TW201422819A - 用於爐內使退火氣體相互達成熱交換作用之封閉式流體運輸系統 - Google Patents

Abstract

用來熱處理退火件（102）之爐（100），其中該爐（100）設有一個可密閉的第1爐室（104），用以受納退火件（102），並利用該退火件（102）與該可加熱或可冷卻之第1退火氣體（112）間的熱交換，來在該第1爐室（104）中，熱處理該退火件（102），一個設置在該第1爐室（104）中之第1熱交換器（108），其用於使該第1退火氣體（112）與一運輸流體（116）間發生熱交換作用，其中該第1熱交換器（108）係設置在該第1爐室（104）中一個外殼地區（120）之內，該外殼地區（120）將該第1退火氣體（112）封鎖在該第1爐室（104）之中,一個可密閉的第2爐室（106），其受納待受熱處理之退火件（102）並利用該退火件（102）與該可加熱或可冷卻之第2退火氣體（114）間的熱交換，來在該第2爐室（106）中熱處理該退火件（102），在該第2爐室（106）中設置一第2熱交換器（110），其用於使第2退火氣體（114）與一個運輸流體（116）之間發生熱交換，其中該第2熱交換器（110）係設置在該第2爐室中（106）中之一個外殼地區（122），該外殼地區（122）可將該第2退火氣體（114）封鎖在該第2爐室（106）中，以及一個封閉的運輸氣體路徑（118），其與第1熱交換器（108）及第2熱交換器（110）作功能上之聯接，其藉由運輸氣體（116）之作用而可使第1退火氣體（112）與第2退火氣體（114）之間作熱的交換。

Description

用於爐內使退火氣體相互達成熱交換作用之封閉式流體運輸系統

本發明係相關於一種以加熱進行退火材料熱處理的爐，以及相關於一種在一個爐中進行退火件的熱處理的方法。

專利文獻AT 507423中揭示一種方法，用於在一置於一接收運輸流體之退火爐基座上之罩式退火設備中來預熱退火件。在一個保護罩中待處理的該退火件將藉由一個氣態的熱介質預熱，該熱介質係在二保護罩之間作循環運動，先自一個裝有已被熱處理過的退火件的保護罩中吸取該處的熱能，再將該熱能釋放給另一個保護罩中待處理的退火件，以將其預熱。該熱介質係作循環運動先由外方包圍沖刷兩個保護罩，而在兩個保護罩內部則皆有運輸流體作循環攪拌之運動。

AT411904公開了一種罩式退火爐，特別為鋼帶卷或鋼絲卷來使用的，其設有一個放置退火件之退火爐基座，以及一個氣密放置其上之保護罩。此外，其還設置有一個徑向風扇，安裝於爐基座中，它包括一葉輪和一擴散器，用來循環攪拌爐中之運輸流體。一個熱交換器，用於冷卻該運輸流體，其輸入側係經由流道連接該徑向風扇的壓力側，其輸出側則連接到擴散器與保護罩間的環形間隙上。一個設在徑向風扇的壓力側流路中，可作軸向移動之導流機構，用於可選擇性地將通往熱交換器(水冷式環形管)流體管道，連接到徑向風扇上去。該保護罩係藉助一個環形凸緣以維持氣密，亦即，它係以加壓來被鎖住在爐底法蘭上的。該熱交換器(冷卻器)則係設置在環形法蘭的下方。該流道包括一段從擴散器的外圓周向外、與環狀間隙同心，的環形通道。該導流器係被設計成為包圍在擴散器外方、呈環形之轉向導板。

傳統批式作業的爐有相對較高的耗能。

本發明的任務就是要使有批式作業的爐有高效率的用能。

此項任務係可依據申請專利範圍中之各獨立項中之特徵點來達成者。在申請專利範圍中之各附屬項中則描述若干實施例。

根據本發明的一個實施例，可得出一個爐以熱處理退火件。該爐設有可密閉的第1加熱室，用於放置退火件，並使該退火件利用與在該第1加熱室中的第1退火氣體作熱交換來熱處理該退火件。在該第1加熱室中設置一第1熱交換器，其用於使第1退火氣體與一個運輸流體之間發生熱交換。該第1熱交換器係設置在該第1加熱室中之一個地區(例如一個保護罩中，尤指一個最內層的保護罩中)。該地區中包含有該第1加熱室中之退火氣體(尤指該地區為接納退火件，直接與第1退火氣體相接觸，並將該第1退火氣體密封在其內者)。此外該爐設有可密閉的第2加熱室，用於放置退火件，並使該退火件利用與在該第2加熱室中的第2退火氣體作熱交換來熱處理該退火件。在該第2加熱室中設置一第2熱交換器，其用於使第2退火氣體與一個運輸流體之間發生熱交換。該第2熱交換器係設置在該第2加熱室中之一個地區(例如一個保護罩中，尤指一個最內層的保護罩中)。該地區中包含有該第2加熱室中之退火氣體(尤指該地區為接納退火件，直接與第2退火氣體相接觸，並將該第2退火氣體密封在其內者)。一個封閉的運輸流體路徑，它與一熱交換器及第2熱交換器作恰當之耦合相連，以利通過該運輸流體可致使該第1退火氣體與第2退火氣體之間產生熱交換者。

根據本發明的另一個實施例，可以得出一種在一個爐中熱處理退火件之方法，那就是將退火件置於一可密閉的第1加熱室中，再利用該退火件與在該第1加熱室中的第1可加熱退火氣體作熱交換來熱處理該退火件。進一步通過設於該第1加熱室中之第1熱交換器可使該第1退火氣體與一個運輸流體之間發生熱交換。而該第1熱交換器係設置在該第1加熱室中之一個外殼地區(Gehuseabschnitt)之內。該外殼地區將該第1退火氣體封鎖在該第1爐室之中。該退火件係放置於一可密閉的第2加熱室，而利用該退火件與在該第2加熱室中的第2退火氣體作熱交換，來熱處理該退火件。此外該使第2退火氣體利用該第2加熱室中所設置之第2熱交換器，來與一個運輸流體之間發生熱交換，其中該第2熱交換器係設置在該第2加熱室中之一外殼地區者。該外殼地區將該第2退火氣體封鎖在該第2爐室之中。一個封閉的運輸流體路徑，它與該第1熱交換器及第2熱交換器作恰當之耦合，並被控制成可以通過該運輸流體而致使該第1退火氣體與第2退火氣體之間產生熱交換者。

根據本發明的一個實施例，可以設置一個獨立於退火氣體而設置於爐中不同之爐基座中或不同爐室中之流體路徑，又稱封閉之運輸流體路徑，而該封閉之運輸流體路徑係與各該設於各爐室中之不同保護罩中(尤指設於不同保護罩之內部)之熱交換器作功能耦合，以利在兩個爐室中之兩種退火氣體可以互相之間作熱能之交換。其中重要的是，該運輸流體與各爐室中之退火氣體互相沒有發生接觸。這些氣體及/或流體互相之間只能通用各熱交換器達到熱交換的效果。這樣一來，為一爐可有多個爐室或爐基時，可以以這種方式，將那些目前在一個冷卻的爐室的熱能量用於預熱一個在加熱階段的其它爐室。根據本發明，這可以是一個獨立及封閉的的運輸流體路徑，後者與爐室內設置的熱交換器(尤其它們皆是設置成在退火氣體全流的包圍中)，係以流體相連通者。這導致所使用的能量能作有效率之利用。來自基座的退火氣體(例如是，100%的氫)與正在作熱交換的夥伴基座中的退火氣體(例如也是100%氫氣)互相並的不接觸。因此，因結垢(蒸發出來的滾輪油或拉絲藥劑)或意外進入的微量氧氣(O2)和水(H2O)的有害效應將可以在熱交換器的加熱過程中可靠地被避免。另外本發明爐的安全性是非常高的，因為不同的爐室之退火氣體相互之間，或是退火氣體與運輸流體(例如，100%的氫氣，或100%的氦氣)之間，儘管是有熱交換器，但都是沒有交互作用。

由於在該運輸流體路徑中兩個爐室中的流體相互作熱量的傳輸，但卻是不相連通的。在設計上也可能是，在選用運輸流體時，特別的要求高的熱傳特性，尤其可以選用一個高導熱性之運輸流體。譬如說，可以選用100%之氫、100%氦或其它熱傳性好的氣體。此外，因為流體相互作熱量的傳輸，但卻是不相連通的方式下，就可能將該運輸流體路徑設計成一個高壓路徑，這樣在高壓中的運輸流體可以大幅提升其熱能的運輸量，而不會造成個別相對低壓條件下之爐室中產生負面影響。

各個爐室中的退火氣體內所貯存的能量，可以被該運輸路徑用來對特定的某爐室供作加熱的熱源或用來對另外特定的某爐室供作冷卻的冷源。對運輸流體路徑而言，最重要的是，它需要設置在全流量之中。因此之故，依據本發明設計之該運輸流體路徑不僅可在不同爐室之間作熱交換，它也用作加熱或冷卻。

因為依據本發明之一實施例，各該爐基座上只需蓋上一個絕熱之保護罩(無需另外加裝加熱罩或冷卻罩)，整個裝置便可以設計得更小巧。這一個優點是由將熱交換器做成各退火室內(亦即在該保護罩內)之退火氣體之單一熱源而達到的。此外由於少掉了加熱罩或冷卻罩連帶也省去了操作它們的吊車成本。一個吊車現在只需要用來填裝退火件及保護罩而已，不需去操作加熱罩或冷卻罩。

以下將進一步描述更多本發明的爐的實施例。以下也將進一步描述更多本方法的實施例。

依據一項本發明的實施例之爐，其中該爐係設計成以批式來作業者，尤指罩式爐或箱式爐。所謂批式作業之爐是指，將一批的退火件，例如待退火的多卷的金屬帶，送入爐中。然後關閉該爐室以便將該批送入之退火件作熱處理。換言之，批式作業之爐係為一種非連續性作業之爐。

依據一項本發明的實施例，其中該第1爐室用一可拆卸之第1保護罩(當作前述的該第1爐室的外殼地區)予該第1爐室以氣密地封鎖，以及，其中該第2爐室用一可拆卸之第2保護罩(當作前述的該第2爐室的外殼地區)予該第2爐室以氣密地封鎖該第2保護罩。各該絕熱之該爐室之保護罩可設計成，它可以氣密地將該爐室封閉，可以令各該爐室內之退火氣體不會逸出。

根據一個實施例，該第1保護罩可以是最外層的保護罩，尤其它是，第1爐室的唯一的外罩。該第2保護罩可以是最外層，尤其是唯一的，該第2爐室的外罩。依據此項有利的設計，該爐可以為每一爐室只設一個單一的罩。相對於傳統的罩式爐而言，它們除了設有一個保護罩以外尚需設置一個外方的加熱罩或冷卻罩，本發明的實施例的爐的結構在每一個爐基座上只設一個單一的罩，所以簡便甚多。本項結構之簡化肇因於各該熱交換器均設於該爐室內，而以流體相連之方式與該運輸流體路徑連接，這些熱交換器靠退火氣體與該運輸流體間的熱耦合而可以達成所有加熱或冷卻之功能。本發明的各個實施例，皆因此可以以最小之空間來實施，因為不需加熱罩、不需冷卻罩、不需交換罩，每一爐基座上只需一個單一的絕熱之保護罩就夠了。

根據一個實施例該第1保護罩及第2保護罩各自皆設置一個耐高溫，尤其是一個金屬製的，內殼，以及一個耐高溫的外殼。由於熱能的引入根據這個實施例不再通過保護罩(例如，相較於加熱罩之外方燃燒器)，所以該保護罩的溫度相對較低，對該耐高溫材料所施負荷也較低以及由壁上逸散的熱損也下降。依據這種方式可使罩式爐之保護罩之設計與傳統之保護罩迥異。傳統之保護罩必需使用高度耐高溫且高度導熱之材料來製成，以利該保護罩內之退火氣體與加熱罩爐與保護罩之間的其它氣體可以維持熱平衡，但本發明所揭示之該實施例可以省去這一切。因此之故該保護罩可以，至少是部份地，以一種絕熱的材料來做成，以減低對外方的熱損耗。

該保護罩可以當爐設計成箱式爐形式時，其擁有非必需耐熱材料的外壁，尤指以一種金屬打造者，以及一個以熱絕緣材料製成的絕熱內壁。

根據本發明的一個實施例，該運輸流體路徑中可設置一組加熱單元以作為熱源。該加熱單元可設計成直接加熱運輸流體或直接加熱該第1熱交換器或直接加熱該第2熱交換器。通過將產生之熱傳遞給第1退火氣體而可加熱第1爐室。此外也可以改為、或增加、將產生之熱傳遞給第2退火氣體而加熱第2爐室。該加熱單元可以設置於爐室之外，不受熱之位置。當該運輸流體路徑與一獨立加熱單元相耦合時，該運輸流體不僅可以將熱能在不同爐室中的退火氣體間傳遞，它也可以將加熱單元的熱能傳遞到各該爐室之內部。

根據本發明的另一個實施例，可用一供電單元(例如設置一變壓器)以及使用該管束本身為電流之主通路或副通路，使該電流(最好是低電壓大電流之條件下)依歐姆定律在各該熱交換器內生成熱能。例如，一個運輸流體路徑的低歐姆值的管壁的可以被使用，作為這樣的耦合元件，其中的熱交換裝置(特別是，一個管束)將與它相連接。將耦合元件通過爐室的底部，可允許該保護罩保有一簡單、不需中斷之設計，因為，這樣一來便不必要再將供應管線通過保護罩來聯接到熱交換裝置上了。

在使用一個瓦斯加熱器時，以直接加熱該運輸流體為佳，然後通過風機將其送入運輸流體路徑中，再在各爐室之內部透過熱交換器之熱傳將其熱能傳遞給每一個設於各爐室內之退火氣體。

該置於退火室外方之加熱單元可以是，例如一個瓦斯加熱裝置、一個燃油加熱裝置或是一個粒狀燃料加熱裝置、或者也可以是一個電熱器。這樣加熱可以是，譬如說，將瓦斯利用一個位於退火室外部之熱交換器來實現，該熱交換器的管束可以，譬如說，使用天然氣加熱器來加熱熱壓氣體，後者又被高壓風機驅送至各退火室中之熱交換裝置中。另外，也可以利用一個位於加熱室外部之熱交換器將電能傳遞到熱的壓縮氣體中，並將其中所含的熱能傳達到該熱壓氣體中，後者又被高壓風機驅送至各退火室中之熱交換裝置中。

這樣的熱處理爐可以環保的操作，例如，因為使用電加熱單元，沒有二氧化碳也沒有氮氧化物產生。利用該高效率之熱交換裝置該瓦斯加熱器只消耗小量的甲烷，所以也只產生少量的二氧化碳和氮氧化物。使用燃油加熱器，可以燃燒燃油來獲得熱能。使用粒料加熱器，可以燃燒木材類之粒料來產生熱能。當然，其他類型的加熱單元皆可根據本發明而在此適用的。

根據一個實施例，該第1爐室可以用一個可卸下的第1加熱罩來加以封閉，而該第1加熱罩圍繞在該第1保護罩之外方。該第2爐室可以用一個可卸下的第2加熱罩來加以封閉，而該第2加熱罩圍繞在該第2保護罩之外方。>根據一個實施例，該第1爐室可以用一個第1加熱罩來加熱一個位於第1加熱罩與第1保護罩之間的間室。>同樣，該第2爐室可以用一個第2加熱罩來加熱一個位於第2加熱罩與第2保護罩之間的間室。依據本設計，該爐可以為每一爐基座或爐室設置一個保護罩並外加一個加熱罩。這個用來加熱一個位於加熱罩與保護罩之間的間室，而在此同時該保護罩的熱平衡會造成該保護罩加熱該退火氣體。在這種設計中該運輸流體路徑只有一種功用，那就是在各退火氣體之間傳遞熱能。另外一種可能，就是在各個爐室上裝設一冷卻罩，以冷卻該退火氣體。

依據本實施例該第1加熱單元及該第2加熱單元各自皆係為一瓦斯單元者。該瓦斯加熱單元可為瓦斯爐，它加熱保護罩與加熱罩之間的空間。

依據一個實施例，該第1熱交換器，及/或，該第2熱交換器皆為一個管束式熱交換器，而是以管子捲成集束而成者。一個管束式熱交換器是以管子集束而成，而且是將它捲成，譬如說，圓形者。其中該管內部是運輸流體路徑的一部份，而有運輸流體在其中流動。該管外部則與各該處的退火氣體作直接的接觸。尤其是，管束式熱交換器可以是以相互成平行而設置的管子集束而成者。該管的管壁係設計成氣密又耐高溫者。該裝置可設計成，該運輸流體係受壓在管內部流動而通過該管壁之阻隔與各該處的退火氣體互相沒有接觸。通過設置成束的管束可得一個較高效之熱傳表面積，致使該運輸氣體可以與各該處的退火氣體互相有大量的熱能達成交換。進一步尚有根據本發明的若干個實施例，可以用於全自動作業的流程中。

根據本發明，一個管束可以設置在各個爐室中作為熱交換器來使用，其可設置在有全流位置上。亦即它可在冷卻過程中的退火件及在加熱過程中的退火件之間達成熱交換的作用。此外，利用管束熱交換器可以將爐室中加熱至熱處理的高溫。而利用同組的管束熱交換器可以將爐室中的溫度降至熱處理終結時的溫度(例如退火件出爐之溫度)。

根據一個實施例，該第1爐室中設有一第1退火氣體風機以及在該第2爐室中設有一第2退火氣體風機，其中各該退火氣體風機要各自設置成，能使各該退火氣體對準各個相關之熱交換器以及要各自對準各自相關之退火件。每一個設於各爐基座或爐室中下方之退火氣體風機，皆會鼓動退火氣體對準流向各該處的待熱處理退火件以利能有好的熱傳作用。該每一個退火氣體風機為達成此效果，皆會利用一組導流裝置將退火氣體導向一定的方向。

根據本發明的一個實施例，該運輸流體可選用為一種良好導熱之運輸氣體，尤其是使用氫氣或氦氣。一般來說該運輸流體可選用一種液體或是一種氣體。選用氫或氦氣是為了利用它們的優良導熱特性。此外這些氣體也適合在高壓下使用。

依據本發明的一個實施例，該運輸流體路徑中之運輸流體所受之壓力為由2 bar至約20 bar或更高，其尤其在於由約5 bar至約10 bar之範圍內。因而可對於運輸流體產生一甚高於大氣之壓力，相對於該退火氣體只受微高於大氣之壓力。通過在該熱交換器中使用高壓該熱交換器即可提昇效率，而無需在第1及第2爐室中給予高壓。

根據本發明的一個實施例，該運輸液體在該運輸液體路徑中的溫度可保持在大約400℃及大約1100℃之間，尤其是在大約600℃及大約900℃之間。因此可以利用該運輸液體在爐室中達到一個溫度其足供退火件，例如是鋼、鋁、銅及/或其合金之板材或線材或擠型來作熱處理之需。

根據一個實施例，該爐中可以進一步包括至少一個可封閉的第3爐室，後者被設計為接收並處理待熱處理的退火材料，以借助該第3退火氣體與退火材料間的熱傳作用，在該第3爐室中進行退火材料的熱處理，以及一個在該第3爐室中設置之第3熱交換器，以達成該第3退火氣體與該運輸流體之間之熱交換。該第3熱交換器係設置在該第3加熱室中之一個外殼地區(例如一個保護罩中，尤指一個最內層的保護罩中)。其中該封閉之運輸流體路徑也與該第3熱交換器作功能上之耦合，即利用該運輸流體將該第1退火氣體與該第2退火氣體及與第3退火氣體作熱能之傳遞。依據這種設計可以至少將三個爐室互相耦合起來。這樣各個爐室便可以各自有不同的加溫、加熱及冷卻相位而相互間作熱之傳遞。三個爐室中可有兩個爐室利用該運輸流體達到熱流的耦合，例如預冷一個爐室及預熱另一個爐室。此時該第3爐可以在一個加熱或冷卻程序中。當用二個爐室時熱交換是一階的，當用三個爐室時熱交換是二階的或用多個爐室時熱交換是多階的。

根據本發明的一個實施例，該爐可設有一控制單元，以控制該運輸流體路徑，使它能令該運輸流體與該第1退火氣體及該第2退火氣體選擇性發生熱傳遞而達成在該第1爐室及該第2爐室各自進入預熱模式、加熱模式、預冷模式或最終冷卻模式者。該控制單元可以譬如是一微處理器，其控制各個爐室中之作業模式。因而該控制單元可以控制該加熱器，該冷卻器，及/或，若干個風機及/或閥，以使整個作業可以自動的進行。在一個預熱模式下，一個爐室中之退火氣體受其它退火氣體之熱能而升溫至中點溫度。一個退火氣體可受一次或多次預熱。在一個後續的加熱模式中一個已經一次或多次預熱過之退火氣體再受一個爐外的加熱器(瓦斯、電，等)，來將此退火氣體加溫至其最終溫度。在加熱模式結束後及在一個冷卻模式開始之前可以再執行一個預冷(大致與前述預熱為相反的方法)，此時該退火氣體被降溫至一中途點而將所攜的熱能部份通過運輸流體間接地給予另一退火氣體。在最終的冷卻模式中該退火氣體受一聯接上的爐外冷卻單元(譬如，水冷器)，來使該退火氣體繼續降溫。

根據本發明的一個實施例，該運輸流體路徑中可設置一運輸流體驅動器以驅動該運輸流體流經該運輸流體路徑。該運輸流體驅動器可驅動該運輸流體流經該運輸流體路徑，而該路徑可由控制路徑中之複數個閥來決定的。

根據本發明的一個實施例，該運輸流體路徑中可設置一可接通之冷卻器以冷卻該運輸流體路徑中之該運輸流體。這一個可接通之冷卻器(譬如應用一個管束之水冷原理者)可使該運輸流體獲得冷卻能力，而可藉由各爐室中之熱交換器將其耦合至各爐室中作冷卻使用者。

根據本發明的一個實施例，該運輸流體路徑中可設置一組複數個的閥。該複數個的閥可為氣動閥或為電動閥。當該複數個的閥被恰當的設置在流路中後，各種不同的作業模式便可以被操控出來。該複數個的閥(譬如是在一控制單元控制之下)可被選擇性地將爐設定成以下模式：

a)一個第1作業模態，此時該運輸流體驅動器使該運輸流體與該第2退火氣體相互作熱耦合，以致該運輸氣體從該第2退火氣體取得熱能，並將該熱能傳遞給第1退火氣體，以利該第1爐室被預熱而該第2爐室被預冷；

b)繼第1作業模態後之第2作業模態，在該第2作業模態之中一組供電單元，來繼續加熱該第1爐室，在一個與此分離之流體路徑中，該運輸流體驅動器驅動該運輸流體通過此時已被接通之冷卻器而被冷卻，此時已被冷卻之該運輸氣體此時與第2退火氣體作熱耦合，以利來繼續冷卻該第2爐室。

c)一個第3作業模態，此時該運輸流體驅動器使該運輸流體與該第1退火氣體相互作熱耦合，以致該運輸氣體從該第1退火氣體取得熱能，並將該熱能傳遞給第2退火氣體，以利該第爐室被預熱而該第1爐室被預冷。

d)一個後績之第4作業模態，在該第4作業模態之中一組供電單元，來繼續加熱該第2爐室，在一個與此分離之流體路徑中，該運輸流體驅動器驅動該運輸流體通過此時已被接通之冷卻器而被冷卻，此時已被冷卻之該運輸氣體此時與第1退火氣體作熱耦合，以利來繼續冷卻該第1爐室。

此4作業模態可以不斷地重覆。

根據本發明的一個實施例，該爐之熱交換器可作抗壓之設計，或設一壓力容器，其至少密閉保壓地圍繞一部份之運輸流體路徑。例如可將全部運輸流體路徑都設計成能耐10 bar以下之壓力，如使用抗壓管材、閥及運輸流體驅動器，或者將其置於一個抗壓容器中，或者以其他方式達成耐壓。也可以將特別受壓之部件，尤其是運輸流體驅動器，將它設置於一個壓力容器之中。

根據本發明的一個實施例，其中該第1熱交換器，係相對於一個驅動該第1退火氣體的第1風機，及/或，該第2熱交換器，係相對於一個驅動該第2退火氣體的第2風機而言，設置成能在該爐的每一個操作條件下，皆可使該第1風機所驅動的退火氣體能全流量流過該第1熱交換器，及/或，設置成能在該爐的每一個操作條件下，皆可使該第2風機所驅動的退火氣體能全流量流過該第2熱交換器。

該實施例的顯著優點在於，在爐的每一個操作條件下(特別是在用一個加熱裝置來作加熱的操作中、在用一個冷卻裝置來作冷卻的操作中以及在退火氣體與和熱交換裝置作交換熱量的操作中)，該由熱流風機驅動來的退火氣體總是直接被定向對準到該熱交換器上。這樣一種由風機驅動之退火氣體直接或即時的流動行為尤其會發展成全流(Vollstrom)，亦即其流動行為可以為沿繞風機的全部外週圍(例如，一個假想圓)的運動。這就可以實現在熱處理氣體和各該熱交換器之間的一個非常有效的熱耦合(Wrmekopplung)。各該熱交換器尤其可以固定地安裝於在該爐中，從而可以確保，由該風機輸送來的退火氣體通過葉片或等同裝置定向流到一個大致呈環狀設置之管束熱交換器，或其它熱交換裝置中。為要確保，在每一個爐，及/或，爐室之操作條件下，各該退火氣體風機送來的各該退火氣體皆流經各該熱交換器，而各該熱交換器設備皆係被固鎖在各該熱處理爐中的一個恰當的位置上，亦即永久性地固定在該處。每一個爐，及/或，爐室之操作條件可以是一個利用熱交換單元來加熱的加熱模式、一個利用冷卻單元來作冷卻的冷卻模式，和一個在利用運輸流體路徑條件下作不同的爐內空間之間的熱交換的熱交換模式(作預熱或預冷)。

根據本發明的一個實施例，其中該爐係設置成，該第1退火氣體與該第2退火氣體皆不與運輸流體發生接觸者。這樣從設計上就考慮到，該退火氣體不與該運輸氣體不發生接觸，因而也不會有結垢(Verruβen)的問題。

以下進一步說明在圖1中揭示之一根據本發明之一實施例的罩式爐100。

該罩式爐100係設計用來熱處理待熱處理之退火件102。此待熱處理之退火件係一部份放置於罩式爐100之一個第1爐基座So1中，其另一部份放置於罩式爐100之一個第2爐基座So2中。在圖1中該待熱處理之退火件102只有示意性表示出來，它可以是，譬如說，鋼板或線材或其它類似形態(如散置於平板上之散裝物)，而需要接受熱處理之退火件。

該罩式爐100中設有一個可封閉之第1爐室104於其第1爐基座So1中。，該第1爐室104係被用來接納並熱處理該待熱處理之退火件102，而後者係以批式的方式填充到該第1爐基座So1中者。為了作熱處理，該第1爐室104需用保護罩120予以氣密地閉鎖。該保護罩120是設計成一個鐘形而可藉助一個吊車(此處未示出)來操作者。第1退火氣體112，譬如說是氫氣，便可以將其引入到已被第1保護罩120封閉而成為氣密之該第1爐室104中來作加熱，其細節還會在以下述及。一第1退火氣體風機130(或稱爐基座風機)，在第1爐室104中被驅動旋轉，以使該退火氣體112在第1爐室104中作旋迥運動。這樣便可使已被加熱之第1道退火氣體112與該待熱處理之退火件102發生有效之熱傳接觸。

在該第1爐室104中設有第1管束熱交換器108。它是由多組管子所繞成，運輸氣體116(以後還會被詳述)會在一個管束的入口處被引入管內，而流經管道的內部後會在一個管束的出口處被引出。該管束之外表面直接接觸該第1退火氣體112。該第1管束熱交換器108用於使該第1退火氣體112與該運輸氣體116產生優良熱傳遞，該運輸氣體116依據本發明的一個實施例可選用為，例如10 bar高壓下之氫氣或氦氣。該第1管束熱交換器108可看成使用以複數根纏繞之管道，其中該管道內部可有運輸氣體在其中流動，而該管道外壁則以導熱性良好之，譬如說，金屬來製成，以利其與管道壁外的退火氣體112作熱交換。換言之，該第1退火氣體112與該運輸氣體116二者係在流體上為斷耦合者，亦即不會混合而各自分離者，但藉由在全流中之該第1管束熱交換器108，二者可作優良的熱交換。

該第1管束熱交換器108係相對於該驅動該退火氣體之第1退火氣體風機130而言，係被設置成，無論在該罩式爐100之何種作業狀態下，由第1退火氣體風機130帶動之退火氣體皆會流過該第1管束熱交換器108。在圖16中會進一步描述該機制。

在使用一個高壓，譬如說10 bar，來運輸該運輸氣體116時，運輸氣體路徑118可以使用較小之尺寸，這可導致總體結構變得較小巧。該運輸氣體116的壓力可以甚高於爐室104中之運輸氣體112及爐室106中之運輸氣體114的壓力(後者譬如說只有一個輕微的20 mbar到50 mbar稍高於大氣的壓力就夠了)。

第2個爐基座So2之結構係與第1個爐基座So1之結構是完全一樣的。它在第2爐室106中，包含有一第2退火氣體風機132來攪動該第2退火氣體114，譬如說也是氫氣。該第2爐室106係藉助於一個第2保護罩122來與週遭保持氣密。一個第2管束熱交換器110能使該第2退火氣體114與該運輸氣體116在互不接觸的情形下完成熱能之交換。

圖1所示之該實施例有二個爐基座So1、So2，但其它實施例可有二個甚至更多個爐基座，作相互耦合之使用。

該第1爐室104向下方以第1爐基170為底(即有一絕熱之爐基座底部)，該第2爐室106下方則以第2爐基172為底。為了使在一個運輸氣體管道系統內運行之運輸氣體116與第1退火氣體112相互作用，因而將運輸氣體116通過第1爐基170引入到第1管束熱交換器108之管道內部。同理亦將運輸氣體116通過第2爐基172引入到第2管束熱交換器110之管道內部。由於該運輸氣體116通過爐基170、172經爐下方引入到各爐室104及106中並自各該處被導出，以致各爐基座So1、So2皆有能量之輸入及能量之輸出。

該運輸氣體116在一個封閉的運輸氣體路徑118，又稱封閉的運輸循環，中循環流動。封閉意指該運輸氣體116係封閉在一個耐高溫耐高壓的運輸氣體路徑118之中，不會漏出，也不會接觸其他的氣體或發生壓力下降的狀況。該運輸氣體116因此係在該運輸氣體路徑118之中長期循環流動，不到被抽出或被換置之前不會改變。該運輸氣體116將不會與退火氣體112或114發生任何接觸，而只是通過該管束熱交換器108，110相互之間作熱交換。

該管束熱交換器108係設置在該受保護罩120氣密地閉鎖之第1爐室104中，行吸熱及/或放熱的功能。該第2管束熱交換器110同理亦係設置在該受保護罩122氣密地閉鎖之第2爐室106中，行吸熱及/或放熱的功能。在罩式爐100中，在各該爐室104、106所設之管束熱交換器108、110，將熱能傳遞給各該退火氣體112、114，因而成為了熱付出及/或熱收納之裝置。

由於能在保護罩120，122內部將熱能傳遞給各該退火氣體112、114，因為另外在保護罩120，122之外的其它保護罩便可以在本發明中被省掉了。換言之，本發明將各該退火氣體112、114與熱源之間的熱交換，全在各爐基座So1、So2保護罩120，122內部就完成了。這使該罩式爐100得以設計得更小巧並節省吊車費用。該封閉的運輸氣體路徑118與第1管束熱交換器108及第2管束熱交換器110作連接可藉由運輸氣體116在第1退火氣體112與第2退火氣體114之間作熱交換。當第1爐基座So1譬如說處於冷卻階段時，該仍然高溫的第1退火氣體112通過管束熱交換器108可將熱能傳遞給運輸氣體116。該因而受熱之運輸氣體116可通過管束熱交換器110再將熱能傳遞給第2運輸氣體114，此時爐基座So2也因而被加熱或被預熱。同樣地，第2退火氣體114的熱能也能傳遞給第1退火氣體112。

該運輸氣體路徑118與在其中流動的運輸氣體116係與退火氣體112及退火氣體114是完全隔離的，而因此之故該運輸氣體116可在該運輸氣體路徑118中保持高壓，譬如說，10 bar。通過如此高壓可以達成高熱能在該第1退火氣體112及該第2退火氣體114之間作高效率的傳遞。除此以外，由於退火氣體路徑與運輸氣體路徑之斷絕耦合的關係，該運輸氣體116可選用與退火氣體112、114相異之氣體，這樣一來兩種氣體可獨立選用與其功能最為有利的。此外第1爐室104及第2爐室106內因運輸氣體116係與退火氣體112及退火氣體114是完全隔離的，其可能導致第1爐室104及第2爐室106室內之結垢污染也可以因而避免。

該運輸氣體路徑118中也包含了一組供電單元124。該供電單元124中設有一組變壓器174，供兩座爐基座使用，而該組變壓器174係與供電單元176耦合使用來提供高壓之電源。在次級線圈側有一開關器178，依它接通的位置將令一個電流通往夾頭180或182並通過運輸氣體路徑118上之聯接管126直接聯接到管束108或110上。也可以為每一個爐基座設置一個變壓器，以利在初級線圈側的電流強度降為1/10。該供電單元124也可以關斷不用。該電流流經低歐姆阻抗之管壁126流到高歐姆阻抗之管束熱交換器108處，並在該處將電能轉變成熱能。這樣該管壁126變成導電者，而加熱處則在管束的地方。這樣一來熱能便進到管束熱交換器108處，並在該處傳遞給第1退火氣體112，及/或，熱能進到管束熱交換器110處，並在該處傳遞給第2退火氣體114。該供電單元124的作用便是加熱該管束熱交換器108、110。一第1電絕緣裝置184在第1爐基座So1中及一第2電絕緣裝置186在第2爐基座So2中阻絕上方管壁中之電不會流向下方。

此外尚有一運輸氣體風機140，來驅動運輸氣體116在運輸氣體路徑118中流動。可以以一個熱壓鼓風機作為運輸氣體風機140來使用。運輸氣體路徑118中尚包含有一可接上使用之冷卻器142用來配合一個氣-水熱交換器(此處亦可選用電冷卻單元)，來冷卻在運輸氣體路徑118中之該運輸氣體116。在運輸氣體路徑118中不同的位置上皆設有氣動或電動的單向閥144以利開啟或關閉各處之流道。此外尚有若干多向閥146設在運輸氣體路徑118中不同的位置上，以利可以氣動或電動地控制出多種氣流之迥路。控制各該閥144、146以及啟動或停止該運輸氣體風機140，或該加熱單元124或該冷卻器142都可以用電的信號來達成。該系統可以由人工操作或利用一控制單元如微處理器來控制，在圖1中雖然沒有將其示出，但該罩式爐100是可以以自動化的流程來控制使用的。

圖1中示出一個壓力容器148其可以包圍住該運輸氣體風機140。該壓力容器148可以當作抗壓器，因為該運輸氣體路徑118中可以有著10 bar的高壓。該運輸氣體路徑118需設計成耐壓，或者它也是設置在一個壓力容器的內部。

圖1中尚示出一控制單元166，其控制及開關該罩式爐100中之各部件而如該圖中之箭頭所示者。

圖2到圖5示意該罩式爐100在一個熱處理週期中不同作業狀態下之情形，而該不同作業狀態係由一控制單元(控制單元166)通過作動各該流體閥144、146及各該開關器178來決定的。

圖2中示出第1作業狀態I，此時該運輸氣體風機140係與第2退火氣體114相互作熱耦合，以致該運輸氣體116從該第2退火氣體114取得熱能，並將該熱能傳遞給第1退火氣體112。因此在該作業狀態I中，該第1爐室104係在作預熱，而該第2爐室106係在作預冷，該運輸氣體116從該第1退火氣體112取得熱能，並將該熱能傳遞給第2退火氣體114。因而該爐基座So1中之退火件(待熱處理之退火件)被加熱，而該爐基座So2中之退火件(已被熱處理之退火件)被冷卻。

圖3中示出該罩式爐100繼第1作業狀態I後之第2作業狀態II之情形。在該第2作業狀態II之中，該管束108在各相關之電通路恰當接妥後，利用供電單元124來加熱該第1爐室104。在一個與此分離之流體路徑中，該運輸氣體風機140驅動該運輸氣體116通過此時已被接通之冷卻器142，以冷卻第2退火氣體114。此時已被冷卻之該運輸氣體116此時與第2退火氣體114作熱耦合，以冷卻該第2爐室。圖3示出而該爐基座So1中之退火件(待熱處理之退火件)繼續被加熱，而該爐基座So2中之退火件(已被熱處理之退火件)繼續被冷卻。

在第2作業狀態II之後，此時可將已被熱處理過而且已經冷卻了的退火件102自爐基座So2中取出。為此可以利用一個吊車將該第2保護罩122取下，然後再取出置於爐基座So2中的退火件102。

在這之後便是圖4中所示的第3作業狀態III了。在第3作業狀態III中，此時該運輸流體驅動器140使該運輸流體116與該第1退火氣體116相互作熱耦合，以致該運輸氣體116從該第1退火氣體112取得熱能，並將該熱能傳遞給第2退火氣體114。因而該第2爐室104此時受到預熱而該第1爐室106此時受到預冷。

在此第3作業狀態III之後緊接起動第4作業狀態IV，如圖5中所示者。在第4作業狀態IV中該管束110利用供電單元124繼續以電力只對第2爐室106繼續加熱。在一個與此分離之流體路徑中，該運輸氣體風機140驅動該運輸氣體116通過此時已被接通之冷卻器142，以利冷卻。該被冷卻之運輸氣體116此時與該第1退火氣體112相互作熱耦合，以將該第1爐室104繼續冷卻。因而該爐基座So1中之退火件(已被熱處理之退火件)繼續被冷卻，而該爐基座So2中之退火件(待被熱處理之退火件)繼續被加熱。

在第4作業狀態IV之後，此時可將已被熱處理過而且已經冷卻了的退火件102自爐基座So1中取出。為此可以利用一個吊車將該第1保護罩120取下，然後再取出置於爐基座So1中的退火件102並在該爐基座So1中置入新退火件102。

現在便可以重新開始作業狀態I-IV的循環，亦即該罩式爐100又將依圖2來作動。

圖6示出該罩式爐的第1爐基座的放大圖，以詳細表現該管束熱交換器108在全流時的出入道。該保護罩120的絕熱體係以元件符號600來代表。

該第1退火氣體風機130是一個徑向流鼓風機，其鼓風輪602由一馬達604來驅動。該鼓風輪602外週設有導流板608。該置於爐基座上的待熱處理之退火件102將被該保護罩120罩住，後者設置在一個環形法蘭612上且有一環形密封條614負責保護罩120的氣密封閉。

圖7示依據本發明之另一實施例之罩式爐100。

此處該罩式爐100如圖7之所示，其以一組設置於爐外之瓦斯加熱單元700來取代爐內電加熱之熱交換器108、110及其供電單元124。也可以使用一個電熱器來當成爐外加熱器。該瓦斯加熱單元700上另設有一個分離的熱源用風機704以將被該瓦斯加熱單元700加熱過的運輸氣體116送入一個管路系統。如圖7所示，該被瓦斯加熱單元700加熱過的運輸氣體116係被送入管束熱交換器108、110中。

此外尚設有一控制單元702，它通過多組的控制導線720來作動各閥144、146以及開或關冷卻器142、瓦斯加熱單元700以及風機140、704。該風機140可設計成冷壓風機，而該風機704可設計成熱壓風機。

該瓦斯加熱單元700係用作為一個加熱器，設計成瓦斯加熱之熱交換器以將熱能傳遞給運輸氣體116。

圖7中該爐基170、172之下方可以部份或全部置於一高壓容器內，以保護在運輸氣體路徑118中之高壓。

圖8至圖11示意該罩式爐100在如圖7所示之實施例中一個熱處理週期中不同作業狀態下之情形，而相當於圖2至圖5之示意。

圖8中示出第1作業狀態I，此時該冷卻器142已與系統斷開。該瓦斯加熱單元700已被關斷。熱能將自該第2爐基座So2中之第2退火氣體114傳遞到第1爐基座So1中之第1退火氣體112中。

圖9中示出在第2作業狀態II時，該第1爐基座So1被此時已開啟之瓦斯加熱單元700繼續加熱，而此時在另外分離的氣體路徑中的冷卻器142已啟動而該第2爐基座So2中之退火氣體114持續被冷卻。

在第2作業狀態II結束後該第2爐基座So2中之退火件102可被取出而換以新的待熱處理之退火件102。

圖10示出第3作業狀態III，此時熱能自第1爐基座So1中之第1退火氣體112傳遞給第2爐基座So2中之第2退火氣體114。該冷卻器142及瓦斯加熱單元700此時皆已關斷。

作業狀態III結束後便換為作業狀態IV來取代，見圖11。在此作業狀態下該冷卻器142作用而繼續冷卻該第1爐基座So1。而此時在另外分離的流體路徑中的瓦斯加熱單元700，持續加熱第2爐基座So2。

在此作業狀態IV結束後該第1爐基座So1中之退火件102可被取出而換以新的待熱處理之退火件102。

此外圖12中示出圖表1200及圖表1250。該第1圖表1200之橫軸1202表時間，填入作業狀態I-IV。縱軸為各該退火氣體之溫度。圖表1250中也選用相同之縱軸及橫軸。

該第1圖表1200係第1爐基座So1中之第1退火氣體112，亦即第1爐基座So1中之退火件，之溫度變化圖；而該第2圖表1250則係第2爐基座So2中之第2退火氣體114，亦即第2爐基座So2中之退火件，之溫度變化圖，而該作業狀態I-IV則係依據圖1或圖7之所示者。在第1作業狀態I下熱能自第2爐基座So2中之第2退火氣體114傳遞給第1爐基座So1中之第1退火氣體112(第1次熱交換WT1，交換熱量E)。在第2作業狀態II下，第1爐基座So1及其中之退火件持續被加熱(H)，而第2爐基座So2及其中之退火件持續被冷卻(K)。而在以下第3作業狀態III中，此時熱能自第1爐基座So1中之第1退火氣體112，及自第1爐基座So1中之退火件，傳遞給第2爐基座So2中之第2退火氣體114及第1爐基座So1中之退火件(第2次熱交換WT2，交換熱量E)。在第4作業狀態IV下，第1爐基座So1及其中之退火件持續被冷卻，而第2爐基座So2及其中之退火件持續被加熱。

圖12所示為一個二爐基座條件下依圖1或依圖7作業時之溫度變化圖。通過這樣一種一階的熱交換(亦即對一個爐基座利用另外一個爐基座中退火氣體之熱在利用加熱器加熱前，作一階的預熱)，可以降低耗能到約原耗能之60%。該一實施例方便實施，而因重覆使用冷卻中爐基座及其中退火件之廢熱，可以降低耗能達40%。

圖13示一二階熱交換系統之第1圖表1300、一第2圖表1320、一第3圖表1340及一第4圖表1360，其中不像在圖1及圖7中各有兩個爐基座，此處是在一個保護罩中設置三個爐基座。在一個二階熱交換系統中，一個爐基座要先後接受來自其他二個包含退火件之爐基座中退火氣體熱量之一個二階的預熱(先後，所以叫二階)，之後才利用加熱器來加熱。

在這種熱交換系統下，有六種不同的作業狀態：

在一個第1作業狀態I中，一個第3爐基座So3作預冷，利用運輸氣體將熱能自第3退火氣體傳遞給第1退火氣體，以預熱一個第1爐基座So1。一個此時與第1爐基座So1、第3爐基座So3分離之第2爐基座So2正利用加熱器加熱至終點溫度。

在一個後續的第2作業狀態II中，該第3爐基座So3正受一冷卻器冷卻，而此時要作預冷的第2爐基座So2則將其第2退火氣體中之熱能傳遞給第1爐基座So1的第1退火氣體。因而該第1爐基座得以繼續預熱。

在一個第3作業狀態III中，該第3爐基座So3又被加熱，這是因為該第2爐基座So2利用運輸氣體將熱能傳遞給該第3爐基座So3。該第3爐基座So3此時處於預熱狀態。因為該第2爐基座So2中第2退火氣體將其熱能傳遞給該第3爐基座So3中之第3退火氣體，其能量在第3作業狀態III中是下降的。該第1爐基座So1此時是與其他爐基座So2、So3隔絕的，它正利用一組加熱裝置為達到最終溫度而加熱中。

在後續的第4作業狀態IV中，該第1爐基座So1在作預冷，因為該第1爐基座So1中其第1退火氣體正將其熱能傳遞給該第3爐基座So3中之第3退火氣體。因而該第3爐基座So3此時繼續處於預熱狀態。該第2爐基座So2此時是與其他爐基座So1、So3隔絕的，它正利用一組冷卻器繼續降溫，以利它在該第4作業狀態IV結束時能達到其最終溫度。

在後續的該第5作業狀態V中，該第3爐基座So3此時是與其他爐基座So1、So2隔絕的，它聯接一組加熱器繼續加熱，以利它在該第5作業狀態V結束時能達到其最終溫度。該尚需繼績冷卻之第1爐基座So1將其第1退火氣體中之熱能傳遞給該第2爐基座So2中之第2退火氣體。後者此時進入到一個第一預熱的階段。

在後續的第6作業狀態VI中，該第3爐基座So3在作預冷，而將其熱能傳遞給該第2爐基座So2。因而第2爐基座So2此時進入到一個第二預熱的階段，而第3爐基座So3此時進入到預冷的階段該第1爐基座So1此時是與其他爐基座So2、So3隔絕的，它正利用一組冷卻器繼續降溫，以利能達到其最終溫度。在該第6作業狀態VI結束後，該循環便又進入到第1作業狀態I。

圖13係示出一個三爐基座二階熱交換的作業。該耗能可以降至40%。依據本發明之爐之結構依然簡單，而可大量節能達約60%。

圖14示意出本發明的另一實施例爐1600，其設置有n個爐基座。示意性的示出一個第1爐基座So1 1602、一個第2爐基座So2 1604以及一個第n爐基座SoN 1606。圖14所示的架構適用於任意個數之爐基座。圖14中也示出複數個之單向閥144。此外尚有一冷卻器142及外設的加熱單元700(此處為瓦斯加熱單元，但電熱器也是可以在此處使用的)。若直接使用管束熱交換器，即以內置電阻加熱器的形式，則需在每一個爐基座內設置一電源單位(1241、1242、、、124n)。對一個二階的熱交換而言，其WT1及/或WT2皆設置一風機單元。

圖15示一鐘形保護罩1700，其可，例如，與圖1中之120、122為一樣者。該保護罩1700有一完整之、由耐熱材料1702製成之內室，以利使各該爐基座不會經由保護罩造成熱損耗。該組合適用於罩式爐。對一個箱式爐來說，則以內壁由絕熱材料合併鋼製外殼之組合為有利，意即令1702與1704互換。

圖16示圖6所示罩式爐之上視圖，該處有一管束熱交換器108，利用一退火氣體風機130對準令加熱後之退火氣體(以全週流的方式為優選)流經其上。因而可使在罩式爐的每一種作業狀態中，亦即在加熱一爐基座、在冷卻一爐基座以及在爐基座間作熱交換時，該退火氣體風機130與該管束熱交換器108之間皆有一優良之熱耦合。

更準確來，說即該退火氣體風機130有一風鼓602被驅動迥轉，見元件符號1642。因而該退火氣體受該退火氣體風機130驅動來作循環的流動。該退火氣體因受該導向裝置之定置之扇葉1640之導向而向外方運動。因而該退火氣體與該管束熱交換器108之間達成優良之熱交換後再流向退火件。該管束熱交換器108也因而處於全流之中。

圖17示出一根據本發明的另一個實施例的爐1800。該爐1800係類似圖1中所示者，但在其第1爐基座上除了裝設該第1保護罩120以外，尚裝設了一個包住該第1保護罩120又可卸下的第1加熱罩1802。同樣該第2爐基座上之第2保護罩外也加增了一個第2加熱罩1804。該第1加熱燃燒器1806係設置於該第1保護罩120及第1加熱罩1802之間的空間1810中，以加熱該保護罩中之保護氣體。同樣地在該第2爐室106中也設置第2加熱燃燒器1808，以加熱該第2保護罩122及第2加熱罩1804之間的空間1812。若將該加熱燃燒器1806、1808換成為電阻加熱元件也是可行的。在圖17中已捨去圖1中所示的供電單元124。該一可接上使用之氣、水熱交換器142仍然維持不變。

可知依據圖17中所示之實施例，該第1退火氣體112、及/或第2退火氣體114之主要加熱之熱量，都是靠間室1810中之熱氣與該第1退火氣體112作熱交換而得來的、及/或靠間室1812中之熱氣與該第2退火氣體114作熱交換而得來的(或者是與一個電阻式的加熱器作熱交換)。該運輸流體路徑118會在本實施例中會發揮效力使該第1退火氣體112及該第2退火氣體114達成熱平衡，亦即作預冷及/或作預熱以節省能源。此外可以利用該一個運輸流體路徑118中的使用冷卻單元142來做最終冷卻。

除此以外尚需在此聲明，依據圖17中所示之實施例，也包含可以外裝一個冷卻罩。

特此指出，「設置有」是開放式詞，表示元件、成分或步驟的組合中不排除權利中未記載的元件、成分或步驟等，名詞若使用單數其不排除權利中之複數情形。此外也要特此聲明，用以描述以上一個實施例用到的特徵或步驟，亦可合併其它的特徵或步驟適用到以上其它的實施例上。在申請專利範圍中之元素符號並非限制性者。

100．．．罩式爐

102．．．待熱處理之工件

104．．．第1爐室

106．．．第2爐室

108．．．第1管束式熱交換器

110．．．第2管束式熱交換器

112．．．退火氣體

114．．．退火氣體

116．．．運輸氣體

118．．．運輸氣體路徑、運輸氣體系統

120．．．第1保護罩

122．．．第2保護罩

124．．．供電單元

126．．．聯接管、管壁

130．．．第1退火氣體風機

132．．．第2退火氣體風機

140．．．運輸氣體風機

142．．．冷卻器

144．．．單向閥

146．．．多向閥

148．．．壓力容器

166．．．控制單元

170．．．第1爐基

172．．．第2爐基

174．．．變壓器

176．．．供電單元

178．．．開關器

180．．．夾頭

182．．．夾頭

184．．．第1電絕緣裝置

186．．．第2電絕緣裝置

600．．．隔熱體

602．．．風鼓

608．．．導風裝置

612．．．環形法蘭

700．．．瓦斯加熱單元

702．．．控制單元

704．．．熱源用風機

720．．．控制導線

1200．．．第1圖表

1202．．．橫軸

1204．．．縱軸

1241．．．供電單元

1242．．．供電單元

124n．．．供電單元

1250．．．第2圖表

1300．．．第1圖表

1320．．．第2圖表

1340．．．第3圖表

1360．．．第4圖表

1600．．．爐

1602．．．第1爐基座

1604．．．第2爐基座

1606．．．第n爐基座

1640．．．定置葉片

1644．．．風鼓

1700．．．鐘形保護罩

1702．．．耐熱材料

1704．．．隔熱體

1800．．．爐

1802．．．第1加熱罩

1804．．．第2加熱罩

1806．．．第1加熱燃爐

1808．．．第2加熱燃爐

E．．．能量轉換

So1．．．第1爐基座

So2．．．第2爐基座

So3．．．第3基座

SoN．．．第n爐基座

WT1．．．第1熱交換

圖1揭示一根據本發明的一個實施例的罩式爐用來熱處理待熱處理之退火件，其設有複數個爐基座，其中一退火氣體可藉助一熱交換器來將該退火件加熱或冷卻。該熱交換器在開始時受運輸氣體從另一組(來自冷卻作業中之爐基座)熱交換器取來之熱來作加熱，然後改由電源裝置來作加熱。該熱交換器在開始時受運輸氣體送給予另一組(來自加熱作業中之爐基座)熱交換器取走之熱來達成冷卻，然後再由一組冷卻裝置來作冷卻。

圖2至圖5示意圖1所示之罩式爐在一個熱處理週期中不同作業狀態下之情形。

圖6揭示出圖1所示本發明之罩式爐之爐基座之細部。

圖7揭示一根據本發明的另一個實施例的罩式爐用來熱處理待熱處理之退火件，而其設有複數個爐基座，其中之退火氣體可藉助一熱交換器來將之加熱或冷卻。該熱交換器在開始時受運輸氣體從另一組(來自冷卻作業中之爐基座)熱交換器取來之熱來作加熱，然後再改由一組設置於外部之瓦斯熱源來作加熱。該熱交換器在開始時受運輸氣體送給予另一組(來自加熱作業中之爐基座)熱交換器取走之熱來達成冷卻，然後再由一組冷卻裝置來作冷卻。

圖8至圖11示意圖7所示之罩式爐在一個熱處理週期中不同作業狀態下之情形。

圖12揭示圖1及圖7中所示之罩式爐在單一爐基座內不同作業狀態下之溫度時間變化。

圖13揭示一個依據本發明之二階作業之罩式爐在二階之預熱階、加熱階，二階之預冷卻階、冷卻階作業狀態下之溫度時間變化，其中設置有三組爐基座利用一組運輸氣體路徑來作熱耦合者。

圖14示意一組依據本發明之實施例之二階熱交換之多爐基座爐。

圖15示出一絕熱之保護罩，其可以在一個根據本發明的實施例的罩式爐中作使用者。

圖16示出一如圖15所示的罩式爐之上視圖，其中設有一鼓動退火氣體之裝置，不分作業狀態地來使爐內氣體大致呈現全流之流動狀況，以利在加熱、冷卻或作熱交換作業時能在管束熱交換器與該鼓動退火氣體之裝置之間保障一個優良之熱耦合者。

圖17示出揭示一根據本發明的另一個實施例的罩式爐，其中只用到冷卻中之退火件與加熱中之退火件間之熱交換，而因此其每一爐基座除了設置保護罩之外又設有一個加熱罩。其最終階段的冷卻是如同圖1一樣使用瓦斯/水冷卻的。

以上各圖中相同或相似之組件皆採用相同之元件符號。

100．．．罩式爐

102．．．待熱處理之工件

104．．．第1爐室

106．．．第2爐室

108．．．第1管束式熱交換器

110．．．第2管束式熱交換器

112．．．退火氣體

114．．．退火氣體

116．．．運輸氣體

118．．．運輸氣體路徑、運輸氣體系統

120．．．第1保護罩

122．．．第2保護罩

124．．．供電單元

126．．．聯接管、管壁

130．．．第1退火氣體風機

132．．．第2退火氣體風機

140．．．運輸氣體風機

142．．．冷卻器

144．．．單向閥

146．．．多向閥

148．．．壓力容器

166．．．控制單元

170．．．第1爐基

172．．．第2爐基

174．．．變壓器

176．．．供電單元

178．．．開關器

180．．．夾頭

182．．．夾頭

184．．．第1電絕緣裝置

186．．．第2電絕緣裝置

So1．．．第1爐基座

So2．．．第2爐基座

So1．．．第1爐基座

So2．．．第2爐基座

Claims (22)

1. 用來熱處理退火件(102)之爐(100)，該爐(100)至少設有：一個可密閉的第1爐室(104)，其受納待受熱處理之退火件(102)而利用該退火件(102)與該可加熱或可冷卻之第1退火氣體(112)間的熱交換，來在該第1爐室(104)中熱處理該退火件(102)；一個設置在該第1爐室(104)中之第1熱交換器(108)，其用於使該第1退火氣體(112)與一運輸流體(116)間發生熱交換作用，其中該第1熱交換器(108)係設置在該第1爐室(104)中一個外殼地區(Gehuseabschnitt,120)之內，尤指在該風機之全流中，該外殼地區(120)將該第1退火氣體(112)封鎖在該第1爐室(104)之中，而且該外殼地區(120)是直接與該第1退火氣體(112)相接觸者；一個可密閉的第2爐室(106)，其受納待受熱處理之退火件(102)而利用該退火件(102)與該可加熱或可冷卻之第2退火氣體間的熱交換，來在該第2爐室(106)中熱處理該退火件(102)；一個設置在該第2爐室(106)中之第2熱交換器(110)，其用於使該第2退火氣體(114)與一運輸流體(116)間發生熱交換作用，其中該第2熱交換器(110)係設置在該第2爐室(106)中一個外殼地區(122)之內，尤指在該風機之全流中，該外殼地區(122)將該第2退火氣體(114)封鎖在該第2爐室(106)之中；一個封閉的運輸氣體路徑(118)，其與第1熱交換器(108)及第2熱交換器(110)作聯接，可藉由運輸氣體(116)在第1退火氣體(112)與第2退火氣體(114)互不接觸之情況下，使二者之間達成熱的交換。
2. 如申請專利範圍第1項中所述之爐(100)，其中該爐(100)係以批式來作業者，尤指罩式爐(100)或箱式爐。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之爐(100)，其中該第1爐室(104)用一可拆卸之第1保護罩(120)當作該第1爐室(104)之外殼地區(120)，其將該第1爐室(104)以氣密地封鎖，以及該第2爐室(106)用一可拆卸之第2保護罩(122)當作該第2爐室(106)之外殼地區(122)，其將該第2爐室(106)以氣密地封鎖，其中，尤其該第1保護罩(120)係為最外層，尤其是該第1爐室(104)之唯一之外罩者，以及，該第2保護罩(122)係為最外層，尤其是該第2爐室(106)之唯一之外罩者。
4. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之爐(100)，其中，該第2爐室(106)之外殼地區(122)係與該第2退火氣體(114)作直接之接觸者。
5. 如申請專利範圍第3項或第4項所述之爐(100)，其中該第1保護罩(120，1700)及第2保護罩(122，1700)各自裝設有一耐熱之，尤指以金屬製之，內殼(1702)以及一絕熱材料製之隔熱外殼(1704)。
6. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項所所述之爐(100)，其中該外置加熱單元(700)係設置成可以加熱該第1熱交換器(108)或者該第2熱交換器(110)，以直接加熱運輸流體(116)，其利用將熱能傳遞到該第1退火氣體(112)上而可加熱該第1爐室(104)或利用將熱能傳遞到該第2退火氣體(114)上而可加熱該第2之爐室(106)，其中該外置加熱單元(700)尤其是指以瓦斯、燃油或顆粒燃料為燃料者，或為一電阻式加熱器者。
7. 如申請專利範圍第6項所述之爐(100)，其中一電加熱單元(124)，可將，尤指該第1熱交換器(108)或該第2熱交換器(110)當成電阻式加熱器，而可以在內部直接以電力來加熱者。
8. 如申請專利範圍第3項所述之爐(1800)，其中該第1爐室(104)用一可拆卸、可加熱，尤指可以瓦斯、或電加熱之第1加熱罩(1802)予該第1爐室(104)以氣密地封鎖，該第1加熱罩(1802)包圍住該第1保護罩(120)，而且，其中該第2爐室(106)用一可拆卸、可加熱，尤指可以瓦斯、或電加熱之第2加熱罩(1804)予該第2爐室(106)以氣密地封鎖，該第2加熱罩(1804)包圍住該第2保護罩(122)。
9. 如申請專利範圍第1項至第8項中任一項所述之爐(100)，其中該第1熱交換器(108)及/或該第2熱交換器(110)係為管束熱交換器，其由彎管繞成束，其中該管內部是為運輸流體路徑(118)而可有一運輸流體(116)在其中流動，而該管外部是直接與各該處之退火氣體(112、114)作直接之接觸者。
10. 如申請專利範圍第1項至第9項中任一項所述之爐(100)，其中該第1爐室(104)中設有一第1退火氣體風機(130)以及在該第2爐室(106)中設有一第2退火氣體風機(132)，其中各該退火氣體(112、114)要各自對準各個相關之熱交換器(108、110)以及要各自對準各個相關之退火件(102)。
11. 如申請專利範圍第1項至第10項中任一項所述之爐(100)，其中該運輸流體(116)係為一運輸氣體，尤指氫氣或氦氣或一其他導熱性優良之氣體。
12. 如申請專利範圍第1項至第11項中任一項所述之爐(100)，其中該運輸流體(116)係在該運輸流體路徑(118)中受到2 bar至20 bar或更高之壓力，尤指一個由5 bar至10 bar之間之壓力。
13. 如申請專利範圍第1項至第12項中任一項所述之爐(100)，其中該運輸流體(116)係在該運輸流體路徑(118)中受到一個400℃至1100℃之高溫，尤指一個600℃至900℃之高溫。
14. 如申請專利範圍第1項至第13項中任一項所述之爐(100)，其又設有：一個可密閉的第3爐室，其受納待受熱處理之退火件(102)而利用該退火件(102)與該可加熱之第3退火氣體間的熱交換，來在該第3爐室中熱處理該退火件(102)；一個設置於第3爐室內之第3熱交換器，其用於使該第3退火氣體與該運輸流體(116)之間作熱交換，其中該第3熱交換器係設置在該第3爐室中之一個外殼地區(Gehuseabschnitt)之內，尤指在風機之全流範圍內，該外殼地區封閉該第3退火氣體於該第3爐室之中；其中該封閉之運輸流體路徑(118)也與該第3熱交換器作功能上之耦合，即利用該運輸流體使該第3退火氣體與該第1退火氣體(112)及/或與第2退火氣體(114)間作熱能之傳遞。
15. 如申請專利範圍第1項至第14項中任一項所述之爐(100)，其設有一控制單元(702)以控制該運輸流體路徑(118)，使它能令該運輸流體(116)與該第1退火氣體(112)及第2退火氣體(114)選擇性發生熱傳遞而達成在該第1爐室(104)及第2爐室(106)各自進入預熱模式、加熱模式或冷卻模式者。
16. 如申請專利範圍第1項至第15項中任一項所述之爐(100)，其中該運輸流體路徑(118)中設有一運輸流體驅動器(140)以驅動該運輸流體(116)流過該運輸流體路徑(118)。
17. 如申請專利範圍第1項至第16項中任一項所述之爐(100)，其中該運輸流體路徑(118)中，設有一可聯接上之冷卻器(142)以冷卻該流過該運輸流體路徑(118)中之運輸流體(116)。
18. 如申請專利範圍第16項及第17項所述之爐(100)，其中該運輸流體路徑(118)中設有複數個閥(144、146)，該複數個閥(144、146)可被操控以產生以下之作業模態：一個第1作業模態，此時該運輸流體驅動器使該運輸流體(116)與該第2退火氣體(114)相互作熱耦合，以致該運輸氣體(116)從該第2退火氣體(114)取得熱能，並將該熱能傳遞給第1退火氣體(112)，以利該第1爐室(104)被加熱而該第2爐室(106)被冷卻；一個繼第1作業模態後之第2作業模態，在該第2作業模態之中一組供電單元(124、700)，尤指內設或外置者，來繼續加熱該第1爐室(104)，在一個與此分離之流體路徑中，該運輸流體驅動器(140)驅動該運輸流體(116)通過此時已被聯接上之冷卻器(142)而被冷卻，此時已被冷卻之該運輸氣體(116)與第2退火氣體(114)作熱耦合，以利可繼續冷卻該第2爐室(106)；一個後續之第3作業模態，此時該運輸流體驅動器(140)使該運輸流體(116)與該第1退火氣體(116)相互作熱耦合，以致該運輸氣體(116)從該第1退火氣體(112)取得熱能，並將該熱能傳遞給第2退火氣體(114)，以利該第2爐室(106)被加熱而該第1爐室(104)被冷卻；一個後續的第4作業模態，此時該供電單元(124、700)加熱該第2爐室(106)，在一個與此分離之流體路徑中，該運輸流體驅動器(140)驅動該運輸流體(116)通過此時已被聯接上之冷卻器(142)而被冷卻，此時已被冷卻之該運輸氣體(116)此時與第1退火氣體(112)作熱耦合，以利來冷卻該第1爐室(104)。
19. 如申請專利範圍第1項至第18項中任一項所述之爐(100)，其設有將運輸流體路徑(118)穩壓之設施，尤指一壓力容器(148)，其係保壓地圍繞至少一部份之運輸流體路徑(118)。
20. 如申請專利範圍第1項至第19項中任一項所述之爐(100)，其中該第1熱交換器(108)，係相對於一個驅動該第1退火氣體的第1風機(130)，及/或，該第2熱交換器(110)，係相對於一個驅動該第2退火氣體的第2風機(132)而言，設置成能在爐(100)的每一個操作條件下，皆可使該第1風機(130)所驅動的退火氣體能全流量流過該第1熱交換器(108)，及/或，設置成能在爐(100)的每一個操作條件下，皆可使該第2風機(132)所驅動的退火氣體能全流量流過該第2熱交換器(110)。
21. 如申請專利範圍第1項至第20項中任一項所述之爐(100)，其中該爐係設置成，該第1退火氣體(112)與該第2退火氣體(114)皆不與運輸流體(116)發生接觸者。
22. 一種將退火件(102)在一個爐(100)內作熱處理之方法，其中該方法至少包含：在一個可密閉的第1爐室(104)中，受納待受熱處理之退火件(102)，而利用該退火件(102)與該可加熱或可冷卻之第1退火氣體(112)間的熱交換，來在該第1爐室(104)中熱處理該退火件(102)；在一個設置在該第1爐室(104)中之第1熱交換器(108)中，使該第1退火氣體(112)與一運輸流體(116)間發生熱交換作用，其中該第1熱交換器(108)係設置在該第1爐室(104)中一個外殼地區(Gehuseabschnitt,120)之內，尤指在該風機之全流中，該外殼地區(120)將該1退火氣體(112)封鎖在該第1爐室(104)之中，而且該外殼地區(120)是直接與該第1退火氣體(112)相接觸者；在一個可密閉的第2爐室(106)，受納待受熱處理之退火件(102)而利用該退火件(102)與該可加熱或可冷卻之第1退火氣體(114)間的熱交換，來在該第2爐室(106)中熱處理該退火件(102)；在一個設置在該第2爐室(106)中之第2熱交換器(110)中，將該第2退火氣體(114)與一運輸流體(116)發生熱交換作用，其中該第2熱交換器(110)係設置在該第2爐室(106)中一個外殼地區(122)之內，尤指在該風機之全流中，且該外殼地區(122)可將該第2退火氣體(114)封鎖在該第2爐室(106)之中；控制該封閉的運輸氣體路徑(118)與該第1熱交換器(108)及該第2熱交換器(110)作功能上之耦合，使該運輸氣體(116)在該第1退火氣體(112)與該第2退火氣體(114)之間作熱的交換。