JP3956830B2 - 雰囲気炉 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炉内の雰囲気中で熱処理やろう付けなどを行う雰囲気炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、熱交換器部品のフィン等をろう付けする場合、図４に示すような大型の密閉された雰囲気炉が必要であった。これは、ろう付けに必要なフラックスが大気中では、図５のグラフに示すように時間と共に劣化し、また熱交換器部品の酸化が進行し、熱交換部品の酸化皮膜除去ができなくなるため、大気中での加熱時間は約５分が限界であった。そこで、このようなフラックスの劣化及び酸化皮膜の成長を抑制するために、窒素ガス雰囲気の密閉炉が必要であった。
【０００３】
即ち、従来の雰囲気炉は、図４に示すように、ろう付けされる熱交換部品等の被加熱物Ｇが搬送装置Ｅによって連続して搬送される搬送行程中に、予熱室Ａとろう付室Ｂとが連続して設置されており、これらの室Ａ，Ｂがその前後に配置された雰囲気遮断扉Ｃ，Ｄによって外気から遮断される構造となっている。なお、予熱室Ａには、加熱手段としての電気ヒータＦが設けられており、予熱室Ａとろう付室Ｂとは、窒素ガス等の雰囲気になっている。このような従来の雰囲気炉でろう付け前の予備加熱を行うと、チューブ、フィン等により構成された熱交換器部品である被加熱物Ｇは、電気ヒータＦからの輻射熱による加熱であるため昇温に時間がかかり、生産効率を上げるためには、多数個の被加熱物７を予備加熱せざるを得ず、大型の（長い）炉を用いる必要があった。
【０００４】
このため、炉体を小さくするために、窒素ガス雰囲気を高速で撹拌する等の試みがなされたが、高速で撹拌すると窒素ガスの漏洩が多くなり、この漏洩を防止するには設備構成が複雑になるという問題が生じた。また加熱源に無酸素加熱が可能な電気ヒータを用いるため、ＣＯ2 削減等に有効であるエネルギ源の転換要求に応えられないといった根本的な問題がある。またＣＯ2 削減にはエネルギ源の転換（電気からガス化）が有効であるが、無酸素雰囲気で処理する必要から、被加熱物の加熱に際し窒素ガスと燃焼ガスの熱交換が必要となり、設備構成が複雑になると共に長大化し、従来以上に熱損失が増加するため、ガス化への実用化が困難であった。
【０００５】
また、ガス化の従来技術として、カーテンバーナの燃焼ガスを用いて被加熱物を予熱する予熱室を備えた雰囲気炉も公知である（特許文献１参照）。
この公知の雰囲気炉は、予熱室内を、被加熱物が移送される下流から上流にかけて燃焼ガスを流すことによって、炉外からの外気の侵入および炉内からの雰囲気ガスの流出の防止を図ると共に、被加熱物の予熱を行うものである。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭５３−１３８９１０号公報（第２頁、第２図）
【０００７】
しかしながら、この公知の雰囲気炉は、燃焼ガスが予熱室から単純に排出される構造となっているため、燃焼ガスの有効な熱利用が図られていない。また、予熱室内の予熱温度及び予熱時間の管理がなされていないため、前記したようなフラックスの劣化及び酸化皮膜の成長の恐れがあるという問題があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、その目的は、ろう付けされる被加熱物を高速予熱でき、予熱室の雰囲気が無酸素雰囲気でなくても、フラックスの劣化を防止でき、かつ酸化皮膜の成長を抑制できる雰囲気炉を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載の雰囲気炉を提供する。
請求項１に記載の雰囲気炉は、熱交換部品である被加熱物を搬送する搬送装置、被加熱物を予熱する予熱室、被加熱物をろう付けするろう付室及びろう付室の前後に配置される雰囲気遮断室とを備えていて、雰囲気遮断室には複数のメタルカーテンが設けられていて、ろう付室が雰囲気ガスによって無酸素雰囲気にされている一方で、予熱室は、その上方から予熱室外へと伸び、ガスバーナー及び循環ファンを経た後に分岐され、予熱室の両側方から予熱室内へと戻る循環ダクトが接続されて、燃焼ガスを循環させる閉ループが形成されていて、その内部は無酸素雰囲気にされることがなく、予熱室内を搬送される被加熱物が、閉ループ内を循環する燃焼ガスにより、大気中でのろう付けフラックスの劣化度及び被加熱物の酸化皮膜の成長度から、５分の時間内に温度４５０℃迄急速加熱されるようにしたものである。これにより、フラックスの劣化と被加熱物の酸化皮膜の成長が進行する前に、無酸素雰囲気にすることなく、燃焼ガスによって被加熱物の予熱を行える。また、燃焼ガスを循環して使用することで熱を有効に利用でき、炉体の小型化（短縮化）及び省エネ、ガス化によるＣＯ2の削減を図ることができる。また、雰囲気遮断室の複数のメタルカーテンのような簡素なシール構造でもろう付室の雰囲気ガスを十分に密封することができる。
【００１０】
請求項２の雰囲気炉は、ガスバーナー及び循環ファンを制御することで被加熱物を急速予熱するようにしたものであり、このように、閉ループ内のガスバーナーのＯＮ／ＯＦＦ及び循環ファンによる燃焼ガスの強制的な循環量の増減を予熱室内の温度によって制御することで、所定の時間内に所定の温度まで精度よく被加熱物の予熱を行うことができる。
【００１１】
請求項３の雰囲気炉は、被加熱物が予熱室を所定の時間内に通過するように搬送装置の送り速度を制御するものであり、これにより、搬送装置を停止することなく、移送中において予熱を完了させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に従って本発明の実施の形態の雰囲気炉について説明する。図１は、本発明の実施の形態の雰囲気炉の概略の全体構成を示す図と、予熱室の側面図とである。本発明の雰囲気炉は、図１に示されるように、予熱室１とろう付室２、ろう付室２の前後に配置された雰囲気遮断室３，４及びこれらの室１，２，３，４内を通ってろう付けされる被加熱物１１を搬送装置５等より構成されている。
【００１５】
ろう付け前に被加熱物１１、例えば熱交換器部品など、を予熱する予熱室１には、ガスバーナー７１により生成される燃焼ガスを循環させる閉ループを形成する循環ダクト８が接続している。なお、図において、循環ダクト８は左右に分岐して、予熱室１の左右から燃焼ガスを吹き込むようになっており、それぞれの循環ダクト８の先端には、先端ノズル８ａが設けられている。この閉ループには、ガスバーナー７１が設けられたガスバーナー室７と循環ファン６とが設置されている。従って、ガスバーナー７１により生成された燃焼ガスはガスバーナー室７から循環ファン６によって予熱室１内に送られ、この予熱室１内で搬送装置５によって運ばれてくる被加熱物１１を予熱し、その後ガスバーナー室７に戻る。この場合、ガスバーナー７１用の燃焼用空気は外部から取り入れられる。なお、図１中の符号１ａは、予熱室１の入口であり、被加熱物１１はこの入口１ａから予熱室１内に導入される。
【００１６】
予熱室１内には、予熱室温度を検知する温度センサ９が設けられており、その温度信号が制御装置１０に送られる。制御装置１０は、温度信号に基づいてガスバーナー７１の燃焼量を制御したり、循環ファン６の送風量制御を行う。このように、被加熱物１１に対向して配置した循環ダクト８に、ガスバーナー７１の燃焼によって発生した高温の燃焼ガスを循環ファン６によって循環し、予熱室１内温度をフィードバックすることにより、ガスバーナー７１の燃焼量や循環ファン６による燃焼ガスの循環量を制御している。
【００１７】
被加熱物１１のろう付けが行われるろう付室２は、図示されない電気加熱源を有していて、被加熱物１１をろう付け温度、例えば６００℃、まで加熱している。このろう付室２は、雰囲気ガス、例えば、Ｎ2 ガス等によって無酸化雰囲気になっている。この無酸化雰囲気をシールするために、ろう付室２の前後には雰囲気遮断室３，４が設置されている。それぞれの雰囲気遮断室３，４には、複数のメタルカーテン１２が掛けられている。
また、被加熱物１１をこれらの室１，２，３，４に連続して搬送するコンベア等の搬送装置５は、図示しない制御装置によって送り速度が制御できるようになっている。
【００１８】
上記のように構成された本発明の雰囲気炉の作動にあたっては、図２に示されるグラフから、予熱室１での加熱時間及び加熱温度が決められる。このグラフに示されるように、ろう付けに使用されるフラックスの劣化度及びろう付けされる被加熱物の酸化皮膜の成長度は、大気中での加熱時間に比例しており、大気中での加熱時間の限界は約５分である。
フラックスの劣化度とは、例えば、フラックス成分として、ＫＡｌＦ4 とＫＡｌＦ5 ・Ｈ2 Ｏが８：２の割合で含まれているフラックスを使用する場合、以下のような劣化反応が起きる。
３ＫＡｌＦ4 ＋３Ｈ2 Ｏ→Ｋ3 ＡｌＦ6 ＋Ａｌ2 Ｏ3 ＋６ＨＦ
このように空気中の水分との反応により、融点が９８２℃と高いＫ3 ＡｌＦ6 が増加し、フラックスとして有効に使用できるＫＡｌＦ4 が減少してしまう。これをフラックスの劣化という。フラックスの本来の有効な成分はろう付け前に溶融し、被加熱物表面の酸化皮膜を除去するが、融点の高い成分が増加するとろう付温度では溶融せず、酸化皮膜を除去することができない。
また、酸化皮膜の成長とは、被加熱物の表面に弗化アルミ、酸化アルミ等が形成され成長して除去できなくなることをいう。
更に予熱室１での加熱温度として、約４５０℃を採用している。これは、この温度以上だとろう材が部分的に溶融する恐れがあり、またこの温度よりかなり低い場合は、被加熱物１１をろう付け温度まで上昇するに時間が掛るからである。
【００１９】
このように、本発明においては、予熱器１での被加熱物１１の加熱時間を約５分とし、その加熱温度を約４５０℃としている。この加熱時間は、搬送装置５の送り速度を制御し、約５分で予熱室１内を被加熱物１１が通過できるようにする。ガスバーナー７１の燃焼ガス温度は、約６５０〜約７００℃であり、ガスバーナー７１の燃焼量や循環ファン６による燃焼ガスの循環量を制御装置１０によって調整することによって予熱室１内の温度が維持され、被加熱物の加熱温度約４５０℃が保持される。
なお、予熱室１内は燃焼ガス雰囲気にあり、大気中より酸素濃度が低いので、約５分間の加熱時間は、フラックスの劣化及び酸化皮膜の成長に関して安全サイドにある。
【００２０】
以上説明したように、本発明では、ろう付けに必要なフラックスの劣化及び被加熱物の酸化が成長しない時間内に、被加熱物の温度を予熱温度にまで昇温することで、雰囲気炉の小型化、省エネ化を実現している。
また、循環ダクト８の先端ノズル８ａで被加熱物１１の昇温させたい部位に高速・高温の熱風を直接当てて加熱するため、高速で被加熱物１１を昇温することができ、炉体の小型化が可能となった。なお、上記実施形態では、予熱室１と加熱源であるガスバーナー７１及び循環ファン６を独立させているが、予熱室１内にガスバーナー７１及び循環ファン６を組み込み、燃焼ガスを予熱室１内で高速循環させて被加熱物１１を加熱するようにしてもよい。
【００２１】
更に、高速で被加熱物を昇温できることにより、従来多数個取りが前提となっていたろう付行程が、１個処理が可能となり、被加熱物毎の条件変更が容易となることから、生産方式面で多種少量生産も可能となる等のメリットがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の雰囲気炉の概略の全体構成を示す正面図及び予熱室の側面図である。
【図２】本発明の実施の形態の雰囲炉の加熱方法での被加熱物の予熱室での温度上昇を加熱時間との関係で示すグラフと、大気中でのフラックス劣化度及び酸化皮膜成長度と加熱時間との関係を示すグラフである。
【図３】従来の雰囲気炉の概略の全体構成を示す図である。
【図４】従来の雰囲気炉での被加熱物の予熱室での温度上昇を加熱時間との関係で示すグラフと、大気中でのフラックス劣化度及び酸化皮膜成長度と加熱時間との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１…予熱室
２…ろう付室
３，４…雰囲気遮断室
５…搬送装置
６…循環ファン
７…ガスバーナー室
７１…ガスバーナー
８…循環ダクト
８ａ…先端ノズル
９…温度センサ
１０…制御装置
１１…被加熱物

Claims (3)

  1. ろう付けされる熱交換部品である被加熱物を連続的に搬送する搬送装置と、
    前記搬送装置の搬送行程中に順に隣接して配置される、被加熱物を予熱する予熱室と被加熱物をろう付けするろう付室と、
    前記ろう付室の前後に配置され、前記ろう付室内の雰囲気ガスの流出を防止する雰囲気遮断室と、
    を具備した雰囲気炉において、
    前記雰囲気遮断室には、複数のメタルカーテンが設けられていて、前記ろう付室が雰囲気ガスによって無酸素雰囲気にされている一方で、
    前記予熱室は、その上方から予熱室外へと伸び、ガスバーナー及び循環ファンを経た後に分岐されて、該予熱室の両側方から該予熱室内に戻る循環ダクトが接続され、燃焼ガスを循環させる閉ループが形成されていて、その内部は無酸素雰囲気にされることがなく、
    前記予熱室内を搬送される被加熱物が、前記予熱室内を通って循環する閉ループの燃焼ガスにより、大気中でのろう付けフラックスの劣化度及び被加熱物の酸化皮膜の成長度から、５分の時間内に温度４５０℃迄急速予熱されることを特徴とする雰囲気炉。
  2. 前記急速予熱が前記ガスバーナー及び循環ファンを制御することによって行われることを特徴とする請求項１に記載の雰囲気炉。
  3. 被加熱物が５分の時間内に前記予熱室を通過するように、前記搬送装置の送り速度が制御されることを特徴とする請求項１又は２に記載の雰囲気炉。
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