JPS59176574A - 乾燥機ドラム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は密封内部に凝縮性蒸気を導入することにより加
熱される乾燥機の回転ドラムの表面に担持される湿潤走
行ウェブの乾燥分野に関する。更に詳細には、本発明は
、蒸気が凝縮されるに従って形成される凝縮液層を阻止
するために、内周面に装着されたスポイラ棒を備えた乾
燥機の加熱蒸気回転ドラムに関する。なお詳細にのべれ
ば、本発明は、凝縮液の熱伝達係数を向上するために、
凝縮液層の深さに関連してスポイラ棒の本数と高さとの
間の関係に関するものである。

上記技術分野における従来の文献はり、Ｗ、　ＡｐＩ）
ｅｌとＳ、Ｈ，Ｈｏｎｇによる米国特許第３，７２４，
０９４号に簡潔に要約されている。上記従来技術には、
スポイラ棒が、０．−１；ｆ’〜３．４−ｖ７フインチ
（ここでｄニドラムの内部直径フィート）の範囲で、内
周距離が相互に隔てられている時に、内周面に取付けら
れたスポイラ棒を備えた乾燥機の加熱蒸気ドラムにおけ
る熱伝達係数を向上されることが教示されている。乾燥
機の加熱蒸気円筒ドラムの中のスポイラ棒の間隔に対す
る他の式はａ　＝（１±０．２５）πシ正（ここでａ：
隣接スポイラ棒間の間隔インチ、Ｒニドラムの内径イン
チ、ｈニドラム内の平均凝縮液の深さインチ）で与えら
れている。

上記従来の技術において、乾燥機ロールの凝縮液深さが
計測され、ついで許容しうる凝縮液の深さに対して最小
値、平均値及び最大値が決定される。これらの凝縮液深
さの値について、理論的研究が導入され、乾燥機の円筒
ドラムの内周面に装着された２本の隣接した軸方向に延
在する棒間の凝縮液の飛散共振振動数を決定する。ここ
で、乾燥機ドラムシリンダの内面の半径を用いて、乾燥
機ドラム内径と凝縮液深さに関してスポイラ棒の間隔に
対する式を展開するために、乾燥機殻体の回転数と凝縮
液の飛散数とを等しいとする。

上記従来技術に従かった乾燥機の加熱蒸気シリンダの内
周にあるスポイラ棒の間隔ではよく作動するが、かなり
多い本数のスポイラ棒を使用することが必要である。例
えば、抄紙機で普通使用される標準５フイート外径の乾
燥機ドラムにおいて、従来技術の教示を基礎としたスポ
イラ棒の本数は約２４ないし７２本に達する。各スポイ
ラ棒は厳密な設計書で製造され、且つ注意深（正確に据
付けなければならないので、ウェブの乾燥を高めるため
にスポイラ棒を備えた乾燥機ドラムを使用することは時
間の浪費と共に経費がかかるものである。

シリンダ乾燥機の加熱壁を通る熱伝達を増加する３つだ
けの基本的方法がある。即ち（１）内壁により接近した
サイフオンを設けることにより凝縮液の深さを減少させ
ること；（２）乾燥機ドラムの内面に沿ってリブを設け
ることにより凝縮液に側路を付けること；（３）凝縮液
層に乱流を生じさせること。

回転壁にサイフオンを接近させることは作動上の問題を
生じさせ、これを悪化させる。また内面にリプを機械加
工することは非常に経費がかかるので、スポイラ棒で攪
拌流を生じさせることにより熱伝達を改良することが最
も有望な方向を示すものと信ぜられる。

しかしながら、乾燥シリンダの周面内のスポイラ棒の高
さと棒間の間隔に関しては、従来の教示は非常に特殊で
あり限定されていた。特に、好適なものとして規定され
てるスポイラ棒の高さは平均凝縮液深さの約２〜３倍で
あり、最適のスポイラ棒の周面間隔は約５．７５インチ
であるとすることにより、上記５．７５インチ間隔より
実質的に小か大であるスポイラ棒間隔では、乾燥機ドラ
ムのシリンダ壁を通る熱伝達が減少すると述べられてい
る。

本発明はスポイラ棒を利用する乾燥機の加熱蒸気回転円
筒ドラムを通る熱伝達の向上及び乾燥機ロール内の凝縮
液深さ、スポイラ棒の高さ及びスポイラ棒の間隔の間の
関係について従来の教示を改良することにある。凝縮液
の深さが減少すると共に乾燥機ドラムの内面に沿うスポ
イラ棒の高さ及びスポイラ棒の間隔を増大することが、
従来の教示を基礎として期待されたものより凝縮液の大
きな乱流を熱伝達の上昇率の組合せが向上することにな
ることが判明した。

このことにより、サイフオンの底部と乾燥機回転ロール
の内壁との間に正確な関係を必要としないで、凝縮液が
サイフオンによって収集することができる。また、所望
の熱伝達量を達成するための乾燥機に必要とされるスポ
イラ棒の本数が激減する。例えば、内径が５７．７５イ
ンチで外径が５フイートの通常の乾燥機ロールにおいて
、従来技術で教示するようにスポイラ棒の最適本数が約
３０本であるが、本発明ではスポイラ棒の本数は約８な
いし２０本の範囲である。従来技術に示されたものから
、スポイラ棒の本数の削減により生ずる熱伝達の改良は
予期しないものであるのみならず。

非常に劇的である。

本発明において、スポイラ棒の高さは弐Ｎ−けり（１，
ｏ±０．２５）　　（等式（１））で定められる。また
スポイラ棒間の間隔は式Ｓ＝πＪＭ　（１，５＋　０．
２５）（等式（２〕）で定められる。ここでスポイラ棒
の幅は無視しうるものとすると、スポイラ棒の本数は乾
燥機シリンダロールの内部半径及び算式Ｎ＝２πＲ５ １−（等式（３））によるスポイラ棒間隔に関係する。

ここでＳは間隔、Ｒは乾燥機シリンダロールの内部半径
、ｈは凝縮液の深さ、Ｈはスポイラ棒の高さで、すべて
インチで示される。

従って、本発明の目的は、内部に装着され、周面に間隔
をへだてて軸方向に延在するスポイラ棒を備えた乾燥機
の凝縮性加熱蒸気による回転自在ドラムにおいて、スポ
イラ棒の高さ及び間隔と凝縮蒸気が上述の数式で定めら
れるような乾燥機ドラムを提供することにある。

本発明の他の目的は、内周面に装着されたスポイラ棒を
利用する乾燥機の加熱蒸気ドラムにおいて熱伝達係数を
向上させることにある。

本発明の更に他の目的は、約０．１２５ないし１．００
インチの凝縮液深さに対する熱伝達を向上し、且つ約８
〜２０本のスポイラ棒を備えるように設計された乾燥機
の加熱蒸気ドラムを提供することにある。

本発明の上記及びその他の目的、特徴及び利点は、添付
図面に関連して好適な実施例の記載を判読する時に、当
該技術分野に精通したものにとって明らかになるであろ
う。

抄紙機において、湿潤紙ウェブは、鋳鉄製円筒ドラムを
有する１本又はそれ以上の乾燥機回転ロールの表面をウ
ェブが通ることにより部分的又は完全に乾燥される。水
蒸気等の凝縮性蒸気はドラムの内部に導入され、その内
周面に凝縮する。水蒸気はドラム壁を通る熱を捨てて、
ドラム周面の一部にわたる外面に保持されている紙を乾
燥する。

ドラム壁の熱伝達係数が高ければ高い程この工程は効率
が高い。このことは、エネルギの見地から重要であるの
みならず、如何に迅速に機械が走行できるか、また所望
の乾燥度まで紙を乾燥できるかを示す要因である。それ
は、また、所望の速度で乾燥紙を生産するために必要な
乾燥機ロールの本数における要因である。

しかしながら、蒸気が凝縮するに従って、ドラムの内周
面に形成される凝縮液層は蒸気からドラムの内面への熱
の伝達を阻止する絶縁層として作用する。抄紙機の速度
がｉ、ｏｏｏないし１　、２００フイ一ト／分に近付く
と、ドラムが水平に配設された長手軸のまわりに回転し
ているので、凝縮液はドラムの底部に水溜として収集さ
れる代りに、乾燥機ドラムの内周面のまわりに縁を付は
始める。

これは、水分を排出し、ウェブを乾燥するために湿潤ウ
ェブが熱を受容するように配設されているところの内円
筒面２０と外円筒面２２とを備えたドラム１０を有する
乾燥機ロール８の断面端面図である第１図に示されてい
る。

水平に配設された長手回転軸１４から内周面２０までの
半径距離が几であり、複数のスポイラ棒１２はねじのよ
うな適宜の手段で内面２０に装着されている。これらの
スポイラ棒は、乾燥機ロール内で軸方向に延在しており
等距離Ｓで周面に間隔をへだてである。スポイラ棒は高
さＨを有しており、乾燥機が矢印方向１８に回転するに
従って凝縮液１６と相互作用をして、スポイラ棒が１２
時の位置から、凝縮液が堆積する傾向にある３時及び６
時の位置まで下方に走行すると共に、接近して（るスポ
イラ棒の頂部を越えて凝縮液が流れるので、凝縮液に乱
流が生じる。図示のために、平均凝縮深さｈがほぼ８時
の位置の２本の継続するスポイラ棒間の点で示されてい
る。凝縮液は回転力と重力の結合効果により流入するの
で、凝縮液の形状は乾燥機ドラムの内周の各別の位置で
変化する。

５時の位置では、凝縮液は棒からこぼれ出るので、凝縮
液は普通の深さ１６より高いか又は低い。３時の位置近
辺では、凝縮液は棒からこぼれ出るので、大きな乱流１
６ａが示されている。１２時の位置の近辺では、凝縮液
１６ｂは平坦になり、９時の位置の付近では、凝縮液は
接近して（るスポイラ棒に飛散するので、凝縮液は再び
増進し始める。

ＡｐＩｌｅｌ及びその他による米国特許第３，７２４，
０９４号には、スポイラ棒を備えた乾燥機ドラムの熱伝
達係数に影響を及ぼす４つの要因の中の２つは、スポイ
ラ棒の高さと凝縮液の深さであると確認されている。本
発明の好適な実施例において、上記２つの要因は相互に
式で示される。特に、好適な凝縮液の深さは約１ｍｍな
いし３訂であり、好適なスポイラ棒の高さは平均凝縮液
深さの約２〜３倍又は２〜９　ｍｍの深さである。更に
、隣接するスポイラ棒間の間隔は１式Ｓ−π１（１，０
±０．２５　）によって、凝縮液深さと乾燥機の内径に
関係し、好適な間隔は約５．７５インチである。

本発明において、上記４つの要因、即ち棒の高さ、棒間
隔、凝縮液深さ及び内径は相互に関係があるが、従来技
術によって教示されたものより本数の少ない棒及びより
高い熱伝達量に対して与えられる関係に従っている。特
に、上記４つの要因間の関係は上記式（１）、（２１，
（３）によって与えられる。

このように、本発明では、スポイラ棒の高さは、棒の本
数と逆の関数になる。棒の本数が少な（なると、棒の高
さは高くなる。この関係で重要な点は、凝縮液は棒を越
えてこぼれ、隣接する棒に飛散するので、高い棒は凝縮
液に大きな乱流を生じさせる傾向があるということであ
る。このことは、大きな乱流とこれにともなう高い熱伝
達量は少ない本数の棒によって生じるということを意味
している。

本発明におけるスポイラ棒の間隔は弐　Ｓ−πＪ庇−（
１，５±０．２５　）　　によって与えられるので、ス
ポイラ棒の間隔は、乾燥機内面の半径と凝縮液深さの積
の平方根の関数である。上記平方根の関係は従来技術に
よる教示されたものと同様である。

しかし、比例常数の１．５は従来技術により教示された
比例常数１゜０より５０％大きい。それゆえ、本発明は
所定の凝縮液深さに対して３３％少ないスポイラ棒が示
され、これがここで記載される数値で示されているよう
に、凝縮液の熱伝達係数において予期しない劇的改善が
生じる。上記式中の数値環である０、２５は、乾燥機ロ
ールの回転中にスポイラ棒に飛散する凝縮液の変動性を
考慮したスポイラ棒間隔に対する許容範囲を与えるため
に用いられる。計算上の目的のために、スポイラ棒自体
の幅は無視しうるものとみなす。そこで間隔Ｓは実質的
に、乾燥機ロールの内壁に治った隣接するスポイラ棒間
の距離を示す。

第２図において、Ａ、ｐｐｅｉ及びその他による米国特
許第３，７２４，０９４号の特許請求の範囲第１項及び
第７項における式に従って、“従来技術″を添付した乾
燥機ドラムの内周のスポイラ棒間隔が凝縮液深さに対し
てグラフで示されている。乾燥機の回転ドラム内で飛散
する凝縮液の変動性により、所定の凝縮液深さに対する
スポイラ棒間隔のグラフ上の垂直幅の表示は計算上用い
られる±０．２５という許容係数で限定される。′従来
技術”区域上の陰影区域は、本発明による種々の凝縮液
深さに対するスポイラ棒間隔を示している。これらは下
記に詳述する。

第３図ないし第５図には曲線が示されているが、これら
は、５７．７５インチの内径を有する６０インチの鋳鉄
製標準乾燥機ドラムにおいて、凝縮液深さの関数として
、１３ｔｕ　／ｈｒ　／　ｆｔ２／”Ｆにおける凝縮液
の熱伝達係数がグラフに示されている。第３図は、乾燥
機ドラムの内面２０に装着された等間隔のスポイラ棒を
備えた乾燥機ドラムに対してとられた数値を示す。一方
、第４図及び第５図は、それぞれ１５本及び３０本のス
ポイラ棒を備えた上記と同一の乾燥機ドラムでとられた
数値である。

乾燥機ロール８の内面２０の周囲Ｃに等間隔にあるスポ
イラ棒の本数Ｎ間の間隔Ｓは幾何学式８式％（４） で与えられる。２πＲ＝Ｃ（Ｒ：乾燥機ドラムの内径）
を代入すると、次式 本発明によれば、スポイラ棒間の最適間隔ＳはＳ＝π可
（１，５０±０．２５）　　　（２）である。

第３図ないし第５図における曲線及び種々の試験を行っ
た経験からえた知識から、スポイラ棒の好適な本数の範
囲は、約８本ないし２０本であることが確定した。スポ
イラ棒が８本より少ないと、乾燥機ロールの回転中に、
スポイラ棒間に凝縮液が深（滞留しすぎる。この結果、
乾燥機の回転を維持するのに必要な動力を過剰に増加さ
せることになる。スポイラ棒が２０本より多いと、最大
の熱伝達のための最適の凝縮液深さには浅さすぎ、慣用
しうるザイフオン装置では達することができない。この
ことは次の実施例で示される。

１）５フイートの乾燥機ロールにおける２０本のスポイ
ラ棒に対して、 ２）６フイートの乾燥機ロールにおける８本のスポイラ
棒に対して スポイラ棒の高さＨに対する式は試験からえられた経験
に基づいて導き出された。上記式はＨ＝、（１５／Ｎ）
（１，０＋０．２５）’１ンｆ　　　（１）好適なスポ
イラ棒の本数は公知であるから、スポイラ棒の本数の好
適な範囲に対する好適な高さの範囲は ０．６　＜Ｈ＜１．５　　インチ である。

再び第２図を参照すると、式（５）を用いて、種々の凝
縮液深さに対するスポイラ棒の間隔の値が計算される。

この範囲は陰影区域で示されている。

再び±０．２５　　という許容係数が所望の間隔範囲に
対する垂直幅を生ずる。間隔の上限及び下限が好適なス
ポイラ棒の本数の範囲を用いる式（３）から決められる
。即ち 試験研究の結果、１０本ないし１５本のスポイラ棒を備
えた乾燥機は、２０本ないし３０本のスポイラ棒を備え
た乾燥機より高い熱伝達係数に達することができること
が示されている。これは、スポイラ棒を備えた乾燥機の
熱伝達に影響するスポイラ棒間隔、高さ及び凝縮液深さ
という３つの主要な全要因間の各種の関係のためである
ということが確定された。換言すれば、主要な要因の中
の１つを最適にすること、例えば凝縮液深さを出来るだ
け浅くすることよりはむしろ、凝縮液の深さの減少に関
連して凝縮液の乱流を増大させることにより課題に最も
よくとりかかれるという結論になる。

乱流が増大すれば理想的には、凝縮液により導入される
蒸気量が増加する（この結果絶縁特性が低下する）と共
に、乱流が高度になることで、多くの乾燥機の壁が生蒸
気にさらされるという発生率が高（なるので、凝縮液の
深さが比較的深い（例えば約０．２５〜０．５０インチ
）場合でも、本発明において熱伝達係数を高（すること
ができる。更に重要なことは、上記事実は、比較的少な
い本数（例えば約８〜２０本）のスポイラ棒において達
成される。

それゆえ、本発明は、比較的深いが、従来技術で教示さ
れたものより浅い層の凝縮液に関連して用いられる比較
的高い高さを有する比較的少ない本数のスポイラ棒の組
合せに関する。上記組合せは、現今の抄紙機において１
分間当り１マイル以上にすることができるような高速時
にサイフオンとドラム内壁との間の相対運動に関連した
作動上の問題の可能性を軽減させる凝縮液の除去のため
に、サイフオンの間隙を太き（することができるという
付加的利点を有する。

本発明と従来技術との相違点は所定本数のスポイラ棒に
対する凝縮液の深さに関する式を用いた実施例に関連し
た第３図ないし第５図を参照することにより最もよく説
明されるであろう。

ギ　　　　　の　　　　　の　　　　　淵　　　　　淵
べ 上記実施例において、特に乾燥機の内部半径が２８．８
７５インチでスポイラ棒の本数が１５本という幾何学的
に同一形状のものに対して、本発明は、最適の凝縮液深
さが０．２２８インチであるのに対して、従来技術では
最適凝縮液深さは実質的に深い０．５１３インチである
ということを示している。

第３図ないし第５図は各種高さのスポイラ棒と各種の凝
縮液深さに対する凝縮液の熱伝達係数を示している。ス
ポイラ棒を備えたＡｐｌ）ｅｌ及びその他による乾燥機
の凝縮液深さは上記式（９）から計算することができ、
また同様に本発明の凝縮液深さは上記実施例の式（２）
から定めることができるので、所定本数に対する凝縮液
深さを比較することができる。これを１０本、１５本及
び３０本のスポイラ棒に対して下記の表Ｉにおいて行っ
た。

第３図を参照すると、１０本のスポイラ棒を備えた標準
乾燥機ドラムにおいて、約０．５０インチの凝縮液深さ
と１．５インチのスポイラ棒高さの組合せでは、熱伝達
係数は約６３５　ｌ３ｔｕ／ｈｒ／　ｆｔ２／Ｆである
のに対して、従来技術では１インチ以上の凝縮液深さを
示し、好適なスポイラ棒の高さである約０．３７５イン
チ（約９　ｍｍ　）では、熱伝達係数は約７０　Ｂｔｕ
／ｈｒ／ｆｔ２．／”Ｆを示す。

同様に第４図では、本発明による１５本のスポイラ棒を
備えたドラムの熱伝達係数は１インチのスポイラ棒高さ
に対する約０．２３インチの凝縮液深さにおいて約４８
０　Ｂｔｕ／ｈｒ／ｆｔ２／”Ｆである（点線で示され
ている）。０．３７５インチ高さのスポイラ棒に対する
０、５１３インチの凝縮液深さでは、同一の乾燥機ロー
ルに対応する熱伝達係数は約３７５Ｂｔｕ／ｈｒ／ｆｔ
２／”Ｆ　テアル。

第５図において、３０本のスポイラ棒を備えた乾燥機ロ
ールでは、本発明による最適凝縮液深さは約０．０６イ
ンチであり、その時の熱伝達係数は約５５０　Ｂｔｕ／
ｈｒ／ｆｔ２／”Ｆである。従来技術ニヨり定められた
約０．１２９の凝縮液深さでは、熱伝達係数は約３６０
　Ｂｔｕ／ｈｒ／ｆｔ２／”Ｆである。

このように、改良されたスポイラ棒を備えた乾燥機装置
が開示され、上記装置はスポイラ棒間隔、高さ及び凝縮
液深さの新規な組合せにより改良された熱伝達係数が達
成される。

【図面の簡単な説明】 第１図は内壁に取付けられた周面に間隔をへだてて軸方
向に延在する複数のスポイラ棒を示す乾燥機の円筒ドラ
ムの断面端面図であり、スポイラ棒は明示するために拡
大して示されているが、その実際上の幅はスポイラ棒間
の間隔に比べて無視しうるものである。第２図は、凝縮
液深さに対するＡＩ）Ｉ）ｅｌ及びその他による米国特
許第３，７２４，０９４号のスポイラ棒間隔と比較した
本発明によるスポイラ棒間隔のグラフ図、第３図は各種
高さのスポイラ棒に対する凝縮液深さの関数として、１
０本の等間隔に設けたスポイラ棒を備えた鋳鉄製乾燥機
ドラムによる熱伝達係数の変化を示すグラフ図、第４図
は、各種高さのスポイラ棒に対する凝縮液深さの関数と
して、１５本の等間隔に設けたスポイラ棒を備えた鋳鉄
製乾燥機ドラムにおける熱伝達係数の変化を示すグラフ
図、第５図は、３／８インチ高さのスポイラ棒に対する
凝縮液深さの関数として、３０本の等間隔に設けたスポ
イラ棒を備えた鋳鉄製乾燥機ドラムによる熱伝達係数の
変化を示すグラフ図である。 ８ｅ・乾燥機ロール、１０・・ドラム、１２・・スポイ
ラ棒、１４・・回転軸、１６・・凝縮液、１８・・回転
方向、２０・・シリンダ内面、２２φ・シリンダ外面、
Ｗ・・ウェブ、Ｈ・・スポイラ棒の高さ、ｈ・・平均凝
縮液深さ、Ｓ・・スポイラ棒間隔。 ＦＩＧＵＲＥ　　／

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 長手軸のまわりに回転自在であり７、且つ内周面に装着
   され、回転軸の長手方向に実質的に平行に延在する複数
   のスポ゛イラ棒を備えた中空円筒乾燥機ドラムであって
   、前記ドラムは円筒ドラム壁を加熱するために内部に水
   蒸気のような凝縮性加熱蒸気を収容し、前記凝縮液を収
   集し、除去するために乾燥機ドラム内にサイフオンを備
   えたものにおいて、 前記スポイラ棒の数は約８ないし１２本の範囲で前記ド
   ラム内に装着され； 前記凝縮液の深さは約０．１２５ないし１．００インチ
   間の深さに維持され； 前記スポイラ棒は、式　Ｓ＝πめ正（１，５０±０．２
   ５）に従ってドラム壁の周面に間隔をへだてており（こ
   こでＲ：回転軸からドラム内面までの半径、ｈ：平均凝
   縮液深さ、Ｓ：隣接スポイラ棒間の距離）、これにより
   乾燥機ドラムにおける凝縮液の乱流と熱伝達が向上され
   ることを特徴とする乾燥機ドラム。