NO314857B1 - Innretning og fremgangsmåte for törking av tömmer - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår tørking av tømmer. Nyskåret tre har typisk et fuktighetsinnhold (etter vekt hvor tørr vektbasis) på omkring 80 %. Hvis slikt trevirke ble brukt umiddelbart for å lage et treprodukt så som et møbel, ville treet gradvis tørke ut og endre form, og dermed forvrenge treproduktet. For å unngå dette problem, blir tre tørket til noe i nærheten av 20 % til 8 % fuktighetsinnhold for henholdsvis bløte og harde tresorter, før de brukes til å lage et treprodukt.

Tradisjonelt har trevirke vært tørket ved å stable det skårne tre og la det tørke i luften i flere år. Alternativt kan treet tørkes på noen få uker ved bruk av en ovn.

Begge de ovennevnte fremgangsmåter for tørking er utilfredsstillende. Siden produksjonen av tørket tømmer ved bruk av tørking eller ovnstørking tar betydelig tid, og man holder store lagerbeholdninger av trevirke for å sikre konstant tilførsel av tørket trevirke. Oppbevaringen av store lagre av trevirke over lengre tidsperioder er kostbart. Dessuten krever begge prosessene periodisk omstabling av tømmeret, og i tillegg blir mye av trevirket ubrukbart etter tørking som følge av sprekker og forvridning. Bøketreet har f.eks. et typisk svinn på mellom 30 % og 40 % ved bruk av en av de ovennevnte prosesser.

Det er et mål for den foreliggende oppfinnelse å frembringe et forbedret apparat og prosess for tømmertørking.

Ifølge et første aspekt ved den foreliggende oppfinnelse er det frembrakt et tørkeapparat for trevirke som omfatter et hus for å inneholde kvantitet av trevirke. Temperaturføleranordning for å føle temperaturen av trevirket inne i huset, en anordning for å oppvarme trevirket inne i huset og en styringsanordning for å variere anordningen for oppvarming av tømmeret som respons på den følte temperatur, karakterisert ved at huset omfatter en kavitet 4, anordningen for oppvarming er en mikrobølgegenerator 1 koplet til kaviteten 4 ved minst to kanaler 2 for å innføre mikrobølgeenergi i kaviteten 4, og vektføleranordningen 8 for å føle vekten av tømmer inne i kaviteten 4.

Apparat ifølge en første foretrukken versjon av det første aspekt ved den foreliggende oppfinnelse er karakterisert ved en ventilasjonsanordning 10, 11 anordnet for å forskyve luft gjennom kaviteten 4 for å regulere fuktigheten og lufttemperaturen inne i kaviteten 4. Ventilasjonsanordningen 10, 11 omfatter typisk en fuktighetsføler 9, 12 ved et luftinnløp 10 til eller et luftutløp 11 fra kaviteten, hvor fuktighetssensoren 9,12 er tilpasset til å frembringe en signalutgang som representerer fuktigheten av luften i nærheten av føleren, signalutgangen blir brukt som en inngang til å regulere operasjonen av ventilasjonsanordningen 10,11.

Apparat ifølge en annen foretrukken utførelse av det første aspekt ved den foreliggende oppfinnelse eller den første foretrukne versjon av denne er karakterisert ved en tømmerbærer 16 anordnet til å understøtte tømmer inne i kaviteten 4.

Apparat ifølge en tredje foretrukken versjon av det første aspekt ved den foreliggende oppfinnelse eller annen forutgående foretrukken versjon av denne er karakterisert ved en anordning 7 for bæreren 16 hvor en oscillerende og/eller roterende bevegelse kan tilføres tømmeret som understøttes av bæreren 16 inne i kaviteten 4.

Apparat ifølge en fjerde foretrukken versjon av det første aspekt ved den foreliggende oppfinnelse eller hvilken som helst forutgående foretrukken versjon av denne er karakterisert ved en omrøringsanordning 3 inne i kaviteten 4 som kan opereres til å variere romfordelingen av mikrobølgeenergi inne i kaviteten 4.

Apparat ifølge en femte foretrukken versjon av det første aspekt ved den foreliggende oppfinnelse eller hvilken som helst forutgående foretrukken utførelse av denne er karakterisert ved en åpning og en lukning 5 av denne, hvor lukkingen kan åpnes for å gi atkomst til det indre av kaviteten 4 gjennom åpningen, slik at tømmer kan settes inn i eller fjernes fra kaviteten. Der er typisk anordnet et antall åpninger og lukkinger 5 for dette og en anordning for å regulere åpning eller lukking av lukkingene for hver åpning på en kontinuerlig basis for periodisk å anordne innføring av tømmer inn i kaviteten og/eller uttaking av tømmer fra kaviteten gjennom en eller flere av apparatene. Fortrinnsvis, for å begrense utslipp av mikrobølgeenergi til omgivelsene, kan mikrobølgespjeld plasseres ved hver inngang eller utgang til kaviteten.

Apparat ifølge en sjette foretrukken versjon av det første aspekt av den foreliggende oppfinnelse eller en hvilken som helst foregående foretrukken versjon av denne er karakterisert ved en temperaturføleranordning 13 som omfatter minst ett infrarødt pyrometer anordnet for å måle overflatetemperaturen for trevirke inne i kaviteten.

Apparat ifølge en sjuende foretrukken versjon av det første aspekt ved den foreliggende oppfinnelse eller en hvilken som helst foretrukken versjon av denne er karakterisert ved en kontrollanordning 8 som kan opereres til å utlede et mål for takten for vektendring av tømmer som er plassert inne i kaviteten fra den følte vekt, for å utlede et mål for tørketakten for tømmeret.

Apparat ifølge en åttende foretrukken versjon av det første aspekt ved den foreliggende oppfinnelse eller hvilken som helst forutgående foretrukken versjon av denne er karakterisert ved at kontrollanordningen er anordnet for å styre effektutgangen fra mikrobølgekilden 1 for å sikre at temperaturen i stedet for tørkehastigheten for tre inne i kaviteten 4 blir holdt nedenfor et forutbestemt maksimum.

Apparat ifølge en niende foretrukken versjon av det første aspekt ved den syvende eller åttende foretrukne versjon av den foreliggende oppfinnelse er karakterisert ved at styringsanordningen tjener til å indikere at trevirket inne i kaviteten 4 er tilstrekkelig tørt, så som når tørketakten for trevirket over en forutbestemt tid er null eller mindre enn et forutbestemt maksimum, eller det totale vekttap under tørkingen er det samme eller mer enn et forutbestemt minimumsvekttap.

Apparat ifølge en tiende foretrukken utførelse av det første aspekt ved den foreliggende oppfinnelse eller hvilken som helst forutgående foretrukken versjon av denne er karakterisert ved at mikrobølgegeneratoren 1 kan opereres til å produsere flere forskjellige kontinuerlige eller avbrutte effektutganger.

Apparat ifølge en ellevte foretrukken versjon av det første aspekt av den foreliggende oppfinnelse eller en hvilken som helst forutgående foretrukken versjon av denne er karakterisert ved at temperaturføleranordningen 13 omfatter minst en fiberoptisk temperatursensor.

En fremgangsmåte ifølge et annet aspekt ved den foreliggende oppfinnelse for tørking av tømmer i et hus inneholdende en kvantitet av tømmer og en temperaturføleranordning anordnet til å føle temperaturen i tømmeret inne i huset og en anordning for å varme tømmeret som finnes inne i huset sammen med en styringsanordning for å variere anordningen for oppvarming av tømmeret som respons på den følte temperatur, karakterisert ved et trinn for å tilpasse huset til å tjene som en mikrobølgekavitet, bruk av en mikrobølgegenerator for å injisere mikrobølgeenergi inn i kaviteten og dermed inn i tømmeret som er plassert der, gjentatt føling av vekten og/eller temperaturen i tømmeret inne i kaviteten, og styring av effekten som injiseres i kaviteten ved generatoren som respons på den følte vekt og/eller temperatur av tømmeret i kaviteten.

Bæreren omfatter fortrinnsvis et antall "edderkopper" som har radielt anordnede armer som kommer ut fra et sentralt nav. Tømmeret som skal tørkes kan være montert i de fjerne ender av armene, og navet er fortrinnsvis roterbart montert på en aksel. Ved å montere tømmeret som skal tørkes mellom to slike edderkopper, kan tømmeret beleilig roteres inne i mikrobølgekaviteten. En eller flere edderkopper kan være montert langs lengden av tømmeret for å redusere muligheten for at store lengder av tømmer henger ned under tørking.

Kaviteten har fortrinnsvis en stengbar åpning for innlegging og fjerning av tømmer for tørking. Kaviteten kan være anordnet til å ha et antall åpninger, og apparatet kan dermed opereres på en kontinuerlig basis ved regelmessig innføring av nye ladninger av tømmer i kaviteten, f.eks. ved bruk av et transportbånd.

Temperaturføleranordningen omfatter fortrinnsvis en anordning for å måle overflatetemperaturen av trevirket. Disse omfatter fortrinnsvis minst ett infrarødt pyrometer som er typisk anordnet til å måle temperaturen i midten og en tredjedel av veien inn fra endene av trevirket. Siden det er en forutbestemt korrelasjon (som kan bestemmes ved bruk av interne temperatursonder i forbindelse med overflatemålinger) mellom interne temperaturer og overflatetemperaturer for hver type av tre, er en overflatemåling effektiv for å måle den interne temperatur. Den interne temperatur i seg selv er viktig siden det er denne som i stor grad bestemmer det interne trykk i tømmeret som bygges opp når fuktigheten blir oppvarmet i treets porer. Temperaturføleranordningen kan i stedet eller i tillegg omfatte en eller flere fiberoptiske temperatursensorer. Disse to typer av sensorer har vært funnet å være spesielt fordelaktige i det foreliggende apparat, siden de er ikke-metalliske og produserer liten eller ingen maskering av mirkobølgestrålingen. Videre, i tilfelle ved pyrometeret, kan følerapparatet være montert utenfor kaviteten.

Den følte temperatur kan brukes til å styre inngangen til styringsanordningen for

å gjøre det mulig å holde en forutbestemt temperatur/tid/kurve under tørking. F.eks., noen tresorter blir best tørket med forholdsvis konstant temperatur. Den følte temperatur alene eller i kombinasjon med en følt vekt kan så brukes til å bestemme en passende effektutgang fra mikrobølgegeneratoren. Temperatur/tid-kurven holdes fortrinnsvis nedenfor en forutbestemt maksimumstemperatur for å unngå vridning av tømmeret.

Ved nøyaktig styring av utgangseffekten fra mikrobølgegeneratoren, blir mange problemer med ukontrollert mikrobølgestråling av tømmer unngått. Uten slik styring, kan fuktigheten i treet bli fjernet for raskt og forårsake at porestrukturen i tømmeret sprekker. Dette fører til generell forvrengning av tømmeret i form av sprekker, gjennomhulling i hvilke store åpninger blir utformet i den indre struktur av treet og kollaps, i hvilke gjennomhullingen blir så sterk at den forårsaker at trestrukturen bryter sammen.

Mikrobølgeenergien er fortrinnsvis i et sekvensområde høyere enn 100 MHz og/eller mindre enn 300 GHz. Frekvensene er typisk (hvilke er frekvenser som er godkjent av myndighetene) 434 MHz, 986 MHz, 915 MHz, 2,45 GHz og 4,75 GHz. Større bølgelengder gir bedre gjennomtrengning i trestrukturen, og er foretrukket for store stykker av tømmer. En frekvens på 896 MHz vil typisk tillate tørking av trevirke med en total tykkelse på 200 mm. Ved en frekvens på 2,45 GHz, kan trevirke med total tykkelse på minst 100 mm tørkes. Større stykker trenger også å bli tørket langsommere, siden fuktigheten har en tendens til å slippe ut bare ved endene av treet, og således blir oppbyggingen av trykk i sentrum av treet større for store stykker.

Styringsanordning kan fortrinnsvis opereres til å utlede et mål for endringstakten av tømmerets vekt fra den følte vekt, og dermed utlede et mål for tørketakten for tømmeret (tørketakten kan utledes ved å anta at vekttapet er på grunn av at fuktighet fordamper fra tømmeret). Man har funnet at forskjellige tresorter har en karakteristisk maksimal tørketakt over hvilken betydelig forvrengning av treet oppstår. Styringsanordningen er derfor fortrinnsvis anordnet til å styre effektutgangen av mikro-bølgekilden for å sikre at tørketakten for treet blir holdt nedenfor et forutbestemt maksimum. Takten for vektforandring kan også brukes til å bestemme når treet er i hovedsak tørt. F.eks., endringen i vekt reduseres typisk til eller nær null når treet er tilstrekkelig tørt, og apparatet kan anordnes til å indikere at treet er tilstrekkelig tørt når vektendringen over en forutbestemt tid er null eller mindre enn et forutbestemt maksimum, eller det totale vekttap under tørking er det samme eller mer enn et forutbestemt minimum vekttap. Mikrobølgegeneratoren kan fortrinnsvis opereres til å produsere flere forskjellige effektutganger og kan avbrutt skrus på og av.

I et aspekt ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, omfatter en fremgangsmåte for tørking av tømmer ved bruk av mikrobølgeenergi plassering av tømmeret i en mikrobølgekavitet, gjentatt føling av vekt og/eller temperatur i tømmeret, og styring av effektutgangen fra en mikrobølgegenerator som er koplet til kaviteten, i henhold til den følte vekt og/eller temperatur.

En utførelse av oppfinnelsen skal i det følgende beskrives gjennom et eksempel, under henvisning til tegningene, hvor figur 1 er et sideriss av et tømmer- tørkeapparat, figur 2 er et tverrsnitt langs linjen A-A på figur 1, og figur 3 er en plotting av temperatur og vekt mot tid for en kvantitet av tømmer som blir tørket i apparatet på figur 1.

Tømmertørkeapparatet omfatter en mikrobølgegenerator 1 for å generere energi i båndbredden 896 til 915 MHz. Denne blir koplet til en multimodus kavitet 4 ved bølgeledere 2. Energien blir koplet inn i kaviteten 4 ved modus- omrørere 3 som opererer på en konvensjonell måte.

Kaviteten 4 har et luftinnløp 10 og et luftutløp 11. Fuktigheten i luften som passerer gjennom innløpet 10 og utløpet 11 blir følt av en fuktighetssensor 9 og 12 på henholdsvis innløpet og utløpet. For å tvinge luften gjennom kaviteten 4 er det montert en vifte på luftinnløpet 10.

Infrarøde sensorer 13 er montert i veggene i kaviteten 4.1 den utførelsen som er vist er montert fire sensorer 13 i sideveggen. Plasseringen av sideveggen kan imidlertid varieres, og bør velges til konsekvent og nøyaktige målinger av overflatetemperaturen på trevirket inne i kaviteten 4.

Figur 2 viser en sidevegg av kaviteten 4 med dører 5 som kan åpnes til å tillate innsetting og fjerning av en tømmerbærer fra kaviteten 4. Bæreren omfatter fire støttearmer 6 som stikker radielt ut fra et sentralt nav 17. Tømmeret er understøttet på armene 16 og rotert rundt det sentrale nav 17 ved en motor 7. Armene 16 kan understøttes på lasteceller 8 fra hvilke vekten av treet og bæreren kan føles, og dermed tillate at en endring i trevirkets vekt blir overvåket under tørking. I den viste utførelse har bæreren i tillegg til armene 16 ved hver ende av kaviteten, et sett armer i sentrum av kaviteten for å understøtte tømmeret langs dets lengde under tørking. Tømmeret kan i stedet eller i tillegg til å roteres, bli "stokket" i en oscillerende bevegelse ved å bevege bæreren frem og tilbake i et generelt horisontalt plan og/eller i et generelt vertikalt plan. I tillegg eller i stedet, kan tømmeret utsettes for svingning eller rotering av tømmeret, fortrinnsvis rundt et sentralt nav, vekslende fra en rotasjonsretning til en annen rotasjonsretning. Dette hjelper til å oppnå en jevn bestråling av tømmeret. Mikrobølgeenergien blir fordelt inne i kaviteten 4 ved bruk av anordninger så som modusrørere 3, faseendringsanordninger og effektreguleringsanordninger.

Vektføleranordningen 8 brukes i tillegg til fuktighetssensorene 9 og 12 som en styringsinngang til styringsanordningen for å variere luftstrømmen gjennom kaviteten.

Dette er en grafisk fremstilling som viser vekt og temperatur av en blokk av ask,

omkring 205 mm x 320 mm x 30 mm. Den øvre plotte viser vektreduksjonen i blokken når fuktigheten blir fjernet. I dette spesielle eksperiment, vil temperaturtoppen med 13 minutter tilsvarende et smell som blir produsert av treet. Denne lyden ville være forårsaket ved sprekking av blokkens struktur. Denne toppen er uønsket og effekten bør fortrinnsvis styres for å oppnå en temperaturkurve i likhet med den som er merket "temp 5" på figur 3. Denne toppen tilsvarer også en øket tørketakt (som vist ved den brattere vektkurve mellom 10 og 15 minutter). Ved å produsere en slik plotting for en spesiell tresort, er det mulig å bestemme en trygg maksimal tørketakt som så kan entres inn i styringsanordningen for å sikre at effektutgangen av mikrobølgegeneratoren blir passende styrt for senere stykker eller blokker av trevirke.

Man vil se at alle temperaturkurvene stiger bratt når treet blir tørt. Denne bratte stigning kan brukes til å bestemme når treet er tørt.

Claims (13)

1. Innretning for å tørke tømmer, omfattende et hus for å motta en tømmermengde, en temperaturføler for å registrere tømmerets temperatur i huset, en oppvarmingsanordning for tømmeret i huset og en reguleringsanordning for å styre anordningen for oppvarming av tømmeret på grunnlag av den registrerte temperaturen, karakterisert ved at huset avgrenser et rom (4), at oppvarmingsanordningen er en mikrobølgegenerator (1) som er koplet til rommet (4) med minst to kanaler (2) for å føre mikrobølgeenergi inn i rommet (4), at minst en temperaturføler er innrettet til å måle treets overflatetemperatur i rommet, at en vektsensor (8) er innrettet til å registrere tømmerets vekt i rommet (4) og til å avgi et utgangssignal for den registrerte vekten, og at styreanordninger er innrettet til å beregne den registrerte temperaturen og vekten for å regulere den innførte mikrobølgeenergi i forhold til den registrerte temperatur og vekt.

2. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at en ventilasjonsanordning (10, 11) er innrettet til å tilføre luft gjennom rommet (4) for å regulere fuktigheten og/eller lufttemperaturen i rommet (4).

3. Innretning ifølge krav 2, karakterisert ved at ventilasjonsanordmngen 10,11 omfatter en fuktighetssensor (9, 12) innrettet til å avgi et utgangssignal som uttrykk for luftfuktigheten nær sensoren, hvor signalutgangen brukes som en inngang for å regulere ventilasjonsanordningen (10,11).

4. Irmretning ifølge foregående krav, karakterisert ved at en tømmerbærer (16) er innrettet til å understøtte tømmer i rommet (4).

5. Innretning ifølge krav 4, karakterisert ved at en anordning (7) for bæreren (16) er innrettet til å oscillere eller rotere tømmeret som understøttes av bæreren (16) i rommet (4).

6. Innretning ifølge foregående krav, karakterisertYed at en ornrøringsanordning (3) i rommet (4) er innrettet til å variere romfordelingen av mikrobølgeenergien i rommet (4).

7. Innretning ifølge foregående krav, karakterisert ved at en åpning og et lukke (5) for åpningen er innrettet til å åpnes for å gi tilgang til rommets (4) indre gjennom åpningen, slik at tømmer kan føres inn i eller tas ut av rommet.

8. Innretning ifølge krav 7, karakterisert ved at den omfatter flere åpninger og lukker (5) for åpningene og anordninger for å regulere lukkingen for hver åpning kontinuerlig for periodisk å tillate innføring av tømmer gjennom åpningen.

9. Innretning ifølge foregående krav, karakterisert ved at en temperaturføleranordning (13) omfatter minst ett infrarødt pyrometer innrettet til å måle tømmerets overflatetemperatur i rommet.

10. Innretning ifølge foregående krav, karakterisert ved at temperaturføleranordningen (13) omfatter minst en fiberoptisk temperatursensor.

11. Innretning ifølge krav 10, karakterisert ved at slyreanordningen er innrettet til å styre effektutgangen fra mikrobølgekilden (1) for å sikre at tørketakten for trevirket i rommet (4) holdes under et fastlagt maksimum.

12. Innretning ifølge krav 10 eller 11, karakterisert ved at styreanordningen er innrettet til å indikere at trevirket i rommet er tilstrekkelig tørt i henhold til at tømmerets tørketakt over en fastlagt periode er mellom null og et fastlagt maksimum, og at det totale vekttap under tørkingen er minst lik et fastlagt minimalt vekttap.

13. Innretning ifølge foregående krav, karakterisert ved at generatoren (1) kan innstilles til kontinuerlig eller intermitterende effektutgang. I 14 Fremgangsmåte for å tørke tømmer i et hus som inneholder en mengde tømmer og en temperatursensor for å registrere tømmerets temperatur i huset og en anordning for å varme opp tømmeret i huset, med en reguleringsanordning for å styre anordningen for oppvarming av tømmeret på grunnlag av den registrerte temperaturen, karakterisert ved å benytte huset som et mikrobølgerom (4), å måle temperaturen eller treet ved å registrere treets overflatetemperatur, å bruke en mikrobølgegenerator (1) til å føre mikrobølgeenergi inn i rommet (4) og dermed inn i tømmeret i rommet, gjentatt å registrere tømmerets vekt og/eller temperatur i rommet (4), å beregne et mål for tømmerets vektendring fra den registrerte vekten, og å styre effekten som føres inn i rommet (4) fra generatoren (1) på grunnlag av tømmerets registrerte vekt og/eller temperatur i rommet (4).