Сушильная камера

 

Изобретение относится к области обработки древесины. В герметичной ванне сушильной камеры, имеющей термоизолированный корпус и съемную крышку в виде металлической рамы с натянутой на нее термостойкой резиновой мембраной, размещены сообщающиеся между собой рабочая и дополнительная емкости с парафином в качестве жидкого рабочего теплоносителя. Система его нагрева выполнена комбинированной и содержит электрические нагревательные элементы и теплообменник, выполненный в виде заполненного внешним теплоносителем труб. В дополнительной емкости хранится парафин, а в рабочей происходит сушка штабеля древесины, уложенной на основание послойно через стальные прокладки, выполненные преимущественно в виде решеток. Сушка с одновременной пропиткой древесины происходит в среде горячего парафина с использованием вакуумного насоса и внешнего теплового конденсора. В рабочей емкости могут быть обеспечены также режимы вытяжки парогазовой смеси, проветривания и пропаривания древесины с помощью вентиляторов. Сочетание использования вакуума и комбинированной системы нагрева древесины в парафине уменьшает энергопотребление сушильной камеры и одновременно ускоряет процесс сушки и повышает качество высушиваемой древесины. 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области обработки древесины и может использоваться в устройствах для сушки древесины с применением вакуума с одновременной ее пропиткой.

Известны устройства для сушки древесины, в которых используется понижение давления воздуха в герметичной камере со штабелем древесины, что позволяет проводить сушку при невысоких температурах, поскольку температура кипения воды при пониженном давлении (вакууме) становится значительно ниже 100°С. Это уменьшает затраты энергии на сушку и ускоряет ее. Особенно эффективен такой метод сушки для твердых пород древесины. Примером такого устройства является сушильная камера, герметичный объем которой соединен с вакуумной откачной установкой и выполнен в виде оболочки из эластичного материала, закрывающего штабель древесины, слои которого разделены прокладками, а между слоями размещены плоские нагревательные элементы, при этом сушильная камера снабжена средствами для фиксации штабеля древесины и слива конденсата (RU 2117889 С1, 1998). Другим примером является сушильная камера итальянской фирмы Wood Drying Engineering (WDE), содержащая герметичную ванну из нержавеющей стали, в которой уложен штабель древесины, между ее слоями (послойно) размещены полые алюминиевые нагревательные пластины, в которых циркулирует горячая вода, нагреваемая внешним бойлером, а поверх штабеля древесины размещена закрепленная в металлической раме эластичная резиновая мембрана, при этом герметичная ванна соединена с вакуумным насосом (http://www.woodkiln.com/ustr2.shtml Вакуумные сушилки /Каталог/ Устройство, 2003).

Однако такие сушильные камеры все же недостаточно экономичны по расходуемой энергии, поскольку в них значителен объем, в котором необходимо создавать вакуум. В высушиваемой в них древесине не удается обеспечить полное снятие внутренних напряжений, а также консервацию ее качества и достигнутой влажности, в том числе из-за отсутствия режима пропитки древесины консервирующими составами и соответствующих средств для этого. Наличие между слоями древесины плоских нагревательных элементов эффективно для нагрева и выравнивания древесины только в случае ее ровной поверхности и одинаковой толщины по всему ее слою. В таких сушильных камерах не обеспечиваются условия равномерного прогрева древесины.

Из известных устройств наиболее близким к заявленному является сушильная камера, содержащая снабженную съемной крышкой с фиксирующими элементами ванну, между внутренней и внешней стенками корпуса которой размещен слой термоизоляции, а в рабочей емкости ее корпуса размещено основание для штабеля древесины, уложенной через стальные прокладки, и вентиляционная система, средство подачи в рабочую емкость жидкого рабочего теплоносителя, систему его нагрева, выполненную на основе заполненного внешним теплоносителем теплообменника, соединенный с рабочей емкостью вакуумный насос, систему трубопроводов и набор функциональных датчиков (RU 2176058, 2001). В качестве жидкого рабочего теплоносителя в этой сушильной камере использована вода. Съемная крышка в герметичном корпусе ванны установлена сбоку и снабжена фланцевым соединением с винтами. Внутри корпуса сушильной камеры установлены вентилятор, сепаратор для сбора конденсата, манометры, вакуумметры, датчики давления воздуха, датчики уровня воды, датчики аварийного давления, клапаны сброса аварийного давления, дроссельный вентиль, кран слива воды. Вокруг внутренней стенки металлического корпуса ванны уложен утеплитель, а в качестве внешней стенки корпуса служит жесть. В этой сушильной камере проводят термогидрообработку древесины, изменяя давление в рабочей емкости от атмосферного до 0,5-1 атм, используя циклирование и выдержку древесины со слитым жидким рабочим теплоносителем при различном давлении в камере и вентилирование древесины.

Такая сушильная камера также недостаточно экономична по энергопотреблению и времени сушки и не обеспечивает высокого качества высушиваемой древесины, в том числе из-за отсутствия возможности полного снятия внутренних напряжений в древесине и стабилизации ее свойств во времени. Консервацию древесины и достигнутой ее влажности не позволяет обеспечить отсутствие возможности пропитки древесины во время ее сушки. При нагреве древесины в такой сушильной камере не в полной мере обеспечиваются условия ее равномерного прогрева. Использование в качестве жидкого рабочего теплоносителя воды для нагрева древесины малоэффективно с точки зрения скорости сушки и равномерности прогрева, кроме того, это приводит к коррозии металлических элементов, размещенных внутри сушильной камеры. Недостаточная эффективность нагрева древесины обусловлена также отсутствием в такой сушильной камере конструктивных средств для оптимизации условий прогрева.

Задача, решаемая изобретением, заключается в создании сушильной камеры, лишенной недостатков прототипа. Технический результат, обеспечиваемый изобретением, состоит в уменьшении энергопотребления сушильной камеры с одновременным обеспечением ускорения сушки и повышения качества высушиваемой в ней древесины.

Это достигается тем, что в сушильной камере, содержащей снабженную съемной крышкой с фиксирующими элементами ванну, между внутренней и внешней стенками корпуса которой размещен слой термоизоляции, а в рабочей емкости ее корпуса размещены основание для штабеля древесины, уложенной через стальные прокладки, и вентиляционная система, средство подачи в рабочую емкость жидкого рабочего теплоносителя, систему его нагрева, выполненную на основе заполненного внешним теплоносителем теплообменника, соединенный с рабочей емкостью вакуумный насос, систему трубопроводов и набор функциональных датчиков, съемная крышка выполнена в виде металлической рамы с натянутой на нее термостойкой резиновой мембраной, в корпусе сушильной камеры размещена сообщающаяся с рабочей дополнительная емкость, в качестве жидкого рабочего теплоносителя выбран парафин, система его нагрева выполнена комбинированной и содержит электрические нагревательные элементы, размещенные над днищем дополнительной емкости и над основанием для штабеля древесины, теплообменник выполнен в виде труб, размещенных с тепловым контактом с днищем дополнительной емкости и основанием для штабеля древесины, а вентиляционная система выполнена в виде набора вентиляторов, включенных с обеспечением режимов вытяжки парогазовой смеси, проветривания и пропаривания древесины. Трубы теплообменника в дополнительной емкости могут быть выполнены преимущественно в форме плоского змеевика, а в рабочей емкости - в виде независимых геометрически перекрывающихся контуров со встречным движением внешнего теплоносителя. Сушильная камера может быть преимущественно снабжена прижимной рамой, размещенной между уложенным штабелем древесины и термостойкой резиновой мембраной. Сушильная камера может быть преимущественно снабжена установленными в соответствующих трубопроводах вентилями, соединенными с мотор-редукторами. Сушильная камера может быть преимущественно снабжена внешним тепловым конденсором, соединенным с рабочей емкостью и имеющим трубопровод слива конденсата. Средство подачи в рабочую емкость жидкого рабочего теплоносителя может быть выполнено преимущественно в виде нагнетательного компрессора, соединенного с дополнительной емкостью. Сообщение дополнительной емкости с рабочей может быть осуществлено преимущественно через обратный клапан подачи и обратный клапан слива жидкого рабочего теплоносителя. Сушильная камера может быть преимущественно снабжена тензометрическими датчиками, размещенными с возможностью обеспечения взвешивания уложенного штабеля древесины. Стальные прокладки в сушильной камере могут быть выполнены преимущественно в виде решеток.

Указанный выше технический результат обеспечивается всей совокупностью существенных признаков.

На чертеже показан вариант конструкции заявленной сушильной камеры в разрезе.

Она содержит ванну, выполненную герметичной, между внутренней 1 и внешней 2 стенками корпуса которой, выполненными из стали, размещен слой термоизоляции 3, например стекловаты. Ванна в своей верхней части снабжена съемной (откидывающейся) крышкой 4, выполненной в виде легкой металлической рамы с натянутой на нее прочной термостойкой резиновой мембраной. В качестве фиксирующих крышку элементов могут быть использованы, например, защелки (на чертеже не показаны). Внутренние размеры ванны составляют, например, 3,1×1,5×1 м. В корпусе ванны имеется рабочая 5 и дополнительная 6 емкости. В дополнительной емкости 6 хранится жидкий рабочий теплоноситель, в качестве которого выбран парафин. Днище рабочей емкости 5 служит основанием 7 для укладываемого штабеля древесины 8. Между слоями древесины 8 размещены стальные прокладки 9 толщиной, например, 6 мм, выполненные в виде решеток. Ширина прокладок выполнена с точностью не хуже 1 мм. На штабель древесины 8 уложена легкая прижимная рама 10, имеющая ровную верхнюю поверхность. Система нагрева парафина выполнена комбинированной и содержит заполненный внешним теплоносителем (например, горячим маслом) теплообменник 11 и электрические нагревательные элементы 12. Электрические нагревательные элементы 12 размещены преимущественно равномерно над днищем дополнительной емкости 6 и днищем (основанием 7) рабочей емкости 5. Теплообменник 11 выполнен в виде труб, которые в дополнительной емкости 6 имеют форму змеевика, а в рабочей емкости 5 выполнены в виде двух независимых геометрически перекрывающихся контуров со встречным движением внешнего теплоносителя в них. Рабочая емкость 5 сообщается с дополнительной 6 посредством трубопровода 13 через обратный клапан подачи 14 и обратный клапан слива 15 парафина. Последовательно с этими клапанами могут быть установлены фильтры 16. Между рабочей 5 и дополнительной 6 емкостями установлена переливная труба 17. Дополнительная емкость 6 соединена со средством подачи в рабочую емкость 5 парафина, которое выполнено в виде нагнетательного (воздушного) компрессора 18. Сушильная камера преимущественно снабжена внешним тепловым конденсором 19, соединенным с рабочей емкостью 5 и с вакуумным насосом 20. Внешний тепловой конденсор 19 имеет трубопровод слива конденсата со сливным насосом 21. Внутри рабочей емкости установлены вентиляторы 22, включаемые в режимах вытяжки парогазовой смеси, проветривания и пропаривания древесины 8. Верхняя часть рабочей 5 и дополнительной 6 емкостей могут быть сообщены с атмосферой через клапаны стравливания 23. Трубы теплообменника 11, переливная труба 17 и другие трубопроводы преимущественно снабжены вентилями 24, управляемыми мотор-редукторами, соединенными с управляющим процессором (на чертеже не показаны). Для контроля влажности древесины в сушильной камере имеются тензометрические датчики 25, размещенные с возможностью обеспечения взвешивания уложенного штабеля древесины 8. В сушильной камере имеются также другие функциональные датчики для контроля режима ее работы (на чертеже не показаны).

Сушильная камера работает следующим образом. В рабочую емкость 5 загружают древесину 8. Ее слои разделяют решетками из стальных прокладок 9. Сверху укладывают прижимную раму 10, которая предотвращает возможные повреждения термостойкой резиновой мембраны съемной крышки 4. Вся работа сушильной камеры осуществляется по командам процессора, соединенного со всеми функциональными датчиками (давления, температуры и др.). По получении информации с соответствующего датчика о закрытии съемной крышки 4 включается режим сушки. Посредством электрических нагревательных элементов 12 и теплообменника 11 обеспечивается быстрое расплавление парафина, находящегося в дополнительной емкости 6. Его подача в рабочую емкость 5 осуществляется по команде процессора при включении нагнетательного компрессора 18 через трубопровод 13. Перекачка парафина происходит путем его выдавливания сжатым воздухом через открываемый давлением обратный клапан подачи 14 и фильтр 16. Стравливание давления в рабочей емкости 5 в процессе ее заполнения парафином и выравнивание с атмосферным давлением осуществляется посредством клапана стравливания 23. Для аварийного стравливания давления из дополнительной емкости 6 используется соединенный с ним аналогичный клапан стравливания 23, открывающийся при калиброванном избыточном давлении, например 0,2 атм. После залива парафина в рабочую емкость 5 из оставшегося сверху небольшого пространства под термостойкой резиновой мембраной съемной крышки 4 вакуумным насосом 20 через соединенный с ним управляемый вентиль 24 и через внешний тепловой конденсор 19 откачивается воздух до требуемого остаточного давления. На время откачки управляемый вентиль 24 в трубопроводе, связывающем внешний тепловой конденсор 19 с рабочей емкостью 5, переводится в закрытое состояние, обеспечивая откачку только осушенной во внешнем тепловом конденсоре 19 значительно уменьшившейся в объеме паровоздушной смеси. Значительное уменьшение объема, в котором необходимо создавать вакуум (за счет заполнения основной части объема рабочей емкости 5 парафином), увеличивает реальный ресурс работы вакуумного насоса 20, снижает энергопотребление и расходы на его обслуживание. Для сохранения после откачки воздуха соединенный с вакуумным насосом 20 вентиль 24 переводится в закрытое состояние. В результате создания вакуума термостойкая резиновая мембрана съемной крышки 4 прижимается к прижимной раме 10 и придавливает штабель древесины 8 к основанию 7 с силой до 10 тонн/кв.метр. Это предотвращает коробление древесины 8 во время сушки и позволяет выпрямить изначально покоробленную древесину 8. При сушке нагрев древесины 8 осуществляется с высокой степенью эффективности и равномерности за счет обволакивания древесины 8 парафином, оптимально подогреваемым находящимися в рабочей емкости 5 электрическими нагревателями 12 и трубами теплообменника 11, размещенными преимущественно в одной плоскости. При этом совершенно не играет роли разнотолщинность слоев древесины 8. Это позволяет обеспечить равномерность и одинаковость условий нагрева всех слоев древесины 8 и соответственно исключить появление в нагреваемой древесине 8 механических напряжений. Одновременно с сушкой древесины 8 происходит пропитывание тонкого верхнего слоя древесины 8 парафином, за счет чего в дальнейшем достигается консервация ее качества и достигнутой влажности. Выделяющийся во время сушки пар одним из вентиляторов 22 прогоняется через внешний тепловой конденсор 19 и возвращается осушенным в рабочую емкость 5. Во внешнем тепловом конденсоре 19, имеющем свой обдувающий вентилятор, горячая паровоздушная смесь охлаждается, в результате чего ее влагоемкость снижается и выделяющаяся влага стекает в нижнюю часть внешнего теплового конденсора 19, откуда откачивается через трубопровод слива сливным насосом 21. Поддержание требуемого вакуума осуществляется периодическим включением вакуумного насоса 20, откачивающего осушенную паровоздушную смесь. Вентиляторы 22 вентиляционной системы позволяют по командам процессора обеспечить вытяжку, т.е. удаление выделяющегося пара при нахождении древесины 8 в парафине, проветривание, т.е. охлаждение древесины 8 при слитом парафине путем вытяжки влажного горячего воздуха и подачи в рабочую емкость 5 холодного наружного воздуха, и пропаривание древесины 8, т.е. организацию при слитом парафине циркулирования внутри рабочей емкости 5 попеременно во встречных направлениях паровоздушной смеси с поддержанием ее требуемой влажности путем регулируемого добавления в нее наружного холодного или нагретого воздуха. При проветривании и пропаривании воздух от вентиляторов 22 при нормальном атмосферном давлении подается в рабочую емкость 5, например, по коробам через расположенные вдоль ее боковых стенок вертикальные вентиляционные стойки (на чертеже не показаны), обеспечивающие нагнетание воздуха с одной стороны и вытяжку воздуха сквозь штабель древесины 8 с другой стороны с возможностью его возврата в воздухопровод нагнетающей стороны. После процесса выдержки в парафине проводится слив парафина в дополнительную емкость 6 через трубопровод 13 с соответствующим вентилем 24. Парафин проходит через обратный клапан слива 15 и соединенный с ним фильтр 16. Выравнивание давления воздуха в обеих камерах 5, 6 при сливе парафина обеспечивается переливной трубой 17 с соответствующим вентилем 24, который открывается только на время слива.

Такая конструкция сушильной камеры обеспечивает по сравнению с аналогичными, в том числе фирмы WDE, уменьшение энергопотребления, увеличение скорости сушки и повышение качества высушиваемой древесины 8. Это связано, в том числе, с сочетанием жидкостного нагрева древесины 8 и воздействия вакуума, которое позволяет удалять из нее влагу при невысоких температурах (до 80°С) в режиме "кипения воды". Благодаря низкотемпературной сушке не происходит изменения цвета древесины 8. Кроме того, за счет возобновляемого слоя парафина на металлических поверхностях элементов конструкции сушильной камеры повышается ее долговечность.

Формула изобретения

1. Сушильная камера, содержащая снабженную съемной крышкой с фиксирующими элементами ванну, между внутренней и внешней стенками корпуса которой размещен слой термоизоляции, а в рабочей емкости ее корпуса размещены основание для штабеля древесины, уложенной через стальные прокладки, и вентиляционная система, средство подачи в рабочую емкость жидкого рабочего теплоносителя, систему его нагрева, выполненную на основе заполненного внешним теплоносителем теплообменника, соединенный с рабочей емкостью вакуумный насос, систему трубопроводов и набор функциональных датчиков, отличающаяся тем, что съемная крышка выполнена в виде металлической рамы с натянутой на нее термостойкой резиновой мембраной, в корпусе сушильной камеры размещена сообщающаяся с рабочей дополнительная емкость, в качестве жидкого рабочего теплоносителя выбран парафин, система его нагрева выполнена комбинированной и содержит электрические нагревательные элементы, размещенные над днищем дополнительной емкости и над основанием для штабеля древесины, теплообменник выполнен в виде труб, размещенных с тепловым контактом с днищем дополнительной емкости и основанием для штабеля древесины, а вентиляционная система выполнена в виде набора вентиляторов, включенных с обеспечением режимов вытяжки парогазовой смеси, проветривания и пропаривания древесины.

2. Сушильная камера по п.1, отличающаяся тем, что трубы теплообменника в дополнительной емкости выполнены в форме плоского змеевика, а в рабочей емкости - в виде двух независимых геометрически перекрывающихся контуров со встречным движением внешнего теплоносителя.

3. Сушильная камера по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена прижимной рамой, размещенной между уложенным штабелем древесины и термостойкой резиновой мембраной.

4. Сушильная камера по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена установленными в соответствующих трубопроводах вентилями, соединенными с мотор-редукторами.

5. Сушильная камера по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена внешним тепловым конденсором, соединенным с рабочей емкостью и имеющим трубопровод слива конденсата.

6. Сушильная камера по п.1, отличающаяся тем, что средство подачи в рабочую емкость жидкого рабочего теплоносителя выполнено в виде нагнетательного компрессора, соединенного с дополнительной емкостью.

7. Сушильная камера по п.1, отличающаяся тем, что сообщение дополнительной емкости с рабочей осуществлено через обратный клапан подачи и обратный клапан слива жидкого рабочего теплоносителя.

8. Сушильная камера по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена тензометрическими датчиками, размещенными с возможностью обеспечения взвешивания уложенного штабеля древесины.

9. Сушильная камера по п.1, отличающаяся тем, что стальные прокладки выполнены в виде решеток.

РИСУНКИРисунок 1