KR200286995Y1

KR200286995Y1 - 간접 가열식 전기로

Info

Publication number: KR200286995Y1
Application number: KR2019990002255U
Authority: KR
Inventors: 배상준; 이수현
Original assignee: 엘지전선 주식회사
Priority date: 1999-02-12
Filing date: 1999-02-12
Publication date: 2002-08-27
Also published as: KR20000017022U

Abstract

본 고안은 프리폼에 열을 가하여 광섬유를 인출하는 전기로의 내부에 가열체에서 발생한 고열을 일정하게 분산시키는 열버퍼를 부착하여, 열버퍼에 의한 간접 복사에 의해 광섬유 프리폼을 가열하도록 하는 간접 가열식 전기로에 관한 것으로서, 전원 연결부를 통해 외부에서 공급되는 전원을 이용하여 고온의 열을 발생하는 가열체가 설치된 광섬유 제조용 전기로에 있어서, 가열체(30)의 표면 전체를 커버할 수 있고 2200 ℃ 의 온도에 대하여 견디는 흑연으로 형성된 열버퍼(40)를 전기로(10)의 내부에 설치된 가열체(30)의 표면에 균일하게 착설시켜, 상기 가열체(30)에서 발생한 복사열에 의해 열버퍼(40)가 균일한 온도 분포를 갖도록 하는 것을 특징으로 한다.

Description

간접 가열식 전기로{Electric furnace by using Indirect heating method}

본 고안은 광섬유 제조용 전기로에 관한 것으로, 특히 프리폼에 열을 가하여 광섬유를 인출하는 전기로의 내부에 가열체에서 발생한 고열을 일정하게 분산시키는 열버퍼를 부착하여, 열버퍼에 의한 간접 복사에 의해 광섬유 프리폼을 가열하도록 하는 간접 가열식 전기로에 관한 것이다.

통신용 케이블 등에서 많이 사용되고 있는 광섬유는 프리폼(Preform) 이라고불리는 이산화 규소(SiO₂) 재질의 봉재(rod)에 고온의 열을 가하고, 고온의 열에 의해 프리폼이 용융되기 시작하면 용융된 프리폼에서 일정한 지름의 섬유를 인출함으로서 제조된다.

이산화 규소의 녹는 점은 대략 2000 ℃ 이상의 고온으로, 일반적인 전기 발열체를 사용할 경우에는 2000 ℃ 의 고온에 의하여 발열체 자체가 용해되기 때문에 일반적인 전기 발열체는 사용할 수 없고, 고온에 견딜 수 있는 흑연 재질의 가열체를 전기로 내부에 설치하여 사용하게 된다.

도 1a는 광섬유 제조 시설의 구성을 대략적으로 나타내는 도면으로서, 프리폼(100)에 고온의 열을 인가하여 광섬유로 인출되도록 하는 전기로(200), 전기로(200)에서 인출된 광섬유의 외경을 지속적으로 측정하는 외경 측정기(300), 광섬유의 표면에 피복을 입히는 피복 장치(400), 피복된 광섬유의 경도를 향상시키는 경화기(500), 완성된 광섬유를 권취하는 권취기(600)로 구성되어 있음을 도시하고 있다.도 1b는 전기로(1)의 구성을 나타내는 단면도로서, 다음과 같이 구성되어 있음을 알 수 있다.

흑연 재질의 가열체(3)에 전원 연결부(2)를 통해 외부에서 전원이 공급되면 가열체(3)에서는 일정 온도의 열이 발생하게 된다. 도면에 도시되어 있는 바와 같이 가열체(3)는 중앙 부분(A)의 단면적이 가열체(3)의 양단부의 단면적보다 적기 때문에 A 부분에서의 저항은 가열체(3)의 양단부의 저항보다 상대적으로 크게 된다. 따라서 가열체(3)에서의 열발생은 A 부분에서 주로 이루어진다.가열체(3)의 표면에서 발생된 열에 의해 프리폼(4) 표면의 온도가 상승하게 되고 프리폼(4)의 용융점 이상이 되면 프리폼은 유동적인 상태가 된다. 이때 프리폼(4)은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 수직으로 위치되어 있기 때문에 중력에 의해 네킹(Necking) 현상이 발생하게 되어 프리폼의 일부분이 연장되고, 이때 가늘어진 프리폼을 연속적으로 인출하도록 한다. 프리폼에서 인출된 광섬유는 도 1a에 도시되어 있는 외경 측정기(300), 피복 장치(400), 경화기(500)를 차례로 지나 권취기(600)에 권취되어 보관된다.

이때 전원 연결부(2)는 일반적인 전기 재료로 많이 사용하는 구리를 이용하여 제조된다. 가열체(3)에서 발생하는 2000 ℃ 이상의 고온은 가열체(3)와 맞닿아 있는 전원 연결부(2)로 전해지게 된다. 구리(Cu)의 용융점은 1083 ℃ 로서, 가열체(3)에서 발생한 고온의 열은 전원 연결부(2) 자체를 용해 시키기 때문에 전원 연결부(2)의 용해를 막기 위해서는 전원 연결부(2)를 수냉식으로 냉각시켜 전원연결부(2)의 온도를 용융점 1083 ℃ 이하로 만들게 된다.

한편, 프리폼(4)에 고온의 열을 가해 광섬유를 인출할 때, 고온으로 가열된 프리폼(4)에서는 규소(Si)과 이산화규소(SiO₂)가 각각 해리된다. 또한 흑연 재질의 가열체(3)에서는 탄소(C)가 해리된다. 프리폼에서 해리된 규소(Si)과 가열체(3)에서 해리된 탄소(C)는 서로 결합하여 탄화규소(SiC)를 형성하게 된다.

탄화규소(SiC)의 증착 온도는 1050 ℃ 내지 1800 ℃ 이고, 이산화 규소(SiO₂)의 증착 온도는 570 ℃ 내지 850 ℃ 로서, 프리폼의 용융 온도보다 낮음을 알 수 있다. 따라서, 가열체(3)의 A 부분에 비해서 상대적으로 열발생이 적은 가열체(3)의 양단부에는 이산화 규소(SiO₂)와 탄화규소(SiC)가 증착된다.

또한, 가열체(3)의 양단부는 상대적으로 온도가 더 낮은 전원 연결부(2)와 연결되어 있기 때문에 두 개의 구성요소 간의 온도차이에 의해 온도는 더욱 낮아게지 되어 이산화 규소(SiO₂)와 탄화규소(SiC)가 증착된다. 가열체(3)와 전원 연결부(2)가 연결되는 부분은 이때 프리폼에서 해리된 이산화 규소(SiO₂)도 탄화규소(SiC)와 함께 증착되어 층을 이루게 된다.

이산화 규소(SiO₂)와 탄화규소(SiC) 같은 이물질이 가열체 표면에 증착되면, 프리폼(4)을 가열할때 열효율이 떨어지고, 광섬유 인출시 이산화 규소(SiO₂)와 탄화규소(SiC)등이 광섬유와 함께 인출되어 광섬유 단선의 원인이 되었다.

광섬유의 단선을 방지하기 위해 가열체 자체를 수시로 교환해야만 하지만,가열체의 교환은 전기로 자체가 상온으로 냉각되어야만 가능한 작업이기 때문에 오랜 시간 작업을 정지시켜야 하고, 따라서 생산 능률의 저하를 가져오게 된다.

본 고안은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 프리폼에 고온의 열을 가하여 광섬유를 제조하기 위한 전기로에 있어서, 전기로내에 설치된 가열체 표면의 온도의 불균일성에 의해 규소(Si)과 이산화규소(SiO₂)가 가열체에 증착되는 것을 방지하기 위한 간접 가열식 전기로를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 고안은 전원 연결부를 통해 외부에서 공급되는 전원을 이용하여 고온의 열을 발생하는 가열체가 설치된 광섬유 제조용 전기로에 있어서, 가열체(30)의 표면 전체를 커버할 수 있고 2200 ℃ 의 온도에 대하여 견디는 흑연으로 형성된 열버퍼(40)를 전기로(10)의 내부에 설치된 가열체(30)의 표면에 균일하게 착설시켜, 상기 가열체(30)에서 발생한 복사열에 의해 열버퍼(40)가 균일한 온도 분포를 갖도록 하는 것을 특징으로 한다.

도 1a는 광섬유 제조 시설의 구성을 대략적으로 나타내는 도면.도 1b는 종래의 가열식 전기로의 구성을 나타내는 단면도.

도 2는 본 고안에 따른 간접식 가열식 전기로의 구성을 나타내는 단면도.

도 3은 도 2의 B 부분의 상세도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10:전기로 20:전원 연결부

30:가열체 40:열버퍼

50:프리폼

도면을 참조하여 본 고안의 구성과 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 고안에 따른 간접 가열식 전기로의 구성을 나타내는 단면도이고, 도 3은 도 2의 B 부분의 상세도로서, 전원 연결부를 통해 외부에서 공급되는 전원을 이용하여 고온의 열을 발생하는 가열체가 설치된 광섬유 제조용 전기로에 있어서, 전기로(10)의 내부에 설치된 가열체(30)의 표면에 열버퍼(40)를 균일하게 착설시켜, 상기 가열체(30)에서 발생한 복사열에 의해 열버퍼(40)가 균일한 온도 분포를 갖도록 하는 것을 도시하고 있다.

본 고안의 구성과 작용을 살펴보면 다음과 같다.

전원 연결부(20)를 통해 외부에서 전원을 공급하게 되면 가열체(30)에서는 열이 발생하게 된다. 이때 가열체(30)에서 발생하는 온도를 2200 ℃ 까지 올리도록 한다. 가열체(10)에서는 종래의 기술과 마찬가지로 가열체(10)의 중앙의 A 구간에서 주로 열이 발생하게 된다.

전기로(10)의 내부에는 열버퍼(40)를 삽입 설치한다. 이때 2200 ℃ 의 고온이 발생하는 가열체(30)가 흑연으로 형성되어 있기 때문에 열버퍼(40)도 가열체(30)에서 발생하는 2200 ℃ 의 고온을 견딜 수 있도록 가열체와 같은 재질인 흑연(graphite)을 사용하는 것이 바람직하다. 열버퍼(40)는 가열체(30)의 표면 전체를 커버할 수 있도록 균일하게 착설되어, 가열체(30)에서 발생한 열이 프리폼(50)으로 직접 전달되지 않도록 한다. 또한, 가열체(30)에서 발생하는 열을 효율적으로 이용하기 위해서는 열버퍼(40)는 가열체(30)에 가능한 가깝게 위치하도록 한다.

가열체(30)에서 발생한 열은 가열체(30)와 근접하여 설치되어 있는 열버퍼(40)를 가열하게 된다. 가열체(30)에서 발생한 열이 복사에 의해 열버퍼(40)를 가열하게 되면, 열버퍼(40)는 가열체(30)의 온도 2200 ℃ 와 같은 온도를 갖게 된다.

열버퍼(40)는 가열체(30)에서 발생한 복사열에 의해 전체적으로 균일한 온도로 가열되고, 프리폼(50)에서 광섬유를 인출할 수 있도록 2200 ℃ 의 온도로 프리폼(50)을 가열하게 된다. 이때에 열버퍼(40)의 표면은 전체적으로 일정한 온도 분포를 갖게 되므로, 열버퍼(40)의 일정한 온도 분포는 표면 온도의 불균일에 의해 가열체 표면의 온도가 상대적으로 낮은 곳에 규소(Si)와 이산화규소(SiO₂)가 증착되는 현상을 방지하게 된다.

전기로(10)내부에서 증착되지 않은 규소(Si)와 이산화규소(SiO₂)는 기체 상태로 있게되고, 가열체의 산화 방지를 위해 전기로(10)내부로 주입되는 아르곤(Ar) 가스와 함께 외부로 방출된다.

전술한 구성에 의한 본 고안은 전기로의 내부에 버퍼를 설치하여 온도를 균일화시킴으로서, 전기로 내부에 설치된 가열체 표면 온도의 불균일에 의해, 가열체 표면에 탄화규소(SiC) 또는 이산화규소(SiO₂)와 같은 이물질이 증착되는 것을 방지하여 전기로의 가동율을 높여 작업성을 높이고, 광섬유 인출시 단선이 방지되는 효과가 있다.

Claims

전원 연결부를 통해 외부에서 공급되는 전원을 이용하여 고온의 열을 발생하는 가열체가 설치된 광섬유 제조용 전기로에 있어서, 가열체(30)의 표면 전체를 커버할 수 있고 2200 ℃ 의 온도에 대하여 견디는 흑연으로 형성된 열버퍼(40)를 전기로(10)의 내부에 설치된 가열체(30)의 표면에 균일하게 착설시켜, 상기 가열체(30)에서 발생한 복사열에 의해 열버퍼(40)가 균일한 온도 분포를 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 간접 가열식 전기로.