FI117520B

FI117520B - Menetelmä puun käsittelemiseksi ja kuivaamiseksi

Info

Publication number: FI117520B
Application number: FI20010244A
Authority: FI
Inventors: Ari Hottinen; Pekka Hottinen
Original assignee: Arboreo Technologies Ltd Oy
Priority date: 2001-02-09
Filing date: 2001-02-09
Publication date: 2006-11-15
Also published as: NO20033498L; NZ528033A; EE04570B1; EE200300380A; NO20033498D0; BR0207368B1; US6857201B2; ZA200306805B; BR0207368A; US20040025367A1; FI20010244A; CN1500196A; FI20010244A0; JP2004522623A; WO2002065040A1; EA004615B1; KR20040005873A; EA200300863A1; CA2437804A1; AU2002231836B2

Description

117520

MENETELMÄ PUUN KÄSITTELEMISEKSI JA KUIVAAMISEKSI

Keksinnön kohteena on menetelmä puun käsittelemiseksi ja kuivaamiseksi, jossa menetelmässä puuta lämmitetään ja puristetaan vakiopaineella kosteutta läpäisevien puristinkappaleiden välissä, kosteassa höyryatmosfäärissä.

5 Perinteisesti rakentamisessa ja huonekaluteollisuudessa käytettävää puutavaraa on kuivattu kuivaajassa. Tällöin puun kuivumiseen kuluu suhteellisen paljon aikaa.

Riittävän alhaisen kosteusprosentin saavuttamiseksi puutavaraa on pidettävä perinteisellä tavalla toimivassa kuivaajassa useita viikkoja. Puun kuivaamiseksi tätä nopeammin tunnetaan nykyisin menetelmä, jossa kosteaa puuta lämmitetään ja puris-10 telaan kaasuja läpäisevien puristinpintojen välissä. Puun puristusvaiheen aikana puristinkappaleiden ja niiden välissä olevaa puutavaraa ympäröivään ilmaan muodostetaan kostea höyryatmosfääri, jossa ilman kosteus on yli 100 %. Tällä menetelmällä tuoreesta puusta saadaan yhden vuorokauden kestävällä käsittelyllä puuse-pänkuivaa puutavaraa, jonka kosteus on alle 8 %. Puristamisesta johtuen myös puun 15 tiheys kasvaa, jolloin puun lujuus ja kovuus suurenevat. Esim. kuusen, männyn ja koivun kovuus saadaan tammen veroiseksi ja taivutuslujuus kaksinkertaistuu. Täi- . r laista puun käsittelyprosessia säädellään kosteuden, lämmön ja puristuspaineen avulla. Näin aikaansaatavaa kovapuuta käytetään mm. sisärakentamiseen, mutta erikoiskäsittelyllä on mahdollista valmistaa myös rakennusten ulkopuolisiin kohteisiin 20 sopivaa kosteuden kestävää kovapuuta.

... Nykyisillä puristusmenetelmillä saadaan aikaan sinänsä laadukasta ja moneen käyt- tökohteeseen sopivaa nopeasti kuivattua eri tavoin puristettua puutavaraa. On kui- • · » •":t tenkin olemassa paljon käyttökohteita, joihin halutaan ominaisuuksiltaan lähempänä " normaalin puristamattoman puutavaran ominaisuuksia olevaa puutavaraa. Tällöin 25 puun tiheyden kasvattaminen ei ole sinänsä käsittelyn päätarkoituksena, vaan tär-keintä on puun saaminen kuivaksi. Puun käsittely tällä tavoin onnistuu myös nykyi-seilä puristusmenetelmällä. Nykyisin tunnetulla menetelmällä puristamalla ja lämmittämällä tapahtuvaan kuivaamiseen kuluu kuitenkin suhteellisen paljon energiaa, koska siinä höyryatmosfäärin tuottamiseen höyrystetään koko ajan prosessin ulko- .·*·, 30 puolelta tuotavaa oleellisesti kiehumispistettä kylmempää vettä.

* · * * :y.: Keksinnön tarkoituksena on aikaansaada menetelmä puun kuivaamiseksi ja käsitte- :***: lemiseksi, jossa tarvittava energiamäärä on aikaisempaa pienempi. Erityisesti kek- .j. sinnön tarkoituksena on saada aikaan menetelmä, jossa puun kuivauskäsittelyn ai- *;],* kana ei tarvita prosessin ulkopuolta tuodusta vedestä muodostettua höyryä. Lisäksi • · *···* 35 keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin menetelmä, johon tarvittavat laitteistot ovat 2 117520 aikaisempia vastaavien tuotteiden aikaansaamiseen tarvittavia laitteistoja yksinkertaisempia.

Keksinnön tarkoitus saavutetaan menetelmällä, jolle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksissa.

5 Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, että pääasiassa ennen puristuksen aloittamista puu lämmitetään oleellisesti veden kiehumispistettä korkeampaan lämpötilaan ja tämän jälkeen puuta puristetaan, jolloin puusta poistuva vesi höyrystyy ja muodostaa puun ympärille puristamisvaiheessa tarvittavan höyryatmo-sfäärin. Tällä tavoin höyryatmosfäärin muodostamiseen ei tarvita erikseen prosessin 10 ulkopuolelta tuodusta vedestä valmistettua höyryä, vaan höyryatmosfäärin muodostamiseen tarvittava höyry syntyy puusta poistuvasta kosteudesta. Koska puun sisällä ollut kosteus on jo valmiiksi lämpötilaltaan lähellä veden kiehumispistettä, riittää höyryn muodostamiseen huomattavasti aikaisempaa pienempi energiamäärä. Näin myös menetelmän käyttökustannukset pienenevät. Lisäksi menetelmän mukai-15 sesta laitteistosta saadaan aikaisempia vastaavia laitteistoja yksinkertaisempi ja edullisempi, koska siinä ei tarvita erillisiä höyrystyslaitteita prosessin ulkopuolelta tuotavan veden höyrystämiseen.

Keksinnön edullisessa sovelluksessa puun lämpötila nostetaan niin nopeasti, että puussa oleva kosteus ei ehdi oleellisesti haihtua ennen puun lämpötilan nousua ve-20 den kiehumispisteen yläpuolelle. Tällä tavoin suurin osa puussa olevasta kosteu-... desta saadaan höyrystettyä oikea-aikaisesti puun puristusvaiheessa. Näin varmiste- taan riittävä höyrymäärä halkeilun suhteen kriittisimmässä vaiheessa suhteellisen ♦ ·* •y:4 yksinkertaisesti ja edullisesti.

• « · • · · • *

Keksinnön toisessa edullisessa sovelluksessa puuta puristetaan puristamisvaiheessa ««« 25 2-6 % ja puristamisvaihe kestää n. 15-60 minuuttia. Tällä tavoin puusta saadaan .···. poistumaan enin kosteus sekä näin saadaan varmistettua puutavaran suoruus kuiten kaan puun luonnollisia ominaisuuksia merkittävästi muuttamatta. Lisäksi tällöin puristusvaiheessa kuluu suhteellisen vähän aikaa, jolloin päästään nopeasti ja edulli- ,,,* sesti varsinaiseen puun kuivausvaiheescen.

« « «*· : 30 Keksinnön kolmannessa edullisessa sovelluksessa puristusvaiheen jälkeen puuta pi-» ** * detään puristinkappalciden välissä sopivan puristuspaineen avulla suorana sekä • * *V lämpötila nostetaan asteittain riittävän korkeaksi puun kuivaamista varten. Tällä ta- ·«« v : voin kuivausvaiheen alussa, lämpötilan nostoon liittyvä halkeamisriski saadaan mi- * » · • * • * '3 1 1 7520 nimoitua ja puun lämpötila saadaan nousemaan tasaisesti haluttuun kuivausvaiheen edellyttämään lämpötilaan.

Keksinnön neljännessä edullisessa sovelluksessa kuivaamisvaihe kestää niin kauan, että puun sisäosien lämpötila on saavuttanut ulkopinnan lämpötilaa vastaavan läm-5 pötilan. Tällöin varmistutaan siitä, että myös puun sisäosissa oleva kosteus on ainakin suurimaksi osaksi haihtunut, jolloin puu on myös sisäosiltaan huomattavasti alkuperäistä kuivempaa. Lisäksi tällöin puu voidaan kuivausvaihetta seuraavassa jäähdytys vaiheessa helpommin myös jäähdyttää tasaisesti, jolloin puuhun ei jää sisäisiä lämpötilaeroja ja jännityksiä, jolloin valmis, kuivattu puutavara säilyttää hy-10 vin muotonsa myös jäähdytyksen jälkeisissä varastointi ja käyttövaiheissa.

Seuraavassa keksintöä selostetaan tarkemmin viittaamalla oheiseen piirustukseen, jossa on esitetty prosessikaavio eräästä keksinnön mukaisen menetelmän mukaisesta puun käsittely-ja kuivausprosessista.

Kuvassa 1 esitetyn kaavion mukaisessa prosessissa puutavaran käsittelyyn käyte-15 tään sinänsä tunnettua puutavaran puristamiseen ja kuivaamiseen soveltuvaa puun käsittelylaitteistoa. Siihen kuuluu kammion sisään sijoitetuilla hydraulisesti toimivilla puristimilla varustettu monikerrospuristin, jossa on toistensa suhteen liikutettavia tasoja, joiden väliin puristettava puutavara asetetaan. Tasot ovat onttoja kote-lomaisia rakenteita ja niihin muodostettujen kanavamaisten sisäosien läpi voidaan 20 kierrättää kuumaa ilmaa ja höyryä. Puutavara asetetaan tasojen väliin siten, että j alimmaksi ja ylimmäksi tulee aina tasot sekä niiden välille vuorotellen tasoja ja kä- • · * · ·*"* siteltävää puutavaraa. Näin ollen kahden puutavarakerroksen välissä on aina ilmaa « · * ja/tai kosteutta puutavaran pinnoille johtava taso. Käytettävien tasojen lukumäärä . ' voi vaihdella mm. laitteiston koosta ja puutavaran paksuudesta riippuen. Tavaili- • · · 25 sesti tasoja on 25-35 kappaletta. Hydrauliset puristimet voivat olla tasojen molem-millä puolilla tai vain toisella puolella. Näin ollen laitteistolla voidaan samalla :]**: kuumentaa ja puristaa kammion sisälle tasojen väliin aseteltua puutavaraa.

. Kuvan 1 mukaisen kaavion mukaista kuivausmenetelmää käytettäessä käsiteltävä «···* puutavara voi olla mitä tahansa edellä selostetulla laitteistolla käsiteltäväksi sopivaa • · ·*·* 30 tuoretta puutavaraa. Se ladotaan kosteutta läpäisevien puristinkappaleiden väliin si- ten, että jokaisen kahden puukappaleen välissä on yksi kosteutta läpäisevä puristin- ;·**. kappale. Tämän jälkeen puristinkappaleet ja puutavara asetetaan käsittelylaitteis-♦ * * toon kuuluvan puristinlaitteen leukojen väliin. Seuraavaksi puristinleuat puristetaan • · · ’ nipun päällimmäiseksi ja alimmaiseksi jääviä puristinkappalcita vasten siten, että !..·* 35 puutavara puristuu suoraksi puristinkappaleiden välissä. Tämän jälkeen voidaan "*<***.·.

4 117520 aloittaa varsinainen keksinnön mukainen käsittelyprosessi. Kuvan 1 mukaisen kaavion mukaisessa sovelluksessa menetelmän mukaisesti kuivattavan puutavaran käsittely etcnee seuraavasti;

Ensimmäiseksi puutavara lämmitetään ulkopinnoiltaan mahdollisimman nopeasti 5 yli 100 C 0 lämpötilaan. Tähän kuluva aika vaihtelee ja se riippuu mm. puulajista ja puutavaran poikkileikkauksen ulkomitoista.

Toisessa vaiheessa heti, kun puutavaran pintakerrokset ovat saavuttaneet veden kiehumispisteen lämpötilan aloitetaan puristaminen. Puutavaraa puristettaessa siitä alkaa poistumaan vettä. Puutavaran ulkopinnoille siirtynyt vesi lämpenee ensin kie-10 humispisteeseen, jonka jälkeen se alkaa höyrystyä, jolloin puristintasojen ympärille muodostuu höyryä. Höyry säilyttää puutavaran pintakerrosten kosteuden tasaisena ja estää halkeilun puristamisen aikana. Puristusta jatketaan, kunnes puutavara on puristunut 2-6% alkuperäisestä paksuudestaan. Tavallisesti tähän kuluu aikaa n. 15-60 minuuttia.

15 Kolmannessa vaiheessa, kun sopiva puristumismäärä on saavutettu, puristusvoimaa vähennetään siten, että puutavaran kokoonpuristumista ei enää tapahdu, mutta puutavara pysyy kuitenkin edelleen suorana puristinkappaleita vasten. Samalla lämpötilaa aletaan nostamaan vaiheittain. Lämpötila nostetaan kahdessa tai useammassa vaiheessa puulajista ja pitoajasta riippuen lämpötila-alueelle 170-200 C ° ja pidetään 20 tällä alueella niin kauan, että puu on saavuttanut myös sisäosiltaan tämän lämpöti- ... lan. Tavallisesti tämä vaihe kestää 6-24 tuntia.

* « · · • * · • · · ·

Neljännessä vaiheessa lämmittäminen lopetetaan ja puutavaran annetaan jäähtyä hi- taasti kuivauslaittciston mukana lämpötilaan alle 50 C Tämän jälkeen puristin- ·*“: kappaleet vedetään ulos puristinlaitteesta. Seuraavaksi puutavaran annetaan levätä «*· 25 vapaasti puristinkappaleiden välissä kunnes se on saavuttanut huoneenlämpötilan.

,··*. Tämän jälkeen puutavara on valmista varastoitavaksi ja käytettäväksi.

*··

Keksinnön mukainen menetelmä voi sen eri vaiheiden kestoajoiltaan sekä niissä käytetyiltä olosuhteiltaan vaihdella. Esim. puristusaika voi jossakin toisessa sovel- • · · luksessa olla alle 15 minuuttia tai yli 60 minuuttia. Lisäksi puristuksen määrä voi : 30 olla myös esim. alle 2 %, mikäli käsiteltävä puu on hyvin märkää, jolloin tarvittava • ·» L/ höyrymäärä saadaan aikaiseksi esimerkkisovellusta vähemmällä puristusmäärällä.

• · *!* Edelleen lisäksi kuivauslämpötila ja-aika voivat olla edellä esitetystä esimerkkiso-• · * v · velluksesta poikkeavat. Jäähdytysaika riippuu puutavaran laadusta ja poikkipinnan ulkomitoista, joten sen pituus vaihtelee tapauskohtaisesti. Siihen voidaan kuitenkin 5 117520 myös vaikuttaa joko lämmittämällä tai jäähdyttämällä käsiteltyä puutavaraa jääh- dytysvaiheen aikana.

Keksintöä ei rajata esitettyihin edullisiin sovelluksiin, vaan se voi vaihdella patenttivaatimusten muodostaman keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

·1· •«· · «· · • · ·« *·· « ····; * # ·1· ··· 1 • 1 * · 2 3 ····«' • 1« • · • · • 1 ·« « • · • · ··· * . 1 · ·1·.

• · • · · • · • · • · · • · · • k « ·2 · 2 9 1 3

Claims

6 117520

1. Menetelmä puun käsittelemiseksi ja kuivaamiseksi, jossa menetelmässä puuta lämmitetään ja puristetaan vakiopaineella suljetussa tilassa, kosteutta läpäisevien puristinkappaleiden välissä, kosteassa höyryatmosfäärissä, ja jossa menetelmässä 5 pääasiassa ennen puristuksen aloittamista puu lämmitetään oleellisesti veden kiehumispistettä korkeampaan lämpötilaan, jonka jälkeen puuta puristetaan, tunnettu siitä, että puun lämpötila nostetaan niin nopeasti, että puussa oleva kosteus ei ehdi oleellisesti haihtua ennen puun lämpötilan nousua veden kiehumispisteen yläpuolelle, ja että puristettaessa puusta poistuvasta vedestä 10 muodostetaan höyryä, jolla aikaansaadaan puun ympärille puristamisvaiheessa tarvittava höyryatmosfääri.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä puun käsittelemiseksi ja kuivaamiseksi, tunnettu siitä, että puristamisvaiheessa puuta puristetaan 2-6 %, ja y 15 että puristamisvaihe kestää n. 15-60 minuuttia.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä puun käsittelemiseksi ja * kuivaamiseksi, tunnettu siitä, että puristusvaiheen jälkeen puuta pidetään puristinkappaleiden välissä sopivan puristuspaineen avulla suorana sekä lämpötila ·: 20 nostetaan asteittain riittävän korkeaksi puun kuivaamista varten. « · · · ··

4. Jonkin patenttivaatimuksista 1-3 mukainen menetelmä puun käsittelemiseksi ja # · . . . · kuivaamiseksi, t u n n e t t u siitä, että puun kuivaamisvaiheessa puun lämpötila nostetaan lämpötila-alueelle n. 150 - 200 °C. 25 ‘ :· .

5. Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukainen menetelmä puun käsittelemiseksi ja * kuivaamiseksi, tunnettu siitä, että kuivaamisvaihe kestää niin kauan, että puun sisäosien lämpötila on saavuttanut ulkopinnan lämpötilaa vastaavan lämpötilan. :*·. 30 • * :*** 6. Jonkin patenttivaatimuksista 1-5 mukainen menetelmä puun käsittelemiseksi ja P · kuivaamiseksi, t u n n e t t u siitä, että puun kuivaamisvaihe kestää n.

6-24 tun- ’··· tia. ♦ • · · · • · . ·· • · · · »··* 117520 -.-7.:: ·