KR101221379B1 - Plasma torch for fabricating a silica-glass and process chamber with the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무수 고순도 석영 유리를 제조하는데 이용되는 플라즈마 토치와 상기 플라즈마 토치를 이용하여 생성된 석영 유리를 집적하는 반응 챔버를 개시하며, 상기 플라즈마 토치는 제1 유입구를 통하여 공급되는 SiCl4 가스를 이송하는 제1 튜브, 제2 유입구를 통하여 공급되는 불활성 가스를 이송하며 상기 제1 튜브를 둘러싸도록 구성된 제2 튜브, 및 제3 유입구를 통하여 공급되는 산소 가스를 이송하며 상기 제2 튜브를 둘러싸도록 구성된 제3 튜브를 포함하며 제1 내지 제3 튜브가 독립적으로 구성된 반응가스 이송관; 및 상기 반응가스 이송관이 설치되고 고주파 전력을 인가하여 플라즈마를 발생하고 유지하는 플라즈마 형성부;를 포함한다.The present invention discloses a reaction chamber integrating a plasma torch used to produce anhydrous high purity quartz glass and a quartz glass produced using the plasma torch, wherein the plasma torch transfers SiCl 4 gas supplied through a first inlet. A second tube configured to convey an inert gas supplied through the first tube, a second inlet port, and surround the first tube, and to surround the second tube and to convey oxygen gas supplied through the third inlet port. A reaction gas delivery tube including a third tube and having first to third tubes independently configured; And a plasma forming unit in which the reaction gas transfer pipe is installed and generates and maintains plasma by applying high frequency power.

Description

석영 유리 제조용 플라즈마 토치 및 그를 설치한 반응 챔버{Plasma torch for fabricating a silica-glass and process chamber with the same}Plasma torch for quartz glass production and reaction chamber with same installed {Plasma torch for fabricating a silica-glass and process chamber with the same}

본 발명은 석영 유리 제조용 플라즈마 토치 및 그를 설치한 반응 챔버에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 무수 고순도 석영 유리를 제조하는데 이용되는 플라즈마 토치와 상기 플라즈마 토치를 이용하여 생성된 석영 유리를 집적하는 반응 챔버에 관한 것이다.
The present invention relates to a plasma torch for producing quartz glass and a reaction chamber provided therewith, and more particularly, to a reaction chamber integrating a plasma torch used to manufacture anhydrous high purity quartz glass and a quartz glass produced using the plasma torch. It is about.

석영 유리는 1) 석영 분말의 전기 용융, 2) 석영 분말의 산수소 화염 용융, 3) SiCl4 등의 화합물의 산수소화염에 의한 산화 반응과 동시에 용융, 4) SiCl4 등의 화합물의 플라즈마 열원을 이용한 산화 반응과 동시에 용융, 및 5) SiCl4 등의 화합물을 산수소화염에 의해 산화 반응 후 별도의 소성 공정 처리 등의 방법으로 제조될 수 있으며, 이들 기술에 대한 지속적인 연구와 실용화가 진행되고 있다.Quartz glass are: 1) the electrical melting of the silica powder, 2) oxyhydrogen flame melting the quartz powder, and 3) simultaneously with the compound of the oxidation reaction by the oxyhydrogen flame, such as SiCl 4 melt, and 4) using a plasma heat source for compounds such as SiCl 4 At the same time as the oxidation reaction and melting, and 5) compounds such as SiCl 4 may be prepared by an oxidation reaction with an oxyhydrogen salt, followed by a separate firing process, and the like, and continuous research and commercialization of these technologies are being conducted.

이들 제조 방법들 중 고순도의 석영 유리를 제조하는데 있어서, SiCl4 등의 화합물을 산수소화염에 의해 산화 반응 후 별도의 소성 공정 처리하는 방법이 매우 유용한 방법으로 인식되고 있다. 그러나, 이 방법은 열원에 있어서 산소수소화염을 사용하는 근원적인 문제점을 가지고 있기 때문에 합성된 석영 유리는 수분에 의한 기계적, 광학적 관점에서 문제점을 포함하고 있으며, 따라서 이 방법은 수분을 제거하기 위한 별도의 공정이 필요하다.In manufacturing high purity quartz glass among these manufacturing methods, it is recognized that the method of processing a separate baking process after oxidation reaction with an oxyhydrogen salt with a compound such as SiCl 4 is recognized as a very useful method. However, since this method has a fundamental problem of using an oxygen hydrogen salt in the heat source, the synthesized quartz glass has problems in terms of mechanical and optical effects due to moisture, and thus this method is a separate method for removing moisture. Process is required.

그러므로, 기존의 방법들의 장점을 선택하여 무수의 초 고순도 석영 유리를 제조하는 방법의 제시가 필요한 실정이다.
Therefore, there is a need to present a method for producing anhydrous ultra high purity quartz glass by selecting the advantages of existing methods.

본 발명에 따른 목적은 무수의 초 고순도 석영 유리를 제조하는데 이용할 수 있는 플라즈마 토치를 제공함에 있다.It is an object of the present invention to provide a plasma torch that can be used to produce a myriad of ultra high purity quartz glass.

본 발명에 따른 다른 목적은 상기 플라즈마 토치를 이용하여 무수의 초고순도 석영 유리를 제조할 수 있는 석영 유리 제조용 반응 챔버를 제공함에 있다.
Another object of the present invention is to provide a reaction chamber for producing quartz glass which can produce anhydrous ultra high purity quartz glass using the plasma torch.

본 발명에 따른 석영 유리 제조용 플라즈마 토치는 제1 유입구를 통하여 공급되는 SiCl4 가스를 이송하는 제1 튜브, 제2 유입구를 통하여 공급되는 불활성 가스를 이송하며 상기 제1 튜브를 둘러싸도록 구성된 제2 튜브, 및 제3 유입구를 통하여 공급되는 산소(O2) 가스를 이송하며 상기 제2 튜브를 둘러싸도록 구성된 제3 튜브를 포함하며 제1 내지 제3 튜브가 독립적으로 구성된 반응가스 이송관 및 상기 반응가스 이송관을 플라즈마 토치와 결합하고 고주파 전력을 인가하여 플라즈마를 발생 및 유지하는 플라즈마 형성부를 포함한다.The plasma torch for manufacturing quartz glass according to the present invention comprises a first tube for transporting SiCl 4 gas supplied through a first inlet, a second tube for transporting an inert gas supplied through a second inlet and surrounding the first tube. And a reaction gas transfer tube including the third tube configured to transfer the oxygen (O 2 ) gas supplied through the third inlet and surrounding the second tube, wherein the first to third tubes are independently configured. And a plasma forming unit for coupling the transfer tube with the plasma torch and applying high frequency power to generate and maintain the plasma.

여기에서, 상기 불활성 가스는 아르곤(Ar) 가스와 헬륨(He) 가스를 포함할 수 있다.Here, the inert gas may include argon (Ar) gas and helium (He) gas.

그리고, 상기 반응가스 이송관에서 상기 제1 내지 상기 제3 튜브 중 상기 제3 튜브가 가장 긴 위치까지 연장되고 상기 제1 튜브가 가장 짧은 위치까지 연장되게 구성됨이 바람직하다.In the reaction gas transfer pipe, the third tube of the first to third tubes extends to the longest position, and the first tube extends to the shortest position.

그리고, 상기 반응가스 이송관에서 상기 제1 내지 상기 제3 튜브는 석영유리(SiO2) 재질로 형성된 것으로 구성됨이 바람직하다.In addition, the first to the third tube in the reaction gas transfer tube is preferably composed of a quartz glass (SiO 2 ) material.

상기 플라즈마 형성부는, 상기 반응가스 이송관을 지지하면서 토치 중앙 가스를 주입하는 제1 주입구가 측면에 형성된 베이스 프레임와, 상기 베이스 프레임이 장치되며 상기 반응가스 이송관이 삽입되어 연장되는 방향으로 플라즈마 화염이 형성되는 공간을 이루는 토치 실린더가 삽입되고 그의 내측으로 토치 쉬즈 가스를 가이드하도록 상기 토치 실린더와 이격되면서 상기 반응가스 이송관이 연장된 방향으로 소정 길이 연장된 내부 실린더가 삽입되며 상기 토치 실린더와 상기 내부 실린더의 이격된 공간으로 상기 토치 쉬즈 가스를 주입하는 제2 주입구와 토치 냉매를 배출하는 배출구가 형성된 메인 프레임과, 상기 토치 실린더의 외벽을 따라 상기 토치 냉매를 순환시키고 상기 배출구로 상기 토치 냉매를 배출하는 구조를 갖는 냉각부와, 상기 냉각부의 외부에 배치되고 고주파 전력이 인가되는 코일이 설치되어서 상기 토치 실린더 내부의 플라즈마 발생을 유도하는 고주파 인가부와, 상기 고주파 인가부의 외부에 형성되며 상기 메인 프레임과 결합됨으로써 외벽을 이루는 단열벽과, 상기 토치 실린더와 상기 단열벽의 단부에 결합되며 상기 냉각부로 냉매를 공급하는 냉매 주입구가 형성된 분사 프레임을 포함할 수 있다.The plasma forming unit may include a base frame having a first injection hole for injecting the central gas of the torch while supporting the reaction gas delivery pipe, and the base frame is installed, and the plasma flame is extended in a direction in which the reaction gas delivery pipe is inserted and extended. A torch cylinder constituting the space to be formed is inserted, and an inner cylinder extending a predetermined length in a direction in which the reaction gas delivery pipe is extended while being spaced apart from the torch cylinder to guide the torch sheath gas therein, wherein the torch cylinder and the inside are inserted. A main frame having a second inlet for injecting the torch sheath gas into the spaced space of the cylinder and an outlet for discharging the torch refrigerant, and circulating the torch refrigerant along an outer wall of the torch cylinder and discharging the torch refrigerant to the outlet Cooling unit having a structure to make, and the cold A high frequency applying part for inducing plasma generation inside the torch cylinder by installing a coil disposed outside the respective parts and applying high frequency power, a heat insulating wall formed outside the high frequency applying part and combined with the main frame to form an outer wall; And an injection frame coupled to an end of the torch cylinder and the heat insulation wall and having a coolant inlet for supplying coolant to the cooling unit.

그리고, 본 발명에 따른 석영 유리 제조용 반응 챔버는, 시드 역할을 하는 석영 유리봉이 설치되고 폐가스의 포집을 위한 포집 장치가 설치된 챔버 및 상기 석영 유리봉을 향하여 소정 각도를 이루도록 지향하면서 상기 석영 유리봉과 이격 거리를 조절할 수 있도록 설치됨으로써 플라즈마 화염을 방출하여 상기 석영 유리봉에 생성물을 집적하는 플라즈마 토치를 포함하며, 상기 플라즈마 토치는, 서로 직경이 다른 튜브가 중첩된 삼중 튜브 구조를 가지며 SiCl4 가스와 산소 가스가 중간에 위치한 튜브를 통하여 공급되는 불활성 가스에 의하여 분리되어 이송되고 상기 불활성 가스에 의하여 SiCl4 가스와 산소 가스의 반응이 억제되는 반응가스 이송관, 및 상기 반응가스 이송관이 결합되고 고주파 전력에 의하여 플라즈마를 발생 및 유지하여서 상기 플라즈마 화염을 형성하는 플라즈마 형성부를 포함할 수 있다.In addition, the reaction chamber for producing quartz glass according to the present invention is spaced apart from the quartz glass rod while the quartz glass rod serving as a seed is installed and the chamber is installed with a collecting device for collecting waste gas and the quartz glass rod is oriented at a predetermined angle. It is installed to adjust the distance to emit a plasma flame to include a plasma torch to accumulate the product in the quartz glass rod, the plasma torch, having a triple tube structure of overlapping tubes of different diameters, SiCl 4 gas and oxygen The reaction gas delivery pipe which is separated and transported by the inert gas supplied through the tube located in the middle and the reaction of the SiCl 4 gas and the oxygen gas is suppressed by the inert gas, and the reaction gas delivery pipe are combined and the high frequency power By generating and maintaining a plasma by The plasma formed for forming a lightning flame may include a.

여기에서, 상기 불활성 가스는 아르곤(Ar) 가스 및 헬륨(He) 가스를 포함할 수 있다.Here, the inert gas may include argon (Ar) gas and helium (He) gas.

그리고, 상기 SiCl4 가스는 상기 반응가스 이송관의 중앙의 상기 튜브를 통하여 이송될 수 있다.The SiCl 4 gas may be transferred through the tube in the center of the reaction gas transfer tube.

그리고, 상기 플라즈마 토치의 상기 반응가스 이송관은 가장 외곽의 상기 튜브가 가장 긴 위치까지 연장되고 중앙의 튜브가 가장 짧은 위치까지 연장됨이 바람직하다.In addition, the reaction gas transfer pipe of the plasma torch is preferably the outermost tube extends to the longest position and the center tube extends to the shortest position.

그리고, 상기 플라즈마 토치의 상기 반응가스 이송관은 석영유리 재질로 형성된 것으로 구성됨이 바람직하다.In addition, the reaction gas transfer pipe of the plasma torch is preferably formed of a quartz glass material.

그리고, 상기 플라즈마 토치는 이격 거리 조절 장치를 더 포함함으로써 상기 석영 유리봉과 이격 거리를 조절하도록 구성됨이 바람직하다.
And, the plasma torch is preferably configured to adjust the separation distance with the quartz glass rod further comprises a separation distance adjusting device.

본 발명에 따른 석영 유리 제조용 플라즈마 토치와 그를 설치한 반응 챔버를 이용하여 무수의 초 고순도 석영 유리를 제조할 수 있는 효과가 있다.
Using the plasma torch for producing quartz glass according to the present invention and a reaction chamber provided therewith, there is an effect of producing anhydrous ultra high purity quartz glass.

도 1은 본 발명에 따른 플라즈마 토치의 바람직한 실시예를 나타내는 모식도이다.
도 2는 도 1의 플라즈마 토치에 이용되는 반응가스 이송관을 나타내는 모식도이다.
도 3은 도 2의 반응가스 이송관의 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 반응 챔버의 바람직한 실시예를 나타내는 모식도이다.
도 5는 도 4의 반응 챔버의 평면도이다.1 is a schematic diagram showing a preferred embodiment of the plasma torch according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a reaction gas delivery pipe used in the plasma torch of FIG. 1.
3 is a cross-sectional view of the reaction gas delivery pipe of FIG.
4 is a schematic view showing a preferred embodiment of the reaction chamber according to the present invention.
5 is a plan view of the reaction chamber of FIG. 4.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the following embodiments are provided to those skilled in the art to fully understand the present invention, and may be modified in various forms, and the scope of the present invention is limited to the embodiments described below. It doesn't happen. Wherein like reference numerals refer to like elements throughout.

본 발명에 따른 석영 유리 제조용 플라즈마 토치와 그를 설치한 반응 챔버는 무수의 초 고순도 석영 유리를 제조하기 위한 것으로서, 본 발명에서 정의하는 무수는 1ppm 이하의 수분 함량을 의미하며, 초 고순도라 함은 금속 불순물과 OH 함량이 10ppm 이하인 것을 칭한다. The plasma torch for producing quartz glass according to the present invention and the reaction chamber provided therewith are for producing anhydrous ultra high purity quartz glass, and anhydrous as defined in the present invention means a moisture content of 1 ppm or less, and ultra high purity means a metal. Impurities and OH content refer to 10 ppm or less.

본 발명에 따른 실시예는 산수소화염이 아닌 플라즈마 열원을 사용하기 때문에 근본적으로 OH의 함유량이 억제될 수 있다.Since the embodiment according to the present invention uses a plasma heat source rather than an oxyhydrogen salt, the content of OH can be essentially suppressed.

본 발명에 따른 무수의 초고순도 석영 유리 제조를 위하여 도 1과 같은 플라즈마 토치가 구성될 수 있으며, 플라즈마 토치는 도 2 및 도 3에 의하여 후술되는 반응가스 이송관(10)과, 고주파 전력을 인가하여 플라즈마를 발생 및 유지하는 플라즈마 형성부를 포함한다.In order to manufacture a myriad of ultra high purity quartz glass according to the present invention, a plasma torch as shown in FIG. 1 may be configured, and the plasma torch is applied with a reaction gas transfer pipe 10 described below with reference to FIGS. 2 and 3 and high frequency power. And a plasma forming unit for generating and maintaining plasma.

플라즈마 형성부는 반응가스 이송관(10)을 지지하면서 토치 중앙 가스를 주입하는 주입구(52)가 측면에 형성된 베이스 프레임(50), 베이스 프레임(50)이 장치되며 반응가스 이송관(10)이 삽입되어 연장되는 방향으로 플라즈마 화염(76)이 형성되는 공간을 이루는 토치 실린더(60)가 삽입되고 그의 내측으로 토치 쉬즈(Sheath) 가스를 가이드하도록 토치 실린더(60)와 이격되면서 반응가스 이송관(10)이 연장된 방향으로 소정 길이 연장된 내부 실린더(62)가 삽입되며 토치 실린더(60)와 내부 실린더(62)의 이격된 공간으로 토치 쉬즈 가스를 주입하는 주입구(56)와 토치 냉매를 배출하는 배출구(58)가 형성된 메인 프레임(54), 토치 실린더(60)의 외벽을 따라 토치 냉매를 순환시키고 배출구(58)로 토치 냉매를 배출하는 구조를 가짐으로써 토치 실린더(60)를 냉각시키는 냉각부(64), 냉각부(64)의 외부에 배치되고 고주파 전력이 인가되는 코일(66)이 설치되어서 토치 실린더(60) 내부의 플라즈마 발생을 유도하는 고주파 인가부(68), 고주파 인가부(68)의 외부에 형성되며 메인 프레임(54)과 결합됨으로써 외벽을 이루는 단열벽(70) 및 토치 실린더(60)와 단열벽(70)의 단부에 결합되며 냉각부(64)로 냉매를 공급하는 냉매 주입구(74)가 형성된 분사 프레임(72)을 포함한다.The plasma forming unit is provided with a base frame 50 and a base frame 50 having side surfaces formed with an injection hole 52 for injecting the central gas of the torch while supporting the reaction gas delivery pipe 10. The reaction gas delivery pipe 10 is inserted therein. And the torch cylinder 60 forming a space where the plasma flame 76 is formed in the extending direction and spaced apart from the torch cylinder 60 to guide the torch sheath gas into the reaction gas delivery pipe 10. The inner cylinder 62 extending a predetermined length in the extending direction) is inserted to discharge the torch refrigerant and the inlet 56 for injecting the torch sheath gas into the space between the torch cylinder 60 and the inner cylinder 62. Cooling to cool the torch cylinder 60 by having the structure which circulates a torch refrigerant along the outer wall of the main frame 54 and the torch cylinder 60 in which the discharge port 58 was formed, and discharges a torch refrigerant to the discharge port 58. 64, a coil 66 disposed outside the cooling unit 64, to which high frequency power is applied, to induce plasma generation inside the torch cylinder 60, and a high frequency applying unit 68. Is formed on the outside and coupled to the main frame 54 to be connected to the end of the heat insulating wall 70 and the torch cylinder 60 and the heat insulating wall 70 forming the outer wall, and supplies the refrigerant to the cooling unit 64. The injection frame 74 includes a spray frame 72 is formed.

상술한 바에서 토치 중앙 가스로서 아르곤이나 헬륨과 같이 플라즈마 발생을 위한 가스를 공급하고, 토치 쉬즈 가스로서 아르곤이 토치 실린더(60) 내부의 플라즈마 화염(76)이 형성된 변부의 쉬즈 영역에 공급될 수 있으며, 냉매로서 냉각수가 공급될 수 있다.As described above, a gas for generating plasma, such as argon or helium, may be supplied as the torch center gas, and argon may be supplied to the sheath region of the edge portion where the plasma flame 76 is formed inside the torch cylinder 60. The cooling water may be supplied as the refrigerant.

그리고, 플라즈마 형성부에서 냉각부(64), 고주파 인가부(68) 및 단열벽(70)은 토치 실린더(60)와 같이 메인 프레임(54)과 분사 프레임(72) 사이에 이들과 결합되는 구조를 갖는다.In the plasma forming unit, the cooling unit 64, the high frequency applying unit 68, and the thermal insulation wall 70 are coupled to the space between the main frame 54 and the injection frame 72, such as the torch cylinder 60. Has

도 1의 플라즈마 토치의 베이스 프레임(54)에 설치되는 반응가스 이송관(10)은 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다.The reaction gas delivery pipe 10 installed in the base frame 54 of the plasma torch of FIG. 1 will be described with reference to FIGS. 2 and 3.

반응가스 이송관(10)은 제1 유입구(12)를 통하여 공급되는 SiCl4 가스를 이송하는 제1 튜브(20), 제2 유입구(14)를 통하여 공급되는 불활성 가스를 이송하며 상기 제1 튜브(20)를 둘러싸도록 구성된 제2 튜브(22), 및 제3 유입구(16)를 통하여 공급되는 산소(O2) 가스를 이송하며 제2 튜브(22)를 둘러싸도록 구성된 제3 튜브(24)를 포함하는 이송관을 포함하며, 제1 유입구 내지 제3 유입구(12,14,16)는 독립적으로 구성된다.The reaction gas transfer pipe 10 transfers an inert gas supplied through the first tube 20 and the second inlet 14 to transfer the SiCl 4 gas supplied through the first inlet 12 and the first tube. A second tube 22 configured to enclose 20, and a third tube 24 configured to convey the oxygen (O 2 ) gas supplied through the third inlet 16 and surround the second tube 22. It includes a transfer pipe including, the first inlet to third inlet 12, 14, 16 is configured independently.

반응가스 이송관(10)을 이루는 제1 내지 제3 튜브(20,22,24)는 석영유리(SiO2) 재질로 형성된 것을 이용함이 바람직하다. 구체적으로 플라즈마 중앙부 온도가 10000°K가 넘기 때문에 플라즈마 주변의 온도도 2000℃를 넘는 온도를 나타내므로, 이에 대한 열충격 및 고온 내열성을 충족시키기 위한 재질의 이용이 필요하며, 이를 충족하기 위하여 본 발명에 따른 실시예는 SiO2 재질로 이송관을 구성하였다.The first to third tubes 20, 22, and 24 forming the reaction gas delivery pipe 10 are preferably made of quartz glass (SiO 2 ). Specifically, since the plasma central temperature exceeds 10000 ° K, the temperature around the plasma also exhibits a temperature exceeding 2000 ° C., thus, it is necessary to use a material for satisfying thermal shock and high temperature heat resistance thereto. According to the embodiment of the present invention, a transfer pipe was made of SiO 2 .

불활성 가스로는 아르곤(Ar)과 헬륨(He)과 같은 가스가 사용될 수 있다. 헬륨(He)은 초기 플라즈마 발진용으로 이용될 수 있으며 아르곤(Ar) 가스는 플라즈마 유지를 위하여 이용될 수 있다. 또한 헬륨(He)은 원자 단위 크기가 작기 때문에 유리 구조 속에서 빠져나올 수 있어서 유리화 과정에서 잔류 기포의 제거에 이용될 수 있다.As the inert gas, gases such as argon (Ar) and helium (He) may be used. Helium (He) may be used for initial plasma oscillation and argon (Ar) gas may be used for plasma maintenance. In addition, helium (He) can be used to remove residual bubbles during the vitrification process because helium (He) has a small atomic unit size can escape from the glass structure.

반응가스 이송관(10)은 반응용 SiCl4 가스와 산소(O2) 가스를 공급하기 위한 것이며, 제1 내지 제3 튜브(20,22,24) 중 제3 튜브(24)가 가장 긴 위치까지 연장되고 제1 튜브(20)가 가장 짧은 위치까지 연장되는 구조를 가짐이 바람직하다.The reaction gas delivery pipe 10 is for supplying reaction SiCl 4 gas and oxygen (O 2 ) gas, and the third tube 24 is the longest position among the first to third tubes 20, 22, and 24. It is preferred to have a structure that extends to and extends to the shortest position of the first tube 20.

SiCl4 가스와 산소(O2) 가스가 직접적으로 접촉되는 경우 급격한 반응이 발생되며 이로 인해 SiO2 반응 생성물이 튜브들의 끝에 매달려서 형성되는 현상이 발생될 수 있다. 상술한 반응을 완충하여 억제하기 위하여 본 발명에 따른 반응가스 이송관(10)은 상술한 바와 같이 각 튜브 별로 연장된 위치가 다르게 구성될 수 있으며, 도 3와 같이 불활성 가스를 SiCl4 가스와 산소(O2) 가스가 공급되는 튜브(20, 24) 사이의 튜브(22)로 공급하는 구성을 갖는다.When SiCl 4 gas is directly contacted with oxygen (O 2 ) gas, a rapid reaction may occur, which may cause a SiO 2 reaction product to be formed by hanging at the end of the tubes. In order to buffer and suppress the reaction described above, the reaction gas delivery pipe 10 according to the present invention may be configured to have different positions extended for each tube as described above, and the inert gas may be SiCl 4 gas and oxygen as shown in FIG. (O 2) has a configuration in which the gas is supplied to the tube 22 between the tube (20, 24) supplied.

그리고, 튜브들 중 중앙의 SiCl4 가스를 공급하는 튜브(20)는 공급 위치를 가변하기 위하여 전후로 슬라이딩하여 이동될 수 있도록 구성됨이 바람직하다. 상기 구성은 원료 물질들이 적절한 온도 구간에서 반응을 일으킬 수 있도록 원료 물질이 공급되는 위치를 조절하기 위한 것이다.And, the tube 20 for supplying the center SiCl 4 gas of the tubes is preferably configured to be moved back and forth to change the supply position. The configuration is for adjusting the position where the raw material is supplied so that the raw material can cause a reaction at an appropriate temperature range.

상술한 도 2 및 도 3의 반응가스 이송관(10)을 설치한 본 발명에 따른 플라즈마 토치에 의하여 플라즈마 화염(76)이 형성되어서 분사될 수 있으며, 고주파 전력을 인가함에 따른 플라즈마 발생 메카니즘은 공지의 기술이므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다. The plasma flame 76 may be formed and injected by the plasma torch according to the present invention in which the reaction gas transfer pipe 10 of FIG. 2 and FIG. 3 is installed, and the plasma generation mechanism by applying high frequency power is known. Since the description of the detailed description thereof will be omitted.

그리고, 플라즈마 화염(76) 내에서 SiCl4가 산소(O2)와 반응하여 생성물(석영 유리)이 집적되어 생성될 수 있다. 즉 하기 <반응식 1>과 같은 반응에 의하여 생성물(석영 유리)가 집적되어 증착 및 성장될 수 있다. In addition, SiCl 4 may react with oxygen (O 2 ) in the plasma flame 76 to generate and generate a product (quartz glass). That is, the product (quartz glass) may be integrated and deposited and grown by a reaction as shown in Scheme 1 below.

[반응식 1][Reaction Scheme 1]

SiCl4 + O2 -> SiO2(s) + 2Cl2(g)SiCl 4 + O 2- > SiO 2 (s) + 2Cl 2 (g)

상기 <반응식 1>에서 (s)는 고체 상태를 의미하며 (g)는 기체 상태를 의미한다.In <Scheme 1> (s) means a solid state and (g) means a gas state.

참고로, 반응가스 이송관(10)의 유입구(12,14,16) 및 플라즈마 토치를 통하여 유입되는 가스는 99.9％ 이상의 고순도 가스가 이용됨이 바람직하며, 추가적인 필터를 통하여 가스들이 이송관 내부로 유입됨으로써 불순물 등에 대응하여 고 순도를 유지함이 바람직하다. 그리고, 아르곤(Ar)과 산소(O2) 및 SiCl4 가스는 유입되는 양이 개별적으로 조절될 수 있으며, 산소(O2) 및 SiCl4 가스를 포함하는 반응 가스의 양이 많아지면 플라즈마의 온도 저하가 발생되므로 적절한 양으로 조절됨이 바람직하다.For reference, a high purity gas of 99.9% or more is preferably used as the gas flowing through the inlets 12, 14, 16 and the plasma torch of the reaction gas transfer pipe 10, and the gas flows into the transfer pipe through an additional filter. By doing so, it is desirable to maintain high purity in response to impurities and the like. In addition, the amount of argon (Ar), oxygen (O 2 ), and SiCl 4 gas may be individually controlled, and when the amount of the reaction gas including oxygen (O 2 ) and SiCl 4 gas increases, the temperature of the plasma increases. It is preferable to adjust to an appropriate amount since degradation occurs.

한편, 상술한 본 발명에 따른 플라즈마 토치는 도 4과 같이 반응 챔버에 구성될 수 있다.On the other hand, the plasma torch according to the present invention described above may be configured in the reaction chamber as shown in FIG.

반응 챔버는 챔버(30)와 플라즈마 토치(100)를 포함하며, 챔버(30)는 상부에 상부 커버(32)와 하부 커버(34)가 구성되고, 하부 커버(34)는 챔버(30)의 상단에 상부쪽으로 오픈된 구조를 갖도록 결합된 것이며, 상부 커버(32)는 챔버(30)와 하부 커버(34)의 사이에 조립되도록 구성되면서 중앙에 후술되는 석영 유리봉(36)이 설치될 수 있는 기구물(도 5의 39)이 구성된다. 여기에서 상부 커버(32)와 하부 커버(34)를 갖는 구조로 본 발명이 실시된 것은 커버가 쉽게 분리될 수 있어서 조립 및 청소가 용이하도록 하기 위한 것이다.The reaction chamber includes a chamber 30 and a plasma torch 100, the chamber 30 having an upper cover 32 and a lower cover 34 at the top, and the lower cover 34 of the chamber 30. The upper cover 32 is coupled to have an open structure toward the upper side, and the upper cover 32 is configured to be assembled between the chamber 30 and the lower cover 34, and the quartz glass rod 36 described later may be installed at the center. An instrument (39 in FIG. 5) is constructed. Herein, the present invention is implemented in a structure having an upper cover 32 and a lower cover 34 so that the cover can be easily separated and thus easy to assemble and clean.

그리고, 챔버(30)의 내부에는 생성물인 석영 유리가 집적되는 시드 역할을 하는 석영 유리봉(36)이 상부 커버(32)에 구성되는 기구물(39)에 설치되며, 석영 유리봉(36)은 수직 방향으로 하측을 지향하도록 설치된다. 그리고, 챔버(30)의 저부에는 내부의 폐가스를 배출하기 위한 배출 장치가 설치되며, 상부에는 쿨링 가스의 유입을 위한 쿨링 가스 유입구(42, 44)가 구성된다. 그리고, 챔버(30)의 하측 또는 임의의 위치에는 추가적인 반응 가스의 유입이 가능하도록 반응 가스 유입구(46)가 더 구성될 수 있다.And, inside the chamber 30, a quartz glass rod 36 serving as a seed in which the quartz glass as a product is integrated is installed in the mechanism 39 formed in the upper cover 32, and the quartz glass rod 36 is It is installed to face downward in the vertical direction. In addition, a discharge device for discharging waste gas therein is installed at the bottom of the chamber 30, and cooling gas inlets 42 and 44 are configured at an upper portion thereof to introduce cooling gas. In addition, a reaction gas inlet 46 may be further configured at a lower side or an arbitrary position of the chamber 30 to allow the introduction of additional reaction gas.

상술한 바와 같이 구성되는 챔버(30)에 플라즈마 토치(100)가 하측에 설치될 수 있으며, 플라즈마 토치(100)는 석영 유리봉(36)을 향하여 45° 각도로 경사지게 지향하도록 설치됨이 바람직하다. 또한 플라즈마 토치(100)는 이격 거리 조절 장치를 더 포함할 수 있으며, 그에 따라서 플라즈마 토치(100)가 석영 유리봉(36)과 이격된 거리가 조절될 수 있다. 여기에서 이격 거리 조절 장치는 도면에 도시하지 않았으나, 플라즈마 토치(100)와 챔버(30) 간의 기밀을 유지하면서 챔버(30) 내에 플라즈마 토치가 삽입되는 정도를 조절할 수 있는 공지의 장치로 구성될 수 있으므로 이에 대한 구체적인 도시는 생략한다.The plasma torch 100 may be installed below the chamber 30 configured as described above, and the plasma torch 100 may be installed to be inclined at an angle of 45 ° toward the quartz glass rod 36. In addition, the plasma torch 100 may further include a separation distance adjusting device. Accordingly, the distance between the plasma torch 100 and the quartz glass rod 36 may be adjusted. Although the separation distance adjusting device is not shown in the drawings, it may be configured as a known device that can control the degree of insertion of the plasma torch into the chamber 30 while maintaining the airtight between the plasma torch 100 and the chamber 30. Therefore, detailed description thereof will be omitted.

상술한 바와 같이 챔버(30) 내에 석영 유리봉(36)을 향하여 45° 각도로 경사지게 지향하도록 플라즈마 토치(100)가 구성됨에 따라서 플라즈마 토치(100)에서 분사되는 플라즈마 화염에 의하여 석영 유리봉(36)에 생성물이 집적될 수 있다.As described above, as the plasma torch 100 is configured to be inclined at an angle of 45 ° toward the quartz glass rod 36 in the chamber 30, the quartz glass rod 36 is formed by the plasma flame sprayed from the plasma torch 100. Product may be accumulated).

그리고, 챔버(30) 내부의 플라즈마 토치(100)의 플라즈마 화염에 의하여 발생되는 폐가스는 배출 장치(40)에 의하여 배출될 수 있고, 배출 장치(40)는 외부의 스크러버와 같은 장치와 연결될 수 있으며, 그에 따라서 배기 가스가 친환경적으로 처리될 수 있다.The waste gas generated by the plasma flame of the plasma torch 100 in the chamber 30 may be discharged by the discharge device 40, and the discharge device 40 may be connected to a device such as an external scrubber. Therefore, the exhaust gas can be treated in an environmentally friendly manner.

도 4에 도시된 플라즈마 토치(100)에서 반응가스 이송관(10)은 서로 직경이 다른 튜브가 중첩된 삼중 튜브 구조를 가지며 SiCl4 가스와 산소(O2) 가스를 중간에 위치한 튜브를 통하여 공급되는 불활성 가스에 의하여 분리하여 배송하며, 플라즈마 토치(100)는 고주파 전력에 의하여 내부에 형성된 플라즈마를 단부에서 상기 플라즈마 화염으로 방출하는 구조를 갖는다. In the plasma torch 100 shown in FIG. 4, the reaction gas transfer pipe 10 has a triple tube structure in which tubes having different diameters overlap each other, and supplies SiCl 4 gas and oxygen (O 2 ) gas through a tube located in the middle. It is separated by the inert gas to be delivered, the plasma torch 100 has a structure that emits the plasma formed therein by the high frequency power to the plasma flame at the end.

상술한 바와 같이 석영 유리 제조용 반응 챔버가 구성됨으로써 플라즈마 토치(100)에 의하여 반응되어 생성되는 석영 유리가 석영 유리봉(36)에 집적될 수 있으며, 플라즈마 토치(100)에 의하여 무수의 고순도의 생성물이 얻어질 수 있다. As described above, the reaction chamber for producing quartz glass may be configured, and thus, the quartz glass generated by reaction by the plasma torch 100 may be integrated into the quartz glass rod 36, and the product of the high purity is anhydrous by the plasma torch 100. This can be obtained.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described in detail, this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation by a person of ordinary skill in the art within the scope of the technical idea of this invention is carried out. This is possible.

10 : 반응가스 이송관 12, 14, 16 : 유입구
18 : 플라즈마 발생부 20, 22, 24 : 튜브
30 : 챔버 32 : 상부 커버
34 : 하부 커버 36 : 석영 유리봉
40 : 배기장치 42, 44 : 쿨링 가스 유입구
46 : 반응 가스 유입구 100 : 플라즈마 토치10: reaction gas transfer pipe 12, 14, 16: inlet
18: plasma generating unit 20, 22, 24: tube
30 chamber 32 upper cover
34: lower cover 36: quartz glass rod
40: exhaust device 42, 44: cooling gas inlet
46: reaction gas inlet 100: plasma torch

Claims (12)

제1 유입구를 통하여 공급되는 SiCl4 가스를 이송하는 제1 튜브,
제2 유입구를 통하여 공급되는 불활성 가스를 이송하며 상기 제1 튜브를 둘러싸도록 구성된 제2 튜브, 및
제3 유입구를 통하여 공급되는 산소 가스를 이송하며 상기 제2 튜브를 둘러싸도록 구성된 제3 튜브를 포함하는 반응가스 이송관; 및
상기 반응가스 이송관이 결합되고 고주파 전력을 인가하여 플라즈마를 발생 및 유지하는 플라즈마 형성부;를 포함하며,
상기 플라즈마 형성부는,
상기 반응가스 이송관을 지지하면서 토치 중앙 가스를 주입하는 제1 주입구가 측면에 형성된 베이스 프레임;
상기 베이스 프레임이 장치되며 상기 반응가스 이송관이 삽입되어 연장되는 방향으로 플라즈마 화염이 형성되는 공간을 이루는 토치 실린더가 삽입되고 그의 내측으로 토치 쉬즈 가스를 가이드하도록 상기 토치 실린더와 이격되면서 상기 반응가스 이송관이 연장된 방향으로 연장된 내부 실린더가 삽입되며 상기 토치 실린더와 상기 내부 실린더의 이격된 공간으로 상기 토치 쉬즈 가스를 주입하는 제2 주입구와 토치 냉매를 배출하는 배출구가 형성된 메인 프레임;
상기 토치 실린더의 외벽을 따라 상기 토치 냉매를 순환시키고 상기 배출구로 상기 토치 냉매를 배출하는 구조를 갖는 냉각부;
상기 냉각부의 외부에 배치되고 고주파 전력이 인가되는 코일이 설치되어서 상기 토치 실린더 내부의 플라즈마 발생을 유도하는 고주파 인가부;
상기 고주파 인가부의 외부에 형성되며 상기 메인 프레임과 결합됨으로써 외벽을 이루는 단열벽; 및
상기 토치 실린더와 상기 단열벽의 단부에 결합되며 상기 냉각부로 냉매를 공급하는 냉매 주입구가 형성된 분사 프레임;을 포함하는 석영 유리 제조용 플라즈마 토치.
A first tube conveying SiCl 4 gas supplied through the first inlet,
A second tube configured to surround the first tube and convey an inert gas supplied through a second inlet, and
A reaction gas transfer pipe configured to transfer an oxygen gas supplied through a third inlet port and to include a third tube configured to surround the second tube; And
And a plasma forming unit coupled to the reaction gas transfer pipe and generating and maintaining a plasma by applying high frequency power.
The plasma forming unit,
A base frame having a first injection hole for injecting the central gas of the torch while supporting the reaction gas transfer pipe;
The base frame is equipped with a torch cylinder is inserted into a space forming a plasma flame in the direction in which the reaction gas transfer pipe is inserted and extended is spaced apart from the torch cylinder so as to guide the torch sheath gas inside the reaction gas transfer A main frame having an inner cylinder extending in a direction in which the tube extends and having a second inlet for injecting the torch sheath gas into the spaced space between the torch cylinder and the inner cylinder and a outlet for discharging the torch refrigerant;
A cooling unit configured to circulate the torch refrigerant along an outer wall of the torch cylinder and to discharge the torch refrigerant to the discharge port;
A high frequency applying unit arranged outside of the cooling unit and provided with a coil to which high frequency power is applied to induce plasma generation in the torch cylinder;
A heat insulation wall formed on an outside of the high frequency applying unit and combined with the main frame to form an outer wall; And
And a spraying frame coupled to an end of the torch cylinder and the heat insulating wall and having a coolant inlet for supplying coolant to the cooling unit.
제1항에 있어서,
상기 제1 튜브 내지 상기 제3 튜브 중 상기 제3 튜브가 가장 긴 위치까지 연장되고 상기 제1 튜브가 가장 짧은 위치까지 연장되는 석영 유리 제조용 플라즈마 토치.
The method of claim 1,
A plasma torch for manufacturing quartz glass, wherein the third tube of the first to third tubes extends to the longest position and the first tube extends to the shortest position.
제1항에 있어서,
상기 제1 튜브는 상기 SiCl4의 공급 위치를 조절할 수 있도록 슬라이딩 가능하도록 설치된 석영 유리 제조용 플라즈마 토치.
The method of claim 1,
The first tube is a plasma torch for manufacturing a quartz glass slidable to adjust the supply position of the SiCl 4 .
삭제delete 시드 역할을 하는 석영 유리봉이 설치되고 폐가스의 포집을 위한 포집 장치가 설치된 챔버; 및
상기 석영 유리봉을 향하여 경사지게 지향하면서 상기 석영 유리봉과 이격 거리를 조절할 수 있도록 설치됨으로써 플라즈마 화염을 방출하여 상기 석영 유리봉에 생성물을 집적하는 플라즈마 토치;를 포함하며,
상기 플라즈마 토치는,
서로 직경이 다른 튜브가 중첩된 삼중 튜브 구조를 가지며 SiCl4 가스와 산소 가스가 중간에 위치한 튜브를 통하여 공급되는 불활성 가스에 의하여 분리되어 이송되고 상기 불활성 가스에 의하여 SiCl4 가스와 산소 가스의 반응이 억제되는 반응가스 이송관; 및
상기 반응가스 이송관이 결합되고 고주파 전력에 의하여 플라즈마를 발생 및 유지하여서 상기 플라즈마 화염을 형성하는 플라즈마 형성부;를 포함하며,
상기 플라즈마 형성부는,
상기 반응가스 이송관을 지지하면서 토치 중앙 가스를 주입하는 제1 주입구가 측면에 형성된 베이스 프레임;
상기 베이스 프레임이 장치되며 상기 반응가스 이송관이 삽입되어 연장되는 방향으로 플라즈마 화염이 형성되는 공간을 이루는 토치 실린더가 삽입되고 그의 내측으로 토치 쉬즈 가스를 가이드하도록 상기 토치 실린더와 이격되면서 상기 반응가스 이송관이 연장된 방향으로 연장된 내부 실린더가 삽입되며 상기 토치 실린더와 상기 내부 실린더의 이격된 공간으로 상기 토치 쉬즈 가스를 주입하는 제2 주입구와 토치 냉매를 배출하는 배출구가 형성된 메인 프레임;
상기 토치 실린더의 외벽을 따라 상기 토치 냉매를 순환시키고 상기 배출구로 상기 토치 냉매를 배출하는 구조를 갖는 냉각부;
상기 냉각부의 외부에 배치되고 고주파 전력이 인가되는 코일이 설치되어서 상기 토치 실린더 내부의 플라즈마 발생을 유도하는 고주파 인가부;
상기 고주파 인가부의 외부에 형성되며 상기 메인 프레임과 결합됨으로써 외벽을 이루는 단열벽; 및
상기 토치 실린더와 상기 단열벽의 단부에 결합되며 상기 냉각부로 냉매를 공급하는 냉매 주입구가 형성된 분사 프레임;을 포함하는 석영 유리 제조용 반응 챔버.
A chamber in which a quartz glass rod serving as a seed is installed and a collecting device for collecting waste gas is installed; And
Plasma torch is installed so as to be inclined toward the quartz glass rod to adjust the separation distance with the quartz glass rod to emit a plasma flame to integrate the product in the quartz glass rod;
Wherein the plasma torch comprises:
Tubes of different diameters overlap each other and have a triple tube structure in which SiCl 4 gas and oxygen gas are separated and transferred by an inert gas supplied through a tube located in the middle, and the reaction of SiCl 4 gas and oxygen gas is carried out by the inert gas. Reaction gas transfer pipe is suppressed; And
And a plasma forming unit coupled to the reaction gas transfer pipe and generating and maintaining plasma by high frequency power to form the plasma flame.
The plasma forming unit,
A base frame having a first injection hole for injecting the central gas of the torch while supporting the reaction gas transfer pipe;
The base frame is equipped with a torch cylinder is inserted into a space forming a plasma flame in the direction in which the reaction gas transfer pipe is inserted and extended is spaced apart from the torch cylinder so as to guide the torch sheath gas inside the reaction gas transfer A main frame having an inner cylinder extending in a direction in which the tube extends and having a second inlet for injecting the torch sheath gas into the spaced space between the torch cylinder and the inner cylinder and a outlet for discharging the torch refrigerant;
A cooling unit configured to circulate the torch refrigerant along an outer wall of the torch cylinder and to discharge the torch refrigerant to the discharge port;
A high frequency applying unit arranged outside of the cooling unit and provided with a coil to which high frequency power is applied to induce plasma generation in the torch cylinder;
A heat insulation wall formed on an outside of the high frequency applying unit and combined with the main frame to form an outer wall; And
And a spray frame coupled to an end of the torch cylinder and the heat insulation wall, the spray frame having a coolant inlet for supplying coolant to the cooling unit.
제5항에 있어서,
상기 SiCl4 가스는 상기 반응가스 이송관의 중앙의 튜브를 통하여 이송되는 석영 유리 제조용 반응 챔버.
The method of claim 5,
The SiCl 4 gas is a reaction chamber for producing quartz glass is transferred through the tube in the center of the reaction gas transfer pipe.
제6항에 있어서,
상기 반응가스 이송관의 중앙의 튜브는 상기 SiCl4의 공급 위치를 조절할 수 있도록 슬라이딩 가능하도록 설치된 석영 유리 제조용 반응 챔버.
The method according to claim 6,
Reaction chamber for the production of quartz glass is installed in the center tube of the reaction gas transfer pipe to be slidable to adjust the supply position of the SiCl 4 .
제5항에 있어서,
상기 반응가스 이송관은 가장 외곽의 튜브가 가장 긴 위치까지 연장되고 중앙의 튜브가 가장 짧은 위치까지 연장되는 석영 유리 제조용 반응 챔버.
The method of claim 5,
The reaction gas transfer pipe is a reaction chamber for producing quartz glass in which the outermost tube extends to the longest position and the center tube extends to the shortest position.
제5항에 있어서,
상기 반응가스 이송관은 석영유리 재질로 형성된 것으로 구성되는 석영 유리 제조용 반응 챔버.
The method of claim 5,
The reaction gas transfer pipe is a reaction chamber for producing quartz glass consisting of a quartz glass material.
제5항에 있어서,
상기 플라즈마 토치는 이격 거리 조절 장치를 더 포함함으로써 상기 석영 유리봉과 이격 거리를 조절하는 석영 유리 제조용 반응 챔버.
The method of claim 5,
The plasma torch further comprises a separation distance adjusting device to control the separation distance of the quartz glass rod and the quartz glass manufacturing chamber.
제5항에 있어서,
상기 플라즈마 토치는 상기 석영 유리봉을 향하여 45° 각도로 지향하도록 설치되는 석영 유리 제조용 반응 챔버.
The method of claim 5,
The plasma torch is a reaction chamber for producing a quartz glass is installed so as to direct the 45 ° angle toward the quartz glass rod.
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