CN113896412B - 一种用于光纤预制棒熔缩的等离子体加热炉 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种用于光纤预制棒熔缩的等离子体加热炉，包括炉体和若干阴极，炉体构成阳极，炉体具有一用于光纤预制棒穿过的熔缩通道，炉体上形成有若干个安装腔，安装腔通过等离子体喷射口连通熔缩通道；阴极组设于安装腔上，并在阴极与该安装腔之间形成工作气体通道，且阴极的阴极头朝向等离子体喷射口，阴极与对应的安装腔内壁之间设有绝缘环。等离子体加热炉具有熔缩通道，供光纤预制棒穿过，向工作气体通道通入工作气体，以产生等离子体。炉体内部取消石墨件，不存在氧化产生灰尘的情况，不存在灰尘附着在预制棒上，故不会影响预制棒的质量。等离子体加热炉产生的等离子体焰的加热区间小，与相关技术方案相比，能量更集中更节能，效率更高。

Description

一种用于光纤预制棒熔缩的等离子体加热炉

技术领域

本申请涉及光纤预制棒制造技术领域，特别涉及一种用于光纤预制棒熔缩的等离子体加热炉。

背景技术

采用气相沉积法制造光纤预制棒时，分为两个步骤。第一步为沉积，第二步为熔缩。熔缩主要是将预制棒熔缩为实心的芯棒，目前通常采用的熔缩加热方式有氢氧焰加热、石墨电阻炉加热、感应炉加热。

氢氧焰加热方式热量损失大，实际功率偏小，效率低，而且燃烧后产生的水气会使环境湿度变大，影响预制棒质量。

石墨电阻炉加热方式结构复杂，维护不方便，大量石墨件易氧化产生灰尘，灰尘附着在预制棒上导致预制棒质量不佳或报废。

感应炉具有较高的效率，其与石墨电阻炉结构相似度70％以上，内部有大量的石墨件，其氧化产生的灰尘也会影响预制棒质量和指标。

发明内容

本申请实施例提供一种用于光纤预制棒熔缩的等离子体加热炉，能够清洁、高效率地进行光纤预制棒的熔缩加工。

本申请实施例提供了一种用于光纤预制棒熔缩的等离子体加热炉，其包括：

炉体，其构成阳极，所述炉体具有一用于光纤预制棒穿过的熔缩通道，所述炉体上形成有若干个安装腔，所述安装腔通过等离子体喷射口连通所述熔缩通道；

若干阴极，所述阴极组设于所述安装腔上，并在所述阴极与该安装腔之间形成工作气体通道，且所述阴极的阴极头朝向所述等离子体喷射口，所述阴极与对应的安装腔内壁之间设有绝缘环。

一些实施例中，所述阴极上形成有阴极冷却通道；

所述阴极还包括阴极座，所述阴极座包括内管和套设于所述内管外侧的外管，所述阴极头组设于所述外管上，所述所述内管通过所述阴极头的阴极头空腔与所述外管连通，并形成所述阴极冷却通道。

一些实施例中，所述阴极头与所述外管可拆卸连接。

一些实施例中，所述阴极头与所述外管螺纹连接，且在所述阴极头与所述外管的连接处设有密封圈。

一些实施例中，所述工作气体入口朝向所述绝缘环的切线方向。

一些实施例中，所述炉体包括内环体，以及位于所述内环体外侧并与所述内环体连接以形成炉腔的外环体；

所述内环体所围合的空间形成所述熔缩通道；

所述外环体朝内环体凹陷并形成所述安装腔。

一些实施例中，所述外环体与内环体之间设有一隔板，所述阳极冷却液入口和阳极冷却液出口分别位于所述隔板两侧；和/或，

所述炉体上还形成有阳极冷却通道，所述外环体上开设有阳极冷却液入口和阳极冷却液出口，所述炉腔与阳极冷却液入口和阳极冷却液出口共同形成所述阳极冷却通道。

一些实施例中，所述安装腔具有一段圆锥段，所述圆锥段的大口径端远离所述熔缩通道，所述圆锥段的小口径端与所述等离子体喷射口连通。

一些实施例中，在所述熔缩通道的轴向上，所述炉体的两端中，至少有一端设有环形的预热装置。

一些实施例中，所述预热装置与所述炉体之间设置有环形的绝缘板。

本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：

本申请实施例提供的等离子体加热炉，具有熔缩通道，供光纤预制棒穿过，向工作气体通道通入工作气体，以产生等离子体。本实施例的炉体内部完全取消石墨件，不存在氧化产生灰尘的情况，不存在灰尘附着在预制棒上，故不会影响预制棒的质量。

等离子体加热炉产生的等离子体焰的加热区间小，与相关技术方案相比，能量更集中更节能，效率更高。

可以向阳极冷却通道和阴极冷却通道通入冷却液，以进行冷却降温，等离子体发生器阳极与阴极都可以得到冷却，在喷射口的等离子体温度到达2500摄氏度时，也能够有效保护炉内的零部件，提高了设备的可靠性及寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的用于光纤预制棒熔缩的等离子体加热炉结构示意图；

图2为本申请实施例提供的于光纤预制棒熔缩的等离子体加热炉的一个视角剖面图；

图3为本申请实施例提供的于光纤预制棒熔缩的等离子体加热炉的另一个视角剖面图；

图4为本申请实施例提供的安装腔、绝缘环与阴极装配示意图。

图中：1、炉体；10、熔缩通道；11、安装腔；12、等离子体喷射口；13、内环体；14、外环体；140、阳极冷却液入口；141、阳极冷却液出口；15、炉腔；16、隔板；2、阴极；20、工作气体通道；21、阴极头；210、阴极头空腔；22、阴极座；220、内管；221、外管；3、绝缘环；30、工作气体入口；4、预热装置；5、绝缘板。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

参见图1、图2、图和图4所示，本申请实施例提供的一种用于光纤预制棒熔缩的等离子体加热炉，其包括炉体1、若干阴极2以及若干绝缘环3。炉体1构成阳极，也就是说，炉体1是等离子体发生器的阳极，连接至直流电源的正极，炉体1具有一用于光纤预制棒穿过的熔缩通道10，炉体1上还形成有阳极冷却通道，以及若干个安装腔11，安装腔11通过等离子体喷射口12连通熔缩通道10，阳极冷却通道可以供冷却液，比如水等流过，以对阳极进行冷却降温。

阴极2的数量与安装腔11的数量相同，每一个阴极2组设于一个安装腔11上，阴极2与该安装腔11之间形成工作气体通道20，且阴极2的阴极头21朝向等离子体喷射口12，阴极头21呈半球状，阴极2与对应的安装腔11内壁之间设有绝缘环3，以使阴极和阳极隔开，绝缘环3可以使用陶瓷制造，工作气体通道20的工作气体入口30可以设置在绝缘环3上，也可以设置在炉体1上，比如在炉体1内部形成一个连通工作气体入口30和工作气体通道20的辅助通道，本实施例中工作气体入口30设置在绝缘环3上，如图4所示，标记A的虚线箭头为工作气体的流向，阴极2上形成有阴极冷却通道，阴极冷却通道可以供冷却液，比如水等流过，以对阴极2进行冷却降温，每一个阴极2都接入直流电源的负极，同时将引弧电源连接于阴极2与炉体1之间，每组阴极2均单独供气，气柜内安装有质量流量计，对每组阴极2的工作气体流量精密控制。

本申请实施例提供的等离子体加热炉，具有熔缩通道10，供光纤预制棒穿过，向工作气体通道20通入工作气体，以产生等离子体，同时向阳极冷却通道和阴极冷却通道通入冷却液，以进行冷却降温。本实施例的炉体内部完全取消石墨件，不存在氧化产生灰尘的情况，不存在灰尘附着在预制棒上，故不会影响预制棒的质量；等离子体发生器阳极与阴极都可以得到冷却，在喷射口的等离子体温度到达2500摄氏度时，也能够有效保护炉内的零部件，提高了设备的可靠性及寿命。

等离子体加热炉产生的等离子体焰的加热区间小，仅为3-5cm，与相关技术方案相比，能量更集中更节能，效率更高。

等离子体发生器通常采用氩气作为工作气体，氩气为惰性气体，能更好的保护炉内零部件，使设备具有更长的寿命。

参见图1和图4所示，在一些优选的实施方式中，阴极2还包括阴极座22，阴极座22包括内管220和外管221，外管221套设于内管220外侧，阴极头21组设于外管221上，内管220通过阴极头21的阴极头空腔210与外管221连通，并形成阴极冷却通道，参见图4所示，标记为B的虚线箭头为阴极2中冷却液的流向。

在本实施例中，内管220和外管221中，其中一个上有阴极冷却液入口，另一个上有阴极冷却液出口，比如图4中，阴极冷却液入口在外管221上，而阴极冷却液出口在内管220上。

继续以图4所示结构为例，阴极冷却液出口在内管220远离阴极头21的一端，而内管220靠近阴极头21的一端与阴极头空腔210连通，进而连通外管221靠近阴极头21的一端。

继续以图4所示结构为例，图4中，外管221远离阴极头21的一端通过端盖(图中未标号，但图中已示出)封住，对于阴极冷却液入口，可以设置在该端盖上，当然了，也可以如同图4中一样，设置在外管221侧壁上，并连接以辅助管。

由于经常放电，容易损坏，故为了便于更换，降低成本，阴极头21采用可拆卸的方式连接在外管221上。

比如，阴极头21与外管221螺纹连接，为了防止冷却液泄露，在阴极头21与外管221的连接处设有密封圈。

在一些优选的实施方式中，工作气体入口30朝向绝缘环3的切线方向，工作气体沿切线方向射入绝缘环3，可以在工作气体通道20内形成旋流，其目的是工作气体进入之后形成层流，阻力减小，在工作过程中更加稳定。

参见图2所示，在一些优选的实施方式中，炉体1包括内环体13，以及位于内环体13外侧并与内环体13连接以形成炉腔15的外环体14；内环体13所围合的空间形成熔缩通道10，外环体14上开设有阳极冷却液入口140和阳极冷却液出口141，炉腔15与阳极冷却液入口140和阳极冷却液出口141共同形成阳极冷却通道，图2中标记为C的虚线箭头为阳极冷却液流向，外环体14朝内环体13凹陷并形成安装腔11。

本实施例采用这种结构，可以使得炉体更简单紧凑，在棒长的方向占用空间更小，与相关技术方案相比，能有效增加200mm左右的棒长，提高了相关设备的性能及产能。

需要说明的是，内环体13和外环体14可以从圆环、椭圆环或方环等环形中选择，当然了，通常而言，选择圆环，比如附图1中便是采用圆环结构。

同时，阴极2的数量可以根据实际需要选择，比如在附图1中，阴极2有6个。并且沿外环体14周向均匀分布，每个阴极2的延长线经过内环体13的圆心。

为了确保冷却液能够流过整个炉腔15，以有效地对阳极进行冷却，参见图2所示，在一些优选的实施方式中，外环体14与内环体13之间设有一隔板16，阳极冷却液入口140和阳极冷却液出口141分别位于隔板16两侧，并且尽量靠近隔板16。

参见图2和图4所示，在一些优选的实施方式中，安装腔11具有一段圆锥段(图中未标号，但已示出)，圆锥段的大口径端远离熔缩通道10，圆锥段的小口径端与等离子体喷射口12连通，设置圆锥段，其目的是使得工作气体流到此处后因空间变小，可以增大流速，同时也有利于调整电弧长度。

当阴极2插入炉体1后，即与炉体1形成压缩通道，其压缩比为0.3-0.7。

参见图1和图3所示，在一些优选的实施方式中，在熔缩通道10的轴向上，炉体1的两端中，至少有一端设有环形的预热装置4，预热装置4与炉体1之间设置有环形的绝缘板5。

预热装置4与炉体1同轴设置，预热装置将预制棒预热，有效避免预制棒裂棒，预热装置可以采用电阻丝加热，也可利用感应加热的方式，绝缘板5采用陶瓷材料制作。

实际使用中，可以通过适配不同的直流电源电流值及气柜进气流量，调整炉内功率及等离子体焰的长度，从而适应了预制棒在熔缩过程中变细的现象，更可用于熔缩不同直径的光纤预制棒。

等离子体焰的长度需要通过调节氩气的流量及电弧电压来适配，可以理解为在实际使用中，氩气流量及直流电源的电流值可以根据实际需求合理设置。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种用于光纤预制棒熔缩的等离子体加热炉，其特征在于，其包括：

炉体(1)，其构成阳极，所述炉体(1)具有一用于光纤预制棒穿过的熔缩通道(10)，所述炉体(1)上形成有若干个安装腔(11)，所述安装腔(11)通过等离子体喷射口(12)连通所述熔缩通道(10)；

若干阴极(2)，所述阴极(2)组设于所述安装腔(11)上，并在所述阴极(2)与该安装腔(11)之间形成工作气体通道(20)，且所述阴极(2)的阴极头(21)朝向所述等离子体喷射口(12)，所述阴极(2)与对应的安装腔(11)内壁之间设有绝缘环(3)；

所述炉体(1)包括内环体(13)，以及位于所述内环体(13)外侧并与所述内环体(13)连接以形成炉腔(15)的外环体(14)；

所述内环体(13)所围合的空间形成所述熔缩通道(10)；

所述外环体(14)朝内环体(13)凹陷并形成所述安装腔(11)；

在所述熔缩通道(10)的轴向上，所述炉体(1)的两端中，至少有一端设有环形的预热装置(4)。

2.如权利要求1所述的用于光纤预制棒熔缩的等离子体加热炉，其特征在于：

所述阴极(2)上形成有阴极冷却通道；

所述阴极(2)还包括阴极座(22)，所述阴极座(22)包括内管(220)和套设于所述内管(220)外侧的外管(221)，所述阴极头(21)组设于所述外管(221)上，所述内管(220)通过所述阴极头(21)的阴极头空腔(210)与所述外管(221)连通，并形成所述阴极冷却通道。

3.如权利要求2所述的用于光纤预制棒熔缩的等离子体加热炉，其特征在于：所述阴极头(21)与所述外管(221)可拆卸连接。

4.如权利要求3所述的用于光纤预制棒熔缩的等离子体加热炉，其特征在于：所述阴极头(21)与所述外管(221)螺纹连接，且在所述阴极头(21)与所述外管(221)的连接处设有密封圈。

5.如权利要求1所述的用于光纤预制棒熔缩的等离子体加热炉，其特征在于：工作气体入口(30)朝向所述绝缘环(3)的切线方向。

6.如权利要求1所述的用于光纤预制棒熔缩的等离子体加热炉，其特征在于：

所述外环体(14)与内环体(13)之间设有一隔板(16)，阳极冷却液入口(140)和阳极冷却液出口(141)分别位于所述隔板(16)两侧；和/或，

所述炉体(1)上还形成有阳极冷却通道，所述外环体(14)上开设有阳极冷却液入口(140)和阳极冷却液出口(141)，所述炉腔(15)与阳极冷却液入口(140)和阳极冷却液出口(141)共同形成所述阳极冷却通道。

7.如权利要求1所述的用于光纤预制棒熔缩的等离子体加热炉，其特征在于：所述安装腔(11)具有一段圆锥段，所述圆锥段的大口径端远离所述熔缩通道(10)，所述圆锥段的小口径端与所述等离子体喷射口(12)连通。

8.如权利要求1所述的用于光纤预制棒熔缩的等离子体加热炉，其特征在于：所述预热装置(4)与所述炉体(1)之间设置有环形的绝缘板(5)。