(57)【要約】炉と、炉を通るガスを分配する吐出ノズルプレートと、炉を動作させる方法が開示される。いくつかの例の炉は、ガスを加熱する加熱システムと、基板加熱容積と、複数の通路が形成された側壁を有するプレナムとを備える。プレナムは、加熱ガスを複数の通路から基板加熱容積内に向けるように構成され、プレナムに形成された複数の通路のそれぞれは、それぞれのテーパー断面形状を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスを加熱する加熱システムと、
基板加熱空間と、
複数の通路が形成された側壁を有するプレナムであって、該プレナムは、加熱ガスを前記複数の通路から前記基板加熱空間内に誘導するように構成され、該プレナムに形成された前記複数の通路の各々は、それぞれのテーパー断面形状を有するプレナムとを具備する炉。
【請求項２】
前記基板加熱空間は、前記プレナムの反対側に、前記加熱ガスの少なくとも一部を前記基板加熱空間の外部に誘導する戻し構造部を有する請求項１に記載の炉。
【請求項３】
前記戻し構造部は、前記加熱ガスの前記少なくとも一部を前記加熱システムに誘導する請求項２に記載の炉。
【請求項４】
前記複数の通路は、前記側壁にわたって１つ以上の繰返しパターンを用いて分布する請求項１に記載の炉。
【請求項５】
前記１つ以上の繰返しパターンは、前記基板加熱空間内の装填領域にわたる前記加熱ガスの分配を最適化する、前記側壁にわたる前記通路の配置を含む請求項４に記載の炉。
【請求項６】
前記側壁は、前記通路のうちの第１の通路を有する第１の部分と、前記通路のうちの第２の通路を有する該側壁の第２の部分とを有し、前記側壁は、該側壁の前記第１の部分と該側壁の前記第２の部分との間にある第３の部分を有し、前記側壁の前記第３の部分は、前記加熱ガスを方向付ける通路を有しない請求項１に記載の炉。
【請求項７】
前記プレナムの前記側壁に形成された前記通路の各々は、それぞれの入口開口部及びそれぞれの出口開口部を有する請求項１に記載の炉。
【請求項８】
前記プレナムの前記側壁に形成された前記通路のうちの少なくとも１つは、前記それぞれの入口開口部から延在するテーパー部を有する請求項７に記載の炉。
【請求項９】
前記テーパー部を有する前記通路のうちの前記少なくとも１つは、前記それぞれの入口開口部に沿って湾曲縁部又はベベル付き縁部を更に有する請求項８に記載の炉。
【請求項１０】
前記プレナムの前記側壁に形成された前記通路のうちの少なくとも１つは、前記それぞれの入口開口部から延在するテーパー部と、該テーパー部の一端部から前記それぞれの出口開口部まで延在する直線部とを有する請求項７に記載の炉。
【請求項１１】
前記プレナムは、該プレナムのガス投入箇所から該プレナムの反対端部に向かってテーパーが付いている請求項１に記載の炉。
【請求項１２】
前記側壁は、前記複数の通路から実質的に均一の体積で前記ガスを放出するように構成される請求項１１に記載の炉。
【請求項１３】
基板加熱領域の反対側の前記側壁の全体にわたって少なくとも０．３水柱インチの静圧が生じるように構成された空気循環装置を更に備える請求項１に記載の炉。
【請求項１４】
基板加熱領域の反対側の前記側壁の全体にわたって少なくとも０．５水柱インチの静圧が生じるように構成された空気循環装置を更に備える請求項１に記載の炉。
【請求項１５】
炉内の基板を加熱する方法であって、
前記炉の内部に配置されプレナムを備えた供給構造体に加熱ガスを供給することと、
前記プレナムの側壁に形成されたテーパー断面形状を有する通路を介して、前記炉の前記内部の基板加熱空間に、前記加熱ガスの少なくとも一部を誘導することとを含む方法。
【請求項１６】
前記通路を介して前記加熱ガスの前記少なくとも一部を前記基板加熱空間内に誘導することは、
前記加熱ガスの前記少なくとも一部を前記通路の入口開口部内に誘導することと、
前記加熱ガスの前記少なくとも一部を前記通路の出口開口部から前記基板加熱空間内に誘導することとを含む請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記加熱ガスの前記少なくとも一部を前記通路の前記入口開口部内に誘導することは、
前記加熱ガスの前記少なくとも一部を、前記通路の前記入口開口部に沿って形成された湾曲縁部又はベベル付き縁部に沿って方向付けることを含む請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記加熱ガスの前記少なくとも一部を前記通路の前記入口開口部内に誘導することは、
前記加熱ガスの前記少なくとも一部を前記通路のテーパー部内に誘導することを含む請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記加熱ガスの前記少なくとも一部を前記通路の前記出口開口部から前記基板加熱空間内に誘導することは、
前記加熱ガスを前記基板加熱空間内に吐出する前に、前記加熱ガスの前記少なくとも一部を前記通路の直線部内に誘導することを含む請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記加熱ガスの前記少なくとも一部を、戻し構造部を介して前記基板加熱空間から前記プレナムに再循環させることを更に含む請求項１５に記載の方法。
【請求項２１】
前記通路を介して前記加熱ガスの前記少なくとも一部を前記基板加熱空間内に誘導することは、
前記加熱ガスの前記少なくとも一部を、前記側壁にわたる前記通路の１つ以上の繰返しパターン内に誘導することを含む請求項１５に記載の方法。
【請求項２２】
前記通路を介して前記加熱ガスの前記少なくとも一部を前記基板加熱空間内に誘導することは、
前記加熱ガスの前記少なくとも一部を、実質的に均一の体積で前記通路に通して方向付けることを含む請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願］
本願は、2016年11月8日出願の米国特許出願第15/345,553号「OVENS, DISCHARGE NOZZLE PLATES FOR DISTRIBUTION OF GAS THROUGH AN OVEN, AND METHODS TO OPERATE AN OVEN」の優先権を主張する。本明細書の一部をなすものとして、米国特許出願第15/345,553号の全体を引用する。
【背景技術】
【０００２】
酸化炉は、前駆体（アクリル繊維、ピッチ繊維またはセルロース繊維等）から炭素繊維を製造するのに一般的に用いられる。１つの一般的な処理方法は、前駆体材料の繊維セグメントを１つ以上の酸化炉に通して連続的に引っ張ることを含む。
【０００３】
酸化炉の各々は、それぞれの酸化チャンバーを備え、その中で繊維セグメントの酸化が行われる。各繊維セグメントは、炭素繊維前駆体として第１の酸化炉内へ引っ張り入れ、その後、各酸化炉を通って複数回のパスが行われた後、酸化された繊維セグメントとして最後の酸化炉を出ることができる。繊維セグメントを炉の酸化チャンバーに通して引っ張るために、ロールスタンドおよびテンショナーが用いられる。各酸化炉は、熱気の循環流によって、セグメントを、温度がおよそ３００℃に近付くまで加熱する。
【０００４】
そのような炉の一例は、ミネソタ州ミネアポリス所在のDespatch Industries社から入手可能なDespatch炭素繊維酸化炉である。そのような炉についての記載は、本発明の譲受人に譲渡された特許文献１に見ることができる。特許文献１に記載の炉は、「センターツーエンド（center-to-ends）」酸化炉である。センターツーエンド酸化炉において、熱気は、チャンバーの中央から炉の酸化チャンバーに供給され、チャンバーの端部に向かって流れる。
【０００５】
通常、そのようなセンターツーエンド酸化炉は、チャンバーの中央に位置する中央供給構造部を備える。中央供給構造部は、互いに積み重ねられた複数の供給プレナムを含む。積み重ねられた供給プレナム間には隙間が設けられ、繊維セグメントがプレナム間を通過することが可能である。各プレナムは、その端部のうちの一方または双方を通して加熱空気を受け取るダクト構造部を備える。各プレナムは、対応するダクト構造部の対向する側壁のそれぞれに形成されている一連の穴を有する。これらの一連の穴は、本明細書において「ノズル」とも称する。各プレナムは、加熱空気を受け取り、加熱ガスの流れを、加熱ガスのおおよそ水平かつ平行なストリームの形でノズルから出して酸化チャンバーの両端部の方に誘導するように構成されている。
【０００６】
このようなノズルは、通常、プレナム構造体の側壁を形成する１対の比較的薄い金属シートに形成される。これらの金属シートは、本明細書において「ノズルシート」とも称される。図１、２は、ノズル１０２が形成されている従来のノズルシート１００の一例の一部を示している。
【０００７】
ノズルシート１００は、通常、厚さが１／４インチ未満であり、炉内での使用に好適なアルミニウムその他類似の材料から作製される。ノズル１０２は、通常、シートに穿孔することによって各ノズルシート１００に形成される。
【０００８】
このようなノズルシートが比較的薄く、このシートに多数のノズルが存在するとすれば、薄いノズルシートを補強するために、また、ノズルから離れる空気がより均一かつ平行なストリームの形でノズルから離れるようにノズルから離れる空気の角度方向を制御するのを助けるために、通常、ヘクスハニカム（hex honeycomb：六角ハニカム）材料シートが各ノズルシートの外面に積層される。図３は、ヘクスハニカム材料シート１０４の一部を示しており、図４は、図１、２に示すノズルシート１００の外面に配置されたヘクスハニカム材料１０４を示している。
【０００９】
然しながら、ヘクス材料シートの開口と、薄いノズルシートの対応するノズルとを正確に位置合わせすることは困難である可能性がある。ヘクス材料の開口とノズルシートのノズルとの位置がずれていると、ノズルから離れる空気が、より均一でなくより平行でないストリームの形でノズルから離れることにつながり得る。また、２枚のヘクス材料シートを各プレナムに付加することで、各プレナムの製造、組立てのコストが増大する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第4,515,561号
【発明の概要】
【００１１】
１つの実施形態は、繊維を加熱する炉に関する。この炉は、炉内で炉の第１の端部と第２の端部との間に配置されている供給構造部を備える。供給構造部は、間に隙間を有して互いに積み重ねられた複数のプレナムを備える。プレナムは、加熱システムと流体連通する。少なくとも１つのプレナムは、複数の通路が形成されている少なくとも１つの側壁を有し、この少なくとも１つのプレナムは、加熱ガスの少なくとも一部を複数の通路から炉の内部に誘導するように構成されている。上記少なくとも１つのプレナムに形成されている複数の通路の各々は、それぞれのテーパー断面形状を有する。
【００１２】
別の実施形態は、炉を用いて繊維を加熱する方法に関する。本方法は、加熱ガスを、炉の内部に配置されている供給構造部に供給することを含む。供給構造部は、間に隙間を有して互いに積み重ねられた複数のプレナムを備える。本方法は、加熱ガスの少なくとも一部を、少なくとも１つのプレナムの少なくとも１つの側壁に形成されているテーパー断面形状を有する通路から、炉の内部に誘導することを更に含む。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】従来のノズルシートの一例の一部を示す図である。
【図２】図１に示すノズルシートの断面図である。
【図３】ヘクスハニカム材料シートの一部を示す図である。
【図４】図１、２に示すノズルシートの外面に配置された図３のヘクスハニカム材料を示す図である。
【図５】炉の１つの例示的な実施形態の斜視図である。
【図６】炉のチャンバーから頂壁を取り外した、図５に示す炉の斜視図である。
【図７】図５に示す炉の断面平面図である。
【図８】図５に示す炉の中央供給構造部の細部を示す図である。
【図９】供給プレナムの１つの例示的な実施形態の断面平面図である。
【図１０】図９に示す供給プレナムの１つの側壁の側面図である。
【図１１】図１０に示す側壁の一部をより詳細に示す図である。
【図１２】図１１に示す側壁の一部の断面図である。
【図１３】図１２に示すノズルのうちの１つの詳細図である。
【図１４】加熱ガスとの接触によって繊維を加熱する方法の例示的な一実施形態のフロー図である。
【図１５】ノズルの１つの代替的なテーパー断面形状を示す図である。
【図１６】基板加熱空間を通る均一な空気流を提供する別の例の炉を示す図である。
【図１７】一例の側壁および通路を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図５〜図７は、後述するノズルプレートを使用することができる酸化炉５００の１つの例示的な実施形態を示している。然しながら、後述するノズルプレートは、他の酸化炉において使用することができることを理解されたい。
【００１５】
図５〜図７に示す酸化炉５００は、上述のタイプの酸化プロセスを用いた炭素繊維の製造に使用するのに適している。例えば、図５〜図７に示す酸化炉５００の例示的な実施形態は、当業者には既知のように、１または複数の炉（例えば、積重形態である）を使用する酸化プロセスにおいて用いることができる。
【００１６】
簡潔性、明確性のために、酸化炉において用いられる種々の従来の特徴が図、および、以下の記載から省かれていることは当業者には理解されよう。そのような特徴の例として、限定はしないが、炉５００内のガスの流れを調整するのに用いられるバッフル、ダクト、ベーン、通気孔等、望ましくないプロセスガスの周囲環境への放出を低減する附室部（vestibules）、排気機能部、および／または、絶縁部、ルーバー、および炉５００の熱効率を向上する他の熱的機能部が挙げられる。図５〜図７に示す例示的な炉５００は、そのような特徴を備えることができることを理解されたい。
【００１７】
図５〜図７に示す例示的な実施形態では、炉５００は、炉チャンバー５０２を備え、その中で繊維セグメントの酸化が行われる。この例示的な実施形態では、炉チャンバー５０２は、複数の壁によって画定される。酸化チャンバー５０２を画定する壁は、頂壁５０４と、底壁５０６と、チャンバー５０２のそれぞれの側面５１２、５１４に沿った２つの側壁５０８、５１０と、チャンバー５０２のそれぞれの端部５２０、５２２にある２つの端壁５１６、５１８とを含む。繊維のためのそれぞれの入口は、端壁５１６、５１８のそれぞれに形成されている。各入口は、チャンバー５０２の第１の側面５１２と第２の側面５１４との間に延在する複数のスロットによって形成され、酸化炉５００によって加熱される繊維セグメントは、これらの複数のスロットに通して引っ張られる。これらの入口およびスロットは、従来どおり形成することができる。
【００１８】
また、炉５００は、加熱システム５２４を備える。加熱システム５２４は、加熱ガスをチャンバー５０２内に供給するのに用いられる。この例示的な実施形態では、使用されるガスは、周囲空気である。
【００１９】
加熱システム５２４は、様々な方法で実現することができる。図５〜図７に示す例示的な実施形態では、加熱システム５２４は、少なくとも１つのヒーター５２６（図７に示す）と、ガスをヒーター５２６に通して引き入れるブロワー５２８（図７に示す）と、ブロワー５２８に動力を提供するモーター５３０とを用いて実現される。各ヒーター５２６は、様々な方法で実現することができる。例えば、各ヒーター５２６は、１つ以上の加熱素子を用いて実現することができる。また、各ヒーター５２６は、間接ガスヒーター、電気ヒーター、或いは、それらの組合せを用いて実現することができる。各ヒーター５２６は、他の方法で実現することができる。
【００２０】
加熱システム５２４は、例えば、１つ以上の好適なコントローラー（比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラー等）を用いて制御することができる。
【００２１】
炉５００は、チャンバー５０２の内部においてチャンバー５０２の端部５２０、５２２間に配置される供給構造部５３２を備える。図５〜図７に示す例示的な実施形態において、炉５００は、加熱ガスが酸化チャンバー５０２の中央からチャンバー５０２の端部５２０、５２２に向けて供給される、センターツーエンド酸化炉である。この例示的な実施形態では、供給構造部５３２は、チャンバー５０２の内部において、端部５０２、５２２間のチャンバー５０２の中央または中央付近に配置され、本明細書において「中央供給構造部」５３２とも称される。
【００２２】
図５〜図７に示す例示的な実施形態では、中央供給構造部５３２は、間に隙間を有して互いに積み重ねられた複数の供給プレナム５３４を含む。
【００２３】
図８には、中央供給構造部５３２が一層詳細に示されている。積み重ねられた供給プレナム５３４間には隙間５３６（図８に示す）が設けられ、繊維セグメントがプレナム５３４間を通過することが可能である。
【００２４】
供給プレナム５３４に関するより多くの詳細は、図９〜図１３の記載に関連して後述する。
【００２５】
プレナム５３４は、加熱システム５２４から加熱ガスを受け取るために、その端部のうちの一方または双方が供給ダクト５３８（図６、７に示す）と流体連通している。図５〜図７に示す例示的な実施形態では、各プレナム５３４は、その端部の一方を通して加熱空気を受け取るように構成されている（ただし、他の実施形態において、各プレナムは、その端部の双方を通して加熱空気を受け取ることを理解されたい）。
【００２６】
供給ダクト５３８には、プレナム５３４を出る加熱ガスの速度が実質的に均一になるように加熱ガスの流れを調整するために、適切なテーパーが付いているか、或いは、調整可能なスロット若しくは他の機能部（図示せず）を設けることができる。
【００２７】
また、各炉５００は、酸化チャンバー５０２内に２つの帰還構造部５４０を備える。１つの帰還構造部５４０は、第１の端壁５１６の近傍に位置し、もう１つの帰還構造部５４０は、第２の端壁５１８の近傍に位置する。帰還構造部５４０の各々は、複数の戻しチャネルを有し、これらの複数の戻しチャネルは、それぞれ積み重なって、中央供給構造部５３２の対応するプレナム５３４の位置に概ね対応するように位置付けられている。戻しチャネル間には隙間が設けられ、繊維セグメントが戻しチャネル間を通過することが可能である。
【００２８】
各帰還構造部５４０の戻しチャネルは、中央供給構造部５３２からこの帰還構造部５４０へ向けられたガスの少なくとも一部を受け取るように構成されている。すなわち、各帰還構造部５４０は、中央供給構造部５３２におけるプレナム５３４の１つの側面からこの帰還構造部５４０へ向けられたガスを受け取る。
【００２９】
戻しダクト５４２は、各帰還構造部５４０と加熱システム５２４との間に流体連通を確立するのに用いられる。このようにして、帰還構造部５４０によって受け取った加熱ガスの少なくとも一部を、加熱システム５２４に向けて戻して加熱し、上述の供給ダクト５３８を介してプレナム５３４に供給する。
【００３０】
図５〜図７に示す例示的な実施形態では、戻しダクト５４２は、チャンバー５０２の壁の中に位置している。然しながら、戻しダクト５４２は、他の方法で（例えば、戻しダクト５４２の少なくとも一部をチャンバー５０２の壁の外側に配置して）実現することができることを理解されたい。
【００３１】
図５〜図７に関連して本明細書で記載されている例示的な実施形態では、プレナム５３４の各々は、図９〜図１３に示すように実現される。各プレナム５３４は、プレナム５３４の第１の端部９００において加熱ガスを供給される。加熱ガスは、供給ダクト５３８から供給される。
【００３２】
各プレナム５３４は、概して矩形の断面をしており、チャンバー５０２の側壁５０８、５１０間に、側壁５０８、５１０から離間して水平に延在する。図１０に示すように、各プレナム５３４の側壁９０４には、通路９０２が形成されている。これらの通路９０２は、本明細書において「ノズル」９０２とも称される。この例示的な実施形態では、各プレナム５３４の各側壁９０４は、図１０〜図１２に関してより詳細に後述するプレートを用いて実施される（これらのプレートは、本明細書において「ノズルプレート」９０４とも称される）。
【００３３】
各ノズル９０２のためにノズルプレート９０４に形成されている通路は、プレナム５３４に供給される空気が進入する入口開口部９０８（図１２、１３）を有するとともに、供給される空気が出て炉５００のチャンバー５０２に吐出される出口開口部９１０（図１２、１３）を有する。ノズル９０２の出口開口部９１０は、チャンバー５０２のそれぞれの端部５２０、５２２に面する。
【００３４】
ノズル９０２は、プレナム５３４の幅にわたって延在する。ノズル９０２は、受け取った加熱ガスの流れを、加熱ガスのおおよそ水平かつ平行なストリームの形で、酸化チャンバー５０２の端部５２０、５２２に誘導するように構成、配置されている。ガスのストリームは、酸化チャンバー５０２のその部分を横切る各繊維セグメントと並ぶように向けられる。
【００３５】
各プレナム５３４は、プレナム５３４のノズルプレート９０４間のプレナム５３４の内部に配置される１つ以上のバッフル９０６を備える。この例示的な実施形態では、バッフル９０６は、図９に示すようなＶ字形に構成されており、Ｖ字形の先端部は端部９００の近傍にあり、この場所で、加熱ガスがプレナム５３４に供給される。バッフル９０６のこのＶ字形構成は、概して、受け取った加熱ガスの流れをノズル９０２から外に均一に誘導するように設計されている。
【００３６】
図１０は、プレナム５３４のノズルプレート９０４のうちの一方に形成されているノズル９０２を示している。この例示的な実施形態では、ノズル５０２は、双方のノズルプレート９０４において同じように形成されている（ノズルプレート９０４のうちの一方のノズル９０２しか示されていない）。図１１は、図１０に示すノズルプレート９０４の一部をより詳細に示している。図１２は、図１１に示すノズルプレート９０４の一部の断面図である。図１３は、図１２に示すノズル９０２のうちの１つの詳細図である。
【００３７】
ノズル９０２は、例えば、ノズル９０２用の通路をドリル加工や機械加工、或いは、鋳造方法を用いてノズル９０２用の通路が形成されたノズルプレート９０４を生産することによって、ノズルプレート９０４に形成することができる。ノズル９０２は、他の方法でノズルプレート９０４に形成することができる。
【００３８】
図１２に示すように、この例示的な実施形態では、ノズルプレート９０４は、従来の穿孔ノズルシートよりもはるかに厚い。例えば、ノズルプレート９０４は、０．２５インチよりも大きい厚さを有することができる。ノズルプレート９０４は、炉内での使用に好適なアルミニウムその他類似の材料から作製することができる。
【００３９】
また、各ノズル９０２は、円形開口（図１１に示す）およびテーパー断面形状（図１２、１３に示す）を備えるようにノズルプレート９０４に形成される。各ノズル９０２のテーパー断面形状は、各ノズル９０２の対応する出口開口部９１０よりも大きい入口開口部９０８を含む。
【００４０】
この例示的な実施形態では、各ノズル９０２のテーパー断面形状は、ノズル９０２の入口開口部９０８からノズルプレート９０４の幅の少なくとも一部にわたって延在するテーパー部９１２を含む。各ノズル９０２は、テーパー部９１２の端部からそのノズル９０４の出口開口部９１０まで延在する直線部９１４も有する。
【００４１】
各プレナム５３４に供給される空気は、プレナム５３４の側壁９０４に対して平行に移動しがちである。然しながら、空気は、プレナム５３４を通過する際にバッフル９０６と相互作用し、結果として、空気がプレナム５３４を通過する際に、空気の少なくとも一部が各ノズル９０２の入口開口部９０８内に向けられる。
【００４２】
この例示的な実施形態では、各ノズル９０２のテーパー部９１２は、入口開口部９０８に沿って湾曲縁部または面取りした縁部９１６を有する。湾曲縁部または面取りした縁部９１６は、ノズル９０２を通過して流れている空気をノズル９０２に進入させるのに役立つ。各ノズルのテーパー部９１２は、ノズル９０２に入る空気の向きを徐々に変え、その一方、各ノズル９０２の直線部９１４は、空気が均一なストリームの形でノズル９０２の出口開口部９１０から流れ出るように、空気を安定化させ整える。
【００４３】
上記のようなヘクスハニカム材料シートを用いないことで、各ヘクス材料シートの開口と薄い穿孔ノズルシートの対応するノズルとを正確に位置合わせする困難な作業と、このような位置ずれによって生じ得る問題とを回避することができる。また、２枚のヘクスハニカム材料シートをプレナム５３４に付加しないことで、各プレナム５３４の製造、組立てのコストを低減させることができる。
【００４４】
さらに、より厚いノズルプレート９０４と組み合わせたノズル９０２のテーパー断面形状は、ヘクスハニカム材料シートを用いなくても、ノズル９０２から離れる空気が、より均一かつ平行な空気ストリームの形でノズル９０２から離れるのを助ける。
【００４５】
さらに、穿孔シートを用いないことで、低減した静圧によって、結果として生じる空気流の同じ均一度を達成することができる。
【００４６】
また、ヘクスハニカム材料シートを用いないことで、ノズル９０２の出口開口部９１０の形状、構成を、ノズルプレート９０４上に積層されたヘクスハニカム材料の開口に適合させる必要がなくなる。
【００４７】
図１４は、加熱ガスとの接触により繊維を加熱する方法１４００の例示的な一実施形態のフロー図である。図１４に示す方法１４００の実施形態は、本明細書において、図５〜図１３に関連して上述した酸化炉５００およびノズルプレート９０４の例示的な実施形態を用いて実現されるように記載されている。然しながら、他の実施形態を他の方法で実現することができることを理解されたい。
【００４８】
方法１４００は、加熱ガスを、炉５００の内部に配置され、間に隙間５３６を有して互いに積み重ねられた複数のプレナム５３４を備える供給構造部５３２に供給すること（ブロック１４０２）を含む。この例示的な実施形態では、加熱ガスは、加熱システム５２８から供給ダクト５３８を介して各プレナム５３４に供給される。
【００４９】
方法１４００は、加熱ガスの少なくとも一部を、プレナム５３４のうちの少なくとも１つのプレナムの少なくとも１つの側壁９０４に形成されているテーパー断面形状を有するノズル９０２から、炉５０２の内部に誘導すること（ブロック１４０４）を更に含む。加熱ガスは、概ね水平方向の平行な加熱ガスストリームの形で、ノズル９０２から酸化チャンバー５０２の端部５２０、５２２に向かって、酸化チャンバー５０２のその部分を横切る各繊維セグメントと並んで流れる。
【００５０】
この例示的な実施形態では、加熱ガスの少なくとも一部は、ノズル９０２の入口開口部９０８内に向けられ、加熱ガスの少なくとも一部は、ノズル９０２の出口開口部９１０から炉５００の内部に向けられる。また、この例では、ノズル９０２の入口開口部９０８内に向けられる加熱ガスの少なくとも一部は、入口開口部９０８に沿って形成されている湾曲縁部または面取りした縁部９１６に沿って、ノズル９０２のテーパー部９１２内に向けられる。さらに、この例では、ノズル９０２の出口開口部９１０から炉５００の内部に向けられる加熱ガスの少なくとも一部は、炉５００の内部に吐出される前に、ノズル９０２の直線部９１４内に向けられる。
【００５１】
上述した実施形態は、単に例示であり、限定することを意図していない。
【００５２】
ノズル９０２のテーパー断面形状は、他の方法で実施することができることを理解されたい。図１５は、上述したプレナム５３４において用いることができるノズル１５０２の１つの代替的なテーパー断面形状を示している。ノズル１５０２は、図９〜図１３に関して上述したノズル９０２と略同じであるが、下記の点が異なる。
【００５３】
この例示的な実施形態では、ノズル１５０２のテーパー部１５１２は、ノズル１５０２の入口開口部１５０８からノズル１５０２の出口開口部１５１０まで延在し、直線部を含まない。また、図９〜図１４に関して上述した実施形態と同様に、各ノズル１５０２のテーパー部１５１２は、入口開口部１５０８に沿って湾曲縁部または面取りした縁部１５１６を有する。
【００５４】
他のテーパー断面形状を用いることができる。
【００５５】
上述した例示的な実施形態では、各プレナム５３４には、片側から加熱ガスが供給される。一方で、他の実施形態では、中央供給構造部におけるプレナムには、両側からガスが供給される。
【００５６】
さらに、上述した例示的な実施形態では、全てのノズルの断面形状は同じである。然しながら、他の実施形態ではそうではない場合があり、ノズルの寸法、形状は、所与のプレナム内のノズルによって様々とすることができ、また、所与の供給構造部内のプレナムによって様々とすることができる。また、上述した例示的な実施形態では、各プレナムは、２つの側壁を有し、双方の側壁に、上述したようなテーパー断面形状を有するノズルが形成されているものとして示されている。然しながら、必ずしもそうである必要はない（例えば、側壁のうちの一方にのみ、上述したようなテーパー断面形状を有するノズルが形成されていてもよい）。さらに、上述した例示的な実施形態では、中央供給構造部における各プレナムは、同じ形態、設計を有する。然しながら、必ずしもそうである必要はなく、その代わりに、中央供給構造部に含まれる１つ以上のプレナムは、中央供給構造部に含まれる１つ以上の他のプレナムとは異なる形態および／または設計を有することができる。
【００５７】
図１６は、基板加熱空間１６０２を通る均一な空気流を提供する別の例の炉１６００を示している。図１６の例の炉１６００は、上述したノズルと同様または同一のノズルを用いる。炉１６００は、外部の空気流に対して閉鎖またはシールすることができる。図５〜図７の例の炉５００におけるように炭素繊維を加熱する代わりに、この例の炉１６００は、基板加熱空間１６０２内に配置された静止物体を加熱する、かつ／または、その物体に別様に空気流を提供することができる。
【００５８】
炉１６００は、基板加熱空間１６０２と、加熱システム１６０４と、プレナム１６０８とを備える。プレナム１６０８は、プレナム１６０８と基板加熱空間１６０２との間に位置する側壁１６１０を備える。したがって、側壁１６１０は、基板加熱空間１６０２の側壁でもある。側壁１６１０は、加熱ガス１６０６がプレナム１６０８から基板加熱空間１６０２に流れることを可能にするように、側壁１６１０に形成された通路１６１２を有する。プレナム１６０８は、複数の通路１６１２から基板加熱空間１６０２内に加熱ガス１６０６を誘導する。プレナム１６０８に形成された通路１６１２の各々は、それぞれのテーパー断面形状を有する。側壁１６１０および通路１６１２は、基板加熱空間１６０２を通してガスを実質的に均一に分配する。
【００５９】
加熱ガス１６０６は、基板加熱空間１６０２内の１つ以上の基板１６１６の上に誘導する、かつ／または、基板１６１６に衝突させることができる。図示の例では、基板加熱空間内の基板１６１６の複数の段（levels）が存在し、加熱ガス１６０６が側壁１６１０から基板１６１６の上を流れる。
【００６０】
図１７は、一例の側壁１６１０および通路１６１２を示している。通路１６１２の例は、図１１、１２、１３および／または図１５に示すような形状である。図１７に示すように、通路１６１２は、側壁１６１０にわたって１つ以上の繰返しパターンを用いて分布する。１つ以上の繰返しパターンは、基板加熱時の装填領域にわたる加熱ガスの分配を最適化する、側壁１６１０にわたる通路１６１２の配置を含むことができる。本明細書において用いられる場合、加熱ガスの「最適な分配」とは、実質的に同体積の空気が作用可能な表面上に広がる、かつ／または、実質的に同量の熱が装置によって空気ストリーム内に放散されることを指す。いくつかの例において、空気流の体積は、体積が±１５％以内であれば実質的に同じであるとみなされる。いくつかの例において、２つ以上の放熱レベルは、放熱が±１５％以内であれば実質的に同じである。
【００６１】
図１６に戻ると、基板加熱空間１６０２は、プレナム１６０８の反対側に、帰還構造部１６１４も有する。帰還構造部１６１２は、加熱ガス１６０６の少なくとも一部を基板加熱空間１６０２の外部に誘導する。帰還構造部１６１４は、加熱ガスの少なくとも一部を加熱システムに誘導する。
【００６２】
図１１、１２、１３、１５を参照して上述したように、この例の側壁１６１０における通路１６１２の各々は、それぞれの入口開口部９０８と、それぞれの出口開口部９１０を有する。通路１６１２のうちの１つ以上は、入口開口部９０８から延在するテーパー部９１２を有することができる。通路１６１２のうちの１つ以上は、入口開口部９０８に沿って湾曲縁部または面取りした縁部９１６を有することもできる。いくつかの例において、通路１６１２のうちの１つ以上は、入口開口部９０８から延在するテーパー部９１２と、テーパー部９１２の端部から出口開口部９１０まで延在する直線部９１４とを有する。
【００６３】
いくつかの例において、側壁１６１０は、通路が存在しない部分を有し、この部分は、通路を有する他の部分の間に位置することができる。例えば、通路１６１２を有しない部分は、基板１６１６が位置する場所（例えば、基板１６１６の高さと鉛直方向に同じ高さ）に位置することができる。側壁１６１０は、第１の通路１６１２を有する第１の部分と、第２の通路１６１２を有する第２の部分と、第１の部分と第２の部分との間にある通路１６１２を有しない第３の部分とを有することができる。
【００６４】
図１６に示すように、プレナム１６０８は、プレナム１６０８のガス投入箇所１６１８からプレナムの反対端部に向かってテーパーが付いている。側壁１６１０は、実質的に均一な体積で通路１６１２から加熱ガス１６０６を放出するように構成される。動作中、この例の加熱システム１６０４は、側壁１６１０の表面にわたって実質的に均一の体積のガス流を提供するようにプレナム１６０８の静圧を制御する。いくつかの例において、加熱システム１６０４は、（例えば、ファンを介して）プレナム１６０８を側壁１６１０の全体にわたって少なくとも０．３水柱インチの静圧に維持する。いくつかの他の例において、加熱システム１６０４は、（例えば、ファンを介して）プレナム１６０８を側壁１６１０の全体にわたって少なくとも０．５水柱インチの静圧に維持する。
【００６５】
いくつかの例において、炉１６００には、帰還構造部１６１４と加熱システム１６０４との間に冷却コイルその他のガス冷却システムが更に設けられる。
【００６６】
複数の実施形態を記載した。然しながら、特許請求される発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、記載の実施形態に対して種々の変更を行うことができることが理解されよう。
【００６７】
例示的な実施形態
例１は、繊維を加熱する炉であって、炉は、炉内で炉の第１の端部と第２の端部との間に配置され、間に隙間を有して互いに積み重ねられた複数のプレナムを備える供給構造部を備え、プレナムは、加熱システムと流体連通し、
少なくとも１つのプレナムは、複数の通路が形成されている少なくとも１つの側壁を有し、上記少なくとも１つのプレナムは、加熱ガスの少なくとも一部を複数の通路から炉の内部に誘導するように構成されており、
上記少なくとも１つのプレナムに形成されている複数の通路の各々は、それぞれのテーパー断面形状を有する、炉を含む。
【００６８】
例２は、上記少なくとも１つのプレナムの上記少なくとも１つの側壁に形成されている通路のそれぞれが、それぞれの入口開口部と、それぞれの出口開口部とを有する例１の炉を含む。
【００６９】
例３は、通路のうちの少なくとも１つに関して、それぞれの入口開口部が、それぞれの出口開口部よりも大きい例２の炉を含む。
【００７０】
例４は、上記少なくとも１つのプレナムの上記少なくとも１つの側壁に形成されている通路のうちの少なくとも１つが、それぞれの入口開口部から延在するテーパー部を有する例２または例３の炉を含む。
【００７１】
例５は、テーパー部を有する通路のうちの上記少なくとも１つが、それぞれの入口開口部に沿って湾曲縁部または面取りした縁部を更に有する例４の炉を含む。
【００７２】
例６は、上記少なくとも１つのプレナムの上記少なくとも１つの側壁に形成されている通路のうちの少なくとも１つが、それぞれの入口開口部から延在するテーパー部と、テーパー部の端部からそれぞれの出口開口部まで延在する直線部とを有する例２〜５のいずれかの炉を含む。
【００７３】
例７は、ハニカム材料が、上記少なくとも１つのプレナムの外面に配置されない例１〜６のいずれかの炉を含む。
【００７４】
例８は、上記少なくとも１つの側壁の厚さが、少なくとも０．２５インチである例１〜７のいずれかの炉を含む。
【００７５】
例９は、炉を用いて繊維を加熱する方法であって、
加熱ガスを、炉の内部に配置され、間に隙間を有して互いに積み重ねられた複数のプレナムを備える供給構造部に供給することと、
加熱ガスの少なくとも一部を、少なくとも１つのプレナムの少なくとも１つの側壁に形成されているテーパー断面形状を有する通路から、炉の内部に誘導することと、
を含む、方法を含む。
【００７６】
例１０は、加熱ガスの少なくとも一部を上記通路から炉の内部に誘導することが、
加熱ガスの少なくとも一部を上記通路の入口開口部内に誘導することと、
加熱ガスの少なくとも一部を上記通路の出口開口部から炉の内部に誘導することと、
を含む例９の方法を含む。
【００７７】
例１１は、上記通路のうちの少なくとも１つに関して、それぞれの入口開口部が、それぞれの出口開口部よりも大きい例１０の方法を含む。
【００７８】
例１２は、上記通路のうちの少なくとも１つが、それぞれの入口開口部から延在するテーパー部を有する例１０または例１１の方法を含む。
【００７９】
例１３は、加熱ガスの少なくとも一部を上記通路の入口開口部内に誘導することが、加熱ガスの少なくとも一部を、上記通路の入口開口部に沿って形成されている湾曲縁部または面取りした縁部に沿って誘導することを含む例１０〜１２のいずれかの方法を含む。
【００８０】
例１４は、加熱ガスの少なくとも一部を上記通路の入口開口部内に誘導することが、加熱ガスの少なくとも一部を上記通路のテーパー部内に誘導することを含む例１０〜１３のいずれかの方法を含む。
【００８１】
例１５は、加熱ガスの少なくとも一部を上記通路の出口開口部から炉の内部に誘導することが、加熱ガスを炉の内部に吐出する前に、加熱ガスの少なくとも一部を上記通路の直線部内に誘導することを含む例１０〜１４のいずれかの方法を含む。
【００８２】
例１６は、ガスを加熱する加熱システムと、基板加熱空間と、複数の通路が形成された側壁を有するプレナムとを備える炉を含む。プレナムは、加熱ガスを複数の通路から基板加熱空間内に誘導するように構成され、プレナムに形成された複数の通路の各々は、それぞれのテーパー断面形状を有する。
【００８３】
例１７は、基板加熱空間が、プレナムの反対側に、加熱ガスの少なくとも一部を基板加熱空間の外部に誘導する帰還構造部を有する例１６の炉を含む。
【００８４】
例１８は、帰還構造部が、加熱ガスの少なくとも一部を加熱システムに誘導する例１７の炉を含む。
【００８５】
例１９は、複数の通路が、側壁にわたって１つ以上の繰返しパターンを用いて分布する例１６〜１８のいずれかの炉を含む。
【００８６】
例２０は、１つ以上の繰返しパターンが、基板加熱空間内の装填領域にわたる加熱ガスの分配を最適化する、側壁にわたる通路の配置を含む例１９の炉を含む。
【００８７】
例２１は、側壁が、通路のうちの第１の通路を有する第１の部分と、通路のうちの第２の通路を有する側壁の第２の部分とを有し、側壁は、側壁の第１の部分と側壁の第２の部分との間にある第３の部分を有し、側壁の第３の部分は、加熱ガスを方向付ける通路を有しない例１６〜２０のいずれかの炉を含む。
【００８８】
例２２は、プレナムの側壁に形成された通路のそれぞれが、それぞれの入口開口部と、それぞれの出口開口部とを有する例１６〜２１のいずれかの炉を含む。
【００８９】
例２３は、プレナムの側壁に形成された通路のうちの少なくとも１つが、それぞれの入口開口部から延在するテーパー部を有する例２２の炉を含む。
【００９０】
例２４は、テーパー部を有する通路のうちの少なくとも１つが、それぞれの入口開口部に沿って湾曲縁部または面取りした縁部を更に有する例２３の炉を含む。
【００９１】
例２５は、プレナムの側壁に形成された通路のうちの少なくとも１つが、それぞれの入口開口部から延在するテーパー部と、テーパー部の一端部からそれぞれの出口開口部まで延在する直線部とを有する例２２〜２４のいずれかの炉を含む。
【００９２】
例２６は、プレナムが、プレナムのガス投入箇所からプレナムの反対端部に向かってテーパーが付いている例１６〜２５のいずれかの炉を含む。
【００９３】
例２７は、側壁が、複数の通路から実質的に均一の体積でガスを放出するように構成される例２６の炉を含む。
【００９４】
例２８は、炉が、基板加熱領域の反対側の側壁の全体にわたって少なくとも０．３水柱インチの静圧が生じるように構成された空気循環装置を更に備える例１６〜２７のいずれかの炉を含む。
【００９５】
例２９は、炉が、基板加熱領域の反対側の側壁の全体にわたって少なくとも０．５水柱インチの静圧が生じるように構成された空気循環装置を更に備える例１６〜２７のいずれかの炉を含む。
【００９６】
例３０は、炉内の基板を加熱する方法であって、
炉の内部に配置されプレナムを備える供給構造体に加熱ガスを供給することと、
プレナムの側壁に形成されたテーパー断面形状を有する通路を介して、炉の内部の基板加熱空間に、加熱ガスの少なくとも一部を誘導することと、
を含む、方法である。
【００９７】
例３１は、通路を介して加熱ガスの少なくとも一部を基板加熱空間内に誘導することが、
加熱ガスの少なくとも一部を通路の入口開口部内に誘導することと、
加熱ガスの少なくとも一部を通路の出口開口部から基板加熱空間内に誘導することと、
を含む例３０の方法を含む。
【００９８】
例３２は、通路を介して加熱ガスの少なくとも一部を基板加熱空間内に誘導することが、
加熱ガスの少なくとも一部を通路の入口開口部内に誘導することと、
加熱ガスの少なくとも一部を通路の出口開口部から基板加熱空間内に誘導することと、
を含む例３１の方法を含む。
【００９９】
例３３は、加熱ガスの少なくとも一部を通路の入口開口部内に誘導することが、加熱ガスの少なくとも一部を、通路の入口開口部に沿って形成された湾曲縁部または面取りした縁部に沿って方向付けることを含む例３１の方法を含む。
【０１００】
例３４は、加熱ガスの少なくとも一部を通路の入口開口部内に誘導することが、加熱ガスの少なくとも一部を通路のテーパー部内に誘導することを含む例３１の方法を含む。
【０１０１】
例３５は、加熱ガスの少なくとも一部を通路の出口開口部から基板加熱空間内に誘導することが、加熱ガスを基板加熱空間内に吐出する前に、加熱ガスの少なくとも一部を通路の直線部内に誘導することを含む例３１の方法を含む。
【０１０２】
例３６は、方法が、加熱ガスの少なくとも一部を、帰還構造部を介して基板加熱空間からプレナムに再循環させることを更に含む例３０〜３５のいずれかの方法を含む。
【０１０３】
例３７は、通路を介して加熱ガスの少なくとも一部を基板加熱空間内に誘導することが、加熱ガスの少なくとも一部を、側壁にわたる通路の１つ以上の繰返しパターン内に誘導することを含む例３０〜３６のいずれかの方法を含む。
【０１０４】
例３８は、通路を介して加熱ガスの少なくとも一部を基板加熱空間内に誘導することが、加熱ガスの少なくとも一部を、実質的に均一の体積で通路に通して方向付けることを含む例３０〜３７のいずれかの方法を含む。
【０１０５】
本方法および／またはシステムを、或る特定の実施態様を参照して記載してきたが、当業者であれば、本方法および／またはシステムの範囲から逸脱することなく、種々の変更を行うことができること、および、均等物に置き換えることができることを理解するであろう。加えて、本開示の範囲から逸脱することなく、本開示の教示に対して特定の状況または材料を適合させるように多くの改変を行うことができる。したがって、本方法および／またはシステムは、開示されている特定の実施態様に限定されない。代わりに、本方法および／またはシステムは、字義どおりにでも均等論のもとにおいても、添付の特許請求の範囲内に入る全ての実施態様を含む。
【０１０６】
１００    ノズルシート
１０２    ノズル
１０４    ヘクスハニカム材料シート
５００    酸化炉
５０２    チャンバー
５０４    頂壁
５０６    底壁
５０８    側壁
５１０    側壁
５１２    第１の側面
５１４    第２の側面
５１６    第１の端壁
５１８    第２の端壁
５２０    端部
５２２    端部
５２４    加熱システム
５２６    ヒーター
５２８    ブロワー
５３０    モーター
５３２    供給構造部
５３４    供給プレナム
５３６    隙間
５３８    供給ダクト
５４０    帰還構造部
５４２    ダクト
９００    第１の端部
９０２    ノズル
９０４    ノズルプレート
９０６    バッフル
９０８    入口開口部
９１０    出口開口部
９１２    テーパー部
９１４    直線部
９１６    面取りした縁部
１４００    方法
１４０２    ブロック
１４０４    ブロック
１５０２    ノズル
１５０８    入口開口部
１５１０    出口開口部
１５１２    テーパー部
１５１６    ベベル縁部
１６００    炉
１６０２    基板加熱空間
１６０４    加熱システム
１６０６    加熱ガス
１６０８    プレナム
１６１０    側壁
１６１２    通路
１６１４    帰還構造部
１６１６    基板
１６１８    ガス投入箇所
【図１】
2020500285.tif 000003
【図２】
2020500285.tif 000004
【図３】
2020500285.tif 000005
【図４】
2020500285.tif 000006
【図５】
2020500285.tif 000007
【図６】
2020500285.tif 000008
【図７】
2020500285.tif 000009
【図８】
2020500285.tif 000010
【図９】
2020500285.tif 000011
【図１０】
2020500285.tif 000012
【図１１】
2020500285.tif 000013
【図１２】
2020500285.tif 000014
【図１３】
2020500285.tif 000015
【図１４】
2020500285.tif 000016
【図１５】
2020500285.tif 000017
【図１６】
2020500285.tif 000018
【図１７】
2020500285.tif 000019
【国際調査報告】
2020500285.tif 000020
2020500285.tif 000021
2020500285.tif 000022