(57)【要約】【課題】プラズマトーチ冷却水の漏水を冷却水量や水圧の変化のように間接的に検知するのではなく、直接的に検知することで、従来技術より精度良く早検知することを課題とする。【解決手段】プラズマアークにより物体を加熱するプラズマトーチの冷却水の漏水検出装置であって、プラズマアークの電圧が予め設定した電圧値よりも大きくなった場合に冷却水の漏水と判断する検出手段を備えたことを特徴とするプラズマトーチの冷却水漏水検出装置。【選択図】　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマアークにより物体を加熱するプラズマトーチの冷却水の漏水検出装置であって、プラズマアークの電圧が予め設定した電圧値よりも大きくなった場合に冷却水の漏水と判断する検出手段を備えたことを特徴とするプラズマトーチの冷却水漏水検出装置。
【請求項２】
プラズマアークの電圧が予め設定した電圧値に対して１０％以上大きくなった場合にプラズマトーチの冷却水の漏水と判断する検出手段を備えたことを特徴とする請求項１記載のプラズマトーチの冷却水漏水検出装置。
【請求項３】
プラズマアークの電圧が予め設定した電圧値以上になった時間当りの回数が、予め設定した回数以上になった場合にプラズマトーチの冷却水の漏水と判断する検出手段を備えたことを特徴とする請求項１または２記載のプラズマトーチの冷却水漏水検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマを利用した物体の加熱、特にタンディッシュ内溶鋼等の溶鋼加熱に使用するプラズマトーチの冷却水が漏れている場合に漏水を検出できるプラズマトーチの冷却水漏水検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、物体、特にタンディッシュ内溶鋼等の溶鋼加熱としてプラズマ加熱が汎用的に利用されている。
プラズマ加熱は、２つの電極間（プラズマトーチ）間の電気アークを発生させて対象となる物体を加熱させるものであるが、電極表面には発生する電気アーク根による損耗が起こり、長時間使用した場合にトーチ損耗部分又はその周辺部からプラズマトーチ冷却水が漏れる可能性が高い。特に、溶鋼の加熱のように高温溶融物加熱の場合には、多量に漏水した場合に問題になる可能性が高いため、プラズマトーチ冷却水の漏水をプラズマトーチ入側と出側の冷却水の流量や圧力の変化によって検知する方法が提案されている。
【０００３】
更に、特開平４−３０９８３３号公報では、少量の冷却水の漏水を検知するために、プラズマトーチの入側と出側の冷却水流量差とその冷却水流量差が発生した一定時間前の冷却水流量差とから冷却水流量差差分を演算する冷却水流量差差分演算手段と、冷却水流量差差分演算手段により演算した差分があらかじめ設定してある設定値を超えたときには漏水と判断する第二の漏水判断手段とを備えたことを特徴とするタンディッシュ内溶鋼加熱用プラズマトーチの冷却水漏水検出装置が提案されている。
この発明によって、例え冷却水の流量計に誤差があっても、冷却水流量差差分演算手段によってその影響が相殺されるために、少量の冷却水漏水でも検知が可能になるものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来技術では、確かに流量計の誤差の影響は少なくなるものの、漏水自体を計測しているのではなく、流量変化から間接的に漏水を検知しているため、「時間遅れ」が生じる可能性が高く、さらに冷却水流量差差分演算のための遅れ時間（Δｔ）は必ず発生する。従って、確かに「単位時間当たりの漏れ量」は小さくなっても、「時間遅れ」に伴う「全漏れ量」（即ち、「単位時間当たりの漏れ量」×「時間遅れ」）はそれほど改善されないのが実態である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前述の問題点を解決するためになされたものであり、その要旨は以下のとおりである。
（１）プラズマアークにより物体を加熱するプラズマトーチの冷却水の漏水検出装置であって、プラズマアークの電圧が予め設定した電圧値よりも大きくなった場合に冷却水の漏水と判断する検出手段を備えたことを特徴とするプラズマトーチの冷却水漏水検出装置。
（２）プラズマアークの電圧が予め設定した電圧値に対して１０％以上大きくなった場合にプラズマトーチの冷却水の漏水と判断する検出手段を備えたことを特徴とする前記（１）記載のプラズマトーチの冷却水漏水検出装置である。
（３）プラズマアークの電圧が予め設定した電圧値以上になった時間当りの回数が、予め設定した回数以上になった場合にプラズマトーチの冷却水の漏水と判断する検出手段を備えたことを特徴とする前記（１）または（２）記載のプラズマトーチの冷却水漏水検出装置である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、従来技術のようにプラズマトーチ冷却水の漏水を、冷却水の流量や水圧の変化として間接的に検知するのではなく、直接的に検知する手段を検討した。
例えば、水漏れに伴って発生する蒸気によるプラズマトーチ先端の温度変化を計測することや、プラズマトーチ先端を撮影し、漏水した際の蒸気発生に伴う画像変化を捉えることが、より直接的に検出できる手段ではあるが、トーチから発生する電気アークの影響を受けて、必ずしも精度良く漏水の検知することは難しいと考えた。
【０００７】
そこで、プラズマト−チに通電する電気特性を巧く活用できないかを検討した結果、プラズマト−チからの漏水発生時には、特有の電圧変化が発生することを見出し、その特性を応用することによってプラズマト−チからの漏水を直接的且つ精度良く検知できることに想到したのである。
【０００８】
以下、本発明内容を図を使って詳細に説明する。
図１と図２は、プラズマトーチを使ってタンディシュ内の溶鋼加熱中に漏水が発生した際の、プラズマトーチの入側と出側の冷却水流量及びその流量差の変化と、プラズマアーク電圧変化の一例をそれぞれ示したものである。なお、図１では図中のＡ点において、プラズマトーチの入側と出側の冷却水流量の差が５％超となったため、冷却水漏水と検知しプラズマ加熱を中止したため、図２のプラズマアーク電圧がＡ点以降、低下したのである。
ここで図２に示すように、Ａ点よりも時間的に早いＢ点においてプラズマアーク電圧に特徴的な変化が見られることが判る。
図２では、プラズマアーク電圧の設定値を３００Ｖ一定で制御していたが、Ｂ点においては、設定値を変更していないのに関わらず、電圧平均値が３３３Ｖに増加していることが判った。しかも、Ｂ点以降ではその電圧も周期的な変化が大きくなっていることが判った。具体的にはＢ点より前では、１０Ｈｚ未満の変化しかなかったのが、Ｂ点以降では１０Ｈｚ以上の変化となることが判った。このプラズマアーク電圧の変化の現象は、図２に限らず、冷却水の流量変化によって漏水と検知した場合のいずれのケースでも発生しており、しかも漏水と判断する冷却水の流量差の「しきい値」を越えるよりも早く発生する現象であることが判った。
【０００９】
即ち、プラズマアーク電圧の絶対値やプラズマアーク電圧の時間当りの変化の回数（以下、これをプラズマアーク電圧の周波数という。）が予め設定した電圧値や回数よりも大きくなった場合に、冷却水の漏水と判断する検出手段を備えることで従来よりも早く漏水と判断できることを見出したのである。
【００１０】
この電圧の変化する現象としては、必ずしも明確ではないが、以下のような現象が起因しているものと推察できる。
プラズマトーチの損耗による漏水が発生した場合、トーチ先端ではプラズマアークの熱により水（Ｈ２Ｏ）が水素と酸素に分解され、更に、水素イオンと酸素イオンに解離する。この水素ガスと酸素ガスの解離した電子をエネルギーとしてプラズマアーク電圧が増加し、プラズマアークの電圧変化は大きくなるものと考えられる。
特にプラズマトーチ先端では、電気アークによって徐々にトーチ先端が損耗するため一気に水漏れが発生するのではなく、水漏れ初期は、微量でも前記現象によって明らかにプラズマアーク電圧の変化が発生するものと考えられる。
なお、図１に示すように、漏水と判定するのは、プラズマアーク電圧が大きく変化する場合であるが、その漏水と判断する際のしきい値としては、プラズマ装置の仕様及び加熱条件によって適宜設定して構わないが、本発明では、プラズマアーク電圧の設定値に対して１０％以上に設定すれば、従来技術の冷却水の流量及び圧力変化を基に検知する場合に比べ、確実且つ早く検知できるだけでなく、過検知（漏水していないのに、漏水と判断するケース）が無くなることが確認されており、好ましくはプラズマアーク電圧の設定値に対して、小さくとも１０％以上した方が良い。
【００１１】
さらに、プラズマアーク電圧の周波数の変化が大きくなる現象については、水漏れ初期は損耗部が微小であるため、必ずしも一定流量ずつ漏水するのではなく、少量であっても流量変化が大きく、あるいは間欠的に漏水しているものと考えられる。
従って、少量でも流量の変化量があるため、前記発生する電子の発生量の変化も大きく、それがプラズマアーク電圧の周波数的な変化としてあらわれるものと考えられる。
プラズマアーク電圧の周波数の変化について、さらに分析したところ、１０Ｈｚ以上変化した場合には、過検知なく確実に漏水を検出できることが明らかになった。従って、プラズマアーク電圧の周波数の変化についは少なくとも漏水と判断する上でのしきい値としては小さくとも１０Ｈｚとした方が望ましい。
【００１２】
なお、前記記載のようにプラズマアーク電圧の変化あるいは、プラズマアーク電圧の周波数の変化をそれぞれ単独で検出して漏水判定しても構わないが、好ましくはプラズマアーク電圧とプラズマアーク電圧の周波数の両方が設定値を超えた場合に漏水と検知した方がより検知精度が高くなる。
さらに、プラズマトーチから加熱物への距離が変化した場合、あるいはプラズマアーク電圧の設定値を変更した場合にも変動する可能もあり、その影響による漏水過検知を抑制するために、プラズマアーク電圧自体をノイズカットしたり、ありいはプラズマアーク電圧の移動平均を用いて漏水に関係の無いプラズマアーク電圧の変化への影響を抑制することも当然可能である。
【００１３】
【実施例】
本発明の効果を検証するために、実機タンディッシュ内溶鋼の加熱を行い、漏水検知時間を従来技術と本発明技術との差を比較した。
使用したプラズマ加熱装置はアノード電極とカソード電極の２つのトーチを用いて加熱を行うツイントーチタイプを用いた。
実施例では、従来例１（冷却水の流量変化（しきい値５％））の場合に「漏水」と判断した１０ケースを基準に、しきい値を高くした従来例、及び本発明３〜６の場合に、従来例１との検知タイミングの比較と共に、過検知（漏水と判断したが、トーチを実際に観察結果した結果では漏水していなかったもの）の回数を比較した。その結果を表１に示す。
【表１】
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従来例（Ｎｏ．１〜２）に比べ、本発明例（Ｎｏ．３〜６）で漏水を大幅に早く検知することができると共に、過検知も従来例に比べ改善することが判り、本発明が優れた効果を発揮することが判る。
【００１４】
【発明の効果】
本発明によって、プラズマトーチ冷却水の漏水を直接的に検出できるので、少量の漏水でも早く検出すること可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】プラズマトーチ冷却水水量、および冷却水水量差の時間変化の一例を示す図。
【図２】プラズマアーク電圧の時間変化の一例を示す図。
【図１】
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【図２】
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