JPS63285174A - 乾燥装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、セラミックス成形品、粘土成形品、紙成形品
などの水分含有成形品の乾燥に好適に利用出来る乾燥装
置および方法に関するものである。

従来の技術 従来、この種の水分含有物を乾燥する方法としては、主
として下記の４つの方法が採用されている。

■気流置換の少ない高湿度の容器内あるいは室内に長期
間服いて乾燥する。

■冷凍乾燥する。

■乾燥室内の雰囲気に応じて、加湿あるいは除湿した気
流を乾燥室内の送給して乾燥する。

■マイクロ波加熱で乾燥する。

上記■の方法を採用した場合、乾燥させるために、通常
数日あるいは物によっては１ケ月以上の長期間を要する
欠点がある。■の方法を採用した場合は、柔らかな成形
品を冷凍により固化出来るため、乾燥時に発生する歪み
を最小に出来る点で理想的であるが、乾燥コストが極め
て高くつくと共に、乾燥収縮が少ないためセラミックス
等を乾燥させる場合には乾燥密度が上がりにくい欠点が
ある。また、容積の大きな成形物については、内部の水
分を蒸発させるに必要な蒸発潜熱の補給が困難であると
いう難点を持つ。■の方法は広汎に採用されており、加
湿機、除湿機の制御信号を乾燥室内雰囲気中のセンサー
からとることによって運転しているが、センサーの精度
および加湿機、除湿機の追随性に問題があるため、設定
温度に対しある程度の幅をみる必要があり、精密乾燥か
困難となっている。■の方法は被乾燥物の形状が複雑な
場合、マイクロ波のエネルギーか被乾燥物に不均一にあ
たる欠点がある。

Ｌ記従来技術■〜■の中では、■の技術が制御さえ適切
に行うことが出来れば最も優れていることは明らかであ
るが、下記のように的確な制御を行うことは困難である
。即ち、この種の水分含有成形品は第１図中に鎖線で示
すように、乾燥初期において通常５％程度の寸法収縮率
を示すため、成形品にクラックか発生しやすい。そのた
め、特に、乾燥初期においては相対湿度の検出精度を高
めて、相対湿度１００％近（から徐々に相対湿度を下げ
て成形品を乾燥させる必要がある。しかしながら、在来
の方法によれば、相対湿度の変動中は室温相対湿度９５
％付近では２％以上であるため、少なくとも±１％１％
程精密な相対湿度の制御が必要な乾燥初期（相対湿度１
００％〜９０％程度）には採用することが出来ない。

このように、従来の方法はいずれも欠点を有しているた
め、成形物中に湿潤剤を加え、更に、上記■、■、■あ
るいは■などの乾燥手段を組み合わせて乾燥を行ってい
るが現状であるが、工程が複雑になると共に、コストか
かかるなどの種々の問題があった。

発明の目的 本発明は上記問題を解消せんとするもので、従来の■の
技術を温度と湿度との関係を積極的に利用して改良し、
乾燥初期において乾燥室内に供給する気流の相対湿度（
以下、ＲＨと略す）を精密に制御して徐々に下げるよう
にし、従来は急激になされていた水分の蒸発・寸法収縮
が徐々に均一に生じようにし、よって、歪み及びクラッ
クのない高品質の乾燥成形品を得ることを目的とするも
のである。

褒胛へ匪収 上記した目的を達成するため、本発明は上述の如く温度
と湿度との関係を積極的に利用するものであり、温度と
湿度の関係は湿り空気ｉ−Ｘ線図で公知のように温度変
化に対してＲＨは著しく変化するもので、例えば、３０
℃で水分飽和の空気（即ち、Ｒ８１００％）の空気を１
℃加熱するとＲＨは９４％になり、さらに１’Ｃ上昇さ
せるとＲＨは８９％となる。よって、水分飽和もしくは
水分飽和に近い気流に対して高度に制御された加熱手段
により該気流を徐々に加熱すれば、相対温度を高度に制
御することが出来て、該気流中に置いた被乾燥物を極め
て徐々に乾燥することが出来るものであり、本発明は該
原理を利用して水分含有成形を乾燥する方法および装置
を提供せんとするものである。

即ち、本発明は、乾燥室内に供給する気流を、予め少な
くとも相対湿度（被乾燥物の最大平衡湿度）９０％以上
の実質的に被乾燥物中の水分が蒸発しない値まで加湿し
ておき、該気流が乾燥室へ流入する前もしくは乾燥室内
において、制御された加熱手段により気流を加熱するこ
とにより相対湿度を少なくとも被乾燥物の寸法が大略一
定となるまで予め決めたプログラムパターンに基づいて
徐々に下げることを特徴とする乾燥方法を提供するもの
である。寸法が一定となった後は通常の乾燥手段により
急速乾燥が可能である。

具体的には、ファンを通じて送られた空気中に過剰のス
チームを送り、この含水空気を所定の温度に冷却するこ
とにより所定温度の水分飽和空気を生成する。該水分飽
和空気の温度は温度センサー、温度調節器を用いて冷却
水量や冷却風量を制御することにより±０　、１　℃以
内の一定した温度に制御することが出来、これはＲＨ９
４％を基準とすれば±０．５％のＲＨ精度が得られるこ
ととなる。該水分飽和空気の温度は乾燥室内温度（即ち
、被乾燥物温度）と同じかやや高い目にセットするが、
それは、低い場合には被乾燥物の表面で空気が加熱され
て相対温度が低下するからであり、かつ、余り高すぎる
と被乾燥物の表面（特に、セラミックスの場合）で水分
の凝縮が生じるためである。次に、上記水分飽和空気（
気流）を乾燥室内に供給する前あるいは乾燥室内におい
てヒータ等で加熱する。水分飽和空気は加熱エネルギー
相当分温度が上昇し、当初ＲＨ１００％空気の温度が上
昇することにより、加熱された温度に相当してＲＨが低
下する。この温度上昇中は被乾燥物の乾燥特性に合わせ
て調節すればよく、例えば、ハニカムセラミックスのグ
リーンボディーの如°く壁厚が極めて薄く、従って、水
分蒸発速度の速いものは水分飽和空気の温度を極めて徐
々に上げていくことが望ましい。上記水分飽和空気の加
熱昇温方法としてはスチームラジェータ中にスチーム量
を計量しつつ注入する方法、電気ヒータに制御された電
流を通じる方法等があるが、サイリスタ式電圧制御器と
プログラムコントローラを組み合わせ、電熱ヒータに加
える電圧を０％から徐々に上げる方法が最も精度よ＜Ｒ
Ｈを徐々に下げることが出来る。即ち、サイリスクは出
力電圧を０％から１００％の範囲で自由に設定でき、そ
の出力曲線をプログラムコントローラで設定すればよい
。

また、本発明は上記した乾燥方法を実施するための乾燥
装置を提供するものであり、該乾燥装置は、乾燥室内に
供給する気流を発生させる送風器と、該送風器から送給
される気流に過剰のスチームを供給する加湿器と、加湿
された気流を冷却して所定温度の水分飽和空気とする冷
却器と、該冷却器から送給される水分飽和の気流を乾燥
室への流入直前あるいは乾燥室内において予め設定した
プログラムパターンに従って加熱して上記気流の相対速
度を徐々に下げる加熱装置とを備えたことを特徴とし、
かつ、上記加熱装置としてサイリスク制御を付した電熱
ヒータが最も好適に用いられるものである。

このように、本発明の乾燥装置は、所定温度の水分飽和
空気をサイリスタで制御される電熱ヒータを備えた加熱
装置で精密に制御しながら相対湿度を徐々に低下させて
いることが特徴である。例えば、本加熱装置の熱出力が
Ｒ８１００％の所定流速のガス流（水分飽和空気）を２
０℃から５０℃まで昇温可能とすれば、例えば、サイリ
スタ出力電圧を８％にセットした場合、ヒータ熱量は電
圧の２乗に比例するから、温度上昇中は であり、公知の（Ｌ−ｘ）線図より、当初の乾燥雰囲気
がＲ８１００％・温度３０℃に対して、ＲＨ９９％・温
度３０．２℃となる。

このように、サイリスタによるヒータ出力制御を行う加
熱装置を用いると、特に高精度の加熱コントロールが可
能であり、その結果、乾燥室内に供給する気流の相対湿
度を精密に制御することが可能となるが、加熱装置は上
記に限定されず、高ＲＨの加熱を精密に制御出来る簡便
な手段であれば採用することが出来、例えは、ヒートポ
ンプ、オイルヒータなどでも良い。

Ｘ籠■ 以下、本発明を図面に示す実施例により詳細に説明する
。

本発明に係わる乾燥装置を概略的に示す第２図において
、１は乾燥室、２は乾燥室ｌへ供給する気流を発生させ
るファン、３はファン２から送給される空気にスチーム
源３ａより過剰のスチームを吹き込む加湿器、４は加湿
器３から送給される加湿空気を冷却して一定温度の水分
飽和空気とする冷却器、５は乾燥室１へ流入する直前に
冷却器４より送給されてくる空気を加熱する加熱装置、
６は加熱装置５内に設けた電熱ヒータ、７は電熱ヒータ
６の電圧を制御するサイリスタ、８はサイリスタ６を予
め設定したプログラムに従ってコントロールするプログ
ラムコントローラである。

上記乾燥装置では、図示のように、ファン２から送給さ
れる気流を加湿器３からの過剰のスチームで加湿し、該
含水空気を冷却器４で冷却し、一定温度の水分飽和空気
としたのちに加熱装置５内の電熱ヒータ６で加熱して乾
燥室へ導入し、該乾燥室Ｉ内に置いているハニカム状セ
ラミックスからなる被乾燥物９を乾燥するようにしてい
る。上記ハニカム状セラミックスは第３図に示す構造か
らなるものである。

詳しくは、被乾燥物であるハニカム状セラミックス９の
孔９ａ内の流速が所定速度、例えば、２Ｎｍ／ｓｅｃと
なるようにＦＩＣＩＯをセットし、インバータ１１を介
してファン２を回し、２５℃の気流を供給路１２に供給
している。一方、加湿器３において、１０ｋｇ／ｃｍ’
、２００℃のスチームを自動調圧弁（ＰＣＶ）　１３で
調圧して３ｋｇ／ａｍ”とし、供給路１２内のオリフィ
ス１４を経た上記気流中にスチームを過剰に吹き込む。

次に、この含水空気を供給路１２より冷却筒からなる冷
却器４へ導入する。該冷却器４では自動温度調節器（Ｔ
ＩＣ）　１５により出口部Ａの温度が所定温度、例えば
３０°Ｃとなるようにセットして冷却筒内に供給する冷
却水をコントロールしている。

上記自動温度調節器Ｉ５の温度は外気温より数℃高めに
セットしているが、それは、加湿・温調された空気がヒ
ータ５に至る過程で加熱されるとＲＨの低下をまねくが
、逆に低い場合はＲＨｌｏｏが保持されるからである。

このように、冷却筒で冷却されて出口部Ａで所定温度３
０℃の水分飽和空気となった気流を次に電熱ヒータ６を
設けた加熱装置５に導入すると共に、該冷却筒内で発生
したミストは冷却筒内に設けているデミスタ１７で捕集
し、下部のシールポット１８に排出させている。加熱装
置５では、まず、冷却器４からの供給路１２で発生した
ミストをデミスタＩ９で補集し、デミストされた水分飽
和空気を電熱ヒータ６で加熱している。該電熱ヒータ６
はプログラムコントローラ８で出力をコントロールされ
るサイリスタ７で電圧を制御しており、電圧出力０％か
ら徐々に加熱昇温し、水分飽和空気のＲＨを極めて緩や
かに徐々に下げている。このように、ヒータ６で徐々に
加熱することにより、乾燥室ｌ内に供給する気流を、最
初はＲＨ１００％の状態からプログラムコントローラ７
によって規定したプログラムパターンに従って、少なく
とも被乾燥物であるハニカム状セラミックスの水分収縮
率がほぼ一定するまでＲＨを徐々に低下させている。

上記した如く、乾燥室ｌに供給する気流のＲＨを１００
％→９８％→９６％と時間をかけて徐々に低下させると
、第１図中に実線で示すように、水分蒸発率の増加に比
例して寸法が均一に減少し、かつ、第４図中に実線で示
すように、水分蒸発による被乾燥物の寸法変化は、はぼ
一定に達するまで徐々にゆるやかなカーブを描いて行わ
れ、従来の如く乾燥初期に大きな変化が生じることはな
い。

（実験例） 酸化チタンを含むハニカム状セラミックスの成形物を前
記実施例の乾燥装置により乾燥した。

ハニカム孔内の気流の流速を３Ｎｍ／ｓｅｃとなるよう
にセットし、冷却器３のＡ点温度を２５℃にセットした
時、ヒータ５で加熱される直前Ｂ点の温度は２４℃であ
った。（但し、外気温は２０℃）ヒータ５を制御するサ
イリスタ６を調整して２４．２℃に昇温した。この時の
気流は湿り空気ｉ−Ｘ線図よりＲＨが９９％と計算され
る。該Ｒ１（９９％の気流を乾燥室に導入した。乾燥室
内にはハニカム状成形物を２本置いておき、５時間後の
重量を測定したところ変化は殆どなかった。ついで、気
流の温度が２４．２℃から５０°Ｃになるように、ヒー
タ６の電圧を直線的にプログラムコントロールして２４
時間かけて上昇させた。該気流により乾燥されたハニカ
ム状セラミックスは外部および内部共にヒビ割れ、歪み
の全くないものであった。尚、乾燥減量は２２％であっ
た。

（比較例１　） 上記実験例に用いたのと同一のハニカム状セラミックス
２本をガス循環式乾燥機中に１昼夜置き、加熱せずに循
環ファンのみ回転させて乾燥した。

乾燥後のハニカム状セラミックスはいずれも両端面が朝
顔状にか１れてひらき、外面にもひび割れが多く見られ
た。

（比例例２） 上記実験例に用いたのと同一のハニカム状セラミックス
１本を２００口Ｘ１００ＯＬの硬質塩化ビニル製の箱の
中に縦に置き、底は通気性の金網をして蓋をし、室温下
で静置した。１週間後に点検したところ乾燥減量はほと
んどな（、外観上変化がなかった。ついで、外筒の上面
に１０ｍｍの丸穴を穿った状態で更に１週間放置した。

ハニカムは上端面付近が硬くなったが端面には数多くの
ひび割れと、上半分の外周に大なるひび割れが発生して
いた。ついで、外箱の下面にも１０ｍｍの丸穴を穿ち２
週間放置した。乾燥減量は０％であったが、上下端外周
共多くのひび割れが発生していた。

尚、本発明に係わる装置は上記実施例に限定されず、第
５図に示す如く、循環ファン２１を設置して乾燥室ｌ°
へ供給する気流を循環させるようにしてもよく、該循環
方式を用いた場合は加熱装置５において加熱に必要なエ
ネルギーが大幅に節約することが出来る利点を有するも
のである。

発明の効果 以上の説明より明らかなように、本発明方法および装置
によれば、乾燥室内に供給する気流の相対湿度を実質的
に９０％以上、好ましくは１００％から予め定めたプロ
グラムパターンに従って、被乾燥物の収縮率がほぼ一定
に達するまで徐々に下げるため、乾燥初期における急激
な水分蒸発、該蒸発による寸法変形を抑止し、極めてゆ
るやかに水分蒸発、寸法変形を生じさせるため、ひび割
れ、歪みの発生を防止でき、高品質の製品を提供するこ
とが出来る。特に、壁厚が薄いため水分蒸発が速く乾燥
割れが生じ易い。例えば、ハニカム状セラミックスを乾
燥する場合などに好適に用いることが出来る。

また、上記気流の相対湿度の制御は温度と湿度の関係（
湿り空気ｉ−Ｘ線図）を利用し、所定温度の水分飽和空
気として後に、精密な制御が行える加熱装置、例えば、
プロゲラ１４コントローラとサイリスタとを組み合わせ
て制御する電熱ヒータで加熱することにより、気流の相
対湿度を実質的に１００％から順次段階的に低下させる
ことが精密に行うことが出来るなどの種々の利点を有す
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は乾燥物の水分蒸発率と寸法との関係を示す線図
、第２図は本発明に係わる乾燥装置の概略構成図、第３
図は被乾燥物であるハニカム状セラミックスの断面図、
第４図は乾燥物の寸法と時間との関係を示す線図、第５
図は他の実施例を示す概略図である。 ｌ・・乾燥室、　　　　２・・ファン、３・・加湿器、
　　　４・・冷却器、 ５・・加熱装置、　　　６・・ヒータ、７・・サイリス
タ、 ８・・プログラムコントローラ。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）乾燥室内に供給する気流を、予め少なくとも相対
   湿度９０％以上の実質的に被乾燥物中の水分が蒸発しな
   い値まで加湿しておき、該気流が乾燥室へ流入する前も
   しくは乾燥室内において、制御された加熱手段により気
   流を加熱することにより相対湿度を少なくとも被乾燥物
   の水分収縮率が大略一定となるまで予め決めたプログラ
   ムパターンに基づいて徐々に下げることを特徴とする乾
   燥方法。
2. （２）特許請求の範囲（１）記載の乾燥方法において、
   乾燥室内に供給する気流の相対湿度を実質的に１００％
   としたことを特徴とする乾燥方法。
3. （３）特許請求の範囲（１）記載の乾燥方法において、
   乾燥室内に載置する被乾燥物がセラミックスであること
   を特徴とする乾燥方法。
4. （４）特許請求の範囲（１）記載の乾燥方法において、
   乾燥室内に載置する被乾燥物がハニカム状セラミックス
   であることを特徴とする乾燥方法。
5. （５）乾燥室内に供給する気流を発生させる送風器と、
   該送風器から送給される気流に過剰のスチームを供給す
   る加湿器と、該加湿器から送給される水分含有空気を冷
   却して所定温度の水分飽和空気とする冷却器と、該冷却
   器から送給される水分飽和の気流を乾燥室への流入直前
   あるいは乾燥室内において予め設定したプログラムパタ
   ーンに従って加熱して上記気流の相対速度を徐々に下げ
   る加熱装置とを備えたことを特徴とする乾燥装置。
6. （６）特許請求の範囲（５）記載の乾燥装置において、
   上記加熱装置としてサイリスタ制御を付した電熱ヒータ
   を用いていることを特徴とする乾燥装置。
7. （７）特許請求の範囲（６）記載の乾燥装置において、
   上記サイリスタにプログラムコントローラを組み合わせ
   、サイリスタの出力曲線をプログラムコントローラで設
   定することを特徴とする乾燥装置。
8. （８）特許請求の範囲（５）記載の乾燥装置において、
   乾燥室内に載置する被乾燥物をセラミックスとしたこと
   を特徴とする乾燥装置。
9. （９）特許請求の範囲（５）記載の乾燥装置において、
   乾燥室内に載置する被乾燥物をハニカム状セラミックス
   としたことを特徴とする乾燥装置。