JP6912910B2 - 乾燥システム - Google Patents

Description

本発明は、乾燥室の給気ダクトに取り付けられて、給気ダクト内の加熱された空気を乾燥室内の乾燥対象物に向けて噴出するノズルを備える乾燥システムに関する。

従来、この種のノズルとして先方に向かって縮径する円錐形状のものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−３２１７１２号公報（図１、段落［００１６］）

しかしながら、上記した従来のノズルでは、乾燥対象物全体を乾燥させるのに長時間を要し、燃料効率が悪かった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、乾燥対象物全体を効率よく乾燥させることが可能な乾燥システムの提供を目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１の発明は、乾燥室に取り付けられる給気ダクトと、前記給気ダクトに空気を送給する送給装置と、前記給気ダクトに送給される空気を加熱する加熱装置と、前記給気ダクトに取り付けられて、加熱された空気を前記乾燥室内の乾燥対象物に向けて噴出する複数のノズルと、を備える乾燥システムであって、前記ノズルは、第１方向で対向する１対の第１内側面と、前記第１方向と直交した第２方向で対向する１対の第２内側面とを有し、前記第１内側面同士の間の開き角及び前記第２内側面同士の間の開き角が、５〜４５度でホーン状をなして、前記第１方向及び第２方向の開口幅が前記空気の噴出方向の先方に向かって徐々に拡がると共に、前記第１方向の開口幅に対する前記第２方向の開口幅が２〜２５倍になっていて、前記ノズルから噴出される空気が前記第２方向より前記第１方向に広がる流量の空気を前記送給装置が前記給気ダクトに送給する乾燥システムである。

請求項２の発明は、ホーン状をなしかつ前記ホーン状の内側面を有する内筒体と、前記内筒体のうち開口が小さい基端部から側方に張り出し、前記給気ダクトの外面に重ねて固定される固定フランジと、一端部が前記内筒体の先端部に嵌合され、他端部が前記内筒体から側方に離れた位置で前記固定フランジに接合される外筒体と、を備える請求項１に記載の乾燥システムである。

請求項３の発明は、複数の前記ノズルの少なくとも一部は、乾燥対象物の下方に配置され、前記乾燥対象物の下方に配置される前記ノズルは、前記１対の第１内側面が上下方向で対向しかつ、前記第１内側面同士の中心に位置する架空の第１中心面が前記ノズルの先方に向かって上方に向かうように配置され、前記ノズルの先端の開口面は、鉛直方向と略平行になって、前記ノズルの先端の下側開口縁が上側開口縁の鉛直下方か又は、鉛直下方より前記ノズルの基端側にずれた位置に配置されている請求項１又は２に記載の乾燥システムである。

本発明のノズルのように、内側面を先方に向かって拡開するホーン状とし、その第１方向の開口幅に対する第２方向の開口幅が２〜２５倍とすると、後のシミュレーションで確認できるように、ノズルから噴出される温風は、開口幅が大きい第２方向より開口幅が小さい第１方向に大きく拡がり、しかも、温風は、ノズルから噴出された直後から第１方向における第１内側面同士の開き角より大きな角度で拡がる。そして、従来のノズルを用いた場合よりノズルの近くで乾燥対象物の広範囲に温風を当てることができる。これにより、ノズルを乾燥対象物の近くに配置することができるので、乾燥室を小さくすることが可能になる。これらから、本発明のノズル及び乾燥システムによれば、乾燥対象物全体を効率よく暖めて、効率よく乾燥させることができる。なお、第１内側面同士の間の開き角及び第２内側面同士の間の開き角が、５〜４５度であるノズルが好ましく、それら両開き角は、１０〜２０度であることがより好ましい。

また、請求項２の構成によれば、ノズルの外面の清掃が容易になる。さらに、請求項３の構成によれば、乾燥対象物の下方に配置されるノズルから斜め上方に温風を噴出して乾燥対象物を加熱することができる。また、ノズルの先端の開口面は、鉛直方向と略平行になって、ノズルの先端の下側開口縁が上側開口縁の鉛直下方か又は、鉛直下方よりノズルの基端側にずれた位置に配置されているので、乾燥対象物から垂れる液体がノズルに入り込むことを防ぐことができる。

本発明の第１実施形態に係る乾燥ブースの側断面図 給気ダクトに取り付けられたノズルの側面図 ノズルの平面図 （Ａ）図３のＡ−Ａ切断面のノズルの断面図，（Ｂ）図３のＢ−Ｂ切断面のノズルの断面図 図３のＣ−Ｃ切断面のノズルの断面図 第２実施形態のノズルの断面図 実施例における発明品１のシミュレーション結果 発明品２のシミュレーション結果 比較品１のシミュレーション結果 比較品２のシミュレーション結果 （Ａ）発明品２のシミュレーション結果，（Ｂ）発明品１のシミュレーション結果 （Ａ）比較品と発明品の風量の比較グラフ，（Ｂ）比較品と発明品の風速の比較グラフ （Ａ）比較品１で実測した風速の分布グラフ，（Ｂ）発明品２で実測した風速の分布グラフ

［第１実施形態］
以下、本発明の一実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。図１に示された乾燥ブース１０は、紙面と直交する方向（以下、「前後方向」という）に延び、内側が本発明に係る乾燥室２９になっている。また、乾燥ブース１０の幅方向の中央には、底面１２上で前後方向に延びる搬送レール１４が備えられている。そして、その搬送レール１４上を移動する搬送台車１５に、例えば電着塗装を終えた車体ボディが乾燥対象物９０として搭載されて乾燥室２９内に搬出入される。また、乾燥ブース１０は、乾燥対象物９０である車体ボディが丁度１つ収まる長さをなし、その一端部に図示しない扉付きの搬出入口を有する。

乾燥ブース１０の断面形状は、乾燥対象物９０の車体ボディを前後方向ら見たシルエットに対応させて、四角形の上側両角部を斜めにカットした形状をなしている。

乾燥ブース１０内の搬送レール１４の両側方には、前後方向に延びる１対の給気ダクト１６，１６が備えられている。図１の右側の給気ダクト１６は、乾燥ブース１０の底面１２と内側面とに重ねられ、搬送レール１４に対して隙間を空けて対向している。また、この給気ダクト１６の上面壁は、図１における左端部から幅方向の略中央位置までが第１の水平部１７をなし、略中央位置から右端寄り位置までが、右側に向かって徐々に迫り上がるように湾曲した凹状湾曲部１８をなし、右端寄り位置から右端部までが第２の水平部１９になっている。さらに、凹状湾曲部１８は、第１の水平部１７から略３０度の傾斜で立ち上がった第１傾斜部１８Ａと、第１傾斜部１８Ａの上端部から水平方向に対して略６０度の角度で起立した第２傾斜部１８Ｂと、第２傾斜部１８Ｂの上端部から鉛直に起立した鉛直部１８Ｃとから構成されている。

一方、図１の左側の給気ダクト１６は、右側の給気ダクト１６の上側略半分と同じ形状をなして排気ダクト２０の上に重ねられている。そして、左側の給気ダクト１６と排気ダクト２０とを合わせた断面形状の輪郭が、右側の給気ダクト１６の断面形状の輪郭に対して左右対称な形状になっている。

排気ダクト２０には、例えば、搬送レール１４側を向いた面に複数のスリット２０Ｓが形成されている。一方、各給気ダクト１６の凹状湾曲部１８には、複数のノズル３０が取り付けられている。また、排気ダクト２０には、乾燥ブース１０の側壁を貫通した排気中継ダクト２１が接続され、両給気ダクト１６，１６には、それぞれ乾燥ブース１０の側壁を貫通した給気中継ダクト２２が接続されている。さらに、排気中継ダクト２１及び給気中継ダクト２２は、加熱装置２４及び送給装置２５を介して接続され、これにより本発明に係る乾燥システム３９が構成されている。そして、送給装置２５により排気中継ダクト２１から給気中継ダクト２２へと空気が送給され、その送給される空気が加熱装置２４により加熱される。これにより、乾燥室２９内の空気が、スリット２０Ｓを通して排気ダクト２０に吸引されて排気中継ダクト２１、給気中継ダクト２２を通り、その間に加熱装置２４で加熱されて各給気ダクト１６へと送給される。そして、給気ダクト１６内の空気が複数のノズル３０から乾燥室２９に温風となって噴出される。

図２に示すように、複数のノズル３０は、各給気ダクト１６の第１傾斜部１８Ａと第２傾斜部１８Ｂの長手方向（図２の紙面と直交する方向）に列をなして配置されている。各ノズル３０は、先方に向かって徐々に拡開するホーン状の内側面３０Ｎを有し、その開口形状は、図３に示すように給気ダクト１６の長手方向である第２方向Ｈ２に長い長方形をなしている。

より具体的には、ノズル３０の内側面３０Ｎは、前述の第２方向Ｈ２で対向する１対の第２内側面３２，３２と、第２方向Ｈ２と直交した第１方向Ｈ１で対向する１対の第１内側面３１，３１とからなる。そして、第１内側面３１，３１同士の中心に位置する第１中心面Ｃ１と、第２内側面３２，３２同士の中心に位置する第２中心面Ｃ２とにそれぞれ直交する任意の断面でのノズル３０の開口において、第２方向Ｈ２の開口幅Ｗ２は、第１方向Ｈ１の開口幅Ｗ１の２〜２５倍になっている。また、第１内側面３１，３１同士の間、及び、第２内側面３２，３２同士の間は、同じ角度で拡開していて、それらの開き角は、例えば５〜４５度になっている。

図２に示すように、各ノズル３０は、第１中心面Ｃ１が、水平面に対して１５〜４５の角度で傾斜した状態となるように給気ダクト１６の外面に取り付けられている。また、ノズル３０の先端の開口面３０Ｋは、第２中心面Ｃ２（図４（Ａ）及び図４（Ｂ）参照）に対しては直交し、第１中心面Ｃ１（図５参照）に対して斜めに交差している。そして、その開口面３０Ｋが上下方向に対して僅かに傾斜し、ノズル３０の先端の下側開口縁が上側開口縁の鉛直下方よりノズル３０の基端側に僅かにずれた配置になっている。

また、図４及び図５に示すように、ノズル３０は、例えば、板金で構成された内筒体３３と外筒体３４と固定フランジ３５とを組み付けてなる。内筒体３３は、ホーン状をなし、内面が前述のホーン状の内側面３０Ｎになっている。固定フランジ３５は、平面形状が長方形をなし、中央には内筒体３３の基端部が嵌合された長方形の開口を備えている。外筒体３４は、一端部が内筒体３３の先端部の外側に嵌合した状態に溶接され、他端部が内筒体３３から側方に離れた位置で固定フランジ３５に溶接されている。また、外筒体３４の各側面は、凹状に湾曲している。そして、外筒体３４のうち内筒体３３の先端部に嵌合している部分は、隣り合った側面同士の接合角が９０度をなし、固定フランジ３５側に向かって側面同士の接合角が徐々に開き、固定フランジ３５に接合された部分では、側面同士の接合角が略０度になっている。

本実施形態のノズル３０を備えた乾燥ブース１０の構成に関する説明は以上である。次に、この乾燥ブース１０の作用効果について説明する。図１に示した乾燥システム３９が起動されると、前述の通り、乾燥室２９内の空気が、排気ダクト２０に吸引されて排気中継ダクト２１、給気中継ダクト２２を通り、その間に加熱装置２４で加熱されて各給気ダクト１６へと送給される。そして、各給気ダクト１６の複数のノズル３０から温風となって乾燥室２９内に噴出される。これにより、乾燥室２９内の空気が徐々に上昇して、湿度が徐々に下がる。

乾燥室２９内の温度が所定温度以上となったところで、図示しない搬出入扉が開かれて乾燥対象物９０が乾燥室２９に搬入されてから搬出入扉が閉じられる。そして、乾燥対象物９０が、複数のノズル３０の上方に配置され、ノズル３０から噴出される温風を下面に受けて加熱されていく。その際、ノズル３０から噴出される温風は、後のシミュレーションで確認することができるように、開口幅が大きい第２方向Ｈ２より開口幅が小さい第１方向Ｈ１に大きく拡がり、しかも、温風は、ノズル３０から噴出された直後から第１方向Ｈ１における第１内側面３１，３１同士の開き角より大きな角度で拡がる。

また、本実施形態のノズル３０のように第１内側面３１，３１同士の間の第１中心面Ｃ１に対して開口面３０Ｋが傾斜した構造では、先方に大きく張り出した側（図２の上側）の第１内側面３１の外側に温風が大きく拡がる。即ち、ノズル３０の上方側に温風が拡がる。そして、ノズル３０からの噴出直後に拡がった温風が、ノズル３０の周りの広範囲の空気を巻き込んで乾燥対象物９０に吹き付けられる。

これにより、従来のノズルを用いた場合よりノズル３０の近くで乾燥対象物９０の広範囲に温風を当てることができる。また、ノズル３０を乾燥対象物９０の近くに配置することができるので、乾燥室２９を小さくすることができる。さらには、ノズル３０が、上方に向けて温風を噴出しているので、加熱された空気がスムーズに乾燥室２９内を上昇し、乾燥対象物９０の上部の温度も迅速に上昇させることができる。これらにより、乾燥対象物９０全体を効率よく暖めて、効率よく乾燥させることができる。

また、ノズル３０の先端開口における下側開口縁は、上側開口縁より基端側にズレているので、乾燥対象物９０から雫が垂れてもノズル３０内には入らない。さらに、ノズル３０の外面が外筒体３４で覆われ、粉塵が溜まり難い形状になっているので、効率よく清掃を行うことができる。

［第２実施形態］
本実施形態のノズル３０Ｖは、図６に示されており、前記第１実施形態のノズル３０の開口面３０Ｋが、第１中心面Ｃ１に対して傾斜していたのに対し、本実施形態のノズル３０Ｖの開口面３０Ｋは、第１中心面Ｃ１と直交している点のみが異なる。ノズル３０Ｖをこのような構造にしても、従来のノズルを用いた場合よりノズル３０Ｖの近くで乾燥対象物９０の広範囲に温風を当てることができる。

［実施例］
本発明の効果を確認するためにシミュレーション解析と測定実験とを行った。
１．シミュレーション解析
（Ａ）流体解析シミュレーターを使用して、発明品１，２、比較品１，２のノズルを給気ダクトに取り付けた場合の温風の噴出状態を解析した。なお、下記（１）変更条件における開口は、ノズルの基端部の開口の大きさである。また、発明品１は、上記第１実施形態のノズル３０に相当し、発明品２は、上記第２実施形態のノズル３０Ｖに相当する。

Ａ．実験条件
（１）変更条件
発明品１：開口１０×１２５［ｍｍ］、開き角１５度、長さ７５［ｍｍ］、開口面が傾斜した角錐筒
発明品２：開口１０×１２５［ｍｍ］、開き角１５度、長さ７５［ｍｍ］の角錐筒
比較品１：開口１０×１２５［ｍｍ］、開き角０度、長さ７５［ｍｍ］の角筒
比較品２：開口φ４０［ｍｍ］、開き角１５度、長さ７５［ｍｍ］の円錐筒

（２）固定条件
給気ダクト内の空気の温度 ：１１℃
給気ダクトからの噴出流量 ：６８ｍ^３／ｈ

Ｂ．実験結果
図７（Ａ）には、発明品１のうち前記第１中心面Ｃ１と平行な断面（図４（Ａ）の断面）における発明品１からの温風の拡がり状態が示され、図７（Ｂ）には、前記第２中心面Ｃ２と平行な断面（図５の断面）における発明品１からの温風の拡がり状態が示れている。また、図７（Ｃ）には、図７（Ａ）のＤ−Ｄ断面、Ｅ−Ｅ断面での温風の拡がり状態が示されている。図７と同様に、図８には、発明品２からの温風の拡がり状態が示され、図９には比較品１からの温風の拡がり状態が示され、さらに、図１０には比較品２からの温風の拡がり状態が示されている。

図８（Ａ）と図８（Ｂ）との比較及び図８（Ｃ）の縦横の比較から、第２実施形態のノズル３０Ｖである発明品２から噴出される温風は、開口幅が大きい第２方向Ｈ２より開口幅が小さい第１方向Ｈ１に大きく拡がることが分かる。また、図８（Ｂ）の一部を拡大した図１１（Ａ）から、温風は、発明品２から噴出された直後から第１方向Ｈ１における第１内側面３１，３１同士の開き角より大きな角度で拡がることも分かる。しかも、発明品２の近傍の空気が、発明品２から噴出される温風に誘引されていることも確認できる。

また、図７及び図１１（Ｂ）から、第１実施形態のノズル３０である発明品１からの温風に関しても発明品２と同様のことが分かる。それに加えて、発明品１からの温風は、先方に大きく張り出した側の第１内側面３１の外側に大きく拡がることが分かる。

また、図９から、第２実施形態のノズル３０Ｖの開き角を０度とした比較品１からの温風は、ノズルの近傍では、開口幅が小さい第１方向Ｈ１より開口幅が大きい第２方向Ｈ２に大きく拡がり、ノズルから遠く離れた位置で、それが逆転することが分かる。また、図１０から円錐形の比較品２からの温風は、ノズルから離れるに従って少しずつ側方に拡がっていくことが分かる。これらから、発明品１，２によれば、比較品１，２に比べてノズルの近傍で温風が側方に拡がり、乾燥対象物の広範囲に温風を当てることができる、と言える。

また、図１２には、発明品１，２、比較品１，２から噴出される温風の上記したノズル近傍のＤ−Ｄ断面、Ｅ−Ｅ断面における温風の風量及び風速が比較して示されている。同図により、ノズルの近傍では、比較品１，２に比べて発明品１，２からの温風の風速は小さく、風量は多くなることが分かる。このことから、発明品１，２では、噴出された温風がノズルの近傍の空気に運動量の一部を付与して誘引し、緩やかな風速で多くの風量の温風を乾燥対象物に向かわせることができる。これらから、本発明の発明品１，２のノズルを使用した乾燥システムでは、乾燥対象物全体を効率よく暖めて効率よく乾燥させることができることが分かる。

２．測定実験
上記したシミュレーション解析を、実際の測定で確認すべく、上記発明品２と比較品１を作成し、上記したＤ−Ｄ断面に相当する位置に風速センサを配置して測定を行った。図１３にはその測定結果がグラフにして示されている。この測定結果から、発明品２から噴出される温風は、上記したシミュレーション解析と同様に、開口幅が大きい第２方向Ｈ２より開口幅が小さい第１方向Ｈ１に大きく拡がり、比較品１では、それを逆になることが分かった。また、発明品２では、比較品１に比べて、緩やかな風速で多くの風量の温風を乾燥対象物に向かわせることができることも分かった。

［他の実施形態］
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、上記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

１６ 給気ダクト
２４ 加熱装置
２５ 送給装置
２９ 乾燥室
３０，３０Ｖ ノズル
３０Ｋ 開口面
３０Ｎ ホーン状の内側面
３１ 第１内側面
３２ 第２内側面
３３ 内筒体
３４ 外筒体
３５ 固定フランジ
３９ 乾燥システム
９０ 乾燥対象物
Ｃ１ 第１中心面
Ｃ２ 第２中心面
Ｈ１ 第１方向
Ｈ２ 第２方向

Claims (3)

1. 乾燥室に取り付けられる給気ダクトと、
   前記給気ダクトに空気を送給する送給装置と、
   前記給気ダクトに送給される空気を加熱する加熱装置と、
   前記給気ダクトに取り付けられて、加熱された空気を前記乾燥室内の乾燥対象物に向けて噴出する複数のノズルと、を備える乾燥システムであって、
   前記ノズルは、第１方向で対向する１対の第１内側面と、前記第１方向と直交した第２方向で対向する１対の第２内側面とを有し、前記第１内側面同士の間の開き角及び前記第２内側面同士の間の開き角が、５〜４５度でホーン状をなして、前記第１方向及び第２方向の開口幅が前記空気の噴出方向の先方に向かって徐々に拡がると共に、前記第１方向の開口幅に対する前記第２方向の開口幅が２〜２５倍になっていて、
   前記ノズルから噴出される空気が前記第２方向より前記第１方向に広がる流量の空気を前記送給装置が前記給気ダクトに送給する乾燥システム。
2. ホーン状をなしかつ前記ホーン状の内側面を有する内筒体と、
   前記内筒体のうち開口が小さい基端部から側方に張り出し、前記給気ダクトの外面に重ねて固定される固定フランジと、
   一端部が前記内筒体の先端部に嵌合され、他端部が前記内筒体から側方に離れた位置で前記固定フランジに接合される外筒体と、を備える請求項１に記載の乾燥システム。
3. 複数の前記ノズルの少なくとも一部は、前記乾燥対象物の下方に配置され、
   前記乾燥対象物の下方に配置される前記ノズルは、前記１対の第１内側面が上下方向で対向しかつ、前記第１内側面同士の中心に位置する架空の第１中心面が前記ノズルの先方に向かって上方に向かうように配置され、
   前記ノズルの先端の開口面は、鉛直方向と略平行になって、前記ノズルの先端の下側開口縁が上側開口縁の鉛直下方か又は、鉛直下方より前記ノズルの基端側にずれた位置に配置されている請求項１又は２に記載の乾燥システム。

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