KR200285880Y1

KR200285880Y1 - The Burner of Soot for optical Fiber

Info

Publication number: KR200285880Y1
Application number: KR2020020003909U
Authority: KR
Inventors: 김경진; 이호진
Original assignee: 화이콤(주)
Priority date: 2002-02-06
Filing date: 2002-02-06
Publication date: 2002-08-16

Abstract

본 고안은 Jacketing VAD 또는 OVD 방법에 둘다 적용될 수 있는 광섬유모재 제조용 버너이다.The present invention is an optical fiber base material burner that can be applied to both Jacketing VAD or OVD methods.

광섬유용 원료인 SiCl4 가스를, H2 및 O2 가스의 연소에 의한 버너불꽃을 통해, 분사시키는 광섬유 모재의 제조방법 및 장치가 제공된다.Provided is a method and apparatus for producing an optical fiber base material, which injects SiCl 4 gas, which is a raw material for optical fibers, through a burner flame by combustion of H 2 and O 2 gases.

광섬유 코아재(광섬유코아부와 클래드의 일부층만 형성된 유리막대)를 수직 또는 수평으로 걸고 회전시키며 이 코아재 유리막대외부에 전체 길이에 따라 유리입자를 일정한 두께로 증착시켜 광섬유 모재인 Soot를 만든다. 기존 버너는 4개의 동심원으로 구성된 버너를 기본 단위로 하여, 이 4개의 동심원에서 중심부에 SiCl4 유리원료를 분사시키고, 중심에서 2번째층은 H2가스를 흘리고 3번째층은 Ar가스를, 4번째층은 O2를 흘리거나 또는 증착 효율을 높이기 위해 4번째 층 바깥으로 복수의 동심원을 형성시켜 5번째 층은 Ar, 6번째 층은 H2, 7번째 층은 Ar, 8번째 층은 O2가스를 흘리거나 증착효율을 더 높이기 위해 5번째에서 8번째층을 반복시켜 12층 버너 또는 16층 버너 또는 20층버너등이 사용될 수 있다.The optical fiber core material (glass rod with only a part of cladding fiber core and clad) is hung and rotated vertically or horizontally, and glass particles are deposited to a certain thickness on the outside of the core material glass rod to make a soot as an optical fiber base material. . Conventional burners are based on a burner composed of four concentric circles, and the SiCl4 glass material is injected at the center from these four concentric circles, the second layer flows H2 gas, the third layer is Ar gas, and the fourth layer. To form a plurality of concentric circles out of the fourth layer to flow O2 or to increase deposition efficiency. The fifth layer is Ar, the sixth layer is H2, the seventh layer is Ar, and the eighth layer is O2 gas. To further increase efficiency, a 12th burner or a 16th burner or a 20th burner may be used by repeating the fifth to eighth layers.

본 발명에서는 4개의 동심원으로 구성된 버너를 기본 단위체로하여 이 기본 단위체인 한 개의 버너를 중심에 위치시키고, 동일 구조의 6개의 버너를 중심버너둘레에 배치 시키면, 기하학적으로 6개의 버너는 중심버너둘레에 정확히 일치되는 안정된 구조를 이룬다. 이렇게 7개의 기본단위체로 구성된 버너를 사용함으로써 SiCl4 가스를 활성화시키고 반응 면적을 극대화함으로써 증착효율을 동일 유량의 8층의 동심원 구조의 버너보다 30%이상 높일 수 있고, 이 6개 버너바깥쪽으로 4층의 동심원을 만들어 Ar, H2, Ar, O2를 차례로 흘리면 45% 이상 높일 수 있다.In the present invention, a burner composed of four concentric circles is used as the basic unit, and one burner, which is the basic unit, is placed at the center, and if six burners having the same structure are arranged at the center burner, the six burners are geometrically placed at the center burner A stable structure that matches exactly with By using the burner composed of seven basic units, the SiCl4 gas is activated and the reaction area is maximized so that the deposition efficiency can be increased by 30% or more than that of the eight-layer concentric burner of the same flow rate. By creating concentric circles of Ar, H2, Ar, O2 can be increased by more than 45%.

Description

Burner device for manufacturing optical fiber base material {The Burner of Soot for optical Fiber}

본 고안은 광섬유 모재를 만들 때 단면이 동심원상으로 구성된 광섬유 모재 제조용 버너에서 그 중심부에 SiCl4를 분사시키고, 단면에서 2번째 동심원인 관에 H2가스를, 단면에서 3번째 동심원인 관에 Ar가스를, 단면에서 4번째 동심원인 관에 산소를 분사시키며 불을 붙이면 산소,수소의 화염속에서 SiCl4 가스가 산화반응에 의해 열에너지를 함유한 SiO2입자로 된다. 이 SiO2 입자는 회전하는 목표 표면에 부딪쳐 에너지를 방출하면서 증착되어 진다.The present invention is to make SiCl4 in the center of the optical fiber base material burner which is made of concentric circles in the cross section, H2 gas to the second concentric pipe in the cross section and Ar gas to the third concentric circle in the cross section. In the cross section, the oxygen is injected into the tube, the fourth concentric circle, and when it is lit, the SiCl4 gas becomes SiO2 particles containing thermal energy by oxidation in the flame of oxygen and hydrogen. These SiO2 particles are deposited while releasing energy by hitting a rotating target surface.

이 때 SiCl4가 SiO2로 변환되는 효율을 높이기 위해서는 불꽃속에서의 SiCl4가스의 H2, O2불꽃과의 접촉면적을 높여야 한다. 기존의 기술은 버너 단면이 동심원상으로 되어있고 유리입자의 주 반응원인 SiCl4가스는 버너 중심으로만 분사되기 때문에 그 주위의 H2, O2 불꽃과의 접촉면적이 작아 반응효율이 낮다. 반응효율을 높이기 위해 단면이 동심원으로 구성된 버너를 사용하는데 동심원 중심부에 SiCl4 유리원료를 분사 시키고, 중심에서 2번째층은 H2 가스를 흘리고 3번째층은 Ar가스를, 4번째층은 O2를 흘리거나 또는 증착효율을 높이기 위해 4번째 층 바깥으로 복수의 동심원을 더 형성시켜 5번째층은 Ar, 6번째층은 H2, 7번째층은 Ar, 8번째 층은 O2 가스를 흘리거나 증착효율을 더욱더 높이기 위해 5번째에서 8번째층의 가스 배열을 반복시켜 12층 버너 또는 16층 버너 또는 20층 버너 등이 사용되는데 이 때는 SiCl4가스의 활성화 에너지가 작아 반응효율이 작고, 반응을 증가시키기 위해서는 SiCl4 유량에 이론적 화학식 보다 훨씬 많은 H2가스 및 O2 가스가 사용되고, 그 부산물로 반응챔버 내부에 수분을 형성하는 문제가 야기된다.At this time, in order to increase the efficiency of converting SiCl4 into SiO2, the contact area of SiCl4 gas with H2 and O2 flames in the flame should be increased. In the existing technology, the burner cross section is concentric, and SiCl4 gas, which is the main reaction source of glass particles, is injected only to the center of the burner, so the contact area with H2 and O2 flames around it is low, resulting in low reaction efficiency. In order to increase the reaction efficiency, a burner composed of concentric circles is used to inject SiCl4 glass raw material in the center of the concentric circles, the second layer flows H2 gas, the third layer flows Ar gas, and the fourth layer O2. Alternatively, a plurality of concentric circles may be formed outside the fourth layer to increase the deposition efficiency, so that the fifth layer is Ar, the sixth layer is H2, the seventh layer is Ar, and the eighth layer is O2 gas or the deposition efficiency is further increased. In order to repeat the gas arrangement of the fifth to eighth layers, a 12-layer burner, a 16-layer burner, or a 20-layer burner is used. In this case, the reaction energy is small because the activation energy of the SiCl4 gas is small. Much more H2 gas and O2 gas are used than the theoretical formula, and by-products cause a problem of forming moisture inside the reaction chamber.

이론적으로 설명하면 이론적화학식은In theory, the theoretical formula is

[화학식] SiCl4 + 2H2 +O2 → SiO2 + 4HCl 으로 되나SiCl4 + 2H2 + O2 → SiO2 + 4HCl

실제 공정에서의 화학식은The chemical formula in the actual process

[화학식] SiCl4 + 4H2 + 2O2 → SiO2 + 4HCl +2H₂O로 된다.이렇게 형성된 수분은 머플내벽에 유리입자의 고착을 발생시키고 Soot 내부의 OH 함유량도 높아지게 된다.SiCl 4 + 4H 2 + 2O 2 → SiO 2 + 4HCl + 2H ₂ O. The moisture thus formed causes adhesion of the glass particles to the inner wall of the muffle and increases the OH content inside the soot.

본 고안은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 기존에는 버너의 중심으로만 흐르던 SiCl4가스를, 기하학적으로 안정된 구조인 4층의 동심원 버너 1개를 중심에 위치 시키고, 같은 모양의 4층의 동심원 버너 6개를 주위에 둘러싸는 복합구조를 갖는 하나의 버너를 만들어, 기존에는 중심으로만 분사되던 SiCl4가스를, 중심노즐과 이를 둘러싸는 6개의 노즐로 나누어 분사 시킴으로써, 이 가스의 H2 및 O2의 불꽃 속에서 접촉면적을 확대시키고 활성화시키며 또한 SiCl4 가스의 H2, O2불꽃 내에서의 확산을 증대시켜 SiCl4 가스의 SiO2로의 반응을 증가시키는데 본 고안의 첫째 목적이 있는 것이다.In order to solve the above problems, SiCl4 gas, which flows only at the center of the burner, is located at the center of one concentric burner of four layers, which is a geometrically stable structure, and concentric burner of four layers of the same shape. A single burner with a composite structure surrounding the dog is made, and SiCl4 gas, which was previously sprayed only at the center, is divided into a central nozzle and six nozzles surrounding the dog, and the gas is contained in the flame of H2 and O2. The first objective of the present invention is to increase the reaction area of SiCl4 gas to SiO2 by enlarging and activating the contact area and increasing the diffusion of SiCl4 gas into H2, O2 flame.

이 때 여러 개의 버너를, 화학반응에 의해 SiO2 입자를 생성시키면서, 목표 표면에 SiO2를 증착시키는데 독립적으로 SiO2를 생성시키면 불꽃의 간섭에 의해 외경 불균일, 외표면 굴곡 등의 일정한 모양의 광섬유 모재(Soot)를 얻을 수가 없고 반응효율도 떨어진다. 따라서 다수의 노즐로부터 분사된 SiCl4가 SiO2로 생성되면서 전체적으로 복합된 1개의 버너 불꽃에서 분사됨으로써 Soot 표면에 안정된 증착이 되고 일정한 모양의 Soot를 얻는데 본 고안의 둘째 목적이 있는 것이다.At this time, when several burners produce SiO2 particles by chemical reaction, and independently generate SiO2 on the target surface, SiO2 can be produced independently to form an optical fiber base material having a uniform shape such as outer diameter unevenness and outer surface curvature by interference of sparks. ) Cannot be obtained and the reaction efficiency is low. Therefore, the second purpose of the present invention is to obtain stable soot on the surface of the soot and to form a soot by spraying from a single burner flame in which SiCl 4 is injected from a plurality of nozzles into SiO 2.

단면이 4개의 동심원을 갖는 소형 버너를 7개 만들어, 한 개의 버너 주위에 6개의 버너를 둘러싸는 구조로 하여, 각각의 4개의 동심원을 이루는 소형버너 중심관을통해 SiCl4를 분사 시키면 SiCl4 노즐은 7개가 된다. 이렇게 7개의 노즐을 통해 SiCl4를 분사 시키면 7개의 버너의 불꽃이 하나로 모아져서 안정된 불꽃 모양을 이루고, 각각의 버너의 중심에서 분사되는 SiCl4는 H2, O2불꽃과의 접촉면적이 확대되며, 활성화에너지가 높고 이 불꽃 속에서의 확산 계수도 높아져 반응이 증대 된다. 이 때 소형버너의 중심직경은 버너 중심으로만 SiCl4를 흘릴 때의 버너의 중심 직경의배 보다 크게 한다. 또한 본 발명은 기존보다 적은 비의 H2, O2 가스 유량으로 높은 반응효율을 나타내기 때문에 Soot 내부의 수분함유가 적어 광섬유특성에서 1290nm 의 OH Peak 가 작아 1300nm에서 1580nm에 걸쳐 손실이 고른 광섬유를 제조할 수 있으며, 머플내부의 유리가루의 고착같은 문제도 해결 할 수 있었다.By making seven small burners with four concentric cross sections and surrounding six burners around one burner, SiCl4 nozzles are sprayed through a small burner center tube forming four concentric circles. It becomes a dog. When SiCl4 is sprayed through 7 nozzles, the flames of 7 burners are gathered into one to form a stable flame shape.SiCl4 sprayed from the center of each burner expands the contact area with H2 and O2 flames. High and the diffusion coefficient in the flame increases, increasing the reaction. At this time, the center diameter of the small burner is the center diameter of the burner when SiCl 4 flows only to the burner center. Make it bigger than a ship. In addition, the present invention shows a high reaction efficiency at a lower ratio of H2 and O2 gas flow rate than the conventional one, and thus has less moisture in the soot, so the OH peak of 1290 nm is small in the optical fiber characteristics. It also solved problems such as sticking of glass powder inside the muffle.

도1은 기본 4층 동심원 버너 단면1 is a basic four-layer concentric burner cross section

도2는 원료 다중노즐 버너단면Figure 2 is a raw material multiple nozzle burner cross section

도3은 원료 다중노즐, 이중화염 버너도4는 도1의 A-A'의 단면도도5는 도3의 B-B'의 단면도Figure 3 is a raw material multiple nozzle, double flame burner Figure 4 is a cross-sectional view of A-A 'of Figure 1 Figure 5 is a cross-sectional view of B-B' of FIG.

〈도면의 주요부분에 대한 설명〉<Description of Main Parts of Drawing>

1: 버너의 SiCl4 노즐부 2: 버너의 H2 가스 노즐부1: SiCl4 nozzle part of burner 2: H2 gas nozzle part of burner

3: 버너의 Ar 가스 노즐부 4: 버너의 O2 가스 노즐부3: Ar gas nozzle part of burner 4: O2 gas nozzle part of burner

5: 다중노즐 버너 후드 6: 다중노즐 버너의 이중화염용 노즐부5: Multi-nozzle burner hood 6: Nozzle part for double flame of multi-nozzle burner

이하 첨부된 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, described in detail by the accompanying drawings as follows.

도 1은 4개의 동심원으로 된 버너를 나타낸다. 중심에 SiCl4가스를 흘리고 2번째층에 H2가스를, 3번째층에 Ar 가스를, 4번째 층에 O2가스를 흘리는 한 개의 소형 버너를 나타낸다.1 shows a four concentric burner. A small burner is shown which flows SiCl4 gas in the center, H2 gas in the second layer, Ar gas in the third layer, and O2 gas in the fourth layer.

도 2는 도1의 버너 1개를 중심으로 하고 이 주위에, 도1의 6개의 버너를 배치시켜 새로운, 하나의 안정된 버너구조를 갖게되고, 이렇게 SiCl4노즐이 7개인 버너에서 SiCl4를 SiO2로 변환시킨다. 생성된 SiO2 입자들은 Soot 표면에 안정되게 부착되고 Soot 성장이 균일하게 되도록, 버너끝단과 Soot 표면과의 거리는 도1의 외경의 3.5배 이상이 되도록 한다.FIG. 2 is centered around one burner of FIG. 1 and has six burners of FIG. 1 arranged around it to have a new, stable burner structure, thus converting SiCl4 to SiO2 in a burner with seven SiCl4 nozzles. Let's do it. The resulting SiO 2 particles are stably attached to the soot surface and the soot growth is uniform, so that the distance between the burner tip and the soot surface is at least 3.5 times the outer diameter of FIG. 1.

도 3은 도2의 버너 주위에, 다시 추가로 4개의, 단면이 동심원 구조인 층을 만들고 그 첫 번째 외각층에 Ar가스를, 2번째 외각층에 H2가스를, 3번째 외각층에 Ar가스를, 최외각층에 H2가스를 흘리도록 한 것이다.FIG. 3 shows four additional, concentric cross-section layers around the burner of FIG. 2 and Ar gas for the first outer layer, H 2 gas for the second outer layer, and Ar gas for the third outer layer. It is to let H2 gas flow to outermost layer.

이 때 외부에 추가된 4개의 층은, 노즐 길이를 7개의 버너군 끝단 보다 길게하되 그 추가길이는 7개 버너군을 하나로 묶는 원의 직경 즉 도2의 외경보다 1.5배에서 3.5배가 적당하다.At this time, the four layers added to the outside, the nozzle length is longer than the end of the seven burner group, the additional length is suitable for 1.5 to 3.5 times the diameter of the circle ties the seven burner groups to one, that is, the outer diameter of FIG.

7개의 버너에서 분사되는 SiCl4는 이 버너군 끝단과 Soot표면과의 거리를 조절함으로써 Soot 표면에 SiO2증착을 안정되게 할 수 있으나 7개의 버너군 외부로 추가의 연소층을 만들어 줌으로써, 내부에서 활성화 되어 높은 효율로 SiO2로 반응되고 남은 SiCl4가스를 한번더 반응시켜, 버너 불꽃은 더욱더 안정된 모양으로 되고, Soot 증착효율도 높이도록 한다.실시예3개 타입의 버너를 이용하여 수평 OVD법으로 Soot 증착율 시험을 하였다.첫 번째 버너는 버너의 길이 방향의 수직 단면이 8개의 동심원을 갖는 구조로 버너의 중심 즉 첫 번째 노즐에 기화된, SiCl4가스를 흘리고 첫 번째를 둘러싸는 두 번째 노즐에 H2가스를, 그 주위를 둘러싸는 세 번째 노즐에 Ar 가스를, 그 주위를 둘러싸는 네 번째 노즐에 O2가스를 , 그 주위를 둘러싸는 다섯 번째 노즐에 Ar가스를, 그 주위를 둘러싸는 여섯 번째 노즐에 H2 가스를, 그리고 그 주위를 둘러싸는 여덟 번째 노즐에 O2가스를 분사 시키는 8층 동심원 구조로 도 1의 버너 외주에 4층의 노즐을 추가시킨 구조이다.두 번째 버너는 중심, 즉 첫 번째 노즐에 SiCl4를, 그 주위를 둘러싸는 두 번째 노즐에 H2가스를, 그 주위를 둘러싸는 세 번째 노즐에 Ar 가스를, 그리고 네 번째 노즐에 O2가스를 분사시키는 4층 동심원 버너를 기본으로 하며 이것을 중심에 한 개 배치하고, 그 주위에 동일 형상의 4층 버너를 6개 배치함으로써 한 개의 복합버너가 되도록 한 구조로, 길이방향의 수직단면인 노즐부가 도 2에 나타나 있다.세 번째 버너는 두 번째 버너의 외주에 4층의 동심원 노즐을 추가한 것으로 버너의 노즐부에서 본 단면이 도3에 나타나 있고 이것의 B-B'의 단면이 도5에 나타나 있다.이들 3가지 종류의 버너로 각각 3회씩 soot를 만들어 보았다.3종류의 버너에 유입되는 각 SiCl4 가스의 유량은 모두 6ℓ/min으로 동일하고 그 이외의 가스들은, 버너 구조에 따라 최적 증착효율을 나타내는 유량값에 차이가 있었다.SiCl4 : 6 ℓ/minH2 : 84 ∼ 60 ℓ/minO2 : 70 ∼ 45 ℓ/minAr : 10 ∼ 6 ℓ/min각 버너의 각 가스 유량 및 결과가 표1에 나타내었다.표 2에 각 버너의 작업 결과에 대한 대표치를 나타내었다. SiCl4 sprayed from seven burners can stabilize SiO2 deposition on the surface of the soot by controlling the distance between the burner end and the soot surface, but it is activated internally by making an additional combustion layer outside the seven burner groups. By reacting the remaining SiCl 4 gas with SiO 2 with high efficiency, the burner flame becomes more stable and the soot deposition efficiency is increased. Example 3 Soot deposition rate test by horizontal OVD method using three types of burners. The first burner has eight concentric circles in the vertical cross section of the burner, flowing SiCl4 gas vaporized at the center of the burner, the first nozzle, and H2 gas at the second nozzle surrounding the first. Ar gas in the third nozzle that surrounds it, O2 gas in the fourth nozzle that surrounds it, Ar gas in the fifth nozzle that surrounds it, It is an eight-layer concentric circle structure that injects H2 gas to the sixth nozzle surrounding the top and O2 gas to the eighth nozzle surrounding the top, and adds four layers of nozzles to the outer periphery of the burner of FIG. The burner is a four-layer injection of SiCl4 in the center, the first nozzle, H2 gas in the second nozzle surrounding it, Ar gas in the third nozzle surrounding it, and O2 gas in the fourth nozzle. The nozzle part, which is a vertical section in the longitudinal direction, is formed in a structure in which a single burner is formed by arranging one concentric burner at the center and arranging six four-layer burners of the same shape around it. The third burner adds four layers of concentric nozzles to the outer periphery of the second burner, and the cross section seen from the nozzle portion of the burner is shown in FIG. 3 The soot was made three times each with three kinds of burners. The flow rate of each SiCl4 gas flowing into the three kinds of burners was the same at 6 L / min, and the other gases had different flow rates indicating the optimum deposition efficiency according to the burner structure. The gas flow rate and the results of SiCl 4: 6 L / minH 2: 84 to 60 L / minO 2: 70 to 45 L / min Ar: 10 to 6 L / min for each burner are shown in Table 1. Table 2 shows representative values for the work results of each burner.

이상에서 본 바와 같이 기존 버너에서는 SiCl4를 중심으로만 분사시켰으나, 본 발명에서는 7개로 나누어 분사시키고 각각의 SiCl4노즐 주위로 H2가스, Ar가스, O2가스를 분사시켜 SiCl4가스의 H2, O2 불꽃속에서의 접촉면적 증가 및 확산을 증가시켜 SiCl4의 SiO2로의 반응 효율을 높였고, 기존 버너에서는 반응 효율을 높이기 위해 다량, 즉 화학식 대비 2배 이상의 H2가스 및 O2가스를 분사시켜 부산물로 수분이 생성되었으나, 본 발명의 버너를 사용하면 H2가스 및 O2가스의 양을, 기존 화학식의 2배량에서 화학식의 1.2배로 줄여 사용하여도 반응효율이 높아져서 증착효율이 기존의 1.3배로 되고 수분 생성도 없다.As described above, in the existing burner, only SiCl 4 is injected, but in the present invention, the injection is divided into seven and H 2 gas, Ar gas, and O 2 gas are injected around each SiCl 4 nozzle in the H 2, O 2 flame of SiCl 4 gas. The reaction efficiency of SiCl4 was increased to SiO2 by increasing the contact area and diffusion of SiCl4. In the existing burner, water was generated as a by-product by spraying a large amount of H2 gas and O2 gas more than the chemical formula to increase the reaction efficiency. When the burner of the present invention is used, even if the amount of H2 gas and O2 gas is reduced from 1.2 times the amount of the existing chemical formula to 1.2 times the reaction efficiency is increased, the deposition efficiency is 1.3 times the existing efficiency and no moisture is generated.

Claims

In the burner for optical fiber manufacturing, the vertical section in the longitudinal direction has four concentric circles, and each of the four sections is based on a burner in which four different gases are injected independently. And a plurality of burners having the same shape around the same to make one composite multi-jet burner.

When the composite burner is made by arranging six burner units having the same outer diameter around the center burner unit of claim 1, four additional gas injection holes having separate concentric circles are formed on the outside thereof. Burner for optical fiber base material.

The length of the additional four concentric gas nozzles made in claim 2 is the distance from this end to the inner burner and the end of the multi-burner formed by surrounding six burners. An optical fiber base material burner, characterized in that it is 0.5 times or more of the diameter of an inscribed circle.