(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック原料混合物の水分含有ブランクを電気的に乾燥する方法であって、前記ブランクは回路に接続され、交流電流が前記ブランクを通過し、
前記交流電流は、１００Ｈｚよりも高く１０００Ｈｚ以下の周波数で前記ブランクを通過しながら、前記ブランクの内部に向かって移動する層に集中する
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記交流電流が、３００Ｈｚ乃至１０００Ｈｚの周波数で前記ブランクを通過することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
セラミック碍子の前記原料混合物の押出成形された粘土柱が、前記ブランクとして乾燥されることを特徴とする、請求項１又は２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４】
ソリッドコアの塊が、前記押出成形された粘土柱として乾燥されることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
１８％乃至２１％の含水率から１５％乃至１７％の含水率まで、前記乾燥が実行されることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記乾燥が温度制御下で実行され、
前記ブランクの温度が前記乾燥中に検知され、前記電流の流れは最高温度に達すると遮断され、最低温度に達するとオンされることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記最高温度が３５℃乃至４５℃の値に選択され、前記最低温度が２５℃乃至３５℃の値に選択されることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記ブランクの端面に設けられた金属マットによって電流の前記導入が行われることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記ブランクが、３００Ｖ乃至５００Ｖの交流電圧に曝されることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
コンバータが、前記交流電流の周波数を上げるために使用されることを特徴とする、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記乾燥は、前記ブランクに輪郭を成形する前に行われることを特徴とする、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミック原料混合物の水分含有ブランク（moist blank）を電気的に予備乾燥する方法に関し、該ブランクは回路に接続され、交流が該ブランクを通過する。このような方法は、濾過プロセス、引上げプロセス、または押出しプロセスによって、スリップ（slip）として知られている出発原料の水性バルク懸濁液から生成された、依然として水分を含んでいる原料混合物から水分をさらに抽出して、例えば旋盤にかけるなどの後続の成形作業における可塑性および安定性に対して必要な特性を得るために、セラミック産業において普通に使用される。
【背景技術】
【０００２】
セラミック原料混合物のブランク（未加工材）を電気的に予備乾燥する方法は、それ自体は知られており、具体的には、粘土柱の形で押出し成形された後に得られる塊（clot）に、旋盤による後続の成形作業に必要な残留水分の低減をもたらすために、広範囲の寸法の磁器碍子の製造において使用される。このために、依然として水分を含んでいる塊は、電気抵抗体として交流回路に接続される。流れ抜ける交流は塊を加熱する効果を有し、それにより、成形作業に必要な残留水分に達する程度にまで水分が排出される。電気的な予備乾燥の後、長さが数メートルで直径が５０ｃｍ超であり得る円筒形の塊は更に、内輪郭および外輪郭の成形のため旋盤にかけることで処理される。
【０００３】
空気乾燥と比較して、電気的な予備乾燥は、旋盤にかけられる状態にまで塊を乾燥させるための時間を著しく短縮する。乾燥プロセスで塊を処理する時間が短縮されると、製造スループット全体が増大することになる。しかし、電気的な予備乾燥にはかなりの量の余分なエネルギーが必要となり、目標とするところは、費用対効果および環境保護のために、これをさらに短縮することである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、エネルギー上の要請に関して、セラミック原料混合物のブランクを電気的に予備乾燥するための方法をさらに改善することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、この目的は、乾燥に使用する交流を商用電源周波数(main frequency)と比較して高い周波数でブランクを通過させて冒頭で述べたタイプのものを電気的に予備乾燥する方法によって達成される。このために、具体的には、周波数が高くなった交流電圧がブランクに印加される。
【０００６】
本発明は、第１段階では、交流による塊の乾燥において、これまでの通常の商用電源周波数と比較して高い周波数への切り替えが存在する場合に同じ電圧では消費電流すなわち塊を流れる交流が減少し、容量性負荷の場合に予想されるような上昇は起こらないという、本発明者ら自身の試験において意外にも得られた知見に基づいている。第２段階では、さらなる試験を実行して、高い周波数で消費電流が低減することに加えて、旋盤にかけるための水分レベルに達するまで塊を乾燥させるための時間が、該高い周波数によってさらに短縮されることも実証した。したがって、塊を流れる交流の周波数が商用電源周波数と比較して高くなると、同じ電圧で消費電流が低減することにより、また乾燥時間が短縮されることによって、個別のケースでは３０％までの著しいエネルギー節約を意外にも達成することができる。
【０００７】
この驚くべき予期せぬ結果の原因としては、交流が流れる円筒形導体において内部電流密度を制限し、電流を周辺部すなわち表層に集中するいわゆる表皮効果が推定される。表皮効果は、セラミック原料混合物の依然として水分を含んだ円筒形粘土柱の場合と同様に、導電表層の厚さと比較して直径が大きい、厚い導体で生じる。
【０００８】
導電体内部に累積渦電流（cumulative eddy current）が生じる結果として、表皮効果により電流が周辺部に移動し、導体の周辺部から内部に向けて電流密度が指数関数的に低下する。表皮効果のために、有効な導体断面が減少する。周波数が高くなると、導体のインピーダンスが上昇する。
【０００９】
具体的には、塊を乾燥させる場合に、周波数の上昇とともに観察される消費電流の減少は、表皮効果によって説明することができる。現に、観察された乾燥時間の驚くべき短縮も、表皮効果によって説明することができる。たとえば５０Ｈｚの商用電源周波数など低い周波数では、依然として水分を含んでいるセラミック原料混合物の場合の表皮効果は無視できる傾向にある。したがって、交流の少なからぬ部分も、乾燥させるセラミック原料混合物の内部を流れる。しかし、原料混合物は全体を通して均一に水分を含んでいるので、内部に取り込まれる電力によって、非結合の水分が排出されることはない。それというのも、「周りを囲む水分」が存在するので、外側に到達できないからである。したがって、取り込まれる電力の少なからざる部分が加熱効果をもたらすことになるが、水分を除去するまでには至らない。その一方で、表皮効果が関わると状況は異なる。この場合、電流の流れは、電流が流れるブランクの周辺部に閉じ込められる傾向にある。したがって、周辺部に取り込まれた電力は、水分を除去するのに直接使用することができる。次いで、周辺部で生じる水分の排出には、その部分での導電率を低減させる効果があり、その結果、乾燥時間中に、交流電流が流れる表層が外側から内部へと移動する。すなわち、表皮効果を用いた塊の乾燥が関係するとき、非結合の水分が外側に逃げることができる場所に電力が正確に導入される。水分排出に使用されない電力の比率が低減される。乾燥時間が短縮される。
【００１０】
したがって、総じて、旋盤にかけられる状態にまで塊を乾燥させるための電気エネルギー消費は、電気的な予備乾燥に使用される交流の周波数を、商用電源周波数からさらに高い周波数、すなわち６０Ｈｚよりも高い周波数に切り替えるときに、かなり低減できることが意外にも分かってきた。高い周波数を使用できるようにするには、入力側で一般の商用電源に接続され、出力側で所望の高い周波数を供給する、適切なコンバータを使用することが好ましい。
【００１１】
交流は、１００Ｈｚよりも高い周波数でブランクを通過することが好ましい。本発明者ら自身の検討によれば、この国で通常使用されている５０Ｈｚの商用電源周波数に対して、１００Ｈｚを超える周波数に切り替えると、経済的に妥当なエネルギー節約が実現することが分かっている。
【００１２】
交流は、３００Ｈｚ乃至１０００Ｈｚの周波数でブランクを通過することがより好ましい。この範囲では、周波数が５０Ｈｚでの交流乾燥と比較して、１０％乃至３０％の著しいエネルギー節約が観察された。
【００１３】
有利な構成の変形形態では、セラミック碍子の原料混合物の押出成形（extruded）された粘土柱が、ブランクとして予備乾燥される。しかし、本発明はまた、他のセラミック・ブランクに対しても問題なく転用することができる。押出成形された粘土柱すなわち粘土塊は、具体的には磁器碍子用のブランクであり、したがって、具体的にはカオリン、長石、アルミナなど様々な鉱物の組成を含む。この塊は具体的にはソリッドコアの塊（solid-core clot）であり、電気的な予備乾燥の後に内部の輪郭（inner contour）が生じる。
【００１４】
押出しプロセス後のセラミック・ブランクに含まれる水分レベルは、具体的に使用される粘土鉱物や製造プロセス等に依存する。旋盤のために要求される水分レベルはまた、様々なタイプおよび組成物に対して異なっており、やはり具体的には、それぞれの製造業者の経験値に基づいている。塊を乾燥させる場合、依然として水分を含んでいるブランクの電気的な予備乾燥は、１８％乃至２１％の初期含水率から実行して、旋盤にかけられるようになるときの１５％乃至１７％の含水率になることが好ましい。所与の百分率は、ここでは、全重量に対する水分の各重量比に関連する。
【００１５】
予備乾燥は、温度制御下で実行するのが好都合である。このためには、たとえば、ブランクの温度を、乾燥作業中に連続して測定し、印加電圧を制御することによって規定の設定値に制御してもよい。さらに、ブランクを乾燥させるための回路が遮断されるに至る最大値を規定してもよい。最小値に達すると、やはり回路は閉じる。コストが理由で後者の方法を推奨できるが、それというのも、後者の方法は、たとえば２位置制御装置（two-position controller）などの比較的簡略なセンサおよび制御装置しか必要としないからである。
【００１６】
予備乾燥の最高温度としては、３５℃乃至４５℃の値を選択することが好ましく、最低温度については、２５℃乃至３５℃の値を選択することが好ましい。この場合、最低温度の値が最高温度の値よりも常に低いように、個々の値が規定される。
【００１７】
セラミック・ブランクを回路に接続するためには、ブランクの端面に金属マットを設けて（applied to）、表面領域全体にわたって電流を導くことがより好ましい。金属マットは、たとえば、銅メッシュでもアルミニウム箔でもよい。
【００１８】
一変形形態では、複数のセラミック・ブランクが回路に直列に接続される。三相商用電源システムの場合、複数のセラミック・ブランクは、それぞれ直列に接続され、三相システムの２相間にそれぞれ接続されてもよい。
【００１９】
均一で、乾燥し過ぎのリスクを避ける電気的な予備乾燥では、ブランクは３００Ｖ乃至５００Ｖの交流電圧を受ける。これらの電圧値では、塊の乾燥において、数十Ａの典型的な電流強度が得られる。経験によれば、これによって、最良の予備乾燥結果を達成できる。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
いくつかの例示的な実施形態に基づいて、本発明をさらに説明する。
【００２１】
実施例１
組成は同じだが、その長さと直径が異なる合計４つのタイプの磁器碍子について、周波数５０Ｈｚおよび周波数６５０Ｈｚにおいて４００Ｖの交流電圧を印加することにより、それぞれの場合にソリッドコアの塊の乾燥が実行される。押出し作業または引上げ作業の後の依然として水分を含んでいる塊の水分レベルは、２０％である。それぞれの場合で、電気的な予備乾燥は、水分レベルが１６．５％になるように実行される。残留含水量が、針入度計（penetrometer）によって検査される。５０Ｈｚ乾燥と６５０Ｈｚ乾燥の乾燥時間が、互いに比較される。６５０Ｈｚ乾燥の場合、様々なタイプの塊において乾燥時間が４０％乃至６５％で短縮される。
【００２２】
実施例２
長さが２３４０ｍｍで直径が３２０ｍｍの全く同じように製造されたソリッドコアの塊が、電気的に予備乾燥するために４００Ｖの交流電圧に接続される。ほぼ１日の乾燥時間中、温度は設定値温度４０℃に制御され、流れ抜ける交流の電流強度が検査され、エネルギー消費を決定するのに使用される。同時に、結果として生じる残留水分が観測される。周波数５０Ｈｚおよび周波数６５０Ｈｚにおいて、電気的な予備乾燥が実行される。
【００２３】
５０Ｈｚでの電気的な予備乾燥の場合、平均電流強度１４．４５Ａが観察される。６５０Ｈｚでの電気的な予備乾燥の場合の平均電流強度は、１２．６０Ａである。実行時間の終わりでは、６５０Ｈｚでの電気的な予備乾燥の場合の塊の残留水分１５．６７％は、５０Ｈｚで乾燥した塊の残留水分１６．５８％よりもほぼ１％低い。留まる時間が同じ場合、全体で、６５０Ｈｚ乾燥の場合に１０６．８ｋＷｈだったのと比較して、５０Ｈｚ乾燥では１２９．８ｋＷｈが必要であった。したがって、６５０Ｈｚでの電気的な予備乾燥では、必要な出電力は２３ｋＷｈだけ少なかった。これは、より急速な乾燥の結果として、６５０Ｈｚでの乾燥時間がさらに短縮することを考慮に入れることなく、１８％のエネルギー節約と同等である。
【００２４】
実施例３
長さおよび直径が互いに異なるソリッドコアの塊では、実施例２による方法が複数回繰り返される。５０Ｈｚでの電気的な予備乾燥および６５０Ｈｚでの電気的な予備乾燥の平均エネルギー消費が互いに比較される。６５０Ｈｚの電気的な予備乾燥の場合、エネルギー需要が３０％低減する。
【００２５】
実施例４
実施例３に対応するフルコアの塊においては、周波数５０Ｈｚ、３２５Ｈｚ、および６５０Ｈｚの間での電気的な予備乾燥中に、様々な時点で周波数が切り替えられる。印加された電圧は、それぞれの場合に４００Ｖであった。それぞれの電流強度が観察される。
【００２６】
５０Ｈｚでの電気的な予備乾燥の場合、電流強度は、初期含水率２０％での３６Ａから、残留含水率１６．８％での電流強度４５Ａまで増大する。３２５Ｈｚでの電気的な予備乾燥の場合、電流強度は、初期含水率レベルでの３５Ａから、残留含水率レベルでの電流強度４３Ａまで増大する。６５０Ｈｚでの電気的な予備乾燥の場合、電流強度は、初期含水率レベルでの３０Ａから、残留含水率レベルでの電流強度３７Ａまで増大する。
【００２７】
表皮効果が原因で、周波数が高くなるにつれて電流強度が低下するのは明らかである。周波数が高くなるにつれて乾燥時間も同様に短くなるので、必要とされるエネルギー需要が著しく低減する。