专利名称：用于冷却光纤的系统和方法
用于冷却光纤的系统和方法背景本申请根据35USC 119(e)要求2009年10月观日提交的美国临时专利申请序列号第61/255，527的优先权权益。领域本说明书总体涉及用于生产光纤的系统和方法，且更具体来说，涉及将用于冷却光纤的系统和方法。
背景技术：
玻璃光纤通常通过从在拉制熔炉内被加热至拉制温度的预制件拉制光纤而形成。 在从预制件拉制光纤之后，裸露或未涂敷的光纤可能易于受到机械接触的损坏。这种损坏可能不利地影响光纤的机械和光学性能。因而，为了防止这种损坏，可在从预制件拉制光纤之后快速对光纤施加涂层。但是，如果涂层施加到加热的光纤(例如，如果在从预制件拉制光纤之后立即对光纤施加涂层)，光纤的较高温度可能降低用于保护光纤的涂层的有效性。如果光纤工艺垂向受限，则通常在固定距离上实现光纤的冷却。这样，光纤必须在固定长度上逐渐冷却以达到适于施加涂层的温度。因而，冷却光纤的速率可以是增加光纤的拉制速度时的一个速率限制因素。此外，当前用于冷却光纤的气体，诸如氦气可能昂贵且可能需要冷冻以实现必要的冷却，由此增加光纤制造工艺的总成本。因而，需要用于冷却光纤的替代系统和方法。
发明内容
根据一实施例中，光纤冷却系统总体包括彼此大致平行定向并间隔开的第一冷却管和第二冷却管，光纤路径定位在第一冷却管与第二冷却管之间。第一冷却管包括沿第一光纤冷却管的轴向长度定位的多个冷却流体出口。第一冷却管的冷却流体出口定向成引导冷却流体流跨越光纤路径朝向第二冷却管。第二冷却管包括沿第二光纤冷却管的轴向长度定位的多个冷却流体出口。第二冷却管的冷却流体出口定向成引导冷却流体流跨越光纤路径朝向第一冷却管。在另一实施例中，一种光纤冷却系统包括定位在冷却流体供给腔室内并与冷却流体供给腔室大致同轴的光纤冷却管。光纤冷却管大致限定穿过光纤冷却系统的光纤路径， 并包括沿光纤冷却管的轴向长度定位的多个冷却流体入口。冷却流体入口构造成从至少两个不同方向引导冷却流体流跨越光纤路径。至少一个冷却流体开口可沿光纤冷却管的轴向长度定位在光纤冷却管的第一端与第二端之间。至少一个冷却流体开口的横截面面积可大于冷却流体入口的横截面面积。此外，至少一个冷却流体开口可操作以从光纤冷却管排出冷却流体并由此防止冷却流体的大量轴向流穿过光纤冷却管。至少一个冷却流体出口可流体联接至定位在冷却流体供给腔室内的冷却流体排出腔室。在另一实施例中，一种在光纤拉制操作过程中冷却光纤的方法，包括沿定位在第一冷却管与第二冷却管之间的光纤路径拉制光纤。此后，通过沿第一冷却管的轴向长度定位的冷却流体出口将冷却流体流引导到光纤上，且通过沿第二冷却管的轴向长度定位的冷却流体出口将冷却流体流引导到光纤上。通出所述冷却流体，从而防止沿光纤路径的冷却流体的大量轴向流。将在以下详细描述中阐述本发明的附加特征和优点，这些特征和优点在某种程度上对于本领域的技术人员来说根据该描述将是显而易见的，或者通过实施包括以下详细描述、权利要求书以及附图的本文所述的实施例可认识到。应当理解的是，以上一般描述和以下详细描述两者描述了各种实施例，并且它们旨在提供用于理解所要求保护主题的本质和特性的概观或框架。所包括的附图用于提供对各实施例的进一步理解，且被结合到本说明书中并构成其一部分。附图示出本文所述的各个实施例，并与本描述一起用于说明所要求保护主题的原理和操作。
图1显示根据本文所示和描述的一个或多个实施例从光纤预成型件拉直光纤的系统的剖视图；图2显示根据本文所示和描述的一个或多个实施例的光纤冷却系统的水平剖视图；图3A显示根据本文所示和描述的一个或多个实施例的图2的光纤冷却系统的冷却管的一实施例；图;3B显示根据本文所示和描述的一个或多个实施例的图2的光纤冷却系统的冷却管的另一实施例；图4A显示根据本文所示和描述的一个实施例的冷却管内冷却流体出口的一实施例；图4B显示根据本文所示和描述的一个实施例的冷却管内冷却流体出口的另一实施例；图5显示根据本文所示和描述的一个实施例的冷却管内冷却流体出口 ；图6显示根据本文所示和描述的一个实施例的一组冷却流体出口 ；图7示出图2的光纤冷却系统，示出相对的冷却管上成组冷却流体出口的相对定向；图8显示根据本文所示和描述的一个或多个实施例的光纤冷却系统的水平剖视图；以及图9显示根据本文所示和描述的一个实施例的冷却管内冷却流体入口的一实施例。
具体实施例方式现将详细参照光纤冷却系统的各实施例，在附图中示出了各实施例的示例。只要有可能，在所有附图中使用相同的附图标记来表示相同或类似的部分。图2中总体示出光纤冷却系统的一实施例。光纤冷却系统总体包括彼此平行定向并彼此间隔开的第一冷却管和第二冷却管，光纤路径定位在第一冷却管与第二冷却管之间。每个冷却管可包括多个冷却流体出口，多个冷却流体出口定向成引导冷却流体流跨越光纤路径朝向相对的冷却管。本文将更详细描述光纤冷却系统和包含光纤冷却系统的用于拉制光纤的系统的各实施例。参照图1，示出用于生产涂层光纤的系统100的一实施例。系统100可包括拉制熔炉114，该拉制熔炉114用于加热光纤预制件112，使得光纤300可从光纤预制件112拉制而成。预制件112可包括玻璃或适于制造光纤的任何材料。拉制熔炉114可垂向定向，使得从光纤预制件112拉制的光纤300沿大致垂向路径(即大致平行于图1所示坐标轴ζ向的路径)退出熔炉。在光纤300退出拉制熔炉114之后，可使用非接触传感器118、120测量光纤300 的直径和施加至光纤300的拉制拉力。如图1所示，在测量光纤300的直径和拉力之后， 光纤300穿过冷却光纤的光纤冷却系统200。一般而言，光纤冷却系统200与拉制熔炉 114间隔开距离D，使得光纤300在环境温度下冷却，然后进入光纤冷却系统200。例如， 拉制熔炉114与光纤冷却系统200a之间的距离D可能足以将光纤从拉制温度(例如从约 17000C -20000C )冷却至约1300°C，且更佳地冷却至约1200°C，然后光纤300进入光纤冷却系统200。当光纤300行进穿过光纤冷却系统200时，通过引导多个冷却流体流跨越光纤路径，光纤300在该光纤路径上拉制穿过光纤冷却系统200，光纤被冷却到低于约80°C，且更佳地低于约60°C。一般而言，沿大致横向于光纤路径的方向跨越光纤路径引导冷却流体流。 此外，光纤冷却系统200构造成防止显著多的冷却流体的大量轴向流沿轴向(即沿大致平行于图1中坐标轴上ζ轴的方向)穿过光纤冷却系统200，这又改进光纤冷却系统200的冷却能力和冷却效率。本文使用的短语“大量轴向流”是指冷却流体流沿轴向穿过光纤冷却系统。穿过光纤冷却系统的冷却流体的大量流体流可能中断跨越光纤路径的冷却流体的横向流，由此降低光纤冷却系统冷却光纤的能力。在本文所述的光纤冷却系统的实施例中，通过沿光纤冷却系统的轴向长度将冷却流体从光纤冷却系统通出而防止冷却流体的大量轴向流穿过光纤冷却系统。参照图2，在水平剖视图内示意性地示出光纤冷却系统200a的一实施例。本文使用的短语“水平剖视图”是指如图1所示坐标轴定义的χ-y平面内穿过光纤冷却系统200a 的剖视图。光纤冷却系统200a通常包括第一冷却管202和第二冷却管204。第一冷却管 202和第二冷却管204是彼此大致平行并彼此间隔开的中空管，使得光纤300可在第一冷却管202与第二冷却管204之间拉制。在本文所示和所述的实施例中，第一冷却管202和第二冷却管204间隔开距离F，该距离F大致小于约26. 0毫米，且更具体地从约9. 0毫米至约 13. 0毫米。因而，应当理解，光纤300可沿其拉制的光纤路径208在第一冷却管202与第二冷却管204之间。在图2所示光纤冷却系统200a的实施例中，不包围光纤路径208。而是，光纤路径208直接暴露于光纤冷却系统200a所部署的制造环境的环境压力、温度和大气。因而，在该实施例中，应当理解，跨越光纤路径208引导的冷却流体流210可直接沿光纤路径 208的整个轴向长度通出到周围环境大气，如流体流出口 212所指示的。如本文所述，沿光纤冷却系统200a的轴向长度通出冷却流体流210防止冷却流体的大量轴向流穿过光纤冷却系统。在替代实施例(未示出)中，第一冷却管202和第二冷却管204可定位在流体容纳封壳(未示出)内。流体容纳封壳可流体联接至冷却流体回收系统，该冷却流体回收系统便于由第一冷却管202和第二冷却管204发出的冷却流体的主动收集和回收。为了不阻碍或以其它方式影响冷却流体从光纤路径208排出(即，为了防止冷却流体的大量轴向流通过光纤冷却系统200a)，流体容纳封壳可显著大于第一冷却管202和第二冷却管204。例如，在第一冷却管202和第二冷却管具有约25mm直径的情况下，如本文将更详细描述的，流体容纳封壳直径可大于约75mm。现参照图2-7，在本文所示和描述的光纤冷却系统200a的实施例中，第一冷却管 202和第二冷却管204呈大致圆形横截面。因而，在本文所示的实施例中，第一冷却管202 和第二冷却管204呈大致圆筒形。冷却管202、204在一端封闭，且在相对端流体联接至冷却流体源。在本文所述的实施例中，冷却管202、204由诸如铝或钢合金的金属材料或类似材料形成，且通常壁厚小于约13. 0毫米、更佳地小于约6. 5毫米、且最佳地小于约3. 5毫米。 此外，冷却管202、204的内径(即两倍的半径R)较佳地小于约100mm、且更佳地小于或等于 50mm。在本文所述的各实施例中，冷却管202、204的轴向长度L小于约6米、更佳地小于约 5米、且最佳地约4米。但是，应当理解，根据采用冷却管的具体系统，冷却管的轴向长度L 可大于6米或短于4米。尽管本文已经描述了第一冷却管202和第二冷却管204呈圆形截面，但应当理解第一和第二冷却管可具有不同的横截面几何形状。例如，在替代实施例中，冷却管可呈大致 D形或半圆形，且冷却管可定向成使得冷却管的弯曲表面彼此相对。在其它实施例中，冷却管可呈方形或矩形横截面或具有其它规则或不规则几何形状横截面。此外，尽管本文已经描述了第一冷却管202和第二冷却管204为包括金属材料，但应当理解冷却管可由其它材料形成，包括但不限于聚合物、陶瓷和复合材料。仍现参照图2-7，为了便于用光纤冷却系统200a冷却光纤300，用由供给管道240 流体联接至第一冷却管202和第二冷却管204的冷却流体供给系统将冷却流体泵入冷却管 202、204。在一实施例中，冷却流体供给系统可包括压缩机或用于供给加压冷却流体流的其它设备。在另一实施例中，冷却流体供给系统可包括风机或用于将冷却流体流引导到冷却管202、204内的其它机构。冷却流体通过多个冷却流体出口 206排出冷却管202、204，多个冷却流体出口 206沿冷却管202的轴向长度L定位。冷却流体出口 206定向成使得第一冷却管202内的冷却流体出口 206将冷却流体流210从第一冷却管202跨越光纤路径208朝向第二冷却管204引导。类似地，第二冷却管204内的冷却流体出口 206定向成将冷却流体流210从第二冷却管204跨越光纤路径208朝向第一冷却管202引导。如图5所示，每个冷却流体出口 206呈大致矩形，在冷却管202、204的外径表面处具有宽度W和高度H。在本文所述的实施例中，冷却流体出口 206在冷却管202、204上大致定向成使得冷却流体出口的高度H大致平行于图1所示坐标系内的x-y平面，同时冷却流体出口 206的宽度W大致沿ζ轴定向。在本文所述的各实施例中，冷却流体出口 206的宽度W小于约0. 5毫米、更佳地小于约0. 3毫米、且最佳地小于约0. 25毫米。此外，在本文所述的各实施例中，冷却流体出口 206的高度H大于约2. 5毫米、更佳地大于约6. 25毫米、且最佳地大于约7. 5毫米。在一实施例中，冷却流体出口 206具有大致平行的侧壁，从而冷却流体出口的高度H穿过冷却管202的径向厚度大致相同，如图4A所示。更具体地，侧壁230、232大致平行于图4A所示坐标系的χ方向，且又彼此平行。但是，在其它实施例中，冷却流体出口 206可从冷却管的内径渐缩至冷却管外径处的高度H。例如，如图4B所示，冷却流体出口 206的侧壁230、232从冷却管的内径向冷却管的外径渐缩。更具体地，在图4B所示冷却管202的实施例中，冷却流体出口 206的侧壁相对于冷却流体出口 206的中心线233渐缩从冷却管202的内径朝向冷却管202的外径。在本文所示和所述的实施例中，侧壁230、232各相对于冷却流体出口 206的中心线233以角度α定向。角度α可为从约12. 5度至约25度，且更佳地从约13.0度至约21度。因而， 应当理解，在图4Α所示的实施例中，冷却流体出口 206渐缩到外径处的高度H，且这样，冷却流体出口在冷却管内径处的高度大于内径处的高度H。例如，在冷却流过出口 206在冷却管外径处的高度H为约7. 62毫米且角度α为20. 3度的情况下，内径处冷却流体出口 206的高度可以约为11.782毫米。当冷却流体出口 206的壁渐缩时，第一冷却管202和第二冷却管204可定位成排出冷却管202、204的冷却流体流210(通过渐缩的冷却流体出口 206而成形)集中在第一冷却管202与第二冷却管204之间的中心线处。在另一实施例中，冷却流体出口 206的侧壁可渐缩成使得穿过冷却流体出口的冷却流体流210不集中在第一冷却管202与第二冷却管204之间中心线的中心处。例如，第一冷却管的冷却流体出口的侧壁可渐缩成使得冷却流体流集中在中心线与第二冷却管204之间。类似地，第二冷却管204的冷却流体出口的侧壁可渐缩成使得冷却流体流集中在中心线与第一冷却管202之间。或者，第一冷却管202 的冷却流体出口的侧壁可渐缩成使得冷却流体流集中在中心线与第一冷却管202之间。类似地，第二冷却管204的冷却流体出口的侧壁可渐缩成使得冷却流体流集中在中心线与第二冷却管204之间。在图3A所示冷却管202、204的实施例中，冷却流体出口 206可沿冷却管202、204 的轴向长度等距间隔开。因而，在该实施例中，应当理解，沿冷却管202、204轴向长度L的轴向连续冷却流体出口 206之间的间距相同。例如，在图3A所示实施例中，轴向连续冷却冷却流体出口 206间隔开的距离可小于约50毫米、更佳地约25毫米、且最佳地小于约25毫米。或者，在图;3B所示冷却管202、204的实施例中，冷却流体出口 206成组207定位。 在该实施例中，轴向连续的冷却流体出口 206的组207沿冷却管202、204的轴向长度L等距间隔开的量为G。例如，在一实施例中，轴向连续的冷却流体出口的组207之间的间距G 小于约75毫米、更佳地小于约50毫米、且最佳地小于约40毫米。此外，如图6所示，冷却流体出口 206的每组207内轴向连续的冷却流体出口 206 等距间隔开的量为S。例如，在一实施例中，冷却流体出口 206的每组207内轴向连续冷却流体出口之间的间距S小于约3毫米、更佳地小于约2毫米、且最佳地小于约1毫米。在图 6所示冷却流体出口 206的组207的实施例中，每组207包括十个冷却流体出口 206。但是， 应当理解，每组207可包括更多或更少的冷却流体出口 206。无论冷却流体出口 206是如图;3B所示一起组成各组207还是如图3A所示沿冷却管的轴向长度L全部等距间隔开，第一冷却管202的冷却流体出口 206大致定位成将冷却流体流210从第一冷却管202跨越光纤路径208朝向第二冷却管204引导。类似地，第二冷却管204内的冷却流体出口 206大致定位成将冷却流体流210从第二冷却管204跨越光纤路径208朝向第一冷却管202引导。在本文所示和所述的实施例中，第一冷却管202的冷却流体出口 206和第二冷却管204的冷却流体出口 206不彼此直接相对定向。而是，第一冷却管202的冷却流体出口 206和第二冷却管204的冷却流体出口 206沿光纤冷却系统 200a的轴向长度彼此偏移。例如，参照图7，示出光纤冷却系统200的一实施例，其中冷却流体出口沿光纤冷却系统200a的轴向长度成组定位。如图7所示，第二冷却管204上冷却流体出口的每组207定位在第一冷却管202上轴向连续的冷却流体出口 206的组207之间。 因而，第一冷却管202的冷却流体出口 206不与第二冷却管204的冷却流体出口 206直接相对。尽管图7示出冷却流体出口的各组207沿光纤冷却系统200a的轴向长度偏移，但应当理解，各个冷却流体出口也可沿光纤冷却系统200a的轴向长度偏移。例如，第二冷却管204上每个冷却流体出口可定位在第一冷却管202上轴向连续冷却流体出口 206之间。现参照图2和7，光纤300可在光纤入口 218处进入光纤冷却系统200a，使得光纤 300沿第一冷却管202与第二冷却管204之间的光纤路径208拉制，并在光纤出口 220处退出光纤冷却系统200a。当在光纤路径208上拉制光纤时，经由流过供给管道240将冷却流体供给至光纤冷却管202、204。该冷却流体可包括元素气体、诸如氦气或氮气或例如空气的气体混合物。或者，冷却流体可包括诸如氦气、氮气和/或二氧化碳之类各种气体的组合。 冷却流体可被冷却或替代地在环境温度下被供给至光纤冷却系统200a。在一实施例中，冷却流体可在一定压力下供给至第一冷却管和第二冷却管，该一定压力适于实现来自每个冷却流体出口 206的冷却流体流210具有小于约0. 95马赫的速度。例如，当冷却流体是空气时，可将空气供给至第一冷却管和第二冷却管，使得第一冷却管和第二冷却管中的压力约为7磅/平方英寸。对于高度H为7. 620毫米且宽度为0. 203 毫米的冷却流体出口，这相当于来自每个冷却流体出口 206的约4标准立方英尺/分钟 (scfm)的冷却流体流。从每个冷却管202、204发出的冷却流体流210被跨越光纤路径208引导，且更具体地跨越光纤300朝向相对的冷却管引导，由此冷却光纤。在冷却流体流210横穿光纤路径 208之后，冷却流体通向相对冷却管周围的环境大气和/或沿垂直于拉制方向的方向(例如由图7中箭头250指示的方向)通出。例如，图2示意性地示出流体流出口 212沿垂直于光纤的拉制方向的方向。因为冷却流体沿垂直于光纤冷却系统的轴向长度的方向通出光纤冷却系统200a，防止冷却流体的大量轴向流，由此改进光纤冷却系统200a的冷却能力。现参照图8和9，示出光纤冷却系统的替代实施例200b。图8示出光纤冷却系统的水平剖视图。在该实施例中，光纤冷却系统200b包括冷却管402、冷却流体供给腔室408 和至少一个冷却流体排出腔室。在图8所示实施例中，光纤冷却系统200b包括第一冷却流体排出腔室404和第二冷却流体排出腔室406。冷却管402呈大致圆形横截面。因而，在本文所示的实施例中，冷却管402呈大致圆筒形。冷却管402在任一端开口，由此形成穿过冷却管402的光纤路径414，光纤300可穿过该光纤路径414拉制。在图8所示实施例中，冷却管402由金属材料制成，诸如铝或钢合金，或由聚合材料、复合材料或陶瓷制成。冷却管的壁厚大致小于约13.0毫米、更佳地小于约6. 5毫米、且最佳地小于约3. 5毫米。此外，冷却管402的内径较佳地小于约100mm、更佳地小于或等于50mm。在本文所述的各实施例中，冷却管402的轴向长度L小于约6米、更佳地小于约5米、且最佳地约4米。但是，应当理解，根据采用冷却管的具体系统，冷却管的轴向长度L可长于6米或短于4米。为了便于冷却定位在冷却管403内的光纤300，冷却管包括沿冷却管402的轴向长度设置的多个冷却流体入口 410。例如，冷却流体入口 410可沿冷却管402的轴向长度等距间隔开，如上文参照图2-7所示冷却管实施例的冷却流体出口所描述的。或者，冷却流体入口可成组定位，且各组可沿冷却管402的轴向长度等距间隔开。但是，在图8所示冷却管402的实施例中，冷却流体入口大致构造成从至少两个不同方向引导冷却流体流跨越光纤路径。在一实施例中，冷却流体入口可定位在冷却管402的相对侧上。例如，在各个冷却流体入口 410沿冷却管402的轴向长度等距间隔开的情况下，轴向连续的冷却流体入口 410 可沿周向偏移，使得各冷却流体入口 410隔开180度。因而，在该实施例中，应当理解轴向连续冷却流体入口 410不直接彼此相对(即轴向连续冷却流体入口未定位在冷却管402直径的相对端)。或者，当冷却流体入口 410成组定位时，单组中的轴向连续冷却流体入口可定位在冷却管402的同一侧上，而轴向连续的冷却流体入口的组沿周向偏移180度。但是， 应当理解，轴向连续冷却流体入口或轴向连续的冷却流体入口的组之间的周向偏移可以不是180度。例如，在一实施例中，轴向连续冷却流体入口或冷却流体入口的各组可沿周向偏移约120度。因而，应当理解，冷却流体入口 410定位成使得冷却流体流沿至少两个不同方向被大致跨越冷却管402的直径引导。在该实施例中，冷却流体入口 410的高度和宽度可类似于上文描述且图5所示的冷却流体出口的高度和宽度。此外，在一实施例中，冷却流体入口的侧壁可穿过冷却管的厚度大致平行，类似于上文描述且图4A所示的冷却流体出口。或者，冷却流体入口 400的侧壁可从冷却管402的外径向内径渐缩。例如，如图9所示，冷却流体出口 410的侧壁430、432从冷却管的外径向冷却管的内径渐缩。更具体地，在图9所示冷却管402的实施例中，冷却流体入口 410的侧壁相对于冷却流体入口 410的中心线433从冷却管402的外径朝向冷却管402的内径渐缩。在本文所示和所述的实施例中，侧壁430、432各相对于冷却流体入口 410的中心线433以角度β 定向。角度β可为从约12. 5度至约25度，且更佳地从约13.0度至约21度。因而，应当理解，在图9所示的实施例中，冷却流体入口 410渐缩到内径处的高度H，且这样，冷却流体入口在冷却管外径处的高度大于内径处的高度H。在一实施例中，冷却流体入口的侧壁可渐缩成使得穿过冷却流体入口的冷却流体流210集中在冷却管402的中心处。在另一实施例中，冷却流体入口的侧壁可渐缩成使得穿过冷却流体入口的冷却流体流210不集中在冷却管402的中心处，诸如当冷却流体流集中在冷却流体入口之间中心处或当冷却流体流集中在冷却管402的中心与相对壁之间时。 为了防止冷却流体的大量轴向流穿过冷却管402，冷却管402可包括沿冷却管402 的轴向长度定位在冷却管的第一和第二端之间的至少一个冷却流体排泄口 412。在图8所示实施例中，冷却管402包括多个冷却流体排泄口 412。冷却流体排泄口的横截面面积大致大于冷却流体入口的横截面面积。在图8所示实施例中，冷却流体排泄口沿周向与冷却流体入口 410偏移。因而，应当理解，冷却流体排泄口 412不与冷却流体入口 410相对。例如，在图8所示实施例中，冷却流体排泄口 412相对于冷却流体入口 410偏移约90度角。但是，应当理解，也可能有冷却流体排泄口 412与冷却流体入口 410之间的其它相对定向。冷却流体排泄口 412沿周向与冷却流体入口 410偏移促进将冷却流体排泄口 412联接至连续排出腔室，如本文将更详细描述的。此外，尽管图8中的实施例示出冷却流体排泄口 412彼此直接相对，但应当理解，在其它实施例中，冷却流体排泄口可沿冷却管的轴向彼此偏移， 使得轴向连续冷却流体排泄口不彼此直接相对(即，轴向连续冷却流体排泄口未定位在冷却管402的直径相对端处)。在一实施例中，冷却流体排泄口 412包括大致沿冷却管402的整个轴向长度延伸的槽。在另一实施例中，冷却流体排泄口是冷却管402上的离散开口。仍现参照图8和9，冷却流体排泄口 412可流体联接至第一冷却流体排出腔室404 和第二冷却流体排出腔室406。冷却流体排出腔室404、406可沿冷却管402的轴向长度延伸。在一实施例中，诸如在单次挤压操作中形成冷却流体排出腔室和冷却管时，冷却流体排出腔室404、406和冷却管402 —体形成。或者，冷却流体排出腔室404、406可与冷却管402 分开形成，并通过诸如焊接和/或常规紧固件附连至冷却管。尽管图8所示光纤冷却系统 200b的实施例示出附连至冷却管402任一侧的单个排出腔室，但应当理解，当光纤冷却系统200b包括沿冷却管402轴向长度定位的多个离散冷却流体排泄口时，每个冷却流体排泄口可流体联接至分开的排出腔室。在一实施例中，冷却流体排出腔室404、406可向环境大气打开，由此允许冷却流体通向大气。在另一实施例中，冷却流体排出腔室404、406可流体联接至流体回收系统(未示出)。流体回收系统可用于通过在冷却流体排出腔室404、406上施加负压而有效地排出冷却流体排出腔室404、406，由此将冷却流体抽出光纤冷却系统200b。为了便于使用流体回收系统，每个冷却流体排出腔室404、406的一端可封闭且相对端可联接至流体回收系统。或者，冷却流体排出腔室404、406的两端可流体联接至流体回收系统。为了提供穿过冷却流体入口 410并跨越光纤路径414的冷却流体流，冷却管402 可定位在冷却流体供给腔室408内并大致与冷却流体供给腔室408同轴。因而，应当理解， 冷却管402大致对中在冷却流体供给腔室408内并可操作以将冷却流体供给至围绕冷却流体管402周围定位的冷却流体入口。此外，应当理解，冷却流体排出腔室404、406也定位在冷却流体供给腔室408内。冷却流体供给腔室408可大致为由金属材料、聚合物、陶瓷和/ 或复合材料形成的管或类似结构。在本文所示冷却流体供给腔室408的实施例中，冷却流体供给腔室408由诸如铝合金或钢合金之类的金属材料制成。一般而言，冷却流体供给腔室408的两端在冷却流体供给腔室408的内径与冷却管402的外径之间且在冷却流体供给腔室的内径与冷却流体排出腔室404、406的外径之间密封，使得冷却管402与冷却流体供给腔室408之间的空间和冷却流体排出腔室404、406 与冷却流体供给腔室之间的空间可填充有加压冷却流体，该加压冷却流体又通过冷却流体 Λ 口 410释放到冷却管402内。冷却流体供给腔室408可流体联接至冷却流体供给系统(未示出)。在一实施例中，冷却流体供给系统可包括压缩机或用于供给加压冷却流体流的其它设备。在另一实施例中，冷却流体供给系统可包括风机或用于将冷却流体流引导到冷却流体供给腔室408内的其它机构。参照图8，沿光纤路径414穿过冷却管402拉制光纤300。当在光纤路径414上拉制光纤300时，经由流过供给入口 410将冷却流体供给至光纤冷却管402。该冷却流体可包括元素气体、诸如氦气或氮气或例如空气的气体混合物。或者，冷却流体可包括诸如氦气、 氮气和/或二氧化碳之类各种气体的组合。冷却流体可被冷却或替代地在环境温度下被供给至光纤冷却系统200b。在一实施例中，冷却流体可在一定压力下供给至冷却流体供给腔室，并此后供给至冷却管402，该一定压力适于实现来自每个冷却流体入口 412的冷却流体流210具有小于约0. 95马赫的速度。例如，当冷却流体是空气时，可将空气供给至冷却流体供给腔室，使得冷却流体腔室内到压力约为7磅/平方英寸。对于高度H为7. 620毫米且宽度为0. 203 毫米的冷却流体入口，这相当于来自每个冷却流体入口的约1标准立方英尺/分钟(scfm) 的冷却流体流。从每个冷却流体入口 410发出的冷却流体流210被跨越光纤路径414引导，且更具体地跨越光纤300朝向冷却管的相对侧引导，由此冷却光纤。在冷却流体流210横穿光纤路径414之后，冷却流体沿大致垂直于光纤行进方向的方向通过冷却流体排泄口 412通出，并进入冷却流体排出腔室404、406。例如，图8示意性地示出流体流排泄口 412沿垂直于光纤的拉制方向的方向。因为冷却流体沿垂直于冷却管的轴向长度的方向在冷却管402的轴向长度上通出冷却管402， 所以防止冷却流体的大量轴向流，由此改进光纤冷却系统200b的冷却能力。在将冷却流体通入冷却流体排出腔室404、406之后，冷却流体可进一步通向环境大气，或替代地用流体回收系统回收。在本文所示和所述的冷却流体系统的任一实施例中，光纤冷却系统具有冷却光纤 300的足够冷却能力，使得当光纤300退出光纤冷却系统200a、200b时，光纤300处于可将保护涂层敷加至光纤300的温度下。例如，在本文所述的实施例中，光纤在退出光纤冷却系统200a、200b时具有低于约80°C的温度。再参见图1，在光纤300退出光纤冷却系统200之后，光纤进入涂敷系统130，其中将一种或多种保护涂层敷加至光纤并固化。涂层可包括诸如UV可固化涂层或热塑涂层之类的聚合物涂层。但是，应当理解，涂敷系统可构造成敷加适于涂敷光纤的任何类型的材料，并由此改进光纤300的光学性能和/或保护光纤300。当光纤300退出涂敷系统130时，使用非接触式传感器再次测量涂层光纤300的直径。此后，使用非接触式瑕疵探测器130检查涂层光纤300，检查再光纤300制造过程中可能发生的损坏和/或瑕疵。应当理解，在光纤300已涂敷之后，光纤300较不易于由于机械接触而受损。因而，在随后的处理阶段(未示出)，与光纤300的机械接触是可接受的。如图1所示，光纤收取机构140利用各种拉制机构142和滑轮141以在通过系统 100拉制光纤时为光纤300提供必要的拉力。因而，应当理解，光纤收取机构140控制通过系统100拉制光纤300的速度。在完成光纤300的制造之后，将光纤300卷绕呈存储卷轴 148。现应当理解，本文所述的光纤冷却系统300可包含在用于制造涂涂层光纤的系统中以便于在对光纤敷加涂层之前冷却光纤。此外，应当理解，本文所述的光纤冷却系统由于改进了光纤冷却系统的冷却能力而便于加快光纤拉制速度(例如拉制速度高达或超过 35m/s)，改进的冷却能力又是由于显著减少或消除穿过光纤冷却系统的冷却流体的大量轴向流。此外，通过将冷却流体出口(或冷却流体入口，取决于光纤冷却系统的构造)定位成轴向连续冷却流体出口大致彼此180度相对(尽管沿光纤冷却系统的轴向彼此偏移)改进光纤在穿过光纤冷却系统时的动态稳定性。该改进的动态稳定性又便于使用更高的冷却流体流速率且因此改进光纤冷却系统的冷却能力。消除大量轴向流和使用较高冷却流体流速率显著改进本文所述光纤冷却系统的冷却能力，使得可对该光纤冷却系统使用更廉价的冷却流体。例如，代替冷却氦气，可使用诸如氮气或空气的较廉价气体用于光纤冷却系统。当用于本文所述系统时，这些较廉价气体仍提供改进的冷却能力并进一步降低光纤制造成本。此外，光纤冷却系统冷却能力的总体改进还可便于消除冷却冷却流体的需要，由此进一步降低与光纤制造相关的成本。对本领域的技术人员显而易见的是，可在不背离本发明的精神和范围的情况下对本文所述的实施例作出各种修改和变化。因此，意味着说明书覆盖本文所述各种实施例的修改和变化，这种修改和变化在所附权利要求书和其等同物的范围内。
权利要求
1.一种光纤冷却系统，包括彼此大致平行定向并间隔开的第一冷却管和第二冷却管， 光纤路径定位在所述第一冷却管与所述第二冷却管之间，其中所述第一冷却管包括多个冷却流体出口，所述多个冷却流体出口沿所述第一冷却管的轴向长度定位，并定向成引导冷却流体流跨越所述光纤路径朝向所述第二冷却管；以及所述第二冷却管包括多个冷却流体出口，所述多个冷却流体出口沿所述第二冷却管的轴向长度定位，并定向成引导冷却流体流跨越所述光纤路径朝向所述第一冷却管。
2.如权利要求1所述的光纤冷却系统，其特征在于，所述第一冷却管的所述冷却流体出口与所述第二冷却管的所述冷却流体出口沿轴向偏移，使得所述第一冷却管的所述冷却流体出口不与所述第二冷却管的所述冷却流体出口相对。
3.如权利要求1或2所述的光纤冷却系统，其特征在于所述第一冷却管上的轴向连续冷却流体出口沿所述第一冷却管的所述轴向长度等距间隔开；以及所述第二冷却管上的轴向连续冷却流体出口沿所述第二冷却管的所述轴向长度等距间隔开。
4.如权利要求1、2或3所述的光纤冷却系统，其特征在于所述第一冷却管的所述冷却流体出口沿所述第一冷却管的轴向长度成组定位，且连续冷却流体出口的组沿所述第一冷却管的轴向长度等距间隔开；以及所述第二冷却管的所述冷却流体出口沿所述第二冷却管的轴向长度成组定位，且连续冷却流体出口的组沿所述第二冷却管的轴向长度等距间隔开。
5.如权利要求1至4所述的光纤冷却系统，其特征在于，所述光纤路径不被包围，使得所述光纤路径暴露于环境温度、压力和大气。
6.如权利要求1至5所述的光纤冷却系统，其特征在于，还包括流体容纳封壳，其中所述第一冷却管和所述第二冷却管设置在所述流体容纳封壳内。
7.如权利要求6所述的光纤冷却系统，其特征在于，还包括流体联接至所述流体容纳封壳的冷却流体回收系统。
8.如权利要求1-7所述的光纤冷却系统，其特征在于，还包括流体联接至所述第一冷却管和所述第二冷却管的冷却流体源。
9.如权利要求1-8所述的光纤冷却系统，其特征在于，所述冷却流体出口从所述冷却管的内径朝向所述冷却管的外径渐缩。
10.如权利要求1-9所述的光纤冷却系统，其特征在于，所述冷却流体出口在所述冷却管的外径处的宽度小于约0. 5mm且高度大于约2. 5mm。
11.一种光纤冷却系统，包括定位在冷却流体供给腔室内并与冷却流体供给腔室大致同轴的光纤冷却管，其中所述光纤冷却管包括光纤路径，所述光纤路径沿所述光纤冷却管的轴向长度延伸；多个冷却流体入口，所述多个冷却流体入口沿所述光纤冷却管的轴向长度定位并构造成从至少两个不同方向弓I导冷却流体流跨越所述光纤路径；至少一个冷却流体开口，所述至少一个冷却流体开口沿所述光纤冷却管的轴向长度设置在所述光纤冷却管的第一端与第二端之间，其中所述至少一个冷却流体开口的横截面面积大于冷却流体入口的横截面面积，且至少一个冷却流体开口可操作以从光纤冷却管排出冷却流体，且由此防止冷却流体的大量轴向流穿过所述光纤冷却管；以及冷却流体排出腔室，所述冷却流体排出腔室定位在所述冷却流体供给腔室内并流体联接至所述至少一个冷却流体开口。
12.如权利要求11所述的光纤冷却系统，其特征在于，所述至少一个冷却流体开口包括沿所述光纤冷却管的轴向长度定位的多个冷却流体开口。
13.如权利要求11-12所述的光纤冷却系统，其特征在于，轴向连续的冷却流体入口沿周向偏移，使得从所述冷却流体入口发出的冷却流体从不同方向横穿所述光纤路径。
14.如权利要求13所述的光纤冷却系统，其特征在于，轴向连续冷却流体入口之间沿周向的角度为180°。
15.如权利要求11-14所述的光纤冷却系统，其特征在于，所述冷却流体入口沿所述冷却管的轴向长度成组定位，且连续冷却流体入口的组沿所述轴向长度等距间隔开。
16.一种在光纤拉制操作过程中冷却光纤的方法，所述方法包括 沿定位在第一冷却管与第二冷却管之间的光纤路径拉制光纤；通过沿所述第一冷却管的轴向长度定位的冷却流体出口将冷却流体流引导到光纤上；通过沿所述第二冷却管的轴向长度定位的冷却流体出口将冷却流体流引导到光纤上；以及通出所述冷却流体，从而防止沿所述光纤路径的冷却流体的大量轴向流。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述光纤路径不被包围，且所述冷却流体通向环境大气。
18.如权利要求16-17所述的方法，其特征在于，以至少35m/s的速率拉制光纤。
19.如权利要求16-18所述的方法，其特征在于，所述冷却流体出口从所述冷却管的内径朝向所述冷却管的外径渐缩。
20.如权利要求16-19所述的方法，其特征在于，所述第一冷却管的所述冷却流体出口与所述第二冷却管的所述冷却流体出口沿轴向偏移，使得所述第一冷却管的所述冷却流体出口不与所述第二冷却管的所述冷却流体出口相对。
全文摘要
在一实施例中，光纤冷却系统总体包括彼此大致平行定向并间隔开的第一冷却管和第二冷却管，使得光纤路径定位在第一冷却管与第二冷却管之间。第一冷却管包括多个冷却流体出口，多个冷却流体出口沿第一冷却管的轴向长度定位，并定向成引导冷却流体流跨越光纤路径朝向第二冷却管。第二冷却管包括多个冷却流体出口，多个冷却流体出口沿第二冷却管的轴向长度定位，并定向成引导冷却流体流跨越光纤路径朝向第一冷却管。
文档编号C03B37/027GK102596833SQ201080049728
公开日2012年7月18日 申请日期2010年10月26日 优先权日2009年10月28日
发明者B·W·雷丁, D·G·尼尔森, G·A·卡明斯, M·拉希米纳贾德, S·康纳, T·A·佩特森 申请人:康宁股份有限公司