TWI576553B

TWI576553B - Drying device

Info

Publication number: TWI576553B
Application number: TW103106422A
Authority: TW
Inventors: Shuhei Fujita; Shinya Yoshida; Hiroyuki Tsuji
Original assignee: Ngk Insulators Ltd
Priority date: 2013-02-26
Filing date: 2014-02-26
Publication date: 2017-04-01
Also published as: JPWO2014132952A1; EP2963372B1; CN105026863A; KR20150111975A; EP2963372A1; KR101769224B1; US9982941B2; US20150354892A1; TW201506337A; CN105026863B; EP2963372A4; JP6027675B2; WO2014132952A1

Description

乾燥裝置

本發明係關於將含有溶劑的被乾燥物予以乾燥的乾燥裝置。

過去已有一種乾燥裝置，其包括：爐體、載著含有溶劑的被乾燥物的狀態下在該爐體的內部空間移動的移動體、在該爐體的內部空間中配置於該移動體上方的紅外線加熱器、以及將溫度及濕度調整過的氣體供給至該爐體的內部空間中的氣體供給手段(例如，參見專利3897456號公報)。

上述文獻記載的裝置中，紅外線加熱器主要有將紅外線照射到被乾燥物上以使得被乾燥物乾燥的功能。另一方面，供給至爐體內部空間的氣體主要功能為，使得含有從被乾燥物蒸發之溶劑的氣體的溫度及溶劑濃度，在被乾燥物的表面附近的區域中盡量均一。在被乾燥物的表面附近的區域中的氣體溫度越高、且溶劑濃度越小，則被乾燥物的乾燥速度越快。因此，若使被乾燥物的表面附近的區域的氣體的溫度及溶劑濃度均一，則被乾燥物的乾燥速度不容易會有局部的不均勻產生，而能夠抑制乾燥後的被乾燥物之變形或裂縫的產生。

但是，在上述文獻中記載的裝置中，若在爐體內部空間內該氣體通過的空間之體積大，則難以調整在被乾燥物的表面附近的區域中「含有溶劑的氣體的溫度及溶劑濃度」。其結果為，容易造成難以抑制被乾燥物的乾燥速度之局部不均勻的情況。再者，所需要的該氣體的量也變大。因此，一般認為該氣體通過的空間之體積調整為較小的值是比較好的。另一方面，因為是藉由紅外線將被乾燥物適當地乾燥，所以，紅外線加熱器和被乾燥物之間的距離(以下亦稱之為「加熱器被乾燥物間距離」)存在一適當值。因此，將加熱器被乾燥物間距離調整為適當值為佳。

但是，在上述文獻中記載的裝置中，紅外線加熱器配置的空間，相同於作為該氣體通過之空間、並且配置載著被乾燥物移動的移動體之空間(亦即爐體的內部空間)。因此，難以獨立地個別調整該氣體通過的空間之體積、及加熱器被乾燥物間距離。因此希望要有乾燥裝置，其能夠獨立地個別調整該氣體通過的空間之體積、及加熱器被乾燥物間距離。

本發明目的在於提供將含有溶劑的被乾燥物予以乾燥的乾燥裝置，其能夠獨立地個別調整該氣體通過的空間之體積、及加熱器被乾燥物間距離。

本發明的乾燥裝置，包括和上述相同之爐體、和上述相同之移動體、和上述相同之紅外線加熱器。

本發明乾燥裝置的特徵為，具有「隔壁，其係為在該爐體的內部空間中區隔出包含該移動體的第1空間以及包含該紅外線加熱器的第2空間的隔壁，隔壁的一部份或全部係由紅外線可穿透的材料構成」，將溫度及濕度已調整過的第1氣體供給至由該隔壁區隔出的該第1空間中，並將已供給的該第1氣體從該第1空間排出。在此，使用氮氣、氬氣等的惰性氣體作為上述的第1氣體較佳。

藉此，將作為上述的第1氣體通過之空間、並且配置載著被乾燥物移動的移動體之空間(第1空間)，以及配置紅外線加熱器的空間(第2空間)區隔為個別的空間。因此，容易地獨立地個別調整上述的第1氣體通過的空間之體積、及加熱器被乾燥物間距離。另外，藉由設置隔壁，能夠縮小第1空間的體積，所以容易調整在被乾燥物的表面附近的區域中「含有溶劑的氣體的溫度及溶劑濃度」。

另外，區隔出紅外線加熱器和被乾燥物之間的隔壁之一部份或全部由紅外線可穿透的材料構成。因此，由紅外線加熱器產生的紅外線，能夠穿透此隔壁而到達被乾燥物。換言之，不會因為有此隔壁而阻礙紅外線加熱器之上述的「使被乾燥物乾燥的功能」。

以此為佳：在上述之本發明的乾燥裝置中，在該第2空間內互相分開的複數個位置，沿著該移動體的移動方向分別配置複數個該紅外線加熱器，在該隔壁上，位於對應於在該移動體的移動方向上該各紅外線加熱器的位置之複數個第1部分係由紅外線穿透的材料構成，在該隔壁上，位於對應於在該移動體的移動方向上鄰接的該紅外線加熱器之間的位置之複數個第2部分係由紅外線不穿透的材料構成。

藉此，即使將複數的紅外線加熱器沿著移動體的移動方向間隔配置，也能夠使得照射到被乾燥物的紅外線的強度，在移動體的移動方向上大致為均一(細節如後述)。其結果為，藉由提高各紅外線加熱器的功率，能夠把相鄰接的紅外線加熱器的間隔拉長，能夠減少紅外線加熱器的數量。

以此為佳：在上述之本發明的乾燥裝置中，包括穿透程度調整手段，其使得該隔壁的該各第1部分的紅外線的穿透程度，對應於相對於該移動體的移動方向之直角方向(以下亦稱之為「寬度方向」)的位置而異。

在被乾燥物的表面附近的區域中，「含有溶劑的氣體的溫度及溶劑濃度」不可避免地會在寬度方向上有不均勻。因此，由於此「氣體的溫度及溶劑濃度在寬度方向的不均勻」，被乾燥物的乾燥速度在寬度方向上也會產生不均勻的情況。另一方面，照射到被乾燥物的紅外線的強度越強，被乾燥物的乾燥速度越快。

藉由上述構成，能夠調整「照射到被乾燥物的紅外線在寬度方向上的強度分佈」，以抵銷由「氣體的溫度及溶劑濃度在寬度方向的不均勻」造成的「被乾燥物的乾燥速度在寬度方向上的不均勻」。因此，即使產生「氣體的溫度及溶劑濃度在寬度方向的不均勻」，也能夠使得被乾燥物的乾燥速度在寬度方向上盡量均一。其結果為，能夠使得乾燥後之被乾燥物的寬度方向的厚度盡量均一。

再者，被乾燥物的厚度越大，則被乾燥物在厚度方向上的收縮量越大，因此，乾燥速度的差異更容易明顯表現為被乾燥物的厚度不均。因此，被乾燥物的厚度越厚，則藉由上述的穿透程度調整手段的上述的「使厚度均一的效果」越大。

10‧‧‧爐體

11‧‧‧搬入口

12‧‧‧搬出口

13‧‧‧排氣口

14‧‧‧吸氣口

15‧‧‧排氣口

20‧‧‧輸送帶

30‧‧‧引導滾輪

40‧‧‧紅外線加熱器

50‧‧‧隔壁

51‧‧‧第1部分

52‧‧‧第2部分

60‧‧‧噴嘴

70‧‧‧噴嘴

80‧‧‧爐體

81‧‧‧搬出口

82‧‧‧排氣口

90‧‧‧噴嘴

100‧‧‧輸送帶驅動用控制器

200‧‧‧紅外線加熱器用控制器

300‧‧‧空氣供給用控制器

400‧‧‧氮氣供給用控制器

第1圖顯示本發明的乾燥裝置全體的正面視概略剖面圖。

第2圖顯示第1圖所示乾燥裝置的側面視概略剖面圖。

第3圖顯示第1圖所示乾燥裝置的上面視一部份概略剖面圖。

第4圖顯示第1圖所示乾燥裝置的正面視一部份概略剖面圖。

第5圖為顯示本發明之乾燥裝置的變形例的對應於第2圖之圖。

(構成)

以下參照第1~4圖說明本發明乾燥裝置的實施形態。在第1~4圖中，上下方向(Z軸方向)對應於垂直方向，左右方向(X軸方向)對應於水平方向。

如第1圖所示，本實施形態之裝置，係實施將載置於由紙面左側向右側(向X軸的正方向側)水平平行移動的輸送帶20上的被乾燥物予以乾燥以獲得乾燥體的乾燥工程。以下，將紙面左右方向(輸送帶20的移動方向，X軸方向)稱之為「長邊方向」，將紙面深度方向(和長邊方向垂直的方向，Y軸方向)稱之為「寬度方向」。

典型的被乾燥物係假想為「含有陶瓷粉體或金屬粉體、膠合劑、及溶劑的料漿」的成形體，在長邊方向延伸的膜狀體。將此被乾燥物置於此實施形態的乾燥程序中，將被乾燥物內的溶劑揮發去除以使被乾燥物乾燥。被乾燥後的被乾燥物，再被燒成(使膠合劑揮發去除)成為最終製品。

此實施形態具有，對應於乾燥程序前半段的「紅外線乾燥爐」、以及對應於乾燥程序後半段的「熱風乾燥爐」。以下，首先說明紅外線乾燥爐的構成。另外，乾燥程序也可以僅由紅外線乾燥爐構成。

紅外線乾燥爐具有爐體10。如第1圖所示，在爐體10的長邊方向的兩端部分別設置搬入口11和搬出口12。在長邊方向水平延伸的輸送帶20構成為，可以一邊由設置於爐體10內的複數個引導滾輪30引導，一邊在爐體10的內部空間中從搬入口11向搬出口12水平移動。輸送帶20的移動速度等係由輸送帶驅動用控制器100和習知的輸送帶驅動機構(圖未顯示)調整。

如第1圖所示，在爐體10內部空間中於輸送帶20的上方，在長邊方向上隔著既定的間隔分別配置複數個該紅外線加熱器40。如第2及3圖所示，各紅外線加熱器40為棒狀。各紅外線加熱器40配置為使各個的軸線沿著寬度方向。紅外線加熱器40產生的紅外線的強度或波長等，係由紅外線加熱器用控制器200調整。紅外線加熱器40可以產生各種波長的紅外線，不過，典型的狀況為，產生主波長為6μm程度以下的紅外線(近紅外線)。

如第1及2圖所示，在爐體10的內部空間中設有在長邊方向水平延伸的隔壁50，其係為區隔出包含輸送帶20的空間S1以及包含紅外線加熱器40的空間S2。如第1~3圖所示，隔壁50由用紅外線(尤其是近紅外線)可穿透的材料構成之第1部分51、及用紅外線(尤其是近紅外線)不穿透的材料構成之第2部分52所構成。

如第1~3圖所示，第2部分52，為在長邊方向水平延伸，並且其寬度方向(y軸方向)的中央部為向上方突出為矩形狀的形狀，在第2部分52中突出為矩形狀的部分的頂面(在長邊方向延伸的水平的平面)，於長邊方向上對應於各紅外線加熱器40的各個位置，形成窗(矩形狀的開口部)。矩形的薄板狀的第1部分51分別設置在第2部分52的該頂面上，以覆蓋這些窗。因此，如第2圖所示，從各紅外線加熱器40發出的紅外線，透過對應的第1部分51而到達被乾燥物，而能夠使被乾燥物乾燥。

如上述，隔壁50為，複數個第1部分51，分別配置在長邊方向上對應於各紅外線加熱器40的位置，複數個第2部分52分別配置於在長邊方向上對應於鄰接的紅外線加熱器40、40之間的位置。

第1部分51的材料為石英玻璃為佳。石英玻璃具有主波長3.5μm以下的紅外線(近紅外線)以高透過率穿透的特性。第2部分52的材料為不鏽鋼為佳。不鏽鋼具有主波長6μm程度以下的紅外線(近紅外線)無法穿透的特性。另外，不鏽鋼具有以一定比例吸收紅外線(近紅外線)的特性，所以也具有隔壁50的保溫效果。

另外，第2部分52的材料為鋁合金為佳。鋁合金不僅是具有主波長6μm程度以下的紅外線(近紅外線)無法穿透的特性，其紅外線(近紅外線)的吸收率低於不鏽鋼。因此，能夠抑制隔壁50變成高溫。因此，鋁合金適用於較低溫度中的被乾燥物的乾燥。

再者，在本實施例中，如第2圖所示，第2部分52的寬度方向的兩端部的下面、和輸送帶20的上面的兩端部，在寬度方向上有些微的重疊。藉此，空間S1被進一步分隔為「對應於輸送帶20上側的空間」(由第2部分52的寬度方向中央部中突出為矩形狀的部分、第1部分51、和輸送帶20所分隔出的空間)、和「對應於輸送帶20下側的空間」。以下將「對應於輸送帶20上側的空間」稱之為「空間S1」，將「對應於輸送帶20下側的空間」特別稱之為「空間S3」。

如第1圖所示，在爐體10的空間S2內於紅外線加熱器40的上方，在長邊方向上隔著既定的間隔分別配置空氣用的複數個噴嘴60。已調整溫度的空氣分別從各噴嘴60向下方噴出(參見細箭頭)。像這樣噴出的空氣吹到隔壁50，藉此調整隔壁50的溫度。像這樣噴出的空氣，透過設置在爐體10上面的排氣口13排出至外部(參照細箭頭)。

同樣地，在爐體10的空間S3內，形成空氣的吸氣口14及排氣口15。已調整溫度的空氣從吸氣口14朝向X軸負方向噴出(參照細箭頭)。像這樣噴出的空氣吹到輸送帶20，藉此調整輸送帶20的溫度。像這樣噴出的空氣透過排氣口15排出至外部(參照細箭頭)。從各噴嘴60及吸氣口14噴出的空氣的溫度、流量等係由空氣供給用控制器300調整。

如第1圖所示，在爐體10的搬入口11的附近配置了氮氣(N₂氣體)用的噴嘴70。已調整溫度的氮氣從噴嘴70朝向空間S1內部於X軸正方向噴出(參照粗的中空箭頭)。像這樣，氮氣在X軸正方向流過空間S1，藉此，「含有從被乾燥物蒸發之溶劑的氣體」之溫度及溶劑濃度，在被乾燥物的表面附近的區域中盡量均一。通過空間S1的氮氣，透過搬出口12，排出到後數的爐體80的內部空間S4(參照粗的中空箭頭)。從噴嘴70噴出的氮氣的溫度、濕度、流量(流速)等，係由氮氣供給用控制器400調整。

以上，已針對「紅外線乾燥爐」的構成說明。繼之將說明「熱風乾燥爐」的構成。

如第1圖所示，熱風乾燥爐具有和爐體10的X軸正方向側的側面連接的爐體80。爐體80的內部係由單一空間S4構成。在爐體80的長邊方向的兩端部，分別設置具有搬入口之功能的上述之「爐體10的搬出口12」、及搬出口81。從爐體10的搬出口12移動過來的輸送帶20構成為，可以一邊由設置於爐體80內的空間S4的複數個引導滾輪30引導，一邊在爐體80內的空間S4中從搬入口(即為爐體10的搬出口12)向搬出口81水平移動。

如第1圖所示，在爐體80內的空間S4的上方，在長邊方向上隔著既定的間隔分別配置空氣用的複數個噴嘴90。已調整為高溫的空氣(熱風)分別從各噴嘴90向下方噴出(參見細箭頭)。像這樣噴出的空氣(熱風)吹到被乾燥物，藉此使被乾燥物更進一步被乾燥。像這樣噴出的空氣(熱風)，透過設置在爐體80上面的排氣口82排出至外部(參照細箭頭)。另外，從搬出口81流入空間S4中的氮氣也從此排氣口82排出到外部(參照粗的中空箭頭)。「熱風乾燥爐」的構成已說明如上。

繼之，簡單說明如上述般構成的實施形態的作動。在本實施形態中，如第2圖所示，在輸送帶20的上面，透過PET膜，載置了在長邊方向上延伸的被乾燥物(上述的薄板狀的料漿成形體為典型情況)。使用PET膜係為了容易地處理被乾燥物。在被乾燥物的乾燥完成後，將PET膜從被乾燥物上去除。另外，PET膜具有近紅外線可穿透，同時吸收遠紅外線的特性。就此觀點而言，從紅外線加熱器40照射的紅外線，也是以近紅外線為佳。

載置了被乾燥物的輸送帶20，以既定的速度向X軸正方向水平地平行移動。從各紅外線加熱器40分別以既定的強度照射紅外線(近紅外線)。所照射的各紅外線(近紅外線)分別透過在隔壁50上對應的第1部分51並到達被乾燥物。其結果為，使被乾燥物乾燥。

已調整溫度及濕度的氮氣從噴嘴70朝向空間S1內部於X軸正方向噴出。藉此，氮氣在X軸正方向流過空間S1。藉由像這樣的空間S1內的氮氣的流動，使得「含有從被乾燥物蒸發之溶劑的氣體」之溫度及溶劑濃度，在被乾燥物的表面附近的區域中盡量均一。其結果為，被乾燥物的乾燥速度不容易會有局部的不均勻產生，而能夠抑制乾燥後的被乾燥物之變形或裂縫的產生。如上述，被乾燥物的厚度越大，則此作用及效果也越大。

已調整溫度的空氣(例如，常溫的空氣)分別從各噴嘴60朝向空間S2的內部噴出。同時，已調整溫度的空氣(例如，溫度略高於常溫的空氣)從吸氣口14朝向空間S3的內部噴出。其結果為，分別將隔壁50及輸送帶20的溫度(因此也是被乾燥物的溫度)調整維持於適當的溫度。再者，從噴嘴60噴出的空氣之溫度設定為低於從吸氣口14噴出的空氣之溫度，此係基於從噴嘴60噴出的空氣在空間S2中會被紅外線加熱器40照射的紅外線略微加溫。其結果為，從噴嘴60噴出的空氣在到達隔壁50時的溫度，會大致相同於從吸氣口14噴出的空氣到達輸送帶20時之溫度。

如上述，在「紅外線乾燥爐」內，和輸送帶20一起移動的被乾燥物，在維持於略高於常溫的狀態下，並且在藉由空間S1內的氮氣流動的作用而使得乾燥速度幾乎沒有局部不均的狀態下，藉由紅外線的作用使其乾燥。其結果為，進行某種程度的乾燥，而且，得到在不產生膜厚明顯不均或裂縫的情況下的被乾燥物。

像這樣的被乾燥物，從「紅外線乾燥爐」移行到「熱風乾燥爐」。在熱風乾燥爐的爐體80內，已調整為高溫的空氣(熱風)分別從各噴嘴90向空間S4的內部噴出。其結果為，在「熱風乾燥爐」內，和輸送帶20一起移動的被乾燥物，藉由噴出之空氣(熱風)的作用，在高溫下更進一步被乾燥。於被乾燥物從爐體80的搬出口81搬出的階段，被乾燥物的乾燥完成。亦即，得到乾燥體。再者，在從「紅外線乾燥爐」搬出的階段中，已經充分進行被乾燥物的乾燥，所以即使在此階段之後將被乾燥物暴露在高溫下，也不會產生膜厚明顯不均或裂縫。

(作用及效果)

以下，說明本實施形態的作用及效果。在此實施形態中，用隔壁50將「為氮氣通過的空間，且為配置載著被乾燥物移動的輸送帶20的空間」(亦即空間S1)、及配置紅外線加熱器40的空間(亦即空間S2)分隔為個別的空間。因此，容易地獨立地個別調整「氮氣通過的空間S1之體積」、及「加熱器被乾燥物間距離」。另外，藉由設置隔壁50，能夠減少空間S1的體積，因此，容易調整被乾燥物的表面附近的區域中「含有溶劑的氣體的溫度及溶劑濃度」。

再者，如第3及4圖所示，隔壁50為，複數個第1部分51(紅外線穿透的部分)，分別配置在長邊方向上對應於各紅外線加熱器40的位置，複數個第2部分52(紅外線不穿透的部分)分別配置於在長邊方向上對應於鄰接的紅外線加熱器40、40之間的位置。

其結果為，如第4圖所示，藉由調整鄰接的紅外線加熱器40、40的間隔、以及隔壁50的第1部分51的長邊方向的長度，能夠使得從鄰接的紅外線加熱器40、40照射的紅外線在長邊方向上不重疊(或者使紅外線的一部份的範圍在長邊方向上重疊)，而使紅外線照射在被乾燥物的表面全範圍中。換言之，即使將複數個紅外線加熱器40沿著長邊方向間隔配置，也能使得照射在被乾燥物上的紅外線的強度在長邊方向上大致為均一。其結果為，能夠藉由提高各紅外線加熱器40的功率，能夠把相鄰接的紅外線加熱器40的間隔拉長，能夠減少紅外線加熱器40的數量。

再者，本發明不限定於上述的實施形態，在本發明的範圍內能夠採用各種的變形例。例如，在上述實施形態中，係使用氮氣作為在空間S1中流動的氣體，不過也可以使用氬氣，只要是惰性氣體即可。

另外，在上述實施形態中，隔壁50由第1部分51(紅外線穿透的部分)和第2部分52(紅外線不穿透的部分)構成，不過也可以將整個隔壁50都由第1部分51(紅外線穿透的部分)構成。

另外，在上述實施形態中，隔壁50的第2部分52的寬度方向的兩端部的下面、和輸送帶20的上面的兩端部，在寬度方向上有些微的重疊，藉此將空間S1進一步分隔為「對應於輸送帶20上側的空間S1」和「對應於輸送帶20下側的空間S3」，不過空間S1也可以是「對應於輸送帶20上側的空間」和「對應於輸送帶20下側的空間」相連的單一空間。

另外，在上述實施形態中，被乾燥物的表面附近的區域中「含有溶劑的氣體的溫度及溶劑濃度」在空間S1內的寬度方向上不可避免地會有不均的情況。因此，由於「氣體的溫度及溶劑濃度在寬度方向上的不均」，被乾燥物的乾燥速度也會在寬度方向上產生不均的情況。另一方面，照射到被乾燥物的紅外線的強度越大(越小)，則被乾燥物的乾燥速度就越快(越慢)。

基於此一認知，藉由調整「照射到被乾燥物的紅外線在寬度方向上的強度分佈」，能夠抵銷由「氣體的溫度及溶劑濃度在寬度方向的不均勻」造成的「被乾燥物的乾燥速度在寬度方向上的不均勻」。例如，在空間S1內於寬度方向中央部的「含有溶劑的氣體」之溶劑濃度大於寬度方向兩端部的情況下，則被乾燥物的乾燥速度，在寬度方向兩端部大於在寬度方向中央部。在此情況下，被乾燥物的厚度，會有寬度方向兩端部大於在寬度方向中央部的傾向。

在此情況下，例如第5圖所示，藉由在隔壁50的第1部分51的寬度方向的兩端部的上面配置紅外線(近紅外線)不穿透的遮蔽構材Z，藉此，能夠使得照射被乾燥物之寬度方向兩端部的紅外線的強度，小於寬度方向中央部的紅外線的強度。其結果為，乾燥後的被乾燥物的寬度方向的厚度能夠盡量均一。

在第5圖所示之例子中，在隔壁50的第1部分51的寬度方向的兩端部的上面配置紅外線(近紅外線)不穿透的遮蔽構材Z，不過，例如在空間S1內於寬度方向中央部的「含有溶劑的氣體」之溶劑濃度小於寬度方向兩端部的情況下，在隔壁50的第1部分51的寬度方向的中央部的上面配置紅外線(近紅外線)不穿透的遮蔽構材Z為佳。

另外，在第5圖所示之例子中，係使用完全遮斷紅外線(近紅外線)的構材作為遮蔽構材Z，不過，也可以使用紅外線(近紅外線)略微穿透的構材(紅外線(近紅外線)的穿透率小於第1部分51的構材)。

另外，在第5圖所示之例子中，為了調整「照射到被乾燥物的紅外線在寬度方向上的強度分佈」，而在隔壁50的第1部分51上設置遮蔽構材Z，不過，也可以藉由使第1部分51的紅外線(近紅外線)的穿透率本身在寬度方向上變化，以調整「照射到被乾燥物的紅外線在寬度方向上的強度分佈」。