JP2013047408A - リファイナーシステムから高圧蒸気を抜き出す方法 - Google Patents

Abstract

【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

Description

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を用いたリファイナーシステムから高圧蒸気を抜き出す方法に関し、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を用いたリファイナーシステムから高圧蒸気を抜き出す方法に関する。なお、上記パルプおよびパルプ製造プロセスはそれぞれ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を抜き出す方法に関する。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本発明の方法で使用される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。

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。

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。

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。

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。 第１のプレートセグメントの側面図である。 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。 第２のプレートセグメントの側面図である。 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。 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。 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。 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。 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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

Claims (5)

1. 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、
   を含み、
   前記逆流される蒸気は、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
   ことを特徴とする高圧蒸気を抜き出す方法。
2. 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１に記載の高圧蒸気を抜き出す方法。
3. 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１に記載の高圧蒸気を抜き出す方法。
4. 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１に記載の高圧蒸気を抜き出す方法。
5. 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１に記載の高圧蒸気を抜き出す方法。

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