JP7546765B2 - 熱風ノズルおよび乾燥炉 - Google Patents

Description

本発明は、熱風ノズルおよび乾燥炉に関する。

塗装設備などにおいて、ワークを乾燥させるための設備として、乾燥対象のワークを収容したブース内に熱風を吹き込む態様の乾燥炉が汎用されている。かかる乾燥炉に熱風を吹き込む熱風ノズルとしては、特開平９－９９２６３号公報（特許文献１）に開示されているようなスリットノズル型、特開平１１－２９０７５１号公報（特許文献２）に開示されているような角錐型、および、特開平１１－１８８３０３号公報（特許文献３）に開示されているようなエゼクタノズル型、などが汎用されている。

特開平９－９９２６３号公報（または米国特許第５８２３７６７号明細書） 特開平１１－２９０７５１号公報 特開平１１－１８８３０３号公報

昨今の省エネ要求を背景に、塗装設備においても消費エネルギーの低減が求められており、特に乾燥炉における消費エネルギーを低減するべく、低温硬化型塗料（たとえば硬化温度が１００℃程度の塗料をいう。）の採用が進んでいる。低温硬化型塗料は、一般的に、塗料焼き付けに適した温度帯の幅が狭いため、乾燥炉における温度制御の精密性、とくにワーク全体を均一に加熱することが求められる。

ワーク全体を均一に加熱するためには、乾燥炉内を循環する空気の流量を向上することが効果的であるが、熱風ノズルから吐出される熱風の流量自体を増加させることは、省エネ要求に反するため好ましくない。そこで、熱風ノズルから吐出される熱風が周囲の空気を巻き込む誘引効果を効果的に活用することが検討されている。しかし、特許文献１～３のような従来の熱風ノズルでは、十分な誘引効果が得られなかった。

そこで、誘引効果を発揮しやすい熱風ノズル、およびこれを備える乾燥炉の実現が望まれる。

本発明に係る熱風ノズルは、吐出口を有する先端面と、前記先端面と基端との間に延びる側面と、を備え、前記先端面は、長手方向と短手方向とを区別可能な形状を有し、かつ、前記長手方向の中央部分が当該長手方向の両端よりも突出して設けられ、前記吐出口は、前記先端面が突出する形状に沿って設けられ、前記短手方向に沿う断面において、前記先端面における前記側面間の距離が、前記吐出口の幅より大きいことを特徴とする。

この構成によれば、熱風が、熱風ノズルの延出方向に沿って直進する方向に吐出されるのみならず、当該直進の方向から左右に拡がる方向にも吐出される。これによって、誘引効果を発揮しやすい。

本発明のさらなる特徴と利点は、図面を参照して記述する以下の例示的かつ非限定的な実施形態の説明によってより明確になるであろう。

実施形態に係る乾燥炉の斜視断面図である。 実施形態に係る熱風ノズルの正面図である。 実施形態に係る熱風ノズルの上面図である。 図３のＩＶ－ＩＶ線における断面図である。 実施形態に係るノズル列の上面図である。 実施形態に係るノズル列から吐出される熱風の分布を示す模式図である。 変形例に係る乾燥炉の断面図である。

本発明に係る熱風ノズルおよび乾燥炉の実施形態について、図面を参照して説明する。以下では、自動車の車体Ｂの塗装設備において用いられる乾燥炉１００、および、乾燥炉１００に設けられた熱風ノズル１、を例として、本発明の実施形態を説明する。

〔本実施形態の概要〕
本実施形態に係る乾燥炉１００は、塗装設備において車体Ｂを乾燥させる装置として用いられる。乾燥炉１００の内部空間Ｓに対して熱風ノズル１から熱風を吹き込むことによって、当該内部空間Ｓに収容された車体Ｂの温度が上昇し、これによって車体Ｂに付着した塗料の乾燥がなされる（図１）。車体Ｂは、コンベア１２０によって搬送されて乾燥炉１００内を内部空間Ｓの長手方向（図１のＸ軸方向）に進行する。

〔熱風ノズルの構成〕
本実施形態に係る熱風ノズル１は、吐出口２１を有する先端面２と、先端面２と基端４との間に延びる側面３と、を備える（図２～図４）。本実施形態では、熱風ノズル１は、乾燥炉１００の壁面（傾斜面１１４）から内部空間Ｓに向けて延びており、当該壁面に基端４が配置されている。基端４は給気ダクトに接続される。

先端面２は、上面図（図３）において長方形であり、したがって長手方向αと短手方向βとを区別可能である。なお、側面３のうち、先端面２の長辺（長手方向α）側の側面３ａと、先端面２の短辺（短手方向β）側の側面３ｂと、を区別可能である。

先端面２の、長手方向αの中央部分２２は、長手方向αの両端に位置する端部２３より突出して設けられている（図２）。より具体的には、先端面２は、両側の端部２３にわたって連続的に湾曲している湾曲面として設けられている。本実施形態では、先端面２の湾曲形状は、半径９７ｍｍ、中心角８４°の扇形の円弧部分に相当する形状にしてあり、中央部分２２の頂点２２ａは、端部２３より２５ｍｍ突出している。

本実施形態では、短手方向βに沿う断面（図４）における先端面２の幅Ｗ１は、３５ｍｍである。この例のように、先端面２の幅Ｗ１が２０ｍｍ以上５０ｍｍ以下であると、熱風ノズル１が圧力ヘッダーの役割を十分に果たしやすい。特に、先端面２の幅Ｗ１が、後述する吐出口２１の幅Ｗ２より十分に大きいと、熱風ノズル１から吐出される熱風の風速が均等になりやすい。ただし、先端面２の幅Ｗ１が過度に大きい場合、誘引効果が損なわれる場合があるので、上記のように好適な範囲に上限を設けている。

吐出口２１は、先端面２の短手方向β中央に、長手方向αに沿って開口する長方形のスリットとして設けられている（図２～図４）。本実施形態では、短手方向βに沿う断面（図４）において、吐出口２１の幅Ｗ２は５ｍｍであり、これは先端面２の幅Ｗ１（３５ｍｍ）の１４％である。

この例のように、吐出口２１の幅Ｗ２が５ｍｍ以上であると、吐出口２１の開口を十分に確保でき、吐出される熱風（加熱空気）の圧損を抑制できるため好ましい。また、吐出口２１の幅Ｗ２が２０ｍｍ以下であると、吐出される熱風の風速が、十分な空気誘引効果を有する水準（たとえば毎秒１５～２５ｍ）に達しやすいため好ましい。

また、本実施形態では、短手方向βに沿う断面（図４）において吐出口２１を挟む先端面２の実体部分の幅Ｗ３が、両側に１５ｍｍずつ確保してある。このように、吐出口２１に隣接する実体部分の幅Ｗ３を５ｍｍ以上確保すると、吐出口２１の周囲で渦流が生じやすく、これによって周囲の空気の撹拌が促進されやすいため、好ましい。この観点から、当該実体部分と熱風が吐出される方向とが直交することが好ましく、したがって、先端面２と側面３とが直交することが好ましい。なお、吐出口２１を挟む先端面２の実体部分の幅は、吐出口の両側について等しくなくてもよい。

なお、吐出口２１は、先端面２が突出（湾曲）する形状に沿って設けられている。本実施形態では、先端面２の湾曲面に沿う吐出口２１の長さＬは、１００ｍｍである。吐出口２１が、先端面２が突出（湾曲）する形状に沿って設けられていることによって、吐出口２１から吐出される熱風は、熱風ノズルの延出方向に沿って直進する方向のみならず、当該直進の方向から左右に拡がる方向にも吐出されることになる。すなわち、本実施形態に係る熱風ノズル１によれば、長手方向αに拡がる放射状に熱風を吐出できる。なお、長手方向αに沿う断面において吐出口２１を挟む先端面２の実体部分が存在すると、特に熱風が放射状になりやすいため、好ましい。

〔乾燥炉の構成〕
乾燥炉１００は、ブース１１０と、車体Ｂ（ワークの例である。）を支持可能なコンベア１２０（支持部の例である。）と、複数の熱風ノズル１とを含む（図１）。

ブース１１０には、ブース１１０の底部を画定する底面１１１、ブース１１０の側面を画定する二つの側壁面１１２、ブース１１０の天面を画定する天面１１３、および、底面１１１と側壁面１１２との間に延びる二つの傾斜面１１４、が設けられている。傾斜面１１４は、水平方向（図１のＸＹ平面方向）に対して４５°傾斜している。底面１１１、側壁面１１２、天面１１３、および傾斜面１１４によって、ブース１１０の内部にはトンネル状の内部空間Ｓが形成されている。

コンベア１２０は、底面１１１から上方に延びており、車体Ｂを支持するとともに車体Ｂを内部空間Ｓの長手方向（図１のＸ軸方向）に搬送できるように構成されている。

熱風ノズル１は、複数の熱風ノズル１（本実施形態では１０基）が直線状に並べられたノズル列１０を形成している（図５）。各ノズル列１０において、隣接する熱風ノズル１は、側面３ａ（先端面２の長辺側）を対向させる姿勢で、離間して設けられている。

それぞれのノズル列１０の延在方向は、傾斜面１１４の長手方向（図１のＸ軸方向）に沿っている。また、複数の熱風ノズル１のそれぞれは、熱風ノズル１の長手方向αと、当該熱風ノズル１が属するノズル列１０の延在方向（図１のＸ軸方向）とが、４５°の角をなすように設けられている。ここで、ある熱風ノズル１Ａの、ノズル列１０の延在方向に沿う存在範囲ＺＡは、当該熱風ノズル１Ａに隣接する熱風ノズル１Ｂの当該延在方向に沿う存在範囲ＺＢと、部分的に重複している（図５）。これによって、隣接する熱風ノズル１から吐出される熱風に重複範囲Ｄが生じるので、車体Ｂが内部空間Ｓの長手方向に沿って搬送されるあいだ、熱風ノズル１から吐出された熱風が途切れなく車体Ｂに当たる状態を実現できる（図６）。このように、熱風ノズル１の長手方向αと、当該熱風ノズル１が属するノズル列１０の延在方向とが、０°より大きく９０°より小さいことが好ましい。

それぞれの熱風ノズル１は、傾斜面１１４から垂直に、内部空間Ｓに向けて延びている。傾斜面１１４は水平方向（図１のＸＹ平面方向）に対して４５°傾斜して設けられているので、それぞれの熱風ノズル１は水平方向に対して４５°傾斜して設けられている。熱風ノズル１から吐出された熱風は、コンベア１２０に支持された車体Ｂに、当該車体Ｂ斜め下方向から当たることになる。また、各ノズル列１０は二つの傾斜面１１４のそれぞれに配置されており、車体Ｂの左右両側の斜め下方向から熱風を当てることができる。車体Ｂの下方部分（底部やドア下部など）は温度が上がりにくいことがあるが、この構成によって当該下方部分に重点的に熱風を当てることができるので、当該下方部分の温度を上げやすくなる。

〔乾燥炉の変形例〕
変形例に係る乾燥炉１００Ａ（図７）では、ブース１１０の内側に延びる邪魔板１１５（１１５Ａ、１１５Ｂ、１１５Ｃ）が設けられている。このうち、邪魔板１１５Ａは天面１１３から下方向に、邪魔板１１５Ｂおよび邪魔板１１５Ｃは底面１１１から上方向に、それぞれ延びている。邪魔板１１５Ａの延出長さは３５０ｍｍであり、邪魔板１１５Ｂおよび邪魔板１１５Ｃの延出長さは２５０ｍｍである。

熱風ノズル１から熱風が吐出されることによって、内部空間Ｓにおいて、旋回流（図７のＹＺ平面に沿って時計回りまたは反時計回りに流れる空気の流れ）が生じる場合がある。旋回流が生じると、旋回流によって熱風に流されるため、車体Ｂに対する熱風の当たり方が意図している当たり方にならず、車体Ｂの温度にばらつきが生じる可能性がある。そこで当変形例では、邪魔板１１５を設けることによって、内部空間Ｓの断面（図７のＹＺ平面）方向に流れる空気の流れを遮って、旋回流を抑制している。

なお、邪魔板１１５を設ける場合、当変形例のように三か所の邪魔板１１５（１１５Ａ、１１５Ｂ、１１５Ｃ）設けなくてもよく、内部空間Ｓの断面（図７のＹＺ平面）の少なくとも一か所において空気の流れが遮られればよい。たとえば、天面１１３から延びる一か所の邪魔板１１５Ａのみを設けてもよい。

〔その他の実施形態〕
最後に、本発明に係る熱風ノズルおよび乾燥炉のその他の実施形態について説明する。なお、以下のそれぞれの実施形態で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することも可能である。

上記の実施形態では、先端面２が両側の端部２３にわたって連続的に湾曲している湾曲面として設けられている構成を例として説明した。しかし、本発明に係る先端面は、長手方向の中央部分が当該長手方向の両端よりも突出して設けられている限りにおいて、湾曲面に限定されない。たとえば、先端面を、複数の平面を組み合わせて設けてもよい。この場合、正面図における先端面の形状（図２に対応する視点における先端面の形状）は、多角形の一部でありうる。なお、この場合、先端面が突出する形状に沿って吐出口を設けるためには、吐出口が上記多角形の少なくとも一つの頂点に跨って設けられていることが好ましい。すなわち、吐出口は、長手方向に拡がる放射状に熱風を吐出できる形状で設けられていればよい。

上記の実施形態では、先端面２が上面図（図３）において長方形である構成を例として説明した。しかし、本発明において、先端面の形状は、長手方向と短手方向とを区別可能な形状である限りにおいて限定されず、たとえば楕円や多角形などでありうる。

上記の実施形態では、吐出口２１が長方形のスリットとして設けられている構成を例として説明した。しかし、本発明における吐出口は、先端面が突出する形状に沿って設けられている（すなわち、長手方向に拡がる放射状に熱風を吐出できる形状で設けられている）限りにおいて、形状および配置が限定されない。吐出口は、たとえば、楕円や多角形などの形状であってもよいし、先端面が突出する形状に沿って複数の小開口が並べられている構成であってもよい。なお、後者の変形例において、それぞれの小開口は、円形、楕円形、多角形など、任意の形状でありうる。

上記の実施形態では、熱風ノズル１の長手方向αと、当該熱風ノズル１が属するノズル列１０の延在方向（図１のＸ軸方向）とが、４５°の角をなすように設けられている構成を例として示し、当該角が０°より大きく９０°より小さいことが好ましい旨を説明した。しかし、本発明において、熱風ノズルと、当該熱風ノズルが属するノズル列の延在方向とがなす角は特に限定されない。

上記の実施形態では、熱風ノズル１Ａの、ノズル列１０の延在方向に沿う存在範囲ＺＡが、当該熱風ノズル１Ａに隣接する熱風ノズル１Ｂの当該延在方向に沿う存在範囲ＺＢと、部分的に重複している構成を例として説明した。しかし、本発明において、かかる重複が存在しなくてもよい。

上記の実施形態では、熱風ノズル１（ノズル列１０）が傾斜面１１４に設けられている構成を例として説明した。しかし、本発明において、熱風ノズルが設けられる位置は限定されない。また、傾斜面１１４を設ける場合、水平方向に対する傾斜は上記の例における４５°に限定されず、ワークに応じて適宜決定されうる。具体的には、ワークのうち熱風を重点的に当てたい箇所、および、熱風をあまり当てたくない箇所、の配置が考慮されうる。

上記の実施形態では、車体Ｂを乾燥させる装置としての乾燥炉１００を例として説明した。しかし、本発明において、乾燥対象とするワークは限定されない。

上記の実施形態では、乾燥炉１００がコンベア１２０を備え、車体Ｂがコンベア１２０によって搬送される構成を例として説明した。しかし、本発明に係る乾燥炉において、支持部はワークを支持可能である限りにおいて限定されない。すなわち、当該支持部は上記の実施形態におけるコンベア１２０のような可動式のものに限定されず、固定式のものであってもよい。

上記の実施形態では、上記の実施形態に係る熱風ノズル１を備える乾燥炉１００を例として説明した。しかし、本発明に係る乾燥炉に備えられる熱風ノズルは、本発明に係る熱風ノズルである限りにおいて限定されない。すなわち、本発明は、本発明に係る熱風ノズルの乾燥炉における使用でありうる。

その他の構成に関しても、本明細書において開示された実施形態は全ての点で例示であって、本発明の範囲はそれらによって限定されることはないと理解されるべきである。当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜改変が可能であることを容易に理解できるであろう。したがって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で改変された別の実施形態も、当然、本発明の範囲に含まれる。

本発明は、たとえばワークを乾燥させるための乾燥炉、および当該乾燥炉に設置する熱風ノズルに利用できる。

１ ：熱風ノズル
２ ：先端面
２１ ：吐出口
２２ ：先端面の中央部分
２２ａ ：先端面の中央部分の頂点
２３ ：先端面の端部
３ ：側面
３ａ ：先端面の長辺側の側面
３ｂ ：先端面の短辺側の側面
４ ：基端
１０ ：ノズル列
１００ ：乾燥炉
１１０ ：ブース
１１１ ：底面
１１２ ：側壁面
１１３ ：天面
１１４ ：傾斜面
１１５ ：邪魔板
１２０ ：コンベア
Ｂ ：車体
Ｓ ：乾燥炉の内部空間
ＺＡ，ＺＢ ：熱風ノズルの存在範囲
Ｄ ：熱風の重複範囲
α ：熱風ノズルの長手方向
β ：熱風ノズルの短手方向

Claims (18)

1. 吐出口を有する先端面と、前記先端面と基端との間に延びる側面と、を備え、
   前記先端面は、長手方向と短手方向とを区別可能な形状を有し、かつ、前記長手方向の中央部分が当該長手方向の両端よりも突出して設けられ、
   前記吐出口は、前記先端面が突出する形状に沿って設けられ、
   前記短手方向に沿う断面において、前記先端面における前記側面間の距離が、前記吐出口の幅より大きい熱風ノズル。
2. 前記先端面は、連続的に湾曲している湾曲面として設けられ、
   前記吐出口は、前記先端面が湾曲する形状に沿って設けられている請求項１に記載の熱風ノズル。
3. 前記短手方向に沿う断面において、前記吐出口の幅は５ｍｍ以上２０ｍｍ以下である請求項１または２に記載の熱風ノズル。
4. ブースと、ワークを支持可能な支持部と、複数の熱風ノズルと、を含む乾燥炉であって、
   前記熱風ノズルは、吐出口を有する先端面と、前記先端面と基端との間に延びる側面と、を備え、
   前記先端面は、長手方向と短手方向とを区別可能な形状を有し、かつ、前記長手方向の中央部分が、当該長手方向の両端より突出して設けられ、前記吐出口は、前記先端面が突出する形状に沿って設けられ、
   前記短手方向に沿う断面において、前記先端面における前記側面間の距離が、前記吐出口の幅より大きく、
   複数の前記熱風ノズルは、複数の前記熱風ノズルが直線状に並べられた一つまたは複数のノズル列を形成しており、
   前記ノズル列のそれぞれにおいて、複数の前記熱風ノズルは、前記長手方向側の前記側面を対向させる姿勢で離間して設けられている乾燥炉。
5. 複数の前記熱風ノズルのそれぞれは、当該熱風ノズルの前記長手方向と、当該熱風ノズルが属する前記ノズル列の延在方向と、がなす角が０°より大きく９０°より小さい姿勢で設けられ、
   ある前記熱風ノズルの前記延在方向に沿う存在範囲は、当該熱風ノズルに隣接する前記熱風ノズルの前記延在方向に沿う存在範囲と、部分的に重複している請求項４に記載の乾燥炉。
6. 前記ブースに、前記ブースの底部を画定する底面、当該ブースの側面を画定する側壁面、および、前記底面と前記側壁面との間に延びる傾斜面、が設けられ、
   複数の前記熱風ノズルは、前記傾斜面から延びている請求項４または５に記載の乾燥炉。
7. 前記ブースの内側に延びる邪魔板が少なくとも一つ設けられている請求項４～６のいずれか一項に記載の乾燥炉。
8. 前記短手方向に沿う断面において、前記吐出口を挟む前記先端面の実体部分の幅が、前記吐出口の両側において５ｍｍ以上である請求項１～３のいずれか一項に記載の熱風ノズル。
9. 前記吐出口が、前記長手方向に沿って開口するスリットである請求項１～３および８のいずれか一項に記載の熱風ノズル。
10. 加熱空気を吐出する吐出口が設けられ上面から見て長方形である先端面と、前記先端面と基端との間に配置された側面と、を備え、
    前記先端面は前記長方形の長辺の方向における中央部が端部よりも加熱空気を吐出する方向に突出する形状であり、
    前記吐出口は前記長辺の方向に沿って設けられた熱風ノズルにおいて、
    前記先端面は、前記長方形の短辺の方向に沿った断面において、前記吐出口を挟んだ両側に実体部分を有することを特徴とする熱風ノズル。
11. 前記先端面は、連続的に湾曲している湾曲面として設けられ、
    前記吐出口は、前記先端面が湾曲する形状に沿って設けられている請求項１０に記載の熱風ノズル。
12. 前記短辺の方向に沿う断面において、前記吐出口の幅は５ｍｍ以上２０ｍｍ以下である請求項１０または１１に記載の熱風ノズル。
13. 前記短辺の方向に沿う断面において、前記実体部分の幅が、前記吐出口の両側において５ｍｍ以上である請求項１０～１２のいずれか一項に記載の熱風ノズル。
14. 前記吐出口が、前記長辺の方向に沿って開口するスリットである請求項１０～１３のいずれか一項に記載の熱風ノズル。
15. ブースと、ワークを支持可能な支持部と、複数の熱風ノズルと、を含む乾燥炉であって、
    前記熱風ノズルは、加熱空気を吐出する吐出口が設けられ上面から見て長方形である先端面と、前記先端面と基端との間に配置された側面と、を備え、
    前記先端面は前記長方形の長辺の方向における中央部が端部よりも加熱空気を吐出する方向に突出する形状であり、
    前記吐出口は前記長辺の方向に沿って設けられ、
    前記先端面は、前記長方形の短辺の方向に沿った断面において、前記吐出口を挟んだ両側に実体部分を有し、
    複数の前記熱風ノズルは、複数の前記熱風ノズルが直線状に並べられたノズル列を形成しており、
    前記ノズル列において、隣接する前記熱風ノズルは、前記長辺の方向側の前記側面を対向させる姿勢で離間して設けられている乾燥炉。
16. 複数の前記熱風ノズルのそれぞれは、当該熱風ノズルの前記長辺の方向と、当該熱風ノズルが属する前記ノズル列の延在方向と、がなす角が０°より大きく９０°より小さい姿勢で設けられ、
    前記延在方向において、一つの前記熱風ノズルの存在範囲は、当該熱風ノズルに隣接する前記熱風ノズルの存在範囲と、部分的に重複している請求項１５に記載の乾燥炉。
17. 前記ブースに、前記ブースの底部を画定する底面、天面、前記底面と前記天面の間に配置された側壁面、および、前記底面と前記側壁面との間に延びる傾斜面、が設けられ、
    複数の前記熱風ノズルは、前記傾斜面に設けられている請求項１５または１６に記載の乾燥炉。
18. 前記ブースの内側に延びる邪魔板が少なくとも一つ設けられている請求項１５～１７のいずれか一項に記載の乾燥炉。

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