整流形直流電源による直接抵抗加熱装置における原料温度計測方法及びその計測装置
【課題】整流直流電源Ａ２により直接抵抗加熱する場合において、簡単な構成でもって供給電力Ｐに基づく原料温度Ｔの計測を行う。
【解決手段】 両電極２、２の間に実効電圧値計測器１２と平均電圧値計測器１３とを介設する。この両電極間の平均電圧値ＶＬａ、直流電源装置内の平均電流値Ｉｏａ及び両電極間の実効電圧値ＶＬｒを演算器１４に送り込む。この演算器において、平均電圧値ＶＬａを平均電流値Ｉｏａで割って（ＶＬａ／Ｉｏａ）、原料ａ層の抵抗値ＲＬを計算し、その抵抗値と実効電圧値ＶＬｒでもって電力Ｐ（＝（ＶＬｒ）２／ＲＬ）及び電力量Ｗｔを算出し、その電力量Ｗｔに基づき上昇温度Ｔａを、熱量Ｑ／（ｍ×Ｃ）＝Ｗｔ×８６０×４．１８６×１０−３）／（ｍ×Ｃ）から計算して原料温度Ｔを計測する。この計測温度Ｔに基づき、整流器８によるサイリスタ位相制御によって、その出力電流Ｉ２を無段階にリニア制御し、供給電力Ｐを可変して所要の原料ａの温度とする。
【解決手段】 両電極２、２の間に実効電圧値計測器１２と平均電圧値計測器１３とを介設する。この両電極間の平均電圧値ＶＬａ、直流電源装置内の平均電流値Ｉｏａ及び両電極間の実効電圧値ＶＬｒを演算器１４に送り込む。この演算器において、平均電圧値ＶＬａを平均電流値Ｉｏａで割って（ＶＬａ／Ｉｏａ）、原料ａ層の抵抗値ＲＬを計算し、その抵抗値と実効電圧値ＶＬｒでもって電力Ｐ（＝（ＶＬｒ）２／ＲＬ）及び電力量Ｗｔを算出し、その電力量Ｗｔに基づき上昇温度Ｔａを、熱量Ｑ／（ｍ×Ｃ）＝Ｗｔ×８６０×４．１８６×１０−３）／（ｍ×Ｃ）から計算して原料温度Ｔを計測する。この計測温度Ｔに基づき、整流器８によるサイリスタ位相制御によって、その出力電流Ｉ２を無段階にリニア制御し、供給電力Ｐを可変して所要の原料ａの温度とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、被加熱体に直流電圧を印加し、その抵抗熱によって加熱する際、その供給電力、被加熱体の抵抗値及び電力供給時間によって被加熱体の温度を計測する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、電気炉用電極製造プラントにおいて、押出しプレス機により所要形状の電極を成形する前処理工程として原料（カーボン）の混練機による混練工程があり、この混練工程の前段には、その原料をホッパーに収納した静止状態で加熱するプレヒータ工程がある。
このプレヒータ工程は、図４（ａ）に示すように、ホッパー１内に原料であるカーボンａを所要量収納するとともに、そのホッパー１の両端（収納原料層の両端）にプラス・マイナスの対の両電極２、２を設け（挿入し）、その両電極２、２間に交流又は直流の電源３を供給する（電圧を印加する）ことにより、電極２、２間に原料ａを介して電流を流し、その電流による原料ａ自身の抵抗熱（ジュール熱）によって加熱するものであり、実際の温度域は、常温から２００℃前後への加熱となる。
【０００３】
また、この静止した加熱によるプレヒータ工程は、後段の混練機におけるピッチ等の添加物との混和を円滑にするための必須条件であり、仮に、同プレヒータ工程を省略し、その混練機において混練と同時に加熱したのでは、原料の昇温を待つために混練時間が長くなり、その結果、粉粒体である原料の粒崩壊が生じやすく、製品として必要な粒度分布を得ることができない（粒度分布から外れる）。なお、一般的には、プレヒータ以降の混練工程等も含んだ最終製品として必要な粒度構成を得るために、プレヒータ工程の前段に粒度調整工程を設けている。
【０００４】
そのホッパー収納による直接抵抗加熱に代えて、加熱効率の良いキルン等の間接加熱機を採用することもできるが、この方式であると、加熱時に原料を撹拌するため、同様に、粒崩壊を生じる恐れが高い。
【０００５】
被加熱物（原料）ａがカーボン等の粉体ではなく固体（塊り）の場合は、図４（ｂ）に示すように、その被加熱物ａの両端に電極２、２を取付け、その電極２、２間に原料ａを介して電流を流し、その電流による原料自身の抵抗熱（ジュール熱）によって加熱する。
【０００６】
この粉体と塊りの何れの直接抵抗加熱においても、原料ａの温度を検出し、その検出温度に基づき電流を強弱させて、原料ａの加熱に必要な所定の時間と温度の制御を行う。その原料温度の測定手段として、挿入型温度計（接触型温度計）と放射型温度計がある。因みに、一般に、上記電気炉用電極製造プラント等の産業界では、その電流値はｋＡ前後の非常に高い大電流となる。
その原料ａの温度を測定する際、大量の原料ａの直接抵抗加熱装置においては、その容器（ポッパー１）の形状、その容器中の電極２の配置や形状等によって、原料ａへの電流の流れ方に偏りが生じ、結果、温度分布に偏りが生じる。
【０００７】
また、原料ａに電流が流れているため、挿入型温度計では、温度計本体から電流（電気）が外部に漏れたり（リークしたり）、原料ａに流すべき電流が温度計本体で短絡しないように、温度計の原料ａと接触する部分には、原料ａにかかる印加電圧や原料温度に耐え得る適正な絶縁処理（絶縁被覆や絶縁膜等）が必要となる。特に、原料ａが粉粒体の場合、その原料ａを投入・排出する際、その原料ａの移動に伴い温度計表面が摩耗で絶縁被覆や絶縁膜等が損傷する恐れがあるため、その保守や絶縁被覆や絶縁膜等は損傷した場合のその短絡等による温度計が接続された制御装置の損傷に至らないように、その接続回路の回路的絶縁装置や故障検出装置が必要である。
さらに、原料ａの加熱温度が高い場合（目標温度が高温の場合）、例えば、千数百℃以上の場合、挿入型温度計では測定が不可能となる。
【０００８】
一方、図４（ｂ）のように、原料ａが固体（大きな塊り）の場合、挿入型温度計は使用できず、放射型温度計による表面温度測定となるが、原料内部の温度を知るためには、設置環境条件、輻射熱、放熱等を考慮した複雑な熱計算が必要となる。
【０００９】
ところで、一般の加熱プロセスでは、通常、その制御基準の被加熱体の温度はその平均温度とするため、その被加熱物の平均的な温度を知ればよい。しかし、直接抵抗加熱においては、上記のように温度分布に偏りがあり、その温度測定点の決定は容易ではない上に、上記の各温度計によって、原料ａの１点のみの温度を測定したのでは、その平均温度の測定と言う面では不適当である。また、多点測定になればなるほど、イニシャルコストが嵩むこととなる。
【００１０】
このため、従来の直接抵抗加熱装置では、経験則によって平均的な温度を計り得ると考える点に温度計を設置するとともに、直接抵抗加熱装置の再現性を期待し、その代表一点の測定温度を基準とした温度制御を行っている。これは、その代表点を取り間違えると、その温度制御も信用できないものとなるとともに、直接抵抗加熱装置の再現性についても、原料ａの性状、ホッパー１内の原料ａの収納態様等によって、その代表点が原料の平均温度にならず、その代表点における測定温度に基づいても、必ずしも従来と同様な加熱が行われるとは限らない。
【００１１】
このような実情の下、理論上、原料ａの質量ｍ（ｋｇ）とその比熱Ｃ（ｋｊ／（ｋｇ×℃））の積で原料ａに供給した熱量Ｑ（ｋｊ）を割れば、その熱量Ｑに基づく、原料ａの上昇温度Ｔａとなることから（Ｔａ＝Ｑ／（ｍ×Ｃ））、原料ａに供給した電力量Ｗｔを測定し、その電力量に基づく算出上昇温度Ｔａから、その平均温度を推測して温度制御する技術がある（特許文献１，２参照）。
すなわち、原料ａの温度ＴをＴ１からＴ２（℃）に上げるために必要な電力量Ｗｔ＝Ｑ×（１／８６０）×（１／４．１８６）×１０３となり、この計算式から、原料ａの温度Ｔ１において、電力量Ｗｔを供給したとすると、上昇温度Ｔａ＝Ｑ／（ｍ×Ｃ）＝（Ｗｔ×８６０×４．１８６×１０−３）／（ｍ×Ｃ）（式１）となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開昭５８−３８４８３号公報
【特許文献２】特開２００４−５３３４８号公報
【００１３】
この理論に基づく直接抵抗加熱装置の一つとして、図５に示すものがある。その電源装置Ａ１は、交流電源３を用いた変圧器方式であって、１９９０年頃までは盛んに使用され、後述の直流電源装置Ａ２の登場によってその使用度数が減少したが、現在においても使用されており、同図（ａ）に示すように、交流商用電源３を単相変圧器５を介して両電極２、２間に流して原料ａを抵抗加熱する。このとき、原料ａの上昇温度Ｔａを、上記式１に基づきその供給した電力量Ｗｔによって算出し、その算出値に基づき原料温度Ｔを計測し（算出し）、その供給電力Ｐ（電圧又は電流）を制御して原料ａを所定温度に加熱する。
【００１４】
その供給電力Ｐの強弱の制御は、変圧器５の一次側タップ５ａを必要数量引き出し（同図においては２個）、制御器によりそのタップ５ａを切り替え、二次電圧Ｖ２（原料ａへの電流）を段階的に可変して行う。このとき、その電力Ｐの測定は、同図（ｂ）に示すように、電源３から変圧器５の間の変圧器一次側に変流器６ａを介して計測器（電力量計：ｋｗｈメータ）６を設けて行う。その計測器６を変圧器５の二次側に設けたのでは、非常な大電流となってその対策コストが高価となってコスト的に不向きであるからである。なお、変流器６ａは電力量計６に流れる電流が見合った大きさなるように変流する機能を持つ。
【００１５】
このとき、供給電力Ｐの交流電源３はＳＩＮカーブを描くので、例えば、その電流値及び電圧値の平均値をそれぞれＩａ、Ｖａとすると、その実効電流値ＩｒはＩａ×π／２√２、実効電力値ＶｒはＶａ×π／２√２で容易に算出することができる。これが既存の電気計器の原理である。このため、後述の直流電源装置Ａ２に比べると、電気的温度測定（電力量測定）に関しては、一次側に計測器６を設けて測定するため、既存の電気計器で非常に簡単かつ安価にできるメリットもある。
【００１６】
一方、この交流電源装置Ａ１の第１の問題点として、上記のように、タップ５ａの切り替えによって供給電流を調節するため、その微調節が困難であるとともに、円滑な（リニアな）調節を行うためには、タップ数を増やす必要があり、その構造が繁雑となる。このため、その電流値の調節の必要がない（少ない）場合に使用が限られている。
第２の問題点としては、二次側電流Ｉ２が交流の大電流となるため、二次側の電気配線に関して、その周囲の他の構造体への電磁誘導加熱等の誘導障害が生じ易く、そのような障害が生じない配慮が必要であることや、表皮効果で配線銅量が多くなる（配線径が太くなる）等、配線工事やその他の工事のコストアップに繋がる。さらに、電磁誘導用磁力線が周囲に及ぶことから、心臓ペースメーカの誤動作や骨折時に体内に埋めた金属に悪影響が出る恐れが考えられ、柵や囲い等、人体に対して保護対策を講じる必要がある。
【００１７】
直流電源装置Ａ２は、１９９０年頃から以降、半導体技術の進歩に伴って急速に使用されているものであり、一般的には、図６に示すように、商用交流三相電源３ａを三相変圧器７により定格電圧まで降圧し、６台の整流器（サイリスタ）８により全波整流したものを定格最大値として（これを、「三相全波整流」という。）、直流電力を供給する。なお、変圧器７とサイリスタ８の組合せにより「三相全波整流」よりさらに波形を平均化した「１２相整流」という方式もある。
【００１８】
この直流電源装置Ａ２は、整流器（サイリスタ）８により、出力をサイリスタ位相制御することによって、その出力電流Ｉ２を無段階にリニア制御することができる。また、直流であるから、上記の交流電源における誘導障害は殆ど生じない。このため、温度を直接に測定する温度センサに基づく制御信号を無段階で出力する用途には非常に優れていることから、今日では、電源装置Ａ２としては最も多く利用されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
この直流電源装置Ａ２によって、ホッパー１に収納した原料ａを加熱するには、図６に示すように電流Ｉ２を両電極２、２間に流すこととなる。また、上記図５と同様な電流・電圧計測手段とすれば、同図６に示すように、直流電源装置Ａ２から被加熱体（原料ａ）側の回路に分流器９を介して平均電流値計測器（平均電流計）１１及び平均電圧値計測器（平均電圧計）１０を設け、その両計測器１０、１１によって被加熱体（原料ａ）側に供給される電力Ｐの平均電流値Ｉａ及び平均電圧値Ｖａを測定し、その測定値Ｉａ、Ｖａによって、被加熱体a側の回路の抵抗値Ｒ（Ｖａ／Ｉａ）を算出するとともに、電力Ｐ（（Ｖａ）２／Ｒ）を算出し、その電力Ｐと供給した時間ｔとでもって、原料ａに供給した電力量Ｗｔを測定し（算出し）、その電力量Ｗｔに基づく算出上昇温度Ｔａから、その平均温度を推測して温度制御することとなる。但し、この直流電源装置Ａ２からの波形は、乾電池の出力波形のように真っ平らな直線波形ではないため、直流出力といっても、前記電力Ｐ（（Ｖａ）２／Ｒ）の計算式は正確ではない。
【００２０】
このとき、直流電源装置Ａ２には、出力電流Ｉ２をより直流とするために（波打ちをきめ細かくするために）、１２相整流やそれ以上の多相化したものもあるが、多相化すればするほど、必要以上に高価なものとなる。何れにしても、乾電池の電流のように、真っ平な直流出力波形とならない。すなわち、この直流電源装置Ａ２においては、交流分が若干残った波形となる。
すなわち、その供給電力に基づき原料温度を測定（計測）する際、二次側の電圧Ｖ２は、図７（ａ）に示すように、ＳＩＮカーブでない若干の交流分を含んだ波形となり、さらに、出力可変制御で出力を絞った場合、絞れば絞る程（同図（ｂ）から同（ｃ））、パルス状波形になるため、その電力を測定するためには、その波形レベルで、電圧・電流・力率の測定をしなければならず、平均値電圧計１０や平均値電流計１１のみではその計測ができず、その計測のための対策費がかさんでコスト高となる。
【００２１】
このように、従来では、平均電流値、平均電圧値だけでは、供給電力Ｐに基づき原料温度を計測するための電力量のもととなる電力を算出ができないことから、この直流電源装置Ａ２を用いた直接抵抗加熱においては、一般的には原料温度センサと組み合わせてその他の用途（供給電力Ｐに基づく原料温度計測以外の用途）で使用されており、直流電源装置単体の商品としては、標準的には、平均電流（値）や平均電圧（値）の表示に留まっている。
【００２２】
因みに、直流電源装置Ａ２は、図５の変圧器５の場合と同様に、その直流電源装置Ａ２の一次側でその電力を計測しても、直流電源装置Ａ２の一次側電力波形と二次側電力波形は違ったものでもあり、その一次側から二次側への損失も大きいため、その一次側の計測電力でもって二次側出力の電力を算出・推定することは困難である。
【００２３】
この発明は、以上の実情の下、直流電源装置Ａ２を使用して直接抵抗加熱する場合においても、簡単な構成でもって上記供給電力Ｐに基づく原料温度Ｔの測定を行い得るようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記課題を達成するため、原料加熱装置を構築する発明者が、上記直流電源装置Ａ２単体ではなく、その原料加熱装置全体において、その負荷である電極への供給電力に基づき原料温度を計測することはできないかと考えたものであり、この発明は、まず、整流形直流電源装置Ａ２から両電極２に供給された電力Ｐの電流Ｉはその経路（回路）の何れで測定しても同じであり、また、その回路の抵抗値Ｒは、その測定電流値Ｉと同等の測定電圧値Ｖ、例えば、実効電流値Ｉｒであれば実効電圧値Ｖｒ、平均電流値Ｉａであれば平均電圧値Ｖａにより求めれば、正しい値を得ることができる。つぎに、その求めた抵抗値Ｒと電圧値によって電力Ｐは求めることができるが、整流形直流電源装置Ａ２の出力電力は交流分を含んだ直流であることから、その電圧値は実効値とする（実効値を測定する）ことが必要であると考えた。
【００２５】
この考えの下、この発明に係る整流形直流電源による直接抵抗加熱装置における原料温度計測方法にあっては、まず、整流形直流電源装置Ａ２から被加熱体ａ内に設けたプラス・マイナスの対の両電極２、２に電力Ｐを供給し、その供給された電力量Ｗｔに基づき前記被加熱体ａの温度Ｔを計測するに際し、整流形直流電源装置Ａ２から両電極２に供給された電力Ｐの実効電圧値Ｖｒを測定し、この実効電圧値Ｖｒと整流形直流電源装置Ａ２の出力端以降の被加熱体ａ側回路の抵抗値Ｒから前記電力量Ｗｔを算出することとしたのである。
【００２６】
つぎに、電力Ｐは（電圧Ｖ）２／（抵抗Ｒ）で求められ、電力量Ｗｔはその電力Ｐに時間ｔをかけたもの（Ｐ×ｔ）であるが、電力Ｐは瞬時値であり，そのときの負荷の変動等により刻々と変わる。このため、その電力量Ｗｔの算出（積算）は、その変化することを踏まえ、上記のように、電圧Ｖは実効値を採用し、抵抗Ｒの算出のための電流や電圧には、平均値や実効値を採用して、温度上昇を測定（算出）する際も、その実効値や平均値を採用する必要がある。
また、上記整流形直流電源装置Ａ２の出力端以降の被加熱体ａ側回路の抵抗値Ｒは、その測定電流値Ｉと同等の測定電圧値Ｖで求める必要がある。
これらの点から、その抵抗値Ｒの測定（算出）を、整流形直流電源装置Ａ２から両電極２に供給された電力Ｐの平均電流値Ｉａ及び平均電圧値Ｖａを測定して両者Ｉａ、Ｖａでもって算出したり、整流形直流電源装置Ａ２から両電極２に供給された電力Ｐの実効電流値Ｉｒを測定してその実効電流値Ｉｒと上記実効電圧値Ｖｒでもって算出したりすることとしたのである。
【００２７】
また、その抵抗値Ｒは、両電極間の平均（実効）電流値Ｉａ（Ｉｒ）及び平均（実効）電圧値Ｖａ（Ｖｒ）で計算したり、上記整流形直流電源装置Ａ２の出力端間、すなわち、その整流形直流電源装置Ａ２内の平均（実効）電流値Ｉａ（Ｉｒ）及び平均（実効）電圧値Ｖａ（Ｖｒ）で算出したりすることができるが、前者の場合、被加熱体の抵抗値ＲＬとほぼ同等となり、その整流形直流電源装置Ａ２から電極２までのインピーダンス（抵抗Ｒ１）を含んでいないから、被加熱物ａにおいて消費する電力量の算出が正確であり、その原料上昇温度Ｔａの計算も正確となる。
後者の場合は、整流形直流電源装置Ａ２から電極２までのインピーダンス（抵抗Ｒ１）を含むこととなるが、そのインピーダンス（抵抗Ｒ１）は計算または実測によって容易に算出または測定でき、その被加熱体ａの抵抗値Ｒｌは、整流形直流電源装置Ａ２の出力端以降の被加熱体ａ側回路全体の抵抗値Ｒからその抵抗値Ｒ１を引いた値とする。
【００２８】
この発明に係る整流形直流電源による直接抵抗加熱装置における原料温度計測装置にあっては、上記測定方法を実施すべく、整流形直流電源装置Ａ２と、被加熱体ａ内に設けたプラス・マイナスの対の両電極２、２と、前記整流形直流電源装置Ａ２から前記両電極２に送られた電力量Ｗｔの演算器とからなり、その演算器の演算値に基づきその被加熱体ａの温度を計測する装置において、整流形直流電源装置Ａ２から両電極２に供給された電力Ｐの実効電圧値Ｖｒの計測器を設け、前記演算器によって、前記計測器による実効電圧値Ｖｒと整流形直流電源装置Ａ２の出力端以降の被加熱体ａ側回路の抵抗値Ｒ）でもって電力量Ｗｔを算出する構成を採用したのである。
【００２９】
この構成においても、上記整流形直流電源装置Ａ２の出力端以降の被加熱体ａ側回路の抵抗値Ｒを求める手段としては、上記の測定方法と同様な考えから、整流形直流電源装置Ａ２から両電極２に供給された電力Ｐの平均電流値Ｉａ及び平均電圧値Ｖａの計測器を設け、その計測器により測定した平均電流値Ｉａと平均電圧値Ｖａから求めたり、整流形直流電源装置Ａ２から両電極２に供給された電力Ｐの実効電流値Ｉｒの計測器を設け、その計測器の計測による実効電流値Ｉｒと上記実効電圧値Ｖｒから求めたりすることができる。
【００３０】
また、同様に、上記両電極２、２間又は整流形直流電源装置Ａ２内に平均電圧値計測器及び実効電圧値計測器を設け、その計測値を上記供給された電力Ｐの平均電圧値Ｖａ及び実効電圧値Ｖｒとして、整流形直流電源装置Ａ２から被加熱体ａ側回路の抵抗値Ｒを算出することもできる。
【発明の効果】
【００３１】
この発明は、以上のように構成し、整流形直流電源装置から出力される電流・電圧が交流成分波形を含むのにも拘わらず、既存の電圧計や電流計によって電圧及び電流を計測し、その電圧値及び電流値によって電力を算出し得るようにしたため、図７に示した波形レベルで測定する必要がなく、安価かつ簡単なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】（ａ）はこの発明の一実施形態の概略図、（ｂ）は同実施形態の一部詳細図
【図２】同他の実施形態の概略図
【図３】同他の実施形態の要部概略図
【図４】（ａ）（ｂ）は原料加熱装置の各例の概略図
【図５】（ａ）（ｂ）は従来の交流方式原料加熱装置における原料温度制御の各例の概略図
【図６】従来の直流方式原料加熱装置における原料温度制御の一例の概略図
【図７】（ａ）〜（ｃ）は同従来例の二次電圧出力波形図
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１にこの発明の一実施形態を示し、この実施形態の直流式原料加熱装置は、図６で示した装置において、プラス・マイナスの対の両電極２、２の間に実効電圧値計測器１２と平均電圧値計測器１３とを設けたものである。この平均電圧値計測器１３が測定した両電極２、２間の平均電圧値ＶＬａ、直流電源装置Ａ２内の平均電流値計測器１１が測定した平均電流値Ｉｏａ及び実効電圧値計測器１２が測定した実効電圧値ＶＬｒ（ｒ：ｒｏｏｔ ｍｅａｎ ｓｑｕａｒｅ）を演算器１４に送り込む。
その実効電圧値計測器１２は同図（ｂ）に示すように、直流電圧計（ＤＣＶ）１２ａと交流実効値電圧計（ＡＣＶｒ）１２ｂを並列し、その両測定値に基づき演算器１２ｃでもって実効電圧値ＶＬｒを算出（例えば、ＶＬｒ＝√（（ＤＣＶ）２＋（ＡＣＶｒ）２）して前記演算器１４に送り込む。
【００３４】
この演算器１４において、まず、上記平均電圧値ＶＬａを平均電流値Ｉｏａで割って（ＶＬａ／Ｉｏａ）、原料ａ層の抵抗値ＲＬを計算する。この抵抗値ＲＬの測定は、実効電圧値計測器１２を直接電極２に接続しているため、４線式測定方式となり、整流形直流電源装置Ａ２から電極２までの配線のインピーダンス（抵抗Ｒ１）を無視できる。
【００３５】
つぎに、その抵抗値ＲＬと実効電圧値ＶＬｒでもって電力Ｐ（＝（ＶＬｒ）２／ＲＬ）を算出し、さらにその電力Ｐと給電時間ｔとによって電力量Ｗｔを算出し、その電力量Ｗｔに基づき上昇温度Ｔａを算出（計算）する。すなわち、上記式１に基づき、上昇温度Ｔａ＝Ｑ／（ｍ×Ｃ）＝（Ｗｔ×８６０×４．１８６×１０−３）／（ｍ×Ｃ）を計算して原料温度Ｔを計測する。
この計測温度Ｔに基づき、従来と同様に、整流器（サイリスタ）８により、出力をサイリスタ位相制御することによって、その出力電流Ｉ２を無段階にリニア制御し、供給電力Ｐを可変して所要の原料ａの温度となるようにする。
【００３６】
図２にこの発明の他の実施形態を示し、この実施形態の直流式原料加熱装置は、図６で示した装置において、直流電源装置Ａ２内に上記実効電圧値計測器１２と同一構成の実効電圧値計測器１５を設けたものである。
この装置においては、演算器１４において、直流電源装置Ａ２内の平均電圧値計測器１０及び平均電流値計測器１１の測定した平均電圧値Ｖｏａ及び平均電流値Ｉｏａにより整流形直流電源装置Ａ２の出力端ｏ以降の被加熱体（ａ）側回路の抵抗Ｒを計算し、その計算した抵抗値Ｒと実効電圧値計測器１５の測定した実効電圧値Ｖｏｒとによって電力Ｐを算出し、さらにその電力Ｐと給電時間ｔとによって電力量Ｗｔを算出し、その電力量Ｗｔに基づき上昇温度を算出（計算）する。すなわち、同様に、上記式１に基づき、上昇温度Ｔ＝Ｑ／（ｍ×Ｃ）＝（Ｗｔ×８６０×４．１８６×１０−３）／（ｍ×Ｃ）を計算して原料温度Ｔを計測する。
【００３７】
この計測温度Ｔに基づき、同様に、整流器（サイリスタ）８により、出力をサイリスタ位相制御することによって、その出力電流Ｉ２を無段階にリニア制御し、供給電力Ｐを可変して所要の原料ａの温度となるようにする。
この実施形態においては、上記抵抗値Ｒには直流電源装置Ａ２から電極２までの配線のインピーダンス（抵抗Ｒ１）も含まれるが、上述のように、この種の原料加熱装置においては、電源装置Ａ２から両電極２、２までの配線インピーダンスは配線部材によって算出でき、すなわち、既知で、その抵抗値Ｒ１を予め設定しておけば、この構成においても、上記電力量Ｗｔの算出において、計測抵抗値Ｒからその抵抗値Ｒ１を引いた値（Ｒ−Ｒ１）が、原料ａの抵抗値ＲＬとなるので、上記と同様に、原料ａへの供給電力量を適切に計測することができ、その電力量Ｗｔに基づき原料ａの加熱温度も適切に計測できる。
【００３８】
図１、図２に示す実施形態は、平均電圧値計測器１０、１３、平均電流値計測器１１及び実効電圧値計測器１２、１５を併用したものであるが、平均電流値計測器１１も電流実効値（例えば、Ｉｒ＝√（（ＤＣＩ）２＋（ＡＣＩｒ）２）を測定する実効電流値計測器を採用し、その実効電流値計測器と実効電圧値計測器１２、１５を電極２、２の間又は直流電源装置Ａ２内の整流回路の出力端子の間に直列又は並列に設け、その測定した実効電流値、実効電圧値でもって、抵抗値Ｒ、電力Ｐ及び電力量Ｗｔを算出したり、電極２、２の間に平均電圧値計測器１０、平均電流値計測器１１を並列又は直列に設け、その測定した平均電流値、平均電圧値及び実効電圧値計測器１２による実効電圧値でもって、抵抗値Ｒ（ＲＬ）、電力Ｐ及び電力量Ｗｔを算出したりすることもできる。
【００３９】
また、ホッパー（直接加熱容器）１を一つの筒状電極とみなし、その内にさらに多重に筒状の電極を設けた場合は、プラス電極２及びマイナス電極２をその各筒に適宜に設けて、ホッパー１内の被加熱体ａ全体に均一に電圧がかかるようにする。例えば、図３に示す、内筒１ａ、中間筒１ｂ及び外筒１ｃからなる３重筒の場合は、中間筒１ｂにプラス電極２、内筒１ａ及び外筒１ｃにマイナス電極２を設ける。
【００４０】
なお、この発明は、温度計による被加熱体ａの温度測定を併用できることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００４１】
１ ポッパー（容器）
１ａ ホッパーの内筒
１ｂ ホッパーの中間筒
１ｃ ホッパーの外筒
２ 電極
３、３ａ 電源
５ 変圧器
６ 電圧計測器（電圧計）
７ 三相変圧器
８ 整流器（サイリスタ）
１０ 電源装置出力電圧の平均電圧値計測器
１１ 電源装置出力電流の平均電流値計測器
１２、１５ 実効電圧値計測器
１３ 平均電圧値計測器
１４ 演算器
Ａ１、Ａ２ 電源装置
ａ 原料
【技術分野】
【０００１】
この発明は、被加熱体に直流電圧を印加し、その抵抗熱によって加熱する際、その供給電力、被加熱体の抵抗値及び電力供給時間によって被加熱体の温度を計測する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、電気炉用電極製造プラントにおいて、押出しプレス機により所要形状の電極を成形する前処理工程として原料（カーボン）の混練機による混練工程があり、この混練工程の前段には、その原料をホッパーに収納した静止状態で加熱するプレヒータ工程がある。
このプレヒータ工程は、図４（ａ）に示すように、ホッパー１内に原料であるカーボンａを所要量収納するとともに、そのホッパー１の両端（収納原料層の両端）にプラス・マイナスの対の両電極２、２を設け（挿入し）、その両電極２、２間に交流又は直流の電源３を供給する（電圧を印加する）ことにより、電極２、２間に原料ａを介して電流を流し、その電流による原料ａ自身の抵抗熱（ジュール熱）によって加熱するものであり、実際の温度域は、常温から２００℃前後への加熱となる。
【０００３】
また、この静止した加熱によるプレヒータ工程は、後段の混練機におけるピッチ等の添加物との混和を円滑にするための必須条件であり、仮に、同プレヒータ工程を省略し、その混練機において混練と同時に加熱したのでは、原料の昇温を待つために混練時間が長くなり、その結果、粉粒体である原料の粒崩壊が生じやすく、製品として必要な粒度分布を得ることができない（粒度分布から外れる）。なお、一般的には、プレヒータ以降の混練工程等も含んだ最終製品として必要な粒度構成を得るために、プレヒータ工程の前段に粒度調整工程を設けている。
【０００４】
そのホッパー収納による直接抵抗加熱に代えて、加熱効率の良いキルン等の間接加熱機を採用することもできるが、この方式であると、加熱時に原料を撹拌するため、同様に、粒崩壊を生じる恐れが高い。
【０００５】
被加熱物（原料）ａがカーボン等の粉体ではなく固体（塊り）の場合は、図４（ｂ）に示すように、その被加熱物ａの両端に電極２、２を取付け、その電極２、２間に原料ａを介して電流を流し、その電流による原料自身の抵抗熱（ジュール熱）によって加熱する。
【０００６】
この粉体と塊りの何れの直接抵抗加熱においても、原料ａの温度を検出し、その検出温度に基づき電流を強弱させて、原料ａの加熱に必要な所定の時間と温度の制御を行う。その原料温度の測定手段として、挿入型温度計（接触型温度計）と放射型温度計がある。因みに、一般に、上記電気炉用電極製造プラント等の産業界では、その電流値はｋＡ前後の非常に高い大電流となる。
その原料ａの温度を測定する際、大量の原料ａの直接抵抗加熱装置においては、その容器（ポッパー１）の形状、その容器中の電極２の配置や形状等によって、原料ａへの電流の流れ方に偏りが生じ、結果、温度分布に偏りが生じる。
【０００７】
また、原料ａに電流が流れているため、挿入型温度計では、温度計本体から電流（電気）が外部に漏れたり（リークしたり）、原料ａに流すべき電流が温度計本体で短絡しないように、温度計の原料ａと接触する部分には、原料ａにかかる印加電圧や原料温度に耐え得る適正な絶縁処理（絶縁被覆や絶縁膜等）が必要となる。特に、原料ａが粉粒体の場合、その原料ａを投入・排出する際、その原料ａの移動に伴い温度計表面が摩耗で絶縁被覆や絶縁膜等が損傷する恐れがあるため、その保守や絶縁被覆や絶縁膜等は損傷した場合のその短絡等による温度計が接続された制御装置の損傷に至らないように、その接続回路の回路的絶縁装置や故障検出装置が必要である。
さらに、原料ａの加熱温度が高い場合（目標温度が高温の場合）、例えば、千数百℃以上の場合、挿入型温度計では測定が不可能となる。
【０００８】
一方、図４（ｂ）のように、原料ａが固体（大きな塊り）の場合、挿入型温度計は使用できず、放射型温度計による表面温度測定となるが、原料内部の温度を知るためには、設置環境条件、輻射熱、放熱等を考慮した複雑な熱計算が必要となる。
【０００９】
ところで、一般の加熱プロセスでは、通常、その制御基準の被加熱体の温度はその平均温度とするため、その被加熱物の平均的な温度を知ればよい。しかし、直接抵抗加熱においては、上記のように温度分布に偏りがあり、その温度測定点の決定は容易ではない上に、上記の各温度計によって、原料ａの１点のみの温度を測定したのでは、その平均温度の測定と言う面では不適当である。また、多点測定になればなるほど、イニシャルコストが嵩むこととなる。
【００１０】
このため、従来の直接抵抗加熱装置では、経験則によって平均的な温度を計り得ると考える点に温度計を設置するとともに、直接抵抗加熱装置の再現性を期待し、その代表一点の測定温度を基準とした温度制御を行っている。これは、その代表点を取り間違えると、その温度制御も信用できないものとなるとともに、直接抵抗加熱装置の再現性についても、原料ａの性状、ホッパー１内の原料ａの収納態様等によって、その代表点が原料の平均温度にならず、その代表点における測定温度に基づいても、必ずしも従来と同様な加熱が行われるとは限らない。
【００１１】
このような実情の下、理論上、原料ａの質量ｍ（ｋｇ）とその比熱Ｃ（ｋｊ／（ｋｇ×℃））の積で原料ａに供給した熱量Ｑ（ｋｊ）を割れば、その熱量Ｑに基づく、原料ａの上昇温度Ｔａとなることから（Ｔａ＝Ｑ／（ｍ×Ｃ））、原料ａに供給した電力量Ｗｔを測定し、その電力量に基づく算出上昇温度Ｔａから、その平均温度を推測して温度制御する技術がある（特許文献１，２参照）。
すなわち、原料ａの温度ＴをＴ１からＴ２（℃）に上げるために必要な電力量Ｗｔ＝Ｑ×（１／８６０）×（１／４．１８６）×１０３となり、この計算式から、原料ａの温度Ｔ１において、電力量Ｗｔを供給したとすると、上昇温度Ｔａ＝Ｑ／（ｍ×Ｃ）＝（Ｗｔ×８６０×４．１８６×１０−３）／（ｍ×Ｃ）（式１）となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開昭５８−３８４８３号公報
【特許文献２】特開２００４−５３３４８号公報
【００１３】
この理論に基づく直接抵抗加熱装置の一つとして、図５に示すものがある。その電源装置Ａ１は、交流電源３を用いた変圧器方式であって、１９９０年頃までは盛んに使用され、後述の直流電源装置Ａ２の登場によってその使用度数が減少したが、現在においても使用されており、同図（ａ）に示すように、交流商用電源３を単相変圧器５を介して両電極２、２間に流して原料ａを抵抗加熱する。このとき、原料ａの上昇温度Ｔａを、上記式１に基づきその供給した電力量Ｗｔによって算出し、その算出値に基づき原料温度Ｔを計測し（算出し）、その供給電力Ｐ（電圧又は電流）を制御して原料ａを所定温度に加熱する。
【００１４】
その供給電力Ｐの強弱の制御は、変圧器５の一次側タップ５ａを必要数量引き出し（同図においては２個）、制御器によりそのタップ５ａを切り替え、二次電圧Ｖ２（原料ａへの電流）を段階的に可変して行う。このとき、その電力Ｐの測定は、同図（ｂ）に示すように、電源３から変圧器５の間の変圧器一次側に変流器６ａを介して計測器（電力量計：ｋｗｈメータ）６を設けて行う。その計測器６を変圧器５の二次側に設けたのでは、非常な大電流となってその対策コストが高価となってコスト的に不向きであるからである。なお、変流器６ａは電力量計６に流れる電流が見合った大きさなるように変流する機能を持つ。
【００１５】
このとき、供給電力Ｐの交流電源３はＳＩＮカーブを描くので、例えば、その電流値及び電圧値の平均値をそれぞれＩａ、Ｖａとすると、その実効電流値ＩｒはＩａ×π／２√２、実効電力値ＶｒはＶａ×π／２√２で容易に算出することができる。これが既存の電気計器の原理である。このため、後述の直流電源装置Ａ２に比べると、電気的温度測定（電力量測定）に関しては、一次側に計測器６を設けて測定するため、既存の電気計器で非常に簡単かつ安価にできるメリットもある。
【００１６】
一方、この交流電源装置Ａ１の第１の問題点として、上記のように、タップ５ａの切り替えによって供給電流を調節するため、その微調節が困難であるとともに、円滑な（リニアな）調節を行うためには、タップ数を増やす必要があり、その構造が繁雑となる。このため、その電流値の調節の必要がない（少ない）場合に使用が限られている。
第２の問題点としては、二次側電流Ｉ２が交流の大電流となるため、二次側の電気配線に関して、その周囲の他の構造体への電磁誘導加熱等の誘導障害が生じ易く、そのような障害が生じない配慮が必要であることや、表皮効果で配線銅量が多くなる（配線径が太くなる）等、配線工事やその他の工事のコストアップに繋がる。さらに、電磁誘導用磁力線が周囲に及ぶことから、心臓ペースメーカの誤動作や骨折時に体内に埋めた金属に悪影響が出る恐れが考えられ、柵や囲い等、人体に対して保護対策を講じる必要がある。
【００１７】
直流電源装置Ａ２は、１９９０年頃から以降、半導体技術の進歩に伴って急速に使用されているものであり、一般的には、図６に示すように、商用交流三相電源３ａを三相変圧器７により定格電圧まで降圧し、６台の整流器（サイリスタ）８により全波整流したものを定格最大値として（これを、「三相全波整流」という。）、直流電力を供給する。なお、変圧器７とサイリスタ８の組合せにより「三相全波整流」よりさらに波形を平均化した「１２相整流」という方式もある。
【００１８】
この直流電源装置Ａ２は、整流器（サイリスタ）８により、出力をサイリスタ位相制御することによって、その出力電流Ｉ２を無段階にリニア制御することができる。また、直流であるから、上記の交流電源における誘導障害は殆ど生じない。このため、温度を直接に測定する温度センサに基づく制御信号を無段階で出力する用途には非常に優れていることから、今日では、電源装置Ａ２としては最も多く利用されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
この直流電源装置Ａ２によって、ホッパー１に収納した原料ａを加熱するには、図６に示すように電流Ｉ２を両電極２、２間に流すこととなる。また、上記図５と同様な電流・電圧計測手段とすれば、同図６に示すように、直流電源装置Ａ２から被加熱体（原料ａ）側の回路に分流器９を介して平均電流値計測器（平均電流計）１１及び平均電圧値計測器（平均電圧計）１０を設け、その両計測器１０、１１によって被加熱体（原料ａ）側に供給される電力Ｐの平均電流値Ｉａ及び平均電圧値Ｖａを測定し、その測定値Ｉａ、Ｖａによって、被加熱体a側の回路の抵抗値Ｒ（Ｖａ／Ｉａ）を算出するとともに、電力Ｐ（（Ｖａ）２／Ｒ）を算出し、その電力Ｐと供給した時間ｔとでもって、原料ａに供給した電力量Ｗｔを測定し（算出し）、その電力量Ｗｔに基づく算出上昇温度Ｔａから、その平均温度を推測して温度制御することとなる。但し、この直流電源装置Ａ２からの波形は、乾電池の出力波形のように真っ平らな直線波形ではないため、直流出力といっても、前記電力Ｐ（（Ｖａ）２／Ｒ）の計算式は正確ではない。
【００２０】
このとき、直流電源装置Ａ２には、出力電流Ｉ２をより直流とするために（波打ちをきめ細かくするために）、１２相整流やそれ以上の多相化したものもあるが、多相化すればするほど、必要以上に高価なものとなる。何れにしても、乾電池の電流のように、真っ平な直流出力波形とならない。すなわち、この直流電源装置Ａ２においては、交流分が若干残った波形となる。
すなわち、その供給電力に基づき原料温度を測定（計測）する際、二次側の電圧Ｖ２は、図７（ａ）に示すように、ＳＩＮカーブでない若干の交流分を含んだ波形となり、さらに、出力可変制御で出力を絞った場合、絞れば絞る程（同図（ｂ）から同（ｃ））、パルス状波形になるため、その電力を測定するためには、その波形レベルで、電圧・電流・力率の測定をしなければならず、平均値電圧計１０や平均値電流計１１のみではその計測ができず、その計測のための対策費がかさんでコスト高となる。
【００２１】
このように、従来では、平均電流値、平均電圧値だけでは、供給電力Ｐに基づき原料温度を計測するための電力量のもととなる電力を算出ができないことから、この直流電源装置Ａ２を用いた直接抵抗加熱においては、一般的には原料温度センサと組み合わせてその他の用途（供給電力Ｐに基づく原料温度計測以外の用途）で使用されており、直流電源装置単体の商品としては、標準的には、平均電流（値）や平均電圧（値）の表示に留まっている。
【００２２】
因みに、直流電源装置Ａ２は、図５の変圧器５の場合と同様に、その直流電源装置Ａ２の一次側でその電力を計測しても、直流電源装置Ａ２の一次側電力波形と二次側電力波形は違ったものでもあり、その一次側から二次側への損失も大きいため、その一次側の計測電力でもって二次側出力の電力を算出・推定することは困難である。
【００２３】
この発明は、以上の実情の下、直流電源装置Ａ２を使用して直接抵抗加熱する場合においても、簡単な構成でもって上記供給電力Ｐに基づく原料温度Ｔの測定を行い得るようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記課題を達成するため、原料加熱装置を構築する発明者が、上記直流電源装置Ａ２単体ではなく、その原料加熱装置全体において、その負荷である電極への供給電力に基づき原料温度を計測することはできないかと考えたものであり、この発明は、まず、整流形直流電源装置Ａ２から両電極２に供給された電力Ｐの電流Ｉはその経路（回路）の何れで測定しても同じであり、また、その回路の抵抗値Ｒは、その測定電流値Ｉと同等の測定電圧値Ｖ、例えば、実効電流値Ｉｒであれば実効電圧値Ｖｒ、平均電流値Ｉａであれば平均電圧値Ｖａにより求めれば、正しい値を得ることができる。つぎに、その求めた抵抗値Ｒと電圧値によって電力Ｐは求めることができるが、整流形直流電源装置Ａ２の出力電力は交流分を含んだ直流であることから、その電圧値は実効値とする（実効値を測定する）ことが必要であると考えた。
【００２５】
この考えの下、この発明に係る整流形直流電源による直接抵抗加熱装置における原料温度計測方法にあっては、まず、整流形直流電源装置Ａ２から被加熱体ａ内に設けたプラス・マイナスの対の両電極２、２に電力Ｐを供給し、その供給された電力量Ｗｔに基づき前記被加熱体ａの温度Ｔを計測するに際し、整流形直流電源装置Ａ２から両電極２に供給された電力Ｐの実効電圧値Ｖｒを測定し、この実効電圧値Ｖｒと整流形直流電源装置Ａ２の出力端以降の被加熱体ａ側回路の抵抗値Ｒから前記電力量Ｗｔを算出することとしたのである。
【００２６】
つぎに、電力Ｐは（電圧Ｖ）２／（抵抗Ｒ）で求められ、電力量Ｗｔはその電力Ｐに時間ｔをかけたもの（Ｐ×ｔ）であるが、電力Ｐは瞬時値であり，そのときの負荷の変動等により刻々と変わる。このため、その電力量Ｗｔの算出（積算）は、その変化することを踏まえ、上記のように、電圧Ｖは実効値を採用し、抵抗Ｒの算出のための電流や電圧には、平均値や実効値を採用して、温度上昇を測定（算出）する際も、その実効値や平均値を採用する必要がある。
また、上記整流形直流電源装置Ａ２の出力端以降の被加熱体ａ側回路の抵抗値Ｒは、その測定電流値Ｉと同等の測定電圧値Ｖで求める必要がある。
これらの点から、その抵抗値Ｒの測定（算出）を、整流形直流電源装置Ａ２から両電極２に供給された電力Ｐの平均電流値Ｉａ及び平均電圧値Ｖａを測定して両者Ｉａ、Ｖａでもって算出したり、整流形直流電源装置Ａ２から両電極２に供給された電力Ｐの実効電流値Ｉｒを測定してその実効電流値Ｉｒと上記実効電圧値Ｖｒでもって算出したりすることとしたのである。
【００２７】
また、その抵抗値Ｒは、両電極間の平均（実効）電流値Ｉａ（Ｉｒ）及び平均（実効）電圧値Ｖａ（Ｖｒ）で計算したり、上記整流形直流電源装置Ａ２の出力端間、すなわち、その整流形直流電源装置Ａ２内の平均（実効）電流値Ｉａ（Ｉｒ）及び平均（実効）電圧値Ｖａ（Ｖｒ）で算出したりすることができるが、前者の場合、被加熱体の抵抗値ＲＬとほぼ同等となり、その整流形直流電源装置Ａ２から電極２までのインピーダンス（抵抗Ｒ１）を含んでいないから、被加熱物ａにおいて消費する電力量の算出が正確であり、その原料上昇温度Ｔａの計算も正確となる。
後者の場合は、整流形直流電源装置Ａ２から電極２までのインピーダンス（抵抗Ｒ１）を含むこととなるが、そのインピーダンス（抵抗Ｒ１）は計算または実測によって容易に算出または測定でき、その被加熱体ａの抵抗値Ｒｌは、整流形直流電源装置Ａ２の出力端以降の被加熱体ａ側回路全体の抵抗値Ｒからその抵抗値Ｒ１を引いた値とする。
【００２８】
この発明に係る整流形直流電源による直接抵抗加熱装置における原料温度計測装置にあっては、上記測定方法を実施すべく、整流形直流電源装置Ａ２と、被加熱体ａ内に設けたプラス・マイナスの対の両電極２、２と、前記整流形直流電源装置Ａ２から前記両電極２に送られた電力量Ｗｔの演算器とからなり、その演算器の演算値に基づきその被加熱体ａの温度を計測する装置において、整流形直流電源装置Ａ２から両電極２に供給された電力Ｐの実効電圧値Ｖｒの計測器を設け、前記演算器によって、前記計測器による実効電圧値Ｖｒと整流形直流電源装置Ａ２の出力端以降の被加熱体ａ側回路の抵抗値Ｒ）でもって電力量Ｗｔを算出する構成を採用したのである。
【００２９】
この構成においても、上記整流形直流電源装置Ａ２の出力端以降の被加熱体ａ側回路の抵抗値Ｒを求める手段としては、上記の測定方法と同様な考えから、整流形直流電源装置Ａ２から両電極２に供給された電力Ｐの平均電流値Ｉａ及び平均電圧値Ｖａの計測器を設け、その計測器により測定した平均電流値Ｉａと平均電圧値Ｖａから求めたり、整流形直流電源装置Ａ２から両電極２に供給された電力Ｐの実効電流値Ｉｒの計測器を設け、その計測器の計測による実効電流値Ｉｒと上記実効電圧値Ｖｒから求めたりすることができる。
【００３０】
また、同様に、上記両電極２、２間又は整流形直流電源装置Ａ２内に平均電圧値計測器及び実効電圧値計測器を設け、その計測値を上記供給された電力Ｐの平均電圧値Ｖａ及び実効電圧値Ｖｒとして、整流形直流電源装置Ａ２から被加熱体ａ側回路の抵抗値Ｒを算出することもできる。
【発明の効果】
【００３１】
この発明は、以上のように構成し、整流形直流電源装置から出力される電流・電圧が交流成分波形を含むのにも拘わらず、既存の電圧計や電流計によって電圧及び電流を計測し、その電圧値及び電流値によって電力を算出し得るようにしたため、図７に示した波形レベルで測定する必要がなく、安価かつ簡単なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】（ａ）はこの発明の一実施形態の概略図、（ｂ）は同実施形態の一部詳細図
【図２】同他の実施形態の概略図
【図３】同他の実施形態の要部概略図
【図４】（ａ）（ｂ）は原料加熱装置の各例の概略図
【図５】（ａ）（ｂ）は従来の交流方式原料加熱装置における原料温度制御の各例の概略図
【図６】従来の直流方式原料加熱装置における原料温度制御の一例の概略図
【図７】（ａ）〜（ｃ）は同従来例の二次電圧出力波形図
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１にこの発明の一実施形態を示し、この実施形態の直流式原料加熱装置は、図６で示した装置において、プラス・マイナスの対の両電極２、２の間に実効電圧値計測器１２と平均電圧値計測器１３とを設けたものである。この平均電圧値計測器１３が測定した両電極２、２間の平均電圧値ＶＬａ、直流電源装置Ａ２内の平均電流値計測器１１が測定した平均電流値Ｉｏａ及び実効電圧値計測器１２が測定した実効電圧値ＶＬｒ（ｒ：ｒｏｏｔ ｍｅａｎ ｓｑｕａｒｅ）を演算器１４に送り込む。
その実効電圧値計測器１２は同図（ｂ）に示すように、直流電圧計（ＤＣＶ）１２ａと交流実効値電圧計（ＡＣＶｒ）１２ｂを並列し、その両測定値に基づき演算器１２ｃでもって実効電圧値ＶＬｒを算出（例えば、ＶＬｒ＝√（（ＤＣＶ）２＋（ＡＣＶｒ）２）して前記演算器１４に送り込む。
【００３４】
この演算器１４において、まず、上記平均電圧値ＶＬａを平均電流値Ｉｏａで割って（ＶＬａ／Ｉｏａ）、原料ａ層の抵抗値ＲＬを計算する。この抵抗値ＲＬの測定は、実効電圧値計測器１２を直接電極２に接続しているため、４線式測定方式となり、整流形直流電源装置Ａ２から電極２までの配線のインピーダンス（抵抗Ｒ１）を無視できる。
【００３５】
つぎに、その抵抗値ＲＬと実効電圧値ＶＬｒでもって電力Ｐ（＝（ＶＬｒ）２／ＲＬ）を算出し、さらにその電力Ｐと給電時間ｔとによって電力量Ｗｔを算出し、その電力量Ｗｔに基づき上昇温度Ｔａを算出（計算）する。すなわち、上記式１に基づき、上昇温度Ｔａ＝Ｑ／（ｍ×Ｃ）＝（Ｗｔ×８６０×４．１８６×１０−３）／（ｍ×Ｃ）を計算して原料温度Ｔを計測する。
この計測温度Ｔに基づき、従来と同様に、整流器（サイリスタ）８により、出力をサイリスタ位相制御することによって、その出力電流Ｉ２を無段階にリニア制御し、供給電力Ｐを可変して所要の原料ａの温度となるようにする。
【００３６】
図２にこの発明の他の実施形態を示し、この実施形態の直流式原料加熱装置は、図６で示した装置において、直流電源装置Ａ２内に上記実効電圧値計測器１２と同一構成の実効電圧値計測器１５を設けたものである。
この装置においては、演算器１４において、直流電源装置Ａ２内の平均電圧値計測器１０及び平均電流値計測器１１の測定した平均電圧値Ｖｏａ及び平均電流値Ｉｏａにより整流形直流電源装置Ａ２の出力端ｏ以降の被加熱体（ａ）側回路の抵抗Ｒを計算し、その計算した抵抗値Ｒと実効電圧値計測器１５の測定した実効電圧値Ｖｏｒとによって電力Ｐを算出し、さらにその電力Ｐと給電時間ｔとによって電力量Ｗｔを算出し、その電力量Ｗｔに基づき上昇温度を算出（計算）する。すなわち、同様に、上記式１に基づき、上昇温度Ｔ＝Ｑ／（ｍ×Ｃ）＝（Ｗｔ×８６０×４．１８６×１０−３）／（ｍ×Ｃ）を計算して原料温度Ｔを計測する。
【００３７】
この計測温度Ｔに基づき、同様に、整流器（サイリスタ）８により、出力をサイリスタ位相制御することによって、その出力電流Ｉ２を無段階にリニア制御し、供給電力Ｐを可変して所要の原料ａの温度となるようにする。
この実施形態においては、上記抵抗値Ｒには直流電源装置Ａ２から電極２までの配線のインピーダンス（抵抗Ｒ１）も含まれるが、上述のように、この種の原料加熱装置においては、電源装置Ａ２から両電極２、２までの配線インピーダンスは配線部材によって算出でき、すなわち、既知で、その抵抗値Ｒ１を予め設定しておけば、この構成においても、上記電力量Ｗｔの算出において、計測抵抗値Ｒからその抵抗値Ｒ１を引いた値（Ｒ−Ｒ１）が、原料ａの抵抗値ＲＬとなるので、上記と同様に、原料ａへの供給電力量を適切に計測することができ、その電力量Ｗｔに基づき原料ａの加熱温度も適切に計測できる。
【００３８】
図１、図２に示す実施形態は、平均電圧値計測器１０、１３、平均電流値計測器１１及び実効電圧値計測器１２、１５を併用したものであるが、平均電流値計測器１１も電流実効値（例えば、Ｉｒ＝√（（ＤＣＩ）２＋（ＡＣＩｒ）２）を測定する実効電流値計測器を採用し、その実効電流値計測器と実効電圧値計測器１２、１５を電極２、２の間又は直流電源装置Ａ２内の整流回路の出力端子の間に直列又は並列に設け、その測定した実効電流値、実効電圧値でもって、抵抗値Ｒ、電力Ｐ及び電力量Ｗｔを算出したり、電極２、２の間に平均電圧値計測器１０、平均電流値計測器１１を並列又は直列に設け、その測定した平均電流値、平均電圧値及び実効電圧値計測器１２による実効電圧値でもって、抵抗値Ｒ（ＲＬ）、電力Ｐ及び電力量Ｗｔを算出したりすることもできる。
【００３９】
また、ホッパー（直接加熱容器）１を一つの筒状電極とみなし、その内にさらに多重に筒状の電極を設けた場合は、プラス電極２及びマイナス電極２をその各筒に適宜に設けて、ホッパー１内の被加熱体ａ全体に均一に電圧がかかるようにする。例えば、図３に示す、内筒１ａ、中間筒１ｂ及び外筒１ｃからなる３重筒の場合は、中間筒１ｂにプラス電極２、内筒１ａ及び外筒１ｃにマイナス電極２を設ける。
【００４０】
なお、この発明は、温度計による被加熱体ａの温度測定を併用できることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００４１】
１ ポッパー（容器）
１ａ ホッパーの内筒
１ｂ ホッパーの中間筒
１ｃ ホッパーの外筒
２ 電極
３、３ａ 電源
５ 変圧器
６ 電圧計測器（電圧計）
７ 三相変圧器
８ 整流器（サイリスタ）
１０ 電源装置出力電圧の平均電圧値計測器
１１ 電源装置出力電流の平均電流値計測器
１２、１５ 実効電圧値計測器
１３ 平均電圧値計測器
１４ 演算器
Ａ１、Ａ２ 電源装置
ａ 原料
【特許請求の範囲】
【請求項１】
整流形直流電源装置（Ａ２）から被加熱体（ａ）に設けたプラス・マイナスの対の両電極（２、２）に電力（Ｐ）を供給し、その供給された電力量（Ｗｔ）に基づき前記被加熱体（ａ）の温度（Ｔ）を計測する方法であって、
上記整流形直流電源装置（Ａ２）から両電極（２）に供給された電力（Ｐ）の実効電圧値（Ｖｒ）を測定し、この実効電圧値（Ｖｒ）と前記整流形直流電源装置（Ａ２）の出力端（ｏ）以降の被加熱体（ａ）側回路の抵抗値（Ｒ）から上記電力量（Ｗｔ）を算出することを特徴とする整流形直流電源による直接抵抗加熱装置における原料温度計測方法。
【請求項２】
上記両電極（２）間の平均電圧値（ＶＬａ）及び実効電圧値（ＶＬｒ）を求めるとともに、上記供給された電力（Ｐ）の平均電流値（Ｉａ）を求め、前記実効電圧値（ＶＬｒ）を上記供給された電力（Ｐ）の実効電圧値（Ｖｒ）とし、前記平均電圧値（ＶＬａ）と前記平均電流値（Ｉａ）とから上記被加熱体（ａ）側回路の抵抗値（ＲＬ）を求めることを特徴とする請求項１に記載の整流形直流電源による直接抵抗加熱装置における原料温度計測方法。
【請求項３】
上記整流形直流電源装置（Ａ２）から両電極（２）に供給された電力（Ｐ）の平均電流値（Ｉａ）及び平均電圧値（Ｖａ）を測定し、その測定した平均電流値（Ｉａ）と平均電圧値（Ｖａ）から前記被加熱体（ａ）側回路の抵抗値（Ｒ）を求めることを特徴とする請求項１に記載の整流形直流電源による直接抵抗加熱装置における原料温度計測方法。
【請求項４】
整流形直流電源装置（Ａ２）と、被加熱体（ａ）内に設けたプラス・マイナスの対の両電極（２、２）と、前記整流形直流電源装置（Ａ２）から前記両電極（２）に送られた電力量（Ｗｔ）の演算器（１４）とからなり、その演算器（１４）の演算値に基づきその被加熱体（ａ）の温度（Ｔ）を計測する装置であって、
上記整流形直流電源装置（Ａ２）から両電極（２）に供給された電力（Ｐ）の実効電圧値（Ｖｒ）の計測器（１２、１５）を設け、上記演算器（１４）によって、前記計測器（１２、１５）による実効電圧値（Ｖｒ）と整流形直流電源装置（Ａ２）の出力端（ｏ）以降の被加熱体（ａ）側回路の抵抗値（Ｒ）でもって上記電力量（Ｗｔ）を算出することを特徴とする整流形直流電源による直接抵抗加熱装置における原料温度計測装置。
【請求項５】
上記整流形直流電源装置（Ａ２）から両電極（２、２）に供給された電力（Ｐ）の平均電流値（Ｉａ）の計測器（１１）を設けるとともに、上記両電極（２、２）間に平均電圧値計測器（１３）及び実効電圧値計測器（１２）を設け、その実効電圧値計測器（１２）による実効電圧値（ＶＬｒ）を上記供給された電力（Ｐ）の実効電圧値（Ｖｒ）とし、前記平均電圧値計測器（１３）による平均電圧値（ＶＬａ）と平均電流値計測器（１１）による平均電流値（Ｉａ）とから前記被加熱体（ａ）側回路の抵抗値（ＲＬ）を求めるようにしたことを特徴とする請求項４に記載の整流形直流電源による直接抵抗加熱装置における原料温度計測装置。
【請求項６】
上記整流形直流電源装置（Ａ２）から両電極（２）に供給された電力（Ｐ）の平均電流値（Ｉａ）及び平均電圧値（Ｖａ）の計測器（１０、１１）を設け、その計測器（１０、１１）により測定した平均電流値（Ｉａ）と平均電圧値（Ｖａ）から上記被加熱体（ａ）側回路の抵抗値（Ｒ）を求めることを特徴とする請求項５に記載の整流形直流電源による直接抵抗加熱装置における原料温度計測装置。
【請求項１】
整流形直流電源装置（Ａ２）から被加熱体（ａ）に設けたプラス・マイナスの対の両電極（２、２）に電力（Ｐ）を供給し、その供給された電力量（Ｗｔ）に基づき前記被加熱体（ａ）の温度（Ｔ）を計測する方法であって、
上記整流形直流電源装置（Ａ２）から両電極（２）に供給された電力（Ｐ）の実効電圧値（Ｖｒ）を測定し、この実効電圧値（Ｖｒ）と前記整流形直流電源装置（Ａ２）の出力端（ｏ）以降の被加熱体（ａ）側回路の抵抗値（Ｒ）から上記電力量（Ｗｔ）を算出することを特徴とする整流形直流電源による直接抵抗加熱装置における原料温度計測方法。
【請求項２】
上記両電極（２）間の平均電圧値（ＶＬａ）及び実効電圧値（ＶＬｒ）を求めるとともに、上記供給された電力（Ｐ）の平均電流値（Ｉａ）を求め、前記実効電圧値（ＶＬｒ）を上記供給された電力（Ｐ）の実効電圧値（Ｖｒ）とし、前記平均電圧値（ＶＬａ）と前記平均電流値（Ｉａ）とから上記被加熱体（ａ）側回路の抵抗値（ＲＬ）を求めることを特徴とする請求項１に記載の整流形直流電源による直接抵抗加熱装置における原料温度計測方法。
【請求項３】
上記整流形直流電源装置（Ａ２）から両電極（２）に供給された電力（Ｐ）の平均電流値（Ｉａ）及び平均電圧値（Ｖａ）を測定し、その測定した平均電流値（Ｉａ）と平均電圧値（Ｖａ）から前記被加熱体（ａ）側回路の抵抗値（Ｒ）を求めることを特徴とする請求項１に記載の整流形直流電源による直接抵抗加熱装置における原料温度計測方法。
【請求項４】
整流形直流電源装置（Ａ２）と、被加熱体（ａ）内に設けたプラス・マイナスの対の両電極（２、２）と、前記整流形直流電源装置（Ａ２）から前記両電極（２）に送られた電力量（Ｗｔ）の演算器（１４）とからなり、その演算器（１４）の演算値に基づきその被加熱体（ａ）の温度（Ｔ）を計測する装置であって、
上記整流形直流電源装置（Ａ２）から両電極（２）に供給された電力（Ｐ）の実効電圧値（Ｖｒ）の計測器（１２、１５）を設け、上記演算器（１４）によって、前記計測器（１２、１５）による実効電圧値（Ｖｒ）と整流形直流電源装置（Ａ２）の出力端（ｏ）以降の被加熱体（ａ）側回路の抵抗値（Ｒ）でもって上記電力量（Ｗｔ）を算出することを特徴とする整流形直流電源による直接抵抗加熱装置における原料温度計測装置。
【請求項５】
上記整流形直流電源装置（Ａ２）から両電極（２、２）に供給された電力（Ｐ）の平均電流値（Ｉａ）の計測器（１１）を設けるとともに、上記両電極（２、２）間に平均電圧値計測器（１３）及び実効電圧値計測器（１２）を設け、その実効電圧値計測器（１２）による実効電圧値（ＶＬｒ）を上記供給された電力（Ｐ）の実効電圧値（Ｖｒ）とし、前記平均電圧値計測器（１３）による平均電圧値（ＶＬａ）と平均電流値計測器（１１）による平均電流値（Ｉａ）とから前記被加熱体（ａ）側回路の抵抗値（ＲＬ）を求めるようにしたことを特徴とする請求項４に記載の整流形直流電源による直接抵抗加熱装置における原料温度計測装置。
【請求項６】
上記整流形直流電源装置（Ａ２）から両電極（２）に供給された電力（Ｐ）の平均電流値（Ｉａ）及び平均電圧値（Ｖａ）の計測器（１０、１１）を設け、その計測器（１０、１１）により測定した平均電流値（Ｉａ）と平均電圧値（Ｖａ）から上記被加熱体（ａ）側回路の抵抗値（Ｒ）を求めることを特徴とする請求項５に記載の整流形直流電源による直接抵抗加熱装置における原料温度計測装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−５８９６２（Ｐ２０１１−５８９６２Ａ）
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２０９２０６（Ｐ２００９−２０９２０６）
【出願日】平成２１年９月１０日（２００９．９．１０）
【出願人】（０００１４２５９５）株式会社栗本鐵工所 (566)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１０日（２００９．９．１０）
【出願人】（０００１４２５９５）株式会社栗本鐵工所 (566)
【Ｆターム（参考）】
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