JP7384973B1

JP7384973B1 - 熱処理炉

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Publication number: JP7384973B1
Application number: JP2022126357A
Authority: JP
Inventors: 洋城野; 義弘馬郡
Original assignee: Chugai Ro Co Ltd
Current assignee: Chugai Ro Co Ltd
Priority date: 2022-08-08
Filing date: 2022-08-08
Publication date: 2023-11-21
Anticipated expiration: 2042-08-08
Also published as: TW202407276A; KR20240020657A; JP2024022909A; CN117537620A

Abstract

【課題】大気雰囲気の強制対流で被処理物を処理する熱処理炉において、簡単な構造でありながら、炉内温度を急速に低下させることができる熱処理炉を提供する。【解決手段】大気雰囲気の強制対流で被処理物Ｓを処理する熱処理炉１０であって、被処理物Ｓを処理する処理室１と、処理室１内へ外気を導入する導入流路２と、処理室１内の雰囲気を排出する排出流路３と、導入流路２を開閉する導入弁２１と、排出流路３を開閉する排出弁３１と、熱処理炉１０を制御する制御部４と、を備えており、制御部４は、処理室１内の温度を急冷するときには、排出弁３１を開放し、処理室１内の雰囲気を排出し、合わせて、導入弁２１を開放し、処理室１内へ外気を導入する。【選択図】図１

Description

本発明は、大気雰囲気の強制対流で被処理物を処理する熱処理炉に関する。

従来、大気雰囲気の強制対流で被処理物を処理する熱処理炉として、ワークを連続的に加熱する連続式熱処理炉が特許文献１や特許文献２に開示されている。

特開２００４－１４３５６５号公報特開平１０－１７６８８６号公報特開２００２－１２９２４２号公報

ここで、熱処理炉において被処理物への処理条件が変更され、炉内温度を低下させる必要が生じた場合、炉内の熱源である電気ヒータや誘導加熱コイル、ラジアントチューブ等の出力を下げることで対応するが、炉内の壁面や部品、熱源そのものに蓄熱されていた熱が放出されるため、炉内の温度を低下させるのに時間がかかっていた。そのため、蓄熱されていた熱の放出の間、炉内に存在する被処理物は加熱されることになり、そのように加熱された被処理物は製品として使用されることができず、無駄が生じていた。

また、炉内温度を強制的に低下させるため、特許文献３は、炉内雰囲気をゾーン毎にクーラで循環させる構成を開示しているが、炉内雰囲気の容量は大きく、炉内温度を低下させるのにまだ多くの時間がかかっており、より急速に炉内温度を低下させることが望まれていた。

そこで本発明では、大気雰囲気の強制対流で被処理物を処理する熱処理炉において、簡単な構造でありながら、炉内温度を急速に低下させ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、大気雰囲気の強制対流で被処理物を処理する熱処理炉であって、
被処理物を処理する処理室と、
前記処理室内へ外気を導入する導入流路と、
前記処理室内の雰囲気を排出する排出流路と、
前記導入流路を開閉する導入弁と、
前記排出流路を開閉する排出弁と、
前記熱処理炉を制御する制御部と、を備えており、
前記制御部は、前記処理室内の温度を急冷するときには、前記排出弁を開放し、前記処理室内の雰囲気を排出し、合わせて、前記導入弁を開放し、前記処理室内へ外気を導入する。

前記構成によれば、処理室内の高温の雰囲気を排出し、低温（例えば６０～１５０℃）の外気を処理室内へ導入するので、処理室内の温度を急速に低下させることができる。

本発明によると、大気雰囲気の強制対流で被処理物を処理する熱処理炉において、簡単な構造でありながら、炉内温度を急速に低下させ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念図である。

図１は、本発明の実施形態に係る熱処理炉１０の概念図である。図１に示されるように、熱処理炉１０は、大気雰囲気の強制対流で被処理物を処理する熱処理炉である。熱処理炉１０は、被処理物Ｓを処理する処理室１と、処理室１内へ外気を導入する導入流路２と、処理室１内の雰囲気（空気）を排出する排出流路３と、を備えている。そして、導入流路２には、導入流路２を開閉する導入弁２１が設けられており、排出流路３には、排出流路３を開閉する排出弁３１が設けられている。また、熱処理炉１０は、熱処理炉１０の作動を制御する制御部４を備えている。

処理室１には、処理室１内の雰囲気の圧力を計測する圧力計１１が設けられている。また、排出流路３において、排出弁３１の上流側には、処理室１内の雰囲気の露点温度を計測する露点温度計１３が設けられている。

導入弁２１及び排出弁３１はそれぞれ電気式、空気式あるいは油圧式等の操作器駆動式の弁であり、開度調整可能となっている。

導入流路２には、外気を処理室１内へ給気する給気ファン２２が設けられ、排出流路３には、処理室１内の雰囲気を外部に排気する排気ファン３２が設けられている。導入流路２において、給気ファン２２の下流側の一方の配管２ａには熱交換器２３が設けられており、給気ファン２２によって給気された外気は、熱交換器２３において排気ファン３２からの排気によって熱交換（加熱）される。また、給気ファン２２の下流側の他方の配管２ｂには熱交換器が設けられていない。排出流路３において、排気ファン３２の下流側には、雰囲気の排出量を計測する流量計３３が設けられている。制御部４は、流量計３３の値に基づき、排気ファン３２の流量を制御する。また、制御部４は、圧力計１１の値及び流量計３３の値に基づき、導入弁２１及び排出弁３１の開度を調整し、また、給気ファン２２及び排気ファン３２の流量を制御する。

配管２ａには、熱交換器２３の下流側に混合弁２４が設けられており、配管２ｂには混合弁２５が設けられている。混合弁２４及び混合弁２５はそれぞれ電気式、空気式あるいは油圧式等の操作器駆動式の弁であり、開度調整可能となっている。

混合弁２４及び混合弁２５の下流側で、配管２ａと配管２ｂとが合流しており、合流点２ｃの下流側に導入弁２１が配置されている。混合弁２４の開度及び混合弁２５の開度によって、熱交換器２３によって熱交換された高温の外気と、熱交換器２３を通過しない常温の外気との混合割合が調整され、導入される外気の温度が調整された後、混合された外気は導入弁２１を介して処理室１内に導入されるようになっている。

合流点２ｃと導入弁２１との間には、処理室１内に導入される外気の温度を測定する温度計２６が設けられている。制御部４は、露点温度計１３の値及び温度計２６の値に基づき、混合弁２４及び混合弁２５の開度を調整する。

熱処理炉１０はさらに、処理室１内の雰囲気を循環させる循環ユニット５を備えている。循環ユニット５は、処理室１内と連通する循環流路５１と、循環流路５１内に設けられ、処理室１内の雰囲気を、循環流路５１を介して循環させる循環ファン５２と、循環流路５１内に設けられ、循環流路５１内を流れる雰囲気を加熱するヒータ５３と、を備えている。循環流路５１において、ヒータ５３の下流側であって、循環ファン５２の上流側には、処理室１内の温度を計測する温度計１２が設けられている。制御部４は、温度計１２の値に基づき、導入弁２１及び排出弁３１の開度を調整し、また、給気ファン２２及び排気ファン３２の流量を制御する。制御部４はさらに、温度計１２の値に基づき、ヒータ５３の出力を調整する。

熱処理炉１０は、次のように作動するようになっている。

被処理物Ｓの処理条件が変更され、処理室１内の温度を急冷する必要が生じると、制御部４は、排出弁３１を開放して、処理室１内の雰囲気を外部に排出し、合わせて、導入弁２１を開放して、処理室１内へ外気を導入する。なお、導入弁２１の開放は、排出弁３１の開放と同時に行ってもよく、また、排出弁３１の開放から、一定時間経過後に行ってもよい。ここで、給気ファン２２及び排気ファン３２は、事前に作動させておく。

このとき、制御部４は、処理室１内の圧力の変動を抑制するために、圧力計１１の計測結果に基づき、導入弁２１及び／又は排出弁３１の開度や、給気ファン２２及び／又は排気ファン３２の流量を調整する。

また、制御部４は、被処理物Ｓの処理条件の１つである処理温度を目標温度とし、温度計１２の計測結果に基づき、導入弁２１及び／又は排出弁３１の開度や、給気ファン２２及び／又は排気ファン３２の流量を調整する。

制御部４はまた、処理室１内の温度を急冷するときに、処理室１内で結露が発生しないよう、露点温度計１３の計測結果に基づき、処理室１内に導入される外気を熱交換器２３によって所定温度まで加熱した後、処理室１内へ導入する。

ここで、処理室１内に導入される外気の温度制御は、混合弁２４及び混合弁２５の開度を調整し、熱交換器２３を通過する外気の流量と熱交換器２３を通過しない外気の流量との混合割合を変更することによって行われる。

このように、処理室１内の雰囲気を外部に放出し、低温の外気を処理室１内に導入することによって、処理室１内の温度を急冷し、目標温度に調整する。なお、本実施形態の熱処理炉１０は、炉内において大気雰囲気で被処理物Ｓを熱処理する炉であるので、外気（大気）をそのまま炉内に導入しても問題はない。

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）制御部４は、処理室１内の温度を急冷するときには、排出弁３１を開放し、処理室１内の高温の雰囲気を排出し、さらに導入弁２１を開放し、処理室１内へ低温の外気を導入するので、処理室１内の温度を急速に低下させることができる。

（２）導入流路２に給気ファン２２が設けられ、排出流路３に排気ファン３２が設けられているので、給気ファン２２、排気ファン３２によって、処理室１内の雰囲気を強制的に入れ替えることができ、処理室１内の温度をさらに急速に低下させることができる。

（３）制御部４は、処理室１内の温度を急冷するときには、圧力計１１によって計測された処理室１内の圧力に基づき、導入弁２１及び／又は排出弁３１の開度を調整するので、処理室１内の圧力の変動を抑制しながら、処理室１内の雰囲気を入れ替え、処理室１内の温度を急速に低下させることができる。

（４）制御部４は、処理室１内の温度を急冷するときには、圧力計１１によって計測された処理室１内の圧力に基づき、給気ファン２２及び／又は排気ファン３２の流量を調整するので、処理室１内の圧力の変動を抑制しながら、処理室１内の雰囲気を入れ替え、処理室１内の温度を急速に低下させることができる。

（５）制御部４は、処理室１内の温度を急冷するときには、温度計１２によって計測された処理室１内の温度に基づき、導入弁２１及び／又は排出弁３１の開度を調整するので、処理室１内の温度を目的の温度に速く安定させることができる。

（６）制御部４は、処理室１内の温度を急冷するときには、温度計１２によって計測された処理室１内の温度に基づき、給気ファン２２及び／又は排気ファン３２の流量を調整するので、処理室１内の温度を目的の温度に速く安定させることができる。

（７）制御部４は、処理室１内の温度を急冷するときには、露点温度計１３によって計測された露点温度に基づき、処理室１内で結露が生じないように、導入される外気の温度を制御するので、導入される外気によって、処理室１内で結露を生じることを防止できる。

（８）処理室１内から排出される高温の雰囲気によって、処理室１内に導入される外気を加熱することで、高温の外気を容易に得ることができる。また、熱交換器２３によって熱交換された高温の外気と常温の外気との混合割合を変更することによって、導入される外気の温度を容易に制御できる。

上記実施形態では、処理室１内の雰囲気を循環ユニット５によって循環させ、循環流路５１における温度、すなわち、処理室１へ導入する処理ガスの温度を処理室１内の温度として計測しているが、処理室１に温度計を設け、処理室１内の雰囲気を直接測定し、その値を処理室１内の温度としてもよい。

上記実施形態では、露点温度計１３は、結露の生じやすい、雰囲気の低温部に設けておくのが好ましく、排出流路３において排出弁３１の上流側に配置されているが、排出弁３１の下流側に配置されてもよく、また、排気ファン３２の下流側に配置されてもよい。

上記実施形態では、流量計３３は、排出流路３において排気ファン３２の下流側に配置されているが、排気ファン３２の上流側に配置されてもよく、また、排出弁３１の上流側に配置されてもよい。

上記実施形態では、温度計２６は、導入流路２において導入弁２１の上流側であって合流点２ｃの下流側に配置されているが、導入弁２１の下流側に配置されてもよい。

上記実施形態では、排出流路３に流量計３３を設け、流量計３３の値に基づき排気ファン３２の流量を制御し、処理室１の圧力と排出流路３における排出量とによって、給気ファン２２の流量を制御している。しかし、導入流路２に流量計を設け、その流量計の値に基づき給気ファン２２の流量を制御し、処理室１の圧力と導入流路２における導入量とによって、排気ファン３２の流量を制御してもよい。この場合、導入流路２に設けられる流量計は、導入弁２１の下流側に配置される。

本発明は、上記実施形態の熱処理炉に限定されず、大気雰囲気の強制対流で被処理物を処理する熱処理炉全般に適用可能である。

本発明及び実施形態をまとめると、以下のとおりである。

（１）本発明の一実施形態は、大気雰囲気の強制対流で被処理物を処理する熱処理炉であって、
被処理物を処理する処理室と、
前記処理室内へ外気を導入する導入流路と、
前記処理室内の雰囲気を排出する排出流路と、
前記導入流路を開閉する導入弁と、
前記排出流路を開閉する排出弁と、
前記熱処理炉を制御する制御部と、を備えており、
前記制御部は、前記処理室内の温度を急冷するときには、前記排出弁を開放し、前記処理室内の雰囲気を排出し、合わせて、前記導入弁を開放し、前記処理室内へ外気を導入する。

前記構成（１）によれば、処理室内の高温の雰囲気を排出し、低温の外気を処理室内へ導入するので、処理室内の温度を急速に低下させることができる。

（２）前記構成（１）において、前記導入流路及び／又は前記排出流路にファンが設けられている。

前記構成（２）によれば、ファンによって、処理室内の雰囲気を強制的に入れ替えることができるので、処理室内の温度をさらに急速に低下させることができる。

（３）前記構成（１）又は（２）において、前記処理室には前記処理室内の圧力を計測する圧力計が設けられ、
前記導入弁は、開度調整可能となっており、
前記排出弁は、開度調整可能となっており、
前記制御部は、前記処理室内の温度を急冷するときには、前記圧力計によって計測された前記処理室内の圧力に基づき、前記導入弁及び／又は前記排出弁の開度を調整する。

前記構成（３）によれば、圧力計によって計測された処理室内の圧力に基づき、導入弁及び／又は排出弁の開度を調整することによって、処理室内の圧力の変動を抑制しながら、処理室内の雰囲気を入れ替え、処理室内の温度を急速に低下させることができる。

（４）前記構成（２）において、前記処理室には前記処理室内の圧力を計測する圧力計が設けられ、
前記制御部は、前記処理室内の温度を急冷するときには、前記圧力計によって計測された前記処理室内の圧力に基づき、前記導入流路及び／又は前記排出流路における前記ファンの流量を制御する。

前記構成（４）によれば、圧力計によって計測された処理室内の圧力に基づき、ファンの流量を調整することによって、処理室内の圧力の変動を抑制しながら、処理室内の雰囲気を入れ替え、処理室内の温度を急速に低下させることができる。

（５）前記構成（１）～（４）のいずれか１つにおいて、前記処理室には前記処理室内の温度を計測する温度計が設けられ、
前記導入弁は、開度調整可能となっており、
前記排出弁は、開度調整可能となっており、
前記制御部は、前記処理室内の温度を急冷するときには、前記温度計によって計測された前記処理室内の温度に基づき、前記導入弁及び／又は前記排出弁の開度を調整する。

前記構成（５）によれば、導入弁及び／又は排出弁の開度を調整することによって、処理室内の温度を目的の温度に速く安定させることができる。

（６）前記構成（２）において、前記処理室には前記処理室内の温度を計測する温度計が設けられ、
前記制御部は、前記処理室内の温度を急冷するときには、前記温度計によって計測された処理室内の温度に基づき、前記導入流路及び／又は前記排出流路における前記ファンの流量を制御する。

前記構成（６）によれば、ファンの流量を調整することによって、処理室内の温度を目的の温度に速く安定させることができる。

（７）前記構成（１）～（６）のいずれか１つにおいて、前記処理室には前記処理室内の露点温度を計測する露点温度計が設けられ、
前記制御部は、前記処理室内の温度を急冷するときには、前記露点温度計によって計測された露点温度に基づき、前記処理室内で結露が生じないように、導入される外気の温度を制御する。

前記構成（７）によれば、処理室内の温度を急冷するときに、導入される外気によって、処理室内で結露を生じることを防止できる。

（８）前記構成（７）において、前記処理室内から排出される雰囲気と前記処理室内に導入される外気との間で熱交換を行う熱交換器を備えており、
前記制御部は、前記熱交換器を通過する外気の流量と前記熱交換器を通過しない外気の流量との混合割合を変更することによって、導入される外気の温度を制御する。

前記構成（８）によれば、処理室内から排出される高温の雰囲気によって、処理室内に導入される外気を加熱することで、高温の外気を容易に得ることができる。また、熱交換器によって熱交換された高温の外気と常温の外気との混合割合を変更することによって、導入される外気の温度を容易に制御できる。

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、大気雰囲気の強制対流で被処理物を処理する熱処理炉において、簡単な構造でありながら、炉内温度を急速に低下させることができる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処理室
２導入流路
３排出流路
４制御部
５循環ユニット
１０熱処理炉
１１圧力計１２温度計１３露点温度計
２１導入弁２２給気ファン２３熱交換器２４混合弁２５混合弁
２６温度計
２ａ配管２ｂ配管２ｃ合流点
３１排出弁３２排気ファン３３流量計
５１循環流路５２循環ファン５３ヒータ
Ｓ被処理物

Claims

大気雰囲気の強制対流で被処理物を処理する熱処理炉であって、
被処理物を処理する処理室と、
前記処理室内へ外気を導入する導入流路と、
前記処理室内の雰囲気を排出する排出流路と、
前記導入流路を開閉する導入弁と、
前記排出流路を開閉する排出弁と、
前記熱処理炉を制御する制御部と、を備えており、
前記制御部は、前記処理室内の温度を急冷するときには、前記排出弁を開放し、前記処理室内の雰囲気を排出し、合わせて、前記導入弁を開放し、前記処理室内へ外気を導入するようになっており、
前記処理室には前記処理室内の露点温度を計測する露点温度計が設けられ、
前記制御部は、前記処理室内の温度を急冷するときには、前記露点温度計によって計測された露点温度に基づき、前記処理室内で結露が生じないように、導入される外気の温度を制御する、熱処理炉。
前記導入流路及び／又は前記排出流路にファンが設けられている、請求項１記載の熱処理炉。
前記処理室には前記処理室内の圧力を計測する圧力計が設けられ、
前記導入弁は、開度調整可能となっており、
前記排出弁は、開度調整可能となっており、
前記制御部は、前記処理室内の温度を急冷するときには、前記圧力計によって計測された前記処理室内の圧力に基づき、前記導入弁及び／又は前記排出弁の開度を調整する、請求項１又は２に記載の熱処理炉。
前記処理室には前記処理室内の圧力を計測する圧力計が設けられ、
前記制御部は、前記処理室内の温度を急冷するときには、前記圧力計によって計測された前記処理室内の圧力に基づき、前記導入流路及び／又は前記排出流路における前記ファンの流量を制御する、請求項２記載の熱処理炉。
前記処理室には前記処理室内の温度を計測する温度計が設けられ、
前記導入弁は、開度調整可能となっており、
前記排出弁は、開度調整可能となっており、
前記制御部は、前記処理室内の温度を急冷するときには、前記温度計によって計測された前記処理室内の温度に基づき、前記導入弁及び／又は前記排出弁の開度を調整する、請求項１又は２に記載の熱処理炉。
前記処理室には前記処理室内の温度を計測する温度計が設けられ、
前記制御部は、前記処理室内の温度を急冷するときには、前記温度計によって計測された処理室内の温度に基づき、前記導入流路及び／又は前記排出流路における前記ファンの流量を制御する、請求項２記載の熱処理炉。
前記処理室内から排出される雰囲気と前記処理室内に導入される外気との間で熱交換を行う熱交換器を備えており、
前記制御部は、前記熱交換器を通過する外気の流量と前記熱交換器を通過しない外気の流量との混合割合を変更することによって、導入される外気の温度を制御する、請求項１記載の熱処理炉。