JPH07186368A - ノズル装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ノズル装置からのエアの吹き出しに要するエネ
ルギを増大させることなく、従来装置よりも伝熱性能の
高いノズル装置を提供する。 【構成】ノズル部１の多孔板３に設けられた複数のエア
吹出孔４から、走行するシート状物５に対してエアを吹
き付けるノズル装置であり、多孔板からシート状物まで
の距離Ｚは、３０ｍｍよりも小さく設定され、多孔板の
表面積Ａに対するエア吹出孔の総面積Ｂの百分率は、
１．５〜４％であり、個々のエア吹出孔の孔径ｄ（ｍ
ｍ）は、上記距離Ｚに対して、ｄ＝０．７７・Ｚ^0.49±
０．３の式から求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、フィルム、紙
等のシート状物の製造装置、印刷装置、塗工装置のよう
に、シート状物の乾燥、加熱、冷却等の目的でシート状
物表面に熱風や冷風を吹き付けるノズル装置の改良に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来のノズル装置としては、例えば特公
平４−７２６９６号公報に記載された乾燥装置のノズル
装置が知られている。

【０００３】このノズル装置は、走行するシート状物に
対し、所定高さの位置に設けられた箱状のエア吹出部か
ら熱風を高速で吹き付けるもので、エア吹出部には、複
数のエア吹出孔を有する多孔板が設けられおり、上記多
孔板からシート状物までの距離Ｚを１５ｍｍよりも小さ
くし、それぞれのエア吹出孔間の間隔を１５〜４５ｍ
ｍ、上記距離Ｚと孔径ｄとの比Ｚ／ｄを１〜３とし、多
孔板のシート状物移送方向の長さＬを５０〜２５０ｍｍ
としたことを特徴とするものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが上記従来装置
は、多孔板からシート状物までの距離Ｚが一定であって
も、エア吹出孔の孔径ｄが採り得る範囲が１〜３倍と広
い範囲であるため、多孔板からシート状物までの距離Ｚ
に対するエア吹出孔の孔径ｄが適切でないと、ノズル装
置からシート状物への伝熱性能、具体的には両者間で熱
の授受を規定する熱伝達率、温度差、伝熱面積のうち、
伝熱性能に最も大きく影響する吹出しエアとシート状物
間の熱伝達率ｈが低くなり、エア吹き出しのためのファ
ン動力もこの分だけ浪費するという問題がある。すなわ
ち、従来装置のように多孔板の孔径ｄを上記比Ｚ／ｄを
満足するように選んでも、孔径ｄの最適値が明確でな
く、また最適値がその範囲に存在しない場合もあること
から、伝熱性能が十分に発揮されないという問題があっ
た。

【０００５】発明者らは、かかる問題を解決するため種
々のテストを行った結果、吹き出しエアとシート状物間
の熱伝達率ｈを極力高くするには、多孔板からシート状
物までの距離Ｚに対して最も好ましい孔径ｄの値が一つ
だけ存在するという知見を得るに至った。

【０００６】本発明は、かかる知見に基づいてなされた
もので、その目的とするところは、ノズル装置からのエ
アの吹き出しに要するエネルギを増大させることなく、
従来装置よりも伝熱性能の高いノズル装置を提供するこ
とにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、ノズル部の多孔板に設けられた複数のエア
吹出孔から、走行するシート状物に対してエアを吹き付
けるノズル装置であって、（イ）多孔板からシート状物
までの距離Ｚは、３０ｍｍよりも小さく設定されてお
り、（ロ）多孔板の表面積Ａに対するエア吹出孔の総面
積Ｂの百分率は、１．５〜４％であり、（ハ）個々のエ
ア吹出孔の孔径ｄ（ｍｍ）は、多孔板からシート状物ま
での距離Ｚ（ｍｍ）に対して、下記式よりなることを特
徴とする。 ｄ＝０．７７・Ｚ^0.49±０．３ （ｍｍ） ここで、上記（イ）の距離Ｚを３０ｍｍよりも小さく設
定する理由は、エアの広がりによる風量の損失を防いで
有効に活用するためであり、距離Ｚを３０ｍｍ以上とす
るのは、高い伝熱性能を得るためには好ましくない。

【０００８】また、上記（ロ）の百分率を１．５〜４％
の範囲にする理由は、所定のファン動力に対し効率良く
伝熱性能を高めるためであり、この値を１．５％未満と
することはノズル部での圧力損失が増大することから省
エネルギーに反し、逆にこの値が４％を越えると同じ風
量であっても風速が落ち、伝熱性能が低下してしまうか
らである。

【０００９】上記（イ）〜（ハ）の三条件のうち、熱伝
達率ｈのアップに最も大きく寄与するのは、（ハ）の孔
径ｄと距離Ｚとの関係であり、その理由は以下の如くと
考えられる。すなわち、ノズル部から吹き出されるエア
風量が等しく、さらに多孔板の表面積に対するエア吹出
孔の総面積の百分率が等しいという条件、すなわちエア
吹出孔から吹き出されるエアの平均風速が孔径ｄに関係
なく等しいという条件下では、上記式によって選ばれた
孔径ｄよりも小さい孔径を有する多孔板を用いると、式
から選ばれた孔径ｄの多孔板に比べて孔と孔の距離Ｌが
小さくなるため、広い範囲にエアを吹付けることがで
き、熱伝達が有利となるにもかかわらず、孔径ｄが小さ
くなったことによって吹出しエアの風速が隣接する孔か
ら吹き出されるエアの剪断力によって減衰する。その結
果、シート状物表面に到達するエアの速度が遅くなって
熱伝達に不利になる影響の方が強くなり、同じエア風量
であるにもかかわらず熱伝達は低下する。なお、式中の
±０．３は、この発明の作用効果を奏することのできる
好ましい孔径ｄの範囲であり、この範囲は発明者らの実
験によって得られたものである。一方、式から選ばれた
孔径ｄよりも大きい孔径を有する多孔板を用いると、式
から選ばれた孔径ｄの多孔板と比べて孔径が大きくなる
ため、吹出しエアの風速が周囲のエアの剪断力によって
減衰しにくくなり、シート状物表面に到達するエアの速
度が高く維持される。その結果、熱伝達に有利となるに
もかかわらず、孔と孔の距離Ｌが大きくなったことによ
ってエアの吹付けられる範囲が狭くなって熱伝達に不利
になる影響の方が強くなり、この場合も熱伝達率は低下
する。つまり、ファン動力が一定であるという条件下で
熱伝達率を最大にし得る、上記距離Ｚに応じた好ましい
孔径ｄが存在するのであり、かかる熱伝達率を最大にし
得る因子は、シート状物表面での吹出しエアの風速であ
ると考えられる。このような具体的な風速は、遅すぎる
と自然対流熱伝達による熱伝達が支配的になって多孔板
の孔径ｄによる熱伝達率の効果がなくなるため、１０ｍ
／ｓ以上の風速が必要であり、逆にエア風速が速すぎる
とノズル装置内での圧力損失が増してファン動力が増大
するため、結局２０〜６０ｍ／ｓの範囲内にするのが好
ましい。

【００１０】なお、本発明においては、エア吹出孔を千
鳥状配列にするか格子状配列にするか等の配列態様や、
エア吹出孔の孔と孔間の距離については特に限定される
ものではない。

【００１１】

【作用】本発明のノズル装置によれば、走行されてきた
シート状物に対し多孔板に設けられている複数のエア吹
出孔からエアが吹き付けられると、多孔板からシート状
物までの距離Ｚが３０ｍｍよりも小さくされているの
で、エアの広がりによる風量の損失が少なく、また、多
孔板の表面積Ａに対するエア吹出孔の総面積Ｂの百分率
が１．５〜４％の範囲とされているので、ファン動力に
対する効率が高く、更にこの多孔板の孔径ｄは、上記式
から選ぶため、シート状物表面での熱伝達率が最も高く
なる作用が生じる。結局、これら三つの作用によって本
発明のノズル装置は、走行するシート状物に対して最大
限の伝熱性能を発揮し、ファン動力が無駄なく使用され
る。

【００１２】

【実施例及び比較例】以下、本発明の一実施例を図面に
よって説明する。

【００１３】図１は、本発明に係るノズル装置のノズル
部１の部分側面図で、距離Ｚの下方に図示しない搬送手
段で矢印Ａ方向に移送されるシート状物５を乾燥させる
ため、その表面に熱風を吹き付けている状態を示してい
る。

【００１４】図において、ノズル部１は、シート状物５
の幅より若干広い幅を有する箱状のノズル箱２と、その
底部のノズル板３とからなる。ノズル板３は、複数のエ
ア吹出孔４を有し、シート状物５の移送平面と平行にノ
ズル箱２に固定されている。ノズル板３には、式で求め
た孔径を有する複数のエア吹出孔４が格子状に設けられ
ており、この孔に熱風が上方から図示しないファンによ
って供給されてシート状物表面に吹き付けられるように
なっている。なお、図示を省略したが、本実施例のノズ
ル装置は、かかる構成のノズル部１がシート状物５の移
送方向に沿って複数配列されてなるものである。

【００１５】かかる構成のノズル装置に対して、多孔板
３からシート状物５までの距離Ｚに対する最も好ましい
孔径ｄを求めるため、以下に述べる試験装置を製作し
た。

【００１６】すなわち、距離Ｚを例えば、フレキシブル
ダクトなどにより５〜３０ｍｍの範囲で伸縮できるよう
にノズルを調整すると共に、多孔板３として、エア吹出
孔４の孔径ｄが１．５ｍｍ、２．０ｍｍ、２．５ｍｍ、
３．０ｍｍ、３．５ｍｍの０．５ｍｍ刻みで合計５種類
のものを作り、これをノズル箱２の底部に着脱できるよ
うにした。この場合、多孔板３の表面積Ａに対するエア
吹出孔４の総面積Ｂの比Ｂ／Ａは、２％とし、エア吹出
孔４での風速は図示しないダンパーと風速計により３０
ｍ／ｓに調節した。このような試験装置を用いて上記孔
径ｄの異なる５種類の多孔板３毎に距離Ｚを代えて、シ
ート状物５表面での熱伝達率ｈ（ｋｃＡｌ／ｍ² ｈｒ
℃）を計算して求めたのが図２である。なお、この場合
いずれの多孔板の場合でもダンパ調整により、各ノズル
部１での風量が一定となるように調節した。また、熱伝
達率ｈの測定は、図３に示すようにノズル部１とほぼ同
程度の平面積を有する発泡シート製の断熱材６の上に１
００℃に加熱した鉄製の金属薄板７を両部材の表面が水
平となるように埋め込み、シート状物５の表面に見立て
た薄板７の表面にノズル部１から室温（Ｔａ＝２０℃）
のエアを吹き付け、金属薄板７の温度ＴがＴ１＝８０℃
からＴ２＝４０℃に冷却されるのに要する時間ｔ（秒）
を測定し、ノズル部１からの熱伝達量Ｑ１と、薄板７に
よる放熱量Ｑ２の熱収支の関係から、熱伝達率ｈを逆算
して求めた。

【００１７】すなわち、図２は、横軸に多孔板３から薄
板７までの距離Ｚを、横軸に熱伝達率ｈを取り、上記孔
径の異なる５種類の多孔板毎に求めた熱伝達率ｈをイン
プットしたものである。この図から明らかなように、ノ
ズル部１からのエア吹き出し風量が一定でも、多孔板か
らシート状物までの距離Ｚに対し最も熱伝達率ｈが高く
なる孔径ｄが一つ存在することが分る。このように最も
熱伝達率ｈが高くなる孔径ｄと距離Ｚとの関係を一つの
図に纏めてインプットしたのが図４であり、図中の領域
Ａを近似式として表してみたところ、下記の式が得られ
た。 ｄ＝０．７７・Ｚ^0.49±０．３ （ｍｍ） 図中、斜線部Ｂは、上記従来技術（特公平４−７２６９
６号公報）のノズル装置の孔径ｄと距離Ｚとの関係式ｄ
／Ｚ＝１／３〜１であり、この領域の下方が平坦になっ
ているのは、孔径ピッチが１５〜４５ｍｍ、開孔面積率
が１．５〜３％であるので、孔径ｄが２．０７ｍｍより
も大きい領域に限定されるからである。図から明らかな
ように、従来技術の孔径ｄの領域Ｂは、本発明の孔径ｄ
の領域Ａとは明らかに異なるものである。

【００１８】因みに、上記試験装置において、多孔板３
からシート状物５までの距離Ｚを１０ｍｍに固定し、多
孔板３の表面積Ａに対するエア吹出孔４の総面積Ｂの比
Ｂ／Ａを２％、エア吹出孔４より吐出されるエアの風量
が等しいこと（平均風速３０ｍ／ｓ）を条件に、多孔板
３のエア吹出孔４の孔径ｄを上式から求めた２．５ｍｍ
と、上式から外れた１．５ｍｍ、３．５ｍｍとした計３
種類の多孔板３について熱伝達率ｈを求めた。これを示
したのが次の表１である。

【表１】 この表１から明らかなように、エア吹出孔４の孔径ｄが
２．５ｍｍの実施例１の熱伝達率は、１４３ｋｃＡｌ／
ｍ² ｈｒ℃であるのに対し、エア吹出孔４の孔径ｄが上
式から外れた比較例１の１．５ｍｍと比較例２の３．５
ｍｍの場合は、それぞれ１３８ｋｃＡｌ／ｍ² ｈｒ℃、
１２８ｋｃＡｌ／ｍ² ｈｒ℃となり、上式から得られた
実施例１の多孔板の熱伝達率ｈが最も高いものであっ
た。

【００１９】また、図２の横軸から明らかなように、多
孔板３からシート状物５までの距離Ｚが３０ｍｍを越え
ると非常に熱伝達率が低下するため、距離Ｚは３０ｍｍ
よりも小さく設定する必要があることが分った。

【００２０】

【発明の効果】本発明のノズル装置によれば、多孔板か
らシート状物までの距離Ｚに対し、吹出しエアとシート
状物間の熱伝達率ｈを最大にする多孔板の孔径ｄが明ら
かとなるので、多孔板の伝熱性能を最大限に発揮するこ
とができる。

【００２１】従って、シート状物の走行速度の高速化や
ノズル装置からのエア吹き付け動力の省エネルギ化が達
成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るノズル装置の正面図で
ある。

【図２】図１の装置における孔径、距離、熱伝達率間の
関係を示した図である。

【図３】図１の装置の熱伝達率測定装置の模式図であ
る。

【図４】図１の装置における孔径と距離との関係を示し
た図である。

【符号の説明】

１…ノズル部 ２…ノズル箱 ３…多孔板 ４…エア吹出孔 ５…シート状物 ６…断熱材 ７…金属薄板 Ａ…シート状物の走行方向

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ノズル部の多孔板に設けられた複数のエ
   ア吹出孔から、走行するシート状物に対してエアを吹き
   付けるノズル装置であって、 （イ）多孔板からシート状物までの距離Ｚは、３０ｍｍ
   よりも小さく設定されており、 （ロ）多孔板の表面積Ａに対するエア吹出孔の総面積Ｂ
   の百分率は、１．５〜４％であり、 （ハ）個々のエア吹出孔の孔径ｄ（ｍｍ）は、多孔板か
   らシート状物までの距離Ｚ（ｍｍ）に対して、下記式よ
   りなることを特徴とするノズル装置。◎ ｄ＝０．７７・Ｚ^0.49±０．３ （ｍｍ）