FI110029B - Puun kolmivaiheinen kuivausmenetelmä ja siinä tarvittava laitteisto - Google Patents

Description

110029

Puun kolmivaiheinen kuivausmenetelmä ja siinä tarvittava laitteisto

Keksintö käsittää uudentyyppisen puun kuivausmenetelmän sekä laitteiston sen toteuttamiseksi.

Nykyiset puun kuivausmenetelmät ja niihin liittyvät ongelmat ovat yleisesti tunnet-5 tuja. Suurimmat vaikeudet ovat olleet teollisuudelle: - puun kuivumisen hitaus - suuri energiankulutus - kuivaamisesta aiheutuneet virheet (tappio 2-3 mrd mk vuodessa) - vaikeasti kuivattavat puut, joita ovat massiivipuu, kokonaiset rungot, koivu, useat 10 jalopuut kuten tammi, pyökki sekä muut vastaavat tiheäsyiset puut.

Nykyisin yleisimmin käytetyt kuivausmenetelmät ovat - kamarikuivaus: Rimoitettu puutavara lämmitetään kuumailmapuhaltimilla. Höyry johdetaan ulos. Halkeilun estämiseksi käytetään vesihöyryä kuivauskaavan mukaan.

:·*: 15 - alipainekuivaus: Puutavara lastataan alipainekammioon, jonka paine pudotetaan • I · 0,2-0,6 bardin, jolloin veden höyrystymispiste laskee vastaavasti. Lämmitys tapah- • M * tuu kammion sisällä vesipatterein ja voimakkain tuulettimin. Puusta vapautunut • * . · · ·. höyry johdetaan ulos lauhduttimiin.

f”*; - pikakuivaus: Puutavara kuumennetaan yli 100 °C:een höyryllä, jota puhalletaan • * ... 20 suurella nopeudella puutavaran läpi. Höyryä johdetaan ulos kuivaustilasta hallitusti ‘ * ‘ kuivauskaavan mukaan. Ilmanpaine on normaali.

- RF-kuivaus: Puutavara asetetaan kahden metallilevyn väliin. Suurtaajuusenergia • · · * '· johdetaan metallilevyihin. Suurtaajuus saa puun vesimolekyylit liikkeeseen, josta • I · "... * aiheutuu kitkaa ja veden lämpeneminen ja höyrystyminen.

: .‘.25 - yhdistetty RF-kuumennus ja alipaine: Pienessä mittakaavassa tätä on kokeiltu Ka- • « · · .···. nadassa, Japanissa ja myös Suomessa. Tulokset ovat olleet hyvin lupaavia kuivaus-virheiden eliminoinnin suhteen. Kuivausaika on ollut myös erittäin lyhyt verrattuna ‘.:. ‘ muihin menetelmiin. Haittapuolena on kallis sähköenergia. RF-generaattori on hyö- ' · ’' · tysuhteeltaan huono, ainoastaan 50 %.

30 - Muitakin menetelmiä on, mutta niillä ei ole teollisuudessa käytännön merkitystä.

Puun kuivaamisessa törmätään moniin ongelmiin: - Kuivausvirheet. Jos vesi pääsee haihtumaan puun pinnalta liian nopeasti eikä puun sisällä ole painetta ajaa vettä pinnalle, syntyy gradientti-ilmiö ja puu halkeilee pin- 35 nasta. Se voi myös kieroutua. Sisähalkeamat syntyvät vastakkaisesta syystä, eli puun sisustaa kuumennetaan liikaa, vesi työntyy ulompiin kerroksiin ja puun sisus 110029 2 kuivuu liian nopeasti. Hartsien kiehuminen ja oksien irtoilu johtuvat liian korkeista lämpötiloista.

- Värivirheet. Jotkut puulajit, kuten esimerkiksi koivu, tummuvat helposti. Syynä voi olla liian korkea lämpötila, pitkä kuivausaika, hapettuminen yms.

5 - Pitkä kuivausaika. Tuore puu johtaa lämpöä hyvin. Sitä voi johtaa puun sisään hy vin ulkoapäin. Kun puu kuivuu, siitä tulee lämpöä voimakkaasti eristävä aine, joten tarvittavan lämmön johtaminen puun sisään ei enää onnistu. Ei ole voimaa, joka ajaisi vettä puusta ulos. Siksi kuivausaika tulee pitkäksi.

- Hukkaenergia. Kuivaamosta pääsee helposti karkuun lämpöenergiaa. Käytännössä 10 voidaan käyttää vain murto-osa energiasta veden ajamiseksi ulos puusta.

- Vaikeasti kuivattavat puut. Käytännössä on ollut miltei mahdotonta kuivata tunnetuilla menetelmillä kokonaisia puunrunkoja, joita hirsiteollisuus ja pylvästeollisuus käyttävät. Sama koskee tiettyjä puulajeja.

15 Keksinnön mukaisella menetelmällä ja siihen tarvittavalla laitteistolla voidaan poistaa tekniikan tasossa olevat epäkohdat.

• · * · • * · Keksinnön edut: • · · · # *. : - Kuivausvirheiden minimointi • · . · · ·. 20 - Tarpeellinen nopeus teolliseen mittakaavaan. Tarpeeksi suuri kuivauskapasiteetti.

-Pieni energiankulutus. Halvan energialähteen käyttömahdollisuus. Kalliimpaa ... t energiaa suhteessa vähän. Tehokas energian talteenotto: hukkanenergiaa vähän.

- Prosessin hallinta voidaan suorittaa tietokoneohjelmalla.

- Rakenteen pakettiratkaisut. Paketti toimitetaan kokonaisuutena tilaajalle rekkakul-' · ”25 jetuksena. Asennus tilaajan päässä jää vähäiseksi.

: Keksinnön perusideana on suorittaa puun kuivaus kolmessa peräkkäisessä vaihees- .···. sa.

:.:.:30 Vaihe 1: • “· Puumassa lämmitetään kiehuvalla vedellä alipainekammiossa haluttuun astemää rään, esimerkiksi 80-90 °C:een. Puussa olevan veden viskositeetti muuttuu siten, että se paineen vaikutuksesta tulee helposti ulos puusta. Kiehuva vesi luovuttaa tehokkaasti siihen sitoutunutta lämpöenergiaa puumassaan. Kiertävää vettä lämmite-35 tään jatkuvasti kiehumispisteeseen. Jäinen tai täysin tuore massiivipuu lämpenee kauttaaltaan mainittuun lämpötilaan parissa-kolmessa tunnissa.

110029 3

Vaihe 2:

Vesi pumpataan alipainekammiosta sitä ympäröivään säiliöön ja alipainekammioon imetään voimakas alipaine, esimerkiksi 0,05 bar. Puun sisään syntyy tähän verrattuna voimakas paine, joka ajaa puussa olevaa vapaata vettä ulos. Vesi höyrystyy ali-5 painekammiossa ja poistuu lauhduttimen kautta. Alipainekammion seinämät, joissa lämpötila on +100 °C, luovuttavat kammioon ja puutavaran pintaan höyrystymisessä menetetyn lämpömäärän. Puun kosteusprosentti putoaa tässä 2-vaiheessa voimakkaasti eli täysin tuoreesta alle 20 %:iin.

10 Vaihe 3:

Nyt puusta on tullut hyvä lämmöneriste. Siihen ei voi enää tehokkaasti ajaa sisään lämpöenergiaa, joka aiheuttaisi paine-eron puun sisä- ja ulkopuolen välillä ajaen vettä puusta ulos. Nyt kytketään RF-lämmitys päälle. Sillä voidaan stabiloida puun sisäinen lämpötila haluttuun tasoon. Näin voidaan säilyttää paine-ero, joka ajaa 15 puun solukkoon sitoutuneen veden ulos, ja päästään ilman kuivausvirheitä alle 8 % kosteuteen.

•»· · •: · Perusteet, joiden mukaan keksinnön idea toimii: /·.· Puussa oleva vesi ei lähde liikkeelle, ellei siihen kohdisteta liikkeelle panevaa voi-.*·. 20 maa. Käytettävissä ovat keskipakovoima ja paine-eroista johtuva voima. Muilla ....: voimilla lienee vain vähän merkitystä. Vesi sitoo runsaasti lämpöenergiaa höyrysty- .... essään, joten tämä energia on tarpeen järjestää. Mutta yksin lämpöenergia puun sisällä ilman paine-eroja on melko tehotonta. Puu on lämmin mutta ei kuivu muuta kuin sen mukaan, mitä pinnalta haihtuva vesi saa aikaan imuvoimaa eli paine-eroa.

"; ': 25 Kyseisessä menetelmässä pidetään paine-ero puun sisä- ja ulkopuolella mahdollisimman suurena, kun taas puun sisällä paine-eroja ei synny eikä näin ollen sisäisiä • jännityksiä eli gradientteja. Kyseisessä menetelmässä tuoreen puun pintahalkeile- » · · .···. minen estetään vesikylvyllä, ja samalla puun sisään ajetaan tarvittava lämpöenergia •. paine-eron aikaansaamiseksi, kun vaihe 2 alkaa. Tässä vaiheessa voimakas alipaine *:·*30 imee vettä puun pintaan ja vesi höyrystyy. Sama asia toisinpäin: puun sisäinen yli-• ’' paine työntää vettä ulos puusta hyvin nopeasti. Kun vapaa vesi on poistunut puusta melko vaivattomasti, täytyy prosessin jatkamiseksi siirtyä vaiheeseen 3, jossa huolehditaan samasta asiasta eli paine-eron säilyttämisestä. Lämpöenergiaa ei voida enää ajaa puun sisään ulkoapäin, koska puu on muuttunut eristeeksi. Siksi sitä aje-35 taan suoraan puun sisään RF-energialla. Se tunkeutuu sinne, missä kosteutta on ja aiheuttaa tarvittavan paineen puun soluihin sitoutuneen kosteuden ajamiseksi puun pinnalle höyrystettäväksi. Tällä menetelmällä voidaan täysin tuore, jopa jäinen tuk- 110029 4 kipuu, puhumattakaan muusta puutavarasta, kuivata muutamassa tunnissa puuse-pänkuivaksi suhteellisen virheettömästi.

Seuraavassa keksintöä kuvataan tarkemmin viittaamalla oheisiin kuvioihin.

5

Kuviossa 1 on esitetty lohkokaaviona keksinnön mukaisessa menetelmässä käytettävä laitteisto.

• · · ·

Claims (11)

1. Menetelmä puun kuivaamiseksi, jossa menetelmässä puuta kuivataan korotetussa lämpötilassa alipaineen sekä RF-energian avulla suljetussa kuivauskammiossa 5 (2), tunnettu siitä, että ennen alipainekuivausta puutavaran lämpötila nostetaan kuivauskammiossa (2) haluttuun tasoon käyttäen väliaineena kuumaa, edullisesti kiehuvaa vettä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että puun kuivaus 10 tapahtuu samassa kuivauskammiossa (2) kolmessa peräkkäisessä vaiheessa, jossa ensimmäisessä vaiheessa puun lämpötila nostetaan kuuman veden avulla haluttuun lämpötilaan ja toisessa vaiheessa vesi poistetaan kuivauskammiosta (2), kammioon järjestetään alipaine ja puuta lämmitetään kammiota lämmittämällä ja kolmannessa vaiheessa kammiossa (2) ylläpidetään alipaine ja puuta lämmitetään RF-energian 15 avulla.

:*·: 3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuivattava •: · puutavara lämmitetään kuumalla vedellä lämpötilaan luokkaa 80-90 °C. .-••.20

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuivauskam- ..,.: mioon (2) järjestettävä alipaine on luokkaa 0,05-0,1 bar.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että puutavaran lämmityksessä käytettyä vettä käytetään alipainekuivauksen aikana kuivauskammi-' · ': 25 on (2) lämmittämiseen.

5 110029

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että aloitettaessa . · ·. kuivaus RF-energialla puutavaran kosteusprosentti on luokkaa 20 %. ' ·: ·' 30

7. Puunkuivauslaitteisto (1), jossa laitteistossa on alipainekammio (2) puutavaran :alipaineella kuivaamista varten ja välineet RF-energian johtamiseksi (3) puutavaraan, tunnettu siitä, että laitteistossa on lisäksi välineet veden kuumentamiseksi (6) ja kuumennetun veden johtamiseksi (7, 8) alipainekammioon (2) ja sieltä pois.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen puunkuivauslaitteisto (1), tunnettu siitä, että mainitut välineet käsittävät vesisäiliön (8), joka on sijoitettu ympäröimään kuivaus-kammiota (2) kammion lämpötilan nostamiseksi kuumennetun veden avulla. , 110029 o

9. Patenttivaatimuksen 7 mukainen puunkuivauslaitteisto (1), tunnettu siitä, että laitteistossa on ohjausjärjestelmä (10) kuivausprosessin ohjaamista varten.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen ohjausjärjestelmä (10), tunnettu siitä, että 5 ohjausjärjestelmässä (10) on tietokone ja tietokoneohjelma tai -ohjelmisto puun- kuivauslaitteiston (1) ohjaamista varten.

11. Patenttivaatimuksen 7 mukainen puunkuivauslaitteisto (1), tunnettu siitä, että laitteisto on sijoitettavissa helposti siirrettävään ja toimintakuntoon saatettavaan pa- 10 kettiin. • · « · 7 110029