(57)【要約】      （修正有）【課題】リグノセルロース材料をリファイニングする為のメカニカルリファイナーにおいて電力消費の削減、より高い流体的効率、及び二重ディスクリファイナーの場合には、ローターの均衡化によるギャップ安定性を向上できる低コンシステンシーリファイナーを提供すること。【解決手段】主表面上の溝（１５０，１８０）にダムが全体に設けられた又はダムが部分的に設けられたリファイナープレートセグメント１００及びリファイナープレートは、リファイナーにおけるリファイニングプレート間を通るリグノセルロース材料の流れ挙動を制御し得る。ダムが設けられた溝は、溝セグメントを形成し、各溝セグメントが約３０ｍｍ以下又はその部分範囲内の長さを有する。【選択図】図１
2014129636.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向するリファイナープレートを有するリファイナーにおいてリグノセルロース材料を機械的にリファイニングするための、ダムが設けられたリファイナープレートセグメントであって、
少なくとも一つのリファイニングゾーンと、
前記少なくとも一つのリファイニングゾーンにある複数の溝と、
全ての又は実質的に全ての前記溝にある複数の全高ダムと
を含み、
前記全ての又は実質的に全ての溝にある全高ダムが、全高ダムの間に溝セグメントを規定し、この溝セグメントが、約３０ｍｍ以下の長さを有する、リファイナープレートセグメント。
【請求項２】
リファイナープレートセグメントは、実質的に矩形状の第１隣接ダムの第１面によって規定される一つの短側面を有するとともに第２隣接ダムの第２面によって規定される一つの傾斜した短側面を有する少なくとも一つの溝セグメントを含む、請求項１に記載のダムが設けられたリファイナープレートセグメント。
【請求項３】
リファイナープレートセグメントは、実質的に台形状の第１隣接ダムの面によって規定される一つの短側面を有するとともに第２隣接ダムの面によって規定される一つの傾斜した短側面を有する少なくとも一つの溝セグメントを含む、請求項１に記載のダムが設けられたリファイナープレートセグメント。
【請求項４】
リファイナープレートセグメント内にドリル又はキャストされた一つ又は複数の孔を更に含み、この孔がリファイニングプロセスにおいて繊維フロックを脱水するための凹部を形成し、前記一つ又は複数の孔は約１５ｍｍ以下の直径を有する、請求項１に記載のダムが設けられたリファイナープレートセグメント。
【請求項５】
溝及びダムが、繰り返しパターンで連続して配置されており、
前記溝及びダムは、少なくとも一本の直線状のパターンを形成して、溝及びダムの直線間にバーが平行に設置されているか、又は、対数パターンを形成して、溝及びダムの対数パターン間にバーが設置されている、請求項１に記載のダムが設けられたリファイナープレートセグメント。
【請求項６】
対向するリファイナープレートを有するリファイナーにおいてリグノセルロース材料を機械的にリファイニングするための、ダムが部分的に設けられたリファイナープレートセグメントであって、
少なくとも一つのリファイニングゾーンと、
前記少なくとも一つのリファイニングゾーンにある複数の溝と、
少なくとも一つの前記溝にある少なくとも２つの全高ダムと
を含み、
前記全高ダムが、全高ダムの間に溝セグメントを規定し、各溝セグメントが、約３０ｍｍ以下の長さを有する、リファイナープレートセグメント。
【請求項７】
リファイニングゾーンにある前記溝のうち約１０％〜約９０％が、複数の全高ダムを含む、請求項６に記載のダムが部分的に設けられたリファイナープレートセグメント。
【請求項８】
リファイナープレートセグメントは、実質的に矩形状の第１隣接ダムの第１面によって規定される一つの短側面を有するとともに第２隣接ダムの第２面によって規定される一つの傾斜した短側面を有する少なくとも一つの溝セグメントを含む、請求項６に記載のダムが部分的に設けられたリファイナープレートセグメント。
【請求項９】
溝及びダムが、繰り返しパターンで連続して配置されており、
前記溝及びダムは、少なくとも一本の直線状のパターンを形成して、溝及びダムの直線間にバーが平行に設置されているか、又は、対数パターンを形成して、溝及びダムの対数パターン間にバーが設置されている、請求項６に記載のダムが部分的に設けられたリファイナープレートセグメント。
【請求項１０】
リファイナープレートセグメントは、実質的に台形状の第１隣接ダムの面によって規定される一つの短側面を有するとともに第２隣接ダムの面によって規定される一つの傾斜した短側面を有する少なくとも一つの溝セグメントを含む、請求項６に記載のダムが設けられたリファイナープレートセグメント。
【請求項１１】
前記リファイナープレートセグメント内にドリル又はキャストされた一連の孔を更に含み、この孔がリファイニングプロセスにおいて繊維フロックを脱水するための凹部を形成し、前記孔は約１５ｍｍ以下の直径を有する、請求項６に記載のダムが設けられたリファイナープレートセグメント。
【請求項１２】
リグノセルロース材料を機械的にリファイニングするためのリファイナープレートであって、
円形を形成するように動作可能に取り付けられた複数のリファイナープレートセグメントを含み、
このリファイナープレートセグメントは各々、バーと、溝と、溝にある複数の全高ダムとを含み、２つの全高ダムの間に溝セグメントが規定され、
少なくとも一つの溝セグメントが約３０ｍｍ以下の長さを有する、リファイナープレート。
【請求項１３】
リファイナープレートのリファイナープレートセグメント上の溝は、全高ダムが実質的に設けられたものか、又は全高ダムが部分的に設けられたものである、請求項１２に記載のリファイナープレート。
【請求項１４】
ダムが部分的に設けられたリファイナープレートセグメントは、２つの全高ダムによって規定される溝セグメントを含み、
リファイニングゾーンにある前記溝のうち約１０％〜約９０％が、複数の全高ダムを含む、請求項１３に記載のリファイナープレート。
【請求項１５】
溝、ダム及びバーが、繰り返しパターンで連続して配置されており、
前記溝及びダムは、直線状のパターンの少なくとも一本を形成して、溝及びダムの直線間にバーが平行に設置されているか、又は、対数パターンを形成して、溝及びダムの対数パターン間にバーが設置されている、請求項１２に記載のリファイナープレート。
【請求項１６】
対向するリファイナープレートを有するリファイナーにおいてリグノセルロース材料を機械的にリファイニングする方法であって、
一組の対向するリファイナープレートの間のリファイニングギャップに、リファイナープレートの内縁を介してリグノセルロース材料を供給する工程と、
前記リグノセルロース材料を、前記一組のリファイニングプレートの間でリファイニングする工程と、
リファイナープレートの外縁から、リファイニングされたリグノセルロース材料を受容する工程と
を含み、前記一組のリファイナープレートのうち少なくとも一つのリファイナープレートが、少なくとも一つのリファイナープレートセグメントを含み、リファイナープレートセグメントが、２つの全高ダムによって規定され、約３０ｍｍ以下の長さを有する少なくとも一つの溝セグメントを含む、機械的にリファイニングする方法。
【請求項１７】
少なくとも一つの前記対向するリファイナープレート上の溝は、全高ダムが実質的に設けられたものか、又は全高ダムが部分的に設けられたものである、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
ダムが部分的に設けられたリファイナープレートセグメントにおいて、リファイニングゾーンにある溝のうち約１０％〜約９０％が、複数の全高ダムを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
対向するリファイナープレートを有する、リグノセルロース材料をリファイニングされるためのメカニカルリファイナーであって、
ローターリファイナープレートと、
ローターリファイナープレートと対向する主面を有するステーターリファイナープレートと
を含み、
ローターリファイナープレート及び前記ステーターリファイナープレートの一つは、少なくとも一つのリファイナープレートセグメントを含み、
リファイナープレートセグメントは、約３０ｍｍ以下の長さを有する少なくとも一つの溝セグメントを含むメカニカルリファイナー。
【請求項２０】
リファイナープレートセグメント上の溝は、全高ダムが実質的に設けられたものか、又は全高ダムが部分的に設けられたものである、請求項１９に記載のメカニカルリファイナー。
【請求項２１】
ダムが部分的に設けられたリファイナープレートセグメントは、２つの全高ダムによって規定される溝セグメントを含み、
リファイニングゾーンにある溝のうち約１０％〜約９０％が、複数の全高ダムを含む、請求項に２０記載のメカニカルリファイナー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して、これらに限定はされないが、ディスクリファイナー、コニカルリファイナー、円筒リファイナー、二重ディスクリファイナー、二重コニカルリファイナー、二重円筒リファイナー、又は同様の設備等のリファイナー、並びに、それらのプレートやプレートセグメントに関する。より詳細には、これらリファイナープレート又はリファイナープレートセグメントのリファイニング部分を規定するバー及び溝の形状に関する。
【背景技術】
【０００２】
リグノセルロース材料、例えば、木材チップ、鋸屑およびその他木材又は植物繊維材は、リグノセルロース材料を形成する繊維のネットワークから繊維を分離するメカニカルリファイナー又は同様の設備によりリファイニングされる。リグノセルロース材料用のリファイナーには、リファイナープレート又はリファイナープレートセグメントが装着され、このリファイナープレート又はリファイナープレートセグメントは、リファイナー充填物（ｆｉｌｌｉｎｇ）が形成されるように配列されている。リファイナープレートは、「ディスク」とも称される。リファイナーには、対向する２つのリファイニング面（プレート）が、少なくとも一方のリファイナープレートが他方のリファイナープレートに対して回転するように配置されている。ここで、一方のリファイナープレートは、実質的に固定されていてもよく、これは一般に「ステーター」と呼ばれる。他方の回転するリファイナープレートは、一般に「ローター」と呼ばれる。
【０００３】
リファイニングされるリグノセルロース材料は、一方のリファイナープレートの中央入口を通って、２枚のリファイナープレート又はリファイナー面の間のギャップに流入する。一方又は両方のリファイナープレートが回転すると、遠心力によりリグノセルロース材料がギャップを通って外側に移動し、そしてリファイナープレートの外周部へと移動する。
【０００４】
リファイナープレートの対向するリファイニング面は、バーと溝とを有する環状の部分を備えている。溝により、リファイナープレートの表面の間で材料が平面上に移動する通路が設けられる。リグノセルロース材料はまた、溝からバーを乗り越えこの面の外へ移動する。リグノセルロース材料がバーを乗り越え移動すると、リグノセルロース材料は、対向するリファイナープレートの交差するバーの間のリファイニングギャップに流入する。バーの交差により、リグノセルロース材料中の繊維を分離するように作用しうる力が、リファイニングギャップ内のリグノセルロース材料に加わる。リファイニングギャップ内でこの力が繰り返し加わることによって、その加わり方に応じて、リグノセルロース材料を、分離・リファイニングされた繊維からなるパルプにリファイニングしたり、結合力が増すよう繊維を塑性変形させたり、微細物や、より短い繊維を生成したりする。
【０００５】
リグノセルロース材料をリファイニングするためのリファイナープレートとして、例えば、米国特許第７，８９６，２７６号公報、同第７，７１２，６９４号公報、及び同第６，０３２，８８８号公報に記載されているようなものが当該分野において知られている。
【発明の概要】
【０００６】
本開示の一実施形態は、対向するリファイナープレートを有するリファイナーにおいてリグノセルロース材料を機械的にリファイニングするための、ダムが全体に設けられたリファイナープレート（ｆｕｌｌｙ  ｄａｍｍｅｄ  ｒｅｆｉｎｅｒ  ｐｌａｔｅ）を包含し得る。このダムが全体に設けられたリファイナープレートは、リファイナープレートの主表面上にある少なくとも一つのリファイニングゾーンと、前記リファイニングゾーンにある少なくとも一つの種類の溝と、全ての又は実質的に全ての溝にある少なくとも一つの全高ダム（ｆｕｌｌ  ｈｅｉｇｈｔ  ｄａｍ） とを含む。全高ダムとは、溝に設置されるダムであって、ダムの底面は溝の実質的に平坦な底面であり、且つ、ダムの頂面はバーの頂面又はリファイナープレートの表面と実質的に同じ高さである。リファイナープレートの表面上の、ダムが設けられた溝が、溝のセグメントを形成し、各溝セグメントが、約３０ｍｍ以下、約２５ｍｍ以下、約１５ｍｍ以下、約１０ｍｍ以下、又は約５ｍｍ以下の長さを有する。本開示において使われる「実質的に（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」及び「約（ａｂｏｕｔ）」という用語は、５％〜１０％以内のばらつきをいう。
【０００７】
別の実施形態は、対向するリファイナープレートを有するリファイナーにおいてリグノセルロース材料を機械的にリファイニングするための、ダムが部分的に設けられたリファイナープレートを包含し得る。このダムが部分的に設けられたリファイナープレートは、リファイナープレートの主表面上にある少なくとも一つのリファイニングゾーンと、前記リファイニングゾーンにある少なくとも一つの種類の溝と、前記少なくとも一つの溝にある少なくとも一つの全高ダムを含む。リファイナープレート上の、ダムが設けられた溝は、溝のセグメントを形成し、各溝セグメントは、約３０ｍｍ以下、約２５ｍｍ以下、約１５ｍｍ以下、約１０ｍｍ以下、又は約５ｍｍ以下の長さを有する。
【０００８】
本開示の一実施形態を使用するための例示的な方法は、一組の対向するリファイナープレートの間のリファイニングギャップに、リファイナープレート又はリファイナー面の内縁からリグノセルロース材料を供給することと、このリグノセルロース材料を前記特定の組のリファイナープレートの間でリファイニングすることと、このリファイナープレートの外縁にリファイニングされたリグノセルロース材料を受容することを含み、リグノセルロース材料は、約３０ｍｍ以下の長さを有する少なくとも一つの溝セグメントを含むリファイナープレートによってリファイニングされる。
【０００９】
ある実施形態として、前記リファイナープレートの表面上に２種類のダムが設けられた溝も含み得る。他の実施形態として、前記リファイナープレートに、繊維フロックを脱水するための孔を含ませることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】リファイナープレートのダムが全体に設けられたリファイナープレートセグメントの図である。
【００１１】
【図２】実質的に矩形状の第１種類の溝の断面図である。
【００１２】
【図３】実質的に矩形状の第１種類の溝の三次元図である。
【００１３】
【図４】ダムが全体に設けられたリファイナープレートの一部の拡大図である。
【００１４】
【図５】リファイナープレートのダムが部分的に設けられたリファイナープレートセグメントの図である。
【００１５】
【図６】実質的に台形状の第２種類の溝の断面図である。
【００１６】
【図７】実質的に台形状の第２種類の溝の三次元図である。
【００１７】
【図８】ダムが部分的に設けられたリファイナープレートの一部の拡大図である。
【００１８】
【図９】完全に組み立てられたリファイナープレートの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
リファイナープレートセグメントは、例えば、低コンシステンシー（又は高ろ水度）のリグノセルロース材料をリファイニングするためのリファイニング機において使用し得る。低コンシステンシーとは、一般に、リファイナーに供給されるリグノセルロース材料及び液体の組成物（スラリー）中の固形分が６％（重量換算）未満であることをいい、或いは、スラリーの固形分が５％未満又は２％未満（重量換算）をいうこともある。リファイナープレートセグメントは、リファイナーに供給されるリグノセルロース材料及び液体の組成物（スラリー）中の固形分が約６％〜約１２％（重量換算）である中コンシステンシーのリファイニングにも使用し得る。ある局面において、バー及び溝の構成は、様々な構造のリファイナー、例えば、ディスクリファイナー、コニカルリファイナー、二重ディスクリファイナー、二重コニカルリファイナー、円筒リファイナー、二重円筒リファイナー、又は同様の設備に適用し得る。
【００２０】
本開示は、リファイナー（及びリファイナーにおいて使用されるリファイナープレート）が遠心ポンプ（非効率のものであろうとも）と同様に挙動し得るという考え方に基づくものであり、ここで、ローターは、遠心ポンプのインペラーに相当し、ステーターはポンプのいわゆるシュラウドのように作用する（例えば、インペラーとポンプハウジングと間の空間）。
【００２１】
本開示の特定の特徴は、いかなるリファイナープレート設計にも適用可能である。この設計には、直線状の（又は実質的に平行な）バーの設計や対数螺旋バーの設計が含まれる。
【００２２】
従来、大多数のリファイナープレートでは、ローターとステーターとに対して同じ設計が採用されていた。このことは、シュラウドがポンプのインペラーのように形成されていたことを意味する。リファイナープレートに対する対数螺旋設計は流体的に（ｈｙｄｒａｕｌｉｃａｌｌｙ）優れており（例えば、同じ流速で圧力がより増加し）、これは対数螺旋構造の放射状の性質に起因する効果であり、どの技術（対数螺旋又は直線設計）においても、シュラウド（例えば、ステーター）の機能及び形成、並びに、流体的（ｈｙｄｒａｕｌｉｃ）装置であるリファイナーの動作、シュラウド（例えば、ステーター）とインペラー（例えば、ローター）との間の相互作用に対するシュラウドの影響を特に重要視していないと考えられている。
【００２３】
本開示は、遠心ポンプ由来の洞察にも関するものである。遠心ポンプ設計では、シュラウド内の流れ挙動を重要視してきた。この流れのための用語は「漏出（ｌｅａｋａｇｅ）」である。シュラウド（間隙）の大きさ及び形状、並びに流れの方向は、下記の項目において役割を果たす：（ａ）摩擦損失、結果として（ｉ）電力消費（例えば、リファイナーのアイドリンク出力に相当する）が増大すること、及び（ｉｉ）圧力水頭（デルタｐ、リファイナーに渡る圧力の増加）が減少すること、並びに、（ｂ）インペラーにかかる力、例えば（ｉ）軸受によって消費される力に影響を与え、これにより、軸受アセンブリーの設計及び安全要因に影響を及ぼすこと、また（ｉｉ）低コンシステンシーリファイナーにおいて、ローターにかかる力に作用し、ローターが移動させられることによりリファイニングギャップの安定性に影響を及ぼす（二重ディスクリファイナーにおいてリファイニングが不揃いとなる）こと。低コンシステンシーリファイナーに対して、これらの効果自体が、アイドリンク出力の増大、圧力増加の減少、及びギャップの不安定性による不均衡なリファイニング作用として提示され得る。
【００２４】
一局面において、ある実施形態では、ポンプのシュラウドを最適化し、これにより低コンシステンシーリファイナーのローターとステーターとの相互作用を最適化して、以下の一つ又は複数の意図した利点を実現することによって、リファイナーの流動挙動を最適化し得る。その利点とは、（ｉ）電力消費の削減、（ｉｉ）より高い流体的効率（より高いデルタｐ）、及び（ｉｉｉ）二重ディスクリファイナーの場合には、ローターの均衡化によるギャップ安定性の向上である。
【００２５】
遠心ポンプに関して、シュラウドを通る乱されていない内方向の流れが負の効果の主な原因となり得ると考えられている。ポンプハウジングでは、これら負の効果に応答する能力が限定されている可能性があり、試みとしてその影響を推定することに着目する傾向にある。しかしながら、低濃度リファイナーでは、シュラウドは、性能に影響を及ぼし、材料の内方向の流れに関する負の効果を最小限にする可能性がある。ステータープレートのバーが、滑らかな壁というよりも、遠心ポンプのシュラウドのように作用し得るため、そのバーの配列及び設計を、リファイニング作用をもたらすのに適切にする一方で、シュラウド性能に影響を及ぼすためにも使用し得る。同じ設計及び効果を、中コンシステンシーリファイナーに適用可能である。
【００２６】
ポンプのシュラウド内の内方向の流れが性能を低下させるという問題の根本的な原因となり得ると考えられていることから、本開示は、開放流路が長く伸張するのを最小限化することに関する。リファイナープレートの溝において流体が速度を増すことを妨げるべきである。これは、各溝内に一連の全高ダムを設けることによって、並びに溝の長さを調整することによって達成し得る。
【００２７】
ある実施形態において、ロータープレートのバー及び溝のパターンは、従来のロータープレートと比較して異なる役割を要求される。ステーターを最適化する結果としての流体的性能の上昇、エネルギー消費の削減化及びより良いインペラーの均衡化により、ローターは、リファイナープレートの流体的ポテンシャルをその適用に対して調節し適応させるように設計される。この作業には３つの選択肢がある：（ｉ）ダムが全体に設けられたロータープレート（必要とされる流量が少ない場合に適していると考えられる）、（ｉｉ）ダムが部分的に設けられたロータープレート（必要とされる流量が平均的である場合に適していると考えられる）、及び（ｉｉｉ）全くダムを有さないロータープレート（必要とされる流量が最大である場合に適していると考えられる）。ダムが全く設けられていないロータープレートは、従来のリファイナープレートと実質的に同一である。別の実施形態において、ステータープレートも、ロータープレートと同じ３つの選択肢から設計し得る。
【００２８】
前記ローター及びステーターの設計は、リファイナーに供給されるリグノセルロース材料及び液体の組成物（スラリー）中の固形分が６％未満、或いはスラリー中の固形分が５％未満又は２％未満である、低コンシステンシーリファイナーに採用し得る。この設計は、リファイナーパルプに供給されるリグノセルロース材料及び液体の組成物（スラリー）中の固形分が約６％〜約１２％の間となる、流体状の媒体を含む中コンシステンシーリファイナーにも採用し得る。
【００２９】
ダムが設けられたリファイナープレートセグメント１００の一実施形態を図１に示す。ここで、リファイナープレートセグメント１００は、内縁１１０と外縁１２０とを有する。ダムが設けられたリファイナープレートセグメント１００は、またリファイナー内でリファイナープレートセグメントを動作可能に安定化させる一連のボルト孔１３０を有する。ダムが設けられたリファイナープレートセグメント１００は、供給ゾーン１０１と、第１リファイニングゾーン１０２と、第２リファイニングゾーン１０３とを有する。リファイナープレートによりリファイニングされる供給物は、内縁１１０から供給ゾーン１０１へと供給され、外縁１２０に向かって半径方向に進む。
【００３０】
図１は、リファイナープレートのダムが設けられた例示的なリファイナープレートセグメント１００を示す。このリファイナープレートは、第１リファイニングゾーン１０２、第２リファイニングゾーン１０３、又は第１リファイニングゾーン１０２と第２リファイニングゾーン１０３との両方において、少なくとも一つの全高ダムを有する全ての又は実質的に全て（例えば、９０％超又は９５％超）の溝を含む。図１では、第１種類のダムが設けられた溝は、線Ｂで示され、Ａ方向の拡大断面図が図２に詳細に示されている。
【００３１】
一実施形態において、第１種類の溝１５０は、ダム１６０によって分離され、（図２に示すように）約３０ｍｍ以下、約２５ｍｍ以下、約１５ｍｍ以下、約１０ｍｍ以下、又は約５ｍｍ以下の長さＸを有する。全高ダムとは、溝に設置されるダムであって、このダムの底面は溝の実質的に平坦な底面であり、且つ、ダムの頂面はバー１４０又はリファイナープレートセグメントの表面と実質的に同じ高さである。この実施形態において、２種類の溝、即ち第１種類の溝１５０と第２種類の溝１８０、及びダム１６０は、繰り返しパターンで連続して配置されているように示されている。バー１４０は、溝（第１種類の溝１５０及び第２種類の溝１８０）とダム１６０とからなる線の間に設置されている。
【００３２】
三次元図における第１種類の溝１５０の一実施形態を図３に示す。第１種類の溝１５０は、実質的に平坦な底面１５１と、この底面１５１に対して傾斜した第１短側面１５２（傾斜した第１短側面１５２の、底面１５１に接触している縁とは反対の縁には実質的に鉛直なリップ１５３が設けられている）と、第１の実質的に鉛直な長側面１５４と、第２の実質的に鉛直な長側面１５５と、実質的に鉛直な短側面１５６とを含むことができる。一実施形態において、傾斜した第１短側面１５２は、底面１５１に対して角度θ１を有し得る。角度θ１は、約９０°以下、約７５°以下、約４５°以下、約３０°以下、又は約１５°以下であってもよい。第１種類の溝１５０のＢ方向における断面は、実質的に矩形状である。
【００３３】
ダムが設けられたリファイナープレートセグメント１００の一部拡大図を図４に示す。第１種類の溝１５０及びダム１６０は、対数線に沿って、繰り返しパターンで連続して配置されているように示されており、溝の対数線を形成している。第２種類の溝１８０及びダム１６０もまた、対数線に沿って、繰り返しパターンで配置され、第１種類の溝１５０及びダム１６０の前記一連の対数線と平行である。バー１４０は、溝（第１種類の溝１５０及び第２種類の溝１８０）の対数線の間に設置されている。
【００３４】
本開示の一実施形態は、対数溝線上のダム１６０の間に設置される第１種類の溝１５０又は第２種類の溝１８０のうち一方のみの使用を包含し得る。この溝線も、平行バー１４０と共に、直線状のパターンであってもよい。本開示の更なる実施形態は、第１種類の溝１５０及び第２種類の溝１８０が交互にダム１６０の間に、且つ、直線状の又は対数溝線に沿って、設置される交互の繰り返しパターンを有し得る。
【００３５】
本開示の別の実施形態は、ダムが部分的に設けられた、例えば、図５に示すダムが部分的に設けられたリファイナープレートセグメント２００（他の図における類似の要素には類似の番号が付されている）であってもよい。ダムが部分的に設けられたリファイナープレートセグメント２００は、内縁２１０と外縁２２０とを有する。ダムが部分的に設けられたリファイナープレートセグメント２００は、またメカニカルリファイナー内でリファイナープレートセグメントが動作可能に安定化されるのを可能にする一連のボルト孔２３０を有する。ダムが部分的に設けられたリファイナープレートセグメント２００は、供給ゾーン２０１と、第１リファイニングゾーン２０２と、第２リファイニングゾーン２０３とを有する。リファイナープレートによりリファイニングされる供給物は、内縁２１０から供給ゾーン２０１へと供給され、半径方向の外周縁２２０に向かって外側に進む。
【００３６】
ダムが部分的に設けられた例示的なリファイナープレートセグメント２００は、第１リファイニングゾーン２０２において、ダムが部分的に設けられた溝（例えば、溝のうち約１０％〜約９０％、好ましくは約２５％〜約７５％、より好ましくは約３５％〜約６０％にダムが設けられている）と、ダムが設けられていない溝とを含み、第２リファイニングゾーン２０３において、ダムが設けられていない溝を含む。存在する場合、ダムは、全高ダムである。図５では、第２種類の溝１８０が線Ｂで示され、Ａ方向の拡大断面図が図６に詳細に示されている。一実施形態において、第２種類の溝１８０は、ダム１６０によって分離され、（図６に示すように）約３０ｍｍ以下、約２５ｍｍ以下、約１５ｍｍ以下、約１０ｍｍ以下、又は約５ｍｍ以下の長さＹを有する。
【００３７】
三次元図における第２種類の溝１８０の一実施形態を図７に示す。第２種類の溝１８０は、実質的に平坦な底面１８１と、この底面１８１に対して傾斜した短側面１８２と、第１傾斜長側面１８３と、第２傾斜長側面１８４と、実質的に鉛直なリップ１８５とを含み、リップ１８５は、底面１８１に接触している３つの傾斜側面（１８２、１８３及び１８４）の縁とは反対の傾斜側面の縁に、３つの傾斜側面に沿っている。第２種類の溝１８０は、実質的に鉛直な短側面１８６も含む。
【００３８】
一実施形態において、傾斜側面（１８２、１８３及び１８４）は、各々の傾斜側面に対して角度を有する：底面１８１に対して傾斜した第１短側面１８２の角度θ２、底面１８１に対して第１傾斜長側面１８３の角度θ３、及び底面１８１に対して第２傾斜長側面１８４の角度θ４である。各角度は、約９０°以下、約７５°以下、約４５°以下、約３０°以下、又は約１５°以下の同様の又は区別可能な傾斜角度であってもよい。第２種類の溝１８０のＢ方向における断面は、実質的に台形状であってもよい。
【００３９】
ダムが部分的に設けられたリファイナープレートセグメント２００の一部拡大図を図８に示す。第１種類の溝１５０及びダム１６０は、対数形状に従う繰り返しパターンで連続して配置されているように示されている。第２種類の溝１８０及びダム１６０もまた、この実施形態に存在していてもよく、対数形状に従う繰り返しパターンで連続して配置されていてもよい。バー１４０は、溝（ダム１６０を伴う第１種類の溝１５０及びダム１６０を伴う第２種類の溝１８０を含む）の対数線の間に設置されている。ダムが設けられていない第１種類の溝２６０及びダムが設けられていない第２種類の溝２７０は、第１種類の溝１５０、第２種類の溝１８０及びダム１６０を含む溝線と平行であってもよい。ダムが部分的に設けられたリファイナープレートセグメント２００によって、実質的にダムが設けられたリファイナープレートセグメント１００よりも速い流速を実現できる。
【００４０】
或いは、上記設計は、リファイナープレート内にドリル又はキャストされた一連の孔からなるものでもよく、孔の形状は、ステーターを通る連続的な内方向の流れを許可せずに、リファイニングプロセスにおいて繊維フロックを脱水するための凹部を形成する、例えば、円、矩形、三角形の形状である。この孔は、約１５ｍｍ以下、約１０ｍｍ以下、約５ｍｍ以下、約３ｍｍ以下、又は約２ｍｍ以下の直径又は幅を有し得る。
【００４１】
図９は、６つのリファイナープレートセグメントを含む完全に組み立てられたリファイナープレートの概略図を示す。このリファイナープレートセグメントは、上述のダムが全体に設けられたリファイナープレートセグメントでも、ダムが部分的に設けられたものでもよい。リファイナープレートは、これよりも多く又は少なくセグメントを有することができ、例えば、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１又は１２個のセグメントを含むリファイナープレートが形成される。
【００４２】
以上より、ある局面において、本開示は、二重ディスクリファイナーにおけるローターの均衡化に関係する問題の軽減化に関する。本開示はまた、リファイナー、例えば、低コンシステンシーリファイナーや流体媒体を含む中コンシステンシーリファイナーにおけるエネルギー消費の削減化及び流動性の向上に寄与する。
【００４３】
本開示は、ステータープレートの特別な形成にも関するものであり、これは、約２５ｍｍ以下〜約３０ｍｍ以下の間隔で離したダムをリファイナープレート上に使用することによって、或いは、約２５ｍｍ以下〜約３０ｍｍ以下の溝セグメントのデザインをもたらすステーターの代替設計を採用することによって、達成し得る。このステーター設計では、適用上の流体的要求に合わせてローターを調節する必要がある場合もあり、これは、プレート設計、例えば、ダムが全体に設けられた、ダムが部分的に設けられた、又は通常のリファイナープレート設計を採用することによって達成し得る。
【００４４】
本開示の特徴は、アイドリンク出力エネルギーの顕著な削減を可能とし、ローターとステーターとの組み合わせによる流体的処理能力を管理するための手段を提供し、及び二重ディスク低コンシステンシーリファイナーにおいて中心となるローターの問題に関連する潜在的問題を軽減化するものである。
【００４５】
以上、本発明を、現在最も実用的で好ましい実施形態であると考えられるものに関して説明したが、本発明は、開示された実施形態に限定されず、逆に、添付の特許請求の範囲の精神及び範囲内に含まれる様々な修正や均等な配置構成を包含することを意図していると理解されたい。リファイナープレート及びリファイナープレートセグメントの設計は、上述の実施形態に限定されるものではない。他の実施形態として、実質的に直線状の溝及びバー、及び／又は他の組み合わせを含んでもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【外国語明細書】
【TITLE OF INVENTION】
REFINER PLATES WITH SHORT GROOVE SEGMENTS FOR REFINING LIGNOCELLULOSIC MATERIAL, AND METHODS RELATED THERETO
【TECHNICAL FIELD】
【０００１】The present disclosure generally relates to refiners, such as but not limited to disc refiners, conical refiners, cylindrical refiners, double disc refiners, double conical refiners, and double cylindrical refiners or similar equipment and their plates and plate segments, and more particularly to the shape of the bars and grooves that define the refining elements of these refiner plates or refiner plate segments. 
【BACKGROUND ART】
【０００２】Lignocellulosic material, e.g., wood chips, saw dust and other wood or plant fibrous material, is refined by mechanical refiners or similar equipment that separate fibers from the network of fibers that form the lignocellulosic material.  Refiners for lignocellulosic material are fitted with refiner plates or refiner plate segments that are arranged to form a refiner filling.  The refiner plates are also referred to as “discs.”  In a refiner, two opposing refining surfaces (plates) are positioned such that at least one refiner plate rotates relative to the other refiner plate.  In this respect, there may be one refiner plate that is held substantially stationary; this is generally called a “stator.”  The other refiner plate that rotates is generally called a “rotor.”
【０００３】The lignocellulosic material to be refined flows through a center inlet of one of the refiner plates and into a gap between the two refiner plates or surfaces.  As one or both of the refiner plates rotate, centrifugal forces move the lignocellulosic material outwards through the gap and towards the periphery of the refiner plate.
【０００４】The opposing refining surfaces of the refiner plates include annular sections having bars and grooves.  The grooves provide passages through which material moves in a plane between the surfaces of the refiner plates.  The lignocellulosic material also moves out of the plane from the grooves and over the bars.  As the lignocellulosic material moves over the bars, the lignocellulosic material enters a refining gap between crossing bars of the opposing refiner plates.  The crossing of bars apply forces to the lignocellulosic material in the refining gap that can act to separate the fibers in the lignocellulosic material.  The repeated application of forces in the refining gap refines the lignocellulosic material into a pulp of separated and refined fibers, or exerts plastic deformation fibers to increase their bonding strength, or produces fines and shorter fibers, depending on the application.
【０００５】Refiner plates for refining lignocellulosic material are known in the art, such as, for example, those described in U.S. Patent Nos. 7,896,276; 7,712,694; and 6,032,888.
【SUMMARY OF INVENTION】
【０００６】An embodiment of the disclosure may include a fully dammed refiner plate for mechanically refining lignocellulosic material in a refiner having opposing refiner plates.  The fully dammed refiner plate comprises at least one refining zone on a major surface of the refiner plate, at least one type of grooves in the refining zone, and at least one full height dam in all or substantially all of the grooves.  A full height dam is a dam situated in a groove such that the bottom of the dam is the substantially flat bottom surface of the groove, and the top of the dam is substantially the same height as the top of the bar or the surface of the refiner plate.  The dammed grooves on the surface of the refiner plate form segments of grooves, and each groove segment has a length of no more than about 30mm, about 25mm, about 15mm, about 10mm, or about 5mm. The terms “substantially” and “about” are used in this disclosure to refer to variations of between 5% to 10% or less. 
【０００７】Another embodiment may include a partially dammed refiner plate for mechanically refining lignocellulosic material in a refiner having opposing refiner plates.  The partially dammed refiner plate comprises at least one refining zone on a major surface of the refiner plate, at least one type of grooves in the refining zone, and at least one full height dam in at least one of the grooves.  The dammed grooves on the refiner plate form segments of grooves, each groove segment has a length of no more than about 30mm, about 25mm, about 15mm, about 10mm, or about 5mm.
【０００８】An exemplary method to use an embodiment of the present disclosure may include feeding lignocellulosic material into a refining gap between a set of opposing refiner plates from an inner edge of the refiner plates or surfaces, refining the lignocellulosic material between the set of specific refiner plates, and receiving refined lignocellulosic material on an outer edge of the refiner plates, wherein the lignocellulosic material is refined by refiner plates comprising at least one groove segment with a length of no more than about 30mm.
【０００９】Certain embodiments may also include two types of dammed grooves on the surface of the refiner plate.  Other embodiments may also include having holes in the refiner plate to dewater the fiber flocks.  
【BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS】
【００１０】FIGURE 1 is a drawing of a fully dammed refiner plate segment of a refiner plate;
【００１１】FIGURE 2 is a cross-sectional view of a first type of grooves that is substantially rectangular shaped; 
【００１２】FIGURE 3 is a three-dimensional view of a first type of grooves that is substantially rectangular shaped;
【００１３】FIGURE 4 is a magnified view of a section of a fully dammed refiner plate; 
【００１４】FIGURE 5 is a drawing of a partially dammed refiner plate segment of a refiner plate;
【００１５】FIGURE 6 is a cross-sectional view of a second type of grooves that is substantially trapezoidal shaped; 
【００１６】FIGURE 7 is a three-dimensional view of a second type of grooves that is substantially trapezoidal shaped; 
【００１７】FIGURE 8 is a magnified view of a section of a partially dammed refiner plate; and 
【００１８】FIGURE 9 is a schematic drawing of a fully assembled refiner plate. 
【MODE FOR CARRYING OUT INVENTION】
【００１９】Refiner plate segments may be used, for example, in refining machines for refining low consistency (or high freeness) lignocellulosic material.  Low consistency is generally less than 6% (by weight) solids content of the composition of the lignocellulosic material and liquid (slurry) being fed to the refiner, or even less than 5% or 2% (by weight) solid content of slurry.  The refiner plate segments may also be used for medium consistency refining between about 6% to about 12% (by weight) solid content of the composition of the lignocellulosic material and liquid (slurry) being fed to the refiner.  In certain aspects, the configuration of bars and grooves may be applied to various refiner geometries, e.g., disc refiners, conical refiners, double disc refiners, double conical refiners, cylindrical refiners, and double cylindrical refiners or similar equipment. 
【００２０】This disclosure relates to the belief that refiners (and the refiner plates used in refiners) may  behave similar to centrifugal pumps, albeit inefficient ones, where the rotor is comparable to the impeller of a centrifugal pump, and where the stator acts like the so-called shroud of a pump (e.g., the space between impeller and pump housing). 
【００２１】Certain aspects of the present disclosure may be applicable to any refiner plate designs, including straight (or substantially parallel) bar designs and logarithmic spiral bar designs.
【００２２】Conventionally, the vast majority of refiner plates use the same design on the rotor and the stator, which means that the shroud is formed like the pumping impeller.  It is believed that the logarithmic spiral design for a refiner plate is hydraulically superior (e.g., a higher pressure increase at the same flow rate), an effect attributed to the radial nature of the logarithmic spiral geometry, neither technology (logarithmic spiral or straight designs) has attributed particular importance to the function and formation of the shroud (e.g., the stator) and its influence on the behavior of the hydraulic machine, the refiner, and the interaction between shroud (e.g., stator) and impeller (e.g., rotor). 
【００２３】This disclosure may relate to an insight derived from centrifugal pumps.  Centrifugal pump designs have attributed importance to the flow behavior within the shroud.  The term for these flows is “leakage”.  The size and shape of the shroud (clearance) as well as the direction of the flow, play a role in the following items: (a) frictional losses causing (i) increased power consumption (e.g., comparable to the idle power of a refiner) and (ii) reduced pressure head (delta p, pressure increase across refiner), and (b) forces on the impeller, such as (i) impacting the forces to be consumed by the bearing and therefore influencing the design and safety factor of the bearing assembly and (ii) affecting the forces on the rotor in a low consistency refiner that influence the stability of the refining gap through the movement induced to the rotor (uneven refining in double disc refiners).  For low consistency refiners these effects may present themselves as increased idle power, lower pressure increase and imbalanced refining action due to gap instability.
【００２４】In an aspect, certain embodiments may optimize the hydraulic behavior of the refiner by optimizing the shroud of the pump and thereby optimizing the rotor-stator interaction of low consistency refiners with the intended benefits of one or more of (i) lower power consumption, (ii) better hydraulic efficiency (higher delta p), and (iii) improved gap stability by balancing the rotor in the case of double disc refiners.  
【００２５】With respect to centrifugal pumps, it is believed that the undisturbed inward flow through the shroud can be a major cause of negative effects.  In pump housings, there may be a limited ability to respond to these negative effects, and efforts tend to focus on estimating its influence.  For low consistency refiners, however, the shroud may influence performance and minimize negative effects related to inward flow of the material.  The bars of the stator plate may act like the shroud in a centrifugal pump, rather than a smooth wall, therefore, the arrangement and design of the bars, while suitable for delivering the refining action, may also be used to influence the shroud performance.  The same design and effect may be applicable to a medium consistency refiner. 
【００２６】Because it is believed that a root cause of poor performance issues may be the inward flow within the shroud of the pump, the present disclosure relates to minimizing prolonged stretches of open channels.  The fluid should be prohibited from picking up speed in the grooves of the refiner plate.  This may be accomplished by implementing a series of full height dams within each groove, as well as controlling the lengths of the grooves. 
【００２７】In certain embodiments, the rotor plate bar and groove pattern may be required for a different task in comparison to conventional rotor plates.  Due to an increase in hydraulic performance, a reduction in energy consumption and better impeller balancing as a result of optimizing the stator, the rotor may now be designed to moderate and adjust the hydraulic potential of the refiner plate to the application.  Three options may be available for this task: (i) a rotor plate that is fully dammed (which may be suitable for low flow requirements), (ii) a rotor plate that is partially dammed (which may be suitable for average flow requirements), and (iii) a rotor plate having no dams at all (which may be suitable for maximum flow requirements).  The rotor plate with no dams at all may be substantially the same as the conventional refiner plates.  In another embodiment, a stator plate may also be designed with the same three options for the rotor plate. 
【００２８】The rotor and stator designs may be used in a low consistency refiner wherein the pulp has a solid content less than 6% solid content of the composition of the lignocellulosic material and liquid (slurry) being fed to the refiner , or even less than 5% or 2% solid content of slurry.  The designs may also be used in a medium consistency refiner that includes a fluid like medium, wherein the composition of the lignocellulosic material and liquid (slurry) being fed to the refiner pulp has a solid content of between about 6% to about 12%.
【００２９】An embodiment of a dammed refiner plate segment 100 is shown in Figure 1, wherein the refiner plate segment 100 has an inner edge 110, and an outer edge 120.  The dammed refiner plate segment 100 also has a series of bolt holes 130 that enables the refiner plate segments to be operatively stabilized inside a refiner.  The dammed refiner plate segment 100 has a feed zone 101, a first refining zone 102, and a second refining zone 103.  A feed to be refined by the refiner plate would be fed from the inner edge 110 into the feed zone 101, progressing radially towards the outer edge 120.
【００３０】Figure 1 shows an exemplary dammed refiner plate segment 100 of a refiner plate that comprises all or substantially all (e.g., more than 90% or 95%) of the grooves having at least one full height dam in the first refining zone 102, or the second refining zone 103, or both first refining zone 102 and second refining zone 103.  In Figure 1, a first type of dammed grooves is marked by line B, which is further detailed in a magnified, cross-sectional view in the direction of A in Figure 2.  
【００３１】In an embodiment, a first groove type 150 is separated by dams 160, and have a length X (as shown in Figure 2) of no more than about 30mm, about 25mm, about 15mm, about 10mm, or about 5mm.  A full height dam is a dam situated in a groove wherein the bottom of the dam is the substantially flat bottom surface of the groove, and the top of the dam is at substantially the same height as bar 140 or surface of the refiner plate segment.  In this embodiment, two groove types, first groove type 150 and second groove type 180, and dams 160 are shown to be consecutively positioned in repeating patterns.  Bars 140 are situated in between the lines of grooves (first groove type 150 and second groove type 180) and dams 160.  
【００３２】An embodiment of the first groove type 150 in three-dimensional view is shown in Figure 3.  The first groove type 150 may comprise a substantially flat bottom surface 151, and relative to the bottom surface 151, a sloped first short side 152 with a substantially vertical lip 153 on an edge of the sloped first short side 152 that is opposite from an edge abutting the bottom surface 151, a first substantially vertical long side 154, a second substantially vertical long side 155, and a substantially vertical short side 156.  In an embodiment, the sloped first short side 152 may have an angle θ1 relative to the bottom surface 151.  The angle θ1 may be no more than about 90 degrees, about 75 degrees, about 45 degrees, about 30 degrees, or about 15 degrees.  A cross-section of first groove type 150 in the direction of B is in a substantially rectangular shape. 
【００３３】A magnified view of a section of the dammed refiner plate segment 100 is shown in Figure 4.  First groove type 150 and dams 160 are shown to be consecutively positioned in repeating patterns along logarithmic lines, forming logarithmic lines of grooves.  Second groove type 180 and dams 160 are also positioned in a repeating pattern along logarithmic lines, parallel to the series of logarithmic lines of first groove type 150 and dams 160.  Bars 140 are situated in between the logarithmic lines of grooves (first groove type 150 and second groove type 180).
【００３４】An embodiment of the disclosure may include use of only one of the first groove type 150 or the second groove type 180 situated between dams 160 in logarithmic groove lines.  The groove lines may also be in a straight line pattern with parallel bars 140.  An additional embodiment of the disclosure may have an alternate repeating pattern wherein the first groove type 150 and the second groove type 180 are situated alternatively between dams 160, and along straight or logarithmic groove lines. 
【００３５】Another embodiment of the disclosure may be partially dammed, e.g., a partially dammed refiner plate segment 200 shown in Figure 5 (similar items as in other figures have similar numbers).  The partially dammed refiner plate segment 200 has an inner edge 210, and an outer edge 220.  The partially dammed refiner plate segment 200 also has a series of bolt holes 230 that enables the refiner plate segments to be operatively stabilized inside a mechanical refiner.  The partially dammed refiner plate segment 200 has a feed zone 201, a first refining zone 202, and a second refining zone 203.  A feed being refined by the refiner plate would be fed from the inner edge 210 into the feed zone 201, progressing outwardly towards the radial peripheral outer edge 220.
【００３６】The exemplary partially dammed refiner plate segment 200 comprises partially dammed grooves (e.g., between about 10% to about 90% of the grooves are dammed, preferably between about 25% to about 75%, more preferably between about 35% to about 60%), undammed grooves in the first refining zone 202, and undammed grooves in the second refining zone 203.  The dams, when present, are full height dams.  In Figure 5, the second groove type 180 is marked by line B, which is further detailed in a magnified, cross-sectional view in the direction of A in Figure 6.  In an embodiment, the second groove type 180 is separated by dams 160, and has a length Y (as shown in Figure 6) of no more than about 30mm, about 25mm, about 15mm, about 10mm, or about 5mm. 
【００３７】An embodiment of the second groove type 180 in three-dimensional view is shown in Figure 7.  The second groove type 180 may comprise a substantially flat bottom surface 181, and relative to the bottom surface 181, a sloped short side 182, a first sloped long side 183, a second sloped long side 184, and a substantially vertical lip 185 along the three sloped sides (182, 183, and 184) on an edge of each of the 3 sloped sides that is opposite from an edge of each of the sloped sides abutting the bottom surface 181.  The second groove type 180 also comprises a substantially vertical short side 186.  
【００３８】In an embodiment, the sloped sides (182, 183 and 184) may have angles relative to each of the sloped sides: angle θ2 of the sloped first short side 182 relative to the bottom surface 181, angle θ3 of the first sloped long side 183 relative to the bottom surface 181, and angle θ4 of the second sloped long side 184 relative to the bottom surface 181.  Each of the angles may be in similar or distinguishable degrees of slope of no more than about 90 degrees, about 75 degrees, about 45 degrees, about 30 degrees, or about 15 degrees.  A cross-section of second groove type 180 in the direction of B may be in a substantially trapezoidal shape. 
【００３９】A magnified view of a section of the partially dammed refiner plate segment 200 is shown in Figure 8.  First groove type 150 and dams 160 are shown to be consecutively positioned in repeating patterns following a logarithmic shape.  Second groove type 180 and dams 160 may also be present in this embodiment and may be consecutively position in repeating patterns following a logarithmic shape.  Bars 140 are situated in between the logarithmic lines of grooves that include first groove type 150 with dams 160, and second groove type 180 with dams 160.  A first undammed groove type 260 and a second undammed groove type 270 may be parallel to the groove lines that include first groove type 150, second groove type 180, and dams 160.  The partially dammed refiner plate segment 200 may provide a faster flow rate than the substantially dammed refiner plate segment 100. 
【００４０】Alternatively, the design could consist of a series of holes drilled or cast into the refiner plate in the shape of, e.g., circles, rectangles, and triangles, to create recesses for dewatering of the fiber flocks in the refining process, while disallowing continuous inward flow through the stator.  The holes may have a diameter or width of no larger than about 15mm, about 10mm, about 5mm, about 3mm, or about 2mm.
【００４１】Figure 9 shows a schematic drawing of a fully assembled refiner plate comprising six refiner plate segments.  The refiner plate segments may be fully dammed or partially dammed refiner plate segments described above.  Refiner plates may have greater or fewer segments forming the refiner plate, including, e.g., 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, or 12 segments.
【００４２】In certain aspects, this disclosure thus relates to alleviating a problem pertaining to rotor balancing in double disc refiners.  This disclosure may also lead to lower energy consumption and improved hydraulics in refiners, e.g., low consistency refiners, and medium consistency refiners that includes a fluid medium. 
【００４３】The disclosure may relate to the special formation of the stator plate, which may be achieved by using dams on refiner plates at a spacing no longer than about 25mm to about 30mm apart or by using alternative stator designs yielding a design with groove segments no longer than about 25mm to about 30mm.  The stator design may require a rotor to be adjusted to the hydraulic needs of the application, which may be achieved by using plate designs, e.g., fully dammed, partially dammed or regular refiner plate designs. 
【００４４】Aspects of this disclosure may allow for significant idle power energy reduction, may provide the tools for managing the hydraulic capacity of the rotor-stator combination, and may alleviate potential problems associated with the issue of rotor centering in double disc low consistency refiners. 
【００４５】While the invention has been described in connection with what is presently considered to be the most practical and preferred embodiment, it is to be understood that the invention is not to be limited to the disclosed embodiment, but on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims.  Designs of the refiner plates and refiner plate segments are not limited to the embodiments described.  Other embodiments may include substantially straight grooves and bars, and/or other combinations. 
1.    A dammed refiner plate segment for mechanically refining lignocellulosic material in a refiner having opposing refiner plates, the refiner plate segment comprising:
at least one refining zone; 
multiple grooves in the at least one refining zone; and 
multiple full height dams in all or substantially all of the grooves; 
wherein the full height dams in all or substantially all of the grooves define groove segments between full height dams, the groove segments having a length of no more than about 30mm. 
2.    The dammed refiner plate segment in claim 1, wherein the refiner plate segment comprises at least one groove segment having one short side defined by a first face of a first adjacent dam that is substantially rectangular, and having one sloped short side defined by a second face of a second adjacent dam. 
3.    The dammed refiner plate segment in claim 1, wherein the refiner plate segment comprises at least one groove segment having one short side defined by a face of a first adjacent dam that is substantially trapezoidal, and having one sloped short side defined by a face of a second adjacent dam. 
4.    The dammed refiner plate segment in claim 1, further comprising one or more holes drilled or cast into the refiner plate segment to create recesses for the dewatering of the fiber flocks in the refining process, the one or more holes have a diameter of no larger than about 15mm. 
5.    The dammed refiner plate segment in claim 1, wherein the groves and dams are consecutively positioned in repeating patterns, and wherein grooves and dams form at least one of a straight line pattern with bars situated in parallel between the straight lines of grooves and dams, or form a logarithmic pattern with bars situated in between the logarithmic pattern of grooves and dams.  
6.    A partially dammed refiner plate segment for mechanically refining lignocellulosic material in a refiner having opposing refiner plates, the refiner plate segment comprising:
at least one refining zone; 
multiple grooves in the at least one refining zone; and 
at least two full height dams in at least one of the grooves; 
wherein the full height dams define groove segments between the full height dams, and each groove segment has a length of no more than about 30mm.
7.    The partially dammed refiner plate segment in claim 6, wherein between about 10% to about 90% of the grooves in the refining zone include multiple full height dams.
8.    The partially dammed refiner plate segment in claim 6, wherein the refiner plate segment comprises at least one groove segment having one short side defined by a first face of a first adjacent dam that is substantially rectangular, and having one sloped short side defined by a second face of a second adjacent dam.
9.    The partially dammed refiner plate segment in claim 6, wherein the groves and dams are consecutively positioned in repeating patterns, and wherein the grooves and dams form at least one of a straight line pattern with bars situated in parallel between the straight lines of grooves and dams, or form a logarithmic pattern with bars situated in between the logarithmic pattern of grooves and dams.  
10.   The dammed refiner plate segment in claim 6, wherein the refiner plate segment comprises at least one groove segment having one short side defined by a face of a first adjacent dam that is substantially trapezoidal, and having one sloped short side defined by a face of a second adjacent dam. 
11.   The dammed refiner plate segment in claim 6 further comprising a series of holes drilled or cast into the refiner plate segment to create recesses for the dewatering of the fiber flocks in the refining process, the holes have a diameter of no larger than about 15mm.
12.   A refiner plate for mechanical refining of lignocellulosic materials comprising: 
multiple refiner plate segments operatively attached to form a circular shape;
wherein the refiner plate segments each comprise bars, grooves, and multiple full height dams in the grooves to define groove segments between two full height dams; and
wherein at least one of the groove segments has a length of no more than about 30mm.
13.   The refiner plate in claim 12, wherein grooves on the refiner plate segments of the refiner plates are one of substantially dammed by full height dams, or partially dammed by full height dams. 
14.   The refiner plate in claim 13, wherein a partially dammed refiner plate segment comprises groove segments defined by two full height dams, and between about 10% to about 90% of the grooves in the refining zone includes multiple full height dams. 
15.   The refiner plate of claim 12, wherein the grooves, dams, and bars are consecutively positioned in repeating patterns, and wherein grooves and dams form at least one of a straight line pattern with bars situated in parallel between the straight lines of grooves and dams, or form a logarithmic pattern with bars situated in between the logarithmic pattern of grooves and dams.  
16.   A method of mechanically refining lignocellulosic material in a refiner having opposing refiner plates, the steps comprising: 
feeding lignocellulosic material into a refining gap between a set of opposing refiner plates through an inner edge of the refiner plates, wherein the set of refiner plates includes at least one refiner plate comprising at least one refiner plate segment, the refiner plate segment comprising at least one groove segment defined by two full height dams with a length of no more than about 30mm.
refining the lignocellulosic material between the set of refining plates; and
receiving refined lignocellulosic material from an outer edge of the refiner plates. 
17.   The method in claim 16, wherein grooves on at least one of the opposing refiner plates are one of substantially dammed by full height dams, or partially dammed by full height dams.
18.   The method in claim 17, wherein the partially dammed refiner plate segment comprises between about 10% to about 90% of the grooves in the refining zone that include multiple full height dams.
19.   A mechanical refiner to refine lignocellulosic materials having opposing refiner plates, the refiner comprising: 
a rotor refiner plate; and
a stator refiner plate with a major surface opposing the rotor refiner plate;
wherein one of the rotor refiner plate and the stator refiner plate comprises at least one refiner plate segment, and the refiner plate segment comprises at least one groove segment at a length of no more than about 30mm.
20.   The mechanical refiner in claim 19, wherein grooves on the refiner plate segments are one of substantially dammed by full height dams, or partially dammed by full height dams.
21.   The mechanical refiner in claim 20, wherein a partially dammed refiner plate segment comprises groove segments defined by two full height dams, and between about 10% to about 90% of the grooves in the refining zone includes multiple full height dams.
1.ABSTRACT
Refiner plate segments and refiner plates having fully dammed or partially dammed grooves on a major surface that may control flow behavior of lignocellulosic materials passing between refining plates in a refiner.  The dammed grooves form groove segments, and each groove segment has a length of no more than about 30mm or a subrange thereof. 
2.SELECTED DRAWING
Fig.1
【Fig.1】
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【Fig.2】
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【Fig.3】
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【Fig.4】
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【Fig.5】
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【Fig.6】
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【Fig.7】
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【Fig.8】
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【Fig.9】
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