流體中的大量小 氣泡，以促進(jìn)傳質(zhì)過程。已開發(fā)出在流體中產(chǎn)生小泡的許多技術(shù)。 它們包括以高速從小浸沒噴嘴注射氣體、機(jī)械攪拌氣-液混合物以破 壞大氣泡和從旋轉(zhuǎn)圓盤和固定圓盤之間的狹窄空間注射氣體。在這 些方法中，流體粘度相對低，殘留的氣泡快速地上升到流體表面并被除去，而不會被俘獲在終產(chǎn)品中。
在玻璃制品例如瓶、窗玻璃等的工業(yè)規(guī)模制備中，在大熔爐中 熔化固體進(jìn)料。進(jìn)料可包含玻璃片，該玻璃典型地包含再循環(huán)的玻 璃制品和/或常規(guī)的玻璃制備原料例如沙、石灰石和蘇打灰。
將固體玻璃制備進(jìn)料進(jìn)入玻璃熔爐的一個(gè)末端或進(jìn)料口 ，其中進(jìn)料暴露在1300℃ 以上，以熔化進(jìn)料。產(chǎn)生的熔融玻璃從玻璃熔爐 的出口取出，轉(zhuǎn)運(yùn)到成型站，在此處熔融玻璃可成型，形成預(yù)期的 有用制品?？扇芜x將從玻璃熔爐取出的熔融玻璃轉(zhuǎn)運(yùn)至收集罐中， 其中熔融玻璃在轉(zhuǎn)運(yùn)至成型站之前，保持呈熔融狀態(tài)。
在這些步驟中形成的熔融玻璃典型地包含大量的小泡，稱為"種 泡(seeds)"。因?yàn)楹苌傧Ｍ@些種泡存在于最終的固體玻璃產(chǎn)品中， 很希望從玻璃中將它們?nèi)コ?，?dāng)玻璃還處于熔融狀態(tài)時(shí)也是這樣。 從熔融玻璃中去除小泡的方法通常稱為"澄清(fimng)"。小泡可自 己上升至熔融玻璃的表面，但只是在一段時(shí)間內(nèi)，這段時(shí)間通常太 長以致于不經(jīng)濟(jì)，操作者不可接受。因此，必需使用其它方法來加 速這些不希望的泡從熔融玻璃中去除。 一般使用化學(xué)澄清劑例如硫 酸鈉和氧化銻，通過在高溫時(shí)的離解來產(chǎn)生澄清氣體，擴(kuò)散到小缺 陷泡或種泡，使它們體積增大，因此它們可更快地上升到熔融玻璃表面。
為了提高熔融玻璃的對流，經(jīng)常在玻璃熔爐中使用氣泡。將它 們通常置于玻璃罐的底部，上升的氣泡使粘性熔融玻璃升高，提高 熔融玻璃的流動。美國專利第2,8卯,548號教導(dǎo)通過經(jīng)鼓泡噴嘴注射 氣體，來控制熔融玻璃對流的方法和裝置。最好產(chǎn)生大泡以提高對 流。教導(dǎo)脈沖注射高壓氣體以增加泡尺寸。在美國專利第3，874,865 號中，描述了從多個(gè)注射器噴嘴產(chǎn)生多個(gè)泡的自動控制氣體起泡器 系統(tǒng)，使用高壓和低壓氣體供應(yīng)管線和氣動邏輯元件。
在玻璃澄清領(lǐng)域的最新進(jìn)展是將氦氣注入熔融玻璃中，以加速 澄清。 一些氦氣從氦氣泡中擴(kuò)散出來，遷移穿過玻璃熔體，進(jìn)入種
泡中，加速種泡的長大。當(dāng)氦氣擴(kuò)散出氦氣泡，其它氣體溶于熔融 玻璃中，例如氮?dú)狻⒍趸?、氧氣和二氧化硫，擴(kuò)散進(jìn)氦氣泡。 這樣氦氣泡加速種泡的長大，同時(shí)"汽提"出溶于熔融玻璃中的其它不希望的氣體。當(dāng)氦氣泡的初始尺寸大，就是說直徑大于4cm時(shí)，泡 很快地上升到表面，僅包含于泡中的小部分氦氣可擴(kuò)散進(jìn)種泡中， 促進(jìn)澄清作用。因此浪費(fèi)了大部分氦氣。當(dāng)氦氣泡的初始尺寸太小， 就是說小于0.5 cm時(shí)，因?yàn)楹馀莩叽缡湛s、氦氣擴(kuò)散和泡上升速 度變得太慢，有在玻璃產(chǎn)品中引起小缺陷氦氣泡的風(fēng)險(xiǎn)。
本發(fā)明發(fā)明人已經(jīng)確定棄殳如在罐底部或通過罐底部引入的泡 具有相對均勻的直徑，泡從罐底部向上通過熔融玻璃的通道在去除 不希望的小泡時(shí)具有更顯著的效果，因?yàn)榫哂刑蟪叽缱兓呐輰?以變化的速度穿過熔融玻璃向上流動，該變化的速度為各個(gè)泡尺寸 的函數(shù)，在這種情況下泡可趨向于互相碰撞和聚結(jié)，特別在小泡的 去除和去除速度方面導(dǎo)致不令人滿意。另外，已經(jīng)確定均勻直徑 為0.5至4 cm,優(yōu)選為0.5至2 cm的泡有利于去除不希望的小泡。
雖然先有技術(shù)已經(jīng)教導(dǎo)采用將多個(gè)注射器中的高壓氣體脈沖注 射，來制備大泡，但該注射系統(tǒng)復(fù)雜和昂貴。因此在該領(lǐng)域還需要 可靠的技術(shù)，用于從含熔融玻璃的罐的底部形成泡，其中已形成泡 的直徑在窄的直徑范圍內(nèi)是均勻的，該直徑范圍在0.5至4 cm內(nèi)。
發(fā)明簡述
本發(fā)明的一個(gè)方面為在熔融玻璃中形成許多非聚結(jié)氦氣泡流的 方法，其中在給定流中的每個(gè)泡具有基本上相同的尺寸，該方法包 括
(A) 提供含熔融玻璃的罐；
(B) 提供兩個(gè)或多個(gè)穿過該罐底部的通道，其中每個(gè)通道終止于 端面向上的開口，該開口在所述熔融玻璃的上表面以下，在所述罐 中與所述熔融玻璃流體連通；
(C) 提供共同的氣體供應(yīng)管線和氦源，該氦源在壓力下將氣態(tài)氦供應(yīng)到所述共同的氣體供應(yīng)管線；
(D) 提供氣體進(jìn)料管線，各氣體進(jìn)料管線與所述氣體供應(yīng)管線和 與不同的一個(gè)所述通道流體連通，在各氣體進(jìn)料管線中提供透氣性 節(jié)流器(restriction),以使氦氣從所述氣體供應(yīng)管線進(jìn)入通道必須經(jīng)過 透氣性節(jié)流器，進(jìn)入節(jié)流器和所述通道末端的開口之間的空間，其 中跨過所述節(jié)流器的壓降足夠高，所述空間的體積足夠大，因此從 所述通道的末端進(jìn)入所述熔融玻璃時(shí)產(chǎn)生非聚結(jié)氦氣泡；和
(E) 從所述源將氦氣提供給所述氣體供應(yīng)管線，其中所述氦氣通 過與所述氣體進(jìn)料管線相聯(lián)的節(jié)流器進(jìn)入該氣體進(jìn)料管線，從所述 通道末端的開口以泡形式間歇地出現(xiàn)，該泡的尺寸是所述空間體積 的函數(shù)，調(diào)節(jié)在所述氣體供應(yīng)管線中的壓力，以使所述泡空間間隔 至少一半泡直徑。
本發(fā)明的另 一方面為用于在熔融玻璃中形成許多非聚結(jié)氦氣泡 的裝置，其中在給定流中的每個(gè)泡具有基本上相同的尺寸，該裝置 包含
(A) 可含有熔融玻璃的罐；
(B) 兩個(gè)或多個(gè)穿過該罐底部的通道，其中每個(gè)通道終止于端面 向上的開口，該開口與所述罐的內(nèi)部流體連通；
(C) 共同的氣體供應(yīng)管線和氦源，該氦源在壓力下將氣態(tài)氦供應(yīng) 到所述共同的氣體供應(yīng)管線；和
(D) 氣體進(jìn)料管線，其中各氣體進(jìn)料管線與不同的一個(gè)所述通道 和與所述氣體供應(yīng)管線流體連通，其中各氣體進(jìn)料管線包含透氣性 節(jié)流器，因此氣體從所述氣體供應(yīng)管線通過進(jìn)入任何通道必須經(jīng)過 透氣性節(jié)流器，進(jìn)入該節(jié)流器和所述通道末端的開口之間的空間， 其中跨過所述節(jié)流器的壓降足夠高，所述空間的體積足夠大，以使 從所述通道的末端進(jìn)入所述熔融玻璃時(shí)產(chǎn)生非聚結(jié)氦氣泡；
其中當(dāng)將氦氣從所述氦源提供給所述氣體供應(yīng)管線時(shí)，所述氦氣通過與所述氣體進(jìn)料管線相if關(guān)的節(jié)流器進(jìn)入該氣體進(jìn)料管線，從 所述通道末端的開口以泡形式間歇地出現(xiàn)，該泡的尺寸是所述空間 體積的函數(shù)。
本文提及泡直徑指球形泡的直徑，而在非球形泡的情況中，是 指具有和非球形泡相同體積的球體直徑。
附圖簡述


圖1為用于容納流體例如熔融玻璃的典型罐的透視圖，用該罐 可實(shí)施本發(fā)明。
圖2為圖1罐的一部分的側(cè)截面圖，該圖顯示了用于實(shí)施本發(fā)明的裝置實(shí)施方案。
圖3為表示在泡發(fā)生和分離的一段時(shí)間內(nèi)，在進(jìn)料管線的末端 壓力變化的圖。
圖4A至4E為進(jìn)料線末端放大很多的側(cè)截面圖，這些圖顯示泡 的逐漸形成。
發(fā)明詳述
結(jié)合其在玻璃熔爐中的應(yīng)用來描述本發(fā)明?？稍谌刍Ａе苽洳牧系娜蹱t中實(shí)踐本發(fā)明，也可在玻璃熔爐下游的容納熔融玻璃的 收集罐中實(shí)踐本發(fā)明。
首先參考圖1,罐1 一般包含底部2和側(cè)面3，限定用于容納熔 融玻璃的室。底部2的具體形狀不是關(guān)鍵性的，盡管一般實(shí)踐優(yōu)選 至少一部分的底部2是平面，并且或者水平或者朝熔融玻璃流穿過 罐1的方向傾斜。全部或一部分的底部2可替換為曲面。由側(cè)面3 限定的罐的具體形狀也不是關(guān)鍵性的，只要側(cè)面高的足以容納期望 量的熔融玻璃。罐1也提供入口 7，進(jìn)料或熔融玻璃通過該入口流入 罐1的內(nèi)部，和出口 8,流體可通過該出口流出罐1的內(nèi)部。罐1 一般也具有頂部(未顯示)。罐的底部、側(cè)面和頂部應(yīng)由耐火材料制備，在它將暴露在的溫度即通常1300-1700℃下，該耐火材料可保持其固
體結(jié)構(gòu)完整性。這樣的材料為高溫裝置制備領(lǐng)域廣泛已知。
參考數(shù)字4表示氣體源，在壓力下，從該氣體源可將氣體供應(yīng) 至主供應(yīng)管線5。在玻璃制備操作中，優(yōu)選氣體包含氦氣，優(yōu)選包含
至少80%體積的氦氣，更優(yōu)選包含至少99%體積的氦氣。
如下所述，氣體進(jìn)料管線6從主供應(yīng)管線5延伸，與罐連接。 氣體源4優(yōu)選包含容納液態(tài)或氣態(tài)的氣體的罐，和閥門、壓力調(diào)節(jié) 器、 一個(gè)或多個(gè)壓縮機(jī)和壓力調(diào)節(jié)器以及相關(guān)的控制器，所有的加 在一起允許操作員控制是否從貯罐將氣體供應(yīng)至主供應(yīng)管線5,以及 控制提供給主供應(yīng)管線5的氣體的壓力和速率(質(zhì)量流率)。
例如通過從連接到加壓汽缸或壓縮機(jī)的壓力調(diào)節(jié)器出口 ，將氣 體輸送至管線5,可用主供應(yīng)管線5基本上以恒壓，例如10至200 psig,提供氣體?；蛘?，可將閥門插入氣體源4和任何的管線6之間 的管線5中，所述閥門可以是以開或關(guān)方式操作的類型?？梢杂卸嘤谝粭l主氣體供應(yīng)管線與一個(gè)熔融玻璃的罐相關(guān)。
進(jìn)料管線6由主氣體供應(yīng)管線5供料并且是主氣體供應(yīng)管線5 的分支。 一條進(jìn)料管線6與每個(gè)通道10連接。進(jìn)料管線6和通道10 的數(shù)目取決于罐底部2的尺寸、要處理的熔融玻璃的體積和在熔融 玻璃中期望的泡形成速率。節(jié)流器12和112是管線6內(nèi)的節(jié)流器的 備選實(shí)施方案，見下面圖2描述。
在圖2中，主供應(yīng)管線5、兩條進(jìn)料管線6和熔爐底部2全部以 剖視圖顯示。通道10穿過罐(在該情況中，穿過罐底部2)延伸，終止 于開口 11,該開口在流體上表面以下，與罐內(nèi)部液體連通。進(jìn)料管 線6 (在實(shí)際操作中有許多條)從主供應(yīng)管線5延伸，與它們的相關(guān)通 道10連接。開口 11可與罐的底部2共面，或如圖所示，通道可以 稍^1延伸一段距離進(jìn)入罐1的內(nèi)部。各開口 11是單孔，優(yōu)選直徑在 0.1和1.0毫米之間，更優(yōu)選在0.2和0.5毫米之間。
當(dāng)通道10延延伸罐的底面進(jìn)入流體時(shí)，通道或至少延伸進(jìn)入流體的部分應(yīng)該由可以7K受流體溫度的材并牛制備。當(dāng)流體為熔融玻璃時(shí)，優(yōu)選該部分的制備材料是鉑或鍍有鉤的氧化鋁。只要進(jìn)料管線6與通道10流體連通，進(jìn)料管線6的末端是否在通道10的外端與通 道10連接，或延伸一段距離進(jìn)入通道10，或延伸完全穿過通道10, 都是不重要的。
各進(jìn)料管線6包含節(jié)流器，該節(jié)流器允許氣體經(jīng)此流向開口 11 和限制氣體經(jīng)此流動的速率?？梢酝ㄟ^添加包含孔的機(jī)械附件例如 物體12,或通過多孔金屬或玻璃插入物112來建立節(jié)流器，所述多 孔金屬或玻璃插入物112是包含氣體擴(kuò)散穿過的許多微孔通道的物 體。節(jié)流器可以通過在收縮通道的上游和下游，提供內(nèi)徑小于進(jìn)料 管線6內(nèi)徑的巻曲或收縮通道，而替換為不用另外的附件建立，但 這很難實(shí)現(xiàn)，可能是不現(xiàn)實(shí)的。在氣體可以穿過的意義上，認(rèn)為各 節(jié)流器是透氣的。所述物體將在節(jié)流器的正上游點(diǎn)和正下游點(diǎn)之間 形成壓降，其重要性在本文描述。在優(yōu)選的操作模式中，節(jié)流器是 微孔圓盤或微孔圓筒112。如下面更充分地描述，在泡形成期間發(fā)生 的下游壓力變化期間，需要節(jié)流器，結(jié)合節(jié)流器正上游點(diǎn)的壓力， 提供相對恒定的流速進(jìn)入節(jié)流器的下游空間，和節(jié)流器允許向進(jìn)入 罐底部的每一開口提供大致相同的流速。如上所迷，12和112代表 用于實(shí)現(xiàn)目的的備選實(shí)施方案?？梢灾皇褂梦矬w12、只使用微孔插 入物112、或只使用其它技術(shù)或任何前述方案的組合來實(shí)踐本發(fā)明。
本發(fā)明發(fā)明人已確定，為了使本發(fā)明的操作滿意，在開口 11及 其相關(guān)節(jié)流器之間空間的內(nèi)部體積應(yīng)足夠高，以向形成和分開的每 一個(gè)泡提供足量的氣體。可以通過在進(jìn)料管線中包括內(nèi)部尺寸比進(jìn) 料管線6的內(nèi)部尺寸大的儲庫來提供期望的體積，該體積足以提供 期望的總體積。儲庫可存在于管線中，如圖2顯示的儲庫13，或儲 庫可通過開口附接在進(jìn)料管線的側(cè)面，如圖2顯示的儲庫113。只要 它們在節(jié)流器和開口 11之間提供期望的,i體積，可以采用其它安排。 或者，如果采用足夠長度和直徑的進(jìn)料管線6,那么不需要特殊的儲 庫13或113。對于在開口 11和氣體必須經(jīng)過它到達(dá)開口的節(jié)流器之間的空間，用于本發(fā)明這方面的典型體積為10至100,000cc。
現(xiàn)在也參考圖3和圖4來描述圖1和圖2所表示的系統(tǒng)的操作。 通常以10至200 psig的壓力，、寄氣體從源4供應(yīng)到進(jìn)料管線6和各 進(jìn)料管線的節(jié)流器的上游點(diǎn)。氣體穿過節(jié)流器，進(jìn)入各節(jié)流器及其 相關(guān)開口 11之間的空間。在操作中，即使氣體處于壓力下，但是已 經(jīng)進(jìn)入節(jié)流器和開口 11之間的空間的氣體不立即進(jìn)入熔融玻璃，因 為取決于開口上方罐中的玻璃深度和熔融玻璃的比重的熔融玻璃靜 壓，以及在開口 11處熔融玻璃的表面張力足夠高，可以阻止氣體在 該點(diǎn)進(jìn)入溶融玻璃。
進(jìn)入節(jié)流器和相關(guān)開口之間的空間的氣體，在該空間中積聚和 增加壓力。最終，隨著氣體繼續(xù)被注入節(jié)流器和開口之間的空間， 壓力足夠高，可以開始在開口 11處形成泡。當(dāng)泡形成開始時(shí)，由于 熔融玻璃-氣體界面半徑減小引起表面張力增加，開口 ll處的壓力增 加。圖4A、 4B、 4C和4D顯示當(dāng)在開口 11處開始形成氣泡時(shí)，熔 融玻璃-氣體界面區(qū)域形狀的變化。這部分的泡形成過程是相對緩慢 的過程，因?yàn)榇┻^節(jié)流器的氣流大部分用來增加壓力。參考圖3,從 圖4A至圖4B、 4C和4D的發(fā)展發(fā)生于增加壓力期間，在圖3中顯 示為表示壓力隨時(shí)間增加的那部分線(該部分也顯示為在t！表示的時(shí) 間增量內(nèi)發(fā)生)。在該時(shí)間間隔內(nèi)，當(dāng)如圖4D所示的半球形氣-液界 面形成時(shí)，開口 ll處的壓力增加DP，從泡形成開始時(shí)(當(dāng)開口的氣-液界面即將開始超出圖4A顯示的平坦界面時(shí))的絕對壓力PJ曾加到 絕對壓力P2。在該點(diǎn)，對應(yīng)于開口 11的半徑，泡半徑變得最小和壓 力變得最高。在該點(diǎn)經(jīng)過之后，由于泡半徑增加，開口 11處的壓力 減少，然后有很快速的氣流從節(jié)流器和開口之間的空間進(jìn)入新形成 的泡。該短時(shí)期的快速氣流在圖3中表示為、，它比泡增長期t,短很 多。熔融玻璃的相對高的粘度延緩了泡的分離和分開，直到泡增長 到0.5至4 cm的期望直徑，這可能是圖4E顯示尺寸的幾倍，然后泡 分離，開始穿過炫融玻璃向上流動。
通過本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的兩個(gè)期望目的是，和如果主供應(yīng)管線5或進(jìn)料管線6只是直接連接到開口 11,而沒有任何節(jié)流器例如12或112 和沒有任何增大空間例如由儲庫13所提供的空間情況下的泡相比， 從開口 11發(fā)出的泡較大，且泡是均勻大小和均勻間隔的。本發(fā)明發(fā) 明人已發(fā)現(xiàn)，通過在期望均勻泡流的每一進(jìn)料管線6中提供，跨過 與進(jìn)料管線相關(guān)節(jié)流器的壓降顯著大于泡形成期間的壓力波動DP, 優(yōu)選大于5倍，更優(yōu)選大于10倍，最優(yōu)選大于100倍DP,來實(shí)現(xiàn) 這些目的。此外，開口 11及其相關(guān)節(jié)流器之間的空間體積(如果使用， 包括儲庫13)足夠高，因此當(dāng)泡開始形成時(shí)，進(jìn)入泡的氣流大部分來 自在節(jié)流器和相關(guān)開口 11之間的空間中已經(jīng)積聚的氣體，而在12期 間穿過節(jié)流器進(jìn)入該空間的氣體貢獻(xiàn)較少的量，在t2期間泡實(shí)際上 由圖4D的接近半球形狀生長為完全分開的泡。
更具體地講，積聚氣體的量，即從前一泡分離開始到從開口 11 分開，在節(jié)流器及其相關(guān)開口 11之間的空間中積聚的氣體與該空間 的體積V成比例；和剛好在前一泡分離之后該空間的壓力與當(dāng)下一 泡即將在開口 11處變成半球形時(shí)(在該時(shí)間點(diǎn)，該空間的壓力為最大值，即P2)該空間的壓力之間的差DP成比例。當(dāng)泡開始生長超出半 球形時(shí)，氣體增量穿過節(jié)流器進(jìn)入節(jié)流器和開口 11之間的空間，有 助于該空間中的氣體進(jìn)入新形成的泡。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，當(dāng)泡生長開始超出半球形時(shí)，在該空間中積聚的氣體量，與從氣-液界 面生長超出半球形的這一時(shí)間點(diǎn)到泡從開口 11處分開這一時(shí)間點(diǎn)進(jìn) 入該空間的增加氣體量的比值，應(yīng)為至少5: 1,和優(yōu)選至少10: 1， 更優(yōu)選至少20:1，最優(yōu)選至少100:1。 DP與絕對壓力P,的比值應(yīng)為 1:10或更低，優(yōu)選為1:100或更低，更優(yōu)選為1: IOOO或更低?？梢?通過在節(jié)流器和相關(guān)開口 11之間的空間中提供足夠大的體積來實(shí)現(xiàn) 這種關(guān)系。
應(yīng)注意到，在一些實(shí)施方案中，在從節(jié)流器和該節(jié)流器下游的 開口之間的各空間的體積都相同，而在其它實(shí)施方案中，這些體積不都彼此相等，例如期望在不同流體區(qū)域區(qū)分泡形成特性(例如使流 體浴液中心區(qū)域的泡形成不同于浴液邊緣的泡形成)的實(shí)施方案。
這樣形成的泡的尺寸，主要由開始形成新泡所需要，必須由在 節(jié)流器及其相關(guān)開口 11之間的空間中積聚的氣體產(chǎn)生的壓力P,的 量，和節(jié)流器和開口 11之間的空間的體積決定。開始新泡所需要的 壓力的量，又由開口 11處的熔融玻璃的流體靜壓和開口 11的直徑 以及熔融玻璃的表面張力決定。因此，對于給定的流體靜壓、開口 11 的直徑和開口 11處的熔融玻璃的表面張力，可通過分別提供節(jié)流器 和開口 11之間空間的較大的或較小的體積來增加或減少泡尺寸。通 過氣體流速來控制以這種方式形成泡的速率，較高的流速產(chǎn)生較高 的泡形成速率，較低的流速產(chǎn)生較低的泡形成速率。當(dāng)通過增加氣 體流速而增加泡形成速率時(shí)，泡直徑只輕樣么地增加。而氣體流速又 由節(jié)流器上游的氣體壓力總和，和節(jié)流器對流經(jīng)它的氣流限制程度 來控制。在節(jié)流器尺寸固定的那些實(shí)施方案中，則通過控制提供給 節(jié)流器的氣體壓力來控制泡形成速率，較高的壓力產(chǎn)生較高的速率， 較低的壓力產(chǎn)生較低的速率。然而，壓力應(yīng)該足夠高，以產(chǎn)生空間 間隔距離至少 一半泡直徑的泡流，從而維持泡非聚結(jié)。
在玻璃罐中，由于熱的熔融玻璃加熱泡中的氣體，也由于當(dāng)泡 朝熔融玻璃表面上升時(shí)流體靜壓降低，所以在氣泡從開口 11分開之 后氣泡的直徑增加。在其中泡形成、分開和遷移的流體的溫度不同于管線6中的氣體溫度的情況下，在建立節(jié)流器及其相關(guān)開口 11之 間的空間的合適體積V，和當(dāng)泡分離和下一泡已經(jīng)形成并即將分開 時(shí)在該空間得到壓力時(shí)，必須依據(jù)基于理想氣體定律的關(guān)系考慮流 體溫度對泡尺寸的影響。即泡中的氣體量可表示為
((P!)x(泡體積))/ ((流體絕對溫度)x(R,理想氣體常數(shù))))
其中P,為當(dāng)泡剛分開時(shí)在開口 ll處的絕對壓力，和表示為
((P2 - P1)x(V) / (管線6中的氣體絕對溫度)x(R) + (當(dāng)泡生長超出 半球形直到分開時(shí)，穿過節(jié)流器進(jìn)入管線6的氣體量)
其中P2為當(dāng)泡形狀變成半球形時(shí)開口 ll處的峰壓力。如果對于 給定的系統(tǒng)，設(shè)定了在泡形成期間的Pp P2、氣體溫度和流體溫度 以及穿過節(jié)流器的氣流，那么可通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)節(jié)流器及其相關(guān)開 口 11之間的空間體積V來建立泡的體積，進(jìn)而建立其直徑。
實(shí)施例
在室溫下，在充滿蜂蜜的罐中模擬本發(fā)明在熔融玻璃中的操作，
已測定蜂蜜具有與145(TC時(shí)的熔融玻璃大致相同的粘度。罐底部的 四個(gè)開口，每一個(gè)都裝有末端為1.5 mm直徑單孔的噴嘴。各噴嘴的 另一端通過4.8 mm內(nèi)徑的銅管與約130 cc內(nèi)部體積的罐連接。這些 罐中的每一個(gè)又通過銅管(約2mm內(nèi)徑)與一節(jié)3mm內(nèi)徑的橡膠管連 接，該橡膠管與共用總管連接。將多孔燒結(jié)金屬的節(jié)流器置于各節(jié) 橡膠管中。當(dāng)上游壓力為約27 psig和下游壓力為大氣壓時(shí)，節(jié)流器 允許約20cc/分鐘的流量。
以約25至27 psig的壓力將氣體供應(yīng)到各節(jié)流器。從各開口看 到穩(wěn)定的和均勻的泡流，流動速率為約30個(gè)泡/分鐘。泡看起來直徑 為約lcm。當(dāng)每一進(jìn)料管線中的氣體罐的體積增加到約400cc,和通 過較少分流微孔圓筒如節(jié)流器112和增加進(jìn)料壓力的組合，來增加 各噴嘴的氣流時(shí)，形成的泡是均勻的，間隔良好，直徑為約2cm。
權(quán)利要求
1.一種用于在熔融玻璃中形成許多非聚結(jié)氦氣泡流的方法，其中在給定流中的各泡具有基本上相同的尺寸，所述方法包括(A)提供含有熔融玻璃的罐；(B)提供兩個(gè)或多個(gè)穿過該罐的通道，其中每個(gè)通道終止于端面向上的開口，該開口在所述熔融玻璃的上表面以下，在所述罐中與所述熔融玻璃流體連通；(C)提供共同的氣體供應(yīng)管線和氦源，該氦源在壓力下將氣態(tài)氦供應(yīng)到所述共同的氣體供應(yīng)管線；(D)提供氣體進(jìn)料管線，其中每條氣體進(jìn)料管線與所述氣體供應(yīng)管線和不同的一個(gè)所述通道流體連通，并且在各氣體進(jìn)料管線中提供透氣性節(jié)流器，以使氦氣從所述氣體供應(yīng)管線進(jìn)入通道必須穿過透氣性節(jié)流器，進(jìn)入該節(jié)流器和所述通道末端的開口之間的空間，其中跨過所述節(jié)流器的壓降足夠高，且所述空間的體積足夠大，以使從所述通道的末端進(jìn)入所述熔融玻璃時(shí)產(chǎn)生非聚結(jié)氦氣泡；和(E)從所述源將氦氣提供給所述氣體供應(yīng)管線，其中所述氦氣通過與所述氣體進(jìn)料管線相關(guān)節(jié)流器進(jìn)入該氣體進(jìn)料管線，并從所述通道末端的開口以泡形式間歇地出現(xiàn)，該泡的尺寸是所述空間體積的函數(shù)，調(diào)節(jié)在所述氣體供應(yīng)管線中的壓力，以使所述泡空間間隔至少一半泡直徑。
2. 權(quán)利要求1的方法，其中所述在節(jié)流器和該節(jié)流器下游的通 道末端的開口之間的空間都具有相同的體積。
3. 權(quán)利要求1的方法，其中所述在節(jié)流器和該節(jié)流器下游的通 道末端的開口之間的空間不都具有相同的體積。
4. 權(quán)利要求1的方法，其中在所述氣體供應(yīng)管線中的壓力為10-200 psig。
5. 權(quán)利要求1的方法，其中所述通道末端開口的直徑為0.1-1.0 mm。
6. 權(quán)利要求1的方法，其中所述通道末端開口的直徑為0.2-0.5mm。
7. 權(quán)利要求1的方法，其中所述泡的直徑為0.5-4 cm。
8. 權(quán)利要求l的方法，其中所述泡的直徑為0.5-2 cm。
9. 權(quán)利要求1的方法，其中在氣體進(jìn)料管線中跨過所述節(jié)流器 的壓降，為從在所述開口泡形成開始至在所述開口已經(jīng)形成半球形 氣-液界面這一時(shí)間點(diǎn)，所述通道末端開口壓力增加量的至少5倍， 所述通道與所述進(jìn)料管線流體連通。
10. 權(quán)利要求1的方法，其中在氣體進(jìn)料管線中跨過所述節(jié)流器 的壓降，為從在所述開口泡形成開始至在所述開口已經(jīng)形成半球形 氣-液界面這一時(shí)間點(diǎn)，所述通道末端開口壓力增加量的至少10倍， 所述通道與所述進(jìn)料管線流體連通。
11. 權(quán)利要求1的方法，其中在氣體進(jìn)料管線中跨過所述節(jié)流器 的壓降，為從在所述開口泡形成開始至在所述開口已經(jīng)形成半球形 氣-液界面這一時(shí)間點(diǎn)，所述通道末端開口壓力增加量的至少100倍， 所述通道與所述進(jìn)料管線流體連通。
12. 權(quán)利要求1的方法，其中在所述氣體進(jìn)料管線末端的泡開始 增大超出半球形氣-液界面時(shí)，在所述管線中的節(jié)流器和所述通道末 端之間氣體進(jìn)料管線中的空間中積聚的氣體量，與在該時(shí)間和泡分 離時(shí)之間進(jìn)入所述空間的氣體量的比值為至少5: 1,所述通道與所述進(jìn)料管線流體連通。
13. 權(quán)利要求1的方法，其中在所述氣體進(jìn)料管線末端的泡開始 增大超出半球形氣-液界面時(shí)，在所述管線中的節(jié)流器和所述通道末 端之間氣體進(jìn)料管線中的空間中積聚的氣體量，與在該時(shí)間和泡分 離時(shí)之間進(jìn)入所述空間的氣體量的比值為至少10: 1,所述通道與所 述進(jìn)料管線流體連通。
14. 權(quán)利要求l的方法，其中在所述氣體進(jìn)料管線末端的泡開始 增大超出半球形氣-液界面時(shí)，在所述管線中的節(jié)流器和所述通道末 端之間氣體進(jìn)料管線中的空間中積聚的氣體量，與在該時(shí)間和泡分離時(shí)之間進(jìn)入所述空間的氣體量的比值為至少20: 1,所述通道與所 述進(jìn)料管線流體連通。
15. 權(quán)利要求1的方法，其中在所述氣體進(jìn)料管線末端的泡開始 增大超出半球形氣-液界面時(shí)，在所述管線中的節(jié)流器和所述通道末 端之間氣體進(jìn)料管線中的空間中積聚的氣體量，與在該時(shí)間和泡分 離時(shí)之間進(jìn)入所述空間的氣體量的比值為至少100: 1,所述通道與所述進(jìn)料管線流體連通。
16. 權(quán)利要求1的方法，其中從所述開口泡形成開始至在所迷開 口已經(jīng)形成半球形氣-液界面這一時(shí)間點(diǎn)，在通道末端的開口壓力增 加的量與最初開始形成泡時(shí)在所述開口的絕對壓力的比值為1: 10或 更低。
17. 權(quán)利要求1的方法，其中從所述開口泡形成開始至在所述開 口已經(jīng)形成半球形氣-液界面這一時(shí)間點(diǎn)，在通道末端的開口壓力增 加的量與最初開始形成泡時(shí)在所述開口的絕對壓力的比值為1: 100 或更j氐。
18. 權(quán)利要求1的方法，其中從所述開口泡形成開始至在所述開 口已經(jīng)形成半球形氣-液界面這一時(shí)間點(diǎn)，在通道末端的開口壓力增 加的量與最初開始形成泡時(shí)在所述開口的絕對壓力的比值為1: 1000 或更低。
19. 一種用于在熔融玻璃中形成許多非聚結(jié)氦氣泡的裝置，其中 在給定流中的各泡具有基本上相同的尺寸，所述裝置包含(A) 可容納熔融玻璃的罐；(B) 兩個(gè)或多個(gè)穿過該罐的通道，其中每個(gè)通道終止于端面向上 的開口 ，該開口與所述耀的內(nèi)4p流體連通；(C) 共同的氣體供應(yīng)管線和氦源，該氦源在壓力下將氣態(tài)氦供應(yīng) 到所述共同的氣體供應(yīng)管線；和 (D)氣體進(jìn)料管線，各氣體進(jìn)料管線與不同的一個(gè)所述通道和 與所述氣體供應(yīng)管線流體連通，其中各氣體進(jìn)料管線包含透氣性節(jié)氣性節(jié)流器，進(jìn)入所述節(jié)流器和所述通道末端的開口之間的空間， 其中跨過所述節(jié)流器的壓降足夠高，且所述空間的體積足夠大，以使從所述通道的末端進(jìn)入所述熔融玻璃時(shí)產(chǎn)生非聚結(jié)氦氣泡；其中當(dāng)從所述氦源將氦氣提供給所述氣體供應(yīng)管線時(shí)，所述氦 氣通過與氣體進(jìn)料管線相關(guān)節(jié)流器進(jìn)入所述氣體進(jìn)料管線，從所述 通道末端的開口以泡形式間歇i也出現(xiàn)，該泡的尺寸是所述空間體積 的函凄t。
20. 權(quán)利要求19的裝置，其中在節(jié)流器和該節(jié)流器下游的通道 末端的開口之間的空間都具有相同的體積。
21. 權(quán)利妻求19的裝置，其中在節(jié)流器和該節(jié)流器下游的通道 末端的開口之間的空間不都具有相同的體積。
22. 權(quán)利要求19的裝置，其中在所述通道末端的開口直徑為 O.l畫l.O mm。
23. 權(quán)利要求19的裝置，其中在所述通道的末端的開口直徑為 0.2-0.5 mm。
全文摘要
通過以控制的流速穿過節(jié)流器(12；112)進(jìn)入注入點(diǎn)(11)上游空間(13；113)，蓄積足夠體積的氣體，形成氣體例如氦氣的均勻直徑為0.5至4cm的非聚結(jié)泡，進(jìn)入流體例如熔融玻璃中。
文檔編號C03B5/193GK101208273SQ200680023040
公開日2008年6月25日 申請日期2006年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月25日
發(fā)明者J·F·佩爾頓 申請人:普萊克斯技術(shù)有限公司