本發明涉及碳纖維制備技術領域，更具體地，涉及一種預氧化爐熱風循環系統。

背景技術：

碳纖維在制備過程中，首先需要對原料編制的毛氈進行預氧化處理，這個工序通常需要在預氧化窯爐內進行，毛氈隨輸送設備在爐膛內移動的同時與爐膛內預定溫度范圍的熱空氣中的氧氣發生反應，預氧化窯爐的熱風溫度均勻性直接影響產品的預氧化效果，而目前傳統熱風循環結構的熱風溫度均勻性僅為±10℃，還遠不能達到穩定生產的目的。

技術實現要素：

本發明提供一種預氧化爐熱風循環系統，用于克服現有技術的缺陷，旨在提高熱風循環系統中熱風溫度均勻性，進而提高產品的預氧化質量。

為實現上述目的，本發明提供一種預氧化爐熱風循環系統，包括：

爐體，所述爐體內設置有循環風道；

布風器，內部具有空腔，所述空腔由周側面和位于所述周側面兩端的端面圍設而成；其中一個所述端面呈外凸狀，另一所述端面呈凹陷狀；所述端面上均設置有若干與所述空腔連通的導向孔；所述布風器安裝于所述循環風道內，其中一個所述端面迎風設置；

集中排風裝置，包括排風風機、主管和若干支管；所述主管一端與所述排風風機的抽風口連接，另一端與大氣連通；所述支管一端與所述循環風道連通，另一端與所述主管連通；所述支管的中部斷開并形成有間隙。

進一步地，所述集中排風裝置的支管在斷開處形成兩個端口，其中靠近所述主管的端口上固定有籠罩遠離所述主管的端口的風罩，所述風罩與遠離所述主管的端口之間具有間隙。

進一步地，所述循環風道包括首尾連通的進風通道和回風通道；

所述進風通道與所述回風通道沿長度方向并排設于所述爐體內；

所述集中排風裝置的支管連通于所述進風通道與回風通道的交界處，或連通于所述回風通道上并靠近所述進風通道的位置。

進一步地，所述回風通道內設置有循環風機和加熱器；所述回風通道上設置有至少一個連通所述回風通道與大氣的補風口，所述補風口在空氣流動方向上位于所述集中排風裝置的支管的后方。

進一步地，所述回風通道自進口至出口依次包括回流通道和加熱通道；所述回流通道的橫截面尺寸大于所述加熱通道的橫截面尺寸；所述加熱器位于所述加熱通道內，所述循環風機和補風口均位于所述回流通道內。

進一步地，所述循環風機靠近所述回流通道的端部且安裝于所述回流通道的側壁上，所述回流通道與所述加熱通道銜接的位置設置有用于將回流通道內的氣體導入加熱通道內的回風導流板。

進一步地，所述回風導流板包括弧面板和至少一沿所述弧面板端部切向延伸的平面板，所述弧面板與所述平面板固定連接或一體成型。

進一步地，所述回流通道內設置有至少一個空氣過濾器，所述空氣過濾器位于所述補風口與所述循環風機之間。

進一步地，至少在所述進風通道內設置有原料輸送裝置；

所述原料輸送裝置包括驅動部件、主動軸以及與所述主動軸平行的從動軸；

所述主動軸至少兩端具有隨所述主動軸一起轉動的主動鏈輪，所述從動軸兩端具有隨所述從動軸一起轉動的從動鏈輪；

位于所述主動軸與從動軸同側的主動鏈輪和從動鏈輪分別通過繞設于各自外緣上的傳動鏈條傳動連接；

所述驅動部件的動力輸出端與所述主動軸傳動連接；

兩所述傳動鏈條之間安裝有若干支撐桿，所述支撐桿均平行于所述主動軸或平行于所述從動軸。

進一步地，所述預氧化爐熱風循環系統還包括滅火裝置，所述滅火裝置包括：

進氣管，內部通有惰性氣體，端部與所述進風通道連通；

閥門，設置在所述進氣管上，并在控制器的作用下打開或關閉所述進氣管；

溫度傳感器，感應端位于所述進風通道內，信號輸出端連接所述控制器；

所述控制器，輸入端連接所述溫度傳感器，輸出端連接所述閥門；用于根據接收到的溫度信號的值與閾值的比較結果控制所述閥門的動作。

本發明提供的預氧化爐熱風循環系統，使用過程中，原料在循環風道內移動時，熱風通過布風器后達到了均勻布風的效果，經布風器出來的均布的高溫空氣流與通道內的原料進行氧化反應，反應后的尾氣在排風風機的作用下經支管、主管外排，在尾氣外排過程中，循環風道內部與大氣之間存在壓差，大氣通過補風口進入循環通道，當主管內壓力較低時，通過支管斷開處的間隙能吸入大氣，從而保持循環風道內部的壓力平衡，通過布風器與集中排風裝置協同作用保證了循環風道內部的溫度均勻，提高了原料內部溫度的均勻性進而提高了碳纖維產品預氧化處理的質量。

附圖說明

圖1為本發明實施例提供的預氧化爐熱風循環系統的縱向截面結構示意圖；

圖2為本發明實施例提供的預氧化爐熱風循環系統的橫向截面結構示意圖；

圖3a為圖1中布風器的優選實施方式一的立體結構示意圖；

圖3b為圖1中布風器的優選實施方式二的立體結構示意圖；

圖4a為圖1中集中排風裝置優選實施方式一的主視圖；

圖4b為圖4a的左視圖；

圖4c為圖1中集中排風裝置優選實施方式二的結構示意圖；

圖5a為圖1中原料輸送裝置的結構示意圖；

圖5b為圖5a的左視圖；

圖6為本發明實施例提供的預氧化爐熱風循環系統中的滅火裝置的結構示意圖。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l明中的實施例，本領域普通技術人在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

實施例

如圖1～4所示，本發明提供一種預氧化爐熱風循環系統，包括爐體10、布風器20、集中排風裝置30；爐體10內設置有循環風道11以及與循環風道11連通的至少一個補風口12；

布風器20內部具有空腔，空腔由周側面23和位于周側面23兩端的第一端面21及第二端面22圍設而成；第一端面21呈外凸狀，第二端面22呈凹陷狀；第一端面21與第二端面22上均設置有若干與空腔連通的導向孔24；布風器20安裝于循環風道11內，第一端面21或第二端面22迎風設置；

集中排風裝置30包括排風風機31、主管32和若干支管33；主管32一端與排風風機31的抽風口連接，另一端與大氣連通；支管33一端與循環風道11連通，另一端與主管32連通；支管33的中間部位斷開并形成上端口和下端口，上端口與下端口之間具有間隙。斷開部位將支管33分成兩部分，其中位于斷開處下方的為第一支管331，位于斷開處上方的為第二支管332。

本發明提供的預氧化爐熱風循環系統，將布風器20周側面靠近循環風道11內壁，第一端面21或第二端面22迎著氣流來源放置，本實施例中氣流經第一端面21進入空腔內，通過第一端面21一次布風，在空前內部回流后氣流進一步再經第二端面22從空腔內流出，通過第二端面22二次布風，同時利用凹凸狀端面及周側面共同圍設的空腔形狀弱化氣流源中央位置氣流強，邊緣位置氣流弱的分布形式，提高氣流通過率，均勻風阻力分布。

使用過程中，原料在循環風道11內移動時，保證吹向原料的熱風通過布風器20后均勻分布，經布風器20出來的均勻高溫空氣流與通道內的原料進行氧化反應，反應后的尾氣在集中排風裝置30的強制作用下外排，在外排過程中，為了保證循環風道11內部的空氣中有足夠的氧氣與原來進行氧化反應，需要向內補入空氣，這樣集中排風裝置30就需要能夠維持循環風道11內部的壓力平衡，才能保證最終熱風均勻地通過原料，從而保證原料的溫度均勻。

在排風風機31的作用下熱風經支管33、主管32外排，在尾氣外排過程中，循環風道內部與大氣之間存在壓差，大氣通過補風口12進入循環通道，當主管32內壓力較低時，通過支管33斷開處的間隙能吸入大氣，從而保持循環風道11內部的壓力平衡，通過布風器20與集中排風裝置30協同作用保證循環風道內部的溫度均勻，預氧化處理過程中原料內部的溫度均勻性可達±1.2℃，大大提高了碳纖維產品預氧化處理的質量。

第一端面21和第二端面22可以是圓錐狀、棱錐狀，或者旋轉曲線是拋物線、流線等曲線的旋轉曲面；周側面23可以是圓柱面、棱柱等幾何結構的周側面，也可以是不規則曲面或平面的組合；第一端面21和第二端面22與周側面23之間可以固定連接，也可以一體成型。這里的導向孔24可以是設置在端面(第一端面21和第二端面22)內部，通過導向孔24自身的長度方向實現導向功能，也可以在端面(第一端面21和第二端面22)上設置管道，通過在管道的方向實現導向功能。導向孔24的作用在于將氣流導向同一個方向，實現氣流匯聚。

下面給出布風器20兩種優選實施方式：

優選實施方式一：參見圖3a，第一端面21、第二端面22均為拋物面，形成空腔的兩拋物面交錯布置。拋物面界面呈拋物線形，與風力載荷分布曲線相似，更為貼近載荷分布面，進一步降低阻力，提高氣流透過導向孔24的效率。

優選實施方式二：參見圖3b，第一端面21、第二端面22均包括L形件，形成空腔的兩L形件交錯布置。L形件的縱截面呈角狀，由兩個面形成，其中兩面的一側邊重合，另一側邊分別向發散的方向延伸，形成屋脊狀，兩面可以是平面，也可以是曲面，側邊重合處可以是尖角、也可以是圓角；L形件能夠將中央位置強、邊緣位置弱的氣流聚攏在一個方向上，通過L形件的交錯布置實現風道截面方向上的聚攏和均布，結構簡單，易于制作，生產成本較低。L形件包括兩平面板，兩平面板之間的夾角在30°～150°之間。具體可以根據不同的工藝調節角度，同時通過布置大小不一的導風筒調節工作空間的進風量，使熱風均勻、勻速地通過工作空間，提高溫度均勻性。

本實施例中構成第一端面21的L形件包括第一面板211和第二面板212，構成第二端面22的L形件包括第三面板221和第四面板222，周側面23包括側邊首尾連接的第一側面231、第二側面232、第三側面233和第四側面234；彼此相鄰的兩側面之間(第一側面231與第二側面232之間、第二側面232與第三側面233之間、第三側面233與第四側面234之間以及第四側面234與第一側面231之間)的夾角為90°；第一側面231、第二側面232、第三側面233和第四側面234位于其中一端(左端)的端邊順次連接第一面板211和第二面板212的內側邊、第一面板211上側邊、第一面板211和第二面板212的外側邊、第二面板212下側邊；第一側面231、第二側面232、第三側面233和第四側面234位于其中另一端(右端)的端邊順次連接第三面板221的內側邊、第三面板221和第四面板222的上側邊、第四面板222的外側邊、第三面板221和第四面板222的下側邊。易于制作，且與循環風道11的結構匹配，方便安裝，不易透風，能達到均勻布風的效果。

進一步地，參見圖4a、圖4b和圖4c，集中排風裝置30還包括支架34，主管32通過多個支架34支撐在爐體10上，以增強集中排風裝置30的穩定性；此外，為增加導流效果，在上端口固定有籠罩下端口的風罩35，風罩35與下端口之間具有間隙。風罩35對從第一支管331抽出的氣流具有反向緩沖作用，從而進一步降低第二支管332與第一支管331內部的壓差，保持循環風道內部氣壓平衡。

風罩35沿軸向自靠近第二支管332的一端至遠離第二支管332的一端開口尺寸逐漸增大。風罩35大開口端的尺寸大于第一支管331的開口尺寸，這樣才能將第一支管331罩住。風罩35的形狀呈喇叭狀，扣于第一支管331頂部開口端，一方面起到導流作用，另一方面有利于氣流的反向緩沖。

作為風罩35的優選實施方式一，風罩35為棱臺狀。當支管33采用方管時，可以采用四棱臺的形狀，提高導流效果，除此之外，當支管33采用圓管時，風罩35還可以是旋轉曲面狀。

作為風罩35的優選實施方式二，風罩35為圓臺形。

作為風罩35的優選實施方式三，形成旋轉曲面的母線為弧線，所述弧線相對于形成旋轉曲面的定直線(軸線)向外突伸，呈傘形。風罩35的導流效果相對顯著。

作為風罩35的優選實施方式四，形成旋轉曲面的母線為弧線，所述弧線為相對于形成旋轉曲面的定直線(軸線)向內凹陷。風罩35的反向緩沖效果相對顯著。

在上述實施例的基礎上，為了控制排風量，還可以在第二支管332上設置單向閥門；此外，由于主管32的長度較長，可以通過多節管連接而成，例如，兩節管道之間通過軟連接管36(長度補償器)連接，軟連接管36長度可以變化，當相鄰的兩節管道之間中心軸線不重合時，也能夠對接在一起，降低安裝精度和安裝要求，此外，對于由排風風機31或爐體10產生的振動也可以起到緩沖作用。

進一步地，為使得盡量多的經過預氧化處理后的尾氣經過集中排風裝置30外排，并進一步提高預氧化處理效率，循環風道11包括首尾連通的進風通道111和回風通道112；進風通道111與回風通道112沿長度方向并排設于爐體10內；回風通道112上設置有至少一個連通回風通道112與大氣的補風口12；為保證熱風溫度均勻，補風口12在空氣流動方向上位于集中排風裝置的支管33的后方；本實施例中支管33連接于爐體10的尾部，并連通于進風通道111與回風通道112的交界處。此外，支管33連通于回風通道上112并靠近進風通道111的位置，支管33連接于爐體10的側壁并靠近尾部位置。

進一步地，回風通道112內設置有至少一個循環風機113、加熱器114、空氣過濾器115；補風口12連通回風通道112與大氣。冷風經補風口12進入回流風道112通過加熱器114加熱，傳送至進風通道。

進一步地，回風通道112自進口至出口依次包括回流通道112a和加熱通道112b；回流通道的橫截面尺寸大于加熱通道的橫截面尺寸；加熱器114位于加熱通道內，循環風機113和補風口12均位于回流通道112a內?；亓魍ǖ?12a的橫截面尺寸較大，有利于氣體流動，加熱通道112b的橫截面尺寸較小以及加熱器114的位置，有利于氣體內部進行熱交換，保持溫度的均勻性，補風口12的位置壓差較大有利于外部氣體進入回風通道112。

進一步地，循環風機113靠近回流通道112a的端部且位于回流通道112a的側壁，回流通道112a與加熱通道112b銜接的位置設置有用于將回流通道112a內的氣體導入加熱通道112b內的回風導流板116。

進一步地，為提高導流效果，回風導流板116包括弧面板和至少一沿弧面板端部切向延伸的平面板，弧面板與平面板固定連接或一體成型。氣流在流動過程中受回風導流板116弧面板的沖擊，向上沿切向的平面板進入加熱通道112b。

進一步地，參見圖5a、圖5b，至少在進風通道111內設置有原料輸送裝置40；原料輸送裝置40包括驅動部件41、主動軸42以及與主動軸42平行的從動軸43；主動軸42至少兩端具有隨主動軸42一起轉動的主動鏈輪421，從動軸43至少兩端具有隨從動軸43一起轉動的從動鏈輪431。

位于主動軸42與從動軸43同側的主動鏈輪421和從動鏈輪431分別通過繞設于各自外緣上的傳動鏈條44傳動連接；驅動部件41的動力輸出端與主動軸42傳動連接；兩傳動鏈條44之間安裝有若干支撐桿45，支撐桿45均平行于主動軸42或平行于從動軸43。

通過兩傳動鏈條44以及安裝在兩傳動鏈條44之間的若干支撐桿45形成的輸送帶來輸送預氧化氈，一方面具有皮帶的柔韌性，能夠在拐彎處變形；另一方面可以采用金屬等耐高溫材質制成，滿足高溫使用環境，大大延長了輸送裝置的使用壽命，并降低了成本。

進一步地，為進一步增加傳動帶的平整度和穩定性，可以在支撐桿45上安裝鋼絲網46。鋼絲網46可通過緊固件等固定在支撐桿45上。

進一步地，不受能產生柔性變形的限制，取材范圍較高，為了更好的適應高溫環境的使用，并提高強度高、延長使用壽命長，支撐桿45可以采用金屬材質制成。

本實施例中，驅動部件41包括電機和減速機，減速機的輸出軸與主動軸42之間通過聯軸器47傳動連接。減速機用于降低電機的輸出轉速，電機與減速機之間可以直接連接，或同軸設置，具體也可選用電機、減速機集成于一體的動力輸出設備，聯軸器47能夠降低兩連接件之間的振動，并且安裝后同軸度精度較高。

進一步可增設至少一改向單元，通過改向單元能夠改變傳動鏈條44的走向，在預氧化氈的出料段形成一個波谷，預氧化氈隨其上升至波谷頂峰，然后在隨之下降，在下降的過程中，受到沿傳動鏈條44移動方向的力，從而促進了預氧化氈與鋼絲網46或支撐桿45的分離，在本發明一實施例中，改向單元包括傳動軸48和至少設置于傳動軸48兩端并隨傳動軸48轉動的改向鏈輪481；兩傳動鏈條44對應繞設于改向鏈輪481上；傳動軸48位于主動鏈輪421與從動鏈輪431之間，并用于將傳動鏈條44向外撐開。還可以通過兩個改向單元來改變傳動鏈條44的移動方向，從而提高輸送的穩定性。

為增加輸送裝置的靈活性，改向鏈輪481的直徑小于主動鏈輪421的直徑，并且改向鏈輪481的直徑小于從動鏈輪431的直徑。

進一步地，參見圖6，預氧化爐熱風循環系統還包括滅火裝置50，滅火裝置50包括進氣管51、閥門52、溫度傳感器(圖未示)和控制器(圖未示)；進氣管51內部通有惰性氣體，端部與進風通道111連通；閥門52設置在進氣管51上，并在控制器的作用下打開或關閉進氣管51；溫度傳感器感應端位于進風通道111內，信號輸出端連接控制器；控制器輸入端連接溫度傳感器，控制器輸出端連接閥門52，用于根據接收到的溫度信號的值與閾值的比較結果控制閥門52的動作。

閥門52處于常閉狀態，控制器的閾值是預先設定的，閾值可根據原料的著火點溫度值進行設定，可稍高于著火點溫度，控制器通過信號采集器按照預定的頻率持續采集溫度傳感器的溫度信號，并將溫度信號轉換為數字信號后提取溫度值，比較溫度值與閾值，當溫度值低于閾值時，認為預氧化處理物料沒有著火，閥門52關閉，進氣管51內的惰性氣體被封堵在通道外，當溫度值達到閾值時，認為通道內的預處理原料著火，控制器控制閥門52打開，進氣管51處于打通狀態，惰性氣體進入通道內，隔絕氧氣，阻止燃燒，迅速滅火并降溫。惰性氣體可以是氮氣、氬氣等。

控制器判斷著火的規則還可以是判斷后一時刻的溫度值與前一時刻溫度值的差值是否大于閾值，如果大于閾值則判斷著火，控制閥門52打開；如果后一時刻的溫度值與前一時刻溫度值的差值小于閾值，則認為沒有著火，閥門52保持關閉。

當爐體10內部的原料引燃時，溫度急劇升高，控制器通過溫度傳感器檢測爐體10內部的溫度，當其超過控制器設定的閾值時，控制器控制閥門52打開，通過進氣管51向爐體10內的通道噴入惰性氣體，惰性氣體進入爐體通道內，隔絕氧氣從而到達迅速滅火的效果，防止原料在預氧化處理過程中溶解或降低中間產品的穩定性，從而提高碳纖維產品的質量。

作為進一步地改進，進氣管51包括主干管511和若干分支管512，主干管511內部通有惰性氣體；若干分支管512沿主干管511的長度方向排列，分支管512一端與主干管511固定連接，分支管512另一端伸入原料所在的通道內，并且分支管512的開口朝向原料。分支管512可以由同一閥門52控制，可以同時從不同的地方向進風通道111內通入惰性氣體，滅火更為迅速。

為了對每一個可能著火的位置進行準確快速的滅火，可以在每根分支管512上均設置一個閥門52，與每根分支管512對應的位置均設置一個溫度傳感器。閥門52可以采用電磁閥，具體可采用兩位兩通電磁閥。如果通道內的毛氈某處(預處理原料)著火，該處溫度迅速上升，控制器采集每個溫度傳感器的溫度，該處的溫度傳感器的溫度超過設定的溫度閾值，控制器就控制對應該位置的分支管512上的電磁閥處于打開，向著火處噴氮氣，迅速滅火。

最后應說明的是：以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和范圍。