JPH06101378B2 - 密閉形加熱炉 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、密閉構造にした炉内で試料を高温に加熱昇
温後、冷却する密閉形加熱炉に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、特殊材料の熱処理等の用途に、無酸化雰囲気で密
閉構造とした加熱炉によつて高温に加熱処理する手段が
とられていたが、密閉構造とともに熱放散を抑制するた
めに断熱構造としていることから、加熱処理後に常温ま
で冷却するのに非常に長い時間を要していた。そのため
冷却時間を短かくする手段として炉内ガスを強制循環さ
せて冷却する方法をとつていた。第２図は、例えば本出
願人の先の出願（特願昭62−106410号）に示された従来
の強制冷却手段を具備した密閉形加熱炉を示し、チャン
バ（１）内に、試料（５）を収納する黒鉛製の容器
（２）が配置されており、容器（２）は放熱を抑制する
ための断熱材（３）で囲まれている。熱源（４）は加熱
コイルからなつている。熱交換品（６）は容器（２）内
から排気される高温ガスを常温まで冷却する。（７）は
排気装置、（８）はガスを強制循環させるための循環ブ
ロアである。配管の主なものは、排気管（11）、バイパ
ス管（12）、ガス導入管（13），（14）である。（21）
〜（25）は電磁弁であり、（30）は特殊ガスのボンベで
ある。

以上の構成により、容器（２）内の試料（５）は、熱源
（４）によつて昇温される。加熱昇温後は、試料（５）
の温度を一定に保持した状態でバルブ（25）が開き、ガ
スボンベ（30）からガス導入管（13）を通じて容器
（２）内に特殊ガスが導入され、試料（５）の熱処理が
なされる。

所定の時間熱処理されたあと、炉内を常温まで冷却して
試料（５）を取出すが、高温に加熱された試料（５）
は、断熱材（３）で保温されているので自然放冷では、
常温になるまで50〜60時間もかかる。従つて冷却時間を
短縮するため導入管（13）と排気管（11）を短絡させる
バイパス（12）を設けて循環ブロア（８）を運転するこ
とにより、熱交換器（６）で常温まで冷却した炉内ガス
を再度導入管（13）あるいは、導入管（14）から導入し
て冷却時間の短縮を図つている。この場合各導入管のバ
ルブ（23）（24）および（22）を試料が高温のときから
一気に開いて冷却ガスを導入すれば、熱交換容量が過大
になり、設備費用が高くなるばかりでなく、据付スペー
スも過大となるため、例えば試料（５）の温度が高温の
ときには、バルブ（24）のみを開き、排気ガスの総熱量
を抑え、試料（５）の温度低下に従いバルブ（23）を開
いて熱交換器（６）の交換能力に合せた循環ガスの流量
に増加させて冷却時間の合理的な短縮を図つている。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上のような従来の密閉形加熱炉では、回路の増減とバ
ルブ操作によるコントロールだけであるため、回路増減
時に流量が急変して回路の圧損差による流量バランスが
くずれて、容器（２）内へのガス導入量のコントロール
が不十分となり、冷却時間の短縮効果が期待した程発揮
できなかつた。また、特殊ガス導入管と共用している冷
却導入管（13）は、ガスの滞留を少なくする目的で配管
サイズを小さくしているため、圧損が高く、ガス導入量
が制約されて、試料（５）の直接冷却の風量を増加でき
ず、冷却効果をさらに悪くしていた。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、回路の増減をせずに一定とし、回路の流量バ
ランスをくずすことなく、冷却時間を短縮することがで
き、かつ、容器出入口の口径が小さくても冷却効果を高
めることができる密閉形加熱炉を得ることを目的とす
る。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る密閉形加熱炉は、試料の温度を検知する
温度センサからの信号により、熱交換器の能力を超えな
い範囲で、高温状態から冷却されるに従つて循環風量を
多くするように、循環ブロアの風量をコントロールする
制御装置が設けられている。

〔作用〕

この発明においては、循環ブロアは、モータの回転数を
コントロールすることにより段階的に風量を変え、冷却
時の交換熱量をほゞ一定にして熱交換器の交換能力を有
効に利用し、かつ、冷却時間を短縮する。

また、チャンバ内の圧力を低圧にすることにより、容器
出入口の口径が小さくても所定の流量を確保することが
できる。

〔実施例〕

第１図はこの発明の一実施例を示し、試料（５）の温度
を検知する温度センサ（10）の温度信号が入力される制
御装置（９）が設けられており、制御装置（９）は循環
ブロア（８）のモータ回転数をコントロールする。（3
1）は置換ガスボンベであり、電磁弁（26）を介してガ
ス導入管（13）に接続されている。電磁弁（23），（2
4）にはそれぞれ手動弁（27），（28）が直列に設けら
れている。

その他、第２図と同一の符号は同一部分であり、説明を
省略する。

次に動作を説明する。熱源（４）により加熱された容器
（２）の輻射熱により昇温された試料（５）は、所定の
温度で保持された状態で電磁弁（25）が開かれ、ガスボ
ンベ（30）から特殊ガス導入管（13）を経て容器（２）
内へ導入され、熱処理される。熱処理後、電磁弁（25）
が閉じられ、電磁弁（21）が開き、排気装置（７）でチ
ャンバ（１）および容器（２）を真空排気後、再度、電
磁弁（26）を開き、置換ガスボンベ（31）からアルゴン
またはチツソ等の不活性ガスを導入するが、このとき、
大気圧まで戻さずに200〜400Torr程度で電磁弁（26）を
閉じ、電磁弁（22）（23）（24）を開いて循環ブロア
（８）を運転させて、容器（２）およびチャンバ（１）
内に循環送風する。容器（２）内の試料（５）の温度が
高温のときには、循環ブロア（８）の回転駆動モータの
回転数を低くして、熱交換器（６）の交換能力を上回ら
ない風量とし、試料（５）の温度が下がるに従つて回転
数を高くする。モータの回転数のコントロールは温度セ
ンサ（10）からの温度信号に応じて制御装置（９）で行
われる。

風量は、熱交換器（６）の交換能力以内で、試料（５）
の温度に応じて計算、設定されるため、常温までほゞ直
線的な降温カーブで試料（５）が冷却され、有効、か
つ、最短の時間で冷却されることが実現できた。この場
合、チャンバ（１）内と容器（２）内への流量バランス
は、手動弁（27）（28）であらかじめ調整しておくこと
により、常に理想的な配分で送風することができる。

なお、冷却循環する前に、真空排気後、置換ガスで大気
圧へ戻していたが、対象試料が無酸化を要求しなけれ
ば、置換ガスを用いなくても良い。また、大気圧より低
圧の200〜400Torrで循環送風するのは、循環ブロア
（８）から容器（２）、容器（２）からチャンバ（１）
への流通経路で差圧を設け、最小口径で最大流量を流す
ことにより、設備をより小形にまとめる効果を目的とし
たものであり、容器（２）が小さく循環風量を多く必要
としない場合には、特に低圧で運転する必要はない。

さらに、チャンバ（１）、容器（２）への送風量のバラ
ンス調整に、便宜上手動弁（27）（28）を使用したが、
固定形絞りを使用しても効果に変わりなく、配管設計に
より配管ロスを求め、配管サイズでバランスを決められ
ることは言うまでもない。最適設計による必要最小限の
流量バランスで循環ブロア（８）の容量を過大にするこ
とがない限り、どんな方法でも良いと言える。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、循環ブロアの風量を
試料の温度に応じてコントロールすることにより、最適
な熱交換器の交換能力を選択できるとともに、装置が小
形、かつ、安価になる。

また、低圧で循環ブロアを運転することにより、配管系
のサイズを過大にする必要がなく、かつ、小形化にも寄
与する効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の回路図、第２図は従来の
密閉形加熱炉の回路図である。 （１）……チャンバ、（２）……容器、（５）……試
料、（６）……熱交換器、（８）……循環ブロア、
（９）……制御装置、（10）……温度センサ、（11）…
…排気管、（12）……バイパス管、（13）（14）……ガ
ス導入管。 なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】密閉形のチャンバ内に加熱すべき試料を収
   納する容器を配設し、前記容器を介して間接的に前記試
   料を加熱する密閉形加熱炉において、 前記チャンバを貫通して配設された、前記容器内に炉外
   からガスを導入するガス導入管と炉内から前記炉外へ排
   気する排気管および前記試料の温度を検知する温度をセ
   ンサと、 前記排気管から前記ガス導入管を短絡するバイパス管
   と、この配管系に設けられた熱交換器および強制循環用
   のブロアと、 前記熱交換器の能力を超えない範囲で、高温状態から前
   記試料が冷却されるに従って前記ブロアの風量をコント
   ロールする制御装置と、 を備えてなることを特徴とする密閉形加熱炉。
2. 【請求項２】チャンバ内の圧力を大気圧より低い圧力で
   循環送風することを特徴とする特許請求の範囲第１項に
   記載の密閉形加熱炉。