JP2012243407A - 二重管式ヒータの防爆構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ヒータの本体部分のみならず端部における防爆対策をも併せ持った二重管式ヒータの防爆構造を提供する。
【解決手段】フィラメント１２が封入された石英管１３を、冷却流体が供給される外側管１４の内部に封入して二重管式ヒータとし、その端子部にリード線収納用のチューブ１８を取り付け、このチューブ１８の内部にパージエアを供給して炉内ガスの侵入を阻止した。可燃性の有機溶媒蒸気が発生するワークを乾燥する炉の加熱源として適している。
【選択図】図３

Description

本発明は、リチウムイオン電池用電極塗膜や太陽光発電用電極塗膜など塗工装置によりペーストを塗工した塗膜乾燥炉に用いられる二重管式ヒータの防爆構造に関するものである。

上記のような塗膜の乾燥炉としては、特許文献１に示されるように天井部に多数の赤外線ヒータを配置した構造の炉が知られている。一般的な赤外線ヒータは石英ガラス管（石英管と記す）の内部にフィラメントを封入したものである。

上記のような塗膜の成分には、分子間に水素結合を有する水や有機溶媒等が含まれている。このため塗膜乾燥炉の生産性を高めるためには、赤外線ヒータから多くの熱量を炉内に放射し、塗膜に含有されている水や有機溶媒を速やかに蒸発させることが好ましい。

そこで従来は、赤外線ヒータのフィラメント温度を高め、放射エネルギーを増加させる方法を取るのが普通であった。フィラメント温度が高まると放射スペクトルのピークが短波長側に移行することが知られており、特にフィラメントの温度を７００℃以上とすると、放射スペクトルの主波長が近赤外線領域である３．５μm以下となる。近赤外線は、蒸発を阻害する分子間の水素結合を切断する能力に優れるといわれており、赤外線ヒータのフィラメント温度を高めることはこの点からも効果的である。

ところが外線ヒータのフィラメント温度を高めると、次第にその周囲を取り巻く石英管の温度も上昇し、石英管自体が放射体となって赤外線を放射する。例えば石英管の温度が３００℃であるとすると、主波長が５μmの赤外線が炉内に放射され、炉壁を加熱する。その結果、炉壁も３００℃程度に達してしまうこととなり、狙いとする主波長が３．５μm以下の近赤外線領域の赤外線よりも主波長が長い赤外線の比率が増加してしまうという問題がある。換言すれば、投入エネルギーの大半が炉壁の加熱に消費されてしまい、分子間の水素結合を切断する能力に優れる近赤外線の放射に使用される比率が低下することとなる。また、このように炉内が高温になると蒸発した有機溶媒の発火点を越え、爆発事故に至る可能性がある。

そこで本発明者らは、フィラメントが封入された石英管を、冷却流体が供給される外側管の内部に封入した二重管式ヒータを開発中である。この二重管式ヒータは外側管の表面温度を低下させることができるので、例えばフィラメント温度を７００℃としても外側管の表面温度を１５０℃に維持することができる。この結果、狙いとする主波長が３．５μm以下の近赤外線を塗膜に照射して塗膜に含有されている水や有機溶媒を速やかに蒸発させることができる。しかも炉内温度を１５０℃以下にと保つことが可能となり、塗膜から蒸発した有機溶媒による爆発の危険を避けることができる。

このように、二重管式ヒータは乾燥効率の観点のみならず防爆の観点からも優れたものである。しかし、ヒータの端部から引き出されたリード線はフィラメントに直結されているために熱伝導により高温となりやすく、その部分が炉内に設置されると有機溶媒の蒸気と接触し、爆発を引き起こす可能性が残されていた。

特許第３９５３９１１号公報

従って本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、ヒータの本体部分のみならず端部における防爆対策をも併せ持った二重管式ヒータの防爆構造を提供することである。

上記の課題を解決するためになされた本発明は、フィラメントが封入された石英管を、冷却流体が供給される外側管の内部に封入した二重管式ヒータの端子部にリード線収納用のチューブを取り付け、このチューブの内部にパージエアを供給したことを特徴とするものである。なお、リード線収納用のチューブの端部を端子ボックスに接続し、この端子ボックスからチューブの内部にパージエアを供給することが好ましい。

また、外側管の端部は気密に封止されて端子金具の内部に収納され、リード線収納用のチューブはこの端子金具の外周に密着固定されたものであることが好ましい。また、フィラメントが封入された石英管が外側管の内部にＵターンさせて封入されており、片側から電源が供給される構造であることが好ましい。さらに、端子ボックスに圧力検出手段を取り付け、パージエアの圧力が設定圧以下となったときに通電を遮断する構造であることが好ましい。

本発明によれば、フィラメントが封入された石英管を、冷却流体が供給される外側管の内部に封入した二重管式ヒータの本体部分は冷却流体によって有機溶媒の爆発温度である３００℃以下に保たれる。またその端子部はリード線収納用のチューブで覆われ、チューブの内部に供給されるパージエアの内圧によって炉内ガスの侵入を阻止しているので、端子部が炉内に位置する場合にも、有機溶媒の蒸気との接触による爆発を招く危険はない。このためフィラメント温度を高めて塗膜を迅速かつ安全に乾燥させることが可能となる。

請求項２のように、端子ボックスからチューブの内部にパージエアを供給するようにすれば、構成が簡単となるる。また請求項３のように、リード線収納用のチューブを端子金具の外周に密着固定した構造とすれば、確実かつ簡便にリード線収納用のチューブを二重管式ヒータに取り付けることができる。

請求項４のように、フィラメントが封入された石英管が外側管の内部にＵターンさせて封入し片側から電源が供給される構造とすれば、二重管式ヒータの片側だけを防爆構造とすればよい利点があるうえ、電源供給も片側から行なえる利点がある。

請求項５のように、端子ボックスに圧力検出手段を取り付け、パージエアの圧力が設定圧以下となったときに通電を遮断する構造とすれば、より安全性を高めることが可能となる。

塗膜乾燥炉の概念的な断面図である。 二重管式ヒータの説明図である。 本発明の実施形態を示す断面図である。 要部の拡大断面図である。

以下に本発明の好ましい実施形態を示す。
図１は塗膜乾燥炉の概念的な断面図であり、トンネル状の炉体１の天井部に多数の赤外線加熱装置２が配置されている。被乾燥物３である電極シートは入口ロール４と出口ロール５との間を一定速度で走行する。本実施形態では被乾燥物３はリチウムイオン電池用の電極シートであり、アルミニウム等のシート上に塗膜が形成されている。本実施形態の塗膜は、正極活物質であるコバルト酸リチウム、導電物質であるカーボン粉末、バインダーであるＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）などが有機溶媒であるＮＭＰ（Ｎ−メチル-ピロリドン）と混練されたペースト状のもので、シートが炉体１の内部を走行する間に、多数の赤外線加熱装置２から放射される赤外線によって乾燥される。なおこのような塗膜の乾燥には温風を併用することが好ましく、また炉体１の長手方向に加熱強度を変えることが好ましいのであるが、乾燥方法自体は本発明の要部ではないため、説明を省略する。

赤外線加熱装置２は、二重管式ヒータ１０とその上面に位置する反射板１１により構成されている。図２に示すように、二重管式ヒータ１０はフィラメント１２が封入された石英管１３を、冷却流体が供給される外側管１４の内部に封入した構造である。外側管１４も石英管であり、両端に端部金具１５が設けられている。フィラメント１２への通電は両側の端部金具１５から行うことができるが、この実施形態ではフィラメント１２が封入された石英管１３を外側管１４の内部にＵターンさせた状態で封入してあり、左側の端部金具１５のみから通電することができる構造となっている。このため図２の断面図に示すように外側管１４の内部に２本の石英管１３が収納されている。

外側管１４の両端部には、冷却流体の供給口１６と排出口１７とが形成されており、冷却流体として例えば冷却エアが供給される。このため、フィラメント１２を７００℃以上の高温として主波長が３．５μm以下の近赤外線を放射させた場合にも、外側管１４の表面を例えば１５０℃以下の低温に維持することができる。なお石英管はローパスフィルタとして機能し、長波長の赤外線を遮断する能力を持つため、フィラメント１２から放射される赤外線のうち長波長のものはカットされる。このため炉内温度が有機溶媒蒸気の爆発温度である３００℃に達することがない。

このように外側管１４の内部は冷却流体により冷却されているが、フィラメント１２に接続されるリード線は高温のフィラメント１２からの熱伝導により高温となりやすく、その部分が炉内に設置されると有機溶媒の蒸気と接触し、爆発を引き起こす可能性があることは前述したとおりである。そこで本発明では、図３、図４に示すようにリード線収納用のチューブ１８を左側の端子金具１５の外周に密着固定した。このチューブ１８は例えばシリコーン樹脂からなるチューブであり、先端側は端子金具１５の外周に被せられてホースバンド１９により固定されている。またその基端側は端子ボックス２０に接続されている。図４に示すように、２本のリード線２１はこのリード線収納用のチューブ１８の内部を通って端子ボックス２０に導かれ、端子ボックス２０から給電が行なわれる。なお図４に示される２２はリード線２１の尖端が接続される端子である。

このように、リード線２１はリード線収納用のチューブ１８の内部に収納されているため、図３のように端子金具１５が炉内に配置されている場合にも、リード線２１が炉内の溶媒蒸気と接触することはない。

さらにこの実施形態では、端子ボックス２０からパージエアがチューブ１８の内部に供給され、炉内ガスがチューブ１８の内部に侵入することを防止している。端子ボックス２０は気密構造であり、かつ圧力スイッチなどの圧力検出手段２３が取り付けられている。圧力検出手段２３がパージエアの圧力が設定圧以下となったことを検出した場合には、炉内ガスがチューブ１８の内部に侵入する可能性があるため、通電を遮断するようにしておくことが好ましい。

このように構成された本発明の二重管式ヒータの防爆構造によれば、外側管１４の表面及び内部は冷却流体により冷却されている。またリード線２１はパージエアが供給されたチューブ１８の内部に収納されて炉内ガスとの接触が防止されている。このため塗膜乾燥炉に用いても、有機溶媒蒸気がヒータの高温部分と接触して爆発する危険はない。しかもフィラメント温度は７００℃以上の高温とすることができるから、水素結合を切断する能力に優れた主波長が３.５μｍ以下の近赤外線を放射することができ、リチウムイオン電池用電極塗膜や太陽光発電用電極塗膜などを効率よく乾燥させることが可能となる。

１ 炉体
２ 赤外線加熱装置
３ 被乾燥物
４ 入口ロール
５ 出口ロール
１０ 二重管式ヒータ
１１ 反射板
１２ フィラメント
１３ 石英管
１４ 外側管
１５ 端部金具
１６ 供給口
１７ 排出口
１８ リード線収納用のチューブ
１９ ホースバンド
２０ 端子ボックス
２１ リード線
２２ 端子

Claims (5)

1. フィラメントが封入された石英管を、冷却流体が供給される外側管の内部に封入した二重管式ヒータの端子部にリード線収納用のチューブを取り付け、このチューブの内部にパージエアを供給したことを特徴とする二重管式ヒータの防爆構造。
2. リード線収納用のチューブの端部を端子ボックスに接続し、この端子ボックスからチューブの内部にパージエアを供給することを特徴とする請求項１記載の二重管式ヒータの防爆構造。
3. 外側管の端部は気密に封止されて端子金具の内部に収納され、リード線収納用のチューブはこの端子金具の外周に密着固定されたものであることを特徴とする請求項１記載の二重管式ヒータの防爆構造。
4. フィラメントが封入された石英管が外側管の内部にＵターンさせて封入されており、片側から電源が供給される構造であることを特徴とする請求項１記載の二重管式ヒータの防爆構造。
5. 端子ボックスに圧力検出手段を取り付け、パージエアの圧力が設定圧以下となったときに通電を遮断することを特徴とする請求項１記載の二重管式ヒータの防爆構造。
   

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