JP2591142Y2 - プラズマトーチの運転監視装置 - Google Patents

プラズマトーチの運転監視装置

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Kobe Steel Ltd
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  • Incineration Of Waste (AREA)
  • Discharge Heating (AREA)
  • Furnace Details (AREA)

Description

【考案の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本考案は、都市ゴミ焼却灰やプラ
スチック・シュレッダーダストなどといった各種産業廃
棄物を熱プラズマによって連続的に、又は、間欠的に溶
融固化したり、金属を溶解したりするための溶融炉に設
けられるプラズマトーチの運転監視装置に関する。
【0002】
【従来の技術】初めに、プラズマトーチの構造を説明す
る。図7は、プラズマトーチの断面図で、51は陽極、
52は陰極、53は水冷用ジャケット、54はプラズマ
アーク、55はプラズマガス注入口である。プラズマト
ーチは電極の接続の仕方によって、二種の運転モードが
ある。図7(a)に示すように、トーチ内部に陽極5
1、トーチ外筒を陰極52とするノントランスファモー
ドと、図7(b)に示すように、トーチ内部を陽極5
1、トーチではなく設備側に陰極を接続するトランスフ
ァモードである。尚、プラズマガス注入口55には、図
示されていないプラズマガス供給装置が接続される。
【0003】プラズマの発生の仕方としては、前者では
高温のプラズマアークが陽極と陰極のそれぞれに付着す
るのに対して、後者はプラズマトーチ側では陽極のみに
付着し、陰極側の付着は設備側になる。熱プラズマは、
温度が3,000〜10,000Kの解離したガス体で
ある。そのため、プラズマトーチに熱損傷が起こる。熱
損傷としては、プラズマトーチのプラズマアークが付着
するポイントが最も激しく、その次にプラズマアーク近
傍である。従って、プラズマを発生させるプラズマトー
チは、主に陽極の熱損傷防止の観点から、水冷用のジャ
ケット53を有する多重管構造となっている。
【0004】しかし、水冷されていると言ってもプラズ
マアークが発生する電極表面は非常な高温に曝されてい
るため、運転中徐々に侵食される。そして、寿命に達し
たところで陽極、若しくはトーチ先端部へのピンホール
の発生、最悪の場合にはトーチが破断し、多量の冷却水
が炉内へ噴出し、水蒸気爆発などの災害を招く。そこ
で、従来は運転毎にプラズマトーチの先端を目視により
観察し、偏減りや異常、またプラズマトーチからの冷却
水漏れを調べていた。
【0005】
【考案が解決しようとする課題】しかしながら、実際に
は事前の目視による判断は困難であり、更に運転中には
冷却水漏れを的確に検出できずに運転を続行してしまう
という問題点を有している。プラズマトーチの劣化によ
る冷却水漏れに気がつかずに炉を運転し続けること、多
量の冷却水が炉内へ噴出して水蒸気爆発などの災害を招
く。
【0006】本考案は、従来の技術の有するこのような
問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とすると
ころは、運転中に起こるプラズマトーチの異常を即時に
発見し、知らせるプラズマトーチの運転監視装置を提供
しようとするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を解決するため
に、本考案のプラズマトーチの運転監視装置は、被溶融
物を溶融するための熱源として溶融炉に設けられ、水冷
用のジャケットを有してプラズマガスが供給されるプラ
ズマトーチの運転監視装置であって、前記炉内圧力の変
動を又は前記プラズマガスの供給圧の変動を検出する圧
力センサと、該圧力センサからの信号波形を所定周波数
帯域でスペクトル積分する積分手段と、該積分手段から
の積分値を所定の積分基準値と比較して大きいと異常信
号を発する積分比較手段と、プラズマトーチの電源電圧
の変動を検出する電圧センサと、該電圧センサの電圧信
号を所定の電圧基準値と比較して電源の電圧降下を検出
する電圧比較手段と、該電圧比較手段からの電圧降下信
号と前記積分比較手段からの異常信号を受けた時に、プ
ラズマトーチの運転を停止させる信号を発する判断手段
とを備え、前記積分基準値が、プラズマトーチからのガ
ス流量によって変化するものである。
【0008】
【作用】プラズマトーチからの冷却水漏れによる炉内圧
力の変動、又はプラズマガスの供給圧の変動を圧力セン
サが検出し、プラズマトーチの電源電圧の変動を電圧セ
ンサが検出し、積分手段が前記圧力センサからの信号波
形を所定周波数帯域でスペクトル積分し、その積分値を
積分比較手段が所定の積分基準値と比較して大きい場合
に異常信号を発し、電圧比較手段が前記電圧センサから
の電圧信号を所定の電圧基準値と比較して電源の電圧降
下を検出し、判断手段が前記電圧比較手段からの電圧降
下信号と前記積分比較手段からの異常信号を受けると、
プラズマトーチの運転を停止させる信号を発して、運転
中に起こるプラズマトーチの異常を即時に発見し知らせ
る。
【0009】
【実施例】以下、本考案の実施例を図面を参照しつつ説
明する。図1は本考案実施のプラズマトーチの運転監視
装置を示す図である。図1において、1は溶融炉、2は
プラズマトーチ、3はプラズマトーチの電源装置、4は
圧力センサ、5は電圧センサ、6は積分手段、7は積分
比較手段、8は電圧比較手段、9は判断手段である。
【0010】ここで、簡単に図1に示されている溶融炉
1を説明する。溶融炉1は耐火物構造となっており、被
溶融物が供給口12から炉床へ投下され、プラズマトー
チ2により熱せられて溶融する。溶融してオーバーフロ
ーした溶融物が排出口13から排出し冷却固化して、搬
出装置14によって炉外へ搬出される。炉内圧力は供給
された被溶融物の噴出を防ぐために、排気口15に設け
られた吸気ファンにより負圧状態にされている。
【0011】本考案のプラズマトーチの運転監視装置
は、溶融炉1の炉壁に設けられる圧力センサ4と、プラ
ズマトーチの電源装置3内に設けられる電圧センサ5
と、そして、溶融炉操作制御ボックス11等に設けられ
る積分手段6・積分比較手段7・電圧比較手段8・判断
手段9とからなる。
【0012】圧力センサ4は、プラズマトーチからの冷
却水漏れによる炉内の圧力変動を検出するためのもの
で、圧力信号波形を積分手段6に送る。圧力センサ4か
らの圧力信号波形は図2に示すようなものである。図2
(a)は安定運転中の信号波形で、図2(b)はプラズ
マトーチからの冷却水漏れが起こり、信号波形が乱れて
いる状態である。
【0013】積分手段6は、前記圧力センサ4からの圧
力の信号波形をバンドフィルタ6aを通して所定の周波
数帯域を抽出し、その周波数帯域でのパワースペクトル
積分(以下スペクトル積分という。)を行い、その積分
値を積分比較手段7へ送るものである。ここで、所定の
周波数帯域を抽出してスペクトル積分を行う理由は、図
3に示すように、プラズマトーチからの冷却水漏れによ
る信号波形の乱れは、安定運転中の信号波形の周波数領
域とは別の領域に現れるからである。図3(a)は安定
運転中の信号波形の周波数領域で、図2(b)はプラズ
マトーチからの冷却水漏れが起こり、信号波形が乱れて
いる状態の周波数領域である。
【0014】積分比較手段7は、図4に示すように、前
記積分手段6で積分された積分値と所定の積分基準値と
比較して大きい場合に判断手段9に異常信号を発するも
のである。所定の積分基準値とは、プラズマトーチから
の冷却水漏れによる信号波形の乱れが現れる周波数領域
での安定運転中のスペクトル積分の値である。
【0015】又、スペクトル積分値は、図5に示すよう
に、プラズマトーチのプラズマガスの流量によって異な
るので、上記所定の積分基準値は、プラズマガスの流量
に合わせて、図5中の鎖線の如く変化して設定される。
【0016】電圧センサ5は、プラズマトーチの電源電
圧の変動を検出するためのもので、電圧比較手段8は、
前記電圧センサの電圧信号を所定の電圧基準値と比較し
て電源の電圧降下を検出し、判断手段9に電圧降下信号
を送るものである。これは、プラズマトーチからの冷却
水漏れが発生するとプラズマトーチの電源電圧が降下す
ることに着目して、プラズマトーチの異常を前記積分比
較手段7からの異常信号と共に確実にプラズマトーチの
異常を検出してプラズマトーチの運転監視装置の誤作動
を防止する。
【0017】判断手段9は、前記電圧比較手段8と前記
積分比較手段7からの信号により、適切な判断をして、
非常停止信号をプラズマトーチ電源装置3等に送った
り、警報信号を警報ランプ10等に送ったりする。判断
手段9の判断を表1に示す。前記積分比較手段7からの
信号が異常信号で、且つ、前記電圧比較手段8が電圧降
下信号である場合には、冷却水が多量に炉内に漏れ非常
に危険な状態にあるので、非常停止信号を図1に示すプ
ラズマトーチ電源装置3に送り、プラズマトーチ2の運
転を直ちに停止させる。前記積分比較手段7からの信号
が異常信号で、前記電圧比較手段8からの電圧降下信号
でない場合には、冷却水漏れが疑わしい状態で、警報信
号を警報ランプ10等に送り、作業員の注意を促す。前
記積分比較手段7からも異常信号が無く、前記電圧比較
手段8からも電圧降下信号がない場合には、そのままプ
ラズマトーチ2の運転を続行する。
【0018】
【表1】
【0019】このようなプラズマトーチの運転監視装置
は、プラズマトーチ2から冷却水が炉内に漏れると、炉
内圧力の変動を圧力センサ4が、プラズマトーチ2の電
源電圧の変動を電圧センサ5が検出し、積分手段6が前
記圧力センサ4からの信号波形を所定周波数帯域でスペ
クトル積分し、その積分値を積分比較手段7が所定の積
分基準値と比較して大きい場合に異常信号を発し、電圧
比較手段8が前記電圧センサ5からの電圧信号を所定の
電圧基準値と比較して電源の電圧降下を検出し、判断手
段9が前記電圧比較手段8からの電圧降下信号と前記積
分比較手段7からの異常信号を受けると、プラズマトー
チ2の運転を停止させる信号を発して、運転中に起こる
プラズマトーチの異常を即時に検出する。
【0020】次に、本考案実施の他のプラズマトーチの
運転監視装置を図6により説明する。プラズマトーチ
は、図7に示すように、電極が中空円筒構造であるの
で、この中空部分56の圧力も炉内に冷却水が漏れる
と、水蒸気により上昇し変動する。このプラズマトーチ
内の圧力変動はプラズマガス供給圧の変動により検出す
ることができる。そこで、プラズマトーチからの冷却水
漏れによる異常を、図1に示す実施例の如く炉内圧力の
変動により検出するのではなく、プラズマガス供給圧の
変動により検出しようとするのが、図6に示す本考案実
施の他のプラズマトーチの運転監視装置である。
【0021】従って、この本考案実施の他のプラズマト
ーチの運転監視装置において、図1と異なるところは、
プラズマガスの供給圧を測定する圧力計17が、プラズ
マガス供給装置16とプラズマトーチ2との間に接続さ
れている点である。その圧力信号波形は、炉内に冷却水
が漏れによる異常が積分を行う周波数帯や基準値が異な
るだけで、図1に示すプラズマトーチの運転監視装置の
場合と同様のパターンで現れるので、圧力計17からの
信号波形の処理は、積分を行う周波数帯や基準値のみを
変えて、図1に示すプラズマトーチの運転監視装置と同
様に処理される。そして、判断手段9が前記電圧比較手
段8からの電圧降下信号と前記積分比較手段7からの異
常信号を受けると、プラズマトーチ2の運転を停止させ
る信号を発して、運転中に起こるプラズマトーチの異常
を即時に検出する。
【0022】
【考案の効果】このようにして、本考案のプラズマトー
チの運転監視装置は、運転中に起こるプラズマトーチの
異常を即時に発見できるので、プラズマトーチの劣化に
よる冷却水漏れに気がつかずに運転し続けることがな
く、多量の冷却水を炉内へ噴出して水蒸気爆発などの災
害を招くこともない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本考案のプラズマトーチの運転監視装置を示す
図である。
【図2】圧力信号波形を示すグラフである。
【図3】周波数に対してスペクトル分解された圧力信号
波形を示すグラフである。
【図4】スペクトル積分値による異常状態の判断基準を
示すグラフである。
【図5】プラズマガス流量に対する積分基準値の設定の
仕方を示すグラフである。
【図6】本考案の他のプラズマトーチの運転監視装置を
示す図である。
【図7】プラズマトーチの要部断面図である。
【符号の説明】
1 溶融炉 2 プラズマトーチ 3 電源装置 4 圧力センサ 5 電圧センサ 6 積分手段 7 積分比較手段 8 電圧比較手段 9 判断手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H05B 7/18 H05B 7/18 E (72)考案者 鈴木 富雄 兵庫県神戸市西区高塚台1丁目5番5号 株式会社神戸製鋼所 神戸総合研究所 内 (72)考案者 田頭 成能 兵庫県神戸市西区高塚台1丁目5番5号 株式会社神戸製鋼所 神戸総合研究所 内 (72)考案者 山田 基夫 兵庫県尼崎市若王子3丁目11番20号 関 西電力株式会社 総合技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−266179(JP,A) 特公 昭42−14046(JP,B1) 実公 昭44−5972(JP,Y1) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H05B 7/00 - 7/22

Claims (3)

    (57)【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被溶融物を溶融するための熱源として溶
    融炉に設けられ、水冷用のジャケットを有してプラズマ
    ガスが供給されるプラズマトーチの運転監視装置であっ
    て、前記炉内圧力の変動を又は前記プラズマガスの供給
    圧の変動を検出する圧力センサと、該圧力センサからの
    信号波形を所定周波数帯域でスペクトル積分する積分手
    段と、該積分手段からの積分値を所定の積分基準値と比
    較して積分基準値より大きいと異常信号を発する積分比
    較手段とを備えてなるプラズマトーチの運転監視装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のプラズマトーチの運転監
    視装置であって、プラズマトーチの電源電圧の変動を検
    出する電圧センサと、該電圧センサの電圧信号を所定の
    電圧基準値と比較して電源の電圧降下を検出する電圧比
    較手段と、該電圧比較手段からの電圧降下信号と前記積
    分比較手段からの異常信号を受けた時に、プラズマトー
    チの運転を停止させる信号を発する判断手段とを設けた
    プラズマトーチの運転監視装置。
  3. 【請求項3】 請求項1記載のプラズマトーチの運転監
    視装置であって、積分基準値が、プラズマトーチからの
    ガス流量によって変化するプラズマトーチの運転監視装
    置。
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