PL182346B1 - Wood drying process - Google Patents

Abstract

1. Urzadzenie do suszenia drewna z uzy- ciem mikrofal majace obudowe mieszczaca pewna ilosc drewna, czujniki temperatury do pomiaru temperatury drewna wewnatrz obudowy, ogrzewacz drewna umieszczony wewnatrz obudowy i uklad regulacji ogrze- wacza drewna w zaleznosci od zmierzonej temperatury, znamienne tym, ze obudowa obejmuje komore (4), a ogrzewacz stanowi generator (1) mikrofal polaczony z komora (4) co najmniej dwoma przewodami (2) do- prowadzajacymi energie mikrofal do komo- ry (4), przy czym wewnatrz komory (4) znajduja sie czujniki (8) do pomiaru ciezaru drewna. Fig. 1 PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do suszenia drewna, czyli tak zwanego sezonowania drewna.

W świeżo ściętym drewnie zawartość wilgoci wynosi zwykle około 80% (wagowo w przeliczeniu na suchą masę). Gdyby to drewno miało być użyte natychmiast do wykonania wyrobu drewnianego, takiego jak część mebla, wysychałoby ono stopniowo i w trakcie wysychania zmieniałoby swój kształt, odkształcając tym samym wyrób drewniany. Dla uniknięcia tego problemu drewno, zanim zastosuje się je do wykonania wyrobu drewnianego, suszy się do zawartości wilgoci wynoszącej dla drewna miękkiego i twardego odpowiednio około 20 i 8%>.

Tradycyjnie drewno sezonuje się przez układanie pociętego drewna w sterty i pozostawienie go do wysuszenia na powietrzu na kilka lat. Alternatywnie drewno można wysuszyć w ciągu kilku tygodni z użyciem pieca do suszenia.

Oba powyższe sposoby sezonowania są niezadowalające. Ponieważ produkcja sezonowanego drewna w przypadku suszenia na powietrzu lub suszenia w piecu trwa bardzo długo, niezbędne jest utrzymywanie wielkich zapasów drewna, w celu zapewnienia stałych dostaw

182 346 sezonowanego drewna. Przechowywanie wielkich zapasów drewna przez długi okres czasu jest kosztowne. Ponadto, oba sposoby wymagają zazwyczaj okresowego przekładania drewna, a przy po sezonowaniu tym duża ilość drewna nie nadaje się do użycia z powodu pęknięć i poważnych odkształceń. Przykładowo w przypadku drewna bukowego straty wynoszą zwykle 30 - 40% przy stosowaniu któregokolwiek z powyższych procesów suszenia.

Celem niniejszego wynalazku było dostarczenie ulepszonego urządzenia do suszenia drewna, dzięki któremu możliwe stało się wyeliminowanie wyżej opisanych wad suszenia drewna.

Cel wynalazku osiągnięto dzięki temu, że obudowa obejmuje komorę, a ogrzewacz stanowi generator mikrofal połączony z komorą co najmniej dwoma przewodami doprowadzającymi energię mikrofal do tej komory, przy czym wewnątrz tej komory znajdują się czujniki do pomiaru ciężaru drewna.

Korzystnie urządzenie według wynalazku ma wentylatory, do przemieszczania powietrza przez komorę dla regulacji wilgotności powietrza w komorze.

Korzystnie urządzenie według wynalazku ma wentylatory, do przemieszczania powietrza przez komorę dla regulacji temperatury powietrza w komorze.

Korzystnie urządzenie według wynalazku ma wentylatory, do przemieszczania powietrza przez komorę dla regulacji wilgotności i temperatury powietrza w komorze.

W korzystnym przykładzie wykonania wynalazku wentylatory mają czujniki wilgotności przy wlocie powietrza do komory.

W innym korzystnym przykładzie wykonania wynalazku wentylatory mają czujniki wilgotności na wylocie powietrza z komoiy.

Urządzenie według wynalazku korzystnie ma suport do drewna podtrzymujący drewno wewnątrz komory.

Suport ten w korzystnym przykładzie wykonania wynalazku jest wyposażony w zespół do nadawania ruchu drgającego drewnu umieszczonemu na suporcie wewnątrz komory.

Suport w dalszym korzystnym przykładzie wykonania wynalazku jest wyposażony w zespół do obracania drewna umieszczonego na suporcie wewnątrz komory.

Korzystnie suport ten jest wyposażony w zespół do nadawania ruchu drgającego drewnu umieszczonemu na suporcie i obracania drewna umieszczonego na suporcie wewnątrz komory.

Korzystnie czujnik temperatury zawiera co najmniej jeden światłowodowy czujnik temperatury.

Suport urządzenie według wynalazku jest wyposażony w szereg krzyżaków z ramionami rozciągającymi się promieniowo względem centralnego gniazda. Drewno do suszenia można korzystnie przymocować do zewnętrznych końców ramion, a gniazdo jest korzystnie zamocowane obrotowo na wale. Dzięki zamocowaniu drewna pomiędzy dwoma takimi krzyżakami można je wygodnie obracać wewnątrz komory mikrofalowej. Jeden lub więcej dodatkowych krzyżaków można zamontować wzdłuż długości drewna, aby zmniejszyć możliwość uginania się długich odcinków drewna podczas suszenia.

Komora ma zamykany otwór do umieszczania w niej i wyciągania z niej suszonego drewna. Komora może mieć szereg otworów, zatem urządzenie można eksploatować w sposób ciągły przez regularne wprowadzanie nowych szarż drewna do komory, np. z użyciem podajnika taśmowego.

Układ pomiaru temperatury zawiera czujniki temperatury powierzchni drewna. Mają one na przykład co najmniej jeden pirometr promieniowania podczerwonego, zazwyczaj usytuowany tak, by mierzył temperaturę pośrodku i w jednej trzeciej długości drewna. Ze względu na to, że istnieje określona korelacja pomiędzy temperaturą wewnątrz, a temperaturą na powierzchni dla każdego rodzaju drewna (można ją wyznaczyć zmierzywszy temperaturę wewnątrz drewna za pomocą sondy i temperaturę powierzchni), pomiar temperatury powierzchni daje też informacje o temperaturze wewnętrznej. Temperatura wewnętrzna sama w sobie jest ważnym parametrem, gdyż właśnie ona w dużym stopniu wyznacza wewnętrzne ciśnienie w drewnie, które rośnie, gdy wilgoć ogrzeje się w porach drewna. Układ pomiaru temperatury może zawierać, zamiast lub dodatkowo, jeden lub większą liczbę światłowodo4

182 346 wych czujników temperatury. Te dwa typy czujników okazały się szczególnie korzystne w niniejszym urządzeniu, gdyż nie są one metalowe i nie ekranują wcale promieniowania mikrofalowego lub jedynie w niewielkim stopniu. Ponadto, w przypadku pirometru czujnik może być zamontowany na zewnątrz komory.

Odczytywaną temperaturę można wykorzystywać jako parametr kontrolny na wejściu układu regulacji, co umożliwia utrzymanie zadanej krzywej temperatura/czas podczas suszenia. Przykładowo niektóre gatunki drewna najlepiej schną przy względnie stałej temperaturze. Zmierzona temperatura, sama lub w połączeniu ze zmierzonym ciężarem, może być później stosowana do ustalenia prawidłowej wyjściowej mocy generatora mikrofal. Krzywa temperatura/czas jest korzystnie utrzymywana poniżej ustalonego maksimum temperatury, w celu uniknięcia odkształcania się drewna.

Dzięki dokładnej regulacji wyjściowej mocy generatora mikrofal unika się wielu problemów związanych z nie kontrolowanym napromienianiem drewna mikrofalami. Bez takiej regulacji wilgoć znajdująca się w drewnie może być usuwana za szybko, co powoduje rozerwanie porowatej struktury drewna. Prowadzi to do ogólnego odkształcenia drewna w postaci pęknięć, powstania struktury „plastra miodu”, w przypadku której tworzą się wielkie dziury w wewnętrznej strukturze drewna, i do „zapadania się”, gdy struktura plastra miodu jest już tak dominująca, że powoduje to zapadnięcie się struktury drewna.

Korzystnie energia mikrofal ma zakres częstotliwości powyżej 100 MHz i/lub poniżej 300 GHz. Typowymi częstotliwościami (urzędowo zatwierdzonymi przez agendy rządowe) są 434 MHz, 896 MHz, 915 MHz, 2,45 gHz i 4,75 GHz. Większa długość fali zapewnia lepszą penetrację struktury drewna i jest korzystna dla większych odcinków drewna. Zazwyczaj częstotliwość 896 MHz pozwala na wysuszenie drewna o skumulowanej, całkowitej grubości do 200 mm. Przy częstotliwości 2,45 GHz może być suszone drewno o skumulowanej grubości co najmniej 100 mm. Większe kawałki muszą być także suszone wolniej, gdyż wilgoć ma tendencję do ulatniania się tylko przez końce drewna, w wyniku czego wzrost ciśnienia wewnątrz drewna jest większy dla większych kawałków.

Układ regulacji może dokonywać pomiaru szybkości zmian ciężaru drewna na podstawie zmierzonej ciężaru, a zatem pomiaru szybkości suszenia drewna (szybkość suszenia można określić przy założeniu, że strata ciężaru powstaje z powodu wyparowania wilgoci z drewna). Stwierdzono, że dla różnych rodzajów drewna istnieją, charakterystyczne maksymalne wartości szybkości suszenia, powyżej których występują znaczne odkształcenia drewna. Dlatego też układ regulacji jest korzystnie przystosowany do kontroli mocy wyjściowej źródła mikrofal, dla zapewnienia utrzymania szybkości suszenia drewna poniżej ustalonego maksimum. Szybkość zmian ciężaru można także wykorzystać do określenia, kiedy drewno zostało zasadniczo wysuszone. Przykładowo zmiana ciężaru zwykle zmniejsza się do zera lub w przybliżeniu do zera wtedy, gdy drewno jest wystarczająco suche, toteż urządzenie może być przystosowane tak, aby wskazać, że drewno jest wystarczająco suche, gdy zmiana ciężaru w ustalonym okresie czasu wynosi zero lub mniej niż ustalone maksimum, względnie gdy całkowita utrata ciężaru podczas suszenia jest taka sama lub większa niż ustalone minimum utraty ciężaru. Korzystnie generator mikrofal jest przystosowany do zapewniania kilku różnych wartości mocy wyjściowej i można go okresowo włączać i wyłączać.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia urządzenie do suszenia drewna według wynalazku w widoku z boku, fig. 2 - urządzenie z fig. 1 w przekroju poprzecznym wzdłuż linii A-A, a fig. 3 - wykres zależności temperatury i ciężaru od czasu dla przykładowej ilości drewna suszonego w urządzeniu z fig. 1.

Urządzenie do suszenia drewna zawiera generator 1 mikrofal do generowania energii w zakresie pasma od 896 - 915 MHz. Jest on połączony z komorą 4 poprzez falowody 2. Energia jest przekazywana do komory 4 poprzez mieszacze 3 fal, które pracują w znany sposób.

Komora 4 ma wlot 10 i wylot 11 powietrza. Wilgoć z powietrza przepływającego przez wlot 10 i wylot 11 jest mierzona przez czujniki 9, 12 wilgotności odpowiednio przy wlocie i wylocie. Dla wymuszenia przepływu powietrza przez komorę 4 u wlotu 10 jest zamontowany wentylator.

182 346

Czujniki 13 podczerwieni są zamontowane na ścianach komory 4. W pokazanym przykładzie wykonania cztery czujniki 13 zamontowano na bocznej ścianie. Jednakże rozmieszczenie czujników można zmieniać i należy je dobrać tak, by pozwalało na powtarzalny i dokładny pomiar temperatury powierzchni drewna wewnątrz komory 4.

Zgodnie z fig. 2 boczna ściana komory 4 ma otwierane drzwi 5 umożliwiające wprowadzanie suportu z drewnem do komory 4 i usuwanie go z niej. Suport ma cztery nośne ramiona 16, rozciągające się promieniowo od centralnego gniazda 17. Drewno jest podtrzymywane przez ramiona 16 i obracane wokół centralnego gniazda 17 przez silnik 7. Ramiona 16 są wsparte na ogniwach obciążnikowych 8, które mogą mierzyć ciężar drewna i suportu, co umożliwia śledzenie zmian ciężaru drewna podczas suszenia. W pokazanej postaci suport oprócz ramion 16 na każdym końcu komory ma zestaw ramion na środku komory dla podtrzymywania drewna wzdłuż jego długości podczas suszenia. Zamiast obracania drewna lub dodatkowo można drewno „tasować” ruchem drgającym przez przesuwanie suportu do przodu i do tyłu w płaszczyźnie ogólnie poziomej i/lub w płaszczyźnie ogólnie pionowej. Dodatkowo lub zamiast, drewno można poddawać drganiom obrotowym przez obracanie drewna, korzystnie względem centralnego gniazda, na przemian w jednym kierunku obrotu, a potem w drugim kierunku obrotu. Pomaga to w uzyskaniu równomiernego napromieniowania drewna. Energia mikrofal jest rozprowadzana wewnątrz komory 4 przez takie urządzenia jak mieszacza 3 fal, przetworniki fazowe i regulatory mocy.

Czujniki 8 ciężaru można stosować obok czujników 9, 12 wilgotności dla uzyskania kontrolnych danych wejściowych dla układu regulacji, w celu zmiany przepływu powietrza przez komorę.

Jest to wykres pokazujący ciężar i temperaturę klocka jesionowego o wymiarach około 205 mm x 320 mm x 30 mm. Górny wykres pokazuje zmniejszenie ciężaru klocka po usunięciu wilgoci. W tym konkretnym doświadczeniu pikowi temperaturowemu w 13. minucie odpowiadał charakterystyczny dźwięk pękania wydany przez drewno. Dźwięk ten mógł być spowodowany rozerwaniem struktury klocka. Ten pik jest niepożądany i korzystnie moc należy kontrolować tak, aby uzyskać krzywą temperaturowa podobną do tej oznaczonej na fig. 3 jako „Temp 5”. Pik ten odpowiada także zwiększeniu się szybkości suszenia (jak to pokazuje bardziej stroma krzywa ciężaru między 10. a 15. minutą). Dzięki sporządzeniu takiego wykresu dla poszczególnych typów drewna można określać bezpieczną maksymalną szybkość suszenia, której wartość można wprowadzić do układu regulacji dla zapewnienia prawidłowej regulacji mocy wyjściowej generatora mikrofal przy suszeniu następnych kawałków lub klocków drewna.

Jak widać, wszystkie krzywe temperatury rosną stromo w miarę suszenia drewna. Ten stromy wzrost można wykorzystać dla określenia chwili wyschnięcia drewna.

182 346

182 346

Fig. 3

Temperatura (°C)

182 346

Fig. 2

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims (11)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie do suszenia drewna z użyciem mikrofal mające obudowę mieszczącą pewną, ilość drewna, czujniki temperatury do pomiaru temperatury drewna wewnątrz obudowy, ogrzewacz drewna umieszczony wewnątrz obudowy i układ regulacji ogrzewacza drewna w zależności od zmierzonej temperatury, znamienne tym, że obudowa obejmuje komorę (4), a ogrzewacz stanowi generator (1) mikrofal połączony z komorą (4) co najmniej dwoma przewodami (2) doprowadzającymi energię mikrofal do komory (4), przy czym wewnątrz komory (4) znajdują się czujniki (8) do pomiaru ciężaru drewna.
2. 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że ma wentylatory (10, 11) do przemieszczania powietrza przez komorę (4) dla regulacji wilgotności powietrza w komorze (4).
3. 3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że ma wentylatory (10, 11) do przemieszczania powietrza przez komorę (4) dla regulacji temperatury powietrza w komorze (4).
4. 4. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że ma wentylatory (10, 11) do przemieszczania powietrza przez komorę (4) dla regulacji wilgotności i temperatury powietrza w komorze (4).
5. 5. Urządzenie według zastrz. 2 albo 3, albo 4, znamienne tym, że wentylatory (10,11) mają czujniki (9) wilgotności przy wlocie powietrza do komory (4).
6. 6. Urządzenie według zastrz. 2 albo 3, albo 4, znamienne tym, że wentylatory (11) mają czujniki (12) wilgotności na wylocie powietrza z komory (4).
7. 7. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że ma suport (16) do podtrzymywania drewna wewnątrz komory (4).
8. 8. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że suport (16) jest wyposażony w zespół (7) do nadawania ruchu drgającego drewnu umieszczonemu na suporcie (16) wewnątrz komory (4).
9. 9. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że suport (16) jest wyposażony w zespół (7) do obracania drewna umieszczonego na suporcie (16) wewnątrz komory (4).
10. 10. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że suport (16) jest wyposażony w zespół (7) do nadawania ruchu drgającego drewnu umieszczonemu na suporcie (16) i obracania drewna umieszczonego na suporcie (16) wewnątrz komory (4).
11. 11. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że czujnik (13) temperatury zawiera co najmniej jeden światłowodowy czujnik temperatury.