JP4634366B2 - 紙または板紙の走行するウェブを加湿するための方法およびアッセンブリ - Google Patents

Description

本発明は、製紙業の異なるステップの間に、紙および板紙を加湿する、請求項１のプリアンブルに係る方法に関する。

本発明はまた、その方法を実行するのに適するアッセンブリに関する。

紙または板紙の製造において、ウェブの繊維性材料は、抄紙機の実行の元で、複数の方法で加工される。最も重要な力の影響は、ウェブに課された張り、ウェブからの脱水のために加えられた圧力および熱、カレンダリングで使われる圧力、熱および湿度である。また、異なるコーティングおよびサイジング技術は、特にドクター・ブレードまたはバーの使用に関連すると、特定の影響を引き起こす。製造工程における個々の繊維およびそれから形成されるウェブの加工は、完成品の特性および品質を決定する。繊維の加工は、繊維の水分によって特に強く影響される。繊維の歪みをもたらす他の要因は、繊維の温度である。共同して、これらの可変性は、繊維の歪みが永続するしきい値を決定する。したがって、ウェブの温度および水分を修正することによって、完成品の品質に幅広い変化をもたらすことができる。一方で、ウェブの水分または温度の変化、例えば、ウェブの紙幅方向の水分プロファイルの変化は、ウェブの厚さに変化をもたらす。この関係は、ウェブの水分プロファイルまたはウェブの温度プロファイルを制御することにより、実際の加工においても当てはめられ、ウェブの厚さの変化を均等にする。

同時に、ペーパー・ウェブへの加湿は、一般的にスチーム・ボックスおよび水ミストスプレーを用いて実行される。スチーム・ボックス中では、蒸気は、ウェブに向かって開いたスリット以外は閉じている空間を形成する蒸気吹付空洞から、ウェブ表面に向けられる。乾燥したペーパー・ウェブの表面上に蒸気が凝縮し、ペーバー・ウェブを加湿および加熱する。しかし、蒸気処理の効率性は、ウェブ温度が６０℃〜８０℃を超えて上昇すると凝縮が少なくなり、突然低下する。例えば、マルチニップ・カレンダリングにおいて、加熱されたロールの影響および繊維加工の強い力のせいで、ウェブ温度が激しく上昇する。

水ミスト噴霧法は、大量の水をウェブへ供給することを可能にする一方、一般的な水量は、１〜４ｇ／ｍ^２のみである。大きな水滴が、ウェブ表面をむらにするなどの欠陥を引き起こすことによって損傷するため、水は、精細にアトマイズされた水滴という形でウェブ表面に取り込まれなければならない。慣例的に、水は、充分に微細な水滴に水をアトマイズできるエア補助式ノズルから、噴射される。ノズルへ汲まれる水は冷たく、アトマイズされた水ミストは、アトマイズ水滴としてノズルを出ると即座に冷えてしまうため、実際には加熱された水の使用は不可能である。それにもかかわらず、アトマイズ処理のために水を加熱することは、特に大量の水が供給される必要がある場合には、理論上有益である。しかし、熱水の使用は、アトマイズされた水の急速な冷却および一層低い相対湿度の周囲空気への蒸発によって制限されてしまう。これらの理由から、従来型の水ノズルからの熱加湿水の噴霧は不可能である。

本発明の目的は、紙または板紙のウェブの表面に対して、周囲温度より高い温度に加熱されたアトマイズ水を噴射することが可能な方法を提供することである。

本発明は、ウェブに向かって開き、飽和蒸気で充分に満たされた閉じたボックス中で、走行するウェブ上に水を噴霧することに基づく。

より具体的には、本発明に係る方法は、請求項１の特徴部分の記載によって特徴付けられる。

さらに、本発明に係るアッセンブリは、請求項１１の特徴部分の記載によって特徴付けられる。

本発明は、重大な利益を提供する。

本発明に係る配置によって、ウェブは、従来技術において可能であるものよりもさらに効率的に、同時に加湿および加熱されることができる。加熱された水は、それ自体が熱をウェブへ取り込み、飽和蒸気をアトマイズ補助気体として用いることができるため、ウェブに当たる蒸気は、蒸気吹付システムと同様の方法で、ウェブを加熱する。熱水は、より低い粘度を有し、したがって、熱水の表面緊度は、熱水のウェブへのより良好な浸透を可能にする。本発明の具体的な利点は、ウェブ温度および水分プロファイルを同時に制御できるスプレーノズルのアレイによって、ウェブ・プロファイルを制御する設備があることである。加湿水の供給制御に加えて、新しい制御設備が、給与水の温度制御という形で提供される。一般的に、紙または板紙の抄紙機のドライ・セクションにおいて、ウェブの水分および温度プロファイルの効率的な制御は難しく、ウェブはこのセクションではきわめて熱いため、スチーム・ボックスの加湿能力は、最小限の凝縮のせいで、依然として劣っている。一方で、冷水の供給は、ウェブ温度プロファイルを変更し、そのようなウェブの冷却は、増大する蒸発エネルギーの必要性を呼び起こす。しかし、熱水を用いてウェブが加湿されれば、より多くのエネルギーがウェブに取り込まれ、給水の効率性が良い。したがって、本発明は、紙または板紙のウェブの品質制御およびドライヤーまたはカレンダー・セクションなどの製造工程に充分に適している。本発明は、過乾燥したペーパー・ウェブまたは板紙を加湿することによって、紙または板紙のウェブ中のストレスの緩和に効率的に適合することもできる。

本発明は、いかなるタイプのスチーム・ボックスの構成と関連しても操作するよう適合できる。唯一の必要条件として、噴霧される水ミストは、周囲の外気へ蒸発したり、ウェブに当る前に冷却されてはならない。したがって、水噴霧は、蒸気で充分に飽和された気圧を支持することができる空間において行われなければならず、実際には、処理されているウェブが、ボックスの壁のうちのひとつとしての役割をする閉じたボックスの中で実行することができる。スチーム・ボックスは、例えば、フィンランド国特許９１，３０１号明細書および米国特許６，２０７，０２０号明細書に記載されている。

以下、本発明を、添付の図面を参照しながら説明する。

以下のスチーム・ボックスの好適実施例は、本発明と関連した用途に適するよう記載される。より具体的には、このスチーム・ボックスの構成は、同時係属のフィンランド国特許９１，３０１号明細書および米国特許５，３５５，５９５号明細書に記載されている。

スチーム・ボックスは、走行するペーパー・ウェブ１の下、または図１にあるように、ウェブの上に設置されてもよい。スチーム・ボックスは、内部に設置されたスチーム・ボックスの構成要素を有する包囲構成物によって囲まれる。蒸気は、送込みパイプ３を通じてスチーム・ボックスに送られ、ウェブ１上に噴射される蒸気の分量は、バルブ５〜７によって制御される。蒸気は、分配グリル４を通じてウェブ１に向けて噴出される。バルブ５〜７は、３つのバルブのグループに配置される。各グループは、３つの異なったサイズのバルブを含み、スチーム・ボックスの紙幅方向の長さに沿ってある各制御部分に、１つのそのようなバルブのグループが設けられる。異なったサイズのバルブの使用は、蒸気の使用分量の幅広い制御範囲をもたらす。ウェブ１に向けて噴出されるスチーム・ジェットの運動エネルギーは、ウェブ１と共に移動する空気境界層を除去し、蒸気がウェブを加熱できるよう、高く設定されなければならない。低い流速（２〜２０ｋｇ／ｍ／ｈ）では、大きな直径のバルブにおける蒸気流速度が依然低く、蒸気がウェブ１へ噴出されない。しかし、より小さなバルブの使用は、より低い流速であっても、蒸気流の運動エネルギーを、充分に高くすることを可能にする。

図２は、図１のスチーム・ボックスの１つの制御部分の横断面図である。バルブ５〜７は、サポート・ビーム８上に取り付けられており、その間を蒸気吹付ダクト１０が通過するよう適合される。蒸気吹付ダクト１０は、サポート・ビーム８、パーティション１１および穿孔された蒸気分配グリルによって区切られたスチーム・ボックス１６を抜け出る。蒸気吹付ダクト１０の出口開口部に対向し、およびそこから間隔を置いたところに、フロー均等化バッフル１３が適合されており、その上に、蒸気吹付ダクト１０から噴出されたスチーム・ジェットが当る。フロー均等化バッフル１３は、制御部分の領域にわたって、蒸気流を均等に分配し、同時に、蒸気に伴って依然として移動する可能性のある大きな水滴が、ウェブ１に届くのを防ぐ。

スチーム・ボックス１６の蒸気温度は、センサー１４により監視される。サポート・ビーム８はさらに、ダクト９および１５を含む。

図３は、スチーム・ボックス内の蒸気吹付ダクトの配置を示す。スチーム・ボックスの蒸気吹付空洞１６の両側面へは、蒸気空間２５および２６が適合される。これらの空間２５、２６は、連通ダクト１５によって結合される。蒸気空間２５へは、蒸気送込みパイプ３が結合される。そこに対向する蒸気空間２６から、蒸気入口パイプ９がバルブ５へと繋がり、バルブ５の上部は、蒸気回収パイプ２７に結合され、それを通じてバルブの加熱に使用された蒸気が、復水回収ラインに送られる。バルブ５からは、蒸気吹付空洞１６へと抜け出る蒸気吹付ダクト１０が始まる。加圧蒸気が、送込みパイプ３を通じて第一の蒸気空間２５へ送られると、そのスペースを加熱する。その蒸気はさらに、連通ダクトを通じて第二の蒸気空間２６へ流れると、この空間をまた加熱する。したがって、蒸気吹付空洞１６の両側面およびウェブ１に対向する壁が、連続的に表面を加熱し、その上への凝縮を防ぎ、さらには蒸気吹付空洞１６の温度は、連続的に、蒸気空間２５、２６の温度と原則的に等しく維持される。

上記のスチーム・ボックスの構成が、加湿水を供給するのに適するよう修正される場合、その中に水スプレーノズルの適応が必要であり、または代替的に、蒸気ノズル５、６、７は、蒸気をアトマイジング補助気体として用いる水ミストを生成できるタイプの水スプレーノズルに、全体的にあるいは部分的に交換されなければならない。このシステム中に必要な蒸気雰囲気は、アトマイジング補助気体を用いて部分的に作られる。さらに、フロー均等化バッフル１３および分配グリル４の構成も、水送込みシステムに合わせて修正されなければならない。この配置内でのウェブの加湿および加熱が、主に熱水を用いて行われる限り、フロー均等化バッフル１３および分配グリル４の完全省略も考慮し得る。代替的可能性として、フロー均等化バッフル１３および分配グリルに開口部を設け、それを通じて水スプレーの噴射ができるようにする。スチーム・ボックスに、例えば高圧補助タイプの別の水ミスト・スプレーノズルが設置されている場合、そのノズルは蒸気吹付空洞１６中に自由に設置されてもよい。ノズルとそれらのスプレー・パターン範囲の間のスペーシングは、ウェブの全体表面に均一な適用範囲を得られるよう調整されなければならない。

ノズルを介して噴射される水は、約７０〜９５℃の温度へ加熱されると有益である。水を高温へ加熱することは、水送込みラインの加圧を余儀なくし、低圧力および低温度の時点でのノズル中の乾燥を容易にもたらすため、水の加熱を高温にすることは、一般的に不利である。実際に、より低い水温の方が、ウェブ温度の制御に利用できる。このために、送込み水の温度は、技術的に可能であれば、制御可能にするべきである。水温制御の１つの可能な方法として、加熱されたノズルの使用がある。ここで水は、例えば電気ヒーターによって加熱され、各ノズルは、同温度へ加熱された水を供給される。対照的に、水温制御が、水がノズルに入る前に行われるよう配置されれば、給水のために、入り組んだ熱交換器および給水設備が必要になる。

熱水は、ウェブの加熱にとって効率的な媒体であり、それによって、例えば、９０℃に加熱された５ｇ／ｍ^２の水が、３０℃の温度で走行する５０ｇ／ｍ^２の坪量のウェブの上に供給されると、ウェブの平均温度が、１０〜１５℃上昇する。ウェブ表面温度の瞬時の上昇は、なお高い。その上、水ミストノズル中でアトマイジング気体として使用される蒸気および蒸気吹付空洞の蒸気雰囲気は、これまでのスチーム・ボックスと同様の方法でウェブを加熱する。給与水を加熱することにより利点を得るには、その水がウェブ温度を超える温度に加熱されなければならない。場合によっては、ウェブ温度より低い温度の水を用いて、ウェブ温度プロファイルを低温に下げる制御をすることが有益的である。本発明に関連して用いられる、「熱水」という用語は、工場設備で使用されるプロセス水の常温から、走行するウェブへ給水する前に、積極的に上昇させた温度を有する水を意味する。

図４は、本発明の実施における使用に適したスプレーノズルの実施例を示す。ノズルは、鞘に囲まれた、水噴射のための中央ノズル本体２８を有し、アトマイジング気体の噴射のための輪状の溝２９が形成される。本願において、噴射された水が、スプレーノズルから出るときに、蒸発減または蒸気化するのを防ぐために、飽和蒸気が、アトマイジング気体として使用される。明らかに、水と飽和蒸気の組み合わせの代わりに、他の噴射可能な媒体の適用も考慮し得る。この点で、最も実現可能な代替的選択は、噴射水を、水滴形成／吸収またはウェブ性質に影響する添加剤に修正することを含む。そのような添加剤は、例えば、洗浄剤および粘度レジューサー、帯電防止剤があり、染料／顔料さえもある。

本発明は、紙または板紙の製造において、多様な方法に適用できる。おそらく最も重要な適用は、特にカレンダリング効果がウェブの水分によって強く影響されることから、カレンダリングされるウェブの加湿において見出される。本発明はここで、ウェブの湿度プロファイルを制御する強力な手段を提供し、ウェブの水分を検出するための多方面の計測機器の優れた有用性が与えられているため、本発明は、品質改良において、計測結果を効率的に活用することができる。抄紙機のプレスおよびドライヤー・セクションでのウェブの加湿は、従来的に複雑であるが、ウェブへの熱水の浸透がより容易になることで、これらのセクションでもより効率的な加湿が実現可能になる。その上、ウェブ温度は、熱水の供給によって低下されず、むしろ、ウェブ温度は、加湿を受けているときでさえ、高く維持される。既知のように、ドライヤー・セクションでの乾燥効果の抄紙機幅方向制御は、極めて難しく、したがって、ドライヤー・セクションのプロファイル制御で提供される設備は制限されている。そこで、本発明は、ウェブ・プロファイル制御の効率性における重要な改良を提供する。例えば、ウェブ製造の最終段階でのある特定の紙品質等級の乾燥は、ウェブを過乾燥にし、すなわち、絶乾状態になり、周囲の外気から水分を吸収し始める。結果として、ウェブは、初期の生産ステップおよび最終的な乾燥から生じる内部ストレスを展開する。そこで、本発明は、風を受ける前の段階でウェブを加湿するのを容易にし、内部ストレスを緩和する。

本発明は、上述の実施例に加えて、代替的実施例を有する。

水ミストの噴射は、所望の形状のスプレー・パターンおよび充分に微細なサイズの噴霧水滴を提供することが可能であるいかなるタイプのスプレーノズルを使用しても、実行することができる。様々な種類のノズル構造が、技術文献およびノズル製造業者の製品カタログに記載されている。蒸気吹付空洞中のノズルの位置は、蒸気吹付空洞の構成によって決定される。いずれにせよ、最も簡単な配置は、従来型の蒸気吹付ノズルを、その代替として取り付けられる二通路噴射ノズルと交換することである。原則として、スチーム・ボックスは、ウェブに向かってフード開口部を有してもよいが、この構成は、非加熱壁上の蒸気の復水を被り、そのため、大きな水滴が走行するウェブ上に落ち、ウェブ表面を損傷させてしまう。しかし、上述のスチーム・ボックスは、この問題から免れる。スチーム・ボックスの蒸気吹付空洞の気圧は、飽和蒸気で有益的に満たされ、水滴蒸発の危険を最小限に減らす。しかし、必要に応じて蒸気雰囲気の水分および温度は、わずかに低く調整されてもよい。水の代わりに、他の液体または液体成分の完成紙料をウェブ上に噴射することもでき、その場合には、明らかに、完成紙料の周囲の気圧は、液体完成紙料の蒸発を防ぐために、液体完成紙料に対応するように調整されなければならない。液体完成紙料のタイプおよびその供給に必要な熱運動によって、完成紙料の温度は、３０〜９９℃の範囲であってもよい。

図１は本発明に係るスチーム・ボックスの実施例の線図である。 図２は図１のスチーム・ボックスの詳細部の部分断面図である。 図３は図２に対応する横断面図である。 図４は本発明に係るスチーム・ボックスにおける使用に適するノズルの横断面図である。

Claims (9)

1. 紙または板紙のウェブに向かって開いた蒸気吹付空洞へ、蒸気を供給することによって、蒸気雰囲気を形成するステップを有する前記ウェブを加湿する方法であって、
   前記蒸気雰囲気中のウェブ上に、少なくとも１つのノズルから、周囲温度より高い、７０℃〜９５℃の範囲内の温度に加熱された液体のスプレーを供給し、
   前記蒸気雰囲気を確立するために必要な蒸気と液体は、別々のノズルから噴射されることを特徴とする方法。
2. 前記ウェブに向かって開いた蒸気吹付空洞中に、飽和蒸気雰囲気を形成すること、を特徴とする請求項１項記載の方法。
3. 前記蒸気は水蒸気であり、液体は水であること、を特徴とする請求項１又は２のうちいずれか一項記載の方法。
4. 前記スプレーとして供給される液体の温度は、紙幅方向（ＣＤ）において制御されること、を特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の方法。
5. 前記スプレーとして供給される液体の分量は、紙幅方向（ＣＤ）において制御されること、を特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の方法。
6. 前記スプレーとして供給される液体の温度または流速は、制御システムおよびウェブ上で実行される計測を用いて、紙幅方向（ＣＤ）において調整されること、を特徴とする請求項４又は５記載の方法。
7. 走行する紙または板紙のウェブに向かって開くよう適合された蒸気吹付空洞と、
   蒸気雰囲気を形成するよう、前記蒸気吹付空洞へ少なくとも蒸気を供給するための、少なくとも１つのノズルと液体を噴出するノズルを有する前記ウェブを加湿するアッセンブリであって、
   前記液体を噴出するノズルは、前記蒸気雰囲気中のウェブ上に、周囲温度より高い、７０℃〜９５℃の範囲内の温度に加熱された液体をスプレーすること、を特徴とするアッセンブリ。
8. 前記液体を噴出するノズルからの噴射物の加熱および噴射された液体の温度制御のための手段を、前記ノズルに設けたこと、を特徴とする請求項７記載のアッセンブリ。
9. 前記アッセンブリは、紙／板紙製造ラインのドライヤー・セクション、カレンダーまたはその間のセクションに設置される、ことを特徴とする請求項７又は８のうちいずれか一項記載のアッセンブリ。

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