(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸水素ガスから火炎を形成するバーナと、
水素ガスを前記バーナへ供給する水素供給配管と、
前記バーナへ供給する水素ガスの流量を調整する水素用ＭＦＣと、
該水素用ＭＦＣの上流側の前記水素供給配管に分岐接続された窒素供給配管と、を備え、
前記水素用ＭＦＣを介して、非稼動中は前記窒素供給配管から窒素ガスを供給すると共に、稼動時に該窒素供給配管から前記水素供給配管に切り替え、前記バーナへ水素ガスを供給する光ファイバ用ガラス母材の製造装置であって、
前記水素用ＭＦＣは、水素ガスへの切り替え時において、設定流量以上の水素ガスが瞬間的に流れる突入流量の最大値を４０ＳＬＭ以下にして、前記バーナ内の水素ガス濃度が４％以下となるように流量を制御することを特徴とする光ファイバ用ガラス母材の製造装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光ファイバ用ガラス母材の製造装置であって、
前記水素用ＭＦＣが逆止弁を備えていることを特徴とする光ファイバ用ガラス母材の製造装置。
【請求項３】
請求項１に記載の光ファイバ用ガラス母材の製造装置であって、
前記水素用ＭＦＣの上流側の前記水素供給配管に、第２の水素用ＭＦＣを備えていることを特徴とする光ファイバ用ガラス母材の製造装置。
【請求項４】
非稼動中は水素用ＭＦＣを介して窒素ガスを供給し、稼動時には窒素ガスから水素ガスにラインを切り替え、前記水素用ＭＦＣを介してバーナへ水素ガスを供給する光ファイバ用ガラス母材の製造方法であって、
窒素ガスから水素ガスへの切り替え時において、前記水素用ＭＦＣ内に設定流量以上の水素ガスが瞬間的に流れる突入流量の最大値を４０ＳＬＭ以下にして、前記バーナ内の水素ガス濃度が４％以下となるように、前記水素用ＭＦＣに逆流防止機能を付加して流量を制御することを特徴とする光ファイバ用ガラス母材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス微粒子堆積体を作製する際や、ガラス母材を火炎研磨する際に水素ガスの流量を制御する、光ファイバ用ガラス母材の製造装置及び製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、ＶＡＤ法やＯＶＤ法などにより反応容器内でガラス微粒子を出発ガラスロッドに堆積させてガラス微粒子堆積体を作製する製造装置では、設備稼動中にガラス微粒子生成用バーナ（以下、単にバーナと云う。）へ供給する原料ガスの流量を専用のＭＦＣ（流量制御装置）を用いて制御している。また、非稼動中は原料ガス用のＭＦＣを用いてパージガスとして所定量の窒素ガスをバーナへ供給している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、原料ガス以外の火炎形成ガスである酸素ガスや水素ガスについても専用のＭＦＣを用いて流量を制御してバーナへ供給しており、非稼動中は酸素ガス又は水素ガス用のＭＦＣを用いて所定量の窒素ガスをバーナへ供給している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１０２２０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、稼動開始時に窒素ガスから水素ガスへ切り替える際、設定流量以上の大きな流量の水素ガスが瞬間的にＭＦＣに流れることがある。このように水素ガスの突入流がバーナに流れると、点火時にバーナ出口付近で小爆発が生じ、バーナなどにダメージを与える可能性がある。この水素ガスがオーバーシュート（突入流の発生）する原因は、安全面の観点から通常水素ガスの供給圧力を窒素ガスに比べて低く設定しているため、ガス切り替え時に一瞬窒素ガスが水素ガスのラインに流れ、ＭＦＣのセンサ部の入口圧力が低くなり、センサ部内のガスが逆流し、これを打ち消そうと余分にガスを流そうとするために発生すると考えられる。
【０００６】
本発明の目的は、突入流量の上限値を規定し、バーナ内の水素ガス濃度を抑えることで、窒素ガスから水素ガスへの切り替え時の小爆発を防止することができる光ファイバ用ガラス母材の製造装置及び製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決することができる本発明に係る光ファイバ用ガラス母材の製造装置は、酸水素ガスから火炎を形成するバーナと、水素ガスを前記バーナへ供給する水素供給配管と、前記バーナへ供給する水素ガスの流量を調整する水素用ＭＦＣと、該水素用ＭＦＣの上流側の前記水素供給配管に分岐接続された窒素供給配管と、を備え、前記水素用ＭＦＣを介して、非稼動中は前記窒素供給配管から窒素ガスを供給すると共に、稼動時に該窒素供給配管から前記水素供給配管に切り替え、前記バーナへ水素ガスを供給する光ファイバ用ガラス母材の製造装置であって、前記水素用ＭＦＣは、水素ガスへの切り替え時において、設定流量以上の水素ガスが瞬間的に流れる突入流量の最大値を４０ＳＬＭ以下にして、前記バーナ内の水素ガス濃度が４％以下となるように流量を制御することを特徴としている。
【０００８】
また、上記光ファイバ用ガラス母材の製造装置において、前記水素用ＭＦＣが逆止弁を備えていることが好ましい。
また、上記光ファイバ用ガラス母材の製造装置において、前記水素用ＭＦＣの上流側の前記水素供給配管に、第２の水素用ＭＦＣを備えていることが好ましい。
【０００９】
また、本発明に係る光ファイバ用ガラス母材の製造方法は、非稼動中は水素用ＭＦＣを介して窒素ガスを供給し、稼動時には窒素ガスから水素ガスにラインを切り替え、前記水素用ＭＦＣを介してバーナへ水素ガスを供給する光ファイバ用ガラス母材の製造方法であって、窒素ガスから水素ガスへの切り替え時において、前記水素用ＭＦＣ内に設定流量以上の水素ガスが瞬間的に流れる突入流量の最大値を４０ＳＬＭ以下にして、前記バーナ内の水素ガス濃度が４％以下となるように、前記水素用ＭＦＣに逆流防止機能を付加して流量を制御することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る光ファイバ用ガラス母材の製造装置及び製造方法によれば、窒素ガスから水素ガスへの切り替え時の突入流量の最大値を４０ＳＬＭ以下にして、バーナ内の水素ガス濃度を４％以下に抑えることで、窒素ガスから水素への切り替え時の小爆発を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る光ファイバ用ガラス母材の製造装置の第１実施形態の要部を示す図である。
【図２】図１に示すＭＦＣの概略構成図である。
【図３】小爆発発生時の水素ガスの、設定流量に対するオーバーシュート状態の一例を示すグラフである。
【図４】本発明に係る光ファイバ用ガラス母材の製造装置の第２実施形態の要部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の第１実施形態である光ファイバ用ガラス母材の製造装置及び製造方法について、ＶＡＤ法によるガラス微粒子堆積体の製造装置を一例に説明する。なお、原料ガスや酸素などの水素ガス以外のガスの供給配管についての説明は省略する。
【００１３】
図１に示すように、本実施形態の光ファイバ用ガラス母材の製造装置１０は、稼動時に水素ガス（Ｈ２）が流れる水素ガス供給配管１１と、非稼動時に窒素ガス（Ｎ２）が流れる窒素ガス供給配管１２と、を備えている。なお、ここで云う稼動時とは、後述する反応容器内でガラス微粒子堆積体が作製されていて、バーナがガラス微粒子生成用の火炎を形成している状態である。したがって、非稼動時とは、バーナが火炎を形成していない状態である。
【００１４】
水素ガス供給配管１１側には、水素ガスの供給圧力を検知する第１圧力計１３と、水素ガス供給配管１１を開閉する第１流路開閉バルブ１４（以下、単に第１バルブと云う。）と、を備えている。また、窒素ガス供給配管１２側には、窒素ガスの供給圧力を検知する第２圧力計１７と、窒素ガス供給配管１２を開閉する第２流路開閉バルブ１８（以下、単に第２バルブと云う。）と、を備えている。
【００１５】
稼動時には、第１バルブ１４は全開状態で、第２バルブ１８は全閉状態である。また、非稼動時には、第２バルブ１８は全開状態にして、第１バルブ１４は全閉状態にする。このように第１バルブ１４と第２バルブ１８によって水素ガス供給配管１１と窒素ガス供給配管１２を切り替えることができる。
【００１６】
加えて、製造装置１０は、水素ガス供給配管１１の開度を調整して水素ガスの流量を調整する水素用ＭＦＣ１５と、水素ガスにより反応容器２０内で火炎を形成するガラス微粒子生成用のバーナ１６と、を備えている。
【００１７】
製造装置１０の稼動中は、不図示の他の供給配管から原料ガスや酸素をバーナ１６へ供給すると共に、水素ガスをバーナ１６に供給し、該バーナ１６の火炎内で、火炎分解反応によりガラス微粒子を生成し、該ガラス微粒子を出発ガラスロッド２１に堆積させてガラス微粒子堆積体２２を作製する。このとき、第１バルブ１４は全開状態で、水素用ＭＦＣ１５により設定された所定量の水素ガスがバーナ１６に供給されている。
【００１８】
製造装置１０の非稼動時は、反応容器２０内でガラス微粒子堆積体２２の作製が行われておらず、第１バルブ１４は全閉状態で、第２バルブ１８は全開状態である。これにより、水素用ＭＦＣ１５により設定された所定量の窒素ガスがパージガスとしてバーナ１６に供給される。
【００１９】
製造装置１０の再稼動時は、第２バルブ１８は全閉状態で、再び第１バルブ１４を全開状態にする。これにより、所定量の水素ガスが水素用ＭＦＣ１５を介して再びバーナ１６に供給される。従来は、上記したように、この窒素ガスから水素ガスへの切り替え時に、設定流量よりも大きな流量の水素ガスが瞬間的に水素用ＭＦＣ１５内に流れる突入流が発生していた。水素ガスの突入流がバーナ１６に流れると、バーナ１６内の水素濃度が高くなるため、点火時にバーナ出口付近で小爆発が生じ、バーナ１６などにダメージを与える可能性がある。
【００２０】
次に、ＭＦＣ内で発生する突入流について説明する。
図２に示すように、水素用ＭＦＣ１５は、主にガス流路部３０と、流量センサ部３４と、制御バルブ部３５と、制御回路部３６と、から構成されている。ガス流路部３０は、上流側のガス流路入口３１と下流側のガス流路出口３２が水素ガス供給配管１１のバーナ１６手前に接続される。
【００２１】
流量センサ部３４は、ガス流路部３０の上流側に配置され、ガス流路部３０から分岐されたＵ字状のバイパス部３７が貫通している。このバイパス部３７中を流れる分流ガスＧ２からガス流路部３０中を流れる流入ガスＧ１の流量を算出する。具体的には、ガス流路入口３１から入った流入ガスＧ１の内、所定量の分流ガスＧ２がセンサ流路入口３８からバイパス部３７内に取り込まれる。バイパス部３７に流れ込んだ分流ガスＧ２は、バイパス部３７に配置された複数の抵抗体（不図示）を有する検出部４２を通過することで、制御回路部３６へ流量信号を出力する。
【００２２】
制御バルブ部３５は、ガス流路部３０の下流側に配置され、ガス流路出口３２からバーナ１６へ供給される流出ガスＧ３のガス流量をアクチュエータ４１の作動により調整する。制御回路部３６は、流量センサ部３４から入力された測定流量と既存の設定値とを比較して、制御バルブ部３５のアクチュエータ４１を駆動制御する。なお、制御回路部３６は、不図示の制御装置と接続されており、設定流量等は制御装置で管理されている。
【００２３】
通常、窒素ガスの供給圧力は、水素ガスの供給圧力の２倍以上に設定されている。そのため、窒素ガスから水素ガスへの切り替え時に、一瞬窒素ガスが水素ガスのラインに流れ、センサ流路入口３８付近の圧力が低くなり、バイパス部３７内からガス流路部３０へ流れる逆流が発生する。この逆流の発生により流量センサ部３４での分流ガスＧ２のガス流量が減少して、ガス流路部３０内を流れる流入ガスＧ１のガス流量が実際のガス流量より少なく検知されてしまう。これにより、制御回路部３６から制御バルブ部３５へバルブ開度の開放の制御信号が出力され、設定流量以上の突入流が瞬間的に流れるものと考えられる。
【００２４】
本実施形態の水素用ＭＦＣ１５は、図２に示すように、バイパス部３７のセンサ流路入口３８近傍に逆流防止機能を有する逆止弁４０を備えている。これにより、突入流の原因であったバイパス部３７内の逆流の発生を確実に防止することができ、突入流の流量を最小限に抑えることができる。
【００２５】
次に、突入流と小爆発との関係について説明する。
通常の酸水素バーナでは、水素ガスを流し始めてから５秒程度後に水素ガスへ点火する。この５秒間に流れる水素流量がどの程度になったら小爆発が発生するかを調べたところ、約２．５リットルを過ぎたあたりから小爆発が発生することが確認できた。この約２．５リットルは、流れた水素が５秒間に留まる空間の体積を０．０６４ｍ３と仮定した場合、水素濃度が４％になる量に相当する。
【００２６】
水素ガスを流し始めてから設定流量に達するまでの流量変化の一例を図３に示す。このように、流し始めてからすぐは、一瞬オーバーシュートし、その後設定値に漸近する。このオーバーシュートした時の最大流量が約４０ＳＬＭである場合、流し始めてから５秒間に流れる水素流量は、上記した約２．５リットルになる。すなわち、水素ガスのオーバーシュート最大流量が４０ＳＬＭ以上であると、５秒間に流れる水素流量は２．５リットルを超え、水素ガス濃度が爆発限界である４％に達するものと考えられる。
【００２７】
本実施形態の水素用ＭＦＣ１５は、流量センサ部３４に逆流防止機能を有する逆止弁４０を設けることにより、設定流量よりも大きな流量の水素ガスが瞬間的に水素用ＭＦＣ１５内に流れる突入流量の最大値を４０ＳＬＭ以下、例えば３０ＳＬＭになるように設定して、点火時にバーナ１６内の水素ガス濃度が４％以下となるように水素ガスの流量を制御する。これにより、窒素ガスから水素ガスへの切り替え時に突入流が発生しても、その最大流量を４０ＳＬＭ以下に抑えることができるので、バーナ１６の出口付近での小爆発を防止することができる。
【００２８】
次に、本実施形態の光ファイバ用ガラス母材の製造方法を説明する。
なお、製造工程中、窒素ガスから水素ガスへの切り替え工程に絞って説明し、その他の製造工程の説明は省略する。
【００２９】
図１に示すように、製造装置１０の非稼動時は、水素用ＭＦＣ１５を介してバーナ１６へパージガスとして所定量の窒素ガスが供給されている。このとき、第２バルブ１８が全開状態であり、第１バルブ１４は全閉状態である。これにより、窒素ガス供給配管１２と水素用ＭＦＣ１５が連通している。
【００３０】
（窒素ガスから水素ガスへの切り替え工程）
前記非稼動状態から再稼動への切り替えは、第２バルブ１８を全閉にして、第１バルブ１４を全開状態にする。これにより、水素ガス供給配管１１と水素用ＭＦＣ１５が連通して、所定量の水素ガスが水素用ＭＦＣ１５を介してバーナ１６に供給される。このとき、図２に示すように、逆流防止機能を有する逆止弁４０を備えた水素用ＭＦＣ１５は、窒素ガスから水素ガスへの切り替え時の突入流量の最大値を４０ＳＬＭ以下、例えば３０ＳＬＭになるように設定して流量を制御することで、点火時のバーナ１６内の水素ガス濃度を４％以下にできる。したがって、窒素ガスから水素ガスへの切り替え時に突入流が発生しても、その最大流量を４０ＳＬＭ以下に抑えることができるので、バーナ１６の出口付近での小爆発を確実に防止することができる。
【００３１】
次に、本発明の第２実施形態である光ファイバ用ガラス母材の製造装置及び製造方法について説明する。
【００３２】
上記第１実施形態との相違点は、水素ガス供給配管１１がバーナ１６手前に第１の水素用ＭＦＣ５１を備えると共に、第１の水素用ＭＦＣ５１の上流側で、第１圧力計１３の上流側に第２の水素用ＭＦＣ５２を備えていることである。なお、その他の構成に関しては同じなので、図中省略すると共に構成や作用等の説明は省略する。
【００３３】
図４に示すように、本実施形態の光ファイバ用ガラス母材の製造装置５０は、前述したように水素ガス供給配管１１のバーナ１６手前に通常の流量の調整機能を有する第１の水素用ＭＦＣ５１を備える。加えて、製造装置５０は、第１の水素用ＭＦＣ５１における水素ガスの突入流を調整するために、第１の水素用ＭＦＣ５１の上流側で、同じ水素ガス供給配管１１の第１圧力計１３の上流側に第２の水素用ＭＦＣ５２を備えている。この２個の水素用ＭＦＣ５１，５２は、いずれも市販されているＭＦＣを使用することができる。
【００３４】
この第２の水素用ＭＦＣ５２は、その設定値により上限が決められている。このため、窒素ガスから水素ガスへの切り替え時に、第１の実施形態と同様に第１の水素用ＭＦＣ５１のガス流路入口３１（図２参照）付近で圧力が低くなり、第１の水素用ＭＦＣ５１内で逆流が生じたとしても、水素ガスの突入流量を最小限に抑えることができる。
【００３５】
つまり、第１の水素用ＭＦＣ５１は、第２の水素用ＭＦＣ５２の流量の制御（設定）によって、窒素ガスから水素ガスへの切り替え時の突入流量の最大値を４０ＳＬＭ以下、例えば３０ＳＬＭになるように設定する。これにより、点火時のバーナ１６内の水素ガス濃度を４％以下に抑えることができ、バーナ１６の出口付近での小爆発を確実に防止することができる。
【００３６】
なお、上記実施形態では、ＶＡＤ法によるガラス微粒子堆積体の製造装置及び製造方法について説明したが、本発明の光ファイバ用ガラス母材の製造装置及び製造方法は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が可能であり、例えばＯＶＤ法やＭＭＤ法（多バーナ多層付け法）においても同様の効果があり、火炎研磨工程にも適用することができる。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置場所、等は本発明を達成できるものであれば任意に変更可能であり、限定されない。
【符号の説明】
【００３７】
１０，５０…製造装置、１１…水素ガス供給配管、１２…窒素ガス供給配管、１４…第１バルブ、１５…水素用ＭＦＣ、１６…バーナ、１８…第２バルブ、３０…ガス流路部、３１…ガス流路入口、３２…ガス流路出口、３４…流量センサ部、３５…制御バルブ部、３６…制御回路部、３７…バイパス部、３８…センサ流路入口、３９…センサ流路出口、４０…逆止弁、４１…アクチュエータ、４２…検出部、５１…第１の水素用ＭＦＣ、５２…第２の水素用ＭＦＣ、Ｇ１…流入ガス、Ｇ２…分流ガス、Ｇ３…流出ガス
【図１】
0005849610.tif 000002
【図２】
0005849610.tif 000003
【図３】
0005849610.tif 000004
【図４】
0005849610.tif 000005