DK168118B1 - Fremgangsmaade og apparatur til afkoeling af en optisk fiber - Google Patents

Description

i DK 168118 B1

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til afkøling af en optisk fiber, når fiberen trækkes fra et opvarmet glasrå-emne, hvor den trukne fiber føres igennem et kølerum, og hvor et gaskølemiddel tilføres omkring fiberen i aksial 5 retning igennem kølerummet.

Ved fremstillingen af optiske fibre, skal en optisk fiber, der trækkes fra et glasråemne (præform) behandles med en primær coating efter opvarmningen, for således at 10 beskytte fiberens overflade og forbedre fiberens trækstyrke. For at afkøle en varm fiber til en passende temperatur før beklædningen, føres fiberen igennem et køleapparatur, i hvilket fiberen bringes i kontakt med et kølemedium, hvorved varmen afgives.

15 US patentskrift nr. 4 388 093 angiver, hvorledes en fiber passerer igennem en kølebeholder, der er fyldt med et kølemiddel på væskeform. Kølemidlet skaber betragtelige forseglingsproblemer, ved den høje hastighed, hvormed 20 fibre trækkes i moderne fibertrækningsprocesser.

SE patentskrift nr. 433 605 angiver, hvorledes en fiber afkøles ved passage gennem et køleapparat, i hvilket et gaskølemiddel, med fordel tør kvælstofgas, blæses imod 25 fiberen gennem en rørformet væg af et porøst materiale.

På den måde fordeles kølemidlet jævnt og fiberen udsættes ikke for ulemper i form af tværgående kræfter. Anvendelsen af denne køleopstilling vanskeliggør en cirkulation af kølemidlet aksialt igennem kølerummet imod fiberens 30 bevægelsesretning, hvilket er fordelagtigt ved varmeover-føringen.

I artiklen "Method for cooling and bubble-free coating of optical fibres at high drawing rates", C. Jochem og I.

35 Van der Ligt, Electronics Letters, 29. August 1985, Vol.

21, No. 18, p. 786, foreslås det, at en fiber afkøles ved at lade denne passere igennem et vandkølet afkølingsrør, DK 168118 B1 2 der er fyldt med helium, der cirkuleres aksialt gennem et kølerum, som dannes af kølerøret. Heliumgassen har en god varmeoverføringskoefficient, hvilket sikrer, at fiberen afkøles tilstrækkeligt, selv under høje fremføringshas-5 tigheder for fiberen. En ulempe er dog, at der kræves store mængder af kostbart helium til udførelse af fiberafkølingsprocessen.

Opfindelsen har til formål at angive en fremgangsmåde til 10 afkøling af optiske fibre, hvor fremgangsmåden ikke har den kendte tekniks ulemper og sikrer opnåelse af en høj køleeffektivitet med en relativ lille gennemstrømning af kølemiddel.

15 Dette formål opnås ifølge opfindelsen ved en fremgangsmåde af den indledningsvis nævnte art, og som udmærker sig ved, at kølemidlet bringes til at strømme omkring fiberen under dannelse af turbulens på mindst ét sted i kølerummet.

20

Opfindelsen bygger på den idé, at kølemidlets turbulens forhindrer en lagdelt gennemstrømning af kølemidlet, hvilket normalt opstår omkring fiberen, der afkøles. Som følge heraf forbedres varmeoverførselskontakten mellem 25 kølemidlet og fiberens overflade. Når kølemidlet strømmer igennem reguleringspunkteme dannes der et tryktab således, at kølerummet opdeles i mindre enheder, i hvilket kølemidlet har overtryk, hvilket forbedrer varmeoverførs-len. Opfindelsen tilvejebringer en høj køleeffektivitet 30 med et mindre forbrug af kølemiddel, uden risiko for, at den aksiale gennemstrømning af kølemidlet skaber en ufordelagtig, lagdelt gennemstrømning omkring fiberen.

Opfindelsen angår også et apparatur til afkøling af én 35 fra et opvarmet glasråemne trukket optisk fiber, inden denne forsynes med en primær belægning, hvilket apparatur omfatter et kølerør med et rørformet kølerum og med hen- DK 168118 B1 3 holdsvis en ind- og en udgangsåbning, der tillader passage af fiberen aksialt gennem kølerummet, samt midler til tilførsel af et gasformigt kølemiddel aksialt gennem kølerummet, hvor apparaturet ifølge opfindelsen udmærker 5 sig ved, at kølerummet har mindst én skillevæg mellem ind- og udgangsåbningen, at skillevæggen har én for fiberen og kølemidlet fælles åbning med en sådan størrelse, at gaskølemidlet strømmer derigennem under dannelse af turbulens.

10

Ifølge opfindelsen har midlerne i kølerøret til opnåelse af turbulens en meget simpel struktur, da skillevæggen, der udgør reguleringspunktet kan være tilvirket som en ringformet plade med en central åbning, hvorigennem fi-15 beren og gaskølemidlet passerer. Antallet af skillevægge og deres indbyrdes afstand i kølerummet vælges ifølge de foreliggende krav i hvert enkelt tilfælde således, at de turbulensdannende punkter forhindrer dannelse af ugunstige lagdelte strømninger omkring fiberen igennem afkø- 20 lingstrinnet.

I et afkølingsapparat, hvor kølerøret er omgivet af en kappe, der definerer en kølevandspassage mellem kappen og kølerøret, kan den ringformede skillevæg, ud over en fæl-25 les åbning for fiberen og kølemidlet, også omfatte et antal gennemstrømningshuller for kølemidlet mellem enhederne, der er opdelt af skillevæggene. Denne type gennemstrømningshuller tilvejebringer et større kontaktareal mellem gaskølemidlet og skillevæggen, der afkøles af 30 kølevandet, hvilket yderligere forbedrer afkølingen af fiberen.

Forsøg udført med køleapparatur ifølge opfindelsen har vist, at gasforbruget kun er 1/15 af gasforbruget for et 35 kølerør uden skilleplader, men med samme køleeffektivitet.

DK 168118 Bl 4

Opfindelsen skal beskrives i det efterfølgende under henvisning til tegningen, hvor: fig. 1 skematisk viser trådtrækningstrinnet for en optisk 5 fiber; fig. 2 skematisk viser driftsprincipperne for et køleapparatur ifølge opfindelsen; og 10 fig· 3 detaljeret viser et aksialt udsnit af en skillevæg i køleapparaturet ifølge opfindelsen.

På fig. 1 ses et glasråemne 1, der opvarmes i en ovn 2 således, at der kontinuerligt kan trækkes en fiber 3 ved 15 hjælp af trækkeorganer 4. En enhed 5 måler fiberens diameter. Efter ovnen 2 passerer fiberen 3 gennem et køleapparat 6 og videre ind i et coating-apparat 7, hvor fiberen beklædes med et primært lag, hvorefter fiberen passerer igennem en størkningsenhed 8.

20 Køleapparatet 6 har et metalkølerør 9, der definerer et kølerum 10, hvorigennem fiberen 3 passerer under afkølingen. En indgangsåbning 11 og en udgangsåbning 12 er hhv. tilvirket i toppen og bunden af kølerøret 9. Ind-25 gangsåbningen 11 og udgangs åbningen 12 er lukket med to pakninger 11a og 12a. Kølerøret 9 har i bunden et indløb 13 og i toppen et afløb 14 for kølemiddel, såsom helium. Kølerøret er omgivet af en kappe 15, således at der defineres en kølevandspassage 16 mellem kappen 15 og røret 9.

30 Der tilføres vand gennem et vandindløb 17, mens vandet forlader kølevandspassagen 16 gennem et vandafløb 18.

Et antal tværgående, ringformede skilleplader 19 er anbragt i kølerøret 9 med en indbyrdes aksial afstand.

35 Hver skilleplade har en central åbning 20 og et antal parallelle gennemstrømningshuller 21. Åbningerne i skillepladerne 19 er anbragt koncentrisk med hinanden og med DK 168118 B1 5 fiberens indgangs- og udgangsåbning hhv. 11 og 12.

En kølegas A strømmer opad i kølerummet 10, hvorigennem fiberen 3 passerer ved høj hastighed. Åbningerne 20 i skillepladerne 19 er dimensioneret således, at kølegassen under turbulens strømmer igennem åbningerne fra en enhed 22 til naboenheden 23, der er adskilt af skillepladen 19, hvilket ses på fig. 3. Kølegassens turbulens B nedbryder effektivt enhver lagdeling af kølegasstrømmen, hvilket ellers kunne opstå omkring fiberen. Dette forbedrer var-meoverførslen mellem kølegassen og fiberen, selv med en lille strømning af kølegas, hvorved gasforbruget reduceres. En del af kølegassen strømmer gennem gennemstrømningshullerne 21 i skillepladerne 19, hvilket forøger kontaktarealet mellem kølegassen og kølevandspassagen 16.

Skillepladerne 19 introducerer tryktab i gennemstrømningen af kølegas, hvilket øger trykforskellen mellem kølegassens indløb 13 og afløb 14, hvorved varmevekslingskapaciteten af kølegassen i kølerøret forøges.

Hvis den anvendte kølegas kan frigives til omgivelserne, kan pakningen 11a og afløbet 14 udelades, hvorved kølegassen udledes til omgivelserne gennem fiberindgangsåbningen 11.

Claims (9)

1. Fremgangsmåde til afkøling af en optisk fiber (3), der 5 trækkes fra et opvarmet glasråemne (1), hvor den trukne fiber (3) føres igennem et kølerum (10), og hvor et gasformigt kølemiddel (A) føres omkring fiberen (3) i aksial retning gennem kølerummet (10), kendetegnet ved, at kølemidlet (A) bringes til at strømme omkring fi-10 beren (3) under dannelse af turbulens (B) på mindst ét sted i kølerummet (10).

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at kølemidlet (A) og fiberen (3) bringes til at pas- 15 sere igennem et reguleringspunkt (20) for strømningen i kølerummet (10).

3. Fremgangsmåde ifølge krav 2, kendetegnet ved, at gaskølemidlet (A) føres gennem kølerummet (10) i 20 modsat retning af fremføringsretningen for fiberen (3).

4. Apparatur til afkøling af én fra et opvarmet glasråemne (1) trukket optisk fiber (3), inden denne forsynes med en primær belægning, hvilket apparatur omfatter et 25 kølerør (9) med et rørformet kølerum (10) og med hhv. en indgangsåbning (11) og en udgangsåbning (12), der tillader passage af fiberen (3) aksialt igennem kølerummet (10), samt midler (11, 13, 14) til tilførsel af et gasformigt kølemiddel (A), aksialt gennem kølerummet (10), 30 kendetegnet ved, at kølerummet (10) har mindst én skillevæg (19) mellem indgangsåbningen (11) og udgangsåbningen (12), at skillevæggen (19) har én for fiberen (3) og kølemidlet (A) fælles åbning (20) med en sådan størrelse, at gaskølemidlet (A) strømmer derigennem under 35 dannelse af turbulens.

5. Apparat ifølge krav 4, kendetegnet ved, at DK 168118 B1 7 kølerummet (10) har flere skillevægge (19), der er anbragt med indbyrdes aksial afstand, og at hver skillevæg (19) har en separat åbning (20) anbragt koncentrisk med andre åbninger (21) og med indgangsåbningen (11) og udgangsåbningen (12).

6. Apparat ifølge krav 4 eller 5, med et kølerør (9), én for dette omgivende kappe (15), og en derimellem defineret kølevandspassage (16), kendetegnet ved, at skillevæggen (19) består af en ringformet skilleplade, der er fastgjort til kølerøret (9) og som deler kølerummet (10) op i separate enheder (22, 23).

7. Apparat ifølge krav 6, kendetegnet ved, at den ringformede skilleplade (19), foruden en åbning (20) til fiberen har et antal gennemstrømningshuller (21) for kølemidlet (A).

8. Apparat ifølge krav 4 eller 5, kendetegnet ved, at et tilløb og et afløb (13, 14) for kølemidlet (A) er anbragt i kølerøret (9), således at kølemidlet (A) strømmer gennem åbningen (20) imod fiberens fremføringsretning .

9. Apparat ifølge krav 4 eller 5, kendetegnet ved, at fiber indgangsåbningen (11) tjener som afløb for kølemidlet (A).