烘干部和烘干由纤维材料制成的幅料的方法以及具有烘干部的机器

摘要

本发明涉及一种烘干部，用于烘干由纤维材料、特别是纸张、硬纸板、绵纸/卫生纸组成的幅料(10)，具有：至少一个烘干装置(11)，用于通过对流烘干降低幅料(10)的含水量，其中烘干装置(11)具有至少一个用于用烘干流体对幅料(10)加载的喷嘴(12)；至少一个用于在对流烘干中形成的潮湿空气的导出装置(13)；以及用于使幅料(10)相对于烘干装置(11)运动的运输器件；其中，烘干装置(11)具有至少一个超声波发生器(15)，所述超声波发生器为了对烘干流体进行振动激励而设置在喷嘴(12)的区域内，使得能够通过超声波对在整个幅料厚度上降低含水量提供辅助。

说明书

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分特征所述的用于对由 纤维材料制成的幅料进行烘干的烘干部。这种烘干部例如由DE 199 44  266 A1已知。本发明还涉及一种用于烘干由纤维材料制成的幅料的方 法以及一种用于具有烘干部的机器。

背景技术

造纸机的烘干部设置在压榨部和卷取设备之前，所述压榨部用于 以机械的方式对材料幅料进行脱水，所述卷取设备卷取经烘干的幅料。 烘干部的任务是，将在机械脱水后残留在幅料中的水分用热的方式除 去，直至希望的最终含水量。为此，传统上使用蒸汽加热的烘缸，在 所述烘缸上引导幅料。在这种基于接触烘干的原理的烘干部中，除去 水分所需的热通过烘缸带入材料幅料中。DE 19 44 266还记载了使用 烘干或喷嘴罩，所述烘干或喷嘴罩沿材料幅料的行进方向设置在烘干 部中。这种罩用于以热流体对材料幅料进行加载并基于对流烘干的原 理工作。

在造纸中为了烘干纸幅料必须使用的能量投入构成重要的成本因 素。烘干成分通常在45％至98％的范围内。如果考虑到由于总体而言 不断升高的能源价格，对于造纸工业，节能构成了核心任务，这个成 本因素在可预见的未来会变得越来越重要。此外，造纸机的烘干部占 用了整个造纸机最大的空间需求，因此烘干部的构成不仅要考虑能量 需求，而且要考虑空间需求而以有限的尺寸构成。

发明内容

因此，本发明的目的在于，给出一种用于烘干由纤维材料、特别 是由纸、硬纸板、绵纸/卫生纸组成的幅料的烘干部，所述烘干部在能 量效率方面得到改进。本发明的目的还在于，给出用于烘干由纤维材 料制成的幅料的相应方法以及具有所述烘干部的机器。

根据本发明，所述目的通过具有权利要求1的特征的烘干部来实 现。在方法方面，所述目的通过权利要求13的主题来实现，在机器方 面，所述目的通过权利要求11的主题来实现。

根据本发明提出一种烘干部，用于烘干由纤维材料、特别是纸张、 硬纸板、绵纸/卫生纸组成的幅料，所述烘干部具有至少一个烘干装置， 用于用过对流烘干降低幅料的含水量。所述烘干装置具有至少一个用 于用烘干流体对幅料加载的喷嘴。所述烘干部还具有至少一个用于在 对流烘干中形成的潮湿空气的导出装置以及用于使幅料相对于烘干装 置的运动的运输器件。烘干装置具有至少一个超声波发生器，所述超 声波发生器为了对烘干流体进行振动激励设置在喷嘴的区域内，使得 能够通过超声波对在整个幅料厚度上降低含水量提供辅助。所述烘干 部优选设定为用于一种用于制造由纤维材料组成的幅料的机器。

利用本发明相对于现有技术实现了烘干效率的明显升高，就是说， 每重量单位的所除去的水的能量投入的效率。本发明因此具有意义重 大的经济潜力，这种潜力随着能源价格的提高而变得重要。除了能耗 较低的优点以外，在使用根据本发明的烘干部时，降低了本领域常规 的高投资成本，因为通过本发明需要较少的用于制造烘干部或具有这 种烘干部的造纸机的机械制造上的费用。如果现有设备的烘干部根据 本发明改装成用于超声波烘干，则由于本发明较小的位置需求还具有 这样的优点，即，在预先设定的设备尺寸下实现了总烘干功效的提高 并由此可以实现机器功效的提高。

烘干功效的提高通过根据本发明设置的超声波发生器来实现，所 述超声波发生器将从烘干装置的喷嘴中流出的烘干流体置于振动。烘 干流体的声学振动防止或削弱了待烘干幅料上气垫的形成，这种气垫 会妨碍对流流动。因此，由更大的流体量直接到达幅料上。根据本发 明的烘干部设计成，使得不仅可以对幅料表面进行除湿。而且，根据 本发明的烘干部还设计成，能够在整个幅料厚度上将含水量降低至希 望的最终含水量，其中含水量的降低能够通过超声波辅助。就是说， 根据本发明的烘干部使得可以沿厚度方向在超声波的辅助下实现整个 幅料干透(Durchtrocknen)。

在不确定该作用原理的情况下，这里可以认定，用超声波对幅料 进行加载涉及一种双重效果。一方面，如上所述，通过对烘干流体的 声学激励干扰幅料上的湿度饱和的气垫，使得可以出现不饱和的空气 或者一般而言不饱和的烘干流体。由此总体上可以使更多的水从幅料 中排出。此外，可能还会出现第二种效果，这种效果基于以下事实， 即，将超声波振动输入幅料材料中并激励幅料的纤维结构。可以认定， 由此附加地以机械的方式将包含在纤维材料中的水排出。

根据本发明的方法的基础在于，为了烘干由纤维材料、特别是纸、 硬纸板、绵纸/卫生纸组成的幅料，使所述幅料运动通过烘干部并至少 部分地对其进行对流烘干，此时降低幅料的含水量。所述幅料在烘干 过程中用超声波加载，使得通过超声波辅助在整个幅料厚度上的含水 量的降低。就是说，在根据本发明的方法中，和在根据本发明的烘干 部中一样，声学地激励对流流动，由此干扰在幅料上形成的带有饱和 空气的气垫，并使得对流流动能够基本上不受阻碍地到达幅料上。在 根据本发明的方法中也在整个幅料厚度上降低含水量，其中，这种降 低是在超声波辅助下进行的。就是说，在所述方法中，不仅进行表面 烘干，而且还实现整个幅料干透。在这种情况下可以参考对根据本发 明的烘干部的说明。

在根据本发明的烘干部的一个优选的实施形式中，一个或多个超 声波辅助的烘干装置和其他烘干装置相结合。所述其他烘干装置例如 可以是至少一个烘缸和/或至少一个用于红外烘干的装置和/或至少一 个气罩。这通常意味着，超声波辅助的烘干装置与基于接触烘干和/ 或对流烘干和/或红外烘干原理的装置相组合。由此实现了，提高传统 烘干装置的烘干功效，这既可以在对现有设备进行改装的情况下进行， 也可以在新装配时进行。

备选地可以设定，只设有超声波辅助的烘干装置。所述烘干装置 可以沿待烘干的幅料在一侧和/或在两侧和/或交错地设置，其中幅料 通过幅料稳定或幅料引导辅助装置按本身已知的方式稳定化。这意味 着，根据本发明的该实施形式中，即使在极端的情况下也能够按超声 波辅助的对流烘干原理构成整个烘干部。

运输器件适宜地具有用于幅料的导向装置，特别是导辊，其中一 个或多个超声波辅助的烘干装置设置在各导向装置之间的空闲路程 (Zug)中。就是说，可以灵活地安装超声波辅助的烘干装置，而不 必一定要与其他本身已知的烘干装置相组合。由此，扩展了烘干部的 各个结构组件的设计可能性。

运输器件优选具有能连续运动的用于幅料的支承件，其中，一个 或多个超声波辅助的烘干装置设置在支承件的区域中。所述支承件例 如可以是传送带、网带或金属丝织物。也可以采用其他支承件。这个 实施例的优点在于，超声波辅助的烘干装置基本上是位置不固定的并 且因此可以配设给用于幅料的能连续运动的支承件。这里超声波辅助 的烘干装置可以设置在支承件侧和/或空闲的幅料侧。烘干装置可以设 置一侧和/或两侧和/或交错地设置。

在通过本身已知的烘干装置之前的预烘干和/或后烘干可以这样 来实现，在其他装置、特别是烘干装置、如烘缸和/或用于红外烘干的 装置和/或气罩之前和/或之后的空闲路程中设置一个或多个超声波辅 助的烘干装置。

在另一个优选实施形式中，超声波辅助的烘干装置相对于幅料在 一侧和/或在两侧相对置和/或在两侧交错地设置。在使用功率较大的 超声波辅助烘干装置时单侧设置就足以实现在整个幅料厚度上实现幅 料的干透。超声波辅助的烘干装置在两侧相对设置和/或在两侧交错设 置实现了，可以从两侧用超声波激励的烘干流体对幅料进行加载，由 此可以从两侧特别均匀地实现幅料的干透。这里可以使用功率较小的 烘干装置，但不是必须如此。

烘干装置位置灵活的可用性的另一个例子在于，一个或多个超声 波辅助的烘干装置沿幅料在至少一个辊子和/或至少一个缸体上的整 个或一部分包绕区域设置。所述缸体适宜地包括具有气罩的烘缸，所 述气罩至少部分地、特别是完全地包围烘缸的包绕区域。

烘干部可以具有调节装置，所述调节装置设置成，使得幅料的最 终含水量最大为15％，优选最大为10％。术语“干透”涉及在整个幅料 厚度上实现的最终含水量。

根据并列的权利要求11，烘干部是用于制造由纤维材料组成的机 器的一部分，所述机器主要具有用于对幅料进行机器脱水的装置、特 别是压榨部，其中烘干部沿幅料的输送方向设置在用于机械脱水的装 置的下游。这里在烘干部的下游可以设置施胶挤压机和/或涂布机构和 /或平滑机构和/用于卷取幅料的装置。

在根据本发明的方法中优选设定，纤维材料具有湿增强剂，特别 是密胺树脂或脲醛树脂或环氧氯丙烷树脂。这种材料允许为了湿增强 树脂的凝结而实现过烘干，即基本上完全除去水。为此在烘干时需要 足够高的幅料温度。根据本发明的方法中通过超声波辅助的对流烘干 在整个幅料厚度上降低含水量，因此与采用湿增强剂相结合是特别有 有利的，因为特别是对于在含水量较低时除去残余水，将幅料水含量 的降低到完成的纸幅料的水平以下需要特别高的能量投入。根据本发 明的方法不仅限于烘干带有纤维材料并就有湿增强剂的幅料，只是在 这种情况下能提供特别的优点。

附图说明

下面参考示意性的附图来详细说明本发明。其中：

图1示出根据本发明的一个实施例的烘干部的侧视图；

图2示出与超声波辅助的烘干装置相结合的烘缸的侧视图；

图3示出具有气罩的烘缸的侧视图，在所述气罩中集成了多个超 声波辅助的烘干装置；

图4示出具有气罩的烘缸的侧视图，其中在空闲路程中在气罩之 前设置附加的超声波辅助的烘干装置；

图5示出根据图4的烘缸，所述烘缸附加地装备有用于红外烘干 的装置，其中用于红外烘干的装置设置在一侧；

图6示出根据图5的烘缸，所述用于红外烘干的装置以及超声波 辅助的烘干装置设置在两侧；以及

图7示出超声波辅助的烘干装置的简化的横向剖视图。

具体实施方式

图1示出根据本发明的实施例的烘干部20，该烘干部是造纸机的 一部分。烘干部也可以是用于制造绵纸或卫生纸幅料的机器的一部分 或者用于制造硬纸板幅料的机器的一部分。

烘干部20设置在压榨部和卷取设备之间。造纸机可以装备成具有 /没有平滑机构和/或具有/没有施胶或施膜挤压机和/或在线涂布装置。 前面所述的各结构组沿幅料的行进方向可以设置在烘干部的下游。烘 干部20的特征在于具有超声波辅助的烘干装置11，借助于所述烘干 装置可以与烘干部的其他烘干装置一起将幅料的含水量降至希望的最 终含水量。

烘干部20的任务是，将从压榨部接收的纸幅料带到希望的最终含 水量。最终含水量可以在约2至15％的范围内，特别是在约2至10％ 的范围内，特别是在约2至8％的范围内，特别是约为2至6％，特别 是约为2至4％。总体上，对于烘干可以采用接触烘干、对流烘干和 红外烘干，其中根据图1的烘干部20通过利用超声频率激励烘干流体 强化对流烘干。换而言之，烘干流体、例如热空气或热蒸汽以超声波 频率喷射到从压榨部输出的湿的纸幅料上。

为此所使用的超声波辅助的烘干装置11的一个例子在图7中示意 性示出。烘干装置11具有喷嘴12，所述喷嘴指向纸幅料10的表面， 从而从喷嘴12流出的烘干流体流到达幅料10上。喷嘴12横向于幅料 纵向延伸。喷嘴12的宽度基本上对应于要烘干的幅料的宽度，从而在 整个幅料宽度上能调整到希望的最终含水量。喷嘴12可以构造成缝隙 喷嘴，其中缝隙横向于幅料纵向延伸。喷嘴12也可以构造成具有一个 或多个孔排的孔板，所述孔排分别横向于幅料纵向延伸。喷嘴12与流 体供应装置21连接，通过所述流体供应装置能向喷嘴12供应烘干流 体。流体流在图7中用箭头F表示。

烘干装置11具有导出装置13，通过所述导出装置将在烘干时产 生的潮湿空气导出。空气流用箭头L表示。在最简单的情况下，导出 装置13构造成孔板或缝隙板，其开口分别横向于幅料的纵向延伸。可 以与烘干装置11分开地单独设置导出装置。

烘干装置11的一个特别的特征是超声波发生器15，所述超声波 发生器用于用超声频率对从喷嘴12流出的烘干流体加载。在根据图7 的实施例中，为此将喷嘴壁构造成超声波发生器15。换而言之，超声 波发生器15集成在喷嘴12中，从而流动通过喷嘴12的烘干流体在超 声波发生器15上经过并被置于超声振动。

烘干装置11的烘干功效这样适配，使得具有常规幅料厚度的纸幅 料可以在整个幅料厚度上被除湿，从而能调整到希望的最终含水量。 就是说，重要的不仅是，使幅料10朝向喷嘴12的上侧受到超声波辅 助的烘干。而且，烘干装置11还具有这样的功能，即实现在整个幅料 厚度上降低湿度，从而有助于实现降低能量投入的优点。

现在由以下事实出发，即，作用在幅料10的表面上的超声波的幅 值在约120dB至约190dB的范围内，特别是在约140dB至约190dB 的范围内，特别是约160dB至约190dB的范围内，约160dB至约185dB 的范围内。为此所需的在喷嘴12的出口和幅料10表面之间的距离可 以由本领域技术人员调整。在喷嘴12的出口22和喷嘴侧的幅料表面 之间的所述距离也可以根据波长确定，其中所述距离大致相当于 (λ)(n/4)，其中

λ 超声波振动的波长

n 奇数±0.5

这里n分别包括一个范围，例如0.5至1.5、2.5至3.5、4.5至5.5 等。优选n是奇数(1、3、5、7等)。由此实现了，超声波振动的幅 值大致在幅料表面上达到其最大值，以便尽可能有效地干扰在幅料上 形成的缓冲层。

为了调整出口22与幅料表面之间的距离，可以设有调整面，所述 调整面与出口22相对设置。调整面(未示出)以希望的到出口22的 距离引导要烘干的幅料。调整面例如可以是平板，其中幅料通过支承 带在所述调整面上引导。可选地，调整面也可以通过一个或多个辊子 构成，幅料直接在所述辊子上被引导，或者所述调整面可以通过支承 带构成。所述支承带支承幅料(没有调整板)。调整面也可以有另外的 实施形式。为了调整出口22和幅料表面之间的距离可以附加地或备选 地设置其他调整机构，例如用于相对于幅料表面改变出口22的位置的 调节件。

下面参考图1至6说明如何相对于传统的烘干装置定位超声波辅 助的烘干装置11的各种不同的可能性。通常超声波辅助的烘干装置可 以与传统的烘干装置相结合使用，所述传统的烘干装置基于接触烘干 和/或对流烘干和/或红外烘干原理。超声波辅助的烘干装置11可以设 置在烘干部中常见或可能的烘干装置的位置、其前面、后面或之间的 位置。前面所述的位置说明涉及辅料的行进方向。与超声波辅助的烘 干装置11相结合的烘干装置可以是用不同的热载体加热的缸体(例如 水、蒸汽、导热油)、红外烘干器或气罩。

如图1所示，超声波辅助的烘干装置可以配设给双排烘干部20’ 的缸组。也可以如图1进一步所示，将超声波辅助的烘干装置集成到 具有设置在上面的真空辊(见附图标记20”)和设置在下面的真空辊 (见附图标记20”’)的单排的烘干部的结构组中。烘干装置11可以 配设真空辊和/或烘缸。通过超声波辅助的烘干装置11与真空辊23的 组合能够实现特别有效地利用烘干部的结构空间。

超声波辅助的烘干装置11在烘干器组件20中可以具有以下位置， 本发明并不仅限于此。

如图1和4所示，烘干装置11可以设置在两个幅料导向辅助装置、 如导纸辊之间的空闲路程中，好一般性地设置在两个导向装置14a之 间的空闲路程中。如图4所示，烘干装置11可以分别相对于幅料10 在一侧和/或在两侧和/或交错地设置。烘干装置的另一种布置可能性 在于，如图1和2中公开的那样，烘干装置11可以安装在缸体、例如 烘缸16、真空缸23或导纸辊的包绕区域19中。烘干装置可以设置在 整个包绕区域19上或部分地设置在包绕区域19上(也参见图4、5)。 烘干装置11可以连续地沿缸体圆周延伸或在缸体圆周上分布地设 置。

可以在烘干装置11和幅料10之间引导支承带，如烘干筛网或烘 干filz在，而在此时不会明显地影响超声波辅助的烘干装置11到的 作用方式。在图1中，烘干筛网用附图标记14b表示(一般而言，支 承件)。如图3中所示，烘缸16附加地通过高功率罩或一般性地气罩 18包围(也参见图4、5和6)。烘干装置11集成在气罩中。另一个结 合可能性在图5、6中示出。据此，烘干装置11可以与用于红外烘干 的装置17相结合，其中所述装置17可以设置在一侧(图5)或在两 侧(图17)。相应地，超声波辅助的烘干装置11同样可以设置在一侧 (图5)或两侧(图6)。可以理解，烘干装置11可以设置在于装置 17相同的一侧。在根据图5、6的两个实施例中，烘干装置1设置用 于红外烘干的装置17之前或之后的空闲路程中。

烘干装置11设置的另一个实施例在于，所述烘干装置安装在幅料 10在支承件14a、14b上引导的区域中。支承件例如可以是传送带、 输送带、网带、金属丝织物、导纸辊、真空辊等。

总而言之，可以将至少一个烘干装置、特别是多个烘干装置与加 热的烘缸16和/或红外烘干装置17和/或气罩18相结合。也可以仅设 置超声波辅助的烘干装置，就是说没有附加的传统烘干装置。

烘干部中相应所需的烘干装置11的绝对数量根据单位时间要除 去的水量确定并且与面密度、幅料速度、幅料宽度、在进入烘干部时 的幅料湿度和幅料的最终湿度相关。因此，本领域技术人员根据相应 的条件选择相应所需的烘干装置的数量。

根据图1至6的烘干装置11前面所述的设置可能性可以相互组 合。

烘干部的不同的实施例的前面所述的特征也与烘干方法相结合公 开，所述方法在使用相应的实施例的情况下实施。在所述方法的范围 内，这样执行超声波辅助的对流烘干，使得在整个幅料厚度上实现含 水量的降低。这里超声波激励的对流流动在一侧和/或在两侧和/或交 错地施加到幅料10上。在幅料过烘干的情况下，就是说要求使幅料的 水含量降低到完成的纸幅料的水平以下时，节约能量的优点特别突出。 在低含水量下，残余水的除去这里在烘干部的后部区域中进行。过烘 干例如用于湿增强剂的凝结。

下面参考并列权利要求15说明本发明。据此，具有权利要求15 的前序部分特征的烘干部的特征在于，烘干装置具有至少一个超声波 发生器，所述超声波发生器通过喷嘴和给喷嘴供应烘干流体的鼓风机 构成，其中喷嘴和鼓风机为了对烘干流体进行振动激励这样配合作用， 使得烘干流体在通过喷嘴时被激励在超声波范围内振动。由此喷嘴和 鼓风机共同构成超声波发生器，而不需要为此设置附加的振动激励所 需的部件。振动激励类似于在本身已知的在超声波范围工作的犬笛中 的情形那样进行。为此，这样调整流动参数，使得例如流体压力和喷 嘴的形状这样相协调，使得从喷嘴流出的烘干流体以超声波范围的频 率振动。

所有根据从属权利要求的实施形式和在前面的说明中给出的实施 例这里也结合由喷嘴和鼓风机组成的超声波发生器公开和要求保护。 与根据并列权利要求15的烘干部相结合，以一般性的形式公开了，超 声波发生器由喷嘴和鼓风机组成。

根据权利要求17的实施形式中，喷嘴在运行中指向幅料的表面， 该实施形式这里同样与所有权利要求相结合以及与说明书中的所有实 施例相结合公开和要求保护。该实施形式的优点在于，用烘干流体直 接对幅料的表面加载。

附图标记清单

10                  幅料

11                  烘干装置

12                  喷嘴

13                  导出装置

14a                 导向装置

14b                 支承件

15                  超声波发生器

16                  烘缸

17                  用于红外烘干的装置

18                  气罩

19                  包绕区域

20                  烘干部

20’、20”、20”’  烘干部的结构组件

21                  流体供应装置

22                  出口

23                  真空辊

F                   流体

L                   空气