JP6975625B2 - Acetylene gas supply device for vacuum carburizing furnace and its supply method - Google Patents
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Description
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。 The present invention relates to an acetylene gas supply device for a vacuum carburizing furnace and a method for supplying the same.
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。
In the vacuum carburizing treatment, a steel material is installed in the heat treatment furnace, a hydrocarbon gas such as acetylene is supplied into the heat treatment furnace in which the pressure is reduced in a vacuum, and carbon is applied to the surface of the steel material by applying heat of about 1000 ° C. It is a process of invading and hardening.
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。
FIG. 2 is a diagram showing a conventional general schematic apparatus configuration for realizing such a vacuum carburizing treatment. In FIG. 2, an acetylene
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。 By the way, not only the acetylene gas used for the vacuum carburizing treatment but also the acetylene gas used for other uses is often required to have high purity. Therefore, when supplying high-purity acetylene gas, a step or apparatus for removing impurities when producing the acetylene gas is internally or separately configured.
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。 For example, Patent Document 3 relates to a technique for increasing the purity of lower unsaturated hydrocarbons such as acetylene, and pays attention to the difference in adsorption activity between impurities and lower unsaturated hydrocarbons, and uses an adsorbent to remove impurities. Techniques for removal are disclosed.
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。 Further, Patent Document 4 generates lithium carbide from metallic lithium and carbon powder without using a chlorine compound-based cleaning agent, and reacts the lithium carbonate with water to generate crude acetylene gas, which is the crude acetylene gas. Discloses a technique for obtaining high-purity acetylene gas by contacting with a molecular sieve adsorbent.
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。 Further, Patent Document 5 uses a dry adsorbent such as activated carbon or molecular sieves to remove water from the generated acetylene gas, and further uses a dry adsorbent such as activated alumina to remove hydride impurities from the gas after water removal. Discloses a technique for supplying high-purity acetylene produced by removing the above-mentioned material to a gas destination at a pressure of atmospheric pressure or less.
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。
By the way, the inside of the
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。
Here, if the pressure in the
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。
Techniques for removing such a solvent are disclosed in, for example, Patent Documents 6 and 7.
In Patent Document 6, acetylene absorbed in a solvent having a temperature of -20 to -81.8 ° C. is heated to −10 to + 20 ° C. to dissipate acetylene, and the released acetylene is -50 to −81. It discloses the purification of high-purity acetylene by recooling to 8.8 ° C to remove the solvent and its condensates.
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。 However, the technique in this document is only a technique for producing acetylene, and there is no viewpoint of pressure drop when using acetylene filled in a container. Therefore, the place where acetylene gas is used (particularly, vacuum). In a carburizing furnace), there is no problem of maintaining high purity.
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。 Patent Document 7 discloses an apparatus in which an acetylene supply apparatus is portable so as to be able to generate high-purity acetylene gas at a place where acetylene is used, and more specifically, at the outlet of an acetylene container. It is provided downstream of the pressure reducing valve and is provided with an activated carbon column for removing a solvent, and a molecular sieves column provided downstream of the activated carbon column for removing water and a trace amount of residual gas. Furthermore, before the start of supply of ultra-high-purity acetylene to the place of use, a certain amount of acetylene containing air component impurities remaining in the upper gas phase of the high-purity dissolved acetylene container is discharged from the purge valve to the place of use. The purity of the supplied ultra-high purity acetylene is maintained.
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。 However, the method of removing the solvent using an activated carbon column or the above-mentioned adsorbent has a high removal capacity, but the configuration is complicated, and it is a necessary configuration when making carbon-based materials such as carbon nanotubes. It was not suitable for acetylene to be supplied to the vacuum carburizing furnace.
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。 Further, conventionally, when 5N acetylene gas is obtained, there is a problem that the purification efficiency of the gas is low and the practicality is limited due to the extremely high cost. Moreover, in general, high-purity acetylene cylinders on the market are very expensive and unsuitable for industrial use.
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。
On the other hand, an apparatus configuration capable of parallelly interposing on the
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。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and is capable of supplying high-purity acetylene gas to a vacuum carburizing furnace with a simple and inexpensive configuration regardless of the gas supply pressure of the acetylene container. An object of the present invention is to provide an acetylene gas supply device for a furnace and a method for supplying the same.
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。
In order to solve the above problems, the present invention has the following configurations.
[1] An acetylene gas supply device for a vacuum carburizing furnace that supplies acetylene gas to the vacuum carburizing furnace.
An acetylene container filled with acetylene dissolved in a solvent,
An acetylene supply path for supplying acetylene gas from the acetylene container to the vacuum carburizing furnace, and
A heat exchanger provided in the acetylene supply path to reliquefy the solvent component contained in the acetylene gas.
An acetylene gas for a vacuum carburizing furnace provided in the acetylene supply path on the secondary side of the heat exchanger and comprising a gas-liquid separator for separating the reliquefied solvent and the acetylene gas from which the solvent component has been removed. Feeding device.
[2] The heat exchanger reliquefies the solvent component contained in the acetylene gas by cooling the acetylene gas from the acetylene container to a temperature lower than the boiling point of the solvent, in [1]. The acetylene gas supply device for the vacuum carburizing furnace described.
[3] The acetylene gas supply device for a vacuum carburizing furnace according to [1] or [2], wherein the solvent contains at least one of acetone and N, N-dimethylformamide.
[4] The acetylene gas supply device for a vacuum carburizing furnace according to any one of [1] to [3], wherein the heat exchanger is a fin tube type heat exchanger.
[5] The acetylene gas supply device for a vacuum carburizing furnace according to any one of [1] to [4], wherein the gas-liquid separator is a centrifugal gas-liquid separator.
[6] An acetylene gas supply method for a vacuum carburizing furnace, which supplies acetylene gas to the vacuum carburizing furnace via an acetylene supply path.
The solvent component contained in the acetylene gas is reliquefied by using a heat exchanger with the acetylene gas derived from the acetylene container filled with acetylene dissolved in the solvent.
A vacuum carburizing furnace that separates the reliquefied solvent from the acetylene gas from which the solvent component has been removed by a gas-liquid separator downstream of the heat exchanger, and then supplies the acetylene gas to the vacuum carburizing furnace. For acetylene gas supply method.
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。 According to the acetylene gas supply device for a vacuum carburizing furnace and the supply method thereof of the present invention, a simple and inexpensive configuration in which a heat exchanger and a gas-liquid separator are interposed is high regardless of the gas supply pressure of the acetylene container. Pure acetylene gas can be supplied to the vacuum carburizing furnace.
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。 Hereinafter, the configuration of the acetylene gas supply device for a vacuum carburizing furnace, which is an embodiment to which the present invention is applied, will be described in detail with reference to the supply method. In addition, in the drawings used in the following explanation, in order to make the features easy to understand, the featured parts may be enlarged for convenience, and the dimensional ratios of each component may not be the same as the actual ones. No.
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。
FIG. 1 is a diagram showing an apparatus configuration of an embodiment of the acetylene gas supply apparatus for a vacuum carburizing furnace and the supply method thereof of the present invention.
As shown in FIG. 1, the acetylene
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。
The inside of the
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。
The cooling temperature of the fin tube
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。
The liquefied solvent generated by the fin
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。
In the above-described embodiment, the configuration in which the fin tube
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。 Further, in the above-described embodiment, a configuration in which a centrifugal gas-liquid separator is used as a device for separating the liquefied solvent and the acetylene gas from which the solvent component has been removed has been described as an example, but the present invention is limited to this. There is no such thing. Other gas-liquid separators may be used as long as they can separate the liquefied solvent and the acetylene gas from which the solvent component has been removed.
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。
As described above, according to the above-described embodiment, the
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。 The acetylene gas supply device for a vacuum carburizing furnace and the method for supplying the acetylene gas for a vacuum carburizing furnace of the present invention can be adopted, for example, in the case of supplying acetylene gas for vacuum carburizing treatment to the vacuum carburizing furnace.
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 1 ... Acetylene gas supply device for vacuum carburizing furnace, 11 ... Acetylene bomb (acetylene container), 12 ... Pressure reducing valve, 13 ... Fin tube heat exchanger (heat exchanger), 14 ... Centrifugal gas-liquid separator (gas) Liquid separator), 15 ... MFC, 16 ... acetylene supply line (acetylene supply path), 100 ... acetylene gas supply device for vacuum carburizing furnace, 200 ... vacuum carburizing furnace
Claims (4)
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の圧力を調整する減圧弁と、
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、冷却水を導入して15〜40℃に冷却するフィンチューブ式熱交換器と、
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遠心力式気液分離器と、を備える真空浸炭炉用アセチレンガス供給装置。 An acetylene gas supply device for a vacuum carburizing furnace that supplies acetylene gas to a vacuum carburizing furnace.
An acetylene container filled with acetylene dissolved in a solvent,
An acetylene supply path for supplying acetylene gas from the acetylene container to the vacuum carburizing furnace, and
A pressure reducing valve provided in the acetylene supply path and adjusting the pressure of the acetylene gas,
A fin tube heat exchanger provided in the acetylene supply path, which reliquefies the solvent component contained in the acetylene gas, introduces cooling water and cools the temperature to 15 to 40 ° C.
A vacuum carburizing furnace provided in the acetylene supply path on the secondary side of the heat exchanger and provided with a centrifugal gas-liquid separator for separating the reliquefied solvent and the acetylene gas from which the solvent component has been removed. For acetylene gas supply device.
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、減圧弁で圧力調整されたアセチレンガスを冷却水を導入して15〜40℃に冷却するフィンチューブ式熱交換器によって、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遠心力式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。 It is an acetylene gas supply method for a vacuum carburizing furnace that supplies acetylene gas to a vacuum carburizing furnace via an acetylene supply path.
The acetylene gas, which is derived from an acetylene container filled with acetylene dissolved in a solvent and whose pressure is adjusted by a pressure reducing valve, is cooled to 15 to 40 ° C. by introducing cooling water. Reliquefies the solvent component contained in the gas and reliquefies it.
After separating the reliquefied solvent and the acetylene gas from which the solvent component has been removed by a centrifugal gas-liquid separator downstream of the heat exchanger, the acetylene gas is supplied to the vacuum carburizing furnace. Acetylene gas supply method for vacuum carburizing furnace.
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