JPH06501059A - 冷却剤制御の赤外線熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 冷却剤制御の赤外線熱処理装置 １、　Ｂｙ＊１ １・ｌ旦生丘！ 本発明は、制御される熱処理の改良に関する。特に、本発明は。

制御される冷却を何する赤外線熱処理装置関する。

２・従困五五Ω五朋 製品を熱処理するための流動床炉の使用は、周知である。該炉は、酸化アルミニ ウムの様な極めて高温の流動する粒子の床を発生する。該炉は、製品の連続的な 処理又は製品のバッチ処理の双方に使用可能である。

米国特許第４，７５２，０６１号は、加熱源として赤外線放射を使用する流動床 炉を教示する。加熱源として赤外線放射を使用する一利点は、炉内の粒子を流動 化するために不活性ガスを使用を可能にすることである。この結果、制御される 雰囲気は、炉内で熱処理される製品を包囲して設けられてもよい。

前述の米国特許第４，７５２，０６１号は、石英の壁ないしスクリーンの背後の 床の外へ赤外線ランプを設置する。この結果、赤外線ランプから床への距離は、 床の流動化に寄与する過度に少ないエネルギ源を伴う高い温度勾配を生じる。こ のため、エネルギが著しく非能率となる。又、赤外線ランプは、ステンレス鋼の レトルトに極（接近することがある。これは、レトルトの部分的な溶融を生じ得 る。

本発明では、赤外線ランプ熱処理組立体は、透明な導管内に配置される赤外線源 を含んで使用される。本発明は、導管の内部へ冷却用流体を入れる装置を使用す る。

上−」［亘１０１を 本発明の好適実施例によると、装置は、製品を熱処理するために開示される。該 装置は、赤外線に透明な導管内に配置される赤外線ランプを有する赤外線ランプ 組立体を含む。冷却用流体は、導管壁を冷却するために導管の内部へ向けられる 。冷却用流体の進入は、赤外線放射源の効率への流体の悪影響を最小限にする様 に制御される。

図面の簡単な説明 第１図は、炉の特定の内部要素を露出するために外皮の一部を除去した本発明に よる流動床炉の側面図であり、第２図は、母線板が移動して示される第１図の炉 の特定の内部要素の拡大図であり、 第３図は、部分的に断面で示され、母線板への赤外線加熱要素の結合を示す側面 図であり、 第４図は、本発明の炉の概略の側面図であり、第５図は、概略で示される本発明 の炉の端面図であり、第６図は、概略で示される本発明の炉の上面図である。

■、　−の１日 全体にわたって同一の要素が同一の符号を付けられる種々な図面を次に参照して 、炉１０に関して好適実施例が次に説明される。第４図、第５図に最もよく示さ れる炉１０は、好ましくはＲ３３０ステンレス鋼等で形成されるレトルト１２を 含む。レトルト１２は、底壁１４と、端壁１５，１６と、側壁１７．１８とを含 む。壁１４−１８は、レトルトの内部２ｏを限定する様に協働する。カバー（図 示せず）は、レトルト１２の上部を被うために設けられてもよい。

又、炉ｌＯは、第５図、第６図に最もよ（示される外側シェル２２を含む。外側 シェル２２ば、壁１７を被う第１外側シエル壁２４と、壁１８を被う第２外側シ エル壁２６とを含む。第１図では、シェル壁２４の中央部分は、壁１７を露出す るために除去される。壁２４と、壁１７とは、排気ブレナム２８を限定する様に 協働する。壁２６．１８は、入口ブレナム３ｏを限定する様に協働する。

第４図、第６図に最もよく示される様に、内部仕切り壁３１゜３２は、内部２０ の中に設けられる。壁３１．３２は、側壁１７゜１８の間に延び、端壁１５，１ ６に平行である。仕切り壁３１゜３２は、レトルト１２の頂上に向って床１４が ら延びる。壁３１゜３２は、流動化チャンバ２０ａと、第１溢流チヤンバ２０ｂ と、第２溢流チヤンバ２０ｃとにレトルト内部２ｏを区分する（第４図参照）。

複数の石英チューブ３６は、壁１７．１８の間に膣壁１７，１８を貫通して複数 で延びる。図示の様に、チューブ３６は、レトルト１２の床１４に平行に側壁１ ７．１８にはｆ垂直に平行に整合して配置される。チューブ３６は、内部２ｏの 流動化部分２０ａの中に配置され、チャンバ２Ｏａ内に保持されるべき流動する 粒子の所定の高さ３８（第４図参照）の下に配置される。

第３図は、側壁１７へのチューブ３６の取付けを示す。石英チューブ３６は、側 壁１８へ同様に取付けられる。第３図に示される様に、チューブ３６は、側壁１ ７を貫通して延び、装着用鋼クランプ４０によって側壁１７に結合される。クラ ンプ４ｏは、複数のセラミックワッシャー４２を収容する。クランプ４ｏは、ボ ルト４４によって側壁１７に取付けられる。

赤外線ランプ４６は、第２図、第３図、第５図、第６図に最も良く示される様に 各チューブ３６内に配置される（平明のため、ランプは、第１図、第４図のチュ ーブ３６内には示されていない）。ランプ４６は、壁１７．１８の間に完全に収 容され、装着用クリップ４８によってチューブ３６内に同心状に整合して保持さ れる。

複数のランプ４６へ電気エネルギを供給するため、複数の母線板５０が設けられ る（平明のため、母線板は、第１図、第４図に示されない）。第２図に示される 様に、９枚の母線板は、レトルト１２の各側部１７．１８に対して設けられる。

第６図の概略の表示では、８枚の母線板が各側部に示される。

母線板５０は、金属の導電性板である。各板５０は、板５０を付勢するために別 個に制御可能な電力源（図示せず）へ結合される。

板５０は、好ましくはセラミックである母線板マウント５２（第３図参照）によ って壁１７．１８へ固定される。導！５４は、赤外線ランプ４６を母線板５０へ 結合する。導線５４は、ナツト及びボルトの組合せ５６によって母線板５ｏへ結 合される。

第２図に最も良く示される様に、複数のランプ４６は、任意の所与の母線板５０ によって被われる。第２図の展開図では、各母線板５０は、ランプ４６及びチュ ーブ３６を被わないで取り除かれている。第２図におけるランプ４６上の母線板 ５０の位置は、想像線で示されている。複数の異なる母線板５０によって複数の ランプ４６が被われる結果、流動化チャンバ２０ａの長さは、複数の領域に区分 されてもよい。各母線板５０は、関連するランプ４６と共に所与の領域を構成す る。各母線板５０への電流を別個に調節することにより、各母線板５０へ結合さ れるランプの強さは、別個に制御可能である。この結果、温度勾配は、チャンバ ２０ａの長さに渡って形成可能である。

第１図、第４図、第５図に示されるステンレス鋼スクリーン６０は、ランプ４６ 及び石英チューブ３６の上に置かれる。スクリーン６０は、熱処理される製品が 石英チューブ３６上に落下して恐ら（これ等のチューブを損傷するのを防止する 。

流動化チューブ６２は、床１４と石英チューブ３６との間に配置されて設けられ る。チューブ６２は、導管６４を経て流動化ガス源（図示せず）へ結合される。

流動化ガスは、空気又は窒素の様な任意の不活性ガスでもよい、流動化チューブ ６２は、米国特許第４．７５２，０６１号に図示説明され該特許の図面に符号９ ８で示されるものＳ様なものでもよい。

冷却剤機構は、赤外線ランプ４６を冷却するためにチューブ３６を経て冷却用流 体（好ましくは空気）を送る様に設けられる。送風機７０は、入口ブレナム３ｏ に結合されて設けられる。排気ファン（図示せず）は、排気導管７２を経て排気 ブレナム２８へ結合されてもよい。この結果、冷却用空気は、ブレナム３０から 各チューブ３６を経てブレナム２８へ押込まれて排気導管７２から押出されても よい。

流動化粒子（好ましくは粒状酸化アルミニウム）の床は、レトルト１２内に設け られる。粗い粒子（好ましくは１２グリッド寸法の）の第１層８０は、流動化チ ューブ６２を被って石英チューブ３６の下で終る様に設けられる。一層微細な酸 化アルミニウム砂（好ましくは１００グリッド寸法）は、粗い砂８０の頂上に休 止し、レベル３８において終る。粗い砂８０は、流動化チューブ６２からの流動 化ガスを拡散して石英チューブ３６へ該ガスを均等に分配する。

運転の際、赤外線ランプ４６は、Ｏ″Ｆから４０００°Ｆまで加熱されてもよい 。酸化アルミニウムは、Ｏ’Ｆから２１００＠Ｆまで加熱される。コントローラ １００（第２図に概略で示される）は、各母線板５０へ制御線路１０２を経て結 合される。コントローラｌＯＯの操作により、各母線板５０の電位は、別個に制 御可能である。従って、複数の赤外線ランプ４６は、複数の別個に制御可能な領 域に区分される。

運転の際、ランプ４６は、酸化アルミニウムを加熱する。チューブ６２からの流 動化ガスは、酸化アルミニウムを流動化する。仕切り壁３１．３２は、流動化チ ャンバ２０ａから溢れ出る任意の酸化アルミニウムをチャンバ２０ｂ及び２Ｏｃ 内に捕捉する。

ランプ４６及びチューブ３６の各々は、ランプ組立体３７（第３図、第５図、第 ６図に符号を付けて示される）を含む。前に示される様に、冷却用ガスは、ラン プ組立体３７を経て送られる。運転の際、装置の温度は、全く高い。例えば、組 立体３７を包囲する温度は、一般に２１００＠Ｆを越える。１５００’Ｆ以上の 温度では、石英チューブ３６は、劣化し得る。例えば１５００°Ｆから１８００ ’Ｆまででは、石英は、軟化して垂れ下がる。

石英チューブ３６を通過する空気は、垂れ下がりを防止する様に石英チューブ３ ６を冷却する。しかしながら、空気の流れは、赤外線ランプ４６の効率に悪影響 を及ぼし得る。従って、石英チューブ３６を通る空気の流れは、石英チューブ３ ６が垂れ下がるのを防止するのに充分な冷却を与えると共にランプの効率への悪 影響を最小限にする様に釣り合いを取らねばならない。

望ましい釣り合いを達成するため、石英チューブ３６を通る空気の流れは、好ま しくは、流動床３８の温度が所定の温度を越えるときにのみ与えられ、好適実施 例では、該所定の温度は、１５００”　Ｆである。

チューブ３６を通る空気の流れの量は、チューブ３６の熱エネルギに釣り合う様 に選択される。即ち床３８はチューブ３６の熱エネルギを抽出する。チューブ３ ６から抽出される熱エネルギがチューブ３６の温度を所定の温度以下に保のに不 充分であれば、空気の流れは、チューブ３６からエネルギを抽出するのに選択さ れた比率でチューブ３６を経て送られる。空気の流れの量は、チューブ３６の長 さと、ランプ４６を横切る電圧と、周囲温度（即ちチューブ３６の直ぐ近くの床 の温度）との関数である。空気の流れの実際の量は、所与の装置１０に対して経 験的に得られ、装置が使用される操作工程によって変化する。

釣り合いを達成するため、熱電対１０ｏ（第５図にのみ概略で示される）は、チ ューブ３６の近くの床３８内の温度を検知するために設けられる。熱電対１００ は、コントローラ１０２へ信号を与える。又、コントローラ１０２は、ランプ４ ６を横切る電圧を検知する電圧センサー１０４から入力を受取る。ランプ４６の 電圧と、床３８内の温度とを比較して、コントローラ１０２は、床３８内の温度 が所定の温度を越えるとき、石英チューブ３６を経て冷却剤ガスを強制する様送 風機７０を運転する。石英チューブ３６を通る空気の流れは、ランプ４６を横切 る電圧の増加関数である様に、又熱電対１００によって測定される上昇する温度 によって増大される様に、選択される。該増加関数は、石英チューブ３６の劣化 を防止するのに必要な最小空気流となる様に選択される。

本発明の前述の詳細な説明により、本発明が好適な態様において如何に得られた かが示される。しかしながら、当業者に容易に考えられるもの一様な開示される 概念の変更及び同等なものは、本発明の範囲内に含まれる様に意図される。

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Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. １．赤外線放射源と、導管内部を限定する壁装置を有する赤外線に透明な導管と を備え、前記源が、該内部の中に配置され、更に、該内部へ冷却用流体を入れる 装置を備える赤外線熱処理装置。
2. ２．請求の範囲第１項に記載の装置において、前記壁装置の温度が所定の最低温 度を越えるとき、前記導管の壁装置が、前記源によって発生される熱に応答して 変形可能であり、該壁装置の該温度が該所定の最低湿度を越えるとき、前記内部 へ前記冷却用流体を入れるための制御装置を備える装置。
3. ３．請求の範囲第１項に記載の赤外線処理装置において、前記赤外線放射源が、 該源へ加えられる電圧に比例する強さを有し、前記内部への前記冷却用流体の進 入を制御する制御装置を備え、該制御装置が、前記源へ加えられる電圧に応答可 能な比率において該流体を入れる赤外線熱処理装置。
4. ４．請求の範囲第１項に記載の装置において、前記導管が、石英である装置。
5. ５．請求の範囲第１項に記載の装置において、前記源が、赤外線ランプである装 置。