JP2006226629A - 輻射乾燥装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 乾燥能力が高く防爆仕様も可能であり、更に残留溶媒を防ぐとともに被乾燥物の素地や塗液等を保護することのできる輻射乾燥装置を提供する。
【解決手段】 被乾燥物を輻射乾燥させる乾燥装置であって、３±１μｍおよび６±１μｍの放射波長域にそれぞれ分光放射輝度の極大値を有する赤外線放射セラミクスからなるセラミクスヒータと、前記被乾燥物を前記セラミクスヒータに対向して保持しつつ、該被乾燥物に前記赤外線を照射させる保持手段と、前記赤外線を照射される被乾燥物の表面を冷却する冷却手段と、を有する輻射乾燥装置。
【選択図】 図９

Description

本発明は、赤外線を照射することにより被乾燥物を輻射乾燥させる乾燥装置であって、かかる乾燥作業中に被乾燥物の表面を冷却することのできる表面冷却型の輻射乾燥装置に関する。

乾燥装置の作動方式は大きく分けて、温風を吹き付けるもの、赤外線輻射によるもの、両者を併用するもの、の３つが存在する。また被乾燥物についても、紙やフィルム、金属などの素地に水性または有機溶剤系の塗液を塗布した印刷物やコーティング塗工物のほか、繊維織物や食品などから水分を除去する場合など、乾燥装置にて乾燥を行う対象は極めて広汎である。以下、乾燥除去を図る液体と、これが付着している固体をそれぞれ「塗液等」、「素地」といい、これを併せたものを「被乾燥物」という。

一方、有機溶剤系の塗液を乾燥させる場合などは、直火型ヒータによる加熱では揮発した溶剤に引火して爆発する危険性がある。また、ニクロム線などの電熱線による加熱乾燥方式についても点火時の火花が揮発した溶剤の爆発を引き起こす可能性がある。また、織物やプラスチックフィルム等を乾燥させる場合も素地そのものが可燃性ゆえ、同様に防爆性が求められる場合が多い。

このように、乾燥装置を提供するにあたっては、作動方式と防爆性の有無の両観点から検討を行うことが必要である。

従来の防爆型乾燥装置のほとんどは、基本的にスチームを熱交換して得られる温風を吹きかける方式を採っている。しかし、かかる伝熱方式による乾燥装置では乾燥能力が十分でなく、かつ表面から内部に向かって乾燥が進むため、内部に未乾燥の液体が残留するという、いわゆる残留溶剤の問題が生じやすい。

また、かかる乾燥能力の不十分さは乾燥工程の長時間化を伴う。例えば長尺のロール印刷物を被乾燥物とする場合、所定の印刷速度を維持するためには乾燥工程として長さ３０ｍ以上にわたるヒータ照射域を要する場合がある。このことは乾燥装置の大型化を招くだけではなく、乾燥装置通過中にロール送りされる印刷物の蛇行量が必然的に増え、乾燥後の巻き取り作業に悪影響を及ぼすという問題点を生じるものである。

そこで防爆仕様の乾燥機についてその乾燥能力を向上するため、防爆型乾燥装置においてセラミクスヒータを熱源とする発明が提案されている。例えば先行文献１(特許文献１：特開平３-２７８８５３号公報)には、遠赤外線放射セラミックスがコーティングされた伝熱部材の内部に加熱流体を通して遠赤外線を放射させることを特徴とする防爆型遠赤外線ヒータの発明が記載されている。また先行文献２(特開平８−２７２０６８号公報)には、現像処理された写真の乾燥装置であってセラミクスヒータとエアー吹き付け手段を有する自動現像機の発明が記載されている。
特開平３−２７８８５３号公報 特開平８−２７２０６８号公報

これらの発明は従来の温風吹き付け方式に比べ、セラミクスヒータを乾燥装置の熱源とすることで乾燥能力を向上させるものであるが、一方で被乾燥物表面の塗液等の分子振動を励起しこれを蒸発させるセラミクスヒータからの輻射熱は、熱伝達により被乾燥物の素地温度や炉内温度も上昇させる。これにより塗液等の成分が変質したり、フィルム材などの素地が熱変形したりするという問題が生じていた。

したがって本発明においては、上記の問題を解決し、高い乾燥能力と被乾燥物の保護を両立させる乾燥装置を提供することを目的とする。

本発明者は鋭意検討の末、被乾燥物を保持する保持手段と、これに赤外線を照射するセラミクスヒータから構成される従来の輻射乾燥装置において、赤外線照射中の被乾燥物の表面を冷却する冷却手段を設けることにより被乾燥物の表面を冷却しつつも輻射加熱により塗液等を揮発させることが可能であるとの知見に想到した。

またこれに併せ、赤外線放射セラミクスの放射波長と分光放射輝度の関係を特殊なプロファイルとすることで輻射乾燥の効率が向上すること、更にはセラミクスヒータを防爆仕様とすることで、特に有機溶剤や、熱変形の虞も高いフィルム材など引火性の高い対象物を乾燥させることが好適に行われるとの知見に基づき、関連する複数の発明の完成に想到した。

すなわち本発明によれば、上記課題を解決し本発明の目的を達成するための以下の各発明が提供される。
請求項１記載の輻射乾燥装置においては、
被乾燥物を輻射乾燥させる乾燥装置であって、
３±１μｍおよび６±１μｍの放射波長域にそれぞれ分光放射輝度の極大値を有する赤外線放射セラミクスからなるセラミクスヒータと、
前記被乾燥物を前記セラミクスヒータに対向して保持しつつ、該被乾燥物に前記赤外線を照射させる保持手段と、
前記赤外線を照射される被乾燥物の表面を冷却する冷却手段と、
を有することを特徴とする。

請求項２記載の輻射乾燥装置においては、
被乾燥物を輻射乾燥させる乾燥装置であって、
赤外線放射セラミクスと、前記赤外線放射セラミクスを被着した伝熱管と、前記伝熱管の内部を流動する加熱流体と、前記加熱流体を前記伝熱管内部に供給する熱流体供給手段とからなり所定の放射波長および分光放射輝度の赤外線を放射する防爆型のセラミクスヒータと、
前記被乾燥物を前記赤外線放射セラミクスに対向して保持しつつ、該被乾燥物に前記赤外線を照射させる保持手段と、
前記赤外線を照射される被乾燥物の表面を冷却する冷却手段と、
を有することを特徴とする。

請求項３記載の輻射乾燥装置においては、
被乾燥物を輻射乾燥させる乾燥装置であって、
３±１μｍおよび６±１μｍの放射波長域にそれぞれ分光放射輝度の極大値を有する赤外線放射セラミクスと、前記赤外線放射セラミクスを被着した伝熱管と、前記伝熱管の内部を流動する加熱流体と、前記加熱流体を前記伝熱管内部に供給する熱流体供給手段とからなる防爆型のセラミクスヒータと、
前記被乾燥物を前記赤外線放射セラミクスに対向して保持しつつ、該被乾燥物に前記赤外線を照射させる保持手段と、
前記赤外線を照射される被乾燥物の表面を冷却する冷却手段と、
を有することを特徴とする。

請求項４記載の輻射乾燥装置においては、請求項１から３のいずれか１項記載の輻射乾燥装置であって更に、
前記冷却手段が、前記被乾燥物の表面に５乃至３０℃の冷却風を吹き付ける送風機であって、かつ、
該送風機の冷却風吹出口と前記被乾燥物との距離が、前記セラミクスヒータと前記被乾燥物との距離よりも短いことを特徴とする。

請求項５記載の輻射乾燥装置においては、請求項１から４のいずれか１項記載の輻射乾燥装置であって更に、
前記セラミクスヒータを掩覆する板材であって、前記セラミクスヒータから放射される赤外線を前記被乾燥物に向けて反射する反射板を備えることを特徴とする。

請求項６記載の輻射乾燥装置においては、請求項５記載の輻射乾燥装置であって更に、
前記吹出口と前記反射板が一体として成形されてなることを特徴とする。

請求項７記載の輻射乾燥装置においては、請求項４から６のいずれか１項記載の輻射乾燥装置であって、前記吹出口が前記被乾燥物の上下両側に設けられ、前記冷却風が被乾燥物の両面に吹き付けられることを特徴とする。

請求項８記載の輻射乾燥装置においては、請求項４記載の輻射乾燥装置であって更に、
前記冷却風の温度または吹出量を調整する温度調整手段を備えることを特徴とする。

請求項９記載の輻射乾燥装置においては、請求項８記載の輻射乾燥装置であって更に、
前記温度調整手段が、
前記赤外線を照射される被乾燥物の表面温度を測定する温度測定手段と、前記測定された表面温度と予め入力された目標温度との温度差を検出する差分検出手段と、
前記温度差に基づいて前記冷却風の温度または吹出量を変化させる温度制御手段とからなることを特徴とする。

請求項１０記載の輻射乾燥装置においては、請求項４記載の輻射乾燥装置であって更に、
前記冷却風にミスト状の水を混合し、該水を前記赤外線の照射により揮発させて前記被乾燥物の表面を気化冷却することを特徴とする。

請求項１１記載の輻射乾燥装置においては、請求項２または３記載の輻射乾燥装置であって更に、
前記赤外線放射セラミクスの前記伝熱管への被着方法が、径方向の肉厚が１ｍｍ以上のリング状に成形した複数個の前記赤外線放射セラミクスを、前記伝熱管に並べて環装してなること方式であることを特徴とする。

請求項１２記載の輻射乾燥装置においては、請求項１から１１のいずれか１項記載の輻射乾燥装置であって更に、
前記被乾燥物が水性または有機溶剤系の塗液を塗布した印刷物または塗工物であることを特徴とする。

請求項１３記載の輻射乾燥方法においては、
素地に塗液を塗布した印刷物または塗工物の乾燥方法であって、
伝熱管に被着した赤外線放射セラミクスを加熱流体により加熱して所定の放射波長の赤外線を放射させる第一方法と、
前記赤外線放射セラミクスに対向して前記素地を保持しつつ、前記素地および塗液に前記赤外線を照射させ、前記素地および塗液の分子運動を励起させる第二方法と、
前記赤外線が照射される前記素地の表面を冷却する第三方法と、
からなることを特徴とする。

前記請求項１記載の発明によれば、従来の温風ヒータによる対流加熱に比べ高い乾燥能力を有するセラミクスヒータからの輻射により被乾燥物を乾燥できるとともに、かかる表面を冷却手段にて冷却することにより被乾燥物の素地や塗液等の熱変形や変性／変質の問題を防ぐことができる。また輻射乾燥により塗液等を内部から乾燥させることで、塗液等の表面のみが乾燥して膜ができ内部は液体が残留しているという、いわゆる残留溶剤の問題を解消することができる。

更に前記セラミクスヒータを構成する赤外線放射セラミクスが３±１μｍおよび６±１μｍの放射波長域にそれぞれ分光放射輝度の極大値を有することにより、特に塗液等の液体分子を効率的に励振し、揮発させることができる。

前記請求項２記載の発明によれば、セラミクスヒータの発熱源を、一般的に用いられているニクロム線などの金属ワイヤやガスの燃焼ではなく、予め加熱された加熱流体を供給する方式とすることで、防爆仕様のセラミクスヒータによる乾燥装置が得られる。これにより引火性の高い被乾燥物を安全に輻射乾燥させることができ、前記した残留溶剤の問題も解決することができるうえに、被乾燥物表面を冷却することによる素地や塗液等の保護効果も得ることができる。

前記請求項３記載の発明によれば、赤外線放射セラミクスが３±１μｍおよび６±１μｍの放射波長域にそれぞれ分光放射輝度の極大値をとるという特殊なプロファイルを有することによる乾燥効率の向上と、加熱流体を伝熱管内部に流動させる加熱方式を採りセラミクスヒータを防爆仕様とすることの利点をいずれも享受することができる。

前記請求項４記載の発明によれば、冷却手段を、５乃至３０℃の冷却風を吹き付ける送風機とすることで、塗液等の乾燥を妨げず、また素地の極端な熱変形を生ぜず、さらに被乾燥物を変質させることなく被乾燥物表面の冷却効果を得ることができる。またかかる送風機の冷却風吹出口をセラミクスヒータと被乾燥物の間に設けることにより、冷却風が被乾燥物に到達する前にセラミクスヒータにて加熱されて温風となってしまうことを最大限に防ぐことができる。また冷却風を吹き付けることにより、被乾燥物より揮発した塗液等の分子が再付着することを防止できるという効果も得られる。

前記請求項５記載の発明によれば、セラミクスヒータの放射する赤外線を、被乾燥物に向けて効果的に照射するための金属反射板を備えることにより、前記赤外線の効率的な使用と、輻射乾燥装置外部への赤外線の散逸の防止を図ることができる。

前記請求項６記載の発明によれば、冷却風の吹出口と反射板を一体とすることにより、部品点数の削減のみならず、セラミクスヒータより放射される赤外線の散逸の防止効果を更に高めることができる。

前記請求項７記載の発明によれば、冷却風を被乾燥物の上下両面から吹き付けることとなるため、冷却効果が高まり、素地や塗液を熱変形や変質から更に好適に保護することができる。

前記請求項８記載の発明によれば、冷却風の温度または吹出量を調整する温度調整手段を備えることにより、被乾燥物の種別や投入量、外気温などに応じて好適な冷却温度を実現できるため、乾燥斑を減らし、乾燥作業の品質を高めることができる。

前記請求項９記載の発明によれば、被乾燥物表面の温度に応じて冷却風の温度または吹出量を動的に制御することができるため、最適な冷却環境を維持することにより乾燥作業の品質を更に高めることができる。

前記請求項１０記載の発明によれば、被乾燥物の表面に吹き付ける冷却風にミスト（霧）状の水を混合してこれを赤外線放射セラミクスで輻射加熱して速やかに揮発させ、炉内空気から気化潜熱を奪うという所謂気化冷却により被乾燥物表面の冷却効果を高めることができる。

前記請求項１１記載の発明によれば、赤外線放射セラミクスを伝熱管に被着させるに際し、この厚さを１ｍｍ以上とすることでセラミクスのコート欠けや剥離を防ぐことができるのみならず、ヒータ表面の温度のばらつきが少なく、被乾燥物を斑なく乾燥できるという効果が得られる。

また１ｍｍ未満、特に０．１ｍｍ程度の厚さで伝熱管に赤外線放射セラミクスを被着させる場合は表面の伝熱管へのコーティングを行うことが一般的であるが、本発明のように１ｍｍ以上の厚みをもって直線または曲線状の伝熱管に赤外線放射セラミクスを被着させる場合は、まず径方向の肉厚が１ｍｍ以上のリング状に成形し、これを伝熱管の表面に並べて環装することが好適である。これにより一部のリングが破損した場合も、全てのセラミクスを交換するのではなく、破損なきリングをスライドしてかかる欠損分を埋め、伝熱管の端部に必要なリングを補充してやることにより容易に改修が可能となる。

前記請求項１２記載の発明によれば、被乾燥物が水性または有機溶剤系の塗液を塗布した印刷物または塗工物である場合、効率的な乾燥効果が得られ乾燥装置の長さを短縮できるなど、本発明の効果を十分に享受できる。

前記請求項１３記載の発明によれば、加熱流体により赤外線放射セラミクスを加熱する防爆方式にて被乾燥物を輻射乾燥させ、かつ同時に表面を冷却することにより素地および塗液等を保護しつつ効率よく乾燥ができる乾燥方法が、具体的な装置にかかわらず提供される。

これらの各発明により、防爆仕様の必要の有無、被乾燥物の素地の材質、塗液等の種別などを問わず、幅広い対象物を効率的に乾燥させることができる。かかる乾燥効率の向上は乾燥工程の時間を短縮するとともに乾燥装置を小型化することを可能とし、設置スペースの削減が図られるほか、乾燥装置を通過する際の長尺シートの送り長さが短くなることにより蛇行を最小限に抑えることができ、製品品質の向上に資する。

本発明を実施するための最良の形態につき、以下図面を用いて具体的に説明する。ただし、本発明は以下の形態に限られるものではない。図１は本発明にかかる乾燥装置の使用状態を示す模式的な立面図である。１は輻射乾燥装置、２はセラミクスヒータ、３は保持手段、４は冷却手段、６は被乾燥物、８は被乾燥物供給装置であり、複数本のヒータ管２１を並列に並べて構成したセラミクスヒータ２から赤外線２５が照射され、また冷却手段４から冷却風４１が吹き出されている状態を示している。

被乾燥物６については、素地や塗液等の種別は特に限定されるものではないが、塗工物または印刷物を例示する。例示の印刷物について、形状は長尺シートでも裁断された断片状であってもよい。本発明は防爆仕様も想定していることから、有機溶剤系の塗料を塗布された印刷物、プラスチックフィルムなども被乾燥物の対象として好適である。すなわち具体的には紙、布、プラスチックフィルムに対し水性、またはトルエン、メチルエチルケトン、酢酸エチルなどの炭化水素系有機溶剤系塗料を塗布したシート状の印刷物が被乾燥物６として例示できる。

本実施の形態では、被乾燥物供給装置８として前記水性または有機溶剤系塗料による印刷機を例示するが、前記した被乾燥物に応じて、他にグラビアコータ、フィルムや織物製品の製造装置、乾燥対象の半製品を手作業または機械作業により供給する場合なども含まれる。なお、被乾燥物供給装置８と乾燥装置１は一体の装置であっても別離独立した装置でもよく、したがって被乾燥物供給装置８は本発明の必須の構成要件ではない。

保持手段３は、被乾燥物６をセラミクスヒータ２に対向して保持する手段である。その方式や構成は特に限定されるものではなく、静的に保持する場合と、動的に保持する、すなわち搬送する場合とを問わない。つまり、例えば載置台の上に被乾燥物６を載置または挟持して固定しセラミクスヒータ２にて輻射乾燥させるという静的保持手段を用いることも、長尺印刷物の送り装置を兼ねて所定の速度で被乾燥物６をセラミクスヒータ２に対向する面内にて搬送しつつ赤外線を照射させる動的保持手段を用いることも可能である。また実施例２に示すように、保持手段３の下側から被乾燥物６を冷却する場合も想定し得ることから、保持手段３は密のベルトコンベアよりも、空隙のある送りローラ方式が更に好適といえる。

本実施の形態では、保持手段３として、図１に示すように送りローラと載置面を有する搬送装置を例示する。搬送装置３は被乾燥物６を載置しつつ、セラミクスヒータ２の放射する赤外線２５を被乾燥物６の表面に均一かつ十分に照射させるため、ヒータ面と平行する面内で被乾燥物６を搬送する。

冷却手段４は、被乾燥物６の表面を所定の温度まで冷却する冷却能力を有していればその方式は特に限定されない。本実施の形態では、冷媒の入手容易性、安全性、被乾燥物６に悪影響を与えないこと、などの観点から５乃至３０℃の冷却空気を吹き付ける送風機を例示するが、例えばかかる冷却風にミスト状の水を混入し、セラミクスヒータ２でこれを迅速に気化させて気化冷却の効果を追加する方式や、氷などの吸熱材を被乾燥物６の表面近傍に接近させる方式なども単独または複合して採用し得る。

冷却手段４は、被乾燥物６の表面を均質かつ所定の温度に冷却することができれば冷却方法や設置位置は特に限定されるものではない。例えば冷却手段４を送風機とした場合、図１ではセラミクスヒータ２と被乾燥物６との間の空間に斜め上方向から冷却風を吹き込む形式を図示しているがこれに限られず、実施例にて後述するように、セラミクスヒータ２の間に一つまたは複数の吹出口を設け、被乾燥物６の面直方向に冷却風を吹き付ける方式や、セラミクスヒータ２の側方（図１において紙面に対し面直方向）より冷却風を吹き付ける方式なども好適である。

また、実施例２にも示すように、冷却手段４を被乾燥物６の上方だけでなく下面側にも追加的に設けることも好適である。これにより、被乾燥物６の冷却による素地や塗液の保護効果を更に高めることができる。またこの場合、両面を同一方式にて冷却しても、別方式としてもよい。

次に、本発明の主要な構成要素であるセラミクスヒータ２について説明する。被乾燥物６を広汎な対象より選択可能とするためにはセラミクスヒータ２を防爆仕様とすることが好適である。図２に防爆型セラミクスヒータ２の具体的な構成を模式図にて表わす。２１は赤外線放射セラミクスを表面に被着したヒータ管、２２はボイラー、２３はポンプ、５は配管を表わす。

防爆型セラミクスヒータでは、熱源としてニクロム線などの金属線やガスの燃焼などは用いず、加熱流体を伝熱管の中に循環させ、伝熱管からの熱伝達により赤外線放射セラミクスを加熱する方式を採る。かかる加熱流体を伝熱管に供給するための熱流体供給手段は、熱ガス、熱水、熱油などの加熱流体を加熱／保温するボイラー３と、セラミクスヒータ２を経由して加熱流体を循環させるポンプ４からなるのが一般的であるが、構成はこれに限られない。ポンプ４の種別は特に限定されず、加熱流体を配管５およびヒータ管２１の内部で循環駆動させるものであれば足り、便宜上ポンプと呼称しているがその駆動方式は問わない。

ボイラー３による加熱方式は特に限定されないが、加熱流体に熱油を用いる場合は３５０乃至５００℃、熱ガスを用いる場合は５００℃程度以上まで加熱できることが好ましい。かかる加熱流体の温度は、後述するセラミクス１０から放射される赤外線波長および分光放射輝度を決定する要因となる。

配管５は熱流体供給手段とヒータ管２１との間を繋ぎ、その内部に図示しない加熱流体を循環させる。材料は特に限定されるものではないが、熱伝導性、耐熱性および耐腐食性などの観点からＳＵＳまたは銅が好適に用いられる。ただし、配管５とヒータ管２１は継ぎ目を介して接続される別部材である必要はなく、本発明の形態としては配管５の一部または全部がそのまま伝熱管として機能する場合も採り得るため、配管５は本発明の必須の構成要件ではないといえる。

ヒータ管２１の具体的な構成を図３に平面図にて示す。１０は赤外線放射セラミクス（以下、「セラミクス」と略記する。）、１１は伝熱管、５は配管である。伝熱管１１は、その内部を流動する加熱流体から取り出した熱をセラミクス１０に伝えることを目的とする。伝熱管１１の材料は、熱伝導性、耐熱性および耐腐食性などの観点からＳＵＳまたは銅が好適に用いられる。断面形状は特に限定されず、加熱流体の循環流動を阻害しないよう、円形、矩形またはその組み合わせ等が好適であるが、毛細管現象を利用して加熱流体の循環流動を促進する場合はヒートパイプの如く、内孔断面を星形等とすることも好適である。

一方、伝熱管１１は中心線形状についても特に限定されるものではなく、Ｕ字形、Ｓ字形、Ｌ字形、またはこれらの組み合わせなども好適に採り得る。また本数も一本または二本以上のいずれでもよく、複数本の場合は中心線形状、断面形状が同一または異なるものを、直列または並列に組み合わせてもよい。被乾燥物６の幅方向長さと伝熱管１１の太さの比率に応じて、該中心線形状を適宜選択することができる。図２ではヒータ管２１と配管５との二つのインタフェースが対向している、即ち加熱流体の入口と出口が対面に設けられた状態を例示しているが、好適な実施の形態としては全くこれに限られない。例えば伝熱管１１の中心線形状がＬ字形であれば隣り合うサイドに、Ｕ字形であれば同一のサイドに、かかる入口と出口を設ける場合もあり、その場合は配管５の敷設ルートは当然図１と異なるものとなるが、いずれも本発明の目的を好適に達成するものである。

具体的には図３に示すように、複数のＵ字形の伝熱管１１を並列に組み合わせる場合、配管５と伝熱管１１のインタフェース部を該複数本に分岐させることで、各伝熱管に対して加熱流体を同時に流入および排出させることができる。同図では、セラミクス１０を被着した部分をドットで、加熱流体の入口側を斜線で、伝熱管の湾曲部および加熱流体の出口側を無模様で、それぞれ示してある。この場合、各伝熱管の温度が均質となるため乾燥の斑が減少するという利点がある。

セラミクスヒータ２を構成するセラミクス１０は、上記の加熱流体で加熱した場合に２乃至１０μｍ程度の中赤外線を放射するものであれば、その成分は特に限定されるものではない。しかし、３５０乃至５００℃、またはそれ以上の乾燥作業温度に加熱したときに、放射波長３μｍおよび６μｍの近傍においていずれも分光放射輝度の極大値をとることが特に好適である。従来の中赤外線セラミクスヒータでは、３μｍ近傍、６μｍ近傍、またはそれ以外のいずれかひとつにおいてのみ分光放射輝度の極大値を与える最大中心波長をもつものが一般的に用いられているが、本発明においては、３μｍおよび６μｍの両波長においていずれも分光放射輝度の極大値をとるセラミクスヒータを用いることにより、水、トルエン、メチルエチルケトンなど、水性／有機溶剤系を問わず溶媒の乾燥が促進され、本発明の目的が更に好適に達成される。

これは、例えば溶媒が水分子の場合、３μｍの赤外線によって水素原子と酸素原子間の伸縮運動が、６μｍの赤外線によって水素原子同士の結合角度の開閉振動がそれぞれ励振されるが、両波長の赤外線を同時に照射することにより、一方のみの場合と比べて水分子の振動を全体としてより活性化し、分子間力を超える運動エネルギーを効率よく与えることが可能となるためと考えられる。なお、かかる特性は有機溶剤系の溶媒についても同様であり、例えば本発明にて除去／乾燥することを目的のひとつとするトルエンやメチルエチルケトンなどについても、３μｍおよび６μｍ近傍という二つの異なる中赤外線波長によって異なる振動モードが励起され、いずれか一方のみを照射する場合に比べ、乾燥をより促す働きがある。更に、紙やフィルムなどの素地についても同様の傾向が認められる。以上より、本発明で用いるセラミクス１０は、３μｍおよび６μｍの近傍の双方を中心波長とすることが好ましく、具体的には分光放射輝度の極大値を与える波長が３±１μｍおよび６±１μｍであることが好ましい。

かかるセラミクス１０を伝熱管１１の外表面に被着させることでヒータ管２１およびセラミクスヒータ２は構成されるが、被着の方法は特に限定されるものではない。１００μｍオーダー以下の膜厚とする場合は伝熱管１１にセラミクスコートにて被着させるのが一般的である。一方、ミリメートルオーダー以上の被着厚さとする場合は、図４に長手方向の断面形状を示すように伝熱管１１の外形寸法にあわせた内径を有する管状にセラミクス１０を焼成することが一般的である。

しかし、セラミクスコートによる被膜は通常極めて薄く、コート欠けや剥離によるヒータの劣化は避けられないため、１ｍｍ以上の肉厚に焼成したセラミクス１０を伝熱管１１に環装する方式が本発明にとってより好ましい。また、セラミクス１０を肉厚にすることにより、ヒータ表面の温度が均質化し、乾燥能力も場所によらずより一様となるため、被乾燥物を斑なく乾燥できるという利点もある。そこで伝熱管１１の長さや嵌め合い精度によらずセラミクス１０を好適に環装できるよう、図５の如くセラミクス１０をリング状に多数成形し、これらを並べ環装するとよい。その結果、該リングの一部に破損が生じても、そのリングのみを外し、他のリングをスライドさせ、伝熱管１１の端部に欠損分のリングを補充することで交換の手間およびコストを最小限とすることができるほか、伝熱管１１の中心線形状が図６に示すＵ字形やＳ字形など、湾曲部を含んでいても肉厚のセラミクス１０を環装することが可能となる。

図４から６において、前記セラミクス１０と伝熱管１１の間には、図示しないフィラーを挟入して伝熱管１１からセラミクス１０への熱伝達率を向上することもできる。フィラーとしては、エポキシ系やポリイミド系接着剤、金属酸化物、カーボンブラックなどに代表される熱伝導性フィラーから適宜選択しうる。ただし、上述のように一部のリングに破損が生じた場合、該リングを伝熱管より外し、他のリングをスライドすることでかかる空白部を埋めることが可能であるため、フィラーによるリングの固着を敢えて避けることも好適といえる。

セラミクスヒータ２は被乾燥物６に対向して略平行に架設され、所定の距離をもって被乾燥物６に向け中赤外線を照射する。かかる距離が近すぎると被乾燥物６の乾燥斑が生じ、遠すぎると放射波の拡散・減衰により乾燥効率が低下する。また、セラミクスヒータ２の上方には放射波を被乾燥物６に向けて反射する凹面状の反射板を、セラミクスヒータ２を掩蔽するように架設してもよい。反射板の材質は特に限定されないが、赤外線反射率、加工性、耐久性などの観点から金属材料、特にＳＵＳ、銅、アルミ合金などが好適に用いられる。

また、かかる反射板は、上記した送風機４の冷風吹出口と一体として成形することも好適である。すなわち、セラミクスヒータ２より放射された赤外線は直接、または反射板にて反射されて、全てが被乾燥物６に照射されることが理想的である。このため冷風吹出口近傍にて反射した赤外線が散逸せずに被乾燥物６の方向に向かうよう、冷風吹出口が反射板の凹面形状を損なうことなく、またシームレスに一体化していることが好適である。また、かかる一体化により部品点数の削減の効果も得られる。

送風機４は、その冷却効率を調節し、乾燥作業中の被乾燥物６の表面温度を上下させる温度調整手段を備えていることが、被乾燥物６の種別や投入量、外気温などに応じて好適な乾燥作業を可能とするという観点から好ましい。温度調整にあたっては、予め設定しておく冷却手段の出力諸元値を作業ごとに変更できるという静的な調整と、乾燥作業中に被乾燥物６表面または炉内温度などの目標温度値を変更してオープンループ制御を行ったり、かかる目標温度を維持するためにフィードバック制御をしたりする動的な調整とに大別されるが、いずれも採用可能である。

またその実現方法も特に限定されるものではなく、例えば冷却風の吹出量を変化させる方法、冷水または温水をくぐらせるなどして冷却風の温度を上下させる方法、ミスト状の水を冷却風に混合し該水をセラミクスヒータ２の赤外線照射により揮発させて炉内または被乾燥物６の表面から気化潜熱を奪う、いわゆる気化冷却を併用する方法、氷などの吸熱剤やクーラー設備を用いる方法など、複数から選択しうる。

図７に、本発明の実施の形態にかかる温度調整手段７の具体例を模式的に示す。７１は温度測定手段、７２は温度情報、７３は差分検出手段、７４は温度制御手段である。

温度測定手段７１は、被乾燥物６の表面温度や炉内温度など、ターゲットの温度を検知する装置であり、測定方式は特に限定されるものではない。具体的には接触式または被接触式の温度センサが好適に用いられる。なお、被乾燥物６の表面温度と炉内温度には所定の相関関係があるので、いずれか測定の容易なものをターゲットとして選択することができる。サーミスタや白金測温抵抗体などの接触式センサを用いる場合、温度測定手段７１は被乾燥物６または保持手段３と接触させる。この場合、温度情報７２は伝熱により直接的に温度測定手段７１に取り込まれる。

一方、前記ターゲットを被乾燥物６の表面温度とする場合、温度測定手段７１としては被乾燥物６から放射される赤外線を検出する非接触型温度センサを用いると、搬送移動することも想定される被乾燥物６や保持手段３と接触せずに、被乾燥物６の表面温度を測定することができ好適である。この場合、温度情報７２は被乾燥物６の表面から放射される赤外線の波長となり、図７もかかる方式を図示している。また、温度測定手段７１は、セラミクスヒータ２による被乾燥物６の照射を妨げない位置に取り付けることが好適である。

温度測定手段７１に入った温度情報７２は、差分検出手段７３にて、予め作業者によって設定されたターゲットの目標温度との温度差が検出される。温度制御手段７４はかかる温度差に基づき、送風機４より吹き出される冷却風４１の温度または風量を変化させ、被乾燥物６の表面温度が前記目標温度を維持するようフィードバック制御を行う。なお、差分検出手段７３および温度制御手段７４は一般的なフィードバック制御を行う一つまたは複数のコンピュータにより実現可能であり詳述は不要である。また、温度制御手段７４は、送風機４ではなく、セラミクスヒータ２の赤外線放射量を増減させる方式の温度制御を行うことも可能である。

（実施例１）以下、本発明にかかる乾燥装置について、実施例を用いて更に具体的に説明する。尚、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。図２，３および６に示すセラミクスヒータ２を用いて、図９に模式的に示す輻射乾燥装置を作成した。伝熱管１１はＳＵＳ材料を用い、断面は外直径１６ｍｍの環形、中心線形状はＵ字形をなし、半円弧部の直径１００ｍｍ、直線部の長さ１０００ｍｍとし、これを図３に示す如く２００ｍｍピッチで２５本、並列に並べて乾燥装置を構成した。ただし、両図は模式図であり、縦横比は実機と一致しない。また図３においては途中の２１本のＵ字形ヒータは省略している。配管５は伝熱管１１と同一断面および同一材料の円管を用いた。また図３に示すように、加熱流体の流入側および排出側において、伝熱管１１と配管５のインタフェース部を分岐させる構造とした。流入側の配管に斜線を付し、加熱流体の流動方向を矢印にて示した。

セラミクス１０の材質は、特公昭５４−２１８４４号公報に記載の赤外線輻射体用磁器を用いた。かかる磁器は、ジルコン、チタン酸化物、粘土、鉄・マンガン・クロムの中の一種以上の金属酸化物よりなる鉱化剤、を所定の重量比で混合した素地混合物を所定の温度で焼成されることを特徴とするものである。セラミクス１０は内径１１ｍｍ、外径１５ｍｍ、幅３０〜１００ｍｍのリング状に成形し、Ｕ字形の伝熱管１１のうち、直線部に隙間無く環装した。伝熱管１１とセラミクス１０の間にフィラーは用いない。

加熱流体には市販の耐熱用の油を用い、熱流体供給手段であるボイラー３にて５００℃を超える程度の温度に加熱し、ポンプ２３により毎分５０リットルの流量で循環させた。このとき、セラミクス１０の表面温度は約４９０℃であった。同温度におけるセラミクス１０の分光放射輝度と放射波長のプロファイルを図８の分光放射出力図に示す。同図より、本実施例に用いたセラミクスヒータは波長２．２μｍおよび５．２μｍにてそれぞれ分光放射輝度６．４および８．５［Ｗ／（ｍ＾２・ｓｒ・１０ｎｍ）］に二つのピークをとるものであり、本発明による課題を解決するために好適に用いられる赤外線放射セラミクスであるといえる。

被乾燥物６には幅１０００ｍｍのフィルムシートを素地として用い、コーティング装置８にてトルエンを溶媒とする有機溶剤系塗料を厚さ１００μｍで全面にほぼ均一に塗布した。かかる塗布後のフィルムシートを、図９にては図示しない搬送装置３にて毎分５０ｍで乾燥装置１に供給した。図３および図６に示すＵ字形のセラミクスヒータは紙面が水平となるよう図示しない支持枠にて架設保持し、供給されるフィルムシートと距離１００ｍｍにて一定を保ったままこれを乾燥させた（図９参照）。

また、各セラミクスヒータ２の直線部（赤外線照射部）については、上方に厚さ０．５ｍｍのＳＵＳ板材を曲げ成形してなる凹面状の金属反射板４４を長手方向に沿って架設した。また反射板４４には図示したように冷却風４１の吹出口４２が一体として成形し、該吹出口４２は、ヒータ管２１から放射される赤外線２５が直接または反射板４４にて反射されて被乾燥物６に照射されるのを妨げぬよう、反射板４４の凹面の延長線上に設けた。

また、ヒータ管２１と吹出口４２の高さについては、図中Ｈにて示す所定の高低差をもって、吹出口４２が被乾燥物６の表面に近い、高さ６０ｍｍまで突き出している。すなわち本実施例ではＨは４０ｍｍである。これにより、ファン４３を通過して取り込まれたフレッシュエアー４０が、ヒータ管２１から放射される赤外線にて暖められることなく被乾燥物６の表面に到達することができる。

図９に示すように吹出口４２はヒータ管２１について２本おきに合計１２箇所設けた。各吹出口４２の開口形状は被乾燥物６の送り方向（図中幅方向）を３〜２０ｍｍの範囲で可変とし、同幅方向（図中奥行方向）を１２００ｍｍの矩形とした。開口幅を可変とすることで冷却風の吹き出し速度を調整可能とし、奥行方向は被乾燥物の幅（１０００ｍｍ）を十分にカバーできる長さとしている。開口幅の変更は図示しないモータなどのアクチュエータにより開口部を絞ることで乾燥作業中に行うことができるが、かかる絞り装置は周知でありここでは詳述しない。

なお、本実施例にかかる送風機４を用いて冷却を行う場合、ファン４３の回転数によってフレッシュエアーのインテイク量、すなわち冷却風の吹き出し量が制御され、ノズルの開口幅によって冷却風の風速が制御される。これにより、冷却風の吹き付けによって被乾燥物６の表面を荒らしてしまうことが懸念される場合はノズル開口幅を広げて風速を落とすことが可能である。また極力室温に近い温度で乾燥を行いたいなど、高い冷却効率が求められる場合は、吹き出し量と風速をともに上げることも可能である。このように、被乾燥物６の素材や送り速度などの諸条件に応じて冷却能力を調整できるようになっている。

また図示しない温度調整手段により炉内温度をフィードバック制御するため、吹出口４２の近傍にサーミスタを取り付け、測定される炉内温度に応じてファン４３の回転数とノズル開口幅を変化させ、冷却風の吹き出し量を増減させることとした。

かかる制御の結果、インテイク時の温度２０℃の乾燥空気を風速１０ｍ／秒にて冷却風として吹き出すことにより炉内温度は約５０℃で安定化した。

以上の条件による実施例１にて乾燥作業を試みたところ、前記フィルムがセラミクスヒータ２を通過する間に良好かつ充分な乾燥が行われ、乾燥工程後の図示しないワインダー装置による巻き取り作業も好適に行われた。

（実施例２）実施例１に対し、冷却風の吹き出しにかかる機構、すなわち吹出口４２、ファン４３および反射板４４のみを被乾燥物６の下側にも設け、被乾燥物６を両面から冷却することのできる実施例２にかかる乾燥装置を作成した。その模式的な構成図を図１０に示す。但し、被乾燥物６の下面側からの冷却風の吹き付けは図示しない搬送装置３越しとなり冷却効率が落ちることが予想されるため、吹出口４２はヒータ管２１について１本ごとに合計２６箇所設けた。なお、各吹出口からの冷却風の吹出し量、吹出口４２と被乾燥物６までの距離、被乾燥物６の構成、およびセラミクスヒータ２の材料や加熱条件は実施例１と同様とした。

以上の実施例２にかかる乾燥装置１を用いて、同図に図示しない搬送装置３により毎分５０ｍの送り速度にてフィルムシートを搬送させたところ、セラミクスヒータ２を通過する間に実施例１と同等の良好かつ充分な乾燥が行われ、炉内温度は約４０℃で安定した。

（比較例）従来の一般的な乾燥装置の例として、１００℃程度に加熱したスチームを熱交換して得られた温風を被乾燥物に吹きかける方式を採用し、実施例と同じ被乾燥物および塗料を用いて乾燥作業を行った。

以上の条件による比較例にて乾燥作業を試みたところ、前記実施例と同程度の乾燥結果を得るためには、被乾燥物たるフィルムの送り速度を毎分１０ｍ程度まで抑える必要があった。また、かかる工程中、炉内温度は約９０℃であった。なお、かかる送り速度は決して遅いものではなく一般的なコーティング装置によるコーティング作業のスピードの範疇である。

以上の実施例１，２および比較例より、本発明の如くセラミクスヒータを防爆型乾燥装置に適用し、かつ放射波長３μｍおよび６μｍ近傍の両者に分光放射輝度のピーク値を有する赤外線放射セラミクスをヒータ材料とし、さらに被乾燥物の表面を冷却することにより、従来型の乾燥装置に対して極めて乾燥能力を高めることができた。また被乾燥物の表面温度と炉内温度はほぼ一致しているところ、約４０乃至５０Ｋの低温作業を実現した。

これにより、印刷装置やコーティング装置の運用速度のボトルネックとなる乾燥効率が飛躍的に向上し、更に赤外線照射により塗液の内部から乾燥させる方式であることから、表面のみが乾燥するという残留溶剤の問題も解決することが可能となった。また赤外線照射による輻射乾燥を用いることにより、本発明では、対流加熱では原理的に不可能であった乾燥中の冷却を実現し、素材の保護が図られるものである。

本発明は乾燥能力の高い輻射乾燥装置を提供するものであり、防爆仕様とすることも可能である。よって被乾燥物は上記したものに限られず、塗装された機械装置、木工製品、食料品、医薬品など、広くその対象としうるものである。

本発明にかかる輻射乾燥装置、被乾燥物、その製造装置および搬送手段を表わす全体模式図である。 セラミクスヒータの構成を示す模式図である。 実施の形態および実施例にかかるヒータ管の配置図である。 直線型セラミクスの伝熱管への環装状態を表わす断面図である。 リング型セラミクスの伝熱管への並べ環装状態を表わす断面図である。 実施の形態および実施例にかかるヒータ管（Ｕ字形）の断面図である。 温度調整手段の動作説明図である。 実施例に用いるセラミクスヒータの分光放射出力図である。 実施例１にかかる輻射乾燥機の構成を示す模式図である。 実施例２にかかる輻射乾燥機の構成を示す模式図である。

符号の説明

１ 全体模式図
２ セラミクスヒータ
３ 保持手段
４ 冷却手段
５ 配管
６ 被乾燥物
７ 温度調整手段
８ 被乾燥物供給装置
１０ 赤外線放射セラミクス
１１ 伝熱管
２１ ヒータ管
２２ ボイラー
２３ ポンプ
２５ 赤外線
４０ フレッシュエアー
４１ 冷却風
４２ ノズル
４３ ファン
４４ 反射板
７１ 温度測定手段
７２ 温度情報
７３ 差分検出手段
７４ 温度制御手段
Ｈ 高低差

Claims (13)

1. 被乾燥物を輻射乾燥させる乾燥装置であって、
   ３±１μｍおよび６±１μｍの放射波長域にそれぞれ分光放射輝度の極大値を有する赤外線放射セラミクスからなるセラミクスヒータと、
   前記被乾燥物を前記セラミクスヒータに対向して保持しつつ、該被乾燥物に前記赤外線を照射させる保持手段と、
   前記赤外線を照射される被乾燥物の表面を冷却する冷却手段と、
   を有する輻射乾燥装置。
2. 被乾燥物を輻射乾燥させる乾燥装置であって、
   赤外線放射セラミクスと、前記赤外線放射セラミクスを被着した伝熱管と、前記伝熱管の内部を流動する加熱流体と、前記加熱流体を前記伝熱管内部に供給する熱流体供給手段とからなり所定の放射波長および分光放射輝度の赤外線を放射する防爆型のセラミクスヒータと、
   前記被乾燥物を前記赤外線放射セラミクスに対向して保持しつつ、該被乾燥物に前記赤外線を照射させる保持手段と、
   前記赤外線を照射される被乾燥物の表面を冷却する冷却手段と、
   を有する輻射乾燥装置。
3. 被乾燥物を輻射乾燥させる乾燥装置であって、
   ３±１μｍおよび６±１μｍの放射波長域にそれぞれ分光放射輝度の極大値を有する赤外線放射セラミクスと、前記赤外線放射セラミクスを被着した伝熱管と、前記伝熱管の内部を流動する加熱流体と、前記加熱流体を前記伝熱管内部に供給する熱流体供給手段とからなる防爆型のセラミクスヒータと、
   前記被乾燥物を前記赤外線放射セラミクスに対向して保持しつつ、該被乾燥物に前記赤外線を照射させる保持手段と、
   前記赤外線を照射される被乾燥物の表面を冷却する冷却手段と、
   を有する輻射乾燥装置。
4. 前記冷却手段が、前記被乾燥物の表面に５乃至３０℃の冷却風を吹き付ける送風機であって、かつ、
   該送風機の冷却風吹出口と前記被乾燥物との距離が、前記セラミクスヒータと前記被乾燥物との距離よりも短いことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の輻射乾燥装置。
5. 前記セラミクスヒータを掩覆する板材であって、前記セラミクスヒータから放射される赤外線を前記被乾燥物に向けて反射する反射板を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の輻射乾燥装置。
6. 前記吹出口と前記反射板が一体として成形されてなることを特徴とする請求項５記載の輻射乾燥装置。
7. 前記吹出口が前記被乾燥物の上下両側に設けられ、前記冷却風が被乾燥物の両面に吹き付けられることを特徴とする請求項４から６のいずれか１項記載の輻射乾燥装置。
8. 前記冷却風の温度または吹出量を調整する温度調整手段を備える請求項４記載の輻射乾燥装置。
9. 前記温度調整手段が、
   前記赤外線を照射される被乾燥物の表面温度を測定する温度測定手段と、前記測定された表面温度と予め入力された目標温度との温度差を検出する差分検出手段と、
   前記温度差に基づいて前記冷却風の温度または吹出量を変化させる温度制御手段とからなる請求項８記載の輻射乾燥装置。
10. 前記冷却風にミスト状の水を混合し、該水を前記赤外線の照射により揮発させて前記被乾燥物の表面を気化冷却することを特徴とする請求項４記載の輻射乾燥装置。
11. 前記赤外線放射セラミクスの前記伝熱管への被着方法が、径方向の肉厚が１ｍｍ以上のリング状に成形した複数個の前記赤外線放射セラミクスを、前記伝熱管に並べて環装してなること方式であることを特徴とする請求項２または３記載の輻射乾燥装置。
12. 前記被乾燥物が水性または有機溶剤系の塗液を塗布した印刷物または塗工物である請求項１から１１のいずれか１項記載の輻射乾燥装置。
13. 素地に塗液を塗布した印刷物または塗工物の乾燥方法であって、
    伝熱管に被着した赤外線放射セラミクスを加熱流体により加熱して所定の放射波長の赤外線を放射させる第一方法と、
    前記赤外線放射セラミクスに対向して前記素地を保持しつつ、前記素地および塗液に前記赤外線を照射させ、前記塗液の分子運動を励起させる第二方法と、
    前記赤外線が照射される前記素地の表面を冷却する第三方法と、
    からなる輻射乾燥方法。