CN1120134C - 冷却光纤的方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明有关一种在光纤拉制过程中冷却所述光纤的方法和装置。尤其是本冷却光纤的方法包括将一冷却气体流到光纤上，其中该冷却气体的流动方向实质性地横断于光纤纵轴。已经发现，采用实质性地横断于被拉制光纤纵轴的一种冷却气流，可实质性地改善对光纤的冷却效率。根据本发明的装置包括一空心细长体，所述空心细长体具有至少一个规定被拉制光纤所要通过的一内细长空间的壁，其中该至少一个所述空心细长体的壁被提供有至少一个所述冷却气体被引入该空心细长体所要通过的纵向开口和至少一个所述冷却气体被从所述空心细长体排出所要通过的纵向开口。

Description

冷却光纤的方法及设备

本发明有关一种在光纤拉制过程中冷却该光纤的方法和设备。

在生产光纤过程中，根据已有技术首先准备一玻璃预制件，其过程包括汽相轴向淀积、外部汽相淀积和修整的化学汽相淀积来淀积一种烟灰状玻璃粒子；所述的烟灰玻璃预制件然后在拉制光纤之前被固化。

根据已有技术，光纤是如下地从这种被固化的预制件中获得的：将预制件底端在一所谓的“拉制炉”中加热至其软化温度并在受控条件之下从所述的软化预制件拉出光纤。玻璃一经冷却便固结为光纤，该光纤是脆的。因此，在拉制阶段中，光纤在被收集之前通常被覆盖一层或数层-优选地为两层-合成覆盖材料(比如聚氨脂丙烯酸树脂)来保护它自己。

通常对光纤的包覆是通过将光纤送过一含有液态树脂的“包覆模”来进行的。光纤在它从拉制炉中出来时通常具有约2000℃的温度，这种光纤在进入包覆模之前必须被冷却到与该包覆应用技术所需温度相容的温度(通常在100℃之下，优选地为约25℃～60℃)来避免在包覆阶段因光纤的高温造成对包覆层的不规则淀积而可能产生的不方便之处。通过增加拉制的速度，光纤则需要更长的距离来冷却至适合于包覆应用的温度。例如，US4,437,870报导说，当拉制速度为0.75m/s时，将一根直径为125μm的光纤从1780℃自然冷却至50℃需要的距离为120cm；而当拉制速度提高到5m/s时，所需的冷却距离增至800cm。当只采用自然冷却方法时，随着拉制速度的增加，拉制炉到包覆模之间的距离增加得太多；因此已建议对包覆应用采取冷却手段来将光纤强制冷却至一合适的温度，从而可采用较短的冷却距离。

US4,437,870中披露了一种冷却光纤的设备，该设备由一垂直管组成，光纤则被拉制通过该管，所述管在其底端被提供有一圆柱形多孔件。冷却气体被送进围绕该多孔件的一室，然后通过所述多孔件向上沿光纤流至冷却管顶部。一含有液化气体(氮气)的室包围住该冷却管。根据另一实施例，光纤被拉制通过一垂直管，该垂直管可被一层绝缘材料所包围，在其底部有一环形孔，冷却气体从该孔进入管中，向上流至冷却管顶部。

US4,514,205披露了一种冷却光纤的设备，它由一围绕光纤的冷却管组成，该冷却管被中央配置在一含液化气体的容器中。冷却气体首先流过一配置在该容器中的蛇管，这样便被容器中所包含的液化气体所冷却，然后则轴向沿光纤流入冷却管。

US4,913,715披露了一种冷却设备，其中光纤被拉制通过一被强制冷却的双层壁管。光纤通过的管的内空间包含一种具有很好的传热性质的气体，并具有一种气流，该气流虽被减弱但却足以阻止周围空气渗透进管中且补偿气体的损失。根据该发明中所公开的方法，通过该围绕光纤的传热气体将热传递至被冷却的壁从而来实质性地冷却光纤。

US4,966,615中披露了一种为一冷却套所包围的冷却管。相互间隔的多个环形分隔板被安装在管中。分隔板可用来断开流经管中的气体的层流，用来增加气体和光纤间的热传递。

US4,438,918中公开了一种用于冷却一光纤的方法，其中所述光纤被通过两平行的、为氮所冷却的板之间，一种惰性气体层流沿一位于两所述板之间中央的平面被导至所述光纤，所述层流被一个1/2英寸的管所产生，该管在其表面上提供有多个直径为1/6英寸的、相互间隔为1英寸的孔。

EP319.374披露了一种冷却装置，它包括一对光纤通过其中的平行板，所述板被选择性地加以冷却以吸收光纤所辐射出的热，还包括一对垂直走向的铜管，用于在平行板之间提供一具有室温的氮气的层流来包围住下移的光纤。

GB2.287.244公开了一种冷却装置，包括一细长水冷体件，该水冷体件被提供有一通孔，该通孔突然朝外打开进入一系列的球形室，在球形室中通过切向注入氦气来引发出一气体旋流，优选地则在相续室中引发具有相反旋涡转动的气流。

DE4.412.563披露了一种冷却装置，具有多个位于包围光纤纵轴的一结构中的气流开口，所述多个气流各位于沿所述结构的不同高度上。

US4.664.689则有关一种快速冷却光纤的方法和装置，包括让光纤通过一具有一扁平背内表面的外壳，所述外壳的壁具有让旋流气体通过这些壁来接触外壳内部的光纤的对称取向的穿孔或其它对称取向的装置。

本申请者已经注意到：上述冷却装置和方法在它们的使用中有着某些缺点，尤其是它们不能够容易地适应于拉制条件的各种变化情形。

此外，本申请者还观察到：当采用应用一种轴向流的冷却气体的常规冷却方法时，增加拉制速度的可能性还受到冷却气体流速的临界值(该临界值取决于气体的初始温度和管子的长度)的限制，在该临界值之上出现气体冷却效率的一种饱和现象，从而在气体的冷却容量方面得不到实质性的增加。

此外，在US4,838,918中所公开的装置和方法中，本申请者注意到，光纤冷却的效率可因如下的事实而受到降低：冷却气体是通过相互间隔的小孔来提供的，且没有任何手段来将隋性气体从装置中有效地排除掉。

现在已经发现：根据本发明，对光纤的冷却效率可通过将所述光纤通过一定的细长体来加以改善，所述空的细长体被提供有至少一第一纵向开口和至少一第二纵向开口，两个所述开口被实质性地提供在所述细长体的整个长度上且所述第二开口被配置在与所述第一开口完全相对的一侧上，其中冷却气体被送过所述第一开口，且被导入至光纤上并被从相对的第二开口排出。相应地，本发明的冷却方法提供一种冷却气体流，对在细长的空心体内部的冷却气体路径来说，它相对于被拉制的光纤的纵轴是完全横向的。在本说明中，所采用的词语相对于光纤纵轴完全横向的气流方向”倾向于包括下述的任何方向：在该方向上冷却气体横断于光纤的纵轴从光纤通过的细长空心体的一侧流至另一侧。优选地，冷却气体横断气流的方向是实质性地垂直于光纤的纵轴的。

本发明的一个方面因此有关一种冷却光纤的方法，它包括：

-将所述光纤通过一空心细长体，所述空心细长体被提供有至少一个第一纵向开口和至少一个第二纵向开口；

-使一冷却气体流经所述第一开口，其中冷却气体的气流方向实质性地横断于光纤的纵轴；

-将所述冷却气体经过所述第二开口从空心细长体上排出。

根据一优选实施例，所述开口被提供在所述细长体整个长度的至少一半长度上。优选地，所述开口的长度对应于所述细长空心体整个长度的至少75％；尤其是，所述开口的长度其范围为所述细长空心体总长的约80％到95％。根据一优选实施例，所述第二开口被实质性地配置在所述细长体的与所述第一开口相对的一侧上。此外，冷却气体优选地经所述第二纵向开口被强制性地从所述空心细长体中排出。

根据一优选实施例，本发明的方法包括：

-将一具有一预定温度的冷却气体引入由一第一双层壁半管的一内壁和一外壁所规定的一第一中空空间中；

-将所述冷却气体从所述第一中空空间经至少一个提供在所述第一双层壁中空管的内壁上的纵向开口流进由一第一双层壁半管的内壁和一第二双层壁半管的内壁所规定的一中央室中，用于冷却一被通过所述中央室的光纤；

-将冷却气体从所述中央室经至少一被提供在所述第二双层壁半管的内壁上的第二纵向开口流入被所述第二双层壁半管的内壁和外壁所规定的一第二中空空间中；

-将冷却气体从所述第二中空空间排出。

根据一优选实施例，本发明的冷却方法包括：

一段光纤的至少一第一部分经受冷却气体在一第一方向上的一实质性横断气流；

-将所述光纤的至少一第二部分经受冷却气体在一第二方向上的一第二实质性横断气流，所述第二方向优选地实质性地与第一方向相反。

本发明的另一方面有关一种冷却一从一软化预制件中拉制出的光纤的冷却装置，所述装置包括一空心细长体，所述空心细长体具有至少一个用于规定被拉制光纤所通过的一内部细长空间的壁，其中所述空心细长体的至少一个壁被提供有至少一个冷却气体被引入空心体所要通过的纵向开口和至少一个冷却气体被从所述空心体中排出所要通过的纵向开口，所述两开口各自具有相对于光纤通过空心体的路径的走向，这样冷却气体的气流方向则成为实质性地横断于通过所述空心细长体的光纤的纵轴。

所述空心细长体典型地为一管。

根据一优选实施例，上述空心细长体为一双层壁管，它包括规定一第一中空空间的一内壁和一外壁；其中：

-管的内壁规定一第二中空空间，它对应于光纤所通过的管子的中央部分；

-所述内壁被提供有至少一个来自第一中空空间的冷却气体被引入管的中央部分所要经过的纵向开口和至少一个所述冷却气体从该中央部分被排出到第一中空空间所要经过的纵向开口。

根据一优选实施例，所述双层壁管包括结合在一起以形成该管的两分开的半管，两半管的内壁限定了光纤通过的冷却管的一中央部分，每一半管均具有被提供有至少一个纵向开口的内壁。冷却气体从一入口流入被第一半管的内壁和外壁所规定的中空空间并然后通过位于所述第一半管的内壁上的一槽流入冷却管的中央部分而到达光纤；然后，冷却气体从冷却管的中央部分经过第二半管的内壁上的至少一个槽流入被第二半管的两壁所规定的中空空间并经一连接至第二半管的所述中空空间的一出口而被排出。

本发明的另一方面有关一种冷却一光纤的冷却系统，它包括：

-一冷却设备，在其中一冷却气体以一实质性横断于光纤纵轴的气流方向被流至光纤上；

-一再生装置，它被连接到所述冷却设备上。

所述再生装置优选地包括至少一个净化装置或一个致冷装置用于净化和/或致冷该冷却气体。

为更好地理解本发明，可参照下面的附图，它们示出了本发明的一个可能的实施例。

图1为一拉制光纤的系统的一示意性方块图。

图2为根据本发明的冷却管的一实施例的透视图。

图3为图2所示的冷却管的两半管之一的透视图。

图4为图2所示的冷却管的一剖视顶视图。

图5为图3所示的冷却管的半管的剖视侧视图。

图6为根据本发明的一冷却设备的功能的示意图。

图1所示的拉制系统包括：拉制炉102，其中光纤预制件的底部被加热至其软化温度；一用于测量被拉制光纤104直径的设备103；一用于在包覆光纤之前冷却光纤的冷却设备101；以及一将保护层涂覆到光纤上去的包覆装置105。光纤预制件通常被连接到移动装置上，该移动装置用于在光纤被拉制时渐进地将预制件向下移动至炉的加热区。包覆装置可包括一包覆模，它含有一种液态可塑化树脂成分(例如聚氨脂丙烯酸基树脂)，包覆装置之后跟随有一紫外线塑化设备106。当需要时，可在第一个包覆装置之后配置另一个包覆装置，用于进一步将不同涂覆成分的层涂覆到光纤上去。

在冷却设备101和包覆装置105之间的距离“L”取决于光纤在其离开冷却管出口处的温度；如果光纤未被冷却至低于一与包覆操作相容的温度值，包覆装置应被配置在离开冷却装置一定的距离处，用于进一步冷却光纤。用本发明的冷却方法和设备，则可在冷却设备出口处获得具有温度低于40℃的一光纤，该温度典型地为约20℃。根据一优选实施例，则可将冷却装置103放置成与冷却装置101成实质性的接触。

至于拉制炉102和冷却装置101之间的距离，本申请者已经决定：光纤应优选地以低于石类的玻璃转变温度的一个温度、典型地以约1100℃的温度进入冷却装置。在这方面，假定光纤在离开拉制炉的出口处具有约1850℃的温度，光纤则需要约0.12秒的时间来自然冷却到1100℃，其时空气的温度为约20℃。这意味着当拉制速度为约5m/s时，冷却装置到炉的底部的距离需要约0.6m，而对拉制速度为约20m/s时，该距离增至约2.4m。实践中，所述冷却装置到炉子的距离优选地被增至约1m(这样对上述两拉制速度则总距离分别为约1.6m和3.4m)，这样可使光纤以一约为1000℃甚至更低的温度进入冷却装置。

冷却气体从那些已知的具有高传热系数的气体中加以选择。一种具有一高热系数的气体典型地是一种具有高热传导性、高比热和低粘滞性的气体。适宜于应用的气体例有氦、二氧化碳、氩、和氮，以及它们的混合物。优选地采用氦。冷却气体在其进入冷却装置入口处的温度应低到足以为光纤提供所希望的冷却；然而，由于本横断气流方法所具有的高冷却效率，因此不需要采用太低的温度。所述温度优选地从-20℃到大约20℃，优选地从约0℃到10℃。

冷却气体的流率将取决于冷却管的几何尺寸和对光纤所希望的冷却效果。该流率也应加以选择以避免气体到达光纤的过高速度，该过高速度将会引起光纤产生不希望的运动。例如，对上述例子中所报道的冷却装置来说，冷却管单位长度(lm)上冷却气体的流率(以下简称“单位流率”)其范围将是约20l/min到200l/min，优选地从约75l/min到约150l/min。

图2的冷却管是通过将两根“C形”双层壁管201a和201b结合在一起加以形成的。图3详细示出该两“C形”双层壁管的一根。对两半管201a和201b的结合规定了冷却管的中央部分202，被拉制的光纤则通过该部分并被冷却。管的上、下表面被提供有一光纤用通道204。两半管被用合适的可拆式连接件(图中未示出)来加以连接，例如螺栓、夹子、卡子等，但不局限于它们；一气密封装置被提供在两半管之间，图2中未示出。两半管的每一个均被提供有一通道203a和203b，用于导入和导出冷却气体。由于两部分201a和201b是完全相同的，所述通道既可用作冷却气体的入口也可用作它的出口；这样为装置提供了一种优越的灵活性，可容易地来改变冷却气体流过冷却管中央部分的气流方向。

图3详细示出上述冷却管的一半部分201b。所述一半部分的内壁301(同样相应的一半部分201a的内壁)被提供有多个槽302，冷却气体经这些槽从双层壁半管的中空空间朝向冷却装置的中央部分流动，或反过来，冷却气体经这些槽从冷却装置的中央部分被排入双层壁半管的中空空间中。替代多个槽，也可以实质性地在整个管的长度上为内壁提供一单一的槽。优选地，每一槽均具有约2cm～10cm的一个长度，优选地为约5cm。槽宽尺寸被合适地加以确定以能使足量的冷却气体流到光纤上。槽宽优选地在约0.5mm～3mm之间，更优选地为约1mm。气密封件(图4和图5中的405)被提供在半管201b的表面上，半管201b则被结合到另一半管201a的相应表面。

图4的剖视图显示出本发明的双层壁冷却管的一可能的几何形状。进气室401的尺寸被适当地加以设计来使气体在流经槽402到达被拉制通过冷却管中央部分404的光纤104之前能实质性地均匀扩散在所述室的内部，由此便不会引起因一种气体的紊流或非均匀流作用在光纤上而产生的光纤的不希望的振动或错位。例如，当冷却气体的流速为约75l/min时，图3和图4中所示管的合适的尺度大致为：a＝40mm，b＝16mm，c＝20mm，d＝8mm和h＝55mm。

进气通道203优选地被配置成能避免产生气体从入口朝向槽的一线性的路径；这一点又有助于气体实质性地均匀扩散在室401中。例如，根据图示的实施例，入口被配置成与槽横向成约90°的角度，气流则被引导朝向垂直于具有槽的内壁的内壁403。当具有多于一个槽时，入口通道203则优选地根据两相邻槽之间的连接空间304来加以配置，如图4所示。此外，为能让冷却气体更好地在室401中扩散，入口通道优选地被配置在冷却管的下部分，尤其是位于距冷却管底端约1/3～1/10的高度处。

同样也将冷却管的中央部分202的尺寸做成能提供所希望的流到光纤上的气体的流率和速度。尤其是所述尺寸被设置成来使气体速度(在光纤的附近)和其流率之间的比值为最大。这是因为在横断流情况下，当作用到光纤上的气体的横断速度增加时，气体与光纤的对流热交换系数(对应于冷却效率)也增加。相应地，室的尺寸也优选地被设定，以便使得在垂直于被拉制光纤的轴的平面中的气体速度模式不完全根据光纤来加以展开。这样一种模式典型地为一种“钟形”模式，其中室中央部分中的气体速度要高于在一完全展开了的“抛物线”轮廓中的相同区域中的气体速度。

优选地，宽度约1mm的两相对槽之间的距离为约10mm～20mm，尤其优选为约16mm的一个距离。同样优选地，冷却管中央部分的宽度为约10mm～20mm。根据一优选实施例，中央部分的长和宽本质上是相同的。

根据本发明，流入冷却管内部的气体的条件既可是实质性的层流或者是稍具紊流的气流。尽管层流条件能更好地控制整个冷却过程，根据本申请者的观察，作用在光纤上的一种稍微紊动的气流将增加气体和光纤间的热交换。在任何情况下，应注意不要太多地增加气流的紊动性，以避免在冷却过程中光纤产生的不希望的和不能控制的振动或错位。尤其根据例子中所示冷却装置的一种典型的气流将优选地具有多个低于3000的雷诺数，优选地为低于2800，例如包括约2800和2300两个数。

如前所述，冷却气体可被从入口203b提供进入进气室401且然后以一约20l/min～约200l/min的单位流率经槽402进入中央室404，优选地是以约75l/min～150l/min的单位流率。在中央室404内部的冷却气体压力典型地为约1bar～2bar。

为能将冷却气体从冷却管的中央室中排出，可将真空加到出口203a上，例如从约0.3bar加到0.9bar。常规的装置，如一真空泵，可用来获得所希望的真空程度。同样的真空泵可用来产生所希望的过压(例如约3～5bar)来使冷却气体能从泵出口经回路进入进气室401。也可提供一系列的泵来产生所希望的过压。

图6中示意性表达出来的冷却设备是一冷却单元，它包括四个冷却装置或冷却管(501a，b，c和d)，它们一个接一个。为简洁起见，组成冷却单元的冷却管501a～d将在下面的说明中简称为“模块”。模块被配制成能提供一横断的气体流通过槽进入管的中央部分，当考虑两相邻模块中的气流时，上述气流的方向是相反的。参照图6，对模块501a和501c来说，气体的流向是从左到右，而对模块501b和501d来说，则是从右到左。这种构造可避免因气体到光纤的单侧流向而产生的不希望的变形或错位。与此相应，模块优选地则采用多个，至少两个，来产生上述的冷却气体交替流向。尤其优选的是一种冷却装置，它包括数目为2的倍数的多个模块。每个模块典型地具有从约40～70cm的一个长度，优选地为约55cm。

每个模块，尤其是每个模块的两个半模块，可由一个单件组成，该单件被结合到其它单件模块来提供所希望的冷却单元的长。上述冷却单元也可通过结合两单件式对称半单元来获得，这些半单元内部分开成所希望数目的模块。例如，一单个冷却单元可优越地由两对称单件半单元组成，每个半单元则由上述两个或四个模块所组成；这样可实质性地减少装配冷却装置时的操作数，也减少冷却装置中总的结合点数。根据本发明的一优选方面，可采用两个冷却单元，每个单元包括四个模块。

每个模块被优越地连接到一气流调节器504上，用于调节进气，并也被连接到一质量流量计505。一质量流量控制器506被优越地配置在每个气流调节器504的上游。

冷却单元可优越地被连接到一再生装置。

相应地，冷却气体被从每一模块的出口收集并经一阀508a送至一再生装置，该再生装置包括比如一用于去除气体中杂质的净化装置510和一将气体制冷至所希望温度的冷却装置511。当在大约室温下使用冷却气体时，可提供一水热交换器来冷却排出气体，水温为约15℃～20℃；否则的话，对于更低的温度，则可提供其它合适的冷却剂(例如液氮)。可采用一气体容器509来经阀508b向冷却装置提供必要量的气体。可优越地采用一泵507来将气体送至冷却装置。

例如，可合适地采用在US5,452,583中所公开的再生装置。

两未连接至再生装置的缓冲装置502和503被分别配置在冷却单元的顶部和底部，尤其是配置在模块501a的顶部和模块501d的底部，用于避免外部气体的进入，这样来使冷却气体与外部隔离，同时有助于循环操作。两缓冲器的每一个均包括两分开的室(502a，502b和503a，503b)，其中缓冲气体流经在交替的方向上。缓冲装置的两室将实质性地具有与冷却管相同的几何结构，亦即：在内壁上有至少一个槽用于缓冲气体的通过，在顶表面和底表面上有一小通道用于光纤。所述缓冲装置典型地具有一约2cm～4cm的长度。进入缓冲装置的缓冲气体的单位流率(亦即缓冲装置一米长的流率)通常稍低于冷却气体的单位流率，由此来避免或减少在冷却管中缓冲气体的流量。这样，缓冲气体的单位流率优选地为约50l/min～约100l/min。流入缓冲装置中的气体可与用于冷却的气体相同，典型地为氦，或者也可是比冷却气体便宜的一不同气体(例如氮)。上述第一种情况结果是将一定量的冷却气体排放到大气中；在第二种情况下，流动在冷却管中的冷却气体将被该(不同的)缓冲气体所污染，从而必须在被循环使用之前加以净化。因此对靠近冷却管的室则优选地采用相同冷却气体(例如氦)，而对大多数外部缓冲室则使用一种不同的气体(例如氮)。在这种方式下，一少量的冷却气体(甚贵于氮)被损失在环境之中，而同时对冷却气体的污染却得到实质性的降低。申请者已注意到，采用这种解决方法，对缓冲气体的流率为约1～2l/min时，仅在3～5天之后就有约10％的氮的量(这样便使净化变得必要)存在于氦冷却气体中；当采用一个仅把氮用作缓冲气体的缓冲装置时，在不到1～2个小时之后则可达到与上述相同的量。如前面所讨论的将两个或多个模块组合在一相同的单件冷却系统中那样，需要时也可将缓冲装置组合进一单件冷却单元中。

采用本发明的冷却装置，冷却管内部气体的总流率将随着管长度的增加而不断增加，但并不因为在冷却管中产生的不希望的振动而对光纤性质造成负面的影响。此外，采用本发明的冷却装置和方法，冷却气体和光纤之间的热交换是高效的且在整个冷却管的长度上是完全恒定的。由于本发明的方法和装置的高效率，可在比已有技术的方法中所采用的温度高出许多的工作温度上使用冷却气体。相应地，当冷却气体的温度为约0℃时，本发明的冷却装置和方法可允许增加光纤的拉制速度到20m/s之上，尤其是到23m/s甚至更高。

上述披露的本发明的冷却方法的参数可根据专门的拉制条件来适当加以改变，从而来优化装置的冷却效率。例如，本申请者已注意到，通过维持相同的总流率，冷却管越长，对光纤的冷却便越好。这样，冷却装置的长度应根据整个拉制设备的尺寸来设置为可能的最大值。

以下的专门例将进一步说明本发明的优点

例子

冷却装置(同样请参考附图)具有4.6m长且包括两叠在一起的冷却单元，每个冷却单元由两单件式对称半部分组成，两个半部分均包括有：

-四个模块，每一模块的长为55cm，用于长度为2.20m的每一根冷却管；

-放置在每个冷却单元端部(顶端部和底端部)上的两对缓冲装置(每一装置的长＝2.5cm)。

冷却管具有一方形截面，中央部分(404)的尺寸为16×16mm且外尺寸(它们实质性地规定内室401的尺寸)为40×40mm。每一模块具有10个1×50mm的矩形槽(402)，槽间距为5mm。

模块被配置成能使流入每一模块中的冷却气流横断流在两相邻模块间交替方向，如图6所示。每一模块具有冷却气体用的一入口和出口(203)，它们被配置在离每一模块底部约10cm处。

温度约为0℃的氦气被用作为冷却气体。对每一冷却单元的氦流率为约300l/min(等价于对每一模块75l/min)，对应于在光纤附近的一个约136l/min的单位流率和约0.85m/s的氦的横断流速。采用一膜片真空泵将一约0.9bar的真空施加到冷却管的出口处。

拉制速度被设定为约20m/s。

冷却装置的顶部被放置在距拉制炉底部约3.25m处。与之相应，光纤以约1000℃的温度进入冷却装置。

光纤在冷却装置出口处的温度约为30℃，而排出氦气的温度约为60℃。

光纤一经被冷却，它(其直径约为0.125μm)便进入到含有一种液态紫外光可塑化丙烯酸基成分的包覆模中，该包覆模位于距冷却装置底部约20cm处。树脂包覆然后经紫外光交链处理，而被包覆的光纤则通过一第二包覆模。

通过以不同的拉制速度改变氦气流率重复了上述过程，其间采用一个或两个上述的冷却单元。氦冷却气体的温度当时为8℃。

从冷却装置出来的光纤温度已被确定，其结果示出于下面的表1中。

表1：冷却装置输出处光纤的温度

每个单元的氦流率(l/min)	光纤温度(℃)
			采用1个冷却单元，拉制速率为15m/s   12m/s    10m/s	采用2个冷却单元，拉制速率为
	15m/s     12m/s    10m/s
		150		277     196      137	66       32       18
180	235     158      105		45       22       13
		210		199     127      80	36       16       10
240	171     104      63		25       13       9
		270		146     85       62	19       11       9
300	125     70       39		16       10       9

这些结果表明，在相同的拉制速度和相同的氦流率情况下，当增加冷却装置长度时，热交换效率得到改善。尤其是，在使用2个冷却单元(总长4.6m)，每个单元的氦流率为150l/min(亦即总流率为300l/min)，较之使用一个冷却单元(2.3m长)和采用与两个单元相同的总的氦流率的情况，光纤能被冷却到一个更低的温度上。

类似地，采用对每个冷却单元300l/min的一个氦流率重复了上述过程，用于确定氦温度的变化(从20℃～-20℃)对冷却装置出口处光纤温度的影响(表2)和对排出氦气温度的影响(表3)。

表2：冷却装置输出处光纤的温度(对每一冷却单元氦流率＝300l/min)

氦气进入温度(℃)	光纤温度(℃)
			采用1个冷却单元，拉制速率为15m/s    12m/s    10m/s	采用2个冷却单元，拉制速率为
	15m/s    12m/s    10m/s
		20		137      82       52	28       22       21
8	125      70       39		16       10       9
		0		118      62       31	7        2        0
-20	98       41       9		-14      -19      -20

表3：排出氦气的温度

氦气进入温度(℃)	温度(℃)
			采用1个冷却单元，拉制速率为15m/s    12m/s    10m/s	采用2个冷却单元，拉制速率为
	15m/s    12m/s    10m/s
		20		107      94       83	69       59       53
8	93       80       69		55       46       40
		0		83       70       60	46       37       31
-20	58       46       36		23       15       9

Claims (29)

1.冷却光纤的方法，它包括将所述光纤通过一空心细长体并使一冷却气体流到所述光纤上，冷却气体的流向基本上横向于光纤纵轴，其特征在于：所述方法还包括：

-使所述冷却气体经所述空心细长体的一个第一纵向开口流入所述空心细长体中；

-将所述冷却气体经所述空心细长体的一个第二纵向开口从空心细长体中排出，所述第一纵向开口和第二纵向开口相对于所述光纤纵轴相反配置。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述纵向开口被提供在所述细长体总长的至少一半之上。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述开口的长度对应于所述空心细长体总长的至少75％。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述开口的长度其范围从所述空心细长体总长的约80％～95％。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第二开口实质性地位于所述细长体上相对于所述第一开口的相反一侧。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：经所述第二纵向开口将冷却气体从所述空心细长体中强制排出。

7.如权利要求1所述的方法，它包括：

-将一冷却气体引入一第一中空空间，该空间由一第一双层壁半管的一内壁和一外壁所规定；

-使所述冷却气体从所述第一中空空间经由提供在所述第一双层壁半管的内壁上的至少一个纵向开口流入一由所述第一双层壁半管的内壁和一第二双层壁半管的内壁所规定的中央室来通过所述中央室的光纤；

-使冷却气体从所述中央室经由提供在所述第二双层壁半管的内壁上的至少一第二纵向开口流入一由所述第二双层壁半管的内壁和外壁所规定的第二中空空间；

-将冷却气体从所述第二中空空间排出。

8.如上述权利要求之一所述的方法，其特征在于：

-光纤的至少一第一部分被承受冷却气体在一第一方向上的一实质性横断流；而

-所述光纤的至少一第二部分被承受冷却气体在一第二方向上的一实质性横断流。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于：冷却气体的所述第二流动方向是实质性地与第一流动方向相反的。

10.生产光纤的方法，它包括如下步骤：

-将一玻璃预制件的底端加热至其软化温度；

-从所述预制件的软化底端拉制光纤；

-根据前述权利要求1～9之一的冷却方法来冷却所述光纤；

-用一保护包覆层来包覆被冷却的光纤。

11.如上述权利要求之一所述的方法，其特征在于：冷却气体的温度为约-20℃～20℃。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于：冷却气体的温度为约0℃～10℃。

13.如上述权利要求之一所述的方法，其特征在于：冷却气体的流率对空心细长体的每米长为约20l/min～200l/min。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于：冷却气体的流率对空心细长体的每米长为约75l/min～150l/min。

15.如上述权利要求之一所述的方法，其特征在于：冷却气体为氦、氮、二氧化碳或它们的混合物。

16.冷却从一软化预制件拉制出的光纤的装置，包括光纤所通过的一空心细长体，其特征在于：所述空心细长体的内壁被提供有一冷却气体被引入该空心细长体所要经过的至少一个纵向开口和所述冷却气体从所述空心细长体被排出所要经过的至少一个纵向开口，所述两开口各具有相对于光纤通过空心细长体的路径的走向，使得冷却气体的流动方向成为实质性地横断于流经空心细长体的光纤的纵轴。

17.如权利要求16所述的装置，其特征在于：空心细长体是一双层壁管，该管内壁规定了光纤所通过的冷却管的一中央部分，所述内壁被提供有冷却气体被引入该管的中央部分所要通过的至少一个纵向开口和所述冷却气体从该中央部分被排出所要通过的至少一个纵向开口。

18.如权利要求17所述的装置，其特征在于：双层壁管包括结合在一起形成该管的两分开的半管，两半管的内壁规定了光纤所通过的冷却管的一中央部分，每一半管具有被提供有至少一个纵向开口的内壁。

19.如权利要求17所述的装置，其特征在于：每一半管的内壁被提供有多个槽。

20.如权利要求17所述的装置，其特征在于：每一槽的长度为约2cm～10cm。

21.如权利要求17所述的装置，其特征在于：槽的宽度为约0.5mm～3mm。

22.如前述权利要求17～21之一所述的装置，其特征在于：双层壁管由两“C形”双层壁管结合在一起所形成。

23.如前述权利要求17～22之一所述的装置，其特征在于：半管的外壁被提供有至少一个用于冷却气体的入口，而另一半管的外壁被提供有至少一个用于所述冷却气体的出口。

24.用于冷却从一软化预制件拉制出的光纤的设备，它包括至少两个如前述权利要求17～23之一所述的冷却装置，上述两个冷却装置被配置成一个在另一个之上来形成一冷却单元。

25.如权利要求24所述的设备，其特征在于：组成冷却单元的装置数为2的倍数。

26.如权利权利24或25所述的设备，其特征在于：当考虑到两相邻冷却管中的气流时，流到光纤上的冷却气体横断流被设定在相反方向上。

27.如权利要求23、24、25或26所述的设备，其特征在于：冷却单元还包括至少一个位于上冷却装置顶部的缓冲装置和至少一个位于下冷却装置底部的缓冲装置。

28.冷却光纤的冷却系统，包括：

-如上述权利要求24～28之一所述的一冷却设备；

-一被连接到所述冷却设备的再生装置。

29.如权利要求28所述的冷却系统，其特征在于：再生装置包括至少一净化装置和/或一制冷装置。

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