(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
湿式成形された窯業生製品を収容する炉体にバーナを介設した熱風供給路を接続し、前記炉体に設けた炉内温度センサによる炉内温度の検出値と炉内温度の設定値の差に基づいて前記バーナの燃焼量を制御して前記炉体内の温度調整を行うようにした乾燥炉において、
前記熱風供給路に介設されて熱風中に蒸気を混入する加湿器と、
供給される熱風の相対湿度を検出する熱風湿度センサと、
供給される熱風の温度を検出する熱風温度センサと、
炉内相対湿度の設定値と、前記炉内温度センサによる炉内温度の検出値または炉内温度の設定値とから絶対湿度を演算し、さらに、その絶対湿度に対する前記熱風温度センサで得られた熱風の温度における相対湿度を演算して、その演算値を相対湿度の補正設定値として出力する演算手段と、
前記熱風湿度センサの検出値と前記演算手段で得られた前記補正設定値の差に基づいて前記加湿器の蒸気混入量を制御する制御手段と、
を具備したことを特徴とする窯業生製品の乾燥炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、瓦、煉瓦等の湿式成形された窯業生製品を焼成前に乾燥させるのに用いる乾燥炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
瓦や赤煉瓦等の生素地は水分を２０％程度含有した原料で湿式成形される場合が多く、乾燥に伴う収縮が大きくて切れや変形が発生しやすいために、乾燥炉の乾燥条件を適切に制御するのが重要となる。
【０００３】
乾燥工程を詳細に説明すると、以下の３段階に分けられる。
第１乾燥期間：この期間では、乾燥炉に打ち込まれる熱風の熱は素地の温度の上昇に費やされ、素地の乾燥はほとんど行われない。しかし、特に肉厚の厚い瓦や赤煉瓦等では、中心部まで温度を上昇させる間に素地の表面から乾燥が始まって切れや変形の原因となるから、素地の乾燥を防止するために、炉内の相対湿度を１００％近くにまで高める必要がある。素地の温度はできるだけ高くした方が次の第２乾燥期間での乾燥が速くなる。
【０００４】
第２乾燥期間：素地の温度の上昇に伴って、素地の表面からの蒸発速度に素地内部から表面に移動する水の速度（水の量）が追従するため、この期間ではほぼ一定の速度で乾燥が行われ、それにより恒率乾燥期間といわれる。
【０００５】
素地の温度が高いほど素地内部から表面に移動する水の速度が速くなって、素地の表面からの乾燥速度も速くできることになるが、この期間は素地の収縮を伴うから、乾燥炉内の雰囲気の変動（相対湿度が低くなるか温度が高くなる）によって乾燥条件が良くなると、素地の表面から蒸発する水の量が多くなる一方で、素地内部から表面に移動する水の量が追従できなくなって、素地の厚み方向もしくは幅方向で中心部と表面部とに乾燥の差が生ずる。それが当然収縮の差になるから、操作を誤ると素地に切れや変形などが発生する。
したがって、この期間でも素地の温度に見合った乾燥条件を形成することが重要である。
【０００６】
第３乾燥期間：素地の表面からの蒸発速度の方が、素地内部から表面に移動する水の速度より大きくなり、水分の低下とともに次第に乾燥速度は弱まって、やがて終了する。この期間を減率乾燥期間という。
この期間では素地の収縮をほとんど伴わないから、素地に及ぼす悪影響は少ない。
【０００７】
続いて、従来の乾燥炉の一例を図３によって説明する。バッチ式の乾燥炉の炉体ａには、炉内ガスを炉外に吸引したのち再度炉内に導入して循環させる経路を形成する循環ダクトｂが設けられ、その循環ダクトｂの循環方向の上流側から順次に、排気ダクトｃ、外気吸引ダクトｄ、送風機ｅおよびバーナｆが設けられており、排気ダクトｃに排気ダンパｇが、循環ダクトｂの排気ダクトｃと外気吸引ｄの間に循環ダンパｈが、また、外気吸引ダクトｄに外気吸引ダンパｉがそれぞれ設けられている。また、炉体ａには、炉内温度を検出する温度センサｊが設けられて制御器ｋを介して上記のバーナｆと接続されている。
【０００８】
そして、温度センサｊによる炉内温度の検出値が、制御器ｋにおいて予め定められた炉内温度の設定値と比較演算されて、その差に基づいてバーナｆの燃焼量が制御される。すなわち、炉内温度の検出値が設定値より低かったらバーナｆの燃焼量が増加され、検出値が設定値より高かったらバーナｆの燃焼量が減少されて、炉内温度が設定温度に調整される。
【０００９】
一方の炉内の相対湿度の制御については、湿度の供給源が素地から蒸発する水分、燃焼ガスに含まれる水分および外気に含まれる水分であることから、単に排気ダンパｇと外気吸引ダンパｉの開度を調整することによって行われていた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のように炉内の温度と相対湿度を制御するに際して、連続炉の場合は各々の区間における条件を一定に保てばよいが、バッチ炉の場合は時間の経過とともに温度や相対湿度を順次に変化させねばならないから、温度やダンパの調整は、運転当初にプログラムにより予め設定して行うものであり、基本的に一度設定したプログラムは運転のつど変更するものではない。
【００１１】
そのため、特に、排気ダンパｇと外気吸引ダンパｉの開度調整によってのみ制御する炉内の相対湿度については、変動する気象条件の影響を直接受けて常に変動する結果となる。
【００１２】
また、運転開始から第１乾燥期間の定常値に達するまでと、第１乾燥期間の終了から第２乾燥期間の定常値に達するまでの間は、一般に相対湿度を一定に維持しつつ温度を次第に上昇させるのであるが、温度の上昇に伴って飽和蒸気圧が上がることから、相対湿度を一定に保つためには温度上昇に追従して排気ダンパｇと外気吸引ダンパｉの開度調整を行う必要があって、特に短時間での温度上昇に伴って相対湿度を制御するのはかなり困難であり、従来は、上記の期間の昇温を緩やかに行うことで対応していた。
【００１３】
したがって、従来の制御方法では、素地の乾燥歩留まりが日によって異なる不安定な状態となり、また、乾燥時間の短縮も望めない欠点があった。
【００１４】
なお、各々の区間においてそれぞれ条件を一定に保てば良い連続式の乾燥炉においても、気象条件の変動によって炉内の相対湿度が変動するのは同様であるし、また、休日等を挟んで炉の操業を再開する場合の立ち上がりは、温度と相対湿度を経時的に制御する必要があるため、バッチ炉と同様の問題が生じていた。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するためになされた参考技術としては次のものが知られている。すなわち、湿式成形された窯業生製品を収容する炉体にバーナを介設した熱風供給路を接続し、炉体に設けた炉内温度センサによる炉内温度の検出値と炉内温度の設定値の差に基づいてバーナの燃焼量を制御して炉体内の温度調整を行うようにした乾燥炉において、熱風供給路に介設されて熱風中に蒸気を混入する加湿器と、炉体内の設けられて炉内の相対湿度を検出する炉内湿度センサと、その炉内湿度センサの検出値と炉内相対湿度の設定値の差に基づいて加湿器の蒸気混入量を制御する制御手段と、を具備した構成のものである。
【００１６】
前記の参考技術に対して請求項１の発明は、湿式成形された窯業生製品を収容する炉体にバーナを介設した熱風供給路を接続し、炉体に設けた炉内温度センサによる炉内温度の検出値と炉内温度の設定値の差に基づいてバーナの燃焼量を制御して炉体内の温度調整を行うようにした乾燥炉において、熱風供給路に介設されて熱風中に蒸気を混入する加湿器と、供給される熱風の相対湿度を検出する熱風湿度センサと、供給される熱風の温度を検出する熱風温度センサと、炉内相対湿度の設定値と、炉内温度センサによる炉内温度の検出値または炉内温度の設定値とから絶対湿度を演算し、さらに、その絶対湿度に対する前記熱風温度センサで得られた熱風の温度における相対湿度を演算して、その演算値を相対湿度の補正設定値として出力する演算手段と、熱風湿度センサの検出値と演算手段で得られた補正設定値の差に基づいて加湿器の蒸気混入量を制御する制御手段と、を具備した構成となっている。
【００１７】
【作用】
前記の参考技術の作用は以下の通りである。炉内湿度センサによる炉内相対湿度の検出値が、制御手段において予め定められた炉内相対湿度の設定値と比較されて、その差に基づいて加湿器から熱風中に混入される蒸気の量が制御される。すなわち、炉内相対湿度の検出値が設定値より低かったら加湿器からの蒸気混入が増加され、検出値が設定値より高かったら蒸気混入量が減少されて、炉内相対湿度が設定湿度に調整される。
【００１８】
上記の参考技術では、炉内相対湿度の設定値に対応するように上記混入量を制御する場合に、熱風の温度変化を伴うと、厳密には設定値との間に誤差を生ずる。例えば、炉内相対湿度の設定値に合わせて上記混入量が制御されるとともに、炉内温度を上昇させるべく熱風の温度が上昇制御されると、炉内の温度が上がるのに伴って飽和蒸気圧が上がるために、炉内の相対湿度が設定値よりも低くなる。これは、乾燥時間を短縮するために炉内温度を短時間で上昇させようとするほどより影響が出る。したがって、特に複雑な切れやすい形状の生製品について乾燥歩留まりの低下を招くおそれがある。
【００１９】
そのため、請求項１の発明では以下のように作用する。炉内相対湿度を制御するに際して、まず、演算手段において、予め定められた炉内相対湿度の設定値と、炉内温度センサによる炉内温度の検出値または予め定められた炉内温度の設定値とから絶対湿度が演算され、さらに、その絶対湿度に対する熱風温度センサで得られた熱風の温度における相対湿度が演算され、その演算値が相対湿度の補正設定値として出力される。
【００２０】
続いて、制御手段において、熱風湿度センサで得られた熱風の相対湿度の検出値が、上記の演算手段から出力された補正設定値と比較されて、その差に基づいて加湿器から熱風中に混入される蒸気の量が制御され、熱風の相対湿度が補正設定値に制御される。
【００２１】
すなわち、炉内温度が変化して炉内相対湿度が変化するのを見越して、それを補完するように熱風に混入する蒸気量が制御され、炉内温度が変化するにもかかわらず炉内相対湿度が設定値に正確に調整される。
【００２２】
【発明の効果】
参考技術によれば、炉内の相対湿度を監視しつつ加湿器からの蒸気混入量を増減して炉内相対湿度を制御するようにしたから、外部の気象条件とは無関係に設定値に制御することができ、また、炉内温度の上昇に追従して相対湿度を制御することができる。したがって、生製品の乾燥歩留まりを気象条件を異にする日によっても安定化させることができ、乾燥時間の短縮化も図ることができる。
【００２３】
また、相対湿度が設定値に正確に制御されるから、炉内が過飽和になって水蒸気が炉内で結露するのが防止され、結露した水滴が生製品の表面に付着して班紋を残したり、装置の腐食を引き起こすのを未然に防止することができる。
【００２４】
また、請求項１の発明によれば、炉内相対湿度の制御がより正確で繊細に行われるから、複雑な形状の生製品でもその切れや変形を防止して乾燥歩留まりの向上を図ることができ、また、乾燥時間のより短縮化を図ることができる。
【００２５】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
（参考例）
図１は上記参考技術の参考例を示す。同図において、符号１はバッチ式の乾燥炉の炉体であって、その炉体１には、炉内ガスを炉外に吸引したのち再度炉内に導入して循環させる経路を形成する循環ダクト２が付設されている。
【００２６】
その循環ダクト２の吸引口から供給口に向かって順次に、排気ダンパ４を備えた排気ダクト３、循環ダンパ５、外気吸引ダンパ７を備えた外気吸引ダクト６および送風機８が設けられ、送風機８の下流側に、バーナ９と、熱風中に蒸気を混入する超音波加湿器等の加湿器１０が介設されている。
【００２７】
炉体１には、炉内温度を検出するための炉内温度センサ１１と、炉内相対湿度を検出するための炉内湿度センサ１２とが設けられている。
【００２８】
両センサ１１、１２と、バーナ９および加湿器１０の間には制御器１３が介設されている。この制御器１３は、炉内温度と炉内相対湿度の経時的な設定値を定めたプログラムが格納されるようになっており、炉内温度センサ１１による炉内温度の検出値と、プログラムにおける炉内温度の設定値を比較してその差に基づいてバーナ９の燃焼量を増減制御し、かつ、炉内湿度センサ１２による炉内相対湿度の検出値と、炉内相対湿度の設定値を比較してその差に基づいて加湿器１０の蒸気混入量を増減制御する機能を持っている。
【００２９】
この参考例は上記した構造であって、炉内温度の制御については、炉内温度の検出値と設定値とが比較されつつ、検出値が設定値より低かったらバーナ９の燃焼量が増加され、検出値が設定値より高かったらバーナ９の燃焼量が減少されて炉内温度が設定温度に調整される。
【００３０】
炉内相対湿度の制御については、排気ダクト４と外気吸引ダクト７の開度調整により大まかに湿度調整されるのに加えて、炉内湿度センサ１２による炉内相対湿度の検出値とプログラムの設定値とが比較されつつ、検出値が設定値より低かったら加湿器１０による蒸気混入量が増加され、検出値が設定値より高かったら蒸気混入量が減少されて、炉内相対湿度が設定湿度に調整される。
【００３１】
具体的には、以下のようなプログラムで炉内雰囲気の制御を行った。第１乾燥期間は、温度を４５℃、相対湿度を９８％の雰囲気条件に設定して保持時間を３時間とし、第２乾燥期間は、温度を６０℃、相対湿度を８５％の雰囲気条件に設定して保持時間を３時間とし、また、第３乾燥期間は温度を８０℃に設定して保持時間を４時間とし、加湿器１０による制御は行わなかった。
【００３２】
また、運転開始から第１乾燥期間の定常値に達するまでの間は、相対湿度を９８％に保って常温から定常値４５℃までを４時間で昇温し、第１乾燥期間の終了から第２乾燥期間の定常値に達するまでの間は、相対湿度を８５％として４５℃から６０℃までを同じく４時間で昇温するようにプログラムした。この両間は、温度よりも相対湿度を優先させた制御を行った。これは、設定に対して温度上昇が早くて相対湿度が遅い場合は、製品に悪影響が出るからである。
【００３３】
この参考例により以上のプログラムによって炉内雰囲気の制御を行ったところ、製品に切れや変形の生じない良好な乾燥が達成できた。
【００３４】
すなわち、炉内の相対湿度を監視しつつ加湿器１０からの蒸気混入量を増減して炉内相対湿度を制御するのであるから、外部の気象条件とは無関係に設定値に制御にすることができ、したがって、素地の乾燥歩留まりを気象条件を異にする日によっても安定化させることができた。
【００３５】
また、炉内温度の上昇に追従して相対湿度を制御することができるから、乾燥時間の短縮化も図ることができ、加湿器１０を用いた制御を行わない従来の場合は、乾燥に合計２４時間を要していたのに対して、１８時間に短縮できた。
【００３６】
また、相対湿度が設定値に正確に制御されるから、炉内が過飽和になって水蒸気が炉内で結露するのが防止され、結露した水滴が生製品の表面に付着して班紋を残したり、装置の腐食を引き起こす不具合もなくなった。
【００３７】
（実施例）
図２は本発明の実施例を示す。前述の本発明の作用の項でも説明したように、上記の参考例では、炉内相対湿度の設定値に対応するように蒸気混入量を制御する場合に、熱風の温度変化を伴うと、厳密には設定値との間に誤差を生ずる。例えば、炉内相対湿度の設定値に合わせて蒸気混入量が制御されるとともに、炉内温度を上昇させるべく熱風の温度が上昇制御されると、炉内の温度が上がるのに伴って飽和蒸気圧が上がるために、炉内の相対湿度が設定値よりも低くなる。これは、乾燥時間を短縮するために炉内温度を短時間で上昇させようとするほど影響が出る。したがって、特に複雑な切れやすい形状の素地の乾燥歩留まりの低下を招くおそれがある。
【００３８】
そこで、本実施例では、循環ダクト２の加湿器１０の下流側に、炉体１に供給される熱風の温度を検出する熱風温度センサ２１と、その熱風の相対湿度を検出する熱風湿度センサ２２とが介設されている。この両センサ２１、２２は、炉体１に設けられた炉内温度センサ１１、炉内湿度センサ１２とともに制御器２３の入力側に接続され、出力側にバーナ９と加湿器１０とが接続されている。
【００３９】
この制御器２３は、炉内温度と炉内相対湿度の経時的な設定値を定めたプログラムが格納されるようになっており、まず、炉内温度センサ１１による炉内温度の検出値と、プログラムにおける炉内温度の設定値を比較してその差に基づいてバーナ９の燃焼量を増減制御する機能を持っている。
【００４０】
それとともに、湿度制御に関して、プログラムの炉内相対湿度の設定値の補正値を演算する演算部２４を有しており、この演算部２４には、数１に示すような絶対湿度と相対湿度の関係式と、温度ごとの飽和蒸気圧の表が予め格納されている。
【００４１】
【数１】
0003571759.tif 000002
【００４２】
この演算部２４は、プログラムの炉内相対湿度の設定値と、炉内温度センサ１１による炉内温度の検出値に基づき、上記の演算式と飽和蒸気圧の表を用いて対応する絶対湿度を演算し、さらに、その絶対湿度と、熱風温度センサ２１から得られた熱風の温度の検出値に基づき、その絶対湿度に対応した供給される熱風の温度における相対湿度を演算し、その演算値を相対湿度の補正設定値として出力する機能を持っている。
【００４３】
そして、制御器２３は、熱風湿度センサ２２で得られた熱風の相対湿度の検出値を、上記の演算部２４から出力された補正設定値と比較し、その差に基づいて加湿器１０から熱風中に混入される蒸気の量を増減制御する機能を果たすようになっている。
その他の構造については前記参考例と同様である。
【００４４】
本実施例の作動は以下のとおりである。炉内温度の制御については、炉内温度の検出値とプログラムの設定値とが比較されつつ、検出値が設定値より低かったらバーナ９の燃焼量が増加され、検出値が設定値より高かったらバーナ９の燃焼量が減少されて炉内温度が設定温度に調整され、これは前記参考例と同様である。
【００４５】
炉内相対湿度の制御については、排気ダクト４と外気吸引ダクト７の開度調整により大まかに湿度調整されるのに加え、制御器２３において、設定された相対湿度と炉内温度センサ１１の温度とから絶対湿度が演算されたのち、その絶対湿度に対する熱風温度センサ２１の温度における相対湿度が演算されて、その演算値である相対湿度の補正設定値と、熱風湿度センサ２２から得られた熱風の相対湿度の検出値とが比較されつつ、検出値が補正設定値より低かったら加湿器１０による蒸気混入量が増加され、検出値が補正設定値より高かったら蒸気混入量が減少されて、熱風の相対湿度が補正湿度に調整される。
【００４６】
すなわち、炉内温度が変化して炉内相対湿度が変化するのを見越して、それを補完するように熱風に混入する蒸気量が制御され、炉内温度が変化するにもかかわらず炉内相対湿度が設定値に正確に調整される。
【００４７】
具体的には、以下のようなプログラムで炉内雰囲気の制御を行った。第１乾燥期間は、温度を５０℃、相対湿度を１００％の雰囲気条件に設定して保持時間を３時間とし、第２乾燥期間は、温度を６０℃、相対湿度を８５％の雰囲気条件に設定して保持時間を３時間とし、また、第３乾燥期間は温度を８０℃に設定して保持時間を５時間とし、加湿器１０による制御は行わなかった。
【００４８】
また、運転開始から第１乾燥期間の定常値に達するまでの間は、相対湿度を１００％に保って常温から定常値５０℃までを２時間で昇温し、第１乾燥期間の終了から第２乾燥期間の定常値に達するまでの間は、相対湿度を８５％として５０℃から６０℃までを同じく２時間で昇温するようにプログラムした。
【００４９】
本第２実施例により以上のプログラムによって炉内雰囲気の制御を行ったところ、製品に切れや変形の生じない良好な乾燥が達成できた。
【００５０】
特に、炉内相対湿度の制御が前記の参考例に比べてより正確で繊細に行われるから、複雑な形状の素地でもその切れや変形を防止して乾燥歩留まりの向上を図ることができた。また、乾燥時間のより短縮化が図られ、１５時間に短縮できた。
【００５１】
なお、本実施例において制御器２３の演算部２４で絶対湿度を演算する際、炉内温度センサ１１の炉内温度の検出値に変えて、プログラムされた炉内温度の設定値を用いてもよい。また、本実施例のように熱風の相対湿度を監視しつつその制御を行う限りは、炉体１の炉内湿度センサ１２は特に必要としない。
【００５２】
また、本実施例に示した熱風の相対湿度制御は、特に第１乾燥期間で効果的であって、第２乾燥期間では前記の参考例に示した湿度制御方法を採用してもよい。
【００５３】
また、参考例、実施例とも、第３乾燥期間では経済的な理由から湿度制御は行わなかったが、参考例または実施例で示したいずれかの湿度制御を行っても差し支えない。
【００５４】
なお、本発明は、上記の実施例に例示したバッチ式の乾燥炉に限らず、各々の区間においてそれぞれ乾燥条件を一定に保てばよい連続式の乾燥炉にも同様に適用できる。すなわち、連続式の乾燥炉でも、気象条件の変動によって炉内の相対湿度が変動するのは同様であるし、休日等を挟んで炉の操業を再開する場合の立ち上がりは、バッチ炉と同様に温度と相対湿度を経時的に制御する必要があるため、本発明を適用することによって上記のバッチ炉と同様の作用効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】参考例の構成図である。
【図２】本発明の実施例の構成図である。
【図３】従来例の構成図である。
【符号の説明】
１：炉体  ２：循環ダクト（熱風供給路）  ８：送風機  ９：バーナ  １０：加湿器  １１：炉内温度センサ  １２：炉内湿度センサ  １３：制御器（制御手段）  ２１：熱風温度センサ  ２２：熱風湿度センサ  ２３：制御器（制御手段）  ２４：演算部（演算手段）
【図１】
0003571759.tif 000003
【図２】
0003571759.tif 000004
【図３】
0003571759.tif 000005