(57)【要約】【課題】簡易かつ安価な構成で、アセチレン容器のガス供給圧力に関わらず、高純度のアセチレンガスを真空浸炭炉に供給する真空浸炭炉用アセチレンガス供給装置を提供する。【解決手段】溶剤に溶け込んだ状態のアセチレンが充填されたアセチレン容器１１と、アセチレン容器１１から真空浸炭炉２００にアセチレンガスを供給するアセチレン供給経路１６と、アセチレン供給経路１６に設けられ、アセチレンガスに含まれる溶剤成分を再液化させる熱交換器１３と、熱交換器１３の二次側のアセチレン供給経路１６に設けられ、再液化された溶剤と溶剤成分が除去されたアセチレンガスとを分離する気液分離器１４と、を備える真空浸炭炉用アセチレンガス供給装置１を選択する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空浸炭炉にアセチレンガスを供給する真空浸炭炉用アセチレンガス供給装置であって、
溶剤に溶け込んだ状態のアセチレンが充填されたアセチレン容器と、
前記アセチレン容器から前記真空浸炭炉にアセチレンガスを供給するアセチレン供給経路と、
前記アセチレン供給経路に設けられ、前記アセチレンガスに含まれる溶剤成分を再液化させる熱交換器と、
前記熱交換器の二次側の前記アセチレン供給経路に設けられ、再液化された溶剤と前記溶剤成分が除去されたアセチレンガスとを分離する気液分離器と、を備える真空浸炭炉用アセチレンガス供給装置。
【請求項２】
前記熱交換器は、前記アセチレン容器からの前記アセチレンガスを、前記溶剤の沸点よりも低い温度に冷却することにより、前記アセチレンガスに含まれる溶剤成分を再液化させる、請求項１に記載の真空浸炭炉用アセチレンガス供給装置。
【請求項３】
前記溶剤は、アセトン及びＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミドの少なくとも一方を含む、請求項１又は２に記載の真空浸炭炉用アセチレンガス供給装置。
【請求項４】
前記熱交換器は、フィンチューブ式熱交換器である、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の真空浸炭炉用アセチレンガス供給装置。
【請求項５】
前記気液分離器は、遠心力式気液分離器である、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の真空浸炭炉用アセチレンガス供給装置。
【請求項６】
真空浸炭炉にアセチレン供給経路を介してアセチレンガスを供給する真空浸炭炉用アセチレンガス供給方法であって、
溶剤に溶け込んだ状態のアセチレンが充填されたアセチレン容器から導出されたアセチレンガスを熱交換器によって、前記アセチレンガスに含まれる溶剤成分を再液化させ、
前記熱交換器の下流の気液分離器によって、再液化された前記溶剤と前記溶剤成分が除去されたアセチレンガスとを分離した後、当該アセチレンガスを前記真空浸炭炉に供給する、真空浸炭炉用アセチレンガス供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空浸炭炉用アセチレンガス供給装置及びその供給方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
真空浸炭処理は、熱処理炉内へ鋼材を設置し、アセチレン等の炭化水素系のガスを真空中に減圧した熱処理炉内へ供給し、１０００℃前後の熱を加えることによって、鋼材表面へ炭素を侵入させ硬化させる処理である。特許文献１及び特許文献２には、かかる真空浸炭に関する技術の一例が開示されている。
【０００３】
図２は、かかる真空浸炭処理を実現するための従来の一般的概略装置構成を示す図である。図２において、真空浸炭処理が行われる真空浸炭炉２００に対してアセチレン供給ライン１６を介してアセチレンガスを供給する真空浸炭炉用アセチレンガス供給装置１００が接続されている。また、真空浸炭炉用アセチレンガス供給装置１００は、アセチレンガスが封入されたアセチレンボンベ（アセチレン容器）１１と、アセチレン供給ライン１６の途中に介在する、圧力を調整するための減圧弁１２と、アセチレンガスの質量流量の制御を行うマスフローコントローラー（ＭＦＣ：Mass Flow Controller）（以下、「ＭＦＣ」と称する）１５とで構成されている。
【０００４】
ところで、真空浸炭処理に使用されるアセチレンガスに限らず、その他の用途にも使用されるアセチレンガスは高純度であることが要求される場合が多々ある。そのため、高純度のアセチレンガスを供給する場合、アセチレンガスを生成する際に、不純物を除去する工程や装置を内在、又は別途構成している。
【０００５】
例えば、特許文献３は、アセチレン等の低級不飽和炭化水素を高純度にする技術に関するものであり、不純物と低級不飽和炭化水素との間の吸着活性の違いに着目して吸着剤により不純物を除去する技術が開示されている。
【０００６】
また、特許文献４は、塩素化合物系洗浄剤を用いないで、金属リチウムと炭素粉末とから炭化リチウムを生成し、その炭化リチウムと水を反応させて粗アセチレンガスを発生させ、その粗アセチレンガスを分子篩吸着剤と接触させて高純度のアセチレンガスを得る技術を開示している。
【０００７】
また、特許文献５は、活性炭又はモレキュラーシーブス等の乾式吸着剤により、発生させたアセチレンガスから水分を除去し、更に、活性アルミナ等の乾式吸着剤により、水分除去後のガスから水素化物系不純物を除去することにより製造した高純度アセチレンを、大気圧以下の圧力でガス使用先に供給する技術を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平０８−３２５７０１号公報
【特許文献２】特開２００２−１９４５２６号公報
【特許文献３】特開昭６２−０４５５４３号公報
【特許文献４】特開平０２−２５６６２６号公報
【特許文献５】特開２０１１−２６２０５号公報
【特許文献６】特開昭６２−０１９５３９号公報
【特許文献７】特開２００４−１４８２５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、図２に示したアセチレンボンベ１１内は、多孔質マスと、その多孔質マスに吸収された溶剤と、その溶剤に圧力に応じて溶け込んだアセチレンガスとで構成されている。また、その溶剤としては、典型的には、アセトンとＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ：dimethylformamide）（以下、「ＤＭＦ」と称する）の双方又は一方が含まれる。
【００１０】
ここで、アセチレンガスの使用に伴ってアセチレンボンベ１１内の圧力が低下していくと、それに応じて、供給されるアセチレンガスに溶剤成分が含まれてしまうことがある。しかしながら、真空浸炭処理において、これらは浸炭を阻害する可能性があるため、できる限り高純度のアセチレンガスが必要である。
【００１１】
かかる溶剤を除去する技術については、例えば、特許文献６及び７に開示されている。
特許文献６は、温度−２０〜−８１．８℃の溶剤に吸収させたアセチレンに対し、−１０〜＋２０℃に昇温してアセチレンを放散させ、その放散させたアセチレンを−５０〜−８１．８℃に再冷却して、溶剤やその凝縮物を取り除くことにより、高純度のアセチレンを精製することを開示している。
【００１２】
しかしながら、当該文献の技術は、あくまでアセチレンを生成する際の技術であり、容器に充填されたアセチレンを使用する際の圧力低下という観点はなく、従って、アセチレンガスが使用される場所（特に、真空浸炭炉）において、高純度を維持するという課題とは無縁である。
【００１３】
特許文献７は、アセチレン供給装置を可搬式として、アセチレンを使用する場所において高純度のアセチレンガスを生成することができるようにした装置を開示しており、更に詳細には、アセチレン容器の出口の減圧弁の下流に設けられ、溶剤を除去するための活性炭カラムと、その活性炭カラムの下流に設けられ、水及び極微量残留ガスを除去するモレキュラーシーブスカラムとを備えている。そして更に、使用箇所への超高純度アセチレンの供給開始前に、高純度溶解アセチレン容器の上部気相に残留する空気成分不純物を含むアセチレンを一定量、パージ弁から放出することにより、使用箇所に供給する超高純度アセチレンの純度を維持している。
【００１４】
しかしながら、活性炭カラムや前述の吸着剤を使用して溶剤を除去する方法は、除去能力は高いものの構成が複雑となり、カーボンナノチューブ等の炭素系の材料を作る際には必要な構成ではあるが、真空浸炭炉に供給するためのアセチレンを対象としてはそぐわないものであった。
【００１５】
また、従来においては、５Ｎアセチレンガスを得る場合、ガスの精製効率が低く、極めて高コストなために実用性に限界があるといった課題があった。更に、一般に、市場にある高純度アセチレンボンベは非常に高価であり、工業用途には不向きである。
【００１６】
一方、前述のアセチレンボンベ１１と真空浸炭炉２００の間のアセチレン供給ライン１６上に縦列的に介在させることができる装置構成が好適である。
【００１７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、簡易かつ安価な構成で、アセチレン容器のガス供給圧力に関わらず、高純度のアセチレンガスを真空浸炭炉に供給することができる真空浸炭炉用アセチレンガス供給装置及びその供給方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を備える。
［１］  真空浸炭炉にアセチレンガスを供給する真空浸炭炉用アセチレンガス供給装置であって、
溶剤に溶け込んだ状態のアセチレンが充填されたアセチレン容器と、
前記アセチレン容器から前記真空浸炭炉にアセチレンガスを供給するアセチレン供給経路と、
前記アセチレン供給経路に設けられ、前記アセチレンガスに含まれる溶剤成分を再液化させる熱交換器と、
前記熱交換器の二次側の前記アセチレン供給経路に設けられ、再液化された溶剤と前記溶剤成分が除去されたアセチレンガスとを分離する気液分離器と、を備える真空浸炭炉用アセチレンガス供給装置。
［２］  前記熱交換器は、前記アセチレン容器からの前記アセチレンガスを、前記溶剤の沸点よりも低い温度に冷却することにより、前記アセチレンガスに含まれる溶剤成分を再液化させる、［１］に記載の真空浸炭炉用アセチレンガス供給装置。
［３］  前記溶剤は、アセトン及びＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミドの少なくとも一方を含む、［１］又は［２］に記載の真空浸炭炉用アセチレンガス供給装置。
［４］  前記熱交換器は、フィンチューブ式熱交換器である、［１］乃至［３］のいずれか一項に記載の真空浸炭炉用アセチレンガス供給装置。
［５］  前記気液分離器は、遠心力式気液分離器である、［１］乃至［４］のいずれか一項に記載の真空浸炭炉用アセチレンガス供給装置。
［６］  真空浸炭炉にアセチレン供給経路を介してアセチレンガスを供給する真空浸炭炉用アセチレンガス供給方法であって、
溶剤に溶け込んだ状態のアセチレンが充填されたアセチレン容器から導出されたアセチレンガスを熱交換器によって、前記アセチレンガスに含まれる溶剤成分を再液化させ、
前記熱交換器の下流の気液分離器によって、再液化された前記溶剤と前記溶剤成分が除去されたアセチレンガスとを分離した後、当該アセチレンガスを前記真空浸炭炉に供給する、真空浸炭炉用アセチレンガス供給方法。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の真空浸炭炉用アセチレンガス供給装置及びその供給方法によれば、熱交換器と気液分離器とを介在させるという簡易かつ安価な構成で、アセチレン容器のガス供給圧力に関わらず、高純度のアセチレンガスを真空浸炭炉に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明の真空浸炭炉用アセチレンガス供給装置及びその供給方法における実施の形態の装置構成を示す図である。
【図２】図２は、従来技術を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を適用した一実施形態である真空浸炭炉用アセチレンガス供給装置の構成について、その供給方法と併せて、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
【００２２】
図１は、本発明の真空浸炭炉用アセチレンガス供給装置及びその供給方法における実施の形態の装置構成を示す図である。
図１に示すように、真空浸炭炉用アセチレンガス供給装置１は、真空浸炭炉２００に対してアセチレン供給ライン（アセチレン供給経路）１６を介して高純度のアセチレンガスを供給するための装置である。真空浸炭炉用アセチレンガス供給装置１は、アセチレンボンベ（アセチレン容器）１１と、アセチレン供給ライン１６上の上流から順に縦列的に配設された減圧弁１２と、開閉弁を含むフィンチューブ式熱交換器（熱交換器）１３と、開閉弁を含む遠心力式気液分離器（気液分離器）１４と、ＭＦＣ１５とで構成されている。
【００２３】
アセチレンボンベ１１内は、多孔質マスと、その多孔質マスに吸収された溶剤と、その溶剤に圧力に応じて溶け込んだアセチレンガスとで構成されている。ここで、本実施形態では、多孔質マスに吸収させる溶剤として、アセトンとＤＭＦの両方を用いる場合を一例として説明する。上記溶剤としては、アセチレンガスを溶け込ませることが可能なものであれば特に限定されるものではないが、アセトン及びＤＭＦの少なくとも一方を含むものが好ましい。なお、アセトンとＤＭＦの沸点は、それぞれ、５６℃、１５３℃である。
【００２４】
フィンチューブ式熱交換器１３は、導入する冷却水を制御することにより冷却温度が１５〜４０℃に設定されており、アセチレンボンベ１１から供給されたアセチレンガスを通過させると、そのアセチレンガスに含まれている溶剤成分、すなわちアセトンとＤＭＦの双方が凝縮する。
【００２５】
フィンチューブ式熱交換器１３により生成された液化した溶剤と、溶剤成分が除去されたアセチレンガスは、遠心力式気液分離器１４に送られる。遠心力式気液分離器１４においては、液体としての溶剤が下部に溜まり、その上部に溶剤成分が除去されたアセチレンガスが充満する。ここで、液化した溶剤は、開閉弁を介して外部に導出され、アセチレンガスは、ＭＦＣ１５を介して真空浸炭炉２００に送られる。ＭＦＣ１５は、アセチレンガスの質量流量を制御するためのものである。
【００２６】
なお、上述の実施形態においては、アセチレンボンベ１１から供給されたアセチレンガスを冷却する熱交換器としてフィンチューブ式熱交換器１３を採用した構成を一例として説明したが、これに限られることはない。アセチレンガスに含まれる溶剤の沸点よりも低い温度に冷却することによって、アセチレンガスに含まれる溶剤成分を再液化させることが可能なものであれば、他の熱交換器であってもよい。特に、アセチレンボンベ１１内においてアセトンやＤＭＦのように沸点を高い溶剤を使用すれば、常温でそれらは液体であるため、採用できる熱交換器の範囲は広がる。
【００２７】
また、上述の実施形態においては、液化した溶剤と、溶剤成分が抜かれたアセチレンガスを分離する装置として、遠心力式の気液分離器を採用した構成を一例として説明したが、これに限られることはない。液化した溶剤と、溶剤成分が抜かれたアセチレンガスを分離することが可能なものであれば、他の気液分離器であってもよい。
【００２８】
以上のように、上述の実施形態によれば、フィンチューブ式熱交換器１３と遠心力式気液分離器１４とをアセチレン供給ライン１６に介在させるという簡易かつ安価な構成で、アセチレンボンベ１１のガス供給圧力に関わらず、高純度のアセチレンガスを真空浸炭炉２００に供給することができる。特に、上述したように、溶剤としてアセトンとＤＭＦを使用するのであれば、フィンチューブ式熱交換器１３における冷却温度は、常温近辺の１５〜４０℃に設定できる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明の真空浸炭炉用アセチレンガス供給装置及びその供給方法は、例えば、真空浸炭炉に真空浸炭処理のためのアセチレンガスを供給する場合に採用することができる。
【符号の説明】
【００３０】
１…真空浸炭炉用アセチレンガス供給装置、１１…アセチレンボンベ（アセチレン容器）、１２…減圧弁、１３…フィンチューブ式熱交換器（熱交換器）、１４…遠心力式気液分離器（気液分離器）、１５…ＭＦＣ、１６…アセチレン供給ライン（アセチレン供給経路）、１００…真空浸炭炉用アセチレンガス供給装置、２００…真空浸炭炉
【図１】
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【図２】
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