СПОСОБ СУШКИ ПИЛОМАТЕРИАЛОВ Российский патент 1998 года по МПК F26B3/347 

Изобретение относится к технике сушки электромагнитной СВЧ-энергией и может быть использовано для интенсификации технологических процессов при производстве изделий из древесины.

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи, заключающейся в обеспечении неразрушающих методов сушки с меньшими аппаратными затратами.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является выбранное в качестве прототипа а.с. 1430698, СССР, автор Самодов А.Т. "Способ тепловой обработки материалов", в котором путем изменения скорости нарастания СВЧ-энергии соблюдался температурный режим материала, исключающий превышение избыточного давления пара в материале, его прочности и скорость нарастания температуры в материале , например для хвойных пород не превышает 1,5^oC/мин.

У прототипа и заявляемого изобретения имеются следующие сходные существенные признаки, а именно: поглощаемая греющая мощность пиломатериалами переменна во времени.

Недостатком прототипа являются большие аппаратные затраты для реализации изменения электромагнитной СВЧ-энергии. Указанный недостаток обусловлен тем, что для регулирования поглощаемой греющей мощности пиломатериалами был предложен метод регулирования выходной мощности источника СВЧ-энергии, при этом увеличивается время регулирования, уменьшается коэффициент полезного действия источников, уменьшается надежность устройства за счет введения дополнительных схем регулирования.

Технической задачей изобретения является уменьшение затрат при сушке за счет поочередного поступления пиломатериалов в зону с наибольшей интенсивностью СВЧ-поля.

У заявленного изобретения имеются следующие отличительные признаки, а именно: регулирование мощности воздействия СВЧ-энергии ведут путем поочередного удаления или приближения пиломатериалов к зоне наивысшей интенсивности СВЧ-энергии, осуществляемое при вращении их вокруг оси камеры и равномерном расположении пиломатериалов по длине камеры вдоль оси вращения и по ширине камеры по плоскостям, проходящим через ось вращения. Количество поглощаемой СВЧ-энергии пиломатериалов будет меняться во времени и достигать наибольшего значения при прохождении пиломатериалов при его вращении зоны наивысшей интенсивности источников СВЧ-энергии.

Между отличительными признаками и задачей изобретения существует следующая причинно-следственная связь. При равномерном размещении пиломатериалов по длине вдоль оси вращения и по ширине по плоскостям, проходящим через ось вращения, они поочередно проходят зону наивысшей интенсивности источников СВЧ-энергии. При этом поглощаемая пиломатериалом СВЧ-энергия (греющая мощность) нарастает при подходе к источнику СВЧ-энергии и убывает при удалении от источника. В остальное время на пиломатериал действует отраженная электромагнитная энергия от стенок камеры, от соседних плоскостей пиломатериалов, металлических элементов конструкции камеры. В это время интенсивность воздействия СВЧ-энергии на пиломатериалы уменьшается. За счет кратковременного пребывания пиломатериалов в зоне с наивысшей интенсивностью излучения внутренняя структура древесины не успевает разрушаться. Процесс сушки может повторяться периодически с периодом, равным периоду вращения пиломатериалов вокруг оси. Равномерность нагрузки пиломатериалов на ось вращения обеспечивает лучшую балансировку, что влечет за собой уменьшение электрических и механических сил для поворота пиломатериалов вокруг оси вращения.

По имеющимся у авторов сведениям совокупность существенных признаков, характеризующих сущность заявляемого изобретения, не известна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "новизна".

По мнению авторов, сущность заявленного изобретения не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, так как из него не выявляется вышеуказанное влияние на получаемый технический результат - новое свойство объекта - совокупность признаков, которые отличают от прототипа заявляемое изобретение, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "изобретательский уровень".

Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность изобретения, в принципе, может быть многократно использована для интенсификации технологических процессов при производстве изделий из древесины с получением технического результата, заключающейся в регулировании поглощаемой греющей мощности пиломатериалами за счет их поочередного поступления в зону с наибольшей интенсивностью электромагнитного излучения, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "промышленная применимость".

На фиг.1 показано устройство, состоящее из сушильной камеры - камеры СВЧ 1, загруженной пиломатериалами 2, закрепленными равномерно на валу 3 креплением 4, содержащей источники 5 излучения электромагнитной СВЧ-энергии количеством И_n, представляющие собой магнетроны с волноводными выходами и содержащие запредельные трубки 6 для подачи подогретого воздуха в камеру 1 от вентилятора 10 и нагревателя 11, а для откачки воздуха из камеры она снабжена вентилятором 12, электрогерметичными крышками 7, закрывающими проемы в камере для установки и съема пиломатериалов, редуктором 8 и электродвигателем 9; на фиг.2 - разрез А-А на фиг. 1.

Устройство для реализации способа работает следующим образом.

Пиломатериалы 2 загружаются через проемы сушильной камеры 1 со снятыми крышками 7 и закрепляются равномерно на валу 3 креплением 4, после чего проемы закрываются крышками 7. Включается электродвигатель 9, который передает вращение валу 3 через редуктор 8. Подогретый воздух подается вентилятором 10 и нагревателем 11 через запредельные трубки 6, исключающие паразитное излучение СВЧ-энергии за пределы камеры. Откачка воздуха, содержащего пары воды, осуществляется через запредельные трубки 6 вентилятором 12. Включают источники И электромагнитной СВЧ-энергии 5, расположенные на линии, параллельной оси вала, и расстояние между источниками подбирают с условием, чтобы прогрев по длине пиломатериала был равномерен.

Оценим время τ, необходимое для воздействия греющей мощности при данном взаимном размещении пиломатериалов и источников СВЧ-энергии. Допуская, что электромагнитная СВЧ-энергия воздействует на пиломатериал скачкообразно, температура пиломатериала будет увеличиваться по экспоненциальному закону (см. , например, Дульнев Г.Н. Тепло- и массообмен в радиоэлектронной аппаратуре. Учебник для вузов по спец. "Конструир. и произв. радиоаппаратуры", - М.: Выс. шк., 1984, с.51-53, 216)
t_ст-t = (t_ст-t₀)• , (1)
где
t_ст- температура тела при стационарном (установившемся) режиме;
t₀ - температура тела в начальный момент времени;
m - постоянная времени нагрева пиломатериала;
τ₀ - начальное значение времени.

Продифференцируем выражение (I) по τ и получим
(2)
Для хвойных пород ≤ 1,5^oC/мин и, принимая τ₀ = 0, выразим время τ

где 1/m - показатель тепловой энергии.

Показатель тепловой энергии равен

где
C_p - удельная теплоемкость древесины,
ρ - плотность древесины,
V - объем пиломатериала,
α - коэффициент теплоотдачи,
a, b, h - длина, ширина и толщина пиломатериала.

Подставляя в выражения (3) и (4) справочные данные C_p = 1256, Дж/кг•К, ρ = 600 кг/м³, h = 0,04 м и t_ст = 100^oC, а также установив, например, α = 400 Вт/м²K скоростью движения воздуха в камере, получим время τ ≤ 5 мин. Учитывая, что воздействие электромагнитной СВЧ-энергии осуществляется примерно за четверть периода Т, то полный период Т вращения пиломатериала составит 20 мин. При вращении пиломатериалов время, в течение которого пиломатериал толщиной h = 0,04 м совершит один полный оборот, не должно превышать 20 мин.

Как показали результаты опытной проверки, при использовании заявляемого способа достигнута целостность древесины, получен равномерный нагрев пиломатериалов, отсутствие коробления и пережогов поверхности пиломатериалов.

Согласно данным опробований в промышленных условиях заявляемое изобретение может быть использовано в народном хозяйстве и в сравнении с прототипом обладает следующими преимуществами: достигнуто регулирование поглощаемой греющей мощности пиломатериалами не изменением выходной мощности источников излучения, что влечет за собой значительные аппаратные затраты, а за счет поочередной подачи пиломатериалов, равномерно размещенных на оси вращения, в зону с наивысшей интенсивностью источников электромагнитного излучения.

Заявляемый способ сушки пиломатериалов представляет значительный интерес для народного хозяйства, так как позволит обеспечить внедрение новой технологии сушки, позволяющей производить качественные изделия из древесины.

Заявляемое решение не влияет отрицательно на состояние окружающей среды.

Использование: в технике сушки электромагнитной СВЧ-энергией для интенсификации технологических процессов при производстве изделий из древесины. Сущность: для уменьшения аппаратных затрат при неразрушающем методе сушки древесины предлагается регулирование поглощаемой мощности воздействия СВЧ-энергии проводить путем поочередного удаления или приближения пиломатериалов к зоне наивысшей интенсивности, осуществляемое при вращении их вокруг оси камеры и равномерном расположении пиломатериалов по длине камеры вдоль оси вращения и по ширине камеры по плоскостям, проходящим через ось вращения. 1 ил.

Способ сушки пиломатериалов, заключающийся в регулировании поглощаемой пиломатериалами электромагнитной СВЧ-энергии в сушильной камере, отличающийся тем, что регулирование мощности воздействия СВЧ-энергии ведут путем поочередного удаления или приближения пиломатериалов к зоне наивысшей интенсивности СВЧ-энергии, осуществляемое при вращении их вокруг оси камеры и равномерном расположении пиломатериалов по длине камеры вдоль оси вращения и по ширине камеры по плоскостям, проходящим через ось вращения.