(57)【要約】      （修正有）【課題】メカニカルリファイニングにおいて生成される高圧蒸気をプレートのひとつまたは複数のリファイニング領域を経て逆流させ、高圧蒸気として抜き出す方法を提供する。【解決手段】リグノセルロース物質をリファイニングするためのリファイナープレートは、径方向外側周縁部３８および基板面と、略径方向に沿って配置され、前記基盤面から上向きに突出する複数の帯状体１８および前記帯状体間に形成され、それぞれ一定の溝幅を有する溝を備えるリファイニング領域１４と、前記リファイニング領域の前記帯状体および溝を横切り、前記リファイナープレートの前記外側周縁部の径方向内側に径方向外側端部を備え、前記溝の幅よりも実質的に大きい幅を有する蒸気流路３４と、を含むことを特徴とする。【選択図】図１
2009024317.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リグノセルロース物質を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、
径方向外側周縁部および基板面と、
略径方向に沿って配置され、前記基盤面から上向きに突出する複数の帯状体および前記帯状体間に形成され、それぞれ一定の溝幅を有する溝を備えるリファイニング領域と、
前記リファイニング領域の前記帯状体および溝を横切り、前記リファイナープレートの前記外側周縁部の内側に径方向外側端部を備え、前記溝の幅よりも実質的に大きい幅を有する蒸気流路と、
を含むことを特徴とするリファイナープレート。
【請求項２】
前記リファイナープレートは方向性を有するプレートであり、前記帯状体および溝は前記リファイナープレートの半径に対して鋭角を成すことを特徴とする請求項１に記載のリファイナープレート。
【請求項３】
前記リファイナープレートは流入領域をさらに備え、前記蒸気流路は前記流入領域に隣接する径方向内側端部を有することを特徴とする請求項１に記載のリファイナープレート。
【請求項４】
前記リファイナープレートは固定子プレートであることを特徴とする請求項１に記載のリファイナープレート。
【請求項５】
前記リファイナープレートは環状に配列された複数のプレートセグメントを含み、前記各プレートセグメントには前記リファイニング領域が設けられ、前記複数のプレートセグメントごとに前記蒸気流路の一つが設けられていることを特徴とする請求項１に記載のリファイナープレート。
【請求項６】
少なくとも前記プレートセグメントの一つには前記蒸気流路が設けられていないことを特徴とする請求項５に記載のリファイナープレート。
【請求項７】
前記蒸気流路の幅は少なくとも４分の３インチであることを特徴とする請求項１に記載のリファイナープレート。
【請求項８】
前記蒸気流路は少なくとも２分の１インチ離間した帯状体が形成された流入領域に排出することを特徴とする請求項１に記載のリファイナープレート。
【請求項９】
前記リファイナープレートは中密度繊維板（ＭＤＦ）用繊維をリファイニングするように構成されることを特徴とする請求項１に記載のリファイナープレート。
【請求項１０】
リファイナーシステムから高圧蒸気を抜き出す方法であって、
セルロース繊維供給材料をディスクリファイナーの導入口へ導入する工程と、
前記ディスクリファイナーの、一方が他方に対して相対回転する対向するディスク間に前記セルロース繊維供給材料を供給する工程と、
前記対向するディスクのそれぞれに装着され帯状体と溝が形成されたリファイニング領域を有する対向するリファイナープレート間で前記セルロース繊維供給材料をリファイニングする工程と、
前記セルロース繊維供給材料のリファイニング工程で発生した蒸気を前記リファイナープレートの少なくとも一つに形成された前記溝の幅よりも実質的に大きい幅を有する蒸気流路を介して逆流させる工程と、
前記ディスクリファイナーから、前記蒸気流路の出口の径方向内側に形成された蒸気流出口を介して前記逆流蒸気を抜き出す工程と、
を含むことを特徴とする高圧蒸気を抜き出す方法。
【請求項１１】
逆流蒸気を少なくとも６バールの圧力で抜き出すことを特徴とする請求項１０に記載の高圧蒸気を抜き出す方法。
【請求項１２】
前記蒸気流路を有する前記リファイナープレートは固定子プレートを含むことを特徴とする請求項１０に記載の高圧蒸気を抜き出す方法。
【請求項１３】
前記逆流蒸気は、前記ディスクの外周縁の略径方向内側に前記蒸気流路の径方向外側端部を形成することにより、前記蒸気流路を介して径方向に沿って内側に流れるように強制されることを特徴とする請求項１０に記載の高圧蒸気を抜き出す方法。
【請求項１４】
前記逆流蒸気は少なくとも一つの前記蒸気流路を含む不連続な蒸気経路を介して流れることを特徴とする請求項１０に記載の高圧蒸気を抜き出す方法。
【請求項１５】
前記逆流蒸気は前記蒸気流路から前記リファイニングプレートの流入領域へ排出され、前記流入領域に形成された帯状体の幅は前記リファイニング領域の前記帯状体の幅よりも実質的に大きいことを特徴とする請求項１０に記載の高圧蒸気を抜き出す方法。
【請求項１６】
リグノセルロース物質を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、
径方向外側周縁部および基板面と、
略径方向に沿って配置され、前記基板面から上向きに突出する複数の帯状体および前記帯状体間に形成され、それぞれ一定の溝幅を有する溝を備えるリファイニング領域と、
前記リファイニング領域を横切り、前記リファイナープレートの前記外側周縁部の径方向内側に径方向外側端部を備え、前記溝の幅よりも実質的に大きい幅を有する蒸気流路と、
を含むことを特徴とするリファイナープレート。
【請求項１７】
前記蒸気流路は前記リファイニング領域の前記帯状体および溝と平行であることを特徴とする請求項１６に記載のリファイナープレート。
【請求項１８】
前記蒸気流路は前記リファイナープレートの半径に対し、前記帯状体が前記半径に対して成す角度とは逆向きに一定の角度を成すことを特徴とする請求項１６に記載のリファイナープレート。
【請求項１９】
前記蒸気流路は直線状であることを特徴とする請求項１６に記載のリファイナープレート。
【請求項２０】
前記蒸気流路は少なくとも前記溝と同じ深さであることを特徴とする請求項１６に記載のリファイナープレート。
【請求項２１】
前記蒸気流路は前記溝よりも深いことを特徴とする請求項２０に記載のリファイナープレート。
【請求項２２】
前記蒸気流路は曲線状であることを特徴とする請求項１６に記載のリファイナープレート。
【請求項２３】
前記リファイナープレートは流入領域をさらに備え、前記蒸気流路は前記流入領域に隣接する径方向内側端部を有することを特徴とする請求項１６に記載のリファイナープレート。
【請求項２４】
前記リファイナープレートは固定子プレートであることを特徴とする請求項１６に記載のリファイナープレート。
【請求項２５】
前記リファイナープレートは環状に配列された複数のプレートセグメントを含み、前記各プレートセグメントには前記リファイニング領域が設けられ、前記複数のプレートセグメントに前記蒸気流路が設けられていることを特徴とする請求項１６に記載のリファイナープレート。
【請求項２６】
少なくとも前記プレートセグメントの一つには前記蒸気流路が設けられていないことを特徴とする請求項２５に記載のリファイナープレート。
【請求項２７】
前記蒸気流路の幅は少なくとも４分の３インチであることを特徴とする請求項１６に記載のリファイナープレート。
【請求項２８】
前記蒸気流路は少なくとも２分の１インチ離間した帯状体が形成された流入領域に排出することを特徴とする請求項１６に記載のリファイナープレート。
【請求項２９】
前記リファイナープレートは中密度繊維板（ＭＤＦ）用繊維をリファイニングするように構成されることを特徴とする請求項１６に記載のリファイナープレート。
【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料のためのディスクリファイナーに関し、一般的には繊維板を製造するために、および中密度繊維板（ＭＤＦ）用メカニカルパルプ、サーモメカニカルパルプ（ＴＭＰ）および種々のケミサーモメカニカルパルプ（ＣＴＭＰ）を製造するために使用されるディスクリファイナーに関する。なお、これらはメカニカルパルプおよびメカニカルパルプ製造プロセスと総称される。特に、本発明はメカニカルパルプ製造プロセスにおいてディスクリファイナーを通過する蒸気流に関する。
【背景技術】
【０００２】
サーモメカニカルパルプ（ＴＭＰ）リファイナーにおいてディスクリファイナーが使用されることがある。このディスクリファイナーにおいては木材チップのようなパルプ材料を、それぞれが放射状の溝を備えて粉砕表面を規定する回転粉砕ディスク（回転子）と固定ディスク（固定子）（または一対の回転ディスク回転子）の間の蒸気環境の中で粉砕する。回転子は例えば毎分１０００〜２３００回転（ＲＰＭ）の速度で操作される。
【０００３】
木材チップはディスクリファイナーの対向する２枚のディスクの中心に供給される。チップはディスク間で細かく砕かれ、遠心力によりディスクの外周に向かって押し出される。一般にリファイナープレートは複数の帯状体と溝からなるパターンを有しており、チップに繰り返し圧縮作用を与える。この圧縮作用により、原料チップからリグノセルロース繊維を分離する。繊維の分離により原料チップ材は繊維板のような最終製品に適した繊維パルプに変化する。
【０００４】
チップがディスク間に保持されている間に、ディスクに装着されたリファイナープレートからチップへのエネルギーの移動が起こる。このエネルギーは大きな遠心力と木材チップを粉砕するためにかけられた大きな圧縮力の形態をとっている。このリファイニングプロセスにおいては、供給チップ材中の水分を高圧蒸気に変化させるほどの高い摩擦力も発生する。
【０００５】
ほとんどのディスクリファイナーにおいて、ディスクリファイナーからの蒸気はリファイニングディスク間から抜け出す繊維材料と同じ方向、例えばディスク間から径方向外側に向かって流れる。一例を挙げると、リファイナーのディスク間で発生した蒸気の通常は６０％から１００％が、繊維材料がリファイニングディスク間を移動する方向と同じ順方向に流れる。この順方向蒸気の割合（パーセンテージ）はリファイナープレートのパターンや処理条件によって変化する。繊維ディスクの外周から抜け出した後、順方向蒸気は、繊維パルプをディスクリファイナーの下流にあるブローラインの中に運搬する。順方向蒸気の圧力はリファイン後の繊維パルプ材がブローラインから出て貯蔵所や他の比較的低圧の容器に入ると解放される。ＭＤＦにおいては、この順方向蒸気は、このパルプ化プロセスにとって通常ほとんど価値が無く、順方向蒸気の圧力エネルギーは一般に使用されることがない。メカニカルパルプ化プロセスにおいて排出サイクロンからの順方向蒸気の熱エネルギーを回収することができるシステムもあるが、他のシステムでは、この順方向蒸気は外気に排出されている。熱交換器などから熱を回収する場合、メカニカルリファイニングプロセスにおいて発生する順方向蒸気からの熱は通常、抄紙機乾燥装置やパルプ乾燥装置に用いられる。
【０００６】
ＭＤＦや他のメカニカルパルプ製造システムにおけるリファイナーの供給側には高圧蒸気が必要である。蒸気はリファイナーの性能を向上させて木材を軟化させ、繊維を製造するために使われる。リファイニング用の高圧蒸気としては通常、リファイナーからの逆流蒸気と、通常はボイラーで生成される新たな蒸気を合わせたものが供給される。新たな蒸気はエネルギー消費の面で製造コストが高いため、パルプ製造プロセスにおいては高圧蒸気源が長らく求められている。
【０００７】
高圧蒸気源の一つとして、メカニカルリファイニングで生成される蒸気がある。高圧蒸気はディスクリファイナーのリファイニングディスク間で生成される。従来のリファイナーでは、ディスク間で生成される高圧蒸気の４０％までは、供給チップ材と共に順方向に流れることはない。高圧蒸気は、ディスク間の高圧蒸気が圧力損失なしに取り出される程度までメカニカルリファイニングプラントのチップ供給システムにおける蒸気処理容器に向けることができる。
【０００８】
ディスクから高圧蒸気を取り出す既知の技術として、チップ材のリファイニングディスク間および供給システムからチップ予備蒸気処理槽への移動に対して蒸気を逆流させる方法がある。高圧逆流蒸気は予備蒸気処理槽内で用いられており、分離配管がリファイナーに付加されて、逆流蒸気がコンベアや供給システムからの供給装置にバイパスされ、また逆流蒸気がリファイナー導入口から予備蒸気処理槽へほとんど抵抗なしに移動することができるようになっている。
【０００９】
一般に、逆流蒸気の量は方向性（低エネルギー）リファイナープレートを使用することで減少する。低エネルギープレートを用いると、従来の高エネルギーリファイナープレートに比べ、リファイナー中で通常１０〜５０％蒸気生成量が減少し、２０〜７０％逆流蒸気量が減少する。方向性ＭＤＦリファイナープレートはディスクリファイナーを運転するのに必要なエネルギーが少ないという利点があるが、利用できる逆流蒸気が減少するため、メカニカルリファイニングプラントに必要とされる高圧蒸気の量が増加してしまう。
【００１０】
メカニカルリファイニングプラントに対して高エネルギーコストで製造される高圧蒸気の量を減らす技術の開発が長らく望まれている。特に、メカニカルリファイニングプラントにおいて方向性（低エネルギー）リファイナープレートを用いた場合でも、リファイニングプロセスにおいて現状よりも多くの高圧蒸気を取り出すことが長らく望まれている。
【発明の開示】
【００１１】
リファイナープレート、特に低エネルギーリファイナープレートから取り出される高圧蒸気量を増加させるため、新規のリファイナープレートが開発された。このリファイナープレートは、リファイニング領域を貫通し、逆流蒸気の通路として機能する蒸気流路を有する。このリファイナープレートの利点としては、リファイニングプラントにおける他の目的に利用可能な高圧蒸気量の増加および方向性プレートに関連する低エネルギーリファイニングが挙げられる。
【００１２】
本発明のリファイナープレートは、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であって、該プレートは、径方向外側周縁部および基板面と、略径方向に沿って配置され、前記基盤面から上向きに突出する複数の帯状体および前記帯状体間に形成され、それぞれ一定の溝幅を有する溝を備えるリファイニング領域と、前記リファイニング領域の前記帯状体および溝を横切り、前記リファイナープレートの前記外側周縁部の径方向内側に径方向外側端部を備え、前記溝の幅よりも実質的に大きい幅を有する蒸気流路と、を含むことを特徴とする。
【００１３】
このリファイナープレートには、蒸気流路の径方向外側入口端部に蒸気流路を横断するダムが設けられていてもよい。回転子又は固定子プレートなどのプレートの場合、蒸気流路の径方向内側端部の近傍に入口領域が設けられていてもよい。入口領域に形成される帯状体間の間隙は少なくとも蒸気流路と同じ幅である。リファイナープレートは環状に配列されたプレートセグメントからなり、各プレートセグメントにはリファイニング領域が設けられ、複数のプレートセグメント（必ずしもすべてのプレートセグメントではない）には少なくとも１つの蒸気流路が設けられている。
【００１４】
リファイニングシステムから高圧蒸気を抜き出す方法が提供され、該方法は、セルロース繊維供給材料をディスクリファイナーの導入口へ導入する工程と、前記ディスクリファイナーの、一方が他方に対して相対回転する対向するディスク間に前記セルロース繊維供給材料を供給する工程と、前記対向するディスクのそれぞれに装着され帯状体と溝が形成されたリファイニング領域を有する対向するリファイナープレート間で前記セルロース繊維供給材料をリファイニングする工程と、前記セルロース繊維供給材料のリファイニング工程で発生した蒸気を前記リファイナープレートの少なくとも一つに形成された前記溝の幅よりも実質的に大きい幅を有する蒸気流路を介して逆流させる工程と、前記ディスクリファイナーから、前記蒸気流路の出口の径方向内側に形成された蒸気流出口を介して前記逆流蒸気を抜き出す工程と、を含むことを特徴とする。
【００１５】
逆流蒸気の圧力は１〜８バール（ゲージ圧）の圧力で抜き出すことができる。逆流蒸気はディスクの外周縁の略径方向内側に蒸気流路の径方向外側端部を形成することにより、蒸気流路（場合により、断続的な蒸気流路）を介して径方向に沿って内側に流れるように強制される。逆流蒸気は蒸気流路から、蒸気流路の径方向内側に形成されたリファイニングプレートの粗帯状体領域へ排出され、その領域に形成された帯状体の間隙は蒸気流路の幅と少なくとも同じである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
メカニカルパルプ化リファイニングに使用される回転子および固定子プレートなどのリファイナープレートに使用するための蒸気流路が開発された。この蒸気流路は、例えば木材チップなどのセルロース材料のメカニカルリファイニングにおいて生成される高圧蒸気をプレートの一つまたは複数のリファイニング領域を経て逆流させ、高圧蒸気として抜き出すことを可能とする。
【００１７】
ここに開示されるリファイナープレートセグメントは主にＭＤＦおよびＴＭＰリファイニングに適用することができ、木材繊維をリファイニングするためのディスクリファイナーなどのメカニカルリファイナーにおいて使用される。このプレートセグメントは方向性を有する低エネルギープレートであってもよい。このプレートセグメントには蒸気流路が設けられ、リファイナーのプレート間を流れるチップとは反対の方向にリファイナー中を逆流する高圧蒸気の量を増加させる。
【００１８】
図１および図２はそれぞれ、入口部１２および出口部１４を有する固定子又は回転子プレートセグメント１０の正面図および側面図である。１つのリファイニングディスクには複数のプレートセグメントが環状に配置されており、環状リファイナープレートを形成している。このプレートはディスクに装着される。ディスクリファイナーにおいては、回転子プレートが固定された固定子プレートに対して所定のリファイニング間隔を空けて対向している。各プレートはディスク上で環状に配置された複数のプレートセグメント１０からなる。固定子プレートのプレートセグメントは、対向する回転子プレートと同様の帯状体および溝の構成を有していてもよく、又固定子プレートおよび回転子プレートは、異なる帯状体および溝の構成を有していてもよい。回転子プレートの回転方向は通常反時計方向である。固定子プレートは通常固定されている。リファイニング間隔は対向する固定子プレートおよび回転子プレート間の空隙を指す。
【００１９】
入口部１２はプレートにおける供給部である。入口部１２は導入された繊維材料を、好ましくは供給材料に対して最小限の摩擦エネルギーおよび最小限の作業で外側リファイニング領域１４へ供給する。入口部にはチップ材を外側領域へ供給する粗い帯状体１６が設けられてもよい。粗い帯状体間には逆流蒸気が通過する幅の広い溝が形成されている。
【００２０】
リファイナープレートセグメントの外側リファイニング領域１４は、供給材料にエネルギーを与え、木材チップを繊維パルプに粉砕する領域である。一例として、外側領域は、径方向距離で１００〜２００ミリメートル（４〜５インチ）であることが好ましい。
【００２１】
一例として、外側リファイニング領域１４は、直線状の帯状体１８および幅狭な溝２２を含む。帯状体１８は、プレートセグメントの基板表面１９から突出した延在隆起部であって、その高さは通常、少なくとも帯状体の幅と同じである。各帯状体の長さは通常、その幅よりも実質的に大きい。帯状体はプレートセグメントの主に径方向に延在しているが、特に方向性を有する低エネルギーリファイナープレートの場合、帯状体の延在方向にはしばしば接線成分も含まれる。帯状体１８は直線状であってもよいし、曲線状でも、不規則であってもよい。
【００２２】
帯状体は、例えば２０本の平行な帯状体１８からなる領域２０に並列にグループ化される。帯状体は互いに比較的近接して配置されている。隣接する帯状体間の空隙により、溝２２が画定される。帯状体１８の各領域２０には通常、帯状体と同じ個数の溝２２あるいはそれよりも１つ少ない個数の溝が含まれる。リファイニング領域２０は隣接するプレートセグメントに渡って形成されてもよい。
【００２３】
各溝２２は隣接する帯状体１８の向かい合う側壁によって画定される。溝の深さは帯状体の上部域からプレートの基板表面までの距離に相当する。通常、ＭＤＦプレートは帯状３〜５ｍｍの帯状体幅、５〜１２ｍｍの溝幅、７〜１２ｍｍの溝深さを有する。また、通常、ＴＭＰプレートは、１.０〜５.０ｍｍの帯状体幅、１.５〜５.０ｍｍの溝幅、１.８〜８.０ｍｍの溝深さを有し、広範囲に渡っている。
【００２４】
繊維材料のリファイニングは一般に外側リファイニング領域１４における帯状体および溝の上部域で行われる。溝の下部域、つまり基板１９の近傍は、通常蒸気の排出に用いられ、チップ供給材料や他の材料のリファイナープレートから径方向外側への流出を可能にする。
【００２５】
排出用方向性リファイナープレートは通常、帯状体を有し、この帯状体は回転子プレートおよび固定子プレートが交差する際に発生する摩擦力が、供給材料に与えられる正味の順方向の力に寄与するように配置されている。
【００２６】
また、帯状体は回転子プレートの半径および回転子プレートの回転方向への角度に対して鋭角を成すように配置される。方向性プレートは、プレート間の供給材料の滞留時間を減少させる。また、そのリファイナーは、回転子および固定子プレート／ディスク間のより小さい動作間隔で動作する。動作間隔の減少は所定の繊維品質を達成するのに必要なエネルギー量の減少につながる。
【００２７】
方向性リファイナープレートは、入力されるエネルギーは小さいため、繊維量当たりの蒸気発生量も減少する傾向にある。平均排出角度がゼロである二方向性リファイナープレートと比較すると、方向性リファイナープレートにおける帯状体の排出角度は、順方向（チップ材と同じ径方向）に生成される蒸気の割合を増加させる傾向にある。つまり、二方向性プレートと比較すると、方向性リファイナープレートにおける逆流蒸気の量は著しく減少する。
【００２８】
二方向性プレートと比較すると、稼働中の方向性（または低エネルギー）リファイナープレートは通常、発生蒸気をＭＤＦで３０〜５０％、ＴＭＰで１０〜２０％減少させる。方向性リファイナープレートを用いることにより、逆流蒸気は二方向性プレートを使用する場合よりも２０〜９０％減少し得る。ＴＭＰプレートでは逆流蒸気の減少量はより少なく、ＭＤＦプレートでは逆流蒸気の減少量はより多い。
【００２９】
溝には、溝の下部域における繊維材料の流れを減速させるためにダム２６，２８が設けられてもよい。ダム２６，２８は、溝に配置されて、過剰な繊維が溝内を流れるのを防止する。分割高ダム２６は溝の径方向内側領域に配され、全高ダム（「表面ダム」とも言う）２８は溝の径方向外側領域に配されるか、溝の全長に渡って配される。ＭＤＦおよびＴＭＰリファイナープレートセグメントは、それらの溝に多くのダムを有する傾向がある。これらのダムは、プレート間における繊維材料の流れを遅くすることにより、プレート間でのリファイニングを促進する。
【００３０】
リファイナープレートの溝間のダムも逆流蒸気を実質的に減少させる。蒸気はリファイナープレートの導入口に向かって溝を通常径方向内側に移動することにより逆流する。逆流蒸気は径方向内側に、かつチップおよび繊維材料と多くの蒸気の移動方向（通常径方向外側)とは反対の方向へ流れる。逆流蒸気は溝の下部域、つまりプレートの基板近傍で発生する。逆流蒸気はダムを有しない溝内で最も発生しやすく、ダムの逆流蒸気の流れを阻止する。
【００３１】
逆流蒸気の高圧はリファイナープレートにおける他の用途に有用であるかもしれない。逆流蒸気を促進するには、固定子プレートセグメントに流路３４を設けることが好ましい。流路３４は、蒸気がリファイナーの導入口中心に向かって径方向内側に逆流することを可能にする流路を提供する。流路３４は、リファイニング領域を通過する逆流蒸気のための通路を提供する。この蒸気流路は、プレートの導入口中心に供給されてプレートの外周出口に向かって径方向外側へ移動する（逆流蒸気と比較して）比較的大きな体積流量の繊維材料とは反対の方向への蒸気の流れを促進する。
【００３２】
蒸気流路３４は回転子プレートに配されてもよい。回転子の（遠心力による）排出効果は、回転子プレートの蒸気流路における逆流蒸気量を減少させ得るが、この排出効果は固定子プレートにおける蒸気流路と比較して、回転子流路３４内を逆流する繊維を有利に減少させる。
【００３３】
回転子プレートの蒸気流路と比較すると、固定子の蒸気流路はより高い効率で蒸気を除去するが、より多くの繊維も逆流させてしまう。蒸気流路３４が固定子プレートセグメントに配置されるのは、固定子プレートの流路及び溝において蒸気流にかかる遠心力が、回転する回転子プレートの溝内を流れる蒸気に作用する遠心力と比較して小さいからである。
【００３４】
蒸気流路３４は少なくとも２分の１インチ（１．３ｃｍ）の幅、２インチ（５．１ｃｍ）〜８インチ（２０．３ｃｍ）の長さであることが好ましい。蒸気流路３４は固定子プレートセグメントの入口部１２、またはその近傍に径方向内側蒸気排出端部３６を有していてもよい。流路の径方向内側端部３６は、帯状体が少なくとも４分の３インチ（１．８ｃｍ）離間した区域に開口していることが好ましい。入口部１２は一般に間隔を広く空けた帯状体を有し、蒸気が逆流できるようになっている。固定子プレートに帯状体が少なくとも４分の３インチ間隔を空けて配置される区域を設けることにより、蒸気がその溝内を逆流することが可能となる。リファイナープレートに少なくとも４分の３インチ間隔を空けた帯状体が配されている場合、必ずしもその領域に蒸気の逆流流路を設ける必要はない。
【００３５】
蒸気流路３４の径方向外側端部３８は、プレートセグメントの外周縁部４０まで延長されなくともよい。流路の外側端部３８はプレートの外周縁部４０の１インチ（２．５４ｃｍ）径方向内側に配されてもよい。あるいは、蒸気流路の外側端部はリファイニング領域のおよそ半分の径方向距離にあってもよい。蒸気流路の径方向端部の位置の選択は、特定のリファイナーおよびプレート、所望の逆流蒸気量、およびリファイニング工程に依存してなされる。流路の径方向外側端部３８を外周縁部４０より手前にすることにより、流路内の蒸気およびチップ材がプレートから径方向外側に流出することを防止できる。特に蒸気流路の径方向外側端部３８が外周縁部４０に近い場合には、径方向外側端部３８に表面ダムを設けてもよい。
【００３６】
流路３４は少なくともリファイニング領域１４の径方向内側の半分に渡って延在し、リファイニング領域１４の径方向長さの８５％と同程度の長さであることが好ましい。これによりリファイナープレートのリファイニング領域における蒸気を、流路３４を通してリファイナーの中心および／または導入口に逆流させることができる。
【００３７】
蒸気流路３４は固定子プレートの半径線に対して鋭角を成すことが好ましい。その流路角度は、流路３４の近傍領域における帯状体が成す角度とは逆向きでもよい。流路角度は半径線に対して０〜６０度である。
【００３８】
流路に角度がつくことにより、チップ材が流路３４内で逆流蒸気と反対方向に押されにくくなり、チップ材は概して流路を横断する方向に流路を流れて行き、流路と平行な方向には流れにくくなる。固定子流路３４における逆流蒸気は、流路の基板１９近傍の下部域を流路と平行な方向に流れる傾向がある。従って、チップ材は流路３４内の逆流蒸気と真反対の方向には流れない傾向にある。ただし、流路の方向は径方向でも、帯状体と平行であってもよい。
【００３９】
蒸気流路３４は帯状体間の溝と同程度の深さであってもよい。あるいは、リファイナープレートの構成や所望の逆流蒸気量により、溝よりも浅くても深くてもよい。帯状体および溝が形成された複数のリファイニング領域を有するプレートにおいては、幅広の流路によってリファイニング領域が区分けされてもよい。
【００４０】
径方向に隣り合うリファイニング領域を区分けする場合、流路は接線方向に沿っていてもよい。リファイニング領域間の環状流路が、蒸気流路３４の一部分を形成していてもよい。流路領域間に逆流蒸気経路がある場合、蒸気流路３４はプレートの径方向に沿って断続的に形成されていてもよい（図３参照）。蒸気は隣接する帯状体および溝が形成された領域間を概してプレート半径に垂直な方向に流れることにより、断続的な流路の間を流れ得る。
【００４１】
１つ以上の流路３４が各リファイナープレートセグメントに設けられてもよい。プレートセグメント配列において、蒸気流路はすべてのリファイナープレートセグメントに設けられる必要はない。流路３４の形状寸法は所望の逆流蒸気量、リファイニング工程、操作変数、およびプレート設計上の他の特徴を考慮して選択することができる。蒸気流路は直線状、曲線状、ジグザグ状、あるいは断続的であってもよい。
【００４２】
図３および図４はそれぞれ、外側リファイニング領域４４、内側リファイニング領域４６および粗帯状体が形成された供給領域４８を有するリファイナープレートセグメント４２の正面図および側面図である。蒸気流路５０が外側リファイニング領域の一部に形成されている。その流路は、外側リファイニング領域４４の離間距離の小さい帯状体５４間に形成された比較的狭い溝５２を横断している。表面ダム５６が外側領域のすべての溝に形成されている。径方向内側のリファイニング領域４６は、外側リファイニング領域４４の蒸気流路５０とは連続していない蒸気流路５８を有する。逆流蒸気は外側流路５０から、リファイニング領域４４，４６間の流路間隙６０を通って内側流路５８へ移動する。逆流蒸気は内側蒸気流路５８を通り、粗帯状体を有する供給領域４８へ排出されるが、この帯状体は蒸気が高圧蒸気排出装置に逆流することを可能にしている。
【００４３】
図５はＴＭＰ固定子プレートのプレートセグメント７０の正面図である。蒸気流路７２が内側リファイニング領域７４を横断している。内側リファイニング領域の帯状体は従来通り密接して配置されている。ＴＴＭＰリファイニング用途においては典型的であるが、帯状体が半径との間に小さな鋭角を成す。蒸気流路７２は直線状であって、帯状体が成す角とは逆向きに半径に対しておよそ４５度の角度を成す。流路の両側の帯状流路に向かう傾斜が付けられている。流路の径方向内側に隣接する帯状体には急斜面７６が、流路の径方向外側に隣接する帯状体には緩やかな斜面７７が形成されている。プレートには蒸気流路のないリファイニング領域７８も設けられている。内側リファイニング領域７４で発生し、流路に流れ込む蒸気は、プレートの導入口近傍の蒸気出口へ向かって径方向内側に流れ得る。プレート導入口は、プレートの中心付近にあってもよい。
【００４４】
図６はＭＤＦ固定子プレートの二方向性プレートセグメント８０の正面図である。幅広の蒸気流路８２が内側リファイニング領域８４全体および外側リファイニング領域８６の一部に渡って延在している。蒸気流路は径方向に延在しており、径方向に沿って配置された内側リファイニング領域８４および外側リファイニング領域８６の帯状体と平行である。ＭＤＦ二方向性プレート８０の蒸気流路８２により、リファイニング領域８４，８６で発生した蒸気をリファイナープレートの径方向内側部に近接する高圧蒸気排出装置の引き込み口に向かって径方向内側に流すことができる。
【００４５】
帯状体が径方向に沿って配置されていることにより、リファイニング時に固定子プレートおよび対応する回転子プレートを時計方向あるいは反時計方向に回転させることができる。図６に示す二方向性ＭＤＦプレートとは対照的に、図１および図３に示すＭＤＦプレートは半径に対して角度を成す帯状体により方向性を有している。
【００４６】
図７および図８はそれぞれ、方向性を有する低エネルギーＭＤＦ固定子プレートのプレートセグメント９０の正面図および側面図である。入口部９２には遮断用帯状体間に幅広の空隙が形成され、それにより蒸気は径方向内側に流れることができる。リファイニング領域９４には蒸気流路９６，９８，１００が断続的に形成されている。
【００４７】
蒸気流路９６，９８，１００は、リファイニング領域の径方向長さのおよそ３分の２を横断するジグザグ状のパターンを形成している。このジグザグ状のパターンは、帯状体に概して垂直な蒸気流路の領域９６，９８と、それを接続する、帯状体に概して平行な蒸気流路１００によって形成される。このジグザグ状のパターンにより流路内の繊維はリファイニング領域９４の帯状体の方へ向かい、蒸気はジグザグ状のパターンに沿って流れる。このジグザグ状のパターンにより、逆流蒸気と共にリファイナーの高圧出口に向かって流れる繊維が減少する。
【００４８】
ジグザグ状の蒸気流路９６，９８，１００は蒸気流路がプレートをリファイニング領域の帯状体が成す角度とは逆向きの角度およびプレートの帯状体に概して平行な角度で横断し得ることを例示している。帯状体に概して逆向きの角度を成す蒸気流路は、リファイニング領域の帯状体が半径線に対して成す角度とは反対側に半径線に対してある角度を成し、帯状体に概して平行な蒸気流路は、リファイニング領域の帯状体が半径線に対して成す角度と同じ側に半径線に対してある角度を成す。
【００４９】
図１，３，５，６および７から明らかなように、蒸気流路は直線状あるいは曲線状でも、連続的あるいは断続的であってもよく、リファイニング領域の角度と逆向きあるいは平行に所定の角度を成してもよく、蒸気流路セグメントを組み合わせたものでもよい。蒸気流路は（リファイニング領域の溝幅に比して）比較的幅広で、プレートの径方向外側縁部までは延在していないか、蒸気がプレートの外周から排出されないよう外側縁部に１つ以上のダムを有し、その深さは帯状体先端におけるリファイニング作用により蒸気が径方向内側に流れるよう比較的大きいことが好ましい。
【００５０】
図９は、「内側繊維化領域を有する高強度リファイナープレート」と題された米国特許公開第２００６／０００６２６５号公報に記載されるようなサーモケミカル（ＴＭＰ）リファイナーシステム６０の概略側面図である。チップ供給システム６２は木材チップに蒸気処理を行い、蒸気処理された木材チップのスラリーに圧力を与える。チップを高圧で蒸気処理するために高圧蒸気が導入される蒸気処理容器６４を使用してもよい。チップ供給スラリーの圧力は、例えば１５〜２５ｐｓｉｇ（ポンド  パー  スクエアインチ  ゲージ）と高圧となる。
【００５１】
高圧のチップ供給スラリーは、高圧チップ供給管６５を介して相対回転するディスクを有する高濃度第１リファイナー６６に供給される。ディスクは第１リファイナー６６のケーシング６８に収納されている。ケーシング内では一対のディスクが対向しており、一方に配列された固定子プレートが他方に配列された回転子プレートに同軸上で対向している。固定子プレートの帯状体と回転子プレートの帯状体の間には狭い間隙が設けられている。ケーシングは例えばＴＭＰで１〜６バール、ＭＤＦで６〜８バールの高圧で操作される。高圧のチップ供給スラリーは例えばリボン供給装置のようなリファイナー供給装置７１に受け取られ、ディスク間の実質的にディスクの内径位置に供給されるようにいずれか一方のディスクの中央導入口に送られる。
【００５２】
固定子／回転子プレートセグメントなどのリファイナープレート上には、流路および他の蒸気通路によって逆流蒸気経路が形成される。他の蒸気通路とは、ダムの形成されない大きく離間した帯状体を有する入口部や内側／外側リファイニング領域間の環状の間隙などである。逆流蒸気は蒸気流路から帯状体の間隔が比較的広い（例えば少なくとも２分の１インチ（１．２ｃｍ））入口部に排出される。入口部の帯状体間に形成される溝の幅が大きいこと、および／または入口部にダムが形成されていないことにより、逆流蒸気はディスクリファイナーの中央導入口に連結されたリボン供給装置７１の高圧蒸気排出管７０に流れる。あるいは、リボン供給装置７１の上面入口にあるチップ落とし口６５の後ろに連結部を設け、そこから逆流蒸気用配管を通して蒸気を受け取ってもよい。逆流蒸気はチップの流れに逆らってリボン供給装置を通過し、チップ落とし口６５へ上がって逆流蒸気パイプ７２の入口へ流れてもよい。
【００５３】
ディスクリファイナーから排出された高圧の逆流蒸気は、リファイニング工程における予備加熱部の高圧蒸気として利用できる。この逆流蒸気により、予備加熱のために生成される新しい蒸気の量を減少させることができる。このような高圧の逆流蒸気の利用はＴＭＰリファイニングシステムでは従来から行われている。排出された高圧の逆流蒸気は、リファイナーでの使用に優先して蒸気ライン７２を介して蒸気処理容器６４に導入され、木材チップの蒸気処理に使用されてもよい。
【００５４】
流路を有するリファイナープレートを用いることで、比較的多量の高圧逆流蒸気を得ることができる。この高圧逆流蒸気は、単独で生成される高圧蒸気の代わりにリファイニングプラントで使用することができる。すなわち、ここで開示されるリファイナープレートセグメントに形成された蒸気流路によって得られる多量の高圧逆流蒸気により、単独で生成される高圧蒸気の量を減少させることができ、その結果リファイニングプラントで必要とされるエネルギーを減少させることができる。
【００５５】
以上、本発明を現状で最も実用的かつ好ましいと考えられる実施形態をもとに説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲での様々な変形および等価的な変更等が本発明に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】蒸気流路を有する第１の方向性低エネルギーリファイナープレートセグメントの正面図である。
【図２】第１のプレートセグメントの側面図である。
【図３】蒸気流路を有する第２の方向性低エネルギーリファイナープレートセグメントの正面図である。
【図４】第２のプレートセグメントの側面図である。
【図５】蒸気流路を有するＴＭＰリファイナープレートセグメントの正面図である。
【図６】リファイニング領域の途中まで延在する蒸気流路を有する非方向性リファイナープレートセグメントの正面図である。
【図７】方向性低エネルギープレートセグメントの正面図である。
【図８】方向性低エネルギープレートセグメントの側面図である。
【図９】高圧逆流蒸気の出口を有するリファイナーシステムの概略図である。
【図１】
2009024317.tif 000003
【図２】
2009024317.tif 000004
【図３】
2009024317.tif 000005
【図４】
2009024317.tif 000006
【図５】
2009024317.tif 000007
【図６】
2009024317.tif 000008
【図７】
2009024317.tif 000009
【図８】
2009024317.tif 000010
【図９】
2009024317.tif 000011
【外国語明細書】
【Title of Invention】
REFINER PLATES HAVING STEAM CHANNELS AND METHOD FOR EXTRACTING BACKFLOW STEAM FROM A DISK REFINER
【Technical Field】
This invention relates to a disk refiner for ligno-cellulosic materials, and generally to disk refiners used for producing fiberboard and mechanical pulps for medium density fiberboard (MDF), thermomechanical pulps (TMP) and a variety of chemi-thermomechanical pulps (CTMP), which are collectively referred to as mechanical pulps and mechanical pulping process. In particular, this invention relates to steam flow through disk refiners in mechanical pulping processes. 
【Background Art】
A disk refiner may be used in a thermo-mechanical pulping (TMP) refiner in which the pulp material, such as wood chips, is ground in an environment of steam between a rotating grinding disk (rotor) and a stationary disk (stator) (or a pair of rotating disk rotors) each with radial grooves that provide the grinding surfaces.  The rotor may operate at rotational speeds of 1000 to 2300 revolutions per minute (RPM). 
Wood chips are fed to the center of the opposing disks of a disk refiner. The chips are broken down between the disks as centrifugal force pushes the chips towards the disk outer circumference.  The refiner plates generally include a pattern of bars and grooves which provide repeated compression actions on the chips.  The compression action results in the separation of lingo-cellulosic fibers out of the raw chips.  The fiber separation transforms the raw chip material into fiber pulp suitable for a final product, such as fiberboards.  
While the chips are retained between the disks, energy is transferred to the chips via the refiner plates attached to the disks. The energy is in the form of high centrifugal and compression forces applied to break-down the wood chips. The refining process also generates high frictional forces that causes water in the chip feed material to convert to high pressure steam. 
In most disk refiners, the steam from the disk refiner flows in the same direction, e.g., radially outward from between the disks, as the fiber material exiting the refining disks. By way of example, typically between 60% and 100% of the steam produced between the disks in a refiner flows in a forward direction, which is the same direction as the fiber material moving between the refining disks. These percentages for forward flowing steam vary depending on refiner plate patterns and process conditions. After exiting the outer periphery of the fiber disks, the forward flowing steam carries fiber pulp through blow lines downstream of the disk refiner.  The pressure of the forward flowing steam is released as the refined fiber pulp material exits the blow lines and enters bins and other relatively low pressure vessels. In MDF, the forward flowing steam typically adds little value to the pulping process and the pressure energy in the forward flowing steam is generally not used.  In mechanical pulping, some systems allow for the recovery of heat energy in the forward flowing steam from a  discharge cyclone, and other systems vent the forward flowing steam to atmosphere. When recovered such as via a heat exchanger, the heat from forward flowing steam from the mechanical refining processes is typically used for paper machine dryers and on pulp drying equipment
High pressure steam is needed in the feeding side of the refiner in MDF and other mechanical pulping systems.  Steam is used to soften the wood to improve the performance of the refiner and produce fiber.  High pressure steam for refining is usually provided a combination of back-flowing steam from the refiner and fresh steam, usually generated by a boiler.  Fresh steam is expensive to produce in terms of energy consumption.  There is a long felt need for sources of high pressure steam for pulping processes.  
A source of high pressure steam is the steam generated during mechanical refining. High pressure steam is generated between refining disks in a disk refiner. In a traditional refiner, up to 40% of the high pressure steam generated between does not flow in a forward direction with the chip feed material. To the extent that the high pressure steam between the disks can be extracted without loss of pressure, the high pressure steam may be directed to a steaming vessel in a chip feed system of a mechanical refining plant.  
A known technique to capture high pressure steam from the disks is to allow the steam to back flow against the movement of chip material between the refining disks and through the feeding system to the chip pre-steaming vessel. High pressure back flow steam has been used in the pre-steaming vessels. Separate piping has been added to refiners to allow back flow steam to bypass the conveyors and feeding devices from the feeding system, and allow the back flow steam to move with little resistance from the refiner inlet to the pre-steaming vessels.
The amount of back flow steam is generally reduced by the use of directional (low energy) refiner plates. Low energy plates typically reduce steam generation by 10 to 50% in a refiner and reduce the amount of back flow steam by 20 to 70%, as compared to conventional higher energy refiner plates. While directional MDF refiner plates are advantageous in reducing the energy required to drive a disk refiner, the reduction in the available back flow steam increases the amount of high pressure steam needed for a mechanical refining plant.
There is a long felt need for techniques to reduce the amount of high pressure steam needed to be produced at high energy costs for a mechanical refining plant. In particular, there is a long felt need to capture a greater amount of high pressure steam from the refining process than is presently captured using directional (low-energy) refiner plates in mechanical refining plants. 
【Disclosure of Invention】
A novel refiner plate has been developed to increase the amount of high pressure steam extracted from refiner plates, and especially low energy refiner plates. The refiner plate includes steam channels that cut through the refining section and provide a passage for back flow steam. Advantages of the refiner plate include increased amount of high pressure steam available for other purposes in the refining plant, and low-energy refining associated with directional plates.
A refining plate has been developed for refining lignocellulosic material, where the plate includes: a radially outer peripheral edge and a substrate surface; a refining zone including a plurality of substantially radially disposed bars and grooves between the bars, wherein the bars protrude upward from the substrate surface and the grooves each have a groove width, and a steam channel traversing the bars and grooves of the refining zone, wherein the steam channel has a radially outer end radially inward of the outer peripheral edge of the plate and a width substantially greater than the groove width. 
The refining plate may include a dam extending across the steam channel at a radially outward inlet end of the channel. The plate, such as a rotor or stator plate, may include an inlet zone adjacent a radially inner end of the steam channel. The gap between bars in the inlet zone should be at least as wide as the steam channel. The refining plate comprise an annular array of plate segments where each segment includes the refining zone, and a plurality of the plate segments (but not necessarily all segments) includes at least one steam channel.  
A method has been developed to extract high pressure steam from a refining system comprising: introducing a cellulose fibrous feed material to an inlet of a disk refiner; feeding the cellulose fibrous feed material between opposing disks of the refiner, wherein one disk rotates relative to the other; refining the cellulose fibrous feed material between opposing refiner plates each mounted on a respective one of the opposing plates, wherein each refiner plate has a zone of refining bars and grooves; back flowing steam generated during the refining of the feed material flows through channels in the zone of at least one of the plates, wherein the channels have a width substantially greater than a width of the grooves, and extracting the back flow steam from the disk refiner from an outlet radially inward of an outlet of the channels.  
The pressure of the back flow steam may be extracted at a pressure of 1 to 8 bar (gauge pressure).  The back flow steam is forced to flow radially inward through the channels (and possibly a discontinuous steam channel) by forming a radially outer end of the channel substantially radially inward of the outer circumference of the disks. The back flow steam may be discharged from the channel to a coarse zone of the refining plate, wherein the coarse zone is radially inward of the channel and spacing between the bars in the coarse zone is at least as wide as that of a steam flow channel.
【Best Modes for Invention】
A steam channel has been developed for use in refiner plates, such as rotor and stator plates in mechanical pulping refining. The steam channel allows high pressure steam generated during mechanical refining of cellousic material, e.g., wood chips, to back flow through a refining zone(s) in the plates and be extracted as high pressure steam. 
The refiner plate segments disclosed herein are primarily applicable to MDF and TMP refining and for use in a mechanical refiner, such as a disk refiner for refining wood fibers. The plate segments may be directional and low energy plates. Steam channels are included on the plate segments to increase the volume of high pressure steam that back flows through the refiner in a flow direction opposite to the flow of the chips flow between the plates of the refiner.
FIGURES 1 and 2 show a front view and a side view, respectively, of a stator or rotor plate segment 10 having an inlet section 12 and an outer section 14. An array of plate segments is arranged in an annulus on a refiner disk to form an annular refining plate.  The plate is mounted on a disk. In a disk refiner, a rotor plate faces a stationary stator plate with a refining gap between the plates. The plate is formed of plate segments 10 arranged in an annular array on the disk. The plate segments of a stator plate may have similar bar and groove features as an opposing rotor plates, or the stator and rotor plates may have different bar and groove features. The rotational direction for the rotor plate is typically counter-clockwise. The stator plate is typically stationary. A refining gap is defined between the opposing stator and rotor plates. 
The inlet section 12 is the feeding part of the plate. The inlet section 12 feeds the incoming fibrous material to the outer refining section 14, preferably with minimal frictional energy and minimal work of the feed material.  The inlet section may include coarse bars 16 that feed the chip material to the outer section.  Between the coarse bars are wide gaps that allow for the passage of back flow steam.
The outer refining section 14 of the refiner plate segment is the area where the energy is applied to the feed material to break down the wood chips into a fibrous pulp.  By way of example, the outer section should preferably be a radial distance of between 100 millimeters (mm) to 200 mm (4 to 5 inches).  
By way of example, the outer refining section 14 may be comprised of straight bars 18 and narrow grooves 22.  A bar 18 is an extended ridge protruding from the substrate surface 19 of the plate segment.  The height of the bar is typically at least as great as the width of the bar.  The length of each bar is typically substantially greater than its width.  The bars extend along their length in a direction predominately radial with respect to the plate segment, but the direction of the bar often also includes a tangential component, especially for directional, low energy refiner plates.  The bars 18 may be straight, curved or irregular.
The bars may be grouped side-by-side in zones 20 of, for example, twenty (20) of parallel bars 18.  The bars are arranged so that they are relatively close to each other.  The gap between adjacent bars defines a groove 22.  Each zone 20 of bars 18 typically includes an equal number of grooves 22 or one less groove than the number of bars. The refining zones 20 may span adjacent plate segments. 
The grooves 22 each are defined by opposite sidewalls of adjacent bars 18.  The depth of the grooves extend from the upper region of the bars to the substrate surface of the plate.  Typically, MDF plates have 3-5 mm bar widths, 5-12 mm groove widths, and 7-12 mm groove depths.  TMP plates typically have 1.0-5.0 mm bar widths, 1.5-5.0 mm groove widths, and 1.8-8.0 mm groove depth (a really wide range.
Refining of the fibrous material generally occurs at the upper levels of the bars and grooves of the outer refining section 14.  The lower regions of the grooves, i.e., near the substrate 19, typically serve to vent steam and allow chip feed and other materials flow radially outward through the refiner plate. 
Pumping directional refiner plates typically have bars arranged such that frictional forces created during the crossing of rotor and stator plates  contribute to a net forward force applied to the feed material.  The bars are arranged at acute angles with respect to a radius and angle towards the rotational direction of the rotor plate.  Directional plates reduce the retention time of the feed material between the plates. The refiner operates with a smaller operating gap between the rotor and stator plates/disks.  Reducing the operating gap tends to reduce the amount of energy needed to achieve a given fiber quality.  
Directional refiner plates also tend to generate less steam per amount of fiber produced due to the lower energy input. The pumping angles of the bars in directional refiner plates also tend to cause a greater percentage of the steam generated to flow forward (in the same radial direction as the chip material), as compared to bi-directional refiner plates having an average pumping angle of zero. The amount of backward flowing steam in directional refiner plates is significantly reduced as compared to bi-directional plates.
Running directional (or low-energy) refiner plates typically reduces steam generation by 30-50% and 10-20% in TMP, as compared to bi-directional plates.  steam generation reduced 10-20% in TMP, 30-50% in MDF, usually.  Back-flowing steam reduction with directional refiner plates may be 20 to 90%, as compared to bi-directional plates, with TMP plates have a lesser reduction in back-flow steam and MDF plates having a greater reduction in back-flow steam. 
Dams 24, 26 may be included in the grooves to retard the flow of fibrous materials in the lower region of the grooves.  Dams 26, 28 are arranged in the grooves to prevent excessive fiber flow through the grooves.  Split height dams 26 may be arranged at radially inward regions of the grooves.  Full height dams 28 (also referred to as “surface dams”) may be at the radially outward regions of the grooves or may be arranged throughout the length of the grooves. MDF and TMP refiner plate segments tend to have many dams arranged in their grooves. The dams increase the refining that occurs between the plates by slowing the flow of fibrous materials between the plates. 
The dams between the grooves of refiner plates also substantially reduce the back-flow of steam.  Steam may back flow by moving through the grooves generally radially inward and to the inlet to the refiner plates.  Back flow steam flows radially inward and in a counter-flow direction to the generally radially outward movement of the chip and fiber material and much of the steam.  The back flow steam occurs in the lower regions of the grooves, which regions are near the substrate of the plate.  Back flow steam is most likely to occur in grooves that do not have dams.  Dams block the flow of back flow steam.
The high pressure of back flow steam may be useful for other applications in a refiner plate.  To promote back flow steam, channels 34 are preferably provided in the stator plate segment. The channels 34 provide a flow path to allow steam to back flow radially inward towards the center inlet of the refiner. The channels 34 provide passage for back flow steam through the refining zone.  The steam channels facilitate the flow of steam in a counter-flow direction to a relatively large volume flow (as compared to the back flow steam) of fiber material being fed to the center inlet of the plates and moving radially outward to the outer circumferential outlet of the plates. 
Steam channels 34 may be arranged in rotor plates.  A rotor pumping effect (due to centrifugal force) may reduce the amount of back flow steam in a steam channel in a rotor plate.  The pump effect also advantageously reduces the fiber flowing back in the rotor channels 34, as compared to steam channels in a stator plate.  
Stator steam channels have a higher efficiency for steam removal, but allow more fiber to flow back as compared to steam channels in a rotor plate.  The steam channels 34 arranged in the stator plate segments because the centrifugal forces in the stator plate on steam flow in channels and grooves, is low compared to the centrifugal forces acting on steam flowing in the grooves on the rotating rotor plate.
The steam carrying channels 34 are preferably at least one-half inch wide (1.3 centimeter (cm)) and a length of two inches (5.1 cm) to eight inches (20.3 cm).   The steam channel 34 may have a radially inward steam discharge end 36 adjacent, at or near the inlet section 12 of the stator plate segment.  The radially inward end 36 of the channel preferably opens to a section in which the bars are spaced apart at least three-quarters of an inch (1.8 cm).  The inlet section 12 of bars generally has bars space wide apart and allows for back flow of steam.  A section of bars spaced apart at least three-quarters of an inch on a stator plate will allow steam to back flow through its grooves. Steam back flow channels may not be needed in zones of a refiner plate having bars spaced apart by at least three-quarters of an inch.
The radially outer end 38 of the steam channels 34 may not extend to the outer circumferential edge 40 of the plate segment.  The outer end 38 of the channel may be one inch (2.54 cm) radially inward of the outer circumferential outer edge 40 of the plate.  Alternatively, the outer end of the steam channel may be at approximately one-half the radial distance of the refining zone.  The selection of the radial end location of the steam channel depends on the particular refiner and plates, the desired amount back flow steam and the refining process.  Ending 38 the channel before the outer circumferential outer plate edge 40 prevents steam and chip material in the channel from flowing radially out the discharge of the plates.  A surface dam may be placed at the radially outer end 38 of the steam channel, especially if the end is adjacent the plate edge 40.
The channels 34 preferably span at least the inner radial half of the refining zone 14 and a much as 85% of the radial length of the refining zone 14.  Steam in the refining section of the refiner plate may back flow through the channel 34 to the center and/or inlet of the refiner. 
The steam channels 34 are preferably at an acute angle with respect to a radial line of the stator plate.  The channel angle may be in an opposite direction to the angle of the bars in the zone(s) adjacent the channel 34.  The channel angle may be 0 degrees to 60 degrees to a radial line.  The angled channel reduces the tendency of chip material being push through the channel 34 in an opposite direction to the back flow steam.  The chip material tends to flow over the channel in a direction generally transverse to the channel. The chip material tends not to flow in a direction parallel to the channel.  The back flow steam in the stator channel 34 tends to flow in lower regions of the channel near the substrate 19 and flow parallel to the channel. Accordingly, the chip material tends not to flow directly counter to the back flow steam in the channel 34. However, the direction of the channel may be radial or in alignment with the angle of the  bar. 
The steam channels 34 may be as deep as the grooves between the bars. Alternatively, the channels may be shallower or deeper than the grooves depending on the construction of the refiner plate and the desired flow of back flow steam. In plates with multiple refining zones of bars and grooves, wide channels may separate the zones.  The channels may be in a tangential direction if separating refining zones that are radially adjacent each other. The annular channels between refining zones may from a portion of a steam channel 34. The steam channel 34 may be discontinuous (see Fig. 3) along a radial direction of the plate, provided that there is a back flow steam path between the channel sections. Steam may flow between discontinuous channels by flowing in a direction generally perpendicular to a radius of the plate and between adjacent zones of bars and grooves. 
More than one steam channel 34 may be used on each refiner plate segment.  A steam channel need not be provided in every refiner plate segment in a plate array of segments. The geometry of the channel 34 may be selected based on a desired flow of back flow steam, the refining process, operating variables, and other features of the plate design.  The steam channel(s) ay be straight, curved, zig-zagged and discontinuous.
FIGURES 3 and 4 are a front view and side view, respectively, of a refiner plate segment 42 having an outer refining section 44, an inner refining section 46, and a coarse bar feeding section 48.  A steam channel 50 extends partially through the outer refining section.  The channel traverses the relatively narrow grooves 52 between finely spaced bars 54 in the outer refining section 44.  Surface dams 56 are in all grooves of the outer section.  The radially inward refining section 46 has a steam channel 58 that is discontinuous with the channel 50 in the outer refining section 44.  Back flow steam moves from the outer channel 50, through a channel gap 60 between the refining sections 44, 46 and to the inner channel 58.  The steam back flowing through inner steam channel 58 discharges to the feeding section 48 that has wide space bars allowing the stem to back flow to a high pressure steam exhaust.
FIGURE 5 is a front view of a plate segment 70 of a TMP stator plate. A steam channel 72 traverses an inner refiner zone 74.  The bars of the inner refiner zone are closely spaced as is typical.  There is only a small acute angle between the bars and a radius, which is typical with TMP refining applications. The steam channel 72 is straight and at an angle of approximately 45 degrees with respect to a radius, and at an opposite angle to the angle formed by the bars.  The bars on opposite sides of the channel are sloped towards the channel. The bars adjacent the lower side of the channel have a steep slope 76 and the bars adjacent an outer side of the channel have a shallow slope 77.  The plate has an outer refining zone 78 without a steam channel. Steam generated in the inner refining zone 74 that flows into the channel may flow radially inward to a steam outlet near an inlet to the plate, which may be near a center of the plate.
FIGURE 6 is a front view of a bi-directional  plate segment 80 of a MDF stator plate. A wide steam channel 82 extends entirely through an inner refining zone 84 and partially through an outer refining zone 86.  The steam channel extends radially and is parallel to radially aligned bars of the inner and outer refining zones 84, 86. The steam channel 82 in the MDF bi-directional plate 80 allows steam generated in the refining zones 84, 86 to flow radially inward to a high pressure steam exhaust port adjacent a radially inward position of the refiner plate.
The radial orientation of the bars allows the stator and corresponding rotor plate to be rotated clock-wise or counter-clock-wise during refining.  In contrast to the bi-direction MDF plate shown in Figure 6, the MDF plates shown in Figures 1 and 3 are directional due to the angle formed by their bars with respect to a radial.
FIGURES 7 and 8 are a front view and a side view, respectively, of a plate segment 90 of a directional, low energy MDF stator plate. An inlet section 92 has wide gaps between the breaker bars that allow steam to flow radially inward. A refining section 94 includes discontinuous steam channels 96, 98 and 100. 
The steam channels 96, 98, 100 form a zig-zag pattern traversing approximately two-thirds the radial length of the refining zone. The zig-zag pattern is formed by sections 96, 98 of the steam channel that are generally perpendicular to the bars and a connecting steam channel section 100 generally parallel to bars. The zig-zag pattern tends to direct fiber in the channel to the bars of the refining zone 94 and allows steam to follow the zig-zag pattern.  The zig-zag pattern reduces the fibers flowing with the back flowing steam to a high pressure outlet of the refiner.
The zig-zag steam channels 96, 98 and 100 illustrates that a steam channel may traverse the plate along an angle opposite to the angle(s) formed by the bars of the refining section, and along an angle generally aligned with the bars of the plate.  An opposite angled steam channel forms an angle with respect to a radial line that is on the opposite side of the radial line from the angle(s) formed by the refining section.  An aligned steam channel forms an angle with respect to a radial line that is on the same side of the radial line as the angle(s) formed by the bars of the refining section.  
As is evident from Figures 1, 3, 5, 6, and 7, a steam channel may be straight or curved, continuous or discontinuous, form an angle opposite to the angles of the refining section or aligned with the refining section, and may be a combination of steam channel segments.  Preferably, the steam channel is relatively wide (as compared to the groove widths in the refining section), does not extend to a radially outer edge of the plate or has one or more dams towards the outer edge to prevent steam venting out the outer periphery of the plate, and the channel is relatively deep to allow steam to flow radially inward and below the refining action at the bar tips.
FIGURE 9 is a schematic side view of a thermomechanical (TMP) refiner system 60, such as is described in US Patent Application Publication 2006/0006265, entitled “High Intensity Refiner Plate with Inner Fiberizing Zone.” A chip feed system 62 steams the wood chips and applies a pressure to the slurry of steamed wood chips.  A steaming vessel 64 may be used to steam the chips at high pressure, wherein high pressure steam is introduced to the steaming vessel.  The chip feed slurry may be at a high pressure, of for example 15 to 25 psig (pounds per square inch gauge).  
The high pressure chip feed slurry is fed, via a high pressure chip feed tube 65, to a high consistency primary refiner 66 that has relatively rotating disks.  The disks are housed in a casing 68 of the primary refiner 66.  A pair of disk oppose each other in the casing such that the array of stator plates face the array of rotor plates and both arrays are coaxial. A narrow gap separates the bars of the stator plate and bars of the rotor plate. The casing is operated at a high pressure, e.g., 1 to 6 bar for TMP, and 6 to 8 bar to MDF.  A refiner feed device 71, such as a ribbon feeder, receives the high pressure chip feed slurry and delivers the pressurized slurry to a center inlet of one of the disk such that the slurry is fed between the disks at substantially the inner diameter of the disks. 
A back flow steam path is formed by the channels and other steam flow passages on the refiner plates, e.g., the stator and/or rotor plate segments.  Other steam flow passages may include inlet sections with widely spaced bars without dams, and annular gaps between inner and outer refining sections.  The back flow steam discharges from the steam channels to the inlet sections where the spacing between the bars is relatively wide, e.g., at least one-half of an inch (1.2 cm).  The wide grooves between the bars of the inlet section and/or the lack of dams in the inlet section allow back flow steam to flow to a high pressure steam exhaust 70 at the ribbon feeder 71 which is coupled to a center inlet of the disk refiner.  Alternatively, piping for back flow steam may receive the steam from a coupling behind the chip chute 65 which is at the top inlet to the ribbon feeder 71.  Back flow steam may pass through the ribbon feeder, against the chip flow, and up the chip chute 65 to an inlet to the back flow steam pipe 72.
The high pressure back flow steam exhausted from the disk refiner is available for use as high pressure steam in the preheating portion of the refining process.  The back flow steam may be used to reduce the amount of fresh steam added to preheating.  The use of high pressure back flow steam is conventional in TMP refining systems. The exhausted high pressure back flow steam may be introduced via steam line 72 to the steaming vessel 64 to steam wood chips prior to the refiner. 
The refining plates with channels provide a relatively generous flow of high pressure back pressure steam. This high pressure back flow steam can be used in the refining plant instead of independently generated high pressure steam. The generous flow of high pressure steam provided by the steam channels of the refiner plate segments disclosed herein may reduce the energy requirements in a refiner plant by reducing the volume of high pressure steam to be independently generated.
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.  
【Brief description of the drawing】
The following identified figures included with this application illustrate preferred embodiments and the best mode of the invention.
FIGURE 1 is a front view of a first directional, low energy refiner plate segment wherein the segment includes a steam channel.
FIGURE 2 is a side view of the first plate segment.
FIGURE 3 is a front view of a second directional, low energy refiner plate segment, wherein the segment includes a steam channel.
FIGURE 4 is a side view of the second plate segment.
FIGURE 5 is a front view of a TMP refiner plate segment wherein the segment includes a steam channel.
FIGURE 6 is a front view of a non-directional refiner plate segment wherein the segment includes a steam channel extending half-way through the refining zone.
FIGURE 7 is a front view of a plate segment of a directional, low energy plate.
FIGURE 8 is a side view of a plate segment of a directional, low energy plate.
FIGURE 9 is a schematic view of refiner system having an outlet for high pressure back flow steam.
1. A refining plate for refining lignocellulosic material, the plate comprising:
a radially outer peripheral edge and a substrate surface;
a refining zone including a plurality of substantially radially disposed bars and grooves between the bars, wherein the bars protrude upward from the substrate surface and the grooves each have a groove width, and 
a steam channel traversing the bars and grooves of the refining zone, wherein the steam channel has a radially outer end inward of the outer peripheral edge of the plate and has a width substantially greater than the groove width.
2.    A refining plate as in claim 1 wherein the plate is a directional plate and the bars and grooves are at an acute angle with respect to a radius of the plate.  
3.    A refining plate as in claim 1 further comprising an inlet zone and the steam channel has a radially inner end adjacent the inlet zone.
4.    A refining plate as in claim 1 wherein the plate is a stator plate.
5.    A refining plate as in claim 1 wherein the plate comprises an annular array of plate segments and each segment includes the refining zone, and a plurality of the plate segments each includes one of the steam channels.
6.    A refining plate as in claim 5 wherein at least one of the plate segments is devoid of the steam channel.
7.    A refining plate as in claim 1 wherein the width of the steam channel is at least three-quarters (3/4) of an inch.
8.    A refining plate as in claim 1 wherein the steam channel discharges to an inlet zone of bars separated by at least one-half of an inch.
9.    A refining plate as in claim 1 wherein the plate is adapted to refine fibers for medium density fiberboard (MDF).
10.   A method to extract high pressure steam from a refining system comprising:
introducing a cellulose fibrous feed material to an inlet of a disk refiner;
feeding the cellulose fibrous feed material between opposing disks of the refiner, wherein one disk rotates relative to the other;
refining the cellulose fibrous feed material between opposing refiner plates each mounted on a respective one of the opposing disks, wherein each refiner plate has a zone of refining bars and grooves;
back flowing steam generated during the refining of the feed material through steam channels in at least one of the plates, wherein the steam channels have a width substantially greater than a width of the grooves, and
extracting the back flow steam from the disk refiner from a steam outlet radially inward of an outlet of the channels.
11.   A method as in claim 10 wherein back flow steam is extracted at a pressure of at least 6 bar.
12.   A method as in claims 10 wherein the plates with the steam channel comprise stator plates.
13.   A method as in claims 10 wherein the back flow steam is forced to flow radially inward through the channels by forming a radially outer end of the channel substantially radially inward of the outer circumference of the disks.
14.   A method as in claim 10 wherein the back flow steam flows through a discontinuous steam path including at least one of the channels.
15.   A method as in claim 10 wherein the back flow steam discharges from the steam channel to an inlet zone of the refining plate, wherein bars of the inlet zone are substantially wider than bars of the refining zone.
16.   A refining plate for refining lignocellulosic material, the plate comprising:
a radially outer peripheral edge and a substrate surface;
a refining zone including a plurality of substantially radially disposed bars and grooves between the bars, wherein the bars protrude upward from the substrate surface and the grooves each have a groove width, and 
a steam channel traversing the refining zone, wherein the steam channel has a radially outer end radially inward of the outer peripheral edge of the plate and the steam channel has a width substantially greater than the groove width.
17.   A refining plate as in claim 16 wherein the steam channel is parallel to the bars and grooves in the refining zone.
18.   A refining plate as in claim 16 the steam channel forms an angle with respect to a radius of the plate opposite to an angle formed by the bars with respect to the radius.
19.   A refining plate as in claim 16 wherein the steam channel is straight.
20.   A refining plate as in claim 16 wherein the steam channel is at least as deep as the grooves.
21.   A refining plate as in claim 20 wherein the steam channel is deeper than the grooves.
22.   A refining plate as in claim 16 wherein the steam channel is curved.
23.   A refining plate as in claim 16 further comprising an inlet zone and the steam channel has a radially inner end adjacent the inlet zone.
24.   A refining plate as in claim 16 wherein the plate is a stator plate.
25.   A refining plate as in claim 16 wherein the plate comprises an annular array of plate segments and each segment includes the refining zone, and a plurality of the plate segments includes the steam channel.
26.   A refining plate as in claim 25 wherein at least one of the plate segments is devoid of the steam channel.
27.   A refining plate as in any of claim 16 wherein the width of the steam channel is at least three-quarters (3/4) of an inch.
28.   A refining plate as in claims 16 wherein the steam channel discharges into an inlet zone of bars separated by at least one-half of an inch.
29.   A refining plate as in any of claim 16 wherein the plate is adapted to refine fibers for medium density fiberboard (MDF).
1. Abstract
A refining plate for refining lignocellulosic material including: a radially outer peripheral edge  and a substrate surface; a refining zone having a plurality of substantially radially disposed bars and grooves between the bars, wherein the bars protrude upward from the substrate surface and the grooves each have a groove width, and a steam channel traversing the bars and grooves of the refining zone, wherein the steam channel has a radially outer end radially inward of the outer peripheral edge of the plate and the steam channel has a width substantially greater than the groove width.
2. Selected Drawing
None
【Figure 1】
2009024317.tif 000012
【Figure 2】
2009024317.tif 000013
【Figure 3】
2009024317.tif 000014
【Figure 4】
2009024317.tif 000015
【Figure 5】
2009024317.tif 000016
【Figure 6】
2009024317.tif 000017
【Figure 7】
2009024317.tif 000018
【Figure 8】
2009024317.tif 000019
【Figure 9】
2009024317.tif 000020