JP4796352B2

JP4796352B2 - 熱処理装置

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Publication number: JP4796352B2
Application number: JP2005225876A
Authority: JP
Inventors: 泰啓中村; 直子松田; 勝吉田; 裕之中
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-08-03
Filing date: 2005-08-03
Publication date: 2011-10-19
Anticipated expiration: 2025-08-03
Also published as: CN1908566B; CN1908566A; JP2007040621A

Description

本発明は、熱処理装置に関し、特に乾燥炉や焼成炉等の熱処理炉内のガスを排出する排気管に関するものである。

熱処理装置によりペースト、フリット等が塗布された基板、塗布ピース及び部品に乾燥あるいは焼成等の熱処理を行う際、熱処理が行われる炉内に有機溶剤を含むガスが発生する。このガスを炉外に排出する際、有機溶剤はガス配管内で凝集し易く、部分的に堆積する。その結果、ガスの流れの阻害、排気管の腐食、及び凝集物の飛散や液だれによる基板の汚染等が起こる。

従来、有機溶剤のガス配管内での凝集を防ぐために、ガス配管を断熱材等で保温する、又はガス配管を電気ヒーター等で外部から加熱する等の対応策がとられている。このような対応策がとられた熱処理装置としては、例えば、特許文献１に記載されているようなものがある。図１３は特許文献１に記載のタール対策構造を有するガス配管を示す図である。

このガス配管は、図１３に示すように、熱分解炉(図示せず)から改質炉(図示せず)に熱分解ガスを送給するための熱分解ガス配管２を備える。熱分解ガス配管２は、中心部の熱分解ガス送給管２１の外周にスパイラル壁２５を連設して、スパイラルな加熱ガス流路２２を形成した２重壁管２ａでもって構成されている。この２重壁管２ａの両端には、開口２４ａ、２４ｂを有するフランジ２３ａ、２３ｂが設けられ、熱分解ガスが一方の開口２４ａから送入され他方の開口２４ｂから送出される。また、この２重壁管２ａの両端近傍には、開口２７ａ、２７ｂを有するフランジ２６ａ、２６ｂを持つ加熱ガス連結管２８ａ、２８ｂが、加熱ガス流路２２に通じる状態で配設されている。

上記のように、従来のガス配管は、熱分解ガス配管２を２重管構造にし、中央の熱分解ガス送給管２１の外周に燃料の燃焼排ガスを加熱ガスとして導入し、熱分解ガス送給管２１を外部から加熱する。よって、ヒーター装置等を用いることなく、ガス配管を加熱することができるので、外部からのエネルギーを使用することなく、熱分解ガス配管内のタール分の凝集を抑制し、タールの発生を抑制することが可能となる。
特開２００４−２７７５５１号公報（第３頁、図１）

しかしながら、特許文献１に記載の従来のガス配管は、次のような解決すべき課題を有する。すなわち、従来のガス配管が熱処理装置の排気管として用いられた場合、排気ガス量を調整する排気量調整バルブの箇所において、排気ガス流路径が急拡大することにより排気ガスが冷やされてタールが発生する。よって、従来のガス配管では、排気管として用いられた場合における管内でのタールの発生を防止することができないという問題がある。

上記のような問題は、図１４に示すような、多段に積層された炉１０を有し、多段の炉１０から引き出された複数の排気管１１が共通排気管１２と接続された熱処理装置において特に顕著になる。これは、上記熱処理装置においては、同じ流量で共通排気管１２に排気するために、排気ファン１３に近い上段の炉１０と接続された排気量調整バルブ１４は排気ファン１３から遠い下段の炉１０と接続された排気量調整バルブ１４よりも大きく閉められ、上段の炉１０と接続された排気管１１において排気ガス流路径の急拡大が発生することに起因する。

そこで、本発明は、かかる問題点に鑑み、多段に積載された炉に使用される場合でも、排気管内におけるタールの発生を防止することが可能な熱処理装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の熱処理装置は、第１の熱処理部及び第２の熱処理部と、前記第１の熱処理部及び第２の熱処理部のガスを排出する排気管とを備え、前記第１の熱処理部は、前記排気管におけるガス流の上流側と接続され、前記第２の熱処理部は、前記排気管におけるガス流の下流側と接続され、前記排気管におけるガス流の下流側の断面積は、前記排気管におけるガス流の上流側の断面積よりも大きく、前記排気管の断面積は、前記排気管の第１の熱処理部との接続部分における断面積をＳ ₁ 、前記排気管の第２の熱処理部との接続部分における断面積をＳ ₂ 、前記第１の熱処理部内部の高さをＨ ₁ 、前記第１の熱処理部内部の高さと第２の熱処理部内部の高さとの合計をＨ ₂ としたとき、下記の式を満足することを特徴とする。
Ｓ ₂ ／Ｓ ₁ ＝（Ｈ ₂ ／Ｈ ₁ ） ^a （０．１≦ａ≦０．９）

本構成によって、異なる熱処理部と接続された排気管を複数本集合させた場合における、ガス流の下流側の排気管と接続された熱処理部の排気ガス経路での熱処理部内の圧力と排気管入口の圧力との差が小さくなるので、排気量調整バルブ部分での排気ガスの急拡大を抑制し、タールの発生を防止することができる。その結果、有機溶剤及び水分を含有する材料が塗布された基板を乾燥するにあたり、材料から揮発した有機溶剤を含むガスのタールと、それに起因する配管の腐食や基板の汚染、また水蒸気の結露による滴下や錆が生じなくなり、メンテナンス時の生産停止によるロスを低減することが可能となる。

また、異なる熱処理部と接続された排気管を複数本集合させた場合における、ガス流の下流側の排気管での有機溶媒濃度の上昇を抑えることができ、溶媒濃度が高くなることにより起こりうる爆発を防止することができる。

また、多段に積載された熱処理部、直列に並べられた熱処理部、又は多段に積載され、直列に並べられた熱処理部を持つ熱処理装置において、給排気管の数を減らすことができるので、給排気管の取り付けやメンテナンスの負荷を軽減することができる。また、製造コストを安くすることもできる。また、複数の給排気管を集合させることで、熱処理装置の外部に逃げる熱を抑えることができ、省エネルギーを実現することもできる。

また、ガス流の下流側の排気管から排出される排気ガスのガス流量を減らし、ガス流の下流側の排気管から排出される排気ガスのガス流量を排気量調整バルブ等の絞り機構による大幅な流量調整をすることなくガス流の上流側の排気管から排出される排気ガスのガス流量に近付けることができる。よって、排気量調整バルブ等の絞り機構を設ける必要が無くなり、絞り機構による流量調整に伴う排気ガスの急拡大が低減されるので、排気ガスの温度低下を抑制でき、それに伴うタール発生を防止することができる。また、排気量調整バルブ等の絞り機構による圧力損失を低減することができるので、熱処理装置の排気効率を上げることもできる。

また、前記排気管は、管壁の一部として仕切り板を有し、前記仕切り板を管壁の一部とし、前記第１の熱処理部及び第２の熱処理部にガスを供給する給気管を備えてもよい。

本構成によって、給気管と排気管とが一体化され、給気管に高温のガスを流すことで排気管を加熱することができるので、事前に加熱された給気ガスの熱により排気管を加熱することができ、排気ガスが冷えることにより起こるタールの発生を防止することができる。また、給気管と排気管とを一体にすることで、外気にさらされる表面積を減らすことができるので、省エネルギーも実現することができる。

また、前記仕切り板には、前記給気管と排気管とをつなぐガス経路と、前記ガス経路を開閉する開閉部材とが設けられてもよい。

本構成によって、給気ガスを排気管に注入し、排気ガス中の溶媒濃度を低減させることができるので、排気管を複数本集合させた場合における溶媒濃度の上昇による爆発を防ぐことができる。また、事前に加熱された給気ガスの熱を排気管に伝えることで、排気ガスの温度を高めることができ、排気ガスが冷やされることで起こるタールの発生も防止することができる。

また、前記開閉部材の開閉を制御する制御手段を備えてもよい。
本構成によって、排気管外部からの流量調整が可能となるので、タクト搬送等において、排出する有機溶媒の濃度が熱処理部内の排気管付近の同じ場所で基板がある時とない時とで時事刻々と変わる場合も、適切な流量を選択して排気管に給気ガスを送り込む事ができ、給気ガスの消費量を減らすことができる。

また、前記仕切り板を加熱するヒーターを備えてもよい。
本構成によって、内部からの排気ガスの加熱が可能となるので、排気ガスが冷やされてタールが発生し易い箇所を選択的に暖めることができる。また、排気ガスを外部からではなく内部から直接暖めるので、ヒーターの熱効率が良い。

また、前記仕切り板には、前記給気管と排気管とをつなぐ開口部と、前記開口部を閉塞する透明部材とが設けられてもよい。

本構成によって、赤外線センサー等を用いてタールによる透明部材の曇り度合いを判断し、メンテナンスによる生産停止の頻度を抑えることができる。

また、前記排気管の管壁は、前記第１の熱処理部及び第２の熱処理部の壁面と接してもよい。

本構成によって、熱処理部の壁の熱を利用して排気管を加熱することができるので、温度が排気ガスより高い熱処理部の壁の熱により排気管を加熱することができ、排気ガスが冷えることにより起こるタールの発生を防止することができる。また、熱処理部の壁と排気管の管壁とを隣接させることで、外部に逃げる熱を抑えることができ、省エネルギーも実現することができる。

また、前記排気管の第１の熱処理部及び第２の熱処理部の壁と接する管壁には、前記排気管と前記第１の熱処理部及び第２の熱処理部とをつなぐガス経路と、前記ガス経路を開閉する開閉部材とが設けられてもよい。

本構成によって、熱処理部内のガスを排気ガスに注入することが可能となるので、熱処理部内のガスを排気管に注入して排気ガス中の溶媒濃度を低減させ、排気管を複数本集合させた場合における溶媒濃度の上昇による爆発を防ぐことができる。また、熱処理部内のガス熱を直接排気管内に送ることで、排気ガスの温度低下を防ぐことができ、排気ガスが冷やされることに起こるタールの発生も防止することができる。

また、前記排気管には、内部を開放する開口部と、前記開口部を閉塞する扉とが設けられてもよい。

本構成によって、タールが排気管内部に生じた場合でも扉を開けることにより簡単にメンテナンスすることができる。

また、前記第１の熱処理部及び第２の熱処理部からそれぞれ構成され、隣接して配設される複数の集合熱処理部を備え、前記排気管は、隣接する２つの集合熱処理部の間に配設されてもよい。

本構成によって、排気管を取り外すことなく熱処理部内部のメンテナンスを行うことができ、熱処理装置の作業性を向上させることができる。

本発明に係る熱処理装置は、以上説明したように構成されているので、排気管内での有機溶剤を含むガスのタールの発生を防止し、タールの発生に起因する排気管の閉塞又は腐食や基板の汚染を防止でき、乾燥炉や焼成炉等の熱処理炉を有する熱処理装置の運転効率やメンテナンス性を向上させることができる。

よって、本発明は、従来の問題点を解消した乾燥炉や焼成炉等の熱処理炉を有する熱処理装置の排気管として、実用的価値はきわめて大なるものがある。

以下、本発明の実施の形態における熱処理装置について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における熱処理装置の構造を示す側面図である。

この熱処理装置は、多段に縦方向に順次積載された第１の炉１００ａ、第２の炉１００ｂ及び第３の炉１００ｃと、第１の炉１００ａ、第２の炉１００ｂ及び第３の炉１００ｃと接続され、各炉内部のガスを排気する排気管を集合して形成された集合排気管２００と、集合排気管２００と排気ファン（図外）との間に接続された排気部２０３とから構成される。なお、第１の炉１００ａ、第２の炉１００ｂ及び第３の炉１００ｃは、それぞれ本発明の熱処理部の一例である。

第１の炉１００ａ、第２の炉１００ｂ及び第３の炉１００ｃは、例えば有機溶剤を含有する材料が塗布された基板を乾燥又は焼成する乾燥炉や焼成炉であり、給気管を通して炉内への空気の注入を受け、温度をかけることでガラス基板の乾燥又は焼成を行う。このとき、乾燥又は焼成により、ガラス基板に塗布されたペースト、フリット等に含有される有機溶剤が揮発して、炉内に有機溶剤を含むガスが発生する。

集合排気管２００は、円筒状の排気管であって、排気管本体２０１と、排気管本体２０１と第１の炉１００ａ、第２の炉１００ｂ及び第３の炉１００ｃとをそれぞれつなぐ第１の排気口２０２ａ、第２の排気口２０２ｂ及び第３の排気口２０２ｃとから構成され、各炉内で発生したガスを熱処理装置外部に排出する。

なお、集合排気管２００は、耐熱性、耐腐食性及び耐変形性を有する材料で形成することが望ましい。そのような材料としては、具体的には、ステンレス鋼、アルミニウム、セラミック、ニッケルとクロムを主成分とする耐熱／耐食材料インコネル(登録商標)、又はフッ素系樹脂でテフロン（登録商標）のような耐熱性樹脂がある。

上記構造を有する熱処理装置においては、炉内で発生したガスは集合排気管２００の第１の排気口２０２ａ、第２の排気口２０２ｂ及び第３の排気口２０２ｃを通じて集合排気管２００の排気管本体２０１に送られ、排気部２０３を通り排出される。

ここで、熱処理装置の排気機構において、排気流量を調整するために例えば集合排気管２００の各排気口に排気量調整バルブが設けられるが、集合排気管２００の断面積と排気量調整バルブの開口面積との差が大きいと排気量調整バルブの出口において排気ガスの急拡大が起こる。この現象が連続的に起こると排気量調整バルブの周辺が冷え、それに伴い排気ガスが冷やされ、タールが発生する。従って、溶剤を含んだガスを排気する際には、集合排気管２００内部の排気流路における急拡大を防止することが必要となる。

そこで、本発明者らは、２段以上に炉が縦方向に積載された熱処理装置において、各炉から排出される排気ガスの流れを従来のものと異なるようにする排気機構を形成するため、断面積がガス流の上流側の排気管からガス流の下流側の排気管に向かうに従い漸増するテーパ形状を有する集合排気管２００を採用し、排気量調整バルブ箇所でのタールの発生を低減した。例えば、第１の炉１００ａと接続されたガス流の上流側の排気管から第２の炉１００ｂと接続されたガス流の下流側の排気管に向かうに従い断面積が漸増する集合排気管２００が採用される。

すなわち、２段以上に炉が積載された熱処理装置の排気機構において、炉内の圧力と排気ファンで発生させた圧力との差から発生する力により炉内のガスが排気される。排気管を集合させて一度に炉内のガスを排気する場合、炉内の圧力と排気管入口の圧力との差がそれぞれの排気ガス経路により異なり、排気ファンに近いガス流の下流側の排気管と接続された炉の排気ガスを引き上げる為のエネルギーは、排気ファンから遠いガス流の上流側の排気管と接続された炉の排気ガスを引き上げる為のエネルギーよりも小さくて済むため、排気ファンに近い炉の排気ガスは排気ファンから遠い炉の排気ガスよりも排出され易い。よって、ガス流の下流側の排気管と接続された排気量調整バルブの開口面積はガス流の上流側の排気管と接続された排気量調整バルブの開口面積よりも小さくされるので、ガス流の下流側の排気管と接続された排気量調整バルブ箇所で排気ガスの急拡大によりタールが発生する。しかしながら、集合排気管２００は、上記テーパ形状を有するため、排気ファンに近い炉の排気ガス経路における排気管入口の圧力が大きくなる。その結果、排気ファンに近い炉の排気ガス経路における、炉内の圧力と排気管入口の圧力との差が小さくなり、排気ガスの急拡大が抑制されてタールの発生が防止されるのである。

このとき、集合排気管２００の直径（面積）がガス流の上流側の排気管からガス流の下流側の排気管に向かうに従い漸増する場合、漸増率（ガス流の下流側の排気管の直径（面積）／ガス流の上流側の排気管の直径（面積））が小さいと、排気ファンに近い炉の排気ガス経路における単位時間当たりに排出される排気ガスの量が多く、排気ガスの流速が大きくなる。よって、排気ファンに近い炉の排気ガス経路における排気管入口の圧力が排気ガスの急拡大を抑制できる程度に小さくならず、タールの発生が起こる。一方、漸増率（ガス流の下流側の排気管の直径（面積）／ガス流の上流側の排気管の直径（面積））が大きいと、排気ガスが集合排気管２００内で拡大されることにより排気ガスの急拡大が起こり、タールが発生する。

従って、集合排気管２００の直径（面積）を適度なものになるように設定する必要があり、集合排気管２００の直径（面積）は下記の式１あるいは式２を満足するように設定される。
（式１）
Ｄ_N／Ｄ₁＝（Ｈ_N／Ｈ₁）^a ０．０５≦ａ≦０．４５
（式２）
Ｓ_N／Ｓ₁＝（Ｈ_N／Ｈ₁）^a ０．１≦ａ≦０．９

なお、式１、２で使用される、変数Ｄ_NはＮ（Ｎは１より大きい自然数）段目の炉と集合排気管２００との接続部分における排気管の中央部の直径（ｍ）を示し、変数Ｄ₁は最下段の炉と集合排気管２００との接続部分における排気管の中央部の直径（ｍ）を示し、変数Ｈ_Nは最下段の炉からＮ段目の炉までの炉内部の高さの合計（ｍ）を示し、変数Ｈ₁は最下段の炉内部の高さ（ｍ）を示し、変数Ｓ_NはＮ段目の炉と集合排気管２００との接続部分における排気管の中央部の断面積（ｍ²）を示し、変数Ｓ₁は最下段の炉と集合排気管２００との接続部分における排気管の中央部の断面積（ｍ²）を示している。また、ここで示すＤ_N、Ｄ₁は集合排気管２００の直径の代表長さである。

図２は集合排気管２００の形状とタールの発生量との関係を示す図である。図２において、縦軸は集合排気管２００の直径の漸増率（Ｎ段目の炉と集合排気管２００との接続部分における集合排気管２００の中央部の直径Ｄ_N／最下段の炉と集合排気管２００との接続部分における集合排気管２００の中央部の直径Ｄ₁）を示し、横軸は炉高さ（最下段の炉からＮ段目の炉までの炉内部の高さの合計Ｈ_N／最下段の炉内部の高さＨ₁）を示している。なお、図２において、有機溶剤が塗布された基板を５０枚熱処理した場合に排気量調整バルブ付近にタールが発生したものを「×」、１００枚を熱処理した場合にタールが発生したものを「△」、１００枚熱処理した時点でタールが発生しなかったものを「○」として表している。また、集合排気管２００の直径がガス流の下流側の排気管とガス流の上流側の排気管とで変わらない直管の場合、つまり式１においてａ＝０．０の場合を破線で示している。また同様に、集合排気管２００の断面積が排気ガス流量に１対１で比例して大きくなる場合、つまり式１においてａ＝０．５の場合も破線で示している。

図２から、式１においてａ＝０．０の場合及びａ＝０．５の場合にはタールが付着することがわかる。また、式１において０．０５≦ａ≦０．４５の場合には、つまり図２において斜線で示される範囲にある場合には、タールが付着しないことがわかる。さらに、集合排気管２００の直径がガス流の上流側の排気管からガス流の下流側の排気管にいくに従い漸増し、漸増率（Ｄ_N／Ｄ₁）が非常に小さい場合には、つまり式１でａ＜０．０５の場合には、タールが付着することがわかる。これは、単位時間当たりに排出される排気ガスの流量が多く、排気ガスの流速が大きいため、排気ファンに近い炉の排気ガス経路における排気管入口の圧力が排気ガスの急拡大を抑制できる程度に小さくならず、タールの発生が起こることが原因と考えられる。さらにまた、漸増率（Ｄ_N／Ｄ₁）が大きい場合には、つまり式１でａ＞０．４５の場合には、タールが付着することがわかる。これは、排気ガスが集合排気管２００内で急拡大されることによりタールの発生が起こることが原因と考えられる。

以上のように本実施の形態の熱処理装置によれば、集合排気管２００は、断面積がガス流の上流側の排気管からガス流の下流側の排気管に向かうに従い漸増するテーパ形状を有する。よって、排気ファンに近い上段の炉の排気ガス経路における、炉内の圧力と排気管入口の圧力との差が小さくなるので、排気ガスの急拡大を抑制し、タールの発生を防止することができる。また、排気管の断面積がガス流の下流側の排気管に行くに従い漸増する形となっているため、異なる炉と接続された排気管を複数本集合させる場合における、ガス流の下流側の排気管での有機溶媒濃度の上昇を抑えることができ、溶媒濃度が高くなることにより起こりうる爆発を防止することができる。

また、本実施の形態の熱処理装置によれば、上段の炉と接続されたガス流の下流側の排気管から排出される排気ガスの流量を減らし、上段の炉と接続された排気管から排出される排気ガスの流量を排気量調整バルブ等の絞り機構による大幅な流量調整をすることなく下段の炉と接続されたガス流の上流側の排気管から排出される排気ガスの流量に近付けることができる。よって、排気量調整バルブ等の絞り機構を設ける必要が無くなり、流量調整に伴う排気ガスの急拡大が低減されるので、排気ガスの温度低下を抑制でき、それに伴うタール発生を防止することができる。これによって、メンテナンス時の生産停止によるロスを低減し、熱処理装置の生産性を向上させることができる。また、排気量調整バルブ等の絞り機構による圧力損失を低減することができるので、熱処理装置の排気効率を上げることができる。

また、本実施の形態の熱処理装置によれば、異なる炉と接続された排気管を複数本集合させて構成される集合排気管２００を備える。よって、多段炉、直列炉又は多段直列炉において、給排気管の数を減らすことができるので、給排気管の取り付けやメンテナンスの負荷を軽減することができる。また、製造コストも安くすることができる。さらに、複数の給排気管を集合させることで、熱処理装置の外部に逃げる熱を抑えることができ、省エネルギーを実現することができる。

なお、本実施の形態の熱処理装置において、縦方向に積載された炉の排気管を集合させた集合排気管について説明したが、集合排気管は水平方向に並べられた排気管を集合させたものであってもよい。この場合には、炉内部の高さＨを実質流動直線長さとして考えてやればよい。

また、本実施の形態の熱処理装置において、集合排気管は炉の積載方向と平行であるとしたが、炉の積載方向から傾いていてもよい。

また、本実施の形態の熱処理装置において、集合排気管は円管であるとしたが、断面積がガス流の上流側の排気管からガス流の下流側の排気管に向かうに従い漸増する形状であればこれに限られず、例えば断面が四角形の四角管であってもよい。

また、本実施の形態の熱処理装置において、集合排気管は、テーパ形状を有するとしたが、図３に示すような断面積がガス流の上流側の排気管からガス流の下流側の排気管に向かうに従い漸増する階段形状を有してもよい。

（実施の形態２）
図４（ａ）、図４（ｂ）は、本発明の実施の形態２における熱処理装置の構造を示す上面図及び側面図であり、図５は、同熱処理装置が備える集合給排気管４００の構造を示す図である。

この熱処理装置は、多段に縦方向に順次積載された第１の炉１００ａ、第２の炉１００ｂ及び第３の炉１００ｃと、第１の炉１００ａ、第２の炉１００ｂ及び第３の炉１００ｃと接続され、各炉内部のガスを排気する排気管及び各炉内部にガスを供給する給気管を集合して形成された集合給排気管４００とから構成される。

第１の炉１００ａ、第２の炉１００ｂ及び第３の炉１００ｃは、例えば有機溶剤を含有する材料が塗布された基板を乾燥又は焼成する乾燥炉や焼成炉であり、集合給排気管４００を通して炉内への高温空気の注入を受け、温度をかけることでガラス基板の乾燥又は焼成を行う。このとき、ガラス基板に塗布されたペースト、フリット等に含有される有機溶剤が揮発して、炉内に有機溶剤を含むガスが発生する。

集合給排気管４００は、管壁の一面が炉壁５００と接するように配置された箱型の給排気管であって、排気管本体４０１と、給気管本体４０４と、第１の排気口４０２ａ、第２の排気口４０２ｂ、第３の排気口４０２ｃ及び第４の排気口４０２ｄと、第１の給気口４０３ａ、第２の給気口４０３ｂ、第３の給気口４０３ｃ及び第４の給気口４０３ｄとから構成され、各炉内で発生したガスを熱処理装置外部に排出し、また各炉内にガスを熱処理装置外部から供給する。

排気管本体４０１は、断面積がガス流の上流側の排気管からガス流の下流側の排気管に向かうに従い漸増するテーパ形状を有する。

第１の排気口４０２ａ、第２の排気口４０２ｂ及び第３の排気口４０２ｃは、排気管本体４０１と第１の炉１００ａ、第２の炉１００ｂ及び第３の炉１００ｃとをそれぞれつなぎ、炉から排気管本体４０１に排気ガスを送る。

第１の給気口４０３ａ、第２の給気口４０３ｂ及び第３の給気口４０３ｃは、排気管本体４０１と第１の炉１００ａ、第２の炉１００ｂ及び第３の炉１００ｃとをそれぞれつなぎ、給気管本体４０４から炉に給気ガスを送る。

第４の排気口４０２ｄは、排気管本体４０１と外部とをつなぎ、排気管本体４０１から外に排気ガスを送る。

第４の給気口４０３ｄは、給気管本体４０４と外部とをつなぎ、外部から給気管本体４０４に給気ガスを送る。

ここで、集合給排気管４００内部には仕切り板４９０が配設されており、仕切り板４９０により分離された左側の部屋である給気管本体４０４は集合給気管として機能し、右側の部屋である排気管本体４０１は集合排気管として機能する。従って、集合給排気管４００内部には、仕切り板４９０を管壁の一部として共有する集合給気管及び集合排気管が形成される。仕切り板４９０には、集合給気管と集合排気管とをつなぐガス経路（図外）と、ガス経路を開閉して集合給気管から集合排気管にガスを送る開閉部材である仕切り板シャッター４７０と、集合給気管と集合排気管とをつなぐ開口部を閉塞する透明部材であるガラス窓４７１と、集合排気管内に位置し、仕切り板４９０を加熱する薄型ヒーター４７２とが形成されている。なお、仕切り板シャッター４７０としては、仕切り板４９０に穴を開ける構造や、ガスの逆流を防ぐための弁構造等が考えられる。

また、集合給排気管４００の内部には、排気量調整バルブ４１１と、炉壁シャッター４６０と、集合給気管内に位置する赤外線センサー４８０とが配設され、集合給排気管４００の外部には、断熱材４５０が配設されている。

炉壁シャッター４６０は、炉壁５００に設けられた集合排気管と炉とをつなぐガス経路を開閉する開閉部材である。これによって、炉内の熱を直接集合排気管に取り込んで排気ガスの温度を上げることができるので、排気ガスが冷やされることにより起こるタールの発生を防止することができる。従って、この炉壁シャッター４６０は、特に排気ガスが冷え易い排気量調整バルブ４１１付近やガス流の下流側の排気管部分を選択的に暖めるように取り付けられた場合により効果的となる。

また、集合給排気管４００には、図６（ａ）、図６（ｂ）の集合給排気管４００の外観図及び図６（ｃ）の集合給排気管４００の断面図（図６（ｂ）のＡ−Ａ’における断面図）に示すように、集合給排気管４００内部を開放する開口部を閉塞する扉７００が設けられている。これによって、タールが集合給排気管４００内部に生じた場合でも扉７００を開けることにより簡単にメンテナンスすることができる。扉７００としては、図６（ａ）に示すような両端がビス止めされた構造の扉７００や、図６（ｂ）に示すような一端がビス止めされた構造の扉７００が考えられる。

また、集合給排気管４００は、図４に示すように、第１の炉１００ａ、第２の炉１００ｂ及び第３の炉１００ｃからそれぞれ構成され、隣接して横方向に並べられた複数の集合炉から構成される連続炉の炉間に配備される。これによって、集合給排気管４００を取り外すことなく炉内部のメンテナンスを行うことができ、熱処理装置の作業性を向上させることができる。なお、集合炉は、本発明の集合熱処理部の一例である。

上記構造を有する熱処理装置において、炉から排出された排気ガスは第１の排気口４０２ａ、第２の排気口４０２ｂ及び第３の排気口４０２ｃを通じて排気管本体４０１に送られ、第４の排気口４０２ｄから集合給排気管４００外部に出ていく。また、第４の給気口４０３ｄから給気管本体４０４に送られた給気ガスの一部は仕切り板４９０に取り付けられた仕切り板シャッター４７０により排気管本体４０１に送られ、残りは第１の給気口４０３ａ、第２の給気口４０３ｂ及び第３の給気口４０３ｃを通じて炉内に送られる。

以上のように本実施の形態の熱処理装置によれば、実施の形態１の熱処理装置と同様の理由により、タールの発生を防止することができる。

また、本実施の形態の熱処理装置によれば、集合給排気管４００は、仕切り板４９０で区分されて形成された、炉外からガスを炉内に供給する集合給気管と、炉内のガスを炉外に排出する集合排気管とを有する。つまり、集合給排気管４００は、一体構造となった集合給気管と集合排気管とを有する。よって、集合給気管に高温のガスを流すことで集合排気管を加熱することができるので、事前に加熱された給気ガスの熱により集合排気管を加熱することができ、排気ガスが冷えることにより起こるタールの発生を防止することができる。また、集合給気管と集合排気管とを一体にすることで、外気にさらされる表面積を減らすことができるので、省エネルギーを実現することができる。

また、本実施の形態の熱処理装置によれば、集合給排気管４００は、集合給気管と集合排気管とを区分する仕切り板４９０に、給気ガスを排気ガスに注入する仕切り板シャッター４７０が形成されたシャッター構造を有する。よって、給気ガスを集合排気管に注入し、排気ガス中の溶媒濃度を低減させることができるので、排気管を複数本集合させた場合における溶媒濃度の上昇による爆発を防ぐことができる。従って、この仕切り板シャッター４７０は、特にガス流の下流側の排気管に取り付けられた場合により効果的となる。また、事前に加熱された給気ガスの熱を集合排気管に伝えることで、排気ガスの温度を高めることができ、排気ガスが冷やされることで起こるタールの発生を防止することができる。従って、この仕切り板シャッター４７０は、特に排気ガスが冷え易い排気量調整バルブ４１１付近を暖めるように取り付けられた場合により効果的となる。

また、本実施の形態の熱処理装置によれば、集合給気管と集合排気管とを区分する仕切り板４９０に設けられた仕切り板シャッター４７０は、集合給排気管４００外部の制御部により開閉制御される。よって、集合給排気管４００外部からの流量調整が可能となるので、タクト搬送等において、排出する有機溶媒の濃度が炉内の排気管付近の同じ場所で基板がある時とない時とで時事刻々と変わる場合も、適切な流量を選択して集合排気管に給気ガスを送り込む事ができ、給気ガスの消費量を減らすことができる。仕切り板シャッター４７０の制御方法としては、流量測定センサーを用い測定した流量をフィードバック制御して仕切り板シャッター４７０を自動開閉させること等が考えられる。また、流量測定センサーとしては流量計や排気管内に排気ガスを妨げるように取り付けられ、機械的変位で流量を感知するもの等が考えられる。

また、本実施の形態の熱処理装置によれば、集合給気管と集合排気管とを区分する仕切り板４９０の集合排気管側の面には、薄型ヒーター４７２が取り付けられる。よって、内部からの排気ガスの加熱が可能となるので、排気ガスが冷やされてタールが発生し易い箇所を選択的に暖めることができる。従って、この薄型ヒーター４７２は、特に排気ガスが冷え易い排気量調整バルブ４１１付近を選択的に暖めるように取り付けられた場合により効果的となる。また、排気ガスを外部からではなく内部から直接暖めるので、ヒーターの熱効率が良い。薄型ヒーター４７２としては、薄型のセラミックヒーター等が考えられる。

また、本実施の形態の熱処理装置によれば、集合給排気管４００は、集合給気管と集合排気管とを区分する仕切り板４９０にガラス窓４７１が形成された窓構造を有し、集合給気管内部には仕切り板４９０のガラス窓４７１に向けて赤外線センサー４８０が配設されている。よって、タールによるガラス窓４７１の曇り度合いを赤外線センサー４８０の閾値から判断することができ、メンテナンスによる生産停止の頻度を抑えることができる。また、赤外線センサー４８０が集合給気管内に配設されているので、赤外線センサー４８０に排気ガスがかかることなくなり、熱処理装置の長期使用が可能になる。

また、本実施の形態の熱処理装置によれば、集合給排気管４００の管壁は、炉壁５００に接する。よって、炉壁５００の熱を利用して集合給排気管４００を加熱することができるので、温度が排気ガスより高い炉壁５００の熱により集合給排気管４００（特に集合排気管）を加熱することができ、排気ガスが冷えることにより起こるタールの発生を防止することができる。また炉壁５００と集合排気管の管壁とを隣接させることで、外部に逃げる熱を抑えることができ、省エネルギーを実現することができる。このとき、炉内の熱を集合給排気管４００に伝わり易くするため、集合給排気管４００の管壁と接する炉壁５００は断熱されていないことが好ましい。また、炉壁５００と排気管本体４０１との間に、外気にさらされないように第１の排気口４０２ａ、第２の排気口４０２ｂ及び第３の排気口４０２ｃを配備することで、排気口で排気ガスが冷やされることを防ぐことができる。

また、本実施の形態の熱処理装置によれば、集合給排気管４００は、炉壁５００と集合排気管の炉壁５００と接する管壁とに炉壁シャッター４６０が配設された構造を有する。よって、炉内のガスを排気ガスに注入することが可能となるので、炉内のガスを集合排気管に注入して排気ガス中の溶媒濃度を低減させ、排気管を複数本集合させた場合における溶媒濃度の上昇による爆発を防ぐことができる。従って、この炉壁シャッター４６０は、特にガス流の下流側の排気管に取り付けられた場合により効果的となる。また、炉内のガス熱を直接集合排気管内に送ることで、排気ガスの温度低下を防ぐことができ、排気ガスが冷やされることに起こるタールの発生を防止することができる。従って、この炉壁シャッター４６０は、特に排気ガスが冷え易い排気量調整バルブ４１１付近を暖めるように取り付けられた場合により効果的となる。炉壁シャッター４６０としては、仕切り板４９０に穴を開ける構造や、ガスの逆流を防ぐための弁構造等が考えられる。

また、本実施の形態の熱処理装置によれば、排気量調整バルブ４１１は、集合排気管の内部に配設される。よって、排気ガス熱を利用して排気量調整バルブ４１１を加熱することが可能となるので、排気量調整バルブ４１１を常に排気ガス熱で暖めることができ、ガス流の下流側の排気管と接続された排気量調整バルブ４１１でガス流路径が急拡大することにより排気ガスが冷えるという現象が継続して起こる場合でも、排気量調整バルブ４１１が冷えることがなくなる。その結果、排気量調整バルブ４１１付近で排気ガスが冷えることによるタールの発生を防止することができる。この排気量調整バルブ４１１は、バルブのほかにオリフィスや、図７に示すような簡単なものであってもよい。図７に示すような排気量調整機構においては第１の排気口４０２ａ、第２の排気口４０２ｂあるいは第３の排気口４０２ｃの出口に、排気口にフタをするように排気流量調節部材６１０を取り付け、排気管排気ガス流路の断面積を変化させて排気ガスの排出量を調整する。この機構は簡単な構造であり、熱処理装置の低コスト化を実現できる。

なお、本実施の形態の熱処理装置において、集合給排気管４００は、図８（ａ）の熱処理装置の断面図（図５のＡ−Ａ’における断面図）に示すような長方形の断面形状を有する直方体の管であってもよい。これによって、集合給排気管４００は製造が容易な長方形の断面形状を有することになるので、低コストの熱処理装置を実現することができる。また、集合給排気管４００は、図８（ｂ）の熱処理装置の断面図（図５のＡ−Ａ’における断面図）に示すような半円形の断面形状を有する半円柱の管であってもよい。これによって、集合給排気管４００は炉壁５００と接触する面積が大きく、外気にさらされる表面積が小さい半円形の断面形状を有することになるので、高効率な熱処理装置を実現することができる。

また、本実施の形態の熱処理装置において、仕切り板４９０は、図８（ａ）の熱処理装置の断面図に示すように炉壁５００と垂直になるように配置されてもよいし、図８（ｃ）の熱処理装置の断面図（図５のＡ−Ａ’における断面図）に示すように炉壁５００に平行になるように配置されてもよい。これによって、排気を壁側、給気を炉壁５００と反対側に配置することができ、炉壁５００の熱を効率良く利用し、排気ガスが冷やされることによるタールの発生を防止することができる。また、仕切り板４９０は、図８（ｄ）の熱処理装置の断面図（図５のＡ−Ａ’における断面図）に示すように炉壁５００に対して斜めに配置されてもよい。これによって、排気を炉壁５００側、給気を炉壁５００と反対側に配置することができ、炉壁５００の熱を効率良く利用し、タールの発生を防止することができる。また同時に、集合給排気管４００の側部（図８（ｄ）の右側短辺Ａを含む部分）を開閉可能な構造とすることで、熱処理装置のメンテナンス性を良くすることができる。さらに、集合給排気管４００を図８（ｅ）の熱処理装置の断面図（図５のＡ−Ａ’における断面図）に示すように、半円形の断面形状を有する半円柱の管にし、半円形の断面形状の集合排気管が形成されるように仕切り板４９０を配置してもよい。これによって、集合排気管が集合給気管で覆われ、集合排気管の外気にさらされる面積を減らすことができるので、集合排気管が冷やされることによる排気ガスのタールの発生を防止することができる。

また、本実施の形態の熱処理装置において、図９（ａ）の熱処理装置の断面図（図５のＢ−Ｂ’における断面図）に示すように、集合給排気管４００の底部に対して仕切り板４９０を傾けることで、排気管の断面積がガス流の上流側の排気管からガス流の下流側の排気管に向かうに従い漸増するようにした。しかし、図９（ｂ）、図９（ｃ）の熱処理装置の断面図（図５のＢ−Ｂ’における断面図）に示すように、集合給排気管４００の内部形状を台形にすることで、排気管の断面積がガス流の上流側の排気管からガス流の下流側の排気管に向かうに従い漸増するようにしてもよい。また、図１０の熱処理装置の断面図（図５のＢ−Ｂ’における断面図）に示すように、集合給排気管４００の内部形状を階段状にすることで、排気管の断面積がガス流の上流側の排気管からガス流の下流側の排気管に向かうに従い漸増するようにしてもよい。

また、本実施の形態の熱処理装置において、排気量調整バルブ４１１により排気ガスの流量を調節したが、図１０の熱処理装置の断面図に示すように、集合排気管と炉とをつなぐ排気口の断面積を変えることにより排気ガスの流量を調節してもよい。

（実施の形態３）
図１１は、本発明の実施の形態３における熱処理装置が備える集合給排気管８００の構造を示す図である。

この集合給排気管８００は、仕切り板８１０を可動構造とし、集合排気管の排気ガス流路断面積を調整可能な構造としたという点で実施の形態２の集合給排気管とは異なる。集合給排気管８００の集合排気管において、仕切り板８１０を動かし排気ガスの流路断面積を調整することで集合排気管内の圧力を調整することができる。従来は排気量調整バルブ等の絞り機構を集合排気管に設け排気流路断面積を変えることで、圧力差の違う流路においても流量が一定となる様に調整してきた。しかしこの構造により、排気量調整バルブ等の流量調整機構を設けることなく集合排気管の流路断面積を変化させて各段の炉から排気される排気ガスの流量を調整することができる。なお、排気量調整バルブ等の絞り機構と組み合わせて排気ガスの流量を調整してもよい。

（実施の形態４）
図１２は、本発明の実施の形態４における熱処理装置が備える集合給排気管９００の構造を示す図である。

この集合給排気管９００は、集合排気管内部に取り付けられた排気流れ変更部材９１０を有し、排気流れ変更部材９１０により集合排気管入口の圧力を変更させることで各排気口から出る流量を調整する構造を有するという点で実施の形態２の集合給排気管とは異なる。この排気流れ変更部材９１０による排気流れ変更により圧力変動が起こる。従って、排気ガスが膨張することで排気流れ変更部材９１０周辺の温度が一時的に下がっても、排気流れ変更部材９１０は集合排気管内部に設けられており、排気ガスにより常時温められているため、排気流れ変更部材９１０周辺の温度低下が起こらず、タールの発生を防ぐことができる。このとき、排気流れ変更部材９１０として、回動可能な状態で集合排気管内部に配設される平板が考えられる。これによって、簡素な構造で排気流れ変更機構を形成することができるので、コストダウンを実現することができる。なお、排気流れ変更機構として、流線型構造を用いて流れの抵抗を減らしてもよいし、メッシュ構造を用いてもよい。

以上、本発明の熱処理装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態の限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲内で当業者が思いつく各種変形を施したものも本発明の範囲内に含まれる。

例えば、式１、式２に示したように、炉の高さＨを変数として集合排気管の直径（面積）を定義したが、炉の容積を変数として集合排気管の直径（面積）を定義してもよい。すなわち、集合排気管の直径（面積）は下記の式３、４を満足するように設定されてもよい。
（式３）
Ｄ_N／Ｄ₁＝（Ｖ_N／Ｖ₁）^a ０．０５≦ａ≦０．４５
（式４）
Ｓ_N／Ｓ₁＝（Ｖ_N／Ｈ₁）^a ０．１≦ａ≦０．９

なお、式３、４で使用される、変数Ｖ_Nは最下段の炉からＮ段目の炉までの炉内部の容積の合計（ｍ³）を示し、変数Ｈ₁は最下段の炉内部の容積（ｍ³）を示している。

本発明は、熱処理装置に利用でき、特に複数の炉を有する熱処理装置の排気管等に利用することができる。

本発明の実施の形態１における熱処理装置の構造を示す側面図である。同実施の形態１における集合排気管の形状とタールの発生量との関係を示すグラフである。同実施の形態１における熱処理装置の変形例の構造を示す側面図である。（ａ）本発明の実施の形態２における熱処理装置の構造を示す上面図である。（ｂ）同実施の形態２における熱処理装置の構造を示す側面図である。同実施の形態２における集合給排気管の構造を示す図である。（ａ）同実施の形態２における集合給排気管の外観図である。（ｂ）同実施の形態２における集合給排気管の外観図である。（ｃ）同実施の形態２における集合給排気管の断面図（図６（ｂ）のＡ−Ａ’における断面図）である。同実施の形態２における排気量調整機構の変形例を示す図である。（ａ）同実施の形態２における集合給排気管の形状及び仕切り板の構造を説明するための熱処理装置の断面図（図５のＡ−Ａ’における断面図）である。（ｂ）同実施の形態２における集合給排気管の形状及び仕切り板の構造を説明するための熱処理装置の断面図（図５のＡ−Ａ’における断面図）である。（ｃ）同実施の形態２における集合給排気管の形状及び仕切り板の構造を説明するための熱処理装置の断面図（図５のＡ−Ａ’における断面図）である。（ｄ）同実施の形態２における集合給排気管の形状及び仕切り板の構造を説明するための熱処理装置の断面図（図５のＡ−Ａ’における断面図）である。（ｅ）同実施の形態２における集合給排気管の形状及び仕切り板の構造を説明するための熱処理装置の断面図（図５のＡ−Ａ’における断面図）である。（ａ）同実施の形態２における集合給排気管の形状及び仕切り板の構造を説明するための熱処理装置の断面図（図５のＢ−Ｂ’における断面図）である。（ｂ）同実施の形態２における集合給排気管の形状及び仕切り板の構造を説明するための熱処理装置の断面図（図５のＢ−Ｂ’における断面図）である。（ｃ）同実施の形態２における集合給排気管の形状及び仕切り板の構造を説明するための熱処理装置の断面図（図５のＢ−Ｂ’における断面図）である。同実施の形態２における集合給排気管の形状を説明するための熱処理装置の断面図（図５のＢ−Ｂ’における断面図）である。本発明の実施の形態３における熱処理装置が備える集合給排気管の構造を示す断面図である。本発明の実施の形態４における熱処理装置が備える集合給排気管の構造を示す断面図である。特許文献１に記載のタール対策構造を有するガス配管を示す図である。多段炉を有する熱処理装置の全体図である。

符号の説明

２熱分解ガス配管
２ａ２重壁管
１０炉
１１排気管
１２共通排気管
１３排気ファン
１４、４１１排気量調整バルブ
２１熱分解ガス送給管
２２加熱ガス流路
２３ａ、２３ｂ、２６ａ、２６ｂフランジ
２４ａ、２４ｂ、２７ａ、２７ｂ開口
２５スパイラル壁
２８ａ、２８ｂ加熱ガス連結管
１００ａ第１の炉
１００ｂ第２の炉
１００ｃ第３の炉
２００集合排気管
２０１、４０１排気管本体
２０２ａ、４０２ａ第１の排気口
２０２ｂ、４０２ｂ第２の排気口
２０２ｃ、４０２ｃ第３の排気口
２０３排気部
４００、８００、９００集合給排気管
４０２ｄ第４の排気口
４０３ａ第１の給気口
４０３ｂ第２の給気口
４０３ｃ第３の給気口
４０３ｄ第４の給気口
４０４給気管本体
４５０断熱材
４６０炉壁シャッター
４７０仕切り板シャッター
４７１ガラス窓
４７２薄型ヒーター
４８０赤外線センサー
４９０、８１０仕切り板
５００炉壁
６１０排気流量調節部材
７００扉
９１０排気流れ変更部材

Claims

第１の熱処理部及び第２の熱処理部と、
前記第１の熱処理部及び第２の熱処理部のガスを排出する排気管とを備え、
前記第１の熱処理部は、前記排気管におけるガス流の上流側と接続され、
前記第２の熱処理部は、前記排気管におけるガス流の下流側と接続され、
前記排気管におけるガス流の下流側の断面積は、前記排気管におけるガス流の上流側の断面積よりも大きく、
前記排気管の断面積は、前記排気管の第１の熱処理部との接続部分における断面積をＳ ₁ 、前記排気管の第２の熱処理部との接続部分における断面積をＳ ₂ 、前記第１の熱処理部内部の高さをＨ ₁ 、前記第１の熱処理部内部の高さと第２の熱処理部内部の高さとの合計をＨ ₂ としたとき、下記の式を満足する
Ｓ ₂ ／Ｓ ₁ ＝（Ｈ ₂ ／Ｈ ₁ ） ^a （０．１≦ａ≦０．９）
ことを特徴とする熱処理装置。
前記排気管は、管壁の一部として仕切り板を有し、
前記仕切り板を管壁の一部とし、前記第１の熱処理部及び第２の熱処理部にガスを供給する給気管を備える
ことを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
前記排気管の管壁は、前記第１の熱処理部及び第２の熱処理部の壁面と接する
ことを特徴とする請求項１又は２記載の熱処理装置。