JP7386050B2

JP7386050B2 - 乾燥方法

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Publication number: JP7386050B2
Application number: JP2019201831A
Authority: JP
Inventors: 浩明打田; 眞理辻; 康晴川村; 宏一上神
Original assignee: アルテミラ製缶株式会社
Priority date: 2019-11-06
Filing date: 2019-11-06
Publication date: 2023-11-24
Anticipated expiration: 2039-11-06
Also published as: JP2021076280A

Description

本発明は、容器の乾燥方法に関する。

有底筒状の缶体を乾燥するインサイド・ベーク・オーブン（以下、ＩＢＯという）は、樹脂製又はステンレススチール製コンベアネットで缶体を一定量まとめて搬送して加熱処理するトンネルタイプオーブンである。例えば図１５に示すＩＢＯ１００のように、３つの領域（１０６，１０８，１１０）に分かれて加熱するタイプが主流である。前工程のインサイド・スプレーマシンで缶体内面に熱硬化性樹脂塗料が塗装された缶体１０４が、上部開口を上向きとした状態（以下、正置という）でＩＢＯ１００に搬送される。

ＩＢＯ１００では、コンベアネット１０２上に正置された缶体１０４が平面視において千鳥状のパターンを形成し、予熱帯１０６、昇温帯１０８、保持帯１１０、冷却帯１１４の各領域を通過する。予熱帯１０６では、１００℃程度で水、溶剤を蒸発あるいは揮発させる。昇温帯１０８では、樹脂の架橋反応を開始させて分子構造を密にするとともに、所定の温度に缶体１０４を到達させる。保持帯１１０では、樹脂の架橋反応をさらに促進させ要求性能を満たす塗膜を形成する。要求性能を満たす塗膜を形成するために、例えば１９０℃×６０ｓｅｃを確保する必要がある。保持帯１１０からエアシール１１２を経て、冷却帯１１４で缶温２００℃近傍から冷却されて、次の工程へ搬送される。

ＩＢＯ１００の各領域には、コンベアネット１０２上に正置された缶体１０４の上方の所定位置に、ノズル本体１１６が設けられている。ノズル本体１１６は、缶体１０４を乾燥させるための気体を缶体１０４の縦方向に平行に吐出するスリットノズル１１７を備える。スリットノズル１１７は、缶体１０４の搬送方向に直交する方向、すなわちコンベアネット１０２の幅方向を長手方向とするスリット状の吐出口を有する。吐出口は、所定の幅（例えば３～７ｍｍ）を有し、一定間隔（例えば７５～９０ｍｍ等）で搬送方向に複数配置されている。スリットノズル１１７から吐出される気体は、レイノルズ数（以下、「Ｒｅ」）２０００程度（吐出口で１２～１６ｍ／ｓ）である。以上のように缶体１０４を乾燥する際、スリットノズル１１７が配備されているエリアにおいては、スリットノズル１１７から吐出される気体を缶内に吹き込ませる衝突噴流が、また、スリットノズル１１７が配備されていないエリアにおいては、自然対流熱伝達が採用されている。

ＩＢＯ１００は、熱風循環式により、図示しないが、気体として一部の外気を吸気しバーナー加熱された熱風を、循環ファンにより循環させている。上記熱風は、上部の吹出ノズル１１８から吹出され、吹出ノズル１１８直後のパンチングプレート１２０と、スリットノズル１１７直前のパンチングプレート１２２を順に通過することによって、各領域の全体に分散、均圧化される。このようにしてスリットノズル１１７からは、均一な流速の熱風が吹き出る。

上記スリットノズルとして、特許文献１には、一対の波板を、互いの山部及び谷部が直交するように、離間して配置された渦流発生装置が開示されている。上記特許文献１によると、渦流発生装置によって生じた乱流状態にある空気が缶体に到達すると、缶体の周囲の気流の流れを乱し、缶体の表面に付着した水分を効率よく乾燥することができる。

特開平３－９５３８５号公報

しかしながら上記特許文献１のスリットノズルから吐出された空気は、缶体内に侵入した時点で流速が低下し、缶体内を効率的に乾燥させることが困難であるという懸念があった。

本発明は、缶体内を効率的に乾燥することができる乾燥方法を提供することを目的とする。

本発明に係る乾燥方法は、有底筒状の容器の上部開口に向かって気体を吐出し、前記容器内に渦流を発生させる工程を備え、前記渦流は、前記容器の中心軸に対し直交する方向に平行な軸を有し、前記容器の上端から前記渦流の前記軸までの深さをｚ_ｎ、前記容器の高さをＨとした場合、前記軸は０．３≦（ｚ_ｎ／Ｈ）の範囲のみに形成される。

本発明に係る乾燥方法において、渦流は、前記容器内において単一である。

本発明に係る乾燥方法において、前記気体は、前記容器の中心からずれた位置に配置されたスリット状の吐出口を有するノズルから吐出されるのが好ましい。

本発明に係る乾燥方法において、前記吐出口の幅方向の中心と前記容器の中心の間の距離をｙ_ｎ、前記容器の幅長さをＤとした場合、前記吐出口は０．３≦（ｙ_ｎ／Ｄ）＜０．５の範囲内に配置され、前記気体のレイノルズ数が１０００以上４０００以下であるのが好ましい。

本発明に係る乾燥方法において、前記吐出口の幅方向の中心と前記容器の中心の間の距離をｙ_ｎ、前記容器の幅長さをＤとした場合、前記吐出口は０．４≦（ｙ_ｎ／Ｄ）＜０．５の範囲内に配置され、前記気体のレイノルズ数が１０００以上６０００以下であるのが好ましい。

本発明に係る乾燥方法において、前記ノズルは、所定の間隔を開けて対向して配置された一対のノズル壁の先端にスリット状の吐出口を備え、前記ノズル壁の先端側に互いの前記ノズル壁に向かって突出した複数の突起を有するのが好ましい。

本発明に係る乾燥方法において、前記容器は円筒状の缶体であるのが好ましい。

本発明によれば、缶体内において発生する渦流の軸が０．３≦（ｚ_ｎ／Ｈ）の範囲のみに形成されることによって、気体が缶体内の全体をより高速で循環するので、缶体内を効率的に乾燥することができる。

本実施形態の乾燥装置の全体構成を示す模式図である。本実施形態の乾燥装置に用いられるノズルの斜視図である。上記ノズルの平面図である。上記ノズルの作用の説明に供する断面図である。上記ノズルの変形例を示す斜視図である。実験装置の構成を模式的に示す斜視図である。実験装置の部分拡大図である。図８のａはレイノルズ数２０００のときの時間平均速度の等値分布図、図８のｂはレイノルズ数２０００のときの流線図である。レイノルズ数２０００のときの時間平均速度分布図である。図１０のｃはｙ_ｎ／Ｄ＝０のときの速度の等値分布の時間変化、図１０のｄはｙ_ｎ／Ｄ＝０．３のときの速度の等値分布の時間変化を示す図である。図１１のｅは時間平均速度の等値分布を示す図、図１１のｆは流線図である。図１２のｇはレイノルズ数４０００のときの速度の等値分布の時間変化、図１２のｈはレイノルズ数６０００のときの速度の等値分布の時間変化を示す図である。図１３のｊは渦の軸の位置とｙ_ｎ／Ｄとの関係を示すグラフ、図１３のｋは循環Γとｙ_ｎ／Ｄとの関係を示すグラフ（１）、図１３のｍは循環Γとｙ_ｎ／Ｄとの関係を示すグラフ（２）、図１３のｎはグラフの説明に供する模式図である。ノズルの位置と、缶体内における気体の平均速度との関係を示すグラフである。従来の乾燥装置の全体構成を示す模式図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
本実施形態に係る乾燥装置１について図１を参照して説明する。有底筒状の容器としての缶体１０４を乾燥する乾燥装置１は、樹脂製またはステンレススチール製のコンベアネット１０２で缶体１０４を一定量まとめて搬送して加熱処理するトンネルタイプオーブンである。乾燥装置１は、３つの領域に分かれて加熱する。前工程のインサイド・スプレーマシンで缶体１０４内面に熱硬化性樹脂塗料が塗装された缶体１０４が、上部開口１０５が上向きである正置した状態で乾燥装置１に搬送される。

乾燥装置１は、上流から、昇温帯１０８、保持帯１１０、冷却帯１１４が搬送方向に沿って順に設けられている。そして、必要に応じ昇温帯１０８の前方に予熱帯１０６が設けられる。搬送部としてのコンベアネット１０２上に正置された缶体１０４は、平面視において格子状に配置され、予熱帯１０６、昇温帯１０８、保持帯１１０、冷却帯１１４の各領域を通過する。予熱帯１０６では、１００℃以下で水、溶剤を蒸発あるいは揮発させる。昇温帯１０８では、樹脂の架橋反応を開始させて分子構造を密にするとともに、所定の温度に缶体１０４を到達させる。保持帯１１０では、樹脂の架橋反応をさらに促進させて要求性能を満たす塗膜を形成する。要求性能を満たす塗膜を形成するために、例えば１９０℃×６０ｓｅｃを確保する必要がある。保持帯１１０からエアシール１１２を経て、冷却帯１１４で缶温２００℃近傍から冷却されて、次の工程へ搬送される。

乾燥装置１の各領域には、コンベアネット１０２上に正置された缶体１０４の上方の所定位置に、ノズル本体１０Ａがそれぞれ設けられている。ノズル本体１０Ａは、缶体１０４の縦方向に平行に気体を吐出するノズル（後述する）を備える。本明細書において平行とは、完全に平行である状態に限定されず、完全に平行な状態からわずかに傾いた状態を含む。

乾燥装置１は、熱風循環式により、図示しないが、缶体１０４を乾燥する気体として一部の外気を吸気し、１００℃～２５５℃程度にバーナー加熱された熱風を、循環ファンにより循環させている。上記熱風は、上部の吹出ノズル１１８から吹出され、吹出ノズル１１８直後のパンチングプレート１２０と、ノズル１１直前のパンチングプレート１２２を順に通過することによって、各領域の全体に分散、均圧化される。このようにしてノズル１１からは、均一な流速の熱風が吹き出る。なお、乾燥装置１の基本的な構成は、図１に示した例に限定されるものではなく、いわゆる衝突噴流を用いる他の形態にも適用できる。

図２に示すように、ノズル本体１０Ａは、ノズル１１が設けられている。ノズル１１は、図２の場合１つを図示しているが、実際はコンベアネット１０２の幅方向に、所定の間隔をあけて、複数設けられている。ノズル１１は、所定の間隔（例えば３～７ｍｍ）を開けて対向して配置された一対のノズル壁１２，１４を備える。図２において、搬送方向はｘ方向、搬送部としてのコンベアネット１０２の幅方向はｙ方向、コンベアネット１０２表面に垂直な方向はｚ方向とする。図２においてノズル１１のｘ方向の端部は、開口しているのが好ましい。

ノズル１１は、パンチングプレート１２２（図１）を通過した熱風を一方向下向きへ導く流路を有する。当該流路は、ノズル壁１２，１４の間に形成された扁平形状である。一方向は、熱風の吐出方向である。図２の場合、一方向は、図中矢印方向（ｚ方向）であり、上部開口１０５を上向きとして正置された有底筒状の缶体１０４の中心軸１０７に平行な方向である。ノズル１１の一方向の長さは、適宜選択することができる。

本実施形態の場合、ノズル壁１２，１４は、所定の間隔を開けて配置された一対の平板で形成されている。ノズル壁１２，１４同士は、基端において天板１３に一体化されている。ノズル本体１０Ａは、天板１３を挟んでノズル１１が形成されている。ノズル１１の基端は、パンチングプレート１２２を通過した熱風の入口である。

缶体１０４は、ｘ方向に一列に整列した状態で搬送される。乾燥装置１は、コンベアネット１０２の上流側に、缶体１０４をｘ方向に一列に整列させる整列機構（図示しない）を有するのが好ましい。整列機構を有することにより、乾燥装置１の上流の工程から平面視において千鳥状に配置された状態で搬送されてくる缶体１０４を、一列に整列させることができる。

ノズル１１の先端は、缶体１０４の上部開口１０５に向かって熱風を吐出する、熱風の出口である吐出口１５が設けられている。吐出口１５は、スリット状の開口を有する。ノズル１１は、吐出口１５の長手方向をｘ方向と平行、すなわちコンベアネット１０２の長手方向に対して平行に配置されている。吐出口１５のｙ方向の長さは、缶体１０４の半径より短い。ノズル１１の入口と吐出口１５を結ぶ流路は、一方向から見て扁平形状である。当該流路の開口面積は、吐出口１５の直前まで一定であるのが好ましい。図２の場合、流路および吐出口１５は、一方向から見た形状が長方形状である。以上のように缶の乾燥においては、ノズル１１から吐出される熱風を缶体１０４に吹き込ませる、いわゆる衝突噴流が採用されている。

図３に示すように、前記吐出口１５は、缶体１０４の中心からコンベアネット１０２のｙ方向にずれた位置に配置されているのが好ましい。缶体１０４の中心とは、中心軸１０７方向から見たときの円形状の缶体１０４の中心をいう。吐出口１５の位置は、缶体１０４の中心を含まず、缶体１０４の中心を通るｙ方向の直線と缶体１０４の胴部の交点までの範囲で選択することができる。図３の場合、吐出口１５は、缶体１０４の中心からコンベアネット１０２のｙ方向左側にずれた位置に配置されている。

吐出口１５から吐出された熱風は、図４に示すように、缶体１０４の胴部内面に沿って直進して缶体１０４内へ進入し、缶体１０４の中心軸１０７に直交する方向に平行な軸１９を有する渦流を形成する。すなわち渦流は、熱風の進行方向に対し直交する方向に平行な軸を有する横渦である。吐出口１５のｙ方向の中心と、缶体１０４の中心の間の距離をｙ_ｎ、前記缶体１０４の幅長さ（直径）をＤとした場合、吐出口１５は、コンベアネット１０２のｙ方向であって０．３≦（ｙ_ｎ／Ｄ）＜０．５の範囲に配置されるのが好ましい。ｙ_ｎ／Ｄが上記範囲であることによって、上記渦流の軸１９の高さ方向の位置は、缶体１０４の高さの半分程度の位置に形成される。缶体１０４の上端から渦流の軸１９までの深さをｚ_ｎ、缶体１０４の高さをＨとした場合、軸１９は０．３≦（ｚ_ｎ／Ｈ）の範囲のみに形成される。渦流は、缶体１０４の高さ方向に広がり、楕円状の軌道を描きながら軸１９を中心に再循環する。缶体１０４内に形成される渦流は、単一とすることもできる。缶体１０４内において生ずる渦流が単一であることによって、渦流の流れが妨げられないため、缶体１０４内における熱風の平均速度をより高速とすることができる。吐出口１５は、０．４≦（ｙ_ｎ／Ｄ）＜０．５の範囲に配置されるのがより好ましい。

ノズル１１から吐出される熱風は、コアンダ効果が発揮されるほど安定して缶体１０４の内面に付着して流れる。従って、ノズル１１から吐出される熱風のＲｅは、１０００以上４０００以下、１０００以上４０００未満、１０００以上３０００以下、１０００以上２５００以下とすることが好ましい。ノズル１１から吐出される熱風のＲｅを上記範囲内とすることによって、缶体１０４の中心軸１０７に直交する方向に平行な軸１９を有する渦流をより確実に形成することができる。熱風のＲｅは、熱風の流速と温度を変えることによって、適宜調整することができる。

なお、図３では、吐出口１５は、缶体１０４の中心からコンベアネット１０２のｙ方向左側にずれた位置に配置されている場合について説明したが、ｙ方向右側にずれていてもよいことはもちろんである。

乾燥装置１は、吐出口１５に対し缶体１０４の中心を挟んで反対側に、吸引口２１を設けてもよい。吸引口２１は、図示しないが、配管を通じて循環ファンに接続される。吸引口２１は、吐出口１５と同様、スリット状の開口を有し、長手方向がコンベアネット１０２の長手方向と平行となるように配置されている。吸引口２１と缶体１０４の中心の間の距離は、上記ｙ_ｎと同じでもよいし、異なっていてもよく、適宜選択することができる。

次に、乾燥装置１の作用及び効果について説明する。乾燥装置１では、コンベアネット１０２上をｘ方向に一列に整列した状態で缶体１０４が搬送される。缶体１０４は、コンベアネット１０２のｙ方向に複数列配列され、全体として格子状に配列される。上方の所定位置に配置された吐出口１５から缶体１０４の上部開口１０５に向かって熱風が吐出される。吐出口１５の長手方向が、ｘ方向と平行に配置されているので、缶体１０４の上部開口１０５が熱風に継続的に曝されるため、缶体１０４内を効率的に乾燥することができる。

吐出口１５から吐出された熱風は、缶体１０４の胴部内面に沿って直進して缶体１０４内へ容易に進入する。熱風は缶体１０４内において、楕円状の軌道を描きながら、缶体１０４の中心軸１０７に直交する方向に平行な軸１９を中心に再循環し、渦流の一部は、缶体１０４の反対側の胴部内面に沿って上昇し外部へ流出する。

本実施形態に係る乾燥方法は、上記渦流の軸１９が０．３≦（ｚ_ｎ／Ｈ）の範囲のみに形成されることによって、渦流が缶体１０４の高さ方向に広がり、熱風が缶体１０４内の全体に行きわたるので、缶体１０４内を効率的に乾燥することができる。上記渦流の軸１９を０．３≦（ｚ_ｎ／Ｈ）の範囲のみに形成するには、吐出口１５を０．３≦（ｙ_ｎ／Ｄ）＜０．５の範囲に配置し、熱風のＲｅを４０００以下、又は４０００未満とすることが有効である。

本実施形態に係る乾燥方法は、缶体１０４内において形成される渦流を単一とすることによって、缶体１０４内における気体の平均速度がより高速になるので、缶体１０４の内面を効率的に乾燥することができる。缶体１０４内において形成される渦流を単一とするには、吐出口１５を０．４≦（ｙ_ｎ／Ｄ）＜０．５の範囲に配置し、熱風のＲｅを６０００以下とするのが有効である。熱風は単一の渦流によって缶体１０４内の全体を循環するので、缶体１０４における温度差をより低減することができる。

缶体１０４は、長手方向がｘ方向に平行に配置された吐出口１５の下を、ｘ方向に一列に整列した状態で搬送される。乾燥装置１は、缶体１０４が継続的に熱風に曝されるため効率的に乾燥することができる。

上記のようにノズル１１を配置することにより、缶体１０４の上部開口１０５から缶体１０４内へ継続的に熱風を供給することができ、さらに供給された熱風が効率的に缶体１０４内面に沿って底部へ到達する。したがって缶体１０４は、接触した熱風によって熱せられるので、効率的に乾燥される。特に缶体１０４が、アルミニウムで形成されている場合、熱伝導率が高いので、より効率的に乾燥される。

缶体１０４内に流れ込んだ熱風は、吐出口１５が缶体１０４の中心からｙ方向にずれた位置に配置されていることにより、缶体１０４内においてコアンダ効果が生じやすい。上記熱風は、コアンダ効果によって、いわゆる壁面噴流となる。壁面噴流は、自由噴流よりも拡散が抑制されるので、流速が低下しにくく、噴流の中心速度は維持される。さらに吐出口１５が上記所定の範囲に配置され、吐出される熱風のＲｅが上記所定の範囲であることにより、渦流が缶体１０４の高さ方向に広がり、缶体１０４内において単一の渦流を発生させることができる。上記壁面噴流を起点とする単一の渦流は、缶体１０４内をより高速で循環するので、水や溶剤などの物質移動をさらに促進することができる。

上記実施形態の場合、流路および吐出口１５は、一方向から見た形状が長方形状である場合について説明したが、本発明はこれに限らない。図５に示すノズル本体１０Ｂは、ノズル２３が設けられている。ノズル２３は、ノズル壁１２，１４の先端側、図５の場合、先端２７，２８に互いのノズル壁１２，１４に向かって突出した複数の突起３１を有する。突起３１は、櫛歯状であって、吐出口２５の長手方向に沿って複数形成されている。図５に示す突起３１は、一方向から見た形状が四角形状である。突起３１同士の間は凹部３２が形成されている。凹部３２は、突起３１と同様、四角形状である。

上記のようなノズル２３を通過した熱風は、突起３１同士の間の凹部３２を通過することにより、一方向の軸を有する縦渦となることで、直進性が増す。吐出口２５が上記所定の範囲に配置され、吐出される熱風のＲｅが上記所定の範囲であることにより、渦流が缶体１０４の高さ方向に広がり、熱風は単一の渦流を形成するので、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

本変形例に係る吐出口２５は、吐出口２５の長手方向が、ｘ方向と平行に配置されているので、缶体１０４の上部開口１０５に熱風を継続的に供給できるため、缶体１０４内を効率的に乾燥することができる。吐出口２５は、缶体１０４の中心からｙ方向にずれた位置に配置されることにより、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。また上記ノズル２３を備えた乾燥装置１は、当該ノズル２３が突起３１を有することにより、直進性が向上した熱風を吐出口２５から吐出することができるので、より効率的に缶体１０４内を乾燥することができる。ノズル２３に突起３１を設け、強制的に縦渦を発生させることによって自由噴流の大規模渦列を抑制することができる。ノズル２３を通過した熱風は、突起のないノズルを通過した熱風に比べ、吐出口２５の流速が保たれる領域（速度ポテンシャルコア）を伸ばすことができ、レイノルズ数を大きくすることと等価の効果が得られる。上記突起３１は、四角形状である場合に限られず、三角形状でもよい。

図５の場合、ノズル壁１２に形成された突起３１と凹部３２は、ノズル壁１４に形成された突起３１と凹部３２と同じ位置に形成されているが、本発明はこれに限らない。例えば、ノズル壁１２に形成された突起３１と凹部３２は、ノズル壁１４に形成された突起３１と凹部３２と、吐出口２５の長手方向にずれていてもよく、ノズル壁１２に形成された突起３１に対応した位置にノズル壁１４に凹部３２が形成されていてもよい。

図５の場合、ノズル壁１２，１４の先端２７，２８に複数の突起３１を有する場合について説明したが、本発明はこれに限らない。突起３１は、圧力損失による熱風の直進性が著しく低下しない程度の範囲内で、吐出口２５の入口方向へずれた位置に形成してもよい。

上記実施形態の場合、乾燥装置１は、コンベアネット１０２の上流側に、缶体１０４をｘ方向に一列に整列させる整列機構（図示しない）を有する場合について説明したが、本発明はこれに限らない。整列機構は、乾燥装置１とは別に、乾燥装置１の上流側に設けることとしてもよい。

上記吐出口１５の先端に、吐出口１５の一部を閉塞する網などのフィルターを設けることによって、吐出口１５から吐出された熱風のＲｅを変えることとしてもよい。

実際に上記実施形態に係る吐出口１５の配置の有効性を検証した結果を以下に説明する。まず図６に示す実験装置１２４を用意した。当該実験装置１２４は、上部の吹出ノズル１１８、パンチングプレート１２０、ノズル本体１０Ａを介して、気体が容器１０４に吐出される。気体は、Ｒｅを２０００～６０００、吐出口１５における流速Ｕ_０を６～１８ｍ／ｓとした。

粒子イメージ流速計測法(ＰＩＶ：Particle Image Velocimetry)により、吐出された気体の流れを撮影した。具体的には、ＣＣＤカメラ３８を用いて、ノズル１１から吐出された気体の流れを撮影した。トレーサーとしてオイルミスト（平均粒径１μｍ、比重ｓ≒１．０５）を用いた。光源３６は、ダブルパルスのＮｄ：ＹＡＧレーザ（Dantec Dynamics社製 Dual Power 200-15）であり、図６の位置より厚さ１ｍｍのレーザーシートにして照射した。

容器１０４（図７）は、透明樹脂で形成した上部開口を有する直方体形状であって、底面の辺の長さ（Ｄ）６６ｍｍ、高さ（Ｈ）１２４ｍｍの容器を用いた。ノズル１１は、一方向の長さを３０ｍｍ、吐出口１５のｙ方向長さを５ｍｍ、容器１０４を載せた台と天板１３までの距離を２００ｍｍとした。ＣＣＤカメラ３８を用いてノズル１１から吐出された気体の流れを撮影した結果を図８に示す。図８のａはＲｅ＝２０００のときの時間平均速度の等値分布図、図８のｂはＲｅ＝２０００のときの流線図であり、それぞれ縦軸は容器１０４の上端からの深さｚ_ｎと容器１０４の高さＨとの比であるｚ_ｎ／Ｈ、横軸はｙ_ｎ／Ｄを示す。ＰＩＶでは、時間間隔１５～５０μｓの２枚の画像１組を１５Ｈｚで合計２５６組撮影し、流体力学解析ソフト（DANTEC Dynamics studio Ver.5.1）で瞬時及び時間平均の速度ベクトルを算出した。上記速度ベクトルに基づき、時間平均速度の等値分布図、及び、時間平均の流れ場から流線図を求めた。

ノズル１１が容器１０４上部中央のｙ_ｎ／Ｄ＝０にある場合、流入した気体はｚ_ｎ／Ｈ＝０．２５付近まで到達後、左右に分かれて容器１０４の外に流出している。ノズル１１をｙ_ｎ／Ｄ＝０．１～０．２の位置にずらした場合、気体は容器１０４の右壁面側に曲げられてｚ_ｎ／Ｈ＝０．５付近まで到達し、容器１０４の左側から流出する。さらにノズル１１をｙ_ｎ／Ｄ＝０．３～０．４の位置にずらした場合、気体はｚ_ｎ／Ｈ＝０．７５付近まで到達している。図８のｂの流線図を見ると、ｙ_ｎ／Ｄ＝０～０．２の場合、渦流の軸は容器１０４の上部にあるが、ｙ_ｎ／Ｄ＝０．３～０．４の場合、ｚ_ｎ／Ｈ＝０．４付近に渦流の軸があり、再循環している渦流もｚ方向に大きく広がっている。特にｙ_ｎ／Ｄ＝０．４の気体は、容器１０４右側壁面に沿って流入するため、気体が容器１０４の底部まで到達する。

図９に、時間平均速度（ｕ^＊）を吐出口１５における流速によって無次元化した値（ｕ^＊／Ｕ_０）を用い、Ｒｅ＝２０００のときの時間平均速度分布図を示す。図９の縦軸はｕ^＊／Ｕ_０、横軸はｙ_ｎ／Ｄ、各値はノズル位置がｙ_ｎ／Ｄ＝０～０．４のときのｚ_ｎ／Ｈ＝０，０．２５，０．５，０．７５の水平断面における時間平均速度分布を示す。各値は下向きが正である。ｙ_ｎ／Ｄ＝０．４において、容器１０４の壁面に沿って速度が大きい分布がｚ_ｎ／Ｈ＝０．７５の位置まで認められる。

図１０のｃにＲｅ＝２０００，ｙ_ｎ／Ｄ＝０のときの速度の等値分布の時間変化、図１０のｄにＲｅ＝２０００，ｙ_ｎ／Ｄ＝０．３のときの速度の等値分布の時間変化を示す。ｙ_ｎ／Ｄ＝０の場合、気体は左右に振動し、１５ｓ経過後もｚ_ｎ／Ｈ＝０．５付近にとどまる。一方、ノズル位置をｙ_ｎ／Ｄ＝０．３にずらした場合、気体は振動せず、容器１０４壁面に沿って流れ、図１０のｄのように気体はｔ＝０の時点ですでに容器１０４の底部まで達する。

図１１のｅに、ｙ_ｎ／Ｄ＝０，０．３において、Ｒｅ＝４０００、６０００とした場合の時間平均速度の等値分布を示す。Ｒｅ＝２０００の場合と同様にノズル位置ｙ_ｎ／Ｄ＝０においては、Ｒｅが変化しても時間平均の容器１０４内の速度分布には変化が見られない。ノズル位置ｙ_ｎ／Ｄ＝０．３にオフセットした場合、Ｒｅ＝２０００の場合にはｚ_ｎ／Ｈ＝０．７５付近まで気体が到達していたのに対し、Ｒｅ＝４０００、６０００の場合には気体がｚ_ｎ／Ｈ＝０．５付近にとどまる。

図１１のｆに流線図を示す。Ｒｅ＝４０００、６０００の場合に容器１０４の上方の渦流に加えて、容器１０４の下方にも渦流が形成されている。ここで上方に形成される時計回りの渦流を第１渦流、下方で形成される反時計回りの渦流を第２渦流と呼ぶ。Ｒｅ＝４０００、６０００の場合、第２渦流が形成されることにより、気体が曲げられて容器１０４の底部の流速が低下したと考えられる。

図１２にノズル位置ｙ_ｎ／Ｄ＝０．３において、Ｒｅ＝４０００、６０００とした場合の速度の等値分布の時間変化を示す。Ｒｅ＝６０００では、容器１０４の下方に第２渦流が定在している。一方、Ｒｅ＝４０００では、Ｒｅ＝２０００のように容器１０４の壁面に付着して流れる場合とＲｅ＝６０００の場合のように容器１０４の下方に第２渦流が生じている場合が混在している。このことからＲｅ＝４０００において、Ｒｅ＝２０００と同様の容器１０４内の流れ場が得られることが確認された。このようにＲｅが４０００以下の場合、気体は安定して容器１０４の壁面に付着して流れる。一方、Ｒｅが４０００を超えると、容器１０４の上方の第１渦流が強くなる影響で容器１０４の下方の第２渦流も成長し、気体が容器１０４の底部まで壁面に付着しなくなる。

図１３に、ノズル位置を容器の中心からずらした場合の容器１０４内に形成される第１渦流と第２渦流の軸のｚ方向の位置変化を示す。図１３のｎに示すように、容器１０４の上方から容器１０４内のｚ_ｎ／Ｈが0.35までの領域（－0.25≦（ｚ_ｎ／Ｈ）＜0.35）を上部領域、容器内のｚ_ｎ／Ｈが0.35から0.95までの領域（0.35≦（ｚ_ｎ／Ｈ）＜0.95）を下部領域という。図１３のｊは渦流の軸の位置とｙ_ｎ／Ｄとの関係を示すグラフである。Ｒｅ＝２０００の場合、渦流の軸は、ｙ_ｎ／Ｄが大きくなるほど容器１０４下方に移動し、０．３≦（ｙ_ｎ／Ｄ）で気体が壁面に付着し大きく下方に移動する。一方、Ｒｅ＝４０００，６０００の場合、容器１０４の下方に第２渦流が形成されているが、Ｒｅ＝４０００の方が、第２渦流の軸がより深い位置に形成されているので、第１渦流の軸がＲｅ＝６０００の場合に比べ深い位置に形成される。ｙ_ｎ／Ｄ＝０．４では、気体が壁面に付着してＲｅ＝６０００の場合でも第２渦流が形成されないため、渦流の軸は容器１０４のより下方（ｚ_ｎ／Ｈ＝0.4以下）へ移動する。

図１３のｋは、上部領域及び下部領域を含む全領域（－0.25≦（ｚ_ｎ／Ｈ）≦0.95，－0.45≦（ｙ_ｎ／Ｄ）≦0.45）の渦度分布から求めた循環Γと、ｙ_ｎ／Ｄとの関係を示すグラフ、図１３のｍは、上部領域（－0.25≦（ｚ_ｎ／Ｈ）＜0.35）と下部領域（0.35≦（ｚ_ｎ／Ｈ）＜0.95）の渦度分布から求めた循環Γと、ｙ_ｎ／Ｄとの関係を示すグラフである。図１３のｋに示すように、全領域を無次元化した循環Γ／Ｕ_０Ｄは、０．３≦（ｙ_ｎ／Ｄ）、Ｒｅ＝４０００以下において、増加している。図１３のｍに示すように、上部領域において、無次元化した循環Γ／Ｕ_０Ｄは、ｙ_ｎ／Ｄが大きいほど高くなっているが、Ｒｅに依存せず概ね同様な変化を示す。

以上の結果から、ｙ_ｎ／Ｄが０．３以上、Ｒｅ４０００以下の場合、渦流の軸の位置は容器の中央付近の深さに形成され、熱風は容器全体に行きわたる。ｙ_ｎ／Ｄが０．４以上の場合は、Ｒｅ６０００であっても、容器内に生じる渦流は単一となり、渦流のより高い循環が得られることが分かった。

実際に上記実施形態に係る吐出口の配置と、円筒状の缶体における気体の速度との関係を検証した結果を以下に説明する。噴流源としてヒートガン（（株）石崎電機製作所製ＳＵＲＥプラジェットＰＪ－２１４Ａ）を用いた。高さ（Ｈ）１３５ｍｍ、内径（Ｄ）約５０ｍｍの缶体に対し、缶体の上端から約２０ｍｍの上方の位置にノズルを配置した。ノズルは開口幅３ｍｍ、長さ約５０ｍｍの吐出口を有する平面ノズルを用いた。当該ノズルから、流速約１５ｍ／ｓ、温度約３００℃、Ｒｅ＝約１４００の気体を吐出した。缶体の中心から吐出口の中心までの距離ｙ_ｎを変えながら、缶体の底面から８ｍｍの位置（ボトム）、底面から６８ｍｍの位置（ミドル）、底面から１２７ｍｍの位置（トップ）の平均流速を測定した。平均流速は、図１４に示すように、缶体を中心軸方向から見てｐ、ｑ、ｔの各地点で測定した。ノズルの長手方向を図１４のｘ方向に平行に配置し、地点ｑから地点ｐの範囲でノズルを移動させた。地点ｐは、缶体の中心を通りノズルの長手方向に直交する直線と缶体の胴部の一方の交点である。地点ｔは、缶体の中心を挟んで地点ｐに対向する缶体胴部の他方の交点である。地点ｑは、缶体の中心を通りノズルの長手方向に平行な直線と缶体の胴部の一方の交点である。

グラフは、横軸が時間（ｓ）、縦軸が温度（℃）、曲線がそれぞれボトム、ミドル、トップにおける測定温度の変化を示す。地点ｑにおいてボトムの流速は、０．３≦（ｙ_ｎ／Ｄ）＜０．５の範囲で強く、ｙ_ｎ／Ｄ＝０．４で最も強い。地点ｔにおいてボトムの流速は、０．２≦（ｙ_ｎ／Ｄ）＜０．５の範囲で強く、ｙ_ｎ／Ｄ＝０．３で最も強い。このことから、熱風を容器全体に行きわたらせるには、０．３≦（ｙ_ｎ／Ｄ）＜０．５とすることが有効といえる。地点ｔにおいてトップの流速がｙ_ｎ／Ｄ＝０～０．３が強かったのは、缶体下方の第２渦流の影響を受け、缶体に流入した気体がすぐに外へ排出され、経路が短くなったことによると考えられる。

以上より、渦流の軸が０．３≦（ｚ_ｎ／Ｈ）の範囲のみに形成されることによって、渦流が缶体の高さ方向に広がり、熱風が缶体内の全体に行きわたるので、缶体内を効率的に乾燥することができる。上記渦流の軸を０．３≦（ｚ_ｎ／Ｈ）の範囲のみに形成するには、吐出口を０．３≦（ｙ_ｎ／Ｄ）＜０．５の範囲に配置し、熱風のＲｅを４０００以下、又は４０００未満とすることが有効である。

缶体内において形成される渦流を単一とすることによって、缶体内における気体の平均速度がより高速になるので、缶体の内面を効率的に乾燥することができる。缶体内において形成される渦流を単一とするには、吐出口を０．４≦（ｙ_ｎ／Ｄ）＜０．５の範囲に配置し、熱風のＲｅを６０００以下とするのが有効である。熱風は単一の渦流によって缶体内の全体を循環するので、缶体における温度差をより低減することができる。

１乾燥装置
１０Ａ，１０Ｂノズル本体
１１ノズル
１２，１４ノズル壁
１５吐出口
１９軸
２１吸引口
２３ノズル
２５吐出口
３１突起

Claims

有底筒状の容器の上部開口に向かって気体を吐出し、前記容器内に渦流を発生させる工程を備え、
前記渦流は、前記容器の中心軸に対し直交する方向に平行な軸を有し、
前記容器の上端から前記渦流の前記軸までの深さをｚ_ｎ、前記容器の高さをＨとした場合、前記軸は０．３≦（ｚ_ｎ／Ｈ）≦０．４の範囲のみに形成され、
前記気体は、前記容器の中心からずれた位置に配置されたスリット状の吐出口を有するノズルから吐出され、
前記吐出口の幅方向の中心と前記容器の中心の間の距離をｙ _ｎ、前記容器の幅長さをＤとした場合、前記吐出口は０．３≦（ｙ _ｎ／Ｄ）≦０．４の範囲内に配置され、前記気体のレイノルズ数が１４００以上４０００以下である乾燥方法。
有底筒状の容器の上部開口に向かって気体を吐出し、前記容器内に渦流を発生させる工程を備え、
前記渦流は、前記容器の中心軸に対し直交する方向に平行な軸を有し、
前記容器の上端から前記渦流の前記軸までの深さをｚ _ｎ、前記容器の高さをＨとした場合、前記軸は０．３≦（ｚ _ｎ／Ｈ）≦０．４の範囲のみに形成され、
前記気体は、前記容器の中心からずれた位置に配置されたスリット状の吐出口を有するノズルから吐出され、
前記吐出口の幅方向の中心と前記容器の中心の間の距離をｙ_ｎ、前記容器の幅長さをＤとした場合、前記吐出口は（ｙ_ｎ／Ｄ）＝０．４に配置され、前記気体のレイノルズ数が１４００以上６０００以下である乾燥方法。
前記渦流は、前記容器内において単一である請求項１または２に記載の乾燥方法。
前記ノズルは、所定の間隔を開けて対向して配置された一対のノズル壁の先端にスリット状の前記吐出口を備え、前記ノズル壁の先端側に互いの前記ノズル壁に向かって突出した複数の突起を有する請求項１～３のいずれか１項に記載の乾燥方法。
前記容器は円筒状の缶体である請求項１～４のいずれか１項に記載の乾燥方法。