用于纤维热处理的炉的制作方法

用于纤维热处理的炉的制作方法
【专利摘要】一种改进的炉(1)，包括：传送机，其构造和布置成移动待处理的产品(11)通过炉；主空气输送系统(45)，其构造和布置成提供加热的主空气流(47)；次空气输送系统，其构造和布置成提供加热的次空气流(48)；处理封体(21)，其构造和布置成接收和容纳所述产品和所述主空气流；隔热封体(2)，其构造和布置成接收所述加热的次空气流；所述处理封体构造和布置成延伸穿过所述隔热封体和所述加热的次空气流，并且使所述主空气流与所述次空气流分离。
【专利说明】用于纤维热处理的炉

【技术领域】
[0001]本发明大体涉及炉和烘干机领域，并且更具体地涉及一种用于处理纤维束或纤维丝束(tows)的改进的炉。

【背景技术】
[0002]处理连续产品流的对流炉和烘干机被广泛使用。在许多炉中，产品在一个或多个层级水平移动，被携载于平行移动的传送机上，或者，在纺织品或幅材的情况下，被张紧悬于在外部驱动器之间。循环的热空气流被带至与产品接触用于加热或干燥。一类技术上重要的炉在空气中处理聚合物或有机碳纤维前质(precursor)，以在碳化之前提供热塑特性。
[0003]用于对碳纤维前质材料例如聚丙烯腈(PAN)提供氧化热处理的炉是本行业已知的。美国专利号6，776，611描述了一种炉，其中加热用空气流围绕呈丝束形式的PAN循环，并且沿垂直于丝束行进方向的方向接触该纤维。美国专利号4，515，561公开了一种炉，其中加热用空气流围绕呈丝束形式的PAN循环，并且沿平行于丝束行进方向的方向接触该纤维。


【发明内容】

[0004]附带地参考所公开实施例中对应的部件、部分或表面，仅用于说明目的而不是作为限制地，本发明提供一种改进的炉(1)，包括:传送机，其构造和布置成移动待处理的产品(11)通过炉；主空气输送系统(45)，其构造和布置成提供加热的主空气流(47);次空气输送系统，其构造和布置成提供加热的次空气流(48);处理封体(21)，其构造和布置成接收和容纳所述产品和所述主空气流；隔热封体(2)，其构造和布置成接收所述加热的次空气流；所述处理封体构造和布置成延伸穿过所述隔热封体和所述加热的次空气流，并且将所述主空气流与所述次空气流分离。
[0005]所述传送机可构造成沿第一方向(49)移动所述产品通过所述处理封体，向前或向后移动单次通过，所述处理封体可具有大致平行于所述第一方向的纵向封体轴线(50)；所述处理封体(47)中的所述主空气流可大致平行于所述第一方向；并且所述隔热封体
(48)中的靠近所述处理封体的所述次空气流可大致垂直于所述第一方向。
[0006]所述主空气输送系统可包括输入腔室(10)，其构造和布置成接收所述主空气流和所述传送的产品，并且将所述主空气流和所述传送的产品输出到所述处理封体。所述传送机可构造和布置成沿第一方向移动所述产品通过所述处理封体，并且所述腔可将所述加热的主空气流和所述传送的产品沿所述第一方向输出到所述处理封体。所述输入腔室可包括:空气输入开口(38);不同于所述空气输入开口的产品输入开口(39);与所述产品输入开口相对、到所述处理封体的输出开口(43);和空气流引导件(37)，其构造和布置成将空气流从所述空气输入开口弓丨导到所述输出开口。所述空气输入开口可定向成大致垂直于所述输出开口，并且所述空气流弓I导件可构造和布置成将所述空气流从大致垂直于所述第一方向的方向转向到大致平行于所述第一方向的方向。所述输出开口可在尺寸上大于所述产品输入开口。所述腔可还包括产品输入开口尺寸调节机构，并且所述开口尺寸调节机构可包括第一板(29)和第二板(30)，所述第一和第二板相对于彼此可调节，以便提供其之间的可变的间隙(39)。锁定机构可构造和布置成可调节地将所述板锁定在相对于所述腔的一位置，以便改变所述产品开口的所述尺寸，并且所述锁定机构可包括锁定螺钉(31)。
[0007]所述炉可还包括输出腔室(18)，其构造和布置成接收来自所述封体的所述主空气流和所述产品，并且排出所述主空气流和排放所述产品。所述输出腔室可包括:从所述处理封体的输入开口(44);与所述输入开口相对的产品排放开口(41);和不同于所述产品排放开口的空气排出开口(42)。所述空气排出开口可定向成大致垂直于所述输入开口。所述输出腔室可还包括产品输入开口尺寸调节机构，并且所述开口尺寸调节机构可包括第一板和第二板，所述第一和第二板相对于彼此可调节，以便提供其之间的可变的间隙(41)。锁定机构可构造和布置成可调节地将所述板锁定在相对于所述腔的一位置，以便改变所述产品排放开口的所述尺寸，并且所述锁定机构可包括锁定螺钉。
[0008]所述主空气输送系统可包括从由风扇(3)、加热器(4)、温度计(6)、歧管(7)、阀
(8)、流量计(9)和管道(5)所构成的组中选择的一个或多个器件。所述主空气输送系统可包括:单个再生式风扇；单个内嵌式(in-line)加热器；温度计；单个歧管，其构造和布置成将空气流分开成多个下游路径，所述下游路径的每一个包括阀和流量计；其中，所述主空气流被产生并且在被带至与所述产品接触之前流通通过所述加热器、所述歧管和所述阀不多于一次。所述主空气输送系统可包括:单个再生式风扇；歧管，其构造和布置成将空气流在被带至与所述产品接触之前分开成多个下游路径，所述下游路径的每一个包括阀、流量计、内嵌式加热器和温度计。所述主空气输送系统可对离开所述处理封体的主空气流不进行全部或部分的再循环。
[0009]所述次空气输送系统可包括:风扇(12);加热器(13);温度计(35);再循环入口
(26)，其用于接收来自所述隔热封体的使用过的空气；具有流量控制阀(17)的空气排出出口(16)，其用于从所述隔热封体排出空气；和具有流量控制阀(15)的补充空气入口(14)，其用于接收补充空气；其中，所述次空气流可包括所述使用过的空气和所述补充空气的混合物。所述补充空气流和所述排出空气流可由所述阀(15，17)控制，以改变所述次空气流中的所述使用过的空气和所述补充空气的所述量。所述次空气输送系统可包括:插塞式风扇(12)，其具有垂直于所述处理封体轴线(50)的轴线，并且位于隔热封体壁上、近似在沿所述炉的产品行程尺寸的中间，所述风扇具有用于接收空气的上游入口锥体(26)和将气流向下引导的排放压力室(plenum) (32);加热器(13),其定位在所述风扇排放端口下游并且靠近所述风扇排放端口 ；温度计(35)，其定位在加热器下游并且靠近所述加热器；一组引导叶片(28)，其定位成靠近所述加热器并且靠近所述隔热封体的底板，其将所述气流90度转向以相邻于所述隔热封体的所述底板流动；第二组叶片(23)，其将所述气流近似对半地分开，并且将所述气流的第一半部90度转向成与所述第一方向对齐，并且将所述气流的所述第二半部90度转向成与所述第一方向相反；第三组叶片(24a)，其将所述气流的所述第一半部90度转向，以沿垂直于所述封体轴线的方向向上流动；第四组叶片(24b)，其将所述气流的所述第二半部90度转向，以沿垂直于所述封体轴线的方向向上流动；流量调节器件(22)，其跨越所述炉的长度，并且宽于所述处理封体的最宽尺寸，并且所述向上的空气流在接触所述处理封体之前流经它；在所述处理封体上方的上部多孔板(27);和空气收集压力室(36)，其将流经所述上部多孔板且进入所述风扇入口锥体的空气与从所述风扇排放且流经所述加热器、转向叶片、流量调节器和所述处理封体上方的空气分离。所述流量调节器件可包括两个多孔板，其带有位于其之间的网格结构，并且所述网格结构可以是蜂窝结构。
[0010]所述主空气输送系统和所述次空气输送系统可构造和布置成输送所述主空气流到所述处理封体内部，和在大约相同的温度范围下输送所述次空气流到所述处理封体外部。
[0011]所述处理封体可具有长度和横截面特征尺寸，并且所述长度可以是所述横截面特征尺寸的至少大约50倍。所述处理封体可具有圆形、正方形、矩形、卵形或椭圆形的横截面形状。
[0012]所述炉可包括多个处理封体，其构造和布置成接收和容纳所述产品和所述主空气流，并且延伸穿过所述隔热封体。所述炉可还包括与所述相应的多个处理封体连通的多个输出腔室和输入腔室。

【专利附图】

【附图说明】
[0013]图1是根据本发明的一个实施例的炉的透视图。
[0014]图2是图1所不实施例的放大细节图，在图1的指不区域A内取得，而为清楚起见移除了端部腔室的顶部金属板。
[0015]图3是图1所示实施例的后透视图，而为清楚起见移除了隔热封体的一个壁。
[0016]图4是图1所示实施例的竖直横截面图，大体在图1的线B-B取得。
[0017]图5是图4所示炉的第二实施例的横截面视图。

【具体实施方式】
[0018]在一开始，应清楚地理解，相同的附图标记旨在贯穿附图中一致地标识相同的结构元件、部分或表面，因为这样的元件、部分或表面可通过整个书面说明得以进一步描述或解释，而本详细描述是该书面说明的组成部分。除非另有说明，附图旨在与说明书一起阅读(例如，交叉阴影线、部件的布置、比例、度数等)，并且应被视为本发明的整个书面说明的一部分。如在以下描述中使用的，术语“水平”、“竖直”、“左”、“右”、“上”和“下”、及其形容词和副词的派生物(例如，“水平地”、“向右地”、“向上地”等)，简单地指当特定附图图形面向读者时图示结构的方位。类似地，术语“向内地”和“向外地”通常适当地指一表面相对于其伸长轴或旋转轴的方位。
[0019]参照附图，更具体地参考附图的图1，本发明提供一种用于纤维热处理的改进的炉，其第一实施例大体由附图标记I指示。虽然本发明针对提供高效的和高质量的纤维热处理有诸多应用，但是本实施例中是关于其用于碳纤维前质的氧化稳定炉的应用而描述。
[0020]如图1所示，炉I包括矩形的隔热封体2，其具有使用结构化和片型钢材以及矿物或玻璃绝缘体的传统构造。产品层11布置在平行水平面中并且在平行水平面中移动通过炉I。在呈丝束形式的碳纤维前质的情况下，产品层11是在一个水平层中并排布置的丝束，并且其它传回(pass-back)器件或辊子用以创建通过整个炉的一个连续蜿蜒(serpentine)路径。
[0021]产品接触用空气或处理空气在风扇3处被加压，并且经过内嵌式(in-line)加热器4。风扇3可以是能够具备所要求的流量和压降的任何传统风扇，并且优选是一种再生类型的。优选是，风扇3从过滤源吸取空气，或从设备环境外部吸取新鲜空气。内嵌式加热器4可以是电驱动或化石燃料驱动的，并且应当能够在空气的单次通过中将所述空气提升到期望的处理温度。处理空气的温度范围优选在大约100?600°C之间，更优选在大约200?400°C之间。离开加热器4的空气的温度经由常规的电子反馈环得以控制，所述电子反馈环使用温度计6测量温度并使用闸流晶体管(thyristor)或气体流量控制阀调节加热器4的功率。
[0022]被加热的空气进入歧管7，并且在进入炉I之前被分开成多个路径。经过入口管道5的每个这样的气体路径包括阀8和流量计9，其测量和控制被加热的空气的流量。阀门8可以是设计用于期望的温度范围的任何传统控制阀。虽然图中未示出，但是加热器4、下游管道和歧管7是绝热的，优选使用大约50毫米或更厚的矿棉或玻璃纤维。可使用用于处理空气入口列(train)的替代构造。例如，单独的加热器可在流量控制阀8的下游安装在每个气体入口路径5中。
[0023]现在参照图2，在本实施例中，多个处理气体入口经由管道5而被引导通过在端部腔室10的侧壁中的开口 38，在该处所述气体然后由偏转器37引导到管状封体21中，所述管状封体21通过开口 43而连接到腔室10的后壁并且穿过隔热封体2中的孔且进入炉I。偏转器37将该气流从侧向方向到垂直于产品11的行进方向的方向进行90度转向。通过使产品入口 39具有缩小的面积，从而防止空气从腔室10的产品入口 39流出。产品开口 39由上部产品槽板29和下部产品槽板30限定。产品槽或开口 39的尺寸可通过竖直地滑动槽板29和30而得以调节,而板29和30被锁定在位或被允许通过锁定螺钉31而行进。在PAN氧化炉中，产品层11的厚度有变化，但通常大约为3毫米或更小。在操作期间，板29和30之间的间隙39优选在大约2?20mm之间，更优选在大约6?1mm之间。板29和30之间的用于清洗或其它维护的最大调整后间隙最小大约等于产品封体21的高度尺寸。也可使用用于固定所述板29和30的位置的其它装置。例如，可采用弹簧加载的螺栓。
[0024]处理空气封体21相比于炉的尺寸具有较小的横截面，并且优选是具有在大约
0.01?0.40米之间、更优选在0.02?0.10米之间的直径的管。封体21内的产品空气流的速度优选在大约0.1?10米/秒之间,更优选在大约I?6米/秒之间。横截面特征尺寸(在圆筒管情况下为直径)与封体21的长度之比优选大于大约10，更优选大于大约50。横截面特征尺寸与所述长度的高比率，确保空气的流动沿产品层11的行进方向产生。虽然所示实施例中的封体21是圆形管，但是其它横截面管形状如正方形、矩形、椭圆形或卵形也可用作替代。本领域技术人员应理解，根据封体21的长度和横截面惯性力矩，它们可能需要沿炉的长度的机械支撑件，以防止向下的弯曲或隆起。这些支撑件可沿炉的长度按规则的间隔而定位在封体21下方，并且焊接或螺栓连接到隔热封体2的内部表面。
[0025]现在参照图3，多个处理封体21和产品层11横越炉、并且穿过隔热封体2且通过腔室18的开口 44而进入出口端部腔室18。产品11通过介于一组可调节的槽板之间的槽41而离开端部腔室18，所述一组可调节的槽板相似于针对入口端部腔室10描述的板29和
30。处理空气如箭头47所示流至封体21内部，并且沿横向方向通过腔室18中的开口 42和包括阀19的多个排出管道40而离开。排出的空气然后被收集在排出集管20中，所述排出集管20连接到适当的空气排放系统。
[0026]再次参考图1，处理空气行进一次通过所述炉系统。它进入风扇3，被加热，并且利用加热器4、阀8和流量计9而被设定到控制流量。入口端部腔室10引导产品11和几乎全部处理空气两者进入处理封体21，在该处理封体处空气与产品层11传递热和质量。空气和产品11通过出口端部腔室18而离开炉，在该出口端部腔室处排出处理空气通过控制阀19而被引导且进入排出集管20。处理封体21内的压力优选为非常接近于环境压力，最优选在大约Imbar以内，且更优选在大约0.1mbar以内。端部腔室10和18中各自的槽开口39和41的高度以及阀8和19用于调节此压力。所述接近环境压力，确保非常少的空气实际通过所述产品槽而离开或进入处理封体21，这意味着几乎所有处理空气)通常大约98 %或更多(接触产品层11。如果排出岐管20连接到具有吸压或负压的排出处理系统，则控制的程度可被进一步提高。在此情况下，炉可被操作使得封体21具有轻微的负压，从而有效消除处理气体在产品槽处的逸出。
[0027]所描述的处理空气系统具有下述益处，即:接触所述产品的气体进入产品封体21不受污染，并且仅在单次空气通行过程中拾取处理污物。例如，如图1所示的炉，其热处理按0.25米/分钟移动的1.0dTexPAN的24000个细丝(filament)，将产生大约1.1gr/hr的氢化氰(HCN)气体。利用6个炉封体21，每个具有50mm直径，并且按4.0米/秒的空气流速和250°C的温度，所计算出的该空气流中的HCN最大浓度是大约8ppm。这相比于典型工业炉内部所见的大约40?80ppm之间的HCN浓度而言是有利的。
[0028]再次参考图1，还提供次空气流给封体21。次空气流由风扇12加压并且由加热器13加热。风扇12可以是能够具备所需的流量、温度和压降的任何常规风扇，并且优选是插接类型构造。加热器13可以是电动的或化石燃料供电的，并且应能加热循环的空气流至期望的处理温度。次空气的温度经由传统电子反馈环而得以控制，所述传统电子反馈环使用温度计35来测量该温度并使用闸流晶体管或气体流量控制阀来调节加热器13的功率。次空气环的目的是在处理空气或产品层横越炉时防止它们的热损耗或热增益，因此，次空气的温度被设定和控制在与处理空气温度的设定大致相同的温度。
[0029]参考图2、图3和图4，次空气竖直向下从风扇轮32流动通过加热器13。它被一组转向叶片28进行90度转向成朝向炉I的背面水平地和横向地流动。该次空气流然后被被转向叶片23分开成两半，并且水平地和纵向地重新引导朝向炉I的入口或出口端。该次空气流然后被转向叶片24a和24b竖直向上引导，并且进入流量调节器25。流量调节器25被设计来使气流变直，并且使空气流速均匀，并且优选是一种包含多孔钢板和网格状蜂窝结构的器件，如标题为”Airflow Distribut1n System(气流分布系统)”的美国专利申请号13/180，215所描述，该申请的整个公开内容通过引用结合于此。流动调节器25包括在顶部的第二多孔板22，空气通过该第二多孔板22按均匀的速度和均匀的竖直方向流动。在板22正上方的气流具有一定的速度特性使得标准偏差与平均值的比值小于大约10%，更优选小于大约3 %。板22正上方的气流的方向优选在竖直大约10度以内，且更优选在竖直大约3度以内。竖直气流的平均速度优选在大约I?10米/秒之间,更优选在大约3?6米/秒之间。
[0030]再次参考图2、图3和图4，次空气向上流动到处理空气封体21上并且围绕处理空气封体21，然后继续向上通过多孔板27。该空气然后进入收集压力室36。收集压力室36借由竖直壁33而与向上流动到处理管21上方的气流分离，并且借由水平壁34而与沿炉底板行进的气流分离。再循环的次空气流路径在图3、图4和图5中以箭头48示出。次空气流的大部分通过进入风扇入口锥体26从而再循环经过风扇12。次空气的一部分在炉次空气排出开口 16处被排出，并且此气流由次空气排出阀17调节。用于次空气流的补充气流在次空气入口 14处进入炉，并且由补充空气阀15调节。由于所述次空气流不接触所述产品，所以它基本上保持干净，并因此在稳定条件下，需要很少的排出空气或补充空气。然而，当期望降低炉温度时，所述补充空气流用于将冷的室内空气引入炉中。
[0031]当处理空气沿处理空气封体21的内部长度流动时所述次空气流保持所述处理空气的温度均匀。例如，如果没有次空气流，则处理空气的温度将根据流速在炉的入口和出口之间下降大约20?50°C之间，而最大温度下降对应于最低空气流速。利用大约3米/秒或更大的次空气流，炉的长度上的处理空气温度变化小于大约2°C。
[0032]对炉期望的操作温度或设定点的变化的响应时间在实践中由次空气流的响应时间来确定。这是因为所述处理空气包括仅与产品层11和较小的空气封体21接触的一次通过式空气流，并且因此具有比次空气系统低得多的热惯性。次空气接触较大隔热封体2的内部，以及插塞式风扇轮32和炉内部所有其它金属部件。例如，一种类似于图1-4所示实施例的、具有5.0米长X 2.5米高X1.0米宽尺寸的隔热封体的炉，具有大约800，000焦耳/0C的热惯性。如果该炉在大约300°C的温度下工作，则会出现大约1kW的经由封体和端部的热损耗。在此示例中，具有30kW功率量的加热元件13将因此具有可用的20kW功率用于提高炉的温度，其结果将是大约10分钟的时间来将炉温度提高大约15°C。在此示例中，假定阀15和17被关闭，以防止补充空气吸取功率。另一个示例，其使用刚刚描述的相同炉参数，将在所述炉设定点降低大约15°C。在此情况下，阀15和17被打开，并且加热器13被关闭。在此示例中，大约170Nm~3/hr(10scfm)的补充空气流导致大约7分钟内发生的大约15°C温降。
[0033]在PAN前质的放热失控(exothermic runaway)过程中产品封体21中最高温度上升的计算将说明本发明不需要水淬火系统。假设的条件是:在单个51mm直径圆形封体21 中、以 lm/min (0.288kg/hr 的质量流率)、1.0dTex 的 4X12，000 细丝丝束，以及 250°CT(6.2kg/hr的质量流率)1.0m/sec的空气速度。假设PAN反应热等于2425焦耳每克，并且所有反应能量被流动空气所吸收，则计算出的空气温度上升是大约110°C。因此，即使利用通常范围的底限附近的空气流，封体21也不应经受高于大约360°C的温度。
[0034]虽然原则上封体21可由许多不同材料制成，但是优选的材料是奥氏体不锈钢，比如304，其保持机械强度直到高于大约500°C、并且因此能很容易地承受这种程度的放热失控。本发明的一次通过式空气流促进除去放热失控后残留的灰烬或其它碎屑，因为该空气流本身趋向于携载更轻的材料、并且不断地被新鲜空气替换。由于处理空气流能被迅速冷却，例如在小于大约5分钟内冷却大约100°C，所以端部腔室10和18能在放热事件后很短的时间内被打开，以方便插入推杆或类似物除去任何残留的碎屑。
[0035]图5示出本发明的另一实施例的横截面。在此实施例中，容纳产品层11的处理空气封体管21被布置呈多个竖直的行和列，其中，水平间距由X表示，竖直间距由Y表示。优选是，封体21的竖直和水平间距的比率Y/X遵循用于热交换器中传统管束的原理。在PAN纤维处理时，竖直间距Y是出于丝束运输到炉外部的考虑而建立，而通常的产品层间距优选在大约0.1?0.4米之间，更优选在大约0.15?0.20米之间。
[0036]所述改进提供诸多益处。炉提供在很宽的空气流速范围内、贯穿整个加热长度的、在所述空气与纤维产品之间的一致的接触角和均匀的空气流速。此外，空气温度对整个加热长度是均匀的，而无关于速度。此外，均匀的稳态的温度能被快速实现，这也是一个益处，因为温度建立的延迟会耗费时间和处理材料。此外，处理接触空气在不带入将降低产品质量的水分、纤维飞屑、颗粒和处理废气化学物质的情况下被引入。另外，控制处理压力的能力防止处理废气的逸出。特别地，PAN基碳纤维前质已知会放出有毒的氢化氰(HCN)，其如果允许在炉外聚集会引起吸入危险。
[0037]此外，对于碳纤维前质，炉使得有可能以高效的方式解决工艺紊乱(upset)。一种类型的工艺紊乱是当前质丝束在炉内部断裂时发生。在断裂后即刻或稍后当断裂的丝束被牵拉出炉时，断裂的丝束端部会纠缠其它丝束和在不同高度处通行的其它丝束，直到整个处理必须停止，并且炉冷却到环境温度以允许进入内部。利用炉I的设计，丝束断裂被包含在一个最小横截面面积的封体21内。丝束因所述封体而不会掉落远离其正常的路径，并因此不太可能缠结在炉部件或其它丝束上。炉I还有利于将断裂的丝束牵拉出炉，因为移除路径大致为一直线，并且丝束去除点是从炉外部的端部，所以不需要进入炉或冷却炉至室温。
[0038]另一种类型的工艺紊乱在当碳纤维前质经历放热失控反应导致起火时发生。所述炉限制火势扩散遍及整个炉容积。在放热过程失控的情况下，所产生的热由此得到限制。一次通过式处理空气流将燃烧的产物和产生的热携载出炉，并且无需采用冲水系统。在放热情况或起火之后，无需停止次空气流，无需冷却炉至环境温度，并且无需进入炉。此外，所述炉限制火势扩散，而不借助于安装和维护昂贵的冲水系统，该冲水系统当被启用时在处理能被重新启动之前要求在环境温度下的炉内部的费时的净化。这意味着，因放热失控或起火造成的总体工艺紊乱可能是几分钟的事情，这对比于传统碳纤维前质炉情况下的几小时。
[0039]炉I的设计提供均匀的气流速度和一致的接触角、温度均匀性、短的温度响应时间和清洁的处理气体，减少或消除了对废气后处理过程的需要，并且使得可能高效地解决工艺紊乱。纤维在封体21内通过炉，所述封体21基本上是考虑纤维悬链线和自然振动的最小可能的横截面面积。这种小横截面意味着，所述处理封体长度与其横截面特征尺寸的比值很大，从而建立边界条件，所述边界条件确保空气流几乎是完全平行于纤维。所述小横截面面积具有额外的优势，即对于给定的空气速度，所需的处理空气的量保持在最小，因而要求最少的能量用于加压和加热。
[0040]通过这些产品封体的空气被过滤、加压、加热至期望的处理温度，在上游进行流量调制，平行于纤维流动通过所述封体，并且离开到排出系统。空气仅接触所述系统中各元件一次。这意味着，所述处理空气不会积累将降低产品质量的水分、纤维飞屑、颗粒、或其它处理废气化学物质。因为没有聚集处理挥发物，所以从PAN碳纤维前质的排出的处理空气并不一定需要昂贵的焚化或其它方式的后处理来消除HCN。
[0041]所述一次通过式加热处理是非常快热的，并且因此处理空气的温度能被迅速改变，例如在少于5分钟内改变100°C。这实质地减少了损耗时间，并且有利于在丝束去除过程中操作人员的安全。丝束去除可得在不改变次空气流或温度的情况下完成，使得一旦断裂的丝束被移除，则处理空气流和温度能被迅速地重建。这意味着，因丝束断裂造成的总体工艺紊乱能够是几分钟的事情，这对比于传统碳纤维前质炉情况下的几小时。在处理封体外部且因此不与纤维接触的次空气流的一个益处是，它维持炉I之内的高度的温度均匀性。此再循环的空气流利用集成定位于炉壳体的专用风扇和加热器而被加压和加热至期望的处理温度。此空气围绕处理空气封体且在上方流动，从而保持外表面处于期望的处理温度，并且由此防止从平行于纤维流动的处理空气的热损失。此效果提供处理接触空气的温度均匀性，甚至在非常低的处理空气流速的情况下，这本质上是困难的，因为在那种情况下，小的热损耗或热增益将趋向于产生大的温度差异。对次空气流供有新鲜冷空气的调节供给。次空气的温度可通过增加加热功率而升高，或通过吸入新鲜冷空气的进气而降低。这意味着，次空气的温度能被快速地带至均衡，而无论温度变化是增大或减小。
[0042]本发明涵盖可做出诸多变化和变型。因此，虽然已描述和示出用于纤维热处理的炉的目前优选形式，并且讨论了若干变型和替代方案，但是本领域技术人员将容易理解，各种另外的变化和变型可在不背离本发明的精神和范围的情况下做出，而本发明的精神和范围如随附权利要求所定义和区别。
【权利要求】
1.一种炉,包括: 传送机，其构造和布置成移动待处理的产品通过炉； 主空气输送系统，其构造和布置成提供加热的主空气流； 次空气输送系统，其构造和布置成提供加热的次空气流； 处理封体，其构造和布置成接收和容纳所述产品和所述主空气流； 隔热封体，其构造和布置成接收所述加热的次空气流； 所述处理封体构造和布置成延伸穿过所述隔热封体和所述加热的次空气流，并且使所述主空气流与所述次空气流分离。
2.如权利要求1所述的炉，其中: 所述传送机构造成沿第一方向移动所述产品通过所述处理封体； 所述处理封体具有大致平行于所述第一方向的纵向封体轴线； 在所述处理封体中的所述主空气流大致平行于所述第一方向；和 所述隔热封体中的靠近所述处理封体的所述次空气流大致垂直于所述第一方向。
3.如权利要求1所述的炉，其中，所述主空气输送系统包括输入腔室，其构造和布置成接收所述主空气流和传送的所述产品，并且将所述主空气流和传送的所述产品输出到所述处理封体。
4.如权利要求3所述的炉，其中，所述传送机构造和布置成沿第一方向移动所述产品通过所述处理封体，并且所述输入腔室将所述加热的主空气流和传送的所述产品沿所述第一方向输出到所述处理封体。
5.如权利要求4所述的炉，其中，所述输入腔室包括: 空气输入开口； 不同于所述空气输入开口的产品输入开口； 与所述产品输入开口相对的通到所述处理封体的输出开口 ；和 空气流引导件，其构造和布置成将空气流从所述空气输入开口引导到所述输出开口。
6.如权利要求5所述的炉，其中，所述空气输入开口定向成大致垂直于所述输出开口，并且所述空气流引导件构造和布置成将所述主空气流从大致垂直于所述第一方向的方向转向到大致平行于所述第一方向的方向。
7.如权利要求5所述的炉，其中，所述输入腔室还包括产品输入开口尺寸调节机构。
8.如权利要求7所述的炉，其中，所述产品输入开口尺寸调节机构包括第一板和第二板，所述第一板和第二板相对于彼此可调节，以便提供第一板和第二板之间的可变的间隙。
9.如权利要求8所述的炉，还包括锁定机构，其构造和布置成将所述第一板和第二板可调节地锁定在相对于所述输入腔室的一位置，以便改变所述产品输入开口的尺寸。
10.如权利要求9所述的炉，其中，所述锁定机构包括锁定螺钉。
11.如权利要求1所述的炉，并且还包括输出腔室，其构造和布置成从所述处理封体接收所述主空气流和所述产品，并且从所述炉排出所述主空气流和排放所述产品。
12.如权利要求11所述的炉，其中，所述输出腔室包括: 从所述处理封体的输入开口； 与所述输入开口相对的产品排放开口 ；和 不同于所述产品排放开口的空气排出开口。
13.如权利要求12所述的炉，其中，所述空气排出开口定向成大致垂直于所述输入开□。
14.如权利要求12所述的炉，其中，所述输出腔室还包括产品输入开口尺寸调节机构。
15.如权利要求14所述的炉，其中，所述开口尺寸调节机构包括第一板和第二板，所述第一板和第二板相对于彼此可调节，以便提供第一板和第二板之间的可变的间隙。
16.如权利要求15所述的炉，还包括锁定机构，其构造和布置成将所述第一板和第二板可调节地锁定在相对于所述输出腔室的一位置，以便改变所述产品排放开口的尺寸。
17.如权利要求16所述的炉，其中，所述锁定机构包括锁定螺钉。
18.如权利要求1所述的炉，其中，所述主空气输送系统包括从由风扇、加热器、温度计、歧管、阀、流量计和管道所构成的组中选择的一个或多个器件。
19.如权利要求1所述的炉,其 中,所述主空气输送系统包括: 单个再生式风扇； 单个内嵌式加热器； 温度计； 单个歧管，其构造和布置成将空气流分开成多个下游路径，所述下游路径的每一个包括阀和流量计；和 其中，所述主空气流被产生并且在被带至与所述产品接触之前流通通过所述加热器、所述歧管和所述阀不多于一次。
20.如权利要求1所述的炉,其中,所述主空气输送系统包括: 单个再生式风扇； 歧管，其构造和布置成将空气流在被带至与所述产品接触之前分开成多个下游路径，所述下游路径的每一个包括阀、流量计、内嵌式加热器和温度计。
21.如权利要求1所述的炉,其中,所述主空气输送系统对离开所述处理封体的主空气流不进行全部或部分的再循环。
22.如权利要求1所述的炉，其中，所述次空气输送系统包括: 风扇； 加热器； 温度计； 再循环入口，其用于从所述隔热封体接收使用过的空气； 具有流量控制阀的空气排出出口，其用于从所述隔热封体排出空气；和 具有流量控制阀的补充空气入口，其用于接收补充空气； 其中，所述次空气流可包括所述使用过的空气和所述补充空气的混合物。
23.如权利要求22所述的炉，其中，补充空气流和排出空气流可由所述流量控制阀控制，以改变所述次空气流中的所述使用过的空气和所述补充空气的所述量。
24.如权利要求2所述的炉，其中，所述次空气输送系统包括: 插塞式风扇，其具有垂直于所述处理封体轴线的轴线，并且位于隔热封体壁上、近似沿所述炉的产品行程尺寸的中间， 所述风扇具有用于接收空气的上游入口锥体和将气流向下引导的排放压力室； 加热器，其定位在所述风扇的排放端口的下游并且靠近所述风扇的排放端口 ；温度计，其定位在所述加热器的下游并且靠近所述加热器； 一组引导叶片，其定位成靠近所述加热器并且靠近所述隔热封体的底板，其将气流90度转向以相邻于所述隔热封体的所述底板流动； 第二组叶片，其将气流近似对半地分开，并且将所述气流的第一半部90度转向成与所述第一方向对齐，并且将所述气流的第二半部90度转向成与所述第一方向相反； 第三组叶片，其将所述气流的所述第一半部90度转向，以沿垂直于所述封体轴线的方向向上流动； 第四组叶片，其将所述气流的所述第二半部90度转向，以沿垂直于所述封体轴线的方向向上流动； 流量调节器件，其跨越所述炉的长度，并且宽于所述处理封体的最宽尺寸，并且向上的空气流在接触所述处理封体之前流经该流量调节器件； 在所述处理封体上方的上部多孔板；和 空气收集压力室，其将流经所述上部多孔板且进入所述风扇入口锥体的空气与从所述风扇排放且流经所述加热器、转向叶片、流量调节器和所述处理封体上方的空气分离。
25.如权利要求24所述的炉，其中，所述流量调节器件包括两个多孔板，带有位于其之间的网格结构。
26.如权利要求25所述的炉，其中，所述胞状结构是蜂窝结构。
27.如权利要求1所述的炉，其中，所述主空气输送系统和所述次空气输送系统构造和布置成输送所述主空气流到所述处理封体内部，和在大约相同的温度范围下，输送所述次空气流到所述处理封体外部。
28.如权利要求1所述的炉，其中，所述处理封体具有长度和横截面特征尺寸，并且所述长度是所述横截面特征尺寸的至少大约50倍。
29.如权利要求1所述的炉，其中，所述处理封体具有圆形、正方形、矩形、卵形或椭圆形的横截面形状。
30.如权利要求1所述的炉，包括多个处理封体，其构造和布置成接收和容纳所述产品和所述主空气流，并且延伸穿过所述隔热封体。
31.如权利要求30所述的炉，还包括:与所述相应的多个处理封体连通的多个输出腔室和多个输入腔室。
32.如权利要求3所述的炉，其中，所述输入腔室包括: 空气输入开口； 产品输入开口，其不同于所述空气输入开口并且具有产品开口尺寸； 具有输出开口尺寸的、通到所述处理封体的输出开口； 其中，所述输出开口尺寸大于所述产品开口尺寸。
【文档编号】F24F9/00GK104081144SQ201280064906
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2012年12月21日 优先权日:2011年12月28日
【发明者】R·M·巴格韦尔, W·J·斯特赖 申请人:哈泊国际公司