KR20050098389A - Purging apparatus for preventing furnace element from destructive oxidation - Google Patents
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Abstract
본 발명은 발열체의 산화방지를 위한 퍼징 장치에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는, 광섬유 제조 공정에서 사용되는 전기로 발열체의 산화를 방지하기 위해 최적화된 유량의 불활성 가스를 발열체 내부로 공급함으로써 외부 공기의 유입을 효과적으로 방지하는 퍼징 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a purging apparatus for the oxidation prevention of the heating element, and more particularly, by supplying an inert gas at an optimized flow rate inside the heating element to prevent oxidation of the heating element in the electric furnace used in the optical fiber manufacturing process. A purging device that effectively prevents inflow.
Description
본 발명은 발열체의 산화방지를 위한 퍼징 장치에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는, 광섬유 제조 공정에서 사용되는 전기로 발열체의 산화를 방지하기 위해 최적화된 유량의 불활성 가스를 발열체 내부로 공급함으로써 외부 공기의 유입을 효과적으로 방지하는 퍼징 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a purging apparatus for the oxidation prevention of the heating element, and more particularly, by supplying an inert gas at an optimized flow rate inside the heating element to prevent oxidation of the heating element in the electric furnace used in the optical fiber manufacturing process. A purging device that effectively prevents inflow.
일반적으로, 광섬유의 제조는 MCVD(Modified Chemical Vapor Deposition), OVD(Outside Vapor Deposition), VAD(Vapor-phase Axial Deposition), RIT(Rod In Tube) 등의 공법을 이용하여 광섬유 모재를 제조하고, 제조된 광섬유 모재를 인발하여 광섬유 소선(素線)을 제조하는 과정을 포함한다.In general, the optical fiber is manufactured using a method such as Modified Chemical Vapor Deposition (MCVD), Outside Vapor Deposition (OVD), Vapor-phase Axial Deposition (VAD), Rod In Tube (RIT), and the like. The process of drawing an optical fiber base material to manufacture an optical fiber element wire.
이와 같은 광섬유 모재 및 광섬유 소선의 제조 공정에는 고온의 열원이 필요하다.A high temperature heat source is required for the manufacturing process of such an optical fiber base material and an optical fiber element wire.
상기 고온의 열원은 SiCl4를 기체상태에서 반응시키거나, 광섬유 모재를 인발하는 과정 등에 사용된다. 상기 열원의 종류로는 H2/O2 화염토치, 플라즈마 토치, 전기로(electric furnace) 등이 있다.The high temperature heat source is used to react SiCl 4 in a gaseous state, or to draw an optical fiber base material. Examples of the heat source include a H 2 / O 2 flame torch, a plasma torch, and an electric furnace.
상기 전기로는 전기 저항을 이용한 저항 발열 방식과, 유도 가열을 이용한 유도 가열방식이 있다. 상기 두 가지 방식의 전기로는 흑연(graphite) 등으로 제조된 발열체가 구비되어야 한다. 상기 전기로는 특정 파장에서 광섬유의 광손실을 증가시키는 OH-가 발생되지 않고, 축대칭 열원으로 제조될 수 있기 때문에 광섬유의 대칭성에 유리하여 광섬유의 품질 측면에서 다른 열원에 비하여 우수하다.The electric furnace includes a resistance heating method using an electrical resistance, and an induction heating method using an induction heating method. The two types of electric furnaces should be provided with a heating element made of graphite or the like. The electric furnace does not generate OH − which increases the optical loss of the optical fiber at a specific wavelength, and can be manufactured as an axisymmetric heat source, which is advantageous in terms of the symmetry of the optical fiber and is superior to other heat sources in terms of the quality of the optical fiber.
그러나, 상기 흑연 발열체는 고온 상태에서 외부 공기(산소)가 유입될 경우에 다음의 화학식 1에 의하여 산화되는 문제점이 있다.However, the graphite heating element has a problem in that when the external air (oxygen) is introduced in a high temperature state by the following formula (1).
즉, 산화로 인하여 흑연 발열체의 붕괴(destruction)가 가속화되고 종국에는 발열체가 파손되기도 한다. 또한, 발열체의 붕괴로 인하여 광섬유의 물성이 변하게 되는 문제점도 발생한다.That is, the destruction of the graphite heating element is accelerated due to oxidation, and eventually the heating element may be damaged. In addition, a problem occurs that the physical properties of the optical fiber due to the collapse of the heating element.
이러한 문제점들을 해결하기 위하여, 도 1에 나타난 바와 같이, 발열체(10) 내부(16)로부터 외부 쪽으로 불활성 가스(12)를 분출하여 외부 공기가 발열체(10) 내부(16)로 침투하지 못하도록 하는 퍼징 방법이 제안되었다. 상기 퍼징 방법은 미국 특허공보 US 6,487,880 및 US 4,608,070에 개시되어 있다.In order to solve these problems, as shown in FIG. 1, the inert gas 12 is ejected from the inside of the heating element 10 to the outside to purge the outside air to prevent the inside of the heating element 10 from penetrating. The method has been proposed. Such purging methods are disclosed in US Pat. Nos. 6,487,880 and 4,608,070.
그러나, 상기 퍼징 방법은 가열체(14)의 형상이 균일하지 않을 경우, 발열체(10)의 이동속도가 변할 경우 등에는 발열체(10)와 가열체(14) 사이의 내부 공간(16)의 부피가 변화하여 외부 공기가 유입되는 문제점이 있다. 외부 공기의 유입을 방지하기 위하여 충분한 퍼징 가스(12)를 분출시키면 외부공기의 유입을 차단할 수는 있지만, 퍼징 가스(12)로 인하여 발열체(10)의 온도가 떨어지고 퍼징 가스(12)의 비용이 증가한다는 문제점이 생긴다.However, in the purging method, when the shape of the heating element 14 is not uniform, when the moving speed of the heating element 10 changes, and the like, the volume of the internal space 16 between the heating element 10 and the heating element 14 is reduced. There is a problem in that the outside air is introduced to change. If the sufficient purge gas 12 is blown out to prevent the inflow of external air, the inflow of the external air may be blocked, but the temperature of the heating element 10 is lowered due to the purge gas 12, and the cost of the purge gas 12 is increased. There is a problem that increases.
또한, 도 2에 나타난 바와 같이, 발열체(20)의 양단에 셔터(22)를 설치하여 발열체(20)와 가열체(14)의 간격을 최대한 좁혀서 외부 공기(24) 유입량을 최소화하는 방법도 제안되었다. 그러나, 상기 방법은 가열체(14)의 외경이 변할 경우, 또는 가열체(14)의 축방향 외경의 편차가 존재하는 경우에는 외부 공기(24)의 유입을 차단할 수 없다는 문제점이 생긴다.Also, as shown in FIG. 2, a method of minimizing the amount of inflow of external air 24 is also proposed by installing shutters 22 at both ends of the heating element 20 to narrow the gap between the heating element 20 and the heating element 14 as much as possible. It became. However, this method has a problem in that the inflow of the outside air 24 cannot be blocked when the outer diameter of the heating body 14 changes, or when there is a deviation in the axial outer diameter of the heating body 14.
위와 같이, 도 1 및 도 2에 나타난 외부 공기 차단 방법은 가열체(14)가 균일한 형상을 갖고, 발열체(10)(20)의 이동속도가 작고 일정한 경우, 즉 지극히 안정적인 공정에만 어느 정도의 효과가 있을 뿐이고, 그 밖의 경우에는 발열체(10)(20)의 산화 및 파괴에 심각한 영향을 미치는 외부공기의 유입이 발생하게 된다.As described above, the external air blocking method shown in FIGS. 1 and 2 has a uniform shape, and the heating element 14 has a uniform shape, and the moving speed of the heating elements 10 and 20 is small and constant, that is, only to some extent, a very stable process. There is only an effect, and in other cases, inflow of external air, which seriously affects oxidation and destruction of the heating elements 10 and 20, occurs.
본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 퍼징 가스의 유량을 최적화할 수 있는 발열체의 산화방지를 위한 퍼징 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a purging apparatus for preventing oxidation of a heating element that can optimize the flow rate of the purging gas.
본 발명의 다른 목적은 퍼징 가스의 유량을 최적화하여 외부 공기의 유입을 차단함으로써, 발열체의 발열 성능을 향상시키고 발열체의 사용가능 시간을 연장할 수 있는 발열체의 산화방지를 위한 퍼징 장치를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a purging apparatus for preventing oxidation of a heating element that can improve the heat generation performance of the heating element and extend the usable time of the heating element by optimizing the flow rate of the purging gas to block the inflow of external air. .
본 발명의 또 다른 목적은 발열체의 온도 변동폭(fluctuation)을 최소화하여 제조되는 광섬유의 품질을 향상시킬 수 있는 발열체의 산화방지를 위한 퍼징 장치를 제공하는데 있다.It is still another object of the present invention to provide a purging apparatus for preventing oxidation of a heating element which can improve the quality of an optical fiber manufactured by minimizing a temperature fluctuation of the heating element.
본 발명의 또 다른 목적은 퍼징 가스의 유량을 최적화 함으로써, 퍼징 가스의 비용을 최소화할 수 있는 발열체의 산화방지를 위한 퍼징 장치를 제공하는데 있다.Still another object of the present invention is to provide a purging apparatus for preventing oxidation of a heating element that can minimize the cost of the purging gas by optimizing the flow rate of the purging gas.
상기 목적들을 달성하기 위해서 본 발명에 따른 발열체의 산화방지를 위한 퍼징 장치는, 상기 발열체에 의하여 가열되는 가열체의 외경을 측정하는 외경 측정 센서; 상기 외경 측정 센서에서 측정된 상기 가열체의 외경과 상기 발열체의 이동속도를 이용하여 상기 발열체 내부로부터 분출될 퍼징 가스의 유량을 계산하는 연산부; 및 상기 연산부에 의하여 계산된 유량의 퍼징 가스가 상기 발열체 내부로부터 분출될 수 있도록 제어하는 제어부를 구비하여, 상기 유량의 퍼징 가스가 상기 발열체 내부로부터 분출됨으로써 외부 공기의 침투가 방지되어 상기 발열체의 산화가 방지된다.In order to achieve the above objects, a purging device for preventing oxidation of a heating element according to the present invention includes: an outer diameter measuring sensor measuring an outer diameter of a heating element heated by the heating element; A calculating unit calculating a flow rate of the purging gas to be ejected from the inside of the heating element by using the outer diameter of the heating element and the moving speed of the heating element measured by the outer diameter measuring sensor; And a control unit which controls the purging gas at the flow rate calculated by the calculating unit to be ejected from the inside of the heating element, wherein the purge gas at the flow rate is ejected from the inside of the heating element to prevent penetration of external air, thereby oxidizing the heating element. Is prevented.
바람직하게, 상기 발열체의 산화방지를 위한 퍼징 장치는 상기 발열체로부터 외부로 배출되는 상기 퍼징 가스의 배출속도를 측정하는 배출속도 측정부재를 더 구비하고, 상기 연산부는 다음 식을 이용하여 상기 발열체 내부로부터 분출될 퍼징 가스의 유량을 계산한다.Preferably, the purging device for preventing oxidation of the heating element further comprises a discharge rate measuring member for measuring the discharge rate of the purging gas discharged from the heating element to the outside, the calculating unit from the inside of the heating element using the following equation Calculate the flow rate of the purging gas to be ejected.
단, 상기 식에서,In the above formula,
Q : 상기 퍼징 가스의 유량Q: flow rate of the purging gas
V : 상기 발열체 내부와 가열체 사이의 체적V: volume between the heating element and the heating element
t : 시간t: time
: 상기 발열체로부터 외부로 배출되는 퍼징 가스의 발열체에 대한 상대 속도, 즉, : Relative speed of the purge gas discharged to the outside from the heating element, that is,
: 상기 발열체로부터 외부로 배출되는 퍼징 가스의 배출속도 : Discharge rate of purging gas discharged from the heating element to the outside
: 상기 발열체의 이동속도 : Moving speed of the heating element
An : 상기 퍼징 가스가 외부로 배출되는 부분의 면적A n : the area of the part where the purging gas is discharged to the outside
바람직하게, 상기 외경 측정 센서는 상기 퍼징 가스가 외부로 배출되는 부분에 설치되어, 상기 부분과 대응되는 가열체의 외경을 측정할 수 있다.Preferably, the outer diameter measuring sensor may be installed at a portion at which the purging gas is discharged to the outside to measure an outer diameter of a heating body corresponding to the portion.
더욱 바람직하게, 상기 연산부는 다음 식을 이용하여 상기 발열체 내부로부터 분출될 퍼징 가스의 유량을 계산한다.More preferably, the calculating unit calculates the flow rate of the purging gas to be ejected from the inside of the heating element using the following equation.
단, 상기 식에서, In the above formula,
Q : 상기 퍼징 가스의 유량.Q: flow rate of the purging gas.
V : 상기 발열체 내부와 가열체 사이의 체적.V: volume between the heating element and the heating element.
t : 시간.t: time.
: 상기 발열체의 이동속도. : Moving speed of the heating element.
A1 : 상기 퍼징 가스가 발열체의 이동 방향의 반대쪽으로 배출되는 부분의 면적. A 1 : Area of the part where the purging gas is discharged to the opposite side of the moving direction of the heating element.
D : 발열체의 내경D: inner diameter of heating element
d1, d2 : 상기 퍼징 가스가 외부로 배출되는 부분과 대응되는 가열체의 외경.d 1 , d 2 : outer diameter of the heating body corresponding to the portion of the purge gas is discharged to the outside.
여기에서, 상기 연산부는 부력의 영향을 포함하여 상기 퍼징 가스의 유량을 계산하는 것이 바람직하다.Here, it is preferable that the calculation unit calculates the flow rate of the purging gas, including the influence of buoyancy.
또한, 상기 발열체는 전기 저항을 이용한 저항 발열 방식의 전기로 또는 유도 가열을 이용한 유도 가열 방식의 전기로에 설치되는 것이 바람직하다.In addition, the heating element is preferably installed in an electric furnace of a resistance heating method using an electrical resistance or an induction heating method using an induction heating.
아울러, 상기 퍼징 가스는 불활성 가스인 것이 바람직하다.In addition, the purging gas is preferably an inert gas.
이하, 첨부된 도면들을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 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.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms or words used in the specification and claims should not be construed as having a conventional or dictionary meaning, and the inventors should properly explain the concept of terms in order to best explain their own invention. Based on the principle that can be defined, it should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention. Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, various modifications that can be replaced at the time of the present application It should be understood that there may be equivalents and variations.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 발열체의 산화방지를 위한 퍼징 장치를 나타낸 도면이고, 도 4는 도 3의 C-C 단면도이다.3 is a view showing a purging device for the oxidation prevention of the heating element according to an embodiment of the present invention, Figure 4 is a cross-sectional view of Figure 3 C-C.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 발열체의 산화방지를 위한 퍼징 장치(100)는 가열체(14)의 외경을 측정하는 외경 측정 센서(50)와, 최적화된 퍼징 가스(12)의 유량을 계산하는 연산부(60), 및 상기 연산부(60)에서 계산된 상기 유량이 발열체(40)의 내부로부터 분출될 수 있도록 제어하는 제어부(70)를 구비한다.Referring to FIGS. 3 and 4, the purging device 100 for preventing oxidation of the heating element includes an outer diameter measuring sensor 50 measuring an outer diameter of the heating element 14 and an optimized flow rate of the purging gas 12. The calculating part 60 which calculates, and the control part 70 which control so that the flow volume computed by the calculating part 60 may be ejected from the inside of the heat generating body 40 are provided.
상기 가열체(14)는 작업의 종류에 따라 구체적으로 정해질 수 있다. 예를 들어, MCVD 공법의 경우에는 튜브이고, 인발 공정의 경우에는 광섬유 모재이다. 그리고, 상기 발열체(40)는 전기로, 더욱 구체적으로는 전기 저항을 이용하는 전기저항 발열 방식의 전기로, 또는 유도 가열을 이용하는 유도가열 방식의 전기로에 사용된다. 상기 발열체(40)는 도 3의 화살표 방향으로 이동하면서 가열체(14)를 가열한다.The heating body 14 may be specifically determined according to the type of work. For example, it is a tube in the case of MCVD method, and an optical fiber base material in the drawing process. The heating element 40 is used in an electric furnace, more specifically, an electric furnace of an electric resistance heating method using electric resistance, or an electric furnace of induction heating method using induction heating. The heating element 40 heats the heating element 14 while moving in the arrow direction of FIG. 3.
상기 외경 측정 센서(50)는 발열체(40)에 설치되어 발열체(40)에 의하여 가열되는 가열체(14)의 외경을 측정한다. 외경 측정 센서(50)에 의하여 측정된 가열체(14)의 외경은 연산부(60)로 전달되어 퍼징 가스(12)의 유량을 계산하는데 이용된다.The outer diameter measuring sensor 50 is installed on the heating element 40 and measures the outer diameter of the heating element 14 heated by the heating element 40. The outer diameter of the heating body 14 measured by the outer diameter measuring sensor 50 is transmitted to the calculating unit 60 and used to calculate the flow rate of the purging gas 12.
바람직하게, 외경 측정 센서(50)는 퍼징 가스(12)가 외부로 배출되는 부분에 설치된다. 예를 들어, 도 3에 나타난 바와 같이 발열체(40)의 양단(42a)(42b)에서 퍼징 가스(12)가 외부로 배출되는 경우에는 상기 양단(42a)(42b)에 외경 측정 센서(50)를 설치한다.Preferably, the outer diameter measuring sensor 50 is installed at a portion where the purging gas 12 is discharged to the outside. For example, as shown in FIG. 3, when the purging gas 12 is discharged to the outside from both ends 42a and 42b of the heating element 40, the outer diameter measuring sensor 50 is disposed at both ends 42a and 42b. Install it.
즉, 상기 외경 측정 센서(50)는 발열체(40)의 양단(42a)(42b)에 설치되어 양단(42a)(42b)과 대응되는 부분(14a)(14b)의 가열체(14)의 외경(d1)(d2)을 측정한다. 퍼징 가스(12)의 유량 계산을 위한 수학식은 후술된다.That is, the outer diameter measuring sensor 50 is installed at both ends 42a and 42b of the heating element 40 to correspond to the outer diameters of the heating elements 14 of the portions 14a and 14b corresponding to both ends 42a and 42b. Measure (d 1 ) (d 2 ). Equation for calculating the flow rate of the purging gas 12 will be described later.
더욱 바람직하게, 상기 발열체의 산화방지를 위한 퍼징 장치(100)는 발열체로부터 외부로 배출되는 퍼징 가스(12)의 배출속도를 측정하는 배출속도 측정부재(미도시)를 더 구비한다. 배출속도 측정부재에서 측정된 퍼징 가스(12)의 배출속도는 연산부(60)에 전달된다. 퍼징 가스(12)의 배출속도를 측정함으로써 더욱 정확한 퍼징 가스의 유량을 계산할 수 있다. 상기 계산 방법은 후술된다. 상기 배출속도 측정부재는 통상의 기체 속도 측정기이므로 자세한 설명을 생략하기로 한다.More preferably, the purging device 100 for preventing oxidation of the heating element further includes a discharge rate measuring member (not shown) for measuring the discharge rate of the purging gas 12 discharged from the heating element to the outside. The discharge rate of the purging gas 12 measured by the discharge rate measuring member is transmitted to the calculation unit 60. By measuring the discharge rate of the purging gas 12, a more accurate flow rate of the purging gas can be calculated. The calculation method is described later. Since the discharge speed measuring member is a conventional gas velocity measuring device, a detailed description thereof will be omitted.
상기 연산부(60)는 외경 측정 센서(50)로부터 입력된 가열체(14)의 외경과 발열체(40)의 이동속도 등을 이용하여 최적화된 퍼징 가스(12)의 유량을 계산한다.The calculation unit 60 calculates an optimized flow rate of the purging gas 12 using the outer diameter of the heating element 14 and the moving speed of the heating element 40 input from the outer diameter measurement sensor 50.
최적화된 퍼징 가스(12)의 유량은 발열체(40) 내부(44)의 체적 변화량과, 퍼징 가스(12)가 외부로 배출되는 부분의 면적과, 외부로 배출되는 퍼징 가스(12)의 발열체(40)에 대한 상대 속도 등을 이용하여 계산된다.The optimized flow rate of the purging gas 12 is a volume change amount of the inside of the heating element 40, the area of the portion where the purging gas 12 is discharged to the outside, and the heating element of the purging gas 12 discharged to the outside ( Relative to 40).
발열체 내부의 압력이 일정하거나 압력이 크게 변하지 않는다는 전제하에, 외부 공기의 유입을 막기 위해서는 외부로 배출되는 퍼징 가스량과, 발열체(40) 내부(44)의 체적 변화량을 합한 만큼의 퍼징 가스(12)가 공급되어야 한다. 즉, 최적화된 퍼징 가스(12)의 유량을 계산하기 위한 수학식은 다음과 같다.Under the premise that the pressure inside the heating element is constant or the pressure does not change significantly, the purging gas 12 equal to the sum of the amount of purging gas discharged to the outside and the volume change of the inside of the heating element 40 in order to prevent the inflow of external air. Should be supplied. That is, the equation for calculating the flow rate of the optimized purging gas 12 is as follows.
단, 상기 수학식 1에서,However, in Equation 1,
Q : 상기 퍼징 가스(12)의 유량Q: flow rate of the purging gas 12
V : 상기 발열체(40) 내부(44)와 가열체(14) 사이의 체적V: volume between the inside of the heating element 40 and the heating element 14
t : 시간t: time
: 상기 발열체(40)로부터 외부로 배출되는 퍼징 가스(12)의 발열체(40)에 대한 상대 속도, 즉, : Relative speed of the purging gas 12 discharged from the heating element 40 to the outside with respect to the heating element 40, that is,
: 상기 발열체(40)로부터 외부로 배출되는 퍼징 가스(12)의 배출속도 : Discharge rate of the purging gas 12 discharged to the outside from the heating element 40
: 상기 발열체(40)의 이동속도 : Moving speed of the heating element 40
An : 상기 퍼징 가스(12)가 외부로 배출되는 부분의 면적A n : the area of the part where the purging gas 12 is discharged to the outside
상기 수학식 1은 가열체(14)의 높이 변화, 즉 길이 방향 축(14c)의 경사가 작은 경우에 적용된다. 길이 방향 축(14c)의 경사가 큰 경우, 예를 들어, 가열체(14)가 수직인 경우에는 온도 차이에 의한 부력의 영향이 고려되는 것이 바람직하다. 부력의 영향을 고려하기 위해서는 외부 공기의 온도와 퍼징 가스(12)의 온도를 측정하는 온도 측정 수단(미도시)이 설치되어야 한다. 부력이 퍼징 가스(12)의 유량(Q)에 미치는 영향을 계산하는 방법은 통상적인 수치해석 프로그램에서 널리 채용되고 있는 것이므로 자세한 설명을 생략하기로 한다.Equation 1 is applied when the height change of the heating body 14, that is, the inclination of the longitudinal axis 14c is small. When the inclination of the longitudinal axis 14c is large, for example, when the heating body 14 is vertical, it is preferable to consider the influence of buoyancy due to temperature difference. In order to consider the influence of buoyancy, a temperature measuring means (not shown) for measuring the temperature of the outside air and the temperature of the purging gas 12 should be installed. Since the method of calculating the influence of buoyancy on the flow rate Q of the purging gas 12 is widely adopted in a conventional numerical analysis program, detailed description thereof will be omitted.
한편, 도 3 및 도 4에 나타난 바와 같이, 상기 퍼징가스(12)가 발열체(40)의 양단(42a)(42b)과 가열체(14) 사이에서 배출되는 경우에는 수학식 1이 다음과 같이 될 수 있다.3 and 4, when the purging gas 12 is discharged between the both ends 42a and 42b of the heating element 40 and the heating element 14, Equation 1 is as follows. Can be.
상기 수학식 2에서, In Equation 2,
: 상기 발열체(40)의 이동 방향(도 3의 화살표 방향)의 반대쪽으로 배출되는 퍼징 가스(12)의 상대 속도. 즉, : Relative velocity of purging gas 12 discharged to the opposite side of the moving direction of the heating element 40 (in the direction of the arrow in FIG. 3). In other words,
: 상기 발열체(40)의 이동 방향 쪽으로 배출되는 퍼징 가스(12)의 상대 속도. 즉, : Relative speed of the purging gas 12 discharged toward the moving direction of the heating element 40. In other words,
: 상기 발열체(40)에서 외부로 배출되는 퍼징 가스(12)의 배출 속도. : Discharge rate of the purging gas 12 discharged to the outside from the heating element 40.
: 상기 발열체(40)의 이동속도 : Moving speed of the heating element 40
d1, d2 : 상기 퍼징 가스(12)가 외부로 배출되는 부분과 대응되는 부분(14a)(14b)의 가열체(14)의 외경.d 1 , d 2 : an outer diameter of the heating body 14 of the portions 14a and 14b corresponding to the portion where the purging gas 12 is discharged to the outside.
A1 : 상기 퍼징 가스(12)가 발열체(40)의 이동 방향의 반대쪽으로 배출되는 부분의 면적. A 1 : area of a portion in which the purging gas 12 is discharged to the opposite side of the moving direction of the heating element 40.
A2 : 상기 퍼징 가스(12)가 발열체(40)의 이동 방향 쪽으로 배출되는 부분의 면적. A 2 : the area of the portion in which the purging gas 12 is discharged toward the moving direction of the heating element 40.
D : 발열체의 내경D: inner diameter of heating element
통상적인 광섬유의 제조 공정에서 발열체 내부로 외기가 유입되지 않기 위해서는, 이므로, 이다. 또한, 이다. 따라서, 수학식 2로부터 다음의 식이 유도된다.In order to prevent outside air from flowing into the heating element in a conventional optical fiber manufacturing process, , Because of, to be. Also, to be. Therefore, the following equation is derived from equation (2).
따라서, 상기 퍼징 가스(12)의 유량(Q)은 적어도 보다는 커야 함을 알 수 있다. 즉, 다음의 수학식 3이 유도된다.Therefore, the flow rate Q of the purging gas 12 is at least It can be seen that it must be greater than. That is, the following equation (3) is derived.
상기 퍼징 가스(12)가 외부로 배출되는 부분과 대응되는 가열체(14)의 외경(d1)(d2)과 발열체(40)의 이동속도()만을 알면 상기 수학식 3을 이용하여 퍼징 가스(12)의 유량(Q)을 계산할 수 있다. 상기 수학식 3을 수치해석에 적용하여 퍼징 가스(12)의 유량(Q)을 계산하는 방법은 통상적인 수치해석 프로그램에서 적용되는 것이므로 자세한 설명을 생략하기로 한다.The outer diameter d 1 (d 2 ) of the heating element 14 and the moving speed of the heating element 40 corresponding to a portion where the purging gas 12 is discharged to the outside ( ), Only the flow rate Q of the purging gas 12 can be calculated using Equation 3 above. Since the method of calculating the flow rate Q of the purging gas 12 by applying Equation 3 to the numerical analysis is applied in the conventional numerical analysis program, a detailed description thereof will be omitted.
상기 연산부(60)는 상기 수학식들을 이용하여 최적화된 퍼징 가스(12)의 유량(Q)을 계산하여 제어부(70)로 전달한다.The calculating unit 60 calculates the flow rate Q of the optimized purging gas 12 using the equations and transmits the calculated quantity Q to the control unit 70.
상기 제어부(70)는 연산부(60) 및 불활성 가스 저장부(80)와 연결되어 연산부(60)에서 계산된 최적의 퍼징 가스(12) 유량을 발열체(40)의 내부(44)로 공급한다. 상기 제어부(70)는 솔레노이드 밸브 등을 포함하는 통상의 기체 유량 조절 부재이므로 자세한 설명을 생략하기로 한다.The control unit 70 is connected to the operation unit 60 and the inert gas storage unit 80 to supply the optimum flow rate of the purging gas 12 calculated by the operation unit 60 to the inside 44 of the heating element 40. The control unit 70 is a conventional gas flow rate adjusting member including a solenoid valve and so on, detailed description thereof will be omitted.
그러면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발열체의 산화방지를 위한 퍼징 장치(100)의 작동을 광섬유 모재의 제조 공정을 예로 들어 설명하기로 한다.Then, the operation of the purging device 100 for the oxidation prevention of the heating element according to a preferred embodiment of the present invention will be described taking the manufacturing process of the optical fiber base material as an example.
먼저, 외경 측정 센서(50)에 의하여 가열체(14), 즉 튜브의 외경이 측정된다. 또한, 배출속도 측정부재(미도시)에 의하여 퍼징 가스(12)의 배출속도가 측정된다.First, the outer diameter of the heating body 14, that is, the tube, is measured by the outer diameter measuring sensor 50. In addition, the discharge rate of the purging gas 12 is measured by the discharge rate measuring member (not shown).
상기 외경 측정 센서(50)는 퍼징 가스(12)가 외부로 배출되는 부분 즉, 발열체(40)의 양단(42a)(42b)과 대응되는 부분(14a)(14b)의 가열체(14)의 외경(d1)(d2)만을 측정할 수도 있고, 발열체(40) 내부(44)와 대응되는 가열체(14)의 전구간의 외경을 측정할 수도 있다.The outer diameter measuring sensor 50 may be formed by the heating body 14 of the portion 14a and 14b corresponding to both ends 42a and 42b of the portion in which the purging gas 12 is discharged to the outside. Only the outer diameter d 1 and d 2 may be measured, or the outer diameter of the electric bulb 40 of the heating element 14 corresponding to the inside of the heating element 40 may be measured.
발열체(40)의 양단(42a)(42b)과 대응되는 부분(14a)(14b)의 가열체(14)의 외경(d1)(d2)만을 측정한 경우에는 수학식 2 또는 수학식 3을 이용하여 퍼징가스(12) 유량을 계산한다.When only the outer diameter d 1 (d 2 ) of the heating element 14 of the portions 14a and 14b corresponding to both ends 42a and 42b of the heating element 40 is measured, Equation 2 or 3 Calculate the flow rate of the purging gas 12 using the.
상기 연산부(60)는 외경 측정 센서(50)에서 측정된 가열체(14)의 외경과, 발열체(40)의 이동속도 등을 수학식에 입력하여 최적의 퍼징가스(12) 유량을 계산한다.The calculation unit 60 calculates an optimum flow rate of the purging gas 12 by inputting the outer diameter of the heating element 14 and the moving speed of the heating element 40 measured by the outer diameter measurement sensor 50 in an equation.
연산부(60)에서 계산된 퍼징 가스(12) 유량(Q)에 관한 신호는 제어부(70)로 전달되고, 제어부(70)는 상기 퍼징 가스(12)의 유량(Q)이 발열체(40) 내부(44)로 분출될 수 있도록 불활성 가스의 흐름을 조절한다.The signal regarding the flow rate Q of the purging gas 12 calculated by the calculating unit 60 is transmitted to the control unit 70, and the control unit 70 has a flow rate Q of the purging gas 12 inside the heating element 40. Adjust the flow of inert gas to blow off 44.
이와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발열체의 산화방지를 위한 퍼징 장치(100)는 발열체(40) 내부(44)의 산화방지를 위한 최적의 퍼징 가스(12) 유량(Q)을 발열체(40) 내부(44)로 분출함으로써 발열체(40) 내부(44)의 산화를 효과적으로 방지한다.As described above, the purging device 100 for the oxidation prevention of the heating element according to the preferred embodiment of the present invention generates the optimal flow rate Q of the purging gas 12 for the oxidation prevention of the heating element 40. 40) Ejecting into the interior 44 effectively prevents oxidation of the interior 44 of the heating element 40.
아울러, 본 발명인 발열체의 산화방지를 위한 퍼징 장치(100)에 사용되는 발열체(40)의 사용가능 시간과 발열체(40)의 온도 변동폭(fluctuation)을 통상적인 전기로의 발열체(10)(20)와 비교해 보기로 한다.In addition, the usable time of the heating element 40 and the temperature fluctuation of the heating element 40 used in the purging device 100 for the oxidation prevention of the heating element of the present invention and the heating element 10 (20) and the conventional electric furnace Let's compare.
(실시예)(Example)
본 실시예는 상기 발열체의 산화방지를 위한 퍼징 장치(100)를 사용한 경우에 발열체(40)의 사용가능 시간과 발열체(40)의 온도 변동폭(fluctuation)을 측정한 것이다. 외경이 40mm인 튜브(가열체)에 MCVD 공법을 적용하여 광섬유 모재를 제조하는 경우에 발열체(40)의 사용가능 시간과 발열체(40)의 온도 변동폭(fluctuation)을 나타낸 것이다. 단, 발열체(40)의 이동속도는 200mm/min 이고, 발열체(40)의 내경(D)은 60mm이다. 한편, 상기 튜브 외경의 편차는 약 ±5mm이다.The present embodiment measures the usable time of the heating element 40 and the temperature fluctuation of the heating element 40 when the purging device 100 for preventing oxidation of the heating element is used. When the MCVD method is applied to a tube (heater) having an outer diameter of 40 mm, the usable time of the heating element 40 and the temperature fluctuation of the heating element 40 are shown. However, the moving speed of the heating element 40 is 200 mm / min, the inner diameter (D) of the heating element 40 is 60 mm. On the other hand, the deviation of the tube outer diameter is about ± 5mm.
이에 비하여, 비교예 1은, 도 1에 나타난 바와 같이, 통상적인 퍼징 방법을 사용하는 발열체(10)에 관한 것이다. 발열체(10)로부터 분출되는 퍼징 가스(12)의 유량은 500(Liter/min)으로 고정된다. 발열체(10)의 이동속도와 내경, 및 튜브 외경의 편차는 상기 실시예와 같다.In contrast, Comparative Example 1 relates to the heating element 10 using a conventional purging method, as shown in FIG. 1. The flow rate of the purging gas 12 ejected from the heating element 10 is fixed at 500 (Liter / min). The deviation of the moving speed, the inner diameter, and the tube outer diameter of the heating element 10 is the same as in the above embodiment.
비교예 2는, 도 2에 나타난 바와 같이, 셔터(22)를 이용하여 외부 공기의 유입을 차단하는 발열체(20)에 관한 것이다. 발열체(20)의 이동속도와 내경, 및 튜브 외경의 편차는 상기 실시예와 같다.Comparative Example 2 relates to the heating element 20 which blocks the inflow of external air by using the shutter 22, as shown in FIG. The deviation of the moving speed, the inner diameter, and the tube outer diameter of the heating element 20 is the same as the above embodiment.
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 발열체(40)의 산화가 효과적으로 방지됨으로 인하여 발열체(40)의 사용가능 시간이 비교예와 비교하여 크게 증가했음을 알 수 있다. 또한, 최적의 퍼징 가스 유량(Q)이 공급됨으로 인하여 발열체(40)의 온도 변동폭이 비교예와 비교하여 현저히 작아졌음을 알 수 있다. 따라서, 생산성과 제조된 광섬유의 물성을 크게 향상시킬 수 있다.As shown in Table 1, since the oxidation of the heating element 40 is effectively prevented, it can be seen that the usable time of the heating element 40 is greatly increased compared to the comparative example. In addition, it can be seen that the temperature fluctuation range of the heating element 40 is significantly smaller than that of the comparative example due to the supply of the optimum purge gas flow rate Q. FIG. Therefore, productivity and physical properties of the manufactured optical fiber can be greatly improved.
한편, 이상의 실시예는 광섬유 모재의 제조에 사용되는 퍼징 장치(100)를 예로 들어 설명을 하고 있으나, 본 발명인 발열체의 산화방지를 위한 퍼징 장치(100)는 클래딩 공정 및 광섬유 모재 인발 공정에도 적용될 수 있다.On the other hand, the above embodiment has been described taking the purging device 100 used for manufacturing the optical fiber base material as an example, the purging device 100 for the oxidation prevention of the heating element of the present invention can be applied to the cladding process and the optical fiber base material drawing process have.
본 발명에 따른 발열체의 산화방지를 위한 퍼징 장치는 다음과 같은 효과를 갖는다.The purging device for preventing oxidation of the heating element according to the present invention has the following effects.
첫째, 발열체 내부로 공급되는 퍼징 가스의 유량을 최적화할 수 있다. First, it is possible to optimize the flow rate of the purging gas supplied into the heating element.
둘째, 퍼징 가스의 유량을 최적화하여 외부 공기의 유입을 차단함으로써, 발열체의 발열 성능을 향상시키고 발열체의 사용가능 시간을 연장할 수 있다.Second, by optimizing the flow rate of the purging gas to block the inflow of external air, it is possible to improve the heat generating performance of the heating element and to extend the usable time of the heating element.
셋째, 퍼징 가스의 유량을 최적화하여 발열체의 온도 변동폭(fluctuation)을 최소화함으로써 제조되는 광섬유의 품질을 향상시킬 수 있다.Third, the quality of the manufactured optical fiber can be improved by optimizing the flow rate of the purging gas to minimize the temperature fluctuation of the heating element.
도 1은 종래 기술에 따른 발열체의 산화방지를 위한 퍼징 장치를 나타낸 단면도.1 is a cross-sectional view showing a purging device for the oxidation prevention of the heating element according to the prior art.
도 2는 종래 기술에 따른 발열체의 산화방지를 위한 장치를 나타낸 단면도.Figure 2 is a cross-sectional view showing a device for preventing oxidation of the heating element according to the prior art.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 발열체의 산화방지를 위한 퍼징 장치를 나타낸 도면.3 is a view showing a purging device for the oxidation prevention of the heating element according to an embodiment of the present invention.
도 4는 도 3의 C-C 단면도.4 is a cross-sectional view taken along line C-C in FIG.
<도면의 주요 참조부호에 대한 설명><Description of main reference numerals in the drawings>
10, 20, 40 : 발열체 50 : 외경 측정 센서10, 20, 40: heating element 50: outer diameter measuring sensor
60 : 연산부 70 : 제어부60: calculator 70: controller
80 : 불활성 가스 저장부80: inert gas storage unit
100 : 발열체의 산화방지를 위한 퍼징 장치100: purging device for preventing oxidation of the heating element
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