CN108793726B - 一种光纤冷却装置及对光纤进行冷却的方法 - Google Patents

一种光纤冷却装置及对光纤进行冷却的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种光纤冷却装置，包括压缩空气供给机构、干冰供给机构、混合罐、管道和冷却管；压缩空气供给机构、干冰供给机构分别与混合罐连接，混合罐通过管道与冷却管相连通，冷却管为供光纤穿过的中空结构，管道在冷却管前端分成偶数根支管，支管相对冷却管的中心轴线两两相对设置，支管与冷却管贯通连接。本发明还提供一种对光纤进行冷却的方法，将光纤通过冷却装置的冷却管，使空气带动的干冰颗粒流到冷却管内对所述光纤进行冷却，并对干冰颗粒的大小、干冰颗粒的流量及压缩空气的流量的进行了限定。本发明的光纤冷却效果好，冷却效率高，干冰安全性高且易于供应。

Description

一种光纤冷却装置及对光纤进行冷却的方法
技术领域
本发明涉及一种光纤冷却装置及对光纤进行冷却的方法，属于光纤冷却技术领域。
背景技术
在石英光纤生产中，在涂覆涂料之前，一般使用氦气作为介质，在通冷却水(或其它冷媒)的冷却管中将玻璃光纤冷却到100摄氏度以下。氦气是一种稀缺资源，价格比较高。本方法使用粉碎机将干冰(固态二氧化碳)制成微小颗粒，在压缩空气的带动下通到冷却管中冷却光纤，低温干冰在升华和二氧化碳升温的过程中，能带走大量的热量，控制干冰颗粒的流量可以将光纤冷却到拉丝工艺需要的温度。本冷却方法不使用氦气，冷却管不需要通冷却水(或者其它冷媒)。
在光纤生产中，光纤从拉丝炉中出来后到达涂覆模具时的温度还高达几百度，无法对光纤进行有效的涂覆保护，同时光纤在冷却过程中的应力无法释放直接涂覆会严重影响光纤的性能。为了确保光纤有一个良好的涂覆效果和优异的性能，需要对光纤进行冷却。
传统的光纤冷却通常会选择比热容为5.24KJ/kg.K的氦气进行冷却，氦气的比热容较空气大，热交换比较快，但氦气作为一种稀缺资源，价格越来越昂贵，使用氦气冷却光纤将会使光纤的生产成本越来越高。
氢气的比热容达到了14.43KJ/kg.K，几乎达到氦气的3倍，不仅冷却效果非常理想，并且氢气的价格低廉，中国专利CN104496170A提出了一种使用氢气作为冷却气体的光纤拉丝冷却管装置和方法。但是，氢气作为一种易燃易爆气体，存在安全隐患，需要做冷却用氢气的回收工作，以远离氢气引发爆炸的体积范围。
中国专利CN107311446A公开了一种光纤拉丝冷却装置，利用饱和蒸发二氧化碳以及通冷却水的冷却管来对裸光纤进行冷却，装置复杂、冷却效果较差。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为解决现有光纤冷却装置及光纤冷却方法存在的上述技术问题，提供一种光纤冷却装置及对光纤进行冷却的方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种光纤冷却装置，包括压缩空气供给机构、干冰供给机构、混合罐、管道和冷却管；所述压缩空气供给机构、干冰供给机构分别与混合罐连接，用于向混合罐供给干冰颗粒和空气；所述混合罐通过管道与冷却管相连通，所述冷却管为供光纤穿过的中空结构，管道在冷却管前端分成偶数根支管，支管相对冷却管的中心轴线两两相对设置，支管与冷却管贯通连接。
优选地，支管连接在冷却管上端1/4-1/2的位置处。
优选地，干冰供给机构包括干冰储罐和粉粹机，所述干冰储罐和粉粹机通过管道相连，所述粉粹机与混合罐通过管道相连，在粉粹机与混合罐之间的管道上安装有第一节流阀，第一节流阀用于调节干冰颗粒的流量。
优选地，压缩空气供给机构包括空气压缩机与高压空气储罐，所述空气压缩机与高压空气储罐通过管道相连，所述高压空气储罐与混合罐通过管道相连，在高压空气储罐与混合罐之间的管道上安装有第二节流阀，第二节流阀用于调节压缩空气的流量。
优选地，冷却管的上下两端设有两个端盖，所述端盖上设有多个细小的气孔。
本发明还提供一种采用上述的光纤冷却装置对光纤进行冷却的方法，将从石墨炉出来的光纤通过冷却装置的冷却管，使空气带动的干冰颗粒流到冷却管内对所述光纤进行冷却，所述干冰颗粒的流量为1-100g/min,压缩空气流量为0.1-10L/min
优选地，所述干冰颗粒的直径在0.1-1mm之间。
优选地，冷却管的内径为光纤直径的5-10倍。
优选地，当光纤在冷却管的运行速度达到300-800m/min时，控制干冰颗粒流量为1-10g/min，压缩空气流量为0.1-3L/min。
优选地，当光纤在冷却管的运行速度达到800m/min以上时，控制干冰颗粒流量为10-100g/min，压缩空气流量为1-10L/min。
本发明的有益效果是：
(1)本发明的光纤冷却装置的偶数根支管相对冷却管的中心轴线两两相对设置，支管与冷却管贯通连接，可以使干冰以相对的方式喷射到光纤上，冷却效果好，冷却效率高，提高了光纤生产速度，增加了光纤产量。
(2)本发明的光纤冷却装置及对光纤进行冷却的方法通过压缩空气带动的干冰颗粒对光纤进行冷却，低温干冰在升华和二氧化碳升温的过程中，能带走大量的热量，同时干冰的安全性高、易于供应。
(3)本发明的光纤冷却装置及对光纤进行冷却的方法通过控制干冰颗粒的大小、干冰颗粒的流量及压缩空气的流量，以将光纤冷却到拉丝工艺需要的温度。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明光纤冷却装置的整体结构示意图；
图中的附图标记为：1-控制系统，2-空气压缩机，3-高压空气储罐，4-干冰储罐，5-粉粹机，6-混合罐，7-流量计，8-光纤，9-管道，10-冷却管，a-第一节流阀，b-第二节流阀。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
实施例1
本实施例提供一种光纤冷却装置，如图1所示，包括压缩空气供给机构、干冰供给机构、混合罐6、管道9和冷却管10；所述压缩空气供给机构、干冰供给机构分别与混合罐6连接，用于向混合罐6供给干冰颗粒和空气；所述混合罐6通过管道9与冷却管10相连通，所述冷却管10为供光纤穿过的中空结构，管道9在冷却管10前端分成偶数根支管，支管相对冷却管10的中心轴线两两相对设置，支管与冷却管10贯通连接，此设计可以使干冰以相对的方式喷射到光纤8上，更利于光纤8的冷却。
如图1所示，支管为两根，两根支管相对冷却管10的中心轴线对称设置。
支管连接在冷却管10上端1/4-1/2的位置处，粉碎的干冰在压缩空气的带动下遇到冷却管中的光纤，在光纤移动的过程中，随着低温干冰的升华和二氧化碳的升温，有效实现光纤的冷却。
干冰供给机构包括干冰储罐4和粉粹机5，所述干冰储罐4和粉粹机5通过管道相连，所述粉粹机5与混合罐6通过管道相连，在粉粹机5与混合罐6之间的管道上安装有第一节流阀，第一节流阀用于控制干冰颗粒的流量。
压缩空气供给机构包括空气压缩机2与高压空气储罐3，所述空气压缩机2与高压空气储罐3通过管道相连，所述高压空气储罐3与混合罐6通过管道相连，在高压空气储罐3与混合罐6之间的管道9上安装有第二节流阀，第二节流阀用于控制压缩空气的流量。
如图1所示，光纤冷却装置包括控制系统1，控制系统1与第一节流阀和第二节流阀电连接。
使用时，通过粉碎机5来控制被粉碎的干冰颗粒的粒径大小，通过控制系统1控制第一节流阀，以调节进入混合罐6的干冰颗粒的流量，通过控制系统1控制第二节流阀，以调节进入混合罐6的空气流量，将光纤冷却到需要的温度。
冷却管10的上下两端设有两个端盖，所述端盖上设有多个细小的气孔，此设计可以保证气流的稳定，更利于光纤9的冷却。
在连接粉碎机5与冷却管10的管道9上安装有流量计7，用于监测管道9内的流量是否正常。
工作原理：
使用时，将干冰储藏罐4中的干冰经过粉粹机5，研磨成细小颗粒，压缩机2将空气压缩到高压空气储存罐3中，控制系统5根据拉丝速度的反馈，控制第一节流阀11和第二节流阀12来分别调整干冰和压缩空气进入混合灌6的流量，进入混合罐6的颗粒状的固态CO2在压缩空气的带动下，经过管道9通入到冷却管10中，低温的颗粒状的固态CO2在升华变成气态CO2以及气态CO2升温的过程中吸收热量，使经过冷却管9内部的光纤9得到冷却，气态CO2和压缩空气通过冷却管10的出气孔排放到大气中。
实施例2
本实施例提供一种采用实施例1的光纤冷却装置对光纤进行冷却的方法，具体是将从石墨炉出来的光纤8通过冷却装置的冷却管10，使空气带动的干冰颗粒流到冷却管10内对所述光纤进行冷却。
干冰颗粒流量和直径大小取决于光纤内层涂覆层的厚度和拉丝速度，空气流量取决于干冰颗粒流量，能充分带动干冰颗粒即可，所述干冰颗粒的流量为1-100g/min,压缩空气流量为0.1-10L/min，所述干冰颗粒的直径在0.1-1mm之间。
当光纤在冷却管10的运行速度达到300-800m/min时，控制干冰颗粒流量为1-10g/min，压缩空气流量为0.1-3L/min。
当光纤在冷却管10的运行速度达到800m/min以上时，控制干冰颗粒流量为10-100g/min，压缩空气流量为1-10L/min。
优选地，冷却管10的内径为光纤8直径的5-10倍，此设计可以使光纤达到良好的冷却效果。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种光纤冷却装置，其特征在于，包括压缩空气供给机构、干冰供给机构、混合罐(6)、管道(9)和冷却管(10)；所述压缩空气供给机构、干冰供给机构分别与混合罐(6)连接，用于向混合罐(6)供给干冰颗粒和空气；所述混合罐(6)通过管道(9)与冷却管(10)相连通，所述冷却管(10)为供光纤穿过的中空结构，管道(9)在冷却管(10)前端分成偶数根支管，支管相对冷却管(10)的中心轴线两两相对设置，支管与冷却管(10)贯通连接。
2.根据权利要求1所述的光纤冷却装置，其特征在于，支管连接在冷却管(10)上端1/4-1/2的位置处。
3.根据权利要求1或2所述的光纤冷却装置，其特征在于，干冰供给机构包括干冰储罐(4)和粉粹机(5)，所述干冰储罐(4)和粉粹机(5)通过管道相连，所述粉粹机(5)与混合罐(6)通过管道相连，在粉粹机(5)与混合罐(6)之间的管道上安装有第一节流阀，第一节流阀用于调节干冰颗粒的流量。
4.根据权利要求1或2所述的光纤冷却装置，其特征在于，压缩空气供给机构包括空气压缩机(2)与高压空气储罐(3)，所述空气压缩机(2)与高压空气储罐(3)通过管道相连，所述高压空气储罐(3)与混合罐(6)通过管道相连，在高压空气储罐(3)与混合罐(6)之间的管道上安装有第二节流阀，第二节流阀用于调节压缩空气的流量。
5.根据权利要求1或2所述的光纤冷却装置，其特征在于，冷却管(10)的上下两端设有两个端盖，所述端盖上设有多个细小的气孔。
6.一种采用权利要求1-5任一项所述的光纤冷却装置对光纤进行冷却的方法，其特征在于，将从石墨炉出来的光纤(8)通过冷却装置的冷却管(10)，使空气带动的干冰颗粒流到冷却管(10)内对所述光纤进行冷却，所述干冰颗粒的流量为1-100g/min,压缩空气流量为0.1-10L/min。
7.根据权利要求6所述的对光纤进行冷却的方法，其特征在于，所述干冰颗粒的直径在0.1-1mm之间。
8.根据权利要求6或7所述的对光纤进行冷却的方法，其特征在于，冷却管(10)的内径为光纤直径的5-10倍。
9.根据权利要求6或7所述的对光纤进行冷却的方法，其特征在于，当光纤在冷却管(10)的运行速度达到300-800m/min时，控制干冰颗粒流量为1-10g/min，压缩空气流量为0.1-3L/min。
10.根据权利要求6或7所述的对光纤进行冷却的方法，其特征在于，当光纤在冷却管(10)的运行速度达到800m/min以上时，控制干冰颗粒流量为10-100g/min，压缩空气流量为1-10L/min。
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