СПОСОБ СУШКИ ДРЕВЕСИНЫ
METHOD OF DRYING TIMBER

Изобретение относится к области сушки твердых материалов, в том числе древесины, путем удаления из них влаги.
Известен способ сушки древесины токами высокой частоты в комбинации с тепловым подогревом [SU №89456, заявлено 05.08.1948 г.]. В сушилке непрерывного или периодического действия применяют периодическое кратковременное воздействие токов высокой частоты, прерываемое контактным термометром при повышении температуры внутренних слоев древесины выше допустимой. Недостатком известного способа является то, что процесс сушки осуществляется при атмосферном давлении окружающей среды. При этих условиях интенсификация процесса сушки вызывает увеличение температуры сушки, что снижает качество высушиваемого материала. Использование одной частоты воздействующего напряжения снижает эффективность ввода энергии при разной влажности древесины.
Наиболее близким по технологической сущности является выбранный нами за прототип способ сушки древесины [RU патент №2347163], включающий размещение древесины между электродами в вакуумной камере, приложение к электродам напряжения, при котором инициируются объемные тлеющие разряды, обработку древесины объемными тлеющими разрядами, измерение давления в вакуумной камере, измерение температуры внутри и на поверхности древесины, регистрацию осциллограмм тока и напряжения с электродов и по полученным данным регулирование электрической мощности, подводимой к межэлектродным промежуткам, теплообмена на поверхности электродов, меняя их температуру, для чего электроды выполнены в виде теплообменников, и конденсацию образовавшихся паров.
Недостатками способа-прототипа являются.
- Сложность формирования режима тлеющего разряда. Незначительные изменения градиента влажности древесины внутри и на поверхности заготовки приводят к контракции разрядов, то есть к переходу объемного газового разряда в дуговой, что, соответственно, вызывает перегрев локальных зон древесины, обугливание и даже возгорание. Уменьшение величины подводимого напряжения стабилизирует разряд, но неоправданно увеличивает время сушки.
- Низкая эффективность способа при низкой влажности древесины, так как в этом способе используется в основном резистивный нагрев древесины.
- Сложное оборудование для формирования режима устойчивого горения тлеющего разряда.
Задачей изобретения является создание высокопроизводительного способа сушки древесины с сохранением ее высокого качества.
Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в равномерности распределения температуры и влажности по толщине заготовки при максимальных темпах сушки за счет изменения частоты воздействующего напряжения в зависимости от влажности материала.
Технический результат достигается тем, что в способе сушки древесины, включающем, как и прототип, размещение древесины между электродами-теплообменниками в вакуумной камере, приложение к электродам-теплообменникам переменного высокочастотного напряжения, измерение температуры внутри и на поверхности древесины и поддержание ее в заданном диапазоне путем изменения электрической мощности, подводимой к межэлектродному промежутку, и нагрева электродов-теплообменников, удаление образовавшихся паров конденсацией, в отличие от прототипа, в процессе сушки частоту воздействующего напряжения изменяют в зависимости от влажности древесины.
Целесообразно осуществлять предварительный нагрев древесины тепловой энергией от электродов-теплообменников в вакууме для выравнивания условий для объемного ВЧ нагрева и исключения выхода связующих составляющих (смола - для хвойных пород; деготь - для лиственных пород) на поверхность пиломатериала во время понижения давления в камере.
В начальный период сушки, при высокой влажности древесины, объемное сопротивление низкое, и нагрев внутренней области заготовки осуществляется, в основном, за счет проводимости древесины. При резистивном нагреве более эффективное введение энергии в заготовку при низких частотах. В процессе сушки средняя влажность образцов снижается, что приводит к увеличению объемного электрического сопротивления древесины и снижению вводимой энергии за счет проводимости. По мере высыхания заготовки при увеличении частоты воздействующего напряжения нагрев внутренней области происходит не только за счет резистивных потерь, а и за счет диэлектрических потерь.
Изобретение иллюстрируется графическими материалами. На фиг.1 представлена схема устройства для сушки пиломатериала. На фиг.2 приведена зависимость частоты воздействующего напряжения от влажности для не пропитанной древесины естественной влажности, на фиг.3 - зависимость частоты воздействующего напряжения от влажности для объемно пропитанной древесины с влажностью более 100%, на фиг.4 представлены значения температуры в процессе сушки, на фиг.5 представлены зависимости влажности древесины от времени сушки по предлагаемому способу и по способу, изложенному в прототипе.
Устройство для осуществления способа сушки (фиг.1) состоит из вакуумной камеры 1, внутри которой, между электродами-теплообменниками 2 располагается высушиваемый материал 3. Внутри высушиваемого материала 3 и внутри электродов-теплообменников 2 располагаются датчики температуры, входящие в состав измерительного блока СВД-04, 4, 5 соответственно. К камере 1 подсоединены вакуумный насос НВВ-75 6 и мановакуумметр ЭКВ-1У 7. Осциллограф Tektronix В2012 8 через резистивный делитель напряжения 9 подключен к электрическому кабелю, соединяющему генератор высокого высокочастотного напряжения 10 с электродами-теплообменниками 2. Датчики температуры 4, 5 подключены к блоку управления 11, который также соединен с генератором 10. Электрод-теплообменник 2 нагревается от теплогенератора, который может быть как внешнего исполнения (вне электрода-теплообменника, в этой ситуации теплогенератор соединен с электродом-теплообменником 2 системой трубопроводов), так и внутреннего (например, электронагреватель, смонтированный внутри электрода-теплообменника). В конкретном примере теплогенератор выполнен во внешнем исполнения 12. Перекачивающий насос К8-18 13 прокачивает горячую воду от теплогенератора через электроды-теплообменники.
Реализация способа на конкретном примере.
3
В соответствии с предложенным способом березовые заготовки размером 50×200×3000 мм и объемом 0,9 м помещали в камеру 1, между электродами-теплообменниками 2. Камеру вакуумировали, при этом давление в камере составляло 500 Па. Включали теплогенератор 12 и перекачивающим насосом 13 нагретый теплоноситель (в конкретном примере вода) прокачивали через электроды-теплообменники. Прогрев древесины осуществлялся под вакуумом для исключения выхода на поверхность заготовки смолы, дегтя и других составляющих. Прогревали древесину в течение 3÷4 часов. Затем на электроды-теплообменники 2 подавали переменное напряжение до 2 кВ частотой 40÷100 кГц от ВЧ генератора 10, обеспечивающее нагрев объема древесины за счет токов проводимости и диэлектрических потерь. Для увеличения эффективности передачи электрической энергии в объем заготовки частоту воздействующего напряжения увеличивали в зависимости от влажности древесины и поддерживали в диапазоне 4÷100 кГц (фиг.2 - для не пропитанной древесины естественной влажности; фиг.3 - для древесины, пропитанной водорастворимым красителем).
Генератор высокого высокочастотного напряжения выполнен таким образом, что частота воздействующего напряжения изменяется в зависимости от влажности древесины автоматически.
ном
ном
Как и в прототипе, в процессе сушки измеряли температуру внутри древесины и на ее поверхностях у электродов. Температуру внутри древесины поддерживают на заданном уровне, изменяя мощность воздействующего напряжения, а разницу температур на поверхности древесины и внутри поддерживали путем нагревания электродов. Для регистрации температуры были установлены датчики (фиг.1) температуры 4, 5. Регистрацию осциллограмм напряжения производили при помощи делителя напряжения 9 и цифрового осциллографа 8. На фиг.4 кривая 14 соответствует значениям температуры датчика 5, установленного на электроде-теплообменнике, а кривая 15 - датчика температуры 4, установленного в древесине. Температуры датчиков 4, 5 поддерживали в диапазоне t=60±2°С. При этом, если значение датчиков 4 или 5 превышало значение t, отключали либо генератор высокого напряжения, либо нагрев электродов-теплообменников соответственно.
На фиг.5 представлены зависимости изменения влажности древесины от времени при сушке древесины естественной влажности по предлагаемому способу 16 и прототипу 17. Как видно из графиков фиг.5, время, затраченное на сушку по предлагаемому способу, на 20% меньше, чем время, затраченное на сушку по прототипу, при прочих равных условиях.
Изменение частоты воздействующего напряжения в зависимости от влажности древесины способствует более эффективной передаче энергии в объем заготовки независимо от влажности древесины. Заявляемый способ позволяет повысить качество высушенных пиломатериалов и ускорить процесс сушки.