(57)【要約】【課題】  処理材が導かれた浸炭処理室内にＣＯガスを主成分とするキャリアガスと炭化水素ガスを主成分とするエンリッチガスとを供給して浸炭処理する浸炭処理装置において、浸炭処理室内における雰囲気ガスに含まれる水素ガスを適切に排出させて、浸炭処理室内に供給するキャリアガスの量を減少させると共に、キャリアガスの燃焼に伴うＣＯ2ガスの発生を抑制する。【解決手段】  処理材Ａを浸炭処理させる浸炭処理室３と、この浸炭処理室内にＣＯガスを主成分とするキャリアガスと炭化水素ガスを主成分とするエンリッチガスとを供給するガス供給装置４，５とを備えた浸炭処理装置において、浸炭処理室内における雰囲気ガスを浸炭処理室内から取り出して循環させる循環路１０を設けると共に、この循環路に上記の雰囲気ガス中に含まれる水素ガスを分離させて取り出す水素ガス分離装置２０を設けた。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理材を浸炭処理させる浸炭処理室と、この浸炭処理室内にＣＯガスを主成分とするキャリアガスと炭化水素ガスを主成分とするエンリッチガスとを供給するガス供給装置とを備えた浸炭処理装置において、上記の浸炭処理室内における水素ガスを含む雰囲気ガスを浸炭処理室内から取り出して循環させる循環路を設けると共に、この循環路に上記の雰囲気ガス中に含まれる水素ガスを分離させて取り出す水素ガス分離装置を設けたことを特徴とする浸炭処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載した浸炭処理装置において、上記の水素ガス分離装置に、水素ガスを選択的に透過させる水素透過フィルタを用いたことを特徴とする浸炭処理装置。
【請求項３】
請求項２に記載した浸炭処理装置において、上記の水素透過フィルタを用いた水素ガス分離装置に吸引装置を接続させて、この水素ガス分離装置に導かれた雰囲気ガス中に含まれる水素ガスを分離させて取り出すことを特徴とする浸炭処理装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３の何れか１項に記載した浸炭処理装置において、上記の浸炭処理室が浸炭処理時に密閉されることを特徴とする浸炭処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、鋼材部品等の処理材を浸炭処理する浸炭処理装置に係り、特に、処理材を浸炭処理させる浸炭処理室と、この浸炭処理室内にＣＯガスを主成分とするキャリアガスと炭化水素ガスを主成分とするエンリッチガスとを供給するガス供給装置とを備えた浸炭処理装置において、浸炭処理室内における雰囲気ガスに含まれる水素ガスを適切に排出させて、浸炭処理室内に供給するキャリアガスの量を減少させると共に、キャリアガスの燃焼に伴うＣＯ2ガスの発生を抑制するようにした点に特徴を有するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から低炭素鋼や低合金鋼等の鋼材部品からなる処理材の強度を高めるため、これらの処理材の表面から炭素を内部に拡散浸透させる浸炭処理が行われている。
【０００３】
そして、このように鋼材部品等の処理材を浸炭処理するにあたっては、従来から様々な浸炭処理装置が使用されている。
【０００４】
ここで、例えば、図１に示す浸炭処理装置においては、第１扉１ａを開けて処理材Ａを導入室２内に導き、上記の第１扉１ａを閉めて導入室２内の雰囲気を調整した後、このように導入室２内に導かれた処理材Ａを、第２扉１ｂを開けて浸炭処理室３内に導入させ、上記の第２扉１ｂを閉じるようにしている。
【０００５】
そして、このように浸炭処理室３内に処理材Ａを導入させた状態で、この浸炭処理室３内に、ＣＯガスを主成分とするキャリアガスを流量調整弁４ａにより流量を調整しながらキャリアガス供給パイプ４を通して導くと共に、プロパンガスやブタンガス等の炭化水素ガスＣｎＨ2ｎ+2を主成分とするエンリッチガスを流量調整弁５ａにより流量を調整しながらエンリッチガス供給パイプ５を通して導き、この浸炭処理室３内において、上記のキャリアガスとエンリッチガスとを攪拌ファン６により攪拌させると共に、浸炭処理室３内に導かれた上記の処理材Ａを加熱させて、処理材Ａの表面に炭素を付与し、このように処理材Ａの表面に付与された炭素を処理材Ａの内部に拡散させて浸炭させるようにしている。
【０００６】
ここで、上記のキャリアガスとエンリッチガスとが供給された浸炭処理室３内において処理材Ａに炭素を付与して浸炭させる場合、一般に、２ＣＯ→ＣＯ2＋（Ｃ）、ＣｎＨ2ｎ+2＋ｎＣＯ2→２ｎＣＯ＋（ｎ+１）Ｈ2の反応が生じて、浸炭処理室３内に水素ガスが発生し、このように発生した水素ガスにより浸炭処理室３内のＣＯ濃度が相対的に減少し、カーボンポテンシャルによる浸炭雰囲気の制御に狂いが生じるという問題があった。
【０００７】
このため、従来においては、特許文献１等に示されるように、キャリアガス供給パイプ４を通して浸炭処理室３内に過剰のキャリアガスを供給し、浸炭処理室３内において発生した水素ガスを上記のキャリアガスと一緒に、浸炭処理室３と導入室２との間における上記の第２扉１ｂの隙間等を通して導入室２内に導き、このように導入室２内に導かれたガスを導入室２に設けた排気路２ａに導いて燃焼させることが行われている。
【０００８】
しかし、このようにＣＯガスを主成分とするキャリアガスを過剰に浸炭処理室３内に供給するため、ランニングコストが高くつくと共に、上記のように導入室２内に導かれたガスを排気路２ａに導いて燃焼させた場合、ＣＯ2が多く発生して環境を害するという問題があった。
【特許文献１】特開２００１−２１４２５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
この発明は、処理材を浸炭処理する浸炭処理装置における上記のような問題を解決することを課題とするものである。
【００１０】
すなわち、この発明においては、処理材を浸炭処理させる浸炭処理室と、この浸炭処理室内にＣＯガスを主成分とするキャリアガスと炭化水素ガスを主成分とするエンリッチガスとを供給するガス供給装置とを備えた浸炭処理装置において、浸炭処理室内における雰囲気ガスに含まれる水素ガスを適切に排出させて、浸炭処理室内に供給するキャリアガスの量を減少させると共に、ＣＯ2ガスが発生するのを抑制することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明においては、上記のような課題を解決するため、処理材を浸炭処理させる浸炭処理室と、この浸炭処理室内にＣＯガスを主成分とするキャリアガスと炭化水素ガスを主成分とするエンリッチガスとを供給するガス供給装置とを備えた浸炭処理装置において、上記の浸炭処理室内における水素ガスを含む雰囲気ガスを浸炭処理室内から取り出して循環させる循環路を設けると共に、この循環路に上記の雰囲気ガス中に含まれる水素ガスを分離させて取り出す水素ガス分離装置を設けた。
【００１２】
ここで、上記の水素ガス分離装置においては、例えば、水素ガスを選択的に透過させる水素透過フィルタを用いることができ、この水素透過フィルタを用いた水素ガス分離装置に吸引装置を接続させて、この水素ガス分離装置に導かれた雰囲気ガス中に含まれる水素ガスを分離させて取り出すようにすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
この発明における浸炭処理装置においては、浸炭処理室内における水素ガスを含む雰囲気ガスを浸炭処理室内から取り出して循環させる循環路を設けると共に、この循環路に上記の雰囲気ガス中に含まれる水素ガスを分離させて取り出す水素ガス分離装置を設けたため、上記のように浸炭処理時において浸炭処理室内において発生した水素ガスを含む雰囲気ガスが上記の循環路を通して水素ガス分離装置に導かれ、この水素ガス分離装置により雰囲気ガスから水素ガスが分離されて取り出される一方、残りの雰囲気ガスが浸炭処理室内に戻されるようになる。
【００１４】
このため、この発明における浸炭処理装置においては、従来のように浸炭処理時に発生した水素ガスを浸炭処理室内から排出させるために、過剰のキャリアガスを浸炭処理室内に供給する必要がなくなり、ランニングコストが低減されると共に、水素ガスを含む雰囲気ガスを排気路に導いて燃焼させる場合のように、ＣＯ2が多く発生して環境を害するということもなくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、この発明の実施形態に係る浸炭処理装置を添付図面に基づいて具体的に説明する。なお、この発明に係る浸炭処理装置は下記の実施形態に示したものに限定されず、発明の要旨を変更しない範囲において、適宜変更して実施できるものである。
【００１６】
この実施形態における浸炭処理装置においては、図２〜図４に示すように、導入室２及び浸炭処理室３にそれぞれ開閉弁３１ａ，３１ｂが設けられた排気管３２ａ，３２ｂを介して真空ポンプ３０を取り付けている。
【００１７】
そして、この実施形態における浸炭処理装置においては、図２に示すように、第１扉１ａ及び第２扉１ｂを閉じた状態で、浸炭処理室３に接続された排気管３２ｂにおける開閉弁３１ｂを開けて、この浸炭処理室３内における雰囲気ガスを上記の真空ポンプ３０により吸引して、この浸炭処理室３内を真空に近い状態にし、その後、図３に示すように、上記の第１扉１ａを開けて処理材Ａを導入室２内に導入させた後、この第１扉１ａを閉じるようにする。
【００１８】
そして、このように処理材Ａを導入室２内に導いた後、導入室２に接続された排気管３２ａにおける開閉弁３１ａを開け、この導入室２内における雰囲気ガスを上記の真空ポンプ３０により吸引して、この導入室２内を真空に近い状態にし、この状態で、第２扉１ｂを開けて、導入室２内に導かれた上記の処理材Ａを浸炭処理室３内に導入し、上記の第２扉１ｂを閉じた後、上記の浸炭処理室３に接続された排気管３２ｂにおける開閉弁３１ｂを閉じるようにする。
【００１９】
そして、このように浸炭処理室３内に処理材Ａを導入させて開閉弁３１ｂを閉じた状態で、図４に示すように、この浸炭処理室３内に、ＣＯガスを主成分とするキャリアガスを流量調整弁４ａにより流量を調整しながらキャリアガス供給パイプ４を通して導くと共に、プロパンガスやブタンガス等の炭化水素ガスＣｎＨ2ｎ+2を主成分とするエンリッチガスを流量調整弁５ａにより流量を調整しながらエンリッチガス供給パイプ５を通して導くようにしている。
【００２０】
そして、このように浸炭処理室３内に供給されたキャリアガスとエンリッチガスとを攪拌ファン６により浸炭処理室３内において攪拌させると共に、この浸炭処理室３内において上記の処理材Ａを加熱させて、この処理材Ａの表面に炭素を付与し、このように処理材Ａの表面に付与された炭素を処理材Ａの内部に拡散させて浸炭させるようにしている。なお、このようにして処理材Ａを浸炭処理した場合、前記のように浸炭処理室３内において水素ガスが発生するようになる。
【００２１】
ここで、この実施形態における浸炭処理装置においては、上記の浸炭処理室３内において発生した水素ガスを含む雰囲気ガスを浸炭処理室３内から取り出して循環させる循環路１０を設けると共に、この循環路１０に浸炭処理室３内における上記の雰囲気ガスを吸引して循環させる循環ポンプ１１を設け、浸炭処理室３内から上記の雰囲気ガスを取り出す循環路１０の上流側に設けた取出しバルブ１２を開けて、浸炭処理室３内における水素ガスを含む雰囲気ガスをこの循環路１０内に導くようにしている。
【００２２】
そして、このように循環路１０内に導かれた水素ガスを含む雰囲気ガスを冷却装置１３に導いて冷却させた後、このように冷却させた水素ガスを含む雰囲気ガスを水素ガス分離装置２０に導き、この水素ガス分離装置２０により、雰囲気ガス中に含まれる水素ガスを分離させて取り出すようにしている。
【００２３】
ここで、この水素ガス分離装置２０においては、図５に示すように、水素ガスを選択的に透過させる中空糸を用いて筒状に形成した水素透過フィルタ２２を使用し、図６（Ａ），（Ｂ）に示すように、水素ガス分離装置２０の容器２１内に複数の通気穴２５ａが設けられた一対の保持板２５を、所要間隔を介して設けると共に、この一対の保持板２５間に上記の筒状になった水素透過フィルタ２２をそれぞれ通気穴２５ａと連通するようにして複数設けている。
【００２４】
そして、上記の水素ガスを含む雰囲気ガスをこの筒状に形成された水素透過フィルタ２２の内部に導くと共に、この水素ガス分離装置２０に水素ガス案内管２３を介して真空ポンプからなる吸引装置２４を接続させ、この吸引装置２４により、水素透過フィルタ２２の内部に導かれた上記の雰囲気ガスを水素透過フィルタ２２の周囲から吸引し、雰囲気ガス中に含まれる水素ガスを、選択的に水素透過フィルタ２２を透過させて水素ガス案内管２３に導き、この水素ガス案内管２３を通して上記の水素ガスを排出させるようにしている。なお、このように水素ガス案内管２３を通して排出させる水素ガスについては、これを燃焼させるようにし、或いはこれを水素ガス原料として用いるようにすることができる。また、上記の水素ガス中にはＣＯガス等の含有量が非常に少なくなっているため、これを燃焼させた場合には、殆ど水が生じるだけであり、ＣＯ2ガス等が発生するのが防止される。
【００２５】
そして、上記のように水素ガス分離装置２０によって水素ガスが除去された雰囲気ガスを上記の循環路１０を通して上記の浸炭処理室３に戻すように導き、この循環路１０の戻し側に設けた戻しバルブ１４を開けて、上記のように水素ガスが除去された雰囲気ガスを浸炭処理室３内に戻すようにしている。
【００２６】
このようにすると、水素ガスが除去されてＣＯガス等が多く含まれる雰囲気ガスが浸炭処理室３内に戻されるようになり、上記のキャリアガス供給パイプ４を通して浸炭処理室３内に供給させるキャリアガスの量を非常に少なくすることができ、ランニングコストが大幅に低減されると共に、上記の浸炭処理室３内を密閉状態又は密閉に近い状態にして、浸炭処理室３から外部に漏れ出す雰囲気ガスの量を大幅に減収させることができる。
【００２７】
また、このように浸炭処理室３内を密閉状態又は密閉に近い状態にし、上記のように浸炭処理室３内を真空に近い状態にして、この浸炭処理室３内にキャリアガスとエンリッチガスとを供給させるようにすると、浸炭処理室３内が大気に曝されることがなく、次の操業開始時においても、上記のように浸炭処理室３内を真空に近い状態にした後、この浸炭処理室３内にキャリアガスとエンリッチガスとを供給させることができる。このため、浸炭処理室３内に新しいガスを供給するようにして、浸炭処理室３内おける雰囲気ガスを全て入れ替えるという面倒な作業（いわゆるシーズニング）を行う必要がなくなり、次の操業開始時における時間を短縮することができるようになる。
【００２８】
なお、第２扉１ｂの部分から浸炭処理室３内の雰囲気ガスが漏れ出すのを防止する方法は特に限定されないが、例えば、この第２扉１ｂの部分に耐熱性パッキン（図示せず）等を設けることができる。
【００２９】
また、上記の浸炭処理室３内における処理材Ａの浸炭処理を効率よく行うために、浸炭処理室３内に上記のキャリアガスなどを過剰に供給する場合には、図７に示すように、この浸炭処理室３内における水素ガスを含む雰囲気ガスの一部をこの浸炭処理室３から外部に排出させるように、この浸炭処理室３に流量調整弁７ａが途中に設けられた排気管７を設け、この排気管７に導かれた水素ガスを含む雰囲気ガスの一部を燃焼させることも可能である。なお、このように排気管７に導かれた水素ガスを含む雰囲気ガスの一部を燃焼させる場合においても、排気管７に導かれる水素ガスを含む雰囲気ガスの量は、従来に比べて非常に少なくなるため、ＣＯ2ガスの発生量が大きく低減される。
【００３０】
ここで、上記のように複数の水素透過フィルタを用いた水素ガス分離装置を使用すると共に、下記の表１に示すように、ＣＯガスが２４．１３体積％，ＣＯ2ガスが０．３９８体積％，ＣＨ4ガスが０．４９７体積％，水素ガスが３２．０体積％含まれるガス組成に調整した模式の雰囲気ガスを使用し、上記の水素ガス分離装置に導く上記の雰囲気ガスの流量と、上記の水素透過フィルタを透過して導かれる透過ガスの流量を下記の表１に示すように変更させた実験を行い、それぞれの透過ガスにおけるガス組成を調べ、その結果を表１に示した。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
この結果から明らかなように、上記の水素ガス分離装置を用いて雰囲気ガスから水素ガスを分離させるようにした場合、水素ガスが上記の水素透過フィルタを選択的に透過するようになり、水素透過フィルタを透過した透過ガス中おける水素ガスの割合が非常に高くなり、ＣＯガス等の割合が非常に少なくなっていた。特に、水素ガス分離装置に導く上記の雰囲気ガスの流量と、上記の水素透過フィルタを透過して導かれる透過ガスの流量を多くするほど、透過ガス中に含まれる水素ガスの割合が非常に高くなっていた。
【００３３】
なお、上記の実施形態においては、バッチ式の浸炭処理装置の例を示したが、この発明の浸炭処理装置はこのようなバッチ式の浸炭処理装置に限定されず、図示していないが、処理材を順々に加熱室、浸炭処理室、拡散室に導いて、連続して浸炭処理させる連続式の浸炭処理装置であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】処理材を浸炭処理するのに使用する従来の浸炭処理装置を示した概略説明図である。
【図２】この発明の一実施形態に係る浸炭処理装置において、処理材を導入室内に導入させる前の状態を示した概略説明図である。
【図３】同実施形態に係る浸炭処理装置において、処理材を導入室内に導入させた状態を示した概略説明図である。
【図４】同実施形態に係る浸炭処理装置において、処理材を浸炭処理室内に導入させて浸炭処理を行う状態を示した概略説明図である。
【図５】上記の実施形態に係る浸炭処理装置において、水素ガス分離装置に用いた水素透過フィルタの概略斜視図である。
【図６】上記の実施形態に係る浸炭処理装置に用いた水素ガス分離装置の概略断面図である。
【図７】上記の実施形態に係る浸炭処理装置において、浸炭処理室に流量調整弁が途中に設けられた排気管を設けた変更例の概略説明図である。
【符号の説明】
【００３５】
Ａ  処理材
１ａ  第１扉
１ｂ  第２扉
２  導入室
３  浸炭処理室
４  キャリアガス供給パイプ
４ａ  流量調整弁
５  エンリッチガス供給パイプ
５ａ  流量調整弁
６  攪拌ファン
７  排気管
７ａ  流量調整弁
１０  循環路
１１  循環ポンプ
１２  取出しバルブ
１３  冷却装置
１４  戻しバルブ
２０  水素ガス分離装置
２１  容器
２２  水素透過フィルタ
２３  水素ガス案内管
２４  吸引装置
２５  保持板
２５ａ  通気穴
３０  真空ポンプ
３１ａ，３１ｂ  開閉弁
３２ａ，３２ｂ  排気管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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