JP2009286653A

JP2009286653A - ガラス中空体の製造装置における自動炉内温度制御方法

Info

Publication number: JP2009286653A
Application number: JP2008139916A
Authority: JP
Inventors: Hideo Ota; 英夫太田
Original assignee: YAMADENKI CO Ltd
Current assignee: YAMADENKI CO Ltd
Priority date: 2008-05-28
Filing date: 2008-05-28
Publication date: 2009-12-10

Abstract

【課題】即応性に優れ、ハンチングが小さく、装置立ち上げ時間を短縮でき、定常運転時の炉内温度も安定化させることができ、不良品の割合も少なくできる自動炉内温度制御方法を提供せんとする。
【解決手段】燃料流量を調節する温度調節制御ＰＩＤ４と、空気流量を調節する空気調節制御ＰＩＤ３の少なくとも２つのＰＩＤ制御部を設け、従来の燃料調節制御ＰＩＤを省略した。特に、温度調節制御ＰＩＤ４が炉内測定温度に基づき燃料増減量を算出して燃料調節弁を制御するとともに、空気調節制御ＰＩＤ３が燃料流量と空気流量に基づき空気の増減量を算出して空気調節弁を制御する。また、この温度調節制御ＰＩＤ４と空気調節制御ＰＩＤ３とは互いに独立した制御とし、ダブルクロスリミット制御を行わないこととした。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃式媒体流動床炉に火山ガラス原料を投入して熱処理するガラス中空体の製造装置における自動炉内温度制御方法に関する。

シラスや白土などの火山ガラス原料からシラスバルーンなどのガラス中空体を得る製造装置としては、内燃式媒体流動床炉を用いる装置が使用されており、例えば、内燃式媒体流動床炉内の熱媒体としてセラミックスボールを用いて、同セラミックスボールに燃焼ガスと空気との混合ガスを供給し、９００℃以上に昇温して自動温度制御しながら原料粉体を前記混合ガスに随伴させて焼成する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。このような従来の内燃式媒体流動床炉を用いる装置の炉内温度制御に関しては、一般的な自動炉内温度制御方法が採用されており、特許文献１にも開示されている通り、温度調節制御、燃料調節制御及び空気調節制御の合計３つのＰＩＤ制御を設けたシステムである。

より具体的には、図２に示すように、内燃式媒体流動床炉５に取り付けた炉内温度センサー４０で炉内温度を測定し、該炉内温度データに基づき、温度調節制御ＰＩＤ４が演算を行い、測定温度が目標温度以上か以下か判断した上で燃料調節制御ＰＩＤ２に対して燃料の増減の目標値指令を出す。燃料調節制御ＰＩＤ２は、燃料流量センサー２０から燃料流量データを得、燃料調節弁２１の制御を行うことができ、上述した温度調節制御ＰＩＤ４から燃料の増減の目標値指令を受け、燃料流量を測定しながら燃料調節弁２１を開閉する。また、燃料調節制御ＰＩＤ２は、燃料調節弁２１を開閉する際、空気調節制御ＰＩＤ３からの信号を受け、燃料の空気比バランスが崩れないように空気流量の測定値を監視しながら行う。他方、空気調節制御ＰＩＤ３は、空気流量センサー３０から空気流量データを得、空気調節弁３１の制御を行うことができ、空気調節制御ＰＩＤ３は、燃料調節制御ＰＩＤ２からの信号を受けることで燃料流量の測定値を監視しながら、空気調節弁３１を開閉することとなる。このように、燃料調節制御ＰＩＤ２及び空気調節制御ＰＩＤ３は、互いに燃料及び空気流量を監視しあい、動作範囲に制限を掛けながら連動させるダブルクロスリミット制御を行っている。

このように温度調節、燃料調節、空気調節の３つのＰＩＤ制御を設けて、燃料及び空気流量をダブルクロスリミット制御する方法は、内部温度が比較的不安化しやすい炉においても、温度を安定化させることができるものとして、一般的な自動炉内温度制御方法として広く採用されている方法であるが、ＰＩＤ制御による偏差が３つ重複することとなり、速応性が悪く、ハンチングの大きい制御であるため、ガラス中空体の製造装置の立ち上げ時間も長くなり、定常運転時に不良品の割合も多かった。

特許第３０２８４７４号公報

そこで、本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、即応性に優れ、ハンチングが小さく、装置立ち上げ時間を短縮でき、定常運転時の炉内温度も安定化させることができ、不良品の割合も少なくできる自動炉内温度制御方法を提供する点にある。

本発明者は、上記課題を解決するにあたり鋭意検討した結果、内燃式媒体流動床炉を用いたガラス中空体製造装置においては、一般的な炉に比べて温度が不安定化しにくく、従来の３つのＰＩＤ制御を用いた方法では、逆にその偏差の重複によるデメリットが顕在化してしまうという製造装置の特殊性に着目し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明は、内燃式媒体流動床炉に火山ガラス原料を投入して熱処理するガラス中空体の製造装置における自動炉内温度制御方法であって、燃料流量を調節する温度調節制御ＰＩＤと、空気流量を調節する空気調節制御ＰＩＤの少なくとも２つのＰＩＤ制御部を設けるとともに、燃料調節制御ＰＩＤを省略したことを特徴とする自動炉内温度制御方法を提供する。

ここで、前記温度調節制御ＰＩＤが、内燃式媒体流動床炉の炉内測定温度に基づき燃料の増減量を算出し、燃料調節弁を制御するとともに、前記空気調節制御ＰＩＤが、燃料流量と空気流量に基づき空気の増減量を算出し、空気調節弁を制御することが好ましい。

また、前記温度調節制御ＰＩＤと空気調節制御ＰＩＤとを互いに独立した制御とし、ダブルクロスリミット制御を行わないことが好ましい。

更に、前記内燃式媒体流動床炉内の熱媒体としてセラミックスボールを用い、同セラミックスボールに燃焼ガスと空気との混合ガスを供給し、９００℃以上に昇温して自動炉内温度制御を行うことが好ましい。

以上にしてなる本願発明によれば、温度調節制御、燃料調節制御及び空気流量調節制御の計３つのＰＩＤ制御から、温度調節制御と空気調節制御の計２つのＰＩＤ制御とし、ＰＩＤの制御特性上避けられない偏差の重複効果を減らしたので、速応性が良く、ハンチングの小さい制御となり、装置立ち上げ時間を短縮できるとともに、温度の振れも少なくなって定常運転時に不良品の割合を少なくでき、歩留りも向上できる。

また、前記温度調節制御ＰＩＤが、内燃式媒体流動床炉の炉内測定温度に基づき燃料の増減量を算出し、燃料調節弁を制御するとともに、前記空気調節制御ＰＩＤが、燃料流量と空気流量に基づき空気の増減量を算出し、空気調節弁を制御することとすれば、前記温度調節制御ＰＩＤと空気調節制御ＰＩＤとを互いに連動させたダブルクロスリミット制御を行うことなく温度制御を行うことが可能であり、燃料及び空気調節は、動作範囲に制限がなく、ダブルクロスリミット制御時よりも速応性が良い制御ができる。

また、前記内燃式媒体流動床炉内の熱媒体としてセラミックスボールを用い、同セラミックスボールに燃焼ガスと空気との混合ガスを供給し、９００℃以上に昇温して自動炉内温度制御を行うものでは、上記熱媒体の存在により炉内の温度は比較的大きく変動することがなく、本発明の制御方法により十分に安定した温度制御を得ることができる。

次に、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。

図１は、本発明の代表的実施形態に係る自動炉内温度制御システムを示す説明図である。本発明の自動炉内温度制御システム１は、図１に示すように、内燃式媒体流動床炉５に火山ガラス原料を投入して熱処理するガラス中空体の製造装置における自動炉内温度制御において、燃料流量を調節する温度調節制御ＰＩＤ４と、空気流量を調節する空気調節制御ＰＩＤ３の少なくとも２つのＰＩＤ制御部を設け、従来の図２に示した燃料調節制御ＰＩＤ３を省略したことを特徴としており、これによりＰＩＤ制御部の偏差の重複効果を減らし、速応性が良く、ハンチングの小さい制御を実現したものである。

ガラス中空体の製造装置は、火山ガラス原料を内燃式媒体流動床炉５で発泡せしめてガラス中空体（微粒中空ガラス球状体）を得る装置であり、具体的には、内燃式媒体流動床炉５内の熱媒体５０としてセラミックスボールを用い、同セラミックスボールに燃焼ガスと空気との混合ガスを供給し、予熱バーナーを使わずに、熱媒体を９００℃（例えば１０００〜１２００℃）以上に徐々に昇温して±３℃以内の自動炉内温度制御を行うものである。本例では、温度調節制御ＰＩＤ４と空気調節制御ＰＩＤ３の合計２つのＰＩＤ制御で構成されている。また、この自動温度制御と同時に、ガラス中空体の原料粉体を前記混合ガスに随伴させて供給される。尚、上記セラミックスボールの代わりに、あらかじめ使用燃料の引火点以上に加熱した砂媒体（レンガ粉）を用いてもよい。

内燃式媒体流動床炉５の適所には、炉内温度センサー４０としてシース熱電対が取り付けられており、取得される炉内測定温度データが温度調節制御ＰＩＤ４に入力され、温度調節制御ＰＩＤ４は、この炉内測定温度に基づき、燃料の増減量を算出し、燃料調節弁２１を制御することとなる。燃料の増減量の算出は、予め設定される目標温度と前記炉内測定温度を比較演算し、必要な燃料増減量を予め決められた計算式等に基づいて算出することにより行われる。このように従来燃料調節制御ＰＩＤで行われた制御を温度調節制御ＰＩＤ４で兼用することで、ＰＩＤ制御部を１つ削減でき、偏差の重複を減らし、ハンチングの小さい制御を可能としている。

空気調節制御ＰＩＤ３は、燃料流量センサー２０からの燃料流量データと空気流量センサー３０からの空気流量データが入力されており、上記温度調節制御ＰＩＤ４により制御された後の燃料流量を燃料流量センサー２０から得るとともに、現在の空気流量を空気流量センサー３０から得、これら両流量データに基づき、空気の増減量を算出し、空気調節弁３１を制御することとなる。

このように、本実施形態の自動炉内温度制御システム１では、温度調節制御ＰＩＤ４と空気調節制御ＰＩＤ３とが、互いに独立した制御となっており、従来のようなダブルクロスリミット制御は行われず、空気調節制御ＰＩＤ３は、温度調節制御ＰＩＤ４により制御される燃料流量に追従して制御するようになっている。このため、燃料及び空気調節の動作範囲に制限がなくなり、速応性に優れた制御が実現されている。また、このように互いに独立した制御とすることにより、温度調節制御ＰＩＤ４で従来の燃料調節制御ＰＩＤの機能を兼ねることが可能となっているのである。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明の実施形態に係る自動炉内温度制御方法を示す説明図。従来の自動炉内温度制御方法を示す説明図。

符号の説明

１自動炉内温度制御システム
２燃料調節制御ＰＩＤ
３空気調節制御ＰＩＤ
４温度調節制御ＰＩＤ
５内燃式媒体流動床炉
２０燃料流量センサー
２１燃料調節弁
３０空気流量センサー
３１空気調節弁
４０炉内温度センサー
５０熱媒体
１００自動炉内温度制御システム

Claims

内燃式媒体流動床炉に火山ガラス原料を投入して熱処理するガラス中空体の製造装置における自動炉内温度制御方法であって、燃料流量を調節する温度調節制御ＰＩＤと、空気流量を調節する空気調節制御ＰＩＤの少なくとも２つのＰＩＤ制御部を設けるとともに、燃料調節制御ＰＩＤを省略したことを特徴とする自動炉内温度制御方法。
前記温度調節制御ＰＩＤが、内燃式媒体流動床炉の炉内測定温度に基づき燃料の増減量を算出し、燃料調節弁を制御するとともに、前記空気調節制御ＰＩＤが、燃料流量と空気流量に基づき空気の増減量を算出し、空気調節弁を制御してなる請求項１記載の自動炉内温度制御方法。
前記温度調節制御ＰＩＤと空気調節制御ＰＩＤとを互いに独立した制御とし、ダブルクロスリミット制御を行わない請求項１又は２記載の自動炉内温度制御方法。
前記内燃式媒体流動床炉内の熱媒体としてセラミックスボールを用い、同セラミックスボールに燃焼ガスと空気との混合ガスを供給し、９００℃以上に昇温して自動炉内温度制御を行う請求項１〜３の何れか１項に記載の自動炉内温度制御方法。