DK157414B

DK157414B - Fremgangsmaade til toerring af traeprodukter ved opvarmning med mikroboelgeenergi

Info

Publication number: DK157414B
Application number: DK240282A
Authority: DK
Inventors: Nils Oskar Tore Loeoef
Original assignee: Loeoef Nils Oskar T
Priority date: 1980-10-15
Filing date: 1982-05-27
Publication date: 1990-01-02
Also published as: SE423931B; FI823660A0; SE8007239L; JPS57501542A; ES506231A0; DK240282A; EP0069742A1; JPH0310869B2; US4488361A; FI823660L; EP0069742B1; WO1982001411A1; DK157414C; CA1161246A; ES8207336A1; FI77320B; FI77320C

Description

DK 157414B

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til tørring af træprodukter ved opvarmning ved hjælp af mikrobølgeenergi i et lukket kammer, hvori der frembringes mikrobølgeenergi ved hjælp af et antal generatorer, hvorhos 5 luftens temperatur og fugtighedsindhold i kammeret styres, og tørringen gennemføres således, at en charge af produkter placeres i kammeret, og luftens fugtighedsindhold holdes først på et højt niveau og vandet fraskilles derefter successivt, når vandring af fugtighed 10 fra det indre af produkterne mod deres ydre flader påbegyndes som følge af den varme, der fremkaldes inde i produkterne af mikrobølgeenergien, og lufttemperaturen holdes på en værdi, der er noget under temperaturen af disse flader, idet den successivt forøges i takt med, 15 at overfladetemperaturen stiger.

Den ældste og stadig dominerende metode til tørring af tømmer og andre træprodukter består i at placere produkterne i et kammer, hvorigennem opvarmet luft passerer kontinuerligt. Den varme luft strømmer forbi 20 yderfladerne af produkterne og absorberer herfra fugtighed, der derefter forlader kammeret sammen med luften. Metoden kan således betegnes som en kontinuerlig proces i et åbent kredsløb.

Træprodukterne tørres ved varmeledning på den 25 måde, at overfladelaget tørres først, hvilket bevirker en krympning, en reduktion af afstanden mellem træfibrene, og dermed en tilsvarende begrænsning af de passager, hvorigennem fugtigheden kan vandre udefter, så at tørreprocessen skrider frem med stadig lavere has-30 tighed mod midten af hvert produkt. Overfladekrympningen sker i forskellig grad i forskellige arter af træ, og i mange tilfælde ledsages den af revner i overfladelagene. Af denne årsag kan nogle træsorter ikke tørres ved kunstig luftcirkulation. I stedet må tørringen fo-35 regå gennem en meget lang tidsperiode, i ekstreme tilfælde flere år.

DK 157414B

2

En fremgangsmåde af førstnævnte art kendes fra US PS 3 721 013, hvor det for tørring bestemte tømmer oplægges mellem lag af elektrodeplader, og den fra træet uddrevne fugt bortledes gennem en ventilationsåbning 5 sammen med den varme luft. Tørreprocessens varighed er her væsentlig nedsat ved, at fugten tvinges til at vandre fra produkternes midte til deres overfladelag, idet det ved styring af fugtigheden og temperaturen af luften i kammeret er muligt at styre tørringen, således 10 at overfladelagene i produkterne hindres i at blive tørret først, hvilket kunne bevirke revner.

Når der ses bort fra randeffekter, der i denne forbindelse er helt ubetydelige, gælder, at det nyttige elektriske felt kun forefindes i rummet mellem elektro-15 depladerne. Dette betyder, at anvendeligheden af metoden af praktiske og økonomiske årsager er begrænset til genstande, hvis form er egnet til højfrekvenstørring, og hvis dimensioner er relativt små. En yderligere ulempe er, at der praktisk talt ikke kan tillades nogen 20 variationer af tværsnitsarealet af produkterne, eftersom disse ellers ikke bliver tørret ensartet og kan være udsat for skader ved revner eller som følge af overopvarmning. Det er derfor vanskeligt at styre en sådan tørreproces, og det er klart, at den ikke kan anvendes 25 til tørring af træstammer og andre træemner, der ikke egner sig til anbringelse mellem lag af elektrodepla der.

Med opfindelsen tilsigtes der tilvejebragt en fremgangsmåde til tørring af træprodukter uden oven-30 nævnte ulemper og begrænsninger.

Dette opnås ved, at den indledningsvis nævnte fremgangsmåde er ejendommelig ved, at luftmængden i kammeret recirkuleres og affugtes, og at mikrobølgefeltet bringes til i det væsentlige homogent at dække hele 35 kammerets volumen, hvorhos kammerets vægge er gjort reflekterende over for mikrobølgeenergi.

DK 157414 B

3

Ved at hele kammerets volumen stort set dækkes homogent af mikrobølgefeltet opnås dels en ukompliceret anbringelse i kammeret af endog irregulære træemner, dels en skånsom tørring af emner med varierende tvær-5 snitsareal, idet man undgår punktopvarmning i inhomogene områder, navnlig af knaster.

Det er også et væsentligt træk ved opfindelsen, at kammeret er lukket, og at luften inden i dette recirkuleres. Dette forbedrer i væsentlig grad økonomi-10 en af processen, eftersom der principielt ikke tabes nogen varme til den omgivende atmosfære. Som det forklares i det følgende, er den eneste tilførsel til kammeret elektrisk mikrobølgeenergi, og den eneste afgang er vand, der er blevet opsuget fra produkterne af luf-15 ten inden i kammeret og derefter fjernet derfra.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen skal nu beskrives mere detaljeret.

Som det allerede er nævnt, placeres de træprodukter, der skal tørres, inden i et lukket kammer. I 20 kammerets indre fremkaldes der mikrobølgeenergifelter af en eller flere generatorer, der er monteret uden for kammeret, og som er forbundet ved hjælp af bølgeledere, der udmunder i kammeret. Det skal her bemærkes, at antallet af generatorer, dvs. primært hele energien, i 25 hvert enkelt tilfælde vælges med henblik på de faktiske omstændigheder, først og fremmest volumenet af kammeret og generatorernes driftsfrekvens. I nogle tilfælde kan det således være tilstrækkelig og bedst egnet kun at have én generator, f.eks. en magnetron, medens der i 30 andre tilfælde anvendes flere generatorer. I sidstnævnte tilfælde kan generatorerne arbejde med gensidigt forskellige frekvenser, idet der ved tillempning af i og for sig kendt filterteknik tilvejebringes tilstrækkelig beskyttelse mod, at magnetronerne forstyrrer 35 hinanden. Hvad angår valget af magnetronfrekvenser er det første hensyn, der må.tages, at de skal falde inden

DK 157414B

4 for de såkaldte ISM-bånd, som er de eneste bånd, der tillades til industrielle formål. Valg af de nøjagtige frekvenser inden for disse bånd styres derefter af faktiske driftsparametre, omfattende navnlig kammervolume-5 net, dimensionerne af træprodukterne, træsorten og fug-tighedsindholdet. Når fremgangsmåden ifølge opfindelsen derfor anvendes i praksis, er valget af frekvens generelt et kompromis mellem forskellige overvejelser, der kan pege i forskellige retninger. For imidlertid at 10 hindre træmaterialet i at tørre på en sådan måde, at det revner og bliver tilstoppet, før vandindholdet er fjernet derfra , er det nødvendigt, at varmefrembrin-gelsen koncentreres på vandet og ikke på træet.Dette betyder, at frekvensen ikke må være for tæt ved HF-15 området, eftersom den væsentlige energiabsorption da vil bevirkes af de resistive tab i træet, der er relativt uafhængige af fugtighedsindholdet. På den anden side begrænser anvendelsen af en for høj frekvens indtrængningsdybden, fordi man da nærmer sig til dipolre-20 laxationsfrekvensen for vand (omkring 20 GHz). Den praktiske øverste frekvensgrænse ligger omkring 10 GHz.

I denne forbindelse bemærkes det, at træet foruden vand også indeholder lignin, harpiks og andre substanser omfattende OH-grupper. Med et passende fre-25 kvensvalg vil den væsentligste varmefrembringelse forekomme i vandet, og den næststørste i de nævnte substanser, medens varmemængden, der absorberes i træet, vil være ubetydelig.

Det positive resultat af det faktum, at vandet 30 vil absorbere den største del af den tilførte mikrobølgeenergi, er ikke blot, at træet kun opvarmes ubetydeligt, men også at det opvarmede vand vil søge at vandre mod yderfladen af produktet, og at træets "porer" eller "kapillarer" på grund af den relativt lave temperatur 35 af træet vil blive holdt åbne, så at vandet kan passere. Derved undgås den tidligere nævnte krympning af

DK 157414 B

5 træets overflade og eventuel sprængning af træcellerne i overfladelagets materiale. En sådan sprængning bevirker ofte øjeblikkelig fremkaldelse af revner og fejl, men det sker også ofte, at resultatet er en op-5 bygning af indre spændinger, der beskadiger materialet, når produktet bearbejdes længe efter afslutningen af tørreprocessen. Selv om fugtigheden i de ydre lag også ifølge opfindelsen først vil forlade produkterne, fås derfor en formindsket varmefremkaldelse i disse lag, så 10 at den samlede varmeabsorption dér vil være mindre end i midterdelene. Eftersom træ er en dårlig varmeleder, sker der praktisk talt ingen varmeudligning på grund af ledning, eller sagt på en anden måde, der vil successivt opbygges en højere temperatur i midterdelene af 15 produkterne.

For at opnå at tørringen af produkterne begynder i deres midterområde og successivt bevæger sig til de ydre lag, er det som forklaret ovenfor nødvendigt at styre processen således, at omdannelsen af den elek-20 tromagnetiske energi til varmeenergi kan koncentreres til vandet i materialet. For at frembringe det ønskede tørringsforløb er det nødvendigt at styre klimaet inden i kammeret, dvs. fugtigheden og temperaturen af luften i kammeret.

25 Under de indledende trin af tørreprocessen hol des fugtighedsindholdet af luften højt, så at overfladelagene af produkterne ikke udtørres ved afgivelse af fugtighed til den omgivende luft.. For at opnå dette kan det være nødvendigt under de indledende trin at hæve 30 den relative fugtighed i luften ved at indføre vand i forstøvet form.

Hvad angår lufttemperaturen i kammeret, bemærkes det, at den skal holdes lavere end temperaturen inden i produkterne. På denne måde kan produkterne ikke modtage 35 varme fra luften, hvilket ville bevirke forhold, som modvirkede den ønskede fugt i ghedsv and ring udefter. Når

DK 157414B

6 mikrobølgeenergien absorberes af vandet og af de andre substanser, der udgør træmaterialet, vil lufttemperaturen naturligvis stige, men den skal altid holdes på en lavere værdi end overfladetemperaturen af produkterne.

5 Derved opretholdes inden i produkterne en temperaturgradient, hvorved fugtighedsvandringen lettes.

I den grad det er praktisk muligt, fremkaldes der fortrinsvis homogene tilstande i kammeret, såvel hvad angår temperaturen som fugtighedsindholdet i luf-10 ten, og hvad angår varmeabsorptionen inden i produkterne. Homogene lufttilstande kan opnås ved hjælp af ventilatorer, der bringer luften i kammeret til cirkulation og navnlig på effektiv måde fordeler forstøvet vand, der tilføres under indledningstrinet. Sådanne 15 ventilatorer kan også udføre en anden funktion, nemlig cirkulation af kammerets luft gennem et specielt rum, der indeholder en kondensator, hvorpå fugtigheden i luften kondenseres, hvorefter luften føres tilbage til selve tørrekammeret. Skillevæggen mellem kammeret og 20 affugtningsrummet består fortrinsvis af en perforeret aluminiumsplade, hvis åbninger er dimensioneret således, at væggen bliver uigennemtrængelig for mikrobølgeenergi, medens luft frit kan strømme derigennem.

I nogle anvendelser kan man også anvende metal-25 propeller, der forbedrer fordelingen af mikrobølgeenergien. Antallet af sådanne propeller og deres placering bestemmes i hvert enkelt tilfælde under hensyntagen bl.a. til antallet af magnetroner, formen af bølgelederne etc. Por yderligere at fremme en homogen absorp-30 tion af mikrobølgeenergi i produkterne kan man placere disse på et bord, der roterer langsomt, så at der ikke opstår nogen skyggevirkninger.

Anvendelsen af ventilatorerne og luftrecirkulationen tilvejebragt ved hjælp af ventilatorerne giver 35 et lavt energiforbrug og en bevarelse af den væsentligste del af varmeenergien, hvilket giver en god driftsøkonomi .

DK 157414 B

7

Andre fordele opnås ifølge en foretrukket udførelsesform for opfindelsen ved, at luften affugtes i et separat rum, der set fra et mikrobølgesynspunkt er isoleret fra kammeret, der indeholder træprodukterne, men 5 er i forbindelse med dette, hvad angår luftstrømningen.

En sådan fordel er elimineringen af vanskeligheden med montering af kendte temperatur- og fugtighedstransmit-tere på steder, hvor de er udsat for mikrobølgeenergi.

Der er imidlertid intet problem ved at installere så-10 danne transmittere inden i det separate rum, der indeholder kondensatoren. På den anden side skal man søge at montere dem med størst mulig afstand fra kondensatoren, hvorved de videregivne signaler vil repræsentere forholdene i tørrekammeret. Generelt er det muligt at 15 gennemføre nogle få eksperimenter til bestemmelse af de relevante korrektioner og derefter at kalibrere instrumentudstyret. Signalerne, der afgives af transmitterne, danner en direkte basis for styringen af luften og fugtigheden.

20 De kan imidlertid også indirekte give empiriske informationer, der kan anvendes til variation af den tilførte mikrobølgeenergi under gennemførelsen af tørreprocessen. En årsag til at en sådan variation kan være nødvendig er følgende. Efterhånden som fugtigheds-25 indholdet af produkterne aftager, dannes der inden i produkterne tørre hulrum, der kan bevirke multireso-nans-hulrumsvirkning, der vil søge at forøge feltintensiteten inden i materialet. Hvis træmaterialet ikke er homogent, f.eks. på grund af tilstedeværelsen af lokale 30 områder med højt harpiks indhold., kan opvarmningen være inhomogen. Ved successiv formindskelse af mikrobølgeenergitilførslen er det muligt at kompensere for denne virkning, så at feltintensiteten iiele tiden kan holdes på det optimale niveau.

35 I det foregående er det flere gange blevet un derstreget, at man ved gennemførelsen af fremgangsmåden

Claims

15 Som det fremgår af det ovenfor sagte, vil sådanne programmer generelt variere væsentligt fra hinanden, navnlig alle programmer vedrørende forskellige træsorter. 20 PATENTKRAV

1. Fremgangsmåde til tørring af træprodukter ved opvarmning ved hjælp af mikrobølgeenergi i et lukket kammer, hvori der frembringes mikrobølgeenergi ved hjælp af et antal generatorer, hvorhos luftens tempera-25 tur og fugtighedsindhold i kammeret styres, og tørringen gennemføres således, at en charge af produkter placeres i kammeret, og luftens fugtighedsindhold holdes først på et højt niveau og vandet fraskilles derefter successivt, når vandring af fugtighed fra det indre af 30 produkterne mod deres ydre flader påbegyndes som følge af den varme, der fremkaldes inde i produkterne af mikrobølgeenergien, og lufttemperaturen holdes på en værdi, der er noget under temperaturen af disse flader, idet den successivt forøges i takt med, at overflade-35 temperaturen stiger, kendetegnet ved, at luftmængden i kammeret recirkuleres og affugtes, og at DK 157414 B mikrobølgefeltet bringes til i det væsentlige homogent at dække hele kammerets volumen, hvorhos kammerets vægge er gjort reflekterende over for mikrobølgeenergi.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kende-5 tegnet ved, at luften af fugtes ved på i og for sig kendt måde at føres i kontakt med en kondensator.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at luften affugtes i et rum, der på i og for sig kendt måde er i strømningsforbindelse 10 med kammeret, men som er isoleret fra mikrobølger, f.eks. ved hjælp af en perforeret metalvæg.

4. Fremgangsmåde ifølge ethvert af de foregående krav, kendetegnet ved, at den tilførte mikrobølgeenergi reguleres i takt med, at tørreprocessen 15 skrider frem.

5. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at mikrobølgeenergien frembringes af generatorer, hvis arbejdsfrekvenser er i væsentlig grad forskellige fra hinanden.