(57)【要約】【課題】電極の消耗が偏ってしまったり、炉内溶融雰囲気が偏ってしまうことを防止する。【解決手段】ＰＷＭコンバータ３は、３相交流電源１からの交流電流を直流電流に変換するとともに、電流平衡化、受電力率ほぼ１化、高調波レス化及び電源電圧擾乱の抑止等を行う。自励インバータ４は、ＰＷＭコンバータ３からの直流電流を単相交流電流に変換し、ごみ焼却灰電気溶融炉１０の炉上電極１２と炉底電極１３との間に交流電圧を印加する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電気溶融炉の電極に交流電圧を印加して被溶融物を溶融する電気溶融炉システムであって、
供給される直流電流を交流電流に変換し、この交流電流を前記電極に出力する自励インバータを備えたことを特徴とする電気溶融炉システム。
【請求項２】
前記自励インバータは、所定目標に基づいて交流電流の波形及び周波数を選定することを特徴とする請求項１記載の電気溶融炉システム。
【請求項３】
前記交流電気溶融炉は複数の電極を備え、各電極間に多相交流電源により電圧を印加しており、
前記自励インバータは、供給される直流電流を多相交流電流に変換するとともに、各電極に出力する各相交流電流ごとに制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の電気溶融炉システム。
【請求項４】
３相交流電源と、前記３相交流電源の交流電流を直流電流に変換するとともに、電流を平衡化させる処理、力率をほぼ１にする処理、高調波レス化させる処理又は電源電圧擾乱の抑止のための処理のうちの少なくとも一つの処理を行うＰＷＭコンバータと、を備え、
前記自励インバータは、前記ＰＷＭコンバータで変換された直流電流を交流電流に変換す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電気溶融炉システム。
【請求項５】
電極に交流電圧を印加して被溶融物を溶融する交流電気溶融炉を制御する電気溶融炉の制御方法であって、
自励インバータにより、供給される直流電流を、所定目標に基づいて選定した波形及び周波数の交流電流に変換し、この交流電流を前記電極に出力することを特徴とする電気溶融炉の制御方法。
【請求項６】
前記交流電気溶融炉は複数の電極を備え、各電極間に多相交流電流により電圧を印加しており、
前記自励インバータは、供給される直流電流を多相交流電流に変換するとともに、各電極に出力する各相交流電流ごとに制御することを特徴とする請求項５記載の電気溶融炉の制御方法。
【請求項７】
ＰＷＭコンバータにより、３相交流電源の交流電流を直流電流に変換するとともに、電流を平衡化させる処理、力率をほぼ１にする処理、高調波レス化させる処理又は電源電圧擾乱の抑止のための処理のうちの少なくとも一つの処理を行い、
前記自励インバータにより、前記ＰＷＭコンバータが変換した直流電流を交流電流に変換することを特徴とする請求項５又は６に記載の電気溶融炉の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ごみ焼却灰などの被溶融物を溶融する電気溶融炉システム及び電気溶融炉の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気溶融炉には、単相電源により運転される単相電気溶融炉や３相等の多相電源により運転される多相電気溶融炉がある。
前記単相電気溶融炉には、電極を炉上と炉底とにそれぞれ１本ずつ設け、電極の消耗を最小に抑える方式や、炉上側に電極を２本対向させて設けている方式がある。さらに、電極を炉上と炉底とにそれぞれ１本ずつ設ける方式では、電極間に直流電源により電圧を印加するものがほとんどである。また、炉上電極の電極先端が被溶融物の上面近くに配置させているアーク炉やプラズマ炉でも、電極間への電圧の印加には直流電源を使用している。
【０００３】
また、３相電気溶融炉は一般的には３本の電極を備えているが、６本電極を備えた３相電気溶融炉も実用化されている。そして、このような３相電気溶融炉は、それら電極間への電圧の印加が一般的には３相商用周波数５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの３相電源により行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述の単相電気炉のように２本の電極を備えた構成の電気溶融炉では、電源が直流電源である場合が殆どであり、この場合、電極の極性を正負いずれかに選ぶ必要がある。しかし、炉内に固定している電極の極性を正負いずれかに選んでしまうと、電極の消耗や炉内溶融雰囲気が、その正負いずれかの特性で、偏ってしまう。
【０００５】
また、直流に変換するための整流相数が６相の場合には５、７、１１、１３調波等が、１２相の場合には１１、１３、１５、２３、２５調波等が、それぞれ発生する。この場合、高調波対策のための高調波フィルタが必要になる。
さらに、前述の３相電気溶融炉のように３相交流電源方式の電気溶融炉では、３本の電極を必要とするが、３本の各相電極間の電気抵抗が炉内負荷状況により変動する場合がある。このような場合には、従来では、各相電極の位置を適宜昇降させて各電極間の電気抵抗を調節し、電流を一定にしていた。すなわち、電気溶融炉では、負荷の変化が激しいが、その負荷の変動に追随して電極の位置を昇降制御して負荷抵抗を変えて、電流、電圧或いは電力を制御している。なお、このような制御は、前述の２本の電極を備えた構成の電気溶融炉の場合でも同様に行われている。
【０００６】
しかし、電極の位置を昇降させてしまうと、各相電極の炉内における位置がアンバランスとなってしまい、最終的には、電極を炉内で最適な位置に配置することができなくなってしまう。例えば、炉は、所定位置に電極が配置されている状態で効率良く被溶融物の溶融を行うように設計されているのであり、各相電極の炉内における位置がアンバランスになると、被溶融物の溶融効率が低下してしまう等といった問題が発生する。
【０００７】
さらに、以上の問題に加えて、次のような問題もある。
電源力率改善のためにコンデンサが必要であった。また、大容量の単相負荷には電源３相平衡化対策が必要であった。さらに、負荷変動が大きいとき電源電圧擾乱（フリッカ）の対策を講ずる必要があった。そして、炉内短絡が発生した場合、負荷遮断を必要としていた。また、そのような炉内短絡等による負荷の急変に対して瞬時制御をするのは難しかった。そしてまた、負荷力率の変化に対し力率をほぼ１にする制御が難しかった。
そこで、本発明は、前述した種々の問題を解決する電気溶融炉システム及び電気溶融炉の制御方法の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記問題を解決するために、請求項１記載の発明に係る電気溶融炉システムは、交流電気溶融炉の電極に交流電圧を印加して被溶融物を溶融する電気溶融炉システムであって、供給される直流電流を交流電流に変換し、この交流電流を前記電極に出力する自励インバータを備えたことを特徴としている。
【０００９】
また、請求項２記載の発明に係る電気溶融炉システムは、請求項１記載の発明に係る電気溶融炉システムにおいて、前記自励インバータが、所定目標に基づいて交流電流の波形及び周波数を選定することを特徴としている。
また、請求項３記載の発明に係る電気溶融炉システムは、請求項１又は２に記載の発明に係る電気溶融炉システムにおいて、前記交流電気溶融炉は複数の電極を備え、各電極間に多相交流電流により電圧を印加しており、前記自励インバータが、供給される直流電流を多相交流電流に変換するとともに、各電極に出力する各相交流電流ごとに制御することを特徴としている。
【００１０】
また、請求項４記載の発明に係る電気溶融炉システムは、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明に係る電気溶融炉システムにおいて、３相交流電源と、前記３相交流電源の交流電流を直流電流に変換するとともに、電流を平衡化させる処理、力率をほぼ１にする処理、高調波レス化させる処理又は電源電圧擾乱の抑止のための処理のうちの少なくとも一つの処理を行うＰＷＭコンバータと、を備え、前記自励インバータが、前記ＰＷＭコンバータで変換された直流電流を交流電流に変換することを特徴としている。
【００１１】
また、請求項５電気溶融炉の制御方法は、電極に交流電圧を印加して被溶融物を溶融する交流電気溶融炉を制御する電気溶融炉の制御方法であって、自励インバータにより、供給される直流電流を、所定目標に基づいて選定した波形及び周波数の交流電流に変換し、この交流電流を前記電極に出力することを特徴としている。
【００１２】
また、請求項６電気溶融炉の制御方法は、請求項５記載の発明に係る電気溶融炉の制御方法において、前記交流電気溶融炉は複数の電極を備え、各電極間に多相交流電源により電圧を印加しており、前記自励インバータが、供給される直流電流を多相交流電流に変換するとともに、各電極に出力する各相交流電流ごとに制御することを特徴としている。
【００１３】
また、請求項７電気溶融炉の制御方法は、請求項５又は６に記載の発明に係る電気溶融炉の制御方法において、ＰＷＭコンバータにより、３相交流電源の交流電流を直流電流に変換するとともに、電流を平衡化させる処理、力率をほぼ１にする処理、高調波レス化させる処理又は電源電圧擾乱の抑止のための処理のうちの少なくとも一つの処理を行い、前記自励インバータにより、前記ＰＷＭコンバータが変換した直流電流を交流電流に変換することを特徴としている。
【００１４】
ここで、請求項１及び５に記載の発明では、自励インバータの機能を利用して、供給される直流電流を交流電流に変換し、この交流電流により交流電気溶融炉の電極に交流電圧を印加する。
また、請求項２及び５に記載の発明では、交流電流を任意波形、任意周波数にすることができる自励インバータの機能を利用して、所定目標、例えば交流電気溶融炉が最適運転となるように、波形や周波数を有する交流電流にする。
【００１５】
また、請求項３及び６に記載の発明では、多相交流電流を各相個別に制御できる自励インバータの機能を利用して、交流電気溶融炉の複数の電極それぞれに多相交流電流で電圧を印加するとともに、各相交流電流を個別に制御する。例えば、前記所定目標となるように制御する。
また、請求項４及び７記載の発明では、ＰＷＭコンバータの機能を利用して、３相交流電源の交流電流を直流電流に変換するとともに、電流を平衡化させる処理、力率をほぼ１にする処理、高調波レス化させる処理又は電源電圧擾乱の抑止のための処理のうちの少なくとも一の処理を行っている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の複数の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、第１の実施の形態であるごみ焼却灰電気溶融炉を備えたシステムの構成を示す。ここで、ごみ焼却灰電気溶融炉は、炉内に設けた電極に交流電圧を印加して被溶融物としてのごみ焼却灰を溶融するように構成した電気抵抗式の電気溶融炉である。
【００１７】
このシステムは、３相交流電源１、交流／直流変換降圧変圧器２、ＰＷＭコンバータ３、自励インバータ４、及びごみ焼却灰電気溶融炉１０を備えている。
このシステムにおいて、３相交流電源１から交流／直流変換降圧変圧器２を介してＰＷＭコンバータ３に電流を供給する。なお、交流／直流変換降圧変圧器２は、３相交流電源１をＰＷＭコンバータ３に接続するために設けている。
【００１８】
ＰＷＭコンバータ３は、一般的には、交流電流を直流電流に変換するとともに、電流平衡化、受電力率ほぼ１化、高調波レス化等の処理を行うことができるように構成されている。このようなＰＷＭコンバータ３により、交流／直流変換降圧変圧器２を介して供給される３相交流電源１の３相交流電流を直流電流に変換するとともに、電流平衡化、受電力率ほぼ１化、高調波レス化及び電源電圧擾乱の抑止等を行う。ＰＷＭコンバータ３は、変換し、各種処理を施した直流電流を自励インバータ４に出力する。
【００１９】
自励インバータ４は、一般的には、直流電流を交流電流に変換するとともに、その交流電流を任意の波形や任意の周波数にすることができるように構成されている。このような自励インバータ４により、ＰＷＭコンバータ３で変換された直流電流を単相交流電流に変換している。なお、変換した交流電流は任意波形、任意周波数の単相交流である。そして、自励インバータ４は、ごみ焼却灰電気溶融炉１０の炉上電極１２と炉底電極１３とに接続されている。すなわち、自励インバータ４により、ごみ焼却灰電気溶融炉１０に対して単相交流電源を提供している。
【００２０】
ごみ焼却灰電気溶融炉１０は、溶融状態になった灰（ごみ焼却灰）そのものを抵抗体にしてジュール熱を発生させ、その熱でスラグの溶融状態の維持と、被溶融物１００からの伝熱で灰を加熱、溶融する方式を採用して構成されている。
すなわち、ごみ焼却灰電気溶融炉１０は、炉上電極１２と炉底電極１３とを備え、炉１１の上下に各１本の電極を備えている。ここで、炉上電極１２は、その電極先端が被溶融物１００に埋没するように、炉１１に固定して配設されており、また、炉底電極１３は炉底に固定して配設されている。炉上電極１２と炉底電極１３とは自励インバータ４に接続されて、交流電圧が印加される。
【００２１】
このようなシステムの動作は次のようになる。
３相交流電源１からの電流は、交流／直流変換降圧変圧器２で降圧されて、ＰＷＭコンバータ３に供給される。ＰＷＭコンバータ３は、入力れれた交流電流を直流電流に変換するとともに、電流平衡化、受電力率ほぼ１化、高調波レス化及び電源電圧擾乱の抑止等を行い、このように処理した直流電流を自励インバータ４に出力する。自励インバータ４は、直流電流を単相交流電流に変換し、ごみ焼却灰電気溶融炉１０の炉上電極１２と炉底電極１３との間に交流電圧を印加する。これにより、炉上電極１２と炉底電極１３とには正負電流が交互に通電されるようになる。この電圧印加により、ごみ焼却灰電気溶融炉１０では、溶融状態になった灰そのものを抵抗体にしてジュール熱を発生させ、その熱で被溶融物の溶融状態を維持し、被溶融物１００からの伝熱で灰を加熱、溶融する。
【００２２】
次に作用及び効果を説明する。
前述したように、上下各１本の電極１２，１３間に交流電圧を印加して、上下各１本の電極１２，１３に正負電流を交互に通電しているので、従来の直流電気溶融炉方式で採用し、電極に直流電流を通電する場合と異なり、各電極１２，１３で消耗を平均化し差異をなくすことができる。さらに、電極１２，１３に正負電流を交互に通電することで、炉内雰囲気或いは炉内溶融ゾーンでばらつき或いは偏りをなくすことができる。具体的には、炉内の電界や磁界のバランスがとれるので、電流の流れに偏りがなくなり、炉内の温度分布のむらをなくすことができる。
【００２３】
また、自励インバータ４の機能を利用して、電流、電圧及び電力を制御することで、炉を最適運転することができる。例えば、電極間抵抗が炉内負荷状況により変動するような場合、或いは炉内短絡、負荷が急変する場合でも、自励インバータ４により電流を制御して、炉を最適運転することができる。具体的には、電極間抵抗が変動するような場合、自励インバータ４により電流を一定に制御して、炉を最適運転することができる。
【００２４】
また、自励インバータ４の機能を利用すれば、交流電流を任意波形、任意周波数に選定することができる。例えば、これにより、交流電流の波形及び周波数を、炉を最適運転（例えば、炉の安定運転、電力の最適投入となる運転）にするといった所定目的を実現する波形及び周波数にすることができる。これにより、経済運転が達成できる。
【００２５】
また、ＰＷＭコンバータ３の機能を利用して、３相交流電源１の交流電流を直流電流に変換するとともに、その変換の際に、３相電流の平衡化、受電力率ほぼ１化（受電力率ｃｏｓφ≒１）、高調波レス化、電源電圧擾乱（フリッカ）を抑える処理を行うことができる。特に、３相交流電源の電源系統では、３相電源不平衡、低力率、電圧変動（フリッカ）が電源系統に悪影響を及ぼすものであり、このような影響をＰＷＭコンバータ３に取り除くことができる。このように、電源３相平衡化対策、電源力率改善のためのコンデンサ、電源電圧擾乱（フリッカ）の対策、高調波対策のための高調波フィルタ等の機能を、ＰＷＭコンバータ３の本来の機能で実現することができる。
【００２６】
次に、第２の実施の形態を説明する。
この第２の実施の形態のシステムは、図２に示すように、ごみ焼却灰電気溶融炉１０が、炉上に２本の電極１４，１５を備えており、この点が、前述の第１の実施の形態のシステムと異なる。なお、この第２の実施の形態のごみ焼却灰電気溶融炉１０は、前述の第１の実施の形態と同様に、単相電気抵抗炉を構成している。
【００２７】
この第２の実施の形態のシステムでは、電極１４，１５が前記自励インバータ４に接続されており、自励インバータ４により、この各電極１４，１５間に交流電圧が印加されるようになっている。
このような構成により、前述の第１の実施の形態の場合と同様に、３相交流電源１からの電流は、交流／直流変換降圧変圧器２で降圧されて、ＰＷＭコンバータ３に供給される。ＰＷＭコンバータ３は、入力された交流電流を直流電流に変換するとともに、電流平衡化、受電力率ほぼ１化、高調波レス化及び電源電圧擾乱の抑止等を行い、このように処理した直流電流を自励インバータ４に出力する。自励インバータ４は、直流電流を単相交流電流に変換し、ごみ焼却灰電気溶融炉１０の２本の電極１４，１５間に交流電圧を印加する。これにより、各電極１４，１５に正負電流が交互に通電されるようになる。この電圧印加により、ごみ焼却灰電気溶融炉１０では、溶融状態になった灰そのものを抵抗体にしてジュール熱を発生させ、その熱で被溶融物の溶融状態を維持し、被溶融物１００からの伝熱で灰を加熱、溶融する。
【００２８】
そして、この第２の実施の形態のシステムでも、前述の第１の実施の形態のシステムと同様な作用や効果を得ることができる。すなわち例えば、電極１４，１５間に交流電圧を印加して、電極１４，１５に正負電流を交互に通電しているので、各電極１４，１５で消耗を平均化し差異をなくすことができる、といったようにである。
【００２９】
次に、第３の実施の形態を説明する。
この第３の実施の形態のシステムでは、ごみ焼却灰電気溶融炉１０が３相電気抵抗炉であり、炉上に３本の電極１６，１７，１８を備えている。この第３の実施の形態のシステムでは、各電極１６，１７，１８が前記自励インバータ４に接続されて、自励インバータ４によりこの各電極１６，１７，１８間に各相交流電圧を印加している。さらにこのとき、自励インバータ４は、各相交流電流を個別に制御している。例えば、各電極１６，１７，１８間に電圧を印加するため、各相交流電流の位相を１２０°ずらして、各相交流電流を個別に制御している。このように、自励インバータ４は、各相交流電流を個別に制御可能とした３相交流電源を提供している。
【００３０】
このような構成により、前述の第１の実施の形態や第２の実施の形態の場合と同様に、３相交流電源１からの電流は、交流／直流変換降圧変圧器２で降圧されて、ＰＷＭコンバータ３に供給される。ＰＷＭコンバータ３は、入力された交流電流を直流電流に変換するとともに、電流平衡化、受電力率ほぼ１化、高調波レス化及び電源電圧擾乱の抑止等を行い、このように処理した直流電流を自励インバータ４に出力する。自励インバータ４は、直流電流を単相交流電流に変換し、ごみ焼却灰電気溶融炉１０の３本の電極１６，１７，１８間に交流電圧を印加する。これにより、各電極１６，１７，１８に３相交流電流が交互に通電されるようになる。この電圧印加により、ごみ焼却灰電気溶融炉１０では、溶融状態になった灰そのものを抵抗体にしてジュール熱を発生させ、その熱で被溶融物の溶融状態を維持し、被溶融物１００からの伝熱で灰を加熱、溶融する。
【００３１】
そして、この第３の実施の形態のシステムでも、前述の第１の実施の形態や第２の実施の形態のシステムと同様な作用や効果を得ることができる。
また、自励インバータ４の機能を利用して、各相交流電流を単独で制御でき、或いは各相単独で電圧を制御できるので、次のような効果を得ることができる。
例えば、従来では、炉内の抵抗が各相間でばらついている場合には炉内の電極位置を変えていたが、本発明では、このような処置をすることなく、炉内の抵抗が各相間でばらついていても、自励インバータ４により各相交流電流を単独で制御できるので、３本の電極１６，１７，１８の位置を炉内で最適位置に固定した状態のままで、各電極ごとに最適電流値にすることができる。
【００３２】
そして、自励インバータ４の機能を利用して、炉内短絡や負荷急増などの急変に対し、各相交流電流を単独で、且つ瞬時に対応することができる。すなわち例えば、一部の電極による炉内短絡に対しても、自励インバータ４により、対応する相交流電流について瞬時に制御して、対応を図ることができる。
なお、前述の第３の実施の形態のシステムでは、ごみ焼却灰電気溶融炉１０が炉上に３本の電極１６，１７，１８を備え、この各電極１６，１７，１８に３相交流電源を給電するように構成しているが、炉上に備える電極の本数はそれ以上にすることもできる。
【００３３】
すなわち例えば、図４に示すように、ごみ焼却灰電気溶融炉１０が炉上に６本の電極１９，２０，２１，２２，２３，２４を備えていてもよい。この場合、各電極１９，２０，２１，２２，２３，２４に６相交流電源を給電する。
このような構成により、前述の第３の実施の形態の場合と同様に、自励インバータ４は、直流電流を単相交流電流に変換し、ごみ焼却灰電気溶融炉１０の６つの電極１９，２０，２１，２２，２３，２４間に交流電圧を印加する。これにより、各電極１９，２０，２１，２２，２３，２４に正負６相交流電流が通電されるようになる。この電圧印加により、ごみ焼却灰電気溶融炉１０では、溶融状態になった灰そのものを抵抗体にしてジュール熱を発生させ、その熱で被溶融物の溶融状態を維持し、被溶融物１００からの伝熱で灰を加熱、溶融する。
【００３４】
そして、このような構成であっても、炉上に３本の電極１６，１７，１８を備えている場合と同様な作用や効果を得ることができる。
次に、第４乃至第６の実施の形態を説明する。
前述の第１乃至第３の実施の形態では、交流電気溶融炉が電気抵抗式溶融炉になっているが、以下に説明する第４乃至第６の実施の形態では、交流電気溶融炉をアーク加熱式或いはプラズマ加熱式の溶融炉としている。
【００３５】
これら溶融炉のシステムの構成は、電気抵抗式溶融炉と基本的には同じであるが、制御方式は負荷特性が気中放電のため、気体雰囲気、電極間距離が時々刻々変化するため、常に電流変化が発生する。この電流変化に瞬時応答制御できることを特徴としている。
先ず、第４の実施の形態を説明する。
【００３６】
第４の実施の形態は、図５に示すように、アーク加熱式或いはプラズマ加熱式のごみ焼却灰電気溶融炉３０を備えている。
ごみ焼却灰電気溶融炉３０では、炉上電極３２と炉底電極３３とを備え、炉３１の上下に各１本の電極を備えている。ここで、炉上電極３３は、その電極先端が被溶融物１００の上面近くに位置されるように、炉３１に固定して配設されており、また、炉底電極３３は炉底に固定して配設されている。
【００３７】
このような構成により、３相交流電源１からの電流は、交流／直流変換降圧変圧器２で降圧されて、ＰＷＭコンバータ３に供給される。ＰＷＭコンバータ３は、入力された交流電流を直流電流に変換するとともに、電源系統の３相交流電流平衡化、受電力率ほぼ１化、高調波レス化及び電源電圧擾乱の抑止等を行い、このように処理した直流電流を自励インバータ４に出力する。自励インバータ４は、直流電流を単相交流電流に変換し、ごみ焼却灰電気溶融炉３０の炉上電極３２と炉底電極３３との間に交流電圧を印加する。これにより、炉上電極３２と炉底電極３３とには正負電流が交互に通電されるようになる。この電圧印加により、ごみ焼却灰電気溶融炉３０では、溶融状態になった灰そのものを抵抗体にしてジュール熱を発生させ、その熱で被溶融物の溶融状態を維持し、被溶融物１００からの伝熱で灰を加熱、溶融する。
【００３８】
そして、この第４の実施の形態のシステムでは、前述の第１の実施の形態のシステムと同様な作用や効果を得ることができる。
すなわち、上下各１本の電極３２，３３間に正負電圧を印加して、上下各１本の電極３２，３３に正負電流を交互に通電しているので、従来の直流電気溶融炉方式で採用し、電極に直流電源（或いは直流通電）を使用する場合と異なり、各電極３２，３３で消耗を平均化し差異をなくすことができる。さらに、電極３２，３３に正負電流を交互に通電することで、炉内雰囲気或いは炉内溶融ゾーンでばらつき或いは偏りをなくすことができる。具体的には、炉内の電界や磁界のバランスがとれるので、電流の流れに偏りがなくなり、炉内の温度分布のむらをなくすことができる。
【００３９】
また、自励インバータ４の機能を利用して、電流、電圧及び電力を制御することで、炉を最適運転することができる。例えば、電極間抵抗が炉内負荷状況により変動するような場合、或いは炉内短絡、負荷が急変する場合でも、自励インバータ４により電流を制御して、炉を最適運転することができる。具体的には、電極間抵抗が変動するような場合、自励インバータ４により電流を一定に制御して、炉を最適運転することができる。
【００４０】
また、自励インバータ４の機能を利用すれば、交流電流を任意波形、任意周波数に選定することができる。例えば、これにより、交流電流の波形及び周波数を、炉を最適運転（例えば、炉の安定運転、電力の最適投入となる運転）にするといった所定目的を実現する波形及び周波数にすることができる。これにより、経済運転が達成できる。
【００４１】
また、ＰＷＭコンバータ３の機能を利用して、３相交流電源１の交流電流を直流電流に変換するとともに、その変換の際に、３相電流の平衡化、受電力率ほぼ１化（受電力率ｃｏｓφ≒１）、高調波レス化、電源電圧擾乱（フリッカ）を抑える処理を行うことができる。特に、３相交流電源の電源系統では、３相電源不平衡、低力率、電圧変動（フリッカ）が電源系統に悪影響を及ぼすものであり、このような影響をＰＷＭコンバータ３に取り除くことができる。このように、電源３相平衡化対策、電源力率改善のためのコンデンサ、電源電圧擾乱（フリッカ）の対策、高調波対策のための高調波フィルタ等の機能を、ＰＷＭコンバータ３の本来の機能で実現することができる。
【００４２】
次に、第５の実施の形態を説明する。
この第５の実施の形態のシステムは、図６に示すように、ごみ焼却灰電気溶融炉３０が、炉上に２本の電極３４，３５を備えており、この点が、前述の第４の実施の形態のシステムと異なる。なお、この第５の実施の形態のごみ焼却灰電気溶融炉３０は、前述の第４の実施の形態と同様に、単相電気炉を構成している。
【００４３】
この第５の実施の形態のシステムでは、電極３４，３５が前記自励インバータ４に接続されており、自励インバータ４によりこの各電極３４，３５間に交流電圧を印加している。
このような構成により、前述の第４の実施の形態の場合と同様に、３相交流電源１からの電流は、交流／直流変換降圧変圧器２で降圧されて、ＰＷＭコンバータ３に供給される。ＰＷＭコンバータ３は、入力された交流電流を直流電流に変換するとともに、電流平衡化、受電力率ほぼ１化、高調波レス化及び電源電圧擾乱の抑止等を行い、このように処理した直流電流を自励インバータ４に出力する。自励インバータ４は、直流電流を単相交流電流に変換し、ごみ焼却灰電気溶融炉３０の２本の電極３４，３５間に交流電圧を印加する。これにより、各電極３４，３５に正負電流が交互に通電されるようになる。この電圧印加により、ごみ焼却灰電気溶融炉３０では、溶融状態になった灰そのものを抵抗体にしてジュール熱を発生させ、その熱で被溶融物の溶融状態を維持し、被溶融物１００からの伝熱で灰を加熱、溶融する。
【００４４】
そして、この第５の実施の形態のシステムでも、前述の第４の実施の形態のシステムと同様な作用や効果を得ることができる。すなわち例えば、電極３４，３５間に交流電圧を印加して、電極３４，３５に正負電流を交互に通電しているので、各電極３４，３５で消耗を平均化し差異をなくすことができる、といったようにである。
【００４５】
次に、第６の実施の形態を説明する。
この第６の実施の形態のシステムでは、ごみ焼却灰電気溶融炉３０が３相電気炉であり、炉上に３本の電極３６，３７，３８を備えている。この第６の実施の形態のシステムでは、各電極３６，３７，３８が前記自励インバータ４に接続されて、自励インバータ４によりこの各電極３６，３７，３８間に各相交流電圧を印加している。さらにこのとき、自励インバータ４は、各相交流電流を個別に制御している。例えば、各電極３６，３７，３８間に電圧を印加するため、各相交流電流の位相を１２０°ずらして、各相交流電流を個別に制御している。このように、自励インバータ４は、各相交流電流を個別に制御可能とした３相交流電源を提供している。
【００４６】
このような構成により、前述の第４の実施の形態や第５の実施の形態の場合と同様に、３相交流電源１からの電流は、交流／直流変換降圧変圧器２で降圧されて、ＰＷＭコンバータ３に供給される。ＰＷＭコンバータ３は、入力された交流電流を直流電流に変換するとともに、電流平衡化、受電力率ほぼ１化、高調波レス化及び電源電圧擾乱の抑止等を行い、このように処理した直流電流を自励インバータ４に出力する。自励インバータ４は、直流電流を単相交流電流に変換し、ごみ焼却灰電気溶融炉３０の３本の電極３６，３７，３８間に交流電圧を印加する。これにより、各電極３６，３７，３８に３相交流電流が通電されるようになる。この電圧印加により、ごみ焼却灰電気溶融炉３０では、溶融状態になった灰そのものを抵抗体にしてジュール熱を発生させ、その熱で被溶融物の溶融状態を維持し、被溶融物１００からの伝熱で灰を加熱、溶融する。
【００４７】
そして、この第６の実施の形態のシステムでも、前述の第４の実施の形態や第５の実施の形態のシステムと同様な作用や効果を得ることができる。
また、自励インバータ４の機能を利用して、各相交流電流を単独で制御でき、或いは各相単独で電圧を制御できるので、次のような効果を得ることができる。
従来では、炉内の抵抗が各相間でばらついている場合には炉内の電極位置を変えていたが、本発明では、このような処置をすることなく、炉内の抵抗が各相間でばらついていても、自励インバータ４により各相交流電流を単独で制御できるので、３本の電極３６，３７，３８の位置を炉内で最適位置に固定した状態のままで、各電極ごとに最適電流値にすることができる。
【００４８】
そして、自励インバータ４の機能を利用して、炉内短絡や負荷急増などの急変に対し、各相交流電流を単独で、且つ瞬時に対応することができる。すなわち例えば、一部の電極による炉内短絡に対しても、自励インバータ４により、対応する相交流電流について瞬時に制御して、対応を図ることができる。
なお、前述の第６の実施の形態のシステムでは、ごみ焼却灰電気溶融炉３０が炉上に３本の電極３６，３７，３８を備え、この各電極３６，３７，３８に３相交流電源を給電するように構成しているが、炉上に備える電極の本数はそれ以上にすることもできる。
【００４９】
すなわち例えば、図８に示すように、ごみ焼却灰電気溶融炉３０が炉上に６本の電極３９，４０，４１，４２，４３，４４を備えていてもよい。この場合、各電極３９，４０，４１，４２，４３，４４に６相交流電源を給電する。
このような構成により、前述の第３の実施の形態の場合と同様に、自励インバータ４は、直流電流を単相交流電流に変換し、ごみ焼却灰電気溶融炉３０の６つの電極３９，４０，４１，４２，４３，４４間に交流電圧を印加する。これにより、各電極３９，４０，４１，４２，４３，４４に正負電流が交互に通電されるようになる。この電圧印加により、ごみ焼却灰電気溶融炉３０では、溶融状態になった灰そのものを抵抗体にしてジュール熱を発生させ、その熱で被溶融物の溶融状態を維持し、被溶融物１００からの伝熱で灰を加熱、溶融する。
【００５０】
そして、このような構成であっても、炉上に３本の電極３６，３７，３８を備えている場合と同様な作用や効果を得ることができる。
なお、前記自励インバータ４によって電源側各相電流を平衡化する電流制御をすることもでき、以下にその説明をする。
ここでは、前記図３に示した、炉上に３本の電極１６，１７，１８を備えたごみ焼却灰電気溶融炉１０のシステムについて説明する。図９は、そのように、自励インバータ４によって電源側各相電流を平衡化する電流制御を実現するための構成を示す。
【００５１】
なお、ＰＷＭコンバータ３の動作の説明を以下に加えておく。
直流電源を使う場合、整流相数により高調波電流が発生する。例えば、Ｐ相変換器の発生する高調波電流の次数ｎは、下記（１）として示すことができ、理論発生量Ｉｎは、下記（２）として示すことができる。
ｎ＝ｍｐ±１（ｍ＝１，２，３，・・・）　………（１）
Ｉｎ＝Ｉ・１／ｎ　………（２）
例えば、高調波電流の次数ｎは、６相変換器（Ｐ＝６）の場合は５，７，１１，１３，・・・となり、１２相変換器（Ｐ＝１２）の場合は１１，１３，２３，２５，・・・となる。
【００５２】
このような現象において、ＰＷＭコンバータ３が、電源側電流波形が正弦波となるように、ＰＷＭ制御を行うことで、高調波電流をなくすことができる。また、入力力率もほぼ１になるよう電圧、電流波形の位相差をなくすことができる。これにより無効電力変動をなくし、電源電圧の変動を抑えることができる。
一方、負荷側各相電力の平衡化をするための電流制御は次のように実現することができる。
【００５３】
図９に示す電流制御部５０は、そのような電流制御を実現するための手段である。電流制御部５０は、図９に示すように、設定器５１、電力検出演算器５２、加算器５３、ＡＰＲ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｒｅｇｕｌａｔｏｒ）５４、リミッタ５５、加算器５６、及びＡＣＲ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｃｕｒｒｅｎｔ　Ｒｅｇｕｌａｔｏｒ）５７を、各電極１６，１７，１８に対応して備えている。また、電流制御部５０は、自励インバータ４の出力から電流値を検出するＣＴ５８と、自励インバータ４の出力から電圧値を検出するＰＴ５９とを、各電極１６，１７，１８に対応して備えている。
【００５４】
このような構成において、設定器５１に、各電極１６，１７，１８に対応する電力投入量ＰＳ１，ＰＳ２，ＰＳ３が予めセットされている。
一方、各ＣＴ５８により各電極１６，１７，１８の電流値Ｉｄ１，Ｉｄ２，Ｉｄ３を検出し、また、各ＰＴ５９により各電極１６，１７，１８の電圧値Ｖｄ１，Ｖｄ２，Ｖｄ３を検出する。そして、電力検出演算器５２が、そのように検出した電流値Ｉｄ１，Ｉｄ２，Ｉｄ３及び電圧値Ｖｄ１，Ｖｄ２，Ｖｄ３から各電極１６，１７，１８で消費される電力量Ｐｄ１，Ｐｄ２，Ｐｄ３を得る。
【００５５】
そして、各加算器５３で、設定器５１にセットしている各電極１６，１７，１８に対応する電力投入量ＰＳ１，ＰＳ２，ＰＳ３と、電力検出演算器５２で得た消費電力量Ｐｄ１，Ｐｄ２，Ｐｄ３とを比較し、この差分値が各ＡＰＲ５４に入力される。そして、各ＡＰＲ５４の出力が、各リミッタ５５を介して各加算器５６に入力され、各加算器５６で、各ＣＴ５８により検出した各電流値Ｉｄ１，Ｉｄ２，Ｉｄ３とを交流から直流に変換する演算器６０を通して、この比較値或いは差分値が各ＡＣＲ５７に入力される。そして、各ＡＣＲ５７の出力が電流指令となって、自励インバータ４に入力される。
【００５６】
以上のような各部の動作により、各ＡＰＲ５４から各ＡＣＲ５７に指令（信号）が与えられ、各設定器５１にセットした電力量になるように電流設定となるなるように、各ＡＣＲ５７から自励インバータ４に電流指令が与えられる。そして、自励インバータ４は、各ＡＣＲ５７からの電流指令に基づき出力制御をすることで、各電極１６，１７，１８の電力制御を行う。このような制御により、自励インバータ４による負荷側各相電力の平衡化を実現している。
【００５７】
また、各ＡＰＲ５４の出力段に設けているリミッタ５５の値を自励インバータ４の出力回路の許容電流値にセットしておくことで、炉内短絡時に電力検出演算器５２による電力検出がゼロ近辺となっても、その短絡状態が解消するまで連続的に通電制御することができる。すなわち例えば、灰溶融の場合において、溶融塩や導電性金属により発生する短時間の炉内短絡に対し、許容電流値に抑えて、連続的に通電制御を行うことができる。そして、通電状態を維持することで、炉内短絡の原因となった物質は消失するので、最終的には短絡状態が解消し、通常の通電状態により炉の運転を行うことができるようになる。
【００５８】
なお、ここでは、図３又は図９を用い、３相３本電極の場合を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、ｎ相ｎ本電極でも同様に構成して、同様な効果を得ることができる。
以上、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、前述の実施の形態として実現されることに限定されるものではない。
【００５９】
すなわち、前述の実施の形態では、ごみ焼却灰溶融炉が電気抵抗式溶融炉、アーク加熱式或いはプラズマ加熱式である場合について説明したが、これに限定されるものではなく、本発明が適用可能な限り他の方式によりごみ焼却灰溶融炉を構成してもよい。また、被溶融物がごみ焼却灰であることに限定されるものではなく、被溶融物は使用済みの自動車などのシュレッダーダストでもよい。
【００６０】
さらに、本発明は、被溶融物がごみ焼却灰であるごみ焼却灰溶融炉に適用されることに限定されるものではなく、金属製品等の被溶融物とするフェロアロイ製錬炉や製鉄用アーク炉等として使用する交流電気溶融炉に適用することもできる。このような場合でも、被溶融物等に応じて自励インバータにより交流電流の制御ができるので、最適運転を実現することができる。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、自励インバータの機能を利用することで、交流電気炉である交流電気溶融炉を最適運転することができる。例えば、各電極で消耗を平均化し差異をなくすことができる。また、炉内雰囲気のばらつきをなくすことができる。
【００６２】
また、本発明によれば、ＰＷＭコンバータの機能を利用することで、交流電気炉の電源系統の安定化、経済的利用をすることができる。すなわち、電流平衡化、受電力率ほぼ１化、或いは高調波レス化することができ、さらに電源電圧擾乱（フリッカ）を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態のシステムの構成を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態のシステムの構成を示す図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態のシステムの構成であって、ごみ焼却灰電気溶融炉が３本の電極を備えている場合の構成を示す図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態のシステムの構成であって、ごみ焼却灰電気溶融炉が６本の電極を備えている場合の構成を示す図である。
【図５】本発明の第４の実施の形態のシステムの構成を示す図である。
【図６】本発明の第５の実施の形態のシステムの構成を示す図である。
【図７】本発明の第６の実施の形態のシステムの構成であって、ごみ焼却灰電気溶融炉が３本の電極を備えている場合の構成を示す図である。
【図８】本発明の第６の実施の形態のシステムの構成であって、ごみ焼却灰電気溶融炉が６本の電極を備えている場合の構成を示す図である。
【図９】負荷側各相電力の平衡化をすることができるシステムの構成を示す図である。
【符号の説明】
１　３相交流電源
２　交流／直流変換降圧変圧器
３　ＰＷＭコンバータ
４　自励インバータ
１０，３０　ごみ焼却灰電気溶融炉
１１，３１　炉
１２，３２　炉上電極
１３，３３　炉底電極
１４〜２４，３４〜４４　電極
１００　被溶融物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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