JPH059713B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 紙ウエブのような多孔性材料、ピートのよう
な粉末状材料又は木材のような固体材料から成る
ウエブ状部材を乾燥する方法において、乾燥され
るべき上記ウエブ状部材を、液体で満された0.05
乃至2.0μmの範囲の半径を有する多数の微細孔を
有する吸引層の表面に接触させ、該吸引層の裏面
を液体層に直接接続させると共に、該液体層内の
圧力を上記ウエブ状部材に作用する圧力よりも低
く保持し、上記液体層から液体を排除することに
より上記ウエブ状部材から上記吸引層へ液体が流
れるようにし、これによりウエブ状部材を乾燥さ
せるようにしたことを特徴とする方法。

２ 被乾燥物に接触せしめられるようになつてい
て液体で満された0.05乃至2.0μmの範囲の半径を
有する多数の微細孔を含む多孔性部材と、該多孔
性部材の被乾燥物と接触している面と反対側の面
を液体と直接接触するように液体を貯留する液体
層画成装置と、該液体層画成装置に接続されてい
て上記液体層内の圧力を上記被乾燥物に作用する
圧力よりも低く保持すると共に上記液体層画成装
置から液体を排出させるポンプ装置とを備えた乾
燥装置。

明細書 この発明は紙のような多孔質のウエブ状の材
料、たとえばピート（泥炭）の如き粉末状の材
料、またはたとえば材料の如き固形材料を乾燥脱
水する方法に関する。

さらにこの発明は上記の方法を実施するための
装置に関する。

従来技術において知られているように、たとえ
ば抄紙機械上における紙のウエブの如き多孔質の
材料はまずワイヤのようなフアブリツク上におい
てかまたは２枚の織物間において、紙質にもよる
が水分含有量（乾燥物質グラム当たりのH₂Oの
グラム重量）u_v＝5.7〜2.3になるまで脱水によつ
て乾燥される。次いで、ウエブからの水の除去は
抄紙機械のプレス部署においてロールニツプの間
でウエブを押圧することによつて行なわれるが、
その際多孔質のフエルトも脱水のために用いられ
るのが通例である。抄紙機械のプレス部署におい
ては、乾燥は水分含有量u_v＝1.6〜1.2になるまで
行なわれる。プレス部署の後では、紙ウエブの乾
燥はたとえば多筒シリンダ式乾燥機を用いて蒸発
によつて行なわれるが、その際乾燥されるべきウ
エブは蒸気加熱された表面の円滑な乾燥用シリン
ダと接触するように載置される。最終の紙の水分
含有量の範囲はu_v＝0.05〜0.1である。

蒸発による乾燥は顕著な量のエネルギを消費す
る（水の蒸発エネルギは約2500kJ／Kgである）。

この発明の目的は従来技術の熱式蒸発乾燥方式
に比べてエネルギの経済性が著しくすぐれている
乾燥方法および装置を提供することにある。

この関連において強調されねばならないこと
は、以下の記述は主として紙の乾燥に関心が集中
しているけれども紙以外の材料の乾燥にもこの発
明の方法および装置が適用可能でありかつそれを
意図したものであるという点であり、その一例も
木材及びピートの乾燥に向けられている。

この発明の乾燥方法および装置の各種の応用例
としては各種の織物、皮革、各種の帯状品及び板
状製品、たとえば化学産業の製品の如き最も多用
性のある帯状の製品、粒状ならびに粉状製品、飼
料類、ピート及びこれらの相等物が挙げられてよ
い。さらに強調さるべきことはこの発明の方法に
よつて乾燥する目的に使用されるところの液体は
水とは別の物であつてよいということである。し
かし、水は最も重要な応用例であるから、開示の
部分においては、具体的な説明という見地から、
まず第１に脱水ということを考えることにする。

上述の目的ならびに以下に明らかなにるであろ
う目的を達成するために、この発明の方法の主た
る特徴は乾燥さるべき目的物が液体で飽和された
即ち液体で一杯に満された微細な多孔質の吸引表
面によつて乾燥されるべき目的物に対して負圧下
に置かれている液体と気密接触させられるという
ことである。

“液体で飽和された吸引表面”という用語は、
この発明の範囲内においては空気（すなわち全体
としてはガス）がこの乾燥方法において付与され
る空気と液体との間の差圧によつては吸引表面を
透過し得ないことを意味するものと理解される。
このことはこの発明の乾燥方法と従来技術におい
て知られている乾燥方法との間における決定的な
差異を構成するものである。従来公知の吸引式乾
燥方法（たとえば抄紙機械における吸引ロール）
においては空気は液体と共に吸引表面を通過する
のである。このことは、空気もまた乾燥中の目的
物を通過し、そして乾燥は究極的には液体と空気
との間の摩擦に基づいていることを意味するわけ
である。従来方法においても乾燥されるべき目的
物を横断する空気の差圧として視認可能である
が、その摩擦を可能な限り最高なものにするため
には空気の流れは大きくなければならないのであ
る。このことは言い換えれば高度のエネルギの費
消を意味し、これらの全てに拘らず、このような
方法では良好な乾燥成果は得られないのである
（抄紙機械においてはたとえば乾燥成果は得られ
ないのである（抄紙機械においてはたとえば僅か
に水分含有量U_v＝2.3が到達されている）。

この発明の装置はまた主として0.05ないし2μm
の微細な孔を含む多孔質の液体吸引表面含んでい
て、かつ上記微細多孔質の液体吸引表面に関連し
て連続した１つの液体層を画成する手段が設けら
れており、さらにまたこの液体層は真空を発生す
る手段と連通していることを主たる特徴とするも
のである。

この発明は添付図面に示されている特定の実施
例に関して以下に明白にされるであろう。

第１ａ図及び第１ｂ図はこの発明の吸水式乾燥
システムの研究のための実験装置及び水で一杯に
満された細孔の一つを模式的に示す。

第２ａ図及び第２ｂ図は互いに直交する２方向
から見たこの発明を実施するためのシリンダ型吸
水乾燥装置を示している。

第３図は吸水表面と紙との間の接触状態を示
す。

第４図はこの発明の吸水式乾燥方法が適用され
るところの木材乾燥手段を原理的線図によつて示
す。

第５図は吸水式乾燥ロール上のピートの乾燥を
原理的線図によつて示すものである。

水は湿つた紙シート内の繊維間の孔ならびに繊
維内に存する。水分含有量が極めて高くてシート
の表面にも水が存在する場合には、水圧は周囲の
空気の圧力に等しい。シート内の水の量が軽減す
ると、水圧も同時に減少する。水分含有量が極め
て小さい場合には、水圧は実際には負であつて水
はその全体において引張り応力を受けている状態
にある。

以下に第１ａ図に示される実験的装置を参照し
てこの発明の乾燥方法の主たる原理が記述され
る。

高密度な焼成プレート１２中の細孔な総て水で
一杯に満されており、そして、このプレートの下
方にはサイホンまたはポンプ系（第１図には水銀
中の一端を低くすることによつて）によつて相応
の高さの準大気圧下に置かれている水の層１３が
存在する。しかし、準大気圧にも拘らず、焼成プ
レート１２内の細孔即ち微細毛細管はからにされ
てはいない、何故ならば、水と焼成プレートとの
間の表面力によつて空になることが抑制されるか
らである。焼成プレート１２内の最大の孔の半径
がＲであるとすると、焼成プレート１２の水保持
能力、すなわちプレートの細孔内に一杯に満され
ている水に対して付加されうる最高の準大気圧
Δpは、表面化学において周知の式は式 Δp＝2γcosθ／Ｒ （） によつて計算されうる。ただし、γ＝水の表面張
力及びθ＝水表面と細孔の側壁表面との間の接触
角（第１６図参照）。（）式から、もし孔の半径
が1.2μmでありまた接触角が30゜である時、20℃に
おいては水に対する最大の準大気圧は１パール
（γ＝70・10^-3N／ｍ）である。湿紙１０または
乾燥されるべき他の同等な多孔性の目的物が焼成
プレート１２上に載置されると、焼成プレート１
２及び紙１０内の水は凝集した水の層を構成し、
そして焼成プレート１２内およびその下方の水圧
は低いので、水は紙１０から流出して焼成プレー
ト１２内を通過する。この水の流れはその中の水
圧が焼成プレート１２下の水圧と同じくなる程乾
燥した時に停止する。第１ａ図において、１４は
水銀柱であり、１５はゴム管、１６は水銀管の一
端、１７は水銀管を支持するスタンド式１から明
らかなように、焼成プレート１２構造が微細であ
ればある程、プレート１２が孔がからになるであ
ろうという危険を惹起することなく意図されうる
ところの準大気は高くなり、かつ達成されうると
ころの紙１０の乾燥度もまた大きくなるのであ
る。もし水銀管を下げることによりプレート１２
の下側において水が0.9パールの準大気圧に置か
れうるならば、u_v＝0.3を達成することは可能で
ある。

上述のように、この発明の方法によつて紙また
はその他の乾燥されるべき同等物を熱式乾燥に全
くよらずに乾燥させることは原理的に可能であ
る。この種の構成は、焼成プレートはその孔が極
めて微細であつて、それの水貯留能力はΔp＞1.9
パールであり、言い換えればθ＝30゜ならばＲ＜
0.6μmであることを意味する。20℃における飽和
した水の圧力は0.023バールであるので；これよ
りも低い圧力は水が沸騰しはじめるので適用する
ことはできない。なお、実験によれば、焼成プレ
ート１２の細孔は半径0.05乃至2.0μmの範囲にお
いて有効であることが確認されている。

第２ａ図及び第２ｂ図には本発明をシリンダ型
乾燥装置として実施した場合の例が示されている
が、そこにはガイド・ロール２１によつて導かれ
る紙のウエブＷが入り込むわけである。ウエブＷ
はシリンダ２０の表面と共に移動し好ましくは
180゜以上の角度でシリンダシリンダ２０の吸水表
面２２を覆つた後でガイド・ロール２１によつて
導かれて出て行く。このシリンダ表面は水の吸水
表面２２であつて、上述した種類の微細な孔を有
する多孔性シリンダ表面であり、それは水の層２
３と直接に連通している。この水の層２３はシリ
ンダ２０を包み込みその全体の幅に亘つて延びて
いる。水の層２３はシリンダと共に回転しかつ閉
鎖しているシリンダの端２８に固定されている２
つの吸引ポンプ２４ａ及び２４ｂへ接続されてい
る。シリンダ２０はそれのジヤーナルピン及び軸
受け２９によつて担持されて回転する。吸引ポン
プ２４ａ及び２４ｂには排水パイプ２５ａ及び２
５ｂが取付けられており、それらは固定された排
水コネクタ２６と連通し、そこから水はパイプ２
７によつて排出される。電気はシリンダの軸に装
着されているカーボン・リングによつてポンプ２
４へ供給される。

高度の水の貯留能力のためには、多孔性の対応
する吸水表面２２は寸法が1μm以下の極めて小さ
な孔を有するべきである。かかる小さな孔には細
菌さえも入り込み得ないのである。したがつてた
とえば如何なる固形のの粒子もこの多孔性の吸水
表面２２へは貫通することができず、それらはそ
の表面に留まるのである。したがつてシリンダ２
０の下側の一対のガイド・ロール２１（第４図）
の間に配置されたたとえばウオータ・ジエツト３
０によつて外部からの洗滌により多孔性の吸水表
面２２の洗滌を行なうだけで足りるのである。

紙はまず第１にほぼ円筒形状（直径約30μmお
よび長さ１〜３mm）を有する繊維で作られている
ので、紙の表面は正確な平面ではないことが明ら
かである。したがつて紙の僅かな点のみが吸水表
面と直接に接触するのである。この状況は第３図
に図示されている。表面のプロフイールの形状は
出願人の要請によつて1979年12月にトルクの技術
大学において計測された。このプロフイールの曲
線はウエブの走行方向に対して直角な方向に関す
るものである。

この発明に係る吸水は吸水表面と機械的接触状
態にあるこれらの点に対してのみ可能なので、除
去を必要とする水の相当な部分は各接融点の間の
部位から接触点へかけて紙の平面に平行に強制的
に流れさせられるのである。したがつて、この事
実によつて紙厚のより大きな紙は紙厚の小さな紙
よりも良好に乾燥物するであろうことが推測され
得るであろう。この推測は既に実施された実験に
よつて証明されているが、上質紙との間の乾燥挙
動における差異は極めて小さなものなのである。

したがつて、もしもこの発明に適用される吸水
表面１２，２２，３２が弾性を有していてそれ自
体紙または同等物の表面に対して適合するもので
あるならば、均一な吸引効果を達成する見地から
有利である。ここに紙のより高度な乾燥度が達成
されるという利点に加えて、乾燥はその場合には
さらに極めて迅速に行なわれもするのである。紙
の平面の方向における水流は僅か１mmの距離を流
れるのに極めて長時間を要し、このことはこの発
明の全体的な乾燥速度に対する制限的因子となり
うるのである。もしもナイロン膜形式のものが設
計上の手段として使用されたなら、ナイロン膜の
下側に弾性多孔質材料層を載置し、そしてこれが
有孔鋼のシエル上に置かれるならば有利である。
しかし上記材料層の柔らかさは誇大にさるべきで
はない、何故ならば弾性的な走行の距離は第５図
に示される如く極めて小さいからであり、またそ
の際吸水表面１２，２２，３２の孔は圧縮される
ことによつて目詰まりされることがありうるから
である。また適当な肉厚のナイロン膜を用いるこ
とによつて表面を充分に弾性的にすることができ
ることも考えうるところである。

或る種の場合においては微細多孔性の吸水表面
が乾燥されるべき目的物それ自体によつて構成さ
れているような吸水方法を実施することが有利な
場合があるであろう。もしも乾燥されるべき材
料、またはそれのいずれかの表面が充分に微細な
多孔性の構造を有しているならば、微細な多孔性
の吸水表面を別個に必要とはしない。その際、乾
燥されるべき目的物が水の層の上に載置された後
でのみ水中に負圧を与えることが可能である。

紙、または他の乾燥されるべき目的物を吸水表
面に対して大きな力をもつて押圧することによつ
て、紙のより多数の点が吸引表面に対して接触状
態に入り、このようにして紙は一層乾燥状態にさ
れるわけである。このこともまた既に実験用に証
明されてきている。

押圧する側において紙または相等物から除去さ
れた水と置換するために空気が流入されうること
もまた大きな重要さをもつものである。このこと
は実験において紙が空気を少しも通過させないゴ
ムで下方に押圧された場合は空気透過性のゴムを
用いた場合におけるよりも明らかに湿潤状態であ
るというから明らかである。

第４図は吸水乾燥の援けによる木材を乾燥する
のに用いられる実施例を示している。押圧装置７
１は頂部側の吸水表面を板７４の表面に対して大
きな力を持つて押圧するために用いられている。
この装置は頂部側の水の層７２、頂部側の吸水表
面７３、下側の吸水表面７５、下側の吸水層７
６、圧縮空気管７７およびラビリンス・シール７
８を有しており、それによつてボード７４の周囲
に漏洩のない加圧領域が維持されるのである。

第４図の装置は以下のように作動する。板７４
は等間隔で吸水表面７５上に載置された後、液圧
によつて操作される頂部側の吸水表面７３により
押圧される。可動な吸水表面がそれらの下方位置
に達した時に、各板の周囲領域はシールされ、そ
の後で圧縮空気が供給される。かくして、板７４
からの吸水は頂部並びに下側の吸水表面７３，７
５を通して行われる。乾燥時間は板７４の肉厚お
よび材質によつて決定される。乾燥は赤外線照射
によつても増進され得る。

第５図は吸水乾燥機を用いたピートの乾燥装置
を示す。第５図において、８１はピート層、８２
は吸水表面、８３は吸水の層、８４は押圧フエル
ト、８５は鋼製ジヤケツト、８６は水ポンプ、お
よび８７は磨砕機からのピート入口側である。吸
水表面８２と水の層８３と鋼製ジヤケツト８５か
ら成る吸水ロールはフエルト８４によつて下側か
ら覆われていて、乾燥されるべきピート８１がロ
ールとフエルト８４との間に入り込む。フエルト
８４は厚さが数ミリメートルであるところの肉厚
の薄いピート層を微細な多孔性の吸水表面８２に
対して押圧し、それを通して水は水の層８３にお
ける準大気圧の影響によつて流出する。水の層８
３から、水は水ポンプ８６の援けによつて吸引さ
れる。水ポンプ８６の出口側は可動ジヨイントに
よつてシリンダの中央へ接続されていてそれによ
つてピートから抽出された水は固定されたパイプ
ラインによつて所望の場所へ導かれうる。もしも
フエルト８４または同等なベルトに対してそれ以
上に高度な接触圧を用いることが所望であれば、
その下側に押圧ロールか、または、その代替物と
して、加圧された器材を置くことが必要であろ
う。

以下に請求の範囲を記述するが、この発明の各
種の詳細な点はこれらの請求の範囲によつて画成
される発明的考えの範囲内において変化されうる
ものである。