Proceso para recuperar helio usando una tobera eyectora.

Un proceso para recuperar helio en una estación de estirado de fibra óptica,

que comprende:

a) hacer pasar un primer gas (10) que contiene helio a una tobera eyectora (26) para producir un segundo gas (28);

b) hacer pasar todo el segundo gas (28) que sale de la tobera eyectora (26) a través de un intercambiador (40) de calor de una torre de estirado de fibra óptica a una velocidad de alimentación nominal de helio al intercambiador de calor entre 5 slpm y 50 slpm para producir un tercer gas (42), en el que del 30% al 70% del segundo gas que pasa a través del intercambiador de calor se recupera como el tercer gas; y

c) recuperar el tercer gas (42) en la tobera eyectora (26) para combinarlo con el primer gas (10).

Proceso para recuperar helio usando una tobera eyectora Campo de la invención Esta invención se refiere a la recuperación y reciclado de gases. Más particularmente, esta invención se refiere a la recuperación y reciclado de helio de aproximadamente 30% a 70% en volumen en la producción de fibras ópticas a partir de tubos de enfriamiento de una torre de estirado del aparato de producción.

Antecedentes de la invención El presente estado de la técnica para fabricación de fibra óptica generalmente empieza con la producción de una barra o preforma de vidrio especialmente preparada. La preforma se procesa en una estación de estirado de fibra para producir la fibra óptica. Se alimenta una preforma de vidrio especialmente preparada a un horno donde se funde el vidrio, formando una fibra semi-líquida. A medida que la fibra cae a través del aire y a través de un intercambiador de calor (enfriador) se enfría y solidifica. Después del enfriamiento, la fibra es reviste y se enrolla en un carrete. La velocidad de estirado se controla por la velocidad de enfriamiento en el espacio entre el horno y el aplicador de revestimiento. Para aumentar la velocidad de enfriamiento, a menudo se aplica una pequeña cantidad de gas al intercambiador de calor de fibra. Generalmente se usa helio como el gas en este intercambiador de calor porque proporciona una alta velocidad de transferencia de calor y es inerte. El intercambiador de calor generalmente consiste en un bloque de aluminio o acero inoxidable perforado para un diámetro mínimo para permitir que la fibra se desplace a través del mismo. Se alimenta también helio o una mezcla de helio y aire o nitrógeno en el canal cilíndrico donde fluye hacia fuera por uno o ambos extremos del bloque, hacia la atmósfera circundante. Se disipa el calor de la fibra de vidrio a través del helio y, en la pared del intercambiador de calor. El intercambiador de calor puede tener aletas metálicas conductoras para disipar el calor de la superficie metálica del intercambiador de calor o el intercambiador de calor puede fabricarse con una fuente de enfriamiento de camisa de agua adicional.

El consumo de helio durante el proceso de estirado y enfriamiento de la fibra óptica varía de unos pocos litros normales por minuto (slpm) de helio a varios cientos de litros normales por minuto de helio por intercambiador de calor. La técnica anterior ha descrito la recuperación de, y el reciclado de helio, para estirado de fibra óptica. Véanse las Patentes de Estados Unidos Nº 5.377.491 y Nº 5.452.583.

Esta técnica anterior incluye el uso de un equipo de compresión rotatorio o recíproco, un equipo analítico y controles para recuperar y reciclar helio a los intercambiadores de calor de la estación de estirado de fibra óptica. La decisión de utilizar este tipo de método de recuperación está determinada por la cantidad de helio usada por intercambiador de calor, el coste del helio, así como el coste para adquirir, hacer funcionar y mantener el sistema de recuperación. La última cuestión que los productores de fibra óptica deben determinar es si es económicamente rentable invertir en tecnología de recuperación de helio en una torre de estirado en una base específica para el sitio.

Generalmente, para las aplicaciones en las que se usan volúmenes muy pequeños de helio en los intercambiadores de calor de la torre de estirado (5-50 slpm por intercambiador de calor) , las tecnologías de recuperación actuales pueden que no sean económicamente viables.

El objetivo de esta invención es proporcionar a los productores de fibra óptica con una opción de bajo coste para la recuperación y reciclado de helio. Esto se consigue proporcionando un sistema de recuperación de helio que dará como resultado una recuperación de helio del 30% al 70% desde cada unidad de intercambiador de calor, sin el uso de ninguna pieza móvil tal como compresores, bombas de vacío, válvulas de control y sin necesidad de un equipo recíproco.

La técnica anterior usa fundamentalmente "una pasada a través de helio" para enfriar la fibra durante el proceso de estirado o el uso de una tecnología de recuperación y reciclado de helio (a un flujo de helio sustancialmente mayor que en la presente invención) para enfriar la fibra.

La técnica anterior generalmente utiliza piezas móviles tales como compresores, bombas de vacío y válvulas de control. Sería deseable proporcionar un sistema de recuperación de helio que no use piezas móviles.

Sería deseable usar una tobera eyectora para facilitar la recuperación de helio en un proceso de fabricación de un cable de fibra óptica a pequeña escala. Las toberas eyectoras de la técnica anterior se usan comúnmente para mezclar, evacuar, drenar, secar, y muchas otras aplicaciones de proceso rutinarias. La corriente móvil puede ser casi cualquier fluido, y puede usarse para mover una corriente de succión compuesta de gases, líquidos, o sólidos de tipo polvo. La corriente de descarga combina la corriente móvil y la corriente de succión y, en la mayoría de aplicaciones, es significativamente diferente de cualquiera de ellas. En la aplicación propuesta de recuperación y reciclado de helio, las tres corrientes son básicamente iguales respecto a composición y propiedades.

Se conocen algunos tipos de toberas eyectoras. Por ejemplo, en la Patente de Estados Unidos Nº 5.836.745 se describe un aparato y método de recuperación de fluido usando una fuerza motriz, que incluye el uso de una tobera eyectora para recuperar fluido desde una formación líquida. Describe una bomba sumergible para líquido para

bombear fluido desde la formación líquida. No hay ninguna enseñanza o sugerencia en esta técnica para la recuperación de helio gaseoso y/u otros gases raros y no recupera un líquido.

La Patente de Estados Unidos Nº 4.613.412 describe un sistema y un proceso evacuador para un sistema de recuperación evaporativo, que usa una tobera eyectora para crear un vacío parcial en un sistema de recuperación de residuos evaporativo. Usa un fluido como fuerza motriz para la tobera eyectora para evacuar el concentrado y destilarlo desde un evaporador. No hay ninguna enseñanza o sugerencia en esta técnica para recuperar y reciclar helio gaseoso u otros gases raros.

La Patente de Estados Unidos Nº 4.115.235 describe un aparato para transportar una muestra de gas a través de una cámara analizadora. La técnica anterior usa un bucle eductivo junto con un bucle convectivo para transportar una muestra de gas a través de un analizador. Esta técnica no enseña ni sugiere helio u otros gases raros para recuperar una porción del gas descargado de la tobera eyectora. No hay ninguna enseñanza o sugerencia en esta técnica para recuperar helio u otros gases raros, y reciclar estos gases de vuelta al sistema para su reutilización.

La Patente de Estados Unidos Nº 5.795.146 describe una cámara de horno que tiene una tobera eyectora para potenciar el procesamiento térmico. Esta técnica describe un horno para procesar térmicamente un producto e incluye una o más toberas eyectoras. La (s) tobera (s) eyectora (s) proporciona (n) un aumento de la circulación de la atmósfera dentro del horno para fines de transferencia de calor o desgasificación. Esta patente describe una tobera eyectora para aumentar la circulación dentro de una cámara de horno pero no usa la tobera eyectora para recuperar helio u otros gases raros.

Es deseable en la técnica proporcionar un proceso y sistema de fabricación de fibra óptica, que recupere y recicle helio y otros gases raros a un menor coste que el asociado con la presente tecnología de recuperación y reciclado de gas.

Es deseable proporcionar un proceso de este tipo que no requiera piezas móviles, no requiera potencia, no requiera equipo de compresión rotatorio, pueda instalarse como parte de las tuberías de suministro del intercambiador de calor existente del productor de fibra, y requiera poco o ningún mantenimiento.

Además, es deseable proporcionar un método y sistema económico para la fabricación, instalación, operación y mantenimiento de este equipo, que es particularmente beneficioso para usuarios de recuperación y reciclado de helio de pequeño volumen.

Compendio de la invención Esta invención se refiere a un proceso para recuperar helio como se define en la reivindicación 1.

En una realización, el segundo gas puede pasar a través de un enfriador. El segundo gas y/o el tercer gas pueden pasar a través de un rotámetro. El tercer gas puede dividirse en una parte superior y una parte inferior según sale del intercambiador de calor, y el flujo de ambas parte superior y parte inferior según sale del intercambiador de calor puede regularse parcialmente... [Seguir leyendo]

1. Un proceso para recuperar helio en una estación de estirado de fibra óptica, que comprende:

a) hacer pasar un primer gas (10) que contiene helio a una tobera eyectora (26) para producir un segundo gas (28) ;

b) hacer pasar todo el segundo gas (28) que sale de la tobera eyectora (26) a través de un intercambiador (40) de calor de una torre de estirado de fibra óptica a una velocidad de alimentación nominal de helio al intercambiador de calor entre 5 slpm y 50 slpm para producir un tercer gas (42) , en el que del 30% al 70% del segundo gas que pasa a través del intercambiador de calor se recupera como el tercer gas; y c) recuperar el tercer gas (42) en la tobera eyectora (26) para combinarlo con el primer gas (10) .

2. El proceso de la reivindicación 1 que comprende además hacer pasar el primer gas (10) a través de un regulador (14) .

3. El proceso de la reivindicación 1 que comprende además hacer pasar el primer gas (10) a través de una válvula

(18) manual.

4. El proceso de la reivindicación 1 que comprende además hacer pasar cualquiera de los gases (10, 28, 42) a través de un regulador (14) de presión controlado a partir de uno de los gases.

5. El proceso de la reivindicación 1 que comprende además hacer pasar cualquiera de los gases (10, 28, 42) a través de un enfriador (36) .

6. El proceso de la reivindicación 1 que comprende además hacer pasar cualquiera de los gases (10, 28, 42) a través de un dispositivo de medición de flujo.

7. El proceso de la reivindicación 1 que comprende además hacer pasar cualquiera de los gases (10, 28, 42) a través de un filtro.

8. El proceso de la reivindicación 1 que comprende además hacer pasar cualquiera de los gases (10, 28, 42) a través de una válvula de control.

9. El proceso de la reivindicación 1 que comprende además hacer pasar el tercer gas (42) a través de un dispositivo

(50) de medición de pureza y un dispositivo (58, 60) de control de flujo.

10. El proceso de la reivindicación 1 que comprende además controlar el flujo del segundo gas (28) a través de un dispositivo (32) de medición de flujo en la corriente del segundo gas y un dispositivo (18, 58, 60) de control de flujo en el primer o tercer gas.

11. El proceso de la reivindicación 1 en el que el segundo gas (28) se divide en una pluralidad de localizaciones en el tubo (36) de enfriamiento.

12. El proceso de la reivindicación 1 en el que el segundo gas (28) se divide en una pluralidad de tubos (36) de enfriamiento.

13. El proceso de la reivindicación 1 en el que el tercer gas (42) se divide en una pluralidad de localizaciones en el tubo de enfriamiento.

14. El proceso de la reivindicación 1 en el que el tercer gas (42) se divide en una pluralidad de tubos de enfriamiento.

15. El proceso de la reivindicación 1 que comprende tomar el tercer gas (42) de una parte superior y una parte inferior del intercambiador (40) de calor.

16. El proceso de la reivindicación 15 que comprende hacer pasar la parte superior y la parte inferior a través de al menos un medio (58, 60) de control de flujo.

17. El proceso de la reivindicación 16 en el que el medio (58, 60) de control de flujo es una válvula.

18. El proceso de la reivindicación 1 que comprende además hacer pasar el tercer gas (42) a través de un filtro (44) para retirar materiales en forma de partículas.

19. El proceso de la reivindicación 1 que comprende además una pluralidad de toberas eyectoras.