JP2013519004A - 酸化炉 - Google Patents

Abstract

本発明は、酸化処理のための、特に、カーボンファイバーの製造のための酸化炉１であって、公知な方法において、ハウジング２内部に配置されたプロセスチャンバー６と、熱風のための吹出装置１３と、プロセスチャンバー６の端部領域に配置された少なくとも１つの吸込装置１４、１５と、吹出装置１３、プロセスチャンバー６及び吸込装置１４、１５を通して熱風を循環させる少なくとも１つの通風機２１と、循環熱風の流体経路に配置された少なくとも１つの加熱装置１８と、を具備する酸化炉１に関する。吸込装置１４、１５は、複数の鉛直に離間された吸込ボックス１９で形成されている。そのボックスは、熱風のための少なくとも１つの出口と、プロセスチャンバー６と連通する熱風のための少なくとも１つの入口と、を有し、その入口は、プロセスチャンバーの中央から離間した側部である、吸込ボックス１９の外方に面した側部に配置されている。この構成において、繊維が酸化工程を実施される区分の有効長さは、従来の構成と比較して拡張される。それによって、炉１は、特に低く構成され得る。

Description

本発明は、繊維の酸化処理のため、特にカーボンファイバーの製造のための酸化炉であって、ａ）繊維の入口領域及び出口領域を除いて気密なハウジングと、ｂ）ハウジングの内部に配置されたプロセスチャンバーと、ｃ）熱風がプロセスチャンバーへと吹き出され得る吹出装置と、ｄ）プロセスチャンバーの端部領域に配置され、プロセスチャンバーから熱風を引き込み、且つ、互いに他方から鉛直に離間して配置され、熱風のための少なくとも１つの出口孔及びプロセスチャンバーと連通する熱風のための少なくとも１つの入口孔を一方で有する複数の吸込ボックスを具備する少なくとも１つの吸込装置と、ｅ）吹出装置、プロセスチャンバー及び吸込装置を通して熱風を循環させる少なくとも１つの通風機と、ｆ）循環熱風の流体経路に配置された少なくとも１つの加熱装置と、ｇ）互いに他方の上方に配置された吸込ボックス間の間隙を通して蛇行式で繊維を案内するガイドローラーと、を有する酸化炉に関する。

酸化炉を通る繊維を処理するための熱風を誘導するために、様々な方法がある。ここで流れ方向は、繊維の方向に対し、横に、鉛直に、又は水平にすることさえできる。「中心から端部へ」流れる原理によって空気を誘導する酸化炉が支持を得てきている。この酸化炉においては、プロセスチャンバーの中央領域で、両方向、すなわち、熱風がプロセスチャンバーの対向する端部の方向へと吹出し、プロセスチャンバーのこれらの２つの端部で吸込装置によって再度引き込まれる。以下の詳細は、例示による「中心から端部へ」の空気誘導に関するが、本発明はこれに限定されない。

プロセスチャンバーは、炉の長手方向で繰り返され得る様々な温度及び空気の流れのための領域としてもみなすことができる。

冒頭に記載したタイプの公知の酸化炉において、プロセスチャンバーと連通する吸込ボックスの吸込孔は、プロセスチャンバーの中心に面した側部に配置されている。結果、熱風は、吸込ボックス間の間隙を通って流れることがなく、少なくとも顕著な程度には流れない。従って、吸込ボックス間の繊維が通る経路は、酸化処理には使用されない。吸込ボックスは、空気の分配のために大きな寸法を有する必要が有るため、空気が流れないことによって繊維が酸化処理されない距離は、決して無視できない。

本発明の目的は、繊維の酸化処理の必要寸法が酸化炉の比較的小さな体積で収容されることができ、特に酸化炉が低い構成とされ得るような、冒頭で説明したタイプの酸化炉を実現することにある。

この目的は、ｈ）プロセスチャンバーと連通している少なくとも１つの入口孔が、プロセスチャンバーの中央から離間した吸込ボックスの外方に面した側部に設けられている本発明によって実現される。

本発明に係る手段によって、少なくともある程度の熱風が更に吸込ボックス間の外方に、プロセスチャンバーの端部へと流れ、次いで吸込ボックスの外側に配置された入口孔において、吸込効果によって偏向させられ、移動させられ、空気の循環へと戻される。結果、繊維は、吸込ボックス間の間隙の熱風によって覆われ、酸化もされ得る。こうして先行技術より良好な、繊維が通る経路が使用されるため、全体としてより小さな酸化炉の構成を実現できる。

特に有用なことに、同じ炉の長さで炉をより低くすることができる。これは、全範囲に関連する利点であるが、プロセスチャンバーを通る、短い繊維の蛇行経路のみが必要となるため、繊維のための偏向ローラーと、繊維がプロセスチャンバーに入る領域及びプロセスチャンバーから出る領域において空気が漏れるのを防ぐロック装置と、を節約することが可能となる。更に、炉全体は軽量であり、炉が構成される鋼鉄構造においてコスト面で好適である。更に、プロセスチャンバーの繊維周りの増加された空気の流れは、製造される製品の品質を向上させる。

プロセスチャンバーと連通する入口孔が、吸込ボックスの２つの対向する側部に設けられているならば、「中心から端部へ」の空気誘導が、特に好適となる。対向する側部に配置された入口孔の全体断面は、内方に面している入口孔で既に引き込まれた空気ではなく、むしろ、吸込ボックス間の間隙を通って外方に流れる空気の割合を決定するために選択され得る。

本発明に係る酸化炉の好適な実施形態において、吸込ボックス間に配置された各間隙のためにエアーチャンバーを有するロック装置が、ハウジングの入口領域に設けられており、該エアーチャンバーが、前記間隙と連通しており、繊維のための開口部のみを有し、且つ、加圧された空気によって駆動され得る封止壁によって外気から隔離されている。加圧された新鮮な空気は、プロセスチャンバーから発生して吸込ボックス間の間隙を通って流れてくる熱風が、炉から漏れ得ないことを高い信頼性で確実とする。各間隙において加圧された空気が外気からの空気のみを、最終的に封止壁から、外気へと通過させる。

本発明に係る例示的実施形態は、示された図を参照しつつ以下に更に詳細に説明される。

図２の線Ｉ−Ｉによるカーボンファイバーの製造のための酸化炉の縦断面図を示す。 図１の酸化炉の横断面図を示す。 吸込装置の領域内の図１の拡大された詳細図を示す。 図３と類似の断面をより詳細に示したものである。

図１から図３についてまず最初に説明すると、これは参照番号１によって全体として示され、カーボンファイバーを製造するために使用される酸化炉である。酸化炉１は、２つの鉛直な側壁２ａ、２ｂと、２つの鉛直な端壁２ｃ、２ｄと、上壁２ｅと、底壁２ｆと、で構成されるハウジング２を具備する。ハウジング２は、処理される繊維２０が入出誘導され、且つ、特別なロック装置２２を有する端壁２ｃ及び端壁２ｄの２つの領域３、４を除いて気密である。

特に図２に示すように、ハウジング２の内部は、鉛直な隔壁５によって実際のプロセスチャンバー６と、このプロセスチャンバーの側部に配置された空気誘導チャンバー７、８、９、１０、１１、１２と、に分けられる。全体において、酸化炉１の内部は、図２に示された鉛直な中心面Ｓ−Ｓに対し、実質的に鏡映対称に構成される。

参照番号１３によって全体として示され、以下に詳細に説明された吹出装置は、プロセスチャンバー６の中央領域に配置されている。同様に以下に詳細に説明された吸込装置１４及び吸込装置１５は、それぞれ入口領域３及び出口領域４に隣接したプロセスチャンバー６の、２つの外端領域に配置されている。

２つの方向的に対向する空気循環路が、ハウジング２の内部で維持されており、例えば空気は、吸込装置１４、１５から開始し、空気誘導チャンバー７及び空気誘導チャンバー１２を通ってフィルター１６及びフィルター１７へ、次いで、加熱ユニット１８ａ及び加熱ユニット１８ｂを通して空気誘導チャンバー８及び空気誘導チャンバー１１へと、図２に示される矢印の方向に誘導される。加熱された空気は、通風機２１ａ及び通風機２１ｂによって空気誘導チャンバー８及び空気誘導チャンバー１１から引きこまれ、空気誘導チャンバー９及び空気誘導チャンバー１０へと吹き出される。そこから空気が、それぞれの場合において、吹出装置１３の半分の一方に到達し、そこからプロセスチャンバー６へと、次いでそこから吸込装置１４及び吸込装置１５へと対向する方向に流れ、それによって２つの空気循環路が一巡する。

２つの出口３０ａ、３０ｂが、ハウジング２の壁に設けられている。これらは、酸化炉１の空気のバランスを維持するように、酸化行程中生成され、又は、入口領域３及び出口領域４によって新鮮な空気としてプロセスチャンバー６に到達した、それらの大量のガス又は空気を吐出するために使用され得る。毒性成分も含み得る吐出されたガスは、燃焼後の熱のために供給される。それによって生成された熱は、少なくとも酸化炉１に供給された新鮮な空気を予熱するのに使用され得る。

吹出装置１３の詳細構成を、以下に説明する。それは、吹出ボックス１８の２つの「積層体」を具備する。これらの各吹出ボックス１８は、長手寸法が、プロセスチャンバー６の長手方向にその全幅に亘り横に延在した中空直方体の形状である。それぞれプロセスチャンバー６に面する吹出ボックス１８の狭い側部は、孔あき板１８ａとして構成される。各吹出ボックス１８のそれぞれの端面は、空気誘導チャンバー９及び空気誘導チャンバー１０と連通し、それによって、通風機２０及び通風機２１によって輸送された空気がそれぞれ吹出ボックス１８の内部に流れ、孔あき板１８ａによってそこから吹き出し得る。

２つの積層体のそれぞれにおいて、様々な吹出ボックス１８は、互いに他方の上方において小さな距離で配置されており、吹出ボックス１８の２つの積層体は、炉の長手方向又は繊維２０の移動方向から見ると、同様に他方から離間されている。好適には（図１に示した関係とは異なり）、積層状の２つの吹出ボックス１８間の鉛直距離は、プロセスチャンバー６の長手方向における積層体１８間の距離と等しい。

図１及び図２において左手側の吸込装置が図３の参照番号１４で示される、２つの吸込装置１４、１５は、プロセスチャンバー６全体を通して横断する方向において、吹出ボックス１８と類似した方法で延在する吸込ボックス１９の、それぞれの積層体によって実質的に形成され、プロセスチャンバー６の長手領域に対して横断して延在するそれらの狭い側部で、孔あき板１９ａとして構成される。ここで孔あき板１９ａの孔は、いかなる幾何学的形状でも可能である。吸込装置１４、１５内の吸込ボックス１９は、吹出装置１３内の吹出ボックス１８のように他方から等しい鉛直距離にある。

吸込装置１４の領域の空気の流れは、図３の矢印で示される。プロセスチャンバー６の中央領域からくる大部分の空気は、プロセスチャンバー６の中央に面する孔あき板１９ａを、吸込ボックス１９の内部空間へと通過し、上述したようにそこから更に循環される。プロセスチャンバー６の中央領域から流れる別の空気は、互いに他方の上方に配置された吸込ボックス１９間の間隙を流れて通過し、同様に吸込ボックス１９の外方の孔あき板１９ａを通して吸込ボックス１９の内部へと吸い込まれ、そこから更に空気循環路へと供給される。

処理される繊維２０は、偏向ローラー２１によって酸化炉１に供給され、ロック装置２２を通過し、図１及び図３において正確に詳細が示されてないが、ロック装置２２は、ガスが、プロセスチャンバー６から外へ漏れるのを防ぐために機能する。それから繊維２０は、互いに他方の上方に配置された吸込ボックス１９間の間隙を通り、プロセスチャンバー６を通り、吹出装置１３において互いに他方の上方に配置された吹出ボックス１８間の間隙を通り、プロセスチャンバーの対向する端部において互いに他方の上方に配置された吸込ボックス１９間の間隙を通り、更にロック装置２２を通って案内される。

概説したプロセスチャンバー６を通る繊維２０の経路が蛇行式で複数回繰り返されるようにするため、軸線が並行に配置された互いに他方の上方にある複数の偏向ローラー２４及び偏向ローラー２５が、酸化炉１の両方の端部領域に設けられている。プロセスチャンバー６を通る最上部の経路の後、繊維２０は酸化炉１を出て、更なる偏向ローラー２６によって案内される。プロセスチャンバーを通る繊維２０の蛇行経路の間、これらは、高温の酸素含有空気によって覆われ、それによって酸化される。酸化炉からの出口は、実質的に少なくとも１つの酸化工程を完了させる。更なる酸化ステップを以下に示す。

熱風は、吸込ボックス１９の両方の狭い長手側部に設けられた孔あき板１９ａによって、それらの２つの対向する側部において吸込ボックス１９の内部に入り得る。これは先行技術とは異なり、空気が互いに他方の上方に配置された吸込ボックス１９間の間隙を通って流れもし、ここに配置された繊維２０の部分が空気で覆われることを意味する。従って、先行技術とは異なり、これらの経路が、酸化工程のために有効となる。従って、等しい炉の長さで、冒頭で概説した先行技術による酸化炉と比較して、炉の高さを低くすることが可能となる。これに関連する利点は既に上述した通りである。

上述した酸化炉の例示的実施形態は、特に「中心から端部へ」の空気誘導のために設計されているが、以下で図４を参照にしつつ説明された例示的実施形態は、空気誘導の全ての方法、例えば鉛直又は水平に移動させる、繊維の方向に対して垂直な空気誘導にも適している。

図４は、図３と類似した方法で酸化炉１０１の端部領域を通る縦断面図を図示しており、図３の縦断面図と類似しているが、ロック装置１２３に関しては、より詳細に図示されている。図４の酸化炉１０１において、吸込装置１１５も互いに他方の上方に配置された吸込ボックス１１９の積層体によって形成されている。第１の例示的実施形態の吸込ボックス１９とは異なり、図４の吸込ボックス１１９は、プロセスチャンバー６の中央に面する反対側の狭い側部が封止されている一方で、外方に面した狭い側部においてのみガスのための入口開口部を有する。

（矢印で図示された）空気の流れ方向に対して横断して延在するアングル形状部１２５は、吸込ボックス１１９の上面及び底面に取付けられている。これらのアングル形状部１２５は、空気抵抗を増加させ、一定の吸い込みを確保する役割を有する。各吸込ボックス１１９のために一定の、引き込まれた体積流量を保持するため、吸込ボックス１１９と、図２の空気誘導チャンバー７及び空気誘導チャンバー１２と、の間の空気経路において、各吸込ボックス１１９に、個別に調節可能な絞り弁（図示せず）を設けることができる。

ロック装置１２３は、繊維１２０が通過する部分において対応する通過孔１２７を有する、外気に対する封止壁としての、外方に折られた形状の板１２６を具備する。矢印１２９の方向で加圧された新鮮な空気を供給され得る空気溝１２８は、各吸込ボックス１１９の最も高い位置に取付けられている。空気溝１２８において曲げられた空気偏向板１３０は、一体成形されているか、又は、板１２６に隣接した端部で取付けられている。図で示し、小さな矢印で記号化したように、空気のための狭い通路は、これらの空気偏向板１３０と、板１２６との間に構成され、こうして、特に板１２６内の開口部１２７の領域へと到達する。

プロセスチャンバー１０６の方向における別の空気の流れは、各エアーチャンバー１３１に到達し、そこで吸込ボックス１１９間の間隙を通して外方に流れる空気に衝突する。その結果、両方の空気の流れが上方及び下方へと分岐し、ここで、吸込ボックス１１９の孔の開いた狭い側部の領域に到達する。そこから、それらの空気は様々な吸込ボックス１１９の内部空間を通して引き込まれる。

空気溝１２８、ひいてはエアーチャンバー１３１へと誘導された空気の正圧により、潜在的に有害なガスが酸化炉１の内部から酸化炉１０１の外に漏出することはあり得ない。

Claims (3)

1. 繊維の酸化処理のため、特にカーボンファイバーの製造のための酸化炉であって、
   ａ）繊維の入口領域及び出口領域を除いて気密なハウジングと、
   ｂ）該ハウジングの内部に配置されたプロセスチャンバーと、
   ｃ）熱風が該プロセスチャンバーへと吹き出され得る吹出装置と、
   ｄ）前記プロセスチャンバーの端部領域に配置され、前記プロセスチャンバーから熱風を引き込み、且つ、複数の吸込ボックスを具備し、該複数の吸込ボックスが、互いに他方から鉛直に離間して配置されると共に熱風のための少なくとも１つの出口孔及び前記プロセスチャンバーと連通する熱風のための少なくとも１つの入口孔を一方で有する少なくとも１つの吸込装置と、
   ｅ）前記吹出装置、前記プロセスチャンバー及び前記吸込装置を通して熱風を循環させる少なくとも１つの通風機と、
   ｆ）循環熱風の流体経路に配置された少なくとも１つの加熱装置と、
   ｇ）互いに他方の上方に配置された吸込ボックス間の間隙を通して蛇行式で繊維を案内するガイドローラーと、を有する酸化炉において、
   ｈ）前記プロセスチャンバー（６）と連通している少なくとも１つ入口孔（１９ａ）が、前記プロセスチャンバーの中央から離間した前記吸込ボックス（１９）の外方に面した側部に設けられていることを特徴とする酸化炉。
2. 前記プロセスチャンバー（６）と連通している入口孔（１９ａ）が、前記吸込ボックス（１９）の２つの対向する側部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の酸化炉。
3. 前記吸込ボックス（１１９）間に配置された各間隙のため、エアーチャンバー（１３１）を有するロック装置（１２２）が、前記ハウジング（２）の前記入口領域（３、４）に設けられており、該エアーチャンバーが、前記間隙と連通していると共に封止壁（１２６）によって外気から隔離され、該封止壁が、繊維（１２０）のための開口部（１２７）のみを有すると共に加圧された空気によって駆動され得ることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１つに記載の酸化炉。

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