JP6555369B2

JP6555369B2 - 熱風乾燥装置及びそれを用いた薄葉紙の製造方法

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Publication number: JP6555369B2
Application number: JP2018022947A
Authority: JP
Inventors: 朗中須賀
Original assignee: Oji Holdings Corp; Oji Paper Co Ltd
Current assignee: New Oji Paper Co Ltd; Oji Holdings Corp
Priority date: 2018-02-13
Filing date: 2018-02-13
Publication date: 2019-08-07
Anticipated expiration: 2037-08-21
Also published as: JP2019035184A

Description

本発明は，湿潤した紙匹を乾燥させるための熱風乾燥装置や，それを用いた薄葉紙の製造方法に関する。具体的に説明すると，本発明は，エアキャップ内で紙匹を走行させ，紙匹の表面に対して加熱媒体を供給することにより，紙匹を乾燥させる技術に関する。

一般的な薄葉紙の抄紙機では，主たる乾燥装置として，ヤンキードライヤと呼ばれる内部に蒸気が吹き込まれた鉄製シリンダーと，その上部に被せて１５０〜５００℃程度の熱風を紙匹の表面に吹きつけるエアキャップと呼ばれるフード状の装置とが組み合わされたものが用いられる（特許文献１）。紙匹はヤンキードライヤの表面に貼り付けた状態で搬送され，ヤンキードライヤ内部の蒸気に由来する熱が接触により紙匹に伝えられる。また，エアキャップからは過熱水蒸気と空気の混合流体が紙匹を加熱する加熱媒体として噴出される。この加熱媒体は，紙匹の水分を蒸発させる段階で顕熱を失って温度が低下するが，十分に高い初期温度を持たせておけば１００℃を下回ることなく，過熱水蒸気と空気の混合流体のまま保たれる。この加熱媒体の一部は排気ファンによって吸引されて，紙匹から蒸発した水分と等量の蒸気が循環系外に排出される。これにより循環系内の水分量は一定に保たれる。加熱媒体の残部は循環ファンにより吸引され，加熱装置によって昇温された後，循環ラインにより再びエアキャップから紙匹表面へ吹き付けられ紙匹の乾燥を継続する。

特開２００８−１０１２８３号公報特開平０９−０４９１８４号公報

ところで，従来の熱風乾燥装置では，メイクアップエアを循環経路内に供給することは必然的なものと考えられていた。つまり，従来の熱風乾燥装置では，メイクアップエア用配管を設けて，エアキャップ内部から吸入された加熱媒体に装置外部の空気を混合することが一般的であった。

しかしながら，発明者が実際のエアキャップでメイクアップエアの量を少量だけ増減するテストを繰り返し行なったところ，メイクアップエアを減らした方がより少ないエネルギー消費量で同一の紙匹の乾燥させることができるという実験結果が数多く得られた。

そこで，本発明は，より少ないエネルギー消費量で紙匹を乾燥させることを目的とする。

本発明の発明者は，上記目的を達成する手段について鋭意検討した結果，常圧で１００℃を超える過熱水蒸気（加熱媒体）は物理的に完全な気体であることに気付き，このことを利用すれば乾燥熱エネルギーを大きく削減できるという知見を得た。そして，過熱水蒸気を紙匹を乾燥させるための加熱媒体として用いるのであれば，メイクアップエアを循環経路内に供給する必要はなく，むしろメイクアップエアを循環経路内に取り入れない方が，加熱媒体の温度低下を防止することができ，熱効率の向上，ひいては乾燥エネルギーの削減に繋がることに想到し，本発明を完成させた。具体的に説明すると，本発明は以下の構成・工程を有する。

本発明の第１の側面は，湿潤した紙匹を乾燥させる熱風乾燥装置に関する。本発明の熱風乾燥装置は，エアキャップ，加熱装置，及び循環ファンを備える。エアキャップは，紙匹が走行する内部空間を有し，当該内部空間に加熱媒体が噴射される噴出口と，当該内部空間内の加熱媒体が吸引される吸気口とを持つ。加熱装置は，エアキャップの噴出口に加熱媒体を供給する。加熱媒体の例は，過熱水蒸気である。循環ファンは，エアキャップの吸気口から吸引された加熱媒体を加熱装置に供給する。そして，本発明に係る熱風乾燥装置において，エアキャップの吸気口から加熱装置までの気流経路（循環用配管）に装置外部の空気が流入しない。一般的な熱風乾燥装置は，エアキャップの吸気口と加熱装置を繋ぐ循環用配管と，この循環用配管内に装置外部の空気を供給するメイクアップエア用配管とを備えている。本発明においては，このメイクアップエア用配管を取り除くこととしてもよいし，メイクアップエア用配管を設ける場合には，この配管内への空気の供給量を調整するメイクアップエアダンパを完全に閉止することとしてもよい。これにより，エアキャップの吸気口から加熱装置までの気流経路に外部の空気（メイクアップエア）が流入することを完全に防止する。

従来の熱風乾燥装置では，メイクアップエアを循環経路内に供給することは必然的なものと考えられていた。しかしながら，発明者が実際のエアキャップでメイクアップエアの量を少量だけ増減するテストを繰り返し行なったところ，メイクアップエアを減らした方がより少ないエネルギー消費量で同一の紙匹の乾燥させることができるという実験結果が数多く得られた。この事実を説明できる理論を検討した結果，発明者は，常圧で１００℃を超える過熱水蒸気（加熱媒体）は物理的に完全な気体であることに気付き，このことを利用すれば乾燥熱エネルギーを大きく削減できるという知見を得た。すなわち，過熱水蒸気は，窒素，酸素，アルゴン，及び二酸化炭素などの大気中にある周知の気体と同じく，その物理的性質はほぼ理想気体として扱える。従って，過熱水蒸気と他の気体は，お互いに０〜１００％の間の任意の比率で混合することができるのである。つまり，常圧で１００℃を超えてさえいれば，空気に担持されるという意味の湿度という概念に囚われる必要はなく，仮に空気が全く存在しなくとも，過熱水蒸気は単体で空間を占めることができるのである。従って，過熱水蒸気を紙匹を乾燥させるための加熱媒体として用いるのであれば，メイクアップエアを循環経路内に供給する必要はなく，むしろメイクアップエアを循環経路内に取り入れない方が，加熱媒体の温度低下を防止することができ，熱効率の向上，ひいては乾燥エネルギーの削減に繋がるといえる。このため，循環経路内には，加熱装置における燃焼に必要な空気以外に，メイクアップエアと呼ばれる大気を供給しないほうが好ましい。

本発明の熱風乾燥装置において，エアキャップの内部空間の内圧が外圧よりも負圧に制御されていることが好ましい。エアキャップの内圧は，外圧未満であればよく，内外の気圧差（内圧−外圧）は，例えば−０．０１ＫＰａ以下，−０．０５ＫＰａ以下，−０．１ＫＰａ以下とすればよい。このように，エアキャップの内圧を負圧に制御することで，その内部から加熱媒体が漏洩することを効果的に防止できる。また，循環型の熱風乾燥装置であれば，加熱媒体を効率的に回収及び再利用することができるため，熱効率及びエネルギー効率を改善することができる。ヤンキードライヤとエアキャップとを備えた熱風乾燥装置においては，紙匹が走行する経路に沿ってエアキャップとヤンキードライヤの間に隙間が設けられている。エアキャップとヤンキードライヤの隙間に仕切板やサイドシール板などを配置することにより通風抵抗及び密閉度を高めることは知られているものの，その隙間を紙匹が通過しているのであるから，エアキャップの内部空間を完全な密閉状態とすることは不可能である。このため，エアキャップの内圧と外気圧との差により，この隙間から空気が侵入したり漏れ出したりしている。この点，特許文献２には，吸引ダクトや仕切板等を設けることによりエアキャップから熱風のリーク率（漏洩率）を低減する方法が開示されているが，熱風のリーク率を１５％から５％に低減することがやっとであったと報告されている。しかしながら，発明者が薄葉紙の抄紙機で実証実験を行なったところでは，５％程度であっても過熱水蒸気を主体する熱風が漏洩する状況にあっては，その熱風がエアキャップから吹き出し，周囲の機械フレームに接触することによって冷却されて結露する結果，水滴が紙匹に落下し，紙匹の断裂を引き起こすという問題が確認された。生産する品種や抄紙機フレームの設置位置，また紙匹が抄紙用具に拘束されているかどうかなどによっても状況は変化するが，少なくとも薄葉紙の製造工程においては，エアキャップの周囲への熱風の吹き出しを防ぐことが求められる。

また，単純にメイクアップエアの供給配管を排除あるいはダンパを完全閉止としただけでは，別の経路からの空気の侵入が増加してしまう。この点，本発明は，前述したように，エアキャップの内圧を外気圧よりも負圧に制御して，エアキャップ内における加熱媒体（過熱水蒸気）の回収効率を高めている。このように，エアキャップの内圧を負圧に制御しておけば，別の経路からのメイクアップエアの侵入をより効果的に防ぐことが可能であり，その結果，熱効率の向上及び乾燥エネルギーの削減に繋がる。

本発明に係る熱風乾燥装置は，排気ファン，排気用配管，燃焼ファン，燃焼エア用配管，及び熱交換器をさらに備えることが好ましい。排気ファンは，エアキャップの吸気口から吸引された加熱媒体の少なくとも一部を装置外部に排気する。排気用配管は，エアキャップの吸気口と前記排気ファンを繋ぐ配管である。燃焼ファンは，装置外部の空気を加熱装置に供給する。燃焼エア用配管は，加熱装置と燃焼ファンを繋ぐ配管である。熱交換器は，排気用配管内の加熱媒体と燃焼エア用配管内の空気を熱交換し，燃焼エア用配管内の空気を加温する。このような構成によれば，排気用配管内の加熱媒体が保持する熱を利用して加熱装置に供給する空気（燃焼エア）を加温することができるため，熱効率をさらに改善することができる。

本発明の第２の側面は，熱風乾燥装置を用いた薄葉紙の製造方法に関する。熱風乾燥装置は，湿潤した紙匹を乾燥させるために用いられる。熱風乾燥装置は，エアキャップ，加熱装置，及び循環ファンを備える。エアキャップは，紙匹が走行する内部空間を有し，当該内部空間に加熱媒体が噴射される噴出口と，当該内部空間内の加熱媒体が吸引される吸気口とを持つ。加熱装置は，エアキャップの噴出口に加熱媒体を供給する。循環ファンは，エアキャップの吸気口から吸引された加熱媒体を加熱装置に供給する。また，エアキャップの吸気口から加熱装置までの気流経路（循環用配管）に装置外部の空気が流入しない。本発明に係る薄葉紙の製造方法は，このような熱風乾燥装置を用いて湿潤した紙匹を乾燥させて薄葉紙を得る工程を含む。薄葉紙の例は，ティッシュペーパーやトイレットペーパー，キッチンペーパーといった家庭用の衛生用紙である。

本発明によれば，より少ないエネルギー消費量で紙匹を乾燥させることができる。

図１は，第１の実施形態に係る熱風乾燥装置の構成を模式的に示した側面図である。図２は，第２の実施形態に係る熱風乾燥装置の構成を模式的に示した側面図である。図３（ａ）は，１００％乾燥空気によるワンパス乾燥の理論計算値，図３（ｂ）は，１００％過熱水蒸気によるワンパス乾燥の理論計算値を示している。図４は，乾燥機からの排気の一部を循環させる場合の理論計算値を示してる。

以下，図面を用いて本発明を実施するための形態について説明する。本発明は，以下に説明する形態に限定されるものではなく，以下の形態から当業者が自明な範囲で適宜変更したものも含む。

図１は，第１の実施形態に係る熱風乾燥装置１００を示しており，図２は，第２の実施形態に係る熱風乾燥装置１００を示している。第１の実施形態では，メイクアップエアを循環経路内に供給可能なメイクアップエア用配管５が設けられており，この配管５に設置されたメイクアップエアダンパ７３が全閉となっている。これに対して，メイクアップエア用配管５を排除した形態が，図２で示す第２の実施形態である。

各図に示されるように，熱風乾燥装置１００は，乾燥対象となる湿潤した紙匹Ｐに対して加熱媒体を供給するエアキャップ１０を備える。エアキャップ１０は，紙匹Ｐの走行ルートを一部覆うように配置されている。エアキャップ１０は，紙匹Ｐが走行する内部空間１１と，この内部空間１１内に加熱媒体を噴射する複数の噴出口１２と，この内部空間１１内の加熱媒体を空気とともに吸引する複数の吸気口１３を有する。

エアキャップ１０の噴出口１２は，加熱媒体用配管１を介して，加熱装置２０に繋がっている。加熱装置２０は，加熱媒体を生成するための装置であり，生成した加熱媒体を加熱媒体用配管１を介してエアキャップ１０へと供給し，噴出口１２から噴出させる。加熱装置２０は，燃料を燃焼させて熱源を生成し，配管内に導入された空気を加熱する直接式熱交換器として機能するものを用いることが好ましい。燃料としては，石炭や泥炭などの固体燃料や，石油や植物油などの液体燃料，或いは天然ガスや液化石油ガスなどの気体燃料など，公知のものを用いることができる。本実施形態における加熱装置２０では，加熱媒体として過熱水蒸気が生成される。加熱装置２０で生成された過熱水蒸気は，加熱媒体用配管１を経由してエアキャップ１０の噴出口１２から噴出し，紙匹Ｐの表面に接触して，この紙匹Ｐを乾燥させる。

エアキャップ１０の吸気口１３は，循環用配管２を介して，加熱装置２０に繋がっている。この循環用配管２には，循環ファン３０が設けられている。循環ファン３０は，エアキャップ１０の吸気口１３から内部空間１１内の加熱媒体（過熱水蒸気）吸引し，吸引した加熱媒体を循環用配管２を通じて加熱装置２０へと供給する。このように，エアキャップ１０，加熱装置２０，循環ファン３０，加熱媒体用配管１，及び循環用配管２により，加熱媒体の循環経路が形成されており，紙匹Ｐに接触した加熱媒体が回収され，再び紙匹Ｐの乾燥に利用できるように構成されている。

エアキャップ１０の内部空間１１には，ドラム状のヤンキードライヤ４０が配置されている。紙匹Ｐは，ヤンキードライヤ４０の周面に抱かれた状態で，エアキャップ１０の内部空間１１を走行し，その際にエアキャップ１０の噴出口１２から加熱媒体が紙匹Ｐの表面に吹き付けられるようになっている。このように，紙匹Ｐは，エアキャップ１０とヤンキードライヤ４０の間に隙間に導かれるようになっており，この紙匹Ｐが走行する隙間はほぼ気密に保たれている。ヤンキードライヤ４０は，紙匹Ｐと接する周面がパンチングメタルや網目状で通気性を有するものとなっており，ヤンキードライヤ４０の内部に設けられた吸引手段（不図示）によって紙匹Ｐを周面に吸着した状態で搬送することができる。また，ヤンキードライヤ４０内部に過熱水蒸気を吹き込むことによって，紙匹Ｐを裏面側からも乾燥させることもできる。

ここで，エアキャップ１０の内部空間１１の内圧，特にエアキャップ１０とヤンキードライヤ４０の間の空間の内圧は，装置外部の外圧（例えば大気圧）よりも僅かに負圧になるように制御されている。エアキャップ１０の内圧は，例えば，加熱装置２０による加熱媒体の供給量と循環ファン３０による吸引量を調整することによって制御することができる。具体的には，循環ファン３０がエアキャップ１０の内部空間１１から加熱媒体及び空気を吸引する量を，加熱装置２０がエアキャップ１０の内部空間１１に加熱媒体を供給する量よりも多くすればよい。エアキャップ１０の内圧は，その内部空間１１に設けた気圧計（不図示）によって測定してもよい。また，エアキャップ１０の内圧と共に外圧を気圧計によって測定することも可能である。エアキャップ１０の内圧は，外圧未満であればよく，内外の気圧差（内圧−外圧）は，例えば−０．０１ＫＰａ以下，−０．０５ＫＰａ以下，−０．１ＫＰａ以下とすればよい。このように，エアキャップの内圧を負圧に制御することで，その内部から加熱媒体（具体的には過熱水蒸気）が漏洩することを効果的に防止できる。また，循環型の熱風乾燥装置であれば，加熱媒体を効率的に回収及び再利用することができるため，熱効率及びエネルギー効率が向上する。

ただし，エアキャップ１０の内圧を著しく低くした場合には，周囲の空気をエアキャップ１０内へ吸引し過ぎることとなる結果，熱風中の空気の比率が高まり，紙匹Ｐの乾燥を悪化させることが懸念される。このため，エアキャップ１０内外の差圧を測定して外部を基準として内部の圧力をやや負圧に保つことが好ましい。例えば，エアキャップ１０内外の気圧差（内圧−外圧）は，−０．０１ＫＰａ以下であって，−１０ＫＰａ以上，−５ＫＰａ以上，又は−１ＫＰａ以上に保たれることが好ましい。

加熱装置２０が直接式熱交換器として機能するものである場合，加熱装置２０に装置外部の空気を燃焼エアとして供給するための燃焼ファン５０，及びこの燃焼ファン５０と加熱装置２０とを繋ぐ燃焼エア用配管３が設けられる。また，燃焼エア用配管３には，加熱装置２０に供給する燃焼エアの量を調整するための燃焼ダンパ７１が設けられる。加熱装置２０による加熱媒体の生成量は，燃焼ファン５０や燃焼ダンパ７１を調整することにより制御できる。

図１に示されるように，循環用配管２から分岐するようにして，排気用配管４が設けられていてもよい。排気用配管４には，排気ファン６０が設けられており，この排気ファン６０は，エアキャップ１０の吸気口１３から吸引された加熱媒体及び空気の少なくとも一部を装置外部に排気する。また，排気用配管４には，装置外部に排気に排気する加熱媒体及び空気の量を調整するための排気ダンパ７２が設けられる。エアキャップ１０の吸気口１３からの吸引量は，排気ファン６０や排気ダンパ７２を調整することにより制御できる。エアキャップ１０の吸気口１３からの吸引量の調整することで，エアキャップ１０の内部空間１１の内圧を調整することも可能である。

さらに，図１に示した第１の実施形態では，循環用配管２内に装置外部の空気を供給するメイクアップエア用配管５が設けられている。また，メイクアップエア用配管５には，メイクアップエアダンパ７３が設けられており，メイクアップエア用配管５から循環用配管２への空気（メイクアップエア）の流入量が制御されている。従来の熱風乾燥装置では，メイクアップエア用配管５を設けて，エアキャップ１０内部から吸入された加熱媒体に装置外部の空気を混合することが一般的であった。これに対して，本発明では，メイクアップエアダンパ７３を完全に閉じ，メイクアップエア用配管５から循環用配管２へ空気が流入しないようにしている。このため，本発明において，メイクアップエア用配管５は本来的には不要である。そこで，このメイクアップエア用配管５を完全に排除した形態が，図２に示した第２の実施形態である。このように，従来必要と考えられていたメイクアップエアの流入を停止し，燃焼に必要な空気以外の空気量を制限することにより，装置全体の熱効率を向上させることができる。

また，図１に示されるように，第１の熱交換器８１を設けて，排気用配管４内の加熱媒体と燃焼エア用配管３内の空気を熱交換し，燃焼エア用配管３内の空気を加温することが好ましい。これにより，排気から熱を回収して熱効率を高めることができる。

また，第２の熱交換器８２を設けて，排気用配管４内の加熱媒体とメイクアップエア用配管５内の空気を熱交換することとしてもよい。ただし，前述したとおり，本発明では，メイクアップエア用配管５の空気は，循環経路へは供給されない。このため，第２の熱交換器８２は本来的には不要である。そこで，図２に示した第２の実施形態では，第２の熱交換器８２も，第１の熱交換器８１と同様に，排気用配管４内の加熱媒体と燃焼エア用配管３内の空気の熱交換に利用し，燃焼エア用配管３内の空気をさらに加温するための手段として利用している。このため，第２の実施形態では，第１の熱交換器８１と第２の熱交換器８２とによって，排気用配管４内の加熱媒体と燃焼エア用配管３内の空気が２段階で熱交換される。

前述したとおり，本発明では，従来必要と考えられていたメイクアップエアの流入を停止し，燃焼に必要な空気以外の空気量を制限することにより，装置全体の熱効率を向上させることとしている。その理由を以下に説明する。

100%乾燥空気によるワンパス乾燥を図３（ａ）に，100%過熱水蒸気によるワンパス乾燥を図３（ｂ）にそれぞれ理論計算した。速度を意識するために，分の単位で除して表現する。また，簡明のため，熱源は相変化のある石化燃料ではなく，電気ヒーターにより加熱し，同じ流量の水を蒸発させることを想定し，抄紙機での乾燥と同じく常圧下を想定している。比熱，蒸発潜熱等の物理量は温度によって若干変わるが，ここでは空気の定圧比熱を0.24Kcal/kg，水蒸気の定圧比熱を0.47Kcal/kg，空気の密度を1.29Kg/Nm³，水蒸気の密度を0.80Kg/Nm³，水の蒸発潜熱を539Kcal/kgとして計算した。また，熱量の起算点は100℃とした。過熱水蒸気の定圧比熱が空気のほぼ倍であることを反映し，同じ熱量で加熱した後の加熱媒体としては，乾燥空気が384℃であるのに対し，過熱水蒸気の場合には269℃と，乾燥空気の方が温度が高くなる。この後，100℃の湿り度100％の水と熱交換をするが，この時の伝熱速度Qは，以下［式］のとおり規定される。
［式］Q[Kcal/min]＝αAΔT
α：加熱媒体と水との熱伝達率[Kcal/m²・min・℃]
A：加熱媒体と水との接触面積[m²]
ΔT：加熱媒体と水との温度差[℃]

ここでΔTは，加熱空気が284℃であるのに対し，過熱水蒸気の場合には169℃であって，加熱空気の方が温度差の意味では1.7倍程度有利である。一方，加熱水蒸気と水との熱伝達は凝縮熱伝達が主体となるために，その熱伝達率は空気と水との熱伝達率よりも100倍程度高いことが知られている。結局，同じ接触面積では伝えられる熱量Qは，過熱水蒸気の方が60倍程度大きくなる。つまり，過熱水蒸気の方が伝熱速度が高く，乾燥能力も高いことが分かる。反対に，同じ熱量を伝えるために必要な接触面積は，過熱水蒸気の方が60分の1になるので設備の小型化に繋がる。この熱伝達率の高さが過熱水蒸気を用いる利点である。

ただし，ワンパス乾燥を行なうためには前準備として加熱空気と過熱水蒸気を用意する必要がある。日常的に入手が容易な20℃程度の水から過熱水蒸気を製造するには，蒸気の持つ潜熱が大きいため，空気に比べて膨大なエネルギーを必要とする。例えば，乾燥空気（図３（ａ））の場合，加熱装置の入口で乾燥空気の持つ総熱量（＝顕熱＋潜熱）は12Kcal/minであるが，過熱水蒸気（図３（ｂ））の場合には，総熱量は562.27Kcal/minに達する。従って，過熱水蒸気乾燥を実用化するためには，この前準備が効率的に行なわれる必要がある。

これを可能にするのが出口の過熱水蒸気の循環である。図３（ｂ）の出口の過熱水蒸気の1/11を排気すると，残りは入口の過熱水蒸気と物量も温度も同じである。つまり，この出口の10/11を循環すれば，新たに過熱水蒸気を準備する必要はなくなる。これを図４に示した。他方，乾燥空気の場合には，出口の湿潤空気を少しでも循環すると，蒸発した水分を全量排出したことにならず，定常的な循環状態を構成できない。このように，加熱媒体を循環使用できることが，過熱水蒸気乾燥を工業的に実用化するための条件である。

ところで，加熱空気を循環させて乾燥を継続した場合には，水蒸気が次第に空気と入れ替わって行く結果，循環系内の水分量が単調増加し，最終的には過熱水蒸気乾燥に収束する。このことは大事なことである。なぜなら，熱風乾燥装置をスタートさせる時には常温であって，ほぼ加熱空気乾燥になっているからである。それでもそのまま循環運転を続ければ，特別な制御をすることなく自然に過熱水蒸気乾燥に移行できるのである。このことは，石化燃料を加熱熱源に使うために過熱水蒸気と空気が混合している場合にも当てはまる。ただし，100％過熱水蒸気の場合には排気から出るのは蒸発したのと同じ量の過熱水蒸気だけであるが，空気を含む場合には，新しく入って来る量と等量の空気も一緒に排気することになるので熱損失は増える。これが，メイクアップエアの流入を停止し，燃焼に必要な空気以外の空気量を制限することが熱効率アップになる主な理由である。

また，燃焼に必要な空気は，燃焼ファンにより供給される。都市ガスの主成分はメタンガス（CH₄）である。その燃焼方程式は，空気を便宜的に４N₂＋O₂で表現して，
CH₄＋２(４N₂＋O₂)＝２H₂O＋CO₂＋８N₂＋発熱量
であり，完全燃焼のためには，CH₄の１Nm³に対し，空気は10Nm³必要である。この比率は，石化燃料毎に異なるが，燃焼方程式から求めた理論比率の1.0〜1.5倍の比率が採用される。倍率が増えれば完全燃焼し易くなるので，灯油などの液体燃料では高めの数値を採用することが多いが，ガス燃料の場合には仮に僅かな未燃分が出ても煤が発生しないので，1.0倍に近い倍率で運転することが好ましい。しかし，空気の流量計は差圧伝送器が用いられることが多いが，誤差が生じ易い計器であるので，多少倍率を振ってみて，乾燥効率の良いところを見つけることが推奨される。

上述したとおり，石化燃料を使用した直接式熱交換器を用いると，循環ラインを流れる加熱媒体は過熱水蒸気と空気および燃焼後の排ガスの混合流体にならざるを得ない。そこで，加熱装置として電気ヒーターを用いた間接式熱交換器に変更すれば空気は入らずに済むので有利に思えるが，同じ熱量当りにすると一般に電気の方が石化燃料よりも大幅に高価である。その理由は，火力発電というのは一般に石化燃料を燃焼させて作った高温高圧蒸気をタービンに送って発電するのであって，電気のコストには石化燃料から電気になるまでの間の効率分と設備費分が上乗せされるからである。しかしながら，自前で水力発電を持つとか，パルプ工場が併設されていて黒液由来の安価な電気を利用できる場合には，成り立ち得る代替案である。また，熱源として石化燃料や蒸気を利用するにしても，間接式熱交換器を用いて加熱媒体と熱交換すれば，加熱媒体によけいな空気や蒸気が入り込まない。その意味では乾燥には有利であるが，間接式熱交換器は直接式熱交換器よりも熱交換効率が悪く，発生した熱量の全量を加熱に利用できない。すなわち，排熱が出る。しかし，この排熱を別の設備で有効利用できるのであれば，間接熱交換器を用いる選択肢もあり得る。

上記のとおり，燃焼に必要な空気以外としてメイクアップエアを廃止することの利点を述べたが，単純にメイクアップエアの供給配管を閉止しただけでは別の経路からの空気の侵入が増加してしまうことが懸念される。ここで，紙が走行する経路に沿ってエアキャップとヤンキードライヤの間には隙間がある。仕切板やサイドシール板などを用いて通風抵抗を高め，密閉度を高める方法は取られているが，紙が通過しているのであるから完全な密閉状態とすることは不可能である。従って，エアキャップの内圧と外気圧との差により，この隙間からは加熱媒体や空気が侵入したり漏れ出したりしている。このように，加熱媒体が漏洩する状況，すなわちエアキャップの内圧が周囲よりも高い状況を作ったのでは過熱水蒸気を主体とする熱風が吹き出し，周囲の機械フレームで冷却されて結露する結果，水滴が紙匹に落下し紙匹の断裂を引き起こすおそれがある。生産する品種や抄紙機フレームの設置位置，また紙匹が抄紙用具に拘束されているかどうかなどにもよるが，少なくとも薄葉紙においては，エアキャップの内圧を周囲より低く保ち，エアキャップの周囲への熱風の吹き出しを防ぐことが好ましい。そこで，本発明では，エアキャップの内部空間の内圧，特にエアキャップとヤンキードライヤの間の空間の内圧を，装置外部の外圧よりも僅かに負圧になるように制御することとしている。

メイクアップエアを廃止することの効果を確認するための実証実験を実施した。実験で用いた熱風乾燥装置は，ヤンキードライヤとエアキャップからなる一般的なものであり，その構成は図１で示したものと同等である。石化燃料としては一般的な都市ガス１３Ａを用いた。実験で用いた熱風乾燥装置は，排気量の調整は排気ダンパで行うことができ，排気ダンパを開くと排気量が増え，エアキャップの内圧が低下する構成になっている。ただし，排気ダンパを廃して排気ファンの回転数でエアキャップの内圧を制御することもできる。

抄紙機が1550ｍ/minの速度で定常運転状態に入っている状況で，メイクアップエアのダンパ開度は70％，排気熱交換器の排気ダンパの開度は50％であった。この状態からメイクアップエアのダンパ開度を上下流とも33％に絞ったところ，直ちにエアキャップの内圧が低下したので，排気熱交換器の排気ダンパを絞って約35％の開度とし，元の圧力に戻した。続いて循環する加熱媒体の温度が約10℃上昇した。常温のメイクアップエアは加熱媒体と混合して温度を下げる役割をしていたが，この量が減ったために温度が上昇したとものである。これと同時に循環ファンの電流が上流側で68Aから65Aへ，過流側で71Aから68Aとそれぞれ約4％減少した。加熱媒体の温度が上がり比重ならびに粘性が下がったことが理由と考えられる。さらに，加熱媒体の紙匹への吹き付け温度を一定に制御していたが，温度が上昇したことに伴い，温度を維持するために都市ガスの流量が絞られ始めたので，温度制御を手動にして流量の急変を防いだ。

この状況を約20分維持したところ，紙匹の乾燥が良化したことが紙匹の巻き取り部に設置した水分率測定器で観測されたため，加熱媒体の吹き付け温度設定を現状の温度よりも3℃低い値に設定し，温度制御を自動に戻した。これにより，吹き付け温度はスタート時より7℃高い値で安定し，都市ガスの流量が約5％減った。続いて，メイクアップエアのダンパを18％まで絞るテストをした結果，熱交換器の排気ダンパの開度は約30％でエアキャップの内圧が復帰し，循環ファンの電流が2％減少し，過熱媒体の温度制御の設定値はやはり7℃高い位置で乾燥が定常となり，都市ガスの流量は約6％減少した。さらに，メイクアップエアのダンパ開度を0％にしたが，この時は変化が見られなかった。ダンパの特性から，18％の時点でほぼ全閉に近く既にメイクアップエアが殆ど流れていなかったものと考えられる。なお，この間もう１つの乾燥装置であるヤンキードライヤの操業条件は一定に保った。

以上の結果を総合すると，メイクアップエアの量をゼロにすることにより，都市ガス使用量が11％削減され，副次効果として循環ファンの電流が5％削減された。言うまでもないが，循環している加熱媒体の温度が14℃高くなったため，排気の温度も14℃上昇している。しかしながら，排気に含まれる空気量が減ったので，排出される熱量としては減少している。この減少分が排出熱量の減少分として都市ガス流量の減少になって現れている。

一方で，メイクアップエアの流量がゼロになった結果，メイクアップエアへの熱回収がされなくなったが，これは必ずしも機会損失ではない。なぜなら，どんなに効率の良い熱交換器であっても，メイクアップエアの温度は排気の温度すなわち加熱媒体の加熱前の温度を超えることはなく必ず加熱媒体の温度を下げる上，紙匹と加熱媒体との間の熱伝達率を下げるので，メイクアップエアを加えることは乾燥には必ず悪影響となるからである。今後，新規に設計するとすれば，メイクアップエアに関連する熱交換器および配管ダクト，ダンパは省略することができる。ただし，既に熱交換器が設置してあるのであれば，メイクアップエア用の熱交換機の出口を例えば燃焼エア用の熱交換器の入口に繋いで直列の構成とすれば，燃焼エアの温度を高め，排熱回収量が増え省エネルギーになる。この構成を図２に示している。燃焼エアはメイクアップエアと異なり，都市ガスを燃焼させるのに必要な空気であり必ず加えられるが，熱的には暖かいほど良いことは言うまでもないからである。

以上，本願明細書では，本発明の内容を表現するために，図面を参照しながら本発明の実施形態の説明を行った。ただし，本発明は，上記実施形態に限定されるものではなく，本願明細書に記載された事項に基づいて当業者が自明な変更形態や改良形態を包含するものである。

１…加熱媒体用配管２…循環用配管
３…燃焼エア用配管４…排気用配管
５…メイクアップエア用配管１０…エアキャップ
１１…内部空間１２…噴出口
１３…吸気口２０…加熱装置
３０…循環ファン４０…ヤンキードライヤ
５０…燃焼ファン６０…排気ファン
７１…燃焼ダンパ７２…排気ダンパ
７３…メイクアップエアダンパ８１…第１の熱交換器
８２…第２の熱交換器１００…熱風乾燥装置

Claims

湿潤した紙匹を乾燥させる熱風乾燥装置であって，
前記紙匹が走行する内部空間を有し，当該内部空間に加熱媒体が噴射される噴出口と，当該内部空間内の加熱媒体が吸引される吸気口とを持つエアキャップと，
前記エアキャップの噴出口に加熱媒体を供給する加熱装置と，
前記エアキャップの吸気口から吸引された加熱媒体を前記加熱装置に供給する循環ファンとを備え，
前記エアキャップの吸気口から前記加熱装置までの気流経路に装置外部の空気が流入せず，
前記エアキャップの内圧は，外圧未満であって，内外の気圧差が−０．０１ＫＰａ以下−１ＫＰａ以上である
熱風乾燥装置。
熱風乾燥装置により湿潤した紙匹を乾燥させる工程を含む薄葉紙の製造方法であって，
前記熱風乾燥装置は，
前記紙匹が走行する内部空間を有し，当該内部空間に加熱媒体が噴射される噴出口と，当該内部空間内の加熱媒体が吸引される吸気口とを持つエアキャップと，
前記エアキャップの噴出口に加熱媒体を供給する加熱装置と，
前記エアキャップの吸気口から吸引された加熱媒体を前記加熱装置に供給する循環ファンとを備え，
前記エアキャップの吸気口から前記加熱装置までの気流経路に装置外部の空気が流入せず，
前記エアキャップの内圧は，外圧未満であって，内外の気圧差が−０．０１ＫＰａ以下−１ＫＰａ以上である
薄葉紙の製造方法。