JP2011208880A

JP2011208880A - 加熱処理装置

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Publication number: JP2011208880A
Application number: JP2010077245A
Authority: JP
Inventors: Kenji Chiyoda; 賢二千代田
Original assignee: Shinnetsu Co Ltd
Current assignee: Shinnetsu Co Ltd
Priority date: 2010-03-30
Filing date: 2010-03-30
Publication date: 2011-10-20

Abstract

【課題】加熱容器内の温度分布を均一化した加熱処理装置を提供する。
【解決手段】加熱対象物が収容される加熱容器１０と、雰囲気温度よりも高温である加熱気体を発生させる加熱気体発生装置と、加熱容器の内部に加熱気体を噴出させる気体噴出手段２０とを備える加熱処理装置１を、気体噴出手段は、加熱気体を噴出して加熱容器の内部に旋回流Ｔを形成する複数の噴出孔Ｈを有する構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、加熱対象物を収容する加熱容器中に高温気体を噴出させる加熱処理装置に関するものであって、特に、加熱容器内の温度分布の一様化を図ったものに関する。

例えば、半導体等の各種工業製品の製造プロセス、食品加工プロセス、ハンダ等を溶融させて基板等を解体する電気機器の分解プロセス等においては、加熱対象物を加熱容器内に収容し、加熱容器内に例えば過熱水蒸気等の加熱気体を噴出させる加熱処理装置が用いられる場合がある。
このような加熱処理装置においては、加熱容器の内壁部に設けた噴出孔から、加熱気体を加熱容器内の中央部側へ噴出させることが一般的である。

例えば、特許文献１には、搬送装置により搬送される食材が通過する熱室の内部に設けられたノズルから過熱蒸気を噴出させる調理加熱装置が記載されている。
この装置においては、ノズルは熱室の上下に設けられ、噴出方向が熱室の中央部側となるように相互に対向して配置されている。

特開２００２−１５３３８０号公報

しかし、加熱処理を行う加熱容器の中央部に向けて熱媒である加熱気体を噴出した場合、ノズルからの距離に応じて流速が低下してしまう。このため、加熱気体から加熱対象物への熱の伝わり方が加熱容器内の位置によって変化し、加熱容器内の温度分布が一様とならないという問題がある。

また、このような従来技術においては、加熱処理中に扉を開けると、内部からの加熱気体の漏出量が多く、加熱容器内の温度が低下して回復に多大な時間やエネルギを要する。
また、扉を開ける際に作業者を漏出する高温の加熱気体から保護するために配慮が必要となる。
上述した問題に鑑み、本発明の課題は、加熱容器内の温度分布を均一化した加熱処理装置を提供することである。

本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
本発明の加熱処理装置は、加熱対象物が収容される加熱容器と、雰囲気温度よりも高温である加熱気体を発生させる加熱気体発生装置と、前記加熱容器の内部に前記加熱気体を噴出させる気体噴出手段とを備える加熱処理装置であって、前記気体噴出手段は、前記加熱気体を噴出して前記加熱容器の内部に旋回流を形成する複数の噴出孔を有することを特徴とする。
これによれば、加熱容器内に噴出した加熱気体が連続した旋回流を形成することによって、従来技術に対して加熱容器内での加熱気体の流速を均一化することができる。これによって、加熱気体から加熱対象物への熱の伝わり方を安定させ、加熱容器内の温度分布を均一化することができる。
また、加熱気体が旋回流を形成することによって、加熱対象物の隙間まで加熱気体が行き渡り、むらなく加熱することができる。

本発明において、前記複数の噴出孔は、前記加熱容器の複数のコーナ部にそれぞれ設けられ、隣接する内壁に沿って前記加熱気体を噴出する構成とすることができる。
これによれば、加熱容器内のスペースを有効に活用しつつ上述した効果を確実に得ることができる。

本発明において、前記加熱容器は、開口部及び前記開口部を開閉するドアを備え、前記複数の噴出孔のうち少なくとも１つは前記開口部に沿って前記加熱気体を噴出する構成とすることができる。
これによれば、加熱気体による旋回流の一部は、開口部に沿って流れてエアカーテンとして機能することから、ドアを開けた際の加熱気体の外部への漏出を低減して加熱容器内の温度回復に要する時間、エネルギを低減することができる。
また、加熱気体の漏出が低減されることから、作業者の安全性確保も容易となる。

本発明において、前記加熱気体発生装置は、前記加熱気体として過熱水蒸気を発生させる構成とすることができる。
これによれば、過熱水蒸気の潜熱及び顕熱がともに加熱に用いられるため、利用可能な熱量が大きく加熱対象物を効果的に加熱することができ、さらに、毒性などがなく食品加熱などに用いた場合や、外部に漏出した場合でも安全である。

本発明によれば、加熱容器内の温度分布を均一化した加熱処理装置を提供することができる。

本発明を適用した加熱処理装置の実施形態を水平面で切って見た模式的断面図である。実施形態の加熱処理装置においてドアを開いた状態を水平面で切って見た模式的断面図である。図２のIII−III部矢視模式的断面図である。実施形態のノズルの外観斜視図である。本発明の比較例である加熱処理装置においてドアを開いた状態を水平面で切って見た模式的断面図である。図５のVI−VI部矢視模式的断面図である。実施形態の加熱処理装置における温度分布測定時の温度センサの分布を示す図である。

以下、本発明を適用した加熱処理装置の実施形態について図面等を参照して説明する。
実施形態の加熱処理装置１は、加熱容器１０、ノズル２０、及び、図示しない過熱水蒸気発生装置等を備えて構成されている。

加熱容器１０は、処理対象となるワーク（加熱対象物）が収容される処理庫（炉）である。
加熱容器１０は、例えば、直方体等の六面体状のボックスとして形成され、必要な耐熱性、断熱性、耐食性等が確保されるよう金属材料や断熱材等によって構成される。
図１乃至３に示すように、加熱容器１０は、上面部１１、底面部１２、開口部１３、背面部１４、左側面部１５、右側面部１６、ドア１７等を備えて構成されている。

上面部１１及び底面部１２は、加熱容器１０の上下に設けられ、ほぼ水平に配置された平板状の部分である。上面部１１及び底面部１２は、それぞれ矩形状に形成されている。
開口部１３は、上面部１１及び底面部１２の外周縁部の一辺の間に配置された矩形の開口であって、ワークの出し入れ等に用いられる部分である。
開口部１３は、ドア１７によって閉塞される。

背面部１４は、上面部１１及び底面部１２の外周縁部における開口部１３から遠い側の一辺の間にわたして、鉛直方向にほぼ沿って配置された平板状の部分である。
また、背面部１４の下部における左右方向中央部には、余剰な過熱水蒸気や、過熱水蒸気が凝縮して生じるドレン等を排出する開口１４ａが形成されている。
左側面部１５及び右側面部１６は、加熱容器１０の開口部１３に対面したときに、向かって左側及び右側にそれぞれ設けられる壁面部である。左側面部１５及び右側面部１６は、平板状に形成され、鉛直方向にほぼ沿って配置されている。

ドア１７は、開口部１３を開閉するものである。
ドア１７は、左側面部１５の端部に設けられたヒンジ１７ａ、及び、右側面部１６の端部に設けられたラッチ１７ｂを介して、開口部１３に取り付けられている。
ドア１７は、ラッチ１７ｂを解放することによって、鉛直方向に配置されたヒンジ１７ａの軸回りに回動し、開口部１３を開閉する。ヒンジ１７ａは、上下方向に離間して例えば１対が設けられている。

また、加熱容器１０の内部には、ワークのサイズや一括処理が要求される個数に応じて、図示しない棚板等のワーク保持手段が適宜設けられる。

ノズル２０は、図示しない過熱水蒸気発生装置から供給される加圧された過熱水蒸気を加熱容器１０の内部に供給するものである。
過熱水蒸気発生装置として、例えばボイラで発生させた飽和水蒸気を容器内でシーズヒータによって再加熱し、過熱水蒸気とするものを用いることができる。
図４等に示すように、ノズル２０は、左前管２１、右前管２２、左後管２３、右後管２４、左上管２５、右上管２６、左導入管２７、右導入管２８等を有して構成されている。

左前管２１、右前管２２、左後管２３、右後管２４は、加熱容器１０の内部における各コーナ部にそれぞれ設けられ、鉛直方向にほぼ沿って配置された円筒状の管である。左前管２１、右前管２２、左後管２３、右後管２４の下端部は、例えばパイプを潰すなどして封じ切りとされている。
左前管２１は、左側面部１５の開口部１３側の端部に沿って配置されている。
右前管２２は、右側面部１６の開口部１３側の端部に沿って配置されている。
左後管２３は、左側面部１５の背面部１４側の端部に沿って配置されている。
右後管２４は、右側面部１６の背面部１４側の端部に沿って配置されている。

左上管２５は、左前管２１と左後管２３の上端部間を連結し、上面部１１と左側面部１５との接合部に沿って配置されている。
右上管２６は、右前管２２と右後管２４の上端部間を連結し、上面部１１と右側面部１６との接合部に沿って配置されている。
左導入管２７及び右導入管２８は、加熱容器１０の背面部１４側から、左上管２５、右上管２６の中央部附近にそれぞれ過熱水蒸気を導入する屈曲管であって、上面部１１に沿って配置されている。

左前管２１、右前管２２、左後管２３、右後管２４には、過熱水蒸気を加熱容器１０内に噴出する噴出孔Ｈが形成されている。
噴出孔Ｈは、左前管２１、右前管２２、左後管２３、右後管２４の長手方向（上下方向）に分散して、例えば５個が配列されている。
図１に示すように、左前管２１の噴出孔Ｈは、右側面部１６側に向けられ、開口部１３に沿って過熱水蒸気Ｓを噴出するよう配置されている。
右前管２２の噴出孔Ｈは、背面部１４側に向けられ、右側面部１６に沿って過熱水蒸気Ｓを噴出するよう配置されている。
左後管２３の噴出孔Ｈは、開口部１３側に向けられ、左側面部１５に沿って過熱水蒸気Ｓを噴出するよう配置されている。
右後管２４の噴出孔Ｈは、左側面部１５側に向けられ、背面部１４に沿って過熱水蒸気Ｓを噴出するよう配置されている。
このような噴出孔Ｈの配置によって、加熱容器１０の内部には、上方から見たときに、加熱容器１０の中央部附近に存在する旋回中心軸回りに反時計回りに旋回する旋回流Ｔが形成される。

実施形態の加熱処理装置１においては、図２に示すようにドア１７を開いて内部の棚板等に例えば工業製品、食品、分解対象となる電気機器等のワークを設置し、ドア１７を閉じた後に、過熱水蒸気発生装置から加圧された過熱水蒸気をノズル２０に供給する。
過熱水蒸気Ｓはノズル２０の噴出孔Ｈから加熱容器１０内に噴出されて旋回流Ｔを形成し、ワークに熱を与える。
その後、加熱処理が終了すると、再びドア１７を開いて内部のワークを取り出し、新たなワークを設置してドア１７を閉じ、加熱処理を再開する。

次に、上述した実施形態の効果を、以下説明する本発明の比較例と対比して説明する。
なお、比較例において、実施形態と実質的に同様の箇所については同じ符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。
図５、図６に示す比較例の加熱処理装置２は、実施形態のノズル２０に代えて、加熱容器１０の左側面部１５及び右側面部１６に沿って配列された複数の噴出孔から、水平方向に沿って加熱容器１０の中央部側へ過熱水蒸気Ｓを噴出するノズル１２０を備えている。

比較例の加熱処理装置２においては、ノズル１２０から噴出された過熱水蒸気Ｓの流速が、加熱容器１０の中央部に近づくにつれて低下する。このため、側面部近傍と中央部とで過熱水蒸気Ｓからワークへの熱の伝わり方が変化し、加熱容器１０内の温度分布が比較的大きくなってしまう。

図７に示すように、実施形態及び比較例の加熱処理装置１，２について、加熱容器１０内に温度センサを配置して温度分布を測定した。
温度センサは、加熱容器１０内に配置された棚の上段、下段に、手前〜奥方向３列、左右方向３列に配列したほか、背面部の上下にも配置した。
これら２０個の温度センサの最高温度と最低温度との差を表１に示す。

表１から明らかなように、実施形態においては、どの設定温度においても、比較例に対して温度分布が均一化されていることがわかる。

また、実施形態における設定温度２５０℃時の各温度センサの検出値を以下に示す。

１段目奥Ｃ１２４４℃ ２段目奥Ｃ１２３８℃
１段目奥Ｃ２２４６℃ ２段目奥Ｃ２２４２℃
１段目奥Ｃ３２５１℃ ２段目奥Ｃ３２４７℃

１段目中Ｃ１２４２℃ ２段目中Ｃ１２４０℃
１段目中Ｃ２２４４℃ ２段目中Ｃ２２４４℃
１段目中Ｃ３２５０℃ ２段目中Ｃ３２４８℃

１段目前Ｃ１２３６℃ ２段目前Ｃ１２３９℃
１段目前Ｃ２２４３℃ ２段目前Ｃ２２４４℃
１段目前Ｃ３２５２℃ ２段目前Ｃ３２４５℃

Ｃ４背面部下部２５０℃
Ｃ５背面部上部２５１℃

これらのデータからも、実施形態においては、加熱容器１０内の温度分布が実質的に均一化されていることがわかる。

以上説明した本発明の実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）加熱容器１０内に噴出した過熱水蒸気Ｓが連続した旋回流Ｔを形成することによって、従来技術に対して加熱容器１０内における過熱水蒸気Ｓの流速を均一化することができる。これによって、過熱水蒸気Ｓから加熱対象物への熱の伝わり方を安定させ、加熱容器１０内の温度分布を均一化することができる。
また、過熱水蒸気Ｓが旋回流Ｔを形成することによって、加熱対象物の隙間まで過熱水蒸気Ｓが行き渡り、むらなく加熱することができる。
（２）ノズル２０の噴出孔Ｈを加熱容器１０内のコーナ部に配置したことによって、加熱容器１０内のスペースを有効に活用しつつ上述した効果を確実に得ることができる。
（３）過熱水蒸気Ｓの旋回流Ｔの一部が開口部１３に沿って、これを横断するように流れるよう噴出孔Ｈを配置したことによって、旋回流Ｔの一部はエアカーテンとして機能することから、ドア１７を開けた際の過熱水蒸気Ｓの外部への漏出を低減して加熱容器１０の温度回復に要する時間、エネルギを低減することができる。
また、過熱水蒸気Ｓの漏出が低減されることから、作業者の安全性確保も容易となる。
（４）過熱水蒸気を加熱気体として用いたことによって、過熱水蒸気の潜熱及び顕熱がともに加熱に用いられるため、加熱対象物を効果的に加熱することができ、さらに、毒性などがなく食品加熱などに用いた場合や、漏出した場合でも安全である。

（変形例）
本発明は、以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
（１）実施形態では、加熱気体として例えば過熱水蒸気を用いているが、本発明はこれに限らず、例えば高温の空気や窒素等の不活性ガス、水以外の液体を加熱して得た蒸気等、他の気体を用いることもできる。さらに、複数種類の気体を混合して用いてもよい。
また、加熱気体の温度も特に限定されず、雰囲気温度や処理前の加熱対象物の温度よりも高温であればよい。
（２）実施形態の加熱処理装置はバッジ処理を行うものであったが、本発明はこれに限らず、ベルトコンベア等の搬送手段に搭載された加熱対象物が加熱容器内を連続して通過する連続処理式のものにも適用することができる。
（３）ノズルの形状、構造や噴出孔の配置は、実施形態のものに限定されず、容器の構造や加熱対象物、ドア等の配置に応じて適宜変更することができる。

１加熱処理装置（実施形態）２加熱処理装置（比較例）
１０加熱容器１１上面部
１２底面部１３開口部
１４背面部１４ａ開口
１５左側面部１６右側面部
１７ドア１７ａヒンジ
１７ｂラッチ
２０ノズル２１左前管
２２右前管２３左後管
２４右後管２５左上管
２６右上管２７左導入管
２８右導入管１２０ノズル（比較例）
Ｈ噴出孔Ｔ旋回流
Ｓ過熱水蒸気

Claims

加熱対象物が収容される加熱容器と、
雰囲気温度よりも高温である加熱気体を発生させる加熱気体発生装置と、
前記加熱容器の内部に前記加熱気体を噴出させる気体噴出手段と
を備える加熱処理装置であって、
前記気体噴出手段は、前記加熱気体を噴出して前記加熱容器の内部に旋回流を形成する複数のノズルを有すること
を特徴とする加熱処理装置。
前記複数のノズルは、前記加熱容器の複数のコーナ部にそれぞれ設けられ、隣接する内壁に沿って前記加熱気体を噴出すること
を特徴とする請求項１に記載の加熱処理装置。
前記加熱容器は、開口部及び前記開口部を開閉するドアを備え、
前記複数のノズルのうち少なくとも１つは前記開口部に沿って前記加熱気体を噴出すること
を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の加熱処理装置。
前記加熱気体発生装置は、前記加熱気体として過熱水蒸気を発生させること
を特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の加熱処理装置。