专利名称：脱水烧结炉的制作方法
技术领域：
(相关申请的交叉引用)本申请以2003年10月8日申请的NO.2003-409071日本专利申请为基础，并要求其优先权，该申请的全部内容这里作为参考引入。
背景技术：
本发明涉及一种脱水烧结炉，尤其涉及一种在光纤制造中对光纤(玻璃纤维)母料进行脱水处理和烧结处理的脱水烧结炉。
使用VAD(气相轴向沉积)法，OVD(外部蒸汽沉积)法或类似方法生产出多孔母料。脱水烧结炉包括一个芯管(马弗炉)和一个加热器，所述芯管容纳多孔母料。多孔母料通过提供到芯管中的脱水剂如氯气、亚硫酰氯、惰性气体如氦气而被加热脱水。此后，多孔母料在惰性气体如氦气(如必要，可包括另一种气体)的气氛中加热烧结，这样获得了光纤母料。
上述对光纤母料进行脱水烧结的脱水烧结炉包括所述芯管。所述芯管与一个压力变化缓冲器相连接，以避免芯管内部压力大的变化并保持芯管内压力尽可能稳定。压力变化缓冲器包括，例如，气球型的压力缓冲器，气流缓冲室，电磁阀控制的压力变化吸收容器及其相似物(例如专利文献1到4专利文献1审查后实用新型申请公开出版物No.平6(1994)-50513；专利文献2日本专利公开出版物No.平5(1993)-4828；专利文献3日本专利公开出版物No.平6(1994)-127964；专利文献4日本专利公开出版物No.平10(1998)-120428)。
尽管与芯管连接的压力变化缓冲器在缓冲芯管内的短时间压力变化方面是有效的，但压力变化缓冲器存在如下问题。
当芯管内压力升高时，炉腔内的气体从芯管中被推出进入到压力变化缓冲器中。另一方面，当炉腔内的压力下降时，压力变化缓冲器中的气体返回到芯管内。
具体的，在脱水处理步骤中，去除的水分移到压力变化缓冲器中，并且一部分水分返回到芯管内。这样降低了脱水能力。
在此之前，这种现象还没成为显著的问题。然而，这种现象在如下两种情况下产生了问题。第一种情况是近期需求不断增长的光纤制造中，所述光纤在其传输损失曲线上大约1385nm波长出现减小的OH峰值(例如专利文献5日本专利公开出版物No.2003-167144)。第二种情况是对多孔母料中含有绝对大量水分的大尺寸的母料进行脱水和烧结时。
发明内容
本发明目的是提供一种带有压力变化缓冲器的脱水烧结炉，所述压力变化缓冲器防止已移动到压力变化缓冲器中的水分返回到芯管内。这样防止了由于水分返回所造成的脱水烧结炉的脱水能力的降低，从而可以制造具有小传输损失的高性能光纤。
本发明第一方面提供了一种脱水烧结炉，所述炉子包括一个在光纤制造中对多孔母料进行脱水烧结的的芯管，一个排出蒸汽的排气口，一个与所述芯管排气口连接的压力缓冲器，和一个位于芯管和用于收集蒸汽的压力变化缓冲器之间的捕集器。
所述捕集器包括一个捕集箱用来液化和收集蒸汽。
所述炉子进一步还包括一个制冷装置用来冷却汽水收集箱，所述收集箱可竖直设置在排气口下方。
本发明第二方面还提供了一种有涂层的光纤的制造方法。该方法包括沉积玻璃微粒制造多孔母料的步骤，所述玻璃微粒由含四氯化硅的原料在火焰中起反应制造。该方法包括在芯管中脱水烧结所述多孔母料，稳定芯管的内部压力，由此制造一种光纤母料的步骤。该方法包括拉制所述光纤母料制备有涂层的光纤的步骤。该方法包括分离在制备光纤母料时从芯管中排出的蒸汽中水和气体的步骤。
所述脱水烧结炉包括收集箱如捕集箱来收集蒸汽，在脱水处理步骤，芯管产生的蒸汽包含水分，所述蒸汽在通过收集箱时被收集箱收集，这样防止水分返回到芯管内。
这样避免了由于水分返回所造成的脱水烧结炉的脱水能力的降低，因此在制造光纤时，在所述光纤传输损失曲线上大约1385nm波长出现减少的OH峰值，能够制造具有小的传输损失的高性能的光纤。
图1是有涂层光纤的制造过程方框图；图2A到图2F是图1的制造过程中相应装置的示意图；图4是脱水烧结炉的第二实施例示意图；图5是脱水烧结炉的第三实施例示意图；图6是脱水烧结炉的第四实施例示意图；图7是脱水烧结炉的第五实施例示意图；图8是脱水烧结炉的第六实施例示意图；图9是脱水烧结炉的第七实施例示意图；图10是脱水烧结炉的第八实施例示意图；具体实施方式
第一幅图描述了有涂层的光纤制造的实例。
在图1中，有涂层的光纤通过VAD(P1)，脱水和烧结(P2)，拉伸和分离(P3)，OVD(P4)，脱水和烧结(P5)，和纤维拉伸(P6)来制造。
更具体的，在图2A中，多孔母料W1采用VAD方法(P1)制造。具体地，气态的四氯化硅(SiCl4)，四氯化锗(GeCl4)，氧气(O2)，和氢气(H2)原料同时供给到核心燃烧器63。气态的四氯化硅(SiCl4)，四氯化锗(GeCl4)，氧气(O2)，和氢气(H2)原料同时提供给外层燃烧器65。所述四氯化硅和四氯化锗在氢氧焰中相互反应水解，生成搀杂锗的玻璃微粒。所述微粒沉积在旋转的主杆周围形成核心。玻璃微粒进一步沉积在所述核心的周围，制造出多孔母料W1。在此过程中，多孔母料W1从氢氧焰中吸收大量水分。
在图2B中，多孔母料W1被放在芯管11中并被加热器15加热。首先，随着脱水剂供给到芯管11中，多孔母料W1在大约1200℃到1400℃下被脱水，然后，随着惰性气体供给到芯管11中，多孔母料W1在大约1400℃到1600℃下被烧结，变成VAD母料W2(P2)。
在图2C中，所述VAD母料W2被加热器71在大约2000℃到2300℃下加热变软，所述VAD母料W2被拉成细长棒W3，所述细长棒W3被分成数量更多的核心棒W4(P3)。
在图2D中，采用OVD法(P4)制造出多孔母料W5。如在所述VAD法情况下那样，所述核心棒W4被放置在芯管11中，气态的四氯化硅(SiCl4)，氧气(O2)，和氢气(H2)原料同时提供给燃烧器73，并在火焰上互相反应产生玻璃微粒。燃烧器73在核心棒W4纵向上前后移动，以使玻璃微粒沉积在核心棒W4的外表面上，制造出多孔母料W5。在此过程中，多孔母料W5吸收大量水分。
在图2E中，多孔母料W5在芯管11中被加热器15再次加热。这样，多孔母料W5被脱水烧结成光纤母料W6(P5)。
在图2F中，光纤母料W6在大约2000℃下被加热器75加热。光纤母料W6被熔化并被细长地拉伸出来。所述细长的玻璃被冷却器77冷却。然后，通过涂覆装置79和83将紫外线熟化的树脂涂在所述母料上。在每次涂覆时，所述树脂被紫外线照射装置81和85所熟化，这样，获得了有涂层的光纤W7。所述有涂层的光纤W7被缠绕在卷轴87上(P6)。
上述的脱水和烧结过程(P2和P5)使用了依据本发明的脱水烧结炉。
参照图3，下面描述脱水烧结炉的第一实施例。
上述脱水烧结炉包括，作为炉子主体的石英玻璃封闭的芯管(马弗炉)11。在所述芯管11内炉腔内部13中容纳着用主杆100吊挂的由玻璃微粒制成的光纤母料W(W1和W5)。
在芯管11外面有加热器15，用来加热炉腔内部13中的光纤母料W。
芯管11底部与一条相连接的气体引入管17相连通，并与之连接。气体引入管17提供到向炉腔内部13提供脱水剂如氯气、亚硫酰氯、惰性气体如氦气。
芯管11的上部有一排气口19，排气口19通过导管21与压力变化缓冲器23连接。压力变化缓冲器23可以是众所周知的一种，例如，气球型的压力缓冲器，气流缓冲室，电磁阀控制的压力变化吸收容器及其类似物，它们的详细描述将被略去。
在导管21的中部，也就是芯管11和压力变化缓冲器23之间，设置了液化和收集蒸汽的捕集箱25作为进行气体收集的捕集器。捕集箱25在竖直方向上安装在低于排气口19和压力变化缓冲器23的位置上。
捕集箱25设置在室温气氛下，捕集箱25上部有流体出入口27和29。其中一个流体出入口27和芯管11的排气口19相连通并与之连接。另一个流体出入口29和压力变化缓冲器23相连通并与之连接。在芯管11中产生的蒸汽流动经过收集箱25的气相部分25A。
捕集箱25与用于排水的排水管31相连。排水管31备有一排水阀33。
捕集箱25由不被盐酸腐蚀的材料制成，所述盐酸包含在从芯管11排出的蒸汽中。这种材料是，例如玻璃或树脂。树脂如聚四氟乙烯(PTFE)或聚氯乙烯(PVC)。
在具有上述结构的脱水烧结炉中，加热器15在惰性气体气氛中加热芯管11。这样在炉腔内部13内加热和脱水光纤母料W。
在上述的脱水处理步骤中，当炉腔内部13的压力升高时，炉子内的气体从芯管11流动通过捕集箱25被推入压力变化缓冲器23中。另一方面，当炉腔内部13的压力降低，压力变化缓冲器23中气体通过捕集箱25返回芯管11。这样消除了炉腔内部13的压力变化。
在炉腔内部13和压力变化缓冲器23之间的气流中，炉腔内部13中产生的含有水分的蒸汽在通过捕集箱25时通过自然冷却被液化并以液态形式存储在捕集箱25中。
这样，炉腔内部13中产生的含有水分的蒸汽被捕集箱25收集，因此水分不能返回炉腔内部13。这样防止脱水烧结炉的脱水能力下降。因此，在制造光纤时，也能够高效的制造具有小传输损失的高性能光纤，在所述光纤传输损失曲线上大约1385nm波长出现减小的OH峰值。
在有和没有捕集箱时都能制造光纤。至于在其他条件设置相同情况下最终获得的光纤，测量在1385nm波长下的传输损失。在没有捕集箱的情况下的结果是平均值大约0.291dB/km到0.296dB/km。而在有捕集箱的情况下结果减小到大约0.278dB/km到0.274dB/km。
捕集箱25放置在低于芯管11的排气口19的位置上。这样储存在捕集箱中的液体不会流回炉腔内部13。储存在捕集箱25中的液体通过定期打开的排水阀门33从排水管31排到外面。
下面参照图4描述脱水烧结炉的第二实施例。图4中提到的与图3中相同的那些部件用与图3中相同的参考数字表示，并将它们的描述略去。
所述脱水烧结炉的第二实施例包括一个安装在捕集箱25外面的热交换器35，所述热交换器，作为液体制冷装置，对捕集箱25进行冷却。冷却水被供给到热交换器35。
这样，在冷却水和捕集箱25之间进行热交换，从而冷却捕集箱25。炉腔内部13产生的含有水分的蒸汽通过捕集箱25时，捕集箱25的冷却能够将其强制冷却并高效液化所述蒸汽。结果，捕集箱25收集并液化炉腔内部13产生的含有水分的蒸汽，这样高效阻止水分返回炉腔内部13。
下面参照图5描述脱水烧结炉的第三实施例。图5中提到的与图3中相同的那些部件用与图3中相同的参考数字表示，并将它们的描述略去。
所述脱水烧结炉的第三实施例包括一个安装在捕集箱25外面的冷却风扇37。作为制冷装置冷却捕集箱25的空气制冷装置，冷却风扇37向捕集箱25提供冷空气。
这样冷空气冷却捕集箱25。炉腔内部13产生的含有水分的蒸汽通过捕集箱25时，捕集箱25强制冷却并高效液化所述蒸汽。结果，该实施例的捕集箱25收集并液化炉腔内部13产生的含有水分的蒸汽，这样高效阻止水分返回炉腔内部13。
下面参照图6描述脱水烧结炉的第四实施例。
所述脱水烧结炉的第四实施例包括罩住捕集箱25的冷却槽39。所述冷却槽39比捕集箱25大，所述冷却槽内部装满冷却剂41如冷水或烷氧基九氟代丁烷。
冷却槽39中的冷却剂41直接冷却捕集箱25并将捕集箱25保持低温。这样，当炉腔内部13产生的含有水分的蒸汽通过捕集箱25时，捕集箱25很好的冷却并高效液化所述蒸汽。
因此，该实施例中的捕集箱25收集并液化炉腔内部13产生的含有水分的蒸汽，这样高效阻止水分返回炉腔内部13。
下面参照图7描述脱水烧结炉的第五实施例。
所述脱水烧结炉的第五实施例包括一个把整个捕集箱25罩在里面的制冷装置43。所述制冷装置43使用常规的冷却循环系统通过对冷却剂进行绝热膨胀来冷却，并保持内部低温。
这样，捕集箱25保持在低温。当炉腔内部13产生的含有水分的蒸汽通过捕集箱25时，捕集箱25冷却并高效液化所述蒸汽。
因此，该实施例的捕集箱25收集并液化炉腔内部13产生的含有水分的蒸汽，这样高效阻止水分返回炉腔内部13。
下面参照图8描述脱水烧结炉的第六实施例。
所述脱水烧结炉的第六实施例包括一个使存储在捕集箱25中的液体循环的外部管路。所述液体如是水。所述外部管路45在它的中部有一散热器47，所述散热器由半导体型的、液冷式或风冷式热交换器形成。散热器47冷却流过外部管路45的液体。
这样，作为冷却剂，由捕集箱25液化并收集的液体冷却捕集箱25。当炉腔内部13产生的含有水分的蒸汽通过捕集箱25时，捕集箱25有效的冷却并液化所述蒸汽。
因此，该实施例的捕集箱25收集并液化炉腔内部13产生的含有水分的蒸汽，这样高效阻止水分返回炉腔内部13。
注意，本实施例的排水管31可与外部管路45相连。
下面参照图9描述脱水烧结炉的第七实施例。
所述脱水烧结炉的第七实施例包括一个除湿容器49作为汽水阀收集蒸汽，其设在导管21中部，也就是芯管11和压力变化缓冲器23之间。
除湿容器49装满水分吸收剂51如硅胶和/或木炭。除湿容器49有两个流体出入口53和55。其中一个流体出入口53与芯管11的排气口19相连通并与之连接。另一个流体出入口55与压力变化缓冲器相23连通并与之连接。芯管11产生的蒸汽流入所述容器中。
气流与炉腔内部13和压力变化缓冲器23之间的气流是一样的。在此气流中，炉腔内部13产生的含有水分的蒸汽在通过除湿容器49时被除湿容器49中的水分吸收剂51所吸收和除湿。
这样，炉腔内部13产生的含有水分的蒸汽被收集在除湿容器中，并且水分不会返回炉腔内部13。因此，此装置也可防止脱水烧结炉的脱水能力下降。因此，在制造光纤时，同样能够高效地制造具有小传输损失的高性能光纤，在所述光纤传输损失曲线上大约1385nm波长出现减小的OH峰值。
下面参照图10描述脱水烧结炉的第八实施例。
这种脱水烧结炉的捕集箱25具有覆盖在它的外表面的散热片53。散热片53例如由具有极好的热传导率的铜制成。散热片53提供空气和捕集箱25之间的热交换，并冷却捕集箱25。冷却的捕集箱25高效的冷凝在气相部分25A中的蒸汽。
虽然在上面已参照该发明的实施例对本发明进行了描述，但本发明不局限于上述的实施例。本领域技术人员也可依照上面的教导，对上述实施例进行更改和变化。本发明的范围参照下面的权利要求来定义。
权利要求
1.一种脱水烧结炉，包括芯管，该芯管构造成在制造光纤时对多孔母料进行脱水和烧结，并带有用于排出蒸汽的出口；与所述芯管的出口连接的压力变化缓冲器；和位于所述芯管和所述压力变化缓冲器之间的用于收集蒸汽的捕集器。
2.根据权利要求1所述的脱水烧结炉，其特征在于，所述捕集器由液化和收集蒸汽的捕集箱构成。
3.根据权利要求2所述的脱水烧结炉，其特征在于，进一步包括用于冷却捕集箱的冷却装置。
4.根据权利要求1所述的脱水烧结炉，其特征在于，所述捕集器在竖直方向放置在低于芯管出口的位置。
5.制备有涂层的光纤的方法，包括沉积通过含硅化合物的原料在火焰中起反应产生的玻璃微粒，制造出多孔母料；在芯管中对所述多孔母料进行胶水和烧结，调整芯管的内部压力，从而制造出光纤母料；捕集在制备光纤母料时从芯管中排出的蒸汽；以及拉伸所述光纤母料制造出有涂层的光纤。
6.根据权利要求1所述的脱水烧结炉，其特征在于，所述捕集箱在上部具有流体出入口，其中一个流体出入口与芯管的排气口相连通并与之连接，另一流体出入口与压力变化缓冲器相连通并与之连接。
7.根据权利要求1所述的脱水烧结炉，其特征在于，所述捕集箱与用于排水的排水管连接。
8.根据权利要求1所述的脱水烧结炉，其特征在于，所述捕集箱由不被盐酸腐蚀的玻璃或树脂材料制成，所述盐酸包含在从芯管排出的蒸汽中。
9.根据权利要求8所述的脱水烧结炉，其特征在于，所述的树脂材料是聚四氟乙烯(PTFE)或聚氯乙烯(PVC)。
10.在根据权利要求1所述的脱水烧结炉中制造的光纤，其特征在于，在1385nm波长时测量的传输损失从0.291dB/km到0.274dB/km。
11.根据权利要求3所述的脱水烧结炉，其特征在于，所述的冷却装置是设置在捕集箱外部的热交换器。
12.根据权利要求3所述的脱水烧结炉，其特征在于，所述的冷却装置是设置在捕集箱外部的冷却风扇。
13.根据权利要求3所述的脱水烧结炉，其特征在于，所述的制冷装置是比捕集箱大且容纳捕集箱的冷却槽，所述冷却槽内部装满冷却剂。
14.根据权利要求3所述的脱水烧结炉，其特征在于，所述的冷却装置是容纳捕集箱的冷却装置。
15.根据权利要求3所述的脱水烧结炉，其特征在于，所述的冷却装置是使存储在捕集箱中的液体循环的外部管路。
16.根据权利要求15所述的脱水烧结炉，其特征在于，所述外部管路在其中部设有散热器，用于冷却流过外部管路的液体，所述散热器由半导体型的、液冷式或风冷式热交换器构成。
17.根据权利要求1所述的脱水烧结炉，进一步包括除湿容器，该除湿容器作为收集蒸汽的捕集器，设在位于芯管和压力变化缓冲器之间的导管的中部。
18.根据权利要求17所述的脱水烧结炉，其特征在于，所述除湿容器装满由硅胶和/或木炭制成的水分吸收剂。
19.根据权利要求1所述的脱水烧结炉，其特征在于，所述捕集箱具有覆盖其外表面的散热片，散热片由具有极好的热传导率的材料制成，在空气和捕集箱之间进行热交换以冷却捕集箱。
全文摘要
一种脱水烧结炉，包括一个制造光纤时用来脱水烧结多孔母料并带有用于排出蒸汽的排气口的芯管，所述的炉子包括一个与所述芯管的排气口连接的压力变化缓冲器。所述的炉子包括一个位于所述芯管和所述压力变化缓冲器之间的用于收集蒸汽的捕集器。
文档编号C03B37/014GK1626467SQ200410100698
公开日2005年6月15日 申请日期2004年12月8日 优先权日2003年12月8日
发明者斋藤学, 山田成敏 申请人:株式会社藤仓