JP2020506304A - ウェットエンドの異なる複数の箇所で抄紙機の脱水量を測定する装置及びその方法 - Google Patents

Abstract

本発明の目的は、抄紙機のウェットエンドにおいて脱水量を測定する装置を提供することにある。本発明の要点は、装置が、通常の大気圧下で機能する測定容器（１５）を備え、容器で、前記抄紙機の負圧がかかった複数の脱水点からの前記水（７）の量が、差圧伝送器（２０）と量水堰（８）とにより測定されることにある。【選択図】図４

Description

本発明の目的は、請求項１の前提部分で定義される装置であって、ウェットエンドの異なる箇所で抄紙機の脱水量を測定する装置を提供することである。本装置では、サクションボックス１内で負圧によりウェブから水７が除去され、サクションボックス１内で除去された水７は、脱水量を測定する本装置に設置されたサクションレグパイプ（suction leg pipe、吸引脚管部）１８に沿って導かれる。また、本発明は、請求項７に記載の方法にも関する。

紙、化学パルプ、板紙を製造する際に、繊維／水混合物、即ち、ウェブから水を除去する様々な技術が機械のウェットエンドで使用されることは、当分野で一般的に知られている。水は、遠心力、負圧及び／又は湿式プレスによってウェブから分離される。本明細書で使用される「巻き取り紙」及び「抄紙機」という用語は、前述のあらゆる製品及び製造機器を指す。生産効率を最適化するためには、機械の異なる複数の部分でウェブから分離された水を測定することが重要である。また、機械の最適化やファブリックの開発のためには、プレスパートで使用されるファブリックから除去された水を測定することにも価値がある。

＜ウェブの脱水＞
米国特許第６０５３０３９号明細書に開示される従来技術では、図１に示す脱水手段の動作原理、即ち、負圧により水を除去するサクションボックス（吸引箱）１を、１つの典型的な解決手段として用いている。この解決手段では、湿紙（含水ウェブ）又はプレスファブリックを通して空気を吸引している。ウェブ／ファブリックの体積圧縮と空気流によって、水はボックス内へと除去される。この図では、サクションボックス１から流れてくる水７と空気１０を分離する水分離器２も示している。水７は、重力によって分離器２からサクションレグパイプ３（一般に短縮形で「サクションレグ」３とも称する）に沿って流れ、２部構造容器１１に流入する。この容器は、サクションレグ３側にある第１の部分が水封部４と呼ばれる部分であり、第２の部分がポンプ部５と呼ばれる部分となっている。

水封部４の容積は、負圧によりサクションレグパイプ３内へと引き込むことができる水量の少なくとも１．５倍でなければならない。サクションレグ３の高さは、負圧によりパイプ内で上昇する水柱の最大高さＨ以上でなければならない。水７は、水封部４から越流堰１２を介してポンプ部５に流入し、そこからポンプ６により処理過程へと戻される。サクションレグパイプ３の代わりにポンプを使って水分離器２から水を除去することもできる。

米国特許第６０５３０３９号明細書 米国特許第５８７５６７５号明細書

＜脱水量の測定＞
現在、上記の排水技術で除去された水の流量測定には、磁気流量計が用いられている。しかし、抄紙機の排水は大量の空気を含むという問題がある。空気を含むことにより流速が増加するので、空気を含む液体を扱う場合には、液体の流速を測定する全て装置でみられるように、磁気流量計からの結果も不正確なものとなってしまう。このため、もう１つの技術、即ち、空気を含む液体の測定ではより優れている堰流量測定が用いられる。従来の堰流量測定では、Ｖ字形状の開口部を備える堰を用い、堰を設けることによって上がった水面の高さを圧力伝送器又は表面高さ計測装置で測定する。堰の原理を用いた全ての測定においては、堰の前の流速を制御することが重要である。Ｖ字形状の開口部の場合の測定では、比較的長く直線状のパイプを測定点前に設置する必要がある。抄紙機のＶ字形状の堰では、所要空間の問題と、流水中の固形物が堰の鋭角の底に溜まり易いという問題がある。

米国特許第５８７５６７５号明細書及び米国特許第６０５３０３９号明細書では、流量に応じて交換可能であり、Ａ字形状９の堰開口部を有する図２に示す堰板８を別の解決手段として用いている。このタイプの解決手段では、堰の底部が広いため固形物を通過させることができる。また、Ｖ字形状の堰よりも堰の高さがはるかに高く、上端が高い位置にあるため、表面高さの測定が容易となる。前述の明細書では、水が上から測定容器内に落ちる堰式測定を記載している。米国特許第５８７５６７５号明細書では、異なる方向からの複数の流れを合流させるように導くことによって堰開口部での流速を制御しており、この場合の流速はゼロとなっている。また米国特許第６０５３０３９号明細書によれば、測定用堰の下方の開口部、即ち、水封部を介して水を導くことにより制御している。

＜従来技術の欠点と課題＞
上記の測定原理は、現在製紙業界で広く用いられているが、いくつかの本質的な問題がある。まず、測定のために水を上から下に導くには、高さ方向に大きなスペースが必要となる。図１に示す負圧をかけたシステムでは、分離器２よりも下に計量器を設置しなければならない。

従来技術による解決手段では、計量器が水分離器２に接続されており、サクションレグ３の水が計量器内まで上昇すると脱水量測定の機能を果たさないという本質的な欠点がある。このため、各所にポンプと計量器を別途設けて前述の問題を解決している。その結果、配管コストが高くなり、特に新規の抄紙機では、それぞれ測定する構成が投資コストを増大させてしまう。

本発明による解決手段は、特許請求の範囲に開示されている内容を特徴とする。

抄紙機における排水を測定する新規なシステムを以下に開示する。このシステムは、当分野において既知の上記の問題を解決する。

本発明によれば、抄紙機のウェットエンドで脱水量を測定する方法をより効率的に行うことができる新規のタイプの装置により、問題を解決している。この解決手段は、大気圧下の脱水位置と負圧下の脱水位置との両方での脱水量測定に適している。抄紙機の全ての排水量測定を、所要の数の水封容器を含む１つの測定容器において、ポンプによる排気に必要な個別の解決手段を用いて実行することができる。

以下、添付の図面を参照し、本発明を更に詳細に説明する。
図１は、当分野で知られる手段による解決手段の動作原理を示す。 図２は、典型的な量水堰のＡ字形状の堰開口部を示す。 図３は、本発明による解決手段の好適な実施形態における構造を示す斜視図である。 図４は、本発明による解決手段の好適な実施形態における構造を示す上面図である。 図５は、本発明による解決手段の好適な実施形態における構造を示す側面図である。 図６は、本発明による解決手段の好適な実施形態を示す。 図７は、本発明による解決手段の好適な動作原理を一部断面で示す側面図である。

従来技術によれば、サクションレグ３に必要な水封部４の容器は、典型的には図１に示すように実施される。排水７は、サクションボックス１からサクションレグ３に沿って２部構造容器１１の水封部４に導かれる。従来技術によれば、容器１１は円筒形であり、水封部４とポンプ部５との間の隔壁として機能する越流堰１２が円筒内に別途形成されている。水封部４を構成する越流堰１２により、水位の上昇１３が生じる。水７は水封部４から越流堰１２を越えてポンプ部５に流入するため、この解決手段は多くの所要床面積を必要とする。別の本質的な欠点は、排水７の測定が各測定点、つまり、水分離器２の下の個別の計量器で別々に行われる点である。この場合、各計量器が個別のユニットであるため、コストを上昇させる。

図３〜５は、本発明による構造的な解決手段と、かかる解決手段に必要な装置を示している。図７は、本発明に係る方法を開示しており、２か所の異なる負圧脱水点からの２本の水流の測定を１つの測定容器内で行う例を示している。本発明では、図１に示す従来の原理を、負圧のかかった複数の脱水点からの排水７を測定するための新規の方法に適用している。本発明における要点は、この新規のシステムでは、所望の全ての脱水点からの排水７の測定を単一の測定容器１５で実施できる点にある。脱水点で除去された水７の測定は、主に、抄紙機の複数の異なる部分で負圧によって吸引される水流、又は、複数のロールの表面からトラフへと流れ落ちる水の量の測定を指す。

本発明に係る計量器は、共通の測定容器１５を意味し、水が測定されない複数の管を含む全ての排水管が測定容器１５に接続されてもよい。特に重要なのは、負圧は、流入管のみに、即ち、計量器として機能する測定容器１５の水封区画１６に向かうサクションレグ１８のみに作用するという点である。サクションレグ１８の構造は、従来技術のサクションレグ３に相当するが、測定容器１５内のサクションレグ１８の動作原理は、従来技術の解決手段とは本質的に異なっている。また、水７の測定自体が、測定容器１５の量水堰８において通常の大気圧で行われることも要点である。通常の大気圧下にある脱水点で除去された水の量も、測定容器で測定することができる。測定容器１５と、測定容器１５の中に形成された水封区画１６と、量水堰８と、ポンプ区画２２とは、最も好ましくは、基礎（地下）レベルに、即ち、機械設置面よりも下に配置される。

本発明による解決手段では、測定される一定量の水７が、サクションレグパイプ１８に沿って計量器として機能する測定容器１５の水封区画１６に導かれ、この区画内で上から到達した水７が水面より下の位置で排出される。要点となるのは、負圧が、流入管として機能するサクションレグ１８のみに作用し、測定容器１５自体は通常の大気圧となっている点である。測定容器１５は長方形の容器であることが最も好ましく、その高さは、標準的な鋼板の幅又は高さ、例えば、１２５０又は１５００ｍｍである。測定容器１５には、必要な数の水封区画１６、通常３〜１０個の水封区画１６が配置される。各サクションレグ１８につき１つの水封区画１６を有し、その区画からの水７の流量を測定することが望ましい。１つの水封区画１６の容積は、サクションレグ１８内を上昇できる水の容積の少なくとも１．５倍である。

水流と共に到達する空気１０を水７から分離するため、脱気板２７が計量器１５内のサクションレグ１８の前に、より具体的には、量水堰８側に設置される。換言すれば、脱気板２７は、区画１６に挿入されたサクションレグ１８と量水堰８との間に設置される。これにより、脱気板２７は、水流及び水とともに到達する空気１０を、脱気板２７と測定容器１５の容器壁に沿って強制的に上方に流す。空気１０は、量水堰８から可能な限り離れて、最も好ましくはサクションレグ１８の直後で、水流から表面まで導かれ、この場合、量水堰８を通って流れる水に乱流は起こらない。脱気板２７の幅は、サクションレグパイプ１８の直径の２．５倍以上であり、必要であれば、脱気板２７は同時にサクションレグパイプ１８の支持体としても動作する。要点となるのは、脱気板２７が量水堰８から可能な限り離れて位置しているので、上昇する空気１０は量水堰８における水流及び水の測定を妨げない点である。

水流は、図２に示すＡ字形状９を有する量水堰８で測定することが最も好ましく、水位は、差圧伝送器２０で測定される。図７は、差圧伝送器２０に対する量水堰８の位置と、水７が水封区画１６から量水堰８を介してポンプ区画２２にどのように排出されるかを示している。更に詳細には、量水堰８の位置は、図７のＡ方向において水封区画１６を挟んで差圧伝送器２０の反対側であり、量水堰８は、水封区画１６の壁の１つの上部に設置されている。これにより、水７は、測定室として機能する水封区画１６の壁の１つに設置された量水堰８を通ってポンプ区画２２に排出される。図３〜５に示すように、複数の量水堰８がポンプ区画２２の向かい合う面に設置され、水封区画１６の量水堰８からその反対側にある別の水封区画１６の固定壁に向かってポンプ区画２２内へと水が排出されるようになっている。このようにして、非直線的に設置された量水堰８から排出される水流が、反対側の量水堰８から来る水流と衝突することなく、漏斗で集められるようにして通過するため、水流の衝突により起こる誤測定が回避される。

差圧伝送器２０は、量水堰８を設けることによって上がった水位を測定する。この解決手段では、例えば、５０ｍｍのメンブレンを備えた差圧伝送器２０が用いられる。伝送器のメンブレンが、例えば、当分野で知られる細い圧力伝達管などのように汚れで詰まらないことが重要である。また、差圧伝送器２０は、メンブレンの中心線が堰８の底面と同じ高さに位置するように配置されている。計量器のサイズは流量によって異なるが、例えば、最大流量１０００リットル／分では、計量器の高さ×幅×奥行が０．６×０．７×０．５ｍである。

各水封区画１６ごとに１つのサクションレグ１８が設けられ、そのサクションレグから排水７が量水堰８を経てポンプ区画２２に排出される。換言すれば、測定室として機能する水封区画１６とその中に設置されたサクションレグ１８は、脱気板２７、差圧伝送器２０及び量水堰８と共に、脱水点の測定を行う単一のユニットを構成する。このタイプの複数のユニットが、測定を所望する脱水点の数に応じて、測定容器１５に設置される。通常、排水７の測定を所望する３〜１０箇所において、個別のサクションレグ１８が設けられる。各区画１６には個別の吐出弁２１も設けられており、これを介して測定容器内に浮遊する製紙パルプなどの測定に悪影響を及ぼす過剰な材料を、整備点検の際に除去することができる。測定容器１５は１つのポンプ区画２２を有しており、排水を処理過程に戻すための共通のポンプ部として機能する。

さらに、抄紙機は、処理水が流れない又は何らかの理由で測定されない水が流れる複数のサクションレグ１９も有する。これらの複数のサクションレグ１９は、測定容器１５として機能する、容器の共通水封区画１７に配置される。共通水封区画１７は容器の一端に位置することが最も好ましい。この共通水封区画１７からの水は、越流部２４を介し、容器の中央にあるポンプ区画２２に導かれる。このように、ポンプ区画２２は共通のポンプ部として機能する。水は、測定容器１５として機能する容器の中心にあるポンプ区画２２からポンプ２３により処理過程に戻される。ポンプのサクションパイプ２５は、ポンプ区画２２内で下方に曲がり、これにより、空気がポンプ２３に侵入できないようになっている。

上記によれば、測定が必要な全ての脱水点からの排水７の測定が、本発明による解決手段により単一の測定容器１５で行われる。本発明に係る複合的システムは、複数の個別の水封容器で水を測定する従来技術と比較してかなり安価である。上述した本発明による解決手段はコンパクトに構成されているが、その効果は大きく、当分野で既知の技術による効果と同等である。当分野で既知の技術では、特に、スペース不足のため計量器を遠隔位置に、機械設置面より下の地下室にまで設置しなければならないことも多い。かかる場合には、配管コストの増加に加え、水が下方に長い距離を落下することにより流速が速くなり、測定結果が不正確となっていた。上からの落下に伴って水の空気含有量が高くなることにより測定結果が不正確になることや、測定対象の水に起因する騒音も問題であった。

図６は、脱水量を測定するための好適な一実施形態における測定を示す。本実施形態の要点は、本発明による新規の解決手段が、製紙工場に既に設置されている抄紙機で利用できることである。この場合の本実施形態は、ベースとなる解決手段自体は従来と同様であるが、本発明に係るシステムを用いることにより改良された解決手段となっている。本実施形態では、図７のサクションレグ１８に相当する図１のサクションレグ３が、本発明に係る複数の水封区画１６に導かれる。

また、本実施形態では、図１に示す水封部４とポンプ部５を分離する越流堰を取り除いている。また、本実施形態の抄紙機では、図６で容器２８として示す円形容器が用いられている。この容器２８は、図３〜５に示すポンプ区画２２として機能する。本発明に係る複数の水封区画１６が、抄紙機の円形容器２８の上部に設置される。本実施形態では、水封区画１６は対であり、即ち、計量器として機能する１つの容器内に２つの別個の水封区画１６がある。水は、水封区画１６から図３〜５に示す量水堰８に導かれるが、堰の前に脱気板２７が設置されており、これにより、水流とこれに伴って到達する空気を容器の壁に沿って上方に流れさせる。量水堰８から排出される水７は、抄紙機のポンプ区画として機能する容器２８に落下し、容器から遠ざかるように導かれ、最も好ましくは処理過程に戻される。

上記によれば、複数の水封区画１６は、図３〜５に示す脱水量測定のための解決手段に十分対応するように機能する。測定原理は、負圧下の脱水点からの流量の測定と脱水７の測定のために実施される方法を示す図７の測定原理と同様である。このタイプの計量器１５を多数個、典型的には複数の測定点の数に応じて１〜５ユニットが、容器２８の上部に設置される。計量器は２つの水封区画１６を備えることができる。このように、容器２８は、全ての計量器に共通の１つのポンプ区画として機能する。

本発明は上記の実施形態に限定されず、以下に示す請求項の範囲内で変更可能であることは当業者には明らかである。本発明の要点は、
通常の大気圧で計量器として機能し、負圧を受ける抄紙機の複数の脱水点からの水７を測定する測定容器１５と、
負圧下で作動し、脱水点から測定容器１５まで上から水封区画１６に至るサクションレグパイプ１８と、
サクションレグパイプ１８の前に設置され、水７と共に到達した空気１０を分離する脱気板２７と、
水封区画１６とポンプ区画２２の間に設置され、脱水流量を測定する量水堰８として機能する堰板と、
一方の側に設置され、水７の量を測定する量水堰８を設けることによって生ずる水面の高さを測定する差圧伝送器２０と、を備えることにある。

本発明による解決手段は、従来技術に記載され、図１に示す解決手段よりも製造が安価であり、測定結果もより優れている。

１ サクションボックス
２ 水分離器
３ サクションレグ
４ 水封部
５ ポンプ部
６ ポンプ
７ 水
８ 量水堰／堰板
９ Ａ字形状
１０ 空気
１１ ２部構造容器
１２ 越流堰
１３ 水位の上昇
１５ 測定容器／計量器
１６ 水封区画
１７ 共通水封区画
１８ サクションレグ
１９ サクションレグ
２０ 差圧伝送器
２１ 吐出弁
２２ ポンプ区画
２３ ポンプ
２４ 越流部
２５ サクションパイプ
２７ 脱気板
２８ 容器

Claims (11)

1. 抄紙機におけるウェットエンドの複数の異なる箇所で脱水量を測定する装置であって、サクションボックス（１）で負圧によりウェブから水（７）を除去し、前記サクションボックス（１）で除去された前記水（７）を前記装置に設置されたサクションレグパイプ（１８）に沿って導いて測定を行い、前記装置は、
   通常の大気圧で計量器として機能し、負圧を受ける前記抄紙機の複数の脱水点からの水（７）を測定する測定容器（１５）と、
   負圧下で作動し、前記脱水点から前記測定容器（１５）まで上から水封区画（１６）に至るサクションレグパイプ（１８）と、
   前記サクションレグパイプ（１８）の前に設置され、前記水（７）と共に到達した空気（１０）を分離する脱気板（２７）と、
   前記水封区画（１６）とポンプ区画（２２）の間に設置され、脱水流量を測定する量水堰（８）として機能する堰板と、
   一方の側に設置され、前記水（７）の量を測定する前記量水堰（８）を設けることによって生ずる水面の高さを測定する差圧伝送器（２０）と、を備えることを特徴とする装置。
2. 一定量の測定対象の前記水（７）を収容する各サクションレグパイプ（１８）は、それぞれ、前記水封区画（１６）と、前記脱気板（２７）と、前記量水堰（８）と、前記差圧伝送器（２０）とを備え、脱水量を測定する前記測定容器（１５）で１つの計量器を構成する、請求項１に記載の装置。
3. 前記測定容器（１５）に２ユニット以上、最も好ましくは３〜１０ユニットの計量器が設けられる、請求項２に記載の装置。
4. 前記水封区画（１６）の１つの壁に設置された前記量水堰（８）から前記ポンプ区画（２２）へと水が排出され、前記計量器の複数の異なる前記量水堰（８）が前記ポンプ区画（２２）の向かい合う面に設置され、前記水封区画（１６）の前記量水堰（８）から反対側の他方の計量器の前記水封区画（１６）の固定壁に向かって前記ポンプ区画（２２）へと前記水（７）が排出されるように構成される、請求項１に記載の装置。
5. 前記ポンプ区画（２２）は、前記測定容器（１５）に一体的に構成されるか、前記測定容器（１５）の外側にポンプ区画（２８）として別途設置される、請求項２に記載の装置。
6. 前記量水堰（８）として機能する前記堰板は略Ａ字形状（９）であり、前記量水堰（８）を設けることにより生じた前記水面の高さを測定する前記差圧伝送器（２０）はメンブレンを備え、前記メンブレンは、中心線が前記量水堰（８）の底面と同じ高さに位置する、請求項２に記載の装置。
7. サクションボックス（１）で負圧によりウェブから水（７）を除去し、前記サクションボックス（１）で除去された前記水（７）をサクションレグパイプ（１８）に沿って導くことで抄紙機におけるウェットエンドの複数の異なる箇所で脱水量を測定する方法であって、
   負圧を受ける前記抄紙機の複数の脱水点からの前記水（７）を、通常の大気圧で計量器として機能する測定容器（１５）で測定し、
   前記複数の脱水点から負圧のかかったサクションレグパイプ（１８）に沿って重力により前記水（７）を上から測定容器（１５）へと導き、水封区画（１６）で水面より下の位置で排出し、
   前記サクションレグパイプ（１８）の前に設置された脱気板（２７）により前記水（７）に伴って到達した空気（１０）を分離し、前記脱気板（２７）と前記測定容器（１５）の容器壁に沿って表面まで上方に向かわせ、
   前記水封区画（１６）とポンプ区画（２２）の間に設置され、脱水流量を測定する量水堰（８）として機能する堰板と、一方の側に設置され、前記水（７）の量を測定する前記量水堰（８）を設けることによって生じる水面の高さを測定する差圧伝送器（２０）とによって測定を行うことを含む方法。
8. サクションボックス（１）などの各脱水点からの水（７）の量の測定は、前記測定容器（１５）内の１つの計量器で行われ、前記水（７）が前記サクションレグパイプ（１８）に沿って前記水封区画（１６）へと導かれ、前記水（７）中の前記空気（１０）が前記脱気板（２７）で分離され、脱水量を測定する前記測定容器（１５）内で１つの計量器を構成する前記量水堰（８）と前記差圧伝送器（２０）とによって前記水（７）の量が測定されるように構成される、請求項７に記載の方法。
9. 前記測定容器（１５）に、２ユニット以上、最も好ましくは３〜１０ユニットの計量器が設けられる、請求項７に記載の方法。
10. 前記水封区画（１６）の１つの壁に設置された前記量水堰（８）から前記ポンプ区画（２２）へと水が排出され、前記計量器は、複数の異なる前記量水堰（８）が前記ポンプ区画（２２）の向かい合う面に設置され、前記水封区画（１６）の前記量水堰（８）からその反対側の他方の計量器の前記水封区画（１６）の固定壁に向かって前記ポンプ区画（２２）へと前記水（７）が排出されるように構成される、請求項７に記載の方法。
11. 前記量水堰（８）として機能する前記堰板は略Ａ字形状（９）であり、前記量水堰（８）を設けることによって生じる水面の高さを測定する前記差圧伝送器（２０）はメンブレンを備え、前記メンブレンは、中心線が前記量水堰（８）の底面と同じ高さに位置する、請求項７に記載の方法。

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