KR102515742B1 - 동심 다중관 버너를 이용한 글래스 수트 제조방법 - Google Patents
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Abstract
동심 다중관 버너를 이용하여 기체상 합성법에 의해 글래스 미립자를 퇴적시켜 글래스 수트를 제조하는 방법이 제공된다. 동심 다중관 버너는 3개의 화염 형성 포트를 구비한다. 중심 포트의 두 번째 불활성 가스 분출구의 유량을 기준으로 동심 다중관 버너의 다른 분출구로부터 분출되는 가스들의 유량이 결정된다.
동심 다중관 버너를 이용하여 글래스 수트를 제조할 때 원료 수율을 높일 수 있다.
동심 다중관 버너를 이용하여 글래스 수트를 제조할 때 원료 수율을 높일 수 있다.
Description
본 발명은 다중관 버너를 이용하여 글래스 수트를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 더 구체적으로는, 동심 다중관 버너를 이용하여 기체상 합성법에 의해 글래스 미립자를 퇴적시켜 글래스 수트를 제조하는 방법에 관한 것이다.
기체상 합성법(vapor phase synthesis method)은, 기체 상태의 유리 원료 및 화염 형성을 위한 가스를 버너로 분출시키고, 형성된 화염 중에서 유리 원료 가스를 가수분해 하는 것에 의해 글래스 미립자를 형성하고, 이 글래스 미립자를 회전하는 출발재료의 주위 또는 선단에 퇴적시켜 글래스 수트(soot)를 제조하는 방법이다. 이러한 글래스 수트는 광섬유, 포토마스크용 유리 기판, 광학 디바이스 등 다양한 글래스 물품을 제조하기 위한 전구체(precursor)이다.
일본공개특허 특개평04-147965호에는 동심 다중관 버너를 이용하여 글래스 수트를 제조하는 방법이 개시되어 있다. 개시된 방법에서, 버너는 동심원상으로 형성되며, 복수층의 화염 형성 포트를 포함한다. 각 화염 형성 포트는 복수개의 분출구를 구비하며, 가연성 가스 및 연소지지 가스가 각 포트의 분출구로부터 분출되어 서로 혼합됨으로써 화염을 형성한다. 일반적으로 유리 원료 가스는 중심 포트에서만 분출된다.
이러한 기체상 합성법에서, 원료 등의 효과적인 혼합은 입자 유리 생성 효율의 개선 및 원료 수율의 개선에 필수적이다.
본 발명은, 동심 다중관 버너를 이용하여 글래스 수트를 원료 수율이 높게 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 다중관 버너를 이용하여 글래스 수트를 제조하는 방법으로서, 상기 다중관 버너는, 유리 원료 가스 및 1차-화염을 형성하기 위한 가스가 분출되는 중심 포트, 상기 중심 포트의 바깥쪽에 배치되고, 2차-화염을 형성하기 위한 가스가 분출되는 제2-화염 형성 포트, 및, 상기 2차-화염 형성 포트의 바깥쪽에 배치되고, 3차-화염을 형성하기 위한 가스가 분출되는 3차-화염 형성 포트를 포함하며, 상기 중심 포트는 2개의 불활성 가스 분출구를 구비하고, 2번째 불활성 가스 분출구는 상기 중심 포트의 가장 바깥쪽에 배치되며, 상기 중심 포트에서 분출되는 유리 원료 가스의 유량은 상기 중심 포트의 상기 2번째 불활성 가스 분출구로부터 분출되는 불활성 가스의 유량의 3.25~3.75배인 다중관 버너를 이용하는 글래스 수트 제조방법이 제공된다.
상기 3차-화염 형성 포트는 2개 이상의 불활성 가스 분출구를 구비하는 것이고, 상기 3차-화염 형성 포트의 각 불활성 가스 분출구로부터 분출되는 불활성 가스의 유량은 상기 중심 포트의 상기 2번째 불활성 가스 분출구로부터 분출되는 불활성 가스의 유량의 3.5~6.5배인 것이 좋다.
상기 각 포트는 1개 이상의 가연성 가스 분출구를 구비하고, 상기 중심 포트의 각 가연성 가스 분출구로부터 분출되는 가연성 가스의 유량은 상기 중심 포트의 상기 2번째 불활성 가스 분출구로부터 분출되는 불활성 가스의 유량의 2.4~2.6배이며, 상기 2차-화염 형성 포트의 각 가연성 가스 분출구로부터 분출되는 가연성 가스의 유량은 상기 중심 포트의 상기 2번째 불활성 가스 분출구로부터 분출되는 불활성 가스의 유량의 20~35배이고, 상기 3차-화염 형성 포트의 각 연료 가스 분출구로부터 분출되는 가연성 가스의 유량은 상기 중심 포트의 상기 2번째 불활성 가스 분출구로부터 분출되는 불활성 가스의 유량의 35~40배인 것이 바람직하다.
본 발명에 의하여, 동심 다중관 버너를 이용하여 글래스 수트를 제조할 때 원료 수율을 높일 수 있다.
도 1은 기체상 합성법에 의하여 글래스 수트를 제조하는 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 글래스 수트 제조방법에서 이용되는 동심 다중관 버너의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 글래스 수트 제조방법에 따른 포집율 및 종래의 방법에서의 포집율을 비교하는 그래프이다.
도 2는 본 발명에 따른 글래스 수트 제조방법에서 이용되는 동심 다중관 버너의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 글래스 수트 제조방법에 따른 포집율 및 종래의 방법에서의 포집율을 비교하는 그래프이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 동일하거나 유사한 구성요소에 대해서는 동일 또는 유사한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략한다. 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않는다.
“제1”, “제2” 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이러한 용어들은 하나의 요소를 다른 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용되며 해당되는 요소들은 이러한 용어들에 의해 한정되지 않는다. 단수의 표현은, 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 "포함한다", "구비한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 한정하려는 것으로 이해되어야 하며, 하나 이상의 다른 특징들이나 단계, 요소 또는 이들을 조합한 것들이 존재할 또는 부가될 가능성을 배제하려는 것은 아니다.
도 1은 기체상 합성법에 의하여 글래스 수트를 제조하는 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
동심 다중관 버너(100)는 복수개의 화염 형성 포트를 포함하고, 각 화염 형성 포트는 복수개의 분출구를 구비한다. 분출구로부터 분출되는 가연성 가스 및 연소 지지 가스가 서로 혼합됨으로써 화염(F)을 형성한다. 형성된 화염 중에서 유리 원료 가스가 가수분해되어 글래스 미립자가 형성되고, 이 글래스 미립자를 회전하는 출발재료(도시되지 않음)의 선단에 퇴적시켜 글래스 수트(GS)가 제조된다.
도 2는 본 발명에 따른 글래스 수트 제조방법에서 이용되는 동심 다중관 버너의 일 예가 개략적으로 도시되어 있다.
도시된 실시예에서, 동심 다중관 버너(100)는 3개의 화염 형성 포트(110, 120, 130)를 이루는 17개의 분출구를 포함한다. 도면에서, 각 분출구의 좌측에는 해당 분출구의 순번이 표시되어 있고, 우측에는 해당 분출구로부터 분출되는 가스의 종류가 기재되어 있다. 참조부호 S는 SiO2와 같은 유리 원료 가스를 나타내고, 참조부호 H는 수소 등의 가연성 가스를 나타내며, 참조부호 O는 연소지지 가스로서 예를 들어 산소를 나타내고, 참조부호 A는 불활성 가스, 예를 들어 아르곤(Ar) 가스를 나타낸다. 각 참조부호에 붙은 숫자는 해당 가스의 안쪽으로부터의 순서를 나타낸다. 중심 포트의 불활성 가스 분출구로서 참조부호 A8으로 표시된 분출구는 순서에서 벗어나 있는데, 이에 대해서는 후술하는 본 발명에 따른 글래스 수트 제조방법의 실시예에서 설명한다.
동심 다중관 버너의 각 포트에 대하여 설명하면 다음과 같다.
중심 포트(110)는 유리 원료 가스 및 1차-화염을 형성하기 위한 가스가 분출되는 5개의 분출구를 구비한다. 중심 포트(110)의 안쪽으로부터 순서대로, 유리원료 가스와 가연성 가스의 혼합 가스 분출구(S1+H1), 가연성 가스 분출구(H2), 첫 번째 불활성 가스 분출구(A1), 연소지지 가스 분출구(O1) 및 두번째 불활성 가스 분출구(A8)가 배치된다.
제2-화염 형성 포트(120)는 중심 포트(110)의 바깥쪽에 배치되고, 2차-화염을 형성하기 위한 가스 및 불활성 가스가 분출되는 4개의 분출구를 구비한다.
3차-화염 형성 포트(130)는 2차-화염 형성 포트(120)의 바깥쪽에 배치되고, 3차-화염을 형성하기 위한 가스 및 불활성 가스가 분출되는 8개의 분출구를 구비한다. 도시된 실시예에서, 3차-화염 형성 포트는 4개의 불활성 가스 분출구를 구비한다.
도 2에 도시된 17중관 동심 다중관 버너를 이용한 2개의 제조장치 및 이의 비교예로서 16중관 동심 다중관 버너를 이용하는 다른 2개의 제조장치에서 각각 글래스 수트를 제조한 경우의 Si 포집율이 도 3에 도시되어 있다. 그래프에서, 수평축은 Si 포집율을 나타내며, 수직축은 해당 포집율을 나타낸 글래스 수트 제품의 수를 나타낸다. 비교예에서 이용된 16중관 동심 다중관 버너는, 도 2에 도시된 버너의 분출구 중에서 참조부호 A8로 표시된 중심 포트의 두 번째 불활성 가스 분출구가 생략된 버너이다. 장치 1 및 장치 2에서는 16중관 동심 다중관 버너를 이용하여 글래스 수트를 제조하였으며, 장치 3 및 장치 4에서는 본 발명에 따른 17중관 동심 다중관 버너를 이용하여 글래스 수트를 제조하였다. 또한, 동일한 제조장치에서의 비교를 위하여, 장치 4에서 16중관 동심 다중관 버너를 이용하여 글래스 수트를 제조한 경우를 그래프에 나타내었다.
그래프에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 17중관 동심 다중관 버너를 이용하여 글래스 수트를 제조하는 경우에 16중관 동심 다중관 버너를 이용하여 글래스 수트를 제조하는 것에 비하여 Si 포집율이 높게 나타났다.
아래 표들에서는 장치 4에서 각 분출구의 유량 간의 관계를 정리하여 나타내었다.
표 1 내지 표 4는, 장치 4에서 이용된 17중관 버너의 각 가스 분출구에서 유량의 관계를 나타낸다. 각 분출구에서의 유량은 중심 포트(110)의 두 번째 불활성 가스 분출구의 유량(V)을 기준으로 표시하였다. 장치 4에서 16중관 버너를 이용한 경우는 Si 포집율이 47로 나타나 있다.
| 포트 | S1 | H1 | H2 | |||
| Si 포집률 | 3.5V | 4.0V | 2.2V | 2.6V | 2.1V | 2.4V |
| 47 | 1 | 1 | 1 | |||
| 52 | 1 | 1 | 1 | |||
| 54 | 1 | 1 | 1 | |||
| 1 | 1 | 1 | ||||
| 55 | 1 | 1 | 1 | |||
| 1 | 1 | 1 | ||||
| 56 | 1 | 1 | 1 | |||
| 1 | 1 | 1 | ||||
| 1 | 1 | 1 | ||||
| 1 | 1 | 1 | ||||
| 1 | 1 | 1 | ||||
| 1 | 1 | 1 | ||||
| 58 | 1 | 1 | 1 | |||
표 1로부터, 중심 포트(110)에서 분출되는 유리 원료 가스의 유량은 2번째 불활성 가스 분출구(A8)로부터 분출되는 불활성 가스의 유량의 3.5배임을 알 수 있다. 이 유량으로부터 위아래로 0.25배 정도의 범위 내에서 유리 원료 가스가 공급되더라도 적당한 Si 포집율을 달성할 수 있는 것으로 파악되었다. 또한, 중심 포트(110)의 각 가연성 가스 분출구로부터 분출되는 가연성 가스의 유량은 중심 포트(110)의 2번째 불활성 가스 분출구로부터 분출되는 불활성 가스의 유량의 약 2.4~2.6배로 나타난다.
| 포트 | A8 | A4 | A5 | A6 | A7 | ||||
| Si 포집률 | V | 3.5V | 4.75V | 5.0V | 6.5V | 3.0V | 3.5V | 3.0V | 3.5V |
| 47 | - | 1 | 1 | 1 | 1 | ||||
| 52 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | ||||
| 54 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | ||||
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | |||||
| 55 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | ||||
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | |||||
| 56 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | ||||
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | |||||
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | |||||
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | |||||
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | |||||
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | |||||
| 58 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | ||||
표 2로부터, 3차-화염 형성 포트(130)의 각 불활성 가스 분출구(A4-A7)로부터 분출되는 불활성 가스의 유량은 중심 포트(110)의 2번째 불활성 가스 분출구로부터 분출되는 불활성 가스의 유량의 약 3.5~6.5배임을 알 수 있다.
| 포트 | H3 | |||||
| Si 포집률 | 20.9V | 21.0V | 21.1V | 21.2V | 21.3V | 34.6V |
| 47 | 1 | |||||
| 52 | 1 | |||||
| 54 | 1 | |||||
| 1 | ||||||
| 55 | 1 | |||||
| 1 | ||||||
| 56 | 1 | |||||
| 1 | ||||||
| 1 | ||||||
| 1 | ||||||
| 1 | ||||||
| 1 | ||||||
| 58 | 1 | |||||
표 3으로부터, 2차-화염 형성 포트(120)의 가연성 가스 분출구로부터 분출되는 가연성 가스의 유량은 중심 포트(110)의 2번째 불활성 가스 분출구로부터 분출되는 불활성 가스의 유량의 약 20~35배임을 알 수 있다.
| 포트 | H4 | H5 | |||||||||
| Si 포집률 | 34.8V | 35.0V | 35.3V | 36.1V | 37.4V | 37.8V | 37.9V | 37.9V | 38.1V | 39.0V | 40.5V |
| 47 | 1 | 1 | |||||||||
| 52 | 1 | 1 | |||||||||
| 54 | 1 | 1 | |||||||||
| 1 | 1 | ||||||||||
| 55 | 1 | 1 | |||||||||
| 1 | 1 | ||||||||||
| 56 | 1 | 1 | |||||||||
| 1 | 1 | ||||||||||
| 1 | 1 | ||||||||||
| 1 | 1 | ||||||||||
| 1 | 1 | ||||||||||
| 1 | 1 | ||||||||||
| 58 | 1 | 1 | |||||||||
표 4로부터, 3차-화염 형성 포트(130)의 가연성 가스 분출구로부터 분출되는 가연성 가스의 유량은 중심 포트(110)의 2번째 불활성 가스 분출구로부터 분출되는 불활성 가스의 유량의 약 35~40배임을 알 수 있다.
전술한 상세한 설명은 어떤 면에서도 제한적으로 해석되어서는 아니되며 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
Claims (3)
- 동심 다중관 버너를 이용하여 글래스 수트를 제조하는 방법으로서,
상기 동심 다중관 버너는, 유리 원료 가스 및 1차-화염을 형성하기 위한 가스가 분출되는 중심 포트, 상기 중심 포트의 바깥쪽에 배치되고, 2차-화염을 형성하기 위한 가스가 분출되는 제2-화염 형성 포트, 및 상기 2차-화염 형성 포트의 바깥쪽에 배치되고, 3차-화염을 형성하기 위한 가스가 분출되는 3차-화염 형성 포트를 포함하며,
상기 중심 포트는 2개의 불활성 가스 분출구를 구비하고, 2번째 불활성 가스 분출구는 상기 중심 포트의 가장 바깥쪽에 배치되며,
상기 중심 포트에서 분출되는 유리 원료 가스의 유량은 상기 중심 포트의 상기 2번째 불활성 가스 분출구로부터 분출되는 불활성 가스의 유량의 3.25~3.75배인
동심 다중관 버너를 이용하는 글래스 수트 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 3차-화염 형성 포트는 2개 이상의 불활성 가스 분출구를 구비하고,
상기 3차-화염 형성 포트의 각 불활성 가스 분출구로부터 분출되는 불활성 가스의 유량은 상기 중심 포트의 상기 2번째 불활성 가스 분출구로부터 분출되는 불활성 가스의 유량의 3.5~6.5배인 것
을 특징으로 하는 동심 다중관 버너를 이용하는 글래스 수트의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 각 포트는 1개 이상의 가연성 가스 분출구를 구비하고,
상기 중심 포트의 각 가연성 가스 분출구로부터 분출되는 가연성 가스의 유량은 상기 중심 포트의 상기 2번째 불활성 가스 분출구로부터 분출되는 불활성 가스의 유량의 2.4~2.6배이며,
상기 2차-화염 형성 포트의 각 가연성 가스 분출구로부터 분출되는 가연성 가스의 유량은 상기 중심 포트의 상기 2번째 불활성 가스 분출구로부터 분출되는 불활성 가스의 유량의 20~35배이고,
상기 3차-화염 형성 포트의 각 연료 가스 분출구로부터 분출되는 가연성 가스의 유량은 상기 중심 포트의 상기 2번째 불활성 가스 분출구로부터 분출되는 불활성 가스의 유량의 35~40배인 것
을 특징으로 하는 동심 다중관 버너를 이용하는 글래스 수트의 제조방법.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/KR2020/019136 WO2022139041A1 (ko) | 2020-12-24 | 2020-12-24 | 다중관 버너를 이용한 글래스 수트 제조방법 |
| KR1020200183148A KR102515742B1 (ko) | 2020-12-24 | 2020-12-24 | 동심 다중관 버너를 이용한 글래스 수트 제조방법 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020200183148A KR102515742B1 (ko) | 2020-12-24 | 2020-12-24 | 동심 다중관 버너를 이용한 글래스 수트 제조방법 |
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| KR20220091929A KR20220091929A (ko) | 2022-07-01 |
| KR102515742B1 true KR102515742B1 (ko) | 2023-03-31 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020200183148A KR102515742B1 (ko) | 2020-12-24 | 2020-12-24 | 동심 다중관 버너를 이용한 글래스 수트 제조방법 |
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| WO (1) | WO2022139041A1 (ko) |
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-
2020
- 2020-12-24 WO PCT/KR2020/019136 patent/WO2022139041A1/ko active Application Filing
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