JPS6332917B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はローター組立体を用いた製紙用原料な
どのスラリー状原料のパルプ化装置に関する。

本発明は、パルプ化すべき原料をタンクに仕込
み、このタンク底壁または側壁に取付けられ軸線
上で回転して原料にほぼ渦流状の外向きの循環液
流を生起せしめこれにより原料に流体力により剪
断力を与えて所望とするパルプ化または離解作用
を行わせる上記ローター組立体またはインペラー
をそなえた型式のパルプ化装置に関係している。
この型式のパルプ化装置はバツチ方式、連続操作
のいずれにも用いられ従つて本発明も双方に利用
可能である。

本発明者の経験によれば、上述の最も効果的な
離解作用を行うローターは米国特許第3073535号
における約15年の寿命をもつ。しかしこの特許で
も指摘されているように、ローターのポンプ作用
はその羽根の前縁面のみによりもたらされるため
これと協働する底板に最接近させておかなければ
ならない。この結果、ローター上方の帯域におけ
る流体力学的剪断力およびローターと底板との機
械的作用によつて生ずる離解作用は著大になる
が、一方所定の時間内は顕著にこの作用を受ける
原料の分量は僅かであり、またバツチ処理もしく
は所定時間の連続処理に要する所要動力だけは相
当に大きなものとなる。

前出米国特許のローターの限定されたポンプ作
用の下では、底板の近くにのみ限定されてポンプ
作用が生起するため、ローター上方の原料中には
渦流が完全に生ぜず、特に液面の高さが高くなれ
ばこの傾向が強まることになつた。このため、原
料水の表面またはその近傍に原料を浮上させ、離
解作用の強いローターの近くに原料を届かせない
傾向があつた。

本発明者による米国特許第3889885号に開示さ
れたローターは前出特許に比べて２点で改良され
た。すなわち、ローターの離解用羽根部分の厚み
が薄くされてそのポンプ作用が最小になつたこ
と、またポンプ羽根部分が離解用羽根部分の一部
の上面に設けられてローター回転による渦流循環
作用が増加したこと、である。この特許によるロ
ーターのトン当り馬力はバツチ式でも連続式でも
前出第3073535号による同一寸法のローターより
もかなり小さく、クリーンブロークまたはパルプ
ラツプから汚れの少ない故紙に至るまであらゆる
利用可能なコンシステンシーで広範にほぼ同一の
有効な離解処理を行わせることができた。

前出米国特許第3889885号のローターは従前の
あらゆるローターに比べて実際上の利点があつた
が、なおさらにローターの性能を向上させ得る余
地があつた。本発明は、これを実現したもので、
ローターがポンプ作用を行うスラリー状原料のパ
ルパー用ローターにおいてその離解作用を効果的
かつ効率的になすとともに馬力の高率利用を具体
化したものである。

本発明はローターのポンプ羽根部分の構成を独
特なものにしてローター全体のパルパータンク内
の渦流を完全ならしめ、これによりタンクに装入
した原料が直ちにほぼ液中に浸入して連続的にタ
ンク内を循環し迅速な離解作用を受けるごとく改
良したものである。

本発明はローターとそれに対応して連続的なパ
ルプ化作用を行う抽出板との協働関係を新規なも
のにならしめて、抽出板を切頭円錐状になしロー
ターの離解用羽根部分の抽出板と重なり合う底面
を上向きにしてそのスクリーニング用多孔面から
プラスチツク類などを連続的に排除している。

以下これに限定されるものではないが、実施例
に従つて本発明を詳述する。第１図に示すパルパ
ーは、円筒状の上方壁１０、中央部平面領域１１
が切頭円錐状抽出板１２により従つてこの抽出板
と同じ角度のテーパーのついた無孔の切頭円錐部
分１３にとり囲まれた底壁をそなえたタンクを有
する。さらに一層急な傾角をもつた切頭円錐状無
孔部分１４が固定のガイドプレート１５の外端部
から張出して円筒状壁部１０と接している。な
お、この壁部１０は円筒状でなくてもよく楕円筒
状あるいは竪型方形状等用途機能に応じて変形可
能である。

ローター２０は底壁部分１１の中心にあつて僅
かに離隔した垂直回転軸２１上に回転自在に取付
けられ、モータ２３によるベルトおよびプーリ駆
動部２２が設けられている。パイプ２５は抽出板
１２の多孔スクリーンで分離された原料を多孔抽
出板１２の直下の環状の室２６から導出するため
のものである。

本発明は特にローター２０の構成およびこれと
テーパー状の抽出板１２との協働関係に係るもの
である。ローターの新規な諸特徴と利点とは先ず
第７−９図に示した本発明者の前出米国特許第
3889885号を簡単に述べてから説明する。

第７図において、ローター本体３０は複数の突
き出た羽根３３を支持しているカバープレート３
１および羽根リング３２を含む。第８図に示すよ
うに、各羽根３３の厚さ（軸線方向寸法）はかな
り小さく、その前縁面３５は、通常平坦で外径が
羽根３３の差しわたしで測つたローターとほぼ同
じの抽出板（図示されていない）との間に90゜（図
では75゜）以下の角度で前方に傾斜している。各
前縁面３５はローター軸線からその外端までの半
径とのなす角度が比較的小さく（図では30゜）、ま
たこれらの羽根面３５のポンプ効率はそれほど高
くなく最大のポンプ効率をもたらすのは45゜近く
になる。

上記ローターのポンプ効率を高めるために別形
式の羽根３３頂部にポンプ羽根４０を設けた。こ
のポンプ羽根は第７図に示すようにこのポンプ羽
根４０の接線と羽根面３５とが羽根３３外端部分
においてほぼ30゜以上の角度をなすように彎曲し
ており、遠心ポンプ羽根については最大の効率に
なすには45゜に近くすることが好結果をもたらし
た。このポンプ羽根４０は第８図では直立してお
りまた第９図では４０′として前方に傾斜してい
る。

第７−９図におけるローターは所定の離解作用
に必要な動力がそれまでのローターに比べて少な
くなつた。しかし、いくつかの難点が本発明によ
り是正された。その一は、ポンプ羽根４０が回転
方向および遠心方向外側にすなわち第８，９図の
右側に原料を押すとき、羽根の後縁側に低圧領域
が発生しこのため各ポンプ羽根４０のちようど背
後すなわち第８，９図の左手側における原料の流
れが下向流となつてしまうことである。この結
果、４１で示されたように各ポンプ羽根４０の直
ぐ背後に線状にローター頂面が腐食されることが
判明したのである。

もう一つの難点は各ポンプ羽根４０の後方にで
きる低圧領域による。各ポンプ羽根４０は対応す
る離解用羽根３３の後縁の外端部にまで延びてい
るので、その後縁側の外端部分後方にある空間が
下側の注出板に対して開放されまた低圧領域によ
つて生ずる原料の下向流がこれに応じて抽出板の
頂部に対向する向きをとることになる。しかし、
離解用羽根の下面の後縁部分は４２で示すように
上向きに彎曲しており、ベレヌーイの効果で抽出
板の孔を通過する粒子を上向きに流動させる。こ
の上向流はポンプ羽根の背後の下向流の反発力に
よつて強化され、その度合は合成された複合上向
流が高速すぎて次の前方にある運動中のポンプ羽
根の前方に望ましくない大きさの低圧領域を発生
させポンプ羽根を腐食させるに十分なものとな
る。

前述のように、本発明におけるローターはその
離解効率が高く処理能率の高い利点をもつてい
る。第３図によれば、本発明によるローター２０
は回転軸２１に取付けられたボス部分５１、この
ボス部分５１から外向きに突き出して角度をなし
て離隔され各々が離解用部分５２およびポンプ羽
根部分５３をそなえた複数の翼羽根を有するロー
ター本体５０からなつている。

離解用部分５２は各翼羽根の半径方向外端部分
を形成し、その厚さ（軸線方向の寸法）は点線が
離解用部分５２の上面５４の突出部を表わす第６
図に明らかなごとく、ボス部分よりも薄くなつて
いる。ポンプ羽根部分５３は各翼羽根の上方の軸
線方向外端部分をなし、半径方向の寸法は第４図
および第６図に示すように対応する離解用部分５
２よりも小さく軸線方向の寸法は大きくなつてい
る。同様にして、第２，５及び６図に示すよう
に、各離解用羽根部分５２の上面５４は、その前
縁部に沿つた軸線方向最大寸法から隣接のポンプ
羽根部分５３の軸線方向最小寸法にほぼ相当する
その後縁部に沿つた軸線方向最小寸法にまで変化
する。

各離解用羽根部分５２は第７図の前縁面３５と
ほぼ同じ角度（垂線から15゜のずれ）をなして前
方に傾斜した平面状前縁面５５をもつ。この前縁
面５５は外端部からローター本体にぶつかる点ま
で事実上直線的でありまた、その外端部と半径線
６２とのなす角度ａは45゜よりも小さな約33゜とし
て示されている。さらに、各羽根部分５２の下面
５６は切頭円錐形の抽出板と同じで第４図に示さ
れた角度でローター本体の平板状下面５７に対し
て上向きに傾斜している。またこの羽根部分５２
は運転中抽出板１２に重なり合つてその全面域を
掃過するように延在している。

角度ａは前縁面５５からの所望のポンプ吐出量
に応じて大幅に変化し得る。前縁面はローターの
半径方向最外側の作用面となるので、そのポンプ
作用に必要な動力は角度ａが増すにつれてその直
径に比例して増加し、この観点から、角度ａの最
適範囲は大体20゜〜35゜となる。

各ポンプ羽根部分５３の前縁面６０も平面的で
断面が前方に傾斜しており、その半径方向外端部
分は隣接の前縁面５５と連続している。各前縁面
６０のこの外端部分は事実上真直ぐかまたは第３
図のように曲面になつている。この場合、半径線
６３と外端への接線とのなす角度ｂは角度ａに比
べて十分に大きくとりこれによつてポンプ作用を
増大させ、この角度ｂは第３図に示すように最適
値がほぼ45゜である。各前縁面６０の半径方向内
方部分は、ポンプ作用が最も小さくなるボス部分
５１に近づくにつれて縮小する半径のまわりにら
せん状に彎曲してなる。

ローターの寸法の差異を例示すると、全直径が
４２インチのローターでは、ポンプ羽根部分５３
のさしわたし直径は33インチ、離解用羽根部分５
２どおしの間で測つたローター底部の直径は約25
インチでありこれは平面的な底壁部分１１の外径
に大体一致する。さらに、ポンプ羽根部分は真直
ぐな壁状をなしておらず、各ポンプ羽根部分５３
の上面６１は翼と同様に凸状に曲面をなしていて
低圧領域の発生を最小限に抑えている。

第２，３図から明らかなように、上述の各羽根
部分の構成では、各ポンプ羽根部分の前縁面６０
が隣り合つた羽根部分５３の上面６１の後縁に張
出すかたちになつてこれら２つの表面は深さと幅
を隣接のボス部分５１で最小、その外端で最大に
するローターの頂部に溝部または谷部６５を画成
するのである。さらに、ローター本体はほぼパイ
形の帯状またはスカート部分６６をそなえ、これ
は各谷部の外方部分の床面を形成するとともにロ
ーター本体の外周縁を形作る。

以上の構成および配置により、抽出板から下向
流が飛び上ることはなくなり、各前縁面６０から
の吐出流は隣接した谷部に向けて流路をつないで
いく結果その流れの方向は主として半径方向外向
きで下向きの成分がタンク内に効果的な渦流循環
を惹き起こさせるのである。換言すれば、各ポン
プ羽根部分の頂部に沿つた下向きの流れは先行す
る隣接面６０の下に捕捉されて遠心力で外向きに
流動させられ、こうしてこの流れはローターを越
えて排出されるまで前方に傾斜した面６０の下側
に流動するのである。

ポンプ羽根部分５３が原料に付与する流れの向
きは、従つて当初ローター軸線にほぼ直角な平面
内にあり、このため原料を離解用羽根部分の経路
に移転させて多孔抽出板面に衝突させる。この結
果作用力は２倍になる多孔板面に付着しやすい物
質を板面から取り去る傾向を高めるだけでなく離
解用羽根部分５２によつて加えられる抽出板に沿
つた最初の外向きの流動さらにこれに次ぐ循環流
の双方について原料が抽出板に斜めに衝突するよ
うにして、抽出板の孔縁に対して原料が衝突する
機会を増大させておりこのため離解が迅速化され
るという特色がもたらされる。

原料はその流れの向きの角度が水平な抽出板１
２に対して15゜の角度変化をなす一方、前出の従
来技術において床板の水平な作用面に対して離解
されるのでなく最大の離解作用とポンプ作用をも
たらすとともに原料の斜めの上向流が抽出板１２
と同じテーパー角度をなしたタンク底部区間１３
になめらかにひきつがれるのである。以上の構成
および作用はローターのポンプ作用とタンク内の
循環作用に重要な貢献をなすのである。

特に、タンク内では原料流の周方向の循環また
は旋回流がそれほど強くない一方、渦流の度合は
強大となり下下方向の強度の循環が行われる。抽
出板１２とタンク底部区間１３の形作る上向きの
傾斜に沿つて原料が強制的に流動させられると円
筒状のタンク壁面をかけ廻るというよりもこの壁
面を上昇する流れが強まる。第１図の矢印のパタ
ンで示されたように、このため原料の流れは中心
の渦に向かつて折り返されて最短距離の経路を通
つて未離解の細片が、繰返しローターに戻される
ことになりその度毎にローターの機械的および流
体力学的な剪断力による離解作用を受けて処理さ
れることになる。

上述した原料の迅速な上昇流と帰還流によつ
て、本発明によるパルパーは追加したばかりの原
料を直ちに浸液させ原料が液面に浮遊状態でいる
ことを防ぐことができる。また、従来のローター
では原料中の固形分濃度が４−６％が限界であつ
たのに対して、例えば10％という高濃度原料の処
理も可能となつた。

本発明によるパルパーを用いれば、離解処理の
所要動力および所要時間を例えば従来に比べて３
分の１に減少することができる。実験によれば本
発明によるローターを装備した直径１２フイート
のパルパーは、タンク容積が約35％も大きい直径
１４フイートの従来のローターを装備したパルパ
ーの処理能力以上の能力を発揮することが判明し
ている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるローター装備のパルパー
の縦断面図、第２図は第１図のパルパーにおける
ローターの斜視図、第３図はこのローターの平面
図、第４図はパルパーのタンク底壁の一部を示す
第３図の線４−４より見た断面図、第５図は第３
図の線５−５より見た断面図、第６図は第３図の
線６−６より見た断面図、第７図は従来技術にお
けるローターの破断平面図、第８図は第７図の線
８−８より見た断面図、第９図は第８図と同様で
あるが異型例を示す破断断面図である。 １０，１１，１３……タンク；１２……抽出
板；５０……ローター本体；５１……ボス部分；
５２……離解用（羽根）部分；５３……ポンプ羽
根部分；５５……離解用部分の前縁面；６０……
ポンプ羽根部分の前縁面；６５……溝部；２１…
…回転軸。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 下記の構成要素からなることを特徴とするロ
   ーター組立体を用いたスラリー状原料のパルプ化
   装置： (a) 原料を受容するタンク１０、 (b) 平面状の中央部分１１および該平面状の中央
   部分１１をとり囲んで隣接した環状の多孔抽出
   板１２を有してなる上記タンクの底壁、 (c) ボス部分５１および該ボス部分５１から外向
   き周方向に離間して突出した複数の翼羽根５２
   −５３を含むローター本体５０、 (d) 上記多孔抽出板１２に密接した所定の方向に
   上記ローター本体５０を回転自在に取付ける回
   転軸２１、 (e) 上記翼羽根に各々設けられた離解用部分５２
   およびポンプ羽根部分５３、 (f) 上記翼羽根の上記離解用部分５２を構成する
   とともに軸線方向の寸法が上記ボス部分５１よ
   りも小さくしてなる半径方向外端部分、 (g) 上記回転方向に上記ローター本体５０の接線
   方向に半径線６２から上記半径方向外端部にか
   けて延在し上記半径線６２となす角度ａがほぼ
   45゜以下である上記離解用部分５２上に事実上
   平面状の前縁面５５を形成する部材、 (h) 上記前縁面５５が前方に傾斜して上記抽出板
   １２となす角度が90゜よりも小さくしてなるこ
   と、 (i) 上記ポンプ羽根部分５３を構成し、半径方向
   の寸法が上記離解用部分５２よりも小さく軸線
   方向の寸法が該離解用部分５２よりも大きくし
   てなる上記翼羽根の上方部分、 (j) 上記ローター本体５０の軸線方向に形設さ
   れ、半径線６３と外端部への接線とのなす角度
   ｂが上記角度ａよりも大きくなして上記原料の
   渦流状の循環を効果的ならしめるための上記各
   ポンプ羽根部分５３の前縁面６０の形成部材、 (k) 上記各ポンプ羽根部分５３の上記前縁面６０
   は、軸線方向断面がほぼ平面状で上記ポンプ羽
   根部分５３の前方に隣接して前方に部分的に張
   出すかたちで傾斜して上記ローター本体５０の
   上面に溝部６５を画成すること、 (l) 上記ローター本体５０の寸法を、上記抽出板
   １２のほぼ半径全長に延在するかたちで隣り合
   う上記翼羽根間に空隙を形作るごとくしてなる
   こと、 (m) 上記離解用部分５２の寸法を上記抽出板１
   ２のさしわたしとほぼ同程度にしてなること。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の装置において、
   上記抽出板１２は切頭円錐状であつて、上記ロー
   ター本体５０の底面５７は、上記翼羽根間の上記
   空隙よりも半径方向内側の部分であつてかつ上記
   タンク壁の上記中央平面状部分に重なつた部分が
   平面をなし、さらに上記離解用部分５２の各々の
   底面５６が上記切頭円錐状の抽出板１２とほぼ同
   じ角度でこれに重なり合つて傾斜してなること。 ３ 特許請求の範囲第２項記載の装置において、
   上記切頭円錐状の抽出板１２は上記ローター本体
   ５０の軸線を通る半径平面とほぼ15゜の角度をな
   すこと。 ４ 特許請求の範囲第２項記載の装置において、
   上記ポンプ羽根部分５３の各々の上面６１はその
   前縁面の上縁からその後縁の半径方向外端の軸線
   方向の最小寸法部分まで凸状の曲率をもつた翼形
   状をなしていること。 ５ 特許請求の範囲第２項記載の装置において、
   上記各離解用部分５２の軸線方向上面５４がその
   前縁部に沿つた軸線方向最大寸法から隣接の上記
   ポンプ羽根部分５３の軸線方向最小寸法にほぼ相
   当するその後縁部に沿つた軸線方向最小寸法にま
   で変化し、さらに上記離解用部分５２の各々の上
   記前縁面５５は対応する上記ポンプ羽根部分５３
   の上に引続き前縁面６０を形成するとともに同様
   に前方に傾斜されてなること。