JPH0636478Y2 - 熱処理炉 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本考案は各種の熱処理を行うための熱処理炉、特に、炉
体内が真空状態とされるとともに雰囲気ガスによって加
圧状態とされる熱処理炉に関するものである。

「従来の技術」 この種の熱処理炉の従来例を第２図に示す。図中、符号
１は真空および加圧状態をそれぞれ保持可能な炉体、２
は断熱材により形成された加熱室、３は加熱用ヒータ、
４は被処理物、５は被処理物４の支持架台である。ま
た、６は炉体１内から排気を行って炉内を真空とするた
めの真空排気系であって、6aは真空ポンプ、6bは真空弁
である。７は炉体１内に雰囲気ガスを導入して加圧する
ための雰囲気ガスの供給系であって、7aは流量計、7bは
逆止弁、7cは閉止弁である。８は導入された雰囲気ガス
を炉内から放出することでその圧力を制御するための圧
力制御系であって、8aは閉止弁、8bは調圧弁、8cは圧力
センサ、8dは圧力検出器、8eは圧力制御器である。９は
安全弁である。

上記の炉においては、加熱室２内に被処理物４を装入し
た後、まず、供給系７の閉止弁7cおよび圧力制御系８の
閉止弁8aを閉じるとともに、真空排気系６の真空弁6bを
開いて真空ポンプ6aにより炉内を真空とし、次いで、加
熱を開始して被処理物４を所定温度たとえば200〜500℃
程度にまで加熱する。これにより、炉内から空気が排除
されるとともに、被処理物４から発生した不純物が除去
されて炉内が清浄化される。

次いで、真空弁6bを閉じ、閉止弁7bを開いて炉内に雰囲
気ガスたとえばＮ₂、Ar、Ｈ₂等を導入し、炉内圧力を所
定の設定値たとえば10〜500mmAq程度に保持して被処理
物４に対する熱処理を行う。

そして、上記の炉においては、圧力センサ8cおよび圧力
検出器8dによって検出された炉内圧力が、圧力制御器8e
に予め設定されている設定値を超えたときに、調圧弁8b
が開かれて雰囲気ガスが放出され、これによって処理中
における炉内雰囲気ガスの圧力が設定値に保持されるよ
うになっている。

「考案が解決しようとする課題」 ところで、上記従来の炉における圧力制御系８には、次
のような問題点があった。

調圧弁8bのレンジャビリティーは1/5〜1/7程度が限度
であり、このため、被処理物４から多量のガスが急激に
発生したり、炉内温度が急上昇して雰囲気ガスが急膨張
したような場合においては、調圧弁8bが全開となりかつ
安全弁９が作動したとしてもなおガス放出が追い付か
ず、炉内圧力が設定圧力を大きく超えてしまうことがあ
った。

調圧弁8bは全閉とされてもその真空シール性能は必ず
しも十分ではないので、閉止弁8aが開かれている加圧時
に何等かの原因により炉内が負圧となったとき、たとえ
ば炉内が急冷されてしまったようなときには、調圧弁8b
を通して空気が炉内に吸い込まれてしまい、このため被
処理物４が汚染されたり酸化されてしまうことがあっ
た。

調圧弁8bは圧力制御器8eのPID制御により動作するた
め時間遅れが生じ、このため、たとえば雰囲気ガスを循
環させるための送風機を起動させたときや停止させたと
きあるいは速度を変更したとき等に生じるような急激な
炉内圧力の変動に対しては、十分に追従できない。

調圧弁8bや圧力制御器8e、圧力センサ8c等は高価であ
り、また、それらに対する定期的な保守や交換も必要で
あるので、設備費、運転費がかさんでしまう。

本考案は上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的
とするところは、調圧弁を用いることに代わる有効な圧
力制御系を備えた熱処理炉を提供することにある。

「課題を解決するための手段」 本考案は、真空状態と加圧状態の双方を保持可能な炉体
と、その炉体内から排気を行って炉体内を真空とするた
めの真空排気系と、炉体内に雰囲気ガスを導入して加圧
するためのガス供給系と、炉内圧力が設定値を超えたと
きに雰囲気ガスの一部を炉体外に放出することで炉内圧
力を設定値に保持するための圧力制御系とを具備してな
る熱処理炉において、前記圧力制御系は、内部に封止液
を保有するシールポットと、そのシールポット内の封止
液中に先端部を液没させた状態で設けられるガス放出管
と、そのガス放出管の途中に設けられた真空を保持可能
な閉止弁とから構成されてなることを特徴とするもので
ある。

「作用」 本考案の熱処理炉における圧力制御系は、炉内を真空状
態とするときには閉止弁を閉じておくが、炉内を雰囲気
ガスによって加圧状態とするときには閉止弁を開いてお
くことにより、炉内圧力が設定値を超えたときには雰囲
気ガスをガス放出管、シールポットを通して放出させ
る。

そして、加圧時における炉内圧力の設定は、ガス放出管
先端部の封止液中への液没深さ、すなわち液面から放出
管の先端までの距離を調節することによって行い、これ
により、炉内圧力が設定値より高まると雰囲気ガスが液
圧に抗して封止液中に気泡となって放出され、また、炉
内圧力が設定値より低下した場合には封止液がガス放出
管内を上昇する。

「実施例」 以下、本考案の一実施例を第１図を参照して説明する。
第１図は本実施例の熱処理炉の概略構成図であるが、本
実施例の熱処理炉が第２図に示した従来の熱処理炉と異
なる点は圧力制御系の構成にあるので、他の部分につい
ては同一符号を付して説明は略す。

本実施例における圧力制御系20は、内部に封止液21を保
有するシールポット22と、そのシールポット22の上面を
貫通してその内部の封止液21中に先端部を液没させた状
態で設けられるガス放出管23と、そのガス放出管23の途
中に設けられた真空を保持可能な閉止弁24とから構成さ
れている。

上記のシールポット22には、その上面に通気管25が取り
付けられ、また側面には封止液21を供給するための供給
管26、およびオーバーブロー管27がそれぞれ取り付けら
れていて、シールポット22内における封止液21の液面レ
ベルはオーバーブロー管27の接続位置に保持されるよう
になっている。

なお、上記の封止液21としては適宜の液体たとえば水あ
るいは各種の溶剤等を使用すれば良い。また、上記閉止
弁24は、従来の熱処理炉における圧力制御系８に取り付
けられている閉止弁8aと同様のもので良い。

上記構成の圧力制御系20を備えた炉においては、従来の
炉と同様に、炉内を真空とするときには閉止弁24を閉じ
て真空排気系６により炉内から排気を行い、炉内を雰囲
気ガスによって加圧するときには、供給系７により雰囲
気ガスを炉内に導入するとともに、その際に閉止弁24を
開いて余剰の雰囲気ガスを放出し、炉内圧力を設定値に
保持するものである。

そして、この圧力制御系20では、ガス放出管23先端部の
封止液21中への液没深さｈを、封止液21の密度との関連
において適宜調節しておくことにより、加圧時における
雰囲気ガスの炉内圧力を自由に設定でき、かつそれを一
定に保持することができるものである。

すなわち、加圧時の圧力設定値が大気圧よりＨ（mmAq）
だけ高く、封止液21の密度がρ（g/cm³）であるときに
は、液没深さｈはρｈ＝Ｈの関係を満たすように決定す
れば良い。たとえば、設定値Ｈが大気圧＋100mmAqの場
合において、封止液21が水（ρ＝１g/cm³）であるとき
にはｈ＝100mmとすれば良く、密度ρ＝1.25g/cm³の封止
液21を用いる場合にはｈ＝80mmとすれば良い。

液没深さｈを上記のように設定することにより、炉内圧
力が大気圧であるときには、ガス放出管23内における封
止液21の液面レベルはシールポット22内の液面レベルと
合致しているが、炉内圧力が高まるにつれてガス放出管
23内の封止液は押し下げられてその液面レベルは低下し
ていく。そして、炉内圧力が設定値に達した時点でガス
放出管23内における封止液21の液面レベルはガス放出管
23の先端に達し、炉内圧力がそれよりわずかでも高まる
と雰囲気ガスがガス放出管23の先端から気泡となって封
止液21中に放出され、封止液21中を浮上して通気管25を
通して大気中に放出される。したがって、炉内圧力は設
定値以上に高まることがない。この場合、ガス放出管23
の径があまり小さいと、大きな圧力上昇が急激に生じた
ときにはガス放出管23内におけるガス流通抵抗が大きく
なって雰囲気ガスが速やかに封止液21中に放出されず、
したがって炉内圧力が一時的に上昇してしまう恐れがあ
るが、ガス放出管23の径を十分に大きくしておくことに
よりそのようなことを防止することができる。

また、加圧時に何等かの原因により炉内圧力が一時的に
負圧となったような場合には、封止液21はガス放出管23
内に吸引されていくが、ガス放出管23の長さが十分に大
きければ封止液21はガス放出管23内を上昇するに止どま
り、封止液21が炉内に流入したり、空気が炉内に吸い込
まれてしまう恐れはない。

このように、上記の圧力制御系20を備えた熱処理炉で
は、ガス放出管23先端部の封止液21中への液没深さｈを
調節するのみで炉内圧力を容易に設定できるとともに、
炉内圧力の大きな変動や急激な変動に対して十分に追従
し得るものであり、このため、炉内圧力を常に設定値に
保持することができるとともに、炉内が負圧になったと
しても空気を吸い込んでしまうようなことがなく、しか
も、高価な調圧系弁や圧力制御器、圧力センサを用いる
従来の制御系に比して設備費を削減できるとともに、保
守もほとんど不要であるので運転費も軽減することがで
きるものである。

なお、シールポット22の高さ寸法は、炉内圧力の設定値
を広範囲にわたって変更できるように数百mm程度として
おくことが望ましく、また、このシールポット22をガス
放出管23に対して昇降可能としておけば、炉内圧力の設
定値に応じてガス放出管23先端部の液没深さｈを容易に
変更することが可能である。

「考案の効果」 以上で詳細に説明したように、本考案によれば、内部に
封止液を保有するシールポットと、そのシールポット内
の封止液中に先端部を液没させた状態で設けられるガス
放出管と、そのガス放出管の途中に設けられた真空を保
持可能な閉止弁とから構成される圧力制御系を備えたの
で、従来の熱処理炉に比して次のような優れた効果を奏
する。

炉内圧力が設定値に対して大きく変動した場合におい
ても十分に追従することが可能であり、したがって炉内
圧力を常に設定値に保持することができる。

閉止弁が開いている状態において何等かの原因により
炉内が負圧となったとしても、ガス放出管を通して空気
が炉内に流入してしまうようなことがなく、このため、
被処理物が汚染されたり酸化されてしまうことを防止す
ることができる。

調圧弁をPID制御する場合のように時間遅れが生じる
ことがなく、このため炉内圧力の急激な変動に速やかに
かつ確実に追従できる。

高価な調圧弁や圧力制御器、圧力センサを用いること
がなく、また、保守や交換もほとんど不要であるので、
設備費や運転費を削減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係わる熱処理炉の一実施例を示す概略
構成図である。第２図は従来の熱処理炉の概略構成図で
ある。 １……炉体、２……加熱室、３……ヒータ、 ４……被処理物、６……真空排気系、 6a……真空ポンプ、6b……真空弁、 ７……雰囲気ガス供給系、7c……閉止弁、 20……圧力制御系、21……封止液、 22……シールポット、23……ガス放出管、 24……閉止弁、ｈ……液没深さ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】真空状態と加圧状態の双方を保持可能な炉
   体と、その炉体内から排気を行って炉体内を真空とする
   ための真空排気系と、炉体内に雰囲気ガスを導入して加
   圧するためのガス供給系と、炉内圧力が設定値を超えた
   ときに雰囲気ガスの一部を炉体外に放出することで炉内
   圧力を設定値に保持するための圧力制御系とを具備して
   なる熱処理炉において、前記圧力制御系は、内部に封止
   液を保有するシールポットと、そのシールポット内の封
   止液中に先端部を液没させた状態で設けられるガス放出
   管と、そのガス放出管の途中に設けられた真空を保持可
   能な閉止弁とから構成されてなることを特徴とする熱処
   理炉。