JP6805379B1

JP6805379B1 - 熱処理炉

Info

Publication number: JP6805379B1
Application number: JP2020027427A
Authority: JP
Inventors: 照史畠山; 朋哉大久保
Original assignee: Chugai Ro Co Ltd
Current assignee: Chugai Ro Co Ltd
Priority date: 2020-02-20
Filing date: 2020-02-20
Publication date: 2020-12-23
Anticipated expiration: 2040-02-20
Also published as: JP2021131198A

Abstract

【課題】整流部材を設けることなく、循環ガスの流速分布を均一にすることができる熱処理炉を提供する。【解決手段】ワークを熱処理する熱処理炉であって、熱処理されるワークが配置される熱処理室２と、ワークを冷却する循環ガスを炉内で循環させる冷却ファン３と、熱処理室２の壁面に形成され、循環ガスが流入する流入口２１ａと、流入口２１ａを開閉可能な蓋体２１ｂと、を備えており、循環ガスが流入口２１ａから熱処理室２に流入する冷却状態において、蓋体２１ｂと流入口２１ａとの間の第１距離Ｄ１は、炉体内壁１ａと流入口２１ａとの間の第２距離Ｄ２の半分以下となっている。【選択図】図１

Description

本発明は、ワークを熱処理する熱処理炉に関する。

従来の熱処理炉は、熱処理されるワークが配置され、上壁及び下壁に蓋体を有する開口部が設けられる熱処理室と、ワークを冷却する循環ガスを炉内で循環させる冷却ファンと、を備えている。そして、ワークを加熱する際には、蓋体を閉止し、炉内に設けられたヒータでワークを加熱し、ワークを冷却する際には、蓋体を開放し、熱処理室内に循環ガスを供給する。ここで、ワークの冷却を速く、均一に行うため、熱処理室内の循環ガスの流れを上下方向に交互に切り換えるために、開閉ダンパが用いられる。そして、蓋体には、特許文献１及び２に示されるように、スライド式のものや、特許文献３に示されるように、上下昇降式のものが使用されている。

特開平５−２３０５２８号公報特開昭６０−１５２６１６号公報特開２００２−２４９８１９号公報特開２００２−３３３２７７号公報

ここで、熱処理室に流入する循環ガスの流速分布が不均一となると、ワークの冷却を均一に行えないため、特許文献４に示されるように、熱処理室の流入口に循環ガスを整流する整流用の格子が設けられるが、熱処理工程において、格子自体の加熱、冷却を行うことになり、熱効率が低下するという課題が存在する。

そこで本発明では、整流部材を設けることなく、循環ガスの流速分布を均一にすることができる熱処理炉を提供することを目的とする。

本発明は、
ワークを熱処理する熱処理炉であって、
熱処理されるワークが配置される熱処理室と、
ワークを冷却する循環ガスを炉内で循環させる冷却ファンと、
前記熱処理室の壁面に形成され、循環ガスが流入する流入口と、
前記流入口を開閉可能な蓋体と、を備えており、
循環ガスが前記流入口から前記熱処理室に流入する冷却状態において、前記蓋体と前記流入口との間の第１距離は、炉体内壁と前記流入口との間の第２距離の半分以下となっている。

前記構成によれば、第１距離を第２距離の半分以下とすることによって、循環ガスが蓋体と熱処理室の壁面との間の空間及び蓋体と熱処理炉の炉体内壁との間の空間の両方に流れることとなり、その結果、冷却ファン側の蓋体の壁部と熱処理室との間の隙間と冷却ファンと反対側の蓋体の壁部と熱処理室との間の隙間の両方から、循環ガスが流入口に流入し、流入口において、循環ガスを整流することができる。したがって、整流部材を設けることなく、循環ガスの流速分布を均一にすることができる。

本発明は、さらに、次のような構成を備えるのが好ましい。

（１）前記蓋体は、矩形状を有しており、前記冷却ファンと対向する第１側面と、前記第１側面と対向する第２側面と、前記第１側面及び前記第２側面と連続し、循環ガスの流れ方向に延びる２つの第３側面と、を有しており、
前記流入口が形成される壁面には、前記第２側面を覆う対向側壁部と、２つの前記第３側面を覆う流れ方向側壁部とが形成されている。

（２）前記構成（１）において、前記流入口が形成される壁面には、前記蓋体の前記第１側面を覆うファン側壁部が形成されている。

（３）前記構成（２）において、前記流入口が形成される壁面には、前記対向側壁部と前記ファン側壁部との間であって、前記流れ方向側壁部と前記蓋体の前記第３側面との間に、前記壁面から外方に突出し、側面視で前記蓋体と重なる中間壁部が形成されている。

前記構成（１）によれば、対向側壁部と流れ方向側壁部とを設けることによって、流入口に入る循環ガスの流路空間を狭くし、流入口における流体圧力を増加させることができるので、循環ガスの流速分布をより均一にすることができる。

前記構成（２）によれば、ファン側壁部を設けることによって、蓋体より循環ガスの流れ方向上流側の流路空間を狭くし、循環ガスが冷却ファン側へ後戻りしにくくすることにより、流入口における流体圧力を増加させることができるので、循環ガスの流速分布をより均一にすることができる。

前記構成（３）によれば、中間壁部を設けることによって、流入口の循環ガスの流れ方向上流側の空間の流体圧力を増加させ、流入口の循環ガスの流れ方向下流側の空間の流体圧力に近づけることができるので、流入口における循環ガスの流速差が小さくなり、循環ガスの流速分布をより均一にすることができる。

本発明によると、整流部材を設けることなく、循環ガスの流速分布を均一にすることができる熱処理炉を提供できる。

本発明の実施形態に係る熱処理炉の概略図である。図１の熱処理炉の一部上面概略図である。図１の熱処理炉の一部側面概略図である。図１の熱処理炉の循環ガスの流れ方向から見た一部正面概略図である。循環ガスが上壁の開口部から流入し、下壁の開口部から流出する冷却状態の熱処理炉の概略図である。循環ガスが下壁の開口部から流入し、上壁の開口部から流出する冷却状態の熱処理炉の概略図である。

図１は、本発明の実施形態に係る熱処理炉の概略図である。図１に示されるように、熱処理炉１０は、単室型真空熱処理炉であり、熱処理炉１０を構成する炉体１内には、熱処理されるワークが配置される、熱処理室２が配置されている。熱処理室２の上壁２１及び下壁２２には、熱処理室２内の循環ガス（冷却ガス）を循環させるために、それぞれ開口部２１ａ、２２ａが形成されており、開口部２１ａは上下移動可能な上蓋体２１ｂによって開閉可能となっており、開口部２２ａは上下移動可能な下蓋体２２ｂによって開閉可能となっている。上蓋体２１ｂは、アクチュエータ６１によって上下移動するようになっており、下蓋体２２ｂは、アクチュエータ６２によって上下移動するようになっている。開口部２１ａと開口部２２ａとは、上下方向に対向するように設けられている。

冷却ガスは、例えば不活性ガスであり、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス等、あるいは、これらのガスの混合ガスが用いられる。なお、冷却ガスは、当然空気であってもよい。

熱処理室２の側方の一方側には、循環ガスを炉内で循環させる冷却ファン３が設けられている。冷却ファン３は、遠心式ファンであり、駆動モータ３１に連結されている。冷却ファン３は、駆動モータ３１の駆動によって回転して、循環ガスを冷却ファン３の軸方向に吸引し、周方向に排出するようになっている。

炉体１の内部であって、熱処理室２の外部には、循環ガスの冷却流れを変更する開閉ダンパ４、５が設けられている。開閉ダンパ４は、一端部が炉体１の内壁に設けられた支持部１１に支持され、開放位置４ａと閉止位置４ｂとの間で、支持部１１を中心として回動可能に設けられている。ここで、開放位置４ａとは、冷却ファン３の吸引部が設けられる吸引空間３ａを開放する開閉ダンパ４の位置であり、閉止位置４ｂとは、吸引空間３ａを閉止する開閉ダンパ４の位置である。

また、開閉ダンパ５は、一端部が炉体１の内壁に設けられた支持部１２に支持され、開放位置５ａと閉止位置５ｂとの間で、支持部１２を中心として回動可能に設けられている。ここで、開放位置５ａとは、吸引空間３ａを開放する開閉ダンパ５の位置であり、閉止位置５ｂとは、吸引空間３ａを閉止する開閉ダンパ５の位置である。

このように、開閉ダンパ４、５の開閉状態を変更することによって、すなわち、開閉ダンパ４を閉止位置４ｂとし、開閉ダンパ５を開放位置５ａとすることによって、循環ガスは開口部２１ａから熱処理室２に流入し、開口部２２ａから排出され、開閉ダンパ４を開放位置４ａとし、開閉ダンパ５を閉止位置５ｂとすることによって、循環ガスは開口部２２ａから熱処理室２に流入し、開口部２１ａから排出される。したがって、開口部２１ａ、２２ａのいずれも循環ガスが流入する流入口となるが、両方が同時に流入口となることはなく、いずれか一方が流入口となるときは、もう一方は流出口となる。

以下、開口部２１ａが流入口となる場合について説明するが、開口部２２ａが流入口となる場合も同様である。

循環ガスが開口部２１ａから熱処理室２に流入する冷却状態において、上蓋体２１ｂは、開口部２１ａに対して半開状態となっており、上蓋体２１ｂと開口部２１ａとの間の第１距離Ｄ１は、炉体内壁１ａと開口部２１ａとの間の第２距離Ｄ２の半分以下となっている。なお、このとき、開口部２２ａは循環ガスが熱処理室２から流出する流出口となり、下蓋体２２ｂは、開口部２２ａに対して全開状態となっており、下蓋体２２ｂと開口部２２ａとの間の第３距離Ｄ３は、炉体内壁１ａと開口部２２ａとの間の第４距離Ｄ４の半分を超えている。通常、全開状態のとき、第３距離Ｄ３は、第４距離Ｄ４の６０〜７０％である。

図２は、図１の熱処理炉１０の一部上面概略図である。図２に示されるように、上蓋体２１ｂは、上面視で、矩形状を有しており、冷却ファン３と対向する第１側面２１１と、第１側面２１１と対向する第２側面２１２と、第１側面２１１及び第２側面２１２と連続し、循環ガスの流れ方向に延びる２つの第３側面２１３と、を有しており、開口部２１ａが形成される上壁２１には、熱処理炉１０の側面視で、第２側面２１２を覆う対向側壁部９１と、２つの第３側面を覆う流れ方向側壁部９２とが形成されている。

図３は、図１の熱処理炉１０の一部側面概略図であり、図４は図１の熱処理炉１０の循環ガスの流れ方向から見た一部正面概略図である。図３及び図４に示されるように、対向側壁部９１は、上壁２１から外方（上方）に向かって炉体内壁１ａまで延びており、流れ方向側壁部９２は、上壁２１から外方（上方）に向かって炉体内壁１ａまで延びている。

開口部２１ａが形成される上壁２１には、熱処理炉１０の側面視で上蓋体２１ｂの第１側面２１１を覆うファン側壁部９３が形成されている。ファン側壁部９３は、開口部２１ａが半開状態において、上壁２１から外方（上方）に向かって上蓋体２１ｂの高さ以上延びている。

開口部２１ａが形成される上壁２１には、対向側壁部９１とファン側壁部９３との間であって、流れ方向側壁部９２と上蓋体２１ｂの第３側面２１３との間に、上壁２１から外方（上方）に突出し、側面視で上蓋体２１ｂと重なる中間壁部９４が上蓋体２１ｂの側方に一対として形成されている。中間壁部９４は、循環ガスの流れ方向において、開口部２１ａの中心よりも冷却ファン３側に位置している。中間壁部９４は、開口部２１ａが半開状態において、上壁２１から上方に向かって上蓋体２１ｂの高さ以上延びており、中間壁部９４の上端は、ファン側壁部９３の上端より低くなっている。また、中間壁部９４は、流れ方向側壁部９２に連結されている。

上述したように、本実施形態では、開閉ダンパ４、５の開閉状態を変更することによって、開口部２２ａも開口部２１ａと同様流入口となるので、開口部２１ａ近傍の上述の構成が、開口部２２ａ近傍にも適用される。具体的には、以下のとおりである。

循環ガスが開口部２２ａから熱処理室２に流入する冷却状態において、下蓋体２２ｂは、開口部２２ａに対して半開状態となっており、下蓋体２２ｂと開口部２２ａとの間の第３距離Ｄ３は、炉体内壁と開口部２２ａとの間の第４距離Ｄ４の半分以下となっている。なお、このとき、開口部２１ａは循環ガスが熱処理室２から流出する流出口となり、上蓋体２１ｂは、開口部２１ａに対して全開状態となっており、上蓋体２１ｂと開口部２１ａとの間の第１距離Ｄ１は、炉体内壁と開口部２１ａとの間の第２距離Ｄ２の半分を超えている。通常、全開状態のとき、第１距離Ｄ１は、第２距離Ｄ２の６０〜７０％である。

下蓋体２２ｂは、上面視で、矩形状を有しており、冷却ファン３と対向する第１側面と、第１側面と対向する第２側面と、第１側面及び第２側面と連続し、循環ガスの流れ方向に延びる２つの第３側面と、を有しており、開口部２２ａが形成される下壁２２には、第２側面を覆う対向側壁部と、２つの第３側面を覆う流れ方向側壁部とが形成されている。

対向側壁部は、下壁２２から外方（下方）に向かって炉体内壁１ａまで延びており、流れ方向側壁部は、下壁２２から外方（下方）に向かって炉体内壁１ａまで延びている。

開口部２２ａが形成される下壁２２には、下蓋体２２ｂの第１側面を覆うファン側壁部が形成されている。ファン側壁部は、開口部２２ａが半開状態において、下壁２２から外方（下方）に向かって下蓋体２２ｂの位置以上延びている。

開口部２２ａが形成される下壁２２には、対向側壁部とファン側壁部との間であって、流れ方向側壁部と下蓋体２２ｂの第３側面との間に、下壁２２から外方（下方）に突出し、側面視で下蓋体２２ｂと重なる中間壁部が下蓋体２２ｂの側方に一対として形成されている。中間壁部は、循環ガスの流れ方向において、開口部２２ａの中心よりも冷却ファン３側に位置しており、開口部２２ａの半開状態において、下壁２２から下方に向かって下蓋体２２ｂの位置以上延びており、中間壁部の下端は、ファン側壁部の下端より高くなっている。また、中間壁部は、流れ方向側壁部に連結されている。

熱処理炉１０は、次のように作動するようになっている。

熱処理室２内にワークが配置されると、熱処理室２の上壁２１の開口部２１ａが上蓋体２１ｂによって閉止され、下壁２２の開口部２２ａが下蓋体２２ｂによって閉止される。そして、熱処理室２内のワークが電気ヒータ７によって加熱処理される。

ワークの加熱処理が終了すると、上蓋体２１ｂが上方に移動し、上壁２１の開口部２１ａが開放される。また、下蓋体２２ｂが下方に移動し、下壁２２の開口部２２ａが開放される。ここで、開口部２１ａは、第１距離Ｄ１が第２距離Ｄ２の半分以下となる半開状態で開放されており、開口部２２ａは、第３距離Ｄ３が第４距離Ｄ４の半分を超える全開状態で開放されている。

そして、図５に示されるように、開閉ダンパ４を閉止位置４ｂに位置させ、開閉ダンパ５を開放位置５ａに位置させて、冷却ファン３を起動する。その結果、冷却ファン３から排出された循環ガスは、クーラ８を通過して冷却され、上壁２１の開口部２１ａから熱処理室２に流入する。ここで、クーラ８は、気体が流通可能な、例えば水冷パイプ等（図示せず）である。そして、熱処理室２内でワークを冷却した循環ガスは、下壁２２の開口部２２ａから熱処理室２外に流出し、開放位置５ａに位置する開閉ダンパ５に沿って流れ、冷却ファン３に吸い込まれる。

ここで、開口部２１ａが半開状態であること、及び、対向側壁部９１、流れ方向側壁部９２、ファン側壁部９３によって、上蓋体２１ｂを回り込み、対向側壁部９１側から熱処理室２へ流入する循環ガスの量が増加し、中間壁部９４によって、対向側壁部９１側から熱処理室２へ流入する循環ガスとファン側壁部９３側から熱処理室２へ流入する循環ガスとの衝突が緩和されて、整流された状態で熱処理室２へ流入する。

一定時間が経過すると、図６に示されるように、上蓋体２１ｂが上方に移動し、下蓋体２２ｂが上方に移動し、開口部２１ａは、第１距離Ｄ１が第２距離Ｄ２の半分を超える全開状態で開放され、開口部２２ａは、第３距離Ｄ３が第４距離Ｄ４の半分以下となる半開状態で開放される。

そして、開閉ダンパ４を開放位置４ａに位置させ、開閉ダンパ５を閉止位置５ｂに位置させる。その結果、冷却ファン３から排出された循環ガスは、クーラ８を通過して冷却され、下壁２２の開口部２２ａから熱処理室２に流入する。そして、熱処理室２内でワークを冷却した循環ガスは、上壁２１の開口部２１ａから熱処理室２外に流出し、開放位置４ａに位置する開閉ダンパ４に沿って流れ、冷却ファン３に吸い込まれる。

ここで、開口部２２ａが半開状態であること、及び、対向側壁部、流れ方向側壁部、ファン側壁部によって、下蓋体２２ｂを回り込み、対向側壁部側から熱処理室２へ流入する循環ガスの量が増加し、中間壁部によって、対向側壁部側から熱処理室２へ流入する循環ガスとファン側壁部側から熱処理室２へ流入する循環ガスとの衝突が緩和されて、整流された状態で熱処理室２へ流入する。

このように、上蓋体２１ｂ、下蓋体２２ｂを上下に移動させ、開閉ダンパ４、５を交互に開放位置、閉止位置に位置させることによって、熱処理室２内での循環ガスの流れを上下方向に交互に切り換え、熱処理室内２に配置されたワークを冷却する。

前記構成の熱処理炉１０によれば、次のような効果を発揮できる。

（１）第１距離Ｄ１を第２距離Ｄ２の半分以下とすることによって、循環ガスが上蓋体２１ｂと熱処理室２の上壁２１との間の空間及び上蓋体２１ｂと熱処理炉１０の炉体内壁１ａとの間の空間の両方に流れることとなり、その結果、冷却ファン３側の上蓋体２１ｂの壁部（第１側面２１１）と熱処理室２との間の隙間と冷却ファン３と反対側の上蓋体２１ｂの壁部（第２側面２１２）と熱処理室２との間の隙間の両方から、循環ガスが開口部２１ａに流入し、開口部２１ａにおいて、循環ガスを整流することができる。したがって、整流部材を設けることなく、循環ガスの流速分布を均一にすることができる。

（２）第３距離Ｄ３を第４距離Ｄ４の半分以下とすることによって、循環ガスが下蓋体２２ｂと熱処理室２の下壁２２との間の空間及び下蓋体２２ｂと熱処理炉１０の炉体内壁１ａとの間の空間の両方に流れることとなり、その結果、冷却ファン３側の下蓋体２２ｂの壁部（第１側面）と熱処理室２との間の隙間と冷却ファン３と反対側の下蓋体２２ｂの壁部（第２側面）と熱処理室２との間の隙間の両方から、循環ガスが開口部２２ａに流入し、開口部２２ａにおいて、循環ガスを整流することができる。したがって、整流部材を設けることなく、循環ガスの流速分布を均一にすることができる。

（３）対向側壁部９１と流れ方向側壁部９２とを設けることによって、開口部２１ａ（開口部２２ａ）に入る循環ガスの流路空間を狭くし、開口部２１ａ（開口部２２ａ）における流体圧力を増加させることができるので、循環ガスの流速分布をより均一にすることができる。

（４）ファン側壁部９３を設けることによって、上蓋体２１ｂ（下蓋体２２ｂ）より循環ガスの流れ方向上流側の流路空間を狭くし、循環ガスが冷却ファン３側へ後戻りしにくくすることにより、開口部２１ａ（開口部２２ａ）における流体圧力を増加させることができるので、循環ガスの流速分布をより均一にすることができる。

（５）中間壁部９４を設けることによって、開口部２１ａ（開口部２２ａ）の循環ガスの流れ方向上流側の空間の流体圧力を増加させ、開口部２１ａ（開口部２２ａ）の循環ガスの流れ方向下流側の空間の流体圧力に近づける（冷却ファン３の近傍の流れ方向上流側の空間の流れをせき止めることにより、冷却ファン３から遠方側の流れ方向下流側の空間へ流れやすくする）ことができるので、開口部２１ａ（開口部２２ａ）における循環ガスの流速差が小さくなり、循環ガスの流速分布をより均一にすることができる。

本実施形態では、開閉ダンパ４、５の開閉状態の変更によって、開口部２１ａ、２２ａのいずれも流入口となり得るが、開口部２１ａ、２２ａのいずれか一方のみが流入口となる熱処理炉にも適用できる。その場合、蓋体の開放状態や各壁部の配置は、開口部２１ａ、２２ａのいずれか一方のみ適用される。

本実施形態では、熱処理炉１０は、熱処理室２を１つ有する単室型熱処理炉であるが、本発明は、熱処理室を複数有する複室型熱処理炉にも適用できる。

特許請求の範囲に記載された本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、各種変形及び変更を行うことも可能である。

本発明では、整流部材を設けることなく、循環ガスの流速分布を均一にすることができ、従来のように整流部材自体を加熱、冷却することによるエネルギーロスを排除した熱処理炉を提供できるので、産業上の利用価値が大である。

１炉体
１ａ炉体内壁
１１支持部１２支持部
２熱処理室
２１上壁
２１ａ開口部２１ｂ上蓋体
２１１第１側面２１２第２側面２１３第３側面
２２下壁
２２ａ開口部２２ｂ下蓋体
２３側壁２３ａ対抗壁面
２４ａ支持部２４ｂ支持部
２５ａ支持部２５ｂ支持部
３冷却ファン
３ａ吸引空間
３１駆動モータ
４開閉ダンパ
４ａ開放位置４ｂ閉止位置
５開閉ダンパ
５ａ開放位置５ｂ閉止位置
６１アクチュエータ６２アクチュエータ
７電気ヒータ
８クーラ
９１対向側壁部９２流れ方向側壁部９３ファン側壁部９４中間壁部
１０熱処理炉
Ｄ１第１距離Ｄ２第２距離Ｄ３第３距離Ｄ４第４距離

Claims

ワークを熱処理する熱処理炉であって、
前記熱処理炉を構成する炉体と、
前記炉体内に配置され、熱処理されるワークが配置される熱処理室と、
ワークを冷却する循環ガスを炉内で循環させる冷却ファンと、
前記炉体の炉体内壁に対して平行に対向する前記熱処理室の壁面に形成され、循環ガスが流入する流入口と、
前記壁面に対して平行な状態を維持して移動することにより前記流入口を開閉可能な蓋体と、を備えており、
循環ガスが前記流入口から前記熱処理室に流入する冷却状態において、前記蓋体と前記流入口との間の第１距離は、前記炉体内壁と前記流入口との間の第２距離の半分以下となっており、
前記蓋体は、矩形状を有しており、前記冷却ファンと対向する第１側面と、前記第１側面と対向する第２側面と、前記第１側面及び前記第２側面と連続し、循環ガスの流れ方向に延びる２つの第３側面と、を有しており、
前記流入口が形成される壁面には、前記第２側面を覆う対向側壁部と、２つの前記第３側面を覆う流れ方向側壁部とが形成されている、熱処理炉。
前記流入口が形成される壁面には、前記蓋体の前記第１側面を覆うファン側壁部が形成されている、請求項１記載の熱処理炉。
前記流入口が形成される壁面には、前記対向側壁部と前記ファン側壁部との間であって、前記流れ方向側壁部と前記蓋体の前記第３側面との間に、前記壁面から外方に突出し、側面視で前記蓋体と重なる中間壁部が形成されている、請求項２記載の熱処理炉。