SE504818C2 - Förfarande vid torkning av virke - Google Patents

Description

504 818 10 15 20 25 30 35 virkestorkning. Detta ändamål uppnås genom att förfarandet uppvisar de i patentkraven angivna kännetecknen.

Bland uppfinningens många fördelar kan exempelvis nämnas följande. Genom att torkningsprocessen styrs som ett återkopplat system sker en utomordentligt god anpassning till aktuell virkessats reella torkningsbehov, vilket medför att virkestorkningen optimeras. Vidare möjliggör uppfinningen utomordentligt goda möjligheter att fastställa en tillförlitlig tidpunkt då önskad slutfuktkvot (medelfuktkvot) är uppnådd, varvid torkningen automatiskt kan avbrytas och övergång kan ske till eventuell konditioneringsfas. Därvid undviks exempelvis övertorkning med åtföljande sprickbildning samt överkrympning av virket. Vidare möjliggör det uppfinningsenliga torkningsförfarandet en avsevärd energibesparing. Uppfinningen uppvisar såväl tekniska som ekonomiska fördelar.

Utföringsexempel på uppfinningen kommer i det följande att närmare beskrivas med hänvisning till bifogade ritningar, på vilka §¿g_; visar en torkkammare i ett vertikalt snitt, fig_¿ visar torkkammaren enligt fig 1 i ett horisontellt snitt, och fig_; visar det uppfinningsenliga virkestorkningsförfarandet i ett tid- temperatur-diagram.

Fig 1 och 2 exemplifierar en torkkammare 1 i vilken det uppfinningsenliga förfarandet kan användas. Den visade torkkammaren 1 är uppbyggd på ett i branschen konventionellt sätt varvid fläktar 2 och vârmebatterier 3 förekommer. Därutöver förekommer naturligtvis även golv, väggar, tak och skärmar för att på önskat sätt styra cirkulerande torkluft genom en för torkning aktuell virkessats 10. Virkessatsen 10 utgöres normalt av ett antal strölagda virkespaket vilka i fig l och 2 betecknas med lOa, l0b, l0c osv. Det skall självfallet här inses att torkkammaren 1 kan vara uppbyggd på ett flertal olika sätt utöver vad som exemplifierats i fig 1 och 2. Exempelvis kan fläktar 2 och vârmebatterier 3 vara takmonterade i stället för den i fig visade sidmonteringen. Det skall således inses att det uppfinningsenliga torkningsförfarandet icke är begränsat till en viss typ av 10 15 20 25 30 35 3 504 818 torkkammare utan naturligtvis kan användas till alla tänkbara typer av torkkammare.

Den i fig 1 och 2 visade torkkammaren möjliggör växling av luftflödesriktning under torkförloppet genom exempelvis reversibel drift av fläktarna 2. I fig 2 är en luftflödesriktning visad med heldragna pilar A1-A4 och motsatt luftflödesriktning är indikerad med streckade pilar B1-B3. Vidare är spjällreglerad/ventilreglerad utelufttillgáng indikerad i fig 1 med pilarna Cl och D1 samtidigt som ett spjällreglerat/ventilreglerat luftutsläpp är indikerat med pilen El.

För att möjliggöra genomförandet av det uppfinningsenliga förfarandet är avkänningsorgan i form av exempelvis en s k psykrometer monterade i torkkammaren. Därvid är en första psykrometer 15 lämpligen monterad invid virkessatsen 10 pà en sida av densamma samtidigt som en andra psykrometer 16 lämpligen är monterad pà motsatt sida om virkessatsen 10, sä att den ena psykrometern träffas av cirkulationsluften vid dess inträde i för torkning aktuell virkessats och den andra psykrometern träffas av cirkulationsluften vid utträdet ur den aktuella virkessatsen och detta gäller naturligtvis oberoende av rådande cirkulations- riktning. För att möjliggöra införsel och utförsel av virkessatser 10 i torkkammaren 1 mäste åtminstone den första psykrometern 15 vara mobilt anordnad sä att den är undanförbar till ett inaktivt läge där den tilláter in- och utförsel av virkespaket samtidigt som den innan torkprocessen igángsätts förs till sitt aktiva läge säsom är antytt i fig 1 och 2. Bàde psykrometer 15 och 16 uppvisar kvalifikationer att mäta sàväl normal temperatur (torr temperatur) som vàt temperatur hos den cirkulerande luften i torkkammaren. Det skall inses att psykrometrarna naturligtvis kan utbytas mot alternativa mätorgan som besitter nyssnämnda temperatur- mätningskvalifikationer. Man kan även klara sig med en enda psykrometer eller ett enda mätorgan om cirkulationsluften reverseras tillräckligt ofta.

I övrigt skall naturligtvis inses att torkkammaren 1 är försedd med erforderlig regler- och styrutrustning för att utföra förfarandet enligt uppfinningen. 504 10 15 20 25 30 35 818 4 I det följande skall det uppfinningsenliga virkestorknings- förfarandet närmare beskrivas.

Vi utgår därvid ifrån ett läge där torkkammaren 1 laddats med en för torkning avsedd virkessats 10 samtidigt som det tillsetts att psykrometrarna 15 och 16 intagit lämpliga positioner i närheten av virkessatsens cirkulationsluftsinfölde och virkessatsens_cirkulationsluftsutflöde.

Såsom ett första steg i torkningsförfarandet förekommer en s k uppvärmningsfas (fas I). Syftet med denna fas är att värma virket utan torkning varvid basning i form av vatten och/eller ånga normalt förekommer.

Uppvärmningsfasens längd är naturligtvis beroende av bl a virkessatsens 10 storlek och begynnelsetemperatur TO som ofta motsvarar vid tillfället rådande utomhustemperatur.

Uppvärmningsfasen får fortgå till dess att tillräcklig uppvärmning för efterföljande torkningsaktivitet har erhållits.

Uppvärmningsfasen (fas I) finns illustrerad i fig 3, varvid den övre kurvan (linjen) exemplifierar torrtemperaturens stegring och den undre kurvan exemplifierar våttemperaturens stegring under uppvärmningsfasen.

När fas I är avslutad genom att önskad förvärmning har uppnåtts igångsätter man fas II vilket kan sägas vara en initieringsfas.

Initieringsfasen (fas II) framskrider under av en torkoperatör förinställda börvärden för torrtemperaturen T1 (exempelvis 55°C) och för váttemperaturen TV1 (exempelvis 50°C).

Nyssnämnda temperaturval görs erfarenhetsmässigt och kan exempelvis baseras på kundönskemål beträffande virkets utseende.

Temperaturvalen kan ej göras helt fritt utan en övre och undre gräns finns för att undvika torkskador i detta skede. Fasen II, initieringsfasen, pågår tidsmässigt normalt 3-6 timmar.

Virkessatsen 10 svarar i denna initieringsfas genom att börja torka, dvs avge vattenånga till cirkulationsluften som därmed förlorar värmeenergi och uppvisar ett kontinuerligt mätbart torrtemperaturfall vid genomblåsningen av Virkessatsen. Detta torrtemperaturfall, AT, som utgör temperaturskillnaden mellan hos 10 15 20 25 30 35 G1 504 818 mätorganen 15 och 16 uppmätta torrtemperaturer, kan exempelvis vara ca 3°C och genom att tidsmedelvärdesbilda detta tempera- turfall AT och läsa detta värde efter avslutad initieringsfas (fas II) kan nästföljande faser styras sä att temperaturfallet AT är väsentligen lika med temperaturfallsmedelvärdet frän initieringsfasen (fas II). I praktiken innebär en sàdan driftsreglering att en väsentligen konstant torkningshastighet därvid äger rum.

Váttemperaturen TV1 hàlls pä önskad nivà genom att man medelst exempelvis spjällreglering bortför varm, fuktig luft och exempelvis tillför kall, torr uteluft, samtidigt som man medelst värmetillförsel häller den torra temperaturen Tl pà önskad nivà.

Syftet med fas II är att fä ett svar frán aktuell virkessats 10 avseende dess fuktstatus. Stort torrtemperaturfall AT över virkessatsen 10 indikerar att virkessatsen har ett stort fuktinnehäll. Litet torrtemperaturfall AT indikerar motsatsen.

Syftet är att erhålla kunskapsvinning för efterföljande faser sä att torrtemperaturfallet AT (exempelvis 3°C) hälls väsentligen konstant.

När initieringsfasen (fas II) körts under önskad tidsperiod (exempelvis 3-6 timmar) övergár man till nästa fas som kan kallas temperaturökningsfasen (fas III).

Definitionsmässigt kan torrtemperaturen T1 utgöra medelvärdet av de torrtemperaturer som psykrometrarna 15 och 16 visar, och likaledes kan váttemperaturen TV1 utgöras av medelvärdet av de vättemperaturer som psykrometrarna 15 och 16 visar. Det skall dock självfallet inses att man kan välja att utgà ifrán endast vad en av nämnda tvà psykrometrar visar vad gäller torrtemperatur och váttemperatur utan att därvid frángá uppfinningsidën.

Nyssnämnda temperaturdefinitionsresonemang gäller även fortsättningsvis för torr- och váttemperaturer under övriga faser.

Vid temperaturökningsfasen (fas III) styrs virkestorkningen sä att den våta temperaturen TV1 (exempelvis S0°C) hålls konstant medan den torra temperaturen T ökas sä snart torrtemperaturfallet AT (exempelvis 3°C) mellan avkänningsorganen 15 och 16 tenderar 504 818 6 10 15 20 25 30 35 att sjunka. Härvid blir fuktvandringen i virket snabbare och man kan hålla uppe avdunstningen i virkesytan till samma nivå som tidigare. Detta får pågå till dess att en inställd övre gräns- temperatur T2 (exempelvis 65°C) nås. Nyssnämnda grânstorr- temperatur T2 sätts inom rimliga gränser av ansvarig operatör.

Avgörande för maxtemperaturen T2 är dels utseendemässiga aspekter hos virket, men även värmekänsligheten hos maskinutrustning och elinstallationer kommer in i denna bedömning.

Det skall således inses att fas III sker med konstanthållen våttemperatur TV (exempelvis 50°C) och väsentligen konstanthållet temperaturfall AT (exempelvis 3°C), varvid torrtemperaturen T tillåts att öka från sitt värde enligt fas II (exempelvis 55°C) till ett maxvärde T2 (exempelvis 65°C) så att torrtemperaturfallet AT (exempelvis 3°C) mellan avkänningsorganen 15 och 16 väsentligen bibehålls. Därigenom upprätthålls en god fuktavvandring från virkessatsen 10 under hela fas III som exempelvis varar ett par dygn. Fas III är klar när det limiterade T2-värdet (exempelvis 65°C) uppnåtts. A När temperaturökningsfasen (fas III) är avslutad igàngsâtter man fas IV som kan kallas våttemperatursänkningsfasen_ Våttemperatursänkningsfasen (fas IV) tillgår så att den vid fas III uppnådda torrtemperaturen T2 (exempelvis 65°C) konstanthålls på sin limiterade maxnivå samtidigt som vàttemperaturen TV sänks så att torrtemperaturfallet AT fortfarande är väsentligen konstant (exempelvis 3°C). Även i denna fas eftersträvar man således ett väsentligen konstant torr- temperaturfall AT (exempelvis 3°C) och detta möjliggörs genom att man styr torkkammardriften så att man sänker den våta temperaturen från TV1 (exempelvis 50°C) till ett limiterat minimivärde TV2 (exempelvis 45°C). TV2 är limiterat nedåt för att undvika allt för kraftig yttorkning av virket.

I våttemperatursänkningsfasen (fas IV) kan avdunstningen från virket hållas på en konstant nivå genom att cirkulationsluften görs torrare, dvs den våta temperaturen TV tillåts sjunka i den takt som krävs för att hålla torrtemperaturfallet AT vid konstant 10 15 20 25 30 35 7 504 818 nivá. Denna torkningsfas innebär att virkesytornas fuktkvot tilläts sjunka till en nivá som sätts av torkoperatören i form av den nämnda undre gränstemperaturen TV2 för den väta temperaturen.

Vàttemperatursänkningsfasen (fas IV) blir ofta tämligen kort i förhållande till temperaturökningsfasen (fas III) och fas IV avslutas alltsà när den váta temperaturen TV2 när den undre gränstemperaturen (exempelvis 45°C). är avslutad lämnar När vàttemperatursänkningsfasen (fas IV) man det skede av virkestorkningen där processtyrningen sker pä basis av torrtemperaturfallet AT, dvs där ett konstant eller väsentligen konstant temperaturfall AT utgör börvärde och styrparameter. Nu övergår processtyrningen till en slutfas eller vad som kan kallas för en konstanthàllningsfas eller en platáfas (fas V).

Konstanthállningsfasen/platáfasen (fas V) kan sägas utgöra en slutfas av den egentliga torkningsdelen hos processen och här är syftet att torka virkessatsen till en förutbestämd medelfuktkvot.

Detta sker genom att man processtyr för att konstanthälla den torra övre gränstemperaturen T2 resp den váta undre gräns- temperaturen TV2 vid inställda börvärden. Härvid kommer torkningen huvudsakligen att kunna beskrivas som en diffusionskontrollerad process vid givna randvillkor, vilket innebär att fuktflödet avtar liksom torrtemperaturfallet AT.

Bàde torrtemperaturen T2 (exempelvis 65°C) och váttemperaturen TV2 (exempelvis 45°C) är således konstant under denna fas. Torrtemperaturfallet AT (initialt exempelvis 3°C) minskar successivt under denna fas om exempelvis cirkulationsluftflödet konstanthálles i förhållande till tidigare faser. Nyssnämnda torrtemperaturfallsminskning AT medför att fuktavgàngen fràn virkessatsen 10 successivt minskar. Genom att utgà fràn vid varje tidpunkt ràdande torrtemperaturfall AT och aktuell virkesdimension kan man beräkna virkessatsens 10 medel- fuktkvot och när önskad medelfuktkvot (exempelvis 15%) uppnåtts, avbryts denna konstanthállningsfas (fas V) som exempelvis kan ta ca ett dygn. 504 818 8 10 15 20 25 30 35 Nyssnämnda medelfuktkvotsberäkning baserar sig pá följande fakta. Genom att anta att fuktflödet är diffusionskontrollerat i virket under fasen V samt att randvillkoren är givna genom kännedom om cirkulationsluftens tillstànd och flöde, kan en beräkningsalgoritm formuleras med vars hjälp medelfuktkvoten hos virket kan beräknas. Styrningsmässigt innebär detta att torr- temperaturfallet AT kontinuerligt avläses och en beräkning utförs som kontinuerligt anger förväntad medelfuktkvot i virkessatsen.

När beräknad medelfuktkvot överensstämmer med angiven slutfuktkvot avbryter man torkningen för att övergà i en eventuell konditioneringsfas.

När konstanthàllningsfasen (fas V) således är avslutad sker eventuell efterbehandling av virkessatsen 10 pà konventionellt sätt genom att man exempelvis utför konditionering och avkylning innan man avlägsnar virkessatsen 10 fràn torkkammaren 1.

Ovan beskrivna processtyrningsprinciper utgör grundstommen i den áterkopplade processtyrning som utgör uppfinningen. Till detta kommer även en metod för att reglera cirkulationsluftflödet via exempelvis frekvensomvandlare som är kopplade till cirkulations- fläktarnas drivmotorer.

Vad gäller cirkulationsluftflödet under fas V sà föreligger möjlighet att i energibesparande syfte minska detta enligt exempelvis nedanstående principer.

Det är känt att man i slutfasen av torkningsprocessen inte behöver ha lika stora luftflöden som i början. Detta beror pà att olika mekanismer styr fuktavgàngen frán virket initialt resp i slutfas. Genom att minska cirkulationsluftens hastighet och flöde kan man alltsa spara dyrbar elenergi utan att torkningskvalitén påverkas negativt. Även detta kan ske àterkopplat enligt följande modell.

När virket kommer in i konstanthällningsfasen (fas V) är torkningen tämligen oberoende av lufthastigheten/luftflödet utan beror huvudsakligen pá virkets temperatur och den härtill kopplade diffusionshastigheten. Det blir alltsá möjligt att minska cirkulationsluftflödet utan att torkningen bromsas upp genom att exempelvis använda någon av följande tre möjligheter: 10 15 20 25 30 35 9 504 818 1. Minskning av luftflödet till en konstant och lägre nivä. 2. Minskning av luftflödet enligt en tidsstyrd rampfunktion. 3. Minskning av luftflödet mot konstant torrtemperaturfall AT.

Den sista möjligheten förtjänar en ytterligare kommentar. Man kan alltsà genom att reglera cirkulationsluftflödet/luft- hastigheten i konstanthàllningsfasen (fas V) även i denna fas styra processen sä att torrtemperaturfallet AT är konstant. Detta betyder i princip att i stället för att torrtemperaturfallet AT minskar vid konstant lufthastighet sä sker det omvända, nämligen att lufthastigheten eller cirkulationsluftflödet minskas sä att temperaturfallet AT hálls konstant.

Med denna princip erhåller man alltsä en mycket enkel àterkopplad styrning mot endast en processparameter, torrtemperaturfallet AT som dessutom blir konstant genom hela processen. Därvid mäste naturligtvis även hänsyn tagas till cirkulationsluftflödets storlek vid beräkning av virkessatsens medelfuktkvot.

Den ovan beskrivna reglerprincipen kan kompletteras med ett gränssnitt mot torkoperatören, dvs underprogram till stöd för strategiska val av processparametrar. Reglerprincipen innebär också att operatören har stor kontroll över processen trots att den är àterkopplat självreglerande, bland annat genom valen av gränstemperaturniváer. Detta innebär även en pedagogisk fördel, eftersom styrningens grundläggande principer lätt kan hänföras till hur trä beter sig i torkmiljö vad gäller exempelvis sprickbenägenhet, färgförändringar, kädflytning etc.

Inget hinder finns heller för olika val av uppvärmnings- eller konditioneringssätt vare sig det sker med vattenbasande system eller ànga eller kombinationer härav.

Vad gäller torkkammarens klimatering, luftflöden, luft- hastigheter mm, styrs självfallet dessa parametrar sä att det uppfinningsenliga torkningsförfarandet kan genomföras enligt fastställda principer. Reversering av cirkulationsluftflödet sker lämpligen med jämna tidsintervall. Normalt använder man maximalt 504 818 10 10 15 20 25 30 35 cirkulationsluftflöde under faserna I till IV. Medan man i fas V exempelvis kan välja cirkulationsluftflöde enligt olika principer sásom ovan antytts.

Noteras bör vidare att fas II alltid mäste köras för att fä erforderlig information för efterföljande faser. Vidare mäste antingen fas III eller fas IV alltid finnas. Fas V mäste finnas för att kunna beräkna slutfuktkvot.

Vidare bör nämnas att man i nödfall kan klara sig med endast en psykrometer om man reverserar luftflödet i torkkammaren tillräckligt ofta. Alternativa mätorgan till psykrometrar är naturligtvis även möjliga att använda under förutsättning att erforderlig temperaturinformation erhàlls.

Alternativt torkmedium till luft kan naturligtvis även användas om så någon gäng skulle befinnas vara lämpligt.

Det skall inses att de ovan nämnda temperaturexemplen självfallet inte är begränsade pà något sätt utan man fär naturligtvis välja temperaturbörvärden och temperaturgränser efter rädande förutsättningar och omständigheter. Vidare skall det inses att en konstanthàllen temperatur i praktiken innebär en i huvudsak eller väsentligen konstanthàllen temperatur eftersom begränsningar hos bl a styr- och reglerutrustningar naturligtvis förekommer.

Vidare bör nämnas att det även föreligger möjlighet att säsom ett alternativ till det tidigarenämnda väsentligen konstanthällna torrtemperaturfallet AT sä styra och reglera att torrtemperatur- fallet AT följer ett förutbestämt variationsmönster som om sä skulle befinnas lämpligt sáledes avviker frán den tidigarenämnda konstanthàllningen under en eller flera av de aktuella faserna II- IV och eventuellt fas V.

I det äterkopplade styrsystem som ovan beskrivits är cirkulationsluftens torrtemperaturändring AT vid genomblásning av virkessatsen 10 den centrala parametern för återkoppling.

Ju större temperaturfall AT, desto större är fuktavgángen frän virket. Vidare är det möjligt att utifrân luftens termodynamik beräkna sambandet mellan torrtemperaturfallet AT och fuktavgängen om vissa basparametrar är kända, exempelvis cirkulationsluftflödet 10k 11 504 818 och virkesmängd. Man kan med andra ord med tvá mätorgan, sàsom exempelvis psykrometrar, placerade pà vardera sidan av virkes- satsen få erforderlig information mycket enkelt. Det viktiga i sammanhanget är därvid att de torra termometrarna sitter placerade sá att ett representativt värde pá cirkulationsluftens temperaturfall erhålls utan störning frän läckageluft och dylikt.

Placeringen av mätorganen liksom antalet mätorgan, såsom exempelvis psykometrar, kan naturligtvis varieras efter rådande behov sà att tillräckligt tillförlitliga mätvärden erhàlls för styrningen av virkestorkningsprocessen_ Uppfinningen är således inte begränsad till det visade och beskrivna, utan ändringar och modifikationer därav är tänkbara inom ramen för efterföljande patentkrav.

Claims (8)

10 15 20 25 30 504 818 12 PATENTKRAV

1. Förfarande vid torkning av virke i en torkkarnmare, varvid under ett torknings- förlopp ett torkmedium, företrädesvis luft, bringas att cirkulera genom en i torkkammaren (1) placerad virkessats (10), k ä n n e t e c k n a t av att för åstadkommande av en i huvudsak konstant torkhastighet hos virkessatsen utförs, efter en initial uppvärmningsfas av virkessatsen (fas I), en initieringsfas (fas H) vid vilken virkessatsens fuktighetsstatus fastställs genom mätning av torkmediets torrtemperaturfall (AT) efter passage genom virkessatsen och att i efterföljande torkningsfaser torkrnediets temperaturfall (AT) mäts efter passage genom virkessatsen (10), varvid den därvid erhållna temperaturfallsinformationen jämförs med torkmediets temperaturfall (AT) under initieringsfasen (fas II) för att styra eller reglera det cirkulerande torkmediets tillstånd så att torkmediets temperaturfall (AT) under efterföljande torkningsfaser hålls väsentligen lika med temperaturfallet i initieringsfasen.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att virkessatsens fuktighets- status fastställs under det att torrtemperaturen (T) och våttemperaturen (TV) hålls på en väsentligen konstant nivå (Tl, TV1).

3. Förfarande enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a t av att efter initieringsfasen (fas II) utförs, genom styrning och reglering av det cirkulerande tork- mediets tillstånd, en torrtemperaturökningsfas (fas IH) och en vâttemperatursänknirigsfas (fas IV).

4. Förfarande enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a t av att torrtemperaturöknings- fasen (fas HI) föregår våttemperatursänkningsfasen (fas IV).

5. Förfarande enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t av att den från initieringsfasen (fas H) erhållna temperaturfallsinforrnationen (AT) medelvärdesbildas.

6. Förfarande enligt krav 3 eller 4, k ä n n e t e c k n a t av att efter torr- temperaturökningsfasen (fas III) och våttemperatursånknírigsfasen (fas IV) utförs en konstanthållníngsfas (fas V) där såväl torrtemperatur (T) som våttemperatur (TV) hålls väsentligen konstant för att fortsätta virkestorkningen och möjliggöra beräkning av medelfuktkvot för aktuell virkessats (10) så att torkprocessen kan avbrytas vid en tidpunkt då önskad slutfuktkvot (medelfuktkvot) erhållits hos virkessatsen, varefter eventuell konditionering och avkylning kan påbörjas.

7. Förfarandet enligt något av kraven 3 - 6, k ä n n e t e c k n a t av att torkkam- marens (1) cirkulationsmediumflöde hålls väsentligen konstant under initieringsfasen 504 818 13 (fas H), torrtemperaturökningsfasen (fas III) och váttemperatursänkningsfasen (fas IV).

8. Förfarande enligt krav 6 eller 7, k ä n n e t e c k n a t av att torkkammarens (1) cirkulationsmediumflöde under konstanthâllningsfasen (fas V) minskas till en lägre nivå än vid tidigare faser.