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Mittels Hochfrequenz arbeitende Trocknungsvorrichtung Die vorliegende Erfindung betrifft eine mittels Hochfrequenz arbeitende Trocknungsvorrichtung, bestehend aus einem langgestreckten, als geerdete Elektrode verwendbaren Transportband, aus einer über dem Transportband angeordneten Hochpotentialelektrode und aus mindestens einem Hochfrequenzgenerator, wobei sich die Hochpotentialelektrode längs des gesamten Durchlaufweges des Trockengutes erstreckt und aus mehreren, wenigstens zum Teil elektrisch miteinander verbundenen, aber relativ zueinander und zum Transportband verstellbaren Teilstücken besteht, sowie ein zur Trocknung von Holz bestimmtes Betriebsverfahren mit einer derartigen Vorrichtung.
Bei der Trocknung von verschiedenen Materialien, wie z. B. Holz, darf die Hochfrequenzenergie nicht während des ganzen Trocknungsprozesses mit gleichbleibender Intensität auf das Trockengut einwirken, da das zu trocknende Material dadurch geschädigt werden kann. Wie bereits veröffentlicht wurde, muss beispielsweise bei Holz nach einer anfänglich starken Erwärmungsperiode die Hochfre- quenzenergie laufend gedrosselt werden, um so zu verhindern, dass im Zentrum der Holzstücke ein starker Druckanstieg erfolgt, der Risse und Sprünge in dem Holz verursachen kann.
Diese Forderung kann bei absatzweiser Trocknung dadurch erreicht werden, dass in einer Trockenkammer die zugeführte Hochfrequenzenergie dem Trockengut und seinem momentanen Feuchtigkeitswert entsprechend reguliert wird. Der Nachteil dieser Anlage liegt ohne Zweifel darin, dass der Hochfrequenzsender nur eine kurze Zeit unter voller Belastung arbeitet und während des übrigen Trock- nungsprozesses gedrosselt ist. Dadurch verschlechtert sich aber der Wirkungsgrad der Trocknung erheblich, da die Heizleistung des Senders auch bei nur geringer Hochfrequenzenergieerzeugung weitgehend aufrechterhalten werden muss.
Auch bei kontinuierlichem Trocknungsprozess, das heisst, wenn das Trockengut auf einem Transportband durch elektrische Wechselfelder unterschiedlicher Feldstärke hindurchgeführt wird, ergaben sich bisher Schwierigkeiten, da entweder für jeden Trocknungsbereich ein eigener Sender oder einzelne einstellbare Anpassungsglieder vorgesehen werden mussten.
Diese beiden Möglichkeiten sind jedoch wegen ihres technischen Aufwandes unbefriedigend, da insbesondere wegen der zu Trocknungszwecken hohen Frequenzen - es kommen in der Regel Frequenzen zwischen 5 und 30 MHz zur Anwendung - Verkoppelungen zwischen den einzelnen Trockenabschnitten zu befürchten sind, die die Einhaltung genauer Energiebedingungen in den einzelnen Abschnitten sehr erschweren. Darüber hinaus würde der Trocknungsprozess unter für das Trockengut günstigeren Verhältnissen durchgeführt werden können, wenn es gelänge, eine kontinuierliche Änderung der Hochfrequenzenergie von Bereich zu Bereich zu ermöglichen.
Eine weitere Forderung an eine derartige Trocknungsanlage be- stände darin, dass die hochfrequente Feldenergie je nach der Art des Trockengutes in den einzelnen Bereichen eingestellt werden kann.
Die Vorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass in Durchlauf- richtung gesehen in der zweiten Hälfte der Gesamtelektrode ein Anpassungsglied für die Einspeisung der Hochfrequenzenergie vorgesehen ist, welches die Spannung am Einspeisepunkt einen endlichen Wert aufweisen und von diesem aus in beiden Elektrodenrichtungen ansteigen lässt, und ferner am Einspeisepunkt ein mit dem Generator verbundenes Spannungsregelorgan zur Konstanthaltung der Spannung vorgesehen ist.
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Das zum Trocknen von Holz bestimmte Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung gemäss vorliegender Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Elektrodenabschnitt der Gesamtelektrode so eingestellt wird, dass die Feuchtigkeit des Holzes während des Durchganges durch das von diesem Elektrodenabschnitt ausgehende Feld bis gegen die Siedetemperatur erwärmt wird, wobei je nach' der Feuchtigkeit des Trockengutes eine Rückwirkung auf die Spannungsverteilung erfolgt, derart, dass die Spannung an diesem Elektrodenabschnitt mit zunehmender Feuchtigkeit auf Grund der dadurch erhöhten kapazitiven Belastung erhöht wird,
wobei das Holz anschliessend in eine Trockenzone verminderter Energie gelangt.
In den beiliegenden Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Hochfrequenztrockenanlage, Fig.2 einen Querschnitt durch die Darstellung der Fig. 1.
Die in Fig. 1 dargestellte Trocknungsapparatur besteht aus einem langgestreckten Trockentunnel 1, durch den ein aus Metallgliedern zusammengesetztes Transportband 2 längs hindurchläuft. An der Ein- und Austrittsstelle des Bandes in die Kammer ist je eine öffnung 3 freigelassen, die mittels der Schieber 4 mehr oder weniger je nach der Höhe des Trockengutes abgedeckt werden kann. Das Transportband läuft um die Rollen 5, von denen eine durch einen Motor mit einstellbarer Drehzahl angetrieben wird.
Ferner liegen an dem Transportband 2 Spannrollen 6 und 7 an, um ihm so eine ausreichende mechanische Spannung zu verleihen. Zweckmässigerweise werden ferner Walzbürsten (nicht dargestellt) zur Säuberung des Transportbandes vorgesehen. In dem Trockentunnel läuft das Band auf einer perforierten Unterlage 8, während es bei der Rückführung über Rollen 9 geleitet wird, die zwischen den Stützen 10 des Trockentunnels angeordnet sein können.
Die Hochpotentialelektrode ist ebenfalls perforiert und besteht bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aus den drei Abschnitten 11, 12 und 13, die durch elastische Verbindungsstücke 14 und 15 elektrisch aneinander angeschlossen sind. Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, haben die Elektrodenabschnitte U-för- migen Querschnitt, der nach unten, also zu dem Trockengut hin, geöffnet ist. Die Elektrodenabschnitte hängen einzeln an Bändern, Stangen oder Seilen, die über die Isolatoren 16 an Rollen 17 befestigt sind.
Diese Rollen oder andere derartige Vorrichtungen können von Hand oder elektrisch mittels der Verstelleinrichtungen 18 rotiert werden, so dass der Abstand der einzelnen Elektrodenabschnitte zu dem Trockengut verändert werden kann.
An dem Elektrodenabschnitt 11 ist ferner noch eine Zusatzelektrode 21 angebracht, die in ihrer relativen Lage zu dem Elektrodenabschnitt 11 ver- ändert werden kann. Durch derartige Zusatz- elektroden kann erreicht werden, dass die elektrische Feldstärke an bestimmten Stellen des Tunnels erhöht wird, womit an diesen Stellen auch die Energieeinwirkung auf das Trockengut erhöht ist. Die Zusatzelektrode 21 an der Eingangsöffnung des Trockentunnels bezweckt z. B., dass das kalte Wasser im Nassgut zunächst rasch auf annähernd Siedetemperatur erhöht wird, ohne dass der eigentliche Trocknungsvorgang beginnt.
In eine Seitenwand des Tunnels ist am untern Ende eine Öffnung 19 eingelassen, durch die Warmluft in den Trockenraum einströmt. Dieser Warmluftstrom dient dazu, die aus dem Trockengut austretende Feuchtigkeit aufzunehmen und abzuführen; insbesondere wird durch diesen Luftstrom ein Kondensieren der verdampften Flüssigkeit an den Innenwänden oder den Elektroden vermieden. Durch die bei 20 angedeutete öffnung wird die nun mit Feuchtigkeit beladene Luft wieder abgesaugt. Um dem Luftstrom freien Zugang zu dem Trockengut und den Elektroden zu ermöglichen, sind - wie bereits erwähnt - die Unterlage des Transportbandes 8, das Transportband 2 selbst sowie die Elektrode durch Perforation bzw. Gitterstruktur luftdurchlässig.
Bei dieser Anordnung wird zweckmässig ein mit .Luft gekühlter Hochfrequenzsender verwendet; die den Sender verlassende Kühlluft kann dann direkt durch die öffnung 19 in den Trockenraum geleitet werden, womit sich ein eigenes Aggregat zur Warmlufterzeugung. erübrigt.
Der Ausgang des Hochfrequenzsenders ist über ein Anpassungsglied mit der durch den Pfeil bei 25 angedeuteten Stelle des Elektrodenabschnittes 13 verbunden.
Vor einer Erklärung der Wirkungsweise der Anlage soll kurz der Trockenvorgang am Beispiel von Holz erläutert werden.
Wenn Hochfrequenz ganz allgemein auf ein feuchtes Trockengut einwirkt, wird in erster Linie das eingeschlossene Wasser auf Grund seines gegen- über dem eigentlichen Gut meist wesentlich grösseren dielektrischen Verlustwinkels erwärmt. Bei einem Holzstück befindet sich jedoch der Punkt grösster Feuchtigkeitskonzentration im Zentrum, da durch Lagerung die Flüssigkeit an den weiter aussen liegenden Stellen meistens schon etwas weiter verdunstet ist. Würde nun über längere Zeit eine gleichbleibende, hohe Hochfrequenzenergie auf das Holzstück einwirken, so würde sich das eingeschlossene Wasser zunächst bis auf Siedetemperatur erwärmen und anschliessend verdampfen.
Da sich im Kern jedoch mehr Feuchtigkeit befindet als in der Umgebung, wird hier auch die Verdampfung einsetzen, womit auch der Druck im Innern des Holzstückes wegen mangelnder Ausgleichsmöglichkeit mit der Umgebung stark ansteigt. Wenn nun bei weiterer Beibehaltung des Hochfrequenzfeldes ein Austreten der verdampften Flüssigkeitsteile des Holzkerns auf Grund der engen Poren des Holzstückes unmöglich
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ist, entstehen Risse, die das Holz unter Umständen unbrauchbar machen.
Bei einer Hochfrequenztrocknung von Holz ist daher anzustreben, dass nach einer anfänglichen, schnellen Erhitzung bis auf hohe Temperaturen unter Siedepunkt die Energie so gedrosselt wird, dass ein zu hoher Druck im Innern der Holzstücke nicht entstehen kann. In der Praxis hat sich nun herausgestellt, dass - nach der anfänglichen schnellen Erhitzung bis gegen die Siedetemperatur - eine langsame Energieverminderung während des Trockenprozesses bis zur Austrocknung die besten Ergebnisse bringt. Die zugeführte Energiemenge und die Stärke der Drosselung während des Prozesses hängen vom Material, das heisst von der spezifischen Wärme sowie von der Dampfdurchlässigkeit ab.
Der Hochfrequenzgenerator erzeugt vorzugsweise eine Frequenz von über 5 MHz, z. B. von 14 MHz, da erfahrungsgemäss bei Frequenzen dieser Grössenordnung die besten Ergebnisse erzielt werden können. Wird nun bei geeigneter Anpassung die Hochfrequenzenergie an der mit 25 bezeichneten Stelle eingespeist, so bildet sich auf der Elektrode eine stehende Welle, wodurch sich zwischen der Hochpotentialelektrode 11, 12 und 13 und dem als Elektrode wirkenden Transportband 2 eine von der Lage im Tunnel abhängige Spannung aufbaut.
Vom Einspeisungspunkt 25 an erhöht sich die Hochfrequenzspannung nun nach beiden Seiten so, dass das Maximum bei Höchstlast am Eingang des Tunnels, also an der Zusatzelektrode 21, liegt und sich bei Leerlauf eine entsprechend niedrigere Spannung am Eingang ausbildet.
Die $lektrodenabschnitte können nun entsprechend der zu trocknenden Holzsorte eingestellt werden, ebenso die Vorschubgeschwindigkeit.
Da die Feldbedingungen unabhängig von der Belastung gleichbleiben müssen, wird die Spannung am Einspeisepunkt durch eine entsprechende Nachregelung konstant gehalten. Die Auslastung des Senders wird nun dadurch erreicht, dass die Anlage je nach Feuchtigkeitsgehalt des Trockengutes mit einer mehr oder weniger grossen Menge beschickt wird, damit die verbrauchte Energie der Leistungskapazität des Senders entsprechend angepasst wird. Bei einem längere Zeit gelagerten Holz, das also bereits vorgetrocknet ist, kann beispielsweise die ganze Breite des Transportbandes belegt werden, während bei einem frisch geschlagenen Holz nur 2/#, der Breite des Transportbandes ausgenützt werden darf, um den Sender nicht zu überlasten.
Bei hohem Feuchtigkeitsgehalt steigt nicht nur der wirksame Verlustwinkel tg a des Kondensators an, sondern auch die Dielektrizitätskonstante a, wodurch besonders am Eingang des Tunnels die kapa- zitive Belastung zunimmt, die Spannung ansteigt und die Energieeinwirkung auf das Trockengut erhöht wird. Aus diesen Gründen ist es von Vorteil, das Spannungsmaximum nicht unmittelbar an den Ein- gang des Tunnels zu verlegen, da sonst bei einer starken kapazitiven Belastung das Maximum der Spannung sich in dem Tunnel ausbildet und somit die Spannung am Eingang wiederum sinkt.
Kommt nun Holz zur Trocknung, das beispielsweise den doppelten Feuchtigkeitsgehalt gegenüber vorher behandeltem Holz aufweist, steigt die Leistungsaufnahme bei gleichbleibender Hochfrequenzspan- nung am Speisepunkt durch den vergrösserten Verlustfaktor tg b an, wird aber noch durch das Ansteigen der Spannung längs der Elektrode, bedingt durch die höhere Dielektrizitätskonstante 8, bei einem bestimmten Verhältnis von Holzdicke zum Luftabstand zwischen den Elektroden am Eingang des Trockentunnels, beispielsweise um 15 %,
erhöht. Durch diese Selbstregulierung bei der beschriebenen Anlage können somit in relativ weiten Grenzen Hölzer verschiedenen Feuchtigkeitsgrades im gleichen Trocknungsprozess behandelt werden. Voraussetzung hierfür ist jedoch, wie bereits erwähnt, dass die Spannung am Einspeisepunkt konstant gehalten wird.
Bewegt sich nun das Holz mit dem Transportband durch den Trockentunnel, so wird das Holz bei der Zusatzelektrode 21 zunächst bis auf etwas unter Siedetemperatur erhitzt, da einerseits auf Grund des geringeren Abstandes der Zusatzelektrode von der Gegenelektrode, anderseits wegen der höheren Spannung, die an diesem Ende der Elektrode herrscht, eine besonders hohe Feldstärke erzielt wird. Die Zusatzelektrode muss dabei so eingestellt werden, dass das Holz bei diesem Trockenabschnitt die Siedetemperatur nicht ganz erreicht, so dass der Verdampfungsprozess noch nicht einsetzt. In den anschliessenden Trockenabschnitten nimmt nun die Hochfrequenzenergie laufend so weit ab, dass immer nur gerade die Energie zugeführt wird, die eine dem Holz unschädliche Flüssigkeitsmenge entzieht.
Seit diese unschädliche Flüssigkeitsmenge jedoch von dem absoluten Feuchtigkeitsgehalt stark abhängt, muss die zugeführte Energie im Laufe des Trocknungsprozesses auch weiterhin abnehmen, was durch eine entsprechende Einstellung der Elektroden ohne weiteres erreicht werden kann. Es ist jedoch dabei zu beachten, dass der tatsächliche Abstand der Elektroden nur in einem sehr geringen Bereich ver- ändert werden muss, da die Spannung auf Grund der stehenden Welle im vordern Teil des Trock- nungstunnels an sich schon höher ist als an den weiter hinten gelegenen Abschnitten des Tunnels.
Durch die Anordnung der Verstelleinrichtungen 18 zur Veränderung des Abstandes der Elektrodenabschnitte von der Gegenelektrode wird somit erreicht, dass einerseits das Holz ohne jede Schädigung in einem kontinuierlichen Trockenprozess behandelt werden kann. Da reicht ein einziger Hochfrequenzgenerator aus, der während des Betriebes dauernd mit seiner Nennlast arbeitet, so dass einerseits der bestmögliche Wirkungsgrad der Trocknung erzielt wird, anderseits die ganze Anlage jeder Holz-
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sorte, jedem Feuchtigkeitsgrad und jeder Stückgrösse angepasst werden kann. Bei sämtlichen bisher bekannten Trocknungsanlagen sind diese Vorteile nicht gegeben.
Die beschriebene Anordnung kann in vielen Punkten abgeändert und andern Verwendungsmöglichkeiten angepasst werden. So kann es beispielsweise für andere Trockengüter ausreichen, eine durchgehende Elektrode zu verwenden, wohingegen bei andern Trockengütern eine wesentlich grössere Zahl von Unterteilungen der Elektrode nötig werden können. Ferner kann es bei bestimmten Bedingungen von Vorteil sein, mehrere derartige Trockenanlagen hintereinander anzuordnen, die nacheinander von dem Trockengut durchlaufen werden.