Procédé de séchage de planches de bois de charpente
et appareil pour sa mise en oeuvre
La présente invention a pour objets un procédé de séchage de planches de bois de charpente et un appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé.
Il est bien connu qu'un des problèmes qui se posent dans le séchage du bois de charpente (par exemple des planches coupées dans des poutres de charpente) est dû aux différences de vitesse de séchage à travers tout le volume du bois, qui peut entraîner la formation de cloques dans le bois ou produire le cintrage, la torsion ou l'éclatement de ce dernier. Dans les procédés au four connus pour sécher le bois, ces déformations sont combattues en plaçant les planches sous de lourds poids dans le four. Cela revient à dire que le bois disposé au fond de la pile est soumis à une pression supérieure à celle du bois disposé à la partie supérieure de la pile.
Bien que ce procédé puisse être satisfaisant pour le bois du fond de la pile (une pratique courante consiste à placer les meilleures pièces de bois au fond de la pile), il est certain que ce procédé n'est pas entièrement satisfaisant et on a trouvé que les déformations ne sont pas complètement éliminées du bois à la partie supérieure de la pile. En outre, ce procédé ne peut être appliqué aux méthodes de séchage à haute vitesse les plus récentes où le bois est déplacé de façon continue le long d'un transporteur à travers un tunnel de séchage comprenant des chambres de chauffage munies d'un moyen de chauffage à haute fréquence.
Le procédé selon l'invention, dans lequel on chauffe le bois pour réduire sa teneur en humidité, est caractérisé en ce qu'on fait passer le bois entre des paires de rouleaux agencés pour maintenir le bois dans un plan fixe pendant une partie au moins du séchage après que le point de saturation des fibres a été atteint, la longueur de bois non supportée entre les paires de rouleaux adjacentes ne dépassant pas 152 cm, les rouleaux de chaque paire étant fixes ou sollicités l'un vers l'autre, et l'espacement entre les rouleaux de chaque paire ou la force de sollicitation poussant les rouleaux l'un contre l'autre étant tel qu'aucune force de compression n'est pratiquement appliquée au bois se déplaçant entre les rouleaux, dans le but d'obtenir que le bois prenne une condition rectiligne et que les cloques, le cintrage,
la torsion ou l'éclatement soient évités. Le point de saturation des fibres est le point du procédé de séchage pour lequel pratiquement toute l'eau a été éliminée des cellules dont le bois est formé, mais où l'humidité est encore retenue dans les parois des cellules. La teneur en humidité au point de saturation des fibres est en général de 25 % environ.
Il est bien connu qu'au cours des procédés de séchage au four conventionnels, il devient de plus en plus difficile de réduire la teneur en humidité au-dessous du point de saturation des fibres puisque l'humidité est présente au niveau des parois des cellules, et que le bois doit être par conséquent abandonné au séchage pendant des jours supplémentaires si une faible teneur en humidité est requise.
Bien qu'il soit évidemment avantageux d'obtenir du bois plus sec, on sait que le séchage par convexion conventionnel au-dessous du point de saturation des fibres produit un fendillement superficiel parce que l'humidité est retirée par action capillaire et que la surface du bois est toujours séchée avant le centre. Les cellules du bois adjacentes à la surface tendent à se contracter quand leurs parois ont abandonné leur humidité, et des forces de distorsion s'établissent ainsi entre la surface et le centre du bois qui produisent le fendillement superficiel.
Ce problème peut être résolu par l'emploi des techniques de chauffage à haute fréquence, au moins pendant la partie du séchage après que le point de saturation des fibres a été atteint, ou en modifiant le séchage au four par convexion conventionnel en pulvérisant une substance sur la surface du bois tout en maintenant une température beaucoup plus élevée que cela n'est possible dans un four conventionnel (puisque l'humidité relative peut être réduite), ou en soumettant le bois à un traitement alterné avec de l'air sec à une température supérieure à 1000 C et avec de la vapeur humide.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'appareil selon l'invention.
La fig. 1 est une vue latérale schématique de cette forme d'exécution, et
la fig. 2 est une vue en perspective d'un organe représenté à la fig. 1.
Le bois de charpente est amené dans un tunnel de séchage 1 sur un transporteur 2. La partie initiale du tunnel comprend une chambre de préchauffage 9 dans laquelle le bois est porté à une température d'environ 95-100oC. C. Le tunnel se divise ensuite en des sections beaucoup plus courtes comprenant alternativement des chambres de chauffage 3 à une fréquence comprise entre 1000 et 30 000Mc/s et des chambres de commande 4.
Chaque chambre 3 comprend son propre guide d'ondes 5 et son propre générateur 6. L'énergie à cette fréquence est lancée à travers le toit ou le plancher de chaque chambre de manière que le bois soit soumis à un chauffage quand il se déplace à travers la chambre. Au lieu d'un chauffage par une fréquence de cet ordre on peut utiliser des fréquences comprises entre 10 Kc/s et 30000 Mc/s et le bois est alors déplacé entre deux électrodes dans chaque chambre de chauffage. La consommation d'énergie électrique par mètre cube varie selon la densité et l'épaisseur du bois et se situe entre 70 et 530 kW/ms. On envoie dans chaque chambre autant d'énergie qu'il est possible sans endommager le bois.
La concentration en énergie maximale permise est préalablement calibrée en utilisant un bois ayant une densité, une épaisseur et une teneur en humidité connues. Audessus du maximum autorisé. la pression de vapeur dans le bois devient trop forte et le bois se rompt.
Pour un bois tendre de 2,5 cm présentant une teneur en humidité de 20 % , la concentration de puissance maximale est de 425kW/m3 pendant une minute. Par ailleurs, pour un bois dur de 7,5 cm avec une teneur en humidité de 70 %, , la concentration de puissance maxi- male est seulement de 70 à 140kW/m3. Cela provient du fait que le bois tendre est plus perméable à l'échappement de la vapeur et qu'il s'établit par conséquent une pression inférieure. Toutefois, une exposition prolongée aux concentrations de puissance maximales permises produit à nouveau la rupture du bois, et il est par conséquent essentiel que les chambres de commande 4 soient situées entre les chambres à hyperfréquence, les chambres de commande ayant de préférence une longueur égale à trois fois celle des chambres à hyperfréquence.
Ces chambres de commande contiennent des rouleaux de commande 7. Si par exemple, des planches de 2,5 cm de pin de Perana sont envoyées dans le four, la distance maximale entre des paires de rouleaux adjacentes ne dépassera pas 91,5 cm. Par ailleurs, pour des planches de 5 cm de sapin du Canada, les paires de rouleaux adjacentes peuvent être séparées d'une distance allant jusqu'à 152 cm. Le rôle des rouleaux est de maintenir les planches dans un plan fixe pendant le procédé de séchage. Avant d'entrer dans le tunnel, les planches ont déjà été séchées jusqu'au voisinage du point de saturation des fibres et les rouleaux de commande agissent par conséquent sur les planches seulement dans les derniers stades du procédé de séchage.
On a trouvé que ces rouleaux éliminent presque complètement les cloques, le cintrage, la torsion ou l'éclatement du bois après qu'il a été amené hors du tunnel.
Dans un cas particulier, un rouleau formé d'un tube d'acier de 92 cm de longueur présente un diamètre de 6,3 cm. Un tel rouleau est capable de résister à des pressions de 157 000 kg/cm2 et par conséquent tout bois présentant une dimension supérieure est écrasé entre les rouleaux pendant son passage dans le four. Normalement cependant, la pression sur le bois est très faible, les rouleaux agissant simplement pour maintenir le bois rectiligne quand il prend sa condition finale.
Les chambres de commande peuvent comprendre aussi des pulvérisateurs d'eau pour pulvériser la surface du bois afin de commander la vitesse d'évaporation. La surface est ainsi maintenue humide jusqu'à ce que le centre du bois se sèche. D'autres produits peuvent être pulvérisés, par exemple un produit retardant la diffusion de la flamme, un fongicide ou des solutions destinées à préserver le bois.
Des tuyaux de vapeur 8, dont un seul est visible au dessin, courent sur toute la longueur du tunnel et maintiennent une température ambiante élevée. On peut utiliser d'autres formes de chauffage, et comme le séchage est effectué par chauffage à haute fréquence qui entraîne la vapeur d'eau depuis le centre du bois, la température ambiante élevée aide à minimiser la puissance consommée en réduisant la teneur en humidité à un niveau donné.
Les rouleaux sont disposés de préférence dans un tunnel de séchage qui comprend les chambres de chauffage à haute fréquence, mais ils peuvent être placés vers l'extrémité d'une installation de séchage par convexion modifiée par l'un des moyens indiqués plus haut. Les chambres de chauffage peuvent comprendre des électrodes entre lesquelles les planches de bois de charpente passent et qui sont connectées à une source de puissance à haute fréquence. De préférence cependant, les chambres sont simplement remplies d'une radiation à hyperfréquence. Les rouleaux sont faits d'un matériau plus dur que le bois passant entre les rouleaux, par exemple en ciment, en pierre, en porcelaine, en verre ou en métal.
L'espacement entre les rouleaux de chaque paire est déterminé par l'épaisseur standard du bois destiné à subir le séchage, et le nombre de paires de rouleaux dépend de la vitesse à laquelle le bois est déplacé et de la distance entre chaque paire de rouleaux. La longueur des rouleaux dépend du nombre de pièces de bois se dépla çant côte à côte et de la largeur de chaque pièce.
Si les rouleaux sont fixes, les rouleaux de chaque paire sont espacés l'un de l'autre juste suffisamment pour que le bois de dimension standard passe entre eux et qu'ainsi tout bois de dimension supérieure soit comprimé entre les rouleaux. Si les rouleaux sont sollicités élastiquement l'un vers l'autre, la pression entre ces rouleaux est maintenue suffisamment basse pour ne pas comprimer le bois de dimension standard. Une pression excessive doit être évitée aux faibles teneurs en humidité car le bois a perdu une partie de son élasticité et de sa condition, et une pression excessive peut produire le fendillement du bois.
Les rouleaux sont de préférence entrainés et agissent ainsi pour déplacer le bois pendant le procédé de séchage. Le mouvement peut se faire en avant et en arrière dans le tunnel de séchage ou entre les chambres de vapeur et d'air sec d'un procédé par convexion. La distance entre les rouleaux de chaque paire peut être telle qu'un contact à frottement suffisant entre les rouleaux et le bois se produise pour éviter le glissement.
Drying process for lumber boards
and apparatus for its implementation
The present invention relates to a process for drying timber boards and to an apparatus for carrying out this process.
It is well known that one of the problems that arise in drying structural lumber (e.g. boards cut from structural beams) is due to differences in drying speed across the entire volume of lumber, which can result in blistering or bending, twisting or splitting the wood. In known kiln methods for drying wood, these deformations are combated by placing the boards under heavy weights in the kiln. This amounts to saying that the wood placed at the bottom of the pile is subjected to a pressure greater than that of the wood placed at the top of the pile.
Although this process may be satisfactory for the wood at the bottom of the pile (a common practice is to place the best pieces of wood at the bottom of the pile), it is certain that this process is not entirely satisfactory and it has been found that the deformations are not completely eliminated from the wood at the top of the pile. Furthermore, this process cannot be applied to the newer high speed drying methods where the wood is continuously moved along a conveyor through a drying tunnel comprising heating chambers provided with a means of high frequency heating.
The method according to the invention, in which the wood is heated to reduce its moisture content, is characterized in that the wood is passed between pairs of rollers arranged to keep the wood in a fixed plane for at least part. drying after the fiber saturation point has been reached, the length of unsupported timber between adjacent pairs of rollers not exceeding 152 cm, with the rolls of each pair being fixed or biased towards each other, and the spacing between the rollers of each pair or the biasing force pushing the rollers together being such that virtually no compressive force is applied to the wood moving between the rollers, in order to obtain that the wood takes a rectilinear condition and that the blisters, the bending,
twisting or bursting are avoided. The fiber saturation point is the point in the drying process at which virtually all of the water has been removed from the cells from which the wood is formed, but where moisture is still retained in the cell walls. The moisture content at the saturation point of the fibers is generally about 25%.
It is well known that during conventional oven drying processes it becomes increasingly difficult to reduce the moisture content below the saturation point of the fibers since moisture is present at the cell walls. , and that the wood should therefore be left to dry for additional days if low moisture content is required.
While it is obviously advantageous to obtain drier wood, it is known that conventional convection drying below the saturation point of the fibers produces surface cracking because the moisture is removed by capillary action and the surface wood is always dried before the center. Wood cells adjacent to the surface tend to contract when their walls have given up moisture, and thus distorting forces build up between the surface and the center of the wood which produce surface splitting.
This problem can be solved by employing high frequency heating techniques, at least during the drying portion after the fiber saturation point has been reached, or by modifying the conventional convection oven drying by spraying a substance. on the surface of the wood while maintaining a much higher temperature than is possible in a conventional oven (since the relative humidity can be reduced), or by subjecting the wood to an alternating treatment with dry air at a temperature above 1000 C and with wet steam.
The appended drawing represents, by way of example, an embodiment of the apparatus according to the invention.
Fig. 1 is a schematic side view of this embodiment, and
fig. 2 is a perspective view of a member shown in FIG. 1.
The structural timber is fed into a drying tunnel 1 on a conveyor 2. The initial part of the tunnel comprises a preheating chamber 9 in which the timber is brought to a temperature of about 95-100oC. C. The tunnel is then divided into much shorter sections comprising alternately heating chambers 3 at a frequency between 1000 and 30,000Mc / s and control chambers 4.
Each chamber 3 has its own waveguide 5 and its own generator 6. Energy at this frequency is launched through the roof or floor of each chamber so that the wood is subjected to heating as it moves through. across the room. Instead of heating by a frequency of this order, frequencies between 10 Kc / s and 30,000 Mc / s can be used and the wood is then moved between two electrodes in each heating chamber. The consumption of electrical energy per cubic meter varies according to the density and thickness of the wood and is between 70 and 530 kW / ms. As much energy as possible is sent into each chamber without damaging the wood.
The maximum allowable energy concentration is pre-calibrated using wood of known density, thickness and moisture content. Above the maximum allowed. the vapor pressure in the wood becomes too great and the wood breaks.
For 2.5cm softwood with a moisture content of 20%, the maximum power concentration is 425kW / m3 for one minute. On the other hand, for a 7.5 cm hardwood with a moisture content of 70%, the maximum power concentration is only 70 to 140kW / m3. This is because softwood is more permeable to the escape of steam and therefore a lower pressure builds up. However, prolonged exposure to the maximum allowable power concentrations again produces wood breakage, and it is therefore essential that the control chambers 4 are located between the microwave chambers, the control chambers preferably having a length equal to three times that of microwave chambers.
These drive chambers contain 7 drive rollers. If, for example, 2.5 cm boards of Perana pine are fed into the oven, the maximum distance between adjacent roller pairs will not exceed 91.5 cm. In addition, for 5 cm planks of Canada fir, adjacent pairs of rolls can be separated by a distance of up to 152 cm. The role of the rollers is to keep the boards in a fixed plane during the drying process. Before entering the tunnel, the boards have already been dried to the vicinity of the fiber saturation point and the drive rollers therefore act on the boards only in the later stages of the drying process.
These rollers have been found to almost completely eliminate blistering, bending, twisting or splitting of the wood after it has been brought out of the tunnel.
In a particular case, a roll formed from a 92 cm long steel tube has a diameter of 6.3 cm. Such a roller is able to withstand pressures of 157,000 kg / cm2 and therefore any wood having a larger dimension is crushed between the rolls during its passage through the kiln. Normally, however, the pressure on the wood is very low, the rollers simply acting to keep the wood straight when it assumes its final condition.
The control chambers can also include water sprayers for spraying the surface of the wood to control the rate of evaporation. The surface is thus kept moist until the center of the wood dries. Other products can be sprayed, for example a flame retardant product, a fungicide or solutions intended to preserve wood.
Steam pipes 8, only one of which is visible in the drawing, run the entire length of the tunnel and maintain a high ambient temperature. Other forms of heating can be used, and since the drying is done by high frequency heating which drives water vapor from the center of the wood, the high ambient temperature helps to minimize power consumption by reducing the moisture content. at a given level.
The rolls are preferably arranged in a drying tunnel which includes the high frequency heating chambers, but they can be placed towards the end of a modified convection drying installation by one of the means indicated above. The heating chambers can include electrodes between which the lumber boards pass and which are connected to a high frequency power source. Preferably, however, the chambers are simply filled with microwave radiation. The rollers are made of a material harder than wood passing between the rollers, for example cement, stone, porcelain, glass or metal.
The spacing between the rolls of each pair is determined by the standard thickness of the wood intended to undergo drying, and the number of pairs of rollers depends on the speed at which the wood is moved and the distance between each pair of rollers. . The length of the rolls depends on the number of pieces of timber moving side by side and the width of each piece.
If the rollers are stationary, the rolls of each pair are spaced apart from each other just enough so that standard size lumber passes between them and therefore any larger size lumber is compressed between the rollers. If the rollers are resiliently biased towards each other, the pressure between these rollers is kept low enough not to compress standard size lumber. Excessive pressure should be avoided at low moisture contents because the wood has lost some of its elasticity and condition, and excessive pressure can cause the wood to crack.
The rollers are preferably driven and thus act to move the wood during the drying process. The movement can be forward and backward through the drying tunnel or between the steam and dry air chambers in a convection process. The distance between the rollers of each pair can be such that sufficient frictional contact between the rollers and the wood occurs to prevent slippage.