JP3859413B2 - スラリー状又は溶液状材料の乾燥方法、スラリー状又は溶液状材料の乾燥装置及びセラミック焼結体の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スラリー状又は溶液状材料の乾燥方法、スラリー状又は溶液状材料の乾燥装置及びセラミック焼結体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スラリー状又は溶液状材料の乾燥装置の一例として、噴霧乾燥装置（スプレードライヤ）を図１２に示す。この装置では、スラリー状又は溶液状の材料Ｍが乾燥室３０上方の投入口１０から供給されるとともに、外気が加熱器２３で加熱され、給気Ｉとして乾燥室３０の上面又は周面の給気口２０から乾燥室３０に導入される。そして、乾燥室３０内を上部の投入口１０側から下部の取出口４０側に向け自然落下する材料Ｍに対して、加熱された給気Ｉを接触させることにより、材料Ｍの水分が熱風（給気）Ｉ中を浮遊する間に給気Ｉに移行（吸収）され、材料Ｍの乾燥が行われる。乾燥後の乾燥粉末Ｇは乾燥室３０下部の取出口４０から、一方給気Ｉは排気Ｏとして乾燥室３０中間部の排気口５０から、それぞれ乾燥室３０の外部へ取り出される。
【０００３】
ところで、このような乾燥装置では、得られる乾燥粉末Ｇに含まれる水分量（含水量）を一定の値となるように制御する必要があり、従来から種々の乾燥制御（乾燥システム）を考慮して乾燥粉末Ｇの水分量制御がなされている。この乾燥制御の代表的なものとして、次のような乾燥システムが知られている。すなわち、赤外線等を利用した水分量測定計６ａを試料採取部６Ａに設置して乾燥粉末Ｇの水分量を直接測定し、測定された検出水分量と乾燥粉末Ｇの規定水分量との比較に基づいて、材料Ｍの投入量を制御部８及び流量調整弁１２、流量計１ｂ等によりコントロールしながら、乾燥粉末Ｇの水分量制御を行う方法である。なお、試料採取部６Ａは、例えば図１２のように乾燥粉末Ｇの取出流路４１等から分岐させて設けられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の方法では、完成した乾燥粉末Ｇの水分量のみが検知対象（具体的な検知手段は水分量測定計６ａ）であり、一方システム先頭の乾燥室３０内への材料Ｍの投入量が制御対象（具体的な制御手段は流量調整弁１２等）であることから、両者間で必然的に応答の遅れが発生して、乾燥粉末Ｇの水分量制御にハンチングが生じ易い傾向にある。したがって、乾燥粉末Ｇの水分量を安定させるために、得られた異なる水分量の乾燥粉末Ｇを収集して、ブレンダ等で撹拌混合して乾燥粉末Ｇの水分量を均一化させることが必要になる。しかしながら、乾燥後に撹拌混合といった再加工を施すことからコストアップの要因となり、また再加工に伴い乾燥粉末Ｇの品質の低下を引き起こすおそれもある。
【０００５】
さらに上記方法では、水分量測定計６ａの試料採取部６Ａは乾燥粉末Ｇの流量を一定にし水分量の測定を安定させるため、狭い通路で形成されていることから、乾燥粉末Ｇの詰まりＧ’を生じたり、あるいは水分量測定計６ａに過水分乾燥粉末が付着したりすることがある。そのために乾燥粉末Ｇの水分量制御が不能になるのみならず乾燥システムにて乾燥条件を作る上での制御に暴走が発生する可能性がある。また、乾燥装置の起動時（運転開始時）や材料投入一時停止後の再起動時（運転再開時）等には取出口４０に乾燥粉末Ｇが存在しない場合があり、かかる場合にも乾燥条件を作る上での制御に暴走が発生する可能性がある。
【０００６】
本発明の課題は、乾燥粉末の水分量制御を行うにあたり、応答性がよくハンチングを起こしにくく、また試料採取部に詰まりが発生した場合とか、乾燥装置の起動時や材料投入一時停止後の再起動時等のように取出口に乾燥粉末が存在しない場合にも、乾燥条件を作る上での制御に暴走が発生する恐れが少なく、生産性を阻害しないスラリー状又は溶液状材料の乾燥方法及びスラリー状又は溶液状材料の乾燥装置を提供することにある。また、そのようにして製造される乾燥粉末を成形・焼結して品質のよいセラミック焼結体を得るセラミック焼結体の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
上記課題を解決するために、第一番目の発明にかかるスラリー状又は溶液状材料の乾燥方法は、
セラミック原料を含有するスラリー状又は溶液状材料を乾燥部に設けられた投入口から乾燥室に供給するとともに、加熱器を通じて加熱された外気を給気として前記乾燥部に設けられた給気口から前記乾燥室に導入し、
前記投入口から供給された前記材料に対して前記給気を接触させることにより当該材料の乾燥を行い、
乾燥後の前記材料を前記乾燥部に設けられた取出口から乾燥粉末として取り出す一方、前記給気を前記乾燥部に設けられた排気口から排気として前記乾燥室の外部に排出し、
前記排気口の近傍にて前記排気の絶対湿度を特定するのに必要な情報を検出し、該排気絶対湿度の検出値Ｈ_Ｏ'に基づいて、規定水分量を有する前記乾燥粉末が得られるように前記給気の有する給気熱量を調整するとともに、
前記投入口への供給に先立つ前記材料の温度と投入量とによって、前記材料を介しての投入熱量を検出し、該材料投入熱量の検出値に基づいて前記給気熱量を補助的に調整することを特徴とする。
【０００８】
また、第一番目の発明にかかるスラリー状又は溶液状材料の乾燥装置は、
セラミック原料を含有するスラリー状又は溶液状材料を供給する投入口と、
外気を加熱器で加熱し給気として導入する給気口と、
前記投入口から供給された前記材料に対して前記給気を接触させることにより当該材料の乾燥を行う乾燥室と、
乾燥後の前記材料を乾燥粉末として外部へ取り出す取出口と、
前記給気を排気として外部へ排出する排気口とを備え、
前記排気口の近傍にて前記排気の絶対湿度を特定するのに必要な情報を検出する検出器が設けられ、その検出器により検出された排気絶対湿度の検出値Ｈ_Ｏ'に基づいて、規定水分量を有する前記乾燥粉末が得られるように前記給気の有する給気熱量を調整する制御部が設けられるとともに、
前記投入口への供給に先立つ前記材料の温度を測定する温度計とその投入量を測定する流量計とが設けられ、前記制御部は、それら温度計と流量計とによって検出された材料投入熱量の検出値に基づいて、前記給気熱量を補助的に調整することを特徴とする。
【０００９】
これらの発明によれば、排気絶対湿度の検出値Ｈ_Ｏ'に基づいて、規定水分量を有する乾燥粉末が得られるように給気の有する給気熱量を調整することで、完成した乾燥粉末の水分量を直接的に測定しなくてもよい。すなわち乾燥中の情報を利用して粉末水分量の制御を行うことから応答性の遅れが少なく、ハンチングを起こしにくい安定した粉末水分量の制御が期待できる。また、水分量測定計の試料採取部に詰まりが発生した場合とか、乾燥装置の起動時や材料投入一時停止後の再起動時等のように取出口に乾燥粉末が存在しない場合にも、乾燥条件を作る上での制御に暴走が発生する恐れが少なく、生産性を阻害しないスラリー状又は溶液状材料の乾燥方法及びスラリー状又は溶液状材料の乾燥装置が得られる。
【００１０】
なお、排気絶対湿度の目標値Ｈ_Ｏに関して、目標値Ｈ_Ｏを所定の値一点に定めておいても、ハンチングを起こしにくい安定した粉末水分量の制御が期待できるが、所定の値に対する上下のうち少なくとも一方に不感帯を設定した目標値Ｈ_Ｏとしておけば、より一層のハンチング防止が図れる。また、本明細書において「水分量」というときは、湿量基準（例えば「水分率」）の場合と乾量基準（例えば「含水率」）の場合とを含んでいる。
【００１１】
また、本発明の給気熱量の調整は、材料からの単位時間当たりの除去水分量を略一定に又は規定範囲内に維持するように行われる場合がある。ここで、材料からの単位時間当たりの除去水分量とは、言い換えれば材料の乾燥速度を表しており、乾燥粉末の生産性を上げるためには大きいほどよい。しかし一方では、乾燥装置の性能は勿論、材料の変質（例えば物理的又は化学的性質の変化等）防止の観点からも自ずと制限されることになる。本発明によれば、材料に対して最適な乾燥速度のもとでの安定した連続運転が可能になる。なお、材料からの単位時間当たりの除去水分量に関しても、排気絶対湿度の目標値Ｈ_Ｏと同様に、所定の値に対する上下のうち少なくとも一方に不感帯を設定しておけば、ハンチング防止に効果的である。
【００１２】
ここで本発明の給気熱量の調整は、より具体的には、排気絶対湿度の検出値Ｈ_Ｏ'と、材料の保有水分量と乾燥粉末の規定水分量とから定まる排気絶対湿度の目標値Ｈ_Ｏとの比較において、Ｈ_Ｏ'＜Ｈ_Ｏのとき給気熱量を大きくし、Ｈ_Ｏ'＞Ｈ_Ｏのとき給気熱量を小さくすればよい。この場合には、比較的簡便な加熱器の温度調節によって、乾燥粉末の水分量の制御が応答性よく行える。
【００１３】
したがって、比較的低水分量の、例えば水分率３％以下の乾燥粉末を製造する場合でも、乾燥粉末の詰まりや変質等が少ない状態で取り出すことができる。なお、本明細書では「水分率」を湿量基準で用いている。
【００１４】
さらに本発明では、材料の供給に先立つ所定時間にわたって、材料の保有する水分が乾燥室にて単位時間当たりに蒸発するに要する蒸発熱量に略等しい熱量となる所定量の冷媒を、投入口から供給することができる。例えば乾燥装置の起動時（運転開始時）や材料投入一時停止後の再起動時（運転再開時）のような、取出口に乾燥粉末が存在しない場合にも、乾燥粉末の水分量の制御が不能になったり、乾燥条件を作る上での制御に暴走が発生する恐れが少なく、安定した制御が行える。
【００１５】
さらに本発明では、乾燥粉末の水分量を検出し、乾燥粉末の検出水分量Ａ'と規定水分量Ａとの比較において、Ａ'＜Ａのとき給気熱量を小さくし、Ａ'＞Ａのとき給気熱量を大きくする制御を補助的に行ってもよい。ここでも給気熱量を制御対象とすることで、応答性のよい粉末水分量の制御が可能となる。なお、規定水分量Ａに対する上下のうち少なくとも一方に不感帯を設定しておけば、ハンチング防止に効果的である。
【００１６】
さらに本発明では、加熱器を通じて加熱される前の外気の温度、湿度又は風量のうち少なくとも一つの特性値を検出し、特性値に基づいて給気熱量を補助的に調整してもよい。この場合には、規定水分量を有する乾燥粉末を得るために外気状況の変化に応じたより精密な粉末水分量の制御ができる。なお、この場合の湿度は絶対湿度、相対湿度のいずれでもよい。
【００１７】
さらに本発明では、乾燥室からの放熱量を特定するのに必要な情報を検出し、乾燥室放熱量の検出値に基づいて給気熱量を補助的に調整してもよい。また、乾燥粉末の残存熱量を特定するのに必要な情報を検出し、粉末残存熱量の検出値に基づいて給気熱量を補助的に調整してもよい。あるいは、投入口への供給に先立つ材料の温度と投入量とによって、材料を介しての投入熱量を検出し、材料投入熱量の検出値に基づいて給気熱量を補助的に調整してもよい。これらの場合には、規定水分量を有する乾燥粉末を得るために材料や雰囲気等の状況変化に応じたより精密な粉末水分量の制御が可能となる。
【００１８】
さらに本発明では、乾燥粉末の水分量を検出し、乾燥粉末の検出水分量が規定水分量を満たしていないとき、この規定外の乾燥粉末は規定水分量の乾燥粉末とは分離して回収することができる。例えば乾燥装置の起動時（運転開始時）や材料投入一時停止後の再起動時（運転再開時）に乾燥粉末の検出水分量が規定水分量を外れたときでも、乾燥粉末の水分量の制御が不能になったり、乾燥条件を作る上での制御に暴走が発生する恐れが少なく安定した制御が行える。
【００１９】
なお、上記分離回収された規定外の乾燥粉末は、水分量検出前の乾燥粉末と再混合される場合がある。このときは、乾燥粉末の生産効率と歩留まりをさらに向上させることができる。
【００２０】
また、第二番目の発明にかかるスラリー状又は溶液状材料の乾燥方法は、
セラミック原料を含有するスラリー状又は溶液状材料を乾燥部に設けられた投入口から乾燥室に供給するとともに、加熱器を通じて加熱された外気を給気として前記乾燥部に設けられた給気口から前記乾燥室に導入し、
前記投入口から供給された前記材料に対して前記給気を接触させることにより当該材料の乾燥を行い、
乾燥後の前記材料を前記乾燥部に設けられた取出口から乾燥粉末として取り出す一方、前記給気を前記乾燥部に設けられた排気口から排気として前記乾燥室の外部に排出するとともに、
前記材料の供給に先立つ所定時間にわたって、前記材料の保有する水分が前記乾燥室にて単位時間当たりに蒸発するに要する蒸発熱量に略等しい熱量となる所定量の冷媒を、前記投入口から供給することを特徴とする。
【００２１】
一方、第二番目の発明にかかるスラリー状又は溶液状材料の乾燥装置は、
セラミック原料を含有するスラリー状又は溶液状材料を供給する投入口と、
外気を加熱器で加熱し給気として導入する給気口と、
前記投入口から供給された前記材料に対して前記給気を接触させることにより、当該材料の乾燥を行う乾燥室と、
乾燥後の前記材料を乾燥粉末として外部へ取り出す取出口と、
前記給気を排気として外部へ排出する排気口とを備え、
前記材料の供給に先立つ所定時間にわたって、前記材料の保有する水分が前記乾燥室にて単位時間当たりに蒸発するに要する蒸発熱量に略等しい熱量となる所定量の冷媒を、前記投入口から供給するための冷媒供給部を配設したことを特徴とする。
【００２２】
これらの発明によれば、例えば乾燥装置の起動時（運転開始時）や材料投入一時停止後の再起動時（運転再開時）のような、取出口に乾燥粉末が存在しない場合にも、乾燥室の状況を急変させることなく、乾燥粉末の水分量の制御が不能になったり、乾燥条件を作る上での制御に暴走が発生する恐れが少なく安定した制御が行え、生産性を阻害しないスラリー状又は溶液状材料の乾燥方法及びスラリー状又は溶液状材料の乾燥装置が得られる。
【００２３】
ところで、上記第一番目又は第二番目の発明の方法により、セラミック原料を含有するスラリー状又は溶液状のセラミック材料を乾燥して得られた乾燥粉末は、平均粒径が略一定で、規定水分量を略安定的に含有する状態で、スラリー状又は溶液状材料の供給開始から供給終了まで連続的に歩留まりよく生産される。したがって、その乾燥粉末を用いて所定形状の成形体を成形し、その成形体を焼結することにより得られる、本発明にかかるセラミック焼結体は、品質のよい製品として安価に生産することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に示す実施例を参照して説明する。図１は、本発明の一例たるスプレードライヤ（噴霧乾燥装置）の全体正面図を示す。このスプレードライヤは、アルミナ、窒化アルミニウム等のセラミック粉末粒子を懸濁したスラリー状材料の乾燥装置として利用される。スラリー状材料（原液）Ｍは、材料供給部１のタンク１１からパイプ路を通って乾燥部３に形成される乾燥室３０へ送られる（パイプ路内を自然落下させてもよいし、ポンプ等によって圧送させてもよい）。具体的にはスラリー状材料Ｍは、流量調整弁１２を介して、乾燥室３０の天井部の投入口１０に配置された微粒化装置（アトマイザ）１３に供給される。アトマイザ１３は、乾燥スピードのアップ、粉末の球状化、粉末径の均一化等を目的として微粒化した原液Ｍを乾燥室３０全体に噴霧状に吐出する。原液Ｍは、通常の場合水分率２０〜５０％のスラリー状で、例えば水分率３３％のアルミナスラリーがアトマイザ１３に供給され、乾燥室３０全体に吐出される。なお、セラミックの材質によっては、セラミック原料成分を溶解させた溶液状材料Ｍを使用できる場合もある。一方、給気部２のフィルタ２４及びダンパ２１を介して送風機２２で取り込まれた外気が加熱器２３へ送られ、加熱されたのち給気Ｉとして、乾燥室３０の上面又は上部周面に設けられた給気口２０から乾燥室３０に向けて導入される。
【００２５】
そして、乾燥室３０において、アトマイザ１３から噴霧状に吐出され、乾燥室３０内を上部の投入口１０側から下部の取出口４０側に向け自然落下するスラリー状材料Ｍに対して、加熱された給気Ｉを接触させる。これにより、スラリー状材料Ｍは熱風（給気）Ｉ中を浮遊する間にその水分が給気Ｉに移行され、スラリー状材料Ｍの乾燥が行われる。次いで、乾燥されたスラリー状材料Ｍは、乾燥室３０下部の取出部４に形成された取出口４０から取出流路４１を経て乾燥粉末Ｇとして取り出される。一方給気Ｉは乾燥室３０の中間部周壁の排気口５０から、乾燥室３０中間部に浮遊する一部の乾燥粉末Ｇとともに排気部５に設けられた排風機５６で吸引され、排気口５０に接続された排気流路５１へ排気Ｏとして取り出される。
【００２６】
ここで、図１の実施例では、乾燥粉末Ｇの生産効率と歩留まりを向上させるために、取出流路４１に次のような機構を備えている。取出口４０下方の取出流路４１には篩４２が設けられ、取出口４０から出た乾燥粉末Ｇはまず篩４２にかけられる。篩４２の加振により粒子径が細かく揃えられた乾燥粉末Ｇは、篩４２を流下した後、分離・回収部６に設けられた排風機６９の吸引力によって捕集サイクロン６０内に投入される。一方篩４２を透過できなかった大径粉末やゴミ等の異物は回収箱４４に回収される。
【００２７】
そして、捕集サイクロン６０内に導入された乾燥粉末Ｇは、捕集サイクロン６０の内壁に沿う旋回流によって撹拌されるとともに、比重差で塵等の異物と選別・分離される。つまり、相対的に重い乾燥粉末Ｇは捕集サイクロン６０下部より回収流路６１に取り出され、保管サイロ６６に収容される。一方、相対的に軽い塵等の異物は、フィルタ６７及びダンパ６８を経て排風機６９で系外に排出される。
【００２８】
さて、捕集サイクロン６０出口に接続された回収流路６１には以下のようなフィードバック機構が設けられている。捕集サイクロン６０下部より回収流路６１に取り出された乾燥粉末Ｇの一部は、試料採取部６Ａに分岐し、赤外線等を利用した水分量測定計６ａで水分量を直接測定され、その後戻り流路６１’を介して取出流路４１（図１では篩４２の下流側）に循環されている。試料採取部６Ａよりも下流側の回収流路６１には４ポート３位置型の電磁切換弁６２が設置されている。回収流路６１の乾燥粉末Ｇを複数（図１では２槽）の保管サイロ６６に収容するとき、各サイロ６６のレベル計６ｂからの制御信号によって電磁切換弁６２がｂ又はｃの位置に切り換えられる。また、水分量測定計６ａで測定された乾燥粉末の水分率Ｍ_Ｇ'が規定水分率Ｍ_Ｇを満たしていないとき、水分量測定計６ａからの制御信号によって、電磁切換弁６２はａ位置に切り換えられる。その結果、この規定外の乾燥粉末Ｇは規定水分率の乾燥粉末Ｇとは分離して分離流路６３の一時貯留タンク６４に回収される。一時貯留タンク６４の出口と取出流路４１とは還元流路６５によって接続されており、回収された規定外の乾燥粉末Ｇは還元流路６５を通じて取出流路４１（図１では取出口４０と篩４２との間）に戻され、乾燥部３から取り出され水分率測定前の乾燥粉末Ｇと再度混合される。そして、混合された乾燥粉末Ｇは排風機６９の吸引力によって捕集サイクロン６０に投入され、試料採取部６Ａに至ると水分量測定計６ａで再び水分率Ｍ_Ｇ'が測定される。
【００２９】
例えば乾燥装置の起動時（運転開始時）や材料投入一時停止後の再起動時（運転再開時）に乾燥粉末Ｇの検出水分率Ｍ_Ｇ'が規定水分率Ｍ_Ｇを外れたときでも、この規定外の乾燥粉末Ｇを規定水分率の乾燥粉末Ｇとは分離して回収する分離流路６３が設けられているので、乾燥粉末Ｇの水分量の制御が不能になったり、乾燥条件を作る上での制御に暴走が発生する恐れが少なく安定した制御が行える。しかも分離回収された規定外の乾燥粉末Ｇは、還元流路６５により還元されて水分率検出前の後続の乾燥粉末Ｇと混合されるので、乾燥粉末Ｇの生産効率と歩留まりを向上させることができる。このとき、規定外の乾燥粉末Ｇと後続の乾燥粉末Ｇとが捕集サイクロン６０によって混合・撹拌されるので、水分率を均一化する上で有効である。
【００３０】
一方、乾燥粉末Ｇを含む排気Ｏは、排気流路５１を経て排気用サイクロン５２内に導入され、排気用サイクロン５２の内壁に沿う旋回流によって撹拌されるとともに、比重差で乾燥粉末Ｇと選別・分離される。つまり、相対的に重い乾燥粉末Ｇは排気用サイクロン５２下部より合流流路５３に取り出され、回収流路６１に合流される。一方、相対的に軽い排気Ｏは、フィルタ５４及びダンパ５５を経て排風機５６で系外に排出される。
【００３１】
なお、電磁切換弁６２は複数の切換ダンパ等に置き換えて使用してもよい。また、戻り流路６１’及び還元流路６５は、水分量測定計６ａよりも上流側であれば捕集サイクロン６０や回収流路６１に戻してもよい。ただし、戻り流路６１’又は還元流路６５を通じてフィードバックされる乾燥粉末Ｇと取出口４０から流下する後続の乾燥粉末Ｇとは水分率が異なる場合があるので、両乾燥粉末Ｇが充分混合・撹拌されてから水分量測定計６ａによる水分率測定が行われることが望ましい。特に、規定水分率Ｍ_Ｇを外れる乾燥粉末Ｇが継続的かつ大量にフィードバックされる可能性がある還元流路６５は、できるだけ上流側で取出流路４１に接続することが望ましい。これによって還元流路６５を通じてフィードバックされる乾燥粉末Ｇが、取出口４０から流下する後続の乾燥粉末Ｇと合流してから、水分量測定計６ａで再度水分率測定されるまでの時間と距離を長くとれる。よって両乾燥粉末Ｇが充分に混合・撹拌されるので、水分量測定計６ａによる水分率測定値のバラツキが抑えられる。さらに、還元流路６５に絞り弁（図示せず）等を設けて、規定水分率Ｍ_Ｇを外れる乾燥粉末Ｇが一時貯留タンク６４から取出流路４１に戻るときに少しずつ後続の乾燥粉末Ｇと混合するようにすれば、早く規定水分率Ｍ_Ｇに復帰できるようになる。ところで、合流流路５３の還元位置についても、回収流路６１以外に、取出流路４１、捕集サイクロン６０等を選択することができる。
【００３２】
保管サイロ６６に収容される乾燥粉末Ｇは、例えば規定水分率Ｍ_Ｇが３％以下、平均粒径が３０〜２００μｍ（より好ましくは５０〜１５０μｍ）として得られる。このような乾燥粉末Ｇがアルミナ、窒化アルミニウム等の場合は、例えばスパークプラグ用絶縁体の製造に使用される。
【００３３】
７は冷媒供給部を示し、スラリー状材料Ｍの供給に先立つ所定時間にわたって、スラリー状材料Ｍ中の水分が乾燥室３０において単位時間当たりに蒸発するに要する熱量に等しいか又は略等しい熱量を有する冷媒（例えば水）Ｃを、タンク７１から流量調整弁７２を経て投入口１０に供給する（後述の式（２０）参照）。これによって、乾燥装置の起動時（運転開始時）や材料投入一時停止後の再起動時（運転再開時）等のように取出口４０に乾燥粉末Ｇが存在しない場合にも、乾燥室３０内の状況を急変させることがなく、乾燥条件を作る上での制御に暴走が発生する恐れが少なくなり、生産性を阻害する恐れも少なくなる。さらに、本実施例のスプレードライヤでは、各部に設けられた検出器１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂ，４ａ，５ａ，６ａ，６ｂ，７ａ等（各検出器については後述する）からの入力信号に基づき、加熱器２３、流量調整弁１２，７２、電磁切換弁６２等に対する制御信号を出力して、スプレードライヤの作動をコントロールするための制御部８が搭載されている。
【００３４】
このような噴霧乾燥装置を熱−水分系としてみたときの熱収支及び水分収支について図２を参照して考察する。まず、水分収支について、以下の関係が成り立つと考えられる。なお、ここでは水分量を湿量基準の「水分率」で管理する場合について記載するが、換算式等を用いれば乾量基準の「含水率」でも同様に管理することができる。
投入口１０から乾燥室３０に供給されるスラリー状材料Ｍにおいて、材料投入量をＱ_Ｍ［ｍ^３／ｈ］、材料比重をρ_Ｍ［ｇ／ｍ^３］、原料成分量をＷ［ｇ／ｈ］、材料保有水分率をＭ_Ｍ［％］としたとき、材料投入重量Ｗ_Ｍ［ｇ／ｈ］及び材料水分量ｗ_Ｍ［ｇ／ｈ］は、次式（１）及び（２）で表される。
Ｗ_Ｍ＝Ｗ＋ｗ_Ｍ＝Ｑ_Ｍ・ρ_Ｍ （１）
ｗ_Ｍ＝Ｑ_Ｍ・ρ_Ｍ・Ｍ_Ｍ／１００ （２）
このとき材料保有水分率Ｍ_Ｍは、次式（３）で表される。
Ｍ_Ｍ＝（ｗ_Ｍ／（Ｗ＋ｗ_Ｍ））×１００ （３）
一方、取出口４０から得られる乾燥粉末Ｇにおいて、粉末規定水分率をＭ_Ｇ［％］としたとき、粉末生成重量Ｗ_Ｇ［ｇ／ｈ］及び粉末水分量ｗ_Ｇ［ｇ／ｈ］は、次式（４）及び（５）で表される。
Ｗ_Ｇ＝Ｗ＋ｗ_Ｇ＝１００ｗ_Ｇ／Ｍ_Ｇ （４）
ｗ_Ｇ＝Ｗ_Ｇ・Ｍ_Ｇ／１００ （５）
このとき粉末規定水分率Ｍ_Ｇは、次式（６）で表される。
Ｍ_Ｇ＝（ｗ_Ｇ／（Ｗ＋ｗ_Ｇ））×１００ （６）
【００３５】
次いで、水蒸気比重をρ_Ｖ［ｇ／ｍ^３］、密度増加量をαとしたとき、スラリー状材料Ｍからの単位時間当たりの除去水分量に該当する水蒸気排出水分量ｗ_Ｖ［ｇ／ｈ］及び水蒸気容積Ｑ_Ｖ［ｍ^３／ｈ］が、次式（７）及び（８）で表される。
ｗ_Ｖ＝ｗ_Ｍ−ｗ_Ｇ （７）
Ｑ_Ｖ＝ｗ_Ｖ・α／ρ_Ｖ （８）
なお本明細書では、ｗ_Ｖを除去水分量とも呼ぶことにする。この除去水分量ｗ_Ｖは、言い換えればスラリー状材料Ｍの乾燥を行う乾燥速度を表しており、乾燥粉末Ｇの生産性を上げるためには大きいほどよいが、一方で乾燥装置の性能やスラリー状材料Ｍの変質（例えば物理的又は化学的性質の変化等）防止の点から制限される。
【００３６】
そして、排気口５０から排出される排気Ｏの排気風量をＱ_Ｏ［ｍ^３／ｈ］、給気絶対湿度をＨ_Ｉ［ｇ-H_２O／ｍ^３-dry air］としたとき、給気口２０から導入される給気Ｉの給気風量Ｑ_Ｉ［ｍ^３／ｈ］及び給気水分量ｗ_Ｉ［ｇ／ｈ］、さらには排気水分量ｗ_Ｏ［ｇ／ｈ］が、次式（９）、（１０）および（１１）で表される。
Ｑ_Ｉ＝Ｑ_Ｏ−Ｑ_Ｖ （９）
ｗ_Ｉ＝Ｑ_Ｉ・Ｈ_Ｉ （１０）
ｗ_Ｏ＝ｗ_Ｖ＋ｗ_Ｉ （１１）
よって、目標となる排気絶対湿度Ｈ_Ｏ［ｇ-H_２O／ｍ^３-dry air］は、次式（１２）で与えられる。
Ｈ_Ｏ＝ｗ_Ｏ／Ｑ_Ｏ （１２）
【００３７】
次に、熱収支に関しては、以下の関係が成り立つと考えられる。
給気風量をＱ_Ｉ［ｍ^３／ｈ］、給気比重をρ_Ｉ［ｇ／ｍ^３］、給気温度をＴ_Ｉ［Ｋ］、給気比熱をＣ_Ｉ［Ｊ／ｇ］としたとき、給気口２０から導入される給気Ｉの給気熱量ｑ_Ｉ［Ｊ／ｈ］は、次式（１３）で表される。
ｑ_Ｉ＝Ｑ_Ｉ・ρ_Ｉ・Ｔ_Ｉ・Ｃ_Ｉ （１３）
なお、加熱器２３に導入される外気風量をＱ_Ｉ'［ｍ^３／ｈ］、外気比重をρ_Ｉ'［ｇ／ｍ^３］、外気温度をＴ_Ｉ'［Ｋ］、外気比熱をＣ_Ｉ'［Ｊ／ｇ］としたとき、加熱器２３に導入される外気Ｉ’の外気熱量ｑ_Ｉ'［Ｊ／ｈ］は、次式（１３）’で表される。
ｑ_Ｉ'＝Ｑ_Ｉ'・ρ_Ｉ'・Ｔ_Ｉ'・Ｃ_Ｉ' （１３）’
よって、加熱器２３により外気Ｉ’に付与される付加熱量をｑ_２３［Ｊ／ｈ］とすると、給気熱量ｑ_Ｉ，外気熱量ｑ_Ｉ'及び付加熱量ｑ_２３の間には次式（１３）”の関係が成り立つ。
ｑ_Ｉ＝ｑ_Ｉ'＋ｑ_２３ （１３）”
式（１３）”から明らかなように、給気熱量ｑ_Ｉは付加熱量ｑ_２３の変化（加熱器２３のボリューム等）によって調整可能であり、また周囲環境（外部状況）の変化によって外気熱量ｑ_Ｉ'も変動する。
一方、水の沸点をＴ_Ｖ［Ｋ］、材料温度をＴ_Ｍ［Ｋ］、水の比熱をＣ_Ｖ［Ｊ／ｇ］、水の気化熱をＲ_Ｖ［Ｊ／ｇ］としたとき、スラリー状材料Ｍに含有される水分の蒸発熱量ｑ_Ｖ［Ｊ／ｈ］は、次式（１４）で表される。
ｑ_Ｖ＝ｗ_Ｖ（（Ｔ_Ｖ−Ｔ_Ｍ）Ｃ_Ｖ＋Ｒ_Ｖ） （１４）
排気比重をρ_Ｏ［ｇ／ｍ^３］、排気温度をＴ_Ｏ［Ｋ］、排気比熱をＣ_Ｏ［Ｊ／ｇ］としたとき、排気口５０から排出される排気Ｏの排気熱量ｑ_Ｏ［Ｊ／ｈ］は、次式（１５）で表される。
ｑ_Ｏ＝Ｑ_Ｏ・ρ_Ｏ・Ｔ_Ｏ・Ｃ_Ｏ （１５）
粉末比熱をＣ_Ｇ［Ｊ／ｇ］、粉末温度をＴ_Ｇ［Ｋ］としたとき、乾燥粉末Ｇにおける残存熱量ｑ_Ｇ［Ｊ／ｈ］は、次式（１６）で表される。
ｑ_Ｇ＝Ｗ_Ｇ・Ｃ_Ｇ（Ｔ_Ｇ−Ｔ_Ｍ） （１６）
なお、材料比熱をＣ_Ｍ［Ｊ／ｇ］としたとき、材料Ｍを介しての投入熱量ｑ_Ｍ［Ｊ／ｈ］は、次式（１６）’で表される。
ｑ_Ｍ＝Ｗ_Ｍ・Ｔ_Ｍ・Ｃ_Ｍ＝Ｑ_Ｍ・ρ_Ｍ・Ｔ_Ｍ・Ｃ_Ｍ （１６）’
周囲温度をＴ_Ａ［Ｋ］、乾燥室表面積をＡ［ｍ^２］、伝熱係数をＫ［Ｊ／ｈ／ｍ^２］としたとき、乾燥室放熱量ｑ_Ｌ［Ｊ／ｈ］は、次式（１７）で表される。
ｑ_Ｌ＝Ｔ_Ａ・Ａ・Ｋ （１７）
したがって、乾燥室３０に対する熱収支を考慮すると、上記給気熱量ｑ_Ｉは次式（１８）で表される。
ｑ_Ｉ＝ｑ_Ｖ＋ｑ_Ｏ＋ｑ_Ｇ＋ｑ_Ｌ （１８）
【００３８】
図３に本発明を適用したスプレードライヤを模式的に示す。図３において、スプレードライヤは、次のような乾燥条件を作る上での制御機能を有している。
▲１▼排気口５０の近傍にて排気Ｏの絶対湿度Ｈ_Ｏ'を検出し、この排気絶対湿度の検出値Ｈ_Ｏ'と、スラリー状材料Ｍの保有水分率Ｍ_Ｍと乾燥粉末Ｇの規定水分率Ｍ_Ｇとから定まる排気絶対湿度の目標値Ｈ_Ｏとの比較において、Ｈ_Ｏ'＜Ｈ_Ｏのとき給気Ｉの有する給気熱量ｑ_Ｉを大きくし、Ｈ_Ｏ'＞Ｈ_Ｏのとき給気熱量ｑ_Ｉを小さくすることで、スラリー状材料Ｍからの単位時間当たりの除去水分量ｗ_Ｖを略一定に維持して、規定水分率Ｍ_Ｇを有する乾燥粉末Ｇを得ること。（図４参照）
▲２▼乾燥装置の起動時（運転開始時）や材料投入一時停止後の再起動時（運転再開時）等に、スラリー状材料Ｍの供給に先立つ所定時間にわたって、スラリー状材料Ｍの保有水分量が乾燥室３０にて単位時間当たりに蒸発するに要する蒸発熱量ｑ_Ｖに略等しい熱量となる所定量の冷媒Ｃを、投入口１０に供給すること。（図５参照）
▲３▼乾燥粉末Ｇの水分率Ｍ_Ｇ'を検出し、乾燥粉末Ｇの検出水分率Ｍ_Ｇ'と規定水分率Ｍ_Ｇとの比較において、Ｍ_Ｇ'＜Ｍ_Ｇのとき給気Ｉの有する給気熱量ｑ_Ｉを小さくし、Ｍ_Ｇ'＞Ｍ_Ｇのとき給気熱量ｑ_Ｉを大きくすることで、スラリー状材料Ｍからの単位時間当たりの除去水分量ｗ_Ｖを略一定に維持して、規定水分率Ｍ_Ｇを有する乾燥粉末Ｇを得ること。（図６参照）
▲４▼加熱器２３を通じて加熱される前の外気Ｉ’の温度、湿度又は風量のうち少なくとも一つの特性値を検出し、得られた特性値に基づいて（得られた特性値により求められる外気熱量ｑ_Ｉ'に基づいて）給気Ｉの有する給気熱量ｑ_Ｉを調整して、規定水分率Ｍ_Ｇを有する乾燥粉末Ｇを得ること。（図７参照）
▲５▼乾燥室３０からの放熱量ｑ_Ｌを検出し、乾燥室放熱量ｑ_Ｌの検出値に基づいて給気Ｉの有する給気熱量ｑ_Ｉを調整して、規定水分率Ｍ_Ｇを有する乾燥粉末Ｇを得ること。（図８参照）
▲６▼乾燥粉末Ｇの残存熱量ｑ_Ｇを検出し、粉末残存熱量ｑ_Ｇの検出値に基づいて給気Ｉの有する給気熱量ｑ_Ｉを調整して、規定水分率Ｍ_Ｇを有する乾燥粉末Ｇを得ること。（図９参照）
▲７▼投入口１０への供給に先立つスラリー状材料Ｍの温度Ｔ_Ｍと投入量Ｑ_Ｍとによって、スラリー状材料Ｍを介しての投入熱量ｑ_Ｍを検出し、材料投入熱量ｑ_Ｍの検出値に基づいて給気Ｉの有する給気熱量ｑ_Ｉを調整して、規定水分率Ｍ_Ｇを有する乾燥粉末Ｇを得ること。（図１０参照）
【００３９】
上記の制御機能を果たすため、図３のスプレードライヤには、その作動をコントロールするための制御部８を設けている。制御部８は、Ｉ／Ｏポート８１とこれに接続されたＣＰＵ８２，ＲＯＭ８３，ＲＡＭ８４等からなるマイクロプロセッサにより構成されており、ＲＯＭ８３には制御プログラムが格納されている。
【００４０】
Ｉ／Ｏポート８１の入力側には、次のような検出器（センサ）等が接続されている。
・温度計１ａ：スラリー状材料Ｍの投入経路に設けられ、スラリー状材料Ｍの温度Ｔ_Ｍを測定する。
・流量計１ｂ：スラリー状材料Ｍの投入経路に設けられ、スラリー状材料Ｍの流量（投入量）Ｑ_Ｍを測定する。
・温度計２ａ：給気Ｉの給気経路に設けられ、給気Ｉの温度Ｔ_Ｉを測定する。
・温度計、湿度計又は流量計のうち少なくとも一種２ｂ：加熱器２３により加熱される前の外気Ｉ’の給気経路に設けられ、外気Ｉ’の温度、湿度又は風量のうち少なくとも一つの特性値を測定する。なお、ここで使用する湿度（計）は、絶対湿度（計）、相対湿度（計）のいずれであってもよい。
・温度計４ａ：乾燥粉末Ｇの取出流路４１に設けられ、乾燥粉末Ｇの粉末温度Ｔ_Ｇを測定する。
・重量流量計４ｂ：温度計４ａに隣接して乾燥粉末Ｇの取出流路４１に設けられ、乾燥粉末Ｇの重量流量（粉末生成重量）Ｗ_Ｇを測定する。
・絶対湿度測定装置（温度計、相対湿度計）５ａ：排気Ｏの排気流路５１（排気口５０の近傍）に設けられ、排気Ｏの温度Ｔ_Ｏと相対湿度を測定し、既知の換算式により、排気絶対湿度の検出値Ｈ_Ｏ'を得る。ここに、絶対湿度とは、標準状態での気体中の絶対水分量を特定するパラメータ（重量％、分圧、モル分率等）を総称するものである。具体的には測定温度Ｔ_Ｏでの飽和水蒸気量νの値に相対湿度値ｈ_Ｒを乗ずることにより、標準状態の気体の単位体積当たりの水蒸気量として絶対湿度を算出することができる。なお、露点計等を用いてもよい。
・赤外線等を利用した水分量測定計６ａ：乾燥粉末Ｇの取出口４０に続く取出流路４１（取出口４０の近傍）又は捕集サイクロン６０の出口に続く回収流路６１、若しくはそれらから分岐させた試料採取部６Ａに設置され（図９又は図１参照）、乾燥粉末Ｇの水分量として水分率Ｍ_Ｇ（湿量基準）を測定する。なお、乾燥粉末Ｇの水分量として含水率（乾量基準）を測定してもよい。
・温度計７ａ：冷媒Ｃの投入経路に設けられ、冷媒Ｃの温度Ｔ_Ｃを測定する。
【００４１】
一方Ｉ／Ｏポート８１の出力側には、次のような作動部材（アクチュエータ）等が接続されている。
・加熱器２３の温度設定器２３ａ：制御信号に基づき、加熱器２３の設定温度を調節して、給気温度Ｔ_Ｉや給気熱量ｑ_Ｉを変更する。
・冷媒Ｃ側流量調整弁７２の供給量設定器７２ａ：制御信号に基づき、流量調整弁７２の開度を調節（弁閉を含む）して、冷媒供給量ｗ_Ｃを変更する。
・材料Ｍ側流量調整弁１２の供給量設定器１２ａ：制御信号に基づき、流量調整弁１２の開度を調節（弁閉を含む）して、材料投入量Ｑ_Ｍを変更する。
【００４２】
なお、上記した以外にＩ／Ｏポート８１の入力側には、保管サイロ６６に設けられ、乾燥粉末Ｇの収容量を測定するレベル計６ｂも接続されている（図１参照）。また、Ｉ／Ｏポート８１の出力側には、水分量測定計６ａ又はレベル計６ｂの出力に起因する制御信号に基づき、電磁ソレノイドを作動して回収流路６１と分離流路６３とを切り換える電磁切換弁６２も接続されている（図１参照）。しかし、既述の通りその制御機能は、乾燥粉末Ｇの水分量制御には直接的には関与していない。そこで、レベル計６ｂと電磁切換弁６２とは図３の制御系から割愛した（図４以降において同じ）。
【００４３】
次に、水分量測定計６ａを設ける位置について、捕集サイクロン６０の出口に続く回収流路６１から分岐させた試料採取部６Ａに設ける場合（図１参照）と、乾燥室３０の取出口４０に続く取出流路４１から分岐させた試料採取部６Ａに設ける場合（図１２参照）とで、乾燥粉末Ｇの水分量制御に関して作用・効果上の差異は見られない。そこで、取出流路４１から回収流路６１に至る経路は図３の制御系において中間省略した（図４以降において同じ）。したがって、水分量測定計６ａは取出流路４１から回収流路６１に至る経路の任意の位置に取り付け可能である。
【００４４】
スプレードライヤにおける乾燥条件を作る上での各制御機能について機能毎に分けて解説する。図４において、絶対湿度測定装置５ａによって排気Ｏの絶対湿度Ｈ_Ｏ'を検出し、この検出値Ｈ_Ｏ'と、材料Ｍの保有水分Ｍ_Ｍと乾燥粉末Ｇの規定水分Ｍ_Ｇとから定まる排気絶対湿度の目標値Ｈ_Ｏとを比較する。ところで、式（７）（１０）（１１）（１２）及び（１３）より、次式（１９）が導かれる。Ｈ_Ｏ＝（ｗ_Ｖ＋ｑ_Ｉ・Ｈ_Ｉ／（ρ_Ｉ・Ｔ_Ｉ・Ｃ_Ｉ））／Ｑ_Ｏ （１９）（ａ）いま、排気絶対湿度の検出値Ｈ_Ｏ'が目標値Ｈ_Ｏと等しいときは式（１９）が成立しており、またこのとき単位時間当たりの除去水分量ｗ_Ｖ（乾燥速度）は、
ｗ_Ｖ＝ｗ_Ｍ−ｗ_Ｇ＝ｃｏｎｓｔ． （７）’
が維持されている。
（ｂ）ここで、恒率乾燥期間から減率乾燥期間への移行又は外乱要因等によって乾燥速度ｗ_Ｖが低下したとき、式（１９）より排気絶対湿度の検出値Ｈ_Ｏ'は目標値Ｈ_Ｏを下回ることになる。このとき乾燥粉末Ｇの粉末水分量ｗ_Ｇが大きくなるので、上記式（６）により検出水分率Ｍ_Ｇ'が規定水分率Ｍ_Ｇよりも大きくなっている。そこで、式（１９）において給気熱量ｑ_Ｉに着目し、加熱器２３の温度設定器２３ａの設定温度を高め給気熱量ｑ_Ｉを大きくすれば、簡単かつ効果的に元の状態に戻すことができる。つまり給気熱量ｑ_Ｉが大きくなると、式（１９）により排気絶対湿度の検出値Ｈ_Ｏ'が大きくなって目標値Ｈ_Ｏと等しくなる。排気絶対湿度の検出値Ｈ_Ｏ'が大きくなるにつれて粉末水分量ｗ_Ｇが低下し、式（６）により検出水分率Ｍ_Ｇ'も低下する。よって排気絶対湿度の検出値Ｈ_Ｏ'が目標値Ｈ_Ｏと等しくなれば、乾燥速度ｗ_Ｖも元の状態に維持されることになる。（ｃ）一方、乾燥速度ｗ_Ｖが増大したとき、排気絶対湿度の検出値Ｈ_Ｏ'は目標値Ｈ_Ｏを上回り、このとき乾燥粉末Ｇの粉末水分量ｗ_Ｇは小さくなるので、検出水分率Ｍ_Ｇ'が規定水分率Ｍ_Ｇよりも小さくなっている。そこで、加熱器２３の温度設定器２３ａの設定温度を低め給気熱量ｑ_Ｉを小さくすると、排気絶対湿度の検出値Ｈ_Ｏ'が小さくなり目標値Ｈ_Ｏと等しくなる。排気絶対湿度の検出値Ｈ_Ｏ'が小さくなるにつれて粉末水分量ｗ_Ｇが増大し、検出水分率Ｍ_Ｇ'も増大する。よって排気絶対湿度の検出値Ｈ_Ｏ'が目標値Ｈ_Ｏと等しくなれば、乾燥速度ｗ_Ｖも元の状態に維持されることになる。
【００４５】
上記排気絶対湿度の目標値Ｈ_Ｏ又は／及び除去水分量ｗ_Ｖに関して、目標値Ｈ_Ｏ又は／及び除去水分量ｗ_Ｖを所定の値一点に定めておいても、ハンチングを起こしにくい安定した乾燥粉末Ｇの水分量制御が期待できる。しかし、上記所定の値に対する上下のうち少なくとも一方に不感帯を設定した目標値Ｈ_Ｏ又は／及び除去水分量ｗ_Ｖとしておけば、より一層のハンチング防止が図れる。なお、排気の絶対湿度Ｈ_Ｏ'は直接的に測定しても勿論よいが、排気の温度と相対湿度とを測定し、既知の換算式から絶対湿度を算出する方法が実用的である。
【００４６】
図５において、乾燥装置の起動時（運転開始時）や材料投入一時停止後の再起動時（運転再開時）等に、スラリー状材料Ｍの供給に先立つ所定時間にわたって、スラリー状材料Ｍの保有する水分が乾燥室３０にて単位時間当たりに蒸発するに要する蒸発熱量ｑ_Ｖに略等しい熱量となる所定量の冷媒Ｃ（例えば水）を、投入口１０に供給する。式（１４）において、冷媒の沸点をＴ_Ｖ'［Ｋ］、冷媒の温度をＴ_Ｃ［Ｋ］、冷媒の比熱をＣ_Ｃ［ｃａｌ／ｇ］、冷媒の気化熱をＲ_Ｃ［ｃａｌ／ｇ］としたとき、必要とされる冷媒供給量ｗ_Ｃ［ｇ／ｈ］は、次式（２０）で表される。

冷媒が水の場合には、冷媒温度Ｔ_Ｃ＝材料温度Ｔ_Ｍであれば式（２０）は、
ｗ_Ｃ＝ｗ_Ｖ （２０）’となり、冷媒供給量ｗ_Ｃは除去水分量（水蒸気排出水分量）ｗ_Ｖに等しくなる。
【００４７】
具体的には、材料投入開始ボタンが押された直後（図示せず）においては、制御部８にて所定時間にわたって流量調整弁１２を閉じてスラリー状材料Ｍの供給を中止する。そしてその間は流量調整弁７２を開いて式（２０）又は（２０）’で表される冷媒供給量ｗ_Ｃ［ｇ／ｈ］の冷媒Ｃ（例えば水）を供給する制御信号が、両流量調整弁１２，７２の供給量設定機構１２ａ，７２ａに対して発せられる。このとき乾燥室３０では、乾燥粉末Ｇは生じないものの、その他の水分収支及び熱収支についてはスラリー状材料Ｍを供給した場合と略同等の運転状態、いわば模擬運転状態にある。したがって、乾燥装置の起動時（運転開始時）や材料投入一時停止後の再起動時（運転再開時）等のように取出口４０に乾燥粉末Ｇが存在しない場合（このとき水分量測定計６ａは粉末水分率Ｍ_Ｇ'＝０％と検出する）にも、乾燥室３０の状況を急変させることがない。つまり、かかる場合にも乾燥条件を作る上での制御の暴走が発生する恐れが少なくなり、生産性を阻害する恐れも少なくなる。なお、スラリー状材料Ｍに代わって冷媒Ｃを供給する時間は、基本的に乾燥室３０の状況が安定するまでの間でよい。ただし、スラリー状材料Ｍを供給する状態での通常運転に切り替えたときに、取出口４０から乾燥粉末Ｇが取り出されるまでの時間を含む場合には乾燥室３０の状況がより安定する。
【００４８】
図６では、水分量測定計６ａにより乾燥粉末Ｇの水分率Ｍ_Ｇ'を検出し、乾燥粉末Ｇの規定水分率Ｍ_Ｇと検出水分率Ｍ_Ｇ'との比較を行う。
（ａ）いま、検出水分率Ｍ_Ｇ'が規定水分率Ｍ_Ｇと等しいときは、
Ｍ_Ｇ＝（ｗ_Ｇ／（Ｗ＋ｗ_Ｇ））×１００ （６）
が成立しており、またこのとき単位時間当たりの除去水分量ｗ_Ｖ（乾燥速度）は、
ｗ_Ｖ＝ｗ_Ｍ−ｗ_Ｇ＝ｃｏｎｓｔ． （７）’
が維持されている。
（ｂ）ここで、検出水分率Ｍ_Ｇ'が規定水分率Ｍ_Ｇよりも大きくなったとすると、このとき乾燥粉末Ｇの粉末水分量ｗ_Ｇが増大して乾燥速度ｗ_Ｖが低下しており、上記の排気絶対湿度の検出値Ｈ_Ｏ'が目標値Ｈ_Ｏを下回るケースと同様の状態になっている。そこで、上記のケースと同様に加熱器２３の温度設定器２３ａの設定温度を高め給気熱量ｑ_Ｉを大きくすれば、粉末水分量ｗ_Ｇが低下し、検出水分率Ｍ_Ｇ'も低下する。よって検出水分率Ｍ_Ｇ'が規定水分率Ｍ_Ｇと等しくなれば、乾燥速度ｗ_Ｖも元の状態に維持されることになる。
（ｃ）一方、検出水分率Ｍ_Ｇ'が規定水分率Ｍ_Ｇよりも小さくなったときは、乾燥粉末Ｇの粉末水分量ｗ_Ｇが低下して乾燥速度ｗ_Ｖが増大している。そこで、加熱器２３の温度設定器２３ａの設定温度を低め給気熱量ｑ_Ｉを小さくすると、粉末水分量ｗ_Ｇが増大し、検出水分率Ｍ_Ｇ'も増大する。よって検出水分率Ｍ_Ｇ'が規定水分率Ｍ_Ｇと等しくなれば、乾燥速度ｗ_Ｖも元の状態に維持されることになる。なお、図６の制御は図４の制御に対して補助的に行われる。
【００４９】
図７において、加熱器２３を通じて加熱される前の外気Ｉ’の温度、湿度又は風量のうち少なくとも一つの特性値を測定して外部状況の変化を検出し、得られた特性値に基づいて給気Ｉの有する給気熱量ｑ_Ｉを調整する。具体的には、例えば外気の温度Ｔ_Ｉ'と風量Ｑ_Ｉ'とを測定し、その測定値から式（１３）’より外気熱量ｑ_Ｉ'を求め、この外気熱量ｑ_Ｉ'の変化を感知すると加熱器２３の温度設定器２３ａの設定温度を変更し、給気熱量ｑ_Ｉを調整する。すなわち、図７の制御は外気熱量ｑ_Ｉ'の変動感知による予測制御（フィードフォーワード）である。なお、図７の制御も図４の制御に対して補助的に行われる。
【００５０】
図８において、乾燥室３０からの放熱量ｑ_Ｌを検出し、乾燥室放熱量ｑ_Ｌの検出値に基づいて給気Ｉの有する給気熱量ｑ_Ｉを調整する。前述の式（１７）において、周囲温度Ｔ_Ａを外気温度Ｔ_Ｉ'で近似すると乾燥室放熱量ｑ_Ｌは、次式（１７）’で表される。
ｑ_Ｌ＝Ｔ_Ａ・Ａ・Ｋ≒Ｔ_Ｉ'・Ａ・Ｋ （１７）’
そこで外気温度Ｔ_Ｉ'を測定し、その測定値から式（１７）’より乾燥室放熱量ｑ_Ｌを求め、この乾燥室放熱量ｑ_Ｌの変化を感知すると加熱器２３の温度設定器２３ａの設定温度を変更し、給気熱量ｑ_Ｉを調整する。このとき、前述の式（１８）において乾燥室放熱量ｑ_Ｌの変動量を補うように給気熱量ｑ_Ｉを調節するとよい。なお、図８の制御も図４の制御に対して補助的に行われる。
【００５１】
図９において、乾燥粉末Ｇの残存熱量ｑ_Ｇを検出し、粉末残存熱量ｑ_Ｇの検出値に基づいて給気Ｉの有する給気熱量ｑ_Ｉを調整する。具体的には、例えば粉末生成重量Ｗ_Ｇ、粉末温度Ｔ_Ｇ及び材料温度Ｔ_Ｍを測定し、その測定値から式（１６）より粉末残存熱量ｑ_Ｇを求め、この粉末残存熱量ｑ_Ｇの変化を感知すると加熱器２３の温度設定器２３ａの設定温度を変更し、給気熱量ｑ_Ｉを調整する。このとき、前述の式（１８）において粉末残存熱量ｑ_Ｇの変動量を補うように給気熱量ｑ_Ｉを調節するとよい。なお、図９の制御も図４の制御に対して補助的に行われる。
【００５２】
図１０において、投入口１０への供給に先立つスラリー状材料Ｍの温度Ｔ_Ｍと投入量Ｑ_Ｍとを測定して、式（１６）’によりスラリー状材料Ｍを介しての投入熱量ｑ_Ｍを検出し、この材料投入熱量ｑ_Ｍの検出値に基づいて給気Ｉの有する給気熱量ｑ_Ｉを調整する。すなわち、図１０の制御は材料投入熱量ｑ_Ｍの変動感知による予測制御（フィードフォーワード）である。なお、図１０の制御も図４の制御に対して補助的に行われる。
【００５３】
このようにして、アルミナ等のセラミック原料を含有するスラリー状のセラミック材料を乾燥して得られた乾燥粉末は、平均粒径が略一定で規定水分量を略安定的に含有し、スラリー状材料の供給開始から供給終了まで連続的に歩留まりよく生産される。したがって、その乾燥粉末を焼結することにより得られるセラミック焼結体、例えばスパークプラグ用絶縁体は、品質のよい製品として安価に生産することができる。
【００５４】
図１１にセラミック焼結体としてのスパークプラグ用絶縁体の製造方法の一例を、スパークプラグの主要構造とともに示す。まず、図１１（ａ）に示すように、スパークプラグ用絶縁体はラバープレス法によって成形されるのが一般的である。成形機２００に設けられる上下方向の凹部に沿って環状のキャビティ２１０を張設し、このキャビティ２１０の内側に環状のゴム型２２０を挿入固定する。ゴム型２２０の下方開口部には底蓋２３０を嵌合させ、下方側ホルダ２４０により底蓋２３０を押圧保持する。スパークプラグ用絶縁体１０２を形成するセラミック原料として、図１の乾燥装置で得られたアルミナを主体とする乾燥粉末Ｇを、底蓋２３０で下方を閉鎖されたゴム型２２０の内部空間に充填する。このとき、プレスピン２５０がこの内部空間の中心に位置するように上方側ホルダ２６０で押圧保持されており、このプレスピン２５０は絶縁体１０２において中心電極１０３等を挿通するための中心孔１０２ａに対応する形状を有している。そして、成形機２００の管路２７０を通って水圧、油圧等の液圧ＦＰがキャビティ２１０の外側からゴム型２２０の径方向内側に作用し、絶縁体成形体１０２Ａが形成される。
【００５５】
次に、図１１（ｂ）に示すように、液圧ＦＰを解除しゴム型２２０から絶縁体成形体１０２Ａを取り出す。絶縁体成形体１０２Ａからプレスピン２５０と上方側ホルダ２６０とを取り外した後、グラインダ研削等によって外形を仕上げる。
【００５６】
このようにして得られた絶縁体成形体１０２Ａは、トンネル窯において１６００℃前後の温度で焼成される。これに釉薬をかけ９００℃前後で再び焼成すると、図１１（ｃ）に示すようなセラミック焼結体としての絶縁体焼結体１０２Ｂが得られる。
【００５７】
そして、図１１（ｄ）では、絶縁体焼結体１０２Ｂに寸法調整等が施された絶縁体１０２が筒状の主体金具１０１の内側に嵌め込まれ、絶縁体１０２の中心孔１０２ａには中心電極１０３が配置される。一端が主体金具１０１に固定された接地電極１０４の他端が中心電極１０３の先端部と対向するように曲げられ、接地電極１０４と中心電極１０３との間に火花放電ギャップｇが形成されて、スパークプラグ１００が構成されている。
【００５８】
本発明に係る乾燥装置の適用例として、噴霧乾燥装置について説明してきたが、この他にも内部撹拌式や流動層式の乾燥装置等、スラリー状又は溶液状材料に使用可能な乾燥装置であれば適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の乾燥装置の一実施例たる噴霧乾燥装置を示す全体説明図。
【図２】図１の噴霧乾燥装置の水分収支及び熱収支を表す模式図。
【図３】図１の噴霧乾燥装置の主要制御機能を示すブロック図。
【図４】図３の制御機能のうちの一部を示すブロック図。
【図５】図３の制御機能のうちの他の一部を示すブロック図。
【図６】図３の制御機能のうちのさらに他の一部を示すブロック図。
【図７】図３の制御機能のうちのさらに他の一部を示すブロック図。
【図８】図３の制御機能のうちのさらに他の一部を示すブロック図。
【図９】 図３の制御機能のうちのさらに他の一部を示すブロック図。
【図１０】図３の制御機能のうちのさらに他の一部を示すブロック図。
【図１１】セラミック焼結体としてのスパークプラグ用絶縁体の製造方法の一例を、スパークプラグの主要構造とともに示す説明図。
【図１２】従来の噴霧乾燥装置を示す説明図。
【符号の説明】
１０ 投入口
２０ 給気口
２３ 加熱器
３ 乾燥部
３０ 乾燥室
４０ 取出口
５ａ 絶対湿度測定装置（検出器）
５０ 排気口
７ 冷媒供給部
８ 制御部
Ｃ 水（冷媒）
Ｇ 乾燥粉末
Ｉ 給気
Ｉ’ 外気
Ｍ スラリー状材料（材料）
Ｏ 排気
Ｈ_Ｏ 排気絶対湿度
Ｍ_Ｇ 粉末規定水分率（粉末規定水分量）
Ｍ_Ｍ 材料保有水分率（材料保有水分量）
ｑ_Ｉ 給気熱量
ｑ_Ｇ 粉末残存熱量
ｑ_Ｌ 乾燥室放熱量
ｑ_Ｍ 材料投入熱量
ｑ_Ｖ 蒸発熱量
ｗ_Ｃ 冷媒供給量
ｗ_Ｖ 水蒸気排出水分量（除去水分量）

Claims (16)

1. セラミック原料を含有するスラリー状又は溶液状材料を乾燥部に設けられた投入口から乾燥室に供給するとともに、加熱器を通じて加熱された外気を給気として前記乾燥部に設けられた給気口から前記乾燥室に導入し、
   前記投入口から供給された前記材料に対して前記給気を接触させることにより当該材料の乾燥を行い、
   乾燥後の前記材料を前記乾燥部に設けられた取出口から乾燥粉末として取り出す一方、前記給気を前記乾燥部に設けられた排気口から排気として前記乾燥室の外部に排出し、
   前記排気口の近傍にて前記排気の絶対湿度を特定するのに必要な情報を検出し、該排気絶対湿度の検出値Ｈ_Ｏ'に基づいて、規定水分量を有する前記乾燥粉末が得られるように前記給気の有する給気熱量を調整するとともに、
   前記投入口への供給に先立つ前記材料の温度と投入量とによって、前記材料を介しての投入熱量を検出し、該材料投入熱量の検出値に基づいて前記給気熱量を補助的に調整することを特徴とするスラリー状又は溶液状材料の乾燥方法。
2. 前記給気熱量の調整は、前記排気絶対湿度の検出値Ｈ_Ｏ'と、前記材料の保有水分量と前記乾燥粉末の規定水分量とから定まる前記排気絶対湿度の目標値Ｈ_Ｏとの比較において、Ｈ_Ｏ'＜Ｈ_Ｏのとき前記給気熱量を大きくし、Ｈ_Ｏ'＞Ｈ_Ｏのとき該給気熱量を小さくする請求項１記載のスラリー状又は溶液状材料の乾燥方法。
3. 前記乾燥粉末の規定水分量として規定水分率が３％以下である請求項１又は２記載のスラリー状又は溶液状材料の乾燥方法。
4. 前記材料の供給に先立つ所定時間にわたって、前記材料の保有する水分が前記乾燥室にて単位時間当たりに蒸発するに要する蒸発熱量に略等しい熱量となる所定量の冷媒を、前記投入口から供給する請求項１ないし３のいずれか１項に記載のスラリー状又は溶液状材料の乾燥方法。
5. 前記乾燥粉末の水分量を検出し、該乾燥粉末の検出水分量Ａ'と前記規定水分量Ａとの比較において、Ａ'＜Ａのとき前記給気熱量を小さくし、Ａ'＞Ａのとき該給気熱量を大きくする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のスラリー状又は溶液状材料の乾燥方法。
6. 前記加熱器を通じて加熱される前の外気の温度、湿度又は風量のうち少なくとも一つの特性値を検出し、該特性値に基づいて前記給気熱量を調整する請求項１ないし５のいずれか１項に記載のスラリー状又は溶液状材料の乾燥方法。
7. 前記乾燥室からの放熱量を特定するのに必要な情報を検出し、該乾燥室放熱量の検出値に基づいて前記給気熱量を調整する請求項１ないし６のいずれか１項に記載のスラリー状又は溶液状材料の乾燥方法。
8. 前記乾燥粉末の残存熱量を特定するのに必要な情報を検出し、該粉末残存熱量の検出値に基づいて前記給気熱量を調整する請求項１ないし７のいずれか１項に記載のスラリー状又は溶液状材料の乾燥方法。
9. 前記乾燥粉末の水分量を検出し、該乾燥粉末の検出水分量が前記規定水分量を満たしていないとき、この規定外の乾燥粉末は前記規定水分量の乾燥粉末とは分離して回収される請求項１ないし８のいずれか１項に記載のスラリー状又は溶液状材料の乾燥方法。
10. セラミック原料を含有するスラリー状又は溶液状材料を乾燥部に設けられた投入口から乾燥室に供給するとともに、加熱器を通じて加熱された外気を給気として前記乾燥部に設けられた給気口から前記乾燥室に導入し、
    前記投入口から供給された前記材料に対して前記給気を接触させることにより当該材料の乾燥を行い、
    乾燥後の前記材料を前記乾燥部に設けられた取出口から乾燥粉末として取り出す一方、前記給気を前記乾燥部に設けられた排気口から排気として前記乾燥室の外部に排出するとともに、
    前記材料の供給に先立つ所定時間にわたって、前記材料の保有する水分が前記乾燥室に て単位時間当たりに蒸発するに要する蒸発熱量に略等しい熱量となる所定量の冷媒を、前記投入口から供給することを特徴とするスラリー状又は溶液状材料の乾燥方法。
11. 請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の方法によりセラミック原料を含有するスラリー状又は溶液状材料を乾燥して乾燥粉末となし、該乾燥粉末を用いて所定形状の成形体を成形し、該成形体を焼結することによりセラミック焼結体を得ることを特徴とするセラミック焼結体の製造方法。
12. セラミック原料を含有するスラリー状又は溶液状材料を供給する投入口と、
    外気を加熱器で加熱し給気として導入する給気口と、
    前記投入口から供給された前記材料に対して前記給気を接触させることにより当該材料の乾燥を行う乾燥室と、
    乾燥後の前記材料を乾燥粉末として外部へ取り出す取出口と、
    前記給気を排気として外部へ排出する排気口とを備え、
    前記排気口の近傍にて前記排気の絶対湿度を特定するのに必要な情報を検出する検出器が設けられ、その検出器により検出された排気絶対湿度の検出値Ｈ _Ｏ ' に基づいて、規定水分量を有する前記乾燥粉末が得られるように前記給気の有する給気熱量を調整する制御部が設けられるとともに、
    前記投入口への供給に先立つ前記材料の温度を測定する温度計とその投入量を測定する流量計とが設けられ、前記制御部は、それら温度計と流量計とによって検出された材料投入熱量の検出値に基づいて、前記給気熱量を補助的に調整することを特徴とするスラリー状又は溶液状材料の乾燥装置。
13. 前記制御部は、前記検出器により検出された排気絶対湿度の検出値Ｈ _Ｏ ' と、前記材料の保有水分量と前記乾燥粉末の規定水分量とから定まる前記排気絶対湿度の目標値Ｈ _Ｏ との比較において、Ｈ _Ｏ ' ＜Ｈ _Ｏ のとき前記給気の有する給気熱量を大きくする制御信号を発し、Ｈ _Ｏ ' ＞Ｈ _Ｏ のとき該給気熱量を小さくする制御信号を発する請求項１２記載のスラリー状又は溶液状材料の乾燥装置。
14. 前記材料の供給に先立つ所定時間にわたって、前記材料の保有する水分が前記乾燥室にて単位時間当たりに蒸発するに要する蒸発熱量に略等しい熱量となる所定量の冷媒を、前記投入口から供給するための冷媒供給部を配設した請求項１２又は１３記載のスラリー状又は溶液状材料の乾燥装置。
15. 前記乾燥粉末の水分量を検出し、該乾燥粉末の検出水分量が前記規定水分量を満たしていないとき、この規定外の乾燥粉末を前記規定水分量の乾燥粉末とは分離して回収する分離流路が設けられている請求項１２ないし１４のいずれか１項に記載のスラリー状又は溶液状材料の乾燥装置。
16. セラミック原料を含有するスラリー状又は溶液状材料を供給する投入口と、
    外気を加熱器で加熱し給気として導入する給気口と、
    前記投入口から供給された前記材料に対して前記給気を接触させることにより、当該材料の乾燥を行う乾燥室と、
    乾燥後の前記材料を乾燥粉末として外部へ取り出す取出口と、
    前記給気を排気として外部へ排出する排気口とを備え、
    前記材料の供給に先立つ所定時間にわたって、前記材料の保有する水分が前記乾燥室にて単位時間当たりに蒸発するに要する蒸発熱量に略等しい熱量となる所定量の冷媒を、前記投入口から供給するための冷媒供給部を配設したことを特徴とするスラリー状又は溶液状材料の乾燥装置。

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