JP4346523B2 - 紙料供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、古紙、損紙などの紙料を離解させて所定濃度の紙料スラリを連続して排出する連続式パルパーに対して紙料を投入するものであって、その連続式パルパー内の液面高さに応じて紙料の供給を調節するようにした紙料供給装置に関する。

近年、省資源や地球環境保全の要求が高まり、古紙および損紙のリサイクル率が高くなってきており、これまで脱墨や異物除去が困難であった雑誌の他、ラミネート処理された紙容器なども紙料として用いられるようになってきている。
そうした古紙や損紙などの紙料について資源サイクルを行うために紙料スラリを作るパルパーは、これまで容器内に水と薬剤を混合した溶液と紙料を投入し、一定期間混合撹拌して離解が完了した後、排出口を開放して紙料スラリを全量取り出す、いわゆるバッチ式のものが実用化されていた。しかし、バッチ式のパルパーはロスタイムが多く操業性が良くないため、最近では紙料スラリを連続して取り出せる連続式のパルパーが要求され、種々提案されている。

本出願人も特開２００３−１９３３８３号公報として開示された出願によって、エネルギ消費が少なくて均質な紙料スラリが連続的に得られ、かつ、異物の微細化が起こりずらいコンパクトな連続式パルパーを提案している。その連続式パルパーでは、縦型円筒容器内に上部から供給された紙料が垂直回転軸に多段に付設した撹拌羽根によって溶液内で撹拌され、順次下方へ移動するに連れて離解する。そして、作られた紙料スラリは、縦型円筒容器の下部に設けられた取出口から吐出される。なお、紙料の種類によって離解に要する時間が異なるので、紙料スラリの排出量を適宜調整する必要があるが、その際にはスクリューフィーダの回転数が適宜調整される。
特開２００３−１９３３８３号公報（第２−３頁、図１）

こうした従来の連続式パルパーでは、例えば吐出される紙料スラリの濃度を１８〜２０パーセントになるようにし、その後更に１〜４パーセントにまで薄めてからスクリーンを通して異物などを取り除くようにしている。紙料スラリの濃度を一定の範囲にするには縦型円筒容器内に入れる溶液と破砕済紙料との割合を調整する必要がある。
しかし、圧縮梱包された古紙ベールを従来の一定速度の破砕機で破砕した場合、その破砕処理量が個々の古紙ベールにより大きく異なり、そのため従来は適時に破砕紙料を縦型円筒容器に供給するのが難しかった。

そこで本発明は、かかる課題を解決すべく、適時に適量の破砕済紙料を連続式パルパー内に供給する紙料供給装置を提供することを目的とする。

本発明に係る紙料供給装置は、縦型円筒容器内で製造した紙料スラリを連続的に吐出する連続式パルパーに対して破砕済紙料を供給するためのものであって、一対の回転刃の間に入れられた紙料の塊であるベールを当該回転刃で砕いて破砕済紙料として下方に放出する破砕機と、その破砕機にベールを投入する第１コンベアと、破砕機の下から放出された破砕済紙料を前記連続式パルパーの供給口に搬送する第２コンベアと、前記縦型円筒容器内の液面高さを検出する液面レベル検出器と、前記破砕機の回転刃の回転負荷を検出する負荷検出器と、その液面レベル検出器からの検出信号を受けて液面高さを計測し、前記負荷検出器からの検出信号を受けて負荷を計測して、前記第１、第２コンベアの駆動及び前記破砕機の駆動を制御する制御装置とを有するものであることを特徴とする。

また、本発明に係る紙料供給装置は、前記制御装置が、第１の制御装置と第２の制御装置とからなるものであって、前記第１の制御装置は、前記液面レベル検出器からの検出信号を受けて液面高さを計測し、前記第２コンベアと破砕機の駆動を制御し、前記第２の制御装置は、前記負荷検出器を一体に有するものであって、その負荷検出器からの検出信号を受けて負荷を計測し、前記第１コンベアの駆動を制御するものであることを特徴とする。
また、本発明に係る紙料供給装置は、前記縦型円筒容器内の溶液の液面高さについて上変節点と下変節点とが設定され、前記制御装置は、液面高さが上変節点に近づくにつれて前記第２コンベアと破砕機の回転速度を減速し、上変節点を確認した場合は駆動を停止させ、液面高さが上変節点より一定量下がった場合には前記第２コンベアと破砕機の駆動を開始し、液面高さが下変節点に近づくにつれて、前記第２コンベアと破砕機の回転速度を増速させるようにしたことを特徴とする。

また、本発明に係る紙料供給装置は、前記縦型円筒容器内の溶液の液面高さについて、上変節点と下変節点との間に目標点が設定され、液面高さが目標点に維持されるように、目標からの乖離に応じて前記第２コンベアと破砕機の駆動、回転数を制御することを特徴とする。
また、本発明に係る紙料供給装置は、前記破砕機が、投入されたベールを前記回転刃に押し付ける押圧スライダを有することを特徴とする。

本発明に係る紙料供給装置によれば、液面レベル検出器によって紙料スラリが作られる縦型円筒容器内の液面高さが検出され、その液面高さに応じて破砕機の回転刃の回転が制御されて破砕紙料が第２コンベアに排出され、またその液面高さに応じて第２コンベアの駆動が制御されて破砕済紙料が縦型円筒容器へ投入される。そして本発明では、負荷検出器で回転負荷を検出し、検出された負荷の値によって第１コンベアの駆動を制御することにより、第２コンベア上に放出される破砕済紙料の分布をほぼ均一にすることができる。

従って、第１、第２コンベアや破砕機の駆動制御により、適時に適量の破砕済紙料を連続式パルパー内に供給することが可能になる。また、第２コンベアに搭載された破砕済紙料の搭載量の分布をほぼ均一にした状態で連続式パルパーへと破砕済紙料を投入することができ、連続式パルパーへの破砕済紙料の投入量の管理が容易になる。

次に、本発明に係る紙料供給装置について、その一実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。図１は、連続式パルパーの全体構成を示した図である。連続式パルパー１は、図１に示すように、架台１１上に縦型円筒容器１０が立設されている。縦型円筒容器１０には、その上端に破砕済紙料５２が投入される供給口１２が形成され、下端の側部には紙料スラリが取り出される取出口１３が設けられている。縦型円筒容器１０内には、縦方向中心部に垂直回転軸１４が回転可能に支持され、その垂直回転軸１４には、架台１１の下部に設けられたモータ１５の駆動力が減速機１６を介して伝達されるように構成されている。

縦型円筒容器１０内に立設された垂直回転軸１４には、螺旋状のパルピングロータ−１７が最上部に取り付けられ、その下には複数のロータ−１８が上下多段に取り付けられている。パルピングロータ−１７は切欠部が形成され、供給口１２から入れられた破砕済紙料５２がその切欠部を抜けてパルピングロータ−１７の下に落ちるようになっている。一方、上下多段に設けられたロータ−１８は、その羽根の枚数が、上段部分のものは２枚、中段のものは３枚、そして下段のものは４枚、というように徐々に増えている。羽根の枚数を徐々に増やしているのは、上から下にかけて撹拌力を段階的に増加させるようにするためである。

また、縦型円筒容器１０の内壁には、内部を流れる破砕済紙料５２の撹拌が促進するように、縦方向には複数の垂直リブ２１が突設されるとともに、各段のロータ−１８の中間高さに水平リブ２２が突設されている。
一方、縦型円筒容器１０の底部には取出口１３へ紙料スラリを取り出すためのスクリューフィーダ１９が設けられている。このスクリューフィーダ１９は、モータ２０の回転速度を制御することによって紙料スラリの吐出量を調整できるようになっている。そして、そのスクリューフィーダ１９の先には、縦型円筒容器１０から吐出された紙料スラリの異物を除去するためのセパレータ２３が設けられている。

縦型円筒容器１０内には紙料を離解させるための薬品など（例えば、NaOH、脱墨剤、Na₂SiO₃、H₂O₂、スチーム）が供給されるが、そのための配管が縦型円筒容器１０に接続されている。縦型円筒容器１０に配管が接続されてできた一のライン２５には水が流され、他のライン２６にはスチームが流されるようになっている。そのうちライン２５は分岐して２方向に分かれ、それぞれの分岐ラインに電磁開閉弁２７，２８が接続され、他方のライン２６には電磁開閉弁２９が接続されている。そして、電磁開閉弁２７の二次側には例えばNaOH、脱墨剤、Na₂SiO₃が送り込まれ、電磁開閉弁２８の二次側にはH₂O₂が送り込まれるようになっている。

次に図２は、連続式パルパー１へ破砕済紙料５２を供給するための紙料供給装置を示した概念図である。紙料供給装置は、破砕機３０の上方にベール片５１を投入する第１コンベア４１が設けられ、縦型円筒容器１０と破砕機３０との間には第２コンベア４２が配置されている。第１コンベア４１には、１ｍ×１ｍ×２ｍの圧縮梱包されたベール塊５０が載せられているが、そのベール塊５０には長手方向の数カ所に筋（切り込み）５５が入れられている。そのため、第１コンベア４１上のベール塊５０は、その先頭部分が第１コンベア４１から浮いた状態になると、それ自身の重さによって筋５５から分離し、破砕機３０内に落下するようになっている。一方、第２コンベア４２は、破砕機３０から放出された破砕済紙料５２を搭載し、縦型円筒容器１０の供給口１２へと連続的に投入するためのものである。

縦型円筒容器１０の供給口１２の上方には、超音波距離計などの液面レベル検出器４７が設置され、第１の制御装置４８に接続されている。第１、第２コンベア４１，４２には、それぞれベルト４３，４４が掛け渡された一方の回転軸に可変速電動機４５，４６が設けられ、第１の制御装置４８がその可変速電動機４６に接続されている。
第１の制御装置４８には、液面レベル検出器４７の検出信号に基づいて縦型円筒容器１０内の液面高さを調節する液面制御プログラムが格納されている。すなわち、縦型円筒容器１０内の液面高さを計測し、破砕機３０や第２コンベア４２の駆動制御などにより、溶液や破砕済紙料５２の供給の調整を行うよう。

縦型円筒容器１０内の液面調整は、縦型円筒容器１０内の溶液と破砕済紙料５２との量をある程度確保しながら、連続式パルパー１から排出される紙料スラリの濃度が１８〜２０パーセントになるように濃度管理を行うためである。従って、液面調整をするには、縦型円筒容器１０内の溶液に対して適量の破砕済紙料５２を投入する必要がある。
本実施形態では、縦型円筒容器１０内にて液面が上限値Ｌ１と下限値Ｌ２とをそれぞれ超えない範囲で行われる。そのため、その間には上変換点Ｌ３と下変換点Ｌ４と目標点Ｌ５とが設定され、この値を基準に破砕機３０と第２コンベア４２の駆動制御が行われる。

本実施形態では、第２コンベア４２上に搭載される破砕済紙料５２の搭載量分布がほぼ均一になるようにしている。そのため、破砕機３０から放出される単位時間当たりの破砕済紙料５２の放出量が一定になるように、第１コンベア４１から破砕機３０へ回転刃３３の回転数を制御し、また駆動／停止の所定のタイミングでベール片５１が供給できるようになっている。すなわち、破砕機３０の回転刃３３，３３を回転させる不図示のモータに負荷検出器を備えた第２の制御装置４９が接続され、その第２の制御装置４９が第１コンベア４１の可変速電動機４５に接続されている。従って、回転刃３３，３３の負荷が第２の制御装置４９によって検出され、破砕状況に応じて第１コンベア４１からベール片５１が破砕機３０へと追加投入される。

ところで、破砕機３０は、図３に示すように、箱形容器３１の底部に２本の回転軸３２，３２が軸支され、それに回転刃３３，３３が交互に複数配置され噛み合った状態になっている。そして、回転刃３３，３３に向かって傾斜した箱形容器３１の側面には一方に押圧スライダ３８が設けられている。これは立方体形状のベール片５１が回転刃３３，３３の間に入り込まずに、いわゆる浮き上がりの状態を防止して確実に破砕させるためのものである（図２では省略している）。押圧スライダ３８は、詳しく図示しないが、側面に沿って形成されたレールをシリンダなどの駆動力によってスライドするように構成されている。

次に、連続式パルパー１および紙料供給装置の作用について説明する。
本実施形態の連続式パルパー１は、底部に形成された縦型円筒容器１０の取出口１３から所定濃度の紙料スラリが連続して吐出される。そして、紙料スラリの吐出によって縦型円筒容器１０内部の溶液と破砕済紙料５２が減少するため、吐出量に応じて溶液や破砕済紙料５２が適宜供給され、縦型円筒容器１０内の液面が常に一定の高さ範囲で変動するようにして運転される。すなわち、縦型円筒容器１０内の液面の高さが図２示す上限値Ｌ１と下限値Ｌ２との間を上下するようにして紙料スラリが作られていく。

供給口１２から投入された破砕済紙料５２は、縦型円筒容器１０内の溶液に溶け込み、パルピングロータ−１７によって下方へ誘導される。この段階では破砕済紙料５２のままの塊として存在しているものもあるが、パルピングロータ−１７には切欠きが形成されて１ピッチ未満になっているため、塊はその切欠部から下方へと落ちていく。一方、縦型円筒容器１０の底部では前述したように紙料スラリがスクリューフィーダ１９によって取出口１３から吐出されるため、上から供給された破砕済紙料５２は、順に縦型円筒容器１０内を底に向かって沈んでく。そして、下降するに従って刃数の多くなる下段のロータ−１８によって破砕済紙料５２の離解が徐々に進んでいく。

ロータ−１８は回転速度が遅く平面的な撹拌となるため、そのままでは溶液内の紙料がかき回されてできた回転方向の流れに乗ってしまう。しかし、縦型円筒容器１０の内側壁に付設された垂直リブ２１や水平リブ２２によって紙料の流動が阻止されるのでロータ−１８との連れ回りが防止される。なお、ロータ−１８は刃数が上段では少ないので未離解な状態であっても下方への移動がスムーズであり、その一方で下段のロータ−１８では刃数が多くなっているので撹拌力が増加し、均質な紙料スラリが作られることになる。また、下段では撹拌力が大きいので離解繊維に付着しているインク粒子を分離する能力も大きくなる。

供給口１２から投入された紙料は、こうして撹拌によって溶液内で離解しながら縦型円筒容器１０内を下降し、水分中の濃度が１８〜２０パーセント程の均質な紙料スラリとなって取出口１３から吐出される。なお、紙料によって縦型円筒容器１０内に滞留する時間を制御する必要があるときは、スクリューフィーダ１９の回転数を落とすことによって単位時間当たりに吐出される紙料スラリの量を減少させることができる。そして、排出された紙料スラリは、その後、更に１〜４パーセントに濃度が薄められ、セパレータ２３により異物の除去が行われて後続の処理工程へと搬送される。

次に、本実施形態の紙料供給装置では、こうして連続式パルパー１から吐出される紙料スラリの濃度が１８〜２０パーセントになるように、破砕機３０から第２コンベア４２を介して縦型円筒容器１０へ供給される破砕済紙料５２の投入量が調節される。特に、本実施形態では、第２コンベア４２上に搭載された破砕済紙料５２を、搭載量がほぼ均一な状態で連続式パルパー１へと供給し、またその供給を一旦停止するようにしている。

第１コンベア４１には、１ｍ×１ｍ×２ｍの圧縮梱包されたベール塊５０が載せられる。第１コンベア４１は段階的にベルト４３が送られ、ベール塊５０の先頭部分が浮いた状態になると、自重によって筋５５に亀裂が入って一片のベール片５１が分離して破砕機３０内に落下する。こうした第１コンベア４１の段階的な送りによって、破砕機３０にはベール片５１が一個ずつ落とされて、回転刃３３，３３によって破砕されていく。その際、破砕機３０内では、落下したベール片５１が押圧シリンダ３８によって回転刃３３，３３に押し付けられる。従って、破砕機３０からは一定量の破砕済紙料５２が安定して放出される。

破砕時に回転刃３３，３３にかかる負荷は第２の制御装置４９に備えられた負荷検出器によって検出され、その検出信号に基づいて第２の制御装置４９から第１コンベア４１に制御信号が送信される。従って、負荷の値が小さくなってくると、１片のベール片５１の破砕が終わりに近づいてきていることが分かる。そのため、負荷の値が低くなったことを確認した第２の制御装置４９は第１コンベア４１を駆動させ、破砕機３０へは新たなベール片５１が投入される。これにより、破砕機３０では、ほぼ同じ負荷で複数のベール片５１を連続して破砕することができ、第２コンベア４２には破砕済紙料５２がほぼ均一な分布で搭載され連続式パルパー１へと搬送される。

こうした本実施形態の紙料供給装置では、具体的には次のように溶液と破砕済紙料５２とが供給され、縦型円筒容器１０内の液面調節が行われる。
連続式パルパー１では、縦型円筒容器１０内に溶液が入れられ、そこに第２コンベア４２から破砕済紙料５２が投入される。液面レベル検出器４７は、縦型円筒容器１０内の液面を検出し、その検出信号が第１の制御装置４８へ逐次送られている。液面レベル検出器４７からの検出信号を受け取った第１の制御装置４８では、縦型円筒容器１０内の液面高さが計測される。そして、液面が上変換点Ｌ３に近づくと、液面が下がるように破砕済紙料５２の投入量を減らし、逆に液面が下変換点Ｌ４に近づくと破砕紙料５２の投入量を増やすようにする。

連続式パルパー１は、前述したようにパルピングロータ−１７及びロータ−１８の回転によって破砕済紙料５２が撹拌され、溶液中に離解して均質な紙料スラリが作られる。従って、時間が経過することにより縦型円筒容器１０内の液面は徐々に低下していく。そして、液面レベル検出器４７からの検出信号によって液面が上変換点Ｌ３から一定量まで下がったことが第１の制御装置４８で確認されると、第１の制御装置４８から破砕機３０、第２コンベア４２及び第２の制御装置４９を介して第１コンベア４１へ駆動信号が送信され、破砕済紙料５２の連続式パルパー１への供給が再開される。

すなわち、第２コンベア４２が駆動し、その第２コンベア４２からはほぼ均一な分布で搭載された破砕済紙料５２が連続式パルパー１へと搬送され、投入される。こうして、再び液面が上昇することになる。一方、第１コンベア４１から投入されたベール片５１は押圧シリンダ３８によって回転刃３３，３３に押し付けられ、破砕機３０から一定量ずつの破砕済紙料５２が第２コンベア４２へ放出される。このとき回転刃３３，３３にかかる負荷は第２の制御装置４９によって検出され、破砕機３０へは次のベール片５１が所定のタイミングで投入される。これにより、破砕機３０では、ほぼ同じ負荷で複数のベール片５１が連続して破砕される。
なお、仮に縦型円筒容器１０内の液面が上限値Ｌ１を越えてしまった場合には、溶液の供給や破砕済紙料５２の投入も停止させる。また、縦型円筒容器１０内の液面が下限値Ｌ２を下回った場合には、連続式パルパー１からの紙料スラリの吐出を停止する。

よって、本実施形態の紙料供給装置によれば、第２コンベア４２にほぼ均一な分布で搭載した破砕済紙料５２を連続式パルパー１へと投入するようにしたので、縦型円筒容器１０への破砕済紙料５２の投入量の管理が容易になった。

以上、本発明に係る紙料供給装置の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

連続式パルパーの全体構成を示した図である。 連続式パルパーへ破砕済紙料を供給するための第１実施形態の紙料供給装置を示した概念図である。 破砕機の構造を示した図である。

１ 連続式パルパー
１０ 縦型円筒容器
３０ 破砕機
３３ 回転刃
４１ 第１コンベア
４２ 第２コンベア
４７ 液面レベル検出器
４８ 制御装置
４９ 負荷検知器
５０ ベール塊
５１ ベール片
５２ 破砕済紙料

Claims (5)

1. 縦型円筒容器内で製造した紙料スラリを連続的に吐出する連続式パルパーに対して破砕済紙料を供給するための紙料供給装置において、
   一対の回転刃の間に入れられた紙料の塊であるベールを当該回転刃で砕いて破砕済紙料として下方に放出する破砕機と、その破砕機にベールを投入する第１コンベアと、破砕機の下から放出された破砕済紙料を前記連続式パルパーの供給口に搬送する第２コンベアと、前記縦型円筒容器内の液面高さを検出する液面レベル検出器と、前記破砕機の回転刃の回転負荷を検出する負荷検出器と、その液面レベル検出器からの検出信号を受けて液面高さを計測し、前記負荷検出器からの検出信号を受けて負荷を計測して、前記第１、第２コンベアの駆動及び前記破砕機の駆動を制御する制御装置とを有するものであることを特徴とする紙料供給装置。
2. 請求項１に記載する紙料供給装置において、
   前記制御装置は、第１の制御装置と第２の制御装置とからなるものであって、
   前記第１の制御装置は、前記液面レベル検出器からの検出信号を受けて液面高さを計測し、前記第２コンベアと破砕機の駆動を制御し、前記第２の制御装置は、前記負荷検出器を一体に有するものであって、その負荷検出器からの検出信号を受けて負荷を計測し、前記第１コンベアの駆動を制御するものであることを特徴とする紙料供給装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載する紙料供給装置において、
   前記縦型円筒容器内の溶液の液面高さについて上変節点と下変節点とが設定され、前記制御装置は、液面高さが上変節点に近づくにつれて前記第２コンベアと破砕機の回転速度を減速し、上変節点を確認した場合は駆動を停止させ、液面高さが上変節点より一定量下がった場合には前記第２コンベアと破砕機の駆動を開始し、液面高さが下変節点に近づくにつれて、前記第２コンベアと破砕機の回転速度を増速させるようにしたことを特徴とする紙料供給装置。
4. 請求項１又は請求項２に記載する紙料供給装置において、
   前記縦型円筒容器内の溶液の液面高さについて、上変節点と下変節点との間に目標点が設定され、液面高さが目標点に維持されるように、目標からの乖離に応じて前記第２コンベアと破砕機の駆動、回転数を制御することを特徴とする紙料供給装置。
5. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載する紙料供給装置において、
   前記破砕機は、投入されたベールを前記回転刃に押し付ける押圧スライダを有することを特徴とする紙料供給装置。

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