CN108002697B - 一种光纤在线冷却的喷雾式冷却装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光纤在线冷却的喷雾式冷却装置，包括冷却管管体、管路、以及多对雾化喷头，冷却管管体中通过使用低温液体实现循环的方式进行制冷，管路设置在冷却管管体的内部，且采用螺旋状的结构，雾化喷头均匀设置于冷却管管体内部，且沿冷却装置的轴向呈对称分布，用于借助于外部流入冷却管管体的流体介质对低温液体进行雾化，从而形成雾状颗粒，其与竖直穿过喷雾式冷却装置的高温光纤接触，实现对高温光纤的冷却。本发明是一种液体接触式冷却方式，冷却效率比直接采用氮气冷却的效果更佳，同时使用低温液体例如液氮循环对冷却管进行冷却，让冷却管处于低温状态，冷却速率比目前的常温环境中的冷却速率更快。

Description

一种光纤在线冷却的喷雾式冷却装置和方法

技术领域

本发明属于光纤制造设备技术领域，更具体地，涉及一种光纤在线冷却的喷雾式冷却装置和方法。

背景技术

光纤生产的速度越来越高，目前常规的生产速度已经达到3000m/min。现有的光纤生产中，主要使用气体冷却法和水冷法来实现光纤拉丝的冷却。

现有的气体法主要采用氦气冷却法，但氦气是一种昂贵的稀有气体，其在空气中的含量仅为约百万分之5.2，因此，开发可替代氦气的冷却系统对降低光纤生产成本非常关键。中国专利申请CN105601099A提供了一种采用常温氮气进行光纤冷却的装置，其能够解决氦气冷却价格昂贵的问题。然而，受制于氮气较低的比热容和导热系数，采用氮气进行光纤冷却的效率极低。

对于现有的水冷却方法而言，冷却管的温度只能维持在0-20℃，必须增大气体的流量以实现好的制冷效果，而这会导致气流扰动的增加，从而使得光纤产生抖动，不利于光纤的生产。此外，水冷法的冷却效率也偏低。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种光纤在线冷却的喷雾式冷却装置和方法，其目的在于，通过使用低温液体替代常温的水对冷却装置进行冷却，维持比现有的冷却低约200℃的冷却管环境温度，同时将低温液体喷雾在冷却管内形成一个均匀的低温雾化颗粒环境，生产中的高温光纤通过该低温雾化颗粒，光纤和低温雾化颗粒接触，进一步提升光纤冷却效率，从而能够解决现有气体冷却法存在的光纤冷却效率低下，以及现有水冷法存在的容易导致气流扰动、冷却效率低的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种光纤在线冷却的喷雾式冷却装置，所述装置设置于光纤拉丝通道上，用于将低温液体激发成雾状颗粒与高温光纤接触、或喷淋至高温光纤，从而将高温光纤在线冷却至涂覆时所需要的温度。

按照本发明的另一个方面，提供了一种光纤在线冷却的喷雾式冷却装置，包括冷却管管体、管路、以及多对雾化喷头，冷却管管体中通过使用低温液体实现循环的方式进行制冷，且温度维持在-180℃至-20℃之间，管路设置在冷却管管体的内部，雾化喷头均匀设置于冷却管管体内部，且沿冷却装置的轴向呈对称分布，用于对低温液体进行雾化，从而形成雾状颗粒，雾状颗粒与竖直穿过喷雾式冷却装置的高温光纤接触或被喷淋到高温光纤上，实现对高温光纤的冷却。

优选地，所述装置进一步包括隔热层，其设置在冷却管管体的外壁上，用于将冷却管管体内部温度与喷雾式冷却装置外部环境温度进行有效隔离。

优选地，冷却管管体一侧的底部设置有进液口，用于供低温液体进入冷却管管体，并与管路的内壁进行充分的换热，从而对冷却管管体进行冷却，冷却管管体一侧的顶部设置有出液口，用于将低温液体从冷却管管体排出，并进入到外部进行制冷；其中制冷后的低温液体又进入进液口，以此循环使冷却管管体维持在恒定的温度。

优选地，冷却管管体的一侧从上到下均匀设置有多个介质进口，其与出液口连接，用于提取从出液口流出的部分低温液体，并提供给雾化喷头进行雾化。

优选地，所述喷雾式冷却装置进一步包括气封部件和法兰，气封部件设置在冷却管管体的顶部开口处，用于供惰性气体进入，气封部件上设置有多个气孔，用于将惰性气体通入冷却管管体的上部形成气封，从而将空气隔离在冷却管管体外，法兰设置在冷却管管体的底部开口处，用于在拆下该法兰时，实现对冷却管管体内部的清洁。

优选地，低温液体是液氮、液态二氧化碳、液氧、干燥的液化空气、或者其它低温介质，管体采用螺旋状的结构。

按照本发明的另一方面，提供了一种光纤在线冷却的喷雾式冷却方法，其是通过上述喷雾式冷却装置实现，其特征在于，所述方法包括步骤：

(1)将低温液体引入冷却管管体，并与管路的内壁进行充分的换热，从而对冷却管管体进行冷却；

(2)将流体介质引入冷却管管体中，通过雾化喷头并使用流体介质对冷却管管体中的低温液体进行雾化，从而形成雾状颗粒；

(3)使雾状颗粒与高温光纤接触，或将雾状颗粒喷淋至高温光纤，从而将高温光纤在线冷却至涂覆时所需要的温度。

优选地，所述方法进一步包括在步骤(1)之后，步骤(2)之前，将低温液体从冷却管管体排出到外部进行制冷，并使制冷后的低温液体循环进入冷却管管体中的步骤。

优选地，雾化过程使用的是超声波雾化或液体撞击雾化的方式。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1、本发明使用低温液体代替水作为冷却管的制冷液体，能让冷却管的内壁温度降低到-180℃至-20℃之间，显著提高了冷却效果，并能够解决现有水冷方法中使用水作低温液体导致容易产生气流扰动、以及制冷效果差的技术问题。

2、本发明通过对低温液体进行雾化处理形成雾状颗粒，并与光纤直接接触换热，确保了高冷却效率，并克服了现有气体冷却法存在的冷却效率低的技术问题。

3、本发明使用普通的低温液体(例如液氮)替代价格昂贵的氦气作为导热介质,节省了成本，且经济高效。

附图说明

图1是本发明光纤在线冷却的喷雾式冷却装置的示意图。

图2是本发明光纤在线冷却的喷雾式冷却方法的流程图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-冷却管管体；2-管路；3-隔热层；4-出液口；5-进液口；6-介质进口；7-雾化喷头；8-气封部件；9-气孔；10-法兰。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，本发明光纤在线冷却的喷雾式冷却装置包括冷却管管体1、管路2、隔热层3、多对雾化喷头7、气封部件8、以及法兰10。

冷却管管体1中通过使用低温液体(例如液氮、液态二氧化碳或者其它低温介质)实现循环的方式进行制冷，且温度维持在-180℃至-20℃之间。

在本实施方式中，冷却管管体1为圆柱状、或者左右开合式。

管路2设置在冷却管管体1的内部，且采用螺旋状的结构，用于提高低温液体的循环效果。

冷却管管体1一侧的底部设置有进液口5，用于供低温液体进入冷却管管体1，并与管路2的内壁进行充分的换热，从而对冷却管管体1进行冷却。

冷却管管体1一侧的顶部设置有出液口4，用于将低温液体从冷却管管体1排出，并进入到外部的低温循环器中进行制冷，制冷后的低温液体又进入进液口5，以此循环使冷却管管体1维持在恒定的温度，进而使得后续喷雾过程中流体的温度能够受控。

隔热层3设置在冷却管管体1的外壁上，用于将冷却管管体1内部温度与喷雾式冷却装置外部环境温度进行有效隔离，从而防止冷却管管体1的外壁结冰，并减少能量的耗散。

冷却管管体1相对于出液口4的另一侧从上到下均匀设置有多个介质进口6(其数量至少为4个)，其与出液口4连接，用于提取从出液口流出的部分低温液体，并提供给雾化喷头7进行雾化。

在本实施方式中，低温液体是液氮、液态二氧化碳、液氧、干燥的液化空气、或者其它低温介质。

雾化喷头7均匀设置于冷却管管体1内部，且沿冷却装置的轴向呈对称分布，用于使用低温液体对低温液体进行雾化，从而形成颗粒度约为1微米的雾状颗粒。在本实施方式中，使用的是超声波雾化或液体撞击雾化的方式，可以理解也可以采用其他本领域公知的雾化方式。

在本实施方式中，多对雾化喷头沿着纵向分布的距离为10到20cm，雾化喷头的数量优选为4-6对。

生产中的高温光纤11穿过本发明的喷雾式冷却装置时，光纤11和雾化颗粒接触，从而得到了冷却，并且光纤11的温度降到涂覆所需要的合适温度。一般地，高温光纤11的温度为800℃左右，而涂覆时需要的温度为40至80℃之间。

需要注意的是，根据光纤的冷却需要，在光纤11经过的通路上可布置2-4个首尾相连的喷雾式冷却装置。

气封部件8设置在冷却管管体的顶部开口处，用于供惰性气体进入。

气封部件8上设置有多个气孔9，用于将惰性气体通入冷却管管体1的上部形成气封，从而将空气隔离在冷却管管体1外，并避免空气进入冷却管管体1后在低温状态下结冰。

法兰10设置在冷却管管体1的底部开口处，拆下该法兰10时，可以对冷却管管体1的内部进行清洁。

如图2所示，本发明还提供了一种使用上述喷雾式冷却装置实现的光纤在线冷却的喷雾式冷却方法，包括以下步骤：

(1)将低温液体引入冷却管管体，并与管路的内壁进行充分的换热，从而对冷却管管体进行冷却；

具体而言，低温液体是例如液氮、液态二氧化碳或者其它低温介质，且引入低温液体是通过设置在冷却管管体一侧顶部的进液口实现。

(2)将低温液体从冷却管管体排出到外部进行制冷，并使制冷后的低温液体循环进入冷却管管体中；

具体而言，外部制冷可采用诸如低温循环器。

(3)将流体介质引入冷却管管体中，使用雾化喷头并借助于流体介质对冷却管管体中的低温液体进行雾化，从而形成颗粒度约为1微米的雾状颗粒；

在本实施方式中，使用的是超声波雾化或液体撞击雾化的方式，可以理解也可以采用其他本领域公知的雾化方式。

在本实施方式中，低温液体是液氮、液态二氧化碳、液氧、干燥的液化空气、或者其它低温介质。

(4)使生产中的高温光纤穿过喷雾式冷却装置，并与雾化颗粒接触，从而完成光纤的冷却过程。

一般地，高温光纤的温度为800℃左右，冷却后的光纤温度为40至80℃之间。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光纤在线冷却的喷雾式冷却装置，包括冷却管管体、管路、以及雾化喷头，其特征在于，

冷却管管体中的低温液体温度维持在-180℃至-20℃之间；

管路设置在冷却管管体的内部；

雾化喷头设置于冷却管管体内部，且沿冷却装置的轴向呈对称分布，用于对低温液体进行雾化，从而形成雾状颗粒，雾状颗粒与竖直穿过喷雾式冷却装置的高温光纤接触或被喷淋到高温光纤上，实现对高温光纤的冷却。

2.根据权利要求1所述的喷雾式冷却装置，其特征在于，进一步包括隔热层，其设置在冷却管管体的外壁上，用于将冷却管管体内部温度与喷雾式冷却装置外部环境温度进行有效隔离。

3.根据权利要求1所述的喷雾式冷却装置，其特征在于，

冷却管管体一侧的底部设置有进液口，用于供低温液体进入冷却管管体，并与管路的内壁进行充分的换热，从而对冷却管管体进行冷却；

冷却管管体一侧的顶部设置有出液口，用于将低温液体从冷却管管体排出，并进入到外部进行制冷；其中制冷后的低温液体又进入进液口，以此循环使冷却管管体维持在恒定的温度。

4.根据权利要求3所述的喷雾式冷却装置，其特征在于，冷却管管体的一侧从上到下均匀设置有多个介质进口，其与出液口连接，用于提取从出液口流出的部分低温液体，并提供给雾化喷头进行雾化。

5.根据权利要求1所述的喷雾式冷却装置，其特征在于，

所述喷雾式冷却装置进一步包括气封部件和法兰；

气封部件设置在冷却管管体的顶部开口处，用于供惰性气体进入；

气封部件上设置有多个气孔，用于将惰性气体通入冷却管管体的上部形成气封，从而将空气隔离在冷却管管体外；

法兰设置在冷却管管体的底部开口处，用于在拆下该法兰时，实现对冷却管管体内部的清洁。

6.根据权利要求1所述的喷雾式冷却装置，其特征在于，低温液体是液氮、液态二氧化碳、液氧、干燥的液化空气、或者其它低温介质。

7.根据权利要求1所述的喷雾式冷却装置，其特征在于，管体采用螺旋状的结构。

8.一种光纤在线冷却的喷雾式冷却方法，其是通过权利要求1至5中任意一项所述的喷雾式冷却装置实现，其特征在于，所述方法包括步骤：

(1)将低温液体引入冷却管管体，并与管路的内壁进行充分的换热，从而对冷却管管体进行冷却；

(2)将流体介质引入冷却管管体中，通过雾化喷头并使用流体介质对冷却管管体中的低温液体进行雾化，从而形成雾状颗粒；

(3)使雾状颗粒与高温光纤接触，或将雾状颗粒喷淋至高温光纤，从而将高温光纤在线冷却至涂覆时所需要的温度。

9.根据权利要求8所述的喷雾式冷却方法，其特征在于，进一步包括在步骤(1)之后，步骤(2)之前，将低温液体从冷却管管体排出到外部进行制冷，并使制冷后的低温液体循环进入冷却管管体中的步骤。

10.根据权利要求8所述的喷雾式冷却方法，其特征在于，雾化过程使用的是超声波雾化或液体撞击雾化的方式。

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