(57)【要約】【課題】炉内の温度を均一化することが可能な熱処理炉を提供すること。【解決手段】ガスを流入するＪ字型の流入管１２と、ガスを流出する流出管１４と、流入管１２を介して流入されたガスを加熱するヒーターとが炉本体１１に設けられ、さらに流入管１２を介して流入されたガスを攪拌するファン１３を備える。したがって、炉内の温度を均一化することが可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱物を加熱するための熱処理炉であって、
炉本体と、
前記炉本体にガスを流入する流入管と、
前記炉本体からガスを流出する流出管と、
前記流入管を介して流入されたガスを加熱するヒーターと、
前記流入管を介して流入されたガスを攪拌するファンとを備えた、熱処理炉。
【請求項２】
前記熱処理炉はさらに、前記流入管から流入されるガスの方向を変えるための手段を含む、請求項１記載の熱処理炉。
【請求項３】
前記熱処理炉はさらに、前記攪拌ファンの下に設けられる遮蔽板を含む、請求項１または２記載の熱処理炉。
【請求項４】
前記ヒーターは、複数のヒーターによって構成され、異なる温度で前記流入管を介して流入されたガスを加熱する、請求項１〜３のいずれかに記載の熱処理炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被加熱物を加熱する熱処理炉に関し、特に、炉内の温度を均一にした熱処理炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、様々な種類の熱処理炉が製造されている。たとえば、下記の特許文献１に開示された熱処理炉がある。
【０００３】
特許文献１に開示された発明は、ガラス製品の熱処理に適用される雰囲気循環式連続熱処理炉に関するものであり、飽和水蒸気を発生させる水蒸気発生装置と、この飽和水蒸気を過熱して過熱水蒸気を発生させる過熱装置と、過熱装置から過熱水蒸気を導入してワークを加熱する熱処理炉と、熱処理炉内の過熱水蒸気を過熱装置の水蒸気入口側へ戻す再循環ファンを備えたスチーム戻しラインと、熱処理炉内の温度を検出する温度センサと、この温度センサにより検出された温度に基づいて過熱装置から熱処理炉へ供給される過熱水蒸気の温度および供給量と、過熱装置の水蒸気入口側へ戻す過熱水蒸気の戻し流量を制御する制御装置とを具備している。
【特許文献１】特開平１０−１５３３８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
熱処理炉で被加熱物を加熱するときに、炉内の温度を均一にして被加熱物を加熱することが求められる場合がある。このような熱処理炉を製造する場合には、上述した特許文献１に開示された技術を用いることはできない。
【０００５】
また、より大きな被加熱物を加熱する場合には、より大きな熱処理炉を製造する必要がある。しかしながら、熱処理炉が大きくなると、その内部温度を均一にすることがより困難になる。
【０００６】
たとえば、炉の大きさとして、直径２ｍ、高さ３ｍの熱処理炉、さらに直径４ｍ、高さ５ｍ以上の熱処理炉に適用できる技術が必要である。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、炉内の温度を均一化することが可能な熱処理炉を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のある局面に従えば、被加熱物を加熱するための熱処理炉であって、炉本体と、炉本体にガスを流入する流入管と、炉本体からガスを流出する流出管と、流入管を介して流入されたガスを加熱するヒーターと、流入管を介して流入されたガスを攪拌するファンとを備える。
【０００９】
好ましくは、熱処理炉はさらに、流入管から流入されるガスの方向を変えるための手段を含む。
【００１０】
好ましくは、熱処理炉はさらに、攪拌ファンの下に設けられる遮蔽板を含む。
好ましくは、ヒーターは、複数のヒーターによって構成され、異なる温度で流入管を介して流入されたガスを加熱する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のある局面によれば、ファンが流入管を介して流入されたガスを攪拌するので、炉内の温度を均一化することが可能となる。
【００１２】
また、流入管から流入されるガスの方向を変えるための手段を含むので、炉内の温度をさらに均一化することが可能となる。
【００１３】
また、攪拌ファンの下に設けられる遮蔽板を含むので、炉内の温度をさらに均一化することが可能となる。
【００１４】
また、複数のヒーターが、異なる温度で流入管を介して流入されたガスを加熱するので、炉内の温度をさらに均一化することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の実施の形態においては、熱処理炉がより大きな被加熱物を加熱すると共に、炉内の温度がより均一となるようにするため、解析ソフトを用いて様々な条件でシミュレーションを行ない、最適な構造の熱処理炉を導き出した。
【００１６】
まず、炉内のガスの流れに着目し、炉内にガスを攪拌するためのファンを設けた状態でのシミュレーションを行なった。解析手法としては定常熱流体解析（ＭＲＦ法）を用い、解析ソフトとしてはＧＡＭＢＩＴ（メッシュ、形状生成）およびＦＬＵＥＮＴ（解析）を用いた。
【００１７】
また、メッシュ数を約２００万メッシュとし、約１０時間／ＣＡＳＥの計算時間でシミュレーションを行なった。
【００１８】
図１は、本発明の実施の形態における熱処理炉の解析モデルを説明するための図である。この熱処理炉は、炉本体１１と、ガスが流入されるＪ字型の流入管１２と、攪拌ファン１３と、流出管１４とを含み、炉内部に被加熱物１５が配置された状態でシミュレーションが行なわれる。
【００１９】
炉本体１１は、直径２ｍ、高さ３ｍ程度の円柱形状を有しており、さらに直径４ｍ、高さ５ｍ以上であってもよい。
【００２０】
流入管１２は、炉本体１１の上部に設けられ、炉本体１１内にガスを流入すると共に、ガスの流入方向を上方向に変える。攪拌ファン１３は、流入管１２の下に設けられ、流入管１２から流入されたガスを攪拌する。
【００２１】
流出管１４は、炉本体１１の下部に設けられ、炉本体１１内のガスを外部に流出する。被加熱物１５は、攪拌ファン１３と流出管１４との間に配置される。なお、図１には示していないが、後述のように炉本体１１内に炉内を加熱するヒーターが設けられており、流入ガスを加熱することによって、被加熱物１５が加熱される。
【００２２】
なお、本実施の形態においては、流入管１２の形状をＪ字型にする場合について説明するが、ガスの流入方向を変えられればよく、たとえば、Ｉ字管を用いた場合でもＩ字管から流入されるガスの経路上に遮蔽物を配置し、ガスの流入方向を変えることによってＪ字管を用いた場合と同等の効果が得られるようにしてもよい。
【００２３】
シミュレーション条件としては、流入／流出ガスの種類を窒素ガスとし、基準圧力を１０１３２５Ｐａ（大気同等）とし、流入ガスの温度を２００℃とし、流出条件を自由流出とした。また、流入管の径をφ１２０ｍｍとし、流出管の径をφ１２０ｍｍとした。
【００２４】
また、攪拌ファン１３の回転数を１０〜６００ｒｐｍ、流入ガス量を１５〜５０ｍ３／ｈｏｕｒ、流入管１２の形状をＪ字型／Ｉ字型とした。
【００２５】
図２は、シミュレーション結果の一例を示す図である。シミュレーション条件としては、流入管の形状をＪ字型とし、流入ガス量を１５ｍ３／ｈｏｕｒとし、ファン回転数を１００ｒｐｍとしている。なお、後述するヒーターの温度制御は行なっていない。
【００２６】
図２（ａ）は、ガスの流れを解析したものであり、Ｊ字管１２によって流入された窒素ガスが攪拌ファン１３によって攪拌されて、炉内に広がっている様子が分かる。
【００２７】
また、図２（ｂ）は、炉内の温度分布を示しており、流入管１２近辺の炉内上部において温度が低い箇所があるが、被加熱物１５近辺では高い温度でほぼ均一であることが分かる。
【００２８】
図３は、シミュレーション条件を変えたときの被加熱物１５の温度差および温度を示す図である。被加熱物１５の温度差は、被加熱物１５の最高温度と最低温度との差である。また、被加熱物１５の温度は、被加熱物１５の最高温度と最低温度との平均値である。
【００２９】
図３に示すように、攪拌ファン１３の回転数のみを変え、他の条件を同じとした場合には、攪拌ファン１３の回転数が高くなるに従って被加熱物１５の温度が高くなり、被加熱物１５の温度差が小さくなっているのが分かる。
【００３０】
また、流入ガス量のみを変え、他の条件を同じとした場合には、流入ガス量が小さくなるに従って被加熱物１５の温度が高くなり、被加熱物１５の温度差が小さくなっているのが分かる。
【００３１】
また、流入管１２の形状のみを変え、他の条件を同じとした場合には、Ｊ字管の方がＩ字管よりも被加熱物１５の温度が高くなり、被加熱物１５の温度差が小さくなっているのが分かる。
【００３２】
図３のシミュレーション結果に示すように、流入管１２の形状がＩ字型であり、流入ガス量が５０ｍ３／ｈｏｕｒであっても、攪拌ファン１３の回転数を６００ｒｐｍとすれば炉内の温度を十分に均一にすることができる。
【００３３】
しかしながら、攪拌ファン１３の回転数を高くするのにも限度があり、攪拌ファン１３の回転数を１００ｒｐｍ程度とするのが望ましい。この場合、流入管１２の形状をＪ字型とし、流入ガス量を１５ｍ３／ｈｏｕｒとすることで、図３に示すように、ある程度炉内の温度の均一化を図ることができるが、さらなる均一化の方法が必要である。
【００３４】
図４は、流入管１２の形状をＪ字型とし、流入ガス量を３０ｍ３／ｈｏｕｒとし、攪拌ファン１３の回転数を１００ｒｐｍとし、さらにヒーターの温度制御を行なった場合のシミュレーション結果（温度分布）を示す図である。
【００３５】
図４に示すように、炉本体１１内に炉内を加熱する３つのヒーター１６ａ〜１６ｃが設けられる。図４（ａ）は、ヒーター１６ａ〜１６ｃをすべて８５０℃とした場合の温度分布を示しており、被加熱物１５の上部では温度が低く、被加熱物１５の下部では温度が高くなっているのが分かる。このときの被加熱物１５の温度差は±９℃となっている。
【００３６】
図４（ｂ）は、ヒーター１６ａおよび１６ｂを８７５℃とし、ヒーター１６ｃを８００℃とした場合の温度分布を示しており、被加熱物１５の温度がほぼ均一となっているのが分かる。このときの被加熱物１５の温度差は±２．５℃となっている。
【００３７】
以上説明したように、本実施の形態における熱処理炉によれば、流入ガスを攪拌するための攪拌ファン１３を設けたので、炉内の温度を均一化することが可能となった。
【００３８】
また、攪拌ファン１３の回転数を低くした場合であっても、流入管１２の形状をＪ字型とし、流入ガス量を変更することによって、攪拌ファン１３の回転数が高い場合と同等の均一化を図ることが可能となった。
【００３９】
また、ヒーター１６ａ〜１６ｃの温度制御を行なうことによって、炉内の温度をさらに均一化することが可能となった。
【００４０】
また、攪拌ファン１３の下に遮蔽板を設けることにより、炉内の温度をさらに均一化することも可能である。
【００４１】
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の形態における熱処理炉の解析モデルを説明するための図である。
【図２】シミュレーション結果の一例を示す図である。
【図３】シミュレーション条件を変えたときの被加熱物１５の温度差および温度を示す図である。
【図４】流入管１２の形状をＪ字型とし、流入ガス量を３０ｍ３／ｈｏｕｒとし、攪拌ファン１３の回転数を１００ｒｐｍとし、さらにヒーターの温度制御を行なった場合のシミュレーション結果を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１１  炉本体、１２  流入管、１３  攪拌ファン、１４  流出管、１５  被加熱物、１６ａ〜１６ｃ  ヒーター。
【図３】
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【図１】
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【図２】
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【図４】
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