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DE69700520T2 - Verfahren zur Rückgewinnung von Helium in einem Verfahren zum Herstellen optischer Fasern - Google Patents

Verfahren zur Rückgewinnung von Helium in einem Verfahren zum Herstellen optischer Fasern

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Publication number
DE69700520T2
DE69700520T2 DE69700520T DE69700520T DE69700520T2 DE 69700520 T2 DE69700520 T2 DE 69700520T2 DE 69700520 T DE69700520 T DE 69700520T DE 69700520 T DE69700520 T DE 69700520T DE 69700520 T2 DE69700520 T2 DE 69700520T2
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DE
Germany
Prior art keywords
helium
recovered
manufacturing process
optical fiber
fiber drawing
Prior art date
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Revoked
Application number
DE69700520T
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English (en)
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DE69700520D1 (de
Inventor
Carl Joseph Heim
Thomas Robert Schulte
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Praxair Technology Inc
Original Assignee
Praxair Technology Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Application filed by Praxair Technology Inc filed Critical Praxair Technology Inc
Publication of DE69700520D1 publication Critical patent/DE69700520D1/de
Application granted granted Critical
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Description

    Gebiet der Erfindung
  • Diese Erfindung bezieht sich auf Heliumrückgewinnungsverfahren und genauer auf Heliumrückgewinnungsverfahren in Verbindung mit der Herstellung optischer Fasern.
    • Hintergrund der Erfindung
  • Im allgemeinen verwenden Verfahren zum Herstellen optischer Fasern Heliumgas zur Verbesserung der Faserqualität und der Herstellungsproduktivität. Die Herstellung optischer Fasern ist prinzipiell ein zweiphasiges Verfahren, welches die Herstellung eines als Vorformling bezeichneten, speziell konstruierten Glasstabes, das Schmelzen des Vorformlings und das Ziehen des Vorformlings in eine dünne Faser beteiligt. Die Herstellung von Vorformlingen beteiligt normalerweise zwei Schritte, namentlich die Abscheidung und die Verfestigung, welche zu einem kontinuierlichen Vorgang kombiniert oder in zwei getrennte Vorgänge aufgeteilt werden können.
  • Die kommerziellen Hersteller verwenden verschiedene Verfahren zur Herstellung von Vorformlingen, wie z. B. die Außenseitendampfabscheidung (OVD), die modifizierte chemische Dampfabscheidung (MCVD), die Dampfaxialabscheidung (VAD), und die chemische Plasmadampfabscheidung (PCVD).
  • Sämtliche Verfahren beruhen dabei auf einer thermischen chemischen Dampfreaktion, welche vermischte Oxide ausbildet, die als Lagen aus Glassruß auf einem rotierenden hochreinen Glasrohr oder einer Glasstange abgeschieden werden, die als Teil des Vorformlings beibehalten oder nicht beibehalten werden können. Die sich ergebende undurchsichtige Rußkugel wird anschließend in einem Sinterverfahren verfestigt, welches Verunreinigungen von dem Abscheideverfahren entfernt und kollabiert die Kugel, um einen klaren, für das Ziehen und Beschichten betriebsfertigen Vorformling zu erzeugen.
  • Helium weist bei der Herstellung optischer Fasern derzeit drei hauptsächliche Verwendungszwecke auf: Als Trägergas bei der Abscheidung von Vorformlingen, als Spülgas bei der Verfestigung von Vorformlingen, und als Wärmeübertragungsmedium für das Faserziehen. Helium ist für den Abscheideschritt nicht erforderlich, kann dort jedoch als ein Trägergas verwendet werden, was bedeutet, dass das Helium ein Medium oder eine Atmosphäre bereitstellt, in der die reaktiven Dämpfe dispergiert und zu der Abscheidestelle verbracht werden. In dem Verfestigungsschritt ist das Ausspülen von Verunreinigungen notwendig, und aufgrund der inerten Eigenschaft und der Molekulargröße von Helium besteht zum Ausspülen praktisch keine Alternative, wenn die Aufgabenstellung in der Herstellung von reinen, fehlerfreien Vorformlingen besteht. Beide Herstellungsschritte von Vorformlingen erfordern hochreines Helium. Allerdings kann eine geringere Reinheit zur Verbesserung der Faserkühlung in dem Faserziehschritt verwendet werden, welcher in den Ziehabschnitten durchgeführt wird. Jeder der drei Verfahrensschritte führt dem Helium verschiedene Verunreinigungen, Schmutzstoff oder Wärmepegel zu.
  • Optische Faserhersteller verwenden im allgemeinen "Einmal-"Heliumströme in sämtlichen Verfahrens schritten, wobei das Helium, wenn es verwendet worden ist, zu einem Bestandteil des Abstroms wird. Die in Herstellungsprozessen für optische Fasern verwendeten konventionellen Einmal-Heliumströme sind unrentabel und führen zu einem übermäßigen Verbrauch und zu unnötig hohen Kosten.
  • Helium ist eine begrenzte, nicht erneuerbare Ressource mit einzigartigen Eigenschaften, welche die Durchführung bestimmter Verfahren ermöglicht. Viele dieser Eigenschaften lassen die Herstellung, den Transport und die Lagerung teuer ausfallen. Die Heliumkosten liegen eine Größenordnung über den Stickstoffkosten und sind vielfach höher als die Kosten für Wasserstoff oder Argon. Diese Gase können in einigen Anwendungen als minderwertiger Ersatz für Helium dienen. Die in ihren Produktionsverfahren Helium verwendenden Industrien befinden sich unter den am schnellsten anwachenden Industriezweigen, wobei ihre stetig steigende Nachfrage nach Helium einen ansteigenden Druck auf die Heliumpreise ausübt.
  • In der Vergangenheit wurde die Rück- und Wiedergewinnung von in den Herstellungsverfahren von optischen Fasern verwendetem Helium aufgrund der Anforderungen an die Reinheit als nicht durchführbar betrachtet. Allerdings beschreiben US-A-5 452 583 und US-A-5 377 491 ein Helium-Rückgewinnungsverfahren und -system zum Wiedergewinnen von Helium, jedoch sind beide Patentschriften nur auf eine Heliumrückgewinnung aus dem Faserziehschritt des Herstellungsprozesses für optische Fasern begrenzt. Das wiedergewonnene Helium wird in den optischen Faserziehschritt zurückgeführt, der Helium geringerer Reinheit als in den anderen Verfahrensschritten wie der Abscheidung oder Verfestigung tolerieren kann.
  • Der Faserziehschritt in dem Herstellungsprozess für optische Fasern gemäß der derzeitigen Praxis kann Helium mit geringerer Reinheit im Bereich von etwa 90% bis etwa 99% verwenden. Die in dem aus dem Faserziehschritt rückgewonnenen Helium enthaltenden Verunreinigungen sind normalerweise aus Partikeln bestehende Stoffe wie O&sub2;, N&sub2;, Ar, und H&sub2;O. Diese Verunreinigungen sind im Vergleich zu den Verunreinigungen, die in dem aus den anderen Schritten in dem Verfahren rückgewonnenen Helium enthalten sind, relativ leicht zu entfernen.
  • Aus EP-A-0 601 601 ist ein Verfahren zum Rückgewinnen von Helium aus einem Herstellungsprozess für optische Fasern bekannt, bestehend aus:
  • (a) Bereitstellen von Helium für einen Herstellungsprozess für optische Fasern, der einen Faserziehschrift beinhaltet, wobei der Schritt eine Vorrichtung mit einem Einlass und einem Auslass verwendet.
  • (b) Bereitstellen von Prozessmaterial für den Faserziehschritt, wo es in Kontakt mit dem Helium gebracht wird;
  • (c) Rückgewinnen mindestens eines Teils des Heliums als rückgewonnenes Helium von dem Auslass des Faserziehschrittes und Bereitstellen dieses rückgewonnenen Heliums für ein Zwischen-Gasreinigungssystem;
  • (d) Bereitstellen mindestens eines Teils des rückgewonnenen Heliums von dem Zwischen-Gasreinigungssystem für einen End-Reinigungsschritt; und
  • (e) Einleiten mindestens eines Teils des rückgewonnenen Heliumgases von dem End-Reinigungsschritt in den Einlass des Faserziehschrittes.
  • Aus den "Patent Abstracts" von Japan, Vol. 11, Nr. 381 (C-464) von JP-A-62 153 132 ist ein ähnliches, sich auf die Rückgewinnung von Helium aus dem Verfestigungsschritt eines Herstellungsprozesses für optische Fasern beziehendes Verfahren bekannt, wobei das rückgewonnene Helium gereinigt und dem Verfestigungsschritt zugeführt wird.
    • Aufgaben der Erfindung
  • Eine Aufgabe dieser Erfindung besteht daher in der Bereitstellung eines Heliumrückgewinnungsverfahrens, welches die Kosten pro Einheit für das Herstellen optischer Fasern durch eine ökonomische Rückgewinnung eines wesentlichen Teils des Heliums reduziert, das andernfalls entlüftet werden würde. Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Rückführungs- und Wiedergewinnungsverfahrens, welches den Heliumverbrauch pro Einheit bei der Herstellung optischer Fasern drastisch senkt.
  • Eine zusätzliche Aufgabe dieser Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens, welches eine Heliumrückgewinnung von den meisten Stellen in dem Herstellungsprozess für optische Fasern und eine Rückführung des rückgewonnenen Heliums zu den meisten Verwendungsstellen ermöglicht.
  • Noch eine Aufgabe besteht in der Bereitstellung eines Kostenanreizes für optische Faserhersteller zur Verwendung höherer Heliumdurchflussraten, um einen Nutzen aus den einzigartigen Wärmeübertragungseigenschaften von Helium zur Verbesserung der optischen Faserverarbeitungsraten zu ziehen, was wiederum die Herstellungskosten reduziert.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Diese Erfindung weist ein Verfahren zum Rückgewinnen von Helium aus zwei oder mehreren Schritten in einem Herstellungsprozess für optische Fasern auf. Das rückgewonnene Helium kann auch zu den meisten Herstellungsprozess-Schritten zurückgeführt werden. Dies kann durch das Rückgewinnen des Heliums von mindestens einem weiteren zusätzlichen Schritt zu dem Faserziehschritt erfolgen, wobei ein kombinierter Strom aus rückgewonnenem Helium ausgebildet, das rückgewonnene Helium auf einen Zwischenpegel gereinigt und anschließend weiter gereinigt wird, und das rückgewonnene Helium der Heliumversorgungsleitung zur Verwendung in den meisten Verfahrensschritten bereitgestellt wird. In einer Ausführungsform wird Helium von den meisten Verfahrensschritten als ein kombinierter Strom zurückgewonnen, auf einen Zwischenpegel gereinigt, und nur zu dem Faserziehschritt zurückgeführt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird Helium aus den meisten Verfahrensschritten zurückgewonnen, auf einen Zwischenpegel gereinigt, und ein Teil davon wird zugeführt, um den Anforderungen des Faserziehschrittes zu entsprechen, während der Rest weiter gereinigt und den anderen Schritten des Herstellungsprozesses zugeführt wird.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile ergeben sich für den Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen und aus den beiliegenden Zeichnungen, bei welchen:
  • Fig. 1 ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform der Erfindung ist, wobei Helium aus allen Schritten in dem Herstellungsprozess für optische Fasern zurückgewonnen, gereinigt und für eine Rückführung zu sämtlichen Schritten in dem Verfahren verfügbar gemacht wird;
  • Fig. 2 ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform der Erfindung ist, wobei Helium aus allen Schritten in dem optischen Herstellungsprozess zurückgewonnen, gereinigt, aber nur dem Faserziehschritt des Herstellungsprozesses verfügbar gemacht wird; und
  • Fig. 3 ein schematisches Diagramm einer bevorzugten Ausführungsform ist, die eine Kombination der Ausführungsformen der Erfindung in den Fig. 1 und 2 darstellt, wobei Helium aus allen Schritten in dem optischen Herstellungsprozess zurückgewonnen und auf einen zur Versorgung des Faserziehschrittes notwendigen Pegel gereinigt wird, und wobei der Rest des zurückgeführten Heliums weiter gereinigt wird, um die Verfestigungs- und/oder die Abscheideschritte zu versorgen.
    • Ausführliche Beschreibung der Erfindung
  • Das Rückgewinnungsverfahren der Erfindung ermöglicht die Rückgewinnung von verunreinigten Heliumströmen nicht nur aus dem optischen Faserziehschritt des Herstellungsprozesses, sondern auch aus den Verfestigungs- und/oder Abscheideschritten von Vorformlingen. Das rückgewonnene Helium könnte zur Versorgung der Ziehabschnitte auf eine geringe Reinheit, und/oder auf höhere Reinheitspegel gereinigt und sämtlichen Schritten des Herstellungsprozesses verfügbar gemacht werden. Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist eine Kombination dieser zwei Möglichkeiten, wobei eine ausreichende Menge des rückgewonnenen Heliums auf eine geringere Reinheit gereinigt wird, um den Faserziehschritt in den Ziehabschnitten zu versorgen, und der Rest auf eine hohe Reinheit gereinigt und zu den anderen Verfahrensschritten zurückgeführt wird.
  • Der Reinigungspegel des rückgewonnenen Heliums hängt davon ab, zu welchem Verfahrensschritt das Helium zurückgeführt wird. Die Herstellungs- und Verfestigungsprozesse der Vorformlinge erfordern unabhängig davon, ob sie in zwei getrennten Schritten oder in einem kombinierten Vorgang durchgeführt werden, normalerweise hochreines Helium im Bereich von etwa 99, 99% bis etwa 99,9995%. Das auf der derzeitigen Praxis basierende Faserziehverfahren kann eine geringere Reinheit im Bereich von etwa 90% bis etwa 99% verwenden. Das Helium, welches von jedem dieser Schritte zurückgewonnen werden kann, weist eine Reinheit von etwa 75% auf
  • In der Fig. 1 werden optische Fasermaterialien 23 einem Herstellungsprozess für optische Fasern zugeführt. Die optischen Fasermaterialien 23 treten in einen Vorformlingsabscheideschritt 20 des Herstellungsprozesses ein, anschließend in einen Vorformlingsverfestigungsschritt 30 und letztlich in einen Faserziehschritt 40. Bei jedem Schritt werden optische Fasermaterialien 23, 33, 43 mit Helium 21 bzw. 19 bzw. 17 in Kontakt gebracht und verarbeitet. Die optischen Fasermaterialien beinhalten verschiedene Kombinationen aus O&sub2;, H&sub2;, CH&sub4;, Ar, SiCl&sub4;, GeCl&sub4;, PoCl&sub3;, BCl&sub3;, N&sub2;, und anderen. Die Verunreinigungen in den optischen Fasermaterialien beinhalten typischerweise HCl, H&sub2;O, O&sub2;, H&sub2;, und Si- und Ge-Zusammensetzungen.
  • Durch einen Einlass 29 zugeführtes Helium 21 kann zur Verbesserung des Vorformlingsabscheideschrittes 20 des Herstellungsprozesses verwendet werden, indem die Inertheit und die einzigartigen Wärmeübertragungseigenschaften von Helium ausgenutzt werden. Helium 21 kann als ein Trägergas üblicherweise in Kombination mit Argon und/oder Stickstoff dienen. Das von einem Auslass 28 des Abschei deschrittes 20 zurückgewonnene Abgas 5 liegt bei einer erhöhten Temperatur vor und besteht normalerweise hauptsächlich aus einem inerten Gasstrom, der N&sub2; und Ar mit einer geringen Konzentration an Helium enthält und mit den Produkten einer Wasserstoff und Sauerstoff oder Methan- und Sauerstoffverbrennung, namentlich Silizium, Germanium, Phosphor, Bor, anderen ähnlichen Zusammensetzungen, oder aus Teilchen bestehenden Stoffen und Wasser verunreinigt ist. Dieser Strom 5 wird weniger wahrscheinlich zurückgewonnen und durch das Rückführungssystem verarbeitet, wenn der Heliumgehalt nicht substanziell ausfällt.
  • Helium 19 wird zur Verwendung als Spülgas in dem Vorformlingsverfestigungsschritt 30 durch einen Einlass 39 eingeleitet. Das Helium 19 wird zusammen mit Chlor und möglicherweise anderen (nicht dargestellten) Gasen in den Verfestigungsofen eingespeist und fließt in einen heißen Vorformling, der in dem Verfestigungsschritt 30 vorliegt. Bei den Ofentemperaturen permeieren das Chlor und das Helium durch das Glas in dem Vorformling. Das Chlor reagiert mit jeder vorliegenden Feuchtigkeit und bildet Chlorwasserstoffgas und Sauerstoff aus. Das Helium spült nicht reagiertes Chlor, Chlorwasserstoff und Sauerstoff aus dem Vorformling aus. Das von dem Auslass 38 dieses Verfestigungsschrittes 30 zurückgewonnene Abgas 4 liegt bei erhöhter Temperatur vor und enthält Helium, welches hauptsächlich durch Chlor, Chlorwasserstoffgas, Sauerstoff, und andere Gase verunreinigt ist, welche in Abhängigkeit von den jeweils verwendeten Praktiken einzelner Hersteller eingeleitet worden sind. Das Abgas 4 kann auch Schmutzstoffe beinhalten, die aus einem Eindringen von Luft, wie z. B. aus Teilchen bestehenden Stoffen wie O&sub2;, N&sub2;, Ar, und H&sub2;O stammen.
  • Durch einen Einlass 49 eingeleitetes Helium 17 wird als ein Wärmeaustauschmedium beim Faserziehen verwendet. Der Zweck des Heliums besteht in einer verbesserten Kühlung der optischen Faser, damit Abgas 3, welches von dem Auslass 48 zurückgewonnen wird, bei einer erhöhten Temperatur vorliegen kann und infolge des Eindringens von Luft in das System eingeleitete Schmutzstoffe beinhaltet, namentlich aus Teilchen bestehende Stoffe wie O&sub2;, N&sub2;, Ar, und H&sub2;O. Das optische Faserprodukt tritt durch einen Strom 45 aus.
  • Typischerweise können alle Abgasströme 3, 4, 5 kombiniert werden, um einen einzigen Einsatzstrom 6 zu der Rückgewinnungseinheit bereitzustellen, die in dieser Ausführungsform ein Zwischen-Gasreinigungssystem 50 und ein End-Gasreinigungssystem 60 aufweist.
  • Der Zwischen-Gasreinigungsschritt 50 stellt in seiner einfachsten Form die für ein Entfernen von Feuchtigkeit auf sehr geringe Pegel notwendigen Funktionen bereit. Die spezifischen Komponenten des Zwischen-Gasreinigungsschrittes 50 werden mit Bezug auf die Fig. 3 erläutert werden. Aus diesem Reinigungsschritt 50 wird ein sauberer, trockener Gasstrom 9 mit einer Reinheit im Bereich von etwa 90% bis etwa 99% erhalten, welcher als Einsatz für die End-Reinigungseinheiten 60 geeignet ist, wo er auf einen Pegel von größer als 99, 99% Helium weiter gereinigt wird. Das aus dem End-Reinigungssystem 60 stammende gereinigte Helium 1 I verfügt über die Eigenschaften und Charakteristika, die für eine Kombination mit Auffüllhelium 1 aus dem externen Heliumversorgungssystem 14 notwendig ist. Wahlweise kann dieser zurückgewonnene, gereinigte Heliumstrom 11 einem Aufbewahrungsbehälter oder zwecks Weiterverwendung einem anderen Verfahren zugeführt werden. Ein Heliumeinsatzstrom 2 als eine Kombination aus gereinigtem Helium 11 und Auffüllhelium 1 stellt allen Verfahrensschritten durch die Ströme 17, 19 und 21 Helium bereit.
  • End-Reinigungsverfahrensalternativen beinhalten Membrane, Druckwechseladsorptions-(PSA)-, Temperaturwechseladsorptions-(TSA)-, Chemoadsorber- (Getter)-, Gasphasenkatalyseumwandlungs-Systeme, und Tieftemperaturanreicherungsanordnungen. Im allgemeinen stellen Membrane oder PSA-Reinigungssysteme die technisch und ökonomisch geeignetsten Alternativen für Heliumrückgewinnungsanwendungen bereit. Diese Systeme können Einsatzverdichter beinhalten.
  • In einer in der Fig. 2 dargestellten weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der gesamte aus dem Zwischen-Gasreinigungsschritt 50 austretende Zwischenproduktstrom 12 dem Faserziehschritt 40 zugeführt werden. Ein zusätzlicher Konditionierschritt 55 kann eine Filtrierung oder Abkühlung des Zwischenprodukts 12 beinhalten, bevor dieses dem Faserziehschritt 40 zugeführt wird. Der aus dem zusätzlichen Konditionierschritt 55 austretende niedrigreine Heliumstrom 13 weist eine für den Faserziehschritt 40 erforderliche Reinheit von etwa 90% bis etwa 99% auf und tritt zusammen mit jeglichem Auffüllhelium 17 als ein kombinierter Strom 15 in den Ziehabschnitt ein.
  • Die Fig. 3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, die eine Kombination aus den vorgängigen zwei Ausführungsformen ist, welche mit Bezug auf die Fig. 1 und 2 beschrieben wurden. Diese bevorzugte Ausführungsform teilt den Zwischenproduktstrom 9 in zwei Ströme 10 und 12 auf. Der Strom 12 wird dem Faserziehschritt 40 zugeführt, der einen zusätzlichen Konditionierschritt 55 erfordern kann, wodurch ein gefilterter und abgekühlter Strom 13 bewirkt wird. Der Strom 13 könnte mit Auffüllhelium aus dem Strom 17 kombiniert und dem Ziehabschnitt 40 als ein Strom 15 zugeführt werden. Der restliche Teilstrom 10 aus dem Zwischenproduktstrom 9 wird in einem End-Reinigungsschritt 60 auf eine hohe Reinheit verarbeitet, um einen Heliumstrom 11 mit den Charakteristika bereitzustellen, die notwendig sind, um neues Helium 1 in denjenigen zur Aufnahme von Heliumeinsatz 2 ausgewählten Verfahrensschritten zu ersetzen.
  • In jeder Ausführungsform der Erfindung können Gassammelballastbehälter 25, 16 zur Bewerkstelligung von Variationen in den Strömungsbedingungen und für eine verbesserte Steuerung verwendet werden. Weiterhin kann der zurückgewonnene Heliumeinsatzstrom 6 in einem Vorbehandlungsschritt 35 verarbeitet und verdichtet werden, bevor er dem Zwischen-Gasreinigungsschritt 50 zugeführt wird. Der Vorbehandlungsschritt 35 könnte eine Kühlung, eine Filtrierung und/oder eine weitere Konditionierung beinhalten, um einen optimalen Verdichtereinsatz 7 bereitzustellen. Das Wesen und das Ausmaß der zusätzlichen Konditionierung hängt von den Bestandteilen des Einsatzstroms 6 und von dem Typ des für die Verarbeitung dieses Einsatzstroms ausgewählten Verdichters 45 ab.
  • Obgleich verschiedene Arten an Verdichtern 45 verwendet werden können, ist ein "Wasserring"-Verdichter bevorzugt, da er wesentlich zur Gasreinigung beitragen kann, während er den Druck des rückgewonnenen Gases erhöht. Enthält der Verdichtereinsatz 7 aus dem Verfestigungsprozess stammendes Chlor und/oder Chlorwasserstoffgas und/oder andere säurehaltige Gase, die im Falle des Vorliegens von Feuchtigkeit ausgebildet werden, wird typischerweise ein Reinigungsverfahren zur Entfernung derartiger Verunreinigungen verwendet. Bei der Verwendung eines "konventionellen" Verdichters, wie z. B. eines Schraub-, Membran- oder Hubkolben-Verdichters, wäre es notwendig, diese Verunreinigungen, am wahrscheinlichsten durch mechanisches Reinigen vorgängig vor der Verdichtung zu entfernen. Bei der Verwendung eines Wasserringverdichters kann die Wasserdichtung in dem Verdichter angepasst werden, um mindestens teilweise die Reinigungsfunktion auszuführen. Wäre ein zusätzliches Gas-Clean-up erforderlich, würde es in einer Nachverdichtungs-Gasbehandlung, wie z. B. dem End-Reinigungsschritt 60, eingeschlossen werden.
  • Der Verdichter 45 erhöht den Druck des Verdichtereinsatzes 7 auf den Pegel, der für die Verarbeitung durch die Reinigungssysteme notwendig ist, und danach auf den für die Versorgung der ausgewählten Herstellungsschritte für optische Fasern erforderlichen Pegel. Jeder für eine Heliumverarbeitung geeigneter Verdichter, welcher den erforderlichen Druck bewerkstelligen kann, kann mit diesem System verwendet werden. Allerdings begründet oder beeinflusst der jeweils tatsächlich gewählte Typ die Anforderungen an das Reinigen des verdichteten Gasstroms 8, der in einem Zwischen-Gasreinigungsschritt 50 verarbeitet wird.
  • Die spezifischen Zwischen-Reinigungsprozesse und /oder -ausrüstungen können in Abhängigkeit von dem in dem verdichteten Gasstrom 8 vorliegenden Feuchtigkeitsgehalt und dem erlaubten Gehalt des Zwischenproduktstroms 9 variieren. Allerdings würde eine typische Installation beispielsweise einen Filter zum Entfernen eines aus Teilchen bestehenden Stoffübertrags, einen Wasserabscheider, koagulierende Filter zum Entfernen sämtlichen flüssigen Wassers, und einen Druckwechseladsorptions-(PSA)- Trockner aufweisen, um den Wasserdampf auf den erforderlichen Pegel zu bringen. (Diese einzelnen Komponenten sind in der Fig. 3 nicht dargestellt).
  • Bei der Verwendung eines konventionellen Verdichters in dem Verdichtungsschritt 45 sind in dem Zwischen-Reinigungsschritt 50 Systeme gemäß dem Stand der Technik erforderlich, um einen Schutz gegenüber einem Ölübertrag bereitzustellen. Bei der Verwendung eines Wasserringverdichters könnte in dem Zwischen-Reinigungsschritt 50 ein kaustischer Schrubber erforderlich sein, um die in dem Strom vorgängig vor der Trocknung verbleibenden säurehaltigen Komponenten vollständig zu neutralisieren. Die Eintrittsleitung für den Verdichter weist weiterhin typischerweise eine (nicht dargestellte) Temperaturanzeigeeinheit und eine (nicht dargestellte) Druckübertragungseinheit auf, die ein Steuersignal für die Verdichterrückführungsschleife bereitstellen.
  • Die Verfahrenssteuerung und Produktqualität werden vorzugsweise durch ein System von Analysatoren 52, 62, Steuervorrichtungen 59, 69 und automatischen Ventilen 54, 64 aufrechterhalten. Der Verfahrensstrom wird kontinuierlich durch Sauerstoff-, Chlor-, Chlorwasserstoff-, und Feuchtigkeitsanalysatoren überwacht, um sicherzustellen, dass sich der Pegel dieser Schmutzstoffe in dem rückgewonnenen Heliumprodukt innerhalb der spezifizierten Grenzen befindet. Falls an den Überwachungspunkten übermäßige Mengen an einem dieser Schmutzstoffe vorliegen sollten, wird ein Alarm und ein Signal für eine Steuervorrichtung 59, 69 ausgelöst, um das Produktversorgungsventil 54, 64 in der Produktversorgungsleitung zu schließen und das Helium als Abströme 56, 66 zu entlüften, bis die Reinheit auf akzeptable Pegel zurückkehrt. Auffüllhelium von dem Versorgungssystem vor Ort strömt dabei zur Aufrechterhaltung der Vorgänge kontinuierlich weiter.
  • Die Herstellung optischer Fasern mit ihrem großem Potenzial zu sehr hohem und schnellem Wachstum ist bereits ein hauptsächlicher Heliumverbraucher. Die unmittelbaren Auswirkungen dieser Rückgewinnungs-Rückführungs-Technologie bestehen in der Reduzierung der Herstellungskosten optischer Fasern pro Einheit, indem: 1) ein wesentlicher Teil des Heliums, der andernfalls entlüftet würde, ökonomisch zurückgewonnen wird; und 2) ein Kostenanreiz für Hersteller zur Verwendung höherer Heliumströme zwecks Steigerung der Herstellungsraten bereitgestellt wird. Die einzigartigen Wänteübertragungseigen schaften von Helium können schnellere Verarbeitungsraten bewerkstelligen, was wiederum die Herstellungskosten reduziert.
  • Die spezifischen Merkmale der Erfindung sind lediglich der Anschaulichkeit halber in einer oder mehrerer der Zeichnungen dargestellt, wobei jedes Merkmal mit anderen Merkmalen gemäß der Erfindung kombiniert werden kann. Für den Fachmann versteht sich das Vorliegen alternativer Ausführungsformen, welche beabsichtigterweise ebenfalls in den Rahmen der Ansprüche fallen.
  • Beispielsweise können Steuervorrichtungen 59, 69 in einem einzigen Mikroprozessor kombiniert werden, der einen Alarm auslöst und Schließ- und Entlüftungssignale für eines oder beide der Ventile 54, 64 erzeugt, wenn übermäßige Schmutzstoffe von dem Sensor 52 oder 62 erfasst werden.

Claims (10)

1. Verfahren zum Rückgewinnen von Helium aus einem Herstellungsprozess für optische Fasern, wobei im Zuge des Verfahrens:
(a) Helium (21, 19, 17) einem Herstellungsprozess für optische Fasern zugeführt wird, welcher die Schritte Abscheidung (20), Verfestigung (30) und Faserziehen (40) umfasst, wobei jeder Schritt eine Vorrichtung mit einem Einlass (29, 39, 49) und einem Auslass (28, 38, 48) verwendet;
(b) jedem Schritt (20, 30, 40) des Herstellungsprozesses für optische Fasern Prozessmaterial (23, 33, 43) zugeführt wird, welches dort mit dem Helium (21, 19, 17) in Kontakt gebracht wird;
(c) mindestens ein Teil (3, 4, 5) des Heliums als rückgewonnenes Helium von dem Auslass (48) des Faserziehschrittes (40) und mindestens einem weiteren Schritt, der aus der den Abscheideschritt (20) und den Verfestigungsschritt (30) umfassenden Gruppe ausgewählt ist, rückgewonnen wird, ein kombinierter Strom (6) von rückgewonnenem Helium gebildet wird und das rückgewonnene Helium (6) einem Zwischen-Gasreinigungssystem (50) zugeführt wird;
(d) mindestens ein Teil des rückgewonnenen Heliums (9) von dem Zwischen-Gasreinigungssystem (50) einem End-Reinigungsschritt (60) zugeführt wird; und
(e) mindestens ein Teil des rückgewonnenen Heliumgases (11) von dem End-Reinigungsschritt (60) dem Einlass (29, 39, 49) mindestens eines der Schritte (20, 30, 40) des Herstellungsprozesses für optische Fasern zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Reinheit des von dem Zwischen-Gasreinigungssystem (50) rückgewonnenen Heliumstroms (9) im Bereich von etwa 90 bis etwa 99% liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Teil (12) des im Schritt (c) von dem Zwischen-Gasreinigungssystem (50) rückgewonnenen Heliums dem Einlass (49) des Faserziehschritts (40) zugeführt wird und der Rest (10) des rückgewonnenen Heliums in dem End-Reinigungsschritt (60) weiter gereinigt wird und mindestens einem Schritt des Herstellungsprozesses für optische Fasern zugeführt wird, der aus der den Abscheideschritt (20) und den Verfestigungsschritt (30) umfassenden Gruppe ausgewählt ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das von dem Zwischen-Gasreinigungssystem (50) in Schritt (c) rückgewonnene Helium (12), welches dem Einlass (49) des Faserziehschritts (40) zugeführt wird, eine Reinheit zwischen etwa 90% und etwa 99% aufweist und der Rest (10) des rückgewonnenen Heliums, der in dem End-Reinigungsschritt (60) weiter gereinigt wird und mindestens einem Schritt zugeführt wird, der aus der den Abscheideschritt (20) und den Verfestigungsschritt (30) des Herstellungsprozesses für optische Fasern umfassenden Gruppe ausgewählt ist, eine Reinheit zwischen etwa 99% und etwa 99.9995% aufweist.
5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das von dem End-Reinigungsschritt (60) in Schritt (d) rückgewonnene Helium (11) mit Auffülleinsatz (1) von einem externen Heliumversorgungssystem (14) kombiniert wird, um zusammen mindestens einen der Schritte (20, 30, 40) des Verfahrens zum Herstellen von optischen Fasern zu versorgen.
6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das rückgewonnene Helium (6) verdichtet wird, bevor es dem Zwischen-Gasreinigungssystem (50) zugeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das rückgewonnene Helium (11) in Schritt (e) dem Faserziehschritt (40) und mindestens einem weiteren Schritt des Herstellungsprozesses für optische Fasern zugeführt wird, der aus der den Abscheideschritt (20) und den Verfestigungsschritt (30) umfassenden Gruppe ausgewählt ist.
8. Verfahren zum Rückgewinnen von Helium von einem Herstellungsprozess für optische Fasern, wobei im Zuge des Verfahrens:
(a) Helium (21, 19, 17) einem Herstellungsprozess für optische Fasern zugeführt wird, welcher die Schritte Abscheidung (20), Verfestigung (30) und Faserziehen (40) umfasst, wobei jeder Schritt eine Vorrichtung verwendet, die einen Einlass und einen Auslass aufweist;
(b) Prozessmaterial jedem Schritt (20, 30, 40) des Herstellungsverfahrens für optische Fasern zugeführt wird, welches dort in Kontakt mit dem Helium (21, 19, 17) gebracht wird;
(c) mindestens ein Teil (3, 4, 5) des Heliums als rückgewonnenes Helium von dem Auslass (48) des Faserziehschritts (40) und mindestens einem weiteren Schritt rückgewonnen wird, der aus der den Abscheideschritt (20) und den Verfestigungsschritt (30) umfassenden Gruppe ausgewählt ist, ein kombinierter Strom (6) an rückgewonnenem Helium gebildet wird und das rückgewonnene Helium (6) einem Zwischen-Gasreinigungssystem (50) zugeführt wird; und
(d) das rückgewonnene Helium von dem Zwischen-Reinigungssystem (50) dem Einlass des Faserziehschritts (40) zugeführt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das rückgewonnene Helium (12, 13) von dem Zwischen- Reinigungssystem (50) eine Reinheit zwischen etwa 90% und etwa 99% Helium aufweist.
10. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das von dem Zwischen-Reinigungssystem (50) rückgewonnene Helium (12) in einem Gas-Konditionierschritt (55) verarbeitet wird, bevor es dem Faserziehschritt (40) zugeführt wird.
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