JP2000501462A - 製紙機械の乾燥機部及びペーパーウェブの乾燥方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 二段型ダブルフェルト式の乾燥機部に増設又は新設の乾燥機部（２０）が、上段ドライヤーロール（２８）の上方に配置されたエアキャップ（４２）を有して、ウェブ（２６）の両面を同時に乾燥することによって、乾燥速度を増加させる。エアキャップノズルプレート（４６）に設けられた多数の空気インピンジメント穴（４８）を通して温度５００〜９００°Ｆの加熱圧縮空気が２０，０００〜４０，０００フィート／分の空気速度でウェブ（２６）に吹き付けられる。４００〜１，２００立方フィート／分／平方フィートの多孔率を有し、５００〜６００°Ｆのピーク温度に耐えるよう設計されたドライヤーファブリック（３０）を採用する。エアキャップ（４２）は、ブロー空気の再循環によって乾燥速度を調整する設計になっている。

Description

【発明の詳細な説明】 製紙機械の乾燥機部及びペーパーウェブの乾燥方法関連出願 本願は、１９９５年９月１２日出願の米国特許出願第０８／５２７，０４８号 の一部継続出願である１９９６年５月３０日出願の米国特許出願第０８／６５７ ，７５４号の一部継続出願であり、これらの両米国特許出願の開示内容は参照に よって本願に編入される。技術分野 本発明は、広義には製紙用の乾燥機に関し、より詳しくは二段型の乾燥機に関 する。背景技術 紙は、繊維のマット、通常は木繊維のマットを、移動するワイヤスクリーン上 で成形することによって製造される。これらの繊維は、繊維混合物の９９パーセ ント以上を占める水によって希釈された状態にある。マット成形クリーンを出る 際、ペーパーウェブは、依然として８０パーセントを上回るの水分を含んでいる ことがある。ペーパーウェブは製紙機械のマット成形端またはウェットエンドか ら移動してプレス部に入り、そこでウェブをドライヤーファブリック上に支えた 状態でプレスすることにより、紙の含水量は繊維分で４２乃至４５パーセントに 減じられる。プレス部の後、ペーパーウェブは多数の蒸気加熱ドライヤーロール で加熱されて、紙の含水量は約５パーセントに低下する。 乾燥機部は製紙機械の長さのかなりの部分を占める。マット成形端から巻き取 りロールまでの間移動するウェブはその長さが４分の１マイルに及ぶ場合がある 。この長さの大半の部分は乾燥部に取られる。製紙業界では、ウェブ速度が、４ ，０００〜５，０００フィート／分以上というように、高速化するにつれて、紙 が乾燥機を通過する速度がより速くなると各乾燥機で行われる乾燥がそれだけ少 な くなるので、乾燥機部をウェブ速度に比例して長くしなければならなくなってい る。既設の乾燥機部の長さを延長することは困難かつコストが嵩むことがしばし ばあり、特により長くした機械を収容するのに建物の長さを大きくすることが必 要な場合、このことが言える。現行の製紙機械は、コスト競争力を維持しつつペ ーパーウェブ速度を上げなければならないという経済的圧力下にある。しかしな がら、ペーパーウェブ速度を高速化するには、乾燥機部の乾燥能力をより大きく する必要がある。 現行の製紙機械で広く使用されている乾燥機の一種に、直径４乃至７フィート の蒸気加熱ドライヤーロールを２列有する二段乾燥機として知られているものが ある。上段列と下段列のドライヤーロールは互い違いに配列されている。ペーパ ーウェブは、上段列のドライヤーロールから下段列のドライヤーロールへ、そし てまた上段列のロールへというように曲がりくねりながら必要な数のドライヤー ロールを通って走行する。ペーパーウェブは、上段ドライヤーロール上を走行す るとき上段ドライヤーファブリックによって支持され、上段ドライヤーファブリ ックは、ペーパーウェブが下段ロールに向けて走行するときペーパーウェブから 離れる。上段ドライヤーファブリックは、上段ロール間に間隔を置いて配置され たドライヤーファブリック方向転換ロールによって方向転換する。下段ドライヤ ーロール上では、ペーパーウェブは下段ドライヤーファブリックによって支持さ れ、下段ドライヤーファブリックも下段ドライヤーファブリック方向転換ロール によってドライヤーロール間で方向転換する。この装置は、まずペーパーウェブ の片面を乾燥した後、反対側の面を乾燥するという特徴を有する。 二段乾燥機の乾燥能力をエアキャッブを用いることによって大きくすることが できるという技術がジャスタス（Ｊｕｓｔｕｓ）他によって開示されている。し かしながら、このジャスタス他の開示技術は３５年余も前のものであり、採算性 のある機械の形で実施されたということは知られていない。ジャスタス他は、３ ００°Ｆのオーダーの温度に耐えることができるドライヤーフェルトを用いるこ との必要性を教示している。このような低い温度の維持と同時に速度１０，００ ０〜２０，０００フィート／分の空気流を用いることが提案されているが、これ は既設の乾燥機システムにエアキャップを付設するコストをまかなうには不十分 である。ジャスタス他は、ドライヤーフェルトは衝突する空気流を通すことがで きるだけの十分な多孔性または通気性を有する有孔質材料あるいは網状組織材料 によって得ることができることを教示している。 コスキ（Ｋｏｓｋｉ）他は、乾燥機部のウェットエンド近くの２つの乾燥機の 上にエアキャップを設けた二段乾燥機を開示している。このコスキ他の乾燥機部 は、ドライヤーロールの上側、エアキャップの下側を通るペーパーウェブと接触 状態に保たれる２枚のフェルトを有する。ペーパーウェブはフェルトの下側にあ るので、エアキャッブによって取り囲まれたドライヤーロールからペーパーウェ ブへの熱伝達が制限される。 カーチュラ（Ｋｅｒｔｔｕｌａ）他は、その明細書の添付図面の図７で単段乾 燥機システムの方向転換ロール上にエアキャップを設けることを開示している。 この方向転換ロールは真空式のもので、ペーパーウェブをその下側にあるドライ ヤーフェルトに接触させるように保持する。真空式方向転換ロールは、その定義 からして蒸気加熱することは不可能であり、これを加熱ロールと置き換えたとし ても、フェルトがペーパーウェブとドライヤー表面との間に位置するため、ドラ イヤーとペーパーウェブとの間の効果的な熱伝達が妨げられる。さらに、このカ ーチュラ他の提案は、空気をペーパーウェブに対して直接吹き付ける一方でペー パーウェブをドライヤーに対して保持するのに真空か必要である。 同様に、イルマリネン（Ｉｌｍａｒｉｎｅｎ）は、上方にエアキャップが設け られた乾燥機のドライヤーロールの表面とペーパーウェブとの間にワイヤまたは ドライヤーファブリックを設けることを開示している。この場合は、ペーパーウ ェブの両面を同時に乾燥する乾燥機部でしかも既設の乾燥機部に適用することが できる乾燥機部が必要である。発明の開示 本発明の乾燥機部は、新造の製紙機械の部分として取り付けることもできれば 、既設の二段型ダブルフェルト式の乾燥機に改修部分として取り付けることも可 能である。ペーパーウェブの両面を同時に乾燥して乾燥速度を高めるためにドラ イヤーロールの上方にエアキャップを設ける。エアキャップは、温度５００〜９ ０ ０°Ｆ、気流速度２０，０００〜４０，０００フィート／分のブロー空気を用い る。使用するドライヤーファブリックは、４００〜１，２００立方フィート／分 ／平方フィートの通気度の有孔質材料で形成され、最高９００°Ｆのピーク温度 と５００〜６００°Ｆの平均温度に耐えられるように設計される。エアキャップ は、ブロー空気の再循環によって乾燥速度を制御するよう設計される。既設の２ 段乾燥機は、高温フェルト及びエアキャップを用いて改造することができる。エ アキャップは、従来の蒸気加熱乾燥機の抗力が失われ始める最後の乾燥機に取り 付けると特に効果的である。既設の機械にエアキャップを取り付けると、乾燥機 部の長さを長くすることなく乾燥能力を大きくすることができる。一方、乾燥能 力が大きくなると、運転速度を上げることができ、その結果既設の製紙機械の経 済的効果が改善される。 本発明の一つの特徴は、ペーパーウェブの乾燥速度を高めることが可能な製紙 用乾燥機装置を提供することにある。 本発明のもう一つの特徴は、既設の二段型製紙用乾燥機部の乾燥能力を大きく するための方法及び装置を提供することにある。 本発明のもう一つの特徴は、乾燥中のペーパーウェブにおけるカールの形成を 防ぐ製紙用乾燥機を提供することにある。 本発明のもう一つの特徴は、形成される紙のカールを抑えて、最大の単面性が 確保される製紙機械の乾燥機部を提供することにある。 本発明のさらなる目的、特徴及び長所は、以下の詳細な説明を添付図面と共に 参照することにより明らかとなろう。図面の簡単な説明 図１は、本発明の二段型ダブルフェルト式乾燥機部の概略図である。 図２は、図１の乾燥機部におけるエアキャップのノズルプレートの側面図であ る。 図３は、図２のエアキャップのノズルプレートを形成する板金の平面展開図で ある。 図４は、図３の部分４で切り取った板金部分の拡大図である。 図５は、図４の板金部分中の穴を線５−５で切断して示す断面図である。 図６は、機械設置建物内で製紙機械に本発明の乾燥機部を改修部分として取り 付けた実施形態の概略図である。 図７は、従来の乾燥機部及び本発明のエアキャップを用いた乾燥機部について 乾燥速度と乾燥機数との関係を示したグラフである。発明を実施するための最良の形態 図１乃至７において、同じ参照符号は同様の構成部分を示し、図１には二段乾 燥機部２０が示されている。図示の二段乾燥機部２０は、図６に概略図示する製 紙機械２２の一部をなしている。この製紙機械は建物２４内に収容されており、 通常、乾燥機部２０の前段の成形部及びプレス部と、乾燥機部の後段のカレンダ ー部及び巻き取りリール部を具備する。 製造された紙のでこぼこ及びカール性向をなくすために、ペーパーウェブ２６ は両面を乾燥することが望ましい。ペーパーウェブの無方向性の乾燥は、ペーパ ーウェブのドライヤーロール側とドライヤーファブリック側との間に寸法変化を 生じさせ、これが生じると、ペーパーウェブに永久歪みやカールが生じる。 乾燥機部２０は、従来の二段型ダブルフェルト式乾燥機部を採用したものであ る。図１に示すように、ペーパーウェブ２６は、加熱された上段ドライヤーシリ ンダまたはロール２８と加熱された下段ドライヤーロール２９を交互に通過して 、まずペーパーウェブ２６の片面が、次いでその反対側の面がドライヤーロール 表面３６との接触によって乾燥されるようになっている。ペーパーウェブ２６は 、上段ドライヤーロール２８の上方を通るときは、該ウェブの上側にある第１の ドライヤーファブリック３０によって支持され、下段ドライヤーロール２９の下 方を通るとき、該ウェブの外側にある第２のドライヤーファブリック３２によっ て支持される。上側の第１のドライヤーファブリック３０は、上段ドライヤーロ ールの間を通過するとき、ロール３４に掛かって走行する。第２のドライヤーフ ァブリック３２は、下段ドライヤーロール２９の間を通過するときロール３８に 掛かって走行する。 乾燥機部２０では、ペーパーウェブのドライヤーファブリック側を乾燥するた めにエアキャップ４２が用いられる。エアキャップ４２は、ドライヤーロール２ ８の上部４４の上方に位置するフードよりなり、該フードは、高速熱風をドライ ヤーファブリックを通して吹き付けて、ペーパーウェブの上面を上段ドライヤー ロール２８の表面３６に伝達される蒸気熱により乾燥されるペーパーウェブのド ライヤーロール側と同時に（好ましくは同じ速度で）乾燥する。 エアキャップ４２は、蒸気加熱乾燥シリンダの水分の蒸発速度を高める。各エ アキャップ４２は、図１に示すように上段ドライヤーロール２８の上方に配置さ れていて、熱風をドライヤーファブリックを通してペーパーウェブに吹き付ける 。 図２乃至５に示すように、各エアキャップは、ダクト（図示省略）によって高 温・高圧空気を供給される。エアキャップ４２は、図２に示すような金属フード ４６またはノズルプレートを有し、該金属フードは、蒸気加熱ドライヤーロール ２８の回りに湾曲する形状に成形された板金よりなる。最高性能を確保するため には、金属フードはその下方のドライヤーファブリックの表面から一定距離、例 えば１インチに保たれるよう成形すべきである。金属フード４６には、０．２０ インチの吐出直径を有する無数の空気インピンジメント穴４８が形成されている 。これらの各穴には、図５に示すように、フード４６の内面５２に近づくにつれ て直径が次第に小さくなる入口５０が形成されている。フード４６を形成する板 金の厚さは約０．２５インチで、入口５０の最大直径は約０．５８インチ、入口 断面の曲率半径は約０．１９インチである。このように入口穴の直径が絞られて いる結果、空気の速度は、ドライヤーファブリック、次いでペーパーウェブ２６ に達する際大きくなる。空気インピンジメント穴４８は、図４に示すように、厳 密な機械方向との平行から例えば約３．９度ずれたパターンで配列されている。 このように空気インピンジメント穴をジグザグ状に配列した結果、ペーパーウェ ブがエアキャップの下方を移動する際、ペーパーウェブの全ての部分が一様な気 流を受け取るようになる。 図３に示すように、約２インチ幅の多数のスロット５４が機械方向に対して横 向きに配列されており、ドライヤーファブリック及びペーパーウェブに吹き付け られた後、空気を排出するために用いられる。エアキャップ４２は、閉ループ給 気システムによって空気を供給される。エアキャップからの使用済み吹き付け空 気は、ノズルプレート４６の排気口としての役割を有するスロット５４を通して 掃き出される。排出された空気は再度主給気ブロワに戻されて、圧縮された後、 バーナーへ送られ、次いで再びエアキャップへ送られる。所望の吹きつけ空気湿 度レベルを維持するために、一定パーセントの排気が大気中に排出されると共に 、新鮮な補充空気が給気システムへ追加される。エアキャップは、必要に応じて 上段ドライヤーロール２８にアクセスすることができるよう、ドライヤーロール ２８から引き離す向きに旋回可能なように製紙機械のフレームに取り付けること が可能である。 ドライヤーファブリック３０は、これに空気を通すことができるように、多孔 質あるいは有孔質のものでなければならない。従って、乾燥機部２０で使用する ドライヤーファブリックは、製紙用ドライヤーファブリックの設計及び製造技術 の当業者により通常のごとく測定されるところに基づき、２分の１インチ水柱で ４００乃至１，２００立方フィート／分／平方フィートの範囲の多孔率を持った ものになる。製紙業界における従来の考え方は、運転可能性の問題からドライヤ ーファブリックの通気度は９０立方フィート／分以下に限定されるというもので ある。エアキャッブ４２によって供給される空気は、４００（好ましくは５００ 以上）乃至９００°Ｆの温度範囲を持つことができ、８，０００乃至４０，００ ０フィート／分の速度で吹き付けることができる。このように高温の空気は、９ ００°Ｆまでの温度に耐えられ、５００乃至６００°Ｆの範囲の定常温度に耐え られるドライヤーファブリックを必要とする。 このような性質を持つドライヤーファブリックは、金属、ポリエーテルエーテ ルケトン（ＰＥＥＫ）、またはライトン（Ｒｙｔｏｎ：登録商標）ファイバーの 名称でも販売され、フィリップス・ペトローレム・カンパニー（Ｐｈｉｌｌｉｐ ｓ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｃｏｍｐａｎｙ）の製造になるポリフェニレンスルフ ィド（ＰＰＳ）のような高温プラスチック、あるいはイー・アイ・デュポン・ド ・ヌムール・コーポレーション（Ｅ．Ｉ． Ｄｕｐｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒ ｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）（米国デラウェア州ウィルミントン１００７、マ ーケットストリート（１００７Ｍａｒｋｅｔ Ｓｔｒｅｅｔ， Ｗｉｌｍｉｎｇ ｔｏｎ， Ｄｅｌａｗａｒｅ）の製造になるノーメックス（Ｎｏｍｅｘ：登録商 標）のような他の高温材料で形成することができ、これらを必要な繊維の形に成 形して用いることができる。ドライヤーファブリックとして好ましいと思われる のは、長い細繊スパイラル繊維で織られた生地のもので、現在高温機能を有する ドライヤーファブリックを開発しているメーカーとしては、例えば日本の三菱重 工業(株)、ＭＨＩ、日本国、１００、東京都千代田区丸の内２−５１、の事業部 門であるダイアオ・ボ（Ｄｉａｏ Ｂｏ）がある。 エアキャップを有する本発明の乾燥機部とエアキャップのない乾燥機部の効果 を対比して図７のグラフに示す。例えば、４１基のドライヤーロールを有する製 紙機械は、エアキャップなしの場合、４，４５０フィート／分で運転することが できる。この機械の最後の６つのドライヤーロールにエアキャップを付加するこ とによって、機械の運転速度を５５，１３０フィート／分に１５パーセント程速 くすることができる。図７に示すように、エアキャップのない最後のドライヤー ロールは、先行するドライヤーロールよりも水分除去の効率が著しく低くなる傾 向を示している。エアキャップを付加することによって水分除去速度は著しく改 善される。 本発明の乾燥機部２０は、従来の二段型ダブルフェルト式乾燥機部を改修した い場合に特に有用である。図６に概略図示するように、現行の製紙機械は乾燥機 部の上流側にも下流側にも多数の重要な機械部分を具備している。製紙機械の生 産を上げるためには、運転速度を上げなければならない。しかも、ウェブ速度を 上げるということは、個々のドライヤーロールにおけるウェブの滞留時間が短く なることを意味する。既設の製紙機械に新たにドライヤーロールを増設すること は、製紙機械の大部分を移動させる必要があり、これに伴って新たに基礎工事と コストのかかる調整を行わなければならず、コスト増につながる選択肢である。 建物の大きさが限られている場合、ドライヤーロールを増設するためのスペース が足りないかもしれない。既設の製紙機械を改修して本発明のエアキャップを取 り付けることにより、既設機械のほとんどの構成部分を移動させることなく、よ り乾燥能力を確保することができる。 従って、既設の乾燥機部の能力の如何に関わらず、製紙機械の既設コンポーネ ントのウェブ成形速度を、最後のドライヤーロールから始めてほぼ既設ドライヤ ーロール数に選択されたウェブ成形速度増加率の０．７倍を掛けた数になるまで 乾燥機部にエアキャップを付加することによって、該増加率だけ速くすることが できる。エアキャップを付加したならば、上段ドライヤーロールの上にある既設 機械のドライヤーファブリックを、少なくとも５００°Ｆの温度に耐えられ、２ 分の１インチ水柱で４００乃至１，２００立方フィート／分／平方フィートの多 孔率を有する新しいドライヤーファブリックと交換する。次に、このように改修 した製紙機械を運転し、各エアキャップを通過するペーパーウェブに対して少な くとも５００°Ｆの温度の空気を約２８，０００フィート／分で吹き付ける。 本発明は、本願で例示説明した特定の構成及び装置に限定されるものではなく 、特許請求の範囲の記載によって限定される範囲内に入る修正態様も全て本発明 に包括されるものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．複数の上段ドライヤーシリンダと複数の下段ドライヤーシリンダを該上段ド ライヤーシリンダと該下段ドライヤーシリンダが交互に配列するようにして具備 した一群のドライヤーシリンダで、該一群のドライヤーシリンダの中の一つのド ライヤーシリンダから次のドライヤーシリンダへ各ドライヤーシリンダと接触さ せるようにしてペーパーウェブを走行させ、その際該ペーパーウェブの第１の側 の面を該一つのドライヤーシリンダと直接接触させ、その第２の側の面を該次の ドライヤーシリンダと直接接触させるようにした経路が形成されるように該ドラ イヤーシリンダが配列されている一群のドライヤーシリンダと； 該上段ドライヤーシリンダの回りを走行する該ペーパーウェブの部分で該ペー パーウェブと接触する上段ドライヤーファブリックと； 該下段ドライヤーシリンダの回りを走行する該ペーパーウェブの部分で該ペー パーウェブと接触する下段ドライヤーファブリックと； 該上段ドライヤーシリンダの上方に配置された複数のエアキャップで、各々約 ５００°Ｆに加熱された空気がそこを通して吹き付けられる有孔金属プレートを 有し、該有孔金属プレートが直径約０．２０インチの孔を有すると共に該上段ド ライヤーファブリックから約１インチの距離を隔てて保持され、該上段ドライヤ ーファブリックが２分の１インチ水柱で４００乃至１，２００立方フィート／分 ／平方フィートの多孔率を有する複数ののエアキャップと； を具備してなる製紙機械の乾燥機部。 ２．ペーパーウェブを二段乾燥機にわたる波状経路に通すように導き、その際該 ペーパーウェブがまず上段ドライヤーロールの回りに巻きついた後、下段ドライ ヤーロールの回りに巻きつき、かつ上段の各ドライヤーロール及び下段の各ドラ イヤーロールと直接接触するようにして導くステップと； 該上段ドライヤーロールの回りに２分の１インチ水柱で４００乃至１，２００ 立方フィート／分／平方フィートの多孔率を有する少なくとも１枚の上段ドライ ヤーファブリックを巻きつけ、その際該上段ドライヤーファブリックを該ペーパ ーウェブが該上段ドライヤーロールの回りに巻きつける部分で該ペーパーウェブ の上に重ならせるステップと； 約５００°Ｆに加熱された約２８，０００フィート／分の速度の空気を該上段 ドライヤーファブリックを通して該ペーパーウェブに吹き付け、その際該空気を 直径が約０．２０インチで、該上段ドライヤーロールの回りに巻きつくペーパー ウェブから約１インチの距離を隔てて配置された多数の孔を通して導くステップ と； を具備してなるペーパーウェブの乾燥方法。 ３．ペーパーウェブを二段乾燥機の各ドライヤーロールにわたる波状経路に通す よう導き、その際該ペーパーウェブがまず上段ドライヤーロールの回りに巻きつ いた後、下段ドライヤーロールの回りに巻きつき、かつ上段の各ドライヤーロー ル及び下段の各ドライヤーロールと直接接触するようにして導き、該上段ドライ ヤーロールと接触する該ペーパーウェブの部分に該上段ドライヤーロールと係合 する上段ドライヤーファブリックが重なり、かつ該下段ドライヤーロールと接触 する該ペーパーウェブの部分が該ペーパーウェブと直接接触する下段ドライヤー ファブリックによって巻きつかれる形態の二段型乾燥機部を有する既設の製紙機 械の運転速度性能を改良する方法において： 既設の乾燥機部の能力の如何に関わらず、製紙機械の既設コンポーネントのウ ェブ成形速度を選択された割合だけ増速させるステップと； 最後のドライヤーロールから始めてほぼ既設ドライヤーロール数に該選択され たウェブ速度の増加率の０．７倍を掛けた数になるまでエアキャップを該乾燥機 部に付加するステップと； 少なくともエアキャップを有する上段ドライヤーロールと接触するパワーと重 なる各上段ドライヤーファブリックを、少なくとも５００°Ｆの温度に耐えられ 、２分の１インチ水柱で４００乃至１，２００立方フィート／分／平方フィート の多孔率を有する新しいドライヤーファブリックと交換するステップと； このように改修した製紙機械を運転し、各エアキャップを通過するペーパーウ ェブに対して少なくとも５００°Ｆの温度の空気を約２８，０００フィート／分 で吹き付けるステッブと； を具備してなる既設製紙機械の運転速度性能の改良方法。