KR20040013610A - 엠씨브이디 설비용 슈트막힘 방지장치에 있어서 내외부튜브의 회전속도차이를 이용한 슈트막힘 방지장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 MCVD 설비용 슈트막힘 방지장치에 있어서 내외부 튜브의 회전속도차이를 이용한 슈트막힘 방지장치는, 광섬유모재로 사용되는 석영튜브(10)에 연장형성된 외부튜브(100), 상기 외부튜브(100)에 삽입설치되며 주입되는 가스들을 배출하기 위한 내부튜브(200) 및 상기 외부튜브(100)와 내부튜브(200)를 서로 상대적으로 회전하도록 하기 위한 회전수단(130)을 포함한다.

Description

엠씨브이디 설비용 슈트막힘 방지장치에 있어서 내외부 튜브의 회전속도차이를 이용한 슈트막힘 방지장치{Prevention device of soot blocking by using the difference of rotation speed between inner and outer tube in MCVD equipment}
본 발명은 엠씨브이디 설비용 슈트제거장치에서 내외부 튜브의 회전속도차이를 이용한 슈트막힘 방지장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 상기 엠씨브이디 공법을 이용하여 광섬유모재를 제조할 때 발생되는 슈트가 내부튜브로 배출되지 못하고 외부튜브로 유입되어 퇴적되거나 또는 그 경계지점에 증착되어 가스흐름을 방해하는 것을 방지하기 위한 슈트막힘 방지장치에 관한 것이다.
일반적으로 광섬유를 제조하기 위한 전구체인 광섬유모재는 광섬유의 대부분을 이루고 있는 실리카성분과 굴절율을 조절하기 위한 도펀트 및 반응을 촉진시키는 화학물질들간에 화학반응을 통하여 제조되며, 이러한 반응을 이용하여 광섬유 프리폼을 제조하는 방법으로는 수정 화학 기상 증착공법(Modified Chemical Vapour Deposition 이하;MCVD), 외부증착법(OVD), 기상축증착법(VAD)등이 있다.
여기서, MCVD공법이란 석영튜브 속에 SiCl4나 GeCl4와 산소가스를 동시에 불어 넣고 외부로부터 열을 가함으로써 열산화반응을 일으켜 투명한 유리막을 증착시키는 방법을 말한다.
상기 MCVD공법에서 입자부착에 관한 메커니즘은 열영동현상(Thermophoresis)으로 미세한 입자가 온도구배가 있는 기체 중에 있을 때 그 입자가 기체 분자와의 운동량 교환으로 입자가 온도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하여 증착하는 것을 말하여 특히, MCVD공법에 있어서 SiO2를 주재료로 하는 모재내의 굴절율 조절은 각 부착층마다 SiCl4, GeCl4의 양을 조절하여 원하는 분포를 만들며, 이때 슈트입자를 석영튜브의 내벽 바깥부분을 먼저 증착하고 나중에 중심부분을 증착한다.
하지만, 석영튜브에 입자가 증착되는 효율은 매우 낮아서 40~ 50% 정도에 불과하기 때문에 석영튜브에 증착되지 못한 슈트들은 기체의 흐름을 따라서 배기튜브를 통하여 배출되어야 된다. 그러나, 증착되지 못한 슈트들은 여전히 높은 온도구배를 가지고 있으며 배기튜브의 온도 역시 열영동현상이 발생할 수 있을 만큼 충분히 낮아서 또 다른 열영동을 유도할 수 있을 뿐 아니라, 배기튜브 또한 슈트와 동일한 재질의 실리카로 제조되어 있으므로 슈트가 쉽게 부착되며 이를 효율적으로 배출구로 유도하지 못할 경우 공정이 중단되거나 모재 불량이 발생하게 된다.
또한, 상기 배기튜브의 내부는 증착조건이 균일하도록 최대한 안정된 유동흐름을 유지하기 때문에 보조가스가 유입되는 경계지점에서는 슈트가 나뭇가지 모양으로 길게 자라는 현상이 발생하며, 이것이 또한 모재 불량의 원인이 되었다.
도 1을 참조해서 좀 더 자세히 설명하면, 석영튜브(1)에 연장설치되는 배기튜브(2)와 내부튜브(3)는 척(4)에 고정되고 모터(5)에 의해 함께 회전하게 된다. 아울러, 배기튜브(2)에는 가스주입구(6)를 통해 보조가스가 유입되면서 미증착 슈트 및 잔존 반응가스를 내부튜브(3)을 거쳐 배출구(7)로 빠져나가도록 유도하게 된다. 이때, 상술한 바와 같이 상기 배기튜브(2)와 내부튜브(3)는 동일한 속도로 회전하고, 보조가스가 가스흐름의 반대방향으로 유입되기 때문에 그 경계지점에서 배출가스의 정체로 인한 미증착 슈트들의 증착이 용이하게 발생하게 되며, 나아가 동일하게 회전하는 배기튜브(2)와 내부튜브(3)는 슈트들의 성장에 의해 결국 튜브 내부가 막히는 문제점이 발생하였다.
선행기술의 또 다른 예로서, 슈트가 쌓이는 부분에 슈트의 제거를 위한 봉을설치하여 주기적으로 증착된 슈트를 긁어내거나, 또는 구조를 변경하여 가스의 정체구역을 최소화 함으로서 슈트에 의한 배출구 막힘을 개선하고자 시도하고 있으나, 근본적으로 상기 문제들을 해결하지 못하고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 배기튜브와 그 내부에 삽입되는 내부튜브를 별도의 회전모터에 연결하여 서로 상대적으로 회전하도록 함으로써, 두 튜브의 경계지점에 발생하는 슈트입자의 성장에 의한 배기구의 흐름 저하 및 막힘현상을 줄일 수 있는 MCVD 설비용 슈트제거장치에 있어서 내외부 튜브의 회전속도차이를 이용한 슈트막힘 방지장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 종래의 배기슈트막힘 방지장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 슈트막힘 방지장치를 나타낸 도면이다.
<도면 주요 참조부호에 대한 설명>
10..석영튜브 20..보조가스주입구 30..배출구
100..외부튜브 110..외부튜브회전모터 120..외부튜브고정척
130..회전수단 150..로터리조인트 200..내부튜브
210..내부튜브회전모터 220..내부튜브고정척
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 MCVD 설비용 슈트막힘방지장치에 있어서 내외부 튜브의 회전속도차이를 이용한 슈트막힘 방지장치는, 광섬유모재로 사용되는 석영튜브에 연장형성된 외부튜브, 상기 외부튜브에 삽입설치되며 주입되는 가스들을 배출하기 위한 내부튜브 및 상기 외부튜브와 내부튜브를 서로 상대적으로 회전하도록 하기 위한 회전수단을 포함한다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 개략도를 나타낸 도면이다. 이를 참조해서 설명하면, 본 발명의 슈트막힘 방지장치는 외부튜브(100), 내부튜브(200) 및 상기 튜브(100,200)를 홀딩하며 회전시키기위한 회전수단(130)으로 구성되어 있으며, 이때 상기 내부튜브(200)는 외부튜브(100)의 내부에 격납되도록 설치된다.
MCVD공법에 있어서 상기 외부튜브(100)는 배기튜브(exhaust tube)라고도 불리며, 반응가스인 SiCl4, GeCl4및 산소가스가 투입되어 배출구(30)로 이동되면서 외부열원에 의해 생성되는 슈트입자(soot)들이 증착하는 석영튜브(10)에 연장설치되어 있다.
또한, 상기 내부튜브(200)는 외부열원에 의해 산화반응하면서 발생된 슈트입자(soot) 중 상기 석영튜브(10)에 증착되지 못한 슈트입자들을 외부로 배출하기 위한 연결 튜브로서 상기 외부튜브(100)의 내부에 삽입설치된다. 아울러, 상기 외부튜브(100)에는 보조가스주입구(20)가 연결되어 상기 반응가스의 흐름과 역방향으로 질소, 압축산소 등의 보조가스가 투입되어 반응가스 및 미증착된 슈트입자들이 상기 내부튜브(200)를 통해 원활히 외부로 배출되도록 유도한다.
본 발명에 따르면, 상기 외부튜브(100)와 내부튜브(200)의 경계지점에서 발생하는 슈트의 성장을 억제하기 위하여 튜브(100,200)가 상대적으로 회전 가능하도록 회전수단(130)을 설치한다. 즉, 상기 회전수단(130)은 상기 외부튜브(100)를 회전시키기 위한 외부튜브회전모터(110)와, 상기 내부튜브(200)를 회전시키기 위한 내부튜브회전모터(210)를 별도로 포함하며, 이 모터(110,210)들은 상기 튜브 (100,200)를 각각 홀딩하는 고정척(120, 220)에 연결된다. 이때, 상기 튜브(100,200)는 실링을 실시하여 가스의 유출을 방지하는 것이 바람직하며, 상기 내부튜브(200)의 실링시 내부튜브와 외부튜브가 상대적으로 회전이 가능하도록 로터리 조인트(Rotary joint)(150)를 채용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 외부튜브(100)에 삽입설치된 내부튜브(200)가 서로 중심축이 어긋날 경우 편심회전하는 내부튜브(200)의 종단이 미증착 슈트입자들의 흐름에 노출되어 슈트입자들이 증착될 수 있으므로, 두 튜브(100, 200)의 회전중심을 맞추기 위한 센터정렬장치를 설치하는 것이 바람직하다.
그러면, 상기와 같은 구성을 가진 본 발명에 따른 MCVD 설비용 슈트 제거장치에 있어서 내외부 튜브의 회전속도차이를 이용한 슈트막힘 방지장치의 동작을 살펴보기로 한다.
외부튜브(100)와 내부튜브(200)는 각각 고정척(120,220)에 홀딩됨과 동시에 회전모터(110,210)에 의해 회전하게 된다. 예컨대, 외부튜브회전모터(110)는 회전에 의해 외부열원의 열이 석영튜브(10)상에 균일하게 퍼지도록하여 슈트입자들이 용이하게 석영튜브에 증착되도록 한다. 아울러, 내부튜브회전모터(210)는 상기 외부튜브회전모터(110)와 바람직하게는 서로 반대 방향 또는 서로 다른 회전속도로 회전하여, 상기 외부튜브(100)와 내부튜브(200)의 경계지점에 적층되는 슈트입자들이 증착 및 성장하는 것을 원칙적으로 예방하게 된다.
다른 한편으로, 본 발명에 따르면 외부튜브(100)와 내부튜브(200)의 상대적인 회전에 의하여 경계지점에 국부적인 와류 유동이 발생하게 된다. 따라서, 이 와류 유동에 의해 슈트입자들은 더욱 원활히 배출될 수 있으며, 외부튜브(100)로 주입되는 비교적 차가운 가스에 의해 발생하기 쉬운 열영동현상을 방지하여 미증착 슈트가 튜브 내부에 증착하려는 경향을 최소화 할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
본 발명의 MCVD 설비용 슈트제거장치에 있어서 내외부 튜브의 회전속도차이를 이용한 슈트막힘 방지장치에 따르면, 내부튜브와 외부튜브를 고정하는 척과 모터를 따로 설치하여 두 튜브의 회전을 서로 상이하게 함으로서 경계지점에 발생하는 슈트의 적층에 따른 튜브의 막힘현상을 효율적으로 방지할 수 있으며, 석영튜브내에 증착되는 입자의 거동을 항상 균일하게 유지할 수 있게 되어 광섬유의 품질 및 수율을 향상시킬 수 있다.

Claims (7)

  1. MCVD 설비용 슈트막힘 방지장치에 있어서,
    광섬유모재로 사용되는 석영튜브(10)에 연장형성된 외부튜브(100);
    상기 외부튜브(100)에 삽입설치되며 주입되는 가스들을 배출하기 위한 내부튜브(200);및
    상기 외부튜브(100)와 내부튜브(200)를 서로 다른 속도로 회전시키는 회전수단(130);을 포함하는 것을 특징으로 하는 슈트막힘 방지장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 회전수단(130)은 상기 외부튜브(100)를 홀드하기 위한 외부튜브고정척 (120)과 상기 외부튜브를 회전시키기 위한 외부튜브회전모터(110)와, 상기 내부튜브(200)를 홀드하기 위한 내부튜브고정척(220)과 상기 내부튜브를 회전시키기 위한 내부튜브회전모터(210)로 구성되는 것을 특징으로 하는 슈트막힘 방지장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 외부튜브(100) 및 상기 내부튜브(200)를 상대적으로 회전시키기 위한 수단으로서 로터리조인트(150)를 구성하는 것을 특징으로하는 슈트막힘 방지장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 외부튜브(100)와 내부튜브(200)의 회전축을 일치시키도록 하는 센터정렬장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 슈트막힘 방지장치.
  5. MCVD 설비용 슈트막힘 방지장치에 있어서,
    광섬유모재로 사용되는 석영튜브(10)에 연장형성된 외부튜브(100);
    상기 외부튜브(100)에 삽입설치되며 주입되는 가스들을 배출하기 위한 내부튜브(200);및
    상기 외부튜브(100)와 내부튜브(200)를 서로 반대 방향으로 회전시키는 회전수단(130);을 포함하는 것을 특징으로 하는 슈트막힘 방지장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 회전수단(130)은 상기 외부튜브(100)와 내부튜브(200)를 서로 다른 속도로 회전시키는 것을 특징으로 하는 슈트막힘 방지장치.
  7. 제 5항 또는 제 6항에 있어서,
    상기 외부튜브(100)와 내부튜브(200)의 회전축을 일치시키도록 하는 센터정렬장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 슈트막힘 방지장치.
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