WO2015043728A1

WO2015043728A1 - Oxidationsofen

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Publication number: WO2015043728A1
Application number: PCT/EP2014/002517
Authority: WO
Inventors: Karl Berner; Lars Meinecke
Original assignee: Eisenmann Ag
Priority date: 2013-09-24
Filing date: 2014-09-17
Publication date: 2015-04-02
Also published as: DE102013015841A1; US10222122B2; DE102013015841B4; US20160209115A1

Abstract

Ein Oxidationsofen zur oxidativen Behandlung von Fasern, insbesondere zur Herstellung von Kohlenstofffasern, umfasst ein Gehäuse (12), welches abgesehen von Durchtrittsbereichen (18, 20) für die Fasern (22) gasdicht ist, und einen im Innenraum (14) des Gehäuses (12) befindlichen Prozessraum (28). Mit einer Atmosphäreneinrichtung (38, 40, 46) ist eine heiße Arbeitsatmosphäre erzeugbar und in den Prozessraum (28) einblasbar. Umlenkrollen (34), welche außerhalb des Prozessraums (28) in Umlenkbereichen (30, 32) angeordnet sind, führen die Fasern (22) als Faserteppich (22a) nebeneinander liegend serpentinenartig durch den Prozessraum (28), wobei der Faserteppich (22a) zwischen gegenüber liegenden Umlenkrollen (34) jeweils eine Ebene aufspannt. Mittels einer Faser-Kühleinrichtung (54) sind Auslauffaserteppiche (50a) aus Auslauffasern (50), die den Prozessraum (28) verlassen haben und auf dem Weg zu einer Umlenkrolle (34) sind, vor Erreichen der Umlenkrolle (34) gezielt abkühlbar.

Description

Oxidationsofen

Die Erfindung betrifft einen Oxidationsofen zur oxidativen Behandlung von Fasern, insbesondere zur Herstellung von Kohlenstofffasern, mit a) einem Gehäuse, welches abgesehen von Durchtrittsbereichen für die Fasern gasdicht ist; b) einem im Innenraum des Gehäuses befindlichen Prozessraum; einer Atmosphäreneinrichtung, welcher eine heiße Ar- beitsatmosphäre erzeugbar und den Prozessraum einblas bar ist;

Umlenkrollen, welche außerhalb des Prozessraums in Umlenkbereichen angeordnet sind und die Fasern als Faserteppich nebeneinander liegend serpentinenartig durch den Prozessraum führen, wobei der Faserteppich zwischen gegenüber liegenden Umlenkrollen jeweils eine Ebene aufspannt .

Bei derartigen Oxidationsofen sind die Umlenkbereiche typi- scherweise außerhalb des Ofengehäuses angesiedelt um einer^¬ seits eine Eingriffsmöglichkeit zur Faser zu ermöglichen und andererseits eine mangelnde Belüftung beim Umlenken unter Prozesstemperatur zur verhindern. Durch die Anordnung der Umlenkrollen außerhalb des Ofens wird die Faser mit Prozess- temperatur aus dem Prozessraum durch einen Schleusenbereich hin in Richtung der Umlenkrolle geführt. Im Schleusenbereich wird die Faser abgekühlt, um die Oxidationsreakt ion zu stop^¬ pen, wobei die Temperatur im Schleusenbereich so gewählt ist, dass ein Auskondensieren von gasförmigen Stoffen aus der Atmosphäre verhindert wird. Beim Austreten der Faser aus

BESTÄTIGUNGSKOPI E dem Ofen hat die Faser demnach zumindest die Temperatur, welche im Schleusenbereich vorliegt. Diese Wärmeenergie wird auf dem Weg hin zur Umlenkrolle, beim Umlenken und auf dem Weg zurück in Richtung Ofen zumindest teilweise an die Umge- bungsatmosphäre, beziehungsweise beim Kontakt mit der Umlenkrolle an die Umlenkrolle selbst abgegeben. Die Faser läuft dementsprechend mit einer deutlich niedrigeren Tempe^¬ ratur wieder durch die Schleuse in den Ofen ein und muss erneut auf Prozesstemperatur erwärmt werden. Der so durch die Abkühlung bedingte Energieverlust ist erheblich. Es ist dem^¬ entsprechend zielführend, die Fadenabkühlung zu verhindern oder so bewusst herbeizuführen, dass die freigesetzte Energie dem System wieder zugeführt werden kann. Im Betrieb eines Oxidationsofens kommt es insbesondere in den Umlenkbereichen und an den Umlenkrollen dazu, dass dort Arbeiten vorgenommen werden müssen. Beispielsweise kann es dazu kommen, dass der Faserteppich an einer Umlenkrolle gerichtet werden muss, wenn Fasern aus der Spur laufen. Auch können einzelne Fasern beim Durchlauf durch den Oxidations- ofen reißen. Üblicherweise wird das lose Ende einer gerissenen Faser im Bereich der Umlenkrollen mit einer daneben laufenden Faser verknüpft, durch welche die gerissene Faser durch den Oxidationsofen mitgeschleppt wird. Bei der Durch- führung solcher Tätigkeiten ist es demnach zuträglich, niedrige Temperaturen der Faser im Umlenkbereich zu erzielen und ferner die Umgebungstemperatur im Bereich der Umlenkungen niedrig, also nur geringfügig über Umgebungstemperatur, zu halten .

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Oxidationsofen der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher diesen Gedanken Rechnung trägt. Diese Aufgabe wird bei einem Oxidationsofen der eingangs ge- nannten Art dadurch gelöst, dass eine Faser-Kühleinrichtung vorhanden ist, mittels welcher Auslauffaserteppiche aus Auslauffasern, die den Prozess^¬ raum verlassen haben und auf dem Weg zu einer Umlenkrolle sind, vor Erreichen der Umlenkrolle gezielt abkühlbar sind .

Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die genannten Ar^¬ beiten im Umlenkbereich bei moderaten Temperaturen im Be^¬ reich der Umlenkrollen und an den Umlenkrollen selber durch geführt werden können, was den laufenden Betrieb des Oxida- tionsofens deutlich vereinfacht. Dabei ist es günstig, wenn die Auslauffasern mittels der Fa^¬ ser-Kühleinrichtung mit einem Kühlgas beaufschlagbar sind, das eine geringere Temperatur als die Auslauffasern hat. Als Kühlgas wird vorzugsweise die Hallenluft der Anlagenhalle genutzt, in welcher der Oxidationsofen steht.

Vorteilhaft umfasst die Faser-Kühleinrichtung hierzu ein Ansaugsystem, mit dem ein Kühlgas so ansaugbar ist, dass es zu den Auslauffaserteppichen strömt. Im Falle der Hallenluft wird folglich Luft aus den Umlenkbereichen angesaugt.

Damit gewährleistet ist, dass das Kühlgas zu den Auslauffa^¬ sern gelangt, ist es vorteilhaft, wenn das Ansaugsystem mehrere Ansaugeinrichtungen mit jeweils einer Saugseite mit wenigstens einer Ansaugöffnung umfasst, wobei wenigstens eine Ansaugeinrichtung jeweils einem Auslauffaserteppich zuge^¬ wandt ist. So kann beispielsweise Luft aus den Umlenkbereichen durch die Auslauffaserteppiche hindurch zu den Ansaugeinrichtungen angesaugt und von dort abgeführt werden. Ergänzend kann es günstig sein, wenn das Ansaugsystem für jeden Auslauffaserteppich wenigstens eine Ansaugeinrichtung oberhalb und wenigstens eine Ansaugeinrichtung unterhalb ei nes gemeinsamen Auslauffaserteppichs umfasst, wobei deren Saugseiten jeweils gegenüberliegen und auf den gemeinsamen Auslauffaserteppich weisen. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Auslauffasern einen geschlossenen Faser^¬ teppich bilden, der nicht ohne weiteres von dem Kühlgas durchströmt werden kann. So kann das Kühlgas jedoch an den Auslauffaserteppichen entlang strömen.

Aus technischer Sicht ist es günstig, wenn die Ansaugeinrichtungen als Ansaugkästen ausgebildet sind, die über eine oder mehrere Ansaugleitungen mit einer oder mehreren Unter^¬ druckquellen verbunden sind.

Die Faser-Kühleinrichtung hat sich als besonders effizient bei Oxidationsöfen erwiesen, bei denen sich die Umlenkberei che außerhalb des Ofengehäuses befinden, wobei die Ansaug^¬ einrichtungen in diesen Umlenkbereichen angeordnet sind.

Wenn ein Fördersystem vorhanden ist, mittels welchem angesaugtes und durch die Auslauffasern erwärmtes Kühlgas abtransportierbar und einer weiteren Nutzung zuführbar ist, kann die Wärmeenergie, die von den Auslauffasern auf das Kühlgas übertragen worden ist, effektiv genutzt werden.

Für den Betrieb des Oxidationsofens selbst ist es besonders energieeffizient, wenn angesaugtes und durch die Auslauffasern erwärmtes Kühlgas zur Atmosphäreneinrichtung förderbar ist. Auf diese Weise kann das erwärmte Kühlgas zum Gashaushalt des Oxidationsofens und insbesondere zur Aufrechterhai tung der Betriebstemperatur beisteuern.

Wenn die Atmosphäreneinrichtung wenigstens ein Heizaggregat umfasst, ist es vorteilhaft, wenn diesem angesaugtes und durch die Auslauffasern erwärmtes Kühlgas als Verbrennungsluft zuführbar ist.

Es ist alternativ oder ergänzend zum Ansaugsystem günstig, wenn die Faser-Kühleinrichtung ein Anblassystem umfasst, mit welchem Auslauffasern gezielt mit Kühlgas anblasbar sind.

Vorteilhaft umfasst das Anblassystem hierzu mehrere Anblaseinrichtungen mit jeweils einer Blasseite mit wenigstens einer Anblasöffnung, wobei wenigstens eine Anblaseinrichtung jeweils einem Auslauffaserteppich zugewandt ist.

Besonders im Falle von dichten Auslauffaserteppichen ist es günstig, wenn das Anblassystem für jeden Auslauffaserteppich wenigstens eine Anblaseinrichtung oberhalb und wenigstens eine Anblaseinrichtung unterhalb eines gemeinsamen Auslauffaserteppichs umfasst, wobei deren Blasseiten jeweils gegenüberliegen und auf den gemeinsamen Auslauffaserteppich weisen .

Die Anblaseinrichtungen sind vorzugsweise als Anblaskästen ausgebildet, die über eine oder mehrere Anblasleitungen mit einer Kühlgasquelle verbunden sind.

Die Anblaseinrichtungen können mit den Ansaugeinrichtungen zusammenarbeiten, so dass angeblasenes Kühlgas, das durch die Fasern erwärmt wurde, durch das Ansaugsystem abgeführt wird. Dies wird aus den Erläuterungen weiter unten ersichtlich.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:

Figur 1 einen Vertikalschnitt durch einen Oxidationsofen zur Herstellung von Kohlenstofffasern in Ofenlängs- richtung, bei dem ein Prozessraum von freiliegenden Umlenkbereichen flankiert ist;

Figur 2 einen Detailausschnitt des Oxidationsofens , wobei ein erstes Ausführungsbeispiel einer Faser-Kühlein^¬ richtung gezeigt ist;

Figur 2a einen Detailausschnitt eines abgewandelten Oxidati- onsofens ;

Figur 3 einen Detailausschnitt des Oxidationsofens, wobei ein zweites Ausführungsbeispiel einer Faser-Kühleinrichtung gezeigt ist;

Figur 4 einen Detailausschnitt des Oxidationsofens , wobei ein drittes Ausführungsbeispiel einer Faser-Kühleinrichtung gezeigt ist;

Figur 5 einen Detailausschnitt des Oxidationsofens , wobei ein viertes Ausführungsbeispiel einer Faser-Kühleinrichtung gezeigt ist;

Figur 6 einen Detailausschnitt des Oxidationsofens , wobei ein fünftes Ausführungsbeispiel einer Faser-Kühleinrichtung gezeigt ist.

Zunächst wird auf die Figur 1 Bezug genommen, die einen vertikalen Schnitt eines Oxidationsofens zeigt, der zur Herstellung von Kohlenstofffasern eingesetzt wird und insgesamt mit 10 bezeichnet ist.

Der Oxidationsofen 10 umfasst ein Gehäuse 12, das einen den Innenraum des Oxidationsofens 10 bildenden Durchlaufräum 14 durch eine Deckenwand 12a und eine Bodenwand 12b und zwei vertikale Längswände begrenzt, von denen in Figur 1 nur eine hinter der Schnittebene liegende Längswand 12c zu sehen ist.

An seinen Stirnenden weist das Gehäuse 12 jeweils eine

Stirnwand 16a, 16b auf, wobei in der Stirnwand 16a von oben nach unten abwechselnd horizontale Eingangschlitze 18 und Ausgangsschlitze 20 und in der Stirnwand 16b von oben nach unten abwechselnd horizontale Ausgangsschlitze 20 und Ein^¬ gangschlitze 18 vorhanden sind, durch die Fasern 22 in den Durchlaufräum 14 hinein und wieder aus diesem herausgeführt werden. Die Eingangs- und Ausgangsschlitze 20 bilden allge^ mein Durchtrittsbereiche des Gehäuses 12 für die Kohlenstofffasern 22. Abgesehen von diesen Durchtrittsbereichen ist das Gehäuse 12 des Oxidationsofens 10 gasdicht.

Der Durchlaufräum 14 ist seinerseits in Längsrichtung in drei Bereiche unterteilt und umfasst eine ersten Vorkammer 24, welche unmittelbar neben der Stirnwand 16a angeordnet ist, eine zweite Vorkammer 26, welcher unmittelbar neben der gegenüberliegenden Stirnwand 16b benachbart ist, sowie einen zwischen den Vorkammern 24, 26 angesiedelten Prozessraum 28.

Die Vorkammern 24 und 26 bilden so zugleich eine Ein- und Austrittsschleuse für die Fasern 22 in den Durchlaufräum 14 bzw. den Prozessraum 28.

Die zu behandelnden Fasern 22 werden dem Durchlaufräum 14 des Oxidationsofens 10 parallel verlaufend als Art Faserteppich 22a zugeführt. Hierzu treten die Fasern 22 von einem ersten Umlenkbereich 30, der neben der Stirnwand 16a außerhalb des Ofengehäuses 12 liegt, durch den obersten Eingangsschlitz 18 in der Stirnwand 16a in die ersten Vorkammer 24 ein. Die Fasern 22 werden sodann durch den Prozessraum 28 und durch die zweiten Vorkammer 26 zu einem zweiten Umlenkbereich 32, der neben der Stirnwand 16b außerhalb des Ofengehäuses 12 liegt, und von dort wieder zurückgeführt. Insgesamt durchlaufen die Fasern 22 den Prozessraum 28 serpentinenartig über von oben nach unten aufeinander folgende Umlenkrollen 34, die dem Verlauf der Fasern von unten nach oben folgend mit 34a, 34b, 34c, 34d, 34e, 34f bezeichnet sind. Hierbei sind im zweiten Umlenkbereich 32 des Oxidati- onsofens 10 drei mit ihren Achsen parallel übereinander liegende Umlenkrollen 34a, 34c, 34e und im ersten Umlenkbereich 30 drei solche Umlenkrollen 34b, 34d, 34f vorgesehen. Zwi- sehen den Umlenkrollen 32a, 32b, 32c, 32d, 32e, 32f spannt der durch die Vielzahl von nebeneinander laufenden Fasern 22 gebildete Faserteppich jeweils eine Ebene auf. Der Verlauf der Fasern kann auch von unten nach oben erfolgen. Es können auch mehr oder weniger Ebenen als in Figur 1 gezeigt aufgespannt sein.

Dies veranschaulichen die Figuren 2 bis 6, in denen ein vergrößerter Detailausschnitt des zweiten Umlenkbereichs 32 gezeigt ist, wobei im zweiten Umlauf ereich 32 jeweils noch eine weitere Umlenkrolle 34g vorhanden ist.

Die Umlenkbereiche 30, 32 stehen im Betrieb des Oxidations- ofens 10 kontinuierlich mit der Umgebung des Oxidationsofens 10 in Kontakt.

Nach dem gesamten Durchlauf durch den Prozessraum 28 verlassen die Fasern 22 den Oxidationsofen 10 durch den untersten Ausgangsschlitz 20 in der Stirnwand 16b. Vor dem Erreichen des obersten Eingangsschlitz 18 in der Stirnwand 16a und nach verlassen des Oxidationsofens durch den untersten Ausgangsschlitz 20 in der Stirnwand 16b werden die Fasern 22 außerhalb des Ofengehäuses 12 über weitere Führungsrollen 36 geführt .

Im Prozessraum 28 werden zwei gegenläufige Luftströme auf- rechterhalten. Hierzu sind im mittleren Bereich des Prozessraumes 28 eine Einblaseinrichtung 38 und in den beiden außen liegenden Endbereichen des Prozessraumes 28 jeweils eine Absaugeinrichtung 40 angeordnet, die jeweils den Vorkammern 24, 26 benachbart sind. Die Einblaseinrichtung 38 umfasst mehrere Einblaskästen 42 und die Absaugeinrichtungen 40 umfassen mehrere Absaugkästen 44, die jeweils zwischen den durch den Faserteppich 22a aufgespannten Ebenen angeordnet sind und sich zwischen den vertikalen Längswänden des Ofengehäuses 12 erstrecken.

Ausgehend beispielsweise von den Absaugeinrichtungen 40 wird die Luft in einen in Figur 1 hinter der Zeichenebene liegenden Luftleitraum 46 gefördert, in dem sie auf hier nicht weiter interessierende Weise aufbereitet und konditioniert wird, wobei insbesondere deren Temperatur durch nicht eigens gezeigte Heizaggregate eingestellt wird.

Von dem Luftleitraum 46 gelangt die Luft jeweils zu der Einblaseinrichtung 38. Diese gibt die nun umgewälzte und konditionierte Luft gegensinnig strömend in Richtung auf die Umlenkbereiche 30 und 32 in den Prozessraum 28 ab. In diesem strömen die Luftströme gegensinnig zu den Absaugeinrichtungen 40, was in Figur 1 durch entsprechende Pfeile veranschaulicht ist. Ingesamt sind so zwei Umwälz-Luft kreisläufe geschlossen und der Oxidationsofen 10 wird strömungstechnisch nach dem so genannten "center-to-end" -Prinzip betrieben. Aber auch alle anderen bekannten Strömungsprinzipien können umgesetzt sein.

Die Einblaseinrichtung 38 und die Absaugeinrichtungen 40 bilden somit gemeinsam mit dem Luftleitraum 46 und vorhande^¬ nen Konditioniereinrichtungen eine Atmosphäreneinrichtung, mit welcher als heiße Arbeitsatmosphäre Heißluft erzeugt und in den Prozessraum 28 eingeblasen werden kann. Während des serpentinenartigen Durchgangs der Fasern 22 durch den Prozessraum 28 werden diese so von heißer, sauerstoffhaltiger Luft umspült und dabei oxidiert. Die genaue Ausbildung sowohl der Einblaseinrichtung 38 als auch der Ab^¬ saugeinrichtungen 40 sowie der Strömungsweg der Luft von der Einblaseinrichtung 38 zu den Absaugeinrichtungen 40 sind da^¬ bei vorliegend nicht weiter von Belang.

Im Bereich des Luftleitraumes 46 sind außerdem zwei Auslässe 48 vorgesehen. Über diese können diejenigen Gas- bzw. Luftvolumina abgeführt werden, die entweder bei dem Oxidations- prozess entstehen oder als Frischluft durch eine nicht eigens gezeigte Zulufteinrichtung in den Prozessraum 28 gelangen, um so den Lufthaushalt im Oxidationsofen 10 aufrecht zu erhalten. Die abgeführten Gase, die auch giftige Bestandtei^¬ le enthalten können, werden einer thermischen Nachverbrennung zugeführt. Die dabei mögliche zurückgewonnene Wärme kann zumindest zur Vorerwärmung der dem Oxidationsofen 10 zugeführten Frischluft verwendet werden.

Die Fasern 22, die den Prozessraum 28 verlassen haben und auf dem Weg zu einer Umlenkrolle 34 sind, werden nachfolgend als Auslauffasern 50 bezeichnet, die einen Auslauffasertep- pich 50a bilden. Somit sind Auslauffasern 50 sowohl Fasern 22, die sich noch im Durchlaufrauml 4 befinden, als auch solche Fasern 22, die bereits durch die Ausgangsschlitze 20 aus dem Durchlaufräum 14 in die Umlenkbereiche 30, 32 ge^¬ langt sind und sich in den Umlenkbereichen 30, 32 befinden.

Die Fasern 22, die von einer Umlenkrolle 34 kommend wieder auf dem Weg zurück in den Durchlaufräum 14 und den Prozess^¬ raum 28 sind, definieren entsprechend Einlauffasern 52 und bilden einen Einlauffaserteppich 52a, wobei dies diejenigen Fasern 22 im Abschnitt des Faserteppichs 22 von den Umlenk- rollen 34 bis zum Prozessraum 28 sind.

Damit eingangs angesprochene Wartungsvorgänge im Bereich der Umlenkrollen 34 gefahrlos durchgeführt werden können, umfasst der Oxidationsofen 10 eine Faser-Kühleinrichtung 54, mit der die Auslauffasern 50 vor Erreichen der Umlenkrollen 34 gezielt abgekühlt werden. Hierzu werden die Auslauffasern 50 mit einem Kühlgas beaufschlagt, das eine geringere Temperatur als die Auslauffasern 50 hat.

In den Figuren 2 bis 6 ist nun jeweils der zweite Umlenkbereich 32 des Oxidationsofens 10 mit jeweils einem Ausfüh^¬ rungsbeispiel einer Faser-Kühleinrichtung 54 in vergrößertem Maßstab gezeigt. Dabei symbolisiert ein eingekreistes Minuszeichen stets ein Abströmen und ein eingekreistes Pluszeichen stets ein Zuströmen.

Die in Figur 2 gezeigte Faser-Kühleinrichtung 54 umfasst mehrere Ansaugkästen 56, welche sich jeweils unterhalb eines Auslauffaserteppichs 50a auf einem Niveau neben der Umlenk^¬ rolle 34 erstrecken, über welche die Auslauffasern 50 umlaufen. Nur der oberste Ansaugkasten 56 ist mit Bezugszeichen versehen .

Die Ansaugkästen 56 haben vorzugsweise einen rechteckigen Querschnitt und verlaufen parallel zur jeweils benachbarten Umlenkrolle 34. An der dem Auslauffaserteppich 50a zugewandten Saugseite haben die Ansaugkästen 56 eine Vielzahl von Ansaugöffnungen 58, die sich über die gesamte Saugseite verteilen. Die Ansaugkästen 56 sind Ansaugeinrichtungen eines Ansaugsystems 60, mit dem ein Kühlgas aus den Umlenkberei^¬ chen 30 und 32 angesaugt wird. Bei diesem Kühlgas handelt es sich in der Regel um Frischluft, die durch die Hallenluft der Anlagenhalle zur Verfügung steht, in welcher der Oxida^¬ tionsofen 10 steht. Diese Luft strömt dann durch die Aus- lauffaserteppiche 50a hindurch, wodurch die Auslauffasern 50 mit dieser Luft als Kühlgas beaufschlagt werden.

Hierzu sind die Ansaugkästen 56 über eine Ansaugleitung 62 mit einer Unterdruckquelle in Form eines Gebläses 64 verbunden, das bezogen auf die Ansaugkästen 56 als Saugzug arbei^¬ tet. Im Betrieb des Oxidationsofens 10 wird der Saugzug 64 aktiviert, die angesaugte Luft durchströmt die Auslauffaserteppiche 50a und nimmt dabei Wärmeenergie von den Auslauffasern 50 auf, welche dabei abkühlen. Bevor die Auslauffasern 50 die Umlenkrollen 34 erreichen, können sie auf diese Weise beträchtlich gegenüber ihrer Austrittstemperatur abgekühlt werden, mit der sie den Durchlaufrauml 4 verlassen. Bei^¬ spielsweise können die Auslauffasern 50 auf Temperaturen von 60°C abgekühlt werden.

Die Auslauffasern 50 können trotz der in den Vorkammern 24, 26 durch Temperaturabsenkung unterbrochenen oxidatxven Reaktion noch in den Umlenkbereichen 30, 32 ausgasen, wobei unter anderem HCN freigesetzt werden kann, das ohne weitere Maßnahmen in die Hallenatmosphäre gelangt. Durch die Ansaugkästen 56 werden diese Ausgasungen abgeführt, wodurch die Arbeitsplatzkonzentrationen durch die Ausgasungen zusätzlich verringert werden.

Die Faser-Kühleinrichtung 54 steht außerdem mit einem Fördersystem 66 in Verbindung, mit dem das angesaugte und nun erwärmte Kühlgas, vorliegend also Luft, abtransportiert und einer weiteren Nutzung zugeführt werden kann. Die Wärmeenergie der erwärmten Luft kann beispielsweise an anderer Stelle genutzt und hierzu einem Wärmetauscher zugeführt werden.

Die erwärmte Luft aus der Faser-Kühleinrichtung 54 trägt zum Lufthaushalt des Oxidationsofens 10 selbst bei. Hierzu wird die Luft beispielsweise über das Fördersystem 66 einer Frischluft-Konditionierung 69 zugeführt, was in Figur 2a ergänzend veranschaulicht ist. Zu diesem Zweck kann eine Leitung 68 vom Saugzug 64 zu einem Frischluftventilator 69a mit nachgeschaltetem Heizregister oder Heizaggregat 69b führen, durch welches die erwärmte Luft aus der Faser- Kühleinrichtung 54 weiter aufgeheizt wird und von dort zu Frischluftkanälen 71 strömt, durch welche im Bereich der Schlitze 18, 20 nun vorgewärmte Frischluft angeboten wird, die entsprechend der über die Auslässe 48 abgeführten Gasbzw. Luftvolumina als Frischluftvolumen in das Umluftsystem des Ofens 10 eingesaugt wird. Auf diese Weise wird die Wärmeenergie der Auslauffasern 50 zur Temperierung der Ofenat^¬ mosphäre genutzt, wodurch die Energiebilanz des Oxidations- ofens 10 insgesamt verbessert ist.

In Figur 3 ist als zweites Ausführungsbeispiel eine abgewandelte Faser-Kühleinrichtung 54 gezeigt. Bereits erläuterte Komponenten tragen dort dieselben Bezugszeichen.

Bei diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Faser-Kühlein^¬ richtung 54 außerdem ein Anblassystem 70, mit welchem die Auslauffasern 50 gezielt mit Kühlgas angeblasen werden kön^¬ nen. Hierzu sind als Anblaseinrichtungen mehrere Anblaskäs^¬ ten 72 vorhanden, die in ihrem grundsätzlichen Aufbau den Ansaugkästen 56 des Ansaugsystems 60 entsprechen und auf ei^¬ ner Blasseite Anblasöffnungen 74 haben. Nur der oberste An^¬ blaskasten 72 ist mit Bezugszeichen versehen.

Die Anblaskästen 72 sind bei einer ersten Variante oberhalb der Auslauffaserteppiche 50a und gegenüber jeweils eines An^¬ saugkastens 56 angeordnet, wobei die Anblasöffnungen 74 ei^¬ nes Anblaskastens 72 zu den Ansaugöffnungen 58 eines Ansaug^¬ kastens 56 weisen. Dies ist in Figur 3 bei den beiden oberen Auslauffaserteppichen 50a der Fall. Bei einer zweiten Variante sind die Anblaskästen 72 unterhalb der Auslauffaserteppiche 50a und gegenüber jeweils eines Ansaugkastens 56 angeordnet, die sich in diesem Fall oberhalb des jeweiligen Auslauffaserteppichs 50a befinden. Auch hier weisen die Anblasöffnungen 74 eines Anblaskastens 72 und die Ansaugöffnungen 58 eines Ansaugkastens 56 auf einen zwischen diesen verlaufenden Auslauffaserteppich 50a und aufeinander zu. Diese Variante ist in Figur 3 bei den beiden unteren Auslauffaserteppichen 50a verwirklicht.

Der Strömungsweg 76 zwischen den Anblaskästen 72 und den Ansaugkästen 56 ist in Figur 3 durch Pfeile veranschaulicht.

Die Anblaskästen 72 werden über eine Anblasleitung 78 mit Hilfe eines als Kühlgasquelle dienenden Gebläses 80 mit einem Kühlgas versorgt. Dabei kann es sich um Frischluft und beispielsweise wieder um die Hallenluft handeln. Alternativ kann auf diese Weise aber auch anderes Kühlgas als Luft zur Verfügung gestellt werden.

Wenn dieses Kühlgas nicht in die Ofenatmosphäre gelangen darf, kann das Fördersystem 66 das erwärmte Kühlgas auch zu einer anderen Stelle fördern, wo dessen Wärme genutzt werden kann .

In Figur 4 ist als drittes Ausführungsbeispiel eine erneut abgewandelte Faser-Kühleinrichtung 54 gezeigt. Bereits erläuterte Komponenten tragen dort dieselben Bezugszeichen.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist kein Anblassystem 70 vorhanden, sondern es sind für jeden Auslauffaserteppich 50a ein Ansaugkasten 56 oberhalb und ein Ansaugkasten 56 unterhalb des Auslauffaserteppichs 50a angeordnet, wobei deren Saugseiten jeweils gegenüberliegen und auf den gemeinsamen Auslauffaserteppich 50a weisen. Die Ansaugöffnungen 58 sind dort nicht über die gesamte Saugseite verteilt, sondern nur in den Randbereichen vorhanden, die den Stirnwänden 16a, 16b des Oxidationsofens 10 zugewandt sind.

Zwischen den Ansaugkästen 56 ist so ein Strömungskanal 82 ausgebildet, in dem ein jeweiliger Auslauffaserteppich 50a verläuft. Wenn der Saugzug 64 aktiviert ist, wird als Kühlgas Luft von außen durch diesen Strömungskanal 82 zwischen zwei Ansaugkästen 56 gezogen, wo sie ober- und unterhalb des Auslauffaserteppichs 50a entlang strömen kann, bis sie zu den Ansaugöffnungen 58 der Ansaugkästen 56 gelangt.

Diese Variante kann insbesondere dann genutzt werden, wenn die Fasern 22 zusammenhängende und geschlossene Faserteppiche 22a ausbilden, bei denen ein Durchströmen erschwert ist. Solche geschlossenen Faserteppiche 22a werden auf diese Weise auf beiden Seiten von Kühlgas erreicht.

In Figur 5 ist als viertes Ausführungsbeispiel eine abermals abgewandelte Faser-Kühleinrichtung 54 gezeigt. Bereits er^¬ läuterte Komponenten tragen wieder dieselben Bezugszeichen.

Bei diesem Ausführungsbeispiel sind oberhalb und unterhalb der Auslauffaserteppiche 50a sowohl Ansaugkästen 56 als auch Anblaskästen 72 angeordnet. Neben der jeweiligen Stirnwand 16a bzw. 16b des Oxidationsofens 10 befinden sich Ansaugkästen 56, wobei die Saugseiten von jeweils zwei Ansaugkästen 56 jeweils gegenüberliegen und auf einen gemeinsamen Auslauffaserteppich 50a weisen. Die Ansaugöffnungen 58 sind wi^¬ eder in den Randbereichen der Ansaugkästen 56 vorhanden, die den Stirnwänden 16a, 16b des Oxidationsofens 10 zugewandt sind .

Auf der von den Stirnwänden 16a, 16b abliegenden Seite der Ansaugkästen 56 sind Anblaskästen 72 angeordnet, wobei die Blasseiten von jeweils zwei Anblaskästen 72 in entsprechender Weise jeweils gegenüberliegen und auf einen gemeinsamen Auslauffaserteppich 50a weisen. Die Anblasöffnungen 74 sind dort in den Randbereichen der Anblaskästen 72 angeordnet, die von den Stirnwänden 16a, 16b des Oxidationsofens 10 und den Ansaugkästen 56 abliegen.

Zwischen den Ansaugkästen 56 und den Anblaskästen 72 ist wieder jeweils ein Strömungskanal 82 ausgebildet. Das Kühlgas aus den Anblaskästen 72 strömt bezogen auf den Auslauffaserteppich 50a von oben und unten in diesen Strömungskanal 82 ein und an der Ober- und Unterseite des jeweiligen Auslauffaserteppichs 50a entlang, wobei die Auslauffasern 50 abkühlen und sich das Kühlgas erwärmt, welches dann über die Ansaugkästen 56 abgeführt wird.

Zugleich wird auf der von den Stirnwänden 16a, 16b abliegenden Seite des Strömungskanals 82 Hallenluft in den Strömungskanal 82 eingezogen, welche zur Kühlung der Auslauffasern 50a beiträgt.

In Figur 6 ist als fünftes Ausführungsbeispiel eine ergänzte Faser-Kühleinrichtung 54 gezeigt, die der Faser-Kühleinrichtung 54 nach Figur 5 entspricht, zusätzlich jedoch noch eine Schutzeinrichtung 84 für die Umlenkrollen 34 umfasst.

Die Schutzeinrichtung 84 umfasst mehrere Schutzbleche 86, welche beim vorliegenden Ausführungsbeispiel einen eiförmigen Querschnitt haben, wobei nur das oberste Schutzblech 86 ein Bezugszeichen trägt. Die Schutzbleche 86 befinden sich jeweils zwischen einem Auslauffaserteppich 50a und einem Einlauffaserteppich 52a neben einer Umlenkrolle 34, wobei die offene Seite des "C" auf die Umlenkrolle 34 zuweist. Hierdurch wird auf der Rückseite der Umlenkrolle 34 ein Schutzraum gebildet. Durch die Schutzeinrichtung 84 wird das Einzugsrisiko reduziert, das von den bewegten und umgelenkten Fasern 22 bei Arbeiten an der Rückseite der Umlenkrollen 34 ausgeht. Die Schutzeinrichtung 84 kann auch so ausgeführt werden, dass die Schutzbleche 86 funktionell als Teil der Ansaugkästen 56 und Anblaskästen 72 ausgeführt ist.

Bei den oben erläuterten Ausführungsbeispielen der Faser- Kühleinrichtung 54 gibt es zwei Arbeitsprinzipien. Einerseits kann die Faser-Kühleinrichtung 54 bezogen auf das Kühlgas als passives System ausgebildet sein. Dies bedeutet, dass das Kühlgas aus der Umgebung zur Verfügung steht. Dies ist bei den Ausführungsbeispielen der Fall, bei denen nur ein Ansaugsystem 60 vorhanden ist.

Andererseits kann die Faser-Kühleinrichtung 54 bezogen auf das Kühlgas als aktives System ausgebildet sein. Dies bedeu^¬ tet, dass das Kühlgas aktiv aus einer Quelle zugeführt wird. Dies ist bei den Ausführungsbeispielen der Fall, bei denen auch das Anblassystem 70 vorhanden ist.

Bei nicht eigens gezeigten Abwandlungen kann die Faser- Kühleinrichtung 54 auch im Durchlaufräum 14 arbeiten. Zum Beispiel können die Ansaugkästen 56 durch die Absaugkästen 44 im Durchlaufräum 14 des Oxidationsofens 10 gebildet sein. Die Auslauffaserteppiche 50a werden nicht aktiv mit Kühlgas beaufschlagt und verlaufen entweder zwischen den verschlossenen Rückseiten von Frischluft kanälen, wie sie in Figur 2a mit 71 bezeichnet sind und welche dann nur den Einlauffaser- teppich 52a mit vorgewärmter Frischluft versorgen, oder bei Oxidationsöfen 10 ohne solche Frischluftkanäle 71 zwischen Luftleitblechen, wodurch so jeweils ein Strömungskanal ge^¬ bildet ist, der durch die zugehörigen Ausgangsschlitze 20 zugänglich ist. Die Ansaugkästen 56 in Form der Absaugkästen 44 saugen die Atmosphäre aus den Vorkammern 24, 26 an, wodurch Luft von außen durch Eingangsschlitze eingezogen wird, die dann in dem angesprochenen Strömungskanal an den Auslauffaserteppi chen 50a entlang strömt, diese abkühlt und dabei Wärmeener gie aufnimmt. Von den Äbsaugkästen 44 gelangt diese Luft dann in den Luftleitraum 46 und zurück in den Prozessraum, so dass deren Wärmeenergie zum Lufthaushalt des Oxidations ofens 10 beiträgt.

Claims

Patentansprüche

1. Oxidationsofen zur oxidativen Behandlung von Fasern, insbesondere zur Herstellung von Kohlenstofffasern, mit a) einem Gehäuse (12), welches abgesehen von Durchtrittsbereichen (18, 20) für die Fasern (22) gasdicht ist ; einem im Innenraum (14) des Gehäuses (12) befindli chen Prozessraum (28); c) einer Atmosphäreneinrichtung (38, 40, 46), mit wel- eher eine heiße Arbeitsatmosphäre erzeugbar und in den Prozessraum (28) einblasbar ist; d) Umlenkrollen (34), welche außerhalb des Prozessraums (28) in Umlenkbereichen (30, 32) angeordnet sind und die Fasern (22) als Faserteppich (22a) nebeneinander liegend serpentinenartig durch den Prozessraum (28) führen, wobei der Faserteppich (22a) zwischen gegenüber liegenden Umlenkrollen (34) jeweils eine Ebene aufspannt , dadurch gekennzeichnet, dass eine Faser-Kühleinrichtung (54) vorhanden ist, mit^¬ tels welcher Auslauffaserteppiche (50a) aus Auslauf^¬ fasern (50), die den Prozessraum (28) verlassen haben und auf dem Weg zu einer Umlenkrolle (34) sind, vor Erreichen der Umlenkrolle (34) gezielt abkühlbar sind .

2. Oxidationsofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,^' dass die Auslauffasern (50) mittels der Faser-Kühleinrichtung (54) mit einem Kühlgas beau schlagbar sind, das eine geringere Temperatur als die Auslauffasern (50) hat.

Oxidationsofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Faser-Kühleinrichtung (54) ein Ansaugsystem (60) umfasst, mit dem ein Kühlgas so ansaugbar ist, dass es zu den Auslauffaserteppichen (50a) strömt .

Oxidationsofen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ansaugsystem (60) mehrere Ansaugeinrichtungen

(56) mit jeweils einer Saugseite mit wenigstens einer Ansaugöffnung (58) umfasst, wobei wenigstens eine Ansaugeinrichtung _. (56) jeweils einem Auslauffaserteppich

(50a) zugewandt ist.

Oxidationsofen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ansaugsystem (60) für jeden Auslauffaserteppich (50a) wenigstens eine Ansaugeinrichtung (56) oberhalb und wenigstens eine Ansaugeinrichtung (56) unterhalb eines gemeinsamen Auslauffaserteppichs (50a) umfasst, wobei deren Saugseiten jeweils gegenüberliegen und auf den gemeinsamen Auslauffaserteppich (50a) weisen.

Oxidationsofen nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansaugeinrichtungen (56) als Ansaugkästen ausgebildet sind, die über eine oder mehrere Ansaugleitungen (62) mit einem oder mehreren Unterdruckquellen (64) verbunden sind.

Oxidationsofen nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkbereiche (30, 32) sich außerhalb des Ofengehäuses (12) befinden und die Ansaugein- richtungen (56) in diesen Uralenkbereichen angeordnet sind .

Oxidationsofen nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das ein Fördersystem (66) vorhanden ist, mittels welchem angesaugtes und durch die Auslauffasern (50) erwärmtes Kühlgas abtransportierbar und einer weiteren Nutzung zuführbar ist.

Oxidationsofen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass angesaugtes und durch die Auslauffasern (50) erwärmtes Kühlgas zur Atmosphäreneinrichtung (38, 40, 46) förderbar ist.

Oxidationsofen nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Atmosphäreneinrichtung (38, 40, 46) wenigstens ein Heizaggregat (69b) umfasst, welchem angesaugtes und durch die Auslauffasern (50) erwärmtes Kühlgas als Verbrennungsluft zuführbar ist.

Oxidationsofen nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Faser-Kühleinrichtung (54) ein Anblassystem (70) umfasst, mit welchem Auslauffasern (50) gezielt mit Kühlgas anblasbar sind.

Oxidationsofen nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Anblassystem (70) mehrere Anblaseinrichtungen

(72) mit jeweils einer Blasseite mit wenigstens einer Anblasöffnung (74) umfasst, wobei wenigstens eine Anblaseinrichtung (72) jeweils einem Auslauffaserteppich

(50a) zugewandt ist.

Oxidationsofen nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Anblassystem (70) für jeden Auslauffaserteppich (50a) wenigstens eine Anblaseinrichtung (72) oberhalb und wenigstens eine Anblaseinrichtung (72) unterhalb eines gemeinsamen Auslauffaserteppichs (50a) umfasst, wobei deren Blasseiten jeweils gegenüberliegen und auf den gemeinsamen Auslauffaserteppich (50a) weisen.

Oxidationsofen nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Anblaseinrichtungen (72) als Anblas^¬ kästen ausgebildet sind, die über eine oder mehrere Anblasleitungen (78) mit einer Kühlgasquelle verbunden sind.