에너지절감 제지 성형장치 및 섬유 현탁액의 농도를 낮추기 위한 방법

에너지절감 제지 성형장치 및 섬유 현탁액의 농도를 낮추기 위한 방법{ENERGY SAVING PAPERMAKING FORMING APPARATUS AND METHOD FOR LOWERING CONSISTENCY OF FIBER SUSPENSION}

관련출원의 상호참조

본 출원은 2010년 12월 6일자로 출원된 미국 가출원 제 61/423,977 호(여기에서는 참조로서 통합됨)의 우선권을 주장한다.

본 발명은 종이의 형성에 사용된 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 성형 테이블에서 섬유 현탁액의 밀도나 점도를 낮추고 그 위에서 형성된 종이의 질과 물리적 특성을 개선하기 위한 장치, 시스템 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 제지산업분야에서는 성형직물상에서 제지 원료(paper stock)로부터 액체의 적당한 배수는 질좋은 제품을 보장하는 중요한 단계로 잘 알려져 있다. 이것은 기계장치, 즉 포드리니어(Fourdrinier) 제지기의 습윤 단부에 일반적으로 위치된 배수 블레이드나 포일들을 사용하여 수행된다. (여기에서 사용된 용어 배수 블레이드는 배수나 원료 활동도 또는 모두를 야기하는 블레이드들이나 포일들을 포함함을 의미한다.) 이러한 블레이드들에 대한 다양한 다른 설계들이 오늘날 유용하다. 통상적으로, 이러한 블레이드들은 탈수를 위한 트레일링 부분을 갖는 와이어 또는 성형직물에 대하여 베어링 또는 지지면에 제공되고, 그 각도는 와이어로부터 멀어진다. 이것은 블레이드 표면과 직물 사이에 간격을 조성하고, 이것은 블레이드와 직물 사이에 진공을 야기한다. 이것은 직물로부터 물을 배수할 뿐만아니라 흡입으로 인하여 직물을 잡아당기는 결과를 초래할 수 있다. 그러나, 진공이 붕괴되면, 직물은 다시 원래의 위치로 복귀하는데, 이것은 제지 원료를 가로질러서 펄스를 야기할 수 있고, 제지 원료 재분배에 대하여 바람직할 것이다. (와이어 편향에 의해서 야기된) 활동도와 시이트로부터 배수된 물의 양은 블레이드에 의해서 발생된 진공에 직접적으로 관련된다. 그러한 블레이드에 의한 배수와 활동도는 진공 챔버에 블레이드나 블레이드들을 위치시킴으로써 증대될 수 있다. 활동도가 항상 바람직하지는 않기 때문에 배수와 활동도 사이의 직접적인 관계는 바람직하기 않으며, 시이트 형성과정에서 초기에 너무 많은 배수는 섬유나 충전재의 보유에 부정적인 영향을 끼칠 것이다. 급속한 배수는 시이트 밀봉을 야기하고, 부수적으로 물 제거를 더욱 어렵게 만든다. 현존하는 기술은 슬러리의 초기 배수를 위해서 제지업자로 하여금 원하는 활동도로 타협하게 만든다.

배수는 Ward에게 허여된 미합중국 특허 제 3,823,062 호에 개시된 바와 같이 액체 대 액체 전달에 의해서 달성되며, 상기 미국특허는 여기에서는 참조로서 통합된 것이다. 이 참조문헌은 제지 원료에 대한 갑작스런 압력 충격을 통해서 액체를 제거하는 것을 알려주고 있다. 이 참조문헌은 현탁액으로부터 물의 조절된 액체 대 액체 배수는 종래의 배수보다 덜 난폭한 방법임을 알려주고 있다.

유사한 타입의 배수가 Corbellini에게 허여된 미합중국 특허 제 5,242,547 호에 개시되어 있다. 이 특허는 배수될 시이트의 반대쪽에 있는 성형직물의 표면상에 메니스커스(공기/물 인터페이스)의 형성을 방지하는 것을 알려주고 있다. 이 참조문헌은 블레이드(들)을 포함하는 진공 박스 구조를 제공하고 제어 기구에 의해서 액체의 배수를 조정함으로써 이것을 달성한다. 이것은 "잠수 배수(Submerged Drainage)"로서 언급된다. 개선된 탈수는 흡입박스에서 대기보다 낮은 압력의 사용을 통해서 일어날 것이다.

배수에 추가하여, 블레이드들은 제지 원료의 바람직한 재분배를 제공하기 위해서 현탁액에 적당한 활동도를 의도적으로 만들어내도록 구성된다. 그러한 블레이드는 예를 들면 Fuch에게 허여된 미합중국 특허 제 4,789,433 호에 개시되어 있다. 이러한 참조는 섬유 현탁액에 마이크로-난류를 만들어내도록 파도 형상의 블레이드(바람직하게는 거친 탈수표면을 가짐)의 사용을 알려주고 있다.

난류를 회피하고 그러나 배수에는 아직 영향을 끼치는 다른 형식의 블레이들은 예를 들어 Kallmes에게 허여된 미합중국 특허 제 4,687,549 호에 개시되어 있다. 이 참조문헌은 블레이드와 웹 사이의 간격을 채우고 공기의 부재하에서 팽창을 방지하고 상기 간격에 물의 "공동현상(cavitation)"을 제공하여 소정 압력펄스를 제거하는 것을 알려주고 있다. 많은 수의 그러한 블레이드들 및 다른 배열들이 다음의 종래기술들에서 개시되어 있다: 미합중국 특허들 제 5,951 ,823 호; 제 5,393,382 호; 제 5,089,090 호; 제 4,838,996 호; 제 5,011,577 호; 제 4,123,322 호; 제 3,874,998 호; 제 4,909,906 호; 제 3,598,694 호; 제 4,459,176 호; 제 4,544,449 호; 제 4,425,189 호; 제 5,437,769 호; 제 3,922,190 호; 제 5,389,207 호; 제 3,870,597 호; 제 5,387,320 호; 제 3,738,911 호 ; 제 5,169,500 호 및 제 5,830,322 호, 상기 특허들은 여기에서는 참조로서 통합된 것이다.

통상적으로, 높은 속도와 낮은 속도의 제지기들은 넓은 범위의 기초중량의 다른 등급의 종이들을 생산한다. 시이트 형성은 유체역학적 공정이며, 섬유들의 운동은 유체의 운동을 따른다. 왜냐하면 각각의 섬유의 관성력은 액체에서의 점성 저항에 비해서 작기 때문이다. 성형 및 배수 요소들은 3개의 주요한 유체역학적 공정들, 즉 배수, 제지 원료 활동도 및 방향성 전단에 영향을 끼친다. 액체는 거기에 작용하는 전단력에 따라서 반응하는 물질이다. 배수는 와이어나 직물을 통한 유동이고, 유동속도가 시간에 따르는 것을 특징으로 한다. 이상적인 관점에서 제지 원료 활동도는 배수되지 않은 섬유 현탁액에서의 유속에 있어서 임의의 요동이고, 배수 힘에 반응하는 성형직물의 편향이나 블레이드 구성에 의해서 야기되는 유동에서의 모멘텀에 있어서의 변화로 나타난다. 제지 원료 활동도의 두드러진 영향은 네트워크를 파괴하고 현탁액에서 섬유들을 이동시킨다. 방향성 전단이나 제지 원료 활동도는 각각의 섬유들의 크기에 비해서 규모가 큰, 상당히 큰 규모로 그들의 방향성에 있어서만 다른 전단-생성 공정들이다.

방향성 전단은 배수되지 않은 섬유 현탁액에 독특하고 인식가능한 패턴을 갖는 전단 유동이다. 교차방향("CD")으로 배향된 전단은 시이트 형성과 테스트를 개선시킨다. (흔들리지 않는 제지기 상에서) CD 전단에 대한 주된 메카니즘은 직물의 제지 원료에서 잘 정의된 기계방향("MD") 리지들의 창조, 붕괴 및 부수적인 재창조이다. 이러한 리지들의 소오스는 레드박스 파동정류 롤, 헤드 박스 슬라이드 립(1995년 11월 9일자로 공개된 국제출원 제 PCT WO95/30048 호 참조) 또는 포메이션 샤워(formation shower)가 될 것이다. 이 리지들은 기계속도와 성형직물 위의 매스에 따라서 일정한 간격으로 붕괴하고 재형성된다. 이것은 CD 전단 도치로서 언급된다. 만약 섬유/물 슬러리가 그것의 원래 운동에너지의 최대치를 유지하고 본래의 도치 지점 아래에 위치한 (MD로) 배수 펄스들을 받으면, 도치의 수 그러므로 CD 전단의 영향은 최대화된다.

성형장치에 있어서, 모든 이러한 유체역학적 공정들은 동시에 일어날 것이다. 이들은 시간이나 공간에 따라 일반적으로 균등하게 분포하지 않으며, 서로 완전히 독립적이지 않고 상호 관련되어 있다. 실제로, 이러한 공정들의 각각은 전체장치에 대하여 한가지 방법 이상으로 기여한다. 그러므로, 앞서 언급한 종래기술은 상기한 유체역학적 공정들에 어느정도 영향을 끼치며, 모든 공정들을 비교적 간단하고 효과적인 방법으로 조정하지 않는다.

앞서 서두에서 언급한 바와 같은 포드리니어 테이블의 초기 부분에서 제지 원료 활동도는 종이의 양호한 시이트의 생산에 있어서 임계적이다. 일반적으로, 제지 원료 활동도는 성형직물상에서 섬유-물 슬러리에 존재하는 난류로서 한정될 수 있다. 이러한 난류는 모든 3차원에서 일어난다. 제지 원료 활동도는 시이트가 형성됨에 따라서 시이트의 계층화를 지연시키고 섬유 제지 원료들을 부수고 섬유 방향성을 임의로 설정함으로써 양호한 형성에 중요한 역할을 수행한다.

통상적으로, 제지 원료 활동도는 물을 시이트에 제거하는 것에 반비례한다; 즉, 활동도는 탈수의 비율이 지연되거나 조절되는 경우에 통상적으로 향상된다. 물이 제거됨에 따라서, 시이트가 설정되고 활동이 일어날 때 주요 매체인 물 부족이 드물게 되기 때문에 활동은 보다 어렵게 된다. 그러므로, 양호한 제지기 작동은 활동도, 배수 및 전단영향 사이의 균형이다.

각각이 성형기계의 용량은 테이블을 구성하는 성형 요소들에 의해서 결정된다. 성형 보드 후에, 요소들은 이미 형성된 매트를 파괴함이 없이 나머지 물을 배수하게 된다. 이러한 요소들의 목적은 앞선 성형 요소들이 수행한 작업을 향상시키게 된다.

기초 중량이 증가됨에 따라서, 매트의 두께가 증가한다. 실제적인 성형/배수 요소들을 사용하여 잘 형성된 종이 시이트를 제조하는데 필요한 유체역학적 공정들을 수행하기에 충분한 조절된 유압 펄스를 유지하는 것은 불가능하다. 활동도와 배수를 증진시키기 위해서 배수를 섬유 제지 원료 내로 재도입하기 위한 종래의 수단의 예는 도 1 내지 도 4에서 볼 수 있다.

도 1에 도시된 테이블 롤(100)은 큰 정압 펄스가 시이트나 섬유 제지 원료(96)에 적용될 수 있게 하는데, 이것은 성형직물(98) 아래에서 물(94)이 롤(92)과 성형직물(98)에서 납으로 형성된 도입 닙 내로 적용되는 결과를 초래한다. 재도입된 물의 양은 롤(92)의 표면에 고착되는 물로 한정된다. 포지티브 펄스는 제지 원료 활동도에 좋은 영향을 가지며; 이것은 시이트 표면에 수직한 유동을 야기한다. 마찬가지로, 롤(90)의 배출측에서, 큰 부압이 발생하는데, 이것은 배수 및 미세물질의 제거에 큰 모티브를 제공한다. 그러나 매트에서의 밀도의 감소는 수용이 불가능하고, 그래서 활동도의 증가를 통해서 약간의 개선이 이루어진다. 테이블 롤들은 비교적 느린 기계장치로 한정되는데, 왜냐하면 무거운 기초중량 시이트로 특정 속도로 전달된 바람직한 포지티브 펄스는 가벼운 기초중량 시이트를 빠른 속도로 방해하는 바람직하지않은 포지티브 펄스가 되기 때문이다.

도 2 내지 도 4는 다른 블레이드 배열을 갖는 저진공 박스들(84)을 나타낸다. 중력 포일이 저진공 박스들에 또한 사용된다. 이러한 저진공 증대 유닛들(84)은 적용된 진공 및 펄스 특징들을 제어함으로써 공정에 상당한 영향을 끼치는 도구를 제지기에 제공한다. 블레이드 박스 구성의 예들은 다음을 포함한다:

도 2 및 3에 도시된 바와 같은 스텝 블레이드들(82); 및

예를 들어 도 4에 도시된 바와 같은 포지티브 펄스 스텝 블레이드(78).

통상적으로, 포일 블레이드 박스, 오프셋 평면 블레이드 박스 및 스텝 블레이드 박스는 성형공정에서 사용된다.

사용시에, 진공이 증대된 포일 블레이드 박스는 중력 포일이 수행하는 바와 같이 진공을 발생시킬 것이며, 물은 조절없이 연속해서 제공되고, 두드러진 배수 공정은 여과이다. 통상적으로, 이미 형성된 매트의 재유동화가 존재하지 않는다.

진공이 증대된 포일 블레이드 박스에 있어서, 약간의 포지티브 펄스가 블레이드/와이어 접촉면 위로 발생하고, 섬유 매트에 발휘된 압력은 박스에서 유지된 진공 수준에 기인한 것이다.

진공이 증대된 포일 블레이드 박스에 있어서, 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같이, 다양한 압력 프로파일들이 스텝 길이, 블레이드들 사이의 간격, 기계속도, 스텝 깊이 및 적용된 진공과 같은 요소들에 따라서 발생된다. 스텝 블레이드는 블레이드의 초기 부분에서 기계속도의 제곱에 대한 피크 진공을 발생시키며, 이러한 피크 부압은 물이 배수되게 하고 이와 동시에 와이어가 스텝 방향으로 편향되게 하며, 이미 배수된 물의 일부는 섬유들을 재유동화하는 매트 내로 다시 이동하게 되고 결과로서 생긴 전단력으로 인하여 섬유 부스러기들(flocks)을 파괴한다. 만일 적용된 진공이 필요한 것보다 높으면, 와이어는 도 2에 도시된 바와 같이 블레이드의 스텝과 접촉하게 된다. 그러한 조건하에서 어느정도의 작동시간이 지난 후에, 포일은 스텝에서 먼지(76)를 축적하게 되고, 도 3에 도시된 바와 같이 유압 펄스들이 최소한으로 감소되며, 그결과 매트 내로 물의 재도입이 방지된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 진공이 증대된 포지티브 펄스 스텝 블레이드 저진공 박스는 선행하는 블레이드가 매트 내로 다시 진행함에 의해서 제거된 물의 재도입 부분을 가짐으로서 시이트를 유동화한다. 그러나, 시이트로 재도입된 물의 양을 제어하는 것은 불가능하다.

물이 직물을 통해서 배수됨에 따라서 포지티브 펄스 블레이드가 생성되고, 블레이드의 리드 각도에 의해서 수렴 닙이 생성되고 물은 직물 힘에 의해서 다시 시이트 내로 복귀된다. 이것은 섬유 매트의 파괴를 가능하게 하고 제지 원료 슬러리를 통해서 침투할 수 있게 하며 예를 들어 도 5에 도시된 바와 같이 슬러리의 재-유동화가 최소가 되게 하는 전단력을 생성한다.

특별한 형식의 이중 포지-블레이드(posi-blade)는 정압 펄스와 부압 펄스를 발생시키도록 포지티브 도입 닙을 통합한다. 이 블레이드는 테두리에서 리드를 갖는 섬유 매트로 물을 재도입하고, 재도입된 물은 성형직물의 바닥에 고착되는 양으로 제한된다. 이러한 형식의 블레이드는 밀도 감소보다는 압력 펄스들을 만들어낸다. 이러한 형식의 블레이드는 예를 들어 도 6에 도시된 바와 같이 테이블 롤을 자극한다.

"Velocity induced drainage method and unit"라는 발명의 명칭으로 1996년 2월에 출원되어 Cabrera 등에게 허여된 미합중국 특허 제 5,830,322 호에는 활동도와 배수를 만들어내는 대안적인 수단이 개시되어 있다. 여기에서 설명한 장치는 활동도와 배수를 분리시키고, 그러므로 그들을 제어하고 최적화하는 수단을 제공한다. 시이트에서 초기 활동도를 유도하기 위하여 제어된 아마도 편평하지 않거나 부분적으로 편평하지 않은 표면을 갖는 긴 블레이드를 사용하고 배수를 조절하기 위해서 트레일 블레이드의 배치를 통해서 유동을 제한한다. 상기 '322 특허에는 만일 긴 블레이드와 성형 직물 사이의 영역이 범람하고 표면 텐션이 물 위와 직물 아래에서 유지되면 배수가 향상된다는 내용이 개시되어 있다. 여기에서 설명한 발명은 예를 들어 도 7에 개략적으로 도시되어 있다.

그러나, '322특허에서는, 최소량의 물을 섬유 현탁액으로 재도입하기 위한 단지 한가지 방법만이 개시되어 있다. 이것은 "역류 영역"에서 일어나고, 압축불가능한 유체가 긴 블레이드의 편평하지 않은 상부를 따르기 때문에 존재하고, 성형직물을 통해서 펌핑된다. 속도 유도 유닛의 테두리에 있는 리드에서의 밀도는 동일한 블레이드에 따라서 변하지 않는다. 만약 속도 유도 유닛이 다중의 긴 블레이드를 구비하도록 설계되고 밀도가 속도 유도 유닛을 따라서 일정하게 증가한다면, 배수된 물이 슬롯에 있으므로 제지 원료 밀도는 제지 원료가 시험 블레이드에 도달하는 경우에 증가할 것이다.

상기한 참조 문허들은 몇가지 부수적인 장점들을 갖고 있지만, 추가적인 개선 및/또는 대안의 개발이 항상 필요하다.

제지기의 성형구간에서의 제지 원료 희석은 좋은 시이트의 종이를 생산하는데 있어서 임계적이다. 일반적으로, 제지 원료 희석은 급류의 재순환을 증가시킴으로써 기계의 성형구간의 짧은 루프 시스템에서 달성된다.

성형 테이블 상에서 제지 원료 희석은 발달한 양호한 성형에 있어서 주된 역할을 하며, 잘 형성된 시이트의 종이를 제조하는데 필요한 3개의 유체역학적 프로세스들의 실현을 용이하게 하고; 섬유 배향을 임의로 할 수 있게 한다.

대부분의 제지기들은 생산을 늘리기 위해서 속도를 높이게 되고, 양호한 질의 종이르르 위한 낮은 밀도를 가지며, 동일한 기계 스크린을 여전히 가지며, 성형 테이블로 물과 제지 원료를 공급하기 위해서 동일한 배관과 동일한 헤드박스를 갖는다. 성형 테이블들은 과도한 유동을 보호하기 위해서 재작업하게 된다.

처음에 설계된 제지기의 예로서 제지기가 200인치 폭과, 0.65%의 헤드박스 밀도로서 분당 800피트의 속도로 평방미터당 54g의 종이를 만들고 70%를 보유한다고 가정하면, 헤드박스의 계산된 유량은 분당 약 3927갤런이 될 것이다. 그러나, 수년에 걸쳐서 기계는 속도가 1.75배 증가하였고, 헤드박스 밀도는 양호한 질을 위해서 0.38%로 낮아졌고, 보유는 65%로 떨어졌으며, 헤드박스의 유동 배출은 분당 약 12660갤론이다. 유동은 3.22배 증가하였고, 전체장치에서의 모든 내부 속도는 3배가 되었으며, 이것은 해로운 결과를 갖게될 것이다. 그러므로, 작업이 낮은 밀도하에서 이루어지거나 제지기의 속도를 높이는 경우에, 헤드박스의 유량이 증가하기 때문에 배수 요소들의 수를 증가시키는 것이 필요하다. 몇몇의 경우에 있어서, 추가적인 배수장비의 설치를 위한 공간을 만들기 위해서 테이블의 경도를 증가시키거나 새로운 진공 지원 배수장비를 설치하는 것이 필요하다.

그러나, 본 발명으로 인하여, 새로운 진공 지원 배수장비를 설치하거나 테이블의 경도를 증가시키는 것은 불필요하다. 또한, 성형 테이블 상에서의 에너지 소비가 상당히 줄어들게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 기계의 속도에 관계없이 성형 테이블 상에서 유체역학적 공정들을 유지하기 위한 기계장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 성형 보드 및/또는 속도유도 배수 기계장치와 함께 사용할 수 있는 기계장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 기계장치의 효율이 기계의 속도, 종이 시이트의 기초하중 및/또는 매트의 두께에 의해서 영향을 받지 않게 하는 것이다.

본 발명은 테이블 상에 있는 섬유 현탁액을 헤드 박스 후에 원하는 수준으로 희석하기 위해서 자체적으로 물을 재순환시키는 기계장치를 제공하는데; 본 발명의 희석율은 0% 내지 100% 범위이고; 본 발명에 있어서 기계장치에 의해서 수행되는 일은 정제의 정도, 기계장치의 속도, 종이 시이트의 기초중량 또는 매트의 두께에 의해서 영향을 받지 않는다. 본 발명에 의해서 시이트가 형성된 후에, 시이트의 배수 및 통합은 장비에 의해서 연속해서 수행된다.

본 발명의 한가지 바람직한 실시 예는, 제지기의 성형 테이블상에서 액체 현탁액에 함유된 섬유의 점도나 밀도를 낮추기 위한 장치로서, 섬유 슬러리가 운반되는 성형직물 - 상기 성형직물은 외면과 내면을 가짐 -; 상기 성형직물의 상기 내면과 미끄럼 접촉하는 선단 테두리 지지면을 갖는 기본 블레이드; 및 상기 성형 테이블의 자체 희석, 전단, 미세활동 또는 배수구간의 적어도 일부를 포함하는 중앙판 - 상기 중앙판은 액체의 적어도 일부를 재순환하기 위한 채널을 형성하도록 소정 거리만큼 바닥판으로부터 떨어져있음 -;을 포함하는 장치이다.

본 발명의 다른 바람직한 실시 예는, 제지기의 성형 테이블상에서 액체 현탁액에 함유된 섬유의 점도나 밀도를 낮추기 위한 장치로서, 섬유 슬러리가 운반되는 성형직물 - 상기 성형직물은 외면과 내면을 가짐 -; 상기 성형직물의 상기 내면과 미끄럼 접촉하는 선단 테두리 지지면을 갖는 기본 블레이드; 및 상기 성형 테이블의 자체 희석, 전단, 미세활동 또는 상기 성형 테이블의 배수구간의 적어도 일부를 포함하는 중앙판 - 상기 중앙판은 액체의 적어도 일부를 재순환하기 위한 채널을 형성하도록 소정 거리만큼 바닥판으로부터 떨어져있음 -;을 포함하는 장치이다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시 예는, 제지기의 성형 테이블상에서 섬유 현탁액의 점도나 밀도를 낮추기 위한 방법으로서, 섬유 슬러리가 운반되는 성형직물을 제공하는 단계 - 상기 성형직물은 외면과 내면을 가짐 -; 상기 성형직물의 상기 내면과 미끄럼 접촉하는 선단 테두리 지지면을 갖는 기본 블레이드를 제공하는 단계; 및 상기 성형 테이블의 자체 희석, 전단, 미세활동 또는 배수구간의 적어도 일부를 포함하는 중앙판을 제공하는 단계 - 상기 중앙판은 액체의 적어도 일부를 재순환하기 위한 채널을 형성하도록 소정 거리만큼 바닥판으로부터 떨어져있음 -;을 포함하는 방법이다.

본 발명을 특징짓는 신규하고 다양한 특징들은 하기의 바람직한 실시 예들의 상세한 설명에서 특별하게 지적된다. 본 발명의 보다 양호한 이해를 위해서, 본 발명의 사용에 의해서 달성되는 장점과 목적들이 첨부도면을 참조한 본 발명의 바람직한 실시예들의 상세한 설명에서 밝혀질 것이다.

본 발명은 기계의 속도에 관계없이 성형 테이블 상에서 유체역학적 공정들을 유지하기 위한 기계장치를 제공하고, 성형 보드 및/또는 속도유도 배수 기계장치와 함께 사용할 수 있는 기계장치를 제공하며, 기계장치의 효율이 기계의 속도, 종이 시이트의 기초하중 및/또는 매트의 두께에 의해서 영향을 받지 않게 함으로써, 새로운 진공 지원 배수장비를 설치하거나 테이블의 경도를 증가시키는 것은 불필요하다. 또한, 성형 테이블 상에서의 에너지 소비가 상당히 줄어들게 된다.

다음의 상세한 설명은 예로서 주어진 것으로서 본 발명을 제한하도록 의도된 것이 아니며, 첨부도면을 참조하여 잘 이해될 것이며, 도면에서의 참조부호들은 유사한 요소와 부분들을 나타낸다, 첨부도면에서:
도 1은 공지된 테이블 롤을 나타낸 도면;
도 2는 스텝 블레이드를 구비한 공지된 저진공 박스를 나타낸 도면;
도 3은 먼지가 누적된 공지된 저진공 박스와 스텝 블레이드를 나타낸 도면;
도 4는 공지된 포지티브 펄스 블레이드 저진공 박스를 나타낸 도면;
도 5는 공지된 포지티브 펄스 블레이드를 나타낸 도면;
도 6은 공지된 이중 포지티브 펄스 블레이드를 나타낸 도면;
도 7은 공지된 속도 유도 배수 유닛을 나타낸 도면;
도 8은 제지기에 있는 물 재순환장치를 나타낸 도면;
도 9는 성형 와이어의 상부에 배출된 헤드박스 유동을 나타낸 도면;
도 10은 헤드박스의 0.8% 농도하에서 매스 밸런스를 나타낸 도면;
도 11은 헤드박스의 0.5% 농도하에서 매스 밸런스를 나타낸 도면;
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 매스 밸런스를 나타낸 도면;
도 13은 새로운 성형 발명을 나타낸 도면;
도 14는 블레이드(42)에 다른 리드를 구비한 새로운 성형 발명의 다른 양태를 나타낸 도면;
도 15는 블레이드(44)에 다른 리드를 구비한 새로운 성형 발명의 또 다른 양태를 나타낸 도면;
도 16은 지지 블레이드를 채용함이 없는 새로운 성형 발명의 또 다른 양태를 나타낸 도면;
도 17은 자체 희석, 전단, 미세활동 및 선회지점을 갖는 배수구간이 제공된 새로운 성형 발명의 또 다른 양태를 나타낸 도면;
도 18은 자체 희석, 전단, 미세활동, 선회지점을 갖는 배수구간이 제공되고 배수구간의 각도가 변하는 새로운 성형 발명의 또 다른 양태를 나타낸 도면;
도 19는 자체 희석, 전단, 미세활동, 다중 수렴 및 분기구간들을 갖는 배수구간에서 유압 성능을 상세하게 보여주는 새로운 성형 발명의 또 다른 양태를 나타낸 도면;
도 20은 자체 희석, 전단, 미세활동, 다중 수렴 및 분기구간들을 갖는 배수구간에서 기하학을 상세하게 보여주는 새로운 성형 발명의 또 다른 양태를 나타낸 도면;
도 21은 도 13에서 나타낸 바와 같이 새로운 발명에 따른 제지기의 습윤단부에서 새로운 발명의 위치 75를 나타낸 흐름도;
도 22는 도 13에서 나타낸 바와 같이 제지기의 습윤단부에서 새로운 발명의 위치 75를 상세하게 나타낸 흐름도;
도 23은 도 20에서 나타낸 바와 같이 새로운 발명에 따른 제지기의 습윤단부에서 새로운 발명의 위치 76를 상세하게 나타낸 흐름도;
도 24는 도 20에서 나타낸 바와 같이 제지기의 습윤단부에서 새로운 발명의 위치 76를 상세하게 나타낸 흐름도;
도 25는 다중 성형 직물 지지부들이 구비된 중앙판(48)의 표면과 성형직물 사이에서 동일한 거리를 가지며 긴 자체 희석, 전단, 미세활동, 다중 수렴 및 분기구간들을 갖는 블레이드 기하학을 상세하게 보여주는 새로운 성형 발명의 또 다른 양태를 나타낸 도면;
도 26은 다중 성형 직물 지지부들이 구비된 중앙판(49)의 표면과 성형직물 사이에서 증가하는 거리를 가지며 다중 자체 희석, 전단, 미세활동, 배수구간을 갖는 중앙판 기하학을 상세하게 보여주는 새로운 성형 발명의 또 다른 양태를 나타낸 도면;
도 27은 다중 성형 직물 지지부들이 구비된 중앙판의 표면과 성형직물 사이에서 오프셋 평면표면을 가지며 자체 희석, 전단, 미세활동, 배수구간을 갖는 중앙판을 상세하게 보여주는 새로운 성형 발명의 또 다른 양태를 나타낸 도면;
도 28은 자체 희석, 전단, 미세활동, 배수구간을 갖는 오프셋 평면표면의 기하학을 상세하게 보여주는 새로운 성형 발명의 또 다른 양태를 나타낸 도면;
도 29는 자체 희석, 전단, 미세활동, 선회지점에서의 배수구간의 기하학을 상세하게 보여주는 새로운 성형 발명의 또 다른 양태를 나타낸 도면;
도 30은 자체 희석, 전단, 미세활동, 스트림 라인들의 설명을 포함한 배수구간에서의 배수구간의 수리학을 상세하게 설명하는 새로운 성형 발명의 또 다른 양태를 나타낸 도면;
도 31은 와이어 편향을 줄이기 위해서 2개의 블레이드 지지부를 갖는 스트림 라인들의 설명을 포함하는 자체 희석, 전단, 미세활동, 및 배수구간에서의 수리학을 상세하게 설명하는 새로운 성형 발명의 또 다른 양태를 나타낸 도면;
도 32는 자체 희석 및 전단구간에서의 수리학의 상세한 설명을 제공하는 새로운 성형 발명의 또 다른 양태를 나타낸 도면;
도 33은 중앙판을 보유하기 위한 한가지 장치의 상세한 기하학을 보여주는 새로운 성형 발명의 또 다른 양태를 나타낸 도면;
도 34는 중앙판을 보유하기 위한 다른 장치의 상세한 기하학을 보여주는 새로운 성형 발명의 또 다른 양태를 나타낸 도면;
도 35는 중앙판(35) 및 또는 블레이드를 보유하도록 사용된 티(T) 바의 기하학을 상세하게 나타낸 도면;
도 36은 새로운 발명의 자체 희석 및 전단영역(54)에서의 유압성능을 나타낸 도면;
도 37은 새로운 발명의 낮은 점도 미세활동 영역(55)에서 유압성능을 나타낸 도면;
도 38은 새로운 발명의 배수 영역(56)에서 유압성능을 나타낸 도면;
도 39는 새로운 발명의 배수 영역(56)에서 유압성능의 다른 설계를 나타낸 도면.

선행 기술분야의 일부로서 이미 설명한 모든 장치들은 도 8에 도시된 중력 및 동적 배수영역이나 시트 성형영역(4)의 일부이거나 이를 형성한다.

도 8에는 성형 테이블상에서 점도를 어느 수준으로 감소시킬 수 있는 장치가 도시되어 있다. 약 1 내지 5%의 점도를 갖는 두꺼운 제지 원료(20)는 팬 펌프(24)의 유입구(33)에서 급류(17)에 의해 희석되고, 두꺼운 제지 원료의 필요한 양은 밸브(21)에 의해서 조절된다.

팬 펌프(24)는 제지용 희석 슬러리를 모든 잔해와 원하지 않는 물체들(28)을 제거하는 세척장치(27) 쪽으로 추진하며, 세척된 제지 원료는 제지기의 헤드박스(1)로 보내진다. 세척장치(27,32)를 빠져나온 얇은 제지 원료의 밀도는 통상적으로 0.1% 내지 1% 고형물 범위이다.

팬 펌프(24)와 세척장치(27,32)는 제지기의 성형구간 아래에 있는 지하층에 통상적으로 위치한다. 제지 원료는 헤드박스(1)로부터 슬라이스(2)를 통해서 포드리니어 와이어(11) 위로 운반된다. 헤드박스(1)의 슬라이스(2)에 의해서 성형 와이어(11) 위로 배출된 전체 유동은 팬 펌프(24)의 회전수를 변화시키고 밸브들(23,22)을 조정함으로써 조절되며, 보다 많은 유동이 필요한 경우에, 팬 펌프(24)의 회전수를 증가시키고 밸브(23)의 개방정도를 증가시키며, 밸브(22)는 필요한 유동을 맞추도록 미세 조정된다. 몇몇 설비에 있어서, 팬 펌프(24)는 펌프의 분출을 증가시키거나 감소시키기 위해서 정속 모터를 가지며, 이 경우에 있어서 밸브들(23,22)을 조정하는 것이 필요하다.

습윤 시이트(10)가 무한 성형 메쉬 벨트(11)로 필수적으로 구성되는 포드리니어 테이블상에 실제로 형성되며, 상기 벨트는 제지기의 습윤 단부를 구성하는 성형 및 배수장치들에 의해서 영역(4,5,6)에서 지지된다.

헤드박스(1)에 근접하여, 성형 메쉬는 영역(4,5)에서 성형 및 배수장치 상류에 있는 브레스트 롤(3)에 의해서 지지된다. 무한 성형 메쉬는 흡입 코치 롤(7)과 드라이브 롤(9) 위로 복귀하기 전에 영역(6)에서 다수의 흡입 박스들 위로 이동한다.

물은 정량적으로 제지의 가장 중요한 원 재료이다. 제지 원료가 성형 테이블의 성형 메쉬(11) 상에서 배출되기 전에, 그것은 매우 묽고, 그것의 섬유함량은 아마도 0.1% 만큼 낮다. 이것으로부터, 물 제거는 기계의 가장 결정적인 기능들중 하나가 된다. 헤드박스(1)로부터 배출된 제지 원료는 섬유들에 추가하여 다른 고체물질들을 함유하는데, 이로 인하여 약 0.5%의 농도를 갖게 되고, 코치 롤(7)로부터 배출된 섬유 매트(10)는 23% 내지 25%의 밀도를 갖는다.

그러나, 물의 점도를 줄이고 물을 적당하게 배출하기 위해서, 섬유 슬러리를 135℉ 내지 140℉의 온도로 가열하는 것이 필요하다. 이러한 공정 동안에, 5℉ 내지 10℉ 범위의 열손실을 나타내는 것이 보통이다.

도 9를 참조하면, 0.1% 내지 1% 범위의 농도를 갖는 섬유 유동(1A)은 헤드박스 슬라이스 립(2)을 통해서 헤드박스(1)로부터 이동 성형 메쉬(11) 위로 배출된다. 섬유유동(1A)과 성형 메쉬(11) 사이의 배출된 속도비(유동 속도를 메쉬 속도로 나눈것)는 보통은 0.6 내지 1.3 범위이다. 그런데, 이러한 기계들은 분당 3,000피트 이상의 속도로 작동할 수 있다.

도 10에 상세하게 나타낸 제지기의 성형 테이블은 다음과 같은 3개의 주요 구간으로 구성된다:

A. 중력 및 동적 배수영역(4) - 시이트 형성이 일어나는 영역. 성형 영역(4)의 초기에서 섬유 농도는 0.1% 내지 1% 범위이고, 이 지점에서 섬유들은 높은 자유도를 가지며, 성형은 종이 시이트를 형성하는데 필요한 3개의 유체역학적 프로세스들을 향상시킴으로써 개선될 수 있다. 중력 및 동적 배수영역(4)의 출구에서, 농도는 1.5% 내지 2.0% 범위이고, 이 영역 후에는 성형은 최소로 개선될 수 있다.

B. 낮은 및 중간 진공영역(5) - 이 영역에서 낮은 진공박스들을 사용하고, 적은 양의 진공이 적용되고, 진공은 물의 2 내지 60인치 범위이고, 영역(5)의 출구에서 밀도는 6 내지 8% 범위이다. 영역들(4,5)에 의해서 배수된 물은 성형 및 배수장치하에서 리셉터클들(25)에 수집되며, 물은 예를 들어 도 8에 도시된 바와 같이 습윤 단부 폐루프 시스템에서 제지 원료 희석에서 재사용하기 위하여 채널들(26)에 의해서 저장탱크(18)로 향하게 된다.

C. 높은 진공 배수영역(6), 여기에서는 시트 강화가 일어나고, 물은 높은 진공박스를 사용하여 제거되며; 적용된 진공은 수은의 2 내지 16인치 범위이다. 쿠치(7)의 와이어 영역의 단부에서 프레스 롤(8)에 의해서 지원되는 높은 진공(수은의 20 내지 22)으로 물을 제거한다. 이 영역(6)에서 배수된 물(12)은 밀봉 탱크(13)에 수집되며, 펌프(14)는 탱크(18)에서 수위 조절(15)을 위한 물의 일부를 보내고, 과도한 물(6)은 물 저장탱크(18)로부터 나오는 흘러넘치는 물(19)과 합쳐져서 제지 원료 준비장치로 보내진다.

섬유 매트가 높은 진공 배수영역(6)에서 강화되고 흡입 쿠치(7) 및 럼프 브레이커(8)에 의해서 가압된 후에, 시이트(10)는 23 내지 27%의 밀도로 성형 테이블을 떠난다.

앞서 설명한 바와 같이, 제지기의 습윤단부에서 짧은 루프 시스템은 헤드박스(1)의 배출측에서 밀도를 감소 또는 증가시킬 수 있다.

예시적인 매스 밸런스가 제공된 바와 같이, 도 10은 헤드박스의 배출측에서 0.8%의 매스 밸런스를 보여주고, 도 11은 헤드박스의 배출측에서 0.5%의 매스 밸런스를 보여준다.

두 매스 밸런스들에 있어서 다음의 작동 매개변수들이 정확하게 같아지는 것이 중요하다:

헤드박스 재순환 5.0%

1차 세척장치 2중량% 거절

1차 거절 농밀화 요소 1.4

2차 세척장치 10중량% 거절

2차 거절 농밀화 요소 4

기계 속도 분당 2000

헤드박스 폭 200인치

종이 기초하중 26Lbs/1000평방피트

성형테이블의 10 배출측에서 종이 생산 62.4짧은톤/1일

성형테이블의 10 배출측에서 생산의 결과로서 다음의 두 밸런스에서 정확하게 같아진다:

시이트 고형물 짧은톤/1일 624

시이트 밀도% 23

분당 캘런 453

시이트 형성은 0.8% 보다는 0.5%에서 헤드박스의 배출이 이루어지는 경우에 더 좋으며, 장비의 성능은 두 경우에 완전히 다르다. 이러한 두 밸런스에서 주된 차이는 다음과 같은 짧은 루프 내에 존재한다:

STPD : 1일당 짧은 톤

GPM : 분당 갤런

% : 밀도

농도를 0.8%로부터 0.5%로 감소시킴으로써, 유체역학적 유동은 평균 15,913 GPM으로 증가되었고, 고형물은 평균 183 STPD로 증가되었다. 추가적인 유동을 이동시키기 위해서, 팬 펌프(24)와 스크린들(27,32)의 모터들의 동력을 증가시키는 것이 필요하며, 많은 경우에 있어서 장비를 교체하는 것이 필요하다.

0.5%의 낮은 밀도에서 작용하는 경우에 과도한 유동으로 인하여 보다 많은 화학약품들이 필요하고; 영역(4,5)에서의 배수는 더 어려워진다. 만일 과도한 유동으로 인하여 너무 많은 난류가 존재하게 되면 헤드박스의 성능은 저하되고; 짧은 성형영역에 불균등한 제지 원료의 운반을 야기하는 횡류가 생기게 된다. 적당하게 기능하지 않는 헤드박스는 최종 시이트에서 많은 결점을 야기할 수 있다. 이것은 섬유들의 균등하게 분산되지 않는 경우에 빈약한 형성을 야기하는 최악의 결과를 초래하게 된다. 0.5% 대신에 0.8% 농도에서 작업이 이루어지면, 헤드박스에 대한 유동에 있어서 상당한 감소가 이루어진다; 약 15,913 GPM. 그 결과, 그것의 작동온도에서 슬러리를 유지하는데 적은 스팀이 필요하고, 이것은 온도에서 5도가 떨어지면 807,946 Btu/min의 감소가 있다는 것을 의미한다. 가열 목적을 위해서 연료 오일을 사용하는 회사들에 대하여 1년에 4640톤의 이산화탄소 배출 감소를 의미할 수 있고, 가열 목적을 위해서 연료 오일을 사용하는 회사들에 대하여 대기중으로 이산화탄소 배출이 1년에 약 416톤으로 감소를 의미한다.

상기한 것에 추가하여, 수처리를 위해서 보내진 과도한 물(19)은 도 10 및 11로부터 알 수 있는 바와 같이 적은(1년에 1.8톤 미만) 고형물을 갖는다.

본 발명의 한가지 양태는 예를 들어 도 12 내지 도 19에서 볼 수 있다. 도 13에 있어서, 블레이드(36)는 2개의 중요한 기능들을 갖는 지지 블레이드(37A)를 구비하는데, 한가지 기능은 블레이드(36)로부터 분리된 성형직물을 지지 블레이드(37)와 조합하여 유지하는 것이며, 다른 가장 중요한 기능은 이미 배수된 물(ID)이 지지 블레이드(37A) 아래를 통과할 수 있도록 하는 것이다. 블레이드(36)의 배출측은 0.1도 내지 10도의 각도로 성형직물(11)로부터 방향을 바꾼 경사진 표면(36A)을 가지며, 섬유 슬러리(1A)로부터 배수된 물은 지지 블레이드(37) 아래를 통과할 것이며, 배수된 물(57)은 연속적인 증가된 유동(58)을 형성하도록 재순환 물(62)과 통합될 것이며, 이 유동의 많은 부분은 유동(1A)보다 낮은 밀도를 갖게될 섬유 슬러리(1B)가 될 섬유 슬러리(1A)로 다시 재도입될 것이다. 밀도의 감소는 바닥판(63)과 지지부(64)에 의해서 제위치에 고정되는 게이트(38)를 개폐함으로써 조절될 것이다. 게이트(38)는 배출된 유동(42)이 증가하거나 감소될 수 있게 한다. 게이트(38)를 개폐함으로써, 유동(62)은 원하는 수준으로 변하고, 그 결과로서 IB에서의 밀도는 교차기계방향과 기계방향으로 섬유의 균등한 매트를 생산하도록 조절될 것이다.

지지 블레이드(37)와 트레일 블레이드(39)는 성형 직물(11)을 중앙판(35)과 분리된 상태로 유지한다. 성형직물(11)과 중앙판 사이의 간격은 섬유 슬러리(1A)로부터 배순된 물로 항상 채워지며, 물의 연속적인 유동으로 인하여 중앙판(35)과 성형직물(11) 사이의 마찰이 최소가 된다. 중앙판(35)의 단부에는 배수영역(56)이 위치하는데, 이 지점에서 중앙판(35)의 표면은 성형직물(11)로부터 경사지게 멀어지고, 경사를 갖는 표면(71)은 비록 7도를 초과하지 않는 것이 바람직하지만 0.1 내지 10도의 경사도를 갖는다. 이러한 종류의 기하학은 흐름 라인들(59,60,61)로서 도 13에 도시된 바와 같이 흐름(58)에 의해서 재도입되도록 물(34)을 슬러리(IB)로부터 재순환시킨다. 중앙판(35)과 바닥판(63)은 채널(73)을 형성하는데, 여기에서 두 부품들은 트레일 블레이드(39)에 의해서 긁어낸 배수(34)가 채널(74) 쪽으로 이동할 수 있도록 하는 스페이서(66)에 의해서 분리되며, 이 지점에서 재순환 유동(62)은 IB에서 밀도를 원하는 수준으로 낮추기 위해서 섬유 슬러리(1A)로 재도입될 흐름 유동(58)을 형성하도록 배수된 유동(57)과 통합된다. 채널(73)의 형성으로 인하여 다른 속도로 2개 유동의 통합이 일어나고 높은 전단효과가 구간(54)에서 발생한다. 그러나, 게이트(38)가 퍼지 유동(42)의 양을 조절하는 것은 중요하다. 본 발명에 따른 장치의 설계를 사용하여 생성된 높은 전단효과와 고유한 유동으로 인하여, 팬 펌프(24)나 스크린들(27,32)의 모터들의 동력을 증가시키는 것은 필요하지 않다. 현재의 설계, 예를 들면, 채널(73)을 형성하도록 중앙판(35)과 바닥판(63)을 분리하는 것은 배수된 물을 재순환시킬 수 있게 하고, 그 결과 통상적인 장치에 비해서 낮은 에너지 소비의 효과를 얻을 수 있다.

배수영역(56) 후에, 섬유 슬러리(1C)의 밀도는 게이트(38)에 의해서 배수된 물(42)의 양에 따라서 1A와 같거나 높다. 중앙판(35)은 지지 블레이드(37)를 고정시키고, 중앙판(35)은 중앙판으로부터 성형직물(11), 유입구 블레이드(36), 트레일 블레이드(39) 및 바닥판(63) 까지의 특정화된 거리를 유지하기 위해서 고정위치에 놓이고, 이 거리들은 특정한 제지기에 대해 필요한 공정에 따라 설계되며, 중앙판(35)은 자체 희석, 전단, 미세활동 및 배수구간의 길이에 따라서 필요에 따라 하나, 둘 또는 많은 티(T) 바들(68)에 의해서 고정된다. 티(T) 바들은 볼트(65)와 스페이서들(68)에 의해서 제위치에 고정된다. 배수구간에서 중앙판(35)의 표면(71)은 성형직물(11)로부터 분기되고, 경사는 0.1 내지 10도 범위를 가지며, 바람직하게는 7도를 초과하지 않는다.

도 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19에 도시된 중앙판(35)의 길이와 도 20에 도시된 중앙판(53)의 길이는 특정한 제지기에 대한 공정 필요성에 따라서 설계된다. 중앙판의 길이는 기계 속도, 기초 중량 및 필요한 밀도 감소량에 따라서 결정된다.

도 21은 시이트 형성영역(4)에서 중력과 동적 배수하에서 새로운 발명의 위치(75)를 나타내며; 도 22는 시이트 형성영역(4)에서 중력과 동적 배수하에서 새로운 발명의 상세한 위치(75)를 나타낸다.

도 23은 시이트 형성영역(4)에서 중력과 동적 배수하에서 새로운 발명의 위치(76)를 나타내며; 도 22는 시이트 형성영역(4)에서 중력과 동적 배수하에서 새로운 발명의 상세한 위치(76)를 나타낸다.

시이트 형성영역(4)에서 중력과 동적 배수하에서 새로운 발명의 상세한 위치는 헤드박스에서 섬유 슬러리 밀도를 낮추는 필요성을 제거하고, 그 결과로서 통상적인 장치(전체 장치에서 밀도를 낮춤)를 사용하는 작업으로서 동일한 잇점을 제공할 것이다.

시이트 형성에서 본 발명에 따라서 얻어지는 장점들의 예는 제지기가 낮은 밀도로 작동하는 경우의 물리적인 특성들과 생산성이 도 12에 나타낸 매스 밸런스이다. 그러한 잇점들은 통상적인 장치 대신에 도 21,22,23 및 24에 나타낸 새로운 발명을 사용하는 작업에 의해서 얻어질 것이다.

새로운 발명을 이용한 매스 밸런스는 도 12에 나타나 있는데, 새로운 발명을 사용하여 얻는 작업상의 잇점들은 다음과 같다:

I. 전통적인 장치를 사용하여 작업하기 보다는 새로운 발명을 사용하여 작업하는 경우에 얻어지는 낮은 에너지 소비.

II. 기계류 및 또는 배관과 같은 실제 장비를 교체할 필요가 없다.

III. 섬유 슬러리를 가열하기 위해서 필요한 연료나 증기가 적게 소모되므로 대기중으로의 방출이 감소한다.

IV. 수처리 유닛으로 적은 양의 고형물들이 보내지므로 환경 친화적이다.

V. 워터 시스템에서 고형물들이 적어진다.

VI. 화학약품의 사용이 감소한다.

VII. 새로운 발명은 밀도를 감소시킴과 함께 종이를 만드는데 필요한 3개의 유체역학적 공정들을 줄이기 때문에 통상적인 장치를 사용하여 작업하는 것보다 새로운 발명을 사용하여 작업하는 경우에 종이의 질이 좋아진다.

VIII. 본 발명에 따라서 작동이 이루어지는 경우에 헤드박스(1), 스크린들(27,32)과 같은 기계류의 내부에서 작동속도의 설계는 설계 유동이 초과되지 않기 때문에, 항상 설계 한계 내에 유지된다.

IX. 새로운 발명을 사용함으로써 섬유 손실이 적어진다.

X. 성형 테이블을 떠나지 않고 성형직물이 떠난 직후에 동일한 배수가 재순환된다.

XI. 다른 소오스로부터 섬유가 오염되지 않으며; 이러한 잇점은 공정을 보다 안정화한다.

XII. 성형 구간(4)에서 온도변화가 없다.

XIII. 장치에서 공기에 포획된 것이 존재하지 않는다.

XIV. 보유에 있어서 변화가 없다.

XV. 새로운 발명에서 체적이 작은 양이기 때문에 종이 등급의 변화가 용이하다.

XVI. 연속적인 재순환 플러그 유동이 존재한다.

XVII. 표면(69)의 방사상 설계는 도 30에 도시된 바와 같이 유동(58)이 섬유 매트 가변성을 교차방향으로 줄인다.

XVIII. 블레이드의 초기 부분에서 여과과정이 존재하지 않는다.

XIX. 와이어(5)와 블레이드 사이의 마찰이 최소이기 때문에 와이어를 구동시키는데 필요한 동력이 감소하고, 성형 테이블의 상부에 있는 전체 유동이 감소한다.

XX. 블레이드 상에는 물의 연속적인 유동이 존재하므로 먼지가 축적되지 않는다.

XXI. 와이어 상에 있는 섬유들은 재분배되고 동일한 물로 활성화된다.

XXII. 섬유 보유가 증가된다.

XXIII. 성형이 개선된다.

XXIV. 시이트의 직각도는 필요에 따라서 조절된다.

XXV. 배수가 또한 조절된다.

XXVI. 섬유들은 시이트의 두께에 걸쳐서 균등하게 분배된다.

XXVII. 종이의 물리적인 특성들이 필요에 따라서 개선되거나 조절된다.

도 25는 성형직물(11)과 중앙판(48) 사이의 일정한 간격(D1)을 갖는 자체 희석, 다중 전단, 미세활동 및 배수구간을 갖는 본 발명을 나타낸다.

도 26은 성형직물(11)과 중앙판(49) 사이에 증가하는 간격(D2, D3 및 D4)을 갖는 자체 희석, 다중 전단, 미세활동 및 배수구간을 갖는 본 발명을 나타낸다.

도 27은 성형직물(11)과 중앙판(50) 사이에서 오프셋 평면(72)을 갖는 자체 희석, 다중 전단, 미세활동 및 배수구간을 갖는 본 발명을 나타낸다.

도 28은 성형직물(11)과 중앙판(50) 사이에 존재하는 오프셋 평면들을 상세하게 나타내고 자체 희석, 다중 전단, 미세활동 및 배수구간을 갖는 본 발명을 나타내며, 표면(72A)은 스텝(72)에 의해서 표면(72B)과 오프셋되고, 여기에서 관찰되는 유체역학적 작용은 Cabrera가 발명의 명칭 "FIBER MAT FORMING APPARATUS AND METHOD OF PRESERVING THE HYDRODYNAMIC PROCESSES NEEDED TO FORM A PAPER SHEET"로 출원한 미합중국 특허출원 제 2009/0301677 Al 호에 개시되어 있다.

도 29는 활동도 및 배수될 물의 양을 조절하기 위해서 중앙판(52)의 배수영역에서 선회 지점을 갖는 자체 희석, 다중 전단, 미세활동 및 배수구간을 갖는 본 발명을 나타낸다. 선회 지점은 공정의 필요에 따라서 구간(52A)이 조정될 수 있게 한다.

도 30은 다음과 같은 다른 구간들의 상세한 설명을 통해서 자체 희석, 다중 전단, 미세활동 및 배수구간을 갖는 본 발명을 나타낸다:

A. 자체 희석 및 전단 구간(54):

이 구간은 지지부(37)의 선단 테두리에서 시작하여 방사상 구간(69)의 끝에서 끝난다. 이 구간의 길이는 기계속도, 섬유 슬러리(1A)로 도입될 물(58)의 양에 의존한다. 유량(58)은 유량(57) 및 (62)으로 구성되고, 유량(62)은 추후에 유량(57)과 통합되어 유량(IB)이 되도록 성형직물(11) 내로 운반될 연속적이고 균등한 유동을 가질 수 있게 하는 채널(74)의 경로를 따른다. 유량(62)의 양은 게이트(38)를 통해서 정화되는 물(42)의 양에 의해서 조절된다.

높은 전단효과는 이러한 유동이 통합된 후에 유동(1A)과 유동(58) 사이의 다른 속도를 조절함으로써 이러한 구간에서 발달하고, 유동(1A)에서 높은 희석이 일어나고 미세활동이 개시된다. 표면(69)의 방사상 설계는 유동(59)을 균등하게 하고, 교차기계방향으로의 섬유매트 가변성을 줄인다. 자체 희석 및 전단 구간의 길이는 기계속도, 기초중량 및 밀도감소에 의존한다.

B. 낮은 밀도(55)에서의 미세활동:

중앙판(35)의 표면(70)은 본 명세서의 초반에 설명한 바와 같이 다른 구성을 가질 것이며, 또한 Cabrera가 발명의 명칭 "FIBER MAT FORMING APPARATUS AND METHOD OF PRESERVING THE HYDRODYNAMIC PROCESSES NEEDED TO FORM A PAPER SHEET"로 출원한 미합중국 특허출원 제 2009/0301677 Al 호에 개시되어 있다. 중앙판(35)의 표면(70)과 와이어(11) 사이에는 간격이 존재하는데, 이 특징은 그 사이에 물을 갖는 것이 미세활동와 전단효과를 증진시킬 수 있게 하고, 이 구간에서 최저의 밀도를 달성하게 된다.

낮은 밀도구간에서의 미세활동 길이는 기계속도, 기초중량 및 밀도감소에 의존한다.

C. 배수 56:

도 30 및 31에서의 유량(59)은 중앙판(35)의 마지막 구간에서 일어난다. 배수 구간에서 중앙판(35)의 표면(71)은 성형직물(11)로부터 분기된다. 경사는 0.1 내지 10도의 범위에 있으며, 바람직하게는 7도를 초과하지 않는다. 배수구간의 길이는 배수될 유동의 양에 의존할 것이다. 유동(59)은 중앙판의 마지막 부분과 트레일 블레이드(39) 사이에 위치한 채널(77)을 통해서 유동(60)으로 진행한다. 채널(77)은 섬유 스테이플링을 회피하고 최소 마찰손실을 가지며 채널(73)을 통해서 유동이 계속적으로 진행되도록 설계된다. 와이어(11)가 편향되고 중앙판을 접촉하는 경우에 있어서, 도 31에 나타낸 바와 같이 제 2 지지 블레이드(37B)가 추가된다. 중앙판(35)의 표면(70)의 단부에서 방사상 표면(71A)은 유량(59)을 중앙판(35)과 연속적으로 접촉한 상태를 유지하기 위해서(유동 분리를 회피하기 위함) 연속적으로 이어진다.

도 32는 본 발명의 자체 희석 및 전단 구간에서 유체역학의 상세한 설명을 제공한다. 지지 블레이드(37)는 와이어가 편향되지 않게 하고 중앙판(53)과 접촉하는 것을 방지하며, 섬유 슬러리(1B)로부터 배수된 유량은 지지 블레이드 아래를 통과하고 섬유 슬러리로 다시 도입되며, 이에 이해서 전단효과가 발생한다.

도 33은 중앙판(35)을 고정시키는 기하학의 상세한 설명을 제공한다. 예를 들어 볼트(65)와 스페이서들(66)이 채널(73)을 형성하기 위해서 바닥판(63)과 중앙판(35) 사이에서 사용될 것이다.

도 34에 도시된 대안적인 실시 예에 있어서, 예를 들면, 티(T) 바들(68)과 스페이서들(66)이 중앙판(35) 고정시키고 채널(73)을 형성하기 위해서 바닥판(63)과 중앙판(35) 사이에서 사용될 것이다.

도 35는 티(T) 바(68)의 기하학에 대한 상세한 설명을 제공한다. 탭 홀들(68A) 사이의 거리(68R)는 4 내지 10인치 범위에서 변하고, 각각의 제지기에 대하여 특별하게 설계된다. 거리 L1과 L2는 같으며, 이 구간은 스페이서(66)나 박스의 주요 구조물과 직접적으로 접촉하는 부분이다. 거리 L3와 L4는 서로 다르며, 이 경우에 있어서 거리 L3는 거리 L4보다 크지만, 원리를 벗어나지 않는 범위 내에서 다른 방식으로 설정될 수도 있다. 티(T) 바(68C)의 헤드는 중앙판(35)과 직접적으로 연결되는 부분이며, 이 경우에 있어서 혹은 소정의 블레이드와 조합하여, 거리 L3와 L4 사이의 차이로 인하여 중앙판(35)과 소정의 블레이드는 단지 한 방향으로만 미끄러질 것이다.

도 36, 37, 38 및 39는 새로운 발명의 유체역학적 성능에 대한 상세한 설명을 제공한다. 도 36은 블레이드(36)와 지지 블레이드(37A)에 의해서 창조된 효과를 나타내는데, 이것은 Cabrera가 발명의 명칭 "FIBER MAT FORMING APPARATUS AND METHOD OF PRESERVING THE HYDRODYNAMIC PROCESSES NEEDED TO FORM A PAPER SHEET"로 출원한 미합중국 특허출원 제 2009/0301677 Al 호에 개시되어 있으며, 상기 미국특허의 전체 내용은 여기에서는 참조로서 통합된 것이다. 유량(57)은 섬유 슬러리(1A)로 재도입되도록(58) 하기 위하여 지지 블레이드(37) 아래를 통해서 유동하고, 다른 속도의 2개 유동을 통합함으로써 구간(54)에서 높은 전단효과가 얻어지고, 이것은 게이트(38)가 퍼지 유동(42)의 양을 조절하는데 있어서 중요하다.

도 38과 39는 배수과정의 상세한 설명을 제공하는데, 여기에서 표면(71)은 성형직물(11)로부터 경사지며, 경사는 0.1 내지 10도의 범위를 가지지만 바람직하게는 7도를 초과하지 않는다. 이러한 종류의 기하학은 잠재적인 에너지의 손실로 인한 진공을 초래하고, 배수된 물은 스트림 라인들(60,61)의 경로를 따른다. 지지 블레이드(37)와 트레일 블레이드(39)로부터 떨어진 거리가 크고 성형직물(11)이 중앙판(35)과 접촉하는 경우에 있어서, 추가적인 지지 블레이드(37B)가 설치될 것이며, 유동(59)이 중앙판(35)으로부터 분리되는 것을 피하고 채널들(77) 및 채널(73)을 통해서 계속적으로 유동하도록 하기 위해서 방사상 표면(71A)이 설칭된다.

본 발명은 가장 실제적이고 바람직한 실시 예를 통해서 설명되었지만, 본 발명은 이러한 실시 예로서 제한되지 않고 첨부된 특허청구범위의 사상 및 영역 내에서 다양한 변경과 동등한 배열을 포괄할 수 있게 의도된 것임을 이해할 수 있을 것이다.