WO2013118826A1 - 横型熱処理装置 - Google Patents

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heat treatment
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workpiece
gas
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慧士 水野
哲 安並
川村　篤志
洋二 畑中
山本　伸之
稲田　浩成
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Mitsubishi Rayon Co Ltd
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    • F27B17/0016—Chamber type furnaces
    • F27B2017/0091—Series of chambers, e.g. associated in their use

Definitions

  • the present invention relates to a heat treatment apparatus that can be suitably used in a flameproofing furnace for making a carbon fiber precursor fiber bundle flameproof.
  • a heat treatment apparatus for continuously heat-treating an object to be processed in manufacturing a long object such as a film, a sheet, a fiber (hereinafter referred to as an object to be processed) is known.
  • this heat treatment apparatus for example, in the case of carbon fiber, a precursor fiber made of, for example, polyacrylonitrile fiber is continuously heat treated in a heat treatment chamber.
  • decomposition gases such as cyanide, ammonia, and carbon monoxide are generated in the heat treatment chamber by the oxidation reaction of the precursor fibers. This cracked gas needs to be recovered and subjected to gas treatment such as combustion treatment.
  • Patent Document 1 in order to prevent such decomposition gas from leaking out of the heat treatment apparatus from the inlet / outlet of the precursor fiber bundle of the heat treatment apparatus, a negative pressure is applied to the interior adjacent to the heat treatment room.
  • An air curtain that suppresses inflow of outside air by blowing air outside the heat treatment apparatus toward the object to be processed outside the inlet / outlet of the precursor fiber bundle in the seal chamber.
  • the seal chamber connected to the heat treatment chamber is provided in order to prevent the gas in the seal chamber from leaking to the outside even if the ejection speed of the air blown toward the object to be processed is increased. It has been proposed to provide a cylindrical flow straightening member.
  • the present invention provides a heat treatment apparatus capable of preventing the gas in the sealing chamber such as cracked gas from leaking to the outside even if the amount of gas for the air curtain sprayed toward the object to be processed is reduced. Objective.
  • Another object of the present invention is to provide a method for producing a flame-resistant fiber bundle, a method for producing a carbon fiber bundle, and a heat treatment method using such a heat treatment apparatus.
  • a horizontal heat treatment apparatus for continuously heat-treating a continuous flat object to be processed in a horizontal direction in a heat treatment chamber
  • a seal chamber to which an exhaust fan is connected is connected to the workpiece inlet and outlet of the heat treatment chamber, respectively, and the seal chamber is configured to allow the workpiece to pass through the seal chamber in the horizontal direction
  • a passage having a rectangular cross section is connected to an opening located on the opposite side to the heat treatment chamber of the workpiece inlet / outlet of each seal chamber, and the passage is parallel to the workpiece in the horizontal direction.
  • a workpiece to be processed in a passage connected to the workpiece inlet of the seal chamber is a workpiece inlet of the heat treatment apparatus, and a workpiece to be processed in the passage connected to the seal chamber workpiece outlet
  • the delivery port is a workpiece delivery port of the heat treatment apparatus
  • a pair of nozzles for jetting gas is provided at the upper and lower positions of each passage, The gas outlet of each nozzle is rectangular, In each passage, the pair of nozzles provided in the passage is gas toward the center of the passage in the vertical direction and toward the workpiece inlet or outlet of the heat treatment apparatus included in the passage.
  • each passage the gas outlet of each nozzle provided in this passage is parallel to the long side direction of the workpiece inlet and outlet of this passage, and has a length equal to the length of the long side. And having In each passage, a distance d between the gas outlets of the pair of nozzles provided in the passage and the workpiece inlet or outlet of the heat treatment apparatus included in the passage, and the height of the passage Dn is 2 ⁇ d ⁇ 0.75 Dn A horizontal heat treatment apparatus that satisfies the above is provided.
  • the distance d is preferably 15 mm or more.
  • the opening width Wn of the nozzle is preferably 0.5 mm or more and 3 mm or less, and the height Dn of the passage is preferably 20 mm or more and 78 mm or less.
  • the passages are respectively provided at a plurality of positions in the vertical direction so that the workpieces can be transferred in the horizontal direction at the plurality of positions in the vertical direction,
  • the seal chamber may be partitioned corresponding to each passage.
  • each nozzle has a gas flow rate adjusting mechanism capable of adjusting a gas ejection amount.
  • the passage is formed by an upper passage member, a lower passage member, and a side member, Each of the upper and lower passage members has two members across the nozzle, The two members may be integrated with a spacer member that determines a nozzle gap between the two members.
  • the two members and the spacer member are detachable.
  • the horizontal heat treatment apparatus can be a heat treatment furnace for heat treating the carbon fiber precursor fiber bundle.
  • a carbon fiber precursor fiber bundle is heat treated with a horizontal heat treatment apparatus to produce a flame resistant fiber bundle, a method for producing a flame resistant fiber bundle
  • the horizontal heat treatment apparatus is a horizontal heat treatment apparatus for continuously heat-treating a continuous flat workpiece while being transferred in a horizontal direction in a heat treatment chamber
  • a seal chamber to which an exhaust fan is connected is connected to the workpiece inlet and outlet of the heat treatment chamber, respectively, and the seal chamber is configured to allow the workpiece to pass through the seal chamber in the horizontal direction
  • a passage having a rectangular cross section is connected to an opening located on the opposite side to the heat treatment chamber of the workpiece inlet / outlet of each seal chamber, and the passage is parallel to the workpiece in the horizontal direction.
  • a workpiece to be processed in a passage connected to the workpiece inlet of the seal chamber is a workpiece inlet of the heat treatment apparatus, and a workpiece to be processed in the passage connected to the seal chamber workpiece outlet
  • the delivery port is a workpiece delivery port of the heat treatment apparatus
  • a pair of nozzles for jetting gas is provided at the upper and lower positions of each passage, The gas outlet of each nozzle is rectangular, In each passage, the pair of nozzles provided in the passage is gas toward the center of the passage in the vertical direction and toward the workpiece inlet or outlet of the heat treatment apparatus included in the passage.
  • each passage the gas outlet of each nozzle provided in this passage is parallel to the long side direction of the workpiece inlet and outlet of this passage, and has a length equal to the length of the long side. And having In each passage, a distance d between the gas outlets of the pair of nozzles provided in the passage and the workpiece inlet or outlet of the heat treatment apparatus included in the passage, and the height of the passage Dn is 2 ⁇ d ⁇ 0.75 Dn A horizontal heat treatment apparatus satisfying the requirements; and -Negative pressure in each seal chamber using said exhaust fan; -In each passage, the gas ejection amount per 1 m of the long side of the inlet and outlet of the object to be processed in this passage is expressed as V (m 3 / h) in each passage. When the gauge pressure in the connected seal chamber is expressed as P (Pa), V ⁇ ⁇ 30 ⁇ P + 21 Jetting gas from each nozzle so that A method for producing a flameproof fiber bundle is provided.
  • the flow velocity Vo of the gas flowing into the seal chamber from each passage is 0.1 m / second or more and 0.5 m / second or less.
  • the ejection speed Vs of the gas ejected from each nozzle is 3 m / s or more and 30 m / s or less.
  • a method for producing a carbon fiber bundle comprising the steps of producing a flame-resistant fiber bundle by the above-mentioned method for producing a flame-resistant fiber bundle, and carbonizing the flame-resistant fiber bundle.
  • the heat processing apparatus which can prevent the decomposition gas in sealing chambers, such as decomposition gas, leaking outside is provided. .
  • FIG. 1 It is a schematic block diagram which shows an example of the whole structure of the heat processing apparatus in embodiment of this invention. It is a schematic sectional drawing of the air curtain means in embodiment of this invention. It is a disassembled perspective view of the nozzle part of an air curtain means. It is a schematic sectional drawing which shows the whole structure of the test apparatus used in the Example. It is a graph showing the relationship between the ejection speed Vs and the seal chamber pressure, where the horizontal axis is the nozzle jet velocity Vs and the vertical axis is the seal chamber pressure.
  • a horizontal flameproof furnace will be described as an example of the horizontal heat treatment apparatus. That is, the case where the continuous flat processed material is a carbon fiber precursor fiber bundle and the horizontal heat treatment apparatus is a flameproofing furnace for making the carbon fiber precursor fiber bundle flameproof will be described.
  • upstream and downstream mean upstream and downstream in the transfer direction of the workpiece, respectively.
  • a heat treatment apparatus (horizontal flameproofing furnace) 1 includes a heat treatment chamber 2, seal chambers 4 and 4 connected to the heat treatment chamber, and a cross section connected to the seal chambers 4 and 4 respectively.
  • the workpieces can be transferred in this order through the passage 19, the seal chamber 4 (upstream side), the heat treatment chamber 2, the seal chamber 4 (downstream side), and the passage 19 '.
  • the inlet (upstream side opening) of the passage 19 is a workpiece inlet (heat treatment inlet 11) of the heat treatment apparatus, and the outlet (downstream opening) of the passage 19 'is a workpiece outlet (heat treatment apparatus) of the heat treatment apparatus.
  • the outlet 11 ′ That is, each passage has only one of the workpiece inlet (11) of the heat treatment apparatus and the workpiece outlet (11 ') of the heat treatment apparatus.
  • the heat treatment apparatus 1 includes a box-shaped heat treatment chamber 2.
  • the heat treatment chamber 2 is connected to a hot air circulation device (not shown) for circulating hot air inside the heat treatment chamber. With this hot air, the object to be processed can be heated and heat-treated.
  • a hot air circulation device for circulating hot air inside the heat treatment chamber. With this hot air, the object to be processed can be heated and heat-treated.
  • this heat treatment apparatus for example, in the case of carbon fiber, a precursor fiber made of, for example, polyacrylonitrile fiber is continuously heat treated in a heat treatment chamber. At this time, decomposition gases such as cyanide, ammonia, and carbon monoxide are generated in the heat treatment chamber by the oxidation reaction of the precursor fibers. This cracked gas needs to be recovered and subjected to gas treatment such as combustion treatment.
  • the exhaust port 20 is provided in the heat treatment chamber 2.
  • the exhaust port 20 is connected to the fan 14 via an exhaust path 21.
  • a flow rate adjusting mechanism 13 such as a valve is provided in the middle of the exhaust path 21.
  • the fan 14 is connected to an external gas recovery processing device (not shown).
  • the decomposition gas generated in the furnace feeds / feeds the precursor fiber bundle of the heat treatment apparatus.
  • the seal chambers 4 and 4 are connected in series, each of which has a negative pressure in the chamber and collects the cracked gas.
  • the seal chamber can be box-shaped.
  • the seal chamber outer walls 3 and 3 are also provided with an inlet 6 and an outlet 6 'corresponding to the seal chamber outer wall inlet 7 and the seal chamber outer wall outlet 7', respectively.
  • seal chambers 4 and 4 are provided on the workpiece inlet (inlet 6) side and outlet (outlet 6 ') side of the heat treatment chamber 2, respectively.
  • a long sheet-like object having a width in the drawing depth direction can be used.
  • the object to be processed is a carbon fiber precursor fiber bundle
  • a plurality of precursor fibers can be arranged in the depth direction of the drawing, and can be supplied to the heat treatment apparatus as a sheet-like material as a whole.
  • the seal chambers 4 and 4 are provided with exhaust ports 15 and 15, and are connected to exhaust fans 17 and 17 through exhaust passages 22 and 22.
  • a flow rate adjusting mechanism 16 such as a valve is provided in the middle of each of the exhaust paths 22 and 22.
  • the exhaust port 15 is provided in each of the sections 4a, 4b, and 4c.
  • the seal chambers 4 and 4 are partitioned by the partition plates 12 (and further provided with an exhaust port 15 and a flow rate adjusting mechanism 16 for each partition), so that the pressure in each partition is reduced.
  • the pressure difference in each compartment of the heat treatment chamber and the seal chamber can be individually controlled, the flow of outside air into the heat treatment chamber due to the influence of buoyancy inside and outside the heat treatment chamber, The outflow of hot air can be controlled.
  • the seal chamber is effective to partition the seal chamber particularly when the heat treatment apparatus is configured so that the workpiece can be transferred in the horizontal direction at a plurality of different positions in the vertical direction.
  • the passages (19, 19 ') can be provided at a plurality of different positions in the vertical direction.
  • the seal chamber can be partitioned corresponding to each passage provided at a plurality of different positions in the vertical direction.
  • the heat treatment apparatus shown in FIG. 1 is configured to be able to transfer an object to be processed in three different positions in the vertical direction, and three passages are provided on each of the upstream side and the downstream side of the heat treatment apparatus.
  • the seal chamber is divided into three.
  • an exhaust adjustment mechanism that adjusts the rotational speed of the exhaust fan, that is, the exhaust amount, by comparing the internal pressure of each seal chamber with the internal pressure of the heat treatment chamber can be used.
  • a means for detecting a change in internal pressure and a control unit for adjusting the exhaust amount of the exhaust adjusting mechanism by a detection signal from the detecting means may be provided.
  • the pressure difference between the pressure inside the heat treatment chamber and the pressure outside the heat treatment chamber changes in the height direction of the heat treatment chamber due to the influence of the buoyancy difference inside and outside the heat treatment chamber caused by the difference in gas temperature. That is, the pressure difference inside and outside the heat treatment chamber is large in the upper part of the heat treatment chamber, and the pressure difference inside and outside is small in the lower part of the heat treatment chamber.
  • a pair of pressurizing chambers 9a and 9b are provided above and below so as to sandwich the sealing chamber outer wall inlet 7.
  • a pair of pressurizing chambers 9a and 9b are provided vertically so as to sandwich the seal chamber outer wall outlet 7 ′.
  • the pressurizing chamber is a box-shaped chamber that is pressurized by supplying air outside the heat treatment apparatus.
  • a single air supply duct 23 (having a branch pipe for supplying air to each pair of pressure chambers) shown in FIG. 2 is connected to all the upstream pressure chambers, and a common air supply path (not shown). Is connected to an air supply fan (not shown).
  • another single supply duct is connected to all the downstream pressurizing chambers, and further connected to an air supply fan (not shown) via a common air supply path (not shown).
  • air is explained as an example of the gas supplied to the pressurizing chamber (and the gas ejected from the nozzle of the air curtain means), particularly air outside the heat treatment apparatus, but a gas other than air can also be used. .
  • the passage is located on the side opposite to the heat treatment chamber on the workpiece inlet side and outlet side of each seal chamber (the passage 19 is the inlet 7 side of the upstream seal chamber, and the passage 19 'is the downstream seal chamber. At the outlet 7 'side). More specifically, there is provided a passage 19 through which an object to be processed (precursor fiber bundle A) extends from the seal chamber outer wall inlet 7 toward the heat treatment apparatus inlet 11 further outward (upstream). In addition, a passage 19 ′ is provided which extends from the seal chamber outer wall outlet 7 ′ to the outside (downstream side) to the heat treatment apparatus outlet 11 ′ and through which the workpiece is passed.
  • 19 is provided with a pair of rectangular nozzles for ejecting air toward the heat treatment apparatus inlet 11 and the passage 19 ′ toward the heat treatment apparatus outlet 11 ′), and the amount of gas ejection can be adjusted for each nozzle.
  • a gas flow rate adjusting mechanism for example, a flow rate adjusting valve
  • the heat treatment is performed toward the center in the vertical direction of the passage.
  • a pair of slit-like nozzles 10a and 10b (nozzles for air curtain means) for ejecting air toward the opening of the apparatus inlet 11 are provided.
  • the heat treatment is performed toward the center in the vertical direction of the passage.
  • a pair of slit-like nozzles 10a 'and 10b' (nozzles for air curtain means) for ejecting air toward the opening of the apparatus delivery port 11 'are provided.
  • the “nozzle” refers to a gas flow path (for example, an air path) having a rectangular cross section.
  • Air curtain means 8 that suppresses inflow of outside air by blowing air outside the heat treatment apparatus to the outside (upstream side) of the seal chamber outer wall inlet 7 by the upstream pressurizing chambers 9a, 9b, nozzles 10a, 10b and the passage 19. (Upstream side) is configured. Further, the air curtain means 8 (downstream side) is formed on the outer side (downstream side) of the seal chamber outer wall outlet 7 ′ by the downstream pressurizing chambers 9a and 9b, the nozzles 10a ′ and 10b ′ and the passage 19 ′. .
  • the nozzles 10a and 10b and 10a 'and 10b' extend in a direction perpendicular to the transfer direction of the workpiece (the depth direction in FIG. 1 and 2).
  • the nozzle is parallel to the long side direction of the workpiece inlet and outlet of the passage and has a length equal to the length of the long side. That is, in each passage, the inlet and outlet of the passage are rectangular (the same rectangle as the cross section of the passage), and the long sides of the passage inlet and outlet (sides in the depth direction in FIG. 1) are parallel to each other, A nozzle (particularly the long side of the gas outlet of the nozzle) is arranged in parallel with these long sides.
  • the long sides of the passage inlet and the outlet have the same length, and the long sides of the passage inlet and the outlet are equal to the length of the nozzle (particularly, the length of the long side of the gas ejection port of the nozzle).
  • the heat treatment apparatus inlet 11 and the seal chamber outer wall inlet 7 are both rectangular (the same rectangle as the cross section of the passage 19), and the long sides of the inlet 11 and the inlet 7 are as follows. They are parallel to each other.
  • the nozzles 10a and 10b (particularly, the long sides of the gas outlets of these nozzles) are both arranged in parallel to the long sides of the inlet 11 and the inlet 7.
  • the long sides of the inlet 11 and the inlet 7 have the same length, and the lengths of the nozzles 10a and 10b (especially, the length of the long sides of the gas outlets of these nozzles) are both It is equal to the length of the long side of the inlet 7.
  • the heat treatment apparatus inlet 11 is the heat treatment apparatus outlet 11 ′
  • the seal chamber outer wall inlet 7 is the seal chamber outer wall outlet 7 ′
  • the nozzle 10a and 10b are read as nozzles 10a ′ and 10b ′, respectively).
  • the seal chamber has a negative pressure, and gas is ejected from the nozzle.
  • the direction of the ejection is directed toward the center of the passage in the vertical direction and toward the heat treatment apparatus inlet or the heat treatment apparatus outlet located on the opposite side to the seal chamber of the workpiece inlet and outlet of the passage. It is. At this time, it is preferable that the gas is uniformly ejected over the length of the long side in parallel with the long side direction of the inlet and outlet of the workpiece in the passage.
  • An ejection amount V (m 3 / h) of gas ejected from the nozzle per 1 m in the long side direction of the passage cross section and a pressure P (Pa) of the seal chamber connected to the passage are expressed by the following formula V ⁇ ⁇ 30 ⁇ P + 21 It is preferable to satisfy the condition because the amount of gas ejected from the nozzle can be reduced and the amount of gas flowing into the seal chamber can be controlled. Unless otherwise specified, the pressure is expressed as a gauge pressure. Strictly speaking, the unit is “m 3 / h / m”, but “m 3 / h” is used for simplicity. ing.
  • the sealing chamber is set to a negative pressure, and the amount V (m 3 / h) of gas ejected from the nozzle per 1 m in the long side direction of the passage section is preferably 21 m 3 / h or more.
  • the flow rate of the outside air flowing from the outside of the heat treatment apparatus into the heat treatment apparatus can be controlled uniformly in the long side direction of the passage.
  • the ejection speed Vs of the gas ejected from the nozzle is preferably 3 m / s or more and 30 m / s or less. If the ejection speed Vs is 3 m / s or more, the flow rate of the outside air flowing from the outside to the inside of the heat treatment apparatus can be easily controlled uniformly in the long side direction of the passage. If the ejection speed Vs is 30 m / s or less, it becomes easy to reduce that a to-be-processed object flutters and quality falls by the friction between to-be-processed objects and the friction between apparatuses. From the viewpoint of cost reduction, the ejection speed Vs is preferably 15 m / s or less, more preferably 10 m / s or less, and even more preferably 5 m / s or less.
  • the flow rate of the gas introduced from the passage into the seal chamber 4 is 0.1 m / second or more and 0.5 m / second or less. If the flow velocity of the introduced gas is 0.1 m / second or more, the flow rate of the outside air flowing from the outside of the heat treatment apparatus to the inside can be easily controlled uniformly in the long side direction of the passage, and 0.5 m / second or less. If it is, it will become easy to suppress the increase in the exhaust gas by external air inflow.
  • each passage In each passage, the distance d between the gas outlets of the pair of nozzles and the opening (heat treatment apparatus inlet or heat treatment apparatus outlet) of the passage located on the opposite side of the seal chamber, and the passage height is Dn It is preferable that 2 ⁇ d ⁇ 0.75Dn is satisfied. When 2 ⁇ d ⁇ 0.75Dn is satisfied, it is easy to control the amount of gas flowing into the seal chamber even if the amount of gas ejected from the nozzle is reduced.
  • the distance between the gas outlets of the pair of nozzles 10a and 10b on the side and the heat treatment apparatus inlet 11 and the distance between the gas outlet of the pair of nozzles 10a 'and 10b' on the downstream side and the heat treatment apparatus outlet 11 ' are as follows: 2 mm or more is preferable, 7 mm or more is more preferable, and 15 mm or more is still more preferable. Moreover, d ⁇ 0.73Dn is more preferable, and d ⁇ 0.70Dn is still more preferable.
  • the distance between the heat treatment apparatus inlet 11 and the air outlet of the nozzle 10a is equal to the distance between the heat treatment apparatus inlet 11 and the air outlet of the nozzle 10b (this is preferable). But is not limited to this).
  • the distance between the heat treatment apparatus delivery port 11 ′ and the air ejection port of the nozzle 10a ′ is equal to the distance between the heat treatment apparatus delivery port 11 ′ and the air ejection port of the nozzle 10b ′ (this) Is preferred, but not limited to this).
  • the distance on the inlet side and the distance on the outlet side can be determined independently of each other.
  • the height Dn of the passage is preferably 20 mm or more and 78 mm or less. If the passage height Dn is 20 mm or more, the object to be processed and the passage are less likely to come into contact with each other, and it is easy to reduce quality deterioration. If the passage height is 78 mm or less, it is easy to suppress the increase in equipment size and investment cost. .
  • the opening width Wn of the nozzle is preferably 0.5 mm or more and 3 mm or less. If the opening width Wn is 0.5 mm or more, it is easy to ensure the nozzle clearance. If the opening width Wn is 3 mm or less, the nozzle ejection flow rate can be reduced and the ejection wind speed can be easily controlled.
  • the nozzle opening width Wn is the width of the projected opening (in FIG. 4) when the nozzle opening is projected onto a plane perpendicular to the flow direction of the gas flowing in the nozzle. Length in a plane parallel to the paper surface).
  • the pressurizing chambers 9 a and 9 b are pressurized by supplying air outside the heat treatment apparatus from the air supply duct 23.
  • the nozzle 10 a provided in the pressurizing chamber 9 a of the air curtain means 8 is formed by an upper passage member (front member) 24 and an upper passage member (rear member) 25.
  • the nozzle 10b provided in the pressurizing chamber 9b is formed by a lower passage member (front member) 24 ′ and a lower passage member (rear member) 25 ′.
  • the passage through which the object to be processed fed from the heat treatment apparatus inlet 11 passes is formed by the upper passage member, the lower passage member, and the side member, and is sandwiched between the upper passage member and the lower passage member.
  • Each of the upper and lower passage members separates the nozzle as shown in FIG. 3, and two members (a front member 24 and a rear member 25 for the upper passage member, a front member 24 ′ and a rear for the lower passage member). Member 25 ').
  • the passage through which the workpiece sent out from the heat treatment apparatus delivery port 11 ′ passes is also formed by an upper passage member, a lower passage member, and a side member, and is formed by two upper and lower passage members. Sandwiched.
  • the two members (the front member and the rear member) may be integrated (fixed) by a removable locking tool such as a bolt (not shown) with a spacer member 30 that determines a nozzle gap between the two members. it can.
  • the manufacturing cost can be reduced by using such an assembly structure.
  • the nozzle part can be disassembled, and maintenance work is facilitated.
  • the front member is fixed to the air curtain means by a front member fixing rail 26 constituted by a plate extending in a direction perpendicular to the object to be processed (the depth direction in FIG. 2). Is done.
  • a front member fixing rail 26 constituted by a plate extending in a direction perpendicular to the object to be processed (the depth direction in FIG. 2).
  • two parallel plates extending in a direction perpendicular to the object to be processed (the depth direction in FIG. 2) are arranged. It is fixed to the air curtain means by a gap between the sheets.
  • a plurality of precursor fiber bundles A are aligned in a direction perpendicular to the paper surface in the direction perpendicular to the paper surface, and the heat treatment device (from the uppermost heat treatment device inlet 11 of the seal chamber 4 on the left side of the heat treatment device 1 is shown. In particular, it is sent to the air curtain means 8) on the sending side.
  • the precursor fiber bundle passes through the seal chamber outer wall inlet 7 of the outer wall 5 of the seal chamber 4 and the inlet 6 of the outer wall 3 of the heat treatment chamber 2, and is sent out from the outlet 6 ′ of the opposite outer wall 3 of the heat treatment chamber 2. Is done.
  • the precursor fiber bundle A passes through the outlet 7 ′ of the outer wall 5 of the seal chamber 4 connected to the heat treatment chamber 2, passes through the air curtain means 8 (outlet side), and is sent to the outside of the heat treatment apparatus 1.
  • the precursor fiber bundle A sent out to the outside of the heat treatment apparatus 1 is folded back so as to be wound around a roll 18 provided outside the heat treatment apparatus, and is sent from the feed inlet one below the feed outlet 7 ′. Then, it is again sent into the heat treatment apparatus 1.
  • the precursor fiber bundle A fed into the heat treatment apparatus 1 again is sent to the outside of the heat treatment apparatus 1 through the same path in the opposite direction, and is wound again and folded back on the roll 18 outside the heat treatment apparatus 1.
  • the precursor fiber bundle A is repeatedly fed back and out to the heat treatment apparatus 1 while being repeatedly folded outside the heat treatment apparatus 1 by the roll 18, and passes through the inside of the heat treatment apparatus 1 so as to meander.
  • power is given to the precursor fiber bundle A by the rotation of the roll 18 and the friction on the surface of the roll 18, and the precursor fiber bundle A is continuously fed in the direction of the arrow X in FIG. 1.
  • hot air circulates inside the heat treatment chamber 2 by a hot air circulation device (not shown), and is maintained at a temperature of 200 ° C. to 300 ° C., for example. Accordingly, the precursor fiber bundle A continuously fed repeatedly into the heat treatment chamber 2 is gradually heat-treated in the heat treatment chamber 2. At this time, a decomposition gas such as cyanide, ammonia, and carbon monoxide is generated in the heat treatment chamber 2 by the oxidation reaction of the precursor fiber bundle A.
  • the gas in the heat treatment chamber is sent out by the exhaust fan 14, and recovered and processed by an external gas recovery processing device. Further, the adjustment of the exhaust amount of the generated decomposition gas from the exhaust port 20 provided in the heat treatment chamber 2 can be performed by a flow rate adjusting mechanism 13 such as a valve.
  • the inside of the seal chambers 4 and 4 has a negative pressure by sucking the gas inside by the exhaust fans 17 and 17. Further, the heat treatment chamber 2 is heated to generate a vertical pressure distribution in which the upper part has a high pressure and the lower part has a low pressure.
  • the pressure in each of the compartments 4 a, 4 b, 4 c of the seal chambers 4, 4 is changed according to the pressure distribution in the vertical direction in the heat treatment chamber 2 to the gas from the seal chambers 4, 4 into the heat treatment chamber 2.
  • the air outside the heat treatment apparatus 1 is supplied to the upper and lower pressurizing chambers 9a and 9b of the air curtain means 8, and the nozzle 10a.
  • the air curtain is formed by ejecting air from the nozzles 10a 'and 10b' to the outside of the seal chambers 4 and 4 toward the precursor fiber bundle A. At this time, air is ejected from the nozzles 10 a and 10 b toward the inlet 11. Further, air is ejected from the nozzles 10a 'and 10b' toward the delivery port 11 '.
  • the distance between the nozzles 10a, 10b and the inlet 11 and the distance d (mm) between the nozzles 10a ', 10b' and the outlet 11 ' are preferably 2 ⁇ d ⁇ 50, more preferably 15 ⁇ d ⁇ 30.
  • the distance d is within the above range, it is possible to reliably prevent the cracked gas from leaking from the seal chamber, and it is possible to reduce the amount of air blown out from the nozzle for ensuring the sealing performance.
  • the distance between the nozzle 10a and the inlet 11, the distance between the nozzle 10b and the inlet 11, the distance between the nozzle 10a 'and the outlet 11', and the distance between the nozzle 10b 'and the outlet 11' are all. It shall be equal.
  • the nozzle 10 a is formed by an upper passage member (front member) 24 and an upper passage member (rear member) 25.
  • the nozzle 10b provided in the pressurizing chamber 9b is formed by a lower passage member (front member) 24 'and a lower passage member (rear member) 25'.
  • each of the upper and lower passage members is formed of two members with the nozzles therebetween.
  • the two members can be integrated (fixed) by a detachable locking tool such as a bolt (not shown) with a spacer member 30 that determines the nozzle gap between the two members. This is because the manufacturing cost can be reduced and the nozzle portion can be easily cleaned and maintained.
  • the air that is uniformly distributed in the upper and lower directions is ejected from the upper and lower jet outlets at the tips of the nozzles 10a and 10b at a substantially equal jet velocity Vs to form an air curtain that collides with the precursor fiber bundle A from above and below.
  • the present invention it is possible to reduce the amount of air blown out from the nozzle for ensuring the sealing performance, and it is possible to reduce the load of the air blowing means on the air curtain seal device.
  • the carbon fiber precursor fiber bundle can be heat-treated with the horizontal heat treatment apparatus described above to produce a flame-resistant fiber bundle.
  • a carbon fiber bundle can be produced by producing a flame resistant fiber bundle by such a method for producing a flame resistant fiber bundle and carbonizing the obtained flame resistant fiber bundle.
  • the optimal air curtain structure was derived by performing simulations under various conditions using analysis software.
  • the analysis method uses numerical fluid analysis (CFD method), and analysis software includes GAMBIT (trade name. Ansys Japan Co., Ltd. for mesh and shape creation) and FLUENT (trade name. Ansys Japan Co., Ltd. for analysis). Using.
  • CFD method numerical fluid analysis
  • analysis software includes GAMBIT (trade name. Ansys Japan Co., Ltd. for mesh and shape creation) and FLUENT (trade name. Ansys Japan Co., Ltd. for analysis).
  • the simulation was performed at a calculation time of about 3 hours / CASE with the number of meshes being about 1.5 million meshes.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the model used here.
  • an air curtain passage (flow passage simulating an air curtain passage) 102 is connected to a seal chamber (box simulating a seal chamber) 101, and this passage is an area outside the heat treatment apparatus (an area simulating the outside). ) 104.
  • Air curtain nozzles (flow channels simulating nozzles) 103a and 103b are provided at the upper and lower portions of the passage 102, respectively. The angle ⁇ with respect to the horizontal plane of the nozzle was 30 °.
  • a heat treatment chamber inlet 105 is provided on the side of the seal chamber 101 opposite to the passage 102.
  • the gas was air
  • the reference pressure was 101325 Pa (atmospheric pressure) in absolute pressure
  • the air temperature was 25 ° C.
  • the outflow conditions to the outside of the heat treatment apparatus were free outflow.
  • the distance between the heat treatment apparatus inlet 11 and the gas outlets of the nozzles 10a and 10b (in the model, the distance between the opening of the passage 102 to the outside of the heat treatment apparatus and the gas outlets of the nozzles 103a and b) d is 2 to 70mm
  • passage height (height of passage 102 in the model) Dn is 10 to 80mm
  • nozzle opening width (opening width of nozzles 103a and b in the model) Wn is changed in the range of 0.5 to 5mm Carried out.
  • Example 1 The distance d is set to 10 mm, the passage height Dn is set to 20 mm, the nozzle opening width Wn is set to 1.1 mm, the pressure P in the seal chamber is set to ⁇ 0.5 Pa, and the gas blowing speed Vs from the gas outlet of the nozzle is set to 3 m / s.
  • the gas inflow velocity Vo into the seal chamber was calculated.
  • Table 1 shows the conditions and the inflow speed in the seal chamber. In Tables 1, 2, and 4, the distance d is displayed as “distance between the inlet 11 and the nozzle”, and the passage height Dn is displayed as “opening height”.
  • Example 2 Calculation was performed in the same manner as in Example 1 except that the distance d was 20 mm and the passage height Dn was 30 mm.
  • Example 3 Calculation was performed in the same manner as in Example 1 except that the distance d was 25 mm and the passage height Dn was 40 mm.
  • Example 4 Calculation was performed in the same manner as in Example 1 except that the distance d was 50 mm and the passage height Dn was 70 mm.
  • Example 5 Calculation was performed in the same manner as in Example 4 except that the nozzle ejection wind speed Vs was set to 4.5 m / s.
  • Example 1 The calculation was performed in the same manner as in Example 1 except that the distance d was 15 mm and the passage height Dn was 20 mm. At this time, it was confirmed that the air inflow speed into the seal chamber could not be controlled to 0.1 m / s or more, or gas blowing from the seal chamber to the outside of the heat treatment apparatus was confirmed. In the embodiment, there was no such balloon.
  • Comparative Example 2 Calculation was performed in the same manner as in Example 1 except that the distance d was 25 mm and the passage height Dn was 30 mm. As in Comparative Example 1, the air inflow speed into the seal chamber could not be controlled to 0.1 m / s or more, or blowing was confirmed.
  • Comparative Example 3 The calculation was performed in the same manner as in Example 1 except that the distance d was 30 mm and the passage height Dn was 40 mm. As in Comparative Example 1, the air inflow speed into the seal chamber could not be controlled to 0.1 m / s or more, or blowing was confirmed.
  • Example 6 When the distance d is 20 mm, the passage height Dn is 30 mm, the nozzle opening width Wn is 1.1 mm, and the pressure P in the seal chamber is ⁇ 2, ⁇ 5, and ⁇ 10 Pa, respectively, the gas inflow rate into the seal chamber Vo becomes 0.2 m / s, and the gas ejection speed Vs (m / s) from the gas ejection port of the nozzle so as not to eject gas from the passage to the outside of the heat treatment apparatus, and per 1 m in the width direction of the workpiece.
  • the gas ejection flow rate V (m 3 / h) from the nozzle was calculated.
  • Example 7 Calculation was performed in the same manner as in Example 6 except that the passage height Dn was 40 mm.
  • Example 8 Calculation was performed in the same manner as in Example 6 except that the passage height Dn was set to 70 mm.
  • Example 9 Calculation was performed in the same manner as in Example 6 except that the passage height Dn was 80 mm.
  • Example 10 Calculation was performed in the same manner as in Example 7 except that the nozzle opening width Wn was 0.5 mm.
  • Example 11 Calculation was performed in the same manner as in Example 7 except that the nozzle opening width Wn was set to 2 mm.
  • Example 12 Calculation was performed in the same manner as in Example 7 except that the nozzle opening width Wn was 3 mm.
  • Example 13 Calculation was performed in the same manner as in Example 7 except that the nozzle opening width Wn was set to 4 mm.
  • Example 14 Calculation was performed in the same manner as in Example 7 except that the nozzle opening width Wn was set to 5 mm.
  • a test apparatus 100 having a schematic structure without the heat treatment chamber 2 shown in FIG. Vs, the distance d between the gas outlets of the nozzles 10a and 10b and the heat treatment device inlet 11, and the gas inflow velocity Vo from the seal chamber outer wall inlet 7 to the seal chamber were measured.
  • the openings of the nozzles 10a and 10b had an opening length of 2000 mm (length in the drawing depth direction) and an opening width Wn of 1.1 mm.
  • Whether the gas flows into the seal chamber 4 from the seal chamber outer wall inlet 7 or the gas flows out of the seal chamber through the inlet 7 is determined by using a smoke tester manufactured by GASTECH, Inc. Observed and confirmed.
  • the nozzle ejection speed Vs was measured using an Anemo Master 6071 anemometer (trade name) manufactured by Kanomax.
  • the amount of exhaust from the exhaust fan 17 and the amount of inflow from the inlet 6 are measured using an anemone master 6071 anemometer (trade name) manufactured by Kanomax. It was calculated from the difference.
  • the pressure in the seal chamber 4 was measured using a Manostar gauge fine differential pressure gauge manufactured by Yamamoto Electric Co., Ltd.
  • the air ejected from the gas ejection ports of the nozzles 10a and 10b of the air curtain means 8 is supplied from an air supply fan (not shown).
  • Vs of the air curtain means 8 the pressure inside the seal chamber was made negative by the exhaust fan 17, and the internal pressure of the seal chamber 4 was measured by manostar gauges installed at two locations on the front side and the back side of the paper. .
  • the distance d between the gas ejection ports of the nozzles 10a and 10b and the heat treatment apparatus inlet 11 is further adjusted according to the ejection speed Vs of the air ejected from the gas ejection ports of the nozzles 10a and 10b.
  • Example 15 Similar to the above-described experiment, the test apparatus 100 having a schematic structure shown in FIG. 4 was used in this experiment.
  • the nozzle jet velocity Vs was set to three conditions of 5.2, 9.96, and 14.8 m / s.
  • Smoke tester is used at the seal chamber outer wall inlet 7 under each nozzle jet velocity condition, the direction of smoke flow is observed, and the outflow of gas from the seal chamber 4 over the entire width in the furnace width direction (from the front side to the back side).
  • the exhaust fan 17 was adjusted so that there was no occurrence, and the internal pressure of the seal chamber 4 was measured with a manostar gauge.
  • Dn is 40 mm
  • Wn is 1.1 mm
  • the heat treatment chamber outer wall inlet 6 and the seal chamber outer wall inlet 7 are 2000 mm in length
  • the nozzle opening is 2000 mm in length
  • the horizontal plane of the nozzle The angles ⁇ were all 30 °.
  • Example 16 The measurement was performed in the same manner as in Example 15 except that the distance d between the gas ejection ports of the nozzles 10a and 10b and the heat treatment apparatus inlet 11 was set to 5 mm.
  • Example 17 Measurement was performed in the same manner as in Example 15 except that the distance d was set to 10 mm.
  • Example 18 Measurement was performed in the same manner as in Example 15 except that the distance d was set to 15 mm.
  • Example 19 Measurement was performed in the same manner as in Example 15 except that the distance d was set to 20 mm.
  • Example 20 Measurement was performed in the same manner as in Example 15 except that the distance d was set to 25 mm.
  • Example 21 Measurement was performed in the same manner as in Example 15 except that Dn was set to 30 mm and the distance d was set to 20 mm.
  • Table 4 shows the results of Examples 15 to 21 and Comparative Examples 6 and 7. The results of Examples 15 to 20 and Comparative Example 6 are shown in FIG.
  • the nozzle ejection wind speed Vs is set to three conditions of 5.2, 9.96, and 14.8 m / s, and the distance d between the gas ejection ports of the nozzles 10 a and 10 b and the heat treatment apparatus inlet 11 is adjusted.
  • the target line of the gas inflow velocity Vo 0.2 m / s (the direction perpendicular to the transfer direction of the workpiece) Represents the relationship between the pressure in the seal chamber and the distance d, which can achieve the limit gas inflow speed necessary to ensure that no gas is blown out in the furnace.
  • the seal chamber pressure when adjusted to a target gas inflow speed of approximately 0.2 m / s at the same nozzle jet velocity is reduced by increasing d.
  • the pressure in the seal chamber is the same, the outside air inflow speed can be adjusted with a smaller nozzle jet velocity by increasing d.
  • the nozzle ejection wind speed necessary for adjusting the gas inflow speed is increased.
  • the sealing pressure when adjusted to a target gas inflow velocity of 0.2 m / s at the same nozzle ejection wind speed decreases as d increases in the range of 2 mm or more, and d is 15 mm or more. This tendency is more noticeable in the range of.
  • the precursor fiber bundle can be transferred in one stage to several tens of stages in the vertical direction depending on the situation.

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Description

横型熱処理装置
　本発明は、炭素繊維前駆体繊維束を耐炎化するための耐炎化炉に好適に用いることのできる熱処理装置に関するものである。
　従来から、フィルム、シート、繊維など（以下、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熱処理装置が知られている。この熱処理装置は、炭素繊維の場合を例にすると、例えばポリアクリロニトリル系繊維からなる前駆体繊維に熱処理室内で連続的に熱処理を施すものである。この際、前駆体繊維の酸化反応によって熱処理室内にシアン化合物、アンモニア、及び一酸化炭素等の分解ガスが発生する。この分解ガスは、回収して燃焼処理などのガス処理をする必要がある。
　特許文献１には、このような分解ガスが熱処理装置の前駆体繊維束の送入／送出口から熱処理装置外に漏出することを防止するために、熱処理室に隣接して、室内を負圧にし、分解ガスを回収するシール室を設け、更にシール室の前駆体繊維束の送入／送出口の外側で被処理物へ向かって熱処理装置外の空気を吹き付け外気の流入を抑制するエアーカーテン手段を設けた熱処理装置において、被処理物に向けて吹き付ける空気の噴出速度を増加させても、シール室内の気体が外部へ漏出することを防止するため、前記熱処理室内に連設されたシール室内に筒状の整流部材を設けることが提案されている。
　また、熱処理装置内の温度ムラ抑制のため、熱処理装置の送入／送出口にスリットを設け、スリットより熱処理装置内もしくは熱処理装置外へ加熱空気を噴出する機構を備えた熱処理装置が提案されている（特許文献２参照）。
　このような分解ガスが熱処理装置の前駆体繊維束の送入／送出口から熱処理装置外に漏出することを防止するために、前駆体繊維束の送入／送出口の外側で被処理物へ向かって熱処理装置外の空気を吹き付け外気の流入を抑制するエアーカーテン手段を設けた熱処理装置が提案されている（特許文献３参照）。
特開２００８－１５６７９０号公報 ＷＯ０２／０７７３３７号 ＵＳ６０２７３３７
　特許文献１記載の熱処理装置では、被処理物に向けて吹き付ける空気の噴出速度を増加させても熱処理装置本体外への分解ガスの漏出を防止することはできるものの、シール室内が負圧であるため、エアーカーテン用の上下のノズルから被処理物に向けて噴出された空気がシール室内に吸い込まれやすく、被処理物に向けて吹き付けるエアーカーテン用空気量を必要な量以上に吹き付ける必要があることがあった。
　そこで、本発明は、被処理物に向けて吹き付けるエアーカーテン用の気体の量を削減しても、分解ガス等のシール室内のガスが外部へ漏出することを防止できる熱処理装置を提供することを目的とする。
　本発明の別の目的は、このような熱処理装置を用いる、耐炎化繊維束の製造方法、炭素繊維束の製造方法、および熱処理方法を提供することである。
　本発明の一態様によれば、
　連続した扁平状の被処理物を熱処理室内で水平方向に移送させながら連続的に熱処理する横型熱処理装置であって、
　熱処理室の被処理物送入口と送出口とに、それぞれ、排気ファンが接続されたシール室が連接され、前記シール室は、被処理物がシール室を水平方向に通過可能に構成され、
　各シール室の被処理物送入口および送出口のうちの熱処理室と反対側に位置する開口に、断面が矩形状である通路が連接され、前記通路は、被処理物が通路を水平方向に通過可能に構成され、
　シール室被処理物送入口に連接された通路の被処理物送入口が、前記熱処理装置の被処理物送入口であり、かつ、シール室被処理物送出口に連接された通路の被処理物送出口が、前記熱処理装置の被処理物送出口であり、
　各通路の上下の位置に、気体を噴出する一対のノズルが設けられ、
　各ノズルの気体噴出口は矩形状であり、
　各通路において、この通路に設けられた一対のノズルは、この通路の上下方向の中心に向かって、かつ、この通路が有する熱処理装置の被処理物送入口もしくは被処理物送出口に向かって気体を噴出し、
　各通路において、この通路に設けられた各ノズルの気体噴出口は、この通路の被処理物の送入口および送出口の長辺方向と平行であり、かつ、前記長辺の長さと等しい長さを有し、かつ、
　各通路において、この通路に設けられた一対のノズルの気体噴出口と、この通路が有する熱処理装置の被処理物送入口もしくは被処理物送出口との間の距離ｄと、この通路の高さＤｎとが
２≦ｄ＜０．７５Ｄｎ
を満たす
横型熱処理装置が提供される。
　各通路において、前記距離ｄが、１５ｍｍ以上であることが好ましい。
　各通路において、前記ノズルの開口幅Ｗｎが０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下であり、前記通路の高さＤｎが２０ｍｍ以上７８ｍｍ以下であることが好ましい。
　鉛直方向の複数の位置においてそれぞれ被処理物を水平方向に移送可能なように、鉛直方向の複数の位置にそれぞれ前記通路が設けられ、
　前記シール室は、各通路に対応して区画されていることができる。
　前記ノズル毎に気体の噴出し量が調節可能な気体流量調節機構を有することが好ましい。
　前記通路が、上側の通路部材と下側の通路部材と側面部材によって形成され、
上側および下側の通路部材のそれぞれが、ノズルを隔てて、二つの部材を有し、
前記二つの部材が、これら二つの部材の間にノズル間隙を決めるスペーサー部材を挟んで一体化されることができる。
　前記二つの部材および前記スペーサー部材が着脱自在であることが好ましい。
　横型熱処理装置が、炭素繊維前駆体繊維束を熱処理する熱処理炉であることができる。
　本発明の別の態様により、
　炭素繊維前駆体繊維束を横型熱処理装置で熱処理して、耐炎化繊維束を製造する、耐炎化繊維束の製造方法であって、
　前記横型熱処理装置が、連続した扁平状の被処理物を熱処理室内で水平方向に移送させながら連続的に熱処理する横型熱処理装置であり、
　熱処理室の被処理物送入口と送出口とに、それぞれ、排気ファンが接続されたシール室が連接され、前記シール室は、被処理物がシール室を水平方向に通過可能に構成され、
　各シール室の被処理物送入口および送出口のうちの熱処理室と反対側に位置する開口に、断面が矩形状である通路が連接され、前記通路は、被処理物が通路を水平方向に通過可能に構成され、
　シール室被処理物送入口に連接された通路の被処理物送入口が、前記熱処理装置の被処理物送入口であり、かつ、シール室被処理物送出口に連接された通路の被処理物送出口が、前記熱処理装置の被処理物送出口であり、
　各通路の上下の位置に、気体を噴出する一対のノズルが設けられ、
　各ノズルの気体噴出口は矩形状であり、
　各通路において、この通路に設けられた一対のノズルは、この通路の上下方向の中心に向かって、かつ、この通路が有する熱処理装置の被処理物送入口もしくは被処理物送出口に向かって気体を噴出し、
　各通路において、この通路に設けられた各ノズルの気体噴出口は、この通路の被処理物の送入口および送出口の長辺方向と平行であり、かつ、前記長辺の長さと等しい長さを有し、かつ、
　各通路において、この通路に設けられた一対のノズルの気体噴出口と、この通路が有する熱処理装置の被処理物送入口もしくは被処理物送出口との間の距離ｄと、この通路の高さＤｎとが
２≦ｄ＜０．７５Ｄｎ
を満たす
横型熱処理装置であり；かつ、
－　前記排気ファンを用いて各シール室を負圧にすること、
－　各通路において、この通路に設けられた各ノズルの、この通路の被処理物の送入口および送出口の長辺１ｍ当たりの気体噴出量をＶ（ｍ3／ｈ）と表し、この通路に連接されたシール室内のゲージ圧をＰ（Ｐａ）と表したとき、
Ｖ≦－３０×Ｐ＋２１
が満たされるように、各ノズルから気体を噴出させること、
を含む、耐炎化繊維束の製造方法が提供される。
　各通路からシール室に流入する気体の流速Ｖｏを、０．１ｍ／秒以上０．５ｍ／秒以下にすることが好ましい。
　各ノズルから噴出する気体の噴出速度Ｖｓを、３ｍ/ｓ以上３０ｍ/s以下にすることが好ましい。
　本発明の別の態様によれば、
　上述の耐炎化繊維束の製造方法によって耐炎化繊維束を製造する工程、および、前記耐炎化繊維束を炭素化する工程、を有する炭素繊維束の製造方法が提供される。
　本発明の更に別の態様によれば、
　上述の横型熱処理装置を用いて、連続した扁平状の被処理物を連続的に熱処理する熱処理方法が提供される。
　本発明によれば、被処理物に向けて吹き付けるエアーカーテン用の気体の量を削減しても、分解ガス等のシール室内の分解ガスが外部へ漏出することを防止できる熱処理装置が提供される。
　また、このような熱処理装置を用いる、耐炎化繊維束の製造方法、炭素繊維束の製造方法、および熱処理方法が提供される。
本発明の実施の形態における熱処理装置の全体構成の一例を示す概略構成図である。 本発明の実施の形態におけるエアーカーテン手段の概略断面図である。 エアーカーテン手段のノズル部の分解斜視図である。 実施例で用いた試験装置の全体構成を示す概略断面図である。 横軸をノズル噴出風速Ｖｓ、縦軸をシール室内圧とした、噴出速度Ｖｓとシール室内圧との関係を表すグラフである。 横軸をノズル１０ａ，１０ｂと送入口１１との距離ｄ、縦軸をシール室内圧とした、距離ｄ、噴出速度Ｖｓおよびシール室内圧との関係を表すグラフである。 実施例で行ったシミュレーション用の熱処理装置の構成図である。
　以下、本発明の横型熱処理装置の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ここでは、横型熱処理装置として、横型耐炎化炉を例に説明する。すなわち、連続した偏平状の被処理物が、炭素繊維前駆体繊維束であり、横型熱処理装置が炭素繊維前駆体繊維束を耐炎化する耐炎化炉である場合について説明する。
　なお、本明細書において、「上流」および「下流」はそれぞれ、被処理物の移送方向についての上流および下流を意味する。
　図１に示すように、熱処理装置（横型耐炎化炉）１は、熱処理室２と、熱処理室にそれぞれ連接されたシール室４、４と、シール室４、４にそれぞれ連接された断面が矩形状の通路１９、１９’と、を有する。通路１９、シール室４（上流側）、熱処理室２、シール室４（下流側）および通路１９’の中をこの順に被処理物が移送できるよう構成されている。通路１９の入口（上流側の開口）が熱処理装置の被処理物入口（熱処理装置送入口１１）であり、通路１９’の出口（下流側の開口）が熱処理装置の被処理物出口（熱処理装置送出口１１’）である。つまり、各通路は、熱処理装置の被処理物送入口（１１）および熱処理装置の被処理物送出口（１１’）のうちのいずれか一方のみを有する。
　熱処理装置１は箱型の熱処理室２を備えている。熱処理室２には熱処理室内部に熱風を循環させる図示しない熱風循環装置が連結されている。この熱風により、被処理物を加熱して熱処理を行うことができる。この熱処理装置は、炭素繊維の場合を例にすると、例えばポリアクリロニトリル系繊維からなる前駆体繊維に熱処理室内で連続的に熱処理を施すものである。この際、前駆体繊維の酸化反応によって熱処理室内にシアン化合物、アンモニア、及び一酸化炭素等の分解ガスが発生する。この分解ガスは、回収して燃焼処理などのガス処理をする必要がある。
　熱処理室２には排気口２０が設けられている。排気口２０は排気路２１を介してファン１４に接続されている。排気路２１の途中には、例えばバルブ等の流量調節機構１３が設けられている。ファン１４は外部の図示しないガス回収処理装置に接続されている。
　（シール室）
　熱処理室２の上流側および下流側（図示左右両側）の外壁（互いに対向する二つの側壁）３，３には、炉内で発生した分解ガスが熱処理装置の前駆体繊維束の送入／送出口から熱処理装置外に漏出することを防止するために、室内を負圧にし、分解ガスを回収するシール室４，４がそれぞれ連設されている。シール室は箱形とすることができる。
　シール室４，４の外壁５，５（上流側の箱形シール室の上流側の側壁、および、下流側の箱形シール室の下流側の側壁）には被処理物、例えばポリアクリロニトリル系繊維束からなる前駆体繊維束Ａを送入／送出するためのスリット状の開口（シール室に被処理物を送入するための開口であるシール室外壁送入口７、シール室から被処理物を送出するための開口であるシール室外壁送出口７’）がそれぞれ設けられている。同様に、熱処理室外壁３，３にもシール室外壁送入口７およびシール室外壁送出口７’にそれぞれ対応して送入口６，送出口６’が設けられている。
　すなわち、シール室４、４は熱処理室２の被処理物入口（送入口６）側および出口（送出口６’）側にそれぞれ設けられている。
　被処理物としては、図面奥行き方向に幅を有する長尺のシート状物を用いることができる。被処理物が炭素繊維前駆体繊維束である場合、図面奥行き方向に前駆体繊維を複数本並べ、全体としてシート状に揃えてシート状物として熱処理装置に供給することができる。
　シール室４，４の内部には、シール室４，４をそれぞれ上下方向に三つの別々の区画４ａ，４ｂ，４ｃに分割する仕切り板１２が設けられている。また、シール室４，４は排気口１５，１５を備え、排気路２２，２２を介して排気ファン１７，１７に接続されている。排気路２２，２２の途中には、例えばバルブ等の流量調節機構１６がそれぞれ設けられている。排気口１５は区画４ａ，４ｂ，４ｃに各々設けられている。
　前記熱処理装置にあっては、前記シール室４、４をそれぞれ仕切り板１２により区画することで（さらには各区画ごとに排気口１５および流量調節機構１６を設けることで）、各区画の圧力がそれぞれに適宜調整でき、熱処理室内とシール室の各区画内の圧力差を個別に制御でき、熱処理室の内外での浮力差の影響による同熱処理室への外気の流入や、同熱処理室からの熱風の流出を制御することができる。
　熱処理装置が、鉛直方向の相異なる複数の位置においてそれぞれ被処理物を水平方向に移送可能なように構成されている場合において特に、シール室を区画することが有効である。このような場合、鉛直方向の相異なる複数の位置にそれぞれ通路（１９、１９’）を設けることができる。このとき、鉛直方向の相異なる複数の位置に設けられた各通路に対応して、シール室を区画することができる。図１に示す熱処理装置は、鉛直方向の相異なる三つの位置において被処理物を水平方向に移送可能に構成され、熱処理装置の上流側および下流側のそれぞれにおいて、通路が三つ設けられ、これに対応してシール室が三つに区画されている。
　また、各シール室の内部圧力と熱処理室の内部圧力とを比較して、排気ファンの回転数、すなわち排気量を調整する排気調整機構を用いることができる。また、これを自動化するため内部圧力の変化を検出する手段、同検出手段による検出信号により上記排気調整機構の排気量を調整する制御部を備えることもある。
　一般に、前記熱処理室内の圧力と熱処理室外の圧力（外気の圧力）との圧力差は、気体温度の違いにより生ずる前記熱処理室内外の浮力差の影響で、熱処理室の高さ方向に変化する。即ち、熱処理室の上部では熱処理室内外における圧力差が大きく、熱処理室の下部では内外の圧力差が小さくなる。
　（エアーカーテン手段）
　シール室外壁送入口７を挟むように上下に一対の加圧室９ａ，９ｂが設けられている。また、シール室外壁送出口７’を挟むように上下に一対の加圧室９ａ，９ｂが設けられている。加圧室は、熱処理装置外の空気が供給されることで加圧される箱型の室である。全ての上流側加圧室に図２に示す単一の給気ダクト２３（加圧室の各対に給気するための分岐管を有する）が接続され、さらに共通給気路（図示しない）を介して給気ファン（図示しない）に接続されている。また、全ての下流側加圧室においても別の単一の供給ダクトが接続され、さらに共通給気路（図示しない）を介して給気ファン（図示しない）に接続されている。なお、ここでは加圧室に供給する気体（およびエアーカーテン手段のノズルから噴出させる気体）として空気、特には熱処理装置外の空気を例にして説明するが、空気以外の気体を用いることもできる。
　前記通路は、各シール室の被処理物入口側および出口側のうちの熱処理室と反対側に位置する側（通路１９は上流側シール室の送入口７側、通路１９’は下流側シール室の送出口７’側）に設けられる。より具体的には、シール室外壁送入口７からさらに外側（上流側）に向かって熱処理装置送入口１１まで伸びる、被処理物（前駆体繊維束Ａ）を送通させる通路１９が設けられる。また、シール室外壁送出口７’からさらに外側（下流側）に向かって熱処理装置送出口１１’まで伸びる、被処理物を送通させる通路１９’が設けられる。
　各通路の上下の位置（加圧室９ａ、９ｂ）に、通路の上下方向の中心に向かって、かつこの通路の被処理物入口および出口のうちのシール室と反対側に位置する開口（通路１９では熱処理装置送入口１１、通路１９’では熱処理装置送出口１１’）に向かって空気を噴出する、一対の矩形状のノズルが設けられており、ノズル毎に気体の噴出し量が調整可能な気体流量調節機構（例えば流量調節弁）が設けられている。具体的には、通路１９の前駆体繊維束Ａを挟んだ上下の位置に、熱処理装置外から熱処理装置内へ流入する外気流量を抑制するため、通路の上下方向の中心に向かって、かつ熱処理装置送入口１１の開口に向かって空気を噴出する一対のスリット状のノズル１０ａ，１０ｂ（エアーカーテン手段のノズル）が設けられる。また、通路１９’の前駆体繊維束Ａを挟んだ上下の位置にも、熱処理装置外から熱処理装置内へ流入する外気流量を抑制するために、通路の上下方向の中心に向かって、かつ熱処理装置送出口１１’の開口に向かって空気を噴出する一対のスリット状のノズル１０ａ’，１０ｂ’（エアーカーテン手段のノズル）が設けられている。なお、本明細書において、「ノズル」は断面が矩形状の気体流路（例えば空気通路）を指す。
　上流側の加圧室９ａ，９ｂ、ノズル１０ａ，１０ｂおよび通路１９により、シール室外壁送入口７の外側（上流側）に、熱処理装置外の空気を吹き付け外気の流入を抑制するエアーカーテン手段８（上流側）が構成されている。また下流側の加圧室９ａ，９ｂ、ノズル１０ａ’，１０ｂ’および通路１９’により、シール室外壁送出口７’の外側（下流側）にエアーカーテン手段８（下流側）が構成されている。ノズル１０ａ，１０ｂならびに１０ａ’，１０ｂ’は、被処理物の移送方向に直角な方向（図１および２における紙面奥行き方向）に延在する。
　各通路において、前記ノズルは、通路の被処理物の送入口および送出口の長辺方向と平行であり、前記長辺の長さと等しい長さを有する。つまり各通路において、その通路の送入口および送出口は矩形（通路の断面と同一の矩形）であり、通路入口および出口の長辺（図１において紙面奥行き方向の辺）は互いに平行であり、これら長辺と平行にノズル（特にはノズルの気体噴出口の長辺）が配置される。通路入口および出口の長辺は互いに等しい長さを有し、通路入口および出口の長辺とノズルの長さ（特にはノズルの気体噴出口の長辺の長さ）とが等しい。
　通路１９に関して具体的に言えば、熱処理装置送入口１１およびシール室外壁送入口７はいずれも矩形（通路１９の断面と同一の矩形）であり、かつ送入口１１および送入口７の長辺は互いに平行である。送入口１１および送入口７の長辺に対して、ノズル１０ａおよび１０ｂ（特にはこれらノズルの気体噴出口の長辺）がいずれも平行に配置される。送入口１１および送入口７の長辺は互いに等しい長さを有し、ノズル１０ａおよび１０ｂの長さ（特にはこれらノズルの気体噴出口の長辺の長さ）はいずれも、送入口１１および送入口７の長辺の長さと等しい。通路１９’についても同様である（この場合、通路１９に関する上記説明において、熱処理装置送入口１１を熱処理装置送出口１１’に、シール室外壁送入口７をシール室外壁送出口７’に、ノズル１０ａおよび１０ｂをそれぞれノズル１０ａ’および１０ｂ’に読み替える）。
　前記シール室は負圧とし、前記ノズルから、気体を噴出させる。この噴出の方向は、通路の上下方向の中心に向かい、かつ前記通路の被処理物送入口および送出口のうちのシール室と反対側に位置する熱処理装置送入口もしくは熱処理装置送出口に向かう方向である。また、この際、通路の被処理物の送入口および送出口の長辺方向と平行に、前記長辺の長さに渡って、均一に気体を噴出することが好ましい。通路断面の長辺方向１ｍ当たりの前記ノズルから噴出する気体の噴出量Ｖ（ｍ3／ｈ）と、その通路に連接されたシール室の圧力Ｐ（Ｐａ）とが、下記式
Ｖ≦－３０×Ｐ＋２１
を満たすことが、ノズルから噴出す気体の噴出量を減らして、シール室への気体流入量を制御することができるので好ましい。なお、特に断りのない限り圧力はゲージ圧で表す。気体噴出量Ｖは、通路断面の長辺方向１ｍあたりの噴出量であるため、厳密にはその単位は「ｍ3／ｈ／ｍ」であるが、簡単のため「ｍ3／ｈ」を用いている。
　なお前記シール室は負圧とし、通路断面の長辺方向１ｍ当たりのノズルから噴出す気体の噴出量Ｖ（ｍ3／ｈ）は２１ｍ3／ｈ以上が好ましい。
　このようにノズルから気体を噴出すことで、熱処理装置外から熱処理装置内へ流入する外気流量を、通路の長辺方向において均一に制御することができる。
　また前記ノズルから噴出す気体の噴出速度Ｖｓは、３ｍ/ｓ以上３０ｍ/s以下が好ましい。噴出速度Ｖｓが、３ｍ/ｓ以上であれば、熱処理装置の外部から内部へ流入する外気流量を、通路の長辺方向において均一に制御しやすい。噴出速度Ｖｓが、３０ｍ/ｓ以下であれば、被処理物がバタつき、被処理物同士の摩擦や装置間での摩擦により品質が低下することを低減しやすくなる。コスト低減の観点から噴出速度Ｖｓは１５ｍ／ｓ以下が好ましく、１０ｍ／ｓ以下がより好ましく、５ｍ／ｓ以下がさらに好ましい。
　前記通路からシール室４に導入される気体の流速は、０．１ｍ／秒以上０．５ｍ／秒以下であることが好ましい。導入される気体の流速が、０．１ｍ／秒以上であれば、熱処理装置の外部から内部へ流入する外気流量を、通路の長辺方向において均一に制御しやすくなり、０．５ｍ／秒以下であれば、外気流入による排気ガスの増大を抑えやすくなる。
　(エアーカーテン手段ノズル位置)
　各通路において、一対のノズルの気体噴出口と、シール室と反対側に位置するその通路の開口（熱処理装置送入口または熱処理装置送出口）との間の距離ｄとし、通路高さをＤｎとしたとき、２≦ｄ＜０．７５Ｄｎが満足されることが好ましい。２≦ｄ＜０．７５Ｄｎを満たすと、ノズルから噴出す気体の噴出量を少なくしても、シール室への気体流入量を制御することが容易である。具体的には、シール室内からのガス（例えば分解ガス）の漏出を防止する観点から、また、外部から流入する気体を抑制し、気体噴出口から噴出する気体の量を低減する観点から、上流側の一対のノズル１０ａ，１０ｂの気体噴出口と熱処理装置送入口１１との距離、及び、下流側の一対のノズル１０ａ’，１０ｂ’の気体噴出口と熱処理装置送出口１１’との距離は、それぞれ、２ｍｍ以上が好ましく、７ｍｍ以上がより好ましく、１５ｍｍ以上が更に好ましい。また、ｄ＜０．７３Ｄｎがより好ましく、ｄ＜０．７０Ｄｎが更に好ましい。なおここでは、熱処理装置送入口１１とノズル１０ａの空気噴出口との間の距離と、熱処理装置送入口１１とノズル１０ｂの空気噴出口との間の距離は、等しいものとする（これは好ましいが、これに限定はされない）。また、熱処理装置送出口１１’とノズル１０ａ’の空気噴出口との間の距離と、熱処理装置送出口１１’とノズル１０ｂ’の空気噴出口との間の距離は、等しいものとする（これは好ましいが、これに限定はされない）。送入口側の距離と、送出口側の距離は、互いに独立して決めることができる。
　また、前記通路の高さＤｎは、２０ｍｍ以上７８ｍｍ以下が好ましい。通路高さＤｎが２０ｍｍ以上であれば被処理物と通路とが接触しにくく、品質低下を低減しやすくなり、７８ｍｍ以下であれば、設備の大型化を抑制し、投資費用を抑制しやすくなり。
　前記ノズルの開口幅Ｗｎは０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下が好ましい。開口幅Ｗｎが０．５ｍｍ以上であればノズルクリアランスの確保ができ易くなり、３ｍｍ以下であればノズル噴出し流量を低減でき、噴出し風速制御がし易くなる。ここで、ノズル開口幅Ｗｎは、図４に示すように、ノズル内を流通する気体の流れ方向に垂直な面に、ノズルの開口を投影した場合の、投影された開口の幅（図４における紙面に平行な面における長さ）として定義される。
　（ノズル構造）
　図２において、加圧室９ａ，９ｂは給気ダクト２３から熱処理装置外の空気が供給されることで加圧される。また、エアーカーテン手段８の加圧室９ａに設けられたノズル１０ａは上側通路部材（前部材）２４と上側通路部材（後部材）２５によって形成される。同様に加圧室９ｂに設けられたノズル１０ｂは下側通路部材（前部材）２４’と下側通路部材（後部材）２５’によって形成される。
　熱処理装置送入口１１から送入された被処理物が送通する通路は、上側通路部材と、下側通路部材と、側面部材とによって形成され、上側通路部材と下側通路部材によって挟まれる。上側および下側の通路部材のそれぞれが、図３に示すようにノズルを隔て、二つの部材（上側通路部材については前部材２４および後部材２５、下側通路部材については前部材２４’および後部材２５’）で形成される。同様に熱処理装置送出口１１’から送出された被処理物が送通する通路も、上側通路部材と、下側通路部材と、側面部材とによって形成され、上側および下側の二つの通路部材によって挟まれる。前記二つの部材（前部材および後部材）を、両部材の間にノズル間隙を決めるスペーサー部材３０を挟んで、図示しないボルト等の取り外し可能な係止具によって一体化する（固定する）ことができる。
　このような組み立て構造にすることで、製作費を低減させることができる。またノズル部を分解することが可能となり、メンテナンス作業が行いやすくなる。
　なお、前部材は、その位置を固定するために、被処理物に直角な方向（図２における紙面奥行き方向）に延在する板によって構成される前部材固定用レール２６によってエアーカーテン手段に固定される。後部材は、その位置を固定するために、被処理物に直角な方向（図２における紙面奥行き方向）に延在する二枚の平行に設置された板（後部材固定用レール２７）の二枚の板の間の間隙によってエアーカーテン手段に固定される。
　次に、この実施の形態の作用について説明する。
　図１に示すように、複数の前駆体繊維束Ａが紙面に垂直方向に平行に揃えられた状態で熱処理装置１の図示左側のシール室４の最上段の熱処理装置送入口１１から熱処理装置（特には送入側のエアーカーテン手段８）に送入される。次いで、前駆体繊維束はシール室４の外壁５のシール室外壁送入口７及び熱処理室２の外壁３の送入口６を通過し、熱処理室２の対向する外壁３の送出口６’から送出される。さらに、前駆体繊維束Ａは熱処理室２に連接されたシール室４の外壁５の送出口７’を通過し、エアーカーテン手段８（送出側）を通過して熱処理装置１の外部に送出される。熱処理装置１の外部に送出された前駆体繊維束Ａは熱処理装置の外部に設けられたロール１８に巻き掛けられるようにして折り返され、送出された送出口７’の一つ下の送入口から、再び熱処理装置１内部に送入される。
　再び熱処理装置１内部に送入された前駆体繊維束Ａは、逆向きに同様の経路を経て熱処理装置１の外部に送出され、熱処理装置１外部のロール１８に再び巻き掛けられ折り返される。このように、前駆体繊維束Ａはロール１８によって熱処理装置１の外部で繰り返し折り返されながら、熱処理装置１に繰り返し送入、送出され、蛇行するようにして熱処理装置１の内部を通過する。このとき、前駆体繊維束Ａにはロール１８の回転とロール１８表面の摩擦によって動力が与えられ、図１の矢印Ｘ方向に連続的に送り出されている。
　一方、熱処理室２の内部には図示しない熱風循環装置によって熱風が循環し、例えば２００℃～３００℃の温度に保たれている。したがって、熱処理室２内部に連続的に繰り返し送入された前駆体繊維束Ａは、熱処理室２内で徐々に熱処理されていく。この際、前駆体繊維束Ａの酸化反応によって熱処理室２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。熱処理室内のガスは排気ファン１４によって送出され、外部のガス回収処理装置によって回収され処理される。また、発生した分解ガスの、熱処理室２に設けられた排気口２０からの排気量の調整は、例えばバルブ等の流量調節機構１３により行うことができる。
　また、シール室４，４の内部は、排気ファン１７，１７によって内部の気体を吸引することで負圧となっている。また、熱処理室２内部には加熱されることによって上部が高圧で下部が低圧となる上下方向の圧力分布が生じる。ここで、シール室４，４の各区画４ａ，４ｂ，４ｃ内の圧力を、熱処理室２内の上下方向の圧力分布に応じて、シール室４，４内から熱処理室２内への気体の流入、または熱処理室２内からシール室４，４内への気体の流出を最小限にし、かつシール室４，４の送入口７、送出口７’から外部へのシール室４，４内の気体の流出を防止することができる圧力に調整する。
　また、負圧となったシール室４，４内への外気の流入を抑制するために、熱処理装置１外部の空気をエアーカーテン手段８の上下の加圧室９ａ，９ｂに供給し、ノズル１０ａおよび１０ｂ，ノズル１０ａ’および１０ｂ’からシール室４，４の外側でかつ前駆体繊維束Ａに向かって空気を噴出することによってエアーカーテンを形成する。このとき、ノズル１０ａおよび１０ｂからは、送入口１１に向かって空気を噴出する。また、ノズル１０ａ’および１０ｂ’からは、送出口１１’に向かって空気を噴出する。
　この際ノズル１０ａ，１０ｂと送入口１１との距離及びノズル１０ａ’，１０ｂ’と送出口１１’との距離ｄ（ｍｍ）が２≦ｄ＜５０が好ましく、１５≦ｄ≦３０がより好ましい。距離ｄを上記範囲にすると、シール室内からの分解ガスの漏出を確実に防止することができると共に、シール性を確保するためのノズル吹き出し空気量を削減することができる。なお、ここではノズル１０ａと送入口１１との距離，ノズル１０ｂと送入口１１との距離、ノズル１０ａ’と送出口１１’との距離，ノズル１０ｂ’と送出口１１’との距離はいずれも等しいものとする。
　ノズル１０ａは上側通路部材（前部材）２４と上側通路部材（後部材）２５によって形成される。同様に加圧室９ｂに設けられたノズル１０ｂは下側通路部材（前部材）２４’と下側通路部材（後部材）２５’によって形成される。
　図３に示すように上側および下側の通路部材のそれぞれが、ノズルを隔て、二つの部材で形成される。前記二つの部材を、両部材の間にノズル間隙を決めるスペーサー部材３０を挟んで、図示しないボルト等の取り外し可能な係止具によって一体化する（固定する）ことができる。これは製作コストの低減を図ると同時にノズル部の清掃作業やメンテナンス作業を行いやすいからである。
　上下均一に分配された空気はノズル１０ａ、１０ｂの先端の上下の噴出口から略等しい噴出速度Ｖｓで噴出され、前駆体繊維束Ａに上下から衝突するエアーカーテンを形成する。ここで、各エアーカーテン手段８のノズル１０ａ，１０ｂから噴出する空気の噴出速度Ｖｓを、シール室４，４の区画４ａ，４ｂ，４ｃ内の圧力に応じ、シール室４から外部へ気体が流出しない噴出速度に調整する。ノズル１０ａ’、１０ｂ’に関しても、同様である。
　本発明によれば、シール性を確保するためのノズル吹き出し空気量を削減することができ、エアーカーテンシール装置への送風手段の負荷を低減することが可能である。
　炭素繊維前駆体繊維束を上述の横型熱処理装置で熱処理して、耐炎化繊維束を製造することができる。
　また、このような耐炎化繊維束の製造方法によって耐炎化繊維束を製造し、得られた耐炎化繊維束を炭素化することによって、炭素繊維束を製造することができる。
　以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれによって限定されるものではない。
　ここでは、解析ソフトを用いて様々な条件でシミュレーションを行い最適なエアーカーテンの構造を導き出した。
　まずは大気からシール室内までガスの流れに着目し、エアーカーテン装置を設けたモデルについてシミュレーションを行った。解析手法は数値流体解析(ＣＦＤ法)を用い、解析ソフトとしてはＧＡＭＢＩＴ(商品名。アンシス・ジャパン株式会社。メッシュおよび形状作成用)及びＦＬＵＥＮＴ(商品名。アンシス・ジャパン株式会社。解析用)を用いた。
　またメッシュ数を約１５０万メッシュとし、約３時間/ＣＡＳＥの計算時間でシミュレーションを行った。
　図７は、ここで用いたモデルを説明するための図である。このモデルでは、シール室（シール室を模擬する箱）１０１に、エアーカーテンの通路（エアーカーテンの通路を模擬する流路）１０２が接続され、この通路は熱処理装置の外部（外部を模擬する領域）１０４に開口する。通路１０２の上部および下部にそれぞれエアーカーテンのノズル（ノズルを模擬する流路）１０３ａおよび１０３ｂが設けられる。ノズルの水平面に対する角度θはそれぞれ３０°とした。シール室１０１の、通路１０２とは反対側には、熱処理室入口１０５が設けられる。
　シミュレーションの条件としては、気体は空気とし、基準圧力を、絶対圧で１０１３２５Ｐａ（大気圧）とし、空気温度は２５℃とし、熱処理装置外部への流出条件は自由流出とした。
　熱処理装置送入口１１とノズル１０ａおよび１０ｂの気体噴出口との距離（モデルでは、通路１０２の熱処理装置外部への開口と、ノズル１０３ａおよびｂの気体噴出口との間の距離）ｄを２～７０ｍｍ、通路高さ（モデルでは、通路１０２の高さ）Ｄｎを１０～８０ｍｍ、ノズルの開口幅（モデルではノズル１０３ａおよびｂの開口幅）Ｗｎを０．５～５ｍｍの範囲で変化させて計算を実施した。
　［実施例１］
　距離ｄを１０ｍｍとし、通路高さＤｎを２０ｍｍとし、ノズル開口幅Ｗｎを１．１ｍｍとし、シール室内圧力Ｐを－０．５Ｐａ、ノズルの気体噴出口からの気体噴き出し風速Ｖｓを３ｍ／ｓとし、シール室内への気体流入速度Ｖoを計算した。各条件およびシール室内流入速度を表１に示す。なお、表１、２および４においては、前記距離ｄは「送入口１１とノズルとの距離」と表示され、前記通路高さＤｎは「開口高さ」と表示されている。
　［実施例２］
　距離ｄを２０ｍｍとし、通路高さＤｎを３０ｍｍとした以外は実施例１と同様にして計算した。
　［実施例３］
　距離ｄを２５ｍｍとし、通路高さＤｎを４０ｍｍとした以外は実施例１と同様にして計算した。
　［実施例４］
　距離ｄを５０ｍｍとし、通路高さＤｎを７０ｍｍとした以外は実施例１と同様にして計算した。
　［実施例５］
　ノズル噴き出し風速Ｖｓを４．５ｍ/ｓとした以外は実施例４と同様にして計算した。
　［比較例１］
　距離ｄを１５ｍｍとし、通路高さＤｎを２０ｍｍとした以外は実施例１と同様にして計算した。この時、シール室内への空気流入速度を０．１ｍ／ｓ以上に制御できない、またはシール室内から熱処理装置外部への気体吹き出しが確認された。実施例ではこのような吹き出しは無かった。
　［比較例２］
　距離ｄを２５ｍｍとし、通路高さＤｎを３０ｍｍとした以外は実施例１と同様にして計算した。比較例１同様、シール室内への空気流入速度を０．１ｍ／ｓ以上に制御できない、または吹き出しが確認された。
　［比較例３］
　距離ｄを３０ｍｍとし、通路高さＤｎを４０ｍｍとした以外は実施例１と同様にして計算した。比較例１同様、シール室内への空気流入速度を０．１ｍ／ｓ以上に制御できない、または吹き出しが確認された。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 ［実施例６］
　距離ｄを２０ｍｍとし、通路高さＤｎを３０ｍｍとし、ノズル開口幅Ｗｎを１．１ｍｍとし、シール室内の圧力Ｐをそれぞれ－２、－５、－１０Ｐａとした時、シール室内への気体流入速度Ｖｏが０．２ｍ／ｓとなり、通路から熱処理装置の外部に気体が噴出さないようにノズルの気体噴出口からの気体噴き出し速度Ｖｓ（ｍ／ｓ）と、被処理物の幅方向１ｍ当たりのノズルからの気体噴き出し流量Ｖ（ｍ3／ｈ）を計算した。
　［実施例７］
　通路高さＤｎを４０ｍｍとした以外は実施例６と同様にして計算した。
　［実施例８］
　通路高さＤｎを７０ｍｍとした以外は実施例６と同様にして計算した。
　［実施例９］
　通路高さＤｎを８０ｍｍとした以外は実施例６と同様にして計算した。
　［実施例１０］
　ノズル開口幅Ｗｎを０．５ｍｍとした以外は実施例７と同様にして計算した。
　［実施例１１］
　ノズル開口幅Ｗｎを２ｍｍとした以外は実施例７と同様にして計算した。
　［実施例１２］
　ノズル開口幅Ｗｎを３ｍｍとした以外は実施例７と同様にして計算した。
　［実施例１３］
　ノズル開口幅Ｗｎを４ｍｍとした以外は実施例７と同様にして計算した。
　［実施例１４］
　ノズル開口幅Ｗｎを５ｍｍとした以外は実施例７と同様にして計算した。
　［比較例４］
　通路高さＤｎを１０ｍｍとした以外は実施例６と同様にして計算した。シール室内圧力－２、－５、－１０Ｐａではノズルの気体噴出口からの気体噴き出し速度Ｖｓ（ｍ／ｓ）を調整し、シール室内への気体流入速度Ｖｏが０．２ｍ／ｓと通路から熱処理装置の外部に気体が噴出さないようにできたが、シール室内圧力－０．５Ｐａと圧力を更に小さくした場合は熱処理装置の外部に気体が噴出することが想定される。
　［比較例５］
　通路高さＤｎを２０ｍｍとした以外は実施例６と同様にして計算した。シール室内圧力－２、－５、－１０Ｐａではノズルの気体噴出口からの気体噴き出し速度Ｖｓ（ｍ／ｓ）を調整し、シール室内への気体流入速度Ｖｏが０．２ｍ／ｓと通路から熱処理装置の外部に気体が噴出さないようにできたが、シール室内圧力－０．５Ｐａと圧力を更に小さくした場合は熱処理装置の外部に気体が噴出することが想定される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　以下の実験では図１に示す実際の熱処理炉１に替えて、図４に示す熱処理室２を有さない模式的な構造の試験装置１００を用いて、気体噴出速度（ノズル１０ａおよび１０ｂから空気が噴出する速さ）Ｖｓ、ノズル１０ａ，１０ｂの気体噴出口と熱処理装置送入口１１との距離ｄ、およびシール室外壁送入口７からのシール室への気体流入速度Ｖｏの測定を行った。送入口６、シール室４のシール室外壁送入口７はそれぞれ、開口長さ２０００ｍｍ（図面奥行き方向の長さ）、開口高さを４０ｍｍとした（したがってＤｎ＝４０ｍｍ）。ノズル１０ａ，１０ｂの開口部は開口長さ２０００ｍｍ（図面奥行き方向の長さ）、開口幅Ｗｎを１．１ｍｍとした。ノズル１０ａ，１０ｂの水平面に対する角度θはそれぞれ３０°とした。
　また、シール室外壁送入口７からシール室４に気体が流入するか、あるいはシール室から送入口７を経て気体が流出するかについては、ガステック社製スモークテスターを用い、煙の流れる方向を観察して確認した。また、ノズル噴出速度Ｖｓはカノマックス社製アネモマスター６０７１風速計（商品名）を用いて測定した。
　また、気体流入速度Ｖｏは、直接測定することが困難なので、カノマックス社製アネモマスター６０７１風速計（商品名）を用いて、排気ファン１７による排気量及び送入口６からの流入量を測定し、その差より算出した。シール室４内の圧力は山本電気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。
　エアーカーテン手段８のノズル１０a、１０ｂの気体噴出口から噴出される空気は、図示しない給気ファンから供給される。エアーカーテン手段８の各ノズル噴出速度Ｖｓにおいて、排気ファン１７にてシール室内を負圧にし、紙面手前側と紙面奥側の二箇所に設置したマノスターゲージにてシール室４の内圧を測定した。この時、シール室外壁送入口７においてスモークテスターを用い、煙の流れる方向を観察し、炉幅方向（紙面手前側から紙面奥側）まで全幅においてシール室４からの気体の流出がないよう、ノズル１０a,１０ｂの気体噴出口からのノズル噴出速度を調整した。各シール室内圧に適切なノズル噴出速度Ｖｓとの関係の一例を下記の表３および図５に示す。なお、シール室内圧（単位Ｐａ）はゲージ圧で表す。表３に示す例を求めた際の、ノズル１０ａ、１０ｂの気体噴出口と熱処理装置送入口１１との距離ｄは２０ｍｍであった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表３および図５よりシール室４の内圧が低いほど、ノズル噴出速度Ｖｓを大きくする必要があることが分かる。
　ここで、さらにノズル１０ａ，１０ｂの気体噴出口から噴出する空気の噴出速度Ｖｓに応じて、ノズル１０ａ，１０ｂの気体噴出口と熱処理装置送入口１１との距離ｄを調整する。
　［実施例１５］
　前述の実験と同様、本実験では、図４に示す模式的な構造の試験装置１００を用いた。ノズル１０ａの気体噴出口と熱処理装置送入口１１との距離，ノズル１０ｂの気体噴出口と熱処理装置送入口１１との距離をいずれも２ｍｍとし（ｄ＝２ｍｍ）、ノズルへの給気量を変えることによりノズル噴出風速Ｖｓを５．２、９．９６、１４．８ｍ／ｓの３条件に設定した。各ノズル噴出風速条件で、シール室外壁送入口７においてスモークテスターを用い、煙の流れる方向を観察し、炉幅方向（紙面手前側から紙面奥側）まで全幅においてシール室４からの気体の流出がないよう、排気ファン１７を調整し、シール室４の内圧をマノスターゲージにて測定した。前述の実験と同様に、Ｄｎは４０ｍｍ、Ｗｎは１．１ｍｍ、熱処理室外壁送入口６、シール室外壁送入口７の開口長さは２０００ｍｍ、ノズル開口部の開口長さも２０００ｍｍ、ノズルの水平面に対する角度θはいずれも３０°とした。
　［実施例１６］
　ノズル１０ａ，１０ｂの気体噴出口と熱処理装置送入口１１との距離ｄを５ｍｍとした以外は実施例１５と同様にして測定した。
　［実施例１７］
　距離ｄを１０ｍｍとした以外は実施例１５と同様にして測定した。
　［実施例１８］
　距離ｄを１５ｍｍとした以外は実施例１５と同様にして測定した。
　［実施例１９］
　距離ｄを２０ｍｍとした以外は実施例１５と同様にして測定した。
　［実施例２０］
　距離ｄを２５ｍｍとした以外は実施例１５と同様にして測定した。
　［実施例２１］
　Ｄｎを３０ｍｍ、距離ｄを２０ｍｍとした以外は実施例１５と同様にして測定した。
　［比較例６］
　距離ｄを０ｍｍとした以外は実施例１５と同様にして測定した。この時、ノズルを製作する際、距離ｄを０ｍｍの位置にノズルの噴き出し口を設ける場合は加工が難しく、このため距離ｄを２ｍｍ以上に設定する。
　［比較例７］
　距離ｄを３０ｍｍとした以外は実施例１５と同様にして測定した。この時、ノズル吹き出し風速（Ｖｓ）５．２ｍ／ｓにおいてシール室内圧－１．３５Ｐａ、シール室内への気体流入速度（Ｖｏ）を０．２ｍ／ｓに設定したところ、送入口７の一部から吹き出しが確認された。実施例ではこのような吹き出しは無かった。この例は、ｄ＜０．７５Ｄｎが満たされない場合（この例ではｄ＝０．７５Ｄｎである）、被処理物の移送方向に直角な方向にて炉内ガスの吹き出しが確認される箇所が生じ、シール室４の気体が送入口７から熱処理装置１の外部へ漏出することを示している。
　実施例１５～２１および比較例６、７の結果を表４に示す。また実施例１５～２０および比較例６の結果を図６に示す。
　図６は、ノズル噴出風速Ｖｓを５．２、９．９６、１４．８ｍ／ｓの３条件に設定し、ノズル１０ａ，１０ｂの気体噴出口と熱処理装置送入口１１との距離ｄを調節するための部材３１を交換することにより距離ｄを下記の表４に示すように変化させたときに、気体流入速度Ｖｏ＝０．２ｍ／ｓの目標ライン（被処理物の移送方向に直角な方向にて炉内ガスの吹き出しがない状態を確保するために必要な限界の気体流入速度）を達成することができるシール室内圧と距離ｄとの関係を表している。グラフ中、菱形の点はノズル吹き出し風速Ｖｓ＝５．２ｍ／ｓとしたときのデータを、四角形の点はノズル吹き出し風速Ｖｓ＝９．９６ｍ／ｓとしたときのデータを、三角形の点はノズル吹き出し風速Ｖｓ＝１４．８ｍ／ｓとしたときのデータを表している。
　図６に示すように同ノズル噴出風速において、略０．２ｍ／ｓの目標気体流入速度に調整した時のシール室内圧は、ｄを長くすることによって低下している。これは、同じシール室内圧であれば、よりｄを長くすることによって、より小さいノズル噴出風速で外気流入速度の調整が可能であることを示している。特にｄ＝０の条件では気体流入速度を調整するために必要なノズル噴出風速が大きくなる。表４および図６より同ノズル噴出風速において、０．２ｍ/ｓの目標気体流入速度に調整した時のシール圧は、ｄが２ｍｍ以上の範囲で長くなるにつれて、より低下し、ｄが１５ｍｍ以上の範囲でその傾向がより顕著にみられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　尚、この発明は上述した実施の形態に限られるものではない。例えば、状況に応じて前駆体繊維束を上下方向一段～数十段で移送させることができる。
１：横型熱処理装置
２：熱処理室
３：熱処理室外壁
４：シール室
５：シール室の外壁
６：熱処理室外壁の送入口
６’：熱処理室外壁の送出口
７：シール室外壁送入口
７’：シール室外壁送出口
８：エアーカーテン手段
９ａ、９ｂ：加圧室（上側および下側）
１０ａ、１０ｂ：送入側エアーカーテン用ノズル（上側および下側）
１０ａ’、１０ｂ’：送出側エアーカーテン用ノズル（上側および下側）
１１：熱処理装置送入口
１１’：熱処理装置送出口
１２：仕切り板
１３：流量調節機構
１４：排気ファン
１５：排気口
１６：流量調節機構
１７：排気ファン
１８：ロール
１９：送入側エアーカーテン手段の通路
１９’：送出側エアーカーテン手段の通路
２０：排気孔
２１：排気路
２２：排気路
２３：給気ダクト
２４：上側通路部材（前部材）
２５：上側通路部材（後部材）
２４’：下側通路部材（前部材）
２５’：下側通路部材（後部材）
２６：前部材固定用レール
２７：後部材固定用レール
３０：スペーサー部材
３１：実施例で用いた距離ｄ調節用部材
１００：実施例で用いた試験装置
１０１：シール室
１０２：エアーカーテンの通路
１０３：エアーカーテンのノズル
１０４：熱処理装置外部
１０５：熱処理室入口
Ｐ：シール室内圧力
Ｖｓ：ノズルからの気体噴き出し風速
Ｖｏ：シール室内への気体流入速度
Ａ：前駆体繊維束（束）
Ｘ：前駆体繊維束の移送方向
ｄ：ノズル１０ａ、１０ｂと送入口１１の距離
Ｄｎ：エアーカーテン手段の通路の開口高さ
Ｗｎ：ノズルの開口幅
θ：ノズルの水平面に対する傾斜角度

Claims (13)

  1. 　連続した扁平状の被処理物を熱処理室内で水平方向に移送させながら連続的に熱処理する横型熱処理装置であって、
    　熱処理室の被処理物送入口と送出口とに、それぞれ、排気ファンが接続されたシール室が連接され、前記シール室は、被処理物がシール室を水平方向に通過可能に構成され、
    　各シール室の被処理物送入口および送出口のうちの熱処理室と反対側に位置する開口に、断面が矩形状である通路が連接され、前記通路は、被処理物が通路を水平方向に通過可能に構成され、
    　シール室被処理物送入口に連接された通路の被処理物送入口が、前記熱処理装置の被処理物送入口であり、かつ、シール室被処理物送出口に連接された通路の被処理物送出口が、前記熱処理装置の被処理物送出口であり、
    　各通路の上下の位置に、気体を噴出する一対のノズルが設けられ、
    　各ノズルの気体噴出口は矩形状であり、
    　各通路において、この通路に設けられた一対のノズルは、この通路の上下方向の中心に向かって、かつ、この通路が有する熱処理装置の被処理物送入口もしくは被処理物送出口に向かって気体を噴出し、
    　各通路において、この通路に設けられた各ノズルの気体噴出口は、この通路の被処理物の送入口および送出口の長辺方向と平行であり、かつ、前記長辺の長さと等しい長さを有し、かつ、
    　各通路において、この通路に設けられた一対のノズルの気体噴出口と、この通路が有する熱処理装置の被処理物送入口もしくは被処理物送出口との間の距離ｄと、この通路の高さＤｎとが
    ２≦ｄ＜０．７５Ｄｎ
    を満たす
    横型熱処理装置。
  2. 　各通路において、前記距離ｄが、１５ｍｍ以上である請求項１に記載の横型熱処理装置。
  3. 　各通路において、前記ノズルの開口幅Ｗｎが０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下であり、前記通路の高さＤｎが２０ｍｍ以上７８ｍｍ以下である請求項１または２に記載の横型熱処理装置。
  4. 　鉛直方向の複数の位置においてそれぞれ被処理物を水平方向に移送可能なように、鉛直方向の複数の位置にそれぞれ前記通路が設けられ、
    　前記シール室は、各通路に対応して区画されている請求項１～３のいずれか一項に記載の横型熱処理装置。
  5. 　前記ノズル毎に気体の噴出し量が調節可能な気体流量調節機構を有する請求項１～４のいずれか一項に記載の横型熱処理装置。
  6. 　前記通路が、上側の通路部材と下側の通路部材と側面部材によって形成され、
    上側および下側の通路部材のそれぞれが、ノズルを隔てて、二つの部材を有し、
    前記二つの部材が、これら二つの部材の間にノズル間隙を決めるスペーサー部材を挟んで一体化された請求項１～５のいずれか一項に記載の横型熱処理装置。
  7. 　前記二つの部材および前記スペーサー部材が着脱自在な請求項１～６のいずれかに記載の横型熱処理装置。
  8. 　炭素繊維前駆体繊維束を熱処理する熱処理炉である請求項１～７のいずれかに記載の横型熱処理装置。
  9. 　炭素繊維前駆体繊維束を横型熱処理装置で熱処理して、耐炎化繊維束を製造する、耐炎化繊維束の製造方法であって、
    　前記横型熱処理装置が、連続した扁平状の被処理物を熱処理室内で水平方向に移送させながら連続的に熱処理する横型熱処理装置であり、
    　熱処理室の被処理物送入口と送出口とに、それぞれ、排気ファンが接続されたシール室が連接され、前記シール室は、被処理物がシール室を水平方向に通過可能に構成され、
    　各シール室の被処理物送入口および送出口のうちの熱処理室と反対側に位置する開口に、断面が矩形状である通路が連接され、前記通路は、被処理物が通路を水平方向に通過可能に構成され、
    　シール室被処理物送入口に連接された通路の被処理物送入口が、前記熱処理装置の被処理物送入口であり、かつ、シール室被処理物送出口に連接された通路の被処理物送出口が、前記熱処理装置の被処理物送出口であり、
    　各通路の上下の位置に、気体を噴出する一対のノズルが設けられ、
    　各ノズルの気体噴出口は矩形状であり、
    　各通路において、この通路に設けられた一対のノズルは、この通路の上下方向の中心に向かって、かつ、この通路が有する熱処理装置の被処理物送入口もしくは被処理物送出口に向かって気体を噴出し、
    　各通路において、この通路に設けられた各ノズルの気体噴出口は、この通路の被処理物の送入口および送出口の長辺方向と平行であり、かつ、前記長辺の長さと等しい長さを有し、かつ、
    　各通路において、この通路に設けられた一対のノズルの気体噴出口と、この通路が有する熱処理装置の被処理物送入口もしくは被処理物送出口との間の距離ｄと、この通路の高さＤｎとが
    ２≦ｄ＜０．７５Ｄｎ
    を満たす
    横型熱処理装置であり；かつ、
    －　前記排気ファンを用いて各シール室を負圧にすること、
    －　各通路において、この通路に設けられた各ノズルの、この通路の被処理物の送入口および送出口の長辺１ｍ当たりの気体噴出量をＶ（ｍ3／ｈ）と表し、この通路に連接されたシール室内のゲージ圧をＰ（Ｐａ）と表したとき、
    Ｖ≦－３０×Ｐ＋２１
    が満たされるように、各ノズルから気体を噴出させること、
    を含む、耐炎化繊維束の製造方法。
  10. 　各通路からシール室に流入する気体の流速Ｖｏを、０．１ｍ／秒以上０．５ｍ／秒以下にする請求項９に記載の耐炎化繊維束の製造方法。
  11. 　各ノズルから噴出する気体の噴出速度Ｖｓを、３ｍ/ｓ以上３０ｍ/s以下にする請求項９または１０に記載の耐炎化繊維束の製造方法。
  12. 　請求項９～１１のいずれか一項に記載の耐炎化繊維束の製造方法によって耐炎化繊維束を製造する工程、および、前記耐炎化繊維束を炭素化する工程、を有する炭素繊維束の製造方法。
  13. 　請求項１～８のいずれか一項に記載の横型熱処理装置を用いて、連続した扁平状の被処理物を連続的に熱処理する熱処理方法。
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