光纖拉絲塔的冷卻器的製作方法
2023-06-10 20:58:46 1
專利名稱：光纖拉絲塔的冷卻器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種光纖拉絲塔，具體地說，涉及一種光纖拉絲塔的冷卻器，可以在塗覆之前快速冷卻在熔爐中熔融然後拉成預定直徑的光纖。
通常，可通過使用一種光纖拉絲塔對光纖預製棒進行拉絲獲得光纖。
圖1是一個普通的光纖拉絲塔的示意圖。該光纖拉絲塔包括一個熔爐12，用於在高溫下熔融光纖預製棒10，以便拉出裸光纖14；一個安裝在熔爐12下面的直徑測量裝置16，用於連續測量裸光纖的外徑，以便均勻地控制裸光纖的外徑；一個位於直徑測量裝置16下面的冷卻裝置18，用於把裸光纖14的溫度冷卻到室溫；一個位於冷卻裝置18下面的塗覆裝置20，用於用諸如丙烯酸樹脂或矽樹脂之類的紫外線固化樹脂塗覆裸光纖的表面，以便避免裸光纖14受到外界物質的損害；一個位於塗覆裝置20下面的固化裝置22，用於固化塗覆光纖24；一個位於固化裝置22下面的絞盤26，用於在向下的方向上從光纖預製棒10拉出一根光纖；以及鄰接絞盤26的滾筒28，用於纏繞拉出的光纖。
下面將描述一種製備(拉出)塗覆有紫外線固化樹脂的光纖的方法。通過光纖預製棒位置控制器(未示出)的位置控制機構，光纖預製棒10被緩慢地供入熔爐12中。此處，光纖預製棒10在熔爐12中被加熱到幾千攝氏度，通常為2100-2200攝氏度(℃)。結果，可由光纖預製棒10拉出裸光纖14。此處，由絞盤26產生拉力並施加在裸光纖14上。然後，直徑測量裝置16測量拉出的裸光纖14的外徑，以確定直徑是否等於預定的直徑，比如125微米(μm)，並且把測量的直徑值送到直徑控制器(未示出)。直徑控制器控制絞盤26的轉速，使得裸光纖14的直徑保持在125微米。然後，絞盤26響應直徑控制器的控制轉動，以控制裸光纖14上的拉力，從而在向下的方向上拉出裸光纖14。
然後，為了保護被冷卻裝置18高速冷卻的裸光纖14，塗覆裝置20用諸如丙烯酸樹脂或矽樹脂之類的紫外線固化樹脂塗覆下落的裸光纖14的表面。然後，塗覆有紫外線固化樹脂的光纖24被固化裝置22固化，然後，其在絞盤26的拉力的控制下纏繞在滾筒26上。
此外，當光纖預製棒很大時，光纖拉絲塔必須增大。這是因為當光纖預製棒變大時，拉絲速度必須很快。在光纖預製棒經過熔爐熔融並拉出後，對拉出的光纖進行塗覆。此處，在塗覆光纖之前，裸光纖的溫度必須降低到預定的溫度。通常，剛從熔爐中拉出的裸光纖的溫度為2000攝氏度或更高。但是，為了保證在拉出的光纖上進行穩定的塗覆，裸光纖的溫度必須冷卻到至少40攝氏度或更小(通常冷卻到室溫)。為此，使用冷卻器使裸光纖的溫度快速冷卻下來。但是，所使用的冷卻器並不能充分地冷卻裸光纖以跟上快速的拉絲速度。圖2示出了圖1所示的光纖拉絲塔所採用的一個普通的冷卻器。在具有管形狀的冷卻器中，拉出的光纖由充滿氦(He)的管道冷卻。
因此，有必要增加光纖拉絲塔的高度，以便相應於光纖的快速拉絲速度而快速冷卻裸光纖。但是，增加光纖拉絲塔的高度會增加生產成本，況且效率也不高。
為了解決上述的問題，本發明的一個目的是提供一種光纖拉絲塔的冷卻器，可以快速冷卻在熔爐中熔融然後拉出的光纖，不會增加常規的光纖拉絲塔的高度，從而可由光纖預製棒快速拉出光纖。
根據本發明的目的的一個方面，提供一種光纖拉絲塔的冷卻器，其位於用於熔融光纖預製棒的熔爐的下面，用於冷卻由在熔爐中熔融的光纖預製棒拉出的光纖，其中該冷卻器包括至少一個熱交換器，其安裝成預定的長度，可包圍從熔爐中拉出的光纖，以便冷卻拉出的光纖。
最好，該熱交換器是由熱電冷卻器(TEC)形成的，用於通過一個吸熱表面取出電能，並把熱量發送到另一發熱表面上，並且成管狀，其中TEC的吸熱表面包圍從熔爐中沿拉出方向拉出的預定長度的光纖，拉出的光纖在其通過管狀TEC時被冷卻。
最好，該冷卻器還包括一個安裝在TEC的發熱表面上的輔助冷卻器，用於冷卻發出的熱量，該輔助冷卻器與熱交換器接觸安裝，並且包括一個安設有熱交換介質流路的槽；一個與該槽連接的供給管，以通過熱交換介質流路提供熱交換介質；以及一個用於排出熱交換介質的排出管。
根據本發明的目的的另一方面，提供一種光纖拉絲塔的冷卻器，其位於用於熔融光纖預製棒的熔爐的下面，用於冷卻由在熔爐中熔融的光纖預製棒拉出的光纖，其中該冷卻器具有一種形狀，其具有兩個拉出的光纖可在豎直方向上通過的開口，並且包括兩個熱電冷卻器(TEC)，每個熱電冷卻器(TEC)具有一個用於取出電能的吸熱表面和一個用於發熱的發熱表面，設置成使兩個吸熱表面彼此對置，包圍拉出的光纖，並且還包括兩個置於包圍拉出光纖的TEC之間的隔離體。
最好，該冷卻器還包括一個安裝在對置的TEC的每個發熱表面上的輔助冷卻器。並且，可在光纖拉出方向上安設至少兩個冷卻器。最好，每個冷卻器還包括一個安裝在對置的TEC的每個發熱表面上的輔助冷卻器，並且，絕熱材料置於冷卻器之間。
圖1是一個普通光纖拉絲塔的示意圖；圖2示出了一個在圖1所示的光纖拉絲塔中採用的普通冷卻器；圖3示出了本發明一個最佳實施例的光纖拉絲塔的冷卻器，其採用了一個熱電冷卻器(TEC)，可使冷卻效率加倍；圖4是圖3中所示的冷卻器的俯視圖；圖5示出了TEC的一個實例的結構；圖6示出了進行溫度測量的位置a、b和c，以便說明離光纖預製棒的距離與冷卻效率之間的關係；圖7是示出圖6的位置b處的光纖溫度與拉絲速度之間的關係的曲線圖；圖8是示出在圖6的位置c處的光纖溫度與拉絲速度之間的關係的曲線圖；以及圖9是說明光纖溫度相對於時間t的變化的曲線圖，該時間t是光纖從將被拉出光纖的位置a處的光纖預製棒到達位置c所需要的時間。
當電流流經兩種彼此接觸的不同材料時，由於珀爾貼效應會使溫度發生變化。一種基於珀爾貼效應的諸如熱泵之類的較小的固態元件被稱為「熱電冷卻器(TEC)」。圖5示出了一個TEC的實例，其中p型和n型半導體對被串聯設置在兩個陶瓷板之間。
本發明的基本思想是製造一種在光纖拉絲塔中採用的使用TEC的冷卻器。圖3示出了本發明的光纖拉絲塔的冷卻器，其採用了TEC，使冷卻效率加倍。基本模塊包括兩個TEC 300、兩個杆狀體310、以及一個輔助冷卻器，該輔助冷卻器包括三個與每個TEC 300的發熱表面固接的部件320、330和340。圖4是圖3所示的冷卻器的俯視圖。圖3中所示的冷卻器由兩個或更多個彼此相連的基本模塊以及置於該基本模塊之間的絕熱材料350構成。此處，通過所採用的基本模塊的數目可控制冷卻器的高度。
TEC 300是一個熱交換器，靠取出通過電源線360的電能產生熱量。TEC被安裝成可包圍從圖1所示的熔爐12中拉出的光纖。也就是說，TEC 300被安設成使得其彼此對置的吸熱表面處於從熔爐12中拉出的光纖周圍。此外，還可以安裝上散熱片，以增強TEC 300的吸熱表面處的冷卻效率。
此外，杆狀體310用作隔離體，把對置的TEC 300隔開預定的間距。
光纖370豎直通過由兩個TEC 300和兩個杆狀體310圍起的空間，在該空間中供入冷卻劑以便進一步降低光纖370的溫度。冷卻劑可以是氦(He)、氬(Ar)或氮(N)。在該實施例中，He或Ar被用作冷卻劑。
此處，構成輔助冷卻器(採用水冷卻系統)的三個部件是一個水槽320，在該水槽中形成熱交換介質流路；一個與水槽320相連的供給管340，由於通過熱交換介質流路向水槽320供入熱交換介質；以及一個排出管330，用於排出熱交換介質。但是，在某些情況下可使用諸如油之類的可進行熱交換的任何介質。並且，可在水槽320上安上散熱片以提高冷卻效率。還可使用採用空氣冷卻系統的輔助冷卻器，其中使用風扇供入空氣進行冷卻。即，輔助冷卻器所採用的冷卻系統不限於上述本發明的實施例。
絕熱材料350防止熱量從上部基本模塊傳到下部基本模塊，從而提高冷卻器的每個基本模塊的冷卻效率。本實施例中使用的絕熱材料350是聚苯乙烯泡沫塑料。但是，絕熱材料不限於具體的材料。
本實施例中描述的冷卻器具有六面體形狀，使用兩個TEC 300和兩個杆狀體310圍住從熔爐中拉出的裸光纖370。最好，使用兩個TEC取代兩個杆狀體310。最好，使用管狀TEC形成的冷卻器。即，冷卻器可被變化為不受限制的各種形狀。並且，冷卻器所採用的基本模塊的數目可以不同。也就是說，在TEC的長度足夠跟上拉絲速度來冷卻從熔爐中拉出的裸光纖的情況下，冷卻器可僅由一個基本模塊構成。
圖6示出了進行溫度測量的位置a、b和c，以說明冷卻效率與離光纖預製棒的距離的關係。參考符號a表示光纖預製棒的基線，參考符號b和c分別表示離基線a為100釐米和200釐米的距離的位置。此處，冷卻器位於位置b和c之間。此外，TS表示光纖預製棒的溫度，T1和T2分別表示在位置b和c處的拉出的光纖的溫度。
圖7是表示圖6的位置b處的拉出的光纖的溫度T1與拉絲速度Vf之間的關係的曲線圖。圖8是表示圖6的位置c處的拉出的光纖的溫度T2與拉絲速度Vf之間的關係的曲線圖。
圖9是說明光纖溫度相對於時間t的溫度變化(log(T1-T2)的曲線圖，該時間t是光纖從將被拉出光纖的位置a處的光纖預製棒到達位置c所需要的時間。此處，時間t可通過L/Vf計算，其中位置b和c之間的距離L為200釐米(cm)。在圖9的圖例中，「He9」、「He6」、「He3」和「He1.5」表示在僅採用TEC的冷卻器工作時He作為冷卻劑分別以9、6、3和1.5升/分的速率流經冷卻器的情況。「Air」表示冷卻器不工作及不提供冷卻劑的情況，「ONLY He3」表示在冷卻器不工作時僅以9升/分的速率提供He的情況，「Ar3」表示在冷卻器工作時以3升/分的速率提供Ar的情況。
如上所述，本發明的光纖拉絲塔的冷卻器可提高冷卻效率。因此，可增加光纖拉絲速度，且不增加光纖拉絲塔的高度。
權利要求
1.一種光纖拉絲塔的冷卻器，其位於用於熔融光纖預製棒的熔爐的下面，用於冷卻由在熔爐中熔融的光纖預製棒拉出的光纖，其中該冷卻器包括至少一個熱交換器，其安裝成預定的長度，可包圍從熔爐中拉出的光纖，以便冷卻拉出的光纖。
2.按照權利要求1所述的冷卻器，其特徵在於，該熱交換器是由熱電冷卻器(TEC)形成的，用於通過一個吸熱表面取出電能，並把熱量發送到另一發熱表面上，並且成管狀，其中TEC的吸熱表面包圍從熔爐中沿拉出方向拉出的預定長度的光纖，拉出的光纖在其通過管狀TEC時被冷卻。
3.按照權利要求2所述的冷卻器，其特徵在於，還包括一個安裝在TEC的發熱表面上的輔助冷卻器，用於冷卻發出的熱量。
4.按照權利要求3所述的冷卻器，其特徵在於，該輔助冷卻器與熱交換器接觸安裝，並且包括一個安設有熱交換介質流路的槽；一個與該槽連接的供給管，以通過熱交換介質流路提供熱交換介質；以及一個用於排出熱交換介質的排出管。
5.按照權利要求4所述的冷卻器，其特徵在於，熱交換介質是水。
6.按照權利要求2所述的冷卻器，其特徵在於，冷卻劑在包圍拉出的光纖的管狀TEC中流動。
7.按照權利要求6所述的冷卻器，其特徵在於，冷卻劑是從包括氦(He)、氬(Ar)或氮(N)的組中選擇的。
8.一種光纖拉絲塔的冷卻器，其位於用於熔融光纖預製棒的熔爐的下面，用於冷卻由在熔爐中熔融的光纖預製棒拉出的光纖，其中該冷卻器具有一種形狀，其具有兩個拉出的光纖可在豎直方向上通過的開口，並且包括兩個熱電冷卻器(TEC)，每個熱電冷卻器(TEC)具有一個用於取出電能的吸熱表面和一個用於發熱的發熱表面，設置成使兩個吸熱表面彼此對置，包圍拉出的光纖，並且還包括兩個置於包圍拉出光纖的TEC之間的隔離體。
9.按照權利要求8所述的冷卻器，其特徵在於，還包括一個安裝在對置的TEC的每個發熱表面上的輔助冷卻器。
10.按照權利要求8所述的冷卻器，其特徵在於，冷卻劑在由TEC和隔離體圍起的空間中流動。
11.按照權利要求8所述的冷卻器，其特徵在於，在光纖拉出方向上安設至少兩個冷卻器。
12.按照權利要求11所述的冷卻器，其特徵在於，每個冷卻器還包括一個安裝在對置的TEC的每個發熱表面上的輔助冷卻器。
13.按照權利要求12所述的冷卻器，其特徵在於，絕熱材料置於冷卻器之間。
全文摘要
一種光纖拉絲塔的冷卻器。該冷卻器位於用於熔融光纖預製棒的熔爐的下面,用於冷卻由在熔爐中熔融的光纖預製棒拉出的光纖,其包括至少一個熱交換器,其安裝成預定的長度,可包圍從熔爐中拉出的光纖,以便冷卻拉出的光纖。該熱交換器是由熱電冷卻器(TEC)形成的,用於通過一個吸熱表面取出電能,並把熱量發送到另一發熱表面上,並且成管狀,其中TEC的吸熱表面包圍從熔爐中沿拉出方向拉出的預定長度的光纖,拉出的光纖在其通過管狀TEC時被冷卻。該冷卻器還包括一個安裝在TEC的發熱表面上的輔助冷卻器,用於冷卻發出的熱量。因此,該冷卻器可提高冷卻效率,可增加光纖的拉出速度,且不增加光纖拉絲塔的高度。
文檔編號C03B37/12GK1287542SQ99801766
公開日2001年3月14日 申請日期1999年1月12日 優先權日1998年1月13日
發明者白雲出, 吳成國, 徐晚碩, 黃圭煥 申請人:三星電子株式會社