-
Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie auf eine Vorrichtung
zur Trocknung von einem aus einem oder mehreren Bestandteilen zusammengesetzten
Gut, nach den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 sowie
4.
-
Aus
der
US 3,721,013 ist
ein Verfahren zur raschen Trocknung von Holz mittels Konvektion
und gleichzeitiger Mikrowellenerhitzung im Inneren des Holzes zu
entnehmen. Während des Trocknungsprozesses wird die an
der Oberfläche des Holzes herrschende Temperatur gemessen.
Die Oberflächentemperatur wird nach einem bestimmten Prozessablauf
angepasst, so dass an der Oberfläche und dem Inneren des
Holzes keine Spannungen oder Risse entstehen. Dem auszutrocknenden
Holz wird dabei Feuchtigkeit durch Konvektion entzogen. Die Temperaturmessung
an der Oberfläche des Holzes dient ausschließlich
dazu, die Konvektion und die Mikrowellenerhitzung zu synchronisieren.
-
Als
nachteilig hat sich bei der bekannt gewordenen Prozesssteuerung
herausgestellt, dass die Austrocknung des Holzes abhängt
von der konvektiven Stoffübertragung, die wiederum abhängig
ist von dem vorherrschenden Wasserdampfpartialdruck innerhalb des
Raumes, in dem der Austrocknungsprozess stattfindet. Der Wasserdampfpartialdruck
der Luft wird dabei durch die Temperatur der im Raum vorherrschenden
Luft und der Feuchtkugeltemperatur, die auch als Kühlgrenztemperatur
bezeichnet wird, gebildet. Während des Verlaufs des Trocknungsprozesses
verändern sich die Feuchtigkeitszustände innerhalb
des Holzes. Diese Veränderungen führen dazu, dass
auch der Wasserdampfpartialdruck während des Trocknungsprozesses
erheblichen Veränderungen unterliegt. Bei dem Verfahren nach
der
US 3,721,013 wird
demnach die Temperaturveränderung, die sich an der Oberfläche
des Holzes in Abhängigkeit von der Feuchtebewegung innerhalb
des Holzes, während dieses mit den Mikrowellen im Inneren
beaufschlagt wird, gemessen. Die Veränderungen der Oberflächentemperatur
werden nicht unmittelbar genutzt, um den Temperaturverlauf des Trocknungsprozesses
zu beeinflussen, vielmehr wird mittels des Wasserdampfpartialdruckes
und der vorherrschenden Luftfeuchtigkeit innerhalb des Trocknungsraumes
die in das Holz eingebrachte Mikrowellenleistung geregelt.
-
Des
Weiteren ist der Trocknungsprozess, der in der
US 3,721,013 beschrieben ist, ausschließlich
für die Trocknung von Holz einsetzbar. Andersartige Substanzen,
Stoffe oder dgl. können durch dieses Verfahren nicht getrocknet
werden.
-
Es
ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung
der eingangs genannten Gattung bereit zu stellen, mittels denen
zum Einen eine Vielzahl von Gütern, wie beispielsweise
biologische und chemische Stoffe und Stoffgemische, getrocknet werden
können und zum Anderen soll der Trocknungsprozess an eine
vorgegebene Trocknungsphase derart anzupassen sein, dass ein geringer
Energiebedarf für die Trocknung der Güter erforderlich
ist und dass die zu trocknenden Güter während
des Trocknungsprozesses nicht beschädigt oder zerstört
werden.
-
Diese
Aufgaben werden erfindungsgemäß durch die Merkmale
des kennzeichnenden Teils der Patentansprüche 1 und 4 gelöst.
-
Weitere
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
-
Durch
das erfindungsgemäße Verfahren und die für
die Durchführung des Verfahrens vorgesehene Vorrichtung
wird ausschließlich die an der Oberfläche des
Gutes herrschende Temperatur gemessen, die unmittelbar zur Kontrolle
der Maximaltemperatur des Gutes herangezogen wird, denn, da es sich
bei dem Trocknungsvorgang um eine Trocknung durch Konvektion handelt,
herrscht an der Oberfläche des Gutes die Maximaltemperatur.
Das auszutrocknende Gut wird daher von innen nach außen
die Feuchtigkeit abgeben, so dass im Inneren des Gutes eine niedrigere
Temperatur anliegt als die an der Oberfläche des Gutes
vorhandene Temperatur. Die Messung der Temperatur an der Oberfläche
des Gutes erfolgt dabei berührungslos. Hierfür
sind insbesondere Infrarotthermometer geeignet, die mit einer Steuereinrichtung
verbunden sind. Durch die Steuereinrichtung wird demnach ständig
oder zeitweise die Oberflächentemperatur ausgewertet und
mit einer vorgegebenen Trocknungstemperatur für das jeweilige
zu trocknende Gut verglichen. Demnach kann durch die Steuereinrichtung
der auf das Gut einwirkende Warmluftstrom verändert werden,
so dass die tatsächlich vorherrschende Oberflächentemperatur des
Gutes an die vorgegebene Solltemperatur in Abhängigkeit
von der Trocknungszeit angepasst werden kann.
-
Eine
solche Prozessführung ermöglicht erhebliche Energieeinsparungen,
denn die Trocknungszeit und der zur Erzeugung des Warmluftstromes
notwendige Energieaufwand werden optimiert. Darüber hinaus
wird das Gut durch die Trocknung und den auf dieses einwirkenden
Warmluftstrom nicht beschädigt, denn an der Oberfläche
des Gutes herrscht die maximale Temperatur, die einen vorgegebenen
Grenzwert nicht überschreitet. Durch diesen Grenzwert wird
somit eine Sicherheitszone festgelegt, durch die eine Beschädigung
des Gutes durch Trocknung verhindert ist,
-
Durch
die Steuereinrichtung kann auch die Schüttgeschwindigkeit
einer Auftragseinrichtung und/oder die Bewegungsgeschwindigkeit
eines Fliessbandes, auf dem das Gut aufgeschüttet ist in Abhängigkeit
von dem vorherrschenden Trocknungszustand eingestellt werden.
-
Des
Weiteren wird ein geschlossener Raum zur Austrocknung nicht benötigt,
in dem der Wasserdampfpartialdruck gemessen wird, um den Austrocknungsprozess
für die jeweiligen Güter zu steuern, denn es ist
ausreichend, wenn die an der Oberfläche des jeweiligen
Gutes vorherrschende Temperatur ermittelt und überwacht
wird. Somit ist der konstruktive Aufbau der Vorrichtung sowie die
Prozessführung für den Trocknungsvorgang auf ein
unbedingt notwendiges Maß reduziert, wodurch eine kostengünstige
und energiesparende Vorrichtung für die Prozessführung der
Austrocknung bereit gestellt ist.
-
In
der Zeichnung sind zwei erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele
dargestellt, die nachfolgend näher erläutert werden.
Im Einzelnen zeigt:
-
1 ein
erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Trocknung
eines rieselfähigen Gutes, bestehend aus einem Lufterhitzer,
einem Infrarotthermometer und einer Steuereinrichtung, in Seitenansicht,
-
2 ein
zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Trocknung
eines rieselfähigen Gutes, das auf einem Fließband
angeordnet ist, bestehend aus einem Lufterhitzer, einer Steuereinrichtung
und einem Infrarotthermometer, in Seitenansicht und
-
3 ein
Schaubild, in dem der Temperaturverlauf des an der Oberfläche
des Gutes gemessenen Temperaturwertes in Abhängigkeit von
der eingestellten Heizleistung des Lufterhitzers gemäß den 1 und 2 aufgetragen
ist.
-
In 1 ist
eine Vorrichtung 1 dargestellt, durch die ein auf einer
Auflage 4 aufgeschüttetes Gut 3 getrocknet
werden soll. Das Gut 3 besteht dabei aus einer Vielzahl
von einzelnen Bestandteilen 2. Als Gut 3 für
die Austrocknung sind sowohl chemische, als auch biologische, als
auch rieselfähige Lebensmittel oder sonstige Stoffe, Stoffgemische
und Substanzen geeignet, die aufgrund eines vorbeiströmenden
Warmluftstromes Feuchtigkeit an die Umgebung abgeben. Die physikalischen
bzw. thermodynamischen Eigenschaften des Gutes 3 sind jedoch
zu berücksichtigen, und zwar dahingehend, dass die einzelnen
Bestandteile 2 die in diesen eingelagerten Feuchtigkeitspartikeln
an die weiter außen angeordneten Bestandteile mittels Konvektion
abgeben. Um diesen Feuchtigkeitsaustausch zu ermöglichen,
wird durch einen Lufterhitzer 6 ein Trocknungsluftstrom 7 erzeugt,
der unmittelbar auf die Oberfläche des Gutes 3 einwirkt.
Die Trocknungstemperatur des Trocknungsluftstromes 7 liegt
demnach höher als die vorherrschende Temperatur des Gutes 3.
Das Gut 3 ist gemäß 1 als
Aufschüttung dargestellt, so dass der Trocknungsluftstrom 7 die
gesamte Oberfläche des Gutes 3 überstreicht.
-
Somit
werden die auf der Oberfläche angeordneten einzelnen Bestandteile 2 des
Gutes 3 durch den Trocknungsluftstrom 7 getrocknet
und die trockene Luft entzieht den einzelnen Bestandteilen 2 deren Feuchtigkeitspartikel.
-
Diese
Art der Austrocknung von Gütern 3 bewirkt, dass
die an der Oberfläche des Gutes 3 vorherrschende
Temperatur einen Wert aufweist, der höher bemessen ist
als der im Inneren der Aufschüttung des Gutes 3 vorherrschende
Temperaturwert.
-
Mittels
eines Infrarotthermometers 11 wird nunmehr berührungslos
die an der Oberfläche des Gutes 3 vorherrschende
Temperatur gemessen. Diese Messung erfolgt permanent oder impulsweise. Der
derart ermittelte Temperaturwert der Oberfläche des Gutes 3 wird
an eine Steuereinrichtung 12 weitergeleitet, durch die
ein Abgleich der gemessenen, also der tatsächlichen Temperatur
an der Oberfläche des Gutes 3 mit einer voreingestellten
bzw. vorgegebenen Solltemperatur verglichen wird. Übersteigt
die an der Oberfläche gemessene Temperatur des Gutes 3 diesen
vorgegebenen Temperaturwert, wird durch die Steuereinrichtung 12 die
Leistung des Lufterhitzers 6 derart verringert, dass entweder
der Volumenstrom des Trocknungsluftstromes 7 und/oder die Temperatur
des Trocknungsluftstromes 7 reduziert wird. Da im Inneren
des Gutes 3 eine niedrigere Temperatur anliegt als an der
Oberfläche des Gutes 3, werden die einzelnen Bestandteile 2 vor
einer schädigenden oder diese gar zerstörenden
Austrocknung geschützt.
-
2 ist
zu entnehmen, dass die einzelnen Bestandteile 2 des Gutes 3 auf
einem Fließband 5 mittels einer Auftrageinrichtung 8 aufgeschüttet
werden. Die Schrittgeschwindigkeit bzw. die Bewegung des Fließbandes 5 wird über
einen Motor 14 gesteuert.
-
In
der Auftragseinrichtung 8 ist des Weiteren eine Drosselklappe 13 angeordnet,
deren Neigungswinkel durch die Steuereinrichtung 12 einstellbar
ist, so dass in Abhängigkeit von der vorherrschenden Neigungswinkels
der Drosselklappe 13 eine bestimmbare Menge an Bestandteilen 2 des
Gutes 3 auf das Fließband 5 ausgeschüttet
werden kann.
-
Der
Lufterhitzer 6 ist unterhalb des Fließbandes 5 angeordnet,
so dass der durch den Lufterhitzer 6 erzeugte Trocknungsluftstrom 7 das
Fließband 5 und das Gut 3 durchströmt.
Das Infrarotthermometer 11 misst dabei permanent oder impulsweise
die an der Oberfläche des Gutes 3 vorherrschende
Temperatur. Es können eine beliebige Anzahl von Infrarotthermometern 11 vorgesehen
sein, die sämtlich mit der Steuereinrichtung 12 elektrisch
verbunden sind, um die gemessenen Temperaturwerte an der Oberfläche
des Gutes 3 an diese zur Verarbeitung weiterzuleiten.
-
Durch
die Steuereinrichtung 12 wird demnach die Leistung des
Lufterhitzers 6 sowie die Schrittgeschwindigkeit des Fließbandes 5 und/oder die
Stellung der Drosselklappe 3 innerhalb der Auftrageinrichtung 8 eingestellt,
und zwar in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur
an der Oberfläche des Gutes 3.
-
Die
in 3 dargestellten Schaubilder zeigen die Temperaturverläufe,
die durch die Vorrichtung 1 gemäß den 1 und 2 erzielbar
sind. Dabei bezieht sich die Angabe Tgrenz auf
eine Grenzwerttemperatur des Gutes 3, die nicht überschritten werden
darf, um Beschädigungen der einzelnen Bestandteile 2 des
Gutes 3 zu vermeiden. Die an der Oberfläche des
Gutes 3 gemessene Temperatur darf demnach diesen Grenzwert
nicht übersteigen oder sollte innerhalb eines zeitlich
kurz bemessenen Intervalls wiederum unterhalb des vorgesehenen Temperaturgrenzwertes
Tgrenz zurückgeführt werden.
-
Um
nunmehr ein möglichst schnelles und optimales Austrocknen
der einzelnen Bestandteile 2 zu erreichen, wird durch die
Vorrichtung 1 gemäß der 1 die
Temperatur des Trocknungsluftstromes 7 gemäß des
Kurvenverlaufs TH1 eingestellt. Die Temperatur
des Trocknungsluftstromes 7 wird demnach von einem vorgegebenen
Höchstwert gestartet und fällt über die
Zeitdauer des Austrocknungsvorganges in Richtung auf den Temperaturgrenzwert
Tgrenz ab.
-
Die
Vorrichtung 1 gemäß 2 wird
zunächst derart betrieben, dass der voreingestellte Temperaturwert
des Trocknungsluftstromes 7 ansteigt, um die an der Oberfläche
des Gutes 2 vorherrschende Temperatur, die mit TG2 im Schaubild der 3 gekennzeichnet
ist, zu erreichen. Dieser Temperaturverlauf zeichnet sich dadurch
aus, dass dieser den vorgegebenen Temperaturgrenzwert wesentlich
schneller erreicht und diesen sogar geringfügig und zeitlich
begrenzt übersteigt, um innerhalb einer relativ kurz bemessenen
Zeitperiode wieder unterhalb des Temperaturgrenzwertes Tgrenz abzusinken. Dabei ist schematisch auch
dargestellt, dass die von dem Trocknungsluftstrom 7 erzeugte
Temperatur TH2 periodischen Schwankungen
unterliegen kann, die im Wesentlichen um den Temperaturgrenzwert
Tgrenz verlaufen. Eine solche periodische
Ausbildung der Trocknungstemperatur des Trocknungsluftstromes 7 wird
durch die Steuereinrichtung 12 eingestellt, und zwar in
Abhängigkeit von dem an der Oberfläche des Gutes 3 gemessenen
Temperaturwertes.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - US 3721013 [0002, 0003, 0004]