JP2012087384A - 工業炉における金属材料／金属ワークピースの熱処理用のプロセスガスを調整する方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】工業炉における金属材料または金属ワークピースの熱処理に使用されるプロセスガスの調製方法であって、処理チャンバと調製チャンバ間に導かれたガスの分解反応が生じることなく、出力／入力モニターを介して、調製チャンバ内でこれらガスの最適調製を監視する方法および装置を提供する。
【解決手段】処理チャンバ１．１での熱処理後に、前記熱処理で消費された使用済みプロセスガスを調製チャンバ２．２へ供給するステップと、前記調製チャンバ2.2において、前記処理チャンバ１．１の温度とは独立した最大で約１２５０°Ｃまでの温度で、前記使用済みプロセスガスを再利用してプロセスガス３を調製するステップと、前記調製チャンバ２．２で調製された調製済みプロセスガスを、前記処理チャンバ１．１へ供給するステップと、前記処理チャンバ１．１で熱処理を行う前に、随意的に前記調製チャンバ２．２で反応ガスを生成するステップとを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、工業炉における金属材料／金属ワークピースの熱処理用のプロセスガスを調整する方法および装置に関する。この加熱可能なプロセスガスは、例えば、保護ガスおよび反応ガスなどの処理媒体を含んでいる。

出願人は特願２０１０−１６３６００号にて、少なくとも均質化、又は加熱といった実際に調整されたプロセスガスを含む１つ成分や、少なくとも１つの処理チャンバを備えた工業炉の金属材料／金属ワークピースの熱処理に関するプロセスガスを供給する為、既に一般的な方法、或いは一般的な装置について提案した。

こうすることにより、工業炉の既に稼動されているユニットに追加装備し、熱処理用のプロセスガスを、節約しながら、かつ、排気を少なくして利用する事が可能である。

温度、処理対象部材への流れの供給、気相の均質化、および迅速な反応速度は、特願２０１０−１６３６００に従い、各プロセスガスを、処理チャンバ内の温度と無関係の温度で、処理チャンバ内の熱処理プロセスとは別個のプロセスにおいて、約１２５０℃の温度までの温度範囲において調製される場合、工業炉の処理チャンバ全体において一様に提供される。このプロセスガスは、基本的に、熱処理プロセスまたは熱化学処理の後の消費されたプロセスガスであり、別個のプロセスにおいて調整される。

プロセスガスを調整、エンリッチすると共に生成することは、
２ＣＨ_４＋Ｏ_２→２ＣＯ＋４Ｈ_２
ＣＨ_４＋ＣＯ_２→２ＣＯ＋２Ｈ_２
ＣＨ_４＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ_２

といった、調整ステップにおいて、１つの反応関係に従い、処理チャンバ内の温度と無関係の温度で約１２５０℃まで行われる。

消費されたプロセスガスは、
２ＣＯ →Ｃ＋Ｏ_２
ＣＯ＋Ｈ_２→Ｃ＋Ｈ_２Ｏ
ＣＯ →Ｃ＋１／２Ｏ_２

といった、少なくとも１つの反応関係に関わる、浸炭処理の処理ステップ後に、再び処理チャンバへ供給される。

調整ステップと、熱処理、熱化学処理、または浸炭といった処理ステップの進行は、再循環サイクルにおいて行われる。すなわち、工業炉の処理チャンバから触媒および温度調節器を備えた別個の調製チャンバが使用される。

ＤＥ第10 2008 029 001.7-45号

特願ＪＰ２０１０−１６３６００に関し、本発明は、処理チャンバと調製チャンバ間に導かれたガスの分解反応が生じることなく、出力／入力モニターを介して、調製チャンバ内でこれらガスの最適な調整が監視されるといった、確立された方法や、それに従って今後展開される、発展された装置の実現を課題とする。

さらに発展した本発明では、処理チャンバ通過後、若しくは調製チャンバ通過後にガスの急冷による分解を回避することを目的としている。

もう１つの方法としては、断熱による高ガス温度の維持や、必要な場合は、配管の加熱といった適切な手段により、ガスの分解を回避させる。

関連して、冷却ユニットは工程を実施するための装置により、例えば、強制又は内部冷却で肋状の管部分にて実行されたり、各配管の加熱装置や断熱材は、特に処理チャンバ後部、又は調節チャンバ後部に直接配置される。

処理チャンバ内で進行される、熱的なガス反応、並びにガスの金属反応の度合いにもよるが、処理チャンバから吸引されたガスと、調製チャンバ内で導かれたガスが組成して変化する。

本発明に係る開発された、入力／出力モニターの目的とは、調整されたガスの量や組成、又は目標とする調整結果に応じて、供給された全容量や、供給された個別容量の比率に関する、天然ガスや空気、又はその他の炭化水素若しくは、他の酸化作用ガスなど供給された未燃ガスは、調製チャンバ内にて調節された場合、調製チャンバ内においてこれらガスの最適な調整が達成される。

浸炭また浸炭窒化といった、熱化学的な熱処理プロセスにおいて、処理チャンバ内のガス組成は処理の経過時間を越えて変動する。調製チャンバ内の個々未燃ガス成分の時間的な一定比率においての、時間的な未燃ガス量の一定供給は、そのため、最適に調整された反応ガスを生成する為、不可能である。

最適ガス調整の画期的なプロセスは、このため、工程に関して設計されており、調製チャンバ内通過前や処理チャンバ通過後の調整されるガスの温度と流量、組成、および処理チャンバ内通過前や、調製チャンバ通過後の調整されたガス量は測定され、調製チャンバ内で供給された未燃ガスの総量、並びに、個別の未燃ガス成分の関連する容量は、互いに連続的に変更される。

従って、最適な調整結果が得られる。

これは工程に係る収納された制御回路が形成され、調整するガスに対して、特に、関連するＣＯ含有量 やＣＨ₄含有量、又は必要な場合はＨ₂含有量、ＣＯ₂やＨ₂Ｏ含有量等、調整されたガスの対象の基本分析が定義される。

これら目的の達成は、個々未燃ガス容量の変更により確実にされて調製チャンバへ供給され、調整されたガスの分析手段で制御、又は場合によっては、再調整される。

調整されたガスの質を確保する為、この制御回路に適した装置は、ガス組成用、特に、気体成分ＣＯ又はＣＨ₄、若しくは、ＣＯ₂やＨ₂、同様に必要であればＨ₂Ｏ又はＯ₂に対する分析装置、調製チャンバ内に流入、調整されたガス、若しくは、調製チャンバから放出された調整ガスの温度と容量を明確にする計測センサ、調製チャンバ内に供給された未燃ガスに対する、制御可能なアウトレットバルブや流量計測器、又は測定データを処理する、プログラム可能な制御システム、目標とするサイズの計算をしたり、作動装置に制御信号を送信するバルブといった装置等、から構成されている。

従って、この方法は質の上でさらに発展され、その際、外部ユニットにおいて、処理チャンバからの調整されたプロセスガスを吸引し、そこで調整されて、工業炉の処理チャンバ内に再度送られる全工程は、特願ＪＰ２０１０−１６３６００に詳しく記載されているように、維持され、強化される。

例えば、優れた内部ガス循環システムを備えた、雰囲気熱処理炉のような工業炉が装備されている場合、マルチポイント供給装置により、処理チャンバからの調整される反応ガスの排気と、調製チャンバ内への供給されたガスの再供給は、処理チャンバ内の内部管が外部管よりも少しだけ長い、同軸の二重管方式の単一接合部分を介して、案内する事ができる。

その際、有益に調整される反応ガスは、内部管を介して吸引され、調整ガスは外部管を介して戻される。

このような点において、既存する熱処理炉へは、通常、本発明に係るガス調整システムを介して、追加装備により、構造上、無変更もしくは最小の変更のみが必要とされる。

本発明においては、工程のさらに有利な点を示し、筋書き通りにて、一方で保護ガスの生成およびエンリッチがチャージから分離して行われ、又チャージは常に、均質なガス雰囲気で作用され、加えて、他方においては、ガスの分解は最適に調整されたガスにより防止される。

原則的な関連するガス調整の、発明初期に関する新たなプロセスは、ＤＥ １０ ２００８ ０２９ Ｂ１にて定義されている。これらのプロセスは、本質的に炭化水素、場合により、Ｏ₂、ＣＯ₂等、酸化作用を有する気体の特定の割合から成り立つ、調製チャンバ内の供給された未燃ガスの援助で、別個に配列されていない調製チャンバにおいて、気体成分ＣＯ又はＨ₂に対してのＣＯ₂やＨ₂Ｏの縮小から決定される。

これについては、転換に対する必要な反応温度、又はプロセスを早める為の未燃ガスと、調整されたガスの加熱は、金属触媒の存在が必要である。使用する触媒の金属次第ではあるが、必要な転換温度は８００℃から１２５０℃の間で位置される。

工程開始時、稼動される熱処理炉の反応ガスで、しばしば調整可能な反応ガスが利用できない場合、これらは関連する炉にて始めに生成されなければならない。

特に有効な調製チャンバの実施形態に関し、これらは又、熱処理炉からの生成に対する、必要な反応ガスを使用する事ができる。

これらの反応ガス生成プロセスにより、調製チャンバは、エンドガス生成装置（エンドガス発生器）と同じように稼動され、この手順においては、処理チャンバから供給されたガスは、調製チャンバ内にて全部、又は部分的に阻止され（循環ファンの停止、又はシャットダウン、若しくは、関連する制御弁を閉じる事による）、調製チャンバ内へ投与された炭化水素、又は酸化ガスの容量は、生成される吸熱型ガスの適切な必要量を増加させ、生成された吸熱型反応ガスの質は分析または制御され、これら生成されたエンドガスは加熱、又は冷却されて炉に供給される。

調製チャンバ内で生成された吸熱型反応ガスにて、本発明に係る炉の処理チャンバの十分に適した、長時間における洗浄後、熱化学的な熱処理用の炉が用意され、調製チャンバは、ガス生成プログラムからガス調整プログラムに切り替えられる事が可能である。

したがって、特別に有利な点として、反応ガスからのガス生成、又はガス調整に対する調製チャンバの設計と複合的な利用が可能である。

これら要求を満たすために、調製チャンバは耐熱、気密構造とし、ヒーター又は温度制御器が備え付けられている。

上記に記載されたガス反応を速める為、ガス生成装置により、特に触媒材料としてのニッケルといった、特別な金属が使用される。

調整した、又は生成した反応ガスの量や質に関する、調製チャンバの性能は、反応温度の高さと、特に触媒表面の大きさに依存する。特に、同時にコンパクトな構造による、調製チャンバの高い性能は、乗用車に設置されている排気洗浄装置のような、触媒の使用により達成される。

本発明に係る、プロセスガスを調製するための方法に対応し、プロセスガスを調製するための装置によって動作される工業炉の実施例を概略的に示す図である。

図１には、本発明に従って設計された、レトロフィットに適した工業炉１を含む設備が概略的に示されている。工業炉１は、処理チャンバ１．１と、多点供給装置としてのマルチポイント供給システム１．２と、焼入領域１．３とを含む。プロセスガス３は、少なくとも、保護ガスとしての第１の処理媒体３．１（最小量の一酸化炭素、水素および窒素に加えて所定量の二酸化炭素、酸素および水蒸気を含有する）と、浸炭処理に使用される反応ガスとしての第２の処理媒体３．２とを含む。

マルチポイント供給システム１．２は、処理チャンバ１．１での熱処理で消費された使用済みプロセスガスの処理チャンバ１．１からの排出と、調製チャンバ２．２で調製された調製済みプロセスガスの処理チャンバ１．１への供給とを行う。マルチポイント供給システム１．２によるプロセスガスの排出・供給は、外管と該外管よりも若干長い内管とを有する共軸二重管形態の接合部分を使用して行われる。処理チャンバ１．１内の使用済みプロセスガスは内管を通じて吸引排出され、調製チャンバ２．２へ供給される。調製チャンバ２．２は処理チャンバ１．１から供給された使用済みプロセスガスを再利用してプロセスガスを調製する。調製チャンバ２．２で調製された調製済みプロセスガスは外管を通じて調製チャンバ２．２へ供給される。なお、マルチポイント供給システムではなく、シングルポイント供給システムを用いることも可能である。

処理チャンバ１．１の上方には、処理チャンバ用循環装置１．４が配置されている。

調製済みプロセスガス３を処理チャンバ１．１へ供給するための供給ライン１．５が、調製チャンバ２．２から処理チャンバ１．１へ延びている。処理チャンバ１．１から使用済みプロセスガス３の少なくとも第１の処理媒体３．１を排出するための排出ライン１．６が、処理チャンバ１．１から調製チャンバ２．２へ延びている。

外部モジュール２は、触媒２．２．１および温度調節装置２．２．２を有する調製チャンバ２．２を含むハウジング２．１から構成されている。調製チャンバ２．２は、調製済みプロセスガス３を供給するための供給ライン１．５によって処理チャンバ１．１へ接続されている。処理チャンバ１．１からのプロセスガス３の第１の処理媒体３．１の排出をより素早く行うために、処理チャンバ１．１から調製チャンバ２．２へ延びる排出ライン１．６における調製チャンバ２．２の手前の位置にプロセスガス圧縮機２．３が配置されている。プロセスガス圧縮機２．３は、例えば、ターボ過給機の形態であり得る。また、プロセスガス圧縮機２．３は、高圧縮されたプロセスガス３が調製チャンバ２．２において調製され、それにより、高圧縮状態のプロセスガス３が処理チャンバ１．１に供給されるようにするためのものである。

また、処理チャンバ２．２は、耐熱性および気密性を有し、かつヒータおよび温度コントローラを備えるように設計することもできる。

ガス反応を加速させるために、ニッケルなどの金属が触媒２．２．１の材料として使用される。触媒２．２．１としては、乗用車のエンジンの排気ガス洗浄装置に使用されるタイプ、すなわち、乗用車のエンジンの排気ガスの洗浄に効果的なタイプの触媒を用いることが好ましい。

処理チャンバ１．１および／または調製チャンバ２．２から排出されたプロセスガス３の反応性分解を防止するために、本発明では、処理チャンバ１．１および／または調製チャンバ２．２から排出されたプロセスガス３を冷却して温度調節するように構成することもできる。

この場合、冷却手段１．７が、供給ライン１．５および／または排出ライン１．６に配置される。冷却手段１．７は、リブ付きパイプ部材として設計されダクト冷却または誘導冷却するように構成することが好ましい。

あるいは、プロセスガス３の反応性反応の防止は、処理チャンバ１．１および／または調製チャンバ２．２から排出されたプロセスガスを断熱または加熱して温度調節することにより達成することができる。

この場合、断熱手段または加熱手段が、供給ライン１．５および／または排出ライン１．６に配置される。

調製チャンバ２．２へのプロセスガス３の処理媒体３．１，３．２の供給量、処理チャンバ１．１内の圧力、プロセスガス圧縮機２．３の回転速度、および触媒２．２．１の温度を測定するための測定制御装置２．４が、処理チャンバ１．１およびスイッチユニット２．５に接続されている。スイッチユニット２．５は、調製チャンバ２．２への第１の処理媒体３．１、第２の処理媒体３．２および空気３．３の供給量、調製チャンバ２．２で調製された調製済みプロセスガス３の処理チャンバ１．１への供給量およびＣ量、並びに処理チャンバ１．１からの処理媒体３．１，３．２の少なくとも一方の排出量の制御および調節を行うことを目的として、調製チャンバ２．２で調製されるプロセスガス３の圧力、温度および体積流量などのパラメータを制御および調節するためのものである。

制御ループ回路として設計された、ガスの供給／排出モニタリングシステム用の拡張された制御測定装置２．４は、以下のものを包含する（図示しない）。
・ガス成分分析器。具体的には、ＣＯおよびＣＨ_４、またはＣＯ_２およびＨ_２、あるいはＨ_２Ｏおよび／またはＯ_２を分析する。
・処理チャンバ１．１から調製チャンバ２．２に供給される使用済みプロセスガス、および、調製チャンバ２．２から処理チャンバへ供給される調製済みプロセスガスの量および温度を測定するためのセンサ。
・調製チャンバ２．２へ供給される未燃ガスの流量を制御および測定するための制御可能な流量調節バルブおよび流量計。
・ガス成分分析器、センサおよび流量計で測定された各データの処理、目標変数の計算、およびアクチュエータ（流量調節バルブなど）へ制御信号を送信するためのプログラム可能な制御システム。

調製ステップおよび処理ステップ（ここでは浸炭処理ステップ）は、再循環回路で行われる。つまり、調製チャンバ２．２において行われる調製ステップと、処理チャンバ１．１において行われる処理ステップとが、プロセスガスの再循環サイクルとして行われる。調製チャンバ２．２は、触媒２．２．１および温度調節装置２．２．２を有する。調製チャンバ２．２は工業炉１の外部に設けられており、供給ライン１．５および排出ライン１．６を介して処理チャンバ１．１に接続されている。

この再循環プロセスはまた、随意的に、調製チャンバ２．２で反応ガス３を生成することを含む。例えば熱処理プロセスの開始時には、反応ガスを利用することができないため、そのような場合は、調製チャンバ２．２で反応ガス３を生成する。

反応ガスの生成は、
（ａ）反応ガスの必要生成量に応じた所定量の炭化水素および酸化ガスを外部供給源から調製チャンバ２．２へ供給するステップと、
（ｂ）調製チャンバ２．２において炭化水素と酸化ガスとを反応させて吸熱性反応ガスを生成し、かつ生成された吸熱性反応ガスの質を分析すると共に必要に応じて調節するステップと、
（ｃ）調製チャンバで生成された吸熱性反応ガスを処理チャンバ１．１へ高温または低温状態で供給するステップと、
（ｄ）前記熱処理のための準備を整えるべく、前記吸熱性反応ガスで前記処理チャンバを洗浄するステップとを含む。

吸熱性反応ガスによる処理チャンバ１．１の洗浄が完了したら熱処理のための準備は完了し、調製チャンバ２．２は、反応ガス生成からプロセスガス調製へ切り替えられる。

使用済みプロセスガス３は、処理チャンバ１．１から加速して排出され、排出ライン１．６を介して調製チャンバ２．２へ送達される。そして、調製チャンバ２．２においてプロセスガスとして再び調製された後、高圧縮状態の調製済みプロセスガス３として供給ライン１．５を介して処理チャンバ１．１へ再び供給される。この一連の過程は、プロセスガス圧縮機２．３を用いることによって行われる。

炭化水素および他の酸化ガスと共に調製チャンバ２．２へ供給される未燃ガス（例えば、天然ガスや空気）の全供給量および各成分供給量は、調製するプロセスガスの量、成分および所望する調製目標に基づいて調節される。

処理チャンバ１．１から排出された使用済みプロセスガス３の組成、流量および温度を、該ガスが調製チャンバ２．２へ供給されるまでの間に測定する。同様に、調製チャンバ２．２から排出された調整済みプロセスガスの組成、流量および温度を、該ガスが処理チャンバ１．１へ供給されるまでの間に測定する。

処理チャンバ２．２へ供給される未燃ガスの全量、および、未燃ガスの各成分の相対量は、処理チャンバ２．２での調製が最適となるように継続的に変更（調節）される。

この一連の過程により、使用済みプロセスガスおよび／または調製済みプロセスガスの分析に基づいて、調製チャンバ２．２で調製するプロセスガスのための目標変数を設定するための閉鎖的な制御ループが形成される。使用済みプロセスガスおよび／または調製済みプロセスガスの分析は、具体的には、ＣＯ含有量およびＣＨ_４含有量、またはＨ_２含有量およびＣＯ_２含有量、あるいはＨ_２Ｏ含有量および／またはＯ_２含有量について行われる。目標変数の設定（変更）は、調製チャンバ２．２へ供給される未燃ガスの各成分の量を変更することにより行われる。調製チャンバ２．２で調製されたプロセスガス３はモニタリングおよび分析され、必要に応じて再調整される。

必要ならば、使用済みプロセスガス３の処理媒体３．１，３．２に対して、冷温の空気３．３を供給することもできる。

使用済みプロセスガス３、またはその処理媒体３．１，３．２の少なくとも一方は、処理チャンバ１．１から吸引排出された後、調製チャンバ２．２でのプロセスガスの調製に再利用される。調製チャンバ２．２で調製されたプロセスガスは、処理チャンバ１．１に供給される。つまり、処理チャンバ１．１から排出された使用済みプロセスガス３（またはその処理媒体３．１，３．２の少なくとも一方）は、調製チャンバ２．２で調整された後、処理チャンバ１．１に再び戻される。

必要ならば、処理チャンバ１．１から調製チャンバ２．２への使用済みプロセスガス３（またはその処理媒体３．１，３．２の少なくとも一方）の流れを加速および圧縮するために、複数のプロセスガス圧縮機２．３を使用してもよい。また、前記処理媒体を冷却するために、これらのプロセスガス圧縮機２．３に対して、冷温の空気３．３を供給するようにしてもよい。

工業炉１の処理チャンバ１．１内のプロセス雰囲気またはプロセスガス３の温度のモニタリング、制御および調節を行うために、プローブ、アナライザおよびセンサなどの測定要素のうちの少なくとも１つを有する測定制御装置２．４が使用される。測定制御装置２．４は、処理チャンバ１．１内の温度、ＣＯ含有量および／または圧力の測定、並びに、処理チャンバ１．１内の雰囲気の酸素分圧、ＣＯ_２含有量および露点などのパラメータのうちの少なくとも１つの測定を行うために使用される。また、測定制御装置２．４は、処理媒体３．１，３．２の少なくとも一方の処理チャンバ１．１への供給または処理チャンバ１．１からの排出の制御を行うために使用される。

上述した本発明の方法を実施するための本発明の装置は、
（ａ）工業炉１の処理チャンバ１．１で使用されるプロセスガス３を調製するための閉鎖可能な調製チャンバ２．２であって、触媒２．２．１および温度調節装置２．２．２を有し、かつ、調製済みのプロセスガス３またはその成分（処理媒体３．１，３．２）を処理チャンバ１．１へ供給するための取外し可能および密閉可能な供給ライン１．５、および工業炉１の処理チャンバ１．１または他の領域からプロセスガス３または処理媒体３．１，３．２の少なくとも一方を排出するための排出ライン１．６が接続された調製チャンバ２．２と、
（ｂ）調製チャンバ２．２に機能的に統合された、駆動部を有するファン型のプロセスガス圧縮機２．３と、
（ｃ）工業炉の処理チャンバ１．１、調製チャンバ２．２およびプロセスガス圧縮機２．３に機能的に接続された、プロセスガス３の処理媒体３．１，３．２の供給量、処理チャンバ１．１内の圧力、プロセスガス圧縮機２．３の回転速度、および触媒２．２．１の温度を測定するための測定制御装置２．４と、
（ｄ）処理媒体３．１，３．２の供給量、調製されたプロセスガス３の工業炉１の処理チャンバ１．１への供給量およびＣ量、並びに、処理媒体３．１，３．２の少なくとも一方の処理チャンバ１．１からの排出量を調節および制御することを目的として、調製チャンバ２．２で調製されるプロセスガスの圧力、温度および体積流量などのパラメータを制御および調節するためのスイッチユニット２．５とを含む外部モジュール２を備えている。

本実施例では、外部モジュール２は、閉鎖可能な調製チャンバ２．２と、触媒２．２．１と、温度調節装置２．２．２とを含む１つのハウジングとして構成されている。ハウジング２は、調製済みのプロセスガス３またはその成分（処理媒体３．１，３．２）を工業炉１の処理チャンバ１．１へ供給するための少なくとも１つの取外し可能または密閉可能な供給ライン１．５と、工業炉の処理チャンバ１．１または他の領域から処理媒体３．１，３．２の少なくとも一方を排出するための少なくとも１つの取外し可能または密閉可能な排出ライン１．６とを有している。

測定制御装置２．４は、プロセスガス３の処理媒体３．１，３．２の供給量、処理チャンバ１．１内の圧力、プロセスガス圧縮機１．４，２．３の回転速度、および触媒２．２．１の温度を測定するように構成されている。また、測定制御装置２．４は、図示しない、プロセスガス３の部分質量流を生成するための弁などの構成要素を作動させるように構成されている。

スイッチユニット２．５は、調製チャンバ２．２において調製されるプロセスガス３の圧力、温度、体積流量などのパラメータを制御および調節するために設けられている。

処理チャンバ１．１に設置されたプロセスガス圧縮機１．４として、ターボ過給機を用いることができる。

別の実施形態では、図示しないが例えばレトルト型浸炭炉として実施する場合は、モジュール２を工業炉１と一体的に構成することもできる。

本明細書で説明した実施例では、モジュール２の好ましい例として、工業炉１の外部に工業炉と接続可能に設置されたモジュールが示されている。

また、当該技術分野では公知のように、セラミック材料で裏張りされたモジュールを用いてもよい。

最後に、本発明の装置に含まれる前述した測定制御装置２．４は、次の（ａ）〜（ｃ）の要素のうちの少なくとも１つの要素を有する。
（ａ）処理チャンバ１．１内の温度、ＣＯ含有量および圧力の測定、並びに、処理チャンバ１．１内の雰囲気の酸素分圧、ＣＯ_２含有量および露点のパラメータのうちの少なくとも１つの測定を行うためのプローブ、アナライザおよび／またはセンサ。
（ｂ）調製チャンバ２．２におけるプロセスガス３の調製と、プロセスガスの再コンディショニング時間に従って、調製されたプロセスガスの処理チャンバへの供給および処理チャンバにおいて消費されたプロセスガスの処理チャンバからの排出の制御とを行うための、制御および調節装置としてのスイッチユニット２．５。
（ｃ）調製チャンバ２．２または処理チャンバ１．１におけるプロセスガス３の滞留時間、循環または部分質量流を制御するための手段。

１ 工業炉
１．１ 処理チャンバ
１．２ マルチポイント供給システム
１．３ 焼入領域
１．４ 処理チャンバ循環装置
１．５ 供給ライン
１．６ 排出ライン
１．７ 冷却装置
２ モジュール
２．１ ハウジング
２．２ 調製チャンバ
２．２１ 触媒
２．２２ 温度調節装置
２．３ プロセスガス圧縮機
２．４ 測定制御装置
２．５ 制御および調整用のスイッチユニット
３ プロセスガス
３．１ 第１の処理媒体
３．２ 第２の処理媒体
３．３ 空気

Claims (12)

1. 工業炉の処理チャンバにおける金属材料または金属ワークピースの熱処理または熱化学処理に使用されるプロセスガスの調製方法であって、
   前記処理チャンバでの熱処理後に、前記熱処理で消費された使用済みプロセスガスを前記処理チャンバとは別個に設けられた調製チャンバへ供給するステップと、
   前記調製チャンバにおいて、前記処理チャンバの温度とは独立した最大で約１２５０°Ｃまでの温度で、前記使用済みプロセスガスを再利用してプロセスガスを調製するステップと、
   前記調製チャンバで調製された調製済みプロセスガスを、前記処理チャンバへ供給するステップと、
   随意的に、前記処理チャンバで熱処理を行う前に、前記調製チャンバで反応ガスを生成するステップとを含み、
   前記反応ガスを生成するステップが、
   （ａ）前記反応ガスの必要生成量に応じた所定量の炭化水素および酸化ガスを外部供給源から前記調製チャンバへ供給するステップと、
   （ｂ）前記調製チャンバにおいて前記炭化水素と前記酸化ガスとを反応させて吸熱性反応ガスを生成し、かつ生成された吸熱性反応ガスの質を分析すると共に必要に応じて調節するステップと、
   （ｃ）前記調製チャンバで生成された吸熱性反応ガスを前記処理チャンバへ高温または低温状態で供給するステップと、
   （ｄ）前記熱処理のための準備を整えるべく、前記吸熱性反応ガスで前記処理チャンバを洗浄するステップとを含むことを特徴とする方法。
2. 前記使用済みプロセスガスおよび／または前記調製済みプロセスガスの反応性分解を防止すべく、前記処理チャンバから前記調製チャンバへ供給される使用済みプロセスガスおよび／または前記調製チャンバから前記処理チャンバへ供給される前記調製済みプロセスガスを冷却して温度調節するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記使用済みプロセスガスおよび／または前記調製済みプロセスガスの反応性分解を防止すべく、前記処理チャンバから前記調製チャンバへ供給される使用済みプロセスガスおよび／または前記調製チャンバから前記処理チャンバへ供給される前記調製済みプロセスガスを断熱または加熱して温度調節するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記調製ステップでの前記プロセスガスの調製に使用すべく炭化水素および酸化ガスと共に前記調製チャンバへ供給される天然ガスまたは空気などの未燃ガスの各成分供給量および総供給量を、調製するプロセスガスの量、成分および所望の調製目標に基づいて調節する供給量調節ステップをさらに含み、
   前記供給量調節ステップが、
   （ａ）前記処理チャンバから前記調製チャンバへ供給される前記使用済みプロセスガスの組成、流量および温度および／または前記調製チャンバから前記処理チャンバへ供給される前記調製済みプロセスガスの組成、流量および温度を測定および分析するステップと、
   （ｂ）最適な調製結果が得られるように前記使用済みプロセスガスおよび／または調製済みプロセスガスのＣＯ、ＣＨ_４、Ｈ_２、ＣＯ_２および／またはＨ_２Ｏ含有量を含む前記プロセスガスの測定および分析結果に基づいて調製するガスの目標変数を設定し、前記目標変数に従って前記調製チャンバへ供給する前記未燃ガスの各成分の相対量および前記未燃ガスの総量を継続的に変更し、かつ前記目標変数への変更が達成されたことを確認すべく調製されたガスを測定および分析すると共に必要に応じて再調節するステップとを含むことを特徴とする請求項１〜３に記載の方法。
5. 前記処理チャンバから前記調製チャンバへの前記使用済みプロセスガスの供給及び前記調製チャンバから前記処理チャンバへの前記調整済みプロセスガスの供給が、外管と該外管よりも若干長い内管からなる共軸二重管構造に構成されたマルチポイント供給システムを使用して行われ、
   前記内管を介して前記処理チャンバから前記使用済みプロセスガスを吸引排出して前記調製チャンバへ供給すると共に、前記調製チャンバで調製された調製済みプロセスガスを前記外管を介して前記処理チャンバへ供給するようにしたことを特徴とする請求項１〜４に記載の方法。
6. 工業炉の処理チャンバにおける金属材料または金属ワークピースの熱処理または熱化学処理に使用されるプロセスガスの調製方法を実施するための装置であって、
   （ａ）前記処理チャンバとプロセスガスの供給ライン及び排出ラインを介して接続され、触媒および温度調節装置を有し、かつ閉鎖可能なプロセスガスを調製するための調製チャンバと、
   （ｂ）前記処理チャンバおよび前記調製チャンバと機能的に統合されたプロセスガス圧縮機と、
   （ｃ）前記処理チャンバ、前記調製チャンバおよび前記プロセスガス圧縮機と機能的に接続された、前記プロセスガスの各成分の供給量を測定するための測定制御装置と、
   （ｄ）前記調製チャンバへの前記プロセスガスの１以上の成分の供給量、前記調製済みプロセスガスの前記処理チャンバへの供給量およびＣ量、並びに、前記処理チャンバからの前記プロセスガスの１以上の成分の排出量を制御および調節すべく、前記調製チャンバにおいて調製されるプロセスガスの圧力、温度および体積流量等のパラメータのうちの少なくとも１つを制御および調節するスイッチユニットとを含むことを特徴とする装置。
7. 前記測定制御装置が、
   ＣＯおよびＣＨ_４、またはＣＯ_２およびＨ_２、あるいはＨ_２Ｏおよび／またはＯ_２を成分分析するためのガス成分分析器と、
   前記処理チャンバから前記調製チャンバへ供給される前記使用済みプロセスガスおよび前記調製チャンバから前記処理チャンバへ供給される前記調製済みプロセスガスの量および温度を測定するためのセンサと、
   前記調製チャンバへ供給される未燃ガスの流量を測定および制御するための制御可能な流量調節バルブおよび流量計と、
   前記ガス成分分析器、前記センサおよび前記流量計で測定された各データの処理、目標変数の算出、および前記バルブ等のアクチュエータへ制御信号を送信するためのプログラム可能な制御システムとを有することを特徴とする請求項６に記載の装置。
8. 前記供給ラインおよび／または前記排出ライン冷却手段を設置したことを特徴とする請求項６または７に記載の装置。
9. 前記供給ラインおよび／または前記排出ラインに断熱手段または加熱手段を設置したことを特徴とする請求項６または７に記載の装置。
10. 前記調製チャンバが耐熱性および気密性を有し、かつヒータおよび温度制御手段を備えることを特徴とする請求項６〜９に記載の装置。
11. ガス反応を加速させるための前記触媒の材料としてニッケルなどの金属が用いたことを特徴とする請求項６〜１０に記載の装置。
12. 前記触媒として、乗用車のエンジンの排気ガス洗浄装置に使用されるタイプの触媒を用いたことを特徴とする請求項１１に記載の装置。

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