JPH0390510A

JPH0390510A - ガス回収方法およびそれに用いる装置

Info

Publication number: JPH0390510A
Application number: JP22798889A
Authority: JP
Inventors: Hiromi Kiyama; 洋実木山; Teiji Watabe; 渡部　鼎士; Naozo Murakami; 村上　直三
Original assignee: Daido Sanso Co Ltd
Current assignee: Daido Sanso Co Ltd
Priority date: 1989-09-01
Filing date: 1989-09-01
Publication date: 1991-04-16
Anticipated expiration: 2012-10-27
Also published as: JP2667528B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、熱処理炉で使用した冷却用ガス等を回収す
るためのガス回収方法およびそれに用いる装置に関する
ものである。

〔従来の技術〕

従来、金属部材に焼き入れ等の熱処理を行う場合、被処
理物を真空熱処理炉内に入れて加熱したのち、上記真空
熱処理炉内に窒素ガスを入れて被処理物を冷却すること
が行われている。ところが、最近、窒素ガスよりも熱伝
導率が大きいへりつムガスを冷却ガスとして用いること
により冷却機能を大幅に向上させた熱処理炉が開発され
ている。しかしながら、この熱処理炉に使用するヘリウ
ムガスは高価であるため、使い捨てにするには勿体なく
、使用後に回収し再度使用することが好ましい。このよ
うな場合、従来では、一般に、第３図に示すような装置
を用いて使用ガスを回収することが行われている。すな
わち、処理炉１をコンプレッサー２を介して低圧に維持
された回収タンク３に連通し、処理炉１と回収タンク３
を均圧にしたのち、処理炉１内の残存ガスをコンプレッ
サー２によって、回収タンク３に移送することが行われ
ている。この場合、回収タンク３の容量を処理炉１の容
量の２倍に設定し、処理炉１内の初期のガス圧を５バー
ルとし、回収タンク３内の初期のガス圧を１．５バール
とすると、第４図に示すように、処理炉工と回収タンク
３を連通した時点で均圧工程が始まって、処理炉１およ
び回収タンク３のガス圧（処理炉ｌのガス圧は丸印で結
ぶ実線ａで示しており、回収タンク３のガス圧は四角口
で結ぶ破線すで示している）はともに、２．６７バール
（図示のＡ点）になる。その後、コンプレッサー２を作
動させて処理炉１内のガスを回収タンク３に移送すると
、処理炉１内のガス圧は０．１バールまで下がり、回収
タンク３のガス圧は３．９６バールまで上昇するように
なる。このようにして、処理炉１内の使用ガスが回収タ
ンク３内に回収される。そして、回収されたガスは、回
収タンク３から昇圧機４等を介して精製装置５に送られ
、精製装置５で純度の高いヘリウムガスに精製されたの
ち、供給タンク６に送られ、処理炉１への供給に備えら
れる。なお、７は供給タンク６にヘリウムガスを供給す
るヘリウムカードルであり、８は供給タンク６に窒素ガ
スを供給する窒素ガス容器である。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記ヘリウムガスを用いた熱処理炉では、操作上の観点
から効率よく被処理物の熱処理を行うために、ヘリウム
ガスの回収を素早く行うことが要求されている。しかし
ながら、従来の方法では、機能上回収タンク３を真空に
することができず、均圧操作前の回収タンク３の圧力は
１．５バ一ル程度にしかできない。このように、処理炉
１と回収タンク３の差圧を大きくできないことから、均
圧操作で回収できるガス量は４７％程度になり、残りの
ガスの回収はコンプレッサー４の作動によって行われる
。したがって、上記熱処理炉において短時間でガスの回
収をするためには、コンプレッサーを大形にしなければ
ならなくなり、その結果、コンプレッサーが高価になる
とともに、それに付随する電気関係の設備費および電力
費が高価になるという問題が生じる。

この発明は、このような事情に鑑みなされたもので、大
形のコンプレッサーを用いることなく、短時間で、処理
炉内のガスを充分に回収することのできるガス回収方法
およびそれに用いる装置の提供をその目的とする。

［課題を解決するための手段］上記の目的を達成するため、この発明は、加圧ガスが充
填された処理炉と、低圧に維持された第１の回収タンク
とを連通して上記処理炉と第１の回収タンクを均圧にし
上記処理炉内の加圧ガスの一部を回収したのちその流路
を閉じ、ついで上記処理炉と、真空に維持された第２の
回収タンクを連通して上記処理炉と第２の回収タンクを
均圧にし上記処理炉内の残存ガスの一部を回収し、その
状態で処理炉内の残存ガスの残部をコンプレッサーによ
って、第２の回収タンクに移送したのちその流路を閉じ
、上記第２の回収タンクと第１の回収タンクをコンプレ
ッサーを介して連通し、第２の回収タンク内の回収ガス
をコンプレッサーによって第１の回収タンクに移送し、
この第１の回収タンク内のガスを、精製装置に送って精
製したのち、供給タンクに移送し上記処理炉への供給に
備えるガス回収方法を第１の要旨とし、処理炉と、開閉
装置を介して上記処理炉に連通ずる第１および第２の回
収タンクと、上記処理炉内のガスを第２の回収タンクに
移送するとともに、上記第２の回収タンク内のガスを第
１の回収タンクに移送するための真空ポンプを兼ねたコ
ンプレッサーと、上記第１のタンク内のガスを精製する
精製装置と、上記精製装置で精製されたガスを貯蔵し上
記処理炉への供給に備える供給タンクとを備えたガス回
収装置を第２の要旨とする。

〔作用〕

すなわち、この発明では、低圧に維持された第１の回収
タンクと真空状態に維持された第２の回収タンクの２個
の回収タンクを用い、使用済の高圧ガスが充填された処
理炉を、第１の回収タンクに連通して第１の回収タンク
と均圧にしたのち、さらに、第２の回収タンクに連通し
て第２の回収タンクと均圧にし、その状態の処理炉内の
残存ガスをコンプレッサーによって、第２の回収タンク
に移送するようになっている。したがって、コンプレッ
サーを作動させる前の均圧操作によって、処理炉のガス
の大部分が上記再回収タンクに回収され、処理炉内はか
なり低圧になっており、小形のコンプレッサーを使用し
ても短時間で処理炉内の残存ガスを充分に第２の回収タ
ンクに移送できるようになる。また、第２の回収タンク
内のガスは、上記コンプレッサーによって第１の回収タ
ンクに移送され第１の回収タンク内のガスとともに、精
製装置で精製されたのち供給タンクに移送されるため、
再度、処理炉に送り使用することができるようになる。

つぎに、この発明を実施例にもとづいて詳しく説明する
。

〔実施例〕

第１図はこの発明の一実施例を示している。すなわち、
図において、１０は熱処理炉であり、１１はその熱処理
炉１０から、２個の回収タンク１２．１３および精製装
置１ｆ　１４を備えた回収精製装置１５内に延設された
配管である。この配管１１は、回収精製装置１５内で、
回収タンクＬ２の上部側に連通ずる配管１６と、回収タ
ンク１２の下部側に連通ずる配管１７と、回収タンク１
３に連通ずる配管１８とに分岐している。そして、上記
配管１１に、切換弁１９およびフィルター２０が設けら
れ、配管１６に切換弁２１、配管１７に切換弁２２，２
３、コンプレッサー２４．フィルター２５．弁２６、配
管１８に切換弁２７．２８がそれぞれ設けられている。

２９は配管１７におけるコンプレッサー２４の両側部分
に連結された切換弁３０付の迂回配管であり、３１は配
管１７における切換弁２３と弁２６の間の部分と、配管
１８における切換弁２７．２８間の部分を結ぶ配管であ
る。また、上記回収タンク１３は、配管３２によって精
製装置１４に連結されており、この配管３２には、切換
弁３３．ダイヤフラム弁３４゜フィルター３５および並
列に２個配設された昇圧機３６，３７が設けられている
。そして、上記精製装置１４から回収精製装置１５の外
部に配設された供給タンク３８に配管３９が延設され、
上記供給タンク３８から熱処理炉１０に切換弁４０付の
配管４１が延設されている。４２は供給タンク３８にヘ
リウムガスを供給するヘリウムカードルであり、４３は
窒素ガス供給用の窒素ガスタンクである。上記ヘリウム
カードル４２は、ダイヤフラム弁４４．弁４５．４６付
の配管４７によって供給タンク３８に連通しており、窒
素ガスタンク４３は、弁４８．４９付の配管５０によっ
て供給タンク３８に連通している。また、５１，５２゜
５３．５４は、それぞれ熱処理炉１０１回収タンク１２
，１３．供給タンク３８に設けられた圧力指示警報器で
ある。なお、上記熱処理炉１０３回収タンク１２および
１３の容量は全て同じに設定されている。

この構成において、まず、ヘリウムカードル４２からヘ
リウムガスを供給タンク３８に送り、供給タンク３８内
にヘリウムガスを充填しておく。

ついで、すべての弁を閉して熱処理炉１０内に被処理物
を入れ、熱処理炉１０内を真空状態にするとともに、熱
処理炉１０内に内蔵されているヒータを発熱させて上記
被処理物を加熱処理する。つぎに、切換弁４０を開けて
、供給タンク３８内のヘリウムガスを熱処理炉１０内に
送り込み、熱処理炉ＩＯ内の被処理物を急冷することに
より焼き入れを行う。この場合、第２図（曲線の左端の
部分）に示すように、ヘリウムガスによって、熱処理炉
１０内の圧力（図示の丸印）を５バールにしておくとと
もに、回収タンク１２内の圧力（図示の四角部）を０．
２八′−ル、回収タンク１３内の圧力（図示の三角印）
を１．５バールにしておく。ついで、上記切換弁４０を
閉じて、切換弁１９，２７．２８を開け、熱処理炉１０
と回収タンク１３を連通させる。その結果、熱処理炉Ｉ
Ｏ内のヘリウムガスの一部が、配管１１．１８を通って
回収タンク１３内に移送され、第２図のように、実線Ｃ
で示す熱処理炉１０内の圧力と、破線ｄで示す回収タン
ク１３内の圧力はともに３．２５バール（図示のＢ点）
になって均一化する。この場合、熱処理の際に、熱処理
炉１０内で発生した異物のうち、回収タンク１３に移送
されるヘリウムガスに含有するものはフィルター２０で
除去され、異物が取り除かれたヘリウムガスが回収タン
ク１３に移送されるようになる。つぎに、切換弁２７，
２８を閉して、切換弁２１を開け、熱処理炉１０内と回
収タンク１２内の圧力を均一化する。これによって、第
２図に示す熱処理炉１０内の圧力と、−点鎖線ｅで示す
回収タンク１２の圧力は、ともに１．７５バール（図示
のＣ点）になって均一化する。ついで、切換弁２１を閉
じて、切換弁２２゜２３、弁２６を開け（弁２６は常に
開いた状態にしておく）、その状態で、コンプレッサー
２４を作動させて熱処理炉１０内の残存ヘリウムガスを
回収タンク１２に移送する。その結果、熱処理炉ＩＯ内
の圧力が低下し、その減少分だけ回収タンク１２内の圧
力が上昇し、第２図のように、回収タンク３内の圧力は
３．３６バール（図示のＤ点）に、熱処理炉１０内の圧
力は０．１バール（図示のＥ点）になる。これによって
、熱処理炉１０内のヘリウムガスの殆どが回収タンク１
２．１３に回収され回収工程が終了する。この状態で、
切換弁１９．２３を閉じ、熱処理炉ＩＯ内から処理済の
被処理物を取り出すとともに、未処理の被処理物を熱処
理炉１０内に入れ、次の熱処理作巣を行うことができる
。つぎに、切換弁２１．２８を開け、その状態で、コン
プレッサー２４を作動させて回収タンク１２内のヘリウ
ムガスを回収タンク１３に移送する。これによって、殆
どのヘリウムガスが回収タンク１３内に充填され、回収
タンク１２が殆ど真空の状態になり、その圧力が０．２
バール（図示のＦ点）になると、回収タンク１３内の圧
力は６．４１バール（図示のＧ点）になる。ついで、切
換弁２１，２２．２−８を閉じるとともに、切換弁３３
を開け、その状態で、昇圧機３６，３７を作動させ、回
収タンク１３内のヘリウムガスを精製装置１４に移送す
る。この精製装置１４に送り込まれたヘリウムガスは、
精製装置１４内で含有する不純物を除去され高純度のヘ
リウムガスとなって、配管３９を介して供給タンク３８
に送られる。そして、つぎの昇温処理後の熱処理炉１０
への供給に備えられる。なお、上記精製装置１４に送ら
れるヘリウムガスは、配管１７および３２を通過する際
にも、それぞれフィルター２５゜３５によって異物等が
除去されるようになっている。また、上記供給タンク３
８内のヘリウムガスが不足している場合には、ヘリウム
カードル４２からヘリウムガスを供給タンク３８に送り
、補充することが行われる。さらに、必要に応じて窒素
ガスタンク４３から窒素を供給タンク３８に送り込んで
供給タンク３８内のヘリウムガスと混合し、この混合ガ
スを熱処理炉１０に送り込むことが行われる。

このように、この発明では、熱処理炉１０を２個の回収
タンク１２．１３に連通し、かなり低圧にしたのち、熱
処理炉１０内の残存ヘリウムガスをコンプレッサー２４
によって、回収タンク１２に移送するようになっている
。したがって、コンプレッサー２４を小形のものにして
も、短時間で高回収率の回収が可能になる。また、回収
されたヘリウムガスはフィルター２０．２５．３５によ
って異物を除去されるとともに、精製装置１４で不純物
を除去され、高純度のヘリウムガスとなって、供給タン
ク３８に送られ、再使用される。その結果、ヘリウムガ
スの無駄がなくなり経済的であるとともに、常に、純度
の高いヘリウムガスを使用できるようになり、精度の優
れた熱処理が行えるようになる。

なお、この発明の方法および装置は、ヘリウムガスの回
収に限らず、アルゴンガス、ヘリウムガスとアルゴンガ
スの混合ガス等、他のガスにも応用できるものである。

また、ヘリウムガスと窒素ガスの混合ガスを使用する場
合、上記実施例のように、ヘリウムと窒素ガスをそれぞ
れ別の容器に収容しておき、これらを使用の際に混合し
てもよいし、予め、ヘリウムガスと窒素ガスを混合して
おき、これをガスを１個の容器に収容しておいてもよい
。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明は構成されているため、使用済の
ガスを短時間で効率よく回収できるようになるとともに
、回収したガスを高純度にして再使用することができる
ようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す構成図、第２図はそ
れを用いたガス回収工程における熱処理炉と回収タンク
内の圧力と時間の関係を示す曲線図、第３図は従来例の
構成図、第４図はそれを用いたガス回収工程における熱
処理炉と回収タンク内の圧力と時間の関係を示す曲線図
である。１０・・・熱処理炉　１２．１３・・・回収タンク　１
４・・・精製装置　１９，２１，２２，２３，２７゜２
８・・・切換弁　２４・・・コンプレッサー　３８・・
・供給タンク

Claims

【特許請求の範囲】

（１）加圧ガスが充填された処理炉と、低圧に維持され
た第１の回収タンクとを連通して上記処理炉と第１の回
収タンクを均圧にし上記処理炉内の加圧ガスの一部を回
収したのちその流路を閉じ、ついで上記処理炉と、真空
に維持された第２の回収タンクを連通して上記処理炉と
第２の回収タンクを均圧にし上記処理炉内の残存ガスの
一部を回収し、その状態で処理炉内の残存ガスの残部を
コンプレッサーによつて、第２の回収タンクに移送した
のちその流路を閉じ、上記第２の回収タンクと第１の回
収タンクをコンプレッサーを介して連通し、第２の回収
タンク内の回収ガスをコンプレッサーによつて第１の回
収タンクに移送し、この第１の回収タンク内のガスを、
精製装置に送つて精製したのち、供給タンクに移送し上
記処理炉への供給に備えることを特徴とするガス回収方
法。
（２）処理炉と、開閉装置を介して上記処理炉に連通す
る第１および第２の回収タンクと、上記処理炉内のガス
を第２の回収タンクに移送するとともに、上記第２の回
収タンク内のガスを第１の回収タンクに移送するための
真空ポンプを兼ねたコンプレッサーと、上記第１のタン
ク内のガスを精製する精製装置と、上記精製装置で精製
されたガスを貯蔵し上記処理炉への供給に備える供給タ
ンクとを備えたことを特徴とするガス回収装置。