KR100632879B1

KR100632879B1 - 유리소재의 제조장치 및 제조방법

Info

Publication number: KR100632879B1
Application number: KR1020000030281A
Authority: KR
Inventors: 쓰무라히로시; 고이데히로유키; 도비사카유우지; 하타야마가즈히사; 오기노고; 시마다다다카쓰; 히라사와히데오
Original assignee: 신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤
Priority date: 1999-06-03
Filing date: 2000-06-02
Publication date: 2006-10-16
Also published as: TW584611B; EP1057792A1; DE60021955D1; US6698240B1; DE60021955T2; KR20010049475A; EP1057792B1

Abstract

본 발명은 유리소재의 원재료를 포함하며, 상기 원재료를 증기화하여 가스상의 원재료를 생성시키는 탱크; 가스상의 원재료의 온도를 조절하는 온도 제어장치; 및 가스상의 원재료의 압력을 조절하는 압력 제어장치를 포함하는 광섬유의 모재인 유리소재의 제조장치에 관한 것이다.

광섬유, 유리, 증기화, 관의 막힘

Description

유리소재의 제조장치 및 제조방법 {AN APPARATUS FOR MANUFACTURING GLASS BASE MATERIAL AND A METHOD FOR MANUFACTURING GLASS BASE MATERIAL}

도 1은 본 발명의 유리소재의 제조시스템의 구성을 도시한 도면.

도 2는 도 1에 도시된 필터(40)의 구성을 도시한 도면.

도 3(a)는 도 1에 도시된 반응장치(200)의 상세한 구성을 도시한 도면.

도 3(b)는 도 (A)에 도시된 반응장치(200)의 A-A 단면을 도시한 단면도.

도 4는 항부식성 화학물질을 포함하는 냉각수와 항부식성 화학물질을 포함하지 않는 냉각수의 열제거율을 도시한 도면.

본 발명은 광섬유의 모재(parent material)인 유리소재의 제조장치 및 제조방법에 관한 것이다.

광섬유의 원재료(raw material)는 SiCl₄ 또는 GeCl₄와 같은 원재료를 산소-수소 화염(火炎) 또는 수소 화염에 의해 가수분해하여 제조된다. 가수분해된 원재료가 출발물질에 부착하거나 시드 결정(seed crystal)에서 성장하여 다공성 유리소재 를 형성한다. 외부 증착법(outside vapor deposition method: OVD 법) 및 축 증착법(vapor-phase axial deposition method: VAD 법)과 같은 다양한 다공성 유리소재의 제조방법이 존재한다. 다공성 유리소재를 탈수하고 소결하여 큰 지름을 가지는 유리소재를 형성한다. 큰 지름을 가지는 유리소재의 지름을 감소시켜 예비형성된 유리섬유를 형성한다. 예비형성된 유리섬유를 연신시켜 유리섬유를 제조한다.

SiCl₄ 또는 GeCl₄와 같은 원재료를 가수분해 공정에 공급하기 위해서 증기화 장치에서 증기화시킨다. 증기화 장치는 원재료를 대기압하에서 가열하여 원재료를 증기화시킨다. 증기화 장치가 연속적으로 사용되면 원재료는 장기간 고온에 유지되어 자기분해가 유도된다. 이것은 외부 불순물로 존재하는 소량의 물에 의해 유발되는 부분 다수분해, 겔화 및 외부 불순물의 결정화이다. 따라서 원재료의 순도가 감소되어 유리소재의 품질도 저하된다.

버블러(bubbler)로 칭해지는 장치도 증기화 장치으로 사용할 수 있다. 버블러는 원재료를 감압 상태에서 낮은 온도로 가열하고, 원재료에 산소 또는 아르곤과 같은 캐리어 가스로 기포를 형성한다. 버블러는 장기간 사용한 후에 가수분해 공정동안 원재료를 공급하는 공급관 또는 공급관에 제공된 밸브를 막히게 할 수도 있다. 관이 막히게 되면 평형 증기압을 변동시켜 가스상의 원재료와 캐리어 가스의 혼합물 내에 있는 원재료의 부분압력이 변화된다. 원재료의 부분압력이 변화되면 가수분해된 원재료는 균일하게 부착될 수 없다. 따라서 유리소재의 품질이 균일하지 않고 불안정하다.

원료 가스 내에 포함된 겔 물질 및 외부 불순물에 의해 다공성 유리소재의 제조장치의 구성 요소가 막히게 되면, 이 구성 요소를 교환하여야만 한다. 구성 요소를 교환하는 경우 원료 가스는 대기 중에 포함된 물과 접촉되어 다른 겔 물질을 형성하거나 또 다른 관의 막힘을 초래할 수 있는 부식 가스와 접촉될 수도 있다. 따라서, 교체된 구성 요소에 있는 공기를 완전히 제거하여 가스상의 원재료 및 캐리어 가스로 교환시킨 다음 구성 요소를 교체하여야 한다. 구성 요소를 교체하는데 시간과 노임이 들기 때문에 유리소재의 제조시 생산성은 감소된다.

따라서, 본 발명의 목적은 종래기술과 관련된 상기 문제점을 극복하기 위한 유리소재의 제조장치 및 제조방법을 제공하고자 하는 것이다. 상기 목적은 본 발명의 독립청구항에 기재된 사상에 의해 달성된다. 종속청구항은 본 발명의 추가의 바람직하고 예시적인 사상을 기재한 것이다.

본 발명의 제1 특징은, 유리소재의 원재료를 포함하며, 상기 원재료를 증기화하여 가스상의 원재료를 생성시키는 탱크; 원재료의 온도를 조절하는 온도 제어장치; 및 가스상의 원재료의 압력을 조절하는 압력 제어장치를 포함하는 광섬유의 모재인 유리소재의 제조장치를 포함한다.

상기 장치에서 원재료는 가스상의 원재료를 포함하는 가스상 영역; 및 액상의 원재료를 포함하는 액상 영역을 포함할 수 있다. 온도 제어장치 및 압력 제어장치는 가스상 영역 및 액상 영역에서 평형 증기압을 제어하여 가스상 영역에 있는 가스상의 원재료의 부분압력을 제어할 수 있다. 압력 제어장치는 액상 영역에 캐리어가스의 기포를 생성시켜 평형 증기압을 조절하는 캐리어가스 공급장치를 포함할 수 있다. 캐리어가스 공급장치는 캐리어가스 공급장치으로 캐리어가스를 공급하는 캐리어가스 실린더를 포함할 수 있다.

상기 장치는 가스상의 원재료가 공급되고 가스상의 원재료가 가수분해되어 유리소재가 형성되는 적어도 하나의 반응용기를 추가로 포함할 수 있다. 상기 장치는 가스상의 원재료의 공급 유속을 조절하는 가스 공급밸브 및 반응용기에 공급되는 가스상의 원재료를 여과하는 필터를 추가로 포함할 수 있다. 필터는 가스상의 원재료를 여과하는 투과홀을 가지는 막으로 이루어질 수 있다. 투과홀의 지름은 실제적으로 0.1 ㎛ 내지 100 ㎛일 수 있다. 막은 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene), 스테인레스 소결물, 또는 스테인레스 섬유, 또는 세라믹 필터로 이루어질 수 있다. 필터는 복수층의 막을 포함할 수 있다.

상기 반응용기가 반응용기를 냉각시키는 냉각장치를 포함하고, 상기 냉각장치는 항부식성 화학물질을 포함하는 냉각수를 냉각 장치의 내부에 순환시킬 수 있다. 항부식성 화학물질은 폴리카르복시산 아질산염(polycarboxylic acid nitrite) 을 포함할 수 있다. 냉각수에는 1 ppm 내지 10 ppm 농도의 폴리카르복시산 아질산염이 포함될 수 있다. 항부식성 화학물질에는 무기 질화물이 추가로 포함될 수도 있다. 냉각수에는 폴리카르복시산 아질산염 및 무기 질화물을 각각 1 ppm 내지 10 ppm의 농도로 포함될 수도 있다. 냉각수의 온도는 실제적으로 40℃ 내지 90℃, 바 람직하게는 50℃ 내지 80℃일 수 있다. 냉각수는 세균의 증식을 억제하는 세균발육억제제를 포함할 수 있다.

본 발명의 제2 특징은 유리소재의 원재료를 제공하는 단계; 원재료를 가열하여 증기화하고 가스상의 원재료를 생성하는 원재료의 가열단계; 캐리어 가스를 공급하여 가스상의 원재료의 부분압력을 감소시키는 캐리어가스의 공급단계; 원재료의 가열을 조정하여 원재료의 온도를 조절하는 온도 제어단계; 및 캐리어 가스의 공급을 조정하여 가스상의 원재료의 부분압력을 조절하는 부분압력 제어단계를 포함하는 유리소재의 제조방법을 포함한다. 상기 방법은 유리소재를 형성하기 위해 가스상의 원재료를 공급하여 가수분해하는 단계를 추가로 포함할 수도 있다.

상기 방법은 가스상의 원재료를 여과하고 가스상의 여과된 원재료를 공급하여 가수분해하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 본 발명의 방법은 가스상의 원재료의 공급유속을 제어하고 유속이 제어된 가스상의 원재료를 공급하고 가수분해하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 가스상의 원재료를 공급하고 가수분해하는 단계는 반응용기에서 가스상의 원재료를 반응용기에서 가수분해할 수 있고; 가수분해 단계는 반응용기의 주위를 냉각수로 순환시켜 반응용기를 냉각하는 단계를 포함할 수 있다. 냉각 단계는 항부식성 화학물질을 포함하는 냉각수로 반응용기를 냉각시킬 수 있다. 항부식성 화학물질은 폴리카르복시산 아질산염을 포함할 수 있다. 냉각수에는 폴리카르복시산 아질산염이 실제적으로 1 ppm 내지 10 ppm의 농도로 포함될 수 있다. 항부식성 화학물질은 무기 질화물을 추가로 포함할 수 있다. 냉각수에는 무기 질화물이 실제적으로 1 ppm 내지 10 ppm의 농도로 포함할 수 있다. 냉각단계는 냉각수의 온도를 40℃ 내지 90℃로, 바람직하게는 50℃ 내지 80℃로 제어할 수도 있다. 냉각수는 냉각수에 존재하는 세균의 증식을 억제하는 세균발육억제제를 포함할 수 있다.

상기 기재는 본 발명의 개요로서 본 발명의 모든 특징을 필수적으로 기재하는 것은 아니므로 본 발명은 이들 특징 이외의 구성을 추가적으로 포함할 수 있다.

본 발명은 이하에서 바람직한 실시예를 기준으로 설명될 것이지만 상기 실시예는 본 발명의 범주를 한정하고자 하는 것은 아니고 다만 본 발명을 예를 들어 설명하고자 하는 것이다. 본 발명의 실시예에 기재된 모든 특징 및 조합은 본 발명에서 필수적인 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 유리소재의 제조시스템의 구성을 도시하고 있다. 유리소재의 제조시스템은 탱크(18), 액체 공급제어밸브(14), 온도센서(24), 온도 제어회로(20), 열원(22), 압력센서(36), 압력 제어회로(34), 캐리어가스 제어밸브(32), 캐리어가스 실린더(28), 및 복수의 반응장치(200)을 포함한다. 탱크(18)는 액상 영역(26) 및 가스상 영역(16)을 포함한다. 온도 제어회로(20), 열원(22), 및 온도센서(24)는 온도 제어장치를 구성한다. 캐리어가스 제어밸브(32), 압력 제어회로(34), 및 압력센서(36)는 압력 제어장치를 구성한다. 캐리어가스 실린더(28)는 탱크(18)에 캐리어가스를 공급하는 캐리어가스 공급장치이다. 유리소재 제조시스템은 탱크(18)와 복수의 반응장치(200) 사이에 각각 필터(40) 및 기체 공급제어밸브(74)를 추가로 포함한다.

액상의 다공성 유리소재의 원재료, 즉 액상 원재료가 탱크(18)에 공급된다. 액체 공급제어밸브(14)는 액상 원재료가 탱크(18)로 이동하는 유속을 제어한다. 탱크(18)는 액상 원재료, 예를 들면 SiCl₄를 원재료로 포함하는 액상 영역(26)을 포함한다. 탱크(18)는 가스상의 원재료, 즉 가스 원재료를 포함하는 가스상 영역(16)을 추가로 포함한다.

온도센서(24)는 액상 원재료의 온도를 감지한다. 온도 제어회로(20)는 온도 센서(24)에 의해 감지되는 온도를 기준으로 열원(22)을 제어한다. 열원(22)은 탱크(18)에서 액상 원재료를 가열하여 증기화하여 가스상의 원재료를 생성시킨다. 캐리어 가스실린더(28)는 아르곤과 같은 캐리어가스를 탱크(18)의 액상 영역(26)으로 공급하여 탱크(18)의 가스상 영역(16)의 가스상 원재료의 부분압력을 감소시킨다. 캐리어가스 제어밸브(32)는 캐리어가스 실린더(28)에서 탱크(18)로 이동하는 캐리어가스의 공급유속을 제어한다.

압력센서(36)는 가스상 영역(16)의 압력을 감지한다. 압력 제어회로(34)는 압력센서(36)에 의해 감지되는 압력에 따라서 캐리어가스 실린더(28)에서 공급되는 캐리어가스의 공급유속을 제어한다. 복수의 반응장치(200)은 탱크에서 공급되는 가스상 원재료를 가수분해한다. 별개의 필터(40)가 복수의 반응장치(200) 각각에 공급되어 탱크(18)에서 각 반응장치(200)으로 도입되는 가스상 원재료를 여과한다. 기체 공급제어밸브(74)가 필터(40)와 복수의 반응장치(200) 각각에 공급되어, 필터(40)를 통과한 가스상 원재료가 반응장치(200)으로 공급되는 유속을 제어한다.

스테인레스 스틸이 기계적 강도 뿐 아니라 화학적 안정성을 가지고 있기 때 문에, 탱크(18)와 각기 반응장치(200) 사이에 제공된 공급파이프들은 스테인레스 스틸로 제조되는 것이 바람직하다. 탱크(18), 액상 원재료를 탱크(18)에 공급하는 파이프, 및 캐리어가스를 탱크(18)에 공급하는 파이프도 스테인레스 스틸로 제조되는 것이 바람직하다.

유리소재를 제조하는 방법은 도 1을 참조로 하여 이하에서 설명될 것이다. 액상의 원재료가 액체 공급제어밸브(14)를 통해 탱크(18)에 공급된다. 액상 원재료의 공급유속은 액체 공급제어밸브(14)에 의해 제어된다. 열원(22)은 온도제어회로(20)에서 출력된 지시신호에 따라 탱크(18) 내부의 액상 원재료를 가열하고 증기화하여 가스상 원재료를 생성한다. 캐리어가스 실린더(28)는 캐리어가스를 액상 영역(26)으로 공급한다. 캐리어가스의 유속은 압력 제어회로(34)에서 출력된 지시신호에 따라 캐리어가스 제어밸브(32)에 의해 제어된다.

캐리어가스는 액상 영역(26)으로 공급되어 기포를 생성시킨다. 기포생성공정에 의해, 가스상 원재료 및 캐리어가스는 혼합 기체를 형성하여 가스상 영역(16)에 충전된다. 온도 제어장치 및 압력 제어장치는 가스상 영역(16)과 액상 영역(26) 사이의 평형 증기압을 제어하여 가스상 원재료의 부분압력을 제어한다. 압력과 온도를 모두 제어하여 가스상 원재료와 캐리어가스는 소정의 비율로 혼합된다. 본 발명은 혼합 기체에서 가스상 원재료의 부분압력을 일정하게 유지할 수 있기 때문에, 본 발명의 유리소재 제조시스템에 의해서 제조된 유리소재의 품질은 안정화되고 균일하게 된다. 액상 원재료는 낮은 온도에서 증기화되어 원재료의 자기분해가 감소되므로, 본 발명의 증기화 장치는 연속적으로 장기간동안 사용할 수 있 다.

상기에 기재된 증기화 장치에 의해 다공성 유리소재를 제조하였다. 액상의 SiCl₄로 탱크(18)를 충전하였다. 탱크(18)는 10 리터 용량으로 스테인레스 스틸로 제조되었다. 아르곤을 캐리어가스로 사용하였다. 탱크(18)내 압력은 0.6 ㎏/㎠으로 일정하게 제어되었다. 액상 SiCl₄의 온도는 40℃로 유지되었다. SiCl₄와 아르곤 가스의 혼합 기체가 증기화 장치에서 생성되었다. 혼합 기체는 13개의 반응장치(200)에 공급되었다. 각 반응장치에는 하나의 산소-수소 버너(88)가 제공되었다. 각 반응장치(200)는 SiCl₄를 40 시간동안 가수분해하고 축적하여 유리소재(86)를 생산하였다.

유리소재(86)의 제조가 완료되면 기체 공급제어밸브(74)가 폐쇄된다. 이후 다공성 물질의 제조를 다시 시작하는 경우, 기체 공급제어밸브(74)를 재개방하고 버너에 다시 불을 붙였다. 최소한 하나 이상의 버너(88)가 항상 사용되었기 때문에 증기화 장치는 4000 시간동안 연속적으로 사용되었다. 모든 버너(88)에 시간당 공급된 SiCl₄ 가스의 함량은 작동하는 버너(88)의 수에 따라 평균 공급량의 -30% 내지 +30% 사이였다. SiCl₄ 가스와 아르곤 가스의 조성비는 다공성 유리소재의 제조동안 일정하게 유지되어 각각의 버너(88)에 안정적으로 공급되었다.

본 발명의 실시예에서는 다공성 유리소재의 원재료를 증기화하는 데 증기화 장치를 사용하였다. 본 발명에 설명된 장치는 또한 할로겐화 알킬 실란 또는 할로 겐화 알콕시 실란을 증기화하는 데 사용할 수 있다. 상기 장치는 또한 인조 석영을 제조하는 데 사용할 수도 있다.

도 2는 도 1에 도시된 필터(40)의 구성을 도시하는 것이다. 필터(40)는 탱크(18)와 반응장치(200)들 사이에 제공되는 것으로 복수의 반응장치(200) 앞에 제공되는 것이다. 필터(40)는 제1 하우징(42), 제2 하우징(54), 분배자(44), 제1 막 홀더(50), 제2 막 홀더(58), 제1 홀더 고정기(56), 제2 홀더 고정기(66), 제1 막(46), 제2 막(48), 제1 도관(52) 및 제2 도관(60)을 포함한다. 제1 홀더(50)는 혼합 기체의 상부 스트림 측에 제1 막(46)을 포함하여 혼합 가스 원료를 여과한다. 제1 홀더(50)는 혼합 기체의 흐름을 분할하는 분배자(44)를 추가로 포함한다.

제1 홀더(50)는 제1 하우징(42)의 내부에 고정된다. 제1 홀더(50)는 제1 도관(52)을 혼합 기체의 하부 스트림 측에 추가로 포함하여 혼합 기체의 흐름을 제2 홀더(58)의 하부 스트림 측으로 돌린다. 제1 홀더(50)는 제1 하우징(42)과 제1 홀더(50)를 연결하는 연결부에 개구(62)를 포함하여 혼합 기체의 흐름을 제2 홀더(58)의 제2 막(48)으로 돌린다. 제2 홀더(58)는 제2 홀더(58)의 상부측에 제2 막(48)을 포함한다. 제2 막(48)은 제1 막 홀더(50)와 제2 홀더(58) 모두에 의해 지지된다. 제2 홀더(58)는 제2 하우징(54) 내부에 고정된다. 제2 홀더(58)는 하부의 스트림 측에 제2 도관(60)을 포함하여 혼합 기체의 흐름을 제2 홀더(58)의 하류 스트림 측으로 돌린다. 제1 하우징(42)과 제2 하우징(54)은 서로 연결되고 제1 홀더(50)와 제2 홀더(58)도 서로 연결되어 필터(40)를 형성하게 되는 것이다.

탱크(18)에서 생성되는 가스상 원재료와 캐리어가스의 혼합 기체는 반응장치(200)에 보내져서 가수분해된다. 필터(40)는 가수분해하고자 하는 혼합 기체를 여과한다. 탱크로부터 제공되는 혼합 기체는 필터(40)로 이동하고 분배자(44)에 의해 각각 제1 막(46)과 제2 막(48)으로 분배된다. 일부의 혼합 기체는 제1 막(46), 제1 도관(52), 및 제2 도관(60)을 통해 통과하고; 다른 혼합 기체는 제1 홀더 고정기(56)에 형성된 개구(62), 제2 홀더(58)에 있는 제2 막(48) 및 제2 도관(60)을 통해 통과한다.

다공성 유리소재는 상기에서 설명한 바와 같이 필터(40)에 의해 여과된다. 홀의 지름이 0.5㎛인 폴리테트라플루오로에틸렌 필터를 필터의 막으로 사용하였다. 200㎛의 내경을 가지는 스테인레스 스틸 파이프 및 1000 ㎛의 최대 개구홀 지름을 가지는 전기밸브를 기체 공급제어밸브(74)로 사용하였다. 0.1 MPa에서 SiCl₄ 및 GeCl₄를 포함하는 가스상 원재료의 압력을 제어하면서, 다공성 유리소재의 제조장치를 8000 시간동안 연속적으로 사용하였다. 관은 막히지 않았고, 혼합 기체가 8000 시간동안 안정적으로 버너(88)에 공급되었다.

혼합 기체가 제1 막(46) 및 제2 막(48) 중 하나를 통과하는 경우, 혼합 기체에 포함된 불순물 또는 외부 물질이 제1 막(46) 및 제2 막(48)중 하나에 포획된다. 혼합 기체가 가수분해되기 전에 혼합 기체를 여과하여 혼합 기체를 정제하였다. 필터(40)는 혼합 기체의 품질을 일정하게 유지할 수 있기 때문에, 본 발명의 실시예에 의해서 제조된 유리소재의 품질은 안정화된다. 본 발명의 필터는 제1 막(46) 및 제2 막(48)의 2개의 막을 가지기 때문에, 필터는 혼합 기체를 효과적으로 여과 할 수 있다. 본 실시예에서 필터가 2개의 막을 가지지만, 필터는 2개 이상의 막을 포함하여 혼합 기체를 더욱 정제할 수 있다.

본 발명의 실시예에서 석영 유리용 가스상 원재료가 공급되는 필터(40)가 제공되어 있지만 필터(40)에는 수소와 같은 가연성 가스, 산소 가스와 같은 연소보존 가스, 또는 아르곤 또는 질소와 같은 불활성 가스를 석영 유리 합성장치에 공급하는 파이프에도 제공될 수가 있다.

도3(a) 및 3(b)는 도 1에 도시된 반응장치(200)의 구성을 상세하게 도시한 것이다. 도 3(b)는 도 3(a)에 도시된 반응장치(200)의 A-A 단면도이다. 반응장치(200)은 버너(88), 축방향 로드(84), 로드 홀더(90), 배출후드(92), 배기관(102), 슬릿(104), 반응용기(82), 내벽(96), 절연물질(98), 외벽(100), 냉각채널(94)을 포함한다. 외벽(100), 절연물질(98), 내벽(96), 및 냉각 채널(94)은 반응용기(82)을 구성한다.

버너(88)는 가스상 원재료를 가수분해한다. 버너(88)는 균일한 다공성 유리소재를 형성하기 위해서 다공성 유리 소재를 형성하는 화염 버너가 바람직하다. 축방향 로드(84)는 가수분해된 가스상 원재료가 부착되는 것으로 반응용기(82)의 내부에 제공된다. 로드 홀더(90)는 축방향 로드(84)를 고정하고 축방향 로드(84)를 회전하여 가수분해된 원재료를 축방향 로드(84)에 부착시켜 유리소재(86)를 생성하도록 한다. 배출후드(92)를 반응용기(82)의 상부에 제공하고 배기관(102)에 연결하여 배기가스를 외부로 배출한다. 내벽(96)은 축방향 로드(84), 로드 홀더(90) 및 배출후드(92)를 내부에 포함한다. 외벽(100)은 내벽(96)의 외부에 제 공된다. 절연물질(98)이 반응용기982)의 절연을 위해서 내벽(96)과 외벽(98) 사이에 충전된다. 절연물질(98) 내에 형성된 냉각채널(94)은 내벽(96)의 외부에 제공된다.

탱크(18)에서 생성되는 혼합 기체를 반응장치(200)에 공급한다. 혼합 기체는 반응장치(200)에서 가수분해된다. 로드 홀더(90)가 축방향 로드(84)를 회전시킨다. 혼합 기체는 버너(88)에 의해 가수분해되어 축방향 로드(84)에 부착된다. 슬릿(104)은 반응용기(82)에서 축방향 로드(84)와 평행한 방향으로 제공된다. 혼합 기체를 가수분해하는 동안 버너(88)가 슬릿(104)을 따라 앞뒤로 이동한다. 로드 홀더(90)는 축방향 로드(84)를 회전시켜서 가수분해된 가스상 원재료가 축방향 로드(84) 둘레와 축방향 로드(84)를 따라 부착된다. 이후, 유리소재(86)가 방추형으로 축방향 로드(84) 상에 형성된다. 배출후드(92)는 혼합 기체가 가수분해되는 동안 반응용기(82) 내부의 배기가스를 배기관(102)를 통해 배출시킨다. 냉각채널(94)은 내부에 냉각수를 포함한다.

혼합 기체를 가수분해하는 동안, 혼합 기체가 연소됨에 의해 반응용기(82) 내부에 열을 공급한다. 반응용기(82) 내부 열량(quantity)의 증가는 내벽(96)에 공급되는 열량을 증가시킨다. 열량의 증가는 반응용기(82)에서 생성되는 응력을 증가시킨다. 열량의 증가에 의해서 생성되는 응력은 내벽(96)을 손상시켜서 반응용기(82)의 수명을 단축시킬 수 있다. 내벽(96)이 파손되면 내벽(96) 및 절연물(98)의 파손된 물질의 일부가 가수분해된 원재료에 부착되고 혼입될 수 있다. 유리소재(86)가 내벽(96) 및 절연물(98)의 파손된 물질의 일부에 의해 오염되 면 유리소재(86)의 품질은 저하된다. 따라서, 유리소재의 최종 산물인 유리섬유의 전환 손실이 증가하거나 유리섬유가 파손될 수 있다.

상기 문제를 방지하기 위해서 반응용기(82)은 냉각채널(94)을 포함한다. 냉각채널(94)은 반응용기(82)의 내부의 주변에 냉각수를 포함시켜 냉각수를 순환시킨다.

냉각수는 냉각채널(94) 내에서 순환되어 가열된다. 가열된 물은 공기와 접촉에 의해 냉각된다. 물은 공기와 접촉에 의해서 냉각되는 동안 산소를 흡수한다. 산소를 흡수한 냉각수는 냉각채널(94)로 되돌려진다. 산소를 포함하는 물은 냉각채널(94)에서 가열되어 온도가 상승하게 된다. 산소를 포함하는 고온의 물은 냉각채널(94)의 벽을 부식하여 냉각채널(94)의 벽에 녹을 형성할 수도 있다. 냉각채널(94)의 벽에 부착된 녹은 냉각채널(94)의 교체 속도를 감소시킨다.

따라서, 본 발명의 냉각수는 항부식성 화학물질을 포함하여 부식을 방지하고 높은 열 교환율을 유지한다. 항부식성 화학물질의 예로는 폴리카르복시산 아질산염 및 무기 질화물이 바람직하게 사용될 수 있다. 1 ppm 미만의 농도에서 항부식성 화학물질은 부식을 효과적으로 방지하지 못한다. 10 ppm 이상의 농도에서는, 항부식성 화학물질의 농도가 증가하더라도, 항부식성 화학물질의 부식 방지 효율이 일정하게 유지된다. 또한, 농도가 10 ppm 이상인 경우에 항부식성 화학물질이 냉각채널(94)에 퇴적되고 열교환 효율을 감소시킨다. 따라서 항부식성 화학물질의 농도는 1 ppm 내지 10 ppm 전후인 것이 바람직하다.

다공성 유리소재는 상기에 설명된 반응장치(200)에서 제조되었다. 25 ㎟의 크기와 형태를 가진 스테인레스 스틸제의 냉각파이프가 냉각채널(94)로 사용되었다. 냉각채널(94)은 내벽(96)에서 100 ㎜ 간격을 두고 축방향 로드(84)에 평행한 방향으로 외부에 제공되었다. 냉각채널(94)은 300 ㎜ 간격으로 밴드를 점용접(spot welding)하여 내벽(96)에 고정된다. 필요한 열전이 영역을 얻기 위해, 열시멘트(thermo cement)가 냉각 채널(94)의 양측에 충전되었다. Al₂O₃ 및 SiO₂로 이루어진 절연물질(98)이 내벽(96)과 외벽(100) 사이에 제공되었다. 냉각수는 6 ppm의 폴리카르복시산 아질산염과 5 ppm의 무기 질화물을 항부식성 화학물질로 포함한다. 3개월 사용 후, 도 4에 도시된 바와 같이 냉각 효율은 변화되지 않았고 갈색의 녹도 감지되지 않았으므로 냉각채널에서 부식이 억제되었음을 알 수 있다.

도 4는 항부식성 화학물질을 포함한 냉각수 및 항부식성 화학물질을 포함하지 않은 냉각수의 사용 3개월 후의 열제거율(heat removing ratio)을 도시하는 것이다. 배기가스와 같은 기타 냉각수단과 비교한 항부식성 화학물질을 가진 냉각수의 열제거율은 기타 냉각수단과 비교한 항부식성 화학물질을 가지지 않은 냉각수의 열제거율보다 더 크다. 항부식성 화학물질을 냉각수에 첨가하는 것이 부식을 방지할 수 있기 때문에 다른 냉각수단과 비교된 열제거율이 더 큰 것이다.

냉각수가 열량을 효과적으로 제거할 수 있기 때문에, 본 발명의 유리소재 제조시스템을 제조시에 다량의 열량을 요구하는 유리소재를 대량 생산할 수 있다. 유리소재의 제조시스템의 생산성이 증가된다. 반응용기(82)에서 생성되는 응력이 감소되어 반응용기(82)의 수명이 향상되고 응력에 의해 생성되는 반응용기(82)의 파손이 감소된다. 따라서 반응장치(200)에 의해 제조되는 유리소재의 품질이 안정화된다. 또한 반응용기(82)에서 확산되는 열량이 감소되어서 반응장치(200)의 사용자의 작업환경이 개선된다.

냉각채널(94) 내부의 냉각수의 온도는 40℃ 내지 90℃, 바람직하게는 50℃ 내지 80℃로 유지되어서 냉각 효율을 높이는 동시에 반응용기(82) 내부의 응축을 방지한다.

냉각수는 장기간동안 교체되지 않고 냉각 채널(94) 주위를 순환한다. 따라서, 세균이 냉각수에서 증식하여 냉각수를 오염시켜 반응장치(200)가 오염될 수 있다. 세균에 의한 냉각수의 오염을 방지하기 위해, 냉각수는 냉각수에서 세균의 증식을 억제하는 세균발육 저해제를 포함할 수 있다.

본 발명이 예시적인 실시예에 의해 설명되었지만 당업자는 많은 변형과 치환이 본 발명의 사상 및 범주에서 이탈됨 없이 이루어질 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명은 오직 첨부한 특허청구범위에 의해서만 한정된다.

Claims

유리소재의 원재료를 포함하며, 상기 원재료를 증기화하여 가스상의 원재료를 생성시키는 탱크;

상기 원재료의 온도를 조절하는 온도 제어장치; 및

상기 가스상의 원재료의 압력을 조절하는 압력 제어장치

을 포함하며,

압력과 온도를 모두 제어함으로써 가스상 원재료와 캐리어 가스를 소정의 비율로 혼합하는 것을 특징으로 하는 광섬유의 모재인 유리소재의 제조장치.
제1항에 있어서,

상기 탱크가

상기 가스상의 원재료를 포함하는 가스상 영역; 및

액상의 원재료를 포함하는 액상 영역

을 포함하는 유리소재의 제조장치.
제2항에 있어서,

상기 온도 제어장치 및 상기 압력 제어장치가 상기 가스상 영역 및 상기 액상 영역에서 평형 증기압을 제어하여 상기 가스상 영역에서 상기 가스상의 원재료의 부분압력을 조절하는 유리소재의 제조장치.
제3항에 있어서,

상기 압력 제어장치가 상기 액상 영역에 캐리어가스의 기포를 생성시켜 상기 평형 증기압을 조절하는 캐리어가스를 공급하는 캐리어가스 공급장치를 포함하는 유리소재의 제조장치.
제4항에 있어서,

상기 캐리어가스 공급장치가 상기 캐리어가스 공급장치으로 캐리어가스를 공급하는 캐리어가스 실린더를 포함하는 유리소재의 제조장치.
제1항에 있어서,

상기 가스상의 원재료를 공급하고 상기 가스상의 원재료를 가수분해하여 유리소재를 형성하는 적어도 하나의 반응용기를 추가로 포함하는 유리소재의 제조장치.
제6항에 있어서,

상기 가스상의 원재료의 공급 유속을 조절하는 기체 공급밸브를 추가로 포함하는 유리소재의 제조장치.
제6항에 있어서,

상기 반응용기에 공급되는 상기 가스상의 원재료를 여과하는 필터를 추가로 포함하는 유리소재의 제조장치.
제8항에 있어서,

상기 필터가 상기 가스상의 원재료를 여과하는 투과홀을 가지는 막으로 이루지는 유리소재의 제조장치.
제9항에 있어서,

상기 투과홀의 지름이 실제적으로 0.1 ㎛ 내지 100 ㎛인 유리소재의 제조장치.
제9항에 있어서,

상기 막이 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene)으로 이루어지는 유리소재의 제조장치.
제9항에 있어서,

상기 막이 스테인레스 소결물로 이루어지는 유리소재의 제조장치.
제9항에 있어서,

상기 막이 스테인레스 섬유로 이루어지는 유리소재의 제조장치.
제9항에 있어서,

상기 막이 세라믹 필터로 이루어지는 유리소재의 제조장치.
제9항에 있어서,

상기 필터가 복수층의 막을 포함하는 유리소재의 제조장치.
제6항에 있어서,

상기 반응용기가 상기 반응용기를 냉각시키는 냉각장치를 포함하고, 상기 냉각장치는 항부식성 화학물질을 포함하는 냉각수를 상기 냉각장치의 내부에서 순환시키는 유리소재의 제조장치.
제16항에 있어서,

상기 항부식성 화학물질이 폴리카르복시산 아질산염(polycarboxylic acid nitrite)을 포함하는 유리소재의 제조장치.
제17항에 있어서,

상기 냉각수가 상기 폴리카르복시산 아질산염을 1 ppm 내지 10 ppm 농도로 포함하는 유리소재의 제조장치.
제15항에 있어서,

항부식성 화학물질이 무기 질화물을 추가로 포함하는 유리소재의 제조장치.
제19항에 있어서,

상기 냉각수가 폴리카르복시산 아질산염 및 무기 질화물을 각각 1 ppm 내지 10 ppm의 농도로 포함하는 유리소재의 제조장치.
제16항에 있어서,

상기 냉각수의 온도가 실제적으로 40℃ 내지 90℃인 유리소재의 제조장치.
제21항에 있어서,

상기 냉각수의 온도가 실제적으로 50℃ 내지 80℃인 유리소재의 제조장치.
제16항에 있어서,

상기 냉각수가 세균의 증식을 억제하는 세균발육억제제를 포함하는 유리소재의 제조장치.
유리소재의 원재료를 제공하는 단계;

상기 원재료를 가열하여 증기화하고 가스상의 원재료를 생성시키는 단계;

캐리어 가스를 공급하여 상기 가스상의 원재료의 부분압력을 감소시키는 단계;

상기 원재료의 가열을 조정하여 상기 원재료의 온도를 조절하는 단계; 및

상기 캐리어 가스의 공급을 조정하여 상기 가스상의 원재료의 부분압력을 조절하는 단계

를 포함하며,

압력과 온도를 모두 제어함으로써 가스상 원재료와 캐리어 가스를 소정의 비율로 혼합하는 것을 특징으로 하는 유리소재의 제조방법.
제24항에 있어서,

상기 가스상의 원재료를 공급하고 가수분해하여 상기 유리소재를 형성하는 단계를 추가로 포함하는 유리소재의 제조방법.
제25항에 있어서,

상기 가스상의 원재료를 여과하고 가스상의 여과된 원재료를 공급하여 가수분해하는 단계를 추가로 포함하는 유리소재의 제조방법.
제25항에 있어서,

상기 가스상의 원재료의 공급유속을 제어하고 유속이 제어된 가스상의 원재료를 공급하고 가수분해하는 단계를 추가로 포함하는 유리소재의 제조방법.
제24항에 있어서,

상기 가스상의 원재료를 공급하고 가수분해하는 단계가 반응용기에서 상기 가스상의 원재료를 반응용기에서 가수분해하는 단계이고; 또한

상기 가수분해 단계는 반응용기의 주위에 냉각수를 순환시켜 반응용기를 냉 각하는 단계를 포함하는

유리소재의 제조방법.
제28항에 있어서,

상기 냉각단계에서 항부식성 화학물질을 포함하는 냉각수로 반응용기를 냉각시키는 유리소재의 제조방법.
제29항에 있어서,

상기 항부식성 화학물질이 폴리카르복시산 아질산염을 포함하는 유리소재의 제조방법.
제30항에 있어서,

상기 냉각수가 상기 폴리카르복시산 아질산염을 실제적으로 1 ppm 내지 10 ppm의 농도로 포함하는 유리소재의 제조방법.
제29항에 있어서,

상기 항부식성 화학물질이 무기 질화물을 추가로 포함하는 유리소재의 제조방법.
제32항에 있어서,

상기 냉각수가 상기 무기 질화물을 실제적으로 1 ppm 내지 10 ppm의 농도로 포함하는 유리소재의 제조방법.
제29항에 있어서,

상기 냉각단계에서 냉각수의 온도를 40℃ 내지 90℃로 조절하는 유리소재의 제조방법.
제34항에 있어서,

상기 냉각단계에서 냉각수의 온도를 50℃ 내지 80℃로 조절하는 유리소재의 제조방법.
제29항에 있어서,

상기 냉각수가 상기 냉각수에 세균의 증식을 억제하는 세균발육억제제를 포함하는 유리소재의 제조방법.
제1항에 있어서,

원료액의 기화에 필요한 온도의 상한값을 원료액의 자기분해가 저감되는 온도로 제어하는 것을 특징으로 하는 광섬유의 모재인 유리소재의 제조장치.
제24항에 있어서,

원료액의 기화에 필요한 온도의 상한값을 원료액의 자기분해가 저감되는 온도로 제어하는 것을 특징으로 하는 유리소재의 제조방법.