(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リグノセルロース材のメカニカルリファイナーのためのリファイニングプレートセグメントであって、該リファイニングプレートセグメントは、プレートの凸状コニカル基板上に凸状コニカルリファイニング表面を含み、該リファイニング表面は対向するリファイナープレートの凹状コニカルリファイニング表面に向かい合うように適合されており、
前記凸状コニカルリファイニング表面は、バーと、隣接するバーの間に形成された溝とを含み、それぞれのバーの角度は、バーの入り口におけるバーの延びる方向の接線を基準に、半径の外側の方向に沿って、バーの最外周縁において１５度以上増加しており、この角度は、リファイニング表面の外周部において１０〜４５度のいずれかの範囲であるホールドバック角度であり、
前記バーのそれぞれは、不規則な表面を有するリーディング側壁を含み、前記不規則な表面はリーディング側壁から、リファイナープレートの回転方向に隣接するバー上の側壁へと向かって外側に延びている突起を含み、前記不規則な表面は、リファイニング表面の外周部またはその近傍から延び、バーに沿って半径の内側に延びていることを特徴とする凸状コニカルリファイニングプレートセグメント。
【請求項２】
バーのそれぞれが、バー全体にわたって延びるプレートの半径に対して湾曲した長手方向の形状を有する請求項１の凸状コニカルリファイニングプレートセグメント。
【請求項３】
前記角度が、半径の外側の方向に沿って連続的および徐々に増加する請求項１の凸状コニカルリファイニングプレートセグメント。
【請求項４】
前記角度が、半径の外側の方向に沿って段階的に増加する請求項１の凸状コニカルリファイニングプレートセグメント。
【請求項５】
リファイニング表面への半径の内側の入口において、バーのそれぞれが、バーに対応する半径ラインの２０度以内の角度で配置されている請求項１の凸状コニカルリファイニングプレートセグメント。
【請求項６】
リファイニングプレートセグメントが、回転リファイニングコーンのために適合されており、リファイナーに装着されたときに静止凹状リファイニングコーンに向き合うように適合されている請求項１の凸状コニカルリファイニングプレートセグメント。
【請求項７】
リファイニング表面が、複数のリファイニングゾーンを含み、第一のリファイニングゾーンは比較的広いバーと広い溝を有し、第二のリファイニングゾーンは比較的狭いバーと狭い溝を有し、第二のリファイニングゾーンはプレートセグメント上において第一のリファイニングゾーンから半径の外側にある請求項１の凸状コニカルリファイニングプレートセグメント。
【請求項８】
ホールドバック角が、第二のリファイニングゾーンのバーに関するものである請求項７の凸状コニカルリファイニングプレートセグメント。
【請求項９】
不規則な表面が、一連の傾斜を含み、それぞれの傾斜がそれぞれの溝の基板においてより低いエッジを有し、一連の傾斜が少なくとも部分的にリーディング側壁の上方に延びている請求項１の凸状コニカルリファイニングプレートセグメント。
【請求項１０】
不規則な表面が、リファイニング表面の入口に達することなくバーに沿って延びている請求項１の凸状コニカルリファイニングプレートセグメント。
【請求項１１】
リグノセルロース材のメカニカルリファイナーのための凸状コニカルリファイナープレートであって、該リファイナープレートは、基板上に凸状コニカルリファイニング表面を含み、該リファイニング表面は対向するリファイナープレートの凹状コニカルリファイニング表面に向かい合うように適合されており、
前記リファイニング表面は、バーと、バーの間にある溝とを含み、前記バーは半径の外側のセクションを少なくとも有し、該セクションは、バーの入口において対応する半径ラインに対して半径ラインの２０度以内のそれぞれのバーの角度と、バーの外周部において１０〜４５度の範囲のホールドバック角度を有し、前記角度はバーの半径の内側の入口から外側の外周部までで少なくとも１５度増加し、
バーのそれぞれは、半径の外側のセクションにおいて不規則な表面を有する側壁を含み、前記不規則な表面は、側壁から隣接するバーの上の側壁へ向けて外側に延びる突起を含み、
前記バーのそれぞれは、不規則な表面を有するリーディング側壁を含み、前記不規則な表面はリーディング側壁から、リファイナープレートの回転方向に隣接するバーの上の側壁へ向けて外側に延びる突起を含み、前記不規則な表面はリファイニング表面の外周部またはその近傍から延び、バーに沿って半径の内側に延びていることを特徴とする凸状コニカルリファイナープレート。
【請求項１２】
バーのそれぞれが、バー全体にわたって延びるプレートの半径に対して湾曲した長手方向の形状を有する請求項１１の凸状コニカルリファイニングプレート。
【請求項１３】
前記角度が半径の外側の方向に沿って連続的および徐々に増加する請求項１１の凸状コニカルリファイニングプレート。
【請求項１４】
前記角度が半径の外側の方向に沿って段階的に増加する請求項１１の凸状コニカルリファイニングプレート。
【請求項１５】
半径の内側のリファイニング表面への入口において、バーのそれぞれが、バーに対応する半径ラインの２０度以内の角度で配置されている請求項１１の凸状コニカルリファイニングプレート。
【請求項１６】
リファイニングプレートセグメントが回転リファイニングコーンのために適合されており、リファイナーに装着されたときに静止凹状リファイニングコーンに向き合うように適合されている請求項１１の凸状コニカルリファイニングプレート。
【請求項１７】
不規則な表面の突起が、ジグザグ状、鋸歯状、一連の段差状、正弦または横向きのＺパターンの少なくとも一つのパターンを形成する請求項１１の凸状コニカルリファイナープレート。
【請求項１８】
不規則な表面上の突起が、バーの幅を、不規則な表面がある側壁を有するバーの部分に沿って、バーの幅の少なくとも５分の１だけ変化させている請求項１１の凸状コニカルリファイナープレート。
【請求項１９】
リファイニング表面が、外側のリファイニング表面を含み、該リファイニング表面が内側のリファイニングセクションのバーにおける密度より高いバーの密度を有する請求項１１の凸状コニカルリファイナープレート。
【請求項２０】
不規則な表面の突起の数が、側壁の上方エッジにおいて最も顕著であり、プレートの基板の直近でより顕著でない請求項１１の凸状コニカルリファイニングプレート。
【請求項２１】
リファイニング表面が、複数のリファイニングゾーンを含み、第一のリファイニングゾーンが比較的広いバーと広い溝を有し、第二のリファイニングゾーンが比較的狭いバーと狭い溝を有し、第二のリファイニングゾーンがプレートセグメント上で第一のリファイニングゾーンから半径の外側にある請求項１１の凸状コニカルリファイニングプレート。
【請求項２２】
ホールドバック角が、第二のリファイニングゾーンのバーに関するものである請求項１１の凸状コニカルリファイニングプレート。
【請求項２３】
不規則な表面が、一連の傾斜を含み、それぞれの傾斜がそれぞれの溝の基板においてより低いエッジを有し、一連の傾斜が少なくとも部分的にリーディング側壁の上方に延びている請求項１１の凸状コニカルリファイニングプレート。
【請求項２４】
不規則な表面が、リファイニング表面の入口に達することなくバーに沿って延びている請求項１１の凸状コニカルリファイニングプレート。
【請求項２５】
リグノセルロース材のメカニカルリファイナーのための凸状コニカルリファイニングプレートセグメントであって、該リファイニングプレートセグメントは、基板上に凸状コニカルリファイニング表面を含み、該リファイニング表面は対向するリファイナープレートの凹状コニカルリファイニング表面に向かい合うように適合されており、
凸状コニカルリファイニング表面はバーと、バーの間にある溝とを含み、前記バーのそれぞれはバーに対応する半径ラインに対してある角度にあり、バーへの入口での角度は、半径ラインの２０度以内であり、角度はバーに沿って半径の外側の方向に少なくとも１５度増加し、角度はリファイニング表面の外周部において１０〜４５度の範囲であり、
前記バーのそれぞれは、不規則な表面を有するリーディング側壁を含み、前記不規則な表面はリーディング側壁から、リファイナープレートの回転方向に隣接するバー上の側壁から離れて内側に延びているくぼみを含み、前記不規則な表面はリファイニング表面の外周部またはその近傍から延び、バーに沿って半径の内側に延びていることを特徴とする凸状コニカルリファイニングプレートセグメント。
【請求項２６】
リーディング側壁が、半円または長方形の形状を含む請求項２５の凸状コニカルリファイニングプレートセグメント。
【請求項２７】
リファイナーが、高コンシステンシーリファイナーである請求項２５の凸状コニカルリファイニングプレートセグメント。
【請求項２８】
リファイナーが、中コンシステンシーリファイナーである請求項２５の凸状コニカルリファイニングプレートセグメント。
【請求項２９】
リファイナーが、６％より下のコンシステンシーで作動する請求項２５の凸状コニカルリファイニングプレートセグメント。
【請求項３０】
不規則な表面が、リファイニング表面の入口に達することなくバーに沿って延びている請求項２５の凸状コニカルリファイニングプレートセグメント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明はリグノセルロース材のためのコニカルリファイナーまたはディスク−コニカルリファイナーに関するものであり、例えば、メカニカルパルプ、サーモメカニカルパルプおよび種々のケミサーモメカニカルパルプ（メカニカルパルプおよびメカニカルパルプ化プロセスと総称する）の製造に使用されるリファイナーである。
【先行技術】
【０００２】
コニカルリファイナーまたはディスク−コニカルリファイナーのコニカルゾーンはメカニカルパルプ化プロセスで使用される。セルロース原料、典型的には木材または他のリグノセルロース材（木材チップと総称する）が、リファイナーディスクの一つの中央を通って供給され、ローターディスクの回転によって生み出される強い遠心力によって外側に押し出される。リファイナープレートはリファイナーディスクの対向する表面のそれぞれに装着される。木材チップは対向するリファイナープレートの間を、一般的に半径方向に、プレートの外周部へ移動し、ディスクセクションがある場合は（ディスク−コニカルリファイナーにおいては）、ディスクセクションへ移動する。コニカルリファイナー（またはディスク−コニカルリファイナーのコニカルセクション）において、凸状ローターエレメントは、木材チップを凹状ステーターエレメントへ押し出す。
【０００３】  水蒸気は供給メカニズムの主要な構成要素である。リファイニング中に生じる水蒸気は、コニカルゾーンを通って木材チップと置き換わる。
【０００４】  コニカルリファイナーおよびディスク−コニカルリファイナーにおいて、リファイナーローターは、従来は１分間あたり１５００〜２０００回転（ＲＰＭ）の回転速度で操作されている。木材チップがリファイニングエレメントの間にある間、エネルギーはローターおよびステーターに装着されているリファイナープレートを介して材料に伝えられる。
【０００５】  リファイナープレートは一般的にバーと溝、ならびにダムのパターンを特徴とし、一体となって木材チップに繰り返しの圧縮およびせん断作用を与える。材料に与えられる圧縮およびせん断作用は材料からリグノセルロース繊維を分離し、材料のある程度の量の解繊または繊維化をもたらすが、通常は望ましくない繊維の切断がある程度の量で生じる。繊維の分離および解繊は、未処理の木材チップを適切な板または紙製造用繊維成分に変換するために必要である。
【０００６】  メカニカルパルプ化プロセスにおいて、大きな量の摩擦が例えば木材チップとリファイナープレートとの間で起こり、この摩擦はプロセスのエネルギー効率を減少させる。メカニカルパルプ化において適用されるエネルギーの効率は、１０％（パーセント）〜１５％のオーダーであると推定されている。
【０００７】  より高いエネルギー効率、例えばより低い摩擦で働くリファイナープレートを開発する努力が達成されており、これらの努力は、ディスク間の作用間隙を減少することに関してである。エネルギー効率を改善するための従来の技術は、典型的には、リファイナープレートセグメントの前面についてのデザイン上の特徴を含み、それは通常リファイナープレート上のリファイニングゾーンを横切る木材チップの供給をスピードアップさせるものである。これらの技術は、木材チップがリファイナープレートの間を流れることによって形成される繊維状パッドの厚さを減少させるという結果をもたらす。エネルギーがリファイナープレートによってより薄いファイバーパッドに加えられると、木材チップに加えられる圧縮率は与えられたエネルギー投入に対してより大きくなり、木材チップのリファイニングにおいてより効率的なエネルギー使用をもたらす。
【０００８】  ファイバーパッドの厚さの減少は、より狭い作用間隙、例えば対向するリファイナープレートの間のクリアランスをもたらす。間隙の減少は、木材チップの繊維の切断の増加、ディスクによって製造されるパルプの強度特性の減少、リファイナープレートの摩耗率の増加およびリファイナープレートの稼働年数の減少という結果をもたらす。リファイナープレートのの稼働年数は、作用間隙が減少すると指数関数的に減少する。
【０００９】  エネルギー効率は、リファイナーディスクの外周方向で最大となると信じられており、一般的に、同じことがフラットリファイニングゾーンおよびコニカルリファイニングゾーンに当てはまる。リファイナープレートの相対的な速度は、プレートの外周領域で最大である。リファイナープレート上のリファイニングバーは、リファイナープレートの外周領域で、より高い速度で、対向するプレート上で互いに交差する。リファイニングバーのより高い交差速度は、プレートの外周領域において、リファイニング効率を増加させると信じられている。
【００１０】  木材繊維は、従来のリファイナープレートの外周領域を通って迅速に流れる傾向があり、この傾向は、リファイナープレートの形状がフラットであるかまたはコニカルであるかを問わない。外周領域での繊維の迅速性は、遠心力およびディスク間で生じる水蒸気の前への流れによって作りだされる力の影響による。外周領域で保持時間が短いことによって、リファイニング表面の最も効率的な部分において行うことができる仕事量が制限される。
【発明の要約】
【００１１】  リファイニングゾーンの外周の方向に、より多くのエネルギーインプットがシフトするようにリファイナープレートをデザインすることは、全体のリファイニング効率を増大させ、パルプを精製するのに消費されるエネルギーを減少させるはずである。リファイナープレートは、リファイニングゾーンの外周で、繊維の保持時間を増大させるようにデザインされており、それによってリファイニング効率を増大させ、改善する。エネルギーインプットがリファイニングゾーンの外周部にシフトすると、リファイナープレート間の作用間隙は、リファイナープレートの稼働年数を長くするために十分に広くすることができる。
【００１２】  新規なコニカルリファイナープレートが発明され、このリファイナープレートは、ある態様では、エネルギー効率を高め、ディスク間に比較的大きな作用間隙を可能にする。エネルギー効率および大きい作用間隙は、パルプを生産するためのエネルギー消費の減少、生産されるパルプの高い繊維品質、およびリファイナープレートセグメントの長い稼働年数をもたらす。
【００１３】
ある態様では、リファイナープレートは、凸状コニカルロータープレートセグメントの集合体であり、各セグメントはバーを有する外側のリファイニングゾーンを有し、各バーは湾曲した長手方向の形状を有する半径の外側のセクションと、ギザギザ状、鋸歯状または不規則な壁面を有するリーディング側壁を少なくとも有する。リーディング側壁上の不規則な表面は、形状が半円、長方形または曲線である突起として実現されてもよい。
【００１４】  湾曲したバーおよびバーの間に生ずる湾曲した溝は、外側ゾーンでの木材チップ供給材料の保持時間を増加させ、これにより外側ゾーンでの木材チップ供給材料のリファイニングを増大させる。さらに、リーディング側壁上のギザギザ状の表面も、外側ゾーンでの木材チップ供給材料の保持時間を増加させるように作用する。
【００１５】
他のプレートと向き合う凸状コニカルリファイニング表面を有するリファイニングプレートが発明され、前記凸状リファイニング表面は、表面から立ち上がる複数のバーを含む。バーは半径の外側に、プレートの外周部エッジの方向へ延びており、バーの少なくともリーディング側壁上にギザギザ状または不規則な表面を有する。バーは湾曲しており、例えば指数関数な弧を有するかまたは渦巻き状の弧内にある。リファイニングプレートは、凸状コニカルロータープレートであってもよく、リファイナーにおいて凹状コニカルステータープレートに対向して配置される。
【００１６】
リグノセルロース材のメカニカルリファイニングのためのリファイニングプレートが発明され、該リファイニングプレートセグメントは、基板上に凸状コニカルリファイニング表面を含み、該リファイニング表面は対向するリファイナープレートの凹状コニカルリファイニング表面に向かい合うように適合されており、
前記凸状リファイニング表面は、バーと、バーの間にある溝とを含み、それぞれのバーの角度は、バーに対応する半径ラインに対して、半径の外側の方向に沿って少なくとも１５度増加しており、この角度はリファイニング表面の外周部において１０〜４５度、１５〜３５度、１５〜４５度、２０〜３５度のいずれかの範囲であるホールドバック角（ｈｏｌｄｂａｃｋ  ａｎｇｌｅ）であり、
前記バーのそれぞれは、不規則な表面を有するリーディング側壁を含み、前記不規則な表面は側壁から隣接するバー上の側壁へと向って外側に延びている突起を含み、前記不規則な表面は、リファイニング表面の外周部またはその近傍から延び、バーに沿って半径の内側に延びているが、リファイニング表面の入口に達していなくてもよい。
【００１７】
リグノセルロース材のメカニカルリファイナーのためのリファイニングプレートセグメントが発明され、該リファイニングプレートセグメントは、基板上に凸状コニカルリファイニング表面を含み、該リファイニング表面は対向するリファイナープレートの凹状コニカルリファイニング表面に向かい合うように適合されており、
前記凸状リファイニング表面は、バーと、バーの間にある溝とを含み、それぞれのバーの角度は、バーに対応する半径ラインに対して、半径の外側の方向に沿って少なくとも１５度増加しており、この角度はリファイニング表面の外周部において１０〜４５度または１５〜３５度の範囲のホールドバック角であり、
前記バーのそれぞれは、不規則な表面を有するリーディング側壁を含み、前記不規則な表面は、側壁から隣接するバーの上の側壁へと向って外側に延びているバーにおいてくぼみを含み、前記不規則な表面はリファイニング表面の外周部またはその近傍から延び、バーに沿って半径の内側に延びているが、リファイニング表面の入口に達していなくてもよい。
【００１８】
バーのそれぞれは、バー全体にわたって延びているプレートの半径に対して湾曲した長手方向の形状を有していてもよい。角度は、半径の外側の方向に沿って連続的におよび徐々に、または半径の外側の方向に沿って段階的に増加してもよい。リファイニング表面への半径の内側の入口において、バーが、バーに対応する半径ラインの１０、１５または２０度以内の角度でそれぞれ配置されていてもよい。さらに、リファイニングプレートセグメントが回転リファイニングディスクのために適合されており、リファイナーに装着されたとき回転リファイニングディスクに向き合うように適合されていてもよい。
【００１９】
リファイニング表面は複数のリファイニングゾーンを含んでいてもよく、第一のリファイニングゾーンは比較的広いバーと広い溝を有し、第二のリファイニングゾーンは比較的狭いバーと狭い溝を有し、第二のリファイニングゾーンはプレートセグメント上において第一のリファイニングゾーンから半径の外側にあり、第二のリファイニングゾーンのためのホールドバック角は１０〜４５、１５〜４５および２０〜３５度のいずれかの範囲であってよい。
【００２０】  バーのリーディング側壁上の不規則な表面は一連の傾斜を含んでいてもよく、各傾斜がそれぞれの溝の基板においてより低いエッジを有し、少なくとも部分的にリーディング側壁の上方に延びている。リーディング側壁上の不規則な表面は、半円形状、長方形または曲線形状（ｃｕｒｖｉｌｉｎｅａｒ  ｓｈａｐｅ）の突起として実現されてもよい。
【００２１】
リグノセルロース材のメカニカルリファイナーのためのリファイナープレートが発明され、該リファイナープレートは、基板上に凸状コニカルリファイニング表面を含み、該リファイニング表面は対向するリファイナープレートの凹状コニカルリファイニング表面に向かい合うように適合されており、
前記凸状リファイニング表面は、バーと、バーの間にある溝とを含み、
前記バーは少なくとも半径の外側のセクションを有し、該セクションは、バーの入口において対応する半径ラインに対して半径ラインの１０、１５または２０度以内のそれぞれのバーの角度と、バーの外側の外周部において１０〜４５、１５〜３５、１５〜４５および２０〜３５度のいずれかの範囲のホールドバック角度を有し、前記角度はバーの半径の内側の入口から外側の外周部までで少なくとも１０〜１５度増加し、
バーのそれぞれは、半径の外側のセクションにおいて不規則な表面を有する側壁を含み、前記不規則な表面は、側壁から隣接するバーの上の側壁へ向って外側に延びている突起を含み、
前記バーのそれぞれは、不規則な表面を有するリーディング側壁を含み、前記不規則な表面は側壁から隣接するバーの上の側壁へと向って外側に延びている突起を含み、前記不規則な表面はリファイニング表面の外周部またはその近傍から延び、バーに沿って半径の内側に延びているが、リファイニング表面の入口に達していなくてもよい。
【００２２】
他の態様では、リグノセルロース材のメカニカルリファイナーのためのリファイナープレートが発明され、該リファイナープレートは基板上に凸状コニカルリファイニング表面を含み、該リファイニング表面は対向するリファイナープレートの凹状コニカルリファイニング表面に向かい合うように適合されており、
前記凸状リファイニング表面は、バーと、バーの間にある溝とを含み、
前記バーは少なくとも半径の外側のセクションを有し、このセクションは、バーの入口において対応する半径ラインに対して半径ラインの１０、１５または２０度以内のそれぞれのバーの角度と、バーの外側の外周部において１０〜４５、１５〜３５、１５〜４５および２０〜３５度のいずれかの範囲のホールドバック角度を有し、前記角度はバーの半径の内側の入口から外側の外周部までで少なくとも１０〜１５度増加し、
バーのそれぞれは、半径の外側のセクションにおいて不規則な表面を有する側壁を含み、前記不規則な表面は、側壁から隣接するバーの上の側壁へ向って外側に延びているバーにおけるくぼみを含み、
前記バーのそれぞれは、不規則な表面を有するリーディング側壁を含み、前記不規則な表面は側壁から隣接するバーの上の側壁へと向って外側に延びるバーにおけるくぼみを含み、前記不規則な表面はリファイニング表面の外周部またはその近傍から延び、バーに沿って半径の内側に延びているが、リファイニング表面の入口に達していなくてもよい。
【００２３】
リグノセルロース材のメカニカルリファイナーのためのリファイニングプレートセグメントが発明され、該リファイニングプレートセグメントは、基板上に凸状コニカルリファイニング表面を含み、該リファイニング表面は対向するリファイナープレートの凹状コニカルリファイニング表面に向かい合うように適合されており、
前記凸状リファイニング表面は、バーと、バーの間にある溝とを含み、前記バーのそれぞれはバーに対応する半径ラインに対してある角度にあり、バーへの入口での角度は、半径ラインの１０、１５または２０度以内であり、角度はバーに沿って半径の外側の方向に少なくとも１０〜１５度増加し、角度はリファイニング表面の外周において１０〜４５、１５〜３５、１５〜４５および２０〜３５度のいずれかの範囲であり、
前記バーのそれぞれは、不規則な表面を有するリーディング側壁を含み、前記不規則な表面は側壁から隣接するバー上の側壁へと向って外側に延びている突起を含み、前記不規則な表面はリファイニング表面の外周部またはその近傍から延び、バーに沿って半径の内側に延び、バーに沿って半径の内側に延びているが、リファイニング表面の入口に達していなくてもよい。
【００２４】
他の態様では、リグノセルロース材のメカニカルリファイナーのためのリファイニングプレートセグメントが発明され、該リファイニングプレートセグメントは、基板上に凸状コニカルリファイニング表面を含み、該リファイニング表面は対向するリファイナープレートの凹状コニカルリファイニング表面に向かい合うように適合されており、
前記凸状リファイニング表面は、バーと、バーの間にある溝とを含み、前記バーのそれぞれはバーに対応する半径ラインに対してある角度にあり、バーへの入口での角度は、半径ラインの１０、１５または２０度以内であり、角度はバーに沿って半径の外側の方向に少なくとも１０〜１５度増加し、  角度はリファイニング表面の外周において１０〜４５、１５〜３５、１５〜４５および２０〜３５度のいずれかの範囲であり、
前記バーのそれぞれは、不規則な表面を有するリーディング側壁を含み、前記不規則な表面は側壁から隣接するバー上の側壁へと向って外側に延びているバーにおけるくぼみを含み、前記不規則な表面はリファイニング表面の外周部またはその近傍から延び、バーに沿って半径の内側に延びているが、リファイニング表面の入口に達していなくてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】は、セルロース材をパルプに変換するかまたはパルプを解繊させるためのコニカルメカニカルリファイナーの概略図である。
【００２６】
【図２】は、ディスク−コニカルリファイナープレートの配置の断面図である。
【００２７】
【図３】は、コニカルローターリファイナープレートセグメントの斜視図である。
【００２８】
【図４】は、ローター、ステーターの各コニカルゾーンプレートの断面図を示す。
【００２９】
【図５】は、凸状コニカルローターデザインの平面図を示す。
【００３０】
【図６】は、新規なローターデザインに対向するのに使用できるであろう従来の凹状コニカルステータープレートの平面図を示す。
【発明の詳細な説明】
【００３１】  比較的粗いバーと溝の配置を有し、有効なリファイニングゾーンの外周領域において該リファイニングゾーン中の繊維状パッドを長く保持するための他の特徴を有するコニカルローターリファイナープレートが発明された。これらの特徴は、バーの交差する回数がより少ないこと（より少ない圧縮機会）と、材料の格段に長い保持時間（これらは、コニカルローターエレメント又はコニカルローターリファイナープレートの特別なデザインによってもたらされる）とともにリファイニング表面の外周部への表面エリアによってリファイニングエネルギーを集中させる。これは厚い繊維マットの高圧縮率をもたらし、より大きい作用間隙を維持することとなる。対向するプレートの間の繊維の量を減らすことによって高い強度を達成する代わりに、高強度の圧縮は、バーの交差機会の回数を減らすことおよびそれぞれのバーの交差時に存在する繊維の量を増やすことにより達成される。
【００３２】  図１は、コニカルリファイナーまたはディスク−コニカルリファイナー１０を図示する概略図であり、このリファイナーはフィードシステム１２から供給されるセルロース材をパルプ１４に変換するかまたはフィードシステム１２からの木材パルプを解繊させ、改良されたパルプ１４とする。リファイナー１０は、円錐形または部分的に円錐形のメカニカルリファイニング装置である。リファイナー１０は、モーター１８によって駆動されるローター１６を含む。ローターリファイニングプレート２０をローター１６の円錐台の表面上に装着する。付加的なローターリファイニングプレート２２を任意にローター１６の前面の平面上に装着してもよい。これらのリファイニングプレートはローター１６とともに回転する。ローター１６の円錐台の円錐表面上のローターリファイニングプレート２０は、ローター１６の軸２４の周りの一般的に環状の軌道を回転する。ローター１６の前面のローターリファイニングプレート２０は、ローターの軸に対して垂直の面で回転する。
【００３３】  リファイナー１０はコニカルステーター２６を含み、このコニカルステーター２６はローター１６の円錐台部分を取り囲む。ステーター２６はステーターリファイニングプレート２８を含み、このステーターリファイニングプレート２８は、ローター１６上のローターリファイニングプレート２０に対向する。狭い間隙３０は、ローターリファイニングプレート２０とステーターリファイニングプレート２８との間にある。同様に、ステーターディスク３２はローター１６の前面に対面する。付加的なステーターリファイニングプレート３３はステーターディスク３２の上にあり、間隙３４によってローター１６の前面上の付加的なローターリファイニングプレート２２から隔てられている。
【００３４】
セルロース材、例えば木材チップやパルプは、ローター１６の軸２４に沿って中央入口３６の中へ流れる。セルロース材が付加的なローター、ステーターの各リファイニングプレート２２、３３との間の間隙３４へ流れ込むと、セルロース材は、回転しているローターリファイナープレート２２によって与えられる遠心力によって、間隙３４を通って半径の外側に移動する。セルロース材が付加的なローター、ステーターの各リファイナープレート２２、３３の外側の周辺に到達すると、ローター１６の円錐台部分上のローター、ステーターの各リファイナープレート２０、２８との間の狭い間隙３０の中へ流れる。セルロース材はローター１６によって与えられる遠心力によって狭い間隙３０を通って軸方向に半径方向に移動する。セルロース材が間隙３４および３０を通って移動すると、セルロース材は大きな圧縮力およびせん断力にさらされ、これらの力によってセルロース材はパルプまたはさらに精製パルプとなる。
【００３５】
図２は、コニカルローター、ステーターの各リファイニングプレート２０、２８との間の間隙３４および付加的なローター、ステーターの各リファイニングプレート２２、３３との間の間隙３０を示すディスク−コニカルリファイナープレートの配置の断面図である。それぞれのリファイニングプレート２０、２２、２８および３３の前面は、バー３８と溝４０によリ形成されるファイニングパターンを有し、バー３８と溝４０は、それぞれのリファイニングプレート２０、２２、２８または３３の前表面を横切って一般的に半径方向に延びている。溝４０の底部は、それぞれのリファイニングプレート２０、２２、２８または３３の基板にある。溝の間のブリッジは基板から延び上がっている。溝４０は、隣接するバー３８との間の、プレート２０、２２、２８または３３の基板の上方の容積を有する。
【００３６】  バー３８および溝４０のパターンは、バー３８の間の距離、バー３８の長さ、バー３８の長手方向の形状および他の要素により大きく変化する。プレート２０および２２がローター１６とともに動くと、ローターリファイニングプレート２０、２２上のバー３８は、ステーターリファイニングプレート２８、３３上のバーと繰り返し交差する。バー３８の交差により間隙３０、３４で繊維パッドに与えられるパルス状の力は、繊維パッド中のセルロース材に加えられるせん断力と圧縮力における実質的な要素である。
【００３７】
リファイニングプロセスは、セルロース材で形成され、コニカルリファイナーまたはディスク−コニカルリファイナー１０のプレート間の作用間隙３０、３４の中を移動する繊維パッドに周期的な圧縮とせん断を加える。リファイニングプロセスのエネルギー効率は、せん断で加えられるリファイニングエネルギーのパーセンテージを減少させること及びより低い圧縮率によって改善される。圧縮率の増大は、本明細書に開示されているプレートデザインで、プレートの半径の外側の領域にあるギザギザ状のリーディング側壁を有する粗いバーによって達成される。せん断の量は、比較的広い作用間隙３０または３４によって減少するが、これらの間隙は従来のエネルギー効率のより高いリファイナープレートと比較して広い。
【００３８】  リファイナー１０中のローター、ステーターの各リファイニングプレート２０、２２、２８、３３の間の比較的広い作用間隙３０または３４によって、プレート２０、２２、２８または３３の間で形成されるパルプパッドはより厚くなる。
【００３９】  高い圧縮力は、類似の高エネルギー効率装置で使用されている従来のロータープレートと比べて有意に粗いリファイナープレートを使用して、厚いパルプパッドで達成され得る。粗いリファイナープレートは、高エネルギー効率リファイナーで通常使用されている細かいファインリファイナープレートと比べて、比較的少ないバー３８を有する。バー３８の数がより少なくなると、ローター１６上のバー３８がステーター２６上のバー３８を横切って通過する際に加えられる圧縮サイクルが減少する。より少ない圧縮サイクルに投入されるエネルギーは、圧縮およびせん断のそれぞれの機会における強度を増大させ、エネルギー効率を増大させる。
【００４０】  本明細書に開示されているローターリファイナープレート２０および２２のデザインは、高い繊維保持および高い圧縮を達成し、繊維の長さを保ち、リファイナープレートの摩耗寿命を改善しつつ高いエネルギー効率を提供する。これらのデザインは、コニカルリファイナーおよびディスク−コニカルリファイナーのための凸状コニカルローターリファイナープレート２０において使用され、その際に既存または新規のステータープレートのデザインが凹状コニカルステーターリファイニングプレート２８上で使用される。
【００４１】
図３は、コニカルローター１６のためのリファイナープレート４０の斜視図である。リファイナープレート４０は比較的粗いバー４２と溝４４の配置を有し、バー４２の間の間隔は、従来の高エネルギーローターリファイニングプレートで用いられるものより大きい。バー４２は、回転の方向５０において、側壁のリーディング表面上の、バーの外周部のギザギザ状の表面において、後方傾斜角（ｂａｃｋ  ｓｗｅｐｔ  ａｎｇｌｅ）４６を有する。これらの特徴によって、プレート４０の半径の外側の部分５２における繊維パッドの保持時間が増大する。外側部分５２はエネルギーの多くを作用間隙３０または３４の繊維パッドに加えるので、外側部分５２は一般的にリファイニングに最も効率の良い部分である。後方傾斜角４６と側壁上のギザギザ状の表面４８によって、半径の外側の部分５２においてパルプに加えられるリファイニングエネルギーが集中する。これらの特徴が、粗いバー４２と溝４４のパターンと組み合わさり、バー交差の頻度（圧縮機会）を減少させ、リファイニングゾーンの半径の外側の部分５２における繊維保持時間を実質的に増大させる。繊維パッドに加えられる圧縮の頻度がより少ないと、半径の外側の部分５２におけるパッドの保持時間がより長くなり、比較的広い作用間隙３０または３４によって、厚い繊維マットの圧縮率が高くなる。
【００４２】  従来の低エネルギーリファイニングプレートは、狭い作用間隙を有し、対向するプレートの間の繊維の量を減少させ、これによってエネルギーをパルプの少ない集積物に集中させている。これに対して、リファイニングプレート４０を用いて、高強度圧縮が達成されるが、これは、作用間隙３０、３４が比較的広く、これによってそれぞれのバー交差部に存在する繊維の量を増加させ、セルロース材を処理するリファイナーの能力を増大させるようになっているからである。
【００４３】
リファイナープレート４０は湾曲したバー４２を有し、これらのバーは、コニカルリファイニングゾーンの半径の外側の部分５２において少なくとも存在するリーディング側壁の上にギザギザ状の表面４８を有する。湾曲４６およびバー４２のリーディング側壁上のギザギザ状の表面４８によって、繊維マットが減速し、これによってリファイニングゾーンの半径の外側の部分５２におけるパルプの保持時間が増加する。増加した保持時間によって、パルプへのエネルギー投入がより効率的であるリファイナーの外周部へのより大きいエネルギーの投入が可能となる。
【００４４】  リーディング側壁のギザギザ状の表面４８は、種々の大きさと形状をとり得る。表面４８は外側の突起を有し、これらの突起はギザギザ状のコーナ（角部）、例えば鋸歯形状、一連の“７”の形状においてコーナ（角部）にポイント（頂点）を有する。これらは、バーの長さに沿って３ｍｍ〜８ｍｍの間だけ互いに間隔をあけて配置されている。リーディング側壁エッジ上のギザギザ状の表面４８の突起は、例えば１．０ｍｍ〜２．５ｍｍの間の深さを有し、深さはバーの幅に延びている。突起の深さは、バー４２の幅によって制限されることがある。バー４２は、２．５ｍｍと６．５ｍｍとの間の平均幅を有する。バー４２の幅は、リーディング側壁上のギザギザ状の表面４８の特徴、特に突起によって変化する。
【００４５】  他の態様では、バー４２の表面のくぼみが突起と置き換わる。くぼみは図に示されていないが、突起と同じ場所にあり、突起と同じ大きさである。
【００４６】
バー４２上の後方傾斜角４６は次第に増加する角度である。角度４６は、バー４２と、軸２４およびローター１６の円錐表面と平行な参照線４９との間の角度であり、リファイナープレートの半径の内側の入口５６領域において参照線４９に対して０度または１０、１５、２０度以内である。角度４６は、これがバー４２に沿って半径方向に、そして軸的に外側に動くに従って少なくとも１０〜１５度だけ増加する。リファイナープレート４０の外周部において、角度４６はホールドバック角度であり、１０〜４５度、１５〜３５度、１５〜４５度および２０〜３５度のいずれかの範囲である。
【００４７】  図４、図５および図６は、ローター、ステーターの各コニカルゾーンプレートの断面図、凸状コニカルローターデザインの平面図および新規なローターデザインに対して用いられる従来の凹状コニカルステータープレートの平面図をそれぞれ示す。コニカルロータープレート１４０およびコニカルステータープレート１５０が作用間隙１５２によって隔てられていることが示されている。ロータープレート１４０は上述したとおりである。ステータープレート１５０は、バー１５４と溝１５６とを含み、これらは参照線１４８と平行であるか、または所望であると考えられる角度をなしている。ダム１５８が溝１５６に配置され、溝１５６を通る繊維の移動を減速させ、繊維を溝１５６の深くに移動させ、ダム１５８の隆起部の方へ流れ上がるようにしてもよい。ステータープレート１５０のプレートデザインは、従来のプレートデザインでもよく、まだ開発されていないステータープレートデザインでもよいが、ステータープレート１５０は、本発明に開示されているロータープレート１４０のデザインとともに依然として使用される。
【００４８】  ステーター、リファイナーの各プレート１４０、１５０は、ステーター、ローターの対応する表面上に設置するために、わずかに凸状または凹状の湾曲を有してもよい。ステータープレート１５０は、ステーター上に環状に配置される。同様に、ロータープレート１４０はローターの円錐台部分の上に環状に配置される。
【００４９】本発明を現時点で最も実用的で好ましい態様と考えられるものとの関係で記述したが、本発明は開示された態様に限定されるものではなく、添付の請求項に記載された発明の要旨と範囲内に含まれる種々の修正物および等価物におよぶことを意図していることを理解されたい。
【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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