JP6712137B2 - 排気処理装置およびこれを備える熱処理装置、ならびに、排気処理装置の操業方法 - Google Patents

Description

本発明は、排気処理装置およびこれを備える熱処理装置に関する。

工場などにおいて、熱処理のために、水素などの可燃性ガスが用いられることがある（たとえば、特許文献１参照）。

特開平３−２５３５１８号公報

可燃性ガス、特に水素は、高濃度のまま大気放出されると、爆発の可能性があるため、希釈される必要がある。このために、たとえば、水素を電気ヒータなどで燃焼させて水素濃度を低下させることが考えられる。しかしながら、この場合、意図しない火災が生じるおそれがある。このような火災は、排気処理装置に負荷を与えることとなり、その結果、メンテナンスの手間が増えてしまう。また、別の方法として、水素を希釈するために、たとえば、窒素などの不活性ガスを水素に混合することで、水素を希釈することが考えられる。しかしながら、窒素は比較的高価であるため、窒素が水素の希釈に大量に用いられると、水素の希釈にかかるコストが高くついてしまう。

また、水素を空気で希釈することも考えられる。しかしながら、この場合において、濃度が高い状態の水素に空気を混合するためには、水素火災を抑制するために、水素への空気の混合速度を低くする必要がある。水素火災が生じると、排気処理装置に大きな負荷がかかり、メンテナンスの手間がかかってしまう。

また、たとえば、水素を用いて熱処理を行う熱処理装置において、熱処理室の入口と出口が外部に開放された形式の連続炉が用いられる場合がある。この場合において、熱処理室内の水素を排気処理装置へ導き、この排気処理装置内で水素を希釈することが考えられる。この場合において、水素に外部からの空気（酸素）が意図せずに触れてしまうことをより確実に抑制することが要請されている。

本発明は、上記事情に鑑みることにより、より安価且つ迅速に可燃性ガスを希釈することができ、且つ、排気処理装置に負荷を与える火災をより確実に抑制することのできる、排気処理装置およびこれを備える熱処理装置、ならびに、排気処理装置の操業方法を提供することを目的とする。

（１）上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わる排気処理装置は、可燃性ガスを含む排気ガスを処理するための排気処理装置であって、前記排気ガスが導入される第１ボックスと、前記第１ボックス内の前記排気ガスに向けて不活性ガスを含む第１希釈用ガスを供給するための第１希釈用ガス供給部と、前記第１ボックスを通過した前記排気ガスが導入される第２ボックスと、前記第２ボックス内の前記排気ガスに向けて第２希釈用ガスを供給するための第２希釈用ガス供給部と、を備え、前記第２ボックスは、前記第２ボックスの外部へ向けて前記排気ガスを排出するための出口部を有し、前記第１希釈用ガス供給部および前記第２希釈用ガス供給部の少なくとも一方は、対応する前記第１ボックスおよび前記第２ボックスにおいて旋回流を生じさせるように対応する前記第１希釈用ガスおよび前記第２希釈用ガスを噴射するように構成されている。

この構成によると、第１ボックスにおいて、排気ガスは、不活性ガスを含む第１希釈用ガスによって希釈される。これにより、排気ガスにおける可燃性ガスの濃度が低下する。次いで、排気ガスは、第２ボックスにおいて、第２希釈用ガスによって希釈される。これにより排気ガスにおける可燃性ガスの濃度がさらに低下する。このような構成であれば、可燃性ガスを燃焼する処理を伴わなくて済むので、排気処理装置に負荷を与える火災の発生をより確実に抑制できる。また、高価な不活性ガスのみを用いて可燃性ガスを希釈する場合と比べて、不活性ガスの使用量をより少なくできるので、可燃性ガスの希釈にかかるコストをより低減できる。また、不活性ガスで希釈された排気ガスであれば、第２ボックスにおいてたとえば助燃性ガス（酸素）を含む第２希釈用ガスを短時間で大量に排気ガスに混合した場合でも、可燃性ガスが燃焼作用を生じることを抑制できる。よって、第２ボックスにおいて、火災を生じることなく可燃性ガスをより迅速に希釈できる。以上の次第で、本発明によると、より安価且つ迅速に可燃性ガスを希釈することができ、且つ、排気処理装置に負荷を与える火災をより確実に抑制することのできる、排気処理装置を実現できる。

（２）好ましくは、前記第１希釈用ガス供給部および前記第２希釈用ガス供給部の少なくとも一方は、対応する前記第１ボックスおよび前記第２ボックスに形成された筒状の周壁に接続された配管を含み、前記配管は、対応する前記第１希釈用ガスおよび前記第２希釈用ガスを対応する前記第１ボックスおよび前記第２ボックスへ供給するように構成されている。

（３）上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わる排気処理装置の操業方法は、可燃性ガスを含む排気ガスを処理するための排気処理装置の操業方法であって、前記排気処理装置は、前記排気ガスが導入される第１ボックスと、前記第１ボックス内の前記排気ガスに向けて不活性ガスを含む第１希釈用ガスを供給するための第１希釈用ガス供給部と、前記第１ボックスを通過した前記排気ガスが導入される第２ボックスと、前記第２ボックス内の前記排気ガスに向けて第２希釈用ガスを供給するための第２希釈用ガス供給部と、を備え、前記第２ボックスは、前記第２ボックスの外部へ向けて前記排気ガスを排出するための出口部を有し、前記第２希釈用ガス供給部から前記第２ボックスへ供給される前記第２希釈用ガスの流速が、前記第２ボックスの前記出口部における前記排気ガスの流速以上に設定されている。

（４）上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わる排気処理装置は、可燃性ガスを含む排気ガスを処理するための排気処理装置であって、前記排気ガスが導入される排気導入管と、前記排気導入管を通過した前記排気ガスが導入される第１ボックスと、前記第１ボックス内の前記排気ガスに向けて不活性ガスを含む第１希釈用ガスを供給するための第１希釈用ガス供給部と、前記第１ボックスを通過した前記排気ガスが導入される第２ボックスと、前記第２ボックス内の前記排気ガスに向けて第２希釈用ガスを供給するための第２希釈用ガス供給部と、を備え、前記排気導入管は、前記第１ボックスへ向けて前記排気ガスを排出するための出口部を有し、前記第１ボックスは、前記第２ボックスへ向けて前記排気ガスを排出するための出口部を有し、前記排気導入管の前記出口部が第１ボックス側へ突出し、第１ボックスの前記出口部が第２ボックス側へ突出している。

（５）好ましくは、前記第２ボックスは、筒状の周壁と、この周壁の底に設けられた底壁と、を含み、前記第１ボックスは、前記底壁を貫通して前記第２ボックス内に突出しており、前記第１ボックスの上端の前記出口部が前記第２ボックス内に配置され、前記第２希釈用ガス供給部は、一端部が前記第２ボックスに接続された配管を含み、前記一端部の高さ位置が、前記第１ボックスの前記出口部の高さ位置よりも低い。

（６）好ましくは、前記第１希釈用ガス供給部は、一端部が前記第１ボックスに接続された配管を含み、前記第２希釈用ガス供給部は、一端部が前記第２ボックスに接続された配管を含み、各前記ボックスの周方向において、前記第１希釈用ガス供給部の前記配管の前記一端部の位置と、前記第２希釈用ガス供給部の前記配管の前記一端部の位置と、が揃えられている。

（７）上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わる熱処理装置は、外部に開放された入口部および出口部を有し、被処理物が熱処理される際に前記被処理物が通過するように構成された熱処理室と、前記記載の排気処理装置と、を備え、前記排気導入管は、前記熱処理室内の前記排気ガスを前記第１ボックスに導入するために設けられ、前記第１ボックスの直径よりも小さい直径を有し、前記第１ボックスは、筒状の周壁と、この周壁の底に設けられた底壁と、を含み、前記排気導入管は、前記第１ボックスの前記底壁を貫通して前記第１ボックス内に突出しており、前記排気導入管の上端の前記出口部が前記第１ボックス内に配置され、前記第１希釈用ガス供給部は、一端部が前記第１ボックスに接続された配管を含み、前記第１希釈用ガス供給部の前記配管の前記一端部の高さ位置が、前記排気導入管の前記出口部の高さ位置よりも低い。

本発明によると、より安価且つ迅速に可燃性ガスを希釈することができ、且つ、排気処理装置に負荷を与える火災をより確実に抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る熱処理装置の模式図である。 熱処理装置の排気処理装置の主要部の模式的な斜視図である。 熱処理装置における動作例を説明するための図である。 排気ボックス内での排気ガスの流れを説明するための模式的な斜視図であり、排気ボックスの図示は省略している。 排気ボックスを側面視したときにおける排気ガスの速度分布を示す図である。 変形例について示す模式的な平面図である。 変形例について示す模式的な側面図である。 実施例および比較例について説明するための図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。なお、本発明は、排気処理装置および熱処理装置として広く適用することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る熱処理装置１の模式図である。図２は、熱処理装置１の排気処理装置４の主要部の模式的な斜視図である。

図１および図２を参照して、熱処理装置１は、被処理物１００を熱処理するために設けられている。この熱処理として、還元処理、その他の熱処理を例示することができる。本実施形態では、熱処理装置１が、ベルト式連続炉である場合を例に説明する。また、本実施形態では、被処理物１００は、金属部品である。熱処理装置１は、複数の被処理物１００を、連続的に熱処理するように構成されている。

熱処理装置１は、搬送装置２と、処理室ユニット３と、排気処理装置４（４１，４２）と、排気処理装置４１，４２からの排気を熱処理装置１の外部に排出するためのフード５（５１，５２）と、制御部６と、を有している。

搬送装置２は、被処理物１００を進行方向Ｘ１に沿って処理室ユニット３の外部から処理室ユニット３内に搬送し、さらに、当該被処理物１００を処理室ユニット３の外部に搬送するために設けられている。

搬送装置２は、無端状のベルト７と、複数のローラ８と、を有している。

ベルト７は、たとえば、メッシュベルトであり、可撓性を有している。このベルト７の各部は、処理室ユニット３の内部と外部とを循環するようにローラ８によって駆動される。ローラ８は、ベルト７のたとえば内周面に接触しており、ベルト７を支持している。ローラ８は、複数設けられている。ローラ８が回転することにより、ベルト７は、複数のローラ８の周囲を回転する。

上記の構成を有する搬送装置２によって搬送される被処理物１００は、処理室ユニット３において、加熱処理を施される。処理室ユニット３は、当該処理室ユニット３における被処理物１００の入口および出口が開放された構成を有している。

処理室ユニット３は、熱処理室１１と、熱処理用ガス供給部１２と、不活性ガス供給部１３，１４と、処理室ガス検出部１５，１６と、を有している。

熱処理室１１は、被処理物１００に還元処理（熱処理）を施すための熱処理空間を形成しており、被処理物１００が熱処理される際に当該被処理物１００が通過するように構成されている。熱処理室１１は、中空に形成された筐体部である。熱処理室１１は、入口部１１ａと、中間部１１ｂと、出口部１１ｃと、排気ガス出口１１ｄ，１１ｅと、を有しており、進行方向Ｘ１に沿って入口部１１ａ、中間部１１ｂおよび出口部１１ｃの順に並んでいる。中間部１１ｂに、排気ガス出口１１ｄ，１１ｅが設けられている。

入口部１１ａは、熱処理室１１への被処理物１００の入口として設けられており、熱処理室１１の外部に常時開放されている。また、出口部１１ｃは、熱処理室１１内からの被処理物１００の出口として設けられており、熱処理室１１の外部に常時開放されている。中間部１１ｂは、被処理物１００が通過する空間を有している。ベルト７および当該ベルト７に載せられた被処理物１００は、入口部１１ａ、中間部１１ｂおよび出口部１１ｃを通って、熱処理室１１の外部から熱処理室１１の内部に搬送され、さらに、熱処理室１１の外部に搬出されるように構成されている。

中間部１１ｂでは、加熱された熱処理用ガスによって、被処理物１００に還元処理が施される。この熱処理用ガスは、熱処理用ガス供給部１２から中間部１１ｂ内の空間に供給される。熱処理用ガス供給部１２は、中間部１１ｂに接続された配管１２ａを有している。配管１２ａは、水素タンク１８および窒素タンク１９に接続されている。熱処理用ガス供給部１２は、熱処理用ガスとして、水素および窒素（Ｈ_２およびＮ_２）が混合された混合ガスを、中間部１１ｂ内に供給するように構成されている。熱処理用ガス供給部１２の配管１２ａは、ポンプ１２ｂ，１２ｃ、水素タンク１８および窒素タンク１９に接続されている。ポンプ１２ｂの動作によって、水素（水素ガス）が熱処理室１１に供給される。また、ポンプ１２ｃの動作によって、窒素（窒素ガス）が熱処理室１１に供給される。

なお、熱処理装置１の異常発生時には、熱処理用ガス供給部１２は、水素の供給を停止し、不活性ガスとして窒素を供給することで、緊急用パージガス供給部としても機能する。

熱処理室１１の入口部１１ａおよび出口部１１ｃには、それぞれ、不活性ガスとしての窒素ガスを供給するための不活性ガス供給部１３，１４が設けられている。これにより、熱処理室１１の入口部１１ａと出口部１１ｃのそれぞれにおいて、熱処理室１１の外部の空気（酸素）が熱処理室１１内に過度に進入することを抑制されている。

不活性ガス供給部１３は、入口部１１ａに接続された配管１３ａを有しており、この配管１３ａは、ポンプ１３ｂおよび窒素タンク２０に接続されている。不活性ガス供給部１４は、出口部１１ｃに接続された配管１４ａを有しており、この配管１４ａは、ポンプ１４ｂおよび窒素タンク２０に接続されている。不活性ガス供給部１３，１４に隣接して、処理室ガス検出部１５，１６が設けられている。

処理室ガス検出部１５，１６は、熱処理室１１の入口部１１ａおよび出口部１１ｃにおける可燃性ガスとしての水素および助燃性ガスとしての酸素の濃度を検出するために設けられている。

処理室ガス検出部１５は、熱処理室１１の入口部１１ａに配置されており、水素検知器１５ａおよび酸素検知器（酸素濃度センサ）１５ｂを有している。水素検知器１５ａおよび酸素検知器１５ｂは、それぞれ、熱処理室１１の入口部１１ａにおける水素濃度および酸素濃度を検出するセンサである。水素検知器１５ａおよび酸素検知器１５ｂの検出結果は、それぞれ、制御部６に出力される。

処理室ガス検出部１６は、熱処理室１１の出口部１１ｃに配置されており、水素検知器１６ａおよび酸素検知器（酸素濃度センサ）１６ｂを有している。水素検知器１６ａおよび酸素検知器１６ｂは、それぞれ、熱処理室１１の出口部１１ｃにおける水素濃度および酸素濃度を検出するセンサである。水素検知器１６ａおよび酸素検知器１６ｂの検出結果は、それぞれ、制御部６に出力される。なお、水素検知器１５ａ，１６ａの何れかが省略されてもよい。また、酸素検知器１５ｂ，１６ｂの何れかが省略されてもよい。

熱処理室１１の中間部１１ｂ内において還元処理が行われることで生じた排気ガスは、排気ガス出口１１ｄ，１１ｅの何れかから、対応する排気処理装置４１，４２へ排気される。

排気処理装置４（４１，４２）は、熱処理室１１からの、可燃性ガスを含む排気ガスを希釈処理する装置として設けられている。排気処理装置４は、熱処理室１１の上方に配置されている。前述したように、熱処理用ガスは、可燃性ガスとしての水素を含んでいる。このため、排気ガスは、還元反応に使われなかった水素を含んでいる。排気処理装置４は、排気ガスのうち、特に水素を希釈することで、当該排気ガスを処理するように構成されている。

排気処理装置４１は、排気ガス出口１１ｄに接続されている。また、排気処理装置４２は、排気ガス出口１１ｅに接続されている。

排気処理装置４は、排気ガスを、多段階（本実施形態では、２段階）で希釈することで、排気ガス中の水素濃度を低減するように構成されている。本実施形態では、後述するように、排気処理装置４は、水素を含む排気ガスを、まず、窒素を含む第１希釈用ガスで希釈する。そして、排気処理装置４は、第１希釈用ガスで希釈された排気ガスを、空気を含む第２希釈用ガスで希釈する。このように、排気処理装置４は、比較的高価ではあるけれども水素の不用意な燃焼をより確実に抑制できる窒素を先に排気ガスに混合し、その後、空気を排気ガスに混合することで排気ガスを一層希釈する。その結果、排気処理装置４は、より少ないコストで、より確実に排気ガスを無害化処理できる。

また、排気処理装置４は、入口部１１ａおよび出口部１１ｃが外部に開放された構成を有する、トンネル状の熱処理室１１に接続されている。このため、熱処理室１１内の雰囲気を乱す排気方式では、入口部１１ａおよび出口部１１ｃから熱処理室１１内に新鮮な空気が多量に進入し、熱処理室１１内の水素と反応して意図しない火災現象を生じる可能性がある。このため、本実施形態の排気処理装置４は、入口部１１ａおよび出口部１１ｃの外部から中間部１１ｂ内へ空気が多量に進入することを抑制するための構成が採用されている。また、排気処理装置４から排出された排気ガスが排気処理装置４に逆流することを抑制するための構成が設けられている。

なお、各排気処理装置４（４１，４２）は、互いに同様の構成を有している。よって、以下では、主に排気処理装置４１の構成を説明し、排気処理装置４２の詳細な説明は省略する。

排気処理装置４は、調整バルブ２５と、排気導入管２６と、排気ボックス２７と、可燃性ガス検出器としての水素検出器２８と、温度センサ２９と、希釈用ガス供給部３３と、を有している。なお、水素検出器２８および温度センサ２９は、図１では図示しているけれども、図２では図示を省略している。

調整バルブ２５は、排気ガス出口１１ｄに接続されたバルブである。この調整バルブ２５は、弁体の開度に応じて、排気ガス出口１１ｄからの排気ガスの流量を調整可能に構成されている。調整バルブ２５は、排気導入管２６に接続されている。

排気導入管２６は、熱処理室１１内の排気ガスを第１ボックス３１に導入するために設けられている。排気導入管２６は、上下方向に延びる配管であり、調整バルブ２５を通過した排気ガスを排気ボックス２７に導入するように構成されている。調整バルブ２５の上方に排気導入管２６が設けられ、この排気導入管２６の上側に排気ボックス２７が配置されている。

排気ボックス２７は、排気ガスに希釈用ガスが混合される部分として設けられている。本実施形態では、排気ボックス２７においては、鉛直方向に沿って上側に進む方向（上方向）が、排気ガスの主な進行方向（主方向Ｘ２）として規定されている。排気ボックス２７内では、排気ガスは、旋回しながら上方向に進むことで、フード５１へ排出される。また、排気ボックス２７内では、排気ガスの一部は、排気ボックス２７内で旋回しつつ、上方向および当該上方向とは反対の下方向に沿って循環する。

排気ボックス２７は、筒形状に形成されており、本実施形態では、排気導入管２６と同軸に配置されている。排気ボックス２７は、上方に進むに従い、上方向と直交する断面における断面積が多段階（本実施形態では、２段階）に大きくされている。排気ボックス２７は、たとえば、金属板などの耐熱性を有する材料を用いて形成されている。

本実施形態では、排気ボックス２７は、複数の金属板部材を溶接することにより、筒状に形成されている。そして、本実施形態では、排気ボックス２７を構成する部材同士の溶接を、全周溶接によって形成することで、溶接箇所からの外気の進入を抑制する構造が採用されている。この構成により、排気ボックス２７内に意図しないガスが進入することを抑制し、その結果、排気ボックス２７内での火災発生を抑制している。

排気ボックス２７は、多段ボックスとしての第１ボックス３１および第２ボックス３２を有している。

第１ボックス３１は、熱処理室１１からの排気ガスが排気導入管２６を介して導入されるボックス部として設けられている。また、第２ボックス３２は、第１ボックス３１を通過した排気ガスが導入されるボックス部として設けられている。

第１ボックス３１および第２ボックス３２は、それぞれ、筒状（本実施形態では、円筒状）に形成されている。第１ボックス３１は、第２ボックス３２に直接接続されている。第１ボックス３１の内径は、第２ボックス３２の内径よりも小さく設定されている。また、本実施形態では、上下方向において、第１ボックス３１の全長は、第２ボックス３２の全長よりも長く設定されている。また、第２ボックス３２内の空間の容積は、第１ボックス３１内の空間の容積よりも大きく設定されている。

このように、第１ボックス３１は、上方向に細長い円筒状に形成され、第２ボックス３２は、扁平な円筒状に形成されている。上記の構成により、第１ボックス３１内での排気ガスは、第２ボックス３２へスムーズに進入する。また、第２ボックス３２から第１ボックス３１への排気ガスの逆流が生じ難くされている。その結果、排気ボックス２７内の排気ガスは、熱処理室１１へ逆流することを抑制されている。第１ボックス３１の底壁３１ａは、環状に形成されており、排気導入管２６の上部に接続されている。

第１ボックス３１は、第１希釈ガスとしての不活性ガス（本実施形態では、窒素ガス）と排気ガスとを混合するために設けられている。

第１ボックス３１は、底壁３１ａと、周壁３１ｂと、入口部３１ｃと、出口部３１ｄと、を有している。入口部３１ｃは、第１ボックス３１の内部へ向けて排気ガスを導入するための部分である。入口部３１ｃは、排気ボックス２７における排気ガスの入口部でもある。入口部３１ｃは、第１ボックス３１の底壁３１ａおよび第１ボックス３１の周壁３１ｂのうちの底壁３１ａ側部分を含んでいる。入口部３１ｃは、第１ボックス３１の内部へ向けて排気ガスを導入するための部分である。入口部３１ｃにおける第１ボックス３１の底壁３１ａを、排気導入管２６が貫通している。

出口部３１ｄは、第１ボックス３１の上端部の縁部によって形成されている。この出口部３１ｄは、第１ボックス３１の外部（第２ボックス３２）へ向けて排気ガスを排出するための部分である。出口部３１ｄにおける排気ガスの通路の直径は、入口部３１ｃにおける排気ガスの通路の直径（排気導入管２６の内径）よりも大きく設定されている。これにより、第１ボックス３１から第２ボックス３２へ排気ガスが流れ易くされている。排気導入管２６から第１排気ボックス３１内に導かれた排気ガスは、主に、第１ボックス３１の周壁３１ｂの内周面に沿って出口部３１ｄ側に流れる。出口部３１ｄは、第２ボックス３２の後述する入口部３２ｃに連続している。

第２ボックス３２は、第２希釈ガスとしての空気（第１希釈ガスの単価よりも低い単価の希釈用ガス）と排気ガスとを混合するために設けられている。第２ボックス３２には、第１ボックス３１を通過した排気ガスが導入される。

第２ボックス３２は、底壁３２ａと、周壁３２ｂと、入口部３２ｃと、出口部３２ｄと、を有している。入口部３２ｃは、第２ボックス３２の底壁３２ａおよび第２ボックス３２の周壁３２ｂのうちの底壁３２ａ側部分を含んでいる。入口部３２ｃは、第２ボックス３２の内部へ向けて排気ガスを導入するための部分である。入口部３２ｃにおける第２ボックス３２の底壁３２ａを、第１ボックス３１が貫通している。

上記の構成により、排気導入管２６の出口部２６ａ（先端）が第１ボックス３１側へ突出している。また、第１ボックス３１の出口部３１ｄ（先端）が第２ボックス３２側へ突出している。第１ボックス３１の出口部３１ｄから第２ボックス３２内に導かれた排気ガスは、主に、第２ボックス３２の周壁３２ｂの内周面に沿って出口部３２ｄ側に流れる。そして、第２ボックス３２の出口部３２ｄに到達した排気ガスの大部分は、出口部３２ｄから上方に流れてフード５内の空間に進入し、このフード５から熱処理装置１の外部に排出される。なお、フード５には、図示しないファンが備えられており、このファンの風量を調整可能に構成されている。これにより、第２ボックス３２からの排気ガスの吸引量を調整可能に構成されている。

出口部３２ｄは、第２ボックス３２の上端部の縁部によって形成されており、第２ボックス３２の外部（排気ボックス２７の外部）へ向けて排気ガスを排出するための部分である。出口部３２ｄは、フード５（５１）側（上方）を向いており、フード５側に向けて開放されている。

上記の構成により、第２ボックス３２内において、第２ボックス３２からフード５に導入されず、対流によって第２ボックス３２内の空間の中心部側（第２ボックス３２内の空間のうち径方向中心側）に到達した排気ガスは、第２ボックス３２の径方向における第２ボックス３２内の空間の中心側を、下側に向けて降下する。そして、この排気ガスは、第１ボックス３１の出口部３１ｄを通過した排気ガスと混ざり合い、再度、第２ボックス３２の周壁３２ｂに沿って上昇する。

排気ボックス２７内を通過する排気ガスに希釈用ガスを供給するための希釈用ガス供給部３３は、第１ボックス３１および第２ボックス３２の双方に接続されている。

希釈用ガス供給部３３は、第１ボックス３１内の排気ガスに向けて不活性ガス（前述した窒素ガス）を含む第１希釈ガスを供給するための第１希釈用ガス供給部３４と、第２ボックス３２内の排気ガスに向けて空気を含む第２希釈用ガスを供給するための第２希釈用ガス供給部３５と、第２ボックス３２内の排気ガスに向けて不活性ガスを含む緊急用希釈ガスを供給するための緊急用パージガス供給部３６と、を有している。

なお、本実施形態では第１希釈用ガスは実質的に窒素からなる。また、本実施形態では、第２希釈用ガスは空気からなる。また、本実施形態では、緊急用希釈用ガスは実質的に窒素からなる。

第１希釈用ガス供給部３４は、第１ボックス３１の周壁３１ｂに接続された配管としての第１配管３４ａを有している。本実施形態では、第１配管３４ａの一端部３４ｂは、第１ボックス３１に接続されており、第１ボックス３１内の空間に向けて開放されている。第１配管３４ａの他端部は、ポンプ３４ｃおよび窒素タンク２０に接続されている。第１配管３４ａの内径は、第１ボックス３１の内径よりも小さく設定されている。また、第１希釈用ガス供給部３４は、第１ボックス３１内において旋回流を生じるように構成されている。具体的には、第１配管３４ａの一端部３４ｂは、上下方向とは異なる方向を向いており、上方向に沿って流れる排気ガスに対して、第１ボックス３１の周方向に沿う流れを与えるように第１希釈用ガス（窒素ガス）を供給する。本実施形態では、第１配管３４ａの一端部３４ｂは、第１ボックス３１の中心軸線Ｌ１を向いている。

なお、第１配管３４ａの一端部３４ｂは、第１希釈用ガスが排気ガスの旋回流を生じさせることができればよく、第１ボックス３１に対する具体的な向きは限定されない。たとえば、第１配管３４ａの一端部３４ｂは、第１ボックス３１との接続部における第１ボックス３１の周壁３１ｂの接線方向に沿った方向を向くように配置されてもよい。

また、本実施形態では、上下方向における第１配管３４ａの一端部３４ｂの向きは、水平であるけれども、この通りでなくてもよい。第１配管３４ａの一端部３４ｂは、水平面に対して傾斜した方向を向いていてもよい。この場合において、第１配管３４ａの一端部３４ｂの向きは、第１ボックス３１内における排気ガスと第１希釈用ガスとの混合の度合いなどを調整するために、適宜設定される。

また、本実施形態では、第１配管３４ａの一端部３４ｂは、第１ボックス３１の周壁３１ｂの下部に接続されていることで、第１ボックス３１内のより広い領域において、旋回流が生じるように構成されている。また、第１配管３４ａの一端部３４ｂにおける第１希釈用ガスの気圧は、第１ボックス３１内における排気ガスの圧力よりも高く設定されている。これにより、第１ボックス３１内において、排気ガスと第１希釈用ガスとの混合度合いをより大きくできる。第１希釈用ガス供給部３４は、排気ガス中の水素濃度を、たとえば、１７％以下となるように第１希釈用ガスを供給する。水素濃度が１７％以下であれば、水素爆発の可能性をより確実に低減できる。

本実施形態では、上下方向において、第１希釈用ガス供給部３４の第１配管３４ａの一端部３４ｂの位置は、排気導入管２６の出口部２６ａの位置よりも低く設定されている。これにより、第１ボックス３１内において、底壁３１ａと排気導入管２６の出口部２６ａとの間の空間に排気ガスが滞留することを抑制できる。

第２希釈用ガス供給部３５は、第２ボックス３２の周壁３２ｂに接続された配管としての第２配管３５ａを有している。本実施形態では、第２配管３５ａの一端部３５ｂは、第２ボックス３２に接続されており、第２ボックス３２内の空間に向けて開放されている。第２配管３５ａは、空気圧縮機３５ｃおよび圧力計３５ｅに接続されている。圧力計３５ｅは、第２配管３５ａ内の第２希釈用ガスの気圧（空気圧）を計測しており、この圧力計３５ｅの検出結果は、制御部６へ出力される。第２配管３５ａの内径は、第２ボックス３２の内径よりも小さく設定されている。

また、第２希釈用ガス供給部３５は、第２ボックス３２内において旋回流を生じるように構成されている。具体的には、第２配管３５ａの一端部３５ｂは、上方向とは異なる方向を向いており、上方向に沿って流れる排気ガスに対して、第２ボックス３２の周方向に沿う流れを与えるように第２希釈用ガス（空気）を供給する。本実施形態では、第２配管３５ａの一端部３５ｂは、第２ボックス３２の中心軸線Ｌ１を向いている。

なお、第２配管３５ａの一端部３５ｂは、第２希釈用ガスによって排気ガスの旋回流を生じさせることができればよく、第２ボックス３２に対する具体的な向きは限定されない。たとえば、第２配管３５ａの一端部３５ｂは、第２ボックス３２との接続部における第２ボックス３２の周壁３２ｂの接線方向に沿った方向を向くように配置されてもよい。

また、本実施形態では、上下方向における第２配管３５ａの一端部３５ｂの向きは、水平であるけれども、この通りでなくてもよい。第２配管３５ａの一端部３５ｂは、水平面に対して傾斜した方向を向いていてもよい。この場合において、第２配管３５ａの一端部３５ｂの向きは、第２ボックス３２内における排気ガスと第２希釈用ガスとの混合の度合いなどを調整するために、適宜設定される。

また、本実施形態では、第２配管３５ａの一端部は、第２ボックス３２の周壁３２ｂの下部に接続されていることで、第２ボックス３２内のより広い領域において、旋回流が生じるように構成されている。また、第２配管３５ａの一端部３５ｂにおける第２希釈用ガスの気圧は、第２ボックス３２内における排気ガスの圧力よりも高く設定されている。これにより、第２ボックス３２内において、排気ガスと第２希釈用ガスとの混合度合いをより大きくできる。第２希釈用ガス供給部３５は、排気ガス中の水素濃度を、たとえば、１％以下となるように第２希釈用ガスを供給する。

本実施形態では、上下方向において、第２希釈用ガス供給部３５の第２配管３５ａの一端部３５ｂの位置は、第１ボックス３１の出口部３１ｄの位置よりも低く設定されている。これにより、第２ボックス３２内において、底壁３２ａと第１ボックス３１の出口部３１ｄとの間の空間に排気ガスが滞留することを抑制できる。

また、本実施形態では、排気ボックス２７の中心軸線Ｌ１回りの周方向において、第１配管３４ａの一端部３４ｂの位置と、第２配管３５ａの一端部３５ｂの位置とが揃えられている。これにより、第１ボックス３１から第２ボックス３２に到達した旋回流をさらに加速させることができる。これにより、第２ボックス３２内の排気ガスをよりスムーズに出口部３２ｄに導くことができる。

本実施形態では、フード５（熱処理装置１の外部）から第２ボックス３２へ排気ガスが逆流することを抑制するために、第２希釈用ガスの流速が適正化されている。より具体的には、第２希釈用ガス供給部３５の第２配管３５ａの一端部３５ｂから第２ボックス３２へ供給される第２希釈用ガスの流速Ｖ３５が、第２ボックス３２の出口部３２ｄにおける排気ガスの流速Ｖ３２ｄ以上（Ｖ３５≧Ｖ３２ｄ）に設定されている。好ましくは、第２希釈用ガスの流速Ｖ３５が、排気ガスの流速Ｖ３２ｄと実質的に同じ（Ｖ３５≒Ｖ３２ｄ）に設定される。

本実施形態において、「実質的に同じ」とは、たとえば、数％以内の差をいう。

また、本実施形態では、熱処理室１１の入口部１１ａおよび出口部１１ｃから熱処理室１１内に空気（酸素）が進入することを抑制するため、換言すれば、排気ボックス２７が熱処理室１１内のガスを単位時間当たりに過度に吸引することを抑制するための構成が採用されている。より具体的には、第１希釈用ガス供給部３４の第１配管３４ａの一端部３４ｂから第１ボックス３１内へ供給される第１希釈用ガスの流速Ｖ３４と、第２希釈用ガス供給部３５の第２配管３５ａの一端部３５ｂから第２ボックス３２内へ供給される第２希釈用ガスの流速Ｖ３５とが、実質的に同じに設定されている。すなわち、Ｖ３４≒Ｖ３５に設定されている。

また、本実施形態では、第１ボックス３１（第１ボックス３１の周壁３１ｂの内周面）における排気ガスの流速Ｖ３１と、第２ボックス３２（第２ボックス３２の周壁３２ｂの内周面）における排気ガスの流速Ｖ３２が実質的に同じに設定されている。すなわち、Ｖ３１≒Ｖ３２に設定されている。このような流速を実現するために、第１ボックス３１の内径、および、第２ボックス３２の内径などが適宜設定されている。

さらに、本実施形態では、排気導入管２６（排気導入管２６の内周面）における排気ガスの流速Ｖ２６、第１ボックス３１における排気ガスの流速Ｖ３１、および、第２ボックス３２における排気ガスの流速Ｖ３２が、実質的に同じに設定されている。すなわち、Ｖ２６≒Ｖ３１≒Ｖ３２に設定されている。

上記の構成により、第１希釈用ガス供給部３４および第２希釈用ガス供給部３５の少なくとも一方（本実施形態では、双方）は、対応する第１ボックス３１および第２ボックス３２において旋回流を生じさせるように、対応する第１希釈用ガスおよび第２希釈用ガスを噴射するように構成されている。

緊急用パージガス供給部３６は、第２ボックス３２内の水素濃度が所定の値以上になったときに、不活性ガス（本実施形態では、窒素ガス）を含む緊急用パージガスを、第２ボックス３２に供給するために設けられている。緊急用パージガス供給部３６は、第２ボックス３２の周壁３２ｂに接続された配管としての第３配管３６ａを有している。本実施形態では、第３配管３６ａの一端部３６ｂが、第２ボックス３２に接続されており、第２ボックス３２内の空間に向けて開放されている。

第３配管３６ａの他端部は、ポンプ３６ｃおよび窒素タンク２０に接続されている。本実施形態では、緊急用パージガス供給部３６の第３配管３６ａの内径は、第２希釈用ガス供給部３５の第２配管３５ａの内径よりも小さく設定されている。

また、緊急用パージガス供給部３６は、第２ボックス３２内において旋回流を生じるように構成されている。具体的には、第３配管３６ａの一端部３６ｂは、上下方向とは異なる方向を向いており、上方向に沿って流れる排気ガスに対して、第２ボックス３２の周方向に沿う流れを与えるように緊急用パージガス（窒素）を供給する。本実施形態では、第３配管３６ａの一端部３６ｂは、第２配管３５ａと略平行に並んでいる。

なお、第３配管３６ａの一端部３６ｂは、緊急用パージガスを排気ガスに混合させることができればよく、第２ボックス３２に対する具体的な向きは限定されない。本実施形態では、上下方向における第３配管３６ａの一端部３６ｂの向きは、水平であるけれども、この通りでなくてもよい。

上記の構成を有する排気ボックス２７には、前述したように、水素検出器２８および温度センサ２９が設けられている。水素検出器２８は、第１ボックス３１および第２ボックス３２における水素ガス（可燃性ガス）の濃度を検出するために設けられている。水素検知器２８の検出結果は、制御部６に出力される。

温度センサ２９は、排気ボックス２７の第１ボックス３１および第２ボックス３２の温度を計測する。温度センサ２９の検出結果は、制御部６に出力される。

フード５は、排気ボックス２７の第２ボックス３２の出口部３２ｄから上方向に沿って排出された排気ガスが通過する通路として設けられている。フード５は、出口部３２ｄの上方に配置されている。フード５を通過した排気ガスは、フード５の上方から熱処理装置１の外部に排出される。

また、本実施形態では、熱処理装置１は、警報器３９を有している。警報器３９は、ブザーなどであり、警報音を発生するように構成されている。警報器３９は、制御部６に接続されており、制御部６の制御によって警報音を発生可能である。

制御部６は、たとえば、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）などを用いて形成されており、所定の入力信号に基づいて、所定の出力信号を出力する構成を有している。なお、制御部６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）およびＲＯＭ（Read Only Memory）を含むコンピュータを用いて形成されていてもよい。

制御部６は、熱処理室１１の水素検出器１５ａ，１６ａおよび酸素検出器１５ｂ，１６ｂと、排気ボックス２７の水素検出器２８および温度センサ２９と、圧力計３５ｅと、に接続されている。また、制御部６は、ポンプ１２ｂ，１２ｃ，１３ｂ，１４ｂ，３４ｃ，３５ｃ，３６ｃに接続されている。制御部６は、これらのポンプ１２ｂ，１２ｃ，１３ｂ，１４ｂ，３４ｃ，３５ｃ，３６ｃの動作を制御するように構成されている。

すなわち、制御部６は、ポンプ１２ｂ，１２ｃ，１３ｂ，１４ｂ，３４ｃ，３５ｃ，３６ｃの制御を通じて、熱処理用ガス供給部１２における熱処理用ガス（窒素および水素）供給制御と、不活性ガス供給部１３，１４における不活性ガスの供給制御と、第１希釈用ガス供給部３４における第１希釈用ガスの供給制御と、第２希釈用ガス供給部３５における第２希釈用ガスの供給制御と、緊急用パージガス供給部３６における緊急用パージガスの供給制御と、を行うように構成されている。

次に、熱処理装置１における動作の一例について説明する。図３は、熱処理装置１における動作例を説明するための図である。なお、図３を参照しながら説明する場合、図３以外の図も適宜参照しながら説明する。

図３を参照して、まず、熱処理装置１における熱処理動作の前後のそれぞれにおいて、パージ動作が行われる（ケースＣ１）。ケースＣ１において、制御部６は、熱処理用ガス供給部１２のポンプ１２ｃを動作させることで、熱処理用ガスのうちの窒素（不活性ガス）のみを供給させ、水素は供給させない。また、制御部６は、不活性ガス供給部１３，１４のポンプ１３ｂ，１４ｂを動作させることで、熱処理室１１の入口部１１ａおよび出口部１１ｃのそれぞれに窒素ガスを供給させる。さらに、制御部６は、ポンプ３４ｃ，３５ｃを動作させることで、第１希釈用ガス供給部３４から第１ボックス３１に第１希釈ガスを供給させるとともに、第２希釈用ガス供給部３５から第２ボックス３２に第２希釈ガスを供給させる。この際、制御部６は、緊急用パージガス供給部３６を動作させない。

熱処理動作の前にパージ動作が行われる場合、熱処理室１１内に不活性ガスが供給されるとともに、排気ボックス２７内にも不活性ガス（第１希釈用ガス）が供給されるので、排気ボックス２７からの排気ガスの組成が安定することとなる。

なお、パージ動作が熱処理動作の後に行われる場合には、熱処理室１１内をパージするための不活性ガス供給部１３，１４の動作停止後に、希釈用ガス供給部３３の第１希釈用ガス供給部３４からのガスの供給が停止される。

パージ動作が完了した後、制御部６は、被処理物１００の熱処理のための動作を行う（ケースＣ２）。このケースＣ２において、制御部６は、熱処理用ガス供給部１２のポンプ１２ｂ，１２ｃを動作させて熱処理用ガスを供給させることで、熱処理室１１内に熱処理用ガスを供給する。この熱処理用ガス供給部１２の動作制御以外の制御部６による動作制御は、パージ動作（ケースＣ１）と同じである。すなわち、ケースＣ１では熱処理用ガス供給部１２から水素が供給されなかったのに対して、ケースＣ２では熱処理用ガス供給部１２から水素が供給される。このように、熱処理動作時には、熱処理室１１において熱処理用ガス供給部１２からの熱処理用ガスの供給、および、不活性ガス供給部１３，１４から不活性ガスの供給が行われるとともに、排気処理装置４において、第１希釈用ガス供給部３４からの第１希釈用ガスの供給および第２希釈用ガス供給部３５からの第２希釈用ガスの供給が行われる。

通常の熱処理動作時（ケースＣ２）では、図４に示すような旋回流Ｒが、排気ボックス２７内で生じる。図４は、排気ボックス２７内での排気ガスの流れを説明するための模式的な斜視図であり、排気ボックス２７の図示は省略している。また、図４では、排気ボックス２７内の旋回流Ｒのうちの周方向の略半分の領域を示している。図４に示すように、排気ガスは、第１ボックス３１内において旋回流Ｒ１を生じている。また、排気ガスは、第２ボックス３２内において旋回流Ｒ２を生じている。

排気ガスは、第１ボックス３１の入口部３１ｃの周囲の領域において、たとえば、１（ｍ／ｓ）以下の低い流速で第１ボックス３１内に進入する。そして、排気ガスは、第１希釈用ガスの第１配管３４ａが接続されている領域において、第１希釈用ガスと混合され、旋回流Ｒ１を生じる。この旋回流Ｒ１のうち、第１配管３４ａの周囲の領域Ｒ１１は、たとえば、５（ｍ／ｓ）程度の高い流速を有している。そして、旋回流Ｒ１は、旋回しながら第２ボックス３２へ向けて上昇する。旋回流Ｒ１１のうち、第１ボックス３１の出口部３１ｄの領域Ｒ１２は、第１ボックス３１の出口部３１ｄから第２ボックス３２へ向かう。

そして、排気ガスが第２ボックス３２の入口部３２ｃに到達すると、排気ガスは、第２希釈用ガスの第２配管３５ａが接続されている領域において、第２希釈用ガスと混合され、旋回流Ｒ２を生じる。この旋回流Ｒ２のうち、第２配管３５ａの周囲の領域Ｒ２１は、たとえば、５（ｍ／ｓ）程度の高い流速を有している。すなわち、第１希釈ガスが混合されたときの排気ガスの流速と、第２希釈ガスが混合されたときの排気ガスの流速とは、実質的に等しくなるように構成されている。そして、旋回流Ｒ２は、旋回しながら第２ボックス３２の出口部３２ｄへ向けて上昇する。

図５は、排気ボックス２７を側面視したときにおける排気ガスの速度分布を示す図である。図５では、排気ガスの旋回流Ｒのうち、排気ボックス２７の側面視における各部での速度について、水平方向の成分と垂直方向の成分とを合成したものを示している。図５に示すように、排気ボックス２７に進入した排気ガスは、矢印Ａ１に示すように、第１ボックス３１の周壁３１ｂおよび第２ボックス３２の周壁３２ｂに沿って上昇する。そして、排気ガスの一部は、第２ボックス３２の出口部３２ｄから排気ボックス２７の上方のフード５に排気される。

一方、残りの一部の排気ガスは、矢印Ａ２に示すように、第２ボックス３２の中心軸線Ｌ１側に巻き込まれて落下し、第１ボックス３１にまで到達する。第１ボックス３１まで落下した排気ガスは、熱処理室１１から第１ボックス３１に導入された排気ガスに巻き込まれ、再び上方に進む。

次に、図１〜図３を参照して、熱処理装置１に異常が生じた場合（ケースＣ３〜ケースＣ９）における熱処理装置１の動作について、説明する。

まず、熱処理装置１における熱処理動作中に、熱処理室１１の入口部１１ａおよび出口部１１ｃにおいて、酸素濃度がたとえば２％を超えた場合、すなわち、酸素検出器１５ｂ，１６ｂで検出される酸素濃度がたとえば２％を超えた場合、制御部６は、酸素濃度上昇時モードを実行する（ケースＣ３）。酸素濃度上昇時モードでは、制御部６は、熱処理室１１内への熱処理用ガスのうちの水素ガスの供給を停止するとともに、緊急用パージガス（窒素ガス）を排気ボックス２７の第２ボックス３２に供給する。すなわち、制御部６は、熱処理動作時の制御と異なる制御として、熱処理用ガス供給部１２から熱処理室１１への水素ガスの供給を停止するとともに、緊急用パージガス供給部３６からの緊急用パージガスの供給を開始する制御を行う。このとき制御部６は、警報器３９に、酸素濃度が上昇した旨の警報を発信させる。

一方、熱処理装置１における熱処理動作中に、排気ボックス２７の第２ボックス３２の出口部３２ｄにおける水素濃度が、所定の第１濃度（たとえば、１％）に到達した場合（ケースＣ４）、制御部６は、熱処理動作を継続しつつ、警報器３９に、水素濃度が第１濃度に到達した旨の警報を発信させる。

そして、排気ボックス２７の第２ボックス３２の出口部３２ｄにおける水素濃度が、所定の第２濃度（たとえば、３％）に到達した場合、制御部６は、水素濃度上昇時モードを実行する（ケースＣ５）。水素濃度上昇時モードでは、制御部６は、警報器３９に、水素濃度が第２濃度に到達した旨の警報を発信させる点以外、酸素濃度上昇時モード（ケースＣ３）と同じ制御を行う。これにより、熱処理動作時の制御に対して、熱処理室１１への水素の供給が停止されるとともに第２ボックス３２への緊急用パージガスの供給が行われるという変化が生じる。

一方、停電により、電力会社から熱処理装置１に供給される電力が停止した場合、制御部６は、停電時モードを実行する（ケースＣ６）。停電時モードでは、制御部６は、熱処理室１１内への熱処理用ガスのうちの水素ガスの供給を停止するとともに、排気ボックス２７の第２ボックス３２への第２希釈用ガス（空気）の供給を停止し、さらに、緊急用パージガス（窒素ガス）を第２ボックス３２に供給する。すなわち、制御部６は、熱処理動作時の制御に対して、熱処理用ガス供給部１２から熱処理室１１への水素ガスの供給を停止し、且つ、第２希釈用ガス供給部３５から第２ボックス３２への第２希釈用ガスの供給を停止し、且つ、緊急用パージガス供給部３６からの第２ボックス３２への緊急用パージガスの供給を開始する変更を行う。

一方、不活性ガス供給部１３，１４から供給される窒素ガスの流量、および、第１希釈用ガス供給部３４から供給される窒素ガスの流量の少なくとも一方が所定値以上低下した場合、制御部６は、不活性ガス量低下時モードを実行する（ケースＣ７）。なお、たとえば、制御部６は、各ポンプ１３ｂ，１４ｂ，３５ｃの駆動モータの動作量を監視することで、窒素ガスの流量低下を検出することができる。不活性ガス量低下時モードでは、制御部６は、警報器３９に、窒素ガス流量が低下した旨の警報を発信させる。また、制御部６は、水素濃度が第２濃度に上昇したとき（ケースＣ５）と同じ態様のガス供給制御を行う。

一方、第２希釈用ガス供給部３５から供給される第２希釈用ガス（空気）の流量が所定値以上低下した場合、制御部６は、第２希釈用ガス量低下時モードを実行する（ケースＣ８）。制御部６は、たとえば、第２希釈用ガス供給部３５のポンプ３５ｃの駆動モータの動作量を監視することで、第２希釈用ガスの流量低下を検出することができる。第２希釈用ガス量低下時モードでは、制御部６は、警報器３９に、第２希釈用ガス流量が低下した旨の警報を発信させる。また、制御部６は、水素濃度が第２濃度に上昇したとき（ケースＣ５）と同じ態様のガス供給制御を行う。

一方、排気ボックス２７に設けられた温度センサ２９で検出された排気ボックス２７の温度が所定の温度以上である場合、制御部６は、高温時モードを実行する（ケースＣ９）。高温時モードでは、制御部６は、警報器３９に、排気ボックス２７が過熱している旨の警報を発信させる。また、制御部６は、水素濃度が第２濃度に上昇したとき（ケースＣ５）と同じ態様のガス供給制御を行う。

以上の次第で、排気処理装置４によると、第１ボックス３１において、排気ガスは、不活性ガスを含む第１希釈用ガスによって希釈される。これにより、排気ガスにおける可燃性ガスの濃度が低下する。次いで、排気ガスは、第２ボックス３２において、第２希釈用ガスによって希釈される。これにより排気ガスにおける可燃性ガスの濃度がさらに低下する。このような構成であれば、可燃性ガスを燃焼する処理を伴わなくて済むので、排気処理装置４に負荷を与える火災の発生をより確実に抑制できる。また、高価な不活性ガスのみを用いて可燃性ガスを希釈する場合と比べて、不活性ガス（窒素ガス）の使用量をより少なくできるので、可燃性ガスの希釈にかかるコストをより低減できる。また、不活性ガスで希釈された排気ガスであれば、第２ボックス３２において助燃性ガス（酸素）を含む空気（第２希釈用ガス）を短時間で大量に排気ガスに混合した場合でも、可燃性ガスが燃焼作用を生じることを抑制できる。よって、第２ボックス３２において、火災を生じることなく、可燃性ガスをより迅速に希釈できる。さらに、第２希釈用ガス供給部３５から第２ボックス３２へ供給される第２希釈用ガスの流速Ｖ３５が、第２ボックス３２の出口部３２ｄにおける排気ガスの流速Ｖ３２ｄ以上に設定されている。これにより、外部の空気が出口部３２ｄから第２ボックス３２および第１ボックス３１に逆流することを抑制できる。よって、排気処理装置４の外部からのガス（空気など）などが可燃性ガスに意図せずに混合して火災が生じることを、より確実に抑制できる。以上の次第で、より安価且つ迅速に可燃性ガスを希釈することができ、且つ、排気処理装置４に負荷を与える火災をより確実に抑制することのできる、排気処理装置４を実現できる。

また、排気処理装置４によると、第１希釈用ガス供給部３４から第１ボックス３１へ供給される第１希釈用ガスの流速Ｖ３４と、第２希釈用ガス供給部３５から第２ボックス３２へ供給される第２希釈用ガスの流速Ｖ３５とが、実質的に同じ（Ｖ３４≒Ｖ３５）に設定されている。この構成によると、第１ボックス３１内における排出ガスの流れと、第２ボックス３２内における排出ガスの流れとを、より揃った状態にすることができる。これにより、第１ボックス３１内の排気ガスが第２ボックス３２内に向けて過度に吸引されることを抑制できる。その結果、第１ボックス３１内の排気ガスは、排気処理装置４に接続されている熱処理室１１内のガスを過度に吸引することを抑制できる。よって、空気（酸素）が熱処理室１１の外部から入口部１１ａまたは出口部１１ｃを通って熱処理室１１の内部へ流入することを抑制できる。よって、熱処理室１１内での火災の発生を、より確実に抑制できる。

また、排気処理装置４によると、第１ボックス３１と第２ボックス３２のそれぞれにおける排気ガスの流速Ｖ３１，Ｖ３２が実質的に同じ（Ｖ３１≒Ｖ３２）に設定されている。この構成によると、第１ボックス３１内の気流と、第２ボックス３２内の気流とをより均衡させることができる。その結果、排気ガスが排気処理装置４内に過度に吸引されることを抑制できるとともに、排気処理装置４から排出された排気ガスが排気処理装置４に逆流することを、より確実に抑制できる。

また、排気処理装置４によると、第１希釈用ガス供給部３４および第２希釈用ガス供給部３５は、それぞれ、対応する第１ボックス３１および第２ボックス３２において旋回流Ｒを生じさせるように対応する第１希釈用ガスおよび第２希釈用ガスを噴射する。この構成によると、排気ガスと、対応する第１希釈用ガスおよび第２希釈用ガスと、が混ざり合う度合いを、より大きくできる。よって、対応する第１ボックスおよび第２ボックスをより小型にしつつ、排気ガスと対応する第１希釈用ガスおよび第２希釈用ガスを、より確実に混合できる。その結果、より小型で且つ十分な排気処理能力を有する排気処理装置４を実現できる。

また、排気処理装置４によると、排気導入管２６における排気ガスの流速Ｖ２６、第１ボックス３１における排気ガスの流速Ｖ３１、および、第２ボックス３２における排気ガスの流速Ｖ３２が、実質的に同じ（Ｖ２６≒Ｖ３１≒Ｖ３２）に設定されている。この構成によると、熱処理室１１内から排気処理装置４内にかけて排気ガスに速度差が生じることを抑制できる。その結果、第１ボックス３１内および第２ボックス３２内の排気ガスは、熱処理室１１内の排気ガスを過度に吸引することを、より確実に抑制できる。その結果、熱処理室１１から排気処理装置４の第１ボックス３１への急激な排気ガスの流入をより確実に抑制できる。これにより、熱処理室１１の外部の空気（酸素）が、熱処理室１１の入口１１ａおよび出口１１ｃから熱処理室１１に進入することを抑制できる。したがって、熱処理室１１内において可燃性ガスによる火災が生じることをより確実に抑制できる。

また、熱処理装置１によると、熱処理室１１には、入口部１１ａおよび出口部１１ｃにおいて酸素濃度を検出する酸素検出器１５ｂ，１６ｂが設けられている。この構成によると、熱処理室１１から排気処理装置４への排気ガスの気流の乱れなどによって、入口部１１ａまたは出口部１１ｃから多くの空気が熱処理室１１内に進入したとき、熱処理室１１内の酸素濃度が高くなったことを、酸素検出器１５ｂ，１６ｂによって検出できる。これにより、可燃性ガスによる火災が生じることを抑制するための処置を行うことができるので、熱処理室１１内において可燃性ガスによる火災が生じることをより確実に抑制できる。

また、排気処理装置４によると、第２ボックス３２内の空間の容積は、第１ボックス３１内の空間の容積よりも大きく設定されている。この構成によると、まず、第１ボックス３１内の比較的小さな空間において、第１希釈用ガスと排気ガスとの混合の度合いをより多くできる。よって、第１希釈用ガスの使用量をより小さくできる。また、第１ボックス３１内の排気ガスを、第２ボックス３２内によってより確実に第２ボックス３２へ導入することができる。よって、排気処理装置４内における排気ガスの逆流を、より確実に抑制できる。

以上、本発明の実施形態について説明したけれども、本発明は上述の実施の形態に限られない。本発明は、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能である。なお、以下では、上記実施形態と異なる点について主に説明し、同様の構成には図に同様の符号を付して詳細な説明を省略する。

（１）たとえば、図６および図７に示すように、第１希釈用ガス供給部３４の第１配管３４ａの一端部３４ｂが、水平面に対して数度の勾配で上側を向くように配置されていてもよい。同様に、第２希釈用ガス供給部３５の第２配管３５ａの一端部３５ｂが、水平面に対して数度の勾配で上側を向くように配置されていてもよい。なお、第１配管３４ａの一端部３４ｂおよび第２配管３５ａの一端部３５ｂの何れか一方のみが、水平面に対して傾斜していてもよい。

また、各希釈用ガス供給部３４，３５の配管３４ａ，３５ａは、対応するボックス３１，３２の周壁３１ｂ，３２ｂとの接続箇所において、周壁３１ｂ，３２ｂの接線方向に沿って接続されてもよい。さらに、各ボックス３１，３２の周壁３１ｂ，３２ｂの内周面には、螺旋状のガイド部材３１ｆ，３２ｆが設けられていてもよい。ガイド部材３１ｆ，３２ｆは、対応する配管３４ａ，３５ａの一端部３４ｂ，３５ｂから、対応する出口部３１ｄ，３２ｄ側に向けて螺旋状に延びている。各ガイド部材３１ｆ，３２ｆの幅（排気ボックス２７の径方向の長さ）は、たとえば、対応するボックス３１，３２の半径の半分未満に設定されている。上記の構成により、第１希釈用ガスおよび第２希釈用ガスは、排気ガスと螺旋状に流れ、排気ガスとより均等に混合される。また、排気ガスが逆流することを、ガイド部材３１ｆ，３２ｆによって抑制できる。

また、第１ボックス３１から排気導入管２６への排気ガスの逆流を抑制するための逆流抑制部５５が設けられていてもよい。逆流抑制部５５は、排気導入管２６の出口部２６ａに設けられている。逆流抑制部５５は、排気導入管２６の出口部２６ａの内周面に取り囲まれるように配置されている。また、本実施形態では、逆流抑制部５５は、排気導入管２６のうち第１ボックス３１内に配置された箇所に配置されている。すなわち、逆流抑制部５５は、排気導入管２６および第１ボックス３１の双方に収容された配置となっている。

逆流抑制部５５は、ブロック状に形成されており、本変形例では、下向きに凸となる円錐形状に形成されている。逆流抑制部５５は、図示しないステーなどを用いて排気導入管２６によって支持されている。逆流抑制部５５は、排気導入管２６と同軸に配置されている。これにより、逆流抑制部５５は、第１ボックス３１から排気導入管２６へ逆流しようとする排気ガスを、逆流抑制部５５で受けることができる。

逆流抑制部５５の形状は、略円錐状に設定されている。なお、逆流抑制部５５の形状は、本実施形態で説明した形状に限定されず、排気導入管２６から第１ボックス３１への排気ガスの流れを許容しつつ、第１ボックス３１から排気導入管２６への排気ガスの逆流を抑制できる形状であればよい。

この構成によると、排気ボックス２７内において気流の巻き返しによって出口部３２ｄ側から逆流する気流が生じた場合、この気流が排気導入管２６内に進入することを、逆流抑制部５５によって抑制できる。これにより、排気処理装置４において排気ガスが処理室１１へ逆流することをより確実に抑制できる。

（２）また、上述の実施形態では、第１ボックス３１および第２ボックス３２には逆流抑制部５５が設けられていない形態を例に説明した。しかしながら、この通りでなくてもよい。第１ボックス３１および第２ボックス３２の少なくとも一方に逆流抑制部５５が設けられてもよい。

図８は、実施例１，２および比較例１，２について説明するための図である。図８に示すように、実施例１，２および比較例１，２について、計算を用いて評価を行った。実施例１，２は、上記した排気処理装置４と同じ構成の排気処理装置である。実施例１，２の違いは、第１希釈用ガスとしての窒素ガスの流量である。実施例１では、第１希釈用ガスとしての窒素ガスの流量が２４０（Ｌ／ｍｉｎ）であるのに対して、実施例２では、第１希釈用ガスとしての窒素ガスの流量が１２０（Ｌ／ｍｉｎ）である。なお、実施例１，２は、何れも、第２希釈用ガスとしての空気の流量が４３００（Ｌ／ｍｉｎ）である。

比較例１は、第２希釈用ガスが用いられない点以外は、実施例１，２と同様の構成である。ただし、比較例１では、第１希釈用ガスとしての窒素ガスの流量が４３００（Ｌ／ｍｉｎ）と、実施例２における窒素ガスの流量の約３５倍となっている。

比較例２は、熱処理室からの排気ガスを、クーラ（熱交換器）で冷却するとともに空気で希釈する構成を有する排気処理装置である。比較例２では、希釈用ガスとしての空気の流量が５０００（Ｌ／ｍｉｎ）である。また、よって、比較例２では、排気ガスの冷却のために、冷却水の補給（給水）が必要である。

上記比較例１，２および実施例１，２について、排気ガスの温度を３７℃、水素濃度を１％まで低下させる際における排気ガスの希釈の態様を計算した。

比較例１では、窒素ガスが排気ガスを希釈することにより、排気ガスの温度が３７℃まで低下し、水素濃度が１％まで低下した。一方、実施例１では、排気ガスは、第１希釈用ガスとしての窒素ガスによって２８０℃、水素濃度１７％まで低下し、その後、第２希釈用ガスとしての空気によって、３７℃、水素濃度１％まで低下した。実施例２では、排気ガスは、第１希釈用ガスとしての窒素ガスによって４３５℃、水素濃度２７％まで低下し、その後、第２希釈用ガスとしての空気によって、３７℃、水素濃度１％まで低下した。比較例２では、排気ガスは、クーラおよび空気によって、３７℃、水素濃度１％まで低下した。

次に、実施例１，２および比較例１，２のそれぞれについて、耐トラブル性能を検証した。具体的には、４つのトラブル事例として、（１）排気ガスを希釈する窒素ガス（第１希釈用ガス）の供給圧力低下が生じる事例と、（２）排気ガスを希釈する空気（第２希釈用ガス）の供給圧力低下が生じる事例と、（３）クーラのラジエータに供給される冷却水の圧力低下が生じる事例と、（４）停電が生じる事例と、を検証した。なお、上記（３）の事例は、比較例２にのみ生じ得る事例である。

検証結果において、○は、排出ガスの処理能力低下の度合いが問題とならない場合を示している。一方、×は、排出ガスの処理能力低下の度合いが問題となる場合を示している。図８に示されているように、比較例１および実施例１，２においては、上記（１），（２），（４）の何れの事例においても、排出ガスの処理能力低下の度合いが問題とならない結果となった。一方、比較例２では、上記（２）〜（４）の何れの事例においても、排出ガスの処理能力低下の度合いが問題となる結果となった。

以上（１）〜（４）の事例の検証結果を踏まえて、実施例１，２および比較例１，２について、排気処理装置のロバスト性を評価した。ロバスト性については、比較例１および実施例１が◎の評価となり、実施例２については、○の評価となった。一方、比較例２については、×の評価となった。

次に、実施例１，２および比較例１，２について、経済性（コストの低さ）を評価した。結果は、高価な窒素ガスを大量に消費する比較例１が×の評価となった。一方、窒素ガスの消費量の小さい実施例１，２は、○の評価となり、窒素ガスを用いない比較例２は◎の評価となった。

以上を踏まえ、実施例１，２および比較例１，２について総合判定を行った。比較例１は、ロバスト性に優れるけれども運営コストが高く、総合評価としては○に至らず△に終わった。一方、比較例２については、運営コストは低いもののロバスト性が低く、総合判定としては×となった。

これに対し、実施例１，２は、ロバスト性および経済性の何れもが優れており、実施例２は総合判定として○となり、実施例１については総合判定で◎となった。

本発明は、排気処理装置および熱処理装置、ならびに、排気処理装置の操業方法として、広く適用することができる。

１ 熱処理装置
４ 排気処理装置
１１ 熱処理室
１１ａ 熱処理室の入口部
１１ｃ 熱処理室の出口部
１５ｂ，１６ｂ 酸素検出器（酸素濃度センサ）
２６ 排気導入管
３１ 第１ボックス
３２ 第２ボックス
３２ｄ 第２ボックスの出口部
３４ 第１希釈用ガス供給部
３５ 第２希釈用ガス供給部
１００ 被処理物

Claims (7)

1. 可燃性ガスを含む排気ガスを処理するための排気処理装置であって、
   前記排気ガスが導入される第１ボックスと、
   前記第１ボックス内の前記排気ガスに向けて不活性ガスを含む第１希釈用ガスを供給するための第１希釈用ガス供給部と、
   前記第１ボックスを通過した前記排気ガスが導入される第２ボックスと、
   前記第２ボックス内の前記排気ガスに向けて第２希釈用ガスを供給するための第２希釈用ガス供給部と、を備え、
   前記第２ボックスは、前記第２ボックスの外部へ向けて前記排気ガスを排出するための
   出口部を有し、
   前記第１希釈用ガス供給部および前記第２希釈用ガス供給部の少なくとも一方は、対応する前記第１ボックスおよび前記第２ボックスにおいて旋回流を生じさせるように対応する前記第１希釈用ガスおよび前記第２希釈用ガスを噴射するように構成されていることを特徴とする、排気処理装置。
2. 請求項１に記載の排気処理装置であって、
   前記第１希釈用ガス供給部および前記第２希釈用ガス供給部の少なくとも一方は、対応する前記第１ボックスおよび前記第２ボックスに形成された筒状の周壁に接続された配管を含み、
   前記配管は、対応する前記第１希釈用ガスおよび前記第２希釈用ガスを対応する前記第１ボックスおよび前記第２ボックスへ供給するように構成されている、排気処理装置。
3. 可燃性ガスを含む排気ガスを処理するための排気処理装置の操業方法であって、
   前記排気処理装置は、
   前記排気ガスが導入される第１ボックスと、
   前記第１ボックス内の前記排気ガスに向けて不活性ガスを含む第１希釈用ガスを供給するための第１希釈用ガス供給部と、
   前記第１ボックスを通過した前記排気ガスが導入される第２ボックスと、
   前記第２ボックス内の前記排気ガスに向けて第２希釈用ガスを供給するための第２希釈用ガス供給部と、を備え、
   前記第２ボックスは、前記第２ボックスの外部へ向けて前記排気ガスを排出するための出口部を有し、
   前記第２希釈用ガス供給部から前記第２ボックスへ供給される前記第２希釈用ガスの流速が、前記第２ボックスの前記出口部における前記排気ガスの流速以上に設定されていることを特徴とする、排気処理装置の操業方法。
4. 可燃性ガスを含む排気ガスを処理するための排気処理装置であって、
   前記排気ガスが導入される排気導入管と、
   前記排気導入管を通過した前記排気ガスが導入される第１ボックスと、
   前記第１ボックス内の前記排気ガスに向けて不活性ガスを含む第１希釈用ガスを供給するための第１希釈用ガス供給部と、
   前記第１ボックスを通過した前記排気ガスが導入される第２ボックスと、
   前記第２ボックス内の前記排気ガスに向けて第２希釈用ガスを供給するための第２希釈用ガス供給部と、を備え、
   前記排気導入管は、前記第１ボックスへ向けて前記排気ガスを排出するための出口部を有し、
   前記第１ボックスは、前記第２ボックスへ向けて前記排気ガスを排出するための出口部を有し、
   前記排気導入管の前記出口部が第１ボックス側へ突出し、第１ボックスの前記出口部が第２ボックス側へ突出していることを特徴とする、排気処理装置。
5. 請求項４に記載の排気処理装置であって、
   前記第２ボックスは、筒状の周壁と、この周壁の底に設けられた底壁と、を含み、
   前記第１ボックスは、前記底壁を貫通して前記第２ボックス内に突出しており、前記第１ボックスの上端の前記出口部が前記第２ボックス内に配置され、
   前記第２希釈用ガス供給部は、一端部が前記第２ボックスに接続された配管を含み、
   前記一端部の高さ位置が、前記第１ボックスの前記出口部の高さ位置よりも低いことを特徴とする、排気処理装置。
6. 請求項４または請求項５に記載の排気処理装置であって、
   前記第１希釈用ガス供給部は、一端部が前記第１ボックスに接続された配管を含み、
   前記第２希釈用ガス供給部は、一端部が前記第２ボックスに接続された配管を含み、
   各前記ボックスの周方向において、前記第１希釈用ガス供給部の前記配管の前記一端部の位置と、前記第２希釈用ガス供給部の前記配管の前記一端部の位置と、が揃えられていることを特徴とする、排気処理装置。
7. 外部に開放された入口部および出口部を有し、被処理物が熱処理される際に前記被処理物が通過するように構成された熱処理室と、
   請求項４〜請求項６の何れか１項に記載の排気処理装置と、を備え、
   前記排気導入管は、前記熱処理室内の前記排気ガスを前記第１ボックスに導入するために設けられ、前記第１ボックスの直径よりも小さい直径を有し、
   前記第１ボックスは、筒状の周壁と、この周壁の底に設けられた底壁と、を含み、
   前記排気導入管は、前記第１ボックスの前記底壁を貫通して前記第１ボックス内に突出しており、前記排気導入管の上端の前記出口部が前記第１ボックス内に配置され、
   前記第１希釈用ガス供給部は、一端部が前記第１ボックスに接続された配管を含み、
   前記第１希釈用ガス供給部の前記配管の前記一端部の高さ位置が、前記排気導入管の前記出口部の高さ位置よりも低いことを特徴とする、熱処理装置。

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