CN103805759B - 用于小型热处理炉的炉气产生装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种用于小型热处理炉的炉气产生装置，其透过将炉气产生装置设置于小型热处理炉内，炉气产生装置包含一内盒及包覆内盒的一外盒，其利用该小型热处理炉的热能，雾化内盒的甲醇滴注液，以与反应气体混合分解为一炉气。炉气产生装置所产生的炉气的出气方向与内盒的甲醇滴注液与反应气体的反应方向相垂直，使炉气呈辐射状喷射于热处理炉内，外盒可防止内盒的未完全反应的甲醇滴注液直接滴于热处理炉，而于热处理炉内产生积碳。
Description
技术领域
本发明是关于一种炉气产生装置，特别是指一种用于小型热处理炉的炉气产生装置。
背景技术
热处理是对材料进行一至数次加热和冷却处理，而改变材料微观结构与物化性质的方法，透过控制热处理过程中材料的温度变化曲线，可达到不同的热处理效果，而使材料获得不同的性能。
金属热处理过程中，热处理炉中炉气的碳势高低会决定金属工件的表层发生渗碳或脱碳的反应，金属工件表面含碳量高可提高耐磨性，但韧性会随的降低，金属工件表面含碳量低则硬度值降低且耐磨性不佳，而达不到热处理的效果，因此，热处理过程中，控制炉气的成分及碳势与控制温度变化梯度同等重要，是决定热处理效果的关键。
炉气可由滴注液分解产生，以甲醇(CH3OH)作为滴注液时，由于甲醇的裂解温度较低，而可于760度左右的温度裂解为一氧化碳(CO)和氢气(H2)，并主要透过以下几种反应式于金属表面产生碳原子或将碳原子脱出：
2CO[C]＋CO2
CO＋H2 [C]＋H2O
且，反应产生的二氧化碳(CO2)可藉由与氢气反应还原产生一氧化碳：
H2＋CO2 CO＋H2O
透过上述化学反应，甲醇滴注液裂解产生的炉气可与金属工件表面进行反应，再透过通入一定量的氮气，可改变甲醇裂解炉气的碳势，而氮气本身于热反应的温度压力下，不与金属或其它气体成分发生反应，故可作为一种中性的载体气体。
由于近年来多数机械皆朝向轻型化、薄型化发展，微小型零件的热处理需求相当受到重视，而热处理微小型零件所使用的小型热处理炉并不需要使用大型热处理炉的炉气产生装置，而应配合小型热处理炉的尺寸与炉气成分气压等需求进行设计，以降低小型热处理炉的炉气产生装置的生产及运作成本。
美国专利第4,249,965号提出一种位于热处理炉外部的炉气产生装置，包含甲醇蒸发器和甲醇分解炉两个部份，为了将甲醇蒸发并分解，需耗费电能，且设备所需的成本较高。且，甲醇蒸发器中通入甲醇和氮气，加热后生成甲醇蒸气与氮气的混合气体，混合气体需再通入含有铜、镍、铂催化剂的甲醇分解炉，才能生成具有一氧化碳、氮气、氢气成分的炉气，其中催化剂昂贵且寿命有限，若对催化剂的管理不当将会影响炉气质量。
另，美国专利第6,165,275号提出一种可藉高压氮气将甲醇雾化并喷入热处理炉内分解为炉气的炉气产生装置，在装置的二个柱状喷嘴内包含甲醇滴注管与氮气输入管，并将喷嘴伸入热处理炉中，产生的炉气集中于喷嘴周遭，即热处理炉内的一侧，因此须另外设置风扇等装置搅动气流以使炉气能均匀分布于热处理炉中。另，虽然喷嘴外使用真空套管隔热设计以防止甲醇受热蒸发，但热处理炉内温度很高，长时间操作时甲醇仍会受到辐射热加热。
又，我国台湾地区专利第M395148号提出一种伸入热处理炉内的炉气产生装置，设有一分解炉并另外加设一加热器，加热器对甲醇雾化气体进行加热，使其分解为炉气。然，加热器仍需额外耗费电能，且为达到保温效果，又于加热器外增设一保温层，导致其设备成本增加。
有鉴于此，本发明的发明人遂针对上述的问题缺失加以研究，构思研发一种用于小型热处理炉的炉气产生装置，不需额外设置加热器及风扇，即可使用热处理炉的热能雾化甲醇滴注液，以与反应气体混合，进而产生保护金属零件的炉气。另外，炉气产生装置所产生的炉气呈辐射状喷射，可快速充满热处理炉的内部。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种用于小型热处理炉的炉气产生装置，炉气产生装置直接使用热处理炉的热能，使一甲醇滴注液及一氮气混合而分解，以产生保护进行热处理的金属零件的一炉气，而且炉气可呈辐射状喷射至热处理炉内，如此不需额外于炉气产生装置内设置加热器及风扇，有效降低设备成本。
本发明的目的，在于提供一种用于小型热处理炉的炉气产生装置，炉气产生装置提供炉气的方向(出气方向)与产生炉气的方向(反应方向)相互垂直，而炉气产生装置包含内盒及包覆内盒的外盒，外盒可承接未完全反应的甲醇滴注液，如此可避免未完全反应的甲醇滴注液直接滴于热处理炉内，而使热处理炉内产生积碳。
为达上述目的，本发明提出一种用于小型热处理炉的炉气产生装置，包含：一内盒，其包含一反应本体及一第一出气结构，该反应本体具有一第一端及一第二端，该反应本体具有一反应通路，该第一出气结构设置于该反应本体的该第二端，并与该反应通路相连通，该第一出气结构的出气方向与该反应通路的反应方向相互垂直；以及一外盒，包覆该内盒，该外盒具有一容置本体及一第二出气结构，该容置本体具有一容置空间，该容置空间容置该反应本体，该第二出气结构设置于该容置本体的一端，并对应该第一出气结构，该第一出气结构与该第二出气结构相连通，该第二出气结构的出气方向与该第一出气结构的出气方向相同。
实施本发明产生的有益效果是：本发明的用于小型热处理炉的炉气产生装置，不需额外设置加热器及风扇，即可使用热处理炉的热能雾化甲醇滴注液，以与反应气体混合，进而产生保护金属零件的炉气。另外，炉气产生装置所产生的炉气呈辐射状喷射，可快速充满热处理炉的内部。
附图说明
图1为本发明的第一实施例的炉气产生装置的立体图；
图2为本发明的第一实施例的炉气产生装置的剖面图；
图3为本发明的第一实施例的炉气产生装置的使用状态图；
图4为本发明的第二实施例的炉气产生装置的结构示意图；以及
图5为本发明的第三实施例的炉气产生装置的结构示意图。
【图号对照说明】
1内盒
10反应本体
100反应通路
102第一端
104第二端
1020液体滴入口
1022气体注入口
1024反应气体供应管
12第一出气结构
120第一出气本体
120a第一表面
120b第二表面
120c环形侧壁
1200第一出气孔
1201通孔
1202歧管
122第一气体流通空间
2外盒
20容置本体
20a第一端
20b第二端
200容置空间
2000第一开口
2002第二开口
2004空气注入口
2006空气供应管
22第二出气结构
220第二出气本体
220a第一表面
220b第二表面
220c环形侧壁
2200第二出气孔
2201通孔
222第二气体流通空间
3热处理炉
31外炉体
32内炉体。
具体实施方式
为了使本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，特用较佳的实施例及配合详细的说明，说明如下：
首先请参阅图1及图2，其是本发明第一实施例的立体图及剖面图；如图所示，本实施例提供一种用于小型热处理炉的炉气产生装置，炉气产生装置包含一内盒1与一外盒2，外盒2包覆内盒1。内盒1包含一反应本体10及一第一出气结构12，本实施例的反应本体10为一中空管体，其有一第一端102及一第二端104，第一端102贯通至第二端104以形成一反应通路100。第一出气结构12具有一第一出气本体120，本实施例的第一出气本体120为一中空盘体，第一出气本体120具有一第一表面120a、与第一表面120a相对的一第二表面120b及位于第一表面120a及第二表面120b间的一环形侧壁120c。第一出气本体120的第一表面120a具有一通孔1201，其环形侧壁120c具有复数第一出气孔1200，该些第一出气孔1200沿着环形侧壁120c排列。而通孔1201与该些第一出气孔1200相连通，并两者间形成一第一气体流通空间122于第一出气本体120内。
反应本体10的第二端104连接第一出气本体120的第一表面120a的通孔1201，反应本体10的反应通路100与第一出气本体120的第一气体流通空间122相连通。然，反应本体10的第一端102具有一液体滴入口1020及一气体注入口1022，并气体注入口1022设有一反应气体供应管1024，反应气体供应管1024从气体注入口1022往反应本体10的外侧延伸。
然，外盒2包覆该内盒1，外盒2具有一容置本体20及一第二出气结构22，容置本体20与反应本体10一样为一管体，其具有一第一端20a及一第二端20b，第一端20a贯通至第二端20b，以形成一容置空间200于容置本体20内。而容置空间200用于容置反应本体10，容置本体20的第一端20a及第二端20b分别对应反应本体10的第一端102及第二端104。容置本体20的第一端20a具有一第一开口2000及一第二开口2002，第一开口2000对应内盒1的液体滴入口1020，第二开口2002对应内盒1的气体注入口1022，并供连接于气体注入口1022的反应气体供应管1024贯穿。
第二出气结构22具有一第二出气本体220，第二出气本体220具有一第一表面220a、一第二表面220b及一环形侧壁220c，第一表面220a、第二表面220b及环形侧壁220c形成一容置空间并包覆第一出气结构12，第一出气结构12的第一出气本体120的第一表面120a对应第二出气本体220的第一表面220a，第一出气本体120的第二表面120b对应第二出气本体220的第二表面220b，第一出气本体120的环形侧壁120c对应第二出气本体220的环形侧壁220c。然，第二出气本体220的第一表面220a具有一通孔2201，容置本体20的第二端20b连接第二出气本体220的第一表面220a的通孔2201，使外盒2包覆内盒1。
第二出气本体220的环形侧壁220c设有复数第二出气孔2200，该些第二出气孔2200呈环状间隔排列，即沿着环形侧壁220c排列。该些第二出气孔2200与第二出气本体220的通孔2201相连通，两者间形成一第二气体流通空间222。当外盒2包覆内盒1时，第二气体流通空间222透过第一出气本体120的该些第一出气孔1200与第一气体流通空间122相连通。
请一并参阅图2及图3，是本发明的第一实施例的炉气产生装置的剖面图及使用状态图；如图所示，本实施例的炉气产生装置用于一小型热处理炉3，其中小型热处理炉3具有一外炉体31及一内炉体32，内炉体32供至少一金属零件设置。当炉气产生装置设置于小型热处理炉3时，炉气产生装置的内盒1的反应本体10及外盒2的容置本体20设置于外炉体31的顶部，反应本体10的第一端102及容置本体20的第一端20a凸出炉体31的顶部，而位于小型热处理炉3的外部，反应本体10的第二端104及容置本体20的第二端20b往内炉体32延伸，并贯穿内炉体32的顶部至其内部，使内盒1的第一出气结构12及外盒2的第二出气结构22位于内炉体32内。
待炉气产生装置设置于热处理炉3后，于内盒1的反应本体10的液体滴入口1020滴入一甲醇滴注液至反应通路100内。反应气体供应管1024供应一反应气体(如：氮气)，反应气体从气体注入口1022进入反应本体10的反应通路100内。反应本体10吸收热处理炉3的热能，使位于反应通路100的甲醇滴注液受热而雾化为一甲醇蒸气，甲醇蒸气与反应气体混合而产生一混合气体，混合气体受热分解为一炉气，其中炉气的成份为一氧化碳、氢气、氮气或其它气体。
炉气生成后，从反应本体10的反应通路100进入第一出气结构12的第一出气本体120，炉气集中第一出气本体120的第一气体流通空间122内，最后炉气通过设置于第一出气本体120的环形侧壁120c的该些第一出气孔1200通入外盒2的第二出气结构22的第二出气本体222。炉气流通于第二气体流通空间222，最后炉气从位于第二出气本体222的环形侧壁222c的该些第二出气孔2200喷射至热反应炉3的内炉体32内，炉气呈辐射状喷射，使内炉体32内各处充满炉气，以防止进行热处理的金属零件产生氧化或脱碳。
由上述可知，本实施例的炉气产生装置与习知的炉气产生装置差异在于，其该些第一出气孔1200及该些第二出气孔2200分别位于内盒1及外盒2的侧边，非位于内盒1及外盒2的底部，即使炉气的出气方向与其反应方向相互垂直，而且外盒2包覆内盒1，可承接未完全反应的甲醇滴入液，如此未完全反应的甲醇滴入液不会直接滴至热处理炉3的内炉体32，进而避免内炉体32及金属零件产生积碳的问题。
复参阅图3，为了使炉气产生装置所产生的炉气可快速的充满热处理炉3的内炉体32，该些第一出气孔1200的直径可大于该些第二出气孔2200的直径，使该些第一出气孔1200的出气量大于该些第二出气孔2200的出气量，大量炉气会蓄积于第二出气结构22的第二气体流通空间222内，导致第二气体流通空间222的气压大于内炉体32内的气压，使炉气呈辐射状从该些第二出气孔2200喷射至内炉体32内，使内炉体32完全充满炉气。另外，也可使第一出气孔1200的数量大于第二出气孔2200的数量，也可达到上述功效，于此不再赘述。而该些第一出气孔1200及第二出气孔2200的数量及直径可依据热处理汽3的内炉体32的容积大小而定。
再参阅图2，外盒2的容置本体20更设有一空气注入口2004，空气注入口2004邻近反应本体10的第一端102，并连接一空气供应管2006，空气供应管2006从容置本体20的空气注入口2004向外延伸。待炉气产生装置使用完后，可从空气供应管2006通入一空气，空气经空气注入口2004进入容置空间200，并充满内盒1及外盒2，以快速地烧除位于内盒1及外盒2的积碳，以维持炉气产生装置的清洁。另外通入外盒2的空气也可从该些第二出气孔2200排出，以烧除热处理炉3的加热器上的积碳，避免加热器于使用时的加热效率降低或因过热而损毁。
请参阅图4，是本发明的第二实施例的炉气产生装置的结构示意图；如图所示，上述实施例的第一出气结构12为中空盘体，而本实施例的第一出气结构12的第一出气本体120从反应本体10向下延伸，即为一管体，第一出气本体120的侧壁120c具有复数第一出气孔1200，每一出气孔1200连通第一气体流通空间122及第二气体流通空间222，本实施例的第一出气结构12也能达到与上述实施例的第一出气结构12的功效，于此不再赘述。
本实施例的炉气产生装置可调整第一出气结构12的出气孔1200的数量大于第二出气结构22的该些第二出气孔2200的数量；或者调整每一出气孔1200的直径大于第二出气结构22的该些第二出气孔2200的直径，如此使炉气产生装置内的气压大于其外部(热处理炉3内)的气压，使炉气从该些第二出气孔2200呈辐射状喷出，并布满热处理炉3，以保护进行热处理的金属零件。
请参阅图5，是本发明的第三实施例的炉气产生装置的结构示意图；如图所示，第三实施例的炉气产生装置与第二实施例大致相同，不同的处在于第一出气本体120的侧壁120c具有复数第一出气孔1200，每一出气孔1200连接一歧管1202，每一歧管1202往第二出气结构22的第二出气本体220的侧壁220c延伸，本实施例的第一出气结构12也能达到与上述实施例的第一出气结构12的功效，于此不再赘述。
综上所述，本发明提供一种用于小型热处理炉的炉气产生装置，本发明的炉气产生装置可直接吸收热处理炉的热能，不需额外设置加热装置，使炉气产生装置内的混合气体(甲醇与氮气)分解，以产生保护进行热处理的金属零件的炉气。而内盒的第一出气结构与外盒的第二出气结构的出气方向与内盒的甲醇滴注液与反应气体的反应方向相互垂直，而外盒可承接未完全反应的甲醇滴注液，使未完全反应的甲醇滴注液不会直接滴于热处理炉内而使热处理炉内或金属零件表面产生积碳。此外，第一出气结构的该些第一出气孔与第二出气结构的该些第二出气孔的数量与直径相互配合，使炉气产生装置所产生的炉气呈辐射状喷射至热处理炉内，并快速地充满热处理炉，以使热处理炉内的金属零件获得适当的炉气供应。然，可通入空气于炉气产生装置，以烧除炉气产生装置及热处理炉内的积碳，进而维持炉气产生装置的清洁，并避免热处理炉的加热器因积碳而降低加热效率或过热而损毁。
上文仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。
Claims (12)
1.一种用于小型热处理炉的炉气产生装置，其特征在于，包含：
一内盒，包含一反应本体及一第一出气结构，该反应本体具有一第一端及一第二端，该反应本体具有一反应通路，该第一出气结构设置于该反应本体的该第二端，并与该反应通路相连通，该第一出气结构的出气方向与该反应通路的反应方向相互垂直；以及
一外盒，包覆该内盒，该外盒具有一容置本体及一第二出气结构，该容置本体具有一容置空间，该容置空间容置该反应本体，该第二出气结构设置于该容置本体的一端，并对应该第一出气结构，该第一出气结构与该第二出气结构相连通，该第二出气结构的出气方向与该第一出气结构的出气方向相同。
2.如权利要求1所述的用于小型热处理炉的炉气产生装置，其特征在于，其中该反应本体的该第一端供一甲醇滴注液及一反应气体进入该反应通路，该甲醇滴注液与该反应气体形成一炉气。
3.如权利要求2所述的用于小型热处理炉的炉气产生装置，其特征在于，其中该反应本体的该第一端具有一液体滴入口及一气体注入口，该液体滴入口供该甲醇滴注液滴入，该气体注入口供该反应气体注入。
4.如权利要求3所述的用于小型热处理炉的炉气产生装置，其特征在于，其中该容置本体具有一第一开口及一第二开口，该第一开口对应该液体滴入口，该第二开口对应该气体注入口。
5.如权利要求4所述的用于小型热处理炉的炉气产生装置，其特征在于，其中该内盒更包含：
一反应气体供应管，连接该气体注入口，并穿过该外盒的该第二开口。
6.如权利要求4所述的用于小型热处理炉的炉气产生装置，其特征在于，其中该容置本体更包含：
一空气注入口，该空气注入口邻近该反应本体的该第一端。
7.如权利要求6所述的用于小型热处理炉的炉气产生装置，其特征在于，其中该容置本体更包含：
一空气供应管，连接该空气注入口。
8.如权利要求1所述的用于小型热处理炉的炉气产生装置，其特征在于，其中该第一出气结构包含一第一出气本体，该第一出气本体具有一第一气体流通空间，该第一气体流通空间与该反应通路相连通，该第一出气本体的侧壁具有复数第一出气孔。
9.如权利要求8所述的用于小型热处理炉的炉气产生装置，其特征在于，其中该第一出气结构更包含：
复数歧管，分别设置于该些第一出气孔。
10.如权利要求8所述的小型热处理炉的炉气产生装置，其特征在于，其中该第二出气结构包含一第二出气本体，该第二出气本体的侧壁具有复数第二出气孔，该第二出气本体具有一第二气体流通空间，该第二气体流通空间与该些第一出气孔及该些第二出气孔相连通。
11.如权利要求10所述的小型热处理炉的炉气产生装置，其特征在于，其中该些第一出气孔的数量大于该些第二出气孔的数量，该第二气体流通空间的气压大于该外盒的外部的气压。
12.如权利要求10所述的小型热处理炉的炉气产生装置，其特征在于，其中该些第一出气孔的直径大于该些第二出气孔的直径，该第二气体流通空间的气压大于该外盒的外部的气压。
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