KR20060097426A - 미세한 유량 제어가 가능한 ｍｃｖｄ용 버블 발생 장치 - Google Patents

미세한 유량 제어가 가능한 ｍｃｖｄ용 버블 발생 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 MCVD 공법에 따른 광섬유 모재의 제조시 버블러 내부의 버블 발생에 따른 수위 변동에 영향없이 정확한 수위를 감지하여 화학 물질의 수위를 일정 레벨로 유지시키는 MCVD용 버블 발생 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 MCVD용 버블 발생 장치는, 액상 화학 물질을 수용하는 버블러, 소정의 연결관에 의해 버블러와 연통되며 버블러와 평행하게 설치되는 레벨 측정 용기, 소정의 파이프에 의해 레벨 측정 용기와 연통되며 액상 화학 물질을 레벨 측정 용기로 공급하도록 액상 화학 물질을 수용하는 레저버, 파이프에 설치되어 레저버로부터 레벨 측정 용기로 액상 화학 물질을 공급하도록 개폐되는 전기 제어 밸브, 레벨 측정 용기의 측면에 설치되어 레벨 측정 용기 내부의 액상의 화학 물질의 수위를 측정하는 감지수단, 및 감지수단과 전기적으로 연결되어 감지수단으로부터 레벨 측정 용기 내부의 액상 화학 물질의 수위 정보를 수신하여 전기 제어 밸브를 개폐시키는 제어수단;을 포함하고, 버블러의 상부 및 하부는 연결관에 의해 레벨 측정 용기의 상부 및 하부에 각각 연결되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, MCVD 공정에 따른 광섬유 모재 제조시 버블러 내부의 액상 화학 물질의 수위를 정확하게 감지할 수 있고, 버블러 내부로 급격한 화학 물질의 유입을 제어할 수 있어 안정적인 화학 물질의 공급이 이루어져 양질의 광섬유 모재를 제조할 수 있고, 버블러와 독립적으로 설치되어 교체가 용이한 레저버를 구비함으로써 대구경의 광섬유 모재 제조시 연속적인 화학 원료의 재공급이 가능하다.
MCVD, 버블러, 유량 제어

Description

미세한 유량 제어가 가능한 ＭＣＶＤ용 버블 발생 장치{Apparatus of generating bubble used in fabricating optical fiber preform capable of regulating flow rate delicately}
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 종래의 MCVD용 버블 발생 장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 MCVD용 버블 발생 장치의 구성도.
본 발명은 MCVD용 버블 발생 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 MCVD 공법에 따른 광섬유 모재의 제조시 버블러 내부의 버블 발생에 따른 액상 화학 물질의 수위 변동에 영향없이 정확하게 수위를 감지하여 일정한 수위 레벨로 유지시 키는 MCVD용 버블 발생 장치에 관한 것이다.
수정화학기상증착(Modified Chemical Vaper Deposition; 이하'MCVD'라고 함 다)공법은 광섬유 모재 내부에 반응기체와 함께 캐리어 가스를 주입하고, 열원을 이용하여 모재를 가열하여 모재 내부에서 열산화 반응으로 인한 증착이 레이어 단위로 반복적으로 이루어지도록 하여 클래딩층 및 코어층을 형성시키는 광섬유 모재 제조 공법이다. 이와 같은 MCVD 공법에서는 액체 상태의 화학 물질을 기체 상태로 만들어 모재내로 공급하는 버블 발생 장치가 사용된다.
도 1에는 종래의 MCVD용 버블 발생 장치의 구성이 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 종래의 버블 발생 장치는 액상의 화학 물질이 수용되는 버블러(11), 상기 버블러(11)와 연통되어 버블러(11) 내부로 화학 물질을 공급하는 레저버(12), 액상의 화학 물질을 기화시키기 위해 외부로부터 버블러(11) 내부로 인입되는 캐리어 가스 주입관(13), 및 기체 상태로 된 화학 물질이 배출되는 원료 가스 배출관(14), 및 버블러(11) 내의 화학 물질이 일정 온도를 유지하도록 열을 가해주는 가열장치(15)를 구비한다.
상기와 같은 구성의 버블 발생 장치는, 캐리어 가스 주입관(13)을 통해 산소 등의 캐리어 가스를 주입함과 아울러 가열장치(15)를 이용해 액상의 화학 물질을 가열함으로써 액상의 화학 물질의 표면으로부터 기화되는 반응가스가 상기 원료 가스 배출관(14)을 따라 모재 내부로 공급되도록 동작된다.
그러나, 이러한 버블 발생 장치를 사용하여 광섬유 모재를 제조할 경우, 공정이 진행됨에 따라 버블러(11) 내부의 액상의 화학 물질(1)이 소모되어 모재 내부로 공급되는 반응가스의 양이 감소함으로써 증착공정이 제대로 이루어지지 않는 문제가 있다. 또한, 모재 튜브의 외경 유지를 위한 내압 제어를 수행할 경우 버블러 (11) 내부의 캐리어 가스 증기압이 변동되고, 이에 따라 버블러(11) 내부에 충진된 화학 물질의 수위에 영향을 미쳐 모재 내부로 공급되는 반응가스의 양이 달라지는 문제가 있다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위해, 종래에는 수동으로 압력 유지 장치(미도시)를 조정하여 레저버(12) 내부로 소정의 압력 유지용 가스를 주입시켜 레저버(12) 내부의 압력을 제어하였다. 이에 따라 레저버(12)로부터 버블러(11)로 화학 물질이 유입 되어 버블러(11) 내의 화학 물질의 수위가 조절되었다.
하지만, 종래 기술에 따르면 수동으로 압력 유지 장치를 조정한 후에는 모재를 제조하는 공정이 종료될 때까지 압력 유지 장치를 임의로 조정하지 않으므로 화학 물질이 소모됨에 따라 기화된 화학 물질이 모재내로 유입되기 어려운 문제가 있다. 또한, 증착로의 불규칙적인 압력 변화나 버블러(21) 내로 유입되는 캐리어 가스량의 변화에 따른 즉각적인 화학 물질의 수위 조절이 이루어지지 않아 모재 내부로 반응가스가 일정하게는 유입되지 않는 문제도 있다.
다른 종래 기술로서, 미국특허 제4235829호에는 발광부와 수광부로 이루어진 광센서(도 1에서 16)가 버블러(11)의 측면에 구비되어 상기 광센서와 전기적으로 연결된 가스 유량 조절 장치(도 1에서 17)를 이용하여 유량을 조절하는 기술이 개시되어 있다. 이와 같은 구성을 가진 버블 발생 장치는 버블러(11) 내의 액상 화학 물질의 수위에 따라 발광부에서 버블러(11) 내부로 조사된 빛의 양을 수광부가 감지하고, 이를 전기 신호로 변환하여 버블러(11)와 레저버(12)를 연결하는 파이프에 설치된 가스 유량 조절 장치(16)로 전송한다. 그러면, 가스 유량 조절 장치(16)는 레저버(12) 내부로 공급되는 압력 조절용 가스량을 조절함으로써 레저버(12) 내부의 압력을 변화시킨다. 이에 따라, 레저버(12)로부터 버블러(11)로 공급되는 화학 물질의 양을 조절되어 버블러(11) 내의 액상 화학 물질의 수위는 일정하게 유지된다.
하지만, 이와 같은 버블 발생 장치에서는 버블러(11) 내부의 캐리어 가스 주입관(13)이 광센서(16)의 발광부에서 방출되는 빛을 방해하여 수위를 제대로 감지하기 어려운 문제가 있다. 그리고, 버블러(11) 내부에서 발생하는 버블에 의한 액상의 화학 물질의 상하 유동으로 인해 실제 수위를 판단하는데 오류가 발생할 우려가 있고, 상기 가스 유량 조절 장치에 의해 버블러 내로 유입되는 화학 물질의 양이 조절된 후 소정 시간이 지나서 수위를 다시 감지하므로 신속하게 수위 제어가 이루어지지 않는 단점이 있다.
또 다른 종래 기술로서, 대한민국특허 제47105호에는 광센서가 버블러 내부에 설치되어 상기 광센서와 전기적으로 연결된 감지수단을 이용하여 유량을 조절하는 기술이 개시되었다. 하지만, 이와 같은 버블 발생 장치에서는 광센서가 버블러 내부에 설치되어 있어 부식성이 강한 화학 물질에 의해 부식의 우려가 있고, 상기 감지수단에 의해 제어되는 장치로 솔레노이드 밸브가 구비되어 있어 화학 물질의 양을 정확하게 조절하지 못하는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 창안된 것으로서, MCVD 공법에 따른 광섬유 모재 제조시에 버블 발생에 따라 수위 변화에 영향을 받지 않고 버블 러내에 충진된 화학 물질의 수위 레벨을 정확히 측정하여 버블러 내부의 화학 물질의 양을 일정하게 유지시키는 MCVD용 버블 발생 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 MCVD용 버블 발생 장치는, 액상 화학 물질을 수용하는 버블러, 소정의 연결관에 의해 버블러와 연통되며 버블러와 평행하게 설치되는 레벨 측정 용기, 소정의 파이프에 의해 레벨 측정 용기와 연통되며 액상 화학 물질을 레벨 측정 용기로 공급하도록 액상 화학 물질을 수용하는 레저버, 파이프에 설치되어 레저버로부터 레벨 측정 용기로 액상 화학 물질을 공급하도록 개폐되는 전기 제어 밸브, 레벨 측정 용기의 측면에 설치되어 레벨 측정 용기 내부의 액상 화학 물질의 수위를 측정하는 감지수단, 및 감지수단과 전기적으로 연결되어 감지수단으로부터 레벨 측정 용기 내부의 액상 화학 물질의 수위 정보를 수신하여 전기 제어 밸브를 개폐시키는 제어수단;을 포함하고, 버블러의 상부 및 하부는 연결관에 의해 레벨 측정 용기의 상부 및 하부에 각각 연결되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 레저버로부터 레벨 측정 용기로 유입되는 액상 화학 물질의 유량을 미세하게 조절하기 위해 파이프에 설치된 유량 제어 밸브를 더 포함하는 것이 바람직하다.
그리고, 감지수단은 광섬유 센서인 것이 바람직하다.
또한, 외부로부터 상기 레저버로 연통되는 가스 공급 파이프에 설치되어 외 부에서 상기 가스 공급 파이프를 통해 레저버 내부로 유입되는 압력 조절용 가스의 양을 제어하는 가스 밸브를 더 포함하는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설 명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 MCVD용 버블 발생 장치의 구성도이다.
도면을 참조하면, 본 발명에 따른 MCVD용 버블 발생 장치는 액상의 화학 물질을 수용하는 레저버(22), 버블러(21)와 평행하게 설치되는 레벨 측정 용기(26)와, 상기 레벨 측정 용기(26)의 일측에 설치되어 레벨 측정 용기(26) 내부의 액상 화학 물질의 수위를 측정하는 감지수단(27)과, 상기 감지수단(27)으로부터 레벨 측정 용기(26) 내부에 충진된 액상의 화학 물질의 수위 신호를 수신하여 전기 제어 밸브(28)를 제어하는 제어수단(29)을 포함하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 버블러(21), 캐리어 가스 주입관(23), 원료 가스 배출관(24), 및 가열장치(25)는 종래 의 버블러에서 채용된 구성과 실질적으로 동일하다.
상기 레저버(22)는 상기 레벨 측정 용기(26)와는 소정의 화학 물질 공급 파이프(32)에 의해 연통되어 있어 레벨 측정 용기(26)를 매개로 버블러(21) 내부로 화학 물질을 공급한다. 그리고, 레저버(22)는 버블러(21)와는 분리 설치되어 있어 교체가 용이하여 대구경의 광섬유 모재를 제조시 연속적으로 화학 원료를 재공급 할 수 있다.
상기 레벨 측정 용기(26)는 상부 및 하부 연결관(30a,30b)에 의해 상기 버블러(21)와 연통된다. 레벨 측정 용기(26)의 상부는 상부 연결관(30a)에 의해 버블러(21)의 상부와 연결되고, 레벨 측정 용기(26)의 하부는 하부 연결관(30b)에 의해 버블러(21)의 하부와 연결되어 있어 레벨 측정 용기(26) 내의 압력과 버블러(21) 내의 압력은 동일하게 유지된다. 따라서, 버블러(21) 내의 액상 화학 물질의 수위와 레벨 측정 용기(26) 내의 액상 화학 물질의 수위는 동일하게 되고, 레벨 측정 용기(26) 내부에 수용된 화학 물질의 수위를 감지함으로써 버블러(21) 내부의 화학 물질의 수위를 감지할 수 있다.
상기 감지수단(27)은 레벨 측정 용기(26) 내부의 화학 물질의 수위를 감지하기 위해 레벨 측정 용기(26)의 일측에 설치된다. 감지수단(27)은 버블러(21) 내부의 화학 물질의 수위를 감지하지 않고 레벨 측정 용기(26) 내부에 수용된 화학 물질의 수위를 감지함으로써, 버블러(21) 내부의 버블에 의해 화학 물질이 상하로 유동하더라도 레벨 측정 용기(26) 내의 화학 물질은 영향을 받지 않으므로 정확한 버블러(21) 내부의 화학 물질 수위의 감지가 가능하다.
상기 감지수단(27)으로는 수위를 감지할 수 있는 센서라면 어느 것이라도 사용될 수 있으나, 바람직하게는 광섬유 센서가 사용된다. 광섬유 센서는 일정 길이의 광섬유, 상기 광섬유 내부로 소정의 빛을 입사시켜 레벨 측정 용기(26) 내부로 빛을 조사하는 발광부, 및 레벨 측정 용기(26) 내부에서 반사된 빛을 감지하여 전기적인 신호로 변환하는 수광부로 이루어져, 일정 수위로 화학 물질이 충진된 경우와 충진되지 않은 경우에 반사되는 빛의 차이를 감지함으로써 화학 물질의 수위를 감지한다.
상기 제어 수단(29)은 감지수단(27)과 전기적으로 연결되어 감지수단(27)으로부터 레벨 측정 용기(26) 내부의 화학 물질의 수위 신호를 수신하여 전기 제어 밸브(28)를 제어하여 레저버(22)로부터 레벨 측정 용기(26) 내부로 화학 물질을 유입시킨다. 그러면, 레벨 측정 용기(26)로 유입된 화학 물질은 하부 연결관(30b)를 통해 레저버(22)로 유입되어 결과적으로 레저버(22)의 화학 물질의 수위가 유지된다. 제어 수단(29)으로는 PLC(Progrmmable Logic Controller)가 사용되는 것이 바람직하다.
상기 전기 제어 밸브(28)는 레저버(22)와 레벨 측정 용기(26)를 연결하는 화학 물질 공급 파이프(32)에 설치되어, 상기 제어 수단(29)으로부터 제어 신호에 따라 개폐되어 레저버(22)로부터 레벨 측정 용기(26)로 화학 물질이 공급되도록 한다. 버블러(21) 내부의 증기압과 레벨 측정 용기(26) 내부의 증기압은 상부 연결관(30a)에 의해 동일하게 유지되므로 레벨 측정 용기(26)로 유입된 화학 물질은 하부 연결관(30b)를 통해 레저버(22)로 유입되게 된다.
상기 유량 제어 밸브(34)는 상기 화학 물질 공급 파이프(32)에 설치되어 레저버(22)로부터 버블러(21) 내부로 공급되는 화학 물질의 양을 미세하게 조절한다. 따라서, 상기 전기 제어 밸브(28)에 의해 레저버(22)로부터 레벨 측정 용기(26)로 갑자기 많은 양의 화학 물질이 공급되는 것을 방지함으로써 버블러(21) 내부에 수용된 화학 물질의 정확한 수위 제어가 가능하다.
한편, 레저버(22)로부터 레벨 측정 용기(26)로 화학 물질이 공급됨에 따라 레저버(22)의 수위가 낮아지고, 이에 따라 레저버(22)의 압력이 낮아지게 된다. 따라서, 버블러(21) 내부로 화학 물질을 공급하기 위해 전기 제어 밸브(28)가 개방되더라도 레저버(22)로부터 레벨 측정 용기(26)로 화학 물질이 공급되지 않게 된다. 이를 방지하기 위해 본 발명은 외부 가스 공급 장치(미도시)와 레저버(22)를 연결하는 가스 공급 파이프(35)와 상기 가스 공급 파이프(35)에 설치되는 가스 밸브(33)를 구비한다. 따라서, 상기 가스 공급 파이프(35)를 통해 외부 가스 공급 장치로부터 레저버(22) 내부로 지속적으로 소정의 압력 조절용 가스를 공급하여 레저버(22) 내부의 압력을 레벨 측정 용기(26) 내부의 압력보다 높게 함으로써 전기 제어 밸브(28)의 개방시 레저버(22)로부터 레벨 측정 용기(26)로 원활하게 화학 물질이 공급된다. 그리고, 상기 가스 밸브(33)를 조절하여 레저버(22) 내부로 유입되는 압력 조절용 가스의 양을 제어할 수 있다. 한편, 상기 압력 조절용 가스로는 산소가 사용되는 것이 바람직하다.
이하, 상기와 같이 구성을 가진 MCVD용 버블 발생 장치의 동작을 설명한다.버블러(21) 내부의 화학 물질의 소모 또는 과도한 캐리어 가스의 주입으로 인해 버 블러(21) 내부의 액상 화학 물질의 수위가 낮아지면 상기 버블러(21)와 연통된 레벨 측정 용기(26) 내부의 화학 물질의 수위도 낮아진다. 그러면, 레벨 측정 용기(26) 측면에 설치된 감지수단(27)에 의해 낮아진 수위가 감지되어 감지된 수위 신호를 제어 수단(29)으로 전송하고, 제어 수단(29)은 전기 제어 밸브(28)를 개방시켜 레저버(22)로부터 레벨 측정 용기(26) 내부로 화학 물질을 공급시킨다. 레벨 측정 용기(26)로 유입된 화학 물질은 하부 연결관(30b)를 통해 레저버(22)로 유입되고 레저버(22) 및 레벨 측정 용기(26)의 화학 물질의 수위가 높아진다. 레벨 측정 용기(26) 내부의 화학 물질의 수위가 높아져 정상 수위에 이르게 되면, 감지수단(27)은 수위 신호를 제어 수단(29)으로 전송하여 전기 제어 밸브(28)를 닫는다. 만일 전기 제어 밸브(28)에 의해 레저버(22)로부터 레벨 측정 용기(26)로 갑자기 많은 양의 화학 물질이 공급되면 유량 제어 밸브(34)를 조절함으로써 적정량이 공급되도록 제어할 수 있다. 한편, 가스 공급 파이프(35)를 통해 외부 가스 공급 장치로부터 레저버(22) 내부로는 지속적으로 압력 조절용 가스가 공급되어 레저버(22) 내부의 압력이 항상 레벨 측정 용기(26) 내부의 압력보다 높게 유지된다. 따라서, 전기 제어 밸브(28)의 개방시 레저버(22)로부터 레벨 측정 용기(26) 내부로 원활하게 화학 물질이 공급된다. 그리고, 화학 물질 공급 파이프(32)에 설치된 유량 제어 밸브(34)를 조절하여 레저버(22) 내부로 적당한 양의 압력 조절용 가스가 공급되도록 할 수 있다.
이상과 같은 기술적 구성에 의해 본 발명의 기술적 과제는 달성되며, 본 발명이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한 정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
본 발명에 따르면, MCVD 공정에 따른 광섬유 모재 제조시 버블러 내부에서 발생한 버블에 의해 화학 물질이 상하로 유동하더라도 정확하게 버블러 내부의 화학 물질의 수위 감지가 가능하여 버블러 내부로 적절한 량으로 화학 물질을 공급하여 버블러 내부의 화학 물질의 수위를 일정하게 유지시킬수 있음은 물론, 버블러 내부로 급격한 화학 물질의 유입을 방지할 수 있어 안정적으로 화학 물질의 공급이 이루어져 양질의 광섬유 모재를 제조할 수 있고, 버블러와 독립적으로 설치되어 교체가 용이한 레저버를 구비함으로써 대구경의 광섬유 모재 제조시 연속적인 화학 원료의 재공급이 가능하다.

Claims (4)

  1. 액상 화학 물질을 수용하는 버블러;
    소정의 연결관에 의해 상기 버블러와 연통되며 버블러와 평행하게 설치되는 레벨 측정 용기;
    소정의 파이프에 의해 상기 레벨 측정 용기와 연통되며 상기 액상 화학 물질을 레벨 측정 용기로 공급하도록 액상의 화학 물질을 수용하는 레저버;
    상기 파이프에 설치되어 상기 레저버로부터 상기 레벨 측정 용기로 상기 액상 화학 물질을 공급하도록 개폐되는 전기 제어 밸브;
    상기 레벨 측정 용기의 측면에 설치되어 레벨 측정 용기 내부의 상기 액상 화학 물질의 수위를 측정하는 감지수단; 및
    상기 감지수단과 전기적으로 연결되어 감지수단으로부터 상기 레벨 측정 용기 내부의 상기 액상 화학 물질의 수위 정보를 수신하여 상기 전기 제어 밸브를 개폐시키는 제어수단;을 포함하고, 상기 버블러의 상부 및 하부는 상기 연결관에 의해 상기 레벨 측정 용기의 상부 및 하부에 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 MCVD용 버블 발생 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 레저버로부터 상기 레벨 측정 용기로 유입되는 상기 액상 화학 물질의 유량을 미세하게 조절하기 위해 상기 파이프에 설치된 유량 제어 밸브를 더 포함하 는 것을 특징으로 하는 MCVD용 버블 발생 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 감지수단은 광섬유 센서인 것을 특징으로 하는 MCVD용 버블 발생 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    외부로부터 상기 레저버로 연통되는 가스 공급 파이프에 설치되어 외부에서 상기 가스 공급 파이프를 통해 레저버 내부로 유입되는 압력 조절용 가스의 양을 제어하는 가스 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 MCVD용 버블 발생 장치.
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