JP2014009836A

JP2014009836A - 乾燥装置

Info

Publication number: JP2014009836A
Application number: JP2012145288A
Authority: JP
Inventors: Hirotaka Taguchi; 口裕崇田; Masaki Amikura; 倉政基網; Takashi Konno; 野隆今; Masato Fukuoka; 岡正人福
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2012-06-28
Filing date: 2012-06-28
Publication date: 2014-01-20
Anticipated expiration: 2032-06-28
Also published as: JP6156715B2

Abstract

【課題】ＣＯ_２の排出量が少なく、エネルギーを効率よく利用することができる乾燥装置を提供すること。
【解決手段】乾燥装置１００は、被処理対象体に印刷されたインキ又は塗布された塗工液を乾燥する。乾燥装置１００は、熱風を作り出すための熱風生成部１と、熱風生成部１で作り出された熱風を案内する供給管３０と、供給管３０で案内された熱風を被処理対象体に向かって吹き出す熱風ノズル５０と、を備えている。熱風生成部１は、空気を取り込むための空気取込口３０ａと、空気を加熱するためのヒートポンプ１０と、ヒートポンプ１０からの熱で加熱された空気をさらに加熱するための熱源２０と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、被処理対象体に印刷されたインキ又は塗布された塗工液を乾燥するための乾燥装置に関する。

従来から、印刷物等の被処理対象体に印刷機で印刷されたインキやコータで塗布された塗工液を乾燥するために、乾燥装置が用いられている。印刷機、例えばグラビア印刷機を用いて説明すると、印刷終了後のウェブ（印刷物）は、印刷シリンダの印刷出口側から搬出され、熱風室内に導かれる。そして、当該ウェブは、熱風室内で熱風が吹きかけられることで乾燥され（例えば特許文献１参照）、冷却ローラを経て、外部に搬出される。

熱風室内で用いられるこのような熱風は、熱風生成部において、室内の空気を所定の温度（例えば１２０℃）になるまで加熱することで生成される。熱風生成部における熱源としては、化石燃料等を使用したボイラー等が用いられている。具体的には、ボイラー等で蒸気を作り、作り出された蒸気を熱交換器に通すことで空気を加熱している。

特開平２−９９３３０号公報

しかしながら、熱風生成部における熱源として化石燃料等を使用したボイラー等を用いると、多くのＣＯ_２が発生してしまう。また、このようなボイラーを用いた場合には、熱効率が悪いため、無駄なエネルギーが発生してしまう。

以上のような点に鑑み、本発明は、ＣＯ_２の排出量が少なく、エネルギーを効率よく利用することができる乾燥装置を提供する。

本発明の乾燥装置は、
被処理対象体に印刷されたインキ又は塗布された塗工液を乾燥するための乾燥装置であって、
熱風を作り出すための熱風生成部と、
前記熱風生成部で作り出された熱風を案内する供給管と、
前記供給管で案内された熱風を被処理対象体に向かって吹き出す熱風ノズルと、を備え、
前記熱風生成部が、
空気を取り込むための空気取込口と、
前記空気を加熱するためのヒートポンプと、
前記ヒートポンプからの熱で加熱された前記空気をさらに加熱するための熱源と、
を有する。

本発明の乾燥装置において、
前記熱風生成部は、前記ヒートポンプで加熱された温水を循環させる温水循環路と、前記熱源で加熱された蒸気を循環させる蒸気循環路と、をさらに有し、
前記温水循環路を流れる温水によって、前記空気を加熱し、
前記蒸気循環路を流れる蒸気によって、前記温水循環路によって加熱された空気をさらに加熱してもよい。

本発明の乾燥装置は、
前記熱風ノズルから吹き出された熱風を排気する排気管をさらに備え、
前記熱風生成部は、前記排気管から排気された熱風を、前記ヒートポンプからの熱で加熱してもよい。

本発明の乾燥装置の熱風生成部は、空気を加熱するためのヒートポンプと、ヒートポンプからの熱で加熱された空気をさらに加熱するための熱源とを有する。このため、熱源で空気を加熱する前にヒートポンプからの熱で空気を加熱することができる。したがって、本発明によれば、ＣＯ_２の排出量を少なくすることができ、かつ、エネルギーを効率よく利用することができる。

図１は、本発明の実施の形態による乾燥装置の構成を概略で示した概略構成図である。図２は、本実施の形態と異なる一態様において、必要となるエネルギー費を算出するために用いる概略構成図である。図３は、本実施の形態と異なる別の態様において、必要となるエネルギー費を算出するために用いる概略構成図である。図４は、本実施の形態で必要となるエネルギー費を算出するために用いる概略構成図である。

実施の形態
《構成》
以下、本発明に係る乾燥装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態による乾燥装置の構成を概略で示した概略構成図である。図２は、本実施の形態と異なる一態様において、必要となるエネルギー費を算出するために用いる概略構成図である。図３は、本実施の形態と異なる別の態様において、必要となるエネルギー費を算出するために用いる概略構成図である。図４は、本実施の形態で必要となるエネルギー費を算出するために用いる概略構成図である。

本実施の形態の乾燥装置１００は、印刷物等の被処理対象体に印刷機で印刷されたインキ又はコータで塗布された塗工液を乾燥するためのものである。印刷機としては例えばグラビア印刷機等を挙げることができる。本実施の形態では、以下、被処理対象体として印刷物であるウェブＷを用いて説明し、乾燥対象としてウェブＷに印刷されたインキを用いて説明するが、当然、これに限られることはない。なお、図１の符号９１は圧胴を示し、図１の符号９２は版胴を示している。

図１に示すように、乾燥装置１００は、熱風を作り出すための熱風生成部１と、熱風生成部１で作り出された熱風を案内する供給管３０と、供給管３０で案内された熱風をウェブＷに向かって吹き出す熱風ノズル５０と、熱風ノズル５０から吹き出された熱風（空気）を排気する排気管６０と、を備えている。

供給管３０の先端は供給管３０から熱風が流し込まれる熱風筐体４０に連結され、当該熱風筐体４０に上述した熱風ノズル５０が設けられている。また、熱風筐体４０には熱風ノズル５０から吹き出された熱風（空気）を排気管６０へと案内するための複数の排気通路４１が設けられている。

なお、ウェブＷは熱風室４５内で乾燥されることとなるが、当該熱風室４５内には上述した熱風ノズル５０及び熱風筐体４０が設けられ、当該熱風室４５の側壁には排気管６０が設けられている。また、インキの印刷されたウェブＷは、熱風室４５の内と外で、複数のガイドローラ９５によって案内される。

図１に示すように、熱風生成部１は、空気（外気）を取り込むための空気取込口３０ａと、空気取込口３０ａから取り込まれた空気を加熱するためのヒートポンプ１０と、ヒートポンプ１０からの熱で加熱された空気をさらに加熱するための熱源２０と、を有している。空気取込口３０ａから取り込まれる空気の温度は例えば２０℃程度となっている。なお、本実施の形態では、供給管３０の入り口が空気取込口３０ａを構成している。

ところで、図示しないが、ヒートポンプ１０は、熱媒体を圧縮させて熱を発生させる圧縮機と、圧縮機で温度の上がった熱媒体の熱を放熱させる第一熱交換器と、熱媒体を膨張させることで熱媒体の温度を下げる膨張弁と、膨張弁で温度の下がった熱媒体に熱を吸熱させる第二熱交換器とを有している。

熱源２０としては、例えば、電気ヒータ、蒸気ヒータや、従来技術でも使用されているボイラー等を用いることができる。空気の流れは図示しないポンプからの駆動力によって生じる。

図１に示すように、本実施の形態の熱風生成部１は、ヒートポンプ１０で加熱された温水を循環させる温水循環路１１と、熱源２０で加熱された蒸気を循環させる蒸気循環路２１とを有している。そして、温水循環路１１を流れる温水によって、空気取込口３０ａから取り込まれた空気を例えば８０℃程度まで加熱し、蒸気循環路２１を流れる蒸気によって、温水循環路１１によって加熱された空気を例えば１２０℃程度まで加熱するようになっている。なお、温水循環路１１内を流れる温水の温度は例えば８７℃であり、蒸気循環路２１内を流れる蒸気の温度は例えば１５０℃である。

上述した排気管６０には、少なくとも２カ所の排気口６０ａ，６０ｂが設けられている（図１では２つの排気口６０ａ，６０ｂを示している。）。そして、そのうちの少なくとも一つの排気口６０ａは供給管３０に設けられており、循環用排気口６０ａとなっている。このため、本実施の形態の熱風生成部１では、排気管６０の循環用排気口６０ａから排気された高温の空気を、ヒートポンプ１０からの熱、すなわち温水循環路１１を流れる温水によって加熱することとなる。

《作用・効果》
次に、上述した構成からなる本実施の形態による作用・効果について説明する。

本実施の形態の乾燥装置１００の熱風生成部１は、空気を加熱するためのヒートポンプ１０と、ヒートポンプ１０からの熱で加熱された空気をさらに加熱するための熱源２０とを有する。このため、熱源２０で空気を加熱する前にヒートポンプ１０からの熱で空気を一度加熱することができる。したがって、本実施の形態によれば、ＣＯ_２の排出量を少なくすることができ、かつ、エネルギーを効率よく利用することができる。

すなわち、従来であれば、ボイラー等のように化石燃料を用いた熱源で蒸気を作り、当該蒸気を熱交換器に通すことで空気を加熱しており、化石燃料を用いた熱源による蒸気によって１回で空気が加熱されていた。このため、多くのＣＯ_２が発生してしまい、また、熱効率が悪く無駄なエネルギーが発生してしまっていた。これに対して、本実施の形態によれば、ＣＯ_２を発生させず熱効率の高いヒートポンプ１０を用いて空気をまず加熱することができる。そして、このように加熱された空気をさらに熱源２０で加熱することで、目標温度（例えば１２０℃）まで空気を加熱することとなる。このため、本実施の形態によれば、ＣＯ_２の排出量を少なくすることができ、かつ、エネルギーを効率よく利用することができる。

また、本実施の形態では、温水循環路１１を流れる温水によって、空気を例えば８０℃程度まで加熱し、蒸気循環路２１を流れる蒸気によって、温水循環路１１によって加熱された空気を例えば１２０℃程度まで加熱するようになっている。本実施の形態では、このように「温水」や「蒸気」を用いて空気を加熱するので、例え溶剤等が空気に含まれていても、爆発する危険を低減することができる。

すなわち、本実施の形態のように印刷機で印刷されたインキを乾燥させる場合には、空気取込口３０ａから取り込まれる空気に溶剤等が含まれている可能性がある。このような溶剤を含んだ空気を加熱するとどうしても爆発する危険が存在するが、本実施の形態では、「温水」や「蒸気」を用いて空気を加熱するので、例え溶剤等が空気に含まれていても、爆発する危険を低減することができる。

なお、本実施の形態では、循環用排気口６０ａが供給管３０に連結されており、排気管６０の循環用排気口６０ａから排気された空気を再加熱する態様を用いている。このため、熱風生成部１で加熱される空気に含まれる溶剤等の含有量が多くなるが、このような態様では、「温水」や「蒸気」を用いて空気を加熱するという本実施の形態の態様は、爆発の危険を低減することができるという点で特に有益である。

本実施の形態では、上述のように、循環用排気口６０ａが供給管３０に連結されており、排気管６０の循環用排気口６０ａから排気された空気を用いて、最終的には、目標温度（例えば１２０℃）まで空気を加熱する。そして、排気管６０の循環用排気口６０ａから排出される空気の温度は例えば１０８℃程度となっており、非常に高温になっている。このため、本実施の形態のような態様を取ることで、より一層、ＣＯ_２の排出量を少なくすることができ、かつ、エネルギーを効率よく利用することができる。

なお、排気される熱風（空気）のうち再利用される量は、全体の４０％〜５０％程度となっている。ＣＯ_２の排出量を少なくしたりエネルギーを効率よく利用したりすることだけに着目するならば、排気される熱風（空気）を全て再利用すればよいように思えるが、本実施の形態のように溶剤等を含んだ空気を再加熱する場合に、あまりにも多くの空気を再加熱すると爆発する危険がある。このため、再利用される熱風（空気）の量は全体の４０％〜５０％程度となっているのである。

《計算式》
次に、本実施の形態による乾燥装置で必要となるエネルギー費と、その比較対象となる乾燥装置で必要となるエネルギー費について、モデルを使って計算した結果について示す。

１計算の大前提
まず、計算の大前提について述べる。

本来、エネルギー費を算出する場合、エネルギー単価や加熱媒体である空気の質量や比熱等の物性値が必要となる。しかしながら、システム同士で熱源の燃料単価や空気質量の比率が分かっている場合、その比率の計算で、システムの構成の違いによるエネルギー費を比較することができる。本実施の形態では、エネルギー単価及び空気質量については、比率で計算を実施した。

必要なエネルギー費は熱交換器で使用されるエネルギー費の合計額である。熱交換器を一つしか用いない場合には当該熱交換器におけるエネルギー費が必要なエネルギー費となり、熱交換器を二つ用いる場合には、二つの熱交換器のエネルギー費の合計額が必要なエネルギー費となる。

熱交換器で使用されるエネルギー費は、以下に示す式で示される
熱交換器で使用されるエネルギー費＝エネルギー単価比×空気質量比×出入口の温度差ΔT

熱交換器の熱源に蒸気を用い、その蒸気を加熱する燃料に重油を用いたときには、
重油の単価が70円/m³であり、熱量が42MJ/m³であることから、
蒸気の単価は、70円/m³ ÷ 42MJ/m³
＝70円/m³ ÷ 42MJ/m³ × 3600kJ/kwh
＝6円/kwh（Ｂエネルギー単価比）・・・・（i）
となる。

熱交換器の熱源に電力を用いた温水を用い、その温水を加熱するのにCOP（成績係数）が３であるのヒートポンプを用いたときには、
電力の単価が12円/kwhであり、COP=3なので、
温水の単価は、実質
12円/kwh ÷ 3
＝4円/kwh（Ａエネルギー単価比）・・・・（ii）
となる。

上述した結果（i）及び（ii）より、Ａエネルギー単価比：Ｂエネルギー単価比＝4：6となる。このため、EA＝Ａエネルギー単価比、EB＝Ｂエネルギー単価比と定義すると、
EA＝4
EB＝6
となる。

２算出根拠の詳細
次に、計算根拠の詳細について述べる。

最初に、図２で示した態様について説明する。

＜計算ステップ１＞
まず、熱風生成部１で生成したい熱風の温度を１２０℃（T3）とし、熱風生成部１に循環用排気口６０ａから戻される排気の率を５０％（R1）とする。また、空気取込口３０ａから取り込まれる空気の温度（T1）を２０℃とする。また、熱風室４５に供給される空気の質量（M3）を２０とする。

＜計算ステップ２＞
まず、空気の質量M1、質量M2及び質量M4を求める。
（１）熱風生成部１で加熱される空気の質量（M2）は、熱風室４５に供給される空気の質量（M3）と等しいので、
M2＝M3＝20
となる。
（２）このうち、熱風生成部１に循環用排気口６０ａから戻される排気の質量（M4）は、
M4＝M3×R1＝10
となる。
（３）また、空気取込口３０ａから取り込まれる空気の質量（M1）は、
M1＝M3×(1−R1)＝10
となる。

＜計算ステップ３＞
次に、空気の温度T2及び温度T4を求める。
（１）実測データより、温度T4は温度T3よりも温度が低くなり、熱風室に送られた空気の温度の9割の温度となる。
このため、
T4＝T3×0.9＝108℃
となる。
（２）１０８℃（T4）の質量M4からなる排気と、２０℃（T1）の質量M1からなる空気が合流して、温度T2の質量M2からなる空気ができ上がる。
そして、質量M4の空気が温度T4から温度T2に変化するときの熱量の絶対値と、質量M1の空気が温度T1から温度T2に変化するときの熱量の絶対値は等しくなるので、
M4×(T4−T2)＝M1×(T2−T1)
となり、
T2＝(M1×T1＋M4×T4)／(M1＋M4)
＝64℃
となる。

＜計算ステップ４＞
次に、エネルギー費を計算する。
図２に示した態様において、熱交換器で使用されるエネルギー費QB1を求める。
QB1＝Ｂエネルギー単価比×空気質量比×出入り口温度差ΔT
＝EB×M2×(T3−T2)
＝6×20×(120−64)
＝6720
となり、エネルギー費はQB1＝6720となる。

次に、図３で示した態様について説明する。

＜計算ステップ１＞
まず、熱風生成部１で生成したい熱風の温度を１２０℃（T7）とし、熱風生成部１に循環用排気口６０ａから戻される排気の率を５０％（R2）とする。また、空気取込口３０ａから取り込まれる空気の温度（T5）を２０℃とする。また、熱風室４５に供給される空気の質量（M7）を２０とする。

＜計算ステップ２＞
まず、空気の質量M5、質量M6及び質量M8を求める。
（１）熱風生成部１に循環用排気口６０ａから戻される排気の質量（M8）は、
M8＝M7×R2＝10
となる。
（２）このため、空気取込口３０ａから取り込まれる空気の質量（M5）は、
M5＝M6＝M7×(1−R2)＝10
となる。

＜計算ステップ３＞
次に、空気の温度T6及び温度T8を求める
（１）実測データより、温度T8は温度T7よりも温度が低くなり、熱風室に送られた空気の温度の9割の温度となる。
このため、
T8＝T7×0.9＝108℃
となる。
（２）１０８℃（T8）の質量M8からなる排気と、温度T6の質量M6からなる空気が合流して、温度T7の質量M7からなる空気ができ上がる。
そして、質量M6の空気が温度T6から温度T7に変化するときの熱量の絶対値と、質量M8の空気が温度T8から温度T7に変化するときの熱量の絶対値は等しくなるので、
M6×(T6−T7)＝M8×(T7−T8)
となり、
T6＝T7＋M8/M6×(T7−T8)
＝132℃
となる。

＜計算ステップ４＞
次に、エネルギー費を計算する。
図３に示した態様において、熱交換器で使用されるエネルギー費QB2を求める。
QB2＝Ｂエネルギー単価比×空気質量比×出入り口温度差ΔT
＝EB×M5×(T6−T5)
＝6×10×(132−20)
＝6720
となり、エネルギー費はQB2＝6720となる。

次に、図４で示した態様について説明する。なお、この図４で示した態様は、上述した実施の形態で説明してきた態様に対応している。

＜計算ステップ１＞
まず、熱風生成部１で生成したい熱風の温度を１２０℃（T12）とし、熱風生成部１に循環用排気口６０ａから戻される排気の率を５０％（R3）とする。また、空気取込口３０ａから取り込まれる空気の温度（T9）を２０℃とする。また、熱風室４５に供給される空気の質量（M12）を２０とする。
ヒートポンプ１０を用いて加熱した温水を熱源とする熱交換器では高温まで空気を加熱することができないので、熱交換器の出口における空気の温度（T11）は８０℃となる。この８０℃という温度は、ヒートポンプ１０における省エネ効果を向上させることも考慮した温度でもある。

＜計算ステップ２＞
次に、質量M9、質量M10、質量M11及び質量M13を求める。
（１）熱風室４５に供給される空気の質量（M12）と質量M11及び質量M10は等しくなるので、
M11＝M12＝20
M10＝M12＝20
となる。
（２）熱風生成部１に循環用排気口６０ａから戻される排気の質量（M13）は、
M13＝M12×R3＝10
となる。
（３）このため、空気取込口３０ａから取り込まれる空気の質量（M9）は、
M9＝M12×(1−R3)＝10
となる。

＜計算ステップ３＞
次に、空気の温度T10及び温度T13を求める
（１）実測データより、温度T13は温度T12よりも温度が低くなり、熱風室に送られた空気の温度の9割の温度となる。
このため、
T13＝T12×0.9＝108℃
となる。
（２）１０８℃（T13）の質量M13からなる排気と、２０℃（T9）の質量M9からなる空気が合流して、温度T10の質量M10からなる空気ができ上がる。
そして、質量M13の空気が温度T13から温度T10に変化するときの熱量の絶対値と、質量M9の空気が温度T9から温度T10に変化するときの熱量の絶対値は等しくなるので、
M9×(T10−T9)＝M13×(T13−T10)
となり、
T10＝(M9×T9＋M13×T13)／(M9＋M13)
＝64℃
となる。

＜計算ステップ４＞
次に、エネルギー費を計算する。
（１）図４に示した態様において、熱交換器Bで使用されるエネルギー費QB3を求める。
QB3＝Ｂエネルギー単価比×空気質量比×出入り口温度差ΔT
＝EB×M11×(T12−T11)
＝6×20×(120−80)
＝4800
となり、QB3＝4800となる。
（２）次に、図４に示した態様において、熱交換器Aで使用されるエネルギー費QAを求める。
QA＝Ａエネルギー単価比×空気質量比×出入り口温度差ΔT
＝EA×M10×(T11−T10)
＝4×20×(80−64)
＝1280
となり、QA＝1280となる。
（３）したがって、エネルギー費の合計は、
Q＝QA＋QB3
＝6080
となる。

以上のように、図４に示した本実施の形態によれば、エネルギー費の合計が6080となるのに対して、図２及び図３に示した態様によれば、エネルギー費が6720となる。このため、本実施の形態の態様によれば、エネルギー費を低く抑えることができる（図２及び図３に示した態様の９０％程度のエネルギー費に抑えることができる。）。なお、このようにエネルギー費を低く抑えることができれば、ＣＯ_２の排出量を抑えることもできる。

最後になったが、上述した実施の形態の記載及び図面の開示は、特許請求の範囲に記載された発明を説明するための一例に過ぎず、上述した実施の形態の記載又は図面の開示によって特許請求の範囲に記載された発明が限定されることはない。

１熱風生成部
１０ヒートポンプ
１１温水循環路
２０熱源
２１蒸気循環路
３０供給管
３０ａ空気取込口
４０熱風筐体
５０熱風ノズル
６０排気管
６０ａ循環用排気口
９１圧胴
９２版胴
１００乾燥装置

Claims

被処理対象体に印刷されたインキ又は塗布された塗工液を乾燥するための乾燥装置において、
熱風を作り出すための熱風生成部と、
前記熱風生成部で作り出された熱風を案内する供給管と、
前記供給管で案内された熱風を被処理対象体に向かって吹き出す熱風ノズルと、を備え、
前記熱風生成部は、
空気を取り込むための空気取込口と、
前記空気を加熱するためのヒートポンプと、
前記ヒートポンプからの熱で加熱された前記空気をさらに加熱するための熱源と、
を有することを特徴とする乾燥装置。
前記熱風生成部は、前記ヒートポンプで加熱された温水を循環させる温水循環路と、前記熱源で加熱された蒸気を循環させる蒸気循環路と、をさらに有し、
前記温水循環路を流れる温水によって、前記空気を加熱し、
前記蒸気循環路を流れる蒸気によって、前記温水循環路によって加熱された空気をさらに加熱することを特徴とする請求項１に記載の乾燥装置。
前記熱風ノズルから吹き出された熱風を排気する排気管をさらに備え、
前記熱風生成部は、前記排気管から排気された熱風を、前記ヒートポンプからの熱で加熱することを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の乾燥装置。