JP4972346B2

JP4972346B2 - 乾燥装置の演算システム

Info

Publication number: JP4972346B2
Application number: JP2006171605A
Authority: JP
Inventors: 保昌富永; 幹夫南雲; 悟亀井
Original assignee: Fuji Kikai Kogyo Co Ltd
Current assignee: Fuji Kikai Kogyo Co Ltd
Priority date: 2006-06-21
Filing date: 2006-06-21
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2026-06-21
Also published as: JP2008002738A

Description

本発明は、塗工ユニットにおいて基材に塗工された塗工液を乾燥させる乾燥装置の演算システムに関するものである。

従来、下記特許文献１に示されるように、輪転印刷機で印刷された紙等のウエブからなる基材に熱風からなる乾燥用エアを吹き付けることにより塗工液を乾燥させて溶剤を蒸発させる乾燥器と、乾燥器の排気中に含まれる溶剤を除去し、溶剤の臭いを低減させる溶剤処理手段（脱臭処理装置）とを有する印刷機の乾燥脱臭装置において、輪転印刷機で印刷されてフロアと平行に走行する２つ以上の基材を処理するための少なくとも２つの乾燥器と、少なくとも一つの溶剤処理手段とを有し、上下に積み重ねられた２つの乾燥器の間に設けられた空間部内に上記溶剤処理手段を装着することが行われている。
特開平１０−１９３５６６号公報

上記特許文献１に開示されているように、乾燥器内に導入された基材に乾燥用エアを吹き付けることにより基材上の塗工液を乾燥させる場合には、基材に塗工された塗工液中の溶剤を完全に蒸発させることができるように乾燥用エアの風量および温度等を設定する必要がある。しかし、上記塗工液の種類および塗工量等が変化すると、必要な乾燥用エアの風量および温度等も変化するため、塗工液の乾燥が不充分になるという事態の発生を防止することができるように、乾燥器の乾燥能力に充分な余力を持たせることが行われており、必要以上に設備コストが嵩むという問題があった。

また、上記特許文献１に開示されているように乾燥器から排出された排気中の溶剤成分を浄化する溶剤処理手段を備えた乾燥装置では、上記乾燥器に供給される乾燥用エア量が多いととともに、これに対応して溶剤処理手段にも大量の排気が導入されるため、乾燥用エア供給手段の熱風供給能力および溶剤処理手段の処理能力を充分に確保する必要があり、設備コストを効果的に削減することが困難である。特に、最近では、印刷機の多色化により印刷機一台当たりの塗工ユニットおよび乾燥器の台数が増大するとともに、印刷機のライン速度が高速化される等により１台の乾燥器に供給される乾燥用エア量が増大する傾向があるため、これに対応して、大型の乾燥用エア供給手段と、多量の排気を処理することができる大型の溶剤処理手段とを印刷機に設置する必要があり、その設備コストが増大することが避けられないという問題がある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、乾燥器の乾燥能力を適正値に設定して設備コストを効果的に削減することができる乾燥装置の演算システムを提供することを目的としている。

請求項１に係る発明は、塗工液が塗工された基材に乾燥用エアを吹き付けて塗工液を乾燥させる乾燥器を備えた乾燥装置の演算システムであって、乾燥器に導入される基材の搬送速度および基材に塗工された塗工液量のデータに基づいてこの塗工液を乾燥させるのに必要な熱量を演算する必要熱量演算手段と、上記塗工液を乾燥させるために吹き付けられる乾燥用エアの吹付面積および境膜伝熱係数のデータに基づいて乾燥器の乾燥能力を演算する乾燥能力演算手段とを備え、この乾燥能力演算手段において演算される乾燥器の乾燥能力を、上記基材に対する塗工液の塗工面積率が小さくなるのに応じて値が大きくなるように設定された乾燥能力補正係数を用いて補正するとともに、この補正後の乾燥能力と、上記必要熱量演算手段により演算された必要熱量とを比較することにより、上記乾燥器が必要な乾燥能力を有しているか否かを判別するように構成したものである。

請求項２係る発明は、上記請求項１に記載の乾燥装置の演算システムにおいて、乾燥器に導入される基材の搬送速度および基材に塗工された塗工液量および上記排気還流ダクトを介して乾燥器内に還流される排気還流割合に基づき排気中の溶剤量を演算する溶剤量演算手段と、この溶剤量演算手段により演算された排気中の溶剤量に基づいてこの溶剤の爆発危険度を演算する爆発危険度演算手段とをさらに備え、上記溶剤量演算手段において演算される排気中の溶剤量を、上記基材に対する塗工液の塗工面積率が大きくなるのに応じて値が大きくなるように設定された面積率補正係数を用いて補正するとともに、この補正後の溶剤量に応じて上記爆発危険度演算手段により演算された溶剤の爆発危険度に基づき、上記排気の還流割合が適正であるか否かを判別するように構成したものである。

請求項１に係る発明によれば、上記塗工液の種類および塗工量等が変化した場合においても、塗工液中の溶剤を完全に蒸発させることができる乾燥器の乾燥能力を、乾燥装置の設計段階で適正に検証することでき、上記乾燥器の乾燥能力に不必要な余力を持たせること起因して設備コストが嵩む等の問題を生じることなく、上記乾燥装置を適正に設計できる等の利点がある。

請求項２に係る発明によれば、溶剤量演算手段において演算される排気中の溶剤量を、上記基材に対する塗工液の塗工面積が大きくなるのに応じて値が大きくなるように設定された面積率補正係数を用いて補正することにより、排気中の溶剤量を適正に演算することができるとともに、この溶剤量の演算値に応じ、爆発危険度演算手段において溶剤の爆発危険度を適正に演算することにより、排気の還流割合が適正であるか否かを、容易かつ適正に判別でき、設備コストが嵩む等の問題を生じることなく、乾燥装置を適正に設計できる等の利点がある。

図１は、本発明に係る演算システムが適用される印刷機の乾燥装置を示し、この乾燥装置には、図外の塗工ユニットにおいて基材１上に塗工された塗工液を乾燥させる乾燥器２と、この乾燥器２内に乾燥用エアを供給するエア供給手段３と、上記乾燥器２から排出された排気を溶剤処理手段４の設置部に導出する排気導出手段５と、上記乾燥器２の乾燥能力に必要なデータを入力するデータ入力手段６と、このデータ入力手段６により入力されたデータ等に基づいて上記塗工液を乾燥させるのに必要な熱量および上記乾燥器２の乾燥能力等を演算する演算装置７とを有している。

上記乾燥器２は、下端部の基材搬入口から導入された基材１を上端部の基材搬出口に向けて案内する複数本の案内ローラ９と、これらの案内ローラ９によって案内されつつ搬送される基材１に向けて乾燥用エアを吹き付ける多数のノズルが設けられたエア吹付部１０と、上記乾燥器２の上部に設けられた給気ヘッダ１１と、この給気ヘッダ１１に隣接して配設された上部排気ヘッダ１２と、乾燥器２の下部に設けられた下部排気ヘッダ１３とを有している。

また、上記エア供給手段３は、外部から導入された新鮮空気を乾燥用エアとして乾燥器２内に供給する空気供給ダクト１４と、乾燥器２から排出された排気を乾燥器２内に還流する排気還流ダクト１５とを有している。上記空気供給ダクト１４には、上記給気ヘッダ１１に向けて乾燥用エアを圧送する給気ファン１６と、乾燥器２内に供給される乾燥用エアを塗工液の乾燥に適した温度に加熱する蒸気ヒータ１７と、上記空気供給ダクト１４を介して乾燥器２内に供給される新鮮空気の圧力損失を抑制するための新鮮空気用固定ダンパー１８と、外部から取り入れられて上記乾燥器２内に供給される新鮮空気の供給量を調節する新鮮空気量調節用ダンパー１９とが設けられている。この新鮮空気量調節用ダンパー１９は、駆動モータ２０によって開閉駆動される開閉弁を有し、この開閉弁が開閉駆動されることにより、上記空気供給ダクト１４から乾燥器２内に供給される新鮮空気量を調節するように構成されている。

上記排気還流ダクト１５は、上記排気導出手段５の排気導出ダクト２１と上記空気供給ダクト１４とを連結することにより、上記乾燥器２から排気導出ダクト２１に導出された排気の一部を、上記蒸気ヒータ１７の設置部と新鮮空気用固定ダンパー１８との間に還流するように構成されている。上記排気還流ダクト１５には、この排気還流ダクト１５を介して乾燥器２内に還流される排気の圧力損失を抑制するための還流用固定ダンパー２２と、上記排気の還流量を調節する還流量調節用ダンパー２３とが設けられている。この還流量調節用ダンパー２３は、駆動モータ２４によって開閉駆動される開閉弁を有し、この開閉弁が開閉駆動されることにより、上記排気還流ダクト１５を介して乾燥器２内に還流される排気の還流量を調節するように構成されている。

上記排気導出手段５は、乾燥器２の上部排気ヘッダ１２に接続された上部排気ダクト２５と、乾燥器２の下部排気ヘッダ１３に接続された下部排気ダクト２６と、これらの上部排気ダクト２５および下部排気ダクト２６を介して乾燥器２の外部に排出された排気を上記溶剤処理手段４の設置部に導出する排気導出ダクト２１とを有している。この排気導出ダクト２１には、上記溶剤処理手段４の設置部に向けて排気を圧送する排気ファン２７と、この排気ファン２７により圧送される排気の圧力損失を抑制するための排気用固定ダンパー２８と、上記排気導出ダクト２１を介して上記溶剤処理手段４の設置部に導出される上記排気の導出量を調節する排気量調節用ダンパー２９とが設けられている。上記排気量調節用ダンパー２９は、駆動モータ３１によって開閉駆動される開閉弁を有し、この開閉弁が開閉駆動されることにより、上記排気導出ダクト２１を介して溶剤処理手段４の設置部に導出される排気量を調節するように構成されている。

上記溶剤処理手段４は、乾燥器２内において基材１に塗工された印刷用インクが加熱される等により蒸発したトルエン、メチルエチルケトンまたは酢酸エチル等からなる溶剤を除去して、排気を浄化処理する従来周知の浄化処理装置、例えば上記溶剤を燃焼させる直燃タイプの処理装置、触媒を用いて上記溶剤を分解する触媒タイプの処理装置、または上記溶剤を分離して回収する溶剤回収タイプの処理装置等からなっている。そして、上記乾燥器２から上下部排気ダクト２５，２６および排気導出ダクト２１を介して排出された排気が、上記溶剤処理手段４の設置部に供給されて排気中の溶剤が除去されることにより、クリーンな状態となって放出されるように構成されている。

上記データ入力手段６は、基材１の幅寸法Ｗ（Ｍ）、その搬送速度Ｖ（Ｍ／ｍｉｎ）、単位面積当たりの基材重量ｇ（ｇｒ／Ｍ^２）、単位面積当たりの塗工液総重量ｇｗ（ｇｒ／Ｍ^２）、単位面積当たりの塗工液固形分重量ｇｄ（ｇｒ／Ｍ^２）、溶剤の種類および比率（ｗ％）、基材１の種類および厚み、乾燥用エアの温度Ｔ（℃）、基材入口温度ｔｉ（℃）、定常状態の溶剤蒸発温度に相当する溶剤湿球温度ｔｗ（℃）、溶剤蒸発潜熱ｑｌ（ｋｃａｌ／ｋｇ）、基材１および塗工液の比熱Ｃ（ｋｃａｌ／ｋｇ）等からなる基材情報および塗工液情報を入力するキーボード等からなり、入力された上記各データは、下記演算装置７の記憶手段３７において記憶される。また、基材１に塗工された塗工液の塗工領域を作業者が判別し、この判別結果に応じた塗工液の塗工面積率を、上記データ入力手段６を使用して手動で入力するように構成されている。

上記演算装置７には、図２に示すように、乾燥器２に導入される基材１の搬送速度および基材に塗工された塗工液量等のデータに基づいてこの塗工液を乾燥させるのに必要な熱量を演算する必要熱量演算手段３３と、上記塗工液を乾燥させるために吹き付けられる乾燥用エアの吹付面積および境膜伝熱係数等のデータに基づいて乾燥器２の乾燥能力を演算する乾燥能力演算手段３４と、上記基材１の搬送速度および基材１に塗工された塗工液量および上記排気還流ダクト１５を介して乾燥器２内に還流される排気還流割合等に基づき排気中の溶剤量を演算する溶剤量演算手段３５と、この溶剤量演算手段３５により演算された排気中の溶剤量に基づいてこの溶剤の爆発危険度を演算する爆発危険度演算手段３６と、上記各データの入力値等を記憶する記憶手段３７とが設けられている。

上記必要熱量演算手段３３は、データ入力手段６により入力された上記基材１の幅寸法Ｗ（Ｍ）、基材１の搬送速度Ｖ（Ｍ／ｍｉｎ）および単位面積当たりの基材重量ｇ（ｇｒ／Ｍ^２）からなる各データに応じ、乾燥器２内に導入される一時間当たりの基材導入重量Ｇｂ（ｋｇ／ｈｒ）を下記式（１）に基づいて演算し、かつ上記基材１の幅寸法Ｗ（Ｍ）、基材１の搬送速度Ｖ（Ｍ／ｍｉｎ）、単位面積当たりの塗工液総重量ｇｗ（ｇｒ／ｍ^２）および単位面積当たりの塗工液固形分重量ｇｄ（ｇｒ／ｍ^２）からなる各データに応じ、乾燥器２内に導入される一時間当たりの塗工液固形分重量Ｇｂｄ（ｋｇ／ｈｒ）および乾燥器２内に導入される一時間当たりの塗工液溶剤分重量Ｇｓ（ｋｇ／ｈｒ）を下記式（２），３に基づいて演算する機能を有している。

Ｇｂ＝６０・Ｖ・Ｗ・ｇ・１０^−３（１）
Ｇｇｄ＝６０・Ｖ・Ｗ・ｇｄ・１０^−３（２）
Ｇｓ＝６０・Ｖ・Ｗ・（ｇｗ−ｇｄ）・１０^−３（３）
例えば上記基材１の幅寸法Ｗが１．１Ｍ、基材１の搬送速度Ｖを２００Ｍ／ｍｉｎ、単位面積当たりの基材重量ｇが２０ｇｒ／Ｍ^２、単位面積当たりの塗工液総重量ｇｗが４ｇｒ／Ｍ^２であり、かつ単位面積当たりの塗工液固形分重量ｇｄが１ｇｒ／Ｍ^２である場合に、これらの値をそれぞれ式（１）〜（３）に代入して演算を行うと、乾燥器２内に導入される一時間当たりの基材導入重量Ｇｂは、２６４ｋｇ／ｈｒとなり、かつ乾燥器２内に導入される一時間当たりの塗工液固形分重量Ｇｂｄおよび塗工液溶剤分重量Ｇｓは、それぞれ１３．２ｋｇ／ｈｒおよび３９．６ｋｇ／ｈｒであるという演算結果が得られる。

また、必要熱量演算手段３３は、上記式（１）〜（３）に基づいて演算された基材導入重量Ｇｂ、塗工液固形分重量Ｇｂｄおよび塗工液溶剤分重量Ｇｓと、データ入力手段６により入力された基材１および塗工液の比熱Ｃと、基材入口温度ｔｉおよび溶剤湿球温度ｔｗと、溶剤蒸発潜熱ｑｌとからなる各データに応じ、下記式（４）〜（８）に基づいて、基材昇温に必要な顕熱Ｑｂ（ｋｃａｌ／ｈｒ）、塗工液固形分昇温に必要な顕熱Ｑｓ（ｋｃａｌ／ｈｒ）、塗工液溶剤分昇温に必要な顕熱Ｑｌ（ｋｃａｌ／ｈｒ）および塗工液溶剤分蒸発に必要な潜熱ＱＬ（ｋｃａｌ／ｈｒ）を演算するとともに、これらの値に基づいて基材１の表面に塗工された塗工液を乾燥させるのに必要な熱量の合計値ＱＴ（ｋｃａｌ／ｈｒ）を演算するように構成されている。

Ｑｂ＝Ｇｂ・（ｔｗ−ｔｉ）・Ｃ（４）
Ｑｓ＝Ｇｇｄ・（ｔｗ−ｔｉ）・Ｃ（５）
Ｑｌ＝Ｇｓ・（ｔｗ−ｔｉ）・Ｃ（６）
ＱＬ＝Ｇｓ・ｑｌ（７）
ＱＴ＝Ｑｂ＋Ｑｓ＋Ｑｌ＋ＱＬ（８）
例えば、上記各式（４）〜（８）に、基材１および塗工液の比熱Ｃとして、紙、フィルム、樹脂または固形分等の比熱に相当する値０．４ｋｃａｌ／ｋｇを代入するとともに、上記溶剤蒸発潜熱ｑｌとして各溶剤の加重平均に相当する値１０１ｋｃａｌ／ｋｇをそれぞれ代入し、上記式（４）〜（８）に基づいて演算を行うと、それぞれ基材昇温に必要な顕熱Ｑｂは、１１６１．６ｋｃａｌ／ｈｒ、塗工液固形分昇温に必要な顕熱Ｑｓは、５８．１ｋｃａｌ／ｈｒ、塗工液溶剤分昇温に必要な顕熱Ｑｌは、１７４．２ｋｃａｌ／ｈｒ、塗工液溶剤分蒸発に必要な潜熱ＱＬは、４０００ｋｃａｌ／ｈｒとなり、これら合計値である上記塗工液を乾燥させるのに必要な熱量の合計ＱＴは、５３９４ｋｃａｌ／ｈｒであるという演算結果が得られる。なお、上記塗工液に複数種の溶剤が使用されている場合には、最大の溶剤湿球温度ｔｗを有する溶剤の値を使用し、あるいは各溶剤の加重平均に基づいて上記溶剤湿球温度ｔｗを設定する。

一方、上記乾燥能力演算手段３４は、エア吹付ノズルの配設ピッチＰ（ｍｍ）およびノズル本数Ｚ（本）のデータに応じ、下記式（９）に基づいて有効乾燥長Ｌを演算するとともに、上記乾燥用エアの温度Ｔ（℃）および溶剤湿球温度ｔｗ（℃）からなるデータに応じ、下記式（１０）に基づいて乾燥器２内における基材１および乾燥有効温度Δｔｌｎを演算し、かつ塗工液の塗工幅Ｗと有効乾燥長Ｌとからなるデータに応じ、下記式（１１）基づき乾燥器２内における乾燥用エアの吹付面積Ａ（Ｍ^２）を演算する機能を有している。

Ｌ＝Ｐ・（Ｚ−１）・０．００１（９）
Δｔｌｎ＝Ｔ−ｔｗ（１０）
Ａ＝Ｗ×Ｌ（１１）
例えば、上記エア吹付ノズルの配設ピッチＰが１５０ｍｍでノズル本数Ｚが６本である場合、上記式（９）から有効乾燥長Ｌは０．７５Ｍであると演算され、乾燥用エアの温度Ｔが６０℃で溶剤湿球温度ｔｗが３１℃の場合、上記式（１０）から乾燥有効温度Δｔｌｎは、２９℃であると演算される。また、上記塗工液の塗工幅Ｗが１．１Ｍ、有効乾燥長Ｌが０．７５Ｍである場合、上記式（１１）から乾燥器２内における乾燥用エアの吹付面積Ａは、０．８２５Ｍ^２であると演算される。

また、上記乾燥能力演算手段３４は、基材１までの距離およびノズルピッチ等に対応したノズル形状係数Ｈｄ（ｋｃａｌ／Ｍ^２ｈｒ℃）と、乾燥用エアの風速に対応した風速係数ηｖと、ノズル間のピッチに対応したピッチ係数ηｓと、乾燥用エアの温度に対応した温度係数ηｔとに応じ、下記式（１２）に基づき単位面積・単位温度差当たりにおける毎時の対流伝熱の程度を表す境膜伝熱係数Ｕ（ｋｃａｌ／Ｍ^２ｈｒ℃）を演算する機能を有している。

Ｕ＝Ｈｄ・ηｖ・ηｔ（１２）
ドライヤー設計資料に基づいて、上記基材１までの距離およびノズル形状等に対応したノズル形状係数Ｈｄを１１４ｋｃａｌ／Ｍ^２ｈｒ℃、乾燥用エアの風速係数ηｖを０．８８、ノズル間のピッチ係数ηｓを１．２７、乾燥用エアの温度係数ηｔを１．１８に設定し、これらの値を上記式（１２）代入して演算を行うと、上記境膜伝熱係数Ｕは、１５０ｋｃａｌ／Ｍ^２ｈｒ℃であるという演算結果が得られる。

そして、乾燥能力演算手段３４は、上記式（１２）に基づいて演算された境膜伝熱係数Ｕ（ｋｃａｌ／Ｍ^２ｈｒ℃）と、上記式（１１）に基づいて演算された乾燥器２内における乾燥用エアの吹付面積Ａ（Ｍ^２）と、上記式（１０）に基づいて演算された基材１および乾燥有効温度Δｔｌｎとに応じ、下記の伝熱計算式（１３）に基づき乾燥器２が有する塗工液の乾燥能力ＱＤを演算する機能を有している。

ＱＤ＝Ｕ・Ａ・Δｔｌｎ（１３）
上記式（１０）〜（１２）に基づいて演算された乾燥器２内における上記吹付面積Ａの値０．８２５Ｍ^２と、乾燥有効温度Δｔｌｎの値２９℃と、境膜伝熱係数Ｕの値１５０ｋｃａｌ／Ｍ^２ｈｒ℃とを上記式（１３）に代入して上記乾燥能力ＱＤを演算すると、その値は、３５９７ｋｃａｌ／ｈｒとなる。

上記式（８）に基づいて演算された塗工液の乾燥に必要な熱量ＱＴと、上記式（１３）に基づいて演算された塗工液の乾燥能力ＱＤとを比較し、この乾燥能力ＱＤが上記必要熱量ＱＴよりも大きい場合には、充分な乾燥能力を有し、上記乾燥能力ＱＤが上記必要熱量ＱＴよりも小さい場合には、乾燥能力が不足していることになる。そして、上記乾燥能力ＴＤが上記必要熱量ＱＴよりも小さく、乾燥能力が不足している場合には、下記式（１４）に基づいて塗工液の乾燥率（％）を演算することができるとともに、全溶剤量に上記乾燥率を掛け合わせることにより乾燥が完了した溶剤量を演算することができる。

乾燥率＝（ＱＤ／ＱＴ）・１００（１４）
上記実施例では、必要熱量ＱＴが５３９４ｋｃａｌ／ｈｒで、乾燥能力ＱＤが３５９７ｋｃａｌ／ｈｒであるため、乾燥能力が不足している状態にあることが分かる。そして、これらの値を上記式（１４）に代入することにより、上記乾燥率は約６７％であるという演算結果が得られる。

一方、上記乾燥能力ＱＤが必要熱量ＱＴよりも大きく、乾燥器２が充分な乾燥能力を有している場合には、下記式（１５）に基づいて乾燥器２の入り口から乾燥完了地点までの基材面積Ａａ（Ｍ^２）を演算することができるとともに、下記式（１６）に基づいて乾燥完了地点から乾燥器２の出口までの基材面積Ａｂ（Ｍ^２）を演算することができる。

Ａａ＝Ａ・（ＱＤ／ＱＴ）（１５）
Ａｂ＝Ａ−Ａａ（１６）
また、上記乾燥器２の出口部における基材１の出口温度ｔｆとし、ΔＴｅｍを対数平均温度差とすると、伝熱計算式および一般的な対数平均温度差の式に基づいて、以下の式（１７），（１８）が成立する。

Ｑ＝Ｃ・Ｍ・Δｔ＝Ｕ・Ａ・ΔＴｅｍ（１７）
ΔＴｅｍ＝（（Ｔ−ｔｗ）−（Ｔ−ｔｆ））／ｌｏｇ（（Ｔ−ｔｗ）−（Ｔ−ｔｆ））（１８）
ここで、Ｃは、０．４程度の値となる基材１および塗工液の比熱、Ｍは、単位面積当たりの基材重量と塗工液固形分重量との和（Ｇｂ＋Ｇｇｄ）、Δｔは、上記基材１の出口温度と溶剤湿球温度との差（ｔｆ−ｔｗ）である。

上記基材１の出口温度ｔｆとして所定の推定値を上記式（１８）に代入し、対数平均温度差ΔＴｅｍを演算するとともに、この値を上記式（１７）に代入してこの式（１７）が成立するか否か、つまり式（１７）の左辺と右辺とが等しくなるか否かを検証し、この作業を繰り返すことにより、出口温度Ｔｆを適正に求めることができる。

上記実施例における演算は、基材１の表面全体に塗工液が塗工された場合、つまり塗工面積率が１００％の場合を想定しており、実際には、塗工液の塗工面積率が種々の値に変化し、この塗工面積率の変化に応じて乾燥器２の乾燥能力にも差が生じる。この乾燥器２の乾燥能力が上記塗工面積率の変化に対応して、どうのように変動するか検証するために、種々の塗工面積率を有する版胴を使用して実験を繰り返したところ、図３に示すようなデータが得られた。このデータにおいて、ｙは乾燥能力倍率であり、ｘは塗工液の塗工面積率（％）である。

図３に示すデータから、次式（１９）からなる近似式が得られるとともに、この式（１９）に基づいて求められた塗工面積率ｘに対応する乾燥能力倍率ｙを補正係数として、上記式（１３）に基づき次式（２０）が得られ、上記塗工面積率ｘが小さくなるのに応じて乾燥能力倍率、つまり乾燥能力補正係数ｙが大きくなることが分かる。

ｙ＝０．６０５７ｘ^２−１．２９７７ｘ＋１．６９７７（１９）
ＱＤ＝Ｕ・Ａ・Δｔｌｎ・ｙ（２０）
このように乾燥器２に導入される基材１の搬送速度および基材１に塗工された塗工液量等のデータに基づいてこの塗工液を乾燥させるのに必要な熱量を演算する必要熱量演算手段３３と、上記塗工液を乾燥させるために吹き付けられる乾燥用エアの吹付面積および境膜伝熱係数等のデータに基づいて乾燥器２の乾燥能力を演算する乾燥能力演算手段３４とを設け、この乾燥能力演算手段３４により演算される乾燥器２の乾燥能力を、上記基材１に対する塗工液の塗工面積率が小さくなるのに応じて値が大きくなるように設定された乾燥能力補正係数ｙを用いて補正するとともに、この補正後の乾燥能力と、上記必要熱量演算手段３３により演算された塗工液の乾燥に必要な熱量とを比較することにより上記乾燥器２が必要な乾燥能力を有しているか否かを判別するように構成した場合には、上記乾燥器２の乾燥能力を適正値に設定して設備コストを効果的に削減することができる。

すなわち、上記塗工液の種類および塗工量等が変化すると、必要な乾燥用エアの風量および温度等も変化するとともに、上記塗工液の塗工面積率が変化するのに応じて乾燥器２の乾燥能力も変化することになるが、これらの値が変化した場合においても、塗工液中の溶剤を完全に蒸発させることができるか否かを、乾燥装置の設計段階で、上記必要熱量演算手段３３および乾燥能力演算手段３４を有する演算システムを使用して適正に検証することできる。したがって、上記乾燥器２の乾燥能力に不必要な余力を持たせること起因して設備コストが嵩む等の問題を生じることなく、必要な乾燥能力を有する乾燥装置を容易かつ適正に設計できるという利点がある。

また、上記溶剤量演算手段３５は、データ入力手段６により入力された上記基材１の搬送速度および基材１に塗工された塗工液量および上記排気還流ダクト１５を介して乾燥器２内に還流される排気還流割合等に基づいて排気中の溶剤量を演算するとともに、上記基材１に対する塗工液の塗工面積率が小さくなるのに応じて値が大きくなるように設定された面積率補正係数を用いて溶剤量の演算値を補正する機能を有している。

例えば、基材の幅寸法Ｗが１．１Ｍ、基材１の搬送速度Ｖが１５０Ｍ／ｍｉｎ、単位面積当たりの塗工液総重量ｇｗが４ｇｒ／ｍ^２および単位面積当たりの塗工液固形分重量ｇｄが１ｇｒ／ｍ^２に設定され、かつ上記塗工液の塗工面積率が１／１（１００％）設定されるとともに、排気の還流割合が０％、つまり上記排気還流ダクト１５を介した排気の還流量が０に設定された実施例において、上記基材１の搬送速度Ｖ等のデータをそれぞれ式（３）に代入して演算することにより、一時間当たりに蒸発する塗工液溶剤量Ｇｓの値として２９．７ｋｇ／ｈｒが得られる。

一方、上記実施例と同一の条件で、塗工液の塗工面積率だけを１／４（２５％）に変化させた場合には、この塗工面積率の逆数を面積率補正係数ｚとして上記塗工液溶剤量Ｇｓの演算値を補正することにより、一時間当たりに蒸発する塗工液溶剤量Ｇｓとして７．４ｋｇ／ｈｒが得られる。つまり、上記面積率補正係数ｚを用いて上記式（３）を修正することにより得られた下記式（２１）に基づき、塗工面積率に応じて補正された塗工液溶剤量Ｇｓを求めることができる。

Ｇｓ＝６０・Ｖ・Ｗ・（ｇｗ−ｇｄ）・１０^−３・ｚ（２１）
また、上記溶剤量演算手段３５は、上記排気還流ダクト１５を介して乾燥器２に対する排気の還流が行われている場合に、この還流排気中に含有された溶剤量を加味して排気中の溶剤量を演算する機能を有している。すなわち、上記気還流ダクト２５を介して乾燥器２内に還流される排気の還流割合（リサイクル率）と、新たに蒸発して排気中に含有された溶剤の濃度倍率との関係を検証する種々の実験を行ったところ、図４に示すようなデータが得られた。

図４に示すデータから、例えば排気の還流割合を１／２（５０％）に設定し、５０％の新鮮空気と、５０％の排気とを混合して上記乾燥器２内に導入するように構成した場合には、上記濃度倍率が２倍となり、かつ上記排気の還流割合を３／４（７５％）に設定し、２５％の新鮮空気と、７５％の排気とを混合して上記乾燥器２内に導入するように構成した場合には、上記濃度倍率が４倍となり、乾燥器２において蒸発することにより新たに排気中に含有された溶剤量と、乾燥器２に導入される新鮮空気割合の逆数からなる濃度倍率とに応じ、排気中の溶剤量を適正に演算できることが分かる。

すなわち、上記塗工液の塗工面積率が１／４（２５％）に設定されるとともに、上記排気の還流割合が３／４（７５％）に設定された上記実施例では、一時間当たりに基材１から新たに蒸発する塗工液の溶剤量が、上記式（２１）に基づいて７．４ｋｇ／ｈｒであると演算されるとともに、これに上記濃度倍率からなるリサイクル率補正係数の値４が掛け合わされることにより、上記乾燥器２内から導出される混合気中の溶剤量は２９．６（ｋｇ／ｈｒ）になるという演算結果が得られる。

また、上記爆発危険度演算手段３６は、溶剤量演算手段３５により演算された排気中の溶剤量に応じ、下式（２２）に基づいて上記溶剤の爆発危険度Ｋ（％）を演算する機能を有している。この式（２２）において、Ｇｓ（ｋｇ／ｈｒ）は排気中の溶剤量、Ｂ（ｇ／ｍｏｌ）は当該溶剤の分子量、Ｒは一時間当たりにおける乾燥用エアの供給量（Ｍ^２／ｈｒ）、Ｔ（℃）は乾燥用エアの温度、ＬＥＬ（Ｖｏｌ％）は溶剤の爆発限界濃度、つまり可燃ガスと空気との混合ガスに点火したときに炎が連鎖的に伝播してガス爆発を起こす限界となる可燃ガスの濃度である。

Ｋ＝［（Ｇｓ・１０００・２２．４・１０^−３）／（Ｂ・Ｒ）］・１００・（１００／ＬＥＬ）・［２７３／（２７３＋Ｔ）］（２２）
上記溶剤がトルエンである場合、その分子量Ｂは９２．１ｇ／ｍｏｌであるともに、その爆発限界濃度ＬＥＬは１．３Ｖｏｌ％であり、これらの値が予め記憶手段３７に記憶されている。そして、上記基材の幅寸法Ｗが１．１Ｍ、基材の搬送速度Ｖが１５０Ｍ／ｍｉｎ、単位面積当たりの塗工液総重量ｇｗが４ｇｒ／ｍ^２および単位面積当たりの塗工液固形分重量ｇｄが１ｇｒ／ｍ^２であり、かつ上記塗工液の塗工面積率が１／４（２５％）であるとともに、排気の還流割合が３／４（７５％）である上記実施例において、乾燥用エアの供給量Ｒを３６００Ｍ^２／ｈｒに設定するとともに、温度Ｔを６０℃に設定し、上記式（２１）に基づいて排気中の溶剤量Ｇｓを演算すると、その値は２９．６ｋｇ／ｈｒであるという演算結果が得られる。これらの値と、記憶手段３７から読み出された上記分子量Ｂおよび爆発限界濃度ＬＥＬを、上記式（２２）に代入して演算すると、溶剤の爆発危険度Ｋは、１２．６％になるという演算結果が得られることになる。

このように溶剤量演算手段３５において演算される排気中の溶剤量を、上記基材１に対する塗工液の塗工面積率が大きくなるのに応じて値が大きくなるように設定された面積率補正係数ｚを用いて補正するように構成した場合には、塗工液の塗工面積率に対応した排気中の溶剤量を適正に演算することができるとともに、この溶剤量の演算値に応じ、爆発危険度演算手段３６において溶剤の爆発危険度Ｋ（％）を演算することにより、排気の還流割合が適正であるか否かを容易かつ、適正に判別することができる。

例えば、爆発危険度演算手段３６において、上記式（２２）を使用して演算された溶剤の爆発危険度Ｋ（％）が、予め設定された基準値以上であるか否かを判定し、この基準値以上であれば、上記排気還流ダクト１５を介して乾燥器２内に還流される排気還流割合が多いため、排気中の溶剤濃度が高く爆発の危険性が高い状態にあると判断して、新鮮空気量調節用ダンパー１９の開度を増大させるとともに、還流量調節用ダンパー２３の開度を低減する制御を実行する等により、上記排気還流割合を低下させて安全性を確保することができる。

また、上記の示すように乾燥器２から排出された排気中の溶剤を除去して排気を浄化処理する溶剤処理手段４を備えた乾燥装置では、上記爆発危険度演算手段３６において溶剤の爆発危険度Ｋ（％）を予め求められるとともに、この値に対応した処理能力を有する溶剤処理手段４を用いるように乾燥装置を設計することにより、必要以上の性能を有する溶剤処理装置４を用いることなく、上記排気中の溶剤を充分に除去できるという利点がある。

なお、上記実施形態では、作業者が基材１に塗工された塗工液の塗工領域を判別し、上記データ入力手段６を使用して塗工液の塗工面積を手動で入力するように構成した例ついて説明したが、画像センサを使用して上記塗工液の塗工領域を読み取り、この塗工領域が基材１に占める割合を計算して求め、あるいは図外のホストコンピュータから入力される印刷データに応じて上記印刷絵柄の面積率を自動的に入力するように構成してもよい。

また、上記実施形態では、乾燥器２の上部排気ヘッダ１２に接続された上部排気ダクト２５と、乾燥器２の下部排気ヘッダ１３に接続された下部排気ダクト２６とを設け、これらの上部排気ダクト２５および下部排気ダクト２６を介して乾燥器２の外部に排出された排気を、必要に応じて上記排気還流ダクト１５により乾燥器２内に還流させるように構成した例について説明したが、上記上部排気ダクト２５および下部排気ダクト２６の一方を省略し、その他方から乾燥器２の外部に排出された排気だけを上記排気還流ダクト１５により乾燥器２内に還流させるように構成してもよい。

さらに、上記乾燥器２の上部排気ヘッダ１２に接続された上部排気ダクト２５と、乾燥器２の下部排気ヘッダ１３に接続された下部排気ダクト２６との間に、中間排気ダクトを設け、これらのダクトを介して乾燥器２の外部に排出された排気をそれぞれ上記排気還流ダクト１５により乾燥器２内に還流させ、あるいは上記各ダクトのうち特定のダクトから排出された排気だけを上記乾燥器２内に還流させるように構成してもよい。

本発明に係る演算システムの実施形態を示す説明図である。演算装置の具体的構成を示すブロック図である。溶剤濃度とリサイクル率および測定場所との関係を示すグラフである。塗工液の塗工面積率と乾燥能力倍率との関係を示すグラフである。

符号の説明

１基材
２乾燥器
６データ入力手段
７演算装置
１４空気供給ダクト
１５排気還流ダクト
３３必要熱量演算手段
３４乾燥能力演算手段
３５溶剤量演算手段
３６爆発危険度演算手段

Claims

塗工液が塗工された基材に乾燥用エアを吹き付けて塗工液を乾燥させる乾燥器を備えた乾燥装置の演算システムであって、乾燥器に導入される基材の搬送速度および基材に塗工された塗工液量のデータに基づいてこの塗工液を乾燥させるのに必要な熱量を演算する必要熱量演算手段と、上記塗工液を乾燥させるために吹き付けられる乾燥用エアの吹付面積および境膜伝熱係数のデータに基づいて乾燥器の乾燥能力を演算する乾燥能力演算手段とを備え、この乾燥能力演算手段において演算される乾燥器の乾燥能力を、上記基材に対する塗工液の塗工面積率が小さくなるのに応じて値が大きくなるように設定された乾燥能力補正係数を用いて補正するとともに、この補正後の乾燥能力と、上記必要熱量演算手段により演算された必要熱量とを比較することにより、上記乾燥器が必要な乾燥能力を有しているか否かを判別するように構成したことを特徴とする乾燥装置の演算システム。
上記乾燥器に導入される基材の搬送速度および基材に塗工された塗工液量および上記排気還流ダクトを介して乾燥器内に還流される排気還流割合に基づき排気中の溶剤量を演算する溶剤量演算手段と、この溶剤量演算手段により演算された排気中の溶剤量に基づいてこの溶剤の爆発危険度を演算する爆発危険度演算手段とをさらに備え、上記溶剤量演算手段において演算される排気中の溶剤量を、上記基材に対する塗工液の塗工面積率が大きくなるのに応じて値が大きくなるように設定された面積率補正係数を用いて補正するとともに、この補正後の溶剤量に応じて上記爆発危険度演算手段により演算された溶剤の爆発危険度に基づき、上記排気の還流割合が適正であるか否かを判別するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の乾燥装置の演算システム。