Камера для сушки пиломатериалов в штабеле

 

Изобретение относится к лесоперерабатывающей промышленности и может быть использовано для сушки пиломатериалов с помощью индукционного нагрева. Задачей изобретения является создание для сушки пиломатериалов в штабе, обеспечивающей уменьшение энергозатрат, более равномерный нагрев объема камеры и более равномерное распределение остаточной влаги в объеме высушенного штабеля. Предлагаемая камера для сушки содержит муфель из ферромагнитного материала, охватывающие муфель футеровку и индукционную обмотку, подключенную к источнику электроэнергии, а также средства измерения температуры и влажности агента сушки и средство для удаления влаги из камеры. В отличие от прототипа предлагаемая камера снабжена средством для съема тепла со стенок муфеля потоком агента сушки. В предпочтительном воплощении указанное средство для съема тепла потоком агента сушки выполнено в виде желобообразного экрана, расположенного с зазором продольно стенкам муфеля, охваченным указанной индукционной обмоткой, который снабжен в его средней части сечения окнами с установленными в них вентиляторами. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к лесоперерабатывающей отрасли, и может быть использовано для сушки пиломатериалов с помощью индукционного нагрева.

Сушка пиломатериалов с помощью индукционного нагрева характеризуется сочетанием двух достоинств: использованием мобильного вида энергии и повышенной пожаробезопасностью.

Известна установка [1] индукционной сушки пиломатериалов, содержания бетонную камеру, на которую намотан индуктор. Для сушки пиломатериалы складывают в штабель, в котором слои досок перемежаются массивными решетками из ферромагнитного материала. Такой штабель помещают в камеру, которую закрывают. На индуктор подают переменное напряжение с частотой 50 Гц. За счет индуцируемых вихревых токов решетки нагреваются и нагревают пиломатериал. Установка оснащена вытяжной вентиляцией, позволяющей регулировать уровень влажности воздушной среды в камере. Недостатками такого технического решения являются непременное превышение температуры верхних слоев штабеля над температурой его нижних и, следовательно, большой разброс влажности в высушенном материале. Решетки занимают значительную часть в объеме штабеля (до 40%), массивны и громоздки, т.к. они должны, по меньшей мере, иметь размеры основания штабеля. Формирование штабеля нетехнологично и после завершения сушки он должен быть заново уложен, т.к. решетки необходимо удалить.

Известна сушильная камера [1] содержащая футеровку и индуктор, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения перепада температур между подом и сводом камеры, она снабжена ферромагнитным муфелем, площадь свода которого больше площади каждой из боковых сторон, а площадь боковой стороны на 10-20% больше площади пода, при этом индуктор размещен на наружной поверхности футеровки соосно с муфелем. Предлагаемая камера предназначена для сушки пиломатериалов. Использование ее в таком качестве показало, что процесс сушки замедляется в 2-3 раза по сравнению с традиционным, осуществляемым в камерах иного типа, и высушенный материал характеризуется большой неравномерностью распределения остаточной влаги в объеме штабеля.

Известна также сушильная камера [2] выбранная в качестве прототипа и содержащая корпус из ферромагнитного материала, покрытый теплоизоляцией и размещенный снаружи корпуса индуктор, отличающийся тем, что с целью уменьшения теплоперепада между полом и сводом камеры, индуктор установлен со взаимным смещением своей горизонтальной оси и соответствующей оси корпуса в сторону свода при параллельном расположении обеих осей. Однако при этом повышение равномерности распределения температур в камере достигается за счет снижения эффективности нагрева свода камеры при неизменности затрат электроэнергии в индукторе, т.е. ценой увеличения энергозатрат.

Вместе с тем, испытания камеры показали, что процесс сушки в ней также увеличивается в 2-3 раза по сравнению с традиционным, осуществляемым в камерах иного типа, а высушенные пиломатериалы характеризуются большим разбросом величин конечной влажности (более 6% в пределах штабеля и/или отдельной доски).

Задачей изобретения является создание камеры для сушки древесных пиломатериалов в штабеле, обеспечивающей снижение энергозатрат, более равномерный нагрев объема камеры и более равномерное распределение остаточной влаги в объеме высушенного штабеля.

В соответствии с поставленной задачей предлагаемая камера для сушки пиломатериалов в штабеле содержит муфель из ферромагнитного материала, охватывающие муфель футеровку и индукционную обмотку, подключенную к источнику электроэнергии, а также средства измерения температуры и влажности агента сушки и средство удаления влаги из камеры. В отличие от прототипа предлагаемая камера снабжена средством для съема тепла со стенок воздушным потоком.

В предпочтительном воплощении предлагаемой камеры для сушки указанное средство для съема тепла потоком агента сушки (воздуха) выполнено в виде размещенного в муфеле желобообразного экрана, расположенного с зазором продольно стенкам муфеля, охваченным указанной индукционной обмоткой, и снабженного в его средней части сечения одним окном, в створе которого установлен вентилятор. Такое конструктивное решение обеспечивает активный съем тепла со всех точек поверхности боковых стенок муфеля, нагреваемых индукционной обмоткой, за счет потока агента сушки, образованного вентилятором и желобообразным экраном и касательного к стенкам муфеля. Вместе с тем, образующийся, таким образом, поток агента сушки ориентирован поперечно муфелю, замкнут в пространстве муфеля по схеме двухпутной петли и, следовательно, проходит через штабель. Таким образом, обеспечивается более равномерный прогрев штабеля по всему объему и активный съем влаги с поверхности прогретой древесины.

В дополнительном предпочтении указанный желобообразный экран ориентирован своей донной частью к боковой стенке муфеля так, что его боковые стенки расположены первая вдоль потолочной стенки, а вторая вдоль подовой стенки. Такая ориентация желобообразного экрана обеспечивает наилучшее сочетание качества осуществления функции съема тепла со стенок муфеля и функции продувки штабеля нагретым агентом сушки при традиционной схеме укладки древесных деталей в штабеле, когда штабель горизонтально наиболее проницаем для агента сушки.

При указанной ориентации желобообразного экрана, когда упомянутая его вторая боковая стенка расположена вдоль подовой стенки муфеля, целесообразно использовать в качестве этой стенки желобообразного экрана платформу для размещения штабеля. Это позволяет упростить конструктивное исполнение камеры при сохранении функциональных элементов желобообразного экрана, т.к. платформа традиционно установлена на колесных парах, обеспечивающих наличие зазора между платформой и подовой стенкой муфеля. Использование платформы для штабеля в качестве приводной стенки желобообразного экрана позволяет наиболее полно загрузить объем камеры и штабелем и следовательно увеличить производительность сушильной камеры.

Предпочтительно также выполнение в предлагаемой сушильной камере желобообразного экрана в своем поперечном сечении повторяющим форму поперечного сечения муфеля. Этим обеспечивается постоянство величины зазора между экраном и стенкой муфеля по ходу движения потока агента сушки, большую ламинарность этого потока и одинаковую интенсивность съема тепла со всех областей стенок муфеля.

Целесообразность замкнуть торцы желобообразного экрана на стенки муфеля. Это позволяет получить на обоих концах муфеля такой же строго ориентированный поперечно муфелю поток агента сушки, как и в средней части муфеля и, следовательно, повышается равномерность съема тепла со стенок муфеля и продувки штабеля нагретым агентом сушки.

В любом из приведенных осуществлений предлагаемой камеры и ее признаков предпочтительно выполнение муфеля прямоугольной формы, где смыкание стенок, охваченных индукционной обмоткой, выполнено дугообразным. Это позволяет сочетать наиболее полное заполнение камеры штабелем с лучшими условиями активного съема тепла со стенок муфеля и ввода потока агента сушки в штабель.

Далее изобретение иллюстрируется эскизными чертежами, где на фиг. 1 представлена предлагаемая камера для сушки пиломатериалов в штабелях, представленная в изометрии в соответствии с изобретением и в его предпочтительном воплощении; на фиг. 2 представлен продольный горизонтальный разрез (по линии А-А на фиг. 1) предлагаемый камеры для сушки пиломатериалов в штабелях; на фиг. 3 показан схематический поперечный разрез муфеля предлагаемой камеры для сушки пиломатериалов, выполненный в плоскости оси одного из вентиляторов, с изображением сечения штабеля, обозначенного пунктирным контуром, и указанием направлений движения потоков агента сушки в камере.

Предлагаемая камера для сушки пиломатериалов в штабелях в предпочтительном воплощении содержит (фиг. 1) муфель 1, выполненный из листовой стали толщиной 4 мм, все стенки которого снаружи покрыты теплоизолирующей футеровкой 2, выполненной из минеральной ваты, а его боковые стенки охвачены индукционной обмоткой 3, подключенной к источнику 4 электроэнергии. Внутри муфеля 1 размещен желобообразный экран 5, расположенный продольно муфелю, с зазором относительно боковых стенок муфеля 1, охваченных индукционной обмоткой 3. В средней (донной) части желобообразного экрана выполнены окна 6, в створе которых установлены вентиляторы 7. Указанные желобообразный экран 5 окна 6 и вентиляторы 7 образуют упомянутое средство для съема тепла со стенок муфеля 1 потоком агента сушки (воздуха).

Камера снабжена электрическими сухим термометром 8 и мокрым термометром 9, подключенными к блоку 10 управления, выход которого подключен ко входу управления источника 4 электроэнергии. Термометры 8 и 9 вместе с блоком 10 управления образуют средства измерения температуры и влажности агента сушки. Камера содержит также средство удаления влаги, выполненное, в частности, в виде двух окон 11 и 12 с регулируемым размером створа в нижней и верхней частях торцевой стенки муфеля 1 и соединяющие среду камеры с внешней воздушной средой. В качестве приподовой стенки указанного желобообразного экрана использована платформа 13 для размещения штабеля, установленная на колесных парах 14 и, следовательно, имеющая зазор с подом муфеля. Для обеспечения электробезопасности теплоизолирующая футеровка и индукционная обмотка покрыты облицовкой 15 из электроизоляционного материала.

Работа предлагаемой камеры поясняется на примере сушки штабеля досок из березы с начальной влажностью 45% На платформе 13 укладывают слоями доски толщиной 25 мм без промежутков между ними внутри каждого слоя и поперечные прокладки между слоями высотой 25 мм. На платформе 13 штабель общим объемом 22 м³ закатывают в муфель 1 объемом 35 м³ и располагают внутри желобообразного экрана 5 (фиг. 3). При этом зазор между штабелем и стенками экрана 5, а также зазор между стенками экрана 5 и муфеля 1 составляет около 200 мм. Муфель закрывают створками (не показаны) с уплотняющими прокладками. Включают вентиляторы 7, установленные в створах окон 6. Вентиляторы 7 нагнетают избыточное давление воздуха (агента сушки) в зазоре между донной стенкой желобообразного экрана 5 и стенкой муфеля и образуют разрежение воздуха в зазоре между штабелем и указанной донной стенкой экрана 5 (фиг. 3). За счет этого поперечно муфелю 1 формируются потоки воздуха, касательно омывающие стенки муфеля и горизонтально продувающие штабель по схеме двухпутной петли (фиг. 3). Одновременно включают источник переменного напряжения (50 Гц) с мощностью около 35 кВт. Индуцируемые обмоткой 3 вихревые токи в стенках муфеля нагревают его. Вышеуказанные потоки воздуха, образованные желобообразным экраном 5, окнами 6 и вентилятором 7 осуществляют интенсивный съем тепла со стенок муфеля и последующий нагрев штабеля. Мощность, выделяемую в индукционной обмотке, регулируют таким образом, чтобы обеспечить нагрев воздушной среды в муфеле со скоростью 10^oC/час.

При достижении температуры +65^oC дальнейший разогрев муфеля останавливают путем периодического выключения источника 4, и открывают окно 12. Значение температуры мокрого термометра при этом уменьшается и путем регулирования размера окна 12 достигают постоянства разности значений температур ( (Δt) ) сухого и мокрого термометров Δt5^oC. В таком состоянии камеру со штабелем выдерживают 10 часов. Установлено, что при этом влажность досок в штабеле снижается до 30% Далее продолжают разогрев муфеля с указанной выше скоростью 10^oC/час до температуры 75^oC, путем регулировки размера окна 12 увеличивают разность показаний сухого и мокрого термометров до 15^oC. Указанные значения температур термометров 8 и 9 поддерживают неизменными в течение 24 часов. Затем продолжают разогрев муфеля до температуры 90^oC, увеличивают размер окна 12 до достижения разности температур Δt термометров 8 и 9 Δt30^oC и поддерживают в таком состоянии 50 часов. Далее при работающих вентиляторах 7 выключают источник 4 переменного тока, полностью открывают окна 11 и 12. При этом воздушная среда в муфеле 1 охлаждается со скоростью 10^oC/час.

Полученная в результате вышеизложенного технологического процесса сушки с использованием предлагаемой камеры влажность досок составила 6% с отклонением по объему штабеля от этой величины ±2% что соответствует 1 категории качества сушки до требуемой влажности для получения паркета. Практически отсутствует коробление и растрескивание высушенного материала.

Для иллюстрации других технических параметров приводим следующие технические характеристики на примере камеры для сушки с размерами муфеля 1 220х250х650 см. Теплоизолирующая футеровка 2 выполнена толщиной 10 см. Желобообразный экран 5 выполнен из обшивочных досок и размещен с зазором в 20 см относительно стенок муфеля 1. В качестве приподовой стенки экрана 5 использована платформа 13, установленная на колесных парах 14 с зазором 25 см относительно подовой стенки муфеля 1. Вдоль экрана 5 в отдельных окнах 6 было размещено 4 вентилятора общей мощностью 6 кВт. Максимальный размер каждого из окон 11 и 12 составлял 20х20 см. Блок управления 10 обеспечивал включение и выключение источника 4 по показаниям термометров 8 и 9, заданные показания которых поддерживали с точностью ±1^oC. В режиме поддержания заданной температуры и влажности агента сушки индукционный нагрев осуществляется импульсно, с длительностью импульса около 1 минуты и паузой около 1,5 минут. Установку температурных ступеней разогрева муфеля, и, как следствие, агента сушки и штабеля, а также регулировку влажности агента сушки, осуществляют с помощью оператора. Размеры штабеля 160х215х650, составляющего 63% от объема муфеля 1, свидетельствуют о высокой эффективности использования объема камеры для сушки. При этом функции управления предлагаемой камерой для сушки касаются только обеспечения режимов и условий традиционной (известный) технологии сушки пиломатериалов разогретым агентом сушки. Функционирование совокупности отличительных признаков предлагаемой камеры для сушки не требует управления и обеспечивается автоматически.

Действительно, весь период функционирования камеры вентиляторы 7 работают. Желобообразный экран 5 и штабель, заполняющий этот желоб, образуют постоянный зазор со всеми боковыми стенками муфеля 1, которые нагреваются индукционной обмоткой 3 и по касательной обдуваются потоком агента сушки, нагнетаемого в зазор вентиляторами 7. Это же поток осуществляет активный съем тепла со стенок муфеля и далее, проходя через все каналы, образованные прокладками между слоями досок в штабеле, активно нагревают доски, снимает влагу с их поверхности и замыкается по схеме двухпутной петли в области вентиляторов 7. При повышении температуры в муфеле 1 влажность агента сушки (воздуха) стремительно нарастает и может превышать оптимальное значение для традиционной технологии сушки. Влажность агента сушки легко и управляемо снижается открытием и регулировкой размера окна 12 в торцовой стенке муфеля 1. Наиболее предпочтительно выполнение соединения торцов (концов) желобообразного экрана 5 со стенками муфеля 1 (фиг. 2). Это исключает образование на концах экрана потоков агента сушки, отличных от поперечных, и улучшает условия съема тепла и сушки на концах муфеля.

Предлагаемое конструктивное решение обеспечивает добротное качество сушки пиломатериалов независимо от формы муфеля [1] и степени соосности муфеля и индукционной обмотки [2] Вместе с тем, предпочтительной является прямоугольная форма муфеля с дугообразным сопряжением соединения его боковых сторон (фиг. 1-3). Прямоугольность муфеля обеспечивает максимальное заполнение его объема штабелем при технологическом удобстве его укладки. Дугообразное соединение боковых сторон муфеля 1 обеспечивает лучшие условия для съема тепла со стенок муфеля за счет формирования в области периметра боковых стенок муфеля ламинарных потоков агента сушки.

Возможно иное техническое решение указанного средства для съема тепла со стенок муфеля воздушным потоком, отличное от приведенного его предпочтительного воплощения. Однако с учетом необходимости обеспечения активной и равномерной (одинаковой) вентиляции всего штабеля иное выполнение этого средства неприемлемо усложняется.

В описании прототипа [2] не указаны средства измерения температуры и влажности, а также средство удаления влаги из камеры, однако их наличие должно подразумеваться, так как только их наличие позволяет использовать прототип для сушки пиломатериалов в штабелях. Поэтому указанные средства для измерения температуры и влажности и для удаления влаги из камеры указаны в качестве существенных и неотличительных признаков предлагаемого изобретения.

Таким образом, предлагаемая камера для сушки пиломатериалов в штабелях характеризуется сочетанием достоинств, присущих аналогам и прототипу (использование мобильного вида энергии и повышенная пожаробезопасность) и дополнительных преимуществ (активный съем тепла со стенок муфеля и его равномерное распределение в рабочем объеме камеры), которые приводят к снижению энергозатрат и повышению качества сушки.

В предлагаемой камере для сушки средняя потребляемая мощность составляет 0,48 от установленной мощности источника 4 электроэнергии, при этом энергозатраты на сушку 1 м³ пиломатериалов близки к минимальным при сравнении с известными типами лесосушильных камер.

С указанными эффективностью и качеством осуществлена сушка других пиломатериалов из лиственницы, пихты, сосны различных размеров и начальной влажности с использованием различных известных технологических режимов сушки (мягкий, нормальный, форсированный).

Высокая степень заполнения объема камеры штабелем приводит к тому, что при закрытых окнах 11 и 12 влажность агента сушки всегда избыточна и поэтому отсутствует необходимость в применении специальных увлажнителей. Камера не требует сложных внешних технологических подсобных систем и может эксплуатировать на открытом воздухе даже при низких зимних температурах.

Формула изобретения

1. Камера для сушки пиломатериалов в штабеле, содержащая муфель из ферромагнитного материала, охватывающие муфель футеровку и индукционную обмотку, подключенную к источнику электроэнергии, а также средства измерения температуры и влажности агента сушки и средство удаления влаги из камеры, отличающаяся тем, что она снабжена средством для съема тепла со стенок муфеля потоком агента сушки.

2. Камера по п.1, отличающаяся тем, что средство для съема тепла со стенок муфеля выполнено в виде размещенного в муфеле желобообразного экрана, расположенного с зазором продольно стенкам муфеля, охваченным указанной индукционной обмоткой, и снабженного в его средней части сечения по меньшей мере одним окном, в створе которого установлен вентилятор.

3. Камера по п.2, отличающаяся тем, что желобообразный экран ориентирован своей донной частью к боковой стенке муфеля так, что боковые стенки желобообразного экрана расположены первая вдоль потолочной стенки муфеля, а вторая вдоль подовой стенки.

4. Камера по п.3, отличающаяся тем, что вторая стенка желобообразного экрана образована платформой для размещения штабеля.

5. Камера по пп.2 4, отличающаяся тем, что желобообразный экран в своем поперечном сечении выполнен повторяющим форму поперечного сечения муфеля.

6. Камера по пп.2 5, отличающаяся тем, что торцы желобообразного экрана замкнуты на стенки муфеля.

7. Камера по п.1, отличающаяся тем, что муфель выполнен прямоугольной формы, где смыкание стенок, охваченных индукционной обмоткой, выполнено дугообразным.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3