JP2013032894A

JP2013032894A - 熱処理炉

Info

Publication number: JP2013032894A
Application number: JP2011169858A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Masunaga; 和也益永; Takahiro Sugauchi; 崇博須河内
Original assignee: SHOWA Manufacturing CO Ltd; Showa Manufacturing Co Ltd
Current assignee: SHOWA Manufacturing CO Ltd; Showa Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2011-08-03
Filing date: 2011-08-03
Publication date: 2013-02-14

Abstract

【課題】可及的安価な構成で、且つ、吸気した清浄な空気を熱効率よく加温することのできる熱処理炉を提供する。
【解決手段】炉内に設けた加熱室３の空気を炉外へ排気しつつ、清浄な空気を前記加熱室に供給１２して同加熱室内を換気する熱処理炉において、前記加熱室に面する炉壁内に前記加熱室の空気を排気するための流路５を形成し、同流路を経た排気との熱交換によって加温した前記清浄な空気を前記加熱室に供給することとした。また、前記排気と前記清浄な空気との熱交換を行う熱交換器２５を前記炉内に設けたこと、前記清浄な空気を前記熱交換器に導く配管２６の少なくとも一部を前記炉内に配設したこと、前記炉内に前記加熱室を多段状に複数設け、各加熱室からの排気を前記流路に集合させたことにも特徴を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、熱処理炉に関するものである。

従来、フラットパネルディスプレイ用（LCD、PDP、有機EL用等）のガラス基板などの焼成や乾燥を行うために、熱処理炉が用いられている。

このような熱処理炉の内部には、加熱用のヒータが配設された加熱室が形成されており、ヒータから放射される熱により、ガラス基板を加熱するよう構成している。

このとき、加熱室内には、加熱されたガラス基板から発生する塗膜昇華物や水分などの夾雑物が漂う。

そこで、これら夾雑物がガラス基板に再付着するのを防止するために、加熱室内の空気を炉外へ排気しつつ、フィルター等を介して得られる清浄な空気を加熱室内に供給して換気するよう構成している。（例えば、特許文献１を参照。）。

特開２００４−１４４３３８号公報

しかしながら、上記従来の熱処理炉は、室温状態の清浄な空気をヒータによって所定の温度（例えば、230℃）にまで昇温する必要があり、加熱室内の換気に伴って清浄な空気を加熱する為の大きなエネルギーが必要となっていた。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、可及的安価な構成で、且つ、加熱室内に供給する清浄な空気を熱効率良く加温することのできる熱処理炉を提供する。

上記従来の課題を解決するために、請求項１に記載の熱処理炉では、炉内に設けた加熱室の空気を炉外へ排気しつつ、清浄な空気を前記加熱室に供給して同加熱室内を換気する熱処理炉において、前記加熱室に面する炉壁内に前記加熱室の空気を排気するための流路を形成し、同流路を経た排気との熱交換によって加温した前記清浄な空気を前記加熱室に供給することとした。

また、請求項２に記載の熱処理炉では、請求項１に記載の熱処理炉において、前記排気と前記清浄な空気との熱交換を行う熱交換器を前記炉内に設けたことに特徴を有する。

また、請求項３に記載の熱処理炉では、請求項２に記載の熱処理炉において、前記清浄な空気を前記熱交換器に導く配管の少なくとも一部を前記炉内に配設したことを特徴とする。

また、請求項４に記載の熱処理炉では、請求項１〜３いずれか１項に記載の熱処理炉において、前記炉内に前記加熱室を多段状に複数設け、各加熱室からの排気を前記流路に集合させたことに特徴を有する。

請求項１に記載の熱処理炉では、炉内に設けた加熱室の空気を炉外へ排気しつつ、清浄な空気を前記加熱室に供給して同加熱室内を換気する熱処理炉において、前記加熱室に面する炉壁内に前記加熱室の空気を排気するための流路を形成し、同流路を経た排気との熱交換によって加温した前記清浄な空気を前記加熱室に供給することとしたため、可及的安価な構成で、しかも吸気した清浄な空気を熱効率よく加温することのできる熱処理炉を提供することができる。

また、請求項２に記載の熱処理炉では、前記排気と前記清浄な空気との熱交換を行う熱交換器を前記炉内に設けたため、排気が熱交換器に至るまでの熱ロスを可及的に防止して、吸気した清浄な空気をさらに熱効率良く加温することができる。

また、請求項３に記載の熱処理炉では、前記清浄な空気を前記熱交換器に導く配管の少なくとも一部を前記炉内に配設したため、清浄な空気が熱交換器に至るまでの間にも加温を行うことができ、吸気した清浄な空気をさらに熱効率良く加温することができる。

また、請求項４に記載の熱処理炉では、前記炉内に前記加熱室を多段状に複数設け、各加熱室からの排気を前記流路に集合させたため、各加熱室からの排気の熱を、同加熱室に給気するための清浄な空気の加温に可及的に効率良く用いることができる。

本実施形態に係る熱処理炉の側断面を示した模式図である。図１におけるＸ−Ｘ断面を示した模式図である。加熱室の構造を上方からの視点で示した説明図である。加熱室の基板出入口近傍を示した説明図である。排気吸引管、排気主管及び熱交換器の連結構造を示した説明図である。変形例に係る熱処理炉の構成を示した模式図である。変形例に係る熱処理炉の排気吸引管、排気主管及び熱交換器の連結構造を示した説明図である。

本実施形態に係る熱処理炉は、炉内に設けた加熱室の空気を炉外へ排気しつつ、清浄な空気（以下、「浄化エア」ともいう。）を前記加熱室に供給して同加熱室内を換気する熱処理炉において、加熱室に面する炉壁内に加熱室の空気を排気するための流路を形成し、同流路を経た排気との熱交換によって加温した浄化エアを加熱室に供給することを特徴とするものである。

上記構成の熱処理炉は、夾雑物の付着が品質に多大な影響を及ぼすフラットパネルディスプレイなどに用いられるガラス基板の熱処理炉として好適であり、本明細書では、以下、ガラス基板を被加熱物の一例として説明する。

本実施形態に係る熱処理炉によれば、比較的高温の排気と、加熱室に給気する浄化エアとを熱交換することにより浄化エアを加温することとしているため、排気が有する熱エネルギーを無駄にすることなく、熱効率良く浄化エアを加温することができる。

しかも、加熱室に面する炉壁内に形成した流路を通気させた排気によって熱交換を行うため、排気が有する熱エネルギーを熱交換前に炉外雰囲気中へ拡散させてしまうことを防止することができ、熱ロスを飛躍的に低減させることができる。

また、排気と浄化エアとの熱交換を行う熱交換器は、炉内に設けるようにしても良い。

このような構成とすることにより、排気が熱交換器に至るまでの熱ロスを可及的に防止して、浄化エアをさらに熱効率良く加温することが可能となる。

またこの際、浄化エアを前記熱交換器に導く配管の少なくとも一部を炉内に配設することにより、浄化エアを熱交換器に至らせる過程において、炉内の熱で予備的に加熱を行うことができ、加熱室に給気する浄化エアをさらに熱効率良く加温することができる。

ところで、熱処理炉内に形成される加熱室は、多段状に複数設けるようにしても良い。このとき、各加熱室からの排気を、炉壁内に形成した流路に集合させて熱交換器へ送ることにより、複数枚のガラス基板（被加熱物）に対して熱処理を行いつつ、加熱室に給気する浄化エアを熱効率良く加温することができる。

以下、本実施形態に係る熱処理炉について、図面を参照しながら説明する。

図１は本実施形態に係る熱処理炉Ａの側断面を示した模式図であり、図２は図１におけるＸ−Ｘ断面を示した模式図である。

図１および図２に示すように、本実施形態に係る熱処理炉Ａは、炉壁１で囲われた炉体２の内部に、ガラス基板Ｇを加熱するための加熱室３を上下方向に複数段備えている。

また、熱処理炉Ａには、図２に示すように、浄化エア供給流路４と、排気流路５とが備えられており、加熱室３の内部を換気可能に構成している。

浄化エア供給流路４は、図示しないフィルタ等によって浄化された清浄な圧搾空気を昇温させて各加熱室３内に導入する流路であり、後にそれぞれ説明するが、浄化エア導入管２６と、熱交換器２５内に形成された浄化エア用の流路の一部（図示せず）と、浄化エア連結管２８と、エア昇温ヒータ３０内に形成された流路の一部（図示せず）と、浄化エア供給主管３１と浄化エア供給管１２とで構成している。

また、排気流路５は、ガラス基板Ｇの加熱によって発生した塗膜昇華物や水分などの夾雑物を含む加熱室３内の空気を排気するための流路であり、排気吸引管１３と、排気主管４０と、排気回収管４２と第１排気接続管４３と、熱交換器２５内に形成された排気用の流路の一部（図示せず）と、第２排気接続管４４と、昇華物回収配管８と排気ファン６とで構成している。

排気ファン６は排気流路５の下流終端に設けられており、加熱室３内の空気を排気として強制的に排出するよう構成している。

排気ファン６の上流部位には、昇華物回収装置７が設けられている。この昇華物回収装置７は、昇華物回収配管８の周囲に巻回した冷却配管９に通水することで、昇華物回収配管８の内壁面に夾雑物を固着させ、排気中に含まれる夾雑物を回収するための装置である。

加熱室３は、図１にも示すように、上下に配置された面ヒータ１０と、ガラス基板Ｇを載置するための載置部１１と、浄化エア供給管１２（図２参照）とが備えられている。換言すれば、炉体２内部において面ヒータ１０に上下を挟まれた空間に載置部１１を形成し、浄化エア供給管１２を配設することで加熱室３を構成している。

面ヒータ１０は、ステンレス製の薄膜をエッチングして形成した直線状や波状の配線パターンを熱硬化性樹脂でサンドイッチ状に挟んで面状に形成したものであり、図示しない配線により、同面ヒータ１０の所定位置に形成された端子に通電することで発熱し、加熱室３内を加熱するよう構成している。

載置部１１は、図１および図２に示すように、炉体２の左右方向に伸延する断面視矩形状の梁体１７を奥行き方向に所定間隔をあけながら複数配置するとともに、各梁体１７上に所定間隔をあけてガラス基板Ｇを支持するための支持体１４を配置して構成している。

また、各加熱室３内の前面部１８側及び後面部１９側には排気吸引管１３が配設されており、その中空内部を加熱室３内より吸引した空気を流通させる吸引路１５としている。

具体的には、図３及び図４に示すように、排気吸引管１３の上面には、吸引路１５に連通する吸引口１６が穿設されており、この吸引口１６より吸引された加熱室３内の空気は、吸引路１５を経て排気されることとなる。

支持体１４は、図１及び図２に示すように、外観視略円錐形に形成されており、梁体１７上にその伸延方向に沿って所定間隔をあけて配置されている。ガラス基板Ｇは、各梁体１７上に複数配置された支持体１４の先端部上に載置されることとなる。ガラス基板Ｇをこのように支持体１４の先端で点で支えることにより、面ヒータ１０から発せられる輻射熱が当たらない領域を可及的に減らすことができ、ガラス基板Ｇを満遍なく加熱することができる。

また、各加熱室３には、図１及び図４に示すように、炉体２の前面部１８側に向けて開口させて形成した基板出入口２０が設けられている。

このそれぞれの基板出入口２０には、炉体２の左右方向に軸線を向けた支軸２２が前面部１８に配置されている。

そして、この支軸２２には、各基板出入口２０を閉塞可能な板体２３がそれぞれ軸支されており、同板体２３を支軸２２の軸線周りに揺動させることによって基板出入口２０を開閉可能としている。

また、図１に示すように、炉体２内部の最も下に配設した面ヒータ１０（以下、最下段面ヒータ１０ａという。）の更に下方には、最下段面ヒータ１０ａにて発せられた熱が炉体２の底壁１ａへ伝導するのを緩和するための下部離隔スペース２４が設けられており、同様に、炉体２内部の最も上に配設した面ヒータ１０（以下、最上段面ヒータ１０ｂという。）の更に上方には、最上段面ヒータ１０ｂにて発せられた熱が炉体２の天井壁１ｂへ伝導するのを緩和するための上部離隔スペース２７が設けられている。

これらの離隔スペースのうち、下部離隔スペース２４内には、清浄な空気と排気とを熱交換する熱交換器２５が設けられている。

熱交換器２５には、一端を図示しないエアフィルタ及びエアコンプレッサに接続した浄化エア導入管２６が配設されており、清浄な圧搾空気（浄化エア）を熱交換器２５内に導入可能としている。特に、この浄化エア導入管２６は、浄化エアを熱交換器２５に導く配管として機能するものであり、本実施形態では熱交換器２５との接続部近傍を炉内に配置した炉内配設部２６ａとしている。浄化エア導入管２６は金属など熱伝導性の良好な素材にて構成しており、炉内配設部２６ａは、浄化エア導入管２６の周囲に断熱材等を巻回することなく、内部を流通する浄化エアに下部離隔スペース２４の熱が伝わりやすいよう構成している。

また、熱交換器２５は、排気流路５の中途に介設された状態としており、この排気の熱で浄化エア導入管２６より供給される浄化エアを熱交換により予備加熱するよう構成している。

熱交換器２５により予備加熱された浄化エアは、次に、浄化エア連結管２８を介してエア昇温ヒータ３０に至る。このエア昇温ヒータ３０の内部には、通電により発熱する発熱体（図示せず）が内蔵されており、同発熱体により浄化エアを所定の目標温度まで加熱可能に構成している。

このエア昇温ヒータ３０の出口には、各加熱室３内に配置された浄化エア供給管１２に連通する浄化エア供給主管３１が連結されており、エア昇温ヒータ３０にて昇温された浄化エアは、この浄化エア供給主管３１を介して各浄化エア供給管１２に至る。

各浄化エア供給管１２には、図３に示すように複数の吹出口３２が形成されている。そして、浄化エア供給管１２に至った浄化エアは、加熱室３内に吹き出されることとなる。

このようにして、加熱室３に昇温された浄化エアが供給される。

また、各加熱室３の前面部１８側及び後面部１９側に配設された排気吸引管１３は、図３に示すように、排気流路５の一部を構成する排気主管４０に接続されている。

したがって、排気流路５の端部に設けられた排気ファン６の駆動により、加熱室内の空気が吸引口１６を介して吸引路１５に吸い込まれることとなる。

吸引路１５に吸い込まれた空気は、図５において破線矢印で示すように、排気吸引管１３の左右端部に接続された上下方向に伸延する排気主管４０に至る。すなわち、各加熱室３に設けられた排気吸引管１３は、いずれの端部も排気主管４０に連通する状態で同様に接続されており、吸い込まれた空気は、それぞれ排気主管４０に集合することとなる。なお、図５は、排気流路５の構成を示した説明図であり、浄化エア供給流路４や加熱室３など、その他の構成については理解を容易とするために省略している。

ここで、本熱処理炉Ａに特徴的には、排気主管４０は、図３に示すように、加熱室３に面する炉壁１内、本実施形態では側壁４１内に形成している。この側壁４１は、加熱室３の熱によって高温となっており、この排気主管４０を流れる排気は高温を保持したまま流れることとなる。

これは、排気主管４０を炉外に設けた場合に比して、排気温度の低下を防止することができる。

排気主管４０の下端部には、図５に示すように、水平方向（前後方向）に伸延する排気回収管４２が接続されており、この排気回収管４２に至った排気は、第１排気接続管４３を経て熱交換器２５に至る。

熱交換器２５の内部では、排気流路５により送気されてきた排気と、浄化エア供給流路４により供給される清浄な空気との間で熱交換が行われる。このとき、排気は先に述べたように、側壁４１内に配設した排気主管４０を通じて高温を保つようにしているため、熱交換器２５に比較的高温の排気を導入させることができ、できるだけ多い熱エネルギーを浄化エアに付与して、効率良く熱交換を行わせることができる。

また、熱交換器２５は炉内に設けているため、熱交換器２５全体が加熱されており、熱交換器２５を炉外に設けた場合に比して効率良く浄化エアの加熱を行うことができる。

特に、熱交換器２５は、熱処理炉Ａの構造上必要な下部離隔スペース２４内に設けているため（図１及び図２参照）、下部離隔スペース２４本来の目的を保ちつつ、浄化エアを熱効率良く加温させることができる。

また、浄化エア導入管２６は、図２に示したように、その一部を炉内に配置して構成した炉内配設部２６ａを備えている。したがって、浄化エアは、炉内の熱交換器２５に至るまでの部分においても、加熱された浄化エア導入管２６によって予備的に加温されることとなり、熱交換器２５での目標温度やヒータでの目標温度とするのに要するエネルギーを少なくすることができ、安価な構成でしかも効率的に浄化エアを加温することができる。

次に、変形例に係る熱処理炉Ｂについて図６及び図７を参照しながら説明する。本変形例に係る熱処理炉Ｂは、より多くのガラス基板Ｇを熱処理するために、前述の熱処理炉Ａと略同様の構成とした上下２台の熱処理炉（下側熱処理炉Ｂ１及び上側熱処理炉Ｂ２）を連結した構成としている。なお、以下の変形例の説明では、前述の熱処理炉Ａと同様の構成については同じ符号を付して説明を省略する。また、紙面の関係上、下側熱処理炉Ｂ１で４枚、上側熱処理炉Ｂ２で４枚の計８枚のガラス基板Ｇを処理するよう構成しているが、より多くのガラス基板Ｇ（例えば、上下熱処理炉のそれぞれで１０枚ずつ、計２０枚）を処理可能に構成しても良い。

図６に示すように、熱処理炉Ｂにおいて下側熱処理炉Ｂ１は、前述の熱処理炉Ａと略同様の構成としている。また、上側熱処理炉Ｂ２は、下側熱処理炉Ｂ１の上部に載置している。

ここで、下側熱処理炉Ｂ１の上部壁５１ｂと、上側熱処理炉Ｂ２の下部壁５１ａは、相互の熱伝導の効率化や軽量化の理由から、他の炉壁１に比して薄手に形成しており、また、下側熱処理炉Ｂ１の上部離隔スペース２７及び上側熱処理炉Ｂ２の下部離隔スペース２４の高さも小さくしている。

このように、上下２段とした熱処理炉Ｂでは、上側熱処理炉Ｂ２の下部離隔スペース２４が狭隘であるため、熱交換器２５を配置することが困難であり、また、上下熱処理炉Ｂ１及びＢ２間の熱伝導の観点からも良好とは言い難い。

そこで、熱処理炉Ｂでは、図６及び図７に示すように、上側熱処理炉Ｂ２の熱交換器２５を、同上側熱処理炉Ｂ２の最上段面ヒータ１０ｂ上方に形成した上部離隔スペース５０に配置している。

この上部離隔スペース５０は、前述の熱処理炉Ａの下部離隔スペース２４と同様、最上段面ヒータ１０ｂにて発せられた熱が炉体２の天井壁１ｂへ伝導するのを防止するためのスペースである。

このような構成を有する熱処理炉Ｂによれば、ガラス基板Ｇの枚数が増えて、換気量が増えた場合であっても、上下熱処理炉Ｂ１及びＢ２の相互の熱伝導の効率化や軽量化を図りながらも、可及的安価な構成で、加熱室３に供給する浄化エアを熱効率良く加温することができる。

上述してきたように、本実施形態に係る熱処理炉Ａ及びＢによれば、炉内に設けた加熱室３の空気を炉外へ排気しつつ、清浄な空気を前記加熱室３に供給して同加熱室３内を換気する熱処理炉において、前記加熱室３に面する炉壁１（例えば、側壁４１）内に前記加熱室３の空気を排気するための流路５（例えば、排気主管４０）を形成し、同流路を経た排気との熱交換によって加温した前記清浄な空気を前記加熱室３に供給することとしたため、可及的安価な構成で、吸気した清浄な空気を熱効率良く加温することができる。

また、前記排気と前記清浄な空気との熱交換を行う熱交換器（例えば、熱交換器２５）を前記炉内（例えば、下部離隔スペース２４や上部離隔スペース５０）に設けたため、排気が熱交換器に至るまでの熱ロスを可及的に防止して、吸気した清浄な空気をさらに熱効率良く加温することができる。

また、前記清浄な空気を前記熱交換器に導く配管の少なくとも一部を前記炉内に配設（例えば、浄化エア導入管２６の炉内配設部２６ａ）したため、清浄な空気が熱交換器に至るまでの間にも加温を行うことができ、吸気した清浄な空気をさらに熱効率良く加温することができる。

また、前記炉内に前記加熱室を多段状に複数設け、各加熱室からの排気を前記流路に集合させた（例えば、各加熱室３の吸引路１５及び排気主管４０）こととしたため、各加熱室からの排気の熱を可及的に効率よく吸気した清浄な空気の加温に用いることができる。

最後に、上述した各実施の形態の説明は本発明の一例であり、本発明は上述の実施の形態に限定されることはない。このため、上述した各実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。

１炉壁
２炉体
３加熱室
４清浄な空気供給流路
５排気流路
１０面ヒータ
１２加熱清浄な空気供給管
２４下部離隔スペース
２５熱交換器
２６ａ炉内配設部
４０排気主管
４１側壁
５０上部離隔スペース
Ａ熱処理炉
Ｂ熱処理炉
Ｇガラス基板

Claims

炉内に設けた加熱室の空気を炉外へ排気しつつ、清浄な空気を前記加熱室に供給して同加熱室内を換気する熱処理炉において、
前記加熱室に面する炉壁内に前記加熱室の空気を排気するための流路を形成し、同流路を経た排気との熱交換によって加温した前記清浄な空気を前記加熱室に供給することを特徴とする熱処理炉。
前記排気と前記清浄な空気との熱交換を行う熱交換器を前記炉内に設けたことを特徴とする請求項１に記載の熱処理炉。
前記清浄な空気を前記熱交換器に導く配管の少なくとも一部を前記炉内に配設したことを特徴とする請求項２に記載の熱処理炉。
前記炉内に前記加熱室を多段状に複数設け、各加熱室からの排気を前記流路に集合させたことを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載の熱処理炉。