KR20040095428A - 다공질 유리 모재 원료 가스의 공급 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 과제는 광섬유의 원재가 되는 다공질 유리 모재를 기상 합성하는 버너로, 액적을 포함하지 않은 원료 가스를 공급하는 장치를 제공하는 것이다.

다공질 유리 모재 원료 가스의 공급 장치는, 기상 합성되는 다공질 유리 모재의 원료액(16)의 기화기(14)가, 기화된 원료 가스의 송출 배관(18)을 거쳐 원료 가스 중 액적을 제거하는 노크 아웃 용기(19)에 접속하고, 노크 아웃 용기(19)가, 원료 가스의 공급 배관(20)을 거쳐 다공질 유리 모재 합성 버너(25)에 접속하고 있다.

Description

다공질 유리 모재 원료 가스의 공급 장치{FEEDING DEVICE OF POROUS GLASS PREFORM MATERIAL GAS}

본 발명은, 광섬유의 원재료가 되는 다공질 유리 모재를 기상(氣相) 합성하는 버너로, 원료 가스를 공급하는 장치에 관하 것이다.

광섬유는, 상온 상압에서 액상인 테트라클로로실란이나 테트라클로로게르마늄과 같은 원료액이 기화된 원료 가스를 버너의 산수소 화염에 의해 가수 분해시켜, 생성한 유리 미립자를 퇴적시키는 기상 합성에 의해 얻은 다공질 유리 모재를원재료로 하고 있다. 이 모재를 소결하여 탈수 및 투명 유리화하고, 연신 후, 선으로 뽑으면 광섬유를 얻을 수 있다.

이 원료액은, 가열하여 비등시키는 기화기에 의해 기화되어 단일 조성의 원료 가스가 되거나, 캐리어 가스인 아르곤 가스나 산소 가스로 버블링하는 기화기에 의해 기화되어 평형 증기압의 분압을 갖는 원료 가스가 되거나 한 후, 가스 유량이 조정되어 버너로 공급된다.

원료 가스는 기화시에 비등한 거품이나 버블링한 기포가 원료액의 액면에서 튀어 비산한 미스트라 불리우는 미소한 액적을 소량 포함하고 있다. 이 액적은 원료액 중의 고비점물(高費點物)이나 고형물의 불순 이물질이 혼합되어 있는 일도 있다.

버너로 공급되는 원료 가스가 액적을 포함하고 있으면, 버너로의 유량을 조정하는 매스 플로우 제어기(질량 유량 제어 장치), 필터, 배관 등의 정밀한 공급 경로에 액적이 부착되는 결과 원료 가스가 유량 변동되거나, 액적 중 불순 이물질이 막히는 결과 원료 가스가 흘러 없어지거나 하여, 다공질 유리 모재가 안정되게 형성될 수 없게 된다. 또한, 공급 경로가 일단 폐색되어 버리면, 폐색 부분을 교체해야 하고, 번거로운데다가 막대한 비용이 들게 된다.

본 발명은 상기한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 광섬유의 원재료가 되는 다공질 모재를 기상 합성하는 버너로, 액적을 포함하지 않은 원료 가스를 공급하는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도1은 본 발명을 적용하는 다공질 유리 모재 원료액의 공급 장치의 실시예를 도시한 골격 구성도.

도2는 본 발명을 적용하는 다공질 유리 모재 원료액의 공급 장치의 다른 실시예를 도시한 부분 골격 구성도.

도3은 본 발명을 적용하는 다공질 유리 모재 원료액의 공급 장치의 다른 실시예를 도시한 부분 골격 구성도.

도4는 본 발명을 적용하는 다공질 유리 모재 원료액의 공급 장치의 다른 실시예를 도시한 부분 골격 구성도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

11 : 저장 용기

12 : 원료액

13 : 유량 조정 밸브

14 : 기화기

15 : 공간

16 : 원료액

17 : 열원

18 : 원료 가스 송출 배관

19 : 노크 아웃 용기

20 : 원료 가스 공급 배관

21 : 가열 히터

22 : 필터

23 : 매스 플로우 제어기

24 : 보온 히터

25 : 버너

26 : 다공질 유리 모재

30 : 환류관

31, 32 :배플

상기한 목적을 달성하기 위해 이루어진 본 발명의 다공질 유리 모재 원료 가스의 공급 장치는, 실시예에 대응하는 도1을 참조하여 설명하면, 기상 합성되는 다공질 유리 모재의 원료액(16)의 기화기(14)가 기화된 원료 가스의 송출 배관(18)을 거쳐, 원료 가스 중 액적을 제거하는 노크 아웃 용기(19)에 접속하고, 노크 아웃 용기(19)가 원료 가스의 공급 배관(20)을 거쳐, 다공질 유리 모재 합성 버너(25)에 접속하고 있다.

노크 아웃 용기(19)는, 예를 들어 빈 탱크이다. 원료 가스가 송출 배관(18)을 지나 이 탱크(19)에 서서히 유입하면, 원료 가스 중 액적은 침강한다. 그 결과, 액적을 거의 포함하지 않은 원료 가스가 탱크(19)의 상방으로 모이고, 탱크(19)의 상부에 있는 원료 가스 공급 배관(20)을 지나, 버너(25)로 공급된다.

기화기(14)가 노크 아웃 용기(19)와 일체화하고, 기화기(14) 내에서 액적이 비산해도 기화기(14) 상부에 있는 송출 배관(18)에까지 도달하지 않을 정도의 충분한 공간(15)을 갖고 있어도 좋다. 이에 의해, 액적을 포함하지 않은 원료 가스가 버너(25)로 공급된다.

노크 아웃 용기(19) 내로의 원료 가스의 단위 면적당 질량 유량은, 300 ㎏/㎡h 이하인 것이 바람직하다. 이보다 많으면 노크 아웃 용기(19) 내를 상승하는 원료 가스의 기세가 지나치게 강하여, 액적이 침강하지 않고 날아 오르므로, 원료 가스 중 액적을 제거할 수 없다.

다공질 유리 모재 원료 가스의 공급 장치는, 도2에 도시한 바와 같이 송출배관(18)이 노크 아웃 용기(19) 내에까지 삽입되어 있고, 그 선단부가 하향으로 되어 있어도 좋다.

다공질 유리 모재 원료 가스의 공급 장치는, 노크 아웃 용기(19) 내에 액적의 확산을 방지하는 부재가 설치되어 있어도 좋다. 이 부재는, 예를 들어 도3에 도시한 바와 같이 하향으로 절곡된 차폐판으로 이루어지는 배플(31)이라도 좋다. 또한 이 부재는, 도4에 도시한 바와 같이 넓게 송출 배관(18)을 덮는 차폐 평판인 배플(32)이라 좋다. 또한 이 부재는, 노크 아웃 용기(19) 내에서 상방으로부터 송출 배관(18)을 향하여 가스를 분출하는 디미스터라도 좋다.

원료 가스 공급 배관(20)이 원료액의 압력에 있어서의 비점 이상으로 가열하는 히터(21, 24)를 갖고 있는 것이 바람직하다.

히터는 원료액의 압력에 있어서의 비점 이상으로 원료 가스 중 액적을 완전히 기화시키는 가열 히터(21)와, 그것을 거친 원료 가스를 보온하는 히터(24)라도 좋다.

가열 히터(21)는 이중관식 열교환기나, 쉘 튜브 열교환기가 바람직하고, 단순한 구조인 이중관식 열교환기가 한층 더 바람직하다. 가열 히터(21)에 의해, 원료 가스는 그 압력 하에서의 원료액의 비점보다도 20 ℃ 이상 높게 가열되어 있는 것이 바람직하다. 예를 들어 원료액이 압력 0.1 ㎫G에서 비점 80 ℃인 테트라클로로실란인 경우에는, 약 100 ℃로 가열된다. 노크 아웃 용기(19)에서 제거할 수 없었던 극미소한 액적이 잔존하고 있어도, 가열 히터(21)에 의해 완전히 기화된다.

보온 히터(24)는 전기 히터, 가열 매체 오일을 열원으로 하는 히터 및 스팀을 열원으로 하는 히터인 것이 바람직하다. 이 보온 히터(24)에 의해 원료 가스는 원료액의 압력에 있어서의 비점 이상으로 가열 히터의 가열 온도 미만의 적절한 온도로 보온되고, 응축하는 일 없이 완전히 기화한 상태로 버너(25)에 공급된다.

기화기(14)는 상하 거울판으로 한 원통 종형 또는 원통 횡형인 것이 바람직하고, 내압이면서 일정하게 기화시키기 쉬운 원통 종형이면 한층 더 바람직하다. 기화기(14)의 외벽에 전기 히터, 스팀, 가열 매체 오일과 같은 열원(17)이 설치되어 있다. 기화기(14)의 열원(17)은 원료액(16)에 투입되어 원료액(16)을 직접 가열하는 스팀 환류 튜브 및 전기 히터라도 좋다.

또한 기화기(14)는 불활성 가스를 버블링시키면서 가열하는 것이라도 좋다.

이 다공질 유리 모재 원료 가스의 공급 장치를 이용하면, 액적을 포함하지 않은 원료 가스를 버너(25)로 안정되게 공급할 수 있다.

이하, 본 발명을 적용하는 다공질 유리 모재 원료 가스의 공급 장치의 실시예를 상세하게 설명한다.

도1은 다공질 유리 모재 원료 가스의 공급 장치의 골격 구성도이다.

이 장치는 원료액 저장 용기(11)로 연결되어 있는 기화기(14)가 원료 가스 송출 배관(18)을 거쳐 노크 아웃 용기(19)에 접속하고, 노크 아웃 용기(19)가 원료 가스 공급 배관(20)을 거쳐서 버너(25)에 접속되어 있다.

저장 용기(11)의 상부에 질소 가스원이 연결되어 있다. 이 저장 용기(11)에 테트라클로로실란, 테트라클로로게르마늄, 또는 할로겐화 알킬실란과 같은 다공질 유리 모재 원료액(12)이 충전되어 있다. 이 저장 용기(11)의 하부로부터, 유량 조정 밸브(13)를 갖는 보급관이 연장되어, 기화기(14)의 바닥 근방에까지 삽입되어 있다.

기화기(14)는 원통 종형이며, 열원(17)인 전기 히터가 외벽을 둘러싸고 있고, 다공질 유리 모재 원료액(16)이 충전되어 있다. 원료 가스 송출 배관(18)이 기화기(14)의 상부로부터 연장되고, 빈 탱크인 노크 아웃 용기(19)의 본체부의 중간 정도에 접속되어 있다.

송출 배관(18)은 노크 아웃 용기(19)의 내부에까지 삽입되어 있는 것이 바람직하다. 또, 도2와 같이 송출 배관(18)은 선단부가 수직인 하향으로 되어 있어도 좋다. 도3과 같이, 노크 아웃 용기(19) 내에서 송출 배관(18)보다도 높은 내벽으로부터 돌출하여 하향으로 절곡되어 송출 배관(18)의 선단부를 차단하는 차폐판인 배플(31)이 설치되어 있어도 좋다. 도4와 같이, 노크 아웃 용기(19)의 내벽으로부터 수평으로 돌출하여 송출 배관(18)보다도 높게 설치되고, 송출 배관(18)을 덮으면서, 용기(19)의 동체의 절반 이상을 막는 차폐 평판인 배플(32)이 설치되어 있어도 좋다. 노크 아웃 용기(19)의 상방으로 내부를 향하여 가스를 분출하는 디미스터라도 좋다. 이들을 조합하면 액적의 확산이 한층 더 적어진다.

노크 아웃 용기(19)의 하부로부터, 필요에 따라서, 개폐 밸브와 역지 밸브를 갖는 환류관(30)이 연장되어, 기화기(14)에 삽입되어 있다.

노크 아웃 용기(19)의 상부로부터, 이중관식 열교환기인 가열 히터(21)를 갖는 원료 가스 공급 배관(20)이 연장되어 있다. 그 앞에서 원료 가스 공급 배관(20)이 분기되고, 각각에 필터(22)와 매스 플로우 제어기(23)가 설치되고, 그주위에 전기 히터인 보온 히터(24)가 설치되어 있다. 매스 플로우 제어기(23)는 버너(25)에 접속하고 있다. 버너(25)는 수소 가스원 및 산소 가스원에 연결되어 있다.

이 다공질 유리 모재 원료 가스의 공급 장치는, 아래와 같이 동작한다.

저장 용기(11)에 질소 가스를 도입한다. 유량 조정 밸브(13)를 개폐 또는 개방도 조정하고, 기화기(14)에 원료액(16)이 항상 충분히 충전되어 있도록, 저장 용기(11)의 원료액(12)을 수시 보충한다.

기화기(14)의 전기 히터(17)에서, 기화기(14) 내의 원료액(16)을 가열하여 비등시킨다. 원료액(16)은, 비등시에 액면에서 거품이 튀어 비산한 미소한 액적을 포함한 원료 가스가 된다.

이 원료 가스는 기화기(14)로부터 원료 가스 송출 배관(18)을 지나, 노크 아웃 용기(19)로 완만하게 유입된다. 원료 가스에 포함되어 있는 액적은, 노크 아웃 용기(19) 내에서 자중을 위해 침강하고, 응집하여 결국은 액형이 되어 노크 아웃 용기(19) 내 바닥에 저장된다. 응집액이 어느 정도 모이면, 개폐 밸브를 개방하여 환류관(30)을 지나, 기화기(14)로 복귀된다. 또, 이 개폐 밸브를 항상 개방하고 있어도 좋다.

한편, 노크 아웃 용기(19) 내의 상방에 아주 약간 극미세한 액적이 잔존하는 것이 있는 원료 가스가 저장된다. 이 원료 가스는 노크 아웃 용기(19)로부터 원료 가스 공급 배관(20)으로 흐르고, 가열 히터(21)에서 원료액의 압력에 있어서의 비점 이상으로 가열되어, 완전히 기화된다.

완전히 기화한 원료 가스는 분기되어 흐르고, 보온 히터(24)로 데우면서, 필터(22)를 통과하여 매스 플로우 제어기(23)로 유량이 조정되어, 버너(25)로 공급된다.

버너(25)의 산수소 화염에 의해 원료 가스는 가수 분해된다. 이에 의해 생성한 유리 미립자를 퇴적시켜, 다공질 유리 모재(26)가 형성된다.

상기 실시예에 따라서 다공질 유리 모재 원료 가스의 공급 장치를 이용하여, 다공질 유리 모재를 제조한 예를 이하의 제1 실시예 및 제2 실시예에 나타낸다.

<제1 실시예>

다공질 유리 모재 원료액(16)으로서 테트라클로로실란을 이용하였다. 기화기(14)의 운전 압력은 0.1 ㎫G였다. 노크 아웃 용기(19)로서 직경 1100 ㎜에서 단면적 0.95 ㎡인 것을 이용하고, 거기에서 원료 가스 공급 배관(20)으로 흐른 원료 가스를 가열 히터(21)에서 110 ℃로 가열하고, 가열 히터(21)로부터 필터(22)와 매스 플로우 제어기(23)를 지나 버너(25)에 이르기까지의 원료 가스 공급 배관을 보온 히터(24)에서 100 ℃로 따뜻하게 하였다. 원료 가스를 배치 운전이 가능한 16대의 버너(25)로 공급하였다. 배치 운전하고 있는 버너(25)의 수의 변동과 함께, 기화기(14)로부터 노크 아웃 용기(19)로 흐르는 원료 가스의 질량 유량은 150 내지 250 ㎏/h였으므로, 노크 아웃 용기(19) 내로의 단위 면적당의 질량 유량은 158 내지 263 ㎏/㎡h로 변동하였다.

공급 장치를 6개월 계속하여 운전하였지만, 공급 장치는 아무곳도 폐색되지 않았다. 그 사이, 원료 가스의 버너(25)로의 공급량은 안정되어 있으며, 다공질유리 모재(26)를 연속적으로 형성할 수 있었다.

<제2 실시예>

다공질 유리 모재 원료액(16)으로서 테트라클로로실란을 이용하였다. 기화기(14)의 운전 압력은 0.05 ㎫G였다. 노크 아웃 용기(19)로서 직경 800 ㎜에서 단면적 0.50 ㎡인 것을 이용하고, 거기에서 원료 가스 공급 배관(20)으로 흐른 원료 가스는 가열 히터를 이용하지 않고, 버너(25)에 이르기까지의 원료 가스 공급 배관을 보온 히터(24)에서 100℃로 따뜻하게 하였다. 원료 가스를 배치 운전이 가능한 18대의 버너(25)로 공급하였다. 배치 운전하고 있는 버너(25)의 수의 변동과 함께, 기화기(14)로부터 노크 아웃 용기(19)로 흐르는 원료 가스의 질량 유량은 20 내지 40 ㎏/h이므로, 단위 면적당의 질량 유량은 40 내지 80 ㎏/㎡h로 변동하였다.

공급 장치를 6개월 계속하여 운전하였지만, 공급 장치는 아무곳도 폐색되지 않았다. 그 사이, 원료 가스의 버너(25)로의 공급량은 안정되어 있으며, 다공질 유리 모재(26)를 연속적으로 형성할 수 있었다.

이상, 상세하게 설명한 바와 같이 본 발명의 다공질 모재 원료 가스의 공급 장치를 이용하면, 액적을 포함하지 않고 완전히 기화한 원료 가스를 버너로 안정되게 공급할 수 있다.

기화기에 의해 원료액을 심하게 기화시켜 원료 가스에 액적이 많이 포함되어도, 버너에 공급하기까지 사이에 확실하게 액적을 제거할 수 있으므로, 기화 효율을 올릴 수 있다. 또한 서서히 기화시킬 필요가 없으므로 기화기를 소형화할 수 있다.

또한, 액적을 포함하지 않은 원료 가스를 버너로 공급할 수 있으므로, 그것을 이용한 기상축 부착법(VAD법)이나 외부 부착 증착법(OVD법)의 기상 합성으로 형성한 다공질 유리 모재는 균질하며 품질이 우수하다.

Claims (6)

1. 기상 합성되는 다공질 유리 모재의 원료액의 기화기가, 기화된 원료 가스의 송출 배관을 거쳐 상기 원료 가스 중 액적을 제거하는 노크 아웃 용기에 접속하고, 상기 노크 아웃 용기가, 원료 가스의 공급 배관을 거쳐 다공질 유리 모재 합성 버너에 접속하고 있는 것을 특징으로 하는 다공질 유리 모재 원료 가스의 공급 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 노크 아웃 용기 내로의 상기 원료 가스의 단위 면적당 질량 유량은, 300 ㎏/㎡h 이하인 것을 특징으로 하는 다공질 유리 모재 원료 가스의 공급 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 송출 배관이 상기 노크 아웃 용기 내에까지 삽입되어 있고, 그 선단부가 하향으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 다공질 유리 모재 원료 가스의 공급 장치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 노크 아웃 용기 내에 상기 액적의 확산을 방지하는 부재가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 다공질 유리 모재 원료 가스의 공급 장치.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 원료 가스 공급 배관이, 상기 원료액의 압력에 있어서의 비점 이상으로 가열하는 히터를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 다공질 유리 모재 원료 가스의 공급 장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 히터는, 상기 원료액의 압력에 있어서의 비점 이상으로 상기 원료 가스 중 액적을 완전히 기화시키는 가열 히터와, 그것을 거친 원료 가스를 보온하는 히터인 것을 특징으로 하는 다공질 유리 모재 원료 가스의 공급 장치.