JPH03502119A - 抄紙機の紙乾燥器から流出する湿った乾燥空気中に含まれる廃熱の再獲得のための方法及び装置 - 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】 抄紙機の紙乾燥器から流出する湿った 乾燥空気中に含まれる廃熱の再獲得の ための方法及び装置 本発明は、低圧側に乾燥空気から取り出された熱エネルギーが加えられる二成分 圧縮熱ポンプを用い、該熱ポンプによって高圧側で給水から、抄紙機の紙乾燥器 の乾燥シリンダーの加熱のためのプロセス蒸気が発生せしめられ、次いで更に乾 燥空気予熱器にて乾燥に使用される空気が予熱される、抄紙機の紙乾燥器から流 出する湿った乾燥空気中に含まれる廃熱の再獲得のための方法、及びこの方法の 実施のための装置に関する。

抄紙機にて紙を製造する際、始めは比較的薄い繊維バルブが先ず繊維フリースに 濃縮され、次いで真空吸込み器及びクーチロールにより、最後にプレス部にて湿 式プレスの列によって脱水される。残った水が次に抄紙機の乾燥部にて奪取され るが、この乾燥部は、乾燥室中に配設され約１４０°乃至１５０℃の温度の低圧 蒸気で加熱されるシリンダーの列より形成される。以前には化石燃料で焚かれる 低圧蒸気ボイラーにて発生せしめられた乾燥シリンダーの加熱のためのプロセス 蒸気は、冒頭に述べた種類の装置（***特許明細書第３６１２９０７号）では、 二成分圧縮熱ポンプの再吸収器にて、給水から発生せしめられる。他方乾燥器に て紙ウェブから追い出された湿気は、周囲から取り出され少くとも一部が同じく 熱ポンプにて予熱される乾燥空気に伝えられ、次にこの乾燥空気から　−エネル ギー再獲得のため　−熱ポンプの脱気器にて再び熱が引き出されるが、その際、 紙乾燥器にて受容される湿気の一部が液体の凝縮として発生し、これは座圧され ねばならない。次に、受容された水蒸気のうちの残ったものにより飽和せしめら れた空気が廃空気として周囲の大気中に放出されるが、これにより周囲の大気の 水蒸気成分が高まるのみならず　−更に周囲の温度まで冷却されると　−霧又は もやが形成されることにもなる。こうして周囲の大気への望ましからぬ環境負荷 となるが、こうした環境負荷は、小気象の変化のゆえのみならず、冬期における 氷又は霜の形成の危険からも不利である。それどころか大気中の高い水蒸気成分 も、比較的最近気象に対する危険として認識された「温室効果」を助長する。更 に、水蒸気の霧とともに（比較的わずかな量の）有害物質も、紙製造プロセスか らの環境に達し得ることを排除できない。

乾燥ドラムの加熱のためのプロセス蒸気が従来のやり方で蒸気発生器等によって 生じるか、または、乾燥が乾燥ロールなしに加熱蒸気又は蒸気を多く含む蒸気− 気体−混合物を用いてトンネル乾燥器にて行なわれる抄紙機では、乾燥室の湿っ た廃空気中に含まれ廃熱の利用のために、別個の（−成分）熱ポンプを使用する ことが公知であるが（***公開明細書第２６３０８５３号；***公開明細書第３ ２４０６１１号）、この熱ポンプの蒸発器にて湿った廃空気が冷却され、含まれ ていた湿気が　−一部　−凝縮せしめられ、次いでこの冷却された廃空気はこの 熱ポンプの凝縮器にて再び暖められ、場合によっては新たに乾燥空気として抄紙 機の乾燥室にて使用される。しかしながら乾燥空気の廃熱利用のために使用され る熱ポンプとプロセス蒸気発生器との連結はここでは行われない。

これに対し、本発明の基礎になっている課題は、この種の装置を、現にある手段 を可能な限り広く利用して、乾燥のために必要な一部エネルギーが（更に）削減 され、且つ例えば霧の形成などによる環境への負荷が可能な限り広く軽減される ように、改善することである。

冒頭に述べた種類の方法から出発して、この課題は本発明によれば、乾燥空気が 抄紙機にて、乾燥空気予熱器、該乾燥空気予熱器の後ろに接続された紙乾燥器、 及び、該紙乾燥器の後ろ且つ該乾燥空気予熱器の前に接続されていて液体で生じ る水蒸気の凝縮物を紙製造プロセス中に戻すための戻し導管を有していて二成分 圧縮熱ポンプの脱気器と熱伝達結合されている熱交換器から形成される、はぼ閉 じた循環中を導かれ、紙乾燥器から流出する湿気を負った空気が、後ろに接続さ れた熱交換器にて、周囲の空気の温度に比べてはっきりとより高い温度に冷却さ れろことにより解決される。乾燥空気循環をプロセス蒸気の発生のために備えら れた二成分圧縮熱ポンプ装置に繋ぐこと、及び、これによって可能となる、乾燥 空気循環を周囲の空気の温度に比べてはっきりとより高い温度レベルで作動せし めることにより、熱ポンプを好都合な性能数値で作動せしめることが可能となる 。暖められた周囲の空気が乾燥空気として使用される従来の紙乾燥器と比較して 、脱気器にて温度レベルを高く設定することにより、乾燥空気に関する同等の乾 燥度が得られる。

従って、上記の従来の紙乾燥器に比較して、同等の乾燥度を達成するために、よ り大量の乾燥空気を循環せしめる必要はなく、すなわち、空気の循環のために必 要な圧縮器も導管の横断面もより高い性能に転換する必要はない。このことはま た、従来の装置、すなわちそれまで暖められた周囲の空気で作動していた装置を わずかな経費で転換できることをも意味し、これによって同時に、プロセス蒸気 の発生のために使用される熱ポンプの性能数値の前記の改善が得られ、こうして 必要とされるエネルギーの投入の総計が減じられる。

この方法の実施のために使用される装置は、乾燥空気予熱器、該乾燥空気予熱器 の後ろに接続された紙乾燥器、及び、該紙乾燥器の後ろ且つ該乾燥空気予熱器の 前に接続されていて液体で生じる水蒸気の凝縮物を紙製造プロセス中に戻すため の戻し導管を”備えている熱交換器から形成される、はぼ閉した乾燥空気循環と 、該熱交換器と二成分圧縮熱ポンプの脱気器との熱伝達結合とを特徴と換器は直 接熱ポンプの脱気器の一部として構成されていてもよい。しかしながら特には該 熱交換器は、流体特に水の閉じた循環を介して二成分圧縮熱ポンプの脱気器と結 合されている。このため必要な場合には熱ポンプを難なく乾燥空気循環から外す こともでき、これにより、既にある装置をあとから本発明による仕様で装備し直 すことが容易になる。

二成分圧縮熱ポンプ及び乾燥空気循環の集合体の駆動のために必要な駆動エネル ギーが燃焼機関によって生せしめられる場合、脱気器から再吸収器へ流れる導管 技中の高圧側に、熱ポンプ中に備えられた温度変換器に平行に、熱交換器を備え 、該熱交換器にて燃焼機関の機関廃熱が希薄な溶液に伝達されることが好ましい 。

紙乾燥器の乾燥シリンダーに供給される蒸気から発生する凝縮物は、蒸気発生器 、すなわち二成分圧縮熱ポンプの再吸収器に戻る凝縮物導管を介して給水として 戻されることが好ましい。

本発明は図面と結び付けた以下の記述にてより詳細に説明されている。

第１図は本発明による仕様で構成された装置の一実施形態の図式的な接続図であ る。

第２図は、公知の装置の乾燥空気の状態変化が、閉じた乾燥空気循環とともに作 動する第１図による装置の対応する状態変化に対比せられている、湿った空気の そり二線図を図式的に示す図である。

第１図に示された図式的な接続図にて、（詳細には示されていない）紙乾燥器の 乾燥シリンダーの加熱のための蒸気の発生のために備えられている　−はぼ図面 の右上の領域に示された　−二成分圧縮ポンプの全体に、１０が付されており、 他方、１２が付された閉じた乾燥空気循環は接続図の左下の領域に示されている 。

乾燥空気循環１２では、図式的に熱交換器として示されている紙乾燥器１４が導 管Ｉ６を介して空気／水−熱交換器１８と結合されているが、その際、蒸気で加 熱された乾燥シリンダーによって乾燥されるべき紙ウェブから蒸気の形で追い出 された水により、紙乾燥器１４にて湿らされた空気を、送風機２０が空気／水− 熱交換器１８に送り出す。空気／水−熱交換器１８にて、紙乾燥器より供給され た湿った乾燥空気から熱が奪取され、これによって相当する分の水蒸気が凝縮さ れ、液体の形で凝縮物導管２２を介して廃出される。この凝縮された水は紙製造 プロセスにて再使用されることが好ましい。冷却された空気は間に送風機２６が 接続されている導管２４を介して、乾燥空気予熱器２８へ送り出され、そこで暖 められて相対湿度を下げられる。乾燥空気予熱器２８から紙乾燥器１４へ通じて いる導管３０を介して、乾燥空気循環は閉じられる。

図面では主要な構成要素のみで示されている二成分圧縮熱ポンプｌＯでは二成分 作動剤例えばアンモニアと水の混合物を使用して、湿った乾燥空気から空気／水 −熱交換器１８にて奪取された熱エネルギーによって脱気器３２にて低い圧力レ ベルで作動剤成分例えばアンモニアを気体の形で濃厚な作動剤溶液から追い出し ている。その際空気／水−熱交換器１８から脱気器３２への熱伝達は、図示の場 合には、間に接続された水の循環３４を介して行われるが、しかし、空気／水− 熱交換器１８が脱気器３２とともに一つの共通な構成ユニットに組み立てられて いることも可能であり、その時には水の循環はなくなるであろうことは明らかで ある。

脱気器３２にて気体の形の成分すなわちアンモニアの追い出しによって生じる希 薄な溶液は、間に溶液ポンプ３８が接続された導管３６を介し、圧力を高められ て、高圧側に備えられた再吸収器４０へ送り出される。他方で同時に、脱気器３ ２にて気体の形で追い出された作動剤の成分すなわちアンモニアの方は、脱気器 ３２を再吸引器４０と結合していて間に圧縮器４４が接続されている導管４２中 を、圧力を高められて、再吸収器４０へと導かれ、そこで再吸収熱を廃出しても う一度溶液中に再吸収される。この時再び濃厚になった溶液は次いで導管４６を 介して脱気器３２へ戻るが、その際導管４６中に接続された絞り手段４８によっ て、濃厚な溶液の圧力が下げられる。こうして脱気器３２にて再び、水の循環３ ４を介して空気／水−熱交換器１８から供給される熱を受容して、アンモニアを 気体の形で濃厚な溶液から追い出すことができる。この時溶液循環の導管３６及 び４６中には、　−二成分圧縮熱ポンプにて通例用いられる−　温度変換器５０ が接続されていることが好ましい。

好ましい。

再吸収熱は再吸収器４０にて、導管５２を介して供給される給水に伝達され、給 水はここで蒸発せしめられ、次に約３バールの、又は低圧プロセス蒸気よりも高 い圧力で、プロセス蒸気導管５４に供せられる。導管５４は紙乾燥器Ｉ４へ通じ 、即ち、乾燥シリンダーの加熱に役立つが、この時シリンダーに流入する蒸気の 温度は一従来の抄紙機のプロセス蒸気の温度に対応して−１４０゜乃至１５０℃ となろう。紙乾燥器にて凝縮した蒸気は、次にポンプ５６によって導管５２を介 して再び給水として再吸収器４０へ戻される。

空気／水−熱交換器１８の湿った乾燥空気が通過する空間は更に枝導管５８を介 してプロセス蒸気導管と結合されているが、その際プロセス蒸気が空気／水−熱 交換器中にあふれることは、枝導管中に接続されていて通例は閉じられているあ ふれ弁６０によって阻止される。紙ウェブが裂けたために抄紙機が短時間止めら れねばならない場合、即ち紙乾燥器１４への供給が遮断されねばならない場合に は、あふれ弁６０が、プロセス蒸気導管５２中の圧力の上昇を探査する制御装置 によって開かれて、再吸収器にて発生せしめられたプロセス蒸気が空気／水−熱 交換器１８に導かれる。これにより更に、熱エネルギーが、熱ポンプＩＯの脱気 器３２での作動剤の脱気に使用できるようになっており、こうして追加の蒸気源 を必要とせずに常時熱ポンプを動かし続けることができる。

更に、プロセス蒸気はこの際同時に、通常の作動中に空気側で空気／水−熱交換 器１８の熱交換面に沈降する汚れを除（のにも役立ち得る。こうして抄紙機の再 始動時には、単純にプロセス蒸気導管５４の紙乾燥器への供給が開かれ、これに よってあふれ弁６０が閉じられることにより、直接再びプロセス蒸気が、紙乾燥 器１４の乾燥シリンダーの加熱に使用できるようになっている。

熱交換器１８にて冷却された空気を再び暖めるために乾燥空気予熱器２８で必要 とされる熱エネルギーも同様に熱ポンプ１０から取り出されるが、このために、 濃厚な溶液を再吸収器４０から脱気器３２へ導く導管４６は再吸収器、１０と温 度変換器５０の間で口を切られ、導管６２を介して乾燥空気予熱器２８と結合さ れる。濃厚な溶液のうちの、口切り導管６２を介して乾燥空気予熱器へ導かれ熱 エネルギーの放出によって冷却される部分は、戻し導管６４を介して導管４６中 に、しかも温度変換器５０と絞り手段４８の間の領域で、戻される。接続図に示 されたこの特殊の実施例では、口切り導管６２と戻し７導管６４の間に接続され た熱交換器６８を介して、濃厚な溶液から更に、用熱循環−例えば加熱循環−の 作動のための用熱を取り出すことができるようになっている。

この用熱循環７０は、消費機器７２と循環ポンプ７４が間に接続されている循環 として図式的にのみ示されている。

熱ポンプ１０の集合体及び乾燥空気循環に備えられた集合体の作動のために必要 な駆動エネルギーは、図示の場合電動機７６によって供給され、この電動機の方 はガス機関７８によって駆動されてもよい。ガス機関７８の機関廃熱を紙乾燥プ ロセスに利用できるようにするために、温度変換器５０に平行な接続にて、高圧 側で、導管３６を介（、て脱気器３２から再吸収器４０へ送り出される希薄な溶 液の一部が通過する熱交換器８０が、備えられている。

第２図では、湿った空気−該空気中で温度は水成分に託されているーのそり二線 図にて、従来の乾燥プロセスａが前記の本発明による装置にて実施される紙乾燥 プロセスｂに図式的に対比されているが、ここで線Ｓは、その下では例えば水蒸 気よりも高い温度にある水成分は凝縮熱を放出して液体の水に凝縮する飽和線を 表わすものとする。

従来の紙乾燥プロセスでは、（点ｌにて）空気が例えば１５℃の外気温で周囲の 大気から取り出され、熱の供給により（点２まで）暖められ、その際相対空気湿 度が下げられるというように行なわれる。更に熱が供給されると（点３まで）空 気は紙乾燥器の湿気を受容する。紙乾燥器の湿った廃空気の冷却により、乾燥空 気の相対空気湿度が上昇して（点４まで）１００％となり、ここで更に温度が下 がると（点５まで）水蒸気の一部が凝縮して液体の形で発生する。点５で達した 状態にて、相変わらずはっきり周囲の温度以上暖められていて相対湿度が１００ ％の乾燥空気が、廃空気として周囲の大気中に放出される。その際に生じる廃空 気の周囲の温度への急速な冷却は、殆ど不可避的に、凝縮する水蒸気による霧又 はもやの形成につながる。例外の場合、即ち周囲の大気が比較的乾いていて暖か い場合にのみ、こうした霧の形成は回避可能であろう。しかしながら何れの場合 にも局所的な微気象において周囲の大気の水蒸気成分の上昇が起こるであろうし 、場合によっては湿った廃空気中に含まれている有害物質が周囲の大気中に流出 する。

これに対して本発明による装置にて実施される乾燥プロセスでは乾燥空気は外の 大気から取り出されず、また湿った廃空気も外の大気に放出されない。寧ろ点１ ’にて、空気／水−熱交換器１８から流出する一周囲の温度よりもはっきり上に ある一乾燥空気は、乾燥空気予熱器２８にて点２″に対応する温度に暖められ、 相対湿度が対応して低下する。紙乾燥器１４にて、この暖められた乾燥空気は、 蒸気加熱された乾燥シリンダーより、紙ウェブから追い出された水蒸気を（点３ Ｎまで）受容する。

この−まだ完全には飽和せしめられていない一乾燥空気より、次に、空気／水− 熱交換器１８にて熱が奪取されて脱気器３２へ運ばれる。即ち温度は先ず点３“ から点４Ｎへ下がり、即ち乾燥空気は飽和する。次に、点ｌ゛での始めの温度に 対応した温度にまで更に冷却すると、水蒸気の凝縮が起こり、発生した凝縮物は 凝縮物導管２２を介して紙製造プロセスに戻される。ここで全凝縮熱は空気／水 −熱交換器１８にて受容され、即ち、脱気器３２にて二成分圧縮熱ポンプの作動 剤から気体の形の作動剤成分即ちアンモニアを追い出すのに使用することができ る。

祇乾燥プロセスａ及びｂの前記の比較から明らかになることは、水蒸気、及び場 合によってはその他の有害物質を周囲の大気中に持ち出すのを避けることにより 、閉じた循環で乾燥空気を誘導することは、環境負荷を減らすという理由から重 要であるが、このことを越えて更に、投入すべき一部エネルギーの決定的な節減 が達成されることであり、というのも、紙乾燥器１４にて乾燥されるベき紙ウェ ブから追い出される水蒸気の凝縮熱が全部、熱ポンプＩＯの二成分作動剤の低圧 側での脱気のために使用できるようになっているからである。紙乾燥装置の本発 明による構成の重大な利点は更に、従来の、即ち乾燥プロセスａに従って作動せ しめられる装置を、あとからプロセスｂに図解された作動仕様に装備し直すこと ができるということにも存するが、その際、乾燥空気の始めの温度をより高く選 択することにより、乾燥空気循環中を循環せしめられる空気量も、乾燥プロセス の終わり、即ち点３又は３′における相対湿度も、変えないでおくことができる （※ｌ　＝Ｖｌ・　及びψ３＝ψコ−）ので、乾燥空気の搬送に使用される流路 の横断面も送風機の性能も変わらず、即ちこれらの構成部分は変えずに転用する ことができる。

国際調査報告 国際調査報告 ＰＣＴ／ＥＰ　８９１０１３０５

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．低圧側に乾燥空気から取り出された熱エネルギーが加えられる二成分圧縮熱 ポンプを用い、該熱ポンプによって高圧側で給水から、抄紙機の紙乾燥器の乾燥 シリンダーの加熱のためのプロセス蒸気が発生せしめられ、次いで更に乾燥空気 予熱器にて乾燥に使用される空気が予熱される、抄紙機の紙乾燥器から流出する 湿った乾燥空気中に含まれる廃熱の再獲得のための方法に於いて、乾燥空気が抄 紙機にて、乾燥空気予熱器、該乾燥空気予熱器の後ろに接続された紙乾燥器、及 び、該紙乾燥器の後ろ且つ該乾燥空気予熱器の前に接続されていて液体で生じる 水蒸気の凝縮物を紙製造プロセス中に戻すための戻し導管を有していて二成分圧 縮熱ポンプの脱気器と熱伝達結合されている熱交換器から形成される、ほぼ閉じ た循環中を導かれ、紙乾燥器から流出する湿気を負った空気が、後ろに接続され た熱交換器にて、周囲の空気の温度に比べてはっきりとより高い温度に冷却され ることを特徴とする方法。 ２．乾燥空気予熱器（２８）、該乾燥空気予熱器の後ろに接続された紙乾燥器（ １４）、及び、該紙乾燥器（１４）の後ろ且つ該紙乾燥器予熱器（２８）の前に 接続されていて液体で生じる水蒸気の凝縮物を紙製造プロセス中に戻すための戻 し導管を備えている熱交換器（１８）から形成される、ほぼ閉じた乾燥空気循環 （１２）と、該熱交換器（１８）と二成分圧縮熱ポンプ（１０）の脱気器（３２ ）との熱伝達結合とを特徴とする、請求の範囲１に記載の方法の実施のための装 置。 ３．紙乾燥器（１４）から流出する湿った乾燥空気を冷却する熱交換器（１８） が、流体特に水の閉じた循環（３４）を介して、二成分圧縮熱ポンプ（１０）の 脱気器（３２）と結合されていることを特徴とする、請求の範囲２に記載の装置 。 ４．二成分圧縮熱ポンプ（１０）及び乾燥空気循環（１２）の集合体の駆動のた めに必要な駆動エネルギーが、燃焼機関（７８）によって生ぜしめられる請求の 範囲２又は３に記載の装置に於いて、 一方で燃焼機関（７８）の機関廃熱が加えられ、他方で、脱気器（３２）から二 成分圧縮熱ポンプ（１０）の再吸収器（４０）へ送り出され再吸収器の圧力にあ る希薄な溶液の少くとも一部が通過する、熱交換器（８０）を特徴とする装置。 ５．紙乾燥器（１４）の乾燥シリンダーに供給される蒸気から発生する凝縮物を 給水として二成分圧縮熱ポンプ（１０）の再吸収器（４０）へ戻す凝縮物導管（ ５２）を特徴とする、請求の範囲２乃至４のいずれかに記載の装置。