JPH03168587A - 連続式乾燥機の速度制御装置 - 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】 技術分野 本発明は連続的に走行する被乾燥物体を乾燥する乾燥機
の速度制碑装置に関する。更に、詳しくは被乾燥物体の
残水分比率を一定に制御するための乾燥機の速度制御装
置に関する。被乾燥物体には布帛（織編物、不織布等）
、紙、その他のシート状物体、コンヘアー上で搬送され
る粒状物体、粉状物体等が含まれるが、以下では主とし
て布帛の乾燥技術を中心にして述べることにする。

用語の定義 マングル＝２木の加圧ロールにより布帛に含よれる水分
を絞り取るａ械 目１寸（ｇ，／ｍ’）　＝　１　＋ｙ＋’当たりの布帛
の！２燥重漬含水ｍ　（ｇ／ｍ）＝１ｍ２当たりの布帛
に含まれる水分量 含水率（％）二日付に対する含水量の比率（例、日付１
００ｇ／ｍ’中に含水ｕｉ８０３／＝’が含まれている
とき、含水率は８０％となる。）ビックアップ率（％）
＝口〜ル等で水分を紋り取った直後の含水率 または、乾燥機人口部の含水ｊ６ ビックアップＩｔ　＜ｇ／ｒｒｆ＞　＝ピックアップの
含水量 限界含水率（％）二減率乾燥が始まる点の含水率限界含
水ｆｆｉ（ｇ／〆）＝限界含水率時の含水量平衡含水率
（％）＝自然に室内空気中に１／ｉ置した時の含水率 平衡含水ｆｆｉ（ｇ／ｍ’）＝平衡含水率時の含水量残
水分比率（％）＝ピックアップ量に対する乾燥後の含水
量の比率 従来技術 乾燥機の出口部に水分計を取りつけて物体の含水量を計
測し目標の乾燥度に制御する方式は既に実施ざれている
。しかし、検出水分：７！．にもーとすいてフィートバ
ックさせて走行速度を制弾する場合に、いわゆるＰＩＤ
制御方式では乾燥機速度がハンチングを起こしやすく、
制御しにくいことがχ口られている。これを解決するた
めに、目標値の近辺では制御を緩慢にするなとの工夫が
なされているが、やはり速度変動はさけられない。

また、計測する含水漬は、例えば、布帛の場合、その挿
類（素ヰ才のヰ才質、目１寸、Ｍ４織、７ｄ紡率等）に
よって実際の含水量との１１１に相当の差異（バラツキ
）があり、正確な含水量の制御を行なうことは困雅な状
況にある。

また、過乾燥を防止する目的で乾燥機内の出口近くにお
いて物体の表ｉｆＪ瓜度を計測し、これを一定のｆ！圏
内に保つように走行速度を制御する方式も実施されてい
るが、中間乾燥なとのように適当な含水量を保持させる
ような乾燥機の場合には不適当てある。

発明が解決すべき課題 現在、布帛の含水量を計測する水分計には種々の方式の
ものがあるが、いずれも布帛の種類によりその計測値は
実際の含水量との間に相当の差異があり、多種の布帛に
対して汎用的に正確な含水量を計測することは期しがた
い。このことは他の物体についても同様である。

の閏係を例示する。

水分計としては非接触方式で低含水量から高含水積まて
同一基準で広範囲に計測できるものが好ましい。（特願
平１−７２　１　６３号なと）一方、布帛の乾燥特性は
第３図に示すように、縦軸に含水率Ｐ、横軸に時間Ｔを
とると、乾燥曲線はＳのようになる。Ｄ点は乾燥機人口
部の含水率でマングル等の絞り磯のビックアップ率（含
水率）Ｗｅに相当する。Ｅ点は昇温が終わり乾燥が開始
される点、Ｆ点は限界含水率Ｗｆの点、Ｇ点は平衡含水
率Ｗｇの点、Ｈ点は完全乾燥（絶乾＝含水率０％）の点
てある。Ｄ−Ｅ間は界温峰、Ｅ−Ｆ間は定率乾燥域、Ｆ
−Ｇ−Ｈ間は減率乾燥域である。

ほとんど全ての布帛は時間軸を調節すれば乾燥曲線は曲
線Ｓにほぼ近似的に合致する。すなわち、布帛の種類に
か＼わらずはく同じ傾向の特性曲線を画く。

そして、多くの布帛について調べたところ一般的に言え
ば、限界含水ｆｆｉＷｆはマングルによるビックアップ
ｌＷｅのほく１／２程度てあり、平衡含水ｆｆｉＷｇは
ほ嘴１／８乃至ｌ／１２稈度てある。

すなわち、残水分比率の値を基七にすれば、布帛の種類
による大きな差異は生しないことが分かった。実際、乾
燥機の運転においても、詳しく見れば、残水分比率を基
準に行なっている場合が多いと思われる。

また、乾燥時間（Ｔ）は乾燥機内を通過する時間に相当
し、乾燥機人口部からの機内の布帛の長さに比例し、走
行速度（Ｖ）に反比例する関係にある。

以」二のことから、乾燥機人口部の含水ＥｔＷｅに対す
る出口部の含水量Ｗｏの比率、すなわち、残水分比率（
　ｘ　＝　Ｗ　ｏ　／　Ｗ　ｅ　）を制御目標にし、特
性曲線に沿って速度制御を行なえば、布！シの種類にか
＼わらず一定の含水率制御が可能なことに着想するに至
ったのである。

乾燥特性の説明 このような速度制御を行なう場合に適した乾燥理論につ
いて記述した文献は見当たらないから、実施例を説明す
る前に、こ＼て乾燥特性について少し詳しく説明する。

第３図において、乾燥ｌＩＩ｛線ＳのＤ−Ｅは腎温域て
、乾燥はほとんど進まない。

胃．沼時間Ｔ　ｕ　（ｓｅｃ）はＸ！］：似的にＴｕ＝
（ｉ・ｎ＋ｊ−Ｗｅ）・Ｕ／Ｋ ＝ｑ−Ｗｅ／Ｋ・（ｉ／ｑ−ｎ／Ｗｅ＋ｊ／ｑ）　””
α）＝　ｑ◆Ｗｅ／Ｋ（　ｉ／ｑ／Ｐｅ＋ｊ／ｑ）ここ
て、 １＝布帛の比熱（ｃａｌ／ｇ　℃）で、素材によって変
わるが、大略　０．３　ｃａｌ／ｇ　℃程度である。

」＝溶液（水）の比熱で、約１　ｃａｌ／ｇ　’Ｃてあ
る。

ｎ：布帛の目付で、：ｌＯ〜５００　ｇ　／　ｍ’まで
広範囲である。

Ｗ　ｅ　＝ビックアップの含水ａ　（ｇ／＋ｙｉ’）で
、布種によって変わる。

Ｕ＝上昇温度で、通常乾燥機内の温球温度５５〜６０℃
まで上界する。外気温度！５〜２０℃とすると、Ｅ昇温
度は約４０℃である。

Ｋ＝乾燥能力であり、布帛乾燥機の場合は通常２　〜８
　Ｋｃａｌ／ｍ’　ｓｅｃの範囲である。

Ｐｅ＝ビックアップ宅で、布種により変わるが、大略３
０〜１００％の範囲である。

ｑ＝水の蒸発潜熱であり、約５４０　〜５７０　ｃａｌ
／３である。（温度により変わる。） Ｅ−Ｆは定率乾燥域であり、一定の速度で乾燥が進む直
線域である。乾燥が、定率乾燥域で終わる時の定率乾燥
時間Ｔｃ（ｓｅｃ）　　（Ｅ点からＦ点まての間の特１
ｆｆ？　）は、 ＴＣ：ＴＯ−ＴＩＪ　＝ｑ（１＋ｌｅ−Ｗｏ）　／ｋ＝
ｑ−Ｗｅ／Ｋ（１−Ｗｏ／Ｗｅ） ＝ＱＩＩＷｅ／ｋ●（１−ｘ）　　＋●◆●●●◆●●
◆◆●●◆◆●◆＝ｑ八◆ｎ◆（Ｐｅ−Ｐｏ） ■ Ｗ　ｏ　＝　Ｗ　ｆ　＝　１　／　２　・Ｗ　ｅのとき
はＴｃ＝　ｑ−Ｗｅ／ｋ／２ ここて、 Ｔｏ＝全ｖｉ燥時間（ｓｅｃ） Ｗｏ＝出口含水量（　ｇ　／　ｍ’　）Ｐｏ−出口含水
率（％） Ｐｆ＝限界含水率（％）で、ビックアップ率の約半分で
ある。

Ｗｆ＝限界含水ｆｆｉ（ｇ／ｍ）て、ビックアップ喜の
約半分てある。

Ｘ＝残水分比率（％〉て、Ｗｏ／Ｗｅである。

Ｆ−Ｇ−Ｈは減率乾燥域てあって、乾燥効率が次第に低
下していく領域である。

これは布帛内部の水分の拡散速度に影響される割合が増
加していく乾燥域であり、多くの理論があるが、決定的
ではない。

こＮては、この部分の曲線は一例として次式でモデル化
しておく。制御目的としてはこれて充分てある。

Ｆ点からＦ−Ｈ間のＯ点（出口部）までの減率乾燥時間
Ｔ　ｒ　（ｓｅｃ）は Ｔｒ＝Ｔｏ−Ｔｆ −ｑ−Ｗｅ／Ｋ／ｚ・ｌｏｇ｛Ｉ−ｚ−（Ｗｆ−Ｗｏ）
／Ｗｅ｝・・・■＝　−　ｑ−Ｗｅ／Ｘ／ｚ・ｌｏｇ｛
Ｉ　−ｚ（　１／２−ｘ）｝こ＼で、 ２＝減率係数で、通常　１．２〜１．８程度である。

ｚ＝００時は定率乾燥となる。

この式は、限界含水量以下になると乾燥効率が含水墳の
減少に伴って直線的に低下するものと仮定したモデルか
ら導き出される。

よって、全乾燥時間Ｔ　ｏ　（ｓｅｃ）は■、■、■式
より、 出口含水量Ｗｏが Ｗｅ　＞　Ｗｏ　＞　Ｗｅ／２のときはＴｏ＝ｑ−Ｗｅ
／κ・（（ｉ／ｑ−ｎ／Ｗｅ＋ｊ／ｑ）Ｕ＋（１−ｘ）
｝”■７ｃ／２＞りｏ＞０のときは ＴＯ−ｑ−ｅ／Ｋ｛（ｉ／ｑ−ｎ／ｌｌｌｅ＋ｊ／ｑ）
・Ｕ＋１／２−　Ｉ／ｚ１ｏｇ（ｌ−ｚ・（Ｉ／２−ｘ
）｝］”・・・・・■いま、■式の｛｝内、および■式
の［］内の式は口次元式であり、乾燥特性式Ｓ　（ｘ）
と定義すると、■、■式は Ｔ　ｏ　＝　ｑ−Ｗｅ／Ｋ−Ｓ　（ｘ）　　　・・・・
・・◆・−・・・・・・■この式Ｓ　（ｘ）をグラフに
示したのが、第４図の乾燥特性曲線である。

乾燥機の乾燥条件が一定のときは変動する要素は上式Ｓ
　（ｘ）においては，目付ｎ、ビックアップ量Ｗｅ、出
口含水ｆｆｉＷｏのみてあって、他の要素はあまり変動
せずほとんど一定とみなしうる。また、式中第１項のｎ
／Ｗｅ（ピックアップ率の逆数）の変動による全体に対
する誤差は僅か（２〜３％）であるから、平均的なビッ
クアップ率として７５％をとると、上式は残水分比Ｓｅ
ｘのみの関数とみなしても大差ない。従って、布種によ
る差異は少ないとみなしうる。

乾燥特性式Ｓ　（ｘ）を残水分比率Ｘで微分した式Ｓ’
（ｘ）＝−ｄＳ（ｘ）　／ｄ　ｘ の値は通常の乾燥においては大略、ｌ乃至５の範囲であ
り、２Ｉｌｉ率乾燥効率の逆数に相当し、乾燥のし難さ
を表わすものである。

実施例 次に本発明の実施例を布帛の連続乾燥機について図面を
参照しながら詳述する。

第１図は布帛乾燥機の速度制御装置の構成図をボしたも
のである。

（１）はマングル（紋り機）であって、浸漬槽、２本の
紋り加圧ａ−ル及び駆＃Ｊ装置（１０）から成る。

（２）は乾燥機であって、例えば、２連の多段式で、循
環ファン、ヒータ、ノズル、多数のガイトロールと駆動
装置（ＩＩ）から成る。（３）は出口賑落装置である。

（４）は乾燥機の布人口部の水分計、（５）は布出口部
の水分計であって、それぞれ走行中の布帛（Ａ）の含水
量を計測する。（６）は速度検出器であって、代表値と
してマングル部に取りつける。

マングルロールの駆！Ｊ＋装置（１０）が主駆動装置で
あって、速度調節器（ｌ２）により駆動速度の調節が行
なわれる．乾燥機ガイドロールの駆動装置（Ｉ１）はこ
れに同調運転される。（７）は速度制御装置であって、
水分計（４）、（５）と速度検出器（６）の計測値を入
力する入力部、データを演算する演算部及び速度調節器
（ｌ２）に速度指令信号を出力する出力部から成る。演
算部はマイクロプロセッサと記憶部を備え、必要なデー
タの記憶と演算を行なう。

人口水分量の計測値Ｗｅ、出口水分量の計測値り〇、布
帛の平均走行速度の計測ｌｌ！Ｉ■から残水分比率Ｘが
目標値Ｍを得る走行速度を演算し、駆動装置の速度を制
御する信号を出力する。平均走行速度■は極く短い周期
で計測した速度の積分値が乾燥機内の布帛の長さに相当
する値となるｆｉ！ｉ内の平均値として求められる。

作用 今、目付ｎ　（ｇ／　ｍ’　）の綿種の布帛Ａを溶液中
に浸眉してマングル（１）で含水ｆｆｌＷｅ（ｇ／　ｖ
ｎ’　）に絞り、乾燥８ｌ（２）により例えば平衡含水
ＥｉＷｇ（ｇ／　ｍ’　）まで乾燥する場合について考
える。

先ず、水分計（３）で計測した人口含水量の計測値をＷ
ａｅ　．その実際の含水量をＷｅ（ｇ／　ｍ１′）とし
、水分計（４）で計測した出口含水量の計ｔ！４１ｆｉ
を１ｉ１ａｏ　、その実際の含水量をＷｏ（ｇ／　ｎ＋
’　）とすると、！ｌｌｅ＝ａＩ１νａｅ Ｗｏ＝　ａ　　●１＋ｌａｏ 但し、ａ＝布帛Ａについての補正係数 二通常、０．７〜１．４の範囲の値。

人口含水量ｖｅに対する出口含水量Ｗｏの比率を残水分
比率Ｘとすると、ａが消去されて、ｘ　＝Ｗｏ／ｌ＋ｌ
ｅ＝Ｗａｏ　／Ｗａｅこのときの平均走行速度をＶ（■
／ｓｅｃ）、乾燥機（２）内の布帛八の長さをＬ　（ｍ
）とすると、乾燥機内を通過する時間Ｔ　（ｓｅｃ）は
、 Ｔ＝Ｌ／Ｖ てあり、この間に残水分比率はＩからＸまて低下したこ
とになる。　　特性曲線からこの閏係を式で示すと、 Ｔ＝ｑ／Ｋ　−　ａ　−Ｗａｅ　−Ｓ　（ｘ）この式と
前の式を微分してまとめると、ΔＶ＝ｑ／κ／Ｌ　◆ｖ
２　◆ａ−ｖａｅ　−Ｓ″（賢）・ΔｘΔＶ＝α・ｖ２
　・νａｅ　　・Δｘ 但し、ａ　＝ｑ／Ｋ／Ｌ　　−ａ−Ｓ　’（Ｘ）　　　
（ｔ＋／ｓｅｃ／３　）Ｓ　’（ｘ）＝一ΔＳ（ｘ）／
Δｘ Ｘが目標値Ｍ：９８／νｅに近い値となっているときは
、Δｘ＝Ｍ−ｘとおいて、Δ■を求めて走行速度を■＝
ｖ＋ΔＶに修正すれば、残水分比率Ｘは目標値Ｍにさら
に近づくことになる。

この速度修正を繰り返すことにより、残水分比率Ｘが目
標１１ｉＩＭを得る速度■に達することができる。

速度條正分Δ■は出来るだけ特性曲線にそって求める方
がすみやかに目標値Ｍを得る速度■０に達する。しかし
、特性曲線よりも多少ずれた方向に修正したとしても、
第５図、第６図に例示するように、繰り返し峰正するこ
とによって次第に目標値Ｍに収束することが分かる。

すなわち、修正分ΔＶがや〜不￥気味のときは、第５図
に示すように蜂正を繰り返す勾に残水分比率Ｘは特性曲
線Ｓ　（ｘ）にそってＸｌ　、Ｘ２、Ｘ３、ＸＡ　・・
・と次第に目標！Ｍに収束する。

また、修正分ΔＶがや＼過剰気味のときは、第６図に示
すように修正を繰り返す毎に残水分比率Ｘは曲線Ｓ　（
ｘ）にそってＸＩ　，Ｘ２．Ｘ３　、Ｘ４・・・と同様
に目標値Ｍに収束する。

従って、近似的な特性曲線にそって速度修正分を計算し
、速度を制御しても目標１ｕ！Ｍを得る速度Ｖｏに速す
ることが出来る。

前式のαのｌ＋ｉｆｆは、例えば、ａ＝ｌ　Ｓ’（．ｗ
）＝１、ｇ＝Ｍ発潜熱５６０（ｃａｌ／ｇ）、Ｋ＝乾燥
能力　３０００（ｃａｔ／　ｗｌ′／ｓｅｃ）　．　Ｌ
＝乾燥機内の布帛の長さくｒ＠）で既知、とすれば、一
定値α（　ｍ’ｓｅｃ／ｇ）となり、ΔＶを近似的に簡
便に算出することができる。αの値は外部より調節可能
にして設定してもよい。

なお、通常の場合、ａ＝０．７　〜１．４　、Ｓ’（Ｘ
）＝１〜５、ｇ　＝　５４０　〜５７０（ｃａｔ／３）
、Ｋ　＝　２０００　〜８０００（ｃａｌ／ｍ’／ｓｅ
ｃ）の範囲である。

あるいは、逢に、制ｉｌｌｌＩ周間間に一定以上の変化
があったときに出力された速度條正分ΔＶ゛とその結果
の実際の残水分比率Ｘの変化分Δｘ′から、より特性曲
線に近いαの値を式 α：ΔＶ　’　／　Ｖ　２／　Ｗ　ａｅ／Δｘ″から逆
算して用いれば、より正確な速度制御を行なうことがで
きる。

効果 以上のように、一般に、乾燥機に於いては出口含水量、
または、含水率が一定の値となるように制御しながら運
転を行なうものであるが、その目標値は残水分比＄Ｘの
値からみると、ほとんどの喘合に布帛の種類に関係なく
一定値（例えば、平衡含水率の場合はｘ　＝ｌ／８〜Ｉ
／１２）となることから、出入口の含水ｆｆｉＷｏ．　
Ｗｅと走行速度Ｖを計測し、これらの計測値から残水分
比率ｘ＝Ｗｏ／Ｗｅをパラメータとして目標値Ｍに近ず
けるように速度Ｖを制御すれば、安定した乾燥速度制御
を行なうことができる。

従来のように、出口部の含水量を計測して、これに基づ
いてＰＩＤ方式の速度制御をする場合のようなハンチン
グを起こすようなことがない。

また、残水分比率Ｘを目標値としているから、布種によ
ってその都度、含水量の目標値を再設定する必要がなく
、布種に閏係なく乾燥機の速度制御ができる。

」二記においては、主として布帛の乾燥機に閏して述べ
てきたが、連続的に走行する他の物体の乾燥機の場合に
於いても、同様の速度制御を適用することができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示したもので、第１図はその
構成図、第２図は布種についての含水量の計測値と実際
の含水量の関係を示す線図、第３図は乾燥＋Ｉｈ線を示
す線図、第４図は乾燥特性曲線を示すｖＡ図、第５図、
第６図は繰り返し制御の過程を示す線図てある。 図中に用いた主な記号 （２）・・・・・乾燥機、 （５）・・・・・出口水分計、 （７）・・・・・速度制御装置、 （１２）・・・・速度調節器。 （４）・・・・・人口水分計、 （６）・・・・・速度検出器、 ク１０）・・・・駆動装置、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 連続的に走行する被乾燥物体を乾燥する乾燥機に於いて
   、入口側に湿った物体の含水量を計測する水分計を、出
   口側に乾燥した物体の含水量を計測する水分計を、それ
   ぞれ設置し、物体の走行速度を検出する速度検出器を乾
   燥機の駆動部に設け、これらにより計測した入口水分量
   （Ｗｅ）、出口水分量（Ｗｏ）及び走行速度（Ｖ）を制
   御装置に取り込むように連結し、入口水分量（Ｗｅ）に
   対する出口水分量（Ｗｏ）の比率、すなわち残水分比率
   （ｘ＝Ｗｏ／Ｗｅ）が一定の目標値（Ｍ）を得るように
   、検出走行速度（Ｖ）に対して、式ΔＶ＝α・Ｖ＾２・
   Ｗｅ・Δｘ ここで、 Δｘ＝目標値（Ｍ）と残水分比率（ｘ）との差 ＝Ｍ−ｘ α＝乾燥機の乾燥能力と物体の乾燥特性によって定まる
   係数（正）であって、外部よ り調節可能な一定の設定値。 あるいは、以前の周期に一定以上の変 化があったときに出力された速度修正分 （ΔＶ’）とその結果の残水分比率ｘの変 化分（Δｘ’）から逆算される値に近似す る値。 ＝ΔＶ’／Ｖ＾２／Ｗｅ／Δｘ’ によって演算された値ΔＶを主要な成分とする速度修正
   分に相当する増減速の信号を駆動部の速度調節器に送っ
   て増減速操作を行ない、この操作を一定の周期で繰返す
   ように制御装置を構成したことを特徴とする連続式乾燥
   機の速度制御装置。