多孔質預成形坯玻化裝置的製作方法

2023-04-23 15:01:21 3

專利名稱：多孔質預成形坯玻化裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及將多孔質預成形坯進行脫水·燒結且玻化，以製造光纖母材用的多孔質預成形坯玻化裝置背景技術為了將用VAD法(Vapor-phase Axial Deposition)或OVD法(Outsaid VaporDeposition)等製造的多孔質預成形坯進行脫水、燒結並玻化，以得到光纖母材，一般是在氦氣中混合氯氣、氧氣、一氧化碳等，在這樣的規定環境氣體(以下稱「處理氣體」)中將多孔質預成形坯進行加熱處理。
用於這種多孔質預成形坯加熱處理的多孔質預成形坯玻化裝置如圖1所示，由收納多孔質預成形坯1的爐心管2和包圍該爐心管2外周的加熱爐5構成，從爐心管2的下部，用導入管3導入已用氣體供給量控制裝置(Ma)17控制成一定供給量的處理氣體，廢氣則經過排氣管4所連接的廢氣吸引泵21和廢氣處理裝置32而向大氣中散發。排氣管4上設有壓力計(Pa)11和壓力控制閥(Ba)15。
廢氣處理裝置32用於除去向爐心管供給的處理氣體中的氯等有害氣體。
多孔質預成形坯的脫水、燒結處理需要1400℃左右的高溫，故加熱爐5的發熱體6通常使用碳。碳一旦在空氣中用高溫加熱，就會氧化消耗，故為了延長碳發熱體的壽命，必須在加熱爐爐體內形成氬氣或氮氣等惰性環境氣體。惰性氣體經過氣體供給量控制裝置(Mb)18導入加熱爐爐體中。
另外，為了保持多孔質預成形坯的純度，爐心管2的材料一般為石英制，但一旦加熱到1400℃左右的高溫，石英易發生軟化、變形，故在多孔質預成形坯的脫水、燒結處理過程中，必須使爐心管2的內外壓力平衡、防止爐心管2變形。
為此，要用壓力計(Pa)11檢測爐心管內的壓力，用壓力計(Pb)12檢測加熱爐爐體內壓力，並將其檢測信號導入差壓檢測器13，用該差壓信號使爐心管廢氣的壓力控制閥15和針對加熱爐爐體的氣體供給量控制裝置(Mb)18這兩個控制裝置工作，以平衡爐心管內外的壓力。
然而，在進行多孔質預成形坯的脫水、燒結處理時，若只是使爐心管內外的壓力平衡還不夠，還必須將爐心管內處理氣體的壓力變動控制在極小範圍。
這是因為，在多孔質預成形坯的脫水、燒結處理過程中，雖然要根據爐心管內多孔質預成形坯與長度方向的加熱帶的位置關係及脫水、燒結的進行狀態來變化加熱溫度和爐內環境氣體的處理氣體的供給量，但此時如果爐心管內的處理氣體壓力發生變化，則在用脫水、燒結處理得到的光纖母材上會殘留微小的未燒結部分。
從而，為了得到高質量的光纖母材，必須將爐心管內的處理氣體的壓力變動控制在極小範圍。
另外，如果脫水、燒結處理自始至終都是在處理氣體中進行，就會在光纖母材內部殘留處理氣體，故為了防止這種情況，必須在脫水、燒結處理即將結束前，將爐心管內的環境氣體從處理氣體轉換成氮氣。然而，在有多個玻化裝置並列運轉的場合，還必須防止並列運轉的其他玻化裝置的爐心管內的處理氣體發生壓力變動。
發明的公開本發明的目的在於提供一種製造高質量光纖母材所需的技術，不僅能使多孔質預成形坯玻化裝置爐心管內外的壓力平衡，還能有效地控制爐心管內的壓力變動。
本發明第1方案的多孔質預成形坯玻化裝置具有容納多孔質預成形坯的爐心管；包圍該爐心管且對爐心管加熱的加熱爐；用於該爐心管的以氦氣為主要成分的氣體的供給裝置、供給量控制裝置、排出裝置、排出量控制裝置；用於該加熱爐的惰性氣體的供給裝置、供給量控制裝置、排出裝置、排出量控制裝置，其特點是，在連接該爐心管和廢氣吸引泵的排氣管中途連接供氣支管，從設在該供氣支管前端的供氣裝置供給氮氣或空氣。
本發明第2方案是在第1方案的多孔質預成形坯玻化裝置中，在從供氣裝置連接到排氣裝置的供氣支管上設有洩放管。
本發明第3方案是在第1及第2方案的多孔質預成形坯玻化裝置中，設有如下機構，該機構對爐心管內壓力和加熱爐爐體內壓力之間的差壓進行檢測，並根據以爐心管內壓力為基準的差壓信號，對向爐心管的以氦氣為主要成分的供氣量、來自爐心管的廢氣排出量、向加熱爐爐體內的惰性氣體供給量、來自加熱爐爐體內的廢氣排出量、向供氣支管供給的氮氣等氣體的供給量、以及廢氣吸引泵的排氣量進行綜合控制。
本發明第4方案是在第1～第3方案的多孔質預成形坯玻化裝置中，將從氮氣等供氣支管供給的氮氣或空氣的供給量控制在向爐心管供給的以氦氣為主要成分的處理氣體量的15～50％。
本發明第5方案多孔質預成形坯玻化裝置群，其特點是，將第1～第4方案的多孔質預成形坯玻化裝置多臺並列配置，在每臺多孔質預成形坯玻化裝置上都設有廢氣吸引泵，並在該廢氣吸引泵的排出側設有共同的廢氣處理裝置。
通過採用上述本發明的多孔質預成形坯玻化裝置，能夠穩定地製造高質量的光纖母材。
對附圖的簡單說明圖1是傳統的多孔質預成形坯玻化裝置的結構圖。
圖2是本發明一實施形態的多孔質預成形坯玻化裝置的結構圖。
圖3說明廢氣吸引泵的排氣能力與廢氣成分之間的關係。
圖4是本發明又一實施形態的多孔質預成形坯玻化裝置群的結構圖。
實施發明的最佳形態以下結合


本發明。
圖2是表示本發明一實施形態的多孔質預成形坯玻化裝置的結構的示意圖。圖2中所用的符號與圖1的傳統多孔質預成形坯玻化裝置的對應部分相同。
圖2所示的多孔質預成形坯玻化裝置由容納多孔質預成形坯1的爐心管2和包圍該爐心管2外周的加熱爐5構成，從爐心管2的下部，用導入管3導入已用氣體供給量控制裝置(Ma)17控制成一定供給量的處理氣體，為了防止碳發熱體在加熱爐5內氧化消耗，向加熱爐爐體6內導入已用氣體供給量控制裝置(Mb)18控制成一定供給量的惰性氣體。以上結構與圖1所示裝置相同。
本發明的第1特徵在於將爐心管2內部的氣體壓力變動控制在極小範圍。
即，在從爐心管2的上部排出處理氣體用的排氣管4上，從爐心管一側起依次設有壓力計(Pa)11、壓力控制閥(Ba)15，在壓力控制閥(Ba)15之後，連接從加熱爐爐體內排出的惰性氣體排出管23，還連接供氣支管20，然後連接廢氣吸引泵31、廢氣處理裝置32。
壓力計(Pa)11用於檢測爐心管2內的壓力，壓力控制閥(Ba)15是控制爐心管內壓力用的裝置。壓力計(Pa)11也可不連接排氣管4，而直接與爐心管2連接。
供氣支管20將氮氣或空氣從壓入鼓風機21經過氣體供給量控制裝置(Me)19而向處理氣體的排氣管4中供給，並作為爐心管內壓力控制的一個裝置，其效果將在後面說明。
加熱爐爐體上連接壓力計(Pb)12，對加熱爐爐體內壓力進行檢測，同時在來自加熱爐爐體的惰性氣體排出管23的中途設有壓力控制閥(Bb)16，作為加熱爐爐體內壓力控制裝置。
不過，在圖2中，來自加熱爐爐體的惰性氣體排出管23與來自爐心管的處理氣體排氣管4連接，並用共用的廢氣吸引泵排氣，當然也可以利用另外的小型廢氣吸引泵排氣。
把從壓力計(Pa)11和壓力計(Pb)12檢測的壓力信號引入差壓檢測器13，並利用從此輸出的差壓信號對壓力控制閥(Ba)15和(Bb)16、氣體供給量控制裝置(Ma)17、(Mb)18及(Mc)19、以及廢氣泵31的轉速進行控制，由此將爐心管內處理氣體的壓力變動控制在極小範圍，同時使爐心管內壓力與包圍爐心管的加熱爐爐體內壓力平衡。
不過，在脫水、燒結處理工序的進程中要使爐心管內的處理氣體供給量發生變化，而該變化是按照另外的運轉程序、通過氣體供給量控制裝置(Ma)17的控制來進行。
這裡說明從供氣支管20供給處理氣體排氣管4的氮氣或空氣的效果。
爐心管環境氣體(處理氣體)是在氦氣中混合了氯氣、氧氣、一氧化碳後形成的混合氣體，由於其主要成分、即氦氣的分子量較小，故整個混合氣體的比重較小，因而，廢氣吸引泵31無法發揮預定的排氣能力。為此，在使爐心管內的處理氣體供給量發生變化時，為了能用較高的敏感度抑制爐心管內產生的壓力變動，只靠壓力控制閥(Ba)16的作用是不夠的。
在這種場合，一旦從本發明的供氣支管20將氮氣或空氣向連接爐心管的處理氣體排氣管4供給，分子量較大的氮氣和空氣就與分子量較小的處理氣體混合，使整個廢氣的分子量增大，使廢氣吸引泵31能夠發揮預定的排氣能力。因此，如果根據來自差壓檢測器13的信號對各壓力控制閥、氣體供給量控制閥、廢氣泵轉速進行綜合控制，就能用較高的敏感度將爐心管內處理氣體的壓力變動控制在極小範圍。
採用本結構的多孔質預成形坯玻化裝置運轉時，爐心管內處理氣體的壓力變動幅度為15(Pa)左右，比圖1裝置的50(Pa)明顯減少(爐心管內環境氣體的壓力略為100,000(Pa))。
供氣支管20的作用如上所述，而如果在供氣支管20上連接前端向大氣敞開的洩放管22，則其效果更佳。
即，由於爐心管內處理氣體的壓力設定為略高於大氣壓，故作為抑制爐心管內處理壓力的壓力變動的系統之一，使氣體供給量控制裝置(Mc)19工作，當供給供氣支管20的氮氣等氣體的供給量變化時，即使有過多的氣體供給時，也由於多餘部分向大氣中放出，使爐心管內處理氣體的壓力變動幅度比不設洩放管22的場合更小。即，爐心管內處理氣體的壓力變動部分被洩放管22洩放了。
向大氣中排出的氣體為氮氣或空氣，而沒有有害氣體排出。
不過，在本實施形態中所用的多孔質預成形坯玻化裝置的爐心管2的上部，如圖2所示，設有供惰性氣體流入的密封箱7，以防止混有氯氣等有害氣體的處理氣體從多孔質預成形坯的支承軸8與爐心管上部之間的間隙洩漏到大氣中，圖3表示廢氣吸引泵31的排氣能力(爐心管內處理氣體的排氣能力)與氣體成分(氮氣在處理氣體中所佔的比率)之間的關係。排氣能力隨著氮氣比率增加而上升，但當該比率超過30％就呈下降趨勢。這是因為，向爐心管內供給的處理氣體量大致一定，故如從供氣支管20供給處理氣體排出管4的氮氣量比率高，整個排氣量就相應增加，且廢氣吸引泵的負荷增大。
從圖3所示的結果可知，如果從供氣支管20向處理氣體排氣管4供給的氮氣比率為15～50％，則廢氣吸引泵31就能充分發揮排氣能力，可將爐心管內處理氣體的壓力變動控制在極小範圍。
廢氣吸引泵31適用定量泵，在進行標準的脫水、燒結處理時，即，在供給爐心管內的處理氣體供給量沒有太大變化時，廢氣吸引泵即使以標準的轉速運轉，也能實現預定目標，而當脫水、燒結處理結束時，即，當將環境氣體從處理氣體轉換成氮氣時，由於氣體成分明顯改變，故也可按照另外的程序進行轉速控制。
圖4是另一實施形態的多孔質預成形坯玻化裝置群的結構圖。
圖2所示的實施形態涉及一套多孔質預成形坯玻化裝置，而為了提高生產效率，必須將本裝置並排，進行並列運轉。在這種場合，廢氣處理裝置是共同的，而廢氣吸引泵之前的裝置的結構則只是將圖2的裝置並排設置。必要時，在廢氣處理裝置32之前附加共同的誘導泵。
如將多套多孔質預成形坯玻化裝置做成上述結構，由於各套裝置是以獨立的控制系統進行運轉的，故各套裝置都可將脫水、燒結處理過程中爐心管內處理氣體的壓力變動控制在極小範圍，不僅如此，在脫水、燒結處理結束時轉換氣體時，或處理結束後從爐心管2取出處理材料時，一套裝置的處理作業也不會影響其他裝置的運轉狀態。
從而，全套裝置能穩定運轉，因此可以很高的產品合格率製造出高質量的光纖母材，而且可避免爐心管壓壞等造成的故障。
如上所述，採用本發明的多孔質預成形坯玻化裝置或裝置群，不僅可以很高的產品合格率製造出高質量的光纖母材，而且可防止爐心管壓壞等故障，便於裝置的維修管理。作為附加的效果，還能節約以氦氣為主體的高價處理氣體。即，採用圖1的裝置時，需要氦氣100SLM(Standard Liter per minute at 0℃,1atm)、氯氣2～4SLM，而使用本發明的多孔質預成形坯玻化裝置時，氦氣可減少到20～30SLM，氯氣可減少到0.7～1.2SLM。
工業上利用的可能性本發明的多孔質預成形坯玻化裝置可用於製造光纖所需的多孔質預成形坯的玻化。
權利要求
1．一種多孔質預成形坯玻化裝置，具有容納多孔質預成形坯的爐心管；包圍該爐心管且對爐心管加熱的加熱爐；用於該爐心管的以氦氣為主要成分的氣體的供給裝置、供給量控制裝置、排出裝置、排出量控制裝置；用於該加熱爐爐體內的惰性氣體的供給裝置、供給量控制裝置、排出裝置、排出量控制裝置，其特徵在於，在連接該爐心管和廢氣吸引泵的排氣管中途連接供氣支管，從設在該供氣支管前端的供氣裝置供給氮氣或空氣。
2．根據權利要求1所述的多孔質預成形坯玻化裝置，其特徵在於，在從供氣裝置連接到排氣管的供氣支管上設有洩放管。
3．根據權利要求1或2所述的多孔質預成形坯玻化裝置，其特徵在於，設有如下機構，該機構對爐心管內壓力和加熱爐爐體內壓力之間的壓力差進行檢測，並根據以爐心管內壓力為基準的差壓信號，對供給爐心管的以氦氣為主要成分的供氣量、來自爐心管的廢氣排出量、供給加熱爐爐體內的惰性氣體供給量、來自加熱爐爐體內的廢氣排出量、向供氣支管供給的氮氣等氣體的供給量、以及廢氣吸引泵的排氣量進行綜合控制。
4．根據權利要求1～3中任一項所述的多孔質預成形坯玻化裝置，其特徵在於，將從供氣支管供給的氮氣或空氣的供給量控制在向爐心管供給的以氦氣為主要成分的處理氣體量的15～50％。
5．一種多孔質預成形坯玻化裝置群，其特徵在於，將權利要求1～4中任一項所述的多孔質預成形坯玻化裝置多臺並列配置，在每臺多孔質預成形坯玻化裝置上設有廢氣吸引泵，並在該廢氣吸引泵的排出側設有共同的廢氣處理裝置。
全文摘要
本發明的多孔質預成形坯玻化裝置為了使容納多孔質預成形坯的爐心管和包圍該爐心管的加熱爐爐體間的壓力平衡,同時將爐心管內的壓力變動控制在極小範圍,設有強制性地向來自爐心管的排氣管供給氮氣等的裝置,且根據爐心管內壓力與加熱爐爐體內壓力之間的差壓信號,對供給爐心管和加熱爐爐體內的氣體供給量、排出量進行控制,同時控制對爐心管的排氣管的氮氣供給量。
文檔編號G02B6/00GK1320105SQ00801704
公開日2001年10月31日 申請日期2000年8月22日 優先權日1999年8月26日
發明者香村幸夫 申請人:古河電氣工業株式會社