(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
抄紙機のプレス部の下流に設けられて上記プレス部で脱水されたウェブの乾燥を行う抄紙機ドライヤのウェブ加熱装置であって、
ウェブの走行ルート近傍を外界と隔離するフードと、
上記フード内において上記ウェブの表面に向けて配置された噴流口と、
蒸気を含む循環媒体を蓄えるミストタンクと、
上記ミストタンクと上記噴流口とを接続する供給管と、
上記供給管に設けられて上記ミストタンクから循環媒体を吸い上げて上記噴流口へ送り出す圧送手段と、
上記供給管に設けられて上記噴流口へ供給される循環媒体を過熱する過熱手段と、
上記ミストタンク内の温度を測定する温度計と、
上記ミストタンク内の蒸気循環媒体を大気放出する大気放出弁と、
上記ミストタンク内の圧力を測定する圧力計と、
上記ミストタンク内に蒸気を供給する蒸気供給弁とを備えた
ことを特徴とする、抄紙機ドライヤのウェブ加熱装置。
【請求項２】
上記蒸気供給弁を通じて供給される蒸気は、供給蒸気としてドライヤロールの加熱に使用されたブロースルー蒸気であることを特徴とする、請求項１記載の抄紙機ドライヤのウェブ加熱装置。
【請求項３】
上記過熱手段として蒸気式の熱交換器を備えるとともに、上記熱交換器内のドレインレベルを調整するレベル調整手段を備え、上記レベル調整手段は上記熱交換器からドレインを抜き出して上記ミストタンク内でフラッシュさせるように構成されたことを特徴とする、請求項１または２記載の抄紙機ドライヤのウェブ加熱装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の抄紙機ドライヤのウェブ加熱装置の制御方法であって、
上記ウェブの走行に伴い上記フード内に流入した空気による空気分圧の上昇に対応した上記ミストタンク内の温度低下を、上記温度計により測定する温度測定ステップと、
上記温度測定ステップにより、上記温度低下が測定されたら上記大気放出弁を開放して上記ミストタンク内の上記循環媒体を大気放出する大気放出ステップと、
上記ウェブへの蒸気の付着分による蒸気分圧の低下に応じた上記ミストタンク内の圧力低下を、上記圧力計により測定する圧力測定ステップと、
上記圧力測定ステップにより、上記圧力低下が測定されたら上記蒸気供給弁を開放して上記ミストタンク内に蒸気を補給する蒸気補給ステップとをそなえている
ことを特徴とする、抄紙機ドライヤのウェブ加熱装置の制御方法。
【請求項５】
上記循環媒体の露点温度を、上記蒸気供給弁及び上記大気放出弁の開放により１００〜７５℃に調整することを特徴とする、請求項４記載の抄紙機ドライヤのウェブ加熱装置の制御方法。
【請求項６】
循環媒体の流量を調整する流量調整弁を備え、
上記流量調整弁または上記圧送手段により、上記噴流口内の循環媒体速度を３０〜１５０ｍ／ｓの範囲内の所定速度になるように調整する
ことを特徴とする、請求項４または５記載の抄紙機ドライヤのウェブ加熱装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は多孔体ウェブの乾燥のための抄紙機ドライヤに備えて好適のウェブ加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
今日では、抄紙速度２０００ｍ／分以上で紙を抄く新聞用紙又は情報用紙向けの高速抄紙機が実用化されている。抄紙機は、原料液を脱水して紙層を形成するフォーマ部、フォーマ部で形成された湿紙ウェブを圧搾して脱水するプレス部、プレス部で脱水された湿紙ウェブを複数のドライヤロールに順次掛け回して加熱乾燥するドライヤ部、ドライヤ部で乾燥された紙の厚さや紙表面の平滑等を調整するカレンダ部、そして完成した紙をロール状に巻き取るリール部からなり、一部サイズ剤を塗工するサイズ部、表面塗工を行うコーター部を持つケースもあるが、このうち抄紙機の高速化にあたっては特にプレスより後工程のドライエンドでの紙切れ対策が重要となる。
【０００３】
湿紙ウェブは、水分の含有率が高い状態で金属面に押し付けられると、紙厚み方向の乾燥不均一や金属表面の吸着層と湿紙ウェブ繊維表面との水酸基間の水素結合に起因して、金属表面に紙が貼り付きやすくなる（この現象をスティッキング現象という）。このため、金属面から湿紙ウェブを引き剥がす時には、湿紙ウェブに引張張力を与える必要がある。
【０００４】
従来のプレス部はロールニップ又はロールニップとシュープレスを組み合わせた例が一般的であり、ロールから紙を引き剥がす時に大きな引張張力を紙ウェブに与えるため紙切れが生じやすかった。そこで、高速抄紙機のプレス部では常に紙ウェブを２枚のフェルトで挟んで脱水を行う方法に改良され、これにより紙を引き剥がすことがなくなり紙切れが大幅に改善された。
【０００５】
一方、ドライヤ部では、紙ウェブはドライヤシリンダ表面にカンバスにより押し付けられながら多数のドライヤロール上を周回する。プレス部同様にドライヤ部においてもドライヤロールから紙を引き剥がすとき、紙ウェブに引張張力を与える必要がある。高速抄紙機でプレス部の紙切れが改善された結果、ドライヤ部、特に湿紙ウェブの水分含有量が高いドライヤ前部での紙切れが著しくなった。このようなドライヤ部、特にドライヤ前部での紙切れ頻度の増大は、高速抄紙機の生産性を低下させてしまう。
【０００６】
また、抄紙速度を速くするとウェブがドライヤロールに接している時間が短くなるため、一本あたりのドライヤロールによる乾燥能力は抄紙速度に応じて低下してしまう。このため、所要の乾燥能力を得るためにはドライヤ部の機長を増大してドライヤロールの本数を増やす必要が生じる。すなわち、抄紙機を高速化するにあたってはドライヤ部の機長の増大による初期投資費用の増大という課題もある。
【０００７】
このような課題に対応した技術としては、例えば、特許文献１に開示された技術が知られている。この技術は、ドライヤ部の入口において紙ウェブを実質的に直線走行させながら衝撃乾燥装置によって乾燥させ、紙ウェブの乾燥がある程度まで進んだ状態でウェブをドライヤ部の第１ドライヤロールに送るようにしたものである。紙ウェブは水分含有量が大きいほどドライヤロールに貼り付きやすいため、このように第１ドライヤロールに送る前に紙ウェブをある程度まで乾燥させることで、紙ウェブのドライヤロールへの貼り付きを抑えて紙ウェブの紙切れを防止することが可能になる。また、ある程度まで乾燥された状態で紙ウェブが送りこまれてくることから、機長を増大してドライヤロールの本数を増やさずとも紙ウェブを所定の乾燥度まで乾燥させることができるようになる。
【０００８】
【特許文献１】
特表平１１−５１２７９１号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、紙ウェブをドライヤロールから引き離すのに要する剥離力はスティッキングの強さによるが、これは紙ウェブの含有水分量だけでなく紙ウェブとドライヤロールとの温度差にも依存することが分かっている。このことは、紙ウェブとドライヤロールとの間に温度差があると紙ウェブの厚さ方向に乾燥ムラができ、これによるアイロン効果によって紙ウェブがドライヤロールに強く貼り付くことによる。
【００１０】
ドライヤロールと真空ロール間の部分でスティッキングが生じない場合には紙ウェブはカンバスにより支持されるが、スティッキングが生じると紙ウェブはカンバスから引き離されて支持を失ってしまう。かつ、紙ウェブのドライヤロールからの剥離点は回転するドライヤロールの同伴流の影響を受けて不安定であるため、高速運転時の安定性は低い。
【００１１】
現在の一般的な対策として、ドライヤ前部のドライヤロール温度を低下させて、紙ウェブとドライヤロール間の温度差を小さくすることにより剥離力を低減する方法、もしくは上記のような衝撃乾燥装置を設置して、大きな剥離力を必要としない領域までドライヤ入口水分率を低下させる方法が用いられているが、これらの方法では、高速化すると機長増大のため初期投資費用が増大してしまう。
【００１２】
特許文献１に記載の技術ではドライヤ部に紙ウェブを送り込む前に衝撃乾燥装置での乾燥を行うが、衝撃乾燥装置の雰囲気を制御していないため供給した熱の多くは乾燥のための潜熱になっている。したがって、この技術では、加熱されているとしても乾燥が進んでいる間は紙ウェブの温度はあまり上昇せず、ドライヤロールの温度を下げない限りは紙ウェブとドライヤロールとの間に温度差が生じる可能性が高い。このように、特許文献１に記載の衝撃乾燥装置を出た紙温度はプレス工程での紙温度とほぼ同じであるため、衝撃乾燥装置に続くドライヤロールをスティッキングが生じない水分率領域まで低温度に維持する必要がある。そのため、高速化によるドライヤ機長の増加が抑制できない。更に、高速化によるドライヤ機長の増加を抑制するため、ドライヤ前部のドライヤロール温度を高温化すると、深刻なスティッキングが生じ、高速走行安定性が低下してしまう。
【００１３】
このような課題に鑑み、本出願人は、特願２００１−３７４４５１及び特願２００２−１５７６５３において、ドライヤロールでの乾燥に先だって高温度高湿度雰囲気中でウェブを加熱するようにした抄紙機ドライヤを提案した。高温度高湿度雰囲気中でウェブに供給される熱は潜熱ではなく顕熱となってウェブを急速に昇温させることができる。したがって、前段部のドライヤロール温度を高温化してもウェブとドライヤロールとの温度差は小さいため、スティッキングによるウェブの紙切れが防止され、抄紙機を高速化した場合におけるウェブの走行安定性が向上する。
【００１４】
高温度高湿度雰囲気中でウェブを加熱する方法としては、ウェブの走行ルート近傍をフードで覆ってフード内の噴流口からウェブに過熱蒸気を当てる方法が挙げられる。この場合、蒸気の消費量を抑えるために、一度使用した蒸気を再使用するように蒸気の循環系を構築する。この循環系では、特に使用後から過熱器までの経路の循環媒体として蒸気のみを循環させるのではなく、空気と蒸気を混合させた循環媒体を用いる。これは、蒸気が凝縮して管の途中に凝縮水が溜まることによる水撃現象の発生を防止するためであり、同圧で比較すると、蒸気のみを循環させるよりも空気と蒸気を混合させた循環媒体として蒸気分圧を下げるほうが露点を下げることができ、蒸気の凝縮が生じ難くすることができるからである。ただし、露点を下げると過熱蒸気噴流がウェブに衝突した際の凝縮熱伝達率も低下してしまうため、露点の設定は設計上重要である。
【００１５】
ところが、ウェブの走行ルート近傍をフードで覆う場合、フードとウェブとの間を完全に密閉することは困難であり、フード内にはウェブの走行にともない少なからず空気が流入してくる。このため、流入空気の分だけ循環気体の空気分圧が次第に増加していき、循環媒体の露点は次第に低下することとなり、蒸気が紙表面で凝縮する時の凝縮熱伝達率を大幅に低下させてしまう。したがって、過熱蒸気噴流がウェブに衝突した際の凝縮熱伝達率の低下を防止するためには、ウェブの走行にともない空気がフード内に流入してくる場合でも、露点が設定露点よりも下がってしまわないように循環媒体の空気分圧を制御することが必要となる。
【００１６】
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、ウェブを加熱するための熱媒体として過熱蒸気を使用し、循環系によって一度使用した蒸気を再使用可能にするとともに、循環媒体の空気分圧を一定に制御することで循環系内の蒸気濃度を一定に維持し、その結果、最小のエネルギー消費でウェブの加熱を行いドライヤの高速安定性を向上させることを可能にし、また、循環系の配管内での水撃を抑制して安定した操業を可能にした、抄紙機ドライヤのウェブ加熱装置及び抄紙機ドライヤのウェブ加熱装置の制御方法を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の抄紙機ドライヤのウェブ加熱装置は、ウェブの走行ルート近傍をフードによって外界と隔離し、このフード内においてウェブの表面に向けて噴流口を配置している。噴流口は蒸気を含む循環媒体を蓄えるミストタンクと供給管により接続され、供給管にはミストタンクから循環媒体を吸い上げて噴流口へ送り出す圧送手段と、噴流口へ供給される循環媒体を過熱する過熱手段とが設けられている。さらに、本発明の抄紙機ドライヤのウェブ加熱装置は、ミストタンク内の温度を測定する温度計と、ミストタンク内の蒸気循環媒体を大気放出する大気放出弁と、ミストタンク内の圧力を測定する圧力計と、ミストタンク内に蒸気を供給する蒸気供給弁とを備えている。なお、フードとミストタンクとは噴流口から噴射された循環媒体をミストタンクに回収する回収管によって接続されており、これによりフードとミストタンクとを結ぶ循環系が構築されても良い。ここで、回収管なしにフードとミストタンクを一体化して、フード下部の一部をミストタンクとしても良い。
【００１８】
このような構成によれば、噴流口から噴射されてウェブの加熱に用いられた蒸気を循環系によって再使用することができる。また、ウェブの走行に伴いフード内に空気が流入した場合でも、フード内に流入した空気による空気分圧の上昇に対応したミストタンク内の温度低下を、温度計により測定し（温度測定ステップ）、この温度測定により温度低下が測定されたら大気放出弁を開放してミストタンク内の循環媒体を大気放出する（大気放出ステップ）。また、ウェブへの蒸気の付着分による蒸気分圧の低下に応じたミストタンク内の圧力低下についても、圧力計により測定し（圧力測定ステップ）、この圧力測定により圧力低下が測定されたら蒸気供給弁を開放してミストタンク内に蒸気を補給する（蒸気補給ステップ）。これにより、ミストタンク内の圧力調整及び温度調整によって循環系内の循環媒体の空気分圧を一定に制御することができ、噴流口から噴射された循環媒体中の過熱蒸気がウェブに衝突した際の凝縮熱伝達率の低下を防止することができる。
【００１９】
好ましくは、循環媒体の露点温度を１００〜７５℃に、好ましくは略９０℃に調整されるようにする。このようにミストタンク内を大気圧で循環媒体の露点温度を１００〜７５℃に、好ましくは略９０℃に保つことで、好ましい露点の循環媒体を得ることができ、循環系内での水撃の発生を防止することができる。
【００２０】
また、蒸気供給弁により、ミストタンク内に蒸気を供給してミストタンク内の圧力を一定に保つ蒸気供給手段を用いることができる。この場合、供給蒸気として、ドライヤロールの加熱に使用されたブロースルー蒸気を用いるのが好ましい。このようにブロースルー蒸気をミストタンク内の温度調整に再利用することで、抄紙機ドライヤ全体でのエネルギー消費を抑制することができる。
【００２１】
また、過熱手段としては、例えば蒸気式の熱交換器の使用が考えられる。この場合、熱交換器内のドレインレベルを調整するレベル調整手段を備えるのが好ましい。さらに、熱交換器内のドレインは高温高圧であるので、レベル調整により熱交換器から抜き出したドレインは、ミストタンク内でフラッシュさせて循環用の蒸気として利用する。これにより、ドレインのエネルギーも有効に利用することができ、抄紙機ドライヤ全体でのエネルギー消費を抑制することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
（Ａ）第１実施形態
図１は本発明の第１実施形態にかかるウェブ加熱装置のシステム構成図、図２は本発明のウェブ加熱装置が適用される抄紙機ドライヤの全体構成を示す概略図である。
【００２３】
本実施形態にかかる抄紙機ドライヤは、図２に示すように昇温部１００と乾燥部１０１とに分かれて構成され、乾燥部１０１の入口側に昇温部１００が設けられている。そして、図示しないプレス部で脱水された紙ウェブＷは昇温部１００を通って乾燥部１０１に送り込まれるようになっている。
昇温部１００には、ループ状のカンバス１０５が備えられている。カンバス１０５は複数の搬送ロール１１３，１１４によって案内されており、このうちカンバス１０５の上部を案内する搬送ロール１１３はカンバス１０５が上面側に凸の円弧を描くように配置されている。紙ウェブＷはカンバス１０５の上面によって支持されており、カンバス１０５に支持された状態で上に凸の緩やかな円弧を描きながら昇温部１００に搬送される。
【００２４】
また、紙ウェブＷの走行ラインに沿って複数の加熱ユニット１０６〜１１２が配置されている。このうち加熱ユニット１０６〜１０９は、カンバス１０５の上方外側に紙ウェブＷの上面に向けて並べて配置され、加熱ユニット１１０〜１１２は、カンバス１０５の内側にカンバス１０５の裏面に向けて並べて配置されている。これら加熱ユニット１０６〜１１２は、本実施形態にかかるウェブ加熱装置を構成するものであり、各加熱ユニット１０６〜１１２には後述する噴流口がウェブＷの表面に向けて設けられている。
【００２５】
加熱ユニット１０６〜１１２の周りには、紙ウェブＷの走行ラインを蓋って外界から隔離するためのフード１２７が設けられている。フード１２７は図では紙ウェブＷの走行ライン上部を覆っている様子が示されているが、実際にはフード１２７は図１に示すように紙ウェブＷの走行ライン下部も覆っている。このフード１２７も、本実施形態にかかるウェブ加熱装置を構成している。以下、図１を用いて本実施形態にかかるウェブ加熱装置の構成について詳細に説明する。
【００２６】
図１に示すように、フード１２７内にはウェブＷの走行ラインに沿って複数の噴流口２００が配置されている。噴流口２００は図２に示す各加熱ユニット１０６〜１１２内に設けられており、ここでは特定の加熱ユニットについて示している。各噴流口２００は供給管２０２によってミストタンク２０１に接続されている。また、フード１２７は回収管２０３によってミストタンク２０１に接続されている。ミストタンク２０１内には凝縮水（以下、ドレインという）とともに空気と蒸気の混合した循環媒体が蓄えられている。ミストタンク２０１内の循環媒体は、供給管２０２によって各噴流口２００に供給され、噴射口２００から噴射された循環媒体は、凝縮水とともに回収管２０３によってミストタンク２０１内に回収される。ここで、噴流口から噴出される循環媒体の露点温度を１００〜７５℃に、好ましくは略９０℃に調整する。また、循環媒体の流量は、噴流口２００内の循環媒体速度が３０〜１５０ｍ／ｓの範囲内の所定速度になるように設定し、より好ましくは３０〜１００ｍ／ｓの範囲内になるように調整されている。
【００２７】
供給管２０２には、上流から過熱器２０４、ブロワ２０５、及び流量調整弁２０６が設けられている。ブロワ２０５は、ミストタンク２０１から循環媒体を吸い上げて噴流口２００へ送り出す圧送手段である。過熱器２０４は、ブロワ２０５により噴流口２００へ供給される循環媒体を過熱状態まで加熱する手段であり、ここでは電気ヒータ２０４ａによって循環媒体を加熱している。ブロワ２０５の下流には供給管２０２内を流れる循環媒体の温度を計測する温度計２２０が設けられている。電気ヒータ２０４ａの出力は、この温度計２２０の検出温度に基づいて自動制御される。流量調整弁２０６は、噴流口２００から噴射される循環媒体の流量を調整するための弁である。流量調整弁２０６の作動状態は、供給管２０２内を流れる循環媒体の流量を計測する流量計２２１の計測値に連動しており、流量計２２１の計測流量に基づいて流量調整弁２０６の弁開度が自動制御される。
【００２８】
ミストタンク２０１には、ミストタンク２０１内の圧力を外部に逃がすための放出管２１１が接続されている。放出管２１１には弁２１２が設けられている。弁２１２の作動状態は、ミストタンク２０１内の温度を計測する温度計２２３の計測値により決まり、温度計２２３の計測温度が所定値を超えたら弁２１２が自動で開くようになっている。これら弁２１２と温度計２２３は、ミストタンク２０１内の系外からの混入空気を大気放出する事で、ミストタンク２０１内循環媒体の蒸気分圧を一定に制御する手段として機能している。
【００２９】
また、ミストタンク２０１には、外部から蒸気を補給するための補給管２０７が接続されている。補給管２０７は、後述する乾燥部１０１（図２参照）から延びており、乾燥部１０１のドライヤロールの加熱に使用されたブロースルー蒸気（低圧蒸気、飽和蒸気圧力０．１〜０．５ＭＰａ程度）が補給管２０７を通ってミストタンク２０１内にメイクアップ蒸気として補給されるようになっている。補給管２０７には弁２０８が設けられている。弁２０８の作動状態は、ミストタンク２０１内の圧力を計測する圧力計２２２の計測値により決まり、圧力計２２２の計測圧力が所定の下限圧力を下回ったら弁２０８が自動で開くようになっている。
【００３０】
ミストタンク２０１の下部には、ミストタンク２０１内に溜まったドレインを抜くためのドレイン排出管２１３が接続されている。ドレイン排出管２１３には弁２１４が設けられている。弁２１４の作動状態は、ミストタンク２０１内のドレインレベルを計測するレベル計２２４の計測値により決まり、レベル計２２４の計測レベルが所定の上限レベルを上回ったら弁２１４が自動で開くようになっている。
【００３１】
次に、以上のように構成された本実施形態のウェブ加熱装置の運転方法について、起動時と操業時とのそれぞれについて説明する。なお、以下の運転はすべて自動で行われる。
起動時には、まず、弁２１２，弁２１４及び弁２０８を閉に設定し、弁２０６を開に設定した状態でブロワ２０５の運転を開始する。次に、圧力計２２２により計測されるミストタンク２０１内圧力が設定圧力の値になるまで弁２０８を開く。循環系内での水撃の発生を防止するためには、ミストタンク２０１内の気体が完全な蒸気ではない循環媒体となるように設定露点は１００℃よりも低い温度とし、好ましくは十分な値の凝縮熱伝達率も得ることができるように９０℃近くの温度に設定する。
【００３２】
起動時は循環系内の温度が低いため、循環系内には蒸気が凝縮したドレインが発生する。このドレインはミストタンク２０１で回収する。ミストタンク２０１内のドレインレベルはレベル計２２４で計測し、ドレインレベルが設定レベルを維持するように弁２１４の開閉を制御する。また、回収直後の循環媒体中には微細な水ミストが含まれるが、これはミストタンク２０１により除去される。これにより、過熱器２０４の通過後に水ミストが残存することを抑制することができる。
【００３３】
ミストタンク２０１内温度が設定露点に達したら、温度計２２０により計測される循環媒体の温度、すなわち、噴流口２００からの循環媒体の噴流温度が設定温度となるように、電気ヒータ２０４ａの出力調整の自動制御を開始する。また、流量計２２１により計測される循環媒体の流量、すなわち噴流口２００からの循環媒体の噴流流量が設定値となるように、流量調整弁２０６の開度調整の自動制御を開始する。露点温度を１００〜７５℃に、好ましくは略９０℃に設定する。また、噴流流量は噴流速度が３０〜１５０ｍ／ｓの範囲内の所定速度になるように設定し、より好ましくは３０〜１００ｍ／ｓの範囲内になるように設定する。なお、ブロワ２０５の回転速度が可変である場合には、弁２０６の開度ではなくブロワ２０５の回転速度によって噴流口２００からの噴流流量を調整してもよい。ミストタンク２０１温度計測用の温度計２２３の指示値が設定温度を超えた場合は、弁２１２を開いて過剰分を大気中に放出する。
【００３４】
以上の処理は噴流口２００から噴射される循環媒体が所定の条件（流量、露点）に達するまで繰り返される。そして、条件に達したらウェブ加熱装置の操業運転が行われる。
操業運転時には、紙ウェブＷがフード１２７内を走行し、この走行する紙ウェブＷの表面に向けて各噴流口２００から過熱状態の循環媒体が噴射される。この過熱状態の循環媒体が紙ウェブＷに衝突することにより、循環媒体、特に循環媒体中の過熱蒸気が熱媒体となって紙ウェブＷは加熱される。また、フード１２７内は、噴流口２００から噴射された循環媒体が充満することで高温度高湿度となる。このような高温度高湿度雰囲気中では紙ウェブＷの乾燥が進まないため、紙ウェブＷに供給された熱は乾燥のための潜熱とはならず、そのほとんどが顕熱となって紙ウェブＷの温度を速やかに昇温させる。本実施形態では、後述する乾燥部１０１の第１群ドライヤユニット１０１Ａの第１ドライヤロール１３１ａの表面温度に近づけるように、具体的には７０〜１２０℃の範囲まで紙ウェブＷの昇温が行われる。
【００３５】
紙ウェブＷの走行に伴いフード１２７内には、紙ウェブＷや搬送ワイヤ内の空隙、もしくは、これらの同伴流として、空気が流入する。この流入空気の分だけ回収管２０３内やミストタンク２０１内では空気分圧が上昇し、ミストタンク２０１内の蒸気分圧は下がり、温度が低下する。ミストタンク２０１の温度の低下が温度計２２３により測定されると弁２１２が開き、ミストタンク２０１内の空気分圧の増加分は弁２１２から大気へ放出される。この操作により、ミストタンク２０１内に流入した空気は除去される。
【００３６】
一方で上記操作によって蒸気の一部も弁２１２から大気へ放出される。また、回収後の循環媒体内の蒸気濃度は、紙ウェブＷへの付着分だけ減少している。したがって、ミストタンク２０１内の蒸気分圧は設定圧よりも低下し、蒸気分圧の低下に応じてミストタンク２０１内圧力も低下する。ミストタンク２０１内圧力は圧力計２２２により計測されており、ミストタンク２０１内圧力が低下すると弁２０８が開き、補給管２０７からミストタンク２０１内に蒸気が補給される。これによりミストタンク２０１内蒸気温度は設定露点に保たれ、蒸気分圧は設定分圧に維持される。なお、紙ウェブＷの紙切れ時は、紙ウェブＷへの蒸気付着量が減少する。そのため、紙切れを検知した際は弁２０８を直ちに絞り、循環媒体中の蒸気濃度を安定化させる。
【００３７】
このようにミストタンク１２７内の圧力調整及び温度調整を行うことで、ミストタンク１２７内の蒸気分圧を常に一定に制御して蒸気の露点の低下を防止することができ、噴流口から噴射された循環媒体中の過熱蒸気が紙ウェブＷに衝突した際の凝縮熱伝達率の低下を防止することができる。また、ミストタンク２０１内温度の調整用の蒸気としてブロースルー蒸気を再利用することで、抄紙機ドライヤ全体でのエネルギー消費を抑制することができる。
【００３８】
本実施形態にかかるウェブ加熱装置は、上述のように過熱蒸気を含む循環媒体を熱媒体として紙ウェブＷを加熱する仕組みになっている。このため、紙ウェブＷに帯同するカンバス１０５には、蒸気の付着に伴い多量の水分が含まれていく。そこで、カンバス１０５の走行ルート上には真空ボックス１２６が配備されており、真空ボックス１２６によってカンバス１０５に含まれた水分を真空吸引して除去できるようになっている。
【００３９】
乾燥部１０１は、直列に接続された第１群から第４群までの４つのドライヤユニット１０１Ａ〜１０１Ｄから構成されている。ドライヤユニット１０１Ａは、複数の真空ロール１４１ａ〜１４１ｃ及びドライヤロール１３１ａ〜１３１ｃを備えており、真空ロール１４１ａ〜１４１ｃとドライヤロール１３１ａ〜１３１ｃとにドライヤカンバス１５１が交互に掛け回された構造になっている。他のドライヤユニット１０１Ｂ〜１０１Ｄも同様の構造を有しており、ドライヤユニット１０１Ｂは真空ロール１４２ａ〜１４２ｃ，ドライヤロール１３２ａ〜１３２ｃ及びドライヤカンバス１５１、ドライヤユニット１０１Ｃは真空ロール１４３ａ〜１４３ｃ，ドライヤロール１３３ａ〜１３３ｃ及びドライヤカンバス１５１、ドライヤユニット１０１Ｄは真空ロール１４４ａ〜１４４ｃ，ドライヤロール１３４ａ〜１３４ｃ及びドライヤカンバス１５１からそれぞれ構成されている。
【００４０】
ドライヤカンバス１５１はループ状であり、上記の真空ロール１４１ａ〜１４４ｃ，ドライヤロール１３１ａ〜１３４ｃ及び複数のカンバスロール１６１に案内されて回転している。各ドライヤロール１３１ａ〜１３４ｃはドライヤカンバス１５１の外側に配置され、各真空ロール１４１ａ〜１４４ｃはドライヤカンバス１５１の内側に配置されており、ドライヤカンバス１５１の上面によって支持される紙ウェブＷは、ドライヤカンバス１５１によってドライヤロール１３１ａ〜１３４ｃの表面に順に押し付けられながら乾燥されていく。
【００４１】
また、乾燥部１０１には、紙ウェブＷの走行ラインを蓋って外界から隔離するためのフード１２５が備えられている。このフード１２５内の湿度は、各ドライヤロール１３１ａ〜１３４ｃでの乾燥中に紙ウェブＷの温度が７０〜１２０℃の範囲に維持されるように図示しない温度湿度制御装置によって制御されている。本実施形態ではドライヤ前部のドライヤロールは高温化可能であり、最初の１群ドライヤユニット１０１Ａ（ドライヤロール１３１ａ，１３１ｂ，１３１ｃ）の温度（封入蒸気温度）は、後群ドライヤユニット例えば４群ドライヤユニット１０１Ｄ（ドライヤロール１３４ａ，１３４ｂ，１３４ｃ）の温度（封入蒸気温度）と同一もしくはそれ以上である。
【００４２】
このような構成により、昇温部１００で７０〜１２０℃の範囲まで昇温された紙ウェブＷは、乾燥部１０１の各ドライヤユニット１０１Ａ〜１０１Ｄを順次通過して紙温度を７０〜１２０℃の範囲に保持されながら乾燥されていく。そして、４群ドライヤユニット１０１Ｄの第３ドライヤロール１３４ｃを通過して所定の水分率以下まで乾燥された紙ウェブＷは、カレンダ１６２によって紙厚さや表面の平滑等を調整された後、リールドラム１６３によって巻取紙１６４に巻き取られていくようになっている。
【００４３】
ここで、図３（ａ）はドライヤロールと紙ウェブとの温度差とスティック量との関係を実験により求めた図であり、図３（ｂ）は上記スティック量の定義を説明するための図である。紙ウェブがドライヤロールに貼り付かない場合には、図３（ｂ）に破線で示すように紙ウェブはドライヤロールと真空ロールとを結ぶ接線に沿って走行する。しかしながら、実際には少なからずスティッキング現象が発生し、図３（ｂ）に実線で示すように紙ウェブは上記接線の接点からドライヤロールの回転方向にずれた位置で分離する。スティック量は上記接点から実際に紙ウェブがドライヤロールから離れた位置までの距離として定義することができ、スティック量が大きいほど紙ウェブをドライヤロールから引き離すための剥離力が必要となり、紙切れ頻度は増大する。
【００４４】
このスティック量は、図３（ａ）に示すようにドライヤロールと紙ウェブとの温度差が大きいほど大きくなることが分かっている。本実施形態では、上記のように昇温部１００によって７０〜１２０℃の範囲まで紙ウェブを昇温してから乾燥部１０１に送り込むので、乾燥部前部のドライヤロール温度を高温化してもドライヤロールと紙ウェブとの温度差を小さくすることができ、スティック量を小さくすることができる。その結果、抄紙機を高速化した場合でもスティッキングによる紙切れを防止して安定した生産が可能になる。
【００４５】
また、本実施形態にかかる抄紙機ドライヤによれば、紙強度の高い高品質の紙を製造することも可能になる。ここで、図４は水分率５５％の紙ウェブを所定の水分率まで紙温度を約１００℃に維持して乾燥した後、紙温度５０℃での通常乾燥に切り替えて水分率１０％まで乾燥した場合の紙強度（引張強度）を調べた実験結果である。実験では、水分率５５％から水分率１０％まで終始通常乾燥を行った場合（Ａ）と、ある水分率（２８％（Ｂ），２０％（Ｃ），１３％（Ｄ））で乾燥方法を切り替えた場合と、水分率５５％から水分率１０％まで終始高温度乾燥を行った場合（Ｅ）とを比較している。本実施形態にかかる抄紙機ドライヤでは、フード１２５内の温度湿度制御によって乾燥中の紙ウェブの温度は９０〜１００℃の範囲に維持されるので、図４中のＥからもわかるように極めて高い引張強度の紙を得ることができる。なお、この効果は、紙、特に新聞用紙中に含まれるリグニン成分は、湿紙温度を１００℃近くに維持して乾燥させたときに繊維同士の微細なヒゲを接着する効果を強く発揮することに起因するものと考えられる。
【００４６】
（Ｂ）第２実施形態
次に、本発明の第２実施形態について図５，図６を用いて説明する。本実施形態にかかるウェブ加熱装置は、第１実施形態と同様に図２に示す抄紙機ドライヤの昇温部１００に備えられるウェブ加熱装置である。本実施形態のウェブ加熱装置はその過熱器の構成に特徴があり、その他の構成は第１実施形態と同一である。したがって、図中、第１実施形態と同一の部位については同一の符号を付し、ここでは第1実施形態と重複する説明は省略して本実施形態の特徴点について重点的に説明する。
【００４７】
図５は本実施形態にかかるウェブ加熱装置のシステム構成図である。本実施形態では、過熱器２１６として蒸気式の熱交換器が用いられている。過熱器２１６には、蒸気導入管２１５を介して熱源としての中圧蒸気（補給管２０７のブロースルー蒸気よりも高圧の蒸気、例えば飽和蒸気圧１．５〜０．５ＭＰa）が導入されている。蒸気導入管２１５の途中には弁２１８が設けられている。また、過熱器２１６の下部には、過熱器２１６内で蒸気が凝縮してできたドレインを抜くためのドレイン排出管２１７が接続されている。ドレイン排出管２１７の先端はミストタンク２０１に接続され、ドレイン排出管２１７の途中には弁２１９が設けられている。
【００４８】
過熱器２１６から供給管２０２を通る循環媒体に与えられる熱量は、過熱器２１６に熱源として供給される中圧蒸気の圧力と、過熱器２１６内の伝熱面積とによって決まり、蒸気圧力が大きいほど、また、伝熱面積が大きいほど循環媒体に与えられる熱量は大きくなる。そして、過熱器２１６内の伝熱面積は過熱器２１６内のドレインレベルにより決まり、ドレインレベルが低いほど伝熱面積は大きくなる。本実施形態にかかる過熱器２１６では、ブロワ２０５の下流に設けられた温度計２２０の検出温度に基づいて、これら蒸気圧力及びドレインレベルが自動制御される。
【００４９】
過熱器２１６内の蒸気圧力は弁２１８によって制御することができる。弁２１８の作動状態は、過熱器２１６内の蒸気圧力を計測する圧力計２２５の計測値により決まり、圧力計２２５の計測圧力が所定の下限圧力を下回ったら弁２１８が自動で開くようになっている。したがって、弁２１８が作動する下限圧力を温度計２２０の検出温度に基づいて調整することで、噴流口２００からの循環媒体の噴流温度に応じて過熱器２１６内の蒸気圧力を自動制御することができる。
【００５０】
同様に過熱器２１６内のドレインレベルは弁２１９によって制御することができる。弁２１９の作動状態は、過熱器２１６内のドレインレベルを計測するレベル計２２６の計測値により決まり、レベル計２２６の計測レベルが所定の上限レベルを上回ったら弁２１９が自動で開くようになっている。したがって、弁２１９が作動する上限レベルを温度計２２０の検出温度に基づいて調整することで、噴流口２００からの循環媒体の噴流温度に応じて過熱器２１６内のドレインレベルを自動制御することができる。
【００５１】
なお、過熱器２１６内のドレインは高温高圧であるので、レベル調整により過熱器２１６内から抜き出したドレインはミストタンク２０１内でフラッシュして蒸気となり、補給管２０７からのブロースルー蒸気と同様に循環用の蒸気として再利用される。したがって、ドレインのエネルギーも有効に利用することができ、抄紙機ドライヤ全体でのエネルギー消費を抑制することができる。
【００５２】
図６は本実施形態にかかるウェブ加熱装置を抄紙機ドライヤの蒸気供給システムに適用した場合の概略システム構成図である。図６に示すように、抄紙機ドライヤ（図２参照）の乾燥部１０１のドライヤロールは、メインセクション３０１と中間セクション３０３の２グループにグループ分けされている。ここでは、下流側のドライヤユニット１０１Ｃ，１０１Ｄのドライヤロール１３３ａ〜１３３ｃ，１３４ａ〜１３４ｃがメインセクション３０１に属し、上流側のドライヤユニット１０１Ａ，１０１Ｂのドライヤロール１３１ａ〜１３１ｃ，１３２ａ〜１３２ｃが中間セクション３０３に属しているものとする。
【００５３】
各セクション３０１，３０３には、図示しない蒸気ヘッドに繋がる蒸気供給管３００が接続されている。蒸気ヘッドの蒸気は蒸気供給管３００を通って各セクション３０１，３０３のドライヤロールに供給され、ドライヤロールを加熱する。そして、各セクション３０１，３０３においてドライヤロールを加熱した蒸気はそれぞれ凝縮タンク３０２，３０４に排気され、凝縮タンク３０２，３０４内で冷やされてドレイン（凝縮水）となる。このうち、メインセクション３０１から凝縮タンク３０２に排出された蒸気（ブロースルー蒸気）の一部は、カスケードライン３０５を介して中間セクション３０３に供給され、中間セクション３０３のドライヤロールの加熱に再利用される。すなわち、抄紙機ドライヤの乾燥部１０１には、蒸気のカスケードシステムが構築されている。
【００５４】
本実施形態にかかるウェブ加熱装置は、上記の乾燥部１０１のカスケードシステムに組み合わされている。すなわち、カスケードライン３０５から分岐して、温度調整用のメイクアップ蒸気を供給する補給管２０７が設けられている。また、補給管２０７には中間セクション３０３の凝縮タンク３０４からもブロースルー蒸気が供給されている。また、ミストタンク２０１から排出されたドレインは、フィルタ２３０によって一次処理された後にメインタンク３０６に送られ、乾燥部１０１の各凝縮タンク３０２，３０４から排出されたドレインとともに図示しないボイラに送られて再利用されるようになっている。
【００５５】
このように既存のカスケードシステムにウェブ加熱装置を組み合わされることで、蒸気の有効利用が可能になる。また、図６は第２実施形態にかかるウェブ加熱装置を抄紙機ドライヤの蒸気供給システムに適用した場合について示しているが、第１実施形態にかかるウェブ加熱装置も本実施形態と同様に既存のカスケードシステムに組み合わせることができる。なお、図５では補給管２０７はミストタンク２０１に接続されているが、ここで示すようにミストタンク２０１と過熱器２１６との間の供給管２０２に補給管２０７を接続することも可能である。
【００５６】
（Ｃ）その他
以上、本発明の二つの実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、実施形態では温度調整用のメイクアップ蒸気として、ドライヤロールの加熱に用いられたブロースルー蒸気を再利用しているが、蒸気ヘッドから各ドライヤロールに供給される低圧蒸気の一部を抜き出してメイクアップ蒸気としてもよい。また、ミストタンクと昇温部フードとを回収管なしに一体化しても良い。
【００５７】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明の抄紙機ドライヤのウェブ加熱装置によれば、噴流口から噴射されてウェブの加熱に用いられた蒸気を循環系によって再使用することができ、また、ウェブの走行に伴いフード内に空気が流入した場合でも、温度計、大気放出弁、圧力計及び蒸気供給弁によって循環系内の循環媒体の空気分圧を一定に制御することができるので、循環系内の蒸気濃度を一定に維持することが可能である。その結果、最小のエネルギー消費でウェブの加熱を行うことができ、ドライヤの高速安定性を向上することができる。また、循環系の配管内での水撃を抑制できるため、安定したウェブ加熱装置の操業が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるウェブ加熱装置のシステム構成図である。
【図２】本発明のウェブ加熱装置が適用される抄紙機ドライヤの全体構成を示す概略図である。
【図３】ドライヤロールとウェブとの温度差とスティック量との関係を説明するための図であり、（ａ）は上記温度差とスティック量との関係を示すグラフ、（ｂ）はスティック量の定義を説明するための図である。
【図４】本発明の効果を説明するための図であり高温度高湿度乾燥適用後の水分率と紙強度（引張強度）との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の第２実施形態にかかるウェブ加熱装置のシステム構成図である。
【図６】本発明の第２実施形態にかかる抄紙機ドライヤ全体の蒸気の供給システムの概略構成図である。
【符号の説明】
１００  昇温部
１０１  乾燥部
１０１Ａ〜１０１Ｄ  ドライヤユニット
１０５  カンバス
１１３  搬送ロール
１１４  搬送ロール
１０６〜１１２  加熱ユニット
１２５  フード
１２６  真空ボックス
１２７  昇温部フード
１３１ａ〜１３１ｃ，１３２ａ〜１３２ｃ，１３３ａ〜１３３ｃ，１３４ａ〜１３４ｃ  ドライヤロール
１４１ａ〜１４１ｃ，１４２ａ〜１４２ｃ，１４３ａ〜１４３ｃ，１４４ａ〜１４４ｃ  真空ロール
１５１  ドライヤカンバス
１６１  カンバスロール
１６２  カレンダ
１６３  リールドラム
１６４  巻取紙
２００  噴流口
２０１  ミストタンク
２０２，２０３，２０７，２１１，２１３，２１５，２１７  管
２０４，２１６  過熱器
２０４ａ  ヒータ
２０５  ブロワ
２０６，２０８，２１２，２１４，２１８，２１９  弁
２２０，２２３  温度計
２２１  流量計
２２２，２２５  圧力計
２２４，２２６  レベル計
Ｗ  紙ウェブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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