JP4685020B2 - 精製装置の精製面とブレード扇形部分 - Google Patents

Description

本発明は、リグノセルロース含有物質の繊維離解を目的とする精製装置のための精製面に関連し、精製装置は、相互に同軸に配置された少なくとも二つの精製面を含み、精製面の少なくとも一方はシャフトを中心として回転するように配置され、精製面の間には、繊維離解される物質が供給され、精製面は、精製面の内周部から精製面の外周部まで延在する第１バーと、その間の第１グルーブとを含み、第１バーの上面はさらに、第１グルーブを接続する第２グルーブを含み、第２グルーブの間には第２バーが設けられている。

本発明はさらに、リグノセルロース含有物質の繊維離解を目的とする精製装置のためのブレード扇形部分（ブレード扇形部材）に関連し、精製装置は、相互に同軸に配置された少なくとも二つの精製面を含み、精製面の少なくとも一方はシャフトを中心として回転するように配置され、精製面の間には、繊維離解される物質が供給され、ブレード扇形部分が、少なくとも一つの精製面の少なくとも一部を形成するように配置され、ブレード扇形部分は、第１グルーブの間において精製面の内周部から精製面の外周部まで延在する第１バーを含み、第１バーの上面がさらに、第１グルーブを接続する第２グルーブを含み、第２グルーブの間には第２バーが設けられる。

繊維状物質の処理に使用されるディスクおよびコーン精製装置は一般的に、相互に対向する２枚またおそらくはそれ以上の精製装置ディスクの少なくとも１枚がシャフトを中心として回転するように配置されるようにするため相互に回るように配置された精製装置ディスクで形成される。ディスク精製装置では、精製装置ディスクは円板状であり、コーン精製装置では円錐形である。２枚の精製装置ディスクを含む精製装置では、精製装置ディスクのうち１枚はさらに、精製される物質が精製装置へ供給される開口部を含む。供給開口部が設けられた精製装置ディスクの一部は、供給端部と呼ばれる。精製装置ディスクは、リグノセルロース含有物質が繊維離解される精製装置間隙を間に形成するように配置されている。精製装置ディスクの間の距離は、リグノセルロース含有物質の供給側または供給点、つまりディスク精製装置ではディスクの中央、コーン精製装置では小径を持つコーン端部で最も長く、この間隙は、精製される物質を徐々に粉砕するように、精製される物質の排出点または排出側に向かって減少している。

精製装置ディスクの精製面は、精製面の内周部から精製面の外周部まで延在する突出部つまりブレードバーと、ブレードの間のグルーブとで形成されるのが一般的である。以下、ブレードバーをバーとも呼ぶ。これらのグルーブとバーの形状そのものは、様々に変化する。ゆえに、例えば精製装置ディスクの径方向において、精製面は二つ以上の円形部分に分割され、各周がバーとグルーブとを有し、その数と密度は、形状および方向とともに、相互に異なっている。ゆえに、精製面の半径の全長にわたってバーが連続的であっても、径方向に複数の分離した連続バーが設けられてもよい。精製装置ロータでは、ロータが回転するため、バーとその回転方向はステータよりも大きな影響を持ち、精製される繊維状物質は、特にロータバーにより、精製面の半径と回転速度とに基づいて決定される速度に影響される精製のための合力を受ける。ステータのバーは、精製に必要とされるロータの対応対または対応面を形成し、精製中にブレードバーは、はさみの刃のように相互に交差する。しかし、精製装置のロータバーとステータバーとの間には狭い間隙が設けられ、繊維状物質は主としてその間で粉砕および精製される。

精製装置ディスクの精製面は、例えば鋳造により、または独立した機械加工により、精製装置ディスクの表面に直接形成できるが、通常は、精製装置ディスクが均一な精製面を備えるように、精製装置ディスクの径方向と円方向の両方において精製装置ディスク上で相互に隣接して配置されたブレード扇形部分で精製面が形成される。ゆえに、各ブレード扇形部分は、精製装置ディスクの精製面の一部を形成する。

ディスク精製装置の場合、精製面の内周部は精製面の中央部を指し、コーン精製装置の場合には小径のコーンの端部を指す。精製面の外周部が、ディスク精製装置の場合に精製面の外側部分、つまり精製面の周が最大である部分を指し、コーン精製装置の場合に大きい方の端部を備えるコーンの端部を指すことは、言うまでもない。

精製面のバーの合計長さを増大することにより、精製装置のつまり精製容量を向上させるための試みが以前に行われてきた。その結果、ブレードバーが相互にますます近接したブレードまたは精製面の解決法が設計および使用されてきた。このような「高密度ブレード」では、精製装置ブレードの生産能力を決定するのは、グルーブの容積または容量である。製造のため、ブレードは一般的に１から５°の間隙角度を有し、これはグルーブの底面に近づくほどバーが厚くなることを意味する。こうして、グルーブの容積はさらに制限される。そのうえ鋳造ブレードでは、グルーブ表面には凹凸があって、精製される繊維状物質に対する流抵抗を発生させる。グルーブが狭くなるほど、流抵抗は強くなる。そのためこれら「高密度ブレード」の問題は、閉塞傾向があることである。他方、上述したブレード解決法でも、所望の方法で精製装置容量を増大させることには成功していない。

米国公報第４，６７６，４４０号には、高稠度精製装置のための一般的な精製装置ブレードが開示されている。ブレード扇形部分で構成されるこの公報のブレード形態は、精製装置ディスクの径方向に三つの精製面ゾーンで形成され、精製面の外側ゾーンでは高い精製容量を達成するためブレードバーが相互に非常に近接して配置されている。このため、バーの間のグルーブの容積は小さくなる。そのため、精製装置ディスクの少なくとも一方の精製面には、精製から発生した蒸気を精製面の間から排出するため、グルーブよりも実質的に広い断面を有する１本以上の排出グルーブも設けられている。このような排出グルーブにより、精製プロセスの精製中に発生する蒸気により生じる問題を軽減することが可能であったが、排出グルーブは精製をより不均一にし、実際に、公報に記載された蒸気排出グルーブの相対的な配置はあまりにまばらである。

米国公報第５，４６７，９３１号には、精製装置ブレードの流容量が高いことにより、高密度に配置されたバーを備える精製装置の効率が高くなっている。流容量は主として、ブレードバーの背景エッジによって物質が面取りされるために増大する。同公報には、細いグルーブが散在間隔で設けられた上面を有するブレードバーも開示され、バーの間のグルーブの流容量を若干増大させるとともに、精製中に発生した蒸気の、精製面の間からの排出を促進する。ブレードバーの上面のこのグルーブは、精製面のバーの合計切断長をある程度まで増加させるが、実際には、ブレードバーの上面の斜構造は、ブレードバーが著しく磨耗する前にこれらの細いグルーブが物質の精製に関わることを妨害し、これは、切断長の増加にもかかわらず精製装置の精製容量を実質的に増大させるのに成功していないことを意味する。

本発明の目的は、従来よりも高い精製容量を可能にする精製装置のための新規の精製面つまりブレード解決法を提供することである。

本発明の精製面は、第２バーが第１バーよりも狭いことを特徴とする。

さらに、本発明のブレード扇形部分は、第２バーが第１バーよりも狭いことを特徴とする。

本発明の本質的な概念によれば、リグノセルロース含有物質の繊維離解を目的とする精製装置の少なくとも一つの精製面は、精製面の内周部から精製面の外周部まで延在する第１バーと、その間の第１グルーブとを含み、第１バーの上面はさらに、第１グルーブを接続する第２グルーブを含み、第２グルーブの間には、第１バーよりも狭い第２バーが設けられる。本発明の一実施例によれば、第１バーの平均幅は、第２バーと第２グルーブとの平均合計幅の２．５から４０倍である。本発明の別の実施例によれば、第２バーと第２グルーブとで形成される精製面の精製ゾーンの総面積は、精製面の総面積の６０％から９０％、望ましくは７０％から８０％である。

本発明の解決法によれば、精製面において高い切断長が達成できる。第１グルーブは明らかに以前よりも大きな容積を有し、精製される繊維状物質の任意で安定した供給が精製面の総面積にわたって達成される。ゆえにこの解決法の精製面は、所望の容量と、高品質の精製パルプの両方を提供できる。従来とは異なり、同じ精製面解決法を長短両方の繊維の精製に適用できる。

添付図面を参照して、本発明をより詳細に説明する。

明瞭化のため、本発明は図では簡単に示されている。同様の部品には、図中では同様の参照番号が付けられている。

図１は、一般的なディスク精製装置の断面の側面図を図式的に示す。ディスク精製装置は、相互に同軸に配置された２枚のディスク状精製面１，２を含む。この実施例では、第１精製面１は、シャフト４によって回転する回転精製装置ディスク３、つまりステータである。第２精製面２は、この場合には固定精製装置ディスク５、つまりステータである。精製装置ディスク３，５の精製面１，２は、ディスクに直接形成されるか、それ自体周知の方法で別のブレード扇形部分から形成される。図１にはさらに、精製装置ディスク５に向かって押圧されて間の間隙を調整できるようにシャフト４を介して精製装置ディスク３に影響するように接続された負荷装置６が示されている。精製装置ディスク３は、明瞭化のため図示されていないモータによって、それ自体周知の方法でシャフト４を介して回転する。

繊維離解されるリグノセルロース含有物質は、第２精製面２の中央の開口部７を介して精製面１，２の間の間隙つまり精製装置間隙へ供給されて、ここで繊維離解および精製が行われる。繊維離解される物質は、明瞭化のため図には示されていない精製面２の上の他の開口部からも精製装置間隙へ供給できる。繊維離解されたリグノセルロース物質は、精製装置ディスク３，５の間の間隙を通って精製装置間隙の外側エッジ、つまり精製装置ディスク３，５の外周部から精製装置室８へ排出され、ここからは排出グルーブ９を通ってさらに排出される。こうして精製面２の中央の開口部７には、精製される繊維状物質の供給点または供給側が設けられ、精製装置ディスク３，５の外周部には、精製された繊維状物質の排出側または排出点が設けられるのである。

図２は、一般的なコーン精製装置の断面の側面図を図式的に示す。コーン精製装置は、相互に同軸に配置された２枚の円錐形精製面１，２を含む。この実施例では、第１精製面１は、シャフト４によって回転する回転円錐形精製装置ディスク３つまりロータである。第２精製面２は、固定された円錐形精製装置ディスク５つまりステータである。精製装置ディスク３，５の精製面１，２は、ディスクに直接形成されても、それ自体周知の方法で別のブレード扇形部分から形成されてもよい。さらに、精製装置ディスク３が精製装置ディスク５に向かって押圧されて間の間隙を調節するようにシャフト４を介して精製装置ディスク３に影響するように接続された負荷装置６が、図２に示されている。精製装置ディスク３は、明瞭化のため示されていないモータによって、それ自体周知の方法でシャフト４を介して回転する。

繊維離解されるリグノセルロース含有物質は、第２精製面２の中央の開口部７から、つまり小径のコーン構造端部から、精製面１，２の間の円錐形間隙つまり円錐形精製装置間隙へ供給され、ここで繊維離解および精製が行われる。繊維離解された物質は、精製装置ディスク３，５の間の間隙を通って、精製装置間隙の外側エッジから、つまりコーン構造の大径の端部から精製装置室８へ排出され、この精製装置室８からさらに排出グルーブ９を通って排出される。精製面２の中央の開口部７には、精製される繊維状物質の供給点または供給側が設けられ、精製装置ディスク３，５の大径を持つ端部には、精製された繊維状物質の排出側または排出点が設けられる。

図３は、高濃度の繊維状物質の精製を目的とするディスク精製装置の精製面の一部を示す。精製面は、第１バー１２とその間の第１グルーブ１３とのパターンを備える。図４は、図３の精製面のバー１２の実施例を示し、図５は図４のＶ―Ｖ線における断面を示す。第１バー１２は、上面１８と、エッジ２０を備える側面１９とを有する。バー１２のパターンは二つの精製面ゾーン１６、つまり内側ゾーン１６と外側ゾーン１６’とに分割されることにより、内側ゾーン１６のバー１２とグルーブ１３は外側ゾーン１６’よりも散在状態で分配されている。内側ゾーン１６のバー１２は、物質の第１分解を引き起こすことと、物質を外側ゾーン１６’へと外方へ前進させることとを目的とする。外側ゾーン１６’のバー１２は相互により緊密に設けられ、これは物質の実質的な加工と精製とを実施するためのバーエッジが多数であることを意味する。バー１２のパターンはより多くのゾーンを含むことができ、パターンは通常、径方向外方にゾーンからゾーンへ稠密になる。

図４は、複数の細い第２グルーブ１５がバー１２に設けられ、このグルーブがバー１２の長手方向に対して若干角度を持って配置されるとともにバー１２の両側面に開口するという実施例を示す。斜めに設けられたバー１２により、バー１２の加工上面が効率性を損なうことなく、上面１８の細い第２グルーブ１５と、第１バー１２と、その間の第１グルーブ１３を広くすることができる。広い第１グルーブ１３により、蒸気と、これとは別にグルーブ１３における液体の流れが促進され、繊維状物質の加工への妨害が最小となる。

図６は、バー１２の別の実施例を示す。図４と異なり、バー１２は円弧状である。しかしバー１２の上面１８の細い第２グルーブ１５は常に、バー１２の長手方向に対して斜めである。ここで第２グルーブ１５は、実質的に径方向であると好都合なはずである。

図７によれば、細いグルーブ１５が、望ましくはバー１２の上面で相互に交差するように異なる方向に角度を持っている。あるいは、相互に交差しないように、バー１２の長手方向にオフセットしていてもよい。これらの実施例によって、精製装置ディスクの回転方向を切り換えることが可能となる。

図８は、精製面１の方向から見たコーン精製装置のロータの精製面１の一部を形成するブレード扇形部分１０を図式的に示す。図９は、精製面２の方向から見たステータの精製面２の一部を形成するブレード扇形部分１１を図式的に示す。精製面１，２はブレードバー１２つまりバー１２を含む。バー１２は、精製面１，２の第１バーを形成する。バー１２の間には、精製面１，２の第１グルーブを形成するグルーブ１３が設けられている。バー１２の上面は、グルーブ１５と間のバー１４とを含む高密度なグルーブ構造を備える。バー１４は、精製面１，２の第２バーを形成する。グルーブ１５は、精製面１，２の第２グルーブを形成する。図８のＣ―Ｃ線における精製面１の断面が図示された図１０には、ロータの精製面１のバー１４とグルーブ１５とが図式的に示されている。図９のＣ―Ｃ線における精製面２の断面を示す図１１には、ステータの精製面２のバー１４およびグルーブ１５が図式的に示されている。

図３から図１１による精製面は、精製面が第１バー１２と第１バー１２の間の第１グルーブ１３とを含むことを特徴とする。さらに、第１バー１２の上面１８は第２バー１４を含み、その間には第２グルーブ１５が設けられている。第２バー１４はその進行方向において第１バー１２より狭く、第２グルーブ１５はその進行方向において第１グルーブ１３より狭い。こうして第１バー１２の上面は、リグノセルロース含有物質を精製するための高密度なグルーブ構造つまりマイクログルーブ構造を備える。バー１２の上面で形成されるマイクログルーブ精製ゾーンの総面積が精製面の総面積の６０％から９０％に等しくなるように、精製面が形成される。精製面は、マイクログルーブ精製ゾーンの総面積が精製面の総面積の７０％から８０％であるように形成されることが望ましい。

バー１２の上面のマイクログルーブ精製ゾーンの目的は、リグノセルロース含有繊維状物質を精製することである。精製装置の精製面１，２の間には狭い間隙が設けられ、これにより、精製面１，２の間で繊維状物質の精製が行われる。第１グルーブ１３の目的は、精製される繊維状物質をバー１２のマイクログルーブ上面で形成される精製ゾーンへ搬送することと、精製された物質を精製面１，２の間から搬送することである。そのうえ、高稠度精製における第１グルーブ１３の目的は、精製中に発生した水蒸気を精製面１，２の間から搬送することである。

精製面１，２は様々な方法で具体化できる。例えば、精製面の第１バー１２とその間の第１グルーブ１３とは、そのサイズと形状に関して様々に形成できる。例えば、バー１２は、１５から８０ｍｍ、望ましくは２０から４０ｍｍの幅である。バー１２の間のグルーブ１３の幅は例えば、５から４０ｍｍ、望ましくは１０から３０ｍｍである。バー１２とグルーブ１３はともに、バーまたはグルーブの進行方向において幅が同一のままであるか変化するように形成できる。グルーブ１３の深さは例えば１０から４０ｍｍである。グルーブ１３は、その深さがグルーブの進行方向において同一のままであるか変化するように形成できる。グルーブ１３の幅および／または深さが変化するにつれて、グルーブ１３の断面積またはグルーブ１３の体積が変化すると言える。こうして、グルーブ１３の流断面積は０．５と１６ｃｍ^２の間で変化できる。

バー１２の形状については、精製面のシャフトから精製面の外周部まで精製面の径方向に一直線に延在しても、バー１２が精製面のシャフトから精製面の外周部まで基準角度または可変角度でカーブすることによりバー１２のエッジが均一にカーブするか段部が設けられてもよい。バー１２の形状がバー１２の間のグルーブ１３の形状を決定することは言うまでもない。さらに、精製される繊維状物質の供給端部でポンピングを行うとともに、精製された繊維状物質の排出端部で保持を行うつまりポンピングを行わないようにバー１２が形成され、そのため、供給側では低いポンピング遠心力を、排出側では高いポンピング遠心力を補うことが可能である。バー１２が供給端部でポンピングを行うとともに排出端部でポンピングを行わない図２３に、この例が示されている。この例では、図２３のブレード扇形部分全体にわたって第２バー１２がポンピングを行う。ブレード扇形部分の装着点は、参照番号２１で示されている。

ポンピングブレードバーとは、精製装置ロータがポンピング方向に回転すると、ブレードバーが円軌道速度成分と中心から離間する視線速度成分の両方を粒子塊に発生させ、これにより粒子塊が精製装置ディスクの間から離間する傾向を持つことを意味する。一方、保持ブレードバーとは、精製装置ロータが保持方向に回転すると、ブレードバーが円軌道速度成分と中心から離間する視線速度成分の両方を粒子塊に発生させ、これにより粒子塊が精製装置ディスクの間に残留する傾向を持つことを意味する。

第１バー１２の上面に形成された第２グルーブの幅は、例えば１から３ｍｍである。また第２グルーブ１５の間に残る第２バー１４の幅は、例えば１から３ｍｍである。ゆえに、第１バー１２の平均幅は、第２バー１４と第２グルーブ１５の合計平均幅の２．５から４０倍である。バー１４とグルーブ１５がその進行方向において一定の幅を有していても、バー１４とグルーブ１５の幅がその進行方向に変化してもよい。こうして第２バー１４と第２グルーブ１５は、精製面１，２の精製ゾーンの切断長が可能な限り大きくなるように、第１バー１２の上面に可能な限り高密度で配置される。

バー１４とグルーブ１５とは、一方向または別の方向に精製面の半径に対して５から３０°の角度を形成するようにバー１２の上面に形成される。バー１４は、特定半径の場合に、対向する精製面上のバー１４の迎え角が精製面の面積全体にわたって一定となるように形成できる。グルーブ１５は、ポンピングと保持のいずれかを行うように形成できる。グルーブ１５がポンピングを行う場合には、パルプは排出部へとより効率的に送られて、均一な精製結果を達成する。グルーブ１５が保持を行う場合には、保持結果は均一ではないが、他方、繊維状物質の滞留時間分布が広くなる。ゆえに、均一な精製結果を達成するには、ポンピングを行う第２グルーブ１５が設けられた精製面が使用される。繊維状物質の長時間精製処理が均一な精製結果よりも重要である場合には、保持を行うグルーブ１５が設けられた精製面が使用される。グルーブ１５は、精製される物質が精製面の間に残留する時間に影響することが目的ではないように具体化することもできる。

バー１２の上面の第２グルーブ１５は、深さが例えば３から５ｍｍである。ゆえに、第１グルーブ１３は、第２グルーブ１５の少なくとも２倍の深さである。実際には、グルーブ１５の最大グルーブ深さは精製面の磨耗面の厚みによって決定される。グルーブ１５の深さは、グルーブ１５の進行方向において一定であっても変化してもよい。例えば、グルーブ１５が後側よりも前側で深く、上昇力を発生させ、ブレードが繊維マットを切り離すことも繊維を破損することもないように、グルーブ１５の深さはグルーブ１５の幅方向において変化してもよい。精製装置ディスクの回転方向から見た時に、前側は、グルーブ１５の前エッジを指し、後側はグルーブ１５の後エッジを指す。第１バー１２が断面で図示された図１２に、この解決法が図式的に示されている。機械パルプの後精製のため、または短繊維パルプのために高い負荷容量を達成することが目的である時に、この解決法は好都合である。長繊維パルプの精製時には、グルーブ１５は等しい深さを持つか、グルーブの前側よりも後側で深くなってもよい。

この解決法による精製面は、精製中に、精製装置の水力学的能力を損なわずに非常に小さなバーへの負荷を用いることを可能にする。通常、短繊維の精製を目的とする短繊維ブレードで長繊維パルプが精製されると、充分な水力学的能力が達成されずに精製装置のブレードが閉塞する。この解決法による精製面では、従来よりも明らかに大きな容積を持つグルーブ１３が、精製される繊維状物質を精製面の範囲全体へ最適な形で一定して供給することができる。バー１２の上面にバー１４およびグルーブ１５が設けられることと、精製面１，２に精製ゾーンを形成することと、従来周知の解決法よりも明らかに高密度なバーとグルーブの構造を設けることとにより、精製面では高い切断長を達成できる。ゆえにこの解決法の精製面は、所望の容量と精製パルプの良好な品質とを提供できる。そのうえ、従来とは異なり、同じ精製面解決法を長繊維と短繊維の両方の精製に適用できる。さらに、従来よりも１０から２０％低いエネルギー消費率により、この解決法の精製面では、従来と同じ品質または強度変化が得られる。さらに、従来と同じ切断長を用いることにより、ブレード接触を伴わずに２０％高い負荷で精製装置を使用できる。また、短繊維の繊維長を減少することなく大きな出力を使用できる、つまり、少ない台数の精製装置を使用して短繊維精製を実行できるのである。

図１９から図２２は、従来の精製面と本解決法による精製面の両方による試験運転の結果を示す。図１９は、従来の精製面（破線）と本解決法による精製面（連続線）により長繊維が精製される状況を示す。目的は、精製度つまりパルプの自由度をＣＳＦ７００ｍｌの値からＣＳＦ３００ｍｌの値まで上昇させることであった。図１９から、従来の精製面の場合には、精製度を上昇させるのに１８５ｋＷｈ／ｔｏｎのエネルギーが必要であったのに対して、本解決法の精製面の場合のエネルギー需要は１４０ｋＷｈ／ｔｏｎに過ぎず、これは２５％のエネルギー節約に相当することが分かる。一方、図２０は、本解決法の精製面が使用された時にパルプの結合力（スコット結合）が明らかに速く上昇したことを示している。本解決法の精製面の場合（連続線）、４００Ｊ／ｍ^２の結合力を達成するのに１２０ｋＷｈ／ｔｏｎのエネルギーが必要であったのに対して、従来の精製面のエネルギー需要は１５０ｋＷｈ／ｔｏｎであった。ゆえに、特に長繊維が精製される際には、本解決法の精製面では、従来の精製面と比較して相当のエネルギー節約が見られる。

図２１は、従来の精製面（破線）と本解決法による精製面により短繊維が精製される状況を示す。目的は、４１ｋＮｍ／ｇの初期値から繊維の引張指数を上昇させることであった。試験運転に基づくと、８０ｋＷｈ／ｔｏｎ以上の負荷を従来の精製面に加えると、その後で引張指数が低くなり始めるので、妥当ではなかった。この場合、試験運転パルプで製作された試料の引張指数は６７ｋＮｍ／ｇであった。引張指数が低下し始めるのと同時に、精製装置の精製面の間の距離が短くなり始め、対向する精製面の間に有害な接触が生じる危険が生じた。本解決法の精製面にはこの問題は見られず、それゆえ高い引張指数が達成され、精製装置の負荷容量が端部まで維持され、この試験では、１２０ｋＷｈ／ｔｏｎの精製エネルギーで７３ｋＮｍ／ｇの引張指数が見られた。

図２２は、本解決法の精製面（連続線）の場合と従来の精製面（破線）の場合に繊維長がどのように変化するかを示している。従来の精製面と本解決法の精製面の切断長には本質的な相違は見られなかったが、従来の精製面は繊維を切断するのに対して、本解決法の精製面を用いることで繊維長は本質的に減少しない。精製時のエネルギー消費が１２０ｋＷｈ／ｔｏｎであれば、本解決法の精製面が使用されると繊維長は０．８７ｍｍから０．７８ｍｍまで減少するのに対して、従来の精製面の場合には繊維長は０．６６ｍｍまで減少して、精製面の間に接触が生じる。短繊維を精製する際には特に、従来では精製装置への負荷が大きすぎると精製面が有害な接触を起こすので、本解決法の精製面はとりわけ、精製装置の負荷容量が高くなるという長所が得られる。ゆえに、繊維長を実質的に減少させるか、精製装置面の間に接触が見られることなく、各質量トンあたりで消費できるエネルギーが多量となる。こうして本解決法の精製面は、過負荷と精製装置表面接触に左右されやすい繊維に特に適しているのである。このような状況の例には、機械パルプと短繊維機械パルプの後精製と、化学パルプとリサイクル繊維パルプの精製とが含まれる。

上に示した設計を持つバーは精製面のいかなるゾーンにも設けられるが、加工および精製が最も集中しており、対向精製面の間の距離が最短である、つまり精製間隙が最小であり、おそらくは蒸気の発生が最大である、外側ゾーンに設けられることが望ましい。上に示した精製面を備える繊維状物質の加工中には、バー１２の上面と細い第２グルーブのエッジとが物質に対して加工を行う。高濃度精製の場合に発生する蒸気と、低濃度精製の場合に精製間隙を通過する液体の流れは、バー１２の上面から離間してバー１２の間のグルーブ１３から流出するため、繊維状物質の加工は分散しない。このようにして高い容量が達成されるとともにパルプ品質が維持される。略径方向の細い第２グルーブ１５を上面に備える円弧状の第１バー１２を精製面に設けることにより、細い第２グルーブ１５が繊維状物質の効果的な繊維離解をもたらすように、容量の増大が見られるのと同時に高いパルプ品質が達成される。

図１３は、精製面の方向から見た精製面の一部を図式的に示し、図１４は、グルーブ１３の長手方向の断面における図１３による精製面を図式的に示す。図１３と１４による精製面では、精製面の供給側から精製面の排出側まで、ゾーンからゾーンへ第２バー１４の数が増大する。ゆえに、精製装置の供給端部から見て、第１精製面ゾーンは最小数の第２バー１４を、最後の精製面ゾーンは最大数の第２バー１４を含む。これは例えば、供給端部から見て第１の精製面ゾーンでは、第２バー１４の間の第２グルーブ１５の幅が上に示したグルーブ幅の可変範囲の最大値に相当し、最終精製面ゾーンではグルーブ１５の幅がグルーブ幅の可変範囲の最小値に相当するように具体化できる。精製面ゾーンは、図１３では参照番号１６で示されている。図１３から分かるように、第２バー１４の間の第２グルーブ１５がやはり排出端部よりも供給端部で本質的に広くなっていることは言うまでもない。

図１４はまた、各精製面ゾーンの端部におけるグルーブ１５の深さが次の精製面ゾーンの始点よりも小さくなるように第２グルーブ１５の深さが変化する様子を示している。それゆえ、グルーブ１５は排出側へ向かって段階的に低くなっている。これによって、精製された物質の逆流を物理的に妨げるハーフダムとなる。グルーブ１５はまた、排出側へ向かって連続的に低くなるように具体化されてもよい。第１バー１２の上面の第２グルーブ１５の深さと第１グルーブ１３の深さとは、例えば、上述したグルーブ深さの可変範囲の最大値が供給側で使用されるとともにグルーブ深さの可変範囲の最小値が排出側で使用されるような寸法であってもよい。

図１３と図１４による実施例は、精製面の流断面積が同一のままであるか、精製される物質の排出部へ向かって少なくなることにより、精製される繊維状物質の流量が同一のままであるか排出部へ向かって高くなることを特徴とする。精製面の段階的高密度構造は、流断面積を減少させることにより、グルーブを深くすることによって、狭い流断面積が補われる。他方、精製面の外周部の方向にグルーブの数が増大するにつれて、流断面積の広さがグルーブの低さによって補われる。こうして精製された物質の流れが均一となり、精製物質の逆流を最小にすることのできる繊維処理が行われ、すべての繊維が可能な限り均一な処理を受けるように滞留時間分布が減少する。均一な繊維処理は、紙の多孔性を低下させずに強度と密度の高い紙が必要とされる用途において好都合である。また、未精製繊維の数が減少するにつれて、紙表面の滑らかさと品質が向上する。そのうえ、精製装置ディスクの間の圧力上昇の制御が容易となって、その結果、精製装置の運転がよりスムーズになり、振動がそれほど激しくなくなり、無負荷運転出力が従来よりも２０から３０％低くなる。

図１５ａと図１５ｂは精製面の方向から見た精製面の一部を示し、図１６ａと１６ｂは図１５ａと１５ｂによる精製面の断面を示す。明瞭化のため、図１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂによる実施例では、１枚以上の薄片１７が例えば鋳造により精製装置のロータプレート３の精製面１に設けられている。薄片１７は、第１グルーブ１３の底面に載置される。

薄片１７は、ロータがポンピング方向に回転する時に薄片１７が上昇力を発生させるように、ロータプレート３の精製面に載置される。同時に、ステータでは出力が発生して、バー１２のポンピング作用を制限するとともに、繊維と水との効果的な混合を促して、これが精製面の閉塞を防止する。そのうえ、薄片１７によって生まれる吸引作用のため、ステータの精製面のグルーブがクリーニングされる。薄片１７を備えるこのようなロータが非ポンピング方向に回転する時には、薄片１７は押圧力を生じるポンピング部品として作用して、ポンピング作用を促進するとともに繊維物質の通過を向上させる。薄片１７の押圧力は圧力パルスを発生させ、これが精製装置内でパルプを押圧する。この解決法により、ロータのポンピング方向と非ポンピング方向の間の精製装置処理量の差が小さくなる。

薄片は連続しており、ブレード表面に径方向またはカーブ状に載置される。径方向薄片は、カーブ状のものより強力なパルスを付与する。薄片はまた、ビットで構成されてもよい。薄片ビットも、精製面にランダムに配置されてもよい。一般的に、薄片は３０から８０ｍｍ、望ましくは５０から６０ｍｍの長さを有し、この長さは、第１グルーブに対して横方向に画定される。薄片の奥行は例えば２０ｍｍであり、対応面からの薄片の最短距離は例えば最初は３ｍｍである。精製面が磨耗するにつれて、距離は短くなり、吸引パルスの出力が高くなる。所望の吸引パルスの周波数は、精製面上の薄片の数を変化させることによって制御できる。

薄片と徐々に高密度になるバーとグルーブの構造、さらに段階的または規則的なグルーブ深さの変化を、第１バー１２および第１グルーブ１３と第２バー１４および第２グルーブ１５とを備える精製面以外の精製面解決法にも同じように利用できることは言うまでもない。ゆえにこれらの特徴は、例えば米国公報第４６７６４４０号の図１および３による精製面と、図１７による精製面にも利用できる。図１７は、相互に高密度に配置された第２グルーブ１５と第２バー１４のみを含むとともに、マイクログルーブおよびマイクロバーとして知られる精製面を図式的に示す。図１７の精製面は、ステータの精製面としては非常に好適な解決法であり、ロータの精製面は上記の説明によるものである。図１７の精製面はとりわけ、図１３から１６に示された精製面の対応面として使用できる。対応面が従来周知の精製面解決法であることは、言うまでもない。

図１８は、ダブルディスク（ＤＤ）精製装置に使用される解決法による精製面を図式的に示す。図１８の中央には、裏側で相互に装着された２枚のロータプレートと、ロータプレートの各側の１枚の精製装置ステータプレートとが設けられている。ロータプレートの精製面は通常、相互の鏡像であり、２枚のステータプレートも同じである。つまり、精製装置の二つのスロットの一方がポンピング機能を行う場合には他方もこれを行い、これによって図１８の２スロット精製装置の機能が保証される。つまりスロットのプレートの間の間隙が制御下に置かれる。２スロット精製装置は、ロータプレートとステータプレートの両方を相互に交換することによって、ポンピングから非ポンピングへ変えられる。こうすることによって、精製装置の回転方向を変えずに、ポンピングから非ポンピングへ精製装置が切り換えられる。２スロット精製装置は、ロータの回転方向を変えることによってもポンピングから非ポンピングへ切り換えることができる。さらにポンピングから非ポンピングへ切り換える一つの可能性は、ロータプレートのみを相互に交換することである。この場合には、プレートの衝突を回避するように、対向する精製装置プレートのブレードバー角度に交換後にもある種の相違が設けられなければならないため、ステータプレートの設計がロータプレートと適切に異なっていることが必要である。図１３から１７に示されたすべての技術的特徴は当然、ダブルディスク精製装置にも使用できる。同様に、本解決法による精製面の技術的長所すべてがダブルディスク精製装置にも見られることは言うまでもない。

図面および関連の説明は、本発明の概念を例示するためのものに過ぎない。本発明は、その詳細において請求項の範囲内で変化してもよい。図の例は、ディスク精製装置とコーン精製装置のいずれかのステータおよびロータの精製面に関連する様々な実施例を説明するものであるが、コーン精製装置のロータおよびステータの精製面の構造について説明したことがディスク精製装置のステータおよびロータの精製面の構造にも適度に当てはまる、また、その逆も成り立つことは、当然ながら自明である。

一般的なディスク精製装置の断面の側面図を図式的に示す。 一般的なコーン精製装置の断面の側面図を図式的に示す。 精製面の方向から見たディスク精製装置の精製面の一部を図式的に示す。 図３による精製面の第１バーの上面図を図式的に示す。 図４のＶ―Ｖ線における図４によるバーの断面を図式的に示す。 精製面の方向から見たディスク精製装置の第２精製面を図式的に示す。 精製面の方向から見たディスク精製装置の第３精製面を図式的に示す。 精製面の方向から見たコーン精製装置のロータの精製面の一部を図式的に示す。 精製面の方向から見たコーン精製装置のステータの精製面の一部を図式的に示す。 図８のＣ―Ｃ線における図８による精製面の断面を図式的に示す。 図９のＣ―Ｃ線における図９による精製面の断面を図式的に示す。 精製面の断面の詳細を図式的に示す。 精製面の方向から見た精製装置の精製面の一部を図式的に示す。 図１３による精製面の断面を図式的に示す。 精製面の方向から見た精製面の二つの実施例を図式的に示す。 精製面の方向から見た精製面の二つの実施例を図式的に示す。 図１５ａと１５ｂによる精製面を詳細な断面図で図式的に示す。 図１５ａと１５ｂによる精製面を詳細な断面図で図式的に示す。 コーン精製装置の精製面を図式的に示す。 ダブルディスク精製装置に使用される解決法による精製面を図式的に示す。 従来の精製面と本解決法による精製面の両方により達成される試験運転結果を図式的に示す。 従来の精製面と本解決法による精製面の両方により達成される試験運転結果を図式的に示す。 従来の精製面と本解決法による精製面の両方により達成される試験運転結果を図式的に示す。 従来の精製面と本解決法による精製面の両方により達成される試験運転結果を図式的に示す。 精製装置のブレード扇形部分を図式的に示す。

符号の説明

１，２ 精製面
３ 回転精製装置ディスク
４ シャフト
５ 固定精製装置ディスク
６ 負荷装置
７ 開口部
８ 精製装置室
９ 排出グルーブ
１０，１１ ブレード扇形部分
１２ 第１バー
１３ 第１グルーブ
１４ 第２バー
１５ 第２グルーブ
１６ 精製面内側ゾーン
１６’ 精製面外側ゾーン
１７ 薄片
１８ 第１バーの上面
１９ 第１バーの側面
２０ エッジ
２１ 装着点

Claims (28)

1. セルロース含有物質の繊維離解を目的とする精製装置のための精製面において、該精製装置が、相互に同軸に配置された少なくとも二つの精製面（１，２）を含み、該精製面（１，２）の少なくとも一方がシャフト（４）を中心に回転するように配置され、繊維離解される物質が精製面（１，２）の間に供給され、該精製面（１，２）が、該精製面（１，２）の内周部から該精製面（１，２）の外周部まで延在する第１バー（１２）と、該第１バーの間の第１グルーブ（１３）とを含み、該第１バー（１２）の上面（１８）がさらに、該第１グルーブ（１３）を接続する第２グルーブ（１５）を含み、該第２グルーブ（１５）の間に第２バー（１４）が設けられ、前記第２バー（１４）が前記第１バー（１２）より狭い、
   ことを特徴とする、精製面。
2. 前記第１バー（１２）の平均幅が、前記第２バー（１４）と前記第２グルーブ（１５）との合計平均幅の２．５から４０倍であることを特徴とする、請求項１に記載の精製面。
3. 前記第２バー（１４）と前記第２グルーブ（１５）とで形成される前記精製面（１，２）の精製ゾーンの総面積が、該精製面（１，２）の総面積の６０から９０％であることを特徴とする、請求項１または２に記載の精製面。
4. 前記第２バー（１４）と前記第２グルーブ（１５）とで形成される前記精製面（１，２）の精製ゾーンの総面積が、該精製面（１，２）の総面積の７０％から８０％であることを特徴とする、請求項３に記載の精製面。
5. 前記第１バー（１２）の幅が１５から８０ｍｍ、前記第１グルーブ（１３）の幅が５から４０ｍｍ、該第１グルーブ（１３）の深さが１０から４０ｍｍであることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の精製面。
6. 前記第１バー（１２）および／または前記第１グルーブ（１３）が可変幅を有する、および／または前記第１グルーブ（１３）が該第１バー（１２）または第１グルーブ（１３）の進行方向に可変深さを有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の精製面。
7. 前記第１グルーブ（１３）が、繊維離解される繊維状物質のポンピングを供給側で行うとともに、繊維離解された物質の保持を排出側で行うことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の精製面。
8. 前記第２バー（１４）の幅が１から３ｍｍ、前記第２グルーブ（１５）の幅が１から３ｍｍ、該第２グルーブ（１５）の深さが３から５ｍｍであることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の精製面。
9. 前記第２バー（１４）および／または前記第２グルーブ（１５）が可変幅を有する、および／または前記第２グルーブ（１５）が該第２バー（１４）または第２グルーブ（１５）の進行方向に可変深さを有することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の精製面。
10. 前記第２バー（１４）と第２グルーブ（１５）とが、前記精製面（１，２）の半径に対して５から３０°の角度を形成するように前記第１バー（１２）の前記上面に配置されることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の精製面。
11. 精製される物質の供給部に最も近い前記精製面ゾーン（１６）の前記第２バー（１４）の数が、精製された物質の排出部に最も近くの該第２バー（１４）の数よりも少ないことと、精製される物質の供給部に最も近い該精製面（１，２）のゾーンの該第２バー（１４）の間における前記第２グルーブ（１５）の幅が、該第２グルーブ（１５）の幅の可変範囲の上限によることと、精製された物質の排出部に最も近い該第２バー（１４）の間における該第２グルーブ（１５）の幅が、該第２グルーブ（１５）の幅の可変範囲の下限によることとを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の精製面。
12. 前記精製面（１，２）の径方向において、該精製面（１，２）の各精製面ゾーン（１６）の前記第２グルーブ（１５）の深さが、該ゾーン（１６）の端部よりも該ゾーン（１６）の始点で大きいことを特徴とする、請求項１１に記載の精製面。
13. 前記第２グルーブ（１５）の底面において、精製される物質の逆流を防止するための段部が各ゾーン（１６）の始点に設けられることを特徴とする、請求項１２に記載の精製面。
14. 前記精製面（１）が前記精製装置のロータ（３）の前記精製面（１）であるとともに、少なくとも１個の薄片（１７）を備え、該薄片が、該ロータ（３）がポンピング方向に回転する時に、繊維と水との混合を促進する上昇力を発生させるように配置されるとともに、該薄片（１７）が、該ロータ（３）が非ポンピング方向に回転する時に、ポンピング作用と繊維状物質の通過とを促進する押圧力を発生させるように配置されることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の精製面。
15. 前記薄片（１７）が前記第１グルーブ（１３）の底面に配置されることを特徴とする、請求項１４に記載の精製面。
16. 前記薄片（１７）の長さが、前記第１グルーブ（１３）の横方向において３０から８０ｍｍであることを特徴とする、請求項１４または１５に記載の精製面。
17. 前記第１バー（１２）が、前記精製面（１，２）にわたって直線状外方向に延在することを特徴とする、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の精製面。
18. 前記第１バー（１２）が、前記精製面（１，２）にわたって円弧状外向きに延在することを特徴とする、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の精製面。
19. リグノセルロース含有物質の繊維離解を目的とする精製装置のためのブレード扇形部分であって、該精製装置が、相互に同軸に配置された少なくとも二つの精製面（１，２）を含み、該精製面（１，２）の少なくとも一方がシャフト（４）を中心に回転するように配置され、繊維離解される物質が該精製面（１，２）の間に供給され、該ブレード扇形部分が、少なくとも１個の精製面（１，２）の少なくとも一方の少なくとも一部を形成するように配置され、該ブレード扇形部分が、該精製面（１，２）の内周部から該精製面（１，２）の外周部まで延在する第１バー（１２）と、間の第１グルーブ（１３）とを含み、該第１バー（１２）の上面（１８）がさらに、該第１グルーブ（１３）と接続された第２グルーブ（１５）を含み、該第２グルーブ（１５）の間に第２バー（１４）が設けられる、ブレード扇形部分において、前記第２バー（１４）が前記第１バー（１２）よりも狭い、ことを特徴とする、ブレード扇形部分。
20. 前記第１バー（１２）の平均幅が、前記第２バー（１４）と前記第２グルーブ（１５）との合計平均幅の２．５から４０倍であることを特徴とする、請求項１９に記載のブレード扇形部分。
21. 前記第２バー（１４）と前記第２グルーブ（１５）とで形成される前記精製面（１，２）の精製ゾーンの総面積が、該精製面（１，２）の総面積の６０から９０％であることを特徴とする、請求項１９または２０に記載のブレード扇形部分。
22. 前記第２バー（１４）と前記第２グルーブ（１５）とで形成される前記精製面（１，２）の前記精製ゾーンの総面積が、該精製面（１，２）の総面積の７０から８０％であることを特徴とする、請求項２１に記載のブレード扇形部分。
23. 前記第１バー（１２）の幅が１５から８０ｍｍ、前記第１グルーブ（１３）の幅が５から４０ｍｍ、該第１グルーブ（１３）の深さが１０から４０ｍｍであることを特徴とする、請求項１９〜２２のいずれか一項に記載のブレード扇形部分。
24. 前記第１バー（１２）および／または前記第１グルーブ（１３）が可変幅を有する、および／または該第１グルーブ（１３）が該第１バー（１２）または第１グルーブ（１３）の進行方向に可変深さを有することを特徴とする、請求項１９〜２３のいずれか一項に記載のブレード扇形部分。
25. 前記第１グルーブ（１３）が、精製される繊維状物質の供給側ではポンピングを行うとともに、精製された物質の排出側では保持を行うことを特徴とする、請求項１９〜２４のいずれか一項に記載のブレード扇形部分。
26. 前記第２バー（１４）の幅が１から３ｍｍ、前記第２グルーブ（１５）の幅が１から３ｍｍ、該第２グルーブ（１５）の深さが３から５ｍｍであることを特徴とする請求項１９〜２５のいずれか一項に記載のブレード扇形部分。
27. 前記第２バー（１４）および／または前記第２グルーブ（１５）が可変幅を有する、および／または該第２グルーブ（１５）が、該第２バー（１４）または第２グルーブ（１５）の移動方向に可変深さを有することを特徴とする、請求項１９〜２６のいずれか一項に記載のブレード扇形部分。
28. 前記第２バー（１４）と第２グルーブ（１５）とが、前記精製面（１，２）の半径に対して５から３０°の角度を形成するように前記第１バー（１２）の上面に配置されることを特徴とする、１９〜２７のいずれか一項に記載のブレード扇形部分。