JPH0512278Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本願考案は、熱処理炉の有機流体供給装置に関
する。さらに詳細には、有機流体を一定の流量で
連続的に熱処理炉内へ供給し、それにより安定し
た炭素雰囲気を熱処理炉内に形成する有機流体供
給装置に関する。

［従来の技術及びその問題点］ 従来、浸炭あるいは焼入れなどの熱処理におい
てはプロパンやブタンを空気と一緒に触媒を用い
て燃焼させる吸熱型反応により発生する還元性ガ
スを使用していた。

しかしながら近年になつて、メタノールなどの
有機流体と窒素などの不活性ガスを熱処理炉内へ
導入して混合することにより炭素雰囲気を形成す
る方法が開発され、例えば特開昭58−128576号に
開示されている。

ところで、上記方法で使用されるメタノールは
吸水性が高く、空気に触れると容易に空気中の水
分を吸収してしまう。熱処理に使用するメタノー
ル中に存在する水分量があるレベルより高くなる
と、浸炭、焼入処理などに有害な影響を及ぼす。
すなわちメタノール中の水分が熱により分解して
酸素を発生して浸炭、焼入処理に悪影響を及ぼす
こととなる。湿度の高い夏の間は特にこの点は問
題となる。

また、炉内に供給されるメタノールの流量が変
動すると、炉内の炭素雰囲気に影響を与え、その
結果浸炭、焼入部品の品質に影響を与える。

したがつて、上記方法においてメタノール等の
有機流体を熱処理炉へ供給するに当つては、次の
条件すなわち次の問題点を解決した供給装置が提
案される必要がある。すなわち、 (1) メタノールは水分を含まない乾燥した純粋な
ものであること。

(2) メタノールの供給は少量で、かつ一定量が安
定して連続的に供給可能であること。

(3) さらに安価で高量産性を確保するためには、
一台の供給装置から複数の熱処理炉への供給が
可能であること、である。

［問題点を解決するための手段］ 上記問題点を解決するために本考案は、熱処理炉
への有機流体供給装置において、有機流体が貯溜
された貯溜タンクと、有機流体より上方の貯溜タ
ンクの内部空間を所定圧力の不活性ガスによつて
パージすると共に空気の侵入を防止する不活性ガ
ス供給源と、貯溜タンク内の有機流体を供給ライ
ンを介して熱処理炉へ圧送するポンプと、貯溜タ
ンクとポンプの間の供給ラインに設けられ、有機
流体中に含まれる不純物を取り除くフイルター
と、供給ラインに配設され、加圧された有機流体
の圧力を所定値に調整する第一圧力調整弁と、第
一圧力調整弁より下流側の供給ラインに配設さ
れ、有機流体を一定の流量で熱処理炉に供給する
自動流量調節弁と、ポンプから分岐して貯溜タン
クへ帰還するフイードバツクラインと、フイード
バツクラインに設けられ、ポンプから圧送される
有機流体の圧力が所定値を越えた時に、有機流体
の一部をフイードバツクラインを介して貯溜タン
クに戻す第二圧力調節弁とから成る有機流体供給
装置を提供する。

［実施例］ 以下図面に基づき本願考案の実施例を説明す
る。

第１図は本考案の一実施例に係る有機流体供給
装置の構成を示すブロツク図である。図中、１は
熱処理炉、２は有機流体であるメタノールを貯溜
しているメタノール貯溜タンク、３は液体窒素を
貯溜している窒素貯溜タンクである。

メタノール貯溜タンク２内のメタノール４の上
部空間５には、窒素貯溜タンク３かた配管６を通
して窒素ガス供給され、上部空間５の大気をパー
ジして窒素シールが行なわれている。これによつ
て上部空間５が不活性化され、大気中の水分が貯
溜されているメタノール４に吸収されることがな
いようになつている。この上部空間５に供給され
る窒素ガスの圧力は0.07Kg／cm²Ｇ（760mm／H₂Ｏ）
以下の低い圧力であり、これにより窒素がメタノ
ール中に溶込むのが防止される。窒素が大量にメ
タノール中に溶込むと、後に述べる流量制御シス
テムに支障が生ずる。

メタノール貯溜タンク２内のメタノール４は、
サイフオン管７を通つてモーター８により駆動さ
れるポンプ９に汲み上げられる。サイフオン管７
の途中にフイルター１１が設けられ、メタノール
中の不純物を取除くようになつている。

ポンプ９で圧力を高められたメタノールは、メ
タノール供給ライン１３内へと圧送されるが、こ
の供給ライン１３には圧力調整弁１２が設けら
れ、例えばポンプ９で９Kg／cm²Ｇに高められたメ
タノールの圧力が圧力調整弁１２により設定され
た圧力、例えば５Kg／cm²Ｇに調節されてその下流
側へ供給されることとなる。ところでこのポンプ
９と圧力調整弁１２との間で供給ライン１３から
分岐してメタノール貯溜タンクへ帰還するフイー
ドバツクライン１４が設けられ、このフイードバ
ツクライン１４には圧力調整弁１５が配設されて
いる。この圧力調整弁１５は保圧調整弁として機
能し、一次側（上流側）の圧力を９Kg／cm²Ｇに維
持する。そして、ポンプ９から吹き出されたメタ
ノールの圧力が９Kg／cm²Ｇ以上になると、開弁し
てメタノールの一部をメタノール貯溜タンク２に
戻して、ポンプ出口圧力を一定（９Kg／cm²Ｇ）に
維持する。

メタノール供給ライン１３にはさらに流量計１
６及び自動流量調節弁１７が設けられ、その末端
は熱処理炉１内にメタノールを噴射するように炉
壁に取り付けられたインジエクター１８に連結し
ている。ここに使用されている自動流量調節弁１
７は、流量オリフイスとバランスコントロールバ
ルブが一体に組合わされており、オリフイス部に
発生する差圧をダイアフラムに作用させてバルブ
を作動させるようになつており、結果的に入口側
の圧力変動にも拘わらず出力としての流量値が変
動しないようになつている。すなわち圧力調整弁
には、一般的に使用される調整弁の持つ傾向とし
て、時間の経過と共にその圧力が多少低下する。
また、メタノール供給ライン１３にメタノールを
圧送するのはポンプ９であり、このポンプ９の作
動には脈動があるので、その作動中には圧送され
るメタノールに多少の圧力変動が生ずる。しかし
ながら、供給ライン１３の末端部に上述の如き特
徴を備えた自動流量調節弁１７を配設したので、
一度流量値を設定すればポンプでの圧力変動があ
つても、ノズル１８へは流量が安定した状態でメ
タノールが送られることとなる。

本実施例においては、モータ１９により駆動さ
れる予備ポンプ２１が、ポンプ９と並列の状態で
メタノール供給ライン１３に連結されている。こ
の予備ポンプ２１は通常は停止している。そし
て、圧力調整弁１２と流量計１６の間において、
メタノール供給ライン１３内を流れるメタノール
の圧力を検知する圧力スイツチ２２が設けられて
いる。圧力スイツチ２２は、メタノール供給ライ
ン１３内の圧力が所定値より低くなつたことを検
知すると、制御回路２３に信号を送る。制御回路
２３には遅延タイマーが組込まれ、圧力スイツチ
２２から最初に信号を受け取つてから一定時間、
例えば５秒間、圧力スイツチから圧力が回復した
ことを示す信号を受取らない場合に、信号を発し
てモータ８を停止し、モータ１９を起動する。こ
れ以後、メタノールの圧送はポンプ２１により行
なわれることとなる。以上のように圧力スイツチ
により切換えて作動させられる予備ポンプを設け
たので、ポンプ９あるいはそれを駆動するモータ
８に異常が生じて、所定の量のメタノールが送れ
なくなつた場合には、予備ポンプによつて引続き
所定量のメタノールが送られることとなるので、
炉内での炭素雰囲気が変化して、製品の品質が損
なわれることはない。尚、制御回路に遅延タイマ
ーを用いているのは、前述の如くポンプの作動に
は脈動があり、その変動値が何らかの原因で、瞬
間的に大きくなつた場合に、直ちに補助ポンプ２
１に切換えられることがないようにするためであ
る。所定時間内に圧力が回復すれば、それを知ら
せる圧力スイツチ２２からの信号により遅延タイ
マーの計時作用は停止され、リセツトされる。

遅延タイマーの作動により、ポンプ９から予備
ポンプ２１へ切換えられると同時に、この遅延タ
イマーはリセツトされ、再びカウントを開始する
ようになつている。そして所定時間、例えば５秒
経過する迄に圧力スイツチ２２から圧力が回復し
たことを知らせる信号が入力されない場合には、
モータ１９に信号を送つてその作動を停止させ
る。このような場合は、圧力低下の原因はモータ
あるいはポンプの故障によるものではなく、メタ
ノール供給ラインでの液漏れ等に起因するもので
あるので、メタノールの供給を停止するようにし
たものである。所定時間内にメタノールの圧力が
回復すれば、圧力スイツチ２２からの信号により
遅延タイマーのカウントは停止されモータ１９は
引続きポンプ２１を駆動する。上述の実施例とは
異なつて、モータ１９への起動信号によりカウン
トを開始する遅延タイマーを別途設けても良い。
モータ８あるいはポンプ９の故障が修理される
と、自動的にあるいは手動で再びポンプ９に切換
えることができる。

以上の構成により、メタノールが常に一定量連
続的に炉１内へ供給され、安定した炭素雰囲気を
得ることができるが、次に本実施例で使用されて
いるインジエクタ１８について第２図を参照しな
がら詳細に説明する。

インジエクタ１８は内筒３１と外筒３２とから
なる二重構造をしている。外筒３２はその一端の
炉壁取付部３３が、炉１の壁１ａに設けられたイ
ンジエクタ取付孔３４に気密状態で取付けられて
いる。内筒３１は外筒３２の他端３９を封鎖する
キヤツプ３５の中央孔に気密状態で挿通保持さ
れ、外筒３２の内部孔３６を通つてその一端３７
が炉１の内部いわゆるホツトゾーン１ｂに突き出
るようにされている。外筒３２の内径は内筒３１
の外径より大きく、両者の間に円筒状のスペース
が形成され、このスペースは後述する窒素ガス流
路３８となる。外筒３２の封鎖端部３９に近接し
て、内部孔３６に対して側方に延びる中空の窒素
ガス注入孔４１が形成され、窒素ガス流路３８に
連通している。第２図においては破断されて示さ
れていないが、窒素注入孔４１は窒素タンク３に
連結されており、冷たい窒素ガスが窒素ガス注入
孔４１、窒素ガス流路３８を通つて炉１の内部へ
供給される。

キヤツプ３５により保持された内筒３１の他端
４２は、管継手４３により先に述べたメタノール
供給ラインの配管４４及び後に述べるパージ用窒
素ガス配管４５に連通するようになつている。熱
処理の作業中は、配管４５の途中に設けられたバ
ルブ（図示せず）が閉められている。そして先に
述べたようにメタノールがポンプ９あるいは２１
により圧送され、自動流量調節弁１７、配管４４
を通つて内筒３１内のメタノール通路４６に圧送
され、一端３７から噴射されるようになつてい
る。炉１内で浸炭、焼入処理が行なわれ、メタノ
ールが噴射されている間は常に冷たい窒素ガスが
窒素ガス流路３８を通つて炉１内部へ供給されて
いるので、メタノールはそれによつて冷却され、
メタノール通路４６内で熱分解することはない。

すなわち、炉の壁はその外表面から内表面にわ
たつて約30℃から900℃までという急激な温度勾
配がある。したがつてメタノールは中を流れてい
るパイプを直接炉の壁に取付けると、壁の厚み部
分をメタノールが通過する際に熱分解してしま
う。そしてメタノールは、650℃以下の温度で分
解すると、次式の炭素からなるすすを発生させ
る。

2CH₃OH→Ｃ＋CH₄＋2H₂Ｏ このすすはインジエクタの噴射口に付着してそ
れを閉塞してしまい、作動不良を起すこととな
る。

しかしながら、本実施例においては上述の如く
炉壁の厚み部分を通過している際には、メタノー
ルは冷たい窒素ガスにより冷却され、分解するこ
とがない。そして炉中に噴射されて始めて900℃
という高温の熱により分解され、その時は次式の
如く分解して炭素雰囲気を形成する一酸化炭素を
生成する。

CH₃OH→CO＋2H₂ また、本実施例においては炉内での熱処理が終
了した時に、インジエクタ内に残つているメタノ
ールを排出できるようになつている。熱処理が終
了すると、炉中へのメタノールあるいは窒素ガス
の供給はバルブが閉められて停止されるが、その
時点ではインジエクタ内に噴射口から噴射されな
かつたメタノールが残留している。炉壁はまだ温
まつているので、そのインジエクタ内に残留して
いるメタノールが先に説明した式の如く分解し
てすすを発生してしまう。そこで本実施例ではメ
タノールの供給が停止されると直ちに、それまで
閉じられていた配管４５に設けられたバルブが開
かれて窒素ガスがインジエクタ内に流入して、残
留していたメタノールを炉中へ排出してしまうよ
うになつている。これによつてすすの発生が防止
される。インジエクタは、１つの炉に一本のみで
なく、適宜複数本を配置することが可能である。
この場合に、この炉全体として供給されるメタノ
ールの量をコントロールすれば足りる場合には、
複数のインジエクタに対し、１個の流量計１６、
１個の自動流量調節弁を設ければよい。しかし、
各インジエクタ毎に流量を制御する必要がある場
合には、１個のインジエクタに各々１個の流量計
と自動流量調節弁を設けることとなる。また１の
メタノール供給ラインに複数の炉を結び、これら
に同時に同一条件あるいは異なる条件でメタノー
ルを供給することも可能である。

［考案の効果］ 以上の説明から明らかな通り、本考案によれば
貯溜タンクの上部空間は不活性ガスによりシール
されて不活性化され、さらに有機流体の供給ライ
ンから分岐して貯溜タンクに帰還する帰還ライン
に圧力調整弁が設けられて有機流体に溶けた不純
物ガスは貯溜タンクに戻るようにされているの
で、純粋な乾燥した有機流体を供給できる。ま
た、圧力調整弁に加えて自動流量調節弁を供給ラ
インに設けたので、一度流量を設定すれば、ポン
プの脈動など入力側の圧力変動にも拘わらず一定
量の有機流体を安定的に供給することができる。
したがつて、炉中の炭素雰囲気は所望の条件に安
定して保たれるので、良好な浸炭、焼入れ等の熱
処理が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例の構成を示すブロツク
図、第２図はインジエクタの構造を示す断面図で
ある。 １……炉、２……貯溜タンク、９，２１……ポ
ンプ、１２……圧力調整弁、１５……圧力調整
弁、１６……流量計、１７……自動流量調整弁、
１８……インジエクタ、２２……圧力スイツチ、
２３……制御回路、３１……内筒、３２……外
筒。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 有機流体を熱処理炉内へ圧送供給する有機流
   体供給装置において、 有機流体が貯溜された貯溜タンクと、 前記有機流体より上方の該貯溜タンクの内部
   空間を所定圧力の不活性ガスによつてパージす
   ると共に空気の侵入を防止する不活性ガス供給
   源と、 前記貯溜タンク内の有機流体を供給ラインを
   介して前記熱処理炉へ圧送するポンプと、 前記貯溜タンクと前記ポンプの間の前記供給
   ラインに設けられ、有機流体中に含まれる不純
   物を取り除くフイルターと、 前記供給ラインに配設され、加圧された前記
   有機流体の圧力を所定値に調整する第一圧力調
   整弁と、 前記第一圧力調整弁より下流側の前記供給ラ
   インに配設され、前記有機流体を一定の流量で
   前記熱処理炉に供給する自動流量調節弁と、 前記ポンプから分岐して前記貯溜タンクへ帰
   還するフイードバツクラインと、 前記フイードバツクラインに設けられ、前記
   ポンプから圧送される前記有機流体の圧力が所
   定値を越えた時に、該有機流体の一部を前記フ
   イードバツクラインを介して前記貯溜タンクに
   戻す第二圧力調節弁とから成る熱処理炉への有
   機流体供給装置。 ２ 前記ポンプと並列に接続された予備ポンプ
   と、前記第一圧力調整弁と前記自動流量調節弁
   との間に設けられ、前記供給ライン内を移送さ
   れる前記有機流体の液圧を検知する圧力スイツ
   チと、該圧力スイツチから送られてくる信号に
   応じて前記ポンプ及び前記予備ポンプの作動を
   制御する制御回路とを更に備えて成る実用新案
   登録請求の範囲第１項に記載の有機流体供給装
   置。 ３ 前記制御回路は遅延タイマーを有する実用新
   案登録請求の範囲第２項に記載の有機流体供給
   装置。 ４ 有機流体供給装置は、前記供給ラインの下流
   側端部にインジエクタを備え、該インジエクタ
   は前記熱処理炉の壁を貫通すると共に、前記有
   機流体の通路を画成する内筒と、該内筒の周囲
   に冷却剤の通路を画成する外筒とから成る二重
   構造である実用新案登録請求の範囲第１項に記
   載の有機流体供給装置。 ５ 前記冷却剤は、熱処理炉内へ供給される低温
   不活性ガスである実用新案登録請求の範囲第４
   項に記載の有機流体供給装置。 ６ 前記インジエクタの有機流体用通路は、弁の
   開閉により選択的に前記不活性ガス供給源に連
   結される実用新案登録請求の範囲第４項に記載
   の有機流体供給装置。