CN112379477A - 一种自增压型的光纤载氢系统及其光纤载氢方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自增压型的光纤载氢系统及其光纤载氢方法，包括供给组件、过渡组件和存储组件，供给组件包括氢气瓶和供给阀门，供给阀门连接在氢气瓶的输出端上，过渡组件包括过渡室、过渡温控装置和过渡阀门，过渡室的输入端与供给阀门连接，过渡阀门与过渡室的输出端连接，过渡温控装置用于对过渡室加热或制冷，存储组件包括光纤存储室、存储温控装置和第一存储阀门，光纤存储室用于放置光纤，光纤存储室的输入端与过渡阀门连接，第一存储阀门与光纤存储室的输出端连接，存储温控装置用于对光纤存储室加热或制冷。通过温度的控制以实现气体的自增压气体的注入，可大大提高载氢速度和时间，且操作简单，安全可靠，有效提高生产效率。

Description

一种自增压型的光纤载氢系统及其光纤载氢方法

技术领域

本发明涉及光学器件领域，尤其涉及一种自增压型的光纤载氢系统及其光纤载氢方法。

背景技术

光纤载氢系统是一个对光纤进行预处理的密封装置，将光纤放置于该密封的装置中，对装置内部充满高纯度高压力的氢气，并将该装置储存一段时间，在期间氢气分子在高压下进入光纤纤芯，从而使得光纤具备光敏感性，该载氢系统主要应用于光纤刻写前的预处理，氢气的气压为主要技术参数，压力不足的气体将无法完成载氢处理。

现有的载氢系统一般采用氢气增压泵将氢气注入至光纤存储装置，由于氢气属于易燃易爆气体，对其处理则需要尤其注意安全，增压设备不仅复杂且危险性较高，且设备成本也较高。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种成本较低、操作简易且安全可靠的自增压型的光纤载氢系统。

本发明的第二目的是提供一种上述光纤载氢系统的光纤载氢方法。

为了实现本发明第一目的，本发明提供一种自增压型的光纤载氢系统，包括供给组件、过渡组件和存储组件，供给组件包括氢气瓶和供给阀门，供给阀门连接在氢气瓶的输出端上，过渡组件包括过渡室、过渡温控装置和过渡阀门，过渡室的输入端与供给阀门连接，过渡阀门与过渡室的输出端连接，过渡温控装置用于对过渡室加热或制冷，存储组件包括光纤存储室、存储温控装置和第一存储阀门，光纤存储室用于放置光纤，光纤存储室的输入端与过渡阀门连接，第一存储阀门与光纤存储室的输出端连接，存储温控装置用于对光纤存储室加热或制冷。

由上述方案可见，通过过渡温控装置对过渡室加热或制冷，继而形成与氢气瓶的温度差，根据自增压原理，提高温度可提升气体压强，故可使过渡室的温度低于氢气瓶的温度，便可形成氢气瓶压强高于过渡室的压强，通过打开供给阀门继而实现对过渡室注入氢气，再通过渡温控装置或存储温控装置使过渡室的温度大于或等于光纤存储室的温度，通过打开过渡阀门继而实现对光纤存储室注入氢气，再者，通过存储温控装置使光纤存储室升高温度，继而实现光纤存储室的升压，由上可见，通过温度以及温度差的控制，以实现气体的自增压和气体的注入，通过温差的控制可实现较高的气压差，可大大提高载氢速度，同时提升温度后光纤存储室可持续保持高压，从而缩短光纤载氢的时间，提高生产效率，且利用自增压的方式，在气瓶气压较低时也能保证注入载氢腔的气体足够高，可节约成本，能够最大化增加气瓶使用寿命，同时本案系统操作简单，安全可靠，适用于工业大批量生产。

更进一步的方案是，存储组件还包括第二存储阀门，第二存储阀门连接在过渡阀门和光纤存储室的输入端之间。

由上可见，通过在光纤存储室的输入端和输出端分别设置有存储阀门，继而氢气注入至存储组件后，可将存储组件拆卸分离并单独存储，通过光纤存储室提供持续的高温和高压，过渡组件后续地可接入其他存储组件继续进行光纤载氢处理。

更进一步的方案是，存储组件还包括存储气压表和存储安全阀，存储气压表和存储安全阀分别与光纤存储室的输出端连接。

更进一步的方案是，过渡组件还包括过渡气压表和过渡安全阀，过渡气压表和过渡安全阀分别与过渡室的输出端连接。

更进一步的方案是，供给组件还包括供给气压表和供给安全阀，供给气压表和供给安全阀分别与氢气瓶的输出端连接。

由上可见，通过气压表和安全阀的设置，可直观地观察气压的变化情况，以及当气压过高时则通过安全阀排出，从而提高安全性。

更进一步的方案是，过渡温控装置设置有过渡放置腔，过渡室设置在过渡放置腔中，过渡温控装置在过渡放置腔处设置有加热装置和/或制冷装置。

更进一步的方案是，存储温控装置设置有存储放置腔，光纤存储室设置在存储放置腔中，存储温控装置在存储放置腔处设置有加热装置和/或制冷装置。

由上可见，通过设置过渡放置腔和存储放置腔方便过渡室和光纤存储室的放置，且有利于提高温控稳定性。

更进一步的方案是，光纤载氢系统包括至少两个过渡组件，至少两个过渡组件串联连接。

由上可见，通过至少两个或多个的过渡组件的串联，从而可实现逐级加压注入，可更进一步地提高光纤存储室的气体压强。

为了实现本发明第二目的，本发明提供一种自增压型的光纤载氢系统的光纤载氢方法，光纤载氢系统采用上述方案的光纤载氢系统；

光纤载氢方法包括：

步骤(1)，将待处理光纤装入光纤存储室；

步骤(2)，使过渡室的温度小于氢气瓶的温度；

步骤(3)，打开供给阀门，氢气从氢气瓶注入至过渡室；

步骤(4)，当氢气瓶和过渡室压强平衡，关闭供给阀门；

步骤(5)，使过渡室的温度大于或等于光纤存储室的温度；

步骤(6)，打开过渡阀门，氢气从过渡室注入至光纤存储室；

步骤(7)，当过渡室和光纤存储室压强平衡，关闭过渡阀门；

重复上述步骤(2)至步骤(7)，使光纤存储室的压强达到预设压强；

步骤(8)，使光纤存储室得温度提高至预设温度，并存储预设时间；

步骤(9)，冷却光纤存储室至室温，打开第一存储阀门排气，打开光纤存储室取出载氢后的光纤。

为了实现本发明第二目的，本发明提供一种自增压型的光纤载氢系统的光纤载氢方法，光纤载氢系统采用上述方案的光纤载氢系统；

光纤载氢方法包括：

步骤(1)，将待处理光纤装入光纤存储室；

步骤(2)，使上一级过渡组件的过渡室的温度小于氢气瓶的温度，打开供给阀门，氢气从氢气瓶注入至上一级过渡组件的过渡室，当氢气瓶和上一级过渡组件的过渡室压强平衡，关闭供给阀门；

步骤(3)，使下一级过渡组件的过渡室的温度小于等于上一级过渡组件的过渡室的温度，打开上一级过渡组件的过渡阀门，氢气从上一级过渡组件的过渡室注入至下一级过渡组件的过渡室，当上一级过渡组件的过渡室和下一级过渡组件的过渡室压强平衡，关闭上一级过渡组件的过渡阀门；

步骤(4)，使下一级过渡组件的过渡室的温度大于或等于光纤存储室的温度；

步骤(5)，打开下一级过渡组件的过渡阀门，氢气从下一级过渡组件的过渡室注入至光纤存储室；

步骤(6)，当下一级过渡组件的过渡室和光纤存储室压强平衡，关闭下一级过渡组件的过渡阀门

重复上述步骤(2)至步骤(6)，使光纤存储室的压强达到预设压强；

步骤(7)，使光纤存储室得温度提高至预设温度，并存储预设时间；

步骤(8)，冷却光纤存储室至室温，打开第一存储阀门排气，打开光纤存储室取出载氢后的光纤。

由上述方案可见，通过温差的控制以实现自增压式的氢气注入，并可通过至少两级或多级的过渡组件的串联，从而可提高光纤存储室的气体压强，不仅结构连接简单，操作简便可靠，在气瓶气压较低时保证注入载氢腔的气体足够高，能够最大化增加气瓶使用寿命以节约成本，同时保持高温和高压的光纤存储室可缩短光纤载氢时间，大大提高生产效率。

附图说明

图1是本发明光纤载氢系统第一实施例的结构示意图。

图2是本发明光纤载氢方法第一实施例的流程图。

图3是本发明光纤载氢系统第二实施例的结构示意图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

参照图1，本案自增压型的光纤载氢系统包括供给组件、过渡组件2和存储组件，供给组件包括氢气瓶11、供给阀门V1、供给气压表G1和供给安全阀F1，供给阀门V1连接在氢气瓶11的输出端上，且供给气压表G1和供给安全阀F1分别与氢气瓶11的输出端连接，即氢气瓶11的输出端通过四通管路分别与供给阀门V1、供给气压表G1和供给安全阀F1连接。

过渡组件2包括过渡室12、过渡温控装置121、过渡阀门V2、过渡气压表G2和过渡安全阀F2，过渡室12呈密闭腔体或密闭瓶体设置，并具有输入端和输出端，过渡室12的输入端通过管路与供给阀门V1连接，过渡气压表G2和过渡安全阀F2分别与过渡室12的输出端连接，过渡阀门V2与过渡室12的输出端连接，即过渡室12的输出端通过四通管路分别与过渡阀门V2、过渡气压表G2和过渡安全阀F2连接。过渡温控装置121设置有过渡放置腔，过渡室12设置在过渡放置腔中，过渡温控装置121在过渡放置腔处设置有加热装置和制冷装置，加热装置和制冷装置可采用常规的公知的装置，另外，制冷装置还可采用半导体制冷器TEC进行制冷，继而可方便地实现对过渡室12加热或制冷。

存储组件包括光纤存储室13、存储温控装置131、第一存储阀门V4、第二存储阀门V3、存储气压表G3和存储安全阀F3，存储温控装置131呈密闭腔体或密闭瓶体设置，并用于放置带载氢的光纤。第二存储阀门V3通过管路连接在过渡阀门V2和光纤存储室13的输入端之间，第一存储阀门V4与光纤存储室13的输出端连接，存储气压表G3和存储安全阀F3分别与光纤存储室13的输出端连接，即光纤存储室13的输出端通过四通管路分别与第一存储阀门V4、存储气压表G3和存储安全阀F3连接，第一存储阀门V4的外端可还连接排气阀F4。存储温控装置131设置有存储放置腔，光纤存储室13设置在存储放置腔中，存储温控装置131在存储放置腔处设置有加热装置和制冷装置，加热装置和制冷装置可采用常规的公知的装置，另外，制冷装置还可采用半导体制冷器TEC进行制冷，继而可方便地实现对光纤存储室13加热或制冷。

参照图2，以上述第一实施例为基础对光纤载氢方法进行说明，开始时首先执行步骤S11，打开光纤存储室13并将待处理光纤装入光纤存储室13，随后执行S12，先关闭供给阀门V1、过渡阀门V2、第一存储阀门、V4第二存储阀门V3，并通过控制过渡温控装置121，使过渡室12的温度小于氢气瓶11的温度，具体可通过过渡温控装置121的制冷装置对过渡室12降温至预设温度，如5℃。

根据自增压原理的理想气体方程：PV＝nRT，当n，R，V保持不变时，提高温度T，可以提高气体压强P0，假设初始压强和温度为P0、T0，当温度为T1时，压强满足如下关系：

其中P的单位为Pa，T的单位为K，故可以定义增压比为：

举例说明，当初始温度为5℃时，即278.15K，当温度提高为80℃时，即353.15K，此时可得增压比为27％，即可以提高27％的压强。通过多级的增压，可以达到较好的提高压强效果。多级增压效果满足如下关系：

P_i＝(1+η₁)·(1+η₂)…(1+η_i)·P₀。

由于过渡室12和氢气瓶11之间存在温度差，故存在气压差并可利用气压差进行注入氢气，即执行步骤S13，打开供给阀门V1，氢气从氢气瓶11注入至过渡室12，随后执行步骤S14，观察供给气压表G1和过渡气压表G2，当氢气瓶11和过渡室12压强平衡时，则关闭供给阀门V1。

然后执行步骤S15，通过控制过渡温控装置121，使过渡室12的温度大于或等于光纤存储室13的温度，此时具有包括几种产生温差的方式，第一种方式为：过渡室12通过自然上升至室温，使得过渡室12和光纤存储室13同存在室温条件下。第二种方式为：通过过渡温控装置121的加热装置，将过渡室12的温度加热至预设的温度，使过渡室12的温度高于位于室温的光纤存储室13。为了更进一步提高温差，可在第二种方式的基础上，对光纤存储室13降温，即第三种方式为，对过渡室12加热，并对光纤存储室13降温，从而更进一步拉大过渡室12和光纤存储室13的温差，从而形成更大的气压差。

随后执行步骤S16，打开过渡阀门V2和第二存储阀门V3，氢气从过渡室12注入至光纤存储室13，然后执行步骤S17，观察过渡气压表G2和存储气压表G3，当过渡室12和光纤存储室13压强平衡，关闭过渡阀门V2和第二存储阀门V3。且可拆卸分离存储组件，单独存储放置。

然后重复上述步骤S12至步骤S17，光纤存储室13的压强达到预设压强，一般来说，光纤存储室13在室温的压强等于氢气瓶11在室温的压强，即可，此时增压效果再提高效率不高。

随后执行步骤S18，使光纤存储室13得温度提高至预设温度，例如90℃，此时的光纤存储室13的压强大于110Pa，继而存储预设时间，可根据载氢的不同程度，载氢的时间在2天至7天之间选择。相比于现有的载氢情况，例如大概在室温25℃和压强90Pa的调节下进行载氢，一般需要存储1个月时间。可见通过本案光纤载氢系统的高温高压存储，可大大缩短载氢时间，提高生成效率。

最后执行步骤S19，冷却光纤存储室13至室温，打开第一存储阀门V4进行排气，气压恢复正常后，打开光纤存储室13取出载氢后的光纤。

参照图3，在上述光纤载氢系统实施例的基础上，光纤载氢系统第二实施例包括多个过渡组件2，多个过渡组件2串联连接并连接在供给组件和存储组件之间。多个过渡组件2中，位于靠近供给组件的为上级的过渡组件，位于靠近存储组件的为下级的过渡组件，连接方式具有可参见图3的连接方式。

且在基于上述光纤载氢方法上，由于有多个过渡组件2，故可实现多级氢气注入，可更进一步提高光纤存储室的气体压强。光纤载氢方法第二实施例具体包括：

步骤(1)，将待处理光纤装入光纤存储室13。

步骤(2)，使上一级过渡组件2的过渡室12的温度小于氢气瓶11的温度，打开供给阀门V1，氢气从氢气瓶11注入至上一级过渡组件2的过渡室12，当氢气瓶11和上一级过渡组件2的过渡室12压强平衡，关闭供给阀门V1。

步骤(3)，使下一级过渡组件2的过渡室12的温度小于等于上一级过渡组件2的过渡室12的温度，打开上一级过渡组件2的过渡阀门V2，氢气从上一级过渡组件2的过渡室12注入至下一级过渡组件2的过渡室12，当上一级过渡组件2的过渡室12和下一级过渡组件2的过渡室12压强平衡，关闭上一级过渡组件2的过渡阀门V2。

步骤(4)，使下一级过渡组件2的过渡室12的温度大于或等于光纤存储室13的温度。

步骤(5)，打开下一级过渡组件2的过渡阀门V2，氢气从下一级过渡组件2的过渡室12注入至光纤存储室13。

步骤(6)，当下一级过渡组件2的过渡室12和光纤存储室13压强平衡，关闭下一级过渡组件2的过渡阀门V2

重复上述步骤(2)至步骤(6)，并可多次循环，使光纤存储室13的压强达到预设压强。

步骤(7)，使光纤存储室13得温度提高至预设温度，并存储预设时间；

步骤(8)，冷却光纤存储室13至室温，打开第一存储阀门V4排气，打开光纤存储室13取出载氢后的光纤。

上述的温度控制方式可参考上述第一实施例的三种方式，只要通过加热、冷却等方式实现温差，以及过渡组件2也能够采用两个串联连接，同样能够实现本发明的目的。

上述实施例只是本发明的较佳实施例，在实际应用是可具有更多形式的变化，如氢气瓶和供给阀门为一体式的结构设置，或可不设置相应的气压表或安全阀，根据注入空气的时间在一定程度上也是实现本发明目的的。又或者过渡室和光纤存储室只有一个气体接入口，该气体接入口连接有三通管路，三通管路的其中两端可以作为过渡室和光纤存储室的输入端和输出端使用。以及过渡温控装置和存储温控装置可具有更多的设置方式，例如采用加热丝包裹过渡室或光纤存储室，或采用TEC与过渡室或光纤存储室贴合，只要能够实现温度的控制即可。上述的改变或一些常规性的变化均可在本发明的保护范围之内。

由上可见，通过温差的控制以实现自增压式的氢气注入，并可通过至少两级或多级的过渡组件的串联，从而可提高光纤存储室的气体压强，不仅结构连接简单，操作简便可靠，在气瓶气压较低时保证注入载氢腔的气体足够高，能够最大化增加气瓶使用寿命以节约成本，同时保持高温和高压的光纤存储室可缩短光纤载氢时间，大大提高生产效率。

Claims (10)

1.一种自增压型的光纤载氢系统，其特征在于，包括：

供给组件，所述供给组件包括氢气瓶和供给阀门，所述供给阀门连接在所述氢气瓶的输出端上；

过渡组件，所述过渡组件包括过渡室、过渡温控装置和过渡阀门，所述过渡室的输入端与所述供给阀门连接，所述过渡阀门与所述过渡室的输出端连接，所述过渡温控装置用于对所述过渡室加热或制冷；

存储组件，所述存储组件包括光纤存储室、存储温控装置和第一存储阀门，所述光纤存储室用于放置光纤，所述光纤存储室的输入端与所述过渡阀门连接，所述第一存储阀门与所述光纤存储室的输出端连接，所述存储温控装置用于对所述光纤存储室加热或制冷。

2.根据权利要求1所述的光纤载氢系统，其特征在于：

所述存储组件还包括第二存储阀门，所述第二存储阀门连接在所述过渡阀门和所述光纤存储室的输入端之间。

3.根据权利要求1所述的光纤载氢系统，其特征在于：

所述存储组件还包括存储气压表和存储安全阀，所述存储气压表和所述存储安全阀分别与所述光纤存储室的输出端连接。

4.根据权利要求1所述的光纤载氢系统，其特征在于：

所述过渡组件还包括过渡气压表和过渡安全阀，所述过渡气压表和所述过渡安全阀分别与所述过渡室的输出端连接。

5.根据权利要求1所述的光纤载氢系统，其特征在于：

所述供给组件还包括供给气压表和供给安全阀，所述供给气压表和所述供给安全阀分别与所述氢气瓶的输出端连接。

6.根据权利要求1至5任一项所述的光纤载氢系统，其特征在于：

所述过渡温控装置设置有过渡放置腔，所述过渡室设置在所述过渡放置腔中，所述过渡温控装置在所述过渡放置腔处设置有加热装置和/或制冷装置。

7.根据权利要求1至5任一项所述的光纤载氢系统，其特征在于：

所述存储温控装置设置有存储放置腔，所述光纤存储室设置在所述存储放置腔中，所述存储温控装置在所述存储放置腔处设置有加热装置和/或制冷装置。

8.根据权利要求1至5任一项所述的光纤载氢系统，其特征在于：

所述光纤载氢系统包括至少两个所述过渡组件，至少两个所述过渡组件串联连接。

9.一种自增压型的光纤载氢系统的光纤载氢方法，其特征在于，所述光纤载氢系统采用上述权利要求1至7任一项所述的光纤载氢系统；

所述光纤载氢方法包括：

步骤(1)，将待处理光纤装入所述光纤存储室；

步骤(2)，使所述过渡室的温度小于所述氢气瓶的温度；

步骤(3)，打开所述供给阀门，氢气从所述氢气瓶注入至所述过渡室；

步骤(4)，当所述氢气瓶和所述过渡室压强平衡，关闭所述供给阀门；

步骤(5)，使所述过渡室的温度大于或等于所述光纤存储室的温度；

步骤(6)，打开所述过渡阀门，氢气从所述过渡室注入至所述光纤存储室；

步骤(7)，当所述过渡室和所述光纤存储室压强平衡，关闭所述过渡阀门；

重复上述步骤(2)至步骤(7)，使所述光纤存储室的压强达到预设压强；

步骤(8)，使所述光纤存储室得温度提高至预设温度，并存储预设时间；

步骤(9)，冷却所述光纤存储室至室温，打开所述第一存储阀门排气，打开所述光纤存储室取出载氢后的光纤。

10.一种自增压型的光纤载氢系统的光纤载氢方法，其特征在于，所述光纤载氢系统采用上述权利要求8所述的光纤载氢系统；

所述光纤载氢方法包括：

步骤(1)，将待处理光纤装入所述光纤存储室；

步骤(2)，使上一级所述过渡组件的所述过渡室的温度小于所述氢气瓶的温度，打开所述供给阀门，氢气从所述氢气瓶注入至上一级所述过渡组件的所述过渡室，当所述氢气瓶和上一级所述过渡组件的所述过渡室压强平衡，关闭所述供给阀门；

步骤(3)，使下一级所述过渡组件的所述过渡室的温度小于等于上一级所述过渡组件的所述过渡室的温度，打开上一级所述过渡组件的所述过渡阀门，氢气从上一级所述过渡组件的所述过渡室注入至下一级所述过渡组件的所述过渡室，当上一级所述过渡组件的所述过渡室和下一级所述过渡组件的所述过渡室压强平衡，关闭上一级所述过渡组件的所述过渡阀门；

步骤(4)，使下一级所述过渡组件的所述过渡室的温度大于或等于所述光纤存储室的温度；

步骤(5)，打开下一级所述过渡组件的所述过渡阀门，氢气从下一级所述过渡组件的所述过渡室注入至所述光纤存储室；

步骤(6)，当下一级所述过渡组件的所述过渡室和所述光纤存储室压强平衡，关闭下一级所述过渡组件的所述过渡阀门

重复上述步骤(2)至步骤(6)，使所述光纤存储室的压强达到预设压强；

步骤(7)，使所述光纤存储室得温度提高至预设温度，并存储预设时间；

步骤(8)，冷却所述光纤存储室至室温，打开所述第一存储阀门排气，打开所述光纤存储室取出载氢后的光纤。

Images