(57)【要約】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。
2016170846.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】日本国特開平１１−１５３３８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。【０００５】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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。
【発明の効果】
【０００７】
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。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
（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。
【００５７】
（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。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
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。
【符号の説明】
【００５９】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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