JP2012063060A - 熱風温度制御方法及び熱風温度制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】オーバーシュートを生じることなくスピーディーな昇温が可能な熱風温度制御方法を提供すること。
【解決手段】本発明の熱風温度制御方法は、熱風の加熱及び風量制御を行う熱風発生部２０において加熱された熱風を、熱風ダクト４０を通じて送風し、熱風吹き出し部３０から吹き出させる過程において、熱風発生部２０の温度及び熱風吹き出し部３０における熱風の温度を測定し、それらの温度に基づいて熱風発生部２０の温度制御を行い、熱風吹き出し部３０における熱風の温度を所望の値に制御する。
【選択図】図３

Description

本発明は、熱風の温度を制御する方法に関する。また本発明は、熱風の温度を制御する装置に関する。

熱風の温度を制御するための従来の技術としては、例えば特許文献１に記載の技術が知られている。同文献に記載の技術は、温度センサの熱応答時間による温度検出時間の遅れや、ヒータの余熱による温度上昇に起因する温風の温度のオーバーシュートを防止することを目的としている。同文献では、ヒータの通電開始時は、温風の温度を、目標温度よりも低い第１設定温度に設定し、温風の温度が第１設定温度に達したらヒータを一旦オフにし、そのあと再びヒータをオンにすることで、温度センサの応答遅れによって検出された温度と目標温度とのギャップを極力少なくするようにしている。

特開昭６１−１０２９２８号公報

しかし、前記の文献に記載の制御方法では、温風の温度をまず第１設定温度に設定して温度制御を行い、次いで目標温度に設定して温度制御を行うので、温風の温度が安定するまでに長時間を要するという欠点がある。プロセス制御に一般的に用いられているＰＩＤ制御を採用して、温度安定までの時間を短縮化することも考えられるが、オーバーシュートやハンチングが懸念される。特に、ヒータと温度センサの設置位置が離れていて、温度センサの熱応答遅れが大きい場合、オーバーシュートやハンチングが顕著となる傾向にある。

したがって本発明の課題は、前述した従来技術が有する欠点を解消し得る温度制御方法を提供することにある。

本発明は、熱風の加熱及び風量制御を行う熱風発生部において加熱された熱風を、熱風ダクトを通じて送風し、熱風吹き出し部から吹き出させる過程において、
熱風発生部の温度及び熱風吹き出し部における熱風の温度を測定し、それらの温度に基づいて熱風発生部の温度制御を行い、熱風吹き出し部における熱風の温度を所望の値に制御する熱風温度制御方法を提供することによって前記の課題を解決したものである。

また本発明は、熱風の加熱及び風量制御を行う熱風発生部と、
熱風吹き出し部と、
熱風発生部及び熱風吹き出し部をつなぐ熱風ダクトと、
熱風発生部に備えられ、かつ該熱風発生部の温度を測定する熱源温度センサと、
熱風吹き出し部に備えられ、かつ熱風の温度を測定する熱風温度センサと、
熱源温度センサ及び熱風温度センサから受け取った情報に基づき、熱風発生部による熱風の加熱の制御を行う熱風温度制御部とを有する熱風温度制御装置を提供するものである。

本発明の熱風温度制御方法及び熱風温度制御装置によれば、ヒータの表面温度のオーバーシュートを生じることなくスピーディーに昇温が完了する。

図１は、本発明の熱風温度制御方法を実施するために好適な熱風温度制御装置の一例を示す模式図である。 図２は、本発明の熱風温度制御方法を実施するために好適な別の熱風温度制御装置の一例を示す模式図である。 図３は、本発明の熱風温度制御方法を実施するために好適な更に別の熱風温度制御装置の一例を示す模式図である。

以下本発明を、その好ましい実施形態に基づき図面を参照しながら説明する。図１には、本発明の熱風温度制御方法を実施するために好適な熱風温度制御装置の一例が模式的に示されている。同図に示す装置１０は、熱風の加熱及び風量制御を行う熱風発生部２０と、熱風吹き出し部３０と、熱風発生部２０及び熱風吹き出し部３０をつなぐ熱風ダクト４０とを有している。また装置１０は、熱風発生部２０に備えられた熱源温度センサ５０及び熱風吹き出し部に備えられた熱風温度センサ５１を有している。更に装置１０は、熱風発生部２０による熱風の加熱の制御を行う熱風温度制御部６０及び各温度センサからの情報を受け取る温度調節器７０を有している。

熱風発生部２０は、空気の加熱用のヒータ２１及び送風用のブロア２２を備えている。ブロア２２によって生じた空気流は、ヒータ２１によって所定温度に加熱されるようになっている。ヒータ２１としては、この種の分野に用いられているものと同様のものを特に制限なく用いることができる。例えばヒータ２１として通電加熱可能なセラミックヒータ等を用いることができる。ヒータ２１の表面には、先に述べた熱源温度センサ５０が取り付けられている。熱源温度センサ５０は、ヒータ２１の表面温度を測定するようになっている。測定された表面温度に関する情報は、例えば電気信号として温度調節器７０へ送られる。

熱風発生部２０は、熱風ダクト４０を介して熱風吹き出し部３０へ接続されている。つまり、熱風発生部２０と熱風吹き出し部３０とは、所定の距離を隔てて設置されている。熱風発生部２０と熱風吹き出し部３０が離間しているほど、熱風ダクト４０が十分加温されるまでの間、熱風ダクト４０を通過する熱風の熱損失が大きくなり、熱風昇温中と熱風温度安定後のヒータ温度の差が大きくなる。
しかし、本発明によれば、熱風発生部２０と熱風吹き出し部３０が離間していても、ヒータの温度が安定した温度制御が可能になる。

熱風吹き出し部３０には、熱風温度センサ５１が設置されている。熱風温度センサ５１は、熱風吹き出し部３０から吹き出される熱風の温度を測定するためのものである。測定された熱風温度に関する情報は、例えば電気信号として温度調節器７０へ送られる。

各温度センサ５０，５１から送られた温度に関する情報は、温度調節器７０に送られて処理可能な情報に変換され、そこから熱風制御部６０へと温度情報が送られる。熱風制御部６０にはマイクロコンピュータが備えられており、予め初期値として熱風の吹き出し目標温度（以下、単に「目標温度」とも言う。）Ｔｘが設定されている。また、熱風制御部６０には、予め初期値としてヒータ２１の加熱上限温度Ｔａ及び加熱下限温度Ｔｂが入力されている。また熱風制御部６０においては、目標温度Ｔｘ並びに加熱上限温度Ｔａ及び加熱下限温度Ｔｂと、熱風発生部の温度（ヒータ２１の表面温度）Ｔｈ及び熱風の吹き出し温度Ｔｗに基づいて、ＴｗをＴｘに一致させる制御が行われる。この制御は、コンピュータプログラミングされた一連の処理によって実行される。具体的な処理の方法は以下に述べるとおりである。

装置１０の運転開始時においては、まず熱風発生部２０のブロア２２を起動して空気の送風を開始する。そして、熱風吹き出し部３０に取り付けられている熱風温度センサ５１によって吹き出された空気の温度Ｔｗを測定する。この時点では熱風発生部２０のヒータ２１は起動していないので、空気の温度Ｔｗは、目標温度Ｔｘよりも低くなっている。次に、ヒータ２１を起動して送風される空気を加熱する。これによって空気の温度は徐々に上昇する。

この間、熱風制御部６０において、熱風吹き出し部における熱風の温度Ｔｗが監視されて、熱風の温度Ｔｗと設定温度Ｔｘとの高低の関係が比較される。そして、熱風の温度Ｔｗが設定温度Ｔｘ未満であると判断された場合、すなわちＴｗ＜Ｔｘと判断された場合、次の処理ステップとして、ヒータ２１の表面温度Ｔｈと、ヒータ２１の加熱上限温度Ｔａ及び加熱下限温度Ｔｂとの高低が比較され、以下の処理が行われる。

すなわち、ヒータ２１の表面温度Ｔｈが、加熱上限温度Ｔａ未満であれば、熱風制御部６０はヒータ２１の温度Ｔｈに対して加熱の信号を送り、ヒータ２１は引き続き発熱して空気の加熱が持続される。一方、ヒータ２１の表面温度Ｔｈが、加熱上限温度Ｔａ超であれば、熱風の温度Ｔｗが目標温度Ｔｘに達していなくても、ヒータ２１に対して加熱停止の信号を送り、ヒータ２１の発熱を停止させる。ヒータ２１の発熱が停止した間もブロア２２はその運転を引き続き行っている。したがって空気の加熱はヒータ２１の余熱によって行われる。空気の流通によってヒータ２１の余熱が奪われると、ヒータ２１の表面温度Ｔｈが次第に低下してくる。しかし、空気は余熱によって加熱されるので、熱風の温度Ｔｗは低下しない。そして、ヒータ２１の表面温度Ｔｈが加熱下限温度Ｔｂ未満まで低下したら、熱風制御部６０はヒータ２１に対して加熱の信号を送り、ヒータ２１は再び発熱を開始する。この場合、ヒータ２１の表面温度Ｔｈが加熱上限温度Ｔａ未満まで低下したら、ヒータ２１の加熱を再開するという制御を行うことも考えられるが、その場合には、ヒータ２１のオン・オフが頻繁に繰り返されることになり、ヒータ２１の寿命の低下が懸念される。したがって、上述のとおりの制御を行うことが有利である。

このようにして熱風の温度が上昇していき、温度制御部６０において、熱風の温度Ｔｗが設定温度Ｔｘ以上であると判断された場合、すなわちＴｗ≧Ｔｘと判断された場合には、ヒータ２１の表面温度Ｔｈが加熱上限温度Ｔａを超えていなくても、温度制御部６０は、ヒータ２１に対して加熱停止の信号を送り、ヒータ２１の発熱が停止する。

以上の制御は、例えばソリッドステートリレー（ＳＳＲ）を用いたオン・オフ制御によって容易に実現できる。

以上の制御方法によれば、熱風の温度Ｔｗが目標温度Ｔｘに達していなくても、ヒータ２１の表面温度Ｔｈが加熱上限温度Ｔａを超えていたらヒータ２１の発熱を停止し、ヒータ２１の表面温度Ｔｈは加熱上限温度Ｔａと加熱下限温度Ｔｂとの間で上下する。その結果、本制御方法によれば、ヒータ２１の表面温度Ｔｈのオーバーシュートを抑えつつスピーディーに熱風の昇温が可能となる。特に、本制御方法は、熱風発生部２０と熱風吹き出し部３０との間の熱風の通過距離が長く、その間での熱風の熱損失が大きい場合に、その利点が一層顕著となる。例えば熱風発生部２０と熱風吹き出し部３０との間の熱風の通過距離が１メートル以上、とりわけ１０メートル以上の場合に有効である。

以上の制御方法において、ヒータ２１の加熱上限温度Ｔａは、一般に目標温度Ｔｘよりも高い温度に設定され、加熱上限温度Ｔａは、熱風吹き付け対象物の発火点未満又は融点未満を目安として決定される。また、加熱下限温度Ｔｂは、一般に目標温度Ｔｘよりも低い温度に設定され、熱風の温度Ｔｗが安定した後の熱風の温度Ｔｗの振れの下限温度未満を目安として決定される。

前記の装置１０を用いた熱風の温度制御の別法として、以下に述べる方法を採用することもできる。すなわち、Ｔｗ＜Ｔｘの場合であって、かつヒータ２１の温度Ｔｈが、加熱下限温度Ｔｂ未満の場合には、熱風制御部６０からヒータ２１に対して出力１００％の加熱を行う信号が送られ、ヒータ２１は引き続き発熱して空気の加熱が持続される。この処理は、上述の処理と同じである。

一方、ヒータ２１の温度Ｔｈが、加熱上限温度Ｔａ超であれば、熱風の温度Ｔｗが目標温度Ｔｘに達していなくても、ヒータ２１に対して加熱停止の信号を送り、ヒータ２１の発熱を停止させる。ヒータ２１の余熱による空気の加熱で、ヒータ２１の表面温度Ｔｈが低下し、加熱下限温度Ｔｂ以上かつ加熱上限温度Ｔａ以下の範囲内では、熱風制御部６０は、ヒータ２１の表面温度Ｔｈに応じ、ヒータ２１の出力を０％超１００％未満の間で制御して、ヒータ２１による熱風の加熱を行うよう信号をヒータ２１へ送る。例えば、ヒータ２１の表面温度Ｔｈが加熱上限温度Ｔａから加熱下限温度Ｔｂまでの間である場合、｛（Ｔａ−Ｔｈ）／（Ｔａ−Ｔｂ）｝×１００（％）の出力で発熱するようにヒータ２１に対して信号を送ることで、熱風発生部の温度Ｔｈに応じた出力でヒータ２１を加熱することができる。このような制御は電力調整器を用いることで容易に実現できる。この制御によればヒータ２１の加熱は行われるが、それ以上に空気によって奪われる熱の量が多くなり、ヒータ２１を加熱しているにもかかわらずヒータ２１の表面温度が低下してくる場合がある。そして、ヒータ２１の表面温度Ｔｈが加熱下限温度Ｔｂ未満まで低下したら、熱風制御部６０は、ヒータ２１に対して出力を１００％にして発熱するように信号を送る。それによってヒータ２１は出力１００％で発熱する。逆に、ヒータ２１の表面温度Ｔｈが加熱上限温度Ｔａから加熱下限温度Ｔｂまでの間で、該表面温度Ｔｈに応じた出力の発熱によってヒータ２１の表面温度が上昇していき、ヒータ２１の表面温度Ｔｈが加熱上限温度Ｔａを超えたら、先に述べたとおり、熱風制御部６０は、ヒータ２１に対して発熱を停止する信号を送る。

図２には、本発明の制御方法を実施するための別の好適な装置の模式図が示されている。同図に示す装置１０は、熱風の吹き出し部３０とブロア２２とをつなぐ回収ダクト４１を備えている点が、図１に示す装置と異なる点である。図２に示す装置を用いても、先に述べた制御方法を首尾良く行うことができる。

図３には、本発明の制御方法を実施するための更に別の好適な装置の模式図が示されている。同図に示す装置１０は、図２に示す装置において、熱風の吹き出し部３０に透気性ドラム７１を配し、該ドラム７１の周面に不織布７２を抱かせながら該不織布７２を走行させ、ドラム７１に抱かれた状態の不織布７２に熱風を吹き付けるように構成したものである。透気性ドラム７１の内部には、サクションボックス（図示せず）が設置されており、不織布７２に吹き付けられた熱風を吸引し、回収ダクト４１へと送るようになっている。

不織布７２は、ロール７３から繰り出された後、ドラム７１の周面に抱かれた状態で、熱風が吹き付けられる。熱風の吹き付けはエアスルー方式になっている。ロール７３の状態になっている不織布７２は、捲回圧によってその嵩が減じられた状態になっているところ、熱風の吹き付けによってその嵩が回復して嵩高なものとなる。嵩が回復した不織布７２は次工程へと搬送される。不織布７２に吹き付けられた熱風は、透気性ドラム７１の内部に設置されたサクションボックス（図示せず）によって吸引され、回収ダクト４１へと送られる。回収された熱風は、熱風発生部２０において再加熱され、目標温度Ｔｘとなる。熱風を回収する場合、回収された熱風を再加熱しているため、回収しない場合に比べて、エネルギー効率が良い。

図３に示す装置においては、不織布７２にエアスルー方式で吹き付けられた熱風が吸引・回収されるところ、熱風の回収時に、不織布７２から生じた繊維くず等のダストも意図せず吸引されることがある。不織布７２は一般に合成樹脂からなる繊維を含んでいるので、かかる合成樹脂が熱風とともに吸引されることになる。この場合、このような合成樹脂を含む熱風をヒータ２１によって再加熱すると、ヒータ２１の表面温度によっては、該合成樹脂がヒータ２１の表面に溶融・付着したり、あるいは発火したりする可能性がある。そこで、本装置１０を運転する場合には、ヒータ２１の加熱上限温度Ｔａを、該合成樹脂の発火点未満又は融点未満に設定し、ヒータ２１の表面温度が、該合成樹脂の発火点又は融点を超えないようにすることが有利である。更に、不織布７２が複数の合成樹脂繊維からなる場合、加熱上限温度Ｔａは、それぞれの合成樹脂繊維の発火点又は融点のうちで最も低い発火点又は融点未満に設定することが有利である。

また、図３に示す装置においては、熱風の回収時に、不織布７２から生じた繊維くず等のダストがヒータ２１の表面に接触しないようにするために、回収ダクト４１の途中に耐熱性のフィルタ、例えば耐熱性の不織布フィルタを設置し、該フィルタに熱風を通してダストを捕集することが望ましい。

以上、本発明をその好ましい実施形態に基づき説明したが、本発明はかかる実施形態に制限されない。例えば図３に示す実施形態では、熱風の吹き付けの対象として不織布を例にとり説明したが、熱風の吹き付け対象物はこれに限られず、種々の材料を吹き付け対象物とすることができる。不織布の以外の材料を熱風の吹き付け対象物とする場合においても、不織布の場合と同様に、ヒータ２１の加熱上限温度Ｔａを、吹き付け対象物の発火点未満又は融点未満に設定することが有利である。

１０ 装置
２０ 熱風発生部
２１ ヒータ
２２ ブロア
３０ 熱風吹き出し部
４０ 熱風ダクト
４１ 回収ダクト
５０ 熱源温度センサ
５１ 熱風温度センサ
６０ 熱風温度制御部
７０ 温度調節器
７１ 透気性ドラム
７２ 不織布

Claims (6)

1. 熱風の加熱及び風量制御を行う熱風発生部において加熱された熱風を、熱風ダクトを通じて送風し、熱風吹き出し部から吹き出させる過程において、
   熱風発生部の温度及び熱風吹き出し部における熱風の温度を測定し、それらの温度に基づいて熱風発生部の温度制御を行い、熱風吹き出し部における熱風の温度を所望の値に制御する熱風温度制御方法。
2. 熱風発生部の加熱上限温度Ｔａ及び加熱下限温度Ｔｂを予め設定しておき、
   熱風吹き出し部における熱風の温度Ｔｗが設定温度Ｔｘ未満である場合、
   熱風発生部の温度Ｔｈが、加熱上限温度Ｔａ未満であれば、該熱風発生部による熱風の加熱を行い、
   熱風発生部の温度Ｔｈが、加熱上限温度Ｔａ超であれば、該熱風発生部による熱風の加熱を停止し、その後、熱風発生部の温度Ｔｈが加熱下限温度Ｔｂ未満まで低下したら、該熱風発生部による熱風の加熱を行う請求項１に記載の熱風温度制御方法。
3. 熱風発生部の加熱上限温度Ｔａ及び加熱下限温度Ｔｂを予め設定しておき、
   熱風吹き出し部における熱風の温度Ｔｗが設定温度Ｔｘ未満である場合、
   １）熱風発生部の温度Ｔｈが、加熱下限温度Ｔｂ未満であれば、該熱風発生部の出力を１００％にして該熱風発生部による熱風の加熱を行い、
   ２）熱風発生部の温度Ｔｈが、加熱下限温度Ｔｂ以上かつ加熱上限温度Ｔａ以下の範囲内の場合、熱風発生部の温度Ｔｈに応じ、熱風発生部の出力を０％超１００％未満の間で制御して、該熱風発生部による熱風の加熱を行い、
   ３）熱風発生部の温度Ｔｈが、加熱上限温度Ｔａ超であれば、該熱風発生部による熱風の加熱を停止し、その後、熱風発生部の温度Ｔｈが加熱下限温度Ｔｂ未満まで低下したら、再度熱風発生部の出力を１００％にして更に該熱風発生部による熱風の加熱を行う請求項１に記載の熱風温度制御方法。
4. 熱風吹き出し部において、吹き付け対象物に熱風を吹き付けるとともに、熱風吹き出し部において吹き付けた熱風を回収して熱風発生部へ戻して循環させる過程を更に有し、
   熱風発生部の加熱上限温度Ｔａを、吹き付け対象物の発火点未満又は融点未満に設定する請求項２又は３に記載の熱風温度制御方法。
5. 吹き付け対象物が合成樹脂からなる繊維を含む不織布である請求項４に記載の熱風温度制御方法。
6. 熱風の加熱及び風量制御を行う熱風発生部と、
   熱風吹き出し部と、
   熱風発生部及び熱風吹き出し部をつなぐ熱風ダクトと、
   熱風発生部に備えられ、かつ該熱風発生部の温度を測定する熱源温度センサと、
   熱風吹き出し部に備えられ、かつ熱風の温度を測定する熱風温度センサと、
   熱源温度センサ及び熱風温度センサから受け取った情報に基づき、熱風発生部による熱風の加熱の制御を行う熱風温度制御部とを有する熱風温度制御装置。

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