СПОСОБ СУШКИ КАРТОНА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК F26B3/347 F26B9/06 

Изобретение относится к СВЧ-печам и может быть использовано для сушки изделий, выполненных из диэлектрических материалов, например, для сушки картона или древесины.

Известен способ сушки древесины в виде досок и брусьев, основанный на нагревателе досок или брусьев, уложенных в один или несколько рядов, энергией электромагнитных волн СВЧ-диапазона и устройство для его осуществления [1] 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-генраторов 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 сушки и устройство для его осуществления не позволяют сушить картонные листы стандартных размеров.

За прототип изобретения приняты способ сушки древесины в штабеле и устройстве 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, 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 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 являются большая продолжительность сушки, плохое качество высушиваемых изделий и большая энергоемкость.

Техническим результатом изобретения являются ускорение процесса сушки картона с сохранением качества сушки и сбережение энергоресурсов.

Способ сушки картона в сушильной камере основан на его нагреве СВЧ-излучением, впуске в камеру из устройства воздушного охлаждения СВЧ- генераторов, измерении температуры картона, выдерживании его в нагретом состоянии, измерении его влажности и прекращения сушки при достижении требуемой конечной влажности. Он состоит в том, что листы картона укладывают на разной высоты полки этажерки, которую размещают в камере, нагревают картон до температуры, лежащей в пределах 70-90^oC, часть воздуха выходящего через выпускное окно системы вентиляции камеры, нагревают до температуры выше температуры воздуха на выходе устройств охлаждения СВЧ-генераторов, после чего его возвращают обратно в камеру, где его смешивают с воздухом устройств охлаждения СВЧ-генераторов; путем изменения режима нагрева воздуха добиваются температуры смеси, которая лежит в пределах ±20^oC относительно температуры картона и его относительной влажности меньше 90% Смесью обдувают картон, одновременно другую часть воздуха повышенной влажности, выходящего через выпускное окно системы вентиляции камеры, выпускают из камеры наружу, выдерживают картон в нагретом состоянии, измеряют его влажность и при достижении требуемой конечной влажности процесс сушки прекращают.

Отличительными признаками изобретения являются температура картона 70-90^oC, нагрев части воздуха, выходящего из камеры до температуры, обеспечивающей при ее смешивании с воздухом охлаждения СВЧ-генераторов, в пределах ±20^oC относительно температуры картона; обдув картона производится смесью с относительной влажностью меньше 90%
Сокращение продолжительности сушки картона происходит за счет его интенсивного нагрева до температуры 70-90^oC с помощью СВЧ-излучения и горячего воздуха большой влажности, а также создание в процессе сушки положительной разницы температур между серединой картона и его внешней поверхностью, что увеличивает скорость движения влаги от середины картона к его поверхности. Высокая температура картона способствует интенсивному испарению влаги, которая уносится смесью высокой температуры и низкой относительной влажностью, которая к концу сушки может достигать 24%
Энергосбережение происходит за счет того, что достигается дополнительный нагрев картона горячей смесью. Известно, что коэффициент преобразования электроэнергии, например калорифером в тепло, существенно выше преобразования электроэнергии в СВЧ-энергию и последнюю в тепло.

Устройство для сушки картона содержит камеру нагрева, по меньшей мере, с одной дверью, приточно-вытяжную вентиляцию, воздуховод с установленными в нем калорифером и вентилятором, СВЧ-генераторы, выход каждого из которых соединен с излучателем, установленным в отверстии боковой стенки камеры раскрывом внутрь камеры, каждый СВЧ-генератор снабжен устройством воздушного охлаждения, выход которого соединен с окном приточной вентиляции, на нижней стенке камеры установлена тележка с этажеркой, с полками разной высоты.

На верхней стенке камеры выполнены с разных ее сторон окна вытяжной вентиляции и окна для горячего воздуха. Воздуховод установлен на верхней стенке камеры, причем его вход частично перекрывает окно вытяжной вентиляции, а его выход соединен с окном поступления горячего воздуха. Окно приточной и вытяжной вентиляции снабжены СВЧ-фильтрами. В камере установлены термометры для измерения температуры воздуха и картона, а также устройство для измерения влажности картона и относительной влажности воздуха.

Отличительными признаками изобретения являются воздуховод с установленными в нем калорифером и вентилятором, термометры для измерения температуры воздуха в камере и картона, устройство для измерения влажности картона и относительной влажности воздуха, этажерка, с полками разной высоты, и расположение введенных устройств относительно камеры.

На фиг. 1 представлено устройство для сушки картона, вид сбоку со снятой боковой стенкой; на фиг. 2 то же, вид сверху со снятой верхней стенкой; на фиг. 3 узел соединения СВЧ-генератора с боковой стенкой камеры; на фиг. 4 структурная электрическая схема включения в электрическую сеть СВЧ-генераторов, калорифера и вентилятора.

На фигурах приняты следующие обозначения: металлическая камера 1,дверь камеры 2,СВЧ-генератор 3,излучатель 4,вход устройства воздушного охлаждения СВЧ-генератора 5, выход устройства воздушного охлаждения СВЧ-генератора 6, окно приточной вентиляции камеры 7,окно вытяжной вентиляции камеры 8,СВЧ-фильтр 9,воздуховод 10,калорифер 11,вентилятор 12,датчик температуры воздуха в камере 13, датчик температуры картона 14,устройство для измерения влажности картона 15,устройство для измерения относительной влажности воздуха в камере 16, тележка 17, этажерка с полками для сушки картона 18,окно для горячего воздуха 19.

Камера 1 с дверью 2 может быть выполнена из любого металла, например листового железа, собранного внахлест с проваркой или пропайкой швов. Габаритные размеры камеры зависят от максимальных размеров листов картона и требуемой производительности.

СВЧ-генератор 3 может быть выполнен на магнетроне, клистроне или мощных транзисторах по известным схемам, например, дециметрового диапазона волн, мощностью 1-5 кВт.

Излучатель 4 может быть выполнен в виде открытого конца волновода или электромагнитного рупора.

Устройство воздушного охлаждения СВЧ- генератора может быть выполнен в виде центробежного вентилятора с входным 5 и выходным 6 патрубками.

Окно 7 приточной вентиляции выполняется в боковой стенке камеры, диаметр которого равен диаметру выходного патрубка устройства воздушного охлаждения СВЧ-генератора.

Окно 8 вытяжной вентиляции выполняется на верхней стенке камеры вблизи от ее одной торцевой стенке. Площадь окна может быть не меньше суммы площадей всех окон приточной вентиляции.

СВЧ-фильтр 9 может быть выполнен в виде экранной сетки или запредельного волновода, или решетки из них.

Воздуховод 10 может быть выполнен из любого воздухонепроницаемого материала, например из листового железа.

Калорифер 11 может быть выполнен секционным из теплоэлектрических нагревателей (ТЭНов) или быть паровыми.

Вентилятор 12 выполняется с электрическим приводом и может быть выполнен осевым или центробежным.

Датчик 13 температуры воздуха в камере может быть выполнен из специального полупроводникового материала в виде бусинки, надетой на один конец световода, на другом конце которого установлен оптический рефлектометр. Для этих целей используется полупроводниковой материал, поглощение света которым зависит от его температуры (Тезисы докладов научно-технической конференции. Применение СВ-энергии в технологических процессах и научных исследованиях, элементная база и технологической обеспечение, Саратов, 1992).

Датчик 14 температуры картона может быть выполнен по аналогии с датчиком 13.

Устройство 16 для измерения влажности воздуха может быть выполнено в виде психрометра.

Устройство 15 для измерения влажности картона может быть выполнено в виде весов, путем измерения уменьшения веса картона до нагрева и в процессе сушки.

Тележка 17 выполняется из металла.

Этажерка 18 может быть выполнена из металла или диэлектрического материала (корпус). Полки этажерки также могут быть выполнены в виде диэлектрических, например из стекловолокна, или металлических прутьев. В последнем случае поляризация излучений излучателей должна быть ортогональна прутьям (полкам).

Устройство содержит камеру 1 с дверью 2, двенадцать СВЧ-генераторов 3, двенадцать волноводных излучателей 4, двенадцать устройств воздушного охлаждения СВЧ-генераторов 3, двадцать окон приточной вентиляции закрыты экранными сетками 9, воздуховод 10 с поперечным сечением 1 м², один калорифер 11 мощностью 10 кВт, один вентилятор 12 мощностью 2 кВт, два датчика 13 температуры воздуха в камере, один психрометр 16, два датчика 14 температуры картона, двое весов 15, две этажерки 18, установленные на две тележки 17.

Камера 1 выполнена в виде сварной конструкции из листового железа и стальных уголков. Ширина, длина и высота камеры равны 1200 x 7000 x 2200 мм. В камере на боковых стенках выполнено 20 отверстий-окон 7 приточной вентиляции диаметром 100 мм и двадцать отверстий прямоугольной формы с размерами волновода 72 x 34 мм, которые служат излучателями. На верхней стенке камеры выполнено окно вытяжной вентиляции площадью 400 см² и окно 19 для подачи горячего воздуха в камеру площадью 5000 см². На этой стенке установлен воздуховод 10 диаметром 1 м с калорифером и вентилятором 12 соосно. Вход воздуховода перекрывает окно 8 вытяжной вентиляции на половину, выход воздуховода соединен с окном 19 подачи горячего воздуха в камеру. На нижней стенке камеры установлено двое весов 14. Камера имеет две двери 2, установленные на ее торцах. Часть окна 8, не перекрытая воздуховодом 10, закрыта экранной сеткой 9.

СВЧ-генератор 3 имеет мощность 2,5 кВт и длину волны 12 см, его выход соединен с излучателем 4.

Тележки 17 с этажерками 18, с девятью полками каждая, установлены на нижней стенке камеры 1. Ширина полок 500 мм, длина 3000 мм. Психрометр 16 установлен перед окном 8 вытяжной вентиляции, датчики 13 и 14 температуры воздуха и температуры картона установлены посередине этажерки.

Способ сушки картона в сушильной камере состоит в следующем. Вне камеры 1 на полки этажерок 18 укладываются листы картона, предназначенные для сушки с известной влажностью. Через дверь 2 камеры 1 тележки 17 с этажерками загружают в камеру. Взвешивают на весах 15 тележки с этажерками и листами картона. Укрепляют на листах датчики температуры картона. Закрывают дверь камеры. Включают СВЧ-генераторы, устройства из воздушного охлаждения, калорифер 11 и вентилятор 12. Нагревают картон до 90^oC с помощью СВЧ-излучения и горячего воздуха с температурой 100^oC и влажностью 90% При достижении картоном температуры 90^oC уменьшают температуру воздуха до 70^oC. Выдерживают картон в нагретом состоянии, измеряют его влажность по уменьшение веса. В процессе сушки картона относительная влажность воздуха уменьшается и в зависимости от требуемой конечной влажности может достичь 24% При достижении картоном требуемой конечной влажности установку выключают. Открывают вторую дверь 2 камеры 1 и тележки выталкивают наружу.

Благодаря тому, что в камеру поступает теплый воздух из устройств охлаждения СВЧ-генераторов, дополнительный нагрев картона осуществляется горячим воздухом калорифера, коэффициент преобразования которого электроэнергии в тепло выше, чем у СВЧ-генераторов, СВЧ-излучение обеспечивает положительный перепад температуры между средними и наружными слоями картона; достигается технический результат сокращение время сушки и энергозатрат.

Способ состоит в том, что кран, расположенный в сушильной камере, нагревают СВЧ-излучением и горячим воздухом до температуры 70-90^oC. В камеру нагнетают воздух через устройства охлаждения СВЧ-генераторов, часть этого воздуха, прошедшего через камеру, выпускают наружу, а другую часть нагревают и возвращают обратно в камеру, где его смешивают с воздухом устройств воздушного охлаждения СВЧ-генераторов, причем температура смеси лежит в пределах ±20^oC относительно температуры картона, выдерживают картон в нагретом состоянии, измеряют его влажность и при достижении конечной влажности процесс сушки прекращают. Устройство для сушки картона содержит металлическую камеру с дверью, СВЧ-генераторы, излучатели, установленные в отверстиях боковых стен камеры раскрываемыми внутрь, каждый генератор снабжен устройством воздушного охлаждения, а устройство для сушки картона - термометрами для измерения температуры воздуха и картона, психрометром, устройством определения влажности картона, воздуховодом с калорифеоом и вентилятором и этажеркой для картона,размещенной на тележке. 2 с.п. и 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ сушки картона в сушильной камере путем нагрева СВЧ-излучением, измерения температуры картона, выдерживания его в нагретом состоянии и прекращения сушки при достижении требуемой конечной влажности, отличающийся тем, что производят измерение влажности картона и впуск в камеру воздуха из устройства воздушного охлаждения СВЧ-генераторов, картон нагревают до 70 - 90^oС, часть воздуха, выходящую через выпускное окно системы вентиляции камеры, нагревают до температуры выше температуры воздуха из устройства охлаждения СВЧ-генераторов, после чего его возвращают в камеру и смешивают с воздухом из устройства охлаждения СВЧ-генераторов, путем изменения режима нагрева воздуха добиваются температуры смеси в пределах ±20^oС относительно температуры картона при относительной влажности смеси меньше 90% обдувают смесью листы картона, уложенные на полки этажерки разной высоты, размещенной в камере, одновременно другую часть воздуха, выходящую через выпускное окно системы вентиляции камеры, выпускают наружу, выдерживают картон в нагретом состоянии. 2. Устройство для сушки картона, содержащее металлическую камеру по меньшей мере с одной дверью и вентиляторами, СВЧ-генераторы, выход каждого из которых соединен с излучателем, установленным в отверстии боковой стенки камеры раскрывом внутрь камеры, на верхней стенке камеры выполнены окна вытяжной и приточной вентиляции, а на нижней стенке установлена тележка, отличающееся тем, что каждый СВЧ-генератор снабжен устройством воздушного охлаждения, выход которого соединен с окном приточной вентиляции, все окна снабжены СВЧ-фильтрами, устройство для сушки картона дополнительно содержит воздуховод, установленный на верхней стенке камеры с встроенными в него соосно калорифером и вентилятором, вход воздуховода частично перекрывает окно вытяжной вентиляции, а выход соединен с окном подачи горячего воздуха в камеру, термометры для измерения температуры картона и воздуха в камере, устройство для измерения влажности картона и воздуха в камере, устройство для измерения влажности картона и относительной влажности воздуха, а также этажерку с полками разной высоты, установленную на тележке. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что оно снабжено второй дверью, расположенной напротив ее стенки с первой дверью. 4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что устройство для измерения влажности картона выполнено в виде весов. 5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что СВЧ-фильтр выполнен в виде запредельного волновода или решетки из них. 6. Устройство по п.2, отличающееся тем, что СВЧ-фильтр выполнен в виде экранной сетки. 7. Устройство по п.2, отличающееся тем, что калорифер выполнен электрическим. 8. Устройство по п.2, отличающееся тем, что вентилятор воздуховода выполнен осевым. 9. Устройство по п.2, отличающееся тем, что СВЧ-генератор выполнен на магнетроне.