FI110891B - Menetelmä ja laitteisto puumateriaalin kuivaamiseksi ja/tai lämpökäsittelemiseksi - Google Patents

Description

110891

Menetelmä ja laitteisto puumateriaalin kuivaamiseksi ja/tai lämpökäsittelemiseksi

Keksinnön kohteena on menetelmä puumateriaalin kuivaamiseksi 5 ja/tai lämpökäsittelemiseksi, jossa käsiteltävä puumateriaalierä sijoitetaan ympäristöstään rajattuun kuivaustilaan, johon johdetaan energiaa puumateriaalin kuivaamiseksi, ja jossa kuivaustilaan muodostetaan alipaine ja kuivaukseen käytettävä energia tuodaan kuivaustilaan suurtaajuusenergiana levymäisten tai muotoiltujen elektrodien avulla ja kosteuden laskettua lähelle loppukosteutta 10 alipaine poistetaan kuivaustilasta, jolloin loppukuivaus ja/tai lämpökäsittely tapahtuu kuumakuivauksena tai lämminilmakuivauksena, Keksinnön kohteena on edelleen laitteisto puumateriaalin kuivaamiseksi ja/tai lämpökäsittelemiseksi.

Puuteollisuudessa olennaisen tärkeä puumateriaalin kuivaus sopivaan tuotanto- ja valmistuskosteuteen sekä lämpökäsittely on yleensä ollut 15 pitkäaikainen prosessi. Puutavaran kuivaaminen on useissa tapauksissa kestänyt jopa viikkoja, joten kuivausprosessi on johtanut siihen, että on pyritty käsittelemään yhdellä kerralla jopa hyvinkin suuria puutavaramääriä. Suurten puutavaramäärien käsittely yhdellä kerralla johtaa suuriin puutavaravarastoihin, jotka sitovat puolestaan paljon pääomaa, ja puutavaran hankinnassa ei lisäksi 20 aina pystytä käyttämään kaikkia edullisia mahdollisuuksia, kuten esimerkiksi muuten sopivia, mutta määrältään pienehköjä puumateriaalieriä. Aiemmin V tunnetun tekniikan haittapuolena on lisäksi se, että kuivauksen yhteydessä kuivataan myös sellaista materiaalia, joka ei tule hyötykäyttöön. Kuivattavien puumateriaalimäärien ollessa suuria, myös tällaisen ei hyötykäyttöön tulevan ··: 25 kuivattavan materiaalin määrä muodostuu olennaisen suureksi.

Keksinnön tarkoituksena on saada aikaan menetelmä ja laitteisto, ·. joiden avulla aiemmin tunnetun tekniikan epäkohdat pystytään eliminoimaan.

Tähän on päästy keksinnön avulla. Keksinnön mukainen menetelmä on tunnettu siitä, että alipaineen poistamisen jälkeen kuivaustilan painetta nostetaan ylipai-, ‘ 30 neen puolelle veden höyrystymisen pienentämiseksi ja/tai lämpökäsittelyn ajak si. Keksinnön mukainen laitteisto on puolestaan tunnettu siitä, että laitteisto kä-• sittää toiset välineet ylipaineen kehittämiseksi kuivaustilaan. Käytössä olevan : alipainekuivaustekniikan haittana on se, että alhaisissa paineissa ei pystytä no peasti siirtämään haihdutukseen tarvittavaa energiaa kuivattavaan materiaa-; 35 Herään eikä etenkään puun sisäosiin. Tätä haittaa ei ole käytettäessä suurtaa juustekniikkaa.

2 110891

Keksinnön etuna on ennen kaikkea se, että kuivausprosessi nopeutuu olennaisella tavalla aiemmin tunnettuun tekniikkaan verrattuna. Asian selventämiseksi voidaan todeta, että keksinnön yhteydessä puhutaan kuivausajan kohdalla tunneista, kun aiemmin tunnetun tekniikan yhteydessä puhutaan 5 päivistä ja jopa viikoista. Nopea kuivausprosessi mahdollistaa puolestaan vähän pääomaa sitovan nopean raaka-ainekierron. Nopea raaka-ainekierto mahdollistaa lisäksi myös juuri oikeaan tarkoitukseen sopivan asiakaslähtöisen puutavaran hankkimisen. Nopea puutavaran kuivaus tuotantoon sopivina aihioina säästää myös kustannuksia, koska ainoastaan hyötykäyttöön tuleva puu kuiva-10 taan. Aihioina tapahtuvan kuivauksen edellytys on virheetön kuivaus ja se on keksinnön mukaisessa kuivauksessa osoittautunut helposti aikaansaatavaksi. Etua syntyy myös siitä, että keksintö mahdollistaa valmistettavien tuotteiden aihioiden valmistuksen ennen kuivausta. Keksinnön etuna on edelleen se, että kuivaustilan tilavuus saadaan olennaisesti pienemmäksi kuin perinteistä 15 tekniikkaa käytettäessä, jolloin samalla kustannukset alenevat aiemmin tunnettuun tekniikkaan verrattuna.

Keksintöä ryhdytään selvittämään tarkemmin seuraavassa oheisen piirustuksen avulla, jolloin kuvio 1 esittää periaatteellisena sivukuvantoa keksinnön mukaista 20 laitteistoa, kuvio 2 esittää periaatteellisena kuvantona keksinnön mukaisen »» · : laitteiston erästä edullista elektrodijärjestelyä, » kuvio 3 esittää keksinnön mukaisen laitteiston elektrodin reunan , t; j · erästä edullista sovellutusmuotoa ja ·.···: 25 kuvio 4 esittää keksinnön mukaisen laitteiston elektrodin kulman erästä edullista sovellutusmuotoa.

Kuviossa 1 on esitetty periaatteellisesti keksinnön mukainen laitteisto. Kuvion 1 esimerkissä ympäristöstään rajattu kuivaustila on merkitty viite-_ ; numerolla 1 ja käsiteltävänä oleva puumateriaalierä vastaavasti viitenumerolla 2.

'. .* 30 Käsiteltävänä oleva puumateriaalierä 2 voi olla esimerkiksi laudasta muodostuva ;·’ erä tai se voi olla esimerkiksi ennen kuivausvaihetta valmistetuista aihioista tai ,’· esivalmisteista muodostuva erä, jolloin kaikissa kappaleissa on riittävä työvara : ·: tuotteen komponenttien valmistamiseen. Aihiot tai esivalmisteet voidaan edul- ’.e lisesti latoa kuivauskaan niin, että yhdessä erässä kaikki aihiot tai esivalmisteet 35 ovat samanlaisia tai niin, että yhdessä erässä kaikkia tuotteen valmistamiseen * · 1 tarvittavia aihioita tai esivalmisteita on esimerkiksi kymmenen tuotteen 3 110891 valmistamiseen tarvittava määrä. Käsiteltävä puumateriaalierä 2 voidaan sovittaa kuivaustilan sisään sopivan avattavan täyttöaukon kautta. Täyttöaukko voidaan muodostaa esimerkiksi niin, että kuivaustilan toinen pääty muodostetaan avattavaksi osaksi. Täyttöaukkoa ei ole esitetty kuviossa 1.

5 Edellä mainitut aihiot tai esivalmisteet voivat olla muotoon sahattuja, esimerkiksi kaarevia tuolin takajalkojen aihioita tai muita vastaavia muotokappaleita. Aihiot tai komponentit valmistetaan tuoreesta tai puun syiden kylläs-tymispisteen alle esikuivatetusta tai kuivuneesta puusta. Kuten edellä on todettu, käsiteltävä puumateriaalierä voi kuitenkin muodostua myös esimerkiksi 10 lautatavarasta jne. Käsiteltävä puumateriaalierä 2 kadotaan kuivaustilan 1 sisään ilman rakoja tai perinteiseen kuivauskuormaan verrattuna vain pieniä rakoja käyttäen.

Keksinnön olennaisen ajatuksen mukaisesti kuivaustilaan 1 muodostetaan alipaine ja kuivaukseen käytettävä energia tuodaan kuivaustilaan 15 suurtaajuusenergiana. Kosteuden laskettua lähelle loppukosteutta alipaine poistetaan kuivaustilasta 1, jolloin loppukuivaus ja/tai lämpökäsittely tapahtuu kuumakuivauksena. Alipaineen poistamisen jälkeen kuivaustilan 1 painetta voidaan lisäksi nostaa ylipaineen puolelle veden höyrystymisen pienentämiseksi ja/tai puumateriaalierän lämpökäsittelyn ajaksi.

20 Alipaine kuivaustilaan 1 muodostetaan alipainepumpun 3 avulla.

Viitenumerolla 4 on esitetty säätöventtiili, jota voidaan ohjata esimerkiksi automatiikan avulla. Viitenumeron 5 avulla on puolestaan merkitty lauhdutin. Suurtaajuusenergia kehitetään levymäisten tai sopivasti muotoiltujen elektrodien j* 6, 7 ja suurtaajuusgeneraattorin 8 avulla. Elektrodit 6, 7 sovitetaan käsiteltävänä ·: 25 olevan puumateriaalierän vastakkaisille puolille. Alipaineen poisto kuivaustilasta : toteutetaan kuormitetun takaiskuventtiilin 9 avulla. Takaiskuventtiilin 9 yhtey- dessä voi lisäksi olla säätöventtiili 10, jota voidaan ohjata samoin kuin venttiiliä 4. Korkeamman ylipaineen kehittämiseksi laitteisto voi olla varustettu ylipaine- : pumpulla 11, jonka yhteydessä kuvion esimerkissä on myös säätöventtiili 12, • * · !. / 30 jota voidaan ohjata samoin kuin venttiilejä 4 ja 9.

Kuvion 1 mukainen laitteisto toimii periaatteessa seuraavalla tavalla. •. ’ > · Käsiteltävä puumateriaalierä sijoitetaan kuivaustilaan 1, kuivaustila suljetaan ja siinne kehitetään alipaine alipainepumpun 3 avulla. Puumateriaalierän kuivatus . tapahtuu kehittämällä suurtaajuusenergiaa suurtaajuusgeneraattorilla 8 ja 35 siirtämällä se kuivaustilaan elektrodien 6, 7 avulla. Koska kuivaustilassa 1 on ’ : alipaine niin puumateriaerästä poistuva vesi kiehuu normaalia veden kiehu- 4 110891 mispistettä alhaisemmassa lämpötilassa. Veden höyrystymiseen tarvittava energia viedään elektrodien 6, 7 avulla puun vettä sisältäviin kohtiin, jolloin vesi höyrystyy ja työntyy höyrynä ulos käsiteltävästä puumateriaalista. Puumateriaalista poistunut kosteus johdetaan ulos kuivaustilasta sopivalla tavalla, 5 esimerkiksi kondensoitumisen jälkeen vetenä kuivaustilan alaosaan sovitetun poistoyhteen tai vastaavan kautta.

Kun kuivauksessa on päästy lähelle loppukosteutta pysäytetään aluksi alipainepumppu 3 ja suljetaan lauhdutin 5. Paineen noustua kuivaus-tilassa suljetaan venttiili 4 ja avataan venttiili 10 ja siirrytään kuumakuivaukseen. 10 Säätämällä takaiskuventtiilin kuormaa voidaan käyttää myös normaalia ilmanpainetta korkeampaa painetta kuivaustilassa 1 ja hidastaa näin veden höyrystymistä. Mikäli tarvitaan korkeata ylipainetta, niin silloin käytetään ylipaine-pumppua. Laitteiston rakenteissa on tällöin luonnollisesti huomioitava ko. ylipaine. Kuumakuivausvaihe voi olla prosessissa myös vain tasaannu- tusvaihe. 15 Laitteistoa voidaan käyttää myös puutavaran lämpökäsittelyyn yhdistettynä kuivaukseen. Koska laitteisto on tehty ylipaineen kestäväksi kuten edellä on todettu niin laitteistoa voidaan kuivauksen jälkeen käyttää kuivauksen jälkeen tapahtuvaan puutavaran lämpökäsittelyyn, joka voidaan suorittaa normaalipaineessa tai ylipaineisessa tilassa.

20 Loppukosteuden tasaaminen voi tapahtua eri tavoin sopivan kui- vauskaavan avulla. Kuivauskaavoina voidaan käyttää esimerkiksi seuraavia tapoja. Kuivaus suoritetaan aluksi alipainekuivauksena suurtaajuuskentän avulla paineessa 0,01 - 0,3 bar. Kun on saavutettu lähes tavoitekosteus nostetaan ;;· paine kuivaustilassa 0,6 - 1,0 bariin, ja jatketaan loppuun. Loppupuolella voi- ··; 25 daan paine nostaa myös yhdessä tai useammassa portaassa 1,0 bariin.

Korkeammat paineet ja niissä vallitsevat korkeammat lämpötilat parantavat suurtaajuuskentän tasaisuutta ja hidastavat loppuvaiheen kuivumista, jotka tekijät tasaavat loppukosteutta. Paine voidaan lisäksi nostaa kuivaustilassa 1 : myös ylipaineeseen, joka nopeuttaa tasaantumista loppukuivauksen aikana.

L.‘ 30 Kuvion 1 mukaisessa sovellutusesimerkissä on käytetty elektrodeja 6, 7, joiden koko vastaa käsiteltävän puumateriaalierän dimensioita. Käsitel-tävän materiaalierän kokoisilla elektrodeilla ei kuitenkaan aina päästä tasaiseen * suurtaajuuskenttään. Näin ollen keksinnön yhteydessä on edullista tietyissä tilanteissa käyttää elektrodeja, joiden koko on joka suuntaan suurempi kuin 35 käsiteltävän materiaalierän 2 koko. Tällainen ratkaisu on esitetty periaatteel- : lisesti kuviossa 2. Elektrodit 6, 7 voivat olla joka suuntaan esimerkiksi 50 - 200 5 110891 mm suurempia kuin käsiteltävän materiaalierän koko. Elektrodit voivat lisäksi olla myös pienempiä kuin käsiteltävän materiaalierän koko.

Elektrodeja 6, 7 voidaan myös muotoilla sopivin tavoin edullisen lopputuloksen aikaansaamiseksi. Elektrodien kulmat ja/tai reunat voidaan tai-5 vuttaa ulospäin, ts. käsiteltävästä puumateriaalierästä 2 poispäin, kuten kuviossa 3 on esitetty. Elektrodien kulmat voidaan myös pyöristää kuten kuviossa 4 on esitetty. Em. yksityiskohdat voidaan luonnollisesti tarvittaessa myös yhdistää samaan konstruktioon.

Keksintö soveltuu myös erityisen hyvin pyöreän puutavaran 10 kuivaukseen niin, että saadaan virheetön kuivaustulos. Pyöreät puutavara-elementit, ts. pölkyt, purilaat, tukit tai muut pyöreät aihiot ladotaan tällöin elektrodien 6, 7 väliin kohtisuoraan elektrodeihin nähden tai elektrodien kanssa samansuuntaisina.

Nopean kuivumisen takia ohjaus ja erityisesti kuivauksen lopetus 15 oikeassa kuivausasteessa on ollut vaikeata, koska mikään puun kosteusmittaus ei ole mahdollista suurtaajuuskentässä. Keksinnön mukaista menetelmää voidaan ohjata seuraavin perustein. Puun suurtaajuuskentän häviökerroin ja siis tehon kulutus riippuu puulajista, puun kosteudesta, puun syiden suunnasta ja puun määrästä. Kuivaamon käyntiinajossa mitataan tietyillä puutavaramäärillä ja 20 tietyillä kosteuksilla suurtaajuusgeneraattorin anodi- ja hilavirtojen arvot tietyllä alipaineella ja lämpötilalla kummallakin syysuunnalla sekä tarpeellisilla elektrodivaihtoehdoilla. Kun kuivauksissa tunnetaan puutavaramäärä, syiden suunta ja todetaan tietyllä alipaineessa ja lämpötilassa anodi- ja hilavirrat ;l* tiedetään myös kosteus. Laitteiston automatiikka laskee sitten poistettavan :**: 25 vesimäärän ja kuivauksen lopetusajan em. tietojen perusteella ja ohjaa myös ' · ‘: kuivausta niin, ettei ylivirtaa ja läpilyöntiä tapahdu.

» . ;*. Keksinnön yhteydessä voidaan myös käyttää vaihdettavia elektrodeja, joita vaihdetaan käsiteltävän puutavaraerän mittojen mukaan. Elek-. . trodeja voidaan edelleen vaihtaa kuivausprosessin aikana esimerkiksi kes- 30 keyttämällä kuivaus käsin tai automaattisesti niin, että kuivausprosessi ei ’f; · ’ keskeydy. Kuivausprosessin keskeytyminen elektrodien vaihdon aikana voidaan estää esimerkiksi kuivaustilassa 1 vallitsevaa painetta muuttamalla. Kuivat-; ·: tavaan materiaaliin jätetyn kosteuden lopputasaamiseen voidaan myös käyttää kuivauskammiota, johon aikaansaadaan kosteuden tasaantumisen kannalta 35 optimaaliset olosuhteet. Em. kosteuden lopputasaamiseen voidaan käyttää 6 110891 myös erillistä lopputasauskammiota, johon käsiteltävä puumateriaalierä 2 siirretään prosessin tietyssä vaiheessa.

Edellä esitettyjä sovellutusesimerkkejä ei ole mitenkään tarkoitettu rajoittamaan keksintöä, vaan keksintöä voidaan muunnella täysin vapaasti 5 patenttivaatimusten puitteissa. Keksinnön mukaisen laitteiston tai sen yksityiskohtien ei esimerkiksi välttämättä tarvitse olla juuri sellaisia kuin kuvioissa on esitetty, vaan muunlaisetkin ratkaisut ovat mahdollisia jne.

* · « < t» • t * • I * • · • · * » • · 1 » t » t

Claims (14)

1. Menetelmä puumateriaalin kuivaamiseksi ja/tai lämpökäsittelemi-seksi, jossa käsiteltävä puumateriaalierä (2) sijoitetaan ympäristöstään rajattuun kuivaustilaan (1), johon johdetaan energiaa puumateriaalin kuivaamiseksi, ja 5 jossa kuivaustilaan (1 ) muodostetaan alipaine ja kuivaukseen käytettävä energia tuodaan kuivaustilaan (1) suurtaajuusenergiana levymäisten tai muotoiltujen elektrodien (6,7) avulla ja kosteuden laskettua lähelle loppukosteutta alipaine poistetaan kuivaustilasta (1), jolloin loppukuivaus ja/tai lämpökäsittely tapahtuu kuumakuivauksena tai lämminilmakuivauksena, tunnettu siitä, että 10 alipaineen poistamisen jälkeen kuivaustilan (1) painetta nostetaan ylipaineen puolelle veden höyrystymisen pienentämiseksi ja/tai lämpökäsittelyn ajaksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että alipainetta poistetaan kuivaustilasta (1) portaittain kuivauskaavan mukaisesti.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuivaus tehdään aluksi paineessa 0,01 - 0,3 bar ja kosteuden saavutettua lähes loppukosteuden tason painetta nostetaan 0,6 -1,0 bariin.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että paine nostetaan yhdessä portaassa 1,0 bariin.

5. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että paine nostetaan useassa portaassa 1,0 bariin.

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, :. jossa käsiteltävä puutavaraerä muodostuu pyöreästä puutavarasta, tunnettu siitä, että pyöreät puutavaraelementit ladotaan elektrodien (6,7) väliin kohtisuo- • 25 raan elektrodeihin nähden tai elektrodien kanssa samansuuntaisina. * * ·

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että aluksi mitataan tietyillä puumateriaalimäärillä ja tietyillä kosteuksilla elektro- » » · ‘ deihin (6, 7) yhdistetyn suurtaajuusgeneraattorin (8) anodi- ja hilavirtojen arvot tietyllä alipaineella ja lämpötilalla kummallakin puun syysuunnalla sekä tarvit-*· 30 tavilla elektrodivaihtoehdoilla ja määritetään kosteus em. tietojen pohjalta sekä lasketaan poistettava vesimäärä ja kuivauksen lopetusaika ja ohjataan kuivaus-. · ] : ta em. tietojen pohjalta niin, että ylivirtaa ja läpilyöntiä ei tapahdu.

7 110891

8. Laitteisto puumateriaalin kuivaamiseksi ja/tai lämpökäsittelemisek- si, jossa käsiteltävä puumateriaalierä (2) on sovitettu sijoitettavaksi ympäristös-35 tään rajattuun kuivaustilaan (1), johon on sovitettu johdettavaksi energiaa puu-: materiaalin kuivaamiseksi, ja joka laitteisto käsittää ensimmäiset välineet (3, 4) 110891 alipaineen muodostamiseksi kuivaustilaan (1) ja toiset välineet (9,10) alipaineen poistamiseksi kuivaustilasta (1) ja käsiteltävän puumateriaalierän (2) vastakkaisille puolille sovitettavat levymäiset tai muotoillut elektrodit (6, 7), jotka on sovitettu syöttämään suurtaajuusenergiaa puumateriaaliin, tunnettu siitä, että 5 laitteisto käsittää toiset välineet (11, 12) ylipaineen kehittämiseksi kuivaustilaan (1).

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että elektrodien (6,7) koko on joka suuntaan suurempi kuin käsiteltävän puumateriaalierän (2) koko.

10. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että elektrodien (6, 7) koko on joka suuntaan pienempi kuin käsiteltävän puumateriaalierän (2) koko.

11. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 8-10 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että elektrodien (6,7) kulmat ja/tai reunat on taivutettu pois- 15 päin käsiteltävästä puumateriaalierästä (2).

12. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 8-11 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että elektrodien (6, 7) kulmat on pyöristetty.

13. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 8-12 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että elektrodit (6, 7) on sovitettu vaihdettaviksi elementeiksi 20 käsiteltävän puumateriaalierän (2) mittojen mukaan.

14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, •' 1 että elektrodit (6, 7) on sovitettu vaihdettavaksi prosessin aikana. I · • » » 9 110891