JPH11229030A - 還元真空熱処理設備とその制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 還元真空熱処理に必要な水素の消費量を大幅
に低減することができ、これにより、水素ボンベ及び希
釈ガスボンベの必要量を大幅に低減し、全体の熱処理設
備を小型し、かつ運転コストを低減することができる還
元真空熱処理炉とその制御方法を提供する。 【解決手段】 真空熱処理炉（１２）と連通し内部に水
素貯蔵合金（１６ａ）を収容する水素貯蔵合金タンク
（１６）を備え、水素貯蔵合金を加熱して放出した水素
を真空熱処理炉に供給し、真空熱処理炉内で被処理物を
水素雰囲気で真空熱加熱し、水素貯蔵合金を冷却して水
素を選択的に吸着・回収し、次いで残留ガスを真空排気
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、真空炉を用い還元
雰囲気で熱処理する還元真空熱処理設備とその制御方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４は、真空炉を用い還元雰囲気で熱処
理する従来の真空熱処理設備（以下、還元真空熱処理設
備という）の模式図である。この図において、１は真空
炉、２は真空炉内の加熱室、３は真空ポンプ、４は水素
供給弁、５は排気弁であり、真空ポンプ３により排気弁
５を介して真空炉１内を減圧し、水素供給弁４から水素
ガスを供給しながら、加熱室２内の被処理物（ワーク）
を水素ガス雰囲気で熱処理するようになっている。な
お、この図で６は、不活性ガス（アルゴン、窒素等）を
用いて炉内及び配管内をパージするためのパージライン
である。

【０００３】上述した従来の還元真空熱処理設備は、水
素ガスを炉内に連続的に導入し、同時に真空ポンプによ
り連続的に排気することにより、炉内圧力を高真空度
（例えば約１〜１００Ｐａ：約０．１〜１０ｍｍＡｑ）
に保持し、炉内の水素ガスと被処理物とを反応させ、発
生したガスを排気する方式（以下「高真空処理」と呼
ぶ）と、水素ガスを炉内に連続的に導入し、所定の圧力
に達したところで排気し、炉内圧力を低真空度（例えば
約４〜９０ｋＰａ：約０．０４〜０．９ａｔａ）に保持
する方式（以下、「低真空処理」と呼ぶ）との２つの熱
処理が通常行われる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の還元真
空熱処理設備では、以下の問題点があった。水素ガス
を常時炉内に供給するため、水素ガスを大量に消費す
る。特に、長時間の熱処理が必要な場合には、大量の水
素ボンベを保管する必要がある。炉内に導入したガス
を全て炉外に放出するため、水素ガスの処理に大がかり
な設備が必要となる。すなわち、水素ガスの可燃範囲は
非常に広いため、大量の希釈ガス（例えは窒素ガス）が
必要となり、大量の水素ボンベに加えて更に大量の希釈
ガスボンベの保管が必要になり、かつ希釈した大量の水
素含有ガスを大気放出するために、放出点が高い大型の
煙突が必要となる。

【０００５】本発明はかかる問題点を解決するために創
案されたものである。すなわち、本発明の目的は、還元
真空熱処理に必要な水素の消費量を大幅に低減すること
ができ、これにより、水素ボンベ及び希釈ガスボンベの
必要量を大幅に低減し、全体の熱処理設備を小型し、か
つ運転コストを低減することができる還元真空熱処理設
備とその制御方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、水素を
補給するための炉補給弁（１１）を有し、被処理物を内
部に収納しこれを真空熱処理する真空熱処理炉（１２）
と、該真空熱処理炉と連通弁（１５）を介して連通し内
部に水素貯蔵合金（１６ａ）を収容する水素貯蔵合金タ
ンク（１６）と、真空熱処理炉と水素貯蔵合金タンクに
それぞれ炉排気弁（１３ａ）とタンク排気弁（１３ｂ）
を介して連通しそれぞれからガスを排気して真空にする
真空ポンプ（１４）と、水素貯蔵合金タンク内の水素貯
蔵合金の温度を制御する温度制御装置（１７）と、水素
貯蔵合金タンクに水素を補給するタンク補給弁（１８）
と、を備えたことを特徴とする還元真空熱処理設備が提
供される。

【０００７】また、本発明によれば、真空熱処理炉（１
２）と連通し内部に水素貯蔵合金（１６ａ）を収容する
水素貯蔵合金タンク（１６）を備え、水素貯蔵合金を加
熱して放出した水素を真空熱処理炉に供給し、真空熱処
理炉内で被処理物を水素雰囲気で真空熱処理し、水素貯
蔵合金を冷却して水素を選択的に吸着・回収し、次いで
残留ガスを真空排気する、ことを特徴とする還元真空熱
処理設備の制御方法が提供される。

【０００８】上記本発明の装置及び方法によれば、水素
貯蔵合金の性質（冷却により水素貯蔵合金が結晶の隙間
に水素ガスを取り込み、加熱により取り込んだガスを放
出する）を利用し、水素雰囲気と反応ガスの排気を交互
に行うことにより、炉内からの水素ガスの排気を最小に
することができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
を図面を参照して説明する。なお、各図において共通す
る部分には同一の符号を付して使用する。図１は、本発
明の還元真空熱処理設備の全体構成図である。この図に
示すように、本発明の還元真空熱処理設備１０は、真空
熱処理炉１２、真空ポンプ１４、水素貯蔵合金タンク１
６、及び温度制御装置１７を備えている。

【００１０】真空熱処理炉１２は、内部に水素を補給す
るための炉補給弁１１を有し、被処理物（図示せず）を
真空炉内の加熱室２内に収納しこれを真空熱処理するよ
うになっている。水素貯蔵合金タンク１６は内部に水素
貯蔵合金１６ａを収容し、かつ真空熱処理炉１２と連通
弁１５を介して連通している。また、この水素貯蔵合金
タンク１６に水素を補給するようにタンク補給弁１８が
設けられている。

【００１１】温度制御装置１７は、水素貯蔵合金１６ａ
の回りに冷却水弁１７ｃを介して冷却水を供給する冷却
装置１７ａ（クーラ）と、水素貯蔵合金１６ａを温水又
はヒータで加熱する加熱装置１７ｂ（ヒータ）とからな
り、水素貯蔵合金タンク１６内の水素貯蔵合金１６ａの
温度を任意に制御できるようになっている。真空ポンプ
１４は、真空熱処理炉１２と水素貯蔵合金タンク１６に
それぞれ炉排気弁１３ａとタンク排気弁１３ｂを介して
連通し、それぞれからガスを排気して内部を真空にする
ようになっている。

【００１２】水素貯蔵合金(Hydrogen Storing Alloy)
は、可逆的かつ半永久的に繰り返し水素を貯蔵の可能な
特徴がある。すなわち、この合金では、水素が原子状態
で合金を構成する金属格子中に存在しているため、液体
水素よりも高い密度をもつ。このため、圧力は大気圧よ
りもわずかに高い状態下で、安全かつ大量に水素を貯蔵
できる。なお、水素貯蔵合金が水素と反応してできる化
合物は金属水素化物と呼ばれ、以下の特徴がある。 材料の選択によって常用圧力を任意に変えることがで
きる。 供給熱源温度を変えることによって、操作圧力を任意
に調整することができる。 水素の低圧貯蔵と加熱による高圧への圧縮を可能にす
る。 金属水素化物のもつガス分離機能を用いた水素精製を
行わせることができる。 同量の水素を金属水素化物方式で貯蔵する場合には、
実用的には、高圧タンクの１／２０程度の容積となる。
本発明はかかる水素貯蔵合金を効果的に利用したもので
ある。

【００１３】図２は、図１の設備を用いた高真空処理の
制御例である。この図を用いて本発明による還元真空熱
処理設備の制御方法を説明する。上述したクーラ１７ａ
とヒータ１７ｂを用い、水素貯蔵合金１６ａを加熱又は
冷却することにより（Ｓ１，Ｓ２）、水素貯蔵合金１６
ａの合金温度を自由に調整することができる。上述した
ように合金温度が高くなると、水素貯蔵合金１６ａから
水素が放出され、逆に低くなると水素が吸着し貯蔵され
る。

【００１４】また、タンク排気弁１３ｂを開くことによ
り（Ｓ３）、真空ポンプ１４により内部を高真空に排気
でき、逆にタンク補給弁１８を開くことにより（Ｓ
４）、内部に水素ガスを供給／補給することができる。
更に、炉排気弁１３ａを開くことにより（Ｓ５）、真空
ポンプ１４により内部を高真空に排気でき、逆に炉補給
弁１１を開くことにより（Ｓ６）、真空熱処理炉１２の
内部に水素を補給することができる。また、連通弁１５
を開くことにより（Ｓ７）、水素貯蔵合金タンク１６と
真空熱処理炉１２を連通することができる。

【００１５】従って、図２に示すように、以下のステッ
プで還元真空熱処理を行うことができる。 炉排気弁１３ａを開いて炉内圧を高真空にし、炉補給
弁１１を開いて炉内に水素を充填する。 合金温度を高め連通弁１５を開いて、水素貯蔵合金１
６ａの放出水素を真空熱処理炉１２に供給し、次に合金
温度を下げて水素貯蔵合金１６ａに残留水素を選択的に
吸着させる。この吸着により、残留ガス中の純水素のみ
が水素貯蔵合金１６ａに選択的に吸着する。

【００１６】次いでタンク内と炉内を排気する。この排
気により、水素貯蔵合金１６ａに吸着されない不純物が
排気される。 次に連通弁１５を閉じ、合金温度が低いままでタンク
内に水素を補給する。 合金温度を高め連通弁１５を開いて、再度水素貯蔵合
金１６ａの放出水素を真空熱処理炉１２に供給する。こ
の際に水素貯蔵合金１６ａから放出される水素は不純物
を含まない純水素である。〜は必要に応じて繰り返
す。

【００１７】上述したように、本発明の還元真空熱処理
設備の制御方法によれば、真空熱処理炉１２と連通し内
部に水素貯蔵合金１６ａを収容する水素貯蔵合金タンク
１６を備え、水素貯蔵合金１６ａを加熱して放出した水
素を真空熱処理炉１２に供給し、真空熱処理炉内で被処
理物を水素雰囲気で真空熱処理し、水素貯蔵合金を冷却
して水素を選択的に吸着・回収し、次いで残留ガスを真
空排気する。この方法により、熱処理により発生した不
純物を含む水素ガスから純水素のみを水素貯蔵合金によ
り再利用でき、水素ガスの消費量を大幅に低減すること
ができる。

【００１８】図３は、図１の設備を用いた低真空処理の
場合の制御例である。この例では、図２の制御例のに
おいて、タンク内に水素を補給するのと同時に炉補給弁
１１を開いて炉内に水素を充填する点が相違している。
その他の点は同様である。

【００１９】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できる
ことは勿論である。

【００２０】

【発明の効果】上述した本発明の装置及び方法によれ
ば、水素貯蔵合金の性質（冷却により水素貯蔵合金が結
晶の隙間に水素ガスを取り込み、加熱により取り込んだ
ガスを放出する）を利用し、水素雰囲気と反応ガスの排
気を交互に行うことにより、炉内からの水素ガスの排気
を最小にすることができる。

【００２１】従って、本発明の還元真空熱処理設備とそ
の制御方法は、還元真空熱処理に必要な水素の消費量を
大幅に低減することができ、これにより、水素ボンベ及
び希釈ガスボンベの必要量を大幅に低減し、全体の熱処
理設備を小型し、かつ運転コストを低減することができ
る、等の優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の還元真空熱処理設備の全体構成図であ
る。

【図２】図１の設備を用いた高真空処理の制御例であ
る。

【図３】図１の設備を用いた低真空処理の制御例であ
る。

【図４】従来の還元真空熱処理設備の模式図である。

【符号の説明】

１ 真空炉 ２ 加熱室 ３ 真空ポンプ ４ 水素供給弁 ５ 排気弁 ６ パージライン １０ 還元真空熱処理設備 １１ 炉補給弁 １２ 真空熱処理炉 １３ａ 炉排気弁 １３ｂ タンク排気弁 １４ 真空ポンプ １５ 連通弁 １６ａ 水素貯蔵合金 １６ 水素貯蔵合金タンク １７ 温度制御装置 １８ タンク補給弁

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水素を補給するための炉補給弁（１１）
   を有し、被処理物を内部に収納しこれを真空熱処理する
   真空熱処理炉（１２）と、該真空熱処理炉と連通弁（１
   ５）を介して連通し内部に水素貯蔵合金（１６ａ）を収
   容する水素貯蔵合金タンク（１６）と、真空熱処理炉と
   水素貯蔵合金タンクにそれぞれ炉排気弁（１３ａ）とタ
   ンク排気弁（１３ｂ）を介して連通しそれぞれからガス
   を排気して真空にする真空ポンプ（１４）と、水素貯蔵
   合金タンク内の水素貯蔵合金の温度を制御する温度制御
   装置（１７）と、水素貯蔵合金タンクに水素を補給する
   タンク補給弁（１８）と、を備えたことを特徴とする還
   元真空熱処理設備。
2. 【請求項２】 真空熱処理炉（１２）と連通し内部に水
   素貯蔵合金（１６ａ）を収容する水素貯蔵合金タンク
   （１６）を備え、水素貯蔵合金を加熱して放出した水素
   を真空熱処理炉に供給し、真空熱処理炉内で被処理物を
   水素雰囲気で真空熱処理し、水素貯蔵合金を冷却して水
   素を選択的に吸着・回収し、次いで残留ガスを真空排気
   する、ことを特徴とする還元真空熱処理設備の制御方
   法。