Способ сушки древесины в штабеле и устройство для его осуществления

 

Способ основан на нагреве древесины энергией электромагнитных волн и обдуве ее горячим воздухом определенной температуры и влажности, выдерживании древесины в нагретом состоянии, когда температура в ее середине выше температуры на ее поверхности, а температура воздуха ниже температуры поверхности древесины, измерении влажности древесины и при достижении требуемой конечной влажности прекращении процесса сушки. Устройство содержит камеру, СВЧ генераторы, соединенные с излучателями, установленными в камере на ее стенках, фальшпотолок и установленные на нем вентиляторы и калориферы, увлажнители воздуха, трубы приточной и вытяжной вентиляции, весы на которых установлена тележка со штабелем древесины внутри камеры, термометры для измерения температуры воздуха, и древесины. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к технике сушки пиломатериалов с помощью энергии электромагнитных воли и может быть использовано для сушки древесины - пиломатериалов в штабеле.

Известен способ сушки древесины в виде досок и брусьев, основанный на нагреве досок или брусьев, уложенных в один или нескольких рядов, энергией электромагнитных волн СВЧ диапазона и устройство для его осуществления (Журнал "Передовой опыт в строительстве Москвы". N 3, 1992 г. с. 14,15). Это устройство содержит СВЧ генераторы, возбудители, резонансные камеры, соединенные последовательно и через возбудители, связанные с выходами СВЧ генераторов, два шлюза и ленту транспортера. В верхней и нижней стенках камер выполнены впускные и выпускные окна вентиляции.

Способ сушки состоит в следующем. На ленту транспортера укладывают один или несколько рядов досок или брусьев. Включают СВЧ генераторы, транспортер и вентиляторы. СВЧ энергию от СВЧ генераторов подают в резонансные камеры, а с помощью ленты транспортера пиломатериал подают в резонансные камеры и нагревают его СВЧ энергией. Образовавшийся пар удаляют из резонансных камер с помощью приточно-вытяжной вентиляции.

Эти способ сутки древесины и устройство для его осуществления малопроизводительны и не могут обеспечить одновременно сушку большого объема древесины.

За прототип изобретения приняты способ сушки древесины в штабеле и устройство для его осуществления (там же с. 15,16). Устройство содержит сушильную камеру с дверью, тележку, несколько СВЧ генераторов, выход каждого из которых соединен с излучателем, установленным в отверстии боковой стенки камеры раскрывом внутрь ее, трубы приточной и вытяжной вентиляции, соединенные с соответствующими отверстиями в стенках камеры, в верхней части которой фальшпотолок с перегородкой, которая делит пространство между потолком и фальшпотолком на две части, в перегородке выполнены окна, в которых установлены вентиляторы, фальшпотолок имеет окна, расположенные вдоль боковых стен камеры. Кроме того, в пространстве между потолком и фальшпотолком установлены увлажнители, выпускные патрубки которых сообщаются с внутренним объемом камеры.

Способ сушки пиломатериалов состоит в следующем. На тележке формируют штабель пиломатериалов. Через дверь закатывают тележку в камеру. Закрывают дверь и включают СВЧ генераторы, увлажнители и вентиляцию. Нагревают древесину до температуры 70 - 80^oC. Выдерживают ее при этой температуре и прекращают сушку при достижении требуемой конечной влажности.

Недостатками такого способа сушки и устройства для его осуществления является большая продолжительность сушки и плохое качество высушенной древесины.

Техническим результатом изобретения являются: сокращение продолжительности сушки, улучшение качества высушенной древесины и увеличение кпд использования электроэнергии (первичного источника энергии).

Этот результат достигается способом сушки древесины в штабеле и устройством для его осуществления.

Способ сушки древесины в штабеле основан на ее нагреве энергией электромагнитных волн, обдуве нагретым воздухом, выдерживании древесины в нагретом состоянии, измерении ее температуры и влажности и прекращении сушки при достижении требуемой конечной влажности древесины. Причем, нагрев производят до температуры в середине древесины до значений 50 - 100^oC и до температуры на ее поверхности меньше, чем в середине, более чем на 20^oC, при температуре воздуха 50 - 95^oC и его относительной влажности 90 - 24%. Выдерживают древесину в таком нагретом состоянии и температуре воздуха меньше температуры на поверхности древесины более, чем на 20^oC, при его относительной влажности, лежащей в пределах 90 - 24%. Периодически измеряют влажность древесины и при достижении требуемого конечного значения процесс сушки прекращают.

Отличительными признаками изобретения являются режимы проведения операций при нагреве древесины и ее сушке, а именно: температура в середине и на поверхности древесины, а также температура и влажность воздуха, а также измерение влажности в процессе сушки.

Устройство для сушки древесины в штабеле содержит металлическую камеру с дверью, фальшпотолок, установленные на нем вентиляторы и калориферы, весы, с установленной на них тележкой, приточную и вытяжную вентиляцию, термометры для измерения температуры древесины в ее середине и на поверхности, а также для измерения температуры воздуха, увлажнители с влагомерами, СВЧ генераторы, выход каждого из которых соединен с излучателем.

Излучатели установлены в отверстиях боковых стен камеры рядами раскрывами внутрь камеры.

Фальшпотолок вдоль двух противоположных стен камеры имеет окна и разделительную перегородку по его середине, параллельную боковым стенкам.

Трубы приточной и вытяжной вентиляции соединены с соответствующими отверстиями в стенках камеры, которые закрыты экранной сеткой.

Выпускные патрубки увлажнителей и датчики влагомеров сообщаются с внутренним объемом камеры. Весы установлены на нижней стенке камеры. Технический результат достигается следующим образом.

Сокращение продолжительности сушки происходит за счет интенсивного нагрева древесины с помощью СВЧ энергии и горячего воздуха большой относительной влажности, а также создания положительной разности температур между температурой в середине и на поверхности древесины и высокой средней температуры древесины, что увеличивает скорость движения влаги между внутренними и наружными слоями древесины. Высокая средняя температура способствует интенсивному испарению влаги с поверхности древесины. Уменьшение относительной влажности воздуха после нагрева древесины до заданной температуры также способствует сокращению продолжительности сушки.

Большой интервал температуры нагрева древесины способствует качественной сушке в зависимости от сортамента древесины, породы дерева и его начальной влажности. Этому же способствует большой интервал значений температуры воздуха и его влажности.

Увеличение КПД энергии первичного источника (источника электроэнергии) способствует дополнительному нагреву древесины горячим воздухом, так как коэффициент преобразования электроэнергии калорифером в тепло выше коэффициента преобразования электроэнергии в СВЧ энергию и последнюю в тепло. СВЧ генераторы могут иметь меньшую мощность, чем у прототипа. Но требуемый перепад температуры между серединой и поверхностью древесины может создать нагрев только СВЧ энергией и поддерживать его во время сушки. Полузамкнутый цикл циркуляции воздуха повышает КПД установки.

На фиг. 1 представлено устройство для сушки древесины в штабеле, вид сбоку; на фиг. 2 представлено поперечное сечение устройства по стрелке А-А фиг. 1.

На чертежах введены обозначения: 1 - металлическая камера; 2 - дверь камеры; 3 - фальшпотолок камеры; 4 - перегородка между потолком и фальшпотолком камеры; 5 - вентилятор; 6 - калорифер; 7-труба вытяжной вентиляции; 8 - труба приточной вентиляции; 9 - тележка для штабеля древесины; 10 - весы; 11- увлажнитель с влагомером; 12 - СВЧ генератор; 13 - излучатель СВЧ энергии; 14 - экранная сетка; 15 - датчик температуры в середине древесины; 16 - датчик температуры воздуха; 17 - датчик температуры на поверхности древесины; 18-пульт термометров трех датчиков; 19 - рельсы тележки; 20 - штабель древесины.

Камера 1 с дверью 2 может быть выполнена из любого металла, например, листового железа внахлест с проваркой (пропайкой) швов. Габаритные размеры камеры зависят от объема штабеля древесины.

Фальшпотолок 3 может быть выполнен из металла, также как и перегородка 4, которая делит пространство между потолком и фальшпотолком на две части и в окнах которой смонтированы вентиляторы 5.

Вентилятор 5 может быть выполнен с электрическим приводом и регулируемой производительностью.

Калорифер 6 может быть выполнен в виде ТЭНов (теплоэлектронагревателей) или паровых труб.

Трубы вытяжной 7 и приточной 8 вентиляции выполняются из металла, поперечное сечение которых меньше поперечного сечения окон в фальшпотолке.

Тележка 9 должна быть выполнена из металла, например, из стали.

Весы 10 должны иметь металлическую платформу.

Увлажнитель 11 воздуха с влагомером (психрометром) может быть выполнен в виде бака с водой и распылителем влаги, а влагомер может быть вмонтирован в выходной патрубок увлажнителя (А. И. Расев, Сушка древесины, М., Высшая школа, 1990 г., с. 37,38).

СВЧ генератор 12 может быть выполнен на магнетроне, клистроне и мощных транзисторах по известным схемам) например, дециметрового диапазона волн, мощностью 105 кВт.

Излучатель 13 может быть выполнен в виде открытого конца волновода или электромагнитного рупора.

Экранная сетка 14 выполняется из металлической проволоки с размерами ячеек много меньше рабочей длины волны СВЧ генератора.

Температурные датчики 15, 16 и 17 выполняются из полупроводниковых материалов, поглощение света которых меняется от их температуры и которые крепятся на концах световодов, другие концы световодов соединены с выходами рефлектометров (Тезисы докладов на научно-технической конференции "Применение СВЧ энергии в технологических процессах и научных исследованиях, элементная база и технологическое обеспечение", Саратов, 1992 г.).

На пульте 18 смонтировано три оптических рефлектометра-термометра. Рельсы 19 устанавливаются на полу и на платформе весов с зазорами. Влажность древесины определяют по изменению веса штабеля в процессе сушки древесины.

Штабель 20 древесины размещают на тележке с поперечными прокладками, например, из сухого дерева, с зазорами между древесинами (досками или брусьями). Штабель древесины облучается СВЧ энергией с боковых стен камеры и обдувается горячим воздухом, нагреваемым в калорифере 6 и нагнетаемым вентилятором 5. Горячий воздух циркулирует вокруг штабеля и одновременно подсасывается из окружающего камеру пространства через трубу 8 и через трубу 7 выходит наружу.

Устройство для сушки древесины в штабеле содержит камеру 1 с дверью 2, фальшпотолок 3 с окнами, перегородкой 4, в которой вмонтированы три вентилятора 5 и три калорифера 6, установленные в парах на фальшпотолке в одном корпусе с вентилятором 5 соосно, три трубы 7 вытяжной и три трубы 8 приточной вентиляции, закрепленные на боковых стенках камеры сверху между фальшпотолком и потолком камеры, тележку 9, установленную на весах 10 внутри камеры, три увлажнителя 11 с тремя влагомерами, выходной патрубок увлажнителей сообщается с внутренней полостью камеры, 28 СВЧ генераторов 12 с излучателями 13 на их выходах, которые установлены в отверстиях стенок камеры рядами вдоль и поперек штабеля древесины раскрывами внутрь камеры, экранные сетки 14 в количестве 6 штук установлены на входе трубы 7 вытяжной вентиляции и на выходе трубы 8 приточной вентиляции, три датчика 15, 16 и 17 температуры, которые установлены, один внутри древесины, второй на ее поверхности, а третий в воздухе, пульт 18 термометров, на котором установлены три оптических рефлектометра и который крепится к глухой торцевой стенке камеры.

Способ сушки древесины в штабеле состоит в следующем. В одной из досок (брусков) штабеля с торца высверливается отверстие диаметром больше диаметра датчика 15 температуры и глубиной больше толщины доски. Тележку 9 со штабелем древесины 20 через дверь 2 камеры 1 ввозят в камеру, останавливают тележку на весах 10 и взвешивают ее. Закрепляют датчик 15 в торцевом отверстии доски, датчик 17 закрепляют на поверхности той же доски. Плотно закрывают дверь камеры. На полную мощность включают все СВЧ генераторы. Одновременно включают вентиляторы, калориферы и увлажнители, обеспечивающие необходимую температуру воздуха в камере и его влажность.

Сушка штабеля сосновых досок толщиной 20 мм, с начальной влажностью 70% и конечной - 24±2% При нагреве древесины СВЧ энергией используют воздух с температурой 90±3^oC и относительной влажностью 30±2%. Нагревают древесину в середине до температуры 100-3^oC и на ее поверхности до температуры 85±3^oC. Температуру отслеживают по термометрам на пульте 18. Выдерживают древесину при такой ее температуре и температуре воздуха 75±3^oC и относительной влажности, постепенно уменьшающейся в процессе сушки от 30±2%. до 24±2%. Для соблюдения режима сушки могут быть отключены некоторые ТЕНы калориферов 6 и увлажнители 11. В конце сушки во избежание перегрева древесины могут быть отключены некоторые СВЧ генераторы 12. По уменьшению веса штабеля по отношению к весу при его загрузке определяют влажность древесины. При достижении требуемой конечной влажности древесины установку отключают. Открывают дверь камеры и выкатывают тележку со штабелем высушенной древесины.

Сушка штабеля дубовых досок толщиной 55 мм, с начальной влажностью 50% и конечной - 30±2% Режим сушки дубовой древесины отличается от сушки сосны. При нагреве древесины СВЧ энергией в этом случае используют воздух с температурой 45±3^oC и относительной влажностью 90±3^oC. Нагревают древесину в середине до температуры 50±2^oC и на ее поверхности до температуры 45±2^oC и его относительной влажности, постепенно уменьшающейся в процессе сушки от 90±3^oC до 80±3^oC. Для соблюдения режима сушки могут быть отключены некоторые ТЕНы калориферов 6 и увлажнители 11 - В конце сушки могу быть отключены и некоторые СВЧ генераторы 12. По уменьшению веса штабеля по отношению к весу при его загрузке определяют влажность древесины. При достижении требуемой конечной влажности древесины установку отключают. Открывают дверь камеры и выкатывают тележку со штабелем высушенной древесины.

Способ сушки состоит в том, что древесину нагревают СВЧ энергией до определенной температуры, обдувают ее нагретым воздухом с заданными температурой и влажностью, определенное время выдерживают древесину при этой температуре и в среде с воздухом, температура которого меньше температуры на поверхности древесины, и постепенно уменьшают его влажность, измеряют влажность древесины в процессе се сушки. Процесс сушки заканчивают, когда влажность достигает требуемого конечного значения.

Древесину нагревают до температуры в ее середине, которая лежит в интервале 50-100^oC. Конкретное значение температуры из этого интервала выбирают максимально допустимой для данного сортамента пиломатериала и породы дерева, из которого он изготовлен, и в зависимости от начальной влажности, которые обеспечивают требуемое качество древесины после ее сушки. Температура воздуха при нагреве древесины также должна быть максимально допустима для высушиваемой древесины при оптимальной влажности. Температура на поверхности древесины должна быть несколько меньше, чем в ее середине, для обеспечения максимальной средней температуры древесины, Выдерживают древесину при выбранных максимально допустимых значениях температуры в ее середине и на поверхности. В этом случае градиент температуры совпадает с градиентом влажности, в отличие от сушки древесины только воздухом, что обеспечивает максимальную скорость движения влаги из внутренних слоев древесины к ее наружным слоям. Этот градиент сохраняют на протяжении всей сушки, так как температура воздуха в процессе сушки меньше температуры поверхности древесины. Влажность воздуха в процессе сушки постепенной уменьшают, что также ускоряет процесс сушки без ухудшения качества высушенной древесины.

В процессе сушки измеряют влажность древесины по уменьшению веса штабеля.

Допустимые максимальные температуры при сушке древесины разных пород могут быть заимствованы у А.И. Расева, Сушка древесины, М., Высшая школа, 1990 г., с. 113-126, парагр. 30, Таблицы 6, 7, 8,9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 и 16.

Формула изобретения

1. Способ сушки древесины в штабеле, основанный на ее нагреве СВЧ энергией, обдуве нагретым воздухом, выдерживании древесины в нагретом состоянии, измерении ее температуры и прекращении сушки по достижении требуемой конечной влажности древесины, отличающийся тем, что производят измерение влажности древесины, а нагрев ведут до температуры в середине древесины 50 100^oС и до температуры на ее поверхности меньше, чем в середине, но больше, чем на 20^oС, при температуре воздуха 50 95^oС и его относительной влажности 90 24% выдерживают древесину в нагретом состоянии и температуре воздуха, меньше температуры древесины на ее поверхности, но больше, чем на 20^oС и той же относительной влажности.

2. Устройство для сушки древесины в штабеле, содержащее металлическую камеру с дверью, СВЧ генераторы, выход каждого из которых соединен с излучателем, установленным в отверстии боковой стенки камеры, раскрывом внутрь камеры, трубы приточной и вытяжной вентиляции, соединенные с соответствующими отверстиями в стенках камеры, в верхней части которой установлен фальшпотолок, с перегородкой, которая делит пространство между потолком и фальшпотолком на две части, в котором установлены увлажнители воздуха, выпускные патрубки которых сообщаются с внутренним объемом камеры, а в перегородке выполнены окна, в которых установлены вентиляторы, при этом фальшпотолок снабжен окнами, расположенными вдоль боковых стен камеры и тележку, отличающееся тем, что устройство снабжено калориферами, установленными в парах и соосно с вентиляторами, весами, расположенными на нижней стенке камеры, на которых установлена тележка, термометрами для измерения температуры в середине и на поверхности древесины и для измерения температуры воздуха и психрометр.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 01.03.1999

Номер и год публикации бюллетеня: 32-2002

Извещение опубликовано: 20.11.2002        

---