NO300025B1

NO300025B1 - Process and apparatus for controlling drying processes

Info

Publication number: NO300025B1
Application number: NO944679A
Authority: NO
Inventors: Arne Jovik
Original assignee: Alfsen & Gunderson
Priority date: 1994-12-05
Filing date: 1994-12-05
Publication date: 1997-03-17
Also published as: SE9503918D0; SE507638C2; NO944679L; NO944679D0; SE9503918L

Description

Foreliggende oppfinnelse angår fremgangsmåte for styring av tørkeprosesser av den art som angitt i innledningen til krav 1 samt en anordning av den art som angitt i innledningen til krav 3. The present invention relates to a method for controlling drying processes of the kind stated in the introduction to claim 1 as well as a device of the kind stated in the introduction to claim 3.

Oppfinnelsen vil i det påfølgende bli beskrevet i forbindelse med tørking av trelast, men oppfinnelsen kan også generelt nyttes ved tørking av andre produkter, som f.eks. fisk. The invention will subsequently be described in connection with drying timber, but the invention can also be generally used for drying other products, such as e.g. fish.

Ved tradisjonell tørking av trelast foregår dette i et bygningsmessig, isolert kammer. En eller flere vifter sirkulerer luft gjennom oppvarmingsbatterier. Den oppvarmede luften føres ned og gjennom stablen med trelast og suges tilbake til viften. In the traditional drying of timber, this takes place in a structurally insulated chamber. One or more fans circulate air through heating coils. The heated air is led down and through the stack of lumber and sucked back to the fan.

Tørkeforløpet til trelast er komplisert og komplekst. Ved feil tørking, og for rask tørking vil sprekkdannelse oppstå og kvalitetsklassen nedgraderes. Samtidig er det ønskelig med raskest mulig tørking for å oppnå høy kapasitet på et anlegg. Trevirket passerer mange faser i tørkeprosessen fra rå tilstand med fuktighetsinnhold på 100-120$ (i forhold til tørrvektsinnholdet) til ferdig tørket tilstand, oftest i området 8-18$ fuktighet, avhengig av anvendelse. The drying process for timber is complicated and complex. In the event of incorrect drying, and too rapid drying, cracking will occur and the quality class will be downgraded. At the same time, the fastest possible drying is desirable in order to achieve a high capacity at a facility. The wood passes through many phases in the drying process from raw state with a moisture content of 100-120$ (in relation to the dry weight content) to a fully dried state, most often in the range of 8-18$ moisture, depending on the application.

For å få et optimalt tørkeforløp er det helt nødvendig med automatisk prosesstyring av tørkeforløpet. Dette gjøres også på alle moderne anlegg. Problemet er at det ikke finnes noe instrument som kan måle fuktighetsinnholdet i trelasten tilfredsstillende. In order to achieve an optimal drying process, automatic process control of the drying process is absolutely necessary. This is also done on all modern facilities. The problem is that there is no instrument that can satisfactorily measure the moisture content of the timber.

Eksisterende måleutstyr er basert på en eller flere mot-standsfølere som bores inn i trevirket. Problemet med dette er flere, tildels at slike instrumenter måler fuktigheten i et svært avgrenset område (punkt) i trevirket, samtidig som man vet at fuktighetsvariasjoner i trevirket er tildels betydelig. Største problemet er at dette måleprinsipp, og også andre kjente måleprinsipp, kun fungerer når fuktighetsinnholdet i trevirket er kommet under fibermetning (25-30$). Dette gjør at dagens tørkeprosesstyring følger fuktighet sendr ingen gjennom store deler av tørkeforløpet på en indirekte måte, ved å anslå trevirkets startfuktighet og ved å måle fuktighetsavgivelse ved lufttekniske fuktighets-målinger og beregning av massebalanse. Dette gir stor usikkerhet. Startfuktigheten kan bestemmes ved at en eller flere skiver skjæres av trelasten som skal tørkes, skivene veies rå, tørkes ut fullstendig i tørkeskap og veies igjen. Existing measuring equipment is based on one or more resistance sensors that are drilled into the wood. The problem with this is several, partly that such instruments measure the moisture in a very limited area (point) in the wood, while at the same time it is known that moisture variations in the wood are partly significant. The biggest problem is that this measuring principle, and also other known measuring principles, only work when the moisture content in the wood has reached fiber saturation (25-30$). This means that today's drying process management follows moisture transmission through large parts of the drying process in an indirect way, by estimating the wood's initial moisture and by measuring moisture release through air-technical moisture measurements and calculation of mass balance. This creates great uncertainty. The initial moisture content can be determined by cutting one or more slices from the timber to be dried, weighing the slices raw, drying them out completely in a drying cabinet and weighing them again.

Eksempler på tidligere kjent teknikk ved tørkeprosesser er vist i f.eks. US-patent nr. 4 176 464, hvor det foretas en direkte veiing av trelasten. Dette er ønskelig, men det har vist seg at en slik utførelse er praktisk og økonomisk sett vanskelig. Examples of prior art in drying processes are shown in e.g. US patent no. 4 176 464, where a direct weighing of the wood load is carried out. This is desirable, but it has been shown that such an implementation is difficult from a practical and financial point of view.

US-patent nr. 5 325 604 beskriver en tørkeprosessmetode hvor prøvestykker kontinuerlig veies med veieceller, og signalet benyttes til styring av tørkeprosessen. Nærmere bestemt er prøvestykkene hengt på veggen inne i tørkekammeret og parallelt med veggene, og det er anordnet ett eller flere prøvestykker på hver side av tørkekammeret. US patent no. 5 325 604 describes a drying process method where test pieces are continuously weighed with load cells, and the signal is used to control the drying process. More specifically, the test pieces are hung on the wall inside the drying chamber and parallel to the walls, and one or more test pieces are arranged on each side of the drying chamber.

Hensikten her er at prøvestykket skal bli eksponert for samme tørkekraft som materialet i hovedtørken. For å oppnå dette må prøvestykkene eksponeres for samme midlere lufttilstand som i hovedtørken og lufthastigheten (strømningsmønsteret) rundt prøvestykket må være den samme som i hovedtørken. Når tørke-luften passerer gjennom produktstabelen i hovedtørken vil lufttilstanden endre seg (oppta fuktighet, avgi varme). For å kompensere dette blir luftretningen i hovedtørken reversert med jevne intervaller. Plasseres prøvestykkene på en side i hovedtørken vil de derfor bli eksponert for disse sving-ningene. Dette er grunnen til at prøvestykkene er plassert på hver side, og det foretas en midling av måleverdiene. Det er imidlertid sannsynlig at disse prøvestykkene ikke utsettes for samme lufthastighet som produktet i hovedlasten, og det er ingen mulighet til å justere lufthastigheten. The purpose here is for the test piece to be exposed to the same drying force as the material in the main dryer. To achieve this, the test pieces must be exposed to the same average air condition as in the main dry area and the air velocity (flow pattern) around the test piece must be the same as in the main dry area. When the drying air passes through the product stack in the main dryer, the state of the air will change (absorb moisture, release heat). To compensate for this, the air direction in the main dryer is reversed at regular intervals. If the test pieces are placed on one side in the main dryer, they will therefore be exposed to these fluctuations. This is the reason why the test pieces are placed on each side, and the measurement values are averaged. However, it is likely that these test pieces will not be exposed to the same air velocity as the product in the main load, and there is no way to adjust the air velocity.

Videre beskrives det i US-patentpublikasjonen problemer med den korrosive atmosfæren som råder i tørken og at komponenter (veieceller m.v.) må velges med omhu. På bakgrunn av dette vil således en slik anordning som beskrevet i US-patentet lett bli utsatt for feil. Furthermore, the US patent publication describes problems with the corrosive atmosphere that prevails in the drought and that components (weighing cells etc.) must be chosen carefully. On the basis of this, such a device as described in the US patent will therefore be easily exposed to errors.

Foreliggende oppfinnelse har til formål å tilveiebringe en enkel anordning for overvåkning av tørkeprosessen og med mulighet til å kunne styre tørkeprosessen. Dette tilveiebringes ved hjelp av en fremgangsmåte av den innledningsvis nevnte art hvis karakteristiske trekk fremgår av krav 1 samt en anordning av den innledningsvis nevnte art hvis karakteristiske trekk fremgår av krav 3. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen fremgår av de øvrige uselvstendige kravene. The purpose of the present invention is to provide a simple device for monitoring the drying process and with the possibility of being able to control the drying process. This is provided by means of a method of the nature mentioned at the outset, the characteristic features of which appear in claim 1, as well as a device of the nature mentioned at the outset, the characteristics of which appear in claim 3. Further features of the invention appear in the other independent claims.

Ved hjelp av foreliggende oppfinnelse er det således tilveiebrakt en anordning hvor prøvestykkene blir utsatt for samme tørkekraft som produktene i hovedtørken. Dette skjer ved at tilstanden til luften som overføres til modellkammeret tilsvarer en middeltilstand for tørkeluften gjennom hoved-tørken. Trykkøkningen over hovedsirkulasjonsviften(e) vil sirkulere luften gjennom hovedtørken såvel som en delstrøm gjennom modelltørken tilbake til hovedtørken. Luftsirkula-sjon gjennom modelltørken kan også anordnes med en separat vifte for dette formål. Delstrømmen kan f.eks. tas ut midt inne i produktstablen i hovedtørken. En slik anordning vil bli litt dyrere, men vil fungere utmerket. With the help of the present invention, a device has thus been provided where the test pieces are exposed to the same drying force as the products in the main dryer. This happens because the condition of the air that is transferred to the model chamber corresponds to an average condition for the drying air through the main dryer. The increase in pressure across the main circulation fan(s) will circulate the air through the main dryer as well as a partial flow through the model dryer back to the main dryer. Air circulation through the model dryer can also be arranged with a separate fan for this purpose. The partial flow can e.g. taken out in the middle of the product stack in the main dryer. Such a device will be a little more expensive, but will work perfectly.

Videre er prøvestykkene stablet på samme måte i modellkammeret som i hovedtørken og med samme avstand mellom stykkene. Furthermore, the test pieces are stacked in the same way in the model chamber as in the main dryer and with the same distance between the pieces.

Videre vil de følsomme komponenter som f.eks. veieceller/vekt kunne plasseres utenfor luftstrømmen og således ikke være utsatt for de problemene som er tilstede ved de tidligere kjente anordningene, og det kan med mye større sikkerhet tilveiebringes en feilfri måling og således en sikker tørking. Furthermore, the sensitive components such as load cells/scale could be placed outside the air flow and thus not be exposed to the problems that are present with the previously known devices, and error-free measurement and thus safe drying can be provided with much greater certainty.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er det således sikret en metode for å følge trevirkets fuktighetsinnhold gjennom hele tørkeforløpet, og dette på en måte som kan benyttes direkte til styring av prosessen. Man får således i modellkammeret et parallelt tørkeforløp med tørkeforløpet i hovedtørken. Modellkammeret vil fungere som en pilotmodell for hoved-tørken . According to the present invention, a method is thus ensured for following the wood's moisture content throughout the entire drying process, and this in a way that can be used directly to control the process. You thus get a parallel drying process in the model chamber with the drying process in the main dryer. The model chamber will act as a pilot model for the main dryer.

Veiesignalet kan være tilkoblet en databeregning som sørger for at fuktigheten i prøvestykkene til enhver tid er kjent. På dette grunnlaget kan prosesstyringen regulere inn maksimal tørkekraft uten at uakseptabel kvalitetsforringelse oppstår, og prosessen kan stoppes når riktig sluttfuktighet er oppnådd. Dette vil gi kortere tørketid og derved høyere kapasitet på tørken og samtidig god kvalitet på sluttproduktet . The weighing signal can be connected to a computer calculation that ensures that the moisture in the test pieces is known at all times. On this basis, the process control can regulate the maximum drying power without unacceptable quality deterioration occurring, and the process can be stopped when the correct final moisture has been achieved. This will result in a shorter drying time and thus a higher drying capacity and at the same time good quality of the final product.

I det påfølgende skal oppfinnelsen beskrives nærmere med henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 viser skjematisk en tradisjonell kammertørke for In what follows, the invention will be described in more detail with reference to the drawings, where: Fig. 1 schematically shows a traditional chamber dryer for

trelast. lumber.

Fig. 2 viser skjematisk den tradisjonelle kammertørken utstyrt med et lite modelltørkekammer i henhold til foreliggende patentsøknad tilkoblet for overvåkning og styring av tørkeprosessen. Fig. 2 schematically shows the traditional chamber dryer equipped with a small model drying chamber according to the present patent application connected for monitoring and controlling the drying process.

Ved en tradisjonell kammertørke som vist på fig. 1 plasseres trelasten 1 i et bygningsmessig isolert kammer 2. En eller flere vifter 3 sirkulerer luft gjennom oppvarmingsbatterier 4, her er vist to stykker, men det kan være ett eller flere batterier. Den oppvarmede luften føres ned og gjennom stabelen med trelast og suges tilbake til viften. In a traditional chamber dryer as shown in fig. 1, the wood load 1 is placed in a structurally insulated chamber 2. One or more fans 3 circulate air through heating batteries 4, two pieces are shown here, but there may be one or more batteries. The heated air is carried down and through the stack of lumber and sucked back to the fan.

Tørken er på fig. 1 vist med seksten trelastpakker. Hver pakke representerer en stabel bord eller planker lagt lagvis med lekter (strø) på tvers mellom hvert lag med planker, slik at det tilveiebringes en spalte hvor tørkeluften kan passere gjennom. Tørkens størrelse og mengde trelast (antall pakker) som den er dimensjonert for, kan variere sterkt. The drought is in fig. 1 shown with sixteen lumber packages. Each pack represents a stack of boards or planks laid in layers with laths (straw) across between each layer of planks, so that a gap is provided through which the drying air can pass. The size of the dryer and the amount of lumber (number of packages) for which it is designed can vary greatly.

På fig. 1 er vist en anordning hvor sirkulasjonsvif te og varmebatterier er plassert på et mellomdekke over trelasten, men dette kan like gjerne anordnes på siden. Hensikten er å sirkulere tørkeluften gjennom batteriene for oppvarming, deretter gjennom trelasten for tørking og tilbake til batteriene for ny oppvarming. Over og på siden av trelasten er det anordnet ledeplater (flaps) som hindrer tørkeluften å passere forbi trelasten. Med henvisningstallet 6 og 7 er vist friskluftspjeld/våtluftspjeld med tilhørende luftekanaler og eventuelle avsugsvifter 8, slik at fuktighetsinnholdet i tørkeluften kan reguleres. Trelastpakkene settes inn i tørkekammeret gjennom porten 9 ved innkjøring med truck eller ved annen transportanordning, som f.eks. skinnegående vogner. In fig. 1 shows an arrangement where the circulation fan and heating batteries are placed on an intermediate deck above the timber, but this can just as well be arranged on the side. The purpose is to circulate the drying air through the batteries for heating, then through the timber for drying and back to the batteries for reheating. Above and to the side of the timber there are guide plates (flaps) which prevent the drying air from passing past the timber. Reference numbers 6 and 7 show fresh air dampers/wet air dampers with associated air ducts and any exhaust fans 8, so that the moisture content of the drying air can be regulated. The timber packages are put into the drying chamber through the gate 9 when driving in with a truck or by other transport device, such as e.g. railcars.

På fig. 2 er vist en konvensjonell tørke som beskrevet ovenfor, men i tillegg er det anordnet et lite modell-tørkekammer 10 koblet til trykk- og sugesiden av sirkula-sjonsviftene 3 i hovedtørken med isolerte luftkanaler 11. I modelltørkekammeret kan det plasseres et antall prøvestykker, f.eks. 8-12 av den aktuelle trelasten, antall avhengig av trelastens dimensjoner. Prøvestykkene anbringes med dis-tanselekter (strø) på samme måte som i hovedtørken. Den lille pakken av prøvestykker plasseres på en vekt eller veieceller som kontinuerlig veier pakken og overfører vektverdien som signal til styringsanlegget. Vekten eller lastcellene kan enten plasseres i modellkammeret eller utenfor hvor vekten overføres via gjennomføringer. Med spjeldet 14 kan delstrømmen av tørkeluften gjennom modell-tørkekammeret innstilles slik at lufthastigheten rundt prøvestykkene tilsvarer lufthastigheten i hovedtørken hhv. gir samme tørkekraft som i hovedtørken. In fig. 2 shows a conventional dryer as described above, but in addition a small model drying chamber 10 is arranged connected to the pressure and suction side of the circulation fans 3 in the main dryer with insulated air channels 11. In the model drying chamber a number of test pieces can be placed, f .ex. 8-12 of the timber in question, the number depending on the dimensions of the timber. The test pieces are placed with spacers (straw) in the same way as in the main dryer. The small package of test pieces is placed on a scale or load cells that continuously weigh the package and transmit the weight value as a signal to the control system. The weight or load cells can either be placed in the model chamber or outside where the weight is transferred via bushings. With the damper 14, the partial flow of the drying air through the model drying chamber can be adjusted so that the air speed around the test pieces corresponds to the air speed in the main dryer or provides the same drying power as in the main dryer.

Før oppstart av tørkeprosessen kappes et antall representative prøvestykker (f.eks. 8-12 stk.med lengde ca. 30 cm tilpasset model1tørkekammeret) hvor endestrukturen lukkes med f.eks. silikonmasse. Stykkene plasseres som beskrevet i modelltørkekammeret. I tillegg kapper man av teststykker for fastleggelse av startfuktigheten der prøvestykkene ble tatt. Ved at modelltørken er koblet til hovedtørkens luftsirkula-sjonssystem som beskrevet, vil prøvestykkene bli utsatt for samme tørkekraft som trelasten i tørken. Signalet fra vekten 13 tilkobles en datamaskin som styrer tørkeprosessen hvor også startfuktigheten legges inn. Before starting the drying process, a number of representative test pieces are cut (e.g. 8-12 pieces with a length of approx. 30 cm adapted to the model1 drying chamber) where the end structure is closed with e.g. silicone mass. The pieces are placed as described in the model drying chamber. In addition, test pieces are cut off to determine the initial humidity where the samples were taken. As the model dryer is connected to the main dryer's air circulation system as described, the test pieces will be exposed to the same drying force as the wood load in the dryer. The signal from the scale 13 is connected to a computer that controls the drying process, where the initial humidity is also entered.

En enkel databeregning sørger for at fuktigheten til enhver tid er kjent. På grunnlag av fuktighetsverdien og endringen i denne kan prosesstyringen regulere inn maksimal tørkekraft uten at uakseptabel kvalitetsforringelse oppstår og prosessen kan stoppes når riktig sluttfuktighet er oppnådd. Dette vil gi kortere tørketid og derved høyere kapasitet på tørken samt god kvalitet på sluttproduktet. A simple computer calculation ensures that the humidity is known at all times. On the basis of the moisture value and the change in it, the process control can regulate the maximum drying power without unacceptable quality deterioration occurring and the process can be stopped when the correct final moisture has been achieved. This will result in a shorter drying time and thereby a higher drying capacity as well as good quality of the final product.

Claims

1. Method for controlling drying processes for mainly timber, characterized in that a partial flow of the drying air is taken from a main dryer and passed through a model drying chamber with a limited number of test pieces representative of the product in the main dryer, that the air speed of the partial flow is regulated so that approximately the same drying power is achieved for the test pieces as in the main drying, and that the test pieces are weighed together continuously, as the weight is a measure of the degree of dryness prevailing at all times for the test pieces and thereby also for the product in the main drying.

2. Method according to claim 1, characterized in that the weight signal is connected to a computer which calculates the degree of dryness in order to thereby provide a statement indicating the change in the degree of dryness over time, as a basis for optimal control of the drying process in the main dryer.

3. Device for carrying out the method for controlling drying processes with preferably lumber as stated in claim 1, characterized in that an air channel (11) is arranged for a partial flow from the main dryer and which is connected to a model drying chamber (10), the air flow being led back to the main drying chamber, that a damper (14) is arranged in the air duct (11) to regulate the air speed, and that a scale (13) is arranged in or adjacent to the model drying chamber (10) for continuously weighing a limited number of test pieces (12) ) taken of the product in the main dryer.

4. Device according to claim 3, characterized in that the scale (13) is connected to a computer, which over time compares the respective weight values in order to control and/or monitor the drying process in the main dryer, as from the signal values from the scale and the initial moisture of the test pieces, the moisture percentage of the test pieces and the changes can be calculated in this, and where said changes are used for management and/or presented for monitoring the drying course of the main drought.