特許 7323736 熱処理装置及び熱処理方法

(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】

(24)【登録日】2023-07-31

(45)【発行日】2023-08-08

(54)【発明の名称】熱処理装置及び熱処理方法

(51)【国際特許分類】

   H05B 6/10 20060101AFI20230801BHJP

   C01B 32/205 20170101ALI20230801BHJP

【ＦＩ】

H05B6/10 371

C01B32/205

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2023520293

(86)(22)【出願日】2023-03-17

(86)【国際出願番号】 JP2023010671

【審査請求日】2023-04-03

(31)【優先権主張番号】P 2022051160

(32)【優先日】2022-03-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000198329

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ機械システム

(73)【特許権者】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(74)【代理人】

【識別番号】100161207

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 和純

(74)【代理人】

【識別番号】100175802

【弁理士】

【氏名又は名称】寺本 光生

(74)【代理人】

【識別番号】100169764

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 雄一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100167553

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 久典

(72)【発明者】

【氏名】金子 達人

(72)【発明者】

【氏名】松田 至康

(72)【発明者】

【氏名】岡田 慎司

(72)【発明者】

【氏名】久保 祥記

【審査官】土屋 正志

(56)【参考文献】

【文献】韓国公開特許第１０－２０２１－００７９５４４（ＫＲ，Ａ）

【文献】特開昭６１－１５８８０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国実用新案第２０５４０８２０１（ＣＮ，Ｕ）

【文献】特表２００５－５２１８５５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｂ ６／１０

Ｃ０１Ｂ ３２／２０５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

処理対象物を含み、前記処理対象物を加熱する発熱体を少なくとも備えた被搬送体と、 前記被搬送体を搬送する搬送装置と、
前記被搬送体に対して進退自在に移動する加熱コイルを備え、前記被搬送体に磁界を作用させることで前記発熱体を発熱させる誘導加熱装置とを備え、
前記被搬送体は、冷却ガスが流通する冷却管を備える熱処理装置。

【請求項2】

処理対象物を含み、前記処理対象物を加熱する発熱体を少なくとも備えた被搬送体と、前記被搬送体を搬送する搬送装置と、
前記被搬送体に対して進退自在に移動する加熱コイルを備え、前記被搬送体に磁界を作用させることで前記発熱体を発熱させる誘導加熱装置とを備え、
前記被搬送体は、前記発熱体の熱を前記処理対象物の内部に伝導させる伝熱板を備える熱処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、熱処理装置及び熱処理方法に関する。
本願は、２０２２年０３月２８日に、日本に出願された特願２０２２－０５１１６０号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、炭素源である粉末を連続的に熱処理して黒鉛を得る黒鉛化炉及び黒鉛を製造する方法が開示されている。この黒鉛化炉及び黒鉛を製造する方法では、加熱用電極として機能する導電性物質からなる坩堝に導電性を有する粉末を収容してチャンバ内に投入し、チャンバ内において粉末に別途設けた電極を埋め込むとともに坩堝をチャンバの一端から他端に向けて搬送する。これにより、粉末を通電加熱して黒鉛を連続的に得る。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】日本国特開２０１４－２１０７１０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

背景技術では、黒鉛を連続的に得られるものの、装置のメンテナンス性に改善の余地が残されている。すなわち、炭素の粉末から黒鉛を得るためには、空気を遮断した状態で粉末を３０００℃近い高温に加熱する必要があるので、坩堝や電極、坩堝の周囲に設けられる断熱材等、粉末とともに加熱される部材（被加熱部材）の劣化が進む。

【0005】

しかしながら、背景技術は被加熱部材のメンテナンス性を考慮したものではないので、被加熱部材をメンテナンスするためには装置の運転を停止させる必要がある。すなわち、背景技術にはメンテナンス性に改善の余地がある。

【0006】

本開示は、被加熱部材のメンテナンス性を従来よりも向上させることが可能な熱処理装置及び熱処理方法の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の第１態様の熱処理装置は、処理対象物を含み、当該処理対象物を加熱する発熱体を少なくとも備えた被搬送体と、前記被搬送体を搬送する搬送装置と、前記被搬送体に対して進退自在に移動する加熱コイルを備え、前記被搬送体に磁界を作用させることで前記発熱体を発熱させる誘導加熱装置とを備える、という手段を採用する。

【0008】

本開示の第２態様では、上記第１態様において、前記被搬送体は、前記発熱体周囲に設けられる断熱材をさらに備えていてもよい。

【0009】

本開示の第３態様では、上記第１または第２態様において、前記被搬送体は、冷却ガスが流通する冷却管さらに備えていてもよい。

【0010】

本開示の第４態様では、上記第１～第３態様のいずれかにおいて、前記被搬送体は、前記発熱体の熱を前記処理対象物の内部に伝導させる伝熱板を備えていてもよい。

【0011】

本開示の第５態様では、上記第１～第４態様のいずれかにおいて、前記被搬送体は、前記発熱体及び前記処理対象物を脱気雰囲気あるいは不活性ガス雰囲気に予め保持するように構成されていてもよい。

【0012】

本開示の第６態様の熱処理方法は、処理対象物を熱処理する熱処理方法であって、前記処理対象物とともに加熱される被加熱部材を前記処理対象物とともに搬送する。

【0013】

本開示の第７態様では、上記第６態様において、熱処理の前工程において、前記処理対象物を脱気雰囲気あるいは不活性ガス雰囲気に保持してもよい。

【発明の効果】

【0014】

本開示によれば、被加熱部材のメンテナンス性を従来よりも向上させることが可能な熱処理装置及び熱処理方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本開示の第１実施形態に係る連続黒鉛化装置の全体構成を示す正面図である。

【図2A】本開示の第１実施形態における被搬送体の構成を示す縦断面図である。

【図2B】本開示の第１実施形態における被搬送体の構成を示す横断面図である。

【図3】本開示の第２実施形態に係る連続黒鉛化装置の全体構成を示す正面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、図面を参照して、本開示の実施形態について説明する。
〔第１実施形態〕
最初に、図１、図２Ａ、及び図２Ｂを参照して本開示の第１実施形態について説明する。第１実施形態に係る連続黒鉛化装置Ａは、炭素からなる処理対象粉末Ｗを２５００～３０００℃程の高温に加熱することにより黒鉛（グラファイトあるいは石墨とも言う）を製造する黒鉛製造装置である。

【0017】

処理対象粉末Ｗは、不純物を含むとともに非晶質の粉末であり、２５００～３０００℃程の高温に加熱されることにより、不純物が除去されて結晶構造が六方晶の黒鉛となる。処理対象粉末Ｗは、第１実施形態における処理対象物である。

【0018】

連続黒鉛化装置Ａは、処理対象粉末Ｗが充填された被搬送体Ｍを搬送しつつ加熱処理及び冷却処理を施す。連続黒鉛化装置Ａは、図１に示すように、搬送装置１、加熱チャンバ２、第１冷却チャンバ３、第２冷却チャンバ４、第１区画壁５、第２区画壁６、第３区画壁７、第４区画壁８、加熱コイル９、電源１０、ガス置換装置１１、第１冷却装置１２及び第２冷却装置１３を構成要素として備えている。

【0019】

ここで、加熱チャンバ２、第１区画壁５、第２区画壁６、加熱コイル９、電源１０及びガス置換装置１１は、図示するように加熱室Ｒ１を構成している。また、第１冷却チャンバ３、第２区画壁６、第３区画壁７及び第１冷却装置１２は、第１冷却室Ｒ２を構成している。さらに、第２冷却チャンバ４、第３区画壁７、第４区画壁８及び第２冷却装置１３は、第２冷却室Ｒ３を構成している。

【0020】

搬送装置１は、水平方向に直線状に延在するとともに所定間隔を空けて平行対峙する一対のレール１ａを備える。搬送装置１は、一対のレール１ａ上に載置された被搬送体Ｍを延在方向に搬送する設備である。なお、搬送装置１については、被搬送体Ｍを水平方向に搬送可能なものであれば、他の構造を備えるものでも良く、例えば一対のレール１ａを備えない構造のものであってもよい。

【0021】

加熱チャンバ２は、一対のレール１ａの途中に設けられた略密閉状の収納容器である。加熱チャンバ２は、一対のレール１ａが通過するとともにレール１ａの延在方向において互いに対向する一対の開口（入口及び出口）を備えている。加熱チャンバ２は、一対のレール１ａに沿って入口から搬入された被搬送体Ｍを略密閉状で収容する。加熱チャンバ２に収容された被搬送体Ｍは、搬送装置１によって出口から第１冷却チャンバ３に搬出される。

【0022】

第１冷却チャンバ３は、加熱チャンバ２に隣接して一対のレール１ａの途中に設けられた略密閉状の収納容器である。第１冷却チャンバ３は、一対のレール１ａが通過するとともにレール１ａの延在方向において互いに対向する一対の開口（入口及び出口）を備えている。第１冷却チャンバ３は、一対のレール１ａに沿って入口から搬入された被搬送体Ｍを略密閉状で収容する。第１冷却チャンバ３に収容された被搬送体Ｍは、搬送装置１によって出口から第２冷却チャンバ４に搬出される。

【0023】

第２冷却チャンバ４は、第１冷却チャンバ３に隣接して一対のレール１ａの途中に設けられた略密閉状の収納容器である。第２冷却チャンバ４は、一対のレール１ａが通過するとともにレール１ａの延在方向において互いに対向する一対の開口（入口及び出口）を備えている。第２冷却チャンバ４は、一対のレール１ａに沿って入口から搬入された被搬送体Ｍを略密閉状で収容する。第２冷却チャンバ４に収容された被搬送体Ｍは、搬送装置１によって出口から外部に搬出される。

【0024】

すなわち、第１実施形態における被搬送体Ｍは、一対のレール１ａを備える搬送装置１によって、加熱チャンバ２→第１冷却チャンバ３→第２冷却チャンバ４の順で直線状に搬送される。
なお、一対のレール１ａは、円形状であってもよい。すなわち、一対のレール１ａは、径が異なる円形状の第１レール及び第２レールにより構成されていてもよい。第１レールと第２レールとは、同心状に配置される。被搬送体Ｍは、円形状の一対のレール１ａに沿って、加熱チャンバ２→第１冷却チャンバ３→第２冷却チャンバ４の順で搬送され、その後、再び加熱チャンバ２に戻される。

【0025】

第１区画壁５は、加熱チャンバ２の入口側に設けられた壁体である。第１区画壁５は、加熱チャンバ２の入口を開閉する入口扉５ａを備えている。入口扉５ａは、被搬送体Ｍを加熱チャンバ２に収容させる際に開放され、被搬送体Ｍの収容が完了すると閉鎖される。

【0026】

第２区画壁６は、加熱チャンバ２と第１冷却チャンバ３との間に設けられた壁体である。第２区画壁６は、加熱チャンバ２の出口つまり第１冷却チャンバ３の入口を開閉する第１中間扉６ａを備えている。第１中間扉６ａは、被搬送体Ｍを加熱チャンバ２から第１冷却チャンバ３に移動させる際に開放され、被搬送体Ｍの第１冷却チャンバ３への移動が完了すると閉鎖される。

【0027】

第３区画壁７は、第１冷却チャンバ３と第２冷却チャンバ４との間に設けられた壁体である。第３区画壁７は、第１冷却チャンバ３の出口つまり第２冷却チャンバ４の入口を開閉する第２中間扉７ａを備えている。第２中間扉７ａは、被搬送体Ｍを第１冷却チャンバ３から第２冷却チャンバ４に移動させる際に開放され、被搬送体Ｍの第２冷却チャンバ４への移動が完了すると閉鎖される。

【0028】

第４区画壁８は、第２冷却チャンバ４の出口側に設けられた壁体である。第４区画壁８は、第２冷却チャンバ４の出口を開閉する出口扉８ａを備えている。出口扉８ａは、被搬送体Ｍを第２冷却チャンバ４から外部に排出する際に開放され、被搬送体Ｍの外部への搬出が完了すると閉鎖される。

【0029】

加熱コイル９は、加熱チャンバ２内に昇降自在に設けられた中空円筒状の誘導コイルである。加熱コイル９は、軸心が垂直方向となる姿勢かつ加熱チャンバ２の天井から吊るされた状態で設けられている。加熱コイル９は、付帯的に設けられた昇降装置が作動することによって上昇あるいは降下する。

【0030】

加熱コイル９は、内部に被搬送体Ｍを収容可能なように内径が被搬送体Ｍの外径を超える大きさに設定されている。加熱コイル９は、被搬送体Ｍを加熱チャンバ２に収容させる際に昇降装置が作動して待機位置（上昇位置）に位置設定され、被搬送体Ｍを加熱する際には昇降装置が作動して被搬送体Ｍを取り囲む稼働位置（降下位置）に位置設定される。

【0031】

すなわち、加熱コイル９は、被搬送体Ｍに対して進退自在に移動し、被搬送体Ｍに対して磁界を作用させる。加熱コイル９は、入口扉５ａよりも上方の待機位置に設定されることにより、被搬送体Ｍの加熱チャンバ２への収容を可能とする。また、加熱コイル９は、被搬送体Ｍを取り囲む稼働位置に設定され、電源１０からの通電に基づいて被搬送体Ｍに対して高周波磁界を作用させる。

【0032】

なお、加熱コイル９は、電源１０からの通電によって、周囲に高周波磁界を発生させるとともに不可避的に発熱する。発熱による加熱コイル９の高温化を抑制するために、加熱コイル９には水冷機構が設けられている。

【0033】

電源１０は、加熱用の高周波電力を発生させる。電源１０は、高周波電力を加熱コイル９に供給することにより、加熱コイル９の周囲に加熱用磁界を発生させる。加熱用磁界が被搬送体Ｍの内部に作用することにより、サセプタ１７（後述）及び処理対象粉末Ｗ（原料）が加熱される。なお、加熱コイル９と電源１０とは、誘導加熱装置を構成している。

【0034】

ガス置換装置１１は、加熱チャンバ２内を不活性ガス雰囲気とする装置である。ガス置換装置１１は、加熱チャンバ２内の空気を加熱チャンバ２から外部に排出するとともに窒素ガス等の不活性ガスを加熱チャンバ２内に供給することによって、加熱チャンバ２内を不活性ガス雰囲気とする。

【0035】

例えば、加熱チャンバ２には加熱チャンバ２内の酸素濃度を計測する酸素濃度計が設けられている。ガス置換装置１１は、酸素濃度計が示す酸素濃度が予め設定された濃度しきい値以下となるように、加熱チャンバ２内の空気を不活性ガスと置換する。

【0036】

第１冷却装置１２は、第１冷却チャンバ３内の被搬送体Ｍを冷却する装置である。第１冷却装置１２は、第１冷却チャンバ３内に付帯的に設けられた一対の接続配管を介して被搬送体Ｍに冷却ガスを供給するとともに被搬送体Ｍから冷却ガスを回収する。

【0037】

すなわち、第１冷却装置１２は、第１冷却チャンバ３内の下部に設けられた一方の接続配管を介して被搬送体Ｍに冷却ガスを供給する。また、第１冷却装置１２は、第１冷却チャンバ３内の上部に設けられた他方の接続配管を介して被搬送体Ｍから冷却ガスを回収する。第１冷却装置１２は、冷却ガスの供給及び回収によって、冷却ガスを、被搬送体Ｍ内を下方から上方に流通させる。

【0038】

第２冷却装置１３は、第２冷却チャンバ４内の被搬送体Ｍを冷却する装置である。第２冷却装置１３は、第２冷却チャンバ４内に付帯的に設けられた一対の接続配管を介して被搬送体Ｍに冷却ガスを供給するとともに被搬送体Ｍから冷却ガスを回収する。

【0039】

すなわち、第２冷却装置１３は、第２冷却チャンバ４内の下部に設けられた一方の接続配管を介して被搬送体Ｍに冷却ガスを供給する。また、第２冷却装置１３は、第２冷却チャンバ４内の上部に設けられた他方の接続配管を介して被搬送体Ｍから冷却ガスを回収する。第２冷却装置１３は、冷却ガスの供給及び回収によって、冷却ガスを、被搬送体Ｍ内を下方から上方に流通させる。

【0040】

続いて、図２Ａ及び２Ｂを参照して第１実施形態における被搬送体Ｍの詳細構成について説明する。被搬送体Ｍは、処理対象粉末Ｗを収容する部材であり、図示するように炉殻１５、炉蓋１６、サセプタ１７、伝熱板１８、冷却管１９、断熱層２０及び成形断熱材２１を備えている。

【0041】

これら被搬送体Ｍの構成要素のうち、処理対象粉末Ｗを除く炉殻１５、炉蓋１６、サセプタ１７、伝熱板１８、冷却管１９、断熱層２０及び成形断熱材２１は、加熱コイル９によって処理対象粉末Ｗ（処理対象物）とともに加熱される被加熱部材である。

【0042】

炉殻１５は、有底円筒状の容器である。炉殻１５の円柱状の内部空間は、サセプタ１７、伝熱板１８、冷却管１９、断熱層２０、成形断熱材２１及び処理対象粉末Ｗの収容空間である。炉殻１５は、加熱コイル９が発生する高周波磁界の影響を受けないように、炭化ケイ素（SiC）等の非磁性かつ非導電性の材料によって形成されている。炉殻１５は、図示するように、底部が下側、開放部が上側となる姿勢で搬送装置１における一対のレール１ａ上に載置される。

【0043】

炉蓋１６は、直径が炉殻１５の直径と略同等な円板状部材である。炉蓋１６は、炉殻１５と同様に炭化ケイ素（SiC）等の非磁性かつ非導電性の材料によって形成されている。炉蓋１６は、炉殻１５の上部開口に固定され、上部開口を閉鎖する。すなわち、炉蓋１６は、サセプタ１７の上側に配置された成形断熱材２１の上から炉殻１５内を密閉する。

【0044】

サセプタ１７は、外形が炉殻１５よりも小さな有底円筒状の容器である。サセプタ１７の内部には、処理対象粉末Ｗ（原料）が収容される。すなわち、サセプタ１７は、円環状の周部と、周部の下端を塞ぐ底部と、周部の上端を塞ぐ天部とを備えている。サセプタ１７の円柱状の内部空間には、処理対象粉末Ｗが収容される。なお、天部は、周部に対して着脱自在である。処理対象粉末Ｗは、天部が周部から外された状態でサセプタ１７内に収容される。

【0045】

サセプタ１７は、導電性かつ耐熱性を有する材料から形成されており、加熱コイル９が発生する高周波磁界が作用することにより高周波電流（渦電流）が誘起される発熱体である。サセプタ１７は、高周波電流が流れることによって発熱し、この結果として処理対象粉末Ｗ（原料）を加熱する。

【0046】

伝熱板１８は、図２Ｂに示すように、サセプタ１７内に十文字状に設けられた板状部材である。伝熱板１８は、伝熱性に優れ、かつ耐熱性に優れた材料から形成されている。伝熱板１８は、４つの外周端がサセプタ１７の内周面に接触しており、サセプタ１７の熱を良好に伝熱させる。

【0047】

図２Ｂには示されていないが、伝熱板１８は、サセプタ１７の軸線方向（高さ方向）の略全領域に設けられている。すなわち、伝熱板１８は、下端がサセプタ１７の内底面（すなわち、底部の上面）に当接し、上端がサセプタ１７の内天面（すなわち、天部の下面）に接触するように上下方向の長さが設定されている。伝熱板１８は、サセプタ１７が発生した熱つまり処理対象粉末Ｗ（原料）の外周側で発生した熱を処理対象粉末Ｗの内部側に伝導させる。

【0048】

冷却管１９は、被搬送体Ｍの軸線方向（高さ方向）に延在するとともに被搬送体Ｍの半径方向に所定の間隔を空けた状態で設けられた複数の配管である。すなわち、冷却管１９は、炉殻１５、炉蓋１６、サセプタ１７、断熱層２０、成形断熱材２１及び処理対象粉末Ｗを上下方向に貫くように設けられている。

【0049】

より詳細には、図２Ｂに示すように、合計５本の冷却管１９が設けられている。合計５本の冷却管１９のうち、１本は、サセプタ１７の軸中心つまり被搬送体Ｍの軸中心に設けられている。合計５本の冷却管１９のうち、残りの４本は、十文字状の伝熱板１８において半径方向の途中部位に設けられている。

【0050】

冷却管１９は、第１冷却チャンバ３内の基準位置に設定されることにより、下端（一端）が第１冷却装置１２に接続される。また、冷却管１９は、第２冷却チャンバ４内の基準位置に設定されることにより、下端（一端）が第２冷却装置１３に接続される。なお、冷却管１９の上端（他端）は開放端である。また、冷却管１９は、冷却ガスが循環可能に構成される。

【0051】

冷却管１９には、処理対象粉末Ｗの加熱後の冷却工程において、第１冷却装置１２あるいは第２冷却装置１３から供給される冷却ガスが下方から上方に向けて順次流通する。冷却工程の前工程である加熱工程で２５００～３０００℃程の高温に加熱された処理対象粉末Ｗは、冷却管１９を介した冷却ガスとの熱交換によって冷却される。

【0052】

断熱層２０は、炉殻１５内に収容される粉体状の断熱材である。図示するように円筒状の炉殻１５内には円筒状のサセプタ１７が同心状に収容されるが、断熱層２０は、炉殻１５とサセプタ１７の間の空間を埋めるようにサセプタ１７の周囲に設けられている。すなわち、断熱層２０は、炉殻１５の内周面とサセプタ１７の外周面との間及び炉殻１５の内底面とサセプタ１７の外底面との間に設けられている。

【0053】

成形断熱材２１は、サセプタ１７の天部上に配置される層状断熱材である。成形断熱材２１は、複数枚の板状の断熱材を重ねて形成される。成形断熱材２１は、サセプタ１７の天部上への配置つまり炉殻１５内への収納が可能なように、炉殻１５の内周に合致した直径を有する円柱形状に設定されている。

【0054】

被搬送体Ｍは、処理対象粉末Ｗ及び当該処理対象粉末Ｗを加熱するサセプタ１７に加え、炉殻１５、炉蓋１６、伝熱板１８、冷却管１９、断熱層２０及び成形断熱材２１を備える。すなわち、被搬送体Ｍは、処理対象粉末Ｗを含み、処理対象粉末Ｗを加熱するサセプタ１７を少なくとも備える。

【0055】

次に、このように構成された連続黒鉛化装置Ａの動作について詳しく説明する。
第１実施形態に係る連続黒鉛化装置Ａでは、最初に被搬送体Ｍの準備工程が行われる。この準備工程では、図２Ａ及び２Ｂに示したように処理対象粉末Ｗがサセプタ１７内に自動または手動にて充填され、サセプタ１７上に成形断熱材２１が載置された状態で炉蓋１６が炉殻１５に装着される。なお、サセプタ１７内に黒鉛製の坩堝が装着され、坩堝内に処理対象粉末Ｗを充填してもよい。

【0056】

準備工程を経た被搬送体Ｍは、図１に示すように搬送装置１上に移載され、加熱工程が行われる。すなわち、被搬送体Ｍは、搬送装置１のレール１ａ上において、第１区画壁５に設けられた入口扉５ａの前（外）に配置される。そして、被搬送体Ｍは、搬送装置１が作動することによって入口から加熱チャンバ２内に搬送される。

【0057】

そして、入口扉５ａ及び第１中間扉６ａが閉じた状態でガス置換装置１１が作動することにより、加熱チャンバ２内の空気が脱気されるとともに不活性ガスに置換され、加熱チャンバ２内が不活性ガス雰囲気に環境設定される。すなわち、加熱チャンバ２の内部は、酸素濃度が極めて低い状態に環境設定される。

【0058】

そして、加熱コイル９に付帯的に設けられた昇降装置が作動することによって、加熱コイル９が待機位置（上昇位置）から降下して被搬送体Ｍを取り囲む稼働位置（降下位置）に位置設定される。そして、稼働位置の加熱コイル９に対して電源１０が作動することによって高周波電流が給電される。

【0059】

加熱コイル９は、電源１０からの高周波電流の給電によって高周波磁界（誘導磁界）を周囲に発生させる。この高周波磁界は、被搬送体Ｍにおいて導電性材料から形成されたサセプタ１７に選択的に作用し、誘導電流（渦電流）を発生させる。

【0060】

そして、サセプタ１７は、この誘導電流（渦電流）によって発熱して処理対象粉末Ｗ（原料）を加熱する。処理対象粉末Ｗは、誘導電流によるサセプタ１７の発熱が所定時間に亘って継続することにより、最終的に２５００～３０００℃程の高温に加熱される。

【0061】

サセプタ１７による処理対象粉末Ｗ（原料）の加熱に際して、発熱体であるサセプタ１７の内部には十文字状の伝熱板１８が設けられている。伝熱板１８によって、サセプタ１７の発熱が処理対象粉末Ｗの外周だけではなく処理対象粉末Ｗの内部まで伝熱する。この結果、処理対象粉末Ｗ（原料）は、内部と外部とが比較的均等に加熱されて２５００～３０００℃程の高温に至り、処理済粉末Ｗａ（黒鉛）となる。

【0062】

このようにして加熱室Ｒ１における加熱工程が完了すると、電源１０が作動を停止する。そして、昇降装置が作動することにより、加熱コイル９が被搬送体Ｍを取り囲む稼働位置（降下位置）から待機位置（上昇位置）に移動する。そして、この状態において、第１中間扉６ａが開放され、また搬送装置１が作動することによって、被搬送体Ｍが加熱室Ｒ１から第１冷却室Ｒ２に搬送され、第１冷却工程が行われる。

【0063】

そして、第１中間扉６ａ及び第２中間扉７ａが閉じることにより、第１冷却チャンバ３内が密閉された状態に環境設定される。そして、この状態において、第１冷却装置１２が作動することによって被搬送体Ｍの冷却管１９の下端から冷却ガスが供給されるとともに冷却管１９の上端から第１冷却チャンバ３内に排気された冷却ガスが回収される。

【0064】

すなわち、被搬送体Ｍの冷却管１９には、冷却ガスが循環状に順次供給される。被搬送体Ｍ内の処理済粉末Ｗａ（黒鉛）は、冷却管１９を下方から上方に流通する冷却ガスとの熱交換によって徐々に冷却される。そして、所定の冷却時間が経過すると、第１冷却装置１２の作動が停止し、第１冷却工程が完了する。

【0065】

このようにして第１冷却工程が完了すると、第２中間扉７ａが開放され、また搬送装置１が作動することによって、被搬送体Ｍが第１冷却室Ｒ２から第２冷却室Ｒ３に搬送され、第２冷却工程が行われる。第２冷却工程では、第２中間扉７ａ及び出口扉８ａが閉じることにより、第２冷却チャンバ４内が密閉された状態に環境設定される。

【0066】

そして、この状態において、第２冷却装置１３が作動することによって被搬送体Ｍの冷却管１９の下端から冷却ガスが供給されるとともに冷却管１９の上端から第２冷却チャンバ４内に排気された冷却ガスが回収される。被搬送体Ｍ内の処理済粉末Ｗａ（黒鉛）は、被搬送体Ｍの冷却管１９に冷却ガスが循環状に順次供給されることにより、冷却管１９を下方から上方に流通する冷却ガスとの熱交換によって時間経過に従って順次冷却される。

【0067】

そして、所定の冷却時間が経過すると、第２冷却装置１３の作動が停止し、第２冷却工程が完了する。被搬送体Ｍ内の処理済粉末Ｗａ（黒鉛）は、第１冷却工程及び第２冷却工程を経ることによって所望の温度まで冷却される。このようにして第２冷却工程が完了すると、出口扉８ａが開放され、また搬送装置１が作動することによって、被搬送体Ｍが連続黒鉛化装置Ａの外部に自動または手動で排出される。

【0068】

このような本実施形態によれば、処理対象粉末Ｗ（原料）とともに加熱される被加熱部材（炉殻１５、炉蓋１６、サセプタ１７、伝熱板１８、冷却管１９、断熱層２０及び成形断熱材２１）が処理対象粉末Ｗ（原料）とともに搬送されるので、被加熱部材のメンテナンス性を従来よりも向上させることが可能な熱処理装置Ａ及び熱処理方法を提供することが可能である。

【0069】

すなわち、炉殻１５、炉蓋１６、サセプタ１７、伝熱板１８、冷却管１９、断熱層２０及び成形断熱材２１は、加熱コイル９が発する磁界による誘導加熱によって劣化する消耗品である。このような消耗品が加熱チャンバ２内に固定設置されていた場合には、運転を停止させて消耗品のメンテナンスを行う必要がある。しかしながら、本実施形態によれば、このような消耗品を処理対象粉末Ｗとともに搬送するので、交換や補修等のメンテナンスが容易で、かつ被搬送体Ｍがメンテナンス中でも操業を中断することなく運転を継続することが可能である。

【0070】

本実施形態によれば、伝熱板１８を備えているので、処理対象粉末Ｗ（原料）を均等に加熱することが可能である。すなわち、本実施形態によれば、処理対象粉末Ｗ（原料）の加熱斑を抑制することが可能であり、加熱における無駄なエネルギー投入を抑制することが可能である。

【0071】

本実施形態によれば、冷却管１９を備えているので、処理済粉末Ｗａ（黒鉛）を均等かつ効果的に冷却することが可能である。すなわち、本実施形態によれば、処理済粉末Ｗａ（黒鉛）の冷却に要する時間の短縮や投入エネルギーの抑制を実現することが可能である。

【0072】

本実施形態によれば、ガス置換装置１１を備えているので、加熱チャンバ２内の構造物（炉内構造物）の酸化による消耗や二酸化炭素（CO₂）の発生を抑制することが可能である。すなわち、本実施形態によれば、環境負荷が小さい熱処理装置Ａ及び熱処理方法を提供することが可能である。

【0073】

本実施形態によれば、サセプタ１７上に被せる断熱材として、断熱層２０ではなく成形断熱材２１を採用するので、処理済粉末Ｗａ（黒鉛）を取出す際の作業環境をクリーンなものにすることができる。仮に成形断熱材２１に代えて断熱層２０を採用した場合、断熱層２０から処理済粉末Ｗａ（黒鉛）を掘り出す作業が必要となり、断熱層２０が粉塵化して作業環境を悪化させる可能性がある。本実施形態では、このような処理済粉末Ｗａ（黒鉛）の掘り出し作業が必要なので、作業環境をクリーンなものにすることができる。

【0074】

〔第２実施形態〕
次に、図３を参照して本開示の第２実施形態について説明する。第２実施形態では、処理対象粉末Ｗ（原料）の加熱処理の前工程において、処理対象粉末Ｗ（原料）を脱気雰囲気あるいは不活性ガス雰囲気に保持する。

【0075】

すなわち、第２実施形態に係る熱処理装置Ｂは、第１実施形態の加熱室Ｒ１から加熱チャンバ２及びガス置換装置１１を削除した加熱室Ｒ１ａを備える。なお、熱処理装置Ｂの第１冷却室Ｒ２及び第２冷却室Ｒ３は、第１実施形態の第１冷却室Ｒ２及び第２冷却室Ｒ３と同様である。

【0076】

第２実施形態における被搬送体Ｍａでは、内外に連通する給気ポートＰ１及び排気ポートＰ２が炉蓋１６に設けられている。給気ポートＰ１及び排気ポートＰ２には、例えば逆止弁が各々設けられている。被搬送体Ｍａは、加熱室Ｒ１ａにおける加熱工程の前段階つまり加熱室Ｒ１ａに搬入される前工程において準備チャンバＣに収容される。

【0077】

準備チャンバＣには真空ポンプＤが接続され、また、被搬送体Ｍａの給気ポートＰ１にはガス源Ｅが接続される。そして、真空ポンプＤが作動することによって被搬送体Ｍａ内の残存空気及び準備チャンバＣ内の空気が準備チャンバＣ外に排気され、ガス源Ｅが作動することによって被搬送体Ｍａ内に不活性ガスが供給されるとともに準備チャンバＣ内も不活性ガス雰囲気に設定される。

【0078】

被搬送体Ｍａは、準備チャンバＣ外に取り出され、搬送装置１の作動によって加熱コイル９及び電源１０が備えられた加熱室Ｒ１ａに収容される。ここで、被搬送体Ｍａにおいて、給気ポートＰ１及び排気ポートＰ２に弁が設けられているので、被搬送体Ｍａが準備チャンバＣ外に取り出されても、被搬送体Ｍａの内部の不活性ガス雰囲気を保持する。

【0079】

被搬送体Ｍａは、搬送装置１の作動によって加熱室Ｒ１ａから第１冷却室Ｒ２に搬送されて一次冷却される。そして、第１冷却室Ｒ２における一次冷却が完了すると、第１冷却室Ｒ２から第２冷却室Ｒ３に搬送されて二次冷却される。そして、第２冷却室Ｒ３における二次冷却が完了すると、出口扉８ａから外部に搬出される。

【0080】

第２実施形態によれば、上述した第１実施形態の各種効果に加え、第１実施形態の加熱チャンバ２のような誘導加熱時のローカルヒートを考慮した比較的大容量のチャンバが不要になる。したがって、第２実施形態によれば、第１実施形態に係る熱処理装置Ａよりも装置構成が簡単な熱処理装置Ｂを提供することができる。

【0081】

なお、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態では、本開示を黒鉛の製造装置に適用した場合について説明したが、本開示はこれに限定されない。本開示における処理対象物は、黒鉛の原料である粉末に限定されず、様々な粉末または粉末以外の物体を包含するものである。例えば、処理対象物は、粉末の他にシート状の物体や粒状の物体であってもよい。

【0082】

（２）上記実施形態では、被搬送体Ｍ、Ｍａを炉殻１５、炉蓋１６、サセプタ１７（発熱体）、伝熱板１８、冷却管１９、断熱層２０及び成形断熱材２１を含むものとして構成した。しかし、被搬送体Ｍの構成はこれに限定されない。

【0083】

被搬送体Ｍ、Ｍａは、処理対象粉末Ｗを含み、サセプタ１７（発熱体）を少なくとも備えるものであり、よってサセプタ１７（発熱体）及び処理対象粉末Ｗ以外の構成要素は必要に応じて設けられるものである。例えば、被搬送体Ｍ、Ｍａをサセプタ１７（発熱体）とサセプタ１７に付帯する断熱層２０及び成形断熱材２１のみから構成してもよい。

【0084】

（３）上記実施形態では、処理対象粉末Ｗを誘導加熱する連続黒鉛化装置Ａ、Ｂについて説明したが、本開示はこれに限定されない。本開示は、通電加熱タイプの連続黒鉛化装置や、抵抗加熱タイプの連続黒鉛化装置にも適用可能である。

【0085】

すなわち、通電加熱タイプの連続黒鉛化装置の場合、発熱体としてのサセプタ１７に代えて導電性容器に処理対象粉末Ｗを収容し、処理対象粉末Ｗに埋設した対向電極と導電性容器とによって処理対象粉末Ｗに加熱用電流を通電する。この場合、導電性容器、対向電極及び導電性容器の周囲に配置されている断熱材等は、処理対象粉末Ｗとともに加熱される被加熱部材である。

【0086】

通電加熱タイプの連続黒鉛化装置では、導電性容器、対向電極及び断熱材等の被加熱部材を処理対象粉末Ｗともに搬送する。これによって、被加熱部材のメンテナンス性を従来よりも向上させることが可能である。

【0087】

（４）上記実施形態では、搬送装置１におけるレール１ａの敷設レイアウトの詳細を説明しなかったが、処理対象粉末の処理効率を考慮した様々なレール１ａの敷設レイアウトつまり被搬送体Ｍ、Ｍａの搬送経路が考えられる。

【0088】

（５）上記実施形態では、加熱室Ｒ１、第１冷却室Ｒ２及び第２冷却室Ｒ３からなる３室、または加熱室Ｒ１ａ、第１冷却室Ｒ２及び第２冷却室Ｒ３からなる３室によって連続黒鉛化装置Ａ、Ｂを構成したが、本開示はこれに限定されない。すなわち、連続黒鉛化装置Ａ、Ｂの室数つまり被搬送体Ｍ、Ｍａの搬送における停止位置の数（位置数）は、３以外であってもよい。

【0089】

（６）上記実施形態における加熱工程では、処理対象粉末Ｗ等に含まれる不純物が揮発する場合がある。この揮発ガスを被搬送体Ｍ、Ｍａの外部及び加熱チャンバ２の外部に排気するガス排気配管を設けてもよい。

【0090】

（７）上記第２実施形態では、第１冷却チャンバ３及び第２冷却チャンバ４を用いた処理済粉末Ｗａ（黒鉛）の冷却を行ったが、本開示はこれに限定されない。第２実施形態の被搬送体Ｍａには給気ポートＰ１及び排気ポートＰ２が設けられているので、これら給気ポートＰ１及び排気ポートＰ２に第１冷却装置１２または第２冷却装置１３を直接接続することにより被搬送体Ｍａ内の処理済粉末Ｗａ（黒鉛）を冷却してもよい。

【0091】

すなわち、この変形例では、第１冷却装置１２または第２冷却装置１３から給気ポートＰ１に冷却ガスを供給するとともに、排気ポートＰ２から熱交換によって加熱された冷却ガスを第１冷却装置１２または第２冷却装置１３に回収する。これによって、処理済粉末Ｗａ（黒鉛）は、冷却ガスによって循環冷却される。このような冷却方式によれば、第１冷却チャンバ３及び第２冷却チャンバ４が不要となるので、熱処理装置の装置構成をさらに簡単化することができる。

【産業上の利用可能性】

【0092】

本開示によれば、被加熱部材のメンテナンス性を従来よりも向上させることが可能な熱処理装置及び熱処理方法を提供することができる。

【符号の説明】

【0093】

Ａ、Ｂ 連続黒鉛化装置（熱処理装置）
Ｍ、Ｍａ 被搬送体
Ｗ 処理対象粉末（処理対象物）
１ 搬送装置
２ 加熱チャンバ
３ 第１冷却チャンバ
４ 第２冷却チャンバ
５ 第１区画壁
６ 第２区画壁
７ 第３区画壁
８ 第４区画壁
９ 加熱コイル
１０ 電源
１１ ガス置換装置
１２ 第１冷却装置
１３ 第２冷却装置
１５ 炉殻
１６ 炉蓋
１７ サセプタ（発熱体）
１８ 伝熱板
１９ 冷却管
２０ 断熱層
２１ 成形断熱材

【要約】

熱処理装置は、処理対象物を含み、処理対象物を加熱する発熱体を少なくとも備えた被搬送体と、被搬送体を搬送する搬送装置と、被搬送体に対して進退自在に移動する加熱コイルを備え、被搬送体に磁界を作用させることで発熱体を発熱させる誘導加熱装置と、を備える。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】