JP2000509108A - 冷却システムを有する蒸気加熱ローラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ガス熱キャリヤ媒体（好ましくは、蒸気）によって加熱されるローラまたはロールは、製紙機械の押圧ステーションまたは平滑ステーションにおける使用のために用いられ、軸方向に平行な周辺流路を有し、熱キャリヤ媒体を供給および排出させるための装置に接続されている。加熱されたローラを冷却するために、冷却手段は、加熱／冷却回路に切り換えられ、熱キャリヤ媒体の流れの方向が逆にされ得る。本発明の他の局面によると、ローラの冷却は、熱キャリヤ凝結物を熱キャリヤの戻りフローに混合し、ガス熱キャリヤによる動作と、凝結された熱キャリヤによる動作とを切り換えることによって調節され得る。本発明はさらに、１つのフランジ付きトラニオン上に配置されたローラ駆動部を有するローラに応用される。

Description

【発明の詳細な説明】 冷却システムを有する蒸気加熱ローラ説明 製紙機械で使用されるローラまたはロールは、様々な技術的な必要により加熱 されることが多い。これは通常は、熱キャリアとして働く媒体をローラ内の空洞 部を通して送ることによって行われ、この結果、熱はローラのシェルに転移され これを加熱する。この配置では、ローラ内には、中央空洞部と共に、ローラの中 心に位置する転移体とその周囲のローラシェルとの間に配置される環状空洞部が 配備され得る。さらに、ローラシェルの周部近くに、軸方向に平行に位置し、ロ ーラの中心およびその近辺から半径方向に等しい間隔を開けて通路が配置され得 る。一般に使用される熱キャリア媒体は、水または油などの液体である。特に、 加熱平滑によって紙の表面の品質を向上させる、製紙機械の最終段階でのいわゆ る平滑ステーションの場合には、熱をローラに供給するには特別の注意が必要で ある。このため、ローラの表面またはシェルの全長にわたって一貫した高い熱転 移を実現するために、設計において相当の努力が払われる。 最近では、熱キャリア媒体として蒸気を使用することが道理にかなうことが認 められている。この選択によって得られる利点は、熱キャリア媒体の必要量がか なり減少し、これによりエネルギーの大幅な節約が可能になり、この結果、同様 にプロセスコストが全体としてかなり節約されることである。これに加えて、プ ロセス蒸気は製紙中のいかなる場合にもほとんど十分に利用可能である。このよ うな蒸気加熱ローラについては、独国特許出願DE 43 13 379 A1およびDE 44 07 239 A1に記載されている。これらにおいては、蒸気はローラシェル内の周部通路 を通して誘導され、通路内で蒸気は凝結し、その熱エネルギーをローラシェルに 与える。通路の対応する端部には回収スペースが配備され、これらを通して、得 られる凝結物または凝結物／蒸気の混合物が吸い上げ手段によってローラから吸 い出される。 ローラを蒸気で加熱する場合の１つの欠点は、このようなローラは冷却され得 ないと言うことである。ローラの交換のために、またはローラに接続するシステ ムで補修行為が必要なために機械を停止させる場合、これまでは、熱エネルギー の対流および放射によってローラがローラの取り扱いに適した温度まで冷却する のを待つことが必要であった。これは、ローラが１００トンまでの重さの何かを 持ち上げ、また２００℃までの動作温度を有することを考慮すれば多くの時間を 必要とし、通常はノンストップで動作する製紙機械にとってダウン時間としてほ とんど耐え得ない時間である。このため、蒸気加熱ローラを広範囲に適用するこ とは受け入れられていない。 加熱ローラ、または例えば動作中の摩擦により冷却しなければ温度が上昇する ローラを冷却することは、技術的な解決法が求められているタスクとして認識さ れている。従って、例えば、DT 24 00 615 A1は、少なくとも部分的に熱キャリ ア媒体で満たされた空洞ローラを開示している。このローラの内部には、ローラ の外側の温度を上昇または降下させる手段に接続して、熱交換機が配備され、こ れに接触する熱キャリア媒体が加熱または冷却され得る。しかし、この種の設計 は、これらの他の欠点とは無関係に、適切な熱キャリア媒体がないという理由で 蒸気加熱ローラを冷却するのに適していない。冷却すると蒸気は単純に凝結する が、凝結物はローラの内部を完全に満たすことができない。 本発明の目的は、特に蒸気ローラを冷却し、冷却に必要とされる時間を短縮す ることである。この短縮は、驚くべき程度に達成可能であることが分かっており 、例えば、本発明の７０トンローラの場合、１５時間から１５０分の短縮が達成 可能であることが分かっている。それと同時に、本発明は、加熱システムを別の 熱キャリアに切り換える必要なく特定の理由で望ましいあるいは必要であること が分かれば、蒸気温度よりも低い温度レベルでも蒸気加熱ローラを動作させる可 能性を切り開く。この方法でローラの温度を操作することはまた、より高い動作 温度およびより低い温度でローラボディを通って案内される蒸気、ならびに凝結 物、即ち水によって、適切なローラ設計で永久的に行うことが可能であり、この 凝結物、即ち水の温度は、ローラ外部で調節される。 次に、本発明を図１〜図７ｂを参照して説明する。 図１、図２、図３および図５は、蒸気加熱ローラの加熱および冷却回路の流れ 図である。図４ａ／図４ｂ、図６ａ／図６ｂ、および図７ａ／図７ｂは、対応す るローラの縦断面図である。縦断面図の上半分である図４ａおよび図６ａは、加 熱中のローラ内の流れを示し、下半分である図４ｂおよび図６ｂは、冷却中のロ ーラ内の流れを示す。縦断面図である図７の上半分である図７ａは、永続的な蒸 気／水動作について、蒸気動作におけるローラ内の流れを示し、下半分（図７ｂ ）は、水動作におけるローラ内の流れを示す。温度伝達媒体の流れの方向が示さ れているところについて、実線の黒い矢印は、凝結物の流れ方向を示し、白抜き の矢印は、蒸気の流れ方向を示す。 次に、図１を参照して、加熱動作中に、蒸気導管（２）から調節バルブ（３） を介してローラ（１）に加熱蒸気がどのように供給されるかが示される。この構 成では、３方向バルブ（４）が、Ａ−Ｃに配置される。ローラを出ていく凝結物 の単位時間当たりの流れは、ローラ入力とローラ出力との間の圧力の一定差を保 証する可変差動圧力バルブ（５）を介して調節される。蒸気分離容器（６）では 、凝結物とともに現れる過度な（overblow）蒸気が凝結物から分離され、導管（ ７）を介して蒸気導管に供給される。蒸気分離容器（６）に残っている凝結物は 、凝結物分離装置（８）を介して凝結物導管に戻る。 加熱動作から冷却動作への切り換えは、３方向バルブ（４）を位置Ａ−Ｂに切 り換えることによって行われる。このバルブの切り換えにより、蒸気供給が遮断 され、ローラ入力が冷却装置（９）−この場合、凝結器−に接続される。凝結器 （９）では、温度レベルは、冷却水の入力および出力流（１０）／（１１）によ って決定される。 凝結器（９）内の温度がローラ内部の温度よりも低いため、真空圧力が凝結器 内で実現し、凝結器ローラ内に依然として存在する蒸気を取り除く。その結果ロ ーラ内に生じる真空圧力は、凝結物を蒸気分離容器（６）からローラ内に引き戻 す。これは、バルブ(5)の対応する開口部またはバイパス（図示せず）のいずれ かによって促進される。 ローラ内の真空圧力のため、戻ってきた凝結物は蒸発し、ローラから熱エネル ギーを奪う。蒸気は、凝結器（９）に戻り続け、凝結器（９）で凝結し、その結 果得られた凝結物は、凝結物ドレイン（２３）を介して排出される。 冷却能力の調節は、例えば、単に凝結器（９）を通る冷却水の流れを制御する ことによって行われる。 図２を参照すると、通常動作において、蒸気加熱されたローラを冷却する別の 方法が図示されている。これに対応するローラは、その出口端に、いわゆる二重 封止ヘッド（１３）を備えている。 加熱動作中、凝結物は、差動圧力バルブ（５）を介して二重封止ヘッド（１３ ）の２つの導管の内の一方（１４）から排出される。このモードにおいては、二 重封止ヘッド（１３）からのバルブ（２３）および第２の排出導管（１５）は閉 鎖している。 冷却動作へ切り替えるには、既に示したように、３方向バルブ（４）をＡ−Ｂ 位置に切り替えて、差動圧力バルブ（５）を閉鎖してバルブ（２３）を開放し、 これにより、凝結器（９）を介した回路を形成する。この回路の流れは、循環ポ ンプ（１６）によって維持する。すると、３方向バルブ（１７）を介して高温復 水の特定の流れを蒸気分離容器（６）からこの回路内に混ぜることによって、あ るいは、冷却装置（９）を通して導管（１０）／（１１）へ冷却水を流すことに よって、温度を蒸気温度レベル未満に制御することが可能になる。 ローラが駆動している場合、通常、駆動のために、ローラの片側は封止ヘッド のために利用できない。この場合、図１の構成から明らかであるように、二重封 止ヘッドを利用することが可能であり、一方、図２の構成から明らかであるよう に、三重封止ヘッドが必要になる。これは、技術的に特に困難なことではない。 なぜなら、復水の排出のための第３の接続部に必要な直径は小さく、この接続部 を、二重封止ヘッド内に追加的に組み込むことも可能であり得るからである。 次に図３および図４ａおよび図４ｂを参照すると、本発明によるローラのさら なる構成が、加熱および冷却制御回路とともに図示されており、その中でモード を切り替えられるローラの設計が動作に対してどのように貢献するのかが示され ている。図３に示す加熱動作（黒矢印）は、図１および図２に関連して既に記載 した通りである。 冷却動作の場合、バルブ（４）をＡ−Ｂ位置に切り替え、バルブ（５）を開放 する。この結果生じる真空圧によって、復水がローラに逆流する。バルブ（１ ７）をＡ−Ｂ位置に切り替えることによって、循環ポンプ（１６）を介した充填 の速度を高めることができる。 その後、冷却動作は反対方向（白抜き矢印）になる。バルブ（１７）をＢ−Ｃ 位置にする。循環ポンプ（１６）は、復水をローラ内で時計回りに循環させる。 冷却容量は、例えば、供給および排出導管（１０）および（１１）内の冷却装置 （９）を通る冷却水流量によって決まる。 従って、ローラ内での一連の動作は図４ａ（加熱動作）および図４ｂ（冷却動 作）に示すようになる。加熱動作においては、蒸気は入口ボア（２８）を介して トラニオン（１９）に流入する。蒸気は、そこから接続チャネル（２４）を介し てローラ本体（１８）内の周辺流路（２１）へのアクセスを得る。蒸気は、周辺 流路（２１）において、気化してその熱エネルギーを放散する。ローラ外部で設 定される入口ボア（２８）および出口ボア（２９）間の圧力差によって、生じた 復水は、サイホン管（２６）および（２７）を介して、収集空間（３０）および （３１）へと吸い出され、そこから出口ボア（２９）へと押し出される。この構 成の場合、入口ボア（２８）のこの領域において生じる復水は、接続管（２２） およびこの時点でもまだ開放しているバルブ（３３）を通ることができる。バル ブ（３２）を閉鎖して、蒸気が接続チャネル（２５）を介して流れるのを防ぐ。 冷却動作において、図４ｂから明らかなように、ローラ内のフローの向きが反 対にされる。冷却された凝結物は、トラニオン（２０）の流出孔（２９）を通っ て流れてバルブ（３２）を強制的に開くことにより、接続チャネル（２５）を介 して周辺流路（２１）にアクセスすることが可能であり、周辺流路（２１）にお いてローラ本体（１８）から熱を吸収する。また、凝結物の小規模な流れがサイ ホン管（２７）を通過する。しかし、バルブ（３３）が閉じるため、凝結物は接 続管（２２）を通ってトラニオン（１９）にアクセスすることができない。周辺 流路中で加熱された凝結物は、接続チャネル（２４）を介して孔（２８）に流れ 、そこからローラの外に流れ出る。 別の局面において、好ましくは駆動されるローラに関して、バルブシステム（ ３２）／（３３）はトラニオン（１９）中に一体化されることにより、蒸気およ び凝結物の供給／排出はこの単一のトラニオン内に統合化される。 次に図５ならびに図６ａおよび６ｂを参照して、本発明のさらなる局面を示す 。冷却の場合は、図５に示すように、蒸気フィーダ導管においてバルブ４ａをま ず閉じ、バルブ４ｂを開く。３方向バルブ（１７）はＣ−Ｂ位置にされる。熱い 凝結物が、循環ポンプ（１６）によって凝結物容器（６）からローラ内に送られ る。凝結物容器内の圧力およびローラに対するレベル差に依存して、凝結物は部 分的にローラ内で蒸発し、ローラは飽和蒸気温度まで冷却される。 これが起こると、バルブ（３８）が閉じられかつバルブ（３７）が開かれた後 、凝結物容器（６）は単にシステムの圧力を維持しているのみになり、いまや閉 じられている回路中においてさらなる蒸発が起こることを防ぐ。フローの一部を バルブ（１７）によって冷却装置（９）中を方向を変えて通過させることにより 、回路中の凝結物、ひいてはローラが対応して冷却調整される。この構成におい て、回路のフローは、製紙機械の平滑ステーションを動作するために通常必要な フローよりも、実質的に小さくてもよい。 この目的において、システムに属するローラは図６ａおよび６ｂから明らかな 設計要素を特徴としている。図６ａから明らかなように、加熱動作において駆動 側のトラニオン（２０）中の接続チャネル（２５）は、バルブ（３９ａ）の付勢 作用により閉じられる。ローラ外の任意のバルブによって設定される圧力差は、 これらのバルブを開くのに十分ではない。 図６ｂから明らかなように、冷却動作においてはローラは凝結物で満たされ、 動作循環ポンプ（１６）−−図５参照のこと−−が高い予圧(advance pressure) を創出することにより、バルブ（３９ｂ）が開いて凝結物が接続チャネル（２５ ）を通って戻ることを解除し、その結果ローラを通る凝結物のフローは、急速な 冷却（例えばローラを交換するときに望まれる）が可能な程度に増加し得る。 図５および６ａ／ｂに示すタイプはまた、図３および図４ａ／４ｂに示したタ イプと同様に、蒸気または熱い凝結物のいずれかによってローラを二者択一的に 加熱することを可能にする。適切な寸法を有するシーリングヘッドを用いた場合 、約３バール未満蒸気圧（蒸気動作の下限を表す）における凝結物の加熱に変化 を起こし得、これによって、蒸気導管（２）内のフローが凝結物容器（６）中へ と分岐し、蒸気解放導管(7)をバルブを閉じることが必然となる。 図７ａ／７ｂに本発明の一局面を示す。この局面は、蒸気加熱と水加熱とを長 期間交互に行う動作にとって好都合である。図３（加熱または蒸気動作）または 図５（冷却または水動作）に示すローラ外部の条件がここでも適用される。一連 のイベントおよびローラの設計は、図７ａ／７ｂより明らかである。図面の上半 分（図７ａ）は蒸気による動作を表し、下半分（図７ｂ）は水による動作を表す 。 蒸気動作において、蒸気フローは、中央管（３５）を迂回して流入孔（２８） および連結チャネル（２４）を通過し、周辺流路に流れ込む。その結果得られる 凝結物はサイフォン管（２６）／（２７）を介して中央管（３５）に落下する。 この目的のために必要な差圧は、駆動側のトラニオン（２０）内のバルブ（４０ ）を閉じ、新鮮な蒸気が中央管（３５）へのアクセスを得ることを防止する。凝 結物は、トラニオン（１９）内の中央管（３５）を介してローラの外に向けられ る。 水動作（すなわち、冷却動作）において、ローラ外部の蒸気供給導管（２）お よび凝結物排出導管（１２）は閉じられており、ローラはフローとは逆方向に凝 結物導管に連結されている（図３参照）。中央管（３５）を介して入る凝結物は バルブ（４０）を開ける。そのため、凝結物は連結チャネル（２５）を介して周 辺流路（２１）に流れることができ、従って、その後連結チャネル（２４）を介 して流出孔（２９）に流れることができる。その結果、凝結物（水）ベースでの 加熱／冷却回路が形成される。 上記においてバルブがローラ内部にあり、フローを逆にすることにより自動的 に開閉可能な場合を説明したが、機械的または他の適切なリモートコントロール 装置によりローラ外部で自動的に開閉され得る適切な閉鎖部材を用いることも同 様に可能であることが理解される。 本発明は、図１〜図７から明らかな局面を有する、すなわち自己支持型であり トラニオン装着型であるローラに限られないことが理解される。たとえば、ＤＥ −ＰＳ ３８ ３８ ７２６に記載の設計に沿って、全体的に剛性軸に水圧によ り又は類似の様式で装着された、いわゆる「浮型」中空ローラにも同様に適用可 能である。この場合、図４ａ／４ｂ、図６ａ／６ｂおよび図７ａ／７ｂから明ら かであるように、連結チャネル（２４）／（２５）は、部分的に中央軸内に及び 部分的に後者とローラのシェルとの間に位置する環状空間内に位置するように見 え得る。他方、連結管（２２）は中央軸内に位置する。 結論として、本発明は、製紙機械において用いられるローラを用いることに限 られず、織物および類似の材料、並びに金属タイプを含むあらゆる種類の表面仕 上げ裏当て材料のウェブの処理における加熱ローラのあらゆる適用分野、すなわ ち、例えば、膜形成に適している。 参照符号リスト １ ローラ ２ 蒸気導管 ３ 調節／制御バルブ ４ ３方向バルブ ５ 差圧バルブ ６ 蒸気分離コンテナ ７ 導管 ８ 凝結物分離器 ９ 冷却装置 １０ 冷却水供給部 １１ 冷却水排出部 １２ 凝結物排出部 １３ 二重密閉ヘッド １４ 第１排出部 １５ 第２排出部 １６ 循環ポンプ １７ ３方向バルブ １８ ローラ本体 １９ トラニオン ２０ トラニオン ２１ 周辺流路 ２２ 連結管 ２３ バルブ ２４ 連結チャネル ２５ 連結チャネル ２６ サイフォン管 ２７ サイフォン管 ２８ 流入ポート ２９ 流出ポート ３０ 収集空間 ３１ 収集空間 ３２ バルブ ３３ バルブ ３５ 中央管 ３７ バルブ ３８ バルブ ３９ バルブ ４０ バルブ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．加熱可能なロールまたはローラ、さらに特定的には、ローラ本体を有し、製 紙機械の押圧ステーションまたは平滑ステーション用の加熱可能なロールまたは ローラであって、該ローラ本体に実質的に軸方向に平行に方向づけられた少なく とも１つの、概して複数の周辺流路またはチャネルと、少なくとも１つの、概し て２つのフランジ付きトラニオンと、該通路／チャネル内を循環するガス状熱キ ャリヤ媒体（好ましくは、蒸気）と、該熱キャリヤ媒体のための少なくとも１つ の供給導管と、該加熱キャリヤ媒体およびその凝結物を排出するための少なくと も１つの導管と、該排出導管の端部に配置された蒸気分離容器（６）とを有し、 凝結物排出部（１２）を有し、熱交換器または凝結器のいずれかとして構成され た冷却装置（９）が、該供給導管と接続され、該熱キャリヤ媒体供給を同時に妨 害し得ることを特徴とする、加熱可能なロールまたはローラ。 ２．前記ローラが、ポンプ（１６）によって凝集物または供給水で満たされ得る ことを特徴とする、請求項１に記載の加熱可能なローラ。 ３．前記冷却装置（９）の接続および前記熱キャリヤ媒体供給の妨害が、３方向 バルブ（４）または２つの単一バルブ（４ａ＋４ｂ）によって行われることを特 徴とする、請求項１または２に記載の加熱可能なローラ。 ４．前記ローラが、出口が前記蒸気分離コンテナ（６）に接続し、バルブ（５） および（１２）によってそれぞれ二者択一的に開閉され得る、前記２つの排出導 管を備えた二重回転伝達部を有する二重封止ヘッド（１３）を出口端に有するこ とを特徴とする、請求項１に記載の加熱可能なローラ。 ５．前記フランジ付きトラニオンの駆動部を一側部に有し、前記熱キャリヤ媒体 のための供給導管および該熱キャリヤ媒体および凝集液のための２つの排出導管 を有する三重封止ヘッドが、非駆動フランジ付きトラニオンに設けられ、あるい は、三重回転伝達部を有する公知の手段が設けられていることを特徴とする、請 求項１に記載の加熱可能なローラ。 ６．前記周辺流路／チャネルに続いている前記接続チャネル（２４）および（２ ５）における前記ローラ内部において、およびローラ入口とローラ出口との間の 前記接続管（２２）の前記出口において、自動バルブ（３２）および（３３）が 配置され、前記熱キャリヤ媒体および前記凝結物の流れの方向に応じて、二者択 一的に開閉することを特徴とする、請求項１に記載の加熱可能ローラ。 ７．前記バルブ（３２）および（３３）の少なくとも１つが、付勢されたボール バルブであることを特徴とする、請求項６に記載の加熱可能ローラ。 ８．１つのフランジ付きトラニオンに配置され、前記熱キャリヤ媒体および凝結 物を前記ローラの他端にある前記フランジ付きトラニオンを通して供給および排 出する駆動部を有し、加熱動作時に閉じ、冷却動作時に開くバルブ（３９）が該 ローラに設けられていることを特徴とする、請求項１から７のいずれかに記載の 加熱可能なローラ。 ９．前記バルブ（３９）が、付勢されたボールバルブまたは同様の種類のバルブ であり、ガス状態における前記熱キャリヤ媒体の差圧力よりも高く、冷却動作時 に循環する前記熱キャリヤ凝結物の圧力よりも低い閉鎖力を有し、該圧力が、前 記熱キャリヤ供給または排出導管に配置された循環ポンプ（１６）によって生成 されることを特徴とする、請求項８に記載の加熱可能なローラ。 １０．前記熱キャリヤ媒体（２）のための前記供給導管が、前記蒸気分離コンテ ナ（６）に直接連結し、該蒸気分離容器（６）からの前記熱キャリヤ媒体（７） のための前記排出導管が、前記循環ポンプ（１６）の同時動作によって閉鎖され 得ることを特徴とする、請求項８および９に記載の加熱可能なローラ。 １１．前記バルブ（３２）、（３３）および／または（４０ａ）／（４０ｂ）の 代わりに、１つのバルブ（４０ａ）／（４０ｂ）のみが駆動終止トラニオン内に 配置され、該バルブ（４０ａ）／（４０ｂ）が蒸気動作のときに中央孔を閉鎖し 、凝結動作のときに、該中央孔を開口することを特徴とする、請求項８から１０ のいずれかに記載の加熱可能なローラ。 １２．前記蒸気分離容器（６）が、冷却回路内の膨張タンクの機能を引き継ぐこ とを特徴とする、請求項１から１０のいずれかに記載の加熱可能なローラ。