JP4178310B2

JP4178310B2 - 熱風循環炉

Info

Publication number: JP4178310B2
Application number: JP2002126970A
Authority: JP
Inventors: 保憲青木; 隆大原; 陽介平田
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2002-04-26
Filing date: 2002-04-26
Publication date: 2008-11-12
Anticipated expiration: 2022-04-26
Also published as: JP2003322476A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミック部品の焼成やガラス基板の熱処理等、各種の熱処理に使用される熱風循環炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱風循環炉は、炉本体の炉室内に、ガスが循環する循環通路を備え、この循環通路の途中に、被処理物を収容する加熱室と、熱源と、送風機とが配されたもので、循環通路を通じて流れるガスにより、加熱室内の被処理物が加熱されるようになっている。
【０００３】
従来のこの種の熱風循環炉として代表的なものには、特開２０００−２７４９５５号公報に記載のものがある。
【０００４】
この熱風循環炉では、図１０に示すように、炉本体２０の炉室２１のほぼ中央位置に加熱室２２があり、この加熱室２２の入口２２ａ側に送風機２３とフィルタ２４とがあり、前記送風機２３の上流側にヒータ２５がある。ヒータ２５で加熱され送風機２３から送り出された高温のガスは、フィルタ２４を通じて加熱室２２内に流入し、加熱室２２内の被処理物ｗを加熱する。そして、被処理物ｗの間を通過したガスは、加熱室２２の出口２２ｂ側にある循環通路２６に流入し、この循環通路２６を通じて、前記したヒータ２５や、送風機２３の側に還流する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来の熱風循環炉では、主として熱効率を高めるために、加熱室２２の入口２２ａ側に送風機２３が設けられていて、この送風機２３により送り出される高温のガスが送り出し直後に加熱室２２内に吹き込むようになっている。
【０００６】
しかしながら、送風機２３の吐出口付近では、ガスの流れに乱れが生じやすくてガスの流れが安定せず、ガスの流動する個所によって流速が一定しない。
【０００７】
このように、従来の熱風循環炉では、流速の一定しないガスが加熱室２２内に吹き込むことになるので、同一の加熱室２２に収容されている被処理物ｗの間でも、焼成等の熱処理にばらつきができるおそれがある。
【０００８】
そこで、本発明は、加熱室に高温のガスが各部ほぼ均一の流速で吹き込まれるようにして、同時に処理される被処理物の間で、焼成等の熱処理にばらつきが生じないようにすることを課題とする。
【０００９】
さらに、本発明は、加熱室に高温のガスが各部ほぼ均一の流速で吹き込まれる状態のもとで、加熱室に吹き込まれるガスの温度が各部ほぼ均一な値に保たれるようにして、焼成等の熱処理の品質をさらに高めることを次の課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を達成するために、本発明は、炉本体の炉室内にガスが一方向に循環する循環通路を備え、前記循環通路の途中に、被処理物を収容する加熱室と、熱源と、送風機と、を備える熱風循環炉であって、前記加熱室の一方の側部に入口が設けられ、他方の側部に出口が設けられ、前記加熱室の入口から出口に向かって一方向にガスが流通するとともに、前記送風機の吸い込み口が前記加熱室の出口と直線的に対向するように、前記送風機が前記加熱室の出口に近接して設けられている熱風循環炉を構成している。
【００１１】
上記の構成において、送風機から送り出されるガスは、循環通路を通じて熱源、加熱室を経て送風機に戻るが、送風機は加熱室の出口近くにあって、その吐出口は経路的に加熱室の入口から遠く離れている。そのため、送風機の吐出口近くで発生する気流の乱れは、循環通路や熱源を通過するうちに、抵抗を受けて安定した流れとなり、加熱室内に多数収容されている被処理物に対しては、各部均一の流速のガスが吹き付ける。これで、焼成などの熱処理のばらつきが未然に防止される。
【００１２】
上記構成の熱風循環炉において、請求項２に記載のように、加熱室の出口側と送風機との間にダクトが設けられていると、加熱室から送風機へのガスの吸い込みが円滑で、効率がよい。
【００１３】
また、好ましくは、循環通路内に該通路の一部を遮蔽する遮蔽体が設けられていると、該遮蔽体により、加熱室に流入するガスの流速が制御されて、加熱室入口でのガスの均一流速域が広狭変化する。そのため、たとえば加熱室に収容する被処理物の数量が少ない場合、ガスの均一流速域を絞るなどして、被処理物の数量に見合った処理が可能となる。
【００１４】
この場合、遮蔽体は適宜循環通路の内壁に設ければよいが、加熱室がケーシングにより構成されている場合は、このケーシングの外表面に遮蔽体を取り付ければよい。
【００１５】
また本発明は、他の課題を達成するために、請求項１に記載のような熱風循環炉の循環通路において、熱源と加熱室の入口との間に、前記加熱室に流入するガスの温度を制御する温度補償熱源が設けられた熱風循環炉を構成している。
【００１６】
上記構成の熱風循環炉では、温度補償熱源により、流通個所により生じるガスの温度の違いが解消されて、加熱室内の多数の被処理物に対して、各部均一の流速でガスが吹き付けるばかりでなく、そのガスの温度も各部均一化することになる。この場合、被処理物に対してガス流量を増減させて温度調整を行う従来の熱風循環炉での手法に比べ、容易かつ確実に温度調整が行える。
【００１７】
前記の温度補償熱源は、請求項６に記載のように、循環通路の内壁に沿って広がる扁平なヒータであることが好ましい。
【００１８】
また、好ましくは、循環通路内に、循環するガスと熱の授受を行う伝熱体が設けられている。この伝熱体は、具体的には、ガスの進行方向に沿って次第に幅狭となるフィンである。
【００１９】
この構成の熱風循環炉では、伝熱体により、高温のガスの温度がより下流側にあるガスに伝えられるから、同じ循環通路内でも、内側経路や外側経路のような流通経路の違いから生じるガスの温度のばらつき、温度勾配が抑えられ、被処理物に対して、各部均一の温度のガスを供給することができ、均質な熱処理が可能になる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図示の実施例に基づいて説明すると、図１は本発明の第１実施例に係る熱風循環炉の縦断側面図で、図２は、炉内所要部でのガス循環の様子を示す作用説明図である。
【００２１】
図１において、符号１は炉本体で、この炉本体１は内部に炉室１ａを有する。この炉室１ａ内には、加熱室２と、送風機３と、熱源としてのヒータ４と、循環通路５とが設けられている。
【００２２】
加熱室２は、セラミック成形体のような被処理物ｗの多数が上下互いに間隔をおいた状態で積み重ねて収容される。図示例では、加熱室２はケーシング６により構成されており、炉室１ａ内の底側のほぼ中央位置にある。ケーシング６は、ガスが横に流通するよう、一方の側部(図で右側部)とその反対の側部(図で左側部)とにそれぞれ多数の通気孔があって、右側の通気孔がガスの入口２ａ、左側の通気孔が出口２ｂとなっている。符号７は炉室１ａの底壁で、炉本体１の他の部分に対して上下に着脱可能である。
【００２３】
加熱室２の出口２ｂの側には、送風機３の羽根部が近接して設けられていて、その吸い込み口３ａが加熱室２の出口２ｂと対向している。加熱室２の出口２ｂと送風機３の吸い込み口３ａとは、ロート状のダクト８により連通接続されている。
【００２４】
このダクト８は、炉室１ａ内でガスが循環する循環通路の一部を構成するものであるが、図示のものでは、ダクト８は、送風機３の吐出口３ｂから加熱室２の入口２ａに至る循環通路５とは分離しており、かつごく短いものなので、前記循環通路５とは別の名称、別の符号で示される。
【００２５】
このように、本発明では、送風機３の吸い込み口３ａが近接した位置で加熱室２の出口２ｂと直線的に対向していることが望ましい。
【００２６】
送風機３は、その軸部を炉本体１の外部に突出させており、モータのような外部の原動機から回転動力を受けるようになっている。
【００２７】
ヒータ４は、Ｕ字形もしくは棒状のもので、送風機３の吐出口３ｂから加熱室２の入口２ａに至る循環通路５の中途部に設けられる。図示例では、加熱室２のケーシング６が循環通路５の内壁の一部を構成しており、このケーシング６の上方空間に設けられている。
【００２８】
循環通路５は、炉室１ａ内にガスを循環流通させるものであるが、この第１実施例では、送風機３の吐出口３ｂから上方に向かい、加熱室２のケーシング６の上方を通り、加熱室２の入口２ａに至るものである。そして、送風機３の吐出口３ｂからヒータ４の手前までが第１の循環通路５ａであり、ヒータ４を含む部分以降、加熱室２の入口２ａまでが第２の循環通路５ｂである。第２循環通路５ｂでは、加熱室２のケーシング６の上面部が第２循環通路５ｂの下側の内壁を構成している。
【００２９】
上記の構成において、ヒータ４が発熱し、送風機３が稼動すると、加熱室２内のガスは、ダクト８、送風機３、第１循環通路５ａ、ヒータ４、第２循環通路５ｂと流れ、熱風として加熱室２内に流入する。そして、その保有する熱で被処理物ｗを加熱し、再び送風機３から第１循環通路５ａへと流れる。
【００３０】
この間、循環するガスは、送風機３の吐出口３ｂ付近では、渦流など気流に乱れがある状態で流れるが、第１循環通路５ａやヒータ４、第２循環通路５ｂを通過する間に、抵抗を受けて変動が少なくなり、安定した気流となって加熱室２内に流入する。そのため、加熱室２の入口２ａでは、ガスは上下ほぼ均一の流速で流れ込み、上下に積み重なった被処理物ｗに対して、上下同一の流速のガスが作用する。このため、上下の被処理物ｗの間で焼成等、熱処理にばらつきが生じなくなる。
【００３１】
次に、図３は本発明の第２実施例に係る熱風循環炉の縦断側面図で、図４は、炉内所要部でのガス循環の様子を示す作用説明図である。
【００３２】
この第２実施例では、第２循環通路５ｂ内に、該循環通路５ｂの一部を遮蔽して、加熱室２に流入するガスの流速を制御する遮蔽体９が設けられている。この遮蔽体９は図に示すような板体でよいが、ガス流通に対する抵抗が大きくならないよう、断面が山形のブロックでもよく、その形状は特に限定しない。そして、この遮蔽体９は、循環通路５内に突出する形で循環通路５の内壁に取り付けられていればよい。図示例では、加熱室２がケーシング６により構成され、このケーシング６の上面部が第２循環通路５ｂの内壁の一部を構成しているので、このケーシング６の上面部に遮蔽体９が取り付けられている。
【００３３】
他の部分の構成は、図１に図示の第１実施例のものと変わりがないので、対応する部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３４】
図示の通り、第２循環通路５ｂの一部であるケーシング６の上面部に遮蔽体９があると、図４に示すように、加熱室２の入口２ａへのガス流が若干絞られるとともに、遮蔽体９の背面側に巻き込み流のような別の流れが生じるので、図１の場合と比べると、均一流速域Ｒの上下幅が狭くなる。被処理物ｗの積み上げ高さが、ケーシング６の高さより若干低いような場合、この被処理物ｗの積み上げ高さに、ガスの均一流速域Ｒを合わせることで、循環するガスの保有熱量を無駄なく効率的に被処理物の熱処理に利用できる。
【００３５】
図５および図６は第２実施例の変形例を示すもので、図５は、熱風循環炉の所要部の縦断側面図で、図６は、炉内所要部でのガス循環の様子を示す作用説明図である。この変形例では、遮蔽体９が加熱室２のケーシング６の上面部のうち、加熱室入口２ａ側の角部に取り付けられている。
【００３６】
このように、遮蔽体９が図３の場合よりもさらに加熱室２の入口２ａ側に近づいていると、該入口２ａへのガス流がより細く絞られて、入口２ａでの均一流速域Ｒの上下幅は一段と狭くなる。
【００３７】
以上の図３や図５の例からも、遮蔽体９の取り付け位置、遮蔽体９の形状や大きさを適宜選択することで、加熱室入口２ａでの均一流速域Ｒの上下幅を調整しうることが分かる。したがって被処理物ｗの数量に見合った熱処理が可能となる。
【００３８】
さらに、図７は本発明の第３実施例に係る熱風循環炉の縦断側面図である。この実施例では、第２循環通路５ｂ内であって、ヒータ４と加熱室入口２ａとの間に、温度補償熱源としてヒータ(温度補償ヒータ)１０が設置されている。
【００３９】
この温度補償ヒータ１０は棒状やＵ字形のものでもよいが、図示例では、ガスの流れをできるだけ阻害しないよう、第２循環通路５ｂの内壁に沿って広がる扁平なヒータである。
【００４０】
他の部分の構成は、図１に図示の第１実施例のものと変わりがないので、対応する部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４１】
ところで、第２循環通路５ｂの各部分のうち、加熱室２の入口２ａに面する部分は、ヒータ４から遠いので、この部分を流れるガスは温度を下げやすく、また、ケーシング６に近い個所を流れるガスよりも、その外側経路を流れるガスの方が温度低下を起こしやすい。
【００４２】
このように、第２循環通路５ｂの終端側では、ガスの流通個所によりガスの温度にばらつきや温度勾配が生じるのであるが、このような温度の違いは、前記した温度補償ヒータ１０により補正されることになり、加熱室２の各入口２ａから吹き込むガスの温度は均一化する。
【００４３】
加熱室２内に上下に積み上げられた被処理物ｗには、第１実施例の説明でも述べたように、上下均一の流速のガスが吹き込むから、どの部分の被処理物ｗにも、均一の温度のガスが均一の流速で作用することになり、仕上がりにばらつきのない製品が得られる。
【００４４】
なお、この種の従来の熱風循環炉では、焼成等の熱処理の温度を変えたい場合、所要個所へのガスの流量が増減変化されるようになっているが、この方法では、正確な温度調整自体が困難であるばかりか、ガスの流量が不可避的に変化するので、容易に所期の仕上がり品質が得られない。
【００４５】
これに対して、第３実施例に示した温度補償ヒータ１０による温度調整方法では、ガスの流量を変化させずに、ガスの温度のみを単独に変化させることができるから、容易かつ正確な温度調整が可能で、所期通りの仕上がりの製品が得られる。
【００４６】
また、図８は本発明の第４実施例に係る熱風循環炉の縦断側面図、図９は、炉本体の外壁を切除して示した要部の斜視図である。
【００４７】
この実施例では、第２循環通路５ｂ内であって、ヒータ４から遠い位置、具体的には加熱室２の入口２ａに面する個所に、循環するガスと熱の授受を行う伝熱体１１が設けられている。ここでの伝熱体１１は、図８に明示するように、第２循環通路５ｂの終端側においてガスの流れを分ける形でガス流通方向に沿って広がるフィンである。そして、このフィン１１のガス流通方向と直交する方向の幅は、ガスの進行方向に沿って次第に幅狭になっている。
【００４８】
他の部分の構成は、図１に図示の第１実施例のものと変わりがないので、対応する部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４９】
第２循環通路５ｂの終端側において、ヒータ４により近い位置にあって比較的温度の高いガスは伝熱体１１の幅広部分に接し、ヒータ４から遠ざかることで若干温度低下したガスは、伝熱体１１の幅狭部分に接する。伝熱体１１はヒータ４に近い位置（図で上部位置）において高温のガスから広い受熱面積で熱を受けて高温となっているから、その熱で、幅狭部分に接するガスを加熱する。これにより、第２循環通路５ｂの終端でのガスの温度低下が最少限に抑えられ、加熱室２の各入口２ａから吹き込むガスの温度は均一化する。
【００５０】
また、第２循環通路５ｂの終端側において、ガスは伝熱体１１により整流されるという効果もある。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、送風機の吐出口から送り出されるガスは安定したガス流となって加熱室の入口側に達するから、各入口から加熱室内に吹き込むガスは流速が均一化し、そのため、同時に熱処理される多数の被処理物の間で焼成等の熱処理にばらつきが生じない。
【００５２】
また、温度補償熱源もしくは伝熱体を付加したものでは、加熱室内に吹き込むガスの流速が均一化するばかりでなく、その温度も均一化するので、焼成等の熱処理の品質がさらに向上する。
【００５３】
しかも、ガス流量とは独立して、循環するガスの温度を調整することができ、温度調整が容易であるばかりか、正確な温度調整が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る熱風循環炉の縦断側面図である。
【図２】上記第１実施例の炉内所要部でのガス循環の様子を示す作用説明図である。
【図３】本発明の第２実施例に係る熱風循環炉の縦断側面図である。
【図４】上記第２実施例の炉内所要部でのガス循環の様子を示す作用説明図である。
【図５】第２実施例の変形例を示す熱風循環炉の所要部の縦断側面図である。
【図６】上記第２実施例の変形例の炉内所要部でのガス循環の様子を示す作用説明図である。
【図７】本発明の第３実施例に係る熱風循環炉の縦断側面図である。
【図８】本発明の第４実施例に係る熱風循環炉の縦断側面図である。
【図９】上記第４実施例の炉本体の外壁を切除して示した要部の斜視図である。
【図１０】従来の熱風循環炉の縦断側面図である。
【符号の説明】
１炉本体、１ａ炉室
２加熱室、２ａ入口、２ｂ出口
３送風機、３ａ吸い込み口、３ｂ吐出口
４熱源(ヒータ)
５循環通路、５ａ第１循環通路、５ｂ第２循環通路
６ケーシング
８ダクト
９遮蔽体

Claims

炉本体の炉室内にガスが一方向に循環する循環通路を備え、
前記循環通路の途中に、被処理物を収容する加熱室と、熱源と、送風機と、を備える熱風循環炉であって、
前記加熱室の一方の側部に入口が設けられ、他方の側部に出口が設けられ、前記加熱室の入口から出口に向かって一方向にガスが流通するとともに、
前記送風機の吸い込み口が前記加熱室の出口と直線的に対向するように、前記送風機が前記加熱室の出口に近接して設けられていることを特徴とする、熱風循環炉。
前記循環通路内において、前記加熱室の出口と前記送風機の吸い込み口との間にダクトが設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の熱風循環炉。
前記循環通路内において、前記循環通路の一部を遮蔽して前記加熱室に流入するガスの流速を制御する遮蔽体が設けられていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の熱風循環炉。
前記加熱室はケーシングにより構成されており、前記遮蔽体は、前記ケーシングの外表面に取り付けられていることを特徴とする、請求項３に記載の熱風循環炉。
前記循環通路内において、前記熱源と前記加熱室の入口との間に、前記加熱室に流入するガスの温度を制御する温度補償熱源が設けられていることを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれかに記載の熱風循環炉。
前記温度補償熱源は、前記循環通路の内壁に沿って広がる扁平なヒータであることを特徴とする、請求項５に記載の熱風循環炉。
前記循環通路内において、前記熱源と前記加熱室の入口との間に、循環するガスと熱の授受を行う伝熱体が設けられていることを特徴とする、請求項１から請求項６のいずれかに記載の熱風循環炉。
前記伝熱体は、ガスの進行方向に沿って次第に幅狭となるフィンであることを特徴とする、請求項７に記載の熱風循環炉。