JPH1151577A - 誘導加熱装置の寿命予測方法及び装置 - Google Patents
誘導加熱装置の寿命予測方法及び装置Info
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- JPH1151577A JPH1151577A JP9202899A JP20289997A JPH1151577A JP H1151577 A JPH1151577 A JP H1151577A JP 9202899 A JP9202899 A JP 9202899A JP 20289997 A JP20289997 A JP 20289997A JP H1151577 A JPH1151577 A JP H1151577A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 誘導加熱装置のＵ字管内壁の磨耗状況や閉塞
状況を把握し誘導加熱装置の寿命を精度よく予測するこ
とで、被加熱金属の漏洩やこれに伴った障害を防ぐと共
に、コストのかかる誘導加熱装置の交換やその部品の交
換の頻度を抑える。 【解決手段】 亜鉛浴７中の溶融状態にある被加熱金属
の一部で、Ｕ字管４を流通するもので、１次コイルの誘
導加熱コイル２に対する２次コイルが形成される。Ｕ字
管４の内壁の磨耗状況や閉塞状況によってあたかも２次
コイルの長さや太さが変化するので、該変化を誘導加熱
装置のインピーダンスの抵抗分として把握する。
状況を把握し誘導加熱装置の寿命を精度よく予測するこ
とで、被加熱金属の漏洩やこれに伴った障害を防ぐと共
に、コストのかかる誘導加熱装置の交換やその部品の交
換の頻度を抑える。 【解決手段】 亜鉛浴７中の溶融状態にある被加熱金属
の一部で、Ｕ字管４を流通するもので、１次コイルの誘
導加熱コイル２に対する２次コイルが形成される。Ｕ字
管４の内壁の磨耗状況や閉塞状況によってあたかも２次
コイルの長さや太さが変化するので、該変化を誘導加熱
装置のインピーダンスの抵抗分として把握する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は特に、誘導加熱装置
のＵ字管内壁の磨耗状況や閉塞状態を簡易に精度良く把
握して、誘導加熱装置の寿命を精度良く予測すること
で、被加熱金属の漏洩やこれに伴った障害を防止すると
共に、コストのかかる誘導加熱装置の交換や部品の交換
の頻度を抑えることができる誘導加熱装置の寿命予測方
法及び装置に関する。
のＵ字管内壁の磨耗状況や閉塞状態を簡易に精度良く把
握して、誘導加熱装置の寿命を精度良く予測すること
で、被加熱金属の漏洩やこれに伴った障害を防止すると
共に、コストのかかる誘導加熱装置の交換や部品の交換
の頻度を抑えることができる誘導加熱装置の寿命予測方
法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図１は従来から用いられる誘導加熱装置
の構造を示す縦断面図である。又図２は図１におけるＡ
−Ａ’断面の断面図である。
の構造を示す縦断面図である。又図２は図１におけるＡ
−Ａ’断面の断面図である。
【０００３】該誘導加熱装置には例えば、小径管の溶融
亜鉛めっき炉における被加熱金属の溶融亜鉛を加熱する
ため、商用周波数の電圧を誘導加熱装置の１次側に印加
して亜鉛温度を４７０℃程度に保持する溶融亜鉛用低周
波誘導加熱装置がある。
亜鉛めっき炉における被加熱金属の溶融亜鉛を加熱する
ため、商用周波数の電圧を誘導加熱装置の１次側に印加
して亜鉛温度を４７０℃程度に保持する溶融亜鉛用低周
波誘導加熱装置がある。
【０００４】以下、この溶融亜鉛用低周波誘導加熱装置
を例にとって述べる。
を例にとって述べる。
【０００５】亜鉛浴７にある溶融亜鉛の一部は、黒鉛等
が用いられる図中右上がり斜線で示されるＵ字管４の管
内を、湯路３として連続して流通できるようになってい
る。又誘導加熱コイル２は鉄心１に磁束を発生させ、Ｕ
字管４の湯路３を流通する溶融亜鉛に鎖交する磁束を発
生させて、該溶融亜鉛に２次誘導電流が流れるようにす
る。該２次誘導電流が流れるとジュール熱により溶融亜
鉛は加熱され保温される。なおＵ字管４は図中左上がり
斜線で示される耐火物５で覆われ、更に金属ケース６に
納められている。水冷ジャケット８には、誘導加熱コイ
ル２が溶融亜鉛側から加熱され高温状態になってしまう
ことを防止するための、冷却水が流通されている。
が用いられる図中右上がり斜線で示されるＵ字管４の管
内を、湯路３として連続して流通できるようになってい
る。又誘導加熱コイル２は鉄心１に磁束を発生させ、Ｕ
字管４の湯路３を流通する溶融亜鉛に鎖交する磁束を発
生させて、該溶融亜鉛に２次誘導電流が流れるようにす
る。該２次誘導電流が流れるとジュール熱により溶融亜
鉛は加熱され保温される。なおＵ字管４は図中左上がり
斜線で示される耐火物５で覆われ、更に金属ケース６に
納められている。水冷ジャケット８には、誘導加熱コイ
ル２が溶融亜鉛側から加熱され高温状態になってしまう
ことを防止するための、冷却水が流通されている。
【０００６】ここでこのような誘導加熱装置では、Ｕ字
管４の磨耗もしくはＵ字管４にクラックが発生すること
による亜鉛漏れトラブルが発生する。Ｕ字管４の磨耗
は、加熱による亜鉛の対流により徐々に進行する。黒鉛
が用いられている場合は、溶融亜鉛中の酸素との反応に
より、黒鉛が酸化してエロージョンが進行する。又、Ｕ
字管４にクラックが発生するのは、酸化亜鉛もしくは酸
化アルミニウムを代表とする浴内の不純物がＵ字管４内
部に堆積し、その部分で２次誘導電流が絞られることに
よって他の部分より高温となることによる、熱応力によ
って発生する。Ｕ字管４の磨耗は徐々に進行し、Ｕ字管
４が黒鉛チューブである場合は約１０〜１５年で危険領
域に入るとされている。又、Ｕ字管４にクラックが発生
するのは時間に関係なく突発発生し、稼働後８ケ月で発
生したという報告もある。このように、小径管溶融亜鉛
用低周波誘導加熱装置の寿命判断は、Ｕ字管４の径変化
を精度良く捉えることが重要であるが、従来技術では困
難であった。
管４の磨耗もしくはＵ字管４にクラックが発生すること
による亜鉛漏れトラブルが発生する。Ｕ字管４の磨耗
は、加熱による亜鉛の対流により徐々に進行する。黒鉛
が用いられている場合は、溶融亜鉛中の酸素との反応に
より、黒鉛が酸化してエロージョンが進行する。又、Ｕ
字管４にクラックが発生するのは、酸化亜鉛もしくは酸
化アルミニウムを代表とする浴内の不純物がＵ字管４内
部に堆積し、その部分で２次誘導電流が絞られることに
よって他の部分より高温となることによる、熱応力によ
って発生する。Ｕ字管４の磨耗は徐々に進行し、Ｕ字管
４が黒鉛チューブである場合は約１０〜１５年で危険領
域に入るとされている。又、Ｕ字管４にクラックが発生
するのは時間に関係なく突発発生し、稼働後８ケ月で発
生したという報告もある。このように、小径管溶融亜鉛
用低周波誘導加熱装置の寿命判断は、Ｕ字管４の径変化
を精度良く捉えることが重要であるが、従来技術では困
難であった。
【０００７】このような亜鉛漏れの障害に対して従来は
次の対策を行っている。
次の対策を行っている。
【０００８】Ａ１．亜鉛漏れがあるかどうかを定期的に
目視点検する。
目視点検する。
【０００９】Ａ２．水冷ジャケット８と溶融亜鉛即ち２
次側回路との接地検出を行って亜鉛漏れの有無を監視す
る。
次側回路との接地検出を行って亜鉛漏れの有無を監視す
る。
【００１０】Ａ３．定期的に誘導加熱コイル２の電圧、
電流及び電力を測定し、亜鉛漏れを監視する。
電流及び電力を測定し、亜鉛漏れを監視する。
【００１１】Ａ４．亜鉛漏れが生じた場合には、誘導加
熱装置全体を交換する。
熱装置全体を交換する。
【００１２】上記のＡ１〜Ａ４の結果、異常と判断され
たときは、耐火物５の改善を図ったり、誘導加熱サイク
ルを低減したり、誘導加熱コイル２に印加する電圧を低
減したり、誘導加熱コイル２と耐火物５との間に流す冷
却水による冷却方法を改善したりする。しかしながらこ
のような従来の障害対処は、障害の主たる原因であるＵ
字管４の磨耗状況や閉塞状況を障害の予防として予め捉
えるものではなく、従って誘導加熱装置の交換時期を的
確に判断することができず、又障害発生後の対応である
ため、一時的な炉延命手段でしかなかった。
たときは、耐火物５の改善を図ったり、誘導加熱サイク
ルを低減したり、誘導加熱コイル２に印加する電圧を低
減したり、誘導加熱コイル２と耐火物５との間に流す冷
却水による冷却方法を改善したりする。しかしながらこ
のような従来の障害対処は、障害の主たる原因であるＵ
字管４の磨耗状況や閉塞状況を障害の予防として予め捉
えるものではなく、従って誘導加熱装置の交換時期を的
確に判断することができず、又障害発生後の対応である
ため、一時的な炉延命手段でしかなかった。
【００１３】ここで誘導加熱装置の全体の交換には大き
なコストを要し、その頻度は少ないことが望ましい。一
方、該交換が的確になされず不適切に稼働を継続して行
くと、致命的な溶融亜鉛の漏洩障害を引き起こすことに
なり、長時間の運転停止を招くことになる。従ってＵ字
管４の内壁の磨耗状況や閉塞状況を的確に判断して、誘
導加熱装置の適切な交換時期を判断し、障害を生じるこ
となく交換コストを最少にするための手法が従来より望
まれていた。
なコストを要し、その頻度は少ないことが望ましい。一
方、該交換が的確になされず不適切に稼働を継続して行
くと、致命的な溶融亜鉛の漏洩障害を引き起こすことに
なり、長時間の運転停止を招くことになる。従ってＵ字
管４の内壁の磨耗状況や閉塞状況を的確に判断して、誘
導加熱装置の適切な交換時期を判断し、障害を生じるこ
となく交換コストを最少にするための手法が従来より望
まれていた。
【００１４】ここで特開昭５９−７２６９５では、金属
ジャケットの外周に漏洩して蓄積している亜鉛地金が、
熱伝導や電磁誘導で加熱され溶融状態になったことを検
出し、アラームを発するという技術が開示されている。
又特開昭６２−１７１１８２では、誘導加熱装置の炉況
を誘導加熱コイルの１次電圧の変動により検出して、異
常であれば出力電圧を下げる、もしくは遮断するという
技術が開示されている。次に特開平６−３０７７８１で
は、誘導加熱コイルに発生する有効電力及び無効電力を
測定し、この測定値に基づいてＵ字管内の詰まり状況を
診断するという技術が開示されている。
ジャケットの外周に漏洩して蓄積している亜鉛地金が、
熱伝導や電磁誘導で加熱され溶融状態になったことを検
出し、アラームを発するという技術が開示されている。
又特開昭６２−１７１１８２では、誘導加熱装置の炉況
を誘導加熱コイルの１次電圧の変動により検出して、異
常であれば出力電圧を下げる、もしくは遮断するという
技術が開示されている。次に特開平６−３０７７８１で
は、誘導加熱コイルに発生する有効電力及び無効電力を
測定し、この測定値に基づいてＵ字管内の詰まり状況を
診断するという技術が開示されている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、まず前
述の特開昭５９−７２６９５は、亜鉛漏れ障害を予測し
防止することは不可能である。即ち、既に漏洩した溶融
亜鉛を検出するもので、一時しのぎの技術でしかなく、
重大な亜鉛漏れ障害を予測し防止することは不可能であ
る。
述の特開昭５９−７２６９５は、亜鉛漏れ障害を予測し
防止することは不可能である。即ち、既に漏洩した溶融
亜鉛を検出するもので、一時しのぎの技術でしかなく、
重大な亜鉛漏れ障害を予測し防止することは不可能であ
る。
【００１６】又特開昭６２−１７１１８２は、誘導加熱
装置の炉況と誘導加熱コイルの１次電圧との相関につい
て、記述があいまいで理論的な信ぴょう性に欠ける。又
この技術では異常時には電源を遮断しているが、電源を
遮断すると亜鉛浴の場合であれば溶融亜鉛が冷却され、
固化されてしまうという問題を生じてしまう。従って溶
融亜鉛炉では重大障害が予測され、適用は不可能であ
る。
装置の炉況と誘導加熱コイルの１次電圧との相関につい
て、記述があいまいで理論的な信ぴょう性に欠ける。又
この技術では異常時には電源を遮断しているが、電源を
遮断すると亜鉛浴の場合であれば溶融亜鉛が冷却され、
固化されてしまうという問題を生じてしまう。従って溶
融亜鉛炉では重大障害が予測され、適用は不可能であ
る。
【００１７】次に特開平６−３０７７８１は、Ｕ字管と
電源の力率との相関からＵ字管の径を予測するとされて
いるが、単相トランスと等価である誘導加熱装置の力率
は、算出に必要となる１次、２次側漏れ磁束、もしくは
２次側であるＵ字管のインダクタンスを理論的に算出す
るのが困難であり、精度が著しく悪く、高精度の管理が
必要となる誘導加熱装置のＵ字管径の管理には使用でき
ない。又、力率とＵ字管径を実験的に求めることによ
り、Ｕ字管径と力率との相関を求めることも理論的には
可能であるが、Ｕ字管径を測定する必要がある。該測定
は現在のところ、誘導加熱装置を交換して解体し、実測
する他ない。従って、種々の容量や寸法を有する誘導加
熱装置について、精度良く相関を実験的に求めるのは莫
大なコストを要するので、この従来技術は現実的手法と
は言えない。
電源の力率との相関からＵ字管の径を予測するとされて
いるが、単相トランスと等価である誘導加熱装置の力率
は、算出に必要となる１次、２次側漏れ磁束、もしくは
２次側であるＵ字管のインダクタンスを理論的に算出す
るのが困難であり、精度が著しく悪く、高精度の管理が
必要となる誘導加熱装置のＵ字管径の管理には使用でき
ない。又、力率とＵ字管径を実験的に求めることによ
り、Ｕ字管径と力率との相関を求めることも理論的には
可能であるが、Ｕ字管径を測定する必要がある。該測定
は現在のところ、誘導加熱装置を交換して解体し、実測
する他ない。従って、種々の容量や寸法を有する誘導加
熱装置について、精度良く相関を実験的に求めるのは莫
大なコストを要するので、この従来技術は現実的手法と
は言えない。
【００１８】本発明は前記の従来の問題点を解決するべ
くなされたもので、誘導加熱装置のＵ字管内壁の磨耗状
況や閉塞状態を簡易に精度良く把握して、誘導加熱装置
の寿命を精度良く予測することで、被加熱金属の漏洩や
これに伴った障害を防止すると共に、コストのかかる誘
導加熱装置の交換や部品の交換の頻度を抑えることがで
きる誘導加熱装置の寿命予測方法及び装置を提供するこ
とを目的とする。
くなされたもので、誘導加熱装置のＵ字管内壁の磨耗状
況や閉塞状態を簡易に精度良く把握して、誘導加熱装置
の寿命を精度良く予測することで、被加熱金属の漏洩や
これに伴った障害を防止すると共に、コストのかかる誘
導加熱装置の交換や部品の交換の頻度を抑えることがで
きる誘導加熱装置の寿命予測方法及び装置を提供するこ
とを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】まず本願の第１発明の誘
導加熱装置の寿命予測方法は、被加熱金属の一部がＵ字
管を流通する過程で、誘導加熱コイルにより該Ｕ字管に
鎖交する磁束を発生させて誘導電流を流す誘導加熱装置
を用い、該誘導電流のジュール熱により前記被加熱金属
を加熱する際に、前記誘導加熱装置の電源の有効電力、
無効電力及び電圧を測定し、これら有効電力及び無効電
力に基づいて、前記誘導加熱装置の電源の力率と皮相電
力を算出し、該皮相電力及び前記電圧から誘導加熱装置
のインピーダンスを算出し、該インピーダンスと前記力
率から誘導加熱装置のインピーダンスの抵抗分を算出
し、該インピーダンスの抵抗分と誘導加熱装置のＵ字管
径との予め求められた相関に基づいて、算出された該抵
抗分より、Ｕ字管部の内壁の磨耗状況や閉塞状況を把握
するようにしたことにより、前記課題を解決したもので
ある。
導加熱装置の寿命予測方法は、被加熱金属の一部がＵ字
管を流通する過程で、誘導加熱コイルにより該Ｕ字管に
鎖交する磁束を発生させて誘導電流を流す誘導加熱装置
を用い、該誘導電流のジュール熱により前記被加熱金属
を加熱する際に、前記誘導加熱装置の電源の有効電力、
無効電力及び電圧を測定し、これら有効電力及び無効電
力に基づいて、前記誘導加熱装置の電源の力率と皮相電
力を算出し、該皮相電力及び前記電圧から誘導加熱装置
のインピーダンスを算出し、該インピーダンスと前記力
率から誘導加熱装置のインピーダンスの抵抗分を算出
し、該インピーダンスの抵抗分と誘導加熱装置のＵ字管
径との予め求められた相関に基づいて、算出された該抵
抗分より、Ｕ字管部の内壁の磨耗状況や閉塞状況を把握
するようにしたことにより、前記課題を解決したもので
ある。
【００２０】次に本願の第２発明の誘導加熱装置の寿命
予測装置は、被加熱金属の一部がＵ字管を流通する過程
で、誘導加熱コイルにより該Ｕ字管に鎖交する磁束を発
生させて誘導電流を流す誘導加熱装置を用い、該誘導電
流のジュール熱により前記被加熱金属を加熱する際に、
前記誘導加熱装置の電源の有効電力、無効電力及び電圧
を測定する測定手段と、これら有効電力及び無効電力に
基づいて、前記誘導加熱装置の電源の力率と皮相電力を
算出する演算手段と、該皮相電力及び前記電圧から誘導
加熱装置のインピーダンスを算出する演算手段と、該イ
ンピーダンスと前記力率から誘導加熱装置のインピーダ
ンスの抵抗分を算出する演算手段と、該インピーダンス
の抵抗分と誘導加熱装置のＵ字管径との予め求められた
相関に基づいて、算出された該抵抗分より、Ｕ字管部の
内壁の磨耗状況や閉塞状況を把握する演算手段と、少な
くともこれら把握状況の１つに関する情報を一定時間毎
に記録するデータ記録手段とを備えたことにより、前記
課題を解決したものである。
予測装置は、被加熱金属の一部がＵ字管を流通する過程
で、誘導加熱コイルにより該Ｕ字管に鎖交する磁束を発
生させて誘導電流を流す誘導加熱装置を用い、該誘導電
流のジュール熱により前記被加熱金属を加熱する際に、
前記誘導加熱装置の電源の有効電力、無効電力及び電圧
を測定する測定手段と、これら有効電力及び無効電力に
基づいて、前記誘導加熱装置の電源の力率と皮相電力を
算出する演算手段と、該皮相電力及び前記電圧から誘導
加熱装置のインピーダンスを算出する演算手段と、該イ
ンピーダンスと前記力率から誘導加熱装置のインピーダ
ンスの抵抗分を算出する演算手段と、該インピーダンス
の抵抗分と誘導加熱装置のＵ字管径との予め求められた
相関に基づいて、算出された該抵抗分より、Ｕ字管部の
内壁の磨耗状況や閉塞状況を把握する演算手段と、少な
くともこれら把握状況の１つに関する情報を一定時間毎
に記録するデータ記録手段とを備えたことにより、前記
課題を解決したものである。
【００２１】以下、本発明の作用について簡単に説明す
る。
る。
【００２２】溶融状態にある被加熱金属の一部がＵ字管
を流通するようにした本発明が対象とする誘導加熱装置
においては、Ｕ字管を流通するものを中心として被加熱
金属の一部によって２次コイルとなるような回路が形成
される。なおこのように被加熱金属が擬似的に形成する
２次コイルを、以降実質導体と称するものとする。ここ
でＵ字管の内壁の磨耗状況や閉塞状況が進捗すると、こ
のような実質導体の太さや、場合によっては長さが変化
する。
を流通するようにした本発明が対象とする誘導加熱装置
においては、Ｕ字管を流通するものを中心として被加熱
金属の一部によって２次コイルとなるような回路が形成
される。なおこのように被加熱金属が擬似的に形成する
２次コイルを、以降実質導体と称するものとする。ここ
でＵ字管の内壁の磨耗状況や閉塞状況が進捗すると、こ
のような実質導体の太さや、場合によっては長さが変化
する。
【００２３】このような点に着目し本発明においては、
Ｕ字管の内壁の磨耗状況や閉塞状況の進捗を上記のよう
な実質導体の太さや長さの変化として捉え、又このよう
な実質導体の変化を、誘導加熱装置のインピーダンスの
抵抗分の変化として捉えるようにしている。
Ｕ字管の内壁の磨耗状況や閉塞状況の進捗を上記のよう
な実質導体の太さや長さの変化として捉え、又このよう
な実質導体の変化を、誘導加熱装置のインピーダンスの
抵抗分の変化として捉えるようにしている。
【００２４】溶融状態にある被加熱金属の一部がＵ字管
を流通するようにした本発明が対象とする誘導加熱装置
は、例えば後述する実施形態では図３に示すように、１
次側が進相コンデンサＣとコイル２であり、そして２次
側にはＵ字管があり、鉄心を介してコイル２に磁気的に
結合している。この一例の実施形態は図４に示すよう
に、Ｕ字管を含む被加熱金属が２次側回路となる単相ト
ランスと等価な回路となる。
を流通するようにした本発明が対象とする誘導加熱装置
は、例えば後述する実施形態では図３に示すように、１
次側が進相コンデンサＣとコイル２であり、そして２次
側にはＵ字管があり、鉄心を介してコイル２に磁気的に
結合している。この一例の実施形態は図４に示すよう
に、Ｕ字管を含む被加熱金属が２次側回路となる単相ト
ランスと等価な回路となる。
【００２５】磨耗もしくは閉塞することにより、実質的
なＵ字管径や場合によっては実質的なＵ字管の長さが変
化すると、これにより２次側導体の太さや長さが変化
し、インピーダンス即ち抵抗値及びインダクタンス値、
又、力率等に変化を及ぼす。このとき、インダクタンス
値、又、抵抗値とインダクタンス値によって決定される
力率は、理論計算が困難であり、後述する等価回路中の
漏れ磁束や、被加熱溶融金属からなる２次側導体のイン
ダクタンス値を求めることは、高度かつ複雑な磁場解析
装置を要する上、精度的にも著しく悪く、Ｕ字管内壁の
微細な変化をも算出することが要求される劣化診断にお
いては実用に耐えない。又、本発明で提供する安価で簡
易なオンラインリアルタイムの劣化診断装置を構成する
ことも困難である。
なＵ字管径や場合によっては実質的なＵ字管の長さが変
化すると、これにより２次側導体の太さや長さが変化
し、インピーダンス即ち抵抗値及びインダクタンス値、
又、力率等に変化を及ぼす。このとき、インダクタンス
値、又、抵抗値とインダクタンス値によって決定される
力率は、理論計算が困難であり、後述する等価回路中の
漏れ磁束や、被加熱溶融金属からなる２次側導体のイン
ダクタンス値を求めることは、高度かつ複雑な磁場解析
装置を要する上、精度的にも著しく悪く、Ｕ字管内壁の
微細な変化をも算出することが要求される劣化診断にお
いては実用に耐えない。又、本発明で提供する安価で簡
易なオンラインリアルタイムの劣化診断装置を構成する
ことも困難である。
【００２６】このような点に着目した本発明において
は、Ｕ字管の内壁の磨耗や、閉塞を２次側導体の変化と
して捉え、又、このような２次側導体の電気的変化を１
次側インピーダンスの抵抗分変化として捉えることによ
り、Ｕ字管の内壁の磨耗や、閉塞を精度良く簡易に算出
する手法を提供するものである。又、該１次側インピー
ダンスは、誘導加熱装置の電源の１次側有効電力、無効
電力、電圧を測定することにより随時算出可能であり、
図８に示すように、オンラインリアルタイムでＵ字管内
壁の状況を監視することが可能である。
は、Ｕ字管の内壁の磨耗や、閉塞を２次側導体の変化と
して捉え、又、このような２次側導体の電気的変化を１
次側インピーダンスの抵抗分変化として捉えることによ
り、Ｕ字管の内壁の磨耗や、閉塞を精度良く簡易に算出
する手法を提供するものである。又、該１次側インピー
ダンスは、誘導加熱装置の電源の１次側有効電力、無効
電力、電圧を測定することにより随時算出可能であり、
図８に示すように、オンラインリアルタイムでＵ字管内
壁の状況を監視することが可能である。
【００２７】このように本発明によれば、Ｕ字管の内壁
の磨耗状況や閉塞状況の進捗を、誘導加熱装置の電源の
インピーダンスの抵抗分の変化として捉え、誘導加熱装
置のＵ字管内壁の磨耗状況や閉塞状況を把握して誘導加
熱装置の寿命を簡易に精度良く予測することで、被加熱
金属の漏洩やこれに伴った障害を防ぐと共に、莫大なコ
ストを要する誘導加熱装置の交換やその部品の交換の頻
度を抑えることができる。
の磨耗状況や閉塞状況の進捗を、誘導加熱装置の電源の
インピーダンスの抵抗分の変化として捉え、誘導加熱装
置のＵ字管内壁の磨耗状況や閉塞状況を把握して誘導加
熱装置の寿命を簡易に精度良く予測することで、被加熱
金属の漏洩やこれに伴った障害を防ぐと共に、莫大なコ
ストを要する誘導加熱装置の交換やその部品の交換の頻
度を抑えることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】以下、図を用いて本発明の実施の
形態を詳細に説明する。
形態を詳細に説明する。
【００２９】本発明が適用された誘導加熱装置の寿命予
測方法の第１実施形態は、前述した図１や図２の誘導加
熱装置を対象としている。ここでこの誘導加熱装置の誘
導加熱コイルの周辺回路は図３に示す通りである。なお
斜線で示される符号７は亜鉛浴である。
測方法の第１実施形態は、前述した図１や図２の誘導加
熱装置を対象としている。ここでこの誘導加熱装置の誘
導加熱コイルの周辺回路は図３に示す通りである。なお
斜線で示される符号７は亜鉛浴である。
【００３０】この図３においてまず、誘導加熱装置１０
の１次コイルの誘導加熱コイル２が取り付けられた鉄心
１では、Ｕ字管４の湯路３を流通する溶融亜鉛によって
２次コイルが形成され、該溶融金属には誘導電流が流れ
る。又、該誘導電流のジュール熱により溶融金属が加熱
され、あるいは保温される。
の１次コイルの誘導加熱コイル２が取り付けられた鉄心
１では、Ｕ字管４の湯路３を流通する溶融亜鉛によって
２次コイルが形成され、該溶融金属には誘導電流が流れ
る。又、該誘導電流のジュール熱により溶融金属が加熱
され、あるいは保温される。
【００３１】又この図３においては誘導加熱コイル２に
並列に、力率改善用のコンデンサＣが接続されている。
又端子ＴＡ及びＴＢの電源側電圧Ｖ、電源側負荷電流
Ｉ、有効電力ＫＷ、及び無効電力Ｋｖａｒを測定するた
めの図示されない計器や検出器が設けられている。
並列に、力率改善用のコンデンサＣが接続されている。
又端子ＴＡ及びＴＢの電源側電圧Ｖ、電源側負荷電流
Ｉ、有効電力ＫＷ、及び無効電力Ｋｖａｒを測定するた
めの図示されない計器や検出器が設けられている。
【００３２】図４に誘導加熱装置の等価回路を示す。
【００３３】Ｚ１で示される１次ケーブルインピーダン
スはケーブルの太さと長さとから既知の値となり、Ｒｃ
で示されるコイル抵抗は誘導加熱装置の設計データから
既知の値となっている。Ｙ０で示される励磁アドミタン
スは、無負荷テスト時の１次側電源電圧と電流値とから
算出できる。又、２次側導体となる、Ｕ字管内の被加熱
溶融亜鉛の抵抗値はＵ字管径との関数で、以下の式で算
出できる。
スはケーブルの太さと長さとから既知の値となり、Ｒｃ
で示されるコイル抵抗は誘導加熱装置の設計データから
既知の値となっている。Ｙ０で示される励磁アドミタン
スは、無負荷テスト時の１次側電源電圧と電流値とから
算出できる。又、２次側導体となる、Ｕ字管内の被加熱
溶融亜鉛の抵抗値はＵ字管径との関数で、以下の式で算
出できる。
【００３４】
【数１】
【００３５】ここで、Ｒｚｕは、Ｕ字管内の溶融亜鉛Ｚ
ｎの実質導体の直流抵抗〔単位：Ω〕である。ρは、溶
融亜鉛Ｚｎの固有抵抗〔単位：μΩ・ｃｍ〕である。Ａ
はＵ字管の電流が流れている部分の断面積〔単位：ｃｍ
・ｃｍ〕であり、ＬはＵ字管の長さ〔単位：ｃｍ〕であ
る。
ｎの実質導体の直流抵抗〔単位：Ω〕である。ρは、溶
融亜鉛Ｚｎの固有抵抗〔単位：μΩ・ｃｍ〕である。Ａ
はＵ字管の電流が流れている部分の断面積〔単位：ｃｍ
・ｃｍ〕であり、ＬはＵ字管の長さ〔単位：ｃｍ〕であ
る。
【００３６】交流の場合、表皮作用により実質断面積が
減少し、これにより抵抗値が増加するので、電流が流れ
る領域の浸透深さを考慮する。ここでこの電流浸透深さ
をＰとすると、次式のように表すことができる。
減少し、これにより抵抗値が増加するので、電流が流れ
る領域の浸透深さを考慮する。ここでこの電流浸透深さ
をＰとすると、次式のように表すことができる。
【００３７】
【数２】
【００３８】ここで、μは比透磁率である。ｆは電源の
周波数〔単位：Ｈｚ〕である。ここで断面積Ａについて
考えると、実際に電流が流れるその表面からＰだけの深
さまでの部分の断面積は、実質導体の断面形状を単純な
円と仮定し、かつその直径をｄとすれば次式のように表
すことができる。
周波数〔単位：Ｈｚ〕である。ここで断面積Ａについて
考えると、実際に電流が流れるその表面からＰだけの深
さまでの部分の断面積は、実質導体の断面形状を単純な
円と仮定し、かつその直径をｄとすれば次式のように表
すことができる。
【００３９】
【数３】
【００４０】ここでｄｐは（Ｐ・Ｐ）に比較し十分に大
であるため、この断面積Ａをｄｐπとし、Ｕ字管内の溶
融亜鉛Ｚｎ（実質導体）の交流抵抗をＲａｃとすると、
これは次のように表すことができる。
であるため、この断面積Ａをｄｐπとし、Ｕ字管内の溶
融亜鉛Ｚｎ（実質導体）の交流抵抗をＲａｃとすると、
これは次のように表すことができる。
【００４１】
【数４】
【００４２】ただし、前述したように、ＸｌＬ、Ｘ２Ｌ
でそれぞれ示される１次、２次側漏れインダクタンス、
及びＸ２で示される２次側溶融亜鉛のインダクタンスに
ついては種々の外乱要素の存在もあり、本発明の主旨で
あるＵ字管内壁の磨耗状況もしくは閉塞状況を検知し、
寿命を診断する用途に耐える精度で算出することは困難
である。又これらＸｌＬ、Ｘ２Ｌ、Ｘ２に依存すると、
高度かつ複雑な電磁場解析手法が必要となるため、高価
な解析システムが必要となるという問題がある。
でそれぞれ示される１次、２次側漏れインダクタンス、
及びＸ２で示される２次側溶融亜鉛のインダクタンスに
ついては種々の外乱要素の存在もあり、本発明の主旨で
あるＵ字管内壁の磨耗状況もしくは閉塞状況を検知し、
寿命を診断する用途に耐える精度で算出することは困難
である。又これらＸｌＬ、Ｘ２Ｌ、Ｘ２に依存すると、
高度かつ複雑な電磁場解析手法が必要となるため、高価
な解析システムが必要となるという問題がある。
【００４３】これに対して、本発明による１次側インピ
ーダンスの抵抗分とＵ字管径との予め求められた相関か
らＵ字管径を導出する手法によれば、図５のように等価
回路を書き直せるので、回路中のインダクタンス分、即
ち、ケーブルのインダクタンスＸ１、１次側漏れ磁束分
インダクタンスＸｌＬ、２次側漏れ磁束分インダクタン
スＸ２Ｌ、Ｕ字管内溶融壷鉛のインダクタンスＸ２は全
て無視することができ、抵抗分のみの和でインピーダン
スの抵抗分を算出できる。これは、図６に示すように、
系統のインピーダンスＺは抵抗分Ｒとインダクタンス分
Ｘとのベクトル和であるため、図５のようにインピーダ
ンス成分が直列の場合は、抵抗値とインダクタンス値と
をそれぞれ独立に和をとって算出できるためである。な
お、励磁アドミタンスはその他のインピーダンスより極
めて大きな値となっているので、計算上は無視できる。
ーダンスの抵抗分とＵ字管径との予め求められた相関か
らＵ字管径を導出する手法によれば、図５のように等価
回路を書き直せるので、回路中のインダクタンス分、即
ち、ケーブルのインダクタンスＸ１、１次側漏れ磁束分
インダクタンスＸｌＬ、２次側漏れ磁束分インダクタン
スＸ２Ｌ、Ｕ字管内溶融壷鉛のインダクタンスＸ２は全
て無視することができ、抵抗分のみの和でインピーダン
スの抵抗分を算出できる。これは、図６に示すように、
系統のインピーダンスＺは抵抗分Ｒとインダクタンス分
Ｘとのベクトル和であるため、図５のようにインピーダ
ンス成分が直列の場合は、抵抗値とインダクタンス値と
をそれぞれ独立に和をとって算出できるためである。な
お、励磁アドミタンスはその他のインピーダンスより極
めて大きな値となっているので、計算上は無視できる。
【００４４】従って本発明が適用された本実施形態によ
れば、このようにＵ字管内壁の磨耗状況や、閉塞状態を
把握することで、誘導加熱装置の寿命を簡易に精度良く
予測することができ、最適な時期で溶融加熱装置やその
部品の交換や点検を行うことができる。従ってこのよう
に交換や点検を行うことで、溶融亜鉛の漏洩やこれに伴
った障害を未然に防止することができる上、又、必要以
上に頻繁に、このような交換や点検の作業が行われるこ
とを防ぐことによるコスト削減も図ることが可能であ
る。
れば、このようにＵ字管内壁の磨耗状況や、閉塞状態を
把握することで、誘導加熱装置の寿命を簡易に精度良く
予測することができ、最適な時期で溶融加熱装置やその
部品の交換や点検を行うことができる。従ってこのよう
に交換や点検を行うことで、溶融亜鉛の漏洩やこれに伴
った障害を未然に防止することができる上、又、必要以
上に頻繁に、このような交換や点検の作業が行われるこ
とを防ぐことによるコスト削減も図ることが可能であ
る。
【００４５】なお、図７のグラフにおいて太線は、図３
に示す、ＴＡ、ＴＢにおけるインピーダンスの抵抗値と
Ｕ字管径の関係の計算結果をグラフにした理論データを
示す。このようなインピーダンスの抵抗分と誘導加熱装
置のＵ字管径との相関は、例えば前述した計算式のよう
な理論等で予め求めることができる。又この図７におい
て丸印で示される点は、実験的１次側インピーダンス抵
抗値とＵ字管径との実測値である。このグラフから明ら
かなように、実データは理論値に対して極めて高い相似
性を有しており、このことは本発明の高い有効性を顕著
に示すものである。
に示す、ＴＡ、ＴＢにおけるインピーダンスの抵抗値と
Ｕ字管径の関係の計算結果をグラフにした理論データを
示す。このようなインピーダンスの抵抗分と誘導加熱装
置のＵ字管径との相関は、例えば前述した計算式のよう
な理論等で予め求めることができる。又この図７におい
て丸印で示される点は、実験的１次側インピーダンス抵
抗値とＵ字管径との実測値である。このグラフから明ら
かなように、実データは理論値に対して極めて高い相似
性を有しており、このことは本発明の高い有効性を顕著
に示すものである。
【００４６】又、図８に示すように、誘導加熱装置の電
源の有効電力、無効電力、電圧をオンラインリアルタイ
ムに測定して、Ｕ字管径を管理する装置を導入すること
も行っている。これにより、本発明の有効性を更に高い
レベルで享受できるシステムを構築した。該システムは
本発明、特に本願の第２発明が適用された第２実施形態
の誘導加熱装置の寿命予測装置であり、誘導加熱装置の
把握状況の１つに関する情報を一定時間毎に記録する機
能を備えており、該システムはオンラインデータロギン
グ装置とも称している。
源の有効電力、無効電力、電圧をオンラインリアルタイ
ムに測定して、Ｕ字管径を管理する装置を導入すること
も行っている。これにより、本発明の有効性を更に高い
レベルで享受できるシステムを構築した。該システムは
本発明、特に本願の第２発明が適用された第２実施形態
の誘導加熱装置の寿命予測装置であり、誘導加熱装置の
把握状況の１つに関する情報を一定時間毎に記録する機
能を備えており、該システムはオンラインデータロギン
グ装置とも称している。
【００４７】このシステムでは、電流測定用トランスＣ
Ｔや電力測定用トランスＰＴを用い計測装置５２で測定
されたデータは、コンピュータ５４で処理され、該処理
結果はＣＲＴ５６で確認することができるようになって
いる。誘導加熱装置１０のインピーダンスの抵抗分はコ
ンピュータ５４で求められる。又該コンピュータ５４で
はこの抵抗分と誘導加熱装置のＵ字管径との予め求めら
れた相関に基づいて、逐次算出される該抵抗分より、Ｕ
字管部の内壁の磨耗状況や閉塞状況を把握する。更に該
コンピュータ５４は、少なくともこれら把握状況の１つ
に関する情報を一定時間毎に記録するデータ記録手段を
備える。又該コンピュータ５４における処理結果や、Ｕ
字管部の内壁の磨耗状況や閉塞状況の把握結果は、ＣＲ
Ｔ５６で確認することができる。
Ｔや電力測定用トランスＰＴを用い計測装置５２で測定
されたデータは、コンピュータ５４で処理され、該処理
結果はＣＲＴ５６で確認することができるようになって
いる。誘導加熱装置１０のインピーダンスの抵抗分はコ
ンピュータ５４で求められる。又該コンピュータ５４で
はこの抵抗分と誘導加熱装置のＵ字管径との予め求めら
れた相関に基づいて、逐次算出される該抵抗分より、Ｕ
字管部の内壁の磨耗状況や閉塞状況を把握する。更に該
コンピュータ５４は、少なくともこれら把握状況の１つ
に関する情報を一定時間毎に記録するデータ記録手段を
備える。又該コンピュータ５４における処理結果や、Ｕ
字管部の内壁の磨耗状況や閉塞状況の把握結果は、ＣＲ
Ｔ５６で確認することができる。
【００４８】なお図８の電流測定用トランスＣＴや電力
測定用トランスＰＴで測定される有効電力、無効電力、
電圧から、誘導加熱装置の１次側インピーダンスの抵抗
分は、次式のように求めることができる。
測定用トランスＰＴで測定される有効電力、無効電力、
電圧から、誘導加熱装置の１次側インピーダンスの抵抗
分は、次式のように求めることができる。
【００４９】
【数５】
【００５０】なお、Ｐｗは誘導加熱装置への有効電力で
あり、Ｐｖａｒは無効電力であり、ｃｏｓθは力率であ
る。Ｖは誘導加熱装置への電圧であり、Ｐｏは皮相電力
であり、Ｚは誘導加熱装置のインピーダンスであり、Ｒ
はインピーダンスＺの抵抗分である。
あり、Ｐｖａｒは無効電力であり、ｃｏｓθは力率であ
る。Ｖは誘導加熱装置への電圧であり、Ｐｏは皮相電力
であり、Ｚは誘導加熱装置のインピーダンスであり、Ｒ
はインピーダンスＺの抵抗分である。
【００５１】
【発明の効果】誘導加熱装置のＵ字管内壁の磨耗状況や
閉塞状況を把握し誘導加熱装置の寿命を安価に精度良く
予測することで、被加熱金属の漏洩やこれに伴った障害
を防ぐと共に、コストのかかる誘導加熱装置の交換やそ
の部品の交換の頻度を抑えることができる。
閉塞状況を把握し誘導加熱装置の寿命を安価に精度良く
予測することで、被加熱金属の漏洩やこれに伴った障害
を防ぐと共に、コストのかかる誘導加熱装置の交換やそ
の部品の交換の頻度を抑えることができる。
【図１】本発明が適用される第１実施形態の対象とする
誘導加熱装置の縦断面図
誘導加熱装置の縦断面図
【図２】上記誘導加熱装置の水平断面図
【図３】前記誘導加熱装置の誘導加熱コイルを中心とし
た周辺の回路図
た周辺の回路図
【図４】前記誘導加熱装置の誘導加熱コイルを中心とし
た等価回路図
た等価回路図
【図５】前記誘導加熱装置の誘導加熱コイルを中心とし
た簡易等価回路図
た簡易等価回路図
【図６】前記誘導加熱装置の電源インピーダンスのベク
トル図
トル図
【図７】前記実施形態のＵ字管径と１次側抵抗値との関
係の一例を示すグラフ
係の一例を示すグラフ
【図８】本発明が適用される第２実施形態のオンライン
データロギング装置のシステム構成図
データロギング装置のシステム構成図
１…鉄心 ２…誘導加熱コイル ３…湯路 ４…Ｕ字管 ５…耐火物 ６…金属ケース ７…亜鉛浴 ８…水冷ジャケット １０…誘導加熱装置 ５２…計測装置 ５４…コンピュータ ５６…ＣＲＴ Ｃ…進相コンデンサ ＣＴ…電流測定用トランス ＰＴ…電力測定用トランス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０５Ｂ 6/06 ３３５ Ｈ０５Ｂ 6/06 ３３５ ３４５ ３４５
Claims (2)
- 【請求項１】被加熱金属の一部がＵ字管を流通する過程
で、誘導加熱コイルにより該Ｕ字管に鎖交する磁束を発
生させて誘導電流を流す誘導加熱装置を用い、該誘導電
流のジュール熱により前記被加熱金属を加熱する際に、 前記誘導加熱装置の電源の有効電力、無効電力及び電圧
を測定し、 これら有効電力及び無効電力に基づいて、前記誘導加熱
装置の電源の力率と皮相電力を算出し、 該皮相電力及び前記電圧から誘導加熱装置のインピーダ
ンスを算出し、 該インピーダンスと前記力率から誘導加熱装置のインピ
ーダンスの抵抗分を算出し、 該インピーダンスの抵抗分と誘導加熱装置のＵ字管径と
の予め求められた相関に基づいて、算出された該抵抗分
より、Ｕ字管部の内壁の磨耗状況や閉塞状況を把握する
ことを特徴とする誘導加熱装置の寿命予測方法。 - 【請求項２】被加熱金属の一部がＵ字管を流通する過程
で、誘導加熱コイルにより該Ｕ字管に鎖交する磁束を発
生させて誘導電流を流す誘導加熱装置を用い、該誘導電
流のジュール熱により前記被加熱金属を加熱する際に、
前記誘導加熱装置の電源の有効電力、無効電力及び電圧
を測定する測定手段と、 これら有効電力及び無効電力に基づいて、前記誘導加熱
装置の電源の力率と皮相電力を算出する演算手段と、 該皮相電力及び前記電圧から誘導加熱装置のインピーダ
ンスを算出する演算手段と、 該インピーダンスと前記力率から誘導加熱装置のインピ
ーダンスの抵抗分を算出する演算手段と、 該インピーダンスの抵抗分と誘導加熱装置のＵ字管径と
の予め求められた相関に基づいて、算出された該抵抗分
より、Ｕ字管部の内壁の磨耗状況や閉塞状況を把握する
演算手段と、 少なくともこれら把握状況の１つに関する情報を一定時
間毎に記録するデータ記録手段とを備えたことを特徴と
する誘導加熱装置の寿命予測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9202899A JPH1151577A (ja) | 1997-07-29 | 1997-07-29 | 誘導加熱装置の寿命予測方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9202899A JPH1151577A (ja) | 1997-07-29 | 1997-07-29 | 誘導加熱装置の寿命予測方法及び装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1151577A true JPH1151577A (ja) | 1999-02-26 |
Family
ID=16465050
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9202899A Pending JPH1151577A (ja) | 1997-07-29 | 1997-07-29 | 誘導加熱装置の寿命予測方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1151577A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2009130772A1 (ja) * | 2008-04-24 | 2011-08-11 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | 誘導加熱装置の劣化診断装置 |
| JP2013063006A (ja) * | 2011-02-15 | 2013-04-04 | Tokuden Co Ltd | 高周波発生装置 |
| CN114018612A (zh) * | 2021-09-28 | 2022-02-08 | 彩虹显示器件股份有限公司 | 一种基板玻璃通道辅助加热器寿命预警方法及系统 |
-
1997
- 1997-07-29 JP JP9202899A patent/JPH1151577A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2009130772A1 (ja) * | 2008-04-24 | 2011-08-11 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | 誘導加熱装置の劣化診断装置 |
| JP5012997B2 (ja) * | 2008-04-24 | 2012-08-29 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | 誘導加熱装置の劣化診断装置 |
| JP2013063006A (ja) * | 2011-02-15 | 2013-04-04 | Tokuden Co Ltd | 高周波発生装置 |
| CN114018612A (zh) * | 2021-09-28 | 2022-02-08 | 彩虹显示器件股份有限公司 | 一种基板玻璃通道辅助加热器寿命预警方法及系统 |
| CN114018612B (zh) * | 2021-09-28 | 2024-02-23 | 彩虹显示器件股份有限公司 | 一种基板玻璃通道辅助加热器寿命预警方法及系统 |
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