SE518563C2 - Torkning av virke - Google Patents

Description

25 30 s 1~a .se a. n n n n nn n nn nn v nn n n nn n nn nn q n n n n nnnn nnn n n n n . n n nn nn nn n n n n n n n n n n n n n n n n 2 n n n n n nnnn nn nn nano n till tillgänglig torkanordning och en i förväg bestämd mest lämplig psykrometerdifferens vid torkningen.

Den grundläggande tanken bakom denna uppfinning är att torkprocessen inte bara ska ses som en process där vatten avlägsnas från virke utan att det även är frågan om en process där det är möjligt att påverka och ändamålsanpassa de egenskaper virket ska ha när det väl är torrt.

Torkning av virke är en komplicerad process med många påverkbara och påverkande faktorer. Torkningen mäste anpassas till virket. Torkprocessen måste bland annat styras av vilken typ av virke det är som ska torkas, vilka dimensioner virket har, vilken storlek eller vikt det är på det virkespaket som placeras i en torkanordning, vilken fuktighetsgrad och temperatur virket har när torkningen påbörjas med rnera. Torkprocessen måste också styras av vilka kemiska och fysiska egenskaper virket har och vad som händer i virket under hela torkprocessen. Torkningen måste också ändamålsanpassas. Torkprocessen måste styras utifiån de egenskaper som önskas erhållas hos det iärdigtorkade virket och beroende av vad det torkade virket ska användas till. Exempelvis kan lövträ inte torkas på samma sätt som barrträ och virke för byggnadsändarnål kan inte torkas på samrna sätt som virke till möbeltillverkriirig Det måste också ske en anordningsoptimering. Torkprocessen måste även anpassas till torkanordningen. Torkprocessen är beroende av anordningens värmeeffekt, temperatur och möjlig ventilation i torkanordningen och även av den luftfuktighet som erhålls. För att erhålla tidsbesparingar bör anordningen utnyttjas maximalt.

Förfarandet enligt uppfinningen gör det möjligt att optimera torkning av virke genom att väga in kunskaper och fakta om virket som ska torkas och det resultat som ska uppnås samtidigt som anpassning kan ske till information fiån torkanordningen som erhålls under hela processen samtidigt som hänsyn tas och anpassning görs till den torkanordning som är tillgänglig. Processen ska vara mer eller mindre dynamisk och ska styras av information som fmns tillgänglig innan, under och efter torkprocessen.

Den här följande beskrivningen av ett utiöringsexempel av uppfmniiigen är i forsta hand inriktat på torkning av virke i så kallade kammar- eller satstorkar (se fig. 1).

Uppfirmingen kan naturligtvis appliceras på andra typer av virkestorkar.

En torkanordning l för torkning av virke 2 innefattar vanligtvis en kammare 3 som utgör det utrymme i vilket virket 2 är placerat under torkprocessen. Kammaren 3 har avgränsande väggar 4, golv 5 och tak 6 som formar själva kammaren. Torkanordningen 1 innefattar minst en värmeanordning 7. Värmeanordningen 7 innefattar ett värmebatteri 7.1 10 15 20 25 30 518 '563 - - - . .- 3 š': i .i .:I. ' 1.5 1.5 ' .:I. i som vanligen värms genom tillförsel av varmt vatten via en ledning 7.2. Värmebatteriet har åtminstone en sida 7.1.1 som gränsar mot den omgivande luften och som avger värme till denna luft. Torkanordningen 1 innefattar vidare minst en anordning som möjliggör luftcirkulation i kammaren, exempelvis en fläkt 8. Värmeanordningen 7 och fläkten 8 är placerade i eller i angränsning till kammaren 3. Torkanordningen l innefattar för en torkanordning vanligt förekommande registreringsanordningar, mätanordningar och styr- och regleranordningar. Dessa anordningar är i fig. 1 visade som en enda enhet 9 men kan vara helt separata och fristående anordningar integrerade med torkanordningen och/eller varandra.

Torkanordningen l innefattar vidare en konventionell anordning 10 för in- och utsläpp av luft till och från kammaren 3. Dessa anordningar 9 och 10 är ej visade i detalj i figuren då deras konstruktion inte påverkar derma uppfinning.

Fläkten 8 kan antingen suga eller trycka luften, beroende av sin placering i, eller i anslutning till, kammaren 3. Fläkten 8 kan även vara reverserbar. I fig. 1 visas en av luftens cirkulationsriktningar med streckade pilar.

Vanlig utomhusluft släpps in i kammaren 3, värms upp av värmeanordningen 7 och bringas till cirkulation inne i kammaren 3 med hjälp av fläkten 8. Den värmda luften överför värmeenergi till virkespaketet 2 så att vatten fiigörs från virket, upptas och borttransporteras av luften. Den fuktiga luften avlägsnas från kammaren 3, När lulttemperaturen i torkkarnrnaren 3 ökar resulterar detta i att mer och mer vatten lämnar virket 2 varvid luftfuktigheten i kammaren 3 ökar. Om lufien blir fiiktmättad kommer transporten av vattnet från virket 2 till den omgivande luften att upphöra. Fuktövergången från virket 2 till omgivande luft beror av vilket träslag som ska torkas. Fuktövergången är även beroende av temperaturen och luftfuktigheten i kammaren. Dessa faktorer och även andra omgivande förhållanden kan anpassas till träslaget. Alla under torkprocessen påverkbara parametrar påverkar i slutänden det torkade virket.

Mycket av den information och de kimskaper och erfarenheter som finns angående virke, torkning av virke och torkanordningar är samlade i bland annat böcker och tidskrifter, på institutioner, forskningsavdelningar och hos yrkesfolk av olika kategorier som i sitt dagliga liv arbetar med virke. Alla kunskaper kan lagras, sparas, behandlas, hanteras, användas, fömyas med mera i någon form av ett expertsystem ll. Expertsystemet ll kan direkt eller via registreringsanordningarria, mätanordningarna och styr- och regleranordningarna 9 och övrig utrustning itorkanordningen 1 påverka virkestorkningen.

Expertsystemet ll kan kontinuerligt kompletteras med mer information och justeras.

Inforrnation som inte längre är relevant kan avlägsnas. Expertsystemet ll kan kräva aktivt 10 15 20 25 30 513. 'S63 n nn nn n nn n n nn n nn nn nn n n n nnnn n Unn.. nn n nnn nn nn n n n n n nn n n. n nn n n n 4 n n n n nnnnn nn nn nnnon handlande av någon operatör för justering av informationen. Expertsystemet 11 kan påverkas av eller vara anslutet till åtminstone ett annat expertsystem, någon central informationsenhet eller liknande 12 för att bland amiat kunna hämta och/eller lämna information. Expertsystemet ll och/eller de därtill anslutna andra systemen eller enheterna 12 kan innefatta minst en datorbaserad datalagrings- och hanteringsenhet 13. Expertsystemet ll kan tillsammans med lämplig programvara vara helt eller delvis självlärande. Expertsystemet ll kan exempelvis innehålla neurala nätverk som bearbetar de registreringar som görs och de värden som erhålls under torkprocessen.

Det firms många matematiska samband och formler som sammanbinder olika parametrar vid virkestorkning och som också kan samlas i expertsystemet 11. Det är möjligt att med hjälp av psykrometrar avläsa lufttemperaturer i torkkammaren 3. En psykrometer är en anordning som kan avläsa både torr och våt temperatur. Skillnaden mellan två i torkkammaren uppmätta värden på en våt och en torr temperatur kallas psykrometerdifierens och anger indirekt luftfuktigheten i torkkammaren. Ett lågt värde på psykrometerdifferensen anger hög luftfuktighet. Luftfuktigheten kan varieras under torkningen vilket inverkar på det färdiga torkresultatet. Luftfuktigheten kan relateras till den effekt som överförs i torkanordningen. Under olika tidsintervall av torkningen kan det vara önskvärt att hålla luftfuktigheten konstant. Detta kan kontrolleras genom att konstant luftfuktighet motsvaras av att den mätbara psykrometerdifferensen är konstant.

En approximativ formel för beräkning av den överförda effekten fiån värmeanordningen till den i kammaren cirkulerade luften är denna: P = k * a *(T1-T2) P = överförd effekt k = konstant som beror av värmeanordningen i torkanordningen ot = värmeövergångstal T; = medeltemperaturen hos värmeanordningen i torkanordningen T; = s k torrtemperatur hos den cirkulerade luften Både det ovan nämnda effektbehovet vid en vald konstant psykrometerdifferens och den med formeln ovan uträknade överförda effekten kan relateras till torrtemperaturen T; i torkanordningen och kan ritas in med var sin kurva i ett gemensamt diagram, se tig. 2. Kurva 1 visar en vald konstant psykrometerdifferens, kurva 2 visar en annan vald konstant psykrometerdifferens, som är lägre än den som visas med kurva l. Kurva A visar effektöverföringen hos en torkanordning A, från en värmeanordning 7 till karnmarluften, och 10 15 20 25 30 518 _5616 c o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o ooo ooo o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o c o o o o o o o 5 o o o o o oooo oo oo oooo o kurva B visar effektöverföringen hos en torkanordning B, som har högre maxeffekt än torkanordning A. Kurva A och B svarar mot 100% värmeutstyming på en shunt hos respektive torkanordning.

Torkprocessen i en torkanordning 1 inleds med att virket 2 placeras i kammaren 3.

Virket 2 är vanligtvis staplat till virkespaket och strölagt. Därefier påbörjas en uppvärmníngsfas. Uppvärmningsfasen är av konventionellt slag där avsikten är att virket 2 enbart ska värmas, inget vatten ska lämna virket och därmed sker ingen torkning. Ofiast sker uppvärmningen genom kondenserande värnming via ångtillförsel eller genom konventionell värmning och samtidig vattenbasning. Uppvärrnningsfasens längd är beroende av bland annat virkespaketets storlek, virkets medelfuktkvot, dess begynnelsetemperatur, som ofta motsvarar den vid tillfället rådande utomhustemeperaturen, och den valda temperaturen när virkespaketet ska anses vara uppvärmt. Uppvärmningsfasen är kritisk ur sprickbildningssynpunkt och måste styras.

Nästa steg i processen är en optirneringsfas. Under denna fas ska ett optimeringsläge för den specifika torkanordningen l defmieras. Torkprocessen anpassas till torkanordningen l med sina förutsättningar, till det virke 2 som ska torkas och den slutprodukt som önskas erhållas. Under denna fas erhålls även en tidsoptirnering av processen med avvägning mot torkanordningens prestanda i och med att anordningen kan användas maximalt under den fortsatta torkprocessen.

Under optimeringsfasen ska torkanordningen 1 regleras till ett optimeringsläge där den erhållna temperaturen i värmebatteriet 7.1 resulterar i en temperatur i torkanordningen 1 som håller psykrometerdifferensen konstant på en, beroende av virket, vald nivå. Det sker en optimering av anordningen I på grundval av en i förväg bestämd psykrometerdifferens i torkanordningen och beroende av torkanordningens maxeffekt och efiiektöverföring.

I det inledande skedet av optimeringsfasen värms luften i torkanordningen 1 med ett tillflöde av varmvatten till värmebatteriet 7.1. Psykrometerdifferensen hålls konstant till ett på förhand valt värde som beror av träet i virket och det önskade torkresultatet. Då värme överförs från värmebatteriet 7.1 ökar kontinuerligt temperaturen hos luften inne i kammaren 3. Under detta inledande skede följs exempelvis kurva 1, som visar en vald konstant psykrometerskillnad, vilket medför att anordningen inte kan köras med, i förhållande till den då rådande tontemperaturen, maximal effektöverföring. Vid exempelvis torrtemperaturen Tgx nyttjas för torkanordning A, när den valda konstanta psykrometerskillnaden representeras av kurva l, endast omkring 55% av maximal värmeutstyrning. 100% värmeutstyming representeras av kurvan A. 10 15 20 25 30 518_ 563 o oo oo o oo o o oo o oo oo oo o o o oooo ooo oo o oo o o oo oo oo o o o o o o o o o o o oo o o o 6 o o o o o oooo oo oo oooo o De två kurvoma A och 1 skär varandra i punkten O. Denna punkt O visar det optimala läget för anordningen A för torkande av just detta träslag, relaterat till den önskade psykrometerskillnaden. I denna punkt matas anordningen A med maximalt tillgänglig effekt vid rådande temperatur Tgo och psykrometerskillnad. I denna punkt har anordningen A 100% värmeutstyrning. Om psykrometerskillnaden ska fortsätta att hållas konstant måste torrtemperaturen höjas och samtidigt måste en ökning av effektöverfóringen ske vilket inte är möjligt med anordningen A. I det läge som visas i skärningspunlcten O har anordningen erhållit den optimala effektöverföringen P0 och den högsta torrtemperatur Tm som är möjlig för det virke som ska torkas, i just denna torkanordning A med dess prestanda och den slutprodukt som önskas. Genom detta förfarande har anordningen och processen anpassats optimalt till såväl virket som till anläggning och slutprodukt. Samtidigt resulterar detta i att anordningen utnyttjas maximalt vilket även medför en tidsoptimering då torkanordningen kan utnyttjas optimalt.

Den för optimeringsfasen styrande faktorn är alltså det valda värdet på psykrometerdifferensen. Detta värde beror bland annat av träslag och önskade egenskaper hos det torkade virket. Torkanordningens optimala torrtemperatur Tgo utgör den högsta möjliga temperaturen för denna anordning vid början av en efterföljande adaptiv kapillär torkfas.

Torrtemperaturen Tgo medför önskad luftfuktighet samtidigt som torkanordningen utnyttjas optimalt.

Om en annan torkanordning B med högre maxeffektöverföring än anordning A, med en temperaturberoende effektöverföring visad med kurva B i figur 2, används för torkning av liknande virke där samma resultat önskas, vilket resulterar i att psykrometerdifferensen ska hållas konstant på samma värde, kommer den optimala torrtemperaturen T; att ha ett högre värde. Om ett annat virke ska torkas eller om resultatet som önskas är något annat så att den mest lämpliga psykrometerdifferensen är en annan, exempelvis lägre enligt kurva 2, men samma anordning A ska användas kommer den optimala torrtemperaturen T; att ha ett annat värde, i det här fallet högre.

Det är även möjligt att under denna optimeringsfas köra torkanordningen med en för tillfället lägre eller högre maxeffekt, som ligger under eller över anordningens normala maximala effekt på energitillförseln till värmebatteriet. Detta kan komma ifråga om exempelvis temperaturen på det tillförda vattnet till värmebatteriet av någon anledning är lägre eller högre än normalt eller om en eller flera torkfaser måste effektbegränsas med hänsyn tagna till slutprodukten. Det innebär att anordningen blir mer tolerant för varierande energitillgång eftersom optimeringsfasen inte förutsätter konstant eller känd effekt hos 10 15 20 25 30 513-ses o . o . on In o on u oo no no o u o uno nu o n u v» o o oo o» oo o v n o . o o o n g n o; o o o 7 o o o u o :mao o: oo oooo o värmeanordningen 7. I och med att optirneringsfasen ger möjlighet till denna anpassning av anordningen 1 i förhållande till virket 2 kommer önskat torkresultat att uppnås vid torkprocessens slut oavsett torkanordningens maximala effekt.

Det kan tyckas att det bara är att värma anordningen till den torrtemperatur som visas i kurvornas skärningspurilct och att därmed är den optimala inställningen för anordningen erhållen. Denna skärningspunkt är dock inte på förhand känd med exakthet. Torrtemperatur och effekt är inte de enda påverkande faktorerna och detta medför att även om två kurvor kan ritas in i ett diagram och en skärningspunkt uppkommer utgör denna punkt inte självklart det faktiska optimala läget. För att erhålla det optimala läget måste anordningen köras och anpassas till det för tillfället rådande förhållandet med för tillfället påverkande faktorer.

Genom att köra torkanordningen 1 på så sätt att luften i kammaren 3 kontinuerligt värms så länge en vald psykrometerskillnad kan hållas konstant, ända till det läge där maximal eller förinställd effekt hos, eller shuntläge till, värmebatteriet nås, blir resultatet att anordningen självstyrande uppnår sitt optimala läge, med hänsyn tagna till de för tillfället rådande förhållandena och de för tillfället andra påverkande faktorerna.

Efter optimeringsfasen kan nästa steg i virkestorkningen påbörjas. Även kommande steg i virkestorkningen kan styras med hjälp av expertsystemet ll. Exempelvis kan torrtemperaturen låsas vid det under optirneringsfasen framkomna värdet på torrtemperaturen varvid psykrometerdifferensen tillåts förändras under den adaptivt styrda kapillära torkfasen.

Värden på lämpliga psykrometerdifferenser och gällande anordningsprestanda är sådant som är väl lärnpat att lagra i expertsystemet 11. Registreringsanordningarna i form av bland annat psykrometrar ger information om rådande psykrometerdifferens och detta värde jämförs med den information som fmns i expertsystemet 11. Resultatet av demia jämförelse kan påverka styr- och regleranordningen på ett i förväg bestämt sätt, som också kan finnas samlat i expertsystemet 11. På liknande sätt behandlas andra mätbara och kontrollerbara uppgifter för styrning och reglering av torkprocessen, inte enbart under optimeringsfasen.

Denna återkopplingsfunktion gör det möjligt att skapa en torkanordning och torkprocess som till alla delar styrs mer eller mindre automatiskt. Naturligtvis är det möjligt att fiångå expertsystemet för att påverka torkningen enligt andra direktiv om detta är önskvärt och exempelvis automatiska funktioner kan ersättas med manuella.

Förfarandet enligt demia uppfinning kan appliceras på redan befintliga anordningar för torkning av virke. Förfarandet kan även ligga till grund för konstruktion av nya torkanordningar. Förfarandet kan ge möjlighet att konstruera torkanordningar med specifika s1sAse3 8 'å *-.-* 5 .5 .=:I ' Äß ïII= ' .=:É 5 egenskaper, under specifika förhållanden och med specifika förutsättningar likväl som rent allmänna och enklare torkanordningar.

Denna beskrivning ska inte ses som en begränsning av uppfinningen utan endast som en vägledning till fiill förståelse av uppfinningen. Anpassningar till torkanordningar med andra ingående verksamma delar och ersättning av delar och detaljer som är självklara för en fackman på området kan naturligtvis göras inom uppfinningstanken.

Claims (3)

10 15 20 25 518 563' c i o: nu a n. e u o.. n nu ou ao I a n nu. o o nu o. u nu n u u; o» en u o n I e o o a o o n nn n f n 9 | o v e n nu n. -n coon u Patentkrav

1. Förfarande vid torkning av virke (2) i en torkanordning (1) för erhållande av ett på förhand bestämt torkresultat hos virket (2) oberoende av torkanordningens prestanda kännetecknat av att torkningen styrs beroende av virkets träslag och de egenskaper som det torkade virket ska ha, att torkanordningens arbete optimeras beroende av virkets träslag och de egenskaper som det torkade virket ska ha, där torkanordníngens arbete optimeras genom att, för att erhålla anordningens maximala tontemperatur (Tz), höja torrtemperaturen (T2) hos den luft som finns i torkanordningen (1) så länge som en på förhand bestämd psykrometerdifferens i torkanordningen (1) kan hållas konstant och att information om virke av olika träslag, i vått och torrt tillstånd, och om torkning av virke av olika träslag lagras, bearbetas och viktas mot under torkníngen kontinuerligt erhållen information fi-ån torkanordningen (1).

2. Förfarande vid torkning av virke enligt patentkrav 1 k ä n n e t e c k n at a v att informationen lagras, bearbetas och viktas i ett expertsystem (11).

3. Förfarande vid torkning av virke enligt patentkrav 1 eller 2 k ä n n e t e c k n at a v att psykrometerdifferensen hålls konstant på ett värde som beror av befintligt träslag i det virke som ska torkas och de egenskaper det torkade virket ska erhålla.