KR100345378B1 - 광섬유 냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광섬유 냉각장치에 관한 것으로, 상세하게는 광섬유 인출장치의 용융로로부터 인선된 광섬유를 냉각시켜주는 광섬유 냉각장치에서 냉각유체의 흐름을 층류화시키는 그물망을 갖는 흐름 조절부와, 층류화된 냉각유체를 완전히 층류화시켜 광섬유를 냉각시키는 덕트가 구성되어 직접냉각방식에 의해 고온의 광섬유를 대기온도로 냉각시키는 광섬유 냉각장치에 관한 것이다.

본 발명에 따르면 대량생산을 위래 광섬유의 인선속도가 급격히 증가하여도 강제대류방식과 광섬유의 진동억제에 따라 충분한 냉각이 이루어져 광섬유 제조장치의 생산성이 향상된다.

그리고, 냉각장치의 높이를 높이거나 냉각 유체의 사용량을 특별히 높이지 않으면서도 광섬유의 품질향상과 공정안정이 이루어져 제품의 생산성이 향상되는 효과가 있다.

Description

광섬유 냉각장치{The cooling apparatus for optical fiber}

본 발명은 광섬유 냉각장치에 관한 것으로, 상세하게는 광섬유 인출장치의 용융로로부터 인선된 광섬유를 냉각시켜주는 광섬유 냉각장치에서 냉각유체의 흐름을 층류화시키는 그물망을 갖는 흐름 조절부와, 층류화된 냉각유체를 완전히 층류화시켜 광섬유를 냉각시키는 덕트가 구성되어 진동이 제거된 강제냉각방식에 의해 고온의 광섬유를 대기온도로 냉각시키는 광섬유 냉각장치에 관한 것이다.

일반적으로 꿈의 통신이라고 부리는 광통신은 대용량의 정보를 안전하고 신속하게 전송할 수 있다는 것으로 현재 가장 이상적인 통신 수단으로 각광받고 있으며, 광통신이 실현되기 위해서는 대표적으로 광섬유라는 전송매체가 이용된다.

광섬유는 125㎛(마이크로미터)정도의 유리본체인 크래드 내부에 지름이 5~50 ㎛ 정도의 손실이 매우 작은 중심 부분인 코어가 형성되는 이중구조로서, 코어의 굴절율을 크게 하고 바깥쪽인 크래드의 굴절율을 작게 하면 코어 속으로 들어간 레이저가 전반사를 되풀이하면서 빛의 손실 없이 멀리까지 광신호를 전송할 수 있게 된다.

이러한 광섬유를 제조하기 위해서는 통상 도 1과 같은 광섬유 인출장치(100)가 이용되며, 광섬유 인출장치(100)에 의한 개략적인 제조공정은 다음과 같다.

도 1에 도시된 바와 같이 광섬유 모재(1)는 용융로(2)에 투입되어 충분한 온도로 가열되어 용융되고, 용융로(2)의 가장 온도가 높은 부분에서 광섬유 모재(1)는 자력에 의한 neck-down현상이 발생되며, 용융로(2)를 빠져나온 용융상태의 광섬유 모재(1)를 일정한 장력을 주어 당기면 일정한 직경의 유리섬유를 얻을 수 있으며, 이렇게 광섬유 모재(1)로부터 형성한 유리섬유를 광섬유(3)라 한다.

참고로 외경측정장치(4)는 인출된 광섬유(3)의 외경을 측정하며, 이와 같이 인출되는 광섬유(3)는 전단 응력에 취약하기 때문에 통상 아크릴 계열 또는 실리콘 계열의 코팅재료를 표면에 코팅하게 되며, 표면 코팅에 앞서 냉각장치(5)를 지나면서 광섬유(3)에 코팅하기에 적당한 소정 온도, 대략 60℃정도로 냉각된다.

냉각된 광섬유(3)는 코팅장치(6)를 거치면서 피복이 입혀지고, 자외선에 의해 경화시키는 코팅 경화장치(7)를 통과하면서 경화된 후, 인선장치(8)를 통과하여 권치장치(9)에 감기게 된다.

이때, 상술한 바와 같이 코팅하기에 적당한 온도로 광섬유(3)를 냉각시키기 위해서는 자연냉각으로는 원하는 온도까지 냉각시킬 수가 없으므로 냉각장치(5)에 의해 강제냉각을 시켜주게 되며, 종래의 냉각장치(5)는 도 2와 같이 낮은 온도의 헬륨이나 질소가 내, 외측벽 사이의 공간(11)에 채워진 냉각장치(5)를 광섬유(3)가 통과하면서 냉각이 이루어지는 방식이다.

이와 같은 냉각장치(5)에서는 대부분 열전달이 자연대류에 의해 이루어지나, 최근 대량생산을 위래 광섬유(3)의 인선속도가 급격히 증가함에 따라 보다 효율적인 냉각이 요구되며, 냉각의 효율을 높이기 위해 인선장치(8)의 높이를 증가시키거나 냉각효율이 극대화된 냉각장치(5)가 요구되고 있는 실정이다.

실제로, 분당 1200m 정도의 고속으로 광섬유(3)를 인출하기 위해서는 인선장치(8)의 높이가 적어도 20 ~ 25m 정도, 냉각장치(5)의 길이는 6 ~ 12m 정도는 되어야 하며, 이는 냉각장치(5)가 차지하는 공간적인 효율측면에서 매우 비효율적이라 할 수 있다.

그러므로, 인선장치(8)의 높이나 냉각장치(5)의 길이가 길지 않게 하려면 냉각장치(5)에서 사용되는 냉각 유체(12)의 사용량을 증가시켜야 하지만, 이 또한 제조 단가 측면에서 볼때 효율적인 방법은 아니라 할 수 있다.

따라서, 자연대류의 단점을 보완하기 위해 광섬유(3)를 강제로 냉각시키는 강제냉각방식이 제시되지만, 강제냉각방식 또한 냉각 유체(12)가 끊임없이 변동하여 광섬유(3)에 진동을 가하게 되므로, 생산공정에서 광섬유(3)의 품질을 저하시켜 광손실의 원인을 제공하거나, 공정전반에 걸쳐 품질저하의 원인이 된다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 도출된 것으로서, 본 발명의 목적은 광섬유를 강제냉각시킬때 광섬유의 진동이 발생하지 않도록 함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 광섬유의 인선속도를 증가시켜도 충분한 냉각이 이루어질 수 있도록 하여 생산성을 향상시킴에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 후술될 구성 및 작용에서 더욱 상세히 설명될 것이다.

도 1은 일반적인 광섬유 인출장치를 개략적으로 나타내는 단면도.

도 2는 종래의 광섬유 냉각장치를 개략적으로 나타내는 단면도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광섬유 냉각장치를 나타내는 사시도.

도 4는 도 3의 동작상태를 나타내기 위한 딘면도.

본 발명에 따른 광섬유 냉각장치는 상면과 하면에 각각 제 1 관통홀과 제 2 관통홀이 형성되어 소정의 광섬유가 수직으로 지나가고, 후면은 냉각유체를 공급하는 포트에 연결되고 전면은 개방되어 후면방향에서 전면방향으로 소정의 냉각 유체가 지나가도록 형성된 덕트; 및 상기 덕트의 후면과 상기 포트사이에 배치되는 그물망 구조의 유체흐름 조절부를 포함하며, 상기 냉각 유체가 상기 유체흐름 조절부를 통과하여 상기 덕트의 후면으로 유입되면 상기 냉각 유체의 흐름은 층류로 변환되고, 층류의 흐름으로 변환된 상기 냉각 유체는 상기 제 1 관통홀과 제 2 관통홀을 지나가는 광섬유를 강제냉각시킨 후 상기 전면으로 배 출됨을 특징으로 한다.

그리고, 상기 유체흐름 조절부는 적어도 하나 이상의 그물망 구조로 형성되며, 상기 덕트의 전면과 후면사이의 거리는 적어도 상기 상면과 하면사이의 거리보다 길도록 형성된다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하고자 한다.

도 3은 본 발명에 따른 바람직한 실시예의 사시도이다.

도 3에 따르면 본 발명에 의한 광섬유 냉각장치(200)는 덕트(30)와, 유체흐름 조절부(40)로 구성된다.

덕트(30)는 일례로 단면이 사각형상을 띄는 관형상으로서 상면(A)과 하면(B)에는 각각 제 1 관통홀(33)과 제 2 관통홀(35)이 형성되고, 전면(C)은 개방되어 있으며 후면(D)은 냉각유체(10)를 공급해주는 포트(미도시)에 연결되어 있다.

구체적으로, 제 1관통홀(33)과 제 2 관통홀(35)은 바람직하게 수직으로 마주보는 부위에 형성되어 소정의 광섬유(3)가 수직으로 지나가도록 형성되어 있다.

그리고, 덕트(30)의 전면(C)은 개방되어 외부의 대기상태에 개방되어 있고, 후면(D)은 냉각유체(27)를 공급하는 포트에 연결되어, 포트로부터 공급되는 냉각유체(27)가 후면(D)으로 유입되어 전면(C)으로 배출되도록 구성된다.

또한, 바람직하게 전면(C)과 후면(D)사이의 길이는 상면(A)과 하면(B)사이의 길이보다 길게 형성되는데, 이는 후술될 유체흐름 조절부(40)를 통해 층류화된 냉각 유체(27)의 흐름을 더욱 층류에 가깝게 하기 위한 구성이다.

유체흐름 조절부(40)는 덕트(30)의 후면(D)과 포트(미도시)사이에 메쉬 구조의 그물망이 배치된 것으로서, 바람직하게 2 단계 이상의 복합 그물망으로 구성된다.

상술한 바와 같은 구성을 갖는 냉각장치(100)의 작용은 다음과 같다.

포트로부터 냉각 유체(12)가 공급되어 덕트(30)의 후면(D)으로 유입되면, 덕트(30)내로 유입된 냉각 유체(12)는 덕트(30)의 전면(C)을 향해 흐르게 된다.

이때, 냉각 유체(12)가 덕트(30)의 후면(D)측으로부터 전면(C)측으로 가는 방향에서 유체흐름 조절부(40)를 만나게 되며, 냉각 유체(12)가 유체흐름 조절부(40)를 지나가는 과정에서 냉각 유체(12)의 흐름은 층류의 흐름으로 변환되게 된다.

층류의 흐름으로 변환된 냉각 유체(12)는 덕트(30)내를 흐르면서 더욱 층류화되어 흐르게 되며, 덕트(30)의 제 1관통홀(33)과 제 2 관통홀(35)을 지나가는 광섬유(3)를 냉각시킨 후에 덕트(30)의 전면(C)으로 나가게 된다.

이때, 층류화된 흐름의 냉각 유체(12)는 광섬유(3)를 냉각시킴에 있어 광섬유(3)의 진동을 발생시키지 않고 지나가게 된다.

도 4는 본 발명의 작용을 보다 상세히 나타내기 위한 단면도로서, 도 4를 보면 덕트(30)으로 유입된 냉각 유체(12)가 유체 흐름 조절부(40)를 거치면서 층류화된 흐름으로 변하는 모양이 나타내며, 층류의 흐름으로 변화된 냉각 유체(12)의 흐름은 광섬유(3)를 냉각시키되, 광섬유(3)에 진동을 가하지 않도록 하면서 냉각시킨다.

부가적으로 위에서 예를 든 것과 같이 본 발명의 실시예에서는 유체 흐름 제어부를 2중 그물망으로 구성하였지만, 본 발명의 범위내에서는 얼마든지 단수 개 내지는 복수 개로 형성하는 실시예가 가능하다.

이러한 구성 및 작용은 강제대류방식에서 광섬유(3)의 진동을 억제시키는 본발명의 목적을 달성시키며, 광섬유(3)의 인선속도를 증가시켜도 충분한 냉각이 이루어져 광섬유 제조장치의 생산성이 향상된다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였지만, 본 발명의 분야에 속하는 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않는 범위내에서 얼마든지 본 발명을 변형 또는 변경하여 실시할 수 있음을 알수 있을 것이다.

본 발명에 따르면 대량생산을 위래 광섬유의 인선속도가 급격히 증가하여도 강제대류방식과 광섬유의 진동억제에 따라 충분한 냉각이 이루어져 광섬유 제조장치의 생산성이 향상된다.

그리고, 냉각장치의 높이를 높이거나 냉각 유체의 사용량을 특별히 높이지 않으면서도 광섬유의 품질향상과 공정안정이 이루어져 제품의 생산성이 향상되는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 상면과 하면에 각각 제 1 관통홀과 제 2 관통홀이 형성되어 소정의 광섬유가 지나가고, 전면은 개방되고 후면은 소정의 냉각 유체를 공급하는 포트에 연결되어 후면으로부터 전면측으로 상기 냉각 유체가 지나가도록 형성된 덕트; 및

   상기 덕트의 상기 덕트의 후면과 상기 포트사이에 배치되는 그물망 구조의 유체흐름 조절부를 포함하며,

   상기 냉각 유체가 상기 포트로부터 상기 덕트의 후면으로 유입되면, 상기 냉각 유체는 상기 유체흐름 조절부를 통과하여 층류의 흐름으로 변환되고, 층류의 흐름으로 변환된 상기 냉각 유체는 상기 제 1 관통홀과 제 2 관통홀을 지나가는 광섬유를 냉각시킨 후 상기 전면으로 배출됨을 특징으로 하는 광섬유 냉각장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 유체흐름 조절부는 적어도 하나 이상의 그물망 구조로 형성됨을 특징으로 하는 광섬유 냉각장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 덕트의 전면과 후면사이의 거리는 적어도 상기 상면과 하면사이의 거리보다 긴 것을 특징으로 하는 광섬유 냉각장치.