KR20150120716A

KR20150120716A - 석영유리 잉곳 제조용 버너

Info

Publication number: KR20150120716A
Application number: KR1020140046697A
Authority: KR
Inventors: 김영주; 박영식; 송준백; 정연웅; 손원근
Original assignee: (주) 디에스테크노
Priority date: 2014-04-18
Filing date: 2014-04-18
Publication date: 2015-10-28
Also published as: KR101659339B1

Abstract

본 발명은 원료가 도입되는 원료 도입관, 산소 가스가 도입되는 산소 도입관, 수소 가스 도입되는 수소 도입관 및 상기 각각의 관들과 연결된 중앙관으로 구성된 석영 유리 잉곳 제조용 버너의 구조에 있어서, 세관과 외관이 더 구비되고 상기 세관의 경로가 가지는 초점 거리는 외관의 경로가 가지는 초점 거리보다 더 길며, 버너 몸체를 중앙부와 세관부로 나누었을 때, 세관부는 경사 구조를 이루므로서, 원료 분말과 산소 및 수소가 배출되는 노즐의 설계 구조를 최적화한 버너를 개발하여, 원료 분말이 완전히 용융된 상태로 구조체에 용착되게 되어 석영 유리제품의 투명도와 균일성을 높일 수 있게 된다.

Description

석영유리 잉곳 제조용 버너의 구조{STRUCTURE OF THE BURNER FOR MANUFACTURING QUARTZ GLASS INGOT}

본 발명은 석영유리 잉곳 제조용 버너(burner)의 구조에 관한 것으로 보다 상세하게는, 화염 가수분해에 의한 석영유리의 제조 및 가공 등에 매우 적합하게 이용되는 석영 유리제 버너로서, 원료 분말과 산소 및 수소가 배출되는 노즐의 설계 구조를 최적화한 석영유리 잉곳 제조용 버너(burner)의 구조에 관한 것이다.

일반적으로 석영 유리 잉곳 제조를 위해서는 회전하는 출발 부재 상에 버너 화염 중에서 생성한 유리 미립자를, 버너 혹은 출발 부재를 상대 왕복 이동시켜 부착 퇴적시켜 다공질 모재를 합성하고, 이것을 전기로 내에서 탈수, 소결하는 외부 부착법(OVD법)은, 비교적 임의의 굴절률 분포의 것이 얻어지고, 또한 대구경의 광섬유용 모재를 양산할 수 있기 때문에 범용되고 있다.

유리 미립자(수트(soot))를 퇴적하는 출발 부재는, 축회전으로 잉곳 척(ingot chuck) 기구(4)에 회전이 자유롭게 지지되어 있다. 이 출발 부재를 향해 배치된, 이동이 자유로운 버너(3)로부터 SiCl4 등의 증기와 연소 가스 (수소 가스 및 산소 가스)를 출발 부재을 향해 뿜어내고, 산수소 화염 중에서의 가수분해에 의해 생성한 수트를 출발 부재 상에 퇴적시킴으로써, 잉곳이 형성된다.

이때. 버너는 때로는 가이드(guide) 기구에 의해 길이 방향으로 왕복 이동이 자유롭게 지지되고, 출발 부재를 축회전으로 회전시키면서, 출발 부재를 향해 화염을 분사하고, 화염 중에서의 원료 가스의 가수분해에 의해 생성한 유리 미립자를 출발 부재 상에 퇴적시킨다. 그때, 버너(3)를 버너 가이드 기구에 의해, 출발 부재의 길이 방향을 따라 왕복 이동시킴으로써 퇴적층이 형성되고, 제조된다.

또한, 석영 유리제 버너는 외관에 연소 가스를 흐르게 하고, 내관 노즐(nozzle)로부터 조연성 가스를 흐르게 하여 연소시킴으로써 고온이 얻어지기 때문에 여러가지 화염 가공에 사용되고 있다. 또한, 외관 내에 복수의 노즐이 되는 세관을 삽입한 버너를 사용하고, 외관에 연소 가스를 흐르게 하고, 노즐로부터 조연성 가스를 흐르게 함과 아울러, 임의의 세관에 유리 원료 가스를 흐르게 하고, 화염 가수분해시킴으로써 석영 유리 미립자의 용융이 행해지고 있다.

그러나. 이러한 경우에는 원료의 입도 분포에 따라서는 작은 크기의 입자는 완전히 용융이 되더라도 큰 입자는 무게 때문에 불꽃 내에서 완전히 용융되지 않은 상태로 석영유리 구조체에 용착되게 되어 용융석영 유리제품의 투명도를 저하하는 등의 문제가 발생하며, 필요이상으로 산수소 불꽃온도를 높여야 하는 등 투명하고 결점이 없는 용융석영유리의 제조에는 부적합한 여러 가지의 문제점을 가지고 있다.

아울러, 특허(대한민국 특허 공개번호 : 10-2009-0092687)에는 ??동심 다중관 구조를 가지고, 중심의 유리 원료 가스 분출 포트의 외측에, 씰 가스를 분출하는 씰 가스 분출 포트, 또한 그 외측에 복수의 소구경 조연성 가스 분출 포트를 내포하는 가연성 가스 분출 포트를 구비하고, 상기 복수의 소구경 조연성 가스 분출 포트가 중심의 유리 원료 가스 분출 포트에 대해서 동심원상으로 1열 또는 복수열 배치되고, 동일 열에 배치된 소구경 조연성 가스 분출 포트가 동일한 초점 거리를 가지는 버너에 있어서, 상기 유리 원료 가스 분출 포트에 대해서 씰 가스 분출 포트의 선단이 돌출하고, 또한 당해 씰 가스 분출 포트 및 상기 소구경 조연성 가스 분출 포트에 대해서 상기 가연성 가스 분출 포트의 선단이 돌출해 있는 것을 특징 으로 하는 다공질 유리 모재 제조용 버너." 를 제공하고 있다.

그러나, 완전히 용융되지 않은 상태로 석영유리 구조체에 용착되게 되어 용융석영 유리제품의 투명도를 저하하는 등의 문제를 해결하기 위하여, 원료 분말과 산소 및 수소가 배출되는 노즐의 설계 구조를 최적화한 버너의 개발이 필요한 실정이다.

선행기술 1 : 대한민국 특허 공개번호 : 10-2009-0092687 (2009년09월01일)

원료 분말과 산소 및 수소가 배출되는 노즐의 설계 구조를 최적화한 버너를 개발하여, 완전히 용융되지 않은 상태로 석영유리 구조체에 용착되게 되어 석영 유리제품의 투명도를 저하하는 문제가 해결된 석영 유리 잉곳 제조용 버너를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기 목적은, 원료가 도입되는 원료 도입관, 산소 가스가 도입되는 산소 도입관, 수소 가스 도입되는 수소 도입관 및 상기 각각의 관들과 연결된 중앙관으로 구성된 석영 유리 잉곳 제조용 버너의 구조에 있어서, 세관과 외관이 더 구비되고 상기 세관의 경로가 가지는 초점 거리는 외관의 경로가 가지는 초점 거리보다 더 길며, 버너 몸체를 중앙부와 세관부로 나누었을 때, 세관부는 경사 구조를 이루므로서 달성된다.

그리고, 상기 세관의 경로가 가지는 초점 거리를 OL 이라고 하고, 상기 외관이 가지는 초점 거리를 SL 이라고 했을 때, OL/SL의 값은 “0.33 ∼ 0.75 ”이다.

또한, 세관부를 버너 가이드 부분과 버너 가이드 부분을 제외한 부분으로 구별할 때, 버너 가이드 부분의 경사도를 탄젠트 값으로 나타내면 그 값의 범위는 "0.27 ∼ 0.6" 이 되고, 버너 가이드 부분을 제외한 아래쪽 부분의 경사도도 탄젠트 값으로 나타내면 그 값의 범위는 “0.19 ∼ 0.44”이다.

본 발명에서는 원료 분말과 산소 및 수소가 배출되는 노즐의 설계 구조를 최적화한 버너를 개발하여, 원료 분말이 완전히 용융된 상태로 구조체에 용착되게 되어 석영 유리제품의 투명도와 균일성을 높일 수 있게 된다.

도 1은 버너에 원료가 공급되어 지고, 버너에 의해 쿼츠 잉곳이 형성되는 원리를 나타내는 도면이다.
도 2는 종래의 석영 유리 버너를 나타낸 실시예의 도면이다.
도 3은 설계 구조를 최적화 한 석영 유리 버너를 나타낸 실시예의 도면이다.
도 4는 설계 구조를 최적화한 버너의 내부 흐름을 나타낸 실시예의 도면이다.
도 5는 원료 및 산소가 배출되는 경로의 초점 거리를 나타내는 실시예의 도면이다.
도 6은 본 발명의 버너의 전체적인 설계 구조를 나타낸 실시예의 도면이다.

이하, 본 발명의 실시 예에 따른 석영 유리 잉곳(ingot) 제조용 버너의 구조에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명을 설명하기 위해 필요한 통상의 기술에 대해서는 상세 설명을 생략할 수 있다.

본 고안은 석영유리 잉곳 제조를 위하여 고순도의 석영유리 분말(Sand)이나 규사 등 원료분말을 효율적으로 용융하기 위한 석영유리 제조용 버너의 구조 관한 것으로, 특히 대형 잉곳 제조 시 공급되는 석영유리 원료분말을 효율적으로 용융하기 위하여 그 공급이 외곽 부에서 불꽃의 중앙부로 향하는 다수의 공급 노즐을 구비한 형태이다.

그리고, 버너 재질은 반도체, 태양광용 고순도 석영유리 잉곳 제조용으로 99.99%급 고순도 석영유리를 사용하여 제조되어야 한다.

일반적으로 고순도의 석영유리는 반도체 산업에 있어서 필수적인 소재로 반도체 산업의 발달에 따라 계속적으로 그 수요가 증가하고 있다. 따라서 고순도의 석영유리를 제조하기 위한 석영의 용융방법으로 전기로 용융, 아크용융, 산수소 불꽃용융 등 이미 여러 가지의 용융법 및 장치가 고안되어 사용되고 있다. 특히 산수소 불꽃은 장치가 간단하고 값싸게 구성할 수 있기 때문에 석영유리의 용융 및 잉곳 제조 등에 있어 가장 일반적으로 사용되는 방법이다.

도 1은 버너에 원료가 공급되어 지고, 버너에 의해 쿼츠 잉곳이 형성되는 원리를 나타내는 도면이다.

일반적으로 산수소 불꽃을 이용한 석영용융장치는 미국특허 3, 128, 166 및 일본특허 소60-22641에 소개된 바와 같이 산수소 불꽃을 발생하는 버너의 노즐과 그 전반부에 별도의 분말원료 공급구를 갖는 구조로 구성되어 있으며, 버너 외부로부터 원료인 석영분말 이 버너 중심관을 통해 공급되게 되어 있다.

즉, 1 에서처럼 분말 원료가 원재료 공급 탱크(10)를 통하여 버너(100)에 공급되고, 산소와 수소 또한 버너(100)에 공급된다. 그리고, 냉각수를 사용하는 시스템(20)도 구비되며, 내화성 머플(Fireproof Muffle)(30) 내부에서 석영유리 구조체(Target)(51) 위에서부터 쿼츠 잉곳(50)이 만들어 진다. 이때, 만들어지는 쿼츠 잉곳을 지지하는 지지판(Suport Plate)(40)과 상기 지지판의 높이를 조절하여 주는 리프팅 기어(Lifting Gear)(60)가 더 구비되어 진다.

통상적으로 다중관구조를 갖는 석영유리제 버너(100)가 합성로(30)의 상부에서 타켓(51)에 그 선단부를 향해 설치되어 있다. 노벽은 노틀 및 내화물에 의해 구성되어 있으며, 내화로 내부를 관찰할 수 있는 상부 관찰창(53a)과 하부 관찰창(53b), IR 카메라(52) 및 배기계가 설치되어 있다.

도 2는 종래의 석영 유리 버너를 나타낸 실시예의 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 버너는 동심 다중관 구조를 가지고, 외관(120) 내에 다수개의 소구경 가스 분출용 세관(111)을 내포하고, 이들 소구경 가스 분출용 세관(16)은 중심관(110)에 대해 동일 원 상에 등간격으로 배치되어 있다. 이러한 구조는 버너 주관으로부터, 분기되어 소구경 가스 분출용 세관(111)이 형성되게 된다.

한편, 원료인 석영분말 등을 버너 외부에서 공급하여 불꽃의 기류흐름에 의해 석영분말이 용융과 동시에 불꽃방향으로 이동되어 석영유리 구조체(Target)(51)에 용착되는데 수소 및 산소 공급관으로의 원료분사가 산소공급을 노즐과 수소공급구로 분사됨과 동시에 별도의 점화장치에 의해 원료공급구(110) 저부로부터 절결부로 점화되고 원료가 공급되어 불꽃에 의해 용융과 동시에 회전되는 석영유리 구조체(51)에 용착되어 잉곳(50)이 성장 제조된다.

그리고, 본 발명의 잉곳 성장은 버너 중심의 유리 원료 가스 분출 노즐로부터 유리 원료 가스 및 조연성 가스 O2를 분출하고, 가연성 가스 분출 노즐로부터 H2를 분출하고, 가연성 가스 분출 노즐에 내포된 소구경 노즐로부터는 조연성 가스 O2를 분출하게 된다.

이러한 버너는 분말 원료가 분출되고 산소가 분출될 때, 서로 다른 노즐에 의하여 분출되게 되며, 이때 구조적인 문제가 발생되지 않기 위해서는 분말 원료가 충분히 용융 되는 상황이 설정되어야 하게되지만. 이러한 해결책을 제시하지 못하게 되면 원료공급시의 진동이나 원료입자의 무게편차 등의 영향으로 원료의 손실이 클 뿐만 아니라 용융된 원료의 용착위치, 원료의 용융상태가 균일하지 못한 등의 결점이 있다.

특히 원료의 입도 분포에 따라서는 작은 크기의 입자는 완전히 용융이 되더라도 큰 입자는 무게 때문에 불꽃 내에서 완전히 용융되지 않은 상태로 석영유리 구조체에 용착되게 되어 용융석영 유리제품의 투명도를 저하하는 등의 문제를 발생하며, 필요이상으로 산수소 불꽃온도를 높여야 하는등, 투명하고 결점이 없는 용융석영유리의 제조에는 부적합한 여러 가지의 문제점을 가지고 있다.

도 3은 설계 구조를 최적화 한 석영 유리 버너를 나타낸 실시예의 도면이다.

도 3에서와 같이 상부 중심에 원료 도입관(101)이 구비되며, 상기 원료 도입관을 통하여 원료 분말과 수소가 공급되며, 이때, 상기 원료 도입관은 다시 4개의 관(101a)으로 분리되어 외관(120)쪽으로 연장되어 형성되는 구조를 가지게 된다, 이때, 4 개의 관(101a)에서 분출되는 원료는 외관(120)쪽으로 빠져나가고 그 속도 또한 고속이기 때문에 4 개의 관(101a)의 기울기와 외관(120)의 기울기가 동일하도록 하므로서, 분출효율을 더 높일 수가 있게 된다.

한편, 도입관(102)는 내부 중앙관(105)과 연결되고, 상기 중앙관은 직경이 더 넓혀져서, 외관(120)쪽으로 연장되어 형성되는 구조를 가지게 된다. 그리고, 버너의 상부 가장자리에 두 개의 관으로 형성된 산소 도입관(103)은 중앙관 측면에 곡선의 모양으로 연결되어, 다수의 세관(111)과 연결된다, 따라서, 산소 도입관(103)을 통하여 공급된 산소는 상기 세관을 통하여 배출되게 된다.

이때, 산소가 배출 될 때 직선으로 배출되지 않으며, 한점으로 모아지도록(초점) 일정한 경사 각도를 가지도록 배출되어야 버너의 효율이 좋아지며, 또한 원료와 수소가 배출되는 외관도 일정한 경사 각도를 가져야 버너의 효율이 좋아지게 된다.

도 4는 설계 구조를 최적화한 버너의 내부 흐름을 나타낸 실시예의 도면이다.

상부 중심에 원료 도입관(101)이 구비되며, 상기 원료 도입관은 다시 4개의 관(101a)으로 분리되어 외관(120)쪽으로 연장되어 형성되는 구조를 가지게 된다, 따라서, 상기 원료 도입관(101)으로부터 유입되는 원료 분말과 수소가지는 외관 4 개의 관으로 분리되고 상기 4 개의 관(101a)은 다시 외관(120)으로 연결되어 배출되게 된다. 이때, 상기관(101a)의 개수가 4개로 한정되는 것은 아니다. 필요에 따라 6개 내지 8개 관으로 분기할 수 있다.

또한, 원료 도입관 측면에 구비된 수소 도입관(102)는 내부 중앙관(105)과 연결되고, 상기 중앙관은 직경이 더 넓혀져서, 마찬가지로 외관(120)으로 연결되어 배출되게 된다.

한편, 버너의 상부 가장자리에 두 개의 관으로 형성된 산소 도입관(103)은 중앙관 측면에 곡선의 모양으로 연결되어, 세관(111)으로 연결되는 구조가 되는 것이다.

이때, 중앙관(105)는 내부 중앙관(105b)과 외부 중앙관(105c)로 구성된다. 따라서, 수소 도입돤(102)으로 공급된 수소가 중앙관(105)의 내부 중앙관(105b)을 통하여 세관(111)으로 연결되는 구조가 되는 것이다. 그리고, 산소 도입관(103)은 중앙관의 외부 중앙관(105c)을 통하여 외관(120)으로 연결되는 구조를 가지게 된다. 그러므로, 각각 세관(111)과 외관(120)으로 분리되어 배출이 가능하게 된다.

상기의 설명에서와 같이, 원료 도입관(101)은 4 개의 관(101a)으로 분리되어 외벽(120)과 연결되며, 산소 도입관(103)은 중앙관 측면에 곡면 형상으로 연결된다. 또한, 도면에서처럼 중앙관은 중앙관 경사부(105a)를 통하여 직경이 넓어져서 다수의 세관(111)과 연결될 수 있는 구조를 가지게 된다.

아울러, 연소효율(온도)에 영향을 주지 않기 위해 다양한 노즐 관경 및 길이 조절을 최적화할 수가 있게 된다.

한편, 외관(120)은 배출구 쪽으로 갈수록 그 직경이 작아지게 되는 구조를 가지게 된다.

이상에서와 같은 본원 발명의 구조를 좀더 상세 설명할 수 있다. 즉, 원료 공급 탱크(10)를 두고 그 하부로 테이퍼져 중앙에 원료주입구를 신장형성하며, 원료공급구 하부로는 산소공급용을 산소도입관(103)으로 산소가 유입되는 유입실을 가지며, 중앙의 위치에서 하향 설치된 원료 도입관(101) 주변둘레로 산소도입관(103)이 설치된다. 이때, 본 발명의 실시예에서는 2개의 산소 도입관을 구비하였지만, 2개 이상을 구비하여도 된다.

그리고, 산소도입관은 중심을 향해 기울어지면서 원료도입관 보다 짧은 구조로 하여 불꽃의 전방으로의 집속작용과 산소도입관으로 부터의 분사력에 의해 용융되는 원료분말을 원료도입관 선단으로부터 떨어내는 작용을 갖는다.

그리고, 본원 발명의 특징은 다음과 같이 더할 수 있다. 한몸체를 이루는 원료도입관 및 수소도입관의 외관을 원형으로 한 것에 본 고안의 기술이 한정되지 않는다.

따라서, 몸체(혹은 중앙관(105))를 사각구조체로 이루거나 원료 도입관(101)도 직사각체로 형성되어, 그 양측에 산소도입관(103)이 일정간격으로 설치될 수도 있다. 아울러, 몸체 중앙에 위치하는 원료 도입관(101)도 1 개 이상을 설치할 수도 있다.

이때도 역시 산소도입관은 중심을 향해 기울어지면서 원료주입구보다 짧은 구성으로 상기와 같은 작용을 갖는다. 이상과 같이 구성된 본 발명의 석영 유리 버너에 열원이 공급되고 원료도입관 내에 고순도의 수정분말이나 규사 등의 원료분말을 넣어놓은 상태에서 점화장치(통상의 점화장치를 사용하므로 본 발명에서는 별도로 도시하지 않았다.)에 의해 점화시켜줌으로써 하부로 불꽃이 발생되고, 원료도입관과 연결된 배출구로 원료가 나옴과 동시에 고온의 불꽃에 의해 원료가 용융되면서 하부의 석영유리 구조체(51)에 부착되어 진다.

수소와 산소 연료를 사용하여 화염을 발생시키며 원료의 용융량 증가의 목적으로 원료도입관을 불꽃화염의 중앙에 위치되게 하되 수직상의 중력방향으로 설치되어 자연법칙에 따라 연료가 용이하게 공급되는 구조를 갖게 한다.

도 5는 원료 및 산소가 배출되는 경로의 초점 거리를 나타내는 실시예의 도면이다.

원료(규소 혹은 sand)는 외관(120)을 통하여 분출되고, 산소는 다수의 세관(111)통하여 분출될 때, 한 지점으로 모아지는 지점이 있으며 이 지점을 초점이라고 할 수 있다.

그리고, 원료가 분출되는 외관(120)의 초점 거리를 SL 이라고 하고, 산소가 분출되는 다수의 세관(111)의 초점 거리를 OL이라고 했을 때, 상기 초점 거리의 비율은 아래와 같다.

R = SL/OL

또한, 본 발명의 버너의 구조 최적화를 위하여 실시한 실험결과 외관(120)의 최적 초점 거리 “SL” 는 140 mm 이었으며, 세관(111)의 최적 초점 거리 “OL”는 240 mm 였다. 따라서, 최적 초점 거리 비율은 아래와 같다.

R = 140 mm / 240 mm = 0.583

하지만, 상기 최적 R 값은 최적의 값을 의미하며, 실험결과 “SL” 값은 100 mm ∼ 180 mm 까지 변화하여도 본 발명의 목적을 달성할 수가 있었다. 그리고, “OL”의 값은 240 mm ∼ 300 mm 까지 변하여도 본 발명의 목적을 달성할 수가 있었다.

따라서, R 값은 "0.33 (100/300) ∼ 0.75 (180/240)" 범위를 가질 수가 있게 된다.

도 6은 본 발명의 버너의 전체적인 설계 구조를 나타낸 실시예의 도면이다.

도 5의 실시예에서는 산소가 분출되는 노츨과 원료가 분출되는 관의 초점 거리를 설명하였으며, 상기 초점 거리가 제시되기 위해서는 버너의 전제적인 크기가 필요하게 된다. 도 5는 본원 발명에서 사용되는 버너의 각 부분의 설계 값을 나타낸 실시예의 도면이다.

즉, 도 5는 중앙관이 존제하는 중앙부(130)과 다수의 세관이 존재하는 세관부(140)의 설계 값을 나타낸 도면이다.

도면에서 볼 때, 본 발명의 버너에 있어서는 세관부(140)의 길이는 95.5 mm 이고, 중앙부(130)의 길이는 79.5 mm 이며, 따라서 버너의 몸체가 되는 중앙부와 세관부를 합친 전체 길이는 175 mm 가 된다. 그러므로, 상기의 초점 거리를 중앙부와 세관부를 전체 합친 길이 175mm 를 기준으로 한 초점 거리를 생각할 수가 있다.

즉, 버너 몸체(중앙부와 세관부를 합친 부분)의 길이를 기준으로 한 외관(120) 경사의 초점 거리는 100 mm ∼ 180 mm 까지 변화하여도 본 발명의 목적을 달성할 수가 있으므로, 버너 몸체의 크기를 기준으로 한 외관의 초점 거리 "SL" 값의 비율은 아래와 같이 나타낼 수가 있다.

R1 = SL/버너 몸체의 길이

그리고, 상기 R1 의 값의 범위는 “0.57 (100 mm / 175 mm ) ∼ 0.75 (180 mm / 175mm)" 와 같게 된다.

한편, 즉, 버너 몸체(중앙부와 세관부를 합친 부분)의 길이를 기준으로 한 세관(111) 경사의 초점 거리는 200 mm ∼ 280 mm 까지 변화하여도 본 발명의 목적을 달성할 수가 있으므로, 버너 몸체의 크기를 기준으로 한 세관의 초점 거리 "OL" 값의 비율은 아래와 같이 나타낼 수가 있다.

R2 = OL/버너 몸체의 길이

그리고, 상기 R2 의 값의 범위는 “1.14 (200 mm / 175 mm ) ∼ 1.6 (280 mm / 175mm)" 와 같게 된다.

따라서, 본 발명의 도 5의 실시예와 도 6의 실시예를 종합해보면, 아래와 같은 결과를 얻을 수가 있다.

1.14 ≤ OL/버너몸체 ≤ 1.6

0.417 ≤SL/OL ≤ 0.75

또한, 버너몸체의 다른 부분의 설계 값도 최적화 할 수가 있으며, 중앙부(130)의 폭은 120mm 이고, 세관부(140)의 경우 가장 아래쪽의 폭은 66mm 이고, 세관부(140)의 경우 가장 위쪽의 폭은 96mm 이다.

그러므로 세관부에서 가장 위쪽을 기준으로 한 가장 아래쪽의 비율은 0.69(66mm/96mm)이다, 그러나 상기 0.69의 값을 그대로 고정하여야 한다는 의미는 아니다. 즉, 세관부(140)의 경우 가장 위쪽의 폭은 96mm 로 고정했을 때, 가장 아래쪽의 폭은 50 mm ∼ 72 mm 까지 변화를 주어도 본원 발명의 목적을 달성할 수가 있다.

따라서, (세관부 가장 아래쪽의 길이)/(세관부 가장 위쪽의 길이) 의 값의 범위는 "0.52(50mm/96mm) ∼ 0.75(72mm/96mm)" 가 된다.

아울러, 세관부(140)에서도 경사 정도가 전체적으로 균일하지는 않게 된다. 도 6의 도면에서 보는바와 같이 세관부 전체 길이 95.5 mm 중에서 윗 부분(버너 가이드, 30mm 거리 부분)의 경사도와 아래쪽의 경사도가 다르게 된다.

즉, 세관부의 버너 가이드 부분은 96mm에서 86.6 mm 까지 줄어들었으므로 30mm 거리를 통하여 9.4mm 가 줄어들은 것이 되며, 따라서 경사도를 탄젠트 값으로 나타내면 경사도는 0.31(9.4mm/30mm)이 된다.

그리고, 본원 발명의 목적을 달성하기 위해서는 버너 가이드 부분에서 가장 긴 부분을 96mm 라고 했을 때, 버너 가이드 부분에서 가장 짧은 부분의 거리가 88mm에서 78mm 까지 되어도 본원 발명의 목적을 달성될 수 있음으로 버너 가이드 부분의 경사도를 탄젠트 값으로 나타낼 경우 값의 범위는 "0.27((96-88)mm/30mm) ∼ 0.6((96-78)mm/30mm)" 이 된다.

한편, 세관부(140)에서 버너 가이드 부분을 제외한 아래쪽 부분의 경사도도 탄젠트 값으로 나타낼 수가 있게 된다, 즉, 도 6에서 보면 상기 세관부 아래쪽 부분의 가장 긴 부분의 길이는 86.6mm 이고 가장 짧은 길이는 66mm 이며, 즉, 65.5mm(95.5 mm - 30 mm) 길이에 걸쳐서 세관부 아래쪽의 길이가 20.6 mm 줄어들었음으로, 세관부 아래쪽의 경사도를 탄젠트 값으로 나타낼 수가 있게 된다. 즉, 세관부 아래쪽의 경사도 탄젠트 값은 “0.31 (20.6mm / 65.5mm)”이 된다.

한편, 상기 탄젠트 값 0.31은 항시 고정되는 값은 아니며 어느정도 범위를 가질 수가 있음은 당연하다. 즉, 세관부 아래쪽의 가장 짧은 길이는 58 mm에서 74 mm 까지 변화를 주어도 본 발명의 목적을 달성할 수가 있다. 따라서 세관부 아래쪽의 탄젠트 값의 범위는 "0.19 (12.6mm(86.6mm - 74mm)/65.5mm) ∼ 0.44 (28.6mm(86.6mm - 58mm)/65.5mm)" 가 된다.

반면에, 중앙부(130)는 경사를 갖지 않도록 설계되는 것이 버너 내부의 분출 효과를 위하여 더 바람직하다,

이때, 상기 설계 값을 가지기 위하여, 버너의 또 다른 설계값도 제시되어야 최적화된 버너를 제공할 수가 있으며, 본원 발명에서 사용되는 또 다른 설계 값을 다음과 같이 설명할 수가 있게 된다.

- 재료와 수소가 투입되는 관(101)의 내경 : 8.5 mm

- 재료와 수소가 투입되는 관(101)의 외경 : 13 mm

- 산소 혹은 수소가 투입되는 관의 내경 : 6.5 mm

- 산소 혹은 수소가 투입되는 관(102)(103)의 외경 : 10 mm

- 세관(111)의 내경 : 2 mm

- 세관(111)의 외경 : 4.5 ∼ 6 mm

- 원료 도입관(101)의 길이 : 100 ∼ 116 mm

- 산소 및 수소 도입관(102)(103)의 길이 : 86 ∼ 98 mm

- 중앙관(105)의 길이 : 25 ∼ 35 mm

이상과 같은 본원 발명의 버너를 사용하여 제작하였을 때 온도를 관찰해 보면 표 1과 과 같다. 표 1에서처럼 평균 온도는 상부 관찰창에서는 1448.4 ℃ 유지하였고, 하부 관찰창에서는 1455.4 도를 유지하였으며, 본원 발명에 제시하는 최적화된 버너를 사용하므로서, 원료 분말이 완전히 용융된 상태로 구조체에 용착되게 되어 석영 유리제품의 투명도와 균일성을 높일 수 있게 된다.

표 1

101 : 원료 도입관 102 : 수소 도입관
103 : 산소 도입관 103a : 연결부
105 : 중앙관 110 : 중심관(원료 공급관)
111 : 세관 120 : 외관

Claims

원료가 도입되는 원료 도입관, 산소 가스가 도입되는 산소 도입관, 수소 가스 도입되는 수소 도입관 및 상기 각각의 관들과 연결된 중앙관으로 구성된 석영 유리 잉곳 제조용 버너의 구조에 있어서,
세관과 외관이 더 구비되고 상기 세관의 경로가 가지는 초점 거리는 외관의 경로가 가지는 초점 거리보다 더 길며,
버너 몸체를 중앙부와 세관부로 나누었을 때, 세관부는 경사 구조를 이루는 것을 특징으로 하는 석영 유리 잉곳 제조용 버너의 구조.
제 1항에 있어서, 상기 세관의 경로가 가지는 초점 거리를 OL 이라고 하고, 상기 외관이 가지는 초점 거리를 SL 이라고 했을 때, OL/SL의 값은 “0.33 ∼ 0.75 ”인 것을 특징으로 하는 석영 유리 잉곳 제조용 버너의 구조.
제 1항에 있어서, 세관부를 버너 가이드 부분과 버너 가이드 부분을 제외한 부분으로 구별할 때, 버너 가이드 부분의 경사도를 탄젠트 값으로 나타내면 그 값의 범위는 "0.27 ∼ 0.6" 이 되고, 버너 가이드 부분을 제외한 아래쪽 부분의 경사도도 탄젠트 값으로 나타내면 그 값의 범위는 “0.19 ∼ 0.44”인 것을 특징으로 하는 석영 유리 잉곳 제조용 버너의 구조.