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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-02-02
(45)【発行日】2024-02-13
(54)【発明の名称】浸炭処理装置
(51)【国際特許分類】
C23C 8/22 20060101AFI20240205BHJP
C21D 1/06 20060101ALI20240205BHJP
C21D 1/76 20060101ALI20240205BHJP
F27D 7/06 20060101ALI20240205BHJP
F27D 19/00 20060101ALI20240205BHJP
【ＦＩ】
C23C8/22
C21D1/06 A
C21D1/76 R
C21D1/76 Q
C21D1/76 H
F27D7/06 C
F27D19/00 Z
【請求項の数】
11
(21)【出願番号】P 2023015056
(22)【出願日】2023-02-03
(65)【公開番号】P2023131113
(43)【公開日】2023-09-21
【審査請求日】2023-02-03
(31)【優先権主張番号】P 2022034916
(32)【優先日】2022-03-08
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000211123
【氏名又は名称】中外炉工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100087572
【弁理士】
【氏名又は名称】松川 克明
(72)【発明者】
【氏名】吉井 聡一
(72)【発明者】
【氏名】中津 裕之
(72)【発明者】
【氏名】田中 潤也
【審査官】菅原 愛
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１２－１９３３９３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－１７９８１６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－３６３７２７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５０－０４１７３０（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ２３Ｃ ８／２２
Ｃ２１Ｄ １／０６
Ｃ２１Ｄ １／７６
Ｆ２７Ｄ ７／０６
Ｆ２７Ｄ １９／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
処理材を浸炭処理させる浸炭処理室と、前記の浸炭処理室内にＣＯガスと水素ガスとを含むキャリアガスを供給するキャリアガス供給管と、炭化水素ガスを主成分とするエンリッチガスを供給するエンリッチガス供給管とを備えた浸炭処理装置において、前記の浸炭処理室内における雰囲気ガスを浸炭処理室内から取り出して循環させる第１循環路に、前記の雰囲気ガス中に含まれる水素ガスを分離させて取り出す水素ガス分離装置を設ける一方、前記の浸炭処理室内における雰囲気ガスを浸炭処理室内から取り出して循環させる第２循環路を設け、前記の浸炭処理室内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度を検知するＣＯガス濃度測定器及び／又は水素ガス濃度を検知する水素ガス濃度測定器を設けると共に、前記のＣＯガス濃度測定器及び／又は水素ガス濃度測定器によって検知されたＣＯガス濃度及び／又は水素ガス濃度に基づいて、制御装置により、浸炭処理室内における雰囲気ガスを前記の第１循環路と第２循環路の何れに導くかを制御することを特徴とする浸炭処理装置。
【請求項2】
請求項１に記載の浸炭処理装置において、前記のＣＯガス濃度測定器によって検知された浸炭処理室内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度が、浸炭処理に適した浸炭適正濃度である場合には、前記の制御装置により、浸炭処理室内における雰囲気ガスを第２循環路に導いて、浸炭処理室内における雰囲気ガスを循環させる一方、前記のＣＯガス濃度測定器によって検知された浸炭処理室内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度が、浸炭処理に適した浸炭適正濃度未満になった場合には、前記の制御装置により、浸炭処理室内における雰囲気ガスを第１循環路に導き、雰囲気ガス中に含まれる水素ガスを前記の水素ガス分離装置により分離させて取り出し、残りの雰囲気ガスを浸炭処理室内に戻すことを特徴とする浸炭処理装置。
【請求項3】
請求項１に記載の浸炭処理装置において、前記の水素ガス濃度測定器によって検知された浸炭処理室内の雰囲気ガスに含まれる水素ガス濃度が、浸炭処理に適した浸炭適正濃度である場合には、前記の制御装置により、浸炭処理室内における雰囲気ガスを第２循環路に導いて、浸炭処理室内における雰囲気ガスを循環させる一方、前記の水素ガス濃度測定器によって検知された浸炭処理室内の雰囲気ガスに含まれる水素ガス濃度が、浸炭処理に適した浸炭適正濃度を超えた場合には、前記の制御装置により、浸炭処理室内における雰囲気ガスを第１循環路に導き、雰囲気ガス中に含まれる水素ガスを前記の水素ガス分離装置により分離させて取り出し、残りの雰囲気ガスを浸炭処理室内に戻すことを特徴とする浸炭処理装置。
【請求項4】
処理材を浸炭処理させる浸炭処理室と、前記の浸炭処理室内にＣＯガスと水素ガスとを含むキャリアガスを供給するキャリアガス供給管と、炭化水素ガスを主成分とするエンリッチガスを供給するエンリッチガス供給管とを備えた浸炭処理装置において、前記の浸炭処理室内における雰囲気ガスを浸炭処理室内から取り出して循環させる循環路に、前記の雰囲気ガス中に含まれる水素ガスを分離させて取り出す水素ガス分離装置を設け、前記の水素ガス分離装置によって分離された水素ガスを案内する水素ガス案内管に排気制御バルブを設けると共に、前記の浸炭処理室内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度を検知するＣＯガス濃度測定器及び／又は水素ガス濃度を検知する水素ガス濃度測定器を設け、前記のＣＯガス濃度測定器によって検知されたＣＯガス濃度及び／又は前記の水素ガス濃度測定器によって検知された水素ガス濃度に基づいて、制御装置により、前記の水素ガス案内管に設けた前記の排気制御バルブの開閉を制御することを特徴とする浸炭処理装置。
【請求項5】
請求項４に記載の浸炭処理装置において、前記のＣＯガス濃度測定器によって検知された浸炭処理室内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度が、浸炭処理に適した浸炭適正濃度である場合には、前記の制御装置により、前記の水素ガス案内管に設けた排気制御バルブを閉じて、浸炭処理室内における雰囲気ガスを浸炭処理室内から取り出して前記の循環路を通して循環させる一方、前記のＣＯガス濃度測定器によって検知された浸炭処理室内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度が、浸炭処理に適した浸炭適正濃度未満になった場合には、前記の制御装置により、前記の水素ガス案内管に設けた排気制御バルブを開け、前記の水素ガス分離装置によって前記の雰囲気ガスから分離された水素ガスを、水素ガス案内管を通して排出させて、残りの雰囲気ガスを浸炭処理室内に戻すことを特徴とする浸炭処理装置。
【請求項6】
請求項４に記載の浸炭処理装置において、前記の水素ガス濃度測定器によって検知された浸炭処理室内の雰囲気ガスに含まれる水素ガス濃度が、浸炭処理に適した浸炭適正濃度である場合には、前記の制御装置により、前記の水素ガス案内管に設けた排気制御バルブを閉じて、浸炭処理室内における雰囲気ガスを浸炭処理室内から取り出して前記の循環路を通して循環させる一方、前記の水素ガス濃度測定器によって検知された浸炭処理室内の雰囲気ガスに含まれる水素ガス濃度が、浸炭処理に適した浸炭適正濃度を超えた場合には、前記の制御装置により、前記の水素ガス案内管に設けた排気制御バルブを開け、前記の水素ガス分離装置によって前記の雰囲気ガスから分離された水素ガスを、水素ガス案内管を通して排出させて、残りの雰囲気ガスを浸炭処理室内に戻すことを特徴とする浸炭処理装置。
【請求項7】
処理材を浸炭処理させる浸炭処理室と、前記の浸炭処理室内にＣＯガスと水素ガスとを含むキャリアガスを供給するキャリアガス供給管と、炭化水素ガスを主成分とするエンリッチガスを供給するエンリッチガス供給管とを備えた浸炭処理装置において、前記の浸炭処理室内における雰囲気ガスを浸炭処理室内から取り出して循環させる循環路に、前記の雰囲気ガス中に含まれる水素ガスを分離させて取り出す水素ガス分離装置を設け、前記の水素ガス分離装置によって分離された水素ガスを案内する水素ガス案内管を設けると共に、前記の浸炭処理室内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度を検知するＣＯガス濃度測定器及び／又は水素ガス濃度を検知する水素ガス濃度測定器を設け、前記のＣＯガス濃度測定器によって検知されたＣＯガス濃度及び／又は前記の水素ガス濃度測定器によって検知された水素ガス濃度に基づいて、制御装置により、前記の循環路を通して前記の水素ガス分離装置に導く雰囲気ガスの量を制御することを特徴とする浸炭処理装置。
【請求項8】
請求項７に記載の浸炭処理装置において、前記のＣＯガス濃度測定器によって検知された浸炭処理室内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度が、浸炭処理に適した浸炭適正濃度未満になった場合には、前記の制御装置により、前記の循環路を通して前記の水素ガス分離装置に導く雰囲気ガスの量を増加させて、水素ガス分離装置によって雰囲気ガスから分離させる水素ガスの量を増加させることを特徴とする浸炭処理装置。
【請求項9】
請求項７に記載の浸炭処理装置において、前記の水素ガス濃度測定器によって検知された浸炭処理室内の雰囲気ガスに含まれる水素ガス濃度が、浸炭処理に適した浸炭適正濃度を超えた場合には、前記の制御装置により、前記の循環路を通して前記の水素ガス分離装置に導く雰囲気ガスの量を増加させて、水素ガス分離装置によって雰囲気ガスから分離させる水素ガスの量を増加させることを特徴とする浸炭処理装置。
【請求項10】
請求項７に記載の浸炭処理装置において、前記の制御装置により、前記の循環路を通して循環させる雰囲気ガスの量を制御するにあたり、前記の雰囲気ガスを浸炭処理室内から取り出して循環させる循環路において、前記の水素ガス分離装置よりも上流側の位置に流量調整バルブを設け、浸炭処理室内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度や水素ガス濃度に基づいて、前記の制御装置により、前記の流量調整バルブを調整して、前記の循環路を通して前記の水素ガス分離装置に導く雰囲気ガスの量を制御することを特徴とする浸炭処理装置。
【請求項11】
請求項７に記載の浸炭処理装置において、前記の制御装置により、前記の循環路を通して循環させる雰囲気ガスの量を制御するにあたり、循環路を通して雰囲気ガスを循環させる循環ポンプの出力を調整する出力調整装置を設け、浸炭処理室内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度や水素ガス濃度に基づいて、前記の制御装置により、前記の出力調整装置を調整して、前記の循環ポンプにより前記の循環路を通して前記の水素ガス分離装置に導く雰囲気ガスの量を制御することを特徴とする浸炭処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、鋼材部品等の処理材を浸炭処理室内において浸炭処理する浸炭処理装置に関するものである。特に、処理材を浸炭処理させる浸炭処理室と、この浸炭処理室内に、ＣＯガスと水素ガスとを含むキャリアガスを供給するキャリアガス供給管と、炭化水素ガスを主成分とするエンリッチガスを供給するエンリッチガス供給管とを備えた浸炭処理装置において、浸炭処理室内における雰囲気ガスを、循環路を通して循環させるにあたり、雰囲気ガスに含まれる水素ガスの排気を適切に制御して、浸炭処理室内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度や水素ガス濃度を、浸炭処理に適した浸炭適正濃度に安定して維持できるようにした点に特徴を有するものである。
【背景技術】
【0002】
従来から、鋼材部品等の処理材の強度等を向上させるため、これらの処理材の表面から内部に炭素を浸炭させて拡散させる浸炭処理が行われている。
【0003】
そして、従来においては、処理材の内部に炭素を浸炭させて拡散させるにあたり、処理材を浸炭処理室内に導入させ、この浸炭処理室内に、ＣＯガスと水素ガスとを含むキャリアガスと、メタンガスやプロパンガスやブタンガス等の炭化水素ガスＣｎＨ２ｎ+２を主成分とするエンリッチガスとを供給し、浸炭処理室内に導かれた前記の処理材を加熱させて、この処理材の表面に炭素を付与し、このように処理材の表面に付与された炭素を処理材の内部に拡散させて浸炭させるようにしている。
【0004】
ここで、前記のキャリアガスとエンリッチガスとが供給された浸炭処理室内において処理材に炭素を付与して浸炭させる場合、一般に、２ＣＯ→ＣＯ２＋（Ｃ）、ＣｎＨ２ｎ＋２＋ｎＣＯ2→２ｎＣＯ＋（ｎ+１）Ｈ２の反応が生じ、そのうちの炭素成分が処理材の表面に付与された結果、浸炭処理室内に水素ガスが残存し、そのように発生した水素ガスにより浸炭処理室内のＣＯ濃度が相対的に減少する。それによって浸炭雰囲気のカーボンポテンシャル（炭素当量）の正しい制御が困難になり、処理材を目標どおりの表面炭素濃度や浸炭深さにできなくなるという問題があった。
【0005】
このため、浸炭処理室内には過剰な量のキャリアガスを供給するようにしており、その場合は、特許文献１のような構造によって、浸炭処理室内において発生した水素ガスを前記のキャリアガスと一緒にして、扉の隙間等を通して隣室内に導き、このように隣室内に導かれたガスを隣室に設けた排気路に導いて外部で燃焼させるようにしている。
【0006】
しかし、その場合は、ＣＯガスと水素ガスとを含むキャリアガスを過剰に浸炭処理室内に供給するため、キャリアガスの多くが浸炭に用いられずに排気路から導かれて外部で燃焼されてしまい、ランニングコストが高くつくと共に、ＣＯ２が多く発生して環境を害するという問題があった。
【0007】
また、特許文献２においては、浸炭処理室内における雰囲気ガスを浸炭処理室内から取り出して循環させる循環路を設けると共に、この循環路に導かれた雰囲気ガスを冷却させる冷却装置を設け、この冷却装置により冷却された雰囲気ガス中に含まれる水素ガスを、水素ガス分離装置に設けた水素透過フィルターを通して雰囲気ガスから分離させて水素ガス案内管を通して排気させ、水素ガスを排気させた後の雰囲気ガスを、前記の循環路を通して浸炭処理室内に戻して再利用するようにしたものが示されている。
【0008】
しかし、特許文献２に示されるように、浸炭処理室内から循環路に導かれた雰囲気ガスに含まれる水素ガスを、常に水素ガス分離装置に設けた水素透過フィルターを通して雰囲気ガスから分離させて水素ガス排気路を通して除去させ、水素が取り出された後の雰囲気ガスを浸炭処理室内に戻すようにした場合、雰囲気ガス水素ガス分離装置に設けた水素透過フィルターを常時使用するため、高価な水素透過フィルターの劣化が早く、その清掃や交換に費用と手間がかかるという問題があり、また前記のように水素を分離させて除去した後の雰囲気ガスを浸炭処理室内に単に戻しただけでは、戻された雰囲気ガスにより、浸炭処理室内における雰囲気ガス中のＣＯガス濃度が変化し、浸炭処理室内の雰囲気ガスにおけるＣＯガス濃度を、浸炭処理に適した浸炭適正濃度に安定して維持させることが困難になるという問題があった。
【0009】
また、特許文献３においては、処理材を浸炭処理させる浸炭処理室と、この浸炭処理室内にＣＯガスと水素ガスとを含むキャリアガスを供給するキャリアガス供給手段と、炭化水素ガスを主成分とするエンリッチガスを供給するエンリッチガス供給手段とを備えた浸炭処理装置において、前記のキャリアガス供給手段に、キャリアガス中における水素ガスを分離させて水素ガス案内管を通して除去させる水素ガス分離除去装置を設け、浸炭処理室内の雰囲気ガス中におけるＣＯガスと水素ガスとから選択される少なくとも一方のガス濃度に応じて、前記の水素ガス分離除去装置によってキャリアガスから分離させて除去する水素ガスの量を制御装置によって制御するようにしたものが示されている。
【0010】
しかし、特許文献３に示されるように、浸炭処理室内にＣＯガスと水素ガスとを含むキャリアガスを供給するキャリアガス供給手段に、キャリアガス中における水素ガスを分離させて水素ガス案内管を通して除去させる水素ガス分離除去装置を設け、浸炭処理室内の雰囲気ガス中におけるＣＯガスと水素ガスとから選択される少なくとも一方のガス濃度に応じて、前記の水素ガス分離除去装置によってキャリアガスから分離させて除去する水素ガスの量を制御し、キャリアガス供給手段によって浸炭処理室内に供給するキャリアガスにおけるＣＯガスと水素ガスの割合を制御して、浸炭処理室内の雰囲気ガスにおけるＣＯガス濃度を、浸炭処理に適した浸炭適正濃度に安定して維持させることは十分には行えなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0011】
【文献】特開２００１－２１４２５５号公報
【文献】特開２００９－１７９８１６号公報
【文献】特許第５６１５２１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
本発明は、ＣＯガスと水素ガスとを含むキャリアガスと、炭化水素ガスを主成分とするエンリッチガスとを浸炭処理室内に供給して、鋼材部品等の処理材を浸炭処理する浸炭処理装置における前記のような様々な問題を解決することを課題とするものである。
【0013】
すなわち、本発明は、処理材を浸炭処理させる浸炭処理室と、この浸炭処理室内に、ＣＯガスと水素ガスとを含むキャリアガスと、炭化水素ガスを主成分とするエンリッチガスとを供給するガス供給装置とを備えた浸炭処理装置において、浸炭処理室内における雰囲気ガスを、循環路を通して循環させるにあたり、雰囲気ガスに含まれる水素ガスの除去を適切に制御して、浸炭処理室内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度や水素ガス濃度を、浸炭処理に適した浸炭適正濃度に安定して維持できるようにすることを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0014】
本発明における第１の浸炭処理装置においては、前記のような課題を解決するため、処理材を浸炭処理させる浸炭処理室と、前記の浸炭処理室内にＣＯガスと水素ガスとを含むキャリアガスを供給するキャリアガス供給管と、炭化水素ガスを主成分とするエンリッチガスを供給するエンリッチガス供給管とを備えた浸炭処理装置において、前記の浸炭処理室内における雰囲気ガスを浸炭処理室内から取り出して循環させる第１循環路に、前記の雰囲気ガス中に含まれる水素ガスを分離させて取り出す水素ガス分離装置を設ける一方、前記の浸炭処理室内における雰囲気ガスを浸炭処理室内から取り出して循環させる第２循環路を設け、前記の浸炭処理室内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度を検知するＣＯガス濃度測定器及び／又は水素ガス濃度を検知する水素ガス濃度測定器を設けると共に、前記のＣＯガス濃度測定器及び／又は水素ガス濃度測定器によって検知されたＣＯガス濃度及び／又は水素ガス濃度に基づいて、制御装置により、浸炭処理室内における雰囲気ガスを前記の第１循環路と第２循環路の何れに導くかを制御するようにした。
【0015】
そして、前記の第１の浸炭処理装置において、前記のＣＯガス濃度測定器によって検知された浸炭処理室内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度が、浸炭処理に適した浸炭適正濃度である場合には、前記の制御装置により、浸炭処理室内における雰囲気ガスを第２循環路に導いて、浸炭処理室内における雰囲気ガスを循環させる一方、前記のＣＯガス濃度測定器によって検知された浸炭処理室内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度が、浸炭処理に適した浸炭適正濃度未満になった場合には、前記の制御装置により、浸炭処理室内における雰囲気ガスを第１循環路に導き、雰囲気ガス中に含まれる水素ガスを前記の水素ガス分離装置により分離させて取り出し、残りの雰囲気ガスを浸炭処理室内に戻すようにした。
【0016】
また、前記の第１の浸炭処理装置において、前記の水素ガス濃度測定器によって検知された浸炭処理室内の雰囲気ガスに含まれる水素ガス濃度が、浸炭処理に適した浸炭適正濃度である場合には、前記の制御装置により、浸炭処理室内における雰囲気ガスを第２循環路に導いて、浸炭処理室内における雰囲気ガスを循環させる一方、前記の水素ガス濃度測定器によって検知された浸炭処理室内の雰囲気ガスに含まれる水素ガス濃度が、浸炭処理に適した浸炭適正濃度を超えた場合には、前記の制御装置により、浸炭処理室内における雰囲気ガスを第１循環路に導き、雰囲気ガス中に含まれる水素ガスを前記の水素ガス分離装置により分離させて取り出し、残りの雰囲気ガスを浸炭処理室内に戻すようにした。
【0017】
なお、前記の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度や水素ガス濃度による浸炭適正濃度は、浸炭処理する処理材の材料や、処理材に対する浸炭処理する程度や、ガス供給装置によって浸炭処理室に供給するキャリアガスやエンリッチガスに用いる炭化水素ガスの種類等によって変化する。
【0018】
例えば、鋼材からなる処理材に対して、一般的な浸炭処理を行うにあたり、エンリッチガスやキャリアガスの生成に使用する炭化水素ガスとして、メタンを主成分とする都市ガス（１３Ａ）を用いる場合には、雰囲気ガスに含まれるＣＯガスの濃度が２１％程度になるように制御し、前記の炭化水素ガスとして、プロパンガスやブタンガスを用いる場合には、雰囲気ガスに含まれるＣＯガスの濃度が２３．５％程度になるように制御する。
【0019】
ここで、前記の第１の浸炭処理装置において、浸炭処理室内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度が浸炭処理に適した浸炭適正濃度未満になった場合や、浸炭処理室内の雰囲気ガスに含まれる水素ガス濃度が浸炭処理に適した浸炭適正濃度を超えた場合に、前記の制御装置により、浸炭処理室内における雰囲気ガスを第１循環路に導き、雰囲気ガスに含まれる水素ガスを前記の水素ガス分離装置によって分離させて除去させると、残りの雰囲気ガスに含まれるＣＯガスの割合が多くなり、このようにＣＯガスの割合が多くなった残りの雰囲気ガスを浸炭処理室内に戻すと、浸炭処理室内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度が増加するようになる。
【0020】
また、このようにして浸炭処理室内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度が増加し、浸炭処理室内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度や水素ガス濃度が浸炭適正濃度になると、前記のように制御装置により、浸炭処理室内における雰囲気ガスを第２循環路に導いて、浸炭処理室内における雰囲気ガスを循環させるようにする。
【0021】
そして、前記の第１の浸炭処理装置のように、浸炭処理室内における雰囲気ガスを、制御装置により第１循環路と第２循環路とを適切に選択して循環させ、雰囲気ガスに含まれる水素ガスを必要なときだけ除去させるようにすると、従来のように、水素ガス分離装置に設けた水素透過フィルターを常時使用するのに比べ、高価な水素透過フィルターの劣化が遅くなり、その清掃や交換に必要な費用と手間が削減できる。
【0022】
また、ＣＯガス濃度や水素ガス濃度を測定して制御するため、浸炭処理室内の雰囲気ガスにおけるＣＯガス濃度や水素ガス濃度を、浸炭処理に適した浸炭適正濃度に安定して維持できるようになる。
【0023】
そして、雰囲気ガスから水素成分を除去して炭素成分を再利用するため、高価なキャリアガスとエンリッチガスを供給する量や、浸炭に寄与しないまま排気路から燃焼させて排出する量が削減でき、ランニングコストや環境汚染が低減できる。
【0024】
本発明における第２の浸炭処理装置においては、前記のような課題を解決するため、処理材を浸炭処理させる浸炭処理室と、前記の浸炭処理室内にＣＯガスと水素ガスとを含むキャリアガスを供給するキャリアガス供給管と、炭化水素ガスを主成分とするエンリッチガスを供給するエンリッチガス供給管とを備えた浸炭処理装置において、前記の浸炭処理室内における雰囲気ガスを浸炭処理室内から取り出して循環させる循環路に、前記の雰囲気ガス中に含まれる水素ガスを分離させて取り出す水素ガス分離装置を設け、前記の水素ガス分離装置によって分離された水素ガスを案内する水素ガス案内管に排気制御バルブを設けると共に、前記の浸炭処理室内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度を検知するＣＯガス濃度測定器及び／又は水素ガス濃度を検知する水素ガス濃度測定器を設け、前記のＣＯガス濃度測定器によって検知されたＣＯガス濃度及び／又は前記の水素ガス濃度測定器によって検知された水素ガス濃度に基づいて、制御装置により、前記の水素ガス案内管に設けた前記の排気制御バルブの開閉を制御するようにした。
【0025】
そして、前記の第２の浸炭処理装置において、前記のＣＯガス濃度測定器によって検知された浸炭処理室内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度が、浸炭処理に適した浸炭適正濃度である場合には、前記の制御装置により、前記の水素ガス案内管に設けた排気制御バルブを閉じて、浸炭処理室内における雰囲気ガスを浸炭処理室内から取り出して前記の循環路を通して循環させる一方、前記のＣＯガス濃度測定器によって検知された浸炭処理室内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度が、浸炭処理に適した浸炭適正濃度未満になった場合には、前記の制御装置により、前記の水素ガス案内管に設けた排気制御バルブを開け、前記の水素ガス分離装置によって前記の雰囲気ガスから分離された水素ガスを、水素ガス案内管を通して排出させて、残りの雰囲気ガスを浸炭処理室内に戻すようにした。
【0026】
また、前記の第２の浸炭処理装置において、前記の水素ガス濃度測定器によって検知された浸炭処理室内の雰囲気ガスに含まれる水素ガス濃度が、浸炭処理に適した浸炭適正濃度である場合には、前記の制御装置により、前記の水素ガス案内管に設けた排気制御バルブを閉じて、浸炭処理室内における雰囲気ガスを浸炭処理室内から取り出して前記の循環路を通して循環させる一方、前記の水素ガス濃度測定器によって検知された浸炭処理室内の雰囲気ガスに含まれる水素ガス濃度が、浸炭処理に適した浸炭適正濃度を超えた場合には、前記の制御装置により、前記の水素ガス案内管に設けた排気制御バルブを開け、前記の水素ガス分離装置によって前記の雰囲気ガスから分離された水素ガスを、水素ガス案内管を通して排出させて、残りの雰囲気ガスを浸炭処理室内に戻すようにした。
【0027】
ここで、前記の第２の浸炭処理装置において、浸炭処理室内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度が浸炭処理に適した浸炭適正濃度未満になった場合や、浸炭処理室内の雰囲気ガスに含まれる水素ガス濃度が浸炭処理に適した浸炭適正濃度を超えた場合に、制御装置により、水素ガス案内管に設けた排気制御バルブを開け、水素ガス分離装置によって雰囲気ガスから分離された水素ガスを前記の水素ガス案内管を通して排出させると、残りの雰囲気ガスに含まれるＣＯガスの割合が多くなり、このようにＣＯガスの割合が多くなった残りの雰囲気ガスを浸炭処理室内に戻すと、浸炭処理室内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度が増加するようになる。
【0028】
また、このようにして浸炭処理室内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度が増加し、浸炭処理室内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度や水素ガス濃度が浸炭適正濃度になると、前記の制御装置により、水素ガス案内管に設けた排気制御バルブを閉じて、雰囲気ガスに含まれる水素ガスを排出させないようにし、循環路を通して浸炭処理室内における雰囲気ガスを循環させるようにする。
【0029】
そして、前記の第２の浸炭処理装置のように、浸炭処理室内における雰囲気ガスを、循環路を通して循環させるにあたり、前記の制御装置により、水素ガス案内管に設けた排気制御バルブを適切に開閉させて、水素ガス分離装置により雰囲気ガスから分離された水素ガスを必要なときだけ除去させるようにすると、従来のように、水素ガス分離装置に設けた水素透過フィルターを常時使用するのに比べ、高価な水素透過フィルターの劣化が遅くなり、その清掃や交換に必要な費用と手間が削減できる。
【0030】
また、ＣＯガス濃度や水素ガス濃度を測定して制御するため、浸炭処理室内の雰囲気ガスにおけるＣＯガス濃度や水素ガス濃度を、浸炭処理に適した浸炭適正濃度に安定して維持できるようになる。
【0031】
そして、雰囲気ガスから水素成分を除去して炭素成分を再利用するため、高価なキャリアガスＣＧとエンリッチガスＥＧを供給する量や、浸炭に寄与しないまま排気路から燃焼させて排出する量が削減でき、ランニングコストや環境汚染が低減できる。
【0032】
本発明における第３の浸炭処理装置においては、前記のような課題を解決するため、処理材を浸炭処理させる浸炭処理室と、前記の浸炭処理室内にＣＯガスと水素ガスとを含むキャリアガスを供給するキャリアガス供給管と、炭化水素ガスを主成分とするエンリッチガスを供給するエンリッチガス供給管とを備えた浸炭処理装置において、前記の浸炭処理室内における雰囲気ガスを浸炭処理室内から取り出して循環させる循環路に、前記の雰囲気ガス中に含まれる水素ガスを分離させて取り出す水素ガス分離装置を設け、前記の水素ガス分離装置によって分離された水素ガスを案内する水素ガス案内管を設けると共に、前記の浸炭処理室内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度を検知するＣＯガス濃度測定器及び／又は水素ガス濃度を検知する水素ガス濃度測定器を設け、前記のＣＯガス濃度測定器によって検知されたＣＯガス濃度及び／又は前記の水素ガス濃度測定器によって検知された水素ガス濃度に基づいて、制御装置により、前記の循環路を通して前記の水素ガス分離装置に導く雰囲気ガスの量を制御するようにした。
【0033】
そして、前記の第３の浸炭処理装置において、前記のＣＯガス濃度測定器によって検知された浸炭処理室内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度が、浸炭処理に適した浸炭適正濃度未満になった場合には、前記の制御装置により、前記の循環路を通して前記の水素ガス分離装置に導く雰囲気ガスの量を増加させて、水素ガス分離装置によって雰囲気ガスから分離させる水素ガスの量を増加させるようにした。
【0034】
また、前記の第３の浸炭処理装置において、前記の水素ガス濃度測定器によって検知された浸炭処理室内の雰囲気ガスに含まれる水素ガス濃度が、浸炭処理に適した浸炭適正濃度を超えた場合には、前記の制御装置により、前記の循環路を通して前記の水素ガス分離装置に導く雰囲気ガスの量を増加させて、水素ガス分離装置によって雰囲気ガスから分離させる水素ガスの量を増加させるようにした。
【0035】
ここで、前記の第３の浸炭処理装置において、浸炭処理室内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度が浸炭処理に適した浸炭適正濃度未満になった場合や、浸炭処理室内の雰囲気ガスに含まれる水素ガス濃度が浸炭処理に適した浸炭適正濃度を超えた場合に、制御装置により、循環路を通して前記の水素ガス分離装置に導く雰囲気ガスの量を増加させて、水素ガス分離装置によって雰囲気ガスから分離させる水素ガスの量を増加させると、残りの雰囲気ガスに含まれるＣＯガスの割合が多くなり、このようにＣＯガスの割合が多くなった残りの雰囲気ガスを浸炭処理室内に戻すと、浸炭処理室内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度が増加して、浸炭処理室内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度や水素ガス濃度が浸炭処理に適した浸炭適正濃度に調整される。
【0036】
そして、前記の第３の浸炭処理装置のように、浸炭処理室内における雰囲気ガスを、循環路を通して循環させるにあたり、浸炭処理室内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度が浸炭処理に適した浸炭適正濃度未満になった場合や、浸炭処理室内の雰囲気ガスに含まれる水素ガス濃度が浸炭処理に適した浸炭適正濃度を超えた場合のときだけ、前記の制御装置により、循環路を通して水素ガス分離装置に導く雰囲気ガスの量を増加させて、水素ガス分離装置によって雰囲気ガスから分離させる水素ガスの量を増加させようにすると、従来のように、水素ガス分離装置に設けた水素透過フィルターを常時使用するのに比べ、高価な水素透過フィルターの劣化が遅くなり、その清掃や交換に必要な費用と手間が削減できる。
【0037】
また、ＣＯガス濃度や水素ガス濃度を測定して制御するため、浸炭処理室内の雰囲気ガスにおけるＣＯガス濃度や水素ガス濃度を、浸炭処理に適した浸炭適正濃度に安定して維持できるようになる。
【0038】
そして、雰囲気ガスから水素成分を除去して炭素成分を再利用するため、高価なキャリアガスＣＧとエンリッチガスＥＧを供給する量や、浸炭に寄与しないまま排気路から燃焼させて排出する量が削減でき、ランニングコストや環境汚染が低減できる。
【0039】
また、前記の第３の浸炭処理装置において、前記の制御装置により、前記の循環路を通して循環させる雰囲気ガスの量を制御するにあたっては、前記の雰囲気ガスを浸炭処理室内から取り出して循環させる循環路において、前記の水素ガス分離装置よりも上流側の位置に流量調整バルブを設け、前記の制御装置により、前記の流量調整バルブを調整して、前記の循環路を通して前記の水素ガス分離装置に導く雰囲気ガスの量を制御させるようにする他、循環路を通して雰囲気ガスを循環させる循環ポンプの出力を調整する出力調整装置を設け、前記の制御装置により、前記の出力調整装置を調整して、前記の循環ポンプにより前記の循環路を通して前記の水素ガス分離装置に導く雰囲気ガスの量を制御させるようにすることができる。
【発明の効果】
【0040】
本発明における第１の浸炭処理装置、第２の浸炭処理装置及び第３の浸炭処理装置のように構成すると、浸炭処理室内における雰囲気ガスを、前記の各循環路を通して循環させるにあたり、雰囲気ガスに含まれる水素ガスの除去を適切に制御することができ、浸炭処理室内の雰囲気ガスにおけるＣＯガス濃度を浸炭処理に適した浸炭適正濃度に安定して維持できるようになる。
【0041】
さらに、水素ガス分離装置の保守時間を少なくでき、浸炭ガス（キャリアガスやエンリッチガス）の使用量を減らすことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【0042】
【図1】本発明の実施形態１Ａ，１Ｂに係る浸炭処理装置において、処理材を浸炭処理室内に導入させて浸炭処理を行うにあたり、浸炭処理室内における雰囲気ガスを、制御装置により第２循環路に導いて循環させる状態を示した概略説明図である。
【図2】前記の実施形態１Ａに係る浸炭処理装置において、浸炭処理室内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度が浸炭適正濃度未満になった場合、及び実施形態１Ｂに係る浸炭処理装置において、浸炭処理室内の雰囲気ガスに含まれる水素ガス濃度が浸炭処理に適した浸炭適正濃度を超えた場合に、浸炭処理室内における雰囲気ガスを、制御装置により第１循環路に導いて循環させる状態を示した概略説明図である。
【図3】本発明の実施形態２Ａ，２Ｂに係る浸炭処理装置において、浸炭処理室内における雰囲気ガスを循環路に導いて循環させるにあたり、水素ガス分離装置によって分離された水素ガスを案内する水素ガス案内管に設けた排気制御バルブを制御装置によって閉じた状態を示した概略説明図である。
【図4】前記の実施形態２Ａに係る浸炭処理装置において、浸炭処理室内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度が浸炭適正濃度未満になった場合、及び実施形態２Ｂに係る浸炭処理装置において、浸炭処理室内の雰囲気ガスに含まれる水素ガス濃度が浸炭処理に適した浸炭適正濃度を超えた場合に、水素ガス分離装置によって分離された水素ガスを案内する水素ガス案内管に設けた排気制御バルブを制御装置によって開けて、分離された水素ガスを、水素ガス案内管を通して排出させる状態を示した概略説明図である。
【図5】本発明の実施形態３Ａ，３Ｂに係る浸炭処理装置において、浸炭処理室内における雰囲気ガスを循環路に導いて循環させるにあたり、循環路に設けられた水素ガス分離装置よりも上流側の位置に流量調整バルブを設け、浸炭処理室内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度や水素ガス濃度に基づいて、制御装置により、前記の流量調整バルブを調整して、循環路を通して水素ガス分離装置に導く雰囲気ガスの量を制御する状態を示した概略説明図である。
【図6】本発明の実施形態４Ａ，４Ｂに係る浸炭処理装置において、浸炭処理室内における雰囲気ガスを循環路に導いて循環させるにあたり、循環路を通して雰囲気ガスを循環させる循環ポンプの出力を調整する出力調整装置を設け、浸炭処理室内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度や水素ガス濃度に基づいて、制御装置により、前記の出力調整装置を調整して、循環ポンプにより循環路を通して水素ガス分離装置に導く雰囲気ガスの量を制御する状態を示した概略説明図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0043】
以下、本発明の実施形態に係る浸炭処理装置を添付図面に基づいて具体的に説明する。なお、本発明に係る浸炭処理装置は下記の実施形態に示したものに限定されず、発明の要旨を変更しない範囲において、適宜変更して実施できるものである。
【0044】
［実施形態１Ａ］
実施形態１Ａにおける浸炭処理装置においては、図１及び図２に示すように、処理材Ｗを、第１扉１ａを通して導入室２内に導いた後、導入室２内に導かれた処理材Ｗを、第２扉１ｂを通して浸炭処理室３内に導入させて、処理材Ｗを浸炭処理室３内において浸炭処理するようにしている。
実施形態１Ａにおける浸炭処理装置においては、図１及び図２に示すように、処理材Ｗを、第１扉１ａを通して導入室２内に導いた後、導入室２内に導かれた処理材Ｗを、第２扉１ｂを通して浸炭処理室３内に導入させて、処理材Ｗを浸炭処理室３内において浸炭処理するようにしている。
【0045】
ここで、この実施形態１Ａにおける浸炭処理装置においては、前記の浸炭処理室３内に、ＣＯガスと水素ガスＨ２とを含むキャリアガスＣＧを流量調整弁４ａにより流量を調整しながらキャリアガス供給管４を通して供給すると共に、都市ガスやプロパンガスやブタンガス等の炭化水素ガスＣｎＨ２ｎ+２を主成分とするエンリッチガスＥＧを流量調整弁５ａにより流量を調整しながらエンリッチガス供給管５を通して供給するようにしている。なお、ＣＯガスと水素ガスＨ２とを含む前記のキャリアガスＣＧとしては、一般に、前記の都市ガスやプロパンガスやブタンガス等の炭化水素ガスＣｎＨ２ｎ+２を空気と混合させて変成させたものが用いられる。
【0046】
そして、この実施形態１Ａにおける浸炭処理装置においては、前記の浸炭処理室３に設けた攪拌ファン３ａにより、浸炭処理室３内に供給された前記のキャリアガスＣＧとエンリッチガスＥＧとを攪拌させると共に、浸炭処理室３内に導かれた前記の処理材Ｗを加熱させて、処理材Ｗの表面に炭素を付与し、このように処理材Ｗの表面に付与された炭素を処理材Ｗの内部に拡散させて浸炭させるようにする。
【0047】
なお、このようにキャリアガスＣＧとエンリッチガスＥＧとが供給された浸炭処理室３内において、処理材Ｗの表面に炭素を付与して浸炭させるようにした場合、前記のように２ＣＯ→ＣＯ２＋（Ｃ）、ＣｎＨ２ｎ＋２＋ｎＣＯ2→２ｎＣＯ＋（ｎ+１）Ｈ２の反応が生じ、そのうちの炭素成分が処理材Ｗの表面に付与された結果、浸炭処理室３内に水素ガスが残存し、そのように発生した水素ガスＨ２により浸炭処理室３内におけるＣＯガス濃度が次第に減少するようになる。
【0048】
ここで、この実施形態１Ａにおける浸炭処理装置においては、図１及び図２に示すように、浸炭処理室３内における雰囲気ガスを浸炭処理室３内から取り出して循環させる第１循環路１０と第２循環路２０とを設けている。
【0049】
そして、前記の第１循環路１０においては、浸炭処理室３内における雰囲気ガスを吸引して循環させるための第１循環ポンプ１１を設け、浸炭処理室３内から取り出した雰囲気ガスを導く上流側の部分に、雰囲気ガスを冷却させる冷却装置１３と第１取出しバルブ１２を設け、この第１取出しバルブ１２より下流側の位置に、この冷却装置１３によって冷却させた雰囲気ガスから水素ガスＨ２を分離させる水素ガス分離装置１４とを設け、この水素ガス分離装置１４によって水素ガスＨ２を分離させた後の雰囲気ガスを、前記の第１循環ポンプ１１により吸引して浸炭処理室３内に戻すようにする一方、水素ガス分離装置１４によって分離させた水素ガスＨ２を水素ガス吸引ポンプ１４ａにより吸引して水素ガス案内管１４ｂに導き、この水素ガス案内管１４ｂを通して水素ガスＨ２を排出させるようにしている。なお、このように水素ガス案内管１４ｂを通して排出させる水素ガスについては、これを燃焼させるようにしたり、水素ガス原料として用いるようにしたりすることができる。
【0050】
ここで、水素ガス分離装置１４の構造としては、例えば筒状に設けられた水素透過フィルター１５の内側に雰囲気ガスを流通させ、水素ガス吸引ポンプ１４ａによって水素だけをその外側に吸引させるようなものが考えられる。
【0051】
一方、浸炭処理室３内における雰囲気ガスを浸炭処理室３内から取り出して循環させる前記の第２循環路２０においては、浸炭処理室３内における雰囲気ガスを吸引して循環させるための第２循環ポンプ２１を設け、浸炭処理室３内から取り出した雰囲気ガスを導く上流側の部分に雰囲気ガスを冷却させる冷却装置２３と第２取出しバルブ２２を設けている。
【0052】
また、この実施形態１Ａにおける浸炭処理装置においては、浸炭処理室３内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度を検知するＣＯガス濃度測定器６を設け、このＣＯガス濃度測定器６によって検知された雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度を制御装置７に出力し、この制御装置７により、前記の第１循環路１０に設けた第１取出しバルブ１２と、第２循環路２０に設けた第２取出しバルブ２２との開閉を制御するようにしている。
【0053】
また、この実施形態１Ａにおける浸炭処理装置においては、浸炭処理室３内における雰囲気ガスの量が過剰になった場合に、この浸炭処理室３内における雰囲気ガスの一部を外部に排出させるように、この浸炭処理室３に排気調整弁８ａが途中に設けられた排気管８を設け、この排気管８に導かれた雰囲気ガスを外部で燃焼させるようにしている。なお、この実施形態１Ａにおける浸炭処理装置においては、浸炭処理室３内における過剰になった雰囲気ガスを外部に排出させる排気管８を浸炭処理室３に設けるようにしたが、排気管８を設ける位置は限定されず、図示していないが、浸炭処理室３内における過剰になった雰囲気ガスを第２扉１ｂの隙間等を通して前記の導入室２に導くようにし、この導入室２に前記の排気管８を設けるようにすることもできる。
【0054】
そして、この実施形態１Ａにおける浸炭処理装置において、前記のＣＯガス濃度測定器６によって検知されて制御装置７に出力された浸炭処理室３内における雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度が、浸炭処理に適した浸炭適正濃度である場合には、図１に示すように、前記の制御装置７により、前記の第１循環路１０に設けた第１取出しバルブ１２を閉じて、浸炭処理室３内における雰囲気ガスが水素ガス分離装置１４に導かれないようにする一方、前記の第２循環路２０に設けた第２取出しバルブ２２を開け、浸炭処理室３内における雰囲気ガスを前記の第２循環ポンプ２１により吸引し、第２循環路２０を通して循環させるようにして、浸炭処理室３内において処理材Ｗを浸炭処理させるようにする。
【0055】
そのようにすると、前記の浸炭処理室３に設けた攪拌ファン３ａの攪拌効果に相乗して浸炭処理室３内の雰囲気が攪拌され、より均一な浸炭処理ができる。なお、第１取出しバルブ１２や第２取出しバルブ２２は、閉の状態を黒塗りで、開の状態を白抜きで図示する。（以後、他のバルブも同様。）
【0056】
ここで、このように浸炭処理室３内において処理材Ｗを浸炭処理させると、前記のように浸炭処理室３内において水素ガスＨ２が発生し、この水素ガスＨ２により浸炭処理室３内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度が次第に減少するようになる。
【0057】
そして、このように浸炭処理室３内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度が次第に減少し、前記のＣＯガス濃度測定器６によって検知されて制御装置７に出力された浸炭処理室３内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度が前記の浸炭適正濃度未満になった場合には、図２に示すように、前記の制御装置７により、第２循環路２０に設けた前記の第２取出しバルブ２２を閉じる一方、第１循環路１０に設けた前記の第１取出しバルブ１２を開け、第１循環路１０に設けた前記の第１循環ポンプ１１により、浸炭処理室３内における雰囲気ガスを第１循環路１０に吸引して、前記の雰囲気ガスを冷却装置１３に導いて冷却させた後、このように冷却させた雰囲気ガスを水素ガス分離装置１４に導き、この水素ガス分離装置１４において雰囲気ガス中に含まれる水素ガスＨ２を分離させるようにする。
【0058】
そして、前記の水素ガス分離装置１４によって雰囲気ガスから分離させた水素ガスＨ２を、水素ガス吸引ポンプ１４ａにより吸引して水素ガス案内管１４ｂに導き、この水素ガス案内管１４ｂを通して水素ガスＨ２を排出させるようにする一方、水素ガスＨ２を分離させた後の雰囲気ガスを、前記の第１循環ポンプ１１により吸引して浸炭処理室３内に戻し、浸炭処理室３内において処理材Ｗを浸炭処理させるようにする。
【0059】
ここで、前記のように雰囲気ガスに含まれる水素ガスＨ２を水素ガス分離装置１４によって分離させて排出させると、残りの雰囲気ガスに含まれるＣＯガスの割合が多くなり、このようにＣＯガスの割合が多くなった残りの雰囲気ガスを浸炭処理室３内に戻すと、浸炭処理室３内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度が増加するようになる。
【0060】
そして、このように浸炭処理室３内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度が増加して、浸炭処理室３内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度が浸炭適正濃度になると、前記の図１に示すように、制御装置７により、第１循環路１０に設けた第１取出しバルブ１２を閉じて、浸炭処理室３内における雰囲気ガスが水素ガス分離装置１４に導かれないようにする一方、第２循環路２０に設けた第２取出しバルブ２２を開け、浸炭処理室３内における雰囲気ガスを前記の第２循環ポンプ２１により吸引し、第２循環路２０を通して循環させるようにする。
【0061】
この実施形態１Ａにおける浸炭処理装置においては、浸炭処理室３内における雰囲気ガスを循環させるにあたり、雰囲気ガスを循環させる経路を、前記のように制御装置７により第１循環路１０と第２循環路２０とを適切に切り換えるようにして、雰囲気ガスに含まれる水素ガスＨ２を必要なときだけ除去させるようにしたため、従来のように水素ガス分離装置に設けた水素透過フィルターを常時使用するのに比べ、高価な水素透過フィルター１５の劣化が遅くなり、その清掃や交換に必要な費用と手間が削減できる。
【0062】
また、ＣＯガス濃度を測定して制御したことにより、浸炭処理室３内の雰囲気ガスにおけるＣＯガス濃度を、浸炭処理に適した浸炭適正濃度に安定して維持できるようになる。
【0063】
そして、雰囲気ガスから水素成分を除去して炭素成分を再利用したため、高価なキャリアガスＣＧとエンリッチガスＥＧを供給する量や、浸炭に寄与しないまま排気管８から燃焼させて排出する量が削減でき、ランニングコストや環境汚染が低減できる。
【0064】
［実施形態１Ｂ］
実施形態１Ｂにおける浸炭処理装置においては、前記の実施形態１Ａにおける浸炭処理装置において、図１及び図２にかっこ書き（）で示すように、浸炭処理室３内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度を検知するＣＯガス濃度測定器６に代えて、浸炭処理室３内の雰囲気ガスに含まれる水素ガス濃度を検知する水素ガス濃度測定器９を設け、それ以外は、前記の実施形態１Ａにおける浸炭処理装置と同様に構成した。
実施形態１Ｂにおける浸炭処理装置においては、前記の実施形態１Ａにおける浸炭処理装置において、図１及び図２にかっこ書き（）で示すように、浸炭処理室３内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度を検知するＣＯガス濃度測定器６に代えて、浸炭処理室３内の雰囲気ガスに含まれる水素ガス濃度を検知する水素ガス濃度測定器９を設け、それ以外は、前記の実施形態１Ａにおける浸炭処理装置と同様に構成した。
【0065】
ここで、この実施形態１Ｂにおける浸炭処理装置においては、前記の水素ガス濃度測定器９によって検知されて制御装置７に出力された浸炭処理室３内における雰囲気ガスに含まれる水素ガス濃度が、浸炭処理に適した浸炭適正濃度である場合には、図１に示すように、前記の制御装置７により、前記の第１循環路１０に設けた第１取出しバルブ１２を閉じて、浸炭処理室３内における雰囲気ガスが水素ガス分離装置１４に導かれないようにする一方、前記の第２循環路２０に設けた第２取出しバルブ２２を開け、浸炭処理室３内における雰囲気ガスを前記の第２循環ポンプ２１により吸引し、第２循環路２０を通して循環させるようにして、浸炭処理室３内において処理材Ｗを浸炭処理させるようにする。
【0066】
そして、このように浸炭処理室３内において処理材Ｗを浸炭処理させると、前記のように浸炭処理室３内において水素ガスＨ２が発生し、この水素ガスＨ２により浸炭処理室３内の雰囲気ガスに含まれる水素ガス濃度が次第に増加するようになる。
【0067】
そして、このように浸炭処理室３内の雰囲気ガスに含まれる水素ガス濃度が次第に増加し、前記の水素ガス濃度測定器９によって検知されて制御装置７に出力された浸炭処理室３内の雰囲気ガスに含まれる水素ガス濃度が前記の浸炭適正濃度を超えた場合には、図２に示すように、前記の制御装置７により、第２循環路２０に設けた前記の第２取出しバルブ２２を閉じる一方、第１循環路１０に設けた前記の第１取出しバルブ１２を開け、第１循環路１０に設けた前記の第１循環ポンプ１１により、浸炭処理室３内における雰囲気ガスを第１循環路１０に吸引して、前記の雰囲気ガスを冷却装置１３に導いて冷却させた後、このように冷却させた雰囲気ガスを水素ガス分離装置１４に導き、この水素ガス分離装置１４において雰囲気ガス中に含まれる水素ガスＨ２を分離させるようにする。
【0068】
そして、前記の水素ガス分離装置１４によって雰囲気ガスから分離させた水素ガスＨ２を、水素ガス吸引ポンプ１４ａにより吸引して水素ガス案内管１４ｂに導き、この水素ガス案内管１４ｂを通して水素ガスＨ２を排出させるようにする一方、水素ガスＨ２を分離させた後の雰囲気ガスを、前記の第１循環ポンプ１１により吸引して浸炭処理室３内に戻し、浸炭処理室３内において処理材Ｗを浸炭処理させるようにする。
【0069】
このように雰囲気ガスに含まれる水素ガスＨ２を水素ガス分離装置１４によって分離させて排出させると、残りの雰囲気ガスに含まれるＣＯガスの割合が多くなり、このようにＣＯガスの割合が多くなった残りの雰囲気ガスを浸炭処理室３内に戻すと、浸炭処理室３内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度が増加するようになる。
【0070】
そして、このように浸炭処理室３内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度が増加して、浸炭処理室３内の雰囲気ガスに含まれる水素ガス濃度が浸炭適正濃度になると、図１に示すように、制御装置７により、第１循環路１０に設けた第１取出しバルブ１２を閉じて、浸炭処理室３内における雰囲気ガスが水素ガス分離装置１４に導かれないようにする一方、第２循環路２０に設けた第２取出しバルブ２２を開け、浸炭処理室３内における雰囲気ガスを前記の第２循環ポンプ２１により吸引し、第２循環路２０を通して循環させるようにする。
【0071】
このようにした結果、実施形態１Ｂにおける浸炭処理装置においても、前記の実施形態１Ａにおける浸炭処理装置と同様の効果が得られる。
【0072】
［実施形態２Ａ］
実施形態２Ａにおける浸炭処理装置においても、図３及び図４に示すように、前記の実施形態１Ａの浸炭処理装置と同様に、処理材Ｗを、第１扉１ａを通して導入室２内に導いた後、導入室２内に導かれた処理材Ｗを、第２扉１ｂを通して浸炭処理室３内に導入させて、処理材Ｗを浸炭処理室３内において浸炭処理するにようにしている。
実施形態２Ａにおける浸炭処理装置においても、図３及び図４に示すように、前記の実施形態１Ａの浸炭処理装置と同様に、処理材Ｗを、第１扉１ａを通して導入室２内に導いた後、導入室２内に導かれた処理材Ｗを、第２扉１ｂを通して浸炭処理室３内に導入させて、処理材Ｗを浸炭処理室３内において浸炭処理するにようにしている。
【0073】
そして、この実施形態２Ａにおける浸炭処理装置においても、前記の浸炭処理室３内に、ＣＯガスと水素ガスＨ２とを含むキャリアガスＣＧを流量調整弁４ａにより流量を調整しながらキャリアガス供給管４を通して供給すると共に、都市ガスやプロパンガスやブタンガス等の炭化水素ガスＣｎＨ２ｎ+２を主成分とするエンリッチガスＥＧを流量調整弁５ａにより流量を調整しながらエンリッチガス供給管５を通して供給するようにし、浸炭処理室３に設けた攪拌ファン３ａにより、浸炭処理室３内に供給された前記のキャリアガスＣＧとエンリッチガスＥＧとを攪拌させると共に、浸炭処理室３内に導かれた前記の処理材Ｗを加熱させて、処理材Ｗの表面に炭素を付与し、このように処理材Ｗの表面に付与された炭素を処理材Ｗの内部に拡散させて浸炭させるようにしている。
【0074】
また、この実施形態２Ａにおける浸炭処理装置においても、前記の実施形態１Ａにおける浸炭処理装置と同様に、浸炭処理室３内における雰囲気ガスの量が過剰になった場合に、この浸炭処理室３内における雰囲気ガスの一部を外部に排出させるように、この浸炭処理室３に排気調整弁８ａが途中に設けられた排気管８を設け、この排気管８に導かれた雰囲気ガスの一部を外部で燃焼させるようにしている。
【0075】
【0076】
そして、前記の循環路３０においては、浸炭処理室３内における雰囲気ガスを吸引して循環させるための循環ポンプ３１を設け、この循環ポンプ３１により、浸炭処理室３内から取り出して循環路３０に導かれた雰囲気ガスを冷却装置３３に導いて冷却させ、このように冷却装置３３によって冷却させた雰囲気ガスを、水素ガスＨ２を雰囲気ガスから分離させる水素ガス分離装置３４に導き、この水素ガス分離装置３４を通過した雰囲気ガスを、前記の循環ポンプ３１により吸引して浸炭処理室３内に戻すようにしている。
【0077】
ここで、この実施形態２Ａにおける浸炭処理装置においては、前記の水素ガス分離装置３４によって雰囲気ガスから分離させた水素ガスＨ２を、水素ガス吸引ポンプ３４ａにより吸引して水素ガス案内管３４ｂに導くにあたり、この水素ガス案内管３４ｂに排気制御バルブ３４ｃを設け、この排気制御バルブ３４ｃを閉じた状態では、雰囲気ガスから水素ガスＨ２が分離されて排出されずに、水素ガスＨ２が除去されていない状態で雰囲気ガスが浸炭処理室３内に戻されるようになる一方、排気制御バルブ３４ｃを開いた状態では、水素ガス分離装置３４によって分離された水素ガスＨ２が、水素ガス吸引ポンプ３４ａにより水素ガス案内管３４ｂを通して吸引されて排出されるようになり、水素ガスＨ２が除去された状態で雰囲気ガスが浸炭処理室３内に戻されるようになる。
【0078】
このとき、排気制御バルブ３４ｃを開閉させる代わりに、排気制御バルブ３４ｃを開のままとし、水素ガス吸引ポンプ３４ａをＯＮ／ＯＦＦさせてもよい。
【0079】
このように何らかの手段で水素ガス分離装置３４の水素透過フィルター３５の作用を止めることによっても、前記の実施形態１Ａ，１Ｂと同様に、高価な水素透過フィルター３５の劣化を遅くでき、その清掃や交換に必要な費用と手間が削減できる。
【0080】
また、この実施形態２Ａによれば、実施形態１のような第２循環路２０が不要になるため、設備コストや必要スペースが削減できる。
【0081】
また、この実施形態２Ａにおける浸炭処理装置においては、浸炭処理室３内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度を検知するＣＯガス濃度測定器６を設け、このＣＯガス濃度測定器６によって検知された雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度を制御装置７に出力し、この制御装置７により、前記の水素ガス案内管３４ｂに設けた前記の排気制御バルブ３４ｃの開閉を制御するようにしている。
【0082】
そして、この実施形態２Ａにおける浸炭処理装置において、前記のＣＯガス濃度測定器６によって検知されて制御装置７に出力された浸炭処理室３内における雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度が、浸炭処理に適した浸炭適正濃度である場合には、図３に示すように、前記の制御装置７により、前記の水素ガス案内管３４ｂの排気制御バルブ３４ｃを閉じ、雰囲気ガスから水素ガスＨ２が分離されて排出されないようにして、水素ガスＨ２が除去されていない状態で雰囲気ガスを前記の循環ポンプ３１により吸引し、前記の循環路３０を通して浸炭処理室３内に戻して、浸炭処理室３内において処理材Ｗを浸炭処理させるようにする。
【0083】
ここで、このように浸炭処理室３内において処理材Ｗを浸炭処理させると、前記のように浸炭処理室３内において水素ガスＨ２が発生し、この水素ガスＨ２により浸炭処理室３内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度が次第に減少するようになる。
【0084】
そして、このように浸炭処理室３内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度が次第に減少し、前記のＣＯガス濃度測定器６によって検知されて制御装置７に出力された浸炭処理室３内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度が前記の浸炭適正濃度未満になった場合には、図４に示すように、前記の制御装置７により、前記の水素ガス案内管３４ｂの排気制御バルブ３４ｃを開けて、水素ガス分離装置３４によって分離された水素ガスＨ２を、水素ガス吸引ポンプ３４ａにより水素ガス案内管３４ｂを通して吸引して排出させる一方、水素ガスＨ２を分離させた後の雰囲気ガスを、前記の循環ポンプ３１により吸引し、循環路３０を通して浸炭処理室３内に戻して、浸炭処理室３内において処理材Ｗを浸炭処理させるようにする。
【0085】
ここで、前記のように雰囲気ガスに含まれる水素ガスＨ２を水素ガス分離装置３４によって分離させて排出させると、残りの雰囲気ガスに含まれるＣＯガスの割合が多くなり、このようにＣＯガスの割合が多くなった残りの雰囲気ガスを浸炭処理室３内に戻すと、浸炭処理室３内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度が増加するようになる。
【0086】
そして、このように浸炭処理室３内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度が増加して、浸炭処理室３内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度が浸炭適正濃度になると、前記の図３に示すように、前記の制御装置７により、前記の水素ガス案内管３４ｂの排気制御バルブ３４ｃを閉じて、雰囲気ガスから水素ガスＨ２が分離させて排出されないようにし、水素ガスＨ２が除去されていない状態で雰囲気ガスを浸炭処理室３内に戻して、浸炭処理室３内において処理材Ｗを浸炭処理させるようにする。
【0087】
この実施形態２Ａにおける浸炭処理装置においては、浸炭処理室３内における雰囲気ガスを、循環路３０を通して循環させるにあたり、前記のように制御装置７により、水素ガス案内管３４ｂに設けた排気制御バルブ３４ｃの開閉を適切に制御して、雰囲気ガスに含まれる水素ガスＨ２を、水素ガス案内管３４ｂを通して必要なときだけ除去させるようにしたため、従来のように水素ガス分離装置に設けた水素透過フィルターを常時使用するのに比べ、高価な水素透過フィルター３５の劣化が遅くなり、その清掃や交換に必要な費用と手間が削減できる。
【0088】
また、ＣＯガス濃度を測定して制御したことにより、浸炭処理室３内の雰囲気ガスにおけるＣＯガス濃度を、浸炭処理に適した浸炭適正濃度に安定して維持できるようになる。
【0089】
そして、雰囲気ガスから水素成分を除去して炭素成分を再利用したため、高価なキャリアガスＣＧとエンリッチガスＥＧを供給する量や、浸炭に寄与しないまま排気管８から燃焼させて排出する量が削減でき、ランニングコストや環境汚染が低減できる。
【0090】
［実施形態２Ｂ］
実施形態２Ｂにおける浸炭処理装置においては、前記の実施形態２Ａにおける浸炭処理装置において、図３及び図４にかっこ書き（）で示すように、浸炭処理室３内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度を検知するＣＯガス濃度測定器６に代えて、浸炭処理室３内の雰囲気ガスに含まれる水素ガス濃度を検知する水素ガス濃度測定器９を設け、それ以外は、前記の実施形態２Ａにおける浸炭処理装置と同様に構成した。
実施形態２Ｂにおける浸炭処理装置においては、前記の実施形態２Ａにおける浸炭処理装置において、図３及び図４にかっこ書き（）で示すように、浸炭処理室３内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度を検知するＣＯガス濃度測定器６に代えて、浸炭処理室３内の雰囲気ガスに含まれる水素ガス濃度を検知する水素ガス濃度測定器９を設け、それ以外は、前記の実施形態２Ａにおける浸炭処理装置と同様に構成した。
【0091】
そして、この実施形態２Ｂにおける浸炭処理装置においては、前記の水素ガス濃度測定器９によって検知されて制御装置７に出力された浸炭処理室３内における雰囲気ガスに含まれる水素ガス濃度が、浸炭処理に適した浸炭適正濃度である場合には、図３に示すように、前記の制御装置７により、前記の水素ガス案内管３４ｂの排気制御バルブ３４ｃを閉じ、雰囲気ガスから水素ガスＨ２が分離されて排出されないようにして、水素ガスＨ２が除去されていない状態で雰囲気ガスを前記の循環ポンプ３１により吸引し、前記の循環路３０を通して浸炭処理室３内に戻して、浸炭処理室３内において処理材Ｗを浸炭処理させるようにする。
【0092】
ここで、このように浸炭処理室３内において処理材Ｗを浸炭処理させると、前記のように浸炭処理室３内において水素ガスＨ２が発生し、浸炭処理室３内の雰囲気ガスに含まれる水素ガスＨ２濃度が次第に増加して、ＣＯガス濃度が減少するようになる。
【0093】
そして、このように浸炭処理室３内の雰囲気ガスに含まれる水素ガス濃度が次第に増加し、前記の水素ガス濃度測定器９によって検知されて制御装置７に出力された浸炭処理室３内の雰囲気ガスに含まれる水素ガス濃度が前記の浸炭適正濃度を超えた場合には、図４に示すように、前記の制御装置７により、前記の水素ガス案内管３４ｂの排気制御バルブ３４ｃを開けて、水素ガス分離装置３４によって分離された水素ガスＨ２を、水素ガス吸引ポンプ３４ａにより水素ガス案内管３４ｂを通して吸引して排出させる一方、水素ガスＨ２を分離させた後の雰囲気ガスを、前記の循環ポンプ３１により吸引し、循環路３０を通して浸炭処理室３内に戻して、浸炭処理室３内において処理材Ｗを浸炭処理させるようにする。
【0094】
ここで、前記のように雰囲気ガスに含まれる水素ガスＨ２を水素ガス分離装置３４によって分離させて排出させると、残りの雰囲気ガスに含まれるＣＯガスの割合が多くなり、このようにＣＯガスの割合が多くなった残りの雰囲気ガスを浸炭処理室３内に戻すと、浸炭処理室３内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度が増加するようになる。
【0095】
そして、このように浸炭処理室３内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度が増加して、浸炭処理室３内の雰囲気ガスに含まれる水素ガス濃度が浸炭適正濃度になると、前記の図３に示すように、前記の制御装置７により、前記の水素ガス案内管３４ｂの排気制御バルブ３４ｃを閉じて、雰囲気ガスから水素ガスＨ２が分離させて排出されないようにし、水素ガスＨ２が除去されていない状態で雰囲気ガスを浸炭処理室３内に戻して、浸炭処理室３内において処理材Ｗを浸炭処理させるようにする。
【0096】
このようにした結果、実施形態２Ｂにおける浸炭処理装置においても、前記の実施形態２Ａにおける浸炭処理装置と同様の効果が得られる。
【0097】
［実施形態３Ａ］
実施形態３Ａにおける浸炭処理装置においても、図５に示すように、前記の実施形態１Ａ等の浸炭処理装置と同様に、処理材Ｗを、第１扉１ａを通して導入室２内に導いた後、導入室２内に導かれた処理材Ｗを、第２扉１ｂを通して浸炭処理室３内に導入させて、処理材Ｗを浸炭処理室３内において浸炭処理するにようにしている。
実施形態３Ａにおける浸炭処理装置においても、図５に示すように、前記の実施形態１Ａ等の浸炭処理装置と同様に、処理材Ｗを、第１扉１ａを通して導入室２内に導いた後、導入室２内に導かれた処理材Ｗを、第２扉１ｂを通して浸炭処理室３内に導入させて、処理材Ｗを浸炭処理室３内において浸炭処理するにようにしている。
【0098】
そして、この実施形態３Ａにおける浸炭処理装置においても、前記の浸炭処理室３内に、ＣＯガスと水素ガスＨ２とを含むキャリアガスＣＧを流量調整弁４ａにより流量を調整しながらキャリアガス供給管４を通して供給すると共に、都市ガスやプロパンガスやブタンガス等の炭化水素ガスＣｎＨ２ｎ+２を主成分とするエンリッチガスＥＧを流量調整弁５ａにより流量を調整しながらエンリッチガス供給管５を通して供給するようにし、浸炭処理室３に設けた攪拌ファン３ａにより、浸炭処理室３内に供給された前記のキャリアガスＣＧとエンリッチガスＥＧとを攪拌させると共に、浸炭処理室３内に導かれた前記の処理材Ｗを加熱させて、処理材Ｗの表面に炭素を付与し、このように処理材Ｗの表面に付与された炭素を処理材Ｗの内部に拡散させて浸炭させるようにしている。
【0099】
また、この実施形態３Ａにおける浸炭処理装置においても、前記の実施形態１Ａ等における浸炭処理装置と同様に、浸炭処理室３内における雰囲気ガスの量が過剰になった場合に、この浸炭処理室３内における雰囲気ガスの一部を外部に排出させるように、この浸炭処理室３に排気調整弁８ａが途中に設けられた排気管８を設け、この排気管８に導かれた雰囲気ガスの一部を外部で燃焼させるようにしている。
【0100】
ここで、この実施形態３Ａにおける浸炭処理装置においては、前記の実施形態２Ａにおける浸炭処理装置と同様に、図５に示すように、浸炭処理室３内における雰囲気ガスを浸炭処理室３内から取り出して循環させる１つの循環路３０を設けている。
【0101】
そして、前記の循環路３０においては、浸炭処理室３内における雰囲気ガスを吸引して循環させるための循環ポンプ３１を設け、この循環ポンプ３１により、浸炭処理室３内から取り出して循環路３０に導かれた雰囲気ガスを冷却装置３３に導いて冷却させ、このように冷却装置３３によって冷却させた雰囲気ガスを、水素ガスＨ２を雰囲気ガスから分離させる水素ガス分離装置３４に導き、この水素ガス分離装置３４によって分離された水素ガスＨ２を、水素ガス吸引ポンプ３４ａによって水素ガス案内管３４ｂを通して吸引して排出させる一方、水素ガスＨ２が除去された雰囲気ガスを浸炭処理室３内に戻すようにしている。
【0102】
ここで、この実施形態３Ａにおける浸炭処理装置においては、前記のように循環路３０に導かれた雰囲気ガスを冷却装置３３に導いて冷却させ、このように冷却装置３３によって冷却させた雰囲気ガスを前記の水素ガス分離装置３４に導くにあたり、水素ガス分離装置３４の上流側の位置に流量調整バルブ３６を設け、ＣＯガス濃度測定器６によって検知された浸炭処理室３内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度に基づいて、制御装置７により前記の流量調整バルブ３６を制御して、前記の水素ガス分離装置３４に導く雰囲気ガスの量を調整するようにしている。
【0103】
そして、この実施形態３Ａにおける浸炭処理装置において、浸炭処理により、浸炭処理室３内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度が次第に減少し、前記のＣＯガス濃度測定器６によって検知されて制御装置７に出力された浸炭処理室３内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度が前記の浸炭適正濃度未満になった場合には、前記の制御装置７により前記の流量調整バルブ３６を調整し、前記の水素ガス分離装置３４に導く雰囲気ガスの量を増加させて、水素ガス分離装置３４により雰囲気ガスから分離させる水素ガスＨ２の量を増加させ、分離させた水素ガスＨ２を水素ガス吸引ポンプ３４ａにより水素ガス案内管３４ｂを通して吸引して排出させる一方、水素ガスＨ２を分離させた後の雰囲気ガスを、前記の循環ポンプ３１により吸引し、循環路３０を通して浸炭処理室３内に戻して、浸炭処理室３内において処理材Ｗを浸炭処理させるようにする。
【0104】
ここで、前記のように雰囲気ガスに含まれる水素ガスＨ２を水素ガス分離装置３４によって分離させて排出させると、残りの雰囲気ガスに含まれるＣＯガスの割合が多くなり、このようにＣＯガスの割合が多くなった残りの雰囲気ガスを浸炭処理室３内に戻すと、浸炭処理室３内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度が増加するようになる。
【0105】
そして、このように浸炭処理室３内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度が増加して、浸炭処理室３内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度が浸炭適正濃度になると、前記の制御装置７により前記の流量調整バルブ３６を調整し、前記の水素ガス分離装置３４に導く雰囲気ガスの量を減少させて、水素ガス分離装置３４により雰囲気ガスから分離させる水素ガスＨ２の量を調整し、雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度が浸炭適正濃度になるように維持させて、浸炭処理室３内において処理材Ｗを浸炭処理させるようにする。
【0106】
ここで、この実施形態３Ａにおける浸炭処理装置においては、浸炭処理室３内における雰囲気ガスを、循環路３０を通して循環させるにあたり、前記のように制御装置７により前記の流量調整バルブ３６を調整し、前記の水素ガス分離装置３４により雰囲気ガスから分離させて排気させる水素ガスＨ２の量を必要なときだけ制御するようにしたため、従来のように水素ガス分離装置に設けた水素透過フィルターを常時使用するのに比べ、高価な水素透過フィルター３５の劣化が遅くなり、その清掃や交換に必要な費用と手間が削減できる。
【0107】
また、ＣＯガス濃度を測定して制御したことにより、浸炭処理室３内の雰囲気ガスにおけるＣＯガス濃度を、浸炭処理に適した浸炭適正濃度に安定して維持できるようになる。
【0108】
そして、雰囲気ガスから水素成分を除去して炭素成分を再利用したため、高価なキャリアガスＣＧとエンリッチガスＥＧを供給する量や、浸炭に寄与しないまま排気管８から燃焼させて排出する量が削減でき、ランニングコストや環境汚染が低減できる。
【0109】
［実施形態３Ｂ］
実施形態３Ｂにおける浸炭処理装置においては、前記の実施形態３Ａにおける浸炭処理装置において、図５にかっこ書き（）で示すように、浸炭処理室３内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度を検知するＣＯガス濃度測定器６に代えて、浸炭処理室３内の雰囲気ガスに含まれる水素ガス濃度を検知する水素ガス濃度測定器９を設けるようにし、それ以外は、前記の実施形態３Ａにおける浸炭処理装置と同様に構成した。
実施形態３Ｂにおける浸炭処理装置においては、前記の実施形態３Ａにおける浸炭処理装置において、図５にかっこ書き（）で示すように、浸炭処理室３内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度を検知するＣＯガス濃度測定器６に代えて、浸炭処理室３内の雰囲気ガスに含まれる水素ガス濃度を検知する水素ガス濃度測定器９を設けるようにし、それ以外は、前記の実施形態３Ａにおける浸炭処理装置と同様に構成した。
【0110】
ここで、この実施形態３Ｂにおける浸炭処理装置において、浸炭処理により、次第に浸炭処理室３内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度が減少する一方、水素ガス濃度が増加して、前記の水素ガス濃度測定器９によって検知されて制御装置７に出力された雰囲気ガスに含まれる水素ガス濃度が浸炭適正濃度を超えた場合には、前記の制御装置７により前記の流量調整バルブ３６を制御し、前記の水素ガス分離装置３４に導く雰囲気ガスの量を増加させて、水素ガス分離装置３４により雰囲気ガスから分離させる水素ガスＨ２の量を増加させ、このように分離させた水素ガスＨ２を水素ガス吸引ポンプ３４ａにより水素ガス案内管３４ｂを通して吸引して排出させる一方、水素ガスＨ２を分離させた後の雰囲気ガスを、前記の循環ポンプ３１により吸引し、循環路３０を通して浸炭処理室３内に戻して、浸炭処理室３内において処理材Ｗを浸炭処理させるようにする。
【0111】
ここで、前記のように雰囲気ガスに含まれる水素ガスＨ２を水素ガス分離装置３４によって分離させて排出させると、残りの雰囲気ガスに含まれるＣＯガスの割合が多くなり、このようにＣＯガスの割合が多くなった残りの雰囲気ガスを浸炭処理室３内に戻すと、浸炭処理室３内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度が増加する一方、水素ガス濃度が減少するようになる。
【0112】
そして、このように浸炭処理室３内の雰囲気ガスに含まれる水素ガス濃度が減少して、浸炭処理室３内の雰囲気ガスに含まれる水素ガス濃度が浸炭適正濃度になると、前記の制御装置７により前記の流量調整バルブ３６を調整し、前記の水素ガス分離装置３４に導く雰囲気ガスの量を減少させて、雰囲気ガスから分離させる水素ガスＨ２の量を減少させ、浸炭処理室３内の雰囲気ガスに含まれる水素ガス濃度が浸炭適正濃度になった状態で、浸炭処理室３内において処理材Ｗを浸炭処理させるようにする。
【0113】
この結果、実施形態３Ｂにおける浸炭処理装置においても、前記の実施形態３Ａにおける浸炭処理装置と同様の効果が得られる。
【0114】
［実施形態４Ａ］
実施形態４Ａにおける浸炭処理装置においても、図６に示すように、前記の実施形態１Ａ等の浸炭処理装置と同様に、処理材Ｗを、第１扉１ａを通して導入室２内に導いた後、導入室２内に導かれた処理材Ｗを、第２扉１ｂを通して浸炭処理室３内に導入させて、処理材Ｗを浸炭処理室３内において浸炭処理するにようにしている。
実施形態４Ａにおける浸炭処理装置においても、図６に示すように、前記の実施形態１Ａ等の浸炭処理装置と同様に、処理材Ｗを、第１扉１ａを通して導入室２内に導いた後、導入室２内に導かれた処理材Ｗを、第２扉１ｂを通して浸炭処理室３内に導入させて、処理材Ｗを浸炭処理室３内において浸炭処理するにようにしている。
【0115】
そして、この実施形態４Ａにおける浸炭処理装置においても、前記の浸炭処理室３内に、ＣＯガスと水素ガスＨ２とを含むキャリアガスＣＧを流量調整弁４ａにより流量を調整しながらキャリアガス供給管４を通して供給すると共に、都市ガスやプロパンガスやブタンガス等の炭化水素ガスＣｎＨ２ｎ+２を主成分とするエンリッチガスＥＧを流量調整弁５ａにより流量を調整しながらエンリッチガス供給管５を通して供給するようにし、浸炭処理室３に設けた攪拌ファン３ａにより、浸炭処理室３内に供給された前記のキャリアガスＣＧとエンリッチガスＥＧとを攪拌させると共に、浸炭処理室３内に導かれた前記の処理材Ｗを加熱させて、処理材Ｗの表面に炭素を付与し、このように処理材Ｗの表面に付与された炭素を処理材Ｗの内部に拡散させて浸炭させるようにしている。
【0116】
また、この実施形態４Ａにおける浸炭処理装置においても、前記の実施形態１Ａ等における浸炭処理装置と同様に、浸炭処理室３内における雰囲気ガスの量が過剰になった場合に、この浸炭処理室３内における雰囲気ガスの一部を外部に排出させるように、この浸炭処理室３に排気調整弁８ａが途中に設けられた排気管８を設け、この排気管８に導かれた雰囲気ガスの一部を外部で燃焼させるようにしている。
【0117】
ここで、この実施形態４Ａにおける浸炭処理装置においては、前記の実施形態２Ａ，３Ａにおける浸炭処理装置と同様に、図６に示すように、浸炭処理室３内における雰囲気ガスを浸炭処理室３内から取り出して循環させる１つの循環路３０を設けている。
【0118】
そして、前記の循環路３０においては、浸炭処理室３内における雰囲気ガスを吸引して循環させるための循環ポンプ３１を設け、循環ポンプ３１により、浸炭処理室３内から取り出して循環路３０に導かれた雰囲気ガスを冷却装置３３に導いて冷却させ、このように冷却装置３３によって冷却させた雰囲気ガスを、水素ガスＨ２を雰囲気ガスから分離させる水素ガス分離装置３４に導き、この水素ガス分離装置３４によって分離された水素ガスＨ２を、水素ガス吸引ポンプ３４ａにより水素ガス案内管３４ｂを通して吸引して排出させる一方、水素ガスＨ２が除去された雰囲気ガスを浸炭処理室３内に戻すようにしている。
【0119】
ここで、この実施形態４Ａにおける浸炭処理装置においては、前記のように浸炭処理室３内における雰囲気ガスを循環ポンプ３１により循環路３０を通して循環させるにあたり、循環ポンプ３１の出力を調整する出力調整装置３２を設け、ＣＯガス濃度測定器６によって検知された浸炭処理室３内における雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度に基づいて、制御装置７により前記の出力調整装置３２を調整し、浸炭処理室３内における雰囲気ガスを循環ポンプ３１によって循環路３０を通して前記の水素ガス分離装置３４に導く雰囲気ガスの量を制御するようにしている。
【0120】
そして、この実施形態４Ａにおける浸炭処理装置においては、浸炭処理によって浸炭処理室３内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度が次第に減少し、前記のＣＯガス濃度測定器６によって検知されて制御装置７に出力された浸炭処理室３内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度が前記の浸炭適正濃度未満になった場合には、前記の制御装置７により前記の出力調整装置３２を調整し、前記の循環ポンプ３１により、循環路３０を通して前記の水素ガス分離装置３４に導く雰囲気ガスの量を増加させ、水素ガス分離装置３４により雰囲気ガスから分離させる水素ガスＨ２の量を増加させて、分離させた水素ガスＨ２を、水素ガス吸引ポンプ３４ａにより水素ガス案内管３４ｂを通して吸引して排出させる一方、水素ガスＨ２を分離させた後の雰囲気ガスを、循環路３０を通して浸炭処理室３内に戻して、浸炭処理室３内において処理材Ｗを浸炭処理させるようにする。
【0121】
ここで、前記のように雰囲気ガスに含まれる水素ガスＨ２を水素ガス分離装置３４により分離させて排出させる量が多くなると、残りの雰囲気ガスに含まれるＣＯガスの割合が多くなり、このようにＣＯガスの割合が多くなった残りの雰囲気ガスを浸炭処理室３内に戻すと、浸炭処理室３内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度が増加するようになる。
【0122】
そして、このように浸炭処理室３内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度が増加して、浸炭処理室３内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度が浸炭適正濃度になると、前記の制御装置７により前記の出力調整装置３２を調整して、前記の循環ポンプ３１により、循環路３０を通して前記の水素ガス分離装置３４に導く雰囲気ガスの量を減少させて、水素ガス分離装置３４により雰囲気ガスから分離させる水素ガスＨ２の量を調整し、雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度が浸炭適正濃度になるように維持させて、浸炭処理室３内において処理材Ｗを浸炭処理させるようにする。
【0123】
この実施形態４Ａにおける浸炭処理装置においては、浸炭処理室３内における雰囲気ガスを、循環ポンプ３１により循環路３０を通して循環させるにあたり、前記のように制御装置７により出力調整装置３２を調整して、前記の循環ポンプ３１により、浸炭処理室３内から循環路３０を通して前記の水素ガス分離装置３４に導かれる雰囲気ガスの量を調整し、水素ガス分離装置３４により雰囲気ガスから分離させて排気させる水素ガスＨ２の量を必要なときだけ制御するようにしたため、従来のように水素ガス分離装置に設けた水素透過フィルターを常時使用するのに比べ、高価な水素透過フィルター３５の劣化が遅くなり、その清掃や交換に必要な費用と手間が削減できる。
【0124】
また、ＣＯガス濃度を測定して制御したことにより、浸炭処理室３内の雰囲気ガスにおけるＣＯガス濃度を、浸炭処理に適した浸炭適正濃度に安定して維持できるようになる。
【0125】
そして、雰囲気ガスから水素成分を除去して炭素成分を再利用したため、高価なキャリアガスＣＧとエンリッチガスＥＧを供給する量や、浸炭に寄与しないまま排気管８から燃焼させて排出する量が削減でき、ランニングコストや環境汚染が低減できる。
【0126】
［実施形態４Ｂ］
実施形態４Ｂにおける浸炭処理装置においては、前記の実施形態４Ａにおける浸炭処理装置において、図６にかっこ書き（）で示すように、浸炭処理室３内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度を検知するＣＯガス濃度測定器６に代えて、浸炭処理室３内の雰囲気ガスに含まれる水素ガス濃度を検知する水素ガス濃度測定器９を設けるようにし、それ以外は、前記の実施形態４Ａにおける浸炭処理装置と同様に構成した。
実施形態４Ｂにおける浸炭処理装置においては、前記の実施形態４Ａにおける浸炭処理装置において、図６にかっこ書き（）で示すように、浸炭処理室３内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度を検知するＣＯガス濃度測定器６に代えて、浸炭処理室３内の雰囲気ガスに含まれる水素ガス濃度を検知する水素ガス濃度測定器９を設けるようにし、それ以外は、前記の実施形態４Ａにおける浸炭処理装置と同様に構成した。
【0127】
ここで、この実施形態４Ｂにおける浸炭処理装置において、浸炭処理により、次第に浸炭処理室３内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度が減少する一方、水素ガス濃度が増加して、前記の水素ガス濃度測定器９によって検知されて制御装置７に出力された雰囲気ガスに含まれる水素ガス濃度が浸炭適正濃度を超えた場合には、前記の制御装置７により前記の出力調整装置３２を制御し、前記の循環ポンプ３１により、循環路３０を通して前記の水素ガス分離装置３４に導く雰囲気ガスの量を増加させて、水素ガス分離装置３４により雰囲気ガスから分離させる水素ガスＨ２の量を増加させ、このように分離させた水素ガスＨ２を水素ガス吸引ポンプ３４ａにより水素ガス案内管３４ｂを通して吸引して排出させる一方、水素ガスＨ２を分離させた後の雰囲気ガスを、循環路３０を通して浸炭処理室３内に戻して、浸炭処理室３内において処理材Ｗを浸炭処理させるようにする。
【0128】
ここで、前記のように雰囲気ガスに含まれる水素ガスＨ２を水素ガス分離装置３４によって分離させて排出させると、残りの雰囲気ガスに含まれるＣＯガスの割合が多くなり、このようにＣＯガスの割合が多くなった残りの雰囲気ガスを浸炭処理室３内に戻すと、浸炭処理室３内の雰囲気ガスに含まれるＣＯガス濃度が増加する一方、水素ガス濃度が減少するようになる。
【0129】
そして、このように浸炭処理室３内の雰囲気ガスに含まれる水素ガス濃度が減少して、浸炭処理室３内の雰囲気ガスに含まれる水素ガス濃度が浸炭適正濃度になると、前記の制御装置７により前記の出力調整装置３２を調整して、前記の循環ポンプ３１により、循環路３０を通して前記の水素ガス分離装置３４に導く雰囲気ガスの量を減少させて、水素ガス分離装置３４により雰囲気ガスから分離させる水素ガスＨ２の量を調整し、雰囲気ガスに含まれる水素ガス濃度が浸炭適正濃度になるように維持させて、浸炭処理室３内において処理材Ｗを浸炭処理させるようにする。
【0130】
この結果、実施形態４Ｂにおける浸炭処理装置においても、前記の実施形態４Ａにおける浸炭処理装置と同様の効果が得られる。
【0131】
なお、前記の各実施形態においては、浸炭に必要なガスをキャリアガスＣＧとエンリッチガスＥＧの２種類で説明したが、浸炭に必要な浸炭ガスは１種類でも３種類以上であってもよいのは言うまでもない。
【符号の説明】
【0132】
１ａ ：第１扉
１ｂ ：第２扉
２ ：導入室
３ ：浸炭処理室
３ａ ：攪拌ファン
４ ：キャリアガス供給管
４ａ ：流量調整弁
５ ：エンリッチガス供給管
５ａ ：流量調整弁
６ ：ＣＯガス濃度測定器
７ ：制御装置
８ ：排気管
８ａ ：排気調整弁
９ ：水素ガス濃度測定器
１０ ：第１循環路
１１ ：第１循環ポンプ
１２ ：第１取出しバルブ
１３ ：冷却装置
１４ ：水素ガス分離装置
１４ａ ：水素ガス吸引ポンプ
１４ｂ ：水素ガス案内管
１５ ：水素透過フィルター
２０ ：第２循環路
２１ ：第２循環ポンプ
２２ ：第２取出しバルブ
２３ ：冷却装置
３０ ：循環路
３１ ：循環ポンプ
３２ ：出力調整装置
３３ ：冷却装置
３４ ：水素ガス分離装置
３４ａ ：水素ガス吸引ポンプ
３４ｂ ：水素ガス案内管
３４ｃ ：排気制御バルブ
３５ ：水素透過フィルター
３６ ：流量調整バルブ
ＣＧ ：キャリアガス
ＥＧ ：エンリッチガス
Ｈ２ ：水素ガス
Ｗ ：処理材
１ｂ ：第２扉
２ ：導入室
３ ：浸炭処理室
３ａ ：攪拌ファン
４ ：キャリアガス供給管
４ａ ：流量調整弁
５ ：エンリッチガス供給管
５ａ ：流量調整弁
６ ：ＣＯガス濃度測定器
７ ：制御装置
８ ：排気管
８ａ ：排気調整弁
９ ：水素ガス濃度測定器
１０ ：第１循環路
１１ ：第１循環ポンプ
１２ ：第１取出しバルブ
１３ ：冷却装置
１４ ：水素ガス分離装置
１４ａ ：水素ガス吸引ポンプ
１４ｂ ：水素ガス案内管
１５ ：水素透過フィルター
２０ ：第２循環路
２１ ：第２循環ポンプ
２２ ：第２取出しバルブ
２３ ：冷却装置
３０ ：循環路
３１ ：循環ポンプ
３２ ：出力調整装置
３３ ：冷却装置
３４ ：水素ガス分離装置
３４ａ ：水素ガス吸引ポンプ
３４ｂ ：水素ガス案内管
３４ｃ ：排気制御バルブ
３５ ：水素透過フィルター
３６ ：流量調整バルブ
ＣＧ ：キャリアガス
ＥＧ ：エンリッチガス
Ｈ２ ：水素ガス
Ｗ ：処理材
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】