CN102036925A - 冷却剂再循环控制设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于冷却和涂覆光纤的系统及方法，具有控制送入以及通过用于冷却光纤的热交换器进行循环的冷却剂气体量的能力。控制送入和循环的冷却剂气体量的能力包括测量选自下组的至少一个参数：冷却剂气体热导率、冷却剂气体粘度、光纤初级涂层的直径、和用于在光纤上施涂初级涂层的涂料涂布器的功率使用率。

Description

冷却剂再循环控制设备和方法

发明背景

相关申请的交叉参照

本申请要求2008年5月22日提交的题为“Apparatus and Methods of Control for Coolant Recycling(冷却剂再循环控制设备和方法)”的美国专利申请序列号第12/154359号的权益和优先权，该专利全文参考结合入本文中并且作为本文的依据。

技术领域

本发明一般地涉及冷却气回收系统，更具体地涉及与光纤冷却相关的氦回收系统。

技术背景

在生产光纤时，玻璃棒或预制棒在光纤拉制系统中加工。通常，光纤拉制涂覆系统包括一个拉制炉、一个热交换器、涂料涂布器、固化装置和卷轴。开始时，，玻璃棒或预制棒在拉制炉中融化用于产生纤维，纤维在经过热交换器得到冷却。从热交换器中出来的冷却后的纤维在涂料涂布器中涂上基本初级，这个涂层在初级固化装置中得到固化。之后，涂布后的纤维通常在涂料涂布器中涂上第二涂层，这个涂层在次级固化装置中得到固化。然后，纤维被卷上卷轴。

为了提高增加热交换器中冷却速率，往往必须使用热传导率高的冷却剂。一种此类气体是氦气。氦气是一种是价格比较贵的气体。除此之外，作为稀有气体，它是没有反应性的。出于这些原因，业已尝试将光导纤维冷却系统中所用的氦进行再循环，参见美国专利US5377491和US5452583。

在热交换器中冷却光纤时，在一个特定的温度范围内冷却纤维通常是人们期望的。将光纤冷却至一个指定的温度范围内的主要理论基础是：如果离开热交换器的纤维太热或太冷，涂覆光纤是困难的，即使仍有可能的话(由于纤维温度对于涂覆粘度的影响)。甚至在一些纤维冷却到了涂覆得以正常进行的温度的情况下，，涂料涂布器的功率使用率和/或热交换器中冷却剂的用量都会是超量的。因而，一直都存在对用于冷却和涂覆光纤的改进系统和方法的需求。

发明内容

发明的一个方面包括一种冷却和涂覆光纤的方法。该方法包括使光纤通过至少一个热交换器。该热交换器包括一个使光纤通过热交换器的通道，至少一个使冷却剂气体进入该通道的入口和至少一个从该通道中去除冷却剂气体的出口。该方法还包括将冷却剂气体泵入该至少一个入口，和泵出该至少一个出口。此外，该方法包括使光纤通过至少一台涂料涂布器，在光纤上涂覆至少一次初级涂层。该方法还包括测量至少一个选自下组的参数：冷却剂气体的热导率、冷却剂气体的粘度、初级涂层的直径、和该至少一台涂料涂布器的功率使用率。此外，该方法包括应变于该至少一个参数调节通过该至少一个入口的冷却剂气体量。

在另一方面，本发明包括一种光纤冷却和涂覆系统。该光纤冷却和涂覆系统包括至少一个热交换器。该热交换器包括一个使光纤通过热交换器的通道，至少一个使冷却剂气体进入该通道的入口和至少一个从该通道中去除冷却剂气体的出口。该光纤冷却和涂覆系统还包括至少一台用于将冷却剂气体泵入该至少一个入口并泵出该至少一个出口的泵。此外，该光纤冷却和涂覆系统包括至少一台涂料涂布器，用于在光纤通过热交换器之后，在光纤上涂覆至少一个初级涂层。该光纤冷却和涂覆系统还包括至少一个测量部件，用于测量至少一个选自下组的参数：冷却剂气体的热导率、冷却剂气体的粘度、初级涂层的直径和该至少一台涂料涂布器的功率使用率。此外，该光纤冷却和涂覆系统包括至少一个计量部件，用于应变于该至少一个参数调节通过该至少一个入口的冷却剂气体量。

在一个优选实施方式中，该冷却剂气体包含氦气。

在一个优选实施方式中，该至少一台涂料涂布器包括一个温控整形模(TCSD)。

在以下的详细描述中提出了本发明的附加特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言根据所作描述即容易理解，或者通过实施包括以下详细描述、权利要求书以及附图在内的本文所述的本发明而被认识。。

应理解，以上的一般性描述和以下的详细描述都给出了本发明的实施方式，意在提供理解要求保护的本发明的性质和特性的概述或框架。。所包括的附图提供了对本发明的进一步的理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一个部分。附图以图示形式说明了本发明的各种实施方式，并与说明书一起用来说明本发明的原理和操作。

图片简述

图1是根据本发明一个实施方式的光纤冷却和涂覆系统的示意图；

图2是根据本发明另一个实施方式的光纤冷却和涂覆系统的示意图；

图3示出可用于本发明特定实施方式的涂料涂布器的横截面视图，这台涂布机包括温控整形模(TCSD)；

图4示出热导率作为氦气-空气二元混合物中氦的浓度的函数的图表；

图5示出初级涂层的直径作为氦气冷却剂流速的函数的图表；以及

图6示出初级涂层的直径作为整形模加热器功率的函数的图表。

具体实施方式

下面将详细参考本发明的优选实施方式，这些实施方式的例子在附图中示出。只要有可能，在所有附图中使用相同的附图标记来表示相同或类似的部件。

图1是根据本发明一个实施方式的光纤冷却和涂覆系统的示意图。该冷却和涂覆系统包括一台带有通道8的热交换器14，通道8用于使光纤10通过热交换器。热交换器还包括入口6、出口2和出口4，入口6用于使冷却剂气体通入通道8，出口2和4用于从通道8去除冷却剂气体。热交换器14优选被冷却处理(即处在低于环境温度的温度)，而且优选装有两个位于顶部和底部的小孔板或封口件16和18。设计孔板或封口件16和18以便最大限度地减少气体渗入、渗出通道8。

从冷却剂气体源(未示出)将新鲜的冷却剂气体供给一个质量流量控制器(MFC)30，该控制器将调节由入口6进入通道8的新鲜冷却剂气体量。气体同时由出口2和4从通道8中取出。为了抑制气流澎湃，从出口2和4中取出的气体优选流入一个容器或平衡罐26中。计量阀22调节从出口4排出的气体的量，计量阀32调节从出口2排出的气体的量，计量阀28调节从平衡罐26排出的气体的量。从平衡罐26排出的气体可以和来自MFC 30的新鲜冷却剂气体合并，通过入口6循环返回通道8中。计量阀22、28和32可以各自以不同的流量开闭，以调节排出和进入通道8的气体流速。计量阀22、28和32的操作也可以与MFC 30相呼应，以调节由入口6进入通道8的气体中循环气体对新鲜冷却剂气体的比例。压缩机或泵24为循环过程提供动能。

图1所示的系统还包括测量部件34、36和38。在一个优选实施方式中，测量部件34、36和38中的一个或多个测量冷却剂气体的热导率。

在另一个优选实施方式中，测量部件34、36和38中的一个或多个测量冷却剂气体的粘度。

在一个优选实施方式中，冷却剂气体包括氦气。在一个特别优选的实施方式中，送入MFC 30的新鲜冷却剂气体是高纯氦，比如99.995％纯的氦，或者99.999％纯的氦(“五个九”)。

在冷却剂气体通过入口6、通道8和出口2和4时，有一些气体会损失到系统以外。例如，当送入MFC 30的冷却剂气体是高纯氦时，在冷却剂气流通过入口6、通道8和出口2和4时，有百分之几的这种氦将从系统中损失掉。结果，可以预期的是来自出口2和4的冷却剂气体比送入MFC 30或通过入口6的冷却剂气体有一个较低的氦浓度(和一个较高的空气浓度)。在给定的温度，氦较之空气有更高的热导率(氦的热导率在25℃大约为0.152W/m·K，而空气的热导率在25℃大约为0.024W/m·K)，这使得氦气-空气二元混合物的热导率与混合物中氦的含量(因此其冷却能力)存在例如如图4所示的相关性。在接近室温的温度，氦同样比空气有更高的粘度，这使得氦气-空气二元混合物的粘度与混合物中氦的含量(因此冷却能力)存在相关性。因此，通过用测量部件34、36和38测量冷却剂热导率和/或粘度，冷却剂气流冷却能力就可非常近似地确定。

当图1所示的系统以拉制工艺全速操作时，MFC 30和计量阀22、28和32能够使设定量的冷却剂气体通过出口2和4、排出平衡罐26和MFC 30，由此导致设定量的冷却剂气体从入口6通过。这些量可以设定成使冷却剂气体的被测参数如热导率和/或粘度保持在一个预定范围之内，同时考虑到损失至系统外的冷却剂气体量。如果测量部件34、36和38中的一个或多个测量到的冷却剂气体热导率和/或粘度低于预定的设定值，计量阀22、28和32中的一个或多个可以闭合一定的量，例如按通过比例-积分(PI)控制回路所确定。MFC 30也可以将更多的新鲜冷却剂气体引入系统。相反，如果测量部件34、36和38中的一个或多个测量到的冷却剂气体热导率和/或粘度高于预定的设定值，计量阀22、28和32中的一个或多个可以打开一定的量。MFC 30也可以少向系统引入新鲜的冷却剂气体。因此，在图1所示的系统里，MFC 30、计量阀22、28和32各自充当计量部件，以调节通过入口6和出口2和4的冷却剂气体量。

例如，当被测冷却剂气体参数是热导率、新鲜冷却剂气体包含氦时，如果测量部件34、36和38中的一个或多个测量到的热导率不在预定范围之内，则可以如上所述地调节计量阀22、28和32中的一个或多个和/或MFC30。在一个优选实施方式中，据测量部件34和36测量，被泵送出出口2和4的冷却剂气体的热导率在135到151mW/(m·K)之间的范围内，更优选地在140到151mW/(m·K)之间，再优选地在145到151mW/(m·K)之间。

如图1所示的系统还包括一个初级涂层涂布机20。其一个实施方式在下文参考图3做更详细描述的初级涂布机20能够在光纤通过热交换器14之后在光纤上涂覆至少一个初级涂层。

图2是根据本发明的另一个实施方式的光纤冷却和涂覆系统的示意图。如同图1所示的实施方式，图2所示的冷却和涂覆系统包括热交换器14、通道8、入口6、出口4、孔板或封口件16和18，平衡罐26、MFC 30、泵24和计量阀22和28。如同图1所示的实施方式，热交换器14优选被冷却处理。

在冷却剂气体通过入口6、通道8和出口4时，一些冷却剂气体会损失到系统外。为了补偿，可以把从平衡罐26排出的冷却剂气体和来自MFC 30的新鲜冷却剂气体合并，通过入口6循环返回通道8中。计量阀22和28可以各自以不同的量开、闭，以调节排出和进入通道8的气体流速。计量阀22和28的操作也可以与MFC 30相呼应，以调节由入口6进入通道8的气体中循环气体对新鲜冷却剂气体的比例。

在一个优选实施方式中，冷却剂气体包括氦气。在一个特别优选的实施方式中，送入MFC 30的新鲜冷却剂气体是高纯氦，比如99.995％纯的氦，或者99.999％纯的氦(“五个九”)。

如图所示的系统还包括一台初级涂层涂布机20，其一个实施方式参考图3在下面有更详细的描述。此外，如图2所示的系统包括测量部件40。在一个优选实施方式中，测量部件40测量由初级涂料涂布器20所施涂的初级涂层的直径。在另一个优选实施方式中，测量部件40测量涂布机20的功率使用率。测量部件40可以和涂料涂布器20成一体和/或独立于涂料涂布器20。

当测量部件40测量由初级涂料涂布器20所施涂的初级涂层的直径时，测量部件40可包括市场有售的依靠对被涂覆纤维的直径进行光学测量的设备，比如利用投影技术的设备，投影技术就是在光源照射纤维时，测量纤维投下的阴影的宽度。测量部件40也可包括在两个位置测量纤维直径并将测量值组合以产生总体控制信号的设备。此类测量部件包括那些用一束辐射线照射未经涂覆的纤维以产生干涉图、并且对干涉图进行分析以产生用以指示纤维直径的信号的设备。

当测量部件40测量涂料涂布器20的功率使用率时，被测电量可以是直接供给涂料涂布器20的电量测量值，比如来自普通交流电源的电量，在各优选实施方式中，交流电源涂层给涂布机20中的电阻式加热器供电。当涂料涂布器20的功率使用率在此处以百分数记载时，功率百分比确定为提供给电阻式加热器(导致加热器的能量输出)的交流电的占空比与加热器的功率容量之比的函数。例如，如果电阻式加热器是100瓦的型号，涂料涂布器0％的功率使用率就是0瓦，涂料涂布器20％的功率使用率就是20瓦，涂料涂布器50％的功率使用率就是50瓦，涂料涂布器80％的功率使用率就是80瓦，涂布机100％的功率使用率就是100瓦。

在操作中，如图1和2所示的系统对光纤10进行冷却，光纤10作为热纤维(如10a所示)从拉制炉(未示出)出来进入热交换器14的通道8中。然后，从热交换器14中出来的经冷却的光纤(如10b所示)进入初级涂料涂布器20。从初级涂层涂布机20中出来的经过涂覆的光纤(如10c所示)随后在初级涂层固化设备(未示出)中进行固化，然后在二级涂料涂布器(未示出)中进行涂覆，接着在二级涂层固化设备(未示出)中固化——如果初级涂层和二级涂层是UV固化涂层。然而，本发明的实施方式不限于UV固化涂层，可以包括施涂其它类型的涂层(例如热塑性涂层等等)。

初级涂料涂布器20施涂的初级涂层的直径和/或初级涂料涂布器20的功率使用率可以与流过通道8的冷却剂气体冷却能力相关联。例如，如果冷却剂气体的冷却能力比期望的低，从热交换器14里出来的纤维10b将比期望的热。结果，涂料涂布器20施涂的初级涂层的直径将比期望的低(因为在较热的纤维上涂料粘度较低)，除非增加供给涂料涂布器20的电量进行补偿(通过提高在纤维上涂覆涂料的速率，图6示出初级涂层的直径在恒定纤维温度下作为涂料涂布器加热器电量的函数)。因而，当冷却剂气体的冷却能力低于期望时，涂料涂布器20施涂的初级涂层的直径将较低，和/或初级涂料涂布器20的功率使用率将较高。相反，当冷却剂气体的冷却能力比期望的高时，涂料涂布器20施涂的初级涂层的直径将较高，和/或初级涂料涂布器20的功率使用率将较低。

如前面讨论的那样，由于空气/氦气混合物的冷却能力与混合物中氦气的含量相关，初级涂料涂布器20施涂的初级涂层非直径和/或初级涂料涂布器20的功率使用率与流入通道8的冷却剂气体中氦气含量有相关性(例如，图5示出在初级涂层涂布机功率使用率恒定的情况下初级涂层的直径作为氦气流的函数)。因而，当冷却剂气体的氦含量低于期望时，涂料涂布器20施涂的初级涂层的直径将较低，和/或初级涂料涂布器20的功率使用率将较高。相反，当冷却剂气体的氦含量高于期望时，涂料涂布器20施涂的初级涂层的直径将较高，和/或初级涂料涂布器20的功率使用率将较低。

当图2所示的系统以拉制工艺全速操作时，MFC 30和计量阀22和28能够使设定量的冷却剂气体通过出口4、流出平衡罐26和MFC 30，由此导致设定量的冷却剂气体从入口6通过。这些量可以设定成使被测参数如涂料涂布器20施涂的初级涂层的直径和/或涂料涂布器20的功率使用率保持在预定范围内，同时考虑到损失至系统外的冷却剂气体量。如果测量部件40测量到由初级涂料涂布器20施涂的初级涂层的直径低于某个设定点和/或初级涂料涂布器20的功率使用率高于某个设定点时，计量阀22和28中的一个或多个能够闭合一定量，例如，如通过比例-积分(PI)控制回路所确定。MFC 30也可以向系统引入更多的新鲜冷却剂气体。相反，如果测量部件40测量到由初级涂料涂布器20施涂的初级涂层的直径高于某个设定点和/或初级涂料涂布器20的功率使用率低于某个设定点，计量阀22和28中的一个或多个能够打开一定量。MFC 30也可以少向系统引入新鲜冷却剂气体。因此，在图1所示的系统，MFC 30和计量阀22和28各自充当计量部件，以调节通过入口6和出口4的冷却剂气体量。

例如，当被测参数是初级涂料涂布器20的功率使用率而新鲜冷却剂气体包含氦气时，如果测量部件40测量到功率使用率不在预定范围之内，则可以如上所述地调节计量阀22和28中的一个或几个和/或MFC 30。在一个优选实施方式中，由测量部件40测量的涂料涂布器20的功率使用率在10％到90％的范围内，更优选在20％到80％的范围内。

如图1和2所示的系统能够把从热交换器14中出来的光纤10b冷却至一个特定的值或范围。在优选实施方式中，从热交换器14中出来的纤维10b的温度低于100℃，比如在0℃到90℃，包括在20℃到60℃。

如图1和2所示的系统可以在光纤10以至少每秒15米的速度通过热交换器14的通道8时使至少80％，优选90％的泵送进入口6的冷却剂气体被泵送出出口4(或出口2和4)，比如以至少每秒30米的速度。在优选实施方式中，冷却剂气体以至少每分钟100标准升(slpm)的速度泵送进入口6，比如至少150slpm，再比如至少200slpm。在优选实施方式中，当新鲜冷却剂气体包含氦时，在光纤10以至少每秒15米的速度通过热交换器14的通道8，比如以至少每秒30米的速度时，在入口6和出口4(或出口2和4)之间，少于20slpm的氦损失到系统外，比如少于15slpm，再比如少于10slpm，。同时，涂料涂布器20的功率使用率在10％到90％之间的范围内，比如从20％到80％。

在优选实施方式中，涂料涂布器20包括温控整形模(TCSD)，在此处所描述的实施方式中，该温控整形模是一个压馈涂覆设备，它依靠涂布机出口区中涂覆材料的局部粘度控制来将预定量的涂料施涂到正在离开的纤维上。图3所示的是一台可用于本发明实施方式的带有一个TCSD的示例性涂料涂布器的横截面视图。导向模44安装在涂布机模块42内。镶嵌件46在导向模44下面，是涂覆材料进入涂布机20的入口。温控整形模(TSCD)48位于镶嵌件46的下方。圆盘50位于TSCD 48的下方，与TCSD 48热连通。圆盘50由高热导率的材料制成，用以与TCSD 48之间提供高效的双向热交换。传热管52与圆盘50热连通。电阻式加热器54至少围绕传热管52的一部分。传热管52的一部分在电阻式加热器54下部伸展，并与吸热器56热连通。吸热器56与流体循环系统58相连接，可任选地用于从吸热器56去除热量。

传递至TCSD 48或从其传递出的热量可以根据涂覆后纤维的直径的测量值调节，以将涂覆纤维的直径控制到目标值。如果测出的涂覆后纤维的直径低于目标值，则热量将通过圆盘50从电阻式加热器54传递至TCSD 48。这可以通过增加给电阻式加热器54的电流来完成，这将导致在TCSD 48壁的附近涂覆材料温度升高，而这进而将会降低在TCSD 48壁附近的涂覆材料的粘度。在TCSD 48壁的附近涂覆材料粘度的降低将增加涂到纤维上的涂料量，由此增加涂覆后纤维的直径。类似地，如果涂覆后纤维的被测值高于目标值，热量将通过圆盘50、传热管52和吸热器56从TCSD 48传递出。这可以通过提高循环系统中流体的流量来完成，这将导致从吸热器56中传递出热量，由此降低TCSD 48壁附近的涂覆材料的温度，而这进而将提高TCSD 48壁附近的涂覆材料的粘度。TCSD 48壁附近的涂覆材料粘度的增加将减少施涂到纤维上的涂料量，由此降低涂覆后纤维的直径。通过升高或降低循环系统58中流体的温度或者通过组合改变流体的流量和温度也可以改变通过吸热器56所传递的热量。

因为存在由于结合图3所描述的冷却特征对涂覆后纤维的直径之外的涂覆纤维物理性质产生不良影响的可能性，一个优选实施方式是一种类似于如图3所示的设备，但没有吸热器56和流体循环系统58。这也简化了设备的设计。在本例中，选择TCSD 48出口的直径使得始终要求一些热量方能够将涂覆后纤维的直径维持于期望值。这就要求TCSD 48的出口直径要小于在同时包括加热和冷却能力时涂布设备所需要的。

在一个优选实施方式中，TCSD 48配有120伏交流电100瓦型号的电阻式加热器54。当光纤以工艺全速牵引通过涂料涂布器时，功率使用率优选在30％(30瓦)到60％(60瓦)，并且能够控制在20％(20瓦)到80％(80瓦)的范围内。在优选实施方式中，可以以至少15m/s的速度(比如至少30m/s)把光纤牵引通过热交换器14和涂布机20。

通过使用一台带有TCSD的涂料涂布器，比如图3所示，光纤10c上的初级涂层的直径可以保持在一个严格的规格范围之内，同时允许涂料涂布器20的功率使用率发生变化。通过控制经过热交换器14中通道8的光纤10的冷却速率，可以进而将涂料涂布器20的功率使用率保持在一个预定的范围内，对冷却速率的控制可以使用如上所述的方法，其中直接测量功率使用率(即如图2所示实施方式)，或测量热导率和/或冷却剂气体粘度(即如图1所示实施方式)。这样，则通过平衡冷却剂气体的成本和涂料施涂的成本，与操作光纤冷却和涂覆系统相关的成本能够得到降低或减到最小。

根据本发明的实施方式，一种或多种示例性方法可以用于使光纤冷却和涂覆系统升速。例如，在如图2所示的实施方式中，在第一升速阶段，拉制工艺的速度从初始速度逐渐增加到拉制工艺全速。在这个阶段期间，计量阀28关闭，使得所有通过入口6冷却剂气体是供自MFC 30的(即没有冷却剂气体被循环)。涂料涂布器20安装了TCSD，这可以使光纤10c上的初级涂层的直径保持在一个严格的规格范围内。通过总体上随着拉制速度提高而增加供自MFC 30的冷却剂气体，，涂料涂布器20的功率使用率进而可以被维持在一个预定值(例如，40％的总体输入功率)或该预定值附近(即，当测量部件40测量到功率使用率逐步上升超过预定值时，比例-积分(PI)控制回路即指令MFC 30引入更多的冷却剂气体，由此促使涂料涂布器20功率使用率逐步回落到该预定值)。一旦达到拉制工艺全速，则“无循环”MFC设定点将被记录下来。这个“无循环”MFC设定点从MFC 30通过入口6提供规定量的冷却剂气体，以便使涂料涂布器功率使用率在没有冷却剂气体被循环时维持在一个预定值或该预定值附近。

在第一升速阶段和第二升速阶段之间的中间步骤中，计算一个“全循环”MFC设定点。在全循环中，不同于在第一升速阶段期间，只有一部分通过入口6提供的气体将会通过MFC 30提供。其余的将来自循环(即通过计量阀28)。计算“全循环”MFC设定点以便在整个循环期间通过入口6提供的冷却剂气体量，与在没有循环的第一升速阶段期间达到拉制工艺全速时所提供的量相同。例如，如果从第一升速阶段确定的“无循环”MFC设定点通过入口6提供了200slpm的冷却剂气体(为了使涂料涂布器20能够以例如40％的输出功率以拉制工艺全速运转)，且据测算预期在每循环一次会有20slpm(或10％)的冷却剂气体损失，则可以预期有180slpm的冷却剂气体被循环(即通过计量阀28)，且剩余的20slpm需要通过MFC 30提供，以便继续通过入口6提供200slpm的冷却剂气体。因此，在本例中，计算“全循环”MFC设定点以从MFC 30提供20slpm的冷却剂气体。

一旦“全循环”MFC设定点得以计算，第二升速阶段也就开始了。在这个第二升速阶段期间，在维持拉制工艺全速的同时，通过逐渐地用循环的冷却剂气体(即通过计量阀28)替代从MFC 30提供的冷却剂气体，系统逐渐地从“无循环”状态过渡到“全循环”状态。在这个阶段，计量阀28逐渐地打开，同时来自MFC 30的冷却剂气体逐渐地减少，直至到达“全循环”MFC设定点。正如第一升速阶段，在第二升速阶段期间，光纤10c上的初级涂层的直径用TCSD控制。

一旦系统以“全循环”方式在稳定状态运行，涂料涂布器20的功率使用率就可由测量部件40或者连续地或者逐步地加以监测。如果涂料涂布器20的功率使用率太高(例如，大于80％)，将发生纤维的不充分冷却。在这种情况下，控制回路可以提高MFC设定点以供应更多的冷却剂气体，驱使涂料涂布器功率使用率下降到可以接受的范围内(例如，20％到80％)。如果涂料涂布器20的功率使用率太低(例如，低于20％)，将发生纤维的过度冷却。在这种情况下，控制回路可以降低MFC设定点以提供较少的冷却剂气体，驱使涂涂层布机功率使用率上升到可以接受的范围内。

此外，当光纤冷却和涂覆系统是升速时，冷却剂气体可以循环得更激烈些。例如，经过第一升速阶段(当没有循环发生时)期间，拉制速度可以升到一个低于拉制全速的水平。然后，在第二升速阶段期间，拉制速度可以随着系统从“无循环”过渡到“全循环”状态而提高到拉制全速。或者，拉制速度可以在系统从“无循环”过渡到“全循环”状态之后提高到拉制全速。这样在升速过程中更激烈的循环氦，通常要求一个应变于拉制速度“冷却图”，从而可以通过较低速度下的冷却剂需求量来预测拉制全速下的冷却剂需求量。

对本领域的技术人员而言很明显的是，可以对本发明进行各种修改和变动而不会背离本发明的范围和精神。因此，本发明意在覆盖对本发明的修改和变动，只要这些修改和变动在权利要求书和其等同方案的范围之内。

Claims (20)

1.一种冷却和涂覆光纤的方法，包括以下步骤：

使光纤通过至少一个热交换器，所述热交换器包括用于使光纤通过所述热交换器的通道、至少一个使冷却剂气体进入所述通道的入口和至少一个从所述通道中去除冷却剂气体的出口；

将冷却剂气体泵入所述至少一个入口以及泵出所述至少一个出口；

使所述光纤通过至少一个涂料涂布器，在光纤上涂覆至少一个初级涂层；

测量至少一个选自下组的参数：冷却剂气体的热导率、冷却剂气体的粘度、初级涂层的直径、和所述至少一个涂料涂布器的功率使用率；以及

应变于所述至少一个参数，调节通过所述至少一个入口的冷却剂气体量。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述至少一个参数是冷却剂气体的热导率。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述至少一个参数是所述初级涂层的直径。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述至少一个参数是所述至少一个涂料涂布器的功率使用率。

5.如权利要求1所述的方法，所述冷却剂气体包括氦气。

6.如权利要求1所述的方法，所述至少一个涂料涂布器包括温控整形模(TCSD)。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于离开所述热交换器的纤维的温度在0℃到90℃的范围内。

8.如权利要求2所述的方法，其特征在于被泵出所述至少一个出口的冷却剂气体的热导率在135到151W/(m·K)的范围内。

9.如权利要求4所述的方法，其特征在于所述涂料涂布器的功率使用率在20％到80％的范围之内。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当光纤以至少每秒30米的速度通过热交换器时，泵入所述至少一个入口的冷却剂气体中至少90％被泵出所述至少一个出口。

11.一种光纤冷却和涂覆系统，包括：

至少一个热交换器，其包括用于使光纤通过所述热交换器的通道、至少一个使冷却剂气体进入所述通道的入口、和至少一个从所述通道中去除冷却剂气体的出口；

至少一个泵，用于将冷却剂气体泵入所述至少一个入口以及泵出所述至少一个出口；

至少一个涂料涂布器，用于在光纤经过热交换器之后在光纤上涂覆至少一个初级涂层；

至少一个测量部件，用于测量至少一个选自下组的参数：冷却剂气体的热导率、冷却剂气体的粘度、初级涂层的直径、和所述至少一个涂料涂布器的功率使用率；以及

至少一个计量部件，用于应变于所述至少一个参数调节通过所述至少一个入口的冷却剂气体量。

12.如权利要求11所述的系统，其特征在于所述至少一个测量部件测量冷却剂气体的热导率。

13.如权利要求11所述的系统，其特征在于所述至少一个测量部件测量所述初级涂层的直径。

14.如权利要求11所述的系统，其特征在于所述至少一个测量部件测量所述至少一个涂料涂布器的功率使用率。

15.如权利要求11所述的系统，其特征在于所述冷却剂气体包括氦气。

16.如权利要求11所述的系统，所述至少一个计量部件包括计量阀。

17.如权利要求11所述的系统，其特征在于所述至少一个涂料涂布器包括温控整形模(TCSD)。

18.如权利要求11所述的系统，其特征在于离开热交换器的纤维温度在0℃到90℃的范围内。

19.如权利要求12所述的系统，其特征在于泵出所述至少一个出口的冷却剂气体的热导率在135到151W/(m·K)的范围内。

20.如权利要求14所述的系统，其特征在于所述涂料涂布器的功率使用率在20％到80％的范围内。

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