(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体の導入方向と気体の吹出し方向とが異なる吹出ノズルであって、
気体導入口から直進的に流入した気体を整流板部に導く直線状の傾斜板を含むノズル本体と、傾斜板により導かれた気体を整流化して、糸条に気体を吹き出す整流板部とを有し、
傾斜板と整流板部との間の空間に気体案内部を備え、
該気体案内部は、気体導入口と整流板部との間の空間に配され、気体供給吹出ノズルの気体導入口から供給された気体を２以上の流れに分割して、整流板部へと傾斜して導く１以上の直線状の案内板を有し、
傾斜板と案内板との間及び案内板間の少なくとも一方に形成される気体流路にあって、前記気体流路内における上流側の気体の流れ方向に対して垂直な流路幅Ｗ１と、その下流における流路幅Ｗ２とが以下の関係にある、
気体供給吹出ノズル。
Ｗ１≧Ｗ２・・・（１）
【請求項２】
気体の導入方向と気体の吹出し方向とが異なる吹出ノズルであって、
気体導入口から直進的に流入した気体を整流板部に傾斜して導く直線状の案内板を含むノズル本体と、前記案内板により導かれた気体を整流化して、糸条に気体を吹き出す整流板部とを有し、
前記気体導入口と前記整流板部との間の空間に気体案内部を備え、
前記気体案内部は、気体供給吹出ノズルの気体導入口から供給された気体を２以上の流れに分割して、整流板部へと導く１以上の前記案内板を有し、
前記案内板間に形成される気体流路にあって、前記気体流路内における上流側の気体の流れ方向に対して垂直な流路幅Ｗ１と、その下流における流路幅Ｗ２とが以下の関係にある、
気体供給吹出ノズル。
Ｗ１≧Ｗ２・・・（１）
【請求項３】
前記整流板部がノズル本体に直接付設される、請求項１又は２に記載の気体供給吹出ノズル。
【請求項４】
前記気体導入口の開口面積Ａと、前記整流板部の整流板気体入口の開口面積Ｂとが、Ａ≦Ｂの関係にある、請求項１又は２に記載の気体供給吹出ノズル。
【請求項５】
前記気体案内部において、前記傾斜板と前記案内板とが平行、及び前記案内板同士が平行に配されている、請求項１又は２に記載の気体供給吹出ノズル。
【請求項６】
前記整流板部により整流化された気体が、糸条の走行方向に平行に吹き出すように、該整流板部が配された、請求項１又は２に記載の気体供給吹出ノズル。
【請求項７】
前記整流板部により整流化された気体が、糸条の走行方向に垂直に吹き出すように、該整流板部が配された、請求項１又は２に記載の気体供給吹出ノズル。
【請求項８】
前記傾斜板により、前記気体案内部が気体導入口から反対側側面にかけて先細りの形状とされ、前記気体案内部は前記気体流路を整流板部に向けて分割案内する１以上の案内板を有する、請求項１又は２に記載の気体供給吹出ノズル。
【請求項９】
整流板部には複数の整流板が気体吹出し方向に平行に並列して配されており、整流板間のピッチをＰ、長さをＬ、整流板１枚の板厚をｔとしたとき、以下の式（２），（３）を満足する、請求項１〜８のいずれかに記載の気体供給吹出ノズル。
Ｌ／Ｐ≧４．０・・・（２）
ｔ／Ｐ≦０．２・・・（３）
【請求項１０】
前記気体案内部内に、気体導入口から流入した気体を、整流板部の気体入口に導くための前記案内板が１枚以上配されており、
傾斜板と傾斜板に隣接する案内板の上流側端部との間隔、及び隣接しあう案内板の上流側端部間の間隔が５８０ｍｍ未満である、請求項１〜９のいずれかに記載の気体供給吹出ノズル。
【請求項１１】
前記案内板の配設角度が、変更可能とされてなる、請求項１〜１０のいずれかに記載の気体供給吹出ノズル。
【請求項１２】
前記整流板部の気体入口が、ノズル本体の内側に配されており、
ノズル本体の上記気体導入口に近い側の一部整流板の糸条走行方向の上流に向かう長さが、他の整流板の長さより整流板の入口側が短くされてなる、請求項１〜１１のいずれかに記載の気体供給吹出ノズル。
【請求項１３】
長さが短くされた一部整流板が、気体導入口側に向けて順次その長さが短くされて傾斜部が形成されてなる、請求項１２に記載の気体供給吹出ノズル。
【請求項１４】
気体導入口の気体吹出口側近傍で且つ整流板部側のノズル本体側面に糸条走行方向の上流に向けて延びる剥離板を有しており、気体導入口に向けて投影した当該剥離板の面積Ｓｈが、気体導入口の面積Ｓｉの１０分の１以下、５０分の１以上の大きさである、請求項１〜１３のいずれかに記載の気体供給吹出ノズル。
【請求項１５】
平面視で略直角三角形状のノズル本体の先端部に、気体の流れを整流板間に向ける先端直進部を有し、この先端直進部の長さｘと気体導入口の幅Ｗ０とが以下の式（４）を満足する、請求項１〜１４のいずれかに記載の気体供給吹出ノズル。
ｘ／Ｗ０≦０．０６・・・（４）
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれかに記載の気体供給吹出ノズルを備えた加熱処理炉を用いて、炭素繊維前駆体繊維束を耐炎化処理する耐炎化繊維の製造方法。
【請求項１７】
以下の（ａ）〜（ｃ）をいずれも満足する炭素繊維の製造方法。
（ａ）シート状に広げた炭素繊維前駆体繊維束を、請求項１〜１５のいずれかに記載の気体供給吹出ノズルを備えた耐炎化炉に導入し、２００℃〜３００℃の温度範囲で耐炎化処理し、前記耐炎化処理で得られた耐炎化繊維を、炭素化炉に導入し、５００℃〜２５００℃の温度範囲で炭素化処理すること、
（ｂ）前記耐炎化炉内を水平に走行する炭素繊維前駆体繊維束に、前記気体供給吹出ノズルから吹き出た熱風を、吹きつけること、及び
（ｃ）前記気体供給吹出ノズルが、以下の要件i. ii.を満足すること。
i.気体供給吹出ノズルへの気体の導入直前と、気体供給吹出ノズルからの気体吹出し直後との差圧が１６０Ｐａ以下であり、
ii. 気体供給吹出ノズルから吹き出した気体の、下記測定方法を用いて算出した風速斑が３５％以下である。
ここで、風速斑の測定方法は、気体供給吹出ノズルの気体吹出口の端面から下流２ｍの位置において、糸条の走行方向に対して垂直方向において５点の風速値を測定し、下記式（５）より算出した値を風速斑とする。また前記風速値は、吹出ノズルへの気体導入口の端面、又は吹出ノズルへの気体吹出口の端面の位置において、５点の風速値を測定し、その平均値を平均風速値とする。
風速斑＝｛風速値の（最大値−最小値）×100 ｝／｛（５点の風速値の平均値）×2 ｝                                  ……（５）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体の吹き出し方向の変更を可能にした気体供給吹出ノズル、この気体供給吹出ノズルを使った耐炎化繊維と炭素繊維との製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にポリアクリロニトリル系の炭素繊維は、酸化性雰囲気中にて２００℃以上で加熱して耐炎化処理した後、不活性雰囲気中にて３００℃以上で加熱処理して炭素化処理することにより得られる。耐炎化工程においては、熱風により前駆体繊維束を昇温させることにより耐炎化反応を開始させる。また耐炎化反応中期から発生する反応熱の除熱を行うことで、耐炎化反応を制御している。ここで熱風に風速斑や温度斑があった場合、この耐炎化反応に斑が生じ、スモークの発生や繊維切れなどのトラブルを起こす。また、製品の品質斑にもつながる。そこで均一な雰囲気下で耐炎化処理を施すことによって、耐炎化工程での処理斑をなくし、得られる連続繊維束の物性の均質化を図ると同時に生産効率を向上させることが求められる。【０００３】
従来の熱処理炉、特に炭素繊維の製造に用いられる熱処理炉は、循環ファンから供給された熱風を熱処理室へ吹き出すための吹出ノズルを有する。吹出ノズルから熱処理室内へ供給される熱風の流速は均一であることが好ましく、例えば特開昭５８−２０８４３３号公報（特許文献１）には、走行する糸条に沿って熱風を吹き出す熱風吹出し面を設け、該吹出し面に対して熱風を向かわせるための方向変換用案内羽根と、該方向変換用案内羽根の前後一方もしくは前後双方に、整流用金網又は多孔板を配設する吹出ノズルが開示されている。この方法によれば、熱処理室の平均風速が２ｍ／ｓである場合、そのばらつきを１．５〜２．５ｍ／ｓ内に調整可能にしている。【０００４】
また、特開２００２−１９４６２７号公報（特許文献２）には、ノズル吹出口の幅方向に均一な風速分布をもつ吹出ノズルとして、以下の構成が開示されている。吹出ノズルの内部は導入域と整流域とに区画されており、該導入域には流路の曲がり損失が小さくなるように案内羽根が設置されている。該整流域には、ノズル内部に熱風の流れ方向と略直交して挿入された多孔板と、多孔板の下流側に設けた空間とで構成されており、熱風の風速分布の不均一を低減する効果を有する。また、ノズルの吹出口直前に設置された複数の整流板によって、熱風は、ノズルの吹出口に直交するように整流される。このとき、ノズル吹出口の幅方向における最大風速と最小風速の差ΔＶをＶｍ以内とするために、係数λを用いてノズル内部に設ける整流域の段数Ｎを、λ／Ｖｍの１／２以上となるよう、整流域の圧力損失を固定し整流域の段数を設定することで、処理室平均風速３ｍ／ｓに対し風速を２．９〜３．２ｍ／ｓの範囲内に収めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５８−２０８４３３号公報
【特許文献２】特開２００２−１９４６２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１では、処理室炉内における熱風風速の均一化及び整流化のために設置された多孔板や金網部は、熱風の通過により圧力損失を生じ、送風ファンの動力負荷となる問題がある。また、特許文献２では、雰囲気中に浮遊する固形成分によって多孔板が閉塞し、熱風の風速斑や異常焼成を引き起こす可能性がある。そのため、多孔板の閉塞を解消するための定期的な洗浄作業が必要となり、これが連続生産日数の律速となる問題がある。【０００７】
そこで本発明の目的は、連続繊維束の熱処理室内の雰囲気を均一にし、熱処理時の処理斑をなくすことによって、加熱処理された繊維束の物性の均質化を図るとともに、長期間の安定した運転を可能にし、生産効率を向上させ、さらにはランニングコストを低減することのできる、特に熱風循環型対流加熱炉に好適な、熱風供給吹出ノズルと同ノズルを備えた耐炎化炉を使った耐炎化繊維と炭素繊維の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の気体供給吹出ノズルは、気体の導入方向と気体の吹出し方向とが異なる吹出ノズルであって、気体導入口から直進的に流入した気体を整流板部に導く直線状の傾斜板を含むノズル本体と、傾斜板により導かれた気体を整流化して、糸条に気体を吹き出す整流板部とを有し、傾斜板と整流板部との間の空間に気体案内部を備え、該気体案内部は、気体導入口と整流板部との間の空間に配され、気体供給吹出ノズルの気体導入口から供給された気体を２以上の流れに分割して、整流板部へと傾斜して導く１以上の直線状の案内板を有し、傾斜板と案内板との間及び案内板間の少なくとも一方に形成される気体流路にあって、前記気体流路内における上流側の気体の流れ方向に対して垂直な流路幅Ｗ１と、その下流における流路幅Ｗ２とがＷ１≧Ｗ２の関係にある。
【０００９】
また、本発明の気体供給吹出ノズルは、気体の導入方向と気体の吹出し方向とが異なる吹出ノズルであって、気体導入口から直進的に流入した気体を整流板部に傾斜して導く直線状の案内板を含むノズル本体と、前記案内板により導かれた気体を整流化して、糸条に気体を吹き出す整流板部とを有し、前記気体導入口と前記整流板部との間の空間に気体案内部を備え、前記気体案内部は、気体供給吹出ノズルの気体導入口から供給された気体を２以上の流れに分割して、整流板部へと導く１以上の前記案内板を有し、前記案内板間に形成される気体流路にあって、前記気体流路内における上流側の気体の流れ方向に対して垂直な流路幅Ｗ１と、その下流における流路幅Ｗ２とがＷ１≧Ｗ２の関係にある。
【００１０】
本発明の気体供給吹出ノズルの好適な態様によれば、前記整流板部がノズル本体に直接付設され、前記気体導入口の開口面積Ａと整流板部の気体入口の開口面積Ｂとは、Ａ≦Ｂの関係にあることが好ましい。また前記気体案内部において、前記傾斜板と前記案内板とを平行、及び前記案内板同士を平行に配することができる。【００１１】
更に、前記整流板部により整流化された気体は、整流板部から糸条の走行方向に対して、平行に吹き出しても良いし、垂直に吹き出しても良い。【００１２】
本発明の好適な態様によれば、気体供給吹出ノズルの気体案内部は傾斜板により熱風導入口から反対側側面にかけて先細りの形状となっており、該気体案内部は前記気体流路を整流板部に向けて分割案内する１以上の案内板を有することが好ましい。【００１３】
本発明の気体供給吹出ノズルは、前記整流板部には複数の板が気体吹出し方向に平行に並列して配されており、整流板間のピッチをＰ、長さをＬ、整流板１枚の板厚をｔとしたとき、Ｌ／Ｐ≧４．０、ｔ／Ｐ≦０．２を満たしていることが好ましい。【００１４】
本発明の気体供給吹出ノズルは、前記気体案内部内に、気体導入口から流入した気体を、整流板部の気体入口に導くための前記案内板が１枚以上配設されており、傾斜板と傾斜板に隣接する案内板の上流側端部との間隔、及び隣接しあう案内板の上流側端部間の間隔が５８０ｍｍ未満であることが好ましい。また、気体導入口から流入した気体に対する前記案内板の配設角度は、変更可能であってもよい。【００１５】
本発明の気体供給吹出ノズルは、前記整流板部の気体入口が、ノズル本体の内側に配されており、ノズル本体の上記気体導入口に近い側の一部整流板の糸条走行方向の上流に向かう長さが、他の整流板の長さより整流板の入口側が短くなっていることが好ましい。さらに、長さが短くされている一部整流板が、気体導入口側に向けて順次その長さが短くされて傾斜部が形成されている。【００１６】
本発明の気体供給吹出ノズルにあって、前記気体導入口の気体吹出口側近傍で且つ整流板部側のノズル本体側面に糸条走行方向の上流に向けて延びる剥離板を有しており、気体導入口に向けて投影した当該剥離板の面積Ｓｈが、気体導入口の面積Ｓｉの１０分の１以下、５０分の１以上の大きさであることが望ましい。また、平面視で略直角三角形状のノズル本体の先端部に、気体の流れを整流板間に向ける先端直進部が形成されていてもよい。この場合、先端直進部の長さｘと気体導入口の幅Ｗ０の関係はｘ／Ｗ０≦０．０６であることが好ましい。【００１７】
本発明の耐炎化繊維の製造方法は、気体の導入方向と気体吹出し方向とが異なる上述の構成を備えた気体供給吹出ノズルにより、熱処理室内に熱風を供給する加熱処理炉を使って、炭素繊維前駆体繊維束を熱処理する耐炎化繊維の製造方法である。気体供給吹出ノズルは、気体導入口を直進する気体のを整流板部に導く傾斜板を含むノズル本体と、傾斜板により導かれた気体の流れを整流化して糸条の走行方向と平行に気体を吹き出す整流板部とを有している。傾斜板と整流板部との間の空間には気体案内部が設けられ、該気体案内部には、気体の流れに対し垂直な流路幅が下流に向かって拡大しないように１以上の案内板が配設されている。
【００１８】
本発明の炭素繊維の製造方法は、前記の気体供給吹出ノズルにあって、気体の導入直前と気体吹出し直後との差圧を１６０Ｐａ以下とし、かつ下記測定方法で算出した気体の風速斑を３５％以下とした吹出ノズルを用い、炭素繊維前駆体繊維束を熱処理して、炭素繊維を製造する。
気体供給吹出ノズルの気体導入口に供給される気体の風量は３６ｍ3 ／ｍｉｎ以上１１５ｍ3 ／ｍｉｎ以下が好ましい。
ここで上記風速斑は、以下の方法で測定する。
（風速斑の測定方法）
気体供給吹出ノズルの気体吹出口の端面から下流２ｍの位置において、糸条の走行方向に対して垂直方向において５点の風速値を測定し、下記式（５）より算出した値を風速斑とする。このときの風速値は、吹出ノズルへの気体導入口の端面、又は吹出ノズルへの気体吹出口の端面の位置において、５点の風速値を測定し、その平均風速値を風速値とする。
風速斑＝｛風速値の（最大値−最小値）×100 ｝／｛（５点の風速値の平均値）×2 ｝                                              ……（５）【００１９】
本発明の炭素繊維の製造方法においては、シート状に広げた炭素繊維前駆体繊維束を、耐炎化炉に導入し、耐炎化炉内を水平に走行する炭素繊維前駆体繊維束に、前記気体供給吹出ノズルから吹き出た熱風を、吹き付け２００℃〜３００℃の温度範囲で耐炎化処理し、前記耐炎化処理で得られた耐炎化繊維を、炭素化炉に導入し、５００℃〜２５００℃の温度範囲で炭素化処理して炭素繊維を製造する。前記耐炎化処理は、前記耐炎化炉内を水平に走行する炭素繊維前駆体繊維束に、気体供給吹出ノズルから吹き出た熱風を、吹き付けることにより行われる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の加熱処理炉における上記気体供給吹出ノズルが以上の構成を採用することにより、加熱処理炉内へと必要風量の気体を送風するときの圧力抵抗を抑えることができるため、送風ファンの動力負荷を低減することができる。
また上記製造方法に従って、耐炎化繊維及び炭素繊維を製造すると、熱処理炉で要する送風ファンのランニングコストを削減できるため低価格の炭素繊維を提供することができる。【００２１】
また、本発明の気体供給吹出ノズルでは気体流路内に多孔板を使用しないため、雰囲気中に浮遊する固形成分による吹出ノズル多孔板の閉塞がない。そのため、生産過程で起こる多孔板の閉塞で生じていた熱処理炉内に供給される気体の風速分布の悪化による、製品の品質斑を解消することができる。さらに、多孔板の洗浄作業を必要としないため、作業員の負荷が軽減し、連続生産日数を大幅に延長できるため、安定生産、生産効率の向上が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の代表的な実施形態に係る気体供給吹出ノズルの概略図である。
【図２】同実施形態に係る気体供給吹出ノズルに、チャンバーを接続した概略図である。
【図３】本発明に係る気体供給吹出ノズルの多様な実施例とその比較例とを模式的に例示した概略構成図である。
【図４】本発明に係る気体供給吹出ノズルの他の多様な実施例とその比較例とを模式的に例示した概略構成図である。
【図５】本発明に係る気体供給吹出ノズルの更に他の多様な実施例とその比較例とを模式的に例示した概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の代表的な一実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。
図１に本実施形態の気体供給吹出ノズル１１の概略平面図を示す。
ここで、気体導入口１１ａには気体をファンから供給し均一に流入する。
【００２４】
本発明の気体供給吹出ノズル１１は、気体導入口１１ａから直進的に流入した気体を整流板部に導く傾斜板１３を含むノズル本体と、傾斜板１３により導かれた気体の流れを整流化して糸条に気体を吹き出す、ノズル本体に直接付設して設けられた整流板部１２を有し、気体の導入方向と気体の吹出し方向が異なることを特徴とする。
【００２５】
本発明の気体供給吹出ノズル１１では、傾斜板１３によりノズルが気体の進行方向に進むに従って流路幅が狭まることで、気体導入口１１ａから直進的に流入した気体の進行角度を変え、整流板部１２の整流板気体入口１２ａに向かわせることができる。ここで、ノズルにおいて気体導入口１１ａとは反対側の面を先端１５と定義する。傾斜板１３は、気体導入口１１ａから先端１５にかけて、整流板気体入口１２ａの反対側の面に配される。
【００２６】
ノズル内には、傾斜板１３と同様に気体の進行角度を変え、整流板気体入口１２ａに導く１以上の案内板１４が設けられる。気体導入口１１ａから供給された気体は、案内板１４と傾斜板１３により、気体導入口１１ａの付近で２以上の流れに分割され、整流板部１２の整流板気体入口１２ａに導かれる。傾斜板１３と案内板１４で形成される気体流路、案内板１４同士で形成された気体流路において、流れに垂直な流路幅１４ａが上流から下流にかけて広がらないように、案内板１４の設置位置や配設角度を設定することで、気体流路内における偏流の発生を防ぐことができる。傾斜板１３と案内板１４とが平行、及び案内板１４同士が平行となるように、案内板１４が配置されていることが、風速斑と圧力損失をより抑制できることから、好ましい。
【００２７】
また、気体導入口１１ａの開口面積Ａと、整流板気体入口１２ａの開口面積Ｂを、Ａ≦Ｂとすることで、圧力損失の増加を抑制することが可能である。また、整流板気体入口１２ａの開口面積Ｂと気体吹出口１１ｂの開口面積Ｃを同じにすることで、同様に圧力損失の抑制が可能である。
【００２８】
気体吹出口１１ｂには整流板１２ｂを複数設置することで、気体の吹出方向が気体吹出口１１ｂに直交するように整流化され、熱処理室内を走行する糸状に、気体を吹出すことができる。整流板部１２を熱処理室内に配置する条件は、特に限定されるものではないが、熱処理室内を走行する糸条に対して平行又は垂直に気体を吹き出すように、熱処理室内に整流板部１２を配設することができる。
【００２９】
この整流板１２ｂについて、気体通過の長手方向の長さをＬ、整流板１２ｂのピッチをＰとしたとき、整流板１２ｂのＬ／Ｐは４．０以上としている。４．０以上であれば閉塞空間の中で吹出し後の流れに直進性が付与され、チャンバー１６で斜流なく直進した流れが生成される。さらに好ましくはＬ／Ｐが６．０以上である。また、耐炎化繊維製造装置においては、整流板１２ｂの上下は糸が通過するが、その間は無風空間となるため、反応熱制御の観点から、Ｌは３００ｍｍ以下であることが望ましい。
【００３０】
また、整流板１枚の板厚をｔとしたとき、吹出し間口に占める整流板厚の総面積が２０％以下となるよう、ｔ／Ｐ≦０．２を満たすことが好ましい。ここで、整流板１２ｂのピッチＰを狭くすると、整流板１２ｂの枚数が増えるため板厚の分だけ気体吹出口１１ｂの開口面積は小さくなる。圧力損失低減の観点から、開口面積は８０％以上であることが好ましい。さらに好ましくはｔ／Ｐ≦０．０５である。
【００３１】
案内板１４は、傾斜板１３の始端位置から流路幅方向に対面の壁までを分割した点と、整流板部１２の気体入口１２ａを前記分割点と同じ数だけ分割した点とをそれぞれ接続させる直線上に設置することで、案内板１４で区切られた領域に流入した風量を保って角度を変え気体吹出口１１ｂから流出させる。ここで、案内板１４の始点は傾斜板１３の始端位置から流路幅方向に対面の壁までの面に添えてあることが望ましい。これにより気体流入口側の吹出口からも同風量の気体を吹き出すことができる。また、傾斜板１３と案内板１４との間隔及び隣接する案内板間の間隔が５８０ｍｍ未満となるよう、案内板１４を設置することで流路内の流れを同じ角度に制御することができる。
また、案内板１４は、前述のように流路幅が拡大しなければ、その角度は変更可能であってもよい。
【００３２】
整流板部１２について、ノズル本体の気体導入口１１ａに近い側の一部整流板１２ｂの吹出口に向かう長さを短くすることで、気体導入口１１ａ側の端部からも風が流出する。一部の整流板１２ｂを短くする場合、気体導入口１１ａ側に向けて順次短くなるよう傾斜する傾斜部を形成することが望ましく、この整流板部１２の傾斜部の傾斜角度により気体導入口側最端部の熱処理室内における風速を変化させることができる。ここで、整流板気体入口１２ａは気体導入口１１ａの吹出口側の側面よりも内部に設置されてもよい。
【００３３】
整流板部１２において気体導入口側の端から風を流出させるため、整流板部１２の端面よりも上流側の側面に剥離板１７を設置し、壁面に沿う流れを剥離させ、整流板部１２の端に再付着するようにする。剥離板１７の設置位置と長さにより剥離流線の湾曲度を調整することができ、その長さについては、剥離板１７の垂直方向の断面に投影した前記剥離板１７の面積Ｓｈが、気体導入口１１ａの面積Ｓｉの１０分の１以下、５０分の１以上となることが好ましい。さらに好ましくは１５分の１以下、４０分の１以上となることである。剥離板１７の形状は、平板、三角柱、円柱が好ましいが、限定されない。
【００３４】
先細り状のノズルでは、傾斜板１３と整流板気体入口１２ａとの接触部が鋭角になった場合、先端側の圧力が上昇する。そこで、傾斜板１３の終点と整流板気体入口１２ａとの間に数ｍｍ〜１０数ｍｍの先端直進部１５ａを設けることにより、先端部吹出風速の速度低下を抑制することができる。先端直進部１５ａの長さをｘ、気体導入口１１ａの幅をＷ０としたとき、これらの比はｘ／Ｗ０≦０．０６であることが好ましい。
【００３５】
本発明の気体供給吹出ノズル１１を用いて炭素繊維を製造する場合、気体供給吹出ノズル１１の気体導入直前と気体吹出し直後の差圧（圧力損失）は１６０Ｐａ以下となり、かつ、気体吹出口１１ｂの端面から下流２ｍの位置における気体の風速斑が３５％以下であるため、品質が均一な炭素繊維を、低価格で製造することが可能となる。
【００３６】
即ち、前記差圧を１６０Ｐａ以下とすれば、送風ファンの動力負荷を低く抑えられるので、ランニングコストを削減できる。差圧を１００Ｐａ以下とすることがより好ましく、５０Ｐａ以下とすることがさらに好ましい。前記差圧を１６０Ｐａ以下とするには、気体導入口１１ａの開口面積Ａと整流板部１２の気体入口１２ａの開口面積ＢをＡ≦Ｂとすることが好ましい。
【００３７】
また、前記風速斑を３５％以下とすれば、製品である炭素繊維の品質斑が生じない程度に、熱処理炉内の温度分布の不均一化を抑制できる。風速斑は２５％以下がより好ましく、１０％以下がさらに好ましい。
【００３８】
気体供給吹出ノズル１１を、気体が通過する際に発生する圧力損失と、気体吹出口１１ｂから吹き出される気体の風速斑は、気体供給吹出ノズル１１に導入される気体の風量に影響を受ける。気体導入口１１ａに供給される気体の風量は３６ｍ3 ／ｍｉｎ以上１１５ｍ3 ／ｍｉｎ以下とすることが好ましい。気体の風量が３６ｍ3 ／ｍｉｎ以上であれば、熱処理室を走行する糸状に十分な熱量を供給することができ、１１５ｍ3 ／ｍｉｎ以下であれば、圧力損失による送風ファンの動力負荷を少なくすることができる。
【００３９】
圧力損失と風速斑を制御する方法としては、吹出ノズルに多孔板を使用せず、気体導入口１１ａと整流板気体入口１２ａの開口面積を適切な値とすること、傾斜板１３と案内板１４の形状や配置等が上述した特定条件を満たすこと、さらに、吹出ノズルに先端直進部１５ａや剥離板１７を設けることにより達成できる。
【実施例】
【００４０】
以下、本発明について実施例を挙げて具体的に説明する。ただし、本発明はこれらに限定されるものではない。また、各実施例・比較例に用いた気体供給吹き出ノズルの断面構造の概略図を図３〜図５に示す。なお、各実施例及び比較例の部材名及び符号は上記代表的な実施形態の対応する各部材名及び符号を使用する。【００４１】
ここで、本発明における平均風速値及び風速斑の測定方法は、以下に述べるとおりである。
（平均風速値の測定方法）
気体供給吹出ノズルの気体吹出口１１ｂの端面から下流２ｍの位置において、チャンバー１６の横から熱線風速計（ＫＡＮＯＭＡＸアネモマスター６１６２）を挿入し、糸条の走行方向に対して垂直方向において５点の風速値を測定した。風速値は、前記５点の各位置で２０秒間、１秒毎に風速の瞬時値を読み、２０点の平均値を各位置における風速値とした。この５点の風速値を平均値を平均風速値とした。
（風速斑の測定方法）
下記式（５）より算出した値を風速斑とする。
風速斑＝｛風速値の（最大値−最小値）×100 ｝／｛（５点の風速値の平均値）×2 ｝                                              ……（５）
である。【００４２】
（実施例１）
図３（ａ）は、本発明の実施例１に係る気体供給吹出ノズル１１を示すとともに、その具体的寸法や測定結果を表１に示した。
気体導入口１１ａの幅が７５０ｍｍ、高さ１５５ｍｍ、気体吹出口１１ｂの幅が２，０００ｍｍの先細り型ノズルの内部に、３枚の案内板１４及び長さ一定の整流板１２ｂを設置した。案内板１４は傾斜板１３の始端位置から流路幅方向に対面の壁までを分割した点と、整流板気体入口１２ａを前記分割点と同じ数だけ分割した点とを、それぞれ接続させる直線上に設置しており、傾斜板１３と案内板１４で形成された気体流路、及び案内板１４同士で形成された気体流路において、気体の流れに垂直な流路幅Ｗ１は一定である。整流板部１２は幅２，０００ｍｍの気体吹出口１１ｂの中に２０ｍｍ毎に長さ８０ｍｍ、板厚１ｍｍの板を設置しており、整流板１２ｂの長手方向の長さＬと整流板１２ｂのピッチＰの比Ｌ／Ｐ＝４．０、吹出し間口に占める整流板厚の総面積比ｔ／Ｐ＝０．０５である。【００４３】
気体供給吹出ノズル１１の気体吹出口１１ｂには、図２及び図３（ａ）に示すように、幅２，１００ｍｍ、高さ２２５ｍｍのチャンバー１６を接続し、気体導入口１１ａに図示せぬ送風ファンから常温の空気を供給した。このときのチャンバー１６内における前記気体吹出口１１ｂからの距離２ｍにおける幅方向５点の風速値を測定した結果、風速値は１．８７〜３．３３ｍ／ｓ、平均風速値２．９６ｍ／ｓとなり、風速斑は±２５％であった。このとき、気体供給吹出ノズル１１の本体への気体導入直前と気体吹出し直後の差圧は４７Ｐａであった。【００４４】
（比較例１）
図３（ｂ）は比較例１に係る気体供給吹出ノズル１１を示している。
気体導入口１１ａの幅が７５０ｍｍ、高さ１５５ｍｍ、気体吹出口１１ｂの幅が２，０００ｍｍの長方形のノズル本体において、気体吹出口１１ｂに長さ一定の整流板１２ｂを設置し、ノズル本体内に常温空気を供給した。このときノズルの気体吹出口１１ｂからの距離２ｍにおけるチャンバー１６内の５点の風速値は、表１に示すように０．９７〜８．３３ｍ／ｓ、平均風速値２．７７ｍ／ｓ、風速斑は±１４１％と大きなばらつきが生じた。このとき、ノズル本体への気体の導入直前と気体吹出し直後の差圧は３９Ｐａであった。【００４５】
（比較例２）
図３（ｃ）は比較例２に係る気体供給吹出ノズル１１を示している。
気体導入口１１ａの幅が７５０ｍｍ、高さ１５５ｍｍ、気体吹出口１１ｂの幅が２，０００ｍｍであり傾斜板１３を設置した先細り型のノズル本体において、気体吹出口１１ｂには長さが一定の整流板１２ｂを設置し、ノズル本体内に常温空気を供給した。上述の測定方法で測定した風速値、平均風速値、風速斑を表１に記載した。【００４６】
（比較例３）
図３（ｄ）は比較例３に係る気体供給吹出ノズル１１を示している。
気体導入口１１ａの幅が７５０ｍｍ、高さ１５５ｍｍ、気体吹出口１１ｂの幅が２，０００ｍｍの気体供給吹出ノズル１１において、先端の気体吹出口１１ｂと反対側の角部を半径６７０ｍｍの円弧状とし、ノズル内に２枚の円弧状の案内板１４を設置し、気体吹出口１１ｂには長さが一定の整流板１２ｂを設けた。ノズル内に常温空気を供給し、上述の測定方法で測定した風速値、平均風速値、風速斑を表１に記載した。【００４７】
（実施例２）
図４（ａ）は本発明の実施例２に係る気体供給吹出ノズル１１を示している。
気体導入口１１ａの幅が７５０ｍｍ、高さ１５５ｍｍ、気体吹出口１１ｂの幅が２，０００ｍｍの先細り型ノズル本体の中に、３枚の案内板１４及び長さ一定の整流板１２ｂを設置した。案内板１４の位置は実施例１と同様である。幅２，０００ｍｍの気体吹出口１１ｂの中に２０ｍｍ毎に設置した長さ８０ｍｍ、板厚１ｍｍの整流板１２ｂの一部について、気体導入口側の端から１００ｍｍ分の長さに傾斜をつけ、最も端の整流板気体入口１２ａとノズル本体の側面とが接するようにした。ここで、長手方向の長さＬと整流板のピッチＰの比Ｌ／Ｐ＝４．０であり、吹出し間口に占める整流板厚の総面積比ｔ／Ｐ＝０．０５である。ノズル本体内に常温空気を供給し、上述の測定方法で測定した風速値、平均風速値、風速斑を表１に記載した。【００４８】
（実施例３）
図４（ｂ）は本発明の実施例３に係る気体供給吹出ノズル１１を示している。
気体導入口１１ａの幅が７５０ｍｍ、高さ１５５ｍｍ、気体吹出口１１ｂの幅が２，０００ｍｍの先細り型のノズルの内部に、流路を４分割する３枚の案内板１４、長さ４０ｍｍの平板状の剥離板１７、整流板１２ｂを設置した。ここで剥離板１７の垂直方向の断面に投影した前記剥離板１７の面積Ｓｈは、気体導入口１１ａの面積Ｓｉの１９分の１である。また、幅２，０００ｍｍの気体吹出口１１ｂの中に２０ｍｍ毎に設置した長さ８０ｍｍ、板厚１ｍｍの整流板１２ｂのうち気体導入口側の幅１００ｍｍ分について整流板長さに傾斜を有している。このとき、長手方向の長さＬと整流板１２ｂのピッチＰの比Ｌ／Ｐ＝４．０であり、吹出し間口に占める整流板厚の総面積比ｔ／Ｐ＝０．０５である。ノズルの先端には先端直進部を設け、先端直進部長さｘと気体導入口幅Ｗ０の比ｘ／Ｗ０＝０．０１３である。【００４９】
気体供給吹出ノズル１１の気体吹出口１１ｂには、幅２，１００ｍｍ、高さ２２５ｍｍのチャンバー１６を接続し、気体導入口１１ａに図示せぬ送風ファンから常温の空気を供給した。上述の測定方法で測定した風速値、平均風速値、風速斑を表１に記載した。【００５０】
（実施例４）
図４（ｃ）は本発明の実施例４に係る気体供給吹出ノズル１１を示している。
実施例３のノズル本体にあって、案内板１４の始点を固定し、流れに対する流路幅がＷ１＞Ｗ２となるよう、案内板１４の角度を変更し気体導入口１１ａに図示せぬ送風ファンから常温の空気を供給した。上述の測定方法で測定した風速値、平均風速値、風速斑を表１に記載した。【００５１】
（比較例４）
図４（ｄ）は比較例４に係る気体供給吹出ノズル１１を示している。
実施例３のノズル本体にあって、案内板１４の始点を固定し、流れに対する流路幅がＷ１＜Ｗ２となるよう、案内板１４の角度を変更し気体導入口１１ａに図示せぬ送風ファンから常温の空気を供給した。上述の測定方法で測定した風速値、平均風速値、風速斑を表１に記載した。【００５２】
（実施例５）
図５（ａ）は本発明の実施例５に係る気体供給吹出ノズル１１を示している。
気体導入口１１ａの幅が１，０８０ｍｍ、高さ１５５ｍｍ、気体吹出口１１ｂの幅が２，０００ｍｍの先細り型のノズルの内部に、流路を２分割する１枚の案内板１４、長さ４０ｍｍの平板状の剥離板１７、整流板１２ａを設置した。ここで傾斜板１３と案内板１４の間隔は５００ｍｍである。剥離板１７の垂直方向の断面に投影した前記剥離板１７の面積Ｓｈは、気体導入口１１ａの面積Ｓｉの２７分の１である。また、幅２，０００ｍｍの気体吹出口１１ｂの中に２０ｍｍ毎に設置した長さ８０ｍｍ、板厚１ｍｍの整流板１２ｂのうち気体導入口側の幅１００ｍｍの領域について整流板長さを順次変えて傾斜を持たせている。このとき、長手方向の長さＬと整流板１２ｂのピッチＰの比Ｌ／Ｐ＝４．０であり、吹出し間口に占める整流板厚の総面積比ｔ／Ｐ＝０．０５である。ノズル本体の先端には先端直進部１５ａを設け、先端直進部長さｘと気体導入口幅Ｗ０の比ｘ／Ｗ０＝０．０１３である。【００５３】
気体供給吹出ノズル１１の気体吹出口１１ｂには、幅２，１００ｍｍ、高さ２２５ｍｍのチャンバー１６を接続し、気体導入口１１ａに図示せぬ送風ファンから常温の空気を供給した。上述の測定方法で測定した風速値、平均風速値、風速斑を表１に記載した。【００５４】
（実施例６）
図５（ｂ）は本発明の実施例６に係る気体供給吹出ノズル１１を示している。
気体導入口１１ａの幅が７５０ｍｍ、高さ１５５ｍｍ、気体吹出口１１ｂの幅が２，０００ｍｍの先細り型のノズルの内部に、流路を４分割する３枚の案内板１４、長さ２０ｍｍの平板状の剥離板１７、整流板１２ｂを設置した。ここで剥離板１７の垂直方向の断面に投影した前記剥離板１７の面積Ｓｈは、気体導入口１１ａの面積Ｓｉの３８分の１である。また、幅２，０００ｍｍの気体吹出口１１ｂの中に２０ｍｍ毎に設置した長さ８０ｍｍ、板厚１ｍｍの整流板１２ｂのうち気体導入口側の幅１００ｍｍ分の領域について整流板長さを順次変えて傾斜を持たせている。このとき、長手方向の長さＬと整流板のピッチＰの比Ｌ／Ｐ＝４．０であり、吹出し間口に占める整流板厚の総面積比ｔ／Ｐ＝０．０５である。【００５５】
気体供給吹出ノズルの気体吹出口１１ｂには、幅２，１００ｍｍ、高さ２２５ｍｍのチャンバー１６を接続し、気体導入口１１ａに図示せぬ送風ファンから常温の空気を供給した。上述の測定方法で測定した風速値、平均風速値、風速斑を表１に記載した。【００５６】
（実施例７）
図５（ｃ）は本発明の実施例７に係る気体供給吹出ノズル１１を示している。
気体導入口１１ａの幅Ｗ０が７５０ｍｍ、高さ１５５ｍｍ、気体吹出口１１ｂの幅が２，０００ｍｍの先細り型のノズル本体の内部に、流路を４分割する３枚の案内板１４、長さ６０ｍｍの平板状の剥離板１７、整流板１２ｂを設置した。ここで剥離板１７の垂直方向の断面に投影した前記剥離板１７の面積Ｓｈは、気体導入口１１ａの面積Ｓｉの１３分の１である。また、幅２，０００ｍｍの気体吹出口１１ｂの中に２０ｍｍ毎に設置した長さ８０ｍｍ、板厚１ｍｍの整流板１２ｂのうち気体導入口側の幅１００ｍｍ分の領域について整流板長さを順次変化させて傾斜を持たせている。このとき、長手方向の長さＬと整流板１２ｂのピッチＰの比Ｌ／Ｐ＝４．０であり、吹出し間口に占める整流板厚の総面積比ｔ／Ｐ＝０．０５である。【００５７】
気体供給吹出ノズル１１の気体吹出口１１ｂには、幅２，１００ｍｍ、高さ２２５ｍｍのチャンバー１６を接続し、気体導入口１１ａに図示せぬ送風ファンから常温の空気を供給した。上述の測定方法で測定した風速値、平均風速値、風速斑を表１に記載した。【００５８】
（実施例８）
実施例８は図示を省略した。図示せぬ気体供給吹出ノズルの気体導入口の幅が７５０ｍｍ、高さ１５５ｍｍ、気体吹出口の幅が２，０００ｍｍの先細り型のノズルの内部に、流路を４分割する３枚の案内板、長さ４０ｍｍの平板状の剥離板、整流板を設置した。ここで剥離板の垂直方向の断面に投影した前記剥離板の面積Ｓｈは、気体導入口の面積Ｓｉの１９分の１である。また、幅２，０００ｍｍの気体吹出口の中に２０ｍｍ毎に設置した長さ１６０ｍｍ、板厚１ｍｍの整流板のうち気体導入口側の幅１００ｍｍ分の領域について整流板長さを順次変化させて傾斜を持たせた。このとき、長手方向の長さＬと整流板のピッチＰの比Ｌ／Ｐ＝４．０であり、吹出し間口に占める整流板厚の総面積比ｔ／Ｐ＝０．０５である。ノズルの先端には先端直進部を設け、先端直進部長さｘと気体導入口幅Ｗ０の比ｘ／Ｗ０＝０．０１３である。【００５９】
気体供給吹出ノズルの流出口には、幅２，１００ｍｍ、高さ２２５ｍｍのチャンバーを接続し、気体導入口に送風ファンから常温の空気を供給した。上述の測定方法で測定した風速値、平均風速値、風速斑を表１に記載した。【００６０】
（比較例５）
図５（ｄ）は本発明の比較例５に係る気体供給吹出ノズル１１を示している。
気体導入口１１ａの幅Ｗ０が７５０ｍｍ、高さ１５５ｍｍ、気体吹出口１１ｂの幅が２，０００ｍｍの先細り型のノズルにおいて、気体供給吹出ノズル１１には整流板部１２以外の前記構造物は設置せず、気体吹出口１１ｂに開孔率１５％の多孔板１８と整流板部１２とを流れ方向に順次設置し、気体導入口１１ａに図示せぬ送風ファンから常温空気を供給した。上述の測定方法で測定した風速値、平均風速値、風速斑を表１に記載した。このときの気体供給吹出ノズル１１への気体の導入直前と気体吹出し直後の差圧は６２０Ｐａであった。実施例８と比べ、多孔板１８を用いたことで圧力損失は大きくなった。【００６１】
（実施例９）
本発明の実施例９に係る気体供給吹出ノズルは図示を省略している。
気体導入口に送風ファンから供給した空気量を変えた以外は実施例６と同様にして、上述の測定方法で測定した風速値、平均風速値、風速斑を表１に記載した。【００６２】
（実施例１０）
本発明の実施例１０に係る気体供給吹出ノズルは図示を省略している。
気体導入口に送風ファンから供給した空気量を変えた以外は実施例６と同様にして、上述の測定方法で測定した風速値、平均風速値、風速斑を表１に記載した。【００６３】
【表１】
0005812205.tif 000002
【００６４】
以上説明したように、本発明の気体供給吹出ノズルを使ってチャンバー内に気体を供給した場合、チャンバー内の風速を均一にすることができ、さらにノズル通過による圧力損失を低く抑えることができる。特に、本発明の気体供給吹出ノズルから熱処理室内に熱風を供給する加熱処理炉を用いて耐炎化繊維の製造を行うと、熱処理室の風速及び温度を均一にすることができ、炉内浮遊固形物による多孔板の目詰まりといった問題が生じず、工程が安定化するとともに、製品の品位が向上する。
【符号の説明】
【００６５】
１１：気体供給吹出ノズル
１１ａ: 気体導入口
１１ｂ：気体吹出口
１２：整流板部
１２ａ：整流板部の気体入口
１２ｂ：整流板
１３：傾斜板
１４：案内板
１４ａ：流れに垂直な流路幅
１５：先端
１５ａ：先端直進部
１６：チャンバー
１７：剥離板
１８：多孔板
【図１】
0005812205.tif 000003
【図２】
0005812205.tif 000004
【図３】
0005812205.tif 000005
【図４】
0005812205.tif 000006
【図５】
0005812205.tif 000007