CN1287542A - 光纤拉丝塔的冷却器 - Google Patents

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Abstract

一种光纤拉丝塔的冷却器。该冷却器位于用于熔融光纤预制棒的熔炉的下面,用于冷却由在熔炉中熔融的光纤预制棒拉出的光纤,其包括至少一个热交换器,其安装成预定的长度,可包围从熔炉中拉出的光纤,以便冷却拉出的光纤。该热交换器是由热电冷却器(TEC)形成的,用于通过一个吸热表面取出电能,并把热量发送到另一发热表面上,并且成管状,其中TEC的吸热表面包围从熔炉中沿拉出方向拉出的预定长度的光纤,拉出的光纤在其通过管状TEC时被冷却。该冷却器还包括一个安装在TEC的发热表面上的辅助冷却器,用于冷却发出的热量。因此,该冷却器可提高冷却效率,可增加光纤的拉出速度,且不增加光纤拉丝塔的高度。

Description

光纤拉丝塔的冷却器
本发明涉及一种光纤拉丝塔，具体地说，涉及一种光纤拉丝塔的冷却器，可以在涂覆之前快速冷却在熔炉中熔融然后拉成预定直径的光纤。
通常，可通过使用一种光纤拉丝塔对光纤预制棒进行拉丝获得光纤。图1是一个普通的光纤拉丝塔的示意图。该光纤拉丝塔包括一个熔炉12，用于在高温下熔融光纤预制棒10，以便拉出裸光纤14；一个安装在熔炉12下面的直径测量装置16，用于连续测量裸光纤的外径，以便均匀地控制裸光纤的外径；一个位于直径测量装置16下面的冷却装置18，用于把裸光纤14的温度冷却到室温；一个位于冷却装置18下面的涂覆装置20，用于用诸如丙烯酸树脂或硅树脂之类的紫外线固化树脂涂覆裸光纤的表面，以便避免裸光纤14受到外界物质的损害；一个位于涂覆装置20下面的固化装置22，用于固化涂覆光纤24；一个位于固化装置22下面的绞盘26，用于在向下的方向上从光纤预制棒10拉出一根光纤；以及邻接绞盘26的滚筒28，用于缠绕拉出的光纤。
下面将描述一种制备(拉出)涂覆有紫外线固化树脂的光纤的方法。通过光纤预制棒位置控制器(未示出)的位置控制机构，光纤预制棒10被缓慢地供入熔炉12中。此处，光纤预制棒10在熔炉12中被加热到几千摄氏度，通常为2100-2200摄氏度(℃)。结果，可由光纤预制棒10拉出裸光纤14。此处，由绞盘26产生拉力并施加在裸光纤14上。然后，直径测量装置16测量拉出的裸光纤14的外径，以确定直径是否等于预定的直径，比如125微米(μm)，并且把测量的直径值送到直径控制器(未示出)。直径控制器控制绞盘26的转速，使得裸光纤14的直径保持在125微米。然后，绞盘26响应直径控制器的控制转动，以控制裸光纤14上的拉力，从而在向下的方向上拉出裸光纤14。
然后，为了保护被冷却装置18高速冷却的裸光纤14，涂覆装置20用诸如丙烯酸树脂或硅树脂之类的紫外线固化树脂涂覆下落的裸光纤14的表面。然后，涂覆有紫外线固化树脂的光纤24被固化装置22固化，然后，其在绞盘26的拉力的控制下缠绕在滚筒26上。
此外，当光纤预制棒很大时，光纤拉丝塔必须增大。这是因为当光纤预制棒变大时，拉丝速度必须很快。在光纤预制棒经过熔炉熔融并拉出后，对拉出的光纤进行涂覆。此处，在涂覆光纤之前，裸光纤的温度必须降低到预定的温度。通常，刚从熔炉中拉出的裸光纤的温度为2000摄氏度或更高。但是，为了保证在拉出的光纤上进行稳定的涂覆，裸光纤的温度必须冷却到至少40摄氏度或更小(通常冷却到室温)。为此，使用冷却器使裸光纤的温度快速冷却下来。但是，所使用的冷却器并不能充分地冷却裸光纤以跟上快速的拉丝速度。图2示出了图1所示的光纤拉丝塔所采用的一个普通的冷却器。在具有管形状的冷却器中，拉出的光纤由充满氦(He)的管道冷却。
因此，有必要增加光纤拉丝塔的高度，以便相应于光纤的快速拉丝速度而快速冷却裸光纤。但是，增加光纤拉丝塔的高度会增加生产成本，况且效率也不高。
为了解决上述的问题，本发明的一个目的是提供一种光纤拉丝塔的冷却器，可以快速冷却在熔炉中熔融然后拉出的光纤，不会增加常规的光纤拉丝塔的高度，从而可由光纤预制棒快速拉出光纤。
根据本发明的目的的一个方面，提供一种光纤拉丝塔的冷却器，其位于用于熔融光纤预制棒的熔炉的下面，用于冷却由在熔炉中熔融的光纤预制棒拉出的光纤，其中该冷却器包括至少一个热交换器，其安装成预定的长度，可包围从熔炉中拉出的光纤，以便冷却拉出的光纤。
最好，该热交换器是由热电冷却器(TEC)形成的，用于通过一个吸热表面取出电能，并把热量发送到另一发热表面上，并且成管状，其中TEC的吸热表面包围从熔炉中沿拉出方向拉出的预定长度的光纤，拉出的光纤在其通过管状TEC时被冷却。
最好，该冷却器还包括一个安装在TEC的发热表面上的辅助冷却器，用于冷却发出的热量，该辅助冷却器与热交换器接触安装，并且包括一个安设有热交换介质流路的槽；一个与该槽连接的供给管，以通过热交换介质流路提供热交换介质；以及一个用于排出热交换介质的排出管。
根据本发明的目的的另一方面，提供一种光纤拉丝塔的冷却器，其位于用于熔融光纤预制棒的熔炉的下面，用于冷却由在熔炉中熔融的光纤预制棒拉出的光纤，其中该冷却器具有一种形状，其具有两个拉出的光纤可在竖直方向上通过的开口，并且包括两个热电冷却器(TEC)，每个热电冷却器(TEC)具有一个用于取出电能的吸热表面和一个用于发热的发热表面，设置成使两个吸热表面彼此对置，包围拉出的光纤，并且还包括两个置于包围拉出光纤的TEC之间的隔离体。
最好，该冷却器还包括一个安装在对置的TEC的每个发热表面上的辅助冷却器。并且，可在光纤拉出方向上安设至少两个冷却器。最好，每个冷却器还包括一个安装在对置的TEC的每个发热表面上的辅助冷却器，并且，绝热材料置于冷却器之间。
图1是一个普通光纤拉丝塔的示意图；
图2示出了一个在图1所示的光纤拉丝塔中采用的普通冷却器；
图3示出了本发明一个最佳实施例的光纤拉丝塔的冷却器，其采用了一个热电冷却器(TEC)，可使冷却效率加倍；
图4是图3中所示的冷却器的俯视图；
图5示出了TEC的一个实例的结构；
图6示出了进行温度测量的位置a、b和c，以便说明离光纤预制棒的距离与冷却效率之间的关系；
图7是示出图6的位置b处的光纤温度与拉丝速度之间的关系的曲线图；
图8是示出在图6的位置c处的光纤温度与拉丝速度之间的关系的曲线图；以及
图9是说明光纤温度相对于时间t的变化的曲线图，该时间t是光纤从将被拉出光纤的位置a处的光纤预制棒到达位置c所需要的时间。
当电流流经两种彼此接触的不同材料时，由于珀尔贴效应会使温度发生变化。一种基于珀尔贴效应的诸如热泵之类的较小的固态元件被称为“热电冷却器(TEC)”。图5示出了一个TEC的实例，其中p型和n型半导体对被串联设置在两个陶瓷板之间。
本发明的基本思想是制造一种在光纤拉丝塔中采用的使用TEC的冷却器。图3示出了本发明的光纤拉丝塔的冷却器，其采用了TEC，使冷却效率加倍。基本模块包括两个TEC 300、两个杆状体310、以及一个辅助冷却器，该辅助冷却器包括三个与每个TEC 300的发热表面固接的部件320、330和340。图4是图3所示的冷却器的俯视图。图3中所示的冷却器由两个或更多个彼此相连的基本模块以及置于该基本模块之间的绝热材料350构成。此处，通过所采用的基本模块的数目可控制冷却器的高度。
TEC 300是一个热交换器，靠取出通过电源线360的电能产生热量。TEC被安装成可包围从图1所示的熔炉12中拉出的光纤。也就是说，TEC 300被安设成使得其彼此对置的吸热表面处于从熔炉12中拉出的光纤周围。此外，还可以安装上散热片，以增强TEC 300的吸热表面处的冷却效率。
此外，杆状体310用作隔离体，把对置的TEC 300隔开预定的间距。
光纤370竖直通过由两个TEC 300和两个杆状体310围起的空间，在该空间中供入冷却剂以便进一步降低光纤370的温度。冷却剂可以是氦(He)、氩(Ar)或氮(N)。在该实施例中，He或Ar被用作冷却剂。
此处，构成辅助冷却器(采用水冷却系统)的三个部件是一个水槽320，在该水槽中形成热交换介质流路；一个与水槽320相连的供给管340，由于通过热交换介质流路向水槽320供入热交换介质；以及一个排出管330，用于排出热交换介质。但是，在某些情况下可使用诸如油之类的可进行热交换的任何介质。并且，可在水槽320上安上散热片以提高冷却效率。还可使用采用空气冷却系统的辅助冷却器，其中使用风扇供入空气进行冷却。即，辅助冷却器所采用的冷却系统不限于上述本发明的实施例。
绝热材料350防止热量从上部基本模块传到下部基本模块，从而提高冷却器的每个基本模块的冷却效率。本实施例中使用的绝热材料350是聚苯乙烯泡沫塑料。但是，绝热材料不限于具体的材料。
本实施例中描述的冷却器具有六面体形状，使用两个TEC 300和两个杆状体310围住从熔炉中拉出的裸光纤370。最好，使用两个TEC取代两个杆状体310。最好，使用管状TEC形成的冷却器。即，冷却器可被变化为不受限制的各种形状。并且，冷却器所采用的基本模块的数目可以不同。也就是说，在TEC的长度足够跟上拉丝速度来冷却从熔炉中拉出的裸光纤的情况下，冷却器可仅由一个基本模块构成。
图6示出了进行温度测量的位置a、b和c，以说明冷却效率与离光纤预制棒的距离的关系。参考符号a表示光纤预制棒的基线，参考符号b和c分别表示离基线a为100厘米和200厘米的距离的位置。此处，冷却器位于位置b和c之间。此外，TS表示光纤预制棒的温度，T1和T2分别表示在位置b和c处的拉出的光纤的温度。
图7是表示图6的位置b处的拉出的光纤的温度T1与拉丝速度Vf之间的关系的曲线图。图8是表示图6的位置c处的拉出的光纤的温度T2与拉丝速度Vf之间的关系的曲线图。
图9是说明光纤温度相对于时间t的温度变化(log(T1-T2)的曲线图，该时间t是光纤从将被拉出光纤的位置a处的光纤预制棒到达位置c所需要的时间。此处，时间t可通过L/Vf计算，其中位置b和c之间的距离L为200厘米(cm)。在图9的图例中，“He9”、“He6”、“He3”和“He1.5”表示在仅采用TEC的冷却器工作时He作为冷却剂分别以9、6、3和1.5升/分的速率流经冷却器的情况。“Air”表示冷却器不工作及不提供冷却剂的情况，“ONLY He3”表示在冷却器不工作时仅以9升/分的速率提供He的情况，“Ar3”表示在冷却器工作时以3升/分的速率提供Ar的情况。
如上所述，本发明的光纤拉丝塔的冷却器可提高冷却效率。因此，可增加光纤拉丝速度，且不增加光纤拉丝塔的高度。

Claims (13)

1、一种光纤拉丝塔的冷却器，其位于用于熔融光纤预制棒的熔炉的下面，用于冷却由在熔炉中熔融的光纤预制棒拉出的光纤，其中该冷却器包括至少一个热交换器，其安装成预定的长度，可包围从熔炉中拉出的光纤，以便冷却拉出的光纤。
2、按照权利要求1所述的冷却器，其特征在于，该热交换器是由热电冷却器(TEC)形成的，用于通过一个吸热表面取出电能，并把热量发送到另一发热表面上，并且成管状，其中TEC的吸热表面包围从熔炉中沿拉出方向拉出的预定长度的光纤，拉出的光纤在其通过管状TEC时被冷却。
3、按照权利要求2所述的冷却器，其特征在于，还包括一个安装在TEC的发热表面上的辅助冷却器，用于冷却发出的热量。
4、按照权利要求3所述的冷却器，其特征在于，该辅助冷却器与热交换器接触安装，并且包括一个安设有热交换介质流路的槽；一个与该槽连接的供给管，以通过热交换介质流路提供热交换介质；以及一个用于排出热交换介质的排出管。
5、按照权利要求4所述的冷却器，其特征在于，热交换介质是水。
6、按照权利要求2所述的冷却器，其特征在于，冷却剂在包围拉出的光纤的管状TEC中流动。
7、按照权利要求6所述的冷却器，其特征在于，冷却剂是从包括氦(He)、氩(Ar)或氮(N)的组中选择的。
8、一种光纤拉丝塔的冷却器，其位于用于熔融光纤预制棒的熔炉的下面，用于冷却由在熔炉中熔融的光纤预制棒拉出的光纤，其中该冷却器具有一种形状，其具有两个拉出的光纤可在竖直方向上通过的开口，并且包括两个热电冷却器(TEC)，每个热电冷却器(TEC)具有一个用于取出电能的吸热表面和一个用于发热的发热表面，设置成使两个吸热表面彼此对置，包围拉出的光纤，并且还包括两个置于包围拉出光纤的TEC之间的隔离体。
9、按照权利要求8所述的冷却器，其特征在于，还包括一个安装在对置的TEC的每个发热表面上的辅助冷却器。
10、按照权利要求8所述的冷却器，其特征在于，冷却剂在由TEC和隔离体围起的空间中流动。
11、按照权利要求8所述的冷却器，其特征在于，在光纤拉出方向上安设至少两个冷却器。
12、按照权利要求11所述的冷却器，其特征在于，每个冷却器还包括一个安装在对置的TEC的每个发热表面上的辅助冷却器。
13、按照权利要求12所述的冷却器，其特征在于，绝热材料置于冷却器之间。
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