(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレートセグメントのセットであって、
第１プレートセグメント及び第２プレートセグメントを含み、
前記第１プレートセグメントは、リファイニングゾーン（但し、該リファイニングゾーンから予備リファイニングゾーンを除く）を含むリファイニング面を含み、前記リファイニングゾーンはバーの列と列の間の溝とを含み、該溝は第１リファイナープレートセグメントの回転軸からの第１半径に第１の深い部分及び第２半径に第１の浅い部分を含み、
前記第２プレートセグメントは、前記セットがリファイナーに取り付けられたときに第１プレートセグメントのリファイニング面に対向するように構成されたリファイニング面を含み、溝は前記第２半径に第２の深い溝部分及び前記第1半径に浅い部分を有し、
それぞれの溝の深さは、Ｓ字型のパターンで変動し、溝の長さに沿って徐々に変化することを特徴とするプレートセグメントのセット。
【請求項２】
プレートセグメントがリファイナーのディスク上で組み立てられたとき、それぞれのプレートセグメントが、１つのプレートに構成された複数のプレートセグメントの１つである請求項１のリファイナープレートセグメントのセット。
【請求項３】
それぞれのセグメントのバーが、共通の平面に揃えられた上部表面を有する請求項１のリファイナープレートセグメントのセット。
【請求項４】
第１の深い部分における溝の深さが、第１の浅い部分の溝の深さの少なくとも２倍である請求項１のプレートセグメントのセット。
【請求項５】
浅い部分が４ミリメートル以下の深さを有する請求項１のプレートセグメントのセット。
【請求項６】
浅い部分が４ｍｍ以下の深さを有し、第１及び第２の深い溝部分が、深さにおいて少なくとも５ｍｍである請求項１のリファイナープレートセグメントのセット。
【請求項７】
第１及び第２の深い溝部分が、第１及び第２の浅い溝部分の少なくとも２倍深い深さを有する請求項１のリファイナープレートセグメントのセット。
【請求項８】
第１及び第２の浅い溝部分のそれぞれが、ダムを形成する請求項１のリファイナープレートセグメントのセット。
【請求項９】
プレートセグメントの少なくとも１つのバーが、ギザギザ、鋸歯、ディンプル、クレーター又は他の不規則なものの少なくとも１つである表面を備える側壁を有する請求項１のリファイナープレートセグメントのセット。
【請求項１０】
第１の深い部分が第１の浅い部分によって分割され、第２の浅い部分が第２の深い部分によって分割されている請求項１のプレートセグメントのセット。
【請求項１１】
第１の深い部分及び第１の浅い部分が両方とも、リファイニングゾーンの外縁の半径方向内側であり、リファイニングゾーンの内縁の半径方向外側である請求項１のプレートセグメントのセット。
【請求項１２】
第１の深い部分及び第２の浅い部分が、プレートセグメントの半径方向最外側域にある請求項１のプレートセグメントのセット。
【請求項１３】
溝が、半径方向外側の方向に沿って深さが増大している請求項１のプレートセグメントのセット。
【請求項１４】
プレートセグメントのセットであって、
第１プレートセグメント及び第２プレートセグメントを含み、
前記第１プレートセグメントは、リファイニングゾーン（但し、該リファイニングゾーンから予備リファイニングゾーンを除く）を含むリファイニング面を含み、前記リファイニングゾーンはバーの列と列の間の溝とを含み、該溝は第１リファイナープレートセグメントの回転軸からの第１半径に第１の深い部分及び第２半径に第１の浅い部分を含み、
前記第２プレートセグメントは、前記セットがリファイナーに取り付けられたときに第１プレートセグメントのリファイニング面に対向するように構成されたリファイニング面を含み、溝は前記第２半径に第２の深い溝部分及び前記第1半径に浅い部分を有し、
それぞれの溝の深さが、バーの上部表面に対して実質的に平行な実質的に平面である底部表面を含む波様のパターンで変動し、溝の長さに沿って徐々に変化することを特徴とするプレートセグメントのセット。
【請求項１５】
第１プレートセグメント上の溝が、プレートセグメントの回転軸に対して平行な線に沿った距離によって、第２プレートセグメントの溝から隔てられ、前記距離が半径方向外側の方向に徐々に増大する請求項１のプレートセグメントのセット。
【請求項１６】
プレートセグメントのセットであって、
第１プレートセグメント及び第２プレートセグメントを含み、
前記第１プレートセグメントは、リファイニングゾーン（但し、該リファイニングゾーンから予備リファイニングゾーンを除く）を含むリファイニング面を含み、前記リファイニングゾーンはバーの列と列の間の溝とを含み、該溝は第１リファイナープレートセグメントの回転軸からの第１半径に第１の深い部分及び第２半径に第１の浅い部分を含み、
前記第２プレートセグメントは、前記セットがリファイナーに取り付けられたときに第１プレートセグメントのリファイニング面に対向するように構成されたリファイニング面を含み、溝は前記第２半径に第２の深い溝部分及び前記第1半径に浅い部分を有し、
第１プレートセグメント上の溝が、プレートセグメントの回転軸に対して平行な線に沿った距離によって、第２プレートセグメント上の溝から隔てられ、それぞれの溝の深さが湾曲したプロファイル、Ｓ字型プロファイル、正弦曲線プロファイル及び曲線プロファイルの１つとして変動し、溝の長さに沿って徐々に変化することを特徴とするプレートセグメントのセット。
【請求項１７】
プレートセグメントが円錐リファイナー用に構成されている請求項１のプレートセグメントのセット。
【請求項１８】
第１の深い部分及び第１の浅い部分を合わせたものが、リファイニングゾーンの半径長さの少なくとも９０パーセントに延びている請求項１のプレートセグメントのセット。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれかに記載のプレートセグメントのセットを含むリファイナーを使用してセルロース材をリファイニングする方法であって、
セルロース材を半径方向内側の入口を通ってプレートの１つに及び間隙の中に導入する工程；
セルロース材が導入されるときに、プレートの少なくとも１つを回転軸のまわりに回転させる工程；
セルロース材が間隙を通ってリファイニングゾーンの間を移動するときにセルロース材をリファイニングする工程；
回転の間にセルロース材の流れを溝を流路として分流する工程を含み、
前記プレートの一方のリファイニング面上の環状のリファイニングゾーンは、他方のプレートのリファイニング面上の環状のリファイニングゾーンと間隙を挟んで対面し、それぞれのリファイニングゾーンは溝によって隔てられたバーの環状パターンを含み、
リファイニングゾーンの１つのバーが他のリファイニングゾーンのバーを横切るとき、前記リファイニングが、セルロース材を対向するリファイニングゾーンのバー同士の間を移動させることを含み、
前記プレートの１つにおける溝の浅い部分が対向するプレートにおける溝の深い部分と半径方向に揃えられていることを特徴とするセルロース材のリファイニング方法。
【請求項２０】
セルロース材の流れを溝を流路として分流する工程において、プレートの一方における溝の深い部分が対向するプレートの溝の浅い部分と半径方向に揃えられている請求項１９の方法。
【請求項２１】
溝のそれぞれの深さが溝の長さに沿って徐々に変化する請求項１９の方法。
【請求項２２】
浅い部分が４ミリメートル以下の深さを有する請求項１９の方法。
【請求項２３】
セルロース材の流れを溝を流路として分流する工程が、浅い部分によって形成されたダムによって流れを遅らせることを含む請求項１９の方法。
【請求項２４】
深い部分が浅い部分の深さの少なくとも２倍である請求項１９の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にリグノセルロース材、例えば木材チップのためのディスクリファイナーに関する。特に、本発明は、リファイナーディスク又はディスパレイジャーディスク上に取り付けられるプレートセグメントの対向する面上の隣接するリファイナーバーの間の溝に関する。
【背景技術】
【０００２】
メカニカルパルプ化は、丸太、木材チップ又は他のリグノセルロース材内に存在する繊維を機械的に分離することを含む。いくつかの実施形態において、このような繊維は製紙に適している。
【０００３】
繊維を分離する通常の方法は、メカニカル（又はセミケミカル）リファイナーを使用することを含み、このリファイナーは、しばしば静止ディスク（例えばステーター）に対面する１つの回転ディスク（例えばローター）からなり、回転ディスクは１分間あたり約９００〜２３００回転（ＲＰＭ）のスピードで回転するが、このリファイナーにおいて、静止ディスクの中心に木材が供給される。ある場合において、両ディスクは反対方向に回転し、他の場合において、フラットディスク表面の次に円錐状部分がある。ディスクは、典型的には、並んで配置されて、ディスクに取り付けられた多数の交換可能なセグメント（プレートセグメント）を備え、これらのプレートセグメントは、バーと溝との配列を有する。溝は、プレートセグメント内縁の中心からプレートセグメント外縁への木材の進行を妨げるためのダムを一般に有する。対向するディスクのバーが交差するにつれて、交差するバーがリグノセルロース材に圧縮力及び剪断力を与える。圧縮力及び剪断力は、木材のより大きい断片の個々の繊維への分離、繊維の解繊、及びある程度の繊維の切断を引き起こすが、繊維の切断は望ましくない。
【０００４】
リファイナープレート又はプレートセグメント（用語「プレート」及び「プレートセグメント」は、以後、互換使用される）の典型的なデザインにおいて、対面する両ディスクは、対向するプレート又はプレートセグメント上で実質的に類似する或る溝の深さを有することを特徴とする。ディスクの中心からの距離に応じた溝の深さのプロファイル（ｐｒｏｆｉｌｅ）は、一般に、フラット及び平面であり、リファイニングバーの頂部に対して実質的に平行であるか又は深さ（すなわち、リファイニングバーの頂部から溝の底部までの距離）がプレートの外縁に向って徐々に減少するように平行からわずかに逸脱した状態になっている。
【０００５】
図１は、従来の相補的なリファイナープレートセグメント１０２及び１０４のセット１００の横断面図を示す。リファイニングされていないリグノセルロース材１２０、例えば木材チップ材料が従来のリファイナープレートの内縁１０８の近くに供給される。リファイニングされたリグノセルロース材１２２は、従来のリファイナープレートの外縁１０６の近くで排出する。このように、リグノセルロース材は図１に示すように右から左に移動する。図１に示すように移動する間に、リグノセルロース材は、最内側リファイニングゾーン又はブレーカーバーゾーン１０１においてダム１３０、１３２、１３４、１３６、１３８及び１４０に最初に遭遇する。従来のリファイナープレートセグメント１０２及び１０４は、一連の交互のバー１５０、１５２と溝（図示せず）とを有する。従来のそれぞれのリファイナープレートセグメント１０２、１０４のバー１５０、１５２の頂部は互いに対面している。図示されているように、従来のリファイナープレートセグメント１０２のバー１５０は、従来のリファイナープレートセグメント１０４のバー１５２に対向している。
【０００６】
バー１５０とバー１５２との間に、バー同士の頂部の間の距離１６４を有する間隙１５７がある。間隙１５７は、一般に均一である。逆に、対向する溝の底部同士の間の間隙１６２は、溝内のダム１５４、１５６によって変動する。
【０００７】
従来のそれぞれのリファイナープレートセグメント１０２、１０４の上にダム１５４、１５６が存在する。これらのダム１５４、１５６は、それぞれの表面１５８、１６０によって規定される溝を通って進む材料を従来の対向するリファイナープレートセグメント１０２、１０４の間隙１５７に押しやる。
図示されているように、対向する溝の底部は距離１６２を有する。例えば１６６によって示されているように、溝の底部とそれぞれのダムの頂部との間の距離は、図１の横断面図で示される半径に沿って変動する。ダムの数、形状、距離、及び溝の底部からそれぞれのダムの頂部までの高さは、供給材料の求められる保持時間に基いて、既存技術のリファイナープレートデザインごとに変動する。
【０００８】
それぞれのディスクの相対的な回転によって引き起こされる遠心力のため、多くのリファイナープレートデザインは溝内にダムを使用し、ダムがこれら溝内での材料の自由な流れを制限する。これらのダムは、リファイニングされていない材料が機械的に処理されることなくディスクから流出することを防止するものと信じられている。
【０００９】
メカニカルパルプ化は有意な量のエネルギーを使用することがあり、摩擦エネルギーの浪費によって多量の熱を生じることがある。この熱は、プロセスからの水を水蒸気に変換し、多くの場合、かなりの量の水蒸気が製造される。製造された水蒸気はディスクの間に形成された間隙を経由してリファイナーから排出させなければならない。この水蒸気を比較的容易に排出させることに失敗すると、リファイナーの機械的な振動ならびにプロセスの不安定化を引き起こすと信じられている。多くの場合において、水蒸気の排出が不十分であると、リグノセルロース材に与えられるエネルギーの量に制限をも引き起こすことになるが、これは、それぞれのディスクを接近して保持して、所望の仕事を達成するためにリファイナーが適用する力に限界があるからである。水蒸気も、回転しないディスクにおいて、溝をリグノセルロース材とともに進むが、従来のステーターリファイナープレートも、未処理繊維が機械的に処理されずにリファイニング間隙から排出することを防止するためにダムを含む。
【００１０】
バーと溝との様々なパターンを有するリファイナープレートが当業者に知られている。例えば、ドイチャーズ氏（Ｄｅｕｃｈａｒｓ）への米国特許５，３８３，６１７号；ギングラス氏（Ｇｉｎｇｒａｓ）への米国特許５，８９３，５２５号；ドイチャーズ氏への米国特許６，０３２，８８８号；ギングラス氏への米国特許６，４０２，０７１号；ギングラス氏への米国特許６，６０７，１５３号；ギングラス氏への米国特許６，６１６，０７８号；ルオラ氏（Ｒｕｏｌａ）らへのＰＣＴ公報ＷＯ／２０１０／１１２６６７号を参照されたい。
【００１１】
従来のバー、溝及びダムの配置は、（例えば、前段落で特定された特許に示されるように）材料を溝から対向するディスクの間に形成された間隙に押しやるのに効果的であるが、この配置は水蒸気の流れを制限する。従来のリファイナープレートを備えたリファイナーを通る水蒸気の流路は乱流であり（例えば層流でなく）、リファイナーの不安定化を引き起こすと信じられている。さらに、ダム同士及びダム同士の間の短い空間による溝の深さの非常に急激な変化は、水蒸気の流れが溝の深さの非常に小さい割合（パーセンテージ）に制限される結果となることが多く、このようにして、水蒸気の排出効率が制限される。
【発明の開示】
【００１２】
対向するディスクの間の間隙内にすべての繊維を行き渡らせて、未処理繊維が生ずるのを防止することを可能としつつ、溝において、より層状の水蒸気流を形成することによって水蒸気流を改善することを特徴とするリファイナープレート又は対向するリファイナープレート（例えば、対向するローターリファイナープレート及びステーターリファイナープレート）のリファイナープレートの組合せの開発が探求されている。
【００１３】
ある面において、リグノセルロース材をリファイニングするためのリファイナープレートセグメントがあり、このリファイナープレートセグメントは複数の隣接するバーと溝とを有し、このうち少なくとも２つの隣接する溝は、リファイナープレートセグメントの内縁とリファイナープレートセグメントの外縁とを結ぶ半径線によって規定される実質的に半径方向に沿って、実質的に同一のパターンを有する。この実質的に同一の半径パターンは少なくともアンジュレーションを有する滑らかな遷移を含む。
【００１４】
リファイナープレートセグメントの新規なセットが、リグノセルロース材をリファイニングするために着想され、発明された。このリファイナープレートセグメントは、第１リファイナープレートセグメント及び第２リファイナープレートセグメントを含み、第１リファイナープレートセグメント及び第2リファイナープレートセグメントのそれぞれは複数の隣接するバーと溝とを有し、稼働の間、リファイナープレートのセットは、第１又は第２リファイナープレートセグメントの内縁と第１又は第２リファイナープレートセグメントの外縁とを結ぶ半径線によって規定される実質的に半径距離において、第１プレートセグメントの溝表面と第２プレートセグメントの溝表面との間に実質的に一定の距離を有するように構成されている。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、リファイナープレートセグメントのセットの従来の配置の横断面図である。
【００１６】
【図２】図２は、複数のリファイナープレートセグメントの実施形態を示すものである。
【００１７】
【図３】図３は、リファイナープレートセグメントのセットの実施形態を示す横断面図であり、図２に示される線３−３に沿ったものである。
【００１８】
【図４】図４は、ある実施形態に従ったリファイナープレートセグメントのセットの実施形態を示すものである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
対向するプレートの間の相対的な溝の深さにおいて、変化が最小であるか又は急激な変化がなく、対向するプレート上の滑らかな溝の深さのプロファイルを特徴とする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）が発明された。滑らかな溝の深さのプロファイルは、対向するプレートの間の間隙の長さに沿った、例えば間隙の寸法の１０〜２０パーセント以内の実質的に均一な間隙によって実現される。滑らかな間隙の深さは、溝内の利用可能な領域全体にわたる水蒸気流を促進し、高度の乱流及び振動を引き起こす可能性がほとんどない。滑らかな間隙のプロファイルは、それぞれのディスクの全周において一定であり、対向するディスク上のプロファイルは互いに相補的（例えば対向的）である。
【００２０】
このような例示的な実施形態において、１つのディスク上の深い溝の領域は、対向ディスクの浅い溝の領域に対面又は対向する。このように、溝の深さのプロファイルは互いに相補的である。このような組合せは、対向するディスクの間に形成された間隙内のあらゆる半径ポイント（ｒａｄｉａｌ  ｐｏｉｎｔ）において滑らかな水蒸気流を促進する。
【００２１】
溝の最も深い部分の溝の深さは、最も浅いポイント又は領域の溝の深さの３倍又はそれ以上（例えば４、５、６、７又は８倍）である。他の実施形態において、溝の最も深い部分の溝の深さは、最も浅いポイントの溝の深さの２．０倍より大きいか又は２．５倍より大きい。最も浅い領域において、溝の深さはわずか１〜４ｍｍ以下であり、例えば２又は３ｍｍ以下である。
【００２２】
例えば、溝の表面の頂部は、隣接するバーと実質的に同じ高さである。このような実施態様において、隣接するバーの頂部から溝の最も深い部分（例えば谷間）までの距離は１５ｍｍ、１２ｍｍ、１０ｍｍ、８ｍｍ、６ｍｍ又はあらゆる同様な値である。すなわち、溝の深さは少なくとも５ｍｍである。
【００２３】
２つのディスクの間の間隙を形成するバーの頂部の表面は実質的に平坦であり、２つの対向するリファイナープレート又はリファイニングディスクの間で実質的に平行であり、一般に１度未満の相対角度を有し、常に５度未満（例えば２度又は３度）の相対角度を有する。溝の底部の滑らかで波状のプロファイルは、バーの頂部のプロファイルに対して実質的に平行でない。ある実施形態において、溝の底部の滑らかで波状のプロファイルは、対向するリファイナープレート又はリファイナーディスクの溝の底部の滑らかで波状のプロファイルに対して実質的に平行であり、これによって相補的である。
【００２４】
回転スピード（例えば遠心力を引き起こす）、適用される負荷（例えば水蒸気を引っ張る力（ｓｔｅａｍ  ｄｒａｇ  ｆｏｒｃｅ）を引き起こす）、及び材料、品質要求のための目標エネルギー投入量に依存して、いくつかの付加的な流れ制限部材、例えば、ダム、部分的なダムが、溝の深さが最も浅いリファイナープレートの領域に付加されてもよい。これは、繊維が、エネルギー伝達が期待される領域から外へあまりに迅速に運搬されすぎることを防止する。
【００２５】
最も浅い領域のバー上の鋸歯端は、繊維がこの領域をあまりに迅速に、十分にリファイニングされずに進むことを防止するために使用される。鋸歯は、バーの一般的な形状から突出及び／又はバーの中に陥没している。
【００２６】
このような一対のリファイナープレートの組合せはリファイナープレートを通る水蒸気の層流を促進し、水蒸気の排出を容易にし、リファイナーの機械的挙動を良好にする。同時に、この組み合わせは、全ての繊維がプレートの間の間隙で処理され続けることを保証する。
【００２７】
ある実施形態において、最小限でも、一方のディスク上に２つの浅い領域が存在し、他方のディスク上に１つの浅い領域が存在するが、適切な数の浅い領域が存在し得る。それぞれのディスク上により多くの浅い領域があり得、相補的なプロファイルはリファイナープレートの内径に延びる必要がなく、リファイナープレートの外径にも延びる必要はない。
【００２８】
ある実施形態において、相補的なプロファイルはリファイナープレートセグメントの最外側部分で使用される。なぜなら、内側部分は、相補的な溝の深さのプロファイルが提供すると信じられている保持時間の付加及び増大した仕事が要求されないからである。
【００２９】
ある実施形態において、溝の深さは、水蒸気を前方に排出するための能力を増大するためにリファイナープレートの外縁の近くで増大する。これは、隣接するリファイナーバーの頂部に対して実質的に平行である相対的に平坦な溝部分を導入することによって達成される。これは、相補的な波状の溝のプロファイルの間により大きな距離を導入することによっても達成され、これによって一方のプレート上の溝の底部から、それに対向するプレート上の溝の底部までの距離は、プレートの外縁の近くで増大する。
【００３０】
ある実施形態において、リファイナープレートデザインの組合せがあり、例えば、リファイナーにおいて一方を他方と対向させ、そこにおいてどちらか一方のディスクが回転するのに対して他方は静止していたり、又は両ディスクが相対的に反対方向に回転したりする。そして、そこにおいて溝の深さのプロファイルは２つのディスクの間で相補的であり、一方、バーの頂部同士は実質的に平坦で平行であり、それらの溝の深さのプロファイルは滑らかであるか、徐々に湾曲しているプロファイルか、又はこれらに近似するものである。対向するリファイナープレートのそれぞれの浅い溝の領域において、流れ制限部材があり、リファイニングされる材料の保持時間を制御する。
【００３１】
ある実施形態において、円錐状リファイニングゾーンがあり、１つのリファイニング要素が円錐の凸面上にバーと溝とを有し、対向する面が、この第１凸面に対面する凹面上にバーと溝とを有する。
【００３２】
リグノセルロース材を処理するために使用されるリファイナーにおいて、対向するリファイナープレートの組合せがあり得る。対向するリファイニング表面上の少なくとも一部の溝の深さのプロファイルは、互いに滑らか、波状、相補的であり、一方、対向するリファイナープレートの頂部表面を形成するバーの頂部は実質的に平坦で、実質的に平行であり、２つの対向する表面は互いに相対的に回転する。
【００３３】
相補的なプロファイルは、滑らかで波状のプロファイルに近似するものであり、相対的に平坦な領域と相対的に傾斜した領域との組み合わせを使用している。
【００３４】
例えば、これらは正弦曲線であるが、いかなる滑らかな表面（例えば、不連続でなく又は階段関数のようでない）でも使用し得る。例えば、放物曲線又はパラメトリック曲線と類似及び／又は模倣したプロファイルが使用され、又はその他のいかなる滑らかな及び／又は曲線状の表面である。このプロファイルは傾斜したアンジュレーション又は他の波様の構造を示す。
【００３５】
同様に、アンジュレーション又は波状プロファイルの頂部は、隣接するバーの頂部と同じ高さ（又は実質的に同じ高さ）であるか又は隣接するバーよりも下である。
【００３６】
ある実施形態において、例えば溝の浅い領域に１つ又はそれ以上のダムがある。このようなダムは、その場所での材料の保持時間の増大を促進する少なくとも1つの制限要素を含む。この制限部材は、ダム、部分的なダム又はバーから突出するか若しくはバーの中に陥没しているあらゆる形状の鋸歯端、又はこれらの要素の組合せである。
【００３７】
ある実施形態において、相補的なプロファイルは、リファイナープレートの外側部分、例えばブレーカーバーゾーンから半径方向外側のリファイニングゾーンで使用される。
【００３８】
ある実施形態において、相補的なプロファイルは、リファイナープレート外縁までの全ての方向にまで延びていない。すなわち、リファイナープレートセグメントの半径の一部のみが相補的なプロファイルを有する。例えば、半径の９０パーセント、８０パーセント、７０パーセント、６０パーセント、５０パーセント、４０パーセント、３０パーセント、２０パーセントが、対向するプレートの溝の深さの間に実質的に一定の距離を有する。
【００３９】
ある面において、１つの要素が、相補的な溝の深さのプロファイル領域で最小限１つの浅い領域を有し、一方、対向する相補的なリファイナープレートセグメントは、そのプロファイル領域で最小限２つの浅い領域を有するリファイナープレートセグメント（例えば、ローター又はステーター）が存在する。もちろん、それぞれのリファイナープレートセグメントは、相補的な溝の深さのプロファイル領域で、最小限２つの浅い領域を有することもできる。
【００４０】
ある実施形態において、リファイナープレートセグメントの一方が回転し、、他方は静止している。すなわち、一方のリファイナープレートセグメントはローターリファイナープレートセグメントであり、他方はステーターリファイナープレートセグメントである。その他の実施形態において、２つのローターリファイナープレートセグメントであってもよい。
【００４１】
その他の実施形態において、リファイニングゾーンの少なくとも一部は円錐ゾーンであり、相補的な溝の深さのプロファイルは、平坦部分、円錐部分、又は平坦部分と円錐部分の両方で適用される。
【００４２】
リファイナーは、２０パーセント超、及び/又は３０パーセント超のコンシステンシーで稼働する。リファイナーは、６パーセントと２０パーセントの間のコンシステンシー、又は５パーセント以下のコンシステンシーで稼働することもある。
【００４３】
図２は、８個のセパレートリファイナープレートセグメント２１１、２１２、２１３、２１４、２１５、２１６、２１７及び２１８から成る円環リファイナープレート２００を示す。他の実施形態において、３〜２４個のプレートセグメントが円環を形成することもある。図示されていないが、リファイナープレートセグメントはバーと溝とのパターンを有し、バーは実質的な半径方向（例えば、半径方向から好ましくは２５度より小さい角度、１５度より小さい角度、５度より小さい角度、又は１度より小さい角度）に延びている。バーは大きいか又は小さい供給角度を有し、この特定のバー構成はリグノセルロース材をリファイニングするために適切な構成である。図３は、図２で線Ａ−Ａに沿った横断面図を示す。図２は、透視的なリファイナープレートセグメントが、リグノセルロース材が供給される中心の開口を有するディスクを形成していること示すものである。プレートセグメントのそれぞれは内縁２０８と外縁２０６とを有し、内縁２０８と外縁２０６との間の距離は第７距離２２６によって図示されている。この実施形態において図示されているように、第１距離２２０は内縁２０８（例えば、内周）と、内部ゾーンとリファイニングゾーンとの間の遷移２１０との間の距離である。この図２の第１距離２２０は、図３の第１半径距離３７０に相当する。
【００４４】
同様に、図２及び図３のそれぞれにおいて、第２距離２２１は第２半径距離３７１に相当し、第３距離２２２は第３半径距離３７２に相当し、第４距離２２３は第４半径距離３７３に相当し、第５半径距離２２４は第５半径距離３７４に相当し、第６距離２２５は第６半径距離３７５に相当し、第７距離２２６は第７半径距離３７６に相当する。
【００４５】
図３は、リファイナープレートセグメント３０２と３０４との相補的なセット３００を示す。これらはローターとステーターであるが、ある実施形態において、これらは２つのローターでもよい。図示されているように、リファイニングされていないリグノセルロース材３２０は内縁３０８の近くで進入し、リファイニングされたリグノセルロース材３２２として外縁３０６の近くで排出される。図示されているように、流れ制限部材、つまりダム３３０、３３２、３３４、３３６、３３８及び３４０が存在する内部リファイニング域３０１がある。
【００４６】
図３の横断面図は、それぞれのリファイナープレートセグメント３０２及び３０４上の２つのバー３５０と３５２との間の溝（図示せず）のプロファイルを示す。バー３５０及び３５２は、頂部３５２Ｔ及び３５０Ｔを有するものとして示されている。溝は一連のピークと谷間とを有し、これらは、内縁３０８から測定される半径距離３７０〜３７６のそれぞれに相当する。例えば、リファイナープレートセグメント３０４は、第１半径距離３７０で谷間３５９、第２半径距離３７１で図示されるピーク３６１、第３半径距離３７２で谷間３６３、第４半径距離３７３でピーク３６５、第５半径距離３７４で谷間３６７、第６半径距離３７５でピーク３６９、第７半径距離３７６で谷間３５７を有する。対応する距離において、リファイナープレートセグメント３０２は対向するピーク又は谷間を有する。例えば、谷間３６０は同じ距離でピーク３６１に相当し、ピーク３６２は同じ距離で谷間３６３に相当し、谷間３６４は同じ距離でピーク３６５に相当し、ピーク３６６は同じ距離で谷間３６７に相当し、谷間３６８は同じ距離でピーク３６９に相当する。
【００４７】
この面において、リファイナープレートセグメント３０４上のピーク３６１及びピーク３６９から延びる半径は、リファイナープレートセグメント３０２上の対応するピーク又は谷間までの一定距離を有する。この距離は、プレートセグメント３０４上のピーク３６５とプレートセグメント３０２上の谷間３６４との間の距離３８５として図示される。この距離３８５は、内縁３０８から外縁３０６まで延びるリファイナープレートセグメントの半径の約５０％にわたり実質的に一定であり続ける。実質的に一定とは、本発明の実施形態に従って完全に一定であることを意味せず、２０パーセント、１５パーセント、１０パーセント、５パーセント及び／又は１パーセントまでの逸脱を許容するものとする。さらに、相対的な最大値及び最小値は、周期的であることを必要とせず、又、繰り返し可能なパターンにあることを必要としない。加えて、当業者に公知の従来のダム構造に従ったダム３８０を含む実施形態でもよい。ダム３８０（図３において深い領域に示される）は、より深い溝領域において層流を形成するために深い領域よりもむしろ浅い領域に位置されるのが好ましい。
【００４８】
図２は、プレートセグメントの内縁又は外縁から測定された一定の半径において一定の溝の深さがある実施形態を示し、例えば、これによって、溝表面のそれぞれの頂部（例えばそれぞれのピーク）が１つ以上の同心円を形成しているけれども、隣接する溝が同じプロファイルを有する実施形態や、全ての溝が同じプロファイルを有するわけではない実施形態が存在し、例えば、これによって、１つ以上の円弧又は部分的な同心円が形成されていることを理解されたい。
【００４９】
図４は、セット４００がリファイナープレートセグメント４０２及び４０４を有する実施形態を示し、そこでリファイニングされていないリグノセルロース材４２０が内縁４０８から進入し、対向するリファイナープレートセグメント４０２、４０４の間の間隙４５７を通って移動する。リファイニングされたリグノセルロース材４２２は外縁４０６の近くで間隙４５７から排出する。この実施形態において、リファイナープレートセグメント４０２及び４０４の外側部分４０３において相補的な溝のプロファイルが存在する。リファイナープレートセグメント４０２、４０４の外側部分４０３における相補的な溝のプロファイルは、リファイナー内にリグノセルロース材を留めるための流れ制限部材を含む浅い領域を有する。流れを制限するものは、例えば、全高さのダム又は半分の高さのダムである。溝の浅い領域及び深い領域の両方にある流れ制限部材の他のタイプは、バーの側壁上の不規則な表面であり、例えば、溝の底からバーの上部表面まで部分的に又は全部に延びる鋸歯端を有する側壁、側壁におけるディンプル若しくはクレーター、又は溝を通る流れを遅らせる他の不規則な表面要素である。
【００５０】
リファイナーバーの配置は周知の配置に従うものであり、例えば、ドイチャーズ氏への米国特許５，３８３，６１７号；ギングラス氏への米国特許５，８９３，５２５号；ドイチャーズ氏への米国特許６，０３２，８８８号；ギングラス氏への米国特許６，４０２，０７１号；ギングラス氏への米国特許６，６０７，１５３号；ギングラス氏への米国特許６，６１６，０７８号の各明細書に図示されたものであり、それぞれの内容が参照として本明細書に組み込まれている。バー及び溝は、内縁又は外縁から測定された半径と実質的に一直線に並べられていない実施形態において、本明細書で述べられている溝のプロファイルは溝の長さに適用可能であると理解されるべきである。
【００５１】
ある実施形態において、本発明は細砕セルロース材をリファイニングするためのプレートセグメントのセットであって、
第１プレートセグメント及び第２プレートセグメントを含み、
前記第１プレートセグメント及び第２プレートセグメントのそれぞれは、他のセグメント上の面に対向するように構成された面を有し、これらの面のそれぞれは、バーと、隣接するバー同士の間の溝とを有するリファイニングゾーンを含み、
プレートセグメントのセットがリファイナー又はディスパーザーに取り付けられている間、前記第１プレートセグメントの溝と第２プレートセグメントの溝との間の距離はリファイニングゾーン又はディスパーザーゾーンを通る円弧に沿って実質的に一定である。それぞれのセグメントはディスクに取り付けられ、セグメントの環状配列に配置されてプレートを形成する。
【００５２】
それぞれのセグメントのバーは共通の平面に揃えられた上部表面を有する。又はプレートセグメントは円錐リファイナー用に構成される。第１プレートにおける全ての溝の深さは共通の半径によって規定される円弧に沿って一定である。溝のそれぞれの深さは溝の長さに沿って徐々に変化し、それぞれの溝の深さはＳ字型のパターンで変動する。
【００５３】
本発明は、他のリファイナープレートセグメントのセットとして具体化されることもあり、
前記リファイナープレートセグメントのセットは、第１プレートセグメント及び第２プレートセグメントを含み、
前記第１プレートセグメントはリファイニングゾーンを含む面を含み、前記リファイニングゾーンはバーの列と列の間の溝とを含み、該溝は第１リファイナープレートセグメントの回転軸からの第１半径に第１の深い部分及び第２半径に第１の浅い部分を含み、
前記第２プレートセグメントは、前記セットがリファイナー又はディスパレージャーに取り付けられたときに第１プレートセグメントの面に対向するように構成された面を含み、溝は前記第２半径に第２の深い溝部分及び前記第1半径に浅い部分を有する。
【００５４】
浅い部分は４ミリメートル以下の深さを有し、溝表面の頂部は隣接するバーの高さと実質的に同じであり、隣接するバーの頂部から溝の最も深い部分までの距離は少なくとも５ｍｍである。１つ以上の流れ制限部材、例えば、ダム若しくは部分的なダムが存在するか、溝の深さが最も浅いリファイナープレートの領域に加えられた、バーから突出しているか若しくはバーの中に陥没している形状の鋸歯端又はこれらの要素の組合せを有する。
【００５５】
溝は、一方のセグメント上に最小限２つの浅い領域を備え、他方のセグメント上に最小限１つの浅い領域を備える滑らかな溝のプロファイルを有する。対向する溝の相補的なプロファイルは、リファイナープレートの内径まで延びる必要はなく、リファイナープレートの外径まで延びる必要もない。
【００５６】
相補的なプロファイルはリファイナープレートセグメントの最外側部分で使用されることもある。溝の深さは、水蒸気を前方に排出するための能力を増大させるためにリファイナープレートの外縁の近くで増大する。溝の深さは、隣接するリファイナーバーの頂部に実質的に平行な相対的に平坦な溝部分を導入することによって増大する。溝の深さの増大は、相補的な波状の溝のプロファイル同士の間により大きい距離を導入することによって達成されることもあり、これによって一方のリファイナープレートセグメント上の溝の底から、その対向するプレート上の溝の底部までの距離は、リファイナープレートセグメントの外縁の近くで増大する。溝の深さのプロファイルは滑らかで、徐々に湾曲するプロファイル又はこれに近似するものであり、これらは正弦曲線であるプロファイル、放物曲線やパラメトリック曲線を模倣したプロファイル若しくは他の滑らかな及び／又は曲線状の表面であるプロファイル、傾斜したアンジュレーション若しくは他の波様の構造であるプロファイルを含む。
【００５７】
本発明のある実施形態はリファイナーディスクのセットであって、
リファイナープレートセグメントからそれぞれなる２つのリファイナーディスクを含み、
前記それぞれのリファイナープレートセグメントは、溝の深さにおいて最小の変化であるか又は急激な変化がない対向するディスク上の滑らかな溝の深さのプロファイルを特徴とするリファイナープレートセグメントの一方の面上にバーと溝との表面を有し、
前記滑らかな溝の深さのプロファイルは、溝の底部の滑らかな波状のプロファイルであり、実質的に平行であり、これによって対向するリファイナープレート又はリファイナーディスク上の溝の底部の滑らかな波状のプロファイルに対して相補的である。
滑らかな溝の深さのプロファイルはそれぞれのプレートセグメントにおいて一定であり、これによって溝の深さはディスク上のプレートセグメントの配列の全周及びプレートセグメントの対向する配列上のプロファイルで一定であり続ける。
【００５８】
本発明は現在最も実用的で好ましい実施形態であると考えられているものとの関係で記述されたが、本発明は開示された実施形態に限られず、逆に添付の特許請求の範囲の主旨及び範囲内に含まれる多岐にわたる修正や等価の配置も網羅するものと理解されたい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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