(57)【要約】【解決課題】カーボンファイバーフェルトの減耗を抑制することができ、交換周期を延ばすことができて停機の周期を延ばすことができ、炭素繊維の製造に用いるような場合にその製造コストを下げることができる加熱炉を提供する。【解決手段】炉壁と、この炉壁の内側に設けたカーボンファイバーフェルトと、このカーボンファイバーフェルトの内側に設けたアウターマッフルと、カーボンファイバーフェルトとアウターマッフルとの間に設けた多孔質炭素材と、アウターマッフルの内側に設けたインナーマッフルと、アウターマッフルとインナーマッフルとの間に設けたヒーターとを有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉壁と、この炉壁の内側に設けたカーボンファイバーフェルトと、このカーボンファイバーフェルトの内側に設けたマッフルと、カーボンファイバーフェルトとマッフルとの間に設けた多孔質炭素材とを有する加熱炉。
【請求項２】
炉壁と、この炉壁の内側に設けたカーボンファイバーフェルトと、このカーボンファイバーフェルトの内側に設けたアウターマッフルと、カーボンファイバーフェルトとアウターマッフルとの間に設けた多孔質炭素材と、アウターマッフルの内側に設けたインナーマッフルと、アウターマッフルとインナーマッフルとの間に設けたヒーターとを有する加熱炉。
【請求項３】
炉壁とカーボンファイバーフェルトとの間に、カーボンファイバーフェルトとは別の耐火断熱材を設けた、請求項１または２に記載の加熱炉。
【請求項４】
炭素繊維製造用である、請求項１〜３のいずれかに記載の加熱炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば、耐炎化繊維を不活性ガス雰囲気中にて１，０００℃以上の高温で焼成することによって炭素繊維を製造するような場合に好適な加熱炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
耐炎化繊維を不活性ガス雰囲気中にて１，０００℃以上の高温で焼成することによって炭素繊維を製造するときに用いる加熱炉としては、炉壁と、この炉壁の内側に設けたカーボンファイバーフェルトと、このカーボンファイバーフェルトの内側に設けたマッフルとを有するようなものが知られている（たとえば、特許文献１参照）。耐炎化繊維はマッフルの内側を走行せしめられ、焼成されて炭素繊維となる。
【０００３】
ところで、そのような加熱炉を１，０００℃以上もの高温で長期間運転し続けると、カーボンファイバーフェルトが酸化して徐々に減耗してくる。特に、マッフルとの界面における減耗が激しく、そのまま使い続けると所定の温度を保つことが難しくなる。その理由は、マッフル内の不活性ガスがマッフルの歪み等でマッフル外に漏れ出し、マッフルとカーボンファイバーフェルトとの界面に滞留し、不活性ガス中に存在する酸素と反応するためではないかと推定される。そのため、たびたび加熱炉を停機してカーボンファイバーフェルトを交換する必要があり、炭素繊維の製造コストが高くなる原因の一つとなっている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−２８０１１７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、従来の加熱炉の上記問題点を解決し、カーボンファイバーフェルトの減耗を抑制することができ、その交換周期を延ばすことができて停機の周期を延ばすことができ、炭素繊維の製造に用いるような場合にその製造コストを下げることができる加熱炉を提供するにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、炉壁と、この炉壁の内側に設けたカーボンファイバーフェルトと、このカーボンファイバーフェルトの内側に設けたマッフルと、カーボンファイバーフェルトとマッフルとの間に設けた多孔質炭素材とを有する加熱炉を提供する。炭素繊維の糸を製造するような場合には、炉壁と、この炉壁の内側に設けたカーボンファイバーフェルトと、このカーボンファイバーフェルトの内側に設けたアウターマッフルと、カーボンファイバーフェルトとアウターマッフルとの間に設けた多孔質炭素材と、アウターマッフルの内側に設けたインナーマッフルと、アウターマッフルとインナーマッフルとの間に設けたヒーターとを有する加熱炉が適している。炉壁とカーボンファイバーフェルトとの間に、カーボンファイバーフェルトとは別の耐火断熱材、たとえば耐火断熱煉瓦を設けてもよい。
【０００７】
本発明において用いる多孔質炭素材は、炭素の成形品からなり、１０〜１００μｍ程度の平均孔径、３０〜５０％程度の孔容積、５〜２００ｃｍ2／ｃｍＨ2Ｏ，ｍｉｎ程度の空気透過率、３〜１２０ｃｍ2／ｃｍＨ2Ｏ，ｍｉｎ程度の水透過率を有し、８０〜２２０ｋｇ／ｃｍ2程度の圧縮強さ、１．１〜１．４ｇ／ｃｍ3程度の嵩密度を有するようなものである。なお、炭素材とは黒鉛材をも含む広義の意味である。
【０００８】
また、カーボンファイバーフェルトとは、カーボンファイバーのトウからなる、好ましくはニードルパンチが施されたフェルトであり、９０％を超える空隙率を有するようなものである。熱による減耗を考えると、カーボンファイバーは１０μｍ以上の太さを有するものであるのが好ましく、また、フェルトの厚みは５ｍｍ以上であるものが好ましい。なお、カーボンファイバーフェルトもまた、炭素質、黒鉛質のいずれであってもよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１（縦断面図）、図２（横断面図）において、架台１上に据え付けられる加熱炉は、鋼製の炉壁２と、この炉壁２の内側に設けた、耐火断熱材たるカーボンファイバーフェルト３と、このカーボンファイバーフェルトの内側に設けた、グラファイト等の耐火材からなるアウターマッフル４と、このアウターマッフル４の内側に設けた、同様にグラファイト等の耐火材からなるインナーマッフル５とを有する。アウターマッフル４とインナーマッフル５との間にはヒーター６が配置されており、インナーマッフル５内を連続的に走行せしめられる被加熱物を加熱することができるようになっている。アウターマッフル４は、ヒーター６を包囲し、アウターマッフル４内をヒーターの発する熱による均一な温度の空間とするように作用する。
【００１０】
また、カーボンファイバーフェルト３とアウターマッフル５との間には、多孔質炭素材７が配置されている。この多孔質炭素材７は、カーボンファイバーフェルト３とアウターマッフル５との間にあってガスを拡散させ、それらの界面にガスが滞留するのを防止し、１，０００℃以上もの高温で使用したときのカーボンファイバーフェルト３の減耗を抑制する。
【００１１】
上記において、炉壁２とカーボンファイバーフェルト３との間に、たとえば耐火断熱煉瓦からなる、カーボンファイバーフェルトとは別の耐火断熱材を設けてもよい。そうすると、カーボンファイバーフェルト３と炉壁２との間にガスが滞留するのを防止することができるようになる。
【００１２】
上述したような本発明の加熱炉は、１，０００℃以上もの高温を必要とする炭素繊維の製造に極めて有用である。すなわち、たとえばポリアクリロニトリル系繊維、ピッチ系繊維、フェノール繊維等の原料繊維（プリカーサー）を耐炎化処理してなる耐炎化繊維を本発明の加熱炉に導き、炉内を窒素ガス、アルゴンガス等の不活性雰囲気に保ちながら１，０００〜３，０００℃程度の高温で焼成し、炭素繊維（黒鉛繊維を含む）を製造するような場合に好適である。
【００１３】
【実施例および比較例】
（実施例）
図１に示した加熱炉を用い、平均単糸径５０μｍ、単糸数１２，０００本のポリアクリロニトリル系繊維の耐炎化繊維を２，０００℃で焼成し、炭素繊維を得た。多孔質炭素材としては、厚み３０ｍｍ、平均孔径２０μｍ、空気透過率１２ｃｍ2／ｃｍＨ2Ｏ，ｍｉｎの黒鉛質のものを用いた。また、耐炎化繊維の走行速度は３ｍ／分とした。
【００１４】
２か月間の連続運転の後、カーボンファイバーフェルトの減耗の有無を目視により観察したところ、減耗はほとんど認められなかった。
（比較例）
実施例において、多孔質炭素材を除去した。同様に２か月間の連続運転した後、カーボンファイバーフェルトの減耗の有無を目視により観察したところ、アウターマッフルとカーボンファイバーフェルトとの界面においてカーボンファイバーフェルトが減耗し、収縮していた。
【００１５】
【発明の効果】
本発明は、炉壁の内側に設けたカーボンファイバーフェルトとこのカーボンファイバーフェルトの内側に設けたマッフルとの間に多孔質炭素材を設けているので、実施例と比較例との対比からも明らかなように、１，０００℃以上といった高温で長期間使用してもカーボンファイバーフェルトの減耗を抑制することができる。そのため、カーボンファイバーフェルトの交換周期を延ばすことができ、停機の周期を延ばすことができるので、炭素繊維の製造に用いるような場合にその製造コストを下げることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る加熱炉の概略縦断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る加熱炉の概略横断面図である。
【符号の説明】
１：基礎
２：炉壁
３：カーボンファイバーフェルト
４：アウターマッフル
５：インナーマッフル
６：ヒーター
７：多孔質炭素材
【図１】
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【図２】
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