JP4275626B2 - 紙ウェブを脱水するための装置及びそれに関連したシステム及び方法 - Google Patents

Description

本発明は製紙機に関し、更に詳細には、ドライヤーの上流のプロセスの脱水効率を向上させ、製紙機からのエミッションを減少させ、さらに、製紙機と関連した真空システムを向上させるように、ドライヤーからの排気を選択的に再循環するように構成された製紙機に関する。

製紙機では、紙ウェブをその形成後に乾燥するため、例えばスルーエアードライヤーやヤンキードライヤー等の乾燥装置が使用される。このような乾燥装置は、多くの場合、紙ウェブの乾燥に熱及び流動空気の組み合わせを使用する。このような乾燥装置からの排気には大量の水分を含む高温空気が含まれる。一般的には、乾燥装置から大気中に排気を放出することは、幾つかの理由により、望ましくない。例えば、大量の水分を含む高温の空気を放出することにより、製紙機内の他のプロセスに適用できる熱エネルギーが放出される。更に、水分を含む高温の空気の放出により、望ましからぬ製紙プラントエミッションを増大させ、好ましくからぬことに製紙プラントの周囲にいる人達にかかったり、悪影響を及ぼす。更に、エミッションと関連した大規模な環境試験を連続的に行うことが必要とされる。従って、このような製紙機の乾燥装置からの排気エミッションを減少させ、最小にし、又は無くすのが望ましい。

幾つかの場合では、製紙機は、乾燥装置への加熱空気に与える必要がある熱入力を減少させ、並びにエミッションを減少させるため、乾燥装置からの排気を乾燥装置を通して再循環するように構成されている。他の場合では、乾燥装置からの排気の幾分かを使用してプロセスの熱要求を減少させ又は熱を提供する。しかしながら、乾燥装置の排気からの熱は、多くの場合、実際に再使用できる熱量よりも大きい。更に、例えば排気から余分の凝縮水を除去するように、乾燥装置からの所定量の排気の流れを変えなければならない場合が多い。しかしながら、このような場合、流れが変えられた部分が大気中に放出される場合があり、及びかくして、望ましからぬことに、プラントエミッションが放出され続ける。

ウェブから乾燥装置によって除去されるべき水分量を減少させるため、多くの製紙機は、ウェブを部分的に脱水するため、乾燥装置の前で真空装置を使用する。しかしながら、例えば、スルーエアードライヤーを使用する製紙機では、多くの場合、ウェブをプレスし又は圧縮することは望ましくないが、ウェブを約１８％乃至約３２％の乾燥度まで脱水しなければならない。かくして、ウェブをプレスすることなくウェブをこのような程度まで脱水するために必要な真空を与えるために使用される真空装置は、望ましからぬことに、大量のエネルギーを消費する。

かくして、乾燥装置の排気からのエミッションを減少させる製紙機が必要とされている。更に、このような製紙機は、ウェブを乾燥装置に差し向ける前に効率的な非圧縮（スルーエアードライヤーを使用する製紙機の場合）脱水プロセスを行うのが望ましい。更に、真空システム及び／又は製紙機と関連した他の高エネルギー消費システムに関して製紙機のエネルギー消費を減少させるのが望ましい。

上述した及び他の必要性は本発明によって達成される。本発明は、その一実施形態において、熱エミッションを減少させるとともに、製紙機の真空システムを向上させるための装置を提供する。このような装置は、紙ウェブを乾燥するように構成された乾燥装置を含む。この乾燥装置は、ウェブから水分を除去するための加熱空気を受け取るための空気入口と、乾燥装置から水分を含有する空気を排気するための空気出口とを有する。真空システムは、吸引を発生させて水分を含有する空気を受け取るように構成されている。ウェブ取り扱い装置が乾燥装置の上流に配置されており、ウェブが乾燥装置に差し向けられる前にウェブと相互作用するように構成されている。ウェブ取り扱い装置は、更に、水分を含有する空気の一部を乾燥装置の空気出口から受け取るように構成されており、水分を含有する空気の部分は、水分を含有する空気が真空システムによって受け取られる前にウェブの脱水を容易にするようにウェブ取り扱い装置によってウェブを通して差し向けられる。ウェブ取り扱い装置は、更に、ウェブ取り扱い装置が周囲圧力以上の圧力で作動するように、真空システムが発生する吸引に関して所定の供給圧力で水分を含有する空気を提供するように構成されている。

本発明の別の有利な特徴は、熱エミッションを減少させるとともに、製紙機の真空システムを向上させるための方法を含む。製紙機は、ウェブから水分を除去するために加熱空気を受け取るための空気入口及び水分を含有する空気を乾燥装置から排出するための空気出口を含む、紙ウェブを乾燥するように構成された乾燥装置と、この乾燥装置の上流に配置された、ウェブが乾燥装置に差し向けられる前にウェブと相互作用するように構成されたウェブ取り扱い装置と、真空を発生するための真空装置とを含む。乾燥装置の空気出口からの水分を含有する空気の一部をウェブ取り扱い装置に、ウェブを通して真空システムに、真空システムが発生した吸引に関して所定の供給圧力で、ウェブ取り扱い装置が周囲圧力以上の圧力で作動するように差し向け、ウェブの脱水を容易にする。

本発明の更に別の有利な特徴は、製紙機の紙ウェブの脱水効率を向上させるための装置を含む。このような装置は、ウェブから水分を除去するために加熱空気を受け取るための空気入口と、乾燥装置から水分を含有する空気を排気するための空気出口とを有し、ウェブを乾燥するように構成された乾燥装置を含む。空気取り扱い装置は、加熱されるべき来入空気を受け取るための空気入口と、乾燥装置の空気入口に加熱空気を差し向けるため乾燥装置の空気入口と連通した空気出口とを有する。ウェブ取り扱い装置は乾燥装置の上流に配置され、ウェブが乾燥装置に差し向けられる前にウェブと相互作用するように構成されている。このウェブ取り扱い装置は、ウェブの脱水を容易にするため、空気取り扱い装置の空気出口からの加熱空気の一部と乾燥装置の空気出口からの水分を含有する空気の一部との混合物を受け取るように構成されており、ウェブ取り扱い装置は、更に、ウェブと周囲圧力以上の圧力で相互作用するように構成されている。

本発明の更に別の有利な特徴は、製紙機での紙ウェブの脱水効率を向上させるための方法を含む製紙機は、紙ウェブを乾燥するように構成された乾燥装置を含み、この乾燥装置は、ウェブから水分を除去するための加熱空気を受け取るための空気入口と、乾燥装置から水分を含有する空気を排気するための空気出口とを有する。空気取り扱い装置は、加熱されるべき来入空気を受け取るための空気入口と、加熱された空気を乾燥装置に差し向けるための空気出口とを有し、ウェブ取り扱い装置は乾燥装置の上流に配置されており、ウェブが乾燥装置に差し向けられる前にウェブと相互作用するように構成されている。従って、先ず最初に水分を含有する空気の一部を乾燥装置の空気出口から差し向け、この際、空気取り扱い装置の空気出口からの加熱空気の一部を同時に差し向け、空気混合物をウェブ取り扱い装置に差し向ける前にこれと混合する。その後、空気の混合物をウェブ取り扱い装置のところでウェブを通して差し向け、ウェブ取り扱い装置を周囲圧力以上の圧力で作動してウェブの脱水を容易にする。

かくして、本発明の実施形態は、上述した必要性をみたし、本明細書中に詳細に説明する顕著な利点を提供する。

本発明を一般的な用語で説明した。次に、必ずしも縮尺通りでない添付図面を参照する。

発明を実施するための形態

次に、本発明を添付図面を参照して以下に詳細に説明する。添付図面には、本発明の全てではないが幾つかの実施形態が示してある。確かに、本発明は、多くの様々な形態で実施でき、ここに記載した実施形態に限定されると解釈されるべきではない。というよりはむしろ、これらの実施形態は、本開示が法的な必要条件を満たすために提供するものである。添付図面に亘り、同様の構成要素には同じ参照符号が付してある。

図１Ａ及び図１Ｂは、本発明の一実施形態による製紙機の一例を示す。この製紙機の全体に参照符号１０が付してある。このような製紙機１０は、フォーミングファブリック５０上に紙ウェブ２０を形成するためのフォーマー１００を含む。このような製紙機１０は、更に、一つ又はそれ以上の乾燥装置、例えば衝突ドライヤー（図示せず）、スルーエアードライヤー４００、及び／又はヤンキードライヤー５００等を含む。乾燥装置は、全体として、ウェブ２０をフォーミングファブリック５０から受け取ってこのウェブ２０をスルーエアードライヤー４００を通してヤンキードライヤー５００に送る乾燥ファブリック６００を含む。幾つかの実施形態では、乾燥ファブリック６００はフォーミングファブリック５０を更に含んでもよい。ウェブ２０が乾燥ファブリック６００上で直接形成される場合には、フォーミングファブリック５０をなくすことができる。ヤンキードライヤー５００のところで、ウェブ２０を乾燥ファブリック６００から分離し、ヤンキードライヤー５００で乾燥し、ヤンキードライヤー５００から剥がすときにクレープを付け、次いで、リールアップ７００に差し向ける。しかしながら、実施形態によっては、ヤンキードライヤー５００を含まなくてもよいということに着目されたい。

一般的には、ウェブ２０は、脱水され、フォーマー１００と乾燥装置との間の様々な箇所でファブリック間で移送され、一つ又はそれ以上の様々なウェブ取り扱い装置７５によって取り扱われる。例えば、フォーマー１００でフォーミングファブリック５０上にウェブ２０を形成した後、ウェブ２０を脱水するため、高温空気供給装置１５０を通してウェブ２０を差し向けることができる。幾つかの場合では、ウェブ２０をフォーミングファブリック５０から乾燥ファブリック６００に移送するとき、乾燥ファブリック６００へのウェブ２０の移送を容易にするため、真空ボックス２００が設けられていてもよい。他の場合には、ウェブ２０が乾燥装置に進入する前にウェブ２０に構造を与えたり、ウェブ２０を追加的に脱水したり、ウェブ２０を予熱したり、及び／又は例えば本発明の譲受人に譲渡された米国特許第６，１９９，２９６号明細書で論じられているように乾燥装置用シール装置を提供したりするため、乾燥装置の前に成形ボックス３００が配置されていてもよい。同特許に触れたことにより、この特許に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。しかしながら、高温空気供給装置１５０、真空ボックス２００、及び成形ボックス３００等のウェブ取り扱い装置７５は、ウェブ２０を脱水するためにフォーマー１００と乾燥装置との間に配置できるウェブ取り扱い装置７５の単なる例に過ぎず、本発明の実施形態にはこれらの装置及び／又は他の脱水−ウェブ取り扱い装置７５の任意の組み合わせが含まれるということは当業者には理解されよう。以下に更に詳細に説明するように、高温空気供給装置１５０、真空ボックス２００、及び成形ボックス３００は作動のために吸引を必要とするように構成されている。従って、幾つかの場合では、高温空気供給装置１５０、真空ボックス２００、及び成形ボックス３００は、共通の真空システム９００と（図２に示すように）作動的に係合するように構成されるが、場合によっては、各装置について別体の真空システム（図示せず）が設けられていてもよい。図１Ｂには、更に、ウェブ取り扱い装置７５が仮想線で示してある。これは、本発明のこの実施形態が一つ又はそれ以上のこのようなウェブ取り扱い装置７５を含んでいてもよいし、これらの装置の任意の組み合わせを備えていてもよいということを示す。本発明の実施形態は、設けられるウェブ取り扱い装置７５の特定の数又は種類のいずれによっても限定されないということは理解されよう。

図１Ａ及び図１Ｂ、及び図２に示すように、製紙機１０の一実施形態は、例えば二つの連続したスルーエアードライヤー（ＴＡＤ）４００及びヤンキードライヤー５００を含んでもよい。各ＴＡＤ４００及びヤンキードライヤー５００には、共通の空気取り扱い装置８００によって、又は場合によっては別々の空気取り扱い装置（図示せず）によって、空気が供給される。空気は、代表的には、熱源８５０によって加熱され、ファン８６０によって乾燥装置に差し向けられる。熱源８５０は、例えば、燃料入口８３０及び燃焼空気ファン８４０を備えた直接的なガス燃焼式ヒーターを含んでもよいが、多くの様々な種類の直接的又は間接的ヒーターを用いて必要な熱を提供してもよい。空気取り扱い装置８００は、一般的には、空気入口８１０を通して来入空気を取り込み、空気出口８２０を通して空気を提供する。空気出口８２０は、加熱された空気を乾燥装置に導くダクトやチャンネルの形体を備えている。ヤンキードライヤー５００の場合には、加熱された空気をヤンキードライヤー５００のフード５５０の空気入口５１０に導入し、次いで、フード５５０から空気出口５２０を通して排出する。しかしながら、ＴＡＤ４００は、空気を内方又は外方にいずれかに流すように構成されている。本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、これらの形体の両方を実施できるということは当業者には理解されよう。内方流ＴＡＤ４００については、図１に示すように、有孔乾燥シリンダ４６０の周囲を延びるフード４５０の空気入口４１０に加熱空気を供給し、次いで、乾燥シリンダ４６０から延びる空気出口４２０を通して、又は単一のスルーエアードライヤーの、又は隣接したスルーエアードライヤー間のデッドゾーンを横切って延びる排気プレナムから排出する。従って、外方流ＴＡＤについては、乾燥シリンダ内に延びる空気入口又は単一のスルーエアードライヤーの、又は隣接したスルーエアードライヤー間のデッドゾーンを横切って延びる吸気プレナムを通して加熱空気を供給し、次いで、フードから延びる空気出口から排出する。

図２及び図５に示すように、乾燥装置４００、５００の幾つかは、本発明の実施例による製紙機１０に含まれる乾燥装置、例えば衝突ドライヤー、ＴＡＤ、及びヤンキードライヤーが、全体として、一つ又はそれ以上であってもよいということを強調するために仮想線で示してあり、製紙機１０が、幾つかの場合において、ＴＡＤ４００、ヤンキードライヤー、衝突ドライヤー、又は任意の他の適当なドライヤー、又は本発明の精神及び範囲内のその組み合わせであってもよい単一の乾燥装置を備えていてもよいということを示すため、ＴＡＤ４００は仮想線で示してない。同様に、本発明の実施形態による製紙機１０が、全体として、高温空気供給装置１５０、真空ボックス２００、及び成形ボックス３００等のウェブ取り扱い装置７５を一つ又はそれ以上含んでいてもよいということを強調するため、ウェブ取り扱い装置７５の幾つかが仮想線で示してあり、製紙機１０が、幾つかの場合において、例えば真空ボックス２００、高温空気供給装置１５０、成形ボックス３００、又は任意の他の適当なウェブ取り扱い装置、又は本発明の精神及び範囲内のその組み合わせであってもよい単一のウェブ取り扱い装置７５を備えていてもよいということを示すため、真空ボックス２００／ブロワー２５０型の乾燥装置７５は仮想線で示してない。

ＴＡＤ４００及びヤンキードライヤー５００の各々からの排気空気は、代表的には、乾燥プロセス中にウェブ２０から取り出された水分を含有する。排気空気は、更に、大量の熱エネルギーを含む。ヤンキードライヤー５００からの排気空気の場合には更に大きい。このように、幾つかの場合では、排気空気は、熱源８５０によって再加熱するために空気取り扱い装置８００の空気入口８１０に戻され、図２に示すように、ファン８６０によって乾燥装置を通して再循環され、高温排気空気を再循環することにより、熱源８５０が必要とする動力消費を低減させる。しかしながら、このような再循環は、常に行われるのではなく、他の場合には高温の排気空気を他の目的に使用してもよいし、大気中に放出してもよいということは当業者には理解されよう。このように、場合によっては、高温の排気空気の再循環が行われる場合、排気空気中の水分を再循環するのは不利である。これは、乾燥装置の効率を低下させるためであり、場合によってはウェブ２０を再湿潤させてしまうためである。従って、いずれの場合でも、廃空気（図２にエレメント７５０として示す）と呼ばれることのある排気空気の一部を乾燥装置４００、５００の空気出口４２０、５２０から逸らす。かくして、本発明の有利な特徴には、廃空気７５０を、高温空気供給装置１５０、真空ボックス２００、及び成形ボックス３００等のウェブ取り扱い装置７５に差し向け、その脱水効率を向上させることが含まれる。幾つかの場合では、残りの排気空気の全部又は一部を空気取り扱い装置８００を介して乾燥装置４００、５００を通して再循環してもよいし、再循環を行わなくてもよい。排気空気の残りが全て乾燥装置４００、５００を通して再循環される場合、大気中に放出される排気空気は実質的になく、これにより有利にはプラントのエミッションを大幅に減少させるが、排気空気の残りの幾分かを再循環する場合でも、プラントのエミッションは、排気空気を大気中に放出する場合と比較して少なくなる。

廃空気７５０をウェブ取り扱い装置７５に差し向ける場合、ウェブ２０は、先ず最初にフォーマー１００によってフォーミングファブリック５０上に形成される。フォーミングファブリック５０は、例えば、長網式又はフォーミングワイヤ式又はスルーエアー乾燥（ＴＡＤ）式ファブリックを含んでもよい。高温空気供給装置１５０はフォーマー１００の下流に配置されており、高温空気供給フード１６０及び真空ボックス１７０を含む。背景事項として、幾つかの従来技術の空気プレスは、例えば米国特許第６，３３１，２３０号明細書、米国特許第６，３０６，２５８号明細書、米国特許第６，３０６，２５７号明細書、米国特許第６，２２８，２２０号明細書、及び米国特許第６，０８０，２７９号明細書に示されているように、ウェブが二つのファブリック間に挟まれているときに周囲温度の加圧空気をウェブを通して差し向けるように構成されている。しかしながら、本発明の一実施形態による高温空気供給装置１５０は、ファブリック、幾つかの場合では単一のファブリックに関して適用されるように構成されている。即ちウェブ２０を一枚のフォーミングファブリック５０上で形成する場合、高温空気供給フード１６０をウェブ２０と隣接して配置し、これによってウェブ２０をフォーミングファブリック５０上に送る。このとき、真空ボックス１７０がフォーミングファブリック５０と隣接してウェブ２０の反対側に図３に示すように配置される。従って、本発明の幾つかの実施形態では、高温空気供給装置１５０に一枚のファブリックだけが存在する。このような場合、高温空気供給フード１６０は高温空気、更に詳細には廃空気７５０をウェブ２０に供給し、次いで、この廃空気７５０をウェブ２０及びフォーミングファブリック５０を通して真空ボックス１７０からの吸引によって引き出し、及びかくしてウェブ２０から除去された水分を真空ボックス１７０からの吸引によって集めるように構成されている。真空ボックス１７０は、必要な吸引を供給する真空システム９００と連通している。本明細書中に開示されたウェブ取り扱い装置７５と同様に、高温空気供給装置１５０は、更に、周囲圧力に近いがこれよりも僅かに高い圧力で作動するように構成されている。即ち、真空ボックス１７０に吸引が加えられていない場合、高温空気供給フード１６０への廃空気７５０の供給圧力を、高温空気供給フード１６０内の圧力が周囲圧力に近いがこれよりも僅かに高い圧力であるように調節する。その後、高温空気供給装置１５０の作動中、真空ボックス１７０からの吸引が上昇すると、高温空気供給フード１６０への廃空気７５０の供給圧力もまた上昇し、その中の圧力を周囲圧力に近いがこれよりも僅かに高い圧力に維持する。このように、これによって、高温空気供給装置１５０等のウェブ取り扱い装置７５を周囲圧力に近いがこれよりも僅かに高い圧力で作動するという効果が得られる。

真空システム９００は、例えば、必要なシール水を提供するために例えば冷却タワー等の水源９２０を使用する液体リングポンプ９１０及びこのポンプ９１０と真空ボックス１７０との間でスプレーチャンバ９４０に配置された水スプレー源９３０を含んでもよい。その機能は以下で更に明らかになるであろう。かくして、本発明の一つの有利な特徴によれば、任意の単一の乾燥装置又は乾燥装置の任意の組み合わせ又は全ての乾燥装置からの廃空気７５０を高温空気供給装置１５０の高温空気供給フード１６０に差し向ける。高温空気供給フード１６０は、真空ボックス１７０によって集められるようにするため、廃空気７５０をウェブ２０及びフォーミングファブリック５０を通して差し向ける。ＴＡＤ４００からの廃空気が代表的には約２５℃乃至約１８０℃であるのに対し、ヤンキードライヤー５００からの廃空気は、代表的には、約２５０℃乃至約３４０℃である。かくして、乾燥装置からの廃空気７５０中に存在する加熱された水分をウェブ２０を通して差し向けることにより、ウェブ２０内の水の粘度を上昇させ、真空ボックス１７０からの吸引によって水を更に容易に除去できるようにし、これによって脱水プロセスを容易にし且つ脱水プロセスの効率を向上させると同時に、ウェブ２０を下流で行われるプロセスのため、更に予熱する。これにより、周囲温度の加圧空気を使用する二重ファブリック空気プレスを越える明確な利点が提供される。

しかしながら、真空ボックス１７０からの吸引によって集められた、高温空気供給装置１５０からの廃空気は、ウェブ２０を通して差し向けられた後でも、特に、ヤンキードライヤー５００又はヤンキードライヤー５００及びＴＡＤ４００の両方の組み合わせから廃空気７５０が差し向けられる場合、大量の熱エネルギーを含んでいる。本発明の一つの目的によれば、好ましくは、この廃空気を大気中に放出してはならない。このように、廃空気はスプレーチャンバ９４０を通して差し向けられ、ここで廃空気は、水スプレー源９３０が提供する水スプレーと相互作用する。水スプレーは、廃空気から熱エネルギーを除去するときに廃空気中の大量の水分を復水するのに役立ち、これによって空気を冷却し、容積的に収縮し、又は稠密にする。水スプレー源９３０への水は、冷却タワー９２０又は別の水源によって提供され、スプレーチャンバ９４０で廃空気から集められた復水液は冷却タワー９２０に集められ且つこのタワーに戻され、ここで熱エネルギーを便利に放散する。密になった空気は、更に、スプレーチャンバ９４０に進入した廃空気に関して圧力が低下し、及びかくしてポンプ９１０に必要な性能が、ウェブ取り扱い装置を通して周囲空気を差し向ける場合よりも小さくなる。この効果は、廃空気７５０の熱エネルギーが大きい場合、例えば高温空気供給装置１５０に差し向けられる空気がヤンキードライヤー５００から差し向けられた空気である場合に更に顕著になる。しかしながら、廃空気中の水分の復水及び空気の凝縮は、この他の方法で行うこともできるということは当業者には理解されよう。例えば、幾つかの場合では、ポンプ９１０へのシール水の流れが増大すると、ポンプ９１０のところで廃空気中の水分が必要な通りに復水され、空気が密になる。このように形成された真空システム９００は、幾つかの場合では、粒状物を廃空気から除去するという追加の利点を提供する。除去された粒状物は、次いで、冷却タワーに戻る冷却水からフィルタで除去される。

本発明の一実施形態によれば、ウェブ２０は、高温空気供給装置１５０を通して送られた後、移送領域６５０のところでフォーミングファブリック５０から乾燥ファブリック６００に移送される。ウェブ２０が乾燥ファブリック６００に移送される場所には、乾燥ファブリック６００へのウェブ２０の移送を容易にするため、例えば真空ボックス２００を含む別のウェブ取り扱い装置７５が乾燥ファブリック６００と隣接して配置されている。真空ボックス２００は、真空システム９００によって提供された吸引で作動する。このような構成では、乾燥ファブリック６００へのウェブ２０の移送を容易にしたりウェブ２０の追加の脱水を行ったりするために、フォーミングファブリック５０及びウェブ２０を通して空気を差し向けるため、移送領域には、ブロワー２５０がフォーミングファブリック５０と隣接して配置されている。かくして、本発明の別の有利な特徴では、乾燥装置からの廃空気７５０は、更に、ブロワー２５０、フォーミングファブリック５０、ウェブ２０、及び乾燥ファブリック６００を通して真空ボックス２００に差し向けられてもよく、これにより、ウェブ２０を予熱しながら更に効率的に脱水するのを容易にし、又はこの後に行われる下流プロセスのためにウェブ２０を早期に予熱された状態に維持する。以上に論じたように、幾つかの実施形態では、真空ボックス２００／ブロワー２５０の装置は、周囲圧力に近いがこれよりも僅かに高い圧力で作動するように構成されている。更に、廃空気７５０は、ウェブ２０を通過した後、真空ボックス２００の吸引によって集められ、次いで、真空ボックス２００から真空システム９００に差し向けられる。このように、空気を密にする際に廃空気内の水分を復水し、真空システム９００に必要とされる性能を小さくするという上述の利点を実現できる。

幾つかの場合では、必要であれば、製紙機１０の実施形態は、ウェブ２０に更に構造を与え及び／又は脱水するため、乾燥装置の前に乾燥ファブリック６００と隣接して配置された成形ボックス３００を更に含む。この成形ボックス３００は、ウェブ２０を通して空気を差し向け、脱水プロセスを補助するため、ウェブ２０と隣接して乾燥ファブリック６００の反対側に配置された対応するブロワー３５０を含んでもよい。かくして、本発明の別の有利な特徴では、ウェブ２０の更に効率的な脱水を容易にすると同時に、ウェブ２０に構造を与えるため及びウェブ２０が乾燥装置に進入するときにウェブが早期に予熱された状態を維持するためにウェブ２０が予熱されるように、乾燥装置からの廃空気７５０を、ブロワー３５０、ウェブ２０、及び乾燥ファブリック６００を通して成形ボックス３００に差し向けてもよい。更に、以上に論じたように、幾つかの実施形態では、成形ボックス３００／ブロワー３５０の装置は、周囲圧力に近いがこれよりも僅かに高い圧力で作動するように構成されている。更に、廃空気７５０は、ウェブ２０を通過した後、成形ボックス３００からの吸引によって集められ、次いで、成形ボックス３００から真空システム９００に差し向けられる。このように、廃空気を密にする際に廃空気中の水分を復水し、真空システム９００に必要とされる性能を小さくするという上述の利点を実現できる。

本発明の別の有利な特徴によれば、第１ＴＡＤ４００のフード４５０は、図４に示すように、成形ボックス３００を少なくとも部分的に覆い且つ向き合うように、乾燥シリンダ４６０の上流を延長してもよい。このような構成では、成形ボックス３００は、例えば、一般に譲渡された米国特許第６，１９９，２９６号明細書に記載されているように、単一のＴＡＤのデッドゾーン又は隣接したＴＡＤのデッドゾーン間に亘って延びるプレナムのシーリング装置の部分を構成する。しかしながら、本発明の実施形態は、更に、成形ボックス３００と全体に向き合ったフード４５０と作動的に係合したブロワー３５０を含んでもよい。空気取り扱い装置８００は、例えば約２２５℃の温度の熱源８５０を通して加熱空気をＴＡＤ４００に供給する、この場合、ＴＡＤ４００に進入する際のウェブ２０の温度が加熱空気の温度又はほぼその温度である場合、スルーエアー乾燥プロセスが更に効率的になる。従って、幾つかの場合では、乾燥装置からの廃空気７５０は、ウェブ２０がＴＡＤ４００に進入すると直ちに、ウェブを所望温度まで予熱するため、ブロワー３５０に差し向けられる。即ち、ブロワー３５０がフード４５０に組み込まれているため、及びウェブ２０が通過してＴＡＤ４００に進入すると直ちにブロワー３５０によって加熱されるため、ウェブはＴＡＤ４００に所望温度で進入する。このような場合、成形ボックス３００／ブロワー３５０の装置は、周囲圧力に近いがこれよりも僅かに高い圧力で、フード４５０に供給された加熱空気を考慮に入れて作動するように構成されている。

図５は、本発明による製紙機１０の別の実施形態を示す。幾つかの場合では、乾燥装置からの廃空気７５０には、上流プロセスについて所望の熱エネルギーが含まれていない。このような状況は、例えば、製紙機１０に一つ又はそれ以上のＴＡＤ４００が設けられているがヤンキードライヤー５００が設けられていない場合に生じる。このような場合には、加熱空気の一部（図５に参照番号７６０で示す）を空気取り扱い装置８００の空気出口８２０から夫々の乾燥装置の空気入口に差し向け、この流れを変えて、乾燥装置からの廃空気７５０と混合し、その熱エネルギーを高める。加熱空気７６０の流れの変えられた部分並びに乾燥装置からの廃空気７５０は、例えば適当なファン８７０、８８０、ダンパー（図示せず）、及び／又は制御装置（図示せず）によって制御される。本発明の一実施形態によれば、乾燥装置からの排気は、排気空気の約１０％が廃空気７５０としてウェブ取り扱い装置へ向けてその流れが変えられるように構成される。別の実施形態では、空気取り扱い装置８００の空気出口８２０は、加熱空気７６０の約１０％がウェブ取り扱い装置へ向けてその流れが変えられるように構成される。乾燥装置からの廃空気７５０及び空気取り扱い装置８００からの加熱空気７６０の部分の混合物の状態を、幾つかの場合では、夫々のストリームの流れを変化させることによって制御できる。しかしながら、必要であれば、乾燥装置からの廃空気７５０、又は乾燥装置からの廃空気７５０及び空気取り扱い装置８００からの加熱空気７６０の部分の混合物を、全てのウェブ取り扱い装置に進入する空気の状態を適切に調節するための単一の調整装置８９０（仮想線で示す）を通して差し向けてもよいし、幾つかの場合では、各ウェブ取り扱い装置用の個々の調整装置８９５を通して差し向けてもよい。この場合、各調整装置８９５は、夫々のウェブ取り扱い装置７５に適当な状態の加熱空気を提供するように構成される。

本発明の一実施形態に従って構成された、本明細書中に説明した製紙機１０は、幾つかの場合には、通常は望ましからぬことに大気中に放出される乾燥装置の排気からのエミッションを大幅に減少させる。更に、幾つかの場合には、排気スタックもなくすことができ、これによって構造を簡単にし、環境試験の費用を低減させる。更に、製紙機１０の内部での損失を制御することもできる。例えば、乾燥装置からの廃空気の供給、又は幾つかの場合には乾燥装置からの廃空気及び空気取り扱い装置８００からの加熱空気の部分の混合物を、真空システム９００の性能と適合するように又はこれを僅かに越えるように制御できる。このようにして、ウェブ取り扱い装置７５へ室内の空気が進入したりウェブ取り扱い装置からの過度に高温の空気が漏出したりしないようにできる。更に、乾燥装置に関し、圧力センサを、幾つかの場合には、夫々の乾燥装置のフード内に配置し、その内部の圧力を監視する。このように、乾燥装置からの廃空気の供給、又は幾つかの場合には乾燥装置からの廃空気及び空気取り扱い装置８００からの加熱空気の部分の混合物を、フード内の圧力がほぼ大気圧に、及び好ましくは周囲圧力よりも僅かに高い圧力に維持されるように制御できる。これにより、更に、室内の空気がウェブ取り扱い装置に進入したりウェブ取り扱い装置から過度に高温の空気が漏出したりしないようにするのを容易にする。

かくして、本発明の実施形態は、製紙機の乾燥装置からの排気により、エミッションを有利に減少させ、又はなくすことができ、これによって構造を簡単にし、環境試験に対する必要性を低減する。更に、乾燥装置からの廃空気の供給、又は幾つかの場合には乾燥装置からの廃空気及び空気取り扱い装置８００からの加熱空気の部分の混合物でウェブを乾燥装置の上流で脱水するためにウェブ取り扱い装置７５を高めることにより、ウェブ２０への熱伝達を向上させ、かくして更に効率的でエネルギー消費の少ない脱水プロセスが提供される。更に、特に高温空気がウェブ取り扱い装置７５に差し向けられた場合、真空システム９００で必要とされる性能を大幅に小さくできる。

本発明の有利な特徴を立証するため、以上に説明したように、高温空気供給フード１６０を持つ高温空気供給装置１５０を製紙機１０で実施し、周囲圧力よりも僅かに高い圧力で作動し、室内空気が進入しないようにする。以下のプロセスパラメータで実施した。
製品 ：２０．５ｇ／ｍ² タオルベースシート
ワイヤ速度 ：１０４０ｍ／分
真空ボックス構成 ：２×１６ｍｍ幅スロット
真空ボックス吸引レベル：６０ｋＰａ

本明細書中に記載した本発明の有利な特徴と一致する以下の結果が得られた。

本発明が属する分野の当業者は、以上の説明中の教示及び関連した図面から、本明細書中に説明した本発明の多くの変更例及び他の実施形態を思いつくであろう。例えば、本発明の幾つかの実施形態では、ウェブを単一のスルーエアー乾燥ファブリック上に形成するようにフォーマーを形成してもよく、この場合、ＴＡＤファブリックがウェブを様々なウェブ取り扱い装置及び乾燥装置を通して送る。従って、このような場合、フォーミングファブリック及び乾燥ファブリックは一つの同じファブリックである。従って、本発明は、開示の特定の実施形態に限定されるものではなく、変更例及び他の実施形態が特許請求の範囲に含まれるということは理解されるべきである。本明細書中、特定の用語を使用したけれども、これらの用語は、単なる一般的な記述的意味で使用されたものであって、限定を目的としたものではない。

本発明による製紙機の一例の概略図である。 本発明による製紙機の一例の概略図である。 廃空気を乾燥装置から上流ウェブ取り扱い装置にウェブ取り扱い装置と連通した真空システムで差し向ける、本発明の一実施形態による空気循環システムの概略図である。 高温空気供給装置を真空システムと関連して備えた本発明の一実施形態による空気循環システムの概略図である。 真空ボックス上に延びるＴＡＤと関連したフードを示す、ブロワーがフード内に真空ボックスと向き合って延びる、本発明の一実施形態によるスルーエアードライヤーの概略図である。 乾燥装置からの廃空気及び空気取り扱い装置から出たばかりの高温空気の混合物を上流ウェブ取り扱い装置にウェブ取り扱い装置と連通した真空システムで差し向ける、本発明の一実施形態による空気循環システムの概略図である。

Claims (6)

1. 熱エミッションを減少させるとともに、真空システムを向上させ、かつ、製紙機でのクレープ紙ウェブの脱水効率を向上させるための装置において、
   紙ウェブを乾燥するように構成され、前記ウェブから水分を除去するための加熱空気を受け取るための空気入口と、水分を含有する空気を排気するための空気出口とを有し、空気入口を通って受け取られた加熱空気が紙ウェブの一方の面に差し向けられて紙ウェブから水分を受け取り、水分を含有する空気が紙ウェブのこの一方の面から空気出口を通って排気されるヤンキードライヤーを含む乾燥装置と、
   吸引を発生させるための真空システムであって、前記水分を含有する空気を受け取るように構成された真空システムと、
   前記乾燥装置の上流に配置されており、前記ウェブが前記乾燥装置に差し向けられる前に前記ウェブと相互作用するように構成されており、かつ、前記ヤンキードライヤーの前記空気出口から前記水分を含有する空気の一部を受け取るように構成されたウェブ取り扱い装置であって、前記水分を含有する空気の前記部分は、前記真空システムが前記水分を含有する空気を受け取る前に前記ウェブの脱水を容易にするように、前記ウェブ取り扱い装置によって前記ウェブを通して差し向けられ、前記ウェブ取り扱い装置は、このウェブ取り扱い装置が周囲圧力以上の圧力で作動するように、前記真空システムが発生した吸引に関して所定の供給圧力で前記水分を含有する空気を提供するように構成されているウェブ取り扱い装置と、
   前記ウェブを上側に載せて前記乾燥装置に送るように構成された乾燥ファブリックと、を含み、
   前記ウェブ取り扱い装置は、前記真空システムと連通しており且つ前記乾燥ファブリックと隣接して配置された成形ボックスを含み、
   前記乾燥装置は、少なくとも一部がフードで覆われた乾燥シリンダを有するスルーエアードライヤーを更に含み、
   このフードは、前記乾燥ファブリックを越えて位置する前記成形ボックスと少なくとも部分的に向き合い且つ覆うように、前記乾燥ファブリックに沿って前記乾燥シリンダの上流に延びており、
   水分を含有する空気の一部は、前記ヤンキードライヤーを含む前記乾燥装置の前記空気出口から、前記成形ボックスと全体に向き合うように前記フードの上流側に組み込まれたブロワーに差し向けられ、このことにより前記ウェブ取り扱い装置は、前記ヤンキードライヤーの前記空気出口からの前記水分を含む空気の部分が、前記乾燥ファブリックを通して前記成形ボックス内に差し向けられる前に、前記フード内に組み込まれた前記ブロワーを通って前記ウェブに通されるように構成されている、装置。
2. 前記真空システムは、前記水分を含有する空気から水分を復水する際にこの空気の容積を収縮するように構成されており、前記容積が収縮した空気は、これによって、前記真空システムが発生する吸引を上昇させる、請求項１に記載の装置。
3. 前記乾燥装置は、衝突ドライヤーを更に含み、前記ウェブ取り扱い装置は、真空ボックス、及び高温空気供給装置のうちの少なくとも一つを含む、請求項１に記載の装置。
4. 前記ウェブ取り扱い装置を通して前記ウェブを送るように構成されたフォーミングファブリック上で前記ウェブを形成するためのフォーマーを更に含み、前記ウェブ取り扱い装置は、高温空気供給フード及び前記真空システムと連通した真空ボックスを含む高温空気供給装置を含み、この高温空気供給装置は、前記水分を含有する空気がフォーミングファブリックを通して前記真空ボックス内に差し向けられる前に前記ヤンキードライヤーの前記空気出口からの前記水分を含有する空気の一部を前記高温空気供給フードによって前記ウェブに通すように構成されている、請求項１に記載の装置。
5. 熱エミッションを減少させるとともに、製紙機の真空システムを向上させるための方法であって、前記製紙機は、ウェブから水分を除去するために加熱空気を受け取るための空気入口及び前記水分を含有する空気を排気するための空気出口を含み、空気入口を通って受け取られた加熱空気が紙ウェブの一方の面に差し向けられて紙ウェブから水分を受け取り、水分を含有する空気が紙ウェブのこの一方の面から空気出口を通って排気される、クレープ紙ウェブを乾燥するように構成されたヤンキードライヤーを含む乾燥装置と、この乾燥装置の上流に配置された、前記ウェブが前記乾燥装置に差し向けられる前に前記ウェブと相互作用するように構成されたウェブ取り扱い装置と、吸引を発生させるための真空システムとを含む、方法において、
   前記水分を含有する空気の一部を前記ヤンキードライヤーの前記空気出口から前記ウェブ取り扱い装置に、前記ウェブを通して前記真空システムに、前記真空システムが発生した吸引に関して所定の供給圧力で、前記ウェブ取り扱い装置が周囲圧力以上の圧力で作動するように差し向け、前記ウェブの脱水を容易にする工程を含み、
   前記製紙機は、前記ウェブを上側に載せて前記乾燥装置に送るように構成された乾燥ファブリックを更に含み、
   前記ウェブ取り扱い装置は、前記真空システムと連通しており且つ前記乾燥ファブリックと隣接して配置された成形ボックスを含み、
   前記乾燥装置は、少なくとも一部がフードで覆われた乾燥シリンダを有するスルーエアードライヤーを更に含み、
   このフードは、前記乾燥ファブリックを越えて位置する前記成形ボックスと少なくとも部分的に向き合い且つ覆うように、乾燥ファブリックに沿って乾燥シリンダの上流に延びており、
   前記水分を含有する空気の部分を前記ウェブを通して差し向ける前記工程は、前記水分を含有する空気の部分を、前記成形ボックスと全体に向き合うように前記フードの上流側に組み込まれたブロワーに差し向け、前記ウェブ及び前記乾燥ファブリックを通して前記成形ボックス内に差し向ける工程を含む、方法。
6. 前記ウェブを前記ウェブ取り扱い装置を通して送るように構成されたフォーミングファブリック上で前記ウェブを形成する工程を更に含み、前記水分を含有する空気の部分を前記ヤンキードライヤーの前記空気出口から差し向ける前記工程は、前記水分を含有する空気の部分を前記ヤンキードライヤーの前記空気出口から、高温空気供給フード及び真空システムと連通した真空ボックスを含む高温空気供給装置に差し向ける工程を更に含み、前記高温空気供給装置は、前記水分を含有する空気が前記フォーミングファブリックを通して前記真空ボックス内に差し向けられる前に、前記水分を含有する空気が高温空気供給フードによって前記ウェブを通して差し向けられるように構成されている、請求項５に記載の方法。

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