ES2869073T3

ES2869073T3 - Horno de oxidación

Info

Publication number: ES2869073T3
Application number: ES15730065T
Authority: ES
Inventors: Lars Meinecke
Original assignee: Onejoon GmbH
Current assignee: Onejoon GmbH
Priority date: 2014-06-20
Filing date: 2015-06-16
Publication date: 2021-10-22
Anticipated expiration: 2035-06-16
Also published as: WO2015192961A1; JP7270329B2; US20170122664A1; EP3158117A1; US11092381B2; CN106460256A; EP3158117B1; CN106460256B; DE102014009243B3; JP2017524834A

Abstract

Horno de oxidación para el tratamiento oxidativo de fibras, en particular para la producción de fibras de carbono, con a) una carcasa (12) que es estanca a los gases excepto por zonas de paso (18, 20) para las fibras (22); b) una cámara de proceso (28) que se encuentra en el espacio interior (14) de la carcasa (12); c) un equipo atmosférico (40, 42, 48) con el que puede generarse e inyectarse en la cámara de proceso (28) una atmósfera de trabajo (38) caliente que atraviesa la cámara de proceso (28) en condiciones de proceso en una dirección de flujo principal; d) poleas de desvío (34) que guían las fibras (22) como tapiz de fibra (22a) situadas unas junto a otras a modo de serpentín a través de la cámara de proceso (28), en donde el tapiz de fibra (22a) define en cada caso un plano entre poleas de desvío (34) opuestas, caracterizado por que e) está presente un sistema de medición de flujo (52), por medio del cual, en condiciones de proceso, puede establecerse un perfil de flujo de la atmósfera de trabajo (38) y que comprende al menos un equipo de sensor (56) para la determinación de la velocidad de flujo, que está dispuesto en una zona de sensor (58) entre dos tapices de fibra (22a) adyacentes.

Description

DESCRIPCIÓN

Horno de oxidación

La invención se refiere a un horno de oxidación para el tratamiento oxidativo de fibras, en particular para la producción de fibras de carbono, con

a) una carcasa, que es estanca a los gases excepto por zonas de paso para las fibras;

b) una cámara de proceso que se encuentra en el espacio interior de la carcasa;

c) un equipo atmosférico con el que puede generarse e inyectarse en la cámara de proceso una atmósfera de trabajo caliente que atraviesa la cámara de proceso en condiciones de proceso en una dirección de flujo principal;

d) poleas de desvío que guían las fibras como tapiz de fibra situadas unas junto a otras a modo de serpentín a través de la cámara de proceso, en donde el tapiz de fibra define en cada caso un plano entre poleas de desvío opuestas.

En los hornos de oxidación de este tipo, conocidos en el mercado, para la producción de fibras de carbono hay esencialmente dos parámetros de proceso que influyen principalmente en la calidad de las fibras que se obtienen. Por un lado se trata de la temperatura en la cámara de proceso, es decir, la temperatura de la atmósfera de trabajo y, por otro lado, de la velocidad con la que la atmósfera de trabajo fluye a través de la cámara de proceso.

Estos dos parámetros de proceso debían mantenerse a lo largo de todo el proceso dentro de unas tolerancias bajas según las especificaciones de proceso, para garantizar tanto una calidad de fibra constante como una alta seguridad de proceso.

Un perfil de flujo a lo largo de la velocidad de flujo de la atmósfera de trabajo en la cámara de proceso se creaba hasta ahora en un estado de funcionamiento frío del horno de oxidación, por ejemplo, en su puesta en marcha. Partiendo de este "perfil frío" se calculaba un perfil de flujo en condiciones de proceso.

En condiciones de proceso, la temperatura en la cámara de proceso de un horno de oxidación asciende hasta 300 0C y se liberan gases tóxicos y/o inflamables, pero también partículas de SiO²y de fibra. Además, con una distribución de calor no uniforme en la cámara de proceso, en zonas más frías puede producirse la formación de condensado de alquitrán. La práctica ha mostrado que, también debido a la variación de las condiciones en la cámara de proceso del estado de puesta en marcha al proceso en funcionamiento, pueden producirse grandes desviaciones entre el perfil de flujo calculado y el perfil de flujo realmente existente en las condiciones de proceso, de modo que la calidad de las fibras no siempre coincide con lo esperado.

El estado de la técnica referente a la invención puede encontrarse en los documentos US 6776611 y US 4545762 A.

El objetivo de la invención es crear un horno de oxidación del tipo mencionado al principio que tenga en cuenta estas ideas.

Este objetivo se consigue, en el caso de un horno de oxidación del tipo mencionado al principio, por que e) está presente un sistema de medición de flujo, por medio del cual, en condiciones de proceso, puede establecerse un perfil de flujo de la atmósfera de trabajo y que comprende al menos un equipo de sensor para la determinación de la velocidad de flujo, que está dispuesto en una zona de sensor entre dos tapices de fibra adyacentes.

La invención se basa en el reconocimiento de que es posible implantar un sistema de sensor que resista las condiciones de proceso en la cámara de proceso y proporcione de manera fiable datos sobre las velocidades de flujo de la atmósfera de trabajo también con el proceso en funcionamiento en las condiciones de proceso.

En principio, se establecerá un perfil de flujo en la dirección perpendicular a los tapices de fibra, es decir por regla general a lo largo de la vertical de la cámara de proceso. En este caso están previstas varias zonas de sensor en la dirección vertical. Preferentemente, el equipo de sensor está configurado, sin embargo, de tal manera que pueden detectarse diferentes velocidades de flujo de la atmósfera de trabajo en la zona de sensor transversalmente a la dirección de flujo principal. Cuando varios de estos equipos de sensor están distribuidos en la dirección vertical, puede establecerse un perfil de flujo reticular rico en información a lo largo de la sección transversal de la cámara de proceso.

Se ha comprobado que, en condiciones de proceso, es especialmente efectivo cuando el al menos un equipo de sensor está diseñado como equipo de sensor de presión diferencial.

A este respecto es ventajoso cuando el al menos un equipo de sensor de presión diferencial comprende una sonda de Pitot y una sonda para la presión estática.

Un diseño especialmente ventajoso del equipo de sensor se consigue cuando

a) la sonda de Pitot comprende al menos un tubo de Pitot con un extremo cerrado y un extremo de medición y la sonda para la presión estática comprende al menos un tubo de referencia con un extremo cerrado y un extremo de medición, pudiendo detectarse en los extremos de medición una presión de remanso y una presión de referencia estática;

b) el tubo de Pitot y el tubo de referencia en la zona de sensor se extienden transversalmente a la dirección de flujo principal de la atmósfera de trabajo y paralelos entre sí a una distancia de medición;

c) el tubo de Pitot presenta aberturas y está dispuesto de tal modo que las aberturas apuntan en dirección contraria a la dirección de flujo principal de la atmósfera de trabajo;

d) el tubo de referencia presenta aberturas y está dispuesto detrás del tubo de Pitot en la dirección de flujo principal de la atmósfera de trabajo, de tal modo que las aberturas apuntan alejándose del tubo de Pitot.

Para reducir las turbulencias en el equipo de sensor de presión diferencial, es favorable cuando este comprende una envuelta que envuelve el tubo de Pitot y el tubo de referencia a excepción de sus aberturas.

Con vistas a un perfil de flujo reticular mencionado anteriormente, es ventajoso cuando la sonda de Pitot comprende varias secciones de medición y la sonda para la presión estática comprende varias secciones de medición.

Preferentemente, las secciones de medición están formadas por cámaras de medición que desembocan, en cada caso, por su cara frontal alejada del extremo cerrado, a través de una conducción hueca, en conexiones de medición en el extremo de medición.

Una construcción simétrica se consigue cuando las conducciones huecas discurren coaxialmente unas con respecto a otras y con respecto a las cámaras de medición.

Como alternativa, las secciones de medición pueden estar formadas por que están presentes varios tubos de Pitot o tubos de referencia que son de diferente longitud y están dispuestos uno junto a otro de tal manera que en cada caso una sección de medición se sitúa en el extremo cerrado del respectivo tubo de Pitot o tubo de referencia con aberturas en la cámara de proceso.

Los diversos tubos de Pitot o tubos de referencia pueden ser rectos o acodados. Cuando son acodados, pueden entrelazarse de tal manera se ofrece al flujo una superficie de impacto en gran medida sin escalón o similar, de modo que se evitan turbulencias.

Cuando está presente al menos una disposición de sensor con varios equipos de sensor que están dispuestos en varias zonas de sensor entre distintos tapices de fibra adyacentes, puede establecerse de manera ventajosa un perfil en dirección perpendicular a los tapices de fibra, es decir, por regla general, en dirección vertical.

Cuando está presente al menos una disposición de sensor con varios equipos de sensor que están dispuestos en regiones de sensor adyacentes de una zona de sensor, puede hacerse más preciso el perfil de flujo en la dirección de flujo.

Cuando varios equipos de sensor están unidos a través de un equipo de válvula con una unidad de medición de grupo y pueden evaluarse secuencialmente, puede ahorrarse un gran número de unidades de medición de presión y transductores de presión. En este caso, se construye sucesivamente un perfil de flujo, consultándose uno tras otro en el tiempo varios equipos de sensor y reuniéndose los valores obtenidos dando lugar a un perfil de flujo.

Con vistas a los conceptos de flujo comunes, es favorable cuando la cámara de proceso presenta varias secciones de cámara de proceso en las que la atmósfera de trabajo fluye con diferentes direcciones de flujo principal, pudiendo establecerse por separado en cada caso su perfil de flujo por el sistema de medición de flujo. Esto tiene en cuenta, por ejemplo, el denominado principio "de centro a extremo" ("center-to-end") en los hornos de oxidación.

Para conducir la atmósfera de trabajo que fluye de manera dirigida a un equipo de sensor, es favorable cuando en una zona de sensor entre dos tapices de fibra adyacentes están presentes elementos deflectores de aire mediante los cuales la atmósfera de trabajo se concentra en dirección al equipo de sensor.

A continuación se explican con más detalle ejemplos de realización de la invención por medio de los dibujos. En estos, muestran:

la Figura 1 un corte vertical a través de un horno de oxidación para la producción de fibras de carbono en la dirección longitudinal del horno con un sistema de medición de flujo que comprende una disposición de sensor con varios equipos de sensor de presión diferencial;

la Figura 2 un fragmento en detalle en perspectiva de la disposición de sensor del horno de oxidación con equipos de sensor de presión diferencial de acuerdo con un primer ejemplo de realización;

la Figura 3 una ampliación en detalle de la figura 1 con el equipo de sensor de presión diferencial de la figura 2;

la Figura 4 un fragmento en detalle en perspectiva de la disposición de sensor del horno de oxidación con equipos de sensor de presión diferencial de acuerdo con un segundo ejemplo de realización;

la Figura 5 una ampliación en detalle de la figura 1, correspondiente a la figura 3, con el equipo de sensor de presión diferencial de la figura 4;

la Figura 6 una ampliación en detalle de la figura 1, correspondiente a las figuras 3 y 5, con una disposición de sensor modificada;

la Figura 7 una ampliación en detalle de la figura 1, correspondiente a las figuras 3, 5 y 6, en donde la disposición de sensor comprende elementos deflectores de flujo;

la Figura 8 un fragmento en detalle en perspectiva, correspondiente a las figuras 2 y 4, de una disposición de sensor que comprende equipos de sensor de presión diferencial, con los que pueden detectarse diferencias de flujo transversalmente a la dirección de flujo;

las Figuras 9 a 12 cuatro ejemplos de realización de equipos de sensor de presión diferencial para esta disposición de sensor;

la Figura 13 esquemáticamente un circuito de control para la detección secuencial de intervalos de medición en el horno de oxidación.

En primer lugar se hace referencia a la figura 1, que muestra un corte vertical de un horno de oxidación que se utiliza para la producción de fibras de carbono y que está designado, en conjunto, con 10.

El horno de oxidación 10 comprende una carcasa 12 que delimita un espacio de paso, que constituye el espacio interior 14 del horno de oxidación 10, a través de una pared de cubierta 12a y una pared de base 12b y dos paredes longitudinales verticales, de las que en la figura 1 solo puede verse una pared longitudinal 12c situada por detrás del plano de corte. En sus extremos frontales, la carcasa 12 presenta en cada caso una pared frontal 16a, 16b, en donde en la pared frontal 16a están presentes ranuras de entrada 18 y ranuras de salida 20 horizontales de manera alterna de arriba abajo y en la pared frontal 16b ranuras de salida 20 y ranuras de entrada 18 horizontales de manera alterna de abajo arriba que, por motivos de claridad, no todas llevan número de referencia. A través de las ranuras de entrada y de salida 18 o 20, se introducen fibras 22 en espacio interior 14 y se sacan de nuevo del mismo. Las ranuras de entrada y de salida 18, 20 forman, en general, zonas de paso de la carcasa 12 para las fibras de carbono 22. Excepto por estas zonas de paso, la carcasa 12 del horno de oxidación 10 es estanca a los gases.

El espacio interior 14 está dividido a su vez en dirección longitudinal en tres zonas y comprende una primera cámara previa 24 que está dispuesta directamente junto a la pared frontal 16a, una segunda cámara previa 26 que está directamente adyacente junto a la pared frontal 16b opuesta, así como una cámara de proceso 28 ubicada entre las cámaras previas 24, 26.

Las cámaras previas 24 y 26 forman así al mismo tiempo una esclusa de entrada y de salida para las fibras 22 en el espacio interior 14 o la cámara de proceso 28.

Las fibras 22 que se van a tratar se alimentan al espacio interior 14 del horno de oxidación 10 discurriendo en paralelo a modo de tapiz de fibra 22a. Para ello, las fibras 22 entran desde una primera zona de desvío 30, que se sitúa junto a la pared frontal 16a por fuera de la carcasa de horno 12, a través de la ranura de entrada 18 superior de la pared frontal 16a, en la primera cámara previa 24. Las fibras 22 son guiadas entonces a través de la cámara de proceso 28 y a través de la segunda cámara previa 26 hasta una segunda zona de desvío 32, que se sitúa junto a la pared frontal 16b por fuera de la carcasa de horno 12, y desde allí de vuelta.

En conjunto, las fibras 22 atraviesan la cámara de proceso 28 a modo de serpentín a través de poleas de desvío 34 que se suceden de arriba abajo, de las que únicamente dos llevan un número de referencia. En el presente ejemplo de realización, en cada zona de desvío 30, 32 están previstas en cada caso tres poleas de desvío 34 situadas una encima de otra con sus ejes en paralelo. Entre las poleas de desvío 34, el tapiz de fibra 22a, formado por la pluralidad de fibras 22 que discurren una junto a otra, define en cada caso un plano. El curso de las fibras puede tener lugar también de abajo arriba y pueden estar definidos también más o menos planos de lo que se muestra en la figura 1.

T ras atravesar por completo la cámara de proceso 28, las fibras 22 abandonan el horno de oxidación 10 a través de la ranura de salida 20 inferior de la pared frontal 16b. Antes de alcanzar la ranura de entrada 18 superior de la pared frontal 16a y tras abandonar el horno de oxidación a través de la ranura de salida 20 inferior de la pared frontal 16b, las fibras 22 son guiadas por fuera de la carcasa de horno 12 a través de rodillos guía 36 adicionales.

La cámara de proceso 28 es atravesada en condiciones de proceso por una atmósfera de trabajo 38 caliente, habiendo en el presente ejemplo de realización dos flujos de aire 38a, 38b caliente en sentidos contrarios con, en cada caso, una dirección de flujo principal ilustrada por flechas, con lo cual la cámara de proceso 28 queda dividida en dos secciones de cámara de proceso 28a, 28b desde el punto de vista de la técnica de fluidos. Para ello, en la zona central de la cámara de proceso 28 está dispuesto un equipo de inyección 40 y en las dos zonas de extremo de la cámara de proceso 28 situadas en el exterior está dispuesto en cada caso un equipo de aspiración 42, los cuales son adyacentes en cada caso a las cámaras previas 24, 26. El equipo de inyección 40 comprende varias cajas de inyección 44 y los equipos de aspiración 42 comprenden varias cajas de aspiración 46, que están dispuestas en cada caso entre los planos definidos por el tapiz de fibra 22a y se extienden entre las paredes longitudinales verticales de la carcasa de horno 12.

Partiendo, por ejemplo, de los equipos de aspiración 42, el aire se transporta a un espacio de conducción de aire 48 situado por detrás del plano del dibujo en la figura 1, en el que se trata y acondiciona de un modo que no es en este caso de mayor interés, ajustándose en particular su temperatura mediante unidades de calentamiento no mostradas específicamente.

Desde el espacio de conducción de aire 48, el aire llega en cada caso hasta el equipo de inyección 40. Este emite el aire ahora en circulación y acondicionado que fluye en sentido contrario en dirección a las zonas de desvío 30 y 32 entrando en las secciones de cámara de proceso 28a, 28b. En esta, los flujos de aire 38a, 38b fluyen en sentido contrario hacia los equipos de aspiración 42, lo que en la figura 1 está ilustrado mediante flechas correspondientes. En conjunto, de este modo, dos circuitos de aire de circulación están cerrados y el horno de oxidación 10 se hace funcionar, desde el punto de vista de la técnica de flujo, según el principio "de centro a extremo" mencionado anteriormente. Sin embargo, también puede implementarse cualquier otro principio de flujo conocido.

En general, el equipo de inyección 40 y los equipos de aspiración 42 forman, junto con el espacio de conducción de aire 48 y equipos de acondicionamiento presentes, un equipo atmosférico con el que se genera una atmósfera de trabajo 38 caliente que puede inyectarse en la cámara de proceso 28 y que atraviesa la cámara de proceso 28 en condiciones de proceso.

Durante el paso a modo de serpentín de las fibras 22 a través de la cámara de proceso 28, estas son bañadas de este modo por aire caliente que contiene oxígeno y así se oxidan. El diseño preciso tanto del equipo de inyección 40 como de los equipos de aspiración 42 no tiene mayor relevancia en el presente caso.

En la zona del espacio de conducción de aire 48 están previstas además dos salidas 50. A través de estas pueden evacuarse aquellos volúmenes de gas o de aire que o bien se generan durante el proceso de oxidación o bien llegan como aire nuevo a través de un equipo de alimentación de aire, no mostrado específicamente, a la cámara de proceso 28, para así mantener el contenido de aire en el horno de oxidación 10. Los gases evacuados, que también pueden contener constituyentes venenosos, se alimentan a una combustión térmica posterior. El posible calor así recuperado puede usarse al menos para precalentar el aire nuevo alimentado al horno de oxidación 10.

El horno de oxidación 10 comprende un sistema de medición de flujo 52, con el que puede establecerse un perfil de flujo de la atmósfera de trabajo 38 en la cámara de proceso 28 en condiciones de proceso. El sistema de medición de flujo 52 comprende para ello al menos una disposición de sensor 54 con varios equipos de sensor 56 para la determinación de la velocidad de flujo, que se encuentran en la cámara de proceso 28 y pueden usarse en condiciones de proceso.

En el presente ejemplo de realización, en cada sección de cámara de proceso 28a, 28b de la cámara de proceso 28 está prevista una disposición de sensor 54 de este tipo y el sistema de medición de flujo 52 puede establecer en cada caso por separado el perfil de flujo de la atmósfera de trabajo 38 que atraviesa las secciones de cámara de proceso 28a, 28b con diferentes direcciones de flujo principal.

A continuación se explica únicamente la disposición de sensor 54 en la sección de cámara 28a de la cámara de proceso 28; de manera correspondiente, lo dicho a este respecto es válido mutatis mutandis a la sección de cámara de proceso 28b.

En cada espacio intermedio entre dos tapices de fibra 22a adyacentes está definida una zona de sensor 58 en la que está dispuesto en cada caso un equipo de sensor 56, por medio del cual puede detectarse la velocidad de flujo del flujo de aire 38a en esta zona de sensor 58. Los equipos de sensor 56 están diseñados en cada caso como equipo de sensor de presión diferencial 60.

Las figuras 2 y 3 ilustran equipos de sensor de presión diferencial 60a de acuerdo con un primer ejemplo de realización de los equipos de sensor de presión diferencial 60, mostrándose en cada caso una parte de la sección de cámara de proceso 28a y en la figura 2 solo la disposición de sensor 54 del sistema de medición de flujo 52. Los equipos de sensor de presión diferencial 60a comprenden en cada caso una sonda de Pitot 62 y una sonda 64 para la presión estática; solo un equipo de sensor de presión diferencial 60a está dotado de números de referencia adicionales.

La sonda de Pitot 62 tiene como tubo de Pitot 66 un tubo hueco alargado que se extiende en la zona de sensor 58 transversalmente a la dirección de flujo principal del flujo de aire 38a que se va a medir entre dos tapices de fibra 22a.

El tubo de Pitot 66 presenta en dirección longitudinal, a distancias regulares, aberturas 68 que están dispuestas en línea recta. El tubo de Pitot 66 está orientado de tal modo que estas aberturas 68 apuntan en dirección contraria a la dirección de flujo principal del flujo de aire 38a. El tubo de Pitot 66 está cerrado en un extremo 66a. La presión de remanso P¹presente en el extremo de medición 66b opuesto del tubo de Pitot 66 se determina con ayuda de una unidad de medición de presión 70 que está indicada únicamente de manera esquemática como detector. La presión reinante en el extremo de medición 66a del tubo de Pitot 66 es, por motivos físicos conocidos de por sí, el valor promedio de las presiones a lo largo de la extensión longitudinal del tubo de Pitot 66.

La sonda 64 para la presión estática comprende, a su vez, como tubo de referencia 72 un tubo de presión hueco alargado que es constructivamente similar al tubo de Pitot 66 y presenta aberturas 74 dispuestas correspondientemente. El tubo de referencia 72 discurre entre dos tapices de fibra 22a manteniendo una distancia de medición 76 predeterminada en paralelo al tubo 66 de la sonda de Pitot 62 y, por lo tanto, asimismo horizontal y transversalmente a la dirección de flujo principal del flujo de aire 38a que se va a medir. El tubo de referencia 72 está dispuesto detrás del tubo de Pitot 66 en la dirección de flujo principal del flujo de aire 38a y está orientado de tal modo que sus aberturas 74 apuntan alejándose del tubo de Pitot 66.

Los dos tubos 66 y 72 definen conjuntamente un plano de medición 78 que discurre en paralelo a la dirección de flujo principal del flujo de aire 38a y está indicado únicamente en las figuras 1, 3 y 5. En el presente ejemplo de realización, el plano de medición 78 discurre, en consecuencia, horizontalmente.

El tubo de referencia 72 está cerrado en un extremo 72a. La presión de referencia estática P²presente en el extremo de medición 72b opuesto del tubo de referencia 72 se detecta por medio de una unidad de medición de presión 76, que está ilustrada en este caso asimismo únicamente de manera esquemática como detector. También la presión reinante en el extremo de medición 72b del tubo de referencia 72 refleja el valor promedio de las presiones a lo largo de la extensión longitudinal del tubo de referencia 72.

A partir de la diferencia entre la presión de remanso P¹y la presión estática P²puede calcularse, con ayuda de algoritmos de cálculo conocidos, la velocidad de flujo media del flujo de aire 38a con respecto a un tramo de medición 82 en la sección de cámara de proceso 28a. El tramo de medición 82 depende de la longitud del tubo de Pitot y del tubo de referencia 66, 72 y corresponde, en el presente ejemplo de realización, a la anchura de la sección de cámara de proceso 28a.

En dirección vertical pueden detectarse de esta manera las velocidades de flujo de la atmósfera de trabajo 38 en las respectivas zonas de sensor 58 entre los tapices de fibra 22a y combinarse dando lugar a un perfil de flujo global. De acuerdo con la figura 1, entre todos los planos de los tapices de fibra 22a se encuentra una zona de sensor 58 con un equipo de sensor de presión diferencial 60. Sin embargo, su número puede ser también menor y, por ejemplo, puede estar definida una zona de sensor 58 solo -visto en dirección vertical- cada dos o cada tres espacios intermedios entre dos tapices de fibra adyacentes 22a.

Las figuras 4 y 5 ilustran equipos de sensor de presión diferencial 60b como segundo ejemplo de realización de los equipos de sensor de presión diferencial 60. A diferencia de un equipo de sensor de presión diferencial 60a, un equipo de sensor de presión diferencial 60b comprende una envuelta 84 que envuelve el respectivo tubo de Pitot 66 de la sonda de Pitot 62 y tubo de referencia 72 de la sonda 64 para la presión estática a excepción de las aberturas 68 o 74, de modo que el flujo de aire 38a no alcanza el espacio intermedio entre el tubo de Pitot y el de referencia 66, 72. Con ello se iguala el flujo en el equipo de sensor de presión diferencial 60b y se reducen las turbulencias. Esto contribuye a un comportamiento de calentamiento más homogéneo del horno de oxidación 10.

Tal como puede observarse en la figura 5, el equipo de sensor de presión diferencial 60b, debido a la envuelta 84, tiene un contorno exterior de sección transversal ovalada.

La figura 6 muestra una variación en la que en cada espacio intermedio entre dos tapices de fibra 22a adyacentes están definidas dos regiones de sensor 58a, 58b adyacentes de la zona de sensor 58, en las que en cada caso está dispuesto un equipo de sensor 56. En este sentido puede tratarse de los equipos de sensor de presión diferencial 60a o 60b, pero también del ejemplo de realización alternativo explicado más adelante con respecto a la figura 8 de un equipo de sensor de presión diferencial 86 con las variantes ilustradas en las figuras 9 a 12. Esto está indicado en la figura 6 y en la figura 7 también por que la envuelta allí está indicada solo con líneas discontinuas.

En general, entre dos tapices de fibra 22a adyacentes en la dirección de flujo principal del flujo de aire 38a también pueden estar dispuestos más de dos equipos de sensor 56. Cuantos más equipos de sensor 56 estén presentes, con mayor resolución puede establecerse el perfil de flujo en la dirección de flujo principal del flujo de aire 38a. En la figura 7 se muestra una variación en la que en la zona de sensor 58 entre dos tapices de fibra 22a adyacentes están presentes elementos deflectores de aire 88 a través de los cuales se concentra el flujo de aire 38a en dirección al equipo de sensor 56.

Los elementos deflectores de aire 88 predeterminan un recorrido de entrada de flujo 90, que se estrecha en dirección al equipo de sensor 56 y tiene sección transversal en forma de embudo. Con ello se reducen asimismo turbulencias en el respectivo tubo de Pitot 66 y por detrás del tubo de referencia 72.

Con ayuda la disposición de sensor 56 explicada anteriormente con los equipos de sensor de presión diferencial 60a o 60b puede establecerse un perfil de flujo vertical de la atmósfera de trabajo 38 o de los flujos de aire 38a y 38b en las secciones de cámara de proceso 28a y 28b. En dirección horizontal, no es posible allí diferenciación alguna entre velocidades de flujo diferentes de los flujos de aire 38a, 38b.

La figura 8 muestra como variación adicional de los equipos de sensor 56 varios equipos de sensor de presión diferencial 86 con los que pueden detectarse diferentes velocidades de flujo de la atmósfera de trabajo 38 en la zona de sensor 58 también transversalmente a la dirección de flujo principal, de modo que también en esta dirección puede establecerse un perfil de flujo. En conjunto, puede establecerse así un perfil de flujo reticular a lo largo de la sección transversal del horno de oxidación 10 a través de las zonas de sensor 58.

La sonda de Pitot 62 comprende allí tres secciones de medición 62a, 62b, 62c que cooperan con tres secciones de medición 64a, 64b, 64b de la sonda 64 para la presión estática; cuatro ejemplos de realización de un equipo de sensor de presión diferencial 86 de este tipo están ilustrados en las figuras 9 a 11 y designados con 86a, 86b, 86c y 86d, respectivamente. A continuación se explica en cada caso el respectivo tubo de Pitot 66 de la sonda de Pitot 62 presente en cada caso. El tubo de referencia 72 de la respectiva sonda 64 para la presión estática está realizado en cada caso con una construcción similar. Con respecto a la disposición, colocación y orientación de los tubos de Pitot 66 o tubos de referencia 72 de los equipos de sensor de presión diferencial 86 en la cámara de proceso 28 del horno de oxidación 10 se cumple, por lo demás, de manera correspondiente, lo dicho mutatis mutandis con respecto a los equipos de sensor de presión diferencial 60.

En el caso del equipo de sensor de presión diferencial 86a de acuerdo con la figura 9, el tubo de Pitot 66 está subdividido desde el extremo cerrado 66a hasta el extremo de medición 66b en varias cámaras de medición 92, estando previstas en el presente ejemplo de realización tres cámaras de medición 92a, 92b, 92c. Estas desembocan en cada caso, por su cara frontal alejada del extremo cerrado 66a, a través de una conducción hueca 94a, 94b, 94c, en conexiones de medición 96 en forma de, en este caso, tres conexiones de medición 96a, 96b, 96c en el extremo de medición 66b del tubo de Pitot 66, a las que se puede conectar en cada caso una unidad de medición de presión 70.

Las conducciones huecas 94a, 94b, 94c están dispuestas coaxialmente unas con respecto a otras y con respecto a las cámaras de medición 92a, 92b, 92c, de modo que la conducción hueca 94a de la primera cámara de medición 92a discurre a través de la segunda cámara de medición 92b y a través de la tercera cámara de medición 92c y la conducción hueca 94b de la segunda cámara de medición 92b se extiende a través de la tercera cámara de medición 92c y allí está rodeada por la conducción hueca 94a de la primera cámara de medición 92a. La conducción hueca 94c de la tercera cámara de medición 92c rodea, por último, las conducciones huecas 94a y 94b que discurren unas dentro de otras.

A lo largo de cada cámara de medición 92a, 92b, 92c están presentes varias aberturas 68. La presión medida en cada conexión de medición 96a, 96b, 96c es la presión media de la atmósfera de trabajo 38 a lo largo de la extensión de las respectivas cámaras de medición 92a, 92b o 92c. Dos cámaras de medición 92, dispuestas una detrás otra en dirección de flujo principal de la atmósfera de trabajo 38, del tubo de Pitot 66 y del tubo de referencia 72 forman una pareja de cámaras de medición, cuyas presiones medidas en la respectiva conexión de medición 96 se correlacionan correspondientemente.

De esta manera, puede establecerse en consecuencia un perfil de flujo de la atmósfera de trabajo 38 también transversalmente a la dirección de flujo principal. Cuantas más cámaras de medición 92 estén presentes, mayor será la resolución del perfil de flujo sobre las relaciones de flujo en la zona de sensor 58 en dirección transversal a la dirección de flujo principal.

En las figuras 10 a 12 se muestran tubos de Pitot 66 y tubos de referencia 72 a otra escala o con otra sección transversal.

La figura 10 muestra un equipo de sensor de presión diferencial 86b en el que están presentes varios tubos de Pitot 66 rectos que son de diferente longitud y están dispuestos uno junto a otro en el plano de medición 78 de tal manera que, en cada caso, una sección de medición 98 se sitúa en el extremo cerrado 66b del respectivo tubo de Pitot 66 con aberturas 68 en la cámara de proceso 28.

Del mismo modo, están presentes varios tubos de referencia 72 de diferente longitud con secciones de medición 98 de este tipo. Dos secciones de medición 98 dispuestas una tras otra en la dirección de flujo principal de la atmósfera de trabajo 38 de un tubo de Pitot 66 y de un tubo de referencia 72 forman una pareja de secciones de medición, cuyas presiones medidas en el respectivo extremo de medición 66a o 72a se correlacionan correspondientemente. En los puntos de transición de un tubo de Pitot 66 al siguiente, en el extremo cerrado 66a de un tubo de Pitot 66 está configurado en cada caso un escalón, lo que puede observarse adecuadamente en la figura 10.

En el ejemplo de realización del equipo de sensor de presión diferencial 86c de acuerdo con la figura 11, en lugar de tubos de Pitot 66 y tubos de referencia 72 rectos están presentes de nuevo tubos de diferente longitud, pero que discurren de manera escalonada con escalones 100 y secciones escalonadas 102, en los que, en cada caso, en el extremo cerrado 66a o 72a está configurada una sección de medición 98.

Como puede observarse en la figura 11, los tubos 66 o 72, debido a la configuración escalonada, pueden estar dispuestos en contacto unos con otros de tal manera que el flujo de aire 38a tenga disponible en gran medida una superficie de impacto uniforme, que viene predeterminada por las secciones de medición 98 individuales de los distintos tubos 66 o 72.

En la figura 12 se muestra, como variación adicional, un equipo de sensor de presión diferencial 86d con cámaras de medición 92 y conducciones huecas 94. Allí, las conducciones huecas 94 no salen frontalmente de las cámaras de medición 92 y no se sitúan coaxialmente unas con respecto a otras. Más bien, las conducciones huecas 94 discurren en paralelo al tubo de Pitot 66 o al tubo de referencia 72 y desembocan lateralmente en la respectiva cámara de medición 92.

Cuando cada extremo de medición 66b, 72b de cada tubo de Pitot 66 y de cada tubo de referencia 72 de los equipos de sensor de presión diferencial 60 u 86 está conectado con una unidad de medición de presión 70 u 80 propia, puede monitorizarse en tiempo real la atmósfera de trabajo 38 durante el funcionamiento de oxidación del horno de oxidación 10.

No obstante, el esfuerzo constructivo y el número de unidades de medición de presión 70, 80 necesarias son correspondientemente altos. La figura 13 muestra un sistema de medición de flujo 52 en el que una unidad de medición de grupo 102 está conectada a través de un equipo de válvula 104 con varios equipos de sensor de presión diferencial 60 u 86, que pueden evaluarse secuencialmente por la unidad de medición de grupo 102. De esta manera puede establecerse periódicamente un perfil de flujo de la atmósfera de trabajo 38 en el horno de oxidación 10. Esto es suficiente, por regla general, para detectar rápidamente variaciones en el patrón de flujo y ajustar correspondientemente sin demora el equipo de inyección 40 y los equipos de aspiración 42 hasta que se establezca el perfil de flujo deseado.

El equipo de válvula 104 conecta los extremos de medición 66b de los tubos de Pitot 66 de un grupo de tubos de Pitot 108 a través de válvulas 110 con una conducción de presión de remanso 112 y los extremos de medición 72b de los tubos de referencia 72 de un grupo de tubos de referencia 114 a través de válvulas 116 con una conducción de presión de referencia 118.

La conducción de presión de remanso 112 y la conducción de presión de referencia 118 conducen a un transductor 120 que convierte la presión detectada en una señal eléctrica y la comunica a través de una línea de señal 122 a un control 124. El control 124 calcula el perfil de flujo de la atmósfera de trabajo 38 en el horno de oxidación 10 y compara el perfil de flujo real medido con un perfil de flujo teórico almacenado. En caso de desviaciones del perfil de flujo teórico, el control 124 controla la alimentación de aire del horno de oxidación 10, lo que está ilustrado a modo de ejemplo mediante un ventilador 126 que está conectado con el control a través de una línea de control 128. De esta manera se forma un circuito de regulación mediante el cual puede reaccionarse inmediatamente a desviaciones detectadas de un perfil de flujo teórico y ajustarse el flujo de la atmósfera de trabajo 38.

Además, el control 124 está conectado a través de una línea de datos 130 con una pantalla 132 en la que puede visualizarse la monitorización de la atmósfera de trabajo 38 en el horno de oxidación 10. Para ello pueden representarse gráficamente, por ejemplo, un perfil de flujo medido y un perfil de flujo teórico predeterminado y compararse así por un operario.

Se abren ahora una tras otra en cada caso las válvulas 110 y 116 de una pareja de tubo de Pitot/tubo de referencia de un equipo de sensor de presión diferencial 60 u 86; las otras válvulas 110, 116 están cerradas en cada caso. Entonces pueden detectarse las presiones en los extremos de medición 66b, 72b del correspondiente tubo de Pitot 66 o tubo de referencia 72.

En una variación no mostrada específicamente, las señales de control pueden usarse también para la regulación automática de aberturas de entrada o salida de aire dentro o fuera de la cámara de proceso. En función del perfil de flujo determinado, las aberturas de entrada y salida de aire pueden estrecharse o ensancharse de manera localizada, por ejemplo mediante válvulas reguladoras, de modo que se mantenga un patrón de flujo homogéneo a lo largo de la sección transversal de horno.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Horno de oxidación para el tratamiento oxidativo de fibras, en particular para la producción de fibras de carbono, con

a) una carcasa (12) que es estanca a los gases excepto por zonas de paso (18, 20) para las fibras (22);

b) una cámara de proceso (28) que se encuentra en el espacio interior (14) de la carcasa (12);

c) un equipo atmosférico (40, 42, 48) con el que puede generarse e inyectarse en la cámara de proceso (28) una atmósfera de trabajo (38) caliente que atraviesa la cámara de proceso (28) en condiciones de proceso en una dirección de flujo principal;

d) poleas de desvío (34) que guían las fibras (22) como tapiz de fibra (22a) situadas unas junto a otras a modo de serpentín a través de la cámara de proceso (28), en donde el tapiz de fibra (22a) define en cada caso un plano entre poleas de desvío (34) opuestas,

caracterizado por que

e) está presente un sistema de medición de flujo (52), por medio del cual, en condiciones de proceso, puede establecerse un perfil de flujo de la atmósfera de trabajo (38) y que comprende al menos un equipo de sensor (56) para la determinación de la velocidad de flujo, que está dispuesto en una zona de sensor (58) entre dos tapices de fibra (22a) adyacentes.

2. Horno de oxidación según la reivindicación 1, caracterizado por que el equipo de sensor (56) está configurado de tal manera que pueden detectarse diferentes velocidades de flujo de la atmósfera de trabajo (38) en la zona de sensor (58) transversalmente a la dirección de flujo principal.

3. Horno de oxidación según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que el al menos un equipo de sensor (56) está diseñado como equipo de sensor de presión diferencial (60, 86).

4. Horno de oxidación según la reivindicación 3, caracterizado por que el al menos un equipo de sensor de presión diferencial (60) comprende una sonda de Pitot (62) y una sonda (64) para la presión estática.

5. Horno de oxidación según la reivindicación 4, caracterizado por que

a) la sonda de Pitot (62) comprende al menos un tubo de Pitot (66) con un extremo cerrado (66a) y un extremo de medición (66b) y la sonda (64) para la presión estática comprende al menos un tubo de referencia (72) con un extremo cerrado (72a) y un extremo de medición (72b), en donde en los extremos de medición (66a, 72b) pueden detectarse una presión de remanso (P¹) y una presión de referencia estática (P²);

b) el tubo de Pitot (66) y el tubo de referencia (72) en la zona de sensor (58) se extienden transversalmente a la dirección de flujo principal de la atmósfera de trabajo (38) y paralelos entre sí a una distancia de medición (76); c) el tubo de Pitot (66) presenta aberturas (68) y está dispuesto de tal modo que las aberturas (68) apuntan en dirección contraria a la dirección de flujo principal de la atmósfera de trabajo (38);

d) el tubo de referencia (72) presenta aberturas (74) y está dispuesto detrás del tubo de Pitot (66) en la dirección de flujo principal de la atmósfera de trabajo (38), de tal modo que las aberturas (74) apuntan alejándose del tubo de Pitot (66).

6. Horno de oxidación según la reivindicación 5, caracterizado por que el equipo de sensor de presión diferencial (60b) comprende una envuelta (84) que envuelve el tubo de Pitot (66) y el tubo de referencia (72) a excepción de sus aberturas (68, 74).

7. Horno de oxidación según la reivindicación 5 o 6, caracterizado por que la sonda de Pitot (62) comprende varias secciones de medición (62a, 62b, 62c) y la sonda (64) para la presión estática comprende varias secciones de medición (64a, 64b, 64b).

8. Horno de oxidación según la reivindicación 7, caracterizado por que las secciones de medición (62a, 62b, 62c; 64a, 64b, 64c) están formadas por cámaras de medición (92) que desembocan, en cada caso, por su cara frontal alejada del extremo cerrado (66a, 72a), a través de una conducción hueca (94), en conexiones de medición (96) en el extremo de medición (66b).

9. Horno de oxidación según la reivindicación 8, caracterizado por que las conducciones huecas (94) discurren coaxialmente unas con respecto a otras y con respecto a las cámaras de medición (92a, 92b, 92c).

10. Horno de oxidación según la reivindicación 7, caracterizado por que las secciones de medición (62a, 62b, 62c; 64a, 64b, 64c) están formadas por que están presentes varios tubos de Pitot (66) o tubos de referencia (72) que son de diferente longitud y están dispuestos uno junto a otro de tal manera que en cada caso una sección de medición (98) se sitúa en el extremo cerrado (66b, 72b) del respectivo tubo de Pitot (66) o tubo de referencia (72) con aberturas (68, 74) en la cámara de proceso (28).

11. Horno de oxidación según la reivindicación 10, caracterizado por que los diversos tubos de Pitot (66) o tubos de referencia (72) son rectos o acodados.

12. Horno de oxidación según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado por que está presente al menos una disposición de sensor (54) con varios equipos de sensor (56) que están dispuestos en varias zonas de sensor (58) entre distintos tapices de fibra (22a) adyacentes.

13. Horno de oxidación según una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado por que está presente al menos una disposición de sensor (54) con varios equipos de sensor (56) que están dispuestos en regiones de sensor (58a, 58b) adyacentes de una zona de sensor (58).

14. Horno de oxidación según la reivindicación 12 o 13, caracterizado por que varios equipos de sensor (56) están unidos a través de un equipo de válvula (104) con una unidad de medición de grupo (102) y pueden evaluarse secuencialmente.

15. Horno de oxidación según una de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado por que la cámara de proceso (28) presenta varias secciones de cámara de proceso (28a, 28b) en las que la atmósfera de trabajo (38) fluye con diferentes direcciones de flujo principal, pudiendo establecerse por separado en cada caso su perfil de flujo por el sistema de medición de flujo (52).

16. Horno de oxidación según una de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado por que en una zona de sensor (58) entre dos tapices de fibra (22a) adyacentes están presentes elementos deflectores de aire (88) mediante los cuales la atmósfera de trabajo (38) se concentra en dirección al equipo de sensor (56).