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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trocknen von Feuchtigkeit enthaltenden Produkten, insbesondere von Holz.
Insbesondere betrifft die Erfindung das Trocknen von Schnittholz bei vermindertem Druck und dadurch niedrigerer Siedetemperatur des Wassers, wobei das zu trocknende Holz in eine vakuumfeste und abgedichtete Kammer eingebracht wird, die evakuiert werden kann, und die über Einrichtungen zum Erwärmen des Holzes verfügt. So kann das im Holz enthaltene Wasser bei vergleichsweise geringeren Temperaturen verdampfen. Der entstandene Dampf wird in einer extern angeordneten, ebenfalls evakuierbaren Kondensationseinrichtung wieder verflüssigt.
Im Stand der Technik sind verschiedene Verfahren und Vorrichtungen zum Vakuumtrocknen von Holz bekannt. In der Mehrzahl der Fälle wird der aus dem Holz entweichende Wasserdampf in der Trockenkammer an besonders dafür vorgesehenen Kühlflächen kondensiert und das Kondensat zumeist im Bereich des Bodens der Trockenkammer gesammelt, wo es entweder bis zum Ende des Trocknens verbleibt, oder von Zeit zu Zeit abgezogen wird (vgl. EP 0 505 586 A, US 5,228,209 A, CH 667 324 A, EP 0 592 973 A, WO 82/01411, DE 27 21 256 C, DE 41 04 768 C, DE 35 43 248 A, EP 0 498 961 A, EP 458 219 A, US 4,467,532 A, WO 82/01766, CH 580 792 A u. v.a.).
Das Erwärmen von in einer Unterdruckkammer befindlichem Holz kann auf verschiedene Weise vorgenommen werden. Am gebräuchlichsten ist es, nur bis zu einem Restgas-Absolutdruck von etwa 100 - 150 Millibar, entsprechend einem etwa 85 bis 90 %-igen Vakuum zu evakuieren. Die Restluft wird mit einer Heizeinrichtung erwärmt und durch Ventilatoren über und durch das gestapelte Holz geblasen, das dabei Wärme aufnimmt, so dass das im Holz vorhandene Wasser verdunsten kann, was wegen des verminderten Druckes und die damit verbundene niedrigere Siedetemperatur des Wassers begünstigt und beschleunigt wird.
Es ist auch bekannt, das für das Trocknen notwendige Erwärmen von Holz durch erwärmbare Platten, die zwischen die einzelnen Lagen eines Holzstapels angeordnet werden, vorzunehmen.
Darüber hinaus ist das Erwärmen des Holzes durch Eintauchen oder Berieseln mit erhitzten, speziellen Ölen bekannt.
In neuerer Zeit ist auch ein Erwärmen im dielektrischen Wechselfeld oder durch Mikrowellen vorgeschlagen worden.
Das Kondensieren des aus dem Holz entweichenden Wasserdampfes noch innerhalb der Trockenkammer ist jedoch nicht unproblematisch, weil das Kondensieren quantitativ nur bedingt kontrollierbar ist, und die Gefahr besteht, dass die äussere Schicht des Holzes zu rasch trocknet und Trocknungsschäden, wie beispielsweise Verschalung und Rissbildung entstehen, die Wertverminderungen des Holzes zur Folge haben und unnötigen Energieverbrauch bedeuten. Ein definierter Feuchtigkeitsgehalt der Atmosphäre in der Trockenkammer lässt sich bei diesem Verfahren wegen der direkt in der Trockenkammer ablaufenden Kondensationsvorgänge nur schlecht erreichen. Der in der Trockenkammer noch vorhandene Sauerstoff führt ausserdem zu Oxidationsprozessen von Holzinhaltsstoffen und damit zu häufig unerwünschten und wertvermindernden Farbänderungen des Holzes.
Es wurde bereits vorgeschlagen, das Trocknen in einer ausschliesslich aus Wasserdampf bestehenden Atmosphäre in der Trockenkammer, also unter Ausschluss von Luft oder Sauerstoff vorzunehmen.
Vorrichtungen und Verfahren dieser Art sind beispielsweise aus den US 4,246,704 A und US 4,345,384 A bekannt Diese bekannten Verfahren ersetzen zwar die in der Trockenkammer enthaltene Luft durch überhitzten Wasserdampf. Bei diesen bekannten Verfahren wird aber das Erwarmen des Holzes und das Trocknen bei einer Temperatur von mehr als 100 C und bei Überdruck ausgeführt. Es handelt sich also um ein sogenanntes Hochtemperaturtrocknen.
Aus der WO 87/04779 ist das Trocknen in einer das Holz aufnehmenden, evakuierbaren Trokkenkammer, die mit Heizeinrichtungen und Umwälzventilatoren ausgestattet ist, bekannt. Das Erwärmen des Holzes erfolgt durch Konvektion. Die Trockenkammer wird bei diesem Verfahren zunächst so weit wie möglich evakuiert und anschliessend mit Wasserdampf gefüllt, der entweder von aussen zugeführt oder durch Verdunsten von Wasser aus dem zu trocknenden Holz gewonnen wird. Der Dampf dient als Wärmeübertragungsmedium zwischen der Heizeinrichtung und dem Holz. Mit steigender Temperatur im Holz entsteht mehr Wasserdampf und die Wärmeübertragung verbessert sich proportional zum Dampfgehalt der Kammeratmosphäre, wobei auch der Druck in
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der Trockenkammer ansteigt.
Die Trockenkammer steht bei der WO 87/04779 über eine Leitung und ein Ventil mit einem externen, ebenfalls evakuierten Kondensator, der auch als Vorratsgefäss ausgebildet ist, in Verbindung. Sobald das Ventil in der Leitung zwischen der Trockenkammer und dem Kondensator geöffnet wird, kann Dampf aus der Trockenkammer in den auf niedrigerer Temperatur gehaltenen Kondensator strömen, wo er sich unter Abgabe von Wärme verflüssigt und dabei den grössten Teil seines Dampfdruckes verliert. Zumindest theoretisch sollte dadurch im Kondensator stets ein gegenüber der Trockenkammer geringerer Druck vorliegen.
Die WO 87/04779 schlägt vor, dass der Dampfdruck in der Trockenkammer stets auf einem bestimmten, konstanten Wert gehalten wird, um die Wärmeübertragung auf das Holz und einen ausreichenden Feuchtigkeitsgehalt der Kammeratmosphäre zu gewährleisten. Die Dampfmenge, die je Zeiteinheit in den Kondensator geleitet wird, wird bei geöffnetem Ventil durch ein genaues Erfassen, Berechnen und Einhalten der Temperaturunterschiede und Taupunktverhältnisse und der damit korrespondierenden Dampfdruckunterschiede zwischen Trockenkammer und Kondensator geregelt.
Das auf der Theorie der Temperatur-Dampfdruck-Gleichgewichte beruhende Verfahren der WO 87/04779 erweist sich jedoch in der Praxis wenig zufriedenstellend, da sich die gewünschte Funktion der Vorrichtung schon nach relativ kurzer Betriebszeit erheblich verschlechtert.
Die Ursache hiefür ist verständlich, wenn man die Tatsache in Betracht zieht, dass beim Evakuieren der Trockenkammer zu Beginn des Verfahrens nicht die gesamte Luft aus der Trockenkammer entfernt werden kann, sondern je nach Holzart, Wachstumstruktur und Wassergehalt in den Zellen, Poren und Kapillaren des Holzes eingeschlossene Luft im Holz erhalten bleibt. Noch weit grössere Bedeutung hat aber der Umstand, dass in dem im Holz befindlichen Wasser eine erhebliche Menge an Gas, insbesondere Luft gelöst ist. Dieser Gasanteil wird beim Verdampfen des Wassers während des Trocknens im Vakuum freigesetzt. Die Grössenordnung wird verständlicher, wenn man bedenkt, dass beim Trocknen durchschnittlich jeder Tonne Nassholz etwa 200 bis 300 Liter Wasser entzogen werden müssen. In manchen Fällen sind je Tonne Nassholz bis zu 500 Liter Wasser zu entfernen.
Hinzu kommt, dass die für die kommerzielle Nutzung ausgelegten Vakuum-Holztrockenanlagen oft nur unvollkommen dicht sind. In Versuchen wurde festgestellt, dass schon nach etwa 30 Stunden Betriebszeit der Druck der nicht kondensierten Gase, hauptsächlich Luft und geringe Anteile anderer Gase, in der Kondensationsvorrichtung auf mehr als 200 Millibar steigt. Dies entspricht bereits einem in der Trockenkammer bei 60 C Prozesstemperatur vorliegenden Dampfdruck. Bei einem solchen Druckgleichgewicht kann keine Dampfströmung aus der Trockenkammer in den Kondensator gelangen und das Trocknen des Holzes macht trotz der Temperaturdifferenz und des damit verbundenen Dampfdruck-Unterschiedes zwischen Trockenkammer und Kondensator keine brauchbaren Fortschritte mehr.
Darüber hinaus war mit dem Druckgleichgewicht bei geöffneter Verbindungsleitung auch eine Rückdiffusion von Luft aus dem Kondensator in die Trockenkammer festzustellen. Dies, obwohl die Leckrate der gesamten Apparatur nur etwa 3 Millibar/24 Stunden betrug. Daraus ist erkennbar, dass ein Grossteil der nicht kondensierbaren Gase erst mit fortschreitendem Trocknen aus dem Holz und dem im Holz enthaltenen Wasser freigesetzt wird.
Daher darf das Vakuumtrocknen der beschriebenen Art nicht auf der Annahme aufgebaut sein, dass die Druckverhältnisse zwischen Trockenkammer und Kondensator nur den physikalischmathematischen Beziehungen der Taupunkttemperaturen und resultierenden Dampfdruckkurven entsprechen, sondern die tatsächlich vorliegenden Druckverhältnisse werden wesentlich durch den Einfluss von Gasen, die während des Trocknens freigesetzt werden, oder von aussen in die Apparatur eindringen, aber nicht kondensieren, bestimmt.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, die dargelegten Mängel und Unsicherheiten beim Durchführen und Steuern eines in möglichst reiner Wasserdampfatmosphäre unter reduziertem Druck und unter Verwendung einer externen Kondensationseinrichtung durchgeführten Verfahrens zum Trocknen von Feuchtigkeit enthaltenden Produkten, insbesondere von Holz zu beseitigen.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe, was das Verfahren anlangt, durch die Merkmale des Patentanspruches 1 und was die Vorrichtung betrifft, durch die Merkmale des Patentanspruches 14 gelöst.
Bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemässen Verfahrens und der
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erfindungsgemässen Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäss wird bevorzugt so vorgegangen, dass ungeachtet der jeweils vorliegenden Temperaturen, der Gesamtdruck in der Trockenkammer und jener im Kondensationsraum laufend erfasst werden. Insbesondere wird der Gesamtdruck im Kondensationsraum ungeachtet der Temperatur in diesem stets auf einer Höhe gehalten, die mindestens um eine einstellbare, vorbestimmte Differenz geringer ist als die Höhe des Druckes in der Trockenkammer. Nach dem Dalton'schen Gesetz ist der Gesamtdruck in einem System die Summe aller Partialdrücke. Das erfindungsgemässe Verfahren stellt damit sicher, dass auch die Einflüsse von nicht kondensierenden Gasen während des Trocknens in die Steuerung des Verfahrens bzw. einer entsprechenden Vorrichtung miteinbezogen werden und damit eine zuverlässige Funktion gewährleistet ist.
Die Erfindung stellt ein Verfahren zur Verfügung, bei dem das Trocknen in einer evakuierten Trockenkammer unter bestmöglichem Ausschluss von Luft und Sauerstoff in einer bevorzugt nur aus reinem Wasserdampf bestehenden und unter vermindertem Druck stehenden Kammeratmosphäre ausgeführt wird. Der verminderte Druck bewirkt eine niedrigere Siedetemperatur von Wasser, wodurch dieses bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen im Holz beschleunigt verdunsten kann. Dies ist eine für Holz schonende Art des Trocknens. Es ist weiters vorgesehen, das Kondensieren ausserhalb der Trockenkammer in einem Kondensationsraum, der in einer Ausführungsform mit der Trockenkammer über eine Leitung und ein Sperrventil in Verbindung steht, vorzunehmen.
Damit eine Dampfströmung aus der Trockenkammer in den Kondensationsraum erfolgen kann, muss in letzterem ein geringerer Druck als in der Trockenkammer herrschen. Erfindungsgemäss ist daher bevorzugt, dass der Kondensationsraum und die Leitung zwischen Trockenkammer und Kondensationsraum evakuiert werden kann. Um Trockenschäden zu vermeiden, wie sie beispielsweise durch zu geringen Wassergehalt in der Atmosphäre der Trockenkammer und zu raschem Austrocknen der äusseren Holzschichten entstehen können, ist erfindungsgemäss bevorzugt, den sich in der Trockenkammer durch die Verdunstungsvorgänge ausbildenden Wasserdampf-Druck während des gesamten Trocknens stets auf einem bestimmten, voreinstellbaren Mindestniveau zu halten.
Dieses Mindestniveau an Dampfdruck richtet sich nach der Art des zu trocknenden Holzes und der gewünschten Trocknungsgeschwindigkeit und gründet sich bevorzugt auf praktische Erfahrungswerte. Die in der Trockenkammer angewandte Temperatur muss dabei mindestens so hoch sein, dass sich das gewünschte Mindestniveau an Dampfdruck einstellen kann. Die notwendigen Parameter hiefür ergeben sich aus der Dampfdruckkurve von Wasser (Fig. 2).
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des erfindungsgemässen Verfahrens und einer erfindungsgemässen, für das Durchführen desselben vorgeschlagenen Vorrichtung werden anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen : 1 schematisch eine Vorrichtung zum Trocknen von Holz und Fig. 2 die Dampfdruckkurve von Wasser.
InFig. 1 ist eine Trockenkammer 1 im Querschnitt dargestellt. Die Trockenkammer 1 ist mit Heizrohren 2 ausgestattet, in denen ein Wärmeträger, wie beispielsweise Heissdampf, Heisswasser, erhitztes O1 usw. zirkulieren kann und die den zylindrischen Innenraum 6 der Trockenkammer 1 begrenzende Wand erwärmt.
Die Trockenkammer 1 kann auch mit einer elektrischen Heizung ausgestattet sein.
Die Trockenkammer 1 ist von einer thermischen Isolierung 3 umgeben. Eine Transportvorrichtung 4 trägt zu trocknendes Holz 5, das auf Distanzleisten gestapelt ist, so dass zwischen den einzelnen Holzlagen Spalte vorliegen.
An die Trockenkammer 1 sind ein Sensor 22 für die Druckmessung und zwei Temperaturfühler 21a, 21b angeschlossen. Der Temperaturfühler 21a ist verlängert und flexibel, so dass er am Holz 5 befestigt werden kann. Der Temperaturfühler 21 b ist an der Wand der Trockenkammer 1 montiert und erfasst deren Temperatur.
Der Innenraum 6 der Trockenkammer 1 steht mit zwei Leitungen 7 und 8 in Verbindung. Die Leitung 8 führt über ein ansteuerbares Ventil 9 zu einer Vakuumpumpe 17 und dient zum Evakuieren der Trockenkammer 1. Die andere Leitung 7 führt über ein ansteuerbares Ventil 10 und über eine Dampfdrossel 19 zu einem Vorkühler 11. In dem Vorkühler 11ist die Leitung 7 mit Kühlrippen 12 ausgestattet. Der Vorkühler 11 ist bevorzugt konvektions-luftgekühlt, wozu ein Ventilator 13 im Bedarfsfall einen Luftstrom über die Kühlrippen 12 leitet. Vom Vorkühler 11 führt die Leitung 7 zu einem Kondensatbehälter 14, der mit Kühlrippen 18 ausgestattet ist, um die beim Kondensieren entstehende Wärme über die Behälterwände besser abzuleiten.
Der Kondensatbehälter 14 ist
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hinsichtlich Dichtheit und Festigkeit als Vakuumbehälter ausgelegt und ist mit einem Sensor 23 für die Druckmessung und einem Temperaturfühler 24 ausgestattet. Aus dem Kondensatbehälter 14 führt eine Leitung 16 über ein ansteuerbares Ventil 15 zur Vakuumpumpe 17. Der Vorkühler 11 und der Kondensatbehälter 14 bilden gemeinsam eine getrennt von der Trockenkammer 1 angeordnete Kondensationseinrichtung.
Eine elektronische Kontroll- und Steuereinheit 20 ist mit allen Sensoren 21a, 21b, 22,23, 24, den ansteuerbaren Ventilen 9,10, 15 mit dem Ventilator 13 und mit der Vakuumpumpe 17 verbunden.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann beim Durchführen des erfindungsgemässen Verfahrens wie nachstehend angegeben betrieben werden:
Holz 5 wird mit der Transportvorrichtung 4 in die Trockenkammer 1 gebracht und der verlängerte Temperaturfühler 21a zwischen Holzlagen gesteckt. Sodann wird Wasser in einer Menge, die sich nach dem Volumen der Trockenkammer 1 richtet, auf deren Boden geschüttet. Etwa 120g Wasser pro Kubikmeter Kammervolumen sind üblicherweise ausreichend. Die Trockenkammer 1 wird dann dicht verschlossen. Auf der Kontroll- und Steuereinheit 20 wird die gewünschte Trockentemperatur (= "Prozesstemperatur"), beispielsweise 60 C, und die zulässige Abweichung des Kammerdruckes vom Sollwert, beispielsweise 30 Millibar, und die Mindest-Druckdifferenz zwischen Trockenkammer 1 und Kondensatbehälter 14, beispielsweise 100 Millibar, eingestellt.
In der Kontrolleinheit 20 sind die Kennwerte der Dampfdruckkurve des Wassers (sh. Fig. 2) programmiert. Mit dem Starten des Trocknens übernimmt die Kontrolleinheit 20 chronologisch die nachfolgenden Aufgaben :
Die Ventile 9, 10, 15 werden geschlossen und die Heizeinrichtung 2 eingeschaltet.
Mit Hilfe der Temperaturfühler 21a und 21b wird die Temperatur des Holzes 5 mit jener der Wand der Trockenkammer 1 verglichen. Sobald die Wand der Trockenkammer 1 eine Temperatur erreicht hat, die um 4 bis 5 C höher ist als jene des Holzes 5, wird die Vakuumpumpe 17 in Betrieb genommen und das Ventil 9 geöffnet, um die Trockenkammer 1 zu evakuieren. Über den Sensor 21 b registriert die Kontrolleinheit die Temperatur der Wand der Trockenkammer 1 und erkennt im Vergleich mit den gespeicherten Werten der Dampfdruckkurve gemäss Fig. 2, dass ein bestimmtes Vakuum nicht unterschritten werden kann.
Die Ursache dafür, dass ein bestimmtes Vakuum nicht unterschritten wird liegt darin, dass, sobald der Druck in der Trockenkammer 1 den Dampfdruck des am Boden der Trockenkammer 1 befindlichen Wassers erreicht, der aufgrund der um etwa 4 bis 5 C höheren Temperatur grösser ist als der Dampfdruck des im noch kälteren Holz 5 enthaltenen Wassers, das am Boden befindliche Wasser zu sieden beginnt und die Trockenkammer 1 mit Wasserdampf füllt. Solange Wasser am Boden der Trockenkammer vorhanden ist, kann mit der Vakuumpumpe 17 der Druck in der Trokkenkammer 1 nicht unter den Wert abgesenkt werden, der dem Dampfdruck des Wassers bei vorliegender Wandtemperatur entspricht. Beispielsweise sind dies 31 Millibar bei 25 C.
Sobald beim Evakuieren der Trockenkammer 1 dieser Grenz-Druck erstmalig erreicht wird, welcher Zustand über den Drucksensor 22 erfasst wird, wird die Vakuumpumpe 17 von der Kontrolleinheit 20 noch für eine vorprogrammierte Zeitspanne, beispielsweise 3 Minuten lang, weiter in Betrieb gehalten.
Der vom Wasser am Boden der Trockenkammer 1 laufend entwickelte Wasserdampf spült die restliche Luft aus der Trockenkammer 1, da das Gemisch aus Wasserdampf und Luft noch eine Zeit lang, z. B. drei Minuten lang, aus der Trockenkammer abgesaugt wird Nach Ablauf dieser Zeitspanne, die als "Spülzyklus" bezeichnet wird, befinden sich keine nennenswerten Anteile an Luft mehr in der Trockenkammer 1, sondern ist diese praktisch ausschliesslich mit Wasserdampf gefüllt.
Nach dem Ende des Spülzyklus wird bei fortgesetztem Heizen der Trockenkammer 1 und fortgesetztem Betrieb der Vakuumpumpe 17 das Ventil 9 geschlossen und das Ventil 15 zeitverzögert, z. B. 2 sec später, geöffnet, um die Kondensationseinrichtung bestehend aus Vorkühler 11 und Kondensatbehälter 14 zu evakuieren.
Das Evakuieren des Kondensatbehälters 14 erfolgt im wesentlichen so wie das Evakuieren der Trockenkammer 1. Über den Temperatursensor 24 wird die aktuelle Temperatur im Kondensatbehälter 14 erfasst. Die Kontrolleinheit 20 ermittelt den entsprechenden Dampfdruck von Wasser aus der Dampfdruckkurve von Fig. 2, beispielsweise 31 Millibar bei 25 C Behältertemperatur, und akzeptiert diesen Druck als untere Grenze des erreichbaren Vakuums. Sobald dieser untere Grenz-
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wert vom Drucksensor 23 erfasst wird, hält die Kontrolleinheit 20 den Pumpvorgang noch für eine vorprogrammierte Zeitspanne weiterhin aufrecht. Damit wird sichergestellt, dass Luft oder sonstige Gase so gut wie möglich entfernt werden.
Wegen des im Vergleich zur Trockenkammer 1 geringeren Volumens des Kondensatbehälters 14 kann die erwähnte Zeitspanne für das Nachlaufen der Vakuumpumpe 17 kürzer bemessen sein, und beispielsweise 1 Minute dauern. Danach sperrt die Kontrolleinheit 20 das Ventil 15 und schaltet nach einer Verzögerung, von z. B. 2 Sekunden, die Vakuumpumpe 17 ab Der Kondensatbehälter 17 ist damit auf bestmogliches Vakuum gepumpt und abgesperrt.
Nach dem Evakuieren der Trockenkammer 1 und des Kondensatbehälters 14 wechselt die Kontrolleinheit 20 in den Betriebsmodus "Prozess-Steuerung", bei dem zuvor eingestellte Prozessparameter wie folgt berücksichtigt werden:
Mit fortgesetztem Beheizen der Wände der Trockenkammer 1 schreitet auch das Erwärmen des Holzes 5 zeitverzögert voran und Wasser verdampft aus dem Holz 5. Der so entstehende Dampf kann an den erwärmten Wänden der Trockenkammer 1 nicht kondensieren. Daher wird der Druck in der Trockenkammer 1 nach und nach ansteigen. Es wurde eingangs erwähnt, dass der sich entwickelnde Wasserdampf nicht die einzige Ursache für den Druckanstieg darstellt, sondern dass der Druck auch wegen der nicht kondensierenden Gase aus dem Holz 5 und aus dem verdampfenden Wasser und wegen Undichtheiten der Trockenkammer 1 ansteigt.
Woraus auch immer sich die Kammeratmosphäre letztlich zusammensetzt, ist für das erfindungsgemässe Verfahren und dessen Steuerung unerheblich. Sobald über den Drucksensor 21 b ein Gesamtdruck gemessen wird, der um den zuvor eingestellten Differenzwert, im oben angeführten Beispiel sind dies 30 Millibar, höher liegt als der für die eingestellte Trocknungstemperatur geltende, korrespondierende Dampfdruck entsprechend der Dampfdruckkurve in Fig.
2, im oben angeführten Beispiel sind dies bei 60 C etwa 200 Millibar Dampfdruck, insgesamt also bei einem Gesamtdruck von 200 + 30 = 230 Millibar, öffnet die Kontrolleinheit 20 das Ventil 10 und lässt über die Dampfdrossel 19 und die Leitung 7 solange Wasser-Dampf und Gase durch den Vorkühler 11 in den Kondensatbehälter 14 ab, bis in der Trockenkammer 1 der Druck auf den der eingestellten Prozesstemperatur entsprechenden Dampfdruck-Sollwert, im angeführten Beispiel etwa 200 Millibar, gesunken ist Ist dieser Druck erreicht, wird das Ventil 10 wieder geschlossen. Die tatsächliche Temperatur des Holzes 5 wird dabei nicht berücksichtigt. Die Temperatur des Holzes 5 kann wegen der Gase in der Kammeratmosphäre weniger als die erwünschte Temperatur, z.B. 60 C, betragen.
Wenn tatsächlich eine ausschliesslich aus Wasserdampf bestehende Kammeratmosphäre vorliegt, hätte das Holz 5 entsprechend der Dampfdruckkurve bei 230 Millibar oberem Grenzwert eine Temperatur von etwa 63 C erreicht, was bei der Eingabe der Steuerungsparameter in die Kontrolleinheit 20 berücksichtigt werden muss.
Die Dampfdrossel 19 ist als Querschnittsverengung in der Leitung 7 zu betrachten und verhindert, dass mit dem Öffnen des Ventiles 10 der Druck in der Trockenkammer 1 zu schnell abfällt und im Holz 5 Dampfdruckrisse oder Spannungen entstehen.
Der aus der Trockenkammer 1 abgeleitete Dampf wird im Vorkühler 11weitgehend gekühlt und kondensiert Das Gemisch aus Wasser und Dampf und gegebenfalls anderen Gasen gelangt in den Kondensatbehälter 14, wo der restliche Dampf kondensiert und nur die nicht kondensierbaren Gase gasförmig bleiben. Der Gesamtdruck im Kondensatbehälter 14 setzt sich dadurch aus dem Dampfdruck über der kondensierten Flüssigkeit (vornehmlich Wasser) und dem Druck der nicht kondensierten Gase zusammen.
Eine sehr vorteilhafte Eigenart dieser Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens ist, dass mit dem Öffnen des Ventiles 10 und dem intensiven Überströmen von Dampf in den Kondensatbehälter 14 zufolge des Druckunterschiedes, z. B. von mindestens 100 Millibar, entsprechend der beispielsweisen Vorgabe, die Wirkung einer Diffusionspumpe hervorgerufen wird. Mit jedem Öffnen des Ventiles 10 trägt der Dampfstrom die mit ihm vermischten, nicht kondensierenden (Fremd-) Gase mit sich aus der Trockenkammer 1 und transportiert sie in den Kondensatbehälter 14. Dort sammeln sie sich und erhöhen den dort vorliegenden Gesamtdruck.
Sobald der vom Sensor 23 registrierte Gesamtdruck im Kondensatbehälter 14 auf jenen Wert gestiegen ist, der nur noch um den voreingestellten Wert geringer ist als der in der Trockenkammer 1 gemessene Gesamtdruck, im gegenständlichen Ausführungsbeispiel wären dies 100 Millibar, wird durch die
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Kontrolleinheit 20 das Ventil 10 für die Dauer des nachfolgenden Pumpvorganges geschlossen, die Vakuumpumpe 17 eingeschaltet und mit, z. B. 2 Sekunden, Verzögerung das Ventil 15 in der Leitung 16 zum Kondensatbehälter 14 geöffnet.
Über den Temperatursensor 24 wird die aktuelle Temperatur im Kondensatbehälter 14 erfasst und auf Grund der Dampfdruckkurve ermittelt die Kontrolleinheit 20 den erreichbaren Druck. Sobald die Vakuumpumpe 17 diesen Druck im Kondensatbehälter 14 wieder erzeugt hat, wird das Ventil 15 geschlossen und mit, z. B. 2 Sekunden, Verzögerung auch die Vakuumpumpe 17 abgeschaltet. Damit ist der Kondensatbehälter 14 wieder zur Aufnahme von Dampf und Fremdgasen aus der Trockenkammer 1 bereit.
Nachstehend wird ein Beispiel für das erfindungsgemässe Verfahren wiedergegeben.
Der Gesamtdruck in der Trockenkammer 1 beträgt zu einem bestimmten Zeitpunkt 215 Millibar, der Gesamtdruck im Kondensatbehälter 14 beträgt ungeachtet einer vergleichsweise niedrigen Temperatur wegen einer Ansammlung nicht kondensierender Gase 116 Millibar, womit die vorprogrammierte Mindestdifferenz von beispielsweise 100 Millibar gegenüber der Trockenkammer 1 nicht mehr gegeben ist, so dass die Kontrolleinheit 20 aktive Steuerungsmassnahmen einleitet. Die aktuelle Temperatur im Kondensatbehälter 14 beträgt 33 C. Die Kontrolleinheit 20 ermittelt an Hand der Dampfdruckkurve von Fig. 2 den Wert für den korrespondierenden Wasserdampf-Druck mit 42 Millibar.
Die Kontrolleinheit 20 erkennt, dass mit der Vakuumpumpe 17 kein geringerer Druck als diese 42 Millibar erzeugt werden kann, weil mit dem Erreichen dieses Druckes Wasser im Kondensatbehälter 14 zu sieden beginnt und fortlaufend Dampf mit 42 Millibar Druck entsteht.
Jedoch werden mit dem Pumpvorgang auch die Gase, die für die Differenz von gemessenem Gesamtdruck (116 Millibar) und dem möglichen Dampfdruck von 42 Millibar (bei 33 C), somit also für einen anteilsmässigen Fremdgas-Druck von 116 - 42 = 74 Millibar verantwortlich sind, abgesaugt.
Aus den bisherigen Darlegungen ist verständlich, dass die Temperatur im Kondensatbehälter 14 ein gewisses Höchstmass nicht überschreiten soll, weil sonst auch ohne nicht kondensierende Gase der "echte" Dampfdruck des im Kondensatbehälter 14 befindlichen Wassers und somit das bestmöglich erzielbare Vakuum einen Wert erreicht, bei dem die voreingestellte Mindest-Druckdifferenz zur Trockenkammer 1 nicht mehr eingehalten werden kann. Im angeführten Beispiel wäre dies bei einer Temperatur im Kondensatbehälter 14 von etwa 46 bis 47 C und dem damit korrespondierenden Dampfdruck von etwa 116 Millibar der Fall. Dass eine solche Situation möglichst nicht eintritt, kann beispielsweise durch eine korrekte Dimensionierung des Vorkühlers 11 und des Kondensatbehälters 14 sowie durch das zusätzliche Kühlgebläse 13 sichergestellt werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wird von der Kontrolleinheit 20 das Kühlgebläse 13 automatisch aktiviert, wenn im Kondensatbehälter 14 eine Temperatur gemessen wird, die um 5 bis 7 C niedriger ist als die oben erläuterte "kritische Temperatur".
Die bisherigen Darlegungen zeigen, dass mit dem erfindungsgemässen Verfahren und einer erfindungsgemässen Vorrichtung die Probleme des Trocknens von Holz bei Unterdruck in praktisch reiner Wasser-Dampfatmosphäre ohne relevante Beimengungen an Luft oder Sauerstoff zuverlässig gelöst werden können, wobei auch die stets vorhandenen, mehr oder weniger grossen Undichtheiten der Vorrichtung mitberücksichtigt werden.
Erreicht wird dies, indem nicht mehr die Temperaturdifferenz zwischen Trockenkammer 1 und Kondensatbehälter 14 und der damit verbundene, theoretisch vorliegende Dampfdruckunterschied als Kriterium für das überleiten von Dampf aus der Trockenkammer 1 in den Kondensatbehälter 14 herangezogen wird, sondern der tatsächlich im Kondensatbehälter 14 vorliegende Gesamtdruck, gleichgültig wodurch dieser hervorgerufen wird, wobei dieser Gesamtdruck stets auf einer Höhe gehalten wird, die mindestens um eine voreinstellbare Differenz niedriger ist als der Gesamtdruck in der Trockenkammer 1.
Der von Zeit zu Zeit, beispielsweise nachdem in der Trockenkammer 1 ein voreingestellter Höchstwert für den Gesamtdruck erreicht wurde, aus der Trockenkammer 1 in den Kondensatbehälter 14 geleitete Dampf nimmt aus der Trockenkammer 1 allenfalls vorhandene Gase mit, gleichgültig aus welcher Quelle diese stammen und transportiert sie in den Kondensatbehälter 14. Während Wasserdampf dort kondensiert und damit theoretisch aufgrund der Temperaturunterschiede stets eine Druckdifferenz zur Trockenkammer 1 vorhanden sein müsste, sammeln sich die mitgeführten oder sonstwie in den Kondensatbehälter 14 gelangenden, dort nicht konden-
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sierenden Gase an und erhöhen den im Kondensatbehälter 14 herrschenden Gesamtdruck.
Der Gesamtdruck im Kondensatbehälter 14 im Vergleich zu dem in der Trockenkammer 1 herrschenden Gesamtdruck ist die wesentlichste und einzig zuverlässige Kenngrösse für die Steuerung des erfindungsgemässen Verfahrens, nicht aber die Temperatur von Trockenkammer 1 und Kondensatbehälter 14.
Die Zufuhr von Wärme an das zu trocknende Holz 5 in der Trockenkammer 1 erfolgt vornehmlich über Wasserdampf. Der Wasserdampf nimmt von der beheizten Kammerwand Warme auf und gibt diese an das Holz 5 ab. Eine Einrichtung zum Umwälzen von Dampf beispielsweise durch in der Trockenkammer 1 eingebaute Ventilatoren ist bei der Erfindung vorteilhaft, insbesondere bei allseitig beheizten Kammerwänden aber nicht zwingend erforderlich.
Aus dem erwärmten Holz 5 verdampft soviel Wasser, bis der Partialdruck des Wasserdampfes in der Trockenkammer 1 jenen Wert erreicht, welcher der Dampfdruckkurve von Wasser (Fig. 2) bei der jeweils vorliegenden Holztemperatur entspricht. Wird durch Öffnen des Ventils 10 Dampf aus der Trockenkammer 1 in den Kondensatbehälter 14 abgelassen, so wird das DampfdruckGleichgewicht in der Trockenkammer 1 verändert. Aus dem erwärmten Holz 5 verdampft neuerlich Wasser und das erforderliche Gleichgewicht wird wieder hergestellt. Dabei wird dem Holz 5 von den Heizeinrichtungen 2 durch den Dampf, der sich beim Ausführen des Verfahrens der Erfindung in der Trockenkammer 1 bildet, Wärme zugeführt und so die Wärmeabfuhr durch Verdampfungswärme ausgeglichen.
Auf die gewünschte (voreingestellte) Temperatur des Holzes 5 hat die für gewöhnlich deutlich höhere Temperatur der Wand der Trockenkammer 1 keinen nachteiligen Einfluss, da die Holztemperatur über den sich in der Trockenkammer ausbildenden Gesamtdruck geregelt wird, der im günstigsten Fall dem Dampfdruck des Wassers entsprechend der Holztemperatur gleich ist. Beim Überschreiten des der Temperaturvorgabe entsprechenden Dampfdruckes um einen ebenfalls voreingestellten Grenzwert wird Dampf abgelassen und das Holz kühlt durch die Verlusste an Verdampfungswärme ab, so dass dessen Temperatur nicht höher ansteigen kann als es dem höchstzulässigen, vorgegebenen Systemdruck entspricht.
Bei einer vorgegebenen Trocknungstemperatur von beispielsweise 60 C beträgt der korrespondierende Partialdruck des Wasserdampfes etwa 200 Millibar, wobei 1 m3 Dampfvolumen etwa 130 g Wasser enthält. Bei einer auf kurze Trocknungszeit ausgelegten Führung des erfindungsgemässen Verfahrens werden durchschnittlich 2 bis 4 Liter Wasser pro Tonne Nassholz und Stunde entfernt. Dies entspricht im obigen Beispiel dem Ablassen von etwa 15bis 30 m3 Wasserdampf pro Tonne Holz in der Stunde. Entsprechend häufig wird das Ventil 10 geöffnet.
Wie oben bereits dargelegt, werden mit dem Wasserdampf aus der Vakuumkammer auch allenfalls vorhandene Gase abtransportiert. Dies hat den vorteilhaften Effekt, dass mit dem erfindungsgemässen Verfahren die vorteilhafte Bedingung einer praktisch reinen Wasserdampfatmosphäre in der Trockenkammer 1 in bestmöglicher Weise erfüllt wird Dies insbesondere, da die sich im Kondensatbehälter 14 sammelnden, dort nicht kondensierenden Gase durch die Erfassung des Gesamtdruckes permanent überwacht und von Zeit zu Zeit durch Abpumpen entfernt werden Durch das erfindungsgemässe Verfahren wird insbesondere auch sichergestellt, dass ungeachtet der jeweils vorliegenden Temperaturen zwischen der Trockenkammer 1 und dem Kondensatbehälter 14 ein einstellbares Mindestdruckgefälie permanent aufrecht gehalten wird
PATENTANSPRÜCHE:
1.
Verfahren zum Trocknen Feuchtigkeit enthaltenden Produkten, insbesondere von Holz, vorzugsweise Schnittholz, bei dem das zu trocknende Gut in einer Unterdruckkammer in einer Wasserdampfatmosphäre erwärmt wird und bei dem der aus dem zu trocknenden
Gut entweichende Dampf ausserhalb der Unterdruckkammer in einem unter Unterdruck ge- setzten Raum kondensiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamtdruck im Kon- densationsraum unabhängig vom Unterschied zwischen der Temperatur in der Unter- druckkammer und der Temperatur im Kondensationsraum um ein vorgewähltes, einstellba- res Ausmass niedriger gehalten wird als der Gesamtdruck in der Unterdruckkammer.