造纸烘缸加热方法发展探究——从专利角度分析

李 娜

（审协江苏中心，江苏 苏州 215011）

1 造纸干燥概述

造纸机干燥装置的主要作用是脱去纸页中多余的水分。由于湿纸页经压榨部压榨后一般仍然含有60%～70%的水分，即使是用最新式的复合压榨，湿纸页仍含有50%～60%的水分，而这些水分用机械压榨的办法已不易脱除，必须用加热干燥的办法进一步脱水，使成纸水分含量降到5%～8%。尽管近些年来发展了热空气冲击干燥、穿透干燥、红外线调节横幅水分、真空接触干燥、压榨干燥、过热蒸汽干燥等新技术，但这些新技术都是作为烘缸干燥的强化或改善干燥效率的辅助措施。

2 造纸烘缸加热方法技术领域申请量分析

为了研究造纸烘缸加热技术专利技术的发展情况，通过专利检索获取初步结果后，将专利文献中的明显噪声清理，再对该领域的专利申请数据进行统计分析，如下：

图1 全球申请量国家分布

图1是造纸烘缸加热技术专利主要申请人及其申请量数据。申请量排名靠前的国家为德国、美国、中国、芬兰、日本。排名第一的德国的申请量高于其他国家，显示出开发研究活跃度，这与德国的造纸技术发展比较快速、成熟有很大的关系。

表1 主要专利申请人的专利申请量

表1中给出了全球范围内造纸烘缸加热技术相关专利申请量排名前5位的申请人，其中沃依特公司的申请总量为230个，该公司的申请量高居榜首，为该技术领域中的主导企业，其次，美卓、维美德、BELOIT、三菱重工的申请量紧随其后，在全球范围内都具备一定的竞争实力。

综观造纸烘缸加热技术，主要涉及四大类：蒸汽加热、载热介质、燃烧、电加热。图2-3示出了造纸烘缸加热专利技术分支申请量的占比情况，可以看出蒸汽加热和载热介质加热是造纸烘缸加热技术的两大主要研究方向，并且蒸汽加热技术占比较大，技术竞争最激烈。

图2 全球各技术分支申请量分布

3 造纸烘缸加热方法发展概况

3.1 蒸汽加热

烘缸由烘缸体、缸盖、蒸汽接头、凝结水排除装置、轴承等零部件组成。为改善大烘缸内蒸汽循环，并减少轴头内径，蒸汽管和凝结水管分别在两端引出。一般从操作侧通入蒸汽，从传动侧排出凝结水，凝结水温度较低，传热少，使传动机构和减速器受热较少。

KING HENRY CLAY在专利GB189703391A中提到向烘缸中通入蒸汽来干燥纸张，同时根据纸张通过导引辊时的张紧情况来调节蒸汽的通入量，使得纸张达到合适的干燥程度。

PAUL ANDREW GREENLEAF在专利GB190002863A采用固定设置在烘缸内的虹吸管道将冷凝水排出，管道一端开口朝向烘缸壁，另一端与中心轴连通，固定管道从烘缸壁中吸取冷凝液通过中心轴将冷凝液排出烘缸。MILNE SAMUEL在专利GB190301116A中提到设置几种不同结构的冷凝液吸收排除虹吸管使得冷凝液被高效排出同时防止冷凝液回流。

BELOIT在专利GB939926A中采用虹吸管延伸到每个凹槽中将冷凝液及时排出。WILLIAM MESSINGER在专利GB658912A中提到采用旋转虹吸管排水，烘缸内凝结水无论是呈水环式或聚积在下部，旋转虹吸管都可以把它排出来。BELOIT在专利US4498249A中在烘缸轴颈处采用刚性虹吸管，刚性虹吸管外面套设蒸汽通入管，并将蒸汽通入管枢接在烘缸轴颈处，由此结构将冷凝液稳定排出烘缸。STEFFERO在专利US4590688A中将虹吸管与排出管之间采用球状体枢接的方式将冷凝液排出，可以方便将冷凝排出装置拆卸，同时可以用于不同直径大小的烘缸中。BELOIT在专利CN85103852A中首次提到在蒸汽加热干燥器滚筒中，内表面上装置一些纵长方向的扰流板，可使内壁面主要部分面积上的冷凝液产生紊流，从而使该主要部分面积得到大体上均匀的热传导，一固定式虹吸管头由蒸汽室吸出冷凝液可使虹吸管头所对的一窄圈面积上的冷凝液产生紊流。扰流装置可以是刷子、刚性的或柔性的板状结构。KOREA在专利KR20120133754A中提到多开口烘缸的概念提供了一种全新的提高纸页干燥速率的方法，其是使进入烘缸内的蒸汽通过在烘缸内表面上纵向开的小沟槽内的流动，将凝结水排出缸外，使凝结水形成的隔热水环降到最小值，可消去延伸到烘缸壁的虹吸管排水装置。

3.2 载热介质加热

采用蒸汽加热烘缸技术中存在蒸汽压力控制、冷凝液及时回收、降低冷凝液对烘缸加热效果影响等问题，因此，加热烘缸技术中出现了另一种技术载热介质加热，其是通过烘缸内部设置管道，载热介质沿管道流动将热量传递给烘缸来加热的。

CURTIN EDWARD JOSEPH在专利GB189729772A中首次提到将载热液体通入盘管或其他置于烘缸内腔中的管道，将载热液体的热量传递给烘缸，以此干燥纸幅。BARMAG BARMER MASCHF在专利DE1900653A1中提到绕烘缸内壁设置螺旋状管道，加热介质通过螺旋状管道来加热烘缸使加热效果均匀。VEPA AG在专利DE2914231A1提到双向提供加热介质使得烘缸两端加热温度均匀，同时对加热的介质回收重复利用。

SCHWAEBISCHE HUETTENWERKE GMBH在 专 利DE3014891A1、SANDVIK CONVEYOR GMBH在专利DE3023682A1中烘缸内设不同形式通道结构，结合绝热材料来加热烘缸。

KVAERNER EUREKA AS在专利US5590704A采用夹层烘缸，在夹层烘缸中设置一个缓冲过渡层，载热介质通入夹层烘缸，缓冲过渡层使得载热介质按不同通道流动来加热烘缸，使得烘缸加热均匀、减少热量损失。SCHWAEBISCH在专利DE4036121A1中采用从烘缸一端输入加热介质，加热介质沿着循环管路加热烘缸，加热介质加热完后重新返回输入口，使得烘缸两端加热温度均匀。孙建在专利CN200971451Y中利用导热油温差自然循环的热辊，设计有通油半轴和环形油室两级分配器，使导热油得到缓冲再分配，并且外筒与内筒夹层中用分隔板分隔成相互平行的油路通道，从根本上解决了导热油流动中的紊乱问题。

3.3 电加热

COLLIS JOHN HENRY在专利GB191108043A中首次提到采用电加热方式来加热烘缸。THAMES PAPER COMPANY LTD在专利GB122352A中提到电加热装置包括高电阻盘管和被高电阻盘管环绕的薄金属管组成。SCHWAEBISCHE在专利EP0470554A1提到在烘缸内设置电阻加热元件来产生热量，由此加热烘缸表面。

宋大兴在专利CN1070443A中提到电热烘缸包括缸套筒、缸盖、套筒轴，套筒是由一个或多个密封气室构成的夹层，每个气室连通至少一个同样密封的激发室激发室中装有电热元件，电源线由激发室引出，通过设于缸盖外侧的滑环、电刷与电源相接，其操作安全，没有环境污染并且节省能耗。刘玉帆在专利CN2440835Y中提到新型红外线节能造纸设备主要由机体、烘缸、红外线加热炉、红外线液化气加热炉灶构成，关键是烘缸是圆柱空心桶状铸铁结构，采用先进的干式直热红外线电热管炉灶，或无污染液化气红外线炉灶两种加热方式，热效率高、无污染、无噪音。绵竹三溪香茗茶叶有限责任公司在专利CN201193299Y中提到利用电磁感应加热原理来烘干纸浆的电磁感应式造纸机烘缸，在轴向转动的烘缸侧壁外，设置有至少一组电磁感应线圈，通过向电磁感应线圈中通上交变电流，使电磁感应线圈产生高速变化磁场，当磁场内的磁力线通过烘缸时，在烘缸内产生强大的涡流，而烘缸本身处于短路状态，因此涡流在烘缸自身电阻的作用下烘缸自行高速发热，从而实现了电能与热能的转换，达到烘干烘张的目的。

3.4 燃烧加热

KUESTERS EDUARD在专利DE3509104A1中提到设置加热管道，燃烧气体通过管道进入烘缸内部并通过燃烧喷嘴将燃烧气体喷向烘缸内表面。ALVARES DE ABREU F在专利BR9303449A中提到在烘缸内壁环设空间中存在导热油，燃烧装置设置在烘缸内，燃烧装置通过燃烧将热量传递给导热油，导热油将热量传递给烘缸。

ASEA BROWN BOVERI INC在专利EP0857931A1中提到在烘缸内部设置燃烧装置，向燃烧装置中通入燃料或者燃气燃烧后转化为热气体，热气体在烘缸内对流和红外辐射加热烘缸，废气从烘缸一端排出，烘缸内设置控制装置来控制燃烧状态。

BAKALAR S F在专利US6560893B1中提到在烘缸内部设置沿烘缸壁排列的一系列燃烧模块，通过燃烧模块的燃烧使得对烘缸加热更加均匀，燃烧模块由燃烧装置控制。

VOITH在专利CN1922361A中提到烘缸通过热气体从外部加热，即热气体借助至少一个设在烘缸表面附近的燃烧器产生，热气体施加到烘缸表面。烘缸沿烘缸轴线方向可逐区加热。使用催化燃烧器，借助燃料与空气或氧气的催化燃烧来产生热气体。

BEKAERT NV SA在专利CN1926383A中提到一种用于向气体燃烧器提供空气和气体的装置，该装置包括气体管和空气管，气体管包括用于将气体提供到空气管内部的孔。空气管包括用于接收气体燃烧器的后部管的第一孔。该装置的特性是气体管的孔设有可拆卸连接装置的第一部件，用于接收可拆卸连接装置的设置在后部管上的第二部件，允许气体从气体管进入后部管。

4 结语

本文针对造纸烘缸加热技术进行了相关专利分析，近些年造纸烘缸加热技术的全球申请量比较稳定，德国专利申请量较多，研究也较深入。我国造纸烘缸技术起步较晚，研究不够深入，我国相关企业需保持对欧美大公司高度关注，对各公司专利申请及授权情况进行密切追踪，及时了解各竞争对手的技术发展动态，以有利于我国相关企业调整技术研发方向，尽可能开发具有自主知识产权的烘缸加热技术，建立起有效的专利保护体系。

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