СПОСОБ СВЧ СУШКИ ДРЕВЕСИНЫ Российский патент 1998 года по МПК F26B3/347 

Изобретение относится к деревообработке и может быть использовано при СВЧ сушке древесины (пиломатериалов).

Известен способ СВЧ сушки древесины (RU, патент 2066027, кл. F 26 B 3/347, 27.08.96), который заключается в том, что в конвейерную СВЧ печь с помощью конвейерной ленты непрерывно подают пристыкованные один к другому пакеты пиломатериалов повышенной влажности. Часть пакета, находящуюся в печи, нагревают до температуры не более 80^oC и поддерживают ее постоянной путем изменения скорости конвейера или мощности печи. После выхода очередного пакета из печи его доски (брусья) кладут с зазорами на стеллаж, где их сушат и охлаждают с помощью воздуха. Измеряют влажность древесины. Охлажденные доски (брусья) собирают в пакет и пристыковывают к последнему пакету, вошедшему одним концом в печь. Такой цикл сушки повторяют многократно до достижения требуемой конечной влажности древесины, после чего сушку прекращают.

Этот способ СВЧ сушки малопроизводителен (трудоемок и длителен).

Также известна сушильная установка и способ СВЧ сушки древесины в штабеле (RU, патент 2057404, кл. F 26 B 3/34, 27.03.96). Этот способ принят за прототип изобретения.

На тележку рядами в виде штабеля поэтажно укладывают через прокладки пиломатериал так, чтобы в горизонтальных слоях было одинаковое количество брусков (досок) одинакового сортимента. Тележку со штабелем вкатывают в сушильную камеру. После этого штабель пиломатериала облучают СВЧ излучением с двух противоположных сторон в направлении нормали к его боковым поверхностям. Часть СВЧ излучения отражается от штабеля и частично попадает обратно в антенны, что неудовлетворительно влияет на работу СВЧ генераторов, а частично на стены сушильной камеры, бесполезно нагревая их.

Техническим результатом изобретения является увеличение скорости сушки за счет уменьшения отражения СВЧ излучения от штабеля пиломатериала. Эта цель достигается благодаря особому способу укладки пиломатериалов и штабеля для сушки.

Согласно изобретению способ СВЧ сушки древесины состоит в том, что пиломатериал одного сортимента укладывают горизонтально рядами с зазором между досками или брусьями меньше четверти длины волны (λ/4) СВЧ излучения, с помощью которого производят нагрев древесины. Ряды досок или брусьев укладывают друг на друга этажами через поперечные прокладки, толщина которых также меньше λ/4. Верхний ряд досок по отношению к нижележащему смещают на λ/4 в направлении СВЧ излучения. При этом все крайние доски четного ряда с одной стороны штабеля находятся в одной вертикальной плоскости и выступают наружу по отношению к нечетным рядам на λ/4, а с другой стороны штабеля, наоборот, все крайние доски нечетных рядов выступают наружу по отношению к четным - и на то же расстояние. После сборки в таком порядке штабель пиломатериала помещают в сушильную камеру и облучают СВЧ излучением с двух противоположных сторон. Благодаря отсутствию отражения СВЧ излучения от штабеля вся энергия идет на нагрев пиломатериала, что ускоряет процесс его сушки.

Отличительными признаками способа сушки являются: укладка досок в штабель со сдвигом рядов в соседних этажах на λ/4 по направлению СВЧ излучения и с зазорами между досками в разных рядах и отдельными досками в одном ряду меньше λ/4.
Известно, что относительная диэлектрическая проницаемость пиломатериалов в зависимости от влажности может изменяться от 1,5 (сухая сосна) до 10 (свежеспиленный дуб). Зависимость коэффициента отражения R по электрическому полю от плоской границы раздела двух, одна из которых воздух, а другая диэлектрик с относительной диэлектрической проницаемостью ε, определяется по формуле:

По этой формуле нетрудно рассчитать, что, например, для сырой дубовой доски большой толщины (внутри которой отсутствуют переотражения СВЧ излучения из больших электрических потерь) коэффициент отражения равен 0,52. Энергия электромагнитного поля пропорциональна квадрату значения его электрического поля. Поэтому от дубовой доски отразится 27% падающего СВЧ излучения, большая часть которого рассеится бесполезно и отрицательно скажется на работе СВЧ генератора, так как в режиме стоячей волны он не может отдавать полную мощность. Также известно, что отражение от двух одинаковых отражателей, отстоящих друг от друга по линии визирования на λ/4, равно нулю. Поэтому, если разместить ряды пиломатериала на соседних этажах со сдвигом на λ/4 вдоль направления излучения, вся энергия СВЧ излучения пойдет на нагрев пиломатериала. Это положение справедливо для сплошного материала, но для быстрой и качественной сушки необходимы зазоры как между досками в рядах, так и между соседними рядами. Если зазоры между досками в рядах и между этажами будут меньше λ/4, штабель для электромагнитной волны будет как бы сплошным диэлектриком, диэлектрическая проницаемость которого меньше, чем диэлектрическая проницаемость дерева. В этом случае будет справедлива формула (1) для коэффициента отражения, так как в штабеле будут отсутствовать переотражения СВЧ излучения из-за больших электрических потерь в нем. Эффективное значение диэлектрической проницаемости штабеля ε_эфф может быть рассчитано по формуле Лихтенеккера (Княжевская Г. С., Фирсова М.Г. ВЧ-нагрев диэлектрических материалов. -Л.: Машиностроение, 1980):

где
ε - - относительная диэлектрическая проницаемость древесины;
V_возд - объем воздуха в штабеле;
V_штаб - объем штабеля.

На фиг. 1 представлен штабель пиломатериала, вид с торца; на фиг. 2 - штабель пиломатериала, вид сбоку; где 1 - пиломатериал (доска или брусок), 2 - прокладки, 3 - платформа тележки штабеля.

Пиломатериал 1 - это древесина, предназначенная для СВЧ сушки (доски, брусья).

Прокладки 2 могут быть выполнены из сухого дерева любой породы, их толщина должна быть меньше четверти длины волны СВЧ излучения.

Платформа 3 выполнена из антикоррозионного материала (нержавеющая сталь, дюралюминий, пластмасса).

Пиломатериал 1 подбирают по сортименту одинаковых геометрических размеров. Поперек платформы 3 с постоянным шагом больше длины волны СВЧ излучения кладут прокладки 2 также одинаковых геометрических размеров. На прокладки вдоль платформы кладут доски для просушки с зазорами между ними меньше четверти длины волны (λ/4). Поперек первого ряда досок кладут второй ряд прокладок 2. На эти прокладки и вдоль первого ряда досок кладут второй ряд досок так, чтобы внешний край крайней доски этого ряда с одной стороны (сбоку или торца штабеля) выступал на λ/4 по отношению к краю нижележащего ряда, а с противоположной - выступал край крайней доски первого ряда на такое же расстояние. Таким образом, собирают штабель пиломатериала требуемой высоты, после чего штабель пиломатериала облучают СВЧ излучением. Отражения СВЧ излучения от соседних рядов находятся в противофазе и поэтому гасят друг друга. СВЧ излучение не рассеивается, и вся его энергия идет на нагрев пиломатериала. При сушке желательно иметь четное число рядов, но это требование необязательно, так как штабели бывают большой высоты (до 1,8 м) с большим числом рядов. В этом случае отражения СВЧ излучения от штабеля практически будут отсутствовать и вся энергия излучения пойдет на его нагрев, что увеличит скорость сушки пиломатериала.

Использование: деревообработка и сушка СВЧ древесины. Сущность: пиломатериал одного сортимента укладывают горизонтально рядами с зазором между досками или брусьями меньше четверти длины волны (λ/4) СВЧ излучения. Ряды укладывают друг на друга этажами через поперечные прокладки на расстояниях также меньше λ/4 со смещением в соседних этажах на λ/4 в направлении облучения. После этого штабель пиломатериала облучают СВЧ излучением с двух противоположных сторон. При сушке таким способом СВЧ излучение не отражается от штабеля и вся его энергия идет на нагрев пиломатериала, что ускоряет процесс его сушки. 2 ил.

Способ СВЧ сушки древесины состоит в том, что пиломатериал одного сортимента укладывают горизонтально рядами с зазором между досками или брусьями, ряды укладывают друг на друга этажами через поперечные прокладки, после чего сложенный штабель пиломатериала с двух противоположных сторон облучают СВЧ энергией, отличающийся тем, что зазоры между досками или брусьями в рядах и расстояния между рядами в этажах меньше четверти длины волны (λ/4), облучающего штабель СВЧ излучения, а ряды в соседних этажах смещены по направлению распространения СВЧ излучения на λ/4..