用於光纖冷卻劑氣回收和再循環的設備和方法
2023-10-06 03:19:19
專利名稱：用於光纖冷卻劑氣回收和再循環的設備和方法
技術領域：
本發明一般涉及一冷卻劑回收和再循環的設備。一方面，本發明涉及一與熱交換器相關連的氦氣的回收和再循環的設備。
背景技術：
在光纖的生產中，專門用來製造光纖的玻璃棒或「預型件」在一光纖拉拔系統內進行加工。光纖拉拔系統一般包括一熔爐、一熱交換器、一塗層敷貼器、一烘乾或固化爐以及一諸如歐洲專利申請No.0079188所示的一捲筒。最初，玻璃棒在熔爐內被熔化，這樣，產生一細小、半液態的纖維。接著，當半液態纖維流過空氣和熱交換器時，被冷卻和固化。此後，冷卻的、固化的纖維可在塗層敷貼器內塗覆，在固化爐或烘乾器內烘乾，並拉拔在捲筒內。
光纖拉拔的控制率一般取決於光纖在熱交換器內的冷卻率。就是說，纖維可拉制的速率隨纖維可被冷卻的速率的增長而增長。為了增加光纖的冷卻速率，可使用一直接熱交換過程。在直接熱交換過程中，將一冷卻劑氣(例如，氦氣、氮氣、氦氣—氮氣混合氣、氦氣—空氣混合氣、氦氣—氬氣混合氣、氦氣—氫氣混合氣、氦氣—惰性氣體的混合氣以及諸如此類的氣體)引入到冷卻劑氣直接地交匯並冷卻半液態纖維的熱交換器中。
通常，熱交換器包括具有用於接納和排出光纖的端部開口(例如，一纖維入口和一纖維出口)的一通道(例如，一般為一圓柱形結構)，一個或多個用來接受冷卻劑氣體的冷卻劑氣入口，一個或多個用來排出冷卻劑氣的冷卻劑氣出口。通道一般從鄰近熱交換器頂部的一端部開口延伸至鄰近熱交換器底部的另一端部開口。這樣，通道提供一光纖能通過其中的一通路。冷卻劑氣入口(或諸入口)可引導冷卻劑氣進入通道內，而冷卻劑氣出口(或諸出口)可從通道排出冷卻劑氣。在一傳統的系統內，冷卻劑氣流入熱交換器內的速率由測量閥和流量表操縱和/或控制。
如果從一般接近出口的熱交換器回收任何用過的冷卻劑氣，則回收的冷卻劑氣一般攜帶和/或夾帶雜質、碎屑等(統稱為「汙染物質」)。典型的汙染物質包括氣體(例如氮氣、氧氣、氬氣以及其它大氣中的氣體)、微粒物質(例如，灰塵)以及水分。這些汙染物質可滲入通道、熱交換器的冷卻劑氣入口和/或冷卻劑氣出口。汙染物質在回收的冷卻劑氣內收集和增加濃度。回收的冷卻劑氣內的汙染物質的量和/或濃度會限制和/或約束可回收和重複使用的冷卻劑氣的量。
為了減少在回收的冷卻劑氣內汙染物質的量和/或濃度，已經提出多種用來去汙和/或純化冷卻劑氣的方法。通常使用冷卻劑氣純化設備、系統和/或方法。這種淨化設備和/或方法旨在從回收的冷卻劑氣中除去一些汙染物質，這樣，至少一部分回收的冷卻劑氣可再循環。然而，淨化設備的使用在光纖製造過程中會產生相當大的花費。
遺憾的是，不使用一淨化設備，回收的冷卻劑氣內包含的雜質量會有很多。由於力圖再循環更多的回收冷卻劑氣，所以，其結果回收的冷卻劑氣內的汙染物質濃度會增加。因此，可用來再循環的回收的冷卻劑氣的量在逐漸減少。
因此，要求有一種有效而不複雜的用來回收和再循環冷卻劑氣的設備和方法。
發明內容
一方面，本發明提供一回收和再循環含有汙染物質的冷卻劑氣的方法。該方法包括提供一熱交換器和一分析器，且熱交換器和分析器可操作地相連。從熱交換器回收含有汙染物質的冷卻劑氣，並且將回收的冷卻劑氣的分析部分輸送到分析器。此後，回收的冷卻劑氣的分析部分由分析器分析，以確定回收的冷卻劑氣的狀況。接著，根據狀況，回收的冷卻劑氣的再生部分與新鮮的冷卻劑氣混合，以產生具有預定汙染物質濃度的氣體冷卻劑混合氣。氣體冷卻劑混合氣被引入熱交換器內，以再循環至少一部分回收的冷卻劑氣。
在一實施例中，使用一回收和再生含有汙染物質的冷卻劑氣的方法。該方法包括提供一熱交換器和一分析器，且熱交換器和分析器可操作地相連。從熱交換器回收含有汙染物質的冷卻劑氣，並且將回收的冷卻劑氣的分析部分輸送到分析器。此後，回收的冷卻劑氣的分析部分由分析器分析，以確定回收的冷卻劑氣的狀況。接著，根據狀況，回收的冷卻劑氣的再生部分與新鮮的冷卻劑氣混合，以產生具有預定汙染物質濃度的氣體冷卻劑混合氣。氣體冷卻劑混合氣被引入熱交換器內，以再循環至少一部分回收的冷卻劑氣。在該實施例中，與回收的冷卻劑氣不同，再生的回收的冷卻劑氣進行再循環。
在另一實施例中，介紹一種控制提供給熱交換器的氣體冷卻劑混合氣內的汙染物質濃度的方法。該方法包括提供一熱交換器和一分析器，且熱交換器和分析器可操作地相連。從熱交換器回收含有汙染物質的冷卻劑氣，並且將回收的冷卻劑氣的分析部分輸送到分析器。此後，回收的冷卻劑氣的分析部分由分析器分析，以確定回收的冷卻劑氣內的汙染物質的濃度。接著，根據汙染物質的濃度，回收的冷卻劑氣的再生部分與新鮮的冷卻劑氣混合，以產生氣體冷卻劑混合氣。通過將氣體冷卻劑混合氣引入熱交換器內，再循環回收的冷卻劑氣的再生部分，這樣，可控制提供給熱交換器的氣體冷卻劑混合氣內的汙染物質濃度。
另一方面，本發明提供一供熱交換器使用的設備。該設備包括一冷卻劑氣回收部分、一分析部分以及一冷卻劑氣混合部分。冷卻劑氣回收部分用來從熱交換器回收含有汙染物質的冷卻劑氣。分析部分可操作，以監控回收的冷卻劑氣的狀況。與冷卻劑氣回收部分和分析部分可操作地相連的冷卻劑氣混合部分可根據回收的冷卻劑氣的狀況進行操作，以從新鮮的冷卻劑氣和回收的冷卻劑氣的再生部分中，產生具有預定汙染物質濃度的氣體冷卻劑混合氣。
在一實施例中，公開了一用來從熱交換器回收含有汙染物質的冷卻劑氣並再循環至少一部分回收的冷卻劑氣的設備。該設備包括一泵，其可操作地從熱交換器回收冷卻劑氣，並傳輸回收的冷卻劑氣通過該設備，和一分析器，其進行操作以監控回收的冷卻劑氣的狀況。設備還包括一第一質量流量控制器，其可操作地通過將回收的冷卻劑氣的再生部分傳輸至一混合點，來再生一部分回收的冷卻劑氣，一第二質量流量控制器，其可操作地提供一新鮮的冷卻氣至混合點，以及一第三質量流量控制器，其可操作地保持通過設備的回收的冷卻劑氣的流量。這樣，設備可根據回收的冷卻劑氣的狀況，可操作地從新鮮的冷卻劑氣和回收的冷卻劑氣的再生部分中產生一氣體冷卻劑混合氣。因而，當氣體冷卻劑混合氣被引入到熱交換器內時，氣體冷卻劑混合氣具有一預定的汙染物質濃度。
還有一方面，本發明提供一冷卻劑氣回收系統，其包括用來冷卻熱的光纖的冷卻劑氣、一熱交換器、一用來泵送和抽吸冷卻劑氣通過系統的泵、一用來監控冷卻劑氣內雜質濃度的分析器、用來根據監測的雜質濃度來控制冷卻劑氣內雜質的濃度的一第一質量流動控制器和一第二質量流動控制器，以及一第三質量流動控制器，其提供一密封至使用冷卻劑氣的熱交換器，以及保持冷卻劑氣的恆定流動以確保泵的連續操作。
熱交換器包括一光纖入口、一光纖出口、一通道、一個或多個冷卻劑氣入口以及一個或多個冷卻劑氣出口。光纖入口適於接收熱的光纖至熱交換器內，而光纖出口適於從熱交換器排出熱的光纖。通道在光纖入口和光纖出口之間延伸，且適於在其間通過熱的光纖。冷卻劑氣入口用來引導冷卻劑氣進入到通道內，而冷卻劑氣出口用來從通道排出冷卻劑氣。
附圖的簡要說明本發明的諸實施例將參照附圖予以公開，附圖僅起示例性目的。本發明不限於附圖所示的其結構細節的應用，或者部件的設置。本發明能用於其它實施例中，或以其它各種方法實踐或應用。附圖中類似的標號用來指示類似的部件。
圖1示出按照本發明一方面的冷卻劑氣回收和再循環系統的一實施例的示意性流程圖；圖2示出一可在圖1的系統內使用的熱交換器；圖3示出一詳細說明回收的冷卻劑氣的最佳流量的圖表，其實現冷卻劑氣回收最大化，而同時使圖1的系統使用的回收的冷卻劑氣內的汙染物質最小化。
具體實施例方式
設備的各種物件(諸如，配件、閥、安裝臺座、管道、布線等等)已被省略以簡化描述。然而，這種傳統的設備及其用途已為那些在本技術領域內的熟練人士知曉並可按要求使用。此外，雖然本發明下面在回收和再循環冷卻劑氣方面進行描述，但是本發明能夠用於且適於許多不同的回收和/或再循環的設備和工藝過程。
參照圖1，圖中示出用來回收和再循環冷卻劑氣(諸如，氦氣、氮氣、氦氣-氮氣混合氣、氦氣-空氣混合氣以及諸如此類氣體)的一系統10。系統10包括彼此可操作地相連的熱交換器12、冷卻劑氣回收部分14、分析部分16以及冷卻劑氣混合部分18。
如圖2中詳細地示出的熱交換器12可包括在本技術領域內業已知曉的、能夠接受、接納和/或處理熱的光纖、半液態纖維等的多種熱交換器(例如，直接熱交換或類似的設備)。如圖2所示，熱交換器12包括冷卻劑氣入口20、冷卻劑氣出口22、通道24以及端部開口26(例如，光纖入口和光纖出口)。儘管熱交換器12可包括一個或多個冷卻劑氣入口20和一個或多個冷卻劑氣出口22，但是為了示意的目的，在圖2中僅示出單個冷卻劑氣入口和單個冷卻劑氣出口。
冷卻劑氣入口20構造為接受冷卻劑氣的傳輸和/或引入到熱交換器12內，而冷卻劑氣出口22構造為移除、排出和/或允許冷卻劑氣從熱交換器的回收。通道24可形成通過熱交換器12並在熱交換器兩相對端28的開口26之間延伸。端部開口26構造為從熱交換器12接收和排出熱的光纖。因此，通道24和端部開口26為熱的光纖提供貫穿熱交換器12的一路徑、走廊和/或路線。這樣，冷卻劑氣可在冷卻劑氣入口20被引入熱交換器12內，可流動通過或循環遍及通道24，並冷卻熱的光纖。此後，冷卻劑氣可在冷卻劑氣出口22從熱交換器排出、汲取和/或回收。
通常，從熱交換器12回收的冷卻劑氣包含汙染物質，諸如，雜質、碎屑等(統稱為「汙染物質」)。這些汙染物質一般包括氣體(例如，氮氣、氧氣、氬氣和其它在大氣中存在的氣體)、微粒物質(例如，灰塵)以及水分。然而，汙染物質可包括除了冷卻劑氣之外的任何物質，並可以變化的量和變化的濃度存在於回收的冷卻劑氣內。
與回收的冷卻劑氣相比，「新鮮的」冷卻劑氣是含有極少量汙染物質(如果有的話)的冷卻劑氣。新鮮的冷卻劑氣(例如，工業級的新鮮的冷卻劑氣)一般含有不超過約佔體積百分之0.005的汙染物質。
回頭參照圖1，冷卻劑氣回收部分14包括泵30、回收管路32以及可選擇的孔口34或一類似分離連接設備和/或限流器。泵30可操作地產生系統10內的負壓和正壓。例如，泵30可產生或建立在回收管路32a和32b內的負壓，這樣，在熱交換器12內的冷卻劑氣可從熱交換器汲取並回收。同樣地，泵30可產生或建立系統10內一個或多個管路(即，32c，32d和32e)內和任何處的正壓，這樣，冷卻劑氣可被推動或流動通過整個系統。任何能產生如上所述的負壓和/或正壓的泵可用作為泵30。
因為泵30可操作地產生負壓和正壓，所以在系統10內不需要另外的泵、壓縮機等。由泵30產生的正壓水平和/或量可根據流動通過系統10的冷卻劑氣的量和/或系統的部件提供的限流而確定。
孔口34設置在系統10和冷卻劑氣回收部分14內，這樣，孔口可使熱交換器12與泵30分離。孔口34還能控制和/或減少熱交換器12內壓差的作用。當泵操作而在系統10內產生正壓和負壓時，泵30產生這些壓差。如果不控制，壓差(即，壓力波動)會引起不理想的光纖振動。不需要的光纖維振動會不利地影響纖維拉拔過程中產生的光纖的質量。
分析部分16包括一分析器36和分析管路38。分析器36可包括一個或多個在本技術領域內業已知曉的多種分析器或監控器，諸如，氧氣分析器、氦氣分析器、氮氣分析器、水分分析器等。分析器36可通過回收管路32和分析管路38與熱交換器相連，這樣，分析器可操作地監控從熱交換器汲取的回收的冷卻劑氣(或回收的冷卻劑氣的一分析部分)的狀況。可監控的回收的冷卻劑氣的狀況包括但不限於，在回收的冷卻劑氣中，氧氣的量和/或濃度，氦氣的量和/或濃度，氮氣的量和/或濃度，其它惰性氣體的量和/或濃度以及水分的量。
較佳地，分析器36與控制系統37可操作地相連。控制系統37可操作地傳送和/或輸送由分析器監控的狀況至系統10的一個或多個部件(例如，質量流量控制器、流量控制器、閥等)。控制系統37還可根據對於流率和其它操作參數監控的、傳送的和/或輸送的狀況，可操作地指令和/或控制一個或多個質量流量控制器。
冷卻劑氣混合部分18包括流量或質量流量控制器40和42、新鮮冷卻劑氣管路44、再生管路46和混合管路48。質量流量控制器40可操作地允許或限制回收的冷卻劑氣的流動。更詳細地說，回收的冷卻劑氣可被選擇地允許通過質量流量控制器40，並至回收的冷卻劑氣「再生」的再生管路46內。再生的冷卻劑氣然後可流動通過再生管路46至混合點50。
質量流量控制器42可操作地允許或限制新鮮冷卻劑氣的流動。更詳細地說，新鮮的冷卻劑氣可被允許通過質量流量控制器42，並進入到新鮮管路44內。新鮮冷卻劑氣然後可流動通過新鮮管路44至混合點50。
如圖1所示，混合點50出現在新鮮管路44、回收管路46和混和管路48的相交點。在混合點50，回收冷卻劑氣和新鮮冷卻劑氣可混合一起以產生預定的和/或要求的純度的一混合氣和/或冷卻劑氣的混合。換而言之，可產生冷卻劑氣的混合，以使混合氣具有一預定的、已知的和/或要求的汙染物質濃度(統稱為「預定汙染物質濃度」)。
一般地，混合冷卻劑氣的預定汙染物質濃度小於佔混合冷卻劑氣體積約百分之五的汙染物質。相對地，由系統10再循環的冷卻劑氣具有一佔混合冷卻劑氣體積約百分之九十五至約百分之九十九(約95％至99％)的冷卻劑氣濃度(即，純度)。在較佳的實施例中，可由使用者設置混合冷卻劑氣內的預定的汙染物質濃度和冷卻劑氣濃度。
在一實施例中，預定的汙染物質濃度可通過選擇性地操作質量流量控制器40和42來實現，以適當的比例混合再生的冷卻劑氣和新鮮冷卻劑氣的變化的量。因為一般已知新鮮冷卻劑氣內的汙染物質的濃度且分析器可確定回收的冷卻劑氣內汙染物質的濃度，所以可使用這種「混合」方法來產生混合冷卻劑氣。
一旦混合的冷卻劑氣在混合點50產生，混合的冷卻劑氣通過混和管路48以引入到熱交換器12內。這樣，混合的冷卻劑氣，更詳細地說，回收的冷卻劑氣的再生部分被「再循環」。熱交換器可使用再循環的冷卻劑氣來冷卻前述的熱的光纖，因為包括冷卻劑氣的再生部分的混合的冷卻劑氣被再循環和/或重複使用，所以達到一顯著的成本節約。
在較佳的實施例中，系統10還包括旁路通道部分52。旁路通道部分52包括質量流量控制器54和一個或多個密封管路56a-b。質量流量控制器54可操作地允許或限制回收的冷卻劑氣流動通過密封管路56a。回收的冷卻劑氣可流過分析器36、分析管路38和密封管路56a-b直至通過熱交換器12的近端28，這樣，形成密封58a-b。密封58a-b可包括，例如，一傳統的氣體密封。這樣，旁路部分52可抑制和/或阻止不理想的冷卻劑氣從熱交換器12的通道24內逃逸，如此，利用回收的冷卻劑氣的一部分。
在一示範性的實施例中，密封58a-b包括諸如那些在公共擁有的、未決的、於2001年11月30日提交的、系列號No.09/998，288、題為「蓋帽組件和光纖冷卻工藝」的美國專利申請中所述的密封，且因此，本發明在描述中援引了該申請的內容和公開以作參考。
此外，旁路通道部分52和尤其是質量流量控制器54，可操作地保持通過系統10的回收的冷卻劑氣的至少一部分的恆定流動。恆定量流動的結果確保泵30持續性地操作。隨著持續性地操作泵30，可保持由泵30產生的輸送回收的、再生的以及混合的冷卻劑氣通過系統10的正壓。通過保持系統10內的正壓，可減少「滯後時間」。如這裡所使用的，滯後時間基本上是回收的冷卻劑氣前進通過系統10(例如，通過管路32d和38達到分析器36)過程中的時間流逝的量。
當在系統10內轉移和/或變換冷卻劑氣從管路至管路(例如，56和46)的流動時，滯後時間通常不要求注意和/或經歷。例如，當質量流量控制器54限制回收的冷卻劑氣的一部分流量進入密封管路56a時，以及質量流量控制器40同步地允許回收的冷卻劑氣的一部分的增長的流量通過再生管路46，可能會期望滯後時間。然而，因為泵30已持續性地操作，所以不必要建立一正壓來轉移和/或變換回收的冷卻劑氣。因此，已進入密封管路56a的回收的冷卻劑氣的部分可被快速地轉移到再生管路46。當連續地和/或持續性地操作泵導致不允許大致上耗散系統10內的正壓時，可減少滯後時間。
有利地是，旁路通道部分52還可抑制和/或阻止由以一增加的回收的冷卻劑氣的濃度減少回收的冷卻劑氣的流量引起的在質量流量控制器40上遊的汙染物質的積聚。
在操作中，通過操作泵30從熱交換器汲取(即，回收)含有汙染物質的冷卻劑氣。回收的冷卻劑氣進入回收管路32a，並流動通過孔口34、回收管路32b、泵30以及回收管路32c。當前進通過回收管路32c時，含有汙染物質的冷卻劑氣被轉移和/分離，這樣，至少一部分冷卻劑氣流動通過回收管路32d，而其它部分流動通過回收管路32e。
流動通過回收管路32d的回收的冷卻劑氣的部分中的一分析部分，進入分析管路38，並引入到分析器36，且一部分通過質量流量控制器54。較佳地，通過每一分析器36和質量流量控制器54的回收的冷卻劑氣的諸部分的流量是常量或基本是常量，而通過回收管路32e和質量流量控制器40的回收的冷卻劑氣的流量是變量。
由泵30產生的正壓可直接地聯繫和/或取決於回收的冷卻劑氣通過分析器36和質量流量控制器40和54的流量的組合。換而言之，泵30根據由分析器36和質量流量控制器40和54產生的流量限制的總和，可進行操作以產生按照需要的或多或少的正壓。
在回收的冷卻劑氣已被隔開後，操作分析器36以監控回收的冷卻劑氣的分析部分的狀況，這樣，可確定回收的冷卻劑氣內汙染物質的濃度。此後，分析器36和/或控制系統37傳輸和/或輸送濃度信息至一個或多個質量流量控制器40，42和54。如有需要，分析器36和/或控制系統37還可指令和/或控制一個或多個質量流量控制器40，42和54，以操縱回收的冷卻劑氣的流動。
利用分析器36已確定回收的冷卻劑氣的汙染物質濃度，並已知新鮮冷卻劑氣內汙染物質的濃度，便可啟動和/或操作質量流量控制器40和42。當質量流量控制器42被啟動時，一新鮮的冷卻劑氣量行進通過新鮮冷卻劑氣管路44並被輸送至混合點50。同樣地，當質量流量控制器40被啟動時，一回收的冷卻劑氣量允許通過質量流量控制器，這樣，該回收的冷卻劑氣量被再生。再生的冷卻劑氣行進通過再生路線46，並也輸送到混合點50。
在混合點50，再生的冷卻劑氣和新鮮的冷卻劑氣混合和/或混和一起，以產生含有預定的汙染物質濃度或冷卻劑氣純度的混合的冷卻劑氣(即，氣體冷卻劑混合氣)。這樣，冷卻劑氣的質量(即，汙染物質的濃度或純度)，與冷卻劑氣的數量(即，流率)相比，可由系統10，特別是質量流量控制器40和42操縱和/或控制。
在以預定的濃度產生混合的冷卻劑氣之後，混合的冷卻劑氣通過混和管路48直至在泵30的正壓下進入熱交換器12。這樣，混合的冷卻劑氣，更確切地說再生的回收的冷卻劑氣，通過再一次利用或使用熱交換器12內的混合的冷卻劑氣和/或回收的冷卻劑氣而被「再循環」，以冷卻光纖。
當使用系統10再循環冷卻劑氣時，混合的冷卻劑氣的濃度可預定，並且熱交換器內混合的冷卻劑氣的流率可大致上保持常量。例如，如果回收的冷卻劑氣含有一相對高的汙染物質濃度，那麼少量的回收的冷卻劑氣和大量的新鮮冷卻劑氣混合在一起，以產生具有要求的汙染物質水平的混合氣。相反地，如果回收的冷卻劑氣含有一相對低的汙染物質濃度，那麼大量的回收的冷卻劑氣和少量的新鮮冷卻劑氣混合在一起，以產生具有要求的汙染物質水平的混合氣。
此外，因為回收和再生冷卻劑氣的諸步驟可在系統10內重複地進行，應該著重指出的是，再生冷卻劑氣的流量越低，夾帶在回收的冷卻劑氣內的汙染物質的濃度也越低。
同樣地，當含有預定汙染物質濃度的混合的冷卻劑氣產生時，不管再生的冷卻劑氣與新鮮冷卻劑氣的比率如何，進入到熱交換器12內的混合冷卻劑氣的流率可保持相同或大致上相同。這樣，進入到熱交換器12內的混合冷卻劑氣的流率不依賴於回收的或再生的冷卻劑氣內的汙染物質濃度。
較佳地，再生和用來產生混合的冷卻劑氣的回收的冷卻劑氣的量進行優化，以確保最大的回收冷卻劑氣量進行再生和再循環。在一實施例中，可通過求解一流量和濃度方程組來實現最優化。下面參照圖1來描述這種最優化。
首先，回收的冷卻劑氣的雜質濃度yr由分析器36確定。接著，質量流量控制器42接收流速fv和具有yv雜質濃度流動的新鮮冷卻劑氣，而質量流量控制器40接收流速fr和具有yr雜質濃度流動的回收的冷卻劑氣。操作混合部分，這樣，產生具有fp流率和yp雜質的混合的冷卻劑氣。混合的冷卻劑氣流率fp可通過以下方程式決定fp＝fv+fr(1)而混合的冷卻劑氣的雜質濃度yp通過以下方程式得出ypfp＝yvfv+yrfr(2)具有或已知要求的fp和yp的值，並用分析器36確定yr，並已知新鮮冷卻劑氣內雜質濃度yv，fr和fv都可使用混合冷卻劑氣的流量和雜質濃度方程式(1)和(2)求得。結果，按照下面的方程式，通過控制回收的冷卻劑氣流速fr和新鮮冷卻劑氣流速rv，可達到在要求濃度yp上的流速fpfr(yr)=fpyp-yvyr-yv]]>fv(yr)=fpyr-ypyr-yv]]>因為，當fs小於fr時，發現回收的冷卻劑氣的雜質濃度yr依賴於回收管路32a內的抽吸流量fs，所以，通過引入100％純淨(例如，基本上沒有或缺少汙染物質)的新鮮冷卻劑氣進入到熱交換器12內，可直接地確定yr對fs的依賴關係，這樣yp＝yv＝0接著，回收的冷卻劑氣的得出的雜質濃度yr可對變化的fs值求得，這樣yro＝yro(fs)接著，回收的冷卻劑氣的雜質濃度yr滿足yr(fs)＝yp+(1-yp)yro(fs)參照圖3，圖中示出yr(fs)和fr(yr)的相關性。在最大回收流率處，滿足以下各方程式yr(fs)＝yp+(1-yp)yro(fs)fr(yr)=fpyp-yvyr-yv]]>因此，當求解出以上的方程式時，最優的回收的氣體流率fropt以及雜質濃度yropt出現在兩曲線的交點上。這樣，可達到在最優濃度下的最優的回收的氣體流率。
在使用時，系統10可提供許多優點。例如，系統10可持續地保持一增加的或提高的冷卻劑氣回收率，並通過減少吸取流率可減少在回收的冷卻劑氣內的汙染物質。此外，系統10可保證和/或促進在常量濃度下的冷卻劑氣的常量流率fp。換而言之，一般來說在僅有的新鮮氣體和混合氣體之間沒有「套接(toggling)」。另外，系統10的使用可避免對變速泵、鼓風機或其它用來控制抽吸壓力的裝置的需要。系統10不要求為了控制光纖冷卻處理的冷卻劑氣的通風，並無需採取壓力或真空測量。特別地，不需要添加不必要或額外的設備到系統10，或者在系統10內使用，即可實現每一個這些優點。
儘管以一步一步的順序描述了任何方法，但不強制特別的編年的次序來完成動作或步驟。此外，可在描述的內容和附後的權利要求書的範圍內，構思和考慮動作或步驟的去除、修正、重新布置、組合、重新排序等。
儘管本發明按照較佳的實施例作了描述，但是應該認識到，除了那些明白地闡述的實例之外，等同物、替代物以及改型均是可能的，且應在附後的權利要求書的範圍內。
權利要求
1.一回收和再循環含有汙染物質的冷卻劑氣的方法，該方法包括提供一熱交換器和一分析器，熱交換器和分析器可操作地相連；從熱交換器回收含有汙染物質的冷卻劑氣；輸送回收的冷卻劑氣的分析部分至分析器；由分析器分析回收的冷卻劑氣的分析部分，以確定回收的冷卻劑氣的狀況；根據狀況，回收的冷卻劑氣的再生部分與新鮮的冷卻劑氣混合，以產生具有預定汙染物質濃度的氣體冷卻劑混合氣；以及將氣體冷卻劑混合氣引入熱交換器內，這樣，可再循環至少一部分回收的冷卻劑氣。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，該方法還包括在回收步驟之前，引入新鮮冷卻劑氣至熱交換器內的一步驟。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，該方法還包括提供回收的冷卻劑氣的分析部分至與熱交換器相連的密封。
4.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，該方法還包括提供一控制系統，控制系統與分析器相連，並可操作地控制混合。
5.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，回收的冷卻劑氣的分析部分以一常量流率通過分析器，且氣體冷卻劑混合氣以一常量流率引入熱交換器內。
6.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，該方法還包括提供用來控制引入熱交換器內的汙染物質量的設備。
7.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，該方法還包括提供用來控制在氣體冷卻劑混合氣內的汙染物質濃度以及用來控制引入到熱交換器內的氣體冷卻劑混合氣內的汙染物質濃度的設備。
8.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，該方法還包括將回收的冷卻劑氣分成包括回收的冷卻劑氣的分析部分的回收的冷卻劑氣的一部分和回收的冷卻劑氣的再生部分。
9.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，氣體冷卻劑混合氣的預定的汙染物質濃度由使用者設置。
10.一種如權利要求1至9任何一項所述的、用來從熱交換器回收含有汙染物質的冷卻劑氣並再循環至少一部分回收的冷卻劑氣的設備，該設備包括一泵，其可操作地從熱交換器回收冷卻劑氣，並傳輸回收的冷卻劑氣通過設備；一分析器，其可操作地監控回收的冷卻劑氣的狀況；一第一質量流量控制器，其可操作地通過將回收的冷卻劑氣的再生部分傳輸至一混合點，來再生一部分回收的冷卻劑氣；一第二質量流量控制器，其可操作地提供新鮮的冷卻劑氣至混合點；一第三質量流量控制器，其可操作地保持通過設備的回收的冷卻劑氣的流量；其中，設備根據回收的冷卻劑氣的狀況，可操作地從新鮮的冷卻劑氣和回收的冷卻劑氣的再生部分產生一氣體冷卻劑混合氣，這樣，當氣體冷卻劑混合氣被引入到熱交換器內時，氣體冷卻劑混合氣具有一預定的汙染物質濃度。
11.如權利要求1至9任一項所述的冷卻劑氣回收系統，其包括用來冷卻熱的光纖的冷卻劑氣；一熱交換器，其包括一光纖入口，其適於接收熱的光纖至熱交換器內；一光纖出口，其適於從熱交換器排出熱的光纖；一通道，其在光纖入口和光纖出口之間延伸，通道適於在其間通過熱的光纖；一個或多個冷卻劑氣入口，其用來引導冷卻劑氣至通道內；以及一個或多個冷卻劑氣出口，其用來從通道排出冷卻劑氣；一用來泵送和抽吸冷卻劑氣通過系統的泵；一用來監控冷卻劑氣內雜質濃度的分析器；一第一質量流動控制器和一第二質量流動控制器，它們用來根據監測的雜質濃度來控制冷卻劑氣內的雜質的濃度；以及一第三質量流動控制器，其用來提供一密封至使用冷卻劑氣的熱交換器，並用來保持冷卻劑氣的恆定流量，以確保泵的連續操作。
全文摘要
一種用於從熱交換器回收和再循環冷卻劑氣的設備和方法。該設備包括一冷卻劑氣回收部分、一分析部分以及一冷卻劑氣混合部分。冷卻劑氣回收部分從熱交換器回收含有汙染物質的冷卻劑氣。分析部分監控回收的冷卻劑氣的分析部分的狀況。冷卻劑氣混合部分根據由分析部分監控的回收的冷卻劑氣的狀況，可操作地產生包含新鮮冷卻劑氣和含有至少一部分回收的冷卻劑氣的再生的冷卻劑氣的一混合的冷卻劑氣。混合的冷卻劑氣具有預定的汙染物質濃度，並再循環入熱交換器內。這樣，不使用一淨化設備，冷卻劑氣可以預定的汙染物質濃度從熱交換器回收和再循環至熱交換器。
文檔編號G01N1/00GK1488594SQ0315777
公開日2004年4月14日 申請日期2003年8月28日 優先權日2002年8月28日
發明者I·沙德利特斯基, A·米克, 呂亞平, I 沙德利特斯基 申請人:波克股份有限公司