JP2008070030A - 加熱炉 - Google Patents

Abstract

【課題】被加熱物の各部位の熱容量の違いに拘わらず、被加熱物を均一に昇温することができる加熱炉を提供する。
【解決手段】加熱室には、加熱室内の雰囲気を加熱することにより、この加熱室に搬送される被加熱物を加熱する電気ヒータ２０と、複数の局所加熱装置２１とが設けられている。局所加熱装置２１のそれぞれは、被加熱物に対してガスを局所的に吹き付けるノズル２２と、配管２３と、配管に設けられてこの配管内を流れるガスとの間で熱交換を行う熱交換器２５と、電磁誘導を用いて熱交換器２５を加熱する電磁誘導加熱装置２６，２７とを有する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、被加熱物を加熱する加熱室を備える加熱炉に係り、特に、加熱室内において熱処理やろう付けといった処理を行う加熱炉に関する。

例えば、アルミニウム製の熱交換器には、エバポレータやコンデンサあるいはラジエ−タ等があるが、これらは、一般にろう付け工法により製造されている。この製造方法は、チューブやフィン等からなるコア部や、ヘッダプレートやタンクカバー部材等からなるタンク部などの熱交換器の各種部品を組み付けた後、炉内に入れて加熱することにより、これら各種部品間の接合部に予め設けられたろう材を介して一体的にろう付けする。

例えば、特許文献１には、ろう付けを行う雰囲気炉が開示されている。この雰囲気炉によれば、ろう付けのための加熱を行うろう付け室と、このろう付け室に搬送される前提として被加熱物を予熱する予熱室とを備えている。ろう付け室は、電気加熱源を有しており、この電気加熱源によりろう付け室の雰囲気を加熱することにより、被加熱物をろう付け温度まで加熱する。また、予熱室には、ガスバーナーにより生成される燃焼ガスを循環させる閉ループを形成する循環ダクトが接続している。この閉ループには、ガスバーナーが設けられたガスバーナー室と循環ファンとが設置されており、ガスバーナーによる燃焼ガスはガスバーナー室から循環ファンによって予熱室に送られ、これにより、被加熱物が予熱される。
特開２００４−１４１９４４号公報

しかしながら、特許文献１に開示された手法によれば、室内の雰囲気を加熱することによって被加熱物を加熱しているため、被加熱物の各部位における熱容量の違いにより、各部位がろう付け温度に到達するまでの時間にバラツキが生じ、部位毎の熱膨張による変形やろう付け不良が発生するという不都合が生じる。

そこで、本発明は、被加熱物の各部位の熱容量の違いに拘わらず、被加熱物を均一に昇温することができる加熱炉を提供することにある。

本発明の請求項１にかかる加熱炉は、被加熱物を加熱する加熱室を備える加熱炉において、加熱室を含む加熱炉内において被加熱物を搬送する搬送装置と、加熱室内の雰囲気を加熱することにより、この加熱室に搬送される被加熱物を加熱する第１の加熱装置と、加熱室に搬送される被加熱物を加熱する複数の第２の加熱装置とを有し、第２の加熱装置のそれぞれは、被加熱物に対してガスを局所的に吹き付けるノズルと、ノズルに連結されてガスを供給する配管と、配管に設けられて、この配管内を流れるガスとの間で熱交換を行う熱交換器と、電磁誘導を用いて熱交換器を加熱する電磁誘導加熱装置とを有する。

本発明の請求項２にかかる加熱炉において、熱交換器は、導体で形成されて波状に屈曲する板材と、導体で形成された平板状の板材とを重ね合わせた一対の板材をロール状に巻回することよって形成された円筒部材で構成されており、この円筒部材の軸心方向にガスが流れており、電磁誘導加熱装置は、熱交換器である円筒部材の円周方向に巻き付けられた誘導コイルと、コイルに高周波電流を供給する電源とを有する。

本発明の請求項３にかかる加熱炉は、第２の加熱装置のそれぞれを個別の制御対象として、被加熱物の各部位の熱容量に応じて、該当する部位を加熱する第２の加熱装置の電磁誘導加熱装置による加熱量を制御する制御装置をさらに有する。

本発明の請求項１にかかる加熱炉によれば、第１の加熱装置によって加熱室の雰囲気を加熱しつつ、複数の第２の加熱装置によって被加熱物を局所的に加熱することができるので、被加熱物を均一に昇温することが可能となる。これにより、熱膨張差による被加熱物の変形や、ろう付け不良といった問題を抑制することができる。

本発明の請求項２にかかる加熱炉によれば、被加熱物に対して局所的に吹き付けるガスの温度等を容易にコントロールすることが可能となる。

本発明の請求項３にかかる加熱炉によれば、加熱対象部位の熱容量に応じて、それぞれの第２の加熱装置を個別に制御することができるので、被加熱物の均一な昇温を有効に行うことができる。

図１は、本発明の実施形態にかかる加熱炉の全体構成を示す模式図である。この加熱炉は、予熱室１と、加熱室２と、雰囲気遮断室３と、搬送装置４と、制御装置５とを主体に構成されており、被加熱物Ｔに対する熱処理やろう付けといった処理を行う。被加熱物Ｔは、例えば、ラジエータといった熱交換部品であり、この加熱炉において、ラジエータのフィンやヘッダー等のろう付けが行われる。

予熱室１は、加熱室２においてろう付けを行うことを前提に被加熱物Ｔを予熱する。この予熱室１には、例えば、電気加熱源である電気ヒータ１０による輻射熱、または、ガスバーナー（図示せず）による燃焼熱によって、さらには、循環ファン（図示せず）を用いた対流によって、予熱室１内が加熱される。予熱室１には、搬送装置４によって被加熱物Ｔが搬送され、この予熱室１内を通過することにより、被加熱物Ｔに対する予熱が行われる。

加熱室２は、搬送装置４による被加熱物Ｔの搬送経路において予熱室１よりも下流側に位置し、予熱室１において予熱された被加熱物Ｔをさらに加熱することにより、被加熱物Ｔに対するろう付けを行う。この加熱室２には、第１の加熱装置である電気加熱源（例えば、電気ヒータ）２０を有しており、加熱室２内の雰囲気を加熱することにより、被加熱物Ｔをろう付け温度（例えば、６００℃）まで加熱する。この加熱室２は、雰囲気ガス、例えば、窒素ガス等によって無酸化雰囲気になっている。加熱室２の無酸化雰囲気をシールするため、加熱室２の前後の雰囲気（予熱室１を含む）は、雰囲気遮断室３によって遮断されている。

図２は、本実施形態にかかる加熱室２を詳細に示す模式図である。図３は、本実施形態にかかる加熱室２の断面状態を示す模式図である。本実施形態の特徴の一つとして、この加熱室２は、加熱室２に搬送される被加熱物Ｔを加熱する、電気加熱源２０（第１の加熱装置）とは異なる第２の加熱装置として局所加熱装置２１を有している。この局所加熱装置２１は、被加熱物Ｔの搬送方向に沿って、その両側に複数個配置されており、電気加熱源２０と比較して、被加熱物Ｔを局所的に加熱する。

図４は、局所加熱装置２１の説明図である。局所加熱装置２１は、ノズル２２と、配管２３と、循環ファン２４と、熱交換器２５と、誘導コイル２６および電源２７を含む電磁誘導加熱装置とを主体に構成されている。

ノズル２２は、搬送装置４によって搬送される被加熱物Ｔに対して加熱ガスを吹き付けることにより、被加熱物Ｔを局所的に加熱するものであり、加熱ガスの吹き出し部位であるノズル先端２２ａを被加熱物Ｔに向けた格好でレイアウトされている。ノズル２２には雰囲気ガスまたは窒素ガスの供給用の配管２３が連結されている。この配管２３には、循環ファン２４が設けられており、この循環ファン２４を駆動することにより、雰囲気ガスまたは窒素ガスが配管２３を介してノズル２２へと供給される。循環ファン２４の駆動量（回転数）は、後述する制御装置５によって制御されている。

図５は、熱交換器２５の構成を示す説明図であり、（ａ）に、熱交換器２５の概略斜視図を示し、（ｂ）に、（ａ）に示す領域Ａの拡大状態を示す。熱交換器２５は、循環ファン２４よりも下流側の配管２３上に配置されており、配管２３内を流れるガスとの間で熱交換を行う。熱交換器２５は、金属（例えば、ステンレス）といった導体より形成される、コルゲート加工されて波状に湾曲した板材（以下「波板」という）２５ａと、金属（例えば、ステンレス）といった導体より形成された平板状の板材（以下「平板」という）２５ｂとを重ね合わせた一対の板材をロール状に巻回することよって形成される円筒部材で構成されている。この際、この熱交換器２５である円筒部材は、波板２５ａの凸凹の延在方向が、その軸心方向と一致するような格好で巻回されている。この熱交換器２５は、配管２３上に介在されており、配管２３内を流れるガスは、熱交換器２５において、波板２５ａおよび平板２５ｂによって形成される網目状の連通空間を通り、その軸心方向にガスが流れる。

誘導コイル２６は、熱交換器２５の外側面において円周方向に巻き付けられている。この誘導コイル２６には、電源２７が接続されており、この電源２７から高周波電流が誘導コイル２６に流される。誘導コイル２６に高周波電流が流れると、熱交換器２５には、周期的な磁場変化が生じる。この磁場変化によって、熱交換器２５内部に誘導電流（渦電流）が生じる。そして、誘導電流によるジュール熱により、熱交換器２５が加熱される。そのため、配管２３を流れて熱交換器２５を通過した高温のガスがノズル２２から被加熱物Ｔへと吹き付けられることとなる。

搬送装置４は、所定の搬送経路において被加熱物Ｔを搬送する機能を担っており、例えば、コンベヤー装置などを用いることができる。搬送装置４は、コンベヤー上に載置された被加熱物Ｔを、コンベヤーの経路に従って、雰囲気遮断室３によってシールされた予熱室１および加熱室２を通過させる。この際、搬送される被加熱物Ｔは、予熱室１、加熱室２の順番でこれらを通過するように搬送されている。

制御装置５は、被加熱物Ｔの加熱状態に基づいて、加熱炉を制御する。この制御装置５には、被加熱物Ｔの加熱状態を検出するために、各種センサからの検出信号が入力されている。予熱室温度センサ６０は、予熱室１内の温度を検出しており、加熱室温度センサ６１は、加熱室２内の温度を検出する。制御装置５は、予熱室温度センサ６０によって検出される予熱室１内の温度に基づいて、電気ヒータまたはガスバーナーの出力、さらには、循環ファンの回転数を制御して、予熱室１の温度を所定の予熱温度に調整する。また、制御装置５は、加熱室温度センサ６１によって検出される加熱室２内の温度に基づいて、第１の加熱装置である電気ヒータ２０の出力を制御して、加熱室２の温度を所定の加熱温度に調整する。さらに、制御装置５は、各部位での熱容量分布が異なる様々な被加熱物Ｔに応じて、個々の局所加熱装置２１をそれぞれ制御することにより、被加熱物Ｔの各部位を局所的に加熱する。具体的には、制御装置５は、循環ファン２４の回転数および電源２７の高周波電流を制御することにより、被加熱物Ｔに吹き付けるガスの温度と吹き付け時間とを制御する。種々の被加熱物Ｔに対する各部位での熱容量分布は、実験やシミュレーションを通じてデータとして予め取得しておき、これを参照して制御を行う。

以下、このような構成を有する加熱炉を用いたろう付け処理について説明する。なお、被加熱物Ｔとして、ラジエータを例示して説明する。このろう付け処理では、チューブやフィンからなるコア部や、ヘッダプレートやタンクカバー部材からなる上方および下方ヘッダタンク部などのラジエータの各種部品を組み付けた後、加熱炉に入れて加熱することにより、これら各種部品間の接合部に予め設けられたろう材を介して一体的にろう付けを行う。

ラジエータは、アルミニウム製の部品を用いて形成されており、これら各種部品は、主に純アルミニウムにＭｎ等の元素を含有したアルミニウム合金を芯材としている。従って、部品相互を接合するには、接合部位の芯材の表面に、アルミニウムにＳｉ等を含有した芯材より融点の低いＡｌ−Ｓｉ系合金のろう材をクラッドしている。

そして、このろう材をクラッドした各種部品（コア部、上方および下方ヘッダタンク部）を組付けるか、ろう材をクラッドする代わりに芯材状態の各種部品（コア部、上方および下方ヘッダタンク部）の接合部にろう材の箔を置きこれら部品を組付けた後、ろう付け接合部にフラックスを塗布して加熱炉でろう付けを行う。

具体的には、加熱炉において、組み付けたコア部とヘッダタンク部とは、搬送装置４に載置され、まず、予熱室１へと搬送される。そして、予熱工程として、予熱室１において、組み付けたコア部とヘッダタンク部が予熱される。予熱室１において予熱工程が行われると、次に、搬送装置４によって加熱室２へと搬送される。そして、ろう付け工程として、加熱室２において、コア部とヘッダタンク部とのろう付けが行われる。ろう付け工程では、必要に応じて、ラジエータの各部位における熱容量の差に応じて、局所加熱装置２１を用いて、ラジエータの所定部位を局所的に加熱する。ここで、局所的に加熱される部位としては、ラジエータの中でも熱容量が相対的に大きな部位がこれに該当する。また、局所的に加熱される部位については、予め取得した熱容量のデータに応じて、ラジエータ全体として熱ムラが生じないように、加熱ガスの温度および吹き付け時間が制御装置５によって制御される。

加熱室２においてろう付けされると、搬送装置４によって加熱室２から加熱炉外へと搬送される。そして、徐冷工程において、ろう付けされたコア部と上方および下方ヘッダタンク部の熱が取り除かれ、冷却工程において、徐冷工程を経たコア部と上方および下方ヘッダタンク部とが常温まで冷却される。このような一連の、予熱工程、ろう付け工程、徐冷工程および冷却工程を順次行うことにより、コア部と上方および下方ヘッダタンク部とが接合されてラジエータが形成される。

以下に、本発明の実施形態による作用効果を説明する。

かかる加熱炉の構成によれば、各部位の熱容量分布が異なる様々な被加熱物に応じて、局所加熱装置２１からの加熱ガスの温度と吹き付け時間とを変化させることができるので、加熱時に生じる熱ムラを抑制して、被加熱物を均一に昇温することができる。また、個々の局所加熱装置２１を個別に制御することができるので、種々の被加熱物を混流搬送して加熱でき、生産効率の向上を図ることができる。また、被加熱物の各部位を均一に短時間で昇温することができるので、加熱炉を小型化することが可能となり、設備費の低減を図ることができる。また、被加熱物を短時間で昇温することが可能であるため、使用エネルギーの低減を図ることができる。

なお、本発明に係る加熱炉は、前述した実施形態に限定されることなく、本発明の技術思想に基づいて種々の変形及び変更が可能である。例えば、被加熱物を局所的に加熱する局所加熱装置２１を予熱室に適用してもよい。また、上述した実施形態では、加熱室２において、局所加熱装置２１を搬送経路にそって両サイドに設置したが、加熱対象となる被加熱物の形態に応じて、加熱室２の上方に設置するといったことも可能である。

本発明の実施形態にかかる加熱炉の全体構成を示す模式図 本実施形態にかかる加熱室２を詳細に示す模式図 本実施形態にかかる加熱室２の断面状態を示す模式図 局所加熱装置２１の説明図 熱交換器２５の構成を示す説明図

符号の説明

１ 予熱室
２ 加熱室
３ 雰囲気遮断室
４ 搬送装置
５ 制御装置
１０ 電気ヒータ
２０ 電気ヒータ
２１ 局所加熱装置
２２ ノズル
２２ａ ノズル先端
２３ 配管
２４ 循環ファン
２５ 熱交換器
２５ａ 波板
２５ｂ 平板
２６ 誘導コイル
２７ 電源
６０ 予熱室温度センサ
６１ 加熱室温度センサ

Claims (3)

1. 被加熱物を加熱する加熱室を備える加熱炉において、
   前記加熱室（２）を含む加熱炉内において前記被加熱物を搬送する搬送装置（４）と、
   前記加熱室（２）内の雰囲気を加熱することにより、当該加熱室（２）に搬送される前記被加熱物を加熱する第１の加熱装置（２０）と、
   前記加熱室（２）に搬送される前記被加熱物を加熱する複数の第２の加熱装置（２１）とを有し、
   前記第２の加熱装置（２１）のそれぞれは、
   前記被加熱物に対してガスを局所的に吹き付けるノズル（２２）と、
   前記ノズルに連結されて前記ガスを供給する配管（２３）と、
   前記配管に設けられて、当該配管内を流れるガスとの間で熱交換を行う熱交換器（２５）と、
   電磁誘導を用いて前記熱交換器（２５）を加熱する電磁誘導加熱装置とを有することを特徴とする加熱炉。
2. 前記熱交換器（２５）は、導体で形成されて波状に屈曲する板材（２５ａ）と、導体で形成された平板状の板材（２５ｂ）とを重ね合わせた一対の板材をロール状に巻回することよって形成された円筒部材で構成されており、当該円筒部材の軸心方向に前記ガスが流れており、
   前記電磁誘導加熱装置は、
   前記熱交換器（２５）である前記円筒部材の円周方向に巻き付けられた誘導コイル（２６）と、
   前記コイルに高周波電流を供給する電源（２７）とを有することを特徴とする請求項１に記載された加熱炉。
3. 前記第２の加熱装置（２１）のそれぞれを個別の制御対象として、前記被加熱物の各部位の熱容量に応じて、該当する部位を加熱する第２の加熱装置（２１）の電磁誘導加熱装置による加熱量を制御する制御装置（５）をさらに有することを特徴とする請求項１または２に記載された加熱炉。

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