特許 6795715 電熱ヒータ装置およびそれを備える熱処理炉

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6795715

(24)【登録日】2020年11月16日

(45)【発行日】2020年12月2日

(54)【発明の名称】電熱ヒータ装置およびそれを備える熱処理炉

(51)【国際特許分類】

   F27D 11/02 20060101AFI20201119BHJP

【ＦＩ】

   F27D11/02 A

【請求項の数】7

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2020-25454(P2020-25454)

(22)【出願日】2020年2月18日

【審査請求日】2020年2月18日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000211123

【氏名又は名称】中外炉工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100101454

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 卓二

(74)【代理人】

【識別番号】100144200

【弁理士】

【氏名又は名称】奥西 祐之

(74)【代理人】

【識別番号】100183276

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 裕三

(72)【発明者】

【氏名】永田 真人

(72)【発明者】

【氏名】中井 真伍

【審査官】 伊藤 真明

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許第０４６２０３０９（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開昭５３−１２４３３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５８−１６０７９０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２７Ｄ １１／０２

Ｆ２７Ｂ ５／００− ５／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

熱処理炉の炉内側壁に取り付けられる電熱ヒータ装置であって、
バーと、
前記バーの端部を支持するために前記炉内側壁から炉内に突出したバー支持部と、
前記バーから吊り下げられた複数のフックと、
前記複数のフックに引っ掛けて支持される電熱ヒータと、を備える、電熱ヒータ装置。

【請求項2】

前記バー支持部は、前記炉内側壁の筒部に着脱可能である、請求項１に記載の電熱ヒータ装置。

【請求項3】

前記バー支持部は、前記筒部に配置された状態で水平方向よりも上方を向くようにして前記熱処理炉の内側に向かって突出する、請求項２に記載の電熱ヒータ装置。

【請求項4】

前記バー支持部よりも下方の位置で前記炉内側壁から突出して前記電熱ヒータの端部が接続される電極をさらに備え、
前記電熱ヒータは、前記バー支持部の上面に沿って引っ掛けられてから前記電極に向かって下方に延びるように配置される、請求項１から３のいずれか１つに記載の電熱ヒータ装置。

【請求項5】

前記炉内側壁は平面視して矩形状であり、
前記バーは直線状に延びる形状を有し、前記炉内側壁に沿って配置される、請求項１から４のいずれか１つに記載の電熱ヒータ装置。

【請求項6】

前記炉内側壁は平面視して円形状であり、
前記バーは円弧状に延びる形状を有し、前記炉内側壁に沿って配置される、請求項１から４のいずれか１つに記載の電熱ヒータ装置。

【請求項7】

請求項１から６のいずれか１つに記載の前記電熱ヒータ装置と、
前記電熱ヒータ装置が取り付けられる前記炉内側壁と、を備える、熱処理炉。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、熱処理炉の炉内側壁に取り付けられる電熱ヒータ装置およびそれを備える熱処理炉に関する。

【背景技術】

【0002】

従来の電熱式熱処理炉では、特許文献１や特許文献２のように、波形に折り曲げたワイヤー状や平板状のヒータエレメントを炉内のハンガー（ピンやフック）に波形の上部を引っ掛けて吊り下げている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】実開昭６２ー１６３８９５号公報

【特許文献2】実開昭６０−４５３６７号公報

【特許文献3】特開２００９−２５０５４８号公報

【特許文献4】特開平６−２２１７７０号公報

【特許文献5】特開２００５−２８２９２８号公報

【特許文献6】特開昭６０−５６０２５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、ヒータエレメントは熱変形するため、位置を固定するには全箇所吊り下げる必要がある。よって、大量のハンガーを炉内に取り付けたり、ヒータエレメントを吊り下げるのに大変手間がかかる。

【0005】

また、炉体が円筒形のものもあるが、そこでも特許文献３のように炉内側壁の全周にヒータを吊り下げている。

【0006】

また、ハンガーは通常、特許文献４や特許文献５のように、炉壁がセラミックファイバー製の場合はその間に差し込んで保持しているが、自重で落下する恐れがある。そこで、特許文献６のように、外郭から突き出した金属製の枠体に差し込むものもある。しかしながら、ハンガーを水平に差し込んでいるため、長年の使用によって抜けてくる恐れが残っている。

【0007】

本開示は、前記課題を解決するものであり、設置作業を容易に行うことができる電熱ヒータ装置およびそれを備える熱処理炉を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示の一態様の電熱ヒータ装置は、熱処理炉の炉内側壁に取り付けられる電熱ヒータ装置であって、バーと、前記バーの端部を前記炉内側壁で支持するためのバー支持部と、前記バーから吊り下げられた複数のフックと、前記複数のフックに引っ掛けて支持される電熱ヒータと、を備える。

【0009】

前記構成によれば、バーから吊り下げた複数のフックに電熱ヒータを引っ掛けた状態で熱処理炉内に搬入することで、バー支持部にバーを置くだけで電熱ヒータ装置を炉内側壁に取り付けることができる。そうすることにより、炉外でのヒータの組立作業と、炉内でのヒータの配置作業などを同時に進行することができ、工事期間を短くできる。また、高所作業となる炉内での作業時間が短縮できることは、危険作業のリスク低減にもつながる。

【0010】

前記電熱ヒータ装置において、前記バー支持部は、前記炉内側壁の筒部に着脱可能であってもよい。前記構成によれば、バー支持部の交換や修理が容易である。

【0011】

前記電熱ヒータ装置において、前記バー支持部は、前記筒部に配置された状態で水平方向よりも上方を向くようにして前記熱処理炉の内側に向かって突出してもよい。前記構成によれば、バー支持部が筒部から抜けにくくなる。

【0012】

前記電熱ヒータ装置において、前記バー支持部よりも下方の位置で前記炉内側壁から突出して前記電熱ヒータの端部が接続される電極をさらに備え、前記電熱ヒータは、前記バー支持部の上面に沿って引っ掛けられてから前記電極に向かって下方に延びるように配置されてもよい。前記構成によれば、電熱ヒータの端部を水平方向等に延ばして電極に接続する場合に比べて、端部部分に生じる応力を小さくすることができ、電熱ヒータの端部を電極に精度良く接続することができる。

【0013】

前記電熱ヒータ装置において、前記炉内側壁は平面視して矩形状であり、前記バーは直線状に延びる形状を有し、前記炉内側壁に沿って配置されてもよい。前記構成によれば、汎用的な部材のバーを用いることができる。

【0014】

前記電熱ヒータ装置において、前記炉内側壁は平面視して円形状であり、前記バーは円弧状に延びる形状を有し、前記炉内側壁に沿って配置されてもよい。前記構成によれば、炉内側壁が円形断面である場合も炉内側壁の形状に応じて電熱ヒータ装置を配置することができる。

【0015】

本開示の一態様の熱処理炉は、前記電熱ヒータ装置と、前記電熱ヒータ装置が取り付けられる前記炉内側壁と、を備える。

【0016】

前記構成によれば、前記電熱ヒータ装置と同様の効果を奏することができる。

【発明の効果】

【0017】

本開示によれば、電熱ヒータ装置の設置作業を容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】実施形態１における熱処理炉の概略構成を示す平面図

【図2】実施形態１における電熱ヒータ装置の平面図

【図3】実施形態１における電熱ヒータ装置の斜視図

【図4】実施形態１における電熱ヒータ装置の正面図

【図5】実施形態１における電熱ヒータ装置のバー支持部およびその周辺を示す縦断面図

【図6】実施形態１における電熱ヒータ装置のフックおよびその周辺を示す縦断面図

【図7】変形例における熱処理炉の概略構成を示す平面図

【図8】実施形態１における電熱ヒータ装置の実際の使用例を示す概略図

【図9】別の変形例における熱処理炉の概略構成を示す平面図

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本開示に係る電熱ヒータ装置およびそれを備える熱処理炉の好適な実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。本開示は、以下の実施形態の具体的な構成に限定されるものではなく、同様の技術的思想に基づく構成が本開示に含まれる。

【0020】

（実施形態１）
図１は、実施形態１における熱処理炉２の概略構成を示す平面図である。

【0021】

熱処理炉２は、被加熱物６を内部に収容して加熱するための炉体である。実施形態１の熱処理炉２は、特に加熱手段として電熱ヒータを用いるとともに、被加熱物６をマッフル８に収容した状態でマッフル８の外側から間接加熱する。図１に示すように、熱処理炉２は、炉壁４と、被加熱物６を収容するマッフル８と、複数の電熱ヒータ装置１０とを備える。

【0022】

炉壁４は、熱処理炉２の外郭を構成する部材である。炉壁４は、レンガやセラミックスファイバー製のボードなどの断熱材で構成される。炉壁４の内側の側面は、炉内側壁５である。実施形態１における炉内側壁５は平面視して矩形状に形成される。

【0023】

マッフル８は、被加熱物６を収容する部材である。被加熱物６は例えば鋼帯であり、紙面に対して垂直な方向に搬送される。実施形態１におけるマッフル８は円筒状である。

【0024】

マッフル８の内部空間Ｓ１は、マッフル８の外部空間Ｓ２、すなわちマッフル８と炉内側壁５で囲まれる空間に対して密閉されている。マッフル８の外部空間Ｓ２は大気に開放されるのに対して、マッフル８の内部空間Ｓ１は大気と異なるガス（例えば窒素）が充填される。マッフル８の内部空間Ｓ１は、外部空間Ｓ２から大気が流入しないように陽圧状態とされる。

【0025】

電熱ヒータ装置１０は、マッフル８の内部空間Ｓ１にある被加熱物６を間接加熱する電熱式のヒータ装置である。電熱ヒータ装置１０は、マッフル８の外部空間Ｓ２において炉内側壁５に取り付けられている。

【0026】

実施形態１における電熱ヒータ装置１０は、炉内側壁５の各面に対して設けられ、図８に示すように上下の炉長方向に多数段並べられている。電熱ヒータ装置１０のそれぞれは同一の構成を有する。

【0027】

電熱ヒータ装置１０の詳細な構成について、図２〜図６を用いて説明する。図２は、図１の一部拡大図であり、電熱ヒータ装置１０およびその周辺を示す平面図である。図３は、電熱ヒータ装置１０の斜視図であり、図４は、電熱ヒータ装置１０の正面図である。図５は、電熱ヒータ装置１０のバー支持部１４およびその周辺を示す縦断面図であり、図６は、電熱ヒータ装置１０のフック１６およびその周辺を示す縦断面図である。

【0028】

図２〜図４に示すように、電熱ヒータ装置１０は、バー１２と、バー支持部１４（図２、図４）と、複数のフック１６と、電熱ヒータ１８とを備える。

【0029】

バー１２は、棒状の部材である。バー１２は断面円形の棒状に限らず、断面矩形の平板状など任意の形状であってもよい。実施形態１におけるバー１２は一直線状に延びるとともに、中空の円筒形状を有する。バー１２の材質は、セラミックスなどの絶縁性材料である。バー１２はバー支持部１４により支持される。

【0030】

バー支持部１４は、バー１２を炉内側壁５にて支持するための部材である。バー支持部１４は、バー１２の両端部を支持するように２つ設けられている。バー支持部１４の材質は、レンガなどの絶縁性部材である。

【0031】

バー支持部１４は、炉内側壁５に設けられた筒部２０に対して着脱可能である。筒部２０は、炉内側壁５に三角プレート２１（図２）で補強されて溶接されている。図２、図５では、バー支持部１４が炉内側壁５の筒部２０に挿入された状態が示される。

【0032】

図５に示すように、バー支持部１４は、筒部２０に挿入された状態で熱処理炉２の内部空間に向かってＡ方向に延びる。バー支持部１４が延びるＡ方向は、水平方向Ｈに対して角度θだけ上方を向いている。角度θは鋭角である。

【0033】

バー支持部１４はその先端部に凹部１５を有する。凹部１５はバー１２を受ける部分であり、バー支持部１４の上面に形成される。バー支持部１４の凹部１５にバー１２の両端部が配置され、バー１２がバー支持部１４によって支持される。

【0034】

図２〜図４に戻ると、フック１６は、バー１２から吊り下げられるとともに電熱ヒータ１８を引っ掛けて支持するための部材である。電熱ヒータ１８の波形形状に応じて、複数のフック１６が設けられている。実施形態１におけるフック１６はリング状であり、バー１２がフック１６の輪の中に通されている。フック１６の形状はリング状に限らず、Ｓ字形状など、バー１２から吊り下げられて電熱ヒータ１８を支持可能であれば他の形状であってもよい。

【0035】

図６に示すように、実施形態１におけるフック１６は、本体部３０と、軸部３２と、セラミックス製の碍子３４とを備える。本体部３０は、バー１２に係合してバー１２から吊り下げられる部分である。軸部３２は、碍子３４の穴に通した後、本体部３０に溶接される部分であり、本体部３０とともにリング状の形状を呈する。碍子３４には、溝が設けられており、その溝で電熱ヒータ１８の波形形状の上端部を下方から支持する。

【0036】

電熱ヒータ１８の端からリング状のフック１６を順番にくぐらせていくことで、フック１６の輪の中に電熱ヒータ１８を容易に配置することができる。

【0037】

電熱ヒータ１８は、被加熱物６を加熱するための電熱式のヒータである。実施形態１における電熱ヒータ１８は電熱線であり、金属製の棒状（針金状）である（例えばニクロム線）。図３、図４に示すように、電熱ヒータ１８は波形の形状を有し、折り返し部分である上端部のそれぞれがフック１６に引っ掛けられている。電熱ヒータ１８は棒状のものに限らず、平らなリボン状のものであってもよい。

【0038】

図４、図５に示すように、電熱ヒータ１８の両端部は電極２２に接続（例えば溶接）されている。電極２２は、電熱ヒータ１８に通電するための金属部材であり、熱処理炉２の外部から炉壁４を通じて熱処理炉２の内部に突出する。電極２２は、バー支持部１４が配置される筒部２０よりも下方に配置される。

【0039】

図４、図５に示すように、電熱ヒータ１８の両端部は、バー支持部１４の上面に引っ掛けてから下方に延びるように配置され、電極２２に接続される。このような配置によれば、電熱ヒータ１８の両端部を水平方向に延ばして電極２２に接続する場合に比べて、電熱ヒータ１８の両端部にかかる応力が小さくなる。なお、電熱ヒータ１８の両端部は、バー支持部１４の先端に巻かれてもよい。

【0040】

上述したように、実施形態１の電熱ヒータ装置１０は、熱処理炉２の炉内側壁５に取り付けられる装置であって、バー１２と、バー１２の端部を炉内側壁５で支持するためのバー支持部１４と、バー１２から吊り下げられた複数のフック１６と、複数のフック１６に引っ掛けて支持される電熱ヒータ１８とを備える。

【0041】

このような構成によれば、バー１２から吊り下げた複数のフック１６に電熱ヒータ１８を引っ掛けた状態で熱処理炉２に搬入することで、バー支持部１４にバー１２を置くだけで電熱ヒータ装置１０を炉内側壁５に取り付けることができる。そうすることにより、炉外での電熱ヒータ装置１０の組立作業と、炉内での電熱ヒータ装置１０の配置作業などを同時に進行することができ、工事期間を短くできる。また、高所作業となる炉内での作業時間が短縮できることは、危険作業のリスク低減にもつながる。このようにして、電熱ヒータ装置１０の設置作業を容易に行うことができる。また、電熱ヒータ１８を複数のフック１６を介してバー１２に支持させることで、電熱ヒータ１８の熱がバー１２に直接伝わららないため、バー１２の熱損傷を抑制することができる。これにより、バー１２および電熱ヒータ装置１０の耐熱寿命を延ばすことができる。

【0042】

また、実施形態１の電熱ヒータ装置１０によれば、バー支持部１４は、炉内側壁５の筒部２０に着脱可能である。このような構成によれば、バー支持部１４の交換や修理が容易になる。

【0043】

また、実施形態１の電熱ヒータ装置１０によれば、バー支持部１４は、筒部２０に配置された状態で水平方向Ｈよりも上方を向くようにして熱処理炉２の内側に向かって突出する。このような構成によれば、バー支持部１４を筒部２０から抜けにくくすることができる。

【0044】

また、実施形態１の電熱ヒータ装置１０は、バー支持部１４よりも下方の位置で炉内側壁５から突出して電熱ヒータ１８の端部が接続される電極２２をさらに備える。電熱ヒータ１８は、バー支持部１４の上面に沿って引っ掛けてから電極２２に向かって下方に延びるように配置される。このような構成によれば、電熱ヒータ１８の端部部分を水平方向に延ばして電極２２に接続する場合に比べて、端部部分に生じる応力を小さくすることができ、端部部分の変形や損傷を抑制することができる。これにより、電熱ヒータ１８を電極２２に精度良く接続することができる。

【0045】

また、実施形態１の電熱ヒータ装置１０によれば、炉内側壁５は平面視して矩形状であり、バー１２は直線状に延びる形状を有し、直線状の炉内側壁５に沿って配置される。このような構成によれば、汎用的な部材のバー１２を用いることができ、電熱ヒータ装置１０の製造コストを低減することができる。

【0046】

また、実施の形態１の熱処理炉２は、上述した電熱ヒータ装置１０と、電熱ヒータ装置１０が取り付けられる炉内側壁５とを備える。このような構成によれば、上述した電熱ヒータ装置１０と同様の効果を奏することができる。

【0047】

以上、上述の実施形態１を挙げて本開示の発明を説明したが、本開示の発明は上述の実施形態１に限定されない。例えば、上記実施形態１では、バー１２を支持するバー支持部１４が炉内側壁５の筒部２０に着脱可能である場合について説明したが、このような場合に限らない。例えば、図７に示す熱処理炉１００のように、炉壁１０２に貫通孔１０４を設け、電熱ヒータ装置１０６のバー１０８を貫通孔１０４に挿通することで、電熱ヒータ装置１０６を炉壁１０２に取り付けるようにしてもよい。このような構成によれば、実施形態１のようなバー支持部１４を省略しながら、電熱ヒータ装置１０６を炉壁１０２に支持させることができ、構成を簡素化することができる。なお、図７に示す変形例では、炉壁１０２に設けた貫通孔１０４が「バー支持部」として機能する。貫通孔１０４とバー１０８の隙間は別途、断熱材を詰める等して、塞がれる。

【0048】

また、上記実施形態１では、炉内側壁５が平面視して矩形状である場合について説明したが、このような場合に限らず、図９に示すように例えば円形状であってもよい。この場合、直線状のバー１２に代えて、緩やかな湾曲形状のバーを用いればよい。図９に示す熱処理炉２００は、炉壁２０４が円弧状に形成されており、炉内側壁２０５の断面形状が円形である。電熱ヒータ装置２１０のバー２１２は円弧状に延びており、炉内側壁２０５に沿って配置される。バー２１２は、第１バー支持部２１４Ａおよび第２バー支持部２１４Ｂによって支持される。第１バー支持部２１４Ａは、２つのバー２１２の近接する両端部を支持するレンガサポートであり、第２バー支持部２１４Ｂは、１つのバー２１２の中間部を支持するレンガサポートである。第１バー支持部２１４Ａを２つのバー２１２に兼用して使用することで効率的な構成とすることができる。また、第１バー支持部２１４Ａに加えて第２バー支持部２１４Ｂを設けることで、第１バー支持部２１４Ａのみでバー２１２の両端部を支持する構成に比べて、バー２１２の回転を規制しながらバー２１２を支持することができ、安定的に支持できる。

【0049】

なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。

【0050】

本開示は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した特許請求の範囲による本開示の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。また、各実施形態における要素の組合せや順序の変化は、本開示の範囲及び思想を逸脱することなく実現し得るものである。

【産業上の利用可能性】

【0051】

本開示は、熱処理炉の炉内側壁に取り付けられる電熱ヒータ装置およびそれを備える熱処理炉であれば適用可能である。

【符号の説明】

【0052】

２ 熱処理炉
４ 炉壁
５ 炉内側壁
６ 被加熱物
８ マッフル
１０ 電熱ヒータ装置
１２ バー
１４ バー支持部
１５ 凹部
１６ フック
１８ 電熱ヒータ
２０ 筒部
２１ 三角プレート
２２ 電極
３０ 本体部
３２ 着脱部
３４ 支持部
１００ 熱処理炉
１０２ 炉壁
１０４ 貫通孔
１０６ 電熱ヒータ装置
１０８ バー
２００ 熱処理炉
２０４ 炉壁
２０５ 炉内側壁
２１０ 電熱ヒータ装置
２１２ バー
２１４Ａ 第１バー支持部
２１４Ｂ 第２バー支持部
Ｓ１ マッフルの内部空間
Ｓ２ マッフルの外部空間
Ａ バー支持部が延びる方向
Ｈ 水平方向
θ 角度

【要約】

【課題】設置作業を容易に行うことができる電熱ヒータ装置およびそれを備える熱処理炉を提供すること。
【解決手段】熱処理炉の炉内側壁に取り付けられる電熱ヒータ装置は、棒状のバーと、バーの端部を炉内側壁で支持するためのバー支持部と、バーから吊り下げられた複数のフックと、複数のフックに引っ掛けて支持される電熱ヒータと、を備える。
【選択図】図４

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】