用於製造光纖預製體的燃燒器的製作方法

2024-04-08 03:27:05

專利名稱：：用於製造光纖預製體的燃燒器的製作方法
技術領域：
：本發明涉及一種通過在火焰中水解玻璃原料氣體來產生玻璃微珠(particle)並且將玻璃微珠沉積在旋轉生長棒(startrod)上來製造光纖預製體時使用的燃燒器。
背景技術：
：迄今為止，提出了用於製造光纖預製體的各種方法。在這些方法之中，由於夕卜汽相沉積(OutsideVaporPhaseDeposition,OVD)法可以相對容易地製造具有期望折射率分布的光纖預製體並且能夠批量生產大直徑的光纖預製體，因此，廣泛使用該外汽相沉積法，在該外汽相沉積法中，在使燃燒器和旋轉生長棒相對往復移動的同時將在燃燒器火焰中產生的玻璃微珠附著並沉積在旋轉生長棒上，從而合成多孔質預製體，並且在電爐中使該多孔質預製體脫水和燒結。圖l示意性示出了用於製造光纖預製體的設備的一個例子。在圖1中，通過在芯棒l的兩端焊4妄空4奉(dummyrod)2來構成生長棒，玻璃微珠將沉積在該生長棒上。由夾具和旋轉機構4保持生長棒的兩端。各夾具和旋轉機構4均被安裝在支撐構件7上並且使生長棒繞其軸線旋轉。在由燃燒器移動機構6使燃燒器3沿繞軸線旋轉的生長棒的長度方向往復移動的同時，燃燒器3向生長棒上噴出如SiCl4等光纖原料的蒸汽和可燃氣體(氫氣和氧氣)。結果，在氧氫焰中水解產生的玻璃微珠被沉積在生長棒上，從而形成多孔質光纖預製體。這裡，附圖標記5表示用於蒸汽和可燃氣體的排出罩(exhausthood)。為了合成玻璃微珠並且在生長棒上沉積玻璃微珠，傳統上使用具有同軸線多管路結構的燃燒器。然而，在具有這種結構的燃燒器中，因為玻璃原料氣體、可燃氣體和燃燒輔助氣體不能充分地彼此混和，因此，不能獲得充分高的玻璃微珠合成效率。結果，不能提高產量，難以高速合成多孔質光纖預製體。為了解決上述問題，日本專利No.1773359(與歐洲專利No.0237183和美國專利No.4810189對應)提出了一種多噴嘴型燃燒器，在該燃燒器中，在可燃氣體口中包圍中央原料氣體口地配置小直徑燃燒輔助氣體噴嘴(以下簡稱為小直徑噴嘴)。對於這種類型的燃燒器，已經提出了用於進一步提高沉積效率的一些方法。例如，日本專利申請No.2003-206154號7^報、No.2004-331440號/^才艮和No.2006-182624號/^才艮(與美國專利申"i青No.2006137404號7)才艮乂於應)以及曰本專利No.374435(Vi^開了小直徑噴嘴的配置；日本專利申請No.05-323130號公報、日本專利No.3543537和日本專利申請No.2003-226544號公報公開了用於使小直徑噴嘴的會聚長度(focallength)最優化的結構，該會聚長度是燃燒器的前端與小直徑噴嘴的中心軸線和燃燒器的中心軸線相交的點之間的距離，該點是來自小直徑噴嘴的氣體實質上的會聚點；日本專利No.3591330、日本專利申請No.2003-165737號7^才艮禾口No.2003畫212555號^^艮以及曰本專利No.3653902公開了用於使氣流量和氣體線速度最優化的結構。傳統上，存在以下問題由於氣流的幹擾而漂浮的玻璃微珠在附著進行時易於附著到位於玻璃原料氣體口的外側的噴出口的前端從而封閉燃燒器前端。特別地，在設置有小直徑噴嘴的燃燒器中，多個小直徑噴嘴被配置在中央玻璃原料氣體口附近的部分中，從而，該燃燒器被構造成使得玻璃微珠易於附著到小直徑噴嘴的前端。為了解決上述問題，中央玻璃原料氣體口的前端和小直徑噴嘴的前端被設定成在徑向上4皮此分開，從而避免玻璃孩"朱的附著。然而，必須使覆蓋小直徑噴嘴的可燃氣體口的直徑大，這導致流路面積的增大從而產生了可燃氣體的必要流量增加的新問題。另外，燃燒器尺寸的增大使燃燒器在沉積設備中的設置變困難。
發明內容本發明的目的是提供一種能夠在不增大燃燒器直徑的情況下抑制玻璃微珠附著並沉積到燃燒器前端的用於製造光纖預製體的燃燒器。本發明提供一種用於製造光纖預製體的燃燒器，其包括第一管路，該第一管路設置有被構造成限定用於噴出玻璃原料氣體的玻璃原料氣體口的前端部；第二管路，該第二管路被同軸線地配置在第一管路的外側，並且該第二管路設置有被構造成與第一管路的前端部一起限定用於噴出密封氣體的密封氣體口的前端部；第三管路，該第三管路被同軸線地配置在第二管路的外側，並且該第三管路具有被構造成與第二管路的前端部一起限定用於噴出可燃氣體的可燃氣體口的前端部；以及多個小直徑噴嘴，該多個小直徑噴嘴被配置在形成於第二管路和第三管路之間的空間中；各小直徑噴嘴均具有被配置在與玻璃原料氣體口同心的圓上並且被配置成限定用於噴出燃燒輔助氣體的燃燒輔助氣體口的前端部；其中，第二管路的前端部在氣體噴出方向上突出到第一管路的前端部的前方，第三管路的前端部在氣體噴出方向上突出到第二管路的前端部和各小直徑噴嘴的前端部的前方。優選地，小直徑噴嘴的前端部在氣體噴出方向上可以糹皮配置在與第二管路的前端部大致相同的位置處。作為可選方案，小直徑噴嘴的前端部在氣體噴出方向上可以突出到第二管路的前端部的前方。根據本發明，能夠在不增大燃燒器直徑的情況下抑制玻璃微珠附著並沉積到燃燒器的前端部。圖l是示出用於由外汽相沉積(OVD)法製造多孔質玻璃預製體的設備的示意圖2是示出具有同軸線多管路結構並且設置有多個小直徑噴嘴的燃燒器的前端部的構造的示意性主視圖3是示出氣流在燃燒器的前端部的狀態的傳統燃燒器的示意性剖視圖4是示出氣流在燃燒器的前端部的狀態的根據本發明的實施方式的燃燒器的示意性剖視圖。具體實施例方式通常，由具有如圖2和圖3所示的構造的燃燒器來進行玻璃微珠的沉積。燃燒器具有第一管路10;同軸線地配置在第一管路10的外側的第二管路20;同軸線地配置在第二管路20的外側的第三管路30;以及配置在第二管路20和第三管路30之間的空間中的多個小直徑噴嘴40,其中，第一管路10的前端部10t限定玻璃原料氣體口PA，第一管路10的前端部1Ot和第二管路20的前端部20t限定噴出密封氣體的密封氣體口PB，第二管路20的前端部20t和第三管路30的前端部30t限定可燃氣體口PC,小直徑噴嘴的前端部40t限定燃燒輔助氣體口PD。多個燃燒輔助氣體口PD中的每一個均具有相同的會聚長度並且被配置在與玻璃原料氣體口PA同心的圓的圓周線(circularline)上。這裡，多個燃燒輔助氣體口PD可以不被配置在一個圓周線上而是被配置在包括兩個以上的圓周線的多個圓周線上。在上述燃燒器中，玻璃原料氣體口PA噴出如SiCU等玻璃原料與燃燒輔助氣體02的混和氣體MGS，密封氣體口PB噴出密封氣體N2，可燃氣體口PC噴出可燃氣體H2，燃燒輔助氣體口PD噴出燃燒輔助氣體02。在/人各口PA至PD噴出各反應氣體後，由少暴發壓力(pressure種情況下，隨著幹擾增大和氣流散開，由火焰中的水解反應產生的玻璃微珠易於附著並沉積在配置於玻璃原料氣體口PA的外側的第二管路20的前端部20t和小直徑噴嘴的前端部40t上。如圖4所示，根據本發明的燃燒器具有例如第二管路20的突出到第一管^各10的前端部10t的前方的前端部20t;第三管路30的突出到第二管路20的前端部20t和小直徑噴嘴40的前端部40t的前方的前端部30t。該燃燒器具有如圖2所示的主視圖。即使在從玻璃原料氣體口PA噴出玻璃原料氣體後，根據本發明的燃燒器也能夠通過來自配置在玻璃原料氣體口PA的外側的氣體口PB、PC和PD的氣體使玻璃原料氣體保持一定程度的被加壓狀態，從而抑制玻璃微珠流的幹擾和分散。這使得可以防止玻璃微珠接近配置在玻璃原料氣體口PA的外側的第二管路20的前端部20t和小直徑噴嘴40的前端部40t。結果，可以抑制玻璃孩iJ朱附著和沉積在第二管路20的前端部20t和小直徑噴嘴40的前端部40t上。利用根據本發明且具有如圖2和圖4所示的同軸線三管路結構的燃燒器，使用如圖l所示的設備，用OVD法在生長棒上沉積玻璃微珠，該生長棒是通過將外徑為50mm的空棒焊接到外徑為50mm且長度為2000mm的芯棒的兩端而形成的。所使用的燃燒器具有如圖4所示的結構，該燃燒器具有8個小直徑噴嘴40,其中，各小直徑噴嘴40的燃燒輔助氣體口PD的會聚長度被設定為150mm。向燃燒器的第一管路10供給流量為10L/min的作為玻璃原料的SiCU和流量為20L/min的燃燒輔助氣體02。向形成在第一管路10和第二管路20之間的通路供給流量為4L/min的密封氣體N2。向形成在第二管路20和第三管路30之間的通路供給流量為170L/min的可燃氣體H2。此外，向各小直徑噴嘴40供給流量為16L/min的燃燒輔助氣體02。結果，在生長棒上沉積了1OOkg的玻璃微珠。表l中集中列出了供給到燃燒器的氣體的種類和流量。tableseeoriginaldocumentpage9在製造光纖預製體時，使用第二管路20的前端部20t、第三管路30的前端部30t和小直徑噴嘴40的前端部40t相對於第一管路10的限定玻璃原料氣體口PA的前端部1Ot的突出量變化的5種燃燒器來沉積玻璃微珠。表2中集中列出了突出情形和沉積結果。[表2]tableseeoriginaldocumentpage10在表2中的情形1的情況下，第三管路30的前端部30t的突出量是0mm。這裡，大量的玻璃微珠附著到第二管路20的前端部20t和小直徑噴嘴40的前端部40t,從而在沉積45kg的玻璃微珠時封閉燃燒器的前端。因此，玻璃凝:王朱的沉積-故中斷。在情形2的情況下，第三管路30的前端部30t的突出量是2mm。這裡，儘管玻璃微珠到小直徑噴嘴40的前端部40t的附著減少，但是，大量的玻璃微珠附著到第二管路20的前端部20t,從而在第二個光纖預製體上沉積60kg的玻璃微珠時封閉燃燒器的前端。因此，玻璃樣"朱的沉積被中斷。在情形3的情況下，第二管路20、小直徑噴嘴40和第三管路30的各前端部相對於第一管路10的前端部10t的突出量均^皮設定為2mm。這裡，儘管消除了玻璃微珠到第二管路20的附著，但是，存在玻璃微珠到小直徑噴嘴40的前端的附著從而在第一個光纖預製體上沉積90kg的玻璃微珠時封閉燃燒器前端。因此，玻璃微王朱的沉積^皮中斷。在情形4和情形5的各自情況下，第二管路20的前端部20t相對於第一管3各10的前端部10t向前突出。第三管^各30的前端部30t相對於第二管路20的前端部20t和小直徑噴嘴40的前端部40t向前突出。在情形4的情況下，第二管路20的前端部20t和小直徑噴嘴40的前端部40t突出相同的量。在情形5的情況下，小直徑噴嘴40的前端部40t突出到第二管^各20的前端部20t的前方。在這些情形4和情形5中，沒有玻璃微珠附著到燃燒器前端，從而可以沒有問題地製造5個光纖預製體。在情形6的情況下，第三管路30的前端部30t相對於第一管路10的前端部10t的突出量被設定為比情形5中的突出量大，當玻璃微珠被沉積到第一個光纖預製體時，由於燃燒器火焰導致燃燒器的前端部過熱，使得不能製造光纖預製體。因此，在本發明中，將該突出量設定在能夠防止燃燒器由於玻璃材料的沉積而^C封閉以及防止過熱的範圍內。根據本發發明，在製造光纖預製體時，可以抑制由於有害沉積導致燃燒器的前端部被封閉，因此，本發明可以提高生產率。雖然已經參照了本發明的優選實施方式，但是，應該理解，本發明不限於具體的實施方式和實施例，在不脫離本發明的由所附權利要求書限定的範圍和精神的情況下，所屬
技術領域：
的技術人員可以對本發明進行各種修改和變型。權利要求1.一種用於製造光纖預製體的燃燒器，其包括第一管路，該第一管路具有被構造成限定用於噴出玻璃原料氣體的玻璃原料氣體口的前端部；第二管路，該第二管路被同軸線地配置在所述第一管路的外側，並且該第二管路具有被構造成與所述第一管路的所述前端部一起限定用於噴出密封氣體的密封氣體口的前端部；第三管路，該第三管路被同軸線地配置在所述第二管路的外側，並且該第三管路具有被構造成與所述第二管路的所述前端部一起限定用於噴出可燃氣體的可燃氣體口的前端部；以及多個小直徑噴嘴，該多個小直徑噴嘴被配置在形成於所述第二管路和所述第三管路之間的空間中；各所述小直徑噴嘴均具有被配置在與所述玻璃原料氣體口同心的圓上並且被構造成限定用於噴出燃燒輔助氣體的燃燒輔助氣體口的前端部；其中，所述第二管路的所述前端部在氣體噴出方向上突出到所述第一管路的所述前端部的前方，以及所述第三管路的所述前端部在所述氣體噴出方向上突出到所述第二管路的所述前端部和各所述小直徑噴嘴的所述前端部的前方。2.根據權利要求l所述的用於製造光纖預製體的燃燒器，其特徵在於，各所述小直徑噴嘴的所述前端部在所述氣體噴出方向上被配置在與所述第二管路的所述前端部大致相同的位置。3.根據權利要求l所述的用於製造光纖預製體的燃燒器，其特徵在於，各所述小直徑噴嘴的所述前端部在所述氣體噴出方向上突出到所述第二管路的所述前端部的前方。4.根據權利要求l所述的用於製造光纖預製體的燃燒器，其特徵在於，所述第三管路的所述前端部相對於所述第一管路被定位在防止所述燃燒器的前端由於玻璃微珠的沉積而被封閉以及由於燃燒器火焰而過熱的位置。全文摘要提供一種用於製造光纖預製體的燃燒器，該燃燒器能夠在不增大燃燒器直徑的情況下抑制玻璃微珠附著並沉積到燃燒器的前端。該燃燒器具有同軸線地配置的第一管路、第二管路和第三管路，並且由該第一管路、第二管路和第三管路的前端部限定玻璃原料氣體口、密封氣體口和可燃氣體口；以及配置在第二管路和第三管路之間的多個小直徑噴嘴，各小直徑噴嘴均被配置在與玻璃原料氣體口同心的圓上，並且由各小直徑噴嘴的前端部限定燃燒輔助氣體口，第二管路的前端部突出到第一管路的前端部的前方，第三管路的前端部突出到第二管路的前端部和各小直徑噴嘴的前端部的前方。文檔編號C03B37/014GK101519270SQ200910118649公開日2009年9月2日申請日期2009年2月27日優先權日2008年2月27日發明者吉田真申請人:信越化學工業株式會社