(57)【要約】【課題】気化装置から供給される原料ガスの流量変化及び混合比が変化しても、原料ガスの液化及びゲル化を防止してバーナー側に供給することができる配管装置を提供すること。【解決手段】配管１０が配置される領域を前段領域Ｅ１と後段領域Ｅ２とに分け、前段領域Ｅ１の配管１０を加熱する前段ヒータ１３と、後段領域Ｅ２の配管１０を加熱する後段ヒータ１４と、配管１０の入口温度及び出口温度を測定する前段温度センサ１１及び後段温度センサ１２と、前段温度センサ１１の検出結果をもとに配管１０の入口の温度が所定温度範囲内（混合ガスの沸点温度以上、沸点温度にマージン温度を加えた上限温度以下）となるように前段ヒータ１３を用いて温度制御する前段温度制御部２１と、後段温度センサ１２の検出結果をもとに配管１０の出口の温度が所定温度範囲内となるように後段ヒータ１４を用いて温度制御する後段温度制御部２２と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気化装置から供給された原料ガスとキャリアガスとの混合ガスを配管に流してバーナー側に供給する配管装置であって、
前記配管が配置される領域は前段領域と後段領域とに分かれ、
前記前段領域の配管を加熱する前段ヒータと、
前記後段領域の配管を加熱する後段ヒータと、
前記前段領域の配管の入口温度を測定する前段温度センサと、
前記後段領域の配管の出口温度を測定する後段温度センサと、
前記前段温度センサの検出結果をもとに前記配管の入口の温度が前記原料ガスの沸点温度以上、沸点温度にマージン温度を加えた上限温度以下となるように前記前段ヒータを用いて温度制御する前段温度制御部と、
前記後段温度センサの検出結果をもとに前記配管の出口の温度が前記混合ガスの沸点温度以上、沸点温度にマージン温度を加えた上限温度以下となるように前記後段ヒータを用いて温度制御する後段温度制御部と、
を備えたことを特徴とする配管装置。
【請求項２】
前記前段ヒータの加熱最大出力は、前記後段ヒータの加熱最大出力よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の配管装置。
【請求項３】
前記前段ヒータ及び前記後段ヒータは、前記配管に巻き付けられるリボンヒータであり、
前記前段ヒータは前記後段ヒータに比して巻き付けピッチが小さいことを特徴とする請求項２に記載の配管装置。
【請求項４】
前記前段ヒータ及び前記後段ヒータは、前記バーナー側に向けて発熱密度が小さくなる傾斜をもたせたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の配管装置。
【請求項５】
前記前段領域と前記後段領域との間に中間領域を設け、
前記中間領域の配管を加熱する中間ヒータと、
前記中間領域の配管の温度を測定する中間温度センサと、
前記中間温度センサの検出結果をもとに前記配管の温度が前記混合ガスの沸点温度以上、沸点温度にマージン温度を加えた上限温度以下となるように前記中間ヒータを用いて温度制御する中間温度制御部と、
をさらに設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の配管装置。
【請求項６】
前記上限温度は、原料ガスのゲル化が発生しない上限の温度であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の配管装置。
【請求項７】
前記原料ガスはシロキサンであり、
前記マージン温度は３０℃であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の配管装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気化装置から供給される原料ガスの流量変化及び混合比が変化しても、原料ガスの液化及びゲル化を防止してバーナー側に供給することができる配管装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光ファイバ用ガラス母材は、生産性を向上させるために大型化が進んでいる。光ファイバ用ガラス母材は、例えば、ＶＡＤ（Vapor  Phase  Axial  Deposition）法やＭＣＶＤ（Modified  Chemical  Vapor  Deposition）法、ＯＶＤ（Outside  Vapor  Deposition）法などの周知の方法によって作製される。
【０００３】
例えば、特許文献１では、反応容器内に出発ロッドとガラス微粒子生成用のバーナーを設置し、バーナーに供給配管を介して原料ガスを導入し、バーナーが形成する火炎内で原料ガスを熱分解酸化反応させてガラス微粒子を生成し、生成したガラス微粒子を出発ロッドに堆積させてガラス微粒子堆積体（ファイバ用ガラス母材）を作製する。ＯＶＤ法では、例えば、バーナーに供給する原料ガスはシロキサンであり、バーナーの温度がシロキサンの沸点に対して−３０℃以上＋３０℃以下の範囲となるようにバーナーを加熱するとともに、供給配管の温度がシロキサンの沸点以上、沸点＋３０℃以下の範囲となるように供給配管を加熱している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−２２４００７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記のように、気化されたシロキサンなどの原料材料とキャリアガスとの混合ガスは、沸点以上の温度に保持しないと液化し、一方、過剰に加熱すると重合反応によるゲル化が生じるため、温度制御範囲が非常に狭い。このため、混合ガスは気化装置から出るとき、混合ガスの沸点以上の温度に加熱されているが、ゲル化を避けるため、必要以上の温度まで加熱しないような制御をしている。そして、気化装置を出た混合ガスはバーナーに導かれバーナーからガスとして噴出する。
【０００６】
しかしながら、気化装置からバーナーまでは物理的な制約から直結させることが困難であり、ある長さの配管で接続する必要がある。このため、配管全長にわたり配管を加熱する必要がある。
【０００７】
この配管は、バーナー先端から液化しない状態で混合ガスが噴出するような温度にバーナー導入口での温度を制御する必要があるため、このバーナー導入口での下限温度が決まる。しかし、混合ガスは過剰に加熱すると重合反応が進行するため、例えば沸点に＋３０℃を加えた上限温度が決まる。また、配管全域にわたっても同様に液化せず、また、ゲル化しない温度で制御する必要がある。このため、配管全体を狭い所定温度範囲で制御する必要がある。
【０００８】
ここで、配管を流れる混合ガスの流量が多くなると、配管の入口温度で温度制御していると、配管の出口側の原料ガスが過剰に加熱され過ぎてゲル化のリスクが高まり、配管の出口温度で温度制御していると、入口側の温度が低下して原料ガスが液化しやすくなる。
【０００９】
さらに、原料ガスとキャリアガスとの混合比によって原料ガスの液化温度が変化してしまうため、原料ガスは確実に沸点以上に保持する必要がある。
【００１０】
なお、特許文献１では、供給配管の温度がシロキサンの沸点以上、沸点＋３０℃以下の範囲となるように供給配管を加熱しているが、上記のように狭い温度範囲に制御することは簡単ではない。
【００１１】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、気化装置から供給される原料ガスの流量変化及び混合比が変化しても、原料ガスの液化及びゲル化を防止してバーナー側に供給することができる配管装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる配管装置は、気化装置から供給された原料ガスとキャリアガスとの混合ガスを配管に流してバーナー側に供給する配管装置であって、前記配管が配置される領域は前段領域と後段領域とに分かれ、前記前段領域の配管を加熱する前段ヒータと、前記後段領域の配管を加熱する後段ヒータと、前記前段領域の配管の入口温度を測定する前段温度センサと、前記後段領域の配管の出口温度を測定する後段温度センサと、前記前段温度センサの検出結果をもとに前記配管の入口の温度が前記原料ガスの沸点温度以上、沸点温度にマージン温度を加えた上限温度以下となるように前記前段ヒータを用いて温度制御する前段温度制御部と、前記後段温度センサの検出結果をもとに前記配管の出口の温度が前記原料ガスの沸点温度以上、沸点温度にマージン温度を加えた上限温度以下となるように前記後段ヒータを用いて温度制御する後段温度制御部と、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明にかかる配管装置は、上記の発明において、前記前段ヒータの加熱最大出力は、前記後段ヒータの加熱最大出力よりも大きいことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明にかかる配管装置は、上記の発明において、前記前段ヒータ及び前記後段ヒータは、前記配管に巻き付けられるリボンヒータであり、前記前段ヒータは前記後段ヒータに比して巻き付けピッチが小さいことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明にかかる配管装置は、上記の発明において、前記前段ヒータ及び前記後段ヒータは、前記バーナー側に向けて発熱密度が小さくなる傾斜をもたせたことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明にかかる配管装置は、上記の発明において、前記前段領域と前記後段領域との間に中間領域を設け、前記中間領域の配管を加熱する中間ヒータと、前記中間領域の配管の温度を測定する中間温度センサと、前記中間温度センサの検出結果をもとに前記配管の温度が前記混合ガスの沸点温度以上、沸点温度にマージン温度を加えた上限温度以下となるように前記中間ヒータを用いて温度制御する中間温度制御部と、をさらに設けたことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明にかかる配管装置は、上記の発明において、前記上限温度は、前記原料ガスのゲル化が発生しない上限の温度であることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明にかかる配管装置は、上記の発明において、前記原料ガスはシロキサンであり、前記マージン温度は３０℃であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、気化装置から供給される原料ガスの流量変化及び混合比が変化しても、原料ガスの液化及びゲル化を防止してバーナー側に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明の実施の形態である配管装置の構成を示す模式図である。
【図２】図２は、流入する混合ガスの流量変化時における配管内の混合ガスの温度変化を示す図である。
【図３】図３は、従来における、流入する混合ガスの流量変化時における配管内の混合ガスの温度変化を示す図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態の変形例１である配管装置の構成を示す模式図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態の変形例２である配管装置の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
【００２２】
図１は、本発明の実施の形態である配管装置１の構成を示す模式図である。図１に示すように、配管装置１は、気化装置２とバーナー３との間を接続して混合ガスを気化装置２側からバーナー３側に供給する配管１０を有する。混合ガスは気化装置２で気化された原料ガスであるシロキサン、具体的にはオクタメチルシクロテトラシロキサンと、アルゴンガスなどの不活性ガスであるキャリアガスとの混合体である。
【００２３】
配管１０は、配管中間点Ｐ３で、前段ヒータ１３が配置される前段領域Ｅ１と後段ヒータ１４が配置される後段領域Ｅ２とに分けられる。前段ヒータ１３は、前段領域Ｅ１の配管１０に巻き付けられるリボンヒータである。また、後段ヒータ１４は、後段領域Ｅ２の配管１０に巻き付けられるリボンヒータである。前段ヒータ１３の加熱最大出力は、後段ヒータ１４の加熱最大主力に比して大きい。
【００２４】
前段温度センサ１１は、熱電対であり、配管１０の配管入口Ｐ１に接触して配置され、配管１０の入口温度を測定する。後段温度センサ１２は、熱電対であり、配管１０の配管出口Ｐ２に接触して配置され、配管１０の出口温度を測定する。
【００２５】
温度制御部２０は、前段温度制御部２１、後段温度制御部２２、前段ヒータ電源供給部２３、及び後段ヒータ電源供給部２４を有する。前段温度制御部２１は、前段温度センサ１６が測定した温度が所定温度範囲内となるように、前段ヒータ電源供給部２３を通電制御し、前段ヒータ１３の加熱制御を行う。なお、所定温度範囲とは、シロキサンの沸点以上、沸点にマージン温度（３０℃）を加えた上限温度以下である。後段温度制御部２２は、後段温度センサ１７が測定した温度が所定温度範囲内となるように、後段ヒータ電源供給部２４を通電制御し、後段ヒータ１４の加熱制御を行う。すなわち、前段領域Ｅ１に対する温度制御と、後段領域Ｅ２に対する温度制御とは独立して行われる。
【００２６】
図２は、流入する混合ガスの流量変化時における配管１０内の混合ガスの温度変化を示す図である。図２では、小流量の時の温度変化を曲線Ｌ１で示し、大流量の時の温度変化を曲線Ｌ２で示している。図２に示すように、混合ガスの流量が違っても、前段温度センサ１１が配置される配管入口Ｐ１の温度は、沸点Ｔ１以上を維持し、後段温度センサ１２が配置される配管出口Ｐ２の温度は、沸点Ｔ１にマージン温度３０℃を加えた上限温度Ｔ２を超えていない。この結果、流入した混合ガスは配管１０内でのゲル化を抑止することができる。
【００２７】
また、大流量の時、前段領域Ｅ１の前段ヒータ１３は、後段ヒータ１４に比して加熱最大出力が大きいため、前段領域Ｅ１で原料ガスを確実に沸点Ｔ１以上に維持し、液化を防ぐことができる。一方、後段領域Ｅ２の混合ガスは、配管出口で温度制御されるため、上限温度を超えないように、容易に温度制御することができる。
【００２８】
したがって、本実施の形態では、気化装置から供給される原料ガスの流量変化及び混合比が変化しても、原料ガスの液化及びゲル化を防止してバーナー側に供給することができる。
【００２９】
なお、図３に示すように、１つのヒータ及び１つの温度センサによって配管内の混合ガスの温度制御を行う場合、流入する混合ガスが小流量の場合には、混合ガスを所定温度範囲内に収めることができる（曲線Ｌ１０１参照）が、流入する混合ガスが大流量になった場合で、温度制御点が配管入口である場合、加熱量が大きくなり、その熱が後段側の配管にも伝達し、出口温度が上限温度を超えてしまい、原料ガスのゲル化を促進してしまう（曲線Ｌ１０３参照）。
【００３０】
一方、流入する混合ガスが大流量になった場合で、温度制御点が配管出口である場合、配管入口側の加熱量を大きくすることができず、十分な加熱を行うことができず、原料ガスの液化が生じるおそれがある（曲線Ｌ１０２参照）。
【００３１】
＜変形例１＞
図４は、本発明の実施の形態の変形例１である配管装置１ａの構成を示す模式図である。図４に示すように、配管装置１ａは、前段領域Ｅ１と後段領域Ｅ２とで配管１０に対して同じリボンヒータを巻き付けるが、前段領域Ｅ１の前段ヒータ３３のピッチを、後段領域Ｅ２の後段ヒータ３４のピッチよりも小さくしている。すなわち、変形例１では、リボンヒータの巻き付けピッチの違いによってヒータの加熱最大出力を設定できるようにしている。
【００３２】
＜変形例２＞
図５は、本発明の実施の形態の変形例２である配管装置１ｂの構成を示す模式図である。図５に示すように、配管装置１ｂは、前段領域Ｅ１及び後段領域Ｅ２の２段ではなく、前段領域Ｅ１と後段領域Ｅ２との間に中間領域Ｅ３を設けた３段の領域に分け、それぞれ個別に温度制御を行うようにしている。前段領域Ｅ１、後段領域Ｅ２には、実施の形態と同じように、それぞれ配管入口Ｐ１、配管出口Ｐ２にそれぞれ前段温度センサ１１、後段温度センサ１２を設けるとともに、中間領域Ｅ３には、中間領域Ｅ３内の配管１０上の任意の位置に中間温度センサ４０が設けられる。前段領域Ｅ１、中間領域Ｅ３、後段領域Ｅ２に設けられる前段ヒータ４１、中間ヒータ４２、後段ヒータ４３の加熱最大出力は、順次小さくなるようにしている。
【００３３】
この変形例２では、領域を３段に分けているので、さらにきめの細かい温度制御が可能になる。
【００３４】
なお、前段ヒータ１３や後段ヒータ１４などの各領域のヒータは、その領域内でバーナー３側に向けて発熱密度が小さくなる傾斜をもたせるようにしてもよい。これにより、さらにきめの細かい温度制御を行うことができる。
【００３５】
また、上記の実施の形態及び変形例１，２では、気化対象の原料材料としてシロキサンを例に挙げたが、これに限らず、例えば四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）などにも適用することができる。
【００３６】
以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、本実施の形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例、及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。
【符号の説明】
【００３７】
１，１ａ，１ｂ  配管装置
２  気化装置
３  バーナー
１０  配管
１１  前段温度センサ
１２  後段温度センサ
１３，３３，４１  前段ヒータ
１４，３４，４３  後段ヒータ
１６  前段温度センサ
１７  後段温度センサ
２０  温度制御部
２１  前段温度制御部
２２  後段温度制御部
２３  前段ヒータ電源供給部
２４  後段ヒータ電源供給部
４０  中間温度センサ
４２  中間ヒータ
Ｅ１  前段領域
Ｅ２  後段領域
Ｅ３  中間領域
Ｌ１，Ｌ２  曲線
Ｐ１  配管入口
Ｐ２  配管出口
Ｐ３  配管中間点
Ｔ  沸点
Ｔ１  沸点
Ｔ２  上限温度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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