KR100776098B1 - 광섬유 인선용 전기로 - Google Patents

광섬유 인선용 전기로 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 광섬유 인선용 전기로(furnace)는, 광섬유 모재를 감싸도록 설치되어 그 내부에 광섬유 모재를 수용하는 발열체를 구비하며, 발열체 하단부에 구비된 전기로 본체의 외벽과 내벽에 의해 전기로 내부로 유입될 불활성 가스의 유로가 형성되고, 유로 내부에는 외벽 또는 내벽의 원주면을 따라 외벽 또는 내벽으로부터 돌출된 복수의 격벽(baffle)이 구비된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 불활성 가스를 점진적으로 예열함으로써, 광섬유 표면에서의 급격한 온도 변화에 따른 외경 및 비원율에 미치는 악영향을 방지한다. 또한, 전기로 내부로 유입되는 불활성 가스의 유동성을 균일화시킴으로써, 광섬유 주변의 난류 발생을 억제한다.
광섬유 인선, 전기로, 발열체, 난류

Description

광섬유 인선용 전기로{Furnace for drawing down optical fiber preform into optical fiber}
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 종래 기술에 따른 광섬유 인선 공정의 일 예를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 종래 기술에 따른 광섬유 인선 공정의 다른 예를 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광섬유 인선용 전기로의 구성과 광섬유 인선 공정을 개략적으로 도시한 도면.
도 4는 도 3의 하부 플랜지의 형태를 도시한 평면도.
도 5는 도 3의 5A-5A'선, 5B-5B'선, 5C-5C'선 및 5D-5D'선에 따른 단면도.
도 6은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 광섬유 인선용 전기로의 구성을 개략적으로 도시한 사시도.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예 및 비교에에 따라 전기로 내부 상태를 도 시한 도면.
<도면의 주요 참조부호에 대한 설명>
100..발열체 1..광섬유 모재 1'..광섬유
200..파워 플랜지 300..하부 하우징 310..하부 플랜지
320..가스 유로 400..슬리브 500..단열 부재
본 발명은 광섬유 인선(drawing)용 전기로(furnace)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 인선 공정에서 그 열원으로 전기로를 사용하는 경우 전기로 내부로 유입되는 불활성 가스를 충분히 예열시키고 불활성 가스의 유동을 균일화시킬 수 있는 광섬유 인선용 전기로에 관한 것이다.
일반적인 광섬유 제조 방법은 크게, 광섬유 모재(preform)을 형성하는 공정과, 광섬유 모재로부터 광섬유를 인선하는 공정으로 이루어진다.
구체적으로, 광섬유 모재를 제조하는 대표적인 공정기술로는 수정화학 기상증착(MCVD, 이하 MCVD라고 한다), 기상축증착(Vapor-phase Axial Deposition: VAD), 외부기상증착(Outside Vapor Deposition: OVD) 공법 등을 들 수 있다.
MCVD 공법은 내부증착방식으로 클래드 및 코어를 순차적으로 형성하는 제조방법으로서, 회전하는 석영튜브 내부에 SiCl4, GeCl4, POCl3 등 할라이드(halide)계 열의 반응가스를 산소가스와 함께 주입하면서, 열원을 이용하여 석영튜브를 가열하면 석영튜브 내에 미세한 수트 입자들이 증착 및 소결되어 클래드 및 코어층을 형성하는 방법이다.
VAD 공법은, 석영봉의 하단에서 산소 가스와 함께 SiCl4, GeCl4 등의 반응가스를 주입하면서 열원을 이용하여 가열하면 가수분해 반응이 유발된다. 이에 따라 석영봉의 하단에 원형봉상의 수트에서 만들어진 다공질 모재가 형성되면, 이를 끌어 올려 전기로에서 가열 및 용해시키고 이를 연속적으로 유리화시켜 광섬유 모재를 형성하는 방법이다.
OVD 공법은, 회전하는 석영봉 외부에 SiCl4, GeCl4, POCl3 등 할라이드(halide)계열의 반응가스를 산소가스와 함께 불어넣고 화염을 이용하여 반응가스를 가열하면 가수분해 반응이 유발되어 미세한 수트 입자가 생성되고, 이를 다층으로 증착시키는 방법이다.
상술한 방법 등에 의해 광섬유 모재가 제조되면, 이를 가열 및 용융하여 미세 직경의 광섬유로 인선한다.
도 1은 상술한 광섬유 제조 과정 중 광섬유 모재로부터 광섬유를 인출하는 인선 공정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 파워 플랜지(미도시)를 통해 전력을 공급받아 발열체(20)가 발열되고, 이에 따라 용융공간(전기로 내부)은 1800℃ 이상의 온도가 유지된다. 이와 동시에 전기로 내부는 발열체(20)의 산화를 방지하고 이물질의 유입을 방지하 기 위한 불활성 가스를 유입시켜 퍼징(purging)한다. 즉, 전기로의 하부에 구비된 불활성 가스 공급로(30)를 통해 아르곤(Ar), 헬륨(He) 또는 질소(N2) 등과 같은 불활성 가스를 분사하여 전기로 내부를 불활성 가스 분위기로 만든다. 이때, 불활성 가스 공급로(30)는 하우징의 일부 벽면에 다공성 막으로 이루어지고, 이를 통해 불활성 가스를 전기로 내부로 유입시킨다. 그리고 나서, 광섬유 모재(10)를 서서히 용융시켜 광섬유 모재(10)의 하단으로부터 광섬유(10')를 인선한다.
그러나 상술한 방법은, 상온의 불활성 가스가 전기로 내부로 바로 유입되어 광섬유와 직접적으로 접촉됨에 따라 광섬유 표면에 온도 변화가 생기고, 이에 따라 광섬유의 외경과 비원율에 악영향을 끼치는 문제점이 있었다.
도 2를 참조하면, 전기로 내부에 불활성 가스를 예열시키는 슬리브(50)를 구비하고, 불활성 가스는 하우징과 슬리브(50) 사이의 통로를 따라 유동되면서 소정의 온도로 가열된다.
그러나 상술한 방법도, 불활성 가스를 충분히 예열시키는데 한계점이 있으며, 또한 불활성 가스가 상기 통로를 통과하면서 불활성 가스의 유동이 뷸균일하게 되어 난류가 증가하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 광섬유를 인선하는 공정에서 불활성 가스를 충분히 예열하고, 예열된 불활성 가스의 유동을 균일화시켜 전기로 내부로 주입함으로써, 광섬유 주변의 난류 강도를 약화시키고, 광섬유의 비원율을 향상시키는 광섬유 인선용 전기로를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광섬유 인선용 전기로(furnace)는, 광섬유 모재를 감싸도록 설치되어 그 내부에 광섬유 모재를 수용하는 발열체를 구비하며, 상기 발열체 하단부에 구비된 전기로 본체의 외벽과 내벽에 의해 상기 전기로 내부로 유입될 불활성 가스의 유로가 형성되고, 상기 유로 내부에는 상기 외벽 또는 내벽의 원주면을 따라 외벽 또는 내벽으로부터 돌출된 복수의 격벽(baffle)이 구비된 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 외벽의 상단부에는 상기 유로와 연통되며 상기 유로 내부로 유입될 불활성 가스가 공급되는 가스 주입구가 구비되고, 상기 내벽의 하단부에는 상기 유로를 통과한 불활성 가스가 전기로 내부로 유출되는 가스 배출구가 구비된다.
바람직하게, 상기 가스 주입구는 상기 불활성 가스가 공급되는 입구와, 공급된 불활성 가스가 상기 유로 내부로 배출되는 출구와, 상기 입구 및 출구를 연결하며 그 단면 폭과 높이가 상기 입구 및 출구의 단면 폭과 높이보다 상대적으로 큰 댐핑부로 이루어진다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광섬유 인선용 전기로의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 광섬유 제조용 전기로는, 전기로 본체 내부에 설치된 발열체(100)와, 발열체(100)에 전력을 공급하는 파워 플랜지(200)와, 발열체(100) 하단에 마련되고, 전기로의 외벽(300)과 내벽(400)에 의해 형성된 불활성 가스의 유로(320)를 포함한다.
전기로 본체는, 일반적으로 스테인레스 스틸(SUS)로 이루어진 원통형의 전기로 몸체이다. 전기로의 상단에는 광섬유 모재(1)가 공급되기 위한 유입구가 구비되고, 전기로의 하단에는 광섬유 모재(1)로부터 인선된 광섬유(1')가 통과하여 배출되는 유출구가 구비된다.
상기 발열체(100)는, 상기 전기로 본체의 내부에 인입되는 광섬유 모재(1)를 용융공간 내에 수용하고 이를 용융시켜 광섬유(1')로 인선하는 수단이다. 즉, 발열체(100)는 중공을 가진 튜브 형태로 중공에는 광섬유 모재(1)가 관통된다. 이러한 발열체(100)가 전기 저항로 형식인 경우에는 외부로부터 인가되는 전류를 공급받아 발열되고, 유도 가열로 형식인 경우에는 외부로부터 유도 가열되어 발열된다. 예컨대, 상기 발열체(100)는 파워 플랜지(200)를 통해 전류를 인가받아 발열됨으로써 상기 전기로 내부의 온도를 약 1800 내지 2100℃ 로 유지시키고, 광섬유 모재(1)를 용융시킨다. 상기 발열체(100)는 열이 외부로 전달되는 것을 방지하기 위해 열 전도도가 낮고 고온에서 사용할 수 있는 재질을 사용하는 것이 바람직하다. 예컨대, 고순도의 그라파이트(graphite) 재질이 채용된다.
상기 파워 플랜지(200)는, 발열체(100)의 상단 및 하단에 설치되고, 외부의 전원 공급원(미도시)으로부터 전력을 공급받는다. 그리고 공급된 전력을 발열체(100)에 공급함으로써 발열체(100)를 발열시킨다. 따라서 파워 플랜지(200)는, 전기 전도율과 냉각 효율이 좋은 금속, 예컨대 구리(Cu)로 이루어진 것이 바람직하다.
또한, 파워 플랜지(200) 내부에는 과도한 발열을 억제하기 위해 냉각수로(미도시)가 구비된다. 여기서, 냉각수로는 물이 채용될 수 있다.
한편, 본 발명에서는 불활성 가스의 유로(320)에는 상기 외벽(300) 또는 상기 내벽(400)으로부터 돌출된 복수의 격벽(321)이 구비된다.
격벽(321)은 일종의 유체 흐름을 조절하는 장치로서 상기 불활성 가스의 흐름을 방해하는 역할을 한다. 따라서, 상기 유로(320)를 통과하는 불활성 가스의 압력 조절 및 체류 시간과 밀접한 관계가 있다. 예컨대, 상기 격벽(321)의 돌출 정도가 심하면 불활성 가스의 흐름을 과도하게 차단하므로 압력 손실이 증가하고, 상기 격벽(321)의 돌출 정도가 미약하면 불활성 가스의 체류시간이 감소되므로 예열 성능이 저하된다. 따라서, 격벽(321)은, 외벽(300)과 내벽(400)간 간격의 30 내지 50%를 차지하도록 외벽(300) 또는 내벽(400)으로부터 돌출되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 격벽(321)은 상기 외벽(300)의 길이축에 대하여 수직한 동일 원주면 상에 복수개 구비되고, 이러한 배치는 하부 하우징의 길이축을 따라 복수개 구비된다. 구체적으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 동일 원주면 상에 설치된 제 1격벽과, 하부 하우징의 길이축에 대하여 제 1격벽과 다른 원주면 상에 설치된 제 2격벽과, 하부 하우징의 길이축에 대하여 제 1격벽과 또 다른 원주면 상에 설치된 제 N격벽이 구비된다. 이때, 동일 원주면 상에 설치된 격벽(321)은 인접하는 격벽과 소정의 각도를 가지고 이격된다. 바람직하게, 도 3에 도시된 바와 같이, 격벽(321)이 원주면상에서 0 내지 60°사이에 배치되고, 이와 인접한 다른 격벽은 120 내지 180°사이에 배치되고, 이와 인접한 또 다른 격벽은 240 내지 300°사이에 배치된다.
그리고, 서로 다른 원주면 상에 설치된 격벽(321)은 외벽(300)의 길이축에 대하여 소정의 각도를 가지고 서로 어긋나도록 배치된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제 1격벽, 제 2격벽, 제 3격벽 및 제 4격벽은 외벽(300)의 길이축에 대하여 소정의 각도, 예컨대 60°씩 서로 어긋나도록 배치된다. 격벽(321)을 서로 어긋나게 배치하면 가스 유로(320)를 통과하는 불활성 가스의 경로가 격벽(321)의 어긋남에 대응되기 때문에 소용돌이 흐름(swirl flow)을 유도하는데 유리하다. 따라서, 불활성 가스는 회전하면서 유로(320)를 통과하게 되어 직선의 유로를 통과하는 경우에 비하여 그 유로의 길이가 증가되는 효과가 있다. 이에 따라 유로(320) 내의 압력을 균일하게 조절할 수 있으며 불활성 가스의 체류 시간을 증가시킬 수 있다.
또한, 서로 다른 원주면 상에 설치된 격벽(321)은 외벽(300)의 길이축에 대하여 소정의 간격을 가지고 이격되어 배치된다. 이때, 상기 간격은 불활성 가스의 압력 손실 및 체류시간 측면을 고려했을 때 40 내지 70mm가 바람직하다.
아울러, 상기 외벽(300)과 내벽(400) 사이의 간격은 불활성 가스의 예열 성능 및 균일성을 결정한다. 외벽(300)과 내벽(400) 사이의 간격이 좁으면 불활성 가스를 균일하게 유동시키는데 유리하지만 그만큼 불활성 가스의 유속이 증가되어 예열 성능이 저하된다. 또한, 외벽(300)과 내벽(400) 사이의 간격이 넓으면 불활성 가스의 유속이 감소하여 예열 성능은 좋아지지만 넓은 통로를 통과하면서 불활성 가스가 확산되어 균일성이 저하된다. 따라서, 불활성 가스가 균일하게 유동되고, 충분히 예열되도록 외벽(300)과 내벽(400) 사이의 간격은 2 내지 10mm인 것이 바람직하다.
한편, 상기 외벽(300)의 상단부에는 상기 유로(320) 내부로 유입될 불활성 가스가 공급되는 가스 주입구(310)가 구비된다. 상기 가스 주입구(310)는 원통형의 전기로 외벽(300)에 대하여 외벽면의 접선 방향 또는 법선 방향으로 배치한다. 본 실시예에서는 도 5에 도시된 바와 같이, 가스 주입구(310)를 외벽(300)면에 대하여 접선 방향에 2개 배치된 것으로 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 가스 주입구(310)의 수가 2개 이상일 수 있다. 그러나, 그 수가 증가하면 전기로 내부로 불활성 가스를 균일하게 공급하는데 유리하지만, 외부에 노출되는 부분이 증가되기 때문에 이에 따른 압력 손실이 증가하는 문제점이 있다. 따라서, 압력 손실을 고려했을 때 가스 주입구(310)의 수는 4개가 바람직하다.
여기서, 상기 가스 주입구(310)는 도 3의 확대된 부분에 도시된 바와 같이, 외부의 불활성 가스 공급원(미도시)과 연결된 입구(311)와, 공급된 불활성 가스가 유로(320) 내부로 배출되는 출구(312)와, 상기 입구(311) 및 출구(312) 사이를 연결하는 댐핑부(313)을 구비한다. 상기 댐핑부(313)는 상대적으로 통로가 좁은 입구(311)를 통해 유입된 불활성 가스를 넓은 공간에 일차적으로 저장한 뒤, 이를 다시 좁은 통로로 배출한다. 이에 따라 불활성 가스는 일정한 압력으로 유로(320) 내부로 유입된다.
바람직하게, 상기 댐핑부(31)의 단면 폭(D)과 단면 높이(H)는 각각 4 내지 12mm, 6 내지 18mm이다.
아울러, 상기 출구(312)는 유로(320)의 내부와 연통되므로 전기로 내부로 유입되는 불활성 가스의 유동 형성에 중요한 요소이다. 출구(312)의 단면 높이가 작을 경우, 유로(320) 내부로 유입되는 불활성 가스의 균일성이 확보되지만 불활성 가스의 유속을 증가시켜 불활성 가스가 예열되는 시간을 감소시킬 수 있다. 또한, 출구(312)의 단면 높이가 클 경우, 불활성 가스의 유동이 한쪽 방향으로 치우쳐서 유동의 균일성 및 예열 성능을 모두 저하시킬 수 있다. 따라서, 출구(312)의 단면 높이는 1mm 이하인 것이 바람직하다.
한편, 상기 내벽(400)의 하단부에는 상기 유로(320)를 통과한 불활성 가스가 전기로 내부로 유출되는 배출구(322)가 구비된다. 이때, 배출구(322)는 복수의 기공으로 이루어진 다공성 막인 것이 바람직하다. 상기 유로(320)를 통과하면서 충분 히 예열되지만, 긴 유로(320)를 통과하면서 그 유량이 증가되어 난류를 형성할 수 있다. 이러한 불활성 가스는 다공성 막을 통과하면서 균일화 되어 전기로 내부로 균일하게 공급된다.
상기 배출구(322)가 내벽(400)의 하단부에 구비될 경우에는 내벽(400) 하단부의 일부벽면 전체를 다공성 막으로 구성한다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 도 3에 도시된 바와 같이, 유로(320)의 말단부, 즉 상기 유로(320)와 전기로 내부의 경계면에 설치될 수도 있다.
부가적으로, 전기로는, 상기 발열체(100)의 열이 외부로 전달되는 것을 방지하기 위해 발열체(100)의 외곽을 감싸는 단열부재(500)를 구비한다.
다음으로, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광섬유 제조용 전기로를 이용하여 광섬유를 인선하는 과정을 설명한다.
먼저, 전기로의 유입구를 통해 공지의 공급수단(미도시)에 의해 광섬유 모재(1)가 전기로 내부로 공급된다. 그리고, 외부의 전원 공급 장치(미도시)로부터 상기 파워 플랜지(200)를 통해 발열체(100)로 전류가 인가되어 발열체(100)가 발열된다. 여기서, 발열체(100)는 발열되어 전기로 내부를 1800 내지 2100℃ 의 온도로 유지한다.
한편, 전기로 내부로 불활성 가스를 주입시켜 전기로 내부를 불활성 가스 분위기로 만든다. 바람직하게, 상기 불활성 가스는 전기로 외벽(300)의 가스 주입구(310)를 통해 전기로 내부로 유입된다. 그리고 상기 외벽(300)과 내벽(400) 사이에 형성된 유로(320)를 통과한다. 이때, 불활성 가스는 유로(320)내에 구비된 격벽 (321)에 의해 유로(320) 내에서 체류하는 시간이 증가된다. 이에 따라 불활성 가스는 충분히 예열된다. 또한, 불활성 가스는 상기 격벽(321)이 구비된 유로(320)를 통과한 뒤, 상기 내벽(400)의 하단부에 구비된 배출구(322), 즉 다공성 막을 지나면서 균일화되어 전기로 내부로 유입된다.
이러한 상태에서, 광섬유 모재(1)가 가열 용융되고, 그 하단으로부터 광섬유(1')가 인선된다. 여기서, 광섬유 모재(1)는 예컨대, 1000mpm 이상의 속도를 가지고 그 직경이 예컨대, 125㎛인 광섬유로 인선된다.
다음으로, 본 발명의 효과를 하기 실험예를 통해 명확하게 설명한다. 구체적으로, 하기 실험예는 광섬유 모재로부터 광섬유를 제조하는데 있어서, 여러가지 변수를 적용시켜 이에 따른 불활성 가스의 거동을 전산유체역학(CFD;Computational Fluid Dynamics)을 이용하여 해석하였다. 상기 수치 해석으로부터 광섬유 제조시 전기로 내부에서 일어나는 현상을 미리 예측해 봄으로써 본 발명의 효과를 설명한다. 여기서, 전산유체역학이란, 유체의 유동 현상을 수학적으로 모델링하여 이를 수치해석 기법을 이용하여 풀이한 것으로서, 수치 해석을 통해 유체의 거동 현상을 예측할 수 있는 방법이다.
[실시예 1]
전기로를 이용하여 직경이 160mm인 광섬유 모재로부터 광섬유를 인선하였다. 이때, 광섬유 모재를 감싸는 전기로의 직경은 175mm이고, 전기로의 하단부로부터 전기로 내부로 유입되는 불활성 가스의 공급 유량은 23LPM이었다.
또한, 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 전기로는 불활성 가스가 유입되는 가 스 주입구(310)와 유입될 불활성 가스가 통과하는 유로(320)를 포함하고, 유로(320)에는 격벽(321) 및 다공성 막(322)이 구비되었다.
여기서, 가수 주입구(310)의 수는 2개이며, 전기로의 외벽에 대하여 법선 방향에 배치된다. 또한, 불활성 가스는 가스 주입구의 댐핑부를 지나 출구를 통해 유로(320) 내부로 유입되는데, 댐핑부의 단면 폭과 단면 높이는 각각 8mm, 12mm였고, 출구(312)의 단면 높이는 1mm였다.
상기 유로(320) 내부로 유입된 불활성 가스는 유로(320)를 통과하는데, 가스 유로(320)에 구비된 격벽(321)은 전기로의 외벽으로부터 2mm 돌출되어 있고, 외벽의 길이축에 수직한 동일 원주면 상에 60mm의 간격을 가지고 이격되어 설치되었다. 또한, 외벽의 길이방향을 따라 다른 원주면 상에 설치된 격벽은 60°의 각도로 서로 어긋나있다.
상기 가스 유로(320)의 폭은 6mm였고, 유로(320)의 말단부에 구비된 다공성 막(322)은 직경이 1㎛인 기공으로 이루어졌다.
따라서, 가스 주입구로부터 유입된 불활성 가스는 유로(320)를 통과하며 상기 격벽(321)에 의해 유로(320)내에 체류하는 시간이 길어져 충분히 예열된 후, 다공성 막(322)을 통과하며 균일화되어 전기로 내부로 유입된다.
[비교예 1]
전기로를 이용하여 직경이 160mm인 광섬유 모재로부터 광섬유를 인선하였다. 이때, 광섬유 모재를 감싸는 전기로의 직경은 175mm이고, 전기로의 하단부로부터 전기로 내부로 유입되는 불활성 가스의 공급 유량은 23LPM이었다.
또한, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 전기로는 불활성 가스가 유입되는 가스 주입구(60)와, 가스 주입구(60)와 연결된 전기로 외벽의 일부 단면에는 다공성 막(61)이 구비되었다.
여기서, 가스 주입구(60)는 상기 전기로의 상, 하부에 각각 2개씩 4개가 구비되었고, 상기 가스 주입구(60)와 연결된 전기로의 일부 단면은 단면 전체가 다공성 막(61)으로 이루어졌다. 이때, 다공성 막(61)은 직경이 0.5㎛인 기공으로 이루어졌다. 따라서, 가스 주입구(60)로부터 유입된 불활성 가스는 다공성 막(61)을 통과하여 전기로 내부로 직접 유입되었다.
[비교예 2]
전기로를 이용하여 광섬유 모재로부터 직경이 160nm인 광섬유를 인선하였다. 이때, 광섬유 모재를 감싸는 전기로의 직경은 175mm이고, 전기로의 하단부로부터 전기로 내부로 유입되는 불활성 가스의 공급 유량은 23LPM이었다.
또한, 도 6의 (c)에 도시된 바와 같이, 전기로는 불활성 가스가 유입되는 가스 주입구(70)와, 유입될 불활성 가스가 통과하는 유로(74)가 구비되었다.
여기서, 가스 주입구(70)는 상기 전기로의 상단부에 2개가 구비되었고, 상기 가스 주입구(70)는 원형의 전기로에 대하여 법선 방향으로 배치되었다. 또한, 가스 주입구(70)로 공급된 불활성 가스는 가스 주입구(70)의 댐핑부를 지나 출구(72)를 통해 유로(74) 내부로 유입되는데, 댐핑부의 단면 폭과 단면 높이는 각각 8mm, 12mm였고, 출구의 단면 높이는 1mm였다. 또한, 유로(74)의 폭은 6mm였다.
따라서, 가스 주입구(70)로부터 유입된 불활성 가스는 유로(74)를 통과하며 상기 예열된 후, 전기로 내부로 유입되었다.
상술한 실시예 및 비교예에 따른 설계 변수를 바탕으로 광섬유를 인선하는 전기로 내부의 거동, 구체적으로 전기로 내부에서 유동되는 유체의 유속분포와 전기로 내부의 온도분포에 대한 해석을 수행하고, 그 결과를 도 7 및 도 8에 도시하였다.
도 7을 참조하면, 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이, 실시예 1의 경우는 전기로 내부의 불활성 가스의 유속이 비교예에 비해 전체적으로 낮으며, 광섬유로 인선되어 유출되는 출구 부분의 유속은 0 내지 0.3m/s이다. 이에 비해, 도 7의 (b) 및 (c)에 도시된 바와 같이, 비교예 1 및 비교예 2의 경우는 상기 출구 부분의 유속이 각각 0.4 내지 0.5m/s, 0.2 내지 0.8m/s이다. 전기로 내부에서 유동되는 불활성 가스의 유속은 실시예가 비교예에 비해 0.2 내지 0.8m/s정도 느린 것을 알 수 있었다.
도 8을 참조하면, 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이, 실시예 1의 경우는 전기로 내부에서 인선되는 광섬유 주위의 온도는 510K이고, 이와 근접한 부위의 온도는 580K이다. 이에 비해, 도 8의 (b) 및 (c)에 도시된 바와 같이, 비교예 1 및 비교예 2의 경우는 광섬유 주위의 온도는 370K이며 또한 이 부분이 차지하는 영역은 좁다. 즉, 광섬유 주위의 온도를 비교하면 실시예가 비교예에 비해 100 내지 300K정도 높은 것을 알 수 있었다.
따라서, 본 발명은 전기로 내부로 유입될 불활성 가스를 충분히 예열시켜 광섬유 주위의 넓은 영역을 고온으로 균일하게 유지하고, 또한 불활성 가스를 전기로 내에서 균일하게 유동시킬 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
본 발명에 따른 광섬유 인선용 전기로는, 가스 주입구를 통해 유입되는 불활성 가스를 점진적으로 예열함으로써, 광섬유 표면에서의 급격한 온도 변화에 따른 외경 및 비원율에 미치는 악영향을 방지한다. 또한, 전기로 내부로 유입되는 불활성 가스의 유동성을 균일화시킴으로써, 광섬유 주변의 난류 발생을 억제한다.
따라서, 광섬유 표면에서의 급격한 온도 변화 및 난류 발생의 요인을 제거함으로써, 발열체의 산화를 막으면서도 광섬유의 특성 저하를 효율적으로 방지할 수 있다.

Claims (15)

  1. 광섬유 모재를 감싸도록 설치되어 그 내부에 광섬유 모재를 수용하는 발열체를 구비하며, 상기 광섬유 모재로부터 광섬유를 인선하는 전기로에 있어서,
    상기 발열체 하단부에 구비된 전기로 본체의 외벽과 내벽에 의해 상기 전기로 내부로 유입될 불활성 가스의 유로가 형성되고,
    상기 유로 내부에는 상기 외벽 또는 내벽의 원주면을 따라 외벽 또는 내벽으로부터 돌출된 복수의 격벽(baffle)이 구비되며,
    상기 외벽의 상단부에는 상기 유로와 연통되며 상기 유로 내부로 유입될 불활성 가스가 공급되는 가스 주입구가 구비되며,
    상기 내벽의 하단부에는 상기 유로를 통과한 불활성 가스가 전기로 내부로 유출되는 가스 배출구가 구비되며,
    상기 가스 주입구는 상기 불활성 가스가 공급되는 입구와, 공급된 불활성 가스가 상기 유로 내부로 배출되는 출구와, 상기 입구 및 출구를 연결하며 그 단면 폭과 높이가 상기 입구 및 출구의 단면 폭과 높이보다 상대적으로 큰 댐핑부로 이루어진 것을 특징으로 하는 광섬유 인선용 전기로.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 외벽과 상기 내벽의 간격은 2 내지 10mm인 것을 특징으로 하는 광섬유 인선용 전기로.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 가스 배출구는 복수의 기공으로 이루어진 다공성 막인 것을 특징으로 하는 광섬유 인선용 전기로.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 격벽은, 상기 외벽과 상기 내벽 사이의 간격에서 30 내지 50%를 차지하도록 상기 외벽 또는 내벽으로부터 돌출된 것을 특징으로 하는 광섬유 인선용 전기로.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 격벽은, 상기 외벽 또는 내벽의 길이축에 대하여 수직한 동일 원주면 상에 소정의 각도만큼 이격되어 복수개 배치된 것을 특징으로 하는 광섬유 인선용 전기로.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 격벽은, 상기 외벽 또는 내벽의 길이축에 수직한 다른 원주면 상에 제 1격벽, 제 2격벽 및 제 N격벽이 배치되고, 상기 제 1격벽, 제 2격벽 및 제 N격벽의 위치는 상기 외벽 또는 내벽의 길이축에 대하여 소정의 각도를 가지고 서로 어긋나도록 배치된 것을 특징으로 하는 광섬유 인선용 전기로.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 소정의 각도는 60°인 것을 특징으로 하는 광섬유 인선용 전기로.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 제 1격벽, 제 2격벽 및 제 N격벽은 상기 외벽 또는 내벽의 길이축에 대하여 40 내지 70mm의 간격을 가지고 이격된 것을 특징으로 하는 광섬유 인선용 전기로.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 가스 주입구는 4개 이하인 것을 특징으로 하는 광섬유 인선용 전기로.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 가스 주입구는 그 단면이 원형인 상기 외벽에 대하여 원의 접선 또는 법선 방향에 배치된 것을 특징으로 하는 광섬유 인선용 전기로.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 댐핑부의 단면 폭은 4 내지 12mm인 것을 특징으로 하는 광섬유 인선용 전기로.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 댐핑부의 단면 높이는 6 내지 18mm인 것을 특징으로 하는 광섬유 인선용 전기로.
  15. 제 1항에 있어서,
    상기 출구의 단면 높이는 1mm이하인 것을 특징으로 하는 광섬유 인선용 전기로.
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