JP5819467B2 - 連続炉 - Google Patents

Description

本発明は、ワークを熱処理する連続炉に関する。

例えば、液晶パネル用ガラス基板等の熱処理に際しては、当該基板等を加熱した後、急冷することが行われている。このような熱処理を実現するために、従来、ワークを加熱する加熱処理部と、加熱したワークを強制的に空冷する冷却処理部とが直列に配置された連続炉がある（例えば、特許文献１参照）。

図５は、従来の連続炉の概略構成を説明する平面図である。この連続炉では、ワークＷの入口部８０側から、加熱処理部８１及び冷却処理部９１が直列に設けられている。
加熱処理部８１は、ヒータによってワークＷを加熱する加熱ゾーン８２を有しており、図５では、加熱ゾーン８２が五つに区画されて設けられている。また、この加熱処理部８１では、各加熱ゾーン８２へ給気を行う給気ダクト８３と、各加熱ゾーン８２でワークＷを加熱するために用いられたガスを排気する排気ダクト８４とが設けられている。

冷却処理部９１は、加熱ゾーン８２で加熱したワークＷを空冷する冷却ゾーン９２を有している。冷却ゾーン９２には外部から空気が供給され、この空気によってワークＷは冷却される。また、この冷却処理部９１では、冷却ゾーン９２の空気を、連続炉の外部へ排出する排出ダクト９３が設けられている。

特開２０００−１６０２４０号公報（図１参照）

図５に示している連続炉の場合、給気ダクト８３から加熱ゾーン８２へ給気が行われ、ヒータによって炉内でワークＷが加熱され、ワークＷの加熱に用いられた加熱ゾーン８２のガスは、排気ダクト８４から連続炉の外部へ排出される。
加熱ゾーン８２のワークＷを加熱するヒータとして、例えばシーズヒータが用いられるが、特に近年では、このような連続炉においてヒータの負荷を軽減し、消費電力を低減するのが望まれている。

そこで、本発明は、ヒータの消費電力を低減することができる連続炉を提供することを目的とする。

本発明の連続炉は、ヒータによってワークを加熱する加熱ゾーンを有している加熱処理部と、前記加熱ゾーンで加熱したワークを冷却する冷却ゾーンを有している冷却処理部と、を備えた連続炉であって、前記冷却ゾーンのガスを排出する排出ダクトと、前記排出ダクトと連通し当該排出ダクトによって排出されたガスを前記加熱ゾーンへ給気する給気ダクトと、を備え、前記加熱処理部は、複数の加熱ゾーンに区画され、前記各加熱ゾーン毎に、前記給気ダクトが設けられ、前記加熱ゾーンは、ワークの進行方向に沿って上流側よりも下流側が高温に設定され、前記排出ダクトは、ワークの進行方向に沿って延在するように炉体に付設され、前記排出ダクトによって、前記冷却ゾーンから排出されたガスを、高温の加熱ゾーンから低温の加熱ゾーンの夫々の給気ダクトに順次供給し、加熱ゾーンは、ワークの進行方向に沿って延在する一方の側壁と、それに並行する他方の側壁からなり、当該加熱ゾーンの内部は前記側壁に並行する隔壁によって、一方の側壁との間に一方の空間が、また他方の側壁との間に他方の空間が形成され、前記一方の空間の側壁の外部に前記排出ダクトが設けられ、当該側壁には前記排出ダクトから一方の空間内にガスを供給するための給気ダクトが挿通されており、前記一方の空間に、ワークが進行する他方の空間に向けて高温のガスを送風し当該加熱ゾーンを加熱するためのファンとヒータが備えられていることを特徴とする。

本発明によれば、冷却ゾーンから排出ダクトによって排出されたガスは、加熱した後のワークを冷却するために用いられているので温度が高くなっている。そして、この排出ダクトは給気ダクトと連通しているので、排出ダクトによって排出されたガスは、給気ダクトによって加熱ゾーンへ給気される。このため、冷却ゾーンでワークから吸収した熱を、加熱ゾーンでのワークの加熱に用いることができ、ヒータの負荷を軽減することができる。
さらに、加熱ゾーンから排気ダクトによって排気されたガスは、ワークを加熱するために用いられているので温度が高くなっている。そして、この排気ダクトは、前記排出ダクト中に一部が露出しているため、排気ダクトにより排気されたガスの熱を、排出ダクトのガスに伝えることができる。この排出ダクトのガスは、給気ダクトによって加熱ゾーンへと供給されるため、加熱ゾーンの排熱を、当該加熱ゾーンにおけるワークの加熱に再利用することができ、ヒータの負荷をさらに軽減することができる。
このように、ヒータの負荷を軽減できるため、ヒータの消費電力を低減することが可能となる。

また、前記加熱処理部は、区画された複数の加熱ゾーンを備え、前記排出ダクトは、前記加熱ゾーン毎に対応して配置された分岐部を有し、前記分岐部毎に前記給気ダクトが連通され、前記分岐部毎で前記排気ダクトが露出しているのが好ましい。
この場合、加熱ゾーン毎に対応して配置された分岐部で、当該加熱ゾーンから排気されたガスの熱の再利用が可能となり、これに加えて、加熱ゾーン毎に、冷却ゾーンから排出されたガスの熱の再利用が可能となり、ヒータの負荷をより一層軽減することができる。

本発明によれば、冷却ゾーンでワークから吸収した熱を、加熱ゾーンにおけるワークの加熱に用いることができ、さらに、加熱ゾーンの排熱を、当該加熱ゾーンにおけるワークの加熱に再利用することができるので、ヒータの負荷を軽減し、ヒータの消費電力を低減することが可能となる。

本発明の連続炉を上から見た断面図である。 本発明の連続炉をワークの出口部側から見た断面図である。 分岐部及びその周囲を説明する図であり、上から見た断面図である。 分岐部及びその周囲を説明する図であり、出口部側から見た断面図である。 従来の連続炉を上から見た断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の連続炉を上から見た断面図である。
この連続炉は、熱処理として、ワークＷを加熱した後に冷却を行う装置であり、ワークＷを加熱する加熱処理部１と、加熱したワークＷを冷却する冷却処理部２とを備えている。加熱処理部１と冷却処理部２とは、ワークＷの入口部３側から出口部４側に向かって直列に配置されている。入口部３側から出口部４側へと向かう方向がワークＷの進行方向であり、連続炉内では、複数のワークＷが連続的に搬送されながら、熱処理が行われる。

前記加熱処理部１は、ワークＷを加熱する加熱炉１ａと、後に説明する給気ダクト５及び排気ダクト６等が設けられているダクト部（第一のダクト部）１ｂとを有している。図２は、加熱処理部１を出口部４側から見た断面図である。加熱処理部１の加熱炉１ａは、ヒータ１６によってワークＷを加熱する加熱ゾーンを有している。
本実施形態（図１参照）では、加熱炉１ａは、全体が五つに区画された加熱ゾーン１１，１２，１３，１４，１５を有している。また、加熱炉１ａ内には、ワークＷの進行方向の上流側と下流側とに区画している壁部材１０が設けられており、上流側加熱ゾーン３１と下流側加熱ゾーン３２とが形成されている。

前記加熱ゾーン１１，１２，１３，１４，１５は、入口部３側から出口部４側に向かって並んで配置されており、第一加熱ゾーン１１と第二加熱ゾーン１２とによって前記上流側加熱ゾーン３１が構成され、第三加熱ゾーン１３と第四加熱ゾーン１４と第五加熱ゾーン１５とによって前記下流側加熱ゾーン３２が構成されている。
なお、ワークＷが投入される入口部３と第一加熱ゾーン１５との間には、図示しないがシャッターが設けられている。

そして、加熱処理部１は、加熱ゾーンへガスを給気（供給）する給気ダクト５と、この加熱ゾーンでワークＷを加熱するために用いられたガスを排気する排気ダクト６とを備えている。給気ダクト５の下流端は加熱室部１ａで開口しており、また、この加熱室部１ａで排気ダクト６の上流端が開口している。給気ダクト５及び排気ダクト６は、加熱ゾーン毎に設置されており、全て同じ形態である。そして、単一の給気ダクト５と単一の排気ダクト６とが一組の給排部となり、一組の給排部が五つの加熱ゾーンそれぞれに設けられており、また、一組の給排部の構成は、どの組みも同じである。

つまり、加熱処理部１の前記ダクト部（第一のダクト部）１ｂは、第一ダクト領域４１、第二ダクト領域４２、第三ダクト領域４３、第四ダクト領域４４、及び第五ダクト領域４５を有しており、第一ダクト領域４１には、第一加熱ゾーン１１に開口する給気ダクト５及び排気ダクト６が設けられ、第二ダクト領域４２には、第二加熱ゾーン１２に開口する給気ダクト５及び排気ダクト６が設けられ、第三ダクト領域４３には、第三加熱ゾーン１３に開口する給気ダクト５及び排気ダクト６が設けられ、第四ダクト領域４４には、第四加熱ゾーン１４に開口する給気ダクト５及び排気ダクト６が設けられ、第五ダクト領域４５には、第五加熱ゾーン１５に開口する給気ダクト５及び排気ダクト６が設けられている。

また、第一から第五の加熱ゾーンそれぞれにおいて、図２に示しているように、ヒータ１６、及びファン用モータ１８によって回転するファン１７が設けられている。本実施形態では、ヒータ１６は、シーズヒータからなり、加熱炉１ａ内に設置されており、加熱炉１ａ内のガスを熱することにより、当該ガスによる雰囲気中のワークＷを加熱する。

また、ファン１７は、加熱炉１ａ内に設置されており、加熱炉１ａ内のガスを撹拌することにより、当該ガスを加熱炉１ａ内で循環させる。
なお、本実施形態の各加熱ゾーンでは、ヒータ１６及びファン１７が設置されている領域と、ワークＷが搬送される領域との間に隔壁１９が設置されている。この隔壁１９は、加熱炉１ａの天井面及び底面との間に間隔を有して設けられており、加熱ゾーン毎において、前記給気ダクト５によって加熱炉１ａ内に供給されたガスは、ワークＷの進行方向の直線を中心として循環することができ、前記排気ダクト６によって、循環したガスの少なくとも一部は加熱炉１ａ外へと排気される。

ヒータ１６及びファン用モータ１８は、図外の制御装置によって制御される。また、ヒータ１６及びファン用モータ１８は、加熱ゾーン毎に設置されており、加熱ゾーン毎に個別に制御することができる。また、加熱ゾーン毎に当該ゾーンの温度を検出する温度センサが設置されており（図示せず）、この温度センサによる検出結果は、前記制御装置による前記制御に用いられる。
このため、例えば、第一から第五の加熱ゾーン１１，１２，１３，１４，１５すべてで同じ温度に制御することが可能となり、また、加熱ゾーン毎で異なる温度に制御することも可能である。

前記冷却処理部２は、前記加熱処理部１によって加熱されたワークＷを冷却（本実施形態では空冷）する冷却室２ａと、後に説明する排出ダクト等が設けられている第二のダクト部２ｂとを有している。この冷却処理部２の冷却室２ａが、前記第一から第五の加熱ゾーンを通過して加熱されたワークＷを冷却する冷却ゾーン２１を有している。なお、第五加熱ゾーン１５と冷却ゾーン２１との間には、図示しないがシャッターが設けられている。

前記入口部３、加熱炉１ａ及び冷却室２ａには、ワークＷを搬送する搬送装置９が設置されている。この搬送装置９によって搬送されるワークＷが、加熱炉１ａで加熱され、その後、冷却室２ａで冷却される。搬送装置９は、様々な形式のものを採用することができるが、ベルトコンベアやローラコンベア、或いは、ウォーキング機構等とすることができる。

冷却室２ａの側壁２２には、冷却室２ａ外の気体を冷却ゾーン２１へと取り入れる取り入れ口２３が設けられている。本実施形態では、取り入れ口２３から空気が取り入れられ、冷却ゾーン２１でワークＷは空冷される。ワークＷを冷却するために取り入れられる空気の温度は、室温（常温）である。
また、冷却処理部２は、冷却ゾーン２１のガスを当該冷却ゾーン２１外に排出する排出ダクト７を備えている。本実施形態では、排出ダクト７によって排出されるガスは、取り入れ口２３から取り入れられワークＷを冷却するために用いられた空気である。

排出ダクト７には、図示しないが冷却ファンが設けられており、冷却ゾーン２１の空気を排出ダクト７内へと強制的に吸引することができる。排出ダクト７は、その上流端が冷却室２ａで開口しており、また、排出ダクト７は、第二のダクト部２ｂ及び前記第一のダクト部１ｂまで続くように形成されている。つまり、排出ダクト７は、第二のダクト部２ｂに形成されている上流側排出ダクト部２４と、第一のダクト部１ｂに形成されている下流側排出ダクト部２５とを有している。

下流側排出ダクト部２５は、ワークＷの搬送方向と平行となるようにして直線的に形成されており、前記第一ダクト領域４１から前記第五ダクト領域４５に跨って設けられている。上流側排出ダクト部２４は、冷却室２ａから曲管部を介して下流側排出ダクト部２５の上流端部と連通している。

排出ダクト７と給気ダクト５との関係について説明する。
排出ダクト７は冷却ゾーン２１の空気を冷却室２ａ外に排出するが、この空気は、前記下流側排出ダクト部２５によって、第五ダクト領域４５から第一ダクト領域４１に至るまで流れることができる。
そして、第五ダクト領域４５から第一ダクト領域４１までのそれぞれの領域に設けられている給気ダクト５は、排出ダクト７と連通しており、当該排出ダクト７によって排出された空気を、第五加熱ゾーン１５から第一加熱ゾーン１１それぞれへと給気することができる。

具体的に説明すると、排出ダクト７の下流側排出ダクト部２５は、加熱ゾーン毎に対応して分岐部５１，５２，５３，５４，５５が配置されている。つまり、第一から第五の加熱ゾーン１１，１２，１３，１４，１５それぞれに一対一で対応して、その隣りに第一から第五の前記ダクト領域４１，４２，４３，４４，４５それぞれが設けられており、これら第一から第五のダクト領域４１，４２，４３，４４，４５それぞれに分岐部５１，５２，５３，５４，５５が設けられている。
そして、これらの分岐部５１，５２，５３，５４，５５それぞれに、給気ダクト５が連通されている。

分岐部５１，５２，５３，５４，５５の構成はどれも同じであるため、代表して第五ダクト領域４５の分岐部５５について、図３により説明する。この分岐部４５の主管部４５ａが排出ダクト７の本体部であり、この主管部４５ａから分岐している枝管部４５ｂに給気ダクト５が繋がっており、この給気ダクト５は第五加熱ゾーン１５に開口している。このため、排出ダクト７によって冷却ゾーン２１から排出された空気は、第五ダクト領域４５の給気ダクト５によって、第五加熱ゾーン１５へ給気される。
なお、他のダクト領域においても同様に、排出ダクト７によって冷却ゾーン２１から排出された空気は、各加熱ゾーンへ給気される。

次に、排出ダクト７と排気ダクト６との関係について説明する。
図１及び図２において、排気ダクト６は、加熱ゾーンでワークＷを加熱するために用いられたガス（空気）を排気するためのものであり、排気ダクト６の上流端は加熱ゾーンの下部位置で開口している。さらに、この排気ダクト６は、図２に示しているように、その下流端部がダクト部１ｂの外側まで延びており、加熱ゾーンのガスをダクト部１ｂ外へ排気することができる。
そして、排気ダクト６の途中部８が、前記排出ダクト７中に露出している。

第五加熱ゾーン１５及び第五ダクト領域４５を代表とし、図３と図４とにより具体的に説明すると、第五ダクト領域４５に設けられている分岐部５５では、排出ダクト７の横断面がその他の流路（排出ダクト本体部７ａ）よりも拡大した形状であり、この分岐部５５の流路中に、前記排気ダクト６の途中部８が露出している。つまり、図４に示しているように、排気ダクト６がその途中部８において排出ダクト７の分岐部５５を貫通することで、排気ダクト６の途中部８が排出ダクト７中に露出している。このため、排気ダクト６内のガスが、排出ダクト７を流れる空気に混ざることはないが、排気ダクト６の管壁を通じて、排出ダクト７を流れる空気に対して熱交換がされる。このため、排気ダクト６（途中部８）の管壁は複数のフィン（図示せず）を有する構成とするのが好ましい。なお、排気ダクト６内のガスは、加熱ゾーンから排気されたものであるため、排出ダクト７を流れる空気よりも高温である。

また、図３と図４に示しているように、排気ダクト６は、分岐部５５の拡大されている部分に配置されており、排気ダクト６は、空気の流れ方向からみて、分岐部５５以外である排出ダクト本体部７ａと重ならないように配置されている。つまり、排出ダクト本体部７ａ中の空気の流れが、分岐部５５において、排気ダクト６の露出部（前記途中部８）によって阻害されないように構成されている。

以上の本実施形態の連続炉によれば、冷却ゾーン２１（図１参照）から排出ダクト７によって排出された空気は、第一から第五加熱ゾーンで加熱した後のワークＷを冷却するために用いられているので、温度が高くなっている。そして、この排出ダクト７は各給気ダクト５と連通しているので、排出ダクト７中の温度が高くなっている空気は、各給気ダクト５によって加熱ゾーン１１，１２，１３，１４，１５それぞれへ給気される。つまり、冷却ゾーン２１から排出ダクト７によって取り出された空気は、給気ダクト５を通じて加熱ゾーンへと供給され、連続炉の外部へと排出されない。
このため、冷却ゾーン２１でワークＷから空気に与えられた熱を、加熱ゾーン１１，１２，１３，１４，１５それぞれでのワークＷの加熱に用いることができ、ヒータ１６の負荷を軽減することができる。また、このように排出ダクト７によって取り出された空気は、ワークＷから直接的に熱交換を受けているので、熱回収効率がよい。

さらに、加熱ゾーン１１，１２，１３，１４，１５それぞれから排気ダクト６によって排気されたガス（空気）は、ワークＷを加熱するために用いられているので温度が高くなっている。そして、各排気ダクト６の一部（途中部８）は、排出ダクト７の分岐部中で露出しているため、各排気ダクト６により排気されたガスの熱を、排出ダクト７の分岐部中の空気に伝えることができる。
そして、この排出ダクト７の分岐部中の空気は、給気ダクト５によって加熱ゾーンへと供給されるため、加熱ゾーンから排気ダクト６によって排気されたガスの排熱を、当該加熱ゾーンにおけるワークＷの加熱に再利用することができ、ヒータ１６の負荷をさらに軽減することができる。
以上のような、排出ダクト７と給気ダクト５との関係、及び、排出ダクト７と排気ダクト６との関係によれば、ヒータの負荷を軽減することができることから、ヒータの消費電力を低減することが可能となる。

また、本実施形態では、五つの加熱ゾーン１１，１２，１３，１４，１５毎に、給気ダクト５及び排気ダクト６が設けられているので、加熱ゾーン１１，１２，１３，１４，１５毎に、当該加熱ゾーン１１，１２，１３，１４，１５から排気されたガスの熱を再利用することが可能となる。
特に、加熱ゾーン１１，１２，１３，１４，１５毎で温度を異ならせる場合、各加熱ゾーン１１，１２，１３，１４，１５に応じた熱の再利用が可能となる。つまり、温度が高い側の加熱ゾーン（例えば、下流側加熱ゾーン３２）では、比較的高温の排気ガスによって熱の再利用がされ、温度が低い側の加熱ゾーン（例えば、上流側加熱ゾーン３１）では、比較的低温の排気ガスによって熱の再利用がされる。

さらに、本実施形態では、排出ダクト７は、加熱ゾーン毎に対応して配置された分岐部を有しており、分岐部毎に給気ダクト５が連通され、分岐部毎で排気ダクトが露出しているので、加熱ゾーン毎に対応して配置された分岐部において、当該加熱ゾーンから排気されたガスの熱の再利用が可能となり、これに加えて、加熱ゾーン毎に、冷却ゾーン２１から排出ダクト７によって排出されたガスの熱の再利用が可能となる。これにより、ヒータの消費電力をより一層低減することが可能となる。

また、本発明は、例示した形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであっても良い。例えば、前記実施形態では、加熱処理部１は、五つの加熱ゾーン１１，１２，１３，１４を備えている場合を説明したが、加熱ゾーンの数はこれ以外であってもよい。

１：加熱処理部、 ２：冷却処理部、 ５：給気ダクト、 ６：排気ダクト、 ７：排出ダクト、 ８：途中部、 １１，１２，１３，１４，１５：加熱ゾーン、 １６：ヒータ、 ２１：冷却ゾーン、 ５１，５２，５３，５４，５５：分岐部、 Ｗ：ワーク

Claims (5)

1. ヒータによってワークを加熱する加熱ゾーンを有している加熱処理部と、
   前記加熱ゾーンで加熱したワークを冷却する冷却ゾーンを有している冷却処理部と、を備えた連続炉であって、
   前記冷却ゾーンのガスを排出する排出ダクトと、
   前記排出ダクトと連通し当該排出ダクトによって排出されたガスを前記加熱ゾーンへ給気する給気ダクトと、を備え、
   前記加熱処理部は、複数の加熱ゾーンに区画され、
   前記各加熱ゾーン毎に、前記給気ダクトが設けられ、
   前記加熱ゾーンは、ワークの進行方向に沿って上流側よりも下流側が高温に設定され、
   前記排出ダクトは、ワークの進行方向に沿って延在するように炉体に付設され、
   前記排出ダクトによって、前記冷却ゾーンから排出されたガスを、高温の加熱ゾーンから低温の加熱ゾーンの夫々の給気ダクトに順次供給し、
   加熱ゾーンは、ワークの進行方向に沿って延在する一方の側壁と、それに並行する他方の側壁からなり、
   当該加熱ゾーンの内部は前記側壁に並行する隔壁によって、一方の側壁との間に一方の空間が、また他方の側壁との間に他方の空間が形成され、
   前記一方の空間の側壁の外部に前記排出ダクトが設けられ、当該側壁には前記排出ダクトから一方の空間内にガスを供給するための給気ダクトが挿通されており、
   前記一方の空間に、ワークが進行する他方の空間に向けて高温のガスを送風し当該加熱ゾーンを加熱するためのファンとヒータが備えられていることを特徴とする連続炉。
2. 前記ファンを駆動するためのモータは、前記一方の側壁の外部に装着され、
   前記ヒータは前記一方の側壁の外部から内部にかけて挿通され、
   前記モータとヒータは、前記排出ダクトとは異なる高さに設けられている請求項１に記載の連続炉。
3. 加熱ゾーンでワークを加熱した後のガスを排出する排気ダクトが設けられ、
   前記排気ダクトは、前記一方の側壁の下部の開口から外部にかけて水平方向に延出した後、炉外に向けて上方に延出する請求項１もしくは２に記載の連続炉。
4. 前記排出ダクトと給気ダクトとは交差するように連結され、
   前記排気ダクトの上方に延在する部分の一部は、前記給気ダクトの連通位置とは異なる位置に、突出するように設けられている請求項３に記載の連続炉。
5. 排出ダクトには分岐部が形成され、当該分岐部内の、一方の側に給気ダクトが連通され、他方の側に排気ダクトが突設されている請求項４に記載の連続炉。

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