JP7249274B2 - Furnace with discharge nozzle plate for distributing gas through the furnace and method of operating the same - Google Patents

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Description

[関連出願]
本願は、2016年11月8日出願の米国特許出願第15/345,553号「OVENS, DISCHARGE NOZZLE PLATES FOR DISTRIBUTION OF GAS THROUGH AN OVEN, AND METHODS TO OPERATE AN OVEN」の優先権を主張する。本明細書の一部をなすものとして、米国特許出願第15/345,553号の全体を引用する。
[Related Application]
This application claims priority to U.S. patent application Ser. The entirety of US patent application Ser. No. 15/345,553 is incorporated herein by reference.

酸化炉は、前駆体(アクリル繊維、ピッチ繊維またはセルロース繊維等)から炭素繊維を製造するのに一般的に用いられる。1つの一般的な処理方法は、前駆体材料の繊維セグメントを1つ以上の酸化炉に通して連続的に引っ張ることを含む。 Oxidation furnaces are commonly used to produce carbon fibers from precursors such as acrylic, pitch or cellulose fibers. One common processing method involves drawing fiber segments of the precursor material continuously through one or more oxidation furnaces.

酸化炉の各々は、それぞれの酸化チャンバーを備え、その中で繊維セグメントの酸化が行われる。各繊維セグメントは、炭素繊維前駆体として第1の酸化炉内へ引っ張り入れ、その後、各酸化炉を通って複数回のパスが行われた後、酸化された繊維セグメントとして最後の酸化炉を出ることができる。繊維セグメントを炉の酸化チャンバーに通して引っ張るために、ロールスタンドおよびテンショナーが用いられる。各酸化炉は、熱気の循環流によって、セグメントを、温度がおよそ300℃に近付くまで加熱する。 Each of the oxidation furnaces has a respective oxidation chamber in which oxidation of the fiber segments takes place. Each fiber segment is drawn into the first oxidation furnace as a carbon fiber precursor, then made multiple passes through each oxidation furnace before exiting the final oxidation furnace as an oxidized fiber segment. be able to. A roll stand and tensioners are used to pull the fiber segments through the oxidation chamber of the furnace. Each oxidation furnace heats the segments by a circulating flow of hot air to a temperature approaching approximately 300°C.

そのような炉の一例は、ミネソタ州ミネアポリス所在のDespatch Industries社から入手可能なDespatch炭素繊維酸化炉である。そのような炉についての記載は、本発明の譲受人に譲渡された特許文献1に見ることができる。特許文献1に記載の炉は、「センターツーエンド(center-to-ends)」酸化炉である。センターツーエンド酸化炉において、熱気は、チャンバーの中央から炉の酸化チャンバーに供給され、チャンバーの端部に向かって流れる。 One example of such a furnace is the Despatch Carbon Fiber Oxidation Furnace available from Despatch Industries of Minneapolis, Minnesota. A description of such a furnace can be found in commonly assigned US Pat. The furnace described in U.S. Pat. No. 6,200,000 is a "center-to-ends" oxidation furnace. In a center-to-end oxidation furnace, hot air is supplied to the oxidation chamber of the furnace from the center of the chamber and flows toward the ends of the chamber.

通常、そのようなセンターツーエンド酸化炉は、チャンバーの中央に位置する中央供給構造部を備える。中央供給構造部は、互いに積み重ねられた複数の供給プレナムを含む。積み重ねられた供給プレナム間には隙間が設けられ、繊維セグメントがプレナム間を通過することが可能である。各プレナムは、その端部のうちの一方または双方を通して加熱空気を受け取るダクト構造部を備える。各プレナムは、対応するダクト構造部の対向する側壁のそれぞれに形成されている一連の穴を有する。これらの一連の穴は、本明細書において「ノズル」とも称する。各プレナムは、加熱空気を受け取り、加熱ガスの流れを、加熱ガスのおおよそ水平かつ平行なストリームの形でノズルから出して酸化チャンバーの両端部の方に誘導するように構成されている。 Such center-to-end oxidation furnaces typically include a central feed structure located in the center of the chamber. The central feed structure includes a plurality of feed plenums stacked together. Gaps are provided between the stacked feed plenums to allow fiber segments to pass between the plenums. Each plenum includes a duct structure that receives heated air through one or both of its ends. Each plenum has a series of holes formed in each of the opposing sidewalls of the corresponding ductwork. These series of holes are also referred to herein as "nozzles." Each plenum is configured to receive heated air and direct a flow of heated gas out of a nozzle in generally horizontal and parallel streams of heated gas toward opposite ends of the oxidation chamber.

このようなノズルは、通常、プレナム構造体の側壁を形成する1対の比較的薄い金属シートに形成される。これらの金属シートは、本明細書において「ノズルシート」とも称される。図1、2は、ノズル102が形成されている従来のノズルシート100の一例の一部を示している。 Such nozzles are typically formed in a pair of relatively thin metal sheets that form the sidewalls of the plenum structure. These metal sheets are also referred to herein as "nozzle sheets". 1 and 2 show part of an example of a conventional nozzle sheet 100 in which nozzles 102 are formed.

ノズルシート100は、通常、厚さが1/4インチ未満であり、炉内での使用に好適なアルミニウムその他類似の材料から作製される。ノズル102は、通常、シートに穿孔することによって各ノズルシート100に形成される。 Nozzle sheet 100 is typically less than 1/4 inch thick and made from aluminum or similar material suitable for use in furnaces. Nozzles 102 are typically formed in each nozzle sheet 100 by perforating the sheet.

このようなノズルシートが比較的薄く、このシートに多数のノズルが存在するとすれば、薄いノズルシートを補強するために、また、ノズルから離れる空気がより均一かつ平行なストリームの形でノズルから離れるようにノズルから離れる空気の角度方向を制御するのを助けるために、通常、ヘクスハニカム(hex honeycomb:六角ハニカム)材料シートが各ノズルシートの外面に積層される。図3は、ヘクスハニカム材料シート104の一部を示しており、図4は、図1、2に示すノズルシート100の外面に配置されたヘクスハニカム材料104を示している。 Given that such a nozzle sheet is relatively thin and there are a large number of nozzles in this sheet, to reinforce the thin nozzle sheet, the air leaving the nozzles also leaves the nozzles in a more uniform and parallel stream. A sheet of hex honeycomb material is commonly laminated to the outer surface of each nozzle sheet to help control the angular direction of the air leaving the nozzles. 3 shows a portion of the hex honeycomb material sheet 104 and FIG. 4 shows the hex honeycomb material 104 disposed on the outer surface of the nozzle sheet 100 shown in FIGS.

然しながら、ヘクス材料シートの開口と、薄いノズルシートの対応するノズルとを正確に位置合わせすることは困難である可能性がある。ヘクス材料の開口とノズルシートのノズルとの位置がずれていると、ノズルから離れる空気が、より均一でなくより平行でないストリームの形でノズルから離れることにつながり得る。また、2枚のヘクス材料シートを各プレナムに付加することで、各プレナムの製造、組立てのコストが増大する。 However, it can be difficult to precisely align the openings in the hex material sheet with the corresponding nozzles in the thin nozzle sheet. Any misalignment between the openings in the hex material and the nozzles in the nozzle sheet can lead to the air leaving the nozzles leaving the nozzles in a less uniform and less parallel stream. Also, adding two sheets of hex material to each plenum increases the cost of manufacturing and assembling each plenum.

米国特許第4,515,561号U.S. Patent No. 4,515,561

本発明は、ガスを加熱する加熱システムと、内部に複数の基板を異なる高さに配置可能な基板加熱空間と、複数の通路が形成された側壁を有し、加熱されたガスを前記複数の通路から前記基板加熱空間内に誘導するプレナムとを具備し、The present invention has a heating system for heating gas, a substrate heating space in which a plurality of substrates can be arranged at different heights, and a side wall in which a plurality of passages are formed. a plenum that guides from the passageway into the substrate heating space;
前記プレナムに形成された前記複数の通路の各々は、それぞれのテーパー断面形状と、それぞれの入口開口部と、それぞれの出口開口部とを有し、前記複数の通路の各々が、前記入口開口部と前記出口開口部との間にテーパー部を備え、前記プレナムは、プレナムの上端のガス投入箇所からプレナムの下端へ向けてテーパー状に形成されており、前記側壁は、実質的に均一な体積で前記複数の通路から加熱された前記ガスを放出するようになっている炉を要旨とする。 each of the plurality of passages formed in the plenum having a respective tapered cross-sectional shape, a respective inlet opening, and a respective outlet opening, each of the plurality of passages defining the inlet opening; and the outlet opening, the plenum tapers from a gas entry point at the top of the plenum to the bottom of the plenum, and the sidewall has a substantially uniform volume. adapted to discharge said heated gas from said plurality of passages in said furnace.

従来のノズルシートの一例の一部を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing part of an example of a conventional nozzle sheet; 図1に示すノズルシートの断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the nozzle sheet shown in FIG. 1; ヘクスハニカム材料シートの一部を示す図である。FIG. 11 shows a portion of a hex honeycomb material sheet; 図1、2に示すノズルシートの外面に配置された図3のヘクスハニカム材料を示す図である。Figure 4 shows the hex honeycomb material of Figure 3 positioned on the outer surface of the nozzle sheet shown in Figures 1 and 2; 炉の1つの例示的な実施形態の斜視図である。1 is a perspective view of one exemplary embodiment of a furnace; FIG. 炉のチャンバーから頂壁を取り外した、図5に示す炉の斜視図である。Figure 6 is a perspective view of the furnace shown in Figure 5 with the top wall removed from the chamber of the furnace; 図5に示す炉の断面平面図である。Figure 6 is a cross-sectional plan view of the furnace shown in Figure 5; 図5に示す炉の中央供給構造部の細部を示す図である。Figure 6 shows a detail of the central feed structure of the furnace shown in Figure 5; 供給プレナムの1つの例示的な実施形態の断面平面図である。FIG. 4 is a cross-sectional plan view of one exemplary embodiment of a feed plenum; 図9に示す供給プレナムの1つの側壁の側面図である。Figure 10 is a side view of one sidewall of the supply plenum shown in Figure 9; 図10に示す側壁の一部をより詳細に示す図である。Figure 11 shows in more detail a portion of the side wall shown in Figure 10; 図11に示す側壁の一部の断面図である。Figure 12 is a cross-sectional view of a portion of the side wall shown in Figure 11; 図12に示すノズルのうちの1つの詳細図である。Figure 13 is a detailed view of one of the nozzles shown in Figure 12; 加熱ガスとの接触によって繊維を加熱する方法の例示的な一実施形態のフロー図である。FIG. 2 is a flow diagram of an exemplary embodiment of a method of heating fibers by contact with a heated gas; ノズルの1つの代替的なテーパー断面形状を示す図である。FIG. 12 illustrates one alternative tapered cross-sectional shape of the nozzle; 基板加熱空間を通る均一な空気流を提供する別の例の炉を示す図である。FIG. 10 illustrates another example furnace that provides uniform airflow through the substrate heating space; 一例の側壁および通路を示す図である。FIG. 10 illustrates an example side wall and passageway;

図5~図7は、後述するノズルプレートを使用することができる酸化炉500の1つの例示的な実施形態を示している。然しながら、後述するノズルプレートは、他の酸化炉において使用することができることを理解されたい。 5-7 illustrate one exemplary embodiment of an oxidation furnace 500 that can use the nozzle plate described below. However, it should be understood that the nozzle plate described below can be used in other oxidation furnaces.

図5~図7に示す酸化炉500は、上述のタイプの酸化プロセスを用いた炭素繊維の製造に使用するのに適している。例えば、図5~図7に示す酸化炉500の例示的な実施形態は、当業者には既知のように、1または複数の炉(例えば、積重形態である)を使用する酸化プロセスにおいて用いることができる。 The oxidation furnace 500 shown in FIGS. 5-7 is suitable for use in producing carbon fibers using oxidation processes of the type described above. For example, the exemplary embodiment of the oxidation furnace 500 shown in FIGS. 5-7 is used in oxidation processes using one or more furnaces (eg, in a stacked configuration), as known to those skilled in the art. be able to.

簡潔性、明確性のために、酸化炉において用いられる種々の従来の特徴が図、および、以下の記載から省かれていることは当業者には理解されよう。そのような特徴の例として、限定はしないが、炉500内のガスの流れを調整するのに用いられるバッフル、ダクト、ベーン、通気孔等、望ましくないプロセスガスの周囲環境への放出を低減する附室部(vestibules)、排気機能部、および/または、絶縁部、ルーバー、および炉500の熱効率を向上する他の熱的機能部が挙げられる。図5~図7に示す例示的な炉500は、そのような特徴を備えることができることを理解されたい。 Those skilled in the art will appreciate that various conventional features used in oxidation furnaces have been omitted from the figures and the following description for the sake of brevity and clarity. Examples of such features include, but are not limited to, baffles, ducts, vanes, vents, etc. used to regulate gas flow within the furnace 500 to reduce unwanted process gas emissions to the ambient environment. Vestibules, exhaust features, and/or insulation, louvers, and other thermal features that improve the thermal efficiency of the furnace 500 may be included. It should be appreciated that the exemplary furnace 500 shown in FIGS. 5-7 can be provided with such features.

図5~図7に示す例示的な実施形態では、炉500は、炉チャンバー502を備え、その中で繊維セグメントの酸化が行われる。この例示的な実施形態では、炉チャンバー502は、複数の壁によって画定される。酸化チャンバー502を画定する壁は、頂壁504と、底壁506と、チャンバー502のそれぞれの側面512、514に沿った2つの側壁508、510と、チャンバー502のそれぞれの端部520、522にある2つの端壁516、518とを含む。繊維のためのそれぞれの入口は、端壁516、518のそれぞれに形成されている。各入口は、チャンバー502の第1の側面512と第2の側面514との間に延在する複数のスロットによって形成され、酸化炉500によって加熱される繊維セグメントは、これらの複数のスロットに通して引っ張られる。これらの入口およびスロットは、従来どおり形成することができる。 In the exemplary embodiment shown in Figures 5-7, the furnace 500 comprises a furnace chamber 502 in which oxidation of fiber segments takes place. In this exemplary embodiment, furnace chamber 502 is defined by a plurality of walls. The walls that define the oxidation chamber 502 are a top wall 504 , a bottom wall 506 , two side walls 508 , 510 along respective sides 512 , 514 of the chamber 502 , and at respective ends 520 , 522 of the chamber 502 . There are two end walls 516,518. A respective inlet for the fibers is formed in each of the end walls 516,518. Each inlet is formed by a plurality of slots extending between a first side 512 and a second side 514 of chamber 502 through which fiber segments heated by oxidation furnace 500 pass. pulled. These inlets and slots can be formed conventionally.

また、炉500は、加熱システム524を備える。加熱システム524は、加熱ガスをチャンバー502内に供給するのに用いられる。この例示的な実施形態では、使用されるガスは、周囲空気である。 Furnace 500 also includes heating system 524 . Heating system 524 is used to supply heated gas into chamber 502 . In this exemplary embodiment, the gas used is ambient air.

加熱システム524は、様々な方法で実現することができる。図5~図7に示す例示的な実施形態では、加熱システム524は、少なくとも1つのヒーター526(図7に示す)と、ガスをヒーター526に通して引き入れるブロワー528(図7に示す)と、ブロワー528に動力を提供するモーター530とを用いて実現される。各ヒーター526は、様々な方法で実現することができる。例えば、各ヒーター526は、1つ以上の加熱素子を用いて実現することができる。また、各ヒーター526は、間接ガスヒーター、電気ヒーター、或いは、それらの組合せを用いて実現することができる。各ヒーター526は、他の方法で実現することができる。 Heating system 524 can be implemented in a variety of ways. 5-7, the heating system 524 includes at least one heater 526 (shown in FIG. 7), a blower 528 (shown in FIG. 7) that draws gas through the heater 526; and a motor 530 that powers the blower 528 . Each heater 526 can be implemented in various ways. For example, each heater 526 can be implemented using one or more heating elements. Also, each heater 526 can be implemented using an indirect gas heater, an electric heater, or a combination thereof. Each heater 526 can be implemented in other ways.

加熱システム524は、例えば、1つ以上の好適なコントローラー(比例積分微分(PID)コントローラー等)を用いて制御することができる。 Heating system 524 can be controlled using, for example, one or more suitable controllers, such as proportional-integral-derivative (PID) controllers.

炉500は、チャンバー502の内部においてチャンバー502の端部520、522間に配置される供給構造部532を備える。図5~図7に示す例示的な実施形態において、炉500は、加熱ガスが酸化チャンバー502の中央からチャンバー502の端部520、522に向けて供給される、センターツーエンド酸化炉である。この例示的な実施形態では、供給構造部532は、チャンバー502の内部において、端部502、522間のチャンバー502の中央または中央付近に配置され、本明細書において「中央供給構造部」532とも称される。 Furnace 500 includes feed structure 532 disposed within chamber 502 between ends 520 , 522 of chamber 502 . In the exemplary embodiment shown in FIGS. 5-7, the furnace 500 is a center-to-end oxidation furnace in which heated gas is supplied from the center of the oxidation chamber 502 towards the ends 520, 522 of the chamber 502. FIG. In this exemplary embodiment, feed structure 532 is positioned within chamber 502 at or near the center of chamber 502 between ends 502, 522, also referred to herein as "central feed structure" 532. is called

図5~図7に示す例示的な実施形態では、中央供給構造部532は、間に隙間を有して互いに積み重ねられた複数の供給プレナム534を含む。 In the exemplary embodiment shown in FIGS. 5-7, central feed structure 532 includes a plurality of feed plenums 534 stacked together with gaps therebetween.

図8には、中央供給構造部532が一層詳細に示されている。積み重ねられた供給プレナム534間には隙間536(図8に示す)が設けられ、繊維セグメントがプレナム534間を通過することが可能である。 The central feed structure 532 is shown in greater detail in FIG. A gap 536 (shown in FIG. 8) is provided between the stacked feed plenums 534 to allow fiber segments to pass between the plenums 534 .

供給プレナム534に関するより多くの詳細は、図9~図13の記載に関連して後述する。 More details regarding the supply plenum 534 are provided below in connection with the description of FIGS. 9-13.

プレナム534は、加熱システム524から加熱ガスを受け取るために、その端部のうちの一方または双方が供給ダクト538(図6、7に示す)と流体連通している。図5~図7に示す例示的な実施形態では、各プレナム534は、その端部の一方を通して加熱空気を受け取るように構成されている(ただし、他の実施形態において、各プレナムは、その端部の双方を通して加熱空気を受け取ることを理解されたい)。 Plenum 534 is in fluid communication at one or both of its ends with supply duct 538 (shown in FIGS. 6 and 7) for receiving heated gas from heating system 524 . In the exemplary embodiment shown in FIGS. 5-7, each plenum 534 is configured to receive heated air through one of its ends (although in other embodiments each plenum may It should be understood that the heated air is received through both parts).

供給ダクト538には、プレナム534を出る加熱ガスの速度が実質的に均一になるように加熱ガスの流れを調整するために、適切なテーパーが付いているか、或いは、調整可能なスロット若しくは他の機能部(図示せず)を設けることができる。 The supply duct 538 may be suitably tapered or otherwise adjustable slotted or otherwise arranged to regulate the flow of the heated gas so that the velocity of the heated gas exiting the plenum 534 is substantially uniform. Functionality (not shown) may be provided.

また、各炉500は、酸化チャンバー502内に2つの帰還構造部540を備える。1つの帰還構造部540は、第1の端壁516の近傍に位置し、もう1つの帰還構造部540は、第2の端壁518の近傍に位置する。帰還構造部540の各々は、複数の戻しチャネルを有し、これらの複数の戻しチャネルは、それぞれ積み重なって、中央供給構造部532の対応するプレナム534の位置に概ね対応するように位置付けられている。戻しチャネル間には隙間が設けられ、繊維セグメントが戻しチャネル間を通過することが可能である。 Each furnace 500 also includes two return structures 540 within the oxidation chamber 502 . One return structure 540 is located near the first end wall 516 and another return structure 540 is located near the second end wall 518 . Each of the return structures 540 has a plurality of return channels, each stacked and positioned to generally correspond to the position of the corresponding plenum 534 of the central feed structure 532 . . A gap is provided between the return channels to allow fiber segments to pass between the return channels.

各帰還構造部540の戻しチャネルは、中央供給構造部532からこの帰還構造部540へ向けられたガスの少なくとも一部を受け取るように構成されている。すなわち、各帰還構造部540は、中央供給構造部532におけるプレナム534の1つの側面からこの帰還構造部540へ向けられたガスを受け取る。 The return channel of each return structure 540 is configured to receive at least a portion of the gas directed to this return structure 540 from the central feed structure 532 . That is, each return structure 540 receives gas directed therefrom from one side of the plenum 534 in the central feed structure 532 .

戻しダクト542は、各帰還構造部540と加熱システム524との間に流体連通を確立するのに用いられる。このようにして、帰還構造部540によって受け取った加熱ガスの少なくとも一部を、加熱システム524に向けて戻して加熱し、上述の供給ダクト538を介してプレナム534に供給する。 A return duct 542 is used to establish fluid communication between each return structure 540 and the heating system 524 . In this manner, at least a portion of the heated gas received by return structure 540 is directed back toward heating system 524 to be heated and supplied to plenum 534 via supply duct 538 as described above.

図5~図7に示す例示的な実施形態では、戻しダクト542は、チャンバー502の壁の中に位置している。然しながら、戻しダクト542は、他の方法で(例えば、戻しダクト542の少なくとも一部をチャンバー502の壁の外側に配置して)実現することができることを理解されたい。 In the exemplary embodiment shown in FIGS. 5-7, return duct 542 is located within the wall of chamber 502 . However, it should be understood that the return duct 542 can be implemented in other ways (eg, with at least a portion of the return duct 542 located outside the walls of the chamber 502).

図5~図7に関連して本明細書で記載されている例示的な実施形態では、プレナム534の各々は、図9~図13に示すように実現される。各プレナム534は、プレナム534の第1の端部900において加熱ガスを供給される。加熱ガスは、供給ダクト538から供給される。 In the exemplary embodiment described herein in connection with FIGS. 5-7, each of the plenums 534 are implemented as shown in FIGS. 9-13. Each plenum 534 is supplied with heating gas at a first end 900 of the plenum 534 . Heated gas is supplied from supply duct 538 .

各プレナム534は、概して矩形の断面をしており、チャンバー502の側壁508、510間に、側壁508、510から離間して水平に延在する。図10に示すように、各プレナム534の側壁904には、通路902が形成されている。これらの通路902は、本明細書において「ノズル」902とも称される。この例示的な実施形態では、各プレナム534の各側壁904は、図10~図12に関してより詳細に後述するプレートを用いて実施される(これらのプレートは、本明細書において「ノズルプレート」904とも称される)。 Each plenum 534 is generally rectangular in cross-section and extends horizontally between and spaced apart sidewalls 508 , 510 of chamber 502 . As shown in FIG. 10, the sidewalls 904 of each plenum 534 are formed with passages 902 . These passageways 902 are also referred to herein as “nozzles” 902 . In this exemplary embodiment, each sidewall 904 of each plenum 534 is implemented with plates (referred to herein as "nozzle plates" 904) described in more detail below with respect to FIGS. also called).

各ノズル902のためにノズルプレート904に形成されている通路は、プレナム534に供給される空気が進入する入口開口部908(図12、13)を有するとともに、供給される空気が出て炉500のチャンバー502に吐出される出口開口部910(図12、13)を有する。ノズル902の出口開口部910は、チャンバー502のそれぞれの端部520、522に面する。 The passageway formed in nozzle plate 904 for each nozzle 902 has an inlet opening 908 (FIGS. 12, 13) through which air supplied to plenum 534 enters and exits furnace 500 . has an outlet opening 910 (Figs. 12, 13) that discharges into the chamber 502 of the. Exit opening 910 of nozzle 902 faces respective ends 520 , 522 of chamber 502 .

ノズル902は、プレナム534の幅にわたって延在する。ノズル902は、受け取った加熱ガスの流れを、加熱ガスのおおよそ水平かつ平行なストリームの形で、酸化チャンバー502の端部520、522に誘導するように構成、配置されている。ガスのストリームは、酸化チャンバー502のその部分を横切る各繊維セグメントと並ぶように向けられる。 Nozzles 902 extend across the width of plenum 534 . Nozzle 902 is constructed and arranged to direct the received flow of heated gas into ends 520 , 522 of oxidation chamber 502 in generally horizontal and parallel streams of heated gas. A stream of gas is directed alongside each fiber segment across that portion of the oxidation chamber 502 .

各プレナム534は、プレナム534のノズルプレート904間のプレナム534の内部に配置される1つ以上のバッフル906を備える。この例示的な実施形態では、バッフル906は、図9に示すようなV字形に構成されており、V字形の先端部は端部900の近傍にあり、この場所で、加熱ガスがプレナム534に供給される。バッフル906のこのV字形構成は、概して、受け取った加熱ガスの流れをノズル902から外に均一に誘導するように設計されている。 Each plenum 534 includes one or more baffles 906 positioned inside the plenum 534 between nozzle plates 904 of the plenum 534 . In this exemplary embodiment, baffle 906 is configured in a V-shape as shown in FIG. supplied. This V-shaped configuration of baffle 906 is generally designed to evenly direct the flow of the received heated gas out of nozzle 902 .

図10は、プレナム534のノズルプレート904のうちの一方に形成されているノズル902を示している。この例示的な実施形態では、ノズル502は、双方のノズルプレート904において同じように形成されている(ノズルプレート904のうちの一方のノズル902しか示されていない)。図11は、図10に示すノズルプレート904の一部をより詳細に示している。図12は、図11に示すノズルプレート904の一部の断面図である。図13は、図12に示すノズル902のうちの1つの詳細図である。 FIG. 10 shows nozzles 902 formed in one of the nozzle plates 904 of plenum 534 . In this exemplary embodiment, nozzles 502 are formed identically in both nozzle plates 904 (only one nozzle 902 of nozzle plates 904 is shown). FIG. 11 shows in more detail a portion of the nozzle plate 904 shown in FIG. FIG. 12 is a cross-sectional view of a portion of nozzle plate 904 shown in FIG. FIG. 13 is a detailed view of one of the nozzles 902 shown in FIG.

ノズル902は、例えば、ノズル902用の通路をドリル加工や機械加工、或いは、鋳造方法を用いてノズル902用の通路が形成されたノズルプレート904を生産することによって、ノズルプレート904に形成することができる。ノズル902は、他の方法でノズルプレート904に形成することができる。 The nozzles 902 may be formed in the nozzle plate 904 by, for example, drilling, machining, or using casting methods to produce the nozzle plate 904 with the passages for the nozzles 902 formed therein. can be done. Nozzles 902 can be formed in nozzle plate 904 in other ways.

図12に示すように、この例示的な実施形態では、ノズルプレート904は、従来の穿孔ノズルシートよりもはるかに厚い。例えば、ノズルプレート904は、0.25インチよりも大きい厚さを有することができる。ノズルプレート904は、炉内での使用に好適なアルミニウムその他類似の材料から作製することができる。 As shown in FIG. 12, in this exemplary embodiment, nozzle plate 904 is much thicker than conventional perforated nozzle sheets. For example, nozzle plate 904 can have a thickness greater than 0.25 inches. Nozzle plate 904 may be made from aluminum or similar material suitable for use in a furnace.

また、各ノズル902は、円形開口(図11に示す)およびテーパー断面形状(図12、13に示す)を備えるようにノズルプレート904に形成される。各ノズル902のテーパー断面形状は、各ノズル902の対応する出口開口部910よりも大きい入口開口部908を含む。 Each nozzle 902 is also formed in nozzle plate 904 to have a circular opening (shown in FIG. 11) and a tapered cross-sectional shape (shown in FIGS. 12 and 13). The tapered cross-sectional shape of each nozzle 902 includes an inlet opening 908 that is larger than the corresponding outlet opening 910 of each nozzle 902 .

この例示的な実施形態では、各ノズル902のテーパー断面形状は、ノズル902の入口開口部908からノズルプレート904の幅の少なくとも一部にわたって延在するテーパー部912を含む。各ノズル902は、テーパー部912の端部からそのノズル904の出口開口部910まで延在する直線部914も有する。 In the exemplary embodiment, the tapered cross-sectional shape of each nozzle 902 includes a tapered portion 912 that extends across at least a portion of the width of nozzle plate 904 from inlet opening 908 of nozzle 902 . Each nozzle 902 also has a straight portion 914 extending from the end of tapered portion 912 to the outlet opening 910 of that nozzle 904 .

各プレナム534に供給される空気は、プレナム534の側壁904に対して平行に移動しがちである。然しながら、空気は、プレナム534を通過する際にバッフル906と相互作用し、結果として、空気がプレナム534を通過する際に、空気の少なくとも一部が各ノズル902の入口開口部908内に向けられる。 The air supplied to each plenum 534 tends to travel parallel to the side walls 904 of the plenum 534 . However, the air interacts with baffle 906 as it passes through plenum 534 such that at least a portion of the air is directed into inlet opening 908 of each nozzle 902 as the air passes through plenum 534 . .

この例示的な実施形態では、各ノズル902のテーパー部912は、入口開口部908に沿って湾曲縁部または面取りした縁部916を有する。湾曲縁部または面取りした縁部916は、ノズル902を通過して流れている空気をノズル902に進入させるのに役立つ。各ノズルのテーパー部912は、ノズル902に入る空気の向きを徐々に変え、その一方、各ノズル902の直線部914は、空気が均一なストリームの形でノズル902の出口開口部910から流れ出るように、空気を安定化させ整える。 In the exemplary embodiment, tapered portion 912 of each nozzle 902 has a curved or chamfered edge 916 along inlet opening 908 . Curved or chamfered edges 916 help direct air flowing past nozzle 902 to enter nozzle 902 . The tapered portion 912 of each nozzle gradually redirects the air entering the nozzle 902, while the straight portion 914 of each nozzle 902 directs the air out of the exit opening 910 of the nozzle 902 in a uniform stream. to stabilize and condition the air.

上記のようなヘクスハニカム材料シートを用いないことで、各ヘクス材料シートの開口と薄い穿孔ノズルシートの対応するノズルとを正確に位置合わせする困難な作業と、このような位置ずれによって生じ得る問題とを回避することができる。また、2枚のヘクスハニカム材料シートをプレナム534に付加しないことで、各プレナム534の製造、組立てのコストを低減させることができる。 Without a hex honeycomb material sheet as described above, the difficult task of precisely aligning the openings in each hex material sheet with the corresponding nozzles in the thin perforated nozzle sheet and the problems that such misalignment can cause. and can be avoided. Also, by not adding two sheets of hex honeycomb material to the plenums 534, the cost of manufacturing and assembling each plenum 534 can be reduced.

さらに、より厚いノズルプレート904と組み合わせたノズル902のテーパー断面形状は、ヘクスハニカム材料シートを用いなくても、ノズル902から離れる空気が、より均一かつ平行な空気ストリームの形でノズル902から離れるのを助ける。 Additionally, the tapered cross-sectional shape of the nozzle 902 in combination with the thicker nozzle plate 904 allows the air leaving the nozzle 902 to leave the nozzle 902 in a more uniform and parallel stream of air without the use of a sheet of hex honeycomb material. help.

さらに、穿孔シートを用いないことで、低減した静圧によって、結果として生じる空気流の同じ均一度を達成することができる。 Moreover, by not using a perforated sheet, the same uniformity of the resulting airflow can be achieved with reduced static pressure.

また、ヘクスハニカム材料シートを用いないことで、ノズル902の出口開口部910の形状、構成を、ノズルプレート904上に積層されたヘクスハニカム材料の開口に適合させる必要がなくなる。 Also, the absence of a sheet of hex honeycomb material eliminates the need to match the shape and configuration of the outlet openings 910 of the nozzles 902 to the openings of the hex honeycomb material stacked on the nozzle plate 904 .

図14は、加熱ガスとの接触により繊維を加熱する方法1400の例示的な一実施形態のフロー図である。図14に示す方法1400の実施形態は、本明細書において、図5~図13に関連して上述した酸化炉500およびノズルプレート904の例示的な実施形態を用いて実現されるように記載されている。然しながら、他の実施形態を他の方法で実現することができることを理解されたい。 FIG. 14 is a flow diagram of an exemplary embodiment of a method 1400 of heating fibers by contact with a heated gas. The embodiment of method 1400 shown in FIG. 14 is described herein as being implemented using the exemplary embodiments of oxidation furnace 500 and nozzle plate 904 described above in connection with FIGS. ing. However, it should be understood that other embodiments can be implemented in other ways.

方法1400は、加熱ガスを、炉500の内部に配置され、間に隙間536を有して互いに積み重ねられた複数のプレナム534を備える供給構造部532に供給すること(ブロック1402)を含む。この例示的な実施形態では、加熱ガスは、加熱システム528から供給ダクト538を介して各プレナム534に供給される。 The method 1400 includes supplying heated gas to a feed structure 532 disposed inside the furnace 500 and comprising a plurality of plenums 534 stacked on top of each other with gaps 536 therebetween (block 1402). In the exemplary embodiment, heated gas is supplied to each plenum 534 from heating system 528 via supply duct 538 .

方法1400は、加熱ガスの少なくとも一部を、プレナム534のうちの少なくとも1つのプレナムの少なくとも1つの側壁904に形成されているテーパー断面形状を有するノズル902から、炉502の内部に誘導すること(ブロック1404)を更に含む。加熱ガスは、概ね水平方向の平行な加熱ガスストリームの形で、ノズル902から酸化チャンバー502の端部520、522に向かって、酸化チャンバー502のその部分を横切る各繊維セグメントと並んで流れる。 The method 1400 includes directing at least a portion of the heated gas into the interior of the furnace 502 from a nozzle 902 having a tapered cross-sectional shape formed in at least one sidewall 904 of at least one of the plenums 534 ( Block 1404) is further included. The heated gas flows in generally horizontal parallel heated gas streams from the nozzle 902 toward the ends 520 , 522 of the oxidation chamber 502 alongside each fiber segment that traverses that portion of the oxidation chamber 502 .

この例示的な実施形態では、加熱ガスの少なくとも一部は、ノズル902の入口開口部908内に向けられ、加熱ガスの少なくとも一部は、ノズル902の出口開口部910から炉500の内部に向けられる。また、この例では、ノズル902の入口開口部908内に向けられる加熱ガスの少なくとも一部は、入口開口部908に沿って形成されている湾曲縁部または面取りした縁部916に沿って、ノズル902のテーパー部912内に向けられる。さらに、この例では、ノズル902の出口開口部910から炉500の内部に向けられる加熱ガスの少なくとも一部は、炉500の内部に吐出される前に、ノズル902の直線部914内に向けられる。 In this exemplary embodiment, at least a portion of the heated gas is directed into the inlet opening 908 of the nozzle 902 and at least a portion of the heated gas is directed from the outlet opening 910 of the nozzle 902 into the interior of the furnace 500. be done. Also, in this example, at least a portion of the heated gas directed into the inlet opening 908 of the nozzle 902 is directed along a curved or chamfered edge 916 formed along the inlet opening 908 to the nozzle. It is directed into tapered portion 912 of 902 . Further, in this example, at least a portion of the heated gas directed into the interior of the furnace 500 from the outlet opening 910 of the nozzle 902 is directed into the straight section 914 of the nozzle 902 before being discharged into the interior of the furnace 500. .

上述した実施形態は、単に例示であり、限定することを意図していない。 The above-described embodiments are merely exemplary and are not intended to be limiting.

ノズル902のテーパー断面形状は、他の方法で実施することができることを理解されたい。図15は、上述したプレナム534において用いることができるノズル1502の1つの代替的なテーパー断面形状を示している。ノズル1502は、図9~図13に関して上述したノズル902と略同じであるが、下記の点が異なる。 It should be appreciated that the tapered cross-sectional shape of nozzle 902 can be implemented in other ways. FIG. 15 shows one alternative tapered cross-sectional shape of nozzle 1502 that can be used in plenum 534 described above. Nozzle 1502 is substantially the same as nozzle 902 described above with respect to FIGS. 9-13, with the following differences.

この例示的な実施形態では、ノズル1502のテーパー部1512は、ノズル1502の入口開口部1508からノズル1502の出口開口部1510まで延在し、直線部を含まない。また、図9~図14に関して上述した実施形態と同様に、各ノズル1502のテーパー部1512は、入口開口部1508に沿って湾曲縁部または面取りした縁部1516を有する。 In the exemplary embodiment, tapered portion 1512 of nozzle 1502 extends from inlet opening 1508 of nozzle 1502 to outlet opening 1510 of nozzle 1502 and does not include a straight portion. Also similar to the embodiments described above with respect to FIGS. 9-14, the tapered portion 1512 of each nozzle 1502 has a curved or chamfered edge 1516 along the inlet opening 1508 .

他のテーパー断面形状を用いることができる。 Other tapered cross-sectional shapes can be used.

上述した例示的な実施形態では、各プレナム534には、片側から加熱ガスが供給される。一方で、他の実施形態では、中央供給構造部におけるプレナムには、両側からガスが供給される。 In the exemplary embodiment described above, each plenum 534 is supplied with heating gas from one side. However, in other embodiments, the plenums in the central feed structure are supplied with gas from both sides.

さらに、上述した例示的な実施形態では、全てのノズルの断面形状は同じである。然しながら、他の実施形態ではそうではない場合があり、ノズルの寸法、形状は、所与のプレナム内のノズルによって様々とすることができ、また、所与の供給構造部内のプレナムによって様々とすることができる。また、上述した例示的な実施形態では、各プレナムは、2つの側壁を有し、双方の側壁に、上述したようなテーパー断面形状を有するノズルが形成されているものとして示されている。然しながら、必ずしもそうである必要はない(例えば、側壁のうちの一方にのみ、上述したようなテーパー断面形状を有するノズルが形成されていてもよい)。さらに、上述した例示的な実施形態では、中央供給構造部における各プレナムは、同じ形態、設計を有する。然しながら、必ずしもそうである必要はなく、その代わりに、中央供給構造部に含まれる1つ以上のプレナムは、中央供給構造部に含まれる1つ以上の他のプレナムとは異なる形態および/または設計を有することができる。 Furthermore, in the exemplary embodiment described above, all nozzles have the same cross-sectional shape. However, this may not be the case in other embodiments, and the size and shape of the nozzles may vary from nozzle to nozzle within a given plenum and may vary from plenum within a given feed structure. be able to. Also, in the exemplary embodiment described above, each plenum is shown as having two sidewalls, both of which are formed with nozzles having tapered cross-sectional shapes as described above. However, this need not be the case (eg, only one of the sidewalls may be formed with a nozzle having a tapered cross-sectional shape as described above). Furthermore, in the exemplary embodiments described above, each plenum in the central feed structure has the same configuration and design. However, this need not be the case; instead, the one or more plenums included in the central feed structure are configured and/or designed differently than the one or more other plenums included in the central feed structure. can have

図16は、基板加熱空間1602を通る均一な空気流を提供する別の例の炉1600を示している。図16の例の炉1600は、上述したノズルと同様または同一のノズルを用いる。炉1600は、外部の空気流に対して閉鎖またはシールすることができる。図5~図7の例の炉500におけるように炭素繊維を加熱する代わりに、この例の炉1600は、基板加熱空間1602内に配置された静止物体を加熱する、かつ/または、その物体に別様に空気流を提供することができる。 FIG. 16 shows another example furnace 1600 that provides uniform airflow through the substrate heating space 1602 . The example furnace 1600 of FIG. 16 uses nozzles similar or identical to those described above. Furnace 1600 can be closed or sealed against external air flow. Instead of heating carbon fibers as in the example furnace 500 of FIGS. 5-7, the example furnace 1600 heats and/or Airflow can be provided differently.

炉1600は、基板加熱空間1602と、加熱システム1604と、プレナム1608とを備える。プレナム1608は、プレナム1608と基板加熱空間1602との間に位置する側壁1610を備える。したがって、側壁1610は、基板加熱空間1602の側壁でもある。側壁1610は、加熱ガス1606がプレナム1608から基板加熱空間1602に流れることを可能にするように、側壁1610に形成された通路1612を有する。プレナム1608は、複数の通路1612から基板加熱空間1602内に加熱ガス1606を誘導する。プレナム1608に形成された通路1612の各々は、それぞれのテーパー断面形状を有する。側壁1610および通路1612は、基板加熱空間1602を通してガスを実質的に均一に分配する。 Furnace 1600 comprises a substrate heating space 1602 , a heating system 1604 and a plenum 1608 . Plenum 1608 includes sidewalls 1610 located between plenum 1608 and substrate heating space 1602 . Thus, sidewall 1610 is also the sidewall of substrate heating space 1602 . Sidewall 1610 has passages 1612 formed therein to allow heated gas 1606 to flow from plenum 1608 to substrate heating space 1602 . Plenum 1608 directs heated gas 1606 into substrate heating space 1602 from a plurality of passages 1612 . Each of the passages 1612 formed in the plenum 1608 has a respective tapered cross-sectional shape. Sidewalls 1610 and passageways 1612 distribute gas substantially uniformly through substrate heating space 1602 .

加熱ガス1606は、基板加熱空間1602内の1つ以上の基板1616の上に誘導する、かつ/または、基板1616に衝突させることができる。図示の例では、基板加熱空間内の基板1616の複数の段(levels)が存在し、加熱ガス1606が側壁1610から基板1616の上を流れる。 The heated gas 1606 can be directed over and/or impinged on one or more substrates 1616 within the substrate heating space 1602 . In the illustrated example, there are multiple levels of substrate 1616 within the substrate heating space, with heated gas 1606 flowing over substrate 1616 from sidewalls 1610 .

図17は、一例の側壁1610および通路1612を示している。通路1612の例は、図11、12、13および/または図15に示すような形状である。図17に示すように、通路1612は、側壁1610にわたって1つ以上の繰返しパターンを用いて分布する。1つ以上の繰返しパターンは、基板加熱時の装填領域にわたる加熱ガスの分配を最適化する、側壁1610にわたる通路1612の配置を含むことができる。本明細書において用いられる場合、加熱ガスの「最適な分配」とは、実質的に同体積の空気が作用可能な表面上に広がる、かつ/または、実質的に同量の熱が装置によって空気ストリーム内に放散されることを指す。いくつかの例において、空気流の体積は、体積が±15%以内であれば実質的に同じであるとみなされる。いくつかの例において、2つ以上の放熱レベルは、放熱が±15%以内であれば実質的に同じである。 FIG. 17 shows example sidewalls 1610 and passageways 1612 . Examples of passageways 1612 are shaped as shown in FIGS. As shown in FIG. 17, passages 1612 are distributed in one or more repeating patterns across sidewall 1610 . One or more repeating patterns can include placement of passageways 1612 across sidewalls 1610 that optimize distribution of heated gas across the load area during substrate heating. As used herein, "optimal distribution" of heated gas means that substantially the same volume of air is spread over the surface on which it can act and/or that substantially the same amount of heat is dissipated by the device. Refers to being dissipated in a stream. In some examples, airflow volumes are considered substantially the same if the volumes are within ±15%. In some examples, two or more heat dissipation levels are substantially the same if the heat dissipation is within ±15%.

図16に戻ると、基板加熱空間1602は、プレナム1608の反対側に、帰還構造部1614も有する。帰還構造部1612は、加熱ガス1606の少なくとも一部を基板加熱空間1602の外部に誘導する。帰還構造部1614は、加熱ガスの少なくとも一部を加熱システムに誘導する。 Returning to FIG. 16, the substrate heating space 1602 also has a return structure 1614 on the opposite side of the plenum 1608 . A return structure 1612 directs at least a portion of the heated gas 1606 out of the substrate heating space 1602 . A return structure 1614 directs at least a portion of the heated gas to the heating system.

図11、12、13、15を参照して上述したように、この例の側壁1610における通路1612の各々は、それぞれの入口開口部908と、それぞれの出口開口部910を有する。通路1612のうちの1つ以上は、入口開口部908から延在するテーパー部912を有することができる。通路1612のうちの1つ以上は、入口開口部908に沿って湾曲縁部または面取りした縁部916を有することもできる。いくつかの例において、通路1612のうちの1つ以上は、入口開口部908から延在するテーパー部912と、テーパー部912の端部から出口開口部910まで延在する直線部914とを有する。 11, 12, 13, and 15, each of the passageways 1612 in the side wall 1610 of this example has a respective inlet opening 908 and a respective outlet opening 910. As shown in FIG. One or more of passages 1612 can have a tapered portion 912 extending from inlet opening 908 . One or more of the passageways 1612 may also have curved or chamfered edges 916 along the entrance opening 908 . In some examples, one or more of the passages 1612 have a tapered portion 912 extending from the inlet opening 908 and a straight portion 914 extending from the end of the tapered portion 912 to the outlet opening 910. .

いくつかの例において、側壁1610は、通路が存在しない部分を有し、この部分は、通路を有する他の部分の間に位置することができる。例えば、通路1612を有しない部分は、基板1616が位置する場所(例えば、基板1616の高さと鉛直方向に同じ高さ)に位置することができる。側壁1610は、第1の通路1612を有する第1の部分と、第2の通路1612を有する第2の部分と、第1の部分と第2の部分との間にある通路1612を有しない第3の部分とを有することができる。 In some examples, the side wall 1610 can have a portion without passages, and this portion can be located between other portions that have passages. For example, the portion without the passageway 1612 can be located where the substrate 1616 is located (eg, vertically at the same height as the substrate 1616). Sidewall 1610 has a first portion having a first passageway 1612, a second portion having a second passageway 1612, and a second portion having no passageway 1612 between the first and second portions. 3 parts.

図16に示すように、プレナム1608は、プレナム1608のガス投入箇所1618からプレナムの反対端部に向かってテーパーが付いている。側壁1610は、実質的に均一な体積で通路1612から加熱ガス1606を放出するように構成される。動作中、この例の加熱システム1604は、側壁1610の表面にわたって実質的に均一の体積のガス流を提供するようにプレナム1608の静圧を制御する。いくつかの例において、加熱システム1604は、(例えば、ファンを介して)プレナム1608を側壁1610の全体にわたって少なくとも0.3水柱インチの静圧に維持する。いくつかの他の例において、加熱システム1604は、(例えば、ファンを介して)プレナム1608を側壁1610の全体にわたって少なくとも0.5水柱インチの静圧に維持する。 As shown in FIG. 16, the plenum 1608 tapers from the gas entry point 1618 of the plenum 1608 towards the opposite end of the plenum. Sidewall 1610 is configured to emit heated gas 1606 from passageway 1612 in a substantially uniform volume. In operation, the heating system 1604 of this example controls the static pressure of the plenum 1608 to provide a substantially uniform volumetric gas flow across the surface of the sidewall 1610 . In some examples, heating system 1604 maintains plenum 1608 (eg, via a fan) at a static pressure of at least 0.3 inches of water column across sidewall 1610 . In some other examples, heating system 1604 maintains plenum 1608 (eg, via a fan) at a static pressure of at least 0.5 inches of water column across sidewall 1610 .

いくつかの例において、炉1600には、帰還構造部1614と加熱システム1604との間に冷却コイルその他のガス冷却システムが更に設けられる。 In some examples, furnace 1600 is further provided with cooling coils or other gas cooling systems between return structure 1614 and heating system 1604 .

複数の実施形態を記載した。然しながら、特許請求される発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、記載の実施形態に対して種々の変更を行うことができることが理解されよう。 A number of embodiments have been described. It will, however, be understood that various changes can be made to the described embodiments without departing from the spirit and scope of the claimed invention.

例示的な実施形態
例1は、繊維を加熱する炉であって、炉は、炉内で炉の第1の端部と第2の端部との間に配置され、間に隙間を有して互いに積み重ねられた複数のプレナムを備える供給構造部を備え、プレナムは、加熱システムと流体連通し、
少なくとも1つのプレナムは、複数の通路が形成されている少なくとも1つの側壁を有し、上記少なくとも1つのプレナムは、加熱ガスの少なくとも一部を複数の通路から炉の内部に誘導するように構成されており、
上記少なくとも1つのプレナムに形成されている複数の通路の各々は、それぞれのテーパー断面形状を有する、炉を含む。
Exemplary Embodiments Example 1 is a furnace for heating fibers, wherein the furnace is positioned within the furnace between a first end and a second end of the furnace with a gap therebetween. a feed structure comprising a plurality of plenums stacked on top of each other, the plenums in fluid communication with the heating system;
The at least one plenum has at least one sidewall with a plurality of passages formed therein, the at least one plenum configured to direct at least a portion of the heating gas from the plurality of passages into the interior of the furnace. and
Each of the plurality of passageways formed in the at least one plenum includes a furnace having a respective tapered cross-sectional shape.

例2は、上記少なくとも1つのプレナムの上記少なくとも1つの側壁に形成されている通路のそれぞれが、それぞれの入口開口部と、それぞれの出口開口部とを有する例1の炉を含む。 Example 2 includes the furnace of Example 1, wherein each of the passageways formed in the at least one sidewall of the at least one plenum has a respective inlet opening and a respective outlet opening.

例3は、通路のうちの少なくとも1つに関して、それぞれの入口開口部が、それぞれの出口開口部よりも大きい例2の炉を含む。 Example 3 includes the furnace of Example 2 in which, for at least one of the passages, each inlet opening is larger than each outlet opening.

例4は、上記少なくとも1つのプレナムの上記少なくとも1つの側壁に形成されている通路のうちの少なくとも1つが、それぞれの入口開口部から延在するテーパー部を有する例2または例3の炉を含む。 Example 4 includes the furnace of Example 2 or Example 3 wherein at least one of the passages formed in said at least one sidewall of said at least one plenum tapers extending from a respective inlet opening. .

例5は、テーパー部を有する通路のうちの上記少なくとも1つが、それぞれの入口開口部に沿って湾曲縁部または面取りした縁部を更に有する例4の炉を含む。 Example 5 includes the furnace of Example 4, wherein said at least one of the tapered passages further has curved or chamfered edges along respective inlet openings.

例6は、上記少なくとも1つのプレナムの上記少なくとも1つの側壁に形成されている通路のうちの少なくとも1つが、それぞれの入口開口部から延在するテーパー部と、テーパー部の端部からそれぞれの出口開口部まで延在する直線部とを有する例2~5のいずれかの炉を含む。 Example 6 is wherein at least one of the passages formed in said at least one sidewall of said at least one plenum includes tapered portions extending from respective inlet openings and respective outlets from ends of the tapered portions. The furnace of any of Examples 2-5 having a straight portion extending to the opening.

例7は、ハニカム材料が、上記少なくとも1つのプレナムの外面に配置されない例1~6のいずれかの炉を含む。 Example 7 includes the furnace of any of Examples 1-6, wherein no honeycomb material is disposed on the outer surface of the at least one plenum.

例8は、上記少なくとも1つの側壁の厚さが、少なくとも0.25インチである例1~7のいずれかの炉を含む。 Example 8 includes the furnace of any of Examples 1-7 wherein the at least one sidewall has a thickness of at least 0.25 inch.

例9は、炉を用いて繊維を加熱する方法であって、
加熱ガスを、炉の内部に配置され、間に隙間を有して互いに積み重ねられた複数のプレナムを備える供給構造部に供給することと、
加熱ガスの少なくとも一部を、少なくとも1つのプレナムの少なくとも1つの側壁に形成されているテーパー断面形状を有する通路から、炉の内部に誘導することと、
を含む、方法を含む。
Example 9 is a method of heating fibers using a furnace, comprising:
supplying the heated gas to a feed structure disposed within the interior of the furnace and comprising a plurality of plenums stacked on top of each other with gaps therebetween;
directing at least a portion of the heated gas into the interior of the furnace through passages having a tapered cross-sectional shape formed in at least one sidewall of the at least one plenum;
including, including methods.

例10は、加熱ガスの少なくとも一部を上記通路から炉の内部に誘導することが、
加熱ガスの少なくとも一部を上記通路の入口開口部内に誘導することと、
加熱ガスの少なくとも一部を上記通路の出口開口部から炉の内部に誘導することと、
を含む例9の方法を含む。
Example 10 shows that directing at least a portion of the heating gas from the passage into the interior of the furnace comprises:
directing at least a portion of the heated gas into an inlet opening of the passage;
directing at least a portion of the heated gas from the outlet opening of the passage into the interior of the furnace;
including the method of Example 9 comprising

例11は、上記通路のうちの少なくとも1つに関して、それぞれの入口開口部が、それぞれの出口開口部よりも大きい例10の方法を含む。 Example 11 includes the method of Example 10 wherein, for at least one of said passages, each inlet opening is larger than each outlet opening.

例12は、上記通路のうちの少なくとも1つが、それぞれの入口開口部から延在するテーパー部を有する例10または例11の方法を含む。 Example 12 includes the method of Example 10 or Example 11, wherein at least one of the passageways has a taper extending from the respective inlet opening.

例13は、加熱ガスの少なくとも一部を上記通路の入口開口部内に誘導することが、加熱ガスの少なくとも一部を、上記通路の入口開口部に沿って形成されている湾曲縁部または面取りした縁部に沿って誘導することを含む例10~12のいずれかの方法を含む。 Example 13 shows that directing at least a portion of the heated gas into the inlet opening of the passageway directed at least a portion of the heated gas to a curved edge or chamfer formed along the inlet opening of the passageway. Including the method of any of Examples 10-12 including guiding along the edge.

例14は、加熱ガスの少なくとも一部を上記通路の入口開口部内に誘導することが、加熱ガスの少なくとも一部を上記通路のテーパー部内に誘導することを含む例10~13のいずれかの方法を含む。 Example 14 is the method of any of Examples 10-13, wherein directing at least a portion of the heated gas into an inlet opening of the passageway comprises directing at least a portion of the heated gas into a tapered portion of the passageway. including.

例15は、加熱ガスの少なくとも一部を上記通路の出口開口部から炉の内部に誘導することが、加熱ガスを炉の内部に吐出する前に、加熱ガスの少なくとも一部を上記通路の直線部内に誘導することを含む例10~14のいずれかの方法を含む。 Example 15 shows that directing at least a portion of the heating gas from the exit opening of the passageway into the interior of the furnace comprises directing at least a portion of the heating gas along the straight line of the passageway prior to discharging the heating gas into the interior of the furnace. including the method of any of Examples 10-14 including navigating into the department.

例16は、ガスを加熱する加熱システムと、基板加熱空間と、複数の通路が形成された側壁を有するプレナムとを備える炉を含む。プレナムは、加熱ガスを複数の通路から基板加熱空間内に誘導するように構成され、プレナムに形成された複数の通路の各々は、それぞれのテーパー断面形状を有する。 Example 16 includes a furnace with a heating system that heats a gas, a substrate heating space, and a plenum with a sidewall having a plurality of passages formed therein. The plenum is configured to direct heating gas into the substrate heating space from a plurality of passages, each of the plurality of passages formed in the plenum having a respective tapered cross-sectional shape.

例17は、基板加熱空間が、プレナムの反対側に、加熱ガスの少なくとも一部を基板加熱空間の外部に誘導する帰還構造部を有する例16の炉を含む。 Example 17 includes the furnace of Example 16, wherein the substrate heating space has a return structure opposite the plenum that directs at least a portion of the heated gas out of the substrate heating space.

例18は、帰還構造部が、加熱ガスの少なくとも一部を加熱システムに誘導する例17の炉を含む。 Example 18 includes the furnace of Example 17, wherein the return structure directs at least a portion of the heating gas to the heating system.

例19は、複数の通路が、側壁にわたって1つ以上の繰返しパターンを用いて分布する例16~18のいずれかの炉を含む。 Example 19 includes the furnace of any of Examples 16-18, wherein the plurality of passages are distributed with one or more repeating patterns across the sidewalls.

例20は、1つ以上の繰返しパターンが、基板加熱空間内の装填領域にわたる加熱ガスの分配を最適化する、側壁にわたる通路の配置を含む例19の炉を含む。 Example 20 includes the furnace of Example 19, wherein one or more of the repeating patterns include an arrangement of passageways across the sidewalls that optimize distribution of heating gas over the loading area within the substrate heating space.

例21は、側壁が、通路のうちの第1の通路を有する第1の部分と、通路のうちの第2の通路を有する側壁の第2の部分とを有し、側壁は、側壁の第1の部分と側壁の第2の部分との間にある第3の部分を有し、側壁の第3の部分は、加熱ガスを方向付ける通路を有しない例16~20のいずれかの炉を含む。 Example 21 has a sidewall having a first portion having a first of the passages and a second portion of the sidewall having a second of the passages, the sidewall having a second portion of the sidewall. The furnace of any of Examples 16-20 having a third portion between the first portion and the second portion of the side wall, the third portion of the side wall having no passages for directing the heating gas. include.

例22は、プレナムの側壁に形成された通路のそれぞれが、それぞれの入口開口部と、それぞれの出口開口部とを有する例16~21のいずれかの炉を含む。 Example 22 includes the furnace of any of Examples 16-21, wherein each of the passageways formed in the side walls of the plenum has a respective inlet opening and a respective outlet opening.

例23は、プレナムの側壁に形成された通路のうちの少なくとも1つが、それぞれの入口開口部から延在するテーパー部を有する例22の炉を含む。 Example 23 includes the furnace of Example 22 wherein at least one of the passageways formed in the side walls of the plenum tapers extending from the respective inlet opening.

例24は、テーパー部を有する通路のうちの少なくとも1つが、それぞれの入口開口部に沿って湾曲縁部または面取りした縁部を更に有する例23の炉を含む。 Example 24 includes the furnace of Example 23, wherein at least one of the tapered passages further has curved or chamfered edges along the respective inlet openings.

例25は、プレナムの側壁に形成された通路のうちの少なくとも1つが、それぞれの入口開口部から延在するテーパー部と、テーパー部の一端部からそれぞれの出口開口部まで延在する直線部とを有する例22~24のいずれかの炉を含む。 Example 25 has at least one of the passages formed in the sidewalls of the plenum having a tapered section extending from the respective inlet opening and a straight section extending from one end of the tapered section to the respective outlet opening. including the furnace of any of Examples 22-24 having

例26は、プレナムが、プレナムのガス投入箇所からプレナムの反対端部に向かってテーパーが付いている例16~25のいずれかの炉を含む。 Example 26 includes the furnace of any of Examples 16-25, wherein the plenum tapers from the gas entry point of the plenum toward the opposite end of the plenum.

例27は、側壁が、複数の通路から実質的に均一の体積でガスを放出するように構成される例26の炉を含む。 Example 27 includes the furnace of Example 26, wherein the sidewalls are configured to release gas from the plurality of passages in substantially uniform volumes.

例28は、炉が、基板加熱領域の反対側の側壁の全体にわたって少なくとも0.3水柱インチの静圧が生じるように構成された空気循環装置を更に備える例16~27のいずれかの炉を含む。 Example 28 includes the furnace of any of Examples 16-27, wherein the furnace further comprises an air circulation system configured to create a static pressure of at least 0.3 inches of water column across the opposite side wall of the substrate heating region. include.

例29は、炉が、基板加熱領域の反対側の側壁の全体にわたって少なくとも0.5水柱インチの静圧が生じるように構成された空気循環装置を更に備える例16~27のいずれかの炉を含む。 Example 29 includes the furnace of any of Examples 16-27, wherein the furnace further comprises an air circulation system configured to create a static pressure of at least 0.5 inches of water column across the opposite side wall of the substrate heating region. include.

例30は、炉内の基板を加熱する方法であって、
炉の内部に配置されプレナムを備える供給構造体に加熱ガスを供給することと、
プレナムの側壁に形成されたテーパー断面形状を有する通路を介して、炉の内部の基板加熱空間に、加熱ガスの少なくとも一部を誘導することと、
を含む、方法である。
Example 30 is a method of heating a substrate in a furnace comprising:
supplying heated gas to a feed structure disposed within the furnace and comprising a plenum;
directing at least a portion of the heating gas into a substrate heating space within the furnace through passages having tapered cross-sectional shapes formed in the side walls of the plenum;
A method comprising:

例31は、通路を介して加熱ガスの少なくとも一部を基板加熱空間内に誘導することが、
加熱ガスの少なくとも一部を通路の入口開口部内に誘導することと、
加熱ガスの少なくとも一部を通路の出口開口部から基板加熱空間内に誘導することと、
を含む例30の方法を含む。
Example 31 directs at least a portion of the heating gas into the substrate heating space through the passageway,
directing at least a portion of the heated gas into the inlet opening of the passage;
directing at least a portion of the heating gas from the outlet opening of the passage into the substrate heating space;
including the method of Example 30 comprising

例32は、通路を介して加熱ガスの少なくとも一部を基板加熱空間内に誘導することが、
加熱ガスの少なくとも一部を通路の入口開口部内に誘導することと、
加熱ガスの少なくとも一部を通路の出口開口部から基板加熱空間内に誘導することと、
を含む例31の方法を含む。
Example 32 illustrates that directing at least a portion of the heating gas into the substrate heating space through the passageway comprises:
directing at least a portion of the heated gas into the inlet opening of the passage;
directing at least a portion of the heating gas from the outlet opening of the passage into the substrate heating space;
including the method of Example 31 comprising

例33は、加熱ガスの少なくとも一部を通路の入口開口部内に誘導することが、加熱ガスの少なくとも一部を、通路の入口開口部に沿って形成された湾曲縁部または面取りした縁部に沿って方向付けることを含む例31の方法を含む。 Example 33 shows that directing at least a portion of the heated gas into the inlet opening of the passage directs at least a portion of the heated gas to a curved or chamfered edge formed along the inlet opening of the passage. including the method of example 31 including directing along.

例34は、加熱ガスの少なくとも一部を通路の入口開口部内に誘導することが、加熱ガスの少なくとも一部を通路のテーパー部内に誘導することを含む例31の方法を含む。 Example 34 includes the method of Example 31, wherein directing at least a portion of the heated gas into the inlet opening of the passageway includes directing at least a portion of the heated gas into a tapered portion of the passageway.

例35は、加熱ガスの少なくとも一部を通路の出口開口部から基板加熱空間内に誘導することが、加熱ガスを基板加熱空間内に吐出する前に、加熱ガスの少なくとも一部を通路の直線部内に誘導することを含む例31の方法を含む。 Example 35 shows that directing at least a portion of the heated gas from the outlet opening of the passageway into the substrate heating space comprises directing at least a portion of the heated gas into a straight line of the passageway before discharging the heated gas into the substrate heating space. including the method of Example 31 including navigating into the department.

例36は、方法が、加熱ガスの少なくとも一部を、帰還構造部を介して基板加熱空間からプレナムに再循環させることを更に含む例30~35のいずれかの方法を含む。 Example 36 includes the method of any of Examples 30-35, the method further comprising recycling at least a portion of the heated gas from the substrate heating space to the plenum via the return structure.

例37は、通路を介して加熱ガスの少なくとも一部を基板加熱空間内に誘導することが、加熱ガスの少なくとも一部を、側壁にわたる通路の1つ以上の繰返しパターン内に誘導することを含む例30~36のいずれかの方法を含む。 Example 37: Directing at least a portion of the heated gas into the substrate heating space through passages includes directing at least a portion of the heated gas into one or more repeating patterns of passages across the sidewalls. Including the method of any of Examples 30-36.

例38は、通路を介して加熱ガスの少なくとも一部を基板加熱空間内に誘導することが、加熱ガスの少なくとも一部を、実質的に均一の体積で通路に通して方向付けることを含む例30~37のいずれかの方法を含む。 Example 38 is an example wherein directing at least a portion of the heating gas through the passageway into the substrate heating space comprises directing at least a portion of the heating gas through the passageway in a substantially uniform volume. including any of methods 30-37.

本方法および/またはシステムを、或る特定の実施態様を参照して記載してきたが、当業者であれば、本方法および/またはシステムの範囲から逸脱することなく、種々の変更を行うことができること、および、均等物に置き換えることができることを理解するであろう。加えて、本開示の範囲から逸脱することなく、本開示の教示に対して特定の状況または材料を適合させるように多くの改変を行うことができる。したがって、本方法および/またはシステムは、開示されている特定の実施態様に限定されない。代わりに、本方法および/またはシステムは、字義どおりにでも均等論のもとにおいても、添付の特許請求の範囲内に入る全ての実施態様を含む。 Although the method and/or system have been described with reference to certain specific embodiments, various modifications may be made by those skilled in the art without departing from the scope of the method and/or system. and that equivalents may be substituted. In addition, many modifications may be made to adapt a particular situation or material to the teachings of this disclosure without departing from its scope. Accordingly, the method and/or system are not limited to the particular implementations disclosed. Instead, the method and/or system includes all embodiments that fall within the scope of the appended claims both literally and under the doctrine of equivalents.

100 ノズルシート
102 ノズル
104 ヘクスハニカム材料シート
500 酸化炉
502 チャンバー
504 頂壁
506 底壁
508 側壁
510 側壁
512 第1の側面
514 第2の側面
516 第1の端壁
518 第2の端壁
520 端部
522 端部
524 加熱システム
526 ヒーター
528 ブロワー
530 モーター
532 供給構造部
534 供給プレナム
536 隙間
538 供給ダクト
540 帰還構造部
542 ダクト
900 第1の端部
902 ノズル
904 ノズルプレート
906 バッフル
908 入口開口部
910 出口開口部
912 テーパー部
914 直線部
916 面取りした縁部
1400 方法
1402 ブロック
1404 ブロック
1502 ノズル
1508 入口開口部
1510 出口開口部
1512 テーパー部
1516 ベベル縁部
1600 炉
1602 基板加熱空間
1604 加熱システム
1606 加熱ガス
1608 プレナム
1610 側壁
1612 通路
1614 帰還構造部
1616 基板
1618 ガス投入箇所
100 nozzle sheet 102 nozzle 104 hex honeycomb material sheet 500 oxidation furnace 502 chamber 504 top wall 506 bottom wall 508 side wall 510 side wall 512 first side 514 second side 516 first end wall 518 second end wall 520 end 522 end 524 heating system 526 heater 528 blower 530 motor 532 supply structure 534 supply plenum 536 gap 538 supply duct 540 return structure 542 duct 900 first end 902 nozzle 904 nozzle plate 906 baffle 908 inlet opening 910 outlet opening Section 912 Tapered Section 914 Straight Section 916 Chamfered Edge 1400 Method 1402 Block 1404 Block 1502 Nozzle 1508 Entrance Opening 1510 Exit Opening 1512 Tapered Section 1516 Beveled Edge 1600 Furnace 1602 Substrate Heating Space 1604 Heating System 1606 Plenum Heating Gas 1608 Side wall 1612 Passage 1614 Return structure 1616 Substrate 1618 Gas input point

Claims (7)

ガスを加熱する加熱システムと、
内部に複数の基板を異なる高さに配置可能な基板加熱空間と、
前記基板加熱空間の高さ方向に対して平行に延在し、複数の通路が形成された側壁を有したプレナムであって、加熱されたガスを該プレナムから前記複数の通路を通じて前記基板加熱空間内に誘導するプレナムとを具備し、
前記プレナムの前記側壁に形成された前記複数の通路の各々は、前記プレナムに面するそれぞれの入口開口部と、前記基板加熱空間に面するそれぞれの出口開口部と、前記入口開口部と前記出口開口部との間において、断面が前記入口開口部から出口開口部へ細くなるように形成されたテーパー部とを有し、
前記プレナムは、前記基板加熱空間の高さ方向にプレナムの上端のガス投入箇所からプレナムの下端へ向けて断面が細くなるテーパー状に形成されており、
前記側壁は、均一な体積で前記複数の通路から加熱された前記ガスを放出するようになっている炉。
a heating system for heating the gas;
a substrate heating space in which a plurality of substrates can be arranged at different heights;
A plenum extending parallel to the height direction of the substrate heating space and having a side wall in which a plurality of passages are formed, wherein a heated gas flows from the plenum through the plurality of passages to heat the substrate. a plenum that guides into the space,
Each of the plurality of passages formed in the sidewall of the plenum has a respective inlet opening facing the plenum , a respective outlet opening facing the substrate heating space , the inlet opening and the outlet. a tapered portion formed between the opening and having a cross section that tapers from the inlet opening to the outlet opening ;
The plenum is formed in a tapered shape in which the cross section becomes narrower in the height direction of the substrate heating space from the gas input point at the upper end of the plenum toward the lower end of the plenum,
The furnace, wherein the sidewalls are adapted to release the heated gas from the plurality of passages in a uniform volume.
前記基板加熱空間は、前記プレナムの反対側に、加熱された前記ガスの少なくとも一部を前記基板加熱空間の外部に誘導する戻し構造部を有する請求項1に記載の炉。 2. The furnace of claim 1, wherein the substrate heating space has a return structure opposite the plenum for directing at least a portion of the heated gas out of the substrate heating space. 前記戻し構造部は、加熱された前記ガスの前記少なくとも一部を前記加熱システムに誘導する請求項2に記載の炉。 3. The furnace of claim 2, wherein said return structure directs said at least a portion of said heated gas to said heating system. 前記複数の通路は、前記側壁にわたって1つ以上の繰返しパターンを用いて分布する請求項1に記載の炉。 2. The furnace of claim 1, wherein said plurality of passages are distributed with one or more repeating patterns across said sidewall. 前記側壁は、前記通路のうちの第1の通路を有する第1の部分と、前記通路のうちの第2の通路を有する該側壁の第2の部分とを有し、前記側壁は、該側壁の前記第1の部分と該側壁の前記第2の部分との間にある第3の部分を有し、前記側壁の前記第3の部分は、加熱された前記ガスを方向付ける通路を有しない請求項1に記載の炉。 The sidewall has a first portion having a first one of the passages and a second portion of the sidewall having a second one of the passages, the sidewall comprising: between said first portion of and said second portion of said sidewall, said third portion of said sidewall having no passageway for directing said heated gas. Furnace according to claim 1. 前記テーパー部を有する前記通路のうちの少なくとも1つは、前記それぞれの入口開口部に沿って湾曲縁部又はベベル付き縁部を更に有する請求項1に記載の炉。 2. The furnace of claim 1, wherein at least one of said tapered passages further comprises a curved or beveled edge along said respective inlet opening. 前記プレナムの前記側壁に形成され前記テーパー部を有した前記通路のうちの少なくとも1つは、前記テーパー部の一端部からそれぞれの出口開口部まで延在する直線部を有する請求項1に記載の炉。 2. The at least one of said tapered passages formed in said side wall of said plenum having a straight portion extending from one end of said tapered portion to a respective outlet opening. Furnace.
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