JPH07122547B2 - 湿潤した多孔質の移動するウェブを乾燥させる方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は湿潤した多孔質の連続ウエブを急速に圧密し乾
燥させる方法に係わり、更に詳しくは、湿潤したペーパ
ーウエブを急速に圧密し乾燥させる方法に関する。

従来の技術及びその問題点 紙工業分野に於て現在使用されている技術は、プレスと
乾燥とを二つの別々な作業−プレス工程で行われるウエ
ブの圧密と同時に機械的に或る程度の水分を除去し、引
き続き乾燥セクションに於て所望の乾燥度を達成するた
めに、残留水分を熱的に除去するように加熱する−とし
て処理する傾向にある。

近年、湿りプレス加工の改良がなされてきており、これ
らは改良布地（即ち圧縮フエルト）、多数ニツプ段によ
るプレス、ニツプに於る滞留時間の延長（例えば延長ニ
ツプによるプレス）を使用し、又、ウエブの予備加熱を
行うこと、によつて達成されてきた。しかしながらこの
ような改良にも拘わらず、商業的な作業でプレス後の乾
燥度が実質的に50％以上を達成したものはない。乾燥
は、典型的にはウエブを、スチームで内部加熱されてい
る一連の回転する鋳造鉄製シリンダ上で移動させること
によつて、完了される。この方法により達成される乾燥
速度は遅く、ウエブの要求される乾燥度を得るためには
複数段のシリンダが必要とされる。従つて、巨額な投資
が初期に必要とされ、完全な乾燥セクションを良好な作
業状態に維持するには（サイフオン、スチームトラツ
プ、ポンプ、バルブ、繊維、換気、そして熱回収装置、
等を含む）、高い維持コストがかかるのである。

当技術分野に於ては、米国特許第4,324,613号にてワー
レンにより例示されているように、ペーパーウエブの乾
燥速度及び乾燥効率を著しく改善し、これにより現在使
用されている方法の欠点のある程度を克服することが提
案されてきた。この形式の装置に於ては、加圧面（上述
した例に於ては回転ロール）に対する熱伝達がガスや液
体の媒体を介して行われ、100％の効率にはならない。
ガスの熱伝達媒体の場合には、熱損失を低減するために
熱回収装置が組み付けられねばならない。液体の熱伝達
媒体の場合には、再循環装置が組み付けられねばなら
ず、又、これに付随してシール上の問題が発生する。何
れの場合に於ても、全体的な加熱装置は更に複雑とな
り、高価となる。ロール面内に埋込んだ電気抵抗機素に
よる加熱の代替例も複雑になる。何故ならば、電力が回
転するロールに対してブラシ又はスリツプリングを介し
て供給されねばならないからである。

米国特許第3,702,912号に於てグリーンバーガーは、加
工されるストリツプ状の材料を通してロール面を加熱す
るために誘導加熱を使用した該被加工材料の光沢出し、
即ちカレンダーがけ、の方法及び装置を記載している。
ラリヴエ（larive）（米国特許第4,384,514号及びカナ
ダ国特許第1,143,039号）は、局部的な加熱を行うため
にコイルを選択的に作動させることによつて、カレンダ
ー装置（例として挙げられる）のニツプ状態をコントロ
ールするための複数段の誘導コイルを使用することを記
載しているが、これによればロールの直径は大きくなつ
てしまう。これらの特許はここに教示されているような
乾燥のために必要な高温発生及び伝達速度に言及するも
のではない。

しかしながら、交流誘導コイルによつてロールのような
実質的に強磁性面を加熱することは、ワーレンによつて
教示された方法を上回る明らかな利点を与えるのであ
る。これに於て、 1. 熱はロール表面及びその極めて近い部分に発生さ
れ、従つてこの加熱はガスや液体のような媒体によるロ
ールへの熱伝達に比べて一段と効率が良い。

2. 誘導コイルをロール表面に近づけて簡単に取り付け
ることができ、熱回収装置や、液体媒体を介して加熱す
る場合に必要とされるシールの複雑で高価となる構成が
必要でなく、或いは又、ロールに取り付けられる電気抵
抗機素の場合に必要とされるブラシやスリツプリングの
ような複雑で高価となる構成が必要でないのである。

一般に、当技術分野に於ては、ワーレンによつて教示さ
れるような乾燥技術を使用する場合には比較的高い温度
が望ましいということが、容認されてきた。しかしなが
らこのことは、多孔表面を形成する材料に、又、加熱さ
れる表面の冶金学的な点から問題を生じていたのであ
る。

発明が解決しようとする課題 本発明の目的は、ペーパーのような湿潤ペーパーウエブ
を連続して乾燥させるための方法及び装置を提供するこ
とであり、エネルギ効率が良く、且つ又必要とする主な
る設備費の点で比較的安価である方法を提供することで
ある。

課題を解決するための手段 本発明によれば、湿潤した移動するペーパーのようなウ
エブを連続して乾燥させるための方法及び装置が提供さ
れるのであり、これは第一及び第二の移動面で形成され
るニツプを含み、第一の移動面は比較的固い不浸透性の
材料で作られ、120℃以上の温度、好ましくは125℃から
200℃迄の間の温度、に加熱されており、第二の移動面
は比較的浸透性の材料で作られ、100℃以下の温度に保
持される。ウエブはこのニツプ間を圧力を作用された状
態で通過されるのであり、これにより比較的高い温度効
率でもつて水分を除去されるのである。

全体的に詳しく説明すれば、湿潤したウエブはニツプを
形成している二つの協働する面の間に通される。一方の
面は好ましくは交流誘導コイルによつて120℃以上の温
度に迄加熱され得るようになされている一方、他方の面
は多孔質で100℃以下の温度に保持されるのである。こ
れらの協働する面は互いに押し合わされ、そのニツプ間
を通過するウエブを圧縮するようになつている。

この方法の効率は温度に依存するものでないことが驚く
べきことに見出されたのである。従つて、120℃から200
℃の間の温度を使用して本発明を実施でき、又、これに
より最高の作動効率を得ることができるのである。この
ことは、より高い温度とすることが一層良好な湿度の除
去を可能にするという容認されていた信仰に反するので
ある。

このような状況の下で、加熱されている面からウエブに
対して非常に速い速度で熱エネルギが移動するのであ
る。この高温面とウエブ表面との界面には水蒸気が発生
される。加熱された面は実質的に不浸透性であることか
ら、水蒸気の発生によつて生じた圧力勾配はウエウを通
してその反対側に位置された比較的温度の低い多孔質の
面の内部へと水蒸気を流すようにするのである。ウエブ
は圧縮状態にあるから、水分は既に繊維から搾り出され
て繊維間の隙間にある。このウエブを通過る水蒸気の流
れは、これらの自由な水分をウエブから多孔質の面の内
部へと流し出す傾向を示すのである。このようにして、
より多くの水分がウエブから除去されるのであり、この
除去される量は蒸発のみによる除去に比較して多量であ
る。加熱ロールの内部で、且つ又その作動面に極く接近
した位置にて熱が発生されるので、この熱への電力の変
換及びウエブ内への熱移動は非常に高い効率となる。更
に、湿気の存在する中でペーパーウエブの温度を上昇さ
せることは、繊維の成分がガラス転移温度を超えるよう
にするとともに、ニツプに生じた圧力の下で降伏（yiel
d）するようになすのである。このようにして、繊維は
緻密化され、圧密化、即ち繊維間の接合、が改善される
のである。更に、加熱面と接触するウエブの表面は該加
熱面の鏡像面となる傾向を示す。従つて加熱面が滑らか
とされているならば、ウエブ表面の滑らかさも改善され
るのである。

この比較的に不浸透性の加熱された移動面は、或る一つ
の実施例では、適当な回転ロールとなされ得る。このよ
うなロールは、クローム鍍金されたスチール製ロールシ
エルを含むことができる。

比較的に浸透性の多孔質な移動面は、回転ロールのため
の適当なカバーを含むことができる。多くのこのような
通常機械のフエルトは当技術分野で知られており、又、
ナイロン及び／又はポリエステルのような材料から作る
ことができる。この点に関して、注目すべき重要なこと
は、使用される温度範囲からそのような材料が本発明の
実施に適当であり、温度が高くなればなる程、より一層
高価な材料が高いロール温度に耐えるために必要とされ
る、ということである。

このように本発明は全体的に説明されたが、本発明の実
施例を示す添付図面が参照される。

実施例の説明 図面を詳しく参照すれば、第１図は本発明の簡単な実施
例を示している。この実施例に於ては、第一のロール10
が備えられており、このロールは適当な装置（図示せ
ず）によつて矢符12で示す方向へ回転駆動されている。
ロール10は適当な手段によつて加熱されるのであり、図
示実施例に於ては全体を符号14で示されているA.C.電流
誘導コイルによつて加熱されている。或る一つの適当な
配列に於ては、ロール10の作動幅（湿潤したウエブと接
触する部分）を差し渡されたコイルを含むことができ
る。この誘導コイル14は必要とされる加熱容量を与える
のに十分な本数だけ備えられる。

第二の浸透性の移動する面は、製紙工業界で広く使用さ
れているような通常のフエルト16とされることができ
る。フエルト16は乾燥すべき湿潤したウエブ18を支持し
ている。フエルト16は100℃以下の温度に保持される。
このフエルト16はバツクアツプロール20によつて支持さ
れており、このバツクアツプロールは矢符22で示された
方向へ回転する適当な手段（図示せず）によつて駆動さ
れている。

流体作用圧によつて作動されるシリンダのような通常の
手段（図示せず）が備えられ、これらのロール同志を適
当な直線荷重（典型的にはニツプ幅30mm当り20〜250kN/
m）の下で押し付け合わせるようになつている。

図示実施例は全体を符号24で示されているドクターブレ
ードの使用を示しており、このドクターブレードは加熱
されたロール10の表面と接触して、そのロール表面から
全ての破片を剥ぎ取つて清浄状態に維持するようにな
す。清浄ドクターブレード24によつてロール面から剥ぎ
取られた破片は、例えばドクターブレード24の作動縁に
接近させて配置した真空スロツト（図示せず）によつ
て、シート上へ落下するのを防止されねばならない。

作動に於て、直接成形、真空ピツクアツプ、プレス等に
よつて多孔質媒体即ちフエルト上に付着されたウエブ
は、ロール10及び20の間に形成されている加圧ニツプ内
へ運ばれるのであり、これらのロール間の直線荷重は所
望値にセツトされている。ロール10は熱伝導性が比較的
高く、熱容量の大きい金属材料で作られており、実質的
に強磁性であることが好ましいがこれは本質的なことで
はない。ロールの表面は、ウエブを圧縮した後にウエブ
がロールに付着しないようになされねばならない。実際
には、スチール製のクローム鍍金されたロールシエルに
よつて満足のいく性能を達成できることが見出されてい
るが、これ以外の構造も使用できる。

ニツプに進入することでウエブは圧力を受ける。この圧
力は、空気が排出されてこの時点でウエブが実質的な繊
維と「自由状態」の水分とで構成されるような程度に
迄、ウエブを圧縮する。同時に、ウエブの頂面及びそこ
に存在する水分はロールの加熱されている面に密着され
る。この密着は、非常に速い速度での熱移動、及び圧力
作用の下での水蒸気の発生を引き起こす。このようにし
て高温ロールと低温ロールとの間に発生した圧力勾配に
よつて、水蒸気はウエブを通してフエルト内部へ移動さ
れる。シートの多孔質を通過する間に、水蒸気はその多
孔質内部に残留する「自由状態」の水分を一掃する傾向
を示すのである。

作動速度が速くなると、ニツプ間に於るウエブの滞留時
間が短くなる。これは、ウエブがニツプの進入する直前
に、例えば水蒸気や赤外線エネルギを使用してウエブを
予備加熱することによつて、或る程度オフセツトするこ
とができるのであり、このような方法は通常は「ホツト
プレス」と称される。このことでニツプ間に於る必要と
される滞留時間が短縮できるのであり、これはウエブ表
面及びそこに存在する水分を加熱するのに必要な時間が
短縮されることに相当する。有効ニツプ幅は、ニツプ間
で変形されるカバー26を備えた低温ロール20を取り付け
ることで増大できる。例えば、10〜15mm厚でＰ＆Ｊ硬度
範囲が10〜30のゴムカバーが、高強度の長いニツプのプ
レスに関する技術分野で知られているように、大きな直
径のロールに備えることができるのである。２本のロー
ルを「長いニツプ」として知られている形式のベルト及
びシユー構成で置き換えることによつて、長い滞留時間
を得ることは可能である。

シート即ちウエブの多孔性は本発明の実施に重要であ
る。滞留時間が短い場合には、多孔度が少ないウエブは
シートの引き離しに問題のあることが見出されている。
この問題を克服するために、多孔度が少ないウエブの場
合には長い滞留時間が特に望まれるのである。

第１図はロール10の電気誘導加熱を示しており、複数列
の電気誘導コイルを製紙機の幅方向に差し渡して加熱が
行なわれるようになつている。しかしながら、必要とさ
れる加熱は製紙機の幅を差し渡した一本の十分な容量の
コイルによつて供給することは実行可能である。非常に
大きな容量のユニツトが既に知られており、例えば電気
誘導炉にて金属を溶融する場合に於て知られている。主
に60Hzの周波数の交流電流をコイル（単数又は複数）に
与えてロールを加熱することは可能であり、熱の発生さ
れる深さ位置が励起電流の周波数の関数であることは良
く知られている。現在の要求はロール表面に発生される
熱であることから、1kHzもしくはそれ以上の周波数を使
用するのが好ましい。

直流誘導加熱もロールを加熱する手段として知られてお
り、これによれば強磁性材料が静止電磁石の磁場を通し
て移動するときに誘導されるエデイー電流で熱が発生す
るのである。この技術は、ロールを加熱するための電流
が誘導されるようになすために、ロールを駆動する付加
的な駆動動力を必要とし、又、これはロールベアリング
に対して不可的荷重を掛けることになる。A.C.誘導加熱
を使用することによつてこの問題を解決することができ
るのである。

ニツプから出ることで、フエルト内に含まれている水分
によつてウエブが支持するのを最小限となすために、フ
エルト16からウエブ18を引き離すことが得策である。フ
エルトはその戻り走行路にて状態を調えられるとともに
除湿されるのであり、これはプレス技術分野で既に知ら
れているウオータースプレー及び真空吸引のような手段
で行われる。

第２図に於ては、加熱されるロール及び低温ロールが逆
に配置されている。この構成によれば、ウエブの逆側が
加熱されているロールと接触される。加熱されているロ
ールと接触されるウエブ表面はニツプ間で圧縮される間
に滑らかとなることが実際に見出されている。最終製品
（例えば新聞紙）は出来るだけ等しい特性のものとされ
るべきことが望まれることから、理想的には直列的に作
動してウエブの両面を加工するような二つのユニツトを
備えたものとなることが予想される。即ち、第１図に於
るようなユニツトの直後に第２図のようなユニツトを配
置するか、これと逆の配列とされる。

第Ｉ表は、初期の固形物含有率が42％（水分比1.4）で
ある30cm幅のウエブが第１図に示した装置で50m/minで
処理されているときの水分除去率に関するロール温度及
びニツプ荷重の効果を示している。50g/m²のウエブが実
験に用いられ、これは再溶解（reslushed）した新聞紙
から作られたものである。

第Ｉ表から、温度の効果は使用されるニツプ荷重に依存
することが明らかである。106kN/mに於ては、ロール温
度を150℃から200℃へ上昇させる利点が殆どないことが
認められる。150℃から200℃の範囲のロール温度の僅か
な効果は第II表に示されるように速いロール速度で確認
されている。

第III表は、ニツプ荷重が106kN/mで、ロール温度が150
℃から200℃迄の範囲に於る電気誘導加熱によつて得ら
れた固形物含有率及び水分除去比の例を示している。

明らかなように、処理後のウエブの固形物含有率及び除
去された水分量は処理速度（即ち、ニツプ間に於る滞留
時間）に非常に大きく依存するが、テストされた温度範
囲では加熱されたロールの温度に比較的鈍感である。例
えば70％を超える固形物含有率を有するウエブがこれよ
りも低い速度で得られることが実験により確かめられて
いる。

このように、動力使用の効率の観点からですら、第VI表
に示すように、比較的大きなニツプ荷重及び短いニツプ
滞留時間を使用した場合、テストした温度範囲に於る高
い温度で作動させることによる明白な利点は得られない
のである。

別の一連のテストに於て、ロール温度が250℃に高めら
れた。ニツプ荷重が106kN/mに於て得られた結果が第Ｖ
表に示されている。

これらの動力節約は、通常のペーパー乾燥に必要な典型
的な動力値を、これらのテストに使用した実際の動力値
と比較して計算された。

再溶解された供給新聞紙が異なり、又、進入時の固形物
含有率が大きくなつたことで、第IV表に於る対応値に比
べて、大気温度に於ては退出時の固形物含有率が高ま
り、又、高い温度に於ては退出時の固形物含有率が低く
なつて現れている。それにも拘わらずに、ロール面の温
度を250℃に迄上昇させても、150℃に於る処理に比べた
場合に水分除去或いはエネルギ節約の点で何も改善され
ないのである。

テストした温度範囲に於て、ロール面温度に対して水分
除去速度が比較的鈍感であることは、ロール面温度のコ
ントロールが狭い温度範囲に制限される必要のないこと
を意味している。更に、熱抵抗に関してフエルトに対さ
れる要求事項は、テストした温度範囲に於る低い温度で
作動させることで低減できるのである。

更に又、このような状況の下での作動に伴う熱効率の損
失は生じないことが示されたのである。

上述により説明した実施例は図解のためのものであるこ
とが理解されよう。その他の変化及び変更が、本発明の
精神及び範囲から逸脱することなくなされ得ることは理
解されよう。

特許請求の範囲の欄の記載のみによつて制限される本発
明の範囲から逸脱することなく、様々な変化がここに記
載した実施例に対してなし得るのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明により構成された装置を示す概略的な
側面立面図。 第２図は、第１図の装置の変形形態を示す概略的な側面
率面図。 10……第一の移動面、即ちロール、14……交流作動誘導
コイル、16……フエルト、18……湿潤されたウエブ、20
……バツクアツプロール、24……ドクターブレード、26
……カバー。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第一の移動面は比較的固い不浸透性材料で
   作られた回転シリンダであり、第二の移動面は第二の回
   転シリンダ上に湿潤した移動ウエブを支持している移動
   する浸透性のフエルトである前記第一及び第二の移動面
   の間にニツプを形成し、 前記ニツプに押圧力を保持し、 湿潤した移動するウエブを前記第一及び第二の移動面の
   間に通過させ、 少なくとも１キロヘルツの周波数で交流誘導コイルを使
   用する誘導加熱によつて、ニツプに至る以前の前記第一
   の移動面を120℃を超える温度に迄加熱し、そして第二
   の移動面を100℃以下の温度に保持すること、 の各段階を特徴とする湿潤した多孔質の移動するウエブ
   を乾燥させる方法。
2. 【請求項２】第一の移動面が120℃から200℃迄の間の温
   度に迄誘導加熱されることを更に特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の方法。
3. 【請求項３】前記湿潤した多孔質の移動するウエブがペ
   ーパーウエブであることを更に特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の方法。
4. 【請求項４】前記ニツプに於る押圧力を維持する段階
   が、前記シリンダ同志をニツプ幅の1mm当り0.7kN/m〜8k
   N/mの間の圧力で押圧する段階を含んでいることを更に
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法。
5. 【請求項５】第一及び第二の移動面と、前記第一及び第
   二の移動面の間に形成されたニツプと、前記第一の移動
   面が比較的固い不浸透性材料で作られた回転シリンダで
   あることと、前記第二の移動面が第二の回転シリンダ上
   に湿潤したペーパーウエブを支持している移動する浸透
   性のフエルトであることと、前記ニツプ間に押圧力を保
   持するための装置と、前記ニツプに至る前の前記第一の
   移動面を少なくとも１キロヘルツの周波数で交流誘導コ
   イルを使用する誘導加熱によつて少なくとも120℃の温
   度に迄加熱するための誘導加熱装置と、そして前記第二
   の移動面を100℃以下の温度に保持するための装置と、
   を特徴とする連続せる湿潤したペーパーウエブを乾燥さ
   せるために好適な装置。