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発明の名称 横型熱処理装置及び熱処理方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−224432(P2007−224432A)
公開日 平成19年9月6日(2007.9.6)
出願番号 特願2006−43653(P2006−43653)
出願日 平成18年2月21日(2006.2.21)
代理人
発明者 稲垣 博司 / 稲田 浩成 / 川村 篤志 / 山本 伸之 / 所 靖人 / 原田 良久
要約 課題
熱処理室内で発生した分解ガスの外気への漏出を阻止し、熱処理室内の温度を維持することが容易にでき、燃焼処理の必要なガスの量を低減できる横型熱処理装置を提供する。

解決手段
被処理物を連続的に熱処理する横型熱処理装置であって、
特許請求の範囲
【請求項1】
被処理物を連続的に熱処理する横型熱処理装置であって、
前記横型熱処理装置は、熱処理室と、シール室と、バッファ室と、エアーカーテン手段と、を有し、
前記熱処理室は、第一入口と第一出口とを有し、
前記シール室は、第二入口と第二出口と排気口とを有し、かつ前記熱処理室の外側に配され、
前記バッファ室は、第三入口と第三出口とを有し、かつ前記シール室の外側に配され、
前記エアーカーテン手段は、上下方向に対向する噴出口を有し、
前記対向する噴出口から噴出される気体が、前記第三入口及び前記第三出口の外側で衝突する、
横型熱処理装置。
【請求項2】
前記エアーカーテン手段は、被処理物の上下から気体を噴出するノズルを有する請求項1に記載の横型熱処理装置。
【請求項3】
請求項1又は2に記載の横型熱処理装置に被処理物を導入し熱処理する熱処理方法。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明はフィルム、シート、繊維など長尺のものを連続して熱処理する横型熱処理炉及び熱処理方法に関し、更に詳しくは、炭素繊維を製造する際の耐炎化処理において、炉内のガスが外部へと漏出するのを防止できる横型熱処理炉及び熱処理方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
フィルム、シート、繊維など(以下これらを総称する場合は被処理物という)の長尺物の製造において、被処理物を連続的に熱処理することがある。炭素繊維の耐炎化処理を例に説明すると、ポリアクリロニトリル系繊維からなる前駆体繊維を、熱処理装置内で連続的に200℃〜300℃で耐炎化する耐炎化処理を施す。
【0003】
この耐炎化処理においては、多量の前駆体繊維を効率良く連続的に処理するためには、熱処理室に糸条の出入口を設けて、走行する前駆体繊維を熱処理室内に連続して導入及び導出することが好ましい。この際、前駆体繊維の酸化反応によって熱処理炉内にシアン化合物、アンモニア、及び一酸化炭素等の分解ガスが発生する。
【0004】
分解ガスが熱処理室の前駆体繊維の出入口から炉外に漏出することを防止するために、熱処理室の出入口に隣接してシール室を設け、更に開口部の外側で被処理物へ向かって熱処理装置外の空気を噴出させるエアーカーテン手段を設けた熱処理炉が提案されている(特許文献1参照)。
【0005】
しかしながら特許文献1記載の発明では、分解ガスが含まれる室の外側にエアーカーテン手段が設けられているため、気体吹き付けによるシール力と熱処理室内部の圧力により発生する外気吸込み力が、開口部の幅方向においてバランスし難くい。また熱処理室からシール室へ漏出する気体の量及び炉外からシール室へ流入する空気の量が多くなり、燃焼処理する必要があるガスの量が多くなる。
【0006】
【特許文献1】特開2000−136441公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明はかかる問題点を解決するべくなされたものであり、熱処理室内で発生した分解ガスの外気への漏出を阻止すると共に、熱処理室内の温度を維持することが容易にでき、且つ、燃焼処理の必要なガスの量を低減できる横型熱処理装置及び熱処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
すなわち本発明の第一の要旨は、被処理物を連続的に熱処理する横型熱処理装置であって、
前記横型熱処理装置は、熱処理室と、シール室と、バッファ室と、エアーカーテン手段と、を有し、
前記熱処理室は、第一入口と第一出口とを有し、
前記シール室は、第二入口と第二出口と排気口とを有し、かつ前記熱処理室の外側に配され、
前記バッファ室は、第三入口と第三出口とを有し、かつ前記シール室の外側に配され、
前記エアーカーテン手段は、上下方向に対向する噴出口を有し、
前記対向する噴出口から噴出される気体が、前記第三入口及び前記第三出口の外側で衝突する、
横型熱処理装置である。
【0009】
前記エアーカーテン手段は、被処理物の上下から気体を噴出するノズルを有すると、効率的に分解ガスの漏出を防止でき好ましい。
【0010】
本発明の第二の要旨は、前記横型熱処理装置に被処理物を導入し熱処理する熱処理方法である。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、熱処理室内で発生する分解ガスの漏出が確実に防止でき、また、熱処理装置外の空気が内部に侵入することを防止できる。したがって熱処理室の加熱に要するエネルギー量を削減できる。また処理が必要な排気ガス量を少なくできるので、エネルギー量も削減できる。さらに、熱処理室内の温度分布を均一にできるので、熱処理のムラを防止することができ、得られる製品の品質を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
以下、本発明の横型熱処理装置の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態では、ポリアクリロニトリル系繊維からなる前駆体繊維を耐炎化処理する場合について説明するが、その他の被処理物について本発明の横型熱処理装置を使用することも可能である。
【0013】
図1は本発明の実施形態の一例である横型熱処理装置の断面図を示す。横型熱処理装置1の熱処理室2は、図1の左右方向に対向する壁部3に、前駆体繊維Aの第1入口8、第1出口8’(以降これを第1出入口8、8’と称する)を上下方向に3段有する。
【0014】
シール室4は熱処理室2の壁部3の外側に配されている。熱処理室2と同様に、シール室4は壁部5に前駆体繊維Aの第2入口9、第2出口9’(以降これを第2出入口9、9’と称する)を上下方向に3段有する。
バッファ室6はシール室4の壁部5の外側に配されている。熱処理室2と同様に、バッファ室6は壁部7に前駆体繊維Aの第3入口10、第3出口10’(以降これを第3出入口10、10’と称する)を上下方向に3段有する。
【0015】
第1出入口8、8’、第2出入口9、9’、第3出入口10、10’の上下の開口寸法は、前駆体繊維Aが接触することなく通過できる範囲で可能なかぎり狭くすることが好ましい。これは出入口を通した気体の流通が起こりにくくなるためである。従って各出入口は開口寸法が上下方向に調節可能なスリットであることが好ましい。
【0016】
熱処理室2は、熱風を吹き込む熱風導入部(図示せず)と、熱風を排出する熱風排出部(図示せず)を備えている。熱風は、熱処理室2の外部に設置された熱風加熱器(図示せず)と、ファン(図示せず)と、熱風排出部及び熱風導入部の間を接続するダクト(図示せず)とにより熱処理室2内を循環する。
【0017】
第3出入口10、10’の外側にはロール14が配置されている。ロール14は複数の前駆体繊維Aを平行に引き揃え、繰り返し熱処理装置1内に通糸する。前駆体繊維Aは左側のバッファ室6の最上部に形成された第3入口10から熱処理装置1に入る。前駆体繊維Aはロール14に抱き回され、バッファ室6、シール室4及び熱処理室2内を平行して3段で連続走行する。そして前駆体繊維Aは右側のバッファ室6の最下部に形成された第3出口10’から熱処理装置1の外部に出る。
【0018】
熱処理室2は空気の吸気口(図示せず)と排気口(図示せず)を備え、排気ファン18によってアンモニアやシアン、一酸化炭素などの分解ガスを排気し排気ガス処理装置に送る。
【0019】
シール室4は少なくとも1つの排気口19を備える。この排気口19を通し、排気ファン21によって排気することでシール室4内を負圧として、分解ガスが熱処理装置外に漏れることを防止する。排気ファン21によって排気される分解ガスは、排気ガス処理装置に送られる。シール室4内の圧力を−10〜−0.3Paの圧力範囲とすることにより、分解ガスを排気ガス処理装置に確実に送ることができる。
【0020】
第1出入口8、8’の近傍におけるシール室4の内部圧力は、気体温度の違いにより生ずる浮力差の影響で、高さ方向に変化する。その結果、シール室4の内部圧力が熱処理室2の内部圧力よりも高くなる箇所が生じる可能性がある。その場合、シール室4の内部で、圧力が熱処理室2の内部圧力よりも低い箇所と熱処理室2の内部圧力よりも高い箇所との間に仕切り板16を設置することが好ましい。こうすることにより、熱処理室2への外気の流入や熱風の流出を抑制することができる。仕切り板16は、走行する前駆体繊維の全段を区画するように各段毎に設けることも可能である。
【0021】
エアーカーテン手段11は、バッファ室6の第3出入口10、10’の外側に、上下方向に対向する噴出口26を有する。対向する噴出口26から気体が外気に向かって噴出される。噴出された気体は、第3出入口10、10’の外側で衝突する。これにより、熱処理装置1への外気の流入を防止する。この際、第3出入口10、10’全体に亘って気体を噴出するために、図3に示すように噴出口26を幅広にすると、幅方向に風速分布が発生し易い。
【0022】
この際、特許文献1に記載されている、バッファ室6を有していない装置では、外気に面する出入口において、全体としては流入する外気の量のほうが多いものの、炉内の分解ガスが外気側へ漏出する箇所が局所的に生じる可能性がある。従って分解ガスの漏出を確実に防止するためには、熱処理装置外部の空気の流入量を増加させる必要がある。
【0023】
これに対しバッファ室6が存在すると、バッファ室6が緩衝の役割を果たすため、第3出入口10、10’の外側の噴出口26において噴出速度斑があったしても、第二出入口9、9’においては幅方向の圧力斑が小さくなる。したがって前駆体繊維の出入口の幅が広い場合であっても、熱処理装置外部の空気の流入量を増加させることなく、分解ガスの漏出を防止することができる。
【0024】
処理室2の内部は煙突効果により高さ方向で圧力差を生じるため、バッファ室6内の各出入口10、10’付近においても高さ方向で圧力差が生じる。従って上下方向に複数の第3出入口10、10’とエアーカーテン手段11を設置する場合、バッファ室6の内部を上下方向に区画する仕切り板15を設置することが好ましい。仕切り板15を設置すると、複数のエアーカーテン手段11の気体噴出量をそれぞれ調整することにより、バッファ室6の内部圧力を調整することが容易となる。仕切り板15は、上下方向に隣接する第3出入口10、10’同士の間に全て設置することが好ましい。
【0025】
エアーカーテン手段11は、シール室からの排気量を抑制するためには、全ての第3出入口10、10’の外側に設置することが最も好ましい。しかし、一部の第3出入口10、10’にはエアーカーテン手段11を設置しないことも可能である。
【0026】
その場合、下方に位置する第3出入口10、10’にはエアーカーテン手段11を設置し、上方に位置する第3出入口10、10’にはエアーカーテン手段11を設置しないことが好ましい。図1の熱処理装置は、上下方向に3箇所ある第3出入口10、10’の内、下側2箇所にはエアーカーテン手段11を設置し、最も上側にはエアーカーテン手段11を設置しない場合の一例である。
【0027】
図1の例のように、第3出入口10、10’にエアーカーテン手段11が設置されていない部位のバッファ室6には、少なくとも1つの排気口22を設け、排気口22より排気ファン24によって排気することが好ましい。
【0028】
図1の例では、エアーカーテン手段11は、前駆体繊維Aを挟んで上下方向に対向するノズル13a、13bを具備する。ノズル13a、13bは、支持部12に取り付けられている。このノズル13a、13bが、図2に示すように、気体を繊維前駆体Aに向かって噴出することによってエアーカーテンを形成する。
【0029】
この際、噴出角θ(ノズル13a、13bから噴出される気体が交差する角度)は、0°より大きく90°より小さいことが好ましく、30°以上60°以下が更に好ましい。噴出角θを上記範囲にすると、分解ガスの漏出を確実に防止することができると共に、熱処理室2内への外気の流入を抑制することができる。
【0030】
バッファ室6の内部圧力を、シール室4の内部圧力よりも高く維持することが好ましい。圧力差は5Pa以下、より好ましくは1Pa以下とすると、シール室4への外気流入を効果的に抑制することができる。
【0031】
シール室4、バッファ室6の、前駆体繊維Aの走行方向の長さは300mm以上、より好ましくは500mm以上が好ましい。これは室内の掃除やメンテナンス作業を行いやすいからである。また、長さを1000mm以下とすると、繊維前駆体の放熱エネルギーロスを抑制することができる。
【0032】
図3に、ノズル13a、13bの断面図を示す。ノズル13a、13bは、幅方向の一端から気体が供給される。供給される気体は、熱処理装置外の空気が好ましい。多孔板25を通って供給された気体は噴出口26から噴出される。ノズル13a、13bは、多孔板25の圧力損失により、空気を噴出口26から均一の流量で噴出することができる。
【0033】
多孔板の開口率及び設置数は、支持部の幅と高さの比や噴出口26からの噴出風速等に従って適宜決定する。この際、開口率の大きい多孔板を複数枚設置することが、開口率が小さい多孔板を1枚設置する場合と比べて圧力損失を低く抑制しつつ、吹出し斑を抑制できるため好ましい。また、多孔板の他に、金網、オリフィス等の整流効果のあるものを使用することができる。
【0034】
対向するノズル13a、13bから噴出する気体の風速差が大きくなると、第3出入口10、10’から局所的に分解ガスが漏出する可能性が増加する。従って対向するノズル13a、13bから噴出する気体の風速は実質的に等しくすることが好ましい。なお、ノズル13a、13bより吹出す風速を実質的に等しくすることが可能であれば、その機構は特に制限されるものではなく、例えばノズル13a、13bそれぞれに流量調節機構28を設ける、ノズル13a、13bの空気供給口を共通とする等が好ましく用いられる。
【0035】
対向するノズル13a、13bの間隔は、4〜60mm、より好ましくは15〜40mmであることが好ましい。この間隔が4mm以上であれば、前駆体繊維Aがエアーカーテン手段11に接触することがなく、製品の品質低下を招くことがない。一方60mm以下であれば、シールに必要な気体の噴出風速が小さくて済むため、多孔板25、26での圧損が増大して給気ファン(図示せず)等の空気供給設備の負荷が大きくなることがない。
【0036】
吹出し風速を調整、管理を容易とするために、エアーカーテン手段11に、ノズル13a、13bに供給された空気の圧力を測定する圧力計29を設けるのが好ましい。
【0037】
エアーカーテン手段13によって形成されるエアーカーテンの風速は、1〜50m/秒であると、分解ガスの漏出と熱処理室2内部への外気の侵入をより確実に防止できるため好ましい。エアーカーテン風速が1m/秒以上であると、外気が熱処理室2内に侵入することがない。また風速が50m/秒以下であれば、エアーカーテンの気流によって熱処理室2内の分解ガスが漏出することがない。
【0038】
排気ファン18、21、24による排気量の調整は、公知のダンパー、バルブ等、流量調節機構17、20、23によりそれぞれ個別に行われる。
【0039】
上述した実施の形態では、前駆体繊維Aを上下方向に3段で走行させているが、状況に応じて1段〜数十段で走行させることができる。
【0040】
以下実施例により本発明を更に説明する。
【実施例1】
【0041】
図4に示すように、模擬的な熱処理室2として、一方の側壁を開放した箱を用い、開放側と反対の側壁にシール室4、バッファ室6、エアーカーテン手段11を設けた。第一入口8、第二入口9、第3入口10、はそれぞれ開口長さ2000mm、開口高さ40mmとした。エアーカーテン手段11のノズル13a、13bの開口部は開口長さ2000mm、開口幅2mmとした。ノズル13a、13bの対向する間隔は40mmとした。
【0042】
エアーカーテン手段のノズル13a、13bは、開口率3.8%の多孔板(図示せず)2枚を備え、それぞれ給気口(図示せず)を異にし、流量調節ダンパー(図示せず)を備えている。シール室4の側壁には排気口19が1箇所設けられ、流量調節機構20を介して排気ファン21と接続されている。
【0043】
熱処理室2、シール室4、大気の温度はそれぞれ30℃とした。幅方向21点でのノズル13a、13bからの気体の平均噴出風速はそれぞれ5m/s、噴出斑は13a、13b合わせて平均値の±6%であった。
【0044】
排気ファン、流量調節機構20によって排気量の調整を行い、熱処理室2に相当する部位の圧力を0Pa(大気圧)、シール室4内の圧力を−1Paとした。このとき、第3入口10では局所的にバッファ室6の気体が外部に流出する箇所があったが、第2入口9では全ての箇所でバッファ室6からシール室4に向かって気体が流入し、平均流入速度は0.2m/sであった。
【0045】
なお、気体の流れる向きは、ガステック社製スモークテスタを用い、煙の流れを観察して計測した。また、エアーカーテン噴出風速はカノマックス社製アネモマスター6071風速計を用いて測定した。第2入口9での平均流入速度は、カノマックス社製アネモマスター6141風速計を用いて、第1入口8における流入速度及び排気口19からの排気量を測定することにより算出した。シール室4内の圧力は山本電機製作所社製マノスターゲージ微差圧計を用いて測定した。
【0046】
(比較例1)
図4において、バッファ室6を設けず、シール室4の外側にエアーカーテン手段を設けた以外は実施例1と同様にしたところ、第2入口9においてシール室4の気体が外部に流出する箇所が局所的にあった。
【0047】
(比較例2)
比較例1において、排気口19からの排気量を増やし、シール室内圧力を−1.5Paとしたところ、第2入口9では全ての箇所で外部からシール室4に向かって気体が流入したが、平均流入速度は0.6m/sであった。
【0048】
(実施例2)
エアーカーテン手段のノズル13a、13bを、開口率2.5%の多孔板2枚を用い、給気口及び流量調節ダンパーを共通とし、ノズル13a、13bからの気体の平均噴出風速をそれぞれ16m/s、噴出斑を13a、13b合わせて平均値の±5%、シール室4内圧力を−6Paとした以外は実施例1と同様にした。第2入口9では全ての箇所でバッファ室6からシール室4に向かって気体が流入し、平均流入速度は0.2m/sであった。
【0049】
(比較例3)
図5に示すように、エアーカーテン手段を設けず、バッファ室6の側壁に排気口22を1箇所設け、バッファ室6内の圧力を−5.9Paとなるよう、各排気ファン21、24及び流量調節機構20、23によって調整を行ったこと以外は実施例2と同様にした。第2入口9においてシール室4からバッファ室6に向かって局所的に気体が流出する箇所があった。平均流入速度は0.4m/sであった。
【図面の簡単な説明】
【0050】
【図1】本発明の実施形態の一例である横型熱処理装置の側面図である。
【図2】図1に示すエアーカーテン手段の要部を拡大した断面図である。
【図3】図1に示すエアーカーテン手段のノズルの断面図である。
【図4】実施例の模擬的横型熱処理装置の側面図である。
【図5】比較例の模擬的横型熱処理装置の側面図である。
【符号の説明】
【0051】
1 熱処理装置
2 熱処理室
3 熱処理室壁部
4 シール室
5 シール室壁部
6 バッファ室
7 バッファ室壁部
8、8’ 第1出入口
9、9’ 第2出入口
10、10’ 第3出入口
11 エアーカーテン手段
12 支持部
13a,13b ノズル
14 ロール
15、16 仕切り板
17、20、23、27 流量調節機構(流量調節ダンパー)
18、21、24 排気ファン
19、22 排気口
25 多孔板
26 噴出口
28 圧力計




 

 


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