KR20230016597A - 가열로 - Google Patents

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KR20230016597A
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gas line
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KR1020220089059A
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시게루 아키모토
타쿠마 하야시다
아키요시 오니시
Original Assignee
가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
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Abstract

화로 내로부터 가스라인으로 가스를 흡인하고, 흡인한 가스를 재차 화로 내로 분출할 때의 가스 온도를 화로 내의 가스 온도에 보다 가까워지게 할 수 있는 가열로를 제공한다. 가열로(100)는 피처리물(1)의 열처리를 실시하기 위한 열처리 공간(11)을 가지며, 열처리 공간(11) 내에 배치된 가열부(12)를 포함하는 본체부(10)와, 열처리를 실시하기 위해 필요한 가스를 본체부(10)의 열처리 공간(11)에 공급하는 가스 공급부(20)와, 본체부(10)의 열처리 공간(11)에 접속된 가스라인(31)을 가지며, 열처리 공간(11)으로부터 가스라인(31)으로의 가스 흡인과, 가스라인(31)에 흡인된 가스의 열처리 공간(11)으로의 분출을 반복 실시하는 흡인 분출부(30)와, 가스라인(31)의 내부 중 본체부(10)의 내부에 위치하는 부분에 배치되며 열교환이 가능한 축열체(40)를 포함한다.

Description

가열로{HEATING FURNACE}
본 발명은 가열로에 관한 것이다.
화로 내에 가스를 공급하고 피(被)처리물의 열처리를 실시하는 가열로가 알려져 있다.
그와 같은 가열로의 일례로서, 특허문헌 1에는 화로 내의 가스를 순환팬에 의해 화로 밖 순환경로에 도입함과 함께, 화로 밖 순환경로에 도입한 가스를 재차 화로 내로 되돌리는 가열로가 개시되어 있다. 이 가열로에서는 화로 밖 순환경로 중 화로 밖 위치에 축열체가 마련되어 있고, 화로 내로부터 화로 밖 순환경로에 도입된 가스는 축열체로 열교환이 이루어져 저온이 되며, 화로 내로 되돌아간 가스는 축열체로 열교환이 이루어져 고온이 되고 나서 화로 내로 분출된다. 그와 같은 구성에 의해, 특허문헌 1에 기재된 가열로에서는 고온이며 강한 순환류를 화로 내에 공급할 수 있다고 되어 있다.
일본 공개특허공보 특개평9-178112호
여기서, 화로 밖 순환경로로부터 화로 내로 분출되는 가스의 온도가 화로 내의 가스 온도와 다르면, 피처리물과 가스의 반응에 불균일이 생긴다. 이 때문에, 화로 밖 순환경로로부터 화로 내로 분출되는 가스의 온도는 화로 내 가스의 온도에 가까운 것이 바람직한데, 특허문헌 1에 기재된 가열로에서는 이 점에서 개선의 여지가 있다.
본 발명은 상기 과제를 해결하는 것이며, 화로 내로부터 가스라인으로 가스를 흡인하고, 흡인한 가스를 재차 화로 내로 분출할 때의 가스 온도를, 화로 내의 가스 온도에 보다 가까워지게 할 수 있는 가열로를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 가열로는
피처리물의 열처리를 실시하기 위한 열처리 공간을 가지며, 상기 열처리 공간 내에 배치된 가열부를 포함하는 본체부와,
열처리를 실시하기 위해 필요한 가스를 상기 본체부의 상기 열처리 공간에 공급하는 가스 공급부와,
상기 본체부의 상기 열처리 공간에 접속된 가스라인을 가지며, 상기 열처리 공간으로부터 상기 가스라인으로의 가스 흡인과, 상기 가스라인으로 흡인된 가스의 상기 열처리 공간으로의 분출을 반복 실시하는 흡인 분출부와,
상기 가스라인의 내부 중, 상기 본체부의 내부에 위치하는 부분에 배치되고 열교환이 가능한 축열체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 가열로에 따르면, 열교환이 가능한 축열체가 가스라인의 내부 중 본체부의 내부에 위치하는 부분에 배치되므로, 본체부 밖에 배치된 구성에 비해 가스라인으로부터 열처리 공간으로 분출되는 가스의 온도를 열처리 공간 내의 가스 온도에 가까워지게 할 수 있다. 즉, 축열체가 열처리 공간에 가까운 위치에 배치되므로, 열처리 공간으로부터 흡인된 가스와의 열교환에 의해 축열체의 온도는 열처리 공간 내의 가스 온도에 가까운 온도가 되고, 가스가 축열체를 통과하여 열처리 공간으로 분출될 때, 축열체와의 열교환에 의해 가스의 온도는 열처리 공간 내의 가스 온도에 가까운 온도가 된다.
도 1은 제1 실시형태에서의 가열로의 구성을 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 2(a)는 제1 실시형태에서의 가열로에서 열처리 공간 내의 가스를 제1 흡인 분출구로부터 흡인하고, 제2 흡인 분출구로부터 열처리 공간으로 분출할 때의 동작을 설명하기 위한 도면이며, (b)는 열처리 공간 내의 가스를 제2 흡인 분출구로부터 흡인하고, 제1 흡인 분출구로부터 열처리 공간으로 분출할 때의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3(a)는 제1 실시형태에서의 가열로에서 조건 2의 축열체를 이용한 경우에 열처리 공간으로부터의 거리와 축열체 구(球)의 온도의 관계를 나타내는 도면이며, (b)는 축열체가 본체부 밖에 배치되는 구성의 가열로에서 열처리 공간으로부터의 거리와 축열체 구의 온도의 관계를 나타내는 도면이다.
도 4는 복사벽(輻射壁) 온도와 열처리 공간으로 분출되는 가스 온도의 관계를 나타내는 도면이다.
도 5는 제2 실시형태에서의 가열로의 구성을 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 6은 제3 실시형태에서의 가열로의 구성을 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 7(a)는 제3 실시형태에서의 가열로에서 제1 가스라인으로부터 열처리 공간으로 분출되는 가스의 진행방향을 따른 단위 벡터와, 피처리물이 거치되는 플레이트의 거치면에 대하여 피처리물이 거치되는 측으로 연장되는 단위법선 벡터의 관계를 나타내는 도면이며, (b)는 제2 가스라인으로부터 열처리 공간으로 분출되는 가스의 진행방향을 따른 단위 벡터와, 피처리물이 거치되는 플레이트의 거치면에 대하여 피처리물이 거치되는 측으로 연장되는 단위법선 벡터의 관계를 나타내는 도면이다.
도 8은 제4 실시형태에서의 가열로의 구성을 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 9(a)는 제4 실시형태에서의 가열로에서 제1 가스라인 중 제1 흡인 분출구 부근의 부위를 확대한 단면도이며, (b)는 제2 가스라인 중 제2 흡인 분출구 부근의 부위를 확대한 단면도이다.
도 10(a)는 제5 실시형태에서의 가열로에서 피스톤의 가동부(可動部)를 이동시킬 때의 속도와, 가스라인으로부터 열처리 공간으로 분출되는 가스의 분출속도의 시간 변화를 나타내는 도면이며, (b)는 제1 실시형태에서의 가열로에서 피스톤의 가동부를 이동시킬 때의 속도와, 가스라인으로부터 열처리 공간으로 분출되는 가스의 분출속도의 시간 변화를 나타내는 도면이다.
도 11은 제6 실시형태에서의 가열로의 구성을 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 12(a)는 제6 실시형태에서의 가열로에서 열처리 공간 내의 가스를 제1 흡인 분출구로부터 흡인하고, 제2 흡인 분출구로부터 열처리 공간으로 분출할 때의 동작을 설명하기 위한 도면이며, (b)는 열처리 공간 내의 가스를 제2 흡인 분출구로부터 흡인하고, 제1 흡인 분출구로부터 열처리 공간으로 분출할 때의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 제6 실시형태의 변형예에서의 가열로의 구성을 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 14(a)~(e)는 제6 실시형태의 변형예에서의 가열로에서 열처리 공간 내의 가스를 제1 흡인 분출구로부터 흡인하고, 제2 흡인 분출구로부터 열처리 공간으로 분출하는 동작에서 열처리 공간 내의 가스를 제2 흡인 분출구로부터 흡인하고, 제1 흡인 분출구로부터 열처리 공간으로 분출하는 동작으로 전환할 때의 제어를 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 제7 실시형태에서의 가열로의 구성을 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 16은 축열체가 본체부 밖에 배치된 비교용 가열로의 구성을 모식적으로 나타내는 단면도이다.
이하에 본 발명의 실시형태를 나타내어, 본 발명의 특징을 구체적으로 설명한다.
<제1 실시형태>
도 1은 제1 실시형태에서의 가열로(100)의 구성을 모식적으로 나타내는 단면도이다. 여기서는 가열로(100)가 롤러 하스 화로인 것으로 하여 설명한다. 롤러 하스 화로는 화로 내의 진행방향을 따라 일정 간격으로 복수개의 구동용 롤러(13)가 배치되고, 피처리물(1)을 구동용 롤러(13) 상에서 반송하는 연속식 가열로이다. 도 1은 피처리물(1)의 반송방향과 직교하는 면으로 가열로(100)를 절단했을 때의 절단면을 나타낸다. 단, 가열로(100)가 롤러 하스 화로에 한정되지는 않으며, 배치(batch)식 가열로 등 다른 종류의 가열로이어도 된다.
가열로(100)는 본체부(10)와 가스 공급부(20)와 흡인 분출부(30)와 축열체(40)를 포함한다.
본체부(10)는 피처리물(1)의 열처리를 실시하기 위한 열처리 공간(11)을 가지며, 열처리 공간(11) 내에 배치된 가열부(12)를 포함한다. 본체부(10)의 형상이나 크기에 특별히 제약은 없다. 가열부(12)는 예를 들면, 1300℃ 정도까지 가열이 가능한 히터이다. 본 실시형태에서는 열처리 공간(11)에 구동용 롤러(13)가 배치되고, 구동용 롤러(13)와 가열부(12) 사이에 피처리물(1)이 위치하도록 피처리물(1)에 대하여 구동용 롤러(13)와는 반대 측, 즉 피처리물(1)의 상방에 가열부(12)가 배치되어 있다.
열처리 대상인 피처리물(1)의 종류에 제약은 없고, 예를 들면 적층 세라믹 콘덴서 등의 칩형상 세라믹 전자부품을 제작하기 위한 미(未)소성 세라믹 소체이다. 본 실시형태에서는 복수개의 피처리물(1)이 얹힌 플레이트(2)가 구동용 롤러(13) 상을 반송되도록 구성되어 있다. 플레이트(2)는 예를 들면, 세라믹으로 이루어진다.
가스 공급부(20)는 열처리를 실시하기 위해 필요한 가스를 본체부(10)의 열처리 공간(11)에 공급한다. 본체부(10)에는 가스 공급구(14)가 마련되어 있고, 가스 공급부(20)에 의해 가스 공급구(14)를 통해 열처리에 필요한 가스가 열처리 공간(11)에 공급된다.
한편, 본체부(10)에는 열처리 공간(11)의 압력이 일정하게 유지되도록, 불필요한 가스를 배출하기 위한 가스 배출구(15)가 마련되어 있다.
흡인 분출부(30)는 본체부(10)의 열처리 공간(11)에 접속된 가스라인(31)을 가지며, 열처리 공간(11)으로부터 가스라인(31)으로의 가스 흡인과, 가스라인(31)에 흡인된 가스의 열처리 공간(11)으로의 분출을 반복 실시한다. 본 실시형태에서 흡인 분출부(30)에 의해 가스라인(31)에 흡인되어 열처리 공간(11)으로 분출되는 가스는 열처리 공간(11) 내의 가스와 동일한 조성을 가지는 가스이다.
본 실시형태에서의 흡인 분출부(30)는 가스라인(31)에 배치되고, 통(32a)과 가동부(32b)를 가지는 피스톤(32)을 포함한다. 피스톤(32)의 통(32a) 내부를 가동부(32b)가 왕복 운동함으로써, 열처리 공간(11)으로부터 가스라인(31)으로의 가스 흡인과, 가스라인(31)으로부터 열처리 공간(11)으로의 가스 분출을 실시한다.
본체부(10)에는 가스라인(31)과 접속된 제1 흡인 분출구(16) 및 제2 흡인 분출구(17)가 마련되어 있다. 제1 흡인 분출구(16)는 본체부(10)의 대향하는 한 쌍의 측면(10a, 10b) 중 하나의 측면(10a)에 마련되어 있다. 본 실시형태에서 본체부(10)의 대향하는 한 쌍의 측면(10a, 10b)이란, 구동용 롤러(13) 상을 복수개의 피처리물(1)이 반송되는 방향과 직교하는 방향에서 대향하는 한 쌍의 측면이다. 제2 흡인 분출구(17)는 한 쌍의 측면(10a, 10b) 중 다른 하나의 측면(10b)이며, 한 쌍의 측면(10a, 10b)이 대향하는 방향에서 제1 흡인 분출구(16)와 대향하는 위치에 마련되어 있다. 단, 제1 흡인 분출구(16) 및 제2 흡인 분출구(17)의 배치 위치가 상술한 위치에 한정되지는 않는다. 한 쌍의 측면(10a, 10b)을 포함하는 본체부(10)의 측면은 예를 들면 단열재로 이루어진다.
가스라인(31)에는 제1 가스라인(31a)과 제2 가스라인(31b)이 포함된다. 제1 가스라인(31a)의 일단(一端)은 본체부(10)에 마련된 제1 흡인 분출구(16)와 접속되고, 타단(他端)은 피스톤(32)의 일단과 접속되어 있다. 제2 가스라인(31b)의 일단은 본체부(10)에 마련된 제2 흡인 분출구(17)와 접속되고, 타단은 피스톤(32)의 타단과 접속되어 있다. 가스라인(31)과 피스톤(32)은 본체부(10) 외측에 마련되어 있기 때문에, 예를 들면 1000℃를 초과하는 바와 같은 고온에 대한 내열성은 필요로 하지 않는다.
제1 흡인 분출구(16) 및 제2 흡인 분출구(17) 중 하나로부터 열처리 공간(11)으로 가스를 분출할 때, 다른 하나로부터는 열처리 공간(11) 내의 가스가 흡인된다. 본 실시형태에서 제1 흡인 분출구(16)는 본체부(10)의 대향하는 한 쌍의 측면(10a, 10b) 중 하나의 측면(10a)에 마련되고, 제2 흡인 분출구(17)는 한 쌍의 측면(10a, 10b) 중 다른 하나의 측면(10b)이며, 한 쌍의 측면(10a, 10b)이 대향하는 방향에서 제1 흡인 분출구(16)와 대향하는 위치에 마련됨으로써, 열처리 공간(11)으로 분출되는 가스의 직진방향 위치에서 흡인을 실시할 수 있다. 이로써, 가스라인(31)으로부터 열처리 공간(11)으로 분출되는 가스 중, 보다 많은 가스의 직진성을 유지할 수 있으므로, 예를 들면 열처리 공간(11)으로 분출되는 가스의 직진 상 위치에 복수개의 피처리물(1)이 배치되도록 위치를 조정해 둠으로써 보다 많은 피처리물(1)의 표면 및 근방에 가스를 흐르게 할 수 있고, 피처리물(1)별 열처리의 반응 불균일을 억제할 수 있다.
본 실시형태에서 피스톤(32)은 제1 흡인 분출구(16)로부터의 거리와 제2 흡인 분출구(17)로부터의 거리가 동일한 위치에 마련되고, 제1 가스라인(31a)과 제2 가스라인(31b)은 서로 면 대칭인 형상을 가지는 것이 바람직하다. 피스톤(32)이 제1 흡인 분출구(16)로부터의 거리와 제2 흡인 분출구(17)로부터의 거리가 동일한 위치에 마련되어 있음으로써, 통(32a)의 내부를 가동부(32b)가 왕복 운동함으로써 제1 흡인 분출구(16)를 통한 가스 흡인 및 분출과, 제2 흡인 분출구(17)를 통한 가스 흡인 및 분출을 균형적으로 동시에 실시할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는 도 1에 나타내는 바와 같이, 통(32a)의 중심축이 연장되는 방향, 즉 가동부(32b)가 이동하는 방향과, 제1 흡인 분출구(16)와 제2 흡인 분출구(17)를 잇는 직선이 평행해지도록 통(32a)이 배치되어 있다. 따라서, 피스톤(32)의 가동부(32b)는 통(32a)의 내부에서 제1 흡인 분출구(16) 측과 제2 흡인 분출구(17) 측 사이를 이동할 수 있게 구성되어 있다. 도 1에서 제1 흡인 분출구(16) 측이란 좌측이며, 제2 흡인 분출구(17) 측이란 우측이다.
피스톤(32)의 가동부(32b)를 제1 흡인 분출구(16) 측에서 제2 흡인 분출구(17) 측으로 이동시키면, 제1 가스라인(31a) 내의 가스가 피스톤(32)의 통(32a) 내로 흡인된다. 이로써, 가동부(32b)의 이동 속도와 이동량에 따라 본체부(10)의 열처리 공간(11) 내의 가스가 제1 흡인 분출구(16)로부터 제1 가스라인(31a)으로 흡인된다. 또한, 통(32a) 내부의 가스 중, 가동부(32b)보다도 제2 흡인 분출구(17) 측에 존재하던 가스는 가동부(32b)의 이동에 의해 제2 가스라인(31b)으로 밀려난다. 이로써, 제2 가스라인(31b)으로부터 제2 흡인 분출구(17)를 통해 본체부(10)의 열처리 공간(11)으로 가스가 분출된다.
반대로, 피스톤(32)의 가동부(32b)를 제2 흡인 분출구(17) 측으로부터 제1 흡인 분출구(16) 측으로 이동시키면, 제2 가스라인(31b) 내의 가스가 피스톤(32)의 통(32a) 내로 흡인된다. 이로써, 가동부(32b)의 이동 속도와 이동량에 따라 본체부(10)의 열처리 공간(11) 내의 가스가 제2 흡인 분출구(17)로부터 제2 가스라인(31b)으로 흡인된다. 또한, 통(32a) 내부의 가스 중, 가동부(32b)보다도 제1 흡인 분출구(16) 측에 존재하던 가스는 가동부(32b)의 이동에 의해 제1 가스라인(31a)으로 밀려난다. 이로써, 제1 가스라인(31a)으로부터 제1 흡인 분출구(16)를 통해 본체부(10)의 열처리 공간(11)으로 가스가 분출된다.
한편, 피스톤(32)의 가동부(32b)의 이동은 도시하지 않은 제어 장치에 의해 제어되고, 예를 들면 일정한 속도로 이동하도록 제어된다.
이와 같이, 흡인 분출부(30)는 가스라인(31)에 배치되고, 통(32a)과 가동부(32b)를 가지는 피스톤(32)을 포함하며, 통(32a)의 내부를 가동부(32b)가 왕복 운동함으로써 가스 흡인 및 흡인한 가스의 분출을 실시하므로, 피스톤(32)의 가동부(32b)의 왕복 운동이라는 간이적 방법으로 가스 흡인 및 분출을 실시할 수 있다.
상술한 바와 같이, 흡인 분출부(30)에 의해 본체부(10)의 열처리 공간(11)으로 분출되는 가스는 열처리 공간(11)으로부터 흡인된 가스이며, 열처리 공간(11) 내의 가스와 동일한 조성을 가진다. 즉, 열처리 공간(11)으로부터 제1 가스라인(31a)으로 흡인된 가스는 다른 가스나 공기 등이 혼입되지 않고 그대로 열처리 공간(11)으로 분출된다. 마찬가지로, 열처리 공간(11)으로부터 제2 가스라인(31b)으로 흡인된 가스는 다른 가스나 공기 등이 혼입되지 않고 그대로 열처리 공간(11)으로 분출된다. 여기서는 열처리 공간(11)으로부터 흡인되고 다른 가스나 공기 등이 혼입되지 않은 가스를, 열처리 공간(11) 내의 가스와 동일한 조성을 가지는 가스라고 정의한다.
축열체(40)는 축열 및 방열을 반복 실시할 수 있는 열교환이 가능한 구조를 가지며, 가스라인(31)의 내부 중 본체부(10) 내부에 위치하는 부분에 배치되어 있다. 구체적으로는 축열체(40)는 가스라인(31)의 내부 중 본체부(10)를 관통하는 영역에 마련되어 있다. 본 실시형태에서는 제1 가스라인(31a) 중 본체부(10)의 하나의 측면(10a)을 관통하는 영역에 제1 축열체(40a)가 배치되고, 제2 가스라인(31b) 중 본체부(10)의 다른 하나의 측면(10b)을 관통하는 영역에 제2 축열체(40b)가 배치되어 있다. 제1 축열체(40a) 및 제2 축열체(40b)는 가스라인(31)의 내부 중 본체부(10)의 외측 영역까지 돌출되어도 되는데, 본체부(10)의 열처리 공간(11) 내에는 돌출되어 있지 않다.
축열체(40)는 열교환이 가능한 구조를 가지면 되고, 예를 들면, 세라믹으로 성형된 허니콤 형상의 셀 구멍을 복수개 가지는 통체(筒體)나, 세라믹으로 이루어지는 복수개의 구를 내부에 수용한 통체 등이다. 한편, 허니콤 형상의 셀은 일반적으로는 육각형 셀인데, 사각형이나 삼각형 등, 육각형 이외의 형상인 셀이어도 된다. 또한, 축열체(40)는 세라믹 이외의 재료로 구성되어도 된다.
여기서, 축열체(40)에 의한 열교환의 일례에 대해 설명한다. 도 2(a)에 나타내는 바와 같이, 피스톤(32)의 가동부(32b)를 제1 흡인 분출구(16) 측에서 제2 흡인 분출구(17) 측으로 이동시키면, 본체부(10)의 열처리 공간(11) 내의 가스가 제1 흡인 분출구(16)를 통해 제1 가스라인(31a)으로 흡인된다. 열처리 공간(11) 내의 가스 온도는 예를 들면, 약 1200℃인 것으로 한다. 피스톤(32)의 가동부(32b)의 이동에 의해, 예를 들면, 5초간 약 2.5ℓ의 가스가 흡인되는 경우의 시간당 흡인량은 실온 환산으로 약 0.5ℓ/초이다.
제1 흡인 분출구(16)를 통해 열처리 공간(11)으로부터 흡인된 가스는 제1 가스라인(31a)에 배치된 제1 축열체(40a)를 통과하는데, 이때 열교환이 실시되어 100℃ 전후까지 온도가 저하된다. 이로써, 제1 축열체(40a)는 축열되어 고온 상태가 된다. 한편, 피스톤(32)의 통(32a) 안에는 제1 가스라인(31a) 내에 존재하던 실온의 가스, 또는 제1 축열체(40a)를 통과하여 100℃ 전후까지 냉각된 가스가 유입되기 때문에, 피스톤(32)이 1000℃ 이상의 온도인 가스에 의해 열적 데미지를 받지 않는다. 또한, 피스톤(32)의 온도 관리상 피스톤(32)에 유입된 가스는 피스톤(32)이 포함하는 냉각 기구에 의해 50℃ 전후 온도까지 냉각된다.
피스톤(32)의 가동부(32b)가 제1 흡인 분출구(16) 측에서 제2 흡인 분출구(17) 측으로 이동함으로써, 제2 가스라인(31b) 측에서는 제1 가스라인(31a)으로 흡인된 가스의 양과 동일한 양, 예를 들면, 5초간 약 2.5ℓ의 가스가 제2 축열체(40b)를 통과하여 제2 흡인 분출구(17)로부터 열처리 공간(11)으로 분출된다. 제2 축열체(40b)는 전회 피스톤(32)의 가동부(32b)의 이동에 의해 축열되어 고온 상태가 되었기 때문에, 제2 축열체(40b)를 통과한 가스는 열교환에 의해 열처리 공간(11) 내의 온도에 가까운 온도까지 가열된다. 열처리 공간(11) 내의 가스 온도가 1200℃인 경우, 제2 흡인 분출구(17)로부터 분출된 가스는 열팽창에 의해 약 4배로 체적 팽창하기 때문에, 2ℓ/초 정도의 가스가 열처리 공간(11)으로 분출된다. 제2 흡인 분출구(17)로부터 분출된 가스는 플레이트(2) 상의 복수개의 피처리물(1)의 표면에 도달한다.
여기서는 상술한 피스톤(32)의 가동부(32b)의 한 방향에서의 이동에 의한 가스 흡인 및 분출을 "한 사이클"이라 정의한다.
계속해서, 도 2(b)에 나타내는 바와 같이 피스톤(32)의 가동부(32b)를 제2 흡인 분출구(17) 측에서 제1 흡인 분출구(16) 측으로 이동시킨다. 이로써, 본체부(10)의 열처리 공간(11) 내의 가스가 제2 흡인 분출구(17)를 통해 제2 가스라인(31b)으로 흡인된다. 제2 가스라인(31b)으로 흡인된 가스는 제2 가스라인(31b)에 배치된 제2 축열체(40b)를 통과하는데, 이 때 열교환이 이루어져 100℃ 전후까지 온도가 저하된다. 이로써, 제2 축열체(40b)는 축열되어 고온 상태가 된다. 또한, 피스톤(32)에 유입된 가스는 피스톤(32)이 포함하는 냉각 기구에 의해 50℃ 전후 온도까지 냉각된다.
제1 가스라인(31a) 측에서는 가동부(32b)의 이동에 의해 가스가 밀려나서 제1 축열체(40a)를 통과하고, 제1 흡인 분출구(16)로부터 열처리 공간(11)으로 분출된다. 제1 축열체(40a)는 전회 피스톤(32)의 가동부(32b)의 이동에 의해 축열되어 고온 상태가 되었기 때문에, 제1 축열체(40a)를 통과한 가스는 열교환에 의해 열처리 공간(11) 내의 온도에 가까운 온도까지 가열된다. 제1 흡인 분출구(16)로부터 분출된 가스는 플레이트(2) 상의 복수개의 피처리물(1)의 표면에 도달한다.
상술한 사이클, 즉, 피스톤(32)의 가동부(32b)의 이동을 일정시간마다 반복 실시함으로써, 제1 흡인 분출구(16) 및 제2 흡인 분출구(17) 중 하나로부터 열처리 공간(11) 내의 가스를 흡인하고, 다른 하나로부터 열처리 공간(11)으로 가스를 분출하는 동작을 반복 실시할 수 있다. 본체부(10)의 열처리 공간(11) 내의 가스 흡인, 및 열처리 공간(11)으로의 가스 분출을 본체부(10) 외측에 마련한 피스톤(32)의 가동부(32b)의 구동에 의해 실시하기 때문에, 새롭게 본체부(10) 외측으로부터 열처리 공간(11)으로 가스를 공급할 필요가 없다.
한편, 가스 흡인 및 분출을 실시하기 위한 구동원이 하나의 피스톤(32)에 한정되지는 않고, 복수개의 피스톤, 다이어프램, 또는 피스톤과 다이어프램의 조합 등이어도 된다.
여기서, 축열체(40)가 세라믹으로 이루어지는 복수개의 구를 내부에 수용한 통체이며, 통체의 직경, 구의 직경, 통체의 길이, 축열체(40)의 용적을 변경하여 열처리 공간(11)으로 가스를 분출했을 때의 가스 온도, 및 열처리 공간(11)으로부터 가스를 흡인했을 때의 가스 온도에 대해 조사했다. 여기서는 1200℃, 2.5NL의 가스가 갖는 가스 현열(sensible heat)을 고려하고, 5초간 열교환을 실시하는 것으로 하여 시뮬레이션을 실시했다. 시뮬레이션 결과를 표 1에 나타낸다.
Figure pat00001
표 1의 조건 1과 조건 3, 조건 2와 조건 4는 각각 구의 지름과 통체의 길이가 동일하며, 통체의 지름이 다르다. 조건 1과 조건 3, 및 조건 2와 조건 4의 결과를 비교하여 알 수 있는 바와 같이, 통체의 지름을 50㎜로 함으로써, 열처리 공간(11)으로 분출하는 가스의 온도를 열처리 공간(11) 내의 가스 온도인 1200℃에 가까워지게 할 수 있으면서, 열처리 공간(11)으로부터 가스를 흡인했을 때의 가스 온도를 보다 저온으로 낮출 수 있다.
표 1의 조건 2에서 축열체(40)의 용적(VTS)은 한 사이클에서 흡인되는 실온환산의 가스 용적(Vn)에 대하여 VTS=Vn/15 정도이면 된다. 즉, 축열체(40)의 사이즈는 작아도 되고, 본체부(10)의 한 쌍의 측면(10a, 10b) 내부에 설치가 가능하다. 그 때, 본체부(10)의 열처리 공간(11)으로의 가스 분출 온도는 1168℃로, 거의 열처리 공간(11) 내의 온도에 가깝다. 또한, 흡인된 가스가 축열체(40)를 통과한 후의 온도는 99℃로, 피스톤(32) 측에서 축열체(40) 측으로 가스가 회귀할 때의 상정 온도 50℃를 크게 상회하지 않는다.
한편, 일례로서 표 1의 조건 2의 경우, 본체부(10)의 열처리 공간(11)으로의 가스의 분출 속도(분출 온도 환산)는 약 3.5m/초로, 피처리물(1)의 반응 촉진에 충분한 유속을 확보할 수 있다. 따라서, 본체부(10)의 외측으로부터 새롭게 가스를 투입하지 않고 열처리 공간(11) 내의 가스 온도에 가까운 온도의 가스를 가스라인(31)으로부터 열처리 공간(11)으로 분출하는 것이 가능해진다. 또한, 축열체(40)을 배치함으로써 열 에너지의 손실을 회피할 수 있다.
여기서, 피처리물(1)이 적층 세라믹 콘덴서 등의 세라믹 전자부품을 제작하기 위한 미소성의 세라믹 소체인 경우, 열처리에 의해 바인더 제거나 다양한 반응이 이루어진다. 바인더는 예를 들면 카본이다. 예를 들면, 세라믹 소체 내의 바인더는 150℃ 부근의 온도에서 열분해가 발생고, 최종적으로는 1000℃를 초과하는 온도가 될 때까지 사이에 거의 완전히 제거되지만, 600℃를 초과하는 정도의 온도에서도 내부에 잔류하는 성분을 신속하게 제거하는 것이 요망된다. 예를 들면, 바인더의 제거가 불완전한 상태로 화로 내의 온도가 최고 온도에 도달하면 제조되는 세라믹 전자부품의 구조 결함이나 품질 저하가 생기는 것을 알고 있다. 따라서, 신속하게 바인더를 제거하는 것은 중요하다.
일반적으로 바인더의 제거에는 가스의 흐름이 유효하게 작용하기 위해, 필요 충분한 유속의 가스를 피처리물(1) 근방에 부여하는 것이 바람직하다. 피처리물(1) 근방에 필요 충분한 유속의 가스를 공급함으로써, 피처리물(1) 근방에서 피처리물(1)의 내부로부터의 비산물을 포함하는 비산 가스의 농도가 저하되고, 피처리물(1) 내부로부터의 비산물의 제거가 촉진된다. 반대로 가스의 유속이 낮은 경우, 피처리물(1) 내부로부터의 비산물 제거가 진행되기 어려워진다.
본 실시형태에서의 가열로(100)에서는 흡인 분출부(30)에 의해 열처리 공간(11)으로부터 가스라인(31)으로의 가스 흡인과 가스라인(31)으로 흡인된 가스의 열처리 공간(11)으로의 분출을 반복 실시함으로써, 화로 밖으로부터 새롭게 가스를 도입할 필요 없이 필요 충분한 유속의 가스를 피처리물(1) 근방에 공급할 수 있다. 가스라인(31)으로부터 열처리 공간(11)으로 분출되는 가스는 열처리 공간(11) 내의 가스와 동일한 조성을 가지는 가스이기 때문에, 가스라인(31)으로부터 분출된 가스가 닿는 위치의 피처리물(1)과, 가스라인(31)으로부터 분출된 가스가 닿지 않는 위치의 피처리물(1) 사이에서의 반응 불균일 발생을 억제할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서의 가열로(100)에서는 가스라인(31)의 내부 중, 본체부(10) 내부에 위치하는 부분에 축열체(40)가 배치되므로, 본체부(10) 밖에 축열체(40)가 배치된 구성에 비해 가스라인(31)으로부터 열처리 공간(11)으로 분출되는 가스의 온도를 열처리 공간(11) 내의 가스 온도에 가까워지게 할 수 있다. 이 점을 도 3 및 도 4를 이용하여 설명한다.
도 3(a)는 본 실시형태에서의 가열로(100)에서 상술한 조건 2의 축열체(40)를 이용한 경우에 열처리 공간(11)으로부터의 거리와 축열체(40)의 구 온도의 관계를 나타내는 도면이다. 도 3(a)에서 실선은 열처리 공간(11)으로부터 가스를 흡인한 후의 구 온도를 나타내고, 점선은 열처리 공간(11)으로의 가스 분출 후의 구 온도를 나타낸다. 여기서는 복사벽 온도, 즉 열처리 공간(11) 측 축열체(40)의 단부(端部)와 복사 열교환하는 벽의 온도는 열처리 공간(11) 내의 온도와 동일하며, 1200℃로 했다.
도 3(b)는 상술한 조건 2의 축열체(40z)가 본체부(10z) 밖에 배치된 구성의 가열로(200)(도 16 참조)에서 열처리 공간(11z)으로부터의 거리와 축열체(40z)의 구 온도의 관계를 나타내는 도면이다. 한편, 도 16에 나타내는 가열로(200)는 축열체(40z)가 본체부(10z) 밖에 배치되어 있기 때문에, 본 발명의 가열로가 아니다. 이 때문에, 도 16에 나타내는 가열로(200)에서는 본 실시형태의 가열로(100)와 구별하기 위해, 각 구성 부위의 부호에 z를 붙였다. 도 3(b)에서 실선은 열처리 공간(11z)으로부터 가스를 흡인한 후의 구 온도를 나타내고, 점선은 열처리 공간(11z)으로의 가스 분출 후의 구 온도를 나타낸다. 이 경우, 복사벽 온도는 제1 가스라인(31az) 및 제2 가스라인(31bz)의 내벽 중 열처리 공간(11z) 측 축열체(40z)의 단부 부근의 온도이며, 400℃로 했다.
여기서, 복사벽 온도와 열처리 공간(11(11z))으로 분출하는 가스의 온도, 및 가스 배출구(15(15z))로부터 배출되는 가스 온도의 관계에 대해 확인한 결과를 표 2에 나타낸다. 또한, 복사벽 온도와 열처리 공간(11(11z))으로 분출하는 가스 온도의 관계를 도 4에 나타낸다.
Figure pat00002
표 2에 나타내는 바와 같이, 복사벽 온도가 1200℃인 경우에 비해, 400℃인 경우에는 열처리 공간(11z)으로 분출하는 가스 온도가 100℃ 이상 저하된다. 즉, 축열체(40z)를 본체부(10z) 밖에 배치한 경우, 저온도인 복사벽으로의 열유출에 의해 축열체(40z) 전체의 온도가 저하되기 때문에, 열처리 공간(11z)으로 분출되는 가스의 온도도 저하된다. 한편, 복사벽 온도가 1000℃인 경우이어도, 1200℃인 경우에 비하면 열처리 공간(11)으로 분출되는 가스 온도는 48℃ 정도 저하되므로, 축열체(40)를 본체부(10) 내부에 배치하는 의의는 크다.
즉, 축열체(40)가 본체부(10) 내부에 위치하는 부분에 배치되어 있음으로써, 축열체(40z)가 본체부(10z) 밖에 배치된 구성에 비해, 열처리 공간(11) 내의 가스가 흡인되어 축열체(40)를 통과했을 때 축열체(40)가 보다 고온인 상태로 유지된다. 이로써, 축열체(40)를 통과함으로써 열교환이 이루어지고, 열처리 공간(11)으로 분출되는 가스의 온도를 열처리 공간(11) 내의 가스 온도에 가까워지게 할 수 있다.
상술한 바인더의 제거에 대해, 보다 구체적인 예를 들어 설명한다. 여기서는 피처리물(1) 내에 바인더인 카본이 존재하고, 카본을 연소시킴으로써 제거하는 예에 대해 설명한다. 카본의 제거는 다음 식(1)의 반응식에 따라 실시하는 것이 가능하다.
C+2H2O → CO2+2H2 (1)
식(1)에 따른 반응은 수성 가스반응이라 불리는 반응이며, 약 600℃ 이상의 고온 상태로 카본의 제거를 실시하기 때문에 일반적으로 실시되고 있다. 이 반응에서는 식(1)에 나타내는 바와 같이, 카본의 연소에 의해 생긴 CO2와는 별도로 H2 가스도 발생한다. 질량 작용의 법칙으로부터, 피처리물(1) 내 또는 피처리물(1) 근방에서의 CO2 농도 또는 H2 농도가 높아지면 식(1)에서 나타내는 반응을 억제하는 방향으로 작용한다.
따라서, 카본을 연소시키는 처리 중에는 피처리물(1) 내 또는 피처리물(1) 근방에서의 CO2 농도와 H2 농도를 낮게 유지할 필요가 있다. 그것을 위해서는 항상 프레시(fresh)한 가스, 즉 식(1)에 따른 생성 가스인 CO2 가스와 H2 가스의 농도가 낮은 가스를 피처리물(1)을 향해 계속해서 공급할 필요가 있다. 그러나 가스의 유량이 적고, 피처리물(1) 주변에서의 가스 유속이 낮은 조건에서는 생성된 가스가 피처리물(1) 내 또는 피처리물(1) 근방에 체류하고, 식(1)로 나타내는 반응은 진행되기 어려워진다.
이에 반해, 본 실시형태에서의 가열로(100)를 이용한 경우, 흡인 분출부(30)에 의해 본체부(10)의 열처리 공간(11)으로부터 가스라인(31)으로 가스를 흡인하고, 열처리 공간(11) 내의 가스와 동일한 조성이면서 열처리 공간(11) 내의 가스 온도에 가까운 온도의 가스를 피처리물(1)을 향해 분출하는 동작을 반복 실시하므로, 흡인 분출부(30)를 마련하지 않은 구성에 비해 실질적으로 수십배의 가스의 흐름을 피처리물(1) 근방에 형성할 수 있다. 따라서, 피처리물(1) 근방을 흐르는 가스의 유량이 많아지면서 피처리물(1) 근방에서의 가스의 유속이 빨라지기 때문에, 식(1)의 반응에 따라 생성된 CO2 가스와 H2 가스가 피처리물(1) 내 또는 피처리물(1) 근방에 체류하는 것을 억제하여, 피처리물(1) 내 또는 피처리물(1) 근방에서의 CO2 가스와 H2 가스의 농도를 낮게 할 수 있다. 이 때문에, 식(1)에 나타내는 반응이 진행되기 쉬워지므로, 피처리물(1) 내 카본의 제거가 신속하게 진행되고 피처리물(1)별 잔류 카본량의 불균일을 억제할 수 있다. 이로써, 잔류 카본이 적은 고품질 제품을 얻는 것이 가능해진다.
<제2 실시형태>
도 5는 제2 실시형태에서의 가열로(100A)의 구성을 모식적으로 나타내는 단면도이다. 제2 실시형태에서의 가열로(100A)가 제1 실시형태에서의 가열로(100)와 다른 것은 축열체(40)이다. 즉, 제2 실시형태에서의 축열체(40)는 그 일부가 본체부(10)의 열처리 공간(11) 내에 노출되어 있다. 제1 실시형태에서의 가열로(100)와 마찬가지로, 축열체(40)에는 제1 축열체(40a)와 제2 축열체(40b)가 포함되고, 제1 축열체(40a) 및 제2 축열체(40b)의 일부가 각각 열처리 공간(11) 내에 노출되어 있다.
축열체(40) 중, 본체부(10)의 열처리 공간(11) 내에 돌출되어 노출된 길이는 적절히 설정하면 된다. 일례로서, 축열체(40)의 길이가 221㎜인 경우에 열처리 공간(11) 내에 노출된 부분의 길이는 20㎜이다.
제1 축열체(40a)의 일부가 열처리 공간(11) 내에 노출되어 있음으로써, 제1 축열체(40a) 중 열처리 공간(11) 내에 노출된 부분은 노출되지 않은 부분에 비해 고온으로 되어 있다. 따라서, 제1 축열체(40a)를 통과하여 열처리 공간(11)으로 분출되는 가스는 제1 축열체(40a)와의 열교환에 의해, 보다 고온 상태로 분출된다. 마찬가지로, 제2 축열체(40b)의 일부가 열처리 공간(11) 내에 노출되어 있음으로써, 제2 축열체(40b)를 통과하여 열처리 공간(11)으로 분출되는 가스는 제2 축열체(40b)와의 열교환에 의해, 보다 고온 상태로 분출된다. 이로써, 열처리 공간(11)으로 분출되는 가스의 온도를 열처리 공간(11) 내의 가스 온도에 더 가까워지게 할 수 있고, 피처리물(1)과 가스의 반응 불균일을 더 억제할 수 있다.
여기서, 제2 실시형태에서의 가열로(100A)에서 열처리 공간(11)으로 가스를 분출했을 때의 가스 온도, 열처리 공간(11)으로부터 가스를 흡인했을 때의 가스 온도를 조사했다. 여기서는 표 1의 조건 2와 동일하게 통체의 직경 30㎜, 구의 직경 3㎜, 통체의 길이 221㎜, 용적 156㏄의 축열체(40)를 이용하여 길이 20㎜만 열처리 공간(11) 내에 노출되도록 축열체(40)를 배치했다.
본 실시형태에서의 가열로(100A)에서는 축열체(40)를 통과하여 열처리 공간(11)으로 분출된 가스의 온도가 1178℃이었다. 제1 실시형태에서의 가열로(100)에서는 축열체(40)를 통과하여 열처리 공간(11)으로 분출된 가스의 온도가 1168℃이었기 때문에, 열처리 공간(11) 내의 가스 온도에 보다 가까워졌다. 따라서, 흡인 분출부(30)에 의해 열처리 공간(11)으로 분출하는 가스의 온도를 열처리 공간(11) 내의 가스 온도에 더 가까워지게 하기 위해서는 축열체(40)의 일부가 본체부(10)의 열처리 공간(11) 내에 노출되어 있는 것이 바람직하다.
<제3 실시형태>
제1 실시형태에서의 가열로(100) 및 제2 실시형태에서의 가열로(100A)에서는 제1 흡인 분출구(16) 부근에서 제1 가스라인(31a)은 수평으로 배치되고, 제1 흡인 분출구(16)로부터는 수평방향으로 가스가 분출된다. 마찬가지로, 제2 흡인 분출구(17) 부근에서 제2 가스라인(31b)은 수평으로 배치되고, 제2 흡인 분출구(17)로부터는 수평방향으로 가스가 분출된다. 이 때문에, 플레이트(2) 상의 복수개의 피처리물(1)을 향해 가스가 분출되도록, 제1 흡인 분출구(16) 및 제2 흡인 분출구(17)는 플레이트(2)가 거치되는 구동용 롤러(13)에 대하여 가능한 한 가까운 높이의 위치에 마련되는 것이 바람직하다.
그러나 도 1, 도 2 및 도 5에서는 생략했으나, 제1 흡인 분출구(16) 및 제2 흡인 분출구(17)가 마련되어 있는 본체부(10)의 한 쌍의 측면(10a, 10b)에는 구동용 롤러(13)를 구동하기 위한 모터 등의 구동부가 마련되어 있다. 이 때문에, 제1 흡인 분출구(16) 및 제2 흡인 분출구(17)를 구동용 롤러(13)에 대하여 가능한 한 가까운 높이의 위치에 마련하면, 구동용 롤러(13)의 구동부와, 제1 흡인 분출구(16)에 접속되어 있는 제1 가스라인(31a), 및 제2 흡인 분출구(17)에 접속되어 있는 제2 가스라인(31b)이 간섭할 가능성이 있어, 설계에 고안을 필요로 한다.
이 때문에, 제3 실시형태에서의 가열로(100B)에서는 제1 흡인 분출구(16) 및 제2 흡인 분출구(17)는 구동용 롤러(13)의 구동부로부터 떨어진 위치에 마련되어 있다.
도 6은 제3 실시형태에서의 가열로(100B)의 구성을 모식적으로 나타내는 단면도이다. 제1 실시형태에서의 가열로(100) 및 제2 실시형태에서의 가열로(100A)에 비해, 본 실시형태에서의 제1 흡인 분출구(16) 및 제2 흡인 분출구(17)는 구동용 롤러(13)에 대하여 보다 높은 위치, 즉, 구동용 롤러(13)의 반송면과 직교하는 높이방향에서 구동용 롤러(13)로부터 멀어진 위치에 마련되어 있다. 그와 같은 배치에 의해, 구동용 롤러(13)의 구동부와, 제1 가스라인(31a) 및 제2 가스라인(31b)이 간섭하는 것을 억제할 수 있다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에서도 제1 축열체(40a) 및 제2 축열체(40b)의 일부는 각각 열처리 공간(11) 내에 노출되어 있다. 단, 제1 축열체(40a) 및 제2 축열체(40b)의 일부가 열처리 공간(11) 내에 노출되지 않은 구성으로 해도 된다.
본 실시형태에서는 피처리물(1)이 열처리 공간(11) 내에 거치되는 거치면에 대하여 피처리물(1)이 거치되는 측으로 연장되는 단위법선 벡터와, 가스라인(31)으로부터 열처리 공간(11)으로 분출되는 가스의 진행방향을 따른 단위 벡터의 내적이 음이 되도록 가스라인(31)이 배치되어 있다. 이 점에 대해 도 7(a), (b)를 이용하여 설명한다.
한편, 가스라인(31)으로부터는 선단을 향해 가스라인(31)이 연장되는 방향을 따라 가스가 분출되므로, 가스라인(31)으로부터 열처리 공간(11)으로 분출되는 가스의 진행방향을 따른 단위 벡터란, 선단을 향해 가스라인(31)이 연장되는 방향을 따른 단위 벡터를 의미한다.
도 7(a)는 제1 가스라인(31a)으로부터 제1 흡인 분출구(16)를 통해 열처리 공간(11)으로 분출되는 가스의 진행방향을 따른 단위 벡터(v)와, 피처리물(1)이 거치되는 플레이트(2)의 거치면(2a)에 대하여 피처리물(1)이 거치되는 측으로 연장되는 단위법선 벡터(n)의 관계를 나타내는 도면이다. 단위 벡터(v)와 단위법선 벡터(n)의 내적(v·n)은 음이다. 즉, 제1 가스라인(31a)으로부터 제1 흡인 분출구(16)를 통해 경사 하방을 향해 가스가 분출되도록 제1 가스라인(31a)의 방향이 조정되어 있다.
도 7(b)는 제2 가스라인(31b)으로부터 제2 흡인 분출구(17)를 통해 열처리 공간(11)으로 분출되는 가스의 진행방향을 따른 단위 벡터(v)와, 피처리물(1)이 거치되는 플레이트(2)의 거치면(2a)에 대하여 피처리물(1)이 거치되는 측으로 연장되는 단위법선 벡터(n)의 관계를 나타내는 도면이다. 단위 벡터(v)와 단위법선 벡터(n)의 내적(v·n)은 음이다. 즉, 제2 가스라인(31b)으로부터 제2 흡인 분출구(17)를 통해 경사 하방을 향해 가스가 분출되도록 제2 가스라인(31b)의 방향이 조정되어 있다.
본 실시형태에서의 가열로(100B)에 따르면, 구동용 롤러(13)의 구동부와, 제1 가스라인(31a) 및 제2 가스라인(31b)의 간섭을 억제할 수 있다. 또한, 열처리 공간(11) 내에서의 플레이트(2) 상의 복수개의 피처리물(1)에는 경사 상방으로부터 가스가 분사되기 때문에, 보다 많은 피처리물(1)에 대하여 가스를 분사하는 것이 가능해진다. 이로써, 보다 많은 피처리물(1)에 대한 반응을 촉진시킬 수 있고, 피처리물(1)별 반응의 불균일을 더 억제할 수 있다.
<제4 실시형태>
도 8은 제4 실시형태에서의 가열로(100C)의 구성을 모식적으로 나타내는 단면도이다. 또한, 도 9(a)는 제1 가스라인(31a) 중 제1 흡인 분출구(16) 부근의 부위를 확대한 단면도이며, 도 9(b)는 제2 가스라인(31b) 중 제2 흡인 분출구(17) 부근의 부위를 확대한 단면도이다.
도 9(a)에 나타내는 바와 같이, 제1 가스라인(31a)의 단면적은 열처리 공간(11) 측 선단을 향해 작아져 있다. 보다 상세하게는 제1 가스라인(31a)을 연장방향과 직교하는 면으로 절단했을 때의 단면적 중, 열처리 공간(11) 측에서의 선단의 단면적(Si)은 제1 축열체(40a)가 배치된 영역의 평균 단면적(Sm)보다 작다.
도 9(b)에 나타내는 바와 같이, 제2 가스라인(31b)의 단면적은 열처리 공간(11) 측 선단을 향해 작아져 있다. 보다 상세하게는 제2 가스라인(31b)을 연장방향과 직교하는 면으로 절단했을 때의 단면적 중, 열처리 공간(11) 측에서의 선단의 단면적(Si)은 제2 축열체(40b)가 배치된 영역의 평균 단면적(Sm)보다 작다.
이와 같이, 제1 가스라인(31a)의 단면적은 열처리 공간(11) 측 선단을 향해 작아져 있으므로, 제1 가스라인(31a)으로부터 열처리 공간(11)으로 가스가 분출될 때 유속이 빨라진다. 마찬가지로, 제2 가스라인(31b)의 단면적은 열처리 공간(11) 측 선단을 향해 작아져 있으므로, 제2 가스라인(31b)으로부터 열처리 공간(11)으로 가스가 분출될 때 유속이 빨라진다. 이로써, 피처리물(1) 근방에 유속이 보다 빠른 가스의 흐름을 형성할 수 있으므로, 열처리 반응을 더 촉진시킬 수 있고, 피처리물(1)별 반응 불균일을 더 억제할 수 있다. 따라서, 피처리물(1)의 열처리에 의해 얻어지는 제품의 품질 불균일을 더 억제할 수 있다.
또한, 열처리 공간(11) 내에 분출되는 가스의 유속이 빨라짐으로써, 열처리 공간(11) 내에서 분출류에 휘말리는 고온 가스가 증가하는 엔트레인먼트 현상이 발생한다. 이로써, 열처리 공간(11) 내로 분출되고 피처리물(1) 근방을 흐르는 가스의 온도가 열처리 공간(11) 내의 가스 온도에 보다 가까워지므로, 피처리물(1)별 반응 불균일을 더 억제할 수 있다.
<제5 실시형태>
제1~제4 실시형태에서의 가열로(100~100C)에서 열처리 공간(11)으로부터의 가스 흡인 시 및 열처리 공간(11)으로의 가스 분출 시에 피스톤(32)의 가동부(32b)는 일정한 속도로 통(32a)의 내부를 이동한다.
이에 반해, 제5 실시형태에서의 가열로에서는 열처리 공간(11)으로부터의 가스 흡인 및 열처리 공간(11)으로의 가스 분출을 실시하는 한 사이클 동안 피스톤(32)의 가동부(32b)는 가속 및 감속을 반복 실시하면서 통(32a)의 내부를 이동한다. 여기서는 제5 실시형태에서의 가열로의 부호를 100D로 하여 설명한다. 피스톤(32)의 가동부(32b)의 제어 방법이 다른 것을 제외하면, 제5 실시형태에서의 가열로(100D)의 구성은 제1 실시형태에서의 가열로(100)의 구성과 동일하다.
도 10(a)는 제5 실시형태에서의 가열로(100D)에서 피스톤(32)의 가동부(32b)를 이동시킬 때의 속도와, 가스라인(31)으로부터 열처리 공간(11)으로 분출되는 가스의 분출 속도의 시간 변화를 나타내는 도면이다. 또한, 도 10(b)는 제1 실시형태에서의 가열로(100)에서 피스톤(32)의 가동부(32b)를 이동시킬 때의 속도와, 가스라인(31)으로부터 열처리 공간(11)으로 분출되는 가스의 분출 속도의 시간 변화를 나타내는 도면이다.
도 10(a)에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에서의 가열로(100D)에서는 피스톤(32)의 가동부(32b)는 소정 속도에 도달할 때까지 가속화된 후, 정지할 때까지 감속하는 동작이 반복 실시되도록 제어된다. 도 10(a)에 나타내는 예에서는 피스톤(32)의 가동부(32b)는 0.5초 동안 가속화되어 이동 속도가 200㎜/초에 도달한 후, 이동 속도가 0㎜/초가 될 때까지 0.5초 동안 감속하여 1초 동안 정지하고, 재차 0.5초 동안의 가속과 0.5초 동안의 감속을 실시하도록 제어된다.
여기서, 피스톤(32)의 통(32a) 내의 단면적이 10000㎟, 가동부(32b)가 일정 속도로 이동할 때의 이동 속도가 40㎜/초, 제1 흡인 분출구(16) 및 제2 흡인 분출구(17)의 면적이 1000㎟인 경우, 도 10(b)에 나타내는 바와 같이 열처리 공간(11) 내로 분출되는 가스의 유속은 실온환산으로 약 0.4m/초이다.
한편, 본 실시형태에서의 가열로(100D)와 같이 피스톤(32)의 가동부(32b)가 가속 및 감속을 반복하도록 통(32a)의 내부를 이동하는 경우에는, 일정한 속도로 이동시키는 경우에 비해 순간적으로 큰 가스 분출 속도를 얻을 수 있다. 가스라인(31)으로부터 열처리 공간(11)으로 분출되는 가스의 유속이 빨라짐으로써, 열처리 공간(11) 내에서 분출류에 휘말리는 고온 가스가 증가하는 엔트레인먼트 현상이 발생한다. 이로써, 열처리 공간(11) 내로 분출되고 피처리물(1) 근방을 흐르는 가스의 온도가 열처리 공간(11) 내의 가스 온도에 보다 가까워지므로, 피처리물(1)별 반응 불균일을 더 억제할 수 있다.
또한, 가스라인(31)으로부터 열처리 공간(11) 내로 분출되는 가스의 유량이 실질적으로 증가함으로써, 플레이트(2) 상의 복수개의 피처리물(1) 전체에 대하여 가스가 통과하는 흐름을 형성할 수 있다. 이로써, 복수개의 피처리물(1)의 열처리 반응을 보다 균일화시킬 수 있고, 얻어지는 제품의 품질 불균일을 더 억제할 수 있다.
<제6 실시형태>
제1 실시형태에서의 가열로(100)~제5 실시형태에서의 가열로(100D)에서 흡인 분출부(30)는 가스라인(31)에 배치되고, 열처리 공간(11) 내의 가스 흡인 및 열처리 공간(11)으로의 가스 분출을 실시하기 위한 피스톤(32)을 포함한다.
이에 반해, 제6 실시형태에서의 가열로(100E)에서는 흡인 분출부(30)가 피스톤(32) 대신에 팬(34)과 밸브(35)를 포함한다.
도 11은 제6 실시형태에서의 가열로(100E)의 구성을 모식적으로 나타내는 단면도이다. 흡인 분출부(30)는 가스라인(31)과, 가스라인(31)에 배치된 팬(34)과, 열처리 공간(11)으로부터 가스라인(31)으로의 가스 흡인과 가스라인(31)으로부터 열처리 공간(11)으로의 가스 분출을 전환하기 위한 밸브(35)를 포함한다.
한편, 팬(34)을 포함하는 본 실시형태에서의 가열로(100E)에서 제1 축열체(40a) 및 제2 축열체(40b)로서 세라믹으로 이루어지는 복수개의 구를 내부에 수용한 통체를 이용한 경우, 압력 손실이 크고, 원하는 가스 흐름이 얻어지지 않을 가능성이 있다. 따라서, 제1 축열체(40a) 및 제2 축열체(40b)에는 압력 손실이 작은 구조인 것, 예를 들면, 세라믹으로 성형된 허니콤 형상의 셀 구멍을 복수개 가지는 통체를 이용하는 것이 바람직하다.
본 실시형태에서 가스라인(31)에는 제1 가스라인(31a)과 제2 가스라인(31b)과 제1 분기라인(31c)과 제2 분기라인(31d)이 포함된다. 제1 분기라인(31c)과 제2 분기라인(31d)은 병렬로 접속되고, 제1 가스라인(31a)과 제2 가스라인(31b) 사이에 배치되어 있다. 즉, 제1 가스라인(31a)은 제1 분기라인(31c) 및 제2 분기라인(31d)에 접속되고, 제2 가스라인(31b)은 제1 분기라인(31c) 및 제2 분기라인(31d)에 접속되어 있다.
본 실시형태에서 팬(34)에는 제1 분기라인(31c)에 배치된 제1 팬(34a)과, 제2 분기라인(31d)에 배치된 제2 팬(34b)이 포함된다. 제1 팬(34a)은 제1 분기라인(31c)에 가스를 흐르게 하기 위한 것으로, 종류나 구조에 특별히 제약은 없다. 제2 팬(34b)은 제2 분기라인(31d)에 가스를 흐르게 하기 위한 것으로, 종류나 구조에 특별히 제약은 없다.
본 실시형태에서는 제1 가스라인(31a)으로부터 제1 분기라인(31c)을 지나 제2 가스라인(31b)으로 가스가 흐르도록 제1 팬(34a)이 작동한다. 또한, 제2 가스라인(31b)으로부터 제2 분기라인(31d)을 지나 제1 가스라인(31a)으로 가스가 흐르도록 제2 팬(34b)이 작동한다. 단, 제1 팬(34a) 및 제2 팬(34b)에 의해 가스를 흐르게 하는 방향은 각각 반대이어도 된다.
본 실시형태에서 밸브(35)에는 제1 분기라인(31c)에 배치된 제1 밸브(35a)와 제2 분기라인(31d)에 배치된 제2 밸브(35b)가 포함된다. 제1 밸브(35a)는 제1 분기라인(31c)에 흐르는 가스의 흐름을 제어하기 위한 것이고, 제2 밸브(35b)는 제2 분기라인(31d)에 흐르는 가스의 흐름을 제어하기 위한 것이다. 제1 밸브(35a) 및 제2 밸브(35b)의 종류에 특별히 제약은 없고, 예를 들면 2방향 전자(電磁)밸브를 이용할 수 있다.
도 12(a)는 열처리 공간(11) 내의 가스를 제1 흡인 분출구(16)로부터 제1 가스라인(31a)으로 흡인하고, 제2 가스라인(31b)을 지나 제2 흡인 분출구(17)로부터 열처리 공간(11)으로 가스를 분출할 때의 제1 밸브(35a)와 제2 밸브(35b)의 동작을 나타내는 도면이다. 이 경우, 제1 밸브(35a)는 열리고, 제2 밸브(35b)는 닫혀 있다. 또한, 제1 팬(34a)은 작동하고, 제2 팬(34b)은 정지된다. 이로써, 열처리 공간(11) 내의 가스는 제1 흡인 분출구(16)로부터 흡인되며, 제1 가스라인(31a), 제1 분기라인(31c), 및 제2 가스라인(31b)을 통과하고, 제2 흡인 분출구(17)로부터 열처리 공간(11)으로 분출된다.
도 12(b)는 열처리 공간(11) 내의 가스를 제2 흡인 분출구(17)로부터 제2 가스라인(31b)으로 흡인하고, 제1 가스라인(31a)을 지나 제1 흡인 분출구(16)로부터 열처리 공간(11)으로 가스를 분출할 때의 제1 밸브(35a)와 제2 밸브(35b)의 동작을 나타내는 도면이다. 이 경우, 제1 밸브(35a)는 닫히고, 제2 밸브(35b)는 열려 있다. 또한, 제1 팬(34a)은 정지하고, 제2 팬(34b)은 작동한다. 이로써, 열처리 공간(11) 내의 가스는 제2 흡인 분출구(17)로부터 흡인되고, 제2 가스라인(31b), 제2 분기라인(31d), 및 제1 가스라인(31a)을 통과하며, 제1 흡인 분출구(16)로부터 열처리 공간(11)으로 분출된다.
한편, 제1 밸브(35a)와 제2 밸브(35b)의 개폐를 전환할 때, 2개의 밸브(35a, 35b)가 모두 열려 있는 오버랩 기간을 마련하도록 해도 된다. 오버랩 기간 중에는 제1 팬(34a) 및 제2 팬(34b)을 모두 작동시킨다. 오버랩 기간을 마련함으로써, 제1 밸브(35a)와 제2 밸브(35b)의 개폐를 전환할 때의 큰 압력 변동 발생을 억제할 수 있다.
본 실시형태에서의 가열로(100E)에 따르면, 흡인 분출부(30)는 팬(34)과 밸브(35)라는 범용적인 부재를 이용하여 구성되므로, 피스톤을 이용한 구성보다도 제조 비용을 저감할 수 있다.
한편, 팬(34)의 수가 2개에 한정되지는 않으며, 밸브(35)의 수가 2개에 한정되지도 않는다.
<제6 실시형태의 변형예>
도 13은 제6 실시형태의 변형예에서의 가열로(100F)의 구성을 모식적으로 나타내는 단면도이다.
가스라인(31)에는 제1 가스라인(31a)과 제2 가스라인(31b)과 제1 분기라인(31c)과 제2 분기라인(31d)과 접속라인(31e)이 포함된다. 도 11에 나타내는 가열로(100E)와 동일하게 제1 분기라인(31c)과 제2 분기라인(31d)은 병렬로 접속되고, 제1 가스라인(31a)과 제2 가스라인(31b) 사이에 배치되어 있다. 접속라인(31e)은 제1 분기라인(31c)과 제2 분기라인(31d)을 접속하는 라인이다. 본 실시형태에서 접속라인(31e)의 일단은 제1 분기라인(31c)의 중앙 위치에 접속되고, 타단은 제2 분기라인(31d)의 중앙 위치에 접속되어 있다.
팬(34)은 접속라인(31e)에 배치되어 있다. 본 실시형태에서는 제1 분기라인(31c)으로부터 제2 분기라인(31d)으로 가스가 흐르도록 팬(34)이 작동한다. 단, 제2 분기라인(31d)으로부터 제1 분기라인(31c)으로 가스가 흐르도록 팬(34)을 작동시켜도 된다. 본 구성에서 팬(34)은 열처리 공간(11)으로부터 가스라인(31)으로의 가스 흡인 및 가스라인(31)으로부터 열처리 공간(11)으로의 가스 분출 시에 항상 작동된 상태로 한다.
밸브(35)에는 제1 분기라인(31c)에 배치된 제1 밸브(35a) 및 제2 밸브(35b)와, 제2 분기라인(31d)에 배치된 제3 밸브(35c) 및 제4 밸브(35d)가 포함된다. 제1 밸브(35a)는 제1 분기라인(31c) 중 제1 가스라인(31a)과의 접속 위치와 접속라인(31e)과의 접속 위치 사이에 배치되고, 제2 밸브(35b)는 제1 분기라인(31c) 중 제2 가스라인(31b)과의 접속 위치와 접속라인(31e)과의 접속 위치 사이에 배치되어 있다. 제3 밸브(35c)는 제2 분기라인(31d) 중 제1 가스라인(31a)과의 접속 위치와 접속라인(31e)과의 접속 위치 사이에 배치되고, 제4 밸브(35d)는 제2 분기라인(31d) 중 제2 가스라인(31b)과의 접속 위치와 접속라인(31e)과의 접속 위치 사이에 배치되어 있다. 제1 밸브(35a), 제2 밸브(35b), 제3 밸브(35c) 및 제4 밸브(35d)의 종류에 특별히 제약은 없고, 예를 들면 2방향 전자밸브이다.
본체부(10)의 열처리 공간(11)으로부터 가스라인(31)으로의 가스 흡인과, 가스라인(31)으로부터 열처리 공간(11)으로의 가스 분출을 전환하는 제어 방법에 대해, 도 14를 참조하면서 설명한다. 도 14에서는 본체부(10), 가스 공급부(20) 및 축열체(40)를 생략하고, 가스라인(31) 부분만을 나타냈다.
열처리 공간(11) 내의 가스를 제1 가스라인(31a)으로 흡인하고, 제2 가스라인(31b)을 지나 열처리 공간(11)으로 분출하는 경우, 제1 밸브(35a) 및 제4 밸브(35d)는 열리고, 제2 밸브(35b) 및 제3 밸브(35c)는 닫힌다(도 14(a)). 이로써, 열처리 공간(11) 내의 가스는 제1 흡인 분출구(16)로부터 흡인되고, 제1 가스라인(31a), 제1 분기라인(31c), 접속라인(31e), 제2 분기라인(31d), 및 제2 가스라인(31b)을 통과하며, 제2 흡인 분출구(17)로부터 열처리 공간(11)으로 분출된다.
계속해서, 제2 밸브(35b)를 연다(도 14(b)). 이로써, 제1 가스라인(31a)으로부터 제1 분기라인(31c), 접속라인(31e) 및 제2 분기라인(31d)을 지나 제2 가스라인(31b)으로 흐르는 가스의 일부가 제2 밸브(35b)가 마련된 제1 분기라인(31c)으로 유입된다. 제2 분기라인(31d)으로부터 제1 분기라인(31c)으로 유입된 가스는 접속라인(31e)을 지나 재차 제2 분기라인(31d)으로 흐르기 때문에, 도 14(b)에 나타내는 바와 같이 주회 형상의 가스 유로가 형성된다. 주회 형상의 가스 유로가 형성됨으로써, 제1 가스라인(31a)으로부터 접속라인(31e)을 지나 제2 가스라인(31b)으로 흐르는 가스의 유량 및 유속이 저하된다.
계속해서, 제1 밸브(35a)를 닫는다(도 14(c)). 이로써, 제1 가스라인(31a)으로부터 제2 가스라인(31b)으로 통하는 유로는 차단되고, 도 14(c)에 나타내는 바와 같이 제2 밸브(35b)가 마련된 제1 분기라인(31c), 접속라인(31e), 및 제4 밸브(35d)가 마련된 제2 분기라인(31d)을 가스가 흐르는 주회 형상의 가스 유로가 남는다.
계속해서 제3 밸브(35c)를 연다(도 14(d)). 이로써, 제2 가스라인(31b)으로부터 제1 가스라인(31a)으로 통하는 유로가 형성된다. 따라서, 열처리 공간(11) 내의 가스가 제2 흡인 분출구(17)로부터 흡인되고, 도 14(d)에 나타내는 바와 같이 제2 가스라인(31b), 제1 분기라인(31c), 접속라인(31e), 제2 분기라인(31d)을 지나 제1 가스라인(31a)으로 흐르며, 제1 흡인 분출구(16)로부터 분출된다. 단, 이 상태에서는 제2 밸브(35b)가 마련된 제1 분기라인(31c), 접속라인(31e), 및 제4 밸브(35d)가 마련된 제2 분기라인(31d)을 가스가 흐르는 주회 형상의 가스 유로가 존재한 채이기 때문에, 제2 가스라인(31b)으로부터 제1 가스라인(31a)으로 흐르는 가스의 유량은 급히 증가하지 않고, 서서히 증가한다.
계속해서 제4 밸브(35d)를 닫는다(도 14(e)). 이로써, 상술한 주회 형상의 가스 유로는 없어진다. 따라서, 열처리 공간(11) 내의 가스가 제2 흡인 분출구(17)로부터 흡인되고, 제2 가스라인(31b), 제1 분기라인(31c), 접속라인(31e), 제2 분기라인(31d), 및 제1 가스라인(31a)을 통과하여, 제1 흡인 분출구(16)로부터 열처리 공간(11)으로 분출된다.
상술한 방법에 따라, 본체부(10)의 열처리 공간(11)의 가스를 제1 가스라인(31a)으로 흡인하고 제2 가스라인(31b)을 지나 열처리 공간(11)으로 분출하는 동작에서, 열처리 공간(11)의 가스를 제2 가스라인(31b)으로 흡인하고 제1 가스라인(31a)을 지나 열처리 공간(11)으로 분출하는 동작으로의 전환을 순조롭게 실시할 수 있다. 가스 흐름 전환 시에 팬(34)은 작동한 채이다. 반대 동작, 즉 본체부(10)의 열처리 공간(11)의 가스를 제2 가스라인(31b)으로 흡인하고 제1 가스라인(31a)을 지나 열처리 공간(11)으로 분출하는 동작에서, 열처리 공간(11)의 가스를 제1 가스라인(31a)으로 흡인하고 제2 가스라인(31b)을 지나 열처리 공간(11)으로 분출하는 동작으로의 전환에 대해서도 마찬가지이다.
제6 실시형태의 변형예에서의 가열로(100F)에 따르면, 팬(34)의 작동 및 정지의 전환을 실시할 필요가 없기 때문에 제어를 간이화할 수 있고, 신뢰성을 보다 향상시킬 수 있다. 또한, 상술한 방법에 따라 제1 밸브(35a)~제4 밸브(35d)의 개폐 제어를 실시함으로써, 제1 흡인 분출구(16)를 통한 가스 흡인에서 제2 흡인 분출구(17)를 통한 가스 흡인으로의 전환 시, 및 제2 흡인 분출구(17)를 통한 가스 흡인에서 제1 흡인 분출구(16)를 통한 가스 흡인으로의 전환 시에 큰 압력 변동의 발생을 억제할 수 있다.
한편, 도 11에 나타내는 구성에서의 제1 밸브(35a)와 제2 밸브(35b), 및 도 13에 나타내는 구성에서의 제1 밸브(35a)~제4 밸브(35d)는 2방향 밸브인 것으로 하여 설명했다. 그러나 가스의 유로에 따라 3방향 밸브나 4방향 밸브 등을 이용하도록 해도 된다. 또한, 제1 밸브(35a)~제4 밸브(35d)가 전자밸브에 한정되지 않고, 전동밸브 등의 다른 종류의 밸브이어도 된다.
<제7 실시형태>
제1 실시형태에서의 가열로(100)~제5 실시형태에서의 가열로(100D)에서 흡인 분출부(30)는 가스라인(31)에 배치되고, 열처리 공간(11) 내의 가스 흡인 및 열처리 공간(11)으로의 가스 분출을 실시하기 위한 피스톤(32)을 포함한다.
이에 반해, 제7 실시형태에서의 가열로(100G)에서는 흡인 분출부(30)가 피스톤(32) 대신에 흡인 증폭기(50)를 포함한다. 흡인 증폭기(50)는 흡인구 및 배출구를 포함하고, 구동 가스가 공급됨으로써 이젝터(ejector) 효과에 의해 흡인구로부터 가스를 흡인하고, 흡인한 가스와 구동 가스의 혼합 가스를 배출구로부터 배출한다. 구동 가스로는 예를 들면, 압축된 N2 가스를 사용할 수 있다.
도 15는 제7 실시형태에서의 가열로(100G)의 구성을 모식적으로 나타내는 단면도이다. 상술한 바와 같이, 흡인 분출부(30)는 흡인 증폭기(50)를 포함한다. 흡인 증폭기(50)에는 제1 흡인 증폭기(50a)와 제2 흡인 증폭기(50b)가 포함된다.
제1 흡인 증폭기(50a)는 제1 가스라인(31a)과 접속되고, 제2 흡인 증폭기(50b)는 제2 가스라인(31b)과 접속되어 있다. 제1 흡인 증폭기(50a)와 제2 흡인 증폭기(50b)는 직접 접속되어도 되고, 접속관을 통해 접속되어도 된다.
제1 흡인 증폭기(50a)는 제1 가스라인(31a)을 통해 열처리 공간(11)으로부터 가스를 흡인하고 제2 가스라인(31b) 측으로 배출하는 방향에 배치되어 있다. 즉, 제1 흡인 증폭기(50a)의 흡인구는 제1 가스라인(31a)과 접속되고, 배출구는 제2 흡인 증폭기(50b), 또는 제1 흡인 증폭기(50a)와 제2 흡인 증폭기(50b)를 접속하는 접속관과 접속되어 있다.
제2 흡인 증폭기(50b)는 제2 가스라인(31b)을 통해 열처리 공간(11)으로부터 가스를 흡인하고 제1 가스라인(31a) 측으로 배출하는 방향에 배치되어 있다. 즉, 제2 흡인 증폭기(50b)의 흡인구는 제2 가스라인(31b)과 접속되고, 배출구는 제1 흡인 증폭기(50a), 또는 제1 흡인 증폭기(50a)와 제2 흡인 증폭기(50b)를 접속하는 접속관과 접속되어 있다.
제1 흡인 증폭기(50a)에는 구동 가스를 공급하기 위한 제1 구동 가스 공급배관(51a)이 접속되어 있다. 제1 구동 가스 공급배관(51a)으로부터 구동 가스가 공급되면, 제1 흡인 증폭기(50a)는 이젝터 효과를 이용하여 제1 가스라인(31a)을 통해 본체부(10)의 열처리 공간(11)으로부터 가스를 흡인한다. 제1 가스라인(31a)을 통해 흡인된 가스는 구동 가스와 혼합되어 제2 가스라인(31b) 측으로 배출되고, 제2 흡인 분출구(17)로부터 열처리 공간(11)으로 분출된다.
예를 들면, 열처리 공간(11)으로부터 흡인되어 제1 흡인 증폭기(50a)로 유입되는 가스의 온도가 100℃ 정도까지 냉각된 경우, 제1 구동 가스 공급배관(51a)으로부터 공급되는 구동 가스의 5배 정도의 가스가 열처리 공간(11)으로부터 흡인된다. 일례로서 구동 가스를 1ℓ/초로 공급한 경우, 약 5ℓ/초의 가스가 열처리 공간(11)으로부터 제1 가스라인(31a)으로 흡인되고, 약 6ℓ/초의 혼합 가스가 제1 흡인 증폭기(50a)로부터 배출된다.
제2 흡인 증폭기(50b)에는 구동 가스를 공급하기 위한 제2 구동 가스 공급배관(51b)이 접속되어 있다. 제2 구동 가스 공급배관(51b)으로부터 구동 가스가 공급되면, 제2 흡인 증폭기(50b)는 이젝터 효과를 이용하여 제2 가스라인(31b)을 통해 본체부(10)의 열처리 공간(11)으로부터 가스를 흡인한다. 제2 가스라인(31b)을 통해 흡인된 가스는 구동 가스와 혼합되어 제1 가스라인(31a) 측으로 배출되고, 제1 흡인 분출구(16)로부터 열처리 공간(11)으로 분출된다.
제1 흡인 증폭기(50a)와 마찬가지로, 제2 흡인 증폭기(50b)에서도 제2 흡인 증폭기(50b)로 유입되는 가스의 온도가 100℃ 정도까지 냉각된 경우, 제2 구동 가스 공급배관(51b)으로부터 공급되는 구동 가스의 5배 정도의 가스가 열처리 공간(11)으로부터 흡인된다.
제1 흡인 증폭기(50a)에 의한 가스 흡인과, 제2 흡인 증폭기(50b)에 의한 가스 흡인은 일정 시간마다 교대로 실시한다. 예를 들면, 제2 흡인 증폭기(50b)의 동작을 정지시킨 상태로 제1 흡인 증폭기(50a)에 의한 가스 흡인을 5초 동안 실시한 후, 제1 흡인 증폭기(50a)의 동작을 정지시켜 제2 흡인 증폭기(50b)에 의한 가스 흡인을 5초 동안 실시한다. 그 후, 제2 흡인 증폭기(50b)의 동작을 정지시켜 제1 흡인 증폭기(50a)에 의한 가스 흡인을 5초 동안 실시한다. 제1 흡인 증폭기(50a)의 동작 정지는 제1 구동 가스 공급배관(51a)으로의 구동 가스의 공급을 정지함으로써 실시한다. 마찬가지로, 제2 흡인 증폭기(50b)의 동작 정지는 제2 구동 가스 공급배관(51b)으로의 구동 가스의 공급을 정지함으로써 실시한다.
상술한 동작을 반복함으로써, 열처리 공간(11)으로부터 제1 가스라인(31a)으로의 가스 흡인과, 제2 가스라인(31b)으로부터 열처리 공간(11)으로의 가스 분출, 및 열처리 공간(11)으로부터 제2 가스라인(31b)으로의 가스 흡인과, 제1 가스라인(31a)으로부터 열처리 공간(11)으로의 가스 분출을 교대로 반복 실시할 수 있다.
여기서, 제1 흡인 증폭기(50a)의 동작과 제2 흡인 증폭기(50b)의 동작을 순식간에 전환하면, 가스가 흐르는 방향이 바뀔 때에 큰 압력 변동을 유발할 가능성이 있다. 이 때문에, 제1 흡인 증폭기(50a)의 동작과 제2 흡인 증폭기(50b)의 동작을 전환할 때, 모두 동작이 정지 상태가 되는 정지 기간을 마련하도록 해도 된다. 정지 기간을 마련함으로써, 정지 기간을 사이에 두고 가스의 흐름이 변하기 때문에, 큰 압력 변동의 발생을 억제할 수 있다.
본 실시형태에서의 가열로(100G)에 따르면, 가스의 흐름을 전환하기 위한 밸브가 불필요하며, 제1 구동 가스 공급배관(51a)과 제2 구동 가스 공급배관(51b)으로의 구동 가스 공급 및 정지를 제어하는 것만으로 열처리 공간(11)으로부터의 가스 흡인 및 열처리 공간(11)으로의 가스 분출을 실시할 수 있다.
한편, 상술한 제1 실시형태에서의 가열로(100)~제6 실시형태의 변형예에서의 가열로(100F)에서는 피스톤(32)이나 팬(34) 등 구동 유닛의 내열 온도의 관계로부터, 구동 유닛에 유입되는 가스의 온도를 70℃ 이하까지 저감해 두는 것이 바람직하다. 이 때문에, 제1 축열체(40a) 및 제2 축열체(40b)에 의해 가스의 온도를 충분히 저하시킬 수 없는 경우에는 냉각 시스템이 별도로 필요해진다.
이에 반해, 본 실시형태에서의 가열로(100G)에서는 구동 유닛인 제1 흡인 증폭기(50a) 및 제2 흡인 증폭기(50b)의 내열 온도가 높기 때문에, 냉각 시스템을 별도로 준비할 필요는 없다. 또한, 제1 흡인 증폭기(50a) 및 제2 흡인 증폭기(50b)에는 구동 가스가 공급되고, 흡인한 가스와 혼합됨으로써 가스의 온도가 더 저하된다. 이로써, 제1 흡인 증폭기(50a) 및 제2 흡인 증폭기(50b)로부터 배출되는 가스의 온도를 안정적으로 일정 온도 이하로 유지할 수 있다.
본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위 내에서 다양한 응용, 변형을 가하는 것이 가능하다. 예를 들면, 상술한 각 실시형태 및 변형예에서의 특징적인 구성은 적절히 조합할 수 있다.
1: 피처리물
10: 본체부
11: 열처리 공간
12: 가열부
13: 구동용 롤러
14: 가스 공급구
15: 가스 배출구
16: 제1 흡인 분출구
17: 제2 흡인 분출구
20: 가스 공급부
30: 흡인 분출부
31a: 제1 가스라인
31b: 제2 가스라인
31c: 제1 분기라인
31d: 제2 분기라인
31e: 접속라인
32: 피스톤
32a: 통
32b: 가동부
34a: 제1 팬
34b: 제2 팬
35a: 제1 밸브
35b: 제2 밸브
35c: 제3 밸브
35d: 제4 밸브
40a: 제1 축열체
40b: 제2 축열체
50a: 제1 흡인 증폭기
50b: 제2 흡인 증폭기
51a: 제1 구동 가스 공급배관
51b: 제2 구동 가스 공급배관
100, 100A, 100B, 100C, 100D, 100E, 100F, 100G: 가열로

Claims (14)

  1. 피(被)처리물의 열처리를 실시하기 위한 열처리 공간을 가지며, 상기 열처리 공간 내에 배치된 가열부를 포함하는 본체부와,
    열처리를 실시하기 위해 필요한 가스를 상기 본체부의 상기 열처리 공간에 공급하는 가스 공급부와,
    상기 본체부의 상기 열처리 공간에 접속된 가스라인을 가지며, 상기 열처리 공간으로부터 상기 가스라인으로의 가스 흡인과, 상기 가스라인에 흡인된 가스의 상기 열처리 공간으로의 분출을 반복 실시하는 흡인 분출부와,
    상기 가스라인의 내부 중 상기 본체부의 내부에 위치하는 부분에 배치되고 열교환이 가능한 축열체를 포함하는 것을 특징으로 하는 가열로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 축열체는 상기 가스라인의 내부 중 상기 본체부를 관통한 영역에 마련되는 것을 특징으로 하는 가열로.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 축열체의 일부는 상기 본체부의 상기 열처리 공간 내에 노출되는 것을 특징으로 하는 가열로.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 본체부에는 상기 가스라인과 접속된 제1 흡인 분출구 및 제2 흡인 분출구가 마련되며,
    상기 제1 흡인 분출구는 상기 본체부의 대향하는 한 쌍의 측면 중 하나의 측면에 마련되고, 상기 제2 흡인 분출구는 상기 한 쌍의 측면 중 다른 하나의 측면이며, 상기 한 쌍의 측면이 대향하는 방향에서 상기 제1 흡인 분출구와 대향하는 위치에 마련되는 것을 특징으로 하는 가열로.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 피처리물이 상기 열처리 공간 내에 거치되는 거치면에 대하여, 상기 피처리물이 거치되는 측으로 연장되는 단위법선 벡터와, 상기 가스라인으로부터 상기 열처리 공간으로 분출되는 가스의 진행방향을 따른 단위 벡터의 내적이 음이 되도록 상기 가스라인이 배치되는 것을 특징으로 하는 가열로.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 가스라인을 연장방향과 직교하는 면으로 절단했을 때의 단면적 중, 상기 열처리 공간 측에서의 선단의 단면적은 상기 축열체가 배치된 영역의 평균 단면적보다 작은 것을 특징으로 하는 가열로.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 흡인 분출부는 상기 가스라인에 배치되고, 통과 가동부(可動部)를 가지는 피스톤을 포함하며, 상기 통의 내부를 상기 가동부가 왕복 운동함으로써 가스 흡인 및 흡인된 가스의 분출을 실시하는 것을 특징으로 하는 가열로.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 본체부에는 상기 가스라인과 접속된 제1 흡인 분출구 및 제2 흡인 분출구가 마련되고,
    상기 피스톤은 상기 제1 흡인 분출구로부터의 거리와 상기 제2 흡인 분출구로부터의 거리가 동일한 위치에 마련되는 것을 특징으로 하는 가열로.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 피스톤의 상기 가동부는 가속 및 감속을 반복 실시하면서 상기 통의 내부를 이동하는 것을 특징으로 하는 가열로.
  10. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 흡인 분출부는 상기 가스라인에 배치된 팬과, 상기 열처리 공간으로부터 상기 가스라인으로의 가스 흡인과 상기 가스라인으로부터 상기 열처리 공간으로의 가스 분출을 전환하기 위한 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 가열로.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 본체부에는 상기 가스라인과 접속된 제1 흡인 분출구 및 제2 흡인 분출구가 마련되며,
    상기 가스라인에는 상기 제1 흡인 분출구에 접속된 제1 가스라인과, 상기 제2 흡인 분출구에 접속된 제2 가스라인과, 상기 제1 가스라인과 상기 제2 가스라인에 접속된 제1 분기라인과, 상기 제1 분기라인과 병렬로 배치되고 상기 제1 가스라인과 상기 제2 가스라인에 접속된 제2 분기라인이 포함되며,
    상기 팬에는 상기 제1 분기라인에 배치된 제1 팬과 상기 제2 분기라인에 배치된 제2 팬이 포함되고,
    상기 밸브에는 상기 제1 분기라인에 배치된 제1 밸브와 상기 제2 분기라인에 배치된 제2 밸브가 포함되는 것을 특징으로 하는 가열로.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 본체부에는 상기 가스라인과 접속된 제1 흡인 분출구 및 제2 흡인 분출구가 마련되며,
    상기 가스라인에는 상기 제1 흡인 분출구에 접속된 제1 가스라인과, 상기 제2 흡인 분출구에 접속된 제2 가스라인과, 상기 제1 가스라인과 상기 제2 가스라인에 접속된 제1 분기라인과, 상기 제1 분기라인과 병렬로 배치되고 상기 제1 가스라인과 상기 제2 가스라인에 접속된 제2 분기라인과, 상기 제1 분기라인과 상기 제2 분기라인에 접속된 접속라인이 포함되며,
    상기 팬은 상기 접속라인에 배치되고,
    상기 밸브에는 상기 제1 분기라인 중 상기 제1 가스라인과의 접속 위치와 상기 접속라인과의 접속 위치 사이에 배치된 제1 밸브와, 상기 제1 분기라인 중 상기 접속라인과의 접속 위치와 상기 제2 가스라인과의 접속 위치 사이에 배치된 제2 밸브와, 상기 제2 분기라인 중 상기 제1 가스라인과의 접속 위치와 상기 접속라인과의 접속 위치 사이에 배치된 제3 밸브와, 상기 제2 분기라인 중 상기 접속라인과의 접속 위치와 상기 제2 가스라인과의 접속 위치 사이에 배치된 제4 밸브가 포함되는 것을 특징으로 하는 가열로.
  13. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 흡인 분출부에 의해 상기 가스라인으로 흡인되어 상기 열처리 공간으로 분출되는 가스는 상기 열처리 공간 내의 가스와 동일한 조성을 가지는 가스인 것을 특징으로 하는 가열로.
  14. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 본체부에는 상기 가스라인과 접속된 제1 흡인 분출구 및 제2 흡인 분출구가 마련되고,
    상기 가스라인에는 상기 제1 흡인 분출구에 접속된 제1 가스라인과, 상기 제2 흡인 분출구에 접속된 제2 가스라인이 포함되며,
    상기 흡인 분출부는 상기 제1 가스라인과 접속되고 상기 제1 가스라인을 통해 상기 열처리 공간으로부터 가스를 흡인하며 상기 제2 가스라인 측으로 배출하는 제1 흡인 증폭기와, 상기 제2 가스라인과 접속되고 상기 제2 가스라인을 통해 상기 열처리 공간으로부터 가스를 흡인하며 상기 제1 가스라인 측으로 배출하는 제2 흡인 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 가열로.
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