专利名称：多管燃烧器及采用此多管燃烧器制造玻璃预型体的方法
技术领域：
本发明涉及一种多管燃烧器，以及一种采用此多管燃烧器的制造方法。
上述工艺过程所采用的燃烧器包括一个多管燃烧器，其中在合成细玻璃颗粒过程中用于各种气体的多个喷气喷嘴采用同心圆配置；以及一个多重喷嘴燃烧器，其中在采用同心圆配置而设置的多个可燃气体喷嘴之间设置多个助燃气体喷嘴。这些燃烧器通常采用石英玻璃制作，以便避免杂质污染。
然而，如果采用现有燃烧器连续进行大量玻璃预型体的制造，随时间的推移，在燃烧器末端部分会发生因其上粘附有细玻璃以及类似的颗粒而引起的污染。如果在燃烧器的末端出现诸如上述问题，则细玻璃颗粒的堆积效率会降低，因此得不到品质一致的玻璃预型体。例如，随着制造玻璃预型体数量的增加，会出现在相同生产条件下所得到的玻璃预型体的外直径逐渐变小的问题。
如果假设化学反应将所有使用的玻璃原料气体都转变为细玻璃颗粒，则将细玻璃颗粒堆积率定义为在启动件中所堆积的细玻璃颗粒量总数相对细玻璃颗粒总数的比值。
如果玻璃预型体的外直径逐渐变小，则采用VAD法不能够得到目标波长色散值(the target wavelength dispersion value)或目标拉伸直径(thetarget draw diameter)。而且，采用OVD方法也不能够得到目标波长色散值以及模式场直径(the mode field diameter)等量。此外，如果多孔玻璃预型体的外直径逐渐变小，则其容积密度(bulk density)改变并且部分多孔玻璃预型体会发生破裂。如果发生这种情况，则最终得到的光纤基材的产量将下降。
本发明的多管燃烧器包括一个最外层的圆柱状喷嘴，以及共轴安装在该最外层喷嘴之内的至少一个内部圆柱状喷嘴，以对用于制造玻璃预型体的气体形成环形喷气孔，并且最外层喷嘴的外圆周的中心轴和每个内喷嘴的末端部分之间的夹角为90°，误差不超过±3°。
在此多管燃烧器中，多管燃烧器的最外层喷嘴的外圆周的中心轴和最外层喷嘴内侧喷嘴的内圆周和外圆周的中心轴的距离优选地不大于0.20mm。
本发明的第二方面的一种多管燃烧器，包括一个圆柱状最外层的喷嘴和共轴安装在最外层喷嘴内部的至少一个内部喷嘴，以对用于制造玻璃预型体的气体形成环形喷气孔，并且最外层喷嘴的外圆周的中心轴和内部喷嘴的内圆周和外圆周的每个中心轴距离不超过0.20mm。
对于多管燃烧器，当采用这种多管燃烧器时可以消除制造玻璃预型体过程中的玻璃预型体外直径的改变，并且能够连续大量制造品质一致的玻璃预型体。因此，采种这种多管燃烧器制造的玻璃预型体具有良好的质量，从而使玻璃预型体的产量增加。
本发明的一种玻璃预型体的制造方法，包括采用上述多管燃烧器之一生产细玻璃颗粒，在启动件的外周部分和底端部分堆积细玻璃颗粒，并且对所堆积的细玻璃颗粒进行热处理，从而得到玻璃预型体。
图2所示为本发明的多管燃烧器的第一实施例的剖面示意图。
图3A和图3B所示为说明多管燃烧器特性的平面和剖面图。
图4所示为示意本发明的实施例的制造方法所采用的装置的剖面图。
图5所示为当采用实例1的多管燃烧器和对比实例1的多管燃烧器而连续制造一百个玻璃预型体时，玻璃预型体的外直径的变化曲线。
图6所示为当采用实例2的多管燃烧器和对比实例2的多管燃烧器而连续制造一百个玻璃预型体时，玻璃预型体的外直径的变化曲线。
在此多管燃烧器10中，一个圆柱状第一喷嘴1基本设置在其末端部分的中心。环绕第一喷嘴1的外圆周并与其共轴安装一个圆柱状第二喷嘴2。并且，采用同样方式安装一个圆柱状第三喷嘴3，一个圆柱状第四喷嘴4，以及一个最外层的圆柱状喷嘴5。为避免杂质污染，该喷嘴1到5可以采用石英玻璃制作。
在第一喷嘴1的末端形成一个第一喷气孔11。在第一喷嘴1和第二喷嘴2之间的一个环形开孔形成第二喷气孔12。在第二喷嘴2和第三喷嘴3之间的一个环形开孔形成第三喷气孔13。在第三喷嘴3和第四喷嘴4之间的一个环形开孔形成第四喷气孔14。最后，在第四喷嘴4和第五喷嘴5之间的一个环形开孔形成第五喷气孔15。
在此实施例中，第二喷嘴2的末端部分2A位于与第一喷嘴1的末端部分1A相同的高度位置。第三喷嘴3的末端部分3A位于较第二喷嘴2的末端部分2A较高的位置。第四喷嘴4的末端部分4A位于较第三喷嘴3的末端部分3A较高的位置。第五喷嘴5的末端部分5A位于较第四喷嘴4的末端部分4A较高的位置。每个末端部分1A到5A的壁厚是一致的。但是，本发明并不局限于这种结构。
将第一供气管21连接到第一喷嘴1的末端底部。将第二供气管22连接到第二喷嘴的末端底部。将第三供气管23连接到第三喷嘴的末端底部。将第四供气管24连接到第四喷嘴的末端底部。最后，将第五供气管25连接到第五喷嘴的末端底部。在本实施例中，供气管21至25中每一个供气管采用圆柱状外形并且分别被垂直连接到喷嘴1到5的末端底部的外围表面。可将供气管21至25连接到供气装置(未示)，并且可通过供气管21至25从供气装置供应各种气体，这样分别从第一到第五的喷气孔11至15排放每种气体。
在此实施例中，除最外层喷嘴5以外，将最外层的喷嘴5的外圆周纵向的中心轴和每一个喷嘴1至4的末端部分之间的角度设置为90°，误差不超过±3°，即87°到93°。最外层的喷嘴5的外圆周纵向的中心轴和最外层的喷嘴5的末端之间的角度也被优选地设置为90°，误差不超过±3°，即87°到93°。
为便于说明，如图2所示，采用一个配有两个喷嘴的燃烧器作为实例。此多管燃烧器30由一个内喷嘴31(该喷嘴可以是内喷嘴1到4中的任何一个喷嘴)以及一个外层喷嘴32(该喷嘴可以是最外层喷嘴5)而形成。最外层喷嘴32的外圆周32a的中心轴B和内喷嘴31的末端部分31c之间的夹角α介于90°±3°之间，即87°到93°。
如果α角介于此范围内，则由于每个末端部分1A到4A不探入燃烧器10所产生的火焰中，所以可以减少末端部分1A至4A的部分磨损，从而抑制部分细玻璃颗粒粘附到此末端部分1A至4A。因此，在采用此多管燃烧器而制造玻璃预型体的过程中，可以抑制玻璃预型体外直径的改变，并且可以连续制造大量的具有一致品质的玻璃预型体。
此外，在
图1所示的实施例中，最外层喷嘴5的外圆周的中心轴和喷嘴1至4的外圆周和内圆周的每个中心轴之间的距离不大于0.20mm。
为便于说明，如图3A和3B中所示，采用一个装配两个喷嘴31和32的燃烧器30作为实例。多管燃烧器30是由一个内部喷嘴31(此喷嘴可以是喷嘴1到4中的任意一个喷嘴)和一个最外层喷嘴32(该喷嘴可以是最外层喷嘴5)而形成。最外层喷嘴32的外圆周32a的中心轴B和内喷嘴31的外圆周31a和内圆周31b的中心轴C之间的距离D不大于0.20mm。
如果上述距离D介于此范围之中，由于每个末端部分1A至4A的一部分不接近燃烧器10所产生的火焰，因此，可以减少1A至4A的末端部分的部分磨损，并且可以抑制末端部分1A到4A上粘附细玻璃颗粒。因此，在采用此多管燃烧器10而制造玻璃预型体的过程中，能够抑制玻璃预型体外直径的改变，并且能够连续制造大量具有一致品质的玻璃预型体。
参考图1A，1B以及图4对本发明的玻璃预型体制造方法给予说明。在此玻璃预型体制造方法中，首先，将原料气例如SiCl4供应到供气管21，并且由多管燃烧器10的第一喷气孔11排放。此外，将氩气作为惰性气体供应到供气管22并且由第二喷气孔12而排放，将氢作为可燃气体供应到供气管23，并且经第三喷气孔13而排放，将氩作为惰性气体供应到供气管24，并且经第四喷气孔14而排放，并且将氧气作为助燃气体供应到供气管25，并经第五喷气孔15而排放。这些排出的气体混合并且燃烧，并且使火焰106吹向启动件101(或者启动件101上所产生的一个多孔玻璃预型体)的外围部分和底端部分。利用牵拉杆100可将启动件101共轴悬挂，并且能够通过一个旋转机构(未示)而绕其轴105旋转。设置燃烧室104用于容纳启动件101和火焰106。
在燃烧器10的火焰106中进行的水解反应引起细玻璃颗粒的合成，并且这些细玻璃颗粒堆积在启动件101的外围部分和底端部分，从而能够得到一种多孔玻璃预型体。通过沿水平线102所设置的图像采集装置103可以检察多玻璃预型体的底面，以便测量多孔玻璃预型体的成长速度。根据图像采集装置103所输出的信号对牵拉杆100的牵拉速度进行反馈控制。
在堆积或者制造多孔玻璃预型体之后立即对多孔玻璃预型体进行高温处理，以获取玻璃预型体。
如上述玻璃预型体的制造方法，由于采用该多管燃烧器10使细玻璃颗粒堆积在启动件的外围部分和底端部分，从而抑制了玻璃预型体的外直径的改变，并且可以在相同生产条件下制造大量的品质一致的玻璃预型体。因而，采用上述玻璃预型体制造方法而得到的玻璃预型体显示了目标特性值并且具有一致的品质。因此，提高了玻璃预型体的产量。并且，在制造多孔玻璃预型体的过程中，在进行玻璃化之前没有发生多孔玻璃预型体破裂的缺陷。
本发明人发现了此效果，并且人们还没有认识到在此技术领域内对于上述尺寸精确度的需要。由于多管燃烧器通常采用石英而手工制作，因此燃烧器的喷嘴的尺寸精确度限制在大约±0.1mm的范围。因此，现有多管燃烧器很难满足本发明的条件。
本发明并不局限于上述实施例，并且在本申请的权利要求范围内可对上述实施例进行各种改变。例如，内喷嘴的数量可以为1、2、3、5或者更多。此外，对喷嘴所提供的气体种类也可以根据具体要求而变化。例如，可以对至少一个喷嘴供应例如SiCl4的一种玻璃原料气体，一种例如Ar的惰性气体，一种例如H2的可燃气体，以及例如O2的助燃气体等中的至少两种气体的混合气体。
实例为进一步明确本发明，在以下内容给出图1所示的具体实例。但是不应该将本发明理解为局限于以下所给出的实例。
实例1如图4所示一种圆柱状启动件，垂直悬挂并绕其轴旋转。由如图1所示的多管燃烧器10使SiO2细玻璃颗粒增加并堆积在启动件的底端部分，以便制造多孔玻璃预型体。然后将这些玻璃预型体在高温下进行玻璃化，直到连续制造100个玻璃预型体。这时，将制造多孔玻璃预型体所使用的各种气体从各自的气体进料存贮处(未示)分别供应到供气喷嘴。将SiCl4作为原料气以6.0(SLM)的流速供应到第一供气喷嘴21。将氩气作为惰性气体以1.0(SLM)的流速供应到第二供气喷嘴22。将氢作为可燃气体以9.0(SLM)的流速供应到第三供气喷嘴23。将氩作为惰性气体以5.0(SLM)的流速供应到第四供气喷嘴24。将氧气作为助燃气体以35.0(SLM)的流速供应到第五供气喷嘴25。
在图1所示的多管燃烧器10中，将第一喷嘴1的内直径设为7.0mm，而将第一喷嘴1的外直径设为9.0mm。将第二喷嘴2的内直径设为16.0mm而将第二喷嘴2的外直径设为18.0mm。将第三喷嘴3的内直径设为22.0mm，而将第三喷嘴3的外直径设为24.0mm。将第四喷嘴4的内直径设为28.0mm而将第四喷嘴4的外直径设为30.0mm。将第五喷嘴5的内直径设为34.0mm而将第五喷嘴5的外直径设为36.0mm。
此外，将最外层的第五喷嘴5的外圆周纵向的中心轴和第三喷嘴3的末端部分之间夹角的最大值设为90°±2.8°。将最外层第五喷嘴5的中心轴和其他内部喷嘴1、2和4的末端部分之间的角度基本设为90°，并且最外层喷嘴5和外圆周中心轴和喷嘴1到4的内圆周和外圆周的中心轴之间的距离基本设置为0mm。
实例2在如图1所示的多管燃烧器中，除了将最外层的第五喷嘴5的外圆周的中心轴和第二喷嘴2的外圆周的中心轴之间的距离设置为0.18mm之外，如实例1所采用的相同条件连续制造了100个玻璃预型体。将外层第五喷嘴5的外圆周的纵向中心轴和第三喷嘴3的末端部分之间夹角的最大值基本设为90°。
对比实例1在图1所示的多管燃烧器中，除将最外层第五喷嘴5的外圆周的纵向中心轴和第三喷嘴3的末端部分之间的角度最大值设为90°±3.3°外，在与实例1所采用的相同的条件下，连续生产了100个玻璃预型体。
对比实例2在图1所示的多管燃烧器中，除将最外层第五喷嘴5的外圆周的纵向中心轴和第二喷嘴2的外圆周的中心轴之间的距离设为0.31mm，在与实例1所采用的相同条件下连续生产了100个玻璃预型体。将最外层第五喷嘴5的外圆周的纵向中心轴和第三喷嘴3的末端部分之间夹角的最大值基本设为90°。
图5所示为当采用实例1的多管燃烧器和对比实例1的多管燃烧器而连续制造100个玻璃预型体时玻璃预型体的外直径变化的曲线。
从图5所示的结果中可以确定当采用实例1的多管燃烧器制造100个玻璃预型体时，第一百个玻璃预型体的外直径不小于第一个玻璃预型体的外直径的97％。相反，可以确定当采用对比实例1的多管燃烧器制造100个玻璃预型体时，第一百个玻璃预型体的外直径不大于第一个玻璃预型体的外直径的94％。此外，在对比实例1制造玻璃预型体的过程中，从第80个玻璃预型体起，出现了几例多孔玻璃预型体破裂的情况，而在实例1的制造玻璃预型体的过程没有发生这种情况。
图6所示为当采用实例2的多管燃烧器和对比实例2的多管燃烧器而连续制造100个玻璃预型体时玻璃预型体的外直径变化的曲线。
从图6所示的结果中可以确定当采用实例2的多管燃烧器制造100个玻璃预型体时，第一百个玻璃预型体的外直径不小于第一个玻璃预型体的外直径的97％。相反，可以确定当采用对比实例2的多管燃烧器制造100个玻璃预型体时，第一百个玻璃预型体的外直径不大于第一个玻璃预型体的外直径的95％。此外，在对比实例2制造玻璃预型体的过程中，从第90个玻璃预型体起，出现了几例多孔玻璃预型体破裂的情况，而在实例2的制造玻璃预型体的过程没有发生这种情况。
权利要求
1.一种多管燃烧器，包括一个圆柱状的最外层喷嘴，以及至少一个与该最外层喷嘴共轴安装的圆柱状内部喷嘴，对用于制造玻璃预型体的气体形成环形喷气孔，并且最外层喷嘴的外圆周的中心轴和每个内喷嘴的末端部分之间的夹角为90°，误差不超过±3°。
2.如权利要求1所述的多管燃烧器，其中最外层喷嘴的外圆周的中心轴和内部喷嘴的内圆周和外圆周的每个中心轴的距离不超过0.20mm。
3.一种多管燃烧器，包括一个圆柱状最外层的喷嘴和至少一个与最外层喷嘴共轴安装的圆柱状内部喷嘴，以对用于制造玻璃预型体的气体形成环形喷气孔，并且最外层喷嘴外圆周的中心轴和内部喷嘴内圆周和外圆周的每个中心轴的距离不超过0.20mm。
4.一种玻璃预型体制造方法，包括采用如权利要求1所述的多管燃烧器生产细玻璃颗粒；在启动件的外围部分和底端部分堆积细玻璃颗粒；以及对所堆积的细玻璃颗粒进行热处理以形成玻璃预型体。
5.一种玻璃预型体的制造方法，包括采用如权利要求2所述的多管燃烧器生产细玻璃颗粒；在启动件的外围部分和底端部分堆积细玻璃颗粒；以及对所堆积的细玻璃颗粒进行热处理以形成玻璃预型体。
全文摘要
一种多管燃烧器，包括一个圆柱状的最外层喷嘴，以及至少一个与该最外层喷嘴共轴安装的圆柱状内喷嘴，对用于制造玻璃预型体的气体形成环形喷气孔。最外层喷嘴外圆周的中心轴和每个内喷嘴末端之间的夹角为90°，误差不超过±3°。此外，最外层喷嘴外圆周的中心轴和内部喷嘴内圆周和外圆周的每个中心轴之间的距离不超过0.20mm。
文档编号C03B8/04GK1468822SQ0314823
公开日2004年1月21日 申请日期2003年7月3日 优先权日2002年7月5日
发明者内山圭祐, 堀越雅博, 原田光一, 一, 内山圭 , 博 申请人:株式会社藤仓