JPS63190090A - 乾燥装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、紙などのシート状物体の乾燥装置に関し、特
にシート状物体を回転ドラムに押付ける形式の乾燥装置
において、シート状物体の幅方向の水分率を効果的に制
御しうる乾燥装置に関するものである。

（従来の技術） 第２図は、例えば抄紙部（図示せず）から送られてきた
湿った祇１を千鳥状に配された複数の回転ドラム２．２
−・に懸は渡して乾燥する様子を示す。キャンパス３は
紙１を回転ドラム２に押付けて紙を乾燥し易くするもの
で、通気性のあるシートである。キャンパスロール４は
回転してキャンパス３を送り出す。

ドラム２はドラム内に導かれた蒸気により加熱される。

第３図はドラム内部の様子を示す図である。蒸気５はド
ラム２の１端面から蒸気管６を通ってドラム２の内部に
導かれる。蒸気５はドラム２の表面を加熱するために使
われ、蒸気の一部はドラム内にドレン７として貯まる。

貯まったドレン７はサイホン８を通してドラム内部とド
レン外部の差圧を利用してドラム２の他端面から外部に
蒸気と共に排出される。

ドラム内部では、蒸気の凝縮現象が起きており、凝縮熱
伝達率の大きいことから、蒸気からドラムへの熱伝達を
効率的に行っている。ここで、大きな凝縮熱伝達率を常
に得るためには、ドラム内部のドレン膜を薄く保つ必要
があり、効率的なドラム排出ができるようにドラム内部
と外部の差圧制御が行なわれている。

さて、一般に抄紙部から送られてくる紙の湿度は紙幅方
向に一様ではない。さらにドラム内部のドレン膜厚さも
紙幅方向に一様でないため、熱伝達率は紙幅方向で異な
り、各ドラム２，２−・の表面温度も紙幅方向に一様で
なくなる。そのため、乾燥された紙の水分率も紙幅方向
で一様でなく、この紙の水分率のバラツキは、その紙に
印刷するときの品質を悪くするという欠点がある。

この欠点を無くすために、紙の幅方向の水分率を自由自
在に変えることができるように、紙幅方向に外部よりド
ラムを加熱する多数の加熱器を取付けることが行なわれ
る。第４図は同装置の概略側面図と正面図で、多数の加
熱器９．９−の取付状態を示している。加熱器９は、誘
導加熱を利用するもの、或は赤外線を利用するものが考
えられるが、いずれにしても加熱器９はドラム表面に外
部より熱流束を与えてドラム表面温度を局所的に上昇さ
せて、その部分の紙の水分率を改善しようとするもので
ある。つまり、ドラム２の軸線に平行に並設した多数の
各加熱器９　、９−のドラム表面に与える熱流束を紙幅
方向で変えることにより、紙幅方向の紙の水分率のバラ
ツキを改善して紙幅方向に一様な水分率をもつ紙を得よ
うとするものである。

加熱器９を用いドラム表面の所定部分に外部よりある熱
流束を与えて、その熱流束に対してドラム表面温度をよ
り大きく上昇させることは、その部分の紙の水分率を改
善する効果的な方法である。すなわち、ある熱流束に対
してドラム表面温度の上昇分が小さい程、与えた熱流束
による紙の水分率の改善率も悪くなる。したがって、加
熱器９がドラム表面に与えた熱流束に対して、出来るだ
け大きくドラム表面温度を上昇させることが望ましい。

ドラム表面に与えた熱流束により、ドラム表面温度がど
の程度変わるかを式を用いて説明する。

ドラム２は円筒であるが、−ｉに大きな直径をもつので
、説明を簡単にするため平板であると仮定する。ドラム
壁での単位面積当りの熱流束ｑは次式で表わせる。

ｑ＝　−（Ｔｉ−Ｔｏ）＝ｈ（Ｔ、−Ｔｉ）　　（１）
δ ここで、ｋニドラム壁の熱伝導率 δニドラム壁の厚さ ｈニドラム内面での凝縮熱伝達率 Ｔｉニドラム壁内面温度 Ｔ０ニドラム壁外面温度 Ｔ、ニドラム内蒸気温度 一方、加熱器９がドラム表面に外部より与える熱流束を
Ｑ、ドラム表面より紙に伝わる熱流束をＱｏとすると、
ドラム壁での熱流束ｑとの間に、次の熱平衡式が成立つ
。

Ｑ　０＝　Ｑ　＋　ｑ　　　　　　　　　　　　　（２
）紙に伝わる熱量Ｑ、は、次式で表わせる。

Ｑｏ　＝　ｈ　ｃ　（Ｔ　ＯＴ　Ｄ）　　　　　　　　
　　　　　（３）ここで、ｈｃ：紙とドラム表面間の熱
伝達率Ｔ、二祇の温度 いま、上記（１）　（２１（３１式から加熱器９が与え
る熱流束の変化量ΔＱに対するドラム表面温度の変化量
ΔＴ０を得るには、まず次式が成立つ。

Δｑ＝□（ΔＴ、−ΔＴ、）　　　　　　（４）δ Δｑ＝−ｈΔＴ　ｉ　　　　　　　　　　　（５）ΔＱ
、＝ΔＱ＋Δｑ（６） ΔＱ０＝ｈｃΔＴ、　　　　　　　　　　　（７１Δは
、それぞれの量の変化量を示す。ここでは、ドラム内蒸
気温度Ｔ、および紙温度Ｔｐは変化しないとした。

（４１（５１式よりΔＴ；を消去すると、次式を得る。

ｈ　　　　ｋ／δ （６１（７１（８）式より次式が成立つ。

ｈ　　　　　　ｋ／δ （９）式より加熱器９が外部より与える熱流束変化量Δ
Ｑによるドラム表面温度の上昇量ΔＴ０は、次式で表わ
せる。

ΔＴ、＝　　□ΔＱ　　ＱＯ） ｈ　　　　ｋ／δ ００式より、加熱器９が与える熱流束に対して出来るだ
け大きなドラム表面温度の上昇を得るきければ大きい程
よい。　・ はドラム壁の熱伝導によるもので、ドラム壁の熱伝導率
におよびドラム壁厚さδで定まる。そして、ドラム壁の
熱伝導率には使用金属で定まり、ドラム壁厚さδは強度
上の理由で定まるかすることも難しい。

一方、熱抵抗□を大きくすることは、ドラム内面での凝
縮熱伝達率りを小さくすることで達成される。しかし、
このことは蒸気からドラムへの熱伝達を効率的に行うこ
とと矛盾する。

すなわち、従来の蒸気加熱によるドラムに加熱器９を付
加しても、凝縮熱伝達率りが大きいために、加熱器９が
外部よりドラム表面に加える熱流束に対してドラム表面
温度の効果的な上昇が得られない。

以上の考察から理解されるように、紙幅方向の水分率を
制御するには、上記の如き蒸気加熱されるドラムに対し
て加熱器を付加して加熱することは効果的ではない。

（発明が解決しようとする問題点） つまり、従来のように内部から蒸気加熱されたドラム表
面を外部から加熱器によって更に加熱しても、蒸気の凝
縮熱伝達率が大きいため、逆に有効には働かないという
問題点を有していた。

本発明は、この問題点を解決すべく開発されたもので、
ドラム内面での熱伝達率を下げるようにし、かつ同内面
を常温以上に保持させ、外部加熱器による熱流束変化量
に対するドラム表面温度の上昇量を大にする乾燥装置を
提供しようとするものである。

（問題点を解決するための手段） このため、本発明はシート状物体の水分率を下げるため
に、シート状物体が押し付けられ内部から加熱される回
転ドラムと同回転ドラムに外部より熱流束を与える加熱
器とからなる乾燥装置において、回転ドラムの内部に配
されドラム内面での熱伝達率を小さくするのに有効な部
材又は媒体と、同部材又は媒体を常温以上に保持するヒ
ータとを有することを構成とし、これを上記問題点の解
決手段とするものである。

（作用） 以下、ドラム内に蒸気を導いたときと、ドラム内を高温
空気で満たしたときの、加熱器によるドラム表面の外部
加熱によるドラム表面温度の上昇量の差を、ドラム壁に
おける熱伝導解析計算を行うことにより明らかにする。

計算条件は次の通りである。

ドラム外径　　　　１５２０酊 ドラム内径　　　　１４８０鶴 ドラム周速度　　　６００ｍ／ｍｉｎ 祇接触角度　　　　θ＝１８０゜ ドラム内蒸気温度　１２５℃ ドラム内空気温度　１２５℃ 蒸気の凝縮熱伝達率ｈ　ｖ＝　１７００ｋｃａｌ／　ｒ
ｄ　ｈ　”Ｃ空気の自然対流熱伝達率ｈ　＊　＝２５ｋ
ｃａｌ／　ｍ　ｈ　’Ｃ紙とドラム表面の熱伝達率ｈ　
ｃ＝　５００ｋｃａ　ｌ／ｒｒｆｈ’ｃ 加熱器発生熱流束１０９００ｋｃａｌ／　ｒｄ　ｈここ
で、加熱器は、第５図に示すようにＡ円周に亘って熱流
束を与えると仮定する。

以上の条件で熱伝導解析計算をした結果、第６図及び第
７図に示すようなドラム壁温度を得た。

第６図はドラム内に蒸気を導いた場合である。

図中、破線は加熱器９による外部熱流束を与えない場合
を示し、実線は加熱器９による外部熱流束を与えた場合
を示している。同図からドラム表面温度は加熱器によっ
て１．５℃しか上昇していないことが分る。第７図はド
ラム内に空気を満たした場合である。図中、破線は加熱
器による外部熱流束を与えない場合、実線は加熱器によ
る外部熱流束を与えた場合を示している。

同図からドラム表面温度は、加熱器によって１１．５℃
上昇していることが分る。

この熱伝導解析により、ドラム内部を高温空気で満たす
方がドラム内に蒸気を導くよりも、加熱器の外部加熱が
有効に作用してドラム表面温度の上昇を大きくすること
ができる。

以上、述べた結果は厳密な熱伝導計算によるものである
が、近似的には００式により加熱器の効果的作用を裏付
けることができる。

（ｉ）　　ドラム内に蒸気を導く場合。

αω式の各変数に対しては上記計算条件と同じ値を使う
。

ｈ　ｃ＝　５００ｋｃａｌ／　ｒｒｒ　ｈ　”Ｃｈ　＝
　ｈｖ−１７００ｋｃａｌ／ｍ　ｈ　’Ｃｋ　＝４５ｋ
ｃａｌ／ｍ　ｈ　’ｃ δ＝０．０２ｍ 加熱器による熱流束変化量ΔＱについては、次のように
考える。加熱器による加熱面積はドラム表面のＡ円周で
あるが、この近似計算では紙とドラムの接触部分に一様
に拡がっていると考える。このとき、加熱器による熱流
束変化ΔＱは、次のようになる。

ΔＱ　＝　１０９００／　２−５４５０ｋｃａｌ／　ｃ
ｄ　ｈしたがって、加熱器熱流束変化ΔＱによるドラム
表面温度の上昇量ΔＴ０は ΔＴ、＝　　　　　　　　　　　　Ｘ５４５０＝３．７
℃０．０２ となる。厳密解によるドラム表面温度の上昇量は１．５
℃である。

（ｉｉ　）　　ドラム内の空気を満たした場合。

０１式の各変数に対して次の値を使う。

ｈ　ｃ−５００ｋｃａｌ／　ｃｄ　ｈ　’Ｃｈ　＝　ｈ
　、−２５ｋｃａｌ／　ｒｄ　ｈ　”ｃｋ　−４５ｋｃ
ａｌ／ｍ　ｈ　’ｃ δ＝０．０２ｍ ΔＱ　＝　５４５０ｋｃａｌ／　ｒｄ　ｈしたがって、
加熱器熱流束変化ΔＱによるドラム表面温度の上昇量Δ
Ｔ０は ΔＴ、＝　　−−ニニー−Ｘ　５４５０　＝　１０．４
℃０．０２ となる。厳密解によるドラム表面温度の上昇量は１１．
５℃である。

以上の結果より、ドラム内に空気を充満させた場合は、
ドラム内に蒸気を導いた場合に比較して加熱器による外
部加熱がより大きなドラム表面温度の上昇につながるこ
とが判明した。

したがって、紙幅方向の水分率を局所的に改善するため
に加熱器を使う場合には、ドラム内に蒸気を導（より、
熱伝達率の悪い空気を使う方がドラム表面の温度上昇を
効果的に助長することが判る。

（実施例） 以下、本発明の好適な実施例を図面に基づいて説明する
。第１図（ａ）　（ｂｌはそれぞれ異なる実施例を示す
もので、まず第１図（ａ）に示す例について述べる。同
図に示すように回転ドラム２の内壁面に断熱材１０を貼
り付ける。ドラム表面温度は、紙の水分率を下げるため
に、常温より高く、通常は６０℃以上に保つ必要がある
ため、断熱材の温度も常温以上に保持する必要がある。

そのため、断熱材の中にヒータ１１を埋め込み、断熱材
を保温する。こうすることにより、ドラム表面温度を一
定に保持すると共に加熱器９の与える熱流束に対するド
ラム表面の温度上昇が効果的なものとなる。

次に、他の実施例を第１図（ｂ）に基づいて説明すると
、同側ではドラム内に適当な気体、例えば空気を充満さ
せる。また、ドラム壁温度を常温以上に保つ必要がある
ため内部の気体を常温以上に保つためのヒータ１３をド
ラム内部に内蔵する。これにより、加熱器９に対して上
記実施例と同様の作用、効果を発揮することができる。

（発明の効果） 以上、詳細に説明した如く本発明によれば、ドラム内面
での熱伝達率が小さい、例えば空気等をドラム内部に充
填し、これをヒータにより常温以上に保持しつつ、外部
の加熱器でドラム表面を加熱するようにしたので、ドラ
ムの外部に取付けたドラム加熱器によるドラム表面に与
える熱流束に対して効果的なドラム表面の温度上昇を得
ることができ、この加熱器からの熱流束量をドラム幅方
向で制御することによりドラムに接するシート状物体の
幅方向における水分率分布を効果的に均一化することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）　（ｂ）はそれぞれ本発明の異なる実施例
を示す乾燥ドラム部の側断面図、第２図は従来の紙乾燥
装置の概略側面図、第３図は従来の回転ドラムの断面図
、第４図（ａ）　（ｂ）は加熱器を取付けた回転ドラム
正面図と側面図、第５図は外部加熱器と回転ドラムの配
置を示す側断面図、第６図は従来の蒸気加熱式回転ドラ
ムの昇温図、第７図は本発明が適用されたときの回転ド
ラム昇温図である。 図の主要部分の説明 １−紙　　　　　　２−・回転ドラム ９−加熱器　　　　１０・−断熱材 １１、１３−　ヒータ　　１２・−空気などの媒体特　
許　出　願人三菱重工業株式会社 第４図 Ｃｂ）　　　　　　　　　（（１） 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. シート状物体の水分率を下げるために、シート状物体が
   押し付けられ内部から加熱される回転ドラムと同回転ド
   ラムに外部より熱流束を与える加熱器とからなる乾燥装
   置において、回転ドラムの内部に配されドラム内面での
   熱伝達率を小さくするのに有効な部材又は媒体と、同部
   材又は媒体を常温以上に保持するヒータとを有すること
   を特徴とする回転ドラムからなる乾燥装置。