一种用于生产光纤预制棒的氦气净化回收装置

技术领域

本申请涉及光纤预制棒制造技术领域，特别涉及一种用于生产光纤预制棒的氦气净化回收装置。

背景技术

目前，轴向气相沉积法VAD(Vapor Axial Deposition)和外部气相沉积法OVD(Outside Vapor Deposition)是制备光纤预制棒性价较高的两种工艺,VAD和OVD两种制作工艺均主要分为沉积和烧结工序，具体的，首先需要在小直径芯棒的外表面沉积一定量的Si0

为了保证在烧结时加热炉内的压力的稳定性，因此需要在烧结的过程中通入高纯度的惰性气体氦气，由于氦气在进入炉内前，需要先通过氦气精制机纯化后才能进入炉体内部，而经过氦气精制机纯化后的氦气中依然存在一定量的水蒸气和二氧化碳，水蒸气和二氧化碳一旦进入烧结炉内后会较明显地影响到烧结的质量。因此在相关技术中，为了保证烧结的质量，在氦气进入烧结炉前，一般会设置分析仪和净化装置，分析仪一般主要用于分析检测从氦气精制机内出来的氦气的含氧量的大小，净化装置则一般包括一些吸附设备，在气体经过时进一步地将氦气中的水蒸气进行吸附。

但是，以上分析和净化存在较多的问题，首先，经过分析仪分析的一部分氦气在分析结束后直接排入大气中了，而整个烧结过程中分析将一直持续，因此这造成了较大的浪费；其次净化装置的净化不彻底，使得依然存在水蒸气和二氧化碳等气体进入烧结炉内，影响到了烧结的质量；最后在进入烧结炉之前虽然设置了检测装置，但是一旦检测发现气体质量不合格，此时只能进行停机处理，然后再次将不合格的气体进行净化，费时费力，也较大程度上影响了烧结的效率。

发明内容

本申请实施例提供一种用于生产光纤预制棒的氦气净化回收装置，以解决相关技术中在净化时气体浪费量大且在气体不合格时需要频繁停机处理的问题。

第一方面，提供了一种用于生产光纤预制棒的氦气净化回收装置，其包括：

主路管道，其上设有净化设备和检测设备，所述净化设备用于去除经所述主路管道传输的待净化的氦气中的杂质气体；

第一支路管道，其一端与所述主路管道相连，另一端与所述净化设备相连，所述第一支路管道上设有分析仪，所述第一支路管道用于将经所述分析仪分析过的待净化的所述氦气传输至所述净化设备；

第二支路管道，其一端与所述检测设备相连，另一端与所述第一支路管道相连，所述第二支路管道上设有第一调节阀；

控制设备，其与所述检测设备和第一调节阀均相连，所述控制设备用于根据所述检测设备检测净化后的所述氦气的检测结果控制所述第一调节阀的开启和闭合，以使不合格的所述氦气依次通过所述第二支路管道和第一支路管道后重新传输至所述净化设备。

一些实施例中，所述净化设备包括：

第一净化设备，其沿所述氦气的流向依次包括增压腔和净化腔，所述增压腔用于对经所述主路管道传输的待净化的所述氦气增压，所述增压腔与所述第一支路管道的一端相连，所述净化腔用于去除待净化的所述氦气中的水蒸气；

第二净化设备，其设于所述第一净化设备的下游，所述第二净化设备用于去除经所述第一净化设备净化后的氦气中的CO

一些实施例中，所述第一净化设备沿所述氦气的流向依次包括收缩段、稳定段和扩散段，所述收缩段和扩散段均呈圆台结构，所述稳定段呈圆柱结构，所述收缩段的尺寸沿靠近所述稳定段的方向逐渐减小，所述扩散段的尺寸沿远离所述稳定段的方向逐渐减大，所述收缩段、所述稳定段和所述扩散段共同用于通过对待净化的所述氦气的压强进行调节，以将水蒸气进行冷凝后排出。

一些实施例中，所述第一净化设备还包括一用于辅助所述扩散段对所述水蒸气进行冷凝的降温单元，所述降温单元包括：

降温组件，其套设于所述扩散段的外表面，所述降温组件呈夹层结构，且夹层内填充有液氮；

循环组件，其与所述降温组件的夹层连通，所述循环组件用于驱动所述液氮在所述夹层内进行循环。

一些实施例中，所述扩散段上设有一排水设备，所述排水设备包括：

收集管，其一端于所述扩散段连通，并用于将所述扩散段内生成的冷凝水导出；

排水组件，其与所述收集管远离所述扩散段的一端相连，所述排水组件用于收集经所述收集管传输的冷凝水，并用于在所述冷凝水的水位达到预设高度时将其排出；

排气管，其一端与所述排水组件相连，所述排气管用于将经所述收集管进入至所述排水组件内的氦气排出。

一些实施例中，所述排水组件包括：

收集单元，其包括一收集内腔，所述收集内腔的底部与所述收集管远离所述扩散段的一端连通，所述收集内腔的顶部与所述排气管连通，所述收集单元的底部还设有一排水阀；

连动单元，其设于所述收集内腔内，且一端与所述收集内腔的内壁相连，所述连动单元用于随所述收集内腔内所述冷凝水的高度上下移动，并用于在所述冷凝水的高度达到所述预设高度时关闭所述排气管的入口；

控制单元，其与所述排水阀相连，所述控制单元用于监测所述排气管入口的开闭状态，并用于在监测到所述排气管的入口处于闭合状态时开启所述排水阀。

一些实施例中，所述连动单元的顶部设有一连接臂，所述连接臂上设有一压力阀芯，所述排气管的入口处设有与所述压力阀芯匹配并与所述控制单元相连的压力阀，所述连接臂和连动单元用于在所述收集内腔内的所述冷凝水的高度达到所述预设高度时，驱动所述压力阀芯与压力阀匹配，以关闭所述排气管的入口。

一些实施例中，所述主路管道上还设有第二调节阀，所述第二调节阀与控制设备相连并位于所述检测设备的下游，所述第二调节阀用于在所述控制设备的控制下开启和闭合，以避免不合格的所述氦气进入位于下游的烧结装置。

一些实施例中，所述第一支路管道上还依次设有第三调节阀和流量计。

一些实施例中，所述第二支路管道上还设有降压设备，所述降压设备设于所述第一调节阀的下游位置。

本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：

本申请实施例提供了一种用于生产光纤预制棒的氦气净化回收装置，其通过设置第一支路管道，使得经分析仪分析过的待净化的氦气可以传输至净化设备内，相比于之前被直接排放至大气中，显著地节约了气体；还设置了第二支路管道，当检测设备在检测净化后的氦气的检测结果为不合格时，第二支路管道用于将不合格的氦气依次通过第二支路管道和第一支路管道后重新传输至净化设备，不必进行停机操作，简单方便，加快了烧结的效率，也尽可能地保证了气体的净化质量。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种用于生产光纤预制棒的氦气净化回收装置的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种用于生产光纤预制棒的氦气净化回收装置的排水设备的结构示意图。

图中：1-主路管道，2-净化设备，20-第一净化设备，200-收缩段，201-稳定段，202-扩散段，203-降温组件，21-第二净化设备，3-检测设备，4-第一支路管道，40-分析仪，41-第三调节阀，42-流量计，5-第二支路管道，50-第一调节阀，51-第二调节阀，52-降压设备，6-氦气精制机，7-排水设备，70-收集管，71-排水组件，710-收集单元，711-收集内腔，712-排水阀，713-连动单元，714-连接臂，72-排气管，8-烧结装置。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供了一种用于生产光纤预制棒的氦气净化回收装置，其能解决相关技术中在净化时气体浪费量大且在气体不合格时需要频繁停机处理的问题。

参见图1所示，氦气净化回收装置包括主路管道1、第一支路管道4和第二支路管道5，其中，主路管道1上设有净化设备2和检测设备3，净化设备2用于去除经主路管道1传输的待净化的氦气中的杂质气体；第一支路管道4的一端与主路管道1相连，另一端与净化设备2相连，第一支路管道4上设有分析仪40，第一支路管道4用于将经分析仪40分析过的待净化的氦气传输至净化设备2；第二支路管道5的一端与检测设备3相连，另一端与第一支路管道4相连，第二支路管道5上设有第一调节阀50；控制设备6与检测设备3和第一调节阀50均相连，控制设备6用于根据检测设备3检测净化后的氦气的检测结果控制第一调节阀50的开启和闭合，以使不合格的氦气依次通过第二支路管道5和第一支路管道4后重新传输至净化设备2。

具体的，进入至烧结装置8的氦气最开始从氦气精制机6被制造，此时的氦气纯度已经较高，但是达不到进入烧结装置8的标准，里面含有较多的水蒸气和CO

进一步的，第一净化设备20的净化腔沿氦气的流向依次包括收缩段200、稳定段201和扩散段202，收缩段200和扩散段202均呈圆台结构，稳定段201呈圆柱结构，收缩段200的尺寸沿靠近稳定段201的方向逐渐减小，扩散段202的尺寸沿远离稳定段201的方向逐渐减大，收缩段200、稳定段201和扩散段202共同用于通过对待净化的氦气的压强进行调节，以将水蒸气进行冷凝后排出，其中收缩段200用于接收经增压腔传输的待净化的氦气，并将一部分水蒸气进行冷凝，稳定段201用于对待净化的氦气再次进行压缩，扩散段202用于对压缩的氦气再次进行减压，并用于在减压的同时将水蒸气进行冷凝后将所有冷凝水共同排出。

具体的，增压腔增压的原理为在腔内设置喷嘴，喷嘴的直径尺寸较小，因此主路管道1内传输的氦气进入增压腔的喷嘴后由于被压缩，因此喷嘴处的气体压强变大，增压腔增压的原因主要为吸收位于第一支路管道4内的氦气，一般主路管道1内传输的氦气的压强为0.7MPa，经分析仪40分析过的氦气的压强为0.2~0.3MPa，由于没有设置任何电驱动装置，因此为了保证气流的良好流向，通过设置喷嘴，利用气体从低压处流向高压处的原理，保证分析后的气体重新回到净化设备2内，避免浪费。

具体的，收缩段200沿靠近稳定段201的方向逐渐减小，其大口径端与喷嘴连通，由于大口径端的尺寸比喷嘴的尺寸明显大很多，因此，大口径端的压强明显小于喷嘴内气体的压强，于是在不设置任何电驱动装置的前提下，有利于喷嘴内的氦气沿下游的方向流动，同时，压强下降，降压的同时温度同步下降，一部分水蒸气冷凝形成冷凝水。稳定段201的尺寸较小，当剩余氦气通过稳定段201时，气体压力逐渐增加被压缩，进一步的，位于稳定段201下游的扩散段202沿远离稳定段201的方向逐渐减大，气体在往下游流动的同时压强再次下降，降压因此温度也同步下降，此时氦气内的剩余水蒸气由于温度下降开始出现冷凝变成冷凝水。这里，稳定段201内的气体压强约为0.5MPa，经扩散段202排出的气体压强约为0.3MPa，收缩段200扩散段202的大口径端的尺寸相同，均为25mm，小口径端的尺寸均与稳定段201的尺寸相同，均为10mm。

进一步的，为了确保扩散段202的冷凝效果，保证净化的质量，第一净化设备20还包括一用于辅助扩散段202对水蒸气进行冷凝的降温单元，降温单元具体包括降温组件203和循环组件，降温组件203的形状与扩散段202匹配，其套设于扩散段202的外表面，降温组件203呈夹层结构，夹层内填充有液氮，由于液氮的温度很低，因此其有助于加速进入至扩散段202的氦气中的水蒸气的冷凝。循环组件则与降温组件203的夹层连通，循环组件主要用于驱动液氮在夹层内不断进行循环，此过程为全自动过程，即循环组件与夹层的两处连通，其中一处不断注入液氮，另一处则不断排出液氮，保证冷凝的效果。

进一步的，参见图2所示，由于净化过程一直在持续，因此不断有水蒸气在扩散段202内被冷凝形成冷凝水，因此，在扩散段202上设有一排水设备7，其主要用于将扩散段202内的冷凝水排出。具体的，排水设备7包括收集管70、排水组件71和排气管72，其中，收集管70的一端于扩散段202连通，并用于将扩散段202内生成的冷凝水导出，排水组件71与收集管70远离扩散段202的一端相连，排水组件71用于收集经收集管70传输的冷凝水，并用于在冷凝水的水位达到预设高度时将其排出，排气管72的一端与排水组件71相连，排气管72用于将经收集管70进入至排水组件71内的氦气排出，因为在冷凝水进入排水组件71的同时，不可避免有一部分气体也同时进来了。

进一步的，排水组件71包括收集单元710、连动单元713和控制单元，其中，收集单元710包括一收集内腔711，收集内腔711的底部与收集管70远离扩散段202的一端连通，收集内腔711的顶部与排气管72连通，收集单元710的底部还设有一排水阀712；连动单元713设于收集内腔711内，且一端与收集内腔711的内壁相连，连动单元713用于随收集内腔711内冷凝水的高度上下移动，并用于在冷凝水的高度达到预设高度时关闭排气管72的入口；控制单元与排水阀712相连，控制单元用于监测排气管72入口的开闭状态，并用于在监测到排气管72的入口处于闭合状态时开启排水阀712。

进一步的，连动单元713的顶部设有一连接臂714，连接臂714上设有一压力阀芯，排气管72的入口处设有与压力阀芯匹配并与控制单元相连的压力阀，连接臂714和连动单元713用于在收集内腔711内的冷凝水的高度达到预设高度时，驱动压力阀芯与压力阀匹配，以关闭排气管72的入口。

具体的，连动单元713呈倒立的U型结构，其顶端一侧连接有连接臂714，另一侧上设有一通孔，底端扣设在收集管70远离扩散段202的一端上，当冷凝水经过收集管70逐渐进入至收集内腔711内，由于连动单元713的密度小于水，随着水位的不断升高，连动单元713同步往上升，当冷凝水的高度达到预设高度时，连动单元713所处的高度正好可以使得位于连接臂714上的压力阀芯进入至压力阀内，排气管72的入口被关闭，此时控制单元接收到关闭信号后随即开启排水阀712，并保持开启状态5~8秒，随即关闭排水阀712。本排水设备7相比于其他排水方式误差率更小，控制单元设置在排水组件71外，不与冷凝水接触，很好的避免了由于长期浸水而失效而影响排水或净化效果的问题。

进一步的，主路管道1上还设有第二调节阀51，第二调节阀51与控制设备相连并位于检测设备3的下游，第二调节阀51用于在控制设备的控制下开启和闭合，以避免不合格的氦气进入位于下游的烧结装置8。一般，若检测设备3检测净化后的氦气的检测结果不合格，则对应的氦气就不能通入烧结装置8内，因此，此时控制设备控制第一调节阀50开启的同时关闭第二调节阀51，避免不合格的氦气进入烧结装置8内。

进一步的，第一支路管道4上还依次设有第三调节阀41和流量计42，第三调节阀41用于控制从主路管道1内进入第一支路管道4的氦气流量大小，流量计42用于监测具体的流量值。

进一步的，第二支路管道5上还设有降压设备52，降压设备52设于第一调节阀50的下游位置。若氦气最后检测不合格，则需要通过第二支路管道5和第一支路管道4再次回到净化设备2，但是若此时氦气的压强比较大，因此设置降压设备52对其进行降压，调整至与第一支路管道4内的氦气压强尽量一致。

本氦气净化回收装置一方面通过改变管路设置，首先设置了第一支路管道4，使得经分析仪40分析过的待净化的氦气可以传输至净化设备2内，相比于之前被直接排放至大气中，显著地节约了气体，年节约量可达十余吨，比较可观；其次还设置了第二支路管道5，当检测设备3在检测净化后的氦气的检测结果为不合格时，第二支路管道5用于将不合格的氦气依次通过第二支路管道5和第一支路管道4后重新传输至净化设备2，不必进行停机操作，简单方便，加快了烧结的效率，也尽可能地保证了气体的净化质量。另一方面，第一净化设备20的设置很好地保证了待净化氦气中的水蒸气的去除率，收缩段200和扩散段202同时降压冷凝外，还额外设置了降温组件203，最大限度地保证了水蒸气的去除，效果较好，且整个过程工序路线流畅简单，在保证质量的同时也保证了效率，还节约了气体成本。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。