(57)【要約】本発明は、不純ヘリウムを精製するための方法および装置に関する。前記方法は、ヘリウムを少なくとも２つの連続工程、（ａ）それが含有する主な不純物の少なくともいくらかを冷縮により除去するための不純ヘリウムの低温冷却、および、不純物の残渣を含有する中間純度のヘリウムの回収、および、（ｂ）前記不純物の残渣の少なくとも一部を除去するための、工程（ａ）から得られる中間純度のヘリウムの少なくとも一部の透過、および、前記中間純度よりも高い最終的な純度を有するヘリウムの回収、に供することにある。前記方法および前記装置は、光ファイバ冷却チャンバの出口で回収された不純ヘリウムを、得られた精製ヘリウムを前記チャンバにヘリウムを再利用するために再導入する前に、精製するために有用である。【選択図】図７
2004518522.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
不純ヘリウムが、少なくとも以下の連続工程、すなわち、
（ａ）不純ヘリウムの低温冷却工程、および、
（ｂ）工程（ａ）から結果として生ずるヘリウムの少なくとも一部の透過工程、
に供される不純ヘリウム精製方法。
【請求項２】
不純ヘリウムが、少なくとも以下の連続工程、すなわち、
（ａ）前記不純ヘリウムが含有する主な不純物のうちの少なくともいくらかを冷縮により除去するための不純ヘリウムの低温冷却工程、および、不純物の残渣を含有する中間純度のヘリウムの回収工程、および、
（ｂ）前記不純物の残渣のうちの少なくともいくらかを除去するための、工程（ａ）から結果として生じる中間純度のヘリウムのうちの少なくともいくらかの透過工程、および、前記中間純度よりも高い最終的な純度を有するヘリウムの回収工程、
に供される不純ヘリウム精製方法。
【請求項３】
前記不純ヘリウムの低温冷却は、前記ヘリウムに間接的に接触させられる液体窒素を用いて行われることを特徴とする請求項１または２のいずれか一方に記載の方法。
【請求項４】
前記ヘリウムの透過は、１またはそれ以上の膜、好ましくは、カスケード状にある複数の膜を用いて行われることを特徴とする請求項１または２のいずれか一方に記載の方法。
【請求項５】
前記ヘリウムが、１０バールを超える圧力、好ましくは、２０バールから５０バールまでの圧力に圧縮される圧縮工程を少なくとも１つ含むことを特徴とする請求項１ないし４のうちのいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
工程（ａ）の前に、前記不純ヘリウムからそのＣＯ２および／またはＨ２Ｏ不純物のうちの少なくともいくらかが除去される前精製処理工程を少なくとも１つ含むことを特徴とする請求項１ないし４のうちのいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記前精製処理工程において、前記ＣＯ２および／またはＨ２Ｏ不純物は、吸着により除去され、好ましくは、ゼオライト粒子、シリカゲル粒子、アルミナ粒子またはこれらの組み合せを用いて除去されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記ヘリウムの圧縮が、工程（ａ）の前に行われることを特徴とする請求項１ないし７のうちのいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
少なくとも１つの膜の保留側から放出されるヘリウムのうちのいくらかを、圧縮機の吸引側または前記圧縮機の中間段階へと再導入する工程を少なくとも１つ含むことを特徴とする請求項１ないし８のうちのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記不純ヘリウムは、周囲の空気により汚染されたヘリウムであることを特徴とする請求項１ないし９のうちのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記不純ヘリウムは、ＣＯ２、水蒸気（Ｈ２Ｏ）、アルゴン、窒素および酸素からなる群より選択される少なくとも１つの不純物、好ましくは、複数の前記不純物を含有するヘリウムであることを特徴とする請求項１ないし１０のうちのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記工程（ａ）から結果として生じるヘリウムは、体積で、７５％から９８％までの純度、好ましくは、９０％から９５％までの純度を有することを特徴とする請求項１ないし１１のうちのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記工程（ｂ）から結果として生じるヘリウムは、９７％から９９．９９％までの純度、好ましくは、９９％から９９．９％までの純度を有することを特徴とする請求項１ないし１１のうちのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
以下の一続きに連結された手段、すなわち、
−精製されるヘリウムの低温冷却を行うための低温ヘリウム冷却手段、および、
−前記低温ヘリウム冷却手段から放出されるヘリウムの透過による精製を行うための透過手段、
を具備するヘリウム精製装置。
【請求項１４】
前記精製されるヘリウムを圧縮するためのヘリウム圧縮手段が、前記低温冷却手段の上流に配置されることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記ヘリウム圧縮手段は、圧縮機を具備し、
前記透過手段は、１またはそれ以上の膜または膜モジュールを具備し、および／または、
前精製処理手段が、前記低温冷却手段の上流に配置される、
ことを特徴とする請求項１３または１４のいずれか一方に記載の装置。
【請求項１６】
少なくとも１つの膜または膜モジュールの保留出口は、少なくとも前記圧縮機の入口に連結されていることを特徴とする請求項１３または１４のいずれか一方に記載の装置。
【請求項１７】
請求項１ないし１２のうちのいずれか１項に記載のヘリウム精製方法により精製されたヘリウムが使用される少なくとも１つの光ファイバ製造方法。
【請求項１８】
少なくとも以下の工程、すなわち、
（ｉ）少なくとも光ファイバの一部をガス状のヘリウムに接触させるために、前記ガス状のヘリウムを少なくとも１つの前記光ファイバの一部を含む少なくとも１つのエンクロージャーに導入する工程、
（ｉｉ）前記エンクロージャーの中で前記ファイバと接触させられた不純ヘリウムのうちの少なくともいくらかを回収する工程、および、
（ｉｉｉ）請求項１ないし１２のうちのいずれか１項に記載のヘリウム精製方法により、（ｉｉ）から生じる前記不純ヘリウムを精製する工程、
を含む少なくとも１つの光ファイバの製造方法。
【請求項１９】
少なくとも以下の工程、すなわち、
（ｉ）ガス状のヘリウムを少なくとも１つの光ファイバの一部に接触させる工程、
（ｉｉ）工程（ｉ）において、前記エンクロージャーの中で前記ファイバに接触させられた不純ヘリウムを回収する工程、および、
（ｉｉｉ）請求項１ないし１２のうちのいずれか１項に記載のヘリウム精製方法により、（ｉｉ）から生じる前記不純ヘリウムを精製する工程、
を含む少なくとも１つの光ファイバの製造方法。
【請求項２０】
工程（ｉｉｉ）において精製されたヘリウムの少なくとも一部を、前記精製ヘリウムを戻して少なくとも１つの光ファイバの一部に接触させることにより、再利用する工程を含む請求項１７ないし１９のうちのいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項２１】
前記ヘリウムおよび前記光ファイバは、少なくとも１つの冷却エンクロージャーの中で接触させられる請求項１７ないし２０のうちのいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項２２】
前記光ファイバを冷却するために使用されるガスは、体積で、９５％から９９．９９９９％までの純度を有するヘリウムであることを特徴とする請求項１７ないし２１のうちのいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項２３】
少なくとも１つのファイバ堆積工程、少なくとも１つのファイバ強化工程、および、少なくとも１つのファイバ線引工程を含み、好ましくは、ヘリウムがこれらの複数の工程で使用されることを特徴とする請求項１７ないし２２のうちのいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項２４】
−このオリフィスを経てガス状のヘリウムがエンクロージャーに導入される少なくとも１つの入口オリフィス、および、このオリフィスを経て汚染されたガス状のヘリウムが前記エンクロージャーから放出される少なくとも１つの出口オリフィスを有する少なくとも１つの光ファイバの一部を含む少なくとも１つの前記エンクロージャー、および、
−上流側では、前記出口オリフィスから引き出された精製されるヘリウムが供給されるように前記出口オリフィスに連結され、および、下流側では、前記入口オリフィスに精製ヘリウムを供給するように前記入口オリフィスに連結された請求項１３ないし１６のうちのいずれか１項に記載のヘリウム精製装置、
を具備する少なくとも１つの光ファイバの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、ヘリウムを精製し、また再生するための方法、および、光ファイバの製造におけるその適用に関する。
【０００２】
ヘリウム、これは希少で、高価なガスであるが、多くのプロセス、特に、冷却ガスまたは標識ガスとして、溶接、医療および呼吸器用のガスの分野で、純ガスまたはその他のガス状の化合物との混合物として使用される。
【０００３】
不活性ガスのようなものは、それが使用される用途において完全に維持され、また、前記用途から結果として生じる排出ガスまたは廃ガス中には一般的に汚染が見られる。
【０００４】
したがって、光ファイバの製造は、いくつかの連続した操作または工程、すなわち、堆積工程、強化（ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ）工程、被覆工程の後に続く線引工程を必要とし、この全ての工程が、可変の量のヘリウムを消費し、ファイバの線引工程は、その中でも最も消費することが知られている。
【０００５】
ファイバへの堆積工程は、少なくとも４つの異なる技術、すなわち、ＭＣＶＤ、ＯＶＤ、ＶＡＤおよびＰＣＶＤを使用して行うことができる。これらの多くの工法において、この工程は、一般的に、その純度が９９％を超え、多くの場合、少なくとも９９．５％である高純度ヘリウムの存在下で行われることが好ましい。
【０００６】
強化工程もまた、前述した４つの技術を用いて、やはり高純度ヘリウム、すなわち、堆積工程でのヘリウムと同等の純度を有するヘリウムの存在下で行うことができる。
【０００７】
線引工程と被覆工程との間に、光ファイバは、冷却工程でガス状のヘリウムの雰囲気下で冷却されなければならない。
【０００８】
この冷却工程は、慣例的には、多くの場合、細長いシリンダの形態にある熱交換器で行われ、冷却される少なくとも１本のファイバがその交換器を通っている間に、前記ファイバは、好ましくはヘリウムである冷ガスと接触させられることにより冷却される。しかしながら、この冷却の間に使用されるヘリウムは、前工程で使用されるものほど純粋である必要はなく、すなわち、８０％から９９％までの純度を有するヘリウムであれば十分である。
【０００９】
これらの種々の工程は、当業者に周知であり、これらの種々の工程に関する詳細な点については、この主題を扱う以下の文書を参照することができる。すなわち、「光導波管ファイバ製造の外部蒸着法（Ｔｈｅ Ｏｕｔｓｉｄｅ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｆｉｂｅｒｓ）」，Ｍ．Ｇ．ブランケンシップ（Ｂｌａｎｋｅｎｓｈｉｐ）ら，ＩＥＥＥジャーナルオブクアンタムエレクトロニクス（ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ），Ｖｏｌ．ＱＥ−１８，Ｎｏ．１８，ｐ．１４１４〜１４２３，１９８２年１０月、「データリンク用大コア高Ｎ．Ａ．ファイバ（Ｌａｒｇｅ−Ｃｏｒｅ Ｈｉｇｈ Ｎ．Ａ． Ｆｉｂｒｅｓ ｆｏｒ Ｄａｔａ−Ｌｉｎｋ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ）」，Ｐ．Ｂ．オコナー（Ｏ’Ｃｏｎｎｏｒ）ら，エレクトロニクスレターズ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ），１９７７年３月３１日，Ｖｏｌ．１３，Ｎｏ．７，ｐ．１７０〜１７１、１９７６年１月１３日に発行されたＵＳ−Ａ−３９３２１６０、１９９３年１０月１９日に発行されたＵＳ−Ａ−５２５４５０８、ＪＰ−Ａ−４−２４０１２９およびＪＰ−Ａ−６０−４６９５４である。
【００１０】
要約すれば、光ファイバを製造する工程の間、ファイバは、前述の工程の間に起こる、特に、化学的なまたは物理化学的な種々の処理を受け、それらの処理は、問題の工程に従って大量のまたは少量のヘリウムの汚染を生じることが述べられている。
【００１１】
したがって、線引工程の間、使用される冷却ガス、すなわちヘリウムは、一般的に、特に、完全には気密にすることができない冷却システムに導入され得る、特に、窒素、酸素、水蒸気およびアルゴンといった大気中の不純物により汚染される。
【００１２】
その上、ファイバおよびプレファイバ（ｐｒｅｆｉｂｅｒ）堆積工程および強化工程の間、前記ファイバまたはプレファイバは、窒素、酸素または水蒸気、または、ＨＣｌ、Ｈ２、ＳｉおよびＧｅといったその他の化合物のような不純物を生み出す種々の化学的な処理または物理化学的な処理を受ける。
【００１３】
ヘリウムは、高価で、希少なガスであるため、これらの種々の工程から放出されるガス状の排出物を利用しようと試み、それを再利用する目的でヘリウムを精製することを通常行うようにすることが望ましい。
【００１４】
したがって、文書ＪＰ−Ａ−６０−４６９５４、ＪＰ−Ａ−４−２４０１２９またはＥＰ−Ａ−６０１６０１で説明されるように、冷却工程の間に使用されるヘリウムは、光ファイバを冷却するために熱交換器に再び導入される前に、再利用すること、すなわち、回収し、精製すること、すなわち、それが含有する不純物を除去することができる。
【００１５】
堆積工程および強化工程から結果として生じるヘリウムを再利用するという可能性もまた、周知のことである。
【００１６】
この目的のために、ファイバ堆積工程、強化工程および線引工程の間に使用されるヘリウムを回収し、これらの種々のヘリウム流を、１つまたはそれ以上の前記工程に戻される前、すなわち、再利用される前に、１つまたはそれ以上の精製工程を受ける単一の流に結合させる方法を示している文書ＥＰ−Ａ−８２０９６３を挙げることができる。
【００１７】
同様に、文書ＵＳ−Ａ−５８９０３７６は、強化工程で使用されるヘリウムを再利用する方法を開示している。この方法に従えば、不純ヘリウムは回収され、精製され、そして、それがそこから放出される強化工程か、あるいは、例えば、ファイバ冷却工程といった低純度のヘリウムを必要とするプロセスの他の工程のいずれかに送り返される。
【００１８】
このため、実際、ガス、特にヘリウムの再利用を含むこれらの光ファイバの製造プロセスのすべては、ヘリウムをとっておくことによりプロセスのコストを減少させるように、不純ヘリウム、すなわち、１つまたはそれ以上のプロセス工程の間に使用されたヘリウムを、それを製造プロセスに再び導入する前に精製することを勧めている。
【００１９】
現時点で、すでに種々の解決法が提案されてはいるが、それらのいずれも、産業上の観点から、その実行の複雑性またはその作業コストといった精製の効率の観点から実際には満足のいくものではない。
【００２０】
したがって、多くの文書が、ヘリウムを、それが含有する不純物の吸着により精製することを勧めている。このことについては、特定の吸着剤を使用することによりＰＳＡ（圧力揺らし吸着（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｓｗｉｎｇ  Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ））によるヘリウムの精製を推奨しているＥＰ−Ａ−７３９６４８またはＥＰ−Ａ−９８２２７３に言及されている。
【００２１】
しかしながら、これらの解決法は、実行するには困難であるか、または、現場、すなわち、最終的な使用者の現場での適用には適していない。これは、吸着精製システムは、一般に、流速および組成の点から非常に正確な充填（ｃｈａｒｇｅ）条件を予定して設計されているに違いないからである。
【００２２】
従って、充填の量または質における何らかの変動が、その純度または効率の点で所望の製品の回収をひどく損なうかも知れない。たとえ仮に、あなたが吸着サイクルに働きかけることにより対応したとしても、光ファイバの製造者といった使用者の施設に設置され、また、最適には遠隔的に操作されている装置に、予想困難な何かが起こり得る。
【００２３】
しかしながら、そのような変動は、同じ現場にあるいくつかのラインまたはいくつかの適用からの排出物を収集する再処理システムにとっては、通常の作動状態である。
【００２４】
さらに、文書ＥＰ−Ａ−６２１０７０にも記述されているように、不純物により汚染されたヘリウムを精製するために、１またはそれ以上の膜を使用することもまた、知られている。
【００２５】
しかしながら、そのようなシステムは、光ファイバを製造するためのプロセスのような、高純度ヘリウムを必要とするある適用に適合する純度レベルにまでヘリウムを到達させることが期待されているときには、十分に効果的とは言えない。
【００２６】
このような観点から、本発明の目的は、既存の方法よりも改良され、従来技術と比較して、以下の利点を有するヘリウム精製方法を提供することにある。すなわち、
−質および量の両方に対する充填の変動の点での大きな柔軟性、
−できるだけ高いヘリウムの回収度、
−顧客の施設に配置されている現場の装置の条件下での操作の単純性、そして、
−この製造プロセスの１つまたはそれ以上の工程で使用されるヘリウムの少なくとも一部を再利用するための、光ファイバの製造プロセスへの容易な結合。
【００２７】
本発明は、２つの独立して知られている技術、すなわち、仕上工程を伴う低温ヘリウム精製工程または１またはそれ以上の膜での処理の正確な順序での組み合せに基礎を置く。
【００２８】
したがって、本発明は、不純ヘリウムを精製する方法に関し、ここで、不純ヘリウムは、少なくとも以下の連続工程を経る。すなわち、（ａ）不純ヘリウムの低温冷却工程、および（ｂ）工程（ａ）から結果として生ずるヘリウムの少なくとも一部の透過工程。
【００２９】
より具体的には、本発明はまた、不純ヘリウムを精製する方法に関し、ここで、不純ヘリウムは、少なくとも以下の連続工程を経る。すなわち、（ａ）それが含有する主な不純物の少なくともいくらかを冷縮により除去するための不純ヘリウムの低温冷却工程、および、不純物の残渣を含有する中間純度のヘリウムの回収工程、および（ｂ）前記不純物の残渣の少なくともいくらかを除去するための、工程（ａ）から結果として生じる中間純度のヘリウムの少なくともいくらかの透過工程、および、前記中間の純度よりも高い最終的な純度を有するヘリウムの回収工程。
【００３０】
本発明の明細書において、以下の用語が使用される。すなわち、
−いわゆる「光ファイバ」とは、例えば、まだ線引されていない、あるいは部分的にだけ線引された、または、部分的に処理された、あるいは完全に処理された、その最終的な状態にあるファイバまたはその中間的な状態の１つにある、すなわち、プレファイバの形態にあるファイバの両方を示し、
−いわゆる「不純」ヘリウムとは、可変量の不純物を含有するヘリウム、特に、熱交換中の光ファイバに接触させられるヘリウムを示し、そして、
−いわゆる「不純物」とは、例えば、窒素、酸素、ＣＯ２、水蒸気、アルゴン、ＨＣｌ、Ｈ２、ＳｉおよびＧｅおよびこれらの混合物等といった、前記ヘリウムに混入しがちなヘリウム以外の一般的にはガス状の何らかの化合物を示し、
−いわゆる「不純ヘリウムの低温冷却」とは、不純物を含有するヘリウムを、低温、典型的には、約−１５０℃より下の温度、例えば、窒素が液体の状態にある温度にある液体に間接的に接触させている間の工程を示し、前記接触させる操作は、不純ヘリウムを運搬するコイルまたはそのほかの熱交換手段を、液体窒素の浴に浸漬することにより、または、向流交換型の熱交換システム、特に、ろう付されたアルミニウムプレートおよびフィンを有するものを経て前記ヘリウムを冷却することにより行うことができ、
−いわゆる「エンクロージャー」とは、線引工程の間に光ファイバを冷却するために使用される熱交換器を示し、これは、このオリフィスを経て冷却される光ファイバが導入されるファイバ入口オリフィス、このオリフィスを経てガスと接触することにより冷却された光ファイバが引き出されるファイバ出口オリフィス、このオリフィスを経て冷却ガスが導入されるガス入口オリフィス、およびこのオリフィスを経て不純なガスが放出されるガス出口オリフィスを有する中心通路を有する。
【００３１】
この場合に従えば、本発明の精製プロセスは、以下の特徴のうちの１またはそれ以上を含むことができる。すなわち、
−不純ヘリウムの低温冷却は、液体窒素または低温にある液体を前記ヘリウムと間接的に接触させることにより行われ、好ましくは、少なくとも１つの熱交換器により行われ、
−ヘリウムの透過は、１またはそれ以上の膜、好ましくは、カスケード状にある複数の膜により行われ、
−これは、少なくとも１つの圧縮工程を含み、ここで、ヘリウムは、１０バールを超える、好ましくは、２０バールから５０バールまでの圧力にまで圧縮され、
−これは、工程（ａ）の前に、少なくとも１つの前精製処理工程を含み、この間に、不純ヘリウムは、そのＣＯ２および／またはＨ２Ｏ不純物の少なくともいくらかが除去され、
−この前精製処理工程の間、ＣＯ２および／またはＨ２Ｏ不純物は、吸着により、好ましくは、ゼオライト粒子、シリカゲル粒子、アルミナ粒子、またはこれらの組み合せにより除去され、
−ヘリウム圧縮は、工程（ａ）の前に、少なくとも１つのスクリュー圧縮機といった圧縮機により行われ、
−これは、少なくとも１つの膜の保留（ｒｅｔｅｎｔａｔｅ）側から放出されるヘリウムのいくらかを、圧縮機の吸引側または前記圧縮機の中間段階へと再導入する工程を少なくとも１つ含み、
−不純ヘリウムは、周囲の空気により汚染されたヘリウムであり、
−不純ヘリウムは、ＣＯ２、水蒸気（Ｈ２Ｏ）、アルゴン、窒素および酸素からなる群より選択される少なくとも１つの不純物、好ましくは複数の前記不純物を含有するヘリウムであり、
−工程（ａ）から結果として生じるヘリウムは、体積で、７５％から９８％までの、好ましくは９０％から９５％までの純度を有し、
−工程（ｂ）から結果として生じるヘリウムは、９７％から９９．９９％までの、好ましくは９９％から９９．９％までの純度を有する。
【００３２】
もう一つの態様に従えば、本発明はまた、以下の一続きに連結された手段を含むヘリウム精製装置に関する。すなわち、
−精製されるヘリウムの低温冷却を行うための低温ヘリウム冷却手段、および
−前記低温冷却手段から放出されるヘリウムの透過により精製を行うための透過手段。
【００３３】
この場合に従うと、本発明のヘリウム精製装置は、１またはそれ以上の次の特徴を有することができる。すなわち、
−精製されるヘリウムを圧縮するためのヘリウム圧縮手段が、低温冷却手段の上流に配置され、
−ヘリウム圧縮手段は圧縮機を具備し、および／または、透過手段は１またはそれ以上の膜または膜モジュールを具備し、
−少なくとも１つの膜または膜モジュールの保留出口は、少なくとも前記圧縮機の入口に連結されている。
【００３４】
さらにもう一つの態様に従えば、本発明はまた、少なくとも１つの光ファイバを製造するための方法に関し、ここで、本発明に従うヘリウム精製方法により精製されたヘリウムが使用される。
【００３５】
言い換えれば、本発明はまた、少なくとも以下の工程を含む、少なくとも１つの光ファイバを製造するための方法に関する。すなわち、
（ｉ）少なくとも前記光ファイバの一部をガス状のヘリウムに接触させるために、ガス状のヘリウムを少なくとも１つの光ファイバの一部を含む少なくとも１つのエンクロージャーに導入し、
（ｉｉ）前記エンクロージャーの中で前記ファイバと接触させた不純ヘリウムの少なくともいくらかを回収し、そして、
（ｉｉｉ）本発明に従うヘリウム精製方法により、（ｉｉ）から生じる不純ヘリウムを精製する。
【００３６】
同様に、本発明はまた、少なくとも以下の工程を含む少なくとも１つの光ファイバを製造するための方法に関する。すなわち、
（ｉ）ガス状のヘリウムを少なくとも１つの光ファイバの一部に接触させ、
（ｉｉ）工程（ｉ）において、前記エンクロージャーで前記ファイバに接触させた不純ヘリウムを回収し、そして、
（ｉｉｉ）本発明の１つに従うヘリウム精製方法により、（ｉｉ）から生じる不純ヘリウムを精製する。
【００３７】
この場合に従えば、本発明の光ファイバ製造方法は、１またはそれ以上の次の特徴を含むことができる。すなわち、
−これは、前記精製ヘリウムを戻して、少なくとも１つの光ファイバの一部に接触させることにより、工程（ｉｉｉ）において精製されたヘリウムの少なくとも一部を再利用する工程を含み、
−ヘリウムおよび光ファイバは、少なくとも１つの冷却エンクロージャーの中で接触させられ、
−光ファイバを冷却するために使用されるガスは、体積で、９５％から９９．９９９９％までの純度を有するヘリウムであり、
−これは、少なくとも１つのファイバ堆積工程、少なくとも１つのファイバ強化工程、および少なくとも１つのファイバ線引工程を含み、好ましくは、ヘリウムは、これらの複数の工程で使用される。
【００３８】
本発明の精製方法は、以下の説明および添付の図面により、以下、より詳細に記述される。
【００３９】
本発明をより簡単に理解するために、ヘリウムは、周囲雰囲気の空気、すなわち、本質的には、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ、Ｎ２およびＯ２タイプの不純物により汚染され、また、同じ参照符号が、図１から図５および図７において同じ構成部分を示すものとして使用されるものと見なされる。
【００４０】
本発明に従えば、プロセスは、好ましくは、ヘリウムが、ヘリウム中に存在する微量の水分（Ｈ２Ｏ）およびＣＯ２を除去することを意図して、１０バールを超え、一般には２０バールから５０バール付近の圧力にまで圧縮された後に、図７に示されるように、通例の乾燥および脱炭素処理工程からなるヘリウム前精製処理工程８で開始される。
【００４１】
例えば、この前精製処理工程８は、ゼオライト粒子、シリカゲル粒子、アルミナ粒子またはそれらの組み合せといった通例の吸着性の粒子、特に、これらの吸着材料のいくつかの連続層の並置により行うことができ、吸着性の粒子は、１またはそれ以上のアブソーバー、好ましくは、慣例的には、ＰＳＡ（圧力揺らし吸着）またはＴＳＡ（温度揺らし吸着（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｓｗｉｎｇ  Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ））と呼ばれる圧力および／または温度の振動を伴う吸着サイクルにおいて交互に働く少なくとも２つのアブソーバー１８，１９の中に配置される。
【００４２】
この前処理の後に、問題は、ヘリウムおよび脱炭酸された乾燥空気の混合物を精製することに達する。
【００４３】
本発明に従えば、このようなヘリウム／乾燥空気混合物中のヘリウムは、以下の順序で行われる連続した２つの工程、すなわち、図１から図５および図７に示されるように、低温冷却工程１の後に続く膜透過工程２で精製することができる。
【００４４】
低温分離または冷却工程１の間、（３で）圧縮されたヘリウム／空気混合物１０の、液体窒素との間接的な接触による冷却は、ヘリウム中に含有される窒素および酸素の大部分の濃縮体４を生じさせ、この濃縮体は、例えば、分離容器５において回収される。
【００４５】
停止効力（ｓｔｏｐｐｉｎｇ  ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ）は、冷却点温度（ｃｏｌｄ  ｐｏｉｎｔ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）（これは、７７Ｋにある液体窒素に対しては７９Ｋで起こる）におけるガスの蒸気圧から簡単に算出される。すなわち、
−窒素の場合には、ＰＮ２＝１．２２バール、
−酸素の場合には、ＰＯ２＝０．２６バール。
【００４６】
例えば、総圧力３１バール絶対（計算仮定）での冷縮後のガスは、１．２２バールの窒素、０．２６バールの酸素および３１−（１．２２＋０．２６）バールのヘリウムを含有する。
【００４７】
これを百分率で表現すると、従って、我々は、以下に示すものに近い混合物の組成を得る。すなわち、Ｎ２＝３．９３％、Ｏ２＝０．８５％、およびＨｅ＝９５．２２％、その他の汚染物質の含有量は、無視することができるものと考えられる。
【００４８】
その後、２つの低温処理を想定することができる。すなわち、
−図１に図示されているような、すなわち、いかなる冷却回収をも提供されず、液体窒素が、ガスの冷却および空気の冷縮４の全仕事を行い、この冷縮物４０はパージライン４０を経て除去され得る、液体窒素浴７中のコイル６または不純ヘリウムのコンベヤー（ｃｏｎｖｅｙｉｎｇ）のようなもの１０の浸漬による液体窒素の損失を伴う単純な冷縮工程１か、
−あるいは、図２に図示されているような、向流ガス／ガス交換およびジュール−トムソン（Ｊｏｕｌｅ−Ｔｈｏｍｓｏｎ）によって教示されている冷却末端での膨張を使用する熱力学的に最適化された解（ｓｏｌｕｔｉｏｎ）のいずれかである。この解において、液体窒素は、システムの冷却を維持するための補給液体（ｍａｋｅ−ｕｐ  ｆｌｕｉｄ）に過ぎず、この冷却は、いくらかの加圧状態に対してはオートサーミック（ａｕｔｏｔｈｅｒｍｉｃ）であることが分かっている。この解は、これは１またはそれ以上の熱交換器１１，１２を使用するのだが、より複雑であるにもかかわらず、当然より好ましいものである。なぜならば、窒素の消耗は、このプロセスにおける、すなわち、高い流速および高い凝集性の濃縮の場合に制約になり得るからである。図２中、注意すべきことは、液体窒素を含む付加的なラインが、不純ヘリウムのライン１０および向流熱交換ライン３０、このラインは、液体窒素を含み、分離容器５に連結されている、に平行して提供され得ることである。
【００４９】
次に、低温処理１の後、この低温処理から結果として生じるガス２０は、１またはそれ以上の膜における透過精製２を経る。なぜならば、これは、乾燥し、脱炭酸され、そして、一般的には透過処理２に必要とされるのと同等か、またはそれよりも大きい圧力において利用可能であるためである。
【００５０】
これは、膜単独での性能は、体積で数十％の不純物を１％未満にすることができないためであり、これは、それらの製造プロセスの間、特に光ファイバを冷却するために使用され得る高い純度のヘリウムを得るために、達成されるべき目標である。
【００５１】
他方で、本発明の明細書中に含まれるように、冷却処理１により得られるガス２０（９５％Ｈｅ、５％空気）が供給される場合、以下の表および図６に示すように、９５％の純度から９９％またはそれ以上の純度にすることはとても簡単なことである。
【００５２】
表は、投入量としての体積で純度９０％および９５％のヘリウム充填量に対する膜の性能である。
【００５３】
表１は、体積で９５％ヘリウムを含有する供給ガスを用いて行った試験である。
【００５４】
【表１】
2004518522.tif 000003
表２は、体積で９０％ヘリウムを含有する供給ガスを用いて行った試験である。
【００５５】
【表２】
2004518522.tif 000004
上記の表に示される試験は、合計交換表面積が６．７ｍ２、中空繊維長が０．４５７ｍ、Ｎ２に対するＯ２／Ｈｅについて５／８０選択性（ｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ）を有するメダル（ＭＥＤＡＬ）社から入手可能である膜モジュール（モジュール１ポース（ｐｏｕｃｅ）＝１インチ）を用いて行い、１２バールのガス圧力で供給すると、透過側では６バールであった。
【００５６】
表において、以下の略語が使用されている。すなわち、
−供給ガスの流速（ｍ３／ｈでの）としてＱｆｅｅｄ、
−保留側で回収されるガスそれぞれの窒素、酸素およびヘリウム含有量（％での）としてＸＮ２、Ｘ０２およびＸＨｅ、
−透過側で回収されるガスそれぞれの窒素、酸素およびヘリウム含有量（％での）としてＹＮ２、Ｙ０２およびＹＨｅ、
−保留出力ガスの流速（ｍ３／ｈでの）としてＱｒｅｔ、
−透過出力ガスの流速（ｍ３／ｈでの）としてＱｐｅｒｍを用いる。
【００５７】
得られた結果は、不純ヘリウムの２つの純度レベル（９０％および９５％）について図６に示され、ｘ軸は、精製後のヘリウムの純度（％での）を示し、ｙ軸は、ヘリウムに対して得られる収量（回収率）（Ｙ）（％での）を示す。
【００５８】
さらに、ヘリウムに対する膜の非常に高い透過性および利用可能な圧力（３０バール）のために、３０／１膨張（ｅｘｐａｎｓｉｏｎ）に相当する流量は、処理される流れと比較して高すぎる。言い換えれば、事実、種々の方法で使用され得る圧力の保留（ｒｅｓｅｒｖｅ）がある。
【００５９】
−圧力下に精製ヘリウムのいくらかを保持し、それをバッファタンクに貯蔵し、その後、望ましいときに、使用のサイトにそれを送ることができるようにするか、
−あるいは、図４または図５に示されているように、より高い純度、すなわち、９９．９％またはそれ以上の純度にあるヘリウムを製造する２重膜精製を行うかのいずれかである。
【００６０】
当然、膜上のこれらのヘリウムの通過にはそれぞれ、圧縮器の入口へと再利用され得る非浸透性の部分の流出を伴う。
【００６１】
再利用の程度の割分で、圧縮機および冷却部位の処理能力を（１０％から２０％）増加させることにより、ガスの前精製処理８の間に使用されるアブソーバー１８，１９または乾燥ボトルを倒置させて逆向きとすること、および、冷縮された空気４に溶解した低分率、例えば、体積で１％のヘリウムを生じさせる重大な損失中に対してヘリウムの完全な回収を行うことができることが分かっている。
【００６２】
上記計算は、明らかに、膜のタイプ、ヘリウム圧縮機の範囲での利用可能な圧力、および、一般に、プロセスの全体的な最適化に従ってわずかに変動し得る。
【００６３】
さらに、これらの２つの純度レベルを有するヘリウムは、異なる製造ラインか、またはその代わりに、特に、図７に示されているように、光ファイバ適用の場合には、同じ製造ラインのいずれかで、再利用することができる。
【００６４】
この図７は、その中で、光ファイバ２７が、入口オリフィス２８を経てエンクロージャー２６へと導入されるガス状のヘリウムにより冷却される熱交換器として働くエンクロージャー２６を含む光ファイバ２７を製造するための装置２５を図示し、不純ヘリウムは、特に、入ってくる雰囲気の空気が混入し、またこのため実質的には、Ｎ２、Ｏ２、ＣＯ２およびＨ２Ｏタイプの汚染物質が混入し、出口オリフィス２９を経てエンクロージャー２６から放出されている。
【００６５】
例えば、吸引または吐出手段により吸引され、出口オリフィス２９を経て出てくる不純ヘリウムは、回収され、ライン１０に入れられ、そして、本発明に従うプロセスに入る前に、言い換えれば、前精製処理工程８、その後、低温冷却工程１および膜透過工程２を経る前に、３で圧縮される。
【００６６】
膜２の透過側２２で回収される精製ヘリウムは、貯蔵することができ、あるいは、光ファイバ製造装置２５の入口オリフィス２８へと直接送ることもできる。
【００６７】
一方、膜２の保留側２３で回収されるヘリウムは、圧縮機３の上流のライン１０に送られるか、あるいは、雰囲気中に放散される。
【００６８】
注意しなければならないのは、高いヘリウム純度が所望であるならば、図７の、さらに図３でも示されている膜２を、図４に図示されているように、カスケード状に配列されている２つの膜２を含むシステムに置き換えることができることである。この場合、第１の膜からの透過出力２２は、第２の膜の入口へと入り、精製ヘリウムは、図７に示されている装置のエンクロージャー２６の入口２８へと送り返される前に、第２の膜から透過出力２２として回収され、そして、第１および第２の膜の保留出口２３で回収されたガスは、上述したように、例えば結合された単一の流れとして、圧縮機３の入口へと送り返されるか、あるいは、雰囲気中に放散されるか、もしくは、低い純度のヘリウムを必要とするその他の適用またはその他の方法で使用されるかのいずれかにすることかできる。
【００６９】
当然、必要であるならば、ヘリウムの補給を、エンクロージャー２６の入口オリフィス２８に連結することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、液体窒素の浴への浸漬による不純ヘリウムの低温冷却を示す模式図である。
【図２】図２は、低温窒素への向流接触による不純ヘリウムの低温冷却を示す模式図である。
【図３】図３は、ヘリウム中に含有される不純物の残渣の透過の工程を示す模式図である。
【図４】図４は、ヘリウム中に含有される不純物の残渣の透過の工程を示す模式図である。
【図５】図５は、圧縮器の供給路への返還を有する本発明の方法の工程の遷移を示す模式図である。
【図６】図６は、表に与えられたデータのグラフ図である。
【図７】図７は、不純ヘリウムの前精製処理を有する光ファイバの製造への本発明の方法の適用を示す模式図である。
【符号の説明】
１…低温処理（低温冷却工程）、２…透過精製（膜透過工程・膜）、
３…圧縮機、４…冷縮（濃縮体）、５…分離容器、６…コイル、
７…液体窒素浴、８…前精製処理工程、
１０…ヘリウム／空気混合物（ライン・コンベヤー）、
１１，１２…熱交換器、
１８，１９…アブソーバー、２０…ガス、
２２…透過出力（透過側）、２３…保留出口（保留側）、
２５…光ファイバ製造装置、２６…エンクロージャー、２７…光ファイバ、
２８…入口オリフィス、２９…出口オリフィス、３０…向流熱交換ライン、
４０…パージライン（冷縮物）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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