JP2008249293A

JP2008249293A - 加熱炉の内部圧力制御方法

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Publication number: JP2008249293A
Application number: JP2007093406A
Authority: JP
Inventors: Shin Matsuda; 伸松田; Kazue Segawa; 和重勢川
Original assignee: Koyo Thermo Systems Co Ltd
Current assignee: JTEKT Thermo Systems Corp
Priority date: 2007-03-30
Filing date: 2007-03-30
Publication date: 2008-10-16
Anticipated expiration: 2027-03-30
Also published as: JP5175485B2

Abstract

【課題】炉内圧力を安定させることにより被処理物の品質を安定させるとともに、炉の運用の安全性を高めることのできる加熱炉の炉内圧力制御方法を提供する。
【解決手段】加熱炉の排気系に、エゼクター１１と、このエゼクター１１に供給される駆動ガスの流量を調節する排気側マスフローコントローラ１３とを配設するとともに、前記加熱炉に、その内部に連通して炉内圧力を検知する圧力計９を設け、この圧力計９の計測値を用いて排気側マスフローコントローラ１３を制御することにより、該炉内の圧力を所定の値に維持する。
【選択図】図１

Description

本発明は、オーブン，真空炉，雰囲気炉，加圧炉等の加熱炉において被処理物を収容する容器・槽の内部圧力を制御する方法に関する。

被処理物を容器内に収容して加熱する熱処理装置として、種々のタイプの炉やオーブンなどが知られている（例えば、特許文献１〜３等を参照。）。例えば、熱風循環式オーブンとしては、ヒーターを用いて加熱したイナート（不活性）ガスを循環させ、セラミックス材料の脱バインダ処理を行うイナートガスオーブンがある。このようなイナートガスオーブンでは、上記セラミックス材料等の被処理物を炉の内部に設けられた容器（槽）の中に配置するとともに、その容器および炉に設けられた炉口を炉口扉によって閉じた状態で、高温（ｍａｘ６００℃）としたイナートガスを炉内で循環させることにより、被処理物に熱処理を施している。

なお、上記のような脱バインダ処理を行う炉には、脱離したバインダガスによる被処理物の汚染（再付着）を防止するため、その排気系に、ポンプやエゼクター（エジェクター）等を用いた強制排気手段、あるいは排出されるガスの処理・回収装置や脱臭装置を備えるものもある（特許文献４〜５等を参照）。
特開２００３−２６９８７３号公報特開２００３−２７９０４５号公報特開２００４−３５４０１０号公報特開平１０−３１８６７６号公報特開２００３−２１４７７２号公報

ところで、以上のような加熱炉においては、加熱や冷却、あるいは被処理物からの揮発成分等の発生に起因する排気側の抵抗増加や脱臭装置等の状況変化により、炉内の圧力に変動が生じる場合がある。しかしながら、これらの要因により炉内圧力が変化した場合、被処理物の品質（熱処理の度合い）が安定しないばかりか、炉外へのガスの漏れによる作業環境の悪化や、ガス漏れあるいは炉外空気の浸入による発火や爆発等が懸念される。

本発明は、上記する課題に対処するためになされたものであり、炉内圧力を安定させることにより被処理物の品質を安定させるとともに、炉の運用の安全性を高めることのできる加熱炉の炉内圧力制御方法を提供することを目的としている。

前記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、処理容器内に被処理物を収容して熱処理する加熱炉の炉内圧力を制御する方法であって、前記加熱炉の排気系に、エゼクターと、このエゼクターに供給される駆動ガスの流量を調節する排気側マスフローコントローラとを配設するとともに、前記加熱炉に、その内部に連通して炉内圧力を検知する第１の圧力計を設け、この第１の圧力計の計測値を用いて前記排気側マスフローコントローラを制御することにより、該炉内の圧力を所定の値に調整することを特徴とする。

本発明は、加熱容器や槽の中に被処理物を収容して加熱処理する加熱炉において、排気系に、被処理物から発生したガスによる影響を受け難いエゼクターを採用するとともに、このエゼクターの動作を、炉の内部圧力を直接計測した値を用いて制御することにより、所期の目的を達成しようとするものである。

すなわち、請求項１に記載の発明によれば、加熱炉に炉内圧力を検知する第１の圧力計を設け、この第１の圧力計の計測値を用いて、排気系のエゼクターに供給される駆動ガスの流量を調節する排気側マスフローコントローラを制御することにより、該加熱炉の炉内圧力を所定の値に維持することができる。

また、この構成により、加熱や冷却、あるいは被処理物からの揮発成分等の発生による排気の抵抗増加や脱臭装置等の状況変化に起因する炉内圧力の変動が生じた場合でも、これらの変化に素早く対応することが可能になる。従って、本発明の加熱炉の炉内圧力制御方法によれば、熱処理される被処理物の品質を安定させることができるとともに、炉の運用の安全性を高めることができる。

なお、以上のような構成の炉内圧力制御機構には、これらを統括して自動制御するプログラマブルコントローラ（コンピュータ等）を配設しても良い。この構成により、加熱炉の昇温時や冷却時など、被処理物の状態に応じて、炉の温度や時間軸に対して自由な圧力設定を行うことが可能になる。

ここで、本発明の加熱炉に、前記第１の圧力計と同等の第２の圧力計を設け、前記加熱炉の吸気系に、炉内に供給される気体の流量を調節する導入側マスフローコントローラを配設して、前記第１の圧力計および／または前記排気側マスフローコントローラに異常が生じた場合には、前記エゼクターの駆動ガス流量を予め決められた一定量に固定した後、前記第２の圧力計の計測値を用いて前記導入側マスフローコントローラを制御する炉内圧力制御方法を好適に採用することができる。（請求項２）

以上の方法により、請求項１に記載の炉内圧力制御機構に異常が生じた場合でも、本発明の加熱炉は、被処理物の品質を維持することができるとともに、炉外へのガスの漏れによる作業環境の悪化や、炉外空気の浸入による発火や爆発等が防止され、炉を安全に運用することが可能になる。

以上のように、本発明の本発明の加熱炉の炉内圧力制御方法によれば、加熱や冷却あるいは被処理物からの揮発成分等の発生に起因する炉内圧力の変動を抑制することができ、もって被処理物の品質を安定させることが可能になる。

また、炉の周りの作業環境を維持しつつ、発火や爆発等の危険性を低減することができるとともに、万一この炉内圧力制御機構に異常が発生した場合でも、加熱炉を安全に運転し続けることが可能になる。

以下、図面を参照しつつこの発明を実施するための形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態における加熱炉の概略構成図である。なお、図中の符号２はイナートガス供給（導入）側のプロセス用流量計、符号３，５および１４は自動弁、符号６および７は炉内圧力計、符号８および９はプログラマブルコントローラ、符号１０は排気ガスの処理を行う二次側装置群（燃焼装置，触媒装置，脱臭装置等）、符号１２はチャンバー、符号１７は放圧口である。

この実施形態における加熱炉は、炉体内部でイナートガスを加熱し循環させるイナートガスオーブンであり、炉体本体１には、供給口及び排気口（図示省略）が設けられており、炉口扉によって炉口を閉じた後に、本体１内部の空気が窒素，アルゴン等のイナートガスと置換される。なお、炉体本体１の内部には、仕切部材（図示省略）が設けられており、この仕切部材の上方空間は、セラミックス材料等の被処理物が配置される加熱槽（加熱容器）を形成している。また、この仕切部材の下方には、図示を省略したヒーター及びシロッコファン等が配置されており、ヒーターで加熱されたイナートガスをシロッコファンにより循環させることにより、加熱槽内の被処理物に対して、脱バインダー処理等の熱処理が行われる。

本実施形態における熱処理炉の特徴は、処理後のガスを排出する排気系に、被処理物から発生する揮発成分の影響を受け難いエゼクター１１と、このエゼクター１１に供給される駆動ガス（空気，窒素ガス等）の流量を調節する排気側マスフローコントローラ１３、およびこれらを制御する排気側プログラマブルコントローラ９が配設されている点である。また、イナートガスを供給する導入側には、炉内圧力計６や排気側マスフローコントローラ１３，排気側プログラマブルコントローラ９等が故障した場合に起動されるバックアップシステムとして、導入側マスフローコントローラ４と、導入側プログラマブルコントローラ８、および炉内圧力計７が配置されている。なお、図中の符号１５および１６はそれぞれ、排気側マスフローコントローラの異常時に使用する切替用流量計と、工程の停電時等に使用する手動調整用流量計である。

次に、本実施形態における加熱炉の圧力制御方法について説明する。
先ず、この加熱炉が通常状態で稼動して熱処理を行っている場合、炉体本体１には、プロセス用流量計２および自動弁３を通じて、所定量（一定流量）のイナートガス、あるいは、場合により一時的に空気が供給されるとともに、その排気側には、被処理物（セラミックス材料，炭素材料，燃料電池用材料等）から揮発したバインダー成分等を含む高温ガスが排出される。このような脱バインダー処理においては、温度差や被処理物から脱離するバインダーに起因して、加熱槽内の圧力に変動が生じる場合がある。

しかしながら、本実施形態における加熱炉では、加熱槽内の圧力が炉内圧力計６により常時計測されているとともに、排気側のプログラマブルコントローラ９およびマスフローコントローラ１３により、この炉内圧力計６の計測値を用いて、エゼクター１１に供給される駆動ガスの流量を調節するフィードバック回路が形成されていることから、加熱槽内の圧力が設定値に維持される。

ここで、上記フィードバック回路を構成する機器が故障する等の異常が発生した場合は、自動弁１４が閉じられ、エゼクター１１の駆動ガスは、切替用流量計１５を通じた一定量の供給に切り替えられる。また、同時に、導入側マスフローコントローラ４と導入側プログラマブルコントローラ８および炉内圧力計７からなるバックアップ回路が起動するとともに、自動弁５が開放され、自動弁３が閉じられて、加熱槽に供給されるイナートガスの流量による炉内圧力の制御がスタートする。

以上の構成により、この加熱炉は、通常の炉内圧力制御機構に異常が発生した場合でも、炉内圧力の変動を最小限に抑え、被処理物の品質を維持することができる。また、このような異常の発生時でも、炉外へのガスの漏れによる作業環境の悪化や、炉外空気の浸入がなく、炉を安全に運転し続けることができる。

なお、上記実施形態においては、イナートガスを炉体内部で循環させるイナートガスオーブンに適用した例について説明したが、本発明の加熱炉の炉内圧力制御方法は、上記実施形態での例に限定されるものではなく、その他の形式のオーブンや真空炉，雰囲気炉，加圧炉等、容器あるいは槽に被処理物を収容して加熱処理する熱処理装置に、広く適用することができる。

本発明の実施形態における加熱炉の概略構成図である。

符号の説明

１炉体本体
２プロセス用流量計
３自動弁
４マスフローコントローラ（導入側）
５自動弁
６炉内圧力計（排気側制御用）
７炉内圧力計（導入側制御用）
８プログラマブルコントローラ（導入側制御用）
９プログラマブルコントローラ（排気側制御用）
１０二次側装置群
１１エゼクター
１２チャンバー
１３マスフローコントローラ（排気側）
１４自動弁
１５切替用流量計
１６手動調整用流量計
１７放圧口

Claims

処理容器内に被処理物を収容して熱処理する加熱炉の炉内圧力を制御する方法であって、
前記加熱炉の排気系に、エゼクターと、このエゼクターに供給される駆動ガスの流量を調節する排気側マスフローコントローラとを配設するとともに、
前記加熱炉に、その内部に連通して炉内圧力を検知する第１の圧力計を設け、この第１の圧力計の計測値を用いて前記排気側マスフローコントローラを制御することにより、該炉内の圧力を所定の値に調整することを特徴とする加熱炉の炉内圧力制御方法。
前記加熱炉に、前記第１の圧力計と同等の第２の圧力計を設け、前記加熱炉の吸気系に、炉内に供給される気体の流量を調節する導入側マスフローコントローラを配設するとともに、
前記第１の圧力計および／または前記排気側マスフローコントローラに異常が生じた場合、前記エゼクターの駆動ガス流量を予め決められた一定量に固定した後、前記第２の圧力計の計測値を用いて前記導入側マスフローコントローラを制御することにより、該炉内の圧力を所定の値に調整することを特徴とする請求項１に記載の加熱炉の炉内圧力制御方法。