[0011]ここに記載されている図面は例示のみが目的であり、本開示の範囲を如何様にも限定する意図はない。

[0012]次に続く説明は、事実上、単に実例を示すためであり、本開示、適用、又は利用を限定しようとするものではない。

[0013]図1を参照すると、抵抗加熱器12のための制御システム10が示されている。制御システム10は、抵抗加熱器12の性能を監視し診断するように、抵抗加熱器12の欠陥を検出すると共に所与の動作条件下の抵抗加熱器12の推定寿命を予測するように、構成されている。

[0014]図2を参照して、抵抗加熱器12は管状加熱器12とすることができ、抵抗加熱器12は、抵抗要素14、抵抗要素14を取り囲む誘電材料16、誘電材料16を取り囲む金属シース18、及び金属シース18を取り囲む保護層20、を含むものとすることができる。抵抗要素14は、抵抗性コイル又はワイヤであってもよく、熱を生成するための高い電気抵抗を有している。金属シース18は、概して、抵抗要素14及び誘電材料16をその中に包封する略管状構造を有していて、ステンレス鋼、インコネル合金、又は他の高耐火性金属、の様な耐熱金属を含んでいる。保護層20は、腐食環境にある金属シース18のための更なる保護を提供するために、又は金属シース18の表面から周囲環境への急速熱放射を促すために、金属シース18の周りに配置されている。誘電材料16は、金属シース18によって画定されている空間を充填していて、抵抗要素14を金属シース18から電気的に絶縁している。誘電材料16は、所定の絶縁耐力、熱伝導率を有していて、酸化マグネシウム(MgO)を含むものとすることができる。

[0015]加熱器動作中、誘電材料16の材料特性は動作時間の間中、動作温度と共に変動するであろう。概して、動作温度が上がると誘電材料16の絶縁耐力は下がる。管状加熱器12を高温で比較的長い時間に亘って動作させると、誘電材料16の絶縁耐力は著しく下がり、誘電材料16に誘電破壊を引き起こさないとも限らない。誘電破壊は抵抗要素14と金属シース18の間に短絡を生じさせ、結果的に加熱器損傷をもたらす。誘電破壊は加熱器損傷のよくある原因である。誘電材料16は、概して、抵抗加熱器12の他の構成要素より速く劣化するものであり、いち早く損傷する。

[0016]それゆえ、本開示による制御システム10は、加熱器12がアクティブモードにあるときの誘電材料16の材料特性、特に誘電材料16の誘電特性/絶縁耐力の変化、を監視するように構成されている。監視される誘電パラメータは、加熱器12の性能を診断する、加熱器12の障害を検出する、又は所与の動作条件下での加熱器12の推定寿命を予測する、ために使用できる。誘電パラメータは、加熱器12の動作及び制御を最適化するためにフィードバックを制御システム10へ提供するのに使用することもできる。

[0017]図1に戻って、本開示の教示による制御システム10は、加熱器動作制御モジュール22、誘電パラメータ測定モジュール24、診断モジュール26、及び予測モジュール28、を含んでいる。制御システム10は、加熱器12の温度を監視し計測するための温度計測モジュール29を更に有することができる。

[0018]加熱器動作制御モジュール22は、加熱器12の動作を、所望動作温度、所望立ち上がり/立ち下がり速度、及び/又は所望加熱持続時間、の様な入力パラメータに基づいて制御する。

[0019]誘電パラメータ測定モジュール24は、加熱器12がアクティブモードにあるとき(加熱器が動作しているとき)の加熱器12の誘電パラメータを動的に監視し測定する。ここでの使用に際し誘電パラメータとは、動作条件下での誘電材料16の誘電特性を示すことのできるパラメータをいう。誘電材料16の誘電特性は、動作温度及び動作時間と共に変動し、受容し難い程度まで下がれば加熱器12の適正な機能に影響を及ぼしかねない。

[0020]1つの形態では、誘電パラメータは、誘電材料16を通って流れる漏れ電流の変化とすることができる。誘電材料16を通る漏れ電流の量は、誘電材料16の誘電特性、絶縁耐力、又は誘電完全性の変化の指示を提供する。1つの形態では、漏れ電流又は他の電流パラメータを計測するのに一体型装置50が使用されている。一体型装置50は、加熱器12の内に配置することができるし、又は加熱器12の外の部分にリードワイヤ又はパワーピン(図示せず)と電気的に連通して配置することもできる。別の形態では、一体型装置50は、以下に更に詳細に説明されている漏れ電流監視モジュール30内に一体化することができる。一体型装置50は、一例として、マイクロレベル又はミリアンペアレベルの電流を計測する能力のあるトランスデューサーとすることができる。

[0021]したがって、誘電パラメータ測定モジュール24は、誘電材料16を通る漏れ電流を監視、計測し、漏れ電流の変化を測定するための漏れ電流監視モジュール30を含むことができる。漏れ電流監視モジュール30は漏れ電流変化を時間と温度の関数として計測し、記録する。誘電材料16の絶縁耐力及び誘電特性についての情報を提供することができる限り、本開示の範囲から逸脱することなく漏れ電流以外の何らかのパラメータを使用することができる。

[0022]診断モジュール26は、漏れ電流の変化の様な誘電パラメータを誘電パラメータ測定モジュール24から受信し、誘電パラメータに基づいて加熱器12の性能を診断する。例えば、加熱器は、900℃の動作温度では、それが何らかの故障の兆候を示すまでに90日の推定寿命を有するものとしよう。同じ加熱器でも、800℃の動作温度なら、何らかの故障の兆候を示すことなく350日を超える推定寿命を有することが可能である。そのため、診断モジュール26は、周期的又は定期的に、誘電パラメータ測定モジュール24から受信される誘電パラメータ又は漏れ電流についての情報を記憶されているプログラムに基づいて分析して加熱器内の異常を検出することができる。

[0023]診断モジュール26は、更に、加熱器内の故障についての閾値を設定する故障検出制御(FDC)モジュール34を含むことができる。加熱器動作中は、少量の漏れ電流が誘電材料16を通って流れることもある。抵抗加熱器12を高い温度で長時間に亘って動作させ続けると、漏れ電流の量は急激に増加するだろう。漏れ電流の量が閾値に達すれば、FDCモジュール34は、誘電破壊が迫っていると判定し、警告信号を生成して操作者に注意を喚起するか又は抵抗加熱器12へのパワー供給を遮断するスイッチをオンにするイネーブル信号を生成するようにすることができる。

[0024]代わりに、診断モジュール26は、漏れ電流の増加速度に基づいて抵抗加熱器12の性能を診断することもできる。漏れ電流が閾値速度より速い速度で増加している場合、診断モジュール26は加熱器12が最適なやり方で動作していないと判定することができる。その様な情報を操作者へ提供するよう然るべく信号が生成するようにすることができる。

[0025]予測モジュール28は、誘電パラメータ測定モジュール22から誘電パラメータを受信し、一定因子(K)を計算し、監視されている動作条件下での加熱器12の推定寿命を予測する。予測モジュール28は、動作温度と漏れ電流の様な誘電パラメータと時間の間の事前に記憶されている相関を含んでいてもよい。誘電パラメータは予測モジュール28へ送られ、すると予測モジュール28は誘電パラメータに基づいて一定因子(K)を計算する。次いで予測モジュール28は、所与の温度と時間での加熱器の推定寿命を該因子(K)に基づいて計算し予測する。予測モジュール28は、所与の温度及び時間での加熱器の推定寿命を動的に予測するための数式又はアルゴリズムを含んでいる。

[0026]選択的には、誘電パラメータは、更に、加熱器動作制御モジュール22へ閉ループフィードバック制御のために送るようにすることができる。フィードバックとしての誘電パラメータに基づき、加熱器動作制御モジュール22は、加熱器性能及び推定寿命を改善するために、加熱器12の動作温度及び/又は立ち上がり/立ち下がり速度を変更することによって加熱器12の制御を最適化することができる。

[0027]開示は例として説明され示されている実施形態に限定されない。多岐にわたる修正形が説明されており、それ以上の修正形が当業者にとって自明の範囲にある。本説明及び図には、開示及び本特許の保護の範囲を離れることなく、これら及び更なる修正形並びに技術的等価物による何らかの置換が加えられてもよい。