JP2005083705A

JP2005083705A - 多段加熱処理装置

Info

Publication number: JP2005083705A
Application number: JP2003318536A
Authority: JP
Inventors: Takaaki Hotta; 任晃堀田; Kenji Makino; 謙二牧野
Original assignee: IHI Aerospace Co Ltd
Current assignee: IHI Aerospace Co Ltd
Priority date: 2003-09-10
Filing date: 2003-09-10
Publication date: 2005-03-31

Abstract

【課題】被加熱物を所定温度で的確に多段加熱処理することができる多段加熱処理装置を提供する。
【解決手段】本発明の多段加熱処理装置１０は、内部に被加熱物１を収容するカートリッジ２と、カートリッジ２を包囲してカートリッジ２内の被加熱物１を加熱する加熱装置３とを備えている。カートリッジ２は、加熱装置３からの熱を吸収し被加熱物１に対する所定部位の加熱温度を所定温度に調整する加熱温度調整部を有している。また、加熱温度調整部は、加熱装置３からの熱を吸収する冷媒５を流通させる冷媒流路６を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、被加熱物を２種以上の加熱温度で加熱する多段加熱処理装置に関する。

長軸の被加熱物を軸方向に２種以上の複数の温度で加熱する場合、多段加熱処理装置が用いられる。図２は従来の一般的な多段加熱処理装置の概略構成を示す図である。この図に示すように多段加熱処理装置３０は、内部に被加熱物を収容する中空円筒形のカートリッジ１２と、このカートリッジ１２を包囲する中空円筒形の加熱装置１３とを備えている。

図３（ａ）は、図２に示した多段加熱処理装置３０の縦断面構造を示す図である。この図に示すように、加熱装置１３の壁部内には軸方向に中空円筒形の複数のヒーターＨ１〜Ｈ５（この例では５つ）が並べて配置されており、各ヒーターは、それぞれ独立に加熱制御可能となっている。

図３（ｂ）は、加熱装置１３による被加熱物１１の加熱温度の分布を示す図であり、横軸に被加熱物１１の軸方向位置をとり、縦軸に被加熱物１１の加熱温度をとっている。この図に示すように、上記のような構成を有する従来の多段加熱処理装置３０では、例えば、ヒーターＨ１〜Ｈ５をそれぞれ順に、高温加熱部、低温加熱部、高温加熱部、低温加熱部、高温加熱部として発熱させ、高温加熱領域Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５と低温加熱領域Ｓ２、Ｓ４を形成し、被加熱物１１の所定部位を所定温度で多段加熱処理するようになっている。なお、この例では、高温加熱領域は約１０００℃であり、低温加熱領域は室温（１５℃）〜数１００℃である。

このような多段加熱処理装置に関する従来技術は、例えば下記特許文献１に開示されている。特許文献１の「環状多段式加熱炉」は、上段側に低温加熱室と、該低温加熱室に隔壁を介して高温加熱室と、前記低温加熱室は、環状空間と、被加熱物を搬送するエンドレス状の上方移送手段と、前記高温加熱室は、前記低温加熱室の下段側に設けられた環状空間と、該環状空間に火炎ガスを吹き込むバーナーと、被加熱物を搬送するエンドレス状の下方移動手段とを有し、前記低温加熱室は、該高温加熱室からの熱で加熱されるようになっている。

なお、その他の関連する従来技術として下記特許文献２〜４が開示されている。

特開２００２−３７２３７５号公報特開平１１−３１７３３８号公報特開２００１−１６３６９３号公報特開平５−１３９８７８号公報

ところで、図３（ｂ）では実際の被加熱物１１に対する加熱温度を実線で示し、目標とする被加熱物１１に対する加熱温度を破線で示している。この図から分かるように、ヒーターＨ２により加熱される被加熱物１１の中央部（低温加熱領域Ｓ２の軸方向中央部）の温度は目標とする加熱温度とすることができるが、ヒーターＨ２により加熱される被加熱物１１の両端部（低温加熱領域Ｓ２の軸方向両端部）の加熱温度は、ヒーターＨ１、Ｈ３による加熱の影響により、目標とする加熱温度まで下がり切らず、Ｓ１とＳ２との境界部、及びＳ２とＳ３との境界部の温度勾配が目標とする温度勾配とならないことがある。また、ヒーターＨ４により加熱される低温加熱領域Ｓ４のように、加熱温度が目標温度まで下がる部分が全く無いということもある。

本発明は上述した従来技術の問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、被加熱物を所定温度で的確に多段加熱処理することができる多段加熱処理装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の多段加熱処理装置は、内部に被加熱物を収容するカートリッジと、該カートリッジを包囲してカートリッジ内の被加熱物を加熱する加熱装置とを備え、前記カートリッジは、前記加熱装置からの熱を吸収し前記被加熱物に対する所定部位の加熱温度を所定温度に調整する加熱温度調整部を有する、ことを特徴とする。

また、上記本発明の多段加熱処理装置において、好ましくは、前記加熱温度調整部は、前記加熱装置からの熱を吸収する冷媒を流通させる冷媒流路を有する。

上記のような本発明の構成によれば、被加熱物を収容するカートリッジに、加熱装置からの熱を吸収し被加熱物に対する所定部位の加熱温度を所定温度に調整する加熱温度調整部を設けたので、低温加熱領域の加熱温度を所定温度に調整することができる。また、高温加熱領域と低温加熱領域の間の温度勾配を大きく設定することができるので、的確な多段加熱を実現することができる。

また、加熱装置は被加熱物を高温に維持することに徹し、低温に維持する機能はカートリッジに持たせることにより両者の機能を分担したため、構造、制御方式が複雑化する傾向が強い加熱装置の本体の設計、製造、運用の合理化を図ることができる。

また、加熱温度調整部に、加熱装置からの熱を吸収する冷媒を流通させる冷媒流路を設けたので、低温部分の温度高低は冷媒流路の大きさや冷媒の流量を調整することにより達成できる。したがって、被加熱物の所有者が自由に流路設計を行うことにより、柔軟な多段加熱を達成することができる。

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。

図１（ａ）は、本発明の実施形態の概略構成図である。この図に示すように、本発明の多段加熱処理装置は、カートリッジ２と、加熱装置３とを備えている。

カートリッジ２は中空円筒形の部材からなり、その内部に被加熱物１を収容するようになっている。

加熱装置３は、中空円筒形をなし、カートリッジ２を包囲しカートリッジ２内の被加熱物１を加熱する機能を有している。図３において説明した従来型の多段加熱処理装置３０における加熱装置１３は、軸方向に並べて配置した複数のヒーターを有し、それぞれのヒーターは独立に加熱制御可能となっていたが、本発明の多段加熱処理装置１０における加熱装置３は、長軸中空円筒形の単段ヒーター４を有している。

また、カートリッジ２の円筒壁部には冷媒流路６が設けられている。この冷媒流路６は、被加熱物１のうち低温加熱領域とする位置に対応させてカートリッジ２の円筒壁部に沿って螺旋状に設けられており、冷媒流路６の内部に冷媒５が流れることにより加熱装置３からの熱を吸熱して、被加熱物１に対する加熱温度を所定温度に調整するようになっている。すなわち、冷媒流路６は、被加熱物１に対する加熱温度を所定温度に調整する加熱温度調整部として機能するようになっている。この所定温度の調整は、冷媒流路６の流路断面積や冷媒５の流量を調節することにより行うことができる。なお、この冷媒５は、例えば水や液体金属などが使用される。

また、カートリッジ２には冷媒５を冷媒流路６に供給するための冷媒供給路７が設けられている。この冷媒供給路７は、いずれも軸方向に直線的に延びており、冷媒供給路７の内側に位置する被加熱物１に対する加熱温度に影響を与えないようになっている。図に示すように、カートリッジ２には螺旋状の冷媒流路６が２箇所設けられ、この２つの冷媒流路６は、互いに冷媒供給路７により接続されている。

図１（ｂ）は、図１（ａ）の多段加熱処理装置１０による被加熱物１の加熱温度分布を示す図であり、横軸に被加熱物１の軸方向位置をとり、縦軸に被加熱物温度をとっている。また、実際の被加熱物１に対する加熱温度を実線で示し、目標とする被加熱物１に対する加熱温度を破線で示している。この図に示すように、多段加熱処理装置１０によれば、被加熱物１には、高温加熱領域Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５（いずれも約１２００℃）と、低温加熱領域Ｓ２（約１０００℃）、Ｓ４（約８００℃）が形成される。すなわち、カートリッジ２のうち冷媒流路６を設けた部分については加熱装置３からの熱が吸熱され被加熱物に対する加熱温度が所定の温度まで調整されるので、低温加熱領域Ｓ２、Ｓ４は共に、目標とする加熱温度に調整されている。

本実施形態では、低温加熱領域Ｓ２と低温加熱領域Ｓ４とでは、被加熱物に対する加熱温度は、低温加熱領域Ｓ４の方が低温に設定されているが、これは低温加熱領域Ｓ４に対応して設けられた（図で右側の）冷媒流路６を流れる冷媒５の流量を低温加熱領域Ｓ２に対応して設けられた（図で左側の）冷媒流路６を流れる冷媒の流量より多くすることにより調整できる。

このように、本発明の多段加熱処理装置１０は、被加熱物１を収容するカートリッジ２に、加熱装置３による被加熱物１に対する所定部位の加熱温度を所定温度に調整するための冷媒を流通させる冷媒流路６を設けたので、低温加熱領域の加熱温度を所定温度に調整することができる。また、高温加熱領域と低温加熱領域の間の温度勾配を大きく設定することができるので、的確な多段加熱を実現することができる。

また、加熱装置３は被加熱物１を高温に維持することに徹し、低温に維持する機能はカートリッジ２に持たせることにより両者の機能を分担したため、構造、制御方式が複雑化する傾向が強い加熱装置の本体の設計、製造、運用の合理化を図ることができる。さらに、低温部分の温度高低は冷媒流路６の大きさや冷媒５の流量を調整することにより達成できるため、被加熱物１の所有者が自由に流路設計を行うことにより、柔軟な多段加熱を達成することができる。

また、上記の実施形態において、低温加熱領域の両端側に対応する冷媒流路６を流れる冷媒５の流量を、その低温加熱領域の中央部に対応する冷媒流路６を流れる冷媒５の流量より多くするように冷媒流路を形成すれば、高温加熱領域と低温加熱領域との境界部の温度勾配をより目標とする温度勾配に近づけることができる。

なお、上述した実施形態において、高温加熱領域と低温加熱領域の温度設定は多段加熱処理の一例を示したものであり、これに限定されることはない。また、低温加熱領域を形成するための冷媒流路６は２箇所であったが、これに限定されず、多段加熱の目的に応じて適宜増減することができる。

また、冷媒流路６の形状は上述した螺旋形状に限られず、加熱装置３からの熱を吸熱し、被加熱物に対する加熱温度を所定温度に調整できる範囲で種々の形状を採用し得る。

その他、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。

（ａ）は本発明の実施形態の概略構成図であり、（ｂ）は本発明の多段加熱処理装置による被加熱物の加熱温度分布を示す図である。従来の多段加熱処理装置の概略構成図である。（ａ）は図３の多段加熱処理装置の縦断面構造図であり、（ｂ）は従来の多段加熱処理装置による被加熱物の加熱温度分布を示す図である。

符号の説明

１被加熱物
２カートリッジ
３加熱装置
４単段ヒーター
５冷媒
６冷媒流路
７冷媒供給路
１０多段加熱処理装置

Claims

内部に被加熱物を収容するカートリッジと、
該カートリッジを包囲してカートリッジ内の被加熱物を加熱する加熱装置とを備え、
前記カートリッジは、前記加熱装置からの熱を吸収し前記被加熱物に対する所定部位の加熱温度を所定温度に調整する加熱温度調整部を有する、ことを特徴とする多段加熱処理装置。
前記加熱温度調整部は、前記加熱装置からの熱を吸収する冷媒を流通させる冷媒流路を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の多段加熱処理装置。