CN114561722B - 一种带端部迷宫式密封结构的碳纤维预氧化炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及碳纤维生产技术领域，尤其涉及一种带端部迷宫式密封结构的碳纤维预氧化炉，预氧化室包括：氧化腔一端设有气流分配器，另一端设有回风腔；两个迷宫气封结构对称设置在气流分配器和回风腔的外侧；新风分配器设置在与氧化腔长度方向平行的侧壁上，其新风气体吹入迷宫气封结构内朝向碳纤维丝束喷出形成气封屏障；回风腔沿气流方向设有第一流道腔和第二流道腔，第一流道腔和第二流道腔均与侧风室连通；通过新风分配器的设置，直接将新风作为迷宫气封结构的气源，节约宝贵的氧化炉空间，且通过第一流道腔接收主流气体，第二流道腔将迷宫气封结构内喷出的新风气体和层间气体进行回收，避免了氧化腔内的气体泄漏，保证了操作环境的安全性。

Description

一种带端部迷宫式密封结构的碳纤维预氧化炉

技术领域

本发明涉及碳纤维生产技术领域，尤其涉及一种带端部迷宫式密封结构的碳纤维预氧化炉。

背景技术

在碳纤维生产中，预氧化是至关重要的工序，其功能是将碳纤维丝束中的线性分子链结构的丝束转化成耐热的梯形分子结构，该工序不仅与碳纤维的性能密切相关，也与碳纤维的制造成本息息相关。工业上主要用于实现碳纤维丝束预氧化的技术，是采用预氧化炉产生循环的热风气流，从而使碳纤维丝束在高温碳化环境中实现氧化。

在氧化过程中，需要对预氧化炉内进行循环风吹扫，一方面对预氧丝进行预热，另一方面将氧化反应产生的大量热量带走，以保证碳纤维成型质量，而在氧化过程中会产生一些有害物质，故为了阻止预氧化炉内气体泄漏，需要在预氧化炉预氧丝通过的两端部设置气封装置。

相关技术中，预氧化炉的端部采用两道气封的形式防止废气外溢，即在靠近预氧化炉端部的位置设置与预氧化炉内原丝走丝方向相垂直的内、外风道，两个风道间设有连接腔，其两通道在风机作用下，通过吸风和吹风形成两道气幕，从而起到阻挡预氧化炉内循环风的作用。

然而上述内、外风道的气流循环形成气幕，仅能起到有效阻挡预氧化腔室主流气体的作用，但是预氧化腔室内仍有一部分有害气体会沿着相邻两层氧化腔的层间缝隙随碳纤维丝束传送至空气中，导致氧化腔内的气体泄漏，造成安全隐患。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种带端部迷宫式密封结构的碳纤维预氧化炉，解决氧化腔内的有害气体从相邻两层氧化腔的层间缝隙中泄漏的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种带端部迷宫式密封结构的碳纤维预氧化炉，包括：沿垂直于碳纤维丝束传输方向上设有若干层预氧化室，所述预氧化室包括：

氧化腔，一端设有气流分配器，另一端设有回风腔；

两个迷宫气封结构，对称设置在所述氧化腔的两端部，且位于所述气流分配器和所述回风腔的外侧；

新风分配器，设置在与所述氧化腔长度方向平行的侧壁上，位于所述迷宫气封结构的端部，其新风气体吹入所述迷宫气封结构内朝向碳纤维丝束喷出形成气封屏障；

以及与所述新风分配器同侧设置的侧风室；

所述回风腔内沿所述氧化腔的气流方向依次设有第一流道腔和第二流道腔，所述第一流道腔和所述第二流道腔均与所述侧风室连通；

其中，所述氧化腔内主流气体经所述第一流道腔进入所述侧风室，相邻两层所述回风腔的层间气体与吹出的新风气体被吸入所述第二流道腔后进入所述侧风室，进入所述侧风室的气体经风机进入所述气流分配器形成气流循环。

进一步地，所述迷宫气封结构由外至内依次设有边缘腔室、中间腔室和内部腔室；

所述边缘腔室、中间腔室和内部腔室在面向碳纤维丝束的平面上均设有若干喷嘴；

位于碳纤维丝束相对面的若干所述喷嘴将所述新风分配器送入所述边缘腔室、中间腔室和内部腔室内部的新风气体，喷至碳纤维丝束上的气流形成气封屏障。

进一步地，所述边缘腔室和所述内部腔室上的若干所述喷嘴沿所述碳纤维丝束的传输方向倾斜设置；

所述边缘腔室上的若干所述喷嘴朝向所述氧化腔外部倾斜；

所述内部腔室上的若干所述喷嘴朝向所述氧化腔内部倾斜。

进一步地，所述中间腔室上的若干所述喷嘴垂直于碳纤维丝束设置。

进一步地，所述边缘腔室、中间腔室和内部腔室上的若干所述喷嘴均呈交错布置。

进一步地，所述迷宫气封结构的所述内部腔室与所述回风腔的所述第二流道腔直接接触。

进一步地，所述迷宫气封结构为双层结构；

且与所述迷宫气封结构的所述内部腔室接触的所述第二流道腔呈双层结构。

进一步地，所述侧风室内还设有加热组件；

所述加热组件包括过滤器和加热器，进入所述侧风室内的气体经过所述过滤器、及所述加热器预热后进入所述气流分配器。

进一步地，所述新风分配器直接用预热后的新风作为所述迷宫气封结构的气源。

进一步地，所述中间腔室、内部腔室和边缘腔室的通风面积逐渐增大设置。

本发明的有益效果为：本发明通过新风分配器的设置，直接将新风作为迷宫气封结构的气源，能够节约宝贵的氧化炉空间，节省材料，提升设备的紧凑性和经济性，且通过回风腔的第一流道腔接收主流气体，其第二流道腔将迷宫气封结构内喷出的新风气体和层间气体进行回收，避免了氧化腔内的气体泄漏，保证了预氧化炉操作环境的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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发明中记载的一些实施例，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为本发明实施例中带端部迷宫式密封结构的碳纤维预氧化炉的侧视图；

图2为本发明实施例中迷宫气封结构和回风腔的截面示意图；

图3为本发明实施例中迷宫气封结构和回风腔的俯视图。

附图标记：00、碳纤维丝束；10、氧化腔；20、气流分配器；30、回风腔；31、第一流道腔；32、第二流道腔；40、迷宫气封结构；41、边缘腔室；42、中间腔室；43、内部腔室；44、喷嘴；50、新风分配器；60、侧风室；a、主流气体；b、层间气体。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1至图3所示的带端部迷宫式密封结构的碳纤维预氧化炉，包括：沿垂直于碳纤维丝束00传输方向上设有若干层预氧化室，预氧化室包括：

氧化腔10，一端设有气流分配器20，另一端设有回风腔30；

两个迷宫气封结构40，对称设置在氧化腔10的两端部，且位于气流分配器20和回风腔30的外侧；

新风分配器50，设置在与氧化腔10长度方向平行的侧壁上，位于迷宫气封结构40的端部，其新风气体吹入迷宫气封结构40内朝向碳纤维丝束00喷出形成气封屏障；

以及与新风分配器50同侧设置的侧风室60；

回风腔30内沿氧化腔10的气流方向依次设有第一流道腔31和第二流道腔32，第一流道腔31和第二流道腔32均与侧风室60连通；

其中，氧化腔10内主流气体a经第一流道腔31进入侧风室60，相邻两层回风腔30的层间气体b与吹出的新风气体被吸入第二流道腔32后进入侧风室60，进入侧风室60的气体经风机进入气流分配器20形成气流循环。

新风分配器50将环境空气送入迷宫气封结构40，在迷宫气封结构40内形成正压，使气体朝向碳纤维的方向喷出形成气封屏障，而预氧化室内的气体从气流分配器20进入氧化腔10，氧化腔10内的主流气体a经回风腔30的第一流道腔31回收至侧风室60，其第二流道腔32受负压影响，面向碳纤维丝束00的方向上的开口将相邻两层回风腔30的层间气体b及迷宫气封结构40喷出的部分新风气体吸入至第二流道腔32内，并回收至侧风室60，风机将侧风室60内的回收气体送入气流分配器20重新进入氧化腔10，最终形成气流循环。

本发明通过新风分配器50的设置，直接将新风作为迷宫气封结构40的气源，能够节约宝贵的氧化炉空间，节省材料，提升设备的紧凑性和经济性，且通过回风腔30的第一流道腔31接收主流气体a，其第二流道腔32将迷宫气封结构40内喷出的新风气体和层间气体b进行回收，避免了氧化腔10内的气体泄漏，保证了预氧化炉操作环境的安全性。

为了提高迷宫气封结构40的整体气封效果，如图2所示迷宫气封结构40由外至内依次设有边缘腔室41、中间腔室42和内部腔室43；边缘腔室41、中间腔室42和内部腔室43在面向碳纤维丝束00的平面上均设有若干喷嘴44；位于碳纤维丝束00相对面的若干喷嘴44将新风分配器50送入至边缘腔室41、中间腔室42和内部腔室43内部的新风气体，喷至碳纤维丝束00上的气流形成气封屏障。

通过喷嘴44将迷宫气封结构40内的气体喷至碳纤维丝束00上，保证了气流的稳定，且相邻两个迷宫气封结构40相对喷出的气流，增大了层间缝隙内的压力，更好的避免了氧化炉内气体的外溢。

作为上述实施例的优选，如图2-3所示，边缘腔室41和内部腔室43上的若干喷嘴44沿碳纤维丝束00的传输方向倾斜设置；边缘腔室41上的若干喷嘴44朝向氧化腔10外部倾斜；内部腔室43上的若干喷嘴44朝向氧化腔10内部倾斜。

具体地，如图2所示，边缘腔室41与左侧的环境空气接触，其位于边缘腔室41上方的喷嘴44朝向左上方倾斜，位于边缘腔室41下方的喷嘴44朝向左下方倾斜，相邻两个迷宫气封结构40相对喷出的气流有效防止了环境冷空气进入到氧化腔10内，保证了碳纤维丝束00在高温碳化环境中的氧化效果；而与氧化炉内部主流气体a接触的内部腔室43，其上方的喷嘴44朝向右上方倾斜，下方的喷嘴44朝右下方倾斜，相邻两个迷宫气封结构40相对喷出的气流有效防止了氧化腔10内的气流外溢。

在上述实施例基础上，中间腔室42上的若干喷嘴44垂直于碳纤维丝束00设置，其喷嘴44喷出的气流垂直于碳纤维丝束00，通过上下喷嘴44喷出的气流形成周期性的高压区域，高压区域的气体朝向边缘腔室41和内部腔室43的方向排出，更好阻挡了环境冷空气的进入和氧化腔10内气体的溢出，从而进一步保证了迷宫气封结构40的气密性。

优选地，如图3所示，边缘腔室41、中间腔室42和内部腔室43上的若干喷嘴44均呈交错布置，使喷至碳纤维丝束00表面的气流更加均匀，具有良好的密封效果，保证了迷宫气封结构40所形成的气封屏障的稳定性。

为了进一步保证迷宫气封结构40的密封效果，迷宫气封结构40的内部腔室43与回风腔30的第二流道腔32直接接触。

碳纤维丝束00在氧化腔10内进行氧化时，迷宫气封结构40内气流通过上、下喷嘴44喷出，由于新风分配器50的气体是水平送入迷宫气封结构40，腔内的不稳定气流容易造成氧化腔10内碳纤维丝束00产生振动，从而导致丝束的毛丝和断丝现象，为了避免此类现象发生，优选地，气体迷宫气封结构40为双层结构；且与迷宫气封结构40的内部腔室43接触的第二流道腔32呈双层结构，通过将迷宫气封结构40设置成双层结构，使每层腔室对应相应的喷嘴44，保证了碳纤维丝束00上气流的稳定，避免了上下擦丝，进一步提高了碳纤维的成型质量。

回风腔30回收的主流气流a和层间气体b是对人体及环境具有危害性，一般通过焚烧炉进行焚烧处理，在本发明实施例中，侧风室60内设有加热组件；加热组件包括过滤器和加热器，进入侧风室60内的气体经过过滤器、及加热器预热后进入气流分配器20。具体地，通过过滤器和加热器的设置，将回收的气体进行过滤及燃烧，将焚烧产生的热量来加热气封吹入的环境空气，提高了能源的利用率。

在上述实施例基础上，新风分配器50直接用预热后的新风作为迷宫气封结构40的气源，降低了能耗，使氧化炉结构更加紧凑，节省了空间。

如图3所示，中间腔室42、内部腔室43和边缘腔室41的通风面积逐渐增大设置，具体地，中间腔室42的通风面积大于内部腔室43的通风面积大于边缘腔室41的通风面积，保证了气流屏障的密封性。

本发明实施例中，新风分配器50将环境空气送入迷宫气封结构40，在迷宫气封结构40的中间腔室42、内部腔室43和边缘腔室41内形成正压，其中边缘腔室41上的喷嘴44朝向外部环境呈一定夹角喷出，内部腔室43朝向氧化腔10呈一定夹角喷出，中间腔室42的喷嘴44正对碳纤维丝束00喷出，从而形成气封屏障；而预氧化腔内的气体从气流分配器20进入氧化腔10，氧化腔10内的主流气体a经回风腔30的第一流道腔31被风机吸入至侧风室60，风机将侧风室60内回收气体送入气流分配器20，重新进入氧化腔10形成气流循环，在气流循环作用下，第二流道腔32内形成负压，其面向碳纤维丝束00的方向上的开口将相邻两层回风腔30的层间气体b及迷宫气封结构40喷出的部分新风气体吸入至第二流道腔32内，并回收至侧风室60，一并经风机送入气流分配器20。本发明通过新风分配器50的设置，直接将新风作为迷宫气封结构40的气源，能够节约宝贵的氧化炉空间，节省材料，提升设备的紧凑性和经济性，且通过回风腔30的第一流道腔31接收主流气体a，其第二流道腔32将迷宫气封结构40内喷出的新风气体和层间气体b进行回收，避免了氧化腔10内的气体泄漏，保证了预氧化炉操作环境的安全性。

本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种带端部迷宫式密封结构的碳纤维预氧化炉，沿垂直于碳纤维丝束(00)传输方向上设有若干层预氧化室，其特征在于，所述预氧化室包括：

氧化腔(10)，一端设有气流分配器(20)，另一端设有回风腔(30)；

两个迷宫气封结构(40)，对称设置在所述氧化腔(10)的两端部，且位于所述气流分配器(20)和所述回风腔(30)的外侧；

新风分配器(50)，设置在与所述氧化腔(10)长度方向平行的侧壁上，位于所述迷宫气封结构(40)的端部，其新风气体吹入所述迷宫气封结构(40)内朝向碳纤维丝束(00)喷出形成气封屏障；

以及与所述新风分配器(50)同侧设置的侧风室(60)；

所述回风腔(30)内沿所述氧化腔(10)的气流方向依次设有第一流道腔(31)和第二流道腔(32)，所述第一流道腔(31)和所述第二流道腔(32)均与所述侧风室(60)连通；

其中，所述氧化腔(10)内主流气体(a)经所述第一流道腔(31)进入所述侧风室(60)，相邻两层所述回风腔(30)的层间气体(b)与吹出的新风气体被吸入所述第二流道腔(32)后进入所述侧风室(60)，进入所述侧风室(60)的气体经风机吹入所述气流分配器(20)形成气流循环；

为了提高所述迷宫气封结构(40)的整体气封效果，所述迷宫气封结构(40)由外至内依次设有边缘腔室(41)、中间腔室(42)和内部腔室(43)；

所述边缘腔室(41)、中间腔室(42)和内部腔室(43)在面向碳纤维丝束(00)的平面上均设有若干喷嘴(44)；

位于碳纤维丝束(00)相对面的若干所述喷嘴(44)，将所述新风分配器(50)送入所述边缘腔室(41)、中间腔室(42)和内部腔室(43)内部的新风气体喷至碳纤维丝束上形成气封屏障；

所述边缘腔室(41)和所述内部腔室(43)上的若干所述喷嘴(44)沿所述碳纤维丝束(00)的传输方向倾斜设置；

所述边缘腔室(41)上的若干所述喷嘴(44)朝向所述氧化腔(10)外部倾斜，其位于所述边缘腔室(41)上方的所述喷嘴(44)朝向左上方倾斜，位于所述边缘腔室(41)下方的所述喷嘴(44)朝向左下方倾斜，相邻两个所述迷宫气封结构(40)相对喷出的气流有效防止了环境冷空气进入到所述氧化腔(10)内，保证了碳纤维丝束在高温碳化环境中的氧化效果；

而与氧化炉内部主流气体(a)接触的所述内部腔室(43)上的若干所述喷嘴(44)朝向所述氧化腔(10)内部倾斜其上方的所述喷嘴(44)朝向右上方倾斜，下方的所述喷嘴(44)朝右下方倾斜，相邻两个所述迷宫气封结构(40)相对喷出的气流有效防止了所述氧化腔(10)内的气流外溢；

所述中间腔室(42)上的若干所述喷嘴(44)垂直于碳纤维丝束(00)设置，其所述喷嘴(44)喷出的气流垂直于所述碳纤维丝束(00)，形成周期性的高压区域，高压区域的气体朝向所述边缘腔室(41)和所述内部腔室(43)的方向排出，更好阻挡了环境冷空气的进入和所述氧化腔(10)内气体的溢出，从而进一步保证了所述迷宫气封结构(40)的气密性。

2.根据权利要求1所述的带端部迷宫式密封结构的碳纤维预氧化炉，其特征在于，所述边缘腔室(41)、中间腔室(42)和内部腔室(43)上的若干所述喷嘴(44)均呈交错布置。

3.根据权利要求2所述的带端部迷宫式密封结构的碳纤维预氧化炉，其特征在于，所述迷宫气封结构(40)的所述内部腔室(43)与所述回风腔(30)的所述第二流道腔(32)直接接触。

4.根据权利要求3所述的带端部迷宫式密封结构的碳纤维预氧化炉，其特征在于，所述迷宫气封结构(40)为双层结构；

且与所述迷宫气封结构(40)的所述内部腔室(43)接触的所述第二流道腔(32)呈双层结构。

5.根据权利要求1所述的带端部迷宫式密封结构的碳纤维预氧化炉，其特征在于，所述侧风室(60)内还设有加热组件；

所述加热组件包括过滤器和加热器，进入所述侧风室(60)内的气体经过所述过滤器、及所述加热器预热后进入所述气流分配器(20)。

6.根据权利要求1所述的带端部迷宫式密封结构的碳纤维预氧化炉，其特征在于，所述新风分配器(50)直接用预热后的新风作为所述迷宫气封结构(40)的气源。

7.根据权利要求1所述的带端部迷宫式密封结构的碳纤维预氧化炉，其特征在于，所述中间腔室(42)、内部腔室(43)和边缘腔室(41)的通风面积逐渐增大设置。

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