CN101591138A - 多孔质玻璃母材的制造方法及气体流量控制装置 - Google Patents

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Abstract

一种制造多孔质玻璃母材的制造方法，使小口径助燃性气体喷出端口的顶端不发生燃烧。该制造方法采用具有助燃性气体喷出端口的多孔质玻璃母材制造用燃烧器制造多孔质玻璃母材，包括以下步骤：在玻璃微粒子放的堆积开始时，对助燃性气体喷出端口供给将惰性气体混合到助燃性气体中形成的气体；在增加供给到助燃性气体喷出端口的助燃性气体的流量的同时，减少供给到助燃性气体喷出端口的惰性气体的流量。本发明还公开了一种气体流量控制装置。

Description

多孔质玻璃母材的制造方法及气体流量控制装置
技术领域
本发明涉及多孔质玻璃母材的制造方法及气体流量控制装置。
背景技术
传统上，对光纤用母材的制造方法曾提出过各种方案。例如，可以列举以下方案：在边旋转边上升的轴上安装开始构件，在反应室内垂下，使在反应室内设置的燃烧器生成的玻璃微粒子附着堆积在开始构件的顶端的VAD法；使燃烧器或者开始部件做相对往返移动，让在燃烧器火焰中发生的玻璃微粒子附着堆积在旋转的出发部件上的OVD方法。
传统上，作为合成多孔质玻璃母材的燃烧器，使用了同芯多重管燃烧器。因为同芯多重管燃烧器对玻璃原料气体、可燃气体及助燃性气体的混合不充分，所以玻璃微粒子的生成反应不充分，其结果是收获率不增长，很难高速合成。
为了解决这个问题，在专利文献1中提出了这样的多喷嘴型燃烧器：在可燃气喷出端口内，以围绕中心的原料气体喷出端口的方式配置小口径助燃性气体喷出端口。
作为采用多喷嘴型燃烧器进一步提高堆积效率的方法，例如，专利文献2～5等提出关于小口径助燃性气体喷出端口的构造的方案，作为小口径助燃性气体喷出端口的中心距合理化的专利文献有专利文献6～8等，以及作为实现气体流量及气体线速度合理化的专利文献有专利文献9～12等。
[专利文献1]专利1773359号公报
[专利文献2]特开2003-206154号公报
[专利文献3]特开2004-331440号公报
[专利文献4]特开2006-182624号公报
[专利文献5]专利3744350号公报
[专利文献6]特开平05-323130号公报
[专利文献7]专利3543537号公报
[专利文献8]特开2003-226544号公报
[专利文献9]专利3591330号公报
[专利文献10]特开2003-165737号公报
[专利文献11]特开2003-212555号公报
[专利文献12]专利3653902号公报
在多孔质玻璃母材的制造过程中，传统上采用的同芯多重管燃烧器，在使可燃气喷出端口和助燃性气体喷出端口相互邻接时，口的顶端的温度上升，发生口的顶端的燃烧。为此，在同芯多重管燃烧器中，还设有介于可燃气喷出端口与助燃性气体喷出端口之间喷出端口，通过对该介于两者之间的喷出端口供给惰性气体来防止燃烧器的顶端的燃烧。
与其相对，对于使具有同样的中心距的小口径助燃性气体喷出端口包含在可燃气喷出端口内的燃烧器，由于从小口径助燃性气体喷出端口喷出的助燃性气体的线速度变得比较大，所以即便使可燃气和助燃性气体相邻接，燃烧器顶端的燃烧也不容易发生。然而，在堆积开始时，将在非堆积时作为净化气体流通的惰性气体转换成助燃性气体，并随后依次增加分量，但是在助燃性气体到达常规的流量为止的小流量区域内，由于在喷出端口的出口处的线速度小，因而导致可燃气和助燃性气体的反应点靠近口，存在小口径气体喷出端口的顶端的燃烧的问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，在本发明的第1形态中提供一种制造方法，采用具有助燃性气体喷出端口的多孔质玻璃母材制造用燃烧器制造多孔质玻璃母材，包括以下步骤：在玻璃微粒子的堆积开始时，对助燃性气体喷出端口供给将惰性气体混合到助燃性气体中形成的气体；和在增加供给到助燃性气体喷出端口的助燃性气体的流量的同时，减少供给到助燃性气体喷出端口的惰性气体的流量。
另外，在本发明的第2形态中，提供一种气体流量控制装置，所述气体流量控制装置在采用具有助燃性气体喷出端口的多孔质玻璃母材制造用燃烧器制造多孔质玻璃母材时，调节供给到助燃性气体喷出端口的助燃性气体及惰性气体的流量，在玻璃微粒子的堆积开始时，对助燃性气体喷出端口供给将惰性气体混合到助燃性气体中形成的气体，并在增加供给到助燃性气体喷出端口的助燃性气体的流量的同时，减少供给到助燃性气体喷出端口的惰性气体的流量。
将玻璃微粒子的非堆积时助燃性气体喷出端口的净化所采用的惰性气体作为玻璃微粒子的堆积开始时混合到助燃性气体混合的惰性气体使用。
此外，可以调节混合到助燃性气体中的惰性气体的流量，使得从助燃性气体喷出端口喷出的气体的出口线速度在2.0m/s以上。
另外，多孔质玻璃母材制造用燃烧器可以具有：玻璃原料气体喷出端口；在玻璃原料气体喷出端口的外侧，在玻璃原料气体喷出端口的同心圆上设置的可燃气喷出端口；以及在可燃气喷出端口内，以玻璃原料气体喷出端口为中心、呈同心圆状配置1列或者多列的多个助燃性气体喷出端口。此外，多个助燃性气体喷出端口可以具有大体上相等的中心距。
另外，在上述发明内容中并未列举出本发明的所有必要技术特征，这些特征群的结合也可构成发明。
附图说明
图1示出了多孔质玻璃母材制造用燃烧器100的构造的一个例子。
图2示出了气体流量控制系统200的构造的一个例子。
图3为表示在实施例1中供给小口径助燃性气体喷出端口108的气体容量和经过时间的关系的图表。
图4为表示在实施例2中供给小口径助燃性气体喷出端口108的气体容量和经过时间的关系的图表。
图5为表示在比较例1中供给小口径助燃性气体喷出端口108的气体容量和经过时间的关系的图表。
[附图标记]
100多孔质玻璃母材制造用燃烧器；102玻璃原料气体喷出端口；104惰性气体喷出端口；106可燃性气体喷出端口；108小口径助燃性气体喷出端口；200气体流量控制系统；202自动阀；204自动阀；210气体流量控制装置；220助燃性气体流量调整装置；230惰性气体流量调节装置。
具体实施方式
以下通过发明的实施方式来说明本发明，但是以下的实施方式并不限制权利要求范围所覆盖的发明。另外，在实施方式中说明的特征组合的全部对于发明的解决手段并非都是必须的。
图1示出了多孔质玻璃母材制造用燃烧器100构造的一个例子。多孔质玻璃母材制造用燃烧器100具有同心圆状地配置多个气体喷出端口的同芯多重管结构。具体而言，多孔质玻璃母材制造用燃烧器100具有玻璃原料气体喷出端口102、惰性气体喷出端口104、可燃性气体喷出端口106以及作为助燃性气体喷出端口的一个例子的小口径助燃性气体喷出端口108。
玻璃原料气体喷出端口102设置在多孔质玻璃母材制造用燃烧器100的中心处。另外，惰性气体喷出端口104设置在玻璃原料气体喷出端口102的同心圆上，且在玻璃原料气体喷出端口102的外侧。可燃性气体喷出端口106设置在玻璃原料气体喷出端口102和惰性气体喷出端口104的同心圆上，且在惰性气体喷出端口104外侧。另外，在可燃性气体喷出端口106内，以玻璃原料气体喷出端口102为中心同心圆状地布置有1列多个小口径助燃性气体喷出端口108。多个小口径助燃性气体喷出端口10可以具有大体上相同的中心距。
例如，在图1的示例中，在可燃性气体喷出端口106内，相对于玻璃原料气体喷出端口102的同心圆状地布置1列中心距均为150mm的8个小口径助燃性气体喷出端口108。也可以在可燃性气体喷出端口106内，相对于玻璃原料气体喷出端口102同心圆状地布置多列多个小口径助燃性气体喷出端口108。
图2表示气体流量控制系统200构造的一个例子。气体流量控制系统200设有自动阀202、自动阀204、气体流量控制装置210、助燃性气体流量调整装置220以及惰性气体流量调节器230。
自动阀202设置在向多孔质玻璃母材制造用燃烧器100供给助燃性气体的供给线路上。自动阀204也可以设置在助燃性气体清除用的惰性气体的供给线路上。
气体流量控制装置210控制向多孔质玻璃母材制造用燃烧器100供给的助燃性气体及惰性气体的流量。具体而言，气体流量控制装置210向助燃性气体流量调整装置220发送表示助燃性气体的流量的控制信息。另外，气体流量控制装置210向惰性气体流量调节器230发送表示惰性气体的流量的控制信息。这里的控制信息也可以是表示助燃烧性气体或者惰性气体的流量的信息。
助燃性气体流量调整装置220，根据从气体流量控制装置210接收的控制信息，控制供给到多孔质玻璃母材制造用燃烧器100的助燃性气体的流量。另外，惰性气体流量调节器230，根据从气体流量控制装置210接收的控制信息，控制供给到多孔质玻璃母材制造用燃烧器100的惰性气体的流量。
这里，气体流量控制装置210，在玻璃微粒子开始堆积时，向小口径助燃性气体喷出端口108供给将惰性气体混合到助燃性气体中形成的气体，然后一边慢慢增加助燃性气体的流量，一边减少惰性气体的流量。气体流量控制装置210，在玻璃微粒子未堆积时，将小口径助燃性气体喷出端口108的净化采用的惰性气体作为在玻璃微粒子开始堆积时混合到助燃性气体中的惰性气体使用。另外，气体流量控制装置210调整混合到助燃性气体中的惰性气体，使得从小口径助燃性气体喷出端口108喷出的气体的出口线速变在2.0m/s以上。
此外，气体流量控制装置210可以是具有中央处理装置、存储器、硬盘、通信接口等的个人电脑。气体流量控制装置210可以将控制助燃性气体及惰性气体的流量的程序或数据存储在存储器、硬盘等的存储媒体中。这样，气体流量控制装置210可以通过执行保存在存储媒体中的程序或按照存储在记录媒体中的数据，调节助燃性气体及惰性气体的流量。
另外，在其它例子中，用户可以通过手工操纵助燃性气体流量调整装置220及惰性气体流量调节器230控制助燃性气体及惰性气体的各自的流量。
如上所述，根据本实施方式，由于伴随着制造开始，在小口径助燃性气体喷出端口108处，使助燃性气体和惰性气体混合后进行供给，所以只喷出助燃性气体的气体线速度很小，即使在端口的顶端容易燃烧的堆积初期，也能增加喷出气体的线速度，防止端口的顶端的燃烧。然后，通过在逐渐增加助燃性气体的流量的同时，减少惰性气体的流量，使得在维持规定线速度的同时，减少阻碍反应的惰性气体。而且在只通过助燃性气体便可充分维持规定的线速度的步骤中，停止惰性气体的供给。这样，在堆积中能够维持小口径助燃性气体喷出端口108的线速度，防止端口的顶端的燃烧，进而有助于提高生产力。
以下通过列举实施例及比较例更详细地对本发明的实施方式加以说明，然而本发明不限于此。
[实施例]
[初步试验]
采用图1所示的多孔质玻璃母材制造用燃烧器100。在玻璃原料气体喷出端口102供给作为玻璃原料的SiCl4及助燃性气体O2，在惰性气体喷出端口104供给密封气体N2。另外，从可燃性气体喷出端口106供给可燃性气体H2，从小口径助燃性气体喷出端口108供给助燃性气体O2。
在小口径助燃性气体喷出端口108供给1.0L/min的助燃性气体O2，使之改变此处添加的惰性气体N2的流量，观察从小口径助燃性气体喷出端口108喷出的气体的出口线速度和小口径助燃性气体喷出端口108的顶端的燃烧的状态。其结果如表1所示，当从小口径助燃性气体喷出端口108喷出的气体的出口线速度在2.0m/s以上时，小口径助燃性气体喷出端口108的顶端没有发生燃烧。然而，当从小口径助燃性气体喷出端口108喷出的气体的出口线速度在1.8m/s以下时，喷出气体的线速度不足，在小口径助燃性气体喷出端口108的顶端发生了燃烧。
表1
  线速度(m/s)   端口顶端
  1.4   有燃烧
  1.6   有燃烧
  1.8   有燃烧
  2.0   无燃烧
  2.2   无燃烧
  2.4   无燃烧
  2.6   无燃烧
  2.8   无燃烧
[实施例1]
采用初步试验中所采用的多孔质玻璃母材制造用燃烧器100，进行了光纤用多孔质玻璃母材的制造。预先在可燃性气体喷出端口106流过氢气H2，进行初步点火，如图3所示，在玻璃微粒子的堆积开始时，在小口径助燃性气体喷出端口108混合1.0L/min的助燃性气体O2和4.0L/min的惰性气体N2，并进行供给。另外，从玻璃原料气体喷出端口102供给0.6L/min的玻璃原料气体SiCl4。此后，经过4小时，在增加助燃性气体O2及玻璃原料气体SiCl4的同时，减少惰性气体N2，在助燃性气体O2流量达到5.0L/min时点停止惰性气体N2的供给。在此期间，从小口径助燃性气体喷出端口108喷出的气体的出口线速度为3.0m/s。其结果是：即使在助燃性气体量少的堆积初期，也没有发生小口径助燃性气体喷出端口的顶端的燃烧。
[实施例2]
采用实施例1中所采用的多孔质玻璃母材制造用燃烧器100，预先在可燃性气体喷出端口106流通氢气H2，并进行初步点火，如图4所示，玻璃微粒子堆积开始时，在小口径助燃性气体喷出端口108开始1.0L/min的助燃性气体O2的供给，同时使未制造时流通的净化用惰性气体N2流量从10.0L/min减少到4.0L/min，在助燃性气体O2混合惰性气体N2后进行供给。另外，从玻璃原料气体喷出端口102供给0.6L/min的玻璃原料气体SiCl4。此后，经过4小时，在增加助燃性气体O2及玻璃原料气体SiCl4的同时，使惰性气体N2减少，在助燃性气体O2流量达到5.0L/min的时点停止惰性气体N2的供给。在此期间，从小口径助燃性气体喷出端口108喷出的气体的出口线速度为3.0m/s。其结果是：即使在助燃性气体O2流量少的堆积初期，也没有发生小口径助燃性气体喷出端口的顶端的燃烧。
[比较例1]
采用实施例1中所采用的多孔质玻璃母材制造用燃烧器100，预先在小口径助燃性气体喷出端口108中流通净化用气体N2，并预先在可燃性气体喷出端口106流通氢气H2并初步点火，如图5所示，在玻璃微粒子生成开始同时停止净化用气体N2的供给，转换成助燃性气体O2并慢慢增加其量，4小时后设为固定流量。其结果为从堆积开始到气体流量较少的1.5小时的时间内，小口径助燃性气体喷出端口108的顶端发生了燃烧。
如上所述，根据实施例1及实施例2，在从小口径助燃性气体喷出端口108喷出的助燃性气体O2流量达到规定量为止的期间，通过调整助燃性气体O2中混合的惰性气体N2流量，维持从小口径助燃性气体喷出端口108喷出的气体的出口线速度，能够防止小口径助燃性气体喷出端口108顶端的燃烧。特别地，通过将从小口径助燃性气体喷出端口108喷出的气体的出口线速度维持在2.0m/s以上，能够更好地防止小口径助燃性气体喷出端口108的顶端的燃烧。
另外，根据实施例1和实施例2，因为能够防止小口径助燃性气体喷出端口108的顶端的燃烧，所以能够延长多孔质玻璃母材制造用燃烧器100的寿命。另外，还能够防止在小口径助燃性气体喷出端口108的顶端的燃烧产生的杂质进入多孔质玻璃母材内，而将多孔质玻璃母材烧结玻璃化时发生气泡等造成的多孔质玻璃母材的质量下降。

Claims (7)

1.一种制造方法，采用具有助燃性气体喷出端口的多孔质玻璃母材制造用燃烧器制造多孔质玻璃母材，包括以下步骤：
在玻璃微粒子的堆积开始时，对所述助燃性气体喷出端口供给将惰性气体混合到助燃性气体中形成的气体；和
在增加供给到所述助燃性气体喷出端口的所述助燃性气体的流量的同时，减少供给到所述助燃性气体喷出端口的所述惰性气体的流量。
2.根据权利要求1所述制造方法，其中，将玻璃微粒子的非堆积时所述助燃性气体喷出端口的净化所采用的所述惰性气体作为玻璃微粒子的堆积开始时混合到所述助燃性气体中的惰性气体使用。
3.根据权利要求1所述制造方法，其中，还包括以下步骤：调节混合到所述助燃性气体中的所述惰性气体的流量，使得从所述助燃性气体喷出端口喷出的所述气体的出口线速度在2.0m/s以上。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的制造方法，其中，
所述多孔质玻璃母材制造用燃烧器具有：
玻璃原料气体喷出端口；
在所述玻璃原料气体喷出端口的外侧，在所述玻璃原料气体喷出端口的同心圆上设置的可燃气喷出端口；以及
在所述可燃气喷出端口内，以所述玻璃原料气体喷出端口为中心、呈同心圆状1列或者多列配置的多个所述助燃性气体喷出端口，
所述多个助燃性气体喷出端口具有大体上相等的中心距。
5.一种气体流量控制装置，在采用具有助燃性气体喷出端口的多孔质玻璃母材制造用燃烧器制造多孔质玻璃母材时，控制供给到所述助燃性气体喷出端口的助燃性气体及惰性气体的流量，
所述气体流量控制装置，在玻璃微粒子的堆积开始时，对所述助燃性气体喷出端口供给将所述惰性气体混合到所述助燃性气体中形成的气体，并在增加供给到所述助燃性气体喷出端口的所述助燃性气体的流量的同时，减少供给到所述助燃性气体喷出端口的所述惰性气体的流量。
6.根据权利要求5所述的气体流量控制装置，其中，调节混合到所述助燃性气体中的所述惰性气体的流量，使得从所述助燃性气体喷出端口喷出的所述气体的出口线速度在2.0m/s以上。
7.根据权利要求5或6所述的气体流量控制装置，其中，
所述多孔质玻璃母材制造用燃烧器具有：
玻璃原料气体喷出端口；
在所述玻璃原料气体喷出端口的外侧，在所述玻璃原料气体喷出端口的同心圆上设置的可燃气喷出端口；以及
在所述可燃气喷出端口内，以所述玻璃原料气体喷出端口为中心、呈同心圆状1列或者多列配置的多个所述助燃性气体喷出端口，
所述多个助燃性气体喷出端口具有大体上相等的中心距。
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