JP2008190783A - 加熱炉 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークＷの昇温ムラを抑制する対流式の加熱炉を提供する。
【解決手段】加熱炉は、加熱室１内の雰囲気ガスを循環させることにより、雰囲気ガスの対流によってワークＷを加熱する。この加熱炉は、導体より形成されており、加熱室１としての内部空間を構成するトンネル形状の壁部２を備えており、この壁部２が電磁誘導加熱手段５によって電磁誘導を用いて加熱される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ワークを加熱する加熱室を備えた加熱炉に関する。

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ータ等があるが、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、加熱炉におい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によって一体的にろう付けを行う。

このような処理を行う加熱炉は、ワークを加熱する加熱室を備えており、この加熱室内の雰囲気を熱源が配置された循環流路を介して循環させることにより、加熱室内のワークが雰囲気ガスの対流によって加熱される（例えば、特許文献１参照）。
特開平５−１９２７６５号公報

しかしながら、従来の対流式の加熱炉では、循環流路において加熱された雰囲気ガスからの熱伝達によりワークを加熱するため、例えば、ワークの部位よって熱容量に差がある場合には、ワークが均一に昇温しない虞がある。また、加熱室の周囲に循環ファンや雰囲気ガスの循環流路等が存在するため、熱源からの加熱室に対する受熱効率が低下する。そのため、輻射熱のような加熱室の壁部からのワークへの熱伝達が少なく、雰囲気ガスが接触しない部位は受熱量が減少し、昇温ムラを抑制することが困難となる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ワークの昇温ムラを抑制する対流式の加熱炉を提供することである。

本発明の請求項１にかかる加熱炉は、加熱室内の雰囲気ガスを循環させることにより、雰囲気ガスの対流によってワークを加熱する加熱炉において、導体より形成されており、加熱室としての内部空間を構成するトンネル形状の壁部と、電磁誘導を用いて壁部を加熱する電磁誘導加熱手段とを有する。

本発明の請求項２にかかる加熱炉は、加熱室内の雰囲気ガスを壁部の外周面に沿って循環させる循環流路と、加熱室内の雰囲気ガスを循環流路に排出する循環手段とをさらに有し、電誘導加熱手段は、壁部の外周面に巻かれた誘導コイルと、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、循環流路を含む加熱室の周囲を覆う断熱材をさらに有する。

本発明の請求項１にかかる加熱炉によれば、加熱室を構成する壁部が加熱されるので、この壁部が熱源として機能することにより、ワークに対する輻射熱の効果を得ることができる。また、壁部が電磁誘導を用いて加熱されるので、ヒータ等の熱源を使用せずともワークの加熱を行うことができる。そして、ワーク全体を輻射熱で加熱しつつ、昇温が遅い熱容量の小さな部位を雰囲気ガスの対流によって加熱することにより、ワーク全体を均一に昇温することが可能となる。

本発明の請求項２にかかる加熱炉によれば、加熱室の雰囲気ガスが発熱している壁部の外周面に沿って流れるため、壁部を熱源として循環する雰囲気ガスを加熱することができ、ヒータ等を配置することなく、従来の対流式の加熱炉と同様にワークを加熱することができる。

本発明の請求項３にかかる加熱炉によれば、循環流路を含む加熱室の周囲が断熱材によって覆われているので、循環流路を流れる雰囲気ガスの熱効率が高く、ワークの昇温を効果的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構成を示す模式図である。この加熱炉は、加熱室１と、電磁誘導加熱装置５と、制御装置８とを主体に構成されており、ワークＷに対する熱処理やろう付けといった処理を行う。ワークＷとしては、例えば、ラジエータといったアルミニウム製熱交換器を挙げることができ、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。

加熱室１は、ワークＷを加熱することにより、ワークＷを目標温度、本実施形態では、ろう付け温度（例えば、６００℃）まで昇温させる。加熱室１には、図示しない搬送装置によって搬送工程の上流から下流にかけてワークＷが搬送されており、搬送されたワークＷが加熱室１内を通過することにより、このワークＷが加熱される。加熱室１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おり、加熱室１の無酸化雰囲気をシールするため、搬送工程における加熱室１の前後の雰囲気は、雰囲気遮断室（図示せず）によって遮断されている。

ワークＷが加熱される加熱室１は、壁部２によって画定されている。壁部２は、ワークＷの搬送方向に延在するトンネル形状を有しており、壁部２によって構成される内部空間が加熱室１となる。この壁部２は、金属などの導体より形成されており、また、後述するように壁部２自身が熱源として機能する関係上、融点の高い材質で形成されていることが好ましく、例えば、ステンレスを用いることができる。

壁部２の外周領域には、加熱室１内の雰囲気ガスを、壁部２の外周面に沿って循環させる循環流路３が形成されている。循環流路３は、加熱室１の雰囲気ガスを循環させる閉ループ形状を有しており、本実施形態では、加熱室１の上部から下部へと雰囲気ガスが循環するような格好となっている。

循環流路３には、加熱室１内の雰囲気ガスを循環流路３へと導く循環ファン４が設けられている。この循環ファン４を駆動することにより、加熱室１の雰囲気ガスは、加熱室１の上部側から循環流路３へと流れ、壁部２の外周面に沿って循環流路３を流れ、加熱室１の下部側より再度加熱室１に流れる。

循環流路３を含む加熱室１の周囲には、断熱材７が設けられており、この断熱材７は外壁によって覆われている。

本実施形態の特徴の一つとして、加熱室１を構成する壁部２には、電磁誘導を用いて壁部２を加熱する電磁誘導加熱装置５が設けられている。この電磁誘導加熱装置５は、誘導コイル５ａと、電源５ｂとを主体に構成される。

誘導コイル５ａは、循環流路３内において、壁部２の外周面に巻き付けられている。この誘導コイル５ａには、電源５ｂが接続されており、この電源５ｂから誘導コイル５ａに高周波電流が流される。誘導コイル５ａに高周波電流が流れると、この誘導コイル５ａが巻き付けられた壁部２には、周期的な磁場変化が生じる。この磁場変化によって、壁部２内部に誘導電流（渦電流）が生じ、誘導電流によるジュール熱により、壁部２が加熱される。この壁部２の加熱により、加熱室１に搬送されたワークＷが壁部２からの輻射熱によって加熱される。また、壁部２の外周面に沿って循環する雰囲気ガスも壁部２からの熱を受けて加熱され、この加熱された雰囲気ガスが加熱室１に循環されることにより、加熱室１に搬送されたワークＷが雰囲気ガスの対流によって加熱される。

制御装置８は、ワークＷの昇温目標値である目標温度に基づいて、加熱炉を制御する。本実施形態との関係において、制御装置８は、図示しない温度センサによって検出される加熱室１の温度に基づいて、電源５ｂから供給される高周波電流および循環ファン４の駆動量（回転数）を制御することにより、加熱室１内の温度を制御する。

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。ここでは、ワークＷとして、ラジエータを例示して説明する。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、搬送装置に載置され、まず、予熱室（図示せず）へと搬送される。そして、予熱工程として、予熱室において、組み付けたコア部とヘッダタンク部が予熱される。予熱室において予熱工程が行われると、次に、搬送装置によって加熱室１へと搬送される。そして、ろう付け工程として、加熱室１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。

加熱室１においてろう付けされると、搬送装置によって加熱室１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。図２は、従来の対流式の加熱室を備える加熱炉の構成を示す模式図である。同図に示すように、従来の加熱炉には、ワークＷが搬送される加熱室１０が、トンネル形状の壁部１１によって構成されている。壁部１１の周囲は、加熱室１０内の雰囲気ガスを循環させる循環流路１２が形成されており、加熱室１０内の雰囲気ガスは循環ファン１３によって循環流路１２へと排出され、閉ループ状の循環流路１２を介して、再度加熱室１０へと循環される。この循環流路１２には、例えば、循環流路１２を流れる雰囲気ガスを加熱する熱源１４が設けられている。熱源１４としては、電気ヒータによる輻射熱、または、ガスバーナーによる燃焼熱を利用することができる。循環流路１２を経由して加熱された雰囲気ガスが加熱室１０に循環されることにより、加熱室１０に搬送されたワークＷが雰囲気ガスの対流によって加熱される。

このような対流式の加熱炉では、循環流路１２において加熱された雰囲気ガスからの熱伝達によりワークＷを加熱するため、例えば、ワークＷの部位よって熱容量に差がある場合には、ワークＷが均一に昇温しない虞がある。そこで、加熱室１０内において対流するガスの流れを規制して、昇温速度が遅い熱容量の大きな部位に雰囲気ガス（加熱された高温ガス）を誘導することにより、ワークＷの昇温ムラを抑制することが考えられる。しかしながら、かかる手法によれば、ガスの流れを規制することにより、ワークＷに高温ガスと接触しない部位が生じる虞がある。

また、図２に示すような加熱炉の構造によれば、加熱室１の周囲に循環ファン１３や雰囲気ガスの循環流路１２等が存在するため、熱源１４からの加熱室１０に対する受熱効率が低下する。そのため、輻射熱のような壁部１１からのワークＷへの熱伝達は少なく、高温ガスが接触しない部位は受熱量が減少し、昇温ムラを抑制することは困難である。

加熱中のワークＷに昇温ムラがあると、昇温が遅い部位に合わせて加熱時間を調整する必要があり、昇温が速い部位にとっては無駄な加熱時間となる。また、ワークＷの各部の温度差による熱膨張差で、ワークＷの歪みや変形が発生する虞がある。

この点、本実施形態によれば、加熱室１を構成する壁部２が加熱されるので、この壁部２が熱源として機能することにより、ワークＷに対する輻射熱の効果を得ることができる。また、この壁部２を加熱することにより、壁部２の外周面を沿って循環する加熱室１内の雰囲気ガスが加熱される。そのため、ワークＷ全体を輻射熱で加熱しつつ、昇温が遅い熱容量の小さな部位を雰囲気ガスの対流によって加熱することにより、ワークＷ全体を均一に昇温することが可能となる。

また、本実施形態によれば、加熱室１自体が自己発熱すすることにより、ヒータ等の熱源が不要となる。また、加熱室１の雰囲気ガスが発熱している壁部２の外周面に沿って流れるため、壁部２を熱源として循環する雰囲気ガスを加熱することができ、ヒータ等を配置することなく、従来の対流式の加熱炉と同様にワークＷを加熱することができる。

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、ワークＷのろう付け工程で説明したように、予熱室に対して加熱室１と同様な加熱方法を採用してもよい（なお、広義において、予熱室自体もワークＷを加熱する加熱室として機能する）。

本発明の実施形態にかかる加熱炉の構成を示す模式図 従来の対流式の加熱室を備える加熱炉の構成を示す模式図

符号の説明

１ 加熱室
２ 壁部
３ 循環流路
４ 循環ファン
５ 電磁誘導加熱装置
５ａ 誘導コイル
５ｂ 電源
７ 断熱材
８ 制御装置
１０ 加熱室
１１ 壁部
１２ 循環流路
１３ 循環ファン
１４ 熱源

Claims (3)

1. 加熱室（１）内の雰囲気ガスを循環させることにより、雰囲気ガスの対流によってワークを加熱する加熱炉において、
   導体より形成されており、前記加熱室（１）としての内部空間を構成するトンネル形状の壁部（２）と、
   電磁誘導を用いて前記壁部（２）を加熱する電磁誘導加熱手段（５）と
   を有することを特徴とする加熱炉。
2. 前記加熱室（１）内の雰囲気ガスを前記壁部（２）の外周面に沿って循環させる循環流路（３）と、
   前記加熱室（１）内の雰囲気ガスを前記循環流路（３）に排出する循環手段（４）とをさらに有し、
   前記電誘導加熱手段（５）は、
   前記壁部の外周面に巻かれた誘導コイル（５ａ）と、
   前記コイルに高周波電流を供給する電源（５ｂ）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. 前記循環流路（３）を含む前記加熱室（１）の周囲を覆う断熱材（７）をさらに有することを特徴とする請求項１に記載された加熱炉。

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