JP4698068B2

JP4698068B2 - ガスブレンド演算付き調節計

Info

Publication number: JP4698068B2
Application number: JP2001164524A
Authority: JP
Inventors: 雅義関本
Original assignee: 大倉電気株式会社
Priority date: 2001-05-31
Filing date: 2001-05-31
Publication date: 2011-06-08
Anticipated expiration: 2021-05-31
Also published as: JP2002357392A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ガスブレンド演算付き調節計に関し、とくに雰囲気ガスの制御が必要な熱処理炉のプロセス制御における調節計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
雰囲気ガスの制御が必要な熱処理炉のプロセス制御では、炉温と雰囲気ガスの流量との同時制御が求められる場合がある。このような場合、従来は、炉温制御用の調節計に加え、雰囲気ガスの流量を算出する機器、ガス流量を制御するマスフローコントローラ等の流量制御機器、流量算出値を流量制御機器へ伝送する伝送機器、ガスバルブ等のガス流をオン・オフする機器等を別々に用意し、それらの調節計や機器を組合せて炉温と雰囲気ガスの流量との同時制御を行っている。更に雰囲気制御では、雰囲気ガス中の成分ガスの濃度制御が求められる場合もある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、温度と流量等の複数の物理量に対する従来の同時制御方法は、温度制御用の加熱機器の出力（例えば電熱器出力）と流量制御用機器の出力（例えば絞り弁の開度）との機能が著しく異なるにも拘わらず、それらの機能が異なる温度制御機器と流量制御機器等とに対し制御目標値を別々に設定し個別に制御するので、両制御の間の連動が得難い問題点がある。また、雰囲気ガスの流路に開閉弁を付加する場合には、開閉弁の開閉制御と温度制御との連動、及び開閉弁の開閉制御とガス流量絞り弁の開度制御との連動を確保する必要がある。更に雰囲気の組成を制御する場合は、組成制御を温度制御及び流量制御と適切に連動させることが望ましい。
【０００４】
しかし、それらの連動を簡単な構成によって行うような温度とガス流量との統合制御装置は開発されていなかった。高品質の熱処理のためには、温度と雰囲気ガスの流量及び成分組成とを関連させて同時に一括連動制御し、温度変化と雰囲気変化とを最適に同期させる必要がある。
【０００５】
そこで本発明の目的は、温度制御との連動が容易な雰囲気ガスの流量及び成分組成の制御を可能とするガスブレンド演算付き調節計を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この問題点を解決するため、本発明者は、制御量を炉の雰囲気の流量及び成分組成とし、操作量を雰囲気の成分ガスの流量とする方式の調節計に注目した。このような調節計によれば、雰囲気の制御過程を、（i）雰囲気の流量及び成分組成の目標値を制御量として設定すること、（ii）制御実行時にその制御量目標値に対応する操作量としての各成分ガスの流量値を算出すること、及び（iii）各成分ガスの流量をその算出された流量値に調節することによって構成できる。
【０００７】
典型的な温度制御の過程は、▲１▼温度制御における温度目標値の設定と、▲２▼その目標値達成に必要な熱量の算出と、▲３▼加熱手段の発熱量の前記算出値への調節とによって構成される。このため、雰囲気の制御過程を上記のように構成すれば、雰囲気制御を温度制御過程に準じた過程によって行うことが可能になる。また、雰囲気制御と温度制御とを相互に協調させながら一括し連動させて行うことが容易になり、従来技術の前記問題点の解決に資することができる。
【０００８】
図１を参照するに、本発明のガスブレンド演算付き調節計は、雰囲気を形成する２成分ガス又は３成分ガスgiの個別流量制御手段を有する炉の調節計において、雰囲気の流量設定値Fhと雰囲気中の特定１成分ガス（２成分ガスの雰囲気のとき）又は特定２成分ガス（３成分ガスの雰囲気のとき）gnの濃度設定値Csp(n)とに基づき各成分ガスgiの所要流量Fiを算出し、その流量算出値Fiを個別流量制御手段に加えてなるものである。ここに「雰囲気」とは総ての成分ガスgiが混合された気体であり、「雰囲気の流量」とは総ての成分ガスgiの混合後の雰囲気の流量であり、「雰囲気の特定成分ガスの濃度」とは総ての成分ガスgiの混合後の雰囲気における特性成分ガスgnの濃度である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、二成分ガスg1及びg2からなる雰囲気に対する本発明のガスブレンド演算付き調節計１の実施例を示す。図示例の調節計１は、成分ガスg1の個別流量制御手段2-1及び成分ガスg2の個別流量制御手段2-2を介して炉（図示せず）に接続され、個別流量制御手段2-1及び2-2の流量を操作することにより、炉内の雰囲気の流量及び成分を制御する。調節計１は記憶手段４を有し、例えば炉内雰囲気の流量Fh等からなるガスデータ16と、炉内雰囲気中の特定成分ガスgnの濃度の設定値Csp(n)とを入力して記憶手段４に記憶する。流量制御手段２は質量流量制御手段（マスフローコントローラ）又は容積流量制御手段とすることができ、流量制御手段２の種類に応じて設定値Csp(n)を質量濃度又は容積濃度とする。
【００１０】
また調節計１は演算手段５を有し、演算手段５により、雰囲気の流量設定値Fhと雰囲気中の特定成分ガスgnの濃度設定値Csp(n)とに基づき、個別流量制御手段2-1及び2-2に対する各成分ガスgiの所要流量Fiを算出する。例えば、記憶手段４に雰囲気中の成分ガスg2の濃度の設定値Csp(2)を記憶しておき、演算手段５により成分ガスg2の流量F2をCsp(2)・Fhとして算出し、他方の成分ガスg1の流量F1を演算手段５により（１−Csp(2)）・Fhとして算出すれば、成分ガスg2の濃度がCsp(2)である雰囲気を流量Fhで炉に供給することができる。演算手段５は、所定時間周期（例えば計測周期100msecの整数倍）でこの演算を繰り返す。特定成分ガスg2の濃度の設定値Csp(2)は、特定時刻における数値として設定できるが、それだけではなく、例えば図４及び５に示すように経時的変化パターン13に従うものとして設定することができる。
【００１１】
調節計１の伝送部８は、演算手段５で算出された成分ガスg1及びg2の流量F1、F2に対応した流量制御手段2-1、2-2に対する流量信号23をアナログ信号又はディジタル信号として発生し、且つ流量制御手段2-1及び2-2へそれぞれ送出する。流量制御手段2-1により流量（１−Csp(2)）・Fhの成分ガスg1を炉に供給し、流量制御手段2-2により流量Csp(2)・Fhの成分ガスg2を炉に供給することにより、炉内に成分ガスg2の濃度がCsp(2)である流量Fhの雰囲気を作り出すことができる。
【００１２】
例えば特定成分ガスg2の濃度の設定値Csp(n)を経時的変化パターン13として記憶している場合は、各成分ガスgiの供給路に個別流量制御手段２と共に個別開閉弁３を設け、算出した各成分ガスgiの流量Fiが有限値か否かに応じて個別開閉弁３をオン・オフ制御してもよい。例えば、演算手段５により何れかの成分ガスg1又はg2の流量F1又はF2が零として算出された場合は、その成分ガスg1又はg2の流路を個別開閉弁3-1又は3-2により閉鎖し、その成分ガスg1又はg2の供給を確実に遮断することができる。図１の伝送部８が発生し且つ送出する開閉信号22は、そのような個別開閉弁３のＤＯ（Digital Output）接点に対する開閉信号を示す。
【００１３】
本発明の調節計１の記憶手段４に図５の経時的変化パターン14に従うような目標温度を設定し、温度測定値入力10に応答して温度制御出力11を発生するような温度制御手段９を調節計１に含めてもよい。本発明の調節計１は、雰囲気の流量設定値と雰囲気中の特定成分ガスgnの濃度設定値Csp(n)とに基づき雰囲気の流量及び成分組成を制御できるので、目標温度の経時的変化パターン14と対応する雰囲気の流量及び成分組成の経時的変化パターン13を記憶手段４に設定しておけば、例えば個別流量制御手段2-1、2-2に対する流量制御と温度制御手段９による温度制御とを所定時間周期で並列処理することにより、炉温と炉内雰囲気とに対する一括連動制御が容易に可能である。
【００１４】
こうして、本発明の目的である「温度制御との連動が容易な雰囲気ガスの流量制御を可能とするガスブレンド演算付き調節計」の提供が達成できる。
【００１５】
【実施例】
図２は、成分ガスg1及びg2の異なる所定組成からなる３種類の基本ガスG1、G2、G3をそれぞれ第１流量制御手段2-1、第２流量制御手段2-2、第３流量制御手段2-3経由で炉へ供給し、基本ガスG1、G2、G3の流れで形成される炉内雰囲気を制御する実施例のブロック図を示す。この実施例では、雰囲気を主成分ガスg1と副成分ガスg2との混合ガスとし、第１基本ガスG1を主成分ガスg1のみからなるもの、第２基本ガスG2を副成分ガスg2のみからなるもの、第３基本ガスG3を両成分ガスg1及びg2を所定組成R3（以下、濃度R3ということがある。）で含む複合ガスとした。流量制御手段2-1、2-1、2-3により各基本ガスG1、G2、G3の流量を調節し、炉内雰囲気の流量と成分ガスg1及びg2の濃度とを制御する。また図示例では、各基本ガスG1、G2、G3の流路に個別開閉弁3-1、3-2、3-3を設け、雰囲気に含めるべき基本ガスの選択を可能としている。
【００１６】
調節計１の記憶手段４に、ガスデータ16として、炉内雰囲気の流量設定値Fhと共に、各基本ガスGiの所定濃度Riと、各基本ガスGiの流量上限値（各流量制御手段2-1、2-2、2-3の流量レンジの上限値）Fi_maxとを記憶する。例えば、基本ガスGiの所定濃度Riは、各基本ガスGi中の副成分ガスg2の含有率（濃度）Ri＝Ui₂／（Ui₁＋Ui₂）として記憶することができる。ここに、Ui₁は基本ガスGi中の主成分ガスg1の含有量を示し、Ui₂は基本ガスGi中の副成分ガスg2の含有量を示す。図２の例では、基本ガスG1中の所定濃度R1は零であり、基本ガスG2中の所定濃度R2は100％である。また図２の例では、第２流量制御手段2-2の流量上限値F2_maxを第３流量制御手段2-3の流量上限値F3_max以上（F2_max≧F3_max）とする。この理由は、流量上限値が小さい流量制御手段ほど制御の分解能が高いと期待できるので、後述するように、雰囲気の形成に必要な成分ガスg2の流量F2に応じて、基本ガスG2とG3とを選択的に使用して雰囲気の適切な制御を可能とするためである。
【００１７】
更に調節計１の記憶手段４には、特定成分ガスgnの濃度設定値Csp(n)の経時的変化パターン13（以下、雰囲気変化パターン13ということがある。）と、炉温設定値の経時的変化パターン14（以下、温度変化パターン14ということがある。）とを入力して記憶する。図４及び５は、記憶手段４に設定すべき雰囲気変化パターン13と温度変化パターン14の一例を示す。図示例は、雰囲気変化パターン13及び温度変化パターン14を、最終目標値と最終目標値までの到達時間と単位時間当たりの変化量とからなるステップｐの集合として記憶したものである。調節計１は、雰囲気変化パターン13及び温度変化パターン14の複数のステップｐを連続的に実行することにより、炉内雰囲気及び炉温を所定の経時的パターン通りに変化させることができる。
【００１８】
例えば雰囲気変化パターン13では、各ステップｐにおいて濃度設定値Cspがステップ始端の初期値から、例えば１時間又は50分等の最終目標値までの到達時間（以下、ステップ時間Ｗということがある。）をかけて、ステップｐの終端の濃度目標値Ceまで直線的に変化する。各ステップｐの始端の初期値は先行ステップ（ｐ−１）の終端濃度目標値Ceに等しい。ステップ始端と終端との間の濃度設定値の差によって単位時間当たりの変化量、すなわち濃度ランピングＳの有無及び／又はその大きさが定まる。
【００１９】
図示例の調節計１は、ガスデータ16と雰囲気変化パターン13とから各基本ガスG1、G2、G3の流量F1、F2、F3を算出する演算手段５、温度測定値等の温度入力10と温度変化パターン14とから温度制御出力11を算出する温度制御手段９、及び伝送手段８を有する。図示例の伝送手段８は、演算手段５の算出結果に対応して個別流量制御手段2-1、2-2、2-3に対する流量信号23-1、23-2、23-3を発生して送出する流量信号出力部７と、前記算出結果に対応して個別開閉弁3-1、3-2、3-3に対する開閉信号22-1、22-2、22-3を発生して送出する開閉信号出力部６とを有する。
【００２０】
図６は、６ステップからなる温度変化パターン14（温度SP）及び雰囲気変化パターン13（濃度SP）の一例を示す。雰囲気変化パターン13の各ステップは、ステップデータ（濃度最終目標値Ce、濃度ランピングの有無、及びステップ時間）により設定される。以下、同図の雰囲気変化パターン13と記憶手段４に記憶した次の条件とに基づく制御過程の諸段階を、図３の流れ図により説明する。
【００２１】
［記憶手段４に記憶する条件］
１）第１基本ガスG1中の副成分ガスg2の濃度R1（＝０）
２）第２基本ガスG2中の副成分ガスg2の濃度R2（＝１）
３）第３基本ガスG3中の副成分ガスg2の濃度R3（＝U3₂／（U3₁＋U3₂））
４）第３流量制御手段2-3の流量上限値F3_max、必要に応じて第２流量制御手段2-2の流量上限値F2_max（ただし、第３流量制御手段2-3の流量上限値F3_maxは、第２流量制御手段2-2の流量上限値F2_max以下）
５）雰囲気の流量設定値（全ガス総流量値）Fh
６）温度変化パターン14
７）以下の雰囲気変化パターン13
７−１）各ステップ終端における雰囲気中の副成分ガスg2の濃度最終目標値Ce（％又はppm）
７−２）各ステップにおける最終目標値までの到達時間（ステップ時間）Ｗ
７−３）各ステップにおける副成分ガスg2の濃度ランピングＳの有無（プログラム調節計の場合）
７−４）必要に応じて、各ステップにおける全ての個別開閉弁3-1、3-2、3-3の同時閉鎖の有無（雰囲気の必要の有無）
【００２２】
図３の流れ図の最初の処理301において、制御実行周期（例えば100msec）等に依存する制御実行時刻ｔにおいて、その制御実行時刻ｔが含まれるステップｐの始端から当該制御実行時刻ｔまでのステップ経過時間Tpと、制御実行時刻ｔから当該ステップｐの終端までのステップ残時間Treとを算出する（図５参照）。
【００２３】
処理302では、制御実行時刻ｔにおけるガス濃度設定値[Csp]tを、直前の処理301で求めたステップ経過時間Tpと、現ステップｐのステップ時間[W]pと、直前ステップ（ｐ−１）の濃度最終目標値[Ce]p-1と、現ステップｐの濃度目標値[Ce]pとから、下記(1)式により求める。ただし、現ステップｐの濃度ランピングＳが無しと設定されている場合は、制御実行時刻ｔにおけるガス濃度設定値[Csp]tを下記(2)式で求める。
【００２４】
【数１】
濃度ランピングＳが有りのときは、
[Csp]t＝（Tp／[W]p）×（[Ce]p−[Ce]p-1）＋[Ce]p-1 ………………(1)
濃度ランピングＳが無しのときは、
[Csp]t＝[Ce]p ………………………………………………………………(2)
【００２５】
図３の処理303において、直前の処理302で求めた制御実行時刻ｔのガス濃度設定値[Csp]tと、雰囲気の流量設定値Fhと、第２基本ガスG2及び第３基本ガスG3中の副成分ガスg2の濃度R2、R3とに基づき、基本ガスG1、G2及びG3の流量F1、F2、F3を算出する。この実施例では、制御の分解能が高い流量制御手段を用いて雰囲気中の主成分ガスg1以外のガス濃度（この場合は、副成分ガスg2の濃度）を適切に制御するため、次の（ａ）又は（ｂ）の処理によって第２流量制御手段2-2及び第３流量制御手段2-3の何れの開閉弁3-2、3-3を開くべきかを決定する。
【００２６】
（ａ）第１基本ガスG1以外の必要ガス流量が第３流量制御手段2-3の流量上限値F3_max以下である場合は、第３流量制御手段2-3の開閉弁3-3を開放し、第２流量制御手段2-2の開閉弁3-2を閉鎖する。すなわち、演算手段５により先ず、処理302で求めた制御実行時刻ｔのガス濃度設定値[Csp]tと雰囲気の流量設定値Fhと第３基本ガスG3の濃度R3とに基づき、下記(3)式により第３基本ガスG3の試算流量Ftr3を算出する。算出した試算流量Ftr3が第３流量制御手段の流量上限値F3_max以下である時は、その試算流量Ftr3を第３基本ガスG3の流量F3とし（下記(4)式参照）、第２基本ガスG2の流量F2を零とし（下記(5)式参照）、第１基本ガスG1の流量F1を下記(6)式により算出する。
【００２７】
（ｂ）第１基本ガスG1以外の必要ガス流量が第３流量制御手段2-3の流量上限値F3_maxより大きい場合は、第３流量制御手段2-3の開閉弁3-3を閉鎖し、第２流量制御手段2-2の開閉弁3-2を開放する。すなわち、下記(3)式により算出した第３基本ガスG3の試算流量Ftr3が第３流量制御手段の流量上限値F3_maxを超えるときは、第３基本ガスG3の流量F3を零とする（下記(7)式参照）。また、処理302で求めた制御実行時刻ｔのガス濃度設定値[Csp]tと雰囲気の流量設定値Fhと第２基本ガスG2の濃度R2とに基づき、第２基本ガスG2の流量F2を下記(8)式により算出し、第１基本ガスG1の流量F1を下記(9)式により算出する。ただし、この実施例では、第２基本ガスG2の濃度R2は単位値１である。
【００２８】
【数２】
Fcr3＝（[Csp]p／R3）×Fh …………………………………………………(3)
Fcr3≦F3_maxのときは、
F3＝Fcr3 ………………………………………………………………………(4)
F2＝０ …………………………………………………………………………(5)
F1＝Fh−F3 ……………………………………………………………………(6)
Fcr3＞F3_maxのときは、
F3＝０ …………………………………………………………………………(7)
F2＝（[Csp]p／R2）×Fh＝[Csp]p×Fh ……………………………………(8)
F1＝Fh−F2 ……………………………………………………………………(9)
【００２９】
再び図３に戻り、第４の処理304において、処理303で算出した３種類の基本ガスG1、G2、G3の流量F1、F2、F3に基づき、それぞれ対応する流量制御手段2-1、2-2、2-3への流量信号23-1、23-2、23-3に信号化する。この信号化は、伝送部８の流量信号出力部７により行われる。また、伝送部８の開閉信号出力部７により、夫々対応する開閉弁3-1、3-2、3-3への開閉信号22-1、22-2、22-3を発生する。
【００３０】
更に図３の第５の処理305において、発生した流量信号23-1、23-2、23-3を伝送手段８の流量信号出力部６から夫々対応する流量制御手段2-1、2-2、2-3へ送出する。処理305では同時に、発生した開閉信号22-1、22-2、22-3を、伝送手段８の開閉信号出力部７から、夫々対応する開閉弁3-1、3-2、3-3へ送出する。
【００３１】
この実施例の調節計１の温度制御手段９は、記憶手段４に設定した温度変化パターン14と測定値等の温度入力10とに基づき、炉温目標値を達成する温度制御出力11を炉へ発生する。この温度制御は、以上説明した雰囲気の成分ガスの濃度・流量制御と連動して、単一の調節計により一括実施することができる。従って、熱処理における温度制御と雰囲気制御との協調が可能になり、制御の一層の高度化への道が開かれる。
【００３２】
なお、以上説明した実施例では、雰囲気の成分ガス濃度設定値Cspが図５の雰囲気変化パターン13のように、プログラム化して設定されているとしたが、本発明はプログラム調節計に限定されない。例えば、図４の設定表のように、制御時点ごとの濃度目標値Ceを表形式等で設定することも可能である。その場合には、図３の流れ図における処理301及び302を省略することができる。
【００３３】
上述した実施例において、第２基本ガスG2を副成分ガスg2のみからなるものに代えて、所定濃度R2で副成分ガスg2（この場合、濃度R2は１未満）を含む混合ガスとすることができる。この場合も、(8)式において濃度R2が単位量ではない点を除き、図３の流れ図に沿って炉内雰囲気の流量及び成分組成を制御できる。すなわち、この場合は、記憶手段４に第２基本ガスG2中の副成分ガスg2の濃度R2（＝U2₂／（U2₁＋U2₂））を記憶し、その濃度R2を(8)式へ代入することにより第２基本ガスG2の流量F2を算出する。
【００３４】
また上述した実施例では、二つの成分ガスg1、g2からなる雰囲気に対して３基本ガスG1、G2、G3を使用したが、本発明は、２又は４以上の基本ガスを用いる炉内雰囲気の流量及び成分組成の制御に対しても適用できる。２基本ガスによる制御を行う場合は、図３の流れ図の処理303において第２基本ガスG2の流量F2を一通りだけ求めれば足り、複合基本ガスG3を考慮した前記２段階（ａ）及び（ｂ）による流量算定及び複合基本ガスG3の最大許容流量に関する判定は不要である。４基本ガスによる制御を行う場合は、処理303において、雰囲気中の主成分ガスg1以外のガス濃度（この場合は、副成分ガスg2の濃度）をできるだけ制御分解能の高い流量制御手段２から炉へ供給するように、各流量制御手段２の開閉弁３の開閉を決定する。
【００３５】
更に、上述した実施例を、三つ以上の成分ガスg1、g2、g3、……から成る雰囲気の濃度・流量制御に敷衍することも理論的には可能である。例えば３成分ガスg1、g2、g3からなる雰囲気を制御する場合は、各成分ガスg1、g2、g3の所定濃度Riからなる複数の基本ガスGi（何れかの成分ガスg1、g2、g3のみからなる場合を含む）を個別流量制御手段経由で炉へ供給して雰囲気を形成し、雰囲気の流量設定値Fhと特定の２成分ガス（例えばg2とg3）の濃度設定値Csp（例えばCsp(2)とCsp(3)）の経時的変化パターンとを記憶する。各基本ガスGiの各々の所定濃度Ri（g2及びg3の濃度）と、雰囲気の流量設定値Fhと、雰囲気中の特定２成分ガスの濃度設定値Csp（例えばCsp(2)とCsp(3)）とに基づき、各基本ガスGiの所要流量Fiを算出する。
【００３６】
［実験例］
加熱時に窒素g1と酸素g2とからなる混合ガスの雰囲気を炉内に流す熱処理に本発明のガスブレンド演算付き調節計１を適用し、炉温制御及び雰囲気制御の効果を確認する実験を行った。本実験で用いた調節計１は、熱処理を主機能とするプログラム調節計に、これと連動して炉内雰囲気の制御を行う機能を付加したものである。本実験の雰囲気制御では、第１基本ガスG1を窒素100％とし、第２基本ガスG2を酸素100％とし、第３基本ガスG3を窒素80％・酸素20％の混合ガスとした。また、雰囲気の流量設定値（全ガス総流量値）Fhを100SLM（Standard Liter per Minute）とし、各個別流量制御手段2-1、2-2、2-3としてそれぞれ流量レンジの許容範囲が０〜100SLMのものを用いた。
【００３７】
図６に示す６ステップの雰囲気変化パターン13（濃度SP）に基づき、調節計１により図３の流れ図に従った雰囲気制御を行った結果を、図６のG1流量、G2流量、G3流量、G1開閉弁、G2開閉弁、及びG3開閉弁の欄に示す。同図に示すように、第６ステップでは途中で開閉弁3-1、3-2、3-3の切換が発生している。同図のG1流量、G2流量、G3流量における点線部分は、調節計１から各流量制御手段2-1、2-2、2-3へ流量信号23-1、23-2、23-3が出力されているものの、対応する開閉弁3-1、3-2、3-3が閉鎖されているため、実際には無効となっている部分である。また、雰囲気変化パターン13（濃度SP）と同一のステップ時間Ｗの温度変化パターン14（温度SP）に基づき、調節計１により炉温を制御した。この実験により、本発明によれば、プログラム調節計の主機能である温度のプログラム制御と連動させて熱処理雰囲気のプログラム制御を実施でき、満足すべき熱処理の成果を挙げることが確認できた。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のガスブレンド演算付き調節計は、２成分ガス又は３成分ガスgiからなる雰囲気の流量設定値Fhとその雰囲気中の特定１成分ガス（２成分ガスの雰囲気のとき）又は特定２成分ガス（３成分ガスの雰囲気のとき）gnの濃度設定値Csp(n)とに基づき、各成分ガスgiの流量制御手段の所要流量Fiを算出し、その流量算出値Fiを個別流量制御手段に加えるので、次の効果を奏する。
【００３９】
（イ）炉の雰囲気制御を炉温制御と比較的容易に協調させ、熱処理の高効率化を図ることができる。
（ロ）電気炉などの熱処理において、主な制御対象の温度と従来別途調節されてきた雰囲気ガスの流量・濃度とを合理的に連動させて総合的に一括制御することが可能となり、熱処理製品の品質向上が期待できる。
（ハ）調節計に、雰囲気中の特定成分ガスgnの濃度設定値Csp(n)から各成分ガスgiの流量Fiを算出する手段とガス流量制御手段及びガス開閉弁制御手段とを組み込み、それぞれの機能を連動させることによって最適のパフォーマンスを達成することが期待できる
（ニ）雰囲気を構成する二種類の成分ガスの流れを、それら成分ガスの濃度が異なる三種類の基本ガスの供給によって形成し、各基本ガスの組成及び異なる基本ガスの混合濃度の調節により、雰囲気の組成及び流量を綿密に制御することができる。
（ホ）成分ガス濃度の目標値及び雰囲気流速などのデータを設定し、成分ガスの流量を自動的に算出して制御するので、熱処理の省力化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】は、本発明の調節計の一実施例の構成を示すブロック図である。
【図２】は、本発明の調節計の他の実施例の構成を示すブロック図である。
【図３】は、本発明の調節計の動作を示す流れ図の一例である。
【図４】は、調節計に設定する温度及び雰囲気設定値の設定方法の一例の説明図である。
【図５】は、調節計に設定する温度・雰囲気変化パターンの一例の要部拡大図である。
【図６】は、調節計に設定する温度・雰囲気変化パターンの一例とそれに基づく雰囲気の制御結果とを示す図である。
【符号の説明】
１…調節計（又はプログラム調節計）
２…個別流量制御手段３…個別開閉弁
４…記憶手段５…演算手段
６…流量信号出力部７…開閉信号出力部
８…伝送部９…温度制御手段
10…温度入力 11…温度制御出力
13…雰囲気変化パターン 14…温度変化パターン
16…ガスデータ 22…開閉信号
23…流量信号
gi…成分ガス Gi…基本ガス
Csp(n)…雰囲気中の特定成分ガスgnの濃度設定値
Fh…雰囲気の流量設定値
Fi…成分ガスgi又は基本ガスGiの流量
ｐ…ステップ
Ｓ…各ステップの単位時間当たりの変化量（濃度ランピング）
Ce…各ステップの最終目標値（終端における濃度設定値Csp）
Ｗ…各ステップの最終目標値までの到達時間（ステップ時間）
Tp…ステップｐの始端から制御実行時刻ｔまでのステップ経過時間
Tre…制御実行時刻ｔからステップｐの終端までのステップ残時間

Claims

雰囲気を形成する２成分ガス又は３成分ガスgiの個別流量制御手段を有する炉の調節計において、雰囲気の流量設定値Fhと雰囲気中の特定１成分ガス（２成分ガスの雰囲気のとき）又は特定２成分ガス（３成分ガスの雰囲気のとき）gnの濃度設定値Csp(n)とに基づき各成分ガスgiの所要流量Fiを算出し、その流量算出値Fiを個別流量制御手段に加えてなるガスブレンド演算付き調節計。
請求項１の調節計において、前記流量Fiの算出値をアナログ信号又はディジタル信号として個別流量制御手段に加えてなるガスブレンド演算付き調節計。
請求項１又は２の調節計において、前記雰囲気の流量設定値Fhと特定１成分ガス又は特定２成分ガスgnの濃度設定値Csp(n)の経時的変化パターンとを記憶する手段を設け、各成分ガスgiの所要流量Fiを前記流量設定値Fhと前記濃度設定値Csp(n)の経時的変化パターンとに基づき所定時間周期で算出してなるガスブレンド演算付き調節計。
請求項１から３の何れかの調節計において、前記雰囲気に２成分ガスg1及びg2を含め、両成分ガスg1及びg2の異なる所定組成Riからなる複数の基本ガスGi（何れか一方の成分ガスg1又はg2のみからなる場合を含む）を個別流量制御手段経由で炉へ供給して雰囲気を形成し、前記複数の基本ガスGiの各々の所定組成Riと前記雰囲気の流量設定値Fhと前記雰囲気中の特定成分ガスg1又はg2の濃度設定値Csp(1)又はCsp(2)とに基づき各基本ガスGiの所要流量Fiを算出してなるガスブレンド演算付き調節計。
請求項１から４の何れかの調節計において、前記各成分ガスgi又は基本ガスGiの供給路に個別流量制御手段と個別開閉弁とを設け、前記算出した各成分ガスgi又は基本ガスGiの所要流量Fiが零のときにその供給路の前記開閉弁を閉鎖してなるガスブレンド演算付き調節計。
個別流量制御手段経由で供給される２成分ガス又は３成分ガスgiからなる炉内雰囲気と炉温とを制御する調節計において、炉内雰囲気の流量設定値Fhと炉内雰囲気中の特定１成分ガス（２成分ガスの雰囲気のとき）又は特定２成分ガス（３成分ガスの雰囲気のとき）gnの濃度設定値Csp(n)の経時的変化パターンと炉温設定値の経時的変化パターンとを記憶する記憶手段、炉内雰囲気の流量設定値Fhと濃度設定値Csp(n)の経時的変化パターンとに基づき前記各成分ガスgiの所要流量Fiを所定時間周期で算出する演算手段、前記各成分ガスgiの所要流量Fiの算出値に応じて前記個別流量制御手段に対する流量信号を発生して送出する伝送部、及び炉温設定値の経時的変化パターンに基づき前記所定時間周期で前記炉温を制御する温度制御手段を備えてなるガスブレンド演算付き調節計。
請求項６の調節計において、前記各成分ガスgiを前記各個別流量制御手段と直列に設けた個別開閉弁経由で炉へ供給し、前記各成分ガスgiの所要流量Fiの算出値に基づき前記個別流量制御手段に対する流量信号と前記個別開閉弁に対する開閉信号とを前記伝送部で発生し且つ送出してなるガスブレンド演算付き調節計。
請求項６又は７の調節計において、前記炉内雰囲気及び炉温の経時的変化パターンを、最終目標値と最終目標値までの到達時間と単位時間当たりの変化量とからなるステップの集合としてなるガスブレンド演算付き調節計。
請求項６から８の何れかの調節計において、前記雰囲気を２成分ガスg1及びg2の混合ガスとし；前記個別流量制御手段に、一方の成分ガスg1からなる第１基本ガスG1の第１流量制御手段と、他方の成分ガスg2を所定組成R2で含む第２基本ガスG2（他方の成分ガスg2のみからなる場合を含む）の第２流量制御手段と、他方の成分ガスg2を所定組成R3で含む第３基本ガスG3の第３流量制御手段とを含め、且つ第２流量制御手段の流量上限値F2_maxを第３流量制御手段の流量上限値F3_max以上とし；前記記憶手段に炉内雰囲気の流量設定値Fhと、炉内雰囲気中の他方の成分ガスg2の濃度設定値Csp(2)の経時的変化パターンと、前記第２及び第３基本ガスG2、G3の組成R2、R3と、前記第３流量制御手段の流量上限値F3_maxとを記憶し；前記演算手段により所定時間周期で前記流量設定値Fhと前記濃度設定値Csp(2)の経時的変化パターンと前記第３基本ガスG3の組成R3とに基づき第３基本ガスG3の試算流量Ftr3を算出し、試算流量Ftr3が第３流量制御手段の流量上限値F3_max以下の時は当該試算流量Ftr3を第３基本ガスG3の流量F3とし且つ第２基本ガスG2の流量F2を零として第１基本ガスG1の流量F1を算出し、試算流量Ftr3が第３流量制御手段の流量上限値F3_maxを超える時は第３基本ガスG3の流量F3を零とし且つ前記流量設定値Fhと前記濃度設定値Csp(2)の経時的変化パターンと前記第２基本ガスG2の組成R2とに基づき第１基本ガスG1及び第２基本ガスG2の流量F1及びF2を算出してなるガスブレンド演算付き調節計。
請求項６から９の何れかの調節計において、前記個別流量制御手段を質量流量制御手段又は容積流量制御手段としてなるガスブレンド演算付き調節計。