(57)【要約】【課題】熱処理空間内へのガス供給が簡易かつ安価に行えるとともに、省エネルギー化も図ることができる熱処理炉を提供する。【解決手段】熱処理空間３内を所望温度の雰囲気ガスとして被熱処理物に対しての熱処理を行うもので、雰囲気ガスの供給用原料材を前記熱処理空間から排気される所要温度の排気ガスと熱交換して当該原料材を昇温し、この昇温した原料材から得たガスを前記雰囲気ガスとして前記熱処理空間内に供給する熱処理炉の構成。【選択図】　図１
2004125244.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱処理空間内を所望温度のガス雰囲気にして被熱処理物に対しての熱処理を行う熱処理炉において、
前記雰囲気ガスの供給用原料材を前記熱処理空間から排気される所要温度の排気ガスと熱交換して当該原料材を昇温し、この昇温した原料材から得たガスを前記雰囲気ガスとして前記熱処理空間内に供給することを特徴とする熱処理炉。
【請求項２】
請求項１に記載の熱処理炉において、
前記原料材が、水または水蒸気であることを特徴とする熱処理炉。
【請求項３】
請求項１または２に記載の熱処理炉において、
前記排気ガスを外部に排出するガス排気管と、このガス排気管の内部に、前記原料材と熱交換するための熱交換器とを含む、ことを特徴とする熱処理炉。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の熱処理炉において、
前記熱処理空間内に供給される雰囲気ガスが、複数種類であるとともに、昇温された雰囲気ガスそれぞれを得るための原料材に対応して前記排気ガスと熱交換するための熱交換器を設けていることを特徴とする熱処理炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえばセラミックス電子部品の焼成などに供される熱処理炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の熱処理炉の場合、熱処理中の雰囲気ガスとして例えば水蒸気を供給するとき、専用の水蒸気発生装置から発生する水蒸気を用いていた（特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−２２１５０１号（全頁、全図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この専用の水蒸気発生装置では、専用の加熱手段を備えるマッフル内に供給する水を樋状の流下部材上を流していく途中で蒸発させることにより水蒸気を得るとともに、得た水蒸気を熱処理炉へ供給するようになっている。したがって、このような水蒸気発生装置では、水の加熱に多大な電力エネルギーが消費されるから、省エネルギー化を図るうえで改善の余地がある。また、水蒸気発生装置を熱処理炉に付設するのにコストがかかるうえ設備的にも大掛かりなものになる。
【０００５】
本発明は、熱処理空間内へのガス供給を低コスト・省エネルギーで行うことができ、かつ、設備的にも簡易な熱処理炉を提供することを解決課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の熱処理炉は、熱処理空間内を所望温度のガス雰囲気にして被熱処理物に対しての熱処理を行う熱処理炉において、前記雰囲気ガスの供給用原料材を前記熱処理空間から排気される所要温度の排気ガスと熱交換して当該原料材を昇温し、この昇温した原料材から得たガスを前記雰囲気ガスとして前記熱処理空間内に供給することを特徴とする。
【０００７】
ここで、熱処理炉は、連続炉やバッチ炉など各種形態の熱処理炉に適用できる。ガス供給用原料材は、水などの液体でも、気体でもよい。あるいは固体状の部材であって、そのものが排気ガスとの熱交換による温度上昇に伴い所望ガスを揮発や蒸発などで発生させるものでもよい。熱処理空間内へ供給されるガスは主として雰囲気ガスを形成するものであって、被熱処理物との反応性の有るものに限らず、非反応性のものでもよい。
【０００８】
本発明の熱処理炉によれば、熱処理空間内へ供給する雰囲気ガスが、予め熱処理空間から排出される排気ガスと熱交換して昇温させた状態で供給されるものであるから、排気ガスの熱を有効に利用することができ、雰囲気ガスを昇温させた上で供給するための別の加熱手段は不要となるとともに、熱交換器を排気ガスと熱交換するための熱交換器を排気ガスの排出経路中に設けるだけの簡易かつ小型な構成にできる。また、熱処理空間内への供給前に予め排気ガスと熱交換することにより所望温度に昇温させてあるから、その供給ガスが熱処理空間内に供給されることによるその空間内温度の低下も抑制される。
【０００９】
本発明の場合、好ましくは、前記原料材は水または水蒸気であり、前記排気ガスとの熱交換により昇温されたガスは水蒸気である。この場合は、排気ガスとの熱交換により昇温された水蒸気を雰囲気ガスとして熱処理炉内に供給することができる。
【００１０】
本発明の場合、さらに好ましくは、前記排気ガスを前記炉体から外部に排出するガス排気管内に、前記ガス供給用原料材との熱交換を行う熱交換器を設けている。この場合、そのガス排気管内を通過する排気ガスと直接熱交換器と熱交換されて雰囲気ガスの供給用原料材を温度上昇させることになるから、効率良く熱交換できる。
【００１１】
本発明に係る熱処理炉は、前記熱処理空間内に供給される雰囲気ガスが、複数種類であるとともに、昇温された雰囲気ガスそれぞれを得るための原料材に対応して前記排気ガスと熱交換するための熱交換器を設けてもよい。この場合、雰囲気ガスとして複数種のガスを熱処理空間内に供給する際に、各ガスについて特別な加熱装置による加熱を行わなくても、排気ガスの熱を利用して予め昇温させたガスにできる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図面に示す実施形態に基づいて説明する。
【００１３】
図１から図３に、本発明の実施形態に係る熱処理炉の一例として、セラミックコンデンサなどのセラミック成形体を焼成する連続式の焼成炉が図示されている。図１は焼成炉など要部を示す一部破断側面図、図２は図１の一部破断正面図、図３は熱交換器を示す縦断側面図である。
【００１４】
図１および図２を参照して、熱処理炉１は、連続炉として、断熱体からなる炉体２を備える。炉体２は、内部にその全体が囲われた熱処理空間３を有する。熱処理空間３内には、被熱処理物としてのワークＷを搬送する例えばローラ式搬送装置あるいはメッシュコンベアのような搬送装置Ｈと、熱処理空間３内を加熱するための不図示のヒータとが配備されている。熱処理炉１は、このヒータにより熱処理空間３内温度を焼成に適した所望の高温状態にされる。熱処理炉１には、熱処理空間３内に雰囲気ガスを供給するためのガス供給管４と、熱処理空間３から不要なガスを排気ガスとして外部へ排出するためのガス排気管５とが接続されている。ガス供給管４およびガス排気管５は、連続炉を構成する熱処理炉１のワーク搬送方向となる長手方向で適宜箇所にそれぞれ振り分けられて、それぞれが複数設けられている。
【００１５】
詳述すると、ガス供給管４は、炉体２の天井部２ａに炉体２を通して内外に連通して２箇所に設けられているとともに、２つのガス供給管４は、外部に延出されて互いに連通連結されている。ガス供給管４のガス供給上手側の配管においては、窒素（Ｎ２）ガス供給管６と、水蒸気供給管７とが連通連結され、ガス供給管４を通して、熱処理空間３内に窒素ガスおよび水蒸気を混合させた状態で供給できるようにしている。
【００１６】
２つのガス排気管５，５は、炉体２の左右それぞれの外側面から横方に突出するように設けられている。この排気箇所は、ワークＷに対する熱処理との関係において不要となる排気ガスの排出に適した箇所に設定されている。左右それぞれ横方に突出したガス排気管５，５は、炉体２の上面側に回りこむように設けられており、その上面側で両ガス排気管５，５は互いに水平に沿って配管されるガス排気管５ａの部分で連通連結された状態となっている。ガス排気管５ａの左右の一方端寄りには、上方に立ち上げたガス排気管５ｂが接続され、ガス排気管５ｂは熱処理炉１の被熱処理物搬送方向で水平に沿ったガス排気管５ｃに接続されている。ガス排気管５ｃには、排気ガスを希釈するための空気が管路に沿った一端側個所から導入されるようになっている。この希釈用の空気は、外気を直接吸引することによりガス排気管５ｃ中に取り込まれている。
【００１７】
ガス排気管５ｃは熱処理炉１における被熱処理物搬送方向での一端側で屈曲されて再び水平方向かつ被熱処理物搬送方向に沿ったガス排気管５ｄとなっているとともに、最終的には、外部へ排出または排気ガス処理装置（図示せず）に接続された構成となっている。
【００１８】
また、下側のガス排気管５ｃに沿って給水配管８が設けられているとともに、この給水配管８における前記両ガス排気管５，５の配設箇所近くにおいて、ガス排気管５ｃの一部を構成する小区間用ガス排気管５ｆが設けられている。この小区間用ガス排気管５ｆは、両側で隣接する他のガス排気管５ｃと互いのフランジ同士を突合せた状態でボルトなどにより締結固定されている。さらに、小区間用ガス排気管５ｆは、図１および図３に示すように、その内部の排気ガス通路に螺旋状となった熱交換用配管９が設けられている。詳述すると、熱交換用配管９は、その両端がそれぞれ反対方向に延出された状態で、小区間用ガス排気管５ｆの外周面から外方に突出されている。
【００１９】
熱交換用配管９の上向きとなる一方端は、給水配管８と接続されている接続用配管８ａが接続されている。熱交換用配管９の下向きとなる他方端は、水蒸気供給管７と接続されている。給水配管８を通して供給される水は、ガス供給用原料材である。そして、その水は、高温となっている排気ガスとの間で熱交換用配管９を通して熱交換が行われて、１００℃を超える温度となるので、その全てが水蒸気に変換される。したがって、熱交換された後のその水蒸気が、水蒸気供給管７に供給され、さらにガス供給管４を通して熱処理空間３内へ供給される。なお、供給される水の量は、熱処理空間３内に雰囲気ガスとして水蒸気が適正量供給されるよう予め設定されている。
【００２０】
上側の水平に沿うガス排気管５ｄに沿って窒素ガス供給配管１１が設けられているとともに、この窒素ガス供給配管５における前記両ガス排気管５，５の配設箇所近くにおいて、ガス排気管５ｄの一部を構成する小区間用ガス排気管５ｈが設けられている。小区間用ガス排気管５ｈは、両側で隣接する他のガス排気管５ｄと互いのフランジ同士を突合せた状態でボルトなどにより締結固定されている。小区間用ガス排気管５ｈは、図１に示すように、その内部の排気ガス通路に螺旋状となった熱交換用配管１０が設けられている。詳述すると、熱交換用配管１０は、その両端がそれぞれ反対方向に延出された状態で、小区間用ガス排気管５ｈの外周面から外方に突出されている。
【００２１】
熱交換用配管１０の上向きとなる一方端は、窒素ガス供給配管１１と接続されている接続用配管１１ａが接続されている。熱交換用配管１０の下向きとなる他方端は、窒素ガス供給管６と接続されている。窒素ガス供給配管１１を通して供給される窒素ガスは、ガス供給用原料材である。供給される窒素ガスは、高温となっている排気ガスとの間で熱交換用配管１０を通して熱交換が行われて、所望の温度に昇温されている。したがって、熱交換されて温度上昇した窒素ガスが、窒素ガス供給管６に供給され、さらにガス供給管４を通して熱処理空間３内へ供給される。
【００２２】
以上により、このガス供給管４を通して、窒素ガスおよび水蒸気が混合された状態で熱処理空間３内に供給される。
【００２３】
ここで、排気ガスと水と熱交換する熱交換器は、熱処理炉１における被熱処理物搬送方向で所定間隔離れて並ぶように複数個配置されるものでもよい。
【００２４】
窒素ガス供給管６、水蒸気供給管７、および、ガス供給管４は、炉体２のうち最も高温となっている上面側に配置されているから、周りからの放射熱や、炉体２からの伝導熱によって１００℃を超える高い温度状態に通常は維持されている。したがって、水蒸気供給管７およびガス供給管４を通る水蒸気は、その温度低下が抑制されるので、露点以下になることはなく、よって、水蒸気供給管７およびガス供給管４内に水蒸気による結露が生じることはない。
【００２５】
本発明は、上記実施形態に限定されるものでなく、たとえば以下に示すような変形例や応用例が考えられる。
【００２６】
（１）本発明に係る熱処理炉は、排気ガスと熱交換した後熱処理空間内に供給されるガスとしては、水蒸気のみとしてもよい。また、排気ガスと熱交換した後熱処理空間内に供給されるガスとしては、水蒸気も含んで３種類以上のガスが熱処理空間内に供給されてもよい。また、排気ガスと熱交換した後熱処理空間内に供給されるガスとしては、水蒸気を含まないガスとしてもよい。また、熱交換する前のガス供給用原料材としては、水蒸気を生成するためのガス供給用原料材として水でもよいとともに、水蒸気でもよい。水蒸気の場合、熱交換によりその温度上昇が図られることになる。この熱交換による温度上昇により、熱処理空間内へ供給される管路途中で結露が生じることも回避されやすくなる。
【００２７】
（２）本発明に係る熱処理炉は、熱処理空間内と通じる排気ガスのガス排気管が一本のみ設けられるものでもよい。
【００２８】
（３）本発明に係る熱処理炉は、排気ガスのガス排気管が炉体から横外側に延出されたものにおいて、その炉体の横外側個所で、排気ガスとガス供給用原料材との熱交換を行ってもよい。
【００２９】
（４）本発明に係る熱処理炉は、バッチ式の熱処理炉に適用してもよい。
【００３０】
（５）排気ガスを排出する管内のガス通路に臨む状態で熱交換器を設けるものに限定されないのであって、図４に示すように、例えば排気ガスを排出するガス排気管５ｆから熱伝導されるように熱交換器として機能させるため、水を送るための熱交換用配管９をそのガス排気管５ｆの外周面に巻き付けた状態で当接させた構成にしても良い。この場合、熱交換用配管９がガス排気管５ｆの外部に設けられているから、その熱交換用配管９のガス排気管５ｆへの組み付けが容易である。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、熱処理空間内へ供給する雰囲気ガスが、予め熱処理空間から排出される排気ガスと熱交換して昇温させた状態で供給されるものであるから、排気ガス熱を有効に利用することができ、雰囲気ガスを昇温させた上で供給するための別の加熱手段は不要となる。その結果、本発明では、ランニングコストを低く抑えることができるとともに省エネルギーを図ることができ、しかも、排気ガスと熱交換するための熱交換器を排気ガスの排出経路中に設けるだけの簡易かつ小型な構成にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る熱処理炉の一部破断側面図
【図２】図１の熱処理炉の一部破断正面図
【図３】熱交換器を備える配管を示す縦断側面図
【図４】熱交換器を備える配管の変形例を示す一部破断側面図
【符号の説明】
１　　　熱処理炉
２　　　炉体
３　　　熱処理空間
Ｗ　　　被熱処理物
【図１】
2004125244.tif 000003
【図２】
2004125244.tif 000004
【図３】
2004125244.tif 000005
【図４】
2004125244.tif 000006