JPH01501564A - 改良された流体バリアーカーテンシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 改良された流体バリアーカーテンシステム又皿■ｉ量 流体バリアーカーテンは、目的物の通過を許す一方、カーテンの両側に流体の分 離状態を維持するものである。

このようなカーテンは、コントロールされた流体処理区域を維持することを必要 とする工業に特に有用である。

流体バリアーカーテンを使用する一例として熱処理炉がある。代表的なものでは 、連続して熱処理される目的物を導入口から炉内に搬入し、炉内のトンネル空間 を通過させ、他の出口を通じて炉から搬出するために、機械式コンベヤが使用さ れる。いくつかの工業熱処理炉や連続炉に必要なことは、慎重にコントロールさ れかつ乾燥された炉の熱処理室内の雰囲気を維持することである。炉内の雰囲気 を適正にコントロールするには、外気の侵入を最大限排除し、分離された両側の 雰囲気の相互拡散を最少銀にし、炉内の雰囲気とカーテンガスの混合を最少銀に 抑えることが必要である。

本発明以前では、大気中の空気の流入を阻止するために、熱処理室の出入口に設 置される蝶番止めされた金属ドアのような機械的なそらせ板、或いは火炎カーテ ンが実施されていた。これらの装置は、熱処理装置中でのガスの混合を無くする のには余り役に立たない、ワークピ−スが連続炉システムに導入されるときに動 くように取付けられたそらせ板は、外部空気が内部雰囲気に混入することを許し 、その結果、不均質な熱処理の結果をもたらす、水素炉は、はんの僅かな空気の 混入にも非常に敏感であるので、炉内の頂部に軽い水素が漂うように、いわゆる 猫背（ｈｕｍｐ　ｂａｃｋ）形状に設計される。これによって、外気の排出は促 進されるが、火炎燃焼カーテンが空気と水素のインターフェイスで連続的に水素 を焼失するという代償を伴う、火炎カーテンは、高価な水素を多量に必要とし、 ２次生成物として水蒸気を発生し、また炭化物をワークピースの表面に付着させ 、ワークピースに避けるべき付加的熱を与えてしまう。

現在のガスカーテン装置を使用した熱処理は、カーテンガスと炉の内部ガスとの 混合を生じ様々な不利な条件をもたらす。

工業炉のガスカーテンの一形態は、１９８５年３月１５日に発行されたフランシ スらによる米国特許第４．４４８゜６１０号に開示されている。不活性ガスが炉 開口の天井に位置するチューブの穴から吹き出し、その穴は炉の雰囲気を中に戻 すように内側に傾斜している。同様のシステムがコルビーによる米国特許第１． ７２５．０５９号に開示されている。このシステムでは、穴が設けられた小さな チューブがカーテンガスを炉開口を横切って直下方向に吹き出すように設けられ ている点が異なる。これらの特許の間では、他の特許に、全体として類似するア プローチの種々のガスカーテン構造が示されている０例えば、ガスが再循環と再 噴出するように、炉の雰囲気の内側方向に傾斜して強制的に吹き付けられるガス によるものは、１９８１年１１月３日に発行されたノワックによる米国特許第４ ．２９８．３４１号に開示されている。炉内の雰囲気をコントロールするために 穿設されたパイプ式ガスカーテン装置は、トランボール等による米国特許第３． ９３１，６８４号に開示されている。この開示によると、噴出パイプとともに設 けられたそらせ板が熱処理室から揮発性ガスの漏れを減じるように、水分を含ん だ空気がパイプ中の穴から狭められた熱室の入口に向かって噴出する。

フェーリング等は米国特許第３．６７２．９４８号で、導入口を狭くしたことを 除けば、周囲空気が混合することを気にせず炉の長手方向に移動するウェハーを 横切ってガスを横に流すことを開示している。タムによる米国特許第３．３６３ ．５３３号は、空気流が２つの異なる水平方向の気流に分離されるように、強制 空気を吹き付けるノズルを１５度から２５度の角度で操作できるプロワ−を示し ている。その主要な気流は炉の熱い内部雰囲気方向に向いており、第２の気流は 炉の端部の温度の低い雰囲気に向かっておりこの第２の気流は炉床面ではね返え る。

排気煙突装置が設けられ、炉開口の床下面に向かうスプレー放出を示す装置は、 トンプソンによる米国特許第３．２２３．３９６号に開示されている。

外科手術のための区域を保護するガスカーテン装置はデュブリスによる米国特許 第４，１４０．０１５号に開示されており、殺菌空気がブワローから外科手術区 域に向かって吹き付けられ、吸引ユニットの各々の吸引口により吸引される。閉 鎖されている場所でドアが開けられた際に、開口を横切るように向かう空気の殺 菌カーテンは、コツプによる米国特許第３，２２１，６３２号に開示されている 。

ドア通路のエアカーテンは、ジャンソンによる米国特許第４，０７４，６２０号 に開示されており、部屋へ冷たい空気が入り込まないように、ドア通路の溝から 空気が吹き出している。他のドア通路エアカーテンはロンドンによる米国特許第 ３．０８６．４４１号に開示されており、ノズルから噴出するブロワ−からの空 気がドア通路を下方向に横切るようになっている。ゼーンダーは、米国特許第３ ．０６８゜７７５号で、冷気がはいって来ないように強制空気を冷気方向に向け る揺動翼を有するエアスクリーンを開示している。

１３廊［ 炉或いは他の構造物や装置の開口部においてバリアーの片側の第１の流体と他方 の側の流体との混合に対し有効なバリアーを提供する新規な流体バリアーカーテ ンが開示される０本発明によれば、開口における流体バリアーカーテンは、目的 物が這遇しうる開口領域画定手段と、前記領域に流体を供給する手段と、供給さ れる前記流体流を層流に形づくって前記領域に吹き出させる手段と、その結果生 ずる流れとこれに引きずられる流体とを受けるために前記形成手段の反対側に設 けられた手段とからなる。このような流体バリアーカーテンは、１つの開口域に おけるすべてのカーテンが同時に機能しな（なることを避は或いはこれを最少限 にするために複層カーテン装置に使用することができる。

！在 本発明の目的は、分離された流体の混合を最少限に抑え或いはこれを実質的に阻 止する流体カーテン分離バリアーを提供することである。

本発明の第２の目的は、カーテンの両側での雰囲気の実質的な分離状態を維持す る流体カーテンバリアーを提供することである。

本発明の他の目的は、外部雰囲気と熱処理炉の内部雰囲気の混合を実質的に阻止 する流体カーテンを提供することである。

本発明の他の目的は、炉の内部雰囲気を隔離するために不活性ガスを使用した流 体カーテンを提供することである。

本発明のさらに他の目的は、不活性ガスが熱処理炉のダクトを横切って吹き出し 、ダクトの対向側で収集室に集められるような流体カーテンを提供することであ る。

さらに本発明の目的は、隣接する雰囲気の混合を生じることなく一方の雰囲気か ら他方の雰囲気へのワークピースの移動を許すように、少なくとも２つの流体カ ーテンによってガス性雰囲気間の実質的な分離状態を提供することである。

本発明のこれら及び他の目的と特徴は、発明の詳細な説明と請求の範囲を読むこ とにより当業者には容易に理解されるであろう。

Ｎ皿ｑ囚里呈脱夙 第１図は従来の熱処理炉に接続された流体カーテンの概略図、 第２回は流体カーテンユニットのアタッチメントを示している炉の前端部の斜視 図、 第３図は第２図の■−■線に沿った断面図、第３Ａ図は壁又は仕切の開口に取り 付けられた本発明の流体カーテンシステムの断面図、 第４図は従来のガスカーテン装置の炉のガスと比較するために、炉に設置された 本発明の場合のガスの濃度分布を描いたものである。

１里生用員星翌ユ 例示として選定した構成は、本発明の範囲又は開示事項を限定しようとするもの ではなく、単なる例示であり、実施する際の必要に応じて、この説明の全体又は 一部分について多くの変形と変更をなしうるものである。

第１図は炉３３又は他の熱処理装置の入口端部における一対の流体カーテン２０ と、炉３３の冷却部分３５の出口端部における第２の一対のカーテン４０とのカ ーテンバリアーシステムの概略側面図である。第２図はカーテン２０の斜視図を 示し、ダクト３１を通り、キュア（ｃｕｒｅ）される目的物４８を供給するコン ベヤ４６（ともに破線で示されている。）と、目的物がカーテン２０を通り炉３ ３（想像線で示しである。）内に運ばれていくような２つの継々にある開口部領 域３２．３２を示している。

炉３３内の所望の雰囲気（例えば、水素）はソース３６（例えば、ボトル化した ガスのソース）から所望のガスを少しずつ注入することによって維持される。窒 素のような不活性ガスの流体が、ソース３７から供給され、そして、流量計３８ とパルプ３９を通過して高圧のもとで流体カーテンユニット２０．４０に以下に 述べる方法に従って導入される。

カーテン２０と４０は互いに大きさと構成が債でおり、従って以下にその一方に ついて述べることは、双方に当てはまるものである。第１，２図のように、もし ２つのカーテンがこのシステムの各端部に用いられたならば、各組のカーテンの 間の間隔は、目的物４８の全長が第２のカーテンに入る以前に第１のカーテンを 通過してしまうようになっていることが好ましい、同様にして、炉内の所望の雰 囲気を維持するため、同一の生産ラインにおいて異なるサイズの目的物に対応す るために３つのカーテンを炉の各端部（図示せず）に用いることができる。

注入バイブ１９が各カーテンユニット（例えば、ユニット２０若しくは４００カ ーテンユニツト）の流体放出部分１３の取入口室２１に設けられている。注入バ イブ１９は、ソース３７（第２．３図には図示していない、）に連通し、そのソ ースは窒素を含んでいるボトル化されたガスユニットであってよい、各カーテン ユニットの構造は、この分野において知られているように、ダクト３１が天井１ ７と床１８に接続され対向するように設置された側壁１６（第２図では一方しか 見えない、）を有するようになっている。後にもっと詳しく説明するが、通気管 ２９が、箱のような収集ハウジング１４から延長しており、このハウジング１４ は流体カーテン放出ユニット１３の直ぐ上の予め定められた位置で天井１７に接 続されている。

第３図は、一対のカーテン２０のカーテンユニットの１つの、主要部を断面にし た側面図である。第３Ａ図は本発明の異なる実施例で、単一のカーテンシステム が壁３０内の開口部３２ａに組み込まれている。不活性窒素ガスのような流体が ソース３７（第３Ａ図には示しであるが、第３図には示していない、）から供給 される。流体はパイプ１９を経て前述したように注入室２１に供給される。放出 ユニット、１＄において、プレート２２．２３は室２１の頭部から上方に、放出 部１３の全高にわたって延び、ダクト３１の底の水平面の表面に達している。

これらのプレート２２．２３は予め定められた層流の流れ（プレート２２．２３ の間の矢印で示すように、）に流体の流れを集中させるように互いに僅かな距離 で離されている。プレー）２２．２３間の隙間の寸法と、開口２５の幅とは３／ １６インチでよい、ダクトの横断寸法があまり大きくないとき、前記距離は１／ ４インチを大きく越えないことが好ましい、流体は２５の開口を通って上方に抜 ける（プレー）２２．２３は第２図に破線で示している。）、流体（例えば、窒 素のような不活性ガス）は、予め設定された加圧のもとて開口２５を通って出て くるＦｉ流の流れである。これが、タリト３１の反対側の壁（上部内部壁）の方 にコンベヤ４６（垂直方向の流れに対して抵抗が最小のタイプのもの）を通り抜 け、第２の室２６内に入る。ダクト３１から上方に延びている箱状のハウジング １４は、両端が対向する内壁４４（第３図、第３Ａ図には示されていない）に取 り付けられ平行に間隔を置かれた複数のコレクター羽根２７ａ、ｂ。

Ｃを有し、天井１７の表面に隣接し目的物４日の動く方向とは直角方向に配列さ れて固定されている。各コレクター羽根２７ａ、２７ｂ、２７ｃは、ダクト３１ の内部に直接面している極く薄いエツジ２８を有している。室２６内の羽１２７ ａ、２７ｂ、２７ｃは、開口２５から到着する流体を第３図と第３八図中の矢印 で示されているように最も中央の羽１１２７ａ、２７ｂに平行に進ませるように 配列されている。開口２５から薄いエツジ２８までの距離は、開口２５の幅の隙 間寸法（隙間幅）の３０倍の大きさにでき、それでも適切な流速の層流状態を維 持できる。流体としてガスが使用されると、引きずり現象（ｅｎｔｒａｉｎｍｅ ｎｔ）によって、炉３３とダクト３１の両者の内側の少量の雰囲気が、第３図と 第３Ａ図の矢印によって表わされるように、ハウジング１４の最も外側の壁に隣 り合う最も外側の羽根２７ｃと平行な方向に向けられる。他のすべてのガスと雰 囲気の流れは羽根を通って進み、通気管２９を通り処理のために集められる。以 上説明した構成要素は、ステンレス又は他の適当な材料によって作られる。

第４図のグラフは、従来のカーテンと本発明の場合のガス濃度分布の比較を描い たもので、この場合、炉３３の内部の雰囲気は水素で、カーテン２０．４０内の 流体としてソース３７からの窒素ガス（圧力下に維持されている。）が用いられ た。グラフから判断できるように、カーテン構造が不充分であると、水素の濃度 分布はベルの形のような曲線であり、小さな三角形５２を通って延びている。こ の曲線は、炉の中央付近で水素の濃度が最も高く、各端部付近では濃度が低くな っていることを示している。このガス濃度分布の曲線と対比するように、本発明 の装置を具えた炉の水素の濃度分布曲線が示されている。小さい４角の記号５６ を用いているこのグラフは、実質的に前部対２０のカーテンから後部対４００カ ーテンに至るまでキュア用水素ガスの濃度が極めて高く、殆ど１００％に達して いることを示している。記号５６による第４図のグラフが良く理解できるように 、本発明のカーテンが具えられた炉のシステムの側面図が第１図に示されている 。

システムの細部におけるこれら及び他の変形は、本発明に従ってなしうるちので あり、本発明は広く解釈すべきであり、添付した請求の範囲によって限定される ものである。

国際調査報告

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．開口部に設けられ目的物が該開口部を通過することを許す一方、カーテンの 両側における流体の分離状態を維持するための流体バリアーカーテンであって、 目的物が通過する開口部領域を画定する手段と、前記開口部領域を横切るような 流体の相互交換を実質的に防止するための流体カーテンバリアーシステムからな り、 該流体カーテンバリアーシステムは、 該流体カーテンバリアーシステムに流体を供給する手段と、 前記供給された流体の流れを実質的に前記領域内において前記領域の一方の境界 から他方の境界に集中した層として向わせるための流体流形成手段と、前記層流 形成手段の反対側に配置され、形成された流体の流れとそれに引きずられる流体 を受け入れその近くに来る流体を集めて前記閉口部領域からまとまった流体の流 出物として流出させるように導くための受入手段であって、前記開口部領域の反 対側鏡界に延びる開口を有する手段を有し、 前記開口の前記開口部領域に対する横方向長さは前記流体流形成手段から出る層 流の幅より大きく、さらに、前記開口から前記開口部流域に対して遠ざかるよう に延びる箱状のハウジングと、 前記ハウジングに間隔をおいて設置され前記開口と実質的に共平面である薄いエ ッジを具えた羽根を有し、該羽根は目的物が通過する前記開口部領域に対して実 質的に平行であり前記開口部領域から流れ出る流体を層流のセグメントに分ける 機能を有している、流体バリアーカーテン。
2. ２．前記流体流形成手段が、 前記開口部領域の第１の壁に設けられた長くて狭い開口と、 前記流体が前記開口部領域に近づくにつれて実質的に層流として流れるように狭 められた薄い流れ空間を通って前記流体を前記開口に導く手段とからなる、請求 の範囲第１項のバリアーカーテン。
3. ３．前記細長い開口の寸法が前記第１の壁から反対の壁までの距離の少なくとも ３０分の１である、請求の範囲第２項のバリアーカーテン。
4. ４．前記横切って来た流体を受入れる手段が、さらに前記箱状ハウジングの中間 領域において前記羽根の間の流体を受入れるとともに前記箱状ハウジングの最も 外の壁により近い領域と中間領域の前記複数の羽根からより遠くで誘導された他 の流体の流れを受け入れるための手段を有する、請求の範囲第３項のバリアーカ ーテン。
5. ５．前記バリアーカーテンが壁に設置されそこを通る通路を画定している、請求 の範囲第４項のバリアーカーテン。
6. ６．炉に対して目的物が出入りすることを許す一方、炉内のガスとその外部の雰 囲気との間の分離状態を維持するための装置であって、 目的物が前記炉に対して出入りする入口及び出口領域を画定するように前記炉の 入口の近くと前記炉の出口の近くにそれぞれ設置され間隔をおいて設けられた複 数のバリアーカーテンユニットと、 前記各複数のバリアーカーテンユニットの間に設置され前記炉に対する入口通路 と出口通路を提供するように設けられたダクト手段を有し、 前記バリアーカーテンユニットは、 各入口及び出口領域を横切ってその反対側に集中された層流として供給された流 体の流れを向わせるように各領域に段けられた流体流形成手段と、 前記流体流形成手段の反対側に配置され流れ出てくる流れを受け入れるとともに それに引きずられる流体を受入れ、その近くに来る流体を集めて前記開口領域か らまとまった流体の流出物として流れ出すように導くための受入手段と、 流体を前記各流体流形成手段に供給するための手段を有してなる、 装置。
7. ７．前記各流体流形成手段が前記領域の第１の壁に設けられた細長い開口からな り、前記開口は前記領域に近づく流体が実質的に層流として流れるようにする狭 められた薄い流れ空間を通って流体を導くための手段に連結されている、請求の 範囲第６項の装置。
8. ８．前記各受入手段が、 前記第１の壁に設けられた開口の反対側の第２の壁に設けられた開口を有し、 前記開口は流体を供給し流体を方向づけるための手段の反対側に配置され、さら に、 前記開口から延びる箱状のハウジングと、両端が前記ハウジングの相対向する内 壁に固定され前記第２の壁面と実質的に共平面の薄いエッジを具え間隔をおいて 設けられた複数の羽根を有し、前記羽根は前記領域を通る目的物の動きの方向と は実質的に直角方向にあり前記領域から流れ出す流体を層流のセグメントに分離 する機能を有するものであるとともに、前記箱状ハウジングの前記第２の壁との 接合部とは反対側の領域から延びる流体の排出手段、を有する、請求の範囲第７ 項の装置。
9. ９．前記各受入手段が、前記箱状ハウジングの中間領域において羽根の間の前記 流体を受入れ、前記壁により近い領域におけるその他の流体の誘導された流れを 受入れ、さらに前記箱状ハウジングの中間領域からより遠くで流体を受入れるた めの手段を有する、請求の範囲第８項の装置。