JP5731970B2 - 冷却剤の再循環の制御のための装置および方法 - Google Patents

Description

関連出願の説明

本出願は、その内容が依拠されここにその全てが引用される、「冷却剤の再循環の制御のための装置および方法」と題する、２００８年５月２２日に出願された米国非仮特許出願第１２／１５４３５９号の恩恵とそれに優先権を主張するものである。

本発明は、広く、冷却ガスの回収システムに関し、特に、光ファイバの冷却に関連するヘリウム回収システムに関する。

光ファイバの製造において、ガラス棒材またはプリフォームが光ファイバ線引きシステムにおいて加工される。典型的に、光ファイバ線引きおよび被覆システムは、線引き炉、熱交換器、被覆塗布機、硬化装置、およびスプールを備えている。最初に、ガラス棒材またはプリフォームを線引き炉内で溶融してファイバを作製する。このファイバは、熱交換器を通過するときに冷却される。熱交換器により冷却されたファイバを被覆塗布機内において一次被覆で被覆し、この被覆を一次硬化装置内で硬化させる。次いで、典型的に、被覆されたファイバを被覆塗布機内において二次被覆で被覆し、この被覆を二次硬化装置内で硬化させる。次いで、ファイバをスプールに巻き付ける。

熱交換器内での冷却速度を増加させるために、熱伝導率の高い冷却ガスを使用することがしばしば望ましい。そのようなガスの１つはヘリウムである。ヘリウムは比較的高価なガスである。その上、ヘリウムは、希ガスとして、非反応性である。これらの理由のために、例えば、特許文献１および２に開示されているような光ファイバ冷却システム内で使用したヘリウムを再循環させる試みが行われてきた。

米国特許第５３７７４９１号明細書 米国特許第５４５２５８３号明細書

熱交換器内で光ファイバを冷却するときに、ファイバを特定の温度範囲内で冷却することが一般に望ましい。ファイバを特定の温度範囲内に冷却することに対する主な理論的根拠は、熱交換器から出たファイバが熱すぎたり冷たすぎたりすると、不可能ではないにせよ、光ファイバの被覆が難しくなる（被覆の粘度への光ファイバの温度の影響により）ことである。ファイバが、被覆が適切に行える温度まで冷却された状況でさえも、被覆塗布機の出力利用率(power usage)および／または熱交換器内での冷却剤の使用が過剰であり得る。それゆえ、光ファイバを冷却し被覆するための改良されたシステムおよび方法が引き続き必要とされている。

本発明のある態様は、光ファイバを冷却し被覆する方法を含む。この方法は、光ファイバを少なくとも１つの熱交換器に通す工程を含む。この熱交換器は、光ファイバをその熱交換器に通過させるための通路、冷却ガスをこの通路に通すための少なくとも１つの入口、および冷却ガスをこの通路から除去するための少なくとも１つの出口を備えている。この方法は、冷却ガスを少なくとも１つの入口に送り込み少なくとも１つの出口から排出させる工程も含む。その上、この方法は、光ファイバを少なくとも１つの被覆塗布機に通過させることによって、光ファイバに少なくとも一次被覆を塗布する工程を含む。この方法はさらに、冷却ガスの熱伝導率、冷却ガスの粘度、一次被覆の直径、および少なくとも１つの被覆塗布機の出力利用率からなる群より選択される少なくとも１つのパラメータを測定する工程を含む。その上、この方法は、少なくとも１つのパラメータの関数として、少なくとも１つの入口を通過する冷却ガスの量を調節する工程を含む。

別の態様において、本発明は、光ファイバの冷却および被覆システムを含む。この光ファイバの冷却および被覆システムは、少なくとも１つの熱交換器を備えている。この熱交換器は、光ファイバを熱交換器に通過させるための通路、冷却ガスをこの通路に通すための少なくとも１つの入口、および冷却ガスをこの通路から除去するための少なくとも１つの出口を備えている。この光ファイバの冷却および被覆システムは、冷却ガスを少なくとも１つの入口に送り込み少なくとも１つの出口から排出させる少なくとも１つのポンプも備えている。その上、この光ファイバの冷却および被覆システムは、光ファイバが熱交換器を通過した後に光ファイバに少なくとも一次被覆を塗布するための少なくとも１つの被覆塗布機を備えている。この光ファイバの冷却および被覆システムは、冷却ガスの熱伝導率、冷却ガスの粘度、一次被覆の直径、および少なくとも１つの被覆塗布機の出力利用率からなる群より選択される少なくとも１つのパラメータを測定するための少なくとも１つの測定構成要素をさらに備えている。その上、この光ファイバの冷却および被覆システムは、少なくとも１つのパラメータの関数として、少なくとも１つの入口を通過する冷却ガスの量を調節するための少なくとも１つの調整構成要素を備えている。

好ましい実施の形態において、冷却ガスをヘリウムを含む。

好ましい実施の形態において、少なくとも１つの被覆塗布機は、温度制御されたサイジング・ダイ（ＴＣＳＤ）を備えている。

本発明の追加の特徴と利点は、以下の詳細な説明に述べられており、一部は、その説明から当業者には容易に明らかになるか、または以下の詳細な説明、特許請求の範囲、並びに添付の図面を含む、ここに記載された本発明を実施することによって認識されるであろう。

先の一般的な説明および以下の詳細な説明の両方とも、本発明の実施の形態を提示しており、特許請求の範囲に記載された本発明の性質および特徴を理解するための概要または構成を提供することが意図されているのが理解されよう。添付の図面は、本発明をさらに理解するために含まれており、本明細書に包含され、その一部を構成する。これら図面は、本発明の様々な実施の形態を例示しており、説明と共に、本発明の原理および動作を説明するように働く。

本発明の１つの実施の形態による光ファイバの冷却および被覆システムの概略図 本発明の別の実施の形態による光ファイバの冷却および被覆システムの概略図 本発明の特定の実施の形態に使用できる温度制御されたサイジング・ダイ（ＴＣＳＤ）を備えた被覆塗布機の断面図 二成分ヘリウム−空気混合物中のヘリウムの濃度の関数としての熱伝導率を示すグラフ ヘリウム冷却剤の流量の関数としての一次被覆の直径を示すグラフ サイジング・ダイのヒータ出力の関数としての一次被覆の直径を示すグラフ

ここで、本発明の現在好ましい実施の形態を詳細に参照する。その実施例が添付の図面に示されている。同じまたは同様の部品を参照するために、できる限り、図面全体に亘って同じ参照番号が使用されている。

図１は、本発明の１つの実施の形態による光ファイバの冷却および被覆システムの概略図を示している。この冷却および被覆システムは、光ファイバ１０を熱交換器１４に通過させるための通路８を備えた熱交換器を備えている。この熱交換器はさらに、冷却ガスを通路８に通すための入口６、および冷却ガスを通路８から除去するための出口２および４を備えている。熱交換器１４は、冷蔵されている（すなわち、周囲の温度より低い温度に）ことが好ましく、熱交換器１４の頂部と底部に位置する２つの小さなオリフィスまたはシール１６および１８を含むことが好ましい。これらのオリフィスまたはシール１６および１８は、通路８へと通路８からのガスの侵入を最小にするように設計されている。

冷却ガス源（図示せず）からの新鮮な冷却ガスが質量流量制御装置（ＭＦＣ）３０に供給され、この制御装置が、入口６を通じて通路８に供給される新鮮な冷却ガスの量を調節する。ガスは、出口２および４を通じて通路から同時に除去される。出口２および４を通じて除去されたガスは、ガス流の急増を緩和するための容積またはバラストタンク２６に流入することが好ましい。絞り弁２２は出口４を通じて除去されるガスの量を調節し、絞り弁３２は出口２を通じて除去されるガスの量を調節し、絞り弁２８はバラストタンク２６から除去されるガスの量を調節する。バラストタンク２６から除去されたガスは、ＭＦＣ３０からの新鮮な冷却ガスと組み合わされ、入口６を通じて通路８に再循環させられる。絞り弁２２，２８および３２の各々は、通路８から除去されるガスおよび通路８に通されるガスの流量を調節するために様々な量で開いたり閉じたりすることができる。絞り弁２２，２８および３２は、入口６を通じて通路８に通される新鮮な冷却ガスに対する、再循環されるガスの比を調節するために、ＭＦＣ３０に合わせて動作することができる。圧縮機またはポンプ２４は再循環プロセスのための動力を提供する。

図１に示されたシステムは、測定構成要素３４，３６および３８をさらに備えている。ある好ましい実施の形態において、１つ以上の測定構成要素３４，３６および３８は冷却ガスの熱伝導率を測定する。

別の好ましい実施の形態において、１つ以上の測定構成要素３４，３６および３８は冷却ガスの粘度を測定する。

好ましい実施の形態において、冷却ガスはヘリウムを含む。特に好ましい実施の形態において、ＭＦＣ３０に供給される新鮮な冷却ガスは、９９．９９５％純粋なヘリウム、あるいは９９．９９９％純粋なヘリウム（「９が５桁(five nines)」）などの実質的に純粋なヘリウムである。

冷却ガスが入口６、通路８、および出口２および４を通過するときに、ガスのある程度がこのシステムの外部に失われる。例えば、ＭＦＣ３０に供給される冷却ガスが実質的に純粋なヘリウムである場合、冷却ガス流が入口６、通路８、および出口２および４を通過するときに、このヘリウムの数パーセントがシステムから失われる。その結果、出口２および４から排出される冷却ガスは、ＭＦＣ３０に供給される冷却ガスまたは入口６に通される冷却ガスよりも、ヘリウムの濃度が低くなる（空気の濃度が高くなる）と予測できる。ヘリウムは、例えば、図４に示されるように、二成分のヘリウム−空気の混合物の熱伝導率が混合物中のヘリウム含有量（それゆえ冷却能力）と相互に関連するように、所定の温度で空気よりも高い熱伝導率を有する（２５℃での０．０２４Ｗ／ｍ・Ｋに対して２５℃での約０．１５２Ｗ／ｍ・Ｋ）。同様に、ヘリウムは、二成分のヘリウム−空気の混合物の粘度が混合物のヘリウム含有量（それゆえ冷却能力）と相互に関連するように、室温に近い温度で空気よりも高い粘度を有する。それゆえ、測定構成要素３４，３６および３８により冷却ガスの熱伝導率および／または粘度を測定することによって、冷却ガス流の冷却能力の密接な近似を決定できる。

図１に示されたシステムが最高線引きプロセス速度で動作されている場合、ＭＦＣ３０および絞り弁２２，２８および３２によって、一定量の冷却ガスが、出口２および４を通じてバラストタンク２６からと、ＭＦＣ３０から流れ、それによって一定量の冷却ガスを入口６に通過させることができる。これらの量は、システムの外部に失われる冷却ガスの量を考慮しながら、熱伝導率および／または粘度などの測定された冷却ガスのパラメータを所定の範囲内に維持するために設定することができる。測定構成要素３４，３６および３８の内の１つ以上が、冷却ガスの熱伝導率および／または粘度を所定の設定値より低いと測定した場合、絞り弁２２，２８および３２の内の１つ以上を、例えば、比例積分（ＰＩ）制御ループにより判定されるように、ある量だけ閉じることができる。ＭＦＣ３０もより多くの新鮮な冷却ガスをこのシステムに導入することができる。反対に、測定構成要素３４，３６および３８の内の１つ以上が、冷却ガスの熱伝導率および／または粘度を所定の設定値より高いと測定した場合、絞り弁２２，２８および３２の内の１つ以上を、ある量だけ開くことができる。ＭＦＣ３０もより少ない新鮮な冷却ガスをシステムに導入することができる。それゆえ、図１に示されたシステムにおいて、ＭＦＣ３０および絞り弁２２，２８および３２の各々は、入口６と出口２および４を通過する冷却ガスの量を調節するための調整構成要素として機能する。

例えば、測定された冷却ガスのパラメータが熱伝導率であり、新鮮な冷却ガスがヘリウムを含む場合、１つ以上の測定構成要素３４，３６および３８が熱伝導率が所定の範囲外であると測定したら、１つ以上の絞り弁２２，２８および３２および／またはＭＦＣ３０を上述したように調節することができる。好ましい実施の形態において、測定構成要素３４および３６により測定される、出口２および４から排出されている冷却ガスの熱伝導率は、１３５から１５１ｍＷ／（ｍ・Ｋ）、より好ましくは１４０から１５１ｍＷ／（ｍ・Ｋ）、さらにより好ましくは１４５から１５１ｍＷ／（ｍ・Ｋ）に及ぶ。

図１に示されたシステムは、一次被覆塗布機２０をさらに備えている。その実施の形態が図３を参照して以下により詳しく記載されている、一次被覆塗布機２０は、光ファイバが熱交換器１４を通過した後、この光ファイバに少なくとも一次被覆を被覆することができる。

図２は、本発明の別の実施の形態による光ファイバの冷却および被覆システムの概略図を示している。図１に示された実施の形態に関するように、図２に示された冷却および被覆システムは、熱交換器１４、通路８、入口６、出口４、オリフィスまたはシール１６および１８、バラストタンク２６、ＭＦＣ３０、ポンプ２４、および絞り弁２２および２８を備えている。図１に示された実施の形態に関するように、熱交換器１４は冷蔵されていることが好ましい。

冷却ガスが入口６、通路８、および出口４を通過するときに、そのある程度がシステムの外部に失われる。これを補うために、バラストタンク２６から除去された冷却ガスを、ＭＦＣ３０からの新鮮な冷却ガスと組み合わせ、入口６を通じて通路８に再循環させることができる。絞り弁２２および２８の各々は、通路８から除去されるガスおよび通路８に通されるガスの流量を調節するように様々な量で開いたり閉じたりすることができる。絞り弁２２および２８は、入口６を通じて通路８に通される新鮮な冷却ガスに対する、再循環されるガスの比を調節するためにＭＦＣ３０に合わせて動作させても差し支えない。

好ましい実施の形態において、冷却ガスはヘリウムを含む。特に好ましい実施の形態において、ＭＦＣ３０に供給される新鮮な冷却ガスは、９９．９９５％純粋なヘリウム、あるいは９９．９９９％純粋なヘリウム（「９が５桁」）などの実質的に純粋なヘリウムである。

図２に示されたシステムは、一次被覆塗布機２０をさらに備えている。その実施の形態が図３を参照して以下により詳しく記載されている。その上、図２に示されたシステムは測定構成要素４０を備えている。ある好ましい実施の形態において、測定構成要素４０は、一次被覆塗布機２０により塗布される一次被覆の直径を測定する。別の好ましい実施の形態において、測定構成要素４０は被覆塗布機２０の出力利用率を測定する。測定構成要素４０は、被覆塗布機２０と一体であっても、被覆塗布機２０と別体であってもよい。

測定構成要素４０が一次被覆塗布機２０によって塗布される一次被覆の直径を測定する場合、測定構成要素４０は、ファイバが光源に照射されたときのファイバの陰の幅を測定する測影技法を利用した装置などの、被覆ファイバの直径の光学的測定に依存する市販の装置を備えても差し支えない。測定構成要素４０は、２つの位置でファイバの直径を測定し、それらの測定値を組み合わせて全体の制御信号を生成する装置も備えて差し支えない。そのような測定構成要素は、干渉パターンを生成するように未被覆ファイバが照射ビームで照射され、その干渉パターンを分析してファイバの直径を示す信号を生成する装置を備えても差し支えない。

測定構成要素４０が被覆塗布機２０の出力利用率を測定する場合、測定される電力は、好ましい実施の形態において、電力を被覆塗布機２０中の抵抗加熱器に供給する一般のＡＣ電源からの電力などの、被覆塗布機２０に直接供給される電力の尺度であり得る。被覆塗布機２０の出力利用率がここでパーセントで参照されている場合、このパーセント電力は、加熱器の最大出力と比較した、抵抗加熱器に供給されるＡＣ電流の負荷サイクル（加熱器の出力となる）の関数として決定される。例えば、抵抗加熱器が１００ワットモデルである場合、被覆塗布機の０％の出力利用率は０ワットを意味し、被覆塗布機の２０％の出力利用率は２０ワットを意味し、被覆塗布機の５０％の出力利用率は５０ワットを意味し、被覆塗布機の８０％の出力利用率は８０ワットを意味し、被覆塗布機の１００％の出力利用率は１００ワットを意味する。

動作において、図１および２に示されたシステムは光ファイバ１０を冷却し、このファイバは、例えば、線引き炉（図示せず）から熱交換器１４の通路８に、高温ファイバ（１０ａと示される）として通過する。次いで、熱交換器１４から出た、冷却された光ファイバ（１０ｂと示される）は、一次被覆塗布機２０に通される。次いで、一次被覆塗布機２０から出た被覆光ファイバ（１０ｃと示される）は、一次被覆と二次被覆が紫外線硬化性被覆である場合、一次被覆硬化装置（図示せず）内で硬化され、次いで、二次被覆塗布機（図示せず）内で被覆され、その後、二次被覆硬化装置（図示せず）内で硬化される。しかしながら、本発明の実施の形態は、紫外線硬化性被覆の塗布に制限されず、他のタイプの被覆（例えば、熱可塑性被覆など）の塗布を含み得る。

一次被覆塗布機２０により塗布される一次被覆の直径および／または一次被覆塗布機２０の出力利用率は、通路８内を流れる冷却ガスの冷却能力に相関させることができる。例えば、冷却ガスの冷却能力が所望のものより低ければ、熱交換器１４から出たファイバ１０ｂは所望のものよりも熱くなる。その結果、被覆塗布機２０に供給される電力がそれを補うように増加させられない限り（被覆がファイバに塗布される速度を増加させることによって−一定のファイバ温度での被覆塗布機の加熱器の電力の関数としての一次被覆の直径が、図６に示されている）、一次被覆塗布機２０により塗布される一次被覆の直径は、所望のものよりも小さくなる（より熱いファイバ上の低い被覆粘度のために）。それゆえ、冷却ガスの冷却能力が所望のものよりも低い場合、一次被覆塗布機２０により塗布される一次被覆の直径は小さくなるおよび／または一次被覆塗布機２０の出力利用率は高くなる。反対に、冷却ガスの冷却能力が所望のものよりも高い場合、一次被覆塗布機２０により塗布される一次被覆の直径は大きくなるおよび／または一次被覆塗布機２０の出力利用率は低くなる。

空気／ヘリウムの混合物の冷却能力が、上述したように混合物中のヘリウム含有量に相関するので、一次被覆塗布機２０により塗布される一次被覆の直径および／または一次被覆塗布機２０の出力利用率は、通路８に流入する冷却ガスのヘリウム含有量に関連させることができる（例えば、一定の一次被覆塗布機の出力利用率でのヘリウム流量の関数としての一次被覆の直径が図５に示されている）。それゆえ、冷却ガス中のヘリウム含有量が所望のものより少ない場合、一次被覆塗布機２０により塗布される一次被覆の直径は小さくなるおよび／または一次被覆塗布機２０の出力利用率は高くなる。反対に、冷却ガス中のヘリウム含有量が所望のものより多い場合、一次被覆塗布機２０により塗布される一次被覆の直径は大きくなるおよび／または一次被覆塗布機２０の出力利用率は低くなる。

図２に示されたシステムが最高線引きプロセス速度で動作されている場合、ＭＦＣ３０および絞り弁２２および２８によって、一定量の冷却ガスが、出口４を通じてバラストタンク２６からと、ＭＦＣ３０から流れ、それによって一定量の冷却ガスを入口６に通過させることができる。これらの量は、システムの外部に失われる冷却ガスの量を考慮しながら、一次被覆塗布機２０により塗布される一次被覆の直径および／または一次被覆塗布機２０の出力利用率などの、測定された冷却ガスのパラメータを所定の範囲内に維持するために設定することができる。測定構成要素４０が、一次被覆塗布機２０により塗布される一次被覆の直径を所定の設定値より低いおよび／または一次被覆塗布機２０の出力利用率を所定の設定値より高いと測定した場合、絞り弁２２および２８の内の１つ以上を、例えば、比例積分（ＰＩ）制御ループにより判定されるように、ある量だけ閉じることができる。ＭＦＣ３０もより多くの新鮮な冷却ガスをこのシステムに導入することができる。反対に、測定構成要素４０が、一次被覆塗布機２０により塗布される一次被覆の直径を所定の設定値より高いおよび／または一次被覆塗布機２０の出力利用率を所定の設定値より低いと測定した場合、絞り弁２２および２８の内の１つ以上を、ある量だけ開くことができる。ＭＦＣ３０もより少ない新鮮な冷却ガスをシステムに導入することができる。それゆえ、図２に示されたシステムにおいて、ＭＦＣ３０および絞り弁２２および２８の各々は、入口６と出口４を通過する冷却ガスの量を調節するための調整構成要素として機能する。

例えば、測定したパラメータが一次被覆塗布機２０の出力利用率であり、新鮮な冷却ガスがヘリウムを含む場合、測定構成要素４０が出力利用率を所定の範囲の外にあると測定すれば、１つ以上の絞り弁２２および２８および／またはＭＦＣ３０を上述したように調節することができる。好ましい実施の形態において、測定構成要素４０により測定される、被覆塗布機２０の出力利用率は、１０％から９０％、さらにより好ましくは２０％から８０％に及ぶ。

図１および２に示されたシステムは、熱交換器１４から排出される光ファイバ１０ｂを特定の値または範囲内に冷却することができる。好ましい実施の形態において、熱交換器１４から排出されるファイバ１０ｂの温度は、２０℃から６０℃を含む、０℃から９０℃などの１００℃未満である。

図１および２に示されたシステムは、光ファイバ１０が熱交換器１４の通路８を、少なくとも３０メートル毎秒などの少なくとも１５メートル毎秒の速度で通過したときに、入口６に送り込まれた冷却ガスの少なくとも８０％、好ましくは少なくとも９０％を出口４（または出口２および４）から排出することができる。好ましい実施の形態において、冷却ガスは、標準状態でのリットル毎分で少なくとも１５０（ｓｌｐｍ）、さらには少なくとも２００ｓｌｐｍなどの少なくとも１００ｓｌｐｍの流量で入口６に送り込まれる。好ましい実施の形態において、新鮮な冷却ガスがヘリウムを含む場合、光ファイバ１０が、少なくとも３０メートル毎秒などの少なくとも１５メートル毎秒の速度で熱交換器１４の通路８を通過させたときに、１５ｓｌｐｍ未満、さらには１０ｓｌｐｍ未満などの２０ｓｌｐｍ未満のヘリウムしか、入口６と出口４（または出口２および４）との間でシステムの外部に失われない。同時に、被覆塗布機２０の出力利用率は、２０％から８０％などの１０％から９０％に及び得る。

好ましい実施の形態において、被覆塗布機２０は、温度制御されたサイジング・ダイ（ＴＣＳＤ）を備えて差し支えない。このサイジング・ダイは、ここに記載された実施の形態において、既存のファイバに所定量の被覆を塗布するためのコーターの出口領域における被覆材料の局部粘度制御に依存する圧力供給被覆装置である。本発明の実施の形態に使用されるＴＣＳＤを備えた例示の被覆塗布機の断面図が図３に示されている。ガイド・ダイ(guide die)４４がコーター・ブロック４２内に配置されている。インサート４６が、ガイド・ダイ４４の下にあり、被覆材料を被覆塗布機２０に入れるための入口となっている。温度制御されたサイジング・ダイ（ＴＣＳＤ）４８が、インサート４６の下に配置されている。ディスク５０がＴＣＳＤ４８の下に配置されており、ＴＣＳＤ４８に伝熱する。ディスク５０は、ＴＣＳＤ４８へとＴＣＳＤ４８からの熱伝達を効率的にするために高熱伝導率材料から製造されている。熱伝達管５２はディスク５０に熱的に連通している。抵抗加熱器５４が熱伝達管５２の少なくとも一部分を取り囲んでいる。熱伝達管５２の一部分は、抵抗加熱器５４より下まで延在し、ヒート・シンク５６と熱的に連通している。ヒート・シンク５６は流体循環システム５８に接続されており、このシステムは、ヒート・シンク５６から熱を除去するために必要に応じて使用してよい。

ＴＣＳＤ４８へまたはＴＣＳＤ４８から伝達される熱量は、被覆ファイバの直径を目標値に制御するために被覆ファイバの直径の測定値に基づいて調節することができる。被覆ファイバの測定された直径が目標値より低い場合、熱が、抵抗加熱器５４からディスク５０を通じてＴＣＳＤ４８に伝達される。このことは、抵抗加熱器５４への電流を増加させることによって行われ、その結果、ＴＣＳＤ４８の壁近くの被覆材料の温度が上昇し、転じて、これにより、ＴＣＳＤ４８の壁近くの被覆材料の粘度が減少する。ＴＣＳＤ４８の壁近くの被覆材料の粘度が減少すると、ファイバに塗布される被覆の量が増加し、それによって、被覆ファイバの直径が増加する。同様に、被覆ファイバの測定された値が目標値よりも大きい場合、熱をＴＣＳＤ４８からディスク５０、熱伝達管５２およびヒート・シンク５６に伝達することができる。このことは、循環システム５８内の流体の流量を増加させることによって行うことができ、この結果、ヒート・シンク５６から熱が伝達され、それによって、ＴＣＳＤ４８の壁近くの被覆材料の温度が減少し、転じて、これにより、ＴＣＳＤ４８の壁近くの被覆材料の粘度が増加する。ＴＣＳＤ４８の壁近くの被覆材料の粘度が増加すると、ファイバに塗布される被覆材料の量が減少し、それによって、被覆ファイバの直径が減少する。ヒート・シンク５６を通じて伝達される熱量も、循環システム５８内の流体の温度を増減することによって、または流体の流量および温度の変化の組合せによって変えることもできる。

図３に関して記載された冷却特徴による、被覆ファイバの直径以外の被覆ファイバの物理的性質の悪影響の可能性のために、好ましい実施の形態は、ヒート・シンク５６および流体循環システム５８を備えていない、図３に示されたものに似た装置である。これによっても、装置の設計が容易になる。この場合、ＴＣＳＤ４８の出口の直径は、被覆ファイバの直径を所望の値に維持するためにある程度の熱が常に要求されるように選択されるであろう。このため、ＴＣＳＤ４８の出口の直径は、被覆装置に加熱能力と冷却能力の両方が含まれた場合に必要とされるであろうよりも小さく作られる必要がある。

好ましい実施の形態において、ＴＣＳＤ４８には、１２０ＶＡＣ １００ワットのモデルの抵抗加熱器５４が設けられている。光ファイバが最高プロセス速度で被覆塗布機を通して線引きされているときに、出力利用率は、３０％（３０ワット）から６０％（６０ワット）に及ぶことが好ましく、２０％（２０ワット）から８０％（８０ワット）の範囲内に留まるように制御できる。好ましい実施の形態において、光ファイバは、少なくとも３０ｍ／ｓなどの、少なくとも１５ｍ／ｓの速度で熱交換器１４および被覆塗布機２０を通して線引きできる。

図３に示したものなどのＴＣＳＤを備えた被覆塗布機を使用することによって、光ファイバ１０ｃの一次被覆の直径は、被覆塗布機２０の出力利用率を可変にさせながら、狭い仕様範囲内に維持することができる。転じて、被覆塗布機２０の出力利用率は、出力利用率が直接測定される（すなわち、図２に示された実施の形態におけるように）または冷却ガスの熱伝導率および／または粘度が測定される（すなわち、図１に示された実施の形態におけるように）上述した方法を使用して、熱交換器１４の通路８を通過する光ファイバ１０の冷却速度を制御することによって、所定の範囲内に維持することができる。そのようにして、光ファイバの冷却および被覆システムの動作に関する費用を、被覆塗布費用に対して冷却ガス費用のバランスをとることによって、減少させるまたは最小にすることができる。

１つ以上の例示の方法を、本発明の実施の形態による光ファイバの冷却および被覆システムを立ち上げるために使用することもできる。例えば、図２に示した実施の形態において、第１の立上げ段階において、線引きプロセス速度を初期速度から最高線引きプロセス速度まで徐々に増加させる。この段階中、絞り弁２８は、入口６を通る冷却ガスの全てがＭＦＣ３０から提供される（すなわち、冷却ガスは全く再循環されない）ように閉じられている。被覆塗布機２０はＴＣＳＤを備えており、これにより、光ファイバ１０ｃ上の一次被覆の直径を狭い仕様範囲内に維持することができる。転じて、被覆塗布機２０の出力利用率は、線引き速度が増加するにつれてＭＦＣ３０から提供される冷却ガスを概して増加させることによって、所定値にまたは所定値の近く（例えば、総出力の４０％）に維持される（すなわち、測定構成要素４０が出力利用率を所定値を超えて徐々に増加するのを測定したときに、比例積分（ＰＩ）制御ループがＭＦＣ３０により多くの冷却ガスを導入するように指示し、それによって、被覆塗布機２０の出力利用率を徐々に降下させて所定値に戻す）。一旦、最高線引きプロセス速度に到達すると、「再循環なし」のＭＦＣ設定値が記録される。この「再循環なし」のＭＦＣ設定値は、冷却ガスが再循環されていないときに、被覆塗布機の出力利用率を所定値にまたは所定値の近くに維持できるように、ＭＦＣ３０から、入口６を通る冷却ガスの必要量を提供する。

第１立上げ段階と第２立上げ段階との間の中間工程において、「全再循環」のＭＦＣ設定値が計算される。全再循環において、第１の立上げ段階中とは異なり、入口６を通じて提供される冷却ガスの一部のみがＭＦＣ３０を通じて提供される。その残りは再循環によるものである（すなわち、絞り弁２８を通じて）。この「全再循環」のＭＦＣ設定値は、再循環が行われない第１の立上げ段階中に最高線引きプロセス速度に到達したときに提供されるのと同量の冷却ガスが全再循環中に入口６を通じて提供されるように計算される。例えば、第１の立上げ段階から決定された「再循環なし」のＭＦＣ設定値が２００ｓｌｐｍの冷却ガスを入口６に通して提供し（被覆塗布機２０を、例えば、最高線引きプロセス速度の４０％の出力で運転するために）、この冷却ガスの２０ｓｌｐｍ（または１０％）が再循環を１回通過する毎に失われると予測できる場合、この冷却ガスの１８０ｓｌｐｍが再循環される（すなわち、絞り弁２８を通じて）と予測され、２００ｓｌｐｍの冷却ガスを入口６を通じて提供し続けるために、残りの２０ｓｌｐｍを、ＭＦＣ３０を通じて提供する必要があるであろう。それゆえ、この場合、「全再循環」のＭＦＣ設定値は、２０ｓｌｐｍの冷却ガスをＭＦＣ３０から提供するように計算されるであろう。

一旦、「全再循環」のＭＦＣ設定値が計算されたら、第２の立上げ段階が開始される。この第２の立上げ段階中、システムは、最高線引きプロセス速度を維持しながら、ＭＦＣ３０から提供される冷却ガスを徐々に、再循環された冷却ガスと置き換える（すなわち、絞り弁２８を通じて）ことによって、「再循環なし」状態から「全再循環」状態へと徐々に移行する。この段階において、絞り弁２８は、「全再循環」のＭＦＣ設定値に到達するまで、ＭＦＣ３０からの冷却ガスを徐々に減少させながら、徐々に開かれる。第１の立上げ段階のように、この第２の立上げ段階中に、光ファイバ１０ｃ上の一次被覆の直径はＴＣＳＤにより制御される。

一旦、システムが定常状態で「全再循環」で動作したら、被覆塗布機２０の出力利用率を測定構成要素４０によって連続的または増加的のいずれかでモニタすることができる。被覆塗布機２０の出力利用率が高すぎる（例えば、８０％より高い）場合、ファイバの冷却が不十分になってしまう。そのような場合、制御ループがＭＦＣ設定値を増加させてより多くの冷却ガスを供給し、被覆塗布機の出力利用率を下げて許容範囲内（例えば、２０％から８０％）に収めることができる。被覆塗布機２０の出力利用率が低すぎる（例えば、２０％未満）場合、光ファイバが過剰に冷却されてしまう。そのような場合、制御ループはＭＦＣ設定値を減少させてより少ない冷却ガスを供給し、被覆塗布機の出力利用率を上げて許容範囲内に収めることができる。

その上、冷却ガスは、光ファイバの冷却および被覆システムが立ち上げられている間により積極的に再循環することができる。例えば、第１の立上げ段階中（再循環が行われていないとき）、線引き速度は、最高線引き速度未満のレベルまで増加させることができる。次いで、第２の立上げ段階中、システムが「再循環なし」状態から「全再循環」状態まで移行しているときに、最高線引き速度まで増加させることができる。あるいは、線引き速度は、システムが「再循環なし」状態から「全再循環」状態に移行した後、最高線引き速度まで増加させても差し支えない。立上げ中のそのようなより積極的なヘリウムの再循環には、最高線引き速度での冷却剤の要件が低速での冷却剤の要件によって予測できるように、線引き速度の関数としての「冷却マッピング」が一般に必要であろう。

当業者には、本発明の精神および範囲から逸脱せずに、本発明に様々な改変および変更を行えることが明らかであろう。それゆえ、本発明は、本発明の改変および変更を、そららが添付の特許請求の範囲およびその同等物に含まれるという条件で、包含することが意図されている。

８ 通路
１０ 光ファイバ
１４ 熱交換器
２２，２８，３２ 絞り弁
３０ 質量流量制御装置またはＭＦＣ
３４，３６，３８，４０ 測定構成要素
４８ 温度制御されたサイジング・ダイまたはＴＣＳＤ
５６ ヒート・シンク
５８ 流体循環システム

Claims (2)

1. 光ファイバを冷却し被覆する方法において、
   光ファイバを少なくとも１つの熱交換器に通す工程であって、該熱交換器は、前記光ファイバを該熱交換器に通過させるための通路、冷却ガスを前記通路に通すための少なくとも１つの入口、および冷却ガスを前記通路から除去するための少なくとも１つの出口を備えたものである工程、
   ヘリウムを含む冷却ガスを前記少なくとも１つの入口に送り込み前記少なくとも１つの出口から排出させる工程、
   前記光ファイバを少なくとも１つの被覆塗布機に通過させることによって、該光ファイバに少なくとも一次被覆を塗布する工程、
   前記冷却ガスの熱伝導率を測定する工程、および
   前記冷却ガスの熱伝導率の関数として、前記少なくとも１つの入口に送り込まれる、前記ヘリウムを含む冷却ガスの量を調節する工程、
   を有してなる方法。
2. 前記少なくとも１つの出口から出る前記冷却ガスを、前記少なくとも１つの入口に再循環させる工程をさらに有してなる請求項１記載の方法。

Images