JP6799173B2

JP6799173B2 - 浸炭装置

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Publication number: JP6799173B2
Application number: JP2019550994A
Authority: JP
Inventors: 勝俣　和彦; 和彦勝俣
Original assignee: IHI Corp; IHI Machinery and Furnace Co Ltd
Current assignee: IHI Corp; IHI Machinery and Furnace Co Ltd
Priority date: 2017-11-06
Filing date: 2018-10-12
Publication date: 2020-12-09
Anticipated expiration: 2038-10-12
Also published as: JPWO2019087732A1; CN209039565U; WO2019087732A1

Description

本開示は、浸炭装置に関する。
本願は、２０１７年１１月６日に日本に出願された特願２０１７−２１３９０３号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

下記特許文献１には、浸炭装置におけるバーンアウトについて記載されている。浸炭装置で被処理物に浸炭処理を行った場合に浸炭ガスに起因する炭素分（つまり煤）が浸炭装置の内部に付着するが、バーンアウトは、浸炭装置内に空気を導入することにより浸炭装置内のヒータ等に付着した炭素（煤）を燃焼させて除去する処理である。なお、このようなバーンアウトについては、特許文献２にも開示されている。

日本国特許第５８３０５８６号公報日本国特開２００７−１３１９３６号公報

ところで、バーンアウトは、浸炭装置を用いた被処理物への浸炭処理の合間に行われるので、浸炭装置の稼働効率が低下する要因であり、また高温に発熱するヒータを痛める可能性がある行為でもある。浸炭装置のヒータが損傷した場合には発熱効率が低下するので、所定の電力を通電しても浸炭温度を所望温度に設定することができない。浸炭装置には、通常複数のヒータが設けられるが、ヒータの損傷は、浸炭装置の装置性能を維持する上で極めて重要な課題である。

本開示は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、浸炭装置におけるヒータの損傷を抑制することを目的とするものである。

本開示の一態様の浸炭装置は、被処理物を収容する炉体と、前記炉体内に水平方向に延在する複数のヒータと、前記複数のヒータを各々覆う複数の保護部材と、前記ヒータの両端部に各々設けられ、前記ヒータを支持する支持部と、前記炉体内に浸炭ガスを供給する浸炭ガス供給部と、前記ヒータと前記保護部材との隙間にバーンアウト用の空気を供給する空気供給部とを備え、前記支持部は、前記ヒータの端部を間接的に冷却する。

上記一態様の浸炭装置において、前記支持部は、前記ヒータの前記端部に当接する受部材と、前記受部材を前記炉体に固定する支持プレートと、を備え、前記支持プレートを冷却することにより前記ヒータの前記端部を間接的に冷却してもよい。

上記一態様の浸炭装置において、前記支持部は、前記ヒータの前記端部の近傍に設けられると共に冷却液が流通する冷媒流路を備えていてもよい。

上記一態様の浸炭装置において、前記複数のヒータは、前記被処理物を挟むように上下２段に設けられていてもよい。

上記一態様の浸炭装置において、前記冷却液の流量を各段毎に調節する冷却液供給部をさらに備えていてもよい。

本開示によれば、浸炭装置におけるヒータの損傷を抑制することが可能である。

本開示の一実施形態に係る浸炭装置の正断面図である。本開示の一実施形態における上電極部の側断面電図である。本開示の一実施形態における上電極部の上断面図である。本開示の一実施形態における下電極部の側断面電図である。本開示の一実施形態における下電極部の上断面図である。

以下、図面を参照して、本開示の一実施形態について説明する。
本実施形態に係る浸炭装置Ａは、図１に示すように、炉体１、断熱容器２、炉床３、複数のヒータユニット４、上電極部５、上アース部６、下電極部７、下アース部８、浸炭ガス管９、排気管１０、空気供給部１１、ガス回収部１２、浸炭ガス供給部１３及び冷却液供給部１４等を備えている。なお、これら構成要素のうち、上電極部５、上アース部６、下電極部７及び下アース部８は、本開示の支持部に相当する。

浸炭装置Ａは、浸炭室Ｐに収容された被処理物Ｘに浸炭処理を施す。すなわち、浸炭装置Ａは、被処理物Ｘを１０００℃近い温度まで加熱すると共に浸炭室Ｐを浸炭ガス雰囲気とすることによって被処理物Ｘの表面に炭素（炭素原子）を浸入させ、以って所定深さの浸炭層を形成する。なお、浸炭装置Ａの処理対象である被処理物Ｘは、浸炭層によって表面硬度が上昇する金属部品である。

炉体１は、略直方体形状の本体容器（金属製容器）であり、一側面（図１における手前側の面）に開閉ドア（図示略）が設けられている。炉体１は、電気的に接地（アース）されている。断熱容器２は、炉体１内に設けられた略直方体形状の断熱性を有する容器であり、所定の断熱材（例えばセラミックス材）から形成されている。断熱容器２の内部空間（略直方体空間）は、被処理物Ｘを収容する浸炭室Ｐである。炉床３は、被処理物Ｘが載置される載置台であり、断熱容器２の内側かつ下部に備えられている。炉床３は、アルミナ等のセラミックス材（断熱材）から形成されている。

また、上述した開閉ドアの内側には、断熱容器２の一側面を形成する断熱板が設けられている。すなわち、断熱容器２は、開閉ドアの内側に設けられた開閉自在な断熱板と固定設置された５つの断熱板とから構成されている。浸炭装置Ａでは、図１の手前側に設けられた開閉ドアを開けることにより被処理物Ｘを浸炭室Ｐに収容する。

ここで、図１における左右方向は浸炭装置Ａつまり炉体１及び断熱容器２の幅方向であり、図１における上下方向は浸炭装置Ａの高さ方向であり、また図１における左右方向及び上下方向に直交する方向は浸炭装置Ａの奥行方向である。

複数のヒータユニット４は、所定長さを有すると共に水平方向に延在する棒状部材であり、被処理物Ｘを鉛直方向に挟むように上下に配置されている。すなわち、複数のヒータユニット４は、図１に示すように軸線方向を浸炭装置Ａ（炉体１及び断熱容器２）の幅方向とした姿勢で断熱容器２内の上部及び下部に備えられている。ヒータユニット４は、図２Ａ、２Ｂ及び図３Ａ、３Ｂに示されているように、浸炭装置Ａ（炉体１及び断熱容器２）の奥行方向に所定間隔を空けて設けられている。

また、ヒータユニット４は、図２Ａ、２Ｂに示すように断熱容器２内の上部（浸炭室Ｐの上部）の奥行き方向に７本設けられ、また図３Ａ、３Ｂに示すように断熱容器２内の下部の奥行き方向に同じく７本設けられている。すなわち、複数のヒータユニット４は、被処理物Ｘを挟むように上下２段に設けられている。

浸炭室Ｐの上部に設けられた７本のヒータユニット４は、上部ヒータユニット４Ａである。上部ヒータユニット４Ａは、第１端（左端）が上電極部５によって支持され、第２端（右端）が上アース部６によって支持されている。浸炭室Ｐの下部に設けられた７本のヒータユニット４は、下部ヒータユニット４Ｂである。下部ヒータユニット４Ｂは、第１端（左端）が下電極部７によって支持され、第２端（右端）が下アース部８によって支持されている。

ヒータユニット４（上部ヒータユニット４Ａ及び下部ヒータユニット４Ｂ）は、各々にヒータ本体４ａ及び保護管４ｂを備えている。ヒータ本体４ａは、上電極部５あるいは下電極部７側に位置する第１端が電源に接続され、また上アース部６あるいは下アース部８側に位置する第２端が接地されている。ヒータ本体４ａは、電源から第１端への通電によって発熱する円柱状の電気ヒータ（抵抗発熱体）であり、例えばセラミックス製のセラミックスヒータあるいはグラファイト製のグラファイトヒータである。なお、ヒータ本体４ａは本開示のヒータに相当し、保護管４ｂは本開示の保護部材に相当する。

保護管４ｂは、ヒータ本体４ａの直径よりも大きな内径を有するセラミックス製の円管状部材（直管）であり、ヒータ本体４ａを覆うように設けられている。保護管４ｂの内面とヒータ本体４ａの表面とは、同心状かつ所定間隔を空けて互いに平行に対峙する円環状面と円柱状面とである。なお、詳細については後述するが、保護管４ｂの内面とヒータ本体４ａの表面との隙間には、バーンアウト用の圧縮空気Ｋが流通する。

上電極部５は、上部ヒータユニット４Ａの第１端（左端）を機械的に支持する構造体である。上電極部５は、図１及び図２Ａ、２Ｂに示すように炉体１の左上部に、７つの上部ヒータユニット４Ａの第１端（左端）を全体として覆うように設けられている。上電極部５は、囲い部材５ａ、第１プレート５ｂ、第２プレート５ｃ、７つの支持プレート５ｄ及び７つの受部材５ｅ等を備えている。

囲い部材５ａは、第１面（右側面）が解放された略直方体状の金属部材である。囲い部材５ａは、７つの上部ヒータユニット４Ａの第１端（左端）を全体として囲むように炉体１の左上部に設けられている。第１プレート５ｂは、保護管４ｂが挿通する開口（丸穴）が形成され、囲い部材５ａの第１面を密閉するように設けられた金属板である。第１プレート５ｂの周縁は囲い部材５ａの第１面を密閉するように囲い部材５ａに溶接固定され、第１プレート５ｂの開口の周縁は保護管４ｂに全周溶接されている。

第２プレート５ｃは、第１プレート５ｂと同様に保護管４ｂが挿通する開口（丸穴）が形成され、囲い部材５ａの内部に第１プレート５ｂと所定距離を隔てて互いに平行に対峙するように設けられた金属板である。第２プレート５ｃの周縁は囲い部材５ａに溶接固定され、第２プレート５ｃの開口の周縁は保護管４ｂに全周溶接されている。

すなわち、囲い部材５ａ、保護管４ｂ、第１プレート５ｂ及び第２プレート５ｃによって囲まれた空間は、冷却液Ｒが流れる冷媒流路５ｆ（密閉空間）を形成している。また、囲い部材５ａと第２プレート５ｃとによって囲まれた空間は、略密閉空間であり、空気供給部１１からバーンアウト用の圧縮空気Ｋが供給される空気供給室Ｓ１である。

７つの支持プレート５ｄは、各上部ヒータユニット４Ａつまり上部ヒータユニット４Ａの各ヒータ本体４ａに対応して設けられている。支持プレート５ｄは、第２プレート５ｃの外側面（左面）に垂直姿勢で溶接固定される第１面と、第１面に直交する第２面（水平面）とを有する屈曲板（Ｌ字状金属板）である。支持プレート５ｄの第２面（水平面）上には、受部材５ｅがそれぞれ設置されている。すなわち、支持プレート５ｄの第２面（水平面）は、受部材５ｅの設置面である。

受部材５ｅは、上部ヒータユニット４Ａの各ヒータ本体４ａに対応して設けられている絶縁部材である。受部材５ｅは、上部ヒータユニット４Ａの各ヒータ本体４ａの第１端（左端）に当接することにより各ヒータ本体４ａの荷重を受ける。受部材５ｅは、図２Ａに示すように上部にＶ字状の溝が形成された略直方体状の成形体であり、このＶ字状の溝に上部ヒータユニット４Ａの各ヒータ本体４ａの第１端（左端）が係合した状態で載置されている。すなわち、各ヒータ本体４ａの第１端（左端）は、上電極部５によって炉体１に支持されている。

上アース部６は、上部ヒータユニット４Ａの第２端（右端）を支持する構造体である。上アース部６は、図１に示すように炉体１の右上部に、７つの上部ヒータユニット４Ａの第２端（右端）を全体として覆うように設けられている。上アース部６は、囲い部材６ａ、第１プレート６ｂ、第２プレート６ｃ、７つの支持プレート６ｄ及び７つの受部材６ｅ等を備えている。

囲い部材６ａは、第１面（左側面）が解放された略直方体状の金属部材である。囲い部材６ａは、７つの上部ヒータユニット４Ａの第２端（右端）を全体として囲むように炉体１の右上部に設けられている。第１プレート６ｂは、保護管４ｂが挿通する開口（丸穴）が形成され、囲い部材６ａの第１面を密閉するように設けられた金属板である。第１プレート６ｂの周縁は囲い部材６ａの第１面を密閉するように囲い部材６ａに溶接固定され、第１プレート６ｂの開口の周縁は保護管４ｂに全周溶接されている。

第２プレート６ｃは、保護管４ｂが挿通する開口（丸穴）が形成され、囲い部材６ａの内部に第１プレート６ｂと所定距離を隔てて互いに平行に対峙するように設けられた金属板である。第２プレート６ｃの周縁は囲い部材６ａに溶接固定され、第２プレート６ｃの開口の周縁は保護管４ｂに全周溶接されている。

すなわち、囲い部材６ａ、保護管４ｂ、第１プレート６ｂ及び第２プレート６ｃによって囲まれた空間は、冷却液Ｒが流れる冷媒流路６ｆ（密閉空間）を形成している。また、囲い部材６ａと第２プレート６ｃとによって囲まれた空間は、略密閉空間であり、合計７つ存在する保護管４ｂとヒータ本体４ａとの各隙間からバーンアウトガスを回収するガス回収室Ｃ１である。

７つの支持プレート６ｄは、各上部ヒータユニット４Ａつまり上部ヒータユニット４Ａの各ヒータ本体４ａに対応して設けられている。支持プレート６ｄは、第２プレート６ｃの外側面（右面）に垂直姿勢で固定される第１面と、第１面に直交する第２面（水平面）とを有する屈曲板（Ｌ字状板材）である。支持プレート６ｄの第２面（水平面）上には、受部材６ｅがそれぞれ載置されている。すなわち、支持プレート６ｄの第２面（水平面）は、受部材６ｅの設置面である。

受部材６ｅは、上部ヒータユニット４Ａの各ヒータ本体４ａに対応して設けられている絶縁材である。受部材６ｅは、上部ヒータユニット４Ａの各ヒータ本体４ａの第２端（右端）に当接することにより各ヒータ本体４ａの荷重を受ける。受部材６ｅは、受部材５ｅと同様に、上部にＶ字状の溝が形成された略直方体状の成形体であり、このＶ字状の溝に上部ヒータユニット４Ａの各ヒータ本体４ａの第２端（右端）が係合した状態で載置されている。すなわち、各ヒータ本体４ａの第２端（右端）は、上アース部６によって炉体１に支持されている。

下電極部７は、下部ヒータユニット４Ｂの第１端（左端）を支持する構造体である。下電極部７は、図１及び図３Ａ、３Ｂに示すように炉体１の左下部に、７つの下部ヒータユニット４Ｂの第１端（左端）を全体として覆うように設けられている。下電極部７は、囲い部材７ａ、第１プレート７ｂ、第２プレート７ｃ、７つの支持プレート７ｄ及び７つの受部材７ｅ等を備えている。

囲い部材７ａは、第１面（右側面）が解放された略直方体状の金属部材である。囲い部材７ａは、７つの下部ヒータユニット４Ｂの第１端（左端）を全体として囲むように炉体１の左下部に設けられている。第１プレート７ｂは、保護管４ｂが挿通する開口（丸穴）が形成され、囲い部材７ａの第１面を密閉するように設けられた金属板である。第１プレート７ｂの周縁は囲い部材７ａの第１面を密閉するように囲い部材７ａに溶接固定され、第１プレート７ｂの開口の周縁は保護管４ｂに全周溶接されている。

第２プレート７ｃは、第１プレート７ｂと同様に保護管４ｂが挿通する開口（丸穴）が形成され、囲い部材７ａの内部に第１プレート７ｂと所定距離を隔てて互いに平行に対峙するように設けられた金属板である。第２プレート７ｃの周縁は囲い部材７ａに溶接固定され、第２プレート７ｃの開口の周縁は保護管４ｂに全周溶接されている。

すなわち、囲い部材７ａ、保護管４ｂ、第１プレート７ｂ及び第２プレート７ｃによって囲まれた空間は、冷却液Ｒが流れる冷媒流路７ｆ（密閉空間）を形成している。また、囲い部材７ａと第２プレート７ｃとによって囲まれた空間は、略密閉空間であり、空気供給部１１からバーンアウト用の圧縮空気Ｋが供給される空気供給室Ｓ２である。

７つの支持プレート７ｄは、各下部ヒータユニット４Ｂつまり下部ヒータユニット４Ｂの各ヒータ本体４ａに対応して設けられている。支持プレート７ｄは、第２プレート７ｃの外側面（左面）に垂直姿勢で溶接固定される第１面と、第１面に直交する第２面（水平面）とを有する屈曲板（Ｌ字状金属板）である。支持プレート７ｄの第２面（水平面）上には、受部材７ｅがそれぞれ設置されている。すなわち、支持プレート７ｄの第２面（水平面）は、受部材７ｅの設置面である。

受部材７ｅは、下部ヒータユニット４Ｂの各ヒータ本体４ａに対応して設けられている絶縁部材である。受部材７ｅは、下部ヒータユニット４Ｂの各ヒータ本体４ａの第１端（左端）に当接することにより各ヒータ本体４ａの荷重を受ける。受部材７ｅは、図３Ａに示すように上部にＶ字状の溝が形成された略直方体状の成形体であり、このＶ字状の溝に下部ヒータユニット４Ｂの各ヒータ本体４ａの第１端（左端）が係合した状態で載置されている。すなわち、各ヒータ本体４ａの第１端（左端）は、下電極部７によって炉体１に支持されている。

下アース部８は、下部ヒータユニット４Ｂの第２端（右端）を支持する構造体である。下アース部８は、図１に示すように炉体１の右下部に、７つの下部ヒータユニット４Ｂの第２端（右端）を全体として覆うように設けられている。下アース部８は、囲い部材８ａ、第１プレート８ｂ、第２プレート８ｃ、７つの支持プレート８ｄ及び７つの受部材８ｅ等を備えている。

囲い部材８ａは、第１面（左側面）が解放された略直方体状の金属部材である。囲い部材８ａは、７つの下部ヒータユニット４Ｂの第２端（右端）を全体として囲むように炉体１の右下部に設けられている。第１プレート８ｂは、保護管４ｂが挿通する開口（丸穴）が形成され、囲い部材８ａの第１面を密閉するように設けられた金属板である。第１プレート８ｂの周縁は囲い部材８ａの第１面を密閉するように囲い部材８ａに溶接固定され、第１プレート８ｂの開口の周縁は保護管４ｂに全周溶接されている。

第２プレート８ｃは、保護管４ｂが挿通する開口（丸穴）が形成され、囲い部材８ａの内部に第１プレート８ｂと所定距離を隔てて互いに平行に対峙するように設けられた金属板である。第２プレート８ｃの周縁は囲い部材８ａに溶接固定され、第２プレート８ｃの開口の周縁は保護管４ｂに全周溶接されている。

すなわち、囲い部材８ａ、保護管４ｂ、第１プレート８ｂ及び第２プレート８ｃによって囲まれた空間は、冷却液Ｒが流れる冷媒流路８ｆ（密閉空間）を形成している。また、囲い部材８ａと第２プレート８ｃとによって囲まれた空間は、略密閉空間であり、合計７つ存在する保護管４ｂとヒータ本体４ａとの各隙間からバーンアウトガスを回収するガス回収室Ｃ２である。

７つの支持プレート８ｄは、各下部ヒータユニット４Ｂつまり下部ヒータユニット４Ｂの各ヒータ本体４ａに対応して設けられている。支持プレート８ｄは、第２プレート８ｃの外側面（右面）に垂直姿勢で固定される第１面と、第１面に直交する第２面（水平面）と、を有する屈曲板（Ｌ字状板材）である。支持プレート８ｄの第２面（水平面）上には、受部材８ｅがそれぞれ載置されている。すなわち、支持プレート８ｄの第２面（水平面）は、受部材８ｅの設置面である。

受部材８ｅは、下部ヒータユニット４Ｂの各ヒータ本体４ａに対応して設けられる絶縁材である。受部材８ｅは、下部ヒータユニット４Ｂの各ヒータ本体４ａの第２端（右端）に当接することにより各ヒータ本体４ａの荷重を受ける。受部材８ｅは、受部材７ｅと同様に、上部にＶ字状の溝が形成された略直方体状の成形体であり、このＶ字状の溝に下部ヒータユニット４Ｂの各ヒータ本体４ａの第２端（右端）が係合した状態で載置されている。すなわち、各ヒータ本体４ａの第２端（右端）は、下アース部８によって炉体１に支持されている。

浸炭ガス管９は、浸炭ガスを浸炭室Ｐ内に導入するための管状部材である。浸炭ガス管９の先端が浸炭室Ｐ内に開口し、浸炭ガス管９の後端が浸炭ガス供給部１３に連通する。浸炭ガス管９は、浸炭ガス供給部１３から供給された所定流量の浸炭ガスを浸炭室Ｐに吐出する。排気管１０は、一端が浸炭室Ｐに開口し、他端が排気装置（図示略）に接続された管状部材である。排気管１０は、浸炭室Ｐ内のガス（浸炭ガスや浸炭ガスが熱分解した熱分解ガス等）を排気装置（真空ポンプ）を介して外部に排気する。

空気供給部１１は、２つの空気供給室Ｓ１，Ｓ２に接続されており、各空気供給室Ｓ１，Ｓ２にバーンアウト用の圧縮空気Ｋを供給する。なお、圧縮空気Ｋは、常圧以上の所定圧に加圧された空気である。ガス回収部１２は、２つのガス回収室Ｃ１，Ｃ２に接続されており、ガス回収室Ｃ１，Ｃ２からバーンアウトガスを回収する。バーンアウトガスは、圧縮空気Ｋに加え、圧縮空気Ｋの一部が保護管４ｂの内面とヒータ本体４ａの表面との隙間に堆積している煤と化学反応して生成される二酸化炭素等を含む混合ガスである。浸炭ガス供給部１３は、浸炭ガス管９を介して浸炭室Ｐに浸炭ガスを供給する。浸炭ガスは、例えばアセチレンガス（Ｃ_２Ｈ_２）である。

冷却液供給部１４は、上電極部５、上アース部６、下電極部７及び下アース部８の各冷媒流路５ｆ、６ｆ、７ｆ、８ｆに冷却液Ｒを供給する。冷却液Ｒは、例えば水（冷却水）である。例えば、冷却液供給部１４は、各冷媒流路５ｆ、６ｆ、７ｆ、８ｆの第１端に冷却液Ｒを供給すると共に各冷媒流路５ｆ、６ｆ、７ｆ、８ｆの第２端から冷却液Ｒを回収し、冷却液Ｒを熱交換等によって冷却してから各冷媒流路５ｆ、６ｆ、７ｆ、８ｆの第１端に供給させる冷媒巡回型の冷却装置である。

冷却液供給部１４は、少なくとも各段毎、つまり上部ヒータユニット４Ａ及び下部ヒータユニット４Ｂ毎に冷却液Ｒの流量を調節する機能を有する。すなわち、上部ヒータユニット４Ａと下部ヒータユニット４Ｂとでは、炉体１における上下の構造の相違等に起因して、ヒータ本体４ａの発熱量（通電量）を異ならせる場合がある。

例えば、炉体１の下部には比較的熱容量の大きな炉床３が設けられるため、炉体１の下部は上部と異なり、昇温し難い傾向にある。この点を考慮すると、下部ヒータユニット４Ｂの各ヒータ本体４ａへの通電量を上部ヒータユニット４Ａの各ヒータ本体４ａへの通電量を大きく設定することにより、炉体１の下部と上部とを均等な温度に設定する必要が発生する。この場合に、下部ヒータユニット４Ｂの各ヒータ本体４ａの発熱量は、上部ヒータユニット４Ａの各ヒータ本体４ａの発熱量よりも大きくなるので、各ヒータ本体４ａの冷却能力を上部よりも下部の方を高める必要がある。

次に、本実施形態に係る浸炭装置Ａの動作について詳しく説明する。
浸炭装置Ａを用いて被処理物Ｘに浸炭処理を施す場合、被処理物Ｘは炉体１に備えられた開閉ドアを開放することにより、浸炭室Ｐに収容されて炉床３上に載置される。そして、開閉ドアが閉鎖されることによって、浸炭室Ｐは密閉状態となる。この状態で真空ポンプが作動することによって浸炭室Ｐは所定の減圧雰囲気に設定される。

また、真空ポンプによる浸炭室Ｐの真空引きに並行して、加熱用電源から各ヒータユニット４（上部ヒータユニット４Ａ及び下部ヒータユニット４Ｂ）の各ヒータ本体４ａに電力が供給されることにより、浸炭室Ｐが所定温度（浸炭温度）まで加熱される。そして、浸炭室Ｐが所定時間（浸炭時間）に亘って浸炭温度に維持され、この間に浸炭ガス供給部１３が作動して浸炭ガス管９から浸炭室Ｐに所定流量の浸炭ガスが連続的あるいは間欠的に供給される。

この結果、浸炭ガスに由来する炭素原子が被処理物Ｘの表面から内部に浸入し、被処理物Ｘの表面から所定深さ（浸炭深さ）に亘る浸炭層が形成される。すなわち、浸炭室Ｐでは、浸炭ガスが熱分解することにより炭素原子と熱分解ガスが生成され、この熱分解によって生成された炭素原子（炭素）の一部が被処理物Ｘに浸入して浸炭層を形成する。

そして、熱分解によって生成された熱分解ガス及び浸炭ガスの一部は、排気管１０から外部に排気される。例えば、浸炭ガスがアセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）の場合、熱分解ガスとして水素ガス（Ｈ_２）が生成され、水素ガス（Ｈ_２）は排気管１０を介して浸炭室Ｐから排気される。

浸炭装置Ａでは、このような被処理物Ｘへの浸炭層の形成（浸炭処理）と並行して冷却液供給部１４が作動することにより、上電極部５、上アース部６、下電極部７及び下アース部８の各冷媒流路５ｆ、６ｆ、７ｆ、８ｆに冷却液Ｒが供給される。この結果、各ヒータ本体４ａの両端近傍部位は、冷却液Ｒによって間接的に冷却される。すなわち、各ヒータ本体４ａの両端部を直接支持する各受部材５ｅ、６ｅ、７ｅ、８ｅが熱伝導性に優れた金属部材である各第２プレート５ｃ、６ｃ、７ｃ、８ｃ及び各支持プレート５ｄ、６ｄ、７ｄ、８ｄを介して冷却液Ｒと間接的に熱交換を行うので、各ヒータ本体４ａの両端部を効果的に冷却することができる。

したがって、本実施形態によれば、各ヒータ本体４ａの両端部つまり各受部材５ｅ、６ｅ、７ｅ、８ｅによる被支持部を冷却液Ｒによって間接的に冷却することによって、各ヒータ本体４ａの熱損傷を抑制することが可能である。本実施形態によれば、各ヒータ本体４ａの寿命を延ばすことが可能であり、よってメンテナンス費用の削減を実現することが可能である。

ここで、浸炭室Ｐを均一な温度に設定する必要から下部ヒータユニット４Ｂの各ヒータ本体４ａへの通電量と上部ヒータユニット４Ａの各ヒータ本体４ａへの通電量を異ならせる場合、冷却液供給部１４は、通電量に応じて冷却液Ｒの各冷媒流路５ｆ、６ｆ、７ｆ、８ｆへの供給量をそれぞれ調節する。例えば、下部ヒータユニット４Ｂへの通電量が上部ヒータユニット４Ａへの通電量よりも大きい場合、冷却液供給部１４は、各冷媒流路７ｆ、８ｆへの冷却液Ｒの供給量を各冷媒流路５ｆ、６ｆへの供給量よりも多くすることにより、下部ヒータユニット４Ｂの各ヒータ本体４ａの冷却能力を上部ヒータユニット４Ａの各ヒータ本体４ａの冷却能力よりも向上させる。

本実施形態によれば、上部ヒータユニット４Ａ及び下部ヒータユニット４Ｂの各ヒータ本体４ａの熱損傷のアンバランスを解消することが可能であり、よって各ヒータ本体４ａのメンテナンス性を向上させることが可能である。

また、浸炭装置Ａでは、各冷媒流路５ｆ、６ｆ、７ｆ、８ｆが、保護管４ｂ及び保護管４ｂとヒータ本体４ａとの隙間を介してヒータ本体４ａの端部近傍部位と対峙している。すなわち、浸炭装置Ａでは、各冷媒流路５ｆ、６ｆ、７ｆ、８ｆがヒータ本体４ａの端部近傍部位に近接配置されているので、これによっても各ヒータ本体４ａの両端部を冷却することができる。

ここで、浸炭ガスの熱分解によって生成した炭素の一部は、各ヒータユニット４（上部ヒータユニット４Ａ及び下部ヒータユニット４Ｂ）のヒータ本体４ａと保護管４ｂとの隙間に侵入して煤化する。この煤（炭素）は、導電性であり、ヒータ本体４ａの電気抵抗を変化させ得る物質である。すなわち、浸炭装置Ａを長時間に亘って運転した場合に、ヒータ本体４ａの電気抵抗は、煤（炭素）によって初期状態から徐々に変化するので、ヒータ本体４ａの発熱量が徐々に変化し得る。この場合に浸炭装置Ａでは浸炭室Ｐを所望の浸炭温度に加熱することが困難になる。

浸炭装置Ａでは、この煤を除去するために定期的あるいは非定期にバーンアウト処理を行う。すなわち、浸炭装置Ａでは、上電極部５及び下電極部７に空気供給部１１から圧縮空気Ｋを供給することにより、ヒータ本体４ａと保護管４ｂとの隙間に存在する煤（炭素）を空気とを化学反応させて二酸化炭素等にガス化させ、ヒータ本体４ａと保護管４ｂとの隙間からバーンアウトガスとしてガス回収室Ｃ１，Ｃ２に回収し、さらにガス回収部１２によってガス回収室Ｃ１，Ｃ２から外部に回収する。

このようなバーンアウト処理によれば、ヒータ本体４ａと保護管４ｂとの隙間に存在する煤（炭素）が十分に除去され、ヒータ本体４ａの電気抵抗が初期状態に復帰する。すなわち、本実施形態によれば、バーンアウト処理によって、ヒータ本体４ａへの煤（炭素）の堆積をより確実に防止することができる。

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、各冷媒流路５ｆ、６ｆ、７ｆ、８ｆをヒータ本体４ａの端部近傍部位と対峙する位置に設けたが、本開示はこれに限定されない。例えば、各冷媒流路５ｆ、６ｆ、７ｆ、８ｆを図１において受部材５ｅ、６ｅ、７ｅ、８ｅの反対側、つまり冷媒流路５ｆ、７ｆについては受部材５ｅ、７ｅの左側、また冷媒流路６ｆ、８ｆについては受部材６ｅ、８ｅの右側に配置してもよい。

（２）上記実施形態では、上部ヒータユニット４Ａ及び下部ヒータユニット４Ｂ毎に冷却液Ｒの流量を調節するが、本開示はこれに限定されない。例えば、冷却液Ｒの流量を各段毎に調節することに代えて、各支持部毎つまり上電極部５、上アース部６、下電極部７及び下アース部８毎に冷却液Ｒの流量を調節してもよい。また、このような各段毎及び各支持部毎の調節を省略してもよい。

（３）上記実施形態では、上部ヒータユニット４Ａ及び下部ヒータユニット４Ｂの本数を同一（７本）としたが、本開示はこれに限定されない。断熱容器２内の下部には炉床３が存在するので、被処理物Ｘの下部は、上部よりも加熱され難い。このような事情を考慮すると、下部ヒータユニット４Ｂの本数を上部ヒータユニット４Ａの本数よりも多く設けてもよい。

（４）上記実施形態では、冷却液Ｒとして水（冷却水）を採用したが、本開示はこれに限定されない。必要に応じて冷却水より熱伝導率の高い液体を採用してもよい。

本開示によれば、浸炭装置におけるヒータの損傷を抑制することができる。

Ａ浸炭装置
Ｋ圧縮空気
Ｒ冷却液
Ｓ１，Ｓ２空気供給室
Ｃ１，Ｃ２ガス回収室
Ｐ浸炭室
Ｘ被処理物
１炉体
２断熱容器
３炉床
４ヒータユニット
４Ａ上部ヒータユニット
４Ｂ下部ヒータユニット
４ａヒータ本体（ヒータ）
４ｂ保護管（保護部材）
５上電極部（支持部）
５ａ囲い部材
５ｂ第１プレート
５ｃ第２プレート
５ｄ支持プレート
５ｅ受部材
５ｆ冷媒流路
６上アース部（支持部）
６ａ囲い部材
６ｂ第１プレート
６ｃ第２プレート
６ｄ支持プレート
６ｅ受部材
６ｆ冷媒流路
７下電極部（支持部）
７ａ囲い部材
７ｂ第１プレート
７ｃ第２プレート
７ｄ支持プレート
７ｅ受部材
７ｆ冷媒流路
８下アース部（支持部）
８ａ囲い部材
８ｂ第１プレート
８ｃ第２プレート
８ｄ支持プレート
８ｅ受部材
８ｆ冷媒流路
９浸炭ガス管
１０排気管
１１空気供給部
１２ガス回収部
１３浸炭ガス供給部
１４冷却液供給部

Claims

被処理物を収容する炉体と、
前記炉体内に水平方向に延在する複数のヒータと、
前記複数のヒータを各々覆う複数の保護部材と、
前記ヒータの両端部に各々設けられ、前記ヒータを支持する支持部と、
前記炉体内に浸炭ガスを供給する浸炭ガス供給部と、
前記ヒータと前記保護部材との隙間にバーンアウト用の空気を供給する空気供給部とを備え、
前記支持部は、前記ヒータの前記端部に当接する受部材と、前記受部材を前記炉体に固定する支持プレートとを備え、前記支持プレートを冷却することにより前記ヒータの前記端部を間接的に冷却する浸炭装置。
前記複数のヒータは、前記被処理物を挟むように上下２段に設けられている請求項１に記載の浸炭装置。