JP5676129B2 - バッチ式乾燥装置 - Google Patents

Description

この発明は、ワークを加熱して乾燥させる乾燥処理を行うように構成されたバッチ式乾燥装置に関する。

従来のバッチ式乾燥装置では、一般的に、扉（例えば、前扉）を介して炉体の内部にワークが投入され、操作部を介して乾燥処理を行う時間の設定を入力した後、設定された時間の乾燥処理が行われ、乾燥処理終了後に扉を開けて炉体からワークが取り出される。このようなバッチ式乾燥装置の中には、例えば、炉体の内部を循環させた熱風によってワークを加熱して乾燥させるように構成されたバッチ式オーブンが存在する（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００１−１２８７０号公報

しかしながら、従来のバッチ式乾燥装置では、加熱処理を行う時間を必要以上に長く設定してしまい、その結果、乾燥処理時間を無駄に長引かせてしまい、無駄な電力が消費されてしまうことがあった。例えば、ワークが完全に乾燥しているにもかかわらずワークに対して加熱を続けることは省エネの観点から好ましくない。

一方で、乾燥処理を行う最適な時間を決定することは困難である。その理由は、最適な乾燥処理時間は、ワークの種類、サイズ、および形状等によって様々だからである。また、ワークに乾燥ムラが生じるような状況では、乾燥処理を行う最適な時間を決定することがさらに困難となる。

本発明の目的は、ワークに対する乾燥処理を適切なタイミングで終了することによって余分な乾燥処理を行うことを防止し、省電力化を図ることが可能なバッチ式乾燥装置を提供することである。

本発明に係るバッチ式乾燥装置は、ワークを加熱して乾燥させる乾燥処理を行うように構成される。このバッチ式乾燥装置は、炉体、加熱手段、ワーク支持ユニット、重量計測手段、操作部および制御手段を備える。炉体は、加熱されるワークを収容するように構成される。加熱手段は、炉体の内部に配置され、ワークを加熱するように構成される。

ワーク支持ユニットは、ワークを回転可能に支持するように構成されており、回転テーブルおよび回転駆動部を有する。回転テーブルは、炉体の内部に配置されワークを支持するように構成され、かつ、回転可能に構成されている。回転駆動部は、炉体の外部に配置され回転テーブルに回転力を供給するように構成される。

重量計測手段は、炉体の外部に配置され、ワークを含む前記ワーク支持ユニットの総重量を計測するように構成される。重量計測手段の例としては、ロードセルが挙げられるが、これに限定されるものではない。

操作部は、オペレータからの乾燥処理完了時の前記ワークの重量に関する設定入力を受け付けるように構成される。制御手段は、重量計測手段からの入力情報に基づいて、加熱手段および回転駆動部の動作を制御可能に構成される。

制御手段は、乾燥処理時に、重量計測手段の計測結果を監視し、計測結果及びその変化状態と、前記操作部で受け付けた重量と、に基づいて、計測結果の減少量がゼロになった場合、又は計測結果が操作部で受け付けた重量に一致した場合のいずれかで、加熱手段および前記回転駆動部の動作の停止、または、乾燥処理完了の報知の少なくともいずれかを行う。

この構成においては、ワークを載せた回転テーブルを回転させつつ、加熱手段によるワークの加熱が実行されるため、ワークの各部位が受ける加熱手段からの熱量が均一化し、その結果、ワークの各部位における乾燥速度は均一化する。このため、ワークの乾燥ムラや割れ等の不具合を軽減するとともに、乾燥処理における材料予熱期間、定率乾燥期間、および減率乾燥期間のそれぞれについて、水分蒸発に伴う単位時間あたりのワークの重量の減少率が規則性を示し易くなる。

さらに、乾燥処理を行う時間ではなく、加熱処理中におけるワークを含むワーク支持ユニットの総重量の計測結果に基づいて、加熱装置の運転が停止するため、乾燥装置で自動的に乾燥処理を停止すべき最適なタイミングを把握することが可能となり、その結果、乾燥処理時間を無駄に長引かせてしまい無駄な電力が消費されてしまうという不都合の発生が防止される。

そして、ワークを含む前記ワーク支持ユニットの総重量を重量計測手段に計測させるという着想を採用しているため、重量計測手段を炉体の内部に設置する必要がなくなり、重量計測手段の設置が容易になる。

本発明によれば、ワークに対する乾燥処理を適切なタイミングで終了することによって余分な乾燥処理を行うことを防止し、省電力化を図ることが可能になる。

本発明の実施形態に係る乾燥装置の概略を示す図である。 乾燥装置の概略を示すブロック図である。 乾燥処理時におけるＣＰＵの動作手順の一例を示すフローチャートである。 乾燥処理時におけるＣＰＵの動作手順の他の例を示すフローチャートである。 乾燥処理時における時間に対するワークの内部温度および重量の変化状態の一例を示す図である。

図１を用いて、本発明の実施形態に係る乾燥装置１０の基本構成を説明する。乾燥装置１０は、熱風循環式のバッチ式のオーブンであり、炉体１２に搬入されたワーク１４を循環熱風によって加熱し乾燥させるように構成される。ここでは、ワーク１４として石膏型を用いているが、石膏型以外のワークを乾燥させることも可能である。炉体１２の前面には、ワークの搬入および搬出するための扉（図示省略）が設けられる。

炉体１２は、外槽１２２および内槽１２４を備えており、外槽１２２および内槽１２４の間に、ヒータ２２、および循環ファン２４が設けられる。ヒータ２２は、ヒータ駆動部６２を介して電力を受けることにより炉体１２内部の雰囲気を加熱するように構成される。ここでは、ヒータ２２としてシーズヒータを使用しているが、ヒータ２２の種類はこれに限定されるものではない。

循環ファン２４は、ファン駆動部６０を介して電力を受けることにより炉体１２の内部の雰囲気を強制的に循環させるように構成される。この実施形態では、循環ファン２４としてシロッコファンを用いているが、他の種類のファンを用いることも可能である。

内槽１２４は両側面にそれぞれ、循環風を通過させるための複数の通気孔１２６が形成されている。この実施形態では、循環ファン２４によって外槽１２２および内槽１２４の間に発生した高温の循環風は、内槽１２４の一方の側面から内槽１２４の内側に入り、内槽１２４の他方の側面から内槽１２４の外側に出るように構成されている。さらに、循環風の経路上には、排気口３０および吸気口３２が設けられている。

乾燥装置１０は、ワーク１４を回転可能に支持するように構成されたワーク支持ユニット１５を備える。ワーク支持ユニット１５は、回転テーブル１６と回転駆動部１８を備える。回転テーブル１６は、内槽１２４の内部に配置されワーク１４を支持するように構成される。回転テーブル１６は、回転駆動部１８から駆動力を受けることにより、ワーク１４を載せた状態で回転するように構成される。

回転駆動部１８は、外槽１２２の外部に配置され回転テーブル１６に回転力を供給するように構成される。回転駆動部１８は、ハウジング部材１８０を備えている。回転駆動部１８は、ハウジング部材１８０、および炉体１２を貫通するように配置された回転軸１８２を有しており、この回転軸１８２を介して回転テーブル１６に回転力を伝達するように構成される。回転軸１８２は、ハウジング部材１８０に設けられたベアリング部１８４に軸支されており、下端部近傍に回転伝達部材（例えば、プーリ、ギア等）１８６が設けられる。回転伝達部材１８６には、モータ等の駆動装置１８８が接続されており、この駆動装置１８８からの回転駆動力が回転伝達部材１８６および回転軸１８２を介して回転テーブル１６まで伝達される。

炉体１２の外部における回転駆動部１８の下には、回転駆動部１８、回転テーブル１６、および回転テーブル１６上のワーク１４の総重量を計測し、計測結果に応じた電気的信号を出力するように構成されたロードセル２０が配置される。ロードセル２０の周囲には、ハウジング部材１８０の平行状態を保つためのガイド部材２６が複数（例えば、３つ以上。）配置されている。

図２に示すように、乾燥装置１０は、ＣＰＵ５０を備えており、このＣＰＵ５０にＲＯＭ５２、ＲＡＭ５４、センサユニット５６、Ｉ／Ｆ部５８、ファン駆動部６０、ヒータ駆動部６２、回転駆動部１８、ロードセル２０、操作部６４、および表示部６６等が接続される。ＲＯＭ５２は、ＣＰＵ５０の動作に必要な複数のプログラムを格納する。ＲＡＭ５４は、ＣＰＵ５０が一時的にデータを記録するため揮発性メモリである。センサユニット５６は、炉体１２の内部の温度や圧力等の情報を収集するための複数の計器によって構成される。Ｉ／Ｆ部５８は、外部の機器と通信する機能を備える。

ファン駆動部６０は、ＣＰＵ５０からの信号に基づいて循環ファン２４を駆動するように構成される。ヒータ駆動部６２は、ＣＰＵ５０からの信号に基づいてヒータ２０を駆動するように構成される。

操作部６４は、オペレータからの操作コマンドや設定情報の入力を受け付け、電気的信号としてＣＰＵ５０に伝達するように構成される。例えば、操作部６４は、オペレータからの乾燥処理完了時のワークの重量に関する設定入力を受け付けることが可能である。表示部６６は、ＣＰＵ５０からの信号に基づいて、オペレータに対して必要な情報（動作完了、警告等）の表示を行うように構成される。

ＣＰＵ５０は、ＲＯＭ５２に格納された複数のプログラムに基づいて、加熱装置の各部を統括的に制御するように構成される。特に、ＣＰＵ５０は、ロードセル２０からの入力情報に基づいて、ファン駆動部６０、ヒータ駆動部６２、表示部６６、および回転駆動部１８の動作をそれぞれ制御する。

続いて、図３のフローチャートを用いて、乾燥処理時におけるＣＰＵ５０の動作手順を説明する。ここでは、オペレータからの乾燥処理完了時のワークの重量に関する設定入力に基づいて乾燥処理を停止する例を説明する。

まず、ＣＰＵ５０は、オペレータが操作部６４に対して乾燥処理実行に係る操作を行うまで待機している（Ｓ１）。Ｓ１待機ステップにおいて、オペレータが、ワーク１４を回転テーブル１６上に置いて扉を閉め乾燥処理の実行操作を行うと、ＣＰＵ５０は、ファン駆動部６０およびヒータ駆動部６２を動作させてワーク１４に対する乾燥処理を開始するとともに、回転駆動部１８の動作を開始させて回転テーブル１６を回転させる（Ｓ２）。また、ＣＰＵ５０は、操作部６４を介してオペレータが入力した乾燥処理完了時のワークの最終重量の設定値をＲＡＭ５４に記憶しておく。

ＣＰＵ５０は、乾燥処理時には、常時的または間欠的に、ロードセル２０の出力値を検出し、ワーク支持ユニット１５およびワーク１４の総重量を監視する（Ｓ３）。

そして、ＣＰＵ５０は、ロードセル２０の出力値に基づいて算出されるワークの重量が、オペレータの設定入力に係るワークの重量に達した否かを判断する（Ｓ４）。Ｓ４の判断ステップにおいて、ＣＰＵ５０は、ロードセル２０が検出した総重量から、予め設定されているワーク支持ユニット１５の重量を差し引いてワーク重量としている。

Ｓ４の判断ステップにおいて、ワークの重量が、オペレータの設定入力に係るワークの重量に達した場合には、ＣＰＵ５０は、加熱装置１０の運転を停止させ、かつ、表示部６６に処理完了の表示を行う（Ｓ５）。具体的には、ＣＰＵ５０は、ファン駆動部６０およびヒータ駆動部６２の動作を停止させるとともに、回転駆動部１８の動作も停止させる。また、表示部６６を介して処理が完了した旨の報知をオペレータに対して行う。

なお、ここでは、動作の停止とオペレータへの報知の両方を行っているが、いずれか一方のみを行うようにしても良い。また、報知手法としては、表示部６６への表示のみに限られず、音声を用いてオペレータに対する報知を行っても良い。

続いて、図４のフローチャートを用いて、乾燥処理時におけるＣＰＵ５０の動作手順の他の例を説明する。図４のフローチャートは、乾燥処理の完了を判断するＳ１４のステップ以外は実質的に図３のフローチャートと同様であるため、ここでは説明を省略する。

Ｓ１４の判断ステップでは、ＣＰＵ５０は、ロードセル２０の出力値の時間経過に伴う変化状態に基づいて乾燥処理の完了か否かを判断している。具体的には、単位時間あたりの計測結果の変化量が予め設定した所定値以下になったときに、ＣＰＵ５０は、乾燥処理が完了したものとして、乾燥装置１０の運転を停止させ、かつ、表示部６６に処理完了の表示を行うようにしている。

ここで、ロードセル２０の出力値の時間経過に伴う変化状態の例を図５（Ａ）および図５（Ｂ）を用いて簡単に説明する。図５（Ａ）は、時間経過に伴うワーク１４の内部温度の変化状態を示しており、図５（Ｂ）は、時間経過に伴うワーク重量の変化状況を示している。

ワーク１４に対する加熱処理を開始してしばらくは、材料予熱期間Ｐ１であり、この間にワーク１４の温度は上昇するが、水分蒸発は発生しないためワーク１４の重量の変化はない。続いて、定率乾燥期間Ｐ２に移行すると、循環熱風から受けた熱量がすべて水分蒸発に費やされるようになるため、ワーク１４の温度が一定に保たれるようになる。このとき、乾燥速度も一定となるため、ワーク１４の重量の単位時間あたりの減少率が一定になる。そして、減率乾燥期間Ｐ３に移行すると、水分蒸発量が減少し始め、循環熱風から受けた熱量のうち水分蒸発に費やされなかった熱量によってワーク１４の温度が上昇し始める。このとき、乾燥速度は減少するため、ワーク１４の重量の単位時間あたりの減少率が減り始め、やがてゼロになる。

図５（Ａ）および図５（Ｂ）の特性を利用すれば、ワーク１４に含まれる水分量を予測することが可能になるため、要求される乾燥度合いに応じて、乾燥処理完了の判断のしきい値となる単位時間あたりのワーク１４の重量の減少値（ゼロも含む。）を適宜設定して、乾燥処理完了の判断を行うことが可能となる。

以上の実施形態によれば、ワーク１４およびワーク支持ユニット１５の総重量（または、この総重量から算出して求めたワーク１４の重量）の監視をすることにより、効率よく乾燥処理完了のタイミングを把握することが可能となるため、必要以上に乾燥処理を実行することを防止でき、省電力化を図ることが可能になる。

上述の実施形態では、図３のＳ４の判断ステップ、または、図５のＳ１４の判断ステップを択一的に実行する例を説明したが、これらの判断ステップは組み合わせて実行することも可能である。例えば、ワークの重量が、オペレータの設定入力に係るワークの重量に到達する前に、ワーク１４の重量の単位時間あたりの減少率がゼロになった場合には、その時点で乾燥処理完了と判断して加熱装置１０の運転を停止するようにすると良い。この場合、ワークの重量に関するオペレータの設定が不適切な場合でも、余分な加熱によるエネルギーロスの発生を防止することが可能になる。

また、乾燥処理の開始時に、オペレータによるワーク重量の設定入力の有無を判断し、設定入力がある場合には、図３に示すＳ１〜Ｓ５のステップを実行する一方で、設定入力がない場合には、図４に示すＳ１１〜Ｓ１５のステップを実行するようにしても良い。

上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０−乾燥装置
１２−炉体
１４−ワーク
１５−ワーク支持ユニット
１６−回転テーブル
１８−回転駆動部
２０−ロードセル
２２−ヒータ
２４−循環ファン
５０−ＣＰＵ
６０−ファン駆動部
６２−ヒータ駆動部

Claims (4)

1. ワークを加熱して乾燥させる乾燥処理を行うように構成されたバッチ式乾燥装置であって、
   加熱されるワークを収容するように構成された炉体と、
   前記炉体の内部に配置され、前記ワークを加熱するように構成された加熱手段と、
   前記ワークを回転可能に支持するように構成されたワーク支持ユニットであって、前記炉体の内部に配置され前記ワークを支持するように構成された回転可能な回転テーブルと、前記炉体の外部に配置され前記回転テーブルに回転力を供給するように構成された回転駆動部とを有するワーク支持ユニットと、
   前記炉体の外部に配置され、前記ワークを含む前記ワーク支持ユニットの総重量を計測するように構成された重量計測手段と、
   前記重量計測手段からの入力情報に基づいて、前記加熱手段および前記回転駆動部の動作を制御可能な制御手段と、
   オペレータからの乾燥処理完了時の前記ワークの重量に関する設定入力を受け付けるように構成された操作部と、を備え、
   前記制御手段は、乾燥処理時に、前記重量計測手段の計測結果を監視し、前記計測結果及びその変化状態と、前記操作部で受け付けた重量と、に基づいて、前記計測結果の減少量がゼロになった場合、又は前記計測結果が前記操作部で受け付けた重量に一致した場合のいずれかで、前記加熱手段および前記回転駆動部の動作の停止、または、乾燥処理完了の報知の少なくともいずれかを行うバッチ式乾燥装置。
2. 前記炉体は、それぞれに複数の通気孔が形成され互いに対向する第１及び第２の側面を有する内槽であって加熱されるワークを内部に収容する内槽と、前記内槽の外側に間隔を設けて配置される外槽と、からなり、
   前記加熱手段は、前記外槽と前記内槽との間に配置され、雰囲気を加熱するヒータ及び雰囲気を循環させるファンから構成され、熱風を前記第１の側面の前記複数の通気孔から前記内槽内及び前記第２の側面の前記複数の通気孔を経由するように前記外槽と前記内槽との間に循環させる請求項１に記載のバッチ式乾燥装置。
3. 前記加熱手段は、前記外槽と前記内槽との間の熱風の循環経路における前記第１の側面の上流側で前記第２の側面の下流側に配置した請求項２に記載のパッチ式乾燥装置。
4. 前記加熱手段は、前記循環経路内で前記ファンを前記ヒータよりも上流側に配置した請求項３に記載のバッチ式乾燥装置。

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