[发明专利]在纤维冷却系统内回收冷却气体的气体控制装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及在纤维尤其是光纤处理期间控制冷却管或冷却室内的气流的气体控制装置。

背景技术

光纤通常是由这种过程形成的，其中从已在拉丝炉中加热到软化点的二氧化硅或玻璃预成型坯的端部拉制热纤维。在此拉制过程之后，在热交换器或冷却管内利用冷却气体冷却纤维，该冷却气体沿与纤维穿过热交换器的速度矢量同向或反向的方向流过冷却管。在进一步处理(例如用热敏保护涂层包覆纤维)之前，被拉制的纤维必须在冷却管内冷却到足够低的温度。

利用比较惰性的冷却气体例如氦可提供安全和有效的气态热交换介质，以便在冷却管内以预期的速度冷却热拉制纤维并将纤维冷却到预期温度。但是，利用氦的一个问题是在纤维冷却期间，此气体会通过冷却管的入口端和出口端过多地损失到周围大气中。保持在操作期间氦和/或其它冷却气体从冷却管的损失最小对于使冷却管内的冷却效率最大并使操作成本最小是非常有利的。

另一个问题涉及从周围大气被吸入冷却管从而与热交换器内流动的氦和/或其它冷却气体混合的空气量的最小化。例如，空气进入冷却管会由于氦/空气混合物与基本纯净的氦相比热传递特性差而大大改变移过冷却管的纤维的冷却速率。

发明内容

本发明提供了一种用于纤维冷却系统的气体控制装置，该装置可有效地回收冷却系统内使用的冷却气体，并且还使流入冷却系统的空气以及在冷却系统内发生的湍流气体流动状况最小或防止其发生。

具体地，用于纤维冷却系统的气体控制装置包括沿该装置的纵向延伸以有助于纤维穿过该装置的内部纤维流道。该装置还包括与该内部纤维流道分隔开并至少部分地包围该内部纤维流道的室、有助于并控制内部纤维流道和室之间的气流的稳流区域、以及与该室流体连通以有助于在纤维穿过该装置期间从内部纤维流道将气体抽出到室中并从该室和装置排出所抽出气体的气流端口。

本发明还提供了一种用于在纤维冷却系统内冷却纤维并控制围绕纤维的气流的方法。该方法包括使纤维移动通过冷却管的纤维流道，使冷却气体流入冷却管的纤维流道以有助于冷却在该冷却管内的纤维，并利用气体控制装置选择性地抽出移动的纤维附近的气体。该气体控制装置包括与冷却管的纤维流道连通并接纳移动的纤维的内部纤维流道、与该装置的内部纤维流道分隔开并至少部分地包围该内部纤维流道的室、有助于并控制内部纤维流道和室之间的气流的稳流区域、以及与该室流体连通的气流端口，其中将气体从该装置的内部流道抽出并使其经由稳流区域进入该装置的室，并且将被抽出的气体从该室排出到气流端口。

该气体控制装置有助于以基本均匀和沿圆周扩散的方向从内部纤维流道抽出气体，以便使在此气体抽出期间在纤维周围形成的湍流气流最小或消除该湍流气流。

通过考虑下面尤其结合附图给出的特定实施例的详细说明可清楚地看到上述以及另外的特征和优点，其中在附图中利用同样的参考标号来指示同类部件。

附图说明

图1是固定在纤维冷却系统的冷却管上的气体回收盖的第一实施例的剖视图；

图2是图1的固定于纤维冷却系统的冷却管上的气体回收盖的俯视图；

图3是固定在纤维冷却系统的冷却管上的气体回收盖的第二实施例的剖视图；

图4是固定在纤维冷却系统的冷却管上的气体回收盖的第三实施例的剖视图；

图5是图4的固定于纤维冷却系统的冷却管上的气体回收盖的俯视图；

图6是固定在纤维冷却系统的冷却管上的气体回收盖的第四实施例的剖视图。

具体实施方式

文中所述的气体控制和回收装置构造成与纤维冷却系统例如光纤冷却系统的冷却管接合。如上所述，光纤是通过从已在拉丝炉中加热到软化点的二氧化硅或玻璃预成型坯的端部拉制热纤维形成的。热纤维然后在合适的细长热交换器内被冷却，该热交换器包括引导纤维从中通过的冷却管。冷却管可具有任何合适的横截面几何形状(例如圆形、正方形、矩形等)，并且具有有助于通过该冷却管的纤维充分冷却的合适的横截面和纵向尺寸。文中所述的气体回收装置的部件和冷却管可用任何合适的材料制成，包括但不局限于金属(例如不锈钢)、金属合金、合适的塑料或聚合物材料以及这些材料的组合。

还向冷却管注入冷却气体以有助于与热纤维的热交换，以便冷却在该管内的纤维。可沿与纤维通过该冷却管的行进方向同向或反向的方向注入冷却气体。冷却气体可以是合适的冷却气体包括但不局限于氦、氖、氩、氪、氙、氢、氮和二氧化碳中的任何一种或组合。氦是用于冷却光纤的优选冷却气体。但是，在一些实施例中，对于特定的纤维冷却应用，不同冷却气体的组合对于优化热交换是有利的。