Способ сушки древесины
Владельцы патента RU 2347163:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет (RU)
Общество с ограниченной ответственностью "Вакта" (RU)
Изобретение относится к области сушки твердых материалов, в том числе древесины, путем удаления из них влаги. Способ сушки древесины включает размещение древесины между электродами в вакуумной камере, приложение к электродам напряжения, при котором инициируются объемные тлеющие разряды, обработку древесины объемными тлеющими разрядами и конденсацию образовавшихся паров, при этом измеряют давление в вакуумной камере, температуру внутри древесины, снимают осциллограммы тока и напряжения с электродов и по полученным данным производят регулирование электрической мощности, подводимой к межэлектродным промежуткам, и теплообмена на поверхности электродов, меняя их температуру, для чего электроды выполняют в виде теплообменников. Техническим результатом изобретения является повышение качества и сокращение времени сушки древесины. 5 ил.
Изобретение относится к области сушки твердых материалов, в том числе древесины, путем удаления из них влаги.
Известны кондуктивные (контактные) способы сушки древесины с удалением влаги в сушильных камерах при нагреве от термонагревательных элементов (Красников В.В.Кондуктивная сушка. М., 1973. 288 с.).
Общим недостатком этих способов является перегрев наружных слоев древесины по всей длине контакта с греющим элементом, что вызывает повышенные градиенты температуры и влажности по толщине и приводит к появлению внутренних напряжений, короблению и растрескиванию. Также недостатком является и ограниченность в техническом применении для сушки древесины с высокой начальной влажностью и большими поперечными сечениями, связанная с увеличением срока сушки и снижением качества высушиваемого материала.
Известен способ сушки древесины (RU патент №2115870), включающий размещение деревянных изделий между электродами, приложение к электродам напряжения, обеспечение контакта электродов с серединой изделий по их периметру, организацию разряда с концами изделий при периодической смене полярности.
Недостатками этого способа является неравномерность контакта электродов с поверхностью древесины.
Наиболее близким по технической сущности является выбранный нами за прототип способ сушки древесины (RU патент №2133419), включающий обработку древесины в поле электрического разряда и удаление образовавшихся паров. При этом древесину помещают в камеру, камеру вакуумируют, древесину обрабатывают объемными тлеющими разрядами, а образовавшиеся пары конденсируют.
Недостаток этого способа заключается в нестабильности инициирования и горения разряда в процессе влагоудаления, что приводит к локализации или переходу объемного разряда в дуговой, что соответственно приводит к перегреву локальных поверхностных зон древесины, обугливанию и возгоранию.
Задачей изобретения является создание высокопроизводительного способа сушки древесины, позволяющего регулировать процесс нагрева заготовок по толщине. Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в сокращении времени сушки и повышении качества высушиваемого материала.
Поставленная задача достигается тем, что в способе сушки древесины, включающем размещение древесины между электродами в вакуумной камере, приложение к электродам напряжения, при котором инициируются объемные тлеющие разряды, обработку древесины в поле объемных тлеющих разрядов, измерение давления в вакуумной камере и конденсацию образовавшихся паров, согласно изобретению измеряют температуру внутри древесины, снимают осциллограммы тока и напряжения с электродов, а по полученным данным производят регулирование электрической мощности, подводимой к межэлектродному промежутку, и теплообмена на поверхности электродов, меняя их температуру, для чего электроды выполняют в виде теплообменников.
Способ сушки осуществляют следующим образом. В герметичную камеру между электродами помещают пиломатериал. Камеру вакуумируют. На электроды подают напряжение, способное инициировать объемные тлеющие разряды в промежутке между поверхностью древесины и поверхностью электродов. В результате протекания электрического тока через древесину температура ее внутренних слоев становиться выше или равной температуре наружных слоев.
В процессе сушки средняя влажность образцов снижается, что приводит к увеличению объемного электрического сопротивления древесины. При этом влажность внутри древесины становиться ниже, чем снаружи. В результате увеличивается вероятность возникновения переходных процессов, связанных с локализацией объемных разрядов в канальные разряды. Для снижения вероятности возникновения переходных процессов производится регулирование электрической мощности, подводимой к межэлектродному промежутку, и регулирование теплообмена на поверхности электродов-теплообменников. Регулирование производят по осциллограммам напряжения, снятым с обкладок электродов, а также по температуре внутренних зон древесины. При возникновении на осциллограммах напряжения неоднородности, что свидетельствует о возникновении канальных разрядов, снижают напряжение, прикладываемое на электроды, до уровня восстановления осциллограмм. Температуру электродов-теплообменников регулируют в зависимости от температуры внутри древесины.
Изобретение иллюстрируется чертежами. На фиг.1 схематично показана установка для реализации способа сушки древесины. На фиг.2 показано сравнение осциллограмм импульсов напряжения эталонного и экспериментального значения. На фиг.З показана установка датчиков температуры для конкретного выполнения устройства, реализующего заявляемый способ. На фиг.4 приведены значения температуры, полученные с датчиков в процессе сушки образца древесины. На фиг.5 показаны формы осциллограммы при возникновении переходных процессов, когда влажность образцов снижалась ниже 45%.
Устройство для 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 4, 5 соответственно. К камере 1 подсоединены вакуумный насос 6 и вакуумметр 7. Осциллограф 8 через делитель напряжения 9 подключен к электрическому кабелю, соединяющему блок питания 10 с электродами-теплообменниками 2. Датчики температуры 4,5 подключены к блоку управления 11, который также соединен с блоком питания 10.
После инициирования объемных тлеющих разрядов через высушиваемый материал (древесину) начинает протекать электрический ток. В результате в высушиваемом материале происходит перераспределение и удаление влаги. Происходят нестационарные процессы, связанные с нестабильными электрическими характеристиками межэлектродного промежутка, приводящими к возникновению переходных процессов (локализации объемных тлеющих разрядов в канальные, дуговые разряды).
Для предотвращения этих явлений установка снабжена устройствами управления и регулирования параметрами процесса сушки.
Управление производят от блока управления 11 на основании данных, полученных с использованием осциллографа 8, делителя напряжения 9, и на основании данных, полученных от датчиков температуры 4,5.
Регулирование производиться по следующей методике. Осциллограммы напряжения оцифровывались осциллографом. Данные импульсов напряжения 12
сравнивались с эталонным импульсом 13 (фиг.2) по формуле (1),
где Δэi, Δji - скорость изменения напряжения, измеренная за определенный промежуток времени;
Ui, Ui+1 - значения напряжения;
ti, ti+1 - периоды измерения напряжения
где К - устанавливаемое значение отклонения скорости изменения напряжения
между эталонным и сравниваемым импульсом.
Рассмотрим реализацию способа на конкретном примере. В соответствии с предложенным способом березовые заготовки размером 50×100×700 мм помещают в камеру 1 между электродами 2. Камеру вакуумировали, при этом давление в камере составляло 500 Па. На электроды подавалось переменное напряжение 2 кВ частотой 50 Гц. Для регистрации температуры (фиг.3) были установлены датчики температуры 4, 5.
Регистрацию осциллограмм напряжения производили при помощи делителя напряжения 9 и цифрового осциллографа 8.
На фиг.4 кривая 14 соответствует значениям датчика температуры 4, установленного в древесине, а кривая 15 - значениям температуры датчика 5, установленного на электроде-теплообменнике. Температура датчиков 4, 5 поддерживалась в диапазоне tном=60±2°C. При этом, если значение датчиков 4 или 5 превышали значение tном, то тогда отключались либо высоковольтный блок питания, либо нагрев электродов-теплообменников соответственно.
Регулировка работы высоковольтного блока питания при возникновении переходных процессов производилась по вышеизложенной методике. Так при нормальном режиме работ осциллограммы импульсов напряжения практически не отличались от эталонного импульса 12. При возникновении переходных процессов, когда влажность образцов снижалась ниже 45%, форма осциллограмм 16 менялась, что регистрировалось осциллографом (фиг.5). Полученные данные сравнивались со значениями эталонного импульса по формулам (1), (2). Значение К в формуле (2) устанавливалось равным 40 кВ/с.
; 
; 
;
; 
; 
;
; 
; 
;
; 
; 
;
; 
; 
Из приведенных данных видно, что значение Кi превышает установленные значения. Поэтому блок управления процессом сушки изменял напряжения до того момента, пока значение Кi не удовлетворяло условию (2). При этом амплитуда значений эталонного импульса 17 была снижена на 20% и равна 0,9 кВ.
; 
; 
;
; 
; 
;
; 
; 
;
; 
; 
;
; 
; 
После снижения напряжения осциллограммы напряжения 18 не изменяли своего вида. Процесс сушки заканчивался после достижения древесиной влажности 10%. Время сушки составило 6,5 часов. На поверхности образцов не наблюдались изменения цвета и формы.
Повторные эксперименты по сушке березовых образцов размером 50×100×700 мм, проводимые с теми же параметрами давления, напряжения, но без регулировки и нагрева, продолжались 8 часов, при этом конечная влажность образцов составила 15%. На поверхности образцов наблюдались локальные зоны перегрева.
Таким образом, сравнение экспериментальных данных показывает, что предложенный способ сушки позволил обеспечить надлежащее качество высушиваемого материала и сократить время сушки по сравнению с прототипом.
Способ сушки древесины, 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 и конденсацию образовавшихся паров, отличающийся тем, что измеряют температуру внутри древесины, снимают осциллограммы тока и напряжения с электродов и по полученным данным производят регулирование электрической мощности, подводимой к межэлектродным промежуткам, и теплообмена на поверхности электродов, меняя их температуру, для чего электроды выполняют в виде теплообменников.
