JP2006022466A - サーモメカニカルパルプ製造装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高品質サーモメカニカルパルプを低エネルギー消費量で製造する１次木材チップリファイナーを提供する。
【解決手段】 １次木材チップリファイナーであって、フラットで相対的に回転する複数のディスクのそれぞれは仕事プレートを有し、該プレートは、対面する共軸関係に配置されており、ディスクの内径から外径に実質的に半径方向外向きに延びるリファイナー間隙を規定し、かつリファイニングされるチップ材のためのフローエリアを規定し、各プレートは半径方向内側の繊維化帯域と半径方向外側のフィブリル化帯域を有し、各帯域は、内側帯域の仕事領域は、バーと溝とを交互する第１のパターンによって規定され、外側帯域の供給領域は、バーと溝とを交互する第２のパターンによって規定され、前記フローエリアが、内側仕事領域の外側供給領域への直後に増加していることを特徴とする１次木材チップリファイナーである。
【選択図】図３

Description

本発明は、リグノセルロース材料、特に木材チップのサーモメカニカルパルプ製造に用いる装置と方法とに関する。

最近の数十年にわたって、サーモメカニカルパルプ化（ＴＭＰ）技術で製造されたメカニカルパルプの品質が改善されてきているが、これらのエネルギー集約型技術に要するエネルギーコストが上昇しているので、品質を維持する一方で、エネルギー効率を上げることがますます重要になってきている。

品質を維持しつつエネルギー効率を改善するための、近年の開発における基本原理は、チップ材料の軸方向の繊維分離と繊維化を、パルプを製造するための繊維のフィブリル化と区別し、それぞれを別個の装置で行うというものであった。前者のステップは、比較的低程度の仕事と繊維分離にマッチした低エネルギー消費量によりリファイナーの上流の専用機器内で行われる。一方、高エネルギー消費のリファイナーは、エネルギー効率が劣る繊維分離機能から解放され、全エネルギーをフィブリル化機能に一層効率的に使用することが可能となる。このことは、フィブリル化機能は繊維分離（離解としても知られる）よりも大きなエネルギーを使用しなければならないので、必要なことである。

これらの技術開発により、確かにエネルギー効率は、特に高速ディスクを用いる装置においては改良された。しかし、特に高速リファイナーを用いない装置では、長期でのエネルギー効率は、短期ではある程度相殺されていた。それは、一次リファイナーの上流に設置する、比較的高価で、設置面積も大きい機器を必要とするからであった。

本発明の目的は、高品質サーモメカニカルパルプの低エネルギー消費量での製造を促進するリファイナープレートの構造を提供することである。

本質的に、本発明は、高速リファイナーを使用しない装置でも顕著なエネルギー効率を達成し、またリファイナーの上流に必要な機器の範囲と複雑さとを減少する。

広い意味においては、本発明はプレート要素、プレート構造および関連した木材チップのサーモメカニカルリファイニング用装置に関し、破壊され部分的に離解された木材チップは一次リファイナーの回転ディスクに供給され、ここで、複数の相対するディスクがそれぞれバーと溝からなる内側帯域パターンとバーと溝からなる外側帯域パターンを有し、内側帯域において実質的に完全な木材チップの繊維化（離解）が達成され、得られた繊維が外側帯域においてフィブリル化される。

一つの態様としては、相対して相対的に回転する２つのリファイニングディスク間に形成されるリファイニング間隙において、リグノセルロース材料を微分しリファイニングするためのフラットディスクリファイナーを意図した、共働する一対のリファイニングプレート要素を挙げることができ、ここでプレート要素は、相対するリファイニングディスク上で互いに直接向かい合うように配置される。そしてその特徴とするところは、両プレート要素はバーと溝を含む内側帯域とバーと溝を含む外側帯域により形成され、各内側帯域のバーと溝は内側供給領域とその後に続く外側仕事領域を形成し、各外側帯域のバーと溝は内側供給領域とその後に続く外側仕事領域を形成し、プレートが互いに向き合って配置されたときに、内側仕事領域と外側供給領域間で間隙および／または材料フローエリアが増加する。

好ましくは、内側帯域の仕事領域はバーと溝を交互する第１パターンで規定され、外側領域の供給領域はバーと溝を交互する第２パターンで規定される。内側帯域の仕事領域の第１パターンは、幾何学的に切れ目が形成されるように、外側領域の供給領域の第２パターンの溝より相対的に狭い溝を有する。チップの繊維化は、低強度リファイニングによって内側帯域の仕事領域で実質的に完結し、一方、繊維のフィブリル化は、狭いプレート間隙で高強度リファイニングを行うことによって外側領域の仕事領域で達成される。

本発明の関連するサーモメカニカルリファイニング方法は、
昇温、昇圧下における木材チップのサーモメカニカルリファイニング方法であって、
チップをスチーム雰囲気に曝し、チップを柔軟化するステップと、
前記柔軟化されたチップを圧縮装置で浸軟し、部分的に離解するステップと、
前記昇圧条件下で浸軟され、部分的に離解されたチップを回転ディスク１次リファイナーに供給するステップと、内側帯域の仕事領域の回りで発生したスチームの一部を供給することにより、前記供給ステップにおいて高められた圧力を維持するステップとを含み、
前記チップの回転ディスクリファイナー供給ステップにおいて、
この回転ディスクリファイナーの相対するディスクの各々が、バーと溝からなる内側帯域パターンとバーと溝からなる外側帯域パターンを有し、
各帯域が内側供給領域と外側仕事領域を有し、
前記内側帯域の仕事領域でチップの繊維化を実質的に完結し、
繊維のフィブリル化が、スチームを発生させる前記外側帯域の仕事領域で行われることを特徴とする。

圧縮による破壊、脱水および希釈は、すべて一次リファイナーの直ぐ上流の単一の一体化された機器で行うことができ、そして繊維化とフィブリル化とは両機能とも一次リファイナーの相対的に回転する一組のディスクの間で達成される。

この新しい簡素化されたサーモメカニカルパルプ（ＴＭＰ）リファイニング方法は、木材チップの破壊を目的とする加圧スクリュー排出機（ＰＳＤ）と繊維分離を目的とする内プレートとを結合して行われるもので、従来のＴＭＰパルプ化プロセスに較べてＴＭＰパルプ特性対エネルギー関係を効果的に改良するものであることが示された。

上記方法は、少なくともＴＭＰ用および低保持時間／高圧ＴＭＰリファイニング装置のためのパルプ特性／エネルギー関係を改善する。上記低保持時間／高圧リファイニング装置は、通常７５ｐｓｉｇ〜９５ｐｉｇの圧力で、標準的なリファイナーディスク速度または高ディスク速度で運転される。
内側帯域の離解効率は、より高いリファイニング圧力で改良された。離解レベルは、リファイナーディスク速度の増加につれてさらに増加した。

抑制 (ｈｏｌｄｂａｃｋ) 型の外側帯域で製造されたサーモメカニカルパルプは、排出(ｅｘｐｅｌ)型の外側帯域で製造されたパルプに較べて高度な総括強度特性を有していた。後者の構成では、所与のフリーネス（ｆｒｅｅｎｅｓｓ）に対して必要とされるエネルギーは少なく、未蒸解繊維束も少量であった。

本発明の方法を外側帯域の排出（expelling）と組み合わせた場合の、所与のフリーネスに対する比エネルギーの節減は、比較対象のＴＭＰおよび低保持時間／高圧リファイニングパルプに比べ１５〜３２％であった。

大抵の場合、外側帯域（フィブリル化）の仕事領域のバー／溝は、内側帯域（離解）の仕事領域より密の構造になっていなければならない。メカニカルパルプ繊維を製造するには、繊維は先ず離解（木質構造から分離）され、次いでフィブリル化（繊維壁膜の除去）が行われなければならない。本発明の重要な構成は、内側帯域の仕事領域が主に離解を行い、外側帯域の仕事領域が主にフィブリル化を行うということである。本発明の新規性の重要な観点は、これらの二つのメカニズムで行われる分離を単一の機械で最大化することによって、繊維長さとパルプ特性に与える所要エネルギー関係をより効果的に最適化することである。内側帯域における離解作用は比較的大きなサイズの破壊されたチップに対して行われるから、関連する仕事領域のバー／溝のパターンは、あまりに密な構造ではあってはならない。そうでなければ、破壊されたチップが、内側帯域の溝を適切に通過して、均一に分散されなくなるからである。内側帯域から外側帯域の供給領域に受け入れられ、外側帯域の仕事領域に分散される際の離解された材料は、内側帯域の供給領域のものに比べ比較的細かいサイズのものなので、外側帯域の仕事領域のバー／溝パターンは、内側帯域よりも密なパターンである。本発明の別の利点は、より均一な分散（すなわち、リファイナープレート全体に対する優れた繊維被覆性）が、従来のプロセスに比べて内側帯域にも外側帯域にも得られることである。優れた供給が行われるということは、供給が安定して行われることを意味し、安定供給はリファイナー負荷変動を減少させ、負荷変動減少は、より均一なパルプ品質の維持につながる。

従来のＴＭＰ装置と組み合わせるために、本発明の複合プレートは、内側プレートの仕事領域により狭い間隙を有していても、スチームの逆流を許容するように改造することができる。通常、対面する少なくとも１組のプレートが、内側仕事領域の内側間隙をバイパスさせつつ、外側間隙から内側供給領域の内側間隙またはさらに上流部へスチームの一部を導入することができる。

本発明の重要な利点は、これが総ＴＭＰプロセスの各機能ステップでの保持時間の最小化に寄与することである。これが可能なのは、繊維材がプロセスの各ステップで十分にサイズ減少されるので、操作圧力の作用により、繊維を所要のレベルまで瞬時に加熱し、柔軟化し得るからである。このプロセスは、次の３段階の機能ステップ、すなわち、（１）破壊されたチップを形成するステップと（２）破壊されたチップを離解するステップと（３）離解されたチップをフィブリル化するステップと含むと考えられる。そのための機器は、ステップ（１）の浸軟加圧スクリュー排出機の排出口からリファイナー入口に至るまでの保持時間を最小限となるように構成する必要がある。リファイナーフィーダー装置（例えば、リボンフィーダーまたは側面装入フィーダー）は殆ど瞬時に作動し、内側帯域内でのステップ（２）を開始する。内側帯域の設計は、パルプ材が邪魔されないで通過する短い保持時間となるようにする必要がある。内側帯域は設計次第では、効果的に離解するため保持時間が長くなることもあるが、それでも正味の保持時間は、離解が相異なる機器で行われる場合と較べると短くなる。離解あされたパルプ材は殆ど瞬時に外側帯域に流出し、そこでステップ（３）が行われる。ここでも保持時間は短い。外側帯域の実際の保持時間は、パルプ特性とエネルギー消費量とを最適化するように選択されたプレートの設計に依存する。各プロセス段階で（パルプ強度特性維持に必要な繊維柔軟化を達成しつつ）このように極めて短い（最小限の）保持時間とする利点は、最も優れた光学特性が得られることである。上記プレートの特徴としては、離解用の内側帯域とフィブリル化用の外側帯域とを含み、内側帯域と外側帯域の間に緩和領域が存在するための切れ目領域を有することである。

本発明者による先願である国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ２００３／０２２０５７号明細書に記載の装置では、破壊されたチップは、フィブリル化目的の主役の一次リファイナーに送る前に、より小さな繊維化用リファイナーで離解され、操作圧力は、本発明の繊維化（離解）ステップよりもはるかに低かった。その圧力下の繊維化保持時間は、完全に分離しているリファイナーでははるかに長かった。パルプ白色度の保持に役立つには低温度の維持が望ましかった。その理由は、低強度リファイニング強度は温和だったからである。高温は、従ってパルプ強度保持には分離している繊維分離用リファイナーでは必要でもなく、望ましくもなかった。本発明では、離解とフィブリル化とは同じ高圧のリファイナーケーシング内で行われる。繊維化（離解）用の内側帯域のリファイニング強度は、それでも低く、高圧かつ短い保持時間で行われる。高圧（高温）にもかかわらず白色度への不利なインパクトは存在しない。保持時間が非常に短いからである。これは、本発明者の米国特許第５，７７６，３０５号明細書に記載のような高温でかつ短い予熱時間の驚くべき有益な効果と相似している。

本発明を低保持時間／高圧リファイニング装置に組み込むとき、リファイナーフィーダーの直ぐ上流に、分離している別の予熱コンベアを設置する必要はない。破壊されたチップは、プラグスクリュー排出機からリファイナーに通常輸送される間に急速に加熱されるからである。膨張容積または膨張室から回転ディスクまでの雰囲気は、リファイナー操作圧力を、例えばＲＴＳに対しては７５psigから９５psigとし、プラグスクリュー排出機とリファイナー間の輸送の際の相当飽和温度における「保持時間」を、１０秒よりはるかに短く、好ましくは２〜５秒の範囲とし、これは、好ましい低保持時間／高圧リファイニング予熱保持時間に相当する。

より包括的には、各プロセスステップの保持時間を最小に抑えて高品質のサーモメカニカルパルプ（ＴＭＰ）をエネルギー効率よく製造する本発明のプロセス利点は、より幅広い種類のリファイナー装置で達成することができ、プロセスを実施する機器要素、設置面積および機器コスト要件を最小限に抑えられるという必然的有利性を備える。本発明の一態様に従う、切れ目領域を有する２帯域からなるリファイナープレートの幾何学構造は、種々のフラットプレートタイプに用いることができ、これに制限されないけれども、一方向フラット型、一体型リファイナー、ダブルディスクリファイナーを含む。

１．概要
図１は、本発明の好ましい態様に基づくＴＭＰリファイナー装置１０を示す。標準大気圧入口プラグスクリューフィーダー１２は、大気圧Ｐ_１＝０psigのチップ源Ｓからスチーム前処理された（柔軟化した）チップを受け入れ、圧力Ｐ_２＝０psigのスチーム前処理された木材チップをスチーム管１４に送り、この管で、チップは圧力Ｐ_３の飽和スチームの雰囲気に曝される。装置構成に依存するが、圧力Ｐ_３は大気圧〜約１５psigまたは１５psig〜約２５psigの範囲であり、保持時間は数秒〜分の範囲である。次ぎにチップは、浸軟加圧プラグスクリュー排出機１６に送られる。

浸軟加圧プラグスクリュー排出機（ＭＰＳＤ）１６は、約５〜２５psigの範囲にある圧力Ｐ₄の入口端１８を備え、この入口端からスチーム処理されたチップを受け入れる。好ましくは、浸軟加圧プラグスクリュー排出機（ＭＰＳＤ）は、スチーム管１４の圧力Ｐ_３と同じ入口圧力Ｐ_４を有する。浸軟加圧プラグスクリュー排出機（ＭＰＳＤ）は、飽和スチーム雰囲気下で高圧縮力を機械的にかけてチップを強制的に脱水・浸軟させる仕事部２０と、浸軟・脱水・圧縮されたチップが調整されたチップとして膨張領域または膨張室に圧力Ｐ_５で排出される排出端２２とを備え、膨張領域または膨張室では調整されたチップが膨張する。含浸液および希釈水を前記スクリュー機の排出端２２に導入するためにノズルまたは同様な手段が設けられ、これにより希釈水は膨張するチップに浸透し、チップとともに約３０〜５５％の範囲の固形物コンシステンシーを有するリファイナー供給チップを供給管２４において形成する。別法としては、希釈以外に含浸の必要がない場合は、希釈は、浸軟加圧プラグスクリュー排出機（ＭＰＳＤ）排出口に接続されているが、必ずしも一体化されている必要はない希釈室内で行うことができる。本明細書では、チップの浸軟または破壊とは、軸方向繊維分離が約２０％を超えるがフィブリル化は生じていないことを意味する。

高コンシステンシー一次リファイナー２６は、圧力Ｐ_５に維持されているケーシング２８内に相対して回転する複数枚のディスクを備え、各ディスクはその上に仕事プレートを備える。複数枚の仕事プレートは合い向かうように同軸に配置され、これによりディスクの内径からディスクの外径に実質的に半径方向外側に広がるスペースを規定する。各プレートは半径方向に広がる内側帯域と半径方向に広がる外側帯域とを備え、各帯域はバーと溝とが交互するパターンを有する。内側帯域上のパターンは相対的により大きいバーと溝を有し、外側帯域上のパターンは、相対的により小さい溝とバーを有する。リボンフィーダーのようなリファイナーフィーダー３０は、供給チップを浸軟加圧プラグスクリュー排出機（ＭＰＳＤ）に関連した希釈領域から（直接、または中間バッファ槽を経由して）受け入れ、圧力Ｐ_５の同チップを二枚のディスク間の空間でディスクの実質的内径の所に送る。以下に、より詳細に説明するように、内側帯域ではチップの繊維化（離解）が、外側帯域ではチップのフィブリル化が完結する。

上記装置は、通常のＴＭＰまたは低保持時間／高圧リファイニング装置に後から取り付けることが可能である。このプロセスまたは構成要素の運転条件範囲は以下の表に要約することができる。

図２Ａと図２Ｂは、本発明に用いるのに好適な希釈液注入機能付き浸軟加圧スクリュー機１６の概略図である。図２Ａの態様に基づくと、チップ材３２は、仕事部２０の中心にある脱水部に示されており、脱水部では、孔が開いた円筒壁３４、回転可能な同軸シャフト３６および回転羽根３８の各直径は一定である。脱水部の直ぐ下流の仕事部のプラグ部分にはプラグ状のチップ４０が形成される。プラグ部分では、壁には孔が開いておらず、シャフトにも羽根が設けられていないが、シャフト径は次第に大きくなり、流路断面は狭くなり、従って背圧が高くなるので、チップから中央部の円筒壁に形成された液抜き孔経由で押し出される液の流れが促進される。上記圧縮された流れと、これによる浸軟作用とは、孔が開いてない壁内に装入された管状圧縮インサート（図示せず）を用いたり、堅固なピンまたは類似部品（図示せず）をプラグ状のチップ内に円筒壁から突き出して用いたりすることによって、さらに促進または調整される。チッププラグは、一般に１，０００psi〜３，０００psiまたはそれ以上の範囲の機械的圧力下に高度に圧縮されている。浸軟は、全部ではないにしても大部分はこのプラグで起こる。チップはここで実質的に完全に破壊され、部分的離解も約２０％を超え、通常は３０％以上にも達する。

チッププラグ終端の浸軟加圧スクリュー排出機の排出端２２には、外側にフレア状に拡大する壁４２とこの壁に相対して配置されたブローバックバルブ４６の円錐形表面４４との間に定義された断面積増大領域が形成されている。このブローバックバルブ４６は、浸軟加圧スクリュー排出機シャフト３６の端部に設けられた円錐形凹み４８に収まるストップ位置から最大限に引き込まれる位置まで軸方向にストローク調節可能である。これにより、膨張領域または膨張容積５０の流路面積が調節され、同時にバルブと外側にフレア状に拡大した壁４２の外端の間に夾まれたチップの流れによって５２の箇所に軽度のシール作用が維持される。このチップの流れは、供給管２４と浸軟加圧スクリュー排出機１６の間に一時的に生じる圧力差に応じて制御することができる。

膨張領域５０では、複数の圧力ホース５４と関連ノズル（図示）を用いたり、あるいは加圧した円形リングを用いたりして含浸液を高圧下に供給する。脱水されたチップは、膨張領域５０に入るや否や含浸液を急速に吸収し、膨張するので、膨張領域５０の端部に軽度のシール領域を形成するのに役立つ。

図２Ｂは、別の態様を示すもので、膨張領域５０における含浸作用は、ブローバックバルブの円錐形面にある開口部５６に液の流れを供給することによって達成される。この液は、高圧ホース経由でブローバックバルブのシャフト５８を通して供給することができる。

供給管２４は、希釈されたチップを浸軟加圧スクリュー排出機（ＭＰＳＤ）１６からリファイナーフィーダー３０に導入し、混合するための垂直の落下管であることが好ましい。しかし、理解されなければならないことは、供給管２４における圧力Ｐ_５は、フィーダー３０とリファイナーケーシング２８におけると同じ圧力であることである。リファイナーフィーダー３０とリファイナーケーシング２８に小さな圧力増または圧力降下を持たすことが望まれることであるかもしれないし、この操作はＴＭＰ分野で普通に行われていることである。ではあるけれども、この浸軟加圧スクリュー排出機（ＭＰＳＤ）からリファイナーケーシングに続く領域における圧力は、一般に、３０psigより非常に高く、通常４５psig以上となるので、この圧力は浸軟加圧スクリュー排出機（ＭＰＳＤ）入口スチーム圧力Ｐ_４よりはるかに高い。しかし、チッププラグ４０は極めて強く機械的に圧縮されているので、管の圧力が、９５psigまたはそれ以上であっても、圧縮されたチッププラグは、未圧縮状態の繊維中の空孔の膨張によって膨張領域で急速に膨張する。従って、理解され得ることであるが、この供給管は、膨張室として作用し、容量膨張効果に寄与する。当業者ならば、膨張領域と供給管の設計と関係を容易に修正し、膨張と希釈とを主に浸軟加圧スクリュー排出機（ＭＰＳＤ）に取り付けられているが一体構造ではない専用の膨張室で行わせることが可能である。

一例としてこれに限定されるものではないが、プラグ−パイプ領域におけるコンシステンシーは、通常５８％〜６５％の範囲であり、含浸／希釈を伴う膨張領域では約３０％〜５５％である。目標としては、最適なリファイニングコンシステンシーにすることであり、リファイナー供給装置に搬送して、リファイナープレート間に導入するためには通常約３５〜５５％である。

図３は、リファイナーディスクプレート１００の一部分の概略図で、繊維化用の内側帯域１０２とフィブリル化用の外側帯域１０４とを示す。各帯域は、ディスクに取り付け可能な個別なプレート部材で構成することもできるし、帯域全体を共通のベースに一体化して形成し、これをディスクに取り付け可能とすることもできる。各帯域は、内側の供給領域１０６、１０８と、外側の仕事領域１１０、１１２とを備える。内側帯域の仕事（離解）領域は、バー１１４と溝１１６とを交互にする第１パターンで規定され、外側帯域の供給領域は、バー１１８と溝１２０とを交互にする第２パターンで規定される。内側帯域の供給領域１０６の非常に粗いバー１２２と溝１２４を経由して、予め破壊されたチップが非常に狭いバーと溝から構成される離解用領域１１０に導入される。次に繊維化されたチップは互いに混合し、外側帯域の供給領域１０８の入口である円環状遷移領域１２６を越える。一般に、内側帯域仕事領域１１０にある第１パターンは、外側帯域供給領域１０８にある第２パターンの溝より相対的に狭い溝を備える。外側帯域の仕事（フィブリル化）領域１１２は、バー１２８と溝１３０のパターンを有するが、溝１３０は内側帯域の仕事領域１１０の溝１１６より狭くなっている。

一方のディスクにおける内側帯域の供給領域１０６の粗いバーと溝は、相対するディスクにおける供給流の通路形状がリボンフィーダーから相対する帯域の仕事領域１１０に供給チップ材料を容易に導入する形状である限り、相対するディスクのバーと溝とを有さない供給領域と並置することができる。従って、すべての内側帯域１０２は、バー１１４と溝１１６を交互にするパターンを有する外側の繊維化領域１１０を有するが、関連する内側の供給領域１０６は必ずしもバーと溝とのパターンを有する必要はない。フィブリル化用側帯域１０４の外側領域１１２は、１３２と１３４のような複数の半径方向に順次配列された領域、および／または１３６と１３８のようなＴＭＰリファイナーの「リファイニング領域」に周知の複数の相異なって並行的に交互する領域を備えることができる。図３では、外側帯域１０４は、バーと溝を交互する内側の供給領域１０８を備え、仕事領域１１２は、領域１３２に並行的に繰り返す台形として現れる、バー１２８と溝１３０を交互する第１パターンと、プレートの円周１４４まで延びる領域１３４に並行的に繰り返す台形として現れる、バー１４０と溝１４２を交互する別の一つのパターンとを有する。

内側帯域１０２と外側帯域１０４の間の円環スペース１２６は、全くの空でもよいが、あるいは図３に示されているように、外側帯域供給領域１０８にある１４６のようなバーを幾つかこの円環スペースに延ばすようにもすることができる。円環スペース１２６は、内側帯域と外側帯域の半径方向の大きさを定めるもので、内側帯域１０２の半径方向の幅は、外側帯域１０４の半径方向の幅より小さく、好ましくは、内側帯域１０２の内端部１４８から外側帯域１０４の円周端１４４までのプレートの全半径の約３５％未満である。また、内側帯域１０２の供給領域１０６の半径方向の幅は、内側帯域１０２の仕事領域１１０の半径方向の幅より大きく、外側帯域１０４の供給領域１０８の半径方向の幅は、仕事領域１１２の半径方向の幅より小さい。

破壊され、部分的に離解されたチップ材は、先ず内側帯域の供給領域１０６に導入されるが、ここではそれ以上の離解は実質的に起こらず、次いで、チップ材が仕事領域１１０に供給されると、バー１１４と溝１１６によるエネルギー効率的な低強度の作用によって、チップ材の実質的すべてが離解される。このようなプレートは、関連する加圧浸軟スクリュー排出機を備えないリファイナー装置の代替プレートとして有益に用い得る。加圧浸軟スクリュー排出機（ＰＭＳＤ）を備えている場合は、リファイナーの上流の高温処理と併せて完全な破壊と部分的な離解とを組み合わせることにより、プレート設計者としては、内側帯域の仕事領域１１０の半径方向の幅とエネルギー使用量とを最小限に抑えて、離解を完結することが可能となる。バー１１４と溝１１６のパターンと仕事領域１１０の幅とは、強度と保持時間に応じて変えることができる。上流側の破壊と部分的離解とが理想的でない場合は、プレート設計者としては、内側帯域の仕事領域１１０の半径方向幅を増加し、チップ材をある程度処理が促進されるように滞留させるパターンを選択し、一方では短くした高強度外側帯域１１２で満足なフィブリル化を行い、一次パルプの所与の性質に対して総括的エネルギー節約を達成することができる。

図３に示される複合プレートは、単に代表例を示しているにすぎない。図４と図６は、内側帯域領域がとり得る他の例を示す。図４Ａは、１枚の内側帯域１５０Ａを示し、図４Ｂは、相対する内側帯域１５０Ｂを示す。図５は、相対する内側帯域１５０Ａおよび１５０Ｂの並置概略図を関連した外側帯域１５２Ａと１５２Ｂの部分がリファイナーに取り付けられている図とともに示す。内側帯域の供給間隙１５４は、ディスクの「目」の箇所に受け入れられた供給材料を軸方向の移送方向から内側帯域の半径方向仕事間隙１５６に向かって再導入するため、曲面状になっているのが好ましい。供給バー（非常に粗い配置バー）は、供給されるチップ材のサイズより大きい間隔で配置されるのが好ましい。例えば、チップ（チップ厚さ）を規定する３次元寸法で最も小さい寸法は一般に３〜５ｍｍである。これは、木材組織に繊維の損傷を招く厳しいインパクトを与えることを回避するためである。従って、殆どの例では操作の間の最小限の間隙１５４は５ｍｍとなるはずである。粗い配置の供給バーは、内側帯域の外側部分に適切な原料分散を行うという唯一の機能を果たし、チップには何も仕事をしなくてよい。供給バーはローターの内側帯域には取り付けられるが、ステーターの内側帯域には必ずしも必要ではない。

フラットディスクリファイナーに用いられた従来のプレートの幾何学的形態は、プレートの内側端から外側端への半径を有することを理解すべきである。

２つのフラットプレートは、リファイナーに組み込まれたときに相対する対を形成し、各プレートが突起したレリーフ構造のパターン（例えば、バー、溝、窪み）を含む仕事表面を有しており、図５に示すように、軸に対して横から見たときに半径方向に延びるリファイニング間隙を確立する。この間隙はプレートの内径から外径へと変動するプロファイルを有する。間隙、すなわち間隙プロファイルは、相対する突起構造（複数のバー）の頂部表面間の幅によって定められ、材料がプレート間を移動するときに利用することができるフローエリアに直接影響する。全フローエリアには、半径方向の各位置における、いかなる窪みやバー間の溝の断面領域も含まれる。従来のフラットディスクプレート間の、間隙を含むフローエリアにおける全ての変化は、プレート内端部における全半径方向距離Ｒ_ｉからプレート外端部における全半径方向距離Ｒ_０にわたってｄＡ／ｄｒ＜０と表現することができる。

本発明においては、フローエリアの変化率は、以下のとおり表すことができ、
Ｒ_ｉからＲ_ａまではｄＡ／ｄｒ＜０
Ｒ_ａからＲ_ｂまではｄＡ／ｄｒ＞０
Ｒ_ｂからＲ_０まではｄＡ／ｄｒ＜０
ここで、Ｒ_ｉ＜Ｒ_ａ＜Ｒ_ｂ＜Ｒ_０である。
Ｒ_ａとＲ_ｂ間の領域の増加は、外側帯域の供給領域における、内側帯域と外側帯域の間または遷移部の、切れ目または緩和容積として見ることができる。内側帯域の仕事領域で離解された材料は、緩和容積に入り、そこで外側帯域の供給領域における供給バーと溝によって混合され、分散される。

図５に見られるような間隙プロファイルは、内側運搬供給部１５４と、その後に続く内側仕事領域間隙１５６を有し、内側仕事領域間隙１５６は、好ましくは内側最小間隙に収束し、内側最小間隙は実質的に一定の間隙において半径方向に延びることができる。約１インチまでの距離にわたって変化率が１０％から３０％に収束した後、仕事領域間隙は最小に達し、約１．５〜３．０ｍｍの範囲、好ましくは約２．０ｍｍになる。仕事領域における溝幅は約４．０ｍｍ未満であり、好ましくは約３．０ｍｍを超えない。溝の方向は、材料が離解されるときに材料の外側への供給を促進するものであることが好ましい。間隙が急に約４．０ｍｍ超になる切れ目状の遷移部１６０が後に続き、これは外側帯域の供給領域と連合される。この供給領域は、全体にわたって収束することができ、供給領域に続く外側仕事部は、０．５〜１．０ｍｍの範囲にある外側最小フィブリル化間隙まで、半径方向に収束する。間隙は、半径方向に延びており、内側仕事領域への入口から外側仕事領域の出口まで真直ぐな中心部を有している。

間隙の内側供給部は、供給バーと溝からなる粗いパターンを含む粗い面構造を含むのに対し、内側仕事部はバーと溝からなる相対的に密な離解パターンを含む。切れ目または緩和効果が達成される遷移部では、バーと溝からなる別の粗い供給パターンを含むことができるのに対し、外側仕事部はバーと溝からなる相対的に密なフィブリル化パターンを含む。ほとんどの場合において、内側帯域の仕事領域の溝は外側帯域の供給領域の溝よりも小さい。内側帯域の仕事領域の溝は外側帯域の仕事領域の溝よりも大きい。全体的には、内側帯域の仕事領域の材料に与えられる強度は、外側帯域の仕事領域の仕事材料に与えられる強度よりも低い。

遷移部におけるフローエリアの増加が、間隙幅と溝幅の両者の変化によって達成されることは認識されるべきである。間隙の増加が大きければ、外側帯域の供給領域は、必ずしも内側帯域の仕事領域よりも粗い必要はない。緩和領域における材料流れの増加ｄＡ／ｄｒ＞０は、離解領域の最小間隙幅（ここでは、領域Ａも離解領域で最小になる）の直ぐ後に現れる。緩和領域の増加は、以下の１以上の手段によって達成される。
（ａ）両プレート上にある相対する平滑な円環状の窪みが、内側帯域と外側帯域の間に半径方向に位置する。
（ｂ）１つのプレート上には平滑な円環状の窪みがあり、相対するプレート上には外側供給バーの一部が相対する粗いおよび／または屈曲した導入部がある（図８Ｄと８Ｅを参照）。
（ｃ）対面する各プレート上の円環状構造が、外側供給バーの一部に導入部を有する（図７を参照）。
（ｄ）円環状構造を有さないが、屈曲部を有しても有さなくてもよい粗い供給バーを有しており、または全ての供給バー上に屈曲導入部を有する密な供給バーを有している。

図４の態様では、内側帯域のバーと溝は、半径方向に対して角度を付けて配置されているので、内側帯域に遠心的流れを抑制するとともに、左に回転すると、保持時間を増し、あるいは右に回転すると、流れを加速することになる。図６の態様では、内側帯域１６２Ａと１６２Ｂは、実質的に半径方向の配置を有するので、遠心的流れは抑制も、加速もされない。

図３と図５に示されるように、離解領域、例えば内側帯域の外側領域における入口バーは、長い面取り１６４、すなわち楔形が緩やかに閉じる形を有している。一般に、二枚の内側帯域の間の繊維化間隙１５６に至る入口は、半径方向、または半径方向に近い方向になっている（遷移方向を揃える）。このことは木材チップに強いインパクトを与えることも防止している。面取りの傾斜は、一般に、半径方向の距離１５〜５０ｍｍにかけて高さが５ｍｍ下がるようにしなければならない。得られる勾配は、１：５〜１：１０であるが、高さの下がりが３〜１０ｍｍで、勾配が１：３〜１：１５ならば許容できる。チップの低強度「剥離」を規定するのはこの緩やかな楔という形状であり、きつい間隙で操作する従来のブレーカーバーが高強度インパクトを与えるのとは異なる点である。内プレートの仕事領域の操作間隙１５６は、外向きに緩やかに狭くすることもできる。面取り１６４が下の範囲の角度（例えば、１：３）ならば、大きな、例えば少なくとも１：４０のテーパーの間隙１５６を用いなければならない。こうすれば、きつい間隙にもチップを容易に供給することになる。

内側帯域の外側部分は、削られてテーパーになっているのが好ましく、テーパーの範囲はフラット〜約２°であるが、具体的には適用次第で異なる。大きなテーパーと大きな操作間隙を用いると、内側帯域で行われる仕事量が減少する。内側帯域の外側領域の構造は、繊維長さを最大に保存しつつ繊維を適切に分離するために、供給材料に与えるインパクトを最小限に抑えるような構造にしなければならない。

離解領域１１０の溝幅は、木材チップ粒より小さく、好ましくは、離解領域に求められるほぼ最小の操作間隙でなければならない。一般に、溝は幅４ｍｍ超であってはならない。このことによって、木材チップ粒がバーの間に挟み込まれ、相対するディスクのバーに衝突するのではなくて、確実に間隙内で処理されるのが可能となる。

離解用内領域１１０では、チップは、円環スペース１２６を通過して１６０にある外側帯域１０４に入る前に、繊維と繊維束に分解される。その外側帯域は、既知の高コンシステンシーリファイナープレート構造に酷似している。繊維が大部分離解されてしまえば、高強度インパクトはもはや加わらない。図３と図５から分かるように、未処理チップが外側帯域の供給領域１０８に入るようなことがあれば、この未処理チップが２本の粗いバー１１８と１２０の間に楔のように挟み込まれ、高強度のインパクトが加わることになろう。チップが２枚の離解用内側帯域１０２で適切に分離されておれば、大きな粒はもはや残っていないので、このタイプの作用は起こり得ない。

内側帯域の外側領域の入口には、半径方向または半径方向（すなわち、正面から観察したときに円弧状の実質的に一定の半径）に近い遷移部分がある。仕事表面が始まる半径方向位置に大きな変位があると、間隙より大きい粒子がこの間隙に急に押し込まれるとき、普通、繊維長さが損傷する結果になる。この領域が始まる箇所に長い（長い方がよい）面取りを施すと、供給されたチップ材は、サイズが徐々に十分に小さくなって（粗さの減少）、仕事表面（図５に図示されない）に形成された間隙に入ることができる。以上の作用の効率を向上したり、内プレートでのエネルギー入力を増大したりするためにサブ表面ダムまたは表面ダムを用いることができる。

内側帯域と外側帯域の間で機能の分離を行うことは、いわゆる「円錐形ディスク」にも組み込んで用いることができる。この円錐形ディスクはフラットな最初のリファイニング領域と、その後に同じリファイナー内に円錐形リファイニング領域とを備えているものである。その場合、本発明の離解帯域は上記フラットなリファイニング領域を代替し、その後に続いて円錐部分に従来の「主プレート」リファイニング領域が設けられることになる。普通、そのようなリファイナー用の円錐形部分は３０°または４５°の角度の円錐であるから、円筒部表面からは１５°または２２．５°の角度となる。そのような円錐形ディスクリファイナーの例は１９８１年８月１１日に登録された米国特許第４，２８３，０１６号の明細書に記載されている。従って、本明細書で用いられる「ディスク」とは「円錐形ディスク」も含み、「実質的に半径方向」は、円錐形リファイナーの一般に外向き方向であるが、角度が付いた間隙をも含む。「フラットなディスク」という用語は区別して用いられ、ここではディスクおよび／またはプレートが、添付図面にあるように、実質的に仕事表面全体にわたってフラットであることをいう。

図７と図８にフィブリル化用の外側帯域の２つの態様が示される。これらは高強度から極低強度までの範囲を含んでいる。概念の説明目的であるが、図７のパターンは、高強度方向性の外側帯域１６６の典型例である。図８は、極低強度二方向性の設計１８２を示す。多岐にわたる他のバー／溝構造、例えば可変ピッチを備えているものも用い得る（米国特許第５，８９３，５２５号明細書を参照）。

方向性帯域１６６は、パターンが粗く、前方向に供給する領域１７２を備える。これにより、当領域の保持時間とエネルギーインプット能力が低下し、従って、より大きいエネルギーを帯域の外側部分にかけることができ、それにより、そこに適用される仕事強度が増し、従ってよりタイトなディスク間隙で操作を行える。外側帯域の仕事領域には２つの領域１６８，１７０があり、外領域１６８は前領域１７０より細かい溝を備えている。領域１６８中の１７６のような溝の一部分または全部は、帯域の真の半径に対し少し傾斜した角度であるクリアーなチャネルを規定することでき、一方、他の領域１７０中の１８０のような他の溝は、表面ダムまたはサブ表面ダム１７４または１７８を有することができる。全体としては、外側帯域１６６は、図３の外側帯域１１２に類似している。

別の例として、図８の全長方向に延びる可変ピッチパターン１８２が本質的に半径方向のチャネルを有し、遠心方向の供給角を有さないものが挙げられる。供給領域１９０は非常に短く、仕事領域１８８は均一の溝幅または交互に変わる溝幅を有したり、または１８４と１８６に示されているように、交互に変わる、あるいは任意に可変の溝深さを有したりする。こうすることにより、プレート内の保持時間が長くなり、多数のバー交差と組み合わせると、低強度のエネルギー移動が可能となり、これにより大きなプレート間隙が生じる結果になる。

外側帯域のバリエーションとしては、外側帯域から内側帯域に繊維が逆流するのを防止するように外側帯域の内側供給領域が設計される。図８Ｄは、屈曲供給バー１９５を有する供給領域１９４を備えるローターディスク用外側帯域１９２を示す。相対するステーター帯域１９６は、図８Ｅに示されるように、前記の屈曲供給バー１９５に相対する内側供給領域１９８においてバーを備えないので、相対して回転する外側帯域１９２の屈曲供給バー１９５を具合よく収容する。そのようなアプローチを取ることにより、さらに内側帯域と外側帯域でそれぞれ離解ステップとフィブリル化ステップを完全に分離することが確実に達成される。

図示のように、屈曲供給バー（インジェクターとも称する）１９５には、オプションとして、ローターおよび／またはステーター帯域の供給領域に他の構造（例えば、ピラミッドの形をしたものや相対する半径方向バー）を付加して、屈曲バーから仕事領域へのチップ分散を助けることも可能である。従って、ローターの供給領域１９４の半径方向範囲の表面は、突出する屈曲バー１９５によって完全にまたは部分的に占めることもできるし、ステーター供給領域１９８の半径方向範囲の表面は、完全にフラットであるかまたは部分的に上記のチップ分散構造によって占めることもできる。ローター帯域の屈曲バー１９５は、仕事領域バーの高さよりもある距離だけ高いので、供給領域１９４中に突出するが、相互に回転するステーター帯域の供給領域１９８の相対する表面がフラットであることから、この高くなった距離も具合よく収容する。

一般に、内側帯域の仕事領域全体のバーと溝のパターンは、好ましくは均一の第１平均密度を有し、外側帯域の供給領域全体のバーと溝のパターンは、好ましくは均一であるが低密度の第２平均密度を有する。

以下に記載されるように、本発明においては、第１リファイニングディスクの有効直径が３６インチであるパイロットプラントで試験されたときに顕著な効果を示した。本発明は、特に、約４５〜６０インチの範囲かそれよりも大きな直径を有するディスクを有している、より大きなリファイナーに組み込むことが適当である。

２．パイロットプラント実験室試験
以上のように、繊維化を行う内側帯域とフィブリル化を高効率で行う外側帯域との組み合わせが、本発明のプロセスの重要なポイントである。このプロセスの最適化は、アンドリッツ加圧３６−１ＣＰシングルディスクリファイナーを２段階で用いて実施された。第１段階では内プレートだけを用い、第２段階では外プレートだけを用いて実施された。内プレートとしては、特殊なデュラメタル（Ｄｕｒａｍｅｔａｌ）社製Ｄ１４Ｂ００２型の３領域リファイナープレートを用い、中間領域の外側１／２と外領域全部を研磨して使用した（図９を参照）。前記中間領域の内側の１／２は、破壊された木材チップを離解するのに用いられる。外プレートとしては、デュラメタル（Ｄｕｒａｍｅｔａｌ）社製３６６０４型の方向性リファイナープレートを、供給(ｆｅｅｄ)（排出(ｅｘｐｅｌ)）型と制限(ｒｅｓｔｒｉｃｔｉｎｇ)（抑制(ｈｏｌｄｂａｃｋ)）型の両リファイニング構成で用いた（図１０を参照）。

以下のプロセスバリエーションをシミュレーションするため、離解用内プレートを用い、次の３つのリファイニング構成を試験した。
１．ＴＭＰＡ［２〜３秒の保持時間^（ｉ）、８５psig、１８００rpm］^（ii）後掲の表中のＡ１を参照。
２．ＴＭＰＢ［２〜３秒の保持時間^（ｉ）、８５psig、２３００rpm］^（ii）後掲の表中のＡ２を参照。
３．ＴＭＰ［２〜３秒の保持時間^（ｉ）、５０psig、１８００rpm］^（iii）後掲の表中のＡ３を参照。
^（ｉ）ＰＳＤ排出口からリファイナー入口までの保持時間。
^（ii）スチーム管圧力= ５psi、保持時間= ３０秒。
^（iii）スチーム管圧力= ２０psi、保持時間= ３分。

破壊用浸軟加圧スクリュー排出機と離解用内プレートの組合せを示すのに用いられる前付け記号は、ｆ−である。従って、前記構成に用いられる記号は下記の通りである。
１）ｆ−ＴＭＰＡ
２）ｆ−ＴＭＰＢ
３）ｆ−ＴＭＰ
次に、リファイナー外プレートを用い、各々同じ圧力とリファイナー速度で繊維化(ｆ)チップをリファイニングした。すなわち、
１）ｆ−ＴＭＰＡ外プレート、８５psig、１８００rpm
２）ｆ−ＴＭＰＢ外プレート、８５psig、２３００rpm
３）ｆ−ＴＭＰ外プレート、５０psig、１８００rpm
比エネルギーの大部分はリファイナー外プレート運転実験の際に加えられた。リファイナープレート方向（排出型と抑制型）と適用パワーの種々の条件をこの研究の外プレート実験の際に評価した。

次いで、一次リファイニングされたパルプ各々を、加えた３レベルの比エネルギーで、アンドリッツ社製二次大気圧４０１リファイナーでリファイニングした。比較対照のＴＭＰシリーズは、加圧浸軟排出機で木材チップの破壊を行わないで製造した。これは、内プレート使用の比較対照実験の生産速度を２４．１ＯＤＭＴＰＤから９．４ＯＤＭＴＰＤ(オーブン乾燥トン／日)に減少することによって行われた。これはＰＭＳＤ中のチッププラグを効果的に減少させた。内プレート使用の比較対照実験の際にはプレートを調整して、仕事がブレーカーバーだけを用いて行われるようにした。すなわち、ブレーカーバーの後に設けられているリファイナー離解バーでは効果的なリファイニング作用は行われないようにした。次ぎに内プレートで処理されたチップを、３６−１ＣＰリファイナーで外プレートを用いてリファイニングした。次に一次リファイニングされたパルプを、幾つかのレベルの比エネルギーを使用してアンドリッツ社製４０１リファイナーでリファイニングした。

表Ａは、この試験研究で製造されたリファイナーシリーズ各々対する記号を示す。対応するサンプル識別記号も示す。

抑制型一次外プレートで製造したリファイナーシリーズが、排出型外プレートを用いて得た各シリーズより、プレート間隔は大きく、長繊維含有度が高いものであった。このことにより、抑制型シリーズをリファイニングに用いて、一次フリーネスを下げ、一方、パルプの長繊維含有度を保持することが可能である。

図１１〜図１８は、本実験研究で得られたほとんどのリファイナーシリーズに対するパルプ特性結果を示す。なお、極めて低い一次フリーネス（＜５００ｍｌ）で得られた２つのシリーズは、データが混むのでプロットからは除外した。

図１１ フリーネス対比エネルギー
対照標準のＴＭＰシリーズが、所与のフリーネスに対し最も高い比エネルギー所要値を有した。ｆ−ＴＭＰシリーズが、二番目に高い比エネルギー所要値を有し、次いでｆ−ＴＭＰＡシリーズが続いた。ｆ−ＴＭＰＢシリーズが、所与のフリーネスに対し最も低い比エネルギー所要値を有した。

表Ｂは、プロットされたリファイナーシリーズ各々の比エネルギー所要値を１５０ｍｌのフリーネスで比較したものである。結果はリニア補間から求めた。

１５０mlのフリーネスに対して、ｆ−ＴＭＰＢ ２３００ ｅｘシリーズ（離解、ＴＭＰＢ、および高強度プレートの組合せ）が、対照標準のＴＭＰシリーズより３２％低いエネルギー所要値を有した。１５０ｍｌのフリーネスに対して、ｆ−ＴＭＰＡ １８００ ｈｂおよびｆ−ＴＭＰＡ １８００ ｅｘシリーズは、対照標準ＴＭＰシリーズより１８％および２２％それぞれ低いエネルギー所要値を有した。ｆ−ＴＭＰ ｈｂおよびｆ−ＴＭＰ ｅｘシリーズは、対照標準ＴＭＰシリーズより１０％および１５％それぞれ低いエネルギー所要値を有した。これらの結果が示すものは、加圧スクリュー排出機（ＰＳＤ）とリファイナープレートを改造／交換しても、既存のＴＭＰ装置への投資は相当程度のリターンが得られるということである。

図１２ 引っ張り強度対比エネルギー
ｆ−ＴＭＰＢ ｅｘパルプが、所与の比エネルギーでは、最も高い引っ張り強度を有し、その後にｆ−ＴＭＰＡシリーズとｆ−ＴＭＰシリーズが続いた。対照標準のＴＭＰパルプは、所与の比エネルギーでは、最も低い引っ張り強度を有した。
加圧浸軟排出機（ＰＳＤ）に約３%亜硫酸水素ナトリウム（ＮａＨＳＯ_３）溶液を加えると、薬剤処理を行わない対応するシリーズに較べて引っ張り強度が増大した。
５２．５Ｎｍ／ｇの引っ張り強度は、３．１％ＮａＨＳＯ_３を添加し、１，７５４ｋＷｈ／ＯＤＭＴの比エネルギーで処理したｆ−ＴＭＰＢ ２３００ ｅｘ（３．１％ＮａＨＳＯ_３）シリーズで達成された。

図１３ 引っ張り強度対フリーネス
薬剤処理無しのシリーズ
引っ張り強度の結果では２つのグループに分けられる帯域があった。下部帯域は、排出型外プレートを用いて得られたシリーズを表す。上部帯域は、抑制型外プレートを用いて得られたシリーズを表す。抑制型外プレートを用いて得られた引っ張り強度の平均増加は、約１０％であった。ｆ−ＴＭＰＢ ｈｂシリーズは、繊維化されたＡ３チップ材料が不足したのでこの実験では行われなかったことを注記する。
亜硫酸水素塩処理シリーズ
約３％の亜硫酸水素塩をｆ−ＴＭＰＡ ｅｘとｆ−ＴＭＰＢ ｅｘシリーズに添加することにより、ｈｂ型外プレートで得られたパルプと同等または高いレベルの引っ張り強度に増大した。
表Ｃは、１５０mlのフリーネスで各リファイナーシリーズを比較するものである。外挿に用いられた回帰方程式は、図１３に記入してある。

図１４ 引き裂き強度対フリーネス
抑制型外プレートを用いて得られたリファイナーシリーズが、最も大きい引き裂き強度と長繊維含有量を有した。
表Ｄは、１５０mlのフリーネスでリファイナーシリーズを比較するものである。引き裂き強度の値は、リニア補間法を用いて得られた。

ｆ−ＴＭＰＡ ｈｂパルプは、最も高い引き裂き強度を有した。ｆ−ＴＭＰＡ ｅｘとｆ−ＴＭＰＢ ｅｘパルプも、同程度の引き裂き強度結果であった。

図１５ 破裂強度対フリーネス
抑制型外プレートで製造されたｆ−ＴＭＰＡ １８００ ｈｂとｆ−ＴＭＰ １８００ ｈｂシリーズが、所与のフリーネスでは最も高い破裂強度を有した。排出型外プレート、ｆ−ＴＭＰＡ １８００ ｅｘ、ｆ−ＴＭＰ １８００ ｅｘ、ｆ−ＴＭＰＢ ２３００ ｅｘを用いて製造されたリファイナーシリーズが、所与のフリーネスでは低い破裂強度を有した。
約３％の亜硫酸水素塩を添加することにより、排出型外プレートで得られたシリーズの破裂強度は、抑制型外プレートで得られた化学処理無しシリーズと同等のレベルに増大した。
表Ｅは、１５０mlのフリーネスに補間された破裂強度の結果を比較するものである。

図１６ 未蒸解繊維束対フリーネス
対照標準のＴＭＰパルプが、最も高い未蒸解繊維束レベルを有した。排出型外プレートで製造されたリファイナーシリーズは、抑制型外プレートで製造された対応するシリーズより未蒸解繊維束は低かった。明確に証拠立てられたのは、ｆ−前処理が未蒸解繊維束減少に役立つということである。
表Ｆは、１５０mlのフリーネスに補間された各リファイナーシリーズに対する未蒸解繊維束レベルを比較するものである。

ｆ−ＴＭＰＢ ｅｘシリーズで製造されたパルプは、亜硫酸水素塩の添加・不添加を問わず、未蒸解繊維束レベルは最も低かった。亜硫酸水素塩の添加は、未蒸解繊維束を低下させた。

図１７ 散乱係数対フリーネス
排出型外プレートで製造されたリファイナーシリーズが、最も高い散乱係数レベルを有した。
表Ｇは、フリーネス１５０mlでの各シリーズに対する散乱係数測定の結果を示す。

約３％の亜硫酸水素塩を添加することにより、散乱係数は約１〜３ｍ^２／ｋｇだけ低下した。

図１８ 白色度対フリーネス
すべてのｆ−シリーズでは、対照標準のＴＭＰパルプより白色度は高かった。
表Ｈは、１５０mlのフリ−ネスに補間したリファイナーシリーズ各々を比較するものである。

ｆ−ＴＭＰシリーズは、対照標準のＴＭＰシリーズより約２％高い白色度を有した。ｆ−前処理の高圧縮加圧スクリュー排出機（ＰＳＤ）コンポーネントから木材抽出物を高度に除去したことが、白色度増加に最も寄与したと考えられる。
ｆ−ＴＭＰＢシリーズが最も白色度が高く（５２．８）、次がｆ−ＴＭＰＡシリーズで（平均＝５１．７）、さらにその後にｆ−ＴＭＰシリーズが続いた（平均＝４９．２）。
３％の亜硫酸水素塩を添加することにより、ｆ−ＴＭＰＢ ｅｘシリーズでは、顕著に５９．１まで白色度が増大した。

３．内側領域リファイニング時の離解条件の比較
表Ｉは、内プレートによる繊維化で得られた特性を比較するものである。前に示したように、３つの離解装置の実験であるＡ１、Ａ２、Ａ３を実施し、ｆ−ＴＭＰＡ、ｆ−ＴＭＰＢ、ｆ−ＴＭＰ構成のシミュレーションを行った。これらの内側帯域装置に、加圧スクリュー排出機（ＰＳＤ）から破壊されたチップを供給した。

プロセス条件が内側領域リファイニング時の間の離解効率に主要なインパクトを有していることは明らかである。破壊されたチップが、より高圧（Ａ１、Ａ２）でリファイニングされると、典型的なＴＭＰ加圧（５０ｐｓｉ）でのリファイニングに比べ、顕著に低い未蒸解繊維束（=より多い離解繊維分）となる。離解に要するエネルギーも、高圧では少なくなった。最高の離解レベルは、高圧と高速（A2）を組み合わせるときに得られた。

Ａ２（ｆ−ＴＭＰＢ）のチップが最も高い繊維分離を受け、次位は、Ａ１（ｆ−ＴＭＰＡ）で処理されたチップである。Ａ３（ｆ−ＴＭＰ）のチップは、離解されたサンプルの中では明らかに最も粗いものであった。
注意すべきは、バー方向性は内側リファイニング実験の際には要因の一つではなかったということである。内プレートは双方向であったからである。

離解に要するエネルギーは圧力が上昇するにつれて減少する。エネルギー損失は、従来の条件で離解するときに極めて大きかった。例えば、５０psigの圧力では、８５psigでのリファイニングと比較して同じ未蒸解繊維束の離解チップを得ようとするとき、１００ｋＷｈ／ＭＴを優に超える比エネルギーを改めて加える必要があるだろう。

４．実験手順
米国ウィスコンシン州産のホワイトスプルースチップが、これらの実施例に使われた。ホワイトスプルースチップに対するチップ材識別名、固体含有量および嵩密度は、表 IIに示される。

最初、３６−１ＣＰ加圧可変速リファイナーで幾つかの実験を行った。プレートパターンＤ１４Ｂ００２を用い、外側領域および１／２の中間領域を研磨して行った。これは、大型の単一ディスク型リファイナーの内側帯域をシミュレーションするために行ったものである。最初の実験Ａ１は、０．４バールのスチーム管に３０秒プレスチーム保持時間、５．８７バールリファイナーケーシング圧力、および１８００rpmのマシン速度で行われた。Ａ２では、マシン速度は２３００rpmまで増加した。Ａ３実験は、１．３８バールのスチーム管に３分間プレスチーム保持時間、３．４５バールリファイナーケーシング圧力、および１８００rpmのマシン速度で行われた。Ａ３−１実験も、Ａ３と同様な条件で行われた。但し、生産速度は、リファイナー供給前にチップの組織破壊を防止するため、２４．１ＯＤＭＴＰＤから９．４ＯＤＭＴＰＤまで減少した。この実験のプレート間隔も増やし、中間バー領域で効果的な作用が起こるのを防止したので、チップにはブレーカーバー処理だけが行われた。繊維品質分析は、サンプルＡ１−１には可能でなかった。ブレーカーバー処理だけが行われたチップは繊維化された形ではないからである。従って、未蒸解繊維束またはバウアーマクネット（Ｂａｕｅｒ Ｍａｃｎｅｔ）分析は適用可能ではない。

これらのパルプ各々は、さらに他のシリーズを行うのに使用された。６つのシリーズがＡ１パルプで行われた。外プレート（Ｄｕｒａｍｅｔａｌ社製 ３６６０４）が、３６−１ＣＰリファイナーに取り付けられ、リファイニングの外側領域のシミュレーションが行われた。６回の一次外側領域実験のチップは、全て３６−１ＣＰ装置で５．８７バールケーシング圧力および１８００ｒｐｍの速度で行われた。これらの実験に対するプロセス記号はＴＭＰＡである。亜硫酸水素ナトリウム溶液がＡ１７に添加され、２．８％ ＮａＨＳＯ_３（乾燥基準）の薬剤濃度となった。各シリーズに対し、３回の二次リファイナー実験が行われた。

Ａ２チップに対して二つの実験シリーズが行われた。３６−１ＣＰ外側領域実験による両生産物（Ａ１９とＡ２０）は、５．８７バールリファイナーケーシング圧力および２３００rpmマシン速度で生産された。これらの実験に対するプロセス記号はＴＭＰＢである。亜硫酸水素ナトリウム溶液がＡ２０に添加された（３．１％ＮａＨＳＯ_３）。ここでも、各シリーズに対し３回の二次リファイナー実験が行われた。

Ａ３チップに対しても、幾つかのシリーズの実験が、それぞれ３．４５バールリファイナーケーシング圧力および１８００rpmで行われた。各シリーズに対し３回の二次リファイナー実験が行われた。これらの実験に対するプロセス記号はＴＭＰである。

Ａ３−１チップについて２つの対照標準ＴＭＰシリーズが生産された（Ａ４３とＡ４４）。これらは、内側領域リファイニングの間だけブレーカーバー処理が行われた。Ａ４３とＡ４４は共に３．４５バールスチーム圧力および１８００ｒｐｍマシン速度でリファイニングされた。これらのパルプに対して幾つかの常圧リファイナー実験が行われ、前に生産されたシリーズと同等の範囲までフリーネスを下げた。

すべてのパルプに関する試験は、標準Ｔａｐｐｉ（米国紙パルプ技術協会）法に基づき行われた。試験には、カナダ標準フリーネス（Ｃａｎａｄｉａｎ Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｆｒｅｅｎｅｓｓ）測定、プルマック未蒸解繊維束（Ｐｕｌｍａｃ Ｓｈｉｖｅ）測定（０．１０ｍｍスクリーン）、バウアーマクネット（Ｂａｕｅｒ ＭｃＮｅｔｔ）分級、光学的繊維長分析、物理特性および光学特性測定が行われた。

５．スチーム管理
図３、４および５に関して上記したように、２枚のリファイナープレートは相対して同軸関係で配置され、これによりディスクの内径からディスクの外径へ実質的に半径方向外側に延びるリファイナー間隙が規定される。リファイナー間隙は、１５２Ａと１５２Ｂのような相対する外側帯域の間に規定される外側の間隙１５８を含み、また、１５０Ａと１５０Ｂのような相対する内側帯域の間に規定される内側の間隙１５６を含む。破壊されたチップ材料を理想的に離解するためには、一方の内側帯域の仕事領域１１０が相対する内側帯域の仕事領域１１０と近接している必要がある。その間隙は１．５〜３．０ｍｍの範囲であり、理想的には約２ｍｍである。しかし、希望する離解効果を達成するために、バーと溝によって十分に密なパターンが形成された仕事領域を有する２つの内側帯域間に狭い間隙が形成されると、スチーム流がリボンフィーダー３０や上流部の各予熱器（図１参照）へ逆流することをブロックする結果となる。既知の幾つかのＴＭＰ装置においては、フィブリル化中に生じたスチームが逆流して、これがリファイナー予熱器やリボンフィーダーにおける昇圧維持に用いられる。本発明においては、スチームが外側帯域の仕事領域１１２間の外側間隙１５８で生成される。上述した既知のＴＭＰ装置と組み合わせるために、本発明の複合プレートは、内側プレートの仕事領域で間隙がより狭くなっているにもかかわらず、スチームの逆流を許容するように改造することができる。

通常、相対するプレートの少なくとも一つは、内側仕事領域の内側間隙１５６をバイパスさせつつ、外側間隙から内側供給領域１５４にある内側間隙またはさらに上流の位置へスチームの一部を逆流させる流路を含むことができる。

１つの解決手段としては、図１９に示されるように、ステーター２００の内側プレート２０４の背側面２０２を開けることであり、これにより、スチーム２１０が、内側帯域の仕事領域２０８の裏側にある、流路２０６をプロセス上流側に向かって流れるようにするものがある。このスチームのバイパスは内側帯域における繊維の保持時間に悪影響を与えることはない（内側帯域における保持時間は、摩擦力を低下させたり、その結果エネルギー消費を増加させたりする過剰の繊維堆積を避けるために短時間に維持されなければならない）。各リファイナープレートは、複数の、例えば１０個の、幾分パイ状の形状を有するセグメント又は要素をそれぞれディスクに固定したもので形成することが通常行われている。本発明においては、内側帯域は１セットの内側帯域セグメントにより形成することができ、外側帯域は別の１セットの外側帯域セグメントにより形成することができる。幾つかあるいは全ての内側帯域セグメントは、背面（ディスクとのインターフェース）に孔または溝２０６を通ずる放射部を有することができ、この放射部は、スチームが各セグメントの仕事部をバイパスするためのものであり、内側帯域の仕事領域の半径方向外側にあるリファイナーギャップ１２６に露出する入口２１２を有している。

図２０に示されるように、別の態様においては、ディスクそのもの、好ましくはステーターに形成された流路２１４を含む。この態様は、プレートが、ディスクに取り付けられた相異なる内側帯域と外側帯域によって形成され、内側帯域と外側帯域の間に円環状スペース１２６を形成する場合に特に効果的である。スチームのバイパス流路の入口２１２はディスクの円環状スペースに設けることができる。このようなリファイナーディスクを通るスチームの抽出流路は、ディスクに１つまたは複数の孔を設けることによって代替的に形成することができ、複数のプレートの各孔は、内側仕事領域２０８の半径方向外側の各位置に整列している。上記複数の孔は、配置された流路管を経由してリファイナーの供給サイドに連通し、上記複数の穴は、プラグスクリューフィーダー（または加圧シール部）の排出部から供給装置までの各位置やリファイナープレートの半径中心から選ばれる１またはそれ以上の箇所に連通することができる。

他の解決手段においては、図２１および図２２に示されるように、好ましくはステーターの、内側帯域の仕事領域２０８表面にスチーム流路２１６を含む。この流路は、スチームを内側帯域と外側帯域の間で捕捉する代わりにスチームを供給装置へ向かって逆流させるもので、この唯一の目的のためだけに設けられている。このようなスチームの抽出流路は、ローター側、ステーター側または両方の側において内側帯域の仕事領域上のバー／溝を横切って斜めにあるいは傾斜して、仕事領域のバー上の面取り１６４あるいは供給間隙１５４へと延びている。スチームのバイパス流路は、内側帯域と外側帯域の間の円環状スペース１２６に入口２１８を有する。ステーターに流路を設けると、スチームの滞留距離を最も短くすることができる。ローターは、流路を有していてもスチームを前方へ押し出しがちであるが、ステーターはスチームを逆流させるからである。上述した態様のように、仕事領域表面のバイパス流路は、通常内側帯域と外側帯域のインタフェーススペースに存在する仕事領域２０８の半径方向外端部からスチームを引く。溝は回転方向と異なる方向に延びているため、供給材料はステーターの内側帯域の溝を横切ることなく、未処理木材チップを通過させる。図示された態様においては、導入された全てのチップが、外側リファイニング領域へ到達するために、リファイニング間隙を通って圧入されるように溝の角度が選定された。横から観察した場合、スチームのバイパス流路２１６はプレートパターン上で単なる切り欠き状に、バーの水平面から約２０〜３０°傾いて外径（Ｏ．Ｄ．）方向へ延びており、バーの傾きが最小であるのは内径（Ｉ．Ｄ．）方向へ延びているものである。この幾何学構造によって、材料がスチームを逃がす溝に入ったときはいつでも、機械的な力を通じて木材チップが間隙に戻るようにする。スチーム用の溝は（このケースでは同じ深さであるが）周囲のパターンよりも深くすることができ、流路は（このケースのように）直線状にすることができ、または曲線状にすることもできる。

種々の形態のスチーム用の溝、さらにはセグメントの背面を通る溝が過去において試みられてきたが、これらの溝はスチームを前方に進めるために設計されたものであって後方に戻すために設計されたものではない。本発明者の知る限りにおいて、スチームの逆流を増加、つまり、逆側の、上流方向への流れを増加させるためにリファイナープレートを改造した者は誰もいなかった。

本発明の態様に一つを示すＴＭＰリファイナー装置の概略図である 本発明に用いるのに好適なタイプの希釈液注入機能付加圧浸軟スクリュー機の概略図（図２Ａと図２Ｂ）である。 リファイナーディスクプレートの一部分の概略図で、内側の繊維化帯域と別個の外側のフィブリル化帯域とを示す図である。 ローターとステーターに用いられる一対の内側繊維化帯域であって、傾斜しているバー部と溝部とを備えている内側帯域の例を示す図（図４Ａおよび図４Ｂ）である。 遷移領域における一対の内側繊維化帯域の、一対の外側フィブリル化帯域に対する関係を示す図である。 実質的半径方向のバー部と溝部とを備えている一対の繊維化帯域の例を示す図（図６Ａおよび図６Ｂ）である。 外側フィブリル化帯域の前面と側面の例をそれぞれ示す図（図７Ａおよび図７Ｂ）と、外側領域と中間領域と内側領域それぞれのバー部と溝部の断面を示す図（図７Ｃおよび図７Ｄ）である。 外側フィブリル化帯域の前面と側面の別の一つの例をそれぞれ示す図（図８Ａ、図８Ｂおよび図８Ｃ）である。 屈曲供給バーを備えるローターディスク用外側帯域の例の側面と前面をそれぞれ示す図（図８Ｄ）と、図８Ｄの外側帯域と共に採用される、相対するステーターディスク用外側帯域の例の側面と前面をそれぞれ示す図（図８Ｅ）である。 内側繊維化プレートの操作をモデル化しその特性の測定を行うための実験室試験に用いられるプレートの概略図である。 外側フィブリル化プレートの操作をモデル化しその特性の測定を行うための実験室試験に用いられるプレートの概略図である。 本発明の調査研究のための、種々のリファイナーの一連のテスト運転によるパルプ特性結果を示す図である。 本発明の調査研究のための、種々のリファイナーの一連のテスト運転によるパルプ特性結果を示す図である。 本発明の調査研究のための、種々のリファイナーの一連のテスト運転によるパルプ特性結果を示す図である。 本発明の調査研究のための、種々のリファイナーの一連のテスト運転によるパルプ特性結果を示す図である。 本発明の調査研究のための、種々のリファイナーの一連のテスト運転によるパルプ特性結果を示す図である。 本発明の調査研究のための、種々のリファイナーの一連のテスト運転によるパルプ特性結果を示す図である。 本発明の調査研究のための、種々のリファイナーの一連のテスト運転によるパルプ特性結果を示す図である。 本発明の調査研究のための、種々のリファイナーの一連のテスト運転によるパルプ特性結果を示す図である。 ステーター内側帯域に、リファイニング中に発生したスチームの逆流を管理する流路を有する一組のローター内側帯域とステーター内側帯域を示す図である。 図１９に類似する図であって、内側ステーター帯域を支持するディスクにある流路を通してスチームの逆流を管理する、別の態様を示す図である。 図１９に類似する図であって、内側帯域の仕事領域表面にある溝を通してスチームの逆流を管理する、さらに別の態様を示す図である。 図４に類似する図であって、図２１に示す態様に従う、内側帯域の仕事領域正面にスチーム逆流用の溝を有することを示す図である。

符号の説明

１０…ＴＭＰリファイナー装置、１２…標準大気圧入口プラグスクリューフィーダー、１４…スチーム管、１６…浸軟加圧スクリュー排出機(ＭＰＳＤ)、１８…入口端、２０…仕事部、２２…排出端、２４…供給管、２６…高コンシステンシー一次リファイナー、２８…ケーシング、３０…リファイナーフィーダー、３２…チップ、３４…孔が開いた円筒壁、３６…ＭＰＳＤシャフト、３８…回転羽根、４０…チッププラグ、４２…外側に広がった壁、４４…円錐形表面、４６…ブローバックバルブ、４８…円錐形凹み、５０…膨張領域、５２…シール箇所、５４…圧力ホース、５６…開口部、５８…ブローバックバルブシャフト、１００…リファイナーディスクプレート、１０２…離解用内側帯域、１０４…フィブリル化用外側帯域、１０６、１０８…内側供給領域、１１０、１１２…外側仕事領域、１１４、１１８、１２２、１２８、１４０、１４６……バー、１１６、１２０、１２４、１３０、１４２…溝、１２６…円環状遷移部、１３２、１３４、１３６、１３８…リファイニング領域、１４４…円周、１４８…内端部、１５０Ａ…内側帯域、１５０Ｂ…相対する内側帯域、１５２Ａ…外側帯域、１５２Ｂ…相対する外側帯域、１５４…供給間隙、１５６…内側帯域間隙、１５８…外側帯域間隙、１６０…円環スペース、１６２Ａ、１６２Ｂ…内側帯域、１６４…面取り、１６６…高強度方向性外側帯域、１６８…細かいパターンの外側帯域、１７０…粗いパターンの外側帯域、１７２、１９０、…供給領域、１７４、１７８…ダム、１７６、１８０…溝の一部、１８２…パターンの２方向性設計、１８４、１８６…溝深さ、１８８…仕事領域、１９５…屈曲供給バー、１９６…ステーター帯域、１９８…ステーター帯域の内側供給領域。

Claims (46)

1. フラットで相対的に回転する複数のディスクを有する１次木材チップリファイナーであって、
   ディスクのそれぞれは、仕事プレートを有し、
   該仕事プレートは、対面する共軸関係に配置されており、これによりディスクの内径からディスクの外径に実質的に半径方向外向きに延びるリファイナー間隙を規定し、かつリファイニングされるチップ材のためのフローエリアを規定し、
   各プレートは、半径方向内側の繊維化帯域と半径方向外側のフィブリル化帯域を有し、
   各帯域は、内側供給領域と外側仕事領域を有し、
   内側帯域の仕事領域は、バーと溝とを交互する第１のパターンによって規定され、
   外側帯域の供給領域は、バーと溝とを交互する第２のパターンによって規定され、
   前記フローエリアが、内側仕事領域の外側供給領域への直後に増加していることを特徴とする１次木材チップリファイナー。
2. リファイナー間隙が、対面する外側帯域の間に規定される外側間隙および対面する内側帯域の間に規定される内側間隙を含み、
   リファイナーが、外側帯域の仕事領域の間の外側間隙にスチームを生成するサーモメカニカルパルプリファイナーであり、
   少なくとも一方の対面するプレートがスチーム逆流用の流路を含み、この流路が外側間隙からの前記スチームの一部分を内側供給領域において内側間隙へまたは内側間隙の上流に、内側仕事領域における内側間隙をバイパスさせながら送るためのものである請求項１に記載の１次木材チップリファイナー。
3. スチーム逆流用の流路が、プレートの内側仕事領域の背面に、プレートを通る流路を有する請求項２に記載の１次木材チップリファイナー。
4. ステーターディスク上にプレートの一つが設けられ、逆流用の流路がステーターディスクを通る流路を含む請求項２に記載の１次木材チップリファイナー。
5. スチーム逆流用の流路が、内側帯域の仕事領域表面上の溝として、上記バーと溝からなるパターンのバーと溝を通って斜め方向に形成されるものである請求項２に記載の１次木材チップリファイナー。
6. 内側帯域と外側帯域の間に円環状スペースを含む請求項２に記載の１次木材チップリファイナー。
7. スチームバイパス流路が内側帯域と外側帯域の間の円環状スペースに入口を有する請求項６に記載の１次木材チップリファイナー。
8. 内側帯域と外側帯域は、共通のリファイナーディスクに取り付けられた異なる部材である請求項１に記載の１次木材チップリファイナー。
9. 内側帯域と外側帯域が、共通のベース上に一体化して形成される請求項１に記載の１次木材チップリファイナー。
10. 各プレートが外側帯域の外周部へ延びている全半径を有し、各帯域がそれぞれ半径方向の幅を有しており、そして、
    内側帯域の半径方向の幅が外側帯域の半径方向の幅よりも小さい請求項１に記載の１次木材チップリファイナー。
11. 内側帯域の半径方向の幅が上記全半径の約３５％未満である請求項１０に記載の１次木材チップリファイナー。
12. 内側帯域における供給領域の半径方向の幅が内側帯域における仕事領域の半径方向の幅より大きく、
    外側帯域における供給領域の半径方向の幅が外側帯域における仕事領域の半径方向の幅より小さい請求項１０に記載の１次木材チップリファイナー。
13. 外側帯域における仕事領域のバーと溝のパターンが少なくとも２つの領域を有し、
    前記領域の一つが外側帯域の供給領域に隣接しており、前記領域の他の一つが前記外側帯域の外周部に隣接しており、そして、
    前記一つの領域におけるバーと溝のパターンが、前記他の領域におけるバーと溝のパターンよりも密でない請求項１０に記載の１次木材チップリファイナー。
14. 内側帯域における仕事領域全体にわたってバーと溝のパターンが均一な密度を有する請求項１３に記載の１次木材チップリファイナー。
15. 内側帯域の仕事領域全体にわたる溝が、外側帯域の供給領域全体にわたる溝より狭い請求項１に記載の１次木材チップリファイナー。
16. 相対的に回転する複数のディスクがローターディスクとこれに相対するステーターとを含み、
    前記ローターの外側帯域が、供給領域に屈曲供給バーを有し、そして、
    前記ステーター上の外側帯域における供給領域が、屈曲供給バーを整合して収める実質的に平坦な部分を有する請求項１に記載の１次木材チップリファイナー。
17. リファイナー間隙が、相対する内側供給領域間に形成される内側供給間隙と、相対する内側仕事領域間に形成される内側仕事間隙と、相対する外側供給領域間に形成される外側供給間隙と、相対する外側仕事領域間に形成される外側仕事間隙とを含んでおり、
    内側仕事間隙は、より大きな外側供給間隙への遷移部の直前で最小の間隙を有する請求項１に記載の１次木材チップリファイナー。
18. 内側帯域における供給領域の半径方向の幅が内側帯域における仕事領域の半径方向の幅より大きく、そして、
    外側帯域における供給領域の半径方向の幅が外側帯域における仕事領域の半径方向の幅より小さい請求項１７に記載の１次木材チップリファイナー。
19. リグノセルロース材料用のディスクリファイナーであって、
    対面して相対的に回転する一対のディスクがそれぞれフラットなリファイナープレートを有し、
    内側半径と、外側半径と、回転軸に対して横向きに観察したときに半径方向に変化するプロファイルを有する突起したレリーフ構造のパターンを含む仕事面とを有する第１のプレートと、
    内側半径と、外側半径と、回転軸に対して横向きに観察したときに半径方向に変化するプロファイルを有する突起したレリーフ構造のパターンを含む仕事面とを有する第２のプレートとを含み、
    該第２のプレートが前記第１のプレートと軸方向にスペースを置いて対面し、このスペースに半径方向に延びているリファイナー間隙が形成され、
    前記リファイナー間隙は、回転軸に対して横向きに観察したときにプレートの内径から外形方向へ変化するプロファイルを有しており、
    半径方向の内側供給部が、内側仕事部の半径方向外側に収束し、
    内側仕事部が、約１．５〜３．０ｍｍの範囲の最小間隙で遷移部へ向かって半径方向に延び、
    遷移部が、外側仕事部へと続く約４．０ｍｍ以上の急な間隙増加を有し、
    外側仕事部が半径方向に約０．５〜１．０ｍｍの範囲の外側最小間隙に収束する
    ことを特徴とするディスクリファイナー。
20. 前記間隙における内側供給部の少なくとも１つのプレート面が供給バーと溝の粗いパターンを含み、
    前記間隙における内側仕事部のプレート面がバーと溝からなる密な離解用のパターンを含み、
    前記間隙における遷移部の少なくとも１つのプレート面がバーと溝からなる粗い供給パターンを含み、
    前記間隙における外側仕事部のプレート面がバーと溝からなる密なフィブリル化用のパターンを含む請求項１９に記載のディスクリファイナー。
21. 内側仕事間隙の最小部における離解用のパターンの溝が、前記間隙における遷移部の粗い供給パターンの溝よりも狭い請求項２０に記載のディスクリファイナー
22. リグノセルロース材料用のディスクリファイナーであって、
    それぞれがリファイニングプレートを有する相対して対面する一対の回転フラットディスクであり、
    第１プレートが内側半径Ｒ_ｉと外側半径Ｒ_０を有し、仕事面が突起したレリーフ構造を含み、
    第２プレートが内側半径Ｒ_ｉと外側半径Ｒ_０を有し、仕事面が突起したレリーフ構造を含み、
    これにより、リグノセルロース材料用の半径方向に依存するフローエリアＡが、内側半径Ｒ_ｉから外側半径Ｒ_０へ、
    Ｒ_ｉからＲ_ａまではｄＡ／ｄｒ＜０
    Ｒ_ａからＲ_ｂまではｄＡ／ｄｒ＞０
    Ｒ_ｂからＲ_０まではｄＡ／ｄｒ＜０
    （ここで、Ｒ_ｉ＜Ｒ_ａ＜Ｒ_ｂ＜Ｒ_０）
    であるように延びることを特徴とするディスクリファイナー。
23. プレートの直径が少なくとも約３６インチであり、
    Ａが相対するプレート間で半径方向に延びている間隙によって部分的に規定され、
    Ｒ_ａの直ぐ外側の半径部におけるｄＡ／ｄｒが、前記間隙と遷移部の組み合わせによって規定され、前記遷移部が、相対するプレートの各Ｒ_ａ部分におけるバーと溝からなる相対的に密なパターンからＲ_ａの直ぐ外側部分におけるバーと溝または窪みからなる粗いパターンの間に存在する
    請求項２２に記載のディスクリファイナー。
24. 一対の相対して共働するリファイニングプレート要素であって、
    ２枚の相対して回転するリファイニングディスク間に形成されたリファイニング間隙で、リグノセルロース材料を微分しリファイニングするためのフラットディスクリファイナーに用いられるものであり、
    前記プレート要素は、相対するリファイニングディスク上で互いに直接向かい合うように配置され、
    この２つのプレート要素は、バーと溝を含む内側帯域とバーと溝を含む外側帯域によって形成され、
    各内側帯域のバーと溝は、内側供給領域とその後に続く外側仕事領域を形成し、
    各外側帯域のバーと溝は、内側供給領域とその後に続く外側仕事領域を形成し、
    プレートが互いに向かい合うように配置されたときに形成される間隙は、内側仕事領域と外側供給領域との間で増加する
    ことを特徴とするリファイニングプレート要素。
25. 内側仕事領域の溝が外側供給領域の溝よりも狭い請求項２４に記載のリファイニングプレート要素。
26. 間隙の増加が、内側帯域と外側帯域の間の円環状スペースで生じる請求項２４に記載のリファイニングプレート要素。
27. 一対の相対して共働するリファイニングプレート要素であって、
    ２枚の相対して回転するリファイニングディスク間に形成されたリファイニング間隙で、リグノセルロース材料を微分しリファイニングするためのフラットディスクリファイナーに用いられるものであり、
    前記プレート要素は、相対するリファイニングディスク上で互いに直接向かい合うように配置され、これによって半径方向に延びる材料の流路を形成し、
    この２つのプレート要素は、バーと溝を含む内側帯域とバーと溝を含む外側帯域によって形成され、
    各内側帯域のバーと溝は、内側供給領域とその後に続く外側仕事領域を形成し、
    各外側帯域のバーと溝は、内側供給領域とその後に続く外側仕事領域を形成し、
    プレートが互いに向かい合うように配置されたときに形成される半径方向の流路であるフローエリアは、内側仕事領域と外側供給領域との間で増加する
    ことを特徴とするリファイニングプレート要素。
28. 内側仕事領域の溝が外側供給領域の溝よりも狭い請求項２７に記載のリファイニングプレート要素。
29. 間隙の増加が、内側帯域と外側帯域の間の円環状スペースで生じる請求項２７に記載のリファイニングプレート要素。
30. 回転ディスクリファイナーのフラットディスクに取り付けるための複合プレートであって、
    バーと溝との第１粗パターンで規定される内側の供給領域とバーと溝との第１密パターンで規定される外側の仕事領域とを有する内側帯域と、
    バーと溝との第２粗パターンで規定される内側の供給領域とバーと溝との第２密パターンで規定される外側の仕事領域とを有する外側帯域とを含み、
    バーと溝との第２粗パターンは、バーと溝との第１粗パターンよりも溝が狭く、
    バーと溝との第２密パターンは、バーと溝との第１密パターンよりも溝が狭いことを特徴とする複合プレート。
31. 内側帯域と外側帯域の間に円環状スペースを含む請求項３０に記載の複合プレート。
32. 外側帯域における供給領域のバーの全部でなく一部分が前記円環状スペースに延びている請求項３１に記載の複合プレート。
33. 前記内側帯域と外側帯域とが別個の部材である請求項３０に記載の複合プレート。
34. 前記内側帯域と外側帯域とが共通のディスクに取り付けられている請求項３３に記載の複合プレート。
35. 前記内側帯域と外側帯域とが共通のベース上に一体化して形成されている請求項３０に記載の複合プレート。
36. 前記複合プレートが、外側帯域の外円周まで延びる全半径を有し、各帯域がそれぞれの半径方向の幅を有し、そして、
    内側帯域の半径方向の幅が外側帯域の半径方向の幅より小さい請求項３０に記載の複合プレート。
37. 内側帯域の半径方向の幅が前記全半径の約３５％より小さい請求項３６に記載の複合プレート。
38. 内側帯域の供給領域の半径方向の幅が、内側帯域の仕事領域の半径方向の幅より大きく、そして、
    外側帯域の供給領域の半径方向の幅が、外側帯域の仕事領域の半径方向の幅より小さい請求項３６に記載の複合プレート。
39. 外側帯域の仕事領域のバーと溝のパターンが、少なくとも２つの領域を有し、前記領域の一つが外側帯域の供給領域に隣接し、前記領域の他の一つが前記外側帯域の外円周に隣接し、そして、
    前記一つの領域のバーと溝のパターンが、前記他の領域のバーと溝のパターンより密でない、
    請求項３８に記載の複合プレート。
40. 内側帯域の仕事領域全体にわたるバーと溝のパターンが均一な密度を有する請求項３９に記載の複合プレート。
41. 外側帯域の仕事領域のバーと溝のパターンが、少なくとも２つの領域を有し、前記領域の一つが外側帯域の供給領域に隣接し、前記領域の他の一つが前記外側帯域の外円周に隣接しており、そして、
    前記一つの領域のバーと溝のパターンが、前記他の領域のバーと溝のパターンより密でない請求項３６に記載の複合プレート。
42. 外側帯域の内側供給領域のバーと溝の粗いパターンが、複数の屈曲バーを含む請求項３０に記載の複合プレート。
43. 外側帯域の供給領域と仕事領域のバーがそれぞれの高さを有し、供給領域の前記屈曲バーが、仕事領域のバーの高さより大きい高さを有している請求項４２に記載の複合プレート。
44. 外側帯域の供給領域が内側帯域の仕事領域よりも粗いパターンを有している請求項３０に記載の複合プレート。
45. 昇温、昇圧下における木材チップのサーモメカニカルリファイニング方法であって、
    チップをスチーム雰囲気に曝し、チップを柔軟化するステップと、
    前記柔軟化されたチップを圧縮装置で浸軟し、部分的に離解するステップと、
    前記昇圧条件下で浸軟され、部分的に離解されたチップを回転ディスク１次リファイナーに供給するステップと、
    内側帯域の仕事領域の回りで発生したスチームの一部を供給することにより、前記供給ステップにおいて高められた圧力を維持するステップとを含み、
    前記チップの回転ディスクリファイナー供給ステップにおいて、
    この回転ディスクリファイナーの相対するディスクの各々が、バーと溝からなる内側帯域パターンとバーと溝からなる外側帯域パターンを有し、
    各帯域が内側供給領域と外側仕事領域を有し、
    前記内側帯域の仕事領域でチップの繊維化を実質的に完結し、
    繊維のフィブリル化が、スチームを発生させる前記外側帯域の仕事領域で行われることを特徴とするサーモメカニカルリファイニング方法。
46. ディスクに取り付けられたプレートに上記複数の帯域が形成され、
    スチームの一部を供給することには、外側帯域における外側仕事領域の半径方向内側にあるプレートに形成された流路を通すことを含む請求項４５に記載のサーモメカニカルリファイニング方法。

Images