DE2942651A1 - Anlage zum trocknen von guetern, insbesondere holz, durch luftzirkulation - Google Patents

Anlage zum trocknen von guetern, insbesondere holz, durch luftzirkulation

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Description

C.E.A.F. S.p.A. Turin, Italien
Anlage zum Trocknen von Gütern, insbesondere Holz, durch Luftzirkulation
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anlage zum Trocknen verschiedener Güter einschließlich pflanzlicher Güter wie Holz, Kaffee, Kakao, Tabak, Viehfutter usw. und tierischer Güter wie Leder, Fische, Käse usw., insbesondere Holz, durch Luftzirkulation .
Eine derartige Anlage umfaßt einen Trockenraum, der eine Einlaß- und eine Auslaßöffnung für die zirkulierende Luft hat, und eine Kühleinheit mit einem Verdichter, einem Gebläse, das einen Saugluftstrom durch die Einlaßöffnung in den Trockenraum erzeugt, einem Entfeuchtungs-Verdampfer, der im Luftstrom aus der Auslaßöffnung positioniert ist, und einem im Einlaßluftstrom liegenden Kondensator, der wenigstens einen Teil der Wärme, die dem Auslaßluftstrom vom Entfeuchtungs-Verdampfer entzogen wird, wieder in den Einlaßluftstrom leitet, wobei die Kühleinheit ferner einen der Atmosphäre ausgesetzten Sekundärverdampfer sowie eine
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Absperreinheit zum Ein- und Ausschalten desselben in den und aus dem Kühlmittelkreislauf der Kühleinheit aufweist, so daß im Einschaltzustand der Sekundärverdampfer zusammen mit dem Kondensator eine Wärmepumpe bildet.
Derartige Anlagen sind z. B. aus der eigenen FR-PS 1 391 485, der CH-PS 213 978 und der NL-PS 51 904 bekannt. Bei diesen bekannten Anlagen ist jedoch der Anteil der Wärmepumpe an der Wirtschaftlichkeit des Trockenvorgangs (also der Verbrauchsminderung von Brennstoff und/oder von elektrischer Heizenergie) sehr gering, und zwar hauptsächlich deshalb, weil der Einlaßluftstrom nicht in der Lage ist, dem Kondensator die gesamte Wärme zu entziehen, die diesem durch den Sekundärverdampfer "zugepumpt" wird; infolgedessen kann einerseits die Temperatur des Einlaßluftstroms nicht in der erwünschten Weise erhöht werden, und andererseits fällt der Wirkungsgrad der Kühleinheit allmählich ab, bis die Einheit vollständig blockiert ist. Gleichzeitig können die bekannten Anlagen infolge einer Temperaturbeschränkung keine zufriedenstellende Entfeuchtung im Kern des Holzes durchführen. Aus diesem Grund werden diese Anlagen derzeit hauptsächlich für den einzigen Zweck des Vortrocknens eingesetzt, und die Endtrockenstufe wird durchgeführt, indem der holzbeladene Wagen in einen anders ausgelegten Raum überführt wird, der aufgrund einer Erwärmung durch brennstoffbetriebene oder elektrische Heizer oder Dampf mit einer erwünschten hohen Temperatur betreibbar ist.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Trocknungsanlage der eingangs genannten Art, bei der die vorgenannten Nachteile nicht auftreten und die mit erhöhter Wirtschaftlichkeit und Energieeinsparung arbeitet.
Die Anlage nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß (a) die Absperreinheit eine Steuerstellung hat, in der der Sekundärverdampfer anstelle des Entfeuchtungs-Verdampfers in den Kühlmittelkreislauf eingeschaltet ist, daß (b) die
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Auslaßöffnung einen Bypass-Abschnitt aufweist, in den sich der Entfeuchtungs-Verdampfer nicht erstreckt, daß (c) eine erste Klappe vorgesehen ist, die dem Bypass-Abschnitt zugeordnet und aus einer Schließstellung, in der der Gesamtluftstrom aus der Auslaßöffnung zum Kondensator gerichtet ist, in eine Offenstellung, in der der Luftstrom auf dem Bypass-Abschnitt durch den Sekundärverdampfer nach außen geleitet wird, bewegbar ist, und daß (d) eine zweite Klappe vorgesehen ist, die der Luftsaugseite des Kondensators zugeordnet und aus einer Schließstellung, in der die Luftsaugseite Luft nur aus der Auslaßöffnung des Trockenraums erhält, in eine Offenstellung, in der der Kondensator Luft auch aus der Atmosphäre erhält, bewegbar ist.
Dabei wird dem Kondensator in jedem Fall ein Luftstrom zugeführt, der ausreicht, um ihm praktisch die gesamte vom Sekundärverdampfer gepumpte Wärme zu entziehen. Somit ist der Betrieb der Kühleinheit ständig hochwirksam, und die Temperatur der der Einlaßöffnung des Trockenraums zugeführten Luft kann in erwünschter Weise erhöht werden, und zwar sogar auf unerwartet hohe Werte in Abhängigkeit von der Art des in der Einheit eingesetzten Kühlmittels. Mit "Freon 12" (Wz) können z. B. Temperaturen bis zu 65-70 C erreicht werden. Ein besonderes Merkmal, das eine der Grundlagen der Erfindung bildet, besteht darin, daß unter bestimmten Bedingungen der Entfeuchtungs-Verdampfer aus dem Kühlmittelkreislauf ausgeschaltet wird, während stattdessen der Sekundärverdampfer in den Kreislauf eingeschaltet wird, so daß nicht nur die den bekannten Anlagen anhaftenden Nachteile beseitigt werden, sondern auch ein neuer und vorteilhafter Trockenzyklus erzielbar ist, der eine Trockenstufe bei erhöhten Temperaturen ohne Entfeuchtung umfaßt; infolgedessen sind in wirtschaftlicher Weise und sehr schnell sehr geringe Restfeuchtigkeitsgehalte (6-8 %) im Kern des Holzes erzielbar. Bisher konnte dieses Ergebnis zu tragbaren Kosten nicht er-
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zielt werden, und zwar besonders im Fall von Harthölzern wie Teak, Walnuß, Afrormosia oder Iroko.
In der vorgenannten CH-PS ist zwar der Sekundärverdampfer als zusätzliche Wärmequelle zum Vorheizen der Zelle und/oder zum Erreichen von hohen Temperaturen des Freon, etwa 65 C, angegeben; die Erfahrung hat jedoch gezeigt, daß diese Ergebnisse in der Praxis nicht erzielbar sind, wenn nicht - entsprechend den Merkmalen (a) bis (c) der erfindungsgemäßen Anlage - der größte Teil der aus dem Trockenraum ausströmenden Luft um den Entfeuchtungs-Verdampfer herumgeleitet wird, während dieser abgeschaltet ist und die erste Klappe ihre Schließstellung einnimmt, und zum Sekundärverdampfer gerichtet werden kann, wenn die Klappe ihre Offenstellung hat. Entsprechend dem Merkmal (d) ist dem Kondensator Außenluft zuführbar, während der Luftstrom aus der Auslaßöffnung durch den Sekundärverdampfer nach außen geleitet wird, wobei dieser die Wärme aus dieser Luft rückgewinnt, so daß der Wirkungsgrad der Anlage beträchtlich verbessert wird. In der Praxis kann eine Anlage nach der Erfindung bestimmte Güter wie Holz bei Temperaturen bis zu 65-70 C trocknen; ebenso kann sie jedoch auch bestimmte Güter wie Fische oder Kaffee bei Temperaturen von nur 5-6 °C trocknen. Die Leistungsziffer der als Wärmepumpe arbeitenden Anlage beträgt normalerweise nicht weniger als ca. 3,5, was 3500 cal pro verbrauchter kWh entspricht. Wenn jedoch die Außenluft-Temperatur höher als 15 C ist, sind Leistungsziffern von 5,75-6 erzielbar; dieses Ergebnis wurde bisher in Trockenanlagen der angegebenen Art nie erreicht.
In weiterer Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Absperreinheit eine weitere Steuerstellung hat, in der der Sekundärverdampfer in den Kühlmittelkreislauf zwischen der Auslaßöffnung des Verdichters und dem Kondensator eingeschaltet ist, während der Entfeuchtungs-Verdampfer eben-
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falls in diesen Kreislauf eingeschaltet bleibt, so daß der Sekundärverdampfer als Kondensator wirkt, der Wärme zur Atmosphäre ableitet, wodurch die Wärme verminderbar ist, die vom Kondensator der Kühleinheit an die durch die Einlaßöffnung in den Trockenraum rückgeführte Luft abgegeben wurde.
In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Kühleinheit ferner einen Hilfsverdampfer umfaßt, der der Atmosphäre ausgesetzt und so angeordnet ist, daß der in der Offenstellung der ersten Klappe nach außen geleitete Luftstrom ihn durchsetzt, und daß weitere Absperrorgane vorgesehen sind, die den Hilfsverdampfer parallel mit dem Sekundärverdampfer in den Kühlmittelkreislauf einschalten,
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Anlage ein Gehäuse umfaßt, das die Kühleinheit enthält und dessen Innenraum in eine Mittelzelle und zwei zueinander entgegengesetzte Endzellen unterteilt ist, wobei das Gehäuse dem Trockenraum benachbart ist, der Entfeuchtungs-Verdampfer in der Mittelzelle angeordnet ist und einen Teil der Auslaßöffnung aus dem Trockenraum verschließt, eine Außenwandung der Mittelzelle ein Fenster aufweist, das entsprechend der Stellung der zweiten Klappe mit der Atmosphäre verbindbar ist, die mittlere Zelle mit einer ersten Endzelle durch den Hauptkondensator in Verbindung steht, das Gebläse so angeordnet ist, daß es Luft aus der ersten Endzelle ansaugt und sie durch die Einlaßöffnung in den Trockenraum leitet, der Sekundärverdampfer in der zweiten Endzelle liegt, die ein mit der Außenluft in Verbindung stehendes Fenster aufweist, die erste Klappe in eine Stellung bewegbar ist, in der sie die zweite Endzelle mit dem Bypass-Abschnitt der Auslaßöffnung des Trockenraums in Verbindung bringt, und die zweite Endzelle über den Sekundärverdampfer mit einer Luftauslaßleitung in Verbindung steht, wobei der Sekundärverdampfer ein Gebläse aufweist, das Luft aus der zweiten End-ZQlIe saugt und durch den Sekundärverdampfer in den Auslaßkanal fördert.
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Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch die Anlage nach
der Erfindung;
Fig. IA die Kühleinheit der Anlage nach Fig. 1 bis ID in vier verschiedenen Betriebsstufen; und Fig. 2 das Schaltbild der Kühleinheit.
Die Anlage umfaßt einen Trockenraum 10, der normalerweise gegenüber der Umgebung dicht abgeschlossen und mit zu trocknendem Holz 12 beschickt ist. Angrenzend an ein Ende des Trockenraums 10 ist ein Maschinenraum 14· vorgesehen, der von dem Trockenraum 10 durch eine vertikale Trennwand 16 getrennt ist. Eine viereckige Lufteinlaßöffnung 18 ist in einem oberen Teil der Trennwand 16 ausgebildet, und eine ebenfalls viereckige Luftaustrittsöffnung 20 ist in einem unteren Teil der Trennwand 16 ausgebildet.
Eine Kühleinheit ist in einem Gehäuse 22 untergebracht, das im Maschinenraum angeordnet ist. Das Gehäuse 22 hat eine vertikal orientierte parallelepipedische Form, und eine vertikale Wandung 22A des Gehäuses grenzt unmittelbar an die Trennwand 16 an; in dem Gehäuse sind eine obere, eine mittlere und eine untere Zelle Zk bzw. 26 bzw. 28 vorgesehen, die durch horizontale Trennwände 30 und 32 voneinander getrennt sind.
Die obere Zelle Zk steht mit dem Trockenraum 10 über ein Zentrifugalgebläse 3k in Verbindung, das in der Zelle Zk angeordnet ist und Luft aus dieser ansaugt und durch einen Einlaßkanal 36 in den Trockenraum 10 fördert; der Einlaßkanal 36 erstreckt sich luftdicht durch die Einlaßöffnung 18. Die obere Zelle Zk ist mit der mittleren Zelle 26 durch
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eine viereckige Öffnung 30' in der Trennwand 30 verbunden; angrenzend an diese ist ein Kondensator 38 ("Hauptkondensator") positioniert. Der dem Einlaßkanal 36 vom Gebläse 34 zugeführte Luftstrom kann somit durch den Hauptkondensator 38 erwärmt werden, wenn die Kühleinheit arbeitet.
Die mittlere Zelle 26 liegt im wesentlichen auf der gleichen Höhe wie die Auslaßöffnung 20. Eine Öffnung in der vertikalen Wandung 22A des Gehäuses 22 trifft mit der Öffnung 20 zusammen, und der obere Teil dieser Öffnung ist mit einem Entfeuchtungs-Verdampfer 40 ausgefüllt, der einen Bypass-Abschnitt 20' der Öffnung 20 offen läßt. In der vertikalen Wandung 22B des Gehäuses 22 gegenüber der Wandung 22A befindet sich ein viereckiges Fenster 42, durch das der Luftstrom von einer Klappe 44 mit schwenkbaren Dalousien einstellbar ist; die Klappe ist in den Fig. 1 und IA in der
Offenstellung und in den Fig. IB-D in der Schließstellung gezeigt. Wenn die Klappe 44 geöffnet ist, steht die mittlere Zelle 26 mit der Umgebungsluft in Verbindung.
Ein Teil der horizontalen Trennwand 32 nahe der Wandung 22A (und dementsprechend neben der Öffnung 20) ist mit dem
übrigen festen Teil der Trennwand 32 so schwenkbar verbunden, daß eine schwenkbare Klappe 46 gebildet ist. Die
Klappe 46 ist in Fig. 1 in der Offenstellung (Vollinie) und in der unteren bzw. Schließstellung (Strichlinie) gezeigt. Die Klappe 46 bestimmt den Luftstrom durch den Bypass-Abschnitt 20' der Auslaßöffnung. In der Hebestellung der
Klappe 46 (vgl. die Fig. 1 und IA) steht das Innere des
Trockenraums 10 über den Bypass-Abschnitt 20' der Öffnung 20 mit der unteren Zelle 28 in Verbindung, während in der Schließstellung der Klappe 46 (vgl. die Fig. IB-D) der
Trockenraum über den Bypass-Abschnitt 20' der Öffnung 20
mit der mittleren Zelle 26 in Verbindung steht. In der
Senkstellung der Klappe 46 und bei geschlossener Klappe
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wird nur ein Teil der durch die Öffnung 20 in die mittlere Zelle 26 strömenden Luft vom Verdampfer 4-0 entfeuchtet. Bevorzugt sind die Klappen 44 und 46 so miteinander verbunden, daß sie gleichzeitig geöffnet und geschlossen werden.
Die untere Zelle 28 steht mit der Umgebung durch ein Fenster 48 in Verbindung, das zweckmäßigerweise durch ein Gitter (nicht gezeigt) geschützt ist. Zwei Verdampfer 50(E) und 50(E/C) sind nebeneinander im unteren Teil der Zelle positioniert und mit Gebläsen 52 bzw. 54 ausgerüstet. Der Verdampfer 50(E) befindet sich nahe dem Bypass-Abschnitt 20' der Auslaßöffnung 20 des Trockenraums 10, und der Verdampfer 50(E/C) befindet sich nahe dem Fenster 48.
Die beiden Gebläse 52, 54 saugen Luft aus der Zelle 28 an und blasen sie durch die Verdampfer 50(E/C) bzw. 50(E) in eine Abzugsleitung 56, deren freies Ende (nicht gezeigt) in geeigneter Entfernung von der Anlage liegt, so daß die Abluft sich nicht mit der durch die Fenster 42, 48 eintretenden Luft vermischen kann. Der Verdampfer 50(E/C), der nachstehend als Sekundärverdampfer bezeichnet wird, ist ein Wärmetauscher, der als Verdampfer oder als Kondensator einsetzbar ist, wogegen der Verdampfer 50(E) nur als Verdampfer arbeitet und nachstehend als Zusatzverdampfer bezeichnet wird. Wenn die Klappe 46 gehoben ist (vgl. Fig. 1), gelangt durch die Öffnung 20 aus dem Trockenraum 10 in die untere Zelle 28 Luft, die gegenüber der Außenluft, die durch das Fenster 48 in die Zelle 28 gelangt, vorherrscht, da in dem Trockenraum 10 durch das Gebläse 34 ein Überdruck erzeugt wird; unter diesen Bedingungen wirken die beiden Verdampfer 50(E) und 50(E/C) praktisch ausschließlich auf die aus dem Trockenraum 10 angesaugte Luft, selbst wenn das Fenster 48 dauernd geöffnet ist (vgl. Fig. IA).
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Das Gehäuse 22 enthält ferner den Verdichter 60 und zugehörige Leitungen der Kühleinheit (vgl. Fig. 2) sowie ein elektrisches Steuersystem für die elektrisch betätigten Vorrichtungen der Einheit.
Die Auslaßbohrung des Verdichters (vgl. Fig. 2) ist mit dem Hauptkondensator 38 über eine Leitung 62 verbunden, die ein magnetventilbetätigtes Dreiwegventil 6k mit einem nachgeschalteten Sperrventil 66 enthält.
Kühlmittel, das im Kondensator 38 verflüssigt wurde, wird aus diesem durch eine Leitung 68 in den Sammelbehälter 70 geleitet, dessen Auslaß über ein Filter 72 und eine Leitung 7k mit einem herkömmlichen Thermostat-Expansionsventil 76 verbunden ist, das seinerseits mit dem Einlaß des Entfeuchtungs-Verdampfers A-O verbunden ist. Der Flüssigkeitsstrom durch die Leitung 7k wird von einem Magnetventil 78 bestimmt, das so betätigbar ist, daß der Kühlmittelfluß zum Verdampfer kO unterbrochen wird. Der Auslaß des Verdampfers kO ist mit der Einlaßbohrung des Verdichters 60 über eine Leitung 80 und einen Flüssigkeitsabscheider 82 verbunden, so daß ein geschlossener Kühlmittelkreislauf gebildet ist.
Nach Fig. 2 sind die beiden Auslässe aus dem Dreiwegventil 6k mit (I) und (II) bezeichnet. Wenn das Dreiwegventil 6k die Stellung (I) hat, wird der Hauptkondensator 38 durch das Sperrventil 66 gespeist. An einem Punkt Qk entlang der Leitung 7k stromaufwärts von dem Magnetventil 78 geht eine Zweigleitung 86 ab und führt zu einem der Anschlüsse des Sekundärverdampfers 50(E/C) durch ein Magnetventil 88, dem ein Thermostat-Expansionsventil 90 nachgeschaltet ist; der gleiche Anschluß des Verdampfers ist ferner durch eine Leitung 91 und ein Sperrventil 92 mit einem Punkt 9k in der Leitung 62 zwischen dem Sperrventil 66 und dem Hauptkondensator 38 verbunden. Der andere Anschluß des Sekundärverdampfers
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50(E/C) ist über eine Leitung 96 und ein Magnetventil 98 mit der Auslaßleitung 80 des Entfeuchtungs-Verdampfers 40 verbunden, die in den Flüssigkeitsabscheider 82 führt. Wenn also das Dreiwegventil 64 die Stellung (I) einnimmt, das Ventil 78 geschlossen ist und die Ventile 88 und 98 geöffnet sind, ist der Entfeuchtungs-Verdampfer 40 abgeschaltet, und das flüssige Kühlmittel strömt vom Sammelbehälter 70 durch den Sekundärverdampfer 50(E/C), von dem Kühlmitteldampf in den Verdichter 60 durch die Leitungen 96 und 80 strömt. In diesem Fall arbeitet der Sekundärverdampfer 50(E/C) als Verdampfer. Die Flüssigkeit aus der Leitung 86 kann nicht zurück in den Hauptkondensator 38 durch die Leitung 91 strömen, weil der Druck in der Leitung 62 höher als derjenige in der Leitung 86 ist, so daß das Sperrventil 92 geschlossen bleibt.
An einem Punkt 100 in der Leitung 96, der zwischen dem Verdampfer 50(E/C) und dem Magnetventil 98 liegt, zweigt eine Leitung 102 ab und führt von der Leitung 96 zum Auslaß (II) des Dreiwegventils 64. Wenn daher das Ventil 64 seine Stellung (II) einnimmt, während die Ventile 88 und 98 sowie das Ventil 78 geöffnet sind, ist der Verdampfer 50(E/C) wirksam mit dem Hauptkondensator 38 über die Leitungen 102, 96, 91 und 62 reihengeschaltet und arbeitet in diesem Fall als Hilfskondensator.
Schließlich ist der Einlaß des Zusatzverdampfers 50(E) mit einem Punkt 104 in der Leitung 86 stromaufwärts von dem Magnetventil 88 über eine Leitung 106 verbunden, die ein Magnetventil 108 und ein diesem nachgeschaltetes Thermostat-Expansionsventil 110 enthält. Der Auslaß des Zusatzverdampfers 50(E) ist über eine Leitung 112 mit der Auslaßleitung 80 des Entfeuchtungs-Verdampfers 40 verbunden. Wenn also das Dreiwegventil 64 die Stellung (I) hat, während die Ventile 88, 98, 108 geöffnet sind und das Ventil 78 ge-
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schlossen ist, ist der Entfeuchtungs-Verdampfer 4-0 abgeschaltet, und die beiden Verdampfer 50(E) und 50(E/C) sind zwischen dem Punkt 84 in der Kühlmittelförderleitung 74 und der zum Flüssigkeitsabscheider 82 führenden Auslaßleitung 80 parallelgeschaltet; in diesem Fall haben beide Verdampfer 50(E) und 50(E/C) die Funktion von Verdampfern.
Das Öffnen und Schließen der Magnetventile 64, 78, 88, 98, 108 und der Klappen 44, 46 wird von einer elektrischen Steuerschaltung bestimmt und koordiniert, deren Aufbau für den Fachmann aus der folgenden Erläuterung der verschiedenen Betriebsstufen ersichtlich ist. In ihrer einfachsten Ausführung kann eine solche Steuerschaltung manuell in Übereinstimmung mit Feuchtigkeitsmessungen betätigt werden, die von Feuchtigkeitsmessern (nicht gezeigt) erhalten werden, die im Trockenraum 10 und innerhalb des Holzes 12 angeordnet sind. Bevorzugt werden jedoch anstelle von Feuchtigkeitsmessern Feuchtigkeitsregler und Thermostate eingesetzt, die mit der elektrischen Steuerschaltung verbunden sind zur automatischen Steuerung entsprechend der Temperatur und der Feuchtigkeit, die im Trockenraum 10 und im Holz 12 gemessen werden.
Ein typischer Arbeitszyklus der Anlage besteht im wesentlichen aus vier aufeinanderfolgenden Stufen, die in der Tabelle 1 zusammen mit den Stellungen angegeben sind, die jede Klappe 44, 46 und jedes Magnetventil 64, 78, 98, 88 und 108 in jeder Stufe einnimmt. In der Tabelle 1 bezeichnet das Zeichen 0 eine Offenstellung und das Zeichen = eine Schließstellung eines Ventils oder einer Klappe.
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Tabelle 1
Stufe Luftausstoß unter
Wärmepumpen-
Bedingungen		 Klappen
stellungen		 Magne tventil-Stellungen 78 98 64
Entfeuchtung 46 44 108 88 0 (D
(D Entfeuchtung
mit Wärmeausstoß		 0 0 0 0 0 = (D
(2) Wärmepumpe = = = = 0 = (ID
(3) = = = = = 0 (D
(4) = = 0 0
Die Arbeitsweise der Anlage in den vier verschiedenen Stufen (1) bis (4) ist schaubildlich in den Fig. IA-D gezeigt. Dabei sind Jeweils die Kondensatoren und Verdampfer, die während der einzelnen Stufen arbeiten, schraffiert gezeichnet.
In Stufe (1) (vgl. Fig. IA), wenn frisch gesägtes Holz in den Trockenraum 10 eingebracht wird, erreicht die Luft im Trockenraum 10 eine relative Luftfeuchte von 85-90 %, im wesentlichen im Gleichgewicht mit dem Feuchtegehalt des Holzes. Bei kontinuierlichem Trocknen der einen so hohen Feuchtegehalt aufweisenden Luft durch den normalerweise angewandten Schritt der Rückführung der Luft durch den Entfeuchtungs-Verdampfer 40 und den Kondensator 38 ergibt sich ein hoher Energieverbrauch. Bei der angegebenen Anlage wird in Stufe (1) die Tatsache genutzt, daß die relative Feuchte der Umgebungsluft
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normalerweise im Bereich von 60-65 % oder niedriger liegt. Daher wird in dieser Stufe ein Teil der feuchten Luft innerhalb des Trockenraums 10 kontinuierlich durch Umgebungsluft ersetzt, und der Zustrom von Umgebungsluft wird von der Wärme erwärmt, die aus der aus dem Trockenraum 10 strömenden Luft rückgewonnen wird (und von dem Wärmeäquivalent der mechanischen Arbeit des Verdichters und seines zugeordneten Motors in der Kühleinheit). Diese Bedingungen sind in Fig. IA angegeben, wobei die Stellungen der Klappen und Ventile berücksichtigt sind, wie sie in der Tabelle 1 für die Stufe (1) angegeben sind. Die Klappen 4Λ, 46 befinden sich dabei in ihren Offenstellungen, so daß das Gebläse 34 durch den Kondensator 38 sowohl die Luft aus der Atmosphäre als auch die feuchte Luft aus dem Trockenraum ansaugt, wobei letztere nicht getrocknet wird, weil der Entfeuchtungs-Verdampfer 40 nicht arbeitet (d. h. das Ventil 78 ist geschlossen, vgl. Tabelle 1). Gleichzeitig strömt die aus dem Trockenraum 10 ausgestoßene Luft durch die beiden Verdampfer 50(E) und 50(E/C), die äquivalent zu einem einzigen Verdampfer mit einer großen Wärmeaustauschfläche arbeiten und aus diesem Luftstrom sowohl die Eigenwärme als auch die Kondensationswärme absorbieren. Die auf diese Weise absorbierte Wärme wird in den Kondensator 38 gepumpt.
Der Betrieb unter den Bedingungen der Stufe (1) wird solange fortgesetzt, bis die relative Luftfeuchte im Trockenraum sich im wesentlichen an diejenige der Umgebungsluft angenähert hat, so daß sie z. B. ca. 70 % beträgt, woraufhin die Stufe (1) beendet ist. Nur bei bestimmten Harthölzern wie Eiche, Teakholz oder Rosenholz muß die Stufe (1) bei höheren Feuchtegehalten beendet werden.
Die Stufe (2) (vgl. Fig. IB) ist eine herkömmliche Entfeuchtungsstufe mit Wärmerückgewinnung, wobei die Temperatur im Trockenraum 10 unter einem bestimmten Grenzwert liegt.
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Im Fall von Holz ist ein geeigneter Grenzwert ca. 35-40 0C, da bei höheren Temperaturen die Gefahr einer "Zementierung" des Holzes besteht. Aus der Tabelle 1 und Fig. IB ist ersichtlich, daß nur der Kondensator 38 und der Entfeuchtungs-Verdampfer 40 arbeiten, wobei die Klappen 44 und 46, die den Trockenraum 10 mit der Atmosphäre verbinden, geschlossen sind. Somit zirkuliert die Luft im geschlossenen Kreislauf. Der Luftstrom durch den Verdampfer 40 wird durch Kühlen getrocknet, und die vom Verdampfer 40 entnommene Wärme wird durch den Kondensator 38 vollständig wieder ir, die im Kreislauf geführte Luft eingeleitet.
Die Stufe (3) ist eine Entfeuchtungsstufe und wird durchgeführt, wenn die Temperatur der Luft im Trockenraum den vorgenannten Grenzwert übersteigt. In diesem Fall muß die überschüssige Wärme ausgestoßen werden; dies muß jedoch erfolgen, ohne daß die Luft ausgestoßen wird. Aus der Tabelle 1 und Fig. IC ist ersichtlich, daß zusätzlich zum Entfeuchtungs-Verdampfer 40 der in dieser Stufe wirksame Kühlkreis auch den Sekundärverdampfer 50(E/C) umfaßt, der als Kondensator arbeitet. Das Gebläse 52 saugt Umgebungsluft von außen durch das Fenster 48, und diese Luft trägt die Wärme vom Wärmetauscher 50(E/C) mit sich und wird durch den Kanal 56 in die Atmosphäre abgegeben. Somit wird Wärme durch den als Kondensator wirkenden Wärmetauscher 50(E/C) abgeleitet, so daß nur eine Restwärme verbleibt, die dem vom Hauptkondensator 38 zum Trockenraum 10 rückgeführten Luftstrom wieder zugeführt wird.
Die Stufe (2) oder auch die Stufe (3) endet, wenn die relative Luftfeuchte der Luft im Trockenraum schließlich auf einen vorbestimmten Wert gefallen ist, der bei normalem Holz bei ca. 60 % liegt und bei Harthölzern wie Eiche und Teak 75-80 * betragen kann, woraufhin die Umschaltung zur Stufe (4) erfolgt.
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In Stufe (k) arbeitet die Anlage als Wärmepumpe (vgl. Fig. ID). Dabei ist es wichtig, den Trocknungsvorgang fortzusetzen, indem die Luft in einem geschlossenen Kreislauf bei mäßig hoher Temperatur unter kontrollierten Bedingungen relativer Feuchte der Luft im Trockenraum zirkuliert wird, bis der Feuchtegehalt des Holzes auf ca. 20-25 % vermindert ist. Während der Funktion als Wärmepumpe in dieser Stufe arbeiten beide Verdampfer 50(E) und 50(E/C) als Verdampfer und absorbieren Wärme aus dem von außen angesaugten Luftstrom. Aus diesem Luftstrom entnommene Wärme wird zum Kondensator 38 gepumpt, der sie dem vom Gebläse 34· erzeugten Luftstrom zuführt zwecks Rückführung in den Trockenraum Ein Teil dieser Wärme wird vom Holz in Form latenter Wärme absorbiert, während der übrige Teil die Temperatur im Trockenraum 10 erhöht, was wiederum zu einem Sinken der relativen Feuchte führt, obwohl Feuchtigkeit aus dem Holz verdampft. Wenn die relative Luftfeuchte im Trockenraum unter ca. 4Ό-5Ο % fallen würde (während die Feuchte des Holzes noch über 25 % liegt), würde sich eine ernsthafte Gefahr der Zementierung ergeben. Aus diesem Grund wird in dieser Stufe der Entfeuchtungs-Verdampfer 4-0 abgeschaltet, und es kann sogar erforderlich sein, die Luft im Trockenraum 10 durch geeignete Wassersprüheinheiten (nicht gezeigt) anzufeuchten, die z. B. im Lufteinlaßkanal 36 liegen. Die erforderliche Einstellung dieser Feuchtebedingungen kann leicht automatisch durch Feuchtigkeitsregler erfolgen, die in der Atmosphäre im Trockenraum 10 sowie mitten im Holz 12 angebracht sind. Gleichzeitig sollte die Temperatur innerhalb des Trockenraums 10 bevorzugt nahe dem Bereich von 4-5-55 °C gehalten werden, der jedoch nicht überschritten werden sollte, um eine Beschädigung des Holzes zu vermeiden. Wenn die Temperatur im Trockenraum 10 über diesen Bereich steigt, kann einer der beiden Verdampfer 50(E), 50(E/C) abgeschaltet werden, indem das zugehörige Ventil 88 oder
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geschlossen wird, oder die Kühleinheit kann insgesamt abgeschaltet werden, so daß nur das Gebläse 34 arbeitet, bis die Temperatur auf einen Pegel im Bereich von 45-55 0C sinkt. Nur wenn der Feuchtegehalt des Holzes auf 20-25 % gefallen ist (was von einem im Holz angebrachten Feuchtigkeitsregler erfaßt wird), kann diese intensive Trocknung unter den Bedingungen nach Fig. ID durchgeführt werden, d. h. durch Betreiben der Anlage als Wärmepumpe, so daß die Temperatur im Trockenraum auf 60-70 0C erhöht und infolgedessen die relative Luftfeuchte auf 15-20 % oder weniger gesenkt wird, ohne daß das Holz beschädigt wird. Die höchste erreichbare Temperatur hängt davon ab, was für eine Kühlflüssigkeit für den Kreislauf von Fig. 2 eingesetzt wird, und insbesondere von der Temperatur, bei der eine Kondensation im Kondensator 38 am Druckauslaß des Verdichters 60 erfolgt. Von den verschiedenen Arten von Freon (Wz) ist z. B. Freon 12 (Wz) am besten geeignet, da sein Kondensationspunkt unter einem Druck von wenigen at auf ca. 80 0C gebracht werden kann, wodurch, wenn die Stufe (4) in der vorstehenden Weise abläuft, der ursprüngliche Feuchtegehalt des Holzes in dieser Stufe (20-25 %) in wenigen Tagen auf Werte von 6-8 % verminderbar ist.
Da während des größten Teils des Trockenzyklus insgesamt die Anlage als Wärmepumpe arbeitet, ist ihr Betrieb besonders wirtschaftlich. Wenn 1 kWh theoretisch 860 cal äquivalent ist, ergibt sich bei der Anlage eine Ausbeute von ca. 3500 cal für Jede verbrauchte kWh. Verglichen mit dem Einsatz von Gas oder Öl als Brennstoff ergibt sich eine Energieeinsparung von ca. 40 %. Es ist ersichtlich, daß der Wirkungsgrad der Anlage von der Temperatur der Umgebungsluft abhängt. Die besten Wirkungsgrade ergeben sich bei Umgebungstemperaturen zwischen ca. 10 C und ca. 40 C, was bedeutet, daß die Anlage überall in einem gemäßigten oder
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mäßig warmen Klima erfolgreich einsetzbar ist. In kaltem Klima, wenn zu bestimmten Zeiten die Umgebungstemperatur auf ca. 6-7 0C fällt, ist es relativ einfach, eine Hilfswärmequelle einzusetzen, z. B. eine elektrische Widerstandsheizung, Solarzellen oder einen Wärmeaustausch mit relativ warmen Abgasen, die von in der Nähe liegenden Industriebetrieben abgegeben werden.
Als praktisches Beispiel, das selbstverständlich keine Einschränkung darstellt, ist zu beachten, daß die vorstehend angegebene Anlage mit einem Verdichter, der eine Leistung von Ik 91^ W hat, eine Ladung Holz von 50-70 m je nach Holzart trocknen kann, während es mit einem Verdichter, der eine Leistung von 29 828 W hat, möglich ist, Holzladungen von 100-150 m zu trocknen. Die Trocknungszeigen sind .bei Einsatz automatischer Anlagen, die von Feuchtigkeitsreglern und Thermostaten gesteuert werden, in jedem Fall wesentlich kürzer als die mit bisher eingesetzten bekannten Anlagen normalerweise benötigten Trockenzeiten; sie nähern sich weitgehend den Grenzwerten, die sich aufgrund der Feuchte-Wanderungsrate in den verschiedenen Holzarten ergeben. Das folgende Beispiel dient der Erläuterung der Erfindung.
Beispiel
Es ist bekannt, daß Sipo-Mahagoni (Entandrophragma utile Spr) zu den Hölzern gehört, deren Trocknung bisher nicht leicht durchführbar ist. Das Beispiel zeigt, wie einfach dieses Holz erfolgreich getrocknet werden kann, wenn die angegebene Anlage eingesetzt wird.
Das Trockengut 12 im Trockenraum 10 besteht aus 50 m Sipo-Mahagoni in Form frisch gesägter Bretter mit einer Dicke von 50 mm. Der innere Feuchtegehalt des Holzes beträgt zuerst
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mehr als 60 % und wird durch in einigen der Bretter angeordnete Feuchtigkeitsregler-Sonden ständig überwacht. Der Verdichter 60 hat eine Leistung von 14 914 W. Die Betriebsbedingungen der Anlage sind in der Tabelle 2 angegeben.
Tabelle 2
Zeit (h) Stufe Umgebungsluft rel. Feuchte Luft im rel.F.(Ä) innerer Feuchte
0 (1) 0C % min-max Trockenr.10 98 geh, d. Holzes
24 min-max 70-75 0C 92 (%)
48 13-24 70-75 19 80 >60
72 9-21 75-80 22 75 >60
96 (2) 11-15 70-80 24 62 58
120 13-20 65-70 26 55 55
144 13-20 70-75 32 40 46
168 (3) 13-20 80-85 36 34 40
192 14-22 70-75 45 28 32
216 (4) 13-21 70-75 48 22 26
240 12-20 65-70 50 18 22
264 13-25 65-70 58 15 18
288 14-26 60-65 60 14 16
15-26 60-65 62 14
15-24 62 9
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Nach Ablauf von 288 h (12 Tagen) wurde die Anlage abgeschaltet, und das Trockengut wurde für 24 h stehengelassen. Der Rest-Innenfeuchtegehalt des Holzes war auf einen Wert zwischen 9 und 8 % gefallen. Es wurden keine Risse,kein Werfen und keine Farbfehler festgestellt. Der Gesamtverbrauch an elektrischer Energie einschließlich der Gebläse und des Verdichtermotors betrug 5104 kWh.
Es ist zu beachten, daß bei der praktischen Anwendung die eine oder die andere der beiden Entfeuchtungs-Stufen oder auch beide Stufen entfallen können (insbesondere, wenn das Holz nicht frisch gesägt ist, oder im Fall von Hartholz mit relativ niedrigem Anfangs-Feuchtegehalt) , besonders wenn diese Entfeuchtungs-Stufen zu extrem niedrigen Werten relativer Feuchte im Trockenraum 10 mit einer entsprechenden Gefahr von Zementierung, Rißbildung und Verwerfung des Holzes 12 führen würden. Aus dem gleichen Grund ist es auch dann, wenn der Entfeuchtungs-Verdampfer 40 abgeschaltet ist, besser, diesen nur in Verbindung mit einem Teil des Luftstroms, der die Auslaßöffnung 20 des Trockenraums durchströmt, zu betreiben (vgl. die Fig. IB und IC).
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Claims (6)

  1. BEETZ-LAMPRECHT-BEETZ Steinsdorfstr. 10 · D-8000 München 22 Telefon (089) 22 72 01 - 22 72 44 - 29 59 10 Telex 5 22 048 - Telegramm Allpatent München 24-3o.295P(3o.296H)
    PATENTANWÄLTE Dipl.-Ing. R. BEETZ sen.
    Dipl.-Ing. K. LAMPRECHT Dr.-Ing. R. BEETZ jr.
    RECHTSANWALT Dipl.-Phys. Dr. jur. U. HEIDRICH Dr.-Ing. W. TIMPE Dipl.-Ing. J. SIEGFRIED
    Priv.-Doz. Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. W. SCHMITT-FUMIAN
    22. Okt. 1979
    Ansprüche
    [l.\ Anlage zum Trocknen von Gütern, insbesondere Holz, durch MjAtzirkulation,
    - mit einem Trockenraum, der eine Einlaß- und eine Auslaßöffnung für die zirkulierende Luft hat, und
    - mit einer Kühleinheit, umfassend:
    - einen Verdichter,
    - ein Gebläse, das einen Saugluftstrom durch die Einlaßöffnung in den Trockenraum erzeugt,
    - einen Entfeuchtungs-Verdampfer, der im Luftstrom aus der Auslaßöffnung positioniert ist, und
    - einen im Einlaßluftstrom liegenden Kondensator, der wenigstens einen Teil der Wärme, die vom Entfeuchtungs-Verdampfer dem Auslaßluftstrom entzogen wird, wieder in den Einlaßluftstrom leitet,
    - wobei die Kühleinheit ferner einen der Atmosphäre ausgesetzten Sekundär verdampfer sowie eine Absperreinheit zum Ein- und Ausschalten desselben in den und aus dem Kühlmittelkreislauf der Kühleinheit aufweist, so daß im Einschaltzustand der Sekundärverdampfer zusammen mit dem Kondensator eine Wärmepumpe bildet, dadurch gekennzeichnet, a) daß die Absperreinheit (64) eine Steuerstellung (I) hat, in der der Sekundarverdampfer (50(E/C)) anstelle des Entfeuchtungs-Verdampfers (40) in den Kühlmittelkreislauf eingeschaltet ist;
    24-(69465)-Schö
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    OR1QINAL
    2942551
    b) daß die Auslaßöffnung (20) einen Bypass-Abschnitt (201) aufweist, in den sich der Entfeuchtungs-Verdampfer (40) nicht erstreckt;
    c) daß eine erste Klappe (46) vorgesehen ist, die dem Bypass-Abschnitt (20') zugeordnet und aus einer Schließstellung, in der der Gesamtluftstrom aus der Auslaßöffnung (20) zum Kondensator (38) gerichtet ist, in eine Offenstellung, in der der Luftstrom aus dem Bypass-Abschnitt (201) durch den Sekundärverdampfer (50(E/O) nach außen geleitet wird, bewegbar ist; und
    d) daß eine zweite Klappe (44) vorgesehen ist, die der Luftansaugseite des Kondensators (38) zugeordnet und aus einer Schließstellung, in der die Luftsaugseite Luft nur aus der Auslaßöffnung (20) des Trockenraums (10) erhält, in eine Offenstellung, in der der Kondensator (38) Luft auch aus der Atmosphäre erhält, bewegbar ist.
  2. 2. Anlage nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Absperreinheit (64) eine weitere Steuerstellung (II) hat, in der der Sekundärverdampfer (50(E/C)) in den Kühlmittelkreislauf zwischen der Auslaßöffnung des Verdichters (60) und dem Kondensator (38) eingeschaltet ist, während der Entfeuchtungs-Verdampfer (40) ebenfalls in diesen Kreislauf eingeschaltet bleibt,
    so daß der Sekundärverdampfer (50(E/C)) als Kondensator wirkt, der Wärme zur Atmosphäre ableitet, wodurch die Wärme verminderbar ist, die vom Kondensator (38) der Kühleinheit an die durch die Einlaßöffnung (18) in den Trockenraum (10) rückgeführte Luft abgegeben wurde.
  3. 3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Kühleinheit ferner einen Hilfsverdampfer (50(E)) umfaßt, der der Atmosphäre ausgesetzt und so angeordnet ist,
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    daß der in der Offenstellung der ersten Klappe (46) nach außen geleitete Luftstrom ihn durchsetzt, und daß weitere Absperrorgane (78, 88, 98, 108) vorgesehen sind, die den Hilfsverdampfer (50(E)) parallel mit dem Sekundärverdampfer (50(E/C)) in den Kühlmittelkreislauf einschalten.
  4. 4. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    daß das Kühlmittel Freon 12 ist.
  5. 5. Anlage nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß sie ein Gehäuse (22) umfaßt, das die Kühleinheit enthält und dessen Innenraum in eine Mittelzelle (26) und zwei zueinander entgegengesetzte Endzeilen (24·, 28) unterteilt ist, wobei
    - das Gehäuse (22) dem Trockenraum (10) benachbart ist,
    - der Entfeuchtungs-Verdampfer (40) in der Mittelzelle (26) angeordnet ist und einen Teil der Auslaßöffnung (20) aus dem Trockenraum (10) verschließt,
    - eine Außenwandung der Mittelzelle (26) ein Fenster (42) aufweist, das entsprechend der Stellung der zweiten Klappe (44) mit der Atmosphäre verbindbar ist,
    - die mittlere Zelle (26) mit einer ersten Endzelle (24) durch den Hauptkondensator (38) in Verbindung steht,
    - das Gebläse (34) so angeordnet ist, daß es Luft aus der ersten Endzelle (24) ansaugt und sie durch die Einlaßöffnung (18) in den Trockenraum (10) leitet,
    - der Sekundärverdampfer (50(E/C)) in der zweiten Endzelle (28) liegt, die ein mit der Außenluft in Verbindung stehendes Fenster (48) aufweist,
    - die erste Klappe (46) in eine Stellung bewegbar ist, in der sie die zweite Endzelle (28) mit dem Bypass-Abschnitt (20*) der Auslaßöffnung (20) des Trockenraums (10) in Verbindung bringt, und
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    - die zweite Endzelle (28) über den Sekundärverdampfer (50(E/C)) mit einer Luftauslaßleitung (36) in Verbindung steht,
    - wobei der Sekundärverdampfer (5O(E/C)) ein Gebläse (52) aufweist, das Luft aus der zweiten Endzelle (28) saugt und durch den Sekundärverdampfer (5O(E/C)) in den Auslaßkanal (36) fördert.
  6. 6. Anlage nach Anspruch 3 und Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
    daß der Hilfsverdampfer (50(E)) ebenfalls in der zweiten Endzelle (28) liegt und ein ihm zugeordnetes Gebläse (54) aufweist, das Luft aus der zweiten Endzelle (28) saugt und sie durch den Hilfsverdampfer (50(E)) in den Auslaßkanal
    (36) fördert.
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