(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘリウムを回収するにあたり、
ａ）ヘリウムを含有する第一ガス（１０）をエダクター（２６）に通して第二ガス（２８）を生じさせ、
ｂ）該第二ガス（２８）を熱交換器（４０）に通して第三ガス（４２）を生じさせ、
ｃ）該第三ガス（４２）を該エダクター（２６）に回収して該第一ガス（１０）と混合すること
を含むヘリウム回収方法。
【請求項２】
第一ガス（１０）を調整器（１４）に通すことをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
第一ガス（１０）を手動弁（１８）に通すことをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
第一ガス（１０）を圧力調整器（１４）に通すことをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項５】
第二ガス（２８）を冷却器（３６）に通すことをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項６】
いずれかのガス（１０、２８、４２）を流量測定装置に通すことをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項７】
いずれかのガス（１０、２８、４２）をろ過装置に通すことをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項８】
いずれかのガス（１０、２８、４２）を制御弁に通すことをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項９】
第三ガス（４２）を純度測定装置（５０）及び流れ制御装置（５８、６０）に通すことをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
第二ガス（２８）の流れを第二ガス流れ上の流量測定装置（３２）及び第一ガス流れ上の流れ制御装置（１８）又は第三ガス流れ上の流れ制御装置（５８、６０）によって制御することをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
第二ガス（２８）を冷却管（３６）上の複数の位置に分割させる請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
第二ガス（２８）を複数の冷却管（３６）に分割させる請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
第二ガス（２８）を冷却管上の複数の位置に分割させる請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
第二ガス（２８）を複数の冷却管に分割させる請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
第二ガス（２８）を熱交換器（４０）の上部分及び底部分に通すことをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
第二ガスを前記上部分及び底部分に通して少なくとも一つの流れ制御手段（５８、６０）に通すことを含む請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
流れ制御手段（５８、６０）が弁である請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
第三ガス（４２）をろ過装置（４４）に通して粒状物を除去することをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
複数のエダクターをさらに含む請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は、ガスの回収及び再循環に関する。より詳しくは、本発明は、光ファイバーを製造する際に、製造装置である線引塔冷却管から約３０容量％〜７０容量％のヘリウムを回収し且つ再循環させることに関する。
【０００２】
発明の背景
光ファイバー製造のための最新技術は、一般的に、特別に製造されるガラス棒、即ちプリフォームの製造で始まる。そのプリフォームをファイバー線引ステーションで加工して光ファイバーを製造する。特別に製造されたガラスプリフォームがガラスを溶融させる加熱炉に装入され、半液体ファイバーを成形させる。そのファイバーは、空中を通り且つ熱交換器（冷却器）を通って落ちるにつれて冷え且つ固化する。冷却後、そのファイバーは被覆され、スプールに巻かれる。その線引速度は、加熱炉と被覆剤塗布器の間の空間での冷却速度によって制御される。冷却速度を上昇させるために、少量のガスがファイバー熱交換器にしばしば供給される。ヘリウムがガスとしてこの熱交換器に一般的に使用される。なぜならば、ヘリウムは、高い熱伝達率を与え且つ不活性だからである。熱交換器は、一般的に、ファイバーを通して移動させるために最小の直径で穿孔したアルミニウム又はステンレス綱のブロックからなる。また、ヘリウム又はヘリウム及び空気若しくは窒素の混合気体は、それをそのブロックの片端又は両端から周囲の大気に流出させる円筒形チャンネルにも供給される。熱はヘリウムを介してガラスファイバーから熱交換器の壁に放散される。熱交換器は、熱を熱交換器の金属表面から放散させるように伝導性の金属フィンを有することができ、或いは熱交換器は、追加の水ジャケット冷却源を有するように製造され得る。
【０００３】
光ファイバー線引冷却プロセス中のヘリウム消費量は、熱交換器当たり、１分当たり数標準リットル（ｓｌｐｍ）のヘリウムから１分当たり数百標準リットルのヘリウムまで変動する。先行技術は、光ファイバー線引工程からヘリウムを回収し、それに再循環させることを開示した。米国特許第５３７７４９１号及び同第５４５２５８３号を参照されたい。
【０００４】
これらの先行技術には、光ファイバー線引ステーションの熱交換器からヘリウムを回収し且つそれに再循環させるために回転又は往復圧縮装置、分析装置及び制御装置を使用することが含まれる。このタイプの回収法を利用するかどうかの決定は、熱交換器当たりに使用されるヘリウムの量、ヘリウムの費用並びに回収装置を購入し、操作し及び維持するための費用によって決定される。光ファイバー製造業者が決定しなければならない最大の問題は、現場に特有の基準に基づいて線引塔ヘリウム回収技術に投資することが経済的に有利であるかどうかである。
【０００５】
一般に、非常に低容量のヘリウムが線引塔の熱交換器に使用される用途については（熱交換器当たり５〜５０ｓｌｐｍ）、現在の回収技術は経済的に成り立ち得ない。
【０００６】
本発明の目的は、光ファイバー製造業者にヘリウム回収及び再循環のための低価格のオプションを提供することである。これは、圧縮器、真空ポンプ、制御弁のようないかなる可動部も使用することなく且つ分析装置を必要とすることなく、それぞれの熱交換器ユニットから３０％〜７０％のヘリウム回収率をもたらすヘリウム回収システムを提供することによって達成される。
【０００７】
先行技術は、主として、「一回貫流ヘリウム」を使用して線引プロセス中にファイバーを冷却し、又はヘリウム回収及び再循環技術（本発明よりも実質的に高いヘリウム流量で）を使用してファイバーを冷却している。
【０００８】
先行技術は、圧縮器、真空ポンプ及び制御弁のような可動部を一般的に利用している。可動部を全く使用しないヘリウム回収システムを提供することが望ましいであろう。
【０００９】
小規模の光ファイバーケーブル製造工程でヘリウム回収を促進させるためにエダクターを使用することが望ましいであろう。先行技術のエダクターは、混合し、排気し、排水し、乾燥させるために及び多くのその他の日常的なプロセス用途のために一般的に使用される。動力流れは、たいてい任意の流体であることができ、そのものは、ガス、液体又は粉末タイプの固形物からなる吸気流れを移動させるのに使用できる。排出流れは、動力流れと吸気流れを組合せたものであり、たいていの用途はそれら両者とはかなり異なる。提案されるヘリウム回収及び再循環の用途では、三種の流れの全ては、組成及び特性に関して基本的に同一である。
【００１０】
いくつかのタイプのエダクターが知られている。例えば、米国特許第５８３６７４５号は、動力を使用する流体回収装置及び方法を開示しており、この発明には、液体形成物から流体を回収するためにエダクターを使用することが含まれる。この米国特許は、液体形成物から流体をポンプで汲み上げるための液体潜水型ポンプを開示している。この従来技術にはヘリウムガス及び／又はその他の希ガスの回収についての教示若しくは示唆が全くなく且つ液体を回収していない。
【００１１】
米国特許第４６１３４１２号は、エダクターシステム及び蒸発回収システムのためのプロセスを開示しており、この発明は、蒸発による廃棄物回収システムに部分真空を生じさせるためにエダクターを使用している。この発明は、蒸発器から濃縮物及び蒸留物を排出させるために動力としての流体をエダクターに使用している。この従来技術にはヘリウムガス若しくはその他の希ガスを回収し又は再循環させることについての教示或いは示唆が全くない。
【００１２】
米国特許第４１１５２３５号は、ガス試料を分析器チャンバーを通して輸送するための装置を開示している。この先行技術は、ガス試料を分析器を通して輸送するために対流ループと共に引出ループを使用している。この技術は、エダクターから排出されたガスの一部分を回収するためのヘリウム又はその他の希ガスを教示又は示唆していない。この従来技術にはヘリウム又はその他の希ガスを回収すること及びこれらのガスを再使用するために装置内に戻して再循環させることについての教示又は示唆が全くない。
【００１３】
米国特許第５７９５１４６号は、熱処理を高めるためにエダクターを有する加熱炉チャンバーを開示している。この従来技術は、製品を熱処理するための加熱炉を開示しており、それには１個以上のエダクターが含まれる。このエダクターは、伝熱又はガス抜きの目的で加熱炉内の雰囲気の循環を増大させている。この特許は、加熱炉チャンバー内の循環を増大させるためにエダクターを開示しているが、ヘリウム又はその他の希ガスを回収するためにエダクターを使用していない。
【００１４】
ヘリウム及びその他の希ガスを現在のガス回収及び再循環技術に係る費用よりも低費用で回収し且つ再循環させる光ファイバー製造法及びシステムを提供することが斯界には望ましい。
【００１５】
可動部を必要とせず、動力を必要とせず、回転圧縮装置を必要とせず、ファイバー製造業者の既存の熱交換器供給管の一部分として設置でき、維持作業を殆ど又は全く必要としない光ファイバー製造法を提供することが望ましい。
【００１６】
さらに、この装置を組立て、設置し、操作し、そして維持するための経済的な方法及びシステム（小容量のヘリウム回収及び再循環の利用者に特に有利である）を提供することが望ましい。
【００１７】
発明の要約
本発明は、ヘリウムを回収するための方法に関する。その方法は、ａ）ヘリウムを含有する第一ガスをエダクターに通して第二ガスを生じさせ、ｂ）該第二ガスを熱交換器に通して第三ガスを生じさせ、ｃ）該第三ガスをエダクターに回収して該第一ガスと混合することを含む。
【００１８】
一つの具体例では、第二ガスは冷却器を通ることができる。第二ガス及び／又は第三ガスはロタメーターを通ることができる。第三ガスは、それが熱交換器から出てくるときに上部分と底部分に分離し、そのガスが熱交換器から出てくるときのその上部分と底部分の両方の流れは、流れ制御手段、例えば、弁によって部分的に調節されることができる。ろ過装置のような粒状物除去装置を使用してエダクター中で第一ガスと混合する前に第三ガスから粒状物を除去することができる。
【００１９】
本明細書で使用されるときに、用語「エダクター」とは、油圧装置を意味する。エダクターはノズル及びベンチュリスロートから構成され、高圧の動力流れ流体を吸気流れ送込管を通る同軸の高速噴射流としてノズルを通して吐出チャンバーに排出させることによって負圧（吸込み）を生じさせるのに使用される。このように生じた負圧には、吸気流れ物質を送込管を通して排気チャンバーに積極的に引っ張ることが含まれる。
【００２０】
本明細書で使用されるときに、用語「ロタメーター」とは、ガス流量を測定するための装置を意味する。一例としては、それを通って空気が流れ、その流量が測定される単純な円筒形の装置である。
【００２１】
他の目的、特徴及び利点は、当業者であれば一つの好ましい具体例についての以下の記述及び唯一添付した図面から分かるであろう。
【００２２】
図面の簡単な説明
図１は、本発明に従ってガスを回収し、再循環させるための小規模ガス回収システムを図示したものである。
【００２３】
本発明の詳細な説明
本発明は、光ファイバー線引ステーションの熱交換器で使用されるヘリウムを回転又は往復圧縮装置を必要とすることなく回収し且つ再循環させるための技術思想を提供する。本発明の目的は、光ファイバー線引塔の熱交換器に経済的なヘリウム回収ユニットを与えることであり、このものは、利用者の既存のヘリウム供給システムに組み込まれるほどに小型であり並びにいかなる可動部も必要としないものである。この回収システムは、熱交換器当たり、好ましくは５ｓｌｐｍ〜５０ｓｌｐｍ、より好ましくは１０ｓｌｐｍ〜４０ｓｌｐｍ、最も好ましくは１５〜３０ｓｌｐｍの公称熱交換器ヘリウム供給量に対して、好ましくは４０％〜６０％のヘリウムの回収率を、より好ましくは３０％〜７０％のヘリウムの回収率を、最も好ましくは８０％以上のヘリウムの回収率を与える。
【００２４】
この方法のためのプロセスフローチャートを図１として示す。ヘリウム１０は、流量測定装置１２（例えばロタメーター）、次いで圧力調整器１４を経てそれぞれの熱交換器４０に供給される。次いで、ヘリウムガス（動力体として知られる）は圧力測定装置１６を通過し、次いで制御弁１８（このものは手動弁又は自動弁であることができる）を通過し、その後この圧力を調節されたヘリウム２０は流量測定装置２２（例えばロタメーター）及び粒状物ろ過装置２４を通過し、その後エダクター２６に入る。エダクターのノズル構造は、その入口のヘリウム供給（動力）の圧力降下を生じさせ、しかしてエダクター２６の吸込側にベンチュリ効果をもたらす。このベンチュリ効果は、熱交換器４０からのヘリウム供給物４２をエダクター２６に流れ５６を経由して引き寄せる。ヘリウム３８の全体の流れは、流れ２８を経由してそれぞれの熱交換器４０に向かう。流れ２８を経てそれぞれの熱交換器４０に向かうヘリウム３８の総流量は、エダクター２６の吐出部に設置した流量測定装置３２（例えばロタメーター）によって測定される。ヘリウムガス２８はろ過装置３０を通過し、その後流量測定装置３２に進む。ガス２８のこの流れは、流れ２０及び５６からのヘリウムの複合流れを表す。流れ２０は補給ヘリウムを表し、流れ５６は回収されるヘリウムを表す。流れ制御手段、例えば、弁５８及び６０（これらのものは手動又は自動であることができる）によって調節された熱交換器４０からのヘリウム流れ４２は、ろ過装置４４を通過して同伴する粒状物が除去される。それぞれの熱交換器４０からの回収ヘリウム流量は、ヘリウム流れ４６がろ過装置４４によって処理された後に、その後に設置された流量測定装置５０（例えばロタメーター）によって測定される。ヘリウム流れ４６は流量測定装置５０を通って流れ、その後ヘリウム流れ５２を形成する。エダクターへの吸込部にある分離弁５４（このものは手動又は自動であることができる）は、ヘリウム５２の流れを熱交換器４０から分離してエダクター２６に通すための回収ヘリウム５６を形成させる。それぞれの熱交換器へのヘリウム供給の約３０％〜７０％、好ましくは、４０％〜６０％が回収されるので、いかなる分析装置もヘリウム純度を監視することを必要とされない。回収されないヘリウムガスは、それぞれの熱交換器４０にある上部及び底部開口部から未回収ヘリウムガス６２及び６４として大気に逃げる。
【００２５】
任意に、冷却器３６を流れ２８に設置してヘリウムを熱交換器４０に入る前に冷却することができる。複数の冷却器を使用してもよい。それぞれの冷却器は複数の冷却管から構成される。純度分析・制御ユニット３４及び流れ制御ユニット４８がシステム中のガス流れの流量を制御するためにこのシステムに随意に設置される。さらに、本発明は、好ましくはガス流れをもたらすように連続して設置された複数のエダクターを意図する。
【００２６】
このシステムは、回収しながら又は回収することなく操作できる。標準の操作のもとに、それぞれの熱交換器へのヘリウムの総流れは、手動制御弁で制御される。流れがエダクターに導入されるにつれて、ベンチュリ効果は、熱交換器からの回収ヘリウムをエダクターの吸込部に引き入れる。エダクターへの吸込部にある手動分離弁が閉じたならば、それぞれの熱交換器へのヘリウムの流れは手動制御弁によってなお制御されるが、熱交換器からの回収ヘリウム流れは全くない。手動制御弁は、所望ならば自動制御弁と交換できる。また、他の流量測定装置を使用してそれぞれの熱交換器への総ヘリウム流量及びそれぞれの熱交換器からの総回収ヘリウム流量を測定することもできる。所望ならば、単一のエダクターを使用してヘリウムを１個から数個の熱交換器に供給することができる。オプションとして、現場酸素分析器を流れ４０からエダクター２６への吸込部に設置してもよい。この装置は、エダクターの吸込部上の自動弁を閉鎖させ又はファイバー熱交換器からの高レベルの空気汚染物の検出に基づいて警報を与える。
【００２７】
小規模回収技術は、従来技術には多くの方法でほとんど教示又は示唆されていないユニークな技術である。エダクターを主体とする回収システムは、ベンチュリスロート（エダクター）を横切る圧力降下を利用してヘリウムを光ファイバー冷却管から回収ユニットに引っぱる。先行技術の技術は、真空ポンプ又は圧縮器を利用してヘリウムを光ファイバー冷却管から引っぱる。先行技術において冷却管から引っぱられるヘリウムの量は、通常、圧縮器又は真空ポンプへの入口にある制御弁からの量である。また、回収のための現在の技術は、冷却管から引っぱられるヘリウムの量を制御するために酸素検出器も利用している。この酸素検出器は、空気のようないかなる汚染物も圧縮器又は真空ポンプの吸込部に引っぱられないように、冷却器から引っぱられるヘリウムの量を制限する。たいていの圧縮器及び真空ポンプは、回収されるのに必要なヘリウムの総量を超過する容量に合わせて作られているので、圧縮器又はポンプ吸込部上の制御弁を除去すると、冷却管に供給されるヘリウムの量を上回るガス容量を回収ユニットに生じさせる。このことは、このポンプ又は圧縮器が汚染物を回収ユニットに引っぱることになるであろう。
【００２８】
本発明のエダクターを主体とする回収技術は、可動部を全く有しない。冷却管から回収されるヘリウムの最大のパーセンテージは、エダクターの設計（スロートの隙間）によって制限される。最大８０％のヘリウムが冷却管から回収でき、しかして空気汚染物をこの回収システムに引き寄せる可能性を排除することが予定される。このことは、回収ユニット中のヘリウムガスを自動制御する必要性をなくし、また分析装置の必要性もなくす。
【００２９】
さて、本発明の使用により、誰でもエダクターを使用することによって圧縮器、真空ポンプ及び制御弁のような可動部を使用することなくヘリウムを回収できる。本発明は、本明細書の具体例を詳しく参照することによって記載されてきたが、特許請求の範囲の精神及び範囲内にある多数のその他の具体例があることが認識される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に従ってガスを回収及び再循環するための小規模ガス回収システムのフローチャート図である。
【符号の説明】
１０  ヘリウム
１２  流量測定装置
１４  圧力調整器
１６  圧力測定装置
１８  制御弁
２２  流量測定装置
２４  ろ過装置
２６  エダクター
３０  ろ過装置
３２  流量測定装置
３４  純度分析・制御ユニット
３６  冷却器
４０  熱交換器
４４  ろ過装置
４８  流れ制御ユニット
５４  分離弁
５８  弁
６０  弁
【図１】
0004280492.tif 000002