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KR20100094749A - 광섬유 인발공정에서 사용되는 광섬유 냉각장치 및, 그 방법 - Google Patents

광섬유 인발공정에서 사용되는 광섬유 냉각장치 및, 그 방법 Download PDF

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KR20100094749A
KR20100094749A KR1020090013876A KR20090013876A KR20100094749A KR 20100094749 A KR20100094749 A KR 20100094749A KR 1020090013876 A KR1020090013876 A KR 1020090013876A KR 20090013876 A KR20090013876 A KR 20090013876A KR 20100094749 A KR20100094749 A KR 20100094749A
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KR
South Korea
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refrigerant
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optical fiber
cooling
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Withdrawn
Application number
KR1020090013876A
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박지상
박래혁
손순일
신형수
김지성
육태경
피중호
Original Assignee
엘에스전선 주식회사
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Abstract

본 발명에 따른 광섬유 냉각 장치 및 그 방법은 광섬유의 코팅 상태를 보다 정확하게 알려주는 코팅된 광섬유의 외경을 측정하여 냉매의 공급량과 재생량을 조절함으로써 광섬유의 코팅이 균일하게 이루어지도록 하고, 냉매의 공급량이 작더라도 냉각에 사용된 냉매의 재생량을 증가시킴으로써 냉매의 사용량을 줄일 수 있으며, 그 구성이 단순하기 때문에 설비비용을 줄일 수 있다는 장점을 가진다.
광섬유, 인발, 냉각, 냉매, He, 코팅

Description

광섬유 인발공정에서 사용되는 광섬유 냉각장치 및, 그 방법{Apparatus for cooling optical fiber used in optical fiber drawing process and, methods for cooling optical fiber}
본 발명은 광섬유 냉각장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 광섬유의 인발공정에서 광섬유의 코팅 상태를 보다 정확하게 알려주는 코팅된 광섬유의 외경을 측정하여 냉매의 공급량과 재생량을 조절함으로써 광섬유의 코팅이 균일하게 이루어지도록 하고, 냉매의 공급량이 작더라도 냉각에 사용된 냉매의 재생량을 증가시킴으로써 냉매의 사용량을 줄일 수 있으며, 그 구성이 단순하기 때문에 설비비용을 줄일 수 있는, 광섬유 냉각장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 광섬유 제조 공정은 MCVD, OVD,VAD 공법 등을 이용하여 광섬유 모재를 제조하는 모재 제조 공정과, 제조된 광섬유 모재를 고온의 로(Furnace)를 이용하여 용융시키고 가느다란(외경이 약 125 ㎛) 광섬유로 인발하는 광섬유 인발공정으로 크게 나뉠수 있다. 광섬유의 가격 경쟁력을 향상시키기 위해서 광섬유 제조 업체들은 모재 제조 공정의 개선을 통해 모재의 대형화를 추구하고, 광섬유 인발공정의 개선을 통해 광섬유 인발의 고속화를 추구하고 있다.
상기 광섬유 인발공정은 광섬유 모재를 용융시켜서 뽑아내는 단계와, 뽑아져 내려오는 광섬유를 냉각하는 단계와, 냉각된 광섬유를 코팅하는 단계와, UV 조사를 통해 광섬유 코팅을 경화시키는 단계 및, 최종적으로 스풀에 감는 단계로 나눠진다.
이 중에서 광섬유를 냉각하는 단계는 용융되어 뽑아진 고온의 광섬유를 코팅이 가능한 온도(100℃ 미만)로 감온시키기 위해 요구되는 필수적인 단계로서, 냉각이 제대로 이루어지지 않을 경우에는 코팅 두께가 얇아지는 현상, 코팅에 버블이 생기는 현상, 코팅액의 미끄러짐(slip)으로 인해 광섬유 나섬유의 인장강도(bare fiber tesion)가 정상적인 냉각 조건에서 냉각이 이루어진 경우에 비해 급격하게 달라지는 문제점 등이 발생하게 된다.
냉각 수준을 결정하는 요소 중에서 광섬유의 인발속도가 중요한데, 빠른 선속으로 인발될 경우에는 상대적으로 냉각이 불충분하게 이뤄지고, 느린 선속으로 인발될 경우에는 상대적으로 냉각이 안정되게 이루어진다.
즉, 인발의 고속화를 통해 가격경쟁력을 확보하기 위해서는 높은 인발속도에서도 충분히 냉각시킬 수 있는 냉각 기술이 필수적이라 할 수 있고, 이를 위해 고속의 인발 조건에서는 인위적인 냉각시스템을 사용하고 있다.
인위적인 냉각시스템은, 용융된 광섬유가 냉각관을 지나가도록 하고 냉각관 내부에 광섬유를 냉각시키기 위한 냉매(coolant)를 공급한다. 냉매는 광섬유의 열을 빼앗아 냉각관에 전달하게 되고, 냉각관으로 전달된 열은 대기 중으로 혹은 냉각관을 흐르는 냉각수 등으로 전달됨으로써 냉각이 이루어진다.
냉각관에 사용되는 냉매로서는 헬륨 기체가 널리 사용되는데, 이는 헬륨기체의 열전도도가 우수하여 광섬유를 효율적으로 냉각시킬 수 있기 때문이다.
그러나, 헬륨 기체의 가격이 고가(高價)이므로 광섬유의 가격 경쟁력을 악화시키는 요인이 되고 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 냉각관에서 광섬유를 냉각한 후 배출되는 냉매를 재사용할 수 있는 냉각장치가 제안되었다. 미국특허 US 5,377,491(이하, '선행기술 1'이라 함)는 이러한 냉각장치를 개시하고 있다.
도 1에 나타난 바와 같이, 상기 선행기술 1은 열교환기(heat exchanger)(1)로부터 배출된 냉매를 압축기(compressor)(5)를 이용하여 강제적으로 재생용기(7)로 이동시키고, 재생용기(7)의 냉매와 냉매저장탱크(8)의 냉매를 합쳐서 열교환기(1)로 공급한다.
열교환기(1)로부터 배출된 냉매는 제어부재(1a)와 측정부재(2a)를 경유한다. 제어부재(1a)는 열교환기(1)로부터 배출 및/또는 열교환기(1)에 유입되는 냉매의 흐름을 제어한다. 측정부재(2a)는 열교환기(1)로부터 배출되는 냉매의 유량을 측정 및 전송하고, 열교환기(1)로부터 배출된 냉매에 포함된 불순물(impurity)의 농도를 측정하며, 냉매의 압력을 측정한다. 측정부재(2a)에 의해 측정된 냉매의 유량과, 불순물의 농도 및, 측정부재(2a)와 얍력계(3)에 의해 측정된 압력에 따라 압축기(5)의 작동량과 냉매저장탱크(8)로부터 공급되는 냉매의 양이 정해진다. 한편, 미설명 참조부호 4는 냉매를 냉각시키는 냉각수단(cooling means)을 나타낸다.
이와 같이, 상기 선행기술 1은 여러 구간에 냉매의 상태(압력, 불순물의 농 도, 유량, 압력)를 모니터링하는 수단과 상기 수단을 제어하는 밸브 등이 있어서 냉매의 상태가 일정하도록 조절한다. 선행기술 1은 냉매 중의 일부를 재사용할 수 있기 때문에 냉매의 비용을 줄일 수 있다는 장점이 있다.
그러나, 선행기술 1은 장치의 구성이 복잡하고 제어부재(1a)와 측정부재(2a)와 각종 밸브 등의 설비 비용이 많이 소요되는 문제점이 있다. 또한, 선행기술 1은 광섬유의 냉각상태를 직접적으로 모니터링하여 냉매의 공급을 조절하는 것이 아니라 냉매상태(측정부재(2a)에 의해 측정되는, 냉매에 포함되는 불순물의 농도 등)를 모니터링하여 냉매의 공급을 조절하기 때문에 정확한 냉각을 구현하는 데에 한계가 있다.
한편, 도 2는 또 다른 냉각장치의 주요구성을 보여주고 있다. 상기 냉각장치는 미국특허 US 6,648,946(이하, '선행기술 2'라 함)에 개시된 것이다.
상기 선행기술 2는 헬륨 가스가 조절밸브(11)와, 입자필터(particulate filter)(12)와 이덕터(eductor)(13) 및 냉각기(14)를 경유하여 열교환기(heat exchanger)(15)에 공급되어 광섬유 등을 냉각시키고, 광섬유 등을 냉각시킨 후에 헬륨가스 중의 일부는 이덕더(13)의 흡입력에 의해 회수되고 나머지 일부는 외부로 배출된다. 즉, 헬륨가스 중 일부는 이덕더(13)의 흡입력에 의해 필터(16)를 경유하여 이덕터(13)로 이동한 후 입자필터(12)를 통하여 공급된 헬륨가스와 혼합된 다음 냉각기(14)를 경유하여 열교환기(15)에 공급된다. 이덕터(13)는 벤츄리(ventury) 구조를 가지는데, 입자필터(12)를 통과한 헬륨가스가 빠른 속도로 이덕터(13)를 통과하기 때문에 발생하는 흡입력에 의해 열교환기(15)의 헬륨가스가 흡입된다.
이와 같이, 선행기술 2는, 압축기(compressor)(5)를 이용한 강제재생 방식(선행기술 1)이 아닌, 이덕터(13)를 이용하여 유체흐름에 의한 냉매 재생을 구현한다. 선행기술 1에 비하여 선행기술 2는 측정부재(2a)와 제어부재(1a)와 압력계(3) 등의 부대 설비 없이도 냉매를 재생시킬 수 있기 때문에 설비 비용이 저렴하다는 장점이 있다.
그러나, 선행기술 2는 냉매 재생량을 결정하는 상기 흡입력이 냉매 공급량(입자필터(12)를 경유하여 이덕터(13)에 공급되는 헬륨가스의 양)에 의해 결정되기 때문에 냉매 공급량이 줄어들 경우에 냉매 재생량도 함께 줄어드는 문제점이 발생된다. 따라서, 냉매 공급량을 줄일 경우에 냉매 재생량도 함께 줄어들기 때문에 냉각 성능이 급격하게 낮아지는 문제점이 생긴다.
본 발명은 광섬유의 인발공정에서 광섬유의 코팅 상태를 보다 정확하게 알려주는 코팅된 광섬유의 외경을 측정하여 냉매의 공급량과 재생량을 조절함으로써 광섬유의 코팅이 균일하게 이루어지도록 하는, 광섬유 냉각장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 냉매의 공급량이 작더라도 냉각에 사용된 냉매의 재생량을 증가시킴으로써 냉매의 사용량을 줄일 수 있는, 광섬유 냉각장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 그 구성이 단순하기 때문에 설비비용을 줄일 수 있는, 광섬유 냉각장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 광섬유 냉각장치는, 인발된 광섬유가 그 내부를 통과하면서 냉각되는 냉각관; 상기 내부를 통과하는 광섬유를 냉각시키기 위해서 저장탱크로부터 공급된 냉매와 회수부에 의해 회수된 냉매를 냉각관에 공급하는 공급부; 냉각관과 공급부를 연결하도록 설치되어 냉각관에서 광섬유를 냉각시킨 후의 냉매를 회수하여 공급부로 공급하는 상기 회수부; 냉각관을 경유하면서 냉각된 후 코팅된 광섬유의 외경을 측정하는 외경측정부; 및, 외경측정부에서 측정된 외경에 따라 저장탱크로부터 공급되는 냉매의 양과 회수부에 의해 회수되는 냉매의 양을 조절하는 제어부;를 포함한다.
바람직하게, 제어부는 상기 외경을 기준값과 비교하여 외경이 기준값보다 작은 경우에는 저장탱크로부터 공급되는 냉매의 양을 증가시키고 상기 외경이 기준값보다 큰 경우에는 저장탱크로부터 공급되는 냉매의 양을 감소시킨다.
여기에서, 제어부는 상기 외경을 기준값과 비교하여 외경이 기준값보다 작은 경우에는 회수부에 의해 회수되는 냉매의 양을 증가시키고 외경이 기준값보다 큰 경우에는 회수부에 의해 회수되는 냉매의 양을 감소시키는 것이 바람직하다.
바람직하게, 공급부는, 저장탱크와 연결되어 저장탱크로부터 배출되는 냉매의 양을 조절하는 유량 제어부재; 및, 저장탱크로부터 이동된 냉매와 회수부에 의해 회수된 냉매를 냉각시키는 냉각부재;를 포함한다.
여기에서, 회수부는 냉각관 내부의 냉매를 공급부로 이동시키는 회수부재를 포함하고, 회수부재에 의해 이동되는 냉매의 양은 제어부에 의해 조절되는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면인 광섬유 냉각방법은, 인발된 광섬유가 냉각관을 통과하도록 하여 냉매에 의해 광섬유가 냉각되도록 하는 단계; 저장탱크로부터 이동된 냉매와 냉각관으로부터 회수된 냉매를 냉각관으로 공급하는 단계; 냉각관을 경유하면서 냉각된 후 코팅된 광섬유의 외경을 측정하는 단계; 및, 상기 외경과 기준값을 비교하여 저장탱크로부터 공급되는 냉매의 양과 냉각관으로부터 회수되는 냉매의 양을 조절하는 단계;를 포함한다.
바람직하게, 상기 외경을 기준값과 비교하여 외경이 기준값보다 작은 경우에는 저장탱크로부터 공급되는 냉매의 양을 증가시키고 외경이 기준값보다 큰 경우에는 저장탱크로부터 공급되는 냉매의 양을 증가시킨다.
여기에서, 상기 외경을 기준값과 비교하여 외경이 기준값보다 작은 경우에는 회수부에 의해 회수되는 냉매의 양을 증가시키되 회수되는 냉매의 양이 미리 정해진 양보다는 작도록 하고, 외경이 기준값보다 큰 경우에는 회수부에 의해 회수되는 냉매의 양을 감소시키는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른, 광섬유 인발공정에서 사용되는 광섬유 냉각장치 및 그 방법은 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 광섬유의 인발공정에서 광섬유의 코팅 상태를 보다 정확하게 알려주는 코팅된 광섬유의 외경을 측정하여 냉매의 공급량과 재생량을 조절함으로써 광섬유 의 코팅이 균일하게 이루어지도록 한다.
둘째, 냉매의 공급량이 작더라도 냉각에 사용된 냉매의 재생량을 증가시킴으로써 냉매의 사용량을 줄일 수 있다.
셋째, 구성이 단순하기 때문에 설비비용을 줄일 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조로 본 발명에 대해서 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 실시예들에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
일반적으로, 코팅된 광섬유의 외경(아래에서는 '외경'이라고 함)은 광섬유의 냉각상태에 의해 결정되고, 상기 냉각상태는 냉매의 유량과 광섬유의 인발 선속 등에 의해 결정된다. 상기 외경은 인발 선속(광섬유의 선속)에 반비례한다.
본 발명에 따른 광섬유 냉각장치는 광섬유 인발공정에서 인발된 광섬유를 냉매를 사용하여 냉각시키는데, 코팅된 광섬유의 외경을 측정하여 냉매의 공급량과 회수되는 냉매의 양(재생량)을 조절한다는 특징을 가진다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광섬유 냉각장치를 보여주는 구성도이다.
도면을 참조하면, 상기 광섬유 냉각장치(100)는 인발된 광섬유(20)를 냉각시키는 냉각관(30)과, 냉매를 냉각관(30)에 공급하는 공급부와, 냉각관(30)과 공급부를 연결하도록 설치되어 냉각관(30)에서 광섬유(20)를 냉각시킨 후의 냉매를 회수하여 공급부로 공급하는 회수부와, 냉각관(30)을 경유하면서 냉각된 후 코팅된 광섬유(20)의 외경을 측정하는 외경측정부(40) 및, 외경측정부(40)에서 측정된 외경에 따라 냉각관(30)에 공급되는 냉매의 양을 조절하는 제어부(50)를 포함한다.
냉각관(30)은 길이 방향으로 형성된 중공부를 가진다. 인발된 광섬유(20)는 상기 중공부를 통하여 이동되면서 냉매에 의하여 냉각된다. 중공부에는 공급관(69)과 회수관(71)이 연결된다. 공급관(69)을 통하여 냉매가 공급되고, 광섬유(20)를 냉각시킨 후의 냉매는 외부로 배출되거나 회수관(71)을 통하여 필터부재(72)로 이동된다.
공급부는 냉각관(30)의 내부를 통과하는 광섬유(20)를 냉각시키기 위해서 저장탱크(61)로부터 공급된 냉매와 회수부에 의해 회수된 냉매를 냉각관(30)에 공급한다.
공급부는 저장탱크(61)에 연결된 유량 제어부재(62)와, 유량 제어부재(62)를 경유한 냉매와 회수부에 의해 회수된 냉매를 냉각시키는 냉각부재(63)와, 냉각부재(63)를 경유한 냉매의 유량을 측정하는 제1 유량계(64)를 포함한다.
저장탱크(61)는 냉매를 저장하는 탱크이다. 냉매로는 헬륨 가스, 질소 가스, 수소 가스, 이산화탄소 가스 등이 사용될 수 있다. 유량 제어부재(62)는 제어부(50)의 제어에 의해 저장탱크(61)로부터 배출되는 냉매의 유량을 조절한다. 솔레노이드 밸브 등이 유량 제어부재(62)로 사용될 수 있다. 유량 제어부재(62)를 경유한 냉매는 회수부에 의해 회수된 냉매와 함께 냉각부재(63)로 이동된다.
냉각부재(63)는 냉매를 냉각시키는 부재로서, 선행기술 1의 냉각수단(4) 또는 선행기술 2의 냉각기(14)와 동일한 구조를 가진다.
제1 유량계(64)는 냉각관(30)으로 공급되는 냉매의 유량을 측정한다. 제1 유량계(64)로는 통상적인 유량 측정장치가 사용될 수 있다.
회수부는 냉각관(30)과 공급부를 연결하도록 설치되어 냉각관(30)에서 광섬유(20)를 냉각시킨 후의 냉매를 회수하여 공급부로 이동시킨다. 회수부는 냉각관(30)으로부터 회수된 냉매에 포함된 이물질을 제거할 수 있도록 회수관(71)에 연결된 필터부재(72)와, 회수된 냉매의 유량을 측정하는 제2 유량계(73)와, 필터부재(72)를 경유한 냉매를 공급부로 이동시키는 회수부재(75) 및, 회수되는 냉매의 양을 조절하는 조절밸브(74)를 포함한다.
필터부재(72)는 회수된 냉매에 포함된 입자(particle) 등을 제거하고, 제2 유량계(73)는 필터부재(72)를 통과한 냉매의 유량을 측정한다.
회수부재(75)는 흡입력을 발생시켜 냉각관(30) 내부의 냉매를 강제로 흡입하는 부재이다. 회수부재(75)로는 진공펌프 또는 압축기 등이 사용될 수 있다.
조절밸브(74)는 제어부(50)의 제어에 의해 개폐되는 정도가 조절되는 밸브이다. 예를 들어, 코팅된 광섬유(20)의 외경이 기준값보다 작아지면 조절밸브(74)의 개방을 크게 하여 재생되는 냉매의 양을 크게 하고 코팅된 광섬유(20)의 외경이 기준값보다 커지면 조절밸브(74)의 개방을 작게 하여 재생되는 냉매의 양을 작게 한다. 한편, 상기 흡입력이 일정 수준을 넘어서서 재생되는 냉매의 양이 과도한 경우에는 냉각관(30)에 유입되는 외부 기체의 양이 많아지기 때문에 광섬유(20)의 냉각상태가 불량해져서 코팅된 광섬유(20)의 외경이 오히려 작아질 수도 있는데, 이러한 점은 아래에서 설명된다.
회수부재(75)의 후방에는 소정 크기의 챔버(76)가 설치되는 것이 바람직한데, 상기 챔버(76)는 회수부재(75)를 통과한 냉매의 압력 변동(pressure fluctuation)을 줄여주고 냉매의 흐름 제어를 용이하게 할 수 있도록 한다. 챔버(76)를 경유한 냉매는 저장탱크(61)로부터 공급된 냉매와 혼합된 후 냉각부재(63)로 이동된다.
한편, 냉각관(30)을 통과하면서 냉각된 광섬유(20)는 코팅부재(80)에 의하여 코팅된다. 상기 코팅부재(80)는 통상적인 구조를 가지므로 여기서는 자세한 설명을 생략하기로 한다. 코팅부재(80)를 경유한 광섬유(20)는 외경측정부(40)로 이동된다.
외경측정부(40)는 코팅된 광섬유(20)의 외경을 측정하고, 측정된 외경의 데이터를 제어부(50)에 전달한다. 광섬유(20)의 외경을 측정하는 통상적인 장치가 외경측정부(50)에 구비된다.
제어부(50)는 외경측정부(40)에서 측정된 외경에 따라 저장탱크(61)로부터 공급되는 냉매의 양과 회수부에 의해 회수되는 냉매의 양을 조절하여 적절한 코팅 이 이루어지도록 한다.
예를 들어, 제어부(50)는 측정된 외경이 기준값보다 작은 경우에 유량 제어부재(62)를 조절하여 저장탱크(61)로부터 공급되는 냉매의 양을 증가시킨다. 저장탱크(61)로부터 공급되는 냉매의 양을 증가시키는 것에 대한 대안으로서, 제어부(50)는 조절밸브(74)를 조절하여 회수되는 냉매의 양을 증가시킬 수 있다. 상기 두 가지 방안에 대한 대안으로서, 저장탱크(61)로부터 공급되는 냉매의 양과 회수되는 냉매의 양(재생량)을 모두 증가시킬 수도 있다.
저장탱크(61)로부터 공급되는 냉매의 양이 증가하거나 회수되는 냉매의 양이 증가하면 냉각관(30) 내부에서 냉매의 이동 속도가 빨라지기 때문에 광섬유(20)의 냉각이 효과적으로 이루어진다. 한편, 회수되는 냉매의 양이 미리 정해진 양(상한치)을 넘어서면 외부 공기가 냉각관(30)으로 많이 유입되기 때문에 냉각에 효과적이지 못하다.
즉, 도 4에 나타난 바와 같이, 저장탱크(61)로부터 공급되는 냉매의 양(도 4에 '인입량'이라고 기재됨)이 많아짐에 따라 광섬유(20)의 냉각은 효과적으로 이루어지고 코팅된 광섬유(20)의 외경도 커지지만, 냉매의 비용때문에 인입량을 무한정으로 늘리는 것은 바람직하지 못하고 냉매를 회수하여 사용하는 것이 바람직하다. 한편, 회수되는 냉매의 양(도 4에 '재생량'이라 기재됨)이 미리 정해진 양 즉, 상한치가 될 때까지는 외경이 커지지만, 재생량이 상기 상한치를 넘어서면 외경이 오히려 줄어든다. 이것은 상기 상한치까지는 냉각관(30) 내부에서 냉매의 이동속도가 빨라지기 때문에 냉각효과가 커지다가 상기 상한치를 넘어서면 외부공기의 유입량 이 커지기 때문에 냉매의 순도가 떨어져서 냉각이 효과적으로 이루어지지 못하기 때문이다. 도 4를 참조하면 상기 상한치는 재생량이 인입량의 3배 이상 4배 이하인 경우임을 알 수 있는데, 상한치는 장치(100)의 구체적인 구조에 따라 달라질 수 있다.
상기 인입량과 재생량의 최적값은 장치(100)의 구체적인 사양 즉, 냉각관(30)의 구조와 재질, 대기 온도, 냉각수 온도, 인발온도, 광섬유(20)의 선속 등 여러가지 조건에 의해 결정된다. 최적의 냉각상태를 구현하고 균일한 외경을 얻기 위해서는 도 5의 ①영역(파란색 영역)에 해당하는 인입량과 재생량을 가지는 것이 바람직하다. 도 5에서 x축과 y축의 단위는 slpm(standard liter per minute)이다.
한편, 상기 외경이 기준값보다 크면 제어부(50)는 유량 제어부재(62)를 조절하여 저장탱크(61)로부터 공급되는 냉매의 양을 감소시킨다. 저장탱크(61)로부터 공급되는 냉매의 양을 감소시키는 것에 대한 대안으로서, 제어부(50)는 조절밸브(74)를 조절하여 회수되는 냉매의 양을 감소시킬 수 있다. 상기 두 가지 방안에 대한 대안으로서, 저장탱크(61)로부터 공급되는 냉매의 양과 회수되는 냉매의 양(재생량)을 모두 감소시킬 수도 있다.
아래의 표 1은 본 발명에 따른 장치(100)에서 인입량과 재생량과 외경의 관계를 보여준다.
<표 1>
인입량(slpm) 재생량(slpm) 외경(㎛) 냉각상태


9		 10 235 불충분
20 242 충분
30 247 충분
40 250 충분
50 245 충분
60 233 불충분


12		 10 237 불충분
20 244 충분
30 250 충분
40 254 충분
50 253 충분
60 240 충분


15		 10 240 충분
20 248 충분
30 254 충분
40 258 충분
50 259 충분
60 258 충분
아래의 표 2는 선속이 1500mpm인 경우에 인입량과 재생량을 조절하면서 행한 실시예들을 보여주고, 표 3은 선속이 1600mpm인 경우에 인입량과 재생량을 조절하면서 행한 실시예들을 보여준다.
<표 2>
선속
[mpm]		 외경
[㎛] 		인입량
[lpm]		 재생량
[lpm]		 총 냉매량
[lpm]		 비고
기준 1500 250 10 15 25
실시예1 1500 251→250 10→9 15 25→24 인입량을 감소시켜 외경이 250㎛ 되도록 함
실시예2 1500 249→250 10 15→17 25→27 재생량을 증가시켜 외경이 250㎛ 되도록 함
실시예 1은 불특정 원인에 의해 냉각상태가 증가하여 외경이 251㎛가 된 경우에 인입량을 9(lpm, liter per minute)으로 감소시켜 외경이 250㎛가 되도록 하였고, 실시예 2는 불특정 원인에 의하여 냉각상태가 감소하여 외경이 249㎛가 된 경우에 재생량을 17(lpm)으로 증가시켜 외경이 250㎛가 되도록 하였다.
<표 3>
선속
[mpm]		 외경
[㎛] 		인입량
[lpm]		 재생량
[lpm]		 총 냉매량
[lpm]		 비고
기준 1600 250 10 17 27
실시예3 1600 251→250 10→9 17 27→26 인입량을 감소시켜 외경이 250㎛ 되도록 함
실시예4 1600 249→250 10 17→21 27→31 재생량을 증가시켜 외경이 250㎛ 되도록 함
실시예 3은 불특정 원인에 의해 냉각상태가 증가하여 외경이 251㎛가 된 경우에 인입량을 9(lpm)으로 감소시켜 외경이 250㎛가 되도록 하였고, 실시예 4는 불특정 원인에 의하여 냉각상태가 감소하여 외경이 249㎛가 된 경우에 재생량을 21(lpm)으로 증가시켜 외경이 250㎛가 되도록 하였다.
한편, 본 발명에 따른 광섬유 냉각장치(100)를 사용하면 냉매를 회수하여 사용할 수 있기 때문에 냉매의 사용량을 줄일 수 있다. 즉, 회수부재(75)를 이용하여 강제적으로 냉매를 흡입하기 때문에 이덕터(13)를 사용하는 선행기술 2 및 냉매를 회수하지 않는 경우에 비해서 냉매의 사용량을 줄일 수 있다. 도 6은 냉매를 회수하지 않는 경우(재생장치 미사용)와, 선행기술 2와, 본 발명에 있어서의 헬륨기체 사용량을 비교한 그래프이다. 도 6에 나타난 바와 같이, 본 발명은 냉매를 회수하지 않는 경우보다 냉매의 사용량을 60% 절감할 수 있고, 선행기술 2에 비하여 냉매의 사용량을 33%정도 절감할 수 있다.
아울러, 선행기술 1은 냉매 상태를 모니터링하여 냉각상태를 예측하기 때문에 냉매 상태를 모니터링 및 제어하기 위한 제어부재(1a)와 측정부재(2a)와 각종 밸브 등과 같은 설비가 필요하여 그 제조 비용이 많이 소요된다. 이에 비하여, 본 발명은 코팅된 광섬유(20)의 외경을 직접 측정하고 인입량(저장탱크(61)로부터 공급되는 냉매의 양)과 재생량(회수부에 의해 냉각관(30)으로부터 회수되는 냉매의 양)만을 제어하기 때문에 그 구성이 간단하다. 따라서, 본 발명은 그 제조비를 대폭 절감할 수 있다.
또한, 본 발명은 코팅된 광섬유(20)의 외경을 직접 측정하여 냉매의 유량을 제어하기 때문에 상기 외경의 편차가 작다. 이에 비하여, 선행기술 1은 냉매의 상태를 모니터링하여 냉각상태를 예측하기 때문에 정확한 냉각을 구현하는데 어려움이 있고, 이에 따라 코팅상태가 불균일해진다는 문제점이 있다. 도 7은 선행기술 1,2와 본 발명에서의 외경의 편차를 보여준다. 도 7에 나타난 바와 같이, 본 발명에서의 편차는 선행기술 1의 50%, 선행기술 2의 40%에 불과함을 알 수 있다.
한편, 본 발명은 냉각부재(63)를 이용하여 냉매를 냉각시킨 후 냉각관(30)에 공급한다. 도 8은 냉각부재(63)를 구비한 경우(개선)와 구비하지 않은 경우(기존)를 비교한 것이다. 도 8에 나타난 바와 같이, 냉각부재(63)를 이용하는 경우에는 일정한 온도의 냉매를 공급할 수 있음에 비하여, 냉각부재(63)를 구비하지 않은 경우에는 계절별로 상이한 온도의 냉매가 공급됨을 알 수 있다.
그러면, 본 발명에 따른 광섬유 냉각장치(100)의 작동과정을 설명하기로 한다.
먼저, 저장탱크(61)에 저장된 냉매가 유량 조절부재(62)와 냉각부재(63) 및 제1 유량계(64)를 경유하여 냉각관(30)에 공급된다. 이 때, 회수부에 의해 냉각관(30)으로부터 회수된 냉매도 함께 냉각관(30)으로 공급된다. 냉각관(30)에 공급 된 냉매는 광섬유(20)를 냉각시킨 후 외부로 배출되거나 회수관(71)으로 흡입된다.
회수관(71)으로 이동된 냉매는 필터부재(72)와 제2 유량계(73)와 조절밸브(74)와 회수부재(75) 및 챔버(76)를 경유하여 냉각부재(63)로 공급된다. 냉각부재(63)로 공급된 냉매(재생된 냉매)는 저장탱크(61)로부터 이동된 냉매(새로이 공급된 냉매)와 함께 냉각된 후, 제1 유량계(63)를 경유하여 냉각관(30)에 다시 공급된다.
한편, 냉각관(30)으로부터 배출된 광섬유(20)는 코팅된 후 외경 측정부(40)에서 그 외경이 측정되고, 상기 외경에 대한 데이터는 제어부(50)로 전달된다. 상기 외경이 기준값보다 작은 경우에 제어부(50)는 유량 제어부재(62)를 조절하여 저장탱크(61)로부터 공급되는 냉매의 양을 증가시키거나, 조절밸브(74)를 조절하여 냉각관(30)에서 흡입되는 냉매의 양을 증가시키거나, 유량 제어부재(62)와 조절밸브(74)를 함께 조절하여 저장탱크(61)로부터 공급되는 냉매의 양과 냉각관(30)에서 회수되는 냉매의 양을 모두 증가시킨다.
저장탱크(61)로부터 공급되는 냉매의 양이 증가되면 냉각이 충분히 이루어지기 때문에 상기 외경이 증가하고, 냉각관(30)에서 회수되는 냉매의 양이 증가되면 냉각관(30) 내부에서 냉매의 유속이 빨라지기 때문에 냉각이 충분히 이루어져서 상기 외경이 증가한다. 그러나, 냉각관(30)에서 회수되는 냉매의 양이 상한치를 넘어서면 외부공기가 냉각관(30)으로 과도하게 유입될 수 있기 때문에 냉각효과가 떨어지게 되어 상기 외경이 작아지게 될 수 있음은 전술한 바와 같다.
한편, 상기 외경이 기준값보다 큰 경우에 제어부(50)는 유량 제어부재(62)를 조절하여 저장탱크(61)로부터 공급되는 냉매의 양을 감소시키거나, 조절밸브(74)를 조절하여 냉각관(30)에서 흡입되는 냉매의 양을 감소시키거나, 유량 제어부재(62)와 조절밸브(74)를 함께 조절하여 저장탱크(61)로부터 공급되는 냉매의 양과 냉각관(30)에서 흡입되는 냉매의 양을 모두 감소시킨다. 저장탱크(61)로부터 공급되는 냉매의 양이 감소되거나 냉각관(30)에서 회수되는 냉매의 양이 감소되면 광섬유(20)의 냉각효과가 줄어들기 때문에 상기 외경이 줄어들게 된다.
도 1은 종래기술에 따른 광섬유 냉각장치를 보여주는 구성도.
도 2는 또 다른 종래기술에 따른 광섬유 냉각장치를 보여주는 구성도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광섬유 냉각장치를 보여주는 구성도.
도 4는 도 1의 광섬유 냉각장치를 이용할 경우에 냉매의 공급량과 냉매의 회수량 및 코팅된 광섬유 외경의 관계를 보여주는 그래프.
도 5는 바람직한 인입량과 재생량의 범위를 보여주는 도면
도 6은 냉매를 회수하지 않는 경우와, 선행기술 2와, 본 발명에 있어서 헬륨기체 사용량을 비교한 그래프.
도 7은 선행기술 1과 선행기술 2 및 본 발명에 있어서 코팅된 광섬유의 외경편차를 보여주는 그래프.
도 8은 냉각관에 공급되는 냉매의 온도를 계절별로 보여주는 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
20 : 광섬유 30 : 냉각관
40 : 외경 측정부 50 : 제어부
61 : 저장탱크 62 : 유량 제어부재
63 : 냉각부재 64 : 제1 유량계
69 : 공급관 71 : 회수관
72 : 필터부재 73 : 제2 유량계
74 : 조절밸브 75 : 회수부재
76 : 챔버 80 : 코팅부재
100 : 광섬유 냉각장치

Claims (8)

  1. 인발된 광섬유가 그 내부를 통과하면서 냉각되는 냉각관;
    상기 내부를 통과하는 광섬유를 냉각시키기 위해서 저장탱크로부터 공급된 냉매와 회수부에 의해 회수된 냉매를 냉각관에 공급하는 공급부;
    냉각관과 공급부를 연결하도록 설치되어 냉각관에서 광섬유를 냉각시킨 후의 냉매를 회수하여 공급부로 공급하는 상기 회수부;
    냉각관을 경유하면서 냉각된 후 코팅된 광섬유의 외경을 측정하는 외경측정부; 및
    외경측정부에서 측정된 외경에 따라 저장탱크로부터 공급되는 냉매의 양과 회수부에 의해 회수되는 냉매의 양을 조절하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 냉각장치.
  2. 제1항에 있어서,
    제어부는 상기 외경을 기준값과 비교하여 외경이 기준값보다 작은 경우에는 저장탱크로부터 공급되는 냉매의 양을 증가시키고 상기 외경이 기준값보다 큰 경우에는 저장탱크로부터 공급되는 냉매의 양을 감소시키는 것을 특징으로 하는 광섬유 냉각장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    제어부는 상기 외경을 기준값과 비교하여 외경이 기준값보다 작은 경우에는 회수부에 의해 회수되는 냉매의 양을 증가시키고 외경이 기준값보다 큰 경우에는 회수부에 의해 회수되는 냉매의 양을 감소시키는 것을 특징으로 하는 광섬유 냉각장치.
  4. 제1항에 있어서,
    공급부는,
    저장탱크와 연결되어 저장탱크로부터 배출되는 냉매의 양을 조절하는 유량 제어부재; 및
    저장탱크로부터 이동된 냉매와 회수부에 의해 회수된 냉매를 냉각시키는 냉각부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 냉각장치.
  5. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    회수부는 냉각관 내부의 냉매를 공급부로 이동시키는 회수부재를 포함하고, 회수부재에 의해 이동되는 냉매의 양은 제어부에 의해 조절되는 것을 특징으로 하는 광섬유 냉각장치.
  6. 인발된 광섬유가 냉각관을 통과하도록 하여 냉매에 의해 광섬유가 냉각되도록 하는 단계;
    저장탱크로부터 이동된 냉매와 냉각관으로부터 회수된 냉매를 냉각관으로 공 급하는 단계;
    냉각관을 경유하면서 냉각된 후 코팅된 광섬유의 외경을 측정하는 단계; 및
    상기 외경과 기준값을 비교하여 저장탱크로부터 공급되는 냉매의 양과 냉각관으로부터 회수되는 냉매의 양을 조절하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 냉각 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 외경을 기준값과 비교하여 외경이 기준값보다 작은 경우에는 저장탱크로부터 공급되는 냉매의 양을 증가시키고 외경이 기준값보다 큰 경우에는 저장탱크로부터 공급되는 냉매의 양을 증가시키는 것을 특징으로 하는 광섬유 냉각 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 외경을 기준값과 비교하여 외경이 기준값보다 작은 경우에는 회수부에 의해 회수되는 냉매의 양을 증가시키되 회수되는 냉매의 양이 미리 정해진 양보다는 작도록 하고, 외경이 기준값보다 큰 경우에는 회수부에 의해 회수되는 냉매의 양을 감소시키는 것을 특징으로 하는 광섬유 냉각 방법.
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