JP2005520947A - 流体循環システムを備える製紙用熱ロール及びそのための方法 - Google Patents

Abstract

ウェブに若しくはウェブから熱を効率的に移動させる熱ロールが提供される。熱ロールは、円筒形の外側のマントルを有する回転可能な外側シェルと、回転可能な外側シェル内に固定型内側シェルとを含む。環状の空間が、回転可能な外側シェルの内面と固定型内側シェルの外面との間に画成される。比較的低い容積の環状空間には、油や水のような熱交換流体が充填され、熱交換流体は回転可能な外側シェルのマントルを介して繊維ウェブと熱交換を行う。環状空間の低容積は、ウェブへの高い熱伝達速度を可能とし、熱交換流体の温度に速やかで効率的な変化を与えることを可能とする。熱ロールは、カレンダロール、プレスロール、乾燥シリンダ及びヤンキーシリンダのような種々のタイプのロールとしての使用に対しても適用可能である。

Description

発明の詳細な説明

[発明の分野]
本発明は、紙若しくは他のウェブ状材料を処理若しくは製造する際に使用するロールに係り、より詳細には、紙若しくは他のウェブを加熱若しくは冷却するために使用される熱ロールに関する。特に、ロールは、紙ウェブをインパルス乾燥させるのに有用である。

［発明の背景］
種々のタイプのロールが紙若しくは他のウェブ状材料の処理若しくは製造中に使用される。例えば、ペーパーマシンは、カレンダロール、プレスロール、乾燥シリンダ及びヤンキーシリンダを含むことができる。これらのロールのそれぞれは、ウェブに関して幾つかの種類の処理を実行する。例えば、ウェブは加熱若しくは冷却される。

ウェブを加熱するための装置の一例は、インパルスドライヤであり、繊維ウェブを乾燥させるために大量の熱を供給する。インパルスドライヤは、ロールを含み、ロールは、回転可能にジャーナル結合される円筒形シェルを端部に有すると共に、シェル内に位置する固定シャフトを有する。シェルにより画成されるスペース内に油や水のような加熱液体を供給することによってロールを加熱することは本分野で知られている。例えば、加熱された水は、ロールのシェルの一端に供給され、シェルの他端から除去されることができる。熱は、水からシェルを介してウェブへ伝達される。

多くの問題点がかかるシステムで現れる。先ず、加熱液体は、シェルを流れる際に冷めるので、出て行く側の端部の近傍でのシェルを加熱する能力が少ない。これは、シェルの全長にわたる加熱において不均一性を引き起こす。更に、ロールの大きなサイズに起因して、大容量の液体が収容されることができる。しかし、液体は重く、シェルを回転させるための追加のエネルギを必要とする。エネルギは、液体の容積を加熱するために必要とされ、熱変化がゆっくりとしか達成されない場合がある。また、移動する大容量の液体は、シェルの動きに干渉しうる。或いは、シェルは、液体により部分的にのみ充填され、残りの容積にエアが充填されることもできる。しかし、圧力は、ロールの構成要素に更なる応力を生成し、近くの作業者及び装置の双方に危険をもたらす。エアは液体よりも貧弱な熱伝達材であるので加熱の効果も少ない。また、部分的に充填されるシェルにおいては、重力により過熱液体がシェルの底部に集まり、シェルの上部で加熱の効果が低減される傾向となる。

従って、ウェブに若しくはウェブから熱を移動するためのロールに対するニーズがある。ロールは、ウェブへの高い熱伝達率を可能とし、作業環境への熱の損失を最小化することで、実効的で且つ効率的な加熱を可能とすべきである。熱伝達は、ロールの全長に亘り均一であるべきである。ロールは、加熱液体の温度に速やかで効率的な変化を与えることを可能とする。また、複雑な加圧システムに関連した危険は最小化されるべきである。最後に、ロールは、カレンダロール、プレスロール、乾燥シリンダ及びヤンキーシリンダのような異なるタイプのロールとしての使用に対しても適用可能であるべきである。

［発明の概要］
本発明は、先行技術における欠点を解決するウェブ加熱若しくは冷却用改善型熱ロールを提供する。熱ロールは、繊維ウェブを支持する回転可能な外側シェルの近傍の環状空間を完全に満たす熱交換流体を少ない容積で含む。熱交換流体は、主供給パイプから供給される複数の接続パイプを介して環状空間に通される。環状空間を満たす熱交換流体の結果、熱が、回転可能な外側シェルを介して繊維ウェブに若しくは繊維ウェブから効率的に交換されることができる。

本発明のロールは、回転可能な外側シェルと、外側シェル内の固定型内側シェルとを含む。回転可能な外側シェルは、外面及び内面を有し、第１ヘッドから第２ヘッドまで延在する。回転可能な外側シェルは、長手軸にまわりに回転するよう配置され、ウェブを支持する。固定型内側シェルも、外面及び内面を有する。固定型内側シェルの外面及び回転可能な外側シェルの内面は、環状空間を画成する。固定型内側シェルは、第１端から第２端まで延在し、複数の内側シェル開口部を画成する。熱ロールは、固定型内側シェルの第２端に向かって長手方向に固定型内側シェルの第１端から延在する主供給パイプを含む。更に、熱ロールは、複数の内側シェル開口部に主供給パイプを接続する複数の接続パイプを含む。環状空間は、完全に熱交換流体により充填され、熱が効率的に回転可能な外側シェルを介してロールにより交換される。

本発明の一実施例によれば、主供給パイプは、回転可能な外側シェルの第２ヘッドまで長手方向に回転可能な外側シェルの第１ヘッドから延在する。主供給パイプは、回転可能な外側シェルの第１若しくは第２ヘッドの何れか一方側に入口を有し、回転可能な外側シェルの第１若しくは第２ヘッドの他方側に出口を有する。その他の実施例では、主供給パイプは、入口及び出口を有し、入口及び出口の双方は、回転可能な外側シェルの第１若しくは第２ヘッドの何れか同一の一方側に配置される。本発明のその他の実施例では、主供給パイプは、接続パイプのそれぞれに直接接続される。

環状空間は、前記内側シェルの外面の外周を囲む。一実施例では、前記外側シェルの内面は、前記内側シェルの外面から４０ｍｍよりも近くに配置される。環状空間は、固定型内側シェルの第１端から第２端まで延在してもよい。

その他の実施例によれば、接続パイプは、可撓性のあるホースからなり、固定型内側シェルは、前記接続パイプを囲む内部本体空間を画成する。

熱ロールは、主排出パイプをも含む。主排出パイプは、固定型内側シェル内に配置され、前記固定型内側シェルの第１端から前記固定型内側シェルの第２端に向かって長手方向に延在する。熱ロールは、更に、複数の排出用接続パイプを更に含む。内側シェルは、第２の複数の内側シェル開口部を有し、前記排出用接続パイプは、前記第２の複数の内側シェル開口部に前記主排出パイプを接続する。

一実施例による熱ロールは、環状空間に流体的に連通される拡張タンクを更に含む。拡張タンクは、熱交換流体及び加圧ガスの双方を大量に含む。

熱ロールは、熱交換流体の温度を変化させる温度調節装置を更に含む。温度調節装置は、外部に、若しくは、外側シェル及び固定型内側シェルの双方内に配置されてよい。

本発明は、紙生成中のウェブを熱処理する閉循環システムをも提供する。循環システムは、流体的に閉じられることができ、回転可能な外側シェルの内面と固定型内側シェルの外面とにより画成される環状空間を含む。主供給パイプは、固定型内側シェル内に配置され、複数の接続パイプを介して環状空間に流体的に連通される。回転可能な外側シェルの外側に配置される拡張タンクは、環状空間に流体的に連通され、循環システム内の熱交換流体の流れの調整のために熱交換流体及び加圧ガスの双方を大量に含むことができる。

更に、本発明は、ウェブを処理するためのロールの加熱若しくは冷却方法を提供する。本方法は、回転可能な外側シェルを設けると共に固定型内側シェルを前記回転可能な外側シェル内に設けて、前記回転可能な外側シェルの内面と前記固定型内側シェルの外面との間に環状の空間を画成することを含む。本方法は、前記環状空間に熱交換流体を完全に満たし、環状空間をシールして、その中にエアが含まれないようにすることを含む。前記回転可能な外側シェルは前記固定型内側シェルに対して回転され、主パイプから複数の接続パイプを介して前記環状空間内の前記回転可能な外側シェルの内面上における複数の位置までの直接的且つ同時的な前記熱交換流体の循環を与える。前記熱交換流体は、熱調整装置に前記環状空間から排出され、熱調整装置で加熱若しくは冷却される。前記熱交換流体は、次いで環状空間へと再循環される。

従って、本発明は、ウェブに若しくはウェブから熱を効率的に伝達するロールを提供する。ロールは、比較的低容積の熱交換流体が完全に充填される環状のギャップを含み、従って、ウェブへの高い熱伝達率を可能とする。低容積は、熱交換流体の温度を速やかに且つ効率的に変化させることも可能とする。複雑な加圧システムに関連した危険は最小化され、ロールの全長に亘る熱伝達が一定となることができる。更に、本発明のロールは、カレンダロール、プレスロール、乾燥シリンダ及びヤンキーシリンダのような異なるタイプのロールとしての使用に対しても適用可能である。

一般的な観点で本発明を説明してきたが、今度は、必ずしもスケール通りに描かれていない添付図面を参照する。

［詳細な説明］
これより本発明は、本発明の好ましい実施例が示された添付図面を参照して以下でより完全に詳説される。しかし、本発明は、たくさんの異なる形態で具現化でき、ここに示す実施例に限定されるべきでない。むしろ、これらの実施例は、この開示が網羅的で完全であり、且つ、当業者に本発明の観点を完全に伝わるように、付与されている。同様の番号は全体を通して同様の要素をさす。

図１を参照するに、協働してロールニップを形成する熱ロール１１及び第２ロール３１が示されている。連続的な繊維ウェブ３０は、ニップを通過し、熱ロール１１及び第２ロール３１の一方若しくは双方により処理される。或いは、シュープレスロール若しくは本分野で知られている他の支持要素が、ニップを形成するために第２ロール３１に代わって使用されうる。図１の構成の側面視が図２に示される。図１及び図２に見られるような熱ロール１１は、これらと同様の視点で表わされる本発明の多くの実施例を代表する。

本発明の一実施例による熱ロール１１が図３に示される。熱ロール１１は、回転可能な外側シェル１３及び固定型内側シェル１２を含む。回転可能な外側シェル１３は、第１ヘッド１５から第２ヘッド１６に延在する円筒形の外側のマントル１４を含む。好ましくは、マントル１４は、５０ｍｍから１５０ｍｍの間の厚さである。回転可能な外側シェル１３は、外面３８及び内面３９を有する。第１及び第２ヘッド１５，１６は、アウタベアリング２１により回転可能に支持され、ヘッド１５，１６は、インナベアリング２６上で固定型内側シェル１２を支持する。固定型内側シェル１２は、回転可能な外側シェル１３内に配置される。固定型内側シェル１２は、スチールから形成でき、同様に円筒形であり、外面４０及び内面４１を有する。固定型内側シェル１２の外径は、回転可能な外側シェル１３の内径よりも小さく、環状空間２５が固定型内側シェル１２の外側に且つ回転可能な外側シェル１３の内側に存在するようにする。環状空間２５は、回転可能な外側シェル１３の内面３９及び固定型内側シェル１２の外面４０により画成される。好ましい実施例では、直径の差は、約８０ｍｍより小さく、環状空間２５の幅が約４０ｍｍより小さくなるようにする。環状空間２５には、油や水のような熱交換流体が充填され、熱交換流体は、回転可能な外側シェル１３のマントル１４を介して繊維ウェブ３０と熱を交換する。環状空間２５は、完全に熱交換流体により充填され、従って、エアや他のガスは含まれない。

主供給パイプ１９は、熱ロール１１を通って延在する。主供給パイプ１９は、熱ロール１１の外側から、回転可能な外側シェル１３の第１ヘッド１５を通って、固定型内側シェル１２内に延在する。供給用接続パイプ１７ａは、複数の内側シェル開口部１８に主供給パイプ１９を接続する。排出用接続パイプ１７ｂは、他の内側シェル開口部１８を主排出パイプ２０に接続し、主排出パイプ２０は、固定型内側シェル１２内から、回転可能な外側シェル１３の第２ヘッド１６を通って、熱ロール１１の外側へと延在する。本実施例では、主排出パイプ２０は、主供給パイプ１９と共直線の関係にあり、主排出パイプ２０の区間は主供給パイプ１９と対応している。主排出パイプ２０は、主供給パイプ１９より大きな直径を有し、主供給パイプ１９は、２つのパイプ１９，２０が対応する場合に主排出パイプ２０内に位置する。この構成は図４でより明確にわかる。主供給パイプ１９及び主排出パイプ２０は、一定の直径を有して示されているが、他の実施例では、直径は、パイプ１９，２０の全長に亘って一定でない。例えば、主供給パイプ１９及び主排出パイプ２０は、流れ方向で収束する円錐形を有することができる。円錐形は、パイプ１９，２０全体を通して流速を不均一にするために有効となる。

図３及び図４に示すように、熱交換流体の流れ方向は、主供給パイプ１９及び主排出パイプ２０で同一である。主供給パイプ１９の入口３２は、熱ロール１１の一端側に配置され、主排出パイプ２０の出口３３は、熱ロール１１の反対の他端側に配置される。従って、熱交換流体は、入口３２を通って主供給パイプ１９に入り、固定型内側シェル１２内の主供給パイプ１９を流れ、供給用接続パイプ１７aを通って固定型内側シェル１２と回転可能な外側シェル１３の間の環状空間２５まで流れる。環状空間２５からは、熱交換流体は、排出用接続パイプ１７bを通って主排出パイプ２０へ流れ、主排出パイプ２０を通って出口３３へと流れる。

図４で分かるように、接続パイプ１７ａ，１７ｂは、放射状に離間し、接続パイプ１７ａ，１７ｂ内の熱交換流体の流れ方向は交互であり、各供給用接続パイプ１７ａは、排出用接続パイプ１７ｂの隣に構成される。従って、この実施例では、熱交換流体のための循環の主要なルートは、固定型内側シェル１２の外に供給用接続パイプ１７ａを通って流れ、次いで、環状空間２５を介して排出用接続パイプ１７ｂに流れ、固定型内側シェル１２に戻る流れである。

固定型内側シェル１２内の固定型内側シェル１２及びパイプ１７ａ，１７ｂ，１９，２０は、回転可能な外側シェル１３と共に回転しない。パイプ１７ａ，１７ｂ，１９，２０間の結合も固定されるものである。従って、熱交換流体のための循環システムは簡素化され、結合部における漏れの危険が低減される。

チェックバルブ（図示せず）は、流れの方向を制御するためにパイプ全体を通して種々のポイントに実装されてよい。更に、ポンプ（図４には示されず）が、熱ロール１１を通して熱交換流体を循環させるために使用される。環状空間２５を満たす熱交換流体は、循環のために高圧を必要としない。より低い圧力は、パイプ１９，２０，１７ａ，１７ｂのような構成要素の磨耗を低減し、近くの装置や人に対する危険を低減する。この実施例では、熱交換流体における内部摩擦は、熱交換流体と熱ロール１１の表面３９，４０との間で生まれる摩擦よりも小さい。従って、回転可能な外側シェル１３の回転は、熱交換流体に動きを付与し、イプ１９，１７ａ，１７ｂ，２０の全体を通して循環させ、これにより、ポンプの負荷が低減される。また、熱ロール１１は、環状空間２５の小容積のより低い流速を必要とする。例えば、外径が約２１００ｍｍで長さが約１０００ｍｍの本発明の熱ロール１１は、毎分約１０００リットルの熱交換流体の流速を必要とする。本発明によるより大きなロールは、略比例的により早い流速を必要とする。例えば、長さが約３０００から約５０００ｍｍのロールは、毎分約３０００リットルと約５０００リットルの間を必要とする。

固定型内側シェル１２と回転可能な外側シェル１３の間の環状空間２５を満たす熱交換流体は、回転可能な外側シェル１３の第１及び第２ヘッド１５，１６及び固定型内側シェル１２により画成されるチャンバ３４へと若しくはから循環できる。しかし、固定型内側シェル１２はヘッド１５，１６の近傍の位置から延在しているので、チャンバ３４の容積は大きくなく、チャンバ３４はそれ故に殆ど流体を含まない。固定型内側シェル１２とヘッド１５，１６との間の距離は約４０ｍｍ程小さくてもよい。更に、回転可能な外側シェル１３と固定型内側シェル１２の間の相対的な動きがマントル１４で生ずるので、熱交換流体は、チャンバ３４よりも環状空間２５においてより多く流れる。環状空間２５内の流体流れはチャンバ３４よりも大きく、なぜなら、内側シェル開口部１８がマントル１４の近傍に配置され、接続パイプ１７ａ，１７ｂへの及びからの流れが、チャンバ３４ではなく、直接的に環状空間２５に及びからであるためである。内部の熱交換流体の容積、及び、熱交換流体の付随的な流れを最小化することで、チャンバ３４は、第１及び第２ヘッド１５，１６を通して起こる熱伝達を低減し、ヘッド１５，１６を介した廃熱エネルギの喪失を低減する。これは、熱交換流体の必要とされる再加熱を低減し、エネルギの節約となる。チャンバ３４内に設けられる流体は、ヘッド１５，１６をマントル１４の温度に類した温度で維持し、従って、温度差による熱応力を最小化する。

第１及び第２ヘッド１５，１６は、回転可能な外側シェル１３の長手軸の方向に延長される。従って、固定型内側シェル１２を支持するインナベアリング２６及び回転可能な外側シェル１３を支持するアウタベアリング２１は、チャンバ３４の近傍に配置される。一若しくはそれ以上のシール若しくはガスケット２４は、チャンバ３４内にありインナベアリング２６から離れた熱交換流体を保持する。従って、ヘッド１５，１６の延長形状及びシール若しくはガスケット２４の存在及び介在するエア空間は、熱交換流体とインナベアリング２６との間の熱伝達を抑制する。これは、インナベアリング２６の熱応力及び磨耗を低減し、それらの所期の動作寿命を長くする。ベアリング２６の加熱の低減は、また、使用するベアリング２６の小径化を可能とし、これより、ベアリング２６のコストが低減される。

図５及び図６は、入口３２及び出口３３が熱ロール１１の同一側に配置される本発明のその他の実施例を示す。図示のように、固定型内側シェル１２は、一方のヘッド１５で固定のベアリング２６により他方のヘッド１６でジャーナルベアリング２７により支持される。ジャーナルベアリング２７は、ヘッド１６に対する固定型内側シェル１２の軸方向の動きを許容し、ロール構成要素の熱膨張や収縮を吸収する。

主供給パイプ１９及び主排出パイプ２０は、全長に沿って共直線で対応関係にある。主排出パイプ２０は、主供給パイプ１９よりも大きな直径を有し、主供給パイプ１９は、図６に示すように主排出パイプ２０内に配置される。

本発明のその他の実施例では、接続パイプ１７ａ，１７ｂは、多数の分配パイプ２２ａ，２２ｂ及び搬送パイプ２３ａ，２３ｂを介して環状空間２５に流体的に連通される。異なる接続パイプ１７ａ，１７ｂからの熱交換流体は、分配パイプ２２ａ，２２ｂで混合する。従って、熱交換流体の温度が主供給パイプ１９の全長に亘って変化する場合、熱交換流体は、供給用分配パイプ２２ａ内で混合し、分配パイプ２２ａ全体を通した温度変動が低減される。

図７及び図８で分かるように、各外周位置にある全ての供給用分配パイプ２２ａは、複数の供給用搬送パイプ２３ａに接続される供給用分配パイプ２２ａに接続される。従って、熱交換流体は、入口３２を介して主供給パイプ１９に入り、固定型内側シェル１２内の主供給パイプ１９を流れ、供給用接続パイプ１７ａを介して供給用分配パイプ２２ａの１つに流れる。次いで、熱交換流体は、固定型内側シェル１２と回転可能な外側シェル１３との間の環状空間２５に供給用搬送パイプ２３ａを介して流れる。環状空間２５から、熱交換流体は、排出用搬送パイプ２３ｂを介して排出用分配パイプ２２ｂに流れ、次いで、排出用接続パイプ１７ｂを介して主排出パイプ２０に流れる。熱交換流体は、主排出パイプ２０を通って出口３４に流れる。この実施例では、主供給パイプ１９の入口３３は、熱ロール１１の一端に配置され、主排出パイプ２０は他端に配置される。その他の実施例では、入口３２及び出口３３の双方は、図５及び図６に関して上述したように、熱ロール１１の一端側に配置される。従って、図９及び図１０は、入口３２及び出口３３を一方の側に有する熱ロール１１を示す。

共通の分配パイプ２２ａ，２２ｂに取り付けられる搬送パイプ２３ａ，２３ｂ及び接続パイプ１７ａ，１７ｂのそれぞれの距離が同一若しくは異なるものであってよい。例えば、図７に示す実施例では、連続した供給用接続パイプ１７ａは、連続した供給用搬送パイプ２３ａ間の距離と略同一の距離だけ離間しているが、連続した排出用接続パイプ１７ｂは、連続した排出用搬送パイプ２３ｂ間の距離に対して略２倍の距離だけ離間している。好ましくは、供給用搬送パイプ２３ａが環状空間２５に接続する箇所における全ての供給用搬送パイプ２３ａの全面積は、排出用搬送パイプ２３ｂが環状空間２５に接続する箇所における全ての排出用搬送パイプ２３ｂの全面積に等しい。また、図７に示すように、異なる数の搬送パイプ２３ａ，２３ｂ及び接続パイプ１７ａ，１７ｂが存在してもよく、図７に示す例では、接続パイプ１７ａ，１７ｂよりも搬送パイプ２３ａ，２３ｂが多くある。より大きな数の内側シェル開口部１８は、搬送パイプ２３ａ，２３ｂに起因して、クロスマシーン方向に於ける均質で一定の温度プロファイル（profile）を容易にする。

搬送パイプ２３ａ，２３ｂは、図７及び図９に示すように、円筒形を有することができ、若しくは、流れ方向で収束する円錐形を有することができる。円錐形は、搬送パイプ２３ａ，２３ｂ内に不均一な流速を実現するように流速を調整するために有効となる。

接続パイプ１７ａ，１７ｂ、分配パイプ２２ａ，２２ｂ及び搬送パイプ２３ａ，２３ｂは、スチール、ステンレススチール、他の金属、ポリマーなどのような硬質材料から形成されてよい。或いは、パイプ１７ａ，１７ｂ、２２ａ，２２ｂ、２３ａ，２３ｂは、フレキシブルスチールホースのような軟質若しくはフレキシブルな材料から形成されてよい。パイプは、好ましくは、５５０℃の温度に耐えることができる。図１１及び図１２は、フレキシブルな接続パイプ１７ａ，１７ｂを備える熱ロール１１を示す。フレキシブルな接続パイプ１７ａ，１７ｂは、熱交換流体が主供給パイプ１９の単一の長手方向の位置から、固定型内側シェル１２の全長に沿って異なる長手方向の位置に配置される内側シェル開口部１８に向けられるように、構成される。この構成は、主供給パイプ１９内の熱交換流体に温度変化がある場合であっても、環状空間２５内の熱交換流体の均一な温度を維持するために使用できる。

その他の効果的な特徴は、全ての供給用接続パイプ１７aが主供給パイプ１９に共通の長手位置で接続されることである。同様に、全ての排出用接続パイプ１７bが主排出パイプ２０に共通の長手位置で接続される。従って、熱交換流体は、入口３２で主供給パイプ１９に入り、固定型内側シェル１２内に流れる。熱交換流体のすべては、主供給パイプ１９から共通の長手位置で流れ出て、複数の長手位置で環状空間２５に接続する供給用接続パイプ１７a内に流れる。熱交換流体は、環状空間２５から異なる長手位置で出て、排出用接続パイプ１７bを通って主排出パイプ２０の共通の長手位置まで流れる。次いで、熱交換流体は、主排出パイプ２０を介して出口３３に流れる。主供給パイプ１９及び主排出パイプ２０は共直線の関係にある。図１３及び図１４の実施例では、入口３２及び出口３３の双方が熱ロール１１の同一の一方の側に配置される。

図１５及び図１６の実施例では、熱ロール１１は、分配パイプ２２ａ，２２ｂ及び搬送パイプ２３ａ，２３ｂを含み、全ての供給用接続パイプ１７aは、共通の長手位置で主供給パイプ１９に接続される。更に、供給用分配パイプ２２ａのそれぞれは、唯一の供給用接続パイプ１７aに接続される。従って、熱交換流体のすべては共通の長手位置で主供給パイプ１９を出、熱交換流体のすべては共通の長手位置で供給用分配パイプ２２ａに入る。同様に、排出用接続パイプ１７bは、主排出パイプ２０に共通の長手位置で接続され、排出用分配パイプ２２ｂのそれぞれは、唯一の排出用接続パイプ１７bに接続される。

熱交換流体は、繊維ウェブ３０上で実行される種類の処理に依存して加熱若しくは冷却される。インパルス式乾燥に対しては、熱交換流体の温度は、典型的には、約３００℃若しくはそれより高い温度である。温度調整装置３５が熱交換流体を加熱若しくは冷却するために使用される。温度調整装置３５は、電気ヒータ、ガスヒータ若しくは熱交換器のようなヒータであってよい。多様な他の加熱装置及び冷却装置が本分野で周知である。

温度調整装置３５は、熱ロール１１内、例えば固定型内側シェル１２内に配置されることができ、若しくは、熱ロール１１の外に配置されることができる。本発明の一実施例による熱ロール１１の概略が図１７に示される。この実施例では、熱交換流体は、ポンプ３６により温度調整装置３５を通って圧送され、温度調整装置３５で加熱される。次いで、流体は、主供給パイプ１９の入口３２内を流れ、熱ロール１１内で循環する。熱交換流体は、出口３３を通って熱ロールから出て、ポンプ３６へと流れて戻る。熱交換流体は、次いで、温度調整装置３５へと再循環され、そこで、熱交換流体の温度が必要に応じて調整される。

拡張タンク２８は、熱ロール１１に流体的に連通される。拡張タンク２８は、大量の熱交換流体及び大量の加圧ガスを含む。熱ロール１１における熱交換流体の流れは、拡張タンク２８におけるガスの圧力を調整することによって制御される。従って、拡張タンク２８は、流れの変化を実現するか、若しくは一定の流れを維持するために使用できる。例えば、流れの増大は、回転可能な外側シェル１３の速度が増加しているときに必要とされる。図１７に示す実施例では、拡張タンク２８は、温度調整装置３５に接続されるが、熱ロール１１の他の部分に代わりに接続されてもよい。拡張タンク２８は、十分な容積の加圧ガスを有し、熱交換流体の容積が、例えば熱膨張に起因して、変化した場合に、対応する容積の熱交換流体が回転可能な外側シェル１３内部から拡張タンク２８に流れるようにする。従って、殆ど均一な流れが熱ロール１１内で維持される。

図１８は、内部に温度調整装置３５を備える熱ロール１１の概略を示す。この実施例では、熱交換流体は、加熱されるために熱ロール１１の外側で循環しないが、変わりにロール１１内で過熱される。温度調整装置３５は、固定型内側シェル１２内に配置され、上述若しくは本分野で知られているあらゆる種類の加熱装置であってよい。例えば、温度調整装置は、図１９に示すように環状空間２５の近傍で固定型内側シェル１２内に配置される電気インダクション若しくは抵抗ヒータであってよい。図１９に示すように、電気は、回転可能な外側シェル１３のヘッド１５，１６の一方を通って配索される電線３７により温度調整装置３５に供給される。或いは、電線３７は、回転可能な外側シェル１３のヘッド１５，１６の双方を通って配索されてもよい。

図１９の実施例では温度調整装置３５が熱ロール１１内に配置されているので、熱交換流体は、温度調整のために熱ロール１１の外で循環されない。この実施例では、通常の動作中は、環状空間２５に拡張タンク２８を接続する拡張タンク接続パイプ２９を通って流れる熱交換流体を除いて、熱ロール１１の外で熱交換流体の循環が行われる。拡張タンク２８及び拡張タンク接続パイプ２９は、流れが上述のように調整されることを可能とする。例えば、熱交換流体が加熱時に膨張した場合、熱交換流体は、拡張タンク接続パイプ２９を通って拡張タンク２８内に流れ、これにより、環状空間２５内の均一な流れが維持される。

本発明の多くの修正及びその他の実施例が、上述の説明及び関連する図面で示された教示の利益を有する当業者には思い浮かぶだろう。

それ故に、本発明が、開示された特別な実施例に限定されず、修正や他の実施例が添付のクレームの観点内に含まれることを意図されていることは、理解されるべきである。ここでは特別な用語が採用されているが、それらは限定の目的ではなく一般的で説明的な意味でのみ使用されている。

本発明の多くの実施例を代表する熱ロールの斜視図である。 図１の熱ロールの側面図である。 本発明の一実施例による図２のライン１−１によって示された面から見た際の熱ロールの断面図である。 ライン２−２によって示された面から見た際の図２の熱ロールの断面図である。 熱交換流体が本発明のその他の実施例による同一のヘッドを介して入出する、図２のライン１−１によって示された面から見た際の熱ロールの断面図である。 ライン３−３によって示された面から見た際の図４の熱ロールの断面図である。 ロールが本発明のその他の実施例による分配パイプ及び搬送パイプを含む、図２のライン１−１によって示された面から見た際の熱ロールの断面図である。 ライン４−４によって示された面から見た際の図６の熱ロールの断面図である。 ロールが本発明のその他の実施例によるロールの一端に配置された出口及び入口及び分配パイプ及び搬送パイプを含む、図２のライン１−１によって示された面から見た際の熱ロールの断面図である。 ライン５−５によって示された面から見た際の図８の熱ロールの断面図である。 ロールが本発明のその他の実施例によるフレキシブルホースによりなる接続パイプを含む、図２のライン１−１によって示された面から見た際の熱ロールの切開断面図である。 ライン６−６によって示された面から見た際の図１０の熱ロールの断面図である。 ロールが本発明の一実施例によるロールの一端に配置された出口及び入口及びフレキシブルホースによりなる接続パイプを含む、図２のライン１−１によって示された面から見た際の熱ロールの切開断面図である。 ライン７−７によって示された面から見た際の図１２の熱ロールの断面図である。 ロールが本発明の一実施例による水圧式に非接続される共直線状の主排出パイプ及び主供給パイプを含む、図２のライン１−１によって示された面から見た際の熱ロールの断面図である。 ライン８−８によって示された面から見た際の図１４の熱ロールの断面図である。 本発明の一実施例による外部温度調整装置及び拡張タンクを備える熱ロールの流れを示す概略図である。 本発明の一実施例による内部温度調整装置を備える熱ロールの流れを示す概略図である。 本発明の一実施例による内部ヒータを含む熱ロールの切開断面図である。

Claims (37)

1. 内部熱交換流体を含むことができるペーパーマシン用熱ロールにおいて、
   外面及び内面を有し、第１ヘッドから第２ヘッドまで延在し、長手軸まわりの回転のために配置された回転可能な外側シェルと、
   前記回転可能な外側シェル内に配置され、外面及び内面を有し、該外面及び前記回転可能な外側シェルの外面が環状の空間を画成し、第１端から第２端まで延在して複数の内側シェル開口部を画成する固定型内側シェルと、
   前記固定型内側シェル内に配置され、前記固定型内側シェルの第１端から前記固定型内側シェルの第２端に向かって長手方向に延在する熱交換流体供給のための主供給パイプと、
   前記複数の内側シェル開口部に前記主供給パイプを接続して、前記環状空間に前記熱交換流体が供給されて該環状空間が完全に前記熱交換流体で満たし、熱が前記回転可能な外側シェルを介して当該ロールにより効率的に交換されるようにする複数の接続パイプとを含む、熱ロール。
2. 前記主供給パイプは円錐形である、請求項１に記載の熱ロール。
3. 前記主供給パイプは、前記回転可能な外側シェルの第１ヘッドから第２ヘッドまで長手方向に延在し、前記回転可能な外側シェルの第１ヘッド及び第２ヘッドの何れか一方に配置される入口を有し、前記回転可能な外側シェルの第１ヘッド及び第２ヘッドの他方に配置される出口を有する、請求項１に記載の熱ロール。
4. 前記主供給パイプは、入口及び出口を有し、前記主供給パイプの入口及び出口の双方は、前記回転可能な外側シェルの第１若しくは第２ヘッドの何れか同一の一方側に配置される、請求項１に記載の熱ロール。
5. 前記主供給パイプは、前記接続パイプのそれぞれに直接接続される、請求項１に記載の熱ロール。
6. 前記環状空間は、前記内側シェルの外面の外周を囲む、請求項１に記載の熱ロール。
7. 前記外側シェルの内面は、前記内側シェルの外面から４０ｍｍよりも近くに配置される、請求項１に記載の熱ロール。
8. 前記環状空間は、前記回転可能な外側シェルの第１ヘッドから第２ヘッドまで延在する、請求項１に記載の熱ロール。
9. 前記接続パイプは、可撓性のあるホースを含む、請求項１に記載の熱ロール。
10. 前記固定型内側シェルは、前記接続パイプを囲む内部本体空間を画成する、請求項１に記載の熱ロール。
11. 前記固定型内側シェル内に配置され、前記固定型内側シェルの第１端から前記固定型内側シェルの第２端に向かって長手方向に延在する主排出パイプを更に含む、請求項１に記載の熱ロール。
12. 前記主排出パイプは円錐形である、請求項１１に記載の熱ロール。
13. 複数の排出用接続パイプを更に含み、前記内側シェルは、更に、第２の複数の内側シェル開口部を有し、前記排出用接続パイプは、前記第２の複数の内側シェル開口部に前記主排出パイプを接続する、請求項１１に記載の熱ロール。
14. 前記固定型内側シェルの第１端及び前記回転可能な外側シェルの第１ヘッドは、第１の端部空間を画成し、前記固定型内側シェルの第２端及び前記回転可能な外側シェルの第２ヘッドは、第２の端部空間を画成し、該第１及び第２の端部空間は前記環状空間に接続される、請求項１に記載の熱ロール。
15. 前記環状空間に流体的に連通され、熱交換流体及び加圧ガスの双方を大量に含む拡張タンクを更に含む、請求項１に記載の熱ロール。
16. 前記熱交換流体の温度を変化させる温度調節装置を更に含む、請求項１に記載の熱ロール。
17. 前記環状空間への前記熱交換流体の供給を促進するポンプを更に含む、請求項１に記載の熱ロール。
18. 内部熱交換流体を含むことができるペーパーマシン用熱ロールにおいて、
    外面及び内面を有し、第１ヘッドから第２ヘッドまで延在し、長手軸まわりの回転のために配置された回転可能な外側シェルと、
    前記回転可能な外側シェルにより画成される空間内に配置され、熱交換流体を加熱する加熱装置と、
    前記外側シェル内に配置され、第１端から第２端まで延在し、外面及び内面を有し、該外面及び前記回転可能な外側シェルの外面が環状の空間を画成する固定型内側シェルとを含み、前記環状空間は、前記熱交換流体で実質的に満たされ、熱が前記回転可能な外側シェルを介して当該ロールにより効率的に交換される、熱ロール。
19. 前記環状空間に流体的に連通され、熱交換流体及び加圧ガスの双方を含む拡張タンクを更に含む、請求項１８に記載の熱ロール。
20. 前記加熱装置は、前記固定型内側シェルにより画成される空間内に配置される、請求項１８に記載の熱ロール。
21. 前記加熱装置は電気ヒータである、請求項１８に記載の熱ロール。
22. 紙生成中のウェブを熱処理する閉循環システムであって、
    熱交換流体の温度を調整する温度調整装置と、
    前記温度調整装置に流体的に連通される主供給パイプと、
    前記温度調整装置に流体的に連通される主排出パイプと、
    回転可能な外側シェルの内面と固定型内側シェルの外面とにより画成される環状空間とを含み、該環状空間は、複数の接続パイプを介して前記主供給パイプ及び主排出パイプに流体的に連通され、前記回転可能な外側シェルの回転により、前記熱交換流体が前記環状空間及び前記温度調整装置の間を循環する、循環システム。
23. 前記熱交換流体と、前記回転可能な外側シェルの内面及び固定型内側シェルの外面のそれぞれとの間の摩擦力は、前記熱交換流体の内部摩擦力よりもそれぞれ大きく、前記回転可能な外側シェルの回転により、前記熱交換流体が前記環状空間から前記温度調整装置へと循環するようにする、請求項２２に記載の循環システム。
24. 前記主供給パイプは円錐形である、請求項２２に記載の循環システム。
25. 前記主排出パイプは、前記回転可能な外側シェルの第１ヘッドから第２ヘッドまで延在し、前記回転可能な外側シェルの第１ヘッドに位置する入口を有し、前記回転可能な外側シェルの第２ヘッドに位置する出口を有する、請求項２２に記載の循環システム。
26. 前記主供給パイプは、入口及び出口を有し、前記主供給パイプの入口及び出口の双方は、前記回転可能な外側シェルの第１若しくは第２ヘッドの何れか同一の一方側に配置される、請求項２２に記載の循環システム。
27. 前記回転可能な外側シェルの内面は、前記固定型内側シェルの外面から４０ｍｍよりも近くに配置される、請求項２２に記載の循環システム。
28. 前記接続パイプは、可撓性のあるホースを含む、請求項２２に記載の循環システム。
29. 前記環状空間に流体的に連通され、前記固定型内側シェル内に配置され、前記固定型内側シェルの第１端から前記固定型内側シェルの第２端に向かって長手方向に延在する主排出パイプを更に含む、請求項２２に記載の循環システム。
30. 前記主排出パイプは円錐形である、請求項２９に記載の循環システム。
31. 前記熱交換流体の循環を促進するポンプを更に含む、請求項２２に記載の循環システム。
32. ウェブを処理するためのロールの温度を調整する方法であって、
    回転可能な外側シェルを設けると共に固定型内側シェルを前記回転可能な外側シェル内に設けて、前記回転可能な外側シェルの内面と前記固定型内側シェルの外面との間に環状の空間を画成するステップと、
    前記環状空間に熱交換流体を完全に満たすステップと、
    前記回転可能な外側シェルを前記固定型内側シェルに対して回転させ、主パイプから複数の接続パイプを介して前記環状空間内の前記回転可能な外側シェルの内面上における複数の入口位置までの前記熱交換流体の循環を与えるステップと、
    熱調整装置に前記環状空間から前記熱交換流体を排出する排出ステップと、
    前記熱調整装置において前記熱交換流体の温度を調整するステップと、
    前記環状空間に前記熱交換流体を再循環させる再循環ステップとを含む、方法。
33. 大量の前記熱交換流体を前記環状空間と拡張タンクの間で搬送するステップを更に含み、
    前記拡張タンクは、前記回転可能な外側シェルの外側に配置され、前記熱交換流体及び加熱ガスの双方を大量に含むことができる、請求項３２に記載の方法。
34. 前記排出ステップは、前記熱交換流体を前記環状空間から前記回転可能な外側シェルの第１端に配置される出口を介して排出することを含み、
    前記再循環ステップは、前記環状空間に前記熱交換流体を第１端とは逆の前記回転可能な外側シェルの第２端に配置される入口を介して再循環させることを含む、請求項３２に記載の方法。
35. 前記排出ステップは、前記熱交換流体を前記環状空間から前記回転可能な外側シェルの第１端に配置される出口を介して排出することを含み、
    前記再循環ステップは、前記環状空間に前記熱交換流体を前記回転可能な外側シェルの第１端に配置される入口を介して再循環させることを含む、請求項３２に記載の方法。
36. 前記排出ステップは、前記熱交換流体を前記環状空間から、前記固定型内側シェルの第２端に向かう方向に前記固定型内側シェルの第１端から長手方向に延在するメインパイプを介して、排出することを含む、請求項３２に記載の方法。
37. 前記排出ステップは、前記熱交換流体を前記環状空間から、前記主パイプに前記環状空間を接続する複数の排出用接続パイプを介して、排出することを含む、請求項３２に記載の方法。

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