JP5582792B2 - 加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は金属のワークを加熱する加熱装置に関する。

金属のワークを加熱処理することにより、不定形の金属部品などを調質（焼入れ・焼戻し）したり、塗装前の鋳物などの金属部品を加熱して塗装工程での処理速度を向上させたりすることは既に広く行われている。

この種の加熱処理を行う従来の加熱装置としては、主として、ガスや油を燃料として用いて燃焼ガスを発生させ、この燃焼ガスで鋳物などの加熱対象物であるワークを加熱する燃焼ガス雰囲気炉（例えば、特許文献１等）を使用することが一般的であり、燃焼ガスを熱媒体として用いてワークを加熱している。

しかしながら、燃焼ガスはその熱容量が小さいため、燃焼ガスを熱媒体として用いると、金属のワークに対する熱伝達率が低くて加熱処理速度が低いという欠点がある。また、燃焼ガスに必要な酸素を供給すべく新鮮な空気を常に補充しなければならないため、熱効率が低下する欠点もある。

これらの欠点を改善する加熱処理方法として、粉粒体を溜めた流動層の底部に、燃焼ガスなどの高温ガスを噴出させる気体噴出管を水平方向に延びるように配設し、この気体噴出管から噴出させた高温ガスにより、粉粒体を流動させるとともに加熱し、この流動層内に金属のワークを浸漬させて加熱することが特許文献２等で提案されている。なお、気体噴出管には、適当間隔ごとに、高温ガスを噴出させる孔部を形成する。また、この種の加熱装置において、高温ガスとして、燃焼ガスを用いる代わりに、流動層から排出される排気ガスを加熱する電気式ヒータを加熱源として設け、この電気式ヒータで加熱された高温ガスを、送風機などにより前記気体噴出管に送り出すことが考えられる。

上記のように、ワークを、粉粒体を熱媒体とする流動層に浸漬させて加熱すると、粉粒体の熱容量が大きいため、粉粒体が当接する金属のワークに対する熱伝達率が数倍高くなってワークの加熱処理速度を大幅に高めることができる。また、加熱源として電気式ヒータを用いることで、燃焼ガスを用いる場合のように新鮮な空気を常に補充する必要がないので、熱効率の低下を抑えることができる。

特開２００９−５７６２１号公報 特開２００４−２９３８９９号公報

しかしながら、上記のように、流動層の底部に、孔部が形成された気体噴出管を配設する構成であると、気体噴出管の孔部やその近傍箇所では多量の高温ガスが供給される一方で、気体噴出管が配設されていない箇所や、気体噴出管の孔部から離れた箇所では、高温ガスの供給量が極めて少なくなる。したがって、流動層の底部における気体噴出管が配設されている水平面内では、高温ガスの分布状態に大きな偏りを生じ、このような領域でワークを浸漬させると、ワークに対する加熱状態が不均一となるおそれがある。このような不具合を回避するには、気体噴出管からある程度上方の箇所では、高温ガスが拡散してその分布が均等化されるので、流動層の上下高さを大きくして、気体噴出管よりもかなり高い位置でワークを浸漬させることが考えられる。しかし、この場合には、流動層の高さを大きくしなければならないため、設備費や設置スペースの増加を招いてしまう課題を生じる。

また、大きなワークでも加熱処理できるよう、設置面積が大きな流動層を必要とする場合には、流動層内で長い気体噴出管を配設することとなるが、これに伴って気体噴出管の上流側と下流側とでの圧力差が大きくなり（下流側箇所での圧力がより小さくなり）、この結果、流動状態の不均一化や加熱状態の不均一化を招く課題もある。

さらに、加熱源としての電気式ヒータが配設されている高温ガス発生部と流動層との配設場所が離れている場合には、高温ガス発生部から流動層までの熱風流路配管部での熱風搬送のロスや圧力損失が大きくなり、これによって熱効率が低下する課題もある。

本発明は、上記課題を解決するもので、流動層内での部位や流動層の大きさにかかわらず、粉粒体の流動状態や加熱状態を極めて均一にでき、かつ、高い熱効率を維持できながら、ワークを良好に加熱することができる加熱装置を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために本発明の共通構成は、金属のワークを加熱する加熱装置であって、高温ガスで加熱される粉粒体を熱媒体とし、ワークが浸漬される流動層を備え、流動層の底板として、発熱して高温化されるとともに通気性を有する多孔質金属を用いて、前記底板を通過させた高温ガスを流動層内に導入するよう構成したことを特徴とする。

この構成により、流動層の底板として、高温化されるとともに通気性を有する多孔質金属を用いたので、底板全体から均一に高温ガスを流動層内に導入することができ、流動状態の均一化や加熱状態の均一化を良好に図ることができる。また、底板自体が発熱して高温化されるので、熱風搬送のロスや圧力損失を殆ど生じず、これにより、高い熱効率を維持できる。

また、本発明の加熱装置は、流動層の底板を誘導加熱する誘導加熱手段を備えたことを特徴とする。この構成によれば、誘導加熱手段により流動層の底板を誘導加熱して高温化させて、この底板を通過させた高温ガスを流動層内に導入することができる。

また、本発明の加熱装置は、流動層の底板に通電して前記底板を高温とする通電装置を備えたことを特徴とする。この構成によれば、通電装置にて流動層の底板に通電して高温化させて、この底板を通過させた高温ガスを流動層内に導入することができる。

また、本発明の加熱装置は、除塵フィルタと送風機とを備え、流動層から排出される排気ガスを吸引して、前記除塵フィルタを通して除塵した後、清浄化された排気ガスを前記送風機で流動層の底板を通して流動層内に再度供給することにより、排気ガスからなる高温ガスを循環させるよう構成したことを特徴とする。この構成により、流動層から排出される排気ガスを循環させることで、底板で加熱する熱量を最小限に抑えることができて、極めて熱効率の高い加熱装置を実現することができる。

また、本発明の加熱装置は、流動層の壁面を内壁面部と外壁面部とを有する２重構造とし、内壁面部と外壁面部との間に、流動層の頂部から排出された排出ガスからなる高温ガスを底板の下方へ導く循環用通路を形成し、送風機により流動層の頂部から排出された排出ガスからなる高温ガスを循環用通路に導いて循環させることを特徴とする。この構成により、極めてコンパクトであると同時に、循環用通路の配設距離を極めて短くできて循環用通路から逃げる熱風搬送のロスを最小限に抑えることができ、しかも、流動層の内壁面部が循環用通路により外側から覆われることとなるので、流動層から外部に熱が漏れることを最小限に抑えることができて、極めて熱効率の高い加熱装置を実現することができる。

本発明によれば、流動層の底板として、発熱して高温化されるとともに通気性を有する多孔質金属を用いることにより、流動状態の均一化や加熱状態の均一化を良好に図ることができ、信頼性の高い加熱装置を得ることができる。また、流動状態の均一化や加熱状態の均一化を図るために流動層の上下高さを大きくする必要は無いので、設備費や設置スペースの増加を招くこともない。また、底板自体が高温化されるので、熱風搬送のロスや圧力損失を殆ど生じず、これにより、高い熱効率を維持でき、稼動時のコストも低減化できる。

また、加熱装置に、流動層の底板を誘導加熱する誘導加熱手段を備えて、この誘導加熱手段により流動層の底板を誘導加熱したり、これに代えて、流動層の底板に通電して前記底板を高温とする通電装置を備えて、この通電装置により流動層の底板に通電したりすることで、流動層の底板を良好に高温化させることができる。

また、本発明の加熱装置として、除塵フィルタと送風機とを備え、流動層から排出される排気ガスを吸引して、前記除塵フィルタを通して除塵した後、清浄化された排気ガスを前記送風機で流動層の底板を通して流動層内に再度供給することにより、排気ガスからなる高温ガスを循環させて用いることができて、底板で加熱する熱量を最小限に抑えることができ、極めて熱効率の高い加熱装置を実現することができる。

また、本発明の加熱装置は、流動層の壁面を内壁面部と外壁面部とを有する２重構造とし、内壁面部と外壁面部との間に、流動層の頂部から排出された排出ガスからなる高温ガスを底板の下方へ導く循環用通路を形成し、送風機により流動層の頂部から排出された排出ガスからなる高温ガスを循環用通路に導いて循環させることにより、極めてコンパクトであると同時に、循環用通路から逃げる熱風搬送のロスを最小限に抑えることができ、しかも、流動層の内壁面部が循環用通路により外側から覆われることとなるので、流動層から外部に熱が漏れることを最小限に抑えることができて、極めて熱効率の高い加熱装置を実現することができる。

本発明の実施の形態に係る加熱装置の断面図である。

以下、本発明の実施の形態に係る加熱装置を図面に基づき説明する。
図１に示すように、本発明の実施の形態に係る加熱装置は、金属のワーク１を加熱する加熱装置であって、高温ガスで加熱されるセラミック粒子などからなる粉粒体２を熱媒体とし、ワーク１が浸漬される流動層３を備えている。そして、流動層３の底板４として、高温化されるとともに通気性を有する発泡金属などの多孔質金属を用いており、底板４を通過させた高温ガスを流動層３内に導入するよう構成している。なお、当然ながら、底板４の孔部の直径は、粉粒体の径よりも小さいものが用いられて、底板４から粉粒体２が漏れ出無いよう図られている。

また、流動層３の底板４を誘導加熱する誘導加熱手段としての誘導加熱コイル５が、底板４の下方に配設されており（図１においては、２つ配設されている場合を示しているが、これに限るものではない。）、この誘導加熱コイル５に交流電流を流すことで、底板４が加熱されて高温状態となる。なお、誘電加熱により底板４を加熱する代わりに、底板４として、通電することによりその抵抗により発熱する多孔質金属を用いて発熱させてもよい。

流動層３の壁面（外殻部）は、内壁面部６と外壁面部７とを有する２重構造とされ、内壁面部６と外壁面部７との間には、流動層３の頂部（詳しくは、流動層３において、粉粒体２が溜められている流動層本体３ａの上方の流動層空間部３ｂの頂部）から排出された排出ガスからなる高温ガス（図１において、矢印で示す）を底板４の下方へ導く循環用通路８が形成されている。また、流動層３の頂部には送風機９が配設され、この送風機９により、流動層３（詳しくは流動層空間部３ｂ）から排出される排気ガスが吸引されて、循環用通路８および誘導加熱コイル５配設箇所を通して、底板４側に送り込まれて、底板４を通過する際に加熱された後、再度、流動層３内（詳しくは、内壁面部６で囲まれた流動層本体３ａ内）に供給され、この結果、排気ガスからなる高温ガスが流動層３内を循環する。

また、流動層本体３ａ上方の流動層空間部３ｂには、流動層本体３ａから排出された排気ガス中に含まれる粉塵をろ過して除去する除塵フィルタ１０が配設されており、流動層本体３ａから排出された排気ガスは、この除塵フィルタ１０を通ることで清浄化され、清浄化された排気ガス（高温ガス）が、循環用通路８および誘導加熱コイル５配設箇所を通して、底板４側に送り込まれるよう構成されている。ここで、除塵フィルタ１０としては、発泡金属板を用いると好適であるが、これに限るものではない。

なお、図１における１１は、ワーク１の搬送手段の一例としての電動チェーンブロックで、この電動チェーンブロック１１に設けられたワイヤ１１ａを図外の制御手段の制御指示などに応じて昇降させることで、ワーク１の流動層本体３ａへの浸漬時間を制御できるよう構成されている。また、１２は、粉粒体２が循環用通路８側に漏れ出ることを防止するサンドシール部である。

１３は外部の空気を導入する外気導入送風機で、ワーク１の加熱雰囲気成分の調整や加熱温度の調整などの必要に応じて駆動されて底板４の下方箇所に導入されるよう構成されている。これによって、流動層３内における底板４の下方箇所への与圧を付与して圧力室として機能させ、底板４からの高温ガスの流入量を増加させることも可能に構成されている。

上記構成において、誘導加熱コイル５に交流電流を流すことで、底板４が加熱されて高温状態となり、底板４は、通気性を有する発泡金属などの多孔質金属が用いられているので、この底板４を通った高温ガスが、流動層本体３ａ内を上昇し、熱媒体としての粉粒体２を流動させるとともに加熱する。したがって、流動状態で高温となっている流動層本体３ａの粉粒体２内に、ワーク１が浸漬されるとこの流動状態となった粉粒体２に当接することによりワーク１が加熱される。また、流動層本体３ａから排出された排気ガスは、流動層空間部３ｂに配設された除塵フィルタ１０を通ることで清浄化され、清浄化された排気ガス（高温ガス）が、循環用通路８および誘導加熱コイル５配設箇所を通して、底板４側に送り込まれ、この結果、排気ガスからなる高温ガスが流動層３内を循環する。

この場合に、流動層３（流動層本体３ａ）の底板４として、高温化されるとともに通気性を有する多孔質金属を用いたので、底板４の全体から均一に高温ガスを流動層本体３ａ内に導入することができ、流動状態の均一化や加熱状態の均一化を良好に図ることができる。また、流動層３（流動層本体３ａ）の設置面積の大小にかかわらず、底板４の全体から均一に高温ガスを流動層本体３ａ内に導入されるので、気体噴出管から高温ガスを噴出させる場合のように、流動状態の均一化や加熱状態の均一化を図るために流動層の上下高さを大きくする必要は無くなり、この結果、設備費や設置スペースの増加を招くことがなくなる。したがって、設備費の低減化を図れるとともに、流動状態の均一化や加熱状態の均一化を図るための設置スペースの大型化を抑制できる。

また、流動層３（流動層本体３ａ）の底板４自体が高温化されるので、従来のように、加熱源と流動槽との配設箇所が離れているために途中の熱風流路配管部での熱風搬送のロスや圧力損失を生じるという不具合の発生自体がなくなり、熱風搬送のロスや圧力損失を殆ど生じず、これにより、高い熱効率を維持できる。

また、上記構成によれば、流動層３の底板４を誘導加熱する誘導加熱手段としての誘導加熱コイル５を備えることで、比較的簡単な構成で、誘導加熱コイル５により流動層３の底板４を誘導加熱して高温化させることができて、この底板４を通過させた高温ガスを良好に流動層３内に導入することができる。また、上述したように、これに代えて、底板４として、通電することによりその抵抗により発熱する多孔質金属を用いて発熱させてもよい。この場合には、誘導加熱コイル５を設ける場合など、底板４を通過するガスの通行を妨げるものがないので、通気状態が良好となる利点がある。なお、何れの場合においても、誘導加熱コイル５や底板４への供給電力を調整することで、流動層３を比較的容易かつ適正に所望の温度に制御できる。

また、上記のように除塵フィルタ１０を備えるとともに、この除塵フィルタ１０を流動層本体３ａ上方の流動層空間部３ｂに配設したので、粉粒体２や粉塵が流動層本体３ａや流動層空間部３ｂから外部に流出することを防止できる。この結果、清浄化された高温ガス（排気ガス）を安定かつ長期間にわたって循環しても、支障をきたすことがない。そして、このように高温ガス（排気ガス）を循環して用いることにより、高温な排気ガスの回収利用率を最大に高めることができて、極めて熱効率の高い加熱装置を実現することができる。また、底板４で加熱する熱量を最小限に抑えることができるので、加熱処理にかかる費用を低減することもできる。

また、上記構成によれば、流動層３の壁面を内壁面部６と外壁面部７とを有する２重構造とし、内壁面部６と外壁面部７との間に、流動層本体３ａの頂部から排出された排出ガスからなる高温ガスを底板４の下方へ導く循環用通路８を形成したので、流動層３を備えた加熱装置を極めてコンパクトに構成できると同時に、循環用通路８の配設距離を極めて短くできて循環用通路８から逃げる熱風搬送のロスを最小限に抑えることができる。しかも、流動層３の内壁面部３が循環用通路８により外側から覆われることとなるので、流動層３から外部に熱が漏れることを最小限に抑えることができて、極めて熱効率の高い加熱装置を実現することができる。

また、加熱対象としてのワーク１は、塗装前の鋳物や不定形の金属部品などが好適であり、塗装前の鋳物である場合には塗装工程での処理速度を向上させることができ、また、不定形の金属部品を良好に調質（焼入れ・焼戻し）することができるが、これに限るものではなく、他の金属のワーク１の各種加熱処理に適用することが可能である。

１ ワーク
２ 粉粒体（熱媒体）
３ 流動層（昇温用の流動層）
３ａ 流動層本体
３ｂ 流動層空間部
４ 底板
５ 誘導加熱コイル（誘導加熱手段）
６ 内壁面部
７ 外壁面部
８ 循環用通路
９ 送風機
１０ 除塵フィルタ
１１ 電動チェーンブロック（搬送手段）
１３ 外気導入送風機

Claims (4)

1. 金属のワークを加熱する加熱装置であって、
   高温ガスで加熱される粉粒体を熱媒体とし、ワークが浸漬される流動層と、
   流動層の底板を誘導加熱する誘導加熱手段と、
   を備え、
   流動層の底板として、誘導加熱により発熱して高温化されるとともに通気性を有する多孔質金属を用いて、前記底板を通過させた高温ガスを流動層内に導入するよう構成したことを特徴とする加熱装置。
2. 金属のワークを加熱する加熱装置であって、
   高温ガスで加熱される粉粒体を熱媒体とし、ワークが浸漬される流動層と、
   流動層の底板に通電して前記底板を高温とする通電装置と、
   を備え、
   流動層の底板として、通電されることにより発熱して高温化されるとともに通気性を有する多孔質金属を用いて、前記底板を通過させた高温ガスを流動層内に導入するよう構成したことを特徴とする加熱装置。
3. 除塵フィルタと送風機とを備え、
   流動層から排出される排気ガスを吸引して、前記除塵フィルタを通して除塵した後、清浄化された排気ガスを前記送風機で流動層の底板を通して流動層内に再度供給することにより、排気ガスからなる高温ガスを循環させるよう構成したことを特徴とする請求項１または２に記載の加熱装置。
4. 流動層の壁面を内壁面部と外壁面部とを有する２重構造とし、内壁面部と外壁面部との間に、流動層の頂部から排出された排出ガスからなる高温ガスを底板の下方へ導く循環用通路を形成し、送風機により流動層の頂部から排出された排出ガスからなる高温ガスを循環用通路に導いて循環させることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の加熱装置。

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