专利名称：用于制造多孔玻璃预制体的设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于通过将玻璃粒沉积到沉积基材上来制造多孔玻璃预制体的设备，其中用燃烧器通过火焰水解或氧化反应生成玻璃粒，更特别地，本发明涉及用于合成玻璃粒的反应容器的结构。
背景技术：
通过将大直径玻璃预制体的直径减小到具有适于纤维-拉丝的直径的玻璃棒然后对该玻璃棒进行拉丝来制造光纤。大直径玻璃预制体通过对采用VAD(气相轴向沉积) 法或OVD (外气相沉积)法制成的多孔玻璃预制体进行热处理以使玻璃烧结并使玻璃透明而获得。近年来，较大的多孔玻璃预制体要求较大的制造装置和制造预制体所需的大量气体。较大的制造装置进而要求较大的安装面积，导致较高的成本。如果不将装置制为较大， 可以获得较低的装备成本和较小的安装面积，并且能够控制制造成本，但是反应容器的热负荷的增大将成问题。由增大多孔玻璃预制体引起的热增加会增大反应容器的热应力，损坏反应容器， 并且对反应容器寿命产生严重影响。当反应容器被损坏时，构成反应容器的板材和绝热材料的小碎片可能会在反应容器中的气氛中漂浮并且混合到灰体(soot bodies)，导致传输损耗的增大和最终产品、即光纤的破坏。为了延长反应容器寿命，必须减少反应容器受到的热。然而，为了减少热而削减燃烧气体导致灰体密度的降低，导致制造过程或运输期间灰体的损坏。而且，密度的降低将使灰体的外径变厚并且在后续处理中要求更大的装置。日本特开第2001-010823号公报公开了一种作为防止反应容器损坏而不增大反应容器的途径的水冷反应容器用的方法。然而，该方法要求水冷机构并且可能导致下述新问题由于额外的冷却水器材导致的高成本和由于装置的增大导致的额外的空间。日本专利No. 3674315公开了一种通过对反应容器自身添加释放应力集中用的部分而用于防止反应容器的损坏的方法。日本特开第2003-192356号公报公开了另一种通过将容器的一部分紧固在地板上并且使反应容器的其他部分能滑动以释放由于装置的热膨胀导致的应力集中而用于防止反应容器的损坏的方法。最后一种方法对于构件彼此不被焊接的反应容器是有效的。然而，利用该方法，当包括通过焊接多个金属构件而制成的构件的反应容器被固定在一个位置并且大范围地伸缩时，该反应容器可能在最弱的焊缝处破裂。
发明内容
本发明提供一种用于制造多孔玻璃预制体的设备，其中能够在不增大容器的情况下控制反应容器的归因于多孔玻璃预制体的增大而导致的反应容器的热负荷增大的任何损坏。本发明提供一种通过将玻璃粒沉积到沉积基材来制造多孔玻璃预制体的设备，其中使用燃烧器通过火焰水解或氧化反应来合成所述玻璃粒，所述设备包括用于形成多孔玻璃预制体的反应容器，所述反应容器的壁包括多个矩形内壁金属板，所述内壁金属板具有限定所述反应容器的内侧壁的至少一部分的表面，多个所述内壁金属板之中的相邻内壁金属板在它们的边缘被焊接结合；和多个金属框架构件，所述框架构件具有比所述内壁金属板高的刚性，并且沿着多个所述内壁金属板中的每一个的与内侧壁相反的表面的各边缘区域配置，并且通过紧固或焊接手段被固定到所述边缘区域，其中所述内壁金属板的所述内侧壁面向所述反应容器的内侧。优选地，所述多个框架构件包括沿着相邻内壁金属板的焊缝配置的框架构件，并且沿着各相邻内壁金属板的焊缝的边缘区域被固定于所述框架构件。参照附图，本发明的其他特征从下面的对示例性实施方式的说明将变得清楚。
图1是根据本发明的示例性制造设备的概略图；图2是概略地示出反应容器的侧壁的结构的图；图3是概略地示出框架和金属板之间关系的图；图4是示出反应容器的侧壁的截面结构的剖视图；图5是示出热屏蔽构件的结构的概略图示；图6是示出具有热屏蔽构件的另一反应容器的侧壁的截面结构的剖视图；图7是示出在制造预制体时反应容器的焊接线的温度变化的图表，用于比较具有热屏蔽构件和不具有热屏蔽构件的反应容器。
具体实施例方式下文中将参照
根据本发明的实施方式。图1示出根据本发明的用于通过OVD法制造多孔玻璃预制体的设备的示例。在该设备的反应容器1中，起始基材的基料玻璃棒2在其两端被基材夹具3可转动地支撑。玻璃粒沉积用燃烧器4 (下文中，简称为“燃烧器”)通过火焰反应产生粒(灰)并且围绕基料玻璃棒2的表面喷射粒。由此，粒沿径向被沉积到棒2上，形成灰体5。燃烧器4借助于马达7的转动保持沿着棒2的长度方向水平前后移动，基料玻璃棒2借助于转动马达6保持转动以将粒沉积到棒2上，直到灰体5的直径达到预定的外径。在该处理期间，通过马达9 的转动调节灰体5和燃烧器4之间的距离，并且经由排气罩8将废气排到容器1的外部。容器1的内侧壁的表面温度最初大约为室温，但是归因于来自灰体5的辐射在制造中达到300摄氏度以上。此外，内侧壁反复遭受到热循环的影响，在该热循环中，燃烧器4 通过在棒2的长度方向上沿着基料玻璃棒2移动而接近和移离所述壁。结果，反应容器1由于这样的温度变化而反复胀缩并且有时候在弱点处破裂，尤其在金属构件的焊缝处破裂。第一实施方式在第一实施方式中，反应容器1具有用于防止上述的在焊缝处的破裂的结构，将参照图2至图4说明该结构。反应容器1的壁结构包括内壁构件10、外壁构件20、多个框架构件30以及多个绝热构件40，其中内壁构件10由多个内壁金属板11组成，外壁构件20由多个外壁金属板21 组成。注意，该结构应用于反应容器1的顶板、侧壁或底部的至少一部分。内壁构件10由多个矩形内壁金属板11组成，所述金属板11具有限定反应容器1 的内侧壁的至少一部分的表面。在内壁金属板11中，相邻的内壁金属板11在其边缘通过焊缝12被焊接结合。内壁金属板11可以由例如厚度5mm的镍合金制成。外壁构件20由多个矩形外壁金属板21组成，所述金属板21具有限定反应容器1 的外侧壁的至少一部分的表面。各板21的形状对应于对应的内壁金属板11的形状。外壁金属板21在其边缘通过焊缝22被焊接结合。外壁金属板21可以由例如厚度5mm的镍合金制成。多个框架构件30具有比内壁金属板11和外壁金属板21高的刚性。如图4所示， 构件30具有H形横截面，内凸缘31和外凸缘32彼此间隔地面对，并且连接部33在内凸缘 31和外凸缘32之间延伸并且将内凸缘31和外凸缘32连接在一起。框架构件30可以由例如厚度约IOmm的工字钢制成。如图4所示，框架构件30的内凸缘31沿着内壁金属板11的与金属板11的内壁面相反的背面的边缘区域配置并且通过焊缝35被固定到内壁金属板11的背面。换言之， 构件30被配置为自身尺寸与内壁金属板11的尺寸对应。还有，框架构件30的沿着相邻内壁金属板11的焊缝12配置的内凸缘31通常被固定于内壁金属板的位于焊缝12两侧的边缘区域。由此，将内壁金属板的位于焊缝12两侧的边缘区域固定在共用的内凸缘31上能够将焊缝12约束在内凸缘31上，并且当内壁金属板11热变形时控制作用于焊缝12上的力，从而能够避免焊缝12的破裂。如图4所示，框架构件30的外凸缘32沿着外壁金属板21的与金属板21的外壁面相反的背面的边缘区域配置并且通过焊缝36固定到外壁金属板21的背面。还有，框架构件30的沿着相邻外壁金属板21的焊缝22配置的外凸缘32通常被固定于外壁金属板的位于焊缝22两侧的边缘区域。注意，虽然在该实施方式中内壁金属板11和外壁金属板12 通过焊接被固定于框架构件30，但是该固定不限于此，能够例如由诸如点焊等其他焊接方法和诸如螺栓夹紧等夹紧部件实现。绝热构件40在其四周被多个框架构件30包围并且被装配在内壁金属板11和外壁金属板12之间形成的空间中。具体地，绝热构件40具有接合在由内凸缘31、外凸缘32 和连接部33限定的凹部中的接合部41。绝热构件40防止反应容器1中产生的反应热被释放到容器外部，并且由于被装配在形成于内壁金属板11和外壁金属板12之间的区域中而为反应容器1的壁结构提供强度。优选地，绝热构件40是主要由氧化铝(Al2O3)和氧化硅 (SiO2)制成并具有80-150kg/m3之间的密度的具有高绝热性的硅-铝基绝热构件。密度小于80kg/m3的热屏蔽构件和密度大于150kg/m3的热屏蔽构件不是优选的，因为前者不能提供足够的强度而后者由于较高的热传导性降低了绝热效果。由于具有较高刚性的框架构件被固定在内壁金属板11上，并且特别地，位于焊缝两侧的内壁金属板被固定于共用的框架构件上，所以根据本实施方式的反应容器的壁结构能够抑制归因于温度变化的焊缝处的损坏。第二实施方式参照图5和图6，现在将说明根据第二实施方式的反应容器的壁结构，其中相同的附图标记表示图2至图4中的相同元件。第一实施方式和第二实施方式之间的不同在于，在第二实施方式中热屏蔽构件50 被安装在内壁金属板11的内壁侧。构件50可以例如由诸如厚度小于0.5mm的薄的镍合金板制成。热屏蔽构件50覆盖焊缝12以减少对焊缝12的辐射热冲击，S卩，从而屏蔽辐射热。 热屏蔽构件50由弯曲处理的金属板形成，使得热屏蔽构件50和焊缝12之间形成梯形截面和空间。该空间可以防止处于高温的热屏蔽构件50的热被传递到焊缝12。除了第一实施方式的技术特征以外，第二实施方式还具有如下技术特征热屏蔽构件50能够抑制焊缝12的温度升高并且更确定地控制焊缝12的损坏。[示例]图7示出存在热屏蔽构件50和不存在热屏蔽构件50的情况下测量到的焊缝12 的温度的图表。注意，热屏蔽构件50由厚度0. 3mm的镍合金板形成并且构件50与焊缝12 之间的距离大于10mm。如图7所示，利用热屏蔽构件50覆盖和热屏蔽焊缝12将容器的最高温度从400 摄氏度降低到270摄氏度并且使制造中的温度波动范围显著变窄。虽然已经参照示例性实施方式说明了本发明，但是应该理解，本发明不限于所公开的示例性实施方式。所附的权利要求书的范围应符合最宽泛的解释从而涵盖所有的变型、等同结构和功能。
权利要求
1.一种通过将玻璃粒沉积到沉积基材来制造多孔玻璃预制体的设备，其中使用燃烧器通过火焰水解或氧化反应来合成所述玻璃粒，所述设备包括用于形成多孔玻璃预制体的反应容器，所述反应容器的壁包括多个矩形内壁金属板，所述内壁金属板具有限定所述反应容器的内侧壁的至少一部分的表面，多个所述内壁金属板之中的相邻内壁金属板在它们的边缘被焊接结合；和多个金属框架构件，所述框架构件具有比所述内壁金属板高的刚性，并且沿着多个所述内壁金属板中的每一个的与内侧壁相反的表面的各边缘区域配置，并且通过紧固或焊接手段被固定到所述边缘区域，其中，所述内壁金属板的所述内侧壁面向所述反应容器的内侧。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，多个所述框架构件中的沿着所述相邻内壁金属板的焊缝配置的至少一个框架构件被固定于所述焊缝两侧的内壁金属板的边缘区域。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述反应容器的壁还包括多个外壁金属板，所述外壁金属板限定所述反应容器的外侧壁的至少一部分并且具有与对应的多个所述内壁金属板的形状对应的形状，并且所述框架构件被固定于多个所述外壁金属板中的每一个的与对应的内壁金属板相对的表面的各边缘区域。
4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述设备还包括多个绝热构件，所述绝热构件被所述框架构件包围并且被布置在所述内壁金属板和所述外壁金属板之间。
5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述绝热构件主要由Al2O3和S^2制成并且密度在80kg/m3至150kg/m3的范围。
6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备还包括热屏蔽构件，所述热屏蔽构件被布置在所述内壁金属板的内壁侧以覆盖所述焊缝。
7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述热屏蔽构件形成为使得所述热屏蔽构件和所述焊缝之间形成空间。
8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述热屏蔽构件的厚度小于0.5mm。
9.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，多个所述框架构件中的每一个均具有彼此间隔地面对的内凸缘和外凸缘；以及在所述内凸缘和所述外凸缘之间延伸并且将所述内凸缘和所述外凸缘连接在一起的连接部，所述内壁金属板的边缘区域被固定于所述内凸缘，所述外壁金属板的边缘区域被固定于所述外凸缘，并且所述绝热构件具有接合在由所述内凸缘、所述外凸缘和所述连接部限定的凹部中的接合部ο
10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述框架构件具有H形横截面。
全文摘要
本发明提供一种用于制造多孔玻璃预制体的设备，其中能够控制反应容器的由于反应容器的热负荷的增大引起的任何损坏而不增大反应容器。反应容器的壁包括多个矩形内壁金属板和多个金属框架构件，内壁金属板限定反应容器的内侧壁的至少一部分，容器的多个内壁金属板中的相邻的内壁金属板在边缘处被焊接结合，金属框架构件具有比内壁金属板高的刚性并且沿着多个内壁金属板中的每一个的内侧壁的相反表面的各边缘区域配置，并且框架构件通过紧固或焊接手段被固定到边缘区域。
文档编号C03B37/018GK102557427SQ20111028830
公开日2012年7月11日 申请日期2011年9月23日 优先权日2010年9月24日
发明者吉田真 申请人:信越化学工业株式会社