特許 7513188 脱脂炉

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-01

(45)【発行日】2024-07-09

(54)【発明の名称】脱脂炉

(51)【国際特許分類】

   F27B 17/00 20060101AFI20240702BHJP

   F27D 17/00 20060101ALI20240702BHJP

   F27D 7/02 20060101ALI20240702BHJP

   F27D 7/06 20060101ALI20240702BHJP

【ＦＩ】

F27B17/00 C

F27D17/00 104G

F27D7/02 A

F27D7/06 C

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2023502057

(86)(22)【出願日】2021-10-08

(86)【国際出願番号】 JP2021037379

(87)【国際公開番号】W WO2022180918

(87)【国際公開日】2022-09-01

【審査請求日】2023-01-26

(31)【優先権主張番号】P 2021029663

(32)【優先日】2021-02-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000001993

【氏名又は名称】株式会社島津製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100121441

【弁理士】

【氏名又は名称】西村 竜平

(74)【代理人】

【識別番号】100154704

【弁理士】

【氏名又は名称】齊藤 真大

(74)【代理人】

【識別番号】100206151

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 惇志

(74)【代理人】

【識別番号】100218187

【弁理士】

【氏名又は名称】前田 治子

(74)【代理人】

【識別番号】100227673

【弁理士】

【氏名又は名称】福田 光起

(72)【発明者】

【氏名】田中 優

【審査官】村岡 一磨

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２００５／０４７２０７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２００８／０５３６４７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１２／１２４７６１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－１１９５８７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２７Ｂ １７／００

Ｆ２７Ｄ ７／０２

Ｆ２７Ｄ ７／０６

Ｆ２７Ｄ １７／００－９９／００

Ｆ２５Ｂ ３９／０４

Ｃ０４Ｂ ３５／６３８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被脱脂物を脱脂する脱脂炉であって、
前記被脱脂物を収容する炉本体と、
前記炉本体のガスを排気しながら燃焼させる燃焼器と、
前記燃焼器から排気されたガスを冷却し、凝縮させる凝縮器と、
前記燃焼器の排気口につながる第１ダクトと、
前記凝縮器が備えられ、環状になっており、前記第１ダクトからガスが入れられる第２ダクトと、
前記第２ダクトの中でガスを流すためのファンと、
前記第２ダクトから該第２ダクトの外部にガスを排気するための第３ダクトと、
前記第２ダクトの下部に設けられ、前記凝縮器でガスが凝縮される際に発生した液体を前記第２ダクトから排水するためのパイプと、を含む脱脂炉。

【請求項2】

前記第１ダクトの一部が第２ダクトの中に入っている請求項１の脱脂炉。

【請求項3】

前記第２ダクトに設けられ、該第２ダクトの外部から該第２ダクトの中に空気を取り込むための開閉部を含む請求項１または２の脱脂炉。

【請求項4】

前記凝縮器が配管を備え、該配管に凝縮器でガスが凝縮されたときに生じる液体が流れる請求項１または２の脱脂炉。

【請求項5】

前記凝縮器でガスが凝縮されたときに生じる液体を溜めるタンクを備えた請求項１または２の脱脂炉。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、脱脂炉に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、セラミックスからなる被脱脂物が脱脂炉で脱脂されている。たとえば、下記の特許文献１の炉は、被脱脂物を収納する炉本体、被脱脂物を加熱する加熱手段を備える。特許文献１の炉は脱脂後のガスを加熱して有機物を分解している。その後、ガスの流路内で水を噴霧し、ガスの温度を下げることが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】国際公開番号 ＷＯ２００５／０４７２０７（段落００４２）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、処理ガスに水を噴霧することで、ガスの流路に水が溜まるおそれがある。その水がガスに対して負荷になり、ガスをうまく排気できないおそれがある。

【0005】

そこで本発明の目的は、排気されるガスの負荷を低減した脱脂炉を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

以上の課題を解決すべく、本発明に係る脱脂炉は、以下に述べるような構成を有する。

【0007】

本発明の脱脂炉は、被脱脂物を脱脂する脱脂炉であって、前記被脱脂物を収容する炉本体と、前記炉本体のガスを排気しながら燃焼させる燃焼器と、前記燃焼器から排気されたガスを冷却し、凝縮させる凝縮器とを含む。

【発明の効果】

【0008】

本発明によると、凝縮器でガスを凝縮させ、その際発生した液体を排水することで、ガスの排気経路が液体でふさがれることなく、従来に比べてガスの負荷を低減できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の脱脂炉の構成を示す図である。

【図2】凝縮器、ダクトおよびファンを示す図である。

【図3】第１ダクトが第２ダクトの中に入っている構成を示す図である。

【図4】凝縮器の配管を示す図であり、（ａ）は第１配管を示し、（ｂ）は第２配管を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本発明の脱脂炉について図面を参照して説明する。複数の実施形態を説明するが、異なる実施形態であっても同じ手段には同一の符号を付して説明を省略する場合がある。

【0011】

[実施形態１]
図１に示す本願の脱脂炉１０は、被脱脂物１２が収容される炉本体１４、飽和蒸気の飽和蒸気生成装置１８、過熱蒸気を生成する過熱器２０を備える。

【0012】

[被脱脂物]
被脱脂物１２はセラミックス成形体を含む。セラミックスは窒化物系セラミックス（窒化アルミニウム、窒化ケイ素など）、炭化物系セラミックス（炭化ケイ素、炭化ホウ素など）、酸化物系セラミックス（アルミナ、ジルコニウムなど）を含む。被脱脂物１２にバインダーが含まれる。バインダーは被脱脂物１２を成形するときにセラミックスに混合されるものである。被脱脂物１２が昇温されることで、被脱脂物１２からバインダーがガスとして放出される。バインダーには樹脂としてポリブチルメタクリレート、ポリビニルアルコール、メチルセルロース、酢酸ビニル、ポリエチレングリコールなどが用いられ、その他滑剤、可塑剤、分散剤が用いられる。

【0013】

[炉本体]
炉本体１４はＳＵＳ３１０ＳまたはＳＵＳ３１６Ｌなどの耐熱性材料で構成されている。炉本体１４は容器状になっており、その内部空間２２に被脱脂物１２が収容される。炉本体１４の任意の位置に扉が設けられており、被脱脂物１２の出し入れの時にその扉が開閉される。炉本体１４の内部空間２２に被脱脂物１２を配置するための棚２４を備えてもよい。炉本体１４は供給口２６および排気口２８が形成されている。過熱蒸気が供給口２６から炉本体１４の内部空間２２に供給される。炉本体１４のガスは排気口２８から排気され、そのガスには被脱脂物１２が脱脂された際に発生した成分が含まれる。

【0014】

[飽和蒸気生成装置]
過熱器２０に飽和蒸気を供給する飽和蒸気生成装置１８を備える。飽和蒸気生成装置１８は純水などの液体を沸騰させて飽和蒸気を生成するボイラーを含む。

【0015】

[過熱器]
過熱器（superheater）２０は飽和蒸気から過熱蒸気を生成するための装置である。過
熱器２０として接触過熱器、放射過熱器、つり下げ過熱器、板形過熱器、横置き過熱器などが挙げられる。過熱器２０は長管を備え、その中を飽和蒸気が流れる。長管の中を流れる飽和蒸気が加熱され、過熱蒸気となる。生成された過熱蒸気が炉本体１４に供給される。この時の過熱蒸気は常圧で１００℃の飽和蒸気をさらに高温にした無色透明の水（Ｈ_２Ｏ）からなる気体である。過熱蒸気の温度は２００℃以上、好ましくは５００℃以上、さらに好ましくは６００～１２００℃である。

【0016】

炉本体１４と過熱器２０、飽和蒸気発生装置１８と過熱器２０は配管３０、３２で接続されている。配管３０に高温の過熱蒸気が流れるため、配管３０は耐熱材で構成されることが好ましい。各配管３０、３２にバルブを取り付け、バルブの開閉によって飽和蒸気および過熱蒸気の流量を制御してもよい。

【0017】

[温度計]
本願は炉本体１４の内部空間２２の雰囲気温度を計測するための温度計３６を備える。温度計３６は熱電対温度計を利用する。炉本体１４のどの位置の温度を計測するかは設計によって決定され、設計に応じて温度計３６の数が決定される。計測された温度によって、過熱蒸気の炉本体１４への供給が制御される。そのため、本願は過熱器２０および飽和蒸気生成装置１８を制御するための制御装置３８を備える。

【0018】

[制御装置]
温度計３６の温度が入力され、炉本体１４に供給する過熱蒸気の供給量および過熱蒸気の温度を制御する制御装置３８を備える。制御装置３８はＣＰＵ（Central Processing Unit）またはＰＬＣ（Programmable Logic Controller）などの演算回路が含まれる。制御装置３８は飽和蒸気生成装置１８および過熱器２０を制御したり、配管３０、３２のバルブを制御したりする。

【0019】

[燃焼器]
本願の脱脂炉１０は炉本体１４のガスの通路になっており、ガスを燃焼する燃焼器４０を備える。燃焼器４０が炉本体１４の排気口２８に接続されている。燃焼器４０は断熱体４２で形成された通路４４および加熱装置（図示省略）を備える。その加熱装置は、電気ヒーター、ガスバーナーまたは重油バーナーなどである。被脱脂物１２から放出されたガスが炉本体１４から通路４４に入り、通路４４を通過する。加熱装置がそのガスを加熱し、分解または二酸化炭素などのガスに変換する。

【0020】

[ダクト]
本願の脱脂炉１０は燃焼器４０を通過したガスを流し、排気するダクト４６を備える（図２）。ダクト４６は燃焼器４０の排気口４８につながった第１ダクト５０、環状になった第２ダクト５２、ガスを排気するための第３ダクト５４が備えられる。各ダクト５０、５２、５４は筒状になっており、それらの中をガスが流れる。

【0021】

第１ダクト５０は燃焼器４０から第２ダクト５２にガスを流すための通路である。第２ダクト５２は４つの筒体をつなげて環状になっており、第２ダクト５２の中でガスは矢印ｗの方向に流れる。第３ダクト５４は第２ダクト５２につなげられ、ガスを排気するための通路である。

【0022】

第１ダクト５０の一部が第３ダクト５４から第２ダクト５２の内方に入り込むことで（図３）、燃焼器４０から第１ダクト５０を介して第２ダクト５２にガスが導かれる。第１ダクト５０の外面と第２ダクト５２の内面の間は隙間６４を有している。方形状になった第２ダクト５２の角の部分に第１ダクト５０の一部が配置される。第２ダクト５２を循環したガスが第１ダクト５０の一部に当たり、そのガスの一部が第１ダクト５０から第２ダクト５２に入るガスに巻き込まれ、再び第２ダクト５２を循環する。第１ダクト５０から出たガスが第２ダクト５２を循環したガスと混ざり、第２ダクト５２を循環する全ガスの温度を下げることができる。後述する凝縮器５６でガスを凝縮しやすくなる。

【0023】

第３ダクト５４は第２ダクト５２につなげられている。そのつなげられる部分は、第１ダクト５０が第２ダクト５２に入り込む位置である。第１ダクト５０におけるガスの流れと反対方向を向くように第３ダクト５４が取り付けられている。第２ダクト５２を巡回し、第１ダクト５０に当たったガスは、一部は再び第２ダクト５２を巡回し、残りは第３ダクト５４に導かれて排気される。一部のガスを排気することで、炉本体１４および燃焼器４０の圧力が低下することを防止する。

【0024】

[凝縮器]
本願は凝縮器５６を備える。凝縮器５６は第２ダクト５２に備えられ、第２ダクト５２を流れるガスを冷却し、凝縮する。凝縮器５６は、第２ダクトの中に配置されたらせん状の第1配管６０（図４（ａ））、第２ダクト５２の外面に取り付けられたＵ字形状の第２
配管６２（図４（ｂ））、それらの配管６０、６２に冷却用の液体を流すポンプ（図示省略）を備える。第１配管６０と第２配管６２の中を冷却用の液体が流れる。第１配管６０はガスを直接冷却する。第２配管６２は第２ダクト５２を冷却し、第２ダクト５２の内面に接したガスが冷却される。燃焼器４０を通過した後の高温のガスは凝縮器５６によって冷却され、凝縮される。ガスの中に含まれる水分が凝縮器５６の配管６０の表面および第２ダクト５２の内面に露として現れる。なお、ガスを凝縮できるのであれば、第１配管６０と第２配管６２の数と形状は限定されない。

【0025】

[ファン]
ダクト４６におけるガスの流れを制御するファン５８を備える。ファン５８はシロッコファンを使用する。ファン５８は第２ダクト５２のガスの流れにおける凝縮器５６よりも下流側に配置される。凝縮器５６でガスの温度が下がるため、ファン５８に高温のガスが当たらず、ファン５８を保護できる。

【0026】

[タンク]
本願の脱脂炉１０は、凝縮器５６でガスを凝縮した際に発生した液体を溜めるタンク６６を備える。第２ダクト５２の下部にパイプ６８が設けられている。液体は第２ダクト５２の下部からパイプ６８を通ってタンク６６に流れる。第２ダクト５２から液体を排水することで、液体が第２ダクト５２を流れるガスの負荷にならない。

【0027】

[脱脂方法]
次に脱脂炉１０を用いた脱脂方法について説明する。（１）被脱脂物１２を炉本体１４の内部空間２２に収容する。たとえば被脱脂物１２は窒化物系セラミックスからなる成形品である。

【0028】

（２）飽和蒸気生成装置１８が液体を加熱して飽和蒸気を生成し、その飽和蒸気を過熱器２０に供給する。過熱器２０は飽和蒸気から過熱蒸気を生成する。過熱蒸気は炉本体１４に供給される。過熱蒸気によって被脱脂物１２が脱脂される。

【0029】

（３）被脱脂物１２を脱脂した際に生じたガスは、排気口２８から燃焼器４０に供給され、燃焼されて二酸化炭素などになる。

【0030】

（４）ガスは燃焼器４０から第１ダクト５０を通って第２ダクト５２に流れる。ファン５８が回転することで、第２ダクト５２に入ったガスは第２ダクト５２を流れ、その途中にある凝縮器５６で冷やされ、凝縮される。凝縮器５６で発生した液体は重力に従って第２ダクト５２の下部に流れ、パイプ６８を通ってタンク６６に溜められる。タンク６６に溜められた液体は排水するようにする。

【0031】

（５）第２ダクト５２を流れたガスは第２ダクト５２の内部に入った第１ダクト５０の一部に当たる。ガスの一部は第１ダクト５０から第２ダクト５２に入るガスと混ざり、再び第２ダクト５２を流れる。残りのガスは第２ダクト５２から第３ダクト５４に入り、排気される。

【0032】

以上のように、本願は排気されるガスを凝縮器５６によって凝縮させ、発生した液体をタンク６６に溜めることで、排気経路に液体が溜まらず、ガスの流れの邪魔にならない。排気がうまくできることで、炉本体１４の内部空間２２のガスの状態をコントロールしやすくなり、所望の状態に脱脂しやすくなる。

【0033】

[実施形態２]
第２ダクト５２は内部と外部をつなげるための開閉部７０を備えてもよい（図２、図３）。開閉部７０が開けられると第２ダクト５２の内部が外部に対して開放される。第２ダクト５２を流れるガスに外気を加えることができる。第２ダクト５２を流れるガスの温度を下げ、凝縮しやすくできる。開閉部７０の開閉面積は適宜調整できるようにしてもよい。第２ダクト５２に流入させる外気の量を調整できる。

【0034】

開閉部７０は第２ダクト５２における第1ダクト５０の排気口７２の付近かつ排気口７
２の下流側に設ける（図３）。第１ダクト５０から第２ダクト５２にガスが入り、そのガスの流れに巻き込まれるようにして外気が開閉部７０を通って第２ダクトに入る。

【0035】

[実施形態３]
飽和蒸気生成装置１８は凝縮器５６で生成された液体を利用して飽和蒸気を生成してもよい。タンク６６が飽和蒸気生成装置１８につなげられる。凝縮器５６で生成された液体がタンク６６で溜められ、飽和蒸気生成装置１８はその液体を利用して飽和蒸気を生成する。また、飽和蒸気生成装置１８はタンク６６の液体が不足すれば、他の装置から液体を補充できるようにしてもよい。タンク６６を用いず、凝縮器５６で生成された液体が飽和蒸気生成装置１８に直接供給されるようにしてもよい。

【0036】

飽和蒸気生成装置１８に供給される液体は上記した液体に限定されない。水道を流れる液体、井戸などの液体をフィルターでろ過した液体など、種々の液体を使用することができる。

【0037】

[実施形態４]
凝縮器５６はタンク６６に溜められた液体を配管６０、６２に流すようにしてもよい。凝縮器５６に含まれるポンプがタンク６６に溜められた液体を配管６０、６２に流す。配管６０、６２に流す液体がタンク６６の液体で足りなければ、別途液体を追加できるようにしてもよい。

【0038】

[実施形態５]
飽和蒸気生成装置１８は凝縮器５６の配管６０、６２を流れた液体を利用して飽和蒸気を生成してもよい。液体は凝縮器５６の配管６０、６２を流れたときに温度上昇しており、飽和蒸気生成装置１８に飽和蒸気を生成しやすくなっている。

【0039】

[実施形態６]
第２ダクト５２のガスの温度を計測する温度計を備えてもよい。温度計の温度を制御装置３８に入力してもよい。制御装置３８はファン５８の回転数を制御したり、凝縮器５６のポンプを制御して配管６０、６２に流れる液体の流量を制御したりしてもよい。ガスの凝縮を制御でき、ガスが高温のまま第３ダクト５４に流れて冷やされ、第３ダクト５４で凝縮されることを防止できる。

【0040】

第１ダクト５０、第３ダクト５４の少なくとも１つにも温度計を備え、ガスの温度を計測してもよい。計測された温度は制御装置３８に入力し、制御装置３８がファン５８および凝縮器５６のポンプを制御してもよい。

【0041】

また、配管６０、６２に流れる液体の温度を計測する温度計を備えてもよい。温度計で測定された温度は制御装置３８に入力される。液体の温度が所定値よりも高くなれば、制御装置３８は脱脂炉１０を停止するようにしてもよい。配管６０、６２などを保護する。

【0042】

[実施形態７]
凝縮器５６は液体による冷却を用いていたが、追加で第２ダクト５２の外面に送風をおこなうファンを設けてもよい。

【0043】

[実施形態８]
液体は第２ダクト５２から直接排水されてもよい。第２ダクト５２に液体が溜まらなければ、タンク６６の有無はいずれであってもよい。

【0044】

[実施形態９]
上記実施形態では過熱蒸気を利用した脱脂炉であったが、本願の脱脂炉１０は過熱蒸気を利用する構成に限定されない。たとえば、炉本体１４に過熱蒸気を入れる前に不活性ガスを炉本体に入れ、予備加熱できる構成であってもよい。そのため、不活性ガスのガス源を備え、不活性ガスが過熱器２０で温度上昇されるようにしてもよい。不活性ガスで被脱脂物１２の温度上昇させた後、過熱蒸気を炉本体１４に入れる。脱脂当初、被脱脂物１２の温度が低いため、最初に過熱蒸気を入れると被脱脂物１２の表面が結露し、被脱脂物１２を劣化させるおそれがある。過熱蒸気の前に温度上昇した不活性ガスを炉本体１４に入れて被脱脂物１２を予備加熱しておくことで、過熱蒸気を入れたときに被脱脂物１２の表面が結露せず、所望の脱脂がおこなえる。

【0045】

[実施形態１０]
制御装置３８に入力された温度計３６の温度、制御装置３８がおこなう過熱器２０などの制御状況などをネットワークを介して所定のコンピュータに送信してもよい。脱脂の状況を遠隔で確認することができる。また、制御装置３８から送信されたデータをサーバーに記録してもよい。

【0046】

（第１項）一態様に係る脱脂炉は、被脱脂物を脱脂する脱脂炉であって、前記被脱脂物を収容する炉本体と、前記炉本体のガスを排気しながら燃焼させる燃焼器と、前記燃焼器から排気されたガスを冷却し、該ガスを凝縮させる凝縮器とを含む。

【0047】

第１項に記載の脱脂炉によれば、凝縮器がガスを凝縮させることで、排気途中のガスが結露し、排気経路の負荷となることを防止できる。

【0048】

（第２項）前記燃焼器の排気口につながる第１ダクト、前記凝縮器が備えられ、環状になっており、前記第１ダクトからガスが入れられる第２ダクトと、前記第２ダクトの中でガスを流すためのファンと、前記第２ダクトから該第２ダクトの外部にガスを排気するための第３ダクトとを含む。

【0049】

第２項に記載の脱脂炉によれば、ファンによって第２ダクトでガスを循環させながら、ガスを凝縮することができる。

【0050】

（第３項）前記第１ダクトの一部が第２ダクトの中に入っている。

【0051】

第３項に記載の脱脂炉によれば、第１ダクトが第２ダクトの中に入ることで、循環するガスを第１ダクトに当てることができ、一部のガスを再び循環させることができる。第２ダクトを流れるガスの温度を下げることができ、凝縮しやすくなっている。

【0052】

（第４項）前記第２ダクトに設けられ、該第２ダクトの外部から該第２ダクトの中に空気を取り込むための開閉部を含む。

【0053】

第４項に記載の脱脂炉によれば、開閉部によって外部から第２ダクトの中に外気を入れることができ、ガスの温度を下げて凝縮しやすくなっている。

【0054】

（第５項）前記凝縮器でガスが凝縮されたときに生じる液体を使用して飽和蒸気を生成する飽和蒸気生成装置と、前記飽和蒸気を過熱し、炉本体に入れる過熱蒸気を生成する過熱器とを含む。

【0055】

第５項に記載の脱脂炉によれば、凝縮で生じた液体を再び過熱蒸気の生成に利用することで、液体を循環させることができ、環境負荷を小さくできる。

【0056】

（第６項）前記凝縮器が配管を備え、該配管に凝縮器でガスが凝縮されたときに生じる液体が流れる。

【0057】

第６項に記載の脱脂炉によれば、凝縮器で生じた液体を凝縮器の配管で流すことで、環境負荷を小さくできる。

【0058】

（第７項）前記凝縮器でガスが凝縮されたときに生じる液体を溜めるタンクを備える。

【0059】

第７項に記載の脱脂炉によれば、凝縮によって生じた液体をタンクに溜めることができ、溜めた液体を種々利用することができる。

【0060】

その他、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。説明した各実施形態は独立したものではなく、当業者の知識に基づき適宜組み合わせて実施できるものである。

【産業上の利用可能性】

【0061】

本発明によれば、排気されるガスの負荷を低減した脱脂炉を提供することができる。

【符号の説明】

【0062】

１０：脱脂炉
１２：被脱脂物
１４：炉本体
１８：飽和蒸気発生装置
２０：過熱器
２２：炉本体の内部空間
２４：棚
２６：供給口
２８：排気口
３０、３２：配管
３６：温度計
３８：制御装置
４０：燃焼器
４２：断熱体
４４：通路
４６：ダクト
４８：燃焼器の排気口
５０、５２、５４：ダクト
５６：凝縮器
５８：ファン
６０、６２：配管
６４：第１ダクトの外面と第２ダクトの内面の間は隙間
６６：タンク
６８：パイプ
７０：開閉部
７２：排気口

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】