JPH07200075A - 電気加熱装置の動作温度を監視し制限する方法とその回路装置およびこの方法の応用 - Google Patents
電気加熱装置の動作温度を監視し制限する方法とその回路装置およびこの方法の応用Info
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- JPH07200075A JPH07200075A JP4158184A JP15818492A JPH07200075A JP H07200075 A JPH07200075 A JP H07200075A JP 4158184 A JP4158184 A JP 4158184A JP 15818492 A JP15818492 A JP 15818492A JP H07200075 A JPH07200075 A JP H07200075A
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- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D23/00—Control of temperature
- G05D23/19—Control of temperature characterised by the use of electric means
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 許容されない動作温度をできる限り早く検知
し、加熱装置にエネルギの導入を中断する方法とこの方
法を実行する回路装置を提供する。 【構成】 加熱装置１に少なくとも一個のテストパルス
を導入し、装置の温度経過に対するこのパルスの作用が
監視すべき動作曲線に基づき、他のエネルギの導入ある
いは中断に使用される。この監視方法は周期的に行わ
れ、運転の中断を発生させない。加熱本体の熱媒体の充
填量を監視するのに特に有利に使用される。
し、加熱装置にエネルギの導入を中断する方法とこの方
法を実行する回路装置を提供する。 【構成】 加熱装置１に少なくとも一個のテストパルス
を導入し、装置の温度経過に対するこのパルスの作用が
監視すべき動作曲線に基づき、他のエネルギの導入ある
いは中断に使用される。この監視方法は周期的に行わ
れ、運転の中断を発生させない。加熱本体の熱媒体の充
填量を監視するのに特に有利に使用される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、装置の実測温度を求
め、目標値と比較して監視を行い、可変熱容量を有する
電気加熱される物理および技術装置の動作温度を監視し
て制限する方法およびこの方法を実行する回路装置に関
する。
め、目標値と比較して監視を行い、可変熱容量を有する
電気加熱される物理および技術装置の動作温度を監視し
て制限する方法およびこの方法を実行する回路装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】物理や技術装置、加熱装置、化学装置等
では、大抵加熱部材が使用され、熱容量、伝導度や装置
の冷却のような物理パラメータが変わると、この部材の
動作温度がしばしば許容できないほど上昇する。
では、大抵加熱部材が使用され、熱容量、伝導度や装置
の冷却のような物理パラメータが変わると、この部材の
動作温度がしばしば許容できないほど上昇する。
【０００３】同様に、加熱装置が所定の表面温度に達し
ないとき、この装置の機能特性は影響を受ける。加熱装
置、特に放熱器では、熱供給体、大抵、水が装置の中に
充分な量ない場合、オーバーヒートの恐れ、従って火災
の恐れが生じる。
ないとき、この装置の機能特性は影響を受ける。加熱装
置、特に放熱器では、熱供給体、大抵、水が装置の中に
充分な量ない場合、オーバーヒートの恐れ、従って火災
の恐れが生じる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】それ故、この発明の課
題は、許容できない運転温度をできる限り早めに検知
し、加熱装置へのエネルギ供給を遮断したり誤動作通報
を与える方法を提示することにある。
題は、許容できない運転温度をできる限り早めに検知
し、加熱装置へのエネルギ供給を遮断したり誤動作通報
を与える方法を提示することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の課題は、この発明
により、冒頭に述べた方法の場合、第一過程で装置
（１）の実測温度（Ｔi1）を測定し、第二過程で加熱装
置（２）の時間間隔（Δｔ 1 ）の間に一定の加熱エネル
ギ（Ｗs ）を導入し、温度平衡時間（Δｔ2 ）の後に実
測温度（Ｔi2）を新たに測定し、温度変化（ΔＴi ）が
目標範囲の値（ΔＴs ）からずれている場合、エネルギ
の導入を中断し、温度変化（ΔＴi ）が目標範囲の値
（ΔＴs ）内にある場合、少なくとも一つの他の時間間
隔（Δｔ3 ）の間に加熱本体（２）に新たにエネルギを
導入することによって解決されている。
により、冒頭に述べた方法の場合、第一過程で装置
（１）の実測温度（Ｔi1）を測定し、第二過程で加熱装
置（２）の時間間隔（Δｔ 1 ）の間に一定の加熱エネル
ギ（Ｗs ）を導入し、温度平衡時間（Δｔ2 ）の後に実
測温度（Ｔi2）を新たに測定し、温度変化（ΔＴi ）が
目標範囲の値（ΔＴs ）からずれている場合、エネルギ
の導入を中断し、温度変化（ΔＴi ）が目標範囲の値
（ΔＴs ）内にある場合、少なくとも一つの他の時間間
隔（Δｔ3 ）の間に加熱本体（２）に新たにエネルギを
導入することによって解決されている。
【０００６】更に、上記の課題は、この発明により、冒
頭に述べた方法を実行する回路装置の場合、目標値発生
器（１６）の出力はゲート回路（１７）を経由してデジ
タル・アナログ変換器（１８）に導入され、この変換器
の出力は比較器（１２）の第一入力端に導入され、比較
器（１２）の第二入力端は実測値発生器（１１）の出力
端（ＵIST ）に接続していることによって解決されてい
る。
頭に述べた方法を実行する回路装置の場合、目標値発生
器（１６）の出力はゲート回路（１７）を経由してデジ
タル・アナログ変換器（１８）に導入され、この変換器
の出力は比較器（１２）の第一入力端に導入され、比較
器（１２）の第二入力端は実測値発生器（１１）の出力
端（ＵIST ）に接続していることによって解決されてい
る。
【０００７】この発明による他の有利な構成は、特許請
求の範囲の従属請求項に記載されている。
求の範囲の従属請求項に記載されている。
【０００８】
【作用】なお、特許請求の範囲に使用する用語「目標領
域の値」とは、許容される動作間隔内にある目標値を言
う。
域の値」とは、許容される動作間隔内にある目標値を言
う。
【０００９】請求項２で増分に配分することによって、
二進数で目標値の入力ができる。目標領域の値をそれぞ
れ一定値ほど上げることは、特異簡単な解決策である
（請求項３）。
二進数で目標値の入力ができる。目標領域の値をそれぞ
れ一定値ほど上げることは、特異簡単な解決策である
（請求項３）。
【００１０】請求項４の方法経過によって、装置を機能
安全性に関して検査でき、運転を中断する必要がない。
許容上部および下部目標値の設定は、請求項５により、
実験的に行われ、切換しきい値を簡単に調節して監視部
に集積できる。
安全性に関して検査でき、運転を中断する必要がない。
許容上部および下部目標値の設定は、請求項５により、
実験的に行われ、切換しきい値を簡単に調節して監視部
に集積できる。
【００１１】許容限界温度の設定は、請求項６により、
監視方法（「テスト」）自体によって加熱装置のオバー
ヒートを防止する。請求項８によれば、電流検知基、熱
電対等のような他のセンサを使用して、既存の熱容量や
熱伝導度および許容されない熱放出を確認することを簡
単に監視部に組み入れることができる。
監視方法（「テスト」）自体によって加熱装置のオバー
ヒートを防止する。請求項８によれば、電流検知基、熱
電対等のような他のセンサを使用して、既存の熱容量や
熱伝導度および許容されない熱放出を確認することを簡
単に監視部に組み入れることができる。
【００１２】この方法の有利な応用は、請求項９により
加熱体の熱媒体の充填量を監視することにあり、所謂ハ
ンドタッチ・ラジエータ（加熱体）に真価を発揮する。
加熱装置を制御する場合、蒸気相の発生やドレイン損失
や質量変化のような状態変化を計算に入れる必要がある
とき、プロセス産業で応用するのであれば、時間的に熱
の流れを監視することは意義がある（請求項１０を参
照）。
加熱体の熱媒体の充填量を監視することにあり、所謂ハ
ンドタッチ・ラジエータ（加熱体）に真価を発揮する。
加熱装置を制御する場合、蒸気相の発生やドレイン損失
や質量変化のような状態変化を計算に入れる必要がある
とき、プロセス産業で応用するのであれば、時間的に熱
の流れを監視することは意義がある（請求項１０を参
照）。
【００１３】
【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づきより
詳しく説明する。なお、同じ機能部品には以後同じ参照
符号を付ける。
詳しく説明する。なお、同じ機能部品には以後同じ参照
符号を付ける。
【００１４】図１では、加熱装置に符号１が付けてあ
る。この場合、前記加熱装置は加熱要素、所謂加熱カー
トリッジである。このカートリッジは加熱本体８の下部
で中心組立ナット２によって垂直に挿入されている。フ
ランジ片３から、加熱棒４とこの棒に平行に延び、幾分
短いセンサ棒５が熱媒体の中に突き出ている。センサ棒
５は保持リング６の中に導入され、測定部材として市販
の温度依存抵抗（ＰＴＣ抵抗、フィリプス社製タイプ K
TY 83)を備えている。
る。この場合、前記加熱装置は加熱要素、所謂加熱カー
トリッジである。このカートリッジは加熱本体８の下部
で中心組立ナット２によって垂直に挿入されている。フ
ランジ片３から、加熱棒４とこの棒に平行に延び、幾分
短いセンサ棒５が熱媒体の中に突き出ている。センサ棒
５は保持リング６の中に導入され、測定部材として市販
の温度依存抵抗（ＰＴＣ抵抗、フィリプス社製タイプ K
TY 83)を備えている。
【００１５】この場合、熱媒体は水で構成されている。
この熱媒体に許される下部許容充填レベルに符号Ｎ１が
付けてあり、例として許容できないレベルに符号Ｎ２が
付けてある。空気に向けて放射状に放出される熱量は矢
印Ｑが付けてある。
この熱媒体に許される下部許容充填レベルに符号Ｎ１が
付けてあり、例として許容できないレベルに符号Ｎ２が
付けてある。空気に向けて放射状に放出される熱量は矢
印Ｑが付けてある。
【００１６】加熱装置にエネルギを導入するには、回路
網接続端子１′を介して行われる。この接続端子は後で
説明する監視回路（図３または図４の回路装置）を経由
して導入される。
網接続端子１′を介して行われる。この接続端子は後で
説明する監視回路（図３または図４の回路装置）を経由
して導入される。
【００１７】物理技術装置の動作温度は、代表的に図２
に示す経過を示す。横軸は時間軸を秒で、また縦軸は温
度を絶対温度でそれぞれ表している。導入される加熱出
力Ｐはワットで表してある。
に示す経過を示す。横軸は時間軸を秒で、また縦軸は温
度を絶対温度でそれぞれ表している。導入される加熱出
力Ｐはワットで表してある。
【００１８】時間Δｔ1 の期間中にエネルギパルスＷs
がこの装置に導入されると、故障のない装置、つまり正
しい熱容量とそれに応じた熱伝導特性の場合、温度が曲
線ａ１に従って室温Ｔ0 ＝ 293°K から幾分上昇し、そ
の後、再び装置の放出特性に応じて非対称に低下する。
所謂温度平行時間Δｔ2 の後、他の熱エネルギパルスＷ
s が導入されると、測定位置での温度はａ２のように上
昇し、その後再び低下する。
がこの装置に導入されると、故障のない装置、つまり正
しい熱容量とそれに応じた熱伝導特性の場合、温度が曲
線ａ１に従って室温Ｔ0 ＝ 293°K から幾分上昇し、そ
の後、再び装置の放出特性に応じて非対称に低下する。
所謂温度平行時間Δｔ2 の後、他の熱エネルギパルスＷ
s が導入されると、測定位置での温度はａ２のように上
昇し、その後再び低下する。
【００１９】熱貯蔵特性が、例えば誤ったあるいは充分
存在していない熱媒体のために、計算された許容値に一
致すると、ｂ１，ｂ２の温度曲線が生じる。つまり、こ
の装置は許容されない方法でオバーヒートする。
存在していない熱媒体のために、計算された許容値に一
致すると、ｂ１，ｂ２の温度曲線が生じる。つまり、こ
の装置は許容されない方法でオバーヒートする。
【００２０】特許請求の範囲に規定する内容によれば、
上記のことは生じない。何故なら、第二のエネルギ導入
の前に温度が既に許容される目標範囲の外にあることを
確認し、電流の供給を中断するからである。
上記のことは生じない。何故なら、第二のエネルギ導入
の前に温度が既に許容される目標範囲の外にあることを
確認し、電流の供給を中断するからである。
【００２１】図３の回路装置は、熱媒体の存在に関して
必要な加熱本体の監視部を含む。この回路装置は、図４
により、更に拡張された形態で、例えば弁が開いた場
合、過度に流れ、そのため過度に冷却される加熱本体を
識別して信号化する。
必要な加熱本体の監視部を含む。この回路装置は、図４
により、更に拡張された形態で、例えば弁が開いた場
合、過度に流れ、そのため過度に冷却される加熱本体を
識別して信号化する。
【００２２】図３によれば、端子電圧Ｋ，つまり回路網
の交流電圧が加熱棒４（図１）の加熱巻線に生じる。電
流回路の中には、リレーコイル１０で制御されるスイッ
チ９がある。加熱棒４にはセンサ棒が装着されているの
で、熱的に接続されている。この部分をρthで示してあ
る。センサとしては、ＰＴＣ抵抗が使用され、実測値発
生器１１でのその抵抗変化が電圧ＵIST に変換される。
の交流電圧が加熱棒４（図１）の加熱巻線に生じる。電
流回路の中には、リレーコイル１０で制御されるスイッ
チ９がある。加熱棒４にはセンサ棒が装着されているの
で、熱的に接続されている。この部分をρthで示してあ
る。センサとしては、ＰＴＣ抵抗が使用され、実測値発
生器１１でのその抵抗変化が電圧ＵIST に変換される。
【００２３】目標値発生器１６は信号「２」と共にオア
機能を有するゲート回路１７を介して試験測定の増分化
された目標値信号に接続している。ゲート回路１７の出
力端はデジタル・アナログ変換器１８に導入され、その
アナログ出力端Ａは比較器１２の一方の入力端に接続さ
れている。この比較器１２の第二入力端には、温度の実
測値に相当する電圧ＵIST が導入される。
機能を有するゲート回路１７を介して試験測定の増分化
された目標値信号に接続している。ゲート回路１７の出
力端はデジタル・アナログ変換器１８に導入され、その
アナログ出力端Ａは比較器１２の一方の入力端に接続さ
れている。この比較器１２の第二入力端には、温度の実
測値に相当する電圧ＵIST が導入される。
【００２４】時間制御部１５，つまりタイマーテストＴ
−Ｔは、周知の方法で周期的に試験経過を制御し、その
制御信号「６」をテスト回路１７の入力端に導入する。
このテスト回路１７の第二入力端「１」には、更に電圧
ＵIST が導入される。比較器１２は一方でテスト回路１
４に作用し、他方でオア機能を有する他のゲート回路１
３を介して、テストパルスを流す信号出力端「４」に統
括される。このゲート回路１３の出力はリレーコイル１
０を制御する。同様に出力端「５」も非常遮断の場合リ
レーコイル１０を駆動する。
−Ｔは、周知の方法で周期的に試験経過を制御し、その
制御信号「６」をテスト回路１７の入力端に導入する。
このテスト回路１７の第二入力端「１」には、更に電圧
ＵIST が導入される。比較器１２は一方でテスト回路１
４に作用し、他方でオア機能を有する他のゲート回路１
３を介して、テストパルスを流す信号出力端「４」に統
括される。このゲート回路１３の出力はリレーコイル１
０を制御する。同様に出力端「５」も非常遮断の場合リ
レーコイル１０を駆動する。
【００２５】この比較的簡単な回路装置により、ＰＴＣ
抵抗５′で確認された温度を想定されている目標温度と
比較して、許容されない加熱を受けたセンサ棒５を確実
に確認できる。
抵抗５′で確認された温度を想定されている目標温度と
比較して、許容されない加熱を受けたセンサ棒５を確実
に確認できる。
【００２６】図３に比べて拡張された図４の回路装置
は、更に比較器１２と同じタイプの比較器１２′を有す
る。この比較器１２′はゲート回路１３の他の入力端に
通じ、他のセンサ５″で測定された値を一定の目標値Ｓ
ｋと比較する。
は、更に比較器１２と同じタイプの比較器１２′を有す
る。この比較器１２′はゲート回路１３の他の入力端に
通じ、他のセンサ５″で測定された値を一定の目標値Ｓ
ｋと比較する。
【００２７】この場合、センサ５″には熱電対が使用さ
れている。この素子は加熱装置の水温が所定の最低値で
あることを監視している。簡単のため、図３と図４に
は、加熱棒４のエネルギ導入の遮断のみが示してある。
同様に、当然なことであるが、誤動作表示を発生させる
こともでき、適当な受信器に伝送される。
れている。この素子は加熱装置の水温が所定の最低値で
あることを監視している。簡単のため、図３と図４に
は、加熱棒４のエネルギ導入の遮断のみが示してある。
同様に、当然なことであるが、誤動作表示を発生させる
こともでき、適当な受信器に伝送される。
【００２８】図５は横軸に増分Ｉを示し、縦軸に温度Ｔ
がＫで示してある。実際の室温Ｔ0＝ 278Ｋを限界温度
Ｔg ＝ 343Ｋまで接続する図３のＰＴＣ抵抗５′の温度
特性曲線Ｒθは簡単に直線で示してある。この特性曲線
Ｒθ上には、二つの試験例が記入されている。ここで
は、 ａ1 熱媒体を使用した場合の温度曲線 ｂ1 熱媒体を使用しない場合の温度曲線 Ｉ 増分 Ｒθ 温度特性曲線（ＰＴＣ） Ｔ0 （最低）温度 ｔ 時間軸 Δｔ1 時間間隔、テストエネルギ Δｔ2 温度平衡時間 ｔ3 動作時間、加熱装置 ΔＴx 時間増分（一定） Ｗs テストの場合のエネルギ Ｗd 動作時のエネルギ Ｔ 絶対温度 Ｔi1 実測温度 Ｔi2 実測温度 Ｔi3 実測温度 Ｔi4 実測温度 Ｔg 加熱装置の限界温度 ΔＴi1 温度変化 ΔＴi3 温度変化 ΔＴs 第一目標範囲の値 特にセンサを加熱素子に配置した場合、監視すべき装置
の動作特性が種々の温度レベルで周期的にテストしても
乱れないように、テストに使用するエネルギＷs を最小
にする。
がＫで示してある。実際の室温Ｔ0＝ 278Ｋを限界温度
Ｔg ＝ 343Ｋまで接続する図３のＰＴＣ抵抗５′の温度
特性曲線Ｒθは簡単に直線で示してある。この特性曲線
Ｒθ上には、二つの試験例が記入されている。ここで
は、 ａ1 熱媒体を使用した場合の温度曲線 ｂ1 熱媒体を使用しない場合の温度曲線 Ｉ 増分 Ｒθ 温度特性曲線（ＰＴＣ） Ｔ0 （最低）温度 ｔ 時間軸 Δｔ1 時間間隔、テストエネルギ Δｔ2 温度平衡時間 ｔ3 動作時間、加熱装置 ΔＴx 時間増分（一定） Ｗs テストの場合のエネルギ Ｗd 動作時のエネルギ Ｔ 絶対温度 Ｔi1 実測温度 Ｔi2 実測温度 Ｔi3 実測温度 Ｔi4 実測温度 Ｔg 加熱装置の限界温度 ΔＴi1 温度変化 ΔＴi3 温度変化 ΔＴs 第一目標範囲の値 特にセンサを加熱素子に配置した場合、監視すべき装置
の動作特性が種々の温度レベルで周期的にテストしても
乱れないように、テストに使用するエネルギＷs を最小
にする。
【００２９】この発明の内容は、安全を考慮して選定さ
れた最大値に正確に一定の加熱出力を設定する装置で有
利に応用できる。しかし、この内容は制御された加熱装
置でも使用でき、周期的なテストによって運転の安全性
を高めることができる。
れた最大値に正確に一定の加熱出力を設定する装置で有
利に応用できる。しかし、この内容は制御された加熱装
置でも使用でき、周期的なテストによって運転の安全性
を高めることができる。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように、この発明による方
法およびその装置によって、許容できない運転温度をで
きる限り早めに検知し、加熱装置へのエネルギ供給を遮
断したり誤動作通報を与えることができる。
法およびその装置によって、許容できない運転温度をで
きる限り早めに検知し、加熱装置へのエネルギ供給を遮
断したり誤動作通報を与えることができる。
【図１】垂直加熱素子を備えた細長い加熱本体の単純化
された側面図である。
された側面図である。
【図２】この発明によって監視する装置の初期動作温度
の特性曲線を示すグラフである。
の特性曲線を示すグラフである。
【図３】図１の加熱本体の動作温度を監視する回路装置
のブロック図である。
のブロック図である。
【図４】熱媒体を充填した他のラジエータの動作温度を
監視する例示的な回路装置のブロック図である。
監視する例示的な回路装置のブロック図である。
【図５】この発明によって監視される図１の加熱本体の
実際の動作特性を示すグラフである。
実際の動作特性を示すグラフである。
１ 加熱装置 １′ 回路接続端子 ２ 組立ナット ３ フランジ片 ４ 加熱棒 ５ センサ棒 ５′ ＰＴＣ抵抗 ６ 保持リング ９ スイッチ １０ リレーコイル １１ 実測値発生器 １２，１２′ 比較器 １３，１７ ゲート回路 １４ テスト回路 １５ 時間制御部 １６ 目標値発生器 １８ デジタル・アナログ変換器
Claims (10)
- 【請求項１】 装置の実測温度を求め、目標値と比較し
て監視を行い、可変熱容量を有する電気加熱される物理
および技術装置の動作温度を監視して制限する方法にお
いて、第一過程で装置（１）の実測温度（Ｔi1）を測定
し、第二過程で加熱装置（２）の時間間隔（Δｔ1 ）の
間に一定の加熱エネルギ（Ｗs ）を導入し、温度平衡時
間（Δｔ2 ）の後に実測温度（Ｔi2）を新たに測定し、
温度変化（ΔＴi ）が目標範囲の値（ΔＴs ）からずれ
ている場合、エネルギの導入を中断し、温度変化（ΔＴ
i ）が目標範囲の値（ΔＴs ）内にある場合、少なくと
も一つの他の時間間隔（Δｔ3 ）の間に加熱本体（２）
に新たにエネルギを導入することを特徴とする方法。 - 【請求項２】 監視すべき温度範囲は同じ増分（ΔＴx
）に分割してあり、目標範囲の値（ΔＴs ）を他の時
間間隔（Δｔ1 ）の前で新たな値（ΔＴxs）に高めるこ
とを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 目標範囲の値（ΔＴs ）はそれぞれ一定
の値ほど高めて新たな値（ΔＴxs）にされることを特徴
とする請求項２に記載の方法。 - 【請求項４】 目標範囲の値（ΔＴs,ΔＴxs）と実測温
度（ΔＴi ）は周期的に相互に比較されることを特徴と
する請求項３に記載の方法。 - 【請求項５】 目標範囲の値（ΔＴs,ΔＴxs）は、各増
分過程（ΔＴx ）での監視すべき装置の許容動作条件の
下で行われる特性曲線の目盛の限界値であることを特徴
とする請求項１〜４の何れか１項に記載の方法。 - 【請求項６】 加熱装置（１）に許された限界温度（Ｔ
g ）に達すると、エネルギの導入（１′）が中断される
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項７】 請求項５または６の方法を実行する回路
装置において、目標値発生器（１６）の出力はゲート回
路（１７）を経由してデジタル・アナログ変換器（１
８）に導入され、この変換器の出力は比較器（１２）の
第一入力端に導入され、比較器（１２）の第二入力端は
実測値発生器（１１）の出力端（ＵIST）に接続してい
ることを特徴とする回路装置。 - 【請求項８】 ゲート回路（１３）には、他の比較器
（１２′）の出力が導入され、この比較器は少なくとも
一個の他のセンサ（５″）の出力信号を一定の目標値
（Ｓk ）と比較することを特徴とする請求項７に記載の
回路装置。 - 【請求項９】 加熱本体（８）の熱媒体の充填量（Ｎ
１；Ｎ２）を監視するため請求項１〜６の何れか１項の
方法を使用すること。 - 【請求項１０】 熱媒体を時間に依存する熱の取り出し
に関して監視するために請求項８の回路装置を使用する
こと。
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