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Dokumentenidentifikation DE69921251T2 24.11.2005
EP-Veröffentlichungsnummer 0000982273
Titel Kühlung von optischen Fasern
Anmelder The Boc Group, Inc., Murray Hill, N.J., US
Erfinder Ji, Wenchang, Doylestown, Pennsylvania 18901, US;
Shirley, Arthur A., Piscataway, New Jersey, US;
Meahger, Roger, Coburg, Victoria, 3058, AU
Vertreter Fleuchaus & Gallo, 86152 Augsburg
DE-Aktenzeichen 69921251
Vertragsstaaten AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 16.08.1999
EP-Aktenzeichen 993064351
EP-Offenlegungsdatum 01.03.2000
EP date of grant 20.10.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.11.2005
IPC-Hauptklasse C03B 37/027

Beschreibung[de]

Diese Erfindung bezieht sich auf das Abkühlen von gezogenen Fasern, und mehr im einzelnen auf das Abkühlen von gezogenen optischen Glasfasern unter Verwendung eines gasförmigen Kühlmittels, und auf das Steuern der Abzugsrate von gasförmigen Kühlmittel aus einer Glasfaserabkühlkammer, um den Verlust von Kühlgas aus der Kühlkammer zu minimieren.

Optische Fasern werden herkömmlicherweise aus Glasstäben oder "Vorformlingen" hergestellt, die einen mittigen Glaskern haben, der von einer Glashülle umschlossen ist, deren Brechungsindex kleiner als derjenige des Glaskerns ist. Die Fasern werden durch Erhitzen des Glasvorformlings auf Erweichungstemperatur in einem Ofen und Ziehen der Faser aus der erweichten Vorformling hergestellt. Die Faser wird schnell ausreichend abgekühlt, damit ein Schutzüberzug aus Harzmaterial auf die Oberfläche der gezogenen Faser aufgebracht werden kann. Das Kühlen wird durch Ziehen der Faser durch einen Ziehturm mit einem Wärmetauscher ausgeführt, wo sie in Kontakt mit einem Kühlgas kommt, das im allgemeinen Helium ist, obwohl es sich auch um andere Gase wie beispielsweise Stickstoff, Kohlendioxid oder Wasserstoff handeln kann. Das Kühlgas wird kontinuierlich durch den Wärmetauscher geleitet, im allgemeinen im Querstrom oder Gegenstromrichtung relativ zur Bewegungsrichtung der Glasfaser durch den Wärmetauscher. Das gasförmige Kühlmittel überführt Wärme von der Glasfaser auf ein Kühlmedium, gewöhnlich Wasser, das durch eine Kammer hindurchpassiert, welche die Kühlkammer umschließt. Helium ist das bevorzugte Kühlgas, weil es gute Wärmetransporteigenschaften hat und sicher in der Handhabung ist. Helium ist jedoch gegenüber anderen Gasen relativ kostspielig, so daß es wünschenswert ist, es zur Wiederverwendung im Wärmetauscher zu rezirkulieren.

Eine Charakteristik gegenwärtig praktizierter Glasfaserkühlprozesse ist, daß die Öffnungen, durch welche die Glasfaser in die Kühlkammer eintritt und aus dieser austritt, nicht gasdicht sind. Deswegen gelangt gewöhnlich Luft in das System und verdünnt das gasförmige Kühlmittel, was es möglicherweise notwendig macht, das Kühlmittel zu entsorgen oder für die Wiederverwendung zu reinigen. Ein Eindringen von Luft kann beträchtlich verringert werden, wenn sichergestellt wird, daß eine positive Differenz zwischen dem Druck in der Kühlkammer und demjenigen in der Umgebung herrscht. Mit anderen Worten, der Druck in der Kühlkammer wird oberhalb desjenigen der umgebenden Atmosphäre gehalten. Dies hat den Nachteil, daß wertvolles Helium durch die Fasereinführöffnung und/oder die Faserausführöffnung der Kühlkammer in die Umgebung verloren geht. Es sind Anstrengungen unternommen worden, um die Menge des Heliumaustritts und des Lufteintritts durch die Fasereinführ- und Ausführöffnungen zu minimieren. Die US-Patente Nr. 5,377,491 und 5,452,583 beschreiben ein Verfahren und ein System zum Kühlen optischer Fasern durch Abkühlen der Faser mit einem Kühlgas wie beispielsweise Helium in Wärmetauschern. Diese Patent lehren das Steuern der Kühlgasströmung in die Wärmetauscher und diesen zur Begrenzung eines Lufteindringens in die Wärmetauscher. Der beschriebene Prozeß umfasst das Einleiten von Kühlgas in die Wärmetauscher mit einem Druck von etwa 0 bis etwa 1,2 MPa (0 bis etwa 150 psig). Unglücklicherweise resultiert der Betrieb der Wärmetauscher auf atmosphärischem oder überatmosphärischem Druck in einem beträchtlichen Verlust von Kühlgas aus dem System, der mit weniger als 50% angegeben ist. Ökonomischere Prozesse zum Erzeugen optischer Glasfasern werden ständig gesucht.

Demgemäß beinhaltet die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Kühlen einer heiß gezogenen Faser in einer Wärmeaustauscheinheit mit einer einzigen Kühlkammer mit einer Fasereinlassöffnung, einer Faserauslassöffnung, mindestens einem Kühlgaseinlaß und mindestens einem Kühlgasauslaß, und einer Gaspumpe mit variablem Durchsatz, wobei das Verfahren aufweist:

  • a) Ziehen der Faser durch die Kühlkammer, und
  • b) Einleiten von gasförmigen Kühlmittel in die Kühlkammer durch den mindestens einen Kühlgaseinlaß, gekennzeichnet durch
  • c) Abziehen eines gasförmigen Abgasstroms, der das gasförmige Kühlmittel und mindestens eine gasförmige Verunreinigung aus der Kühlkammer mittels eines Gasgebläses mit variabler Drehzahl mit einem solchen Strömungsdurchsatz, daß der Druck in mindestens einem Teil der Kühlkammer zwischen 50 kPa (0,5 bara) und Umgebungsdruck gehalten wird, und daß der Druck an oder nahe dem Kühlgasauslaß bzw. den Kühlgasauslässen der Kühlkammer auf unteratmosphärischem Druck gehalten wird.

Dies verringert die Produktionskosten heißer Glasfasern durch Minimieren der während des Faserkühlprozesses an die Umgebung verlorene Menge von gasförmigen Kühlmittel. Das Verfahren gemäß der Erfindung verringert den Verlust an gasförmigen Kühlmittel aus einem optischen Glasfaserkühlsystem durch Halten der Strömung des gasförmigen Kühlmittels in die Kühlkammer des Systems im wesentlichen konstant und Verwenden eines Gasgebläses mit variabler Drehzahl zur Steuerung der Abzugsrate von Kühlmittel aus der Kühlkammer. Dadurch kann das Sstem bei schwachem Vakuum betrieben werden, wodurch die aus der Kühlkammer in die Umgebung austretende Kühlgasmenge beträchtlich reduziert wird. Die Erfindung ermöglicht auch das Reduzieren des Verlusts an gasförmigen Kühlmittel aus dem optischen Faserkühlsystem während einer anfänglichen Phase des Kühlprozesses, während welcher die Strömung des gasförmigen Kühlmittels in die Kühlkammer und die Durchtrittsrate der Faser durch die Kühlkammer allmählich auf Auslegungsraten gesteigert werden, indem die Abzugsrate von Gas aus der Kühlkammer entsprechend der Strömungsrate von Kühlmittel in die Kühlkammer eingestellt wird.

Die einzige Funktion des Gasgebläses mit variabler Drehzahl während Betriebsperioden des Kühlprozesses, der in der Kühlkammer durchgeführt wird, kann das Abziehen des genannten gasförmigen Abgasstroms aus der Kühlkammer sein. Das gasförmige Kühlmittel kann in die Kühlkammer durch eine Mehrzahl von Öffnungen eingeleitet werden, und der gasförmige Abgasstrom aus der Kühlkammer durch eine Mehrzahl von Öffnungen abgezogen werden.

Der gasförmige Abgasstrom kann aus der Kühlkammer durch eine Mehrzahl von Leitungen abgezogen werden. Die Mehrzahl von Leitungen kann eine Leitung im oberen Bereich der Kühlkammer und eine Leitung im unteren Bereich der Kühlkammer umfassen. Zweckmäßigerweise kann der gasförmige Abgasstrom durch die Leitungen im oberen und unteren Bereich der Kühlkammer mit unterschiedlichen Raten abgezogen werden. Beispielsweise kann der gasförmige Abgasstrom durch die Leitung im oberen Bereich der Kühlkammer mit schnellerer Geschwindigkeit abgezogen werden als durch die Leitung im unteren Bereich der Kühlkammer.

Das Verfahren ist besonders zum Kühlen heißer optischer Glasfasern geeignet.

Das in die Kühlkammer eingeleitete gasförmige Kühlmittel kann Helium, Stickstoff, Kohlendioxid, Wasserstoff oder Gemische von diesen umfassen.

Der gasförmige Abgasstrom wird vorzugsweise aus der Kühlkammer mit einer solchen Rate abgezogen, daß der Druck in mindestens einem Teil der Kühlkammer zwischen etwa 700 kPa (0,7 bara) und Umgebungsdruck gehalten wird. Das in die Kühlkammer eingeleitete gasförmige Kühlmittel enthält vorzugsweise mindestens 60% Helium.

Die die Kühlkammer umgebende Atmosphäre ist im allgemeinen Luft.

Die Abzugsrate des gasförmigen Abgasstroms aus der Kühlkammer kann teilweise durch die Strömungsrate von gasförmigen Kühlmittel in die Kühlkammer bestimmt werden. Die Faser wird vorzugsweise durch die Kühlkammer gezogen, und das gasförmige Kühlmittel wird vorzugsweise mit im wesentlichen konstanten Raten in die Kühlkammer eingeleitet.

Das Verfahren kann eine erste Periode umfassen, während welcher die Faser durch die Kühlkammer mit zunehmender Rate gezogen und das gasförmige Kühlmittel in die Kühlkammer mit zunehmender Rate eingeleitet wird, und eine zweite Periode umfassen, während welcher die Faser durch die Kühlkammer mit im wesentlichen konstanter Rate gezogen und das gasförmige Kühlmittel in die Kühlkammer mit im wesentlichen konstanter Rate eingeleitet wird.

Die Abzugsrate des gasförmigen Abgasstroms aus der Kühlkammer kann teilweise durch die Konzentration der gasförmigen Verunreinigung im gasförmigen Abgasstrom bestimmt werden.

Vorzugsweise wird mindestens ein Teil der mindestens einen gasförmigen Verunreinigung aus dem gasförmigen Abgasstrom abgeschieden, und der an der Verunreinigung erschöpfte gasförmige Abgasstrom wird zur Verwendung als gasförmiges Kühlmittel in die Kühlkammer rezirkuliert. Im allgemeinen wird das Abscheiden mindestens eines Teils der mindestens einen gasförmigen Verunreinigung aus dem gasförmigen Abgasstrom durch einen Gasreinigungsprozeß bewerkstelligt, der aus der Gruppe Druckwechseladsorption, Temperaturwechseladsorption, Membrantrennung, Destillation oder Kombinationen hiervon ausgewählt ist.

Wenn die mindestens eine gasförmige Verunreinigung Luft umfasst, ist das bevorzugte Gasreinigungsverfahren ein Druckwechseladsorptionsverfahren unter Verwendung eines Stickstoff- und Sauerstoff-selektiven Adsorptionsmittels. Der Zyklus des Druckwechseladsorptionsverfahrens umfasst im allgemeinen einen Adsorptionsschritt, einen Ausgleichsdruckentlastungsschritt, einen Gegenstromdruckentlastungsschritt, einen Ausgleichsdruckbeaufschlagungsschritt, und einen Druckbeaufschlagungsschritt.

Wenn das Gasreinigungsverfahren ein Druckwechseladsorptionsverfahren ist, wir es vorzugsweise in einem Adsorptionssystem durchgeführt, das zwei oder mehr Adsorptionsbehälter umfasst, die parallel und phasenversetzt betrieben werden. Diese Anordnung ist besonders brauchbar, wenn das Speisegas zum Adsorptionssystem gasförmige Abgasströme umfasst, die aus zwei oder mehr der Kühlkammern abgezogen werden.

Die zwei oder mehr Kühlkammern können phasenversetzt und chargenweise betrieben werden, wodurch das Speisegas mit variablem Strömungsdurchsatz erzeugt wird. Bei einer solchen Anordnung wird die Dauer des Adsorptionsschritts vorzugsweise während Perioden verlängert, während welcher das Speisegas mit niedrigeren Strömungsraten erzeugt wird, und während Perioden verkürzt, während welcher das Speisegas mit höherer Strömungsrate produziert wird. Eine alternative Anordnung umfasst das Einstellen der Dauer des Adsorptionsschritts in Abhängigkeit von Veränderungen der Reinheit des nichtadsorbierten Gasproduktstroms aus dem Druckwechseladsorptionssystem.

Der Gasreinigungsprozeß kann in einem Adsorptionssystem ausgeführt werden, der vier Adsorptionsbehälter umfasst, die 90° phasenversetzt betrieben werden. Nach diesem Aspekt wird die Dauer des Adsorptionsschritts vorzugsweise während einer Periode ausgedehnt, während welcher ein Behälter dem Adsorptionsschritt unterliegt, ein Behälter dem Ausgleichsdruckentlastungsschritt unterliegt, ein Behälter dem Ausgleichsdruckbeaufschlagungsschritt unterliegt, und ein Behälter dem Druckbeaufschlagungsschritt unterliegt. Der Druckbeaufschlagungsschritt kann die Rückdruckbeaufschlagung des Behälters mit Kühlgas angereichertem Produktstrom umfassen, der während der Adsorptionsschritte des Prozesses erzeugt wird, mit dem Speisegas oder Kombinationen hiervon.

Die Fasereinlassöffnung und die Faserauslassöffnung sind geeigneterweise am oberen bzw. unteren Ende der Kühlkammer angeordnet.

Die Erfindung wird nunmehr beispielshalber und mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen zeigt:

1 eine schematische Darstellung eines Einfacheinheitsystems zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung, und

2 eine schematische Darstellung eines Mehrfacheinheitsystems einschließlich einer Gasreinigungsanlage.

Zur Darstellung der gleichen oder ähnlicher Teile in den verschiedenen Zeichnungen werden die gleichen Bezugszeichen verwendet.

Gasförmiger Kühlmittelverlust aus der Kühlkammer eines Wärmetauschers, in welchem heißes faseriges Material durch Wärmeaustausch mit dem gasförmigen Kühlmittel abgekühlt wird, wird während eines zweistufigen Faserkühlprozesses minimiert. Während der ersten Stufe des Prozesses wird die Strömungsrate von Kühlmittel in die Kühlkammer allmählich gesteigert, während die Bewegungsrate der Faser durch den Wärmetauscher gesteigert wird, und die Abzugsrate von Kühlmittel aus der Kühlkammer wird entsprechend der Rate der Zunahme der Kühlmittelströmung in die Kühlkammer gesteigert, um so den Druck in mindestens einem Teil der Kühlkammer unter dem Atmosphärendruck zu halten. Während der zweiten Stufe werden die Strömungsrate des Kühlmittels in die Kühlkammer und die Bewegungsrate der Faser durch die Kühlkammer im wesentlichen konstant gehalten, und die Abzugsrate von Kühlmittel aus der Kühlkammer wird nach Bedarf eingestellt, um weiter den Druck in mindestens einem Teil der Kühlkammer auf unteratmosphärischem Druck zu halten. Obwohl das Kühlgas in die Kühlkammer mit atmosphärischem oder überatmosphärischem Druck eingeleitet wird, wird der Druck an oder nahe des Kühlgasauslasses bzw. der Kühlgasauslässe der Kühlkammer auf unteratmosphärischem Druck gehalten. Das Betreiben des Systems in dieser Weise stellt sicher, daß der Kühlgasverlust durch die Öffnungen der Kühlkammer, beispielsweise am Fasereinlaß und/oder -Auslaß, minimiert oder eliminiert wird.

Die Erfindung wird durch Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen leichter verständlich. Um nun auf 1 zu kommen, dort ist ein optisches Faserkühlsystem mit einem Wärmetauscher A, einem Gasströmungsregler B und einem Gasgebläse C mit variabler Drehzahl dargestellt. Der Wärmetauscher A ist mit einer Faserkühlkammer 2 ausgestattet, die einen Fasereinlaß 4 und einen Faserauslaß 6 und einen Kühlwassermantel 8 aufweist. Der Wärmetauscher ist im Betrieb dargestellt, wobei eine Glasfaser 10 durch die Kammer 2 gezogen wird. Die Faser wird aus eine Vorformling gezogen, der in einem Ofen (nicht dargestellt) erweicht wird, der oberhalb des Fasereinlasses 4 positioniert ist. Die Faser wird durch den Wärmetauscher mittels einer drehenden Spindel (nicht dargestellt) hindurchgezogen, die unterhalb des Faserauslasses 6 angeordnet ist. Eine Kühlgaszufuhrleitung 12 ist ist mit dem Einlassende des Gasströmungsreglers B verbunden. Das Auslassende des Strömungsreglers B ist über eine Leitung 14 mit der Kühlkammer 2 verbunden. Kühlgasabzugsleitungen 16 und 18 sind mit dem oberen bzw. unteren Ende der Kammer 2 verbunden. Die Leitungen 16 und 18 sind mit Strömungssteuerventilen 20 bzw. 22 ausgestattet. An ihren stromabwärtigen Enden sind die Leitungen 16 und 18 mit einer Leitung 24 verbunden, die wiederum mit dem Saugende des Gebläses C verbunden ist. Eine Abgasaustragsleitung 26 verbindet das Austragsende des Gebläses C mit einer stromabwärtigen Gasreinigungsanlage.

Der Wärmetauscher A, der Strömungsregler B und Gaspumpmittel C stellen herkömmliche Ausrüstung dar, und Einzelheiten ihrer Konstruktion und ihres Betriebs bilden keinen Teil dieser Erfindung. Die Pumpmittel C sind ein Gasgebläse mit variabler Drehzahl, und werden nachstehend als solches bezeichnet.

Obwohl die Verbindung zwischen der Leitung 14 und der Kammer 2 als Einfachleitung dargestellt ist, die mit der Mitte der Kammer 2 verbunden ist, kann die Leitung 14 irgendwo entlang der Ausdehnung der Kammer 2 positioniert sein, oder es kann eine Mehrzahl solcher Leitungen verwendet werden, um Kühlgas zu der Kammer 2 zu leiten. In gleicher Weise kann die Kammer 2 mit einer einzigen Kühlgasabzugsleitung versehen sein, die an irgendeiner Stelle entlang der Wand der Kammer 2 angeordnet ist, oder sie kann mit einer Mehrzahl von Abgasabzugsleitungen versehen sein, die entlang der Ausdehnung der Kammer 2 positioniert sind. Bei einer bevorzugten Anordnung ist die Einlassleitung 14 am Faserauslassende der Kammer 2 positioniert, und eine Kühlgasaustragsleitung ist am Fasereinlassende der Kammer 2 positioniert, um eine Kühlgasströmung in einer Gegenstromrichtung zur Bewegungsrichtung der Faser durch die Kammer 2 herzustellen. Bei einer mehr bevorzugten Ausführungsform (nicht dargestellt) ist eine Reihe von Kühlgaseinlassöffnungen und/oder eine Reihe von Abgasabzugsöffnungen entlang der längenmäßigen Ausdehnung der Wand bzw. Wände der Kammer 2 angeordnet, um eine gleichförmige Gasströmung in die und/oder aus der Kammer 2 zu erzeugen. Wenn die Kammer 2 mit sowohl einer Reihe von Kühlgaseinlassöffnungen als auch einer Reihe von Abgasabzugsöffnungen versehen ist, kann die durch die Kammer 2 hindurchpassierende Faser durch einen quer durch die Kammer 2 verlaufenden Kühlgasstrom gekühlt werden. Bei der in 1 dargestellten Anordnung können Ventile 20 und 22 eingesetzt werden, um die Strömung in jeder der Leitungen 16 und 18 abzusperren, oder sie können zum Einstellen der relativen Strömungsrate von Gas durch die Leitungen 16 und 18 benutzt werden.

Der Drehzahlsteuermechanismus der Pumpe C ist mit dem Strömungsregler A über eine Strömungsmeßregelschleife 28, mit der Kammer 2 über eine Druckmessregelschleife 30, die mit einem Druckfühler 32 ausgestattet ist, und mit der Leitung 26 über eine Leitungsverunreinigungsmeßschleife 34 verbunden, die mit einem Fühler 36 für gasförmige Verunreinigungen ausgestattet ist. Der Fühler 36 kann irgendein Gerät sein, das die Konzentration einer gewählten gasförmigen Verunreinigung messen kann. Beispielsweise kann es ein Sauerstofffühler sein.

2 zeigt ein Mehrfachfaserkühlsystem, das aus drei Wärmetauschern A1 bis A3 besteht, die jeweils mit einem Gasströmungsregler B1 bis B3, und einem variablen Gasgebläse C1 bis C3 besteht. Die Austragsenden der Pumpen C1 bis C3 sind über einen optionellen Gasspeicherbehälter D über eine Leitung 38 verbunden. Eine Leitung 40 verbindet den Behälter D mit dem Einlassende der Gasreinigungsanlage E.

Die Gasreinigungsanlage E kann irgendein Gasreinigungssystem sein das in der Lage ist, das im Prozeß verwendete gasförmige Kühlmittel von gasförmigen Verunreinigungen zu trennen, welche die Gaskühlkammern des Systems infiltrieren, wie beispielsweise Luft, Kohlendioxid und Wasserdampf. Geeignete Gasreinigungssysteme umfassen Adsorptionsanlagen wie beispielsweise Druckwechseladsorptionseinheiten, Temperaturwechseladsorptionseinheiten, durchlässige Membrantrenneinheiten, kryogene Destillationsanlagen usw.. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Reinigungssystem eine Druckwechseladsorptionsanlage, die, wenn sie mit einem geeigneten Adsorptionsmittel eingesetzt wird, effizient und billig gasförmige Verunreinigungen aus dem Kühlgas abscheidet.

Der Gasreinigungsanlage E ist eine Abgasaustragsleitung 42 und eine Austragsleitung 44 für gereinigtes Kühlgas zugeordnet. Die Leitung 44 dient als Rezirkulationsleitung zur Rückführung von gereinigtem Kühlgas zu den Einlässen der Wärmetauscher A1 bis A3. Eine Kühlgasauffüllleitung 46 verbindet eine Quelle von frischem Kühlgas mit der Leitung 44.

In manchen Fällen kann es wünschenswert sein, Dichtungsmittel einzusetzen, um die Infiltration von Luft und anderen gasförmigen Verunreinigungen in die Kühlkammern zu begrenzen. Diese können an den Öffnungen 4 und 6 in dem in 1 dargestellten System platziert werden. Zusätzlich oder alternativ können Strömungsdichtungen eingesetzt werden, um eine Luftinfiltration in die Kühlkammer 2 zu minimieren. Geeignete Dichtströmungsmittel umfassen Stickstoff, Argon uswq.. Auch andere Mittel können zum Abdichten der Öffnungen 4 und 6 eingesetzt werden. Beispielsweise kann der Heizofen mit dem Kühlturm zur Bildung einer luftdichten Abdichtung um die Öffnung 4 benutzt werden, und die stromabwärtige Harzbeschichtungseinrichtung kann angrenzend an die Öffnung 6 in einer solchen Weise positioniert werden, daß sie diese Öffnung gegen die Umgebung verschließt.

Im allgemeinen wird bevorzugt, daß das Verfahren nach der Erfindung in zwei Stufen in einem optischen Faserfertigungsprozeß ausgeführt wird. Die erste Stufe umfasst das Einstellen des stabilen Ziehens einer Faser durch die Kühlkammer und auf eine Aufnahmespule und der Strömung des gasförmigen Kühlmittels durch die Kühlkammer. Während dieser Stufe sind die Ziehrate der Faser und die Strömungsrate des Kühlgases durch die Kühlkammer langsam, bis sich ein stetiges Ziehen der gekühlten Faser eingestellt hat. Wenn ein stetiges Faserziehen herbeigeführt ist wird die Faserziehrate gesteigert bis zur Auslegungsziehrate. Typischerweise dauert diese Stufe des Verfahrens einige Minuten. Während dieser Periode wird die Kühlgasströmungsrate in die Kühlkammer in gleicher Weise gesteigert, um sicher zu stellen, daß die Faser kontinuierlich in dem gewünschtem Maß abgekühlt wird. Die zweite Stufe des Prozesses beginnt, wenn die Auslegungsfaserziehrate und Kühlgasströmungsrate durch die Kühlkammer erreicht sind. Während der zweiten Stufe werden die Faserziehrate durch die Kühlkammer und die Kühlgasströmungsrate in die Kühlkammer im wesentlichen konstant gehalten. Diese Stufe des Prozesses dauert gewöhnlich mehrere Stunden.

Betrachtet man den Prozeß mehr im einzelnen, wird die erste Stufe des Prozesses durch Erzeugen einer Kühlmittelströmung durch die Kühlkammer eingeleitet. Zu dieser Zeit sind eines oder beide der Ventile 20 oder 22 geöffnet, wobei die Ventilöffnungen) auf das gewünschte Maß eingestellt sind. Als nächstes wird ein optischer Glasvorformling in einem oberhalb des Wärmetauschers A (1) positionierten Ofen auf seinen Erweichungspunkt erhitzt. Wenn der Vorformling seinen Erweichungspunkt erreicht, beginnt er zu fließen und bildet eine Faser, die durch die Kammer 2 des Wärmetauschers A durch die Öffnung 4 gezogen wird. Während die Faser abwärts durch die Kammer A gelangt, kommt sie in Berührung mit gasförmigen Kühlmittel, das durch die Leitung 14 in die Kühlkammer eintritt.

Das gasförmige Kühlmittel kann irgendein Gas sein, das nicht mit der optischen Faser reagiert oder sie sonst ungünstig beeinflusst. Wie oben angedeutet, umfassen geeignete Kühlgase solche Gase wie Helium, Wasserstoff, Stickstoff, Kohlendioxid und Gemische von diesen. Das Kühlgas kann also ein Gemisch von Gasen sein, beispielsweise ein Gemisch von Helium und Wasserstoff oder Helium und Argon. Es ist nicht notwendig, daß dieses gasförmige Kühlmittel vollständig frei von Verunreinigungen wie beispielsweise Sauerstoff ist, aber es wird bevorzugt, daß das Kühlgas eine hohe Konzentration des gewünschten Kühlmittels hat. Das Kühlgas enthält vorzugsweise etwa 60 Volumenprozent oder mehr Helium, und in der meist bevorzugten Ausführungsform enthält das Kühlgas mindestens etwa 90% Helium. Helium wird gegenüber anderen Kühlgasen bevorzugt, weil es sicher zu handhaben ist, sehr gute Wärmetransporteigenschaften hat, und leicht von anderen Gasen durch herkömmliche Trenntechniken trennbar ist. Zur einfacheren Erörterung wird das Kühlgas nachfolgend als Helium bezeichnet.

Das in den Wärmetauscher A eintretende Helium wird durch das Kühlmedium abgekühlt, das durch die Kammer 8 zirkuliert und gewöhnlich Wasser ist. Während das Helium durch die Kammer 2 des Wärmetauschers A passiert, führt es Wärme von der heißen optischen Faser ab, wodurch die Faser stabilisiert und es ermöglicht wird, sie durch die Öffnung 6 aus der Kammer 2 herauszuziehen. Die abgekühlte Faser wird nachfolgend mit einer Harzschicht überzogen und auf eine Aufnahmespule aufgewickelt. Das erwärmte oder "verbrauchte" Helium wird aus der Kammer 2 durch Leitungen 16 und 18 (wenn diese Leitungen beide in Betrieb sind) durch das Gebläse C abgezogen und vorzugsweise durch die Leitung 26 zu einem stromabwärtigen Prozesssystem geleitet. Da Helium eine niedrige Dichte hat, neigt es dazu, aufwärts zu strömen, während es durch die Kammer 2 gelangt. Dementsprechend kann es zur Optimierung der Heliumrückgewinnung und Reinheit wünschenswert sein, das Ventil 20 weiter zu öffnen als das Ventil 22, um dem größerem Heliumvolumen im oberen Ende der Kammer 2 Rechnung zu tragen. In manchen Fällen kann es wünschenswert sein, das Ventil 22 ganz zu schließen und nur die Leitung 16 zum Abziehen von Abgas aus der Kammer 2 zu benutzen.

Zur Minimierung von Kühlgasverlust zieht das Gebläse C Gas aus der Kammer 2 mit einer solchen Rate ab, dass der Druck in mindestens einem Teil der Kammer 2, zum Beispiel an dem Kühlgasauslaß bzw. den Kühlgasauslässen der Kammer 2, im wesentlichen unterhalb Atmosphärendruck gehalten wird, gewöhnlich zwischen etwa 0,5 bara (bar absolut – etwa 50 kPa) und Atmosphärendruck, und vorzugsweise zwischen etwa 0,7 bara (etwa 70 kPa) und Atmosphärendruck. Der Begriff "im wesentlichen unter Atmosphärendruck gehalten" bedeutet, daß, obwohl der Druck in der Kammer 2 insgesamt während kurzer Zeitperioden über den Atmosphärendruck ansteigen kann, er in mindestens einem Teil der Kammer 2 während mindestens 90% der Zeit unter Atmosphärendruck gehalten wird, in welcher Helium durch die Kammer 2 geleitet wird.

Ein hauptsächliches Ziel des Verfahrens nach der Erfindung ist die Vermeidung eines beträchtlichen Heliumverlusts aus dem System, ohne zuzulassen, daß große Mengen von Überschussluft in die Kammer 2 eingesaugt werden und dadurch das Helium verdünnen. Das Betreiben des Systems unterhalb Atmosphärendruck minimiert den Heliumverlust, resultiert aber im Eindringen von einiger Luft und anderen gasförmigen atmosphärischen Verunreinigungen in die Kammer 2. Eine sorgfältige Steuerung des Drucks in der Kammer 2 zur Minimierung des Heliumverlusts und der Luftinfiltration wird durch Verwendung eines Gebläses mit variabler Drehzahl stark erleichtert, dessen Drehzahl kombiniert durch die Strömungsrate des Heliums in die Kammer 2, durch den Druck in der Kammer 2, und gegebenenfalls durch die Konzentration von gasförmigen Verunreinigungen in dem Austrittsgas aus der Kühlkammer in einer Weise bestimmt wird, die im Halten der Kammer 2 schwach unterhalb Atmosphärendruck resultiert.

Während der ersten Stufe des Verfahrens wird die Abzugsrate von verbrauchten Helium aus der Kammer 2 hauptsächlich durch die Einleitungsrate von frischem Helium in die Kammer 2 gesteuert. Während die Einleitungsrate von Helium in die Kammer 2 gesteigert wird, wird die Drehzahl des Gebläses C durch ein intermittierendes oder stetiges Signal vom Strömungsregler B erhöht, das zum Drehzahlsteuermechanismus des Gebläses C geleitet wird. Die Steuerung der Drehzahl des Gebläses C durch den Strömungsregler B während der ersten Stufe des Verfahrens wird bevorzugt, um die Steuerung in Abhängigkeit von einer Druckänderung in der Kammer 2 vorzunehmen, da dies das Ansprechen auf eine Steigerung der Einströmungsrate von Helium in die Kammer 2 ermöglicht, bevor der Druckausbau in der Kammer 2 erfolgt, und dadurch einen Heliumverlust während dieser Periode aufgrund eines zeitweisen Druckanstiegs in der Kammer 2 auf überatmosphärischen Druck vermeidet oder minimiert.

Während der zweiten Stufe des Verfahrens hält der Strömungsregler B die Strömungsrate des Heliums in die Kammer 2 im wesentlichen konstant. Während dieser Periode wird die Drehzahl des Gebläses C durch den Druck in der Kammer 2 über die Regelschleife 30 gesteuert. Der Druckfühler 32 überwacht den Druck in der Kammer 2 durch die Messschleife 30 kontinuierlich oder periodisch und sendet Signale zum Drehzahlsteuermechanismus der Pumpe C zum Einstellen der Drehzahl der Pumpe nach Bedarf. Da im allgemeinen Druckschwankungen nur von Temperaturschwankungen in der Kammer 2 oder von Änderungen des Atmosphärendrucks resultieren, sind Änderungen der Drehzahl des Gebläses C während dieser Periode relativ klein.

Gegebenenfalls kann die Abzugsrate gesteuert werden, um die Konzentration von gasförmigen Verunreinigungen in dem Abgas innerhalb eines gewissen Bereichs zu halten. Dies wird mittels einer Verunreinigungsmessschleife 34 bewerkstelligt. Wenn diese Schleife aktiviert ist, überwacht der Fühler 36 das Abgas kontinuierlich oder periodisch, um die Konzentration von Verunreinigungen in dem Abgas zu bestimmen. Wenn die Luftkonzentration in dem Abgas sich außerhalb des gewünschten Bereichs bewegt, sendet das Messgerät 36 ein Signal zur Pumpe C über die Schleife 34, um die Drehzahl der Pumpe so einzustellen, daß die Luftkonzentration zurück in den gewünschten Bereich gebracht wird.

Wenn die Erfindung mit einer Batterie von optischen Ziehtürmen durchgeführt wird, von denen jeder Ziehturm eine optische Faserkühlkammer hat, wird jede Kühlkammer durch ein Gasgebläse mit variabler Drehzahl bedient, dessen einzige Funktion während des Betriebs des Wärmetauschers das Abziehen von Kühlgas aus der Kammer ist. Ein typisches Dreitürmesystem unter Verwendung von drei gesonderten Pumpen mit variabler Drehzahl, nämlich von Pumpen C1 bis C3, ist in 2 dargestellt. Da jede Pumpe durch einen einzigen Strömungsregler und den Druck in nur einer Kühlkammer gesteuert wird, kann eine engere Druckregelung in der Kühlkammer aufrecht erhalten werden.

Bei der Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung in dem Mehrfacheinheitsystem nach 2 wird in die Leitung 38 durch die Pumpen C1 bis C3 ausgetragenes Gas in dem optionellen Speicherbehälter D gespeichert. Das gespeicherte Gas kann intermittierend oder kontinuierlich zur Gastrennanlage E zur Reinigung geleitet werden. In der Gastrennanlage E wird das Austrittsgas in einen Abgasstrom, der im wesentlichen aus Luft und anderen Verunreinigungen besteht, und einen gereinigten Heliumstrom getrennt, der den Separator E durch die Leitung 44 verläßt. Der gereinigte Heliumstrom enthält vorzugsweise 90% oder mehr Helium, obwohl das System auch zufriedenstellend mit Heliumströmen niedrigerer Reinheit betrieben werden kann. Der gereinigte Heliumstrom wird zu den Wärmetauschern A1 bis A3 durch die Leitung 44 rezirkuliert. Auffüllhelium wird durch die Leitung 46 zum System zugeführt.

Wie oben angedeutet, kann der Separator E irgendeine geeignete Gasreinigungsanlage sein, ist aber vorzugsweise ein Druckwechseladsorptionssystem. Es kann eine einzige Adsorptionseinheit oder eine Batterie von in Phase betriebenen Adsorptionseinheiten, oder eine Mehrzahl von Adsorptionseinheiten oder Batterien von Adsorptionseinheiten aufweisen, die phasenversetzt betrieben werden, was immer gewünscht wird. Wenn ein System mit einer einzigen Adsorptionseinheit oder einer Batterie von Einheiten benutzt wird, die alle in Phase betrieben werden, muß der Adsorptionsschritt periodisch unterbrochen werden, um die Regeneration des Adsorptionsmittelbetts oder der Adsorptionsmittelbetten zu ermöglichen, während, wenn eine Mehrzahl von Adsorptionseinheiten parallel eingesetzt wird und diese phasenversetzt betrieben werden, können eine oder mehrere Einheiten im Adsorptionsbetrieb zum Adsorbieren von Verunreinigungen arbeiten, während eine oder mehrere andere Einheiten der Regeneration zum Desorbieren der Verunreinigungen unterzogen werden können. Der Betrieb der Adsorptionssysteme bei der Erfindung ist zyklisch. Bei dem bevorzugten Adsorptionsverfahren werden Zyklen in einer Weise sich wiederholend ausgeführt, daß die Erzeugung des gereinigten Heliums im wesentlichen kontinuierlich erfolgt.

Wenn der Separator E ein Druckwechseladsorptionssystem ist, sind die Adsorptionsbehälter mit einem geeigneten Adsorptionsmittel in Teilchenform gepackt. Geeignete Adsorptionsmittel für die Adsorption von Stickstoff und Sauerstoff umfassen Zeolithe, wie beispielsweise Zeolith 4A, Zeolith 5A und Zeolith 13X, und Kohlemolekularsiebe. Das jeweilige, in dem Adsorptionsverfahren verwendete Adsorptionsmittel ist eine Frage der Wahl und stellt keinen Teil der Erfindung dar.

Die Adsorptionsbehälter enthalten wünschenswerter Weise eine Vorreinigungsschicht aus Trocknungsmittel, wie beispielsweise aktiviertem Aluminiumoxid oder Silikagel, zum Abscheiden von in atmosphärischer Luft enthaltenem Wasserdampf. Aktiviertes Aluminiumoxid ist ein bevorzugtes Trocknungsmittel, da es auch zum Abscheiden von Kohlendioxid aus der Luft dient und dadurch die Adsorption von Kohlendioxid durch das Hauptadsorptionsmittel reduziert oder eliminiert. Alternativ kann das System eine separate Luftvorreinigungseinheit aufweisen, um Wasserdampf und Kohlendioxid aus dem Speisegas abzuscheiden, bevor dieses in die Adsorptionsbehälter eingeleitet wird.

Die Temperatur und der Druck, bei welcher bzw. welchem der Druckwechseladsorptionsprozeß ausgeführt wird, ist eine Frage der Wahl und nicht kritisch. Im allgemeinen kann der Adsorptionsprozeß auf Temperaturen im Bereich von –50 bis etwa 100°C ausgeführt werden, wird aber im allgemeinen auf Temperaturen im Bereich von etwa 0 bis etwa 40°C ausgeführt. Typischerweise wird die Adsorption auf einem Druck bei oder oberhalb etwa 1 bar absolut (bara – etwa 100 kPa) durchgeführt. Der minimale Druck, bei welchem der Adsorptionsschritt ausgeführt wird, beträgt vorzugsweise etwa 2 bara (etwa 200 kPa) und höchst vorzugsweise etwa 5 bara (etwa 500 kPa). Die obere Druckgrenze wird durch Wirtschaftlichkeit und Begrenzungen des Adsorptionssystems bestimmt und liegt im Allgemeinen bei wünschenswerterweise etwa 50 barg (etwa 5 MPa), vorzugsweise etwa 20 bara (etwa 2 MPa), und höchst vorzugsweise etwa 15 bara (etwa 1,5 MPa). Der Druck, bei welchem die Adsorptionsmittelregeneration ausgeführt wird, ist in gleicher Weise eine Frage der Wahl, und der minimale Druck hängt davon ab, ob eine Vakuumausrüstung zum Abziehen von adsorbierten Gas aus diesem Behältern eingesetzt wird oder nicht. Typischerweise kann die Niederdruckgrenze während der Adsorptionsmittelregeneration in diesen Behältern bis herunter zu 50 mbara (Millibar absolut) (etwa 5 kPa) liegen, ist aber vorzugsweise nicht niedriger als etwa 150 mbara (etwa 15 kPa), und liegt höchst vorzusweise nicht niedriger als etwa 200 mbara (etwa 20 kPa). Die Adsorptionsmittelregeneration kann bei Drücken bis herauf zu 5 bara (500 kPa) erfolgen, wird aber vorzugsweise bei Drücken ausgeführt, die nicht höher als etwa 2 bara (etwa 200 kPa) liegen, und höchst vorzugsweise bei Drücken, die nicht über etwa 1 bara (etwa 100 kPa) liegen.

Wie oben erwähnt, sind optische Faserfertigungsprozesse Chargenprozesse; dementsprechend wird jede Einheit eines Mehreinheitsystems periodisch abgeschaltet, um einen neuen Vorformling in der Einheit zu laden. Während der Abschaltperiode wird kein verbrauchtes Helium in der abgeschaltenen Einheit erzeugt. Mehr Einheitssysteme werden gewöhnlich phasenversetzt betrieben, so daß, wenn eine Einheit abgeschaltet ist, andere Einheiten sich in Betrieb befinden und Verunreinigungen enthaltendes Heliumgas erzeugen. Wenn das 2 dargestellte System mit den drei Einheiten phasenversetzt arbeitet, ist die Strömung von verunreinigungshaltigem Heliumgas zum Separator E variabel. Diese Situation wird bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung durch Einsatz eines Druckwechseladsorptionsprozesses mit einstellbarem Zyklus berücksichtigt. Der Adsorptionszyklus des Druckwechseladsorptionsverfahrens nach dieser Ausführungsform umfasst einen Adsorptionsschritt, einen Ausgleichsschritt, einen Druckentlastungs- oder Adsorptionsmittelregenerationsschritt, und einen Rückdruckbeaufschlagungsschritt. Um die reduzierte Rate von verunreinigungshaltigem Gas zum Druckwechseladsorptionssystem während Perioden zu kompensieren, während welcher eine oder mehr optische Faserkühleinheiten abgeschaltet sind oder sich in der Anfahrperiode befinden, wird der Adsorptionsschritt des Zyklus über eine Zeitperiode ausgedehnt, die proportional der Volumenverringerung der gasförmigen Verunreinigung ist, die in das Druckwechseladsorptionssystem eingeführt wird. In ähnlicher Weise kann der Adsorptionsschritt des Zyklus verkürzt werden, wenn zusätzliche Faserkühllinien in Betrieb gesetzt werden. Dies ermöglicht das Betreiben der Adsorptionsmittelbetten im wesentlichen unter optimalen Bedingungen. Ein Adsorptionszyklus eines Vier-Bett-Adsorptionssystems, das gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung betrieben wird, wobei jedes Bett um 90° phasenversetzt betrieben wird, ist in Tafel 1 erläutert. Die Schritte des Zyklus sind: Adsorption; erster Druckentlastungs-Ausgleichsschritt (Eq-Dep 1); zweiter Druckentlastungs-Ausgleichsschritt (Eq-Dep 2); Entlüftung zur Atmosphäre (Vent 1); Evakuierung (Vent 2); Rückdruckbeaufschlagungs-Ausgleichsschritte (Eq-Pre 1 und Eq-Pre 2); und Rückdruckbeaufschlagung mit nichtadsorbiertem Produktgas, Speisegas oder Kombinationen hiervon (Repress).

Tafel 1

Die Dauer der Schritte 3, 6, 9 und 12 hängen von der Zufuhrrate von adsorbierbarer Gasverunreinigung (Luft) zum Adsorptionssystem ab. Ein stromauf der Druckwechseladsorptionsanlage angeordnetes Messgerät misst kontinuierlich die Konzentration von Luft im Speisematerial zum Adsorptionssystem. Wenn alle optischen Faserkühltürme des Systems in Betrieb sind und das zum Adsorptionssystem zugeführte Luftvolumen auf dem Auslegungspegel liegt, beträgt die Dauer des Adsorptionsschritts des Zyklus 120 Sekunden. Wenn jedoch ein oder mehr Kühltürme leer laufen, misst das Luftmessgerät, daß weniger Luft zur Druckwechseladsorptionsanlage zugeführt wird, und sendet ein Signal zum Adsorptionszyklussteuersystem, das die Verlängerung der Dauer der Schritte 3, 6, 9 und 12 für eine Zeitperiode bewirkt, die umgekehrt proportional zur Verringerung des Verunreinigungsvolumens im Gasstrom zur Druckwechseladsorptionsanlage ist. Die Reinheit des die Druckwechseladsorptionseinheit verlassenden nichtadsorbierten Gasprodukts kann auch zur Steuerung des Betriebs der Druckwechseladsorptionseinheit benutzt werden. Beispielsweise wenn die Konzentration von Helium im nichtadsorbierten Gasproduktstrom auf einen vorgegebenen minimalen akzeptablen Wert abfällt oder auf einen vorgegebenen maximalen akzeptablen Wert ansteigt, kann ein Signal von dem den nichtadsorbierten Gasproduktstrom überwachenden Messgerät den Steuermechanismus des Druckwechseladsorptionssystems (ihren, um die Dauer des Adsorptionsschritts im Druckwechseladsorptionszyklus entsprechend zu verkürzen oder zu verlängern. Bei bevorzugten Ausführungsformen wird die Dauer des Adsorptionsschritts kombiniert durch das Volumen der gasförmigen Verunreinigung im Speisestrom zur Druckwechseladsorptionseinheit und die Reinheit des nichtadsorbierten Gasproduktstroms gesteuert, der die Druckwechseladsorptioneinheit verlässt. Wenn der leerlaufende Kühlturm zurück in Betrieb geschaltet wird, kehrt die Luftströmung zur Druckwechseladsorptionsanlage auf den Auslegungspegel zurück, und der Druckwechseladsorptionszyklus kehrt zum Normalzustand zurück.

Es versteht sich, daß es innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung liegt, herkömmliche Ausrüstung zum Überwachen und automatischen Regulieren der Strömung von Gasen innerhalb des Systems einzusetzen, so dass es vollständig automatisiert werden kann, um in effizienter Weise kontinuierlich abzulaufen.

Die Erfindung wird weiter durch das folgende Beispiel erläutert, in welchem, soweit nicht anders angegeben, Teile, Prozentsätze und Verhältnisse auf Volumenbasis angegeben sind.

Beispiel

Dieses Beispiel erläutert den zweistufigen Betrieb einer länglichen vertikalen optischen Faserkühlkammer. Während der ersten Stufe, welche die Perioden 1 bis 3 (siehe Tafel 2) umfasst, wurden die Kühlmittelströmung in die Kühlkammer und der Abgasabzug aus der Kühlkammer langsam gesteigert. Während der zweiten Stufe, dargestellt durch die Periode 4, wurden die Heliumströmung in die Kühlkammer und der Abgasabzug aus der Kühlkammer im wesentlichen konstant gehalten. Der Kühlmittelstrom, der etwa 97% Helium enthielt, wurde in die optische Faserkühlkammer durch einen Heliumeinlaß eingeleitet und aus der Kammer durch zwei Kühlmittelrückgewinnungsöffnungen abgezogen, die mit einem Gebläse mit variabler Drehzahl verbunden waren. Die Kühlmittelrückgewinnungsöffnungen waren am oberen und unteren Ende der Kühlkammer angeordnet. Während die Kühlmitteleinleitungsrate von 40 auf 70 Standardliter pro Minute (slpm) gesteigert wurde, wurde die Drehzahl des variablen Gebläses entsprechend gesteigert, um den Druck an den Gasauslässen der Kühlkammer auf etwa –25mm H2O zu halten. Die Heliumrückgewinnung und Heliumkonzentration im zurückgewonnnen Strom wurden auf etwa 85% bzw. 60% gehalten. Während des stationären Zustands (Periode 4) wurde die Gebläsedrehzahl nach Bedarf eingestellt, um den gewünschten Druck in der Kühlkammer zu halten. Die Heliumrückgewinnung und Heliumkonzentration in dem zurückgewonnenen Strom sind in Tafel 2 zusammengestellt.

Tafel 2

Dieses Beispiel zeigt, daß die Heliumkonzentration in dem zurückgewonnenen Strom zwischen 59 und 65% gehalten wurde, und die Heliumrückgewinnung zwischen 85 und 89% gehalten wurde, wenn der Druck an dem Kühlgasauslassende der Kühlkammer auf etwa –25mm H2O gehalten wurde. Die Heliumrückgewinnung kann durch Betrieb der Kühlkammer auf einen niedrigeren Druck gesteigert werden.

Obwohl die Erfindung mit besonderer Bezugnahme auf spezifische Ausrüstungsanordnungen und ein spezifisches Experiment beschrieben wurde, sind diese lediglich beispielhaft für die Erfindung, und Abwandlungen werden in Betracht gezogen. Beispielsweise, wie oben erwähnt, kann die Konzentration gasförmige Verunreinigungen im Austrittskühlgas aus der Wärmetauscherkühlkammer gemessen und als Variable benutzt werden, um die Steuerung der Abzugsrate von Austrittsgas aus der Kühlkammer zu unterstützen.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zum Kühlen einer heiß gezogenen Faser (10) in einer Wärmeaustauscheinheit (A) mit einer einzigen Kühlkammer (2) mit einer Fasereinlassöffnung (4), einer Faserauslassöffnung (6), mindestens einem Kühlgaseinlaß und mindestens einem Kühlgasauslaß, und einer Gaspumpe (C) mit variablem Durchsatz, wobei das Verfahren aufweist:

    a) Ziehen der Faser durch die Kühlkammer, und

    b) Einleiten von gasförmigem Kühlmittel in die Kühlkammer durch den mindestens einen Kühlgaseinlaß, gekennzeichnet durch

    c) Abziehen eines gasförmigen Abgasstroms, der das gasförmige Kühlmittel und mindestens eine gasförmige Verunreinigung aus der Kühlkammer mittels eines Gasgebläses (C) mit variabler Drehzahl mit einem solchen Strömungsdurchsatz, daß der Druck im mindestens einem Teil der Kühlkammer zwischen 50 kPa (0,5 bara) und Umgebungsdruck gehalten wird, und daß der Druck an oder nahe dem Kühlgasauslaß bzw. den Kühlgasauslässen der Kühlkammer auf unteratmosphärischem Druck gehalten wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der gasförmige Abgasstrom aus der Kühlkammer (2) mit einem solchen Durchsatz abgezogen wird, daß der Druck in mindestens einem Teil der Kühlkammer zwischen etwa 70 kPa (0,7 bara) und Umgebungsdruck gehalten wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das in die Kühlkammer (2) eingeleitete gasförmige Kühlmittel aus Helium, Stickstoff, Kohlendioxid, Wasserstoff oder Gemischen von diesen besteht.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei das in die Kühlkammer (2) eingeleitete gasförmige Kühlmittel aus mindestens 60% Helium besteht.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die einzige Funktion des Gasgebläses (C) mit variabler Drehzahl während Betriebsperioden dieses Verfahrens darin besteht, den gasförmigen Abgasstrom aus der Kühlkammer (2) abzuziehen.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abzugsrate des gasförmigen Abgasstroms aus der Kühlkammer (2) teilweise durch den Strömungsdurchsatz des gasförmigen Kühlmittels in die Kühlkammer bestimmt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ziehen der Faser (10) durch die Kühlkammer (2) und das Einleiten des gasförmigen Kühlmittels in die Kühlkammer mit im wesentlichen konstanten Raten erfolgt.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einer ersten Periode, während welcher die Faser (10) durch die Kühlkammer (2) mit zunehmender Geschwindigkeit gezogen wird und das gasförmige Kühlmittel in die Kühlkammer mit zunehmendem Durchsatz eingeleitet wird, und mit einer zweiten Periode, während welcher die Faser durch die Kühlkammer mit im wesentlichen konstanter Geschwindigkeit gezogen wird und das gasförmige Kühlmittel in die Kühlkammer mit im wesentlichen konstantem Durchsatz eingeleitet wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Abzugsrate des gasförmigen Abgasstroms aus der Kühlkammer (2) teilweise durch die Konzentration gasförmiger Verunreinigungen in dem gasförmigen Abgasstrom bestimmt wird.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches weiter das Abscheiden mindestens eines Teils der mindestens einen gasförmigen Verunreinigung aus dem gasförmigen Abgasstrom und Rezirkulieren des an der Verunreinigung erschöpften gasförmigen Abgasstroms in die Kühlkammer (2) als gasförmiges Kühlmittel aufweist.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Abscheiden der mindestens einen gasförmigen Verunreinigung durch einen Druckwechseladsorptionsprozeß unter Verwendung eines Stickstoff- und Sauerstoff-selektiven Adsorptionsmittels erfolgt, und wobei der Zyklus des Druckwechseladsorptionsprozesses einen Adsorptionsschritt, einen Ausgleichs-Druckentlastungsschritt, einen Gegenstrom-Druckentlastungsschritt, einen Ausgleichs-Rückdruckbeaufschlagungsschritt und einen Rückdruckbeaufschlagungsschritt umfasst.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Druckwechseladsorptionsprozeß in einem Adsorptionssystem ausgeführt wird, das zwei oder mehr parallel und phasenverschoben betriebene Adsorptionsbehälter umfasst.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Speisegas zum Adsorptionssystem Abgasströme umfasst, die aus zwei oder mehr Kühlkammern (2) abgezogen werden.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die zwei oder mehr Kühlkammern (2) phasenversetzt und chargenweise betrieben werden.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Speisegas mit variierenden Strömungsdurchsätzen erzeugt wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Dauer des Adsorptionsschritts während Perioden, während derer das Speisegas mit reduziertem Strömungsdurchsatz erzeugt wird, verlängert und während Perioden, während welcher das Speisegas mit erhöhtem Strömungsdurchsatz reduziert wird, verkürzt wird.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, das weiter das Einstellen der Dauer des Adsorptionsschritts in Abhängigkeit von Veränderungen der Reinheit des nicht adsorbierten Gasproduktstroms aus dem Druckwechseladsorptionssystem umfasst.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, wobei das Adsorptionssystem vier Adsorptionsbehälter umfasst, die um jeweils 90° phasenversetzt betrieben werden.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Dauer des Adsorptionsschritts während einer Periode, während der ein Behälter dem Adsorptionsschritt unterliegt, ein Behälter dem Druckausgleichs-Druckentlastungsschritt unterliegt, ein Behälter dem Ausgleichs-Rückdruckbeaufschlagungsschritt unterliegt, und ein Behälter dem Rückdruckbeaufschlagungsschritt unterliegt, verlängert wird.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei der Rückdruckbeaufschlagungsschritt das rückdruckbeaufschlagen des Behälters mit an Gas angereichertem Produktstrom, der während Adsorptionsschritten des Prozesses erzeugt wird, mit Speisegas oder mit Kombinationen hiervon umfasst.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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