JP4346487B2

JP4346487B2 - 紙料供給装置

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Publication number: JP4346487B2
Application number: JP2004106544A
Authority: JP
Inventors: 伸夫磯部
Original assignee: Nippon Sharyo Ltd
Current assignee: Nippon Sharyo Ltd
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2009-10-21
Anticipated expiration: 2024-03-31
Also published as: JP2005290602A

Description

本発明は、古紙、損紙などの紙料を離解させて所定濃度の紙料スラリを連続して排出する連続式パルパーに対して紙料を投入するものであって、その連続式パルパー内の液面高さに応じて紙料の供給を調節するようにした紙料供給装置に関する。

近年、省資源や地球環境保全の要求が高まり、古紙および損紙のリサイクル率が高くなってきており、これまで脱墨や異物除去が困難であった雑誌の他、ラミネート処理された紙容器なども紙料として用いられるようになってきている。
そうした古紙や損紙などの紙料について資源サイクルを行うために紙料スラリを造るパルパーは、これまで容器内に水と薬剤を混合した溶液と紙料を投入し、一定期間混合撹拌して離解が完了した後、排出口を開放して紙料スラリを全量取り出す、いわゆるバッチ式のものが実用化されていた。しかし、バッチ式のパルパーはロスタイムが多く操業性が良くないため、最近では紙料スラリを連続して取り出せる連続式のパルパーが要求され、種々提案されている。

本出願人も特開２００３−１９３３８３号公報として開示された出願によって、エネルギ消費が少なくて均質な紙料スラリが連続的に得られ、かつ、異物の微細化が起こりずらいコンパクトな連続式パルパーを提案している。その連続式パルパーでは、縦型円筒容器内に上部から供給された紙料が垂直回転軸に多段に付設した撹拌羽根によって溶液内で撹拌され、順次下方へ移動するに連れ離解され、縦型円筒容器の下部に設けられた取出口から吐出される。
そうした連続式パルパーへの紙料の供給は、例えば紙料スラリが所定量吐出される毎に行われ、また供給する紙料の種類によって離解に要する時間が異なるので、紙料スラリの排出量を適宜調整する必要があるが、その際にはスクリューフィーダの回転数が適宜調整される。
特開２００３−１９３３８３号公報（第２−３頁、図１）

こうした従来の連続式パルパーでは、例えば吐出される紙料スラリの濃度を１８〜２０パーセントになるようにし、その後更に１〜４パーセントにまで薄めてからスクリーンを通して異物などを取り除くようにしている。紙料スラリの濃度を一定の範囲にするには縦型円筒容器内に入れる溶液と破砕済紙料との割合を調整する必要がある。その際、破砕済紙料は塊になっているため、本来ならば連続式パルパーへの破砕済紙料の供給を一旦停止し、離解が進んだ後に改めて供給を開始することが好ましい。
しかし、圧縮梱包されたベールを破砕する破砕機はベールが回転刃に噛み込んだままで運転を停止させてしまうと、再度運転する場合に非常に大きな動力が必要になる。従って、運転を再開する際には電力消費が大きくなったり、最悪の場合には噛み込みが強くて回転刃が回らなくなってしまうおそれがある。そのため従来は、破砕機は連続的に運転しなければならないが、そうすると適時に適量の破砕済紙料を縦型円筒容器内に供給するのが難しかった。

そこで本発明は、かかる課題を解決すべく、適時に適量の破砕済紙料を連続式パルパー内に連続的に供給する紙料供給装置を提供することを目的とする。

本発明に係る紙料供給装置は、縦型円筒容器内で製造した紙料スラリを連続的に吐出する連続式パルパーに対して破砕済紙料を供給するためのものであって、一対の回転刃の間に入れられた紙料の塊であるベールを当該回転刃で砕いて破砕済紙料として下方に放出する破砕機と、その破砕機の下から前記連続式パルパーの供給口に前記破砕済紙料を搬送するコンベアと、前記破砕機の駆動を制御する制御装置と、前記縦型円筒容器内の液面高さを計測して前記制御装置へその計測信号を送信する液面レベルセンサとを有し、前記制御装置が縦型円筒容器内の液面高さに応じて前記破砕機の回転刃の回転速度を調整するものであることを特徴とする。

また、本発明に係る紙料供給装置は、前記制御装置が、前記液面レベルセンサからの計測信号に基づいて液面高さを検出し、上限値を検出した場合には前記破砕機の回転刃の回転速度を落とし、下限値を検出した場合には前記破砕機の回転刃の回転速度を上げるようにしたものであることを特徴とする。
また、本発明に係る紙料供給装置は、前記制御装置が、前記液面レベルセンサからの計測信号に基づいて液面高さを検出し、その液面高さが上限値に近づくに従って前記破砕機の回転刃の回転速度を徐々に落とし、液面高さが下限値に近づくに従って前記破砕機の回転刃の回転速度を上げるようにしたものであることを特徴とする。
更に、本発明に係る紙料供給装置は、前記破砕機がその回転刃をインバータモータによって回転させるものであることを特徴とする。

よって、本発明に係る紙料供給装置では、液面レベルセンサによって紙料スラリが造られる縦型円筒容器内の液面高さが検出され、その液面高さに応じて回転刃の回転速度が制御されて、破砕機からの破砕済紙料の放出量が調整される。
例えば、縦型円筒容器内の液面高さについて上限値と下限値とを設定し、液面が上限値であることを検出した場合には、回転刃の回転速度を落として破砕機から放出される破砕済紙料の単位時間当たりの量を減らし、コンベアによって連続式パルパーへ供給する破砕済紙料の量を減少させる。一方、液面が下限値であることを検出した場合には、回転刃の回転速度を上げて破砕機から放出される破砕済紙料の単位時間当たりの量を増やし、コンベアによって連続式パルパーへ供給する破砕済紙料の量が増加する。

従って、本発明に係る紙料供給装置によれば、破砕機の回転刃について連続的に回転させながらもその回転数を調整することによって、コンベアで搬送され連続式パルパー内に入れられる破砕済紙料の供給量が調整され、適時に適量の破砕済紙料を連続式パルパー内に連続的に供給することができる。

次に、本発明に係る紙料供給装置について、その一実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。図１は、連続式パルパーの全体構成を示した図である。連続式パルパー１は、図１に示すように、架台１１上に縦型円筒容器１０が立設されている。縦型円筒容器１０には、その上端に破砕済紙料５１が投入される供給口１２が形成され、下端の側部には紙料スラリが取り出される取出口１３が設けられている。縦型円筒容器１０内には、縦方向中心部に垂直回転軸１４が回転可能に支持され、その垂直回転軸１４には、架台１１の下部に設けられたモータ１５の駆動力が減速機１６を介して伝達するように構成されている。

縦型円筒容器１０内に立設された垂直回転軸１４には、螺旋状のパルピングロータ−１７が最上部に取り付けられ、その下には複数のロータ−１８が上下多段に取り付けられている。パルピングロータ−１７は切欠部が形成され、供給口１２から入れられた破砕済紙料５１がその切欠部からパルピングロータ−１７の下に落ちていくようになっている。一方、上下多段に設けられたロータ−１８は、その羽根の枚数が上段部分のものが２枚、中段のものが３枚、そして下段のものが４枚というように徐々に増えるように形成されている。これは、上から下にかけて羽根の枚数を増やすことによって撹拌力を段階的に増加させるためである。

また、縦型円筒容器１０の内壁には、内部を流れる破砕済紙料５１の撹拌が促進されるように、縦方向には複数の垂直リブ２１が突設されるとともに、各段のロータ−１８の中間高さに水平リブ２２が突設されている。
一方、縦型円筒容器１０の底部には取出口１３へ紙料スラリを取り出すためのスクリューフィーダ１９が設けられている。このスクリューフィーダ１９は、モータ２０の回転速度を制御することによって紙料スラリの吐出量を調整できるようになっている。そして、そのスクリューフィーダ１９の先には、縦型円筒容器１０から吐出された紙料スラリの異物を除去するためのセパレータ２３が設けられている。

縦型円筒容器１０には紙料を離解させるための薬品など（例えば、NaOH、脱墨剤、Na₂SiO₃、H₂O₂、スチーム）が供給されるが、そのための配管が縦型円筒容器１０に接続されている。縦型円筒容器１０に配管が接続されてできた一のライン２５には水が流され、他のライン２６にはスチームが流されるようになっている。そのうちライン２５は分岐して２方向に分かれ、それぞれの分岐ラインに電磁開閉弁２７，２８が接続され、他方のライン２６には電磁開閉弁２９が接続されている。そして、電磁開閉弁２７の二次側には例えばNaOH、脱墨剤、Na₂SiO₃が送り込まれ、電磁開閉弁２８の二次側にはH₂O₂が送り込まれるようになっている。

図２は、こうした連続式パルパー１へ破砕済紙料５１を供給するための紙料供給装置を示した概念図である。すなわち、連続式パルパー１の縦型円筒容器１０と破砕機３０との間にはコンベア４０が配置され、破砕機３０から放出されてコンベア４０上に搭載された破砕済紙料５１が縦型円筒容器１０の供給口１２へと送られるようになっている。

次に、図３は破砕機を上方から見た断面図である。この破砕機３０は、複数のベール５０（図２参照）を入れることができる大きさの箱形容器３１の中に、２本の回転軸３２，３２が軸支された二軸式である。各回転軸３２，３２には複数の回転刃３３，３３が設けられ、軸方向に各回転刃３３，３３が交互に配置されている。回転軸３２，３２には回転伝達機構３４が連結され、各回転刃３３，３３が互いに内側に回転するようになっている。回転刃３３，３３を回転させるための駆動手段には回転を加減速できるようにインバータドライブ方式がとられ、伝達機構３４に電動モータ３５が連結され、その電動モータ３５にインバータ装置３６が連結されている。

ところで、この破砕機３０には箱形容器３１内に複数のベール５０が投入され、その自重によって各ベール５０が順に回転する回転刃３３，３３の間に噛み込まれていく。従って、ベール５０が回転刃３３，３３に噛み込まれた破砕途中で運転を停止させると、その噛み込み状態から再度運転する場合には非常に大きな起動力が必要になるため、連続式パルパー１を稼働させている間、破砕機３０は連続運転することになる。しかしその一方で、常に一定量の破砕済紙料５１を縦型円筒容器１０内に供給していたのでは、溶液の量に対して破砕済紙料５１が多くなりすぎてしまい目標とする濃度（１８〜２０パーセント）で紙料スラリを吐出できなくなってしまう。

そこで、本実施形態では、連続式パルパー１から排出される紙料スラリの濃度が１８〜２０パーセントになるように濃度管理を行うべく、連続式パルパー１の紙料供給装置が構成されている。すなわち紙料供給装置は、縦型円筒容器１０内の溶液の量に対する破砕済紙料５１の割合が適量になるようにしたものであり、縦型円筒容器１０内の液面高さに応じて破砕機３０から放出される破砕済紙料５１の量を調整するものである。

連続式パルパー１では、縦型円筒容器１０内にいったん十分な溶液と破砕済紙料５１とが供給された場合、破砕済紙料５１をその後あまり増加させないように供給量を減らし、上部の破砕済紙料５１が下に沈んで離解が進むのを待つ必要がある。そして、所定時間の後には縦型円筒容器１０内の液面が下がるため、このとき再び液面が一定の高さに上昇するまで溶液とともに破砕済紙料５１の供給量を増加させた供給を行うようにするのがよい。
そこで、本実施形態の紙料供給装置では、図２に示すように縦型円筒容器１０の供給口１２の上方に超音波距離計などの液面レベルセンサ４５が設置されている。そして、その液面レベルセンサ４５は制御装置４６に接続され、更にその制御装置４６は破砕機３０のインバータ装置３６に接続されている。

そして、本実施形態の制御装置４６には液面制御プログラムが設定され、液面レベルセンサ４５の計測信号に基づいて図２に示す液面レベルの下限値Ｌ１と上限値Ｌ２とを検出し、溶液の供給や破砕済紙料５１の供給量の調整を行うように構成されている。すなわち、制御装置４６が液面レベルの下限値Ｌ１と上限値Ｌ２とを検出することにより、破砕機３０のインバータ装置３６に制御信号が送られ、縦型円筒容器１０内の液面がＬ１とＬ２との高さで変動するようにする。つまり、本実施形態の紙料供給装置では、破砕機３０における回転刃３３，３３の回転速度の調節により連続式パルパー１へ供給する破砕済紙料５１の供給量が調節されるようになっている。

ところで、上下３段階に設定した液面Ｌ２，Ｌ１，Ｌ３のうち、下限値を示すＬ１は図１に示されたパルピングロータ−１７の上部に位置する高さであり、更にＬ１の下方に設定されたＬ３の高さは、パルピングロータ−１７のすぐ上の位置である。また、上限値を示すＬ２は供給口１２から任意の距離下がった位置である。

次に、上記した構成による連続式パルパー１および紙料供給装置の作用について説明する。
本実施形態の連続式パルパー１は、底部に形成された縦型円筒容器１０の取出口１３から所定濃度の紙料スラリが連続して吐出される。そして、紙料スラリの吐出によって縦型円筒容器１０内部の溶液と破砕済紙料５１が減少するため、吐出量に応じて溶液や破砕済紙料５１が適宜供給され、縦型円筒容器１０内の液面が常に一定の高さ範囲で変動するようにして運転される。すなわち、縦型円筒容器１０内の液面の高さが前述したように図２に示すＬ１とＬ２との間を上下するようにして紙料スラリが造られていく。

供給口１２から投入された破砕済紙料５１は、縦型円筒容器１０内の溶液に溶け込み、パルピングロータ−１７によって下方へ誘導される。この段階では破砕済紙料５１のままの塊として存在しているものもあるが、パルピングロータ−１７には切欠きが形成されて１ピッチ未満になっているため、塊はその切欠部から下方へと落ちていく。一方、縦型円筒容器１０の底部では前述したように紙料スラリがスクリューフィーダ１９によって取出口１３から吐出されるため、上から供給された破砕済紙料５１は、順に縦型円筒容器１０内を底に向かって沈んでく。そして、下降するに従って刃数の多くなる下段のロータ−１８によって破砕済紙料５１の離解が徐々に進んでいく。

ロータ−１８は回転速度が遅く平面的な撹拌となるため、そのままでは溶液内の紙料がかき回されてできた回転方向の流れに乗ってしまう。しかし、縦型円筒容器１０の内側壁に付設された垂直リブ２１や水平リブ２２によって紙料の流動が阻止されるのでロータ−１８との連れ回りが防止される。なお、ロータ−１８は刃数が上段では少ないので未離解な状態であっても下方への移動がスムーズであり、その一方で下段のロータ−１８では刃数が多くなっているので撹拌力が増加し、均質な紙料スラリが造られることになる。また、下段では撹拌力が大きいので離解繊維に付着しているインク粒子を分離する能力も大きくなる。

供給口１２から投入された紙料は、こうして撹拌によって溶液内で離解しながら縦型円筒容器１０内を下降し、水分中の濃度が１８〜２０パーセント程の均質な紙料スラリとなって取出口１３から吐出される。なお、紙料によって縦型円筒容器１０内に滞留する時間を制御する必要があるときは、スクリューフィーダ１９の回転数を落とすことによって単位時間当たりに吐出される紙料スラリの量を減少させることができる。そして、排出された紙料スラリは、その後更に１〜４パーセントに濃度が薄められ、セパレータ２３により異物の除去が行われて後続の処理工程へと搬送される。

次に、本実施形態の紙料供給装置では、こうして連続式パルパー１から吐出される紙料スラリの濃度が１８〜２０パーセントになるように、破砕機３０からコンベア４０を介して縦型円筒容器１０へ連続的に供給される破砕済紙料５１のタイミングとその供給量が調節されている。
具体的には、縦型円筒容器１０内の液面高さに応じて破砕機３０の回転刃３３，３３の回転速度が調整され、破砕機３０から放出される破砕済紙料５１の単位時間当たりの破砕量が調節される。そのため紙料供給装置では、液面レベルセンサ４５が縦型円筒容器１０内の液面を計測し、その計測信号が制御装置４６へ逐次送られている。そして、液面レベルセンサ４５からの計測信号を受け取った制御装置４６では、縦型円筒容器１０内の液面の変化が確認されている。

そこで、縦型円筒容器１０内には溶液が入れられ、そこに破砕済紙料５１が投入されて液面がＬ２にまで達しているとする。液面レベルセンサ４５からの計測信号によって液面がＬ２の位置にあることを検出した制御装置４６では、破砕機３０に制御装置４６から低速駆動信号が送られて回転刃３３，３３の回転速度が落とされる。従って、破砕機３０における単位時間当たりの破砕量は減少し、下方のコンベア４０では破砕機３０から放出された少量の破砕済紙料５１が順次送られていく。

こうして、コンベア４０上の単位面積当たりの破砕済紙料５１が減少し、縦型円筒容器１０内への供給量も減少する。そして、連続式パルパー１では、前述したようにパルピングロータ−１７及びロータ−１８の回転によって破砕済紙料５１が撹拌され、溶液中に離解して均質な紙料スラリが造られていく。このとき、破砕済紙料５１の供給よりも取出口１３から紙料スラリを吐出する処理能力の方が大きいため、液面は徐々に低下していく。
そこで、液面レベルセンサ４５からの計測信号によって液面がＬ１まで下がったことが制御装置４６で検出されると、制御装置４６から電磁弁２７，２８へ開信号が送られ、縦型円筒容器１０内に水に薬剤が加えられた溶液が送り込まれる。そして、溶液の増加に伴い破砕済紙料５１の量も増加させるため、制御装置４６から破砕機３０のインバータ装置３６へ高速駆動信号が送られて回転刃３３，３３の回転速度が上げられる。

従って、破砕機３０においてベール５０の破砕スピードが上がり、その破砕機３０から放出される破砕済紙料５１の単位時間当たりの量が多くなり、それがコンベア４０上を流れて縦型円筒容器１０内に供給される。縦型円筒容器１０内では、こうして加えられた溶液と破砕済紙料５１によって液面が上昇する。そして、再び液面レベルセンサ４５からの計測信号によって液面がＬ２まで上がったことが検出されると、制御装置４６から電磁弁２７，２８へは閉信号が送られ、縦型円筒容器１０内への溶液の供給が止められる。また、破砕機３０のインバータ装置３６には制御装置４６から低速駆動信号が送られて回転刃３３，３３の回転速度が落ちる。そのため、破砕機３０における単位時間当たりの破砕量は減少し、下方のコンベア４０では破砕機３０から放出された少量の破砕済紙料５１が順次送られる。

ここで、図４は、縦型円筒容器１０内の液面高さの変化と破砕機１０における破砕済紙料５１の破砕量との関係を概念的に示した図であり、縦軸に液面高さと破砕量をとり、横軸に時間をとっている。本実施形態の紙料供給装置では、このように例えば液面高さがＬ１を下回ったところ（ｔ１）で破砕機３０における回転刃３３，３３の回転速度を上げて破砕済紙料５１の破砕量を増加させ、液面高さがＬ２を上回ったところ（ｔ２）で破砕機３０における回転刃３３，３３の回転速度を下げて破砕済紙料５１の破砕量を減少させる。これを繰り返すことによって破砕機３０を停止させることなく、液面に応じて破砕済紙料５１の供給量を調節している。

ところで、本実施形態の紙料供給装置では、前述した制御とは別の制御方法によっても縦型円筒容器１０へ破砕済紙料５１の供給が行われる。図５は、破砕機３０の回転刃３３，３３の回転数を液面高さに従って制御した場合のタイムチャートを示した図である。
本制御でも、縦型円筒容器１０内の液面高さに応じて破砕機３０の回転刃３３，３３の回転速度が調整され、破砕機３０から放出される破砕済紙料５１の単位時間当たりの破砕量が調節される。

しかし、ここでは図５に示すように液面高さを逐次確認し、縦型円筒容器１０内の液面がＬ２に近づいたところで、制御装置４６から破砕機３０に低速駆動信号が送られて回転刃３３，３３の回転速度が徐々に落とされる。従って、破砕機３０における単位時間当たりの破砕量は減少し、縦型円筒容器１０内への破砕済紙料５１の供給量も減少する。
その一方、供給量の低下によって逆に液面が徐々に低下していく。そのため、こうして低下する液面高さも逐次確認され、今度は縦型円筒容器１０内の液面がＬ１に近づいたところで、制御装置４６から破砕機３０に高速駆動信号が送られて回転刃３３，３３の回転速度が徐々に上げられる。

従って、破砕機３０においてベール５０の破砕スピードが上がり、その破砕機３０から放出される破砕済紙料５１の単位時間当たりの量が多くなり、縦型円筒容器１０内では溶液と破砕済紙料５１によって液面が上昇する。そして、再び液面レベルセンサ４５からの計測信号によって液面がＬ２に近づいたことが検出されると、回転刃３３，３３の回転速度が落とされる。

よって、本実施形態の紙料供給装置によれば、縦型円筒容器１０内の液面高さに応じて破砕機３０を制御し、回転刃３３，３３の回転速度を変化させることによって、連続した破砕済紙料５１の供給を可能とするとともに、液面変化による適時に定量の破砕済紙料５１を供給することが可能になった。
そして、これを液面レベルセンサ４５による計測と、制御装置４６による破砕機３０の制御とによる簡単な構成によって達成することができた。
また、破砕機３０の回転刃３３，３３を回転させる駆動手段としてインバータモータを使用したことにより、適切な回転速度で回転刃３３，３３を回転させることで、適量の破砕済紙料５１を破砕して連続式パルパー１へ供給することができた。

以上、本発明に係る紙料供給装置の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

連続式パルパーの全体構成を示した図である。連続式パルパーへ破砕済紙料を供給するための紙料供給装置を示した概念図である。破砕機を上方から見た断面図である。縦型円筒容器内の液面高さの変化と破砕機における破砕済紙料の破砕量との関係を概念的に示した図である。縦型円筒容器内の液面高さの変化と破砕機における回転刃の回転数との関係を示した図である。

１連続式パルパー
１０縦型円筒容器
１２供給口
１７パルピングロータ−
１８ロータ−
１９スクリューフィーダ
３０破砕機
３３回転刃
３５電動モータ
３６インバータ装置
４０コンベア
４５液面レベルセンサ
４６制御装置
５０ベール
５１破砕済紙料

Claims

縦型円筒容器内で製造した紙料スラリを連続的に吐出する連続式パルパーに対して破砕済紙料を供給するための紙料供給装置において、
一対の回転刃の間に入れられた紙料の塊であるベールを当該回転刃で砕いて破砕済紙料として下方に放出する破砕機と、その破砕機の下から前記連続式パルパーの供給口に前記破砕済紙料を搬送するコンベアと、前記破砕機の駆動を制御する制御装置と、前記縦型円筒容器内の液面高さを計測して前記制御装置へその計測信号を送信する液面レベルセンサとを有し、前記制御装置が縦型円筒容器内の液面高さに応じて前記破砕機の回転刃の回転速度を調整するものであることを特徴とする紙料供給装置。
請求項１に記載する紙料供給装置において、
前記制御装置は、前記液面レベルセンサからの計測信号に基づいて液面高さを検出し、上限値を検出した場合には前記破砕機の回転刃の回転速度を落とし、下限値を検出した場合には前記破砕機の回転刃の回転速度を上げるようにしたものであることを特徴とする紙料供給装置。
請求項１に記載する紙料供給装置において、
前記制御装置は、前記液面レベルセンサからの計測信号に基づいて液面高さを検出し、その液面高さが上限値に近づくに従って前記破砕機の回転刃の回転速度を徐々に落とし、液面高さが下限値に近づくに従って前記破砕機の回転刃の回転速度を上げるようにしたものであることを特徴とする紙料供給装置。
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載する紙料供給装置において、
前記破砕機は、その回転刃をインバータモータによって回転させるものであることを特徴とする紙料供給装置。