УСТАНОВКА ДЛЯ СУШКИ ДРЕВЕСИНЫ

Установка для сушки древесины относится к технике сушки пиломатериалов и может найти применение в лесной, деревообрабатывающей и других отраслях промышленности. В частности, полезная модель может быть использована на небольших деревообрабатывающих предприятиях, а также при сушке бруса, шпал, горбыля и досок в полевых условиях.
Известна установка для сушки древесины «СКРОН-ЭКОНОМ», выпускаемая Брянским производственным АО «СКРОН» (249050, РФ, г. Брянск, ул. Ульянова, д. 18А) включающая сушильную камеру с приточным вентилятором, выходным отверстием и нагревательными приборами, подключенными к теплогенератору (см. технический паспорт «СКРОН-ЭКОНОМ», АО «СКРОН», - Брянск, 2012, 14 с.)
Недостатком такой установки является повышенное потребление энергии (а соответственно, и топлива), расходуемой теплогенератором на нагрев внутреннего пространства сушильной камеры с находящейся в нем древесиной. Повышенное потребление энергии обусловлено тем, что теплый влажный воздух (насыщенный влагой сушильный агент), удаляется из сушильной камеры в окружающую среду через выходное отверстие, вынося с собой значительное количество теплоты. При этом в соответствии с техническими характеристиками установки затраты энергии на сушку древесины до остаточной влажности 8% при температуре внутри сушильной камеры 75°C составляют 90…110 кВт ч/куб.м.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является снижение потребления энергии.
Такой технический результат достигается тем, что установка для сушки древесины, включающая сушильную камеру с приточным вентилятором, выходным отверстием и нагревательными приборами, подключенными к теплогенератору, дополнительно снабжена циркуляционной помпой и тепловым насосом, содержащим испаритель и конденсатор, причем стенки сушильной камеры выполнены полыми и образуют межстенное замкнутое пространство с входным и выходным патрубками, при этом, наружная поверхность стенок покрыта теплоизоляцией, а внутренняя - выполнена ребристой, испаритель подсоединен к выходному отверстию, выход конденсатора посредством трубопровода подключен через циркуляционную помпу ко входному патрубку межстенного замкнутого пространства, выходной патрубок которого подсоединен ко входу конденсатора, причем входной и выходной патрубки расположены с противоположных сторон межстенного замкнутого пространства.
На фиг. 1 представлена функциональная схема установки для сушки древесины.
Установка для сушки древесины включает сушильную камеру 1, представляющую собой, например, каркасную металлическую конструкцию в форме параллелепипеда, обшитую гофрированными металлическими листами. На одной из боковых сторон сушильной камеры 1 установлен приточный вентилятор 2. На противоположной стороне сушильной камеры 1 имеется выходное отверстие 3. Внутри сушильной камеры 1 расположены несколько нагревательных приборов 4, выполненных, например, в виде конвективных теплообменников, подключенных к теплогенератору 5. В качестве теплогенератора 5 может быть использован, например, водогрейный котел, работающий на отходах деревообработки или на других видах топлива. Установка для сушки древесины оснащена тепловым насосом 6, который включает в себя испаритель 7 и конденсатор 8. В качестве теплового насоса 6 может быть использована тепловая машина типа «воздух-вода», например, серийная отечественная установка WPL 15/25 или аналогичное оборудование импортного производства NIBE F2025 или FUJITSU WSY.
Стенки сушильной камеры 1 выполнены полыми и образуют межстенное замкнутое пространство 9, герметично изолированное от окружающей среды и имеющее входной патрубок 10 и выходной патрубок 11. При этом входной патрубок 10 и выходной патрубок 11 расположены с противоположных сторон межстенного замкнутого пространства 9, в максимально возможном удалении друг от друга. Наружная поверхность стенок сушильной камеры 1 покрыта теплоизоляцией 12, а их внутренняя поверхность выполнена ребристой. Выход конденсатора 8 посредством трубопровода 13 подключен через циркуляционную помпу 14 ко входному патрубку 10 межстенного замкнутого пространства 9. В качестве циркуляционной помпы 14 может быть использован, например, центробежный насос с электроприводом. Выходной патрубок 11 межстенного замкнутого пространства 9 подсоединен ко входу конденсатора 8,
Установка для сушки древесины работает следующим образом.
Сушимая древесина загружается внутрь сушильной камеры 1. В зависимости от режимов сушки и вида сушимой древесины на определенную производительность включаются приточный вентилятор 2 и теплогенератор 5. Приточный вентилятор 2 нагнетает относительно сухой воздух окружающей среды в сушильную камеру. Одновременно горячий теплоноситель от теплогенератора 5 поступает к нагревательным приборам 4. В результате температура внутри сушильной камеры повышается и создаются благоприятные условия для удаления влаги из сушимой древесины. Отработанный воздух с повышенным влагосодержанием выводится через выходное отверстие наружу. При этом он проходит через испаритель 7 теплового насоса 6. Температура жидкого теплоносителя (например, воды) на выходе конденсатора 8 теплового насоса 6 повышается до 33…37°C. Этот теплоноситель подается под воздействием циркуляционной помпы 14 по трубопроводу 13 через входной патрубок 10 в межстенное замкнутое пространство 9. Далее теплоноситель проходит по всему объему межстенного замкнутого пространства 9 (внутри «пола», боковых стенок и «потолка»), нагревает его и через выходной патрубок 11 выводится наружу и вновь подается ко входу конденсатора 8 теплового насоса 6. Теплоизоляция 12 сдерживает тепловые потери из сушильной камеры 1 в окружающую среду, а ребристая поверхность внутренней поверхности сушильной камеры 1 увеличивает отдачу теплоты вовнутрь.
В отличие от известной установки для сушки древесины подаваемая в сушильную камеру 1 теплота поступает от двух источников: от нагревательных приборов 4 и от внутренней ребристой поверхности сушильной камеры 1. При этом суммарная затрачиваемая на нагрев энергия оказывается меньше, поскольку источником теплоты для нагрева внутренней ребристой поверхности является тепловой насос. Кроме того, в испарителе 7 теплового насоса 6 используется отработанный агент сушки, имеющий повышенные влагосодержание и температуру. Это также повышает эффективность работы теплового насоса 6 и снижает затраты энергии на сушку.
Оценим эффективность нагрева внутреннего пространства сушильной камеры 1 на примере установки «СКРОН-ЭКОНОМ». Для этого сравним значения затраченного количества теплоты в течение часа в прототипе и в предложенной полезной модели.
к
н
Известны геометрические размеры сушильной камеры 1 (2 м × 2 м × 8 м), требуемая температура воздуха в ней (T=+75°C) и температура воздуха окружающей среды (T=+15°C). Кроме того, из технологических условий сушки мы знаем, что в сушильной камере должен обеспечиваться расход вентиляционного воздуха на уровне 30…35 куб.м/ч.
Найдем требуемое количество теплоты для нагрева внутреннего пространства сушильной камеры 1 без учета потерь теплоты через стенки в окружающую среду и считая, что сушильная камера 1 является пустой:
к
н
Q=m·C·(T-T),
где m - масса воздуха, m=ρ·V, ρ=1.29 кг/куб.м; V=2·2·8=32 куб.м
C - теплоемкость воздуха,
Подставляя численные значения, получим, Q=2477 кДж. Такое количество теплоты потребуется для нагрева внутреннего пространства сушильной камеры 1. Если этот нагрев производить за 1 час или 3600 секунд, то для него потребуется тепловая мощность 688 Вт.
Очевидно, что требуемая тепловая энергия может быть подведена к сушильной камере 1 разными способами. В прототипе эта энергия подводится прогретыми нагревательными приборами 4 и создается теплогенератором 5. В заявляемой полезной модели она разделяется на две составляющие: на энергию, подаваемую собственно теплогенератором 5 и тепловую энергию, сообщаемую сушильной камере 1 от прогретого межстенного замкнутого пространства 9 через ребристую внутреннюю поверхность сушильной камеры 1.
Условно процесс нагрева внутреннего пространства сушильной камеры 1 можно представить в двух стадиях. На первой из них (осуществляемым прогретым межстенным замкнутым пространством) агент сушки нагревается от температуры 15°C до температуры 35°C, а на втором (осуществляемым теплогенератором 5) - от температуры 35°C до температуры 75°C. На практике, конечно, оба разновидности нагрева происходят одновременно. Искусственно разделять процесс на две стадии нецелесообразно (хотя и можно), однако двухстадийное представление процесса проще и не меняет энергетическую картину явления.
Итак, затраты тепловой энергии на первой и второй стадиях составляют:
1
Q=m·C·(35-15)=825,6 кДж
2
Q=m·C·(75-35)=1651,2 кДж
1
Однако затраты энергии  на создание теплоты Q окажутся меньше, поскольку для нагрева межстенного замкнутого пространства в предлагаемой полезной модели используется практически неограниченная низкопотенциальная тепловая энергия окружающей среды, а также тепловая энергия отработанного агента сушки, преобразуемые с помощью теплового насоса 6.
1
Если коэффициент преобразования энергии у используемого теплового насоса 6 составляет величину порядка 1,2…1,6, то для обеспечения работы испарителя 7 (обычно за счет электродвигателя компрессора) потребуется только 590 кДж. Фактически величина Q (а соответственно, и величина ) будет еще меньше, поскольку температура теплоносителя агента сушки в выходном отверстии 3 окажется выше температуры окружающей среды, принятой за 15°C.
Таким образом, общая активно затрачиваемая энергия, определяемая суммой затрат энергий на работу теплового насоса 6 и теплогенератора 5 () составит величину 2241 кДж. Эта величина примерно на 10% меньше величины энергии Q, затрачиваемой при эксплуатации прототипа.
Полезная модель может быть использована на небольших деревообрабатывающих предприятиях, а также при сушке бруса, шпал, горбыля и досок в полевых условиях.
Заявляемая полезная модель может быть также использована при сушке других материалов, а также при термической обработке объектов в указанном диапазоне температур.