KR920009064B1 - 광학 예비 성형물 제조의 증기 이송 제어 방법 및 장치 - Google Patents

광학 예비 성형물 제조의 증기 이송 제어 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]
광학 예비 성형물 제조의 증기 이송 제어 방법 및 장치
[도면의 간단한 설명]
본 발명의 다른 특징은 도면과 실시예에 따른 하기의 상세한 설명으로 부터 더욱 명백히 이해될 것이다.
제1도는 본 발명의 원리를 실시하고 있는 증기 이송시스템의 양호한 실시예의 단면도.
제2도는 증기 이송 시스템의 다른 실시예의 단면도.
[발명의 상세한 설명]
[기술분야]
본 발명은 광학 예비 성형물 제조의 증기 이송 제어를 위한 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히 광 파이버가 인출되는 광학 예비 성형물의 제조에 사용되는 침착지로 이송되는 증기의 농축도를 제어하기 위한 이중 바블러(bubbler)장치의 사용에 관한 것이다.
[발명의 배경]
지난 수년동안 광 파이버 통신 시스템의 사용은 상당히 증가되어 왔다. 이러한 통신 형태의 사용은 앞으로 계속 증가될 것이다. 이러한 시스템용 부품의 제조에 종사하는 회사들은 그 제조 경비를 감소시키고 또한 제조에 포함되는 재료들을 효과적으로 처리하기 위한 방법을 계속 연구해 왔다.
최근에, 광 파이버는 재료 성형 기술로서 증착(vapor deposition)을 포함하는 단계로 제조된다. 이러한 기술은 예를 들면, 적절한 광 특성을 갖는 침착된 유리를 제조하기 위하여 실리콘-함유 가스나 증기의 반응 또는 게르마늄-함유 가스나 증기의 반응을 포함한다. 이러한 공정은 광 파이버를 제조하는 제1단계인 예비 성형물을 제조하는데 사용된다 수정된 화학 증착(이하 MCVD로서술됨)공정으로 알려진 이러한 공정은 IEEE회로 제64권의 1181-1184(1980) 페이지에 기술된 제이.비.맥체스니의 ＂예비 성형물 제조를 위한 재료 및 공정 -수정된 화학 침착＂으로 기술되어 있다.
상기 MCVD공정의 입력은 사염화 게르마늄(GeCI4)과 사염화 실리콘(SiCI4) 및 산화 염화인(POCI3)등과 같은 이송 가스 및 반응 증기를 포함한다. 이러한 반응 증기는 일반적으로 침착 바블러(deposition bubbler)로 언급되는 기화기로 부터 공급되어 유리기판 튜브와 같은 침착지로 이송된다. 광 파이버가 인출되는 예비 성형물은 상기 증기를 반응시키기 위하여 상기 기판 튜브를 섭씨 1600 내지 1800도 범위의 온도로 가열시키므로써 제조된다. 상기 성형물의 제조에 있어서, 상기 반응 증기는 미리 혼합되어 제어된 농축도로 상기 기판 튜브에 이송된다. 이것은 예를들면 산소와 같은 이송 가스를 바블링 하므로서 수행될 수 있는데, 바블러 내에서 유체 형태로 가열된 반응물질의 공급을 통하여 이송 가스내에 함유된 증기와 함께 침착지로 향한다.
통상적으로, 침착 바블러는 그속의 이송 가스 유입 도관이 그 내부에 포함된 유체의 자유 표면 아래에 설치된 오리피스 내에서 단락되는 용기를 포함한다. 유출 도관은 상기 유체 표면위의 공간과 증착지 사이에 유체 연결을 제공한다. 바블러를 사용하는 침착 시스템의 사용은 미합중국 특허 제 3,826,560호에 서술되어 있다.
침착 바블러내에 함유된 유체의 증기는 침착시 회수되기 때문에, 상기 바블러가 보조원으로 부터 보충되지 않는다면 유체의 높이는 강하된다. 몇몇 출원에서는, 상기 바블러내의 유체의 높이의 감소는 그다지 영향을 미치지 않는다.
그러나 광 파이버 예비 성형물의 제조에 사용되는 증착 공정에서와 같은 다른 출원에 있어서, 상기 유체의 높이의 변화는 이송 증기의 농축도의 변화와 같은 역 효과를 갖을 것이다. 이것은 기화율이 상기 바블러내의 유체 표면적에 전적으로 따르지 않는다는 사실에 기인되는데, 상기 표면적은 원통형 용기의 사용에 의하여 일정하게 유지될 수 있다. 또한 기화율은 유체를 통하여 바블된 이송 가스의 흐름 특성을 포함하는 다른 요인들에 의존한다. 예를 들면, 이들이 상기 유체를 통하여 발생될 때, 상기 바블의 크기는 기화율에 영향을 미친다. 또한, 바블러내에 유입되는 이송 가스의 흐름율은 이송 가스가 유입되는 곳의 깊이에 의존하는 바블러의 잔류 시간과 마찬가지로 기화 비율에 영향을 준다. 다른 요소로는 상기 바블러내의 유체량에 변화를 주는 바블러내로의 열 전달에 대한 제어를 들 수 있다. 유체 높이의 변화가 연속적으로 모니터될 때 이러한 변수를 설명하기 위해 가열기 제어기를 프로그램 할 수 있지만, 이러한 시도는 복잡하고 또한 바블러내의 증기 이송 제어의 요구 사항을 완전히 만족시키지 못한다.
종래의 기술은 미합중국 특허 제4,235,829호를 포함한다. 상기 특허에서는, 바블러와 연결되어 있는 저장기에서 그 내부에 함유된 유체로 부터 증기를 발생시켜 이송시키도록 설비된 침착 바블러를 포함하고 있는 증기 이송 시스템을 도시하고 있다. 상기 바블러내에 함유된 유체 높이를 감지하고 또한 이렇게 감지된 유체 높이에 의존하는 저장기 크기내의 가스 헤드 압력을 제공하기 위한 장치가 제공된다.
바블러내의 유체의 압력은, 유체가 기화되어 바블러로 부터 빠져나옴에 따라 하강되며, 유체는 유체를 바블러에 공급하는 저장기내의 헤드 압력을 증가시키므로써 조절된다. 공교롭게도, 저장기내의 압력 변화에 기인한 유체 높이의 강하에 의한 침착 바블러내의 불필요한 혼란은 기화율에 역 효과를 끼칠 수 있고 그러므로 증기의 농축도에 역 효과를 끼친다. 이러한 높이 변화는 침착율을 악화시켜 증기의 빠져나가는 비율이 증가된다. 또한 종래의 기술은 예를들어 하나가 다른 것 안에 위치되어 대체로 연달아 고갈되는 두개의 바블러를 가진 폐쇄된 시스템들을 포함하고 있다.
상기 종래 기술은 광학 예비 성형물의 제조에 사용되는 유리질 튜브와 같은 침착지로의 증기 이송을 제어하기 위해서 침착 바블러 내의 유체 높이를 제어하는 문제에 대한 만족할만한 해답을 갖고 있지 않다. 다량의 예비 성형물을 제공하기 위해서, 상기 이송 장치는 상기 침착 바블러내의 불필요한 혼란을 방지하기 위한 설비를 포함해야 한다. 이러한 요구는 특히 고침착율의 관점에서 중요하다.
[발명의 요약]
상술의 문제점은 본 발명의 방법 및 장치에 의하여 극복된다. 본 발명은 침착 바블러로 부터 증기 농축도가 일정시간 동안 일정한 설정값으로 되게 하는 예비 성형물 제조 장치로의 유체의 증기 이송을 제어하기 위한 방법을 제공한다. 상기 방법은 다량의 유체를 포함하고 침착 바블러내의 다량의 유체와 연결되는 공급 바블러(supply bubbler)를 제공하는 단계를 포함하고 있다. 상기 공급 바블러 및 침착 바블러내의 유체는 기화하기 위해 가열된다. 이송 가스는 공급 바블러내의 유체의 자유표면 아래로 유입되고, 그후 유체의 증기가 상기 이송 가스내에 함유되어 상기 공급 바블러로 부터 침착 바블러로 그리고 침착지로 흐르도록 상기 공급 바블러로 부터 침착 바블러로 흐른다. 상기 방법은 상기 침착 바블러로 유입 및, 유출되는 증기의 질량 흐름을 제어하도록 상기 공급 및 침착 바블러내의 유체의 온도를 적당하게 유지하고 또한 공급 바블러내의 유체를 충분히 유지시키는 단계를 포함한다. 이것은 침착 바블러내의 불필요한 혼란을 방지하고 또한 이송 가스에 의해 함유되고 침착 바블러로 부터 이송된 증기의 농축도가 설정값을 갖도록 한다. 침착 바블러는 침착지에서의 증기 농축도가 설정값을 갖도록 증기의 농축도를 조절하므로써 제어된다. 한 실시예에 있어서, 상기 방법은 증기 흐름내의 침착 바블러로 부터 이송된 이송 가스에 대한 증기의 비율을 감지하는 단계와, 또한 상기 감지된 비율에 정비례하여 상기 침착 바블러내의 유체에 열을 가하는 단계를 포함한다. 상기 공급 바블러내의 유체는 일련의 예비 성형물들의 제조 사이에 보충되거나, 혹은 공급 바블러내의 유체의 높이가 설정값으로 부터 약간의 이탈이 감지되고, 또한 이것에 대응해서 저장기와 공급 바블러 사이에 유체흐름이 일어날 것이다.
증기 이송 시스템에 있어서, 침착 바블러는 그 내부에 함유된 유체로 부터 증기를 발생시켜 이송시키도록 설치된다. 유체 저장기는 상기 저장기와 침착 바블러 사이에 위치된 공급 바블러와 연결되어 있다. 공급 바블러내의 유체의 자유 표면 아래로 이송 가스를 분사시키거나 또는 상기 이송 가스내에 함유된 증기가 공급 바블러로 부터 침착 바블러 및 침착지로 유입 및, 유출되도록 공급 바블러를 가열시키기 위한 설비가 제공된다. 침착 바블러내의 불필요한 혼란을 방지하고 상기 침착 바블러로 부터 이송되어 이송 가스내에 함유된 증기의 농축도가 설정 값을 갖도록, 상기 공급 및 침착 바블러내의 적절한 유체 온도와 함께 충분한 양의 유체가 공급 바블러에 유지된다. 침착 바블러 속으로 유입되는 증기와 이것으로 부터 유출되는 증기의 질량 흐름율 사이의 차이가 매우 작게 제어되기 때문에, 상기 침착 바블러내의 유체의 높이는 거의 일정하게 유지된다. 또한 상기 시스템은 공급 바블러의 재충전을 허용하도록 저장기내의 가스 헤드 압력을 제공하기 위한 설비를 포함한다. 또한 상기 이송 시스템은 공급 바블러내에 함유된 유체의 높이를 감지하는 설비와, 상기 저장기와 공급 바블러 사이에 흐름을 일으키는 설정 높이로 부터의 상당히 작은 이탈에 대응하기 위한 설비를 포함한다. 이것은 상기 공급 바블러내의 유체를 적어도 공급 및 침착 바블러에서 증기 함유 제어를 가능하게 하는 충분 유체량에 대응하는 설정 높이로 복귀시킨다.
[도면의 상세한 설명]
제1도에는 광 파이버가 인출되는 광학 예비 성형물의 제조에 사용되는 증기 이송 시스템(20)의 양호한 실시예가 도시되어 있다. 상기 증기 이송 시스템(20)은 바블러 시스템(26)내의 저장기(24)내에 함유된 용이하게 기화 가능한 유체(22)의 증기 흐름을 제공하도록 설계된다. 상기 저장기(24)는 상기 증기 이송 시스템(20)에 영구적으로 접속될 필요가 없는 콘테이너이다. 예를들어 산소와 같은 이송 가스는 가스가 상기 유체 물질 증기에 포함되게 하고, 흐름 제어기 및 감지기(28)를 통하여, MCVD시스템의 선반(도시안됨)과 같은 증착지로 이송되도록 바블러 시스템(26)내의 유체를 통하여 바블된다. 미합중국 특허 제4,217,027호에는 이러한 내용이 기술되어 있다.
상기 증기 이송 시스템(20)은 상기 저장기(24)와 바블러 시스템(26)사이의 연결을 제공하는 도관(32)을 포함한다. 밸브(33)는 바블러 시스템(26)에 접속된 매니폴드(35)와 저장기(24)사이의 도관에 삽입된다. 상기 저장기(24)는 바블러 시스템보다 큰 용량을 갖는 칫수를 가진다. 상기 저장기(24), 바블러 시스템(26) 및 도관(32)은 예를들어, 유리와 같은 재료로 제조된다. 가스 유입 라인(34)은 밸브 및 압력 조절기를 통하여 저장기의 상부로 부터 상기 이송 가스와 동일한 압축 가스원(도시안됨)으로 상향 연장되어 있다. 상기 가스의 압력은 저장기 헤드 압력을 유지하도록 조절된다.
바블러 시스템(26)은 가열기(42), 예를 들어 바블러 외부 표면을 덮고 있는 스트랩 가열기와 같은 가열기(42)를 가진 공급 바블러(40)를 포함하고 있다. 가열기(42)는 상기 공급 바블러(40)내의 유체 온도가 증가하여 기화되도록 열 에너지를 제공하기 위해서 사용된다. 제1도에 도시된 바와 같이, 가열기(42)는 가열기 제어기(45)를 통하여 신호 라인(44)을 따라 공급 바블러로 연장된 온도 감지기(46)에 접속되어 있다.
이송 가스 유입 도관(48)은 상기 흐름 제어기 및 감지기(28)를 통하여 도시안된 압력 가스원으로 부터 온도 제어 챔버(50)내로 연장되어 있다. 상기 흐름 제어기 및 감지기(28)는 상기 이송 가스를 위한 흐름을 감지기를 포함하고 있다. 1981년 6월 30일자로 에프. 피이.파투스에게 허여되어 본원에 참조된 미합중국 특허 제4,276,243호에는 이러한 내용이 기술되어 있다. 상업적으로 이용 가능한 흐름을 감지기는 일정 압력에서의 가스의 온도 상승이 추가된 열량과 질량 흐름율 및 가스의 다른 특성들의 함수라는 원리를 이용한다. 가스가 흐를때 저항의 변화에 직면하는 감지기에는 일정한 동력이 제공된다. 상향 감지기는 브릿지 불균형을 제공하는 하향 감지기보다 더 높은 비율에서 냉각된다. 그후, 상기 브릿지 출력은 모니터되는 실제 가스 흐름으로 보정될 수 있다. 흐름 제어기 및 감지기(28)를 통과한 후에, 상기 도관은 온도 제어 챔버(50) 외측바로 아래를 향하여 상기 공급 바블러 바닥 근처의 하부 유입구(54)에서 끝나는 공급 바블러(40)로 유입된다. 상기 유입구(54)는 이송 가스의 바블링을 향상시키는 소형 바블의 발생에 효과적인 천공된 유리 부재를 포함한다.
증기 흐름 도관(56)은 상기 공급 바블러(40)의 상부에 인접 설치된 유입 오리피스(58)로 부터 상기 공급 바블러보다 소형의 침착 바블러인 다른 바블러 속으로 상향 연장된다. 상기 증기 흐름 도관(56)은 상기 침착 바블러의 바닥에 인접된 유출구(62)에서 끝난다. 상기 침착 바블러(60)는 유체를 가열하여 그 온도를 증가시켜 유체의 기화를 촉진시키기 위한 장치를 갖는다. 예를 들어, 이것은 라인(64) 및 가열기 제어기(65)를 통하여 온도 감지기(66)에 연결된 저항 가열기(63)로 피복되어 있다.
상기 침착 바블러(60)의 상부를 통하여 증기 흐름도관(67)이 연장된다. 이것은 유입구(68)로 부터 라인(70)을 따라 유사한 형태의 다른 바블러로 부터 도시되지 않은 다른 증기 흐름 도관을 결합시키는 온도 제어 챔버(50)를 지나서 증착지로 연장된다.
작동시, 저장기(24)로 사용되는 유체 저장 용기는 오프 위치에 있는 밸브(33)를 갖는 도관(32)에 접속된다. 상기 공급 및 침착 바블러(40,60) 밸브(44)를 개방시키고, 또한 밸브(74)를 개방 및 폐쇄시키고, 그후 밸브(72)를 개방시키므로써 각각 설정 높이로 충진된다. 그후, 밸브(33)는 폐쇄된다. 또한 밸브(36)는 상기 입력 가스를 저장기(24)로 유입시키도록 개방된다.
가열기(42,63)는 공급 및 침착 바블러(40,60)내의 유체 온도를 증가시켜 그 내부의 유체를 기화시키도록 제어된다. 제어된 온도를 특징으로 하는 제1도에 도시된 실시예에 있어서, 상기 온도 감지기(46,66)에 의하여 감지된 온도에 대응하는 신호는 각각 가열기 제어기(45,65)의 입력 터미널로 공급된다. 상기 가열기 제어기는 종래의 파워 제어기이다. 각 제어기는 상기 입력 신호와 설정 온도를 비교하여 이것에 대응해서 바불러 가열기중의 하나에 대한 전류 흐름을 제어한다.
이송 가스는 흐름 제어기 및 감지기(28)속으로 흐른다. 흐름 제어기 및 감지기(28)의 이송 가스 흐름을 감지기(도시안됨)로 부터의 신호는 설정 온도와 비교된다. 출력 신호는 증폭되어 이송 가스의 흐름을 제어하도록 입력도관(48)내에 위치된 밸브(도시안됨)로 향한다.
이송 가스는 증기가 이송 가스내에 함유되도록 도관(48)을 따라 공급 바블러(40)의 자유 표면 아래로 유입된다. 이송 가스에 함유된 증기는 도관(56)을 따라 공급 바블러로 부터 침착 바블러내의 유체 속으로 흐른 후 침착 바블러를 벗어나 침착지로 흐른다. 상기 공급 바블러(40) 및 침착 바블러(60) 유체내의 이송 가스의 유입은 기포를 형성시켜 유체 표면으로 상승시킨다. 증기는 기포내로 확산되어 유체의 자유 표면으로 상승시킨다. 증기는 기포내로 확산되어 유체의 자유 표면위의 공간을 점유한다. 또한 기화는 유체 표면에서 일어난다. 따라서, 이들이 유체내에서 상승하고 또한 상기 자유 표면위의 각 바블러내의 공간을 통과할 때 상기 기포는 증기를 흡수한다.
기화율은 유체 온도, 기포의 크기 및 유체내의 기포의 잔류 시간에 영향을 받는다. 공급 바블러(40)내의 유체량은 적절란 온도 제어를 가능하게 할 정도로 충분하기 때문에 상기 이송 가스는 공급 바블러를 떠날 때 부분적으로 증기로 포화된다. 유체량과 온도는 상기 공급 바블러로 부터의 흐름에서 증기가 전체 증가량의 90 내지 95%가 되도록 유지시키는데, 상기 전체 증기량은 침착 바블러로 부터 침착지로 흐른다.
상기 침착 바블러(60)에 있어서, 유체에 전달된 열에너지는 유입구(68)를 통과하는 유출 흐름의 증기 함량이 유입 증기보다 크게 되도록 한다. 이렇게 증대되는 양은 침착지에서 요구되는 것의 5 내지 10%이다.
상기 침착 바블러내의 증기의 유출 및 유입 사이의 차이가 상대적으로 작기 때문에, 온도 감지기(66)의 사용 및 제어가 용이하다.
두개의 바블러에 있어서, 공급 바블러는 전체 증기 흐름을 침착 바블러로 제공하고, 이에 대해 침착 바블러는 증기량을 조정하는데 사용한다. 상기 침착 바블러로 부터의 유출 흐름이 유입 흐름보다 크게 되게 하는 상기 증기 조절 능력은 증기 농축도의 정밀한 제어로 나타낸다. 더구나, 상기 침착 바블러내의 유체에 의하여 제공된 증기의 순 유출량 즉, 유입량보다 유출량이 상대적으로 작기 때문에, 작동시 바블러내의 유체의 레벨은 단지 약간만 하강하게 되며 피이드백 목적을 위해서 상기 바블러내의 유체의 레벨은 거의 일정하게 유지된다. 결과적으로, 상기 침착 바블러가 안정되며 또한 피이드백 상의 악영향이 최소화 된다.
공급 바블러(40)내의 유체의 높이는 적어도 설정 높이에 있으므로 상기 공급 바블러내의 유체량은 상기 침착 바블러로의 유입 및 유출 증기의 질량 흐름율을 제어하기에 적합한 유체 전체의 온도 제어가 가능하다. 예를 들면, 유니트의 질량 흐름율(g/min)은 농도(g/cm3)와 체적 흐름(cm3/min)의 곱이다. 양호한 실시예로 부터의 증기 질량 흐름율보다 약간 적은 침착 바블러 속으로의 증기 질량 흐름율에서, 상기 침착 바불러내의 유체의 높이는 거의 일정하게 유지된다. 상기 공급 바블러내에서 함유된 증기가 적기 때문에, 상기 침착 바블러로 부터 유출되는 순 증기의 유출 흐름은 대체로 증가한다. 침착 바블러내의 이러한 혼란으로 인하여, 상기 이송된 증기의 농축도는 변화하고 따라서 광학 예비 성형물내의 침착에 악영향을 미친다.
공급 바블러내에 제공된 유체의 최소량은 상기 공급 바블러(40)내에서 실질적인 증기 함유를 허용하기에 충분한 적어도 설정 높이를 유지시키는 최소량이다. 만약 유체량이 너무 적으면, 공급 바블너내의 유체의 높이가 너부 낮아서 공급 바블러내에 함유된 증기량은 허용 범위 아래로 떨어진다. 결과적으로, 실절적인 구성 유체량이 상기 공급 바블러(40)로 흘러가야 하고 따라서 열 에너지 입력의 실질적인 증가가 요구된다. 이때, 저항 가열기(63)는 침착 바블러가 공급 바블러로 부터의 부족액을 보충하도록 실질적으로 더 많은 열에너지를 제공하여야 한다. 열 에너지가 상기 공급 바블러(40)내에서 조정된후, 그 내부에 함유된 증기량은 상기 열 에너지가 하향 조절되기 전에 설정된 농축도를 초과한다. 침착 바블러는 어떠한 냉각 설비도 갖고 있지 않기 때문에, 이러한 상태는 상기 침착지로 유출되는 증기의 농축도를 높게 한다. 그러나 상기 공급 바블러(40)내의 유체량을 조절하므로서, 증기 이송 시스템(20)은 유체의 높이내의 큰 요동과 관련된 농축도의 불필요한 변화를 방지할 수 있다.
침착 바블러(60)내의 유체 온도는 상기 이송 가스가 상기 침착 바블러 내에서 추가적인 증기를 포함하는 것을 보증하기에 적합하다. 이것은 상기 침착 바블러(60) 및 공급 바블러(40)내의 유체에 제공된 상대적인 열 에너지 값을 조절하므로서 이루어진다. 만약 공급 바블러(40)내의 유체 온도가 침착 바블러(60)내의 온도보다 높다면, 상기 침착 바블러로 부터의 증기 유출은 유입 흐름보다 적게되고 따라서 그 내부의 유체의 높이는 증가할 것이다. 이것은 침착 바블러에서 온도 제어 피드백 시스템의 불필요한 혼란을 초래한다. 만약, 침착 바블러(40)내의 유체 온도가 공급 바블러의 유체 온도보다 높다면, 상기 침착 바블러로의 질량 흐름은 이것으로 부터의 질량 흐름보다 적고 또한 침착 바블러내의 유체의 높이는 약간 감소할 것이다. 양호한 실시예에 있어서, 침착 바블러(60)내의 유체 온도는 공급 바블러(40)내의 유체 온도보다 약간 높을 것이다.
중착 처리에 사용되는 유체 저장 용기는 충분히 대형이므로 이들은 공급 바블러를 예비 성형물 작업에 충분한 유체로 여러번 충진시킬수 있다. 그 결과, 공급 바블러가 한번 충진되고 밸브(33)가 폐쇄되면, 예비 성형물 작업을 위한 작동이 계속되어 상기 밸브를 다시 개방시킬 필요가 없다. 또한 저장 용기는 밸브(33)에서 상기 바블러로 부터 분리될 수 있으며 또한 다른 바블러 시스템을 충진시키는데 사용될 수 있다. 제1도의 쇄선(75)은 저장기(24)가 증기 이송 시스템(20)의 영구 부품일 필요가 없다는 것을 도시하고 있다.
공급 바블러(40)내에 일정량의 유체를 폐쇄하기 위해서, 증기 이송 시스템(20)은 공급 바블러의 외부에 인접하게 설치된 예를들어, 광 검출기와 같은 한쌍의 검출기(76,78) 및 밸브(33)를 포함하는 피이드 백 루우프를 포함한다. 미합중국 특허 제4,235,829호에는 이러한 내용이 기술되어 있다. 공급 바블러(40)내의 유체의 높이가 하강함에 따라서, 이것은 공급 바블러용의 최소 설정 높이에서 상기 검출기(78)와 정렬된 높이에 도달할 것이다.
다른 검출기에 의해 발생된 전기 신호는 공급 바블러(40)내의 유체의 높이에 기능적으로 관계된다. 공급 바블러(40)내의 유체의 높이가 검출기(78) 아래로 떨어지면, 헤드 압력하에서 저장기내의 유체(22)가 공급 바블러 속으로 개방 밸브(72)를 통과 이동되도록 신호가 인가된다. 공급 바블러(40)내의 유체의 높이가 검출기(76)높이로 상승할 때, 다른 신호가 인가되어 상기 밸브를 폐쇄시키고 그러므로서 상기 공급 바블러속으로의 유체 흐름을 불연속시킨다.
상기 검출기(76,78)는 공급 바블러(40)내의 유체량이 약간 감소될 때 저장기(24)로 부터의 보충 유체가 가해지도록 위치된다. 보충 유체가 다량으로 가해지면, 차가운 유체로 부터 함유된 증기량은 일시적으로 감소된다. 가열기 제어기(65)가 온도 감지기(66) 및 설정점으로 부터 조절되기 때문에, 상기 침착 바블러(60)는 일정한 농축도를 유지하기 위해 일시적으로 충분한 추가의 증기가 함유되게 하지는 않는다. 더구나, 상기 가열기 제어기(45)가 공급 바블러(40)내의 차가운 유체와 반응하면, 과잉 보상이 일어나므로써 증기가 너무 많아 공급 바블러에 함유되지 못하고 침착 바블러로 유입된다. 상기 침착 바블러는 수용되는 증기 함유 가스럴 냉각시킬 설비를 갖고 있지 않기 때문에, 그 유출 흐름의 농축도가 높게 된다.
본 발명의 다른 실시예가 제2도에 증기 이송 시스템(100)으로 도시되어 있다. 상기 증기 이송 시스템(100)은 유체(104)를 함유한 저장기(102)를 포함하고 있는데, 이것은 바블러 시스템(111)의 공급 바블러(110)와 라인 (106)을 따라 유체 연결되어 있다. 제2도의 저장기(102)는 저장 용기이며 또한 제1도의 매니폴드 장치가 사용된다. 공급 바블러(110)는 외측면에 부착된 하나의 가열기(112)를 포함한다. 상기 가열기(112)는 가열기 제어기(115) 및 라인(116)을 통하여 신호 라인(114)을 따라 공급 바블러(10)내의 온도 감지기(118)에 접속된다.
이송 가스 유입 도관(124)은 도시안된 압력 가스원으로 부터 흐름 제어기 및 감지기(120)를 통하여 온도가 제어된 동체(122)속으로 연장된다. 상기 흐름 제어기 및 감지기(120)는 이송 가스의 유입 흐름을 제어하기 위한 흐름을 감지기(도시안됨) 뿐만 아니라, 상기 바블러 시스템(111)으로 부터의 증기 흐름 및 입력 이송 가스의 흐름에 노출된 감지기 부재를 사용하는 증기-대-이송 가스 비율 감지기(도시안됨)를 포함하고 있다. 미합중국 특허 제4,276,243호에는 이러한 내용이 기술되어 있다.
상기 흐름 제어기 및 감지기(120)를 통과한 후에, 상기 가스 유입 도관(124)은 동체(122) 외측의 하향으로 상기 바블러의 바닥 근처에 양호하게 설치된 하단부 유출구 혹은 오리피스(126)에서 종단된 공급 바블러(110)속으로 향한다. 증기 시스템의 도관(128)은 공급 바블러(110)내의 유입 오리피스(129)로 부터 침착 바불러(130)의 상부로 상향 연장되어 그 유체의 자유 표면 아래의 오리피스(132)에서 중단된다.
일반적으로 공급 바블러(110)보다 작은 침착 바블러(130)는, 그 외부면에 부착되어 부하 라인(136)을 통하여 가열기 제어기(138)에 접속된 예를들면 스트랩 가열기와 같은 가열기(134)를 포함하고 있다. 상기 가열기 제어기(138)는 신호 라인(141)을 통하여 흐름 제어기 및 감지기(120)에 접속된다. 증기 흐름 도관(143)은 상기 침착 바블러(130)내측의 유입 오리피스(145)로 부터 다른 것과 결합된 흐름 제어기 및 감지기(120)를 통과하여 온도가 제어된 동체(122)로 연장되어 있고, 도시안된 증기 흐름 도관은 다른 바블러 및 상기 동체의 외부로 부터 증착지까지 연장되어 있다. 상기 흐름 제어기 및 감지기는 전기적으로 가열기 제어기(138)에 접속된다.
저장기(102)에 있어서, 가스 라인(146)은 저장기의 상부로 부터 다른 가스 라인(149)과의 교차점(148) 상향으로 연장되어 있음을 알 수 있다. 상기 가스 라인(149) 자체는 상기 이송 가스의 경우와 같이 압력 가스의 공급(도시안됨)으로 부터 가스 흐름 제어기(154)를 통하여 배출구(152)로 연장된다. 캘리포니아, 토랜스 소재의 타일런 코포레이션에서 제조된 유체 제어기 모델 260번의 상기 가스 흐름 제어기(154)는 상기 가스라인(149)을 통하여 가스 흐름율을 제어한다. 쵸크(choke)(156)는 가스 라인(146,149)의 교차점과 배출구(152) 사이에 설치된다. 이러한 설계에 의하여, 상기 가스 흐름 제어기(154)에 의하여 변경되는 그 내부 유체의 자유 표면(159)위에 저장기 내의 공간(158)내에 헤드 압력이 형성된다.
예를 들어, 광 검출기와 같은 검출기(160)는 상기 공급 바블러내에 함유된 유체에 대해 설정된 최소 설정 높이에서 공급 바블러 외부 근처에 설치된다. 상기 높이는 양호한 실시예에서와 같이 공급 바블러내의 유체량이 공급 바블러(110)내에 함유된 증기가 침착 바블러(130)로 부터 유출된 전체 증기의 실제 퍼센테이지로 되게하도록 설정된다. 제1도에 도시된 실시예에 대해 이후에 서술되는 바와같이, 상기 검출기(160)에 의하여 발생된 전기 신호는 유체의 높이와 관련되어 있다. 이러한 신호는 제어 신호 라인(162) 및 증폭기(164)를 통하여 상기 가스 흐름 제어기(154)로 공급되어 설정점과 비교된다. 상기 공급 바블러내의 유체의 높이가 너무 낮으면, 상기 가스 흐름 제어기(154)는 상기 유체(104)의 부분을 공급 바블러(110)속으로 유입시킬 수 있도록 충분히 가압된 가스를 저장기(102) 속으로 유입시킨다. 이러한 방식으로, 상기 가스 라인(149)을 통과한 가스 흐름 및 상기 저장기의 공간(158)내의 헤드 압력의 크기는 상기 검출기에 의하여 감지된 바와 같이 공급 바블러(110)내의 유체의 실제 높이에 비례한다. 상기 공급 바블러(110)내의 유체 높이는 상기 공급 바블러내의 유체의 증기가 침착 바블러(130)로 유입될 때, 상기 저장기 헤드 압력을 증가시키므로써 검출기(160)와 정렬된 높이 또는 그 이상에서 잔류된다. 제1도에 도시된 실시예에서와 같이, 공급 바블러(110)내의 유체량은 상기 저장기로 부터 보충 유체가 더해지기 전에 매우 소량만 감소된다.
작동시, 상기 저장기(102) 및 침착 바블러(130)는 광학 예비 성형물 혹은 로드가 제조되는 장소인 도시않된 증착 스테이션에서 증착에 의해여 침착되는 유체로 부분적으로 충진된다. 유체는 도관(106)을 통하여 저장기(102)로 부터 상기 바블러내의 유체의 표면 높이가 상기 저장기 내의 유체의 표면 높이와 같아질 때까지 저장기(102)로 부터 라인(106)을 통하여 상기 공급 바블러(110) 속으로 흐른다. 그후, 가압된 가스는 가스 라인(146)을 통하여 저장기(102)내로 유입되며 바블러내에서 유체의 표면에 대한 설정 높이를 형성하도록 압력이 세팅된다. 상기 압력은 공급 바블러내의 높이가 미리 선택된 높이 아래로 떨어질 때까지 저장기 내에서 일정하게 유지된다. 선택적으로, 상기 저장기(102)내의 헤드 압력은 공급 바블러(110)내의 유체의 높이에 비례한다.
양호한 실시예에 있어서, 가열기(112,134)는 공급 및 침착 바블러(110,130)내의 유체 온도를 증가시켜 유체를 기화시킨다. 이송 가스는 흐름 제어기를 통하여 공급 바블러(110)속으로 유입되어 증기를 함유한 유체를 끓어오르게 한다.
이송 가스는 공급 바블러(110)로 부터 유출되는 증기를 도관(128)을 따라 바블링이 이루어지는 침착 바블러(130) 속으로 이송한다. 이송 가스에 함유된 증기는 유입 오리피스(145) 및 증기 흐름 도관(143)을 통하여 침착 바블러(130)로 부터 흐름 제어기 및 감지기(120)를 통한 후 도관(170)으로 부터 유도되어 동일한 형태의 다른 바블러로 부터의 다른 증기와 가스를 혼합하는 도시되지 않는 매니폴드로 흐른다.
상기 공급 바블러(110)내의 유체의 높이가 낮아질 때 또한 이것이 상기 검출기(160)의 높이에 도달할 때, 상기 높이는 저장기(102)내의 압력 헤드를 증가시키므로서 조절된다. 상술된 바와 같이, 만약 보충 유체가 예비 성형물 작업동안 부가된다면, 검출기(160)는 공급 바블러내의 유체량이 소량 감소될 때 보충 유체가 부가되도록 위치된다. 선택적으로, 공급 바블러(110)내의 유체량은 예비 성형 런 동안 보충 유체가 부가될 필요가 없도록 충분히 높게 설정된다.
상술된 바와 같은 종래의 장치에 있어서, 침착 바블러내의 높이가 한번 강하하기 시작하면, 보충 유체가 상기 침착 바블러 속으로 흐르는 것을 보장하는 기술이 사용되었다. 그러나 소량이라고 해도 높이의 변화는 바블러내의 시스템의 피이드백 응답을 변화시킨다. 상기 흐름 제어기 및 감지기(120)는 상술된 미합중국 특허 제4,276,243호에 서술된 상수로 설정된다. 이러한 상수는 상태들의 범위를 커버하도록 설정된다. 만약 침착 바블러내의 유체의 높이가 대체로 일정하게 유지된다면, 상기 조절기 기능은 더욱 정밀해질 것이다.
증기 흐름이 흐름 제어기 및 감지기 유니트내의 증기- 대-이송 가스 비율 감지기를 통과할 때, 증착 스테이션에 전달되는 이송 가스에 대한 증기의 비율이 결정된다. 대응 신호가 라인(141)을 넘어서 감지기 회로로 부터 가열기 제어기(138)로 전달된다. 상기 가열기 제어기(138)에서, 상기 입력 신호는 설정점과 비교된다. 만약 상기 감지된 비율이 너무 낮게 되면,상기 가열기 제어기(138)는 상기 부하 라인(136)을 지나 가열기(134)로 전달되는 전류를 증가시키므로써, 침착 바블러내에 저장되는 유체에 높은 비율의 열 에너지를 제공하게 된다. 이에 대해서, 증기-대-이송 가스의 비율이 너무 높게 감지되면, 상기 가열기 조절기는 상기 가열기에 대한 전류 흐름을 감소시킨다.
상기 감지기 회로 및 가열기 제어기(138)가 가열기(134)를 조절하도록 협동할 때 상기 이송 가스 흐름율 감지회로는 상기 공급 바블러(110)에 입력되는 이송 가스 흐름율을 동시에 조절한다. 비율 감지 회로로 부터의 신호는 흐름율 감지 회로의 신호와 결합되어 증기 유량 흐름율에 대한 제어 설정점과 비교된다. 상기 질량 흐름율을 .제어하기 위한 수단과 같이 이송 가스 흐름을 자동적으로 약간 조정하므로서 작은 편차는 조정 된다. 그러나, 상기 증기-대-이송 가스율을 대체로 일정하게 유지하는 것은 가열기 회로이다.
상기 중기 이송 시스템(20,100)의 장점중의 하나는 배압에 관한 것이다. 만약 시스템내에서 바블링이 일어날 동안 배압의 변화가 일어난다면, 상기 침착 바블러내의 유체는 고갈되지 않는다. 물론, 상기 바블링이 불연속되는 경우에 약간의 유체가 공급 바블러(110)의 후방으로 안내되는 도관(128)으로 상승할 것이다. 종래의 시스템에서, 배압은 유체를 저장기로 복귀시킨다. 물론 증기 이송 시스템(20,100)내에서, 유체내에 오물이 존재할 경우 상기 유체는 상기 바블러들을 배수시키도록 저장기로 이동될 수 있다.

Claims (16)

  1. 유체(22)의 증기를 증착지로 이송하기 위한 이송 제어 방법에 있어서, 일정량의 유체를 함유하고 또한 침착지와 연결되는 침착 바블러(60)를 제공하는 단계와, 일정량의 유체를 함유하며 침착 바블러와 연결된 공급 바블러(40)를 제공하는 단계와, 유체를 기화시키기 위해 공급 바블러 및 침착 바블러를 가열하는 단계와, 공급 바블러 속으로 가스 매체를 유입시키고 유체의 증기가 상기 매체에 함유되고 공급 바블러로 부터 침착 바블러로 또한 침착 바블러로 부터 침착지로 흐르도록 가스 매체를 공급 바블러로 부터 침착 바블러 속으로 흐르게 하는 단계와, 침착 바블러에의 유입 및 유출에 대해 증기의 질량 흐름율을 제어하여 침착 바블러내의 불필요한 혼란을 방지하고 가스 매체에 함유된 분배 증기의 농축도가 설정값을 갖도록 공급 바블러 및 침착 바블러에서의 적절한 유체 온도와 공급 바블러내에 충분한 유체량을 유지시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체의 증기 이송 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유지 단계는 이송된 증기의 농축도를 일정하게 유지시키는 것을 특징으로 하는 유체의 증기 이송 제어 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 가열 단계는 상기 침착 바블러내의 유체 온도가 공급 바블러내의 온도보다 높게, 유지시키는 것을 특징으로 하는 유체의 증기 이송 제어 방법.
  4. 제1항에 있어서, 가스 매체에 대한 증기의 비율은 침착 바블러로 부터의 증기 흐름의 열전달 특정을 감지하므로서 검출되고, 침착 바블러에서의 유체 가열은 검출된 비율에 응답하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 유체의 증기 이송 제어 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 방법은 밸브(33)를 포함하고 저장기 및 공급 바블러 사이의 연결을 제공하는 도관(32) 및 유체 저장기(24)를 제공하는 단계를 부가로 포함하며, 상기 유지 단계는 상기 저장기내에 기체 헤드 압력을 제공하고 상기 공급 바블러를 유체로 충진시키도록 밸브를 개방시키는 것을 특징으로 하는 유체의 증기 이송 제어 방법.
  6. 제5항에 있어서, 충분한 유체량을 한정하는 한계값 사이에서 공급 바블러내의 유체의 높이가 설정되고, 상기 유체의 높이가 상승 또는 하강할 때 상기 공급 바블러의 충진을 중단 혹은 시작하도록 상기 밸브가 개방 혹은 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 유체의 증기 이송 제어 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 공급 바블러와 연결되는 유체 저장기를 제공하는 단계와, 설정 높이로 부터 공급 바블러내의 상기 유체의 높이의 이탈을 감지하는 단계와, 상기 설정 높이로 부터의 상기 유체의 높이의 감지된 이탈에 대응하여, 상기 전달된 증가의 농축도를 일정하게 하고 침착 바블러내의 혼란을 방지하도록 상기 저장기 및 공급 바블러 사이의 유체 흐름이 유체의 높이를 공급 바블러내의 유체의 적당한 온도 제어를 가능하게 하는 높이로 설정하는 단계를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 유체의 증기 이송 제어 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 저장기를 공급 바블러와 연결시키는 밸브가 설치된 도관을 제공하는 단계를 부가로 포함하며, 상기 설정 단계는 상기 저장기 내에 가스 헤드 압력을 제공하고, 저장기 내에서 가스 헤드 압력을 변화시키고, 상기 바블러로 부터 저장기로 유체를 흐르게 하므로써 공급 바블러내의 유체의 높이를 적어도 설정 높이로 유지시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체의 증기 이송 제어 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 유지 단계는 침착 바블러로 부터의 증기의 질량 흐름을 공급 바블러로 부터의 질량 흐름을 보다 약간 크게 하는 것을 특징으로 하는 유체의 증기 이송 제어 방법.
  10. 유체의 증기를 증착지로 이송하기 위한 이송 제어 장치에 있어서, 일정량의 유체를 함유하고 침착지와 연결되는 침착 바블러(60)와, 일정량의 유체를 함유하며 침착 바블러의 연결된 공급 바블러(40)와, 유체를 기화시키기 위해 공급 바블러 및 침착 바블러를 가열하는 가열 수단으로서의 가열기(42,63)와, 공급 바블러 속으로 이송 가스를 유입시키고 유체의 증기가 상기 이송 가스에 함유되고 공급 바블러로 부터 침착 바블러로 침착 바블러로 부터 침착지로 흐르도록 이송 가스를 공급 바블러로 부터 침착 바블러 속으로 흐르게 하는 수단으로서의 증기 흐름 도관(56,67)과, 침착 바블러에 유입 및 유출에 대해 증기의 질량 흐름율을 제어하여 침착 바블러내의 불필요한 혼란을 방지하고 가스 매체에 함유된 분배 증기의 농축도가 설정값을 갖도록 공급 바블러 및 침착 바블러에서의 적절한 유체 온도와 공급 바블러내에 충분한 유체량을 유지시키기 위한 수단으로서 밸브(33) 및 검출기(76,78)를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체의 증기 이송 제어 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제어 수단은 이송된 증기의 농축도를 일정하게 유지시키는 것을 특징으로 하는 유체의 증기 이송 제어 장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 가열 수단은 상기 침착 바블러내의 유체 온도를 공급 바블러내의 온도보다 높게 유지시키는 것을 특징으로 하는 유체의 증기 이송 제어 장치.
  13. 제10항에 있어서, 이송 가스에 대한 증기의 비율은 침착 바블러로 부터의 증기 흐름의 열전달 특성을 감지하므로써 검출되고, 침착 바블러를 가열하는 가열 수단은 검출된 비율에 응답하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 유체의 증기 이송 제어 장치.
  14. 제10항에 있어서, 밸브(33)를 포함하고, 저장기와 공급 바블러 사이의 연결을 제공하는 도관(32)과 일정량의 유체를 저장하는 저장기(24)를 부가로 포함하며, 상기 제어 수단은 상기 저장기내에 기체 헤드 압력을 제공하는 수단으로서의 가스 유입 라인(34) 및 밸브(36)를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체의 증기 이송 제어 장치.
  15. 제14항에 있어서, 충분한 유체량을 한정하는 한계값 사이에서 공급 바블러내의 유체의 높이가 설정되고, 상기 유체의 높이가 상승 또는 하강할 때 상기 공급 바블러의 충진을 중단 혹은 시작하도록 상기 밸브가 개방 혹은 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 유체의 증기 이송 제어 장치.
  16. 제10항에 있어서, 유체(22)를 저장하는 저장기(24)와, 공급 바블러내의 상기 유체의 높이를 감지하는 수단으로서의 검출기(76,78)와, 상기 저장기와 상기 공급 바블러 사이의 연결을 제공하는 수단은 도관(32)과, 상기 저장기에 가스 헤드 압력을 제공하고, 침착 바블러의 혼란을 방지하기 위하여 상기 저장기 및 상기 공급 바블러 사이의 흐름을 적어도 공급 바블러에서의 충분한 유체 온도 제어를 보장하는 설정 높이로 되도록 상기 공급 바블러에서의 감지된 유체의 높이에 응답하여 헤드 압력을 변화시키는 수단으로서의 가스 유입 라인(34) 및 밸브(36)를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체의 증기 이송 제어 장치.
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