Печная система для подавления нестабильности потока технологического газа во время вытягивания заготовки оптического волокна при производстве
Изобретение в целом относится к системе вытяжки волокна. Технический результат - подавление нестабильности потока в системе вытяжки волокна. Печная система для подавления нестабильности потока технологического газа во время вытягивания заготовки оптического волокна при производстве оптического волокна, содержащая: муфельную печь, определяющую печную полость; нижний нагреватель, соединенный с муфельной печью и выполненный с возможностью создания горячей зоны внутри печной полости, имеющей температуру от 1700°C до 2000°C; верхнее расширение муфеля, расположенное над муфельной печью и определяющее полость держателя; подающий вниз держатель, расположенный внутри полости держателя таким образом, чтобы зазор определялся между наружной поверхностью подающего вниз держателя и внутренней поверхностью верхнего расширения муфеля; булю, связанную с подающим вниз держателем, которая выполнена с возможностью поддерживать заготовку оптического волокна; верхний нагреватель, термически связанный с верхним расширением муфеля и выполненный с возможностью нагревания зазора; и газовый экран, расположенный в верхнем расширении муфеля и выполненный с возможностью ввода технологического газа в полость держателя. 8 з.п. ф-лы, 20 ил.
[0001] По настоящей заявке испрашивается приоритет нидерландской патентной заявки №2020854, поданной 1 мая 2018 г., испрашивающей приоритет американской предварительной патентной заявки № 62/646584, поданной 22 марта 2018 г., содержание каждой из которых включено в настоящий документ посредством ссылки во всей их полноте.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[0002] Настоящее изобретение в целом относится к системе вытяжки волокна, и более конкретно к способу и системе для подавления нестабильности потока в системе вытяжки волокна.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0003] Газообразный гелий используется на различных стадиях обычных процессов производства волокна. Для некоторых производственных процессов значительная часть гелия расходуется в вытяжной печи волокна, где активная продувка печи инертным газом необходима для предотвращения засасывания воздуха и окисления горячих компонентов. Гелий является невозобновляемым ресурсом, извлекаемым в качестве побочного продукта из газовых скважин. Поскольку прогнозируется, что цена гелия в будущем будет только расти, а нехватка его поставок влияет на непрерывность производства волокна, удаление и/или повторное использование гелия из печи для вытяжки волокна может быть выгодным. Повторное использование гелия из печи для вытяжки волокна увеличивает сложность работ по сбору, очистке и повторному использованию гелия из вытяжной печи. Использование других инертных газов в печи для вытяжки волокна, таких как азот и аргон, может быть более дешевым по сравнению с гелием, но часто приводит к недопустимым изменениям диаметра волокна. Следовательно, существует потребность в обеспечении способов и устройств, которые позволяли бы вытягивать волокно с заданными характеристиками без использования гелия в печи для вытяжки волокна.
Из уровня техники(US6735983B1, опубл. 18.05.2004 г., IPC C03B 37/0253))известны способ вытягивания волокна и печь для вытягивания волокна, посредством которых обеспечивают вытягивание оптического волокна 14 с одного конца заготовки 13 волокна путем размягчения под действием тепла, при этом заготовка 13 волокна находится в полузакрытом пространстве 10, 20, частично открывающейся на нижнем конце в печи для вытягивания волокна, заготовка 13 волокна нагревается нагревателем 15, расположенным на стороне нижнего конца этого полузакрытого пространства 10, 20, и вытяжка волокна осуществляется с регулированием количества отвода тепла от верхней части 20 этого полузамкнутого пространства.
В указанном известном решении не обеспечиваются подавление нестабильности потока технологического газа во время вытягивания заготовки оптического волокна при производстве оптического волокна, поскольку эта задача в заявленном решении достигается посредством конструктивных особенностей печной системы, содержащей, в частности подающий вниз держатель, расположенный внутри полости держателя таким образом, чтобы зазор определялся между наружной поверхностью подающего вниз держателя и внутренней поверхностью верхнего расширения муфеля; булю, связанную с подающим вниз держателем, которая выполнена с возможностью поддерживать заготовку оптического волокна; верхний нагреватель, термически связанный с верхним расширением муфеля и выполненный с возможностью нагревания зазора; и газовый экран, расположенный в верхнем расширении муфеля и выполненный с возможностью ввода технологического газа в полость держателя.
Из уровня техники (ЕР0386756А1, опубл. 12.09.1990 г., IPC C03B 37/029) известна печь для вытягивания оптического волокна, по мнению заявителя, это решение можно отнести к ближайшему аналогу заявленного изобретения. Печь содержит вмещающий элемент (21, 22), в котором размещена заготовка (1) для оптического волокна, муфельную трубку (3), соединенную с вмещающим элементом (21, 22), вокруг которой расположены нагревательные средства (41), посредством которых нагревается и расплавляется концевая часть заготовки оптического волокно, и средство для подачи инертного продувочного газа в муфельную трубку (3). По меньшей мере часть муфельной трубы (3) и/или вмещающего элемента (21, 22) содержит по меньшей мере две стенки печи, смежные стенки которых имеют пространство между собой, при этом крайняя одна из стенок имеет впуск (24), через который в пространство подается инертный продувочный газ (например, N2), при этом через выпускное отверстие (25) продувочный газ выходит из пространства после прохождения через зазор между соседними стенками и тем самым нагревается. Однако известная печь не обеспечивает подавление нестабильности потока технологического газа во время вытягивания заготовки оптического волокна при производстве оптического волокна, которое достигается посредством заявленного изобретения, которое существенно отличается от известной печи для вытягивания и содержит подающий вниз держатель, расположенный внутри полости держателя таким образом, чтобы зазор определялся между наружной поверхностью подающего вниз держателя и внутренней поверхностью верхнего расширения муфеля; булю, связанную с подающим вниз держателем, которая выполнена с возможностью поддерживать заготовку оптического волокна; верхний нагреватель, термически связанный с верхним расширением муфеля и выполненный с возможностью нагревания зазора; и газовый экран, расположенный в верхнем расширении муфеля и выполненный с возможностью ввода технологического газа в полость держателя.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0004] В соответствии по меньшей мере с одним вариантом осуществления настоящего изобретения печная система включает в себя муфельную печь, определяющий печную полость. Нижний нагреватель соединяется с муфельной печью и выполнен с возможностью создания горячей зоны внутри печной полости, имеющей температуру приблизительно 1900°C или больше. Верхнее расширение муфеля располагается над муфельной печью и определяет полость держателя. Подающий вниз держатель располагается внутри полости держателя таким образом, чтобы зазор определялся между наружной поверхностью подающего вниз держателя и внутренней поверхностью верхнего расширения муфеля. Верхний нагреватель термически связан с верхним расширением муфеля и выполнен с возможностью нагревания зазора. Газовый экран располагается в верхнем расширении муфеля и выполнен с возможностью ввода технологического газа в полость держателя.
[0005] В соответствии по меньшей мере с одним вариантом осуществления настоящего изобретения печная система включает в себя муфельную печь, определяющую печную полость. Верхнее расширение муфеля устанавливается над муфельной печью. Газовый экран располагается в верхнем расширении муфеля и выполнен с возможностью ввода технологического газа. Подающий вниз держатель располагается внутри верхнего расширения муфеля таким образом, чтобы зазор определялся между наружной поверхностью подающего вниз держателя и внутренней поверхностью верхнего расширения муфеля. Этот зазор имеет длину от подающего вниз держателя до верхнего расширения муфеля приблизительно 4 см или меньше. Буля связывается с подающим вниз держателем и выполнена с возможностью поддерживать заготовку оптического волокна. Верхний нагреватель связан с верхним расширением муфеля и выполнен с возможностью нагревания зазора.
[0006] В соответствии по меньшей мере с одним вариантом осуществления настоящего изобретения способ работы печного узла содержит стадии: позиционирования подающего вниз держателя внутри верхнего расширения муфеля таким образом, что зазор определяется между наружной поверхностью подающего вниз держателя и внутренней поверхностью верхнего расширения муфеля; нагревания верхнего расширения муфеля посредством верхнего нагревателя, термически связанного с верхним расширением муфеля; и ввода технологического газа через газовый экран вокруг подающего вниз держателя.
[0007] Эти и другие особенности, преимущества и цели настоящего изобретения будут дополнительно поняты и оценены специалистом в данной области техники после рассмотрения последующего подробного описания, формулы изобретения и приложенных чертежей.
[0008] В соответствии с первым аспектом предлагается печная система, которая включает в себя муфельную печь, определяющую печную полость. Нижний нагреватель соединяется с муфельной печью и выполнен с возможностью создания горячей зоны внутри печной полости, имеющей температуру приблизительно 1900°C или больше. Верхнее расширение муфеля располагается над муфельной печью и определяет полость держателя. Подающий вниз держатель располагается внутри полости держателя таким образом, чтобы зазор определялся между наружной поверхностью подающего вниз держателя и внутренней поверхностью верхнего расширения муфеля. Верхний нагреватель термически связан с верхним расширением муфеля и выполнен с возможностью нагревания зазора. Газовый экран располагается в верхнем расширении муфеля и выполнен с возможностью ввода технологического газа в полость держателя.
[0009] В соответствии со вторым аспектом предлагается печная система аспекта 1, в которой технологический газ содержит приблизительно 10 об.% или больше аргона.
[0010] В соответствии с третьим аспектом предлагается печная система аспекта 1, в которой технологический газ содержит приблизительно 10 об.% или больше азота.
[0011] В соответствии с четвертым аспектом предлагается печная система аспекта 1, в которой подающий вниз держатель дополнительно содержит булю, и в которой буля выполнена с возможностью поддерживать заготовку оптического волокна.
[0012] В соответствии с одним аспектом предлагается печная система аспекта 1, в которой кожух располагается между верхней муфельной печью и заготовкой.
[0013] В соответствии с пятым аспектом предлагается печная система аспекта 1, в которой верхний нагреватель выполнен с возможностью нагревать зазор до температуры приблизительно 800°C или больше.
[0014] В соответствии с шестым аспектом предлагается печная система аспекта 1, в которой зазор имеет размер от наружной поверхности подающего вниз держателя до внутренней поверхности верхнего расширения муфеля, составляющий приблизительно 2 см или меньше.
[0015] В соответствии с седьмым аспектом предлагается печная система аспекта 1, в которой верхний нагреватель термически связывается у входа в верхнее расширение муфеля.
[0016] В соответствии с восьмым аспектом предлагается печная система, которая включает в себя муфельную печь, определяющую печную полость. Верхнее расширение муфеля устанавливается над муфельной печью. Газовый экран располагается в верхнем расширении муфеля и выполнен с возможностью ввода технологического газа. Подающий вниз держатель располагается внутри верхнего расширения муфеля таким образом, чтобы зазор определялся между наружной поверхностью подающего вниз держателя и внутренней поверхностью верхнего расширения муфеля. Этот зазор имеет длину от подающего вниз держателя до верхнего расширения муфеля приблизительно 4 см или меньше. Подающий вниз держатель выполнен с возможностью поддерживать заготовку оптического волокна. Верхний нагреватель связан с верхним расширением муфеля и выполнен с возможностью нагревания зазора.
[0017] В соответствии с девятым аспектом предлагается печная система аспекта 8, в которой по меньшей мере одно из муфельной печи и верхнего расширения муфеля содержит углерод.
[0018] В соответствии с десятым аспектом предлагается печная система аспекта 8, в которой размер зазора от наружной поверхности подающего вниз держателя до внутренней поверхности верхнего расширения муфеля составляет приблизительно 3 см или меньше.
[0019] В соответствии с одиннадцатым аспектом предлагается печная система аспекта 8, в которой размер зазора от наружной поверхности подающего вниз держателя до внутренней поверхности верхнего расширения муфеля составляет приблизительно 2,5 см или меньше.
[0020] В соответствии с двенадцатым аспектом предлагается печная система аспекта 8, в которой размер зазора от наружной поверхности подающего вниз держателя до внутренней поверхности верхнего расширения муфеля составляет приблизительно 2 см или меньше.
[0021] В соответствии с тринадцатым аспектом предлагается печная система аспекта 8, в которой технологический газ содержит инертный газ.
[0022] В соответствии с четырнадцатым аспектом предлагается печная система аспекта 13, в которой технологический газ содержит по меньшей мере одно из азота и аргона.
[0023] В соответствии пятнадцатым аспектом способ работы печного узла содержит стадии: позиционирования подающего вниз держателя внутри верхнего расширения муфеля таким образом, что зазор определяется между наружной поверхностью подающего вниз держателя и внутренней поверхностью верхнего расширения муфеля; нагревания верхнего расширения муфеля посредством верхнего нагревателя, термически связанного с верхним расширением муфеля; и ввода технологического газа через газовый экран вокруг подающего вниз держателя.
[0024] В соответствии с шестнадцатым аспектом предлагается способ аспекта 15, в котором стадия ввода технологического газа дополнительно содержит: ввод по меньшей мере одного из азота и аргона посредством газового экрана вокруг подающего вниз держателя.
[0025] В соответствии с семнадцатым аспектом способ аспекта 15 дополнительно содержит создание горячей зоны внутри печной полости, имеющей температуру приблизительно 1900°C или больше.
[0026] В соответствии с восемнадцатым аспектом способ аспекта 15 дополнительно содержит поддержку заготовки оптического волокна подающим вниз держателем; и вытягивание оптического волокна из заготовки оптического волокна.
[0027] В соответствии с девятнадцатым аспектом предлагается способ аспекта 15, в котором стадия нагревания верхнего расширения муфеля дополнительно содержит стадию нагревания зазора до температуры в диапазоне от приблизительно 800°C до приблизительно 1100°C.
[0028] В соответствии с двадцатым аспектом предлагается способ аспекта 15, в котором стадия позиционирования подающего вниз держателя внутри верхнего расширения муфеля дополнительно содержит определение зазора таким образом, чтобы его размер от наружной поверхности подающего вниз держателя до внутренней поверхности верхнего расширения муфеля составлял от приблизительно 0,5 см до приблизительно 2,5 см.
[0029] Все из описанных в настоящем документе аспектов и вариантов осуществления могут быть объединены друг с другом различными способами.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0030] На чертежах:
[0031] Фиг. 1 представляет собой схематическую диаграмму, иллюстрирующую печной узел в соответствии по меньшей мере с одним примером;
[0032] Фиг. 2 представляет собой увеличенный вид области II, показанной на Фиг. 1, в соответствии с одним вариантом осуществления;
[0033] Фиг. 3 представляет собой блок-схему выполнения способа в соответствии по меньшей мере с одним примером;
[0034] Фиг. 4A представляет собой диаграмму потоков первого сравнительного примера;
[0035] Фиг. 4B представляет собой график зависимости среднего статического давления в верхней точке от времени истечения для первого сравнительного примера;
[0036] Фиг. 4C представляет собой график зависимости массового расхода от времени истечения для первого сравнительного примера;
[0037] Фиг. 4D представляет собой график зависимости средней температуры в верхней точке от времени истечения для первого сравнительного примера;
[0038] Фиг. 5A представляет собой диаграмму потоков для первого примера;
[0039] Фиг. 5B представляет собой график зависимости средней температуры в верхней точке от времени истечения для первого примера;
[0040] Фиг. 6A представляет собой диаграмму потоков для второго сравнительного примера;
[0041] Фиг. 6B представляет собой график зависимости среднего статического давления в верхней точке от времени истечения для второго сравнительного примера;
[0042] Фиг. 6C представляет собой график зависимости массового расхода от времени истечения для второго сравнительного примера;
[0043] Фиг. 6D представляет собой график зависимости средней температуры в верхней точке от времени истечения для второго сравнительного примера;
[0044] Фиг. 7A представляет собой диаграмму потоков для второго примера;
[0045] Фиг. 7B представляет собой график зависимости среднего статического давления в верхней точке от времени истечения для второго примера;
[0046] Фиг. 7C представляет собой график зависимости массового расхода от времени истечения для второго примера; и
[0047] Фиг. 7D представляет собой график зависимости средней температуры в верхней точке от времени истечения для второго примера.
[0048] Фиг. 8A представляет собой график зависимости отношения квадрата кинематической вязкости аргона к квадрату кинематической вязкости гелия при 150°C от температуры.
[0049] Фиг. 8B показывает, насколько необходимо уменьшить характеристическую длину для поддержания постоянного числа Gr при замене He на Ar.
[0050] Фиг. 9 показывает диаметр волокна при использовании различных газов.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
[0051] Дополнительные особенности и преимущества настоящего изобретения будут сформулированы в последующем подробном описании, и будут очевидными для специалистов в данной области техники из этого описания или будут признаны при практической реализации настоящего изобретения, описанного в последующем описании, включая формулу изобретения и приложенные чертежи.
[0052] Используемый в настоящем документе термин «и/или», когда он используется в списке двух или более элементов, означает, что любой из перечисленных элементов может использоваться отдельно, или может использоваться любая комбинация из двух или более перечисленных элементов. Например, если композиция описывается как содержащая компоненты A, B и/или C, композиция может содержать один компонент А; один компонент B; один компонент C; компоненты A и B в комбинации; компоненты A и C в комбинации; компоненты B и C в комбинации; или компоненты A, B и C в комбинации.
[0053] В этом документе относительные термины, такие как первый и второй, верхний и нижний, и т.п., используются исключительно для того, чтобы отличить один объект или действие от другого объекта или действия, не требуя или не подразумевая какого-либо фактического соотношения или порядка между такими объектами или действиями.
[0054] На Фиг. 1 и 2 схематично показана печная система 10. Печная система 10 включает в себя муфельную печь 14, определяющую внутри себя печную полость 18. Нижний нагреватель 22 связывается с муфельной печью 14 и выполнен с возможностью создания горячей зоны 26 внутри печной полости 18. Верхнее расширение 30 муфеля располагается внутри печной системы 10 и над муфельной печью 14. Верхнее расширение 30 муфеля определяет внутри себя полость 34 держателя. Газовый экран 38 располагается внутри верхнего расширения 30 муфеля и выполнен с возможностью ввода технологического газа в полость 34 держателя. Подающий вниз держатель 42 устанавливается внутри верхнего расширения 30 муфеля таким образом, что зазор 46 определяется между наружной поверхностью 42A подающего вниз держателя 42 и внутренней поверхностью 30A верхнего расширения 30 муфеля. Подающий вниз держатель 42 выполнен с возможностью поддерживать заготовку 54 оптического волокна. Подающий вниз держатель 42 опционально включает в себя булю 50, которая поддерживает заготовку 54 оптического волокна. Верхний нагреватель 58 связывается с верхним расширением 30 муфеля для нагревания зазора 46.
[0055] Муфельная печь 14 и/или верхнее расширение 30 муфеля может состоять из огнеупорного материала, такого как графит, диоксид циркония, связующие вещества и/или их комбинации. По сути одно или более из муфельной печи и верхнего расширения муфеля может включать в себя углерод. Муфельная печь 14 и верхнее расширение 30 муфеля могут быть выполнены с возможностью удерживать тепло внутри печной системы 10, а также защищать другие компоненты от избыточных температур. Хотя материалы муфельной печи 14 и/или верхнего расширения 30 муфеля обычно могут быть хорошими изоляторами, при повышенных температурах может происходить окисление. По сути один или более технологических газов могут быть помещены или введены в печной узел 10 для предотвращения окисления муфельной печи 14 и/или верхнего расширения 30 муфеля. Хотя они описываются как отдельные структуры, следует понимать, что муфельная печь 14 и верхнее расширение 30 муфеля могут быть одним компонентом или могут состоять более чем из двух компонентов. Муфельная печь 14 и/или верхнее расширение 30 муфеля могут иметь по существу единообразный внутренний диаметр, или внутренний диаметр может быть постоянным по всей длине. Кроме того, муфельная печь 14 и верхнее расширение 30 муфеля могут отличающиеся друг от друга внутренние диаметры.
[0056] Нижний нагреватель 22 термически связывается с муфельной печью 14 и выполнен с возможностью создания горячей зоны 26 внутри печной системы 10. В частности, горячая зона создается внутри печной полости 18. Горячая зона 26 может иметь температуру от приблизительно 1800°C до приблизительно 2000°C. По сути горячая зона 26 может иметь температуру более высокую, чем в остальной части печной полости 18 и/или в полости 34 держателя. Например, горячая зона 26 может иметь температуру приблизительно 1700°C, 1800°C, 1900°C или приблизительно 2000°C, или в любом диапазоне, имеющем любые два из этих значений в качестве конечных точек. В некоторых примерах горячая зона 26 может иметь температуру приблизительно 1900°C или больше. Как будет более подробно объяснено ниже, тепла горячей зоны 26 достаточно для уменьшения вязкости заготовки 54 оптического волокна.
[0057] Верхнее расширение 30 муфеля связано с муфельной печью 14. Верхнее расширение 30 муфеля может быть кольцевой структурой, определяющей внутри себя полость 34 держателя. Полость 34 держателя связана по текучей среде и открывается в печную полость 18. По сути газы внутри полости 34 держателя могут проходить или течь в печную полость 18. Полость 34 держателя имеет такие размеры и форму, чтобы принимать подающий вниз держатель 42. Уплотнение 60 располагается между газовым экраном 38 и подающим вниз держателем 42 таким образом, чтобы газ не мог уходить вверх из полости 34 держателя. Подающий вниз держатель 42 может быть полым или сплошным. Подающий вниз держатель 42 может иметь наружный диаметр от приблизительно 6 см до приблизительно 15 см, или от приблизительно 7 см до приблизительно 13 см, или от приблизительно 8 см до приблизительно 12 см. Подающий вниз держатель 42 соединен с двигателем, который позволяет держателю 42 перемещаться в и из полости 34 держателя верхнего расширения 30 муфеля. Как будет более подробно объяснено ниже, подающий вниз держатель 42 может перемещаться через верхнее расширение 30 муфеля таким образом, что по мере того, как заготовка 54 оптического волокна расходуется, держатель 42 может непрерывно перемещать заготовку 54 оптического волокна в горячую зону 26. Буля 50 связана с нижним или дистальным концом остальной части подающего вниз держателя 42. Буля 50 является компонентом подающего вниз держателя 42. В соответствии с различными примерами буля 50 выполнена с возможностью поддерживать заготовку 54 оптического волокна. В соответствии с различными примерами буля 50 может иметь по существу такой же наружный диаметр, что и подающий вниз держатель 42. Другими словами, внешняя поверхность були 50 может располагаться по существу заподлицо с наружной поверхностью 42A подающего вниз держателя 42. Поскольку буля 50 имеет по существу тот же самый наружный диаметр, что и подающий вниз держатель 42, зазор 46 может оставаться по существу постоянным по мере того, как буля 50 перемещается через верхнее расширение 30 муфеля. В варианте осуществления, проиллюстрированном на Фиг. 2, буля 50 является куском стекла, приваренным к держателю 42. Буля 50 включает в себя щель, к которой присоединяется заготовка 54 оптического волокна. Для присоединения заготовки 54 оптического волокна к подающему вниз держателю 42 может использоваться любая подходящая конфигурация, в частности и буля 50. По мере того, как подающий вниз держатель 42 перемещается в и из полости 34 держателя, буля 50 и заготовка 54 оптического волокна перемещаются через полость 34 держателя и в печную полость 18. В тех случаях, когда присоединение заготовки 54 оптического волокна к подающему вниз держателю 42 имеет меньший диаметр, чем подающий вниз держатель 42 или буля 50, кожух 54A, окружающий заготовку 54, может использоваться для уменьшения зазора между присоединением заготовки 54 и верхним расширением 30 муфеля. Кожух 54A может быть присоединен к подающему вниз держателю 42, буле 50 или заготовке.
[0058] Заготовка 54 оптического волокна может быть создана из любого стекла или материала и может быть подходящим образом легирована для производства оптического волокна. В соответствии с различными примерами заготовка 54 оптического волокна может включать в себя сердцевину и оболочку. По мере того, как заготовка 54 оптического волокна достигает горячей зоны 26, вязкость заготовки 54 оптического волокна понижается, так что оптическое волокно 62 может быть вытянуто из нее. Оптическое волокно 62 вытягивается из корня 62A вытягивания заготовки 54 оптического волокна. Корень 62A вытягивания находится рядом с горячей зоной 26. По мере того, как заготовка 54 оптического волокна расходуется при производстве оптического волокна 62, подающий вниз держатель 42 может непрерывно опускаться, так что новые части заготовки 54 оптического волокна оказываются в горячей зоне 26. Оптическое волокно 62 вытягивается из заготовки 54 оптического волокна через нижнюю часть печного узла 10 и может сматываться на шпульку.
[0059] Верхний нагреватель 58 термически связан с верхним расширением 30 муфеля. Для целей данного раскрытия термин «термически связанный» означает, что верхний нагреватель 58 располагается в таком положении, в котором он может нагревать зазор 46. Различные места установки верхнего нагревателя 58 включают в себя окрестность входа в верхнее расширение 30 муфеля и/или другие положения в направлении оси верхнего расширения 30 муфеля. В некоторых примерах верхний нагреватель 58 может проходить через часть, большую часть, или по существу через всю длину в направлении оси верхнего расширения 30 муфеля. По сути верхний нагреватель 58 располагается над горячей зоной 26 печной полости 18. Верхний нагреватель 58 может проходить вокруг части, большей части, или по существу всей окружности верхнего расширения 30 муфеля. В обычных приложениях вытягивания волокна верхняя часть муфельной печи может пассивно нагреваться благодаря конвекции и теплопроводности от горячей зоны. В соответствии с настоящим изобретением верхнее расширение 30 муфеля активно нагревается верхним нагревателем 58. Другими словами, верхний нагреватель 58 выполнен с возможностью нагревать полость 34 держателя, а также зазор 46 между верхним расширением 30 муфеля подающим вниз держателем таким образом, чтобы печная система 10 активно нагревалась над горячей зоной 26. Верхний нагреватель 58 выполнен с возможностью нагревать полость 34 держателя и/или зазор 46 до температуры в диапазоне от приблизительно 600°C до приблизительно 1800°C, или от приблизительно 700°C до приблизительно 1500°C, или от приблизительно 800°C до приблизительно 1100°C. Например, верхний нагреватель 58 выполнен с возможностью нагревать зазор 46 до температуры приблизительно 800°C или больше. В традиционных конструктивных решениях вытягивания волокна верхние полости могут достигать лишь температуры от приблизительно 150°C до приблизительно 250°C, или от приблизительно 200°C до приблизительно 250°C, обеспечиваемой конвекцией тепла вверх от нагревателей, установленных ниже в печи. Как будет более подробно объяснено ниже, активное нагревание верхнего расширения 30 муфеля, полости 34 держателя и/или зазора 46 верхним нагревателем 58 может предотвращать нестабильность потока, которая возникает из-за стратификации температуры и плотности в верхнем объеме печной системы 10.
[0060] Как было объяснено выше, подающий вниз держатель 42 располагается внутри верхнего расширения 30 муфеля таким образом, что зазор 46 определяется между наружной поверхностью 42A подающего вниз держателя 42 и внутренней поверхностью 30A верхнего расширения 30 муфеля. Следует понимать, что зазор 46 может быть дополнительно определен между булей 50 и верхним расширением 30 муфеля по мере того, как буля 50 перемещается через верхнее расширение 30 муфеля. Зазор 46 имеет размер от наружной поверхности 42A подающего вниз держателя 42 до внутренней поверхности 30A верхнего расширения 30 муфеля приблизительно 4 см или меньше, приблизительно 3,5 см или меньше, приблизительно 3 см или меньше, приблизительно 2,5 см или меньше, приблизительно 2 см или меньше, приблизительно 1,5 см или меньше, приблизительно 1 см или меньше, или приблизительно 0,5 см или меньше. Размер зазора 46 может быть по существу постоянным или может изменяться вокруг окружности подающего вниз держателя 42. Если явно не указано иное, в тех примерах, где зазор 46 является неравномерным вокруг окружности подающего вниз держателя 42, размер зазора 46 измеряется как его минимальная величина. Кроме того, размер зазора 46 может быть постоянным или изменяющимся вдоль осевого направления подающего вниз держателя 42 и/или верхнего расширения 30 муфеля. В дополнительных примерах размер зазора 46 может изменяться во времени. Например, размер зазора 46 может изменяться по мере того, как заготовка 54 оптического волокна расходуется, и подающий вниз держатель 42 перемещается через верхнее расширение 30 муфеля. В то время как «размер» зазора 46 может традиционно считаться «шириной», он упоминается в настоящем документе как «размер» для соответствия с уравнением Грасгофа.
[0061] Газовый экран 38 располагается внутри или связывается с верхним расширением 30 муфеля. Газовый экран 38 выполнен с возможностью ввода, выделения или иного помещения одного или более технологических газов в полость 34 держателя. Газовый экран 38 включает в себя по меньшей мере одно отверстие (не показано на Фиг. 2), через которое технологический газ вводится в зазор 46. Газовый экран 38 может включать в себя единственное впускное отверстие, множество впускных отверстий и/или непрерывное или полунепрерывное отверстие, выполненное с возможностью ввода технологического газа. Следует понимать, что газовый экран 38 может включать в себя одну или несколько решеток, выполненных с возможностью изменения характеристик потока технологического газа. Технологический газ может в одном положении или во множестве положений. Технологические газы могут проходить в полость 34 держателя, к печной полости 18, вокруг заготовки 54 оптического волокна и выходить из печной системы 10. Технологические газы могут включать в себя один или более газов, которые являются инертными к верхнему расширению 30 муфеля, муфельной печи 14, заготовке 54 оптического волокна и/или другим компонентам печной системы 10. Например, технологический газ может включать в себя гелий, аргон, азот и/или другие инертные газы. Технологический газ может включать в себя по меньшей мере одно из азота и аргона. Инертные технологические газы могут быть выгодными для предотвращения окисления и/или повреждения компонентов печного узла 10. Технологические газы могут содержать от приблизительно 1 до приблизительно 100 об.% аргона. В одном конкретном примере технологический газ может содержать приблизительно 10 об.% или более аргона. Технологический газ может содержать от приблизительно 1 до приблизительно 100 об.% азота. В одном конкретном примере технологический газ может содержать приблизительно 10 об.% или более азота. Следует понимать, что технологический газ может включать в себя один или более различных газов. Газовый экран 38 может вводить технологический газ со скоростью от приблизительно 5 до приблизительно 40 стандартных литров/мин (SLPM). В конкретных примерах газовый экран 38 может вводить технологический газ со скоростью потока приблизительно 18 SLPM, 19 SLPM, 20 SLPM, 21 SLPM, 22 SLPM, 23 SLPM, 24 SLPM, или в любом диапазоне, имеющем любые два из этих значений в качестве конечных точек. Как будет более подробно объяснено ниже, кинематическая вязкость технологического газа может влиять на диаметр оптического волокна 62, вытягиваемого из заготовки 54 оптического волокна. По сути выбор используемого технологического газа может зависеть от множества параметров печной системы 10, таких как размер зазора 46. Гелий может иметь кинематическую вязкость приблизительно 1,180 см2/с при давлении 1 атм и температуре 20°C. Азот может иметь кинематическую вязкость приблизительно 0,151 см2/с при давлении 1 атм и температуре 20°C. Аргон может иметь кинематическую вязкость приблизительно 0,134 см2/с при давлении 1 атм и температуре 20°C.
[0062] Тип используемого технологического газа, наряду с конвективными силами, создаваемыми нижним нагревателем 22, может создавать нестабильности потока в технологическом газе, приводя к неравномерному диаметру оптического волокна 62, вытягиваемого из заготовки 54 оптического волокна. Нестабильности потока могут являться результатом взаимодействия между естественным конвекционным потоком (например, от технологического газа, нагретого нижним нагревателем 22) благодаря стратификации по плотности в полости 34 держателя и технологическим газом, введенным в полость 34 держателя посредством газового экрана 38. Нестабильности потока, которые образуются в полости 34 держателя, распространяются вниз к печной полости 18 и влияют на теплопередачу между технологическим газом и корнем 62A вытягивания заготовки 54 оптического волокна, расположенным в горячей зоне 26 муфельной печи 14. Нестабильности потока могу проявляться как колебания температуры, колебания давления и колебания массового расхода. Колебания температуры, давления и массового расхода передаются на корень 62A вытягивания, что вызывает изменения вязкости заготовки 54 оптического волокна. В конечном счете колебания температуры, давления и массового расхода приводят к колебаниям в нагревании и охлаждении корня 62A вытягивания, что приводит к колебанию диаметра оптического волокна 62, вытягиваемого из заготовки 54 оптического волокна (например, благодаря изменениям количества материала, которое можно вытянуть из заготовки 54 оптического волокна). Нестабильность потока или турбулентность технологического газа может быть оценена количественно как число Грасгофа (Gr). Число Gr может интерпретироваться физически как отношение выталкивающих сил к силам вязкости (внутреннего трения) газовой системы. Когда выталкивающие силы становятся значительно больше, чем силы внутреннего трения, поток становится неустойчивым и варьирующимся во времени. Число Грасгофа выражается численно уравнением (1):
(1)
где g - ускорение свободного падения, β - коэффициент теплового расширения технологического газа, Lc - характеристический размер (например, размер зазора 46), ΔT - разность температур (например, между окрестностями корня 62A вытягивания заготовки 54 оптического волокна и газовым экраном 38), а v - кинематическая вязкость технологического газа. Обычные печи для вытяжки волокна используют гелий, поскольку он имеет высокую кинематическую вязкость. Как видно из уравнения (1), высокая кинематическая вязкость технологического газа может приводить к уменьшению числа Грасгофа, что приводит к более низкому естественному конвекционному потоку. С физической точки зрения технологические газы с более высокой кинематической вязкостью сопротивляются конвекционному потоку. Другими словами, чем выше кинематическая вязкость технологического газа, тем большее сопротивление конвекционному потоку обеспечивается технологическим газом. Когда конвекционному потоку оказывается сопротивление, технологический газ может равномерно течь из полости 34 держателя в печную полость 18. Когда присутствует конвекционный поток, технологический газ может иметь тенденцию к переходу в многоячеечную структуру, которая дрейфует вверх в печной системе 10, что приводит к буферизации или повторяющемуся образованию изменений температуры, давления и массового расхода технологического газа. Печная система 10 может быть адаптирована для использования определенного газа путем регулирования характеристического размера (например, размера зазора 46) и/или разности температур (например, путем использования верхнего нагревателя 58) для уменьшения числа Грасгофа с тем, чтобы обеспечить устойчивый поток технологического газа, уменьшая тем самым колебания диаметра волокна. Такая адаптация может позволить использовать технологические газы, отличные от гелия, при сохранении желательно низкого числа Грасгофа и стабильного потока.
[0063] На Фиг. 8A и Фиг. 8B иллюстрируется влияние температуры на кинематическую вязкость и печного зазора на сопротивление конвекционному потоку. Фиг. 8A показывает отношение квадрата кинематической вязкости для аргона к квадрату кинематической вязкости гелия при 150°C (нормальная температура газа в верхнем расширении муфеля) как функцию температуры аргона. Когда это отношение равно 1, эти два фактора равны, то есть для данной конструкции печи сопротивление конвекционному потоку аргона равно сопротивлению конвекционному потоку гелия. Фиг. 8A показывает, что это происходит при температуре 800°C. На Фиг. 8B иллюстрируется влияние печного зазора. Этот график аналогичен зависимости, показанной на Фиг. 8A. Он показывает величину, на которую зазор должен быть уменьшен для поддержания постоянного числа Gr, когда Не заменяется на Ar (без увеличения температуры муфеля). Для этого требуется 70-кратное увеличение значения 1/(зазор)3, поскольку ν2 (He) / ν2 (Ar) = 70 при 150°C.
[0064] На Фиг. 3 показан способ 70 работы печной системы 10. Способ 70 может начинаться со стадии 74 позиционирования подающего вниз держателя 42 внутри верхнего расширения 30 муфеля таким образом, чтобы зазор 46 определялся между подающим вниз держателем 42 и верхним расширением 30 муфеля. Как было объяснено выше, подающий вниз держатель 42 и/или буля 50 выполнены с возможностью вставки и удаления из верхнего расширения 30 муфеля и/или муфельной печи 14 таким образом, чтобы заготовка 54 оптического волокна могла быть расположена в горячей зоне 26 печного узла 10. По сути заготовка 54 оптического волокна поддерживается подающим вниз держателем 42. Нижний нагреватель 22 может создавать горячую зону 26 внутри печной полости 18 так, чтобы горячая зона 26 имела температуру приблизительно 1900°C или больше. Зазор 46 существует между подающим вниз держателем 42 (включая булю 50) и внутренней поверхностью верхнего расширения 30 муфеля. Как было объяснено выше, зазор 46 может быть определен так, чтобы он имел размер от приблизительно 0,5 см до приблизительно 2,5 см между подающим вниз держателем 42/булей 50 и верхним расширением 30 муфеля.
[0065] Затем выполняется стадия 78 нагревания верхнего расширения 30 муфеля посредством верхнего нагревателя 58, связанного с верхним расширением 30 муфеля. Нагревание верхнего расширения 30 муфеля нагревает зазор 46 до температуры в диапазоне от приблизительно 800°C до приблизительно 1100°C. За счет нагрева зазора 46 и/или полости 34 держателя верхнего расширения 30 муфеля разность температур между зазором 46 и горячей зоной 26 может быть уменьшена. Как было объяснено выше, нагревание зазора 46, а также адаптация размера зазора 46 могут уменьшить или устранить турбулентность в технологическом газе.
[0066] Затем выполняется стадия 82 ввода технологического газа посредством газового экрана 38 вокруг подающего вниз держателя 42. Как было объяснено выше, технологический газ, вводимый посредством газового экрана 38 вокруг подающего вниз держателя 42, может включать в себя азот, аргон, другие инертные газы и/или их комбинации. Например, стадия 82 может включать в себя ввод по меньшей мере одного из азота и аргона посредством газового экрана 38.
[0067] И, наконец, выполняется стадия 86 вытягивания оптического волокна 62 из заготовки 54 оптического волокна. Поскольку зазор 46 нагревается верхним нагревателем 58, оптическое волокно 62 может иметь по существу однородный диаметр. В то время как некоторые стадии описываются с использованием такого языка, как «следующий», который передает порядок в некоторых контекстах, следует понимать, что в описанном способе эти стадии могут происходить непрерывно и одновременно. Например, муфельная печь нагревается (стадия 78), газ течет (стадия 82), и оптическое волокно вытягивается (стадия 86) в одно и то же время.
[0068] Использование раскрытой печной системы 10 может характеризоваться множеством преимуществ. Во-первых, настоящее изобретение может позволить устранить гелий из печной системы 10. Например, путем адаптации размера зазора 46 и/или путем использования верхнего нагревателя 58, нестабильность потока, образующаяся в результате многоячеечных конвекционных путей, может быть устранена при использовании инертных газов, которые имеют более низкую кинематическую вязкость (например, азота, аргона и т.д.), устраняя тем самым необходимость использования гелия, а также поддерживая подходящие спецификации диаметра волокна. Такая особенность может быть выгодной для сокращения производственных затрат, связанных с гелием. Кроме того, также может быть устранено время простоя, связанное с нестабильностью поставок гелия. Во-вторых, за счет устранения использования гелия может быть устранено использование систем регенерирования гелия, которые часто могут приводить к дефектам оптического волокна 62 и/или его обрывам. Такая особенность может быть выгодной для увеличения полезной длины оптического волокна 62, вытягиваемого из заготовки 54 оптического волокна. В-третьих, за счет установки були 50 заподлицо с остальной частью подающего вниз держателя 42, так что зазор 46 остается по существу постоянным в то время как подающий вниз держатель 42 и заготовка 54 оптического волокна вставляются в полость 34 держателя, можно уменьшить эффект улья в диаметре оптического волокна 62. Эффект улья представляет собой тенденцию изменения в широких пределах диаметра оптического волокна 62 по мере того, как расстояние между булей 50 и верхним расширением 30 муфеля резко изменяется, когда подающий вниз держатель 42 вставляется в верхнее расширение 30 муфеля обычных башен вытяжки волокна. В-четвертых, механически простая конструкция, включающая верхний нагреватель 58, и адаптация размера зазора 46 позволяют легко и удобно эффективно регулировать диаметр оптического волокна 62, вытягиваемого с помощью печной системы 10, а также позволяют использовать относительно более дешевые инертные газы.
[0069] Примеры
[0070] На Фиг. 4A - 7D изображены результаты компьютерного моделирования гидродинамики (CFD) потока газа и теплопередача внутри печного узла (например, печной системы 10). Результаты моделирования CFD были подтверждены с использованием исторических наблюдений, основанных на текущих производственных конфигурациях.
[0071] На Фиг. 4A-4D изображена модель CFD первого сравнительного примера. В Сравнительном примере 1 колебание температуры происходит вдоль осевого направления печи 80 (например, аналогичной печной системе 10) с зоной нагрева (например, аналогичной горячей зоне 26) печи 80, имеющей температуру приблизительно 2100°C, и с гораздо более низкой температурой верхней части 84 (например, аналогичной полости 34 держателя и/или зазору 46), составляющей приблизительно 200°C. Держатель 88 (например, аналогичный подающему вниз держателю 42) имеет наружный диаметр приблизительно 7,62 см, и верхний муфель 92 (например, аналогичный верхнему расширению 30 муфеля) имеет больший внутренний диаметр, так что пространство 96 (например, аналогичное зазору 46) между держателем 88 и верхним муфелем 92 составляет больше чем приблизительно 4 см. Как можно заметить из пути потока на Фиг. 4A, ячеечная структура потока устанавливается в верхнем печном объеме в пространстве 96 между держателем 88 и верхним муфелем 92. Структура потока состоит преимущественно из больших конвекционных ячеек, которые дрейфуют вверх против силы тяжести (например, благодаря конвекции) и взаимодействуют с вынужденным потоком газа противоположного направления (например, технологического газа), который подается в печь через вход для газа (например, газовый экран 38). Газ, используемый в Сравнительном примере 1, является 100%-ым гелием. Замкнутые линии путей потока изображают структуры рециркуляции. Эта модель показывает, что поток в целом становится неустойчивым благодаря вышеупомянутому взаимодействию между двумя противоположными потоками, что приводит к колебаниям во времени параметров потока, таких как температура, давление и массовый расход газа. Неустойчивый поток является периодическим с явной частотой пиков 0,63 Гц. Результаты моделирования соответствуют наблюдениям при производстве (то есть диаметр волокна остается в пределах спецификации при большом держателе, тогда как колебания диаметра выходят за пределы спецификации при малом держателе). С образующимися вихрями из Фиг. 4B-D можно видеть, что статическое давление, массовый расход и температура потока газа, обдувающего заготовку (например, заготовку 54 оптического волокна) в области корня волокна (например, корня 62A вытягивания), быстро колеблются во времени. Как было объяснено выше, быстрое колебание давления, скорости потока и температуры может влиять на окончательный диаметр оптического волокна, вытягиваемого из заготовки.
[0072] На Фиг. 5A и 5B показан первый пример по настоящему изобретению. В Примере 1 условия печи 80 являются теми же самыми, что и в Сравнительном примере 1, но держатель 88 имеет наружный диаметр приблизительно 12,37 см, а верхний муфель 92 имеет малый внутренний диаметр, так что пространство 96 между держателем 88 и верхним муфелем 92 составляет приблизительно 4 см или меньше. Как видно на Фиг. 5A, когда пространство 96 является малым, поток газа от газового экрана является преимущественно нисходящим, лишь с двумя малыми вихрями рециркуляции, формирующимися около входа газа благодаря входу газа в печь 80 перпендикулярно к верхнему муфелю 92. Как показано на Фиг. 5B, температура газа, обдувающего заготовку в области корня волокна (например, у корня 62A вытягивания заготовки 54, где вытягивается оптическое волокно 62), является очень устойчивой во времени. Как было объяснено выше, устойчивая температура приводит к устойчивой теплопередаче, в результате чего получается оптическое волокно постоянного диаметра.
[0073] На Фиг. 6A-6D изображен Сравнительный пример 2, имеющий те же самые параметры процесса, что и Сравнительный пример 1, за исключением того, что гелий заменен аргоном. Как видно из чертежей, замена гелия аргоном приводит к установлению многоячеечной конвекции в верхней части 84 печи 80. Кроме того, природа нестабильности потока изменяется с периодической в Сравнительном примере 1 на нерегулярную или хаотическую в Сравнительном примере 2. Например, когда газ в печи представляет собой 100%-ый гелий, неустойчивый поток является периодическим с явной частотой пиков 0,63 Гц, тогда как в том случае, когда газ в печи представляет собой 100%-ый аргон, колебания не имеют частоты. Как было объяснено выше, более низкая кинематическая вязкость аргона приводит к большему числу Грасгофа по сравнению с гелием, приводя к большей нестабильности потока газа. Увеличенная нестабильность приводит к быстрому и хаотическому колебанию давления, скорости потока и температуры.
[0074] На Фиг. 7A-7D показаны результаты моделирования CFD Примера 2 по настоящему изобретению. Как было объяснено выше, один способ подавления нестабильности потока заключается в активном нагреве верхнего муфеля 92 выше зоны нагрева. При нагреве верхнего муфеля 92 выше зоны нагрева число Грасгофа может быть уменьшено путем уменьшения значения β/ν2, а также разности температур между зоной нагрева и верхней частью печи 80. Например, в верхней части заполненной аргоном печи может быть получено то же самое значение β/ν2 (то есть то же самое число Грасгофа), что и со смесью 95% гелия/5% аргона, если заполненный аргоном верхний муфель 92 нагревается приблизительно до 1100°C с использованием верхнего нагревателя (например, структуры, подобной верхнему нагревателю 58). Когда верхний муфель 92 нагревается до 1100°C, кинематическая вязкость аргона становится на один порядок больше, чем когда верхний муфель 92 над зоной нагрева активно не нагревается. Из Уравнения (1) можно вывести, что число Грасгофа будет по меньшей мере на два порядка меньше, и поэтому можно ожидать, что величина естественной конвекции будет уменьшена. Следует понимать, что для того, чтобы достичь подобного эффекта, также могут быть использованы температуры ниже 1100°C (например, вплоть до приблизительно 700°C) или выше 1100°C (например, вплоть до температуры горячей зоны 26). Действительно, сравнение контурных графиков путей потока Сравнительного примера 2 и Примера 2 показывает, что при нагреве верхнего муфеля 92 печи 80 происходит подавление многоячеечной конвекции в пространстве 96 между верхним муфелем 92 и держателем 88, и поток газообразного аргона проходит преимущественно сверху к зоне нагрева и является устойчивым. Влияние нагрева верхнего муфеля 92 на стабилизацию потока можно ясно увидеть из сравнения переходного профиля параметров потока, температуры, давления и массового расхода, представленных на Фиг. 7B-7D. Временная стабильность потока, температуры и давления приводит к устойчивому охлаждению корня, давая стабильный диаметр волокна.
[0075] Фиг. 9 показывает диаметр волокна, измеренный с частотой 500 Гц, для трех случаев, в которых геометрия печи и параметры вытяжки являются идентичными. Зазор между подающим вниз держателем и верхним муфелем в этих трех случаях поддерживался равным 12 мм. В первом случае использовался стандартный аргон, не было никакого дополнительного нагрева верхнего муфеля, и изменчивость диаметра волокна была большой и неприемлемой. Во втором случае использовался стандартный гелий, опять же не было никакого дополнительного нагрева верхнего муфеля, но большая кинематическая вязкость гелия привела к тому, что диаметр волокна хорошо контролировался и соответствовал стандартам спецификации. В третьем случае использовался аргон с температурой 800°C, верхний муфель нагревался до 800°C, что привело к увеличению кинематической вязкости аргона, в результате чего диаметр волокна хорошо контролировался и соответствовал стандартам спецификации.
[0076] Модификации настоящего изобретения будут очевидны специалистам в данной области техники и тем, кто реализует или использует его. Следовательно, подразумевается, что варианты осуществления, показанные на чертежах и описанные выше, предназначены просто для иллюстративных целей и не предназначены для ограничения объема защиты настоящего изобретения, которая определяется следующей формулой изобретения, интерпретируемой согласно принципам патентного закона, включая доктрину эквивалентов.
[0077] Специалисту в данной области техники будет понятно, что конструкция описанного раскрытия и других компонентов не ограничивается каким-либо конкретным материалом. Другие примерные варианты осуществления настоящего изобретения, раскрытые в настоящем документе, могут быть сформированы из большого разнообразия материалов, если в настоящем документе не указано иное.
[0078] Для целей данного раскрытия термин «связанный» (во всех его формах: пара, связывание, связанный и т.д.) обычно означает соединение двух компонентов (электрических или механических) напрямую или косвенно друг с другом. Такое соединение может быть по своей природе неподвижным или подвижным. Такое соединение может быть достигнуто с помощью этих двух компонентов (электрических или механических), а также любых дополнительных промежуточных элементов, интегрально сформированных как одиночное унитарное тело друг с другом или с этими двумя компонентами. Такое соединение может быть постоянным по природе, или может быть съемным или разъемным по природе, если явно не указано иное.
[0079] Используемый в настоящем документе термин «примерно» означает, что количества, размеры, составы, параметры и другие величины и характеристики не являются и не обязательно должны быть точными, но могут быть приблизительными и/или больше или меньше, по желанию, отражая допуски, факторы преобразования, округление, ошибки измерения и т.п., а также другие факторы, известные специалистам в данной области техники. Когда термин «примерно» используется для описания значения или конечной точки диапазона, следует понимать, что настоящее раскрытие включает в себя указанное конкретное значение или конечную точку. Независимо от того, указывается ли числовое значение или конечная точка диапазона в описании со словом «примерно», это числовое значение или конечная точка диапазона подразумевают включение двух вариантов осуществления: один со словом «примерно», а другой без слова «примерно». Кроме того, следует понимать, что конечные точки каждого из диапазонов являются значимыми как относительно другой конечной точки, так и независимо от другой конечной точки.
[0080] Термины «существенный», «по существу» и их варианты, используемые в настоящем документе, предназначены для того, чтобы отметить, что описываемая особенность равна или приблизительно равна значению или описанию. Например, «по существу плоская» поверхность означает поверхность, которая является плоской или приблизительно плоской. Кроме того, термин «по существу» означает, что два значения равны или приблизительно равны. В некоторых вариантах осуществления термин «по существу» может обозначать значения, отличающиеся друг от друга в пределах приблизительно 10%.
[0081] Также важно заметить, что конструкция и компоновка элементов настоящего изобретения, показанные в примерных вариантах осуществления, являются лишь иллюстративными. Хотя только несколько вариантов осуществления настоящих новшеств были описаны подробно в данном раскрытии, специалисты в данной области техники легко поймут, что возможны множество модификаций (например, вариации в размерах, структурах, формах и пропорциях различных элементов, значениях параметров, установочных расположениях, использовании материалов, цветов, ориентаций и т.д.) без существенного отклонения от новых идей и преимуществ изложенного предмета. Например, элементы, показанные как интегрально сформированные, могут состоять из нескольких частей, или элементы, показанные как несколько частей, могут быть сформированы как единое целое, работа интерфейсов может быть обращена или изменена иным образом, длина или ширина структур и/или элементов или соединителей, или других элементов системы, могут быть изменены, и характер или количество положений регулировки, предусмотренных между элементами, может быть изменено. Следует отметить, что элементы и/или узлы системы могут быть созданы из любого из большого разнообразия материалов, которые обеспечивают достаточную прочность или долговечность, с любыми из большого разнообразия цветов, текстур, а также их комбинаций. Соответственно, все такие модификации рассматриваются как находящиеся в рамках настоящих новшеств. Другие замены, модификации, изменения и пропуски могут быть сделаны в конструктивном решении, эксплуатационных условиях и компоновке желаемых и других примерных вариантов осуществления без отступлений от духа настоящих новшеств.
[0082] Следует понимать, что любые описанные процессы или стадии в рамках описанных процессов могут быть объединены с другими раскрытыми процессами или стадиями для формирования структур в пределах объема настоящего раскрытия. Примерные структуры и процессы, раскрытые в настоящем документе, служат лишь для целей иллюстрации и не предназначены для ограничения.
[0083] Также следует понимать, что в вышеупомянутые структуры и способы могут быть внесены изменения и модификации без отклонения от концепций настоящего раскрытия, и, кроме того, следует понимать, что такие концепции охватываются следующей формулой изобретения, если в ней явно не указано иное. Кроме того, приведенная ниже формула изобретения входит в данное подробное описание и составляет его часть.
1. Печная система для подавления нестабильности потока технологического газа во время вытягивания заготовки оптического волокна при производстве оптического волокна, содержащая:
муфельную печь, определяющую печную полость;
нижний нагреватель, соединенный с муфельной печью и выполненный с возможностью создания горячей зоны внутри печной полости, имеющей температуру от 1700°C до 2000°C;
верхнее расширение муфеля, расположенное над муфельной печью и определяющее полость держателя;
подающий вниз держатель, расположенный внутри полости держателя таким образом, чтобы зазор определялся между наружной поверхностью подающего вниз держателя и внутренней поверхностью верхнего расширения муфеля;
булю, связанную с подающим вниз держателем, которая выполнена с возможностью поддерживать заготовку оптического волокна;
верхний нагреватель, термически связанный с верхним расширением муфеля и выполненный с возможностью нагревания зазора; и
газовый экран, расположенный в верхнем расширении муфеля и выполненный с возможностью ввода технологического газа в полость держателя.
2. Печная система по п. 1, в которой технологический газ содержит от 1 об.% до 100 об.% аргона.
3. Печная система по п. 1, в которой технологический газ содержит от 1 об.% до 100 об.% азота.
4. Печная система по любому из пп. 1-3, в которой верхний нагреватель выполнен с возможностью нагревать зазор до температуры от 600°C до 1800°C.
5. Печная система по любому из пп. 1-4, в которой верхний нагреватель термически связан cо входом в верхнее расширение муфеля.
6. Печная система по любому из пп. 1-5, в которой по меньшей мере одно из муфельной печи и верхнего расширения муфеля содержит углерод.
7. Печная система по любому из пп. 1-6, в которой длина зазора от наружной поверхности подающего вниз держателя до внутренней поверхности верхнего расширения муфеля составляет от 0,5 см до 4 см.
8. Печная система по п. 7, в которой длина зазора от наружной поверхности подающего вниз держателя до внутренней поверхности верхнего расширения муфеля составляет от 1 см до 3,5 см.
9. Печная система по п. 8, в которой длина зазора от наружной поверхности подающего вниз держателя до внутренней поверхности верхнего расширения муфеля составляет от 1,5 см до 3 см.
