JPH06323758A - 加熱炉用膜分離型窒素ガス供給装置の制御方法 - Google Patents

加熱炉用膜分離型窒素ガス供給装置の制御方法

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JPH06323758A
JPH06323758A JP13416793A JP13416793A JPH06323758A JP H06323758 A JPH06323758 A JP H06323758A JP 13416793 A JP13416793 A JP 13416793A JP 13416793 A JP13416793 A JP 13416793A JP H06323758 A JPH06323758 A JP H06323758A
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JP
Japan
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nitrogen gas
heating furnace
oxygen concentration
hydrogen gas
supplied
Prior art date
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Pending
Application number
JP13416793A
Other languages
English (en)
Inventor
Tadao Ogino
忠夫 荻野
Eiji Tsukagoshi
英治 塚越
Tadashi Hirano
正 平野
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Furukawa Electric Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 加熱炉へ窒素ガスを供給する装置を、空気か
ら膜分離型窒素ガス発生器で窒素ガスを分離し、その窒
素ガスに水素ガスを混合して燃焼反応させて酸素濃度を
低下させる装置で構成する。運転開始時には水素ガスを
供給せず、加熱炉へ窒素ガスの供給を開始した後、加熱
炉内の酸素濃度がある程度安定した時点から、水素ガス
の供給を開始する。 【効果】 定常運転状態では加熱炉へ低酸素濃度の窒素
ガスを供給できる。運転開始後一定時間は水素ガスを供
給しても酸素濃度の低減効果が低いので、この間、水素
ガスの供給を停止することにより、水素ガスの無駄な使
用をなくすことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、窒素ガス雰囲気加熱炉
に膜分離型窒素ガス供給装置から窒素ガスを供給する場
合の、膜分離型窒素ガス供給装置の制御方法に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】例えばプリント配線板に電子部品を実装
する場合には、プリント配線板のパッド上にクリーム半
田を塗布し、その上に電子部品を搭載したものを、加熱
炉内に通し、炉内の熱でクリーム半田を溶融させてパッ
ドと部品リードを半田付けしている。このとき、加熱炉
内には窒素ガスを充満させて、プリント配線板や電子部
品の酸化を防止する必要がある。
【0003】加熱炉内に窒素ガスを充満させるには従
来、シャッターで炉内外を遮断する方式が一般的であっ
たが、この方式はトラブルが発生しやすいため、最近、
図3に示すような非接触シール方式の加熱炉が提案され
ている。この加熱炉は、内部に面状ヒーター11、棒状ヒ
ーター13およびファン15などが設置された加熱室17と、
入口通路19と、出口通路21とを備えており、その中を電
子部品を搭載したプリント配線板23が両側縁をチェーン
コンベア25により支持された状態で走行するようになっ
ている。
【0004】加熱室17内には電子部品を搭載したプリン
ト配線板23の酸化防止のため窒素ガスを充満させてあ
る。窒素ガスは窒素ガス噴出管27から供給される。窒素
ガスの供給量は、外部から炉内に空気が侵入するのを防
止するため、入口通路19および出口通路21から常時窒素
ガスが炉外に流出するように調節される。窒素ガスが外
部に流出する量をできるだけ少なくするため、入口通路
19および出口通路21内には、コンベア25の走行方向に所
定の間隔をおいて多数のシール板29が設置されている。
これにより入口通路19、出口通路21を通って流れ出す窒
素ガスに抵抗を与え、窒素ガスの使用量を少なくしてい
る。
【0005】なお図3の例では、窒素ガス噴出管27を出
口通路21内に設置したが、窒素ガス噴出管27は加熱室17
内に設置する場合もある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】加熱炉へ窒素ガスを供
給するには従来、液体窒素タンク、窒素ガスPSA(Pre
ssure Swing Adsorption) 装置などが用いられていた
が、これらの供給手段は不便であるとか大型である等の
難点があるため、最近、加熱された圧縮空気から窒素ガ
スを分離する分離膜を用いた膜分離型窒素ガス発生器で
窒素ガスを発生させ、それを加熱炉に供給することが検
討されている。
【0007】しかし膜分離型窒素ガス発生器で発生した
窒素ガス中には僅かながら酸素が残り、加熱炉内の酸素
濃度を被加熱物品の酸化が生じない程度に十分低く抑え
ることが困難である。
【0008】
【課題を解決するための手段】膜分離型窒素ガス発生器
で発生した窒素ガス中の酸素濃度を低下させるには、そ
の窒素ガスに水素ガスを混合して、PdまたはPt等の
貴金属を触媒として酸素と水素を反応させ、酸素を除去
することが有効である。
【0009】そこで本発明においては、膜分離型窒素ガ
ス供給装置を、コンプレッサー等からなる圧縮空気供給
源と、圧縮空気を加熱する空気加熱器と、加熱された圧
縮空気から窒素ガスを分離する分離膜を用いた膜分離型
窒素ガス発生器と、水素ガス供給源と、膜分離型窒素ガ
ス発生器で発生した窒素ガスに水素ガス供給源から供給
された水素ガスを混合する混合器と、混合したガスを触
媒により燃焼反応させて窒素ガス中の酸素濃度を低下さ
せる精製器とで構成し、これにより酸素濃度の十分低い
窒素ガスを加熱炉に供給することとする。
【0010】ところで、加熱炉内の酸素濃度は、酸素濃
度の低い窒素ガスを供給しても直ちに低下するものでは
なく、窒素ガスの供給開始から数10分かかって低下し
ていく。すなわち上記のような膜分離型窒素ガス発生装
置で加熱炉への窒素ガスの供給を開始すると、加熱炉内
の空気が窒素ガスにより追い出され、ほぼすべての空気
が窒素ガスに置換された時点で、加熱炉内の酸素濃度が
低い値で安定する。
【0011】一方、膜分離型窒素ガス発生器で発生する
窒素ガスの酸素濃度も、運転開始時から分離膜の温度が
上昇するにつれ低くなり、圧縮空気の圧力や窒素ガス発
生量に見合った酸素濃度に落ち着く。したがって膜分離
型窒素ガス発生器で発生する窒素ガスの酸素濃度が高い
うちや加熱炉内の酸素濃度が高いうちに水素ガスを供給
しても、水素ガスの使用量が多い割には加熱炉内の酸素
濃度が低下しない。
【0012】そこで本発明においては、膜分離型窒素ガ
ス供給装置から加熱炉へ窒素ガスの供給を開始する時に
は水素ガス供給源からの水素ガスの供給を行わず、加熱
炉へ窒素ガスの供給を開始した後、加熱炉内の酸素濃度
が安定状態に近い所定のレベルに達した時点で、水素ガ
ス供給源からの水素ガスの供給を開始することとしたも
のである。
【0013】
【作用】上記のようにすれば水素ガスの使用量を少なく
できると共に、水素ガスの供給開始後は窒素ガス中の酸
素濃度を十分低くすることが可能となる。定常運転状態
では窒素ガスの供給量をほぼ一定とすれば、窒素ガス中
の酸素濃度を低下させるためには水素ガスの供給量を増
加させればよい。水素ガスの供給量は、窒素ガスの純度
により異なるが、例えば窒素ガス発生器で10m3 /hr、
純度99.9%の窒素ガスを発生させた場合、その純度を9
9.999%にするには、水素ガスを約20リットル/hr供給
すればよい。
【0014】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細
に説明する。図1は本発明の一実施例を示す。この窒素
ガス雰囲気加熱装置は、加熱炉31に窒素ガス供給装置33
から窒素ガスを供給し、加熱炉31内を窒素ガス雰囲気に
保つものである。加熱炉31の構造は図3に示した従来の
加熱炉と同様であるので、同一部分には同一符号を付し
て説明を省略する。
【0015】窒素ガス供給装置33は、空気を取り入れて
圧縮するコンプレッサー等からなる圧縮空気供給源35
と、供給される圧縮空気を加熱する空気加熱器37と、加
熱された圧縮空気から分離膜により窒素ガスを分離する
膜分離型窒素ガス発生器39と、分離された窒素ガスに、
水素ガス供給源41から開閉弁42、流量制御弁43を経て供
給される水素ガスを混合する混合器45と、混合したガス
を触媒により燃焼反応させ脱酸素を行って純度の高い窒
素ガスを得る精製器47とから構成されている。なお混合
器45としては例えば配管のT形(又はY形)接続部で2
種類のガスを合流させるタイプのものを使用することが
できる。
【0016】精製器47で精製された高純度の窒素ガス
は、供給配管49、定流量弁51を経て窒素ガス噴出管27に
送られ、加熱炉31内に供給される。水素ガスの供給量を
調整する流量制御弁43の開度は、加熱炉31内の酸素濃度
を酸素濃度検出器53で検出し、その出力に応じて制御器
55により制御される。
【0017】定常運転状態では、圧縮空気供給源35、空
気加熱器37を経て膜分離型窒素ガス発生器39に加熱され
た圧縮空気が供給され、膜分離型窒素ガス発生器39から
はほぼ一定流量の窒素ガスが送り出される。窒素ガスの
供給量を一定とすれば、膜分離型窒素ガス発生器39で発
生する窒素ガス中の酸素濃度もほぼ一定となり、また加
熱炉31の空気の吸い込み量もほぼ一定となるので、加熱
炉31内の酸素濃度は何らかの外乱がないかぎり一定に保
たれる。
【0018】酸素濃度検出器53は常時、加熱炉31内の酸
素濃度を検出し、検出信号を制御器55に送る。制御器55
は検出した酸素濃度に応じて流量制御弁43の開度を制御
する。すなわち酸素濃度が高いときは、その程度に応じ
て流量制御弁43の開度を大きくし、水素ガスの供給量を
多くする。すると窒素ガス中の酸素が精製器47でより多
く除去され、精製器47からは酸素濃度の低い窒素ガスが
加熱炉31に供給されるため、加熱炉31内の酸素濃度を低
下させることができる。また加熱炉31内の酸素濃度が設
定値より低いときは上記と逆の制御が行われる。
【0019】実験によると、膜分離型窒素ガス発生器39
から酸素濃度1000ppm の窒素ガスを9m3 /hrの流量で
供給する場合、水素ガスを約20リットル/hrの流量で供
給すれば、加熱炉31内の酸素濃度を100ppmに保つことが
できる。精製器47はPdまたはPt系の触媒を用いる
と、SV(空筒速度)=30,000までは窒素ガス中の酸素
と注入した水素ガスが十分反応する。
【0020】以上は定常運転状態における制御である
が、運転開始時の制御は次のように行われる。加熱炉31
の運転を開始すると膜分離型窒素ガス供給装置33から窒
素ガスが供給される。膜分離型窒素ガス発生器39で発生
する窒素ガスの酸素濃度Aは図2に示すように分離膜の
温度Cが上昇するにつれ低くなり、約43℃位になると圧
縮空気の圧力と窒素ガス発生量に見合った値に落ち着
く。この窒素ガスは混合器45、精製器47、定流量弁51を
通って加熱炉31に供給されるが、始めのうちは加熱炉31
内の空気を追い出し、炉内を窒素ガス雰囲気に置換する
のに使用される。このため加熱炉31内の酸素濃度Bは図
2に示すように、供給される窒素ガスの酸素濃度Aより
やや高い値で低下していく。
【0021】本発明の制御方法では、運転開始時から加
熱炉31内の酸素濃度Bが安定状態(水素ガスによる脱酸
素を行わないときの安定状態で例えば1500ppm 程度)に
近い所定のレベルに達するまでは水素ガスの供給を行わ
ない。すなわち酸素濃度検出器53で検出される酸素濃度
Bが所定のレベルに低下するまでは水素ガス供給用の開
閉弁42を閉じておく。その後、酸素濃度Bが安定状態に
近い所定のレベルに達した時点(図2のt1 )で開閉弁
42を開き、水素ガス供給源41から水素ガスの供給を開始
する。すると窒素ガス供給装置33から供給される窒素ガ
スの酸素濃度Aは図2に示すように急激に低下し、これ
に伴い加熱炉31内の酸素濃度Bも徐々に低下して行き、
やがて十分低い酸素濃度で安定し、定常運転状態に入
る。
【0022】なお上記実施例では、加熱炉31内の酸素濃
度が安定状態に近い所定のレベルに達する時点を酸素濃
度検出器53により検出したが、この時点はそれほど厳密
に管理する必要はないので、例えば窒素ガスの供給開始
から加熱炉内の酸素濃度が安定状態に近い所定のレベル
に達するまでの時間を予めタイマーに設定しておき、そ
のタイマーにより水素ガス供給開始の時点を定めるよう
にしてもよい。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、窒
素ガス雰囲気加熱装置の窒素ガス供給源として膜分離型
窒素ガス発生器を使用する場合に、膜分離型窒素ガス発
生器で発生した窒素ガスに水素ガスを混合し、その混合
ガスを触媒により燃焼反応させて脱酸素を行うようにし
たので、窒素ガスの純度を高めることができ、加熱炉内
の酸素濃度を十分低く抑えることができる。
【0024】また水素ガスは運転開始時には供給せず、
運転開始後、酸素濃度がある程度安定した時点から供給
を開始するようにしたので、水素ガスの無駄な使用をな
くすことができ、経済的である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る加熱炉用膜分離型窒素ガス供給
装置の制御方法の一実施例を示す説明図。
【図2】 運転開始時の加熱炉内の酸素濃度の低下の状
態を示すグラフ。
【図3】 従来の窒素ガス雰囲気加熱炉を示す断面図。
【符号の説明】
17:加熱室 19:入口通路 21:出口通路 25:コンベア 27:窒素ガス噴出管 29:シール板 31:加熱炉 33:窒素ガス
供給装置 35:圧縮空気供給源 37:空気加熱
器 39:膜分離型窒素ガス発生器 41:水素ガス
供給源 43:流量制御弁 45:混合器 47:精製器 51:定流量弁 53:酸素濃度検出器 55:制御器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H05K 3/34 507 J 9154−4E

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】加熱炉へ窒素ガスを供給する装置を、圧縮
    空気供給源と、圧縮空気を加熱する空気加熱器と、加熱
    された圧縮空気から窒素ガスを分離する分離膜を用いた
    膜分離型窒素ガス発生器と、水素ガス供給源と、膜分離
    型窒素ガス発生器で発生した窒素ガスに水素ガス供給源
    から供給された水素ガスを混合する混合器と、混合した
    ガスを触媒により燃焼反応させて窒素ガス中の酸素濃度
    を低下させる精製器とを備えた膜分離型窒素ガス供給装
    置で構成し、この膜分離型窒素ガス供給装置から加熱炉
    へ窒素ガスの供給を開始する時には水素ガス供給源から
    水素ガスの供給を行わず、加熱炉へ窒素ガスの供給を開
    始した後、加熱炉内の酸素濃度が安定状態に近い所定の
    レベルに達した時点で、水素ガス供給源から水素ガスの
    供給を開始することを特徴とする加熱炉用膜分離型窒素
    ガス供給装置の制御方法。
  2. 【請求項2】請求項1記載の制御方法であって、加熱炉
    内の酸素濃度が安定状態に近い所定のレベルに達した時
    点は、加熱炉内の酸素濃度を検出し、その酸素濃度が所
    定のレベルに達した時点とすることを特徴とするもの。
  3. 【請求項3】請求項1記載の制御方法であって、加熱炉
    内の酸素濃度が安定状態に近い所定のレベルに達した時
    点は、窒素ガスの供給開始から加熱炉内の酸素濃度が安
    定状態に近い所定のレベルに達するまでの時間を予め設
    定しておき、その時間が経過した時点とすることを特徴
    とするもの。
JP13416793A 1993-05-13 1993-05-13 加熱炉用膜分離型窒素ガス供給装置の制御方法 Pending JPH06323758A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100441352C (zh) * 2004-03-11 2008-12-10 关东冶金工业株式会社 含不锈钢部分产品的钎焊方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20040217