CN110272201B - 用于在光纤拉制炉中回收气体的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种光纤拉制炉，其包含加热区段，所述加热区段配置成容纳并加热玻璃源，所述光纤由所述玻璃源拉制。具有第一端部和第二端部的低位延伸马弗炉。气体滤网连接至低位延伸马弗炉的第二端部，且配置成允许气体流入低位延伸马弗炉。包含限定回收腔室的外壳的回收圆筒连接至低位延伸马弗炉。多个回收口切向连接至外壳，且内壳定位于外壳内。

Description

用于在光纤拉制炉中回收气体的方法和设备

技术领域

本公开总体上涉及光纤拉制炉，更具体而言，涉及用于在光纤拉制炉中回收气体的方法和系统。

背景技术

氦气被用于常规光纤制造工艺中的各个阶段。对于一些制造工艺，光纤拉制炉要消耗大量氦气，在这些光纤拉制炉中，需要用惰性气体对炉进行主动换气，以防止炉中热组件发生空气夹带和氧化。氦气是一种不可再生资源，其作为副产品从天然气井中回收。由于预计未来氦气的价格将会走高，且供给短缺会中断光纤生产，从光纤拉制炉中除去并且/或者再利用氦气可能是有利的。从光纤拉制炉中循环利用氦气会增加操作复杂度，以收集、净化和重复利用拉制炉中的氦气。在光纤拉制炉中使用其它惰性气体(例如氮气和氩气)可比氦气成本更低，但时常导致不可接受的光纤直径波动。因此，需要提供会允许在规格内拉制光纤且不在光纤拉制炉中使用氦气的方法和设备。

石墨因其高工作温度而被广泛用于光纤拉制炉的马弗炉中。石墨可在升高了的温度下发生氧化。石墨的氧化可导致石墨或者含碳化合物的晶粒和/或颗粒从马弗炉上脱落而接触正在被拉制的光纤。除了经过马弗炉的晶粒和颗粒以外，还可能产生一种或更多种会损坏马弗炉的气体。如果允许这些颗粒到达低位延伸马弗炉(lower extended muffle)，则它们可能团聚成更大的颗粒，而这些更大的颗粒可能最终从低位延伸马弗炉上松脱，重新进入气流并与光纤接触。因此，能够回收氦气并且除去颗粒的新光纤拉制炉设计可能具有优势。

发明内容

根据本公开的至少一个特征，一种光纤拉制炉，其包含加热区段，所述加热区段配置成容纳并加热玻璃源，所述光纤由所述玻璃源拉制。低位延伸马弗炉具有第一端部和第二端部。气体滤网(gas screen)连接至低位延伸马弗炉的第二端部，且配置成允许气体流入低位延伸马弗炉。回收圆筒(reclaim cylinder)连接至低位延伸马弗炉，且包含限定回收腔室的外壳。多个回收口切向连接至外壳。内壳定位于外壳内。

根据本公开的另一个特征，一种光纤拉制炉，其包含加热区段，所述加热区段配置成容纳并加热玻璃源，所述光纤由所述玻璃源拉制。顶部气体滤网连接至加热区段的第一端部，且配置成使第一气体进入加热区段。回收圆筒连接至加热区段的第二端部，且包含限定包含多个回收口的回收腔室的外壳，所述多个回收口连接至所述外壳。多个回收口相对于外壳的外表面基本上切向取向。内壳定位于外壳内。内壳限定倒钩式入口。低位延伸马弗炉具有连接至回收圆筒的第一端部。底部气体滤网连接至低位延伸马弗炉的第二端部，且配置成使第二气体进入低位延伸马弗炉。

根据本公开的另一个特征，一种生产光纤的方法，所述方法包括以下步骤：使第一气体流入光纤拉制炉；使第一气体通过加热区段，所述加热区段配置成容纳并加热玻璃源，所述光纤由所述玻璃源拉制；使第一气体进入回收圆筒；经由至少一个与回收圆筒相连的回收口来除去一部分第一气体，从而在回收圆筒中产生第一气体的涡流；以及使来自气体滤网的第二气体以配置成基本上补偿与除去一部分第一气体相关联的压降的速率流动。

本领域技术人员通过参考以下说明、所附权利要求以及附图，能够进一步理解和领会本公开的上述以及其它特征、优势和目的。

附图说明

以下是对附图中各图的描述。为了清楚和简明起见，附图不一定按比例绘制，附图的某些特征和某些视图可能按比例放大显示或以示意图方式显示。

附图中：

图1是一种光纤拉制炉的示意图；

图2A是根据至少一个例子的回收圆筒的透视图；

图2B是根据至少一个例子的沿图2A的线IIB的剖面图；

图3是根据至少一个例子的取自图1区域III的放大图；

图4A是取自图3区域IVA的放大图；

图4B是取自图3区域IVB的放大图；

图4C是取自图3区域IVC的放大图；

图5是根据至少一个例子的示例性方法的流程图；

图6A是根据第一比较例的气流图；

图6B是图6A区域VIB的放大图；

图7是第一比较例的颗粒流模拟；

图8A是本公开的第一实施例的颗粒流模拟；以及

图8B是本公开的第二实施例的颗粒流模拟。

具体实施方式

在以下的详细描述中提出了本发明的附加特征和优势，其对于本领域的技术人员而言通过所作描述而显而易见，或者通过实施以下描述、权利要求以及附图中所述的本发明而被认识。

如本文所用，当对两项或更多项事物使用术语“和/或(以及/或者)”时，其表示可只采用所列事物中的任一种，或者可采用所列事物中的两种或更多种的任意组合。例如，如果组合物被表述成含有组分A、B和/或C，则该组合物可只含有A；只含有B；只含有C；含有A与B的组合；含有A与C的组合；含有B与C的组合；或者含有A、B与C的组合。

本文件中，相关术语(例如第一与第二、顶部与底部等)被单独用于对一个实体或行为与另一个实体或行为进行区分，而不一定需要或暗示这些实体或行为之间具有任意的这种实际关系或次序。

本领域技术人员以及制造或使用本公开的人员将会对本公开进行修改。因此，应当理解的是，如专利法的原则所解释的那样(包括等同原则)，附图中所示的以及上文所述的实施方式只是出于例示目的，不旨在限制由所附权利要求限定的本公开的范围。

本领域普通技术人员应当理解的是，所述公开的结构以及其它组件不限于任何具体材料。本文所公开的公开内容的其它示例性实施方式可由各种各样的材料形成，除非本文另有描述。

出于本公开的目的，术语“连接”(其它表述方式：相连、连接至、与……相连等)一般表示两个组件彼此直接或间接地(电或机械)接合。这种接合可以是本质上固定的或本质上可移动的。这种(电或机械)接合可通过两个组件以及任意附加中间部件来实现，所述中间部件可彼此或与两个组件整体地形成为单体主体。这种接合可以是本质上永久的，或者可以是本质上可移除的或可释放的，除非本文另有说明

如本文所用，术语“约”指数量、尺寸、公式、参数和其它数量和特征不是精确的或无需精确的，但可按照要求是大致的和/或更大或者更小，如反射公差、转化因子、四舍五入、测量误差等，以及本领域技术人员所知的其它因子。当术语“约”用于描述一个值或一个范围的端点值，应理解本公开包含所提及的具体值或端点值。无论说明书中的数值或范围端点值是否使用“约”，该数值或范围端点值旨在包含以下两种实施方式：受到“约”的修饰；以及不受“约”的修饰。还应理解的是，每个范围的端点值在与另一个端点值相结合以及独立于另一个端点值的情况下都是有意义的。

本文所用的术语“几乎”、“基本上”以及它们的变体旨在表示所描述的特征等于或约等于一个数值或描述。例如，“基本(上)呈平面”的表面旨在表示呈平面或基本上呈平面的表面。而且，“基本(上)”旨在表示两个数值相等或大致相等。在一些实施方式中，“基本(上)”可表示彼此约10％以内的值。

还需要重点注意的是，如示例性实施方式中所示的本公开的元件的结构和排布只是示例性的。尽管本公开只详细描述了本创新的少量实施方式，但阅读本公开的本领域技术人员会轻易领会到可在不实质上偏离所述主题的创新教导和优势的前提下进行多种修改(例如，改变尺寸、大小、结构、形状和各种元件的比例、参数值、装配排布、材料的使用、颜色、取向等)。例如，显示为整体形成的元件可由多个零件构成，或者显示为多个零件的元件可整体形成，界面的操作可以颠倒或改变，可改变结构的长度或宽度和/或系统中的部件或连接件或其它元件，且可改变提供于元件之间的调节位置的属性或数量。应当注意的是，系统的元件和/或组装件可由提供足够强度或耐久性的各种材料中的任意材料构成，且可具有各种颜色、材质及其组合。因此，所有这些修改都包括在本创新的范围内。可在不偏离本创新的精神的前提下对所需以及其它示例性实施方式的设计、操作条件以及排布进行其它替换、修改、改变和省略。

参考图1，图1总体上显示了光纤拉制炉10。光纤拉制炉10包含上气体滤网14、加热区段22、回收圆筒26、低位延伸马弗炉30和底部气体滤网34。加热区段22可具有第一端部22A和第二端部22B。加热区段22的第一端部22A可通常是加热区段22的顶部；而第二端部22B可通常是加热区段22的底部。低位延伸马弗炉30可具有第一端部30A和第二端部30B。低位延伸马弗炉30的第一端部30A可通常是低位延伸马弗炉30的顶部；而第二端部30B可通常是低位延伸马弗炉30的底部。光纤预制件38和马弗炉42定位于加热区段22内。光纤预制件38可由任意玻璃或材料构成，且可经过合适的掺杂以进行光纤46的制造。根据各种例子，光纤预制件38可包含芯体和包层。根据各种例子，可对光纤预制件38进行加热，以使光纤预制件38的粘度降低并且由其拉制光纤46。光纤46由光纤预制件38拉出并通过回收圆筒26，通过低位延伸马弗炉30，从光纤拉制炉10的底部拉出，并且可被卷绕在卷轴上。

上气体滤网14定位于加热区段22的上部中或连接至加热区段22的上部。上气体滤网14配置成将第一气体注入、释放入或者流入加热区段22。上气体滤网14可以是配置成将第一气体注入加热区段22的单个入口端口、多个入口端口和/或连续的或半连续的开口。应当理解的是，上气体滤网14可包含一个或更多个配置成改变第一气体流动特征的栅格或滤网。第一气体可进入加热区段22，环绕光纤预制件38并且进入回收圆筒26。

第一气体可包含一种或更多种对加热区段22、光纤预制件38和/或光纤拉制炉10的其它组件呈惰性的气体。例如，第一气体可包含氦气、氩气、氮气和/或其它惰性气体。根据各种例子，第一气体包含氦气。第一气体的惰性气体例子可在防止光纤拉制炉10的组件发生氧化和/或损伤上具有优势。上气体滤网14可以约5标准升每分钟(SLPM)至约100SLPM的速率注入第一气体。在一些特定例子中，上气体滤网14可以约15SLPM、16SLPM、17SLPM、18SLPM、19SLPM、20SLPM、21SLPM、22SLPM、23SLPM、24SLPM、30SLPM、40SLPM、50SLPM、60SLPM、70SLPM、80SLPM、90SLPM或上述值之间的任意值或范围内的流速来注入第一气体。

加热器50热连接至加热区段22的马弗炉42，且配置成在光纤拉制炉10的加热区段22中制造热区。具体而言，热区可具有约1800℃至约2000℃的温度。例如，热区可具有约1700℃、1800℃、1900℃或约2000℃或上述值之间的任意值或范围内的温度。加热区段22中的热区的热量配置成降低光纤预制件38的粘度，以使由光纤预制件38拉制出光纤46。可以约30m/s至约60m/s之间、或者约40m/s至约50m/s之间的速率由光纤预制件38拉制光纤46。在特定的例子中，可以约50m/s的速率由光纤预制件38拉制光纤46。

马弗炉42定位于加热区段22内，且环绕光纤预制件38。马弗炉42和/或低位延伸马弗炉30可包含耐火材料，例如石墨、氧化锆、粘合剂和/或它们的组合。马弗炉42和低位延伸马弗炉30可配置成将热量保持在光纤拉制炉10内，并且保护其它组件不超温。虽然马弗炉42和/或低位延伸马弗炉30的材料可通常为优良的绝缘体，但可能在升高了的温度下发生氧化。这样一来，可将第一气体加入或注入光纤拉制炉10中，以防止马弗炉42和/或低位延伸马弗炉30的氧化。马弗炉42和/或低位延伸马弗炉30可具有基本上统一的内径，或者内径可自始至终地发生变化。

如上所述，尽管石墨能够提供上佳的热阻性能，马弗炉42的使用石墨的例子的氧化也可增加在光纤46上产生因拉制而引起的点瑕疵(“DIPD”)的可能性。当来自环境气氛的气体(例如含氧化合物)和/或第一气体中的杂质在高温下与马弗炉42中的石墨按照下式(1)和(2)发生反应时，发生氧化。

C+O₂→CO₂ (1)

C+CO₂→2CO (2)

附加地或替代地，二氧化硅颗粒(例如来自光纤预制件38)能够基于反应(3)氧化碳基材料。

C+SiO₂→SiC+2CO (3)

这些在马弗炉42中与氧气、二氧化硅和含氧气体发生的反应可导致马弗炉42的损耗，尤其是在用于光纤46的升高了的拉制温度下。

在马弗炉42的使用石墨的例子中，马弗炉42的石墨材料是利用碳粘合剂基质结合在一起的石墨晶粒的复合材料。粘合剂材料比石墨晶粒更容易受到氧化的影响。因此，当两种材料的复合材料在高温下暴露在含氧化合物中时，基质粘合剂材料优先氧化。随后，不含使石墨晶粒固定在原位的粘合剂的石墨晶粒会从马弗炉42上自由脱落。无意受限于理论，认为该机理会导致石墨微粒在拉制过程中从马弗炉42迁移至光纤46，从而引发因拉制而引起的点瑕疵(DIPD)。DIPD表现为在经由光纤46传输的信号中出现更多的尖锐衰减。石墨微粒越大，在光纤46上形成DIPD的可能性就越大。

无意受限于理论，认为常规的炉设计会导致颗粒在低位延伸马弗炉30上聚集。随着时间的推移，颗粒团聚且尺寸变大。使沿着低位延伸马弗炉30移动的气流向上移动(例如，通常从第二端部30B向第一端部30A移动)可导致这些团聚的颗粒脱落而被向上夹带。团聚颗粒的向上运动可允许颗粒与光纤46接触，在接触位置处，光纤46在升高了的温度下静止并形成DIPD。除了颗粒的聚集和团聚以外，常规系统可促进诸如CO这样的气体的再循环或逆流，而不是将其送出光纤拉制炉10。基于上文所列的式(1)、(2)和(3)，这种再循环可导致马弗炉42预期寿命的缩短。换言之，倾向于使马弗炉42劣化的气体可由于再循环而在马弗炉42中停留更长的时间，导致马弗炉42的预期寿命缩短。

底部气体滤网34可帮助防止第一气体向光纤拉制炉10外部的损失以及进入炉10中的空气夹带。底部气体滤网34定位于低位延伸马弗炉30的第二端部30B或底部。底部气体滤网34与低位延伸马弗炉30流体连接，从而底部气体滤网34可使第二气体流入低位延伸马弗炉30中。根据各种例子，底部气体滤网34配置成使第二气体以配置成基本上补偿与利用至少一个回收口68除去一部分第一气体相关联的压降的速率通过。将会在下文中更详细解释，当回收圆筒26中的气体被拽入时，回收口68可在光纤拉制炉10内产生压降。光纤拉制炉10中压降的升高对于气体回收以及光纤46的生产而言可能是有害的。随着光纤拉制炉10中的压力自回收圆筒26内气体被除去而降低，紧邻低位延伸马弗炉30的出口30C处的气氛(例如氮气、氧气、二氧化碳等)中的空气可具有被拉拽入光纤拉制炉10的趋势，从而污染光纤拉制炉10中的气氛(即，稀释第一气体以及/或者引入可能有助于形成颗粒的气体)。因此，底部气体滤网34配置成输入、注入或者使第二气体以配置成补偿与除去第一气体相关联的炉10中的压降的流速或量流入光纤拉制炉10的低位延伸马弗炉30。底部气体滤网34可以约1SLPM至约40SLPM、或约5SLPM至约35SLPM、或约10SLPM至约30SLPM、或约25SLPM至约35SLPM、或约28SLPM至约33SLPM的流速引入第二气体。在一些例子中，底部气体滤网34可以约8SLPM、约9SLPM、约10SLPM、约11SLPM、约12SLPM、约29SLPM、约30SLPM、约31SLPM、或约32SLPM的流速引入第二气体。在另一些例子中，底部气体滤网34可以约0.5SLPM、约1SLPM、约2SLPM、约3SLPM、约4SLPM、约5SLPM、约6SLPM、或约7SLPM的流速引入第二气体。第二气体可以是惰性的或在很大程度上惰性的气体，例如氦气、氖气、氩气、氮气和/或其它惰性气体。此外，第二气体可与第一气体不同，或者具有与第一气体不同的组成。例如，第二气体可包括氦气、氮气、氩气、在光纤拉制炉10中呈惰性的其它气体和/或它们的组合。

现在参考图1、2A和2B，回收圆筒26在图中图示为定位于加热区段22与低位延伸马弗炉30之间，但应当理解的是，也可考虑光纤拉制炉10中的其它位置。换言之，回收圆筒26定位于加热区段22的第二端部22B与低位延伸马弗炉30的第一端部30A之间。这样一来，回收圆筒26可连接至低位延伸马弗炉30和加热区段22。回收圆筒26包含限定回收腔室64的外壳60、至少一个回收口68、内壳72、顶部凸缘76和底部凸缘80。应当理解的是，回收圆筒26还可包含与回收口68流体相连的各种软管和管道以及一个或更多个将回收圆筒26固定在一起的机械紧固件。

顶部凸缘76定位于紧邻外壳60的第一端部60A的位置处；而底部凸缘80定位于紧邻外壳60的第二端部60B的位置处。应当理解的是，第一端部60A可通常是回收圆筒26的顶部；而第二端部60B可通常是回收圆筒26的底部。这样一来，顶部凸缘76使外壳60的第一端部60A连接至加热区段22的第二端部22B；而底部凸缘80使外壳60的第二端部60B连接至低位延伸马弗炉30的第一端部30A。根据各种例子，顶部凸缘76和底部凸缘80各自限定流体通道88。流体通道88配置成使冷却液从其中流过。流体通道88中的冷却液可以是水、油和/或配置成将热量从顶部凸缘76和底部凸缘80除去的其它流体。在顶部凸缘76和底部凸缘80中使用流体通道88可在冷却O型圈上有优势，所述O型圈使顶部凸缘76连接至加热区段22；以及/或者使底部凸缘80连接至低位延伸马弗炉30。在这些例子中，O型圈可在加热区段22、回收腔室26以及回收腔室26中的低位延伸马弗炉30之间提供密封。顶部凸缘76限定了顶孔76A；而底部凸缘80限定了底孔80A。应当理解的是，气体(例如第一气体和/或第二气体)以及光纤46可移动或通过顶孔76A和底孔80A。

如上所述，外壳60包含第一端部60A和第二端部60B。外壳60还包含外表面60C和内表面60D。外壳60可具有约7cm至约18cm的高度或总长度(例如，从第一端部60A和第二端部60B的边缘测量)。在特定的例子中，外壳60可具有约12cm、或约12.5cm、或约13cm、或约13.5cm、或约14cm、或约14.5cm、或约15cm、或约15.5cm、或约16cm、或约16.5cm或约17cm的长度。外壳60的外表面60C可具有约10cm至约25cm的外径。在一些特定的例子中，外表面60C可具有约17cm、或约17.5cm、或约18cm、或约18.5cm、或约19cm、或约19.5cm、或约20cm、或约205.5cm、或约21cm、或约21.5cm或约22cm的外径。根据各种例子，外壳60的内表面60D可具有约9.5cm至约24.5cm的内径。这样一来，回收腔室64可具有约9.5cm至约24.5cm的直径。根据各种例子，回收腔室64的直径大于马弗炉42(即加热区域22)和/或低位延伸马弗炉30的内径。例如，在与马弗炉42和/或低位延伸马弗炉30的中心线轴垂直的平面上测得的回收腔室64的截面积可以是马弗炉42和/或低位延伸马弗炉30的截面积的约10％或更大、约20％或更大、约30％或更大、约40％或更大、约50％或更大、约60％或更大、约70％或更大、约80％或更大、约85％或更大、约90％或更大或约95％或更大。应当理解的是，回收腔室64的直径可在回收腔室64的长度上变化。此外，在一些例子中，仅回收腔室64的入口区域可展现出与马弗炉42不同的剖面区域，其中，所述入口区域是在内壳72与顶部凸缘76之间延伸的空间。将会在下文中更详细解释，相对于马弗炉42和/或低位延伸马弗炉30，更大的回收腔室64的截面积的优势可在于减缓第一气体从加热区段22进入回收圆筒26的速度。应当理解的是，在第二气体进入回收圆筒26的例子中，也可减缓第二气体的速度。

根据各种例子，回收口68与回收圆筒26的外壳60相连。回收圆筒26可包含一个回收口68，或者可包含多个回收口68。例如，如果回收圆筒26包含多个回收口68，则回收圆筒26可包含两个、三个、四个、五个、六个、七个或多于七个回收口68。在操作中，回收口68发挥了用于真空拉拽、回收、吸取或以其它方式除去存在于回收腔室64中的气体(例如第一和/或第二气体)的连接件的作用。这种气体的除去一般可称为俘获物流。

回收口68可连接至外壳60以及/或者由外壳60整体形成。例如，回收口68的一部分可由外壳60限定，且其它组件可(机械)连接至其上。根据各种例子，多个回收口68切向连接至外壳60的外表面60C或者相对于外壳60的外表面60C切向取向。出于本公开的目的，术语“切向连接”表示回收口68的中心线以约45°或更小的角度与外壳60的外表面60C和/或内表面60D相交。例如，多个回收口68的中心线可与外壳的外表面60C形成约45°或更小、或约40°或更小、或约35°或更小、或约30°或更小、或约25°或更小、或约20°或更小、或约15°或更小、或约10°或更小、或约5°或更小、或约4°或更小、或约3°或更小、或约2°或更小、或约1°或更小或约0°的角度。这样一来，多个回收口68通常沿径向吸取或拉拽回收腔室64中的气体。应当理解是，不同的回收口68相比于其它回收口68可与外壳60形成不同的角度。例如，一个或更多个回收口68可与外壳60形成第一角度(例如20°)；而一个或更多个回收口68可与外壳60形成第二角度(例如0°)。在采用多个回收口68的回收圆筒26的例子中，回收口68可围绕着外壳60的圆周或周界分布，并且/或者可以分组。例如，回收圆筒26可对围绕着外壳60的圆周或周界定位的回收口68进行分组。

回收口68可沿着外壳60的长度定位于各种位置。例如，回收口68中的一个或更多个可定位于回收圆筒26的底部、中部或顶部。根据各种例子，回收口68定位于紧邻回收腔室26的第二端部60B。换言之，回收口68相比于外壳60的第一端部60A更靠近外壳60的第二端部60B。在回收口68定位于紧邻底部凸缘80的例子中，回收口68可位于内壳72的入口72A的下方。

被回收口68拽入的俘获物流可具有约10SLPM至约40SLPM、或约15SLPM至约35SLPM、或约20SLPM至约30SLPM的流速。在一些例子中，回收口68可拉拽流速约为29SLPM、或约30SLPM、或约31SLPM或约32SLPM的俘获物流。根据各种例子，回收口68中的一个或更多个可配备有气体净化装置。这种气体净化装置可配置成以相反的方式(例如，向着回收圆筒26)使惰性气体通过回收口68，以对卡在回收口68内并且/或者局部堵塞回收口68的任意颗粒进行清洁。

由于多个回收口68通常相对于外壳60切向连接或取向，随着第一气体被拽入回收口68，在回收腔室64中产生第一气体的涡流。出于本公开的目的，术语“涡流”通常表示回收腔室64中的气体进行大致圆周的运动且该气体具有角速度。根据各种例子，涡流的旋转轴可与回收圆筒26的轴基本上平行。换言之，涡流气体可大致沿围绕回收腔室64的圆形路径移动，且该圆形路径的中心大致沿回收圆筒26的轴。应当理解的是，回收腔室64中第一和第二气体涡流的方向和/或速度可通过回收口68的取向以及气体自光纤拉制炉10的拉制速度来调节。将会在下文中更详细解释，回收腔室64中产生气体涡流可有助于收集并除去微粒物质，否则这些微粒可在低位延伸马弗炉30中团聚并形成更大的颗粒从而有助于DIPD的形成。另外，气体的俘获物流可被回收、冷却以及/或者净化以之后在光纤拉制炉10中再利用。

内壳72定位于外壳60的回收腔室64中。内壳72可与底部凸缘80连接，或者可由底部凸缘80整体限定。根据各种例子，内壳72与外壳60基本上同轴。这样一来，涡流的旋转轴可与内壳60的轴大致平行。此外，内壳72可与低位延伸马弗炉30基本上同轴。内壳72沿大致向上的方向从底部凸缘80向顶部凸缘76延伸。内壳72可具有基本上圆形的截面，但应当理解的是，内壳72可具有正方形、矩形或高阶多边形的截面。内壳72可具有约4cm至约8cm的内径。例如，内壳72的内径可约为4.5cm、或约5.0cm、或约5.5cm、或约6.0cm、或约6.3cm、或约6.5cm、或约7.0cm或约7.5cm。内壳72的内径可与低位延伸马弗炉30的内径基本上相同。根据各种例子，内壳72可限定倒钩式入口72B。例如，倒钩式入口72B可沿着向上方向或者朝向内壳72的入口72A逐渐变窄。倒钩式入口72B可以约1°至约60°的角度α逐渐变窄。例如，α可约为5°、或约10°、或约15°、或约20°、或约25°、或约30°、或约35°、或约40°、或约45°、或约50°、或约55°或约60°。倒钩式入口72B提供向外壳60延伸的边缘72C。应当理解的是，倒钩式入口72B还可称为凸缘或收窄凸缘。使用倒钩式入口72B可在当第一气体进入回收腔室64时对第一气体的流动方向进行控制的方面具有优势。例如，倒钩式入口72B的形状或角度α将第一气体引向多个回收口68。与多个回收口68一起使用倒钩式入口72B提供形成于回收腔室64底部紧邻底部凸缘80的相对低压区域，以使第一气体流向多个回收口68。

运行过程中，光纤拉制炉10可允许第一气体的回收，同时还能够除去在加热区段22中产生的微粒。此外，由于第二气体可从低位延伸马弗炉30流入回收圆筒26，一部分第二气体可被除去和/或回收。另外，不是所有的第一气体都可利用一个或更多个回收口68除去，从而一部分第一气体可从回收圆筒26进入低位延伸马弗炉30。例如，回收腔室64相对于加热区段22和低位延伸马弗炉30的尺寸具有更大的体积，这导致随着第一和第二气体分别从加热区段22和低位延伸马弗炉30进入回收圆筒26，第一和第二气体的速度减缓。例如，第一和/或第二气体的速度可减缓约5％或更多、约10％或更多、约15％或更多、约20％或更多、约25％或更多、约30％或更多、约35％或更多、约40％或更多、约44％或更多、约45％或更多、或约50％或更多、或约55％或更多或约60％或更多。

如上所述，由于较大尺寸的颗粒的惯性，加热区段22中所产生的较大颗粒可连续通过内壳72而进入低位延伸马弗炉30。换言之，较大的颗粒可沿着光纤46的路径通过回收圆筒26并通过低位延伸马弗炉30。相反，惯性更小的较小的颗粒经历了更多的第一和/或第二气体的流动。这样一来，较小的颗粒可被俘获在气体涡流内，所述气体涡流由多个回收口68与外壳60的切向连接生成。随着较小的颗粒被夹带在涡流中，回收口68可随后将颗粒同第一和/或第二气体一起从光纤拉制炉10中除去。

由于回收圆筒26位于更靠近上气体滤网14的位置处，被回收口68拽离的俘获物流中，第一气体的浓度或体积分数可大于第二气体的浓度。例如，俘获物流中第一气体的体积分数(即，以百分数表示)可大于约70％、或大于约75％、或大于约80％、或大于约85％、或大于约90％、或大于约95％或大于约99％。回收口68拉拽俘获物流的速率可使得混合气体以大于组合的第一和第二气体流速的约50％的速率被俘获。例如，来自回收口68的俘获物流的流速可以是组合的第一气体和第二气体流速的约50％或更大、或约55％或更大、或约60％或更大、或约65％或更大、或约70％或更大、或约75％或更大、或约80％或更大、或约85％或更大、或约90％或更大、或约95％或更大或约99％或更大。

现在参考图3～4C，图3～4C显示了包含接头管84的低位延伸马弗炉30。应当理解的是，接头管84的使用是任选的，不是所有本文提供的例子都可包含接头管84。接头管84可连接至低位延伸马弗炉30的出口30C，以及/或者可连接至底部气体滤网34。运行过程中，光纤46被拉拽经由回收圆筒26进入低位延伸马弗炉30，通过接头管84，并且经由底部气体滤网34离开光纤拉制炉10。接头管84沿着向上的方向从低位延伸马弗炉30的第二端部30B向第一端部30A延伸。接头管84包含管体86和入口88。管体86可与低位延伸马弗炉30和/或回收圆筒26基本上同轴。接头管84的管体86可具有约0.25英寸(0.635cm)至约2.0英寸(5.08cm)、或约0.5英寸(1.27cm)至约1.0英寸(2.54cm)的内径。在一些特定的例子中，接头管84的内径可约为0.5英寸(1.27cm)、约0.75英寸(1.905cm)、约1.0英寸(2.54cm)、或约1.25英寸(3.175cm)。接头管84可具有约1英寸(2.54cm)至约10英寸(25.4cm)、或约2英寸(5.08cm)至约7英寸(17.78cm)的长度。在一些特定的例子中，接头管84可具有约3英寸(7.62cm)、约4英寸(10.16cm)、约5英寸(12.7cm)或约6英寸(15.24cm)的长度。

接头管84的入口88的改变可减少或缓和DIPD的数量和/或频率。图4A～C提供了接头管84的入口88的各种例子。接头管84的入口88可采用各种配置。在各种例子中，入口88可包含圆锥部90。圆锥部90可以是倒置的，以使接头管84的入口88随着其靠近管体86而逐渐变窄。使用圆锥部90可在以下方面具有优势：通过减小第一和/或第二气体速度矢量的径向分量的大小来减少DIPD，从而减小第一或第二气体向加热区段22的马弗炉42的流动(图1)，进而减少进入低位延伸马弗炉30且被再循环的颗粒。在第一个例子(图4A)中，入口88可简单地包含向接头管84的管体86逐渐变窄的圆锥部90。在第二个例子(图4B)中，入口88可结合第一凸缘92，所述第一凸缘92与接头管84基本上同轴。第一凸缘92可被置于圆锥部90的顶部，以使入口88从第一凸缘92向管体86逐渐变窄。在第三个例子(图4C)中，第二凸缘94可定位于第一凸缘92的顶部，第二凸缘94与接头管84的管体86以及第一凸缘92垂直。第二凸缘96可从接头管84向内和/或向外延伸。使用图4A～C中所图示的例子可以将每一公里所制得的光纤46的DIPD从不具有入口88(例如，仅接头管84的管体86)的例子中的约5％减少到至少使用圆锥部90的例子中的小于约1.5％。

现在参考图5，图5图示了一种用于生产光纤46的示例性方法100。方法100可始于步骤104：使第一气体流入光纤拉制炉10。如上所述，可使第一气体经由上气体滤网14流入光纤拉制炉10。由于第一气体可以是对马弗炉42、光纤预制件38和/或光纤拉制炉10的其它组件呈惰性的气体，步骤104还可包括使氦气流入光纤拉制炉10。应当理解的是，任意上文提到的第一气体可附加地或替代地流入光纤拉制炉10。

随后，进行步骤108：使第一气体通过加热区段22，所述加热区段配置成容纳并加热玻璃源，光纤46由所述玻璃源拉制。玻璃源可以是光纤预制件38或者可用于光纤拉制炉10中的其它玻璃源。如上所述，加热区段22的高温可导致颗粒的形成，所述颗粒在第一气体通过加热区段22和/或紧邻的马弗炉42时被夹带在其中。

随后，进行步骤112：使第一气体进入回收圆筒26。如上所述，回收圆筒26可经由顶部凸缘76连接至加热区段22。应当理解的是，可在不偏离本文所提供的教导的前提下，在回收圆筒26与加热区段22之间定位管道和排管的一个或更多个区段。使第一气体进入由回收圆筒26的外壳60限定的回收腔室64。如上所述，由于回收腔室64的直径大于加热区段22的直径，第一气体的速度相对于其在加热区段22中的速度可减速。

随后，进行步骤116：经由至少一个与回收圆筒26相连的回收口68来除去一部分第一气体，从而在回收圆筒26中产生第一气体的涡流。一个或更多个回收口68相对于回收圆筒26的外壳60切向取向或者切向连接至回收圆筒26的外壳60，以使回收腔室64中的气体具有角动量。换言之，在回收腔室64中产生涡流。如上所述，通过经由至少一个切向取向的回收口68除去一部分第一气体，涡流的旋转轴与回收圆筒26的轴平行。由于回收圆筒26、低位延伸马弗炉30以及加热区段22都是对齐的，涡流的旋转轴可与低位延伸马弗炉30和/或加热区段22的轴平行。根据各种例子，一部分第二气体可向上流过低位延伸马弗炉30而进入回收圆筒26的回收腔室64，以使第一和第二气体形成涡流。这样一来，一个或更多个回收口68可回收或除去第一气体与第二气体的混合物。可以组合的第一和第二气体流速的约80％至约95％的速率回收第一气体和第二气体，且该混合气体中第一气体的体积分数约为80％或更大。应当理解的是，一部分第一气体可能未被回收口68俘获，从而回收圆筒26可使一部分第一气体从回收圆筒26进入低位延伸马弗炉30。

接着，可进行步骤120：使来自气体滤网(例如底部气体滤网34)的第二气体以配置成基本上补偿与除去一部分第一气体相关联的压降的速率流动。如上所述，利用回收口68去除第一和/或第二气体可导致在光纤拉制炉10中发生压降，这可在光纤拉制炉10中发生环境气体的夹带。步骤120可包括使来自底部气体滤网34的对光纤呈惰性的气体流动。

应当理解的是，虽然方法100的各步骤是按次序描述的，但可同时进行这些步骤中的一个或更多个。例如，可同时进行所有步骤。此外，应当理解的是，可在不偏离本文所提供的教导的前提下改变方法100的步骤顺序。

使用本公开可提供各种优势。首先，通过在加热区段22与低位延伸马弗炉30之间定位回收圆筒26，可经由回收口68回收高纯度的第一气体。换言之，被拉拽通过回收口68的俘获物流中第一气体的体积分数可大于第二气体的体积分数。该特征可在降低与使用氦气相关联的成本方面具有优势，因为本公开的回收圆筒26相比于常规光纤拉制炉可允许更高效率的俘获。第二，通过使回收口68相对于回收圆筒26的外壳60切向连接或取向，存在于回收腔室64中的气体可获得角动量，导致在回收圆筒26中形成涡流。如上所述，涡流的形成在俘获相对较小的颗粒方面具有优势，否则这些颗粒可团聚在低位延伸马弗炉30的壁上而在光纤46上形成DIPD。这样一来，可由本公开的光纤拉制炉10生产可用长度更长的光纤46，这导致与生产光纤46的不可用长度相关联的成本降低。

实施例

现在参考图6A和6B，图6A和6B图示了低位马弗炉(例如，低位延伸马弗炉30)的气流模拟，其例示了在低位马弗炉中出现的气体逆流。如上所述，气体经由低位马弗炉的逆流倾向于导致团聚的微粒脱落并接触光学纤维(例如，光纤46)的热部位，这可导致因拉制而引起的点瑕疵。

现在参考图7，图7图示了颗粒痕迹模型图，其显示了颗粒在光纤拉制系统(例如，光纤拉制炉10)中的停留时间。从图中可以看出，通过向系统底部拉拽颗粒，颗粒在系统中的停留时间增加。通过在远离颗粒形成位置的系统基底处除去颗粒，颗粒的停留时间增加。如上所述，增加颗粒在系统中的停留时间可允许进行颗粒的收集和团聚。随着团聚的增加，由系统生产的光纤的DIPD事件增多。

现在参考图8A和8B，图8A和8B图示了颗粒痕迹模型图，其显示了颗粒在光纤拉制系统中的停留时间，其中，颗粒在紧邻它们产生的位置处被除去。在该模型中，颗粒是0.1μm的SiC颗粒，利用离散相模型(Discrete Phase Model(DPM))对其进行追踪。从图中可以看出，在紧邻形成位置的地方收集颗粒可减少与低位马弗炉接触的颗粒的数量。到达低位马弗炉的颗粒的数量的减少在防止颗粒的粘附和团聚方面具有优势，这些粘附和团聚的颗粒可脱落并表现为光纤中的因拉制而引起的点瑕疵。在图8A的模型中，供给自顶部气体滤网(例如，上气体滤网14)的气体中的80％经由除去口(例如，回收口68)在回收物流中被俘获。在图8B的模型中，供给自顶部气体滤网的气体中的89％经由除去口在回收物流中被俘获。当除去口位于低位马弗炉的顶部时，颗粒未在低位马弗炉上被捕获，因为它们在能够到达低位马弗炉之前已被俘获。

本领域技术人员以及制造或使用本公开的人员将会对本公开进行修改。因此，应当理解的是，如专利法的原则所解释的那样(包括等同原则)，附图中所示的以及上文所述的实施方式只是出于例示目的，不旨在限制由所附权利要求限定的本公开的范围。

本领域普通技术人员应当理解的是，所述公开的结构以及其它组件不限于任何具体材料。本文所公开的公开内容的其它示例性实施方式可由各种各样的材料形成，除非本文另有描述。

应当理解的是，任意所描述的处理或者所描述的处理中的步骤可与所公开的其它处理或步骤相结合，以形成在本公开范围内的结构。本文所公开的示例性的结构和处理是出于例示目的，不视为进行限制。

还应当理解的是，在不偏离本公开的思想的前提下，可对上述结构和方法进行修改和变动，且还应当理解的是，旨在使所附权利要求覆盖这些思想，除非这些权利要求在它们的语言下明确地做出其它表示。此外，随说明书附上权利要求书。

Claims (19)

1.一种光纤拉制炉，其包含：

加热区段，所述加热区段配置成容纳并加热玻璃源，光纤由所述玻璃源拉制；

低位延伸马弗炉，所述低位延伸马弗炉具有第一端部和第二端部；

气体滤网，所述气体滤网连接至所述低位延伸马弗炉的所述第二端部，且配置成允许气体流入所述低位延伸马弗炉；以及

回收圆筒，所述回收圆筒与所述低位延伸马弗炉相连，且包含：

限定回收腔室的外壳，其中，多个回收口切向连接至所述外壳；和

定位于所述外壳内的内壳，

其中，所述多个回收口配置成在所述回收腔室内产生气体涡流。

2.如权利要求1所述的光纤拉制炉，其特征在于，所述回收圆筒定位于所述低位延伸马弗炉的所述第一端部与所述加热区段之间。

3.如权利要求2所述的光纤拉制炉，其特征在于，所述回收圆筒的所述外壳限定与所述加热区段相连的第一端部和与所述低位延伸马弗炉的所述第一端部相连的第二端部，且其中，所述多个回收口相比于所述外壳的所述第一端部更靠近所述外壳的所述第二端部。

4.如权利要求1所述的光纤拉制炉，其特征在于，所述内壳包含倒钩式入口。

5.如权利要求1所述的光纤拉制炉，其特征在于，所述内壳与所述低位延伸马弗炉同轴。

6.如权利要求5所述的光纤拉制炉，其特征在于，所述低位延伸马弗炉的内径与所述内壳的内径相同。

7.如权利要求1所述的光纤拉制炉，其特征在于，还包含：

接头管，所述接头管从所述低位延伸马弗炉的所述第二端部向所述第一端部延伸，且与所述低位延伸马弗炉同轴。

8.如权利要求7所述的光纤拉制炉，其特征在于，所述接头管从低位延伸马弗炉的出口延伸。

9.一种光纤拉制炉，其包含：

加热区段，所述加热区段配置成容纳并加热玻璃源，光纤由所述玻璃源拉制；

顶部气体滤网，所述顶部气体滤网连接至所述加热区段的第一端部，且配置成使第一气体进入所述加热区段；

回收圆筒，所述回收圆筒连接至所述加热区段的第二端部，且包含：

限定包含多个回收口的回收腔室的外壳，所述多个回收口连接至所述外壳，其中，所述多个回收口相对于所述外壳的外表面切向取向；和

定位于所述外壳内的内壳，所述内壳限定倒钩式入口；

低位延伸马弗炉，所述低位延伸马弗炉具有连接至所述回收圆筒的第一端部；以及

底部气体滤网，所述底部气体滤网连接至所述低位延伸马弗炉的第二端部，且配置成使第二气体进入所述低位延伸马弗炉。

10.如权利要求9所述的光纤拉制炉，其特征在于，所述多个回收口配置成在所述回收腔室内产生第一气体的涡流。

11.如权利要求9所述的光纤拉制炉，其特征在于，所述多个回收口配置成将一部分所述第一气体从所述回收腔室中除去。

12.如权利要求11所述的光纤拉制炉，其特征在于，所述底部气体滤网配置成使所述第二气体以配置成补偿与除去一部分所述第一气体相关联的压降的速率通过。

13.如权利要求9所述的光纤拉制炉，其特征在于，还包含：

接头管，所述接头管从所述低位延伸马弗炉的所述第二端部向所述第一端部延伸，且与所述低位延伸马弗炉同轴。

14.一种生产光纤的方法，所述方法包括以下步骤：

使第一气体流入光纤拉制炉；

使所述第一气体通过加热区段，所述加热区段配置成容纳并加热玻璃源，所述光纤由所述玻璃源拉制；

使所述第一气体进入回收圆筒；

经由至少一个与所述回收圆筒相连的回收口来除去一部分所述第一气体，从而在所述回收圆筒中产生所述第一气体的涡流；以及

使来自气体滤网的第二气体以配置成补偿与除去一部分所述第一气体相关联的压降的速率流动。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述除去所述第一气体的所述部分的步骤还包括：

经由所述至少一个回收口以组合的第一和第二气体流速的80%至95%的速率除去所述第一气体与所述第二气体的混合物，且所述混合物 中所述第一气体的体积分数为80%或更大。

16.如权利要求14所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：

使来自所述回收圆筒的所述第一气体的一部分进入低位延伸马弗炉。

17.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述除去所述第一气体的所述部分的步骤还包括：

除去所述第一气体的所述部分，以使所述涡流的旋转轴与所述回收圆筒的轴平行。

18.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述使第一气体流入光纤拉制炉的步骤还包括：

使包含氦气的所述第一气体流入所述光纤拉制炉。

19.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述使来自所述气体滤网的所述第二气体流动的步骤还包括：

使来自所述气体滤网的所述第二气体流动，所述第二气体包含对所述光纤呈惰性的气体。

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