JP2000008289A - 加熱ロール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被乾燥物の乾燥速度を上げることができる加
熱ロールを提供する。 【解決手段】 加熱ロールは、外形が円筒形で、両端が
軸受３でハウジング２に軸支されている。熱媒５は、ロ
ータリージョイント６を介して供給及び排出される。シ
ェル１には、複数の熱媒流路１５を埋設している。熱媒
流路１５は、加熱ロールの軸方向１８Ａに直線状に延
び、周方向１８Ｂに略均等角度に配置している。シェル
１の内部には、軸方向１８Ａに熱媒供給ヘッダー１１Ａ
〜１１Ｄ及び熱媒排出ヘッダー１２Ａ〜１２Ｄを交互に
設けている。各ヘッダーは、連通管１３Ａ〜１３Ｃ及び
連通管１４Ａ〜１４Ｃでそれぞれつなげている。各ヘッ
ダーは、流路１７Ａ〜１７Ｈで熱媒流路１５とつなげて
いる。供給された熱媒５は、熱媒供給ヘッダー１１、熱
媒流路１５及び熱媒排出ヘッダー１２を通過し、加熱ロ
ール外へ排出される。熱媒流路１５でシェル１の円管部
１ｂ外面が加熱される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、抄紙機のドライヤ
パートや紙以外の多孔質ウェブの乾燥装置に適用される
加熱ロールに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般的な加熱ロールを図５に示す。図５
は、従来の抄紙機ドライヤの加熱ロールの模式断面図で
ある。加熱ロール１０１は、図５に示すように、両端を
ハウジング１０２及び軸受１０３によって支持されてお
り、駆動装置（図示省略）により、軸回りに回転する。
加熱ロール１０１は、中空の円筒形である。加熱ロール
１０１の一端には、水蒸気管１０４がロータリージョイ
ント１０６を介して接続されている。他端には、サイホ
ン管１０７がロータリージョイント１０８を介して外部
と接続されている。水蒸気１０５は、水蒸気管１０４か
ら加熱ロール１０１内に供給され、これによって、加熱
ロール１０１が加熱される。水蒸気１０５は、加熱ロー
ル１０１の内面に熱を奪われることにより冷却されて、
凝縮水膜１０９が形成される。この凝縮水は、サイホン
管１０７により加熱ロール１０１外に放出される。この
ようにして、水蒸気１０５の供給により加熱ロール１０
１の外周面（外表面）が加熱される。被乾燥物、例えば
多孔質ウェブ１１０は、回転する加熱ロール１０１の外
周面に巻き付けられ、加熱されて、乾燥する。加熱ロー
ル１０１の回転により、乾燥された多孔質ウェブ１１０
は、連続的に工程下流に搬送される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような乾燥装置に
おいて、多孔質ウェブ１１０の乾燥速度を上げるため
に、水蒸気１０５の温度及び圧力を高くする方法があ
る。しかし、加熱ロール１０１内部の蒸気圧力を高くす
ると、加熱ロール１０１が変形したり破壊したりしない
ように、その肉厚を厚くする必要がある。その一方で、
加熱ロール１０１の肉厚を厚くすると、加熱ロール１０
１内部の熱伝導による熱抵抗（肉厚を熱伝導率で除した
値）が大きくなり、加熱ロール１０１の外表面と内表面
との温度差が大きくなってしまう。このため、加熱ロー
ル１０１に供給する水蒸気１０５の圧力と温度とをさら
に高くする必要がある。なお、ここにいう熱伝導率は、
物質内で一定の温度傾斜によって定常的に移動する熱量
の大小を表す比例定数で、その物質の種類とその状態
（温度、圧力）によって定まる物性値である。本発明
は、かかる状況に鑑みてなされたものであり、被乾燥物
の乾燥速度を上げることができる加熱ロールを提供する
ことを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明に係る加熱ロール
は、かかる課題を解決するためになされたものであり、
シェルの外面で被乾燥物を加熱乾燥させる加熱ロールに
おいて、上記シェルに熱媒流路を埋設し、複数のヘッダ
ーを連接して形成した空洞部を上記シェルの内面側に別
個に２群設け、上記熱媒流路と上記２群の空洞部の各ヘ
ッダーとをつないだ。本明細書で「つなぐ」とは、上記
熱媒流路、上記空洞部等の空間同士を、熱媒が移動する
ための通路を形成するように、連続させることを意味す
る。

【０００５】熱媒流路は、加熱ロールの軸と平行となる
ように直線状に形成するのが好適である。また、複数の
熱媒流路を、周方向に同一半径の位置に配列するのが好
適である。管状部材を用いて各ヘッダーを連接し、２群
の空洞部を構成する各ヘッダーを軸方向に交互に配置す
るのが好適である。

【０００６】本発明に係る加熱ロールについて、その最
も好適な形態は、以下のとおりである。加熱ロールのシ
ェルに、加熱ロールの軸に平行な方向の熱媒流路を周方
向に複数配置する。そして、加熱ロール内に、熱媒供給
ヘッダーを加熱ロール軸方向に複数構成する。さらに、
上記各熱媒供給ヘッダーを第１の連通管にて結合し、上
記各熱媒供給ヘッダーと上記熱媒流路とを第１の流路で
結合する。また、加熱ロール内に熱媒排出ヘッダーを加
熱ロール軸方向に複数構成する。そして、上記各熱媒排
出ヘッダーを第２の連通管にて結合し、上記各熱媒排出
ヘッダーと上記熱媒流路とを第２の流路で結合する。

【０００７】加熱ロール内に熱媒が供給されると、熱媒
供給ヘッダー、熱媒流路及び熱媒排出ヘッダーを通過
し、加熱ロール外へ排出される。加熱ロールの外周面
は、熱媒流路の熱媒により加熱される。必要な強度を確
保するために加熱ロール（シェル）の肉厚を厚くして
も、十分な伝熱性能を得ることができ、被乾燥物の乾燥
速度を上げることができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】次に、本発明に係る加熱ロールの
実施の形態について図面に基づいて説明する。図１乃至
図４は、本発明の一実施形態に係る加熱ロールを表した
図面であり、図１は、本発明の一実施形態に係る加熱ロ
ールの外観斜視図、図２は、図１の線線II−IIによる断
面図、図３は、図２の線III −III による断面図、図４
は、線IV−IVによる断面図である。加熱ロールの外形
は、図１及び図２に示すように、円筒形で、両端がハウ
ジング２及び軸受３（図２参照）により支持され、駆動
装置（図示省略）により軸回りに回転する。また、加熱
ロールの両端部は、ロータリージョイント６（図２参
照）を介して外部と接続されている。なお、軸受３は、
ハウジング２に組込まれている（図２参照）。

【０００９】加熱ロールは、図２に示すように、中空で
ある。加熱ロールのシェル１は、その両端の外壁部１ａ
と円管部１ｂとの肉厚を異にして形成されている。円管
部１ｂは、両端の外壁部１ａよりも、肉厚が厚い。両端
の外壁部１ａ同士は、略同一の肉厚である。シェル１に
は、熱媒流路１５が埋設されて管状に形成されている。
熱媒流路１５は、加熱ロールの軸に平行な方向（軸方向
１８Ａ）に直線状に延びたものであり、図３及び図４に
示すように、周方向１８Ｂに沿ってシェル１の内部に略
等角度で複数設けられている。本実施形態では、直線状
の熱媒流路１５が３２個設けられている。熱媒流路１５
は、その流路断面が略円形である。熱媒流路１５は、シ
ェル１の肉厚方向（径方向１８Ｃ）において、円管部１
ｂ外面寄りに設けられており、円管部１ｂ外面からの距
離（又は加熱ロールの軸心からの距離）はほぼ同一であ
る。

【００１０】加熱ロール内は、図２に示すように、軸方
向１８Ａに沿って７つの仕切壁部１６Ａ、１６Ｂ、１６
Ｃ、１６Ｄ、１６Ｅ、１６Ｆ、１６Ｇで仕切られてい
る。すなわち、各仕切壁部１６Ａ〜１６Ｇとシェル１の
内面とにより、閉空間がそれぞれ形成されている。加熱
ロールの両端側では、外壁部１ａの内面とシェル１の内
面と仕切壁部１６Ａ又は１６Ｇとにより閉空間が形成さ
れている。本実施形態では、これらの閉空間が８個設け
られている。これらの閉空間は、軸方向１８Ａに沿って
１つおきに連接するように、連通管１３Ａ、１３Ｂ、１
３Ｃ、１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃでつながっており、２つ
の連続した一体の空間となっている。隣り合う閉空間同
士は、仕切壁部１６Ａ〜１６Ｇと連通管１３Ａ〜１３
Ｃ、１４Ａ〜１４Ｃの外面とにより隔絶されており、直
接つながっていない。こうして、８個の閉空間は、それ
ぞれ３つずつの連通管１３Ａ〜１３Ｃ、１４Ａ〜１４Ｃ
によって、２群の連続した空間となっている。このよう
に配置することにより、加熱ロール内のスペースを有効
に利用することができる。この２群の空間の内熱媒５が
供給される端部寄り（図１における左側）は、熱媒供給
ヘッダー１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄであり、熱媒
５が排出される端部寄り（同図における右側）は、熱媒
排出ヘッダー１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄである。
連通管１３Ａ〜１３Ｃ（熱媒供給ヘッダー１１用）、１
４Ａ〜１４Ｃ（熱媒排出ヘッダー１２用）同士は、図３
及び図４に示すように、仕切壁部１６Ａ〜１６Ｇにおい
て異なる位置に設けられており、互い違いになってい
る。すなわち、３つの連通管１３Ａ〜１３Ｃは、仕切壁
部１６Ａ〜１６Ｇにおける軸心付近で、すべて同じ位置
に設けられている。３つの連通管１４Ａ〜１４Ｃは、仕
切壁部１６Ａ〜１６Ｇにおける軸心とはずれた位置で、
かつ、すべて同じ位置に設けられている。こうして、各
連通管１３Ａ〜１３Ｃ、１４Ａ〜１４Ｃは、軸方向１８
Ａに関して一直線状になるように配置されている（図２
参照）。

【００１１】各熱媒供給ヘッダー１１Ａ〜１１Ｄ及び各
熱媒排出ヘッダー１２Ａ〜１２Ｄは、熱媒流路１５と流
路１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、１７Ｄ、１７Ｅ、１７Ｆ、
１７Ｇ、１７Ｈでつながっている。流路１７Ａ〜１７Ｈ
は、図２乃至図４に示すように、シェル１内に設けられ
ており、熱媒流路１５と断面面積（流路断面積）が略同
一である。熱媒供給ヘッダー１１Ａは流路１７Ａで、熱
媒供給ヘッダー１１Ｂは流路１７Ｃで、熱媒供給ヘッダ
ー１１Ｃは流路１７Ｅで、熱媒供給ヘッダー１１Ｄは流
路１７Ｇで、それぞれ熱媒流路１５とつながっている。
また、熱媒排出ヘッダー１２Ａは流路１７Ｂで、熱媒排
出ヘッダー１２Ｂは流路１７Ｄで、熱媒排出ヘッダー１
２Ｃは流路１７Ｆで、熱媒排出ヘッダー１２Ｄは流路１
７Ｈで、それぞれ熱媒流路１５とつながっている。各流
路１７Ａ〜１７Ｈは、各ヘッダーごとに設けられている
（図２参照）。流路１７Ａ〜１７Ｈは、熱媒流路１５の
縦断面内において熱媒流路１５と直角であり（図２参
照）、また、周方向１８Ｂに関しては、熱媒流路１５か
ら軸心へ向かうようになっている（図３及び図４参
照）。すなわち、各ヘッダーごとに、流路１７Ａ〜１７
Ｈが、軸方向１８Ａに関して同一位置で、軸心からシェ
ル１へ放射状に延びるように、それぞれ設けられてい
る。なお、図２において、シェル１の内面に現れる流路
１７Ａ〜１７Ｈは、断面となるもの（穴）のみ表してお
り、他は省略している。

【００１２】仕切壁部１６Ａ〜１６Ｇ及び連通管１３Ａ
〜１３Ｃ、１４Ａ〜１４Ｃによって隔絶している熱媒供
給ヘッダー１１Ａ〜１１Ｄと熱媒排出ヘッダー１２Ａ〜
１２Ｄとは、熱媒流路１５及び流路１７Ａ〜１７Ｈを介
して、間接的につながっている。こうして、ロータリー
ジョイント６を介して供給される熱媒５は、加熱ロール
内を、熱媒供給ヘッダー１１Ａ〜１１Ｄ及び熱媒排出ヘ
ッダー１２Ａ〜１２Ｄを通って、他端のロータリージョ
イント６（図中右端）を介して加熱ロール外へ排出され
る（図２参照）。なお、熱媒５は、ロータリージョイン
ト６からまず熱媒供給ヘッダー１１Ａに供給され、そし
て、熱媒排出ヘッダー１２Ｄからロータリージョイント
６へ排出される。

【００１３】熱媒５としては、例えば水蒸気のほかに、
加圧水や熱媒油などの相変化（凝縮）しないもの（流
体）を用いることができる。すなわち、本実施形態で
は、流体相が変化しない単純な単相熱伝達である。熱媒
５は、所定の圧力及び温度で加熱ロールの一端部（供給
側）から圧送されており、定常熱伝統で、強制対流熱伝
達である。加熱ロールには、熱媒５の圧力が内部から作
用する。すなわち、内圧のみが作用する。内圧により発
生する応力のうち円周応力が最大で、軸方向１８Ａの応
力（軸応力）よりも大きい。本実施形態では、上述した
ように、円管部１ｂの肉厚が外壁部１ａよりも厚くなっ
ており、円周応力、半径応力、軸応力及びせん断応力に
対して、効率的に強度を確保している。なお、加熱ロー
ルは、軸回りの回転によるねじりに対しても、同様に十
分な強度を確保している。

【００１４】次に、熱媒５の流れ及びその流れに伴う加
熱について説明する。熱媒５は、ロータリージョイント
６を通って熱媒供給ヘッダー１１Ａに供給される。熱媒
供給ヘッダー１１Ａでは、熱媒５が連通管１３Ａと流路
１７Ａとに分岐される。連通管１３Ａを通った熱媒５
は、熱媒供給ヘッダー１１Ｂに移動する。熱媒供給ヘッ
ダー１１Ｂでは、さらに熱媒５が連通管１３Ｂと流路１
７Ｃとに分岐される。連通管１３Ｂを通った熱媒５は、
熱媒供給ヘッダー１１Ｃに移動する。熱媒供給ヘッダー
１１Ｃでは、さらに熱媒５が連通管１３Ｃと流路１７Ｅ
とに分岐される。連通管１３Ｃを通った熱媒５は、熱媒
供給ヘッダー１１Ｄに移動する。熱媒供給ヘッダー１１
Ｄでは、流路１７Ｇに移動する。流路１７Ａ、１７Ｃ、
１７Ｅ、１７Ｇに移動した熱媒５は、熱媒流路１５に流
入し、他のいずれかの流路１７Ｂ、１７Ｄ、１７Ｆ、１
７Ｈから熱媒排出ヘッダー１２Ａ〜１２Ｄに移動する。
熱媒排出ヘッダー１２Ａ〜１２Ｃの熱媒５は、連通管１
４Ａ〜１４Ｃを通って、最終的に熱媒排出ヘッダー１２
Ｄに移動する。そして、熱媒排出ヘッダー１２Ｄの熱媒
５は、ロータリージョイント６を通って、加熱ロールの
外部へ排出される。

【００１５】このようにして熱媒５は、加熱ロール内を
通過していく。シェル１は、熱媒流路１５及び流路１７
Ａ〜１７Ｈを通過する熱媒５により、加熱される。シェ
ル１は、さらに各ヘッダーの熱媒５によっても加熱され
る。こうして、シェル１は、熱媒５からの熱の放出によ
り加熱され、加熱ロールの円管部１ｂ外面（外円筒面）
の多孔質ウェブ１０を加熱乾燥する。ここで、上述した
ように、熱媒流路１５は、シェル１の内部であって、シ
ェル１の肉厚方向（径方向１８Ｃ）における円管部１ｂ
外面寄りに設けられている。すなわち、熱媒流路１５
は、多孔質ウェブ１０から熱を奪われる外円筒面に近い
位置に設けられている。多孔質ウェブ１０により多くの
熱を奪われても、熱媒５の熱が速やかにシェル１に供給
される。したがって、シェル１の肉厚を厚くしても、熱
媒５の熱がより直接的にシェル１、特に外円筒面に伝熱
される。シェル１の肉厚と伝熱性能とは、無関係であ
り、強度を十分に保ちつつ、十分な伝熱性能を得ること
ができる。

【００１６】熱媒５は、熱媒流路１５を流れる間に、熱
を加熱ロールのシェル１に放出して、これにより、熱媒
５の温度は低下する。すなわち、熱媒流路１５における
熱媒５の供給側から排出側へと熱媒５が流れていくに従
って、熱媒５は、温度低下していく。この温度低下の程
度は、例えば伝熱面積により変動する。流路断面積と熱
媒の流速が同一であれば、熱伝達率は同じ条件であり、
加熱条件が同じである。すなわち、流路長が短いほど、
温度低下は小さい。ここで、本実施形態では、上述した
ように、熱媒流路１５は、各ヘッダーと接続している流
路１７Ａ〜１７Ｈによって、軸方向１８Ａに７分割され
ており、熱媒流体１５が分割されていない場合より流路
長が短くなっている。熱媒５の温度低下量を１／７程度
にまで小さくすることができる。温度低下を小さくする
ことができるので、熱媒５として、水蒸気を用いても、
加熱ロール内で凝縮しない。このため、従来の場合のよ
うなサイホン管（図５参照）等が不要になり、装置の構
成部材を減らすことができ、装置の簡易化にも寄与する
ことができる。また、熱媒５は、この流路１７Ａ〜１７
Ｈによって、熱媒流路１５から各熱媒排出ヘッダー１２
Ａ〜１２Ｄに移動したり、逆に各熱媒供給ヘッダー１１
Ａ〜１１Ｄから熱媒流路１５へ供給されたりする。この
ため、分割されていない場合に比べて、シェル１の軸方
向１８Ａについての温度勾配を小さく抑えることがで
き、シェル１の温度を均一にすることができる。また、
熱媒供給ヘッダー１１Ａ〜１１Ｄと熱媒排出ヘッダー１
２Ａ〜１２Ｄとを軸方向１８Ａに対して交互に配置して
いるので、軸方向１８Ａに関する熱媒５の温度の不均一
が防止される。よって、多孔質ウェブ１０の乾燥むらを
低減することができ、乾燥速度を上げることができる。
なお、ここにいう熱伝達率は、単位温度差当たりの熱流
束（ある面における単位時間当たりの通過熱量）を直接
示す技術的な係数で、温度境界層の性質、形状、大きさ
によって影響を受けるものである。

【００１７】本実施形態では、熱媒流路１５を軸方向１
８Ａに平行に直線状に延ばして形成しているが、例えば
周方向１８Ｂに螺旋させたり、周方向１８Ｂに沿うよう
に曲げたりして形成しても良い。また、本実施形態で
は、熱媒流路１５を径方向１８Ｃにおける同一距離に一
列に配置しているが（図３及び図４参照）、例えば一つ
おきに軸心からの半径距離が異なるように互い違いに配
列しても良い。また、本実施形態では、熱媒流路１５を
軸方向１８Ａに平行に直線状に延ばして形成し、流路１
７Ａ〜１７Ｈを周方向１８Ｂに沿って配列するように形
成しているが、本発明では、これに限らず、熱媒流路１
５を周方向１８Ｂに沿って形成し、流路１７Ａ〜１７Ｈ
を軸方向１８Ａに沿って配列するように形成しても良
い。なお、流路長があまり長くならないようにすること
を条件に、熱媒流路同士を直接つなげる穴を設けても良
い。また、本実施形態で説明した、例えば熱媒流路１５
等の数は、一例を示したものであり、使用状況に応じて
適宜変更することは、可能である。また、熱媒供給ヘッ
ダー１１Ａ〜１１Ｄ及び熱媒排出ヘッダー１２Ａ〜１２
Ｄを軸方向１８Ａに関して交互に配置しているが、これ
に限られず、他の配置も可能である。また、連通管１３
Ａ〜１３Ｃ、１４Ａ〜１４Ｃの各仕切壁部１６Ａ〜１６
Ｇにおける位置は、互いに異なるように設ければ良く、
本実施形態の位置に限られない。

【００１８】

【発明の効果】本発明によれば、シェルの外面で被乾燥
物を加熱乾燥させる加熱ロールにおいて、上記シェルに
熱媒流路を埋設し、複数のヘッダーを連接して形成した
空洞部を上記シェルの内面側に別個に２群設け、上記熱
媒流路と上記２群の空洞部の各ヘッダーとをつないだの
で、供給側から排出側へと軸方向に移動する熱媒の通路
として、シェルに埋設した熱媒流路、及びシェルの内面
側に設けた２群の空洞部の２系統備え、これにより、シ
ェルを肉厚にして必要な強度を十分に保ちつつ、十分な
伝熱性能を得ることができ、被乾燥物の乾燥速度を上げ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る加熱ロールの外観斜
視図である。

【図２】図１の線線II−IIによる断面図である。

【図３】図２の線III −III による断面図である。

【図４】図２の線IV−IVによる断面図である。

【図５】従来の抄紙機ドライヤの加熱ロールの模式断面
図である。

【符号の説明】

１ シェル １ａ 外壁部 １ｂ 円管部 ２ ハウジング ３ 軸受 ５ 熱媒 ６ ロータリージョイント １０ 多孔質ウェブ １１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ 熱媒供給ヘッダー １２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ 熱媒排出ヘッダー １３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ 連
通管 １５ 熱媒流路 １６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄ、１６Ｅ、１６Ｆ、１
６Ｇ 仕切壁部 １７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、１７Ｄ、１７Ｅ、１７Ｆ、１
７Ｇ、１７Ｈ 流路 １８Ａ 軸方向 １８Ｂ 周方向 １８Ｃ 径方向

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シェルの外面で被乾燥物を加熱乾燥させ
   る加熱ロールにおいて、上記シェルに熱媒流路を埋設
   し、複数のヘッダーを連接して形成した空洞部を上記シ
   ェルの内面側に別個に２群設け、上記熱媒流路と上記２
   群の空洞部の各ヘッダーとをつないだことを特徴とする
   加熱ロール。