CN101519270B - 用于制造光纤预制体的燃烧器 - Google Patents
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Abstract
提供一种用于制造光纤预制体的燃烧器,该燃烧器能够在不增大燃烧器直径的情况下抑制玻璃微珠附着并沉积到燃烧器的前端。该燃烧器具有:同轴线地配置的第一管路、第二管路和第三管路,并且由该第一管路、第二管路和第三管路的前端部限定玻璃原料气体口、密封气体口和可燃气体口;以及配置在第二管路和第三管路之间的多个小直径喷嘴,各小直径喷嘴均被配置在与玻璃原料气体口同心的圆上,并且由各小直径喷嘴的前端部限定燃烧辅助气体口,第二管路的前端部突出到第一管路的前端部的前方,第三管路的前端部突出到第二管路的前端部和各小直径喷嘴的前端部的前方。
Description
技术领域
本发明涉及一种通过在火焰中水解玻璃原料气体来产生玻璃微珠(particle)并且将玻璃微珠沉积在旋转生长棒(start rod)上来制造光纤预制体时使用的燃烧器。
背景技术
迄今为止,提出了用于制造光纤预制体的各种方法。在这些方法之中,由于外汽相沉积(Outside Vapor Phase Deposition,OVD)法可以相对容易地制造具有期望折射率分布的光纤预制体并且能够批量生产大直径的光纤预制体,因此,广泛使用该外汽相沉积法,在该外汽相沉积法中,在使燃烧器和旋转生长棒相对往复移动的同时将在燃烧器火焰中产生的玻璃微珠附着并沉积在旋转生长棒上,从而合成多孔质预制体,并且在电炉中使该多孔质预制体脱水和烧结。
图1示意性示出了用于制造光纤预制体的设备的一个例子。在图1中,通过在芯棒1的两端焊接空棒(dummy rod)2来构成生长棒,玻璃微珠将沉积在该生长棒上。由夹具和旋转机构4保持生长棒的两端。各夹具和旋转机构4均被安装在支撑构件7上并且使生长棒绕其轴线旋转。在由燃烧器移动机构6使燃烧器3沿绕轴线旋转的生长棒的长度方向往复移动的同时,燃烧器3向生长棒上喷出如SiCl4等光纤原料的蒸汽和可燃气体(氢气和氧气)。结果,在氧氢焰中水解产生的玻璃微珠被沉积在生长棒上,从而形成多孔质光纤预制体。这里,附图标记5表示用于蒸汽和可燃气体的排出罩(exhaust hood)。
为了合成玻璃微珠并且在生长棒上沉积玻璃微珠,传统上使用具有同轴线多管路结构的燃烧器。然而,在具有这种结构的燃烧器中,因为玻璃原料气体、可燃气体和燃烧辅助气体不能充分地彼此混和,因此,不能获得充分高的玻璃微珠合成效率。结果,不能提高产量,难以高速合成多孔质光纤预制体。
为了解决上述问题,日本专利No.1773359(与欧洲专利No.0237183和美国专利No.4810189对应)提出了一种多喷嘴型燃烧器,在该燃烧器中,在可燃气体口中包围中央原料气体口地配置小直径燃烧辅助气体喷嘴(以下简称为小直径喷嘴)。
对于这种类型的燃烧器,已经提出了用于进一步提高沉积效率的一些方法。例如,日本专利申请No.2003-206154号公报、No.2004-331440号公报和No.2006-182624号公报(与美国专利申请No.2006137404号公报对应)以及日本专利No.3744350公开了小直径喷嘴的配置;日本专利申请No.05-323130号公报、日本专利No.3543537和日本专利申请No.2003-226544号公报公开了用于使小直径喷嘴的会聚长度(focal length)最优化的结构,该会聚长度是燃烧器的前端与小直径喷嘴的中心轴线和燃烧器的中心轴线相交的点之间的距离,该点是来自小直径喷嘴的气体实质上的会聚点;日本专利No.3591330、日本专利申请No.2003-165737号公报和No.2003-212555号公报以及日本专利No.3653902公开了用于使气流量和气体线速度最优化的结构。
传统上,存在以下问题:由于气流的干扰而漂浮的玻璃微珠在附着进行时易于附着到位于玻璃原料气体口的外侧的喷出口的前端从而封闭燃烧器前端。特别地,在设置有小直径喷嘴的燃烧器中,多个小直径喷嘴被配置在中央玻璃原料气体口附近的部分中,从而,该燃烧器被构造成使得玻璃微珠易于附着到小直径喷嘴的前端。
为了解决上述问题,中央玻璃原料气体口的前端和小直径喷嘴的前端被设定成在径向上彼此分开,从而避免玻璃微珠的附着。然而,必须使覆盖小直径喷嘴的可燃气体口的直径大,这导致流路面积的增大从而产生了可燃气体的必要流量增加的新问题。另外,燃烧器尺寸的增大使燃烧器在沉积设备中的设置变困难。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够在不增大燃烧器直径的情况下抑制玻璃微珠附着并沉积到燃烧器前端的用于制造光纤预制体的燃烧器。
本发明提供一种用于制造光纤预制体的燃烧器,其包括:第一管路,该第一管路设置有被构造成限定用于喷出玻璃原料气体的玻璃原料气体口的前端部;第二管路,该第二管路被同轴线地配置在第一管路的外侧,并且该第二管路设置有被构造成与第一管路的前端部一起限定用于喷出密封气体的密封气体口的前端部;第三管路,该第三管路被同轴线地配置在第二管路的外侧,并且该第三管路具有被构造成与第二管路的前端部一起限定用于喷出可燃气体的可燃气体口的前端部;以及多个小直径喷嘴,该多个小直径喷嘴被配置在形成于第二管路和第三管路之间的空间中;各小直径喷嘴均具有被配置在与玻璃原料气体口同心的圆上并且被配置成限定用于喷出燃烧辅助气体的燃烧辅助气体口的前端部;其中,第二管路的前端部在气体喷出方向上突出到第一管路的前端部的前方,第三管路的前端部在气体喷出方向上突出到第二管路的前端部和各小直径喷嘴的前端部的前方。
优选地,小直径喷嘴的前端部在气体喷出方向上可以被配置在与第二管路的前端部大致相同的位置处。
作为可选方案,小直径喷嘴的前端部在气体喷出方向上可以突出到第二管路的前端部的前方。
根据本发明,能够在不增大燃烧器直径的情况下抑制玻璃微珠附着并沉积到燃烧器的前端部。
附图说明
图1是示出用于由外汽相沉积(OVD)法制造多孔质玻璃预制体的设备的示意图;
图2是示出具有同轴线多管路结构并且设置有多个小直径喷嘴的燃烧器的前端部的构造的示意性主视图;
图3是示出气流在燃烧器的前端部的状态的传统燃烧器的示意性剖视图;
图4是示出气流在燃烧器的前端部的状态的根据本发明的实施方式的燃烧器的示意性剖视图。
具体实施方式
通常,由具有如图2和图3所示的构造的燃烧器来进行玻璃微珠的沉积。燃烧器具有:第一管路10;同轴线地配置在第一管路10的外侧的第二管路20;同轴线地配置在第二管路20的外侧的第三管路30;以及配置在第二管路20和第三管路30之间的空间中的多个小直径喷嘴40,其中,第一管路10的前端部10t限定玻璃原料气体口PA,第一管路10的前端部10t和第二管路20的前端部20t限定喷出密封气体的密封气体口PB,第二管路20的前端部20t和第三管路30的前端部30t限定可燃气体口PC,小直径喷嘴的前端部40t限定燃烧辅助气体口PD。多个燃烧辅助气体口PD中的每一个均具有相同的会聚长度并且被配置在与玻璃原料气体口PA同心的圆的圆周线(circular line)上。这里,多个燃烧辅助气体口PD可以不被配置在一个圆周线上而是被配置在包括两个以上的圆周线的多个圆周线上。
在上述燃烧器中,玻璃原料气体口PA喷出如SiCl4等玻璃原料与燃烧辅助气体O2的混和气体MGS,密封气体口PB喷出密封气体N2,可燃气体口PC喷出可燃气体H2,燃烧辅助气体口PD喷出燃烧辅助气体O2。
在从各口PA至PD喷出各反应气体后,由爆发压力(pressurein bursts)释放各反应气体并且各反应气体被干扰散开。在这种情况下,随着干扰增大和气流散开,由火焰中的水解反应产生的玻璃微珠易于附着并沉积在配置于玻璃原料气体口PA的外侧的第二管路20的前端部20t和小直径喷嘴的前端部40t上。
如图4所示,根据本发明的燃烧器具有例如:第二管路20的突出到第一管路10的前端部10t的前方的前端部20t;第三管路30的突出到第二管路20的前端部20t和小直径喷嘴40的前端部40t的前方的前端部30t。该燃烧器具有如图2所示的主视图。
即使在从玻璃原料气体口PA喷出玻璃原料气体后,根据本发明的燃烧器也能够通过来自配置在玻璃原料气体口PA的外侧的气体口PB、PC和PD的气体使玻璃原料气体保持一定程度的被加压状态,从而抑制玻璃微珠流的干扰和分散。这使得可以防止玻璃微珠接近配置在玻璃原料气体口PA的外侧的第二管路20的前端部20t和小直径喷嘴40的前端部40t。结果,可以抑制玻璃微珠附着和沉积在第二管路20的前端部20t和小直径喷嘴40的前端部40t上。
利用根据本发明且具有如图2和图4所示的同轴线三管路结构的燃烧器,使用如图1所示的设备,用OVD法在生长棒上沉积玻璃微珠,该生长棒是通过将外径为50mm的空棒焊接到外径为50mm且长度为2000mm的芯棒的两端而形成的。
所使用的燃烧器具有如图4所示的结构,该燃烧器具有8个小直径喷嘴40,其中,各小直径喷嘴40的燃烧辅助气体口PD的会聚长度被设定为150mm。
向燃烧器的第一管路10供给流量为10L/min的作为玻璃原料的SiCl4和流量为20L/min的燃烧辅助气体O2。向形成在第一管路10和第二管路20之间的通路供给流量为4L/min的密封气体N2。向形成在第二管路20和第三管路30之间的通路供给流量为170L/min的可燃气体H2。此外,向各小直径喷嘴40供给流量为16L/min的燃烧辅助气体O2。结果,在生长棒上沉积了100kg的玻璃微珠。表1中集中列出了供给到燃烧器的气体的种类和流量。
[表1]
气体的种类 | 流量(L/min) | |
第一管路10 | SiCl4O2 | 1020 |
第一管路10和第二管路20之间的通路 | 密封气体N2 | 4 |
小直径喷嘴40 | O2 | 16 |
第二管路20和第三管路30之间的通路 | H2 | 170 |
在制造光纤预制体时,使用第二管路20的前端部20t、第三管路30的前端部30t和小直径喷嘴40的前端部40t相对于第一管路10的限定玻璃原料气体口PA的前端部10t的突出量变化的5种燃烧器来沉积玻璃微珠。表2中集中列出了突出情形和沉积结果。
[表2]
在表2中的情形1的情况下,第三管路30的前端部30t的突出量是0mm。这里,大量的玻璃微珠附着到第二管路20的前端部20t和小直径喷嘴40的前端部40t,从而在沉积45kg的玻璃微珠时封闭燃烧器的前端。因此,玻璃微珠的沉积被中断。
在情形2的情况下,第三管路30的前端部30t的突出量是2mm。这里,尽管玻璃微珠到小直径喷嘴40的前端部40t的附着减少,但是,大量的玻璃微珠附着到第二管路20的前端部20t,从而在第二个光纤预制体上沉积60kg的玻璃微珠时封闭燃烧器的前端。因此,玻璃微珠的沉积被中断。
在情形3的情况下,第二管路20、小直径喷嘴40和第三管路30的各前端部相对于第一管路10的前端部10t的突出量均被设定为2mm。这里,尽管消除了玻璃微珠到第二管路20的附着,但是,存在玻璃微珠到小直径喷嘴40的前端的附着从而在第一个光纤预制体上沉积90kg的玻璃微珠时封闭燃烧器前端。因此,玻璃微珠的沉积被中断。
在情形4和情形5的各自情况下,第二管路20的前端部20t相对于第一管路10的前端部10t向前突出。第三管路30的前端部30t相对于第二管路20的前端部20t和小直径喷嘴40的前端部40t向前突出。在情形4的情况下,第二管路20的前端部20t和小直径喷嘴40的前端部40t突出相同的量。在情形5的情况下,小直径喷嘴40的前端部40t突出到第二管路20的前端部20t的前方。
在这些情形4和情形5中,没有玻璃微珠附着到燃烧器前端,从而可以没有问题地制造5个光纤预制体。
在情形6的情况下,第三管路30的前端部30t相对于第一管路10的前端部10t的突出量被设定为比情形5中的突出量大,当玻璃微珠被沉积到第一个光纤预制体时,由于燃烧器火焰导致燃烧器的前端部过热,使得不能制造光纤预制体。因此,在本发明中,将该突出量设定在能够防止燃烧器由于玻璃材料的沉积而被封闭以及防止过热的范围内。
根据本发发明,在制造光纤预制体时,可以抑制由于有害沉积导致燃烧器的前端部被封闭,因此,本发明可以提高生产率。
虽然已经参照附图说明了本发明的优选实施方式,但是,应该理解,本发明不限于具体的实施方式和实施例,在不脱离本发明的由所附权利要求书限定的范围和精神的情况下,所属技术领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和变型。
Claims (3)
1.一种用于制造光纤预制体的燃烧器,其包括:
第一管路,该第一管路具有被构造成限定用于喷出玻璃原料气体的玻璃原料气体口的前端部;
第二管路,该第二管路被同轴线地配置在所述第一管路的外侧,并且该第二管路具有被构造成与所述第一管路的所述前端部一起限定用于喷出密封气体的密封气体口的前端部;
第三管路,该第三管路被同轴线地配置在所述第二管路的外侧,并且该第三管路具有被构造成与所述第二管路的所述前端部一起限定用于喷出可燃气体的可燃气体口的前端部;以及
多个小直径喷嘴,该多个小直径喷嘴被配置在形成于所述第二管路和所述第三管路之间的空间中;各所述小直径喷嘴均具有被配置在与所述玻璃原料气体口同心的圆上并且被构造成限定用于喷出燃烧辅助气体的燃烧辅助气体口的前端部;其中,
所述第二管路的所述前端部在气体喷出方向上突出到所述第一管路的所述前端部的前方,以及
所述第三管路的所述前端部在所述气体喷出方向上突出到所述第二管路的所述前端部和各所述小直径喷嘴的所述前端部的前方,
所述第三管路的所述前端部相对于所述第一管路被定位在防止所述燃烧器的前端由于玻璃微珠的沉积而被封闭以及由于燃烧器火焰而过热的位置。
2.根据权利要求1所述的用于制造光纤预制体的燃烧器,其特征在于,各所述小直径喷嘴的所述前端部在所述气体喷出方向上被配置在与所述第二管路的所述前端部相同的位置。
3.根据权利要求1所述的用于制造光纤预制体的燃烧器,其特征在于,各所述小直径喷嘴的所述前端部在所述气体喷出方向上突出到所述第二管路的所述前端部的前方。
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PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant |