SE423931B - Sett att torka treprodukter - Google Patents

Description

8007239-0 2 Driftsekonomin kan förbättras genom tillämpning av s.k. kondensationstorkning, som innebär att luften avkyls, så att fuktigheten i densamma kondenserar, och därefter re- cirkuleras. I övrigt vidlådes dock denna metod av samma nack- delar som den konventionella varmluftstorkningen.

I syfte att undvika att torkningen av en produkt sker utifrån och inåt och är tidskrävande har man på senare år även tillämpat s.k. högfrekvenstorkning. Det föremål som skall torkas placeras då mellan ett par cloktrndplnttor, anslutna till en högfrekvensgenerator. Om man bortser från de i detta sammanhang helt försumbara randeffekterna, gäller som bekant att det verksamma fältet endast uppträder i ut- rymmet mellan elektroderna. Av praktiska och ekonomiska skäl begränsas härigenom metodens användbarhet till detaljer som har fastlagda och för högfrekvenstorkning utprovade dimen- sioner och som torkas i långa serier, exempelvis detaljer för möbeltillverkning. Ett annat förhållande, som verkar inskränkande i samma riktning är trämaterials låga förmåga att absorbera HF-energi, vilket ofta vållar problem med elektriska överslag, orsakade av den erforderliga höga elektrodspänningen. Ett ytterligare krav är att nästan inga variationer i produkternas tvärsektionsarea kan tillåtas, eftersom torkningsresultatet då ej blir homogent och skador i form av sprickbildning och liknande lätt kan uppstå. Det 'är således svårt att reglera torkningsförloppet och det säger sig självt att metoden inte kan komma i fråga för torkning av stockar, etc. Ändamålet med uppfinningen är att åstadkomma ett sätt att torka träprodukter, vilket inte är behäftat med de ovannämnda olägenheterna och begränsningarna. Metoden skall sålunda vara diskontinuerlig och låta sig genomföras i en sluten kammare, så att kravet på driftsekonomi upp- fylls. Vidare skall torkningen icke ske utifrån och inåt utan i motsatt riktning, så att fuktigheten bringus att vandra från produktens centrum ut mot dess begränsnings- väggar. Såsom ovan förklarats, blir det härigenom möjligt att krafigt förkorta torkningstiden. Värmeutvecklingen 8007239-0 3 skall ske genom utnyttjande av elektromagnetiska vågor, men till skillnad från högfrekvensmetoden skal] energins verkningsområde ej vara begränsat till ett på visst sätt fyllt utrymme mellan ett par elektroder utan kunna omfatta en hel torkkammare. Slutligen har det varit en målsättning att åstadkomma ett torkningsförfarande, som medger god reglering av processen. Det sistnämnda kravet är tvåfaldigt.

En fordran är god regleringsmöjlighet under torkning av en given sats av produkter. En annan fordran är att förloppet skall kunna flexibelt anpassas till olika torkningsobjekt, -särskilt med avseende på träslag, fuktighetshalt och dimen- sioner. Mer specifikt uttryckt innebär detta att möjlig- het skall finnas att genom programmering av den utrustning i vilken torkningsförloppet genomförs i varje enskilt fall tillmötesgå de särskilda krav som måste uppfyllas för en i alla avseenden optimerad torkning.

De ovan angivna ändamålen har realiserats enligt uppfinningen, vilken erbjuder ett sätt för torkning av träprodukter, som i huvudsak kännetecknas av att detsamma genomförs diskontinuerligt, så att en sats produkter pla- ceras inuti en sluten kammare, vars väggar är täta mot mikrovâgsenergi och inuti vilken fält av mikrovågsenergi genereras medelst ett antal mikrovågsgeneratorer, varvid luftens temperatur och fuktighetshalt inuti kammaren regle- ras, nämligen så att fuktighetshalten initialt hålls på en hög nivå och därefter, när under inverkan av den av mikro- vågorna alstrade värmeutvecklingen inuti produkterna den där befintliga fuktigheten börjat vandra ut mot deras be- gränsningsytor, successivt sänks, samt luftens temperatur hålls på ett värde något under begränsningsytornas tempe- ratur och successivt höjs i takt med att sistnämnda tempe- raturvärde stiger, varjämte luften avfuktas.

Uppfinningen beskrivs nedan närmare.

Vid genomförande av sättet enligt uppfinningen an- bringas alltså de träprodukter vilka skall torkas inuti en sluten kammare. Inuti kammaren alstras fält av mikrovågs- 8007239-0 4 energi medelst ett antal utanför kammaren anbragta generato- rer, försedda med vågledare, som mynnar inuti kammaren. Här bör framhållas att antalet generatorer, dvs. främst total- effekten, väljs med hänsyn till de aktuella förhållandena, framför allt torkkammarens volym och generatorernas arbets- frekvens. Sålunda kan det i vissa fall vara både tillräck- ligt och lämpligast med endast en generator, t.cx. en magnetron, medan man i andra fall bör begagna flera. I det sistnämnda fallet kan dessa magnetroner arbeta på sinsemellan olika frekvenser, varvid man genom tillämpning av i och för sig känd filterteknik åstadkommer erforderligt skydd mot att magnetronerna skall störa varandra. Vid val av arbets- frekvenser bör först beaktas att frekvenserna faller inom de s.k. ISM-banden, vilka är de enda upplåtna för industri- ella tillämpningar. Frekvensvalet mellan dessa band styrs sedan av aktuella driftsparametrar, förutom torkkammarens volym och träprodukternas dimensioner även av träslag och fuktighetshalt. Vid uppfinningens praktiska tillämpning blir därför frekvensvalet en kompromiss mellan hänsyns- taganden, som kan peka i olika riktningar. Uppfinningen ba- serar sig till stora delar på insikten, att man genom val av en lämplig frekvens kan åstadkomma att den elektro- magnetiska energins omvandling till värmeenergi i första hand äger rum i vattnet inuti träprodukterna och endast i begränsad skala inuti själva vedmaterialet. För att detta skal ske, får frekvensen inte vara så låg att man närmar sig högfrekvensområdet, ty då kommer de resistiva, relativt vattemnhsohxoende förlusterna i veden att dominera. Å andra sidan kan man inte använda en allt för hög frekvens, eftersom då inträngningsdjupet begränsas, emedan man kommer allt närmare dipolrelaxationsfrekvensen för vatten (kring 20 GHz). Den praktiska övre gränsen ligger i allmänhet vid ca. 10 GHz. Av vikt i detta sammanhang är även följande förhållande.

Vid en lämpligt vald frekvens inom mikrovâgsbandet gäller att den relativa andel av den totalt tillförda mikro- vågseffekten vilken absorberas av trämaterialets olika be- 8007239-0 5 ståndsdelar blir störst för vattnet inuti materialet. I andra hand kommer sådana ämnen vilka innehåller OH-radikaler, främst lignin och kåda, medan endast en liten del av värmeutvecklingen sker i veden.

Ytterligare en aspekt på de ovan berörda förhållande- na skall nu diskuteras, men dessförinnan skall innebörden av vad nyss sagts om den relativa effektutvecklingen resp. värmeabsorptionen i de olika beståndsdelarna förtydligas.

Innebörden av att vattnet i materialet absorberar den största delen av den tillförda mikrovågsenergin, medan endast en liten del absorberas i veden, blir dels att vatt- net strävar att vandra ut till produktens begränsningsytor, dels att en sådan vandring blir möjlig genom att - till följd av den relativt obetydliga uppvärmningen av själva vedmaterialet - dettas "porer" eller “kapillärer" hålls öppna, så att vattnet kan passera. Detta förhållande står alltså i skarp kontrast till vad som gäller vid kända tork- ningsmetoder, där såsom inledningsvis förklarats uppvärm- ningen sker i motsatt riktning, genom värmeledning från produktens begränsningsyta in mot dess centrum, så att de vandringspassager som från början finns i det fuktiga maLuri~ alet mer eller mindre stryps. Det är detta förhållande som är orsaken till att vid tillämpning av de kända metoderna man antingen tvingas_acceptera en mycket långdragen tork- ningsprocedur eller - på grund av hög behandlingstemperatur - riskerar att materialet i ytskikten sprängs, så att sprickor uppstår eller inre spänningar byggs upp, vilka i många fall inte ger sin skadliga inverkan tillkänna förrän långt efter det torkningsprocessen avslutats och maskinell bearbetning av produkten äger rum. Enligt uppfinningen sker alltså pro- duktens uppvärmning inte utifrån och inåt utan homogent.

Fukten i ytskiktet avgår först, vilket av nyss angiven orsak får till följd air den totala värmoahsnrptionvn, och därmed temperaturhöjningen, i detta skikt blir mindre än i de centrala delarna. Eftersom trä är en dålig värme- ledare, sker på sin höjd en helt försumbar temperaturut- jämning genom ledning, dvs. det byggs gradvis upp en högre temperatur i produktens inre. 8007239-0 6 Den nyssnämnda ytterligare aspekten är följande.

Den optimering av värmeabsorptionen i vattnet som val av lämplig frekvens innebär, inkluderar även beaktande av att en allt för kraftig eller snabb värmeabsorption i vattnet icke är önskvärd. Om mikrovågsenergins frekvens är omkring vattnets dipolrelaxationsfrekvens, blir värmeabsorptionen i vattnet så stor, att man inte längre får den önskade vandringen från produktens centrum och utåt. Den kraftiga absorptionen i ytskiktet gör att fältinträngningen blir liten, dvs. det inre skärmas av och all effektabsorption sker i ett yttre skikt, vilket av nyss angivna orsaker kraftigt försvårar fuktvandringen.

Ovan har alltså en av uppfinningens grundtankar ut- förligt diskuterats, insikten att ett primärt villkor för att torkningen skall ske genom fuktvandring inifrån och utåt i stället för en värmetransport genom ledning utifrån och inåt är att processen styrs så, att omvandlingen av elektro- magnetisk energi till värmeenergi koncentreras till vattnet i materialet. Detta villkor är emellertid icke ensamt till- räckligt för att realisera uppfinningens teniska effekter.

Ytterligare två villkor måste vara uppfyllda, vilka båda avser "klimatet" inuti torkkammaren. Det ena av dessa båda ytterligare villkor hänför sig till luftfuktigheten inuti kammaren och det andra till lufttemperaturen.

Såsom påpekats, får man inte genom val av en allt för hög frekvens åstadkomma en vattenutdrivning i de yttre skikten, så att en kontrollerad fuktvandring aldrig hinner utbildas utan produkternas ytskikt omedelbart torkas med de ofördelaktiga konsekvenser detta innebär. I analogi härmed gäller, att en sådan torkning av ytskikten ej heller får ske genom inverkan av luften i kammaren. Av denna orsak måste luftens halt av fuktighet initialt vara hög.

För säkerställande av ett sådant tillstånd kan man enligt ett särskilt kännetecken för uppfinningen i initialskedet höja luftens relativa fuktighet genom att införa vatten i finfördelad form.

Beträffande temperaturen hos luften inuti kammaren gäller följande. Till skillnad från förhållandena vid 8007239-0 7 konventionell torkning befinner sig luften alltid på en lägre temperatur än temperaturen inuti de produkter som undergår torkning. Härigenom uppnås alltså ett skydd mot att produkterna tillförs värme från luften,vilket av ovan förklarade orsaker skulle resultera i förhållanden, som motverkar den önskade fuktvandringen i riktning ini- från och utåt. Allt eftersom vattnet inuti materialet och dettas övriga beståndsdelar absorberar mikrovågs- energi och härigenom uppvänna kommer produkterna att uppvärmas. Lufttemperaturen höjs i takt härmed, men den hålls alltid på ett lägre värde än produkternas yttemperatur.

Den viktigaste konsekvensen härav, jämfört med om luft- temperaturen i stället vore något högre än produkternas yt- temperatur, är inte att en viss torkning av ytskikten genom inverkan av luften förhindras. Avgörande är i stället att den lägre lufttemperaturen bidrar till att upprätthålla en jämfört med förhållandena vid varmluftsLorkning omvänd temperaturgradient inuti produkterna, så att fuktvandringen underlättas.

Vid genomförande av sättet enligt uppfinningen eftersträvas i möjligaste mån homogena förhållanden inuti torkkammaren, både vad avser luftens temperatur och fuktig- hetshalt samt vad angår värmeabsorptionen inuti produkterna.

Den erforderliga homogeniteten hos luften kan uppnås med hjälp av fläktar, vilka sörjer för en cirkulation inuti kammaren och särskilt ombesörjer effektiv spridning av den vattendimma som tillförs i initialskedet. Med hjälp av sådana fläktar kan man emellertid åstadkomma även en andra funktion, nämligen en cirkulation av kammarluften genom ett särskilt utrymme, innehållande en kondensor, på vilken fuktigheten i luften får kondensera, varefter luften åter- förs till den egentliga torkkammaren. Skiljeväggen mellan denna och avfuktningsutrymmet består lämpligen av en per- forerad aluminiumplåt, vars öppningar är så dimensionerade, att väggen blir tät gentemot mikrovågsenergi, medan däremot luftgenomströmning obehindrat kan äga rum. 8007239-0 8 Med hjälp av metallpropellrar kan man även åstadkomma en viss spridning av mikrovågorna (fältfördelar- verkan). Antalet sådana propellrar samt deras placering bestäms från fall till fall med hänsynstagande b1.a. till antalet magnetroner, vâgledarnas utformning, etc. För homo- genisering av mikrovågsenergins inverkan på produkterna kan dessa placeras på ett arbetsbord, som försätts i sådan rörelse, lämpligen roterar långsamt, att inga skuggnings- effekter uppkommer utan alla delar av produkterna blir likformigt utsatta för mikrovågsstrålningen. _ Vad gäller användningen av fläktar och den av dem åstadkomna luftcirkulationen, skall två väsensskillnader i förhållande till känd teknik observeras. Dessa skillnader har båda sin rot i att sättet enligt uppfinningen genomförs diskontinuerligt och i en sluten kammare, i motsats till konventionell varmluftstorkning, som genomförs kontinuer- ligt och i ett öppet system. Den ena olikheten avser fläkt- garnas effektbehov. Eftersom de inte har till uppgift att åstadkomma ett kontinuerligt luftbyte inuti kammaren utan endast att med avseende på temperatur och fuktighetshalt verkställa en homogeniserande "omrörning" inom en och samma luftmassa, blir deras effektbehov en bråkdel av vad som gäller vid konventionella torkanläggningar. Även den andra olikheten, att luften recikruleras, så att större delen av dess värmeinnehåll hela tiden bevaras, innebär en mycket kraftig förbättring av driftsekonomin.

Om man enligt en föredragen utföringsform av uppfin- ningen avfuktar luften i ett särskilt utrymme, som enligt ovan ur mikrovågssynpunkt är isolerat från den del av kam- maren där träprodukterna befinner sig men strömningsmässigt kommunicerar med denna, vinns ytterligare fördelar. En viktig sådan sammanhänger med de stora svårigheterna att placera konventionella givare för temperatur- och fuktmätníngsinstru- ment inom ett mikrovågsfälts verkningsområde. Givarna kan dock utan olägenhet placeras i det avskilda utrymmet där även den ovannämnda kondensorn befinner sig. Om de härvid placeras så långt bort som möjligt från kondensorn, blir deras avgivna mätvärden representativa för förhållandena i den egentliga torkkammaren. I varje fall kan man på experimentell 8007239-0 9 väg fastställa erforderliga korrektioner och kalibrera till- hörande instrumentutrustning härefter. De via givarna erhållna mätresultaten bildar ett direkt underlag för reglering av temperatur och luftfuktighet. Indirekt kan de emellertid även bilda en empirisk information, som kan användas för reglering av den tillförda mikrovågseffekten under det att ett visst torkningsförlopp pågår. En orsak till att en sådan reglering kan behövas är följande. Allt' eftersom fuktighetshalten inuti produkterna minskar, uppstår torrlagda utrymmen, vilka kan ge upphov till multiresonans- kavitetseffekter, som i sin tur ger en ökning av fält- styrkan inuti materialet. Verkan av materialinhomogeniteter, exempelvis lokala höga kådhalter, kan då ge upphov till in- homogen uppvärmning. Genom att successivt minska den till- förda mikrovågseffekten kan man kompensera nyssnämnda fenomen, så att fältstyrkan hela tiden hålls på en optimal nivå.

Ovan har på flera ställen betonats, att man vid genomförande av sättet enligt uppfinningen har att beakta ett flertal ingångsparametrar, torkkammarens geometri, magnetronernas effekt, arbetsfrekvenser, antal och placering samt produkternas form, fuktighetshalt och det träslag varav desamma består. Dessa faktiska omständigheter får två kon- sekvenser. Den ena är att utövningsanvisningar i form av absoluta talvärden inte låter sig lämnas utan att det i regel blir nödvändigt att under ett introduktionsskede experimentellt fastställa vilka driftsparametrar som skall svara mot aktuella ingângsparametrar. Utnyttjande av upp- finningen föreligger när man, oberoende av driftsparametrar- nas absolutvärden, upphettar träprodukterna med mikrovågs- energi samt skapar sådana förhållanden, att torkningen sker genom den ovan beskrivna fuktvandringen. Den andra kon- sekvensen innebär en möjlighet att med kännedom om en be- fintlig anläggnings data samt om, ofta på experimentell väg fastställda, optimala driftsvärden för olika produkter upprätta program, som vid upprepad behandling kan användas É aoovzse-0 10 för automatisk styrning av förloppet. Såsom redan nämnts, blir sådana program regelmässigt avsevärt skilda från varandra, framför allt vid övergång frånyett träslag till ett annat.

Claims (7)

8007239-0 ll Patentkrav

1. l. Sätt att torka träprodukter, k ä n n e t e c k n a t av att torkningen sker genom uppvärmning med mikrovågsenergi och genomförs diskontinuerligt, så att en sats produkter placeras inuti en sluten kammare, vars väggar är täta mot mikrovågsenergi och inuti vilken fält av mikrovågsenergi genereras medelst ett antal mikrcvågsgeneratorer, varvid luftens temperatur och fuktighetshalt inuti kammaren regle- ras, nämligen så att fuktighetshalten initialt hålls på en hög nivå och därefter, när under inverkan av den av mikro- vågorna alstrade värmeutvecklingen inuti produkterna den där befintliga fuktigheten börjat vandra ut mot deras be- gränsningsytor, successivt sänks, samt luftens temperatur hålls på ett värde något under begränsningsytornas temnera- tur och successivt höjs i takt med att sistnämnda tempera- turvärde stiger, varjämte luften avfuktas.

2. Sätt enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t av att luften avfuktas genom att bringas i kontakt med en kondensor.

3. Sätt enligt krav l eller 2, k ä n n e t e c k n a t av att avfuktningen av luften genomförs i ett utrymme, vilket strömningsmässigt kommunicerar med kammaren men är isolerat gentemot mikrovågor, exempelvis av en perforerad metallvägg.

4. Sätt enligt krav l, 2 eller 3, k ä n n e t e c k- n a t av att för upprätthållande av en hög fuktighetshalt inuti kammaren under torkningsförloppets initialskede i den- samma då införs vatten i finfördelad form.

5. Sätt enligt något av föregående krav, k ä n n e- t e c k n a t av att den tillförda mikrovågseffekcen regle- ras i takt med att torkningsförloppet fortskrider.

6. Sätt enligt något av föregående krav, k ä n n e- t e c k n a t av att mikrovågsenergin tillförs via ett flertal generatorer.

7. Sätt enligt krav 6, k ä 1 n e t e c k n a t av att man använder generatorer, vilkas arbetsfrekvenser är väsentligt skilda från varandra. eoo72s9-0 Sammandrag Uppfinningen avser ett sätt att torka träprodukter. Torkningen sker genom att produkterna placeras inuti en sluten torkkammare, där de utsätts för inverkan av fältet från en eller flera mikrovågsgeneratorer. Luften inuti kammaren regleras så med avseende på temperatur och fuktighetshalt, att torkningen sker genom att fuktigheten inuti produkterna bringas att vandra från deras centrala delar ut mot begränsningsytorna. Detta innebär, att luft- temperaturen skall hållas på ett lägre värde än produkter- nas temperatur samt att luftens fuktighetshalt initialt bör hållas på ett så högt värde, att en torkning-av pro-7 dukternas ytskikt, vilken skulle kunna försvåra etable- randet av fuktvandringen, förhindras.