JP6157039B1 - 粉体供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】予定した時間で予定した量の粉体の吹込みを完了することが可能な粉体供給装置を提供すること。【解決手段】吹込タンク１内の圧力を調節する内圧調節弁２と、吹込タンク１内の粉体重量を検出するロードセル９と、弁の開度調節により通過する粉体の量を調節可能な可変弁７と、粉体の吹込速度を制御する制御部１０とを備えた粉体供給装置において、制御部１０が、ロードセル９により検出された粉体重量から算出した吹込重量現在値と吹込重量目標値とから吹込重量残を算出し、吹込予定時間と現在までの経過時間とから吹込時間残を算出し、吹込重量残を吹込時間残で除して吹込速度設定値を所定のタイミングで算出し、該算出された吹込速度設定値に対応した開度に前記可変弁を設定し、ロードセル９で検出された粉体重量に基づいて算出した吹込速度現在値と、吹込速度設定値との偏差が所定の範囲に収まるように、内圧調節弁２を制御することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、吹込タンクから搬送ガスにより粉体を搬送して高炉等に吹き込むための粉体供給装置に関し、特に、吹込タンクから粉体を溶鉱炉又は火力発電プラント若しくは化学プラント等のガス化炉等へ供給する際、予定した吹込み時間内に予定した量の粉体の吹込みを可能とする粉体供給装置に関するものである。

溶鉱炉設備等に用いる燃焼炉として、吹込タンクを備えた粉体供給装置から供給される微粉炭等の粉体燃料を燃焼する燃焼炉が知られている。この燃焼炉においては、粉体燃料を搬送ガスと共に燃焼炉内に噴射しながら燃焼させる。このような微粉炭を用いた燃焼方式は、石炭自体の燃焼性が高い等の理由から広く普及している。

この燃焼炉に粉体燃料を供給する粉体供給装置としては、粉体燃料を搬送ガスにより搬送する気体搬送式の粉体供給装置が知られており、このような粉体供給装置においては、吹込タンク内の粉体燃料が、粉体輸送配管に供給されて、粉体輸送配管内の搬送ガスにより搬送される。粉体輸送配管内への粉体燃料の供給量の制御は、吹込タンク内の圧力と粉体輸送配管内の圧力との差（以下「差圧」という。）による制御と、吹込タンク下部の排出口に設けられた粉体用バルブ（後述の本発明における「可変弁」に相当）の開度による制御との組み合わせにより行われている（例えば下記特許文献１参照）。

かかる従来の粉体供給装置による粉体吹込制御は概略次のとおりである。すなわち、まず始めに目標とする吹込速度設定値が決定されると、それに対応して予め設定されている差圧目標値と可変弁開度目標値になるように内圧調節弁及び粉体用バルブの開度が設定される。これらの開度の初期設定値は、例えば図４又は図８（ａ）に示すようなテーブルを参照して、制御部がそれぞれ内圧調節弁及び粉体用バルブを制御して設定する。
吹込み制御が開始された後、差圧の現在値（実測値）と設定値（目標値）との偏差（ずれ）が所定の値を超えないように内圧調節弁を制御するとともに、吹込速度の現在値と設定値との偏差が所定の値を超えないように粉体用バルブの開度を調整する。この二種類の制御はそれぞれ互いに独立して行われている。

特開２０１２−１７１７３９号公報

従来の差圧制御と吹込速度制御（粉体用バルブの開度制御）の組み合わせで吹込量制御を行うと、ランス先端での外乱等で背圧（ライン圧）が変動した場合、吹込速度現在値を設定値まで戻す為に、差圧の現在値を設定値に戻す時間と、吹込速度を設定値に戻す時間の両方が発生する。
このため、差圧の現在値が設定値まで戻ったとしても、粉体用バルブの制御が間に合っていない場合は、吹込速度の現在値が安定するまで更に時間を要してしまう。この逆の場合も同様である。

一定時間経過後には吹込速度の現在値は設定値に近づいて安定するが、設定値まで戻している間は吹込速度現在値と設定値との間に差がある為、その間に予定よりも多く吹込みが行われたり、あるいはその逆に予定よりも少なく吹込まれたりすることになる。そうすると、予定した時間よりも早く吹込みが完了したり、あるいは逆に予定した時間内に吹込みが完了しない場合があり、予定している吹込時間に対して悪影響を与えてしまう。

このように、差圧一定制御と粉体用バルブ開度制御をそれぞれ独立して行うと、差圧一定制御は差圧の設定値、粉体用バルブ開度制御は吹込速度設定値に向かって各々制御を行っているため、吹込速度や吹込時間の安定性という点において問題があった。
本発明は、上述のような問題に鑑み為されたものであり、予定した時間で予定した量の粉体の吹込みを完了することが可能な粉体供給装置を提供することを目的とする。

本発明は、吹込タンク内の粉体を前記吹込タンクに接続された粉体輸送配管から上記吹込タンクの外にある設備に供給する粉体供給装置に関し、本発明の上記目的は、上記粉体供給装置が、上記吹込タンク内の圧力を調節する内圧調節弁と、上記吹込タンク内の粉体重量を検出する粉体重量検出手段と、弁の開度調節により、通過する粉体の量を調節可能な可変弁と、上記内圧調節弁及び上記可変弁の開度を調節することにより、粉体の吹込速度を制御する制御手段とを備え、上記制御手段が、上記粉体重量検出手段により検出された粉体重量から算出した吹込重量現在値と予め設定された吹込重量目標値とに基づいて吹込重量の残量（以下「吹込重量残」という。）を算出し、さらに、予め設定した吹込予定時間と現在までの経過時間とに基づいて、吹込予定時間までの残り時間（以下「吹込時間残」という。）を算出し、上記吹込重量残を上記吹込時間残で除して吹込速度設定値を所定のタイミングで算出し、該算出された吹込速度設定値に対応した開度に上記可変弁の開度を設定するとともに、上記粉体重量検出手段で検出された粉体重量に基づいて算出した吹込速度現在値と、上記吹込速度設定値との偏差が所定の範囲に収まるように、上記内圧調節弁を制御することにより達成される。

本発明に係る粉体供給装置によれば、吹込時間、速度の両方が安定することで、処理時間のズレも無くなり安定した操業が可能となる。又、安定した吹込となることで処理効果（熱反応、成分反応等）も確保され、再処理の回数軽減等も期待出来る。

本発明に係る粉体供給装置の構成を示す図である。 本発明に係る粉体供給装置の制御の概要を説明するための図である。 本発明に係る粉体供給装置における吹込速度制御の全体の流れを示すフローチャートの一例である。 記憶部の情報の一部を模式的に示す図である。 内圧調節弁による吹込速度制御の流れを示すフローチャートの一例を示すものである。 可変弁による吹込速度制御の流れを示すフローチャートの例を示すものである。 吹込速度設定値の計算方法について説明するための図である。 吹込速度設定値と可変弁開度との関係を示す図である。 吹込速度が安定するまでの待ち時間について、従来の粉体供給装置と本発明に係る粉体供給装置とを比較した図である。 吹込完了時間について、従来の粉体供給装置と本発明に係る粉体供給装置とを比較した図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は本発明に係る粉体供給装置の構成を示す図である。装置自体は従来のものと同じであるが、制御方法が異なるのみである。図１には主として制御に関連する部分のみを示している。
図１において、粉体供給装置は、所定量の微粉炭等の粉体を供給する吹込タンク１と、吹込タンク１内の圧力を調節する内圧調節弁２と、吹込タンク内に加圧用ガスを導入する際に開き、排出する際に閉じる加圧弁３と、吹込タンクから加圧ガスを排出する際に開き、導入する際に閉じる排気弁４と、吹込タンク１内の圧力を検出する内圧検出器５と、吹込タンク１に接続され、吹込タンク１から供給される粉体を炉等へ輸送する粉体輸送配管６と、粉体輸送配管６に接続され、吹込タンク１から供給される粉体の量を調節する可変弁７と、粉体輸送配管６に取り付けられたライン圧検出器８と、吹込タンク１内の粉体の重量を連続的に計測するロードセル９と、ロードセル９から出力される検出信号に基づいて内圧調節弁２及び可変弁７を制御することにより、粉体供給量を制御する制御部１０を主な構成として備える。ロードセル９は粉体重量検出手段の一つの実施形態である。また、制御部１０は制御手段の実施形態である。
なお、参照符号１１で示すのは、粉体の吹込みが終了して吹込タンク１内の圧力を下げた場合に、粉体輸送配管６からの粉体の逆流を防止するための排出弁である。

可変弁７は、例えば、球体に所定の内径を有する貫通孔が形成されたボール弁や、側面に切り欠きが設けられた一組の円柱体が、側面同士が接するように並べられた回転式調節弁等から構成されている。もちろん、吹込タンク１から供給される粉体の流量を弁の開度により調節する機能を有している物であれば、他の物でもよい。
この可変弁７の開度を調節することにより、吹込タンク１から供給される粉体の流量すなわち吹込速度を制御することができる。また、この可変弁７は、粉体が通過する弁であるため、直接、粉体の流量を制御でき、このため可変弁７の開度を調節することにより、吹込速度を短時間で大きく変動させることが可能である。
なお、制御部１０は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）、ワークメモリであるＲＡＭ、記憶部であるＲＯＭを備え、粉体供給装置全体を制御する機能を備える。ＲＯＭには、後述の図４及び図８に示すようなデータを格納している。ＣＰＵは、ＯＳや所定のプログラムをＲＯＭからロードして実行することで種々の機能を発揮する。

図２は本発明に係る粉体供給装置の制御の概要を説明するための図である。
図２は、縦軸が吹込速度（kg/min）を表し、横軸が処理開始時からの経過時間を表している。そして、曲線は吹込速度の現在値（実測値）を表している。なお、吹込速度は、ロードセル９で検出されたタンク重量の変化率（時間微分）で算出できる。
横に引かれた点線は吹込速度の設定値（目標値）を表し、設定値を表す点線の上下にある破線は、それぞれ、設定値からのズレの上限（設定値＋δ１）及び下限（設定値−δ２）を表している。吹込速度の現在値が下限を下回った場合は、加圧モード（詳細は後述）に切り替えて吹込タンク１の内圧を上げるとともに、内圧調節弁２のＰＩＤ制御により内圧の調整を行い、吹込速度の現在値を設定値の上下限の範囲内に収めるようにする。
この逆に、吹込速度の現在値が上限を超えた場合は、排気モード（詳細は後述）に切り替えて吹込タンク１の内圧を下げるとともに、内圧調節弁２のＰＩＤ制御により内圧の調整を行、吹込速度の現在値を設定値の上下限の範囲内に収めるようにする。
なお、吹込スタート後の「吹込開始開度」区間（約４５秒）はシステムが落ち着くのを待つために、たとえ吹込速度の現在値が設定値の上下限を外れたとしても内圧調節弁２の制御は行わない。

このようにして吹込処理が進行して行き、途中で外乱等により吹込速度の現在値が設定よりも大きく外れた場合は、元の設定値まで戻すのに時間がかかるため、その間に予定よりも多くの粉体が供給されることになる。そうすると、吹込タンク内の粉体の減りが早くなり、予定した時間よりも早く吹込が終了してしまうことになる。
そこで、吹込速度の設定値を変更し（下げて）、流量を減らすことにより、予定した時間に吹込が終了するようにする。「吹込速度の設定値の変更（その１）」である。
しかし、吹込速度の現在値は様々な要因により常に変動するため、同じ設定値のままで吹込を継続すると、予定した時間よりも早く終了したり、あるいは予定した時間内に予定した量の粉体の吹込が終了しない場合がある。
そこで、再度の見直しを行い、吹込速度の設定値の変更を行い、吹込速度の設定値を大きくする。「吹込速度の設定値の変更（その２）」である。
このようにして、吹込速度の設定値を所定のタイミングで変更しながら、内圧調節弁２により内圧の調整をして吹込速度の現在値を制御することにより、予定した時間に予定した量の粉体の吹込を終了させることができる。これが本発明の粉体供給装置の制御の最大の特徴である。

図３は、本発明に係る粉体供給装置における吹込速度制御の全体の流れを示すフローチャートの一例である。
これは制御部１０のＣＰＵがＲＯＭに格納された所定のプログラムに基づいて行うものである。
まず、オペレータによる吹込開始指令信号の入力により吹込を開始する（Ｓ１）。このフローでは内圧調節弁２の動作フロー（図の左列）と、可変弁７の動作フロー（図の右列）がそれぞれ独立して同時進行するが、説明の都合上、先に内圧調節弁２の動作を説明した後に、可変弁７の動作について説明する。

そして、内圧調節弁２の開度を吹込開始開度に設定する（Ｓ２）。吹込開始開度とは、吹込開始時の開度であって、開始から所定の時間が経過するまではその開度を維持する開度のことであり、吹込速度の設定値が外部から入力されると、制御部１０のＣＰＵがＲＯＭに格納されている例えば図４に示すようなテーブルを参照して、吹込速度の設定値に対応する初期内圧及び差圧を読み取り、その初期内圧及び差圧になるように内圧調節弁２の開度を設定する。

吹込開始開度が設定されると、吹込開始開度タイマのカウントが始まり、所定の時間（例えば４５秒）が経過するまではその開度を維持し（Ｓ３のＮＯ）、所定の時間が経過してタイマがカウントアップされると（Ｓ３のＹＥＳ）、内圧調節弁２による吹込速度の制御が開始される（Ｓ４）。ステップＳ４の制御のフローの詳細は後述の図５に示す通りであるので、ここでは説明を省略する。
そして、吹込が済んだ粉体の重量（吹込重量現在値）が予定した吹込量（吹込重量設定値）以下である場合は（Ｓ５のＹＥＳ）、内圧調節弁２による吹込速度の制御を継続し、吹込重量現在値が吹込重量設定値を超えたら（Ｓ５のＮＯ）、吹込を終了する。
なお、吹込重量現在値は、ロードセル９で検出された粉体の重量から算出される。

次に、可変弁７の動作について説明する。オペレータによる吹込開始指令信号の入力により吹込を開始（Ｓ１）した後に、吹込開始区間タイマのカウントが始まり、所定の時間（例えば６０秒）が経過するまでは吹込開始時の開度を維持し（Ｓ６のＮＯ）、所定の時間が経過してタイマがカウントアップされると（Ｓ６のＹＥＳ）、可変弁７による吹込速度の制御が開始される（Ｓ７）。ステップＳ７の制御は後述の図６のステップＳ３６及びＳ３７に示す通りであるので、ここでは説明を省略する。

なお、この図では省略されているが、Ｓ１の吹込開始前に、可変弁７の開度を吹込開始開度に設定する処理がある。後述の図６のステップＳ３１〜Ｓ３３に対応する処理である。
吹込開始開度とは、吹込開始時の可変弁７の開度であって、開始から所定の時間が経過するまではその開度を維持する開度のことであり、吹込速度の設定値が演算によって求められると、制御部１０のＣＰＵがＲＯＭに格納されている例えば後述の図８（ａ）に示すようなテーブルを参照して、演算された吹込速度の設定値に対応する可変弁開度を読み取り、可変弁７の開度を設定する。

ここで、可変弁７による吹込速度の制御の概要について簡単に説明する（詳細は後述の図６に基づいて説明する。）。
図２でも説明したように、ステップＳ６で可変弁７の開度を吹込開始開度に設定した後に、外乱等の様々な要因により吹込速度の現在値は常に変動するため、同じ設定値のままで吹込を継続すると、予定した時間よりも早く終了したり、あるいは予定した時間内に予定した量の粉体の吹込が終了しない場合がある。
そこで、吹込速度の設定値の補正値を所定の計算式により算出し、算出された吹込速度設定値に対応する可変弁開度の設定値を、後述の図８（ｂ）のような折れ線グラフに基づいて求め、求めた開度に可変弁７の開度を変更する。
そして、吹込完了区間（本実施例では、吹込終了予定時刻の６０秒前から吹込終了予定時刻までの期間を指す。）に到達するまでの間は（Ｓ９のＮＯ）、可変弁７の制御を継続する。
吹込完了期間に到達したら（Ｓ９のＹＥＳ）、その時点の可変弁開度を維持し（Ｓ１０）、吹込終了するまでは変更しない。終了までの時間が短いため、制御の安定性を考慮するとともに、変更したとしても実効性は低いからである。

そして、吹込重量現在値が吹込重量設定値以下である場合は（Ｓ５のＹＥＳ）、可変弁７の制御を継続し、吹込重量現在値が吹込重量設定値を超えたら（Ｓ５のＮＯ）、吹込を終了する。なお、吹込重量現在値が吹込重量設定値を超える前に吹込終了予定時刻が到来したら、その時点で吹込みは終了するが、それによる吹込量の不足分は誤差の範囲とみなすことができる。
図３において、ステップＳ１、Ｓ２、Ｓ３及びＳ６を含む期間を吹込開始区間といい、内圧調節弁２及び可変弁７の開度は固定される。また、ステップＳ７及びＳ８を含む期間を吹込安定区間といい、可変弁７の開度は必要に応じて変更される。さらに、ステップＳ９を含む期間を吹込完了区間といい、可変弁７の開度は固定される。

図４は、記憶部の情報の一部を模式的に示す図であり、吹込速度と差圧との関係を示すテーブルを模式的に示す図である。図４に示すように、吹込速度［kg／min］が特定されると、その吹込速度に対する差圧［ＭＰａ］との関係が特定される。例えば、吹込速度が１５０［kg／min］である場合に、差圧は、０．０９［ＭＰａ］とされる。そして、制御部１０のＣＰＵが、その初期内圧及び差圧になるように内圧調節弁２の開度を設定する。

図５は、内圧調節弁２による吹込速度制御の流れを示すフローチャートの一例を示すものである。これは制御部１０のＣＰＵがＲＯＭに格納された所定のプログラムに基づいて行うものである。このフローは、図３のステップＳ４の内容を示すものであり、図３のステップＳ３に続いて実行される。
内圧調節弁２による吹込速度制御が開始されると（Ｓ１１）、ＣＰＵは吹込速度現在値が「吹込速度設定値＋δ１」（以下「吹込速度設定値上限」という。）を超えているか否かをチェックする（Ｓ１２）。ここでは、δ１を４５kg/minに設定しているが、任意の数値を設定できることは勿論である。
以下の説明を行う前に、「加圧モード」、「排気モード」、「加圧モード０％出力タイマ」及び「排気モード０％出力タイマ」について説明する。

「加圧モード」とは、加圧弁３を「開」、排気弁４を「閉」とし、吹込タンク内に加圧用ガスを導入してタンク内圧力を上げるモードを指し、「排気モード」とは、その逆に、加圧弁３を「閉」、排気弁４を「開」とし、吹込タンクから加圧用ガスを排出してタンク内圧力を下げるモードを指す。
また、「加圧モード０％出力タイマ」とは、加圧モードから排気モードへ切り替える際に、瞬間的に一旦内圧調節弁２の開度を０％に落とすパルス信号をＯＮするオンディレイタイマを指し、「排気モード０％出力タイマ」とは、その逆に、排気モードから加圧モードへ切り替える際に、瞬間的に一旦内圧調節弁２の開度を０％に落とすパルス信号をＯＮするオンディレイタイマを指す。

ステップＳ１２において、吹込速度現在値が吹込速度設定値上限を超えている場合は（Ｓ１２のＹＥＳ）、加圧モード０％出力タイマ（オンディレイ）のカウントを開始し、ステップＳ１２に戻って、吹込速度現在値と吹込速度設定値上限との比較を行い、もし、吹込速度現在値が吹込速度設定値上限以下である場合は、カウントを開始した加圧モード０％出力タイマ、及び加圧モード→排気モード切替タイマをリセットして（Ｓ２０）、ステップＳ２１へ進む。一方、変わらず吹込速度現在値が吹込速度設定値上限を超えている場合は（Ｓ１２のＹＥＳ）、ステップＳ１３に進み、加圧モード０％出力タイマのカウントを継続し、カウントアップが完了するまでは上記の処理を繰り返す。この例では、加圧モード０％出力タイマのカウントアップ完了までの時間は２秒に設定している。つまり、吹込速度現在値が吹込速度設定値上限を２秒以上連続して超えた場合にのみ、吹込タンク１の内圧を下げるために、内圧調節弁２の開度を０％にして加圧モードから排気モードに切り替えるということである。

ステップＳ１３において、加圧モード０％出力タイマがカウントアップ完了した場合（Ｓ１３のＹＥＳ）、内圧調節弁２の開度０％パルスはまだＯＮされていないため（Ｓ１４のＮＯ）、ステップＳ１５に移行して内圧調節弁の開度を０％にする。
そして、加圧モード→排気モード切替タイマ（オンディレイ）をカウントアップする（Ｓ１６）。カウントアップ時間はここでは１秒に設定している。カウントアップが完了するまでは（Ｓ１６のＮＯ）、ステップＳ１２に戻り、吹込速度現在値が吹込速度設定値上限を超えているか否かをチェックする。
吹込速度現在値が吹込速度設定値上限を超えている場合は、再びステップＳ１３に移行するが、すでにカウントアップは完了しているので、ステップＳ１４に移行する。内圧調節弁開度０％パルスは既にＯＮされているので（Ｓ１４のＹＥＳ）、ステップＳ１５を飛ばしてステップＳ１６に移行し、上記処理を繰り返す。

ステップＳ１６において、加圧モード→排気モード切替タイマがカウントアップ完了した場合（Ｓ１６のＹＥＳ）、加圧弁３を閉じ（Ｓ１７）、排気弁４を開く（Ｓ１８）。
そして、ステップＳ１９に移行し、排気モードにおける吹込速度制御を行う。すなわち、排気モードにおいて、吹込速度現在値が吹込速度設定値の上下限の範囲に収まるように内圧調節弁の開度をＰＩＤ制御によって制御する。その後、ステップＳ１２に戻って上記処理を繰り返す。
なお、ステップＳ１６において加圧モード→排気モード切替タイマを設けているのは、内圧調節弁２の開度を０％にした後に、モード切替を行う前に吹込タンクの内圧が元に戻って吹込速度現在値が吹込速度設定値上限以下になる可能性もあるため、そのチェックを行う時間を設けるためである。内圧調節弁２の開度を０％とするのと同時に加圧弁３及び排気弁４の操作を行うとチャタリングを起こすおそれもあるので、時間差を設けて切り替えを行うためでもある。

一方、ステップＳ１２において「ＮＯ」の場合は、加圧モード０％出力タイマ、及び加圧モード→排気モード切替タイマをリセットして（Ｓ２０）、吹込速度現在値が「吹込速度設定値−δ２」（以下「吹込速度設定値下限」という。）を下回っているか否かをチェックする（Ｓ２１）。ここでは、δ２を１５kg/minに設定しているが、任意の数値を設定できることは勿論である。

ステップＳ２１において、吹込速度現在値が吹込速度設定値下限を下回っている場合は（Ｓ２１のＹＥＳ）、排気モード０％出力タイマ（オンディレイ）のカウントを開始し（Ｓ２２）、ステップＳ１２に戻って、吹込速度現在値と吹込速度設定値上限との比較を行い、もし、吹込速度現在値が吹込速度設定値上限以下である場合は、加圧モード０％出力タイマ、及び加圧モード→排気モード切替タイマをリセットして（Ｓ２０）、ステップＳ２１へ進む。ここで変わらず吹込速度現在値が吹込速度設定値下限以下である場合は（Ｓ２１のＹＥＳ）、ステップＳ２２に進み、排気モード０％出力タイマのカウントを継続し、カウントアップが完了するまでは上記の処理を繰り返す。この例では、排気モード０％出力タイマのカウントアップ完了までの時間は２秒に設定している。つまり、吹込速度現在値が吹込速度設定値下限を２秒以上連続して下回った場合にのみ、吹込タンク１の内圧を上げるために、内圧調節弁２の開度を０％にして排気モードから加圧モードに切り替えるということである。

ステップＳ２２において、排気モード０％出力タイマがカウントアップ完了した場合（Ｓ２２のＹＥＳ）、内圧調節弁２の開度０％パルスはまだＯＮされていないため（Ｓ２３のＮＯ）、ステップＳ２４に移行して内圧調節弁の開度を０％にする。
そして、排気モード→加圧モード切替タイマ（オンディレイ）をカウントアップする（Ｓ２５）。カウントアップ時間はここでは１秒に設定している。カウントアップが完了するまでは（Ｓ２５のＮＯ）、ステップＳ１２に戻り、吹込速度現在値が吹込速度設定値上限を超えているか否かをチェックする。
吹込速度現在値が吹込速度設定値上限以下である場合（Ｓ１２のＮＯ）、加圧モード０％出力タイマ、加圧モード→排気モード切替タイマをリセットし（Ｓ２０）、吹込速度現在値が吹込速度設定値下限を下回っているか否かをチェックする（Ｓ２１）。ここで変わらず吹込速度現在値が吹込速度設定値下限を下回っている場合は（Ｓ２１のＹＥＳ）、再びステップＳ２２に移行するが、すでにカウントアップは完了しているので、ステップＳ２３に移行する。内圧調節弁開度０％パルスは既にＯＮされているので（Ｓ２３のＹＥＳ）、ステップＳ２４を飛ばしてステップＳ２５に移行し、上記処理を繰り返す。

ステップＳ２５において、排気モード→加圧モード切替タイマがカウントアップ完了した場合（Ｓ２５のＹＥＳ）、排気弁４を閉じ（Ｓ２６）、加圧弁３を開く（Ｓ２７）。
そして、ステップＳ２８に移行し、加圧モードにおける吹込速度制御を行う。すなわち、加圧モードにおいて、吹込速度現在値が吹込速度設定値の上下限の範囲に収まるように内圧調節弁２の開度をＰＩＤ制御によって制御する。その後、ステップＳ１２に戻って上記処理を繰り返す。

なお、ステップＳ２５において排気モード→加圧モード切替タイマを設けているのは、内圧調節弁２の開度を０％にした後に、モード切替を行う前に吹込タンクの内圧が元に戻って吹込速度現在値が吹込速度設定値下限以上になる可能性もあるため、そのチェックを行う時間を設けるためである。内圧調節弁２の開度を０％とするのと同時に加圧弁３及び排気弁４の操作を行うとチャタリングを起こすおそれもあるので、時間差を設けて切り替えを行うためでもある。
一方、ステップＳ２１において、吹込速度現在値が吹込速度設定値下限以上である場合は（Ｓ２１のＮＯ）、排気モード０％出力タイマ、排気モード→加圧モード切替タイマをリセットして（Ｓ２９）、ステップＳ１２に戻って以降の処理を繰り返す。

図６は、可変弁７による吹込速度制御の流れを示すフローチャートの例を示すものである。これは、図３の右列のフローを詳細に示したものである。なお、可変弁７による吹込速度制御とは、可変弁開度の初期設定のほか、所定のタイミングで吹込重量現在値（吹込済の粉体重量を指す。）及び吹込経過時間から再計算された吹込速度設定値（修正値）に基づいて、可変弁７の開度を変更することである。これは制御部１０のＣＰＵがＲＯＭに格納された所定のプログラムに基づいて行うものである。この処理は、オペレータによる吹込開始指令信号の入力により開始される。

まず、ＣＰＵは外部から入力された吹込重量設定値（Ｗ_０）及び処理時間設定値（Ｔ）を取得する（Ｓ３１）。吹込重量設定値とは、処理時間設定値の時間内で吹込を予定している粉体の総重量のことである。
次に、入力された吹込重量設定値Ｗ_０及び処理時間設定値Ｔに基づいて、吹込時間設定値及び吹込速度設定値を算出する（Ｓ３２）。

ステップＳ３２における計算について、図７に基づいて説明する。
図７は、吹込速度設定値の計算方法について説明するための図である。図７（ａ）は、吹込開始時における吹込速度設定値の計算方法を説明するものであり、（ｂ）は吹込中（吹込安定区間）における吹込速度設定値（修正値）の計算方法を説明するものである。
図７（ａ）に示すように、処理時間設定値（Ｔ）には、実際に吹込処理を行う時間（吹込時間：Ｔ_２）の他に、前処理時間（Ｔ_１）と後処理時間（Ｔ_３）が含まれている。前処理時間とは、他の設備の動作時間や吹込開始動作までの遅延時間（プレブロー等）が含まれており、ここでは約６０秒を想定している。また、後処理時間とは、他の設備の動作時間や吹込終了後の設備動作時間（アフターブロー等）が含まれており、ここでは約６０秒を想定している。処理時間設定値から斜線部の時間（Ｔ_１及びＴ_３）を差し引いた時間を「吹込時間（設定値）」とし、吹込重量設定値から吹込速度設定値を算出する。
従って、吹込開始時における吹込速度設定値は、次の計算式（式１）で求められる。
吹込速度設定値［kg/min］＝吹込重量設定値Ｗ_０［kg］/吹込時間Ｔ_２［sec］×６０
＝Ｗ_０/（Ｔ−Ｔ_１−Ｔ_３）×６０……（式１）

図６に戻って、ステップＳ３２で算出された吹込速度設定値に基づき、図８（ａ）のテーブルを参照して、対応する可変弁開度（％）を求め、可変弁７の開度をその開度に設定し、吹込の準備を開始する（Ｓ３３）。そして、吹込開始指令で吹込が開始されると（Ｓ３４）、吹込開始区間タイマのカウントアップが開始される（Ｓ３５）。この処理については、図３のステップＳ６のところで説明したので、説明は省略する。

吹込開始区間が終了して吹込安定区間に移行すると（Ｓ３５のＹＥＳ）、吹込重量現在値及び吹込経過時間から吹込速度設定値（修正値）を再計算する（Ｓ３６）。
これを図７（ｂ）を参照して説明する。
図７（ｂ）に示すように、吹込開始後ｔ（秒）経過した時点での吹込時間（残）は、「Ｔ_２−ｔ」［sec］となり、また、この時点における吹込重量現在値をＷとすると、吹込重量（残）は、「Ｗ_０−Ｗ」［kg］となるから、吹込速度設定値（修正値）は、次の計算式（式２）で求められる。
吹込速度設定値（修正値）［kg/min］＝吹込重量（残）/吹込時間（残）×６０
＝（Ｗ_０−Ｗ）/（Ｔ_２−ｔ）……（式２）
式２で求めた吹込速度設定値に基づき、図８（ｂ）の折れ線グラフを参照して対応する可変弁開度（％）を取得し、その開度に可変弁７の開度を設定（変更）する。なお、折れ線グラフを参照する代わりに、この折れ線グラフに対応する関数を予め設定しておき、それに吹込速度設定値を代入することにより可変弁開度を計算するようにしてもよい。

図６に戻り、制御部１０は、この吹込速度設定値の再計算を所定のタイミングで行い、吹込速度設定値を変更する（Ｓ３７）。ここで、「所定のタイミング」とは、たとえば、所定の時間間隔毎（例えば１分毎に）、あるいは吹込済重量毎（１０％毎に）が考えられるが、要求に応じて適宜設定できる。
なお、ステップＳ３８、Ｓ３９及びＳ４０の処理は、図３におけるＳ８、Ｓ９及びＳ５と同じであり、すでに説明したので、ここでは説明を省略する。
以上で、本発明に係る粉体供給装置における吹込速度制御についての説明は終了するが、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を損なわない範囲で変更することが可能である。
例えば、上述の実施形態では、吹込速度現在値を粉体重量の現在値の変化率（時間微分）で求めたが、これに限らず、例えば、粉体流量計（不図示）を粉体輸送配管６の途中に設置し、その計測データに基づいて、吹込速度現在値を求めてもよい。

図９は、吹込速度が安定するまでの待ち時間について、従来の粉体供給装置と本発明に係る粉体供給装置とを比較した図である。図９において、（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ従来の粉体供給装置における差圧一定制御及び可変弁制御の時間推移を示すものであり、（Ｃ）は本発明に係る粉体供給装置の吹込速度制御の時間推移を示すものである。
図から分かるように、外乱が発生した場合、従来は差圧の制御と可変弁の制御がそれぞれ独立して制御を行っているため、吹込速度が安定するまでの待ち時間が長くなってしまう。又は、差圧制御を吹込速度制御とは独立して行っているため、吹込速度が目標値付近であったとしても、目標値から離れていく制御になってしまう可能性がある。
これに対して、本発明に係る粉体供給装置は、吹込速度の設定値を目標値として制御を行うため、従来の制御に比べ吹込速度が安定するまでの時間が短縮される。換言すれば、目標値が一つであるため、吹込速度が目標値から離れていかない。

図１０は、吹込が完了した時間（吹込完了時間）について、従来の粉体供給装置と本発明に係る粉体供給装置とを比較した図である。図１０において、（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ従来の粉体供給装置及び本発明に係る粉体供給装置における吹込完了時間を示したものである。
図から分かるように、従来は、一定の吹込速度(差圧）の設定値を目標値として制御を行っているため、外乱が発生した場合に、一度に多量の粉体が排出されてしまい、予定した吹込完了時間よりも前に吹込が完了してしまう。このため、予定した吹込完了時間と実際の吹込完了時間との間に誤差を生じる。
これに対して、本発明に係る粉体供給装置は、吹込み速度の設定値は、残りの吹込時間と吹込残量から演算して所定のタイミングで変更されるため、吹込完了時間に合わせて吹込みを完了することができるという優れた効果がある。

１ 吹込タンク
２ 内圧調節弁
３ 加圧弁
４ 排気弁
５ 内圧検出器
６ 粉体輸送配管
７ 可変弁
８ ライン圧検出器
９ ロードセル
１０ 制御部
１１ 排出弁

Claims (4)

1. 吹込タンク内の粉体を前記吹込タンクに接続された粉体輸送配管から前記吹込タンクの外にある設備に供給する粉体供給装置であって、該粉体供給装置は、
   前記吹込タンク内の圧力を調節する内圧調節弁と、
   前記吹込タンク内の粉体重量を検出する粉体重量検出手段と、
   弁の開度調節により、通過する粉体の量を調節可能な可変弁と、
   前記内圧調節弁及び前記可変弁の開度を調節することにより、粉体の吹込速度を制御する制御手段と
   を備え、
   前記制御手段が、
   前記粉体重量検出手段により検出された粉体重量から算出した吹込重量現在値と予め設定された吹込重量目標値とに基づいて吹込重量の残量（以下「吹込重量残」という。）を算出し、
   さらに、予め設定した吹込予定時間と現在までの経過時間とに基づいて、吹込予定時間までの残り時間（以下「吹込時間残」という。）を算出し、
   前記吹込重量残を前記吹込時間残で除して吹込速度設定値を所定のタイミングで算出し、該算出された吹込速度設定値に対応した開度に前記可変弁の開度を設定するとともに、
   前記粉体重量検出手段で検出された粉体重量に基づいて算出した吹込速度現在値と、前記吹込速度設定値との偏差が所定の範囲に収まるように、前記内圧調節弁を制御することを特徴とする粉体供給装置。
2. 吹込タンク内の粉体を前記吹込タンクに接続された粉体輸送配管から前記吹込タンクの外にある設備に供給する粉体供給装置であって、該粉体供給装置は、
   前記吹込タンク内の圧力を調節する内圧調節弁と、
   前記吹込タンク内の粉体重量を検出する粉体重量検出手段と、
   弁の開度調節により、通過する粉体の量を調節可能な可変弁と、
   前記粉体輸送配管の途中に設置された粉体流量計と、
   前記内圧調節弁及び前記可変弁の開度を調節することにより、粉体の吹込速度を制御する制御手段と
   を備え、
   前記制御手段が、
   前記粉体重量検出手段により検出された粉体重量から算出した吹込重量現在値と予め設定された吹込重量目標値とに基づいて吹込重量残を算出し、
   さらに、予め設定した吹込予定時間と現在までの経過時間とに基づいて、吹込時間残を算出し、
   前記吹込重量残を前記吹込時間残で除して吹込速度設定値を所定のタイミングで算出し、該算出された吹込速度設定値に対応した開度に前記可変弁の開度を設定するとともに、
   前記粉体流量計で計測した流量現在値に基づいて算出した吹込速度現在値と前記吹込速度設定値との偏差が所定の範囲に収まるように、前記内圧調節弁を制御することを特徴とする粉体供給装置。
3. 吹込開始から所定の時間内及び吹込完了予定時間から遡って所定の時間内は前記可変弁の開度を固定することを特徴とする請求項１又は２に記載の粉体供給装置。
4. 前記所定のタイミングが、所定の時間間隔又は所定の吹込済重量ごとであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の粉体供給装置。