JP7777404B2 - Porous glass body heating device - Google Patents
Porous glass body heating deviceInfo
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Description
本発明は、多孔質ガラス体の加熱装置に関する。 The present invention relates to a heating device for a porous glass body.
光ファイバの製造に用いる光ファイバ用母材を製造する方法として、ＯＶＤ法（Outside Vapor Deposition method）やＶＡＤ法（Vapor Phase Axial Deposition method）等を用いてガラス微粒子を堆積させて多孔質ガラス体を形成し、当該多孔質ガラス体を加熱して脱水及び焼結させる方法が知られている。 Known methods for producing optical fiber preforms for use in optical fiber manufacturing include depositing glass particles using methods such as the OVD (Outside Vapor Deposition) method and the VAD (Vapor Phase Axial Deposition) method to form a porous glass body, and then heating the porous glass body to dehydrate and sinter it.
下記特許文献１には、多孔質ガラス体を加熱して脱水処理や焼結処理を行う多孔質ガラス体の加熱装置が開示されている。この加熱装置は、上下方向に延在し多孔質ガラス体を収容可能な炉心管と、炉心管の外側に配置されて多孔質ガラス体を加熱するヒータと、炉心管の外周面の一部及びヒータを囲う炉体と、を備える。また、この加熱装置は、炉体の上方において炉心管の外周面を囲う上側断熱部と、炉体の下方において炉心管の外周面を囲う下側断熱部と、を備える。 Patent Document 1 below discloses a heating device for porous glass bodies that heats the porous glass bodies to perform dehydration and sintering processes. This heating device includes a furnace tube that extends vertically and can accommodate the porous glass body, a heater that is positioned outside the furnace tube and heats the porous glass body, and a furnace body that surrounds part of the outer surface of the furnace tube and the heater. The heating device also includes an upper insulation section that surrounds the outer surface of the furnace tube above the furnace body, and a lower insulation section that surrounds the outer surface of the furnace tube below the furnace body.
上記の加熱装置では、炉体、上側断熱部、及び下側断熱部が炉心管の外周面を囲っており、これら部材から成る部位によって炉心管からの放熱を抑制している。また、この加熱装置では、炉心管の底部に設けられる給気口から炉心管内に脱水用のガスが供給され、当該ガスは、上端部の開口から排気される。このため、炉心管内では、ガスが下側から上側に流れる。このガスの流れに起因してヒータによる熱は下側から上側に向かって輸送され、炉心管内の温度は、ヒータを基準とする上側が下側より高温となる傾向にある。しかし、この加熱装置では、このような熱の偏りが考慮されておらず、炉心管からの放熱を抑制している上記の部位は、ヒータの中心を基準として上下に概ね対称である。このため、この部位のうちヒータの中心より上側における外周面から放出される熱量は、下側における外周面から放出される熱量より大きい。つまり、炉心管における高温となる上側の部位から放出される熱量が多い。このため、炉心管からの放熱を抑制する部材には、多孔質ガラス体を適切に加熱するための改善の余地がある。 In the heating device described above, the furnace body, upper insulation, and lower insulation surround the outer periphery of the core tube, and these components suppress heat radiation from the core tube. Furthermore, in this heating device, dehydration gas is supplied into the core tube through an air inlet at the bottom of the core tube and exhausted through an opening at the top. Therefore, gas flows from bottom to top within the core tube. This gas flow transports heat from the heater from bottom to top, and the temperature within the core tube tends to be higher above the heater than below. However, this heating device does not take such heat distribution into account, and the above-mentioned sections that suppress heat radiation from the core tube are roughly symmetrical above and below the center of the heater. Therefore, the amount of heat radiated from the outer periphery above the center of the heater is greater than the amount of heat radiated from the outer periphery below. In other words, a larger amount of heat is radiated from the upper section of the core tube, where the temperature is higher. For this reason, there is room for improvement in components that suppress heat radiation from the furnace tube in order to properly heat the porous glass body.
そこで、本発明は、多孔質ガラス体を適切に加熱し得る多孔質ガラス体の加熱装置を提供することを目的とする。 The present invention therefore aims to provide a heating device for a porous glass body that can properly heat the porous glass body.
上記目的の達成のため、本発明の多孔質ガラス体の加熱装置は、多孔質ガラス体を収容可能な内部空間、前記内部空間に連通する給気口、及び前記給気口より上方において前記収容間に連通する排気口を有し、上下方向に延在する炉心管と、前記給気口と前記排気口との間において前記炉心管の外周面を囲う断熱部と、前記炉心管と前記断熱部との間において前記断熱部によって囲われ、前記多孔質ガラス体を加熱するヒータと、前記給気口から前記内部空間にガスを供給するガス供給部と、を備え、前記ヒータによって前記多孔質ガラス体を加熱する状態において、前記断熱部のうち前記ヒータの中心より上側における外周面から放出される熱量が、前記ヒータの前記中心より下側における外周面から放出される熱量以下であることを特徴とするものである。 To achieve the above object, the heating device for a porous glass body of the present invention comprises: a furnace tube extending in the vertical direction and having an internal space capable of containing a porous glass body, an air inlet port communicating with the internal space, and an exhaust port above the air inlet port communicating with the space between the containers; an insulating section surrounding the outer surface of the furnace tube between the air inlet and the exhaust port; a heater surrounded by the insulating section between the furnace tube and the insulating section and for heating the porous glass body; and a gas supply section for supplying gas from the air inlet port to the internal space; and is characterized in that, when the porous glass body is heated by the heater, the amount of heat emitted from the outer surface of the insulating section above the center of the heater is less than the amount of heat emitted from the outer surface of the heater below the center.
この多孔質ガラス体の加熱装置では、上記のように、給気口から内部空間にガスが供給されるため、内部空間のうち給気口と当該給気口より上方に位置する排気口との間では、ガスが下方から上方に向かって流れる。このようなガスの流れが生じている部位の炉心管の外周面を断熱部が囲う。このため、内部空間のうち断熱部によって囲われる部位では、ヒータを基準とする上側が下側より高温となる。しかし、上記のように、断熱部のうちヒータの中心より上側における外周面から放出される熱量が、下側における外周面から放出される熱量以下である。このため、炉心管の外周面から放出される熱量が上記特許文献１と同じであっても、上記特許文献１の加熱装置と比べて、炉心管のうちヒータより上側における外周面から放出される熱量を低減し得、所定の温度以上となる高温領域を広くし得る。従って、この多孔質ガラス体の加熱装置によれば、多孔質ガラス体を適切に加熱し得る。 In this heating device for porous glass bodies, gas is supplied to the internal space through the air inlet, as described above. This causes gas to flow from the bottom to the top between the air inlet and the exhaust port located above the air inlet. The outer circumferential surface of the muffle tube where this gas flow occurs is surrounded by an insulating section. Therefore, in the portion of the internal space surrounded by the insulating section, the upper side relative to the heater becomes hotter than the lower side. However, as described above, the amount of heat released from the outer circumferential surface of the insulating section above the center of the heater is less than the amount of heat released from the outer circumferential surface below. Therefore, even if the amount of heat released from the outer circumferential surface of the muffle tube is the same as in Patent Document 1, the amount of heat released from the outer circumferential surface of the muffle tube above the heater can be reduced compared to the heating device in Patent Document 1, thereby widening the high-temperature region where the temperature exceeds a predetermined temperature. Therefore, this heating device for porous glass bodies can appropriately heat porous glass bodies.
前記断熱部は、前記ヒータを囲う中央断熱部と、前記中央断熱部の上端から前記炉心管に沿って延在し前記炉心管の外周面を囲う上側断熱部と、前記中央断熱部の下端から前記炉心管に沿って延在し前記炉心管の外周面を囲う下側断熱部とから成り、前記炉心管の径方向における前記上側断熱部の厚みは、前記下側断熱部の厚みより大きいこととしてもよい。 The insulating section may consist of a central insulating section surrounding the heater, an upper insulating section extending from the upper end of the central insulating section along the core tube and surrounding the outer circumferential surface of the core tube, and a lower insulating section extending from the lower end of the central insulating section along the core tube and surrounding the outer circumferential surface of the core tube, and the thickness of the upper insulating section in the radial direction of the core tube may be greater than the thickness of the lower insulating section.
このような構成によれば、上側断熱部の熱伝導率が下側断熱部の熱伝導率と同じであっても、上記の高温領域を広くし易い。 With this configuration, it is easy to widen the high-temperature region, even if the thermal conductivity of the upper insulating section is the same as that of the lower insulating section.
この場合、前記上側断熱部及び前記下側断熱部は円筒状であり、前記上側断熱部及び前記下側断熱部のそれぞれの外径と内径とは、延在方向において一定であり、前記ヒータの中心から前記上側断熱部の下端までの距離と前記ヒータの中心から前記下側断熱部の上端までの距離が同じであり、前記上側断熱部の長さは、前記下側断熱部の長さと同じであり、前記上側断熱部の熱伝導率は、前記下側断熱部の熱伝導率と同じであり、前記上側断熱部及び前記下側断熱部の容積の合計に対する前記下側断熱部の容積の比は、０．３６より大きく、０．４９以下であることとしてもよい。 In this case, the upper and lower insulating sections may be cylindrical, the outer and inner diameters of the upper and lower insulating sections may be constant in the direction of extension, the distance from the center of the heater to the lower end of the upper insulating section may be the same as the distance from the center of the heater to the upper end of the lower insulating section, the length of the upper insulating section may be the same as the length of the lower insulating section, the thermal conductivity of the upper insulating section may be the same as the thermal conductivity of the lower insulating section, and the ratio of the volume of the lower insulating section to the sum of the volumes of the upper and lower insulating sections may be greater than 0.36 and less than or equal to 0.49.
本発明者は、上記の比が上記の範囲であることによって、光ファイバ用母材の一部となる多孔質ガラス体を加熱する際の一般的な条件において、装置が大型化することを抑制しつつ上側断熱部及び下側断熱部から放出される熱量の合計が少なくなるようにし得ることを見出した。このため、この多孔質ガラス体の加熱装置によれば、装置が大型化することを抑制しつつ炉心管からの放熱量を低減し得る。 The inventors have discovered that by keeping the above ratio within the above range, it is possible to reduce the total amount of heat released from the upper and lower insulation sections while preventing the device from becoming too large under typical conditions when heating a porous glass body that will become part of an optical fiber preform. Therefore, with this porous glass body heating device, it is possible to reduce the amount of heat released from the furnace tube while preventing the device from becoming too large.
或いは、前記上側断熱部における前記中央断熱部側の厚みは、前記上側断熱部における前記中央断熱部側と反対側の厚みより大きいこととしてもよい。 Alternatively, the thickness of the upper insulation section on the side facing the central insulation section may be greater than the thickness of the upper insulation section on the side opposite the central insulation section.
炉心管における上側断熱部によって囲われる部位では、中央断熱部側の温度が中央断熱部側と反対側の温度より高くなる。このため、このような構成にすることで、上側断熱部における中央断熱部側の厚みが中央断熱部側と反対側の厚みより小さい場合と比べて、高温領域を広くし易い。 In the area of the furnace tube surrounded by the upper insulation, the temperature on the central insulation side is higher than the temperature on the opposite side of the central insulation side. Therefore, this configuration makes it easier to widen the high-temperature region compared to when the thickness of the upper insulation on the central insulation side is smaller than the thickness on the opposite side of the central insulation side.
以上のように、本発明によれば、多孔質ガラス体を適切に加熱し得る多孔質ガラス体の加熱装置が提供される。 As described above, the present invention provides a heating device for a porous glass body that can appropriately heat the porous glass body.
以下、本発明に係る多孔質ガラス体の加熱装置が添付図面とともに例示される。以下に例示する実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良することができる。なお、以下で参照する図面では、理解を容易にするために、各部材の寸法を変えて示す場合がある。 Below, a heating device for a porous glass body according to the present invention is illustrated with reference to the accompanying drawings. The embodiments illustrated below are intended to facilitate understanding of the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention. The present invention can be modified and improved without departing from its spirit. Note that in the drawings referenced below, the dimensions of each component may be altered to facilitate understanding.
図１は、本発明の実施形態に係る多孔質ガラス体の加熱装置を概略的に示す図である。図１に示すように、本実施形態の多孔質ガラス体の加熱装置１は、加熱炉３０と、昇降部６０と、ガス供給部６５と、を主な構成として備え、多孔質ガラス体２０を加熱して、当該多孔質ガラス体２０の脱水及び焼結をするように構成される。図１に例示される多孔質ガラス体２０は、光ファイバのコアを形成するためのコアガラスロッドとなる多孔質ガラス体である。しかし、多孔質ガラス体は、特に制限されるものではなく、例えば、コアを囲うクラッドを形成するためのクラッドガラス体となるものであってもよい。 Figure 1 is a schematic diagram showing a porous glass body heating apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown in Figure 1, the porous glass body heating apparatus 1 of this embodiment mainly comprises a heating furnace 30, an elevator unit 60, and a gas supply unit 65, and is configured to heat a porous glass body 20 to dehydrate and sinter the porous glass body 20. The porous glass body 20 shown in Figure 1 is a porous glass body that will become a core glass rod for forming the core of an optical fiber. However, the porous glass body is not particularly limited, and may be, for example, a cladding glass body for forming a cladding that surrounds the core.
本実施形態の加熱炉３０は、炉心管３１と、断熱部４０と、ヒータ３５と、を主な構成として備える。 The heating furnace 30 of this embodiment mainly comprises a furnace core tube 31, an insulating section 40, and a heater 35.
炉心管３１は、上下方向に延在する筒状部材であり、内部空間３１Ｓに多孔質ガラス体２０を収容可能である。炉心管３１の内径及び外径は、延在方向において概ね一定である。炉心管３１の下側の開口は下側蓋部３２によって塞がれ、上側の開口は上側蓋部３３によって塞がれる。本実施形態では、炉心管３１と下側蓋部３２とが一体に形成されているが、炉心管３１と下側蓋部３２とが別体に形成されてもよい。上側蓋部３３には、多孔質ガラス体２０を吊り下げるための支持棒２２を挿入する貫通孔が形成されている。支持棒２２の下端には接続部２３が設けられ、多孔質ガラス体２０が堆積されたガラスロッド２４がこの接続部２３に接続されている。また、炉心管３１には、内部空間３１Ｓに連通する給気口Ｓ１と当該給気口Ｓ１より上方において内部空間３１Ｓに連通する排気口Ｅ１が形成されている。本実施形態では、給気口Ｓ１は炉心管３１の下端部近傍に形成され、排気口Ｅ１は炉心管３１の上端部近傍に形成されている。炉心管３１、下側蓋部３２、及び上側蓋部３３を構成する材料として、例えば、石英、カーボン等が挙げられる。 The furnace core tube 31 is a cylindrical member extending in the vertical direction, and can accommodate the porous glass body 20 in its internal space 31S. The inner and outer diameters of the furnace core tube 31 are generally constant in the extension direction. The lower opening of the furnace core tube 31 is closed by the lower lid portion 32, and the upper opening is closed by the upper lid portion 33. In this embodiment, the furnace core tube 31 and the lower lid portion 32 are formed integrally, but the furnace core tube 31 and the lower lid portion 32 may also be formed separately. The upper lid portion 33 has a through-hole through which a support rod 22 for suspending the porous glass body 20 is inserted. A connection portion 23 is provided at the lower end of the support rod 22, and a glass rod 24 on which the porous glass body 20 is deposited is connected to this connection portion 23. The furnace core tube 31 is also formed with an air inlet S1 that communicates with the internal space 31S, and an exhaust port E1 above the air inlet S1 that also communicates with the internal space 31S. In this embodiment, the air inlet S1 is formed near the lower end of the furnace core tube 31, and the exhaust port E1 is formed near the upper end of the furnace core tube 31. Examples of materials that can be used to form the furnace core tube 31, lower lid 32, and upper lid 33 include quartz and carbon.
断熱部４０は給気口Ｓ１と排気口Ｅ１との間において炉心管３１の外周面を囲うように構成され、ヒータ３５は炉心管３１と断熱部４０との間において断熱部４０によって囲われる。 The insulating section 40 is configured to surround the outer surface of the furnace core tube 31 between the air inlet S1 and the exhaust outlet E1, and the heater 35 is surrounded by the insulating section 40 between the furnace core tube 31 and the insulating section 40.
本実施形態の断熱部４０は、中央断熱部４１と、下側断熱部５１と、上側断熱部５２とから成る。 In this embodiment, the insulation section 40 consists of a central insulation section 41, a lower insulation section 51, and an upper insulation section 52.
本実施形態の中央断熱部４１は、筐体４２と内部断熱部４３とから成り、概ね上下対称の構成とされる。本実施形態の筐体４２は、上下方向に延在する円筒状の周壁４２ａと当該周壁４２ａの上方側の開口を塞ぐ上壁４２ｂと周壁４２ａの下方側の開口を塞ぐ下壁４２ｃとによって、概ね上下対称の中空の箱状に形成される。また、本実施形態の筐体４２は、冷却機能を有する。具体的には、周壁４２ａ、上壁４２ｂ、及び下壁４２ｃのそれぞれの内部には、図示しない流路が形成されており、当該流路を図示しない冷却水供給部から供給される冷却水が流れる。流路に冷却水が流れることによって筐体４２が冷却され、熱による筐体４２の損傷が抑制される。なお、筐体４２は冷却機能を有さなくてもよい。上壁４２ｂ及び下壁４２ｃのそれぞれの中心部には、上下方向に貫通する貫通孔が形成されており、当該貫通孔に炉心管３１が挿入される。炉心管３１の上端部及び下端部のそれぞれは、筐体４２から突出しており、筐体４２は上下方向における炉心管３１の中央部を囲い、炉心管３１と筐体４２とによって囲われる空間が形成されている。 In this embodiment, the central insulation section 41 is composed of a housing 42 and an internal insulation section 43, and is configured to be generally vertically symmetrical. The housing 42 in this embodiment is formed into a generally vertically symmetrical hollow box shape, with a cylindrical peripheral wall 42a extending in the vertical direction, an upper wall 42b closing the upper opening of the peripheral wall 42a, and a lower wall 42c closing the lower opening of the peripheral wall 42a. The housing 42 in this embodiment also has a cooling function. Specifically, flow paths (not shown) are formed inside each of the peripheral wall 42a, upper wall 42b, and lower wall 42c, and cooling water supplied from a cooling water supply unit (not shown) flows through these flow paths. The flow of cooling water through the flow paths cools the housing 42, thereby suppressing damage to the housing 42 due to heat. The housing 42 does not necessarily have to have a cooling function. A through-hole penetrating the upper and lower walls 42b and 42c is formed in the center of each wall, and the furnace tube 31 is inserted into these through-holes. The upper and lower ends of the furnace core tube 31 protrude from the housing 42, and the housing 42 surrounds the center of the furnace core tube 31 in the vertical direction, forming a space surrounded by the furnace core tube 31 and the housing 42.
内部断熱部４３は、断熱材から構成され、炉心管３１と筐体４２とによって囲われる空間において、炉心管３１を囲う筒状に形成される。本実施形態では、内部断熱部４３の内周面に環状の窪み部４４が形成されている。上下方向における窪み部４４の中心は、上下方向における中央断熱部４１の中心と概ね一致しており、内部断熱部４３の形状は窪み部４４の中心を基準として概ね上下対称の形状である。このため、本実施形態の中央断熱部４１は、窪み部４４を基準として概ね上下対称の構成である。内部断熱部４３の外周面は周壁４２ａに接し、内周面における窪み部４４以外の部位は炉心管３１に接し、上端面は上壁４２ｂに接し、下端面は下壁４２ｃに接している。なお、内部断熱部４３と筐体４２とが離隔していてもよく、内部断熱部４３と炉心管３１とが離隔していてもよい。この場合、これら部材間の隙間は、例えば２ｍｍ以下であることが好ましい。また、内部断熱部４３の内周面には窪み部４４が形成されなくてもよい。また、内部断熱部４３の熱伝導率は、長さ方向及び径方向において一定とされる。内部断熱部４３を構成する材料として、例えば、カーボン等が挙げられる。 The internal insulation section 43 is made of insulating material and is formed in a cylindrical shape surrounding the core tube 31 in the space enclosed by the core tube 31 and the housing 42. In this embodiment, an annular recess 44 is formed on the inner peripheral surface of the internal insulation section 43. The center of the recess 44 in the vertical direction generally coincides with the center of the central insulation section 41 in the vertical direction, and the shape of the internal insulation section 43 is generally symmetrical about the center of the recess 44. Therefore, in this embodiment, the central insulation section 41 is generally symmetrical about the recess 44. The outer peripheral surface of the internal insulation section 43 is in contact with the peripheral wall 42a, and the portion of the inner peripheral surface other than the recess 44 is in contact with the core tube 31. The upper end surface is in contact with the upper wall 42b, and the lower end surface is in contact with the lower wall 42c. Note that the internal insulation section 43 and the housing 42 may be separated from each other, and the internal insulation section 43 and the core tube 31 may also be separated from each other. In this case, the gap between these components is preferably 2 mm or less. The inner peripheral surface of the internal heat insulating portion 43 does not need to have a recess 44 formed therein. The thermal conductivity of the internal heat insulating portion 43 is constant in the length and radial directions. Examples of materials that can be used to form the internal heat insulating portion 43 include carbon.
本実施形態のヒータ３５は、リング状に形成されており、内部断熱部４３の窪み部４４内に配置されて炉心管３１を囲っている。上下方向におけるヒータ３５の中心は、上下方向における窪み部４４の中心と一致している。このため、上記の中央断熱部４１は、ヒータ３５の中心を基準として上下対称の構成である。なお、図１には、ヒータ３５の上下方向の中心を通り水平方向に延びる破線ＤＬが示されている。ヒータ３５が発熱することで炉心管３１が加熱され、炉心管３１の内部空間３１Ｓに収容される多孔質ガラス体２０が加熱される。このようなヒータ３５は、炉心管３１と断熱部４０における中央断熱部４１との間に位置し、当該中央断熱部４１の内部断熱部４３によって囲われている。このため、内部断熱部４３によって、ヒータ３５の熱を効果的に炉心管３１に伝達することができる。また、炉心管３１における内部断熱部４３によって囲われる部位から熱が放出されることが抑制される。なお、ヒータ３５は、複数の加熱部に分割されて構成され、これら複数の加熱部が炉心管３１を囲うように不連続に窪み部４４内に配置されてもよい。また、内部断熱部４３が窪み部４４を有さない場合には、炉心管３１の外周面と内部断熱部４３と間に配置される。ヒータ３５として、例えばカーボン製のヒータが挙げられる。 In this embodiment, the heater 35 is ring-shaped and disposed within the recess 44 of the internal insulation 43, surrounding the core tube 31. The vertical center of the heater 35 coincides with the vertical center of the recess 44. Therefore, the central insulation 41 is configured symmetrically about the center of the heater 35. Note that FIG. 1 shows a dashed line DL extending horizontally through the vertical center of the heater 35. The heat generated by the heater 35 heats the core tube 31, thereby heating the porous glass body 20 contained in the internal space 31S of the core tube 31. The heater 35 is positioned between the core tube 31 and the central insulation 41 of the insulation section 40 and is surrounded by the internal insulation 43 of the central insulation 41. Therefore, the internal insulation 43 allows the heat from the heater 35 to be effectively transferred to the core tube 31. Furthermore, heat is prevented from being released from the portion of the furnace core tube 31 surrounded by the internal insulation 43. The heater 35 may be divided into multiple heating sections, which may be discontinuously arranged within the recess 44 to surround the furnace core tube 31. If the internal insulation 43 does not have a recess 44, the heater 35 is arranged between the outer circumferential surface of the furnace core tube 31 and the internal insulation 43. An example of the heater 35 is a carbon heater.
下側断熱部５１は、断熱材から構成され、中央断熱部４１の下端から炉心管３１に沿って延在して炉心管３１の外周面を囲う筒状に形成される。このため、炉心管３１における下側断熱部５１によって囲われる部位から熱が放出されることが抑制される。本実施形態では、下側断熱部５１は、長さ方向において外径及び内径が一定の円筒状に形成される。また、下側断熱部５１の内周面は炉心管３１に接し、上端は中央断熱部４１の上端に接している。なお、下側断熱部５１と炉心管３１とは離隔していてもよい。この場合、下側断熱部５１と炉心管３１との隙間は、例えば２ｍｍ以下であることが好ましい。また、本実施形態では、下側断熱部５１の下端は、炉心管３１の下端より上方に位置している。また、下側断熱部５１の熱伝導率は、長さ方向及び径方向において一定とされる。下側断熱部５１を構成する材料として、例えば、多孔質のセラミックが挙げられる。 The lower insulation section 51 is made of insulating material and is formed into a cylindrical shape that extends from the lower end of the central insulation section 41 along the muffle tube 31 and surrounds the outer surface of the muffle tube 31. This prevents heat from escaping from the portion of the muffle tube 31 surrounded by the lower insulation section 51. In this embodiment, the lower insulation section 51 is formed into a cylindrical shape with constant outer and inner diameters along its length. The inner surface of the lower insulation section 51 contacts the muffle tube 31, and its upper end contacts the upper end of the central insulation section 41. The lower insulation section 51 and the muffle tube 31 may be spaced apart. In this case, the gap between the lower insulation section 51 and the muffle tube 31 is preferably, for example, 2 mm or less. In this embodiment, the lower end of the lower insulation section 51 is located above the lower end of the muffle tube 31. The thermal conductivity of the lower insulation section 51 is constant along its length and in the radial direction. Porous ceramic is an example of a material that constitutes the lower insulation section 51.
上側断熱部５２は、断熱材から構成され、中央断熱部４１の上端から炉心管３１に沿って延在して炉心管３１の外周面を囲う筒状に形成される。このため、炉心管３１における上側断熱部５２によって囲われる部位から熱が放出されることが抑制される。本実施形態の上側断熱部５２の形状は、下側断熱部５１の形状において外径のみを大きくした円筒形状とされる。このため、上側断熱部５２の外径及び内径は長さ方向において一定であり、上側断熱部５２の内径は下側断熱部５１の内径と同じあり、上側断熱部５２の長さは下側断熱部５１の長さと同じであり、上側断熱部５２の径方向の厚みは下側断熱部５１の径方向の厚みより大きい。また、上側断熱部５２の熱伝導率は、長さ方向及び径方向において一定であり、下側断熱部５１の熱伝導率と同じとされる。また、上側断熱部５２の内周面は炉心管３１に接し、上端は中央断熱部４１の上端に接している。なお、上側断熱部５２と炉心管３１とは離隔していてもよい。この場合、上側断熱部５２と炉心管３１との隙間は、例えば２ｍｍ以下であることが好ましい。また、本実施形態では、ヒータ３５の中心から上側断熱部５２の下端までの距離とヒータ３５の中心から下側断熱部５１の上端までの距離が同じである。なお、この距離は、上下方向における距離である。また、上側断熱部５２の上端は炉心管３１の上端より下方に位置している。下側断熱部５１を構成する材料として、例えば、多孔質のセラミックが挙げられる。 The upper insulation section 52 is made of insulating material and is formed in a cylindrical shape extending from the upper end of the central insulation section 41 along the furnace core tube 31 and surrounding the outer periphery of the furnace core tube 31. This suppresses heat release from the portion of the furnace core tube 31 surrounded by the upper insulation section 52. In this embodiment, the upper insulation section 52 has a cylindrical shape with a larger outer diameter than the lower insulation section 51. Therefore, the outer and inner diameters of the upper insulation section 52 are constant along the length, the inner diameter of the upper insulation section 52 is the same as the inner diameter of the lower insulation section 51, the length of the upper insulation section 52 is the same as the length of the lower insulation section 51, and the radial thickness of the upper insulation section 52 is greater than the radial thickness of the lower insulation section 51. Furthermore, the thermal conductivity of the upper insulation section 52 is constant along the length and radial directions and is the same as that of the lower insulation section 51. The inner circumferential surface of the upper insulation 52 contacts the muffle tube 31, and its upper end contacts the upper end of the central insulation 41. The upper insulation 52 and the muffle tube 31 may be spaced apart. In this case, the gap between the upper insulation 52 and the muffle tube 31 is preferably 2 mm or less. In this embodiment, the distance from the center of the heater 35 to the lower end of the upper insulation 52 is the same as the distance from the center of the heater 35 to the upper end of the lower insulation 51. This distance is measured in the vertical direction. The upper end of the upper insulation 52 is located below the upper end of the muffle tube 31. Porous ceramics, for example, can be used as a material for the lower insulation 51.
このような中央断熱部４１、下側断熱部５１、及び上側断熱部５２から成る本実施形態の断熱部４０の上下方向における中心は、上下方向における窪み部４４の中心であり、断熱部４０の中心がヒータ３５の中心と概ね一致している。 The vertical center of the insulation section 40 of this embodiment, which is composed of the central insulation section 41, lower insulation section 51, and upper insulation section 52, is the vertical center of the recessed section 44, and the center of the insulation section 40 roughly coincides with the center of the heater 35.
昇降部６０は、把持する支持棒２２を昇降して多孔質ガラス体２０を上下に移動するように構成される。昇降部６０の構成は特に制限されるものではない。 The lifting unit 60 is configured to raise and lower the support rod 22 that it holds, thereby moving the porous glass body 20 up and down. There are no particular limitations on the configuration of the lifting unit 60.
ガス供給部６５は、給気口Ｓ１に接続される配管６６を介して内部空間３１Ｓに、塩素系ガスを含むガスを供給する。内部空間３１Ｓに供給されるガスは、排気口Ｅ１から排気管６７に排気される。上下方向における給気口Ｓ１と排気口Ｅ１との距離は、多孔質ガラス体２０の上下方向の長さより大きい。本実施形態では、ガスは塩素系ガス及び不活性ガスの混合ガスとされ、塩素系ガスとして、例えば、塩素、ＳｉＣｌ４、塩化チオニル（ＳＯＣｌ2）等が挙げられ、不活性ガスとして、例えば、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｎ2等が挙げられる。 The gas supply unit 65 supplies gas containing a chlorine-based gas to the internal space 31S via a pipe 66 connected to the gas inlet S1. The gas supplied to the internal space 31S is exhausted from an exhaust port E1 to an exhaust pipe 67. The vertical distance between the gas inlet S1 and the exhaust port E1 is greater than the vertical length of the porous glass body 20. In this embodiment, the gas is a mixed gas of a chlorine-based gas and an inert gas. Examples of the chlorine-based gas include chlorine, SiCl4 , and thionyl chloride ( SOCl2 ), and examples of the inert gas include He, Ne, Ar, and N2 .
次に、多孔質ガラス体の加熱装置１を用いた多孔質ガラス体２０の加熱方法について説明する。 Next, we will explain the method for heating the porous glass body 20 using the porous glass body heating device 1.
まず、多孔質ガラス体２０を準備する。多孔質ガラス体２０は、ＯＶＤ法やＶＡＤ法などのスート法によって形成することができる。本実施形態では、ＶＡＤ法によって、準備したガラスロッド２４の一端部から当該ガラスロッド２４の軸方向に沿うようにガラス微粒子を堆積させて、多孔質ガラス体２０を得る。 First, the porous glass body 20 is prepared. The porous glass body 20 can be formed by a soot method such as the OVD method or the VAD method. In this embodiment, the porous glass body 20 is obtained by depositing glass particles from one end of a prepared glass rod 24 along the axial direction of the glass rod 24 using the VAD method.
次に、多孔質ガラス体２０を加熱して脱水処理を行う。得られた多孔質ガラス体２０を支持棒２２に吊り下げ、当該多孔質ガラス体２０を炉心管３１の内部空間３１Ｓに収容させる。また、ガス供給部６５によって、給気口Ｓ１からガスを内部空間３１Ｓに供給し、当該内部空間３１Ｓにガスを充填するとともに、内部空間３１Ｓのガスを排気口Ｅ１から排気管６７へ排気する。このため、内部空間３１Ｓのうち給気口Ｓ１と排気口Ｅ１との間では、下方から上方に向かうガスの流れが生じている。 Next, the porous glass body 20 is heated to perform a dehydration process. The resulting porous glass body 20 is suspended from a support rod 22 and placed in the internal space 31S of the furnace tube 31. The gas supply unit 65 supplies gas to the internal space 31S through the gas inlet S1, filling the internal space 31S with gas, and exhausts the gas from the internal space 31S through the exhaust outlet E1 to the exhaust pipe 67. As a result, a gas flow from below to above occurs between the gas inlet S1 and the exhaust outlet E1 in the internal space 31S.
このようにガスが供給されている状態で、ヒータ３５を発熱させて炉心管３１を加熱する。図２は、炉心管３１の内部空間３１Ｓの温度と当該炉心管３１の延在方向に沿った位置との関係の一例を示すグラフであり、多孔質ガラス体２０を脱水処理する際の温度と位置との関係を示すグラフである。なお、図２のグラフの縦軸は、炉心管３１の上端を基準とした延在方向における位置である。また、位置ｐ１は上側断熱部５２の上端であり、位置ｐ２は上側断熱部５２の下端であり、位置ｐ３はヒータ３５の中心であり、位置ｐ４は下側断熱部５１の上端であり、位置ｐ５は下側断熱部５１の下端である。図２に示すように、内部空間３１Ｓの温度は、ヒータ３５の中心付近で最も高く、ヒータ３５から離れるにつれて低くなる。また、内部空間３１Ｓの温度は、ヒータ３５を基準とする上側が下側より高温となっている。このような熱の偏りは、ガス供給部６５から供給されるガスの流れに起因している。 With gas being supplied in this manner, the heater 35 is activated to heat the furnace core tube 31. Figure 2 is a graph showing an example of the relationship between the temperature of the internal space 31S of the furnace core tube 31 and the position along the extension direction of the furnace core tube 31. This graph shows the relationship between temperature and position during dehydration of the porous glass body 20. The vertical axis of the graph in Figure 2 represents the position in the extension direction relative to the upper end of the furnace core tube 31. Position p1 is the upper end of the upper insulating section 52, position p2 is the lower end of the upper insulating section 52, position p3 is the center of the heater 35, position p4 is the upper end of the lower insulating section 51, and position p5 is the lower end of the lower insulating section 51. As shown in Figure 2, the temperature of the internal space 31S is highest near the center of the heater 35 and decreases with increasing distance from the heater 35. The temperature of the internal space 31S is higher above the heater 35 than below. This heat imbalance is caused by the flow of gas supplied from the gas supply unit 65.
このように炉心管３１が加熱されている状態で、昇降部６０によって多孔質ガラス体２０の全体がヒータ３５を横切るように、多孔質ガラス体２０を所定の速度で上方から下方へ移動させる。このため、多孔質ガラス体２０がヒータ３５によって加熱される。この加熱により、ガス供給部６５からのガスに含まれる塩素系ガスによって、多孔質ガラス体２０の表面におけるＯＨ基や表面に付着した水分が除去される。なお、多孔質ガラス体２０がヒータ３５を複数回横切るように、多孔質ガラス体２０を上下方向に往復移動させてもよい。また、加熱温度は、多孔質ガラス体２０の焼結温度より低い温度でかつ多孔質ガラス体２０から水分を除去できる温度であればよく、例えば、１０００℃以上１２００℃以下であることが好ましい。なお、この加熱温度は、内部空間３１Ｓにおけるヒータ３５近傍での温度である。加熱温度が１０００℃以上であることによって、多孔質ガラス体２０から水分を除去する時間を短縮し得、加熱温度が１２００℃以下であることによって、多孔質ガラス体２０が軟化することを十分に抑制し得る。 While the furnace tube 31 is heated in this manner, the lifting unit 60 moves the porous glass body 20 from top to bottom at a predetermined speed so that the entire porous glass body 20 crosses the heater 35. This causes the porous glass body 20 to be heated by the heater 35. This heating removes OH groups and moisture adhering to the surface of the porous glass body 20 using the chlorine-based gas contained in the gas from the gas supply unit 65. The porous glass body 20 may be moved back and forth vertically so that it crosses the heater 35 multiple times. The heating temperature may be any temperature lower than the sintering temperature of the porous glass body 20 and capable of removing moisture from the porous glass body 20; for example, a temperature between 1000°C and 1200°C is preferred. This heating temperature is the temperature in the interior space 31S near the heater 35. By setting the heating temperature to 1000°C or higher, the time required to remove moisture from the porous glass body 20 can be shortened, and by setting the heating temperature to 1200°C or lower, softening of the porous glass body 20 can be sufficiently suppressed.
次に、多孔質ガラス体２０を加熱して焼結処理を行う。本実施形態では、上記の脱水処理と連続して行う。昇降部６０によって、多孔質ガラス体２０をヒータ３５より上方に位置させる。内部空間３１Ｓにおけるヒータ３５近傍での温度が、多孔質ガラス体２０が焼結して透明ガラス化する温度、例えば、１３００℃以上１６００℃以下となるようにヒータ３５を発熱させる。この際、脱水処理と同様に、内部空間３１Ｓには、ガス供給部６５によってガスが供給されている。この際の内部空間３１Ｓの温度は、脱水処理のときと同様に、ヒータ３５の中心付近で最も高く、ヒータ３５から離れるにつれて低くなっており、ヒータ３５を基準とする上側が下側より高温となっている。この状態で、昇降部６０によって多孔質ガラス体２０の全体がヒータ３５を横切るように、多孔質ガラス体２０を所定の速度で上方から下方へ移動させる。このため、多孔質ガラス体２０がヒータ３５によって加熱されて焼結する。なお、多孔質ガラス体２０がヒータ３５を複数回横切るように、多孔質ガラス体２０を上下方向に往復移動させてもよい。このようにして、多孔質ガラス体２０が透明ガラス化され、光ファイバのコアを形成するためのコアガラスロッドとなる。 Next, the porous glass body 20 is heated for sintering. In this embodiment, this is performed consecutively with the dehydration process. The lifting unit 60 positions the porous glass body 20 above the heater 35. The heater 35 is activated so that the temperature in the internal space 31S near the heater 35 reaches a temperature at which the porous glass body 20 sinters into transparent glass, for example, 1300°C to 1600°C. During this process, as in the dehydration process, gas is supplied to the internal space 31S by the gas supply unit 65. As in the dehydration process, the temperature of the internal space 31S is highest near the center of the heater 35 and decreases with increasing distance from the heater 35, with the upper side relative to the heater 35 being hotter than the lower side. In this state, the lifting unit 60 moves the porous glass body 20 from top to bottom at a predetermined speed so that the entire porous glass body 20 crosses the heater 35. As a result, the porous glass body 20 is heated by the heater 35 and sintered. Alternatively, the porous glass body 20 may be moved back and forth in the vertical direction so that it crosses the heater 35 multiple times. In this way, the porous glass body 20 is vitrified into a transparent glass and becomes a core glass rod for forming the core of an optical fiber.
このようにして得られたコアガラスロッドから光ファイバを形成するための光ファイバ用母材を製造することができる。例えば、得られたコアガラスロッドにＯＶＤ法によってガラス微粒子を堆積させて光ファイバのクラッドを形成するためのクラッドガラス体となる多孔質ガラス体を形成する。次に、上記の脱水処理及び焼結処理と同様に、当該多孔質ガラス体を加熱して脱水処理及び焼結処理を行う。コアガラスロッドはこの加熱によってほとんど変化することなく光ファイバのコアとなるコアガラス体となり、多孔質ガラス体は透明ガラス化されて光ファイバのクラッドとなるクラッドガラス体となる。そして、コアガラス体と当該コアガラス体の外周面がクラッドガラス体によって囲われた光ファイバ用母材を得ることができる。この光ファイバ用母材を加熱して線引きすることで、コアの外周がクラッドによって囲われた光ファイバを得ることができる。 From the core glass rod obtained in this manner, an optical fiber preform for forming an optical fiber can be manufactured. For example, glass particles are deposited on the obtained core glass rod using the OVD method to form a porous glass body that will serve as the cladding glass body for forming the cladding of the optical fiber. Next, similar to the dehydration and sintering processes described above, the porous glass body is heated and subjected to dehydration and sintering processes. The core glass rod remains almost unchanged by this heating and becomes the core glass body that will become the core of the optical fiber, while the porous glass body is vitrified into a transparent glass that will become the cladding glass body that will become the cladding of the optical fiber. An optical fiber preform can then be obtained in which the core glass body and the outer surface of the core glass body are surrounded by a cladding glass body. By heating and drawing this optical fiber preform, an optical fiber can be obtained in which the outer periphery of the core is surrounded by a cladding.
ここで、上記のように、多孔質ガラス体の加熱装置１における炉心管３１は断熱部４０によって囲われている。このため、ヒータ３５によって多孔質ガラス体２０を加熱する脱水及び焼結処理を行う状態において、炉心管３１のうち断熱部４０によって囲われている部位の外周面から放出される熱は断熱部４０を介して放出される。この断熱部４０のうちヒータ３５の中心より上側における外周面は、中央断熱部４１におけるヒータ３５の中心より上側における外周面の全体と、上側断熱部５２の外周面の全体とから成る。一方、断熱部４０のうちヒータ３５の中心より下側における外周面は、中央断熱部４１におけるヒータ３５の中心より下側における外周面の全体と、下側断熱部５１の外周面の全体とから成る。本実施形態では、上側断熱部５２の外径を下側断熱部５１の外径より大きくすることで、上側断熱部５２の断熱性能を下側断熱部５１の断熱性能より高くしている。そして、断熱部４０のうちヒータ３５の中心より上側における外周面から放出される熱量を、ヒータ３５の中心より下側における外周面から放出される熱量以下にしている。なお、本実施形態では、断熱部４０の中央断熱部４１は、ヒータ３５の中心を基準として概ね上下対称の構成である。また、上側断熱部５２が囲う炉心管３１の外周面の範囲と下側断熱部５１が囲う炉心管３１の外周面の範囲は、ヒータ３５の中心を基準として概ね上下対称である。しかし、図２に示すように、炉心管３１の内部空間３１Ｓにおけるヒータ３５より上側は、下側より高温である。このため、このような熱の偏りも考慮したうえで、断熱部４０の外周面から放出される熱量が上記のようになるように、中央断熱部４１、下側断熱部５１、及び上側断熱部５２の上下方向の長さ、これらの外径が調節されている。 As described above, the furnace tube 31 in the heating apparatus 1 for porous glass bodies is surrounded by the thermal insulation 40. Therefore, during the dehydration and sintering process in which the heater 35 heats the porous glass body 20, heat emitted from the outer peripheral surface of the portion of the furnace tube 31 surrounded by the thermal insulation 40 is dissipated through the thermal insulation 40. The outer peripheral surface of the thermal insulation 40 above the center of the heater 35 consists of the entire outer peripheral surface of the central thermal insulation 41 above the center of the heater 35 and the entire outer peripheral surface of the upper thermal insulation 52. Meanwhile, the outer peripheral surface of the thermal insulation 40 below the center of the heater 35 consists of the entire outer peripheral surface of the central thermal insulation 41 below the center of the heater 35 and the entire outer peripheral surface of the lower thermal insulation 51. In this embodiment, the outer diameter of the upper thermal insulation 52 is made larger than the outer diameter of the lower thermal insulation 51, thereby increasing the insulating performance of the upper thermal insulation 52 compared to that of the lower thermal insulation 51. The amount of heat radiated from the outer peripheral surface of the insulation unit 40 above the center of the heater 35 is set to be equal to or less than the amount of heat radiated from the outer peripheral surface below the center of the heater 35. In this embodiment, the central insulation unit 41 of the insulation unit 40 is configured to be generally vertically symmetrical with respect to the center of the heater 35. The area of the outer peripheral surface of the furnace tube 31 surrounded by the upper insulation unit 52 and the area of the outer peripheral surface of the furnace tube 31 surrounded by the lower insulation unit 51 are also generally vertically symmetrical with respect to the center of the heater 35. However, as shown in FIG. 2 , the area above the heater 35 in the internal space 31S of the furnace tube 31 is hotter than the area below. Therefore, taking this heat bias into consideration, the vertical lengths and outer diameters of the central insulation unit 41, lower insulation unit 51, and upper insulation unit 52 are adjusted so that the amount of heat radiated from the outer peripheral surface of the insulation unit 40 is as described above.
なお、本実施形態では、断熱部４０に冷却機能を有する筐体４２が含まれる。このように断熱部４０に冷却機能を有する部材が含まれる場合、断熱部４０のうちヒータ３５の中心より上側における外周面から放出される熱量には、当該外周面から放出される熱量と、冷却機能を有する部材のうちヒータ３５の中心より上側における部位から冷却機能によって放出される熱量とが含まれるものとする。このため、本実施形態では、断熱部４０のうちヒータ３５の中心より上側における外周面から放出される熱量には、筐体４２のうちヒータ３５の中心より上側における部位から冷却機能によって放出される熱量が含まれる。また、断熱部４０のうちヒータ３５の中心より下側における外周面から放出される熱量には、上側における外周面から放出される熱量と同様に、筐体４２のうちヒータ３５の中心より下側における部位から冷却機能によって放出される熱量が含まれる。 In this embodiment, the heat insulating unit 40 includes a housing 42 with a cooling function. When the heat insulating unit 40 includes a component with a cooling function, the amount of heat radiated from the outer peripheral surface of the heat insulating unit 40 above the center of the heater 35 includes the amount of heat radiated from the outer peripheral surface and the amount of heat radiated by the cooling function from the portion of the component with a cooling function above the center of the heater 35. Therefore, in this embodiment, the amount of heat radiated from the outer peripheral surface of the heat insulating unit 40 above the center of the heater 35 includes the amount of heat radiated by the cooling function from the portion of the housing 42 above the center of the heater 35. Furthermore, the amount of heat radiated from the outer peripheral surface of the heat insulating unit 40 below the center of the heater 35 includes the amount of heat radiated by the cooling function from the portion of the housing 42 below the center of the heater 35, as well as the amount of heat radiated from the outer peripheral surface on the upper side.
本実施形態の断熱部４０における内部断熱部４３、下側断熱部５１、及び上側断熱部５２は、冷却機能を有さない円筒状の部材である。このような円筒状の部材において内周面から外周面へ伝わって当該外周面から放出される熱量Ｑは、フーリエの法則により、以下の式（１）で表すことができる。
なお、Ｔ（ｘ）は部材の一端を基準とした延在方向における位置ｘでの内周面の温度と外周面の温度との差、Ｄin（ｘ）は位置ｘでの内径、Ｄout（ｘ）は位置ｘでの外径、ｋ（ｘ）は位置ｘでの径方向における熱伝導率の平均値、Ｌは部材の長さである。ここで、下側断熱部５１の上端面及び内部断熱部４３の下端面は、冷却機能を有する筐体４２の下壁４２ｃに接し、上側断熱部５２の下端面及び内部断熱部４３の上端面は、筐体４２の上壁４２ｂに接している。このため、下側断熱部５１の上端面、内部断熱部４３の下端面及び上端面、上側断熱部５２の下端面から筐体４２の冷却機能に熱が放出される。しかし、上記のような脱水及び焼結処理を行う状態では、このように放出される熱量は、それぞれの部材の外周面から放出される熱量に比べて無視できる程度に小さい。このため、内部断熱部４３、下側断熱部５１、及び上側断熱部５２のそれぞれの外周面から放出される熱量は、概ね上記の式（１）で近似できる。ここで、下側断熱部５１及び上側断熱部５２の外周面は、断熱部４０の外周面の一部であり、以下では、下側断熱部５１及び上側断熱部５２の外周面から放出される熱量について詳細に説明する。
In the heat insulation unit 40 of this embodiment, the inner heat insulation unit 43, the lower heat insulation unit 51, and the upper heat insulation unit 52 are cylindrical members that do not have a cooling function. In such a cylindrical member, the amount of heat Q that is transferred from the inner peripheral surface to the outer peripheral surface and released from the outer peripheral surface can be expressed by the following equation (1) according to Fourier's law.
Here, T(x) is the difference between the temperature of the inner peripheral surface and the temperature of the outer peripheral surface at position x in the extension direction relative to one end of the member, D in (x) is the inner diameter at position x, D out (x) is the outer diameter at position x, k(x) is the average value of the thermal conductivity in the radial direction at position x, and L is the length of the member. Here, the upper end surface of the lower heat insulating section 51 and the lower end surface of the internal heat insulating section 43 are in contact with the lower wall 42 c of the housing 42, which has a cooling function, and the lower end surface of the upper heat insulating section 52 and the upper end surface of the internal heat insulating section 43 are in contact with the upper wall 42 b of the housing 42. Therefore, heat is released to the cooling function of the housing 42 from the upper end surface of the lower heat insulating section 51, the lower and upper end surfaces of the internal heat insulating section 43, and the lower end surface of the upper heat insulating section 52. However, during the dehydration and sintering processes described above, the amount of heat released in this manner is negligibly small compared to the amount of heat released from the outer peripheral surfaces of each member. Therefore, the amount of heat released from the outer peripheral surfaces of the internal insulation section 43, the lower insulation section 51, and the upper insulation section 52 can be roughly approximated by the above formula (1). Here, the outer peripheral surfaces of the lower insulation section 51 and the upper insulation section 52 are part of the outer peripheral surface of the insulation section 40, and the amount of heat released from the outer peripheral surfaces of the lower insulation section 51 and the upper insulation section 52 will be described in detail below.
本実施形態では、上記のように、炉心管３１の外径は長さ方向において一定であり、下側断熱部５１及び上側断熱部５２の内周面は炉心管３１に接している。また、下側断熱部５１及び上側断熱部５２の外径は延在方向において一定であり、下側断熱部５１の長さは、上側断熱部５２の長さと同じであり、下側断熱部５１の熱伝導率は、上側断熱部５２の熱伝導率と同じである。このため、下側断熱部５１における内周面の温度と外周面の温度との差をΔＴ１、上側断熱部５２における内周面の温度と外周面の温度との差をΔＴ２、炉心管３１の外径をＤ０、下側断熱部５１の外径をＤ１、上側断熱部５２の外径をＤ２、下側断熱部５１及び上側断熱部５２の熱伝導率をｋ、下側断熱部５１及び上側断熱部５２の長さをＬとすると、下側断熱部５１の外周面から放出される熱量Ｑ１は、以下の式（２）で表され、上側断熱部５２の外周面から放出される熱量Ｑ２は、以下の式（３）で表される。
また、下側断熱部５１の断面積Ａ１は、以下の式（４）で表され、上側断熱部５２の断面積Ａ２は、以下の式（５）で表される。
また、断面積Ａ１と断面積Ａ2との合計をＡ、下側断熱部５１及び上側断熱部５２の容積の合計に対する下側断熱部５１の容積の比をβとすると、断面積Ａ１は、以下の式（６）で表され、断面積Ａ２は、以下の式（７）で表される。
そして、上記の式（４）及び式（６）に基づいて、下側断熱部５１の外径Ｄ１は、以下の式（８）で表され、上記の式（５）及び式（７）に基づいて、上側断熱部５２の外径Ｄ２は、以下の式（９）で表される。
In this embodiment, as described above, the outer diameter of the furnace core tube 31 is constant in the length direction, and the inner circumferential surfaces of the lower insulation section 51 and the upper insulation section 52 are in contact with the furnace core tube 31. Furthermore, the outer diameters of the lower insulation section 51 and the upper insulation section 52 are constant in the extension direction, the length of the lower insulation section 51 is the same as the length of the upper insulation section 52, and the thermal conductivity of the lower insulation section 51 is the same as the thermal conductivity of the upper insulation section 52. Therefore, if the difference in temperature between the inner and outer surfaces of the lower insulation section 51 is ΔT 1 , the difference in temperature between the inner and outer surfaces of the upper insulation section 52 is ΔT 2 , the outer diameter of the furnace tube 31 is D 0 , the outer diameter of the lower insulation section 51 is D 1 , the outer diameter of the upper insulation section 52 is D 2 , the thermal conductivity of the lower insulation section 51 and the upper insulation section 52 is k, and the length of the lower insulation section 51 and the upper insulation section 52 is L, the amount of heat Q 1 released from the outer surface of the lower insulation section 51 is expressed by the following equation (2), and the amount of heat Q 2 released from the outer surface of the upper insulation section 52 is expressed by the following equation (3).
The cross-sectional area A1 of the lower heat insulating section 51 is expressed by the following formula (4), and the cross-sectional area A2 of the upper heat insulating section 52 is expressed by the following formula (5).
Furthermore, if the sum of the cross-sectional area A1 and the cross-sectional area A2 is A and the ratio of the volume of the lower insulation section 51 to the sum of the volumes of the lower insulation section 51 and the upper insulation section 52 is β, the cross-sectional area A1 is expressed by the following equation (6), and the cross-sectional area A2 is expressed by the following equation (7).
Based on the above formulas (4) and (6), the outer diameter D1 of the lower heat insulating section 51 is expressed by the following formula (8), and based on the above formulas (5) and (7), the outer diameter D2 of the upper heat insulating section 52 is expressed by the following formula (9).
ここで、ΔＴ１に対するΔＴ２の比をα、炉心管３１の外径を直径とする円の面積をＡ0とすると、上記の式（２）及び式（８）に基づいて、熱量Ｑ１は、以下の式（１０）で表され、上記の式（３）及び式（９）に基づいて、熱量Ｑ２は、以下の式（１１）で表され、熱量Ｑ１と熱量Ｑ２との合計の熱量Ｑは、以下の式（１２）で表される。
面積Ａ０に対するＡの比をＣとすると、上記の式（１２）におけるβに依存する部分ｆ（α,β）は、以下の式（１３）で表される。
Here, if the ratio of ΔT2 to ΔT1 is α and the area of a circle whose diameter is the outer diameter of the furnace tube 31 is A0 , the heat quantity Q1 is expressed by the following formula (10) based on the above formulas (2) and (8), the heat quantity Q2 is expressed by the following formula (11) based on the above formulas (3) and (9), and the total heat quantity Q of the heat quantities Q1 and Q2 is expressed by the following formula (12).
If the ratio of A to area A0 is C, the portion f(α, β) that depends on β in the above equation (12) is expressed by the following equation (13).
図３は、断熱部の外周面から放出される熱量に関するグラフである。具体的には、図３のグラフは、ｆ（α,β）と比βとの関係を示すグラフの一例であり、比Ｃを１とし、比αを１．５、２、３、５とする際のそれぞれにおけるｆ（α,β）と比βとの関係を示すグラフである。下側断熱部５１及び上側断熱部５２の両方が存在するものとすると、比βの範囲は、ゼロより大きく、１未満となる。そして、図３のグラフから、ｆ（α,β）はこの範囲で最小値となり、比αが大きくなるほどｆ（α,β）が最小となる比βの値が小さくなることが分かる。なお、図３には、ｆ（α,β）が最小となる位置に丸い印が付されている。 Figure 3 is a graph showing the amount of heat released from the outer surface of the insulation section. Specifically, the graph in Figure 3 is an example of a graph showing the relationship between f(α,β) and the ratio β, where the ratio C is 1 and the ratio α is 1.5, 2, 3, and 5. Assuming that both the lower insulation section 51 and the upper insulation section 52 are present, the range of the ratio β is greater than zero and less than 1. The graph in Figure 3 shows that f(α,β) reaches its minimum value within this range, and that the value of the ratio β at which f(α,β) is minimum decreases as the ratio α increases. Note that Figure 3 also shows a circle mark at the position where f(α,β) is minimum.
ここで、上記のように、内部空間３１Ｓに供給されるガスの流れに起因して、内部空間３１Ｓのうち断熱部４０によって囲われる部位では、ヒータ３５を基準とする上側が下側より高温となる。比αが１より大きいという条件をｆ（α,β）に適用する場合、ｆ（α,β）が最小値となる比βは、０．５未満となる。これにより、下側断熱部５１の外周面から放出される熱量Ｑ１と上側断熱部５２の外周面から放出される熱量Ｑ２との合計の熱量Ｑを最小とする最適な比βが存在し、比αが大きいほど熱量Ｑが最小となる比βを小さくすべきという指針が得られる。 As described above, due to the flow of gas supplied to the internal space 31S, the upper side of the heater 35 becomes hotter than the lower side in the portion of the internal space 31S surrounded by the thermal insulation section 40. When the condition that the ratio α is greater than 1 is applied to f(α, β), the ratio β at which f(α, β) is minimized becomes less than 0.5. This provides a guideline that there is an optimal ratio β that minimizes the total heat quantity Q, which is the sum of the heat quantity Q1 radiated from the outer peripheral surface of the lower thermal insulation section 51 and the heat quantity Q2 radiated from the outer peripheral surface of the upper thermal insulation section 52, and that the larger the ratio α, the smaller the ratio β at which the heat quantity Q is minimized.
上記の比αは、炉心管３１の外径Ｄ０、炉心管３１の内部空間３１Ｓに供給されるガスの種類、当該ガスの流量、加熱温度等の条件によって変化する。そこで、以下に示す４つの条件ａ，ｂ，ｃ，ｄにおいて、炉心管３１の外周面の温度と断熱部４０の外周面の温度との差を測定した。その結果を図４に示す。条件aでは、ガスの種類はヘリウムであり、ガスの流量は３ＳＬＭであり、内部空間３１Ｓにおけるヒータ３５の近傍の温度が概ね１４００℃である。条件ｂでは、ガスの種類はヘリウムであり、ガスの流量は３ＳＬＭであり、内部空間３１Ｓにおけるヒータ３５の近傍の温度が１１００℃である。条件ｃでは、ガスの種類はヘリウムであり、ガスの流量は３ＳＬＭであり、内部空間３１Ｓにおけるヒータ３５の近傍の温度が概ね１４００℃である。条件ｄでは、ガスの種類はヘリウムであり、ガスの流量は３ＳＬＭであり、内部空間３１Ｓにおけるヒータ３５の近傍の温度が概ね１０００℃である。これらの条件は、光ファイバ用母材の一部となる多孔質ガラス体を加熱する際の一般的な条件である。また、これらの条件では、下側断熱部５１の外径Ｄ１と上側断熱部５２の外径Ｄ２とは５００ｍｍであった。 The ratio α varies depending on conditions such as the outer diameter D 0 of the furnace core tube 31, the type of gas supplied to the internal space 31S of the furnace core tube 31, the flow rate of the gas, and the heating temperature. Therefore, the difference in temperature between the outer surface of the furnace core tube 31 and the outer surface of the heat insulating section 40 was measured under the following four conditions a, b, c, and d. The results are shown in FIG. 4 . Under condition a, the type of gas was helium, the gas flow rate was 3 SLM, and the temperature near the heater 35 in the internal space 31S was approximately 1400°C. Under condition b, the type of gas was helium, the gas flow rate was 3 SLM, and the temperature near the heater 35 in the internal space 31S was 1100°C. Under condition c, the type of gas was helium, the gas flow rate was 3 SLM, and the temperature near the heater 35 in the internal space 31S was approximately 1400°C. Under condition d, the type of gas was helium, the gas flow rate was 3 SLM, and the temperature in the vicinity of the heater 35 in the internal space 31S was approximately 1000°C. These conditions are typical conditions for heating a porous glass body that will become a part of an optical fiber preform. Under these conditions, the outer diameter D1 of the lower heat insulating part 51 and the outer diameter D2 of the upper heat insulating part 52 were 500 mm.
図４のグラフにおいて、横軸はヒータ３５の中心を基準とする上下方向の相対位置であり、１．０は下側断熱部５１の下端であり、－１．０は上側断熱部５２の上端である。また、０．２付近が中央断熱部４１の下端であり、－０．２付近が中央断熱部４１の上端である。また、縦軸は、炉心管３１の外周面の温度と断熱部４０の外周面の温度との差であるが、当該差の値は、最大値で割ることによって正規化された値である。図３に示される結果から、下側断熱部５１の外周面の温度の平均値に対する上側断熱部５２の外周面の温度の平均値の比を、上記の比αとして算出した。条件aでの比αは２．４であり、条件ｂでの比αは１．６であり、条件ｃでの比αは１．９であり、条件ｄでの比αは１．１であった。このため、光ファイバ用母材の一部となる多孔質ガラス体を加熱する一般的な条件において、αは１．１以上、２．４以下であることが分かった。 In the graph of Figure 4, the horizontal axis represents the relative position in the vertical direction based on the center of the heater 35, with 1.0 representing the lower end of the lower insulation section 51 and -1.0 representing the upper end of the upper insulation section 52. Also, around 0.2 represents the lower end of the central insulation section 41, and around -0.2 represents the upper end of the central insulation section 41. Also, the vertical axis represents the difference between the temperature of the outer surface of the furnace core tube 31 and the temperature of the outer surface of the insulation section 40, and this difference is normalized by dividing by the maximum value. From the results shown in Figure 3, the ratio α was calculated as the ratio of the average temperature of the outer surface of the upper insulation section 52 to the average temperature of the outer surface of the lower insulation section 51. The ratio α under condition a was 2.4, the ratio α under condition b was 1.6, the ratio α under condition c was 1.9, and the ratio α under condition d was 1.1. Therefore, it was found that under typical conditions for heating a porous glass body that will become part of an optical fiber preform, α is between 1.1 and 2.4.
ここで、上記の比Ｃは、炉心管３１の外径を直径とする円の面積Ａ０に対する、下側断熱部５１の断面積Ａ１と上側断熱部５２の断面積Ａ2との合計Ａの比である。このため、Ｃが大きくなるほど下側断熱部５１や上側断熱部５２が大きくなり、多孔質ガラス体の加熱装置１が大きくなる。このため、装置が大型化することを抑制する観点では、Ｃは３０以下であることが好ましい。そして、上記の式（１３）で示されるｆ（α,β）において、比Ｃが３０以下、比αが１．１以上、２．４以下である制限を与えた際に、ｆ（α,β）が最小値となる比βが０．３６より大きく、０．４９以下であることを得た。このようにして、本発明者は、この比βがこの範囲であることによって、光ファイバ用母材の一部となる多孔質ガラス体を加熱する際の一般的な条件において、装置が大型化することを抑制しつつ上側断熱部５２及び下側断熱部５１から放出される熱量の合計が少なくなるようにし得ることを見出した。そして、本実施形態の多孔質ガラス体の加熱装置１では、上記の比βが上記の範囲となるように、下側断熱部５１及び上側断熱部５２の外径Ｄ１，Ｄ２が設定されている。 Here, the ratio C is the ratio of the sum A of the cross-sectional area A1 of the lower insulating section 51 and the cross-sectional area A2 of the upper insulating section 52 to the area A0 of a circle whose diameter is the outer diameter of the furnace tube 31. Therefore, as C increases, the lower insulating section 51 and the upper insulating section 52 become larger, and the heating apparatus 1 for a porous glass body becomes larger. Therefore, from the viewpoint of preventing the apparatus from becoming large, C is preferably 30 or less. Furthermore, when the ratio C is limited to 30 or less and the ratio α is limited to 1.1 or more and 2.4 or less in f(α,β) shown in the above formula (13), the ratio β at which f(α,β) becomes a minimum is found to be greater than 0.36 and less than 0.49. Thus, the inventors have found that by keeping the ratio β within this range, the total amount of heat released from the upper insulating section 52 and the lower insulating section 51 can be reduced while preventing the apparatus from becoming large under typical conditions for heating a porous glass body that will become a part of an optical fiber preform. In the heating device 1 for a porous glass body of this embodiment, the outer diameters D 1 and D 2 of the lower heat insulating part 51 and the upper heat insulating part 52 are set so that the ratio β falls within the above range.
以上説明したように、本実施形態の多孔質ガラス体の加熱装置１は、上下方向に延在する炉心管３１と、断熱部４０と、ヒータ３５と、ガス供給部６５と、を備える。炉心管３１は、多孔質ガラス体２０を収容可能な内部空間３１Ｓ、当該内部空間３１Ｓに連通する給気口Ｓ１、及び当該給気口Ｓ１より上方において内部空間３１Ｓに連通する排気口Ｅ１を有する。断熱部４０は、給気口Ｓ１と排気口Ｅ１との間において炉心管３１の外周面を囲う。ヒータ３５は、炉心管３１と断熱部４０との間において断熱部４０によって囲われ、多孔質ガラス体２０を加熱する。ガス供給部６５は、給気口Ｓ１から内部空間３１Ｓにガスを供給する。このガスによって、ヒータ３５によって多孔質ガラス体２０を加熱する状態において、内部空間３１Ｓのうち断熱部４０によって囲われる部位では、ヒータ３５を基準とする上側が下側より高温となる。しかし、この状態において、断熱部４０のうちヒータ３５の中心より上側における外周面から放出される熱量が、ヒータ３５の中心より下側における外周面から放出される熱量以下である。一方、前述の特許文献１の加熱装置では、上記の断熱部４０に対応する部位である炉体、上側断熱部、及び下側断熱部からなる部位のうちヒータの中心より上側における外周面から放出される熱量は、下側における外周面から放出される熱量より大きい。このため、炉心管３１の外周面から放出される熱量が前述の特許文献１と同じであっても、この特許文献１の加熱装置と比べて、炉心管３１のうちヒータ３５より上側における外周面から放出される熱量を低減し得、その結果、所定の温度以上となる高温領域を広くし得る。従って、本実施形態の多孔質ガラス体の加熱装置１によれば、多孔質ガラス体を適切に加熱し得る。なお、所定の温度としては、例えば、内部空間３１Ｓにおける最高温度の０．９倍の温度が挙げられる。 As described above, the heating device 1 for a porous glass body of this embodiment comprises a furnace tube 31 extending in the vertical direction, an insulating section 40, a heater 35, and a gas supply section 65. The furnace tube 31 has an internal space 31S capable of accommodating a porous glass body 20, an air inlet S1 communicating with the internal space 31S, and an exhaust port E1 above the air inlet S1 communicating with the internal space 31S. The insulating section 40 surrounds the outer periphery of the furnace tube 31 between the air inlet S1 and the exhaust port E1. The heater 35 is surrounded by the insulating section 40 between the furnace tube 31 and the insulating section 40 and heats the porous glass body 20. The gas supply section 65 supplies gas from the air inlet S1 to the internal space 31S. When the heater 35 heats the porous glass body 20, this gas causes the temperature of the upper side of the heater 35 in the portion of the internal space 31S surrounded by the insulating section 40 to be higher than that of the lower side. However, in this state, the amount of heat radiated from the outer peripheral surface of the insulating section 40 above the center of the heater 35 is less than the amount of heat radiated from the outer peripheral surface below the center of the heater 35. On the other hand, in the heating device of Patent Document 1, the amount of heat radiated from the outer peripheral surface above the center of the heater in the portion consisting of the furnace body, upper insulating section, and lower insulating section, which corresponds to the insulating section 40, is greater than the amount of heat radiated from the outer peripheral surface below the center of the heater. Therefore, even if the amount of heat radiated from the outer peripheral surface of the furnace core tube 31 is the same as in Patent Document 1, the amount of heat radiated from the outer peripheral surface above the heater 35 in the heating device of Patent Document 1 can be reduced compared to the heating device of Patent Document 1, and as a result, the high-temperature region where the temperature exceeds a predetermined temperature can be expanded. Therefore, the heating device 1 for a porous glass body of this embodiment can appropriately heat the porous glass body. The predetermined temperature may be, for example, 0.9 times the maximum temperature in the internal space 31S.
また、本実施形態では、断熱部４０は、ヒータ３５を囲う中央断熱部４１と、中央断熱部４１の上端から炉心管３１に沿って延在し炉心管３１の外周面を囲う上側断熱部５２と、中央断熱部４１の下端から炉心管３１に沿って延在し炉心管３１の外周面を囲う下側断熱部５１とから成る。炉心管３１の径方向における上側断熱部５２の厚みは、下側断熱部５１の厚みより大きい。このため、上側断熱部５２の熱伝導率が下側断熱部５１の熱伝導率と同じであっても、上記の高温領域を広くし易い。 In addition, in this embodiment, the insulation section 40 is composed of a central insulation section 41 that surrounds the heater 35, an upper insulation section 52 that extends from the upper end of the central insulation section 41 along the muffle tube 31 and surrounds the outer surface of the muffle tube 31, and a lower insulation section 51 that extends from the lower end of the central insulation section 41 along the muffle tube 31 and surrounds the outer surface of the muffle tube 31. The thickness of the upper insulation section 52 in the radial direction of the muffle tube 31 is greater than the thickness of the lower insulation section 51. Therefore, even if the thermal conductivity of the upper insulation section 52 is the same as that of the lower insulation section 51, it is easy to widen the high-temperature region.
また、本実施形態の多孔質ガラス体の加熱装置１では、上側断熱部５２及び下側断熱部５１は円筒状であり、上側断熱部５２及び下側断熱部５１の外径は、延在方向において一定であり、ヒータ３５の中心から上側断熱部５２の下端までの距離とヒータ３５の中心から下側断熱部５１の上端までの距離が同じであり、上側断熱部５２の長さは、下側断熱部５１の長さと同じであり、上側断熱部５２の熱伝導率は、下側断熱部５１の熱伝導率と同じである。また、上記の比βは０．３６より大きく、０．４９以下である。従って、本実施形態の多孔質ガラス体の加熱装置１によれば、装置が大型化することを抑制しつつ炉心管３１からの放熱量を低減し得る。 In addition, in the heating device 1 for porous glass bodies of this embodiment, the upper insulating section 52 and the lower insulating section 51 are cylindrical, the outer diameters of the upper insulating section 52 and the lower insulating section 51 are constant in the extension direction, the distance from the center of the heater 35 to the lower end of the upper insulating section 52 is the same as the distance from the center of the heater 35 to the upper end of the lower insulating section 51, the length of the upper insulating section 52 is the same as the length of the lower insulating section 51, and the thermal conductivity of the upper insulating section 52 is the same as the thermal conductivity of the lower insulating section 51. Furthermore, the above ratio β is greater than 0.36 and equal to or less than 0.49. Therefore, the heating device 1 for porous glass bodies of this embodiment can reduce the amount of heat radiation from the furnace tube 31 while preventing the device from becoming too large.
以上、本発明について、上記実施形態を例に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。 The present invention has been described above using the above embodiments as examples, but the present invention is not limited to these.
例えば、上記実施形態では、下側断熱部５１及び上側断熱部５２の形状が長さ方向において外径及び内径が一定の円筒形状である断熱部４０を例に説明した。しかし、ヒータ３５によって多孔質ガラス体２０を加熱する状態において、断熱部４０のうちヒータ３５の中心より上側における外周面から放出される熱量が、ヒータ３５の中心より下側における外周面から放出される熱量以下であればよく、下側断熱部５１及び上側断熱部５２の形状は制限されるものではない。例えば、下側断熱部５１の外径及び内径、上側断熱部５２の外径及び内径は、長さ方向において一定でなくてもよく、上側断熱部５２及び下側断熱部５１の厚みが長さ方向において一定でなくてもよい。図示による説明は省略するが、例えば、上側断熱部５２における中央断熱部４１側の厚みは、上側断熱部５２における中央断熱部４１側と反対側の厚みより大きくてもよい。この場合、上側断熱部５２の厚みが中央断熱部４１に近くづくにつれて段階的に大きくなってもよく、徐々に大きくなってもよい。図２に示すように、炉心管３１における上側断熱部５２によって囲われる部位では、中央断熱部４１側の温度が中央断熱部４１側と反対側の温度より高くなる。このため、このような構成にすることで、上側断熱部５２における中央断熱部４１側の厚みが中央断熱部４１側と反対側の厚みより小さい場合と比べて、高温領域を広くし易い。 For example, in the above embodiment, the insulating section 40 is described as having a cylindrical shape in which the lower insulating section 51 and the upper insulating section 52 have constant outer and inner diameters in the longitudinal direction. However, the shapes of the lower insulating section 51 and the upper insulating section 52 are not limited as long as the amount of heat emitted from the outer peripheral surface of the insulating section 40 above the center of the heater 35 is equal to or less than the amount of heat emitted from the outer peripheral surface below the center of the heater 35 when the porous glass body 20 is heated by the heater 35. For example, the outer and inner diameters of the lower insulating section 51 and the upper insulating section 52 do not have to be constant in the longitudinal direction, and the thicknesses of the upper insulating section 52 and the lower insulating section 51 do not have to be constant in the longitudinal direction. Although not illustrated, for example, the thickness of the upper insulating section 52 on the side of the central insulating section 41 may be greater than the thickness of the upper insulating section 52 on the side opposite the central insulating section 41. In this case, the thickness of the upper insulation 52 may increase in stages or gradually as it approaches the central insulation 41. As shown in FIG. 2, in the portion of the furnace tube 31 surrounded by the upper insulation 52, the temperature on the central insulation 41 side is higher than the temperature on the opposite side of the central insulation 41 side. Therefore, with this configuration, it is easier to widen the high-temperature region compared to when the thickness of the upper insulation 52 on the central insulation 41 side is thinner than the thickness on the opposite side of the central insulation 41 side.
また、上記実施形態では、下側断熱部５１及び上側断熱部５２の熱伝導率は、長さ方向及び径方向において一定とされたが、この２つの方向の少なくとも一方において変化してもよい。また、上記実施形態では、上側断熱部５２の長さと下側断熱部５１の長さとは同じとされたが、異なっていてもよい。また、上記実施形態では、ヒータ３５の中心から上側断熱部５２の下端までの距離とヒータ３５の中心から下側断熱部５１の上端までの距離が同じであった。しかし、これらの距離は異なっていてもよく、中央断熱部４１の構成は、ヒータ３５の中心を基準として上下対称の構成でなくてもよい。 In addition, in the above embodiment, the thermal conductivity of the lower insulation section 51 and the upper insulation section 52 was constant in the length direction and the radial direction, but it may vary in at least one of these two directions. In addition, in the above embodiment, the length of the upper insulation section 52 and the length of the lower insulation section 51 were the same, but they may be different. In addition, in the above embodiment, the distance from the center of the heater 35 to the lower end of the upper insulation section 52 was the same as the distance from the center of the heater 35 to the upper end of the lower insulation section 51. However, these distances may be different, and the configuration of the central insulation section 41 does not have to be symmetrical above and below the center of the heater 35.
また、上記実施形態では、筐体４２と内部断熱部４３とから成る中央断熱部４１を例に説明した。しかし、中央断熱部４１はヒータ３５を囲っていればよく、例えば、筐体４２がない構成とされてもよい。また、上記実施形態では、炉心管３１の外周面の一部を囲う断熱部４０を例に説明した。しかし、断熱部４０は給気口Ｓ１と排気口Ｅ１との間において炉心管３１の外周面を囲っていればよい。例えば、給気口Ｓ１が下側蓋部３２に形成され、排気口Ｅ１が上側蓋部３３に形成される場合には、断熱部４０は炉心管３１の外周面の全体を囲っていてもよい。また、多孔質ガラス体の加熱装置１は、断熱部４０とは別に、当該断熱部４０より上方や下方において炉心管３１の外周面を囲う別の断熱部を更に有していてもよく、断熱部４０と別の断熱部とが互いに接続されてもよい。 In the above embodiment, the central insulation 41 is described as being composed of a housing 42 and an internal insulation 43. However, the central insulation 41 only needs to surround the heater 35, and may be configured without the housing 42, for example. In the above embodiment, the insulation 40 is described as surrounding a portion of the outer circumferential surface of the muffle tube 31. However, the insulation 40 only needs to surround the outer circumferential surface of the muffle tube 31 between the air inlet S1 and the exhaust outlet E1. For example, if the air inlet S1 is formed in the lower lid 32 and the exhaust outlet E1 is formed in the upper lid 33, the insulation 40 may surround the entire outer circumferential surface of the muffle tube 31. Furthermore, the heating device 1 for porous glass bodies may further include, in addition to the insulation 40, another insulation that surrounds the outer circumferential surface of the muffle tube 31 above or below the insulation 40, or the insulation 40 and the other insulation may be connected to each other.
また、上記実施形態では、塩素系ガスを含むガスを供給するガス供給部６５を例に説明した。しかし、ガス供給部６５は、供給するガスを塩素系ガスを含むガスと不活性ガスのみとに変更できる構成とされもよい。この場合、例えば、ガス供給部６５は、多孔質ガラス体２０を脱水処理する際に塩素系ガスを含むガスを内部空間３１Ｓに供給し、多孔質ガラス体２０を焼結処理する際に不活性ガスのみを内部空間３１Ｓに供給する。また、多孔質ガラス体の加熱装置１は、多孔質ガラス体２０の脱水処理のみをするものであってもよく、多孔質ガラス体２０の焼結処理のみをするものであってもよい。 In the above embodiment, the gas supply unit 65 supplies a gas containing a chlorine-based gas. However, the gas supply unit 65 may be configured to be able to switch the gas it supplies between a gas containing a chlorine-based gas and only an inert gas. In this case, for example, the gas supply unit 65 supplies a gas containing a chlorine-based gas to the internal space 31S when dehydrating the porous glass body 20, and supplies only an inert gas to the internal space 31S when sintering the porous glass body 20. Furthermore, the heating device 1 for a porous glass body may be one that only dehydrates the porous glass body 20, or one that only sinters the porous glass body 20.
以上説明したように、多孔質ガラス体を適切に加熱し得る多孔質ガラス体の加熱装置が提供され、光ファイバ通信等の分野で利用することが期待される。 As described above, a porous glass body heating device capable of appropriately heating porous glass bodies has been provided, and it is expected to be used in fields such as optical fiber communications.
１・・・多孔質ガラス体の加熱装置
２０・・・多孔質ガラス体
３１・・・炉心管
３５・・・ヒータ
４０・・・断熱部
４１・・・中央断熱部
５１・・・下側断熱部
５２・・・上側断熱部
1...Porous glass body heating device 20...Porous glass body 31...Furnace tube 35...Heater 40...Insulating section 41...Central insulating section 51...Lower insulating section 52...Upper insulating section
Claims (4)
前記給気口と前記排気口との間において前記炉心管の外周面を囲う断熱部と、
前記炉心管と前記断熱部との間において前記断熱部によって囲われ、前記多孔質ガラス体を加熱するヒータと、
前記給気口から前記内部空間にガスを供給するガス供給部と、
を備え、
前記断熱部は、前記ヒータを囲う中央断熱部と、前記中央断熱部の上端から前記炉心管に沿って延在し前記炉心管の外周面を囲う上側断熱部と、前記中央断熱部の下端から前記炉心管に沿って延在し前記炉心管の外周面を囲う下側断熱部とから成り、
前記下側断熱部における内周面の温度と外周面の温度との差をΔＴ １ 、前記上側断熱部における内周面の温度と外周面の温度との差をΔＴ ２ 、前記下側断熱部及び前記上側断熱部の熱伝導率をｋ、前記下側断熱部及び前記上側断熱部の長さをＬ、前記下側断熱部の断面積と前記上側断熱部の断面積との合計をＡ、前記炉心管の外径を直径とする円の面積をＡ 0 、前記下側断熱部及び前記上側断熱部の容積の合計に対する前記下側断熱部の容積の比をβ、前記差ΔＴ １ に対する前記差ΔＴ ２ の比をαとすると、前記下側断熱部の外周面から放出される熱量Ｑ １ は、以下の式（１０）で表されると共に、前記上側断熱部の外周面から放出される熱量Ｑ ２ は、以下の式（１１）で表され、
前記ヒータによって前記多孔質ガラス体を加熱する状態において、前記熱量Ｑ ２ と前記中央断熱部における前記ヒータの中心より上側の外周面から放出される熱量との合計が、前記熱量Ｑ １ と前記中央断熱部における前記ヒータの中心より下側の外周面から放出される熱量との合計以下である
ことを特徴とする多孔質ガラス体の加熱装置。 a furnace tube extending in a vertical direction, the furnace tube having an internal space capable of accommodating a porous glass body, an air inlet port communicating with the internal space, and an exhaust port above the air inlet port communicating with the internal space;
a heat insulating section that surrounds the outer circumferential surface of the furnace tube between the air inlet and the exhaust port;
a heater that is surrounded by the heat insulating section and is located between the furnace tube and the heat insulating section, and that heats the porous glass body;
a gas supply unit that supplies gas from the air supply port to the internal space;
Equipped with
the heat insulating section comprises a central heat insulating section surrounding the heater, an upper heat insulating section extending from an upper end of the central heat insulating section along the furnace tube and surrounding an outer peripheral surface of the furnace tube, and a lower heat insulating section extending from a lower end of the central heat insulating section along the furnace tube and surrounding an outer peripheral surface of the furnace tube,
Let ΔT 1 be the difference between the temperature of the inner peripheral surface and the temperature of the outer peripheral surface of the lower insulation section, ΔT 2 be the difference between the temperature of the inner peripheral surface and the temperature of the outer peripheral surface of the upper insulation section, k be the thermal conductivity of the lower insulation section and the upper insulation section, L be the length of the lower insulation section and the upper insulation section, A be the sum of the cross-sectional area of the lower insulation section and the cross-sectional area of the upper insulation section, A 0 be the area of a circle having the outer diameter of the furnace tube as its diameter, β be the ratio of the volume of the lower insulation section to the sum of the volumes of the lower insulation section and the upper insulation section, and α be the ratio of the difference ΔT 2 to the difference ΔT 1. Then, the amount of heat Q 1 released from the outer peripheral surface of the lower insulation section is expressed by the following formula (10), and the amount of heat Q 2 released from the outer peripheral surface of the upper insulation section is expressed by the following formula (11):
a porous glass body heating device characterized in that, in a state in which the porous glass body is heated by the heater, the sum of the heat quantity Q2 and the heat quantity emitted from the outer peripheral surface of the central heat insulating part above the center of the heater is equal to or less than the sum of the heat quantity Q1 and the heat quantity emitted from the outer peripheral surface of the central heat insulating part below the center of the heater .
前記給気口と前記排気口との間において前記炉心管の外周面を囲う断熱部と、
前記炉心管と前記断熱部との間において前記断熱部によって囲われ、前記多孔質ガラス体を加熱するヒータと、
前記給気口から前記内部空間にガスを供給するガス供給部と、
を備え、
前記断熱部は、前記ヒータを囲う中央断熱部と、前記中央断熱部の上端から前記炉心管に沿って延在し前記炉心管の外周面を囲う上側断熱部と、前記中央断熱部の下端から前記炉心管に沿って延在し前記炉心管の外周面を囲う下側断熱部とから成り、
前記炉心管の径方向における前記上側断熱部の厚みは、前記下側断熱部の厚みより大きく、
前記上側断熱部及び前記下側断熱部は円筒状であり、
前記上側断熱部及び前記下側断熱部のそれぞれの外径と内径とは、延在方向において一定であり、
前記ヒータの中心から前記上側断熱部の下端までの距離と前記ヒータの中心から前記下側断熱部の上端までの距離が同じであり、
前記上側断熱部の長さは、前記下側断熱部の長さと同じであり、
前記ヒータによって前記多孔質ガラス体を加熱する状態において、前記断熱部のうち前記ヒータの中心より上側における外周面から放出される熱量が、前記ヒータの前記中心より下側における外周面から放出される熱量以下である
ことを特徴とする多孔質ガラス体の加熱装置。 a furnace tube extending in a vertical direction, the furnace tube having an internal space capable of accommodating a porous glass body, an air inlet port communicating with the internal space, and an exhaust port above the air inlet port communicating with the internal space;
a heat insulating section that surrounds the outer circumferential surface of the furnace tube between the air inlet and the exhaust port;
a heater that is surrounded by the heat insulating section and is located between the furnace tube and the heat insulating section, and that heats the porous glass body;
a gas supply unit that supplies gas from the air supply port to the internal space;
Equipped with
the heat insulating section comprises a central heat insulating section surrounding the heater, an upper heat insulating section extending from an upper end of the central heat insulating section along the furnace tube and surrounding an outer peripheral surface of the furnace tube, and a lower heat insulating section extending from a lower end of the central heat insulating section along the furnace tube and surrounding an outer peripheral surface of the furnace tube,
a thickness of the upper insulation part in a radial direction of the furnace tube is greater than a thickness of the lower insulation part;
The upper heat insulating section and the lower heat insulating section are cylindrical,
The outer diameter and the inner diameter of each of the upper heat insulating section and the lower heat insulating section are constant in the extension direction,
the distance from the center of the heater to the lower end of the upper heat insulating section is the same as the distance from the center of the heater to the upper end of the lower heat insulating section,
The length of the upper insulation section is the same as the length of the lower insulation section,
A heating device for a porous glass body, characterized in that, when the porous glass body is heated by the heater, the amount of heat released from the outer peripheral surface of the heat insulating part above the center of the heater is equal to or less than the amount of heat released from the outer peripheral surface of the heater below the center.
前記上側断熱部及び前記下側断熱部の容積の合計に対する前記下側断熱部の容積の比は、０．３６より大きく、０．４９以下である
ことを特徴とする請求項２に記載の多孔質ガラス体の加熱装置。 The thermal conductivity of the upper insulating portion is the same as the thermal conductivity of the lower insulating portion;
3. The heating device for a porous glass body according to claim 2, wherein the ratio of the volume of the lower insulating section to the total volume of the upper insulating section and the lower insulating section is greater than 0.36 and less than 0.49 .
前記給気口と前記排気口との間において前記炉心管の外周面を囲う断熱部と、
前記炉心管と前記断熱部との間において前記断熱部によって囲われ、前記多孔質ガラス体を加熱するヒータと、
前記給気口から前記内部空間にガスを供給するガス供給部と、
を備え、
前記断熱部は、前記ヒータを囲う中央断熱部と、前記中央断熱部の上端から前記炉心管に沿って延在し前記炉心管の外周面を囲う上側断熱部と、前記中央断熱部の下端から前記炉心管に沿って延在し前記炉心管の外周面を囲う下側断熱部とから成り、
前記炉心管の径方向における前記上側断熱部の厚みは、前記下側断熱部の厚みより大きく、
前記上側断熱部における前記中央断熱部側の厚みは、前記上側断熱部における前記中央断熱部側と反対側の厚みより大きく、
前記ヒータによって前記多孔質ガラス体を加熱する状態において、前記断熱部のうち前記ヒータの中心より上側における外周面から放出される熱量が、前記ヒータの前記中心より下側における外周面から放出される熱量以下である
ことを特徴とする多孔質ガラス体の加熱装置。 a furnace tube extending in a vertical direction, the furnace tube having an internal space capable of accommodating a porous glass body, an air inlet port communicating with the internal space, and an exhaust port above the air inlet port communicating with the internal space;
a heat insulating section that surrounds the outer circumferential surface of the furnace tube between the air inlet and the exhaust port;
a heater that is surrounded by the heat insulating section and is located between the furnace tube and the heat insulating section, and that heats the porous glass body;
a gas supply unit that supplies gas from the air supply port to the internal space;
Equipped with
the heat insulating section comprises a central heat insulating section surrounding the heater, an upper heat insulating section extending from an upper end of the central heat insulating section along the furnace tube and surrounding an outer peripheral surface of the furnace tube, and a lower heat insulating section extending from a lower end of the central heat insulating section along the furnace tube and surrounding an outer peripheral surface of the furnace tube,
a thickness of the upper insulation part in a radial direction of the furnace tube is greater than a thickness of the lower insulation part;
a thickness of the upper heat insulation section on the side of the central heat insulation section is greater than a thickness of the upper heat insulation section on the side opposite to the central heat insulation section,
A heating device for a porous glass body, characterized in that, when the porous glass body is heated by the heater, the amount of heat released from the outer peripheral surface of the heat insulating part above the center of the heater is equal to or less than the amount of heat released from the outer peripheral surface of the heater below the center.
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