Способ сушки однослойной фанеры и подобных изделий и устройство для его осуществления

 

Использование: в деревообрабатывающей и других отраслях промышленности. Сущность изобретения: способ сушки включает обработку листов фанеры или подобных изделий при прохождении через вальцовую сушилку нагретым воздухом и микроволновой энергией, при этом микроволновую энергию подводят на выходе из сушилки таким образом, что обеспечивается воздействие ближнего после микроволновой энергии на всю поверхность изделия, а каждый канал для подвода энергии выполняют в виде многоволнового волноводного резонатора. 2 с. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к способам и устройствам для сушки однослойной фанеры и т.п. изделий, которые в виде листов или полотен пропускают через сушильное устройство, в частности вальцового типа, где изделие подвергают сушке при помощи потока горячего воздуха и в процессе его прохождения через это устройство изделие также подвергают воздействию излучения микроволновой энергии, которую с целью сушки недосушенных участков подводят через поперечные каналы.

Когда листы, которые являются довольно тонкими (обычно их толщина составляет несколько миллиметров), выходят из вальцовой сушилки, их направляют в многощелевой пресс, где на каждом уровне пресса и много листов помещают один на другой и склеивают с получением фанерной доски. Процесс склеивания происходит при повышенной температуре.

При сушке деревянных листов только с помощью горячего воздуха они частично оказываются недосушенными, так что они после выхода из сушилки содержат зоны с высокой влажностью. Участки, содержащие такие зоны, перед тем как лист можно направить на пресс необходимо подвергнуть повторной сушке. Высокая технологическая температура в склеивающем прессе означает то, что вода, попавшая в такие влажные зоны, превращена в водяной пар. После выхода фанерной доски из пресса ее больше не повергают какому-либо наружному давлению, сохраняя воду в замкнутом пространстве. В последующем водяной пар расширяется, так что один или более листовых слоев в фанерных досках разорвутся и доска может быть забракована. В известном сушильном оборудовании частота случайности этого физического явления состоит в том, что процент выбраковки становится затруднительно высоким. Причина этого заключается в том, что несмотря на контроль влажности и повторную сушку нельзя с полной уверенностью полагать, что влажные зоны не достигнут пресса.

Цель изобретения обеспечение более полной сушки за счет избирательного концентрирования микроволновой энергии во влажных зонах. Это приводит к радикальному уменьшению процента выбраковки. Листы однослойной фанеры имеют прямоугольную форму и их получают, подвергая деревянные бревна токарной обработке. Волокна древесины после этого ориентируются параллельно коротким сторонам прямоугольника. Если токарный резец отрезал лист таким образом, что концы волокна находятся в плоскости листа, то вода внутри волокна будет механически заключена в нем. В результате множество таких волокон образуют влажностную зону, расположенную поперек направления, в котором лист транспортируют через сушилку. Расстояние между такими зонами может измеряться от нескольких сантиметров до нескольких дециметров. Можно заметить, что области между этими зонами также содержат воду, наличие которой не является в равной степени важным. Но во всех случаях оставшееся количество воды, вызванное недостаточной сушкой, нежелательно, так как оно означает недостаток однородности изделия.

Следовательно, другой целью изобретения является снижение содержания воды в листах однослойной фанеры, выходящих из пресса, а также в распределении оставшегося количества воды в листе так, что с точки зрения влажности ее можно рассматривать однородной.

Это реализуют таким путем, что микроволновую энергию подводят только внутри находящихся по ходу внизу секций сушилки и в виде мульти-резонансов в канале. Изделие вынуждают проходить снаружи каналов, но рядом с выходными отверстиями в них, которые имеют такие размеры и расположены таким образом, что ближнее поле, выходящее через них, охватывает по существу всю область изделия.

На фиг. 1 представлено аксонометрическое изображение, демонстрирующее часть вальцовой сушилки доя одновременной сушки множества деревянных полотен из однослойной фанеры, в данном случае четырех полотен, которые подают одно над другим; на фиг. 2 иллюстрация предпочтительного выполнения отверстий в боковых поверхностях каналов для горячего воздуха, обращенных в процессе обработки в сторону изделия.

Выходная часть вальцовой сушки содержит корпус 1, часть которого удалена для иллюстрации конструкции внутренних деталей. Трубопроводы служат для входа 2 и выхода 3 горячего воздуха соответственно. Четыре листа однослойной фанеры 4 подают один над одним между парами вальцов 5. Перпендикулярно направлению F подачи проходит множество каналов 6, по которым подается горячий воздух от входа, который с помощью перегородки 7 отделен от остального пространства внутри корпуса. Горячий воздух протекает в продольном направлении по каналам. Многие из них в соответствии с вариантом, иллюстрирующим их в каждом третьем вертикальном штабеле, на своих концах снабжены магнетронами 8, излучающими микроволновую энергию через коробы 9. Каждый из этих коробов герметично соединен с одним из каналов с входной его стороны. Эти коробы перфорированы для обеспечения входа воздуха. Однако эти перфорации настолько малы, что микроволны не могут выходить через них. Соответственно внутри каждого канала, снабженного магнетроном, пропускают две среды, воздух горячей сушки и микроволны. Выходные концы канала герметично соединены с выходной камерой, которая таким же способом, как с входной стороны, образована перегородкой 10 внутри корпуса 1. Из этой выходной камеры воздух выходит через трубопровод 3 после того, как он сначала прошел через отверстия в днищах канала и верхних крышках в направлении листов 4 с целью их сушки. Верхний и нижний канал в каждой снабженной магнетроном колонне содержит закрытый верх и закрытое днище соответственно, а их высота составляет приблизительно половину высоты находящихся между ними каналов, потому что они каждый действительно обслуживают как раз один из листов 4.

Внутри каналов микроволновая энергия проявляется в виде стоячих волн. Это явление резонанса возникает за счет подходящего соблюдения размеров каналов.

Фиг. 2 иллюстрирует схему расположения отверстий 11 для воздуха и микроволн, в данном случае в виде рыбьего скелета. Это расположение имеет то преимущество, что за счет частичного перекрытия в продольном направлении каналов, а именно перпендикулярно направлению транспортирования листов 4, воздействию микроволн подвержена поверхностная площадь листа. В соответствии с типичным вариантом воплощения размер отверстий может составлять приблизительно 20х9 мм. Соответствующие результаты можно получить с помощью отверстий Т-образной или L-образной конфигурации.

Основные характерные признаки изобретения можно суммировать следующим образом.

Способ является непрерывным, так как загрузка производится при непрерывном перемещении относительно аппликатора. Однако несмотря на это движение загрузку можно рассматривать как постоянную, поскольку в любой произвольной продольной секции фанерного листа, если смотреть в направлении транспортировки, ширина, толщина и конструктивные свойства, в том числе их влагосодержание, являются одинаковыми, а скорость транспортирования сохраняется постоянной.

Характерным признаком изобретения является то, что загрузка расположена снаружи аппликатора. В действительности последний можно рассматривать как аппликатор и как волновод.

С другой стороны, загрузка может быть расположена рядом с отверстиями аппликатора для выхода микроволновой энергии. Причина этого в том, что диэлектрическая постоянная загрузки или ее "показатель преломления" превышает 1. Чем больше влажность загрузки, тем больше ее показатель преломления. Это означает, что волны сжаты, длина волны несколько уменьшается. Соответственно высокое влагосодержание, эквивалентное высокой диэлектрической постоянной, означает высокое поглощение микроволновой энергии в загрузке, и это также имеет место в случае, если отверстия в стенке аппликатора относительно малы. Другими словами, размещение загрузки должно быть таким, что передача энергии происходит в ближайшем поле. Толщина загрузки должна быть небольшой в направлении распространения микроволн, т.е. перпендикулярна направлению перемещения загрузки. В любом случае толщина должна быть ниже приблизительно половины длины волны так, чтобы было удовлетворено условие близкого поля.

Другое важное отличие по сравнению с известным техническим решением состоит в том, что в соответствии с изобретением загрузка подвергнута воздействию очень высокой плотности энергии. В результате относительно небольшой толщины загрузки логично рассматривать плотность энергии в поверхностных единицах в большей степени, чем в объемных единицах, и характерным ее значением будет 100 Вт/дм². Если это значение сравнить с известными значениями порядка 20-100 Вт/кг, то соотношение мощностей составит приблизительно три-десять раз. В установке, используемой для сушки полотен однослойной фанеры, число каналов может составлять, например, 800, в случае чего полная тепловая мощность, подводимая в виде горячего воздуха, может составлять 6 МВт, что соответствует 5-10 кВт на канал. В каналах, также питаемых микроволновой энергией, ее величина может достигнуть приблизительно 50% мощности горячего воздуха, например 3 кВт, для единичного канала и 5 кВт для канала, снабженного выходными отверстиями обоих сторон (наверху и внизу).

Размеры каналов зависят от длины волны, как правило 12 см, и предназначены для создания конфигурации поля, которое является однородным в продольном направлении канала. Как следует из вышесказанного, это означает то, что общее поле будет составлено из множества стоячих волн.

Когда каналы имеют прямоугольное поперечное сечение, для оптимального технического эффекта не более чем один из двух геометрических размеров ширины и высоты должны иметь величину, меньшую одной длины волны, приблизительно 12 см. Кроме того, количество резонансов или стоячих волн обратно пропорционально объему канала. При объеме канала свыше приблизительно 0,1 м³ эти проблемы несущественны. Если высота канала составляет порядка 36 см, а его ширина 12 см, то этот объем соответствует длине канала порядка 3 м, которая адекватно отвечает условиям вальцовой сушилки.

Что касается выходных отверстий канала для горячего воздуха и микроволновой энергии, следует отметить, что в отношении обоих этих потоков по существу стараются обеспечить однородность или нулевой градиент в продольном направлении канала. Воздух можно пропускать через непрерывную продольную щель, расходящуюся в направлении потока. Каналы могут состоять из, например, алюминия, который ограничивает оба потока. Уменьшение общей площади для выхода воздуха можно обеспечить за счет того, что смежные стенки состоят из, например, тефлона, который проницаем для микроволновой энергии, а не для воздуха, и может выдерживать присущую этому температуру приблизительно 200^оС. Количество, размер и положения отверстий для выхода микроволновой энергии должны в основном определяться в каждом отдельном случае. Отходящая микроволновая энергия, которую можно рассматривать как "потери" аппликатора, должна поддерживаться столь низкой, что 0 значение, соотношение между осциллирующей и потерянной энергией, не является слишком низким. Обычно оно может находиться между 100 и 40. Можно доказать необходимость оптимизации конфигурации отверстия вдоль направления распространения волновой энергии, т.е. продольного направления канала, но в других случаях все отверстия могут быть идентичны. Однако одно условие в этом случае должно быть удовлетворено, а именно то, что конфигурацию и размер отверстий необходимо выбирать так, что излучение будет определенно подходить для каждой точки проходящей загрузки. Для этой цели отверстия могут быть выполнены подобно пазам, имеющимся в схеме рыбьего скелета, или другими путями, обеспечивающими различные направления поляризации, например им могут быть приданы Т-образная или L-образная конфигурация.

Подвод микроволновой энергии к каналам имеет место только с одной стороны канала, также подразумевается, что микроволновый генератор в виде одного или более магнетронов или т.п. устройство соединен с каждым таким каналом. Однако ни один из этих двух критериев не является характерным признаком изобретения. Каждый канал может питаться от двух или более микроволновых генераторов и, наоборот, один генератор может питать несколько смежных каналов. Кроме того, микроволновую энергию можно подводить с обоих концов канала, причем электрическое подсоединение выполняют так, что стоячие волны в действительности не совпадают, а взаимно сдвинуты по фазе, в результате чего конфигурация поля становится насколько это возможно однородной.

Например, если один из двух волноводов геометрически повернуть на 90^о, то в этом случае образуются две различные комбинации резонансного поля. Можно также обеспечить временной интервал между возбуждениями магнитного поля за счет использования трехфазной системы, обеспечивающей модулированное выпрямление полуволны, так что каждый генератор находится в возбужденном состоянии лишь тогда, когда другие два генератора пассивны.

Формула изобретения

1. Способ сушки однослойной фанеры и подобных изделий, включающий прохождение листов или полотен изделий через сушильную установку, преимущественно вальцовую сушилку, обработку изделий потоком горячего воздуха при одновременном облучении микроволновой энергией, подводимой посредством каналов, расположенных перпендикулярно направлению движения изделий, отличающийся тем, что выходные отверстия для микроволновой энергии в каналах выполняют такими, что их размеры и расположение обеспечивают воздействие на изделие ближнего поля энергии, выходящей из них, и охватывает всю поверхность изделия, при этом подвод микроволновой энергии осуществляют на выходе из сушилки, а каждый канал выполняют в виде многоволнового волноводного резонатора.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что выходные отверстия для микроволновой энергии в каналах выполняют с размерами, не превышающими половину длины микроволны.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что отверстия в каналах выполняют Т- или L-образными или в форме рыбьего скелета.

4. Устройство для сушки однослойной фанеры и подобных изделий, содержащее вальцы для перемещения листов или полотен изделий, воздуховоды для подачи горячего воздуха на изделие, источник микроволновой энергии, каналы с отверстиями для подвода микроволновой энергии к изделию, расположенные перпендикулярно направлению движения изделий, отличающееся тем, что отверстия имеют размеры и расположены так, что поверхность изделия обрабатывается ближним полем микроволновой энергии, каждый канал выполнен в виде многоволнового резонатора и расположен на выходе из устройства по ходу движения изделия.

5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что размер каждого выходного отверстия канала для подвода микроволновой энергии не превышает половину длины волны последней.

6. Устройство по пп.4 и 5, отличающееся тем, что отверстия каналов для подвода микроволновой энергии имеют Т- или L-образную форму или форму рыбьего скелета.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2