CN1338441A - 光纤的多室冷却装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种降低光纤温度的方法和装置,其中一个壳体有多个内冷却室,这些内冷却室被多个分隔壁互相分隔。一个轴向通过孔穿过每个内冷却室,从壳体的上端延伸到壳体的下端,使一根光纤轴向通过。多个与内冷却室对应的注气孔设在壳体的一个侧壁中,用于把气体注入到内冷却室中。多个冷却管从壳体的上端到下端穿过每个内冷却室。冷却管分布在注气孔与轴向通过孔之间,使通过注气孔注入到内冷却室中的气体不会直接吹到光纤上。

Description

光纤的多室冷却装置及方法
技术领域
本发明涉及一种降低光纤温度的方法和装置。特别是，本发明还涉及一种包括多个分开的内冷却室的光纤冷却装置，多个制冷管通过这些冷却室，形成很大的热交换面积。
背景技术
当高速拉制一条光纤时，光纤的迅速冷却对在纤维上形成很好的涂层并使纤维达到很好的光学质量是很重要的。特别是如果在涂层的过程中光纤的温度升高，则涂层的直径下降，涂层纤维的直径控制降低，并且增加了涂层的不稳定性(如失去涂层、结块、颈缩等)。另外，为了提高生产率并降低生产成本，也需要光纤的高速拉制。
为了生产光纤，光纤基础材料在用炉子加热时拉制成丝。然后拉制的光纤通过一个冷却装置，以降低纤维的温度，然后再用一层保护树脂给光纤涂层。但是，拉制光纤的速度受光纤冷却速度的限制。即提高光纤的拉制速度时，由于光纤的温度升高，冷却装置的冷却能力也必须提高。
普通的冷却装置一般包括一个外壳，外壳有一个装有气体介质(如空气或氦)的内室，气体介质用于在光纤通过内室时冷却光纤。另外，外壳可以包括一些有制冷液流过的管子。这些管子用于冷却充填冷却管的内室的气体介质，以带走来自光纤的热。但是普通的冷却装置一般需要大量的导热流体，并且装置很长，因此在一个拉制塔中需要大量的空间。另外，普通冷却装置光纤通过的开口或孔眼很小，以致纤维的震动可能会造成纤维与热传导装置的侧边接触。
美国专利US5568728公开了一种包括一个轴向通过孔的丝冷却器，轴向通过孔穿过多个连续的半球形内井或内室。如图4所示，铜管14-17是为了携带降低四个铝条18-20温度的冷却水，这些铝条用螺栓固定在铜管的周围，形成丝冷却器的壳体。也就是说，铜管14-17位于半球井29的外面，因此半球井29的壁被冷却，而不是直接冷却氦气更。氦气沿切线方向注入球形室或从球形室抽出，以诱发气流的环流或涡流。但是，气流的扰动可能造成光纤的震动或横向移动，使光纤可能接触它所通过的轴向通过孔的壁，因此损坏光纤。
由于普通冷却装置的缺点，本发明的一个目的是提供一种具有更大的导热面积并减少导热流体消耗的光纤冷却装置。
本发明的另一个目的是提供一种光纤冷却装置，这种装置能够减少由于光纤与冷却装置的内壁接触而被损坏的危险。
本发明还有一个目的是提供一种长度较短的光纤冷却装置，以节省拉制塔中的空间，并且能够高速拉制。
发明概述
本发明能够达到上述目的。在完成这些目的时，本发明提供一种包括多个内室的光纤冷却装置，光纤依次穿过这些内室。
根据本发明，冷却装置包括一个有多个内冷却室的壳体，内冷却室被多个分隔壁互相分开。一个轴向通过孔穿过每个内冷却室从壳体的上端延伸到壳体的下端，用于使光纤轴向通过。壳体的侧壁上有多个与内冷却室对应的注气孔，用于把气体注入到内冷却室中。多个冷却管穿过每个内冷却室，从壳体的上端延伸到下端，冷却液在冷却管中循环。冷却管分布在注气孔与轴向通过孔之间，使通过注气孔注入到内冷却室内的气体不会直接吹到光纤上。换句话说，当气体喷射到内冷却室中时，冷却管阻挡气流破，防止气体直接吹到光纤上。因此防止光纤的震动，从而可以使用更小的通过孔。
现在参照附图描述本发明的上述和其它特征。应该知道，作为本发明实施例的光纤冷却的特殊装置和方法仅作为示例示出，而不是本发明的限制。本发明的原理和特征可以用于许多不同的实施例，而不超出本发明的范围。
附图说明
参照下面的详细描述、权利要求和附图可以更好地理解本发明的特征和优点，附图如下：
图1为本发明的光纤冷却装置的平面图；
图2为本发明光纤冷却装置的示意图；
图3为沿图1中A-A’线的光纤冷却装置的剖面图。
优选实施例的描述
参照图1和图2，一根拉制好的光纤40垂直提供给一个包括两个铰链连接的半外壳1和2的冷却装置10，两个半外壳在光纤冷却作业的过程中保持在一个关闭位置。半壳在关闭位置形成一个壳体20，壳体有三个串联的内冷却室22、24、26、一个上端部分18、一个下端部分19和多个侧壁17。一个轴向通过孔15从壳体20的上端部分18延伸到壳体20的下端部分19，光纤40上在端部分18进入冷却管，在下端部分19从冷却管出来。轴向通过孔15从壳体的上端部分18通向三个串联内冷却室22、24、26的第一个内冷却室22。内冷却室22、24、26被一种绝缘材料(如特氟隆)形成的分隔壁12互相分开。每个分隔壁12有一个与轴向通过孔15对应的中心开口30，从而可以使光纤40依次穿过每个内冷却室22、24、26。
每个内冷却室被一种气体介质充填，气体介质通过与每个内冷却室22、24、26对应的注气孔50注入。在优选实施例中用氦作为气体介质，因为它的导热系数高，但也可以使用空气或其它气体。在通过注气孔50注入到内冷却室22、24、26中以前，可以把氦气冷却到一个预先确定的温度。
参照图1和图3，内冷却室22、24、26中的氦气被22根铜管16(即形成壳体20的两个半壳1、2中的每一个有11根铜管16)冷却，一种沿管线4循环的冷却液流经这些铜管。也就是氦气把热能从光纤40传导到铜管16的外壁。尽管该实施例使用了22根铜管，也可以使用任何数量的铜管，目标是得到最大的冷却效果(即在内冷却室22、24、26具有的空间内使用最多的铜管16)。铜管16安装在壳体20内，并且从壳体20的上端18延伸到下端19，使铜管16在冷却装置的整个高度上。在优选实施例中，比例为1∶1的水和乙二醇的制冷混合物在铜管16中循环，以带走来自氦气的热。在进入冷却装置10以前，通过一个制冷冷却装置(未示出)将水和乙二醇的混合物冷却到一个预先确定的温度，在优选实施例中为摄氏零度，该装置使制冷混合物在铜管16中循环。使用大量的铜管16(例如22根)提供了更大的热交换面积。在铜管16中循环的制冷混合物的低温与大量的铜管16提供的巨大热交换面积相结合导致传导(制冷)流体的消耗比普通的冷却装置少。分隔壁12通过在壳体20的长度上保持铜管16的强度为铜管16提供了结构稳定性。
如图1和图3所示，铜管16位于将氦气注入到每个内室22、24、26中的注气孔50与光纤40穿过的轴向通过孔15之间。更特殊的是，管子16的位置使注气孔50到轴向通过孔15之间不能成为一条直线。从而防止光纤从内冷却室通过时气体介质直接吹到光纤上。因此大大减小光纤40的震动，使轴向通过孔的直径能比普通的冷却装置小。另外，轴向通过孔15的直径更小使光纤40穿过内冷却室22、24、26之间的分隔壁12时光纤40周围的氦气剥离，从而使消耗单位冷却气的冷却效率最大。
在优选实施例中，壳体的侧壁17由铝制成，而上、下端部分18和19由黄铜制成。绝缘板14分布在壳体的侧壁与壳体20的上、下端部分18和19之间。绝缘板14与绝缘的分隔壁12一起通过防止冷却装置10的冷部件与框架(即侧壁17和上、下端部分)之间的直接接触帮助防止在壳体20的外表面形成冷凝水。另外，可以在冷却装置10的侧壁17和上、下端部分上设置绝缘(未示出)，如绝缘带，防止形成冷凝水。同样，应防止光纤通过冷却装置10时有水滴到光纤40上。
操作时，通过注气管50同时将氦气注入到每个内冷却室22、24、26中，同时冷却液在铜管16中循环，使氦气冷却。从光纤毛坯(未示出)抽出的光纤40通过壳体20上端部分18的轴向通过孔15进入冷却装置10。当光纤40穿过第一内冷却室22时，第一冷却室22中的氦气从光纤40吸收热量，从而降低光纤40的温度。换句话说，注入到内冷却室22、24、26中的氦气把热从光纤40抽向铜管16。当光纤穿过分隔壁12通向第二内冷却室时，光纤40周围的氦气被除去，产生更大的热交换。同样，光纤40穿过第二和第三内冷却室24和26时，第二和第三内冷却室24和26中的氦气从光纤40吸收热量。由于光纤40在穿过每个内冷却室22、24、26时被依次冷却，因为光纤40的温度在进入第二内冷却室24之前被第一内冷却室22降低，因此第一内冷却室22中的氦气将比第二内冷却室24中的氦气热。同样，由于光纤40的温度在进入第三内冷却室26之前被第一和第二内冷却室22和24降低，则第二内冷却室24中的氦气比第三内冷却室26中的氦气热。换句话说，由于进入第一内冷却室22时的光纤是最热的，因此第一内冷却室22中的氦气吸收的热比第二内冷却室24中的氦气多。因此，当光纤40穿过每个内冷却室22、24、26时，其温度依次下降。
为了起动用冷却装置10冷却光纤40的操作，在关闭形成壳体20的两个半壳1和2之前必须正确地调整壳体20的轴向通过孔15和光纤。开始时，将光纤40的拉制速度增加到一个预先确定的速度，在这个速度点上，冷却装置10的一个半壳1关闭，并且将关闭的半壳1与轴向通过孔15对应的部分与光纤对齐。然后增加光纤的速度和张力。需要指出的是，光纤40的拉制速度和张力有一个线性关系，即拉制速度增加时张力也增加。当拉制速度达到第二个预先确定的水平时，另一个半壳2关闭。在等待光纤40的拉制速度达到第二个预先确定的水平时，保证光纤在合适张力以下也是可以的，以便保持光纤40的强度，并防止震动。然后通过注气孔50把氦气注入到每个内冷却室22、24、26中，并且使冷却液在铜管16中循环，以便开始冷却作业。
尽管已经描述了本发明的一些优选实施例，但这并不意味着本发明局限于上面的描述。例如，尽管优选实施例描述为有三个内冷却室的壳体，但仍可通过在壳体内增加补充的分隔壁来使用补充的内冷却室。另外，本发明的冷却装置和方法可以用于有涂层和无涂层的光纤。

Claims (13)

1.光纤的冷却装置，它包括：
一个壳体，包括：多个内冷却室，多个把气体注入到每个内冷却室的注气孔，和一个使要冷却的光纤轴向通过的轴向通过孔，所述轴向通过孔穿过每个内冷却室；
多个冷却管，一种冷却液在这些冷却管中流动，以便从所述内冷却室中带走热量，所述冷却管穿过每个内冷却室，并且分布在所述注气孔和所述轴向通过孔之间，使通过注气孔注入到内冷却室中的气体不会直接吹到所述光纤上。
2.如权利要求1所述的光纤冷却装置，其特征在于，所述壳体还包括多个插在邻近内冷却室之间的分隔壁，使所述内冷却室互相分开，所述轴向通过孔和所述冷却管穿过每个分隔壁。
3.如权利要求1所述的光纤冷却装置，其特征在于，所述壳体包括两个铰链连接的半壳，它们关闭在一起形成所述壳体。
4.如权利要求2所述的光纤冷却装置，其特征在于，所述板墙由一种绝缘材料制成。
5.如权利要求1所述的光纤冷却装置，其特征在于，在所述冷却管中流动的冷却液包括一种水和乙二醇的混合物。
6.如权利要求1所述的光纤冷却装置，其特征在于，水和乙二醇的混合物冷却到摄氏零度。
7.如权利要求1所述的光纤冷却装置，其特征在于，通过所述注气孔注入到每个内冷却室中的所述气体是氦。
8.如权利要求1所述的光纤冷却装置，其特征在于，所述壳体包括，多个侧壁，所述注气孔位于其中、一个上端部分和一个下端部分，和多个分布在所述侧壁与上、下端部分之间的绝缘板，所述光纤通过上端部分进入所述轴向通过孔，并通过下端部分从所述轴向通过孔出来。
9.如权利要求8所述的光纤冷却装置，其特征在于，壳体的侧壁的外表面和上、下端部分覆盖一种绝缘材料。
10.一种光纤冷却装置，它包括：
一个壳体，包括：多个内冷却室，多个把气体注入到每个内冷却室的注气孔，和一个使要冷却的光纤轴向通过的轴向通过孔，所述轴向通过孔穿过每个内冷却室；
多个冷却管，一种冷却液在这些冷却管中流动，以便从所述内冷却室中带走热量，所述冷却管穿过每个内冷却室，并且分布在所述注气孔和所述轴向通过孔之间，使通过注气孔注入到内冷却室中的气体被冷却管阻挡，防止气体直接吹到所述光纤上。
11.如权利要求10所述的光纤冷却装置，其特征在于，所述壳体还包括多个插在邻近内冷却室之间的分隔壁，使所述内冷却室互相分开，所述轴向通过孔和所述冷却管穿过每个分隔壁。
12.用一种冷却装置冷却光纤的方法，所述冷却装置包括一个壳体，壳体包括多个内冷却室、一个穿过每个内冷却室使光纤通过的轴向通过孔、多个注气孔和多个穿过所述内冷却室使一种冷却液在其中流动的管子；该方法包括通过轴向孔将光纤依次穿过所述内室，同时把气体注入到所述室中，管子分布在注气孔与轴向通过孔之间，使通过注入孔注入到内冷却室中的气体吹到管子上，而不直接吹到光纤上。
13.如权利要求12所述的光纤冷却方法，它还包括使冷却液在所述管子中流动，并且气体把热能从光纤的热能传递给所述管子，以降低所述光纤的温度。
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