[发明专利]加热元件、用于使用所述加热元件熔化材料的系统和方法

说明书

公开了一种用于在系统中使用的加热元件，该系统用于在玻璃或陶瓷材料的生产期间熔化材料。还公开了一种用于在玻璃或陶瓷材料的生产期间熔化材料的方法。加热元件包括第一耦合构件，其被配置为耦合到熔化罐的内部的第一侧面；第二耦合构件，其被配置为耦合到熔化罐的内部的第二侧面；以及在第一耦合构件和第二耦合构件之间延伸的至少一个长形条状件。该至少一个长形条状件与第一耦合构件和第二耦合构件是一体的。加热元件被配置为使得在加热操作期间，电流在加热元件的第一耦合构件和第二耦合构件之间沿着至少一个长形条状件流动，从而将热量辐射到位于熔化罐的内部的材料。

本发明总体上涉及在玻璃或陶瓷材料生产期间熔化材料的系统和方法。

玻璃(或类似的一些陶瓷材料)的常规电熔化使用直接电阻的方法，其中电极(通常是钼)被放入熔融的玻璃中，并且电流在它们之间通过。玻璃的电阻率高于电路中的电阻率，导致玻璃在电极之间加热。由各种矿物(但主要是硅砂)组成的玻璃配合料被馈送到熔融的玻璃的顶部，并被加热直至其熔融，形成新的玻璃。

与例如气体熔化相比，以这种方式熔化玻璃是清洁且相对高效的。然而，由于热量损失，这种方法仍然是低效的。也就是说，电极之间被加热的区域相对薄/浅，并且依靠传导(以及程度小得多的对流)来加热其上方的玻璃配合料。玻璃是热量的不良导体，因此以这种方式熔化玻璃需要具有大表面积的浅熔化罐，以获得生产过程所需的玻璃量。因此，热量损失很大。

加热玻璃的替代方法包括使用加热元件。加热元件具有的优点是，被熔化的材料(例如玻璃)的电导率通常是无关紧要的，并且允许具有不同电导率的多种材料从冷开始熔化。这种加热元件包括导体材料。当电流通过加热元件时，导体材料的电阻导致加热元件变热(heat up)并随后加热周围的材料。已知的加热元件存在几个问题。此类问题中的一个问题是，加热元件内或加热元件的单独部件之间的差异电阻(differential resistance)可能导致加热元件“烧坏”或氧化。例如，包括夹紧/耦合在一起的单独加热构件集合的加热元件可能容易受到这种烧坏的影响，其中它们之间的夹紧/耦合导致了差异电阻。类似地，具有不均匀尺寸(例如，厚度在其长度上相差3％)的加热元件可能导致差异电阻和烧坏。

另一个问题是，在已知的布置中，加热元件阵列或加热元件内的单独部件在它们变热时可能产生大的磁场。这种磁场可能导致加热元件和/或加热元件阵列作为整体发生变形。

期望提供一种用于熔化材料的改进系统，以减轻上述问题。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于在系统中使用的加热元件，该系统用于在玻璃或陶瓷材料的生产期间熔化材料，该加热元件包括：

第一耦合构件，其被配置为耦合到熔化罐的内部的第一侧面；

第二耦合构件，其被配置为耦合到熔化罐的内部的第二侧面；和

在第一耦合构件和第二耦合构件之间延伸的至少一个长形条状件，其中，至少一个长形条状件与第一耦合构件和第二耦合构件是一体的，

其中，加热元件被配置为使得在加热操作期间，电流在加热元件的第一耦合构件和第二耦合构件之间沿着至少一个长形条状件流动，从而将热量辐射到位于熔化罐的内部的材料。

适当地，至少一个长形条状件在第一耦合构件和第二耦合构件之间遵循非线性路径。

适当地，至少一个长形条状件是波纹状的。

适当地，加热元件包括在第一耦合构件和第二耦合构件之间延伸的至少两个长形条状件，其中至少两个长形条状件与第一耦合构件和第二耦合构件是一体的。

适当地，加热元件内相邻长形条状件的长形轴线基本上平行，其中相邻长形条状件的波纹沿着它们的长形轴线发生偏离。

适当地，加热元件至少部分地涂覆有非氧化涂层。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于在玻璃或陶瓷材料的生产期间熔化材料的系统，该系统包括：