乾燥炉の昇温制御装置および昇温制御方法
【課題】乾燥炉の加熱・昇温を高精度に制御して、所望の稼働開始時刻までに正確に乾燥炉の炉内温度を所望の温度に昇温することができる乾燥炉の昇温制御装置および昇温制御方法を提供する。
【解決手段】外気湿度、昇温完了時刻およびその昇温完了時刻における所望炉内温度に基づいて、予め設定された乾燥炉１の昇温曲線を補正する昇温曲線演算部５と、炉内温度と、前記補正された昇温曲線とに基づいて炉内温度演算部７で求められた加熱開始時刻に乾燥炉の加熱を開始させ、補正された昇温曲線に基づいて炉内温度の昇温を制御する乾燥炉加熱制御部８とを備える乾燥炉の昇温制御装置、およびその装置による昇温制御方法。
【解決手段】外気湿度、昇温完了時刻およびその昇温完了時刻における所望炉内温度に基づいて、予め設定された乾燥炉１の昇温曲線を補正する昇温曲線演算部５と、炉内温度と、前記補正された昇温曲線とに基づいて炉内温度演算部７で求められた加熱開始時刻に乾燥炉の加熱を開始させ、補正された昇温曲線に基づいて炉内温度の昇温を制御する乾燥炉加熱制御部８とを備える乾燥炉の昇温制御装置、およびその装置による昇温制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、塗装ラインの乾燥炉の昇温を制御する装置およびその装置による乾燥炉の昇温制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車製造工場の塗装ラインにおいて、塗装された車体は、台車に載せられて搬送され、搬送路の途中に設けられた乾燥炉で熱風対流による焼付け乾燥処理が施される。
【０００３】
この乾燥炉は、塗装ラインの稼働開始前から加熱装置による加熱が開始され、稼働開始時刻に炉内温度が所定の温度となっているように、炉内温度の昇温が制御される。そして、加熱して乾燥炉の炉内温度の昇温を開始させる時刻（以下、「加熱開始時刻」という）は、昇温開始前の乾燥炉の炉内温度、外気温度、外気湿度等が季節、天候等によって変動するため、その変動に応じて適切かつ正確に決定することが困難であった。そのため、塗装ラインの稼働開始時刻になっても炉内温度が所定の温度に達せず、塗装ラインの稼働開始が遅延して稼働率の低下を招いたり、逆に塗装ラインの稼働開始時刻前に炉内温度が所定の温度に達してしまい、無駄な加熱によって余計な燃料費がかかったりするといった不具合があった。
【０００４】
そこで、外気温度および炉内温度を検出する温度検出手段と、その温度検出手段の検出値、設定手段における昇温完了時刻および昇温完了時刻における炉内温度の設定値ならびに加温手段の加温出力から、昇温完了時刻における炉内温度を設定された炉内温度とするために必要な加温開始時刻を求め、求めた加温開始時刻に加温手段による乾燥炉の加温を開始させる加温開始制御手段を備える乾燥炉の昇温制御装置が提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特公平７−１０３６８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の制御装置または制御方法では、外気湿度等の変動に伴う影響を正確に反映させて加熱開始時刻を決定し、さらにその加熱開始時刻から昇温完了時刻までの乾燥炉の加熱・昇温を適切に制御することができず、昇温完了時刻を正確に塗装ラインの稼働開始時刻に間に合う適切な時刻にすることができなかった。そのため、加熱装置の無駄な加熱によって燃料の無駄を招いたり、稼働開始の遅延によって塗装ラインの稼働率の低下を招くことがあった。そこで、乾燥炉における燃料費の低減、塗装ラインの稼働率の向上等を目的として、従来よりもさらに高精度に乾燥炉の加熱・昇温を制御して、より正確に、所望の稼働開始時刻に乾燥炉の炉内温度を所望の温度にする装置または方法が求められている。
【０００７】
本発明は、前記問題に鑑み、乾燥炉の加熱・昇温を高精度に制御して、所望の稼働開始時刻までに正確に乾燥炉の炉内温度を所望の温度に昇温することができる乾燥炉の昇温制御装置および昇温制御方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、加熱装置により加熱される乾燥炉の炉内温度の昇温制御装置であって、前記乾燥炉の昇温制御開始時刻ｔ０、前記乾燥炉における昇温完了時刻ｔ４およびその昇温完了時刻における所望炉内温度Ｔ４、ならびに予想昇温曲線を予め設定する設定部と、前記乾燥炉の外部に配設され、外気湿度Ｈを測定する外気湿度測定器と、前記外気湿度Ｈ、ならびに前記昇温完了時刻ｔ４および所望炉内温度Ｔ４に基づいて、前記予想昇温曲線を補正して補正昇温曲線を求める昇温曲線演算部と、前記乾燥炉内に配設され、炉内温度ＴＳを測定する炉内温度測定器と、前記炉内温度測定器により測定された炉内温度ＴＳと、前記補正昇温曲線に基づいて前記乾燥炉の加熱開始時刻ｔｓを求める炉内温度演算部と、前記加熱開始時刻ｔｓに前記加熱装置による前記乾燥炉の加熱を開始させ、前記補正昇温曲線に基づいて炉内温度が昇温するように、加熱装置による加熱を制御する乾燥炉加熱制御部と、前記昇温制御開始時刻ｔ０に、前記昇温曲線演算部、前記炉内温度演算部および前記乾燥炉加熱制御部を起動させる装置起動部とを備えることを特徴とする乾燥炉の昇温制御装置を発明の構成とする。
【０００９】
この昇温制御装置では、外気湿度測定器により測定される外気湿度Ｈと、予め設定される昇温完了時刻ｔ４および所望炉内温度Ｔ４に基づいて、予め設定される予想昇温曲線が補正されて補正昇温曲線が求められる。そして、この補正昇温曲線と、炉内温度測定器により測定された炉内温度とに基づいて求められる乾燥炉の加熱開始時刻ｔｓに乾燥炉の加熱が開始され、補正昇温曲線に基づいて炉内温度の昇温が制御される。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、前記請求項１に記載の昇温制御装置において、前記炉内温度演算部が、前記加熱装置による加熱開始前に前記炉内温度測定器によって少なくとも２回測定された炉内温度ＴＳに基づいて加熱前の乾燥炉における炉内温度下降曲線を求め、当該炉内温度下降曲線と、前記補正昇温曲線とが交わる時刻を演算して前記加熱開始時刻ｔｓを決定することを特徴とする。
【００１１】
この昇温制御装置では、炉内温度測定器によって測定された炉内温度に基づいて求められる炉内温度下降曲線と補正昇温曲線の交わる時刻が加熱開始時刻ｔｓとされる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、前記請求項１に記載の昇温制御装置において、前記炉内温度演算部が、前記炉内温度測定器により連続して測定される炉内温度ＴＳと、その炉内温度ＴＳの測定時刻について前記補正昇温曲線から読み取られる予定炉内温度ＴＴとを比較対照して、前記加熱開始時刻ｔｓを決定することを特徴とする。
【００１３】
この昇温制御装置では、連続的に測定される炉内温度ＴＳと予定炉内温度ＴＴが等しくなったときの時刻が加熱開始時刻ｔｓとされる。
【００１４】
また、請求項４に記載の発明は、加熱装置により加熱される乾燥炉の炉内温度の昇温を制御する方法であって、前記乾燥炉の昇温制御開始時刻ｔ０、昇温完了時刻ｔ４および昇温完了時刻における所望炉内温度Ｔ４、ならびに予想昇温曲線を予め設定するステップと、前記昇温制御開始時刻ｔ０に、昇温制御を開始させるステップと、前記乾燥炉の外部に配設された外気湿度測定器により測定された外気湿度Ｈ、ならびに前記昇温完了時刻ｔ４および所望炉内温度Ｔ４に基づいて、前記予想昇温曲線を補正して補正昇温曲線を求めるステップと、前記乾燥炉内に配設された炉内温度測定器により測定された炉内温度ＴＳと、前記補正昇温曲線とに基づいて、前記乾燥炉の加熱開始時刻ｔｓを求めるステップと、前記加熱開始時刻ｔｓに前記加熱装置による前記乾燥炉の加熱を開始させ、前記補正昇温曲線に基づいて炉内温度が昇温するように前記加熱装置による加熱を制御するステップとを含む乾燥炉の昇温制御方法を発明の構成とする。
【００１５】
この昇温制御方法では、外気湿度測定器により測定される外気湿度Ｈと、予め設定される昇温完了時刻ｔ４および所望炉内温度Ｔ４に基づいて、予め設定される予想昇温曲線が補正されて補正昇温曲線が求められる。そして、この補正昇温曲線と、炉内温度測定器により測定された炉内温度とに基づいて求められる乾燥炉の加熱開始時刻ｔｓに乾燥炉の加熱が開始され、補正昇温曲線に基づいて炉内温度の昇温が制御される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る乾燥炉の昇温制御装置の構成を示す概略図である。
【００１７】
図１に示す昇温制御装置は、設定部２と、タイマー３（装置起動部）と、外気湿度センサー４（外気湿度測定器）と、昇温曲線演算部５（昇温曲線演算部）と、炉内温度センサー６（炉内温度測定器）と、炉内温度演算部７と、乾燥炉加熱制御部８とから構成される。
【００１８】
設定部２は、乾燥炉１の昇温制御開始時刻ｔ０、昇温完了時刻ｔ４、その昇温完了時刻ｔ４における所望炉内温度Ｔ４、ならびに予想昇温曲線がオペレーターによって予め設定できるように構成されている。
【００１９】
この設定部２には、予め設定された昇温制御開始時刻ｔ０をタイマー３に伝える信号伝送線２ａと、昇温完了時刻ｔ４、所望炉内温度Ｔ４、および予想昇温曲線を昇温曲線演算部５に伝えるための信号伝送線２ｂとが接続されている。
【００２０】
タイマー３（装置起動部）は、設定部２で設定された昇温制御開始時刻ｔ０に、昇温曲線演算部５、炉内温度演算部７および乾燥炉加熱制御部８のそれぞれを起動させる信号（起動信号）を出力するように構成されている。このタイマー３は、信号伝送線２ａによって設定部２と接続され、信号伝送線３ａ、３ｂ、３ｃによって、昇温曲線演算部５、炉内温度演算部７および乾燥炉加熱制御部８と接続されている。
【００２１】
このタイマー３では、設定部２で設定された昇温制御開始時刻ｔ０が信号伝送線２ａを通じて入力され記憶される。そして、昇温制御開始時刻ｔ０になると、起動信号が、昇温曲線演算部５、炉内温度演算部７および乾燥炉加熱制御部８のそれぞれに、信号伝送線３ａ、３ｂ、３ｃを通じて出力される。
【００２２】
外気湿度センサー４（外気湿度測定器）は、乾燥炉１の外部に設けられ、信号伝送線４ａによって昇温曲線演算部５と接続されている。この外気湿度センサー４では、外気湿度Ｈが測定され、その外気湿度Ｈに関する信号が昇温曲線演算部５に信号伝送線４ａを通じて出力される。この外気湿度センサー４の具体例として、ＭｇＣｒ２Ｏ４−ＴｉＯ２系セラミックス、ＴｉＯ２−Ｖ２Ｏ５系セラミックス、ＺｎＣｒ２Ｏ４−ＬｉＺｎＶＯ４系セラミックス等を用いるセラミック湿度センサー、導電性高分子等を用いる高分子膜湿度センサー、塩化リチウム湿度センサー等の電解質湿度センサー、サーミスタを用いる熱伝導式湿度センサーなどの各種の湿度センサーが挙げられる。
【００２３】
昇温曲線演算部５は、タイマー３からの起動信号によって起動され、外気湿度センサー４で測定された外気湿度Ｈ、設定部２で設定された昇温完了時刻ｔ４、および所望炉内温度Ｔ４に基づいて、設定部２で予め設定された予想昇温曲線を補正して、補正昇温曲線Ｃが求められるように構成されている。求められる補正昇温曲線Ｃは、外気湿度Ｈに基づき、設定された昇温完了時刻ｔ４に正確に所望炉内温度Ｔ４に到達するように後述のように演算される。求められた補正昇温曲線Ｃは炉内温度演算部７に出力される。
【００２４】
この昇温曲線演算部５は、信号伝送線３ａを通じてタイマー３から起動信号が入力されることにより起動する。また、信号伝送線４ａを通じて外気湿度センサー４から外気湿度に関する信号が入力されるとともに、信号伝送線２ｂを通じて設定部２から昇温完了時刻ｔ４、所望炉内温度Ｔ４、および予想昇温曲線が入力される。そして、昇温曲線演算部５において求められた補正昇温曲線Ｃについての情報は、信号伝送線５ａを通じて炉内温度演算部７に出力される。
【００２５】
炉内温度センサー６（炉内温度測定器）は、乾燥炉１内に設けられ、信号伝送線６ａを介して炉内温度演算部７に接続されている。この炉内温度センサー６によって、乾燥炉１の炉内温度ＴＳが測定され、測定された炉内温度ＴＳに関する信号は信号伝送線６ａを通じて炉内温度演算部７に出力される。この炉内温度センサー６の具体例として、熱電対、白金測温抵抗体、サーミスタ等を感温素子として用いるセンサーが挙げられる。
【００２６】
炉内温度演算部７は、タイマー３からの起動信号によって起動され、炉内温度センサー６で測定される炉内温度ＴＳと、昇温曲線演算部５で求められる補正昇温曲線Ｃとに基づいて乾燥炉１の加熱開始時刻ｔｓが求められるように構成される。求められた加熱開始時刻ｔｓは、乾燥炉加熱制御部８に出力される。
【００２７】
この炉内温度演算部７においては、信号伝送線３ｂを通じてタイマー３から起動信号が入力される。また、信号伝送線５ａを通じて昇温曲線演算部５から入力される補正昇温曲線Ｃに関する情報と、信号伝送線６ａを通じて炉内温度センサー６から入力される炉内温度に関する信号とによって、乾燥炉１の加熱開始時刻ｔｓが求められる。そして、求められた加熱開始時刻ｔｓに関する信号は、信号伝送線７ａを通じて乾燥炉加熱制御部８に出力される。
【００２８】
この炉内温度演算部７は、図３または図４に示すフローチャートに従って、加熱開始時刻ｔｓを求めるように構成されている。
図３に示すフローチャートに従って加熱開始時刻ｔｓを求める炉内温度演算部７は、加熱装置による加熱開始前に炉内温度センサー６によって少なくとも２回測定された炉内温度ＴＳに基づいて加熱前の乾燥炉１における炉内温度下降曲線Ｄを求め、この炉内温度下降曲線Ｄと、前記補正昇温曲線Ｃとが交わる時刻を演算して加熱開始時刻ｔｓを決定するように構成される。
【００２９】
また、図４に示すフローチャートに従って、炉内温度演算部７は、炉内温度センサー６により連続して測定される炉内温度ＴＳと、その炉内温度ＴＳの測定時刻について補正昇温曲線Ｃから読み取られる予定炉内温度ＴＴとを比較対照して、加熱開始時刻ｔｓを決定するように構成される。
この図３および図４に示すフローチャートに示す加熱開始時刻ｔｓの演算については、後述の昇温制御方法についての説明において詳細に説明する。
【００３０】
乾燥炉加熱制御部８は、炉内温度演算部７で求められた加熱開始時刻ｔｓに、乾燥炉１に設けられたバーナー９（加熱装置）を着火して乾燥炉１の加熱を開始し、さらに補正昇温曲線Ｃに従って炉内温度の昇温を制御するように構成されている。また、この乾燥炉加熱制御部８は、乾燥炉１内に熱風を吹き込んで炉内雰囲気を撹拌して乾燥炉１内の炉内温度を均一にするために、乾燥炉１に備えられる熱風循環ファン１０のオン・オフを制御するように構成されている。
【００３１】
さらに、乾燥炉加熱制御部８では、昇温完了時刻ｔ４から所定の時間前の時刻ｔ３にバーナー９の燃焼出力を絞り、乾燥炉１の炉内温度が補正昇温曲線Ｃの曲線部分に従って昇温するように制御される。ｔ３は、通常、ｔ４の３０分前程度に設定される（図５参照）。
【００３２】
この乾燥炉加熱制御部８では、信号伝送線３ｃを通じてタイマー３から起動信号が入力され、信号伝送線７ａを通じて炉内温度演算部７から加熱開始時刻ｔｓに関する信号が入力される。そして、入力された加熱開始時刻ｔｓに、信号伝送線８ａを通じてバーナー９を着火する信号を出力し、かつ信号伝送線８ｂを通じて熱風循環ファン１０をオン・オフする信号が出力される。
【００３３】
なお、乾燥炉１の「昇温制御開始時刻ｔ０」とは、昇温制御装置を構成する各部、すなわち、昇温曲線演算部５と、炉内温度演算部７と、外気湿度センサー４と、炉内温度センサー６と、乾燥炉加熱制御部８との各部の作動を開始させる時刻である。この昇温制御開始時刻ｔ０は、後述のとおり、加熱装置（バーナー９）の最高燃焼出力と、乾燥炉１の熱容量、乾燥炉１内の空気および乾燥炉１内に導入される外気の熱容量等から計算される乾燥炉１の所要昇温時間を考慮して、昇温完了時刻ｔ４が、乾燥炉の最長所要昇温時間より３０分程度前となる時刻に設定する。
【００３４】
また、昇温完了時刻ｔ４とは、乾燥炉の炉内温度が所望炉内温度Ｔ４に達し、加熱による炉内温度の昇温が完了する時刻をいう。この昇温完了時刻ｔ４は、乾燥炉１の稼働開始時刻から所定時間前の時刻に設定される。また、「所望炉内温度」Ｔ４とは、昇温完了時刻ｔ４における乾燥炉１の炉内温度をいい、稼働開始時刻前の昇温完了時刻ｔ４に乾燥炉１の炉内温度ＴＳが、この所望炉内温度Ｔ４に達しているように乾燥炉１の加熱・昇温が制御される。
【００３５】
さらに、「昇温曲線」とは、乾燥炉加熱制御部８によって制御されるバーナー９（加熱装置）における燃焼によって加熱・昇温される乾燥炉１の炉内温度の経時変化を示す曲線をいう。また、「昇温勾配」とは、昇温曲線の傾きをいい、加熱開始後の炉内温度の昇温速度に該当する。
【００３６】
さらに、予想昇温曲線とは、乾燥炉１に設けられたバーナー９の加熱量、乾燥炉１の熱容量、乾燥炉１内の空気の熱容量、乾燥炉１内に導入される外部空気（外気）の熱容量等を考慮して、乾燥炉１の昇温挙動について予め設定される昇温曲線をいう。この予想昇温曲線は、例えば、図５に点線で示すＣ１、Ｃ２のように、季節に応じて予め設定される。
【００３７】
次に、この昇温制御装置による乾燥炉１の昇温制御方法について、図２に基づいて説明する。
図２は、本発明の実施形態に係る昇温制御装置による昇温制御方法を説明するフローチャートである。
この昇温制御方法において、乾燥炉１の昇温制御は、オペレーターが設定部２において昇温制御開始時刻ｔ０、昇温完了時刻ｔ４、昇温完了時刻ｔ４における所望炉内温度Ｔ４、および予想昇温曲線を設定することによって開始される（ステップＳ１）。
【００３８】
ステップＳ１において、昇温制御開始時刻ｔ０は、当該昇温制御開始時刻ｔ０と昇温完了時刻ｔ４の間の時間が、炉内温度ＴＳの変動とバーナー９の燃焼による最大熱量から導き出される最長所要昇温時間より長くなるように設定される。
【００３９】
第１のステップＳ１において、設定部２で設定される予想昇温曲線は、図５に点線で示される昇温曲線Ｃ１、Ｃ２のように、略比例的に炉内温度が直線的に上昇する直線昇温部分Ｃ１１、Ｃ２１と、この直線昇温部分Ｃ１１、Ｃ２１に連続して続くなだらかな曲線昇温部分Ｃ１２、Ｃ２２とから構成される。
【００４０】
直線昇温部分Ｃ１１、Ｃ２１は、加熱開始直後、すなわち、着火後、バーナー９を最高燃焼出力で燃焼させて乾燥炉１が加熱される時間帯における炉内温度の昇温勾配を示す部分である。この直線昇温部分Ｃ１１、Ｃ２１では、図５に示すように、略比例的に炉内温度ＴＳが上昇し、昇温勾配、すなわち、昇温速度が一定の値に維持される。
【００４１】
また、曲線昇温部分Ｃ１２、Ｃ２２は、オーバーベークを防止するため、昇温完了時刻ｔ４の所定時間前の時刻ｔ３から、バーナー９の出力を予め演算により求められた出力に随時制御して、昇温勾配が経時とともに小さくなる部分である。
【００４２】
次に、設定部２に設定された昇温制御開始時刻ｔ０は、信号伝送線２ａを通じてタイマー３に入力され、この昇温制御開始時刻ｔ０になったときに、起動信号が信号伝送線３ａ、３ｂ、３ｃを通じて、それぞれ昇温曲線演算部５、炉内温度演算部７および乾燥炉加熱制御部８に出力され（図１参照）、各部が起動される（ステップＳ２）。
【００４３】
次に、タイマー３からの起動信号によって起動された昇温曲線演算部５では、設定部２から信号伝送線２ａを通じて昇温完了時刻ｔ４および所望炉内温度Ｔ４、ならびに予想昇温曲線（Ｃ１、Ｃ２等）が入力され、さらに、信号伝送線４ａを通じて外気湿度センサー４で測定した（ステップＳ３）外気湿度Ｈに関する信号が入力される（図１参照）。そして、昇温曲線演算部５で、入力された外気湿度Ｈ、昇温完了時刻ｔ４および所望炉内温度Ｔ４に基づいて、予想昇温曲線が補正され、図５に示す補正昇温曲線Ｃが求められる（ステップＳ４）。
【００４４】
ステップＳ４における予想昇温曲線（Ｃ１、Ｃ２等）の補正において、外気湿度センサー４により測定される外気湿度Ｈは、バーナー９による乾燥炉１の加熱による炉内温度ＴＳの昇温勾配に大きな影響を与えるファクターである。すなわち、外気湿度Ｈが高いと空気の比熱が大となるため、昇温勾配は小さくなる。一方、外気湿度が低いと比熱が小となるため、昇温勾配は大きくなる。
【００４５】
そこで、本発明においては、ステップＳ４において、前記設定部２に設定された予想昇温曲線Ｃ１（またはＣ２）に外気湿度Ｈより求められた係数を付加して真の昇温曲線（補正昇温曲線Ｃ）を演算する。この係数は、異なる湿度の空気について実際の計測により予め昇温曲線を求め、その昇温曲線に基づいて予め決定しておくことができる。
【００４６】
次に、タイマー３から信号伝送線３ｂを通じて入力された起動信号により起動された炉内温度演算部７に、炉内温度センサー６により計測された（ステップＳ５）加熱前の乾燥炉１の炉内温度ＴＳが信号伝送線６ａを通じて入力される（図１参照）。そして、炉内温度演算部７では、炉内温度ＴＳと、前記補正昇温曲線Ｃに基づいて前記乾燥炉の加熱開始時刻ｔｓが求められる（ステップＳ６）。
【００４７】
このステップＳ６における加熱開始時刻ｔｓの演算は、図３に示すフローチャートにしたがって行われる。この演算においては、まず、炉内温度センサー６により少なくとも２回、加熱前の乾燥炉１の炉内温度が計測される（ステップＳ６１）。例えば、図５に示すように、炉内温度測定時刻ｔ１およびその炉内温度測定時刻ｔ１の１０分後の時刻ｔ２の２度に亘って、炉内温度Ｔ１、Ｔ２がそれぞれ計測される。計測された炉内温度（Ｔ１、Ｔ２）ならびに測定時刻（ｔ１、ｔ２）に関する情報は、信号伝送線６ａを通じて炉内温度演算部７に入力される（図１参照）。
【００４８】
炉内温度演算部７においては、炉内温度センサー６によって少なくとも２回測定された乾燥炉の炉内温度に基づいて炉内温度下降曲線Ｄが演算される（ステップＳ６２）。
【００４９】
ここで、「炉内温度下降曲線」とは、非加熱状態での乾燥炉１の炉内温度ＴＳの経時変化を示す曲線をいう。また、「炉内温度下降勾配」とは、その炉内温度下降曲線の傾きをいい、非加熱状態での乾燥炉１の炉内温度ＴＳの下降速度に相当する。例えば、図５に示すように、時刻ｔ１に測定された炉内温度がＴ１であり、時刻ｔ１から所定時間Δｔ経過後の時刻ｔ２に測定された炉内温度がＴ２である場合、炉内温度下降勾配θ＝（Ｔ２−Ｔ１）／Δｔとなり、この炉内温度下降勾配に相当する傾きを有し、点（ｔ１、Ｔ１）を通る直線が炉内温度下降曲線Ｄである。非加熱時の乾燥炉では、この炉内温度下降曲線Ｄにしたがって、炉内温度ＴＳが下降していく。例えば、図５に示すように、炉内温度測定時刻ｔ１およびこれより１０分後の時刻ｔ２に測定された炉内温度Ｔ１、Ｔ２により、乾燥炉１内における炉内温度下降勾配θ（図５参照）を有する炉内温度下降曲線Ｄが演算される。
【００５０】
次に、図３に示すように、求められた炉内温度下降曲線Ｄと、前記補正昇温曲線Ｃとが交わる時刻ｔＣを求める（ステップＳ６３）。この時刻ｔＣを加熱開始時刻ｔｓと決定する（ステップＳ６４）。この加熱開始時刻ｔｓは、乾燥炉加熱制御部８に出力される。
【００５１】
また、ステップ６における加熱開始時刻ｔｓの演算は、図４に示すフローチャートにしたがって行うこともできる。
【００５２】
この図４に示す演算においては、まず、時刻ｔＤ（図５中の時刻ｔｓ１、ｔｓ２）に炉内温度センサー６によって炉内温度ＴＳ（図５中のＴＳ１、ＴＳ２）が実際に測定され、この炉内温度ＴＳに関する信号が信号伝送線６ａを通じて炉内温度演算部７に入力される（ステップＳ６４１）。
【００５３】
このとき、同時に、昇温曲線演算部５において、タイマー３から常時、読取信号が信号伝送線３ａを通じて昇温曲線演算部５に出力され、補正昇温曲線Ｃから、時刻ｔＤ（図５中のｔｓ１、ｔｓ２）における予定炉内温度ＴＴ（図５中のＴＴ１、ＴＴ２）が読み取られ、炉内温度演算部７に入力される（ステップＳ６４２）。ここで、「予定炉内温度」とは、ある時刻について補正昇温曲線Ｃから読み取られる炉内温度をいう。
【００５４】
次に、図４に示すように、炉内温度センサー６により実際に測定された炉内温度ＴＳと、その炉内温度ＴＳの測定時刻ｔＤについて補正昇温曲線Ｃから読み取られた予定炉内温度ＴＴとを比較対照する（ステップＳ６４３）。そして、ＴＳ≠ＴＴ（ステップＳ６４３、ＮＯ）、すなわち、図５に示す、ＴＳ１（≠ＴＴ１）であれば、再び、ステップＳ６４１に戻り、ステップＳ６４２、Ｓ６４３が繰返される。また、ＴＳ＝ＴＴであれば（ステップＳ６４３、ＹＥＳ）、図５に示すＴＳ２（＝ＴＴ２）であれば、ステップＳ６４４に進み、炉内温度の測定時刻ｔＤ（図５に示すｔｓ２）が加熱開始時刻ｔｓと決定される。
【００５５】
炉内温度演算部７における演算により決定された乾燥炉１の加熱開始時刻ｔｓに関する信号は、乾燥炉加熱制御部８に入力され、乾燥炉加熱制御部８により、バーナー９の着火、およびそれに続くバーナー９の燃焼出力が制御される（ステップＳ７）。これにより、乾燥炉１の炉内温度は、昇温完了時刻ｔ４に所望炉内温度Ｔ４となり、予定された稼働開始時刻に塗装ラインを稼動することができる。このとき、乾燥炉１のオーバーベークを防止するため、昇温完了時刻ｔ４の所定時間前の時刻ｔ３から、バーナー９の出力を予め演算により求められた出力に随時制御して、昇温勾配が経時とともに小さくなるように制御される。
【００５６】
また、本実施形態では、乾燥炉の昇温制御装置を独立した装置として説明したが、本発明の昇温制御装置は、塗装ラインの統合的な制御システムの一部として構成することもできる。そのような構成とすれば、前記タイマー３の代わりに前記統合的な制御システムによって乾燥炉の昇温制御装置の起動を制御し、さらに、昇温曲線演算部５、炉内温度演算部７および乾燥炉加熱制御部８を前記統合的な制御システムに設ければ、乾燥炉１だけでなく、塗装ラインの他の装置を含めた統合的な制御が可能となる。これにより、乾燥炉だけでなく、塗装ラインあるいはより高次のシステム全体を考慮して、さらに効率的な乾燥炉の稼働を実現できる。
【００５７】
【発明の効果】
請求項１ないし請求項３に記載の発明に係る昇温制御装置によれば、外気湿度Ｈと、予め設定される昇温完了時刻ｔ４および所望炉内温度Ｔ４とに基づいて補正昇温曲線を求め、この補正昇温曲線と、炉内温度とによって決定される乾燥炉の加熱開始時刻ｔｓに乾燥炉の加熱が開始され、補正昇温曲線に基づいて炉内温度の昇温が制御される。そのため、乾燥炉の加熱・昇温を高精度に制御して、所望の稼働開始時刻までに正確に乾燥炉の炉内温度を所望の温度に昇温することができる。
【００５８】
請求項２に記載の発明によれば、炉内温度の測定に基づいて求められる炉内温度下降曲線と補正昇温曲線の交わる時刻を加熱開始時刻ｔｓと決定することができる。そして、この加熱開始時刻ｔｓに乾燥炉の加熱を開始し、さらに、補正昇温曲線に基づいて、乾燥炉の加熱・昇温を高精度に制御して、所望の稼働開始時刻までに正確に乾燥炉の炉内温度を所望の温度に昇温することができる。
【００５９】
請求項３に記載の発明によれば、実際に炉内温度測定器により連続的に測定される炉内温度ＴＳと予定炉内温度ＴＴが等しくなったときの時刻を加熱開始時刻ｔｓとすることができる。そして、この加熱開始時刻ｔｓに乾燥炉の加熱を開始し、さらに、補正昇温曲線に基づいて、乾燥炉の加熱・昇温を高精度に制御して、所望の稼働開始時刻までに正確に乾燥炉の炉内温度を所望の温度に昇温することができる。
【００６０】
請求項４に記載の発明によれば、乾燥炉の加熱・昇温を高精度に制御して、所望の稼働開始時刻までに正確に乾燥炉の炉内温度を所望の温度に昇温させる方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る昇温制御装置の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の実施形態に係る昇温制御装置における昇温制御方法を説明するフローチャートである。
【図３】本発明の実施形態に係る昇温制御装置における炉内温度演算部における加熱開始時刻ｔｓの演算方法の一例を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施形態に係る昇温制御装置における炉内温度演算部における加熱開始時刻ｔｓの演算方法の他の例を示すフローチャートである。
【図５】非加熱時の乾燥炉の炉内温度下降曲線と、乾燥炉の昇温曲線の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 乾燥炉
２ 設定部
３ タイマー（装置起動部）
４ 外気湿度センサー（外気湿度測定器）
５ 昇温曲線演算部
６ 炉内温度センサー（炉内温度測定器）
７ 炉内温度演算部
８ 乾燥炉加熱制御部
９ バーナー（加熱装置）
１０ 熱風循環ファン
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、塗装ラインの乾燥炉の昇温を制御する装置およびその装置による乾燥炉の昇温制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車製造工場の塗装ラインにおいて、塗装された車体は、台車に載せられて搬送され、搬送路の途中に設けられた乾燥炉で熱風対流による焼付け乾燥処理が施される。
【０００３】
この乾燥炉は、塗装ラインの稼働開始前から加熱装置による加熱が開始され、稼働開始時刻に炉内温度が所定の温度となっているように、炉内温度の昇温が制御される。そして、加熱して乾燥炉の炉内温度の昇温を開始させる時刻（以下、「加熱開始時刻」という）は、昇温開始前の乾燥炉の炉内温度、外気温度、外気湿度等が季節、天候等によって変動するため、その変動に応じて適切かつ正確に決定することが困難であった。そのため、塗装ラインの稼働開始時刻になっても炉内温度が所定の温度に達せず、塗装ラインの稼働開始が遅延して稼働率の低下を招いたり、逆に塗装ラインの稼働開始時刻前に炉内温度が所定の温度に達してしまい、無駄な加熱によって余計な燃料費がかかったりするといった不具合があった。
【０００４】
そこで、外気温度および炉内温度を検出する温度検出手段と、その温度検出手段の検出値、設定手段における昇温完了時刻および昇温完了時刻における炉内温度の設定値ならびに加温手段の加温出力から、昇温完了時刻における炉内温度を設定された炉内温度とするために必要な加温開始時刻を求め、求めた加温開始時刻に加温手段による乾燥炉の加温を開始させる加温開始制御手段を備える乾燥炉の昇温制御装置が提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特公平７−１０３６８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の制御装置または制御方法では、外気湿度等の変動に伴う影響を正確に反映させて加熱開始時刻を決定し、さらにその加熱開始時刻から昇温完了時刻までの乾燥炉の加熱・昇温を適切に制御することができず、昇温完了時刻を正確に塗装ラインの稼働開始時刻に間に合う適切な時刻にすることができなかった。そのため、加熱装置の無駄な加熱によって燃料の無駄を招いたり、稼働開始の遅延によって塗装ラインの稼働率の低下を招くことがあった。そこで、乾燥炉における燃料費の低減、塗装ラインの稼働率の向上等を目的として、従来よりもさらに高精度に乾燥炉の加熱・昇温を制御して、より正確に、所望の稼働開始時刻に乾燥炉の炉内温度を所望の温度にする装置または方法が求められている。
【０００７】
本発明は、前記問題に鑑み、乾燥炉の加熱・昇温を高精度に制御して、所望の稼働開始時刻までに正確に乾燥炉の炉内温度を所望の温度に昇温することができる乾燥炉の昇温制御装置および昇温制御方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、加熱装置により加熱される乾燥炉の炉内温度の昇温制御装置であって、前記乾燥炉の昇温制御開始時刻ｔ０、前記乾燥炉における昇温完了時刻ｔ４およびその昇温完了時刻における所望炉内温度Ｔ４、ならびに予想昇温曲線を予め設定する設定部と、前記乾燥炉の外部に配設され、外気湿度Ｈを測定する外気湿度測定器と、前記外気湿度Ｈ、ならびに前記昇温完了時刻ｔ４および所望炉内温度Ｔ４に基づいて、前記予想昇温曲線を補正して補正昇温曲線を求める昇温曲線演算部と、前記乾燥炉内に配設され、炉内温度ＴＳを測定する炉内温度測定器と、前記炉内温度測定器により測定された炉内温度ＴＳと、前記補正昇温曲線に基づいて前記乾燥炉の加熱開始時刻ｔｓを求める炉内温度演算部と、前記加熱開始時刻ｔｓに前記加熱装置による前記乾燥炉の加熱を開始させ、前記補正昇温曲線に基づいて炉内温度が昇温するように、加熱装置による加熱を制御する乾燥炉加熱制御部と、前記昇温制御開始時刻ｔ０に、前記昇温曲線演算部、前記炉内温度演算部および前記乾燥炉加熱制御部を起動させる装置起動部とを備えることを特徴とする乾燥炉の昇温制御装置を発明の構成とする。
【０００９】
この昇温制御装置では、外気湿度測定器により測定される外気湿度Ｈと、予め設定される昇温完了時刻ｔ４および所望炉内温度Ｔ４に基づいて、予め設定される予想昇温曲線が補正されて補正昇温曲線が求められる。そして、この補正昇温曲線と、炉内温度測定器により測定された炉内温度とに基づいて求められる乾燥炉の加熱開始時刻ｔｓに乾燥炉の加熱が開始され、補正昇温曲線に基づいて炉内温度の昇温が制御される。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、前記請求項１に記載の昇温制御装置において、前記炉内温度演算部が、前記加熱装置による加熱開始前に前記炉内温度測定器によって少なくとも２回測定された炉内温度ＴＳに基づいて加熱前の乾燥炉における炉内温度下降曲線を求め、当該炉内温度下降曲線と、前記補正昇温曲線とが交わる時刻を演算して前記加熱開始時刻ｔｓを決定することを特徴とする。
【００１１】
この昇温制御装置では、炉内温度測定器によって測定された炉内温度に基づいて求められる炉内温度下降曲線と補正昇温曲線の交わる時刻が加熱開始時刻ｔｓとされる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、前記請求項１に記載の昇温制御装置において、前記炉内温度演算部が、前記炉内温度測定器により連続して測定される炉内温度ＴＳと、その炉内温度ＴＳの測定時刻について前記補正昇温曲線から読み取られる予定炉内温度ＴＴとを比較対照して、前記加熱開始時刻ｔｓを決定することを特徴とする。
【００１３】
この昇温制御装置では、連続的に測定される炉内温度ＴＳと予定炉内温度ＴＴが等しくなったときの時刻が加熱開始時刻ｔｓとされる。
【００１４】
また、請求項４に記載の発明は、加熱装置により加熱される乾燥炉の炉内温度の昇温を制御する方法であって、前記乾燥炉の昇温制御開始時刻ｔ０、昇温完了時刻ｔ４および昇温完了時刻における所望炉内温度Ｔ４、ならびに予想昇温曲線を予め設定するステップと、前記昇温制御開始時刻ｔ０に、昇温制御を開始させるステップと、前記乾燥炉の外部に配設された外気湿度測定器により測定された外気湿度Ｈ、ならびに前記昇温完了時刻ｔ４および所望炉内温度Ｔ４に基づいて、前記予想昇温曲線を補正して補正昇温曲線を求めるステップと、前記乾燥炉内に配設された炉内温度測定器により測定された炉内温度ＴＳと、前記補正昇温曲線とに基づいて、前記乾燥炉の加熱開始時刻ｔｓを求めるステップと、前記加熱開始時刻ｔｓに前記加熱装置による前記乾燥炉の加熱を開始させ、前記補正昇温曲線に基づいて炉内温度が昇温するように前記加熱装置による加熱を制御するステップとを含む乾燥炉の昇温制御方法を発明の構成とする。
【００１５】
この昇温制御方法では、外気湿度測定器により測定される外気湿度Ｈと、予め設定される昇温完了時刻ｔ４および所望炉内温度Ｔ４に基づいて、予め設定される予想昇温曲線が補正されて補正昇温曲線が求められる。そして、この補正昇温曲線と、炉内温度測定器により測定された炉内温度とに基づいて求められる乾燥炉の加熱開始時刻ｔｓに乾燥炉の加熱が開始され、補正昇温曲線に基づいて炉内温度の昇温が制御される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る乾燥炉の昇温制御装置の構成を示す概略図である。
【００１７】
図１に示す昇温制御装置は、設定部２と、タイマー３（装置起動部）と、外気湿度センサー４（外気湿度測定器）と、昇温曲線演算部５（昇温曲線演算部）と、炉内温度センサー６（炉内温度測定器）と、炉内温度演算部７と、乾燥炉加熱制御部８とから構成される。
【００１８】
設定部２は、乾燥炉１の昇温制御開始時刻ｔ０、昇温完了時刻ｔ４、その昇温完了時刻ｔ４における所望炉内温度Ｔ４、ならびに予想昇温曲線がオペレーターによって予め設定できるように構成されている。
【００１９】
この設定部２には、予め設定された昇温制御開始時刻ｔ０をタイマー３に伝える信号伝送線２ａと、昇温完了時刻ｔ４、所望炉内温度Ｔ４、および予想昇温曲線を昇温曲線演算部５に伝えるための信号伝送線２ｂとが接続されている。
【００２０】
タイマー３（装置起動部）は、設定部２で設定された昇温制御開始時刻ｔ０に、昇温曲線演算部５、炉内温度演算部７および乾燥炉加熱制御部８のそれぞれを起動させる信号（起動信号）を出力するように構成されている。このタイマー３は、信号伝送線２ａによって設定部２と接続され、信号伝送線３ａ、３ｂ、３ｃによって、昇温曲線演算部５、炉内温度演算部７および乾燥炉加熱制御部８と接続されている。
【００２１】
このタイマー３では、設定部２で設定された昇温制御開始時刻ｔ０が信号伝送線２ａを通じて入力され記憶される。そして、昇温制御開始時刻ｔ０になると、起動信号が、昇温曲線演算部５、炉内温度演算部７および乾燥炉加熱制御部８のそれぞれに、信号伝送線３ａ、３ｂ、３ｃを通じて出力される。
【００２２】
外気湿度センサー４（外気湿度測定器）は、乾燥炉１の外部に設けられ、信号伝送線４ａによって昇温曲線演算部５と接続されている。この外気湿度センサー４では、外気湿度Ｈが測定され、その外気湿度Ｈに関する信号が昇温曲線演算部５に信号伝送線４ａを通じて出力される。この外気湿度センサー４の具体例として、ＭｇＣｒ２Ｏ４−ＴｉＯ２系セラミックス、ＴｉＯ２−Ｖ２Ｏ５系セラミックス、ＺｎＣｒ２Ｏ４−ＬｉＺｎＶＯ４系セラミックス等を用いるセラミック湿度センサー、導電性高分子等を用いる高分子膜湿度センサー、塩化リチウム湿度センサー等の電解質湿度センサー、サーミスタを用いる熱伝導式湿度センサーなどの各種の湿度センサーが挙げられる。
【００２３】
昇温曲線演算部５は、タイマー３からの起動信号によって起動され、外気湿度センサー４で測定された外気湿度Ｈ、設定部２で設定された昇温完了時刻ｔ４、および所望炉内温度Ｔ４に基づいて、設定部２で予め設定された予想昇温曲線を補正して、補正昇温曲線Ｃが求められるように構成されている。求められる補正昇温曲線Ｃは、外気湿度Ｈに基づき、設定された昇温完了時刻ｔ４に正確に所望炉内温度Ｔ４に到達するように後述のように演算される。求められた補正昇温曲線Ｃは炉内温度演算部７に出力される。
【００２４】
この昇温曲線演算部５は、信号伝送線３ａを通じてタイマー３から起動信号が入力されることにより起動する。また、信号伝送線４ａを通じて外気湿度センサー４から外気湿度に関する信号が入力されるとともに、信号伝送線２ｂを通じて設定部２から昇温完了時刻ｔ４、所望炉内温度Ｔ４、および予想昇温曲線が入力される。そして、昇温曲線演算部５において求められた補正昇温曲線Ｃについての情報は、信号伝送線５ａを通じて炉内温度演算部７に出力される。
【００２５】
炉内温度センサー６（炉内温度測定器）は、乾燥炉１内に設けられ、信号伝送線６ａを介して炉内温度演算部７に接続されている。この炉内温度センサー６によって、乾燥炉１の炉内温度ＴＳが測定され、測定された炉内温度ＴＳに関する信号は信号伝送線６ａを通じて炉内温度演算部７に出力される。この炉内温度センサー６の具体例として、熱電対、白金測温抵抗体、サーミスタ等を感温素子として用いるセンサーが挙げられる。
【００２６】
炉内温度演算部７は、タイマー３からの起動信号によって起動され、炉内温度センサー６で測定される炉内温度ＴＳと、昇温曲線演算部５で求められる補正昇温曲線Ｃとに基づいて乾燥炉１の加熱開始時刻ｔｓが求められるように構成される。求められた加熱開始時刻ｔｓは、乾燥炉加熱制御部８に出力される。
【００２７】
この炉内温度演算部７においては、信号伝送線３ｂを通じてタイマー３から起動信号が入力される。また、信号伝送線５ａを通じて昇温曲線演算部５から入力される補正昇温曲線Ｃに関する情報と、信号伝送線６ａを通じて炉内温度センサー６から入力される炉内温度に関する信号とによって、乾燥炉１の加熱開始時刻ｔｓが求められる。そして、求められた加熱開始時刻ｔｓに関する信号は、信号伝送線７ａを通じて乾燥炉加熱制御部８に出力される。
【００２８】
この炉内温度演算部７は、図３または図４に示すフローチャートに従って、加熱開始時刻ｔｓを求めるように構成されている。
図３に示すフローチャートに従って加熱開始時刻ｔｓを求める炉内温度演算部７は、加熱装置による加熱開始前に炉内温度センサー６によって少なくとも２回測定された炉内温度ＴＳに基づいて加熱前の乾燥炉１における炉内温度下降曲線Ｄを求め、この炉内温度下降曲線Ｄと、前記補正昇温曲線Ｃとが交わる時刻を演算して加熱開始時刻ｔｓを決定するように構成される。
【００２９】
また、図４に示すフローチャートに従って、炉内温度演算部７は、炉内温度センサー６により連続して測定される炉内温度ＴＳと、その炉内温度ＴＳの測定時刻について補正昇温曲線Ｃから読み取られる予定炉内温度ＴＴとを比較対照して、加熱開始時刻ｔｓを決定するように構成される。
この図３および図４に示すフローチャートに示す加熱開始時刻ｔｓの演算については、後述の昇温制御方法についての説明において詳細に説明する。
【００３０】
乾燥炉加熱制御部８は、炉内温度演算部７で求められた加熱開始時刻ｔｓに、乾燥炉１に設けられたバーナー９（加熱装置）を着火して乾燥炉１の加熱を開始し、さらに補正昇温曲線Ｃに従って炉内温度の昇温を制御するように構成されている。また、この乾燥炉加熱制御部８は、乾燥炉１内に熱風を吹き込んで炉内雰囲気を撹拌して乾燥炉１内の炉内温度を均一にするために、乾燥炉１に備えられる熱風循環ファン１０のオン・オフを制御するように構成されている。
【００３１】
さらに、乾燥炉加熱制御部８では、昇温完了時刻ｔ４から所定の時間前の時刻ｔ３にバーナー９の燃焼出力を絞り、乾燥炉１の炉内温度が補正昇温曲線Ｃの曲線部分に従って昇温するように制御される。ｔ３は、通常、ｔ４の３０分前程度に設定される（図５参照）。
【００３２】
この乾燥炉加熱制御部８では、信号伝送線３ｃを通じてタイマー３から起動信号が入力され、信号伝送線７ａを通じて炉内温度演算部７から加熱開始時刻ｔｓに関する信号が入力される。そして、入力された加熱開始時刻ｔｓに、信号伝送線８ａを通じてバーナー９を着火する信号を出力し、かつ信号伝送線８ｂを通じて熱風循環ファン１０をオン・オフする信号が出力される。
【００３３】
なお、乾燥炉１の「昇温制御開始時刻ｔ０」とは、昇温制御装置を構成する各部、すなわち、昇温曲線演算部５と、炉内温度演算部７と、外気湿度センサー４と、炉内温度センサー６と、乾燥炉加熱制御部８との各部の作動を開始させる時刻である。この昇温制御開始時刻ｔ０は、後述のとおり、加熱装置（バーナー９）の最高燃焼出力と、乾燥炉１の熱容量、乾燥炉１内の空気および乾燥炉１内に導入される外気の熱容量等から計算される乾燥炉１の所要昇温時間を考慮して、昇温完了時刻ｔ４が、乾燥炉の最長所要昇温時間より３０分程度前となる時刻に設定する。
【００３４】
また、昇温完了時刻ｔ４とは、乾燥炉の炉内温度が所望炉内温度Ｔ４に達し、加熱による炉内温度の昇温が完了する時刻をいう。この昇温完了時刻ｔ４は、乾燥炉１の稼働開始時刻から所定時間前の時刻に設定される。また、「所望炉内温度」Ｔ４とは、昇温完了時刻ｔ４における乾燥炉１の炉内温度をいい、稼働開始時刻前の昇温完了時刻ｔ４に乾燥炉１の炉内温度ＴＳが、この所望炉内温度Ｔ４に達しているように乾燥炉１の加熱・昇温が制御される。
【００３５】
さらに、「昇温曲線」とは、乾燥炉加熱制御部８によって制御されるバーナー９（加熱装置）における燃焼によって加熱・昇温される乾燥炉１の炉内温度の経時変化を示す曲線をいう。また、「昇温勾配」とは、昇温曲線の傾きをいい、加熱開始後の炉内温度の昇温速度に該当する。
【００３６】
さらに、予想昇温曲線とは、乾燥炉１に設けられたバーナー９の加熱量、乾燥炉１の熱容量、乾燥炉１内の空気の熱容量、乾燥炉１内に導入される外部空気（外気）の熱容量等を考慮して、乾燥炉１の昇温挙動について予め設定される昇温曲線をいう。この予想昇温曲線は、例えば、図５に点線で示すＣ１、Ｃ２のように、季節に応じて予め設定される。
【００３７】
次に、この昇温制御装置による乾燥炉１の昇温制御方法について、図２に基づいて説明する。
図２は、本発明の実施形態に係る昇温制御装置による昇温制御方法を説明するフローチャートである。
この昇温制御方法において、乾燥炉１の昇温制御は、オペレーターが設定部２において昇温制御開始時刻ｔ０、昇温完了時刻ｔ４、昇温完了時刻ｔ４における所望炉内温度Ｔ４、および予想昇温曲線を設定することによって開始される（ステップＳ１）。
【００３８】
ステップＳ１において、昇温制御開始時刻ｔ０は、当該昇温制御開始時刻ｔ０と昇温完了時刻ｔ４の間の時間が、炉内温度ＴＳの変動とバーナー９の燃焼による最大熱量から導き出される最長所要昇温時間より長くなるように設定される。
【００３９】
第１のステップＳ１において、設定部２で設定される予想昇温曲線は、図５に点線で示される昇温曲線Ｃ１、Ｃ２のように、略比例的に炉内温度が直線的に上昇する直線昇温部分Ｃ１１、Ｃ２１と、この直線昇温部分Ｃ１１、Ｃ２１に連続して続くなだらかな曲線昇温部分Ｃ１２、Ｃ２２とから構成される。
【００４０】
直線昇温部分Ｃ１１、Ｃ２１は、加熱開始直後、すなわち、着火後、バーナー９を最高燃焼出力で燃焼させて乾燥炉１が加熱される時間帯における炉内温度の昇温勾配を示す部分である。この直線昇温部分Ｃ１１、Ｃ２１では、図５に示すように、略比例的に炉内温度ＴＳが上昇し、昇温勾配、すなわち、昇温速度が一定の値に維持される。
【００４１】
また、曲線昇温部分Ｃ１２、Ｃ２２は、オーバーベークを防止するため、昇温完了時刻ｔ４の所定時間前の時刻ｔ３から、バーナー９の出力を予め演算により求められた出力に随時制御して、昇温勾配が経時とともに小さくなる部分である。
【００４２】
次に、設定部２に設定された昇温制御開始時刻ｔ０は、信号伝送線２ａを通じてタイマー３に入力され、この昇温制御開始時刻ｔ０になったときに、起動信号が信号伝送線３ａ、３ｂ、３ｃを通じて、それぞれ昇温曲線演算部５、炉内温度演算部７および乾燥炉加熱制御部８に出力され（図１参照）、各部が起動される（ステップＳ２）。
【００４３】
次に、タイマー３からの起動信号によって起動された昇温曲線演算部５では、設定部２から信号伝送線２ａを通じて昇温完了時刻ｔ４および所望炉内温度Ｔ４、ならびに予想昇温曲線（Ｃ１、Ｃ２等）が入力され、さらに、信号伝送線４ａを通じて外気湿度センサー４で測定した（ステップＳ３）外気湿度Ｈに関する信号が入力される（図１参照）。そして、昇温曲線演算部５で、入力された外気湿度Ｈ、昇温完了時刻ｔ４および所望炉内温度Ｔ４に基づいて、予想昇温曲線が補正され、図５に示す補正昇温曲線Ｃが求められる（ステップＳ４）。
【００４４】
ステップＳ４における予想昇温曲線（Ｃ１、Ｃ２等）の補正において、外気湿度センサー４により測定される外気湿度Ｈは、バーナー９による乾燥炉１の加熱による炉内温度ＴＳの昇温勾配に大きな影響を与えるファクターである。すなわち、外気湿度Ｈが高いと空気の比熱が大となるため、昇温勾配は小さくなる。一方、外気湿度が低いと比熱が小となるため、昇温勾配は大きくなる。
【００４５】
そこで、本発明においては、ステップＳ４において、前記設定部２に設定された予想昇温曲線Ｃ１（またはＣ２）に外気湿度Ｈより求められた係数を付加して真の昇温曲線（補正昇温曲線Ｃ）を演算する。この係数は、異なる湿度の空気について実際の計測により予め昇温曲線を求め、その昇温曲線に基づいて予め決定しておくことができる。
【００４６】
次に、タイマー３から信号伝送線３ｂを通じて入力された起動信号により起動された炉内温度演算部７に、炉内温度センサー６により計測された（ステップＳ５）加熱前の乾燥炉１の炉内温度ＴＳが信号伝送線６ａを通じて入力される（図１参照）。そして、炉内温度演算部７では、炉内温度ＴＳと、前記補正昇温曲線Ｃに基づいて前記乾燥炉の加熱開始時刻ｔｓが求められる（ステップＳ６）。
【００４７】
このステップＳ６における加熱開始時刻ｔｓの演算は、図３に示すフローチャートにしたがって行われる。この演算においては、まず、炉内温度センサー６により少なくとも２回、加熱前の乾燥炉１の炉内温度が計測される（ステップＳ６１）。例えば、図５に示すように、炉内温度測定時刻ｔ１およびその炉内温度測定時刻ｔ１の１０分後の時刻ｔ２の２度に亘って、炉内温度Ｔ１、Ｔ２がそれぞれ計測される。計測された炉内温度（Ｔ１、Ｔ２）ならびに測定時刻（ｔ１、ｔ２）に関する情報は、信号伝送線６ａを通じて炉内温度演算部７に入力される（図１参照）。
【００４８】
炉内温度演算部７においては、炉内温度センサー６によって少なくとも２回測定された乾燥炉の炉内温度に基づいて炉内温度下降曲線Ｄが演算される（ステップＳ６２）。
【００４９】
ここで、「炉内温度下降曲線」とは、非加熱状態での乾燥炉１の炉内温度ＴＳの経時変化を示す曲線をいう。また、「炉内温度下降勾配」とは、その炉内温度下降曲線の傾きをいい、非加熱状態での乾燥炉１の炉内温度ＴＳの下降速度に相当する。例えば、図５に示すように、時刻ｔ１に測定された炉内温度がＴ１であり、時刻ｔ１から所定時間Δｔ経過後の時刻ｔ２に測定された炉内温度がＴ２である場合、炉内温度下降勾配θ＝（Ｔ２−Ｔ１）／Δｔとなり、この炉内温度下降勾配に相当する傾きを有し、点（ｔ１、Ｔ１）を通る直線が炉内温度下降曲線Ｄである。非加熱時の乾燥炉では、この炉内温度下降曲線Ｄにしたがって、炉内温度ＴＳが下降していく。例えば、図５に示すように、炉内温度測定時刻ｔ１およびこれより１０分後の時刻ｔ２に測定された炉内温度Ｔ１、Ｔ２により、乾燥炉１内における炉内温度下降勾配θ（図５参照）を有する炉内温度下降曲線Ｄが演算される。
【００５０】
次に、図３に示すように、求められた炉内温度下降曲線Ｄと、前記補正昇温曲線Ｃとが交わる時刻ｔＣを求める（ステップＳ６３）。この時刻ｔＣを加熱開始時刻ｔｓと決定する（ステップＳ６４）。この加熱開始時刻ｔｓは、乾燥炉加熱制御部８に出力される。
【００５１】
また、ステップ６における加熱開始時刻ｔｓの演算は、図４に示すフローチャートにしたがって行うこともできる。
【００５２】
この図４に示す演算においては、まず、時刻ｔＤ（図５中の時刻ｔｓ１、ｔｓ２）に炉内温度センサー６によって炉内温度ＴＳ（図５中のＴＳ１、ＴＳ２）が実際に測定され、この炉内温度ＴＳに関する信号が信号伝送線６ａを通じて炉内温度演算部７に入力される（ステップＳ６４１）。
【００５３】
このとき、同時に、昇温曲線演算部５において、タイマー３から常時、読取信号が信号伝送線３ａを通じて昇温曲線演算部５に出力され、補正昇温曲線Ｃから、時刻ｔＤ（図５中のｔｓ１、ｔｓ２）における予定炉内温度ＴＴ（図５中のＴＴ１、ＴＴ２）が読み取られ、炉内温度演算部７に入力される（ステップＳ６４２）。ここで、「予定炉内温度」とは、ある時刻について補正昇温曲線Ｃから読み取られる炉内温度をいう。
【００５４】
次に、図４に示すように、炉内温度センサー６により実際に測定された炉内温度ＴＳと、その炉内温度ＴＳの測定時刻ｔＤについて補正昇温曲線Ｃから読み取られた予定炉内温度ＴＴとを比較対照する（ステップＳ６４３）。そして、ＴＳ≠ＴＴ（ステップＳ６４３、ＮＯ）、すなわち、図５に示す、ＴＳ１（≠ＴＴ１）であれば、再び、ステップＳ６４１に戻り、ステップＳ６４２、Ｓ６４３が繰返される。また、ＴＳ＝ＴＴであれば（ステップＳ６４３、ＹＥＳ）、図５に示すＴＳ２（＝ＴＴ２）であれば、ステップＳ６４４に進み、炉内温度の測定時刻ｔＤ（図５に示すｔｓ２）が加熱開始時刻ｔｓと決定される。
【００５５】
炉内温度演算部７における演算により決定された乾燥炉１の加熱開始時刻ｔｓに関する信号は、乾燥炉加熱制御部８に入力され、乾燥炉加熱制御部８により、バーナー９の着火、およびそれに続くバーナー９の燃焼出力が制御される（ステップＳ７）。これにより、乾燥炉１の炉内温度は、昇温完了時刻ｔ４に所望炉内温度Ｔ４となり、予定された稼働開始時刻に塗装ラインを稼動することができる。このとき、乾燥炉１のオーバーベークを防止するため、昇温完了時刻ｔ４の所定時間前の時刻ｔ３から、バーナー９の出力を予め演算により求められた出力に随時制御して、昇温勾配が経時とともに小さくなるように制御される。
【００５６】
また、本実施形態では、乾燥炉の昇温制御装置を独立した装置として説明したが、本発明の昇温制御装置は、塗装ラインの統合的な制御システムの一部として構成することもできる。そのような構成とすれば、前記タイマー３の代わりに前記統合的な制御システムによって乾燥炉の昇温制御装置の起動を制御し、さらに、昇温曲線演算部５、炉内温度演算部７および乾燥炉加熱制御部８を前記統合的な制御システムに設ければ、乾燥炉１だけでなく、塗装ラインの他の装置を含めた統合的な制御が可能となる。これにより、乾燥炉だけでなく、塗装ラインあるいはより高次のシステム全体を考慮して、さらに効率的な乾燥炉の稼働を実現できる。
【００５７】
【発明の効果】
請求項１ないし請求項３に記載の発明に係る昇温制御装置によれば、外気湿度Ｈと、予め設定される昇温完了時刻ｔ４および所望炉内温度Ｔ４とに基づいて補正昇温曲線を求め、この補正昇温曲線と、炉内温度とによって決定される乾燥炉の加熱開始時刻ｔｓに乾燥炉の加熱が開始され、補正昇温曲線に基づいて炉内温度の昇温が制御される。そのため、乾燥炉の加熱・昇温を高精度に制御して、所望の稼働開始時刻までに正確に乾燥炉の炉内温度を所望の温度に昇温することができる。
【００５８】
請求項２に記載の発明によれば、炉内温度の測定に基づいて求められる炉内温度下降曲線と補正昇温曲線の交わる時刻を加熱開始時刻ｔｓと決定することができる。そして、この加熱開始時刻ｔｓに乾燥炉の加熱を開始し、さらに、補正昇温曲線に基づいて、乾燥炉の加熱・昇温を高精度に制御して、所望の稼働開始時刻までに正確に乾燥炉の炉内温度を所望の温度に昇温することができる。
【００５９】
請求項３に記載の発明によれば、実際に炉内温度測定器により連続的に測定される炉内温度ＴＳと予定炉内温度ＴＴが等しくなったときの時刻を加熱開始時刻ｔｓとすることができる。そして、この加熱開始時刻ｔｓに乾燥炉の加熱を開始し、さらに、補正昇温曲線に基づいて、乾燥炉の加熱・昇温を高精度に制御して、所望の稼働開始時刻までに正確に乾燥炉の炉内温度を所望の温度に昇温することができる。
【００６０】
請求項４に記載の発明によれば、乾燥炉の加熱・昇温を高精度に制御して、所望の稼働開始時刻までに正確に乾燥炉の炉内温度を所望の温度に昇温させる方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る昇温制御装置の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の実施形態に係る昇温制御装置における昇温制御方法を説明するフローチャートである。
【図３】本発明の実施形態に係る昇温制御装置における炉内温度演算部における加熱開始時刻ｔｓの演算方法の一例を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施形態に係る昇温制御装置における炉内温度演算部における加熱開始時刻ｔｓの演算方法の他の例を示すフローチャートである。
【図５】非加熱時の乾燥炉の炉内温度下降曲線と、乾燥炉の昇温曲線の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 乾燥炉
２ 設定部
３ タイマー（装置起動部）
４ 外気湿度センサー（外気湿度測定器）
５ 昇温曲線演算部
６ 炉内温度センサー（炉内温度測定器）
７ 炉内温度演算部
８ 乾燥炉加熱制御部
９ バーナー（加熱装置）
１０ 熱風循環ファン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱装置により加熱される乾燥炉の炉内温度の昇温制御装置であって、
前記乾燥炉の昇温制御開始時刻ｔ０、前記乾燥炉における昇温完了時刻ｔ４およびその昇温完了時刻における所望炉内温度Ｔ４、ならびに予想昇温曲線を予め設定する設定部と、
前記乾燥炉の外部に配設され、外気湿度Ｈを測定する外気湿度測定器と、
前記外気湿度Ｈ、ならびに前記昇温完了時刻ｔ４および所望炉内温度Ｔ４に基づいて、前記予想昇温曲線を補正して補正昇温曲線を求める昇温曲線演算部と、
前記乾燥炉内に配設され、炉内温度ＴＳを測定する炉内温度測定器と、
前記炉内温度測定器により測定された炉内温度ＴＳと、前記補正昇温曲線に基づいて前記乾燥炉の加熱開始時刻ｔｓを求める炉内温度演算部と、
前記加熱開始時刻ｔｓに前記加熱装置による前記乾燥炉の加熱を開始させ、前記補正昇温曲線に基づいて炉内温度が昇温するように、加熱装置による加熱を制御する乾燥炉加熱制御部と、
前記昇温制御開始時刻ｔ０に、前記昇温曲線演算部、前記炉内温度演算部および前記乾燥炉加熱制御部を起動させる装置起動部とを備えることを特徴とする乾燥炉の昇温制御装置。
【請求項２】
前記炉内温度演算部が、前記加熱装置による加熱開始前に前記炉内温度測定器によって少なくとも２回測定された炉内温度ＴＳに基づいて加熱前の乾燥炉における炉内温度下降曲線を求め、当該炉内温度下降曲線と、前記補正昇温曲線とが交わる時刻を演算して前記加熱開始時刻ｔｓを決定することを特徴とする請求項１に記載の乾燥炉の昇温制御装置。
【請求項３】
前記炉内温度演算部が、前記炉内温度測定器により連続して測定される炉内温度ＴＳと、その炉内温度ＴＳの測定時刻について前記補正昇温曲線から読み取られる予定炉内温度ＴＴとを比較対照して、前記加熱開始時刻ｔｓを決定することを特徴とする請求項１に記載の乾燥炉の昇温制御装置。
【請求項４】
加熱装置により加熱される乾燥炉の炉内温度の昇温を制御する方法であって、
前記乾燥炉の昇温制御開始時刻ｔ０、昇温完了時刻ｔ４および昇温完了時刻における所望炉内温度Ｔ４、ならびに予想昇温曲線を予め設定するステップと、
前記昇温制御開始時刻ｔ０に、昇温制御を開始させるステップと、
前記乾燥炉の外部に配設された外気湿度測定器により測定された外気湿度Ｈ、ならびに前記昇温完了時刻ｔ４および所望炉内温度Ｔ４に基づいて、前記予想昇温曲線を補正して補正昇温曲線を求めるステップと、
前記乾燥炉内に配設された炉内温度測定器により測定された炉内温度ＴＳと、前記補正昇温曲線とに基づいて、前記乾燥炉の加熱開始時刻ｔｓを求めるステップと、
前記加熱開始時刻ｔｓに前記加熱装置による前記乾燥炉の加熱を開始させ、前記補正昇温曲線に基づいて炉内温度が昇温するように前記加熱装置による加熱を制御するステップとを含む乾燥炉の昇温制御方法。
【請求項１】
加熱装置により加熱される乾燥炉の炉内温度の昇温制御装置であって、
前記乾燥炉の昇温制御開始時刻ｔ０、前記乾燥炉における昇温完了時刻ｔ４およびその昇温完了時刻における所望炉内温度Ｔ４、ならびに予想昇温曲線を予め設定する設定部と、
前記乾燥炉の外部に配設され、外気湿度Ｈを測定する外気湿度測定器と、
前記外気湿度Ｈ、ならびに前記昇温完了時刻ｔ４および所望炉内温度Ｔ４に基づいて、前記予想昇温曲線を補正して補正昇温曲線を求める昇温曲線演算部と、
前記乾燥炉内に配設され、炉内温度ＴＳを測定する炉内温度測定器と、
前記炉内温度測定器により測定された炉内温度ＴＳと、前記補正昇温曲線に基づいて前記乾燥炉の加熱開始時刻ｔｓを求める炉内温度演算部と、
前記加熱開始時刻ｔｓに前記加熱装置による前記乾燥炉の加熱を開始させ、前記補正昇温曲線に基づいて炉内温度が昇温するように、加熱装置による加熱を制御する乾燥炉加熱制御部と、
前記昇温制御開始時刻ｔ０に、前記昇温曲線演算部、前記炉内温度演算部および前記乾燥炉加熱制御部を起動させる装置起動部とを備えることを特徴とする乾燥炉の昇温制御装置。
【請求項２】
前記炉内温度演算部が、前記加熱装置による加熱開始前に前記炉内温度測定器によって少なくとも２回測定された炉内温度ＴＳに基づいて加熱前の乾燥炉における炉内温度下降曲線を求め、当該炉内温度下降曲線と、前記補正昇温曲線とが交わる時刻を演算して前記加熱開始時刻ｔｓを決定することを特徴とする請求項１に記載の乾燥炉の昇温制御装置。
【請求項３】
前記炉内温度演算部が、前記炉内温度測定器により連続して測定される炉内温度ＴＳと、その炉内温度ＴＳの測定時刻について前記補正昇温曲線から読み取られる予定炉内温度ＴＴとを比較対照して、前記加熱開始時刻ｔｓを決定することを特徴とする請求項１に記載の乾燥炉の昇温制御装置。
【請求項４】
加熱装置により加熱される乾燥炉の炉内温度の昇温を制御する方法であって、
前記乾燥炉の昇温制御開始時刻ｔ０、昇温完了時刻ｔ４および昇温完了時刻における所望炉内温度Ｔ４、ならびに予想昇温曲線を予め設定するステップと、
前記昇温制御開始時刻ｔ０に、昇温制御を開始させるステップと、
前記乾燥炉の外部に配設された外気湿度測定器により測定された外気湿度Ｈ、ならびに前記昇温完了時刻ｔ４および所望炉内温度Ｔ４に基づいて、前記予想昇温曲線を補正して補正昇温曲線を求めるステップと、
前記乾燥炉内に配設された炉内温度測定器により測定された炉内温度ＴＳと、前記補正昇温曲線とに基づいて、前記乾燥炉の加熱開始時刻ｔｓを求めるステップと、
前記加熱開始時刻ｔｓに前記加熱装置による前記乾燥炉の加熱を開始させ、前記補正昇温曲線に基づいて炉内温度が昇温するように前記加熱装置による加熱を制御するステップとを含む乾燥炉の昇温制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００４−２３７２１１（Ｐ２００４−２３７２１１Ａ）
【公開日】平成１６年８月２６日（２００４．８．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００３−２９１６３（Ｐ２００３−２９１６３）
【出願日】平成１５年２月６日（２００３．２．６）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１６年８月２６日（２００４．８．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１５年２月６日（２００３．２．６）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]