JP2011233322A

JP2011233322A - 温度調節計及びこれを用いたヒータの温度調節方法

Info

Publication number: JP2011233322A
Application number: JP2010101747A
Authority: JP
Inventors: Kenji Nakamura; 健二中村; Yukio Ichikawa; 行夫一川
Original assignee: TONO NISSO CO Ltd; Toho Electronics Inc
Current assignee: TONO NISSO CO Ltd; Toho Electronics Inc
Priority date: 2010-04-27
Filing date: 2010-04-27
Publication date: 2011-11-17

Abstract

【課題】速断ヒューズの溶断を防止できる温度調節計及びこれを用いたヒータの温度調節方法を提供する。
【解決手段】ヒータ１３０を駆動するサイリスタ１２０であって電流制限機能を有さないサイリスタに温度調節のための操作指令信号を送ると共に、ヒータとサイリスタとをつなぐ１次側電気回路に備わった変流器の２次側電気回路に流れる電流がカレントトランスを介して温度調節計にフィードバック入力されるようになっており、１次側電気回路に流れる電流がサイリスタに備わった速断ヒューズを溶断する程度の電流となった際に、この電流に対応する変流器の２次側電気回路に流れる電流をカレントトランス１６０を介して温度調節計にフィードバックすることで、サイリスタに送る温度調節のための操作指令信号を、１次側電気回路に流れる電流が速断ヒューズを溶断しない程度の電流となるように変更する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば化学プラントに備わる加熱炉や食品製造プラントに備わる熱処理設備の加熱温度を制御するのに使用する温度調節計及びこれを用いたヒータの温度調節方法に関する。

従来から、例えば化学プラントに備わる加熱炉や食品製造プラントに備わる熱処理設備の加熱温度を制御するにあたって温度調節計が用いられている（例えば特許文献１参照）。

図３は、係る従来型の温度調節計２１０の使用形態を、これを用いてヒータを加熱して温度制御する加熱炉と共に概略的に示す図である。以下、図３に示す構成について説明する。同図においては、加熱炉内にこの炉を加熱するためのヒータ２３０を備えると共に、ヒータ駆動用電流を流す電流制限機能付きサイリスタ２２０が電線２９１を介してヒータ２３０に接続されている。また、温度調節計２１０とサイリスタ２２０が信号線２９２を介して接続され、オペレータが温度調節計２１０にプログラムした加熱炉の加熱パターンを４ｍＡ（ミリアンペア）〜２０ｍＡの操作信号を、信号線２９２を介して電流制限機能付きサイリスタ２２０に送ることで、このサイリスタ２２０を制御し、予めプログラミングした加熱パターンに応じてヒータ２３０に流す電流を変更するようになっている。

特開２００６−２４５３７号公報

図３に示すようなサイリスタ２２０には一般的に速断ヒューズが備わっている。この速断ヒューズは、ヒータ２３０に急激に大電流を流すことによりヒータ２３０が劣化したり破損したりするのを防止する役目を果たしている。しかしながら、温度調節計２１０によるプログラミングの仕方によって、例えば炉内の加熱開始時において炉内温度を急激に上昇させるような場合、サイリスタ２２０に大電流を流し、速断ヒューズを溶断させてしまうことがある。

サイリスタ２２０の速断ヒューズは一旦溶断してしまうと、メンテナンス等の必要上、加熱システムの復旧にかなりの時間を要してしまう。そのため、サイリスタ２２０の速断ヒューズの溶断を防止する観点から、図３に示すように、電流制限機能を備えたサイリスタ２２０を用いる対策がとられていることが多い。

しかしながら、電流制限機能を備えたサイリスタ２２０を加熱システムに用いると、このサイリスタ自体の価格が高価なため、加熱システム全体のコスト高を招いてしまう。

また、加熱システム全体の価格を抑えるために、電流制限機能を有していない速断ヒューズのみを備えたサイリスタ１２０（図１参照）を用いた加熱炉を一旦製造してしまうと、加熱システム全体の信頼性を高めるために既存のサイリスタ１２０を電流制限機能付きのサイリスタ２２０にその後に交換しようとしても、部品費用が嵩むと共に交換作業が面倒なものとなり、交換費用も高くついてしまう。

また、従来の温度調節計は、加熱炉の長時間の使用に伴うヒータの劣化にも適切に対応することができない。具体的には、ヒータの劣化により、ヒータに流れる電流が４ｍＡ〜２０ｍＡの操作指令信号に対応した電流値とならず、この電流値よりも低下する。その結果、温度調節計で設定したプログラムに対応して４ｍＡ〜２０ｍＡの指令信号をサイリスタに送っても炉内温度がこの指令信号に応じた温度まで十分に上昇しない。従来の温度調節計においては、高価な電流制限機能を備えたサイリスタを使用していても、このような炉内温度が目標温度に対して低くなる不具合については解決できない。

本発明の目的は、電流制限機能を有さない速断ヒューズのみを備えた安価なサイリスタのみを用いた加熱システムに好適に利用可能な温度調節計であって、速断ヒューズの溶断を防止できる温度調節計及びこれを用いたヒータの温度調節方法を提供することにある。

上記課題を達成するために、本発明の請求項１に係る温度調節計は、
ヒータに流す電流を制御する温度調節計において、
前記温度調節計は、前記ヒータを駆動するサイリスタであって電流制限機能を有さないサイリスタに温度調節のための操作指令信号を送ると共に、前記ヒータとサイリスタとをつなぐ１次側電気回路に備わった変流器の２次側電気回路に流れる電流をカレントトランスを介して当該温度調節計にフィードバックされるようになっており、
前記１次側電気回路に流れる電流が前記サイリスタに備わった速断ヒューズを溶断する程度の電流となった際に、この電流に対応する変流器の２次側電気回路に流れる電流がカレントトランスを介して当該温度調節計にフィードバック入力することで、前記サイリスタに送る温度調節のための操作指令信号を、前記１次側電気回路に流れる電流が前記速断ヒューズを溶断しない程度の電流となるように変更することを特徴としている。

また、本発明の請求項２に係る温度調節計を用いたヒータの温度調節方法は、
ヒータに流す電流を制御する温度調節計を用いたヒータの温度調節方法において、
前記温度調節計は、前記ヒータを駆動するサイリスタであって電流制限機能を有さないサイリスタに温度調節のための操作指令信号を送ると共に、前記ヒータとサイリスタとをつなぐ１次側電気回路に備わった変流器の２次側電気回路に流れる電流がカレントトランスを介して当該温度調節計にフィードバックされるようになっており、
前記１次側電気回路に流れる電流を変流器及びカレントトランスを介して前記温度調節計にフィードバックする第１のステップと、
前記第１のステップで測定した１次側電気回路に流れる電流が前記サイリスタに備わった速断ヒューズを溶断する程度の電流となったことを検出する第２のステップと、
前記第２のステップにおいて前記１次側電気回路に流れる電流が前記速断ヒューズを溶断する程度の電流であると判断したときに、前記サイリスタに送る温度調節のための操作指令信号を、前記１次側電気回路に流れる電流が前記速断ヒューズを溶断しない程度の電流となるように変更することを特徴としている。

本発明によると、ヒータの駆動にあたって高価な電流制限機能付きのサイリスタを用いる必要がないので、加熱炉等の温度制御を行うにあたってコストを抑えた温度調節計とすることができる。

また、加熱炉の長時間の使用に伴うヒータの劣化にも適切に対応することができる。具体的には、このようなヒータの劣化により、ヒータに流れる電流が４ｍＡ〜２０ｍＡの操作指令信号に対応した電流値とならず、この電流値よりも低下する傾向にある。その結果、温度調節計で設定したプログラムに対応して４ｍＡ〜２０ｍＡの指令信号をサイリスタに送っても炉内温度がこの指令信号に応じた温度まで十分に上昇しない。従来の温度調節計においては、電流制限機能を備えたサイリスタを使用していたが、このような炉内温度が目標温度に対して低くなる不具合については解決できなかった。しかしながら、本発明によると、サイリスタとヒータを流れる電流を変流器及びカレントトランスを介して正しく測定し、これを温度調節計にフィードバックしている。その結果、ヒータの劣化によるヒータ抵抗値の下降に伴うヒータに流れる電流値をリアルタイムで監視することができ、これを温度調節計において予め設定されたプログラム内容による４ｍＡ〜２０ｍＡの指令信号に補正値として重畳させることで、ヒータ劣化の有無に関わらず炉内温度が所望の温度となる電流をヒータに流すことが可能となる。

また、従来のコストを抑えた加熱炉等の温度制御にも適用可能である。具体的には、例えばコストを抑えた加熱炉にするために、加熱炉の設置時にヒータと、このヒータを駆動するサイリスタであって電流制限機能を有さず速断防止のヒューズのみ備えたサイリスタを有する加熱システムにおいて、この速断ヒューズの溶断が問題となっている場合に本発明を適用するとこの問題を解決することができる。

本発明によれば、電流制限機能を有さない速断ヒューズのみを備えた安価なサイリスタのみを用いた加熱システムに好適に利用可能な温度調節計であって、速断ヒューズの溶断を防止できる温度調節計及びこれを用いたヒータの温度調節方法を提供することができる。

本発明の温度調節計の使用形態を、これを用いて温度制御する加熱炉のヒータやサイリスタと共に概略的に示す図である。本発明に係る温度調節計を用いたヒーターの温度調整方法を実現するルーチンの一例である。従来型の温度調節計の使用形態を、これを用いて温度制御する加熱炉のヒータやサイリスタと共に概略的に示す図である。

以下、本発明の一実施形態に係る温度調節計を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る温度調節計１１０の使用形態を、これを用いてヒータ１３０を加熱して温度制御する加熱炉と共に概略的に示す図である。なお、本実施形態に係る温度調節計１１０は、例えば化学プラントに備わる加熱炉や食品製造プラントに備わる熱処理設備の加熱温度を制御するのに適用可能である。

以下、図１に示す構成について説明する。同図においては、加熱炉内にこの炉を加熱するためのヒータ１３０を備えると共に、ヒータ駆動用電流を流す安価なサイリスタ１２０が電線１９２を介してヒータ１３０に接続されている。また、温度調節計１１０とサイリスタ１２０が信号線１９１を介して接続され、オペレータが温度調節計１１０にプログラムした加熱炉の加熱パターンを４ｍＡ（ミリアンペア）〜２０ｍＡの操作信号としてサイリスタ１２０に送ってこのサイリスタ１２０を制御し、予めプログラミングした加熱パターンに応じてヒータ１３０に流す電流を変更するようになっている。この４ｍＡ〜２０ｍＡの操作信号を送って被制御対象物を制御する構成については、例えば特開平５−２２４７５８号公報、特開平５−２４３２号公報、特開２００８−２９８８１６号公報において既に知られている。

なお、本実施形態に係るサイリスタ１２０としては、従来技術の温度調節計に用いる高価な電流制限機能付きサイリスタ２２０ではなく、速断ヒューズを備えた一般的な安価なサイリスタ１２０が用いられている。

そして、ヒータ１３０とサイリスタ１２０の間を接続する電線１９２の一部が変流器１４０に通されている。この変流器１４０は、ヒータ１３０とサイリスタ１２０の間を流れる大電流をこれに対応した電流に一対一の対応関係で変換する役目を果たしている。具体的には、例えばヒータ１３０とサイリスタ１２０の間の電線を流れる４００Ａ（アンペア）の電流をこの変流器１４０を介して５Ａに変換し、ヒータ１３０とサイリスタ１２０の間の電線を流れる３２０Ａの電流をこの変流器１４０を介して４Ａに変換するようになっている。

変流器１４０の２次側回路１９３には例えば抵抗からなる負荷１５０が接続されると共に、この負荷１５０により変流器１４０の２次側回路１９３に流れる電流値をいわゆるカレントトランス（ＣＴ）１６０を介して測定し、この電流値のデータを温度調節計１１０に帰還回路１９４を介してフィードバックするようになっている。

なお、変流器１４０の２次側回路の電流を温度調節計１１０に直接フィードバックしない理由は、温度調節計自体をノイズ等から保護すると共に、汎用品の温度調節計を本発明に適用可能とする観点による。

続いて、本発明の一実施形態に係る温度調節計を用いたヒータの温度調節方法について説明する。

本方法を実施するにあたって、本実施形態に係る加熱炉のヒータ１３０に流す電流を制御する温度調節計１１０を準備する。そして、この温度調節計１１０を、上述したサイリスタ１２０とヒータ１３０とを備えた加熱炉に設置する。

なお、温度調節計１１０は、上述したようにヒータ１３０を駆動するサイリスタ１２０であって電流制限機能を有さないサイリスタ１２０に温度調節のための操作指令信号を送ると共に、ヒータ１３０とサイリスタ１２０とをつなぐ１次側電気回路１９２に備わった変流器１４０の２次側電気回路１９３に流れる電流をカレントトランス１６０を介して温度調節計１１０にフィードバックするようになっている。

本方法では、１次側電気回路１９２に流れる電流を変流器１４０及びカレントトランス１６０を介して温度調節計１１０にフィードバックする（第１のステップ）。

次いで、第１のステップで測定した１次側電気回路１９２に流れる電流がサイリスタ１２０に備わった速断ヒューズを溶断する程度の電流となったことを検出する（第２のステップ）。

第２のステップにおいて１次側電気回路１９２に流れる電流が速断ヒューズを溶断する程度の電流であると判断した場合は、サイリスタ１２０に送る温度調節のための操作指令信号を、１次側電気回路１９２に流れる電流を速断ヒューズを溶断しない程度の大きさに変更する（第３のステップ）。

以上の第１のステップ乃至第３のステップを温度調節計がヒータ１３０の加熱温度を制御しての間中繰り返し、サイリスタ１２０の速断ヒューズが溶断しないように常に監視する。

以下、上述した第１のステップ乃至第３のステップを一例として実現するルーチンを図２に基づいて説明する。なお、このルーチンは、あくまで本発明の作用を発揮するルーチンの一例であり、本発明の作用を発揮する範囲内であれば、他の様々なルーチンも考えられることは言うまでもない。

図２において本ルーチンを開始すると、温度調節計の温度調節プログラムを実行する（ステップＳ１１）。次いで、サイリスタに流れる電流に対応した信号をカレントトランスから温度調節計にフィードバックする（ステップＳ１２）。次いで、サイリスタに流れる電流がサイリスタの速断ヒューズを溶断する電流以上であるかを判断する（ステップＳ１３）。

ステップＳ１３で、サイリスタに流れる電流がサイリスタの速断ヒューズを溶断する電流以上であると判断した場合は、温度調節計からサイリスタに送る操作量信号を変更してサイリスタに流れる電流値を一定量だけ強制的に低下させるように温度調節計のプログラムを変更する（ステップＳ１４）。この際、温度調節計のプログラムの変更に伴い、一例として設定されたプログラム内容による４ｍＡ〜２０ｍＡの指令信号に上記電流を一定量低下させる一定の補正値を重畳させる。そして、ステップＳ１１に戻る。

一方、ステップＳ１３で、サイリスタに流れる電流がサイリスタの速断ヒューズを溶断する電流より小さいと判断した場合は、温度調節計の温度調節プログラムが終了したかを判断する（ステップＳ１５）。ステップＳ１５で、温度調節プログラムが終了していない場合は、ステップＳ１１に戻り、ステップＳ１１乃至ステップＳ１３を繰り返す。一方、ステップＳ１５で、温度調節プログラム終了していると判断した場合は、本ルーチンを終了する。

上述の説明に加えて、本発明は、ヒータ１３０の長期間の使用による劣化にも対処することができる。具体的には、本発明によると、サイリスタとヒータを流れる電流を変流器及びカレントトランスを介して正しく測定し、これを温度調節計にフィードバックしている。その結果、ヒータの劣化によるヒータ抵抗値の下降に伴うヒータに流れる電流値をリアルタイムで監視することができ、これを温度調節計において予め設定されたプログラム内容による４ｍＡ〜２０ｍＡの指令信号に補正値として重畳させることで、ヒータ劣化の有無に関わらず炉内温度が所望の温度となる電流をヒータに流すことが可能となる。

本実施形態に係る温度調節計を用いたヒータの温度調節方法によると、ヒータの駆動にあたって高価な電流制限機能付きのサイリスタを用いる必要がないので、加熱炉等の温度制御を行うにあたってコストを抑えた温度調節計とすることが可能となる。

また、加熱炉の長時間の使用に伴うヒータの劣化にも適切に対応することができる。具体的には、このようなヒータの劣化により、ヒータに流れる電流が４ｍＡ〜２０ｍＡの操作指令信号に対応せず、これよりも低下する傾向にある。従来の温度調節計においては、電流制限機能を備えたサイリスタを使用していたが、このような炉内温度が目標温度に対して低くなる不具合については以下のオペレータの人為的な解決方法に頼っていた。

具体的には、加熱炉内の温度が温まり難くなると、加熱炉の管理者が、ヒータが劣化した可能性ありと判断し、トランスの電圧変化比を手動でタップ切替えしていた。このようなやり方では、炉管理者の勘や経験に頼らざるを得ず、ヒータ劣化に適切に対応することができなかった。

しかしながら、本発明によると、サイリスタとヒータを流れる電流を変流器及びカレントトランスを介して正しく測定し、これを温度調節計にフィードバックしている。その結果、ヒータの劣化によるヒータ抵抗値の下降に伴うヒータに流れる電流値をリアルタイムで監視することができ、これを温度調節計において予め設定されたプログラム内容よりも優先させた即断ヒューズ防止のための電流値低下プログラムを実行することで、適切な電流値に調節することができる。そのため、炉管理者の熟練度合いに頼ることなく、ヒータ劣化に適切に対応することができる。

また、本発明は、従来のコストを抑えた加熱炉等の温度制御にも適用可能である。具体的には、例えばコストを抑えた加熱炉にするために、加熱炉の設置時にヒータと、このヒータを駆動するサイリスタであって電流制限機能を有さず速断防止のヒューズのみ備えたサイリスタを有する加熱システムにおいて、このヒューズの溶断が問題となっている場合に本発明を適用するとこの問題を解決することができる。

なお、本発明による温度調節計及びこれを用いたヒータの温度調節方法を適用することで、従来の電流制限機能付きのサイリスタを用いる必要がなくなるため、或る加熱システムでは、２万円〜３万円のコストダウンを図ることができた。

１１０温度調節計
１２０サイリスタ
１３０ヒータ
１４０変流器
１５０負荷
１６０カレントトランス（ＣＴ）
１９１信号線
１９２１次側電気回路（電線）
１９３２次側回路
１９４帰還回路
２１０温度調節計
２２０サイリスタ
２３０ヒータ
２９１電線
２９２信号線

Claims

ヒータに流す電流を制御する温度調節計において、
前記温度調節計は、前記ヒータを駆動するサイリスタであって電流制限機能を有さないサイリスタに温度調節のための操作指令信号を送ると共に、前記ヒータとサイリスタとをつなぐ１次側電気回路に備わった変流器の２次側電気回路に流れる電流がカレントトランスを介して当該温度調節計にフィードバック入力されるようになっており、前記１次側電気回路に流れる電流が前記サイリスタに備わった速断ヒューズを溶断する程度の電流となった際に、この電流に対応する変流器の２次側電気回路に流れる電流をカレントトランスを介して当該温度調節計にフィードバックすることで、前記サイリスタに送る温度調節のための操作指令信号を、前記１次側電気回路に流れる電流が前記速断ヒューズを溶断しない程度の電流となるように変更することを特徴とする温度調節計。
ヒータに流す電流を制御する温度調節計を用いたヒータの温度調節方法において、
前記温度調節計は、前記ヒータを駆動するサイリスタであって電流制限機能を有さないサイリスタに温度調節のための操作指令信号を送ると共に、前記ヒータとサイリスタとをつなぐ１次側電気回路に備わった変流器の２次側電気回路に流れる電流がカレントトランスを介して当該温度調節計にフィードバック入力されるようになっており、
前記１次側電気回路に流れる電流を変流器及びカレントトランスを介して前記温度調節計にフィードバックする第１のステップと、
前記第１のステップで測定した１次側電気回路に流れる電流が前記サイリスタに備わった速断ヒューズを溶断する程度の電流となったことを検出する第２のステップと、
前記第２のステップにおいて前記１次側電気回路に流れる電流が前記速断ヒューズを溶断する程度の電流であると判断したときに、前記サイリスタに送る温度調節のための操作指令信号を、前記１次側電気回路に流れる電流が前記速断ヒューズを溶断しない程度の電流となるように変更することを特徴とする温度調節計を用いたヒータの温度調節方法。