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CN113582532B - 玻璃母材的制造装置 - Google Patents

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CN113582532B
CN113582532B CN202110480061.2A CN202110480061A CN113582532B CN 113582532 B CN113582532 B CN 113582532B CN 202110480061 A CN202110480061 A CN 202110480061A CN 113582532 B CN113582532 B CN 113582532B
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森本仁广
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

提供能够抑制玻璃母材长度方向的外径变动的玻璃母材的制造装置。具有：多个玻璃合成燃烧器(22)，在反应容器(2)内沿上下方向排列配置，生成玻璃颗粒；排气部(3)，将在反应容器产生的废气向反应容器外部的除害装置排气。排气部包含：主排气管(34)，第1端部与除害装置连接；分支排气管(33a、33b)，它们的第1端部与主排气管的第2端部连接；缓冲管(32)，管体沿上下方向延伸，管体在上下方向被分离为多个空间(63a、63b)，多个空间分别与分支排气管(33a、33b)的第2端部连接；排气连接部(31)，与缓冲管的空间(63a、63b)连接，沿上下方向延伸的开口(51a～51f)与反应容器连接。缓冲管的纵剖面的截面积大于排气连接部的纵剖面的截面积。

Description

玻璃母材的制造装置
技术领域
本发明涉及一种玻璃母材的制造装置。
背景技术
在专利文献1中公开了在反应容器的与燃烧器相对的面以多层设置有用于对废气进行排气的排气管的玻璃颗粒沉积体的制造装置。
在专利文献2中公开了使玻璃颗粒沉积于在反应容器内垂直地悬吊的初始棒的外周而制造出光纤母材的制造方法。上述反应容器以使净化气体冲向初始棒的母材有效区域方式设置有空气导入口。
专利文献1：日本特开2008－81359号公报
专利文献2：日本特开2019－31416号公报
例如，专利文献1的玻璃母材的制造装置从反应容器进行包含有剩余的玻璃颗粒的废气的排气，因此在反应容器内产生朝向排气管的气流。另外，在反应容器内，发生因烟囱效应引起的上升气流。特别地，如果所制造的玻璃母材为长条，则需要沿上下方向长的反应容器，烟囱效应变得显著，上升气流变强。
在玻璃合成燃烧器沿上下方向排列配置于初始棒的周围的情况下，由于各玻璃合成燃烧器的火炎而玻璃颗粒遍及初始棒的上下方向进行沉积。玻璃颗粒的沉积量根据沉积面的温度而不同。
如上述的朝向排气管的气流给各玻璃合成燃烧器的火炎的状态带来影响，因此由于形成气流的废气的流量及流速而沉积面的温度变化。当在初始棒的上下方向沉积面的温度不均匀的情况下，所制造的玻璃母材的上下方向即长度方向的外径有可能变动大。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种玻璃母材的制造装置，其能够抑制玻璃母材的长度方向的外径变动。
本发明的一个方式涉及的玻璃母材的制造装置，
在反应容器的内部使玻璃颗粒沉积于以沿上下方向延伸的旋转轴作为中心而旋转的初始棒的周围，制造出玻璃母材，
该玻璃母材的制造装置具有：
多个玻璃合成燃烧器，它们在所述反应容器的内部沿上下方向排列配置，生成所述玻璃颗粒；以及
排气部，其将在所述反应容器的内部生成的废气向在所述反应容器的外部设置的除害装置进行排气，
所述排气部包含：
主排气管，其第1端部与所述除害装置连接；
多个分支排气管，它们的第1端部与所述主排气管的第2端部连接；
缓冲管，其管体沿上下方向延伸，所述管体的内部在上下方向被分离为多个空间，所述多个空间分别与所述分支排气管各自的第2端部连接；以及
排气连接部，其与所述缓冲管的所述多个空间连接，所述排气连接部的沿上下方向延伸的开口与所述反应容器连接，
所述缓冲管的纵剖面的截面积大于所述排气连接部的纵剖面的截面积。
发明的效果
根据本发明涉及的玻璃母材的制造装置，能够抑制玻璃母材的长度方向的外径变动。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式涉及的玻璃母材的制造装置的结构的示意图。
具体实施方式
(本发明的实施方式的说明)
首先，列举本发明的实施方式而进行说明。
本发明的一个方式涉及的玻璃母材的制造装置，
(1)在反应容器的内部使玻璃颗粒沉积于以沿上下方向延伸的旋转轴作为中心而旋转的初始棒的周围，制造出玻璃母材，
该玻璃母材的制造装置具有：
多个玻璃合成燃烧器，它们在所述反应容器的内部沿上下方向排列配置，生成所述玻璃颗粒；以及
排气部，其将在所述反应容器的内部生成的废气向在所述反应容器的外部设置的除害装置进行排气，
所述排气部包含：
主排气管，其第1端部与所述除害装置连接；
多个分支排气管，它们的第1端部与所述主排气管的第2端部连接；
缓冲管，其管体沿上下方向延伸，所述管体的内部在上下方向被分离为多个空间，所述多个空间分别与所述分支排气管各自的第2端部连接；以及
排气连接部，其与所述缓冲管的所述多个空间连接，所述排气连接部的沿上下方向延伸的开口与所述反应容器连接，
所述缓冲管的纵剖面的截面积大于所述排气连接部的纵剖面的截面积。
根据所述结构的玻璃母材的制造装置，从反应容器排出的废气经由排气连接部而排出至缓冲管。缓冲管的纵剖面的截面积大于排气连接部的纵剖面的截面积，因此，关于废气的流动方向的每单位长度的内容积，缓冲管的内容积大于排气连接部的内容积。因此，缓冲管作为暂时积存从所连接的排气连接部流入的废气的缓冲器起作用，作用为遍及上下方向使排气连接部的排气压力均匀化。并且，缓冲管沿上下方向被分离为多个空间，排气连接部在与缓冲管的各空间连接的部分沿上下方向也被分隔。另外，缓冲管的各空间分别经由分支排气管及主排气管与除害装置连接，因此能够分别调整为不同的排气压力。由此，能够遍及上下方向而将排气连接部的排气压力调整为，在与缓冲管的各空间连接的部分分别实现均匀化。
与由于上升气流而在反应容器内产生的气压差对应地，如上述那样遍及上下方向而分别对排气连接部的排气压力进行调整，由此能够在玻璃颗粒的沉积面的上下方向上进一步减小废气的流量及流速的差。由此，能够使得在上下方向上沉积面的温度差变小。因此，能够抑制所制造的玻璃母材的上下方向即长度方向的外径变动。
另外，在容易受到上升气流的影响的上部的玻璃合成燃烧器，特别抑制了火炎的紊乱而玻璃颗粒的沉积量增加，因此能够提高针对所投入的玻璃原料的沉积效率。
并且，能够通过抑制反应容器内的上升气流而抑制反应容器上表面的温度上升，抑制反应容器上表面变形等劣化。
(2)所述排气连接部可以在该排气连接部的内部具有对废气的流量进行调整的多个气闸。
根据所述结构的玻璃母材的制造装置，能够在排气连接部的内部通过各气闸使针对废气的气流的阻力发生变化，而进行废气的流量及排气压力的微调整。由此，能够在上下方向上分别细微地对废气的流量及流速进行调整。
(3)所述排气连接部可以具有多个压差计，该压差计对该排气连接部的内部的压力与所述反应容器的外部的压力之差进行测定。
根据所述结构的玻璃母材的制造装置，能够通过多个压差计对上下方向的各部分的、排气连接部的内部的压力和反应容器的外部的压力(例如大气压)的压差即排气压力进行确认。如果与该压差的数值对应地在排气连接部的上下方向的各部分对压差进行调整，则能够更准确地调整废气的流量及流速。
(4)多个所述分支排气管可以分别具有对废气的流量进行调整的气闸。
根据所述结构的玻璃母材的制造装置，能够在各分支排气管，通过在各自的管内配置的气闸分别个别地进行废气的流量及流速的微调整。由此，能够个别地对从缓冲管的各空间流出的废气的流量及流速进行微调整。
(5)也可以是朝向所述初始棒的旋转轴而在所述排气部的相反侧具有净化室，该净化室向所述反应容器内供给净化气体，
所述净化室具有：
空气供给口，其向所述净化室内供给空气；以及
过滤器，其设置于所述空气供给口与所述反应容器之间，对所述空气进行除尘而得到所述净化气体，该过滤器的压力损失大于或等于50Pa，
所述过滤器设置为，至少将与配置有多个所述玻璃合成燃烧器的上下方向的范围对应的所述净化室内的范围覆盖。
根据所述结构的玻璃母材的制造装置，通过压力损失大于或等于50Pa的过滤器，而至少遍及反应容器内的配置有多个玻璃合成燃烧器的上下方向的范围供给净化气体。由此，能够使净化气体在多个玻璃合成燃烧器的附近作为流量及流速均匀的气流(所谓层流)而流动。因此，能够抑制各玻璃合成燃烧器的火炎的紊乱，因此沉积面的上下方向上的温度差变小，能够抑制玻璃母材的上下方向即长度方向的外径变动。
(本发明的实施方式的详细内容)
参照附图，对本发明的实施方式涉及的玻璃母材的制造装置的具体例进行说明。
此外，本发明不受这些例示所限定，而由权利要求书示出，包含与权利要求书等同的含义以及在范围内的所有变更。
图1是示出本发明的实施方式涉及的玻璃母材的制造装置的一个例子的示意图。
如图1所示，玻璃母材的制造装置1是如下装置，使通过基于玻璃合成燃烧器22的火炎的水解反应所生成的玻璃颗粒沉积于反应容器2内的初始棒21，制造出多孔质的玻璃母材23。
玻璃母材的制造装置1具有：反应容器2，其收容初始棒21；多个玻璃合成燃烧器22；排气部3，其设置于反应容器2的下游侧(图中的左侧)；以及净化室4，其设置于反应容器2的上游侧(图中的右侧)。
在反应容器2，在上壁设置有贯通孔，初始棒21配置为在上下方向将该贯通孔插入贯穿。另外，在反应容器2的内部，多个玻璃合成燃烧器22与初始棒21相对地沿上下方向排列安装。多个玻璃合成燃烧器22配置于初始棒21的上游侧(图中的右侧)。
玻璃合成燃烧器22根据玻璃原料气体和燃烧气体通过火炎水解反应而生成玻璃颗粒。燃烧气体例如包含氢(H2)及氧(O2)。玻璃原料气体例如包含四氯化硅(SiCl4)、硅氧烷等，还可以将四氯化锗(GeCl4)作为折射率调整材料而添加。折射率调整剂例如也可以使用磷、硼。在作为玻璃原料气体而使用四氯化硅和四氯化锗的情况下，在玻璃合成燃烧器22的火炎中生成以二氧化硅(SiO2)及二氧化锗(GeO2)为主成分的玻璃颗粒。
关于初始棒21，上端被旋转卡盘(省略图示)把持，以沿上下方向延伸的旋转轴X为中心进行旋转，并且通过移动单元(省略图示)而沿上下方向往复移动。
这样，玻璃母材的制造装置1成为如下结构，即，通过使初始棒21一边旋转一边沿旋转轴X的方向往复移动，从而多个玻璃合成燃烧器22相对于初始棒21相对地短程往复，使玻璃颗粒沉积。
在反应容器2的上游侧(图中的右侧)即朝向初始棒21的旋转轴X而与排气部3相反侧，设置有净化室4，该净化室4用于向反应容器2内供给净化气体CA。
净化室4具有空气供给口41和过滤器42。空气供给口41是设置于净化室4的上游侧(图中的右侧)的侧面，将从净化室4的外部经由空气供给管43而供给的空气A向净化室4内供给的开口。此外，空气供给口41及空气供给管43可以设置有多个。
过滤器42是对从空气供给口41供给的空气A进行除尘而变为净化气体CA的过滤器。该过滤器42设置为在空气供给口41和反应容器2之间，至少将与反应容器2的配置有多个玻璃合成燃烧器22的上下方向的范围对应的净化室4内的范围覆盖。
另外，过滤器42还作为用于生成规定的压力损失的部件起作用。过滤器42对过滤器42的上游侧(空气供给口41侧)和下游侧(反应容器2侧)之间设置规定的压力差、例如大于或等于50Pa的压力损失。
作为过滤器42，例如能够使用HEPA过滤器(High Efficiency Particulate AirFilter高效空气过滤器)等。
排气部3是将包含未沉积于初始棒21的剩余的玻璃颗粒等在内的废气从反应容器2内排出至反应容器的外部的部分。排气部3具有排气连接部31、缓冲管32、分支排气管33(33a、33b)和主排气管34。
排气连接部31构成将反应容器2和缓冲管32连接的排气部分。排气连接部31将从反应容器2排出的废气朝向缓冲管32送出。排气连接部31例如形成为在上下方向长的箱状，遍及从排气连接部31的上部至下部的范围而在上游侧的侧部形成有开口51(51a～51f)，在下游侧的侧部形成有开口52(52a～52f)。排气连接部31的内部在上下方向由沿左右方向延伸的分隔部件53分离为(本例中为6个)空间54a～54f。在各空间54a～54f的上游侧分别形成有各开口51a～51f，在各空间54a～54f的下游侧分别形成有各开口52a～52f。
上游侧的开口51(51a～51f)即反应容器2侧的开口51(51a～51f)与用于将废气排出的反应容器2的开口27连接。排气连接部31的开口51及反应容器2的开口27优选至少遍及与玻璃母材23的形成范围对应的上下方向的范围形成。
下游侧的开口52(52a～52f)即缓冲管32侧的开口52(52a～52f)与形成于缓冲管32的开口61(61a、61b)连接。开口52a～52f中的开口52a～52c与缓冲管32的开口61a连接。开口52a～52f中的开口52d～52f与缓冲管32的开口61b连接。
在排气连接部31的各空间54a～54f，设置有气闸55，该气闸55用于对从反应容器2向缓冲管32送出的废气的流量进行调整。气闸55例如由能够从外部对开闭状态进行控制的电动控制阀(例如蝶形阀等)构成。
另外，在排气连接部31的各空间54a～54f设置有压差计56，该压差计56对各空间54a～54f内的压力和反应容器2外的压力之差进行测定。反应容器2外的压力是设置有玻璃母材的制造装置1的场所的压力、例如大气压。压差计56安装于排气连接部31的气闸55的下游侧、即比气闸55靠缓冲管32侧。
缓冲管32作为将经由开口61(61a、61b)从排气连接部31流入的废气暂时积存的缓冲器起作用。缓冲管32由沿上下方向延伸的例如圆筒状的管体形成，管体的内部通过挡板部件62而在上下方向被分离为多个(本例中为2个)空间63(63a、63b)。
上侧的空间63a在形成于缓冲管32的上侧部分的开口61a处与排气连接部31的开口52a～52c连接。下侧的空间63b在形成于缓冲管32的下侧部分的开口61b处与排气连接部31的开口52d～52f连接。经过了排气连接部31的空间54a～54c的废气经由开口52a～52c而流入上侧的空间63a。经过了排气连接部31的空间54d～54f的废气经由开口52d～52f而流入下侧的空间63b。缓冲管32的穿过中心且与废气的流动方向正交的纵剖面的截面积形成得大于排气连接部31的与废气的流动方向正交的纵剖面的截面积。
在缓冲管32的与形成有开口61(61a、61b)的侧部相反侧的侧部、即缓冲管32的下游侧的侧部连接有分支排气管33(33a、33b)。
分支排气管33(33a、33b)将从缓冲管32送出的废气朝向主排气管34送出。分支排气管33(33a、33b)以与通过挡板部件62被分离的缓冲管32的空间63a、63b的数量相同的数量进行设置。在本例中，设置有2个分支排气管(33a和33b)。分支排气管33a与缓冲管32的上侧的空间63a连接。分支排气管33b与缓冲管32的下侧的空间63b连接。在分支排气管33a的内部设置有气闸71a，该气闸71a用于对从缓冲管32的上侧的空间63a向分支排气管33a送出的废气的流量进行调整。在分支排气管33b的内部设置有气闸71b，该气闸71b用于对从缓冲管32的下侧的空间63b向分支排气管33b送出的废气的流量进行调整。气闸71a、71b例如由能够从外部对开闭状态进行控制的电动控制阀(例如蝶形阀等)构成。
分支排气管33a、33b的下游侧的各端部都与主排气管34连接。
主排气管34将从分支排气管33a、33b送出的废气朝向除害装置(省略图示)送出。主排气管34的下游侧的端部、即与连接有分支排气管33a、33b侧的端部相反侧的端部连接于除害装置。除害装置是用于对废气进行清洗的装置。废气经由主排气管34被吸引至除害装置。
此外，在上述例子中，对缓冲管32通过1个挡板部件62而被分离为2个空间63(63a、63b)的结构进行了说明，但不限定于此，也可以分离为大于或等于3个的空间。例如，缓冲管32也可以通过2个挡板部件62而被分离为上侧、正中间、下侧这3个空间63。在该情况下，设置3个分支排气管33而各空间63分别与分支排气管33连接。经过了排气连接部31的空间54a、54b的废气经由开口52a、52b而流入缓冲管32的上侧的空间63。经过了排气连接部31的空间54c、54d的废气经由开口52c、52d而流入正中间的空间63。经过了排气连接部31的空间54e、54f的废气经由开口52e、52f而流入下侧的空间63。
如以上说明的那样，在玻璃母材的制造装置1，从反应容器2排出的废气经由排气连接部31而向缓冲管32排出。缓冲管32的纵剖面的截面积形成得大于排气连接部31的纵剖面的截面积，因此关于废气的流动方向的每单位长度的内容积，缓冲管32的内容积大于排气连接部31的内容积。因此，缓冲管32作为将从所连接的排气连接部31流入的废气暂时积存的缓冲器起作用，作用为遍及从排气连接部31的上部至下部的范围使排气连接部31的排气压力均匀化。并且，缓冲管32沿上下方向被分离为多个(例如2个)空间63(63a、63b)，与缓冲管32的各空间63a、63b连接的排气连接部31在上下方向也被分离为空间54a～54f。
另外，缓冲管32的各空间63a、63b经由分支排气管33a、33b及主排气管34与除害装置连接，因此能够将从缓冲管32的各空间63a、63b排出的废气的排气压力分别调整为不同的排气压力。
因此，根据玻璃母材的制造装置1的结构，能够遍及从排气连接部31的上部至下部的范围将排气连接部31的排气压力调整为，在与缓冲管32的各空间63a、63b连接的每个部分(空间54a～54f)均匀化。
与由于因反应容器2内的烟囱效应引起的上升气流而产生的反应容器2内的气压差对应地，如上述那样遍及从排气连接部31的上部至下部的范围，分别对排气连接部31的排气压力进行调整，由此能够在玻璃颗粒的沉积面的上下方向上进一步减小废气的流量及流速的差。由此，能够使沿上下方向排列配置的玻璃合成燃烧器22的火炎的状态稳定，因此能够使沉积面的温度在初始棒21的上下方向上均匀。因此，玻璃颗粒的沉积量变得恒定，能够抑制所制造的玻璃母材23的上下方向即长度方向的外径变动。
另外，玻璃母材的制造装置1通过在排气连接部31的各空间54a～54f设置的各气闸55的开闭状态而使针对废气的气流的阻力发生变化，由此能够对在各空间54a～54f流动的废气的流量及流速进行调整。由此，能够在排气连接部31的上下方向的各部处分别细微地调整废气的流量及流速。
另外，玻璃母材的制造装置1能够通过在排气连接部31的各空间54a～54f设置的压差计56，对排气连接部31的上下方向的各空间54a～54f的压力和反应容器2的外部的压力(例如大气压)的压差即排气压力进行测定。因此，通过基于测定出的压差值对排气连接部31的上下方向的各空间54a～54f的压差进行调整，能够更准确地对废气的流量及流速进行调整。
另外，玻璃母材的制造装置1能够通过在各分支排气管33a、33b内设置的各气闸71a、71b的开闭状态而使针对废气的气流的阻力发生变化，对在各分支排气管33a、33b流动的废气的流量及流速进行调整。由此，能够个别地对从缓冲管32的各空间63a、63b流出的废气的流量及流速进行微调整。
另外，玻璃母材的制造装置1的净化室4通过压力损失大于或等于50Pa的过滤器42，而至少遍及反应容器2内的配置有多个玻璃合成燃烧器22的上下方向的范围供给净化气体CA。由此，能够使净化气体CA在各玻璃合成燃烧器22的附近作为流量及流速均匀的气流(所谓层流)而流动。因此，能够抑制各玻璃合成燃烧器22的火炎的紊乱，因此沉积面的上下方向的温度差变小，能够抑制玻璃母材23的上下方向即长度方向的外径变动。此外，过滤器42可以是压力损失大于或等于100Pa的高性能过滤器，压力损失也可以大于或等于245Pa。通过增大过滤器42的压力损失，能够使净化气体CA作为流量及流速更均匀的气流而流动。在本说明书中，过滤器42的压力损失是指，将风量调整为风速达到2.5m/s的状态的压力损失。
以上，详细且参照特定的实施方式对本发明进行了说明，但对于本领域的技术人员而言，显然可以在不脱离本发明的精神和范围的前提下进行各种变更或修正。另外，上述说明的构成部件的数量、位置、形状等并不限定于上述实施方式，为了实施本发明，能够变更为适合的数量、位置、形状等。
标号的说明
1：玻璃母材的制造装置
2：反应容器
3：排气部
4：净化室
21：初始棒
22：玻璃合成燃烧器
23：玻璃母材
27：开口
31：排气连接部
32：缓冲管
33(33a、33b)：分支排气管
34：主排气管
41：空气供给口
42：过滤器
43：空气供给管
51(51a～51f)：开口
52(52a～52f)：开口
53：分隔部件
54a～54f：空间
55：气闸
56：压差计
61(61a、61b)：开口
62：挡板部件
63(63a、63b)：空间
71a、71b：气闸
A：空气
CA：净化气体
X：旋转轴

Claims (5)

1.一种玻璃母材的制造装置，其在反应容器的内部使玻璃颗粒沉积于以沿上下方向延伸的旋转轴作为中心而旋转的初始棒的周围，制造出玻璃母材，
该玻璃母材的制造装置具有：
多个玻璃合成燃烧器，它们在所述反应容器的内部沿上下方向排列配置，生成所述玻璃颗粒；以及
排气部，其将在所述反应容器的内部生成的废气向在所述反应容器的外部设置的除害装置进行排气，
所述排气部包含：
主排气管，其第1端部与所述除害装置连接；
多个分支排气管，它们的第1端部与所述主排气管的第2端部连接；
缓冲管，其管体沿上下方向延伸，所述管体的内部在上下方向被分离为多个空间，所述多个空间分别与所述分支排气管各自的第2端部连接；以及
排气连接部，其与所述缓冲管的所述多个空间连接，所述排气连接部的沿上下方向延伸的开口与所述反应容器连接，
所述缓冲管的纵剖面的截面积大于所述排气连接部的纵剖面的截面积。
2.根据权利要求1所述的玻璃母材的制造装置，其中，
所述排气连接部在该排气连接部的内部具有对废气的流量进行调整的多个气闸。
3.根据权利要求2所述的玻璃母材的制造装置，其中，
所述排气连接部具有多个压差计，该压差计对该排气连接部的内部的压力与所述反应容器的外部的压力之差进行测定。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的玻璃母材的制造装置，其中，
多个所述分支排气管分别具有对废气的流量进行调整的气闸。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的玻璃母材的制造装置，其中，
朝向所述初始棒的旋转轴而在所述排气部的相反侧具有净化室，该净化室向所述反应容器内供给净化气体，
所述净化室具有：
空气供给口，其向所述净化室内供给空气；以及
过滤器，其设置于所述空气供给口与所述反应容器之间，对所述空气进行除尘而得到所述净化气体，该过滤器的压力损失大于或等于50Pa，
所述过滤器设置为，至少将与配置有多个所述玻璃合成燃烧器的上下方向的范围对应的所述净化室内的范围覆盖。
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