WO2016170846A1 - 熱処理装置 - Google Patents

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WO2016170846A1
WO2016170846A1 PCT/JP2016/056055 JP2016056055W WO2016170846A1 WO 2016170846 A1 WO2016170846 A1 WO 2016170846A1 JP 2016056055 W JP2016056055 W JP 2016056055W WO 2016170846 A1 WO2016170846 A1 WO 2016170846A1
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gas
heat treatment
cooling
chamber
hydrogen gas
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PCT/JP2016/056055
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勝俣　和彦
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株式会社Ihi
株式会社Ｉｈｉ機械システム
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Definitions

  • the present disclosure relates to a heat treatment apparatus.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2015-87450 for which it applied to Japan on April 22, 2015, and uses the content here.
  • Patent Document 1 As a heat treatment apparatus having a heat treatment chamber that accommodates an object to be processed, a cooling gas supply device that supplies a cooling gas into the heat treatment chamber, and a cooling gas circulation device that circulates the cooling gas in the heat treatment chamber, for example, Patent Document 1 shown below.
  • the multi-chamber multi-cooling vacuum furnace described in 1) is known.
  • a liquid nozzle and a gas nozzle are disposed in a cooling chamber so as to surround an object to be processed, so that a cooling liquid and a cooling gas can be supplied. .
  • an inert gas when performing gas cooling in the heat treatment step, an inert gas may be used as a cooling gas.
  • the inert gas used for the cooling gas there are nitrogen gas, argon gas, and the like.
  • nitrogen gas is used for gas cooling in so-called bright heat treatment.
  • nitrogen gas it is necessary to increase the gas density in order to improve the cooling capacity.
  • pursuing improvement in cooling capacity requires a container that can withstand high pressure, a device that increases the pressure of the cooling gas, and the like, and inspection of those facilities is required.
  • the present disclosure has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a heat treatment apparatus capable of improving the cooling capacity even if the pressure of the cooling gas is suppressed.
  • a first aspect of the present disclosure includes a heat treatment chamber that accommodates an object to be processed, a cooling gas supply device that supplies a cooling gas into the heat treatment chamber, and a circulation of the cooling gas within the heat treatment chamber.
  • a cooling gas supply device having a gas purging device for purging a portion where there is a possibility of mixing the cooling gas and oxygen gas supplied into the heat treatment chamber with an inert gas.
  • the apparatus supplies hydrogen gas as a cooling gas to the heat treatment chamber.
  • hydrogen gas is used as the cooling gas, and the workpiece is cooled by circulating the hydrogen gas in the heat treatment chamber. Since hydrogen gas has a heat transfer coefficient approximately 2.2 times that of nitrogen gas, the cooling capacity can be improved even if the pressure of the cooling gas is suppressed. On the other hand, when hydrogen gas is mixed with oxygen gas, it is ignited and burned even by a slight spark. For this reason, by mixing the portion where there is a possibility of mixing the cooling gas and the oxygen gas supplied into the heat treatment chamber with an inert gas, mixing of the hydrogen gas and the oxygen gas in the portion is reliably prevented. Thereby, hydrogen gas can be safely used as the cooling gas. Therefore, according to this indication, even if it suppresses the pressure of cooling gas, the heat treatment apparatus which can improve cooling capacity is obtained.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a multi-chamber heat treatment apparatus A according to an embodiment of the present disclosure as viewed from the front.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the multi-chamber heat treatment apparatus A according to an embodiment of the present disclosure as viewed from above.
  • the multi-chamber heat treatment apparatus A according to the present embodiment is an apparatus in which a gas cooling device RG, a mist cooling device RM, and three heating devices K are combined via an intermediate transfer device H as shown in FIG.
  • the intermediate transfer device H includes a transfer chamber 1, a mist cooling chamber lift 2, a plurality of transfer rails 3, three pairs of pusher mechanisms 4a, 4b, 5a, 5b, 6a and 6b.
  • Three heating chamber elevators 7a to 7c, an expansion chamber 8, a partition door 9 and the like are provided.
  • the transfer chamber 1 is a container provided between the mist cooling device RM and the three heating devices K. As shown in FIG. 2, three heating chamber lifting platforms 7a to 7c are arranged on the floor of the transfer chamber 1 so as to surround the mist cooling chamber lifting platform 2.
  • the internal space of the transfer chamber 1 and the internal space of the expansion chamber 8 described later are intermediate transfer chambers in which the workpiece X moves.
  • the mist cooling chamber lift 2 is a support table on which the workpiece X is placed when the workpiece X is cooled by the mist cooling device RM, and is lifted by a lift mechanism (not shown). That is, the workpiece X moves between the intermediate transfer device H and the mist cooling chamber elevator 2 when the elevator mechanism operates while being placed on the mist cooling chamber elevator 2.
  • the plurality of transfer rails 3 are laid on the floor of the transfer chamber 1, on the mist cooling chamber lifting platform 2, on the heating chamber lifting platforms 7 a to 7 c and on the floor of the expansion chamber 8 as shown in the figure.
  • These transfer rails 3 are guide members (guide members) when moving the workpiece X in the transfer chamber 1 and the expansion chamber 8.
  • the three pairs of pusher mechanisms 4 a, 4 b, 5 a, 5 b, 6 a, 6 b are transfer actuators that press the workpiece X in the transfer chamber 1 and the expansion chamber 8.
  • the mechanism arranged in the same straight line is the mist cooling chamber lifting platform 2 and the three heating chamber lifting platforms 7a to 7c.
  • the workpiece X is moved between them.
  • one pusher mechanism 4a presses the workpiece X from the heating chamber lifting platform 7a toward the mist cooling chamber lifting platform 2, and the other pusher mechanism 4b
  • the workpiece X is pressed from the cooling chamber lift 2 toward the heating chamber lift 7a.
  • the plurality of transport rails 3 are configured to smoothly move the workpiece X when the workpiece X is moved (conveyed) using the three pairs of pusher mechanisms 4a, 4b, 5a, 5b, 6a, and 6b. In addition to guiding, it also guides the movement of the pressing portions attached to the tips of the three pairs of pusher mechanisms 4a, 4b, 5a, 5b, 6a, 6b.
  • the three heating chamber lifts 7a to 7c are support tables on which the workpiece X is placed when the workpiece X is heat-treated by each heating device K, and are provided directly below the respective heating devices K. These heating chamber elevating platforms 7a to 7c are moved up and down by an elevating mechanism (not shown) to move the workpiece X between the intermediate transfer device H and each heating device K.
  • the three heating devices K are devices that heat-treat the workpiece X and are provided above the transfer chamber 1.
  • Each heating device K includes a heating chamber, a plurality of electric heaters, and the like, and an object to be processed X accommodated in the heating chamber in a state of being placed on the heating chamber lifting platforms 7a to 7c. Heat uniformly in a reduced pressure atmosphere.
  • the mist cooling device RM is a device that cools the workpiece X using a mist of a predetermined cooling medium, and is provided below the transfer chamber 1.
  • This mist cooling device RM has a mist cooling chamber inside, and is to be processed with respect to an object to be processed X accommodated in the mist cooling chamber in a state of being placed on the mist cooling chamber lifting platform 2 described above. Cooling (mist cooling) is performed by spraying a mist of a cooling medium from a plurality of nozzles provided around the object X.
  • the cooling medium is water, for example.
  • the expansion chamber 8 is a substantially box-shaped expansion container that is connected to the side portion of the transfer chamber 1 and is provided for the purpose of connecting the intermediate transfer device H and the gas cooling device RG. One end of the expansion chamber 8 communicates with the side portion of the transfer chamber 1, and a partition door 9 is provided at the other end of the expansion chamber 8. A transfer rail 3 for moving the workpiece X is laid on the floor of the expansion chamber 8.
  • the partition door 9 is a door that partitions the intermediate transfer chamber that is the internal space of the expansion chamber 8 and the gas cooling chamber 10 (heat treatment chamber) of the gas cooling device RG, and is provided in a vertical posture on the other end of the expansion chamber 8. It has been. That is, the partition door 9 moves up and down by a driving mechanism (not shown) to open or shield the other end of the expansion chamber 8.
  • the gas cooling device RG is a cooling device that cools the workpiece X using a cooling gas, and uses hydrogen gas (H 2 gas) as the cooling gas.
  • the gas cooling device RG includes a gas cooling chamber 10, a cooling gas supply device 20, a cooling gas circulation device 30, a gas purge device 40, a hydrogen gas recovery device 50, and the like.
  • the gas cooling chamber 10 includes a workpiece storage unit 11, a cooling gas circulation unit 12, a heat exchange unit 13, and the like.
  • the workpiece storage unit 11 is a highly pressure-resistant shape, that is, a substantially cylindrical container with rounded end faces, and is vertically adjacent to the expansion chamber 8 constituting the intermediate transfer chamber (the radial direction is horizontal). Is provided).
  • the workpiece storage unit 11 is connected to the expansion chamber 8 in a state in which a part of the expansion chamber 8 is accommodated therein, that is, in a state where the partition door 9 protrudes from the side into the gas cooling chamber 10. ing. Furthermore, a workpiece door 11a is provided at a position facing the partition door 9 in the workpiece storage unit 11. The workpiece entrance / exit door 11a opens and closes a workpiece entrance through which the workpiece X is taken in and out between the outside and the gas cooling chamber.
  • a mounting table 10b for holding the workpiece X at a predetermined height is provided inside the workpiece door 11a.
  • the workpiece X held on the mounting table 10b is moved by the loading / unloading cylinder mechanism 10c shown in FIG.
  • the entrance / exit cylinder mechanism 10 c is a transport mechanism that moves the workpiece X to the workpiece storage section 11 and the transport chamber 1.
  • the cooling gas circulation unit 12 is an annular container that connects the workpiece storage unit 11 and the heat exchange unit 13. As shown in FIG. 1, one end (gas blowing port 12 a) of the cooling gas circulation unit 12 opens to the upper part (upper side) of the workpiece storage unit 11, and the other end (gas exhaust port 12 b) of the cooling gas circulation unit 12. Is opened to the lower part (lower side) of the object-to-be-processed container 11 so as to face the gas inlet 12a with the object X to be processed in between.
  • a vacuum pump 12d is connected to the cooling gas circulation unit 12 through an exhaust pipe 12c.
  • the vacuum pump 12d exhausts the gas in the gas cooling chamber 10 to the outside through the exhaust pipe 12c.
  • the vacuum pump 12d for example, a roots pump can be used.
  • the exhaust pipe 12c between the cooling gas circulation unit 12 and the vacuum pump 12d is provided with an on-off valve 12c1 that controls gas exhaust.
  • the downstream side of the vacuum pump 12d is branched into an air release pipe 12e and a hydrogen gas recovery pipe 12f.
  • An open / close valve 12e1 is provided in the atmosphere release pipe 12e, and an open / close valve 12f1 is provided in the hydrogen gas recovery pipe 12f.
  • the heat exchange unit 13 is provided in the cooling gas circulation unit 12 on the downstream side (exhaust side) of the gas exhaust port 12b, and includes a heat exchanger 13a.
  • the heat exchanger 13a has a plurality of heat transfer tubes provided in a meandering state, and a predetermined liquid refrigerant is inserted therein.
  • This heat exchanging unit 13 is cooled by exchanging heat between the cooling gas flowing from one end of the cooling gas circulating unit 12 to the other end of the cooling gas circulating unit 12 through the workpiece storage unit 11 with the liquid refrigerant in the heat transfer tube. To do.
  • the cooling gas heated by the workpiece X is cooled to, for example, the temperature before the cooling of the workpiece X (the temperature of the cooling gas blown from the gas inlet 12a). .
  • the cooling gas supply device 20 includes a supply tank 21, a cooling gas supply pipe 22, an on-off valve 23, and the like.
  • the supply tank 21 holds hydrogen gas used as a cooling gas in a high pressure state.
  • the supply tank 21 is connected to the gas cooling chamber 10 via a cooling gas supply pipe 22.
  • the on-off valve 23 allows / blocks the passage of the cooling gas in the cooling gas supply pipe 22. When the on-off valve 23 is closed, the supply of the cooling gas from the supply tank 21 to the gas cooling chamber 10 is shut off. When the on-off valve 23 is in the open state, the cooling gas is supplied from the supply tank 21 to the gas cooling chamber 10. Supplied.
  • the cooling gas circulation device 30 includes a turbo fan 31 (impeller), a rotating shaft 32, a motor 33, a seal member 34, and the like.
  • the turbo fan 31 is a centrifugal fan provided in the gas cooling chamber 10.
  • the rotating shaft 32 extends in the horizontal direction, passes through the wall 10 a of the gas cooling chamber 10, and is connected to the turbo fan 31.
  • the motor 33 is a power source that rotates the rotary shaft 32, and is provided outside the gas cooling chamber 10. As the motor, for example, a water cooling motor can be used.
  • the motor 33 has a gas introduction part 33a for introducing an inert gas into the inside, and a gas discharge part 33b for discharging the inert gas from the inside.
  • the gas introduction part 33a and the gas discharge part 33b are openings provided in the housing of the motor 33 that accommodates the rotor and the stator.
  • the seal member 34 is provided around the rotation shaft 32 and seals between the gas cooling chamber 10 and the motor 33. As the seal member 34, for example, a segment seal can be used.
  • the gas purge device 40 purges at least the motor 33 with an inert gas.
  • the gas purge apparatus 40 includes a supply tank 41, a gas purge chamber 42, a first gas purge pipe 43, a second gas purge pipe 44, a third gas purge pipe 45, and the like.
  • the supply tank 41 holds an inert gas used for gas purging in a high pressure state. Nitrogen gas, argon gas, or the like can be used as the inert gas, but the supply tank 41 of the present embodiment holds relatively inexpensive nitrogen gas (N 2 gas).
  • the gas purge chamber 42 is a container that hermetically surrounds at least the motor 33.
  • the gas purge chamber 42 of the present embodiment is configured to surround the gas cooling chamber 10 together with the motor 33.
  • the gas purge chamber 42 is formed in a substantially box shape, and surrounds the upper surface and four side surfaces of the motor 33 and the gas cooling chamber 10 as shown in FIGS. 1 and 2.
  • the gas purge chamber 42 also surrounds at least a part of the expansion chamber 8 outside the partition door 9.
  • An exhaust pipe 42 a is provided on the upper surface of the gas purge chamber 42.
  • the exhaust pipe 42a has a safety valve that is opened when a predetermined pressure is reached, and is opened at, for example, 1.1 bar or more.
  • the first gas purge pipe 43 is a pipe for supplying an inert gas into the motor 33.
  • the first gas purge pipe 43 connects between the supply tank 41 and the gas introduction part 33 a of the motor 33.
  • the first gas purge pipe 43 is provided with an on-off valve 43a.
  • the on-off valve 43a allows / blocks the passage of the inert gas in the first gas purge pipe 43.
  • the second gas purge pipe 44 is a pipe for supplying an inert gas into the gas purge chamber 42.
  • the second gas purge pipe 44 connects between the supply tank 41 and the gas purge chamber 42.
  • the second gas purge pipe 44 is provided with an on-off valve 44a.
  • the on-off valve 44 a allows / blocks the passage of the inert gas in the second gas purge pipe 44.
  • the third gas purge pipe 45 is a pipe for supplying an inert gas into the gas cooling chamber 10.
  • the third gas purge pipe 45 connects between the supply tank 41 and the gas cooling chamber 10.
  • the third gas purge pipe 45 is provided with an on-off valve 45a.
  • the on-off valve 45 a allows / blocks the passage of the inert gas in the third gas purge pipe 45.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a schematic configuration of the hydrogen gas recovery device 50 according to an embodiment of the present disclosure.
  • the hydrogen gas recovery device 50 recovers the hydrogen gas supplied to the gas cooling chamber 10 as a cooling gas.
  • the hydrogen gas recovery device 50 of the present embodiment is connected to a hydrogen gas recovery pipe 12 f on the downstream side of the vacuum pump 12 d, and the recovered hydrogen gas is supplied to the supply tank 21 of the cooling gas supply device 20. To supply.
  • the hydrogen gas recovery device 50 includes a plurality of recovery tanks 51a to 51d, a compressor 52, a hydrogen gas supply pipe 53, and the like.
  • the plurality of recovery tanks 51a to 51d are connected to the hydrogen gas recovery pipe 12f via pipes having on-off valves 51a1 to 51d1, respectively.
  • the on-off valve 51a1 allows / blocks the passage of hydrogen gas to the recovery tank 51a.
  • the on-off valve 51a1 When the on-off valve 51a1 is closed, the supply of hydrogen gas from the hydrogen gas recovery pipe 12f to the recovery tank 51a is shut off.
  • the on-off valve 51a1 When the on-off valve 51a1 is open, hydrogen is supplied from the hydrogen gas recovery pipe 12f to the recovery tank 51a. Gas is supplied.
  • the recovery tanks 51a to 51c perform a plurality of pressure equalization operations on the hydrogen gas in the gas cooling chamber 10 (in this embodiment, three pressure equalization operations). (To be described later)).
  • the recovery tank 51d (second recovery tank) is provided to recover the hydrogen gas in the gas cooling chamber 10 by driving the vacuum pump 12d after a plurality of pressure equalizing operations.
  • the compressor 52 pressurizes the hydrogen gas recovered in the plurality of recovery tanks 51 a to 51 d and supplies it to the cooling gas supply device 20.
  • the hydrogen gas supply pipe 53 supplies the hydrogen gas boosted by the compressor 52 to the supply tank 21 of the cooling gas supply device 20.
  • the supply tank 21 of the present embodiment includes a plurality of supply tanks 21a to 21c.
  • On-off valves 53a to 53c provided in the hydrogen gas supply pipe 53 allow / block passage of hydrogen gas to the supply tanks 21a to 21c. For example, when the on-off valve 53a is closed, the supply of hydrogen gas from the hydrogen gas supply pipe 53 to the supply tank 21a is interrupted, and when the on-off valve 53a is open, the hydrogen gas supply pipe 53 to the supply tank 21a. Hydrogen gas is supplied.
  • the worker carries the workpiece X into the workpiece storage unit 11 (gas cooling chamber) via the workpiece door 11a.
  • the operator seals the workpiece door 11a, manually sets an operation panel (not shown), sets heat treatment conditions, and instructs a control device (not shown) to start heat treatment.
  • the control device moves the workpiece X to the heating device K to perform the heat treatment.
  • the object to be processed X after the heat treatment is mist-cooled by a mist cooling device RM as necessary, and then conveyed to the gas cooling device RG by the loading / unloading cylinder mechanism 10c and held on the mounting table 10b. It arrange
  • the control device drives the gas cooling device RG to cool the workpiece X with gas.
  • the control device drives the cooling gas supply device 20 to supply hydrogen gas to the gas cooling chamber 10.
  • the hydrogen gas is supplied from the cooling gas supply pipe 22 to the gas cooling chamber 10 when the on / off valve 23 is opened from the closed state by the control device.
  • the control device switches the open / close valve 23 from the open state to the closed state, and drives the cooling gas circulation device 30 to start the circulation of the hydrogen gas. Then, the cooling process of the workpiece X in accordance with the heat treatment conditions is started.
  • hydrogen gas is used as a cooling gas for cooling the workpiece X, and the workpiece X is cooled by circulating the hydrogen gas in the gas cooling chamber 10. Since hydrogen gas has a heat transfer coefficient approximately 2.2 times that of nitrogen gas, the cooling capacity can be improved even if the pressure of the cooling gas is suppressed.
  • the volume of the gas cooling chamber 10 is 2 m 3
  • the volumes of the supply tanks 21 a to 21 c are 1.5 m 3
  • the hydrogen gas pressure held in the supply tanks 21 a to 21 c is 10 bar
  • the on-off valve 23 The pressure in the gas cooling chamber 10 when opening is about 6.9 bar. In order to achieve this cooling capacity with nitrogen gas, a pressure of approximately 15.2 bar is required.
  • the sealing member 34 is provided around the rotating shaft 32 rotated by the motor 33 of the cooling gas circulation device 30 to seal between the gas cooling chamber 10 where the hydrogen gas exists and the motor 33.
  • the gas purge device 40 is provided, and the inside of the motor 33 is purged with an inert gas. The gas and oxygen gas are reliably prevented from being mixed. Thereby, hydrogen gas can be used safely as a cooling gas.
  • the gas purge device 40 includes a first gas purge pipe 43 that supplies nitrogen gas into the motor 33, a gas purge chamber 42 that surrounds at least the motor 33, and a second gas purge that supplies nitrogen gas into the gas purge chamber 42.
  • a tube 44 According to this configuration, the atmosphere inside the motor 33 is replaced with nitrogen gas, and the atmosphere outside the motor 33 is also replaced with nitrogen gas, so that hydrogen gas and oxygen gas are mixed in and around the motor 33. This can be surely prevented.
  • the gas purge chamber 42 surrounds the gas cooling chamber 10 together with the motor 33, it is possible to comprehensively enclose a portion where hydrogen gas is used including the gas cooling chamber 10.
  • the gas purge chamber 42 of the present embodiment surrounds a part of the expansion chamber 8 outside the partition door 9 that separates the gas cooling chamber 10 and the expansion chamber 8 from each other. It is possible to reliably prevent oxygen gas from being mixed.
  • the gas purge chamber 42 has an exhaust pipe 42a provided with a safety valve, even if hydrogen gas leaks into the gas purge chamber 42, the pressure can be lowered to a predetermined value or less, and the hydrogen gas is ignited spontaneously. This can be surely prevented.
  • FIG. 4 is a flowchart of a hydrogen gas recovery operation according to an embodiment of the present disclosure.
  • the volume of each of the plurality of recovery tanks 51a to 51d is assumed to be 1 m 3 .
  • step S1 the on-off valve 51a1 shown in FIG. 3 is opened, and the recovery tank 51a and the gas cooling chamber 10 are communicated.
  • step S1 the on-off valve 51a1
  • step S2 the on-off valve 51b1
  • step S2 the recovery tank 51b and the gas cooling chamber 10 are communicated.
  • step S3 the hydrogen gas recovery device 50 recovers the hydrogen gas in the gas cooling chamber 10 into the recovery tanks 51a to 51c by a plurality of pressure equalizing operations. Thereby, approximately 75% of hydrogen gas can be recovered.
  • the on-off valve 51c1 is closed, the on-off valve 51d1 is opened, and the recovery tank 51d and the gas cooling chamber 10 are communicated.
  • the vacuum pump 12d is driven to forcibly recover the hydrogen gas in the gas cooling chamber 10 into the recovery tank 51d (step S4).
  • the pressure in the gas cooling chamber 10 decreases from approximately 1.85 bar to approximately 0.1 bar.
  • the hydrogen gas recovery device 50 recovers the hydrogen gas in the gas cooling chamber 10 by driving the vacuum pump 12d after a plurality of pressure equalizing operations. As a result, approximately 99% of hydrogen gas can be recovered.
  • step S5 nitrogen gas is supplied to the gas cooling chamber 10 via the third gas purge pipe 45, and hydrogen gas that could not be recovered is released into the atmosphere (step S5).
  • the hydrogen gas recovery operation is thus completed.
  • the hydrogen gas recovered in the plurality of recovery tanks 51a to 51d is increased in pressure by the compressor 52 shown in FIG. 3 and supplied to one of the supply tanks 21a to 21c of the cooling gas supply device 20 as a cooling gas. Thereby, hydrogen gas can be reused, and the running cost of the gas cooling device RG can be reduced.
  • the present embodiment described above includes the gas cooling chamber 10 that accommodates the workpiece X, the cooling gas supply device 20 that supplies the cooling gas into the gas cooling chamber 10, and the cooling gas within the gas cooling chamber 10.
  • a multi-chamber heat treatment device A having a cooling gas circulation device 30 for circulating the gas is disclosed.
  • the cooling gas supply device 20 supplies hydrogen gas as a cooling gas to the gas cooling chamber 10.
  • the cooling gas circulation device 30 includes a turbo fan 31 provided in the gas cooling chamber 10, a rotating shaft 32 that passes through the wall 10 a of the gas cooling chamber 10 and is connected to the turbo fan 31, and a gas cooling chamber.
  • the gas purge chamber 42 surrounds the gas cooling chamber 10 together with the motor 33.
  • the present disclosure is not limited to this.
  • the gas purge chamber 42 may be configured to surround the motor 33 at a minimum. That is, a gas purge for purging a portion (in the above embodiment, the motor 33) where the cooling gas (hydrogen gas) supplied into the gas cooling chamber 10 (heat treatment chamber) and oxygen gas may be mixed with an inert gas. If it has an apparatus, mixing of hydrogen gas and oxygen gas will be prevented reliably, and hydrogen gas can be used safely as a cooling gas.
  • recovery apparatus 50 demonstrated performing to the tertiary pressure equalization operation in the said embodiment, this indication is not limited to this.
  • it may be up to the primary and secondary pressure equalization operations, or the fourth and higher pressure equalization operations may be performed.
  • Cooling room (heat treatment room) 10a Wall 20 Cooling gas supply device 30 Cooling gas circulation device 31 Turbo fan (impeller) 32 Rotating shaft 33 Motor 34 Seal member 40 Gas purge device 42 Gas purge chamber 43 First gas purge tube 44 Second gas purge tube 50 Hydrogen gas recovery devices 51a to 51d Recovery tank 52 Compressor A Multi-chamber heat treatment device (heat treatment device) X Workpiece

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Abstract

多室型熱処理装置（Ａ）が、ガス冷却室（１０）内に供給された冷却ガスと酸素ガスとの混合の可能性がある部位を、不活性ガスでガスパージするガスパージ装置（４０）を有し、冷却ガス供給装置（２０）が、冷却ガスとして水素ガスをガス冷却室（１０）に供給する。

Description

熱処理装置
　本開示は、熱処理装置に関する。
　本願は、２０１５年４月２２日に日本に出願された特願２０１５－８７４５０号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　被処理物を収容する熱処理室と、熱処理室内に冷却ガスを供給する冷却ガス供給装置と、熱処理室内で冷却ガスを循環させる冷却ガス循環装置と、を有する熱処理装置として、例えば、下記特許文献１に記載の多室式マルチ冷却真空炉が知られている。この多室式マルチ冷却真空炉は、冷却室内に、被処理物を囲んで液用ノズルとガス用ノズルが配置されており、冷却液の供給と冷却ガスの供給が可能な構成となっている。
日本国特開平１１－１５３３８６号公報
　ところで、熱処理工程において、ガス冷却を行う場合、冷却ガスとして不活性ガスを使用することがある。冷却ガスに使用する不活性ガスとしては、窒素ガスやアルゴンガス等があるが、いわゆる光輝熱処理のガス冷却においては、一般的に窒素ガスが使用される。冷却ガスとして窒素ガスを使用した場合、冷却能力を向上させるためには、ガス密度を上げる必要がある。しかしながら、冷却能力の向上を追求していくと、高圧に耐え得る容器や、冷却ガスを高圧化する装置等が必要となり、また、それらの設備の点検が必要になる。
　本開示は、上記問題点に鑑みてなされ、冷却ガスの圧力を抑えても、冷却能力を向上させることができる熱処理装置の提供を目的とする。
　上記の課題を解決するために、本開示における第１の態様は、被処理物を収容する熱処理室と、熱処理室内に冷却ガスを供給する冷却ガス供給装置と、熱処理室内で冷却ガスを循環させる冷却ガス循環装置と、を有する熱処理装置であって、熱処理室内に供給された冷却ガスと酸素ガスとの混合の可能性がある部位を不活性ガスでガスパージするガスパージ装置を有し、冷却ガス供給装置が、冷却ガスとして水素ガスを熱処理室に供給する。
　本開示では、冷却ガスとして水素ガスを使用し、水素ガスを熱処理室内で循環させて被処理物を冷却する。水素ガスは、窒素ガスに比べ、約２．２倍の熱伝達率を有するため、冷却ガスの圧力を抑えても、冷却能力を向上させることができる。一方、水素ガスは、酸素ガスと混合されると、僅かなスパークによっても着火・燃焼してしまう。このため、熱処理室内に供給された冷却ガスと酸素ガスとの混合の可能性がある部位を不活性ガスでガスパージすることで、上記部位における水素ガスと酸素ガスとの混合を確実に防止する。これにより、冷却ガスとして水素ガスを安全に使用することが可能となる。
　したがって、本開示によれば、冷却ガスの圧力を抑えても、冷却能力を向上させることができる熱処理装置が得られる。
本開示の一実施形態に係る多室型熱処理装置を正面から見た縦断面図である。 本開示の一実施形態に係る多室型熱処理装置を上面から見た横断面図である。 本開示の一実施形態に係る水素ガス回収装置の概略構成を示す図である。 本開示の一実施形態に係る水素ガスの回収動作のフローチャートである。
　以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、本開示の熱処理装置として、多室型熱処理装置を例示する。
　図１は、本開示の一実施形態に係る多室型熱処理装置Ａを正面から見た縦断面図である。また、図２は、本開示の一実施形態に係る多室型熱処理装置Ａを上面から見た横断面図である。
　本実施形態に係る多室型熱処理装置Ａは、図１に示すように、中間搬送装置Ｈを介してガス冷却装置ＲＧ、ミスト冷却装置ＲＭ及び３つの加熱装置Ｋを合体させた装置である。
　中間搬送装置Ｈは、図１及び図２に示すように、搬送チャンバー１、ミスト冷却室昇降台２、複数の搬送レール３、三対のプッシャー機構４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂと、３つの加熱室昇降台７ａ～７ｃと、拡張チャンバー８と、区画扉９等を備えている。
　搬送チャンバー１は、ミスト冷却装置ＲＭと３つの加熱装置Ｋとの間に設けられた容器である。この搬送チャンバー１の床部には、図２に示すように、ミスト冷却室昇降台２を取り囲むように３つの加熱室昇降台７ａ～７ｃが配置されている。この搬送チャンバー１の内部空間及び後述する拡張チャンバー８の内部空間は、被処理物Ｘが移動する中間搬送室である。
　ミスト冷却室昇降台２は、ミスト冷却装置ＲＭで被処理物Ｘを冷却する際に被処理物Ｘを載せる支持台であり、図示しない昇降機構により昇降する。すなわち、被処理物Ｘは、ミスト冷却室昇降台２上に載置された状態で上記昇降機構が作動することにより、中間搬送装置Ｈとミスト冷却室昇降台２との間を移動する。
　複数の搬送レール３は、図示するように、搬送チャンバー１の床部、ミスト冷却室昇降台２上、加熱室昇降台７ａ～７ｃ上及び拡張チャンバー８の床部に敷設されている。これらの搬送レール３は、搬送チャンバー１及び拡張チャンバー８内で被処理物Ｘを移動させる際のガイド部材（案内部材）である。三対のプッシャー機構４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂは、搬送チャンバー１及び拡張チャンバー８内で被処理物Ｘを押圧する搬送アクチュエータである。
　すなわち、三対のプッシャー機構４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂのうち、同一直線状に配置された機構は、ミスト冷却室昇降台２と３つの加熱室昇降台７ａ～７ｃのうちの一つとの間で被処理物Ｘを移動させる。例えば、一対のプッシャー機構４ａ，４ｂのうち、一方のプッシャー機構４ａは、加熱室昇降台７ａからミスト冷却室昇降台２に向けて被処理物Ｘを押圧し、他方のプッシャー機構４ｂは、ミスト冷却室昇降台２から加熱室昇降台７ａに向けて被処理物Ｘを押圧する。
　複数の搬送レール３は、これらの三対のプッシャー機構４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂを用いた被処理物Ｘの移動（搬送）に際して、被処理物Ｘが円滑に移動するように案内することに加え、三対のプッシャー機構４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂの先端に取り付けられた押圧部の移動をも案内する。
　３つの加熱室昇降台７ａ～７ｃは、各加熱装置Ｋで被処理物Ｘを加熱処理する際に被処理物Ｘを載せる支持台であり、各加熱装置Ｋの直下に設けられている。これらの加熱室昇降台７ａ～７ｃは、図示しない昇降機構により昇降することにより、被処理物Ｘを中間搬送装置Ｈと各加熱装置Ｋとの間で移動させる。
　３つの加熱装置Ｋは、被処理物Ｘに加熱処理を施す装置であり、搬送チャンバー１の上方に設けられている。各々の加熱装置Ｋは、内部に加熱室や複数の電気ヒータ等を備えており、加熱室昇降台７ａ～７ｃ上に載置された状態で加熱室内に収容された被処理物Ｘを、所定の減圧雰囲気下で均一に加熱する。
　ミスト冷却装置ＲＭは、所定の冷却媒体のミストを用いて被処理物Ｘを冷却処理する装置であり、搬送チャンバー１の下方に設けられている。このミスト冷却装置ＲＭは、内部にミスト冷却室を備えており、上述したミスト冷却室昇降台２上に載置された状態でミスト冷却室内に収容された被処理物Ｘに対して、被処理物Ｘの周囲に設けられた複数のノズルから冷却媒体のミストを噴射することにより冷却（ミスト冷却）する。なお、上記冷却媒体は例えば水である。
　拡張チャンバー８は、搬送チャンバー１の側部に接続され、中間搬送装置Ｈとガス冷却装置ＲＧとを接続するために便宜的に設けられた略箱型の拡張容器である。拡張チャンバー８の一端は、搬送チャンバー１の側部に連通し、拡張チャンバー８の他端には区画扉９が設けられている。また、拡張チャンバー８の床部には、被処理物Ｘの移動用の搬送レール３が敷設されている。
　区画扉９は、拡張チャンバー８の内部空間である中間搬送室とガス冷却装置ＲＧのガス冷却室１０（熱処理室）とを区画する扉であり、拡張チャンバー８の他端上に垂直姿勢で設けられている。すなわち、この区画扉９は、図示しない駆動機構によって上下動することによって、拡張チャンバー８の他端を開放あるいは遮蔽する。
　続いて、ガス冷却装置ＲＧについて説明する。ガス冷却装置ＲＧは、冷却ガスを用いて被処理物Ｘを冷却処理する冷却装置であり、上記冷却ガスとして水素ガス（Ｈ２ガス）を用いる。このガス冷却装置ＲＧは、図１に示すように、ガス冷却室１０と、冷却ガス供給装置２０と、冷却ガス循環装置３０と、ガスパージ装置４０と、水素ガス回収装置５０等を備えている。
　ガス冷却室１０は、被処理物収容部１１と、冷却ガス循環部１２と、熱交換部１３等を備えている。被処理物収容部１１は、圧力耐性の高い形状、つまり両端面が丸みを帯びた略円筒状の容器で、中間搬送室を構成する拡張チャンバー８に隣接して、縦に（径方向が水平となるように）設けられている。
　また、被処理物収容部１１は、拡張チャンバー８の一部を内部に収容するような状態、つまり区画扉９がガス冷却室１０の内部に側方から突出する状態で拡張チャンバー８に接続されている。さらに、被処理物収容部１１において上記区画扉９に対向する位置には、ワーク出入扉１１ａが設けられている。このワーク出入扉１１ａは、外部とガス冷却室との間で被処理物Ｘを出し入れするワーク出入口を開閉する。
　ワーク出入扉１１ａの内側には、被処理物Ｘを所定高さに保持する載置台１０ｂが設けられている。載置台１０ｂに保持された被処理物Ｘの移動は、図２に示す出入用シリンダー機構１０ｃにより行う。出入用シリンダー機構１０ｃは、被処理物Ｘを被処理物収容部１１と搬送チャンバー１とに移動させる搬送機構である。
　冷却ガス循環部１２は、被処理物収容部１１と熱交換部１３とを接続する環状の容器である。図１に示すように、冷却ガス循環部１２の一端（ガス吹込口１２ａ）が被処理物収容部１１の上部（上側）に開口し、冷却ガス循環部１２の他端（ガス排気口１２ｂ）が被処理物Ｘを挟んでガス吹込口１２ａに対向するように被処理物収容部１１の下部（下側）に開口する。
　冷却ガス循環部１２には、排気管１２ｃを介して真空ポンプ１２ｄが接続されている。真空ポンプ１２ｄは、排気管１２ｃを介してガス冷却室１０内のガスを外部に排気する。真空ポンプ１２ｄとしては、例えばルーツポンプを使用することができる。冷却ガス循環部１２と真空ポンプ１２ｄとの間の排気管１２ｃには、ガスの排気を制御する開閉弁１２ｃ１が設けられている。真空ポンプ１２ｄの下流側は、大気開放管１２ｅと水素ガス回収管１２ｆに分岐している。大気開放管１２ｅには、開閉弁１２ｅ１が設けられ、水素ガス回収管１２ｆには、開閉弁１２ｆ１が設けられている。
　熱交換部１３は、ガス排気口１２ｂの下流側（排気側）にて冷却ガス循環部１２に設けられ、熱交換器１３ａを有する。熱交換器１３ａは、蛇行状態に設けられた複数の伝熱管を有し、内部に所定の液体冷媒が挿通される。この熱交換部１３は、冷却ガス循環部１２の一端から被処理物収容部１１を経て冷却ガス循環部１２の他端に向け流れる冷却ガスを伝熱管内の液体冷媒と熱交換させることにより冷却する。熱交換部１３では、被処理物Ｘによって加熱された冷却ガスが、例えば被処理物Ｘの冷却に供される前の温度（ガス吹込口１２ａから吹き出される冷却ガスの温度）に冷却される。
　冷却ガス供給装置２０は、供給タンク２１と、冷却ガス供給管２２と、開閉弁２３等を有する。供給タンク２１は、冷却ガスとして使用する水素ガスを高圧状態で保持する。供給タンク２１は、冷却ガス供給管２２を介してガス冷却室１０に接続されている。開閉弁２３は、冷却ガス供給管２２における冷却ガスの通過を許容／遮断する。開閉弁２３が閉状態の場合、供給タンク２１からガス冷却室１０への冷却ガスの供給は遮断され、開閉弁２３が開状態の場合には、供給タンク２１からガス冷却室１０に冷却ガスが供給される。
　冷却ガス循環装置３０は、ターボファン３１（羽根車）と、回転軸３２と、モーター３３と、シール部材３４等を備える。ターボファン３１は、ガス冷却室１０内に設けられている遠心ファンである。回転軸３２は水平方向に延び、ガス冷却室１０の壁部１０ａを貫通し、ターボファン３１と接続されている。モーター３３は、回転軸３２を回転させる動力源であり、ガス冷却室１０外に設けられている。モーターとしては、例えば、水冷モーターを使用することができる。
　モーター３３は、不活性ガスを内部に導入するガス導入部３３ａと、内部から不活性ガスを排出するガス排出部３３ｂと、を有する。ガス導入部３３ａ及びガス排出部３３ｂは、ローター及びステータを収容するモーター３３のハウジングに設けられた開口部である。シール部材３４は、回転軸３２の周囲に設けられ、ガス冷却室１０とモーター３３との間をシールする。シール部材３４としては、例えばセグメントシールを使用することができる。
　ガスパージ装置４０は、少なくともモーター３３を不活性ガスでガスパージする。ガスパージ装置４０は、供給タンク４１と、ガスパージ室４２と、第１のガスパージ管４３と、第２のガスパージ管４４と、第３のガスパージ管４５等を有する。供給タンク４１は、ガスパージに使用する不活性ガスを高圧状態で保持する。不活性ガスとしては、窒素ガス、アルゴンガス等が使用可能であるが、本実施形態の供給タンク４１は、比較的安価な窒素ガス（Ｎ２ガス）を保持している。
　ガスパージ室４２は、少なくともモーター３３を気密的に囲う容器である。本実施形態のガスパージ室４２は、モーター３３と共にガス冷却室１０を囲う構成となっている。具体的に、ガスパージ室４２は、略箱型に形成されており、図１及び図２に示すように、モーター３３及びガス冷却室１０の上面及び四方の側面を囲っている。また、ガスパージ室４２は、区画扉９の外側の拡張チャンバー８の少なくとも一部をも囲っている。ガスパージ室４２の上面には、排気管４２ａが設けられている。排気管４２ａは、所定の圧力になると開放される安全弁を有し、例えば１．１ｂａｒ以上で開放される。
　第１のガスパージ管４３は、モーター３３内に不活性ガスを供給する管である。第１のガスパージ管４３は、供給タンク４１とモーター３３のガス導入部３３ａとの間を接続する。第１のガスパージ管４３には、開閉弁４３ａが設けられている。開閉弁４３ａは、第１のガスパージ管４３における不活性ガスの通過を許容／遮断する。開閉弁４３ａが閉状態の場合、供給タンク４１からモーター３３内への不活性ガスの供給は遮断され、開閉弁４３ａが開状態の場合には、供給タンク４１からモーター３３内に不活性ガスが供給される。
　第２のガスパージ管４４は、ガスパージ室４２内に不活性ガスを供給する管である。第２のガスパージ管４４は、供給タンク４１とガスパージ室４２との間を接続する。第２のガスパージ管４４には、開閉弁４４ａが設けられている。開閉弁４４ａは、第２のガスパージ管４４における不活性ガスの通過を許容／遮断する。開閉弁４４ａが閉状態の場合、供給タンク４１からガスパージ室４２内への不活性ガスの供給は遮断され、開閉弁４４ａが開状態の場合には、供給タンク４１からガスパージ室４２内に不活性ガスが供給される。
　第３のガスパージ管４５は、ガス冷却室１０内に不活性ガスを供給する管である。第３のガスパージ管４５は、供給タンク４１とガス冷却室１０との間を接続する。第３のガスパージ管４５には、開閉弁４５ａが設けられている。開閉弁４５ａは、第３のガスパージ管４５における不活性ガスの通過を許容／遮断する。開閉弁４５ａが閉状態の場合、供給タンク４１からガス冷却室１０内への不活性ガスの供給は遮断され、開閉弁４５ａが開状態の場合には、供給タンク４１からガス冷却室１０内に不活性ガスが供給される。
　次に、水素ガス回収装置５０の構成について、図３を参照して説明する。
　図３は、本開示の一実施形態に係る水素ガス回収装置５０の概略構成を示す図である。
　水素ガス回収装置５０は、ガス冷却室１０に冷却ガスとして供給した水素ガスを回収する。本実施形態の水素ガス回収装置５０は、図１に示すように、真空ポンプ１２ｄの下流側の水素ガス回収管１２ｆに接続されており、回収した水素ガスを冷却ガス供給装置２０の供給タンク２１に供給する。
　水素ガス回収装置５０は、図３に示すように、複数の回収タンク５１ａ～５１ｄと、コンプレッサー５２と、水素ガス供給管５３等を有する。複数の回収タンク５１ａ～５１ｄは、それぞれ開閉弁５１ａ１～５１ｄ１を有する配管を介して水素ガス回収管１２ｆと接続されている。例えば、開閉弁５１ａ１は、回収タンク５１ａへの水素ガスの通過を許容／遮断する。開閉弁５１ａ１が閉状態の場合、水素ガス回収管１２ｆから回収タンク５１ａへの水素ガスの供給は遮断され、開閉弁５１ａ１が開状態の場合には、水素ガス回収管１２ｆから回収タンク５１ａへ水素ガスが供給される。
　複数の回収タンク５１ａ～５１ｄのうち、回収タンク５１ａ～５１ｃ（第１の回収タンク）は、ガス冷却室１０内の水素ガスを複数回の均圧操作（本実施形態では３回の均圧操作（後述））により回収するために設けられている。また、回収タンク５１ｄ（第２の回収タンク）は、複数回の均圧操作の後、真空ポンプ１２ｄの駆動によりガス冷却室１０内の水素ガスを回収するために設けられている。コンプレッサー５２は、複数の回収タンク５１ａ～５１ｄに回収された水素ガスを昇圧して、冷却ガス供給装置２０に供給する。
　水素ガス供給管５３は、コンプレッサー５２によって昇圧された水素ガスを、冷却ガス供給装置２０の供給タンク２１に供給する。本実施形態の供給タンク２１は、複数の供給タンク２１ａ～２１ｃを含む。水素ガス供給管５３に設けられた開閉弁５３ａ～５３ｃは、供給タンク２１ａ～２１ｃへの水素ガスの通過を許容／遮断する。例えば、開閉弁５３ａが閉状態の場合、水素ガス供給管５３から供給タンク２１ａへの水素ガスの供給は遮断され、開閉弁５３ａが開状態の場合には水素ガス供給管５３から供給タンク２１ａへ水素ガスが供給される。
　次に、このように構成された多室型熱処理装置Ａの動作、特にガス冷却室１０における被処理物Ｘの冷却動作について詳しく説明する。
　先ず、作業者は、ワーク出入扉１１ａを介して被処理物Ｘを被処理物収容部１１（ガス冷却室）内に搬入する。次に、作業者は、ワーク出入扉１１ａを密閉し、不図示の操作盤を手動操作することにより熱処理条件を設定し、さらに熱処理の開始を不図示の制御装置に指示する。制御装置は、設定された熱処理条件に基づいて、被処理物Ｘを加熱装置Ｋに移動させて加熱処理を行わせる。加熱処理後の被処理物Ｘは、必要に応じてミスト冷却装置ＲＭにてミスト冷却された後、出入用シリンダー機構１０ｃによってガス冷却装置ＲＧに搬送され、載置台１０ｂに保持された状態で、ガス吹込口１２ａとガス排気口１２ｂとの間に配置される。
　次に、制御装置は、ガス冷却装置ＲＧを駆動させ、被処理物Ｘをガス冷却する。具体的に、制御装置は、冷却ガス供給装置２０を駆動させ、ガス冷却室１０に水素ガスを供給する。水素ガスは、制御装置によって開閉弁２３が閉状態から開状態になると、冷却ガス供給管２２からガス冷却室１０に供給される。制御装置は、ガス冷却室１０に所定量の水素ガスが供給されると、開閉弁２３を開状態から閉状態にし、また冷却ガス循環装置３０を駆動させて水素ガスの循環を開始させることによって、上記熱処理条件に沿った被処理物Ｘの冷却処理を開始させる。
　冷却ガス循環装置３０が駆動すると、図１に矢印で示すような水素ガスの（図１の例では時計回りの）流動が発生する。ガス吹込口１２ａから下方に吹出した水素ガスは、被処理物Ｘに上方から吹付けて被処理物Ｘを冷却する。そして、被処理物Ｘの冷却に寄与した水素ガスは、被処理物Ｘの下方に流れ出てガス排気口１２ｂに流れ込むことにより熱交換部１３に導かれ、熱交換部１３で冷却された後、冷却ガス循環部１２により循環する。
　このように、本実施形態では、被処理物Ｘの冷却処理の冷却ガスとして水素ガスを使用し、水素ガスをガス冷却室１０内で循環させて被処理物Ｘを冷却する。水素ガスは、窒素ガスに比べ、約２．２倍の熱伝達率を有するため、冷却ガスの圧力を抑えても、冷却能力を向上させることができる。例えば、ガス冷却室１０の体積を２ｍ３とし、供給タンク２１ａ～２１ｃの体積をそれぞれ１．５ｍ３とし、供給タンク２１ａ～２１ｃに保持される水素ガスの圧力をそれぞれ１０ｂａｒとすると、開閉弁２３を開けたときのガス冷却室１０の圧力は、略６．９ｂａｒになる。この冷却能力を、仮に窒素ガスで達成するためには、略１５．２ｂａｒの圧力が必要となる。
　一方、水素ガスは、酸素ガスと混合されると、僅かなスパークによっても着火・燃焼してしまう。このため、本実施形態では、冷却ガス循環装置３０のモーター３３によって回転する回転軸３２周りにシール部材３４を設け、水素ガスが存在するガス冷却室１０とモーター３３との間をシールする。また、回転軸３２周りは、完全に気密にシールすることが困難であるため、本実施形態では、ガスパージ装置４０を設け、モーター３３内を不活性ガスでガスパージすることで、モーター３３内において水素ガスと酸素ガスが混合されることを確実に防止する。これにより、冷却ガスとして水素ガスを安全に使用することができる。
　具体的に、ガスパージ装置４０は、モーター３３内に窒素ガスを供給する第１のガスパージ管４３と、少なくともモーター３３を囲うガスパージ室４２と、ガスパージ室４２内に窒素ガスを供給する第２のガスパージ管４４と、を有する。この構成によれば、モーター３３内の雰囲気が窒素ガスで置換され、さらに、モーター３３外の雰囲気も窒素ガスで置換されるため、モーター３３内及びその近傍において水素ガスと酸素ガスが混合されることを確実に防止することができる。
　また、本実施形態では、ガスパージ室４２がモーター３３と共にガス冷却室１０を囲うため、ガス冷却室１０を含めて水素ガスを使用する部位を包括的に囲うことができる。また、本実施形態のガスパージ室４２は、ガス冷却室１０と拡張チャンバー８との間を隔離する区画扉９よりも外側の拡張チャンバー８の一部まで囲うようになっているため、水素ガスと酸素ガスが混合されることを確実に防止することができる。また、ガスパージ室４２は、安全弁が設けられた排気管４２ａを有するため、万が一、ガスパージ室４２に水素ガスが漏れても、圧力を所定値以下まで下げることができ、水素ガスが自発的に着火してしまうことを確実に防止することができる。
　ところで、水素ガスは、窒素ガスよりも冷却能力が高いが、窒素ガスよりも高価であるため、水素ガスの消費量を削減することが好ましい。このため、本実施形態では、ガス冷却室１０内に供給した水素ガスを回収する水素ガス回収装置５０を有する。
　図４は、本開示の一実施形態に係る水素ガスの回収動作のフローチャートである。なお、以下の説明では、複数の回収タンク５１ａ～５１ｄのそれぞれの体積を、１ｍ３に仮定して説明する。
　水素ガスの回収動作では、先ず、図３に示す開閉弁５１ａ１を開状態にし、回収タンク５１ａとガス冷却室１０とを連通させる（１次均圧操作：ステップＳ１）。これにより、ガス冷却室１０の圧力は、略６．９ｂａｒから略４．３ｂａｒに低下する。
　その後、開閉弁５１ａ１を閉じ、開閉弁５１ｂ１を開状態にし、回収タンク５１ｂとガス冷却室１０とを連通させる（２次均圧操作：ステップＳ２）。これにより、ガス冷却室１０の圧力は、略４．３ｂａｒから略２．７５ｂａｒに低下する。
　その後、開閉弁５１ｂ１を閉じ、開閉弁５１ｃ１を開状態にし、回収タンク５１ｃとガス冷却室１０とを連通させる（３次均圧操作：ステップＳ３）。これにより、ガス冷却室１０の圧力は、略２．７５ｂａｒから略１．８５ｂａｒに低下する。
　このように、水素ガス回収装置５０は、ガス冷却室１０内の水素ガスを複数回の均圧操作により回収タンク５１ａ～５１ｃ内に回収する。これにより、略７５％の水素ガスを回収することができる。
　その後、開閉弁５１ｃ１を閉じ、開閉弁５１ｄ１を開状態にし、回収タンク５１ｄとガス冷却室１０とを連通させる。そして、真空ポンプ１２ｄを駆動させ、ガス冷却室１０内の水素ガスを回収タンク５１ｄ内に強制的に回収する（ステップＳ４）。これにより、ガス冷却室１０の圧力は、略１．８５ｂａｒから略０．１ｂａｒに低下する。
　このように、水素ガス回収装置５０は、複数回の均圧操作の後に、ガス冷却室１０内の水素ガスを真空ポンプ１２ｄの駆動により回収する。その結果、略９９％の水素ガスを回収することができる。
　真空ポンプ１２ｄの駆動後は、第３のガスパージ管４５を介して窒素ガスをガス冷却室１０に供給し、回収しきれなかった水素ガスを大気放出する（ステップＳ５）。以上により、水素ガスの回収動作が終了する。
　複数の回収タンク５１ａ～５１ｄに回収された水素ガスは、図３に示すコンプレッサー５２によって昇圧され、冷却ガス供給装置２０の供給タンク２１ａ～２１ｃのいずれかに冷却ガスとして供給される。これにより、水素ガスの再利用が可能となり、ガス冷却装置ＲＧのランニングコストを低減することができる。
　このように、上述の本実施形態は、被処理物Ｘを収容するガス冷却室１０と、ガス冷却室１０内に冷却ガスを供給する冷却ガス供給装置２０と、ガス冷却室１０内で冷却ガスを循環させる冷却ガス循環装置３０と、を有する多室型熱処理装置Ａを開示する。また、冷却ガス供給装置２０は、冷却ガスとして水素ガスをガス冷却室１０に供給する。上記の構成を採用することによって、冷却ガスの圧力を抑えても、冷却能力を向上させることができる。
さらに、冷却ガス循環装置３０は、ガス冷却室１０内に設けられたターボファン３１と、ガス冷却室１０の壁部１０ａを貫通し、ターボファン３１と接続される回転軸３２と、ガス冷却室１０外に設けられ、回転軸３２を回転させるモーター３３と、少なくともモーター３３を不活性ガスでガスパージするガスパージ装置４０と、を有する。上記の構成を採用することによって、水素ガスと酸素ガスとの混合が確実に防止され、冷却ガスとして水素ガスを安全に使用することができる。
　なお、本開示は上記実施形態に限定されず、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態では、ガスパージ室４２がモーター３３と共にガス冷却室１０を囲うと説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、ガスパージ室４２は、モーター３３を最小限囲う構成であればよい。すなわち、ガス冷却室１０（熱処理室）内に供給された冷却ガス（水素ガス）と酸素ガスとの混合の可能性がある部位（上記実施形態ではモーター３３）を、不活性ガスでガスパージするガスパージ装置を有していれば、水素ガスと酸素ガスとの混合が確実に防止され、冷却ガスとして水素ガスを安全に使用することができる。
（２）また、上記実施形態では、モーター３３の回転軸３２周りにシール部材３４を設ける構成について説明したが、モーター３３のガスパージが十分であれば、シール部材３４を設けず、モーター３３のハウジングとガス冷却室１０との間を隔離しなくてもよい。また、モーター３３の回転軸３２周りに設けたシール部材３４が、ガス冷却室１０の圧力を保持できる（多少のガス漏れは許容する）のであれば、モーター３３のハウジングが無くてもよい。
（３）また、上記実施形態では、水素ガス回収装置５０は３次均圧操作まで行うと説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、１次、２次均圧操作までであってもよいし、４次以上の均圧操作を行ってもよい。
　本開示によれば、冷却ガスの圧力を抑えても、冷却能力を向上させることができる熱処理装置が得られる。また、冷却ガスとして水素ガスを安全に使用することができる。
１０　ガス冷却室（熱処理室）
１０ａ　壁部
２０　冷却ガス供給装置
３０　冷却ガス循環装置
３１　ターボファン（羽根車）
３２　回転軸
３３　モーター
３４　シール部材
４０　ガスパージ装置
４２　ガスパージ室
４３　第１のガスパージ管
４４　第２のガスパージ管
５０　水素ガス回収装置
５１ａ～５１ｄ　回収タンク
５２　コンプレッサー
Ａ　多室型熱処理装置（熱処理装置）
Ｘ　被処理物

Claims (9)

  1. 　被処理物を収容する熱処理室と、前記熱処理室内に冷却ガスを供給する冷却ガス供給装置と、前記熱処理室内で前記冷却ガスを循環させる冷却ガス循環装置と、を有する熱処理装置であって、
    　　前記熱処理室内に供給された前記冷却ガスと酸素ガスとの混合の可能性がある部位を不活性ガスでガスパージするガスパージ装置を有し、
    前記冷却ガス供給装置が、前記冷却ガスとして水素ガスを前記熱処理室に供給する、熱処理装置。
  2. 　前記冷却ガス循環装置が、前記熱処理室内に設けられた羽根車と、前記熱処理室の壁部を貫通し、前記羽根車と接続される回転軸と、前記熱処理室外に設けられ、前記回転軸を回転させるモーターと、を有し、前記ガスパージ装置が、少なくとも前記モーターを不活性ガスでガスパージする、請求項１に記載の熱処理装置。
  3. 　前記ガスパージ装置が、前記モーター内に不活性ガスを供給する第１のガスパージ管と、少なくとも前記モーターを囲うガスパージ室と、前記ガスパージ室内に不活性ガスを供給する第２のガスパージ管と、を有する、請求項２に記載の熱処理装置。
  4. 　前記ガスパージ室が、前記モーターと共に前記熱処理室を囲う、請求項３に記載の熱処理装置。
  5. 　前記回転軸の周囲に設けられ、前記熱処理室と前記モーターとの間をシールするシール部材を有する、請求項２～４のいずれか一項に記載の熱処理装置。
  6. 　前記熱処理室内に供給した水素ガスを回収する水素ガス回収装置を有する、請求項１～５のいずれか一項に記載の熱処理装置。
  7. 　前記水素ガス回収装置が、前記熱処理室内の水素ガスを均圧操作により回収するための第１の回収タンクを有する、請求項６に記載の熱処理装置。
  8. 　前記水素ガス回収装置が、前記均圧操作の後に、前記熱処理室内の前記水素ガスを真空ポンプの駆動により回収するための第２の回収タンクをさらに有する、請求項７に記載の熱処理装置。
  9. 　前記第１及び／または第２の回収タンクに回収された水素ガスを昇圧して、前記冷却ガス供給装置に前記冷却ガスとして供給するコンプレッサーを有する、請求項７または８に記載の熱処理装置。
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