JPH08738B2 - 乾燥装置および方法 - Google Patents

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
間置いて乾燥する。

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、精密乾燥が
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が被乾燥物に不均一にあ
たる欠点がある。

上記従来技術〜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、成形品にクラックが発生しやすい。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％近く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、相対湿度の変動巾は室温相対温度95％
付近では２％以上であるため、少なくとも±１％程度の
精密な相対湿度の制御が必要と乾燥初期（相対湿度100
％〜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
いるのが現状であるが、工程が複雑になると共に、コス
トが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るようにし、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。

発明の構成 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、RH100％）１℃加熱するとRH
は94％になり、さらに１℃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RH94％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対分温度が
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
上昇巾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
はスチームラジエ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くRHを徐々に下げるこ
とが出来る。即ち、サイリスタは出力電圧を０％から10
0％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タ制御を付した
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RH100％の所定流速のガス流（水分飽和空気）を20℃
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、温度上昇巾は であり、公知の（ｉ−ｘ）線図より、当初の乾燥雰囲気
がRH100％・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、例えば、ヒートポ
ンプ、オイルヒータなどでも良い。

実施例 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１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１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FIC10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/cm²、200℃のスチームを自動
調圧弁（PCV）13で調圧して3kg/cm²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
（TIC）15により出口部Ａの温度が所定温度、例えば30
℃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15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RH100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30℃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で補集し、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19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１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１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、ほぼ一定に
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RH99％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
℃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割れてひら
き、外面にもひび割れが多く見られた。

《比較例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□×1000L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
く、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１′
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、プログラム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。 １……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. 【請求項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. 【請求項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10
   0％としたことを特徴とする乾燥方法。
3. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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。