JP2010139132A - 熱処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被処理物から発生したガスを排気するための排気管にバルブを設けず、当該バルブへの排気ガス成分の付着によるリークや詰まり等の問題を解消し、併せて、排気管等の内面に排気ガス成分が付着することに伴う流動抵抗増や圧力損失等を防止する。
【解決手段】熱処理装置１０は、被処理物を熱処理する加熱炉１２と、加熱炉１２に接続されるとともに当該加熱炉１２内で発生したガスを排出するための排気管１５と、排気管１５に設けられたエゼクタ１７と、エゼクタに駆動ガスを供給する駆動ガス供給手段１８と、駆動ガスの流量を調整するマスフローコントローラ２６と、エゼクタ１７に供給される駆動ガスを加熱する加熱手段１９とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、加熱炉を備えた熱処理装置に関する。

被処理物を加熱し、被処理物に含まれるバインダや被処理物に付着した加工油等を除去することが可能な熱処理装置が従来から知られている。例えば、下記特許文献１には、ヒータを内設した加熱炉と、この加熱炉で加熱された被処理物から蒸発したバインダ等を含むガスを外部に排出するための排気管を備えた熱処理装置が開示されている。
この特許文献１の熱処理装置は、排気管の途中にバルブを設けるとともに終端に真空ポンプを接続し、この真空ポンプの作動によって加熱炉内を減圧して排気ガスを排気管から排出するように構成されている。また、この熱処理装置は、排気管に液化トラップを設け、この液化トラップによって排気ガスに含まれるバインダ等の成分を冷却・凝縮し、さらに液化させた状態でタンクに収集するように構成されている。

特開平７−３１８２６５号公報

しかしながら、特許文献１の熱処理装置では、液化トラップによって収集できなかったバインダ等の成分を含むガスがバルブを通過して真空ポンプへ導かれると、この排気ガス成分によってバルブが汚染され、リークや詰まり等の不具合を生じてしまうという問題があった。
さらに、排気ガスが排気管を通過する過程で冷却されると排気管の内面に排気ガス成分が凝縮して付着し、ガスの流動抵抗が増大して圧力損失を生じる可能性があり、これによって加熱炉内の圧力を一定に維持することが困難となっていた。

本発明は、このような実情に鑑みてされたものであり、排気管にバルブを設ける必要性をなくすことによって、当該バルブへの排気ガス成分の凝縮・付着によるリークや詰まり等の問題が生じないようにし、併せて、排気管等の内面に排気ガス成分が凝縮・付着することに伴う流動抵抗の増加等を防止することができる熱処理装置を提供することを目的とする。

本発明に係る熱処理装置は、被処理物を熱処理する加熱炉と、前記加熱炉に接続されるとともに当該加熱炉内で発生したガスを排出可能とされた排気管と、前記排気管に設けられたエゼクタと、前記エゼクタに駆動ガスを供給する駆動ガス供給手段と、駆動ガスの流量を調整する流量調整手段と、前記エゼクタに供給される駆動ガスを加熱する加熱手段と、を備えていることを特徴とする。

この構成によれば、加熱炉内の熱処理によって被処理物から発生したガスは、エゼクタに駆動ガスを供給することによって排気管に吸引され、排気管から排出される。そして、エゼクタに供給される駆動ガスの流量を流量調整手段によって調整することによって、排気管を流れる排気ガスの流量、ひいては処理容器内の圧力を調整することができるため、排気管には流量調整用等のバルブを設ける必要がなくなる。したがって、ガスに含まれる成分によってバルブが汚染され、リークや詰まり等を生じてしまうという問題を生じることがない。
また、本発明の熱処理装置は、駆動ガスを加熱する加熱手段を備えているので、排気管を流れる排気ガスが駆動ガスによって冷却されてしまうことがなく、排気ガスに含まれる成分が排気管に凝縮・付着することに起因して排気管の流動抵抗が増大したり、圧力損失が生じたりすることが少なくなり、加熱炉内の圧力を一定に維持することが容易となる。

前記加熱手段は、駆動ガスを加熱するヒータとすることができる。
また、前記エゼクタの下流側に排気燃焼装置が設けられている場合には、前記加熱手段は、前記排気燃焼装置によって燃焼された排気ガスと、駆動ガスとの間で熱交換を行う熱交換器とすることができる。この場合、排気ガスの燃焼により生じた排熱を利用して駆動ガスを加熱することができるので、エネルギー効率を高めることができる。

本発明によれば、排気管にバルブを設ける必要が無く、したがって、このバルブのリークや詰まり等の不具合を生じることもない。また、エゼクタに供給する駆動ガスを加熱手段で加熱することにより、被処理物から発生したガスに含まれる成分が冷却されて排気管等に付着するのを防止し、流動抵抗の増大や圧力損失を防止することができる。

図１は、本発明の第１の実施の形態における熱処理装置１０の概略構成図である。
本実施の形態の熱処理装置１０は、真空中又は雰囲気中で被処理物としてのセラミック材やカーボン材、機械加工品等を加熱し、被処理物に含まれるバインダや被処理物に付着した加工油等の蒸発させ、排出除去することが可能な装置である。この熱処理装置１０は、処理容器１１の内部で熱処理を行う加熱炉１２と、被処理物から発生したガスを排出するための排気系１３とを備えている。

排気系１３は、加熱炉１２の処理容器１１に接続された排気管１５と、この排気管１５に接続された液化トラップ装置１６と、排気管１５に設けられたエゼクタ１７と、エゼクタ１７に駆動ガスを供給する駆動ガス供給手段１８と、駆動ガスの流量を調整する流量調整手段２６と、駆動ガスを加熱する加熱手段１９と、排気ガスを燃焼させるための燃焼装置２０と、燃焼装置２０に燃焼用ガスを供給する燃焼用ガス供給手段２１とを備えている。

排気管１５は、処理容器１１内で被処理物から発生したガス（以下、排気ガスという）を流通させ、燃焼装置２０に導くものである。排気管１５の外周面にはヒーティングテープ２３が施されており、これによって排気管１５内を流通する排気ガスの温度降下を抑えることが可能となっている。

液化トラップ装置１６は、排気管１５を流通する排気ガスに含まれる成分を冷却、凝縮した後、液化してタンクに収集するものである。この液化トラップ装置１６としては、従来公知の構成（例えば特許文献１参照）を採用することができる。

エゼクタ１７は、駆動ガスの供給により処理容器１１内を減圧し、処理容器１１内で発生した排気ガスを排気管１５に吸引するものである。エゼクタ１７に供給される駆動ガスの流量によって処理容器１１内の圧力および排気ガスの吸引流量を調整することが可能となっている。なお、エゼクタ１７は、処理容器１１内の圧力を負圧〜正圧の間で調整することが可能なように構成されている。

駆動ガス供給手段１８は、エゼクタ１７に接続され、駆動ガスを流通させる駆動ガス供給管２４と、この駆動ガス供給管２４に駆動ガスを送り込む供給源（図示略）とを備えている。本実施の形態の駆動ガスは、例えばＮ₂ガスや空気とされ、駆動ガス供給管２４には、ストップバルブ２５と、流量調整手段２６としてのマスフローコントローラとが設けられている。

マスフローコントローラ２６は、エゼクタ１７に供給される駆動ガスの流量を調整するものであり、処理容器１１の圧力を測定する圧力計２８の検出信号に基づいて調節計２９（一定制御式に限らず、時間や温度等に応じた制御が可能なプログラム式のものを含む）により制御される。そして、処理容器１１内の圧力は、圧力計２８、調節計２９、およびマスフローコントローラ２６によって設定値に維持されるようになっている。

加熱手段１９には、駆動ガス供給管２４を流通する駆動ガスを直接的に加熱するヒータが採用されている。駆動ガスを加熱することによって排気管１５を流れる排気ガスの温度を下げることなく燃焼装置２０に送り込むことができる。ヒータはコントローラ３１によって温度制御される。

燃焼用ガス供給手段２１は、排気ガスを燃焼させるために必要な空気等の燃焼用ガスを供給するものであり、燃焼装置２０に燃焼用ガスを導く燃焼用ガス供給管３２と、燃焼用ガスの供給源（図示略）とを備えている。燃焼用ガス供給管３２には、ストップバルブ３３と流量計３４とが設けられている。
燃焼装置２０は、排気管１５および燃焼用ガス供給管３２を介して流入した排気ガスおよび燃焼用ガスを内部で燃焼し、外部に排出するように構成されている。

次に、熱処理装置１０の動作の流れについて説明する。
被処理物は、加熱炉１２の処理容器１１内に収容され、加熱炉１２のヒータの作動によって熱処理される。処理容器１１内の圧力は圧力計２８によって常時計測され、その検出信号が調節計２９に入力される。調節計２９は、処理容器１１内の圧力が一定となるようにマスフローコントローラ２６を制御し、駆動ガスの流量を調整する。

熱処理によって被処理物から蒸発したバインダ等の成分を含む排気ガスは、エゼクタ１７に駆動ガスが供給されることによって排気管１５に吸引される。排気管１５を流れる排気ガスは、液化トラップ装置１６に導かれ、包含される成分が除去されたのちエゼクタ１７を通過して燃焼装置２０に流入する。燃焼装置２０には、燃焼用ガス供給管３２を経て燃焼用ガスが供給され、排気ガスと燃焼用ガスとが燃焼装置２０内で燃焼される。なお、上記液化トラップ装置１６に代え、排気ガスが多量に発生した場合にのみ当該排気ガスを流入させる構成のトラップを用いてもよい。

以上説明した本実施の形態の熱処理装置１０では、処理容器１１の圧力が、エゼクタ１７に供給される駆動ガスの流量をマスフローコントローラ２６で調整することによって一定に保持されるので、排気管１５には排気ガスの流量を調整するための流量調整用のバルブを設ける必要はない。そのため、排気ガスに含まれる成分が当該バルブに付着してリークや詰まりを発生させるといった不具合を生じることがなく、そのためのメンテナンスや部品交換等も不要となる。

また、エゼクタ１７に供給される駆動ガスは加熱手段１９によって加熱されるので、排気ガスとの混合によって排気ガスを冷却してしまうことはほとんどなく、排気ガスに含まれる成分が排気管１５やエゼクタ１７の内面に付着することに起因する管内の流動抵抗の増大や、圧力損失を生じることが少なくなる。そのため、処理容器１１内の圧力を一定に維持することが容易となる。また、排気管１５にヒーティングテープ２３を施すことによっても排気ガスの冷却を防止し、同様の効果を奏することができる。

図２は、本発明の第２の実施の形態に係る熱処理装置１０の概略構成図である。本実施の形態では、駆動ガスを加熱するための加熱手段１９が、駆動ガス供給管２４に設けられた熱交換器３５ａにより構成されている点で第１の実施の形態と異なる。その他の構成は第１の実施の形態と同様であるため、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

この熱交換器３５ａには、燃焼装置２０において発生した燃焼ガスが供給され、駆動ガスは、この燃焼ガスの熱が伝導されることによって加熱されるようになっている。すなわち、本実施の形態の熱処理装置１０は、燃焼ガスの排熱を利用して駆動ガスを加熱するように構成されており、これによって駆動ガスを加熱するためのエネルギーを別途生成する必要が無く、エネルギー効率を高めることが可能となっている。

また、本実施の形態では、燃焼用ガス供給管３２や排気管１５にも熱交換器３５ｂ、３５ｃが設けられており、燃焼された排気ガスの排熱を利用して燃焼用ガスや排気ガスをも加熱することが可能となっている。熱交換器３５ｂによって燃焼用ガスを加熱することで、燃焼装置２０における排気ガスの燃焼効率を向上することができ、熱交換器３５ｃによって排気ガスを加熱することで、排気ガスの成分が冷却されて排気管１５等に凝縮・付着するのを好適に防止することができる。

本発明は、上記実施の形態に限定されることなく特許請求の範囲内において適宜変更可能である。本発明の熱処理装置は、加熱炉、脱脂炉、脱バイ炉、焼成炉、仮焼炉、真空炉等の各種熱処理装置における雰囲気中熱処理や真空中熱処理等に広く適用することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る熱処理装置の概略構成図である。 本発明の第２の実施の形態に係る熱処理装置の概略構成図である。

符号の説明

１０ 熱処理装置
１２ 加熱炉
１３ 排気系
１５ 排気管
１７ エゼクタ
１８ 駆動ガス供給手段
１９ 加熱手段
２０ 燃焼装置
２１ 燃焼用ガス供給手段
３５ａ 熱交換器

Claims (3)

1. 被処理物を熱処理する加熱炉と、
   前記加熱炉に接続されるとともに当該加熱炉内で発生したガスを排出可能とされた排気管と、
   前記排気管に設けられたエゼクタと、
   前記エゼクタに駆動ガスを供給する駆動ガス供給手段と、
   前記駆動ガスの流量を調整する流量調整手段と、
   前記エゼクタに供給される駆動ガスを加熱する加熱手段と、
   を備えていることを特徴とする熱処理装置。
2. 前記加熱手段が、駆動ガスを加熱するヒータである請求項１に記載の熱処理装置。
3. 前記エゼクタの下流側に排気燃焼装置が設けられており、
   前記加熱手段が、前記排気燃焼装置によって燃焼された排気ガスと駆動ガスとの間で熱交換を行う熱交換器である請求項１に記載の熱処理装置。

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