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Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 für die
Steuerung bzw. Regelung einer Gaszirkulation in einem Holzbehandlungsofen. Ein solches
Verfahren ist beispielsweise aus der EP-A-0 142 171 bekannt.
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Bei der Wärmebehandlung, Warmlufttrocknung, Heißtrocknung und
Heißlufttrocknung von Holz werden große Behandlungskammern verwendet, in denen das zu behandelnde
Holz in einer Weise aufgestapelt wird, dass genug Zwischenraum zwischen den Hölzern
bleibt, um die Zirkulation von Gas, wie Luft, in der Kammer zu ermöglichen. In der
geschlossenen Kammer wird Gas mittels Ventilatoren durch elektrische Widerstände zirkuliert, so
dass die von den Widerständen aufgeheizte Luft ein Heizen oder Trocknen des Holzes
bewirkt. Wenn das heiße Gas in dem Ofen effektiv zirkuliert, kann die Hitze gleichmäßig über
die gesamte zu behandelnde Holzmenge verteilt werden.
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Die Steuerung bzw. Regelung des Verfahrens wird derzeit hauptsächlich durchgeführt,
indem die Feuchtigkeit und Temperatur des Gases an einer Stelle gemessen oder indem der
Trocknungsgrad oder die Erwärmung des Holzes gemessen wird. Basierend auf diesen Daten
wird die Temperatur und die Feuchtigkeit des Gases dann eingestellt. Zusätzlich kann der
Ventilator etwas, hauptsächlich empirisch, eingestellt werden, um die Stärke der
Gaszirkulation zu steuern. Im allgemeinen aber wird eine konstante Stärke der Gaszirkulation während
des gesamten Behandlungsverfahrens aufrechterhalten.
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Im Stand der Technik ist auch bekannt, zwei verschiedene Sensoren zu verwenden, um
die Temperatur zu messen und den Ventilator zu steuern. In der EP 0 142 071 wird die
Richtung der Gaszirkulation mittels der Temperatur oder Feuchtigkeitsmessungen bestimmt. Die
Geschwindigkeit oder Stärke der Gaszirkulation wird jedoch konstant gehalten. Gemäß der
WO 97/08504 wird die Trocknung von Holz in fünf verschiedene Phasen unterteilt, und die
Strömung einer Luftzirkulation wird mit Ausnahme in der letzten Phase konstant gehalten, in
der, um Energie zu sparen, die Strömung einer Luftzirkulation vermindert werden kann. In
der U.S 4,922,624 wird ein Temperaturabfall in einer bestimmten Zone gemessen, und die
Strömung der Luftzirkulation wird in dieser Zone auf ein Minimum vermindert, um ein
weiteres Trocknen von Holz in dieser Zone zu verhindern, wenn ein bestimmter Temperaturabfall
gemessen wird.
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Der hauptsächliche Nachteil der Technologie gemäß dem Stand der Technik ist der
Energieverbrauch. Die Energie, die zum Trocknen und für die Wärmebehandlung erforderlich
ist und die elektrische Energie, die von dem Ventilatormotor benötigt wird, machen einen
wesentlichen Teil der gesamten Behandlungskosten aus, so dass eine Verminderung dieses
Energieverbrauchs von entscheidender Wichtigkeit für die ökonomische Durchführung der in
Rede stehenden Verfahren ist. Wenn der Anteil elektrischer Energie 20-50% der gesamten
erforderlichen Energie beträgt und die Heizenergie von einer billigeren Quelle, wie
Kraftstofföl, Holzschnipseln und Ähnlichem erhalten wird, bildet die von dem Ventilator
verbrauchte Energie einen wesentlichen Teil der gesamten Kosten.
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Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, die vorgenannten Nachteile zu beseitigen. Eine
spezielle Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, einen neuen Typ von Verfahren für
die Steuerung bzw. Regelung der Gaszirkulation zu schaffen, die ermöglicht, dass der
Energieverbrauch des Ventilators in Holzbehandlungsöfen signifikant vermindert wird.
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Bezüglich der für die Erfindung charakteristischen Merkmale wird auf dem Anspruch 1
Bezug genommen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Holzbehandlungs- oder
Trocknungsofen verwendet, der einen Trocknungsraum für das zu behandelnde Holz, einen Ventilator zur
Erzeugung einer Gaszirkulation durch das Holz und eine Heizeinheit zum Heizen des
zirkulierenden Gases enthält.
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Entsprechend der Erfindung wird die Änderung im Zustand der Gaszirkulation im
wesentlichen kontinuierlich während des Behandlungsverfahrens an zwei Stellen in der
Gaszirkulation auf unterschiedlichen Seiten des zu behandelnden Holzes gemessen, und die Stärke
der Gaszirkulation wird ständig, wie es im Hinblick auf die gemessene Änderung notwendig
ist, eingestellt.
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Die gemessenen Zustandsänderungen der Gaszirkulation können beispielsweise
Änderungen in der Feuchtigkeit, der Temperatur oder der elektrischen Leifähigkeit des Gases oder
eine Druckdifferenz oder Änderungen in der Gaszusammensetzung sein.
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Wenn die Messung der Zustandsänderung der Gaszirkulation als eine kontinuierliche
online Messung implementiert wird, kann die Stärke der Gaszirkulation ebenfalls
kontinuierlich eingestellt werden.
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Verglichen mit dem Stand der Technik hat das erfindungsgemäße Verfahren deutliche
Vorteile. In durchgeführten Versuchen wurde festgestellt, dass, wenn die Gaszirkulation mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren geregelt bzw. gesteuert wird, der Verbrauch der
Ventilatorenergie in Größenordnungen, die zwischen 10-50% in verschiedenen Behandlungsverfahren
schwanken, vermindert werden kann. Die in einem Ofen mit Standardabmessungen
erzielten Energieeinsparungen können 100.000 Dollar pro Jahr erreichen im Vergleich mit
empirischer Frequenzwandler Steuerung.
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Im folgenden wird die Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf die beigefügte
Figur erläutert, die ein Blockdiagramm eines Behandlungsofens zeigt, in dem das
erfindungsgemäße Verfahren angewendet werden kann.
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Der in der Zeichnung dargestellte Behandlungsofen enthält einen geschlossenen
Trocknungsraum 1, in dem Holz 2 derart aufgestapelt ist, dass zwischen den Hölzern
genügend Zwischenraum verbleibt, um die Zirkulation von Gas, wie Luft, zu ermöglichen.
Zusätzlich enthält der Behandlungsofen einen Ventilator 3, um eine Gaszirkulation zu erzeugen,
und eine Heizeinheit 4, d. h., einen geeigneten Wärmetauscher zum Aufheizen der
zirkulierenden Luft. Der Wärmebehandlungsofen enthält weiter ein Auslassventil 5 zum Auslassen eines
Teils der Gasströmung aus der Gaszirkulation und ein Austauschventil 6 zum Einlassen von
Austauschgas in die Gaszirkulation, sowie Befeuchtungsvorrichtungen 7 zum Erhöhen der
Feuchtigkeit der Gaszirkulation, wenn notwendig.
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Um das erfindungsgemäße Verfahren zu implementieren, ist der
Wärmebehandlungsofen mit Temperatur- oder Feuchtigkeitssensoren 8 und 9 versehen, die in der Gaszirkulation
auf jeder Seite des Holzes 2a angeordnet sind.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird wie folgt angewendet. Wenn das Holz 2 sich in
dem Trocknungsraum 1 befindet, wird mittels des Ventilators 3 Gas durch das Holz zirkuliert,
wobei das Gas gleichzeitig mittels der Heizeinheit 4 erhitzt wird. Auf diese Weise strömt das
Gas von dem Ventilator zu der Heizeinheit, wo es rasch aufgeheizt wird, wobei seine relative
Feuchtigkeit gleichzeitig abnimmt. Von hier strömt das warme Gas zwischen dem Holz 2
hindurch, wo es entsprechend, wie es dass Holz aufheizt, abgekühlt wird, und Feuchtigkeit
wird von dem Holz in das Gas übertragen. Somit kühlt sich das Gas ab, während es durch das
Holz hindurch streicht und wird feuchter.
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Wenn die Gasströmung zu stark ist, ist der von den Sensoren 8 und 9 erhaltene
Temperaturunterschied zu klein, mit anderen Worten, es ist unnötig, eine solche starke
Luftströmung zu verwenden, um eine ausreichend gleichmäßige Übertragung der erforderlichen
Wärmeenergie aus der Heizeinheit 4 auf das Holz zu erreichen. Andererseits, in einem
entsprechenden Fall, können die Sensoren 8 und 9 verwendet werden, um Feuchtigkeit zu
messen, in welchem Fall festgestellt wird, dass der Unterschied zwischen den an den Messstellen
gemessenen Feuchtigkeitswerten zu klein ist, was bedeutet, dass aufgrund einer zu großen
Stärke der Gasströmung zu wenig Feuchtigkeit von dem Holz in die Gasströmung übertragen
wird. In dieser Situation kann durch Verminderung der Drehzahl des Ventilators 3 die
Gasströmung sowie der Energieverbrauch des Ventilators vermindert werden.
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Wenn dagegen die Gasströmung zu gering ist, werden die Unterschiede der
Temperatur oder der Feuchtigkeit, die von den Sensoren 8 un 9 gemessen werden, zu groß, woraus
gefolgert werden kann, dass das Verfahren ineffizient wird und eine stärkere Gasströmung
benötigt.
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Im Vorstehenden wurde die Erfindung beispielsweise mit Hilfe der beigefügten
Zeichnung erläutert; innerhalb der Ansprüche sind jedoch verschiedene Ausführungsformen
der Erfindung möglich.