NO831732L

NO831732L - PROCEDURE AND APPARATUS FOR REGULATING HUMIDITY ON OR IN MATERIALS

Info

Publication number: NO831732L
Application number: NO831732A
Authority: NO
Inventors: Bruce Wallis
Original assignee: Moisture Control & Mesurement
Priority date: 1982-05-21
Filing date: 1983-05-16
Publication date: 1983-11-22
Also published as: GB2120120A; EP0095265A2; GB8313709D0; EP0095265A3; JPS58217183A; JPH0663702B2; CA1254737A

Description

Den foreliggende oppfinnelse har befatning med styringen av tørkings- eller fuktighetsreguleringsprosesser hvorved luft eller annen, egnet gass ledes langs eller gjennom et materiale, for regulering av fuktigheten i eller på dette. The present invention is concerned with the management of drying or humidity regulation processes whereby air or other suitable gas is directed along or through a material, for regulation of the humidity in or on it.

Evnen hos relativt tørr luft til å ekstrahere vann fra flatepartier som luftstrømmen bringes i berøring med, utnyttes The ability of relatively dry air to extract water from surface areas with which the air flow is brought into contact is utilized

i stor utstrekning i industrielle og andre tørkeprosesser. Luftens tørkekapasitet er utelukkende avhengig av dens temperatur to a large extent in industrial and other drying processes. The drying capacity of the air is solely dependent on its temperature

og aktuelle fuktighetsgrad, og tørkeprosesser kan derfor varme-J reguleres, og blir ofte varmeregulert, på nøyaktig måte, i et forsøk på å oppnå optimal virkningsgrad. and current level of humidity, and drying processes can therefore be heat-J regulated, and are often heat-regulated, precisely, in an attempt to achieve optimum efficiency.

Men uansett viktigheten av den termiske virkningsgrad, må hensynet til produktkvalitet alltid komme i første rekke, og den foreliggende oppfinnelse er, uten derved å begrenses, basert på en betraktning av forhold hvorunder regulering av tørke-luftens tørkekapasitet er av største betydning for produktets kvalitet. But regardless of the importance of the thermal efficiency, consideration of product quality must always come first, and the present invention is, without being limited thereby, based on a consideration of conditions under which regulation of the drying capacity of the drying air is of the greatest importance for the product's quality.

Ifølge et trekk ved oppfinnelsen er det angitt en fremgangsmåte for regulering av fuktigheten i eller på materialer, ved leding av gass langs eller gjennom materialene, hvorved gassens spesifikke entalpi reguleres uavhengig av dens tørkepotensiell. Verdien av den spesifikke entalpi i forhold til tørkekapasiteten kan reguleres ved overvåking av temperatur og fuktighetsgrad According to a feature of the invention, a method is specified for regulating the humidity in or on materials, by conducting gas along or through the materials, whereby the specific enthalpy of the gas is regulated independently of its drying potential. The value of the specific enthalpy in relation to the drying capacity can be regulated by monitoring the temperature and degree of humidity

under tilsetting av varme og fuktighet i nødvendig utstrekning. while adding heat and humidity to the necessary extent.

Fremgangsmåten kan anvendes for tørking av materialer eller, eventuelt, for opprettholdelse av en kontrollert fuktig-hetstilstand på eller i materialer. The method can be used for drying materials or, possibly, for maintaining a controlled state of humidity on or in materials.

Et annet trekk ved oppfinnelsen omfatter opprettelse av fuktighet på eller i materialer, ved leding av gass langs eller gjennom materialene, under anvendelse av midler for regulering av gassens spesifikke entalpi, uavhengig av dens tørkepotensiell. Another feature of the invention includes the creation of moisture on or in materials, by conducting gas along or through the materials, using means for regulating the specific enthalpy of the gas, regardless of its drying potential.

Tilsettingen av varme og fuktighet reguleres fortrinnsvis automatisk ved signaler som angir temperatur og fuktighetsgrad. The addition of heat and humidity is preferably regulated automatically by signals that indicate the temperature and degree of humidity.

Oppfinnelsen vil bli nærmere beskrevet i det etterfølgende under henvisning til et antall ikke-begrensende eksempler og den medfølgende tegning hvis eneste figur viser et skjematisk diagram av en installasjon for tørking av materialer ved leding av luft gjennom disse. The invention will be described in more detail below with reference to a number of non-limiting examples and the accompanying drawing whose only figure shows a schematic diagram of an installation for drying materials by passing air through them.

Materialet som skal tørkes, består i det beskrevne, ikke-begrensende eksempel av grønnmalt som er en substans som kan beskadiges under påvirkning av sprangvise forandringer, utover forutbestemte verdier, i entalpi og tørkehastighet. Det antas at malten har en opprinnelig fuktighetsgrad av 45%, som ønskes redusert til ca. 4%. The material to be dried consists in the described, non-limiting example of green malt which is a substance that can be damaged under the influence of abrupt changes, beyond predetermined values, in enthalpy and drying speed. It is assumed that the malt has an initial moisture content of 45%, which is desired to be reduced to approx. 4%.

Videre kan det som eksempel antas at den omgivende luft har en temperatur av 15°C og et duggpunkt av 10°C, selv om fuktighetsgraden kan synke til et duggpunkt av 0°C dersom tørke-perioden fortsetter om natten, og temperaturen som også har sunket til ca. 0°C, kan typisk stige til ca. 30°C i løpet av den etterfølgende morgen. Furthermore, as an example, it can be assumed that the surrounding air has a temperature of 15°C and a dew point of 10°C, although the degree of humidity may drop to a dew point of 0°C if the drying period continues at night, and the temperature that also has decreased to approx. 0°C, can typically rise to approx. 30°C during the following morning.

For enkelthets skyld vil fremgangsmåten for tørkingen i det foreliggende eksempel bli beskrevet som bestående av tre atskilte faser, men det bør bemerkes at i praksis vil fasene kunne overlappe hverandre i hvert fall i viss grad. For the sake of simplicity, the method for drying in the present example will be described as consisting of three separate phases, but it should be noted that in practice the phases will be able to overlap each other at least to a certain extent.

Som det fremgår av figuren, omfatter tørkeanlegget et kammer 2 for opptakelse av en materialmengde 4, i dette eksempel grønnmalt, som skal tørkes. Ved hjelp av en vifte 8 ledes luft inn i kammeret 2 gjennom et innløp 6, og etter å ha passert langs eller gjennom materialet 4, strømmer luften ut gjennom utløpet 10 for enten å avledes til atmosfæren gjennom en åpning 12 eller tilbakeføres til viften 8 gjennom en grenledning 14, for resir-kulering. En ventil 16 regulerer den del av luftstrømmen som resirkuleres i forhold til den del som avledes til atmosfæren. As can be seen from the figure, the drying facility comprises a chamber 2 for receiving a quantity of material 4, in this example painted green, which is to be dried. By means of a fan 8, air is directed into the chamber 2 through an inlet 6, and after passing along or through the material 4, the air flows out through the outlet 10 to either be diverted to the atmosphere through an opening 12 or returned to the fan 8 through a branch line 14, for recirculation. A valve 16 regulates the part of the air flow that is recycled in relation to the part that is diverted to the atmosphere.

Luften som strømmer fra viften 8 til innløpet 6, kan opp-varmes ved hjelp av et varmeelement 18. I banen mellom viften 8 og innløpet 6 er det anordnet et blanderaggregat 20 som mulig-gjør innføring av fuktighet, eksempelvis i form av damp eller vann i væskeform, gjennom et innløp 22 som kontrolleres av en ventil 24. The air that flows from the fan 8 to the inlet 6 can be heated by means of a heating element 18. In the path between the fan 8 and the inlet 6, a mixer unit 20 is arranged which enables the introduction of moisture, for example in the form of steam or water in liquid form, through an inlet 22 which is controlled by a valve 24.

Luftmengden som leveres av viften 8, reguleres av en kon-troller 26, og i den grad viftens utblåsningsside ikke er mettet med tilbakeført luft fra grenrøret 14, innføres luft gjennom et innløp 28 og gjennom en ventil 30. Luften som innstrømmer gjennom innløpet 28, vil vanligvis bestå av fuktig omgivelsesluft, men kan under visse omstendigheter bestå av relativt eller absolutt tørr luft. The amount of air delivered by the fan 8 is regulated by a controller 26, and to the extent that the fan's exhaust side is not saturated with returned air from the branch pipe 14, air is introduced through an inlet 28 and through a valve 30. The air that flows in through the inlet 28, will usually consist of moist ambient air, but may under certain circumstances consist of relatively or absolutely dry air.

Temperaturen t av luften som sirkulerer i apparatet, bestemmes i ulike posisjoner ved hjelp av følere Tl, T2, T3 og T4. Fuktighetsgraden m av den sirkulerende luft bestemmes like-ledes i motsvarende soner ved anvendelse av fuktighetsmålere Ml, M2, M3 og M4. The temperature t of the air circulating in the device is determined in various positions using sensors Tl, T2, T3 and T4. The degree of humidity m of the circulating air is likewise determined in corresponding zones by using humidity meters Ml, M2, M3 and M4.

I den første og innledende fase av tørkeprosessen, blir omgivelsesluft innsuget fra innløpet 28 og gjennom ventilen 30 ved hjelp av viften 8, oppvarmet i varmeaggregatet 18 og tilsatt fuktighet i nødvendig grad i blanderaggregatet 20 for oppnåelse av ønsket entalpi og tørkepotensiell, og ledet inn i materialet In the first and initial phase of the drying process, ambient air is sucked in from the inlet 28 and through the valve 30 using the fan 8, heated in the heating unit 18 and added moisture to the necessary degree in the mixer unit 20 to achieve the desired enthalpy and drying potential, and led into the material

.4 i kammeret 2 gjennom innløpet 6..4 in the chamber 2 through the inlet 6.

I fortsettelsen av den innledende fase økes entalpien av den tilførte luft gradvis under kontrollering av tørkepotensiel-let, for å unngå beskadigelse av materialet 4. In the continuation of the initial phase, the enthalpy of the supplied air is gradually increased while controlling the drying potential, to avoid damage to the material 4.

Oppvarmingen av materialet 4 øker avgivelsen av fuktighetThe heating of the material 4 increases the release of moisture

i materialet, men selv om luftens spesifikke entalpi økes, tillates ingen økning av luftens tørkekapasitet i dette eksempel. Prosessen er trinnløs og i andre tilfeller kan tørkekapasiteten tillates å øke, men ikke i motsvarighet til en økende, spesifikk entalpi. in the material, but even if the air's specific enthalpy is increased, no increase in the air's drying capacity is permitted in this example. The process is stepless and in other cases the drying capacity can be allowed to increase, but not in proportion to an increasing specific enthalpy.

Dette er i kontrast til vanlig tørking hvorved omgivelsesluft, f.eks. med en temperatur av 15°C og et duggpunkt av 10°C, utelukkende blir oppvarmet innen den passerer gjennom malten. Duggpunktet kan i løpet av natten synke til 0°C, og under slike forhold vil regulering av inngangstemperaturen alene ikke være tilstrekkelig for tilfredsstillende kontrollering av tørkepro-sessen, og produktet kan derfor beskadiges. This is in contrast to normal drying whereby ambient air, e.g. with a temperature of 15°C and a dew point of 10°C, is exclusively heated before passing through the malt. The dew point can drop to 0°C during the night, and under such conditions regulation of the inlet temperature alone will not be sufficient for satisfactory control of the drying process, and the product can therefore be damaged.

Tørkekapasiteten kan reguleres uavhengig av den spesifikke entalpi ved at luften som innføres i kammeret, tilsettes fuktighet i mengder som kontrolleres av et signal ml som avgis av føleren Ml. Fuktigheten som skal tilføres, kan leveres av atmosfæren og av tilbakeført utløpsluft eller den kan, i overveiende grad i denne fase, injiseres i blanderaggregatet 20, og inngangs-luftens fuktighetssignal benyttes derfor til styring av ventilene 16, 24 og 30. The drying capacity can be regulated independently of the specific enthalpy by adding moisture to the air introduced into the chamber in amounts controlled by a signal ml emitted by the sensor Ml. The moisture to be supplied can be supplied by the atmosphere and by returned exhaust air or it can, predominantly in this phase, be injected into the mixer assembly 20, and the input air's moisture signal is therefore used to control the valves 16, 24 and 30.

Innledningsfasen fortsetter følgelig med gradvis oppvar-ming, uten tørking, av materialet. Den utstrømmende luft som forlater kammeret 2 gjennom utløpet 10, kan resirkuleres eller avledes til atmosfæren. Prosessen fortsettes helt til betingelsene som registreres av følerne M3 og T3 har nådd forutbestemte verdier, eller til de betingelser i en forutvalgt sone i materialet 4, som registreres av følerne M2 og T2, har nådd forutbestemte verdier. Temperaturen og fuktighetsgraden av luften i materialet 4 kan i praksis bestemmes med en rekke sonder i ulike nivåer, og de viste følere T2 og M2 er representative for slike sonder. The initial phase therefore continues with gradual heating, without drying, of the material. The outflowing air that leaves the chamber 2 through the outlet 10 can be recycled or diverted to the atmosphere. The process is continued until the conditions registered by the sensors M3 and T3 have reached predetermined values, or until the conditions in a preselected zone in the material 4, which are registered by the sensors M2 and T2, have reached predetermined values. The temperature and humidity of the air in the material 4 can in practice be determined with a number of probes at different levels, and the sensors T2 and M2 shown are representative of such probes.

Under den andre fase av prosessen foregår fri tørking.During the second phase of the process, free drying takes place.

Den spesifikke entalpi øker ytterligere, men på dette stadium tillates også luftens tørkekapasitet å øke i overensstemmelse med krav i forbindelse med prosessen og materialet, eksempelvis hvorvidt det først og fremst må tas hensyn til den termiske virkningsgrad eller til produktets beskyttelse. Det bør bemerkes at kravene kan variere i løpet av prosessen. The specific enthalpy increases further, but at this stage the drying capacity of the air is also allowed to increase in accordance with requirements in connection with the process and the material, for example whether the thermal efficiency or the product's protection must be primarily taken into account. It should be noted that the requirements may vary during the process.

Under denne fase blir økningen i tørkekapasitet fremdeles kontrollert uavhengig av økningen i spesifikk entalpi. I hvert fall en del av utløpsluften blir gjerne tilbakeført under denne prosess, med derav følgende justering av kravet om injisering av fuktighet gjennom ventilen 24. Under eksepsjonelle forhold vil det innføres tørr luft gjennom innløpet 28. Data som benyttes for styring av ventilene, kan følgelig innbefatte signaler som angir fuktighetsgraden så vel for den innstrømmende luft som for den tilbakeførte utløpsluft på det aktuelle tidspunkt. During this phase, the increase in drying capacity is still controlled independently of the increase in specific enthalpy. At least part of the outlet air is often returned during this process, with the consequent adjustment of the requirement for injection of moisture through the valve 24. Under exceptional conditions, dry air will be introduced through the inlet 28. Data used for controlling the valves can consequently include signals indicating the degree of humidity both for the inflowing air and for the returned outlet air at the relevant time.

Evaporerende avkjøling under fritørkingsfasen innebærerEvaporative cooling during the free drying phase involves

at produktet har lavere temperatur enn innløpsluften. Derimot vil en økning i produkttemperaturen, målt av sonden T2, uten en motsvarende luftfuktighetsøkning, målt avM2, i materialet angi avslutningen av fritørkingsstadiet og innledningen av den tredje fase, dvs. begrenset tørking, hvorunder vannavleding ikke kan fortsette med den tidligere hastighet. På' dette stadium kan materialet ha en typisk fuktighetsgrad av 7%, og denne kan redu-seres til de ønskete 4% ved å øke luftens tørkepotensiell og derved forkorte prosessen. Dette kan gjennomføres (a) ved ytterligere økning av temperaturen av den sirkulerende luftstrøm ved drift av varmeaggregatet 18 under opprettholdelse av fuktighetsgraden, that the product has a lower temperature than the inlet air. In contrast, an increase in the product temperature, measured by probe T2, without a corresponding increase in air humidity, measured by M2, in the material will indicate the end of the free drying stage and the beginning of the third phase, i.e. limited drying, during which water drainage cannot continue at the previous rate. At this stage, the material can have a typical moisture content of 7%, and this can be reduced to the desired 4% by increasing the air's drying potential and thereby shortening the process. This can be carried out (a) by further increasing the temperature of the circulating air flow when operating the heating unit 18 while maintaining the degree of humidity,

(b) ved opprettholdelse av temperaturen og, eksempelvis(b) by maintaining the temperature and, for example

ved innføring av tørr luft gjennom innløpet 28, redusering av fuktighetsgraden, eller by introducing dry air through the inlet 28, reducing the degree of humidity, or

(c) ved forandring av temperaturen, fuktighetsgraden og strømningshastigheten av den sirkulerende luft ved hjelp av kon-trolleren 26. • I det ovenstående eksempel er de to prosessfaser beskrevet som helt atskilt fra hverandre, men i praksis kan fritørkings-fasen være integrert med innledningsfasen, idet en viss tørking kan foregå fra begynnelsen. Likevel vil luftens tørkekapasitet reguleres sammen med, men uavhengig av, den spesifikke entalpi. (c) by changing the temperature, the degree of humidity and the flow rate of the circulating air using the controller 26. • In the above example, the two process phases are described as completely separate from each other, but in practice the free-drying phase can be integrated with the introduction phase , as some drying may take place from the beginning. Nevertheless, the drying capacity of the air will be regulated together with, but independently of, the specific enthalpy.

Hvis fritørkingsprosessen fortsetter til et punkt hvor materialets fuktighetsgrad er redusert til det ønskete nivå, If the free drying process continues to a point where the moisture content of the material is reduced to the desired level,

vil den tredje fase selvsagt kunne utelates.the third phase can of course be omitted.

Det er i det ovenstående beskrevet et eksempel på porsjons-tørking, hvorved de tre tørkefaser gjennomføres atskilt eller overlappende i samme, romslige sone men i ulike (atskilte eller overlappende) tidsrom. Oppfinnelsen er imidlertid like egnet for anvendelse ved kontinuerlig behandling, hvorved en porsjon av et materiale gjennomgår en første behandlingsfase i en første sone og deretter overføres suksessivt til en andre og en tredje sone med rådende betingelser i overensstemmelse med henholdsvis den andre og .tredje fase. Den førstnevnte materialporsjon etter-følges av flere porsjoner gjennom de tre soner. I den kontinuer-lige prosess kan faseoverlappingen i porsjonsprosessen erstattes ved at det, mellom de ovennevnte soner, opprettes soner med rådende betingelser i overgang til betingelsene i de tilgrensende soner. An example of batch drying is described in the above, whereby the three drying phases are carried out separately or overlapping in the same, spacious zone but in different (separate or overlapping) periods of time. However, the invention is equally suitable for use in continuous treatment, whereby a portion of a material undergoes a first treatment phase in a first zone and is then successively transferred to a second and a third zone with prevailing conditions in accordance with the second and third phase respectively. The first-mentioned portion of material is followed by several portions through the three zones. In the continuous process, the phase overlap in the batch process can be replaced by creating, between the above-mentioned zones, zones with prevailing conditions in transition to the conditions in the adjacent zones.

Oppfinnelsen er primært beskrevet i tilknytning til tør-king, og dette antas å bli dens viktigste anvendelsesområde. The invention is primarily described in connection with drying, and this is believed to be its most important area of application.

Ved lagring av visse produkter såsom frukt eller grønsaker kan det imidlertid være nødvendig å bevare eller endog øke fuktighets-innholdet i produktet ved hjelp av luft eller annen gass som strømmer over eller gjennom dette, og en slik anvendelse anses å ligge innenfor oppfinnelsens ramme. However, when storing certain products such as fruit or vegetables, it may be necessary to preserve or even increase the moisture content of the product by means of air or other gas flowing over or through it, and such an application is considered to be within the scope of the invention.

Det bør videre bemerkes, at selv om den ovenstående beskriv-else hovedsakelig har befatning med regulering av fuktighet i materialer, er oppfinnelsen like egnet for regulering av fuktighet på overflaten av materialer. It should further be noted that, although the above description is mainly concerned with the regulation of humidity in materials, the invention is equally suitable for the regulation of humidity on the surface of materials.

Claims

1. Procedure for regulating the humidity on or in materials by passing gas over or through the materials, characterized in that the specific enthalpy of the gas is regulated independently of its drying potential.

2. Method in accordance with claim 1, characterized in that said independent regulation is carried out by monitoring the temperature and humidity of the gas while adding heat and humidity to the necessary extent.

3. Method in accordance with claim 2, characterized in that the dew point of the gas is recorded as a measure of the degree of humidity.

4. Procedure for regulating the humidity on or in materials by passing gas over or through the materials, characterized in that the drying conditions are steplessly variable, predictable and fully controllable.

5. Method in accordance with one of claims 1-4, characterized in that it is used for drying the materials.

6. Apparatus for regulating the humidity on or in materials by conducting gas over or through the materials, characterized by means for controlling the specific enthalpy of the gas independently of the drying potential of the gas.

7. Apparatus in accordance with claim 6, characterized in that the control means comprise devices for measuring the temperature and humidity of the gas, and devices for adding heat and moisture to the gas in accordance with the measurement results.

8. Apparatus in accordance with claim 6 or 7, characterized in that it is used or can be used for drying materials.