(57)【要約】【課題】大容量のモータの採用を回避するという目的の下、モータ回転数の制御の自由度が高い新たな技術を提供する。【解決手段】炉内がモータ５駆動のファン４によって撹拌される熱処理炉１において、前記炉内の温度を検出して信号を出力する温度検出部８と、当該温度検出部８の信号が与えられる制御手段６，９と、を備え、当該制御手段６，９は、前記温度検出部８によって検出された炉内温度が上昇するにつれて前記ファン４の回転数が増大するように、炉内温度に応じたモータ回転数制御を行う。【選択図】　　　図１
2004093050.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉内がモータ駆動のファンによって撹拌される熱処理炉において、
前記炉内の温度を検出して信号を出力する温度検出部と、
当該温度検出部の信号が与えられる制御手段と、を備え、
当該制御手段は、前記温度検出部によって検出された炉内温度が上昇するにつれて前記ファンの回転数が増大するように、炉内温度に応じたモータ回転数制御を行うことを特徴とする熱処理炉。
【請求項２】
前記制御手段は、検出された炉内温度が比較的低温であるときにおける炉内温度に対する低温時ファン回転数上昇率よりも、検出された炉内温度が設定処理温度近傍にまで上昇したときにおける炉内温度に対する高温時ファン回転数上昇率の方が大きくなるように制御することを特徴とする請求項１記載の熱処理炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炉内がモータ駆動のファンによって撹拌される熱処理炉に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
熱処理炉には、炉内を撹拌して温度分布を一定にするためにモータ駆動のファンが備わっているものがある。
このような熱処理炉では、炉内の温度が上昇すると、ガスの熱膨脹により炉内のガス密度が低くなってファンを回転するためのモータの負荷が小さくなるという現象が生じる。
すなわち、被処理体を熱処理するための処理温度近傍の比較的高温では、ガス密度が低いためにモータの負荷が小さく、室温程度の比較的低温になるとモータの負荷が大きくなり、温度によって必要とされるモータの能力に差が生じる。
【０００３】
一般的には、熱処理炉のモータは、負荷の大きい室温時に必要とされるファンの能力を基準として、モータ容量が決定されているため、負荷の小さい熱処理時に必要なモータ容量よりも大容量のモータが採用され、モータの大型化を招いていた。
【０００４】
このような問題に対し、下記の特許文献１には、交流電動機（モータ）の小型化等を図るため、炉体内のガス温度が設定温度の近傍に昇温するまで交流電動機を一定の電流で回転駆動する技術（以下、「先行技術」という）が開示されている。
この先行技術によれば、昇温工程中における交流電動機は定電流で回転制御されるため、設定値を設定温度における負荷電流にセットしておけば、炉体内ガス密度が大きい低温時においても交流電動機が過負荷になることがなく、交流電動機等を小型化できる、とされている。
【０００５】
【特許文献１】
特許第２６４１５８３号公報　（第１−３頁　第２図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、先行技術では、定電流制御を行っているため、炉内温度上昇に対するモータ回転数の上昇の仕方が、電流値と炉内温度によって決定される一つのパターンしか取り得ず、炉内温度上昇に対するモータ回転数の上昇の仕方を好適に設定することができず、制御の自由度が低い。
つまり、特許文献１の図２に示すように、先行技術では、低電流制御の結果、炉内温度上昇に対してモータ回転数がなだらかに上昇しており、先行技術では、モータ回転数の上昇の仕方がこれに限定される。
【０００７】
したがって、例えば、炉内温度均一化がさほど要求されない昇温中はモータ回転数をより低く抑えて消費電力を低減し、処理温度近傍で大きく回転数を上昇させて炉内温度を均一化するといった制御が先行技術では行えない。
本発明の課題は、大容量のモータの採用を回避するという目的の下、先行技術よりもモータ回転数の制御の自由度が高い新たな技術を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、炉内がモータ駆動のファンによって撹拌される熱処理炉において、前記炉内の温度を検出して信号を出力する温度検出部と、当該温度検出部の信号が与えられる制御手段と、を備え、当該制御手段は、前記温度検出部によって検出された炉内温度が上昇するにつれて前記ファンの回転数が増大するように、炉内温度に応じたモータ回転数制御を行うことを特徴とする熱処理炉である。
【０００９】
本発明では、温度検出部によって検出された炉内温度が低いとき（例えば常温程度）には、ファンの回転数を抑えられるので、負荷の大きくなる低温時でもモータへの負荷が小さくできる。したがって、モータの容量を負荷の小さい高温時に応じて設定できるため、小型のモータを採用することができる。
しかも、本発明の熱処理炉は、炉内温度に応じたモータ回転数制御を行う制御手段を備えているため、当該制御手段は、先行技術の定電流制御と異なり、必要とされるファン風量等に応じてファン回転数を上昇させることができ、制御の自由度が高く、効率的に炉内温度均一化を図ることができる。
【００１０】
前記制御手段は、検出された炉内温度が比較的低温であるときにおける炉内温度に対する低温時ファン回転数上昇率よりも、検出された炉内温度が設定処理温度近傍にまで上昇したときにおける炉内温度に対する高温時ファン回転数上昇率の方が大きくなるように制御するのが好ましい。低温でのファン低速運転が許容される場合には、このような制御を行うことで、低温時のファン回転数を小さく抑えて効率良く運転できるとともに、設定処理温度近傍ではファン回転数が大きく上昇するので設定処理温度で必要とされる十分なファン回転数が得られる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、熱処理炉１の制御ブロック構成図を示している。熱処理炉１は、被処理物が収容される炉体２と、炉体２内を加熱するヒータ３と、炉体２内のガスを撹拌するファン４とを備えている。
ファン４は、撹拌により炉体２内の温度（炉内温度）を均一化するためのものであり、交流電動モータ５によって回転駆動される。このモータ５は、インバータ６によって回転数制御される。すなわち、インバータ６では、交流電源７から供給される交流電力の周波数変換を行って、モータ５の回転数（回転速度）を自由に変えることができる。
【００１２】
また、熱処理炉１は、炉内温度を検出するための温度検出部８を備えている。この温度検出部８は、熱電対によって構成されており、熱起電力信号を炉内温度に応じた電気信号として出力する。
温度検出部８によって検出された炉内温度は、モータ５の制御と、ヒータ３の制御の両方に用いられる。まず、温度検出部８の出力信号は、出力変換器９と、温度計１０とに与えられる。出力変換器９では、温度検出部８の出力信号をインバータ６の制御信号に変換してインバータ６に与える。インバータ６では、温度検出部８の出力信号値に応じてモータ５の回転数を変更する自動制御を行う。具体的には、炉内温度が上昇するとモータ５（ファン４）の回転数が増大するように制御する。このように、出力変換器９とインバータ６とはモータ５の制御手段として機能している。
【００１３】
また、温度計１０は、温度検出部８の出力を受けて、炉内温度を表示部１０ａに表示するとともに、温度検出部８の出力をヒータ制御手段であるサイリスタ１１に与える。サイリスタ１１は、スイッチング作用により交流電源１２からの電流を制御し、電熱ヒータ３に流れる電流を調整して当該ヒータの発熱量を調整し、炉内温度制御を行う。このように、温度計１０とサイリスタ１１とはヒータ３の制御手段として機能している。
【００１４】
ここで、温度検出部８は、モータ５の制御とヒータ３の制御に共用されているため、モータ制御用とヒータ制御用にそれぞれ温度検出部を設ける場合に比べて、構成が簡素である。
【００１５】
図２は、検出された炉内温度と制御されるファン（モータ）回転数との関係の一例を示している。図２では、炉内温度が設定された被処理物の処理温度（例えば６００℃）Ｔ２に向かって温度が上昇するにつれてファン回転数が増大するように設定され、炉内温度が設定処理温度Ｔ２になると当該処理温度Ｔ２において必要とされる所定の風量が生じる回転数Ｒ２となり、炉内温度の均一化が図られる。
【００１６】
一方、炉内温度が設定処理温度Ｔ２よりも低い低温領域では、ファン回転数が前記回転数Ｒ２よりも小さく抑えられているので、炉内温度が低く炉内ガス密度が高くとも、モータ５への負荷が抑えられている。本実施形態では、炉内ガス密度が低いために負荷が少なくなる高温時（設定処理温度Ｔ２近傍）において必要な能力を有する程度の小型モータ５を採用しているが、低温時にガス密度が大きくなって負荷が増大しても回転数が抑えられているため、低温時にモータ５の能力を超えて運転されることが防止される。
【００１７】
また、図２に示す制御パターンでは、炉内温度が所定の温度Ｔ１（例えばＴ１＝Ｔ２−（５０〜３００℃））になるまでの比較的低温領域における炉内温度に対するファン回転数上昇率（低温時ファン回転数上昇率）ΔＲａよりも、炉内温度がＴ１から設定処理温度Ｔ２になるまでの比較的高温領域における炉内温度に対するファン回転数上昇率（高温時ファン回転数上昇率）ΔＲｂの方が大きくなっている。すなわち、炉内温度がＴ１になるまではファン回転数はなだらかに上昇し、炉内温度がＴ１を超えるとファン回転数は急増する。これにより炉内温度が比較的低温領域にあるときには、モータ５の回転を小さくして省電力化して運転でき、炉内温度が設定処理温度Ｔ２近傍の比較的高温領域になるとファン回転数をＲ２にまで急増させることで所定の風量が確保され、炉内の均熱化も効率よく図れる。
【００１８】
図２に示すような制御パターンは、出力変換器９が、検出された炉内温度に応じて図２の制御パターンに対応するファン回転数が得られるようにインバータ５への制御信号を出力することによって得られる。具体的には、出力変換器９が、図２の制御パターンをコンピュータプログラム（又はデータ）として備え、出力変換器９が当該プログラムに基づき、検出された炉内温度に応じて所定の制御信号を出力する。このように、モータ制御手段が、炉内温度に対するファン回転数の上昇の仕方のプログラム（又はデータ）に基づいてモータ５の制御を行うことで、所望のファン回転数が容易に得られ、制御の自由度が高い。
【００１９】
図３は、モータ制御手段による他の制御パターンＰ１，Ｐ２を示している。図３のパターンＰ１，Ｐ２では、炉内温度に対してファン回転数が比例的に上昇している。このような比例制御を行って、ファン回転数を連続的に変化させる場合には、出力変換器９は、信号形式の変換を行うもので足り、出力変換器９の構成を簡素にできる。比例制御の場合であっても、炉内温度に対するファン回転数の上昇率は任意に設定でき、大きな回転数変化が必要であれば、パターンＰ１を採用でき、回転数変化を抑える必要があればパターンＰ２を採用できる。
なお、図２、３のいずれの制御パターン又は他の制御パターンを採用するかは、例えば、被処理物の種類や形状（粉、薄板）などを考慮して適宜決定でき、必要とされる条件に応じて、ファン回転数を設定できる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、炉内温度に応じたモータ回転数制御を行う制御手段を備えているため、当該制御手段は、先行技術の定電流制御と異なり、必要とされるファン風量等に応じてファン回転数を上昇させることができ、制御の自由度が高く、プロセス要求へのより柔軟な対応が可能となり、効率的に炉内温度均一化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】熱処理炉のブロック図である。
【図２】制御パターンの一例を示すグラフである。
【図３】制御パターンの他の例を示すグラフである。
【符号の説明】
１　熱処理炉
４　ファン
５　モータ
６　インバータ（制御手段）
９　出力変換器（制御手段）
８　温度検出部
【図１】
2004093050.tif 000003
【図２】
2004093050.tif 000004
【図３】
2004093050.tif 000005