JP7481230B2

JP7481230B2 - 熱処理装置

Info

Publication number: JP7481230B2
Application number: JP2020176968A
Authority: JP
Inventors: 晨工藤; 昌隆大所; 和彦瀬尾; 駿有木; 本寧廉
Original assignee: Hirano Tecseed Co Ltd
Current assignee: Hirano Tecseed Co Ltd
Priority date: 2020-10-21
Filing date: 2020-10-21
Publication date: 2024-05-10
Anticipated expiration: 2040-10-21
Also published as: JP2022068038A

Description

本発明は、ウエブを熱処理するための熱処理装置に関するものである。

フィルム、金属箔、紙、布帛などの長尺状のウエブに塗工液を塗工し、その後にこの塗工液を乾燥させるためや、ウエブを熱で拡幅するために熱処理装置が用いられている。この熱処理装置は、例えば断熱性を有する熱処理室内部にウエブを水平方向に搬入し、その上方に配された複数のノズルから熱風を吹き付け、ウエブを熱処理している。

特開２０１３－２５４５９５号公報特開平１－１０９５２６号公報

上記のような熱処理装置において、ノズルから吹き出されている熱風の温度はヒータで制御されているが、湿度については制御されていないという問題点があった。

そこで本発明は上記問題点に鑑み、熱処理室内の湿度の制御を行うことができる熱処理装置を提供することを目的とする。

本発明は、断熱性を有する熱処理室と、前記熱処理室の前面に開口し、走行するウエブが搬入される入口と、前記熱処理室の後面に開口し、前記ウエブが搬出される出口と、前記熱処理室内において、前記ウエブの搬送路の上方に配され、前記ウエブに熱風を吹き出す複数のノズルと、外部から給気した空気を冷却する冷却部と、前記冷却部により冷却された前記空気を加熱するヒータと、前記ヒータで加熱された前記空気を複数の前記ノズルに送る送風機と、前記熱処理室内の室内湿度Φinを算出し、算出した前記室内湿度Φinが、予め設定した基準湿度より高いときは、前記冷却部による冷却能力を上げて、前記室内湿度を下げる制御部と、前記熱処理室外の外気湿度Φoutを測定する外気湿度センサと、給気された前記空気の第１温度Ｔ１を測定する第１温度センサと、前記冷却部により冷却された前記空気の第２温度Ｔ２を測定する第２温度センサと、前記熱処理室内の第３温度Ｔ３を測定する第３温度センサと、を有し、前記制御部は、前記第１温度Ｔ１から外気の第１飽和水蒸気量ａ（Ｔ１）を算出し、前記第２温度Ｔ２から前記冷却部を通過した前記空気の第２飽和水蒸気量ａ（Ｔ２）を算出し、前記第３温度Ｔ３から前記熱処理室内の前記空気の第３飽和水蒸気量ａ（Ｔ３）を算出し、前記外気湿度Φoutと前記第１温度Ｔ１から、前記第１温度Ｔ１における水蒸気量Ｍ（Ｔ１）を算出し、Ｍ（Ｔ１）＞ａ（Ｔ２）のときは、前記冷却部内で結露が発生していると判断し、Ｍ（Ｔ１）＜＝ａ（Ｔ２）のときは、前記冷却部内で結露が発生していないと判断し、前記冷却部内で給気された空気が結露しているときは、前記室内湿度Φinを、前記第２温度Ｔ２、前記第３温度Ｔ３から算出し、前記冷却部内で給気された空気が結露していないときは、前記室内湿度Φinを、前記外気湿度Φout、前記第１温度Ｔ１、前記第３温度Ｔ３から算出する、熱処理装置である。

本発明によれば、算出した熱処理室内の室内湿度が、基準湿度より高いときは、冷却部による空気の冷却能力を上げて、室内湿度を下げる。

本発明の一実施形態を示す熱処理装置の説明図である。熱処理装置における熱処理室内の相対湿度を制御する方法を示すフローチャートである。

本発明の一実施形態のウエブＷの熱処理装置１０について、図１と図２を参照して説明する。本実施形態の熱処理装置１０によって熱処理されるウエブＷは、例えば、フィルム、金属箔、紙、布帛などである。

（１）熱処理装置１０の構造
次に、熱処理装置１０の構造について図１を参照して説明する。熱処理装置１０は、ウエブＷの熱処理を行うために断熱性を有する熱処理室１２を有している。この熱処理室１２はほぼ直方体であり、前面にはウエブＷの出口１４が開口し、後面にはウエブＷの入口１６が開口している。

熱処理室１２内において、入口１６から出口１４に向かうウエブＷの水平な搬送路の上方には、前後方向に沿ってダクト１８が延びている。このダクト１８の下面には、ノズル２０が前後方向に所定間隔を開けて配されている。これらノズル２０は、ウエブＷの幅方向に沿って延び、下端にスリット状の熱風の吹き出し口２２が、ウエブＷの幅方向に沿って開口している。この複数のノズル２０の吹き出し口２２から搬送路を走行するウエブＷに熱風が吹き出される。

搬送路の下方には、金属製の走行ロール２４が、所定間隔を開けて回転自在に配されている。これら走行ロール２４は、走行するウエブＷを回転しながら支持する。

熱処理室１２外において、外気から空気を給気する給気口２６と、給気口２６から給気された空気を、ＨＥＰＡフィルタ３０に送風するブロワ２８が設けられている。「ＨＥＰＡフィルタ（High Efficiency Particulate Air Filter）３０」とは、定格風量で粒径が０．３μｍの粒子に対して９９．９７％以上の粒子捕集率を用い、初期圧力損失が２４５Ｐａ以下の性能を持つエアフィルターを意味する。

熱処理室１２外において、ＨＥＰＡフィルタ３０の空気の出口には第１接続管３２の一端が接続され、この第１接続管３２の他端には、冷却部であるラジエータ３４が接続されている。このラジエータ３４は、ＨＥＰＡフィルタ３０から送られてきた空気を冷却して、結露を生じさせ、給気された空気を乾燥させる。ラジエータ３４の出口には第２接続管３６の一端が接続され、この第２接続管３６の他端はファン（送風機）３８の入口に接続されている。ファン３８の出口には、空気を所定温度まで加熱するヒータ４０が接続されている。ヒータ４０で加熱された空気は、熱処理室１２内にあるダクト１８に送られる。ダクト１８に送られた加熱空気は、複数のノズル２０から熱風として吹き出される。

ラジエータ３４の冷却能力を制御するためにチラーユニット４２と調整弁４６が設けられている。チラーユニット４２は、水を冷却し、冷却水としてラジエータ３４に供給する。そして、ラジエータ３４を冷却した冷却水はチラーユニット４２に戻り、排水される。このチラーユニット４２とラジエータ３４との間には冷却水が流れる配水管４４が設けられ、配水管４４の途中には、冷却水の流量を調整する調整弁４６が設けられている。この調整弁４６を調整することにより、ラジエータ３４に送られる冷却水の流量を調整しラジエータ３４の冷却能力を制御する。すなわち、調整弁４６によって冷却水の流量を減らすとラジエータ３４の冷却能力が下がり、逆に冷却水の流量を増やすとラジエータ３４の冷却能力が上がる。

熱処理室１２の出口１４付近の天井面、又は、側面には排気口５６が設けられ、この排気口５６には排気管５８の一端が接続され、この排気管５８の他端には排気用ブロワ６０が設けられている。

給気口２６の近傍には、外気の相対湿度（以下、「外気湿度」という）Φoutを測定する外気湿度センサ４８が設けられている。

ＨＥＰＡフィルタ３０とラジエータ３４とを接続する第１接続管３２には、第１接続管３２内を流れる空気の温度である第１温度Ｔ１を測定する第１温度センサ５０が設けられている。

ラジエータ３４とヒータ４０のファン３８とを接続する第２接続管３６には、ラジエータ３４によって冷却された空気の温度である第２温度Ｔ２を測定する第２温度センサ５２が設けられている。

熱処理室１２内部であって、入口１６の近傍にあるダクト１８には、熱処理室１２内部の温度である第３温度Ｔ３を測定する第３温度センサ５４が設けられている。

コンピュータなどよりなる熱処理装置１０の制御部６２には、給気用ブロワ２８、ファン３８、ヒータ４０、チラーユニット４２、調整弁４６、排気用ブロワ６０、外気湿度センサ４８、第１温度センサ５０、第２温度センサ５２、第３温度センサ５４が接続されている。

（２）熱処理室１２内の相対湿度Φinを算出する方法
まず、熱処理室１２内の相対湿度（以下、「室内湿度」という）Φinを直接測定するのでなく、間接的に算出する方法について説明する。

外気温度であり第１温度Ｔ１［℃］での外気の飽和水蒸気量ａ（Ｔ１）［ｇ／ｍ^３］は、

ａ（Ｔ１）＝２１７＊ｅ（Ｔ１）／（Ｔ１＋２７３．１５）・・・（１）

となる。但し、ｅ（Ｔ１）［ｈＰａ］は空気中の飽和水蒸気圧であり、ｅ（Ｔ１）はTetens（１９３０）のパラメータ値によるAugust他の式から近似的に、

ｅ（Ｔ１）＝６．１０７８＊１０^{｛７．５＊Ｔ１／（Ｔ１＋２３７．３）｝} ・・・（２）

で算出される。外気湿度をΦout［％ＲＨ］とすると、外気中の水蒸気量Ｍ（Ｔ１）は、

Ｍ（Ｔ１）＝Φout＊ａ（Ｔ１）／１００・・・（３）

となる。

ラジエータ３４により冷却された空気の温度を第２温度Ｔ２［℃］とすると、第２温度Ｔ２［℃］での飽和水蒸気量ａ（Ｔ２）［ｇ／ｍ^３］は、

ａ（Ｔ２）＝２１７＊ｅ（Ｔ２）／（Ｔ２＋２７３．１５）・・・（４）

となる。但し、

ｅ（Ｔ２）＝６．１０７８＊１０^{｛７．５＊Ｔ２／（Ｔ２＋２３７．３）｝} ・・・（５）

である。

もし、Ｍ（Ｔ１）＞ａ（Ｔ２）であればラジエータ３４内で結露が発生する。そのときの結露量ΔＭは、

ΔＭ＝Ｍ（Ｔ１）－ａ（Ｔ２）・・・（６）

である。一方、Ｍ（Ｔ１）＜＝ａ（Ｔ２）であればラジエータ３４で結露が発生していない。そのときの結露量ΔＭは、

ΔＭ＝０・・・（７）

である。

ラジエータ３４の通過後の冷却された空気中の水蒸気量Ｍ（Ｔ２）は、

Ｍ（Ｔ２）＝Ｍ（Ｔ１）－ΔＭ・・・（８）

となる。この冷却された空気は、ヒータ４０で加熱される。加熱された空気の熱処理室１２内での温度を第３温度Ｔ３とすると、第３温度Ｔ３［℃］での飽和水蒸気量ａ（Ｔ３）［ｇ／ｍ^３］は、

ａ（Ｔ３）＝２１７＊ｅ（Ｔ３）／（Ｔ３＋２７３．１５）・・・（９）

となる。但し、

ｅ（Ｔ３）＝６．１０７８＊１０^{｛７．５＊Ｔ３／（Ｔ３＋２３７．３）｝} ・・・（１０）

である。以上により、熱処理室１２内の空気の室内湿度Φin［％ＲＨ］は、

Φin＝｛Ｍ（Ｔ２）／ａ（Ｔ３）｝＊１００・・・（１１）

となる。

したがって、熱処理室１２内の室内湿度Φin［％ＲＨ］を算出するためには、まず、（６）式と（７）式よりラジエータ３４で結露が発生しているか否かを確認する。

次に、ラジエータ３４に結露が発生している場合には、（６）式を（８）式に代入するとＭ（Ｔ２）＝ａ（Ｔ２）となり、この関係式を（１１）式に代入すると、

Φin＝｛ａ（Ｔ２）／ａ（Ｔ３）｝＊１００・・・（１２）

となる。この（１２）式より結露が発生している場合には、熱処理室１２内の室内湿度Φinは、第２温度Ｔ２と第３温度Ｔ３から算出できる。

次に、ラジエータ３４に結露が発生していない場合は、（７）式を（８）式に代入するとＭ（Ｔ２）＝Ｍ（Ｔ１）となり、この関係式を（１１）式に代入すると、

Φin＝｛Ｍ（Ｔ１）／ａ（Ｔ３）｝＊１００・・・（１３）

となり、この（１３）式に（３）式を代入すると、

Φin＝｛Φout＊ａ（Ｔ１）／１００／ａ（Ｔ３）｝＊１００・・・（１４）

となる。この（１４）式より結露が発生していない場合には、熱処理室１２内の室内湿度Φinは、外気湿度Φoutと第１温度Ｔ１と第３温度Ｔ３から算出できる。

（３）熱処理室１２内の室内湿度Φinの制御方法
次に、上記の間接的に熱処理室１２内の室内湿度Φinを算出する方法を用いて、制御部６２が、室内湿度Φinを制御する方法について図２のフローチャートを参照して説明する。

ステップＳ１において、制御部６２が、熱処理室１２内の加熱を行う。この場合には、ヒータ４０によって加熱された空気をファン３８によってダクト１８に送り、複数のノズル２０から熱風を吹き出すことにより、熱処理室１２内を所定の温度に加熱する。そしてステップＳ２に進む。

ステップＳ２において、ウエブＷを入口１６から所定速度Ｖで搬入し、出口１４から搬出する。そしてステップＳ３に進む。

ステップＳ３において、制御部６２が、第１温度センサ５０で第１温度Ｔ１を測定し、第２温度センサ５２で第２温度Ｔ２を測定し、第３温度センサ５４で第３温度Ｔ３を測定し、外気湿度センサ４８で外気湿度Φoutを測定する。そしてステップＳ４に進む。

ステップＳ４において、制御部６２は、ｅ（Ｔ１）、ａ（Ｔ１）、Ｍ（Ｔ１）を（１）式～（３）式によって算出し、ｅ（Ｔ２）、ａ（Ｔ２）を（４）式～（５）式によって算出し、ｅ（Ｔ３）、ａ（Ｔ３）を（９）式～（１０）式によって算出する。そしてステップＳ５に進む。

ステップＳ５において、制御部６２は、Ｍ（Ｔ１）＞ａ（Ｔ２）であればラジエータ３４で結露が発生しているとしてステップＳ６に進み（ｙの場合）、Ｍ（Ｔ１）＜＝ａ（Ｔ２）であればラジエータ３４で結露が発生していないとしてステップＳ７に進む（ｎの場合）。

ステップＳ６において、ラジエータ３４内で結露が発生しているため、制御部６２は、第２温度Ｔ２と第３温度Ｔ３を用いて（１２）式から熱処理室１２内の室内湿度Φinを算出する。そしてステップＳ８に進む。

ステップＳ７において、ラジエータ３４で結露が発生していないため、制御部６２は、外気湿度Φoutと第１温度Ｔ１と第３温度Ｔ３から（１４）式を用いて熱処理室１２内の室内湿度Φinを算出する。そしてステップＳ８に進む。

ステップＳ８において、算出した熱処理室１２内の室内湿度Φinが基準湿度Φ０よりも低ければステップＳ９に進み（＜０の場合）、同じであればステップＳ１０に進み（＝０の場合）、高ければステップＳ１１に進む（＞０の場合）。

ステップＳ９において、熱処理室１２内の室内湿度Φinが、基準湿度Φ０よりも低いため、制御部６２は、調整弁４６を用いてラジエータ３４に送る冷却水の流量を減らし冷却能力を下げるか、又は、冷却水の流れを停止させてラジエータ３４の冷却能力を停止させ、ラジエータ３４内の温度を上げて結露の量を減らし、空気の湿度を上げる。そしてステップＳ１２に進む。

ステップＳ１０において、熱処理室１２内の室内湿度Φinが、基準湿度Φ０と等しいため、制御部６２は、ラジエータ３４に送る冷却水の流量を維持し、ステップＳ１２に進む。

ステップＳ１１において、熱処理室１２内の室内湿度Φinが、基準湿度Φ０よりも高いため、制御部６２は、調整弁４６を用いてラジエータ３４に送る冷却水の流量を増やし冷却能力を上げて、ラジエータ３４内の温度を下げて結露の量を増やし、空気の湿度を下げる。そしてステップＳ１２に進む。

ステップＳ１２において、冷却水の流量の調整により熱処理室１２内の室内湿度Φinが基準湿度Φ０と等しくなった状態であるので、ウエブＷの搬入が停止されれば終了し（ｙの場合）、搬入が継続している場合にはステップＳ３に戻る（ｎの場合）。

（４）効果
本実施形態によれば、熱処理室１２内の室内湿度を直接測定することなく、外気湿度Φout、第１温度Ｔ１、第２温度Ｔ２、第３温度Ｔ３から間接的に算出できる。そして間接的に算出した熱処理室１２内の室内湿度Φinが、基準湿度Φ０よりも低ければラジエータ３４に送る冷却水の流量を減らして湿度を上げ、基準湿度と同じ場合にはその冷却水の流量を維持し、基準湿度Φ０よりも高ければ、冷却水の流量を増やして、空気の湿度を下げることによって、熱処理室１２内の室内湿度Φinを常に基準湿度Φ０に維持できる。

制御部６２は、ラジエータ３４に送る冷却水の流量を調整弁４６で調整するだけで、空気の湿度を簡単に調整できる。

変更例

上記実施形態では、冷却部であるラジエータ３４は、冷却水による水冷であったが、空冷であってもよく、また、ラジエータ以外の冷却装置であってもよい。

また、上記実施形態では、ウエブＷを複数の走行ロール２４で支持して走行させたが、これ以外に搬送路の下方に複数のノズルを設け、上下から熱風を吹き出すことにより、搬送路で浮遊した状態でウエブＷを走行させてもよい。

上記では本発明の一実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の主旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０・・・熱処理装置、１２・・・熱処理室、１４・・・出口、１６・・・入口、１８・・・ダクト、２０・・・ノズル、２６・・・給気口、３４・・・ラジエータ、３８・・・ファン、４０・・・ヒータ、４２・・・チラーユニット、４６・・・調整弁、４８・・・外気湿度センサ、５０・・・第１温度センサ、５２・・・第２温度センサ、５４・・・第３温度センサ、６２・・・制御部

Claims

断熱性を有する熱処理室と、
前記熱処理室の前面に開口し、走行するウエブが搬入される入口と、
前記熱処理室の後面に開口し、前記ウエブが搬出される出口と、
前記熱処理室内において、前記ウエブの搬送路の上方に配され、前記ウエブに熱風を吹き出す複数のノズルと、
外部から給気した空気を冷却する冷却部と、
前記冷却部により冷却された前記空気を加熱するヒータと、
前記ヒータで加熱された前記空気を複数の前記ノズルに送る送風機と、
前記熱処理室内の室内湿度Φinを算出し、算出した前記室内湿度Φinが、予め設定した基準湿度より高いときは、前記冷却部による冷却能力を上げて、前記室内湿度を下げる制御部と、
前記熱処理室外の外気湿度Φoutを測定する外気湿度センサと、
給気された前記空気の第１温度Ｔ１を測定する第１温度センサと、
前記冷却部により冷却された前記空気の第２温度Ｔ２を測定する第２温度センサと、
前記熱処理室内の第３温度Ｔ３を測定する第３温度センサと、
を有し、
前記制御部は、
前記第１温度Ｔ１から外気の第１飽和水蒸気量ａ（Ｔ１）を算出し、
前記第２温度Ｔ２から前記冷却部を通過した前記空気の第２飽和水蒸気量ａ（Ｔ２）を算出し、
前記第３温度Ｔ３から前記熱処理室内の前記空気の第３飽和水蒸気量ａ（Ｔ３）を算出し、
前記外気湿度Φoutと前記第１温度Ｔ１から、前記第１温度Ｔ１における水蒸気量Ｍ（Ｔ１）を算出し、
Ｍ（Ｔ１）＞ａ（Ｔ２）のときは、前記冷却部内で結露が発生していると判断し、
Ｍ（Ｔ１）＜＝ａ（Ｔ２）のときは、前記冷却部内で結露が発生していないと判断し、
前記冷却部内で給気された空気が結露しているときは、前記室内湿度Φinを、前記第２温度Ｔ２、前記第３温度Ｔ３から算出し、
前記冷却部内で給気された空気が結露していないときは、前記室内湿度Φinを、前記外気湿度Φout、前記第１温度Ｔ１、前記第３温度Ｔ３から算出する、
熱処理装置。
前記制御部は、結露が発生している場合には、
Φin＝｛ａ（Ｔ２）／ａ（Ｔ３）｝＊１００
から前記室内湿度Φinを算出する、
請求項１に記載の熱処理装置。
前記制御部は、結露が発生していない場合には、
Φin＝｛Φout＊ａ（Ｔ１）／１００／ａ（Ｔ３）｝＊１００
から前記室内湿度Φinを算出する、
請求項１に記載の熱処理装置。
前記制御部は、
前記室内湿度が、前記基準湿度より低いときは、前記冷却部による冷却能力を下げるか、又は、停止させて前記室内湿度を上げる、
請求項１に記載の熱処理装置。
前記第３温度センサは、前記熱処理室内の前記入口側に設けられている、
請求項１に記載のいずれか一項に記載の熱処理装置。
前記冷却部は、冷却水で前記空気を冷却する、
請求項１に記載の熱処理装置。
前記搬送路の下方に前記ウエブが走行する走行ロールが複数配列されている、
請求項１に記載の熱処理装置。