CN218879739U - 一种低成本光纤冷却装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种低成本光纤冷却装置，属于光纤制造技术领域。包括洁净柜，洁净柜内腔设有冷却管组件，所述冷却管组件具有供以光纤连续通过的穿行通道；所述冷却管组件具有氮气通道，所述氮气通道的出口与穿行通道贯通，进口与氮气供给机构连接，所述氮气供给机构内的氮气经氮气通道进入穿行通道对光纤进行冷却，氮气随光纤在穿行通道内流动并流出穿行通道汇聚到洁净柜内腔；所述洁净柜一侧面设有抽风管路，相对另一侧面设有送风管路，所述送风管路和抽风管路对称布置且分别与洁净柜内腔贯通。本申请将低温氮气作为冷却气体，降低了气体成本；营造了良好的热交换环境，提高了冷却效率。

Description

一种低成本光纤冷却装置

技术领域

本实用新型涉及一种低成本光纤冷却装置，属于光纤制造技术领域。

背景技术

光纤的冷却一直是石英光纤生产过程中重要的一个环节，光纤从拉丝炉中出来后到达涂覆模具时的温度还高达几百度，而覆盖在光纤外侧的涂料的粘附性会受到光纤表面温度的影响，光纤温度过高就容易导致涂料无法顺利的覆盖在光纤表面，造成涂覆直径偏小无法达到行业标准。此外，光纤在冷却过程中的内部应力无法释放，直接涂覆会严重影响光纤的强度。为了确保光纤有一个良好的涂覆效果和优异的光纤性能，需要对光纤进行合理的冷却。

在光纤涂覆涂料之前，行业内一般都是使用氦气作为介质，在通冷却水(或其它冷媒)的冷却管中将玻璃光纤冷却到100摄氏度以下。氦气作为稀有气体性质较为稳定，导热系数为0.144W/(m·K)，传热性能优异，很适合用来给高速拉丝的光纤降温，但其市场价格十分昂贵，并且价格还在不断升高，使用氦气冷却光纤将会使光纤的生产成本越来越高。

除氦气外，氢气的导热系数为0.163W/(m·K)，与氦气接近，传热性能也极为优秀，并且氢气的价格低廉，但是氢气作为一种易燃易爆气体，存在安全隐患，需要做冷却用氢气的回收工作，以远离氢气引发爆炸的体积范围，因此制作氢气冷却系统不但危险而且繁琐。

其余气体中，氖气0.0455W/(m·K)和甲烷0.03W/(m·K)虽然导热系数优于空气0.0233W/(m·K)，但难以获取并且易产生氧化反应存在危险隐患，不适合用作冷却介质。氮气导热系数0.0228W/(m·K)与空气接近，但其比热容1.038kJ/(kg*K)稍大于空气1.003kJ/(kg*K)，因此，单位体积氮气吸收的热量要略优于空气，氮气虽然导热效率与氦气相差较大，但价格非常经济，只要通过合理的优化冷却工艺及冷却系统结构，能够最大幅度的提升氮气冷却效率，不失为一种可以替代氦气作为冷却介质的优秀气体。

传统的光纤冷却管，通常都是使用一根长管的结构，通常会在冷却管的上下两端安装上阀门，将氦气憋在管中对光纤进行冷却，光纤通过热交换将热能传给氦气，氦气再将热能传给带有水冷系统的冷却管，然而这种方式给光纤散热效果不是很好，因为吸收了光纤热量的氦气很难再与冷却管进行热交换，而高温氦气被阀门封在冷却管中不容易流通，反而降低了氦气与光纤之间的温度差，极大的降低了热传导，导致冷却效率低下，因此优化冷却结构，最大限度的发挥冷却气体传热性能是非常有必要的。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种低成本光纤冷却装置，不仅能够为光纤提供冷却环境，进而对光纤进行冷却，使得光纤顺利完成涂覆，而且能够降低气体成本、提高冷却效率。

本实用新型解决上述问题所采用的技术方案为：一种低成本光纤冷却装置，包括洁净柜，所述洁净柜的内腔作为冷却室，光纤连续通过洁净柜的内腔，洁净柜的内腔设有冷却管组件，所述冷却管组件具有供以光纤连续通过的穿行通道；所述冷却管组件具有氮气通道，所述氮气通道的出口与所述穿行通道贯通，进口与氮气供给机构连接，所述氮气供给机构内的氮气经氮气通道进入穿行通道对光纤进行冷却，氮气随光纤在穿行通道内流动并最终流出穿行通道汇聚到洁净柜的内腔；所述洁净柜一侧面设有抽风管路，相对的另一侧面设有送风管路，所述送风管路和抽风管路对称布置且分别与洁净柜的内腔贯通用于洁净柜内腔排风以实时维持温度。

所述冷却管组件包括多段冷却管，多段所述冷却管沿着光纤穿行路径依次间隔布置；任一所述冷却管中心分别具有所述穿行通道；所述冷却管具有围绕穿行通道的冷却壁，冷却壁上对称设置冷却水腔；相邻的两冷却管的冷却水腔通过连接水管连通，多段所述冷却管的冷却水腔串联形成冷却水通道；所述冷却水通道接入外部水冷循环系统构成对穿行通道的循环水冷。

所述冷却管的数量为5～7根，所述送风管路数量、抽风管路数量分别与冷却管数量相匹配；相对设置的一对所述送风管路、抽风管路分别设于相邻两冷却管之间。

任一所述冷却管顶端分别设有开合式阀门，所述阀门上设有预留孔。

任一所述冷却管上端对称穿设水平布置的氮气支管，所述氮气通道为氮气支管内腔。

所述氮气支管与冷却管顶端之间的距离为3～5mm。

所述洁净柜顶端和底端分别开设光纤孔，所述洁净柜侧面设有移门。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：一种低成本光纤冷却装置，将低温氮气作为冷却气体，降低了气体成本；低温氮气对穿行通道内的光纤进行冷却，低温氮气经抽风管路流出洁净柜，且洁净风经送风管路流入洁净柜，维持了洁净柜内腔的温度，营造了良好的热交换环境，充分发挥了气体的导热性能，提高了冷却效率。

附图说明

图1为本实用新型实施例一种低成本光纤冷却装置的示意图；

图2为图1中冷却管的剖视图；

图中1光纤、2氮气供给机构、3冷却管、3.1穿行通道、3.2冷却水腔、3.3氮气支管、4抽风管路、5送风管路、6洁净柜、7连接水管。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。

如图1、2所示，本实施例中的一种低成本光纤冷却装置，包括洁净柜6，洁净柜6的内腔作为冷却室，光纤1连续通过洁净柜6的内腔，洁净柜6的内腔设有冷却管组件，冷却管组件具有供以光纤连续通过的穿行通道3.1。冷却管组件具有氮气通道，氮气通道的出口与穿行通道3.1贯通，氮气通道的进口与氮气供给机构2连接，氮气供给机构2内的低温氮气经氮气通道进入穿行通道3.1，对光纤1进行冷却，氮气随光纤在穿行通道内流动，并最终从氮气通道底部流出而汇聚至洁净柜6的内腔。洁净柜6一侧面设有抽风管路4，相对的另一侧面设有送风管路5，送风管路5和抽风管路4对称布置，且分别与洁净柜6内腔相贯通，汇聚于洁净柜6内腔的氮气经抽风管路4抽出洁净柜6；洁净风经送风管路5流入洁净柜6内腔，进而实时维持洁净柜内的温度，使得洁净柜内的温度为恒定温度。

冷却管组件包括多段冷却管3，多段冷却管3沿着光纤穿行路径依次间隔布置，相邻冷却管3之间间距为40～50mm。任一冷却管3的长度为1mm。任一冷却管3中心分别具有上下贯通的穿行通道3.1，穿行通道3.1供光纤穿过。冷却管3具有围绕穿行通道的冷却壁，冷却壁上对称开设竖向布置的冷却孔，形成冷却水腔3.2。上下相邻的两冷却水腔3.2均通过连接水管7连通，多段冷却水腔3.2相串联形成冷却水通道。底端的冷却水腔3.2与水冷循环系统连接。水冷循环系统流出的水流入底端的冷却水腔3.2，而后冷却水经连接水管7依次流入各个冷却水腔3.2，对冷却管3进行冷却并维持在一定的温度，构成对穿行通道的循环水冷。

任一冷却管上端分别对称穿设水平布置的氮气支管3.3，氮气支管3.3内腔作为氮气通道。氮气经氮气支管3.3流入穿行通道3.1，对各段穿行通道内的光纤进行冷却。

冷却水的水温处于20℃。

上述冷却管的数量为5～7根。送风管路数量、抽风管路数量与冷却管数量相匹配，且相对设置的一对送风管路、抽风管路对称设于相邻两冷却管之间。

洁净柜呈封闭状态。洁净柜顶端和底端分别开设光纤孔，洁净柜侧面设有移门，便于光纤操作，在引光纤坠头时，可以打开移门，而在光纤稳定拉丝时，可以关闭移门以维持洁净柜内气流稳定。

氮气支管与冷却管顶端之间的距离为3～5mm。穿行通道的内径为1.5～2cm。

任一冷却管顶端分别装有开合式的阀门，阀门上设有预留孔，直径为3mm。在前期光纤做坠头通过冷却管时，阀门处于打开状态；而在光纤拉丝时，阀门处于闭合状态，光纤经光纤孔通过。

一种低成本光纤冷却方法，包括如下步骤：

步骤一：初始状态，洁净柜呈封闭状态，光纤做坠头时，打开移门，各个阀门处于打开状态。

步骤二：石墨炉出来的光纤依次穿过阀门的预留孔、洁净柜顶部的光纤孔、各段冷却管的穿行通道，氮气供给机构分别提供低温的氮气，氮气经氮气支管流至穿行通道内，对光纤进行冷却。

步骤三：关闭任一段冷却管顶部的阀门，且关闭洁净柜的移门。步骤四：冷却后的光纤经洁净柜底部的光纤孔引出，氮气随光纤在穿行通道内流动并最终经穿行通道底部流出而汇聚到洁净柜的内腔。

步骤五：抽风管路将洁净柜内腔汇集的氮气抽离，并通过送风管路为洁净柜送风，进而维持洁净柜内腔的温度。

氮气的温度为10～15℃，氮气流量为5-10L/min。

随着光纤拉丝速度的提升，可以适当增加冷却管根数、氮气流量，并降低氮气温度，以保证光纤冷却效率。不同的光纤拉丝速度所对应的冷却工艺配置如表1所示。

表1

光纤速度(m/min)	1600	1800	2000	2200	2400
						冷却管数量(根)	5	5	6	6	6
氮气温度(℃)	15	15	15	10	10
						氮气流量(L/min)	5	7	7	4	8

本申请将低温氮气作为冷却气体，降低了气体成本；低温氮气对穿行通道内的光纤进行冷却，低温氮气经抽风管路流出洁净柜，且洁净风经送风管路流入洁净柜，维持了洁净柜内腔的温度，营造了良好的热交换环境，充分发挥了气体的导热性能，提高了冷却效率。

除上述实施例外，本实用新型还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种低成本光纤冷却装置，其特征在于：包括洁净柜，所述洁净柜的内腔作为冷却室，光纤连续通过所述洁净柜的内腔，所述洁净柜的内腔设有冷却管组件，所述冷却管组件具有供以光纤连续通过的穿行通道；所述冷却管组件具有氮气通道，所述氮气通道的出口与所述穿行通道贯通，进口与氮气供给机构连接，所述氮气供给机构内的氮气经氮气通道进入穿行通道对光纤进行冷却，氮气随光纤在穿行通道内流动并最终流出穿行通道汇聚到洁净柜的内腔；所述洁净柜一侧面设有抽风管路，相对的另一侧面设有送风管路，所述送风管路和抽风管路对称布置且分别与洁净柜的内腔贯通用于内腔排风以实时维持温度。

2.根据权利要求1所述的一种低成本光纤冷却装置，其特征在于：所述冷却管组件包括多段冷却管，多段所述冷却管沿着光纤穿行路径依次间隔布置；任一所述冷却管中心分别具有所述穿行通道；所述冷却管具有围绕穿行通道的冷却壁，所述冷却壁上对称设置冷却水腔；相邻的两所述冷却管的冷却水腔通过连接水管连通，多段所述冷却管的冷却水腔串联形成冷却水通道；所述冷却水通道接入外部水冷循环系统构成对穿行通道的循环水冷。

3.根据权利要求2所述的一种低成本光纤冷却装置，其特征在于：所述冷却管的数量为5～7根，所述送风管路数量、抽风管路数量分别与冷却管数量相匹配；相对设置的一对所述送风管路、抽风管路分别设于相邻两冷却管之间。

4.根据权利要求2所述的一种低成本光纤冷却装置，其特征在于：任一所述冷却管顶端分别设有开合式阀门，所述阀门上设有预留孔。

5.根据权利要求2所述的一种低成本光纤冷却装置，其特征在于：任一所述冷却管上端对称穿设水平布置的氮气支管，所述氮气通道为氮气支管内腔。

6.根据权利要求5所述的一种低成本光纤冷却装置，其特征在于：所述氮气支管与冷却管顶端之间的距离为3～5mm。

7.根据权利要求1所述的一种低成本光纤冷却装置，其特征在于：所述洁净柜顶端和底端分别开设光纤孔，所述洁净柜侧面设有移门。

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