炉の温度データ分析関して

Question

この前まで炉の温度に関して炉に加熱される電気量と炉の温度の関係について確認していますが、
添付の写真を見れば
１）設定温度によるkWが比例、
　　設定温度による昇温速度は半比例
２）設定温度によるkWは増加しますが、昇温速度は減少
の関係があることを確認できますが、
炉の1℃を上げるために必要な熱量を知るため炉の材料の比熱、重量など熱容量を知らなければならないと知っていますが、
この確かに情報が無いので
加えた熱量kWhによる温度の変化を存じれば炉の熱容量を計算できると考えますが、
添付に書いた熱容量列を見れば設定温度による比例増加することを
見せますが、
理由が何か知りたいですが、
温度が増加すれば増加するほどに熱損失も増加されたことため
ですか？
それとも意味が無くデータでしょうか？
一つでも意味があるデータを得るため悩んでいますが、
このデータから得られることがありませんか？
よろしくお願いします。

Accepted Answer

回答４です
＞炉の中にサヤという容器に原料を投入させて、

このサヤの事を業界用語で匣鉢（こうばち）と呼びます
https://www.willpo.co/product/sayakoubachi.html

業界人なら他の言い回しに替えずに問答無用に匣鉢って呼ぶんだけど？
他業界からの転職組？

それと貴殿の立場は？
炉のユーザー企業の生産技術？
それとも
機械メーカで炉を納入する側？
時々有るんだけど
炉を作った事のないコンベアメーカとかが見様見真似でRHK作ってる
200℃以下の低温RHKならそれほど心配したもんでもないけど
500℃以上の高温RHKは熱膨張の影響ですぐに壊れる

そうは言ってもたった100℃くらいでも炉内コンベアのベアリングは壊れる
築炉メーカの親方が新入社員をどやし付けてるのにはよく出くわす

長い前置きでしたが

＞今の状況で炉に供給されたエネルギを知れば後に
＞原料が受けるエネルギを計算できると考えて

炉に供給するエネルギは昇温完了した時点での平均電力以外には計測できません
昇温途中の電力は計測したとしても意味の無いデータに過ぎません
バラツキはハンパ無くデカイ　＜２００％くらい普通にある

なので

空で昇温完了して炉温調器のPIDパラメータも確定出来て
炉温度が安定してハンチングしない事が確認できたなら
少量のワークを投入して温度変化とヒータ電力増加を確認して
（外乱応答）
https://www.rkcinst.co.jp/technical_commentary/14294/

少量とは言え２０％～３０％くらいのワークを投入してみる
恐らく１０％以下の極小ワークでは温度もヒータ電力も変化しないであろう
そして、５０％ワーク、７５％ワーク、１００％ワーク

負荷を増やしてハンチングが大きくなったらまたＰＩＤ設定やり直し
少量負荷でも大量負荷でも安定したＰＩＤ定数を見つけるのに大変な時間が掛かる

或いは少量負荷のＰＩＤと大量負荷のＰＩＤを変えるかですが
変えるなら変える根拠を探すのがまた大変な労力

Answer

前回に書いたけど
https://okwave.jp/qa/q10015539.html
空の鍋の熱容量を正確に計測したとしても自己満足以上の成果は無い

ありていに申せば無用の長物に過ぎない邪魔なデータ

再度確認するけど
本件の炉体構造は
https://okwave.jp/qa/q10016410.html
RHKに似た構造でしょうか？

電気ヒータとワークの間は空気ですか？
それとも
金型に内臓された電気ヒータでワークと金型は直接接触してますか？
https://www.nippon-heater.co.jp/products/metal/alc/

ヒータとワークが熱伝導率の高い金属で接触してるならともかくとして
ヒータとワークの間に空気層が有ると熱伝導率はとてつもなく悪い
https://www.nippon-heater.co.jp/faq/182/

ヒータはただ単に炉体の断熱材を温めるてるだけ、ワークは温めてない
そんな状態の炉体の熱容量を計測したとしても意味は無い

そもそも炉の温調器に「熱容量」パラメータは無い
https://www.fa.omron.co.jp/products/category/control-components/temperature-controllers/
なのでそんな計測は徒労に過ぎない

そんな事よりも重要な事は
ワークの実温度

炉内温度計は炉体の断熱材の温度、もしくは炉内の空気の温度しか測ってない
ワークの実温度は通常運転では計測不能

ワークに熱電対をくっつけて炉の入口から流してデータロガで記録するか
プロファイラ計測器
http://www.showa-trading.co.jp/02-f-ondo-profai.html
こんなヤツを買うか

Answer

＞もっと詳しくご説明・・・・・・・・・・・・
下図のようなエクセルシートを作ります。
「キモ」は、設定したモデルに従い、電力の測定値に基づいた温度の値を計算する式（理論式）を立てることです。
温度上昇の値を計算するための熱抵抗の値、熱容量の値に対する初期値（セルC2、C3）には、まずは貴殿が想定する値を入力してください。（通常は、想定する値がずれていても問題ありません。）
電力の測定値、温度の測定値は、実測したデータを入力してください。

ここまで準備が整った段階で「ソルバー」を起動して、次のように設定して、
　・目的セル(T)をE19（差の二乗の合計）
　・目標値を最小値
　・変数セルをC2，C3（モデルの熱抵抗の値及び熱容量の値）
［解決(S)］ボタンをクリックしてソルバーを実行してください。

モデルを使って温度を計算する式が合理的であって、入力したデータに矛盾がなければ、これだけで想定したモデルに対する「熱抵抗の値」と「熱容量」の値を計算できます。
　
これ以上の説明が必要であれば、コンサルタント契約（有料）を結んでくださるようにお願いします。

Answer

電気入力（kW）と炉内温度（℃）が可観測なパラーメータの場合、下図のように、炉を熱容量と熱抵抗とのモデルで表して、熱容量と熱抵抗を未知数として数値計算で求めることはそんなに難しくありません。
私の場合は、エクセルに「ソルバー」をアドイン（インストール）して、最小二乗法の計算をセルに入力して、ソルバーを実行して残差を最小にするようにして未知数を求めています。

最も単純化したモデルの場合、熱容量及び熱抵抗は温度に依存しない「線形」で表わせばいいと思いますが、もう少々高度のモデルとして、熱容量及び熱抵抗が温度に依存する「非線形」として扱うことも可能です。非線形として扱う場合は、解析に入力するデータに、相当の温度範囲が含まれていることが必要です。

炉材の代表として、断熱レンガの熱伝導率・比熱について次のURLを参照すると、どの程度の非線形性があるかある程度把握できると思います。
https://www.future-engineer.jp/post_221/

Answer

>>炉の1℃を上げるために必要な熱量を知るため

ここが間違ってる
その炉の性能をとりたいのであれば
前回書いたように　電気量と炉の温度を
エクセルに分散図として作り

近似曲線を求め　近似式を出すだけ
σも取りばらつきもわかれば　式から導き出された　答えの信頼度もわかる

https://hitorimarketing.net/tools/correlation-analysis.html

炉の温度データ分析による関係性と熱容量の計算方法