СПОСОБ СУШКИ ДРЕВЕСИНЫ
METHOD OF WOOD DRYING

Изобретение относится к области обработки древесины и может использоваться, в частности, для сушки пиломатериалов.
Известен способ сушки древесины в виде досок, плит, брусьев (РФ №2096703 по кл. F26B 5/04, 3/20, з. 18.08.95, оп. 20.11.97).
Известный способ сушки древесины в виде досок, плит, брусьев, по которому сушка производится путем ступенчатого ее нагрева с помощью выполненных в виде змеевиков из прямоугольных труб плоских термостатированных нагревательных элементов до требуемой температуры, выдержки на каждой ступени нагрева и периодической обработки древесины вакуумом в процессе сушки, при этом нагрев ведут непрерывно с повышением температуры после выдержки на каждой ступени нагрева, а после достижения заданной температуры поддерживают ее до окончания процесса сушки, причем нагрев древесины термостатированными нагревательными элементами непосредственно ведут в нескольких зонах по длине высушиваемого материала с промежутками между зонами нагрева. При этом в основание штабеля высушиваемого материала укладывают один ряд плоских термостатированных нагревательных элементов со сплошной поверхностью нагрева по всей площади штабеля, затем укладывают чередующиеся по высоте штабеля ряды термостатированных нагревательных элементов для зонного нагрева высушиваемого материала по его длине и ряды самого материала, а на последний в штабеле ряд термостатированных нагревательных элементов для зонного нагрева укладывают один ряд плоских термостатированных нагревательных элементов со сплошной поверхностью нагрева по всей площади штабеля. Высушиваемый материал располагают в один или два ряда между смежными слоями термостатированных нагревательных элементов.
Недостатком известного способа является его сложность, обусловленная необходимостью периодической обработки древесины вакуумом, ведение ступенчатого нагрева с выдержкой на каждой ступени в течение определенного времени, а также использование нагревателей в виде змеевиков, требующих прокачивания через них горячей воды, что увеличивает энергоемкость процесса. Кроме того, нагрев древесины термостатированными нагревательными элементами в нескольких зонах по длине высушиваемого материала с промежутками между зонами нагрева ухудшает качество сушки.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ сушки древесины, описанный в патенте РФ №2367861 МПК F26B 3/20, выбранный в качестве прототипа.
Известный способ сушки заключается в следующем: доски укладывают в штабель, состоящий из нескольких пакетов, каждый из которых состоит не менее чем из двух слоев досок. Прокладывают между досками в пакетах по высоте штабеля разделительные элементы в виде реек. В качестве плоских нагревательных элементов используют пленочные резистивные электронагреватели, каждый из которых закреплен с натяжением по периметру соразмерной со штабелем прямоугольной перфорированной рамки по средней линии ее высоты. Размещают рамки с нагревателями между пакетами, укладывая их плотно друг к другу с перекрытием всей площади каждого пакета. При этом в основание штабеля и на его верхнюю поверхность укладывают один ряд плоских нагревательных элементов со сплошной поверхностью нагрева по всей площади штабеля с обращенными к штабелю отражателями в виде металлических листов, например из фольгированного пенофола. Сушку ведут непрерывно путем сухого нагрева при температуре 45-50°С, подавая на нагревательные элементы напряжение питания, в течение 95-100 часов. Каждый час на 10-20 минут включают вытяжную вентиляцию. Процесс контролируют с помощью датчиков  температуры и влажности и судят об окончании сушки по показаниям датчика влажности.
Недостатком известного способа является большие затраты электроэнергии.
Задачей является снижение энергоемкости процесса сушки при обеспечении высокого качества сушки.
Поставленная задача решается тем, что доски укладывают в штабель, состоящий из пакетов, не менее двух слоев досок, с разделительными элементами в виде реек; размещают между пакетами пленочные резистивные электронагревательные элементы, перекрывающие всю поперечную площадь штабеля, причем в основании штабеля и на его верхнюю поверхность укладывают ряд нагревательных элементов, снабженных отражателями теплового потока, расположенными снизу и сверху пленочных электронагревателей для направления тепла внутрь штабеля, подают на электронагреватели напряжение питания, сушку ведут путем сухого нагрева при помощи электронагревательных элементов, процесс сушки контролируют датчиками влажности и температуры; для удаления влаги периодически включают вытяжную вентиляцию; об окончании сушки судят по показаниям влажности, в отличие от прототипа процесс сушки ведут циклично в зависимости от температуры нагрева доски по показаниям датчика температуры, установленного внутри доски в штабеле: при достижении температуры нагрева 40-45°С питание электронагревателей отключают, а при снижении до 35-38°С электронагреватели вновь включают, сушку ведут при температуре 35-45°С, процесс сушки заканчивают в соответствии с заданными показаниями влажности определенной породы дерева, вентиляцию включают при влажности, равной 85-90%, и выключают при влажности - 60-65%; а для исключения тумана и скопления росы на поверхности электронагревателей последние выполняют с перфорацией.
Осуществление процесса циклично в зависимости от температуры внутри доски при включении и выключении электронагревателей при достижении заданной температуры и окончание процесса сушки в соответствии с заданными показаниями древесины определенной породы дерева (так как у каждой породы дерева свой показатель влажности) позволяет значительно снизить потребление электрической энергии. Кроме того, отключение вытяжной вентиляции в зависимости от заданных показаний датчиков влажности дополнительно позволяет экономить электрическую энергию.
Пределы температуры нагрева от 35 до 45°С являются самыми оптимальными, так как быстрое и значительное повышение температуры материала после критической точки приводит к длительному воздействию высокой температуры на материал, что вызывает ухудшение его технологических свойств. Значительный температурный градиент, направленный против градиента влагосодержания, замедляет перемещение влаги из внутренних слоев к поверхностным, что приводит к разности влажности наружных слоев и внутренних слоев, которые сокращают свой объем, из-за чего в наружных слоях возникает растягивающее усилие, а внутри сжимающее. Растягивающая сила становится больше силы сцепления волокон, и появляются разрывы и трещины. При недостаточной температуре все происходит наоборот и трещины появляются внутри древесины. Скорости испарения и движения влаги внутри материала должны быть одинаковы. Это возможно при данном диапазоне температур, согласно типичным температурным кривым влажности материалов для поверхностных и центральных слоев.
Под режимом сушки понимают не только расписание значений температуры нагрева и охлаждения древесины, но и влажности воздуха в связи с тем, что сушка сопровождается градиентами влажности, возникающими в материале, а следовательно, внутренними напряжениями, что может снижать качество древесины. Чтобы гарантировать требуемое качество сухого материала, необходимо выдержать режимные значения влажности воздуха, эти значения устанавливаются для разных сортов древесины в зависимости от полей влажности сырья с учетом анизотропии древесины. В связи с нелинейностью в общем случае уравнений массопереноса для анализа динамики процесса с учетом анизотропии физических свойств используют графоаналитические и численные методы, поэтому для основных пород древесины выбраны данные пограничные значения влажности воздуха, а именно 60-90%.
Выполнение плоских нагревательных элементов в виде пленочных электронагревателей с перфорацией позволяет быстрее удалить влагу между слоями досок, исключить образование тумана и скопление росы, которые затрудняют пропускание инфракрасного излучения и эффективный нагрев пиломатериала.
Техническим результатом данного способа является снижение энергоемкости процесса сушки при обеспечении требуемого качества сушки.
Заявляемый способ осуществляется следующим образом.
Доски укладывают в штабель, состоящий из пакетов, не менее двух слоев досок, с разделительными элементами в виде реек; размещают между пакетами пленочные резистивные электронагревательные элементы, перекрывающие всю поперечную площадь штабеля, причем в основании штабеля и на его верхнюю поверхность укладывают ряд нагревательных элементов, снабженных отражателями теплового потока, расположенными снизу и сверху пленочных электронагревателей для направления тепла внутрь штабеля, подают на электронагреватели напряжение питания. Сушку ведут путем сухого нагрева при помощи электронагревательных элементов. Процесс сушки ведут циклично в зависимости от температуры нагрева доски по показаниям датчика температуры, установленного внутри доски в штабеле: при достижении температуры нагрева 40-45°С питание электронагревателей отключают, а при снижении до 35-38°С электронагреватели вновь включают. Сушку ведут при температуре 35-45°С. Процесс сушки контролируют датчиками влажности и температуры; для удаления влаги периодически включают вытяжную вентиляцию. Вентиляцию включают при влажности, равной 85-90%, и выключают при влажности - 60-65%. Для исключения тумана и скопления росы на поверхности электронагревателей последние выполняют с перфорацией. Процесс сушки заканчивают в соответствии с заданными показаниями влажности определенной породы дерева.
Способ позволяет снизить энергоемкость процесса сушки при обеспечении требуемого качества сушки.