加熱装置およびその制御方法
【課題】複数のヒータを用いた加熱装置において、一部のヒータが断線した場合であっても均熱性を保つことが可能な加熱装置およびその制御方法の提供。
【解決手段】複数のヒータ２の断線箇所を検知する断線検知装置１２と、帯状物上の少なくとも１点の温度を測定する放射温度計１３と、断線検知装置１２により検知した断線箇所情報および放射温度計１３により測定した帯状物上の少なくとも１点の温度に基づいて帯状物全体の温度分布をシミュレーションするとともに、このシミュレーション結果に基づいて断線検知装置１２により検知した断線箇所の周りのヒータの出力を補正する温度分布シミュレータ・断線補正装置１７とを有する。
【解決手段】複数のヒータ２の断線箇所を検知する断線検知装置１２と、帯状物上の少なくとも１点の温度を測定する放射温度計１３と、断線検知装置１２により検知した断線箇所情報および放射温度計１３により測定した帯状物上の少なくとも１点の温度に基づいて帯状物全体の温度分布をシミュレーションするとともに、このシミュレーション結果に基づいて断線検知装置１２により検知した断線箇所の周りのヒータの出力を補正する温度分布シミュレータ・断線補正装置１７とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、抵抗、赤外線や近赤外線などのヒータを複数用いて、表面処理鋼板などの帯状物の加熱・乾燥や、水などの液体が付着した帯状物の乾燥などの帯状物の加熱全般、特に、均熱性が求められる加熱を行うための加熱装置およびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ポリオレフィン樹脂やポリウレタン樹脂などの樹脂を溶融亜鉛めっき鋼板上に塗布し、加熱・乾燥させたような表面処理鋼板は、樹脂の硬化または架橋反応を利用して安定性を高めるため、塗布後に１００℃以上の高温で乾燥・焼き付け処理を行う必要がある。このような乾燥・焼き付け処理を急速加熱により行う装置として、例えば特許文献１に記載の近赤外線加熱（ＮＩＲ）を利用した加熱乾燥装置が知られている。
【０００３】
この加熱乾燥装置は、内部にフィラメントを含む近赤外線ヒータと、近赤外線ヒータの上面側を覆うように配置された反射板とを備えている。めっき鋼板は、この加熱乾燥装置内に通板されており、近赤外線ヒータの下方を通過する間に、近赤外線ヒータから放射された近赤外線の一部が直接めっき鋼板に当たり、一部が反射板に反射された後にめっき鋼板に当たることで、加熱される。近赤外線ヒータは、長手方向がめっき鋼板の通板方向と平行であり、めっき鋼板の幅方向に沿って複数配置されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２７５８２８号公報
【特許文献２】特許第３１８１５１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、このように複数のヒータを用いて表面処理鋼板などの帯状物の加熱を行う場合、複数のヒータのうちの一部が断線すると、その断線箇所近傍の帯状物の温度が低下してしまう。このとき、温度低下が局所的であって、測温部と異なる位置での温度低下の場合、測温部によって温度低下が検出されないので、制御上は温度低下が認識されず、均熱性が悪くなってしまうという問題が生じる。
【０００６】
なお、このような複数のヒータを用いた装置において断線を検知する方法としては、例えば特許文献２に記載のように位相制御によるヒータへの供給電力をフィードバック制御するとともに、ヒータへの供給電流の検出値を理論値と比較して断線を検知する方法が知られているが、この方法は断線を検知するだけである。そのため、この方法は、断線を検知した都度、加熱能力の余裕度で決まる閾値で装置を停止し、ヒータを交換しなければならず、被加熱物の条件が大きく変動する表面処理鋼板などの帯状物の場合においては大きな歩留まり低下となる。
【０００７】
そこで、本発明においては、複数のヒータを用いた加熱装置において、一部のヒータが断線した場合であっても均熱性を保つことが可能な加熱装置およびその制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の加熱装置は、複数のヒータにより帯状物の加熱を行う加熱装置であって、複数のヒータの断線箇所を検知する断線検知手段と、帯状物上の少なくとも１点の温度を測定する温度測定手段と、断線検知手段により検知した断線箇所情報および温度測定手段により測定した帯状物上の少なくとも１点の温度に基づいて帯状物全体の温度分布をシミュレーションするとともに、このシミュレーション結果に基づいて断線検知手段により検知した断線箇所の周りのヒータの出力を補正する補正手段とを有するものである。
【０００９】
本発明の加熱装置によれば、一部のヒータの断線により温度が低下した箇所を、シミュレーションにより断線箇所情報および帯状物上の少なくとも１点の温度に基づいて求めた帯状物全体の温度分布に基づいて、他のヒータの出力を補正することにより補完することができる。
【００１０】
また、本発明の加熱装置は、帯状物の温度目標値と温度測定手段により測定した帯状物上の少なくとも１点の温度とから複数のヒータの出力を制御する温度制御手段を有し、補正手段が、断線検知手段により検知した断線箇所が温度測定手段による測温部近傍の場合には、さらに温度目標値を補正するものであることが望ましい。
【００１１】
断線箇所が測温部近傍の場合、この測温部近傍を温度目標値に保つようにヒータ出力を制御すると、他の部分の温度が上昇しすぎてしまうため、前述のヒータ出力の補正に加えて温度目標値を低く補正することにより、適切にこの断線により温度が低下した箇所の温度を補完することができる。
【００１２】
さらに、本発明の加熱装置は、断線検知手段により検知した断線箇所および断線数から均熱性が保てないと判断された場合に警報を発する警報手段を有するものであることが望ましい。これにより、前述のヒータ出力の補正や温度目標値の補正によっても均熱性が保てない場合に警報を発することができる。
【００１３】
また、本発明の加熱装置の制御方法は、複数のヒータにより帯状物の加熱を行う加熱装置の制御方法であって、複数のヒータの断線箇所を検知すること、帯状物上の少なくとも１点の温度を測定すること、検知した断線箇所および測定した帯状物上の少なくとも１点の温度に基づいて帯状物全体の温度分布をシミュレーションすること、このシミュレーション結果に基づいて、検知した断線箇所の周りのヒータの出力を補正することを含む。本発明の加熱装置の制御方法によれば、一部のヒータの断線により温度が低下した箇所を、シミュレーションにより断線箇所および帯状物上の少なくとも１点の温度に基づいて求めた帯状物全体の温度分布に基づいて他のヒータの出力を補正することにより補完することができる。
【００１４】
また、本発明の加熱装置の制御方法では、帯状物の温度目標値と測定した帯状物上の少なくとも１点の温度とから複数のヒータの出力を制御すること、検知した断線箇所が帯状物の測温部近傍の場合には、さらに温度目標値を補正することを含むことが望ましい。これにより、前述のヒータ出力の補正に加えて温度目標値を低く補正することにより、適切にこの断線により温度が低下した箇所の温度を補完することができる。
【００１５】
さらに、本発明の加熱装置の制御方法では、検知した断線箇所および断線数から均熱性が保てないと判断された場合に警報を発することを含むことが望ましい。これにより、前述のヒータ出力の補正や温度目標値の補正によっても均熱性が保てない場合に警報を発することができる。
【発明の効果】
【００１６】
（１）複数のヒータの断線箇所を検知し、帯状物上の少なくとも１点の温度を測定し、検知した断線箇所および測定した帯状物上の少なくとも１点の温度に基づいて帯状物全体の温度分布をシミュレーションし、このシミュレーション結果に基づいて、検知した断線箇所の周りのヒータの出力を補正する構成により、複数のヒータを用いた加熱装置において、一部のヒータが断線した場合であっても、シミュレーションにより帯状物全体の温度分布を求めることで、ヒータが断線したことによる加熱能力への影響を的確に判断し、他の健全なヒータの出力を補正してこの断線したヒータを補完することで、均熱性を向上させることが可能となる。これにより、加熱対象物が表面処理鋼板などの帯状物の場合に、この帯状物の種類・幅・厚み・通過速度が変動したり、この加熱対象物の熱容量が変化したりしても、これに対応して均等性を維持することが可能となる。
【００１７】
（２）帯状物の温度目標値と測定した帯状物上の少なくとも１点の温度とから複数のヒータの出力を制御し、検知した断線箇所が帯状物の測温部近傍の場合には、さらに温度目標値を補正する構成により、他の部分の温度を過度に上昇させることなく、適切にこの断線により温度が低下した箇所の温度を補完し、この断線箇所およびその他の部分の均熱性を向上させることができる。
【００１８】
（３）検知した断線箇所および断線数から均熱性が保てないと判断された場合に警報を発する構成により、前述のヒータ出力の補正や温度目標値の補正によっても均熱性が保てない場合に警報を発することで、装置の安定稼働を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は本発明の実施の形態における帯状物の加熱乾燥装置の概略構成を示す側面断面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。
【００２０】
図１に示すように、本発明の実施の形態における加熱乾燥装置１は、表面処理鋼板（例えば、めっき鋼板）などの帯状物Ｓに被覆された有機樹脂を加熱乾燥させるための装置であって、内部に発熱体としてのエミッタ２ａを有する近赤外線ヒータ（以下、「ヒータ」と称す。）２と、反射板としてのリフレクタ３と、防汚用のガラス４と、加熱乾燥装置１の入口部１ａおよび出口部１ｂにそれぞれ設けられた反射板としてのリフレクタ５，６とを主に備える。
【００２１】
帯状物Ｓは、幅が６００〜１２７０ｍｍ程度であり、入口部１ａから出口部１ｂまで３０〜６５ｍ／ｍｉｎで通過させる。ヒータ２は、図２に示すように、通過させる帯状物Ｓに対して幅方向にそれぞれ７２本配置されている。また、ヒータ２は帯状物Ｓを挟むように上下にそれぞれ配置されており、帯状物Ｓの上側（表側）および下側（裏側）で計１４４本配置されている。さらに、ヒータ２は、加熱乾燥装置１の前段および後段の２段に分けて配置されており、前後段を合わせると合計２８８本配置されている。
【００２２】
なお、ヒータ２は、エミッタ２ａが筒形状の石英ガラス管２ｂの内部に配置され、その周囲にハロゲンなどの気体が充填されたものである。エミッタ２ａは、例えば、帯状物Ｓの通過方向に平行な方向の長さが２５０ｍｍ程度であり、約３〜５ｋＷの出力を有するものを使用できる。また、エミッタ２ａは、近赤外線を放射し、その長手方向が帯状物Ｓの通過方向と平行であり、帯状物Ｓの幅方向に沿って１５〜２５ｍｍ間隔、本実施形態においては２０ｍｍ間隔で複数配置されている。
【００２３】
このように、隣り合う各エミッタ２ａの間隔を帯状物Ｓの幅方向に沿って１５〜２５ｍｍ間隔としたのは、各エミッタ２ａの間隔が１５ｍｍ未満であると、使用するエミッタ２ａの本数が多くなり不経済である上に、ヒータ２の直径を小さくする必要が生じて技術的に困難になるためである。一方、エミッタ２ａの間隔が２５ｍｍ超であると、帯状物Ｓの幅方向に温度むらが生じたり、現行の技術では製作が困難な高出力のヒータ２が要求されたりするため好ましくない。
【００２４】
また、エミッタ２ａは、帯状物Ｓの幅方向の中央を起点として帯状物Ｓの両側から外側に４０〜１２０ｍｍ離隔した位置まで配置されるものとする。これは、帯状物Ｓの端部の温度低下を防止するために、帯状物Ｓの端部よりも外側を加熱するためであり、帯状物Ｓの通過時の幅方向蛇行量を考慮して決定する。また、４０〜１２０ｍｍとしたのは、４０ｍｍ未満であると、帯状物Ｓの端部は十分に加熱されず、帯状物Ｓの中央部と端部との温度差が大きくなりすぎるため好ましくないためである。一方、上限は特に大きな制約はないが、１２０ｍｍを超えると、帯状物Ｓの端部は過度に加熱される傾向にあること、また、大きくなりすぎると省エネ上好ましくないため１２０ｍｍとしている。
【００２５】
また、本実施形態に係るエミッタ２ａと帯状物Ｓとの距離は、５０〜２００ｍｍとなるように構成されている。このように、エミッタ２ａと帯状物Ｓとの距離を５０〜２００としたのは、エミッタ２ａと帯状物Ｓとの距離が５０ｍｍ未満であると、帯状物Ｓが移動中に、上下にばたついて、ヒータ２などの設備破損を生じる恐れがあるからである。一方、エミッタ２ａと帯状物Ｓとの距離が２００ｍｍを超えると、加熱効率が悪くなり、大出力のヒータ２やヒータ２の増設が必要となるため好ましくない。
【００２６】
リフレクタ３は、ヒータ２による加熱を効率的に行うために設けられた略Ｗ字状断面の反射板であり、図２に示すように上側のヒータ２の上面側および下側のヒータ２の下面側をそれぞれ覆うように配置されている。ヒータ２から放射された近赤外線は、一部は直接帯状物Ｓに当たり、一部はリフレクタ３に反射された後に帯状物Ｓに当たる。なお、リフレクタ３を略Ｗ字状としたのは、帯状物Ｓをより均一に加熱できるようにするためである。但し、リフレクタ３の形状は、略Ｗ字状に限定されず、ヒータ２から放射された近赤外線が反射して帯状物Ｓに当てることができる構造であれば、いかなる構造のものであっても良い。一方、加熱乾燥装置１の入口部１ａおよび出口部１ｂにそれぞれ配置されたリフレクタ５，６はフラット形状であり、これらは加熱乾燥装置１の内外を断熱するためのものである。
【００２７】
ガラス４は、ヒータ２を保護するために、ヒータ２と帯状物Ｓとの間に配置されたものである。
【００２８】
また、本実施形態における加熱乾燥装置１は、図１に示すように、加熱乾燥装置１の前段部および後段部のエミッタ２ａの出力をそれぞれ制御するためのサイリスタユニット１０ａ，１０ｂと、帯状物Ｓの幅に応じてエミッタ２ａの点灯範囲の切替および個別にエミッタ２ａのオンオフを行うためのコンタクタ・リレー１１ａ，１１ｂと、エミッタ２ａの断線を検知するための故障検知ユニット１２ａ，１２ｂと、加熱乾燥装置１の出口部１ｂの帯状物Ｓの幅方向中央部上の１点の温度実績を測定する温度測定手段としての放射温度計１３と、放射温度計１３の温度実績値等に基づいてサイリスタユニット１０ａ，１０ｂやコンタクタ・リレー１１ａ，１１ｂ等を制御する制御装置１４とを有する。
【００２９】
ここで、サイリスタユニット１０ａ，１０ｂおよびコンタクタ・リレー１１ａ，１１ｂにより、帯状物Ｓの幅方向の中央を起点として帯状物Ｓの両端から外側に４０〜１２０ｍｍ離隔した位置までの間にあるエミッタ２ａを加熱に使用するか否かの制御方法の詳細について説明する。図３は本実施形態に係る加熱乾燥装置１の構成を概略的に示す説明図、図４は本実施形態に係るエミッタ２ａの制御方法を示すフロー図、図５は本実施形態に係るエミッタ２ａの制御方法を用いた具体例を示す説明図である。
【００３０】
図３に示すように、本実施形態における加熱乾燥装置１では、通過している帯状物Ｓを加熱するためのヒータ２が、加熱乾燥装置１の中心に対して対称にＮ個ずつ設けられている（ヒータ２−１〜２−Ｎ）。また、加熱中にエミッタ２ａのコイルの幅が変化したり、帯状物Ｓがウォーク（蛇行）したりするので、加熱乾燥装置１の前または後ろに、帯状物Ｓの幅方向の端部の位置を検出する検出部（センサ）２０を設けることができる。この検出部２０からの信号によって使用するヒータ２−１〜２−Ｎを選択することとなる。以下、本実施形態に係るエミッタ２ａの制御方法について説明する。
【００３１】
ここで、エミッタ２ａの制御を開始する前に、帯状物Ｓの幅方向の中央を起点として帯状物Ｓの両端から外側に所定距離α（＝４０〜１２０ｍｍ）離隔した位置までの間にあるエミッタ２ａで加熱するように制御するため、帯状物Ｓの両端から外側にはみ出した距離（以下、「はみ出し加熱幅」という）αを、予め定めておく。
【００３２】
エミッタ２ａの制御の開始後は、まず、予め決定されたはみ出し加熱幅α（図３を参照）を読み込む（ステップＳ１０２）。次いで、検出部２０により検出された加熱乾燥装置１の中心から帯状物Ｓの端部までの距離Ｗ（図３を参照）を読み込む（ステップＳ１０４）。なお、ステップＳ１０２とステップＳ１０４とは、いずれが先に行われてもよい。
【００３３】
次いで、ステップＳ１０２とステップＳ１０４で読み込んだはみ出し加熱幅αと距離Ｗとから算出したＷ＋αと、加熱乾燥装置１の中心からｉ番目（ｉ＝１〜Ｎ）のヒータ２−ｉまでの距離（Ｈi）とを比較する（ステップＳ１０６）。このステップＳ１０６の処理は、ｉ＝１、すなわち加熱装置中心に配置されたヒータ２−１から開始される。
【００３４】
ステップＳ１０６の処理の判定（ステップＳ１０８）の結果、Ｗ＋αがＨi以上である（Ｗ＋α≧Ｈi）場合には、ｉ番目のヒータ２−ｉを使用する（ヒータをＯＮにする）ように制御する（ステップＳ１１０）。
【００３５】
次に、加熱乾燥装置１の中心からｉ＋１番目のヒータ２−（ｉ＋１）までの距離（Ｈi+1）とＷ＋αとを比較する（ステップＳ１１２）。このステップＳ１１２の判定（ステップＳ１０８）の結果、Ｗ＋αがＨi+1以上である（Ｗ＋α≧Ｈi+1）場合には、ｉ＋１番目のヒータ２−（ｉ＋１）を使用する（ヒータをＯＮにする）ように制御する（ステップＳ１１０）。
【００３６】
以上のステップＳ１０８〜Ｓ１１２の工程は、Ｎ番目のヒータ２−Ｎまで全てのヒータ２−１〜２−ＮについてステップＳ１０８の判定が行われるまで繰り返される。すなわち、加熱乾燥装置１の中央部（１番目）のヒータ２−１から最外部（Ｎ番目）のヒータ２−Ｎまで、順次上記の処理が行われる。ただし、ステップＳ１０８の判定の結果、Ｗ＋αがＨi未満である（Ｗ＋α＜Ｈi）場合には，ｉ番目のヒータ２−ｉを使用しない（ヒータをＯＦＦにする）ように制御し（ステップＳ１１４）、エミッタ２ａの制御を終了する。
【００３７】
その結果、例えば、図５に示したように、帯状物Ｓの端部からαｍｍだけ離隔した位置までにあるヒータ２−１〜２−６までが加熱に使用され（ヒータがＯＮにされ）、帯状物Ｓの端部からαｍｍだけ離隔した位置の外側にあるヒータ２−７は加熱に使用されない（ヒータがＯＦＦにされる）ように制御される。なお、図５においては、一例として、ヒータ２の数が片側に７つの場合（Ｎ＝７の場合）を示してあり，ヒータＯＮの状態を黒塗りで、ヒータＯＦＦの状態を白塗りで示してある。
【００３８】
以上のステップＳ１０２〜Ｓ１１４までの処理は、一定時間（例えば、１秒未満の短時間）で繰り返される。
【００３９】
次に、本実施形態における加熱乾燥装置１の制御方法について説明する。図６は図１の加熱乾燥装置１の制御ブロック図である。
【００４０】
図６において、点線で囲まれた部分は、帯状物Ｓの前段および後段のそれぞれ上側および下側に配置された７２本のヒータ２を１単位とした制御ブロックであり、ヒータ２と、位相制御手段としての位相制御装置１５と、断線検知手段としての断線検知装置１２とから構成される。この制御ブロックは、７２本のヒータ２を１単位として複数ブロック有する。位相制御装置１５は、上述のように幅に応じたエミッタ２ａの点灯範囲を切り替えるとともに、位相制御によりヒータ２の出力を制御するものであり、図１のサイリスタユニット１０ａ，１０ｂおよびコンタクタ・リレー１１ａ，１１ｂ等により構成される。断線検知装置１２は、複数のヒータ２の断線箇所を検知するものであり、図１の故障検知ユニット１２ａ等により構成される。
【００４１】
また、温度制御コントローラ１６および温度分布シミュレータ・断線補正装置１７は、図１の制御装置１４内に構成されている。温度制御コントローラ１６は、帯状物Ｓの温度目標値と放射温度計１３により測定した帯状物Ｓ上の１点の温度とから複数のヒータ２のベース出力を制御するものである。温度分布シミュレータ・断線補正装置１７は、断線検知装置１２により検知した断線箇所情報および放射温度計１３により測定した帯状物Ｓ上の１点の温度に基づいて帯状物Ｓ全体の温度分布をシミュレーションするとともに、断線検知装置１２により検知した断線箇所の周りの健全なヒータ２の出力を補正するものである。
【００４２】
なお、温度分布シミュレータ・断線補正装置１７による帯状物Ｓ全体の温度分布のシミュレーションは、通常の輻射伝熱の計算ができるプログラムにより行うことができ、伝熱空間の角関係を計算して求める方法、ヒータ２から放射された近赤外線が帯状物Ｓの上下の表面または加熱乾燥装置１内面に完全に吸収されるまで、自由光線だけでなく複合的な反射も考慮して追跡し、吸収されるエネルギ分布を導出する方法、または、それらの方法から求められた結果をテーブルにして近似式で補完する方法、あるいは、これらの組み合わせなどを用いることができる。要は、ヒータ２の断線有無・断線している場合の断線箇所・ヒータ２への投入電力・加熱される帯状物Ｓのサイズ・密度・比熱・輻射率・通過速度などから加熱乾燥装置１の出口部１ｂ側の温度測定位置における帯状物Ｓの幅方向の温度分布と補正すべき温度の量を計算できるプログラムにより行えばよい。
【００４３】
上記構成の加熱乾燥装置１では、温度制御コントローラ１６が、予め設定された帯状物Ｓの温度目標値と放射温度計１３により測定した帯状物Ｓ上の幅方向中央部１点の温度実績値とから複数のヒータ２のベース出力をフィードバック制御する。位相制御装置１５は、この温度制御コントローラ１６からのベース出力指令に基づいて幅に応じたエミッタ２ａの点灯範囲を切り替えるとともに、位相制御によりエミッタ２ａの出力を制御する。
【００４４】
このとき、断線検知装置１２は、温度制御コントローラ１６からのベース出力指令とヒータ２の電流実績とを監視して、断線を検知した場合にはヒータ２の断線箇所情報を温度分布シミュレータ・断線補正装置１７へ出力する。一方、温度分布シミュレータ・断線補正装置１７は、断線箇所情報および帯状物Ｓ上の１点の温度と、通過条件（幅・厚み・ヒータ２に対する位置関係）に基づいて帯状物Ｓ全体の温度分布をシミュレーションする。そして、温度分布シミュレータ・断線補正装置１７は、このシミュレーションにより求めた温度分布に基づいて断線箇所の周りの健全なヒータ２に対する出力補正を行う。
【００４５】
これにより、本実施形態における加熱乾燥装置１では、一部のヒータ２の断線により温度が低下した箇所を、シミュレーションにより断線箇所情報および帯状物Ｓ上の１点の温度に基づいて求めた帯状物Ｓ全体の温度分布に基づいて他のヒータ２の出力を補正することにより補完することができ、均熱性を保つことができる。
【００４６】
また、この加熱乾燥装置１では、温度分布シミュレータ・断線補正装置１７は、断線箇所が放射温度計１３による測温部近傍の場合には、この測温部近傍を温度目標値に保つようにヒータ２の出力を制御すると、他の部分の温度が上昇しすぎてしまうため、前述のヒータ出力の補正に加えて温度目標値を低く補正する。これにより、帯状物Ｓの幅方向中央部のヒータ２が断線した場合であっても、適切にこの断線により温度が低下した箇所の温度を補完することができる。
【００４７】
また、本実施形態における加熱乾燥装置１では、断線検知装置１２により検知した断線箇所および断線数から均熱性が保てないと判断された場合には、パトライトやサイレンなどの警報手段により警報を発する構成とすることが可能である。これにより、温度分布シミュレータ・断線補正装置１７によるヒータ出力の補正や温度目標値の補正によっても均熱性が保てない場合に警報を発し、装置の安定稼働を図ることができる。
【００４８】
なお、本実施形態における加熱乾燥装置１は、放射温度計１３により帯状物Ｓ上の１点を測定する構成であるが、数点を測定する構成とすることも可能である。なお、温度測定箇所は多い方が正確な温度分布を求めることができるので望ましいが、測定箇所が増え過ぎると温度分布シミュレータ・断線補正装置１７に掛かる負荷が高くなるので、３〜５点以下あるいは７〜１０点以下とするのが好ましい。
【実施例】
【００４９】
次に、本実施形態における加熱乾燥装置１の均熱性を確認するための実験を行った。なお、帯状物Ｓとして溶融亜鉛めっき鋼板を使用した。
【００５０】
まず、最大幅の帯状物Ｓ通板時の均熱性およびウォークの影響について検証した。図７は、最大幅の帯状物Ｓの幅は１２７０ｍｍ、帯状物Ｓの両外側に８５ｍｍ離間した位置までヒータ２により加熱を行った際の幅に対する温度分布を示す図であって、（ａ）はウォークがない場合の図、（ｂ）はウォークが５０ｍｍある場合の図である。
【００５１】
次に、加熱効率が最も悪い最小幅の帯状物Ｓ通板時の均熱性およびウォークの影響について検証した。図８は、最小幅の帯状物Ｓの幅は６００ｍｍ、帯状物Ｓの両外側に１００ｍｍ離間した位置までヒータ２により加熱を行った際の幅に対する温度分布を示す図であって、（ａ）はウォークがない場合の図、（ｂ）はウォークが５０ｍｍある場合の図である。
【００５２】
ヒータ２の健全時は、幅方向中央部１点の測定温度に基づくフィードバック制御によって、最大幅の帯状物Ｓ通板時の幅方向の温度差は、図７に示すように許容値（±５℃以内）に十分収まっており問題はなかった。また、最小幅の帯状物Ｓ通板時の幅方向の温度差についても、図８に示すように許容値（±５℃以内）に収まっており問題はなかった。
【００５３】
また、断線警報レベルについて検証した。図９は、帯状物Ｓの両外側に離間した位置までのヒータ２による加熱幅が最も少ない最大幅の帯状物Ｓの通板時に、帯状物Ｓのエッジ部分のヒータ２が断線、かつ断線した側に５０ｍｍウォークした場合の幅に対する温度分布を示す図であって、（ａ）は２本断線した場合の図、（ｂ）は３本断線した場合の図である。
【００５４】
図９から分かるように、帯状物Ｓのエッジ部の２本が断線した場合には温度差の許容値（±５℃以内）に収まっており、問題はなかったが、帯状物Ｓのエッジ部の３本が断線した場合、温度低下が激しく、周辺の健全なヒータ２の出力を補正しても、温度差の許容値を超えていた。この場合、警報手段により警報を発するようにすることで、装置の安定稼働を図ることができる。
【００５５】
また、図１０は、加熱効率が最も悪い最小幅の帯状物Ｓの通板時に、幅方向の中央部のヒータ２が断線した場合の幅に対する温度分布を示す図であって、（ａ）は２本断線した場合の図、（ｂ）は３本断線した場合の図である。図１０から分かるように、幅方向の中央部のヒータ２の２本が断線した場合には温度差の許容値（±５℃以内）に収まっており、問題はなかったが、帯状物Ｓのエッジ部の３本が断線した場合、この幅方向中央部近傍のヒータ出力を上昇させると、他の部分の温度が上昇しすぎてしまい、上限側が許容値を超えていた。この場合も、警報手段により警報を発するようにすることで、装置の安定稼働を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明の加熱装置およびその制御方法は、表面処理鋼板の加熱・乾燥や、水などの液体が付着した鋼板の乾燥などの鋼板の加熱全般、特に、均熱性が求められる加熱を行うための装置およびその制御方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施の形態における帯状物の加熱乾燥装置の概略構成を示す側面断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】本実施形態に係る加熱乾燥装置の構成を概略的に示す説明図である。
【図４】本実施形態に係るエミッタの制御方法を示すフロー図である。
【図５】本実施形態に係るエミッタの制御方法を用いた具体例を示す説明図である。
【図６】図１の加熱乾燥装置の制御ブロック図である。
【図７】ヒータ健全時の幅に対する温度分布を示す図であって、（ａ）はウォークがない場合の図、（ｂ）はウォークが５０ｍｍある場合の図である。
【図８】ヒータ健全時の幅に対する温度分布を示す図であって、（ａ）はウォークがない場合の図、（ｂ）はウォークが５０ｍｍある場合の図である。
【図９】帯状物のエッジ部分のヒータが断線、かつ断線した側に５０ｍｍウォークした場合の幅に対する温度分布を示す図であって、（ａ）は２本断線した場合の図、（ｂ）は３本断線した場合の図である。
【図１０】幅方向の中央部のヒータが断線した場合の幅に対する温度分布を示す図であって、（ａ）は２本断線した場合の図、（ｂ）は３本断線した場合の図である。
【符号の説明】
【００５８】
Ｓ 帯状物
１ 加熱乾燥装置
２ ヒータ
２ａ エミッタ
２ｂ 石英ガラス管
３，５，６ リフレクタ
４ ガラス
１０ａ，１０ｂ サイリスタユニット
１１ａ，１１ｂ コンタクタ・リレー
１２ａ，１２ｂ 故障検知ユニット
１３ 放射温度計
１４ 制御装置
１５ 位相制御装置
１６ 温度制御コントローラ
１７ 温度分布シミュレータ・断線補正装置
２０ 検出部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、抵抗、赤外線や近赤外線などのヒータを複数用いて、表面処理鋼板などの帯状物の加熱・乾燥や、水などの液体が付着した帯状物の乾燥などの帯状物の加熱全般、特に、均熱性が求められる加熱を行うための加熱装置およびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ポリオレフィン樹脂やポリウレタン樹脂などの樹脂を溶融亜鉛めっき鋼板上に塗布し、加熱・乾燥させたような表面処理鋼板は、樹脂の硬化または架橋反応を利用して安定性を高めるため、塗布後に１００℃以上の高温で乾燥・焼き付け処理を行う必要がある。このような乾燥・焼き付け処理を急速加熱により行う装置として、例えば特許文献１に記載の近赤外線加熱（ＮＩＲ）を利用した加熱乾燥装置が知られている。
【０００３】
この加熱乾燥装置は、内部にフィラメントを含む近赤外線ヒータと、近赤外線ヒータの上面側を覆うように配置された反射板とを備えている。めっき鋼板は、この加熱乾燥装置内に通板されており、近赤外線ヒータの下方を通過する間に、近赤外線ヒータから放射された近赤外線の一部が直接めっき鋼板に当たり、一部が反射板に反射された後にめっき鋼板に当たることで、加熱される。近赤外線ヒータは、長手方向がめっき鋼板の通板方向と平行であり、めっき鋼板の幅方向に沿って複数配置されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２７５８２８号公報
【特許文献２】特許第３１８１５１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、このように複数のヒータを用いて表面処理鋼板などの帯状物の加熱を行う場合、複数のヒータのうちの一部が断線すると、その断線箇所近傍の帯状物の温度が低下してしまう。このとき、温度低下が局所的であって、測温部と異なる位置での温度低下の場合、測温部によって温度低下が検出されないので、制御上は温度低下が認識されず、均熱性が悪くなってしまうという問題が生じる。
【０００６】
なお、このような複数のヒータを用いた装置において断線を検知する方法としては、例えば特許文献２に記載のように位相制御によるヒータへの供給電力をフィードバック制御するとともに、ヒータへの供給電流の検出値を理論値と比較して断線を検知する方法が知られているが、この方法は断線を検知するだけである。そのため、この方法は、断線を検知した都度、加熱能力の余裕度で決まる閾値で装置を停止し、ヒータを交換しなければならず、被加熱物の条件が大きく変動する表面処理鋼板などの帯状物の場合においては大きな歩留まり低下となる。
【０００７】
そこで、本発明においては、複数のヒータを用いた加熱装置において、一部のヒータが断線した場合であっても均熱性を保つことが可能な加熱装置およびその制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の加熱装置は、複数のヒータにより帯状物の加熱を行う加熱装置であって、複数のヒータの断線箇所を検知する断線検知手段と、帯状物上の少なくとも１点の温度を測定する温度測定手段と、断線検知手段により検知した断線箇所情報および温度測定手段により測定した帯状物上の少なくとも１点の温度に基づいて帯状物全体の温度分布をシミュレーションするとともに、このシミュレーション結果に基づいて断線検知手段により検知した断線箇所の周りのヒータの出力を補正する補正手段とを有するものである。
【０００９】
本発明の加熱装置によれば、一部のヒータの断線により温度が低下した箇所を、シミュレーションにより断線箇所情報および帯状物上の少なくとも１点の温度に基づいて求めた帯状物全体の温度分布に基づいて、他のヒータの出力を補正することにより補完することができる。
【００１０】
また、本発明の加熱装置は、帯状物の温度目標値と温度測定手段により測定した帯状物上の少なくとも１点の温度とから複数のヒータの出力を制御する温度制御手段を有し、補正手段が、断線検知手段により検知した断線箇所が温度測定手段による測温部近傍の場合には、さらに温度目標値を補正するものであることが望ましい。
【００１１】
断線箇所が測温部近傍の場合、この測温部近傍を温度目標値に保つようにヒータ出力を制御すると、他の部分の温度が上昇しすぎてしまうため、前述のヒータ出力の補正に加えて温度目標値を低く補正することにより、適切にこの断線により温度が低下した箇所の温度を補完することができる。
【００１２】
さらに、本発明の加熱装置は、断線検知手段により検知した断線箇所および断線数から均熱性が保てないと判断された場合に警報を発する警報手段を有するものであることが望ましい。これにより、前述のヒータ出力の補正や温度目標値の補正によっても均熱性が保てない場合に警報を発することができる。
【００１３】
また、本発明の加熱装置の制御方法は、複数のヒータにより帯状物の加熱を行う加熱装置の制御方法であって、複数のヒータの断線箇所を検知すること、帯状物上の少なくとも１点の温度を測定すること、検知した断線箇所および測定した帯状物上の少なくとも１点の温度に基づいて帯状物全体の温度分布をシミュレーションすること、このシミュレーション結果に基づいて、検知した断線箇所の周りのヒータの出力を補正することを含む。本発明の加熱装置の制御方法によれば、一部のヒータの断線により温度が低下した箇所を、シミュレーションにより断線箇所および帯状物上の少なくとも１点の温度に基づいて求めた帯状物全体の温度分布に基づいて他のヒータの出力を補正することにより補完することができる。
【００１４】
また、本発明の加熱装置の制御方法では、帯状物の温度目標値と測定した帯状物上の少なくとも１点の温度とから複数のヒータの出力を制御すること、検知した断線箇所が帯状物の測温部近傍の場合には、さらに温度目標値を補正することを含むことが望ましい。これにより、前述のヒータ出力の補正に加えて温度目標値を低く補正することにより、適切にこの断線により温度が低下した箇所の温度を補完することができる。
【００１５】
さらに、本発明の加熱装置の制御方法では、検知した断線箇所および断線数から均熱性が保てないと判断された場合に警報を発することを含むことが望ましい。これにより、前述のヒータ出力の補正や温度目標値の補正によっても均熱性が保てない場合に警報を発することができる。
【発明の効果】
【００１６】
（１）複数のヒータの断線箇所を検知し、帯状物上の少なくとも１点の温度を測定し、検知した断線箇所および測定した帯状物上の少なくとも１点の温度に基づいて帯状物全体の温度分布をシミュレーションし、このシミュレーション結果に基づいて、検知した断線箇所の周りのヒータの出力を補正する構成により、複数のヒータを用いた加熱装置において、一部のヒータが断線した場合であっても、シミュレーションにより帯状物全体の温度分布を求めることで、ヒータが断線したことによる加熱能力への影響を的確に判断し、他の健全なヒータの出力を補正してこの断線したヒータを補完することで、均熱性を向上させることが可能となる。これにより、加熱対象物が表面処理鋼板などの帯状物の場合に、この帯状物の種類・幅・厚み・通過速度が変動したり、この加熱対象物の熱容量が変化したりしても、これに対応して均等性を維持することが可能となる。
【００１７】
（２）帯状物の温度目標値と測定した帯状物上の少なくとも１点の温度とから複数のヒータの出力を制御し、検知した断線箇所が帯状物の測温部近傍の場合には、さらに温度目標値を補正する構成により、他の部分の温度を過度に上昇させることなく、適切にこの断線により温度が低下した箇所の温度を補完し、この断線箇所およびその他の部分の均熱性を向上させることができる。
【００１８】
（３）検知した断線箇所および断線数から均熱性が保てないと判断された場合に警報を発する構成により、前述のヒータ出力の補正や温度目標値の補正によっても均熱性が保てない場合に警報を発することで、装置の安定稼働を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は本発明の実施の形態における帯状物の加熱乾燥装置の概略構成を示す側面断面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。
【００２０】
図１に示すように、本発明の実施の形態における加熱乾燥装置１は、表面処理鋼板（例えば、めっき鋼板）などの帯状物Ｓに被覆された有機樹脂を加熱乾燥させるための装置であって、内部に発熱体としてのエミッタ２ａを有する近赤外線ヒータ（以下、「ヒータ」と称す。）２と、反射板としてのリフレクタ３と、防汚用のガラス４と、加熱乾燥装置１の入口部１ａおよび出口部１ｂにそれぞれ設けられた反射板としてのリフレクタ５，６とを主に備える。
【００２１】
帯状物Ｓは、幅が６００〜１２７０ｍｍ程度であり、入口部１ａから出口部１ｂまで３０〜６５ｍ／ｍｉｎで通過させる。ヒータ２は、図２に示すように、通過させる帯状物Ｓに対して幅方向にそれぞれ７２本配置されている。また、ヒータ２は帯状物Ｓを挟むように上下にそれぞれ配置されており、帯状物Ｓの上側（表側）および下側（裏側）で計１４４本配置されている。さらに、ヒータ２は、加熱乾燥装置１の前段および後段の２段に分けて配置されており、前後段を合わせると合計２８８本配置されている。
【００２２】
なお、ヒータ２は、エミッタ２ａが筒形状の石英ガラス管２ｂの内部に配置され、その周囲にハロゲンなどの気体が充填されたものである。エミッタ２ａは、例えば、帯状物Ｓの通過方向に平行な方向の長さが２５０ｍｍ程度であり、約３〜５ｋＷの出力を有するものを使用できる。また、エミッタ２ａは、近赤外線を放射し、その長手方向が帯状物Ｓの通過方向と平行であり、帯状物Ｓの幅方向に沿って１５〜２５ｍｍ間隔、本実施形態においては２０ｍｍ間隔で複数配置されている。
【００２３】
このように、隣り合う各エミッタ２ａの間隔を帯状物Ｓの幅方向に沿って１５〜２５ｍｍ間隔としたのは、各エミッタ２ａの間隔が１５ｍｍ未満であると、使用するエミッタ２ａの本数が多くなり不経済である上に、ヒータ２の直径を小さくする必要が生じて技術的に困難になるためである。一方、エミッタ２ａの間隔が２５ｍｍ超であると、帯状物Ｓの幅方向に温度むらが生じたり、現行の技術では製作が困難な高出力のヒータ２が要求されたりするため好ましくない。
【００２４】
また、エミッタ２ａは、帯状物Ｓの幅方向の中央を起点として帯状物Ｓの両側から外側に４０〜１２０ｍｍ離隔した位置まで配置されるものとする。これは、帯状物Ｓの端部の温度低下を防止するために、帯状物Ｓの端部よりも外側を加熱するためであり、帯状物Ｓの通過時の幅方向蛇行量を考慮して決定する。また、４０〜１２０ｍｍとしたのは、４０ｍｍ未満であると、帯状物Ｓの端部は十分に加熱されず、帯状物Ｓの中央部と端部との温度差が大きくなりすぎるため好ましくないためである。一方、上限は特に大きな制約はないが、１２０ｍｍを超えると、帯状物Ｓの端部は過度に加熱される傾向にあること、また、大きくなりすぎると省エネ上好ましくないため１２０ｍｍとしている。
【００２５】
また、本実施形態に係るエミッタ２ａと帯状物Ｓとの距離は、５０〜２００ｍｍとなるように構成されている。このように、エミッタ２ａと帯状物Ｓとの距離を５０〜２００としたのは、エミッタ２ａと帯状物Ｓとの距離が５０ｍｍ未満であると、帯状物Ｓが移動中に、上下にばたついて、ヒータ２などの設備破損を生じる恐れがあるからである。一方、エミッタ２ａと帯状物Ｓとの距離が２００ｍｍを超えると、加熱効率が悪くなり、大出力のヒータ２やヒータ２の増設が必要となるため好ましくない。
【００２６】
リフレクタ３は、ヒータ２による加熱を効率的に行うために設けられた略Ｗ字状断面の反射板であり、図２に示すように上側のヒータ２の上面側および下側のヒータ２の下面側をそれぞれ覆うように配置されている。ヒータ２から放射された近赤外線は、一部は直接帯状物Ｓに当たり、一部はリフレクタ３に反射された後に帯状物Ｓに当たる。なお、リフレクタ３を略Ｗ字状としたのは、帯状物Ｓをより均一に加熱できるようにするためである。但し、リフレクタ３の形状は、略Ｗ字状に限定されず、ヒータ２から放射された近赤外線が反射して帯状物Ｓに当てることができる構造であれば、いかなる構造のものであっても良い。一方、加熱乾燥装置１の入口部１ａおよび出口部１ｂにそれぞれ配置されたリフレクタ５，６はフラット形状であり、これらは加熱乾燥装置１の内外を断熱するためのものである。
【００２７】
ガラス４は、ヒータ２を保護するために、ヒータ２と帯状物Ｓとの間に配置されたものである。
【００２８】
また、本実施形態における加熱乾燥装置１は、図１に示すように、加熱乾燥装置１の前段部および後段部のエミッタ２ａの出力をそれぞれ制御するためのサイリスタユニット１０ａ，１０ｂと、帯状物Ｓの幅に応じてエミッタ２ａの点灯範囲の切替および個別にエミッタ２ａのオンオフを行うためのコンタクタ・リレー１１ａ，１１ｂと、エミッタ２ａの断線を検知するための故障検知ユニット１２ａ，１２ｂと、加熱乾燥装置１の出口部１ｂの帯状物Ｓの幅方向中央部上の１点の温度実績を測定する温度測定手段としての放射温度計１３と、放射温度計１３の温度実績値等に基づいてサイリスタユニット１０ａ，１０ｂやコンタクタ・リレー１１ａ，１１ｂ等を制御する制御装置１４とを有する。
【００２９】
ここで、サイリスタユニット１０ａ，１０ｂおよびコンタクタ・リレー１１ａ，１１ｂにより、帯状物Ｓの幅方向の中央を起点として帯状物Ｓの両端から外側に４０〜１２０ｍｍ離隔した位置までの間にあるエミッタ２ａを加熱に使用するか否かの制御方法の詳細について説明する。図３は本実施形態に係る加熱乾燥装置１の構成を概略的に示す説明図、図４は本実施形態に係るエミッタ２ａの制御方法を示すフロー図、図５は本実施形態に係るエミッタ２ａの制御方法を用いた具体例を示す説明図である。
【００３０】
図３に示すように、本実施形態における加熱乾燥装置１では、通過している帯状物Ｓを加熱するためのヒータ２が、加熱乾燥装置１の中心に対して対称にＮ個ずつ設けられている（ヒータ２−１〜２−Ｎ）。また、加熱中にエミッタ２ａのコイルの幅が変化したり、帯状物Ｓがウォーク（蛇行）したりするので、加熱乾燥装置１の前または後ろに、帯状物Ｓの幅方向の端部の位置を検出する検出部（センサ）２０を設けることができる。この検出部２０からの信号によって使用するヒータ２−１〜２−Ｎを選択することとなる。以下、本実施形態に係るエミッタ２ａの制御方法について説明する。
【００３１】
ここで、エミッタ２ａの制御を開始する前に、帯状物Ｓの幅方向の中央を起点として帯状物Ｓの両端から外側に所定距離α（＝４０〜１２０ｍｍ）離隔した位置までの間にあるエミッタ２ａで加熱するように制御するため、帯状物Ｓの両端から外側にはみ出した距離（以下、「はみ出し加熱幅」という）αを、予め定めておく。
【００３２】
エミッタ２ａの制御の開始後は、まず、予め決定されたはみ出し加熱幅α（図３を参照）を読み込む（ステップＳ１０２）。次いで、検出部２０により検出された加熱乾燥装置１の中心から帯状物Ｓの端部までの距離Ｗ（図３を参照）を読み込む（ステップＳ１０４）。なお、ステップＳ１０２とステップＳ１０４とは、いずれが先に行われてもよい。
【００３３】
次いで、ステップＳ１０２とステップＳ１０４で読み込んだはみ出し加熱幅αと距離Ｗとから算出したＷ＋αと、加熱乾燥装置１の中心からｉ番目（ｉ＝１〜Ｎ）のヒータ２−ｉまでの距離（Ｈi）とを比較する（ステップＳ１０６）。このステップＳ１０６の処理は、ｉ＝１、すなわち加熱装置中心に配置されたヒータ２−１から開始される。
【００３４】
ステップＳ１０６の処理の判定（ステップＳ１０８）の結果、Ｗ＋αがＨi以上である（Ｗ＋α≧Ｈi）場合には、ｉ番目のヒータ２−ｉを使用する（ヒータをＯＮにする）ように制御する（ステップＳ１１０）。
【００３５】
次に、加熱乾燥装置１の中心からｉ＋１番目のヒータ２−（ｉ＋１）までの距離（Ｈi+1）とＷ＋αとを比較する（ステップＳ１１２）。このステップＳ１１２の判定（ステップＳ１０８）の結果、Ｗ＋αがＨi+1以上である（Ｗ＋α≧Ｈi+1）場合には、ｉ＋１番目のヒータ２−（ｉ＋１）を使用する（ヒータをＯＮにする）ように制御する（ステップＳ１１０）。
【００３６】
以上のステップＳ１０８〜Ｓ１１２の工程は、Ｎ番目のヒータ２−Ｎまで全てのヒータ２−１〜２−ＮについてステップＳ１０８の判定が行われるまで繰り返される。すなわち、加熱乾燥装置１の中央部（１番目）のヒータ２−１から最外部（Ｎ番目）のヒータ２−Ｎまで、順次上記の処理が行われる。ただし、ステップＳ１０８の判定の結果、Ｗ＋αがＨi未満である（Ｗ＋α＜Ｈi）場合には，ｉ番目のヒータ２−ｉを使用しない（ヒータをＯＦＦにする）ように制御し（ステップＳ１１４）、エミッタ２ａの制御を終了する。
【００３７】
その結果、例えば、図５に示したように、帯状物Ｓの端部からαｍｍだけ離隔した位置までにあるヒータ２−１〜２−６までが加熱に使用され（ヒータがＯＮにされ）、帯状物Ｓの端部からαｍｍだけ離隔した位置の外側にあるヒータ２−７は加熱に使用されない（ヒータがＯＦＦにされる）ように制御される。なお、図５においては、一例として、ヒータ２の数が片側に７つの場合（Ｎ＝７の場合）を示してあり，ヒータＯＮの状態を黒塗りで、ヒータＯＦＦの状態を白塗りで示してある。
【００３８】
以上のステップＳ１０２〜Ｓ１１４までの処理は、一定時間（例えば、１秒未満の短時間）で繰り返される。
【００３９】
次に、本実施形態における加熱乾燥装置１の制御方法について説明する。図６は図１の加熱乾燥装置１の制御ブロック図である。
【００４０】
図６において、点線で囲まれた部分は、帯状物Ｓの前段および後段のそれぞれ上側および下側に配置された７２本のヒータ２を１単位とした制御ブロックであり、ヒータ２と、位相制御手段としての位相制御装置１５と、断線検知手段としての断線検知装置１２とから構成される。この制御ブロックは、７２本のヒータ２を１単位として複数ブロック有する。位相制御装置１５は、上述のように幅に応じたエミッタ２ａの点灯範囲を切り替えるとともに、位相制御によりヒータ２の出力を制御するものであり、図１のサイリスタユニット１０ａ，１０ｂおよびコンタクタ・リレー１１ａ，１１ｂ等により構成される。断線検知装置１２は、複数のヒータ２の断線箇所を検知するものであり、図１の故障検知ユニット１２ａ等により構成される。
【００４１】
また、温度制御コントローラ１６および温度分布シミュレータ・断線補正装置１７は、図１の制御装置１４内に構成されている。温度制御コントローラ１６は、帯状物Ｓの温度目標値と放射温度計１３により測定した帯状物Ｓ上の１点の温度とから複数のヒータ２のベース出力を制御するものである。温度分布シミュレータ・断線補正装置１７は、断線検知装置１２により検知した断線箇所情報および放射温度計１３により測定した帯状物Ｓ上の１点の温度に基づいて帯状物Ｓ全体の温度分布をシミュレーションするとともに、断線検知装置１２により検知した断線箇所の周りの健全なヒータ２の出力を補正するものである。
【００４２】
なお、温度分布シミュレータ・断線補正装置１７による帯状物Ｓ全体の温度分布のシミュレーションは、通常の輻射伝熱の計算ができるプログラムにより行うことができ、伝熱空間の角関係を計算して求める方法、ヒータ２から放射された近赤外線が帯状物Ｓの上下の表面または加熱乾燥装置１内面に完全に吸収されるまで、自由光線だけでなく複合的な反射も考慮して追跡し、吸収されるエネルギ分布を導出する方法、または、それらの方法から求められた結果をテーブルにして近似式で補完する方法、あるいは、これらの組み合わせなどを用いることができる。要は、ヒータ２の断線有無・断線している場合の断線箇所・ヒータ２への投入電力・加熱される帯状物Ｓのサイズ・密度・比熱・輻射率・通過速度などから加熱乾燥装置１の出口部１ｂ側の温度測定位置における帯状物Ｓの幅方向の温度分布と補正すべき温度の量を計算できるプログラムにより行えばよい。
【００４３】
上記構成の加熱乾燥装置１では、温度制御コントローラ１６が、予め設定された帯状物Ｓの温度目標値と放射温度計１３により測定した帯状物Ｓ上の幅方向中央部１点の温度実績値とから複数のヒータ２のベース出力をフィードバック制御する。位相制御装置１５は、この温度制御コントローラ１６からのベース出力指令に基づいて幅に応じたエミッタ２ａの点灯範囲を切り替えるとともに、位相制御によりエミッタ２ａの出力を制御する。
【００４４】
このとき、断線検知装置１２は、温度制御コントローラ１６からのベース出力指令とヒータ２の電流実績とを監視して、断線を検知した場合にはヒータ２の断線箇所情報を温度分布シミュレータ・断線補正装置１７へ出力する。一方、温度分布シミュレータ・断線補正装置１７は、断線箇所情報および帯状物Ｓ上の１点の温度と、通過条件（幅・厚み・ヒータ２に対する位置関係）に基づいて帯状物Ｓ全体の温度分布をシミュレーションする。そして、温度分布シミュレータ・断線補正装置１７は、このシミュレーションにより求めた温度分布に基づいて断線箇所の周りの健全なヒータ２に対する出力補正を行う。
【００４５】
これにより、本実施形態における加熱乾燥装置１では、一部のヒータ２の断線により温度が低下した箇所を、シミュレーションにより断線箇所情報および帯状物Ｓ上の１点の温度に基づいて求めた帯状物Ｓ全体の温度分布に基づいて他のヒータ２の出力を補正することにより補完することができ、均熱性を保つことができる。
【００４６】
また、この加熱乾燥装置１では、温度分布シミュレータ・断線補正装置１７は、断線箇所が放射温度計１３による測温部近傍の場合には、この測温部近傍を温度目標値に保つようにヒータ２の出力を制御すると、他の部分の温度が上昇しすぎてしまうため、前述のヒータ出力の補正に加えて温度目標値を低く補正する。これにより、帯状物Ｓの幅方向中央部のヒータ２が断線した場合であっても、適切にこの断線により温度が低下した箇所の温度を補完することができる。
【００４７】
また、本実施形態における加熱乾燥装置１では、断線検知装置１２により検知した断線箇所および断線数から均熱性が保てないと判断された場合には、パトライトやサイレンなどの警報手段により警報を発する構成とすることが可能である。これにより、温度分布シミュレータ・断線補正装置１７によるヒータ出力の補正や温度目標値の補正によっても均熱性が保てない場合に警報を発し、装置の安定稼働を図ることができる。
【００４８】
なお、本実施形態における加熱乾燥装置１は、放射温度計１３により帯状物Ｓ上の１点を測定する構成であるが、数点を測定する構成とすることも可能である。なお、温度測定箇所は多い方が正確な温度分布を求めることができるので望ましいが、測定箇所が増え過ぎると温度分布シミュレータ・断線補正装置１７に掛かる負荷が高くなるので、３〜５点以下あるいは７〜１０点以下とするのが好ましい。
【実施例】
【００４９】
次に、本実施形態における加熱乾燥装置１の均熱性を確認するための実験を行った。なお、帯状物Ｓとして溶融亜鉛めっき鋼板を使用した。
【００５０】
まず、最大幅の帯状物Ｓ通板時の均熱性およびウォークの影響について検証した。図７は、最大幅の帯状物Ｓの幅は１２７０ｍｍ、帯状物Ｓの両外側に８５ｍｍ離間した位置までヒータ２により加熱を行った際の幅に対する温度分布を示す図であって、（ａ）はウォークがない場合の図、（ｂ）はウォークが５０ｍｍある場合の図である。
【００５１】
次に、加熱効率が最も悪い最小幅の帯状物Ｓ通板時の均熱性およびウォークの影響について検証した。図８は、最小幅の帯状物Ｓの幅は６００ｍｍ、帯状物Ｓの両外側に１００ｍｍ離間した位置までヒータ２により加熱を行った際の幅に対する温度分布を示す図であって、（ａ）はウォークがない場合の図、（ｂ）はウォークが５０ｍｍある場合の図である。
【００５２】
ヒータ２の健全時は、幅方向中央部１点の測定温度に基づくフィードバック制御によって、最大幅の帯状物Ｓ通板時の幅方向の温度差は、図７に示すように許容値（±５℃以内）に十分収まっており問題はなかった。また、最小幅の帯状物Ｓ通板時の幅方向の温度差についても、図８に示すように許容値（±５℃以内）に収まっており問題はなかった。
【００５３】
また、断線警報レベルについて検証した。図９は、帯状物Ｓの両外側に離間した位置までのヒータ２による加熱幅が最も少ない最大幅の帯状物Ｓの通板時に、帯状物Ｓのエッジ部分のヒータ２が断線、かつ断線した側に５０ｍｍウォークした場合の幅に対する温度分布を示す図であって、（ａ）は２本断線した場合の図、（ｂ）は３本断線した場合の図である。
【００５４】
図９から分かるように、帯状物Ｓのエッジ部の２本が断線した場合には温度差の許容値（±５℃以内）に収まっており、問題はなかったが、帯状物Ｓのエッジ部の３本が断線した場合、温度低下が激しく、周辺の健全なヒータ２の出力を補正しても、温度差の許容値を超えていた。この場合、警報手段により警報を発するようにすることで、装置の安定稼働を図ることができる。
【００５５】
また、図１０は、加熱効率が最も悪い最小幅の帯状物Ｓの通板時に、幅方向の中央部のヒータ２が断線した場合の幅に対する温度分布を示す図であって、（ａ）は２本断線した場合の図、（ｂ）は３本断線した場合の図である。図１０から分かるように、幅方向の中央部のヒータ２の２本が断線した場合には温度差の許容値（±５℃以内）に収まっており、問題はなかったが、帯状物Ｓのエッジ部の３本が断線した場合、この幅方向中央部近傍のヒータ出力を上昇させると、他の部分の温度が上昇しすぎてしまい、上限側が許容値を超えていた。この場合も、警報手段により警報を発するようにすることで、装置の安定稼働を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明の加熱装置およびその制御方法は、表面処理鋼板の加熱・乾燥や、水などの液体が付着した鋼板の乾燥などの鋼板の加熱全般、特に、均熱性が求められる加熱を行うための装置およびその制御方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施の形態における帯状物の加熱乾燥装置の概略構成を示す側面断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】本実施形態に係る加熱乾燥装置の構成を概略的に示す説明図である。
【図４】本実施形態に係るエミッタの制御方法を示すフロー図である。
【図５】本実施形態に係るエミッタの制御方法を用いた具体例を示す説明図である。
【図６】図１の加熱乾燥装置の制御ブロック図である。
【図７】ヒータ健全時の幅に対する温度分布を示す図であって、（ａ）はウォークがない場合の図、（ｂ）はウォークが５０ｍｍある場合の図である。
【図８】ヒータ健全時の幅に対する温度分布を示す図であって、（ａ）はウォークがない場合の図、（ｂ）はウォークが５０ｍｍある場合の図である。
【図９】帯状物のエッジ部分のヒータが断線、かつ断線した側に５０ｍｍウォークした場合の幅に対する温度分布を示す図であって、（ａ）は２本断線した場合の図、（ｂ）は３本断線した場合の図である。
【図１０】幅方向の中央部のヒータが断線した場合の幅に対する温度分布を示す図であって、（ａ）は２本断線した場合の図、（ｂ）は３本断線した場合の図である。
【符号の説明】
【００５８】
Ｓ 帯状物
１ 加熱乾燥装置
２ ヒータ
２ａ エミッタ
２ｂ 石英ガラス管
３，５，６ リフレクタ
４ ガラス
１０ａ，１０ｂ サイリスタユニット
１１ａ，１１ｂ コンタクタ・リレー
１２ａ，１２ｂ 故障検知ユニット
１３ 放射温度計
１４ 制御装置
１５ 位相制御装置
１６ 温度制御コントローラ
１７ 温度分布シミュレータ・断線補正装置
２０ 検出部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のヒータにより帯状物の加熱を行う加熱装置であって、
前記複数のヒータの断線箇所を検知する断線検知手段と、
前記帯状物上の少なくとも１点の温度を測定する温度測定手段と、
前記断線検知手段により検知した断線箇所情報および前記温度測定手段により測定した前記帯状物上の少なくとも１点の温度に基づいて前記帯状物全体の温度分布をシミュレーションするとともに、このシミュレーション結果に基づいて前記断線検知手段により検知した断線箇所の周りのヒータの出力を補正する補正手段と
を有する加熱装置。
【請求項２】
前記帯状物の温度目標値と前記温度測定手段により測定した前記帯状物上の少なくとも１点の温度とから前記複数のヒータの出力を制御する温度制御手段を有し、
前記補正手段は、前記断線検知手段により検知した断線箇所が前記温度測定手段による測温部近傍の場合には、さらに前記温度目標値を補正するものである
請求項１記載の加熱装置。
【請求項３】
前記断線検知手段により検知した断線箇所および断線数から均熱性が保てないと判断された場合に警報を発する警報手段を有する請求項１または２に記載の加熱装置。
【請求項４】
複数のヒータにより帯状物の加熱を行う加熱装置の制御方法であって、
前記複数のヒータの断線箇所を検知すること、
前記帯状物上の少なくとも１点の温度を測定すること、
前記検知した断線箇所情報および前記測定した前記帯状物上の少なくとも１点の温度に基づいて前記帯状物全体の温度分布をシミュレーションすること、
このシミュレーション結果に基づいて、前記検知した断線箇所の周りのヒータの出力を補正すること
を含む加熱装置の制御方法。
【請求項５】
前記帯状物の温度目標値と前記測定した前記帯状物上の少なくとも１点の温度とから前記複数のヒータの出力を制御すること、
前記検知した断線箇所が前記帯状物の測温部近傍の場合には、さらに前記温度目標値を補正すること
を含む請求項４記載の加熱装置の制御方法。
【請求項６】
前記検知した断線箇所および断線数から均熱性が保てないと判断された場合に警報を発することを含む請求項４または５に記載の加熱装置の制御方法。
【請求項１】
複数のヒータにより帯状物の加熱を行う加熱装置であって、
前記複数のヒータの断線箇所を検知する断線検知手段と、
前記帯状物上の少なくとも１点の温度を測定する温度測定手段と、
前記断線検知手段により検知した断線箇所情報および前記温度測定手段により測定した前記帯状物上の少なくとも１点の温度に基づいて前記帯状物全体の温度分布をシミュレーションするとともに、このシミュレーション結果に基づいて前記断線検知手段により検知した断線箇所の周りのヒータの出力を補正する補正手段と
を有する加熱装置。
【請求項２】
前記帯状物の温度目標値と前記温度測定手段により測定した前記帯状物上の少なくとも１点の温度とから前記複数のヒータの出力を制御する温度制御手段を有し、
前記補正手段は、前記断線検知手段により検知した断線箇所が前記温度測定手段による測温部近傍の場合には、さらに前記温度目標値を補正するものである
請求項１記載の加熱装置。
【請求項３】
前記断線検知手段により検知した断線箇所および断線数から均熱性が保てないと判断された場合に警報を発する警報手段を有する請求項１または２に記載の加熱装置。
【請求項４】
複数のヒータにより帯状物の加熱を行う加熱装置の制御方法であって、
前記複数のヒータの断線箇所を検知すること、
前記帯状物上の少なくとも１点の温度を測定すること、
前記検知した断線箇所情報および前記測定した前記帯状物上の少なくとも１点の温度に基づいて前記帯状物全体の温度分布をシミュレーションすること、
このシミュレーション結果に基づいて、前記検知した断線箇所の周りのヒータの出力を補正すること
を含む加熱装置の制御方法。
【請求項５】
前記帯状物の温度目標値と前記測定した前記帯状物上の少なくとも１点の温度とから前記複数のヒータの出力を制御すること、
前記検知した断線箇所が前記帯状物の測温部近傍の場合には、さらに前記温度目標値を補正すること
を含む請求項４記載の加熱装置の制御方法。
【請求項６】
前記検知した断線箇所および断線数から均熱性が保てないと判断された場合に警報を発することを含む請求項４または５に記載の加熱装置の制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−２５０５１４（Ｐ２００９−２５０５１４Ａ）
【公開日】平成２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−９８５８９（Ｐ２００８−９８５８９）
【出願日】平成２０年４月４日（２００８．４．４）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．パトライト
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月４日（２００８．４．４）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．パトライト
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
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