FI97995C - Menetelmä ja laitteisto puun ja puutuotteiden kuivaamiseksi - Google Patents

Description

97995

MENETELMÄ JA LAITTEISTO PUUN JA PUUTUOTTEIDEN KUIVAAMISEKSI -FÖRFARANDE OCH ANORDNING FÖR TORKNING AV TRÄ OCH TRÄBASERADE PRODUKTER

5 Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukai nen menetelmä puun ja puutuotteiden kuivaamiseksi.

Keksintö kohdistuu myös patenttivaatimuksen 7 mukaiseen laitteistoon.

10

Eräs tämän tapainen menetelmä ja laitteisto tunnetaan esimerkiksi julkaisusta FI B 87691. Tunnettujen menetelmien ja laitteistojen haittana on mm. niiden huono soveltuvuus kylmän ilmaston maihin erikoisesti lämmön talteenoton kannalta. Julkaisun mukai-15 nen ratkaisu esittää tiivistyssäiliöitten osalta ns. avoimen järjestelmän, jossa kuivauskammion ja viileämmän tiivistyssäili-ön väliin on sijoitettu, tietyissä painearvoissa avautuva ja sulkeutuva paineensäätöventtiili, jota käytetään kuivausproses-sin säätämisessä. Kyseinen järjestelmä vaatii toimiakseen suuret 20 tiivistyssäiliöt.

Tämän keksinnön tavoitteena on kehittää uudenlainen kuivaus-menetelmä ja -laitteisto, jossa optimaalisiin kuivausolosuhtei-siin pääsemiseksi säädetään erikseen painetta, lämpötilaa ja 25 poistettavan veden määrää jatkuvatoimisesti suljetussa kierros sa. Lisäksi kuivaamosta palautuva lämpö käytetään menetelmässä ja laitteistossa aikaisempaa tehokkaammin hyödyksi erityisen lauhdutuslämmönsiirtimen avulla.

30 Tämä päämäärä saavutetaan keksinnön mukaisella menetelmällä, jolle on tunnusomaista, se mitä jäljempänä patenttivaatimuksissa on sanottu.

Keksinnön mukaisella menetelmällä ja laitteistolla aikaansaadaan 35 nopea kuivaus, jonka energian kulutus on pieni. Lisäksi lämmön talteenottojärjestelmän ansiosta kuivaamosta palautuva lämpö voidaan käyttää aikaisempaa paremmin hyödyksi erityisen lauhdutuslämmönsiirtimen avulla. Keksinnön mukaisessa menetelmässä prosessin säätö tapahtuu höyryn virtausta ja höyryn lauhtumista 40 sekä tarvittaessa veden poistumisnopeutta ja määrää säätämällä.

2 97995

Ratkaisu mahdollistaa mm. lämmönsiirtimen joustavan sijoittamisen kuivauskammion yhteyteen. Myös tisleiden edullinen hyötykäyttö on mahdollinen.

5 Seuraavassa kuvataan tarkemmin keksinnön mukaista menetelmää ja laitteistoa viitaten piirustuksiin, joissa

Kuvio l esittää kaaviona keksinnön mukaista kuivaamoa, 10 Kuvio 2 esittää kaaviona erästä toista keksinnön mukaista kui vaamoa ,

Kuvio 3 esittää keksinnön mukaista lauhdutuslämmönsiirrintä.

15 Keksinnön kohteena olevaa menetelmää kutsutaan yleisesti ali- painekuivaukseksi.

Alipainekuivaamon kuivauskammio 1 saa alku- ja lisälämmön kattilalaitoksesta (ei esitetty kuviossa) putkien 10 välityksellä. 20 Lämmitys voidaan hoitaa myös muilla mahdollisilla menetelmillä, kuten sähköllä. Eräs keksinnön kaltainen kuivauskammio on esitetty julkaisussa FI B 87691. Julkaisussa on myös selitetty alipainekuivauksen perusteita. Riippuen kuivausprosessin vaiheesta voidaan merkittävä osa kuivausprosessin lämmöntarpeesta 25 kattaa lauhdutuslämmönsiirtimen 5 toisiopiirin antaman lämmön avulla. Kuvioissa veden virtaussuunnat on merkitty nuolilla.

Kuivauskammio 1 sisältää kuivattavaa puuta, joka on edullisesti pinottu kerroksittain puupinoksi siten, että puukerrosten väliin 30 muodostuu avoimia tiloja. Kuivauskammio on edullisesti muodol taan lieriömäinen tila, joka on rakennettu paineenkestäväksi. Kuivauskammioon on järjestetty yksi tai useampi lämmityselement-ti 11 kuten ripapatteri tai vastaava. Kuivauskammion mitat vaihtelevat käyttötarkoituksen mukaan. Eräässä edullisessa 35 tapauksessa kammion pituus on noin 18 m ja halkaisija 3,5 m.

Alkulämmityksessä kuivauskammion 1 ja siihen sijoitetun puutava-raerän (ei esitetty kuviossa) lämpötila nostetaan 20 - 90 °C:een edullisesti 45 - 80 °C. Tämän jälkeen käynnistetään tyhjöpumppu

II

97995 3 2, joka imee ilman pois kuivauskammiosta 1. Paine kuivauskam-miossa on tällöin 0,02 - 0,9 at. Tällä painealueella veden kiehumispiste vaihtelee lämpötila-alueella 17,2 - 96,2 °C, edullisesti 45 - 80 °C. Voidaan myös ensin alentaa kuivauskam-5 miossa paine ja sitten nostaa lämpötila.

Venttiili TV l.i avautuu ja kattilapiirin kiertovesipumppu P3 käynnistyy. Kuivauskammiossa 1 alkaa nesteen, kuten veden, höyrystyminen ja lämpötilaa nostetaan niin korkeaksi, että kuivat-10 tavassa puussa oleva neste kiehuu. Kuivauskammion sijoitetut kiertoilmapuhaltimet 12 tai vastaavat kierrättävät tätä kylläistä tai tulistettua höyryä edullisesti rimapaketoidun puutavaran välistä. Korvaamalla poistettu ilma edullisesti vesihöyryllä estetään kuivausprosessissa hapen haitallinen vaikutus. 15 Lämmityksen ja puusta höyrystyvän veden seurauksena höyrynpaine kuivauskammiossa alkaa nousta. Tällöin käynnistyy tyhjöpumppu 3, joka imee vettä lämmönsiirtimen 5 alaosasta (jatkuva poisto), pitäen alipaineen kuivauskammiossa kuivausohjelman määrittele-20 mänä halutun suuruisena. Kuivauskammiosta 1 poistettavan höyryn virtausta voidaan säätää esimerkiksi ohjaamalla pumpun 3 kierroslukua. Tyhjöpumpun 3 imemä vesi tai muu neste aikaansaa höyryvirtauksen kuivauskammiosta 1 lämmönsiirtimeen 5, jossa höyry lauhtuu nesteeksi. Neste poistetaan esimerkiksi viemäriin. 25 Poistuvan nesteen määrää ja tarvittaessa lämpötilaa tarkkaillaan mittalaitteella 4.

Lämmönsiirtimen 5 toisiopuolen virtaus ohjataan ensisijaisesti kuivauskammion 1 lämpötilan ylläpitämiseen, toissijaisesti 30 esimerkiksi tuotantotilojen (tuotantotilojen lämmitysjärjestel män putkisto merkitty kuvioissa viitenumerolla 6) lämmittämiseen ja lopuksi jäähdytyslaitteeseen 7, esimerkiksi jäähdytyspatte-rille. Myös jäähdytyslaitteen 7 hukkalämmöstä voidaan suurin osa käyttää tuotantotilojen lämmitykseen (esitetty viitenumerolla 35 8), jolloin vain lämpimänä vuodenaikana lämpöä johdetaan ulos.

Tällä toisiopiirin kierrolla on tarkoituksena jäähdyttää piirissä kiertävän veden lämpötila niin alhaiseksi, että se lämmönsiirtimeen 5 palatessaan suorittaa lauhduttamisen, jolloin sen lämpötila on alle kuivauslämpötilan.

4 97995 Lämmönsiirtimestä 5 toisiopuolen virtaus johdetaan putkea pitkin pumpun P3 avulla kuivauskammioon 5 järjestettyyn yhteen tai useampaan lämmityselementtiin 11, kuten patteriin. Kuivauskammi-oon on edullisesti järjestetty puhaltimet 12, jotka kierrättävät 5 höyryä kuivauskammiossa l puutavaran nopean ja tasaisen kuumen nuksen takaamiseksi. Ajoittain voidaan ilman virtaussuuntaa vaihtaa edullisesti aksiaalipuhaltimen 12 pyörimissuuntaa muuttamalla. Tämä tehostaa kosteuden siirtymistä höyryyn ja aikaansaa tasaisemman kuivaustuloksen. Puhaltimien 12 moottorit on 10 edullisesti sijoitettu kuivauskammion ulkopuolelle. Puhaltimien siivet on muotoiltu siten, että ne antavat hyvän hyötysuhteen molempiin suuntiin pyöriessään. Pattereista 11 toisiopuolen kierto johdetaan venttiilille TV 2.2. Säätimellä TC 2.2 ohjataan venttiiliä TV 2.2. Tuotantotilojen lämmitysverkoston 6 menoveden 15 lämpötilaa mitataan tuntoelimellä TE 2.2, joka on yhteydessä

säätimeen TC 2.2. Lämpötilan ollessa halutun lämpötila-alueen sisällä ohjataan vesi venttiilien 2.2 ja 2.1 kautta tuotantotilojen lämmitysverkostoon 6. Jos lämpötila on korkeampi kuin TE

2.2 asetusarvo ohjataan vesivirta venttiililtä TV 2.2 jäähdytti-20 melle 7.

Lämmitysverkoston 6 paluuvirta johdetaan venttiilin TV 3.1 kautta lämmönsiirtimeen 5 tai jos lämpötila mittauselimen TE 3.1 mittaamana on liian korkea, venttiili TV 3.1 ohjaa sen jäähdyt-25 timen 7 menojohtoon jäähdytettäväksi.

Kuviossa 2 on esitetty eräs vaihtoehtoinen ratkaisu. Siinä on keskeistä tyhjöpumppujen 2, 3 vuorottelukäyttö, joka mahdol listaa kuivausprosessin monipuolisemman säädön.

30

Ilmanpoiston tyhjöpumppu 2 imee ilman lauhdutuslämmönsiirtimen 5 kautta. Tästä on etuna se, että jos kuivauksen aikana tulee tarve poistaa höyryä enemmän kuin tyhjöpumpun 3 poistama vesimäärä edellyttää, kytkee automatiikka V tyhjöpumpun 2 päälle. 35 Tyhjöpumppu 2 on edullisesti teholtaan suurempi kuin tyhjöpumppu 3. Molempien tyhjöpumppujen tehoa voidaan säätää esimerkiksi niiden moottorien pyörimisnopeutta lisäämällä tai vähentämällä kuivausohjelman impulssin mukaisesti niin, että saavutetaan sopiva höyryvirtaus kuivauskammiosta lämmönsiirtimeen ja sen 97995 5 seurauksena optimaalinen kuivauksen säätö (vedenpoisto) myös kuivausaika huomioonottaen. Kuivausolosuhteita säädetään ohjaus*» järjestelmällä ns. kuivauskaavojen avolla. Kuivauskaavoilla tarkoitetaan kuivausolosuhteiden optimointia mm. kuivattavan 5 puun laadun ja kuivausajan suhteen.

Esimerkkien mukaisessa ratkaisussa prosessia säädetään säätöjärjestelmällä, jonka eräitä komponentteja on esitetty oheisissa kuvioissa. Säätäjä TC 1.1 säätää säätöventtiiliä TV 1.1 tun-10 toelimien TE 1.1 ja TE 1.2 avulla. Eräässä edullisessa tapauk sessa kuivausohjelmalla pidetään aseteltu lämpötila kuivauskam-miossa vakiona. Lämpötilaa voidaan muuttaa esimerkiksi ohjaus-keskukselta tai kuivausohjelman avulla.

15 Ohjauslaite TC 2.1 säätää säätöventtiiliä TV 2.1 tuntoelimen TE

2.1 ja tuntoelimen TE 2.2 avulla siten, että tuotantotiloihin 6 saadaan haluttu lämpötila. TC 2.1 säätää säätöventtiiliä TV 2.2 siten, että kun TV 2.1 kautta kulkevan veden lämpötila nousee yli TE 2.2 asetusarvon, niin venttiili TV 2.2 ohjaa vesivirran 20 jäähdyttimeen 7.

Venttiili 3.1 ohjaa lämmönsiirtimen 5 paluujohtoon vakiolämpöi-sen veden. Jos veden lämpötila on liian korkea venttiili ohjaa sen jäähdyttimen 7 menojohtoon kierrätettäväksi uudelleen jääh-25 dyttimen 7 kautta.

Jäähdytyksessä syntyvä lämpö voidaan käyttää tuotantotilojen lämmitykseen erityisesti kylmänä vuodenaikana. Muussa tapauksessa syntyvä lämpö poistetaan ulos.

30

Kuviossa 3 on esitetty eräs keksinnön mukainen lauhdutuslämmön-siirrin kaavamaisesti. Lämmönsiirrin muodostuu säiliöstä 14, jonka sisään kuivauskammion 1 höyry johdetaan kuivauskammiosta 1 höyrynpoistoputken 13 kautta ja jossa säiliössä on putkikierukka 35 15, jonka sisällä kiertää vesi ja jonka ulkopinnalla höyry lauhtuu vedeksi. Vesi valuu säiliön pohjalle josta se poistetaan pumpun 3 avulla viemäriin tai vastaavaan. Säiliön alaosaan kertyvän veden määrää rajoitetaan elektrodisilla säätimillä Y, E. Säätimet antavat impulssin ohjauslaitteelle V, joka ohjaa 6 97995 tyhjöpumppujen 2, 3 vuorottelukäyttöä kuvion 2 mukaisessa tapauksessa. Tällöin vedenpinta pysyy halutulla alueella YR, AR. Säätö voi toimia myös niin, että pumpun tehoa nostetaan veden pinnan lähestyessä ylärajaa YR ja teho pienenee kun vedenpinta 5 lähestyy alarajaa AR. Pumppujen säätö voi olla suhteellinen tai portaallinen.

Alan ammattimiehelle on selvää, että keksintö ei rajoitu edel-10 lisiin sovellutusesimerkkeihin, vaan sitä voidaan vaihdella seuraavien patenttivaatimusten puitteissa.

Il

Claims (7)

97995 PATENTTIVAATIMUKS ET

1. Menetelmä kosteuden poistamiseksi kiinteästä puusta ja puu-5 pohjaisista tuotteista tai vastaavista, jossa menetelmässä puu tai puupohjaiset tuotteet asetetaan kuivauskammioon (1), jonka jälkeen kuivauskammio (1) suljetaan ja siitä poistetaan ilma, samalla kun kammioon syötetään lämpöä puussa olevan nesteen poistamiseksi höyrystämällä ja säätämällä kuivausprosessissa 10 painetta ja/tai lämpötilaa ja poistamalla kuivausprosessin aikana syntynyt höyry kuivauskammiosta siihen liitetyssä lämmönsiirtimessä (5) tiivistämällä, tunnettu siitä, että painetta kuivauskammiossa (l) ja höyryn virtausta kuivauskammiosta (1) lämmönsiirtimeen (5) säädetään imemällä 15 vettä lämmönsiirtimen (5) alaosasta ja siten pidetään alipaine ohjelman mukaisena, että lämpötilaa kuivauskammiossa (1) säädetään tuomalla lämpöä lämmönsiirtimen (5) toisiopiiristä, ja että lämmönsiirtimestä (5) poistuvan nesteen virtausta säädetään.

2. Patenttivaatimuksen 1 menetelmä, tunnettu siitä, että höyryn ja/tai poistuvan nesteen virtausta säädetään yhden tai useamman pumpun (2, 3) pyörimisnopeutta ohjaamalla.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, t u n - 25. e t t u siitä, että höyryn virtausta säädetään kuris- tussäädöllä.

4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pumppuja (2, 3) ohjataan vuorottelukäytöllä ohjaus- 30 järjestelmän kuivauskaavan mukaisesti.

5. Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lämmönsiirtimessä (5) talteenotettu lämpö käytetään ensisijaisesti kuivausprosessissa ja toissijai- 3£ sesti tuotantotilojen tai vastaavien lämmittämiseen. 8 97995

6. Jonkin patenttivaatimuksista 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lämmönsiirtimen (5) toisiopiirissä vettä kierrätetään kuivauskammion (1) yhteen tai useampaan 5 lämmityselementtiin (11) ja/tai tuotantotilojen lämmitysverkos- toon (6) tai vastaavaan ja/tai jäähdytyslaitteeseen (7) ja lopuksi paluujohdon kautta takaisin lämmönsiirtimeen (5).

7. Laitteisto käytettäväksi patenttivaatimuksen 1 mukaisessa 10 menetelmässä, johon laitteistoon kuuluu kuivauskammio (1), yksi tai useampi lämmityselementti (11) lämpötilan nostamiseksi ja ylläpitämiseksi kuivauskammiossa (1) , yksi tai useampi putki höyryn ja ilman imemiseksi kuivauskammiosta (1), höyrynpoisto-putkeen (13) liitetty lämmönsiirron (5), jossa höyry lauhtuu 15 nesteeksi, sekä kuivausprosessin säätölaitteet, tunnettu siitä, että lämmönsiirtimeen (5) höyry imetään yhden tai useamman pumpun (2, 3) avulla, neste poistetaan lämmönsiirtimestä (5) , ja että lämmönsiirtimen (5) toisiopiiri on yhdistetty putkiverkostoon, jossa kulkeva vesi on ohjattavissa kulkemaan 20 kuivauskammion lämmityselementin (11) ja/tai yhden tai useamman lämmönjakeluverkoston (6) ja/tai jäähdytyslaitteen (7) kautta siten, että toisiopiirin kierto päättyy lämmönsiirtimeen (5). 1 li Patenttivaatimuksen 7 mukainen laitteisto, tunnettu 25 siitä, että lämmönsiirtimen (5) alaosaan on järjestetty tun toelimet (Y, E) tai vastaavat, jotka antavat ohjausimpulssin pumppujen vuorottelukäyttöä ohjaavalle ohjausyksikölle (V), jolloin nesteenpinta pidetään halutun ylärajan (YR) ja alarajan (AR) välisellä alueella. 30 97995