特許 7543705 液体原料気化装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-26

(45)【発行日】2024-09-03

(54)【発明の名称】液体原料気化装置

(51)【国際特許分類】

   B01J 7/02 20060101AFI20240827BHJP

   C03B 8/04 20060101ALI20240827BHJP

【ＦＩ】

B01J7/02 A

C03B8/04 Z

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2020090645

(22)【出願日】2020-05-25

(65)【公開番号】P2021186694

(43)【公開日】2021-12-13

【審査請求日】2023-02-21

(73)【特許権者】

【識別番号】000002130

【氏名又は名称】住友電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001416

【氏名又は名称】弁理士法人信栄事務所

(72)【発明者】

【氏名】幅崎 利已

(72)【発明者】

【氏名】川越 聡

(72)【発明者】

【氏名】笠井 久嗣

【審査官】中村 泰三

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１５／０１２２５７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開昭６３－０４０７３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６２－２０７７２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－０６４０９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－３１９０９５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０１Ｊ ４／００－０２

Ｂ０１Ｊ ７／０２

Ｃ０３Ｂ ８／０４、１９／１４、２０／００、３７／０１８

Ｃ２３Ｃ １６／４４８－４５２

Ｃ３０Ｂ ２５／１４

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

液体のガラス原料をバブリングで気化させるバブラと、
前記バブラで気化されたガラス原料が流れるコンデンサと、
を有し、
前記コンデンサは、
筐体と、
前記筐体内で前記ガラス原料の流路となる複数のガラス原料配管と、
前記筐体内に循環液を導入する導入口と、
前記筐体内から前記循環液を排出する排出口と、
を有し、
前記複数のガラス原料配管は、
前記筐体内において、並列に配置されており、
前記複数のガラス原料配管は、
螺旋状であり、螺旋の中心軸の方向が前記筐体の長手方向と一致するように配置されている、
液体原料気化装置。

【請求項2】

前記複数のガラス原料配管における各前記中心軸が同軸である、
請求項１に記載の液体原料気化装置。

【請求項3】

前記複数のガラス原料配管同士は、前記筐体内で接続されておらず、前記筐体の外部で接続されている、
請求項１または請求項２に記載の液体原料気化装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、液体原料気化装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１～３には、液体原料気化装置において、液体原料をバブリングで気化させる際に、ガラス原料ガスを凝縮処理して飽和状態にし、余分のガスを液化して除去することにより、ガラス原料ガスを一定濃度に保つ装置であるコンデンサが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開昭６０－２４８２２８号公報

【文献】特開２００３－３４０２６５号公報

【文献】特開平８－４７６２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１～３のように、コンデンサを備えた液体原料気化装置は、ガラス原料ガスの流量を増やすとコンデンサの配管内を通るガラス原料ガスの流速が上がる。このため、ガラス原料ガスが目標の温度になる前に、コンデンサからガラス原料ガスが出てしまうおそれがある。コンデンサの配管を内径が大きいものにすれば、ガラス原料ガスの流速を下げることができるが、配管の中心部分を通るガラス原料ガスと配管の外周部分を通るガラス原料ガスとの温度差が大きくなるおそれがある。このように、コンデンサの配管の内径を大きくすると、ガラス原料ガスが均一な目標の温度にならないまま、コンデンサからガラス原料ガスが出てしまうおそれがある。

【0005】

コンデンサを備えた液体原料気化装置は、以上のように、コンデンサから出るガラス原料ガスが目標の温度にならない場合、ガラス原料ガスが目標の温度における飽和蒸気圧とならないので、ガラス原料ガスの流量および濃度が目標の数値からずれてしまう。
このため、コンデンサを備えた液体原料気化装置は、ガラス原料ガスの流量を増やしつつ、一定の濃度で安定した流量のガラス原料ガスを供給することは難しい。

【0006】

そこで、本開示は、ガラス原料ガスの流量を増やしつつ、一定の濃度で安定した流量のガラス原料ガスを供給できる、液体原料気化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】

【0007】

本開示の一態様に係る液体原料気化装置は、
液体のガラス原料をバブリングで気化させるバブラと、
前記バブラで気化されたガラス原料が流れるコンデンサと、
を有し、
前記コンデンサは、
筐体と、
前記筐体内で前記ガラス原料の流路となる複数のガラス原料配管と、
前記筐体内に循環液を導入する導入口と、
前記筐体内から前記循環液を排出する排出口と、
を有し、
前記複数のガラス原料配管は、
前記筐体内において、並列に配置されている。

【発明の効果】

【0008】

本開示に係る液体原料気化装置によれば、ガラス原料ガスの流量を増やしつつ、一定の濃度で安定した流量のガラス原料ガスを供給することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本開示の実施形態に係る液体原料気化装置の構成を示す模式図である。

【図2】図１の液体原料気化装置におけるコンデンサの構成の一例を示す図である。

【図3】図２のコンデンサのガラス原料配管の形状を説明する模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

（本開示の実施形態の説明）
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
本開示の一態様に係る液体原料気化装置は、
（１）液体のガラス原料をバブリングで気化させるバブラと、
前記バブラで気化されたガラス原料が流れるコンデンサと、
を有し、
前記コンデンサは、
筐体と、
前記筐体内で前記ガラス原料の流路となる複数のガラス原料配管と、
前記筐体内に循環液を導入する導入口と、
前記筐体内から前記循環液を排出する排出口と、
を有し、
前記複数のガラス原料配管は、
前記筐体内において、並列に配置されている。
前記構成の液体原料気化装置は、コンデンサの筐体内に並列に配置された複数のガラス原料配管が設けられている。したがって、ガラス原料ガスの流量を増やしても、配管が１本の場合に比べて、複数のガラス原料配管内のガラス原料ガスの流速の上昇を抑えることができる。これにより、前記液体原料気化装置は、ガラス原料ガスの流量を増やしても、目標の温度になる前に、コンデンサからガラス原料ガスが出てしまうことを防ぐことができる。
また、前記液体原料気化装置は、上記のようにガラス原料配管が複数あるので、ガラス原料配管が１本のみの場合と比較して、ガラス原料ガスの流量を増やすことができる。このように、前記液体原料気化装置は、例えばガラス原料ガスの流速とガラス原料配管の内径を大きくせずに、ガラス原料配管が１本のみの場合と比較して、ガラス原料ガスの流量を増やせるので、ガラス原料ガスが均一な目標の温度にならないまま、コンデンサからガラス原料ガスが出てしまうことを防ぐことができる。
すなわち、前記液体原料気化装置は、コンデンサの筐体内に並列に配置された複数のガラス原料配管が設けられているので、ガラス原料ガスの流量を増やしつつ、一定の濃度で安定した流量のガラス原料ガスを供給することができる。

【0011】

（２）前記複数のガラス原料配管は、
螺旋状であり、螺旋の中心軸の方向が前記筐体の長手方向と一致するように配置されていてもよい。
前記構成の液体原料気化装置によれば、コンデンサの筐体内部のガラス原料配管が螺旋状であるので、筐体自体を長くせずとも、ガラス原料ガスが所定の飽和蒸気圧となるのに必要な流路の長さを確保することができる。

【0012】

（３）前記複数のガラス原料配管における各前記中心軸が同軸であってもよい。
前記構成の液体原料気化装置によれば、複数のガラス原料配管の螺旋の中心軸が同軸となるように配置されているので、各ガラス原料配管がコンデンサの筐体内のほぼ同じ空間に位置している。このため、コンデンサの筐体内部の循環液の流れ方やガラス原料配管内のガラス原料ガスの温度変化などによって生じる温度分布が各ガラス原料配管で同じようになる。これにより、複数のガラス原料配管の配管内の温度差が小さくなるので、各ガラス原料配管によるガラス原料ガスの流量および流速をほぼ同じにでき、ガラス原料ガスの供給の安定性がさらによくなる。また、複数のガラス原料配管の螺旋の中心軸が同軸となるような配置により、筐体内で複数のガラス原料配管が占有する空間領域を小さくすることができるので、コンデンサの筐体のサイズを大きくすることなく複数のガラス原料配管を配置できる。

【0013】

（４）前記複数のガラス原料配管同士は、前記筐体内で接続されておらず、前記筐体の外部で接続されていてもよい。
前記構成の液体原料気化装置によれば、コンデンサの筐体内にガラス原料配管同士の接続部分がないため、循環液による接続部分の劣化は発生しない。このため、コンデンサの寿命を長くすることができる。また、コンデンサの筐体の外部でガラス原料配管同士が接続されているので、コンデンサの筐体内に接続部分がある場合に比べて、接続部分のメンテナンスが容易である。

【0014】

（本開示の実施形態の詳細）
本開示の実施形態に係る液体原料気化装置の具体例を、図面を参照しつつ説明する。
なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【0015】

図１は、本開示の実施形態に係る液体原料気化装置の構成を示す模式図である。
図１に示すように、液体原料気化装置１は、バブラ２と、コンデンサ３と、を備えている。

【0016】

バブラ２は、液体のガラス原料をキャリアガスでバブリングしてキャリアガスとガラス原料とが混合されたガラス原料ガスを生成するものである。バブラ２は、光ファイバ製造用の液体ガラス原料２２（例えば四塩化ゲルマニウム：ＧｅＣｌ_４）が収容される気密なバブラ容器２１を有している。バブラ容器２１の外周面には、液体ガラス原料２２の温度を所定の温度に保つためのヒータ２３が設けられている。また、バブラ容器２１には、Ｎ₂ガスやＡｒガス等のキャリアガスを供給する配管２４が、液体ガラス原料２２中に開放端を挿入させた状態で設けられている。配管２４の途中には、キャリアガスの流量を制御するＭＦＣ（マスフローコントローラ）２５が設けられている。

【0017】

液体ガラス原料２２は、バブラ容器２１に満杯ではない所定量が収容されている。このため、バブラ容器２１内の上部には液体ガラス原料２２が充填されていない空間２６が存在している。空間２６には、バブラ容器２１で生成されたガラス原料ガスをコンデンサ３へ送出するための配管２７，２８が、配管２７，２８の開放端を空間２６中に配置させた状態で設けられている。配管２７，２８の上記開放端とは反対側の端部は、コンデンサ３のガラス原料配管（図２を参照して後述する）に接続されている。

【0018】

図２は、コンデンサ３の構成の一例を示す図である。
図２に示すように、コンデンサ３は、筐体３１と、ガラス原料配管３２，３３と、を有している。ガラス原料配管３２，３３は、バブラ２で生成されたガラス原料ガスが流れるコンデンサ３内の流路を構成している。本例では、２本のガラス原料配管３２，３３を有するコンデンサ３を示しているが、ガラス原料配管の数は３本以上であってもよい。

【0019】

筐体３１は、縦長形状の例えば円筒状あるいは角筒状に形成されている。筐体３１には、図示しない温度制御器によって所定の温度に温調された循環液（例えば、温水）を導入するための導入口３１ａと、循環液を温度制御器に戻すための排出口３１ｂとが設けられている。本例では、導入口３１ａが筐体３１の上部に設けられ、排出口３１ｂが筐体３１の下部に設けられている。所定の温度に温調された循環液が循環することにより、コンデンサ３の筐体３１内は所定の温度に保たれる。

【0020】

ガラス原料配管３２，３３は、各々が筐体３１を貫通するように設けられている。ガラス原料配管３２，３３における一方の端部３２ａ，３３ａは、筐体３１の底壁を貫通して筐体３１の外部に飛び出した状態で設けられている。ガラス原料配管３２，３３における上記一方の端部３２ａ，３３ａとは反対側の端部３２ｂ，３３ｂは、筐体３１の天壁を貫通して筐体３１の外部に飛び出した状態で設けられている。

【0021】

ガラス原料配管３２，３３の内径は、小さい方が配管内の温度差が小さくなるが、小さすぎるとガラス原料ガスの流速が大きくなりすぎる。このため、ガラス原料配管３２，３３の内径は、例えば、３ｍｍから１５ｍｍ程度の範囲が好ましい。

【0022】

ガラス原料配管３２と３３とは、筐体３１内において、並列に配置されている。ガラス原料配管３２の配管長とガラス原料配管３３の配管長とは、異なってもよいが、等しい長さとなるように形成されている方が好ましい。

【0023】

また、ガラス原料配管３２，３３は、筐体３１内において、各々が螺旋状に巻かれた状態で配管されている。図３は、図２におけるガラス原料配管３２，３３の形状を説明する模式図であり、それぞれ単一のガラス原料配管３２と３３とに分解された状態とした模式図である。

【0024】

図３に示すように、ガラス原料配管３２，３３は、螺旋の隙間に互いの配管が入り込むことが可能な程度の螺旋巻きのピッチで、長手方向に向かって同じ向きで螺旋状に巻き回されている。また、ガラス原料配管３２と３３とは、それぞれの外径と螺旋の巻きピッチとが等しくなるように構成されている。そして、ガラス原料配管３２，３３は、螺旋の隙間に互いの配管が入り込むように組み合わされることにより、図２のように構成される。

【0025】

すなわち、図２に示すように、螺旋状に巻かれたガラス原料配管３２と３３とは、各々の螺旋の中心軸Ｃの方向が、いずれも筐体３１の長手方向（図２において上下方向）と一致するように構成されている。そして、ガラス原料配管３２と３３とは、それぞれの中心軸Ｃが同軸になるように組み合わされている。

【0026】

なお、ガラス原料配管３２と３３とは組み合わされていない構成であってもよい。すなわち、ガラス原料配管３２と３３とは、両中心軸Ｃが同軸となっていない構成であってもよい。

【0027】

ガラス原料配管３２，３３における一方（図２において下側）の端部３２ａ，３３ａは、筐体３１の下方からコンデンサ３の外部に突出している。そして端部３２ａ，３３ａの開口は、図１に示すように、開放端がバブラ容器２１内の空間２６に配置された配管２７，２８にそれぞれ接続されている。

【0028】

ガラス原料配管３２，３３における他方（図２において上側）の端部３２ｂ，３３ｂは、筐体３１の上方からコンデンサ３の外部に突出している。そして、端部３２ｂの開口は、配管４１に接続されており、端部３３ｂの開口は、配管４２に接続されている。
配管４１，４２の上方（図２において上側）には、継手４３（図２の例では、Ｙ型継手）が設けられている。継手４３は、二股に分岐した一端部４３ａ，４３ｂと他端部４３ｃとを有している。そして配管４１は、継手４３の一端部４３ａに接続されており、配管４２は、継手４３の一端部４３ｂに接続されている。
すなわち、ガラス原料ガスが流れる２つの流路となる２つの配管は、コンデンサ３の筐体３１の内部では接続されておらず、コンデンサ３の筐体３１の外部で接続される構成となっている。

【0029】

また、継手４３の他端部４３ｃは、図示しないガラス合成用バーナに通じる配管４４に接続されている。配管４１と継手４３の一端部４３ａとの接続、配管４２と継手４３の一端部４３ｂとの接続、および、継手４３の他端部４３ｃと配管４４との接続は、例えば、ねじ込み接続、フランジ接続、溶接接続などの接続方法で接続し得る。

【0030】

次に、本実施形態に係る液体原料気化装置１を用いた気化方法について図１および図２を参照して説明する。
図１に示した液体原料気化装置１において、ＭＦＣ２５によって流量制御されたキャリアガスが配管２４からバブラ容器２１の液体ガラス原料２２内に供給される。バブラ容器２１の液体ガラス原料２２は、キャリアガスによってバブリングされ、キャリアガスとガラス原料とが混合されたガラス原料ガスとしてバブラ容器２１上部の空間２６内に生成される。

【0031】

バブラ容器２１で生成されたガラス原料ガスは、配管２７，２８を通ってコンデンサ３のガラス原料配管３２，３３に送出される。
コンデンサ３の循環液は、図示しない温度制御器によって、所定の温度となるように温調して、筐体３１内に循環させる。この所定の温度は、ガラス原料ガスが所望の濃度の飽和蒸気となるような目標の温度である。

【0032】

ガラス原料配管３２，３３に送出されたガラス原料ガスは、筐体３１内において、循環液の温度にまで冷却されて目標の温度における飽和蒸気となる。この過程で過剰のガラス原料ガスは、ガラス原料配管３２，３３内で凝結する。凝結したガラス原料の液体は、ガラス原料配管３２，３３内を重力によって落下し、配管２７，２８を通じてバブラ容器２１内に戻る。

【0033】

ガラス原料配管３２，３３を通過して目標の温度における飽和蒸気となったガラス原料ガスは、配管４１，４２および継手４３を介して配管４４内を通って反応容器に送り出される。

【0034】

なお、コンデンサ３を通して反応容器に送られるガラス原料ガスを含むガスの流量は、２００ｍｌ／分以上であることが好ましく、３００ｍｌ／分以上であることがさらに好ましい。

【0035】

以上説明したように、本実施形態に係る液体原料気化装置１は、コンデンサ３の筐体３１内に並列に配置された複数のガラス原料配管３２，３３が設けられている。これにより、液体原料気化装置１は、配管が１本のみの場合と比較して、コンデンサ３の筐体３１内のガラス原料ガスの流路を実質的に太くすることができる。
したがって、ガラス原料ガスの流量を増やしても、ガラス原料配管３２，３３内のガラス原料ガスの流速の上昇を配管が１本の場合に比べて抑えることができる。これにより、液体原料気化装置１は、ガラス原料ガスの流量を増やしても、目標の温度になる前に、コンデンサ３からガラス原料ガスが出てしまうことを防ぐことができる。
また、液体原料気化装置１は、ガラス原料配管が複数（ガラス原料配管３２，３３）あることにより、例えばガラス原料ガスの流速とガラス原料配管の内径が同じであれば、ガラス原料配管が１本のみの場合に比べて、ガラス原料ガスの流量を増やすことができる。
このように、液体原料気化装置１は、ガラス原料ガスの流速とガラス原料配管の内径を大きくせずに、ガラス原料配管が１本のみの場合と比較して、ガラス原料ガスの流量を増やせるので、ガラス原料ガスが均一な目標の温度にならないまま、コンデンサ３からガラス原料ガスが出てしまうことを防ぐことができる。
すなわち、液体原料気化装置１は、コンデンサ３の筐体３１内に並列に配置された複数のガラス原料配管３２，３３が設けられているので、ガラス原料ガスの流量を増やしつつ、一定の濃度で安定した流量のガラス原料ガスを供給することができる。

【0036】

また、液体原料気化装置１は、コンデンサ３の筐体３１内部のガラス原料配管３２，３３が螺旋状に巻かれた配管として形成されている。このため、筐体３１を長手方向に長くせずとも、ガラス原料ガスを目標の温度における飽和蒸気とするために必要な流路の長さを確保することができる。

【0037】

また、本実施形態におけるコンデンサ３は、螺旋状に巻かれた各ガラス原料配管３２，３３が、それぞれの螺旋の中心軸Ｃが同軸となるように配置されているので、各ガラス原料配管３２，３３がコンデンサの筐体内のほぼ同じ空間に位置している。これにより、コンデンサ３の筐体３１内部の循環液の流れ方やガラス原料配管３２，３３内のガラス原料ガスの温度変化などによって生じる温度分布が各ガラス原料配管３２，３３で同じようになる。したがって、ガラス原料配管３２，３３の配管内の温度差が小さくなるので、各ガラス原料配管３２，３３によるガラス原料ガスの流量および流速をほぼ同じにでき、ガラス原料ガスの供給の安定性がさらによくなる。

【0038】

また、コンデンサ３は、ガラス原料配管３２，３３の螺旋の中心軸Ｃを同軸とすれば、図２に示すように、一方のガラス原料配管３２の螺旋の隙間に他方のガラス原料配管３３が入るように配置することができる。これにより、筐体３１内でガラス原料配管３２，３３が占有する空間領域を小さくすることができる。したがって、コンデンサ３は、筐体３１のサイズを大きくすることなく複数のガラス原料配管３２，３３を配置することができる。

【0039】

また、液体原料気化装置１は、筐体３１の外部に継手４３が設けられ、コンデンサ３の筐体３１の内部にガラス原料配管３２，３３同士の接続部分がない。したがって、ガラス原料配管３２，３３同士の接続部分が循環液によって腐食する（特に、金属の管を溶接した場合は腐食しやすい）などの接続部分の劣化がコンデンサ３内で発生しない。このため、コンデンサ３の寿命を長くすることができる。

【0040】

また、液体原料気化装置１は、コンデンサ３の筐体３１の外部でガラス原料配管３２，３３同士が接続されているので、コンデンサ３の筐体３１の内部に接続部分がある場合に比べて、接続部分のメンテナンスが容易である。

【0041】

以上、本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。また、上記説明した構成部材の数、位置、形状等は上記実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等に変更することができる。

【符号の説明】

【0042】

１：液体原料気化装置
２：バブラ
３：コンデンサ
２１：バブラ容器
２２：液体ガラス原料
２３：ヒータ
２４：配管
２５：ＭＦＣ
２６：空間
２７，２８：配管
３１：筐体
３１ａ：導入口
３１ｂ：排出口
３２，３３：ガラス原料配管
３２ａ，３３ａ：端部
３２ｂ，３３ｂ：端部
４１，４２：配管
４３：継手
Ｃ：中心軸

【図1】

【図2】

【図3】