專利名稱：：冷卻光纖的方法及設備的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明有關一種在光纖拉制過程中冷卻該光纖的方法和設備。在生產(chǎn)光纖過程中，根據(jù)已有技術首先準備一玻璃預制件，其過程包括汽相軸向淀積、外部汽相淀積和修整的化學汽相淀積來淀積一種煙灰狀玻璃粒子；所述的煙灰玻璃預制件然后在拉制光纖之前被固化。根據(jù)已有技術，光纖是如下地從這種被固化的預制件中獲得的將預制件底端在一所謂的“拉制爐”中加熱至其軟化溫度并在受控條件之下從所述的軟化預制件拉出光纖。玻璃一經(jīng)冷卻便固結(jié)為光纖，該光纖是脆的。因此，在拉制階段中，光纖在被收集之前通常被覆蓋一層或數(shù)層—優(yōu)選地為兩層—合成覆蓋材料(比如聚氨脂丙烯酸樹脂)來保護它自己。通常對光纖的包覆是通過將光纖送過一含有液態(tài)樹脂的“包覆?！眮磉M行的。光纖在它從拉制爐中出來時通常具有約2000℃的溫度，這種光纖在進入包覆模之前必須被冷卻到與該包覆應用技術所需溫度相容的溫度(通常在100℃之下，優(yōu)選地為約25℃～60℃)來避免在包覆階段因光纖的高溫造成對包覆層的不規(guī)則淀積而可能產(chǎn)生的不方便之處。通過增加拉制的速度，光纖則需要更長的距離來冷卻至適合于包覆應用的溫度。例如，US4，437，870報導說，當拉制速度為0．75m／s時，將一根直徑為125μm的光纖從1780℃自然冷卻至50℃需要的距離為120cm；而當拉制速度提高到5m／s時，所需的冷卻距離增至800cm。當只采用自然冷卻方法時，隨著拉制速度的增加，拉制爐到包覆模之間的距離增加得太多；因此已建議對包覆應用采取冷卻手段來將光纖強制冷卻至一合適的溫度，從而可采用較短的冷卻距離。US4，437，870中披露了一種冷卻光纖的設備，該設備由一垂直管組成，光纖則被拉制通過該管，所述管在其底端被提供有一圓柱形多孔件。冷卻氣體被送進圍繞該多孔件的一室，然后通過所述多孔件向上沿光纖流至冷卻管頂部。一含有液化氣體(氮氣)的室包圍住該冷卻管。根據(jù)另一實施例，光纖被拉制通過一垂直管，該垂直管可被一層絕緣材料所包圍，在其底部有一環(huán)形孔，冷卻氣體從該孔進入管中，向上流至冷卻管頂部。US4，514，205披露了一種冷卻光纖的設備，它由一圍繞光纖的冷卻管組成，該冷卻管被中央配置在一含液化氣體的容器中。冷卻氣體首先流過一配置在該容器中的蛇管，這樣便被容器中所包含的液化氣體所冷卻，然后則軸向沿光纖流入冷卻管。US4，913，715披露了一種冷卻設備，其中光纖被拉制通過一被強制冷卻的雙層壁管。光纖通過的管的內(nèi)空間包含一種具有很好的傳熱性質(zhì)的氣體，并具有一種氣流，該氣流雖被減弱但卻足以阻止周圍空氣滲透進管中且補償氣體的損失。根據(jù)該發(fā)明中所公開的方法，通過該圍繞光纖的傳熱氣體將熱傳遞至被冷卻的壁從而來實質(zhì)性地冷卻光纖。US4，966，615中披露了一種為一冷卻套所包圍的冷卻管。相互間隔的多個環(huán)形分隔板被安裝在管中。分隔板可用來斷開流經(jīng)管中的氣體的層流，用來增加氣體和光纖間的熱傳遞。US4，438，918中公開了一種用于冷卻一光纖的方法，其中所述光纖被通過兩平行的、為氮所冷卻的板之間，一種惰性氣體層流沿一位于兩所述板之間中央的平面被導至所述光纖，所述層流被一個1／2英寸的管所產(chǎn)生，該管在其表面上提供有多個直徑為1／6英寸的、相互間隔為1英寸的孔。本申請者已經(jīng)注意到上述冷卻裝置和方法在它們的使用中有著某些缺點，尤其是它們不能夠容易地適應于拉制條件的各種變化情形。此外，本申請者還觀察到當采用應用一種軸向流的冷卻氣體的常規(guī)冷卻方法時，增加拉制速度的可能性還受到冷卻氣體流速的臨界值(該臨界值取決于氣體的初始溫度和管子的長度)的限制，在該臨界值之上則出現(xiàn)氣體冷卻效率的一種飽和現(xiàn)象，從而在氣體的冷卻容量方面得不到實質(zhì)性的增加。此外，在US4，838，918中所公開的裝置和方法中，本申請者注意到，光纖冷卻的效率可因如下的事實而受到降低冷卻氣體是通過相互間隔的小孔來提供的，且沒有任何手段來將隋性氣體從裝置中有效地排除掉?，F(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明，對光纖的冷卻效率可通過將所述光纖通過一定的細長體來加以改善，所述空的細長體被提供有至少一第一縱向開口和至少一第二縱向開口，兩個所述開口被實質(zhì)性地提供在所述細長體的整個長度上且所述第二開口被配置在與所述第一開口完全相對的一側(cè)上，其中冷卻氣體被送過所述第一開口，且被導入至光纖上并被從相對的第二開口排出。相應地，本發(fā)明的冷卻方法提供一種冷卻氣體流，對在細長的空心體內(nèi)部的冷卻氣體路徑來說，它相對于被拉制的光纖的縱軸是完全橫向的。在本說明中，所采用的詞語“相對于光纖縱軸完全橫向的氣流方向”傾向于包括下述的任何方向在該方向上冷卻氣體橫斷于光纖的縱軸從光纖通過的細長空心體的一側(cè)流至另一側(cè)。優(yōu)選地，冷卻氣體橫斷氣流的方向是實質(zhì)性地垂直于光纖的縱軸的。本發(fā)明的一個方面因此有關一種冷卻光纖的方法，它包括—將所述光纖通過一空心細長體，所述空心細長體被提供有至少一個第一縱向開口和至少一個第二縱向開口；—使一冷卻氣體流經(jīng)所述第一開口，其中冷卻氣體的氣流方向?qū)嵸|(zhì)性地橫斷于光纖的縱軸；—將所述冷卻氣體經(jīng)過所述第二開口從空心細長體上排出。根據(jù)一優(yōu)選實施例，所述開口被提供在所述細長體整個長度的至少一半長度上。優(yōu)選地，所述開口的長度對應于所述細長空心體整個長度的至少75％；尤其是，所述開口的長度其范圍為所述細長空心體總長的約80％到95％。根據(jù)一優(yōu)選實施例，所述第二開口被實質(zhì)性地配置在所述細長體的與所述第一開口相對的一側(cè)上。此外，冷卻氣體優(yōu)選地經(jīng)所述第二縱向開口被強制性地從所述空心細長體中排出。根據(jù)一優(yōu)選實施例，本發(fā)明的方法包括—將一具有一預定溫度的冷卻氣體引入由一第一雙層壁半管的一內(nèi)壁和一外壁所規(guī)定的一第一中空空間中；—將所述冷卻氣體從所述第一中空空間經(jīng)至少一個提供在所述第一雙層壁中空管的內(nèi)壁上的縱向開口流進由一第一雙層壁半管的內(nèi)壁和一第二雙層壁半管的內(nèi)壁所規(guī)定的一中央室中，用于冷卻一被通過所述中央室的光纖；—將冷卻氣體從所述中央室經(jīng)至少一被提供在所述第二雙層壁半管的內(nèi)壁上的第二縱向開口流入被所述第二雙層壁半管的內(nèi)壁和外壁所規(guī)定的一第二中空空間中；—將冷卻氣體從所述第二中空空間排出。根據(jù)一優(yōu)選實施例，本發(fā)明的冷卻方法包括一段光纖的至少一第一部分經(jīng)受冷卻氣體在一第一方向上的一實質(zhì)性橫斷氣流；—將所述光纖的至少一第二部分經(jīng)受冷卻氣體在一第二方向上的一第二實質(zhì)性橫斷氣流，所述第二方向優(yōu)選地實質(zhì)性地與第一方向相反。本發(fā)明的另一方面有關一種冷卻一從一軟化預制件中拉制出的光纖的冷卻裝置，所述裝置包括一空心細長體，所述空心細長體具有至少一個用于規(guī)定被拉制光纖所通過的一內(nèi)部細長空間的壁，其中所述空心細長體的至少一個壁被提供有至少一個冷卻氣體被引入空心體所要通過的縱向開口和至少一個冷卻氣體被從所述空心體中排出所要通過的縱向開口，所述兩開口各自具有相對于光纖通過空心體的路徑的走向，這樣冷卻氣體的氣流方向則成為實質(zhì)性地橫斷于通過所述空心細長體的光纖的縱軸。所述空心細長體典型地為一管。根據(jù)一優(yōu)選實施例，上述空心細長體為一雙層壁管，它包括規(guī)定一第一中空空間的一內(nèi)壁和一外壁；其中—管的內(nèi)壁規(guī)定一第二中空空間，它對應于光纖所通過的管子的中央部分；—所述內(nèi)壁被提供有至少一個來自第一中空空間的冷卻氣體被引入管的中央部分所要經(jīng)過的縱向開口和至少一個所述冷卻氣體從該中央部分被排出到第一中空空間所要經(jīng)過的縱向開口。根據(jù)一優(yōu)選實施例，所述雙層壁管包括結(jié)合在一起以形成該管的兩分開的半管，兩半管的內(nèi)壁限定了光纖通過的冷卻管的一中央部分，每一半管均具有被提供有至少一個縱向開口的內(nèi)壁。冷卻氣體從一入口流入被第一半管的內(nèi)壁和外壁所規(guī)定的中空空間并然后通過位于所述第一半管的內(nèi)壁上的一槽流入冷卻管的中央部分而到達光纖；然后，冷卻氣體從冷卻管的中央部分經(jīng)過第二半管的內(nèi)壁上的至少一個槽流入被第二半管的兩壁所規(guī)定的中空空間并經(jīng)一連接至第二半管的所述中空空間的一出口而被排出。本發(fā)明的另一方面有關一種冷卻一光纖的冷卻系統(tǒng)，它包括—一冷卻設備，在其中一冷卻氣體以一實質(zhì)性橫斷于光纖縱軸的氣流方向被流至光纖上；—一再生裝置，它被連接到所述冷卻設備上。所述再生裝置優(yōu)選地包括至少一個凈化裝置或一個致冷裝置用于凈化和／或致冷該冷卻氣體。為更好地理解本發(fā)明，可參照下面的附圖，它們示出了本發(fā)明的一個可能的實施例。圖1為一拉制光纖的系統(tǒng)的一示意性方塊圖。圖2為根據(jù)本發(fā)明的冷卻管的一實施例的透視圖。圖3為圖2所示的冷卻管的兩半管之一的透視圖。圖4為圖2所示的冷卻管的一剖視頂視圖。圖5為圖3所示的冷卻管的半管的剖視側(cè)視圖。圖6為根據(jù)本發(fā)明的一冷卻設備的功能的示意圖。圖1所示的拉制系統(tǒng)包括拉制爐102，其中光纖預制件的底部被加熱至其軟化溫度；一用于測量被拉制光纖104直徑的設備103；一用于在包覆光纖之前冷卻光纖的冷卻設備101；以及一將保護層涂覆到光纖上去的包覆裝置105。光纖預制件通常被連接到移動裝置上，該移動裝置用于在光纖被拉制時漸進地將預制件向下移動至爐的加熱區(qū)。包覆裝置可包括一包覆模，它含有一種液態(tài)可塑化樹脂成分(例如聚氨脂丙烯酸基樹脂)，包覆裝置之后跟隨有一紫外線塑化設備106。當需要時，可在第一個包覆裝置之后配置另一個包覆裝置，用于進一步將不同涂覆成分的層涂覆到光纖上去。在冷卻設備101和包覆裝置105之間的距離“L”取決于光纖在其離開冷卻管出口處的溫度；如果光纖未被冷卻至低于一與包覆操作相容的溫度值，包覆裝置應被配置在離開冷卻裝置一定的距離處，用于進一步冷卻光纖。用本發(fā)明的冷卻方法和設備，則可在冷卻設備出口處獲得具有溫度低于40℃的一光纖，該溫度典型地為約20℃。根據(jù)一優(yōu)選實施例，則可將冷卻裝置103放置成與冷卻裝置101成實質(zhì)性的接觸。至于拉制爐102和冷卻裝置101之間的距離，本申請者已經(jīng)決定光纖應優(yōu)選地以低于石類的玻璃轉(zhuǎn)變溫度的一個溫度、典型地以約1100℃的溫度進入冷卻裝置。在這方面，假定光纖在離開拉制爐的出口處具有約1850℃的溫度，光纖則需要約0．12秒的時間來自然冷卻到1100℃，其時空氣的溫度為約20℃。這意味著當拉制速度為約5m／s時，冷卻裝置到爐的底部的距離需要約0．6m，而對拉制速度為約20m／s時，該距離增至約2．4m。實踐中，所述冷卻裝置到爐子的距離優(yōu)選地被增至約1m(這樣對上述兩拉制速度則總距離分別為約1．6m和3．4m)，這樣可使光纖以一約為1000℃甚至更低的溫度進入冷卻裝置。冷卻氣體從那些已知的具有高傳熱系數(shù)的氣體中加以選擇。一種具有一高熱系數(shù)的氣體典型地是一種具有高熱傳導性、高比熱和低粘滯性的氣體。適宜于應用的氣體例有氦、二氧化碳、氬、和氮，以及它們的混合物。優(yōu)選地采用氦。冷卻氣體在其進入冷卻裝置入口處的溫度應低到足以為光纖提供所希望的冷卻；然而，由于本橫斷氣流方法所具有的高冷卻效率，因此不需要采用太低的溫度。所述溫度優(yōu)選地從—20℃到大約20℃，優(yōu)選地從約0℃到10℃。冷卻氣體的流率將取決于冷卻管的幾何尺寸和對光纖所希望的冷卻效果。該流率也應加以選擇以避免氣體到達光纖的過高速度，該過高速度將會引起光纖產(chǎn)生不希望的運動。例如，對上述例子中所報道的冷卻裝置來說，冷卻管單位長度(1m)上冷卻氣體的流率(以下簡稱“單位流率”)其范圍將是約20l／min到200l／min，優(yōu)選地從約75l／min到約150l／min。圖2的冷卻管是通過將兩根“C形”雙層壁管201a和201b結(jié)合在一起加以形成的。圖3詳細示出該兩“C形”雙層壁管的一根。對兩半管201a和201b的結(jié)合規(guī)定了冷卻管的中央部分202，被拉制的光纖則通過該部分并被冷卻。管的上、下表面被提供有一光纖用通道204。兩半管被用合適的可拆式連接件(圖中未示出)來加以連接，例如螺栓、夾子、卡子等，但不局限于它們；一氣密封裝置被提供在兩半管之間，圖2中未示出。兩半管的每一個均被提供有一通道203a和203b，用于導入和導出冷卻氣體。由于兩部分201a和201b是完全相同的，所述通道既可用作冷卻氣體的入口也可用作它的出口；這樣為裝置提供了一種優(yōu)越的靈活性，可容易地來改變冷卻氣體流過冷卻管中央部分的氣流方向。圖3詳細示出上述冷卻管的一半部分201b。所述一半部分的內(nèi)壁301(同樣相應的一半部分201a的內(nèi)壁)被提供有多個槽302，冷卻氣體經(jīng)這些槽從雙層壁半管的中空空間朝向冷卻裝置的中央部分流動，或反過來，冷卻氣體經(jīng)這些槽從冷卻裝置的中央部分被排入雙層壁半管的中空空間中。替代多個槽，也可以實質(zhì)性地在整個管的長度上為內(nèi)壁提供一單一的槽。優(yōu)選地，每一槽均具有約2cm～10cm的一個長度，優(yōu)選地為約5cm。槽寬尺寸被合適地加以確定以能使足量的冷卻氣體流到光纖上。槽寬優(yōu)選地在約0．5mm～3mm之間，更優(yōu)選地為約1mm。氣密封件(圖4和圖5中的405)被提供在半管201b的表面上，半管201b則被結(jié)合到另一半管201a的相應表面。圖4的剖視圖顯示出本發(fā)明的雙層壁冷卻管的一可能的幾何形狀。進氣室401的尺寸被適當?shù)丶右栽O計來使氣體在流經(jīng)槽402到達被拉制通過冷卻管中央部分404的光纖104之前能實質(zhì)性地均勻擴散在所述室的內(nèi)部，由此便不會引起因一種氣體的紊流或非均勻流作用在光纖上而產(chǎn)生的光纖的不希望的振動或錯位。例如，當冷卻氣體的流速為約75l／min時，圖3和圖4中所示管的合適的尺度大致為a=40mm，b=16mm，c=20mm，d=8mm和h=55mm。進氣通道203優(yōu)選地被配置成能避免產(chǎn)生氣體從入口朝向槽的一線性的路徑；這一點又有助于氣體實質(zhì)性地均勻擴散在室401中。例如，根據(jù)圖示的實施例，入口被配置成與槽橫向成約90°的角度，氣流則被引導朝向垂直于具有槽的內(nèi)壁的內(nèi)壁403。當具有多于一個槽時，入口通道203則優(yōu)選地根據(jù)兩相鄰槽之間的連接空間304來加以配置，如圖4所示。此外，為能讓冷卻氣體更好地在室401中擴散，入口通道優(yōu)選地被配置在冷卻管的下部分，尤其是位于距冷卻管底端約1／3～1／10的高度處。同樣也將冷卻管的中央部分202的尺寸做成能提供所希望的流到光纖上的氣體的流率和速度。尤其是所述尺寸被設置成來使氣體速度(在光纖的附近)和其流率之間的比值為最大。這是因為在橫斷流情況下，當作用到光纖上的氣體的橫斷速度增加時，氣體與光纖的對流熱交換系數(shù)(對應于冷卻效率)也增加。相應地，室的尺寸也優(yōu)選地被設定，以便使得在垂直于被拉制光纖的軸的平面中的氣體速度模式不完全根據(jù)光纖來加以展開。這樣一種模式典型地為一種“鐘形”模式，其中室中央部分中的氣體速度要高于在一完全展開了的“拋物線”輪廓中的相同區(qū)域中的氣體速度。優(yōu)選地，寬度約1mm的兩相對槽之間的距離為約10mm～20mm，尤其優(yōu)選為約16mm的一個距離。同樣優(yōu)選地，冷卻管中央部分的寬度為約10mm～20mm。根據(jù)一優(yōu)選實施例，中央部分的長和寬本質(zhì)上是相同的。根據(jù)本發(fā)明，流入冷卻管內(nèi)部的氣體的條件既可是實質(zhì)性的層流或者是稍具紊流的氣流。盡管層流條件能更好地控制整個冷卻過程，根據(jù)本申請者的觀察，作用在光纖上的一種稍微紊動的氣流將增加氣體和光纖間的熱交換。在任何情況下，應注意不要太多地增加氣流的紊動性，以避免在冷卻過程中光纖產(chǎn)生的不希望的和不能控制的振動或錯位。尤其根據(jù)例子中所示冷卻裝置的一種典型的氣流將優(yōu)選地具有多個低于3000的雷諾數(shù)，優(yōu)選地為低于2800，例如包括約2800和2300兩個數(shù)。如前所述，冷卻氣體可被從入口203b提供進入進氣室401且然后以一約20l／min～約200l／min的單位流率經(jīng)槽402進入中央室404，優(yōu)選地是以約75l／min～150l／min的單位流率。在中央室404內(nèi)部的冷卻氣體壓力典型地為約1bar～2bar。為能將冷卻氣體從冷卻管的中央室中排出，可將真空加到出口203a上，例如從約0．3bar加到0．9bar。常規(guī)的裝置，如一真空泵，可用來獲得所希望的真空程度。同樣的真空泵可用來產(chǎn)生所希望的過壓(例如約3～5bar)來使冷卻氣體能從泵出口經(jīng)回路進入進氣室401。也可提供一系列的泵來產(chǎn)生所希望的過壓。圖6中示意性表達出來的冷卻設備是一冷卻單元，它包括四個冷卻裝置或冷卻管(501a，b，c和d)，它們一個接一個。為簡潔起見，組成冷卻單元的冷卻管501a～d將在下面的說明中簡稱為“模塊”。模塊被配制成能提供一橫斷的氣體流通過槽進入管的中央部分，當考慮兩相鄰模塊中的氣流時，上述氣流的方向是相反的。參照圖6，對模塊501a和501c來說，氣體的流向是從左到右，而對模塊501b和501d來說，則是從右到左。這種構造可避免因氣體到光纖的單側(cè)流向而產(chǎn)生的不希望的變形或錯位。與此相應，模塊優(yōu)選地則采用多個，至少兩個，來產(chǎn)生上述的冷卻氣體交替流向。尤其優(yōu)選的是一種冷卻裝置，它包括數(shù)目為2的倍數(shù)的多個模塊。每個模塊典型地具有從約40～70cm的一個長度，優(yōu)選地為約55cm。每個模塊，尤其是每個模塊的兩個半模塊，可由一個單件組成，該單件被結(jié)合到其它單件模塊來提供所希望的冷卻單元的長。上述冷卻單元也可通過結(jié)合兩單件式對稱半單元來獲得，這些半單元內(nèi)部分開成所希望數(shù)目的模塊。例如，一單個冷卻單元可優(yōu)越地由兩對稱單件半單元組成，每個半單元則由上述兩個或四個模塊所組成；這樣可實質(zhì)性地減少裝配冷卻裝置時的操作數(shù)，也減少冷卻裝置中總的結(jié)合點數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選方面，可采用兩個冷卻單元，每個單元包括四個模塊。每個模塊被優(yōu)越地連接到一氣流調(diào)節(jié)器504上，用于調(diào)節(jié)進氣，并也被連接到一質(zhì)量流量計505。一質(zhì)量流量控制器506被優(yōu)越地配置在每個氣流調(diào)節(jié)器504的上游。冷卻單元可優(yōu)越地被連接到一再生裝置。相應地，冷卻氣體被從每一模塊的出口收集并經(jīng)一閥508a送至一再生裝置，該再生裝置包括比如一用于去除氣體中雜質(zhì)的凈化裝置510和一將氣體制冷至所希望溫度的冷卻裝置511。當在大約室溫下使用冷卻氣體時，可提供一水熱交換器來冷卻排出氣體，水溫為約15℃～20℃；否則的話，對于更低的溫度，則可提供其它合適的冷卻劑(例如液氮)?？刹捎靡粴怏w容器509來經(jīng)閥508b向冷卻裝置提供必要量的氣體?？蓛?yōu)越地采用一泵507來將氣體送至冷卻裝置。例如，可合適地采用在US5，452，583中所公開的再生裝置。兩未連接至再生裝置的緩沖裝置502和503被分別配置在冷卻單元的頂部和底部，尤其是配置在模塊501a的頂部和模塊501d的底部，用于避免外部氣體的進入，這樣來使冷卻氣體與外部隔離，同時有助于循環(huán)操作。兩緩沖器的每一個均包括兩分開的室(502a，502b和503a，503b)，其中緩沖氣體流經(jīng)在交替的方向上。緩沖裝置的兩室將實質(zhì)性地具有與冷卻管相同的幾何結(jié)構，亦即在內(nèi)壁上有至少一個槽用于緩沖氣體的通過，在頂表面和底表面上有一小通道用于光纖。所述緩沖裝置典型地具有一約2cm～4cm的長度。進入緩沖裝置的緩沖氣體的單位流率(亦即緩沖裝置一米長的流率)通常稍低于冷卻氣體的單位流率，由此來避免或減少在冷卻管中緩沖氣體的流量。這樣，緩沖氣體的單位流率優(yōu)選地為約50l／min～約100l／min。流入緩沖裝置中的氣體可與用于冷卻的氣體相同，典型地為氦，或者也可是比冷卻氣體便宜的一不同氣體(例如氮)。上述第一種情況結(jié)果是將一定量的冷卻氣體排放到大氣中；在第二種情況下，流動在冷卻管中的冷卻氣體將被該(不同的)緩沖氣體所污染，從而必須在被循環(huán)使用之前加以凈化。因此對靠近冷卻管的室則優(yōu)選地采用相同冷卻氣體(例如氦)，而對大多數(shù)外部緩沖室則使用一種不同的氣體(例如氮)。在這種方式下，一少量的冷卻氣體(甚貴于氮)被損失在環(huán)境之中，而同時對冷卻氣體的污染卻得到實質(zhì)性的降低。申請者已注意到，采用這種解決方法，對緩沖氣體的流率為約1～2l／min時，僅在3～5天之后就有約10％的氮的量(這樣便使凈化變得必要)存在于氦冷卻氣體中；當采用一個僅把氮用作緩沖氣體的緩沖裝置時，在不到1～2個小時之后則可達到與上述相同的量。如前面所討論的將兩個或多個模塊組合在一相同的單件冷卻系統(tǒng)中那樣，需要時也可將緩沖裝置組合進一單件冷卻單元中。采用本發(fā)明的冷卻裝置，冷卻管內(nèi)部氣體的總流率將隨著管長度的增加而不斷增加，但并不因為在冷卻管中產(chǎn)生的不希望的振動而對光纖性質(zhì)造成負面的影響。此外，采用本發(fā)明的冷卻裝置和方法，冷卻氣體和光纖之間的熱交換是高效的且在整個冷卻管的長度上是完全恒定的。由于本發(fā)明的方法和裝置的高效率，可在比已有技術的方法中所采用的溫度高出許多的工作溫度上使用冷卻氣體。相應地，當冷卻氣體的溫度為約0℃時，本發(fā)明的冷卻裝置和方法可允許增加光纖的拉制速度到20m／s之上，尤其是到23m／s甚至更高。上述披露的本發(fā)明的冷卻方法的參數(shù)可根據(jù)專門的拉制條件來適當加以改變，從而來優(yōu)化裝置的冷卻效率。例如，本申請者已注意到，通過維持相同的總流率，冷卻管越長，對光纖的冷卻便越好。這樣，冷卻裝置的長度應根據(jù)整個拉制設備的尺寸來設置為可能的最大值。以下的專門例將進一步說明本發(fā)明的優(yōu)點例子冷卻裝置(同樣請參考附圖)具有4．6m長且包括兩疊在一起的冷卻單元，每個冷卻單元由兩單件式對稱半部分組成，兩個半部分均包括有—四個模塊，每一模塊的長為55cm，用于長度為2．20m的每一根冷卻管；—放置在每個冷卻單元端部(頂端部和底端部)上的兩對緩沖裝置(每一裝置的長=2．5cm)。冷卻管具有一方形截面，中央部分(404)的尺寸為16×16mm且外尺寸(它們實質(zhì)性地規(guī)定內(nèi)室401的尺寸)為40×40mm。每一模塊具有10個1×50mm的矩形槽(402)，槽間距為5mm。模塊被配置成能使流入每一模塊中的冷卻氣流橫斷流在兩相鄰模塊間交替方向，如圖6所示。每一模塊具有冷卻氣體用的一入口和出口(203)，它們被配置在離每一模塊底部約10cm處。溫度約為0℃的氦氣被用作為冷卻氣體。對每一冷卻單元的氦流率為約300l／min(等價于對每一模塊75l／min)，對應于在光纖附近的一個約136l／min的單位流率和約0．85m／s的氦的橫斷流速。采用一膜片真空泵將一約0．9bar的真空施加到冷卻管的出口處。拉制速度被設定為約20m／s。冷卻裝置的頂部被放置在距拉制爐底部約3．25m處。與之相應，光纖以約1000℃的溫度進入冷卻裝置。光纖在冷卻裝置出口處的溫度約為30℃，而排出氦氣的溫度約為60℃。光纖一經(jīng)被冷卻，它(其直徑約為0．125μm)便進入到含有一種液態(tài)紫外光可塑化丙烯酸基成分的包覆模中，該包覆模位于距冷卻裝置底部約20cm處。樹脂包覆然后經(jīng)紫外光交鏈處理，而被包覆的光纖則通過一第二包覆模。通過以不同的拉制速度改變氦氣流率重復了上述過程，其間采用一個或兩個上述的冷卻單元。氦冷卻氣體的溫度當時為8℃。從冷卻裝置出來的光纖溫度已被確定，其結(jié)果示出于下面的表1中。表1冷卻裝置輸出處光纖的溫度<tablesid="table1"num="001"><table>每個單元的氦流率(l／min)光纖溫度(℃)采用1個冷卻單元，拉制速率為15m／s12m／s10m／s采用2個冷卻單元，拉制速率為15m／s12m／s10m／s150277196137663218180235158105452213210199127803616102401711046325139270146856219119300125703916109</table></tables>這些結(jié)果表明，在相同的拉制速度和相同的氦流率情況下，當增加冷卻裝置長度時，熱交換效率得到改善。尤其是，在使用2個冷卻單元(總長4．6m)，每個單元的氦流率為150l／min(亦即總流率為300l／min)，較之使用一個冷卻單元(2．3m長)和采用與兩個單元相同的總的氦流率的情況，光纖能被冷卻到一個更低的溫度上。類似地，采用對每個冷卻單元300l／min的一個氦流率重復了上述過程，用于確定氦溫度的變化(從20℃～—20℃)對冷卻裝置出口處光纖溫度的影響(表2)和對排出氦氣溫度的影響(表3)。表2冷卻裝置輸出處光纖的溫度(對每一冷卻單元氦流率=300l／min)<tablesid="table2"num="002"><table>氦氣進入溫度(℃)光纖溫度(℃)采用1個冷卻單元，拉制速率為15m／s12m／s10m／s采用2個冷卻單元，拉制速率為15m／s12m／s10m／s201378252282221812570391610901186231720—2098419—14—19—20</table></tables>表3排出氦氣的溫度<tablesid="table3"num="003"><table>氦氣進入溫度(℃)溫度(℃)采用1個冷卻單元，拉制速率為15m／s12m／s10m／s采用2個冷卻單元，拉制速率為15m／s12m／s10m／s20107948369595389380695546400837060463731—2058463623159</table></tables>權利要求1．冷卻光纖的方法，它包括—將所述光纖通過一空心細長體，所述空心細長體被提供有至少一個第一縱向開口和至少一個第二縱向開口；—使一冷卻氣體流經(jīng)所述第一開口，其中冷卻氣體的流向?qū)嵸|(zhì)性地橫斷于光纖的縱軸；—將所述冷卻氣體經(jīng)所述第二開口從空心細長體中排出。2．如權利要求1所述的方法，其特征在于所述縱向開口被提供在所述細長體總長的至少一半之上。3．如權利要求1所述的方法，其特征在于所述開口的長度對應于所述空心細長體總長的至少75％。4．如權利要求1所述的方法，其特征在于所述開口的長度其范圍從所述空心細長體總長的約80％～95％。5．如權利要求1所述的方法，其特征在于所述第二開口實質(zhì)性地位于所述細長體上相對于所述第一開口的相反一側(cè)。6．如權利要求1所述的方法，其特征在于經(jīng)所述第二縱向開口將冷卻氣體從所述空心細長體中強制排出。7．如權利要求1所述的方法，它包括—將一冷卻氣體引入一第一中空空間，該空間由一第一雙層壁半管的一內(nèi)壁和一外壁所規(guī)定；—使所述冷卻氣體從所述第一中空空間經(jīng)由提供在所述第一雙層壁半管的內(nèi)壁上的至少一個縱向開口流入一由所述第一雙層壁半管的內(nèi)壁和一第二雙層壁半管的內(nèi)壁所規(guī)定的中央室來通過所述中央室的光纖；—使冷卻氣體從所述中央室經(jīng)由提供在所述第二雙層壁半管的內(nèi)壁上的至少一第二縱向開口流入一由所述第二雙層壁半管的內(nèi)壁和外壁所規(guī)定的第二中空空間；—將冷卻氣體從所述第二中空空間排出。8．如上述權利要求之一所述的方法，其特征在于—光纖的至少一第一部分被承受冷卻氣體在一第一方向上的一實質(zhì)性橫斷流；而—所述光纖的至少一第二部分被承受冷卻氣體在一第二方向上的一實質(zhì)性橫斷流。9．如權利要求8所述的方法，其特征在于冷卻氣體的所述第二流動方向是實質(zhì)性地與第一流動方向相反的。10．生產(chǎn)光纖的方法，它包括如下步驟—將一玻璃預制件的底端加熱至其軟化溫度；—從所述預制件的軟化底端拉制光纖；—將所述光纖通過一空心細長體，所述空心細長體被提供有至少一個第一縱向開口和至少一個第二縱向開口；—使一冷卻氣體流經(jīng)所述第一開口，其中冷卻氣體的流動方向?qū)嵸|(zhì)性地橫斷于光纖縱軸；—用一保護包覆層來包覆被冷卻的光纖。11．如上述權利要求之一所述的方法，其特征在于冷卻氣體的溫度為約—20℃～20℃。12．如權利要求11所述的方法，其特征在于冷卻氣體的溫度為約0℃～10℃。13．如上述權利要求之一所述的方法，其特征在于冷卻氣體的流率對空心細長體的每米長為約20l／min～200l／min。14．如權利要求13所述的方法，其特征在于冷卻氣體的流率對空心細長體的每米長為約75l／min～150l／min。15．如上述權利要求之一所述的方法，其特征在于冷卻氣體為氦、氮、二氧化碳或它們的混合物。16．冷卻從一軟化預制件拉制出的光纖的裝置，包括光纖所通過的一空心細長體，所述空心細長體的內(nèi)壁被提供有一冷卻氣體被引入該空心細長體所要經(jīng)過的至少一個縱向開口和所述冷卻氣體從所述空心細長體被排出所要經(jīng)過的至少一個縱向開口，所述兩開口各具有相對于光纖通過空心細長體的路徑的走向，使得冷卻氣體的流動方向成為實質(zhì)性地橫斷于流經(jīng)空心細長體的光纖的縱軸。17．如權利要求16所述的裝置，其特征在于空心細長體是一雙層壁管，該管內(nèi)壁規(guī)定了光纖所通過的冷卻管的一中央部分，所述內(nèi)壁被提供有冷卻氣體被引入該管的中央部分所要通過的至少一個縱向開口和所述冷卻氣體從該中央部分被排出所要通過的至少一個縱向開口。18．如權利要求17所述的裝置，其特征在于雙層壁管包括結(jié)合在一起形成該管的兩分開的半管，兩半管的內(nèi)壁規(guī)定了光纖所通過的冷卻管的一中央部分，每一半管具有被提供有至少一個縱向開口的內(nèi)壁。19．如權利要求17所述的裝置，其特征在于每一半管的內(nèi)壁被提供有多個槽。20．如權利要求17所述的裝置，其特征在于每一槽的長度為約2cm～10cm。21．如權利要求17所述的裝置，其特征在于槽的寬度為約0．5mm～3mm。22．如前述權利要求17～21之一所述的裝置，其特征在于雙層壁管由兩“C形”雙層壁管結(jié)合在一起所形成。23．如前述權利要求17～22之一所述的裝置，其特征在于半管的外壁被提供有至少一個用于冷卻氣體的入口，而另一半管的外壁被提供有至少一個用于所述冷卻氣體的出口。24．用于冷卻從一軟化預制件拉制出的光纖的設備，它包括至少兩個如前述權利要求17～23之一所述的冷卻裝置，上述兩個冷卻裝置被配置成一個在另一個之上來形成一冷卻單元。25．如權利要求24所述的設備，其特征在于組成冷卻單元的裝置數(shù)為2的倍數(shù)。26．如權利權利24或25所述的設備，其特征在于當考慮到兩相鄰冷卻管中的氣流時，流到光纖上的冷卻氣體橫斷流被設定在相反方向上。27．如權利要求23、24、25或26所述的設備，其特征在于冷卻單元還包括至少一個位于上冷卻裝置頂部的緩沖裝置和至少一個位于下冷卻裝置底部的緩沖裝置。28．冷卻光纖的冷卻系統(tǒng)，包括—如上述權利要求24～28之一所述的一冷卻設備；—一被連接到所述冷卻設備的再生裝置。29．如權利要求28所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于再生裝置包括至少一凈化裝置和／或一制冷裝置。全文摘要本發(fā)明有關一種在光纖拉制過程中冷卻所述光纖的方法和裝置。尤其是本冷卻光纖的方法包括將一冷卻氣體流到光纖上,其中該冷卻氣體的流動方向?qū)嵸|(zhì)性地橫斷于光纖縱軸。已經(jīng)發(fā)現(xiàn),采用實質(zhì)性地橫斷于被拉制光纖縱軸的一種冷卻氣流,可實質(zhì)性地改善對光纖的冷卻效率。根據(jù)本發(fā)明的裝置包括一空心細長體,所述空心細長體具有至少一個規(guī)定被拉制光纖所要通過的一內(nèi)細長空間的壁,其中該至少一個所述空心細長體的壁被提供有至少一個所述冷卻氣體被引入該空心細長體所要通過的縱向開口和至少一個所述冷卻氣體被從所述空心細長體排出所要通過的縱向開口。文檔編號C03B37/027GK1279654SQ98811342公開日2001年1月10日申請日期1998年11月18日優(yōu)先權日1997年11月21日發(fā)明者賈科莫·S·羅巴,羅伯托·帕塔申請人:皮雷利·卡維系統(tǒng)有限公司