JPH0610289A - 抄紙機のヘッドボックスへの供給配管における２つの液体の混合装置 - Google Patents

抄紙機のヘッドボックスへの供給配管における２つの液体の混合装置

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JPH0610289A
JPH0610289A JP5076891A JP7689193A JPH0610289A JP H0610289 A JPH0610289 A JP H0610289A JP 5076891 A JP5076891 A JP 5076891A JP 7689193 A JP7689193 A JP 7689193A JP H0610289 A JPH0610289 A JP H0610289A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 紙ウェブの坪量断面プロフィル及び繊維配向
断面プロフィルを常に相互に無関係に且つ場所的に狭い
範囲内に収めるようにし且つ、部分液流れの大きさに無
関係に混合液流れが一定に保持されるような、構造が簡
単でコスト的に有利で且つ運転が確実な混合装置を提供
する。 【構成】 第１の部分液流れ（ａ）のための供給配管
（Ａ）と、第２の部分液流れ（ｂ）のための供給配管
（Ｂ）と、流れ抵抗（Ｗ）を有する混合液流れ（ｃ）の
ための吐出配管（Ｃ）と、供給配管（Ａ）と供給配管
（Ｂ）との間の混合角（α）と、供給配管（Ａ）と吐出
配管（Ｃ）との間の主流れ角（β）と、供給配管（Ｂ）
内に組み込まれている部分液流れ（ｂ）を制御するため
の制御要素（Ｓ）とを有していて、部分液流れ（ｂ）に
無関係に混合液流れ（ｃ）が一定に保持されるように混
合角（α）が選択されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は抄紙機のヘッドボックス
へ一定の混合液流れを供給するための２つの液体の混合
のための混合装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】２つの液流れＡ及びＢであって、Ａは制
御されず又Ｂが制御される場合にこれら２つの液流れを
混合すると混合液流れが形成されるが、その流量は原則
としてＡのＢに対する混合比に依存することは既知であ
る。しかしながら、例えば製紙のような多くの技術的プ
ロセスにおいて、部分液流れＡ及びＢの混合比に無関係
に一定量の混合液流れを保持することが望ましい場合乃
至必要な場合がある。これは高価で且つ費用のかかる制
御技術により達成される。請求項１の上位概念による混
合装置はドイツ特許第４００５２８１号（図３）から既
知である。
【０００３】ここでは、ヘッドボックスへの接続配管の
拡張加圧ニップル内において軸方向に希釈水を導入する
ことが提案されている。説明によると、分配器に存在す
る接続配管の拡張加圧ニップル内に希釈水が導入される
ことが記載されている。その特許の主請求項において更
に、繊維を懸濁させるために独立の中心分配器内に希釈
水を供給することも説明されている。希釈成分は通常全
く加えられないか又は加えられても僅かな量だけしか加
えられないので、両方の提案は、希釈成分の流れ方向が
接続配管に対し軸方向を向いていることを前提としてい
る。配管の入口圧力及び出口圧力は一定である。部分液
流れの比率を変化させるための唯一の制御要素は希釈水
配管内に存在する。
【０００４】これにより次のような問題点が発生する。
両方の部分液流れの混合位置における速度は方向は同じ
であるが原則として異なる値を有するので、一方の部分
液流れから他方の部分液流れにエネルギーが伝達され
る。運動量の保存則から、これは相手側の部分液流れを
加速乃至減速することがわかっている。ジェットポンプ
はこの効果を液体又はガスの供給に利用している。混合
位置から先の配管内には例えば絞りのような流れ抵抗が
存在し、部分液流れは流れ抵抗の前で反対方向の力を受
けるので、相手側の加速乃至減速の効果は低減される。
【０００５】流れ抵抗における圧力損失が実際使用上許
容できる場合において、希釈成分の割合が２０％のとき
主流れは希釈成分により加速されて、主流れと希釈成分
とからなる合計の混合液流れは希釈成分の割合が０％の
ときよりも約１％増加することが実験からわかった。特
にヘッドボックスの縁領域において必要なように希釈成
分の割合を５０％以上の値に上げると、混合液流れは変
化して８％以上も増加する。即ち、このような混合装置
の基本的な問題点は、混合液流れが添加量に応じて著し
く変化することにある。
【０００６】同じ目的を達成するための混合装置が、ド
イツ実用新案登録第９１０４６０９号から既知である。
この場合、一定の混合液流れが発生するように、同様に
複数の部分液流れを混合するように働く混合装置が提案
されている。
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】このために、すべての部分液流れは高価な
弁制御装置を用いて相対的に制御される。これは、一方
ではこのような弁が構造及び製作の点で極めて高価であ
ること、他方ではすべての液流れが制御されなければな
らないこと、という欠点を有する。即ち、高い繊維濃度
で送られる部分液流れ内にも弁が組み込まれ、これによ
り繊維の毛羽だち及びバルブの詰まり傾向というマイナ
スの影響が発生する、という欠点を有する。
【０００８】更に、部分液流れの割合に無関係に混合液
流れを一定に保持するために、極めて良好な線形性を有
する制御弁を並列に設けることが必要である。線形性を
よくするためには、圧力損失の高い弁又はコストのかか
る制御技術手段を有する弁の何れかが必要である。
【０００９】従来の技術に対応する考え方は、ヘッドボ
ックスを作業幅全体にわたり区画に分割し且つ各区画に
異なる紙料濃度の懸濁液を供給することにある。ある区
画の紙料濃度が増大するとその場所における紙ウェブの
坪量は増大し又紙料濃度が減少すると紙ウェブの坪量も
減少する。
【００１０】紙ウェブの繊維配向は噴流がヘッドボック
スから出るときの角度の関数であるので、ヘッドボック
ス形状例えば出口隙間の幾何形状のようなヘッドボック
スの幾何形状の変更により繊維配向を目的の方向に適合
させることができる。ヘッドボックスの幾何形状を変更
しても、作用位置によっては、付属の区画においてヘッ
ドボックスから吐出された懸濁液の量に対し異なる影響
を与える。この結果、上記の考え方においては、繊維配
向プロフィルは改善されても同様に紙ウェブの係合位置
における坪量は希望しない方向に変化することになる。
【００１１】ヘッドボックスにおける流体力学的関係並
びにフィルタセクションにおけるシート形成機構に関す
る実際的な経験及び理論的研究から、繊維配向断面プロ
フィルとの関係が坪量断面プロフィルとの関係のように
それほど考慮する必要がないことがはっきりわかった。
従って、上記のような繊維配向と坪量との間の一方的な
結合関係は、上記の考え方を実際に使用する場合はあま
り大きい意味がない。
【００１２】個々の区画内の紙料濃度を変えることは、
各区画に、そこで異なる紙料濃度を有する２つの部分液
流れが相互に混合されたミキサが割り当てられること、
及びヘッドボックスの対応する区画にはもっぱら混合液
流れが供給されること、により達成可能である。紙料濃
度が変化しても同時にそのセクションの繊維配向が変更
されないというための絶対的な条件は、ミキサにおける
設定された部分液流れの割合に無関係に混合液流れが絶
対的に一定であることである。
【００１３】紙料濃度が変化した場合に隣接する混合液
流れは必ずしも等しい大きさではないので、この為にヘ
ッドボックス内の主流れ方向に対し横方向に補償流れが
発生し、従って噴流流出角は機械の方向から外れてく
る。噴流角とウェブ内の繊維配向との間には直接の関係
が存在するので、個々の混合液流れは、個々の区画内の
紙料濃度が例え変化してもヘッドボックスの幅全体にわ
たって必ず等しく且つ一定でなければならない。
【００１４】繊維配向及び坪量の断面プロフィルに影響
を与えるための他の考え方は、混合液流れ及び紙料濃度
を場所ごとに狭い範囲に制限して変化させることであ
る。この場合には、混合液流れの変化の繊維配向に対す
る影響が上記の関係に基づいている。坪量は紙料濃度を
変化させることにより設定され、この場合この考え方に
おいても又紙料濃度の変化によって同時に繊維配向プロ
フィルに影響を与えないようにするために、紙料濃度を
変化させた場合でも混合液流れは必ず一定量で供給され
なければならない。繊維配向の設定のための制御要素と
して、混合液流れ内に弁を設置することが可能である。
【００１５】部分液流れの割合を変化したときでも要求
される個々の区画の一定混合液流れは、坪量測定信号の
伝送時間は長すぎるので、坪量変化のサイクルが支配的
な場合に坪量を一定に保つために極めて高度な制御技術
を用いても、十分には解決できない。
【００１６】紙ウェブの坪量断面プロフィル及び繊維配
向断面プロフィルを常に相互に無関係に且つ場所的に狭
い範囲内に収めるようにし且つ従来の技術の上記の欠点
を排除するために、部分液流れｂの大きさに無関係に混
合液流れｃが一定に保持されるように、構造が簡単でコ
スト的に有利で且つ運転が確実な混合装置を形成するこ
とが本発明の目的である。
【００１７】
【課題を解決するための手段及び作用】この目的は請求
項１に記載の特徴により解決される。即ち、繊維材料懸
濁液の特性に適合した紙料濃度の小さい部分液流れを制
御する唯一の特殊弁を使用することにより解決される。
請求項１によると、本発明の本質的な考え方は、ミキサ
内に入り込む２つの部分液流れａ及びｂの和が部分液流
れの相互の割合に無関係に且つミキサにおける圧力降下
を少なくして常に一定に保持されるように、流れ機構の
２つの逆方向効果を相互に組み合わせることにある。
【００１８】部分液流れａ及びｂをミキサにおいて角α
＝９０°及び角β＝１８０°で合流させると、混合液流
れの方向に一方の流れから他方の流れへ運動エネルギー
が伝達され、これにより図１に示した曲線Ｉが得られ
る。
【００１９】部分液流れを増大させると混合液流れｃは
減少するが、これは混合位置における乱流の増大による
ものである。これはマイナスに働く効果に対応する。
【００２０】部分液流れａ及びｂをα＝０°及びβ＝１
８０°の条件下で合流させると、ベンチュリ効果が発生
し、該ベンチュリ効果は部分液流れｂの増大とともに混
合液流れｃを実質的に増大させる。これはプラスに働く
効果に対応し、これが図１の曲線IIで示されている。
【００２１】ここで本発明者は、角α及びβを適切に選
択することにより、混合位置における乱流による混合液
流れの減少がベンチュリ効果により正確に補償されるよ
うな両方の効果の組合せが達成可能であることに気がつ
いた。即ち部分液流れの割合に無関係に常に同じ混合液
流れを得ることができる。
【００２２】図１において引かれた曲線III は実際のミ
キサにおいて測定された関係を示す。角度を適切に選択
した場合に、乱流及びベンチュリ効果は図１に示すよう
に広い運転範囲にわたり混合液流れに均等に影響を与え
る。
【００２３】部分液流れの流速は混合位置において乱流
を発生するので、つり合い状態の角度はミキサ形状の関
数である。
【００２４】混合液流れが一定という前提は、吐出配管
Ｃの流路内に流れ抵抗Ｗが存在すること、及び更には部
分液流れａの入口圧力が制御されないこと、並びにミキ
サの出口圧力が一定に保持されることである。
【００２５】要約するに、本発明による考え方は、加速
させたり減速させたりするところの、混合位置において
行われる部分液流れ間のエネルギー伝達を、部分液流れ
相互間の角及び配管径を適切に選択することにより、混
合液流れが部分液流れの割合に無関係に常に一定となる
ような大きさにすることである。常に一定の紙特性を保
証するためにヘッドボックスの前の分配システム及びヘ
ッドボックス内において常に定常的な圧力領域が形成さ
れるように努力されているので、部分液流れの入口圧力
及び混合液流れの出口圧力が一定でなければならないと
いう事実は、抄紙機における混合装置の運転に対して決
して制約を意味するものではない。上記の供給配管及び
吐出配管の形状は任意の断面形状をとることができる。
【００２６】
【実施例】本発明を図面により詳細に説明する。図１は
図２に対応する混合装置の測定結果を示す。横軸に部分
液流れ比率ａ／ｂが目盛られ、縦軸に混合液流れｃが目
盛られている。曲線Ｉ、II及びIII は実験結果を示す。
Ｉは混合角が９０°の場合を示す。IIは混合角α＝０の
場合の実験結果を示す。III はこの場合最適の混合角で
ある８０°の場合を示す。
【００２７】図２は請求項２に対応する混合装置を示
す。直線状に走る供給配管Ａが示されており、供給配管
Ａはβ＝１８０°の角度をなして吐出配管Ｃに移行して
いる。供給配管Ａと吐出配管Ｃとの間の交差点に、同様
に直線状の供給配管である供給配管Ｂが或る混合角をな
して導入されている。供給配管Ｂには制御要素Ｓが組み
込まれており、制御要素Ｓは部分液流れｂの流量を制御
する。部分液流れｂは制御要素を通過し且つ供給配管Ｂ
を介して混合室Ｍに導入され、一方部分液流れａは供給
配管Ａを通過して部分液流れｂと合流し且つ吐出配管Ｃ
を通過して混合液流れｃとして吐出される。吐出配管Ｃ
内に更に流れ抵抗Ｗが設けられており、流れ抵抗Ｗは混
合装置の機能のための必要な前提を形成している。
【００２８】図３は図１と同様な混合装置を示すが、部
分液流れｂ内に組み込まれた制御装置Ｓ１のほかに他の
制御装置Ｓ２が存在し、他の制御装置Ｓ２は吐出配管Ｃ
の流路内で流れ抵抗Ｗの下流側に組み込まれている。
【００２９】図４は図３に示した混合装置と同様な混合
装置を示すが、吐出配管Ｃ内に組み込まれた抵抗Ｗ１の
ほかに更に第２の流れ抵抗Ｗ２が供給配管Ａの流路内に
組み込まれている。
【００３０】図５は図２に類似の混合装置を示している
が、この場合、配管は１平面内になく三次元的に配置さ
れている。図５（ａ）は平面図を示し、この平面図には
ＡとＣとの間の角γが示されており、又図５（ｂ）は混
合装置の側面図を示している。
【００３１】
【発明の効果】本発明は上述の如き構成及び作用を有す
るが、その効果は次の通りである。 １．本発明による混合装置はとくに、例えば制御弁のよ
うな制御要素において直線性に対する特別な仕様は必要
ではないので、構成するのに構造的に簡単である。
【００３２】２．構造的に簡単な構成及び制御技術的に
費用がかからないことにより、製作費及び運転費におい
て極めてコスト的に有利である。
【００３３】３．制御要素における線形性の仕様が必要
とされないので、必要ならば、方向における妥協なしに
繊維の毛羽だちの形成を排除することができる。
【００３４】４．制御要素の節約及び構造的に簡単な構
成により、故障発生の確率は著しく低下し且つ運転の信
頼性が上昇する。
【００３５】５．紙料濃度が高い場合は紙料濃度が低い
場合よりも制御要素による繊維の毛羽だちの危険性が明
らかに大きいので、高い紙料濃度を有する部分液流れの
場合には、制御要素を設置しなくてもよい。
【００３６】６．混合装置における圧力降下は通常の方
法より明らかに小さいので、これにより加圧に必要なポ
ンプ動力は低減することができ、従って同様にコストが
減少する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による装置の実験結果を示す特性線図で
ある。
【図２】１つの制御要素と１つの流れ抵抗とを結合した
混合装置の概略図である。
【図３】吐出配管に追加の制御要素を有する混合装置の
概略図である。
【図４】２つの制御要素と２つの流れ抵抗とを備えた混
合装置の概略図である。
【図５】三次元的に設計された混合装置の概略図で、
（ａ）はその平面図、（ｂ）はその側面図である。
【符号の説明】
Ａ ａの供給配管 Ｂ ｂの供給配管 Ｃ ｃの供給配管 ａ 部分液流れ ｂ 部分液流れ ｃ 混合液流れ Ｍ 混合室 Ｓ、Ｓ１、Ｓ２ 制御要素 Ｗ、Ｗ１、Ｗ２ 流れ抵抗 α 混合角（ＡとＢとのなす角） β 主流れ角（ＡとＣとのなす角） γ 空間角
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 トオロエ、シエルブ ブラジル国、サンパウロ、ヴイ−マダレー ナ ルーア アルモニア 722／134

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１の部分液流れ（ａ）のための供給配
    管（Ａ）と；第２の部分液流れ（ｂ）のための供給配管
    （Ｂ）と；流れ抵抗（Ｗ）を有する混合液流れ（ｃ）の
    ための吐出配管（Ｃ）と；供給配管（Ａ）と供給配管
    （Ｂ）との間の混合角（α）と；供給配管（Ａ）と吐出
    配管（Ｃ）との間の主流れ角（β）と；供給配管（Ｂ）
    内に組み込まれている部分液流れ（ｂ）を制御するため
    の制御要素（Ｓ）と；を有する抄紙機のヘッドボックス
    への供給配管における２つの液体の混合のための混合装
    置において：部分液流れ（ｂ）に無関係に混合液流れ
    （ｃ）が一定に保持されるように混合角（α）が選択さ
    れることを特徴とする抄紙機のヘッドボックスへの供給
    配管における２つの液体の混合のための混合装置。
  2. 【請求項２】 混合角（α）が０°≦α≦９０°の範囲
    内にあることを特徴とする請求項１に記載の混合装置。
  3. 【請求項３】 混合液流れ（ｃ）のための吐出配管
    （Ｃ）の流路内に独立の流れ抵抗（Ｗ）が組み込まれて
    いることを特徴とする請求項１に記載の混合装置。
  4. 【請求項４】 主流れ角（β）が１８０°の大きさであ
    ることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の混
    合装置。
  5. 【請求項５】 配管（Ａ），（Ｂ）及び（Ｃ）が一平面
    内に存在せず、従って更に空間角（γ）が形成されてい
    ることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の混
    合装置。
  6. 【請求項６】 角（α）及び／又は（β）及び／又は
    （γ）が運転中に変化可能であることを特徴とする請求
    項１乃至５の何れかに記載の混合装置。
  7. 【請求項７】 吐出配管（Ｃ）内に混合液流れを制御す
    るための制御要素が設けられていることを特徴とする請
    求項１乃至６の何れかに記載の混合装置。
  8. 【請求項８】 流れ抵抗（Ｗ）がヘッドボックスにより
    形成されていることを特徴とする請求項１乃至７の何れ
    かに記載の混合装置。
  9. 【請求項９】 供給配管（Ａ）に第２の流れ抵抗（Ｗ
    ２）が設けられていることを特徴とする請求項１乃至８
    の何れかに記載の混合装置。
  10. 【請求項１０】 供給配管及び吐出配管内の流れ抵抗が
    変化可能であることを特徴とする請求項１乃至９の何れ
    かに記載の混合装置。
  11. 【請求項１１】 配管（Ａ），（Ｂ）及び／又は（Ｃ）
    の少なくとも１つに混合室（Ｍ）の範囲内において１つ
    の可変絞りが設けられている請求項１乃至１０の何れか
    に記載の混合装置。
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