Устройство для сушки лесоматериалов

Настоящее изобретегше относится к сушке или так называемой выдержке лесоматериалов.Свежесрезанное дерево обычно содержит примерно 80 мас.% влаги. Если такой лесоматериал использовать для производства деревянных изделий таких, например, как мебель, то это приведет к его рассыханию, формоизменению и вызовет разрушение изделия. Для того, чтобы этого избежать, лесоматериал предварительно сушат до содержания влаги от 20 до 8 % в мягкой и твердой древесине соответственно.Обычно для выдержки срезанная древесина штабелируется и сушится на воздухе в течение нескольких лет. В другом случае для сушки используется печь, и тогда древесина достигает СОСТОЯНИЯ ГОТОВНОСТИ В течение нескольких недель.Оба из указанных способов обладают недостатками. Так как производство выдержанной древесины с сушкой на воздухе или в печи требует значительных затрат времени, то для обеспечения непрерывных поставок выдержанной древесины необходимо создавать большие штабели. Хранение больших штабелей в течение длительного времени очень дорого. Более того,в обоих случаях древесину в этих штабелях неОбХОДИМО периодически перекладывать И ОТбраковывать после выдержки, в результате растрескивания и серьезных повреждений. Например, при использовании одного из упомянутых способов сушки бука в брак идет от 30 до 40 % древесины.Целью настоящего изобретения является создание усовершенствованного устройства и способа для сушки лесоматериалов.В соответствии с первой отличительной особенностью настоящего изобретения предусматривается устройство для сушки лесоматериалов, в состав которого входит корпус для размещения в нем некоторого количества леса,средства определения температуры, расположенные в этом корпусе для определения температуры лесоматериалов, средства нагрева лесоматериалов внутри корпуса, и средства контроля для управления средствами нагрева лесоматериалов ДЛЯ изменения температуры, ОТЛИчающееся тем, что в состав корпуса входит камера (4), средства нагрева в виде генератора микроволнового излучения (1), связанного с камерой (4) посредством, по меньшей мере,двух каналов (2) для передачи по ним излучения микроволнового диапазона в камеру (4) и средства взвешивания (8) для определешш массы лесоматериалов внутри камеры (4).Устройство по первому предпочтительному варианту первой отличительной особенности настоящего изобретения отличающееся тем, что предусмотрены средства вентиляции (10, 11),расположенные в камере (4) для обеспечения циркуляции воздуха в камере (4) с целью регулирования влажности и/или температуры возду 000268ха. Обычно в состав средств вентиляции (10, 11) входят датчики влажности (9, 12) на входе воздушного потока (10) в камеру (4) или выходе воздушного потока (11) из камеры (4), при этом датчики влажности (9, 12) формируют выходной сигнал по влажности воздуха в непосредственной близости от данного датчика; при этом выходной сигнал используется как входной сигнал для регулирования режима работы средств вентиляции (10, 11).Устройство по второму предпочтительному варианту первой отличительной особенности настоящего изобретения или по первому предпочтительному варианту, отличающееся тем,что в камере (4) расположена каретка (16) для фиксации лесоматериалов.Устройство по третьему предпочтительному варианту первой отличительной особенности настоящего изобретения или по любому из преДЫДУЩИХ предпочтительных вариантов, ОТЛИчающееся тем, что в камере (4) предусмотрено средство (7), обеспечивающее вибрацию и/или вращение лесоматериалов, расположенных на каретке (16).Устройство по четвертому предпочтительному варианту первой отличительной особенности настоящего изобретения или по любому из предыдущих предпочтительных вариантов, ОТличающееся тем, что в камере (4) предусмотрены средства преобразования моды колебаний(3), изменяющие пространственное распределение излучения микроволнового диапазона внутри камеры (4).Устройство по пятому предпочтительному варианту первой отличительной особенности настоящего изобретения или по любому из преДЫДУЩИХ предпочтительных вариантов, ОТЛИчающееся тем, что предусмотрен люк и его крышка (5), при этом для обеспечения доступа лесоматериалов в камеру (4) через люк эта крышка открывается, при этом лесоматериалы Могут загружаться в камеру или выгружаться из нее. Для этой цели предусмотрено несколько люков и крышек (5), а также средства непрерывного регулирования открытия или закрытия каждого люка для обеспечения периодической загрузки лесоматериалов в камеру и/или выгрузки лесоматериалов из камеры через один ИЛИ несколько ШОКОВ. В предпочтительном варианте изобретения для ограничения потерь излучения микроволнового диапазона на кажДОМ входе В камеру ИЛИ выходе ИЗ нее предусмотрен микроволновый дроссель.Устройство по шестому предпочтительному варианту первой отличительной особенности настоящего изобретения или по любому из преДЫДУЩИХ предпочтительных вариантов, ОТЛИчающееся тем, что предусмотрено средство определения температуры (13), в состав которого входит, по крайней мере, один пирометр инфракрасного излучения, расположенный в камередля измерения температуры дерева.Устройство по седьмому предпочтительному варианту первой отличительной особенности настоящего изобретения или по любому из предыдущих предпочтительных вариантов, отличающееся тем, что предусмотрены средства управления (8), которые служат для задания необходимой скорости изменения массы лесоматериалов, помещенных в камеру, на основании известной измеренной массы для того, чтобы задать скорость сушки лесоматериалов.Устройство по восьмому предпочтительному варианту первой отличительной особенности настоящего изобретения или по любому из предыдущих предпочтительных вариантов, отличающееся тем, что эти средства управления устроены таким образом, чтобы управлять мощностью на выходе источника микроволнового излучения (1) для поддержания не столько скорости сушки, сколько температуры в камере(4) ниже максимально допустимого предела.Устройство по девятому предпочтительному варианту первой отличительной особенности седьмого или восьмого предпочтительного варианта настоящего изобретения, отличающееся тем, что средства управления служат для формирования сигнала о том, что древесина в камере (4) уже высохла, что определяется по тому, что скорость сушки древесины за определенный период времени упала до нуля или стала меньше максимально допустимого предела; или что общая потеря массы за время сушки стала равна или больше максимально допустимого предела потери массы.Устройство по десятому предпочтительному варианту первой отличительной особенности настоящего изобретения или по любому из предыдущих предпочтительных вариантов, отличающееся тем, что на выходе генератора микроволнового излучения (1) формируется несколько различных непрерывных или прерЬ 1 виСТЬ 1 Х ИМПУЛЬСОВ МОЩНОСТИ.Устройство по одиннадцатому предпочтительному варианту первой отличительной особенности настоящего изобретения или по любому из предыдущих предпочтительных вариантов отличающееся тем, что в состав средств измерения температуры (13) входит, по крайней мере, один волоконно-оптический температурный датчик.Способ по второй отличительной особенности настоящего изобретения для сушки древесины в корпусе, содержащем некоторое количество древесины и средства определения температуры, расположенные в корпусе для определения температуры древесины, и средства нагрева древесины, расположенные в корпусе вместе со средствами управления для изменения нагрева древесины на основе измеренной температуры, отличающийся наличием этапов перевода корпуса в режим работы в качестве мик на поверхностироволновой камеры с использованием генератора микроволнового излучения для подвода микроволнового излучения в камеру, и таким образом к древесине, помещенной внутри камеры, с ПСрИОДИЧССКИМ ИЗМСрСНИСМ МЗССЫ И/ИЛИ ТСМПСратуры древесины в камере, и регулированием энергии, подаваемой в камеру генератором, на основе измеренных значений массы и/или температуры древесины в камере.В предпочтительном варианте изобретения каретка имеет множество крестовин с радиЗЛЬНО расположенными ОПОРНЫМИ ЗЛСМСНГЗМИ,идущими от Центральной втулки. Древесина для СУШКИ МОЖСТ КрСПИГЬСЯ К ДЗЛЬНИМ КОНЦЗМ ОПОрНЫХ ЗЛСМСНТОВ И В ПрСДПОЧТИГСЛЬНОМ варианте изобретения втулка устанавливается на оси с возможностью вращения. Крепление древесины для сушки между двумя такими крестовинами обеспечивает вращение древесины внутри микроволновой камеры. Еще одна или долее крестовин могут устанавливаться по длине древесины для уменьшения ее прогиба во время сушки.В предпочтительном варианте изобретения каретка имеет закрываемое отверстие для загрузки и выгрузки лесоматериалов. Камера моЖет содержать множество отверстий и поэтому устройство может работать в непрерывном режиме с обеспечением регулярной загрузки новых партий леса в камеру с использованием,например, конвейерной ленты.В предпочтительном варианте изобретения в состав средств определения температуры входят средства измерения температуры на поверхности древесины. В предпочтительном варианте изобретения они включают, по крайней мере,один пирометр инфракрасного излучения, который обычно расположен так, чтобы измерять температуру в середине и на расстоянии одной трети от торцов древесины. Так как существует заданная корреляция (измерения выполняются с помощью температурных зондов) между температурой внутри древесины и на ее поверхности для каждого типа древесины, для определения температуры внутри древесины измеряют температуру на ее поверхности. Внутренняя температура важна сама по себе, так как это то, что в основном определяет внутреннее давление в древесине, которое возрастает по мере разогрева влаги в порах дерева. Кроме того, средства определения температуры могут содержать один или более волоконно-оптических температурНЪ 1 Х ДЗТЧИКОВ. ПРШИСНСНИС ЭТИХ ДВУХ ТРШОВ датчиков в настоящем устройстве приводит к получению особых прешиуществ, так как они изготовлены из неметаллического материала и не ПрИВОДЯТ К ПОЯВЛСНШО ПОМСХ МШСрОВОЛНОВОго излучения. Кроме того, в случае применения гшрометра, датчики могут устанавливаться снаружи камеры.Сигнал, снимаемый с термодатчиков, может использоваться для формирования управ ляющего сигнала на входе средств управления для поддержания заданной температурновременной зависимости во время сушки. Например, наилучшим режимом для сушки некоторой породы дерева является режим с относительно постоянной температурой. Сигнал, снимаемый с температурного датчика, сам по себе или совместно с сигналом на выходе схемы взвешивания используется для определения мощности, задаваемой на выходе генератора микроволнового излучения. В предпочтительном варианте изобретения во избежание коробления древесины температурно-временная зависшиость поддерживается ниже уровня максимально допустимой температуры.При правильном управлении выходной мощностью микроволнового генератора можно избежать многих проблем. Без такого управления влага из древесины может удаляться слишком быстро, что вызовет разрушение пористой структуры дерева. Это является основной причиной разрушения древесины, проявляющегося в виде трещин, при этом внутри больших трещин структура древесины приобретает ноздреватость, и в виде разрывов, ноздреватость внутри которых становится столь сильной, что приводит к разрыву структуры дерева.В предпочтительном варианте изобретения микроволновое излучение генерируется в частотном диапазоне выше 100 МГц и/или ниже 300 МГц. Обычно используются следующие частоты (которые утверждаются государственными структурами): 434 МГц, 896 МГц, 915 МГц, 2,45 ГГц и 4,75 ГГц. Чем выше длина волны, тем лучше проникновение волн в древесную структуру, что является предпочтительным для больших кусков дерева. Обычно для древесины общей толщиной до 200 мм применяется частота 896 МГц. Частота 2,45 ГГц применяется для сушки древесины общей толщиной не менее 100 мм. Более крупные куски нуждаются в более длительном процессе сушки, так как влага вЬ 1 ходит только с торцов дерева и величина давления, образующегося в центральной части дерева, больше для крупных кусков.В предпочтительном варианте изобретения средства управления контролируют скорость изменения массы древесины по сигналам на выходе схемы взвешивания, что обеспечивает контроль за скоростью сушки древесины (скорость сушки может регулироваться при условии, что потери массы связаны только с вь 1 паром влаги из древесины). Было обнаружено, что различные породы дерева имеют максимально допустимые скорости сушки, при превышении которых происходят существенные разрушения структуры дерева. Поэтому в предпочтительном варианте изобретения, средства управления воздействуют на выходную мощность мшсроволнового источника для поддержания скорости сушки ниже предельно допустимого уровня. Эти скорости изменения массы древесины могутиспользоваться для определения момента завершения процесса сушки. Например, изменения массы обычно снижаются до нуля или близки нулю, когда древесина является достаточно сухой и для этого применяется показывающий прибор по которому можно определить, что дерСВО ВЫСУШСНО, КОГДЗ ИЗМСНСНИЯ массы В пределах заданного интервала времени достигают предельно допустимого уровня или близки к НСМУ, ИЛИ когда ПОЛНЭЯ ПОТСрЯ МЗССЫ В ПРОЦСССС сушки сравнялась или превысила предельно допустимую потерю Массы. В предпочтительном варианте изобретения на выходе генератора микроволнового излучения формируется несколько различных сигналов, и он может вклюЧЗТЬСЯ ИЛИ ВЫКТПОЧЗТЬСЯ В ПРОИЗВОЛЬНОМ рСЯСИме.В соответствии со способом по настоящему изобретению сушка древесины осуществляется с использованием энергии микроволнового излучения и включает загрузку древесины в микроволновую камеру, периодический контроль массы и/или температуры древесины и контроль за мощностью на выходе генератора микроволнового излучения, связанного с камерой, на основе обратной связи по массе и/или температуре.Предпочтительный вариант устройства по настоящему изобретению описывается с использованием следующих чертежей: на фиг. 1 изображен вид сбоку на устройство сушки древесины; на фиг. 2 - поперечное сечение по линии А-А фиг. 1; на фиг. 3 - временные зависиМОСТИ температуры И МЗССЫ ДЛЯ ТИПОВЫХ КОЛИчеств древесины, проходящей сушку в устройстве, изображенном на фиг. 1.В состав устройства для сушки древесины входит генератор микроволнового излучения 1,генерирующий излучение в диапазоне от 896 до 915 МГц. Генератор через волновод 2 связан с многорежимной камерой 4. Микроволновое излучение подается в камеру 4 с помощью преобразователей моды колебаний 3, которые работают в обычном реэкиме.Камера 4 шиеет патрубок подвода воздуха 10 и патрубок выпуска воздуха 11. На входе 10 и выходе 11 влажность воздуха контролируется датчиками 9, 12 соответственно. Во входном патрубке 10 установлен вентилятор для принудительной подачи воздуха в камеру 4.В стенках камеры 4 установлены датчики инфракрасного излучения 13. В примере изобретения показаны четыре датчика 13, которые установлены в боковых стенках. Однако место УСТЗНОВКИ ДЗТЧИКОВ МОЖСТ бЫТЬ разным И ВЫбирается с условием обеспечения постоянства и точности измерений температуры на поверхности древесины, помещенной в камеру 4.На фиг. 2 изображена боковая стенка камеры 4 с открываемой дверцей 5 для загрузки древесины в камеру 4 и выгрузки из нее с помощью каретки. В состав каретки входят четыреопорнЬ 1 х элемента 16, идущих радиально от центральной втулки 17. Древесина укладЬ 1 вается на опоры 16 и вращается относительно центральной втулки 17 с приводом от двигателя 7. Опорные элементы 16 могут устанавливаться на динамометрическом элементе 8, который измеряет массу древесины и каретки, что позволяет осуществлять контроль за изменением массы древесины в процессе сушки. В приведенном примере изобретения каретка помимо опор 16 с торцов камеры снабжена рядом опор в центральной части камеры, что обеспечивает опору древесины по всей длине во время сушки. Вместо или помимо вращения древесина может совершать колебательные движения путем перемещения каретки взад-вперед в горизонтальной и/или вертикальной плоскости. Помимо или вместо указанных перемещений каретка может совершать колебательные движения или враЩЗТЬСЯ ОТНОСИТСЛЬНО центральной ВТУЛКИ ПОПСременно то в одном, то в другом направлении. Это способствует достижению равномерного облучения древесины. Мшсроволновое излучение распределяется по камере 4 с помощью устройств туша преобразователей моды колебаний 3, фазовых преобразователей и регуляторов мощности.Средства взвешивания 8 используются вместе с датчиками влажности 9, 12 для выдачи управляющего глмпульса на вход средств управления для изменения направления воздушного потока в камере.На фиг. 3 показана динамика изменения массы и температуры бруска ясеня размером 205 х 320 х 30 мм. Верхний график показывает снижение массы бруска по мере удаления влаги. В этом конкретном эксперименте максимум температуры на 13-й минуте соответствовал резкому треску, изданному древесиной. Этот треск был вызван разрушением древесной структуры бруска. Наличие таких максимумов НСЖСЛЗТСЛЬНО, И В ПрСДПОЧТИТСЛЬНОМ варианте изобретения подаваемая мощность должна контролироваться для получения температурной зависимости, которая соответствовала бы кривой Тешр 5 на фиг. 3. Этот максимум также указывает на то, что скорость сушки возросла(что соответствует появлению более крутого участка на кривой массы между 10 и 15 мин). Наличие такой зависшиости для конкретной породы дерева дает возможность определить безопасный максимум скорости сушки, который задается как уставка средств управления для обеспечения контроля за мощностью на выходе генератора микроволнового излучения при обработке следующего куска или бруска древесиНЫ.Следует отметить, что во всех случаях, если древесина становится сухой, температурная зависимость резко идет вверх. Этот резкий подъем кривой может быть использован для определения момента готовности древесины.1. Устройство для сушки древесины, в состав которого входит корпус для загрузки в него некоторого количества древесины, средства определения температуры для измерения температуры дерева в корпусе, средства нагрева древесины, распложенные в корпусе, и средства управления для контроля за средствами нагрева древесины на основе измеренной температуры,отличающееся тем, что в состав корпуса входит камера (4), средства нагрева в виде генератора излучений микроволнового диапазона (1), связанного с камерой (4) посредством, по крайней мере, двух каналов (2) для подвода в камеру (4) излучения микроволнового диапазона, и средства определения массы (8) для контроля массы древесины в камере (4).2. Устройство по п.1, отличающееся наличием средств вентиляции (10, 11), предназначенных для перемещения воздуха в камере (4) с целью регулирования влажности и/или температуры воздуха в камере (4).3. Устройство по п.2, отличающееся тем,что в состав средств вентиляции (10, 11) входят датчики влажности (9, 12) на входе (10) воздуха в корпус и выходе (11) из корпуса, при этом на выходе датчиков влажности (9, 12) формируются сигналы влажности воздуха для области, расположенной в непосредственной близости от ДЗТЧИКОВ; при ЭТОМ ДЗННЫС ВЫХОДНЫС сигналы подаются как управляющие на вход средств вентиляции (10, 11).4. Устройство по одному из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что каретка (16) предназначена для крепления древесины внутри камеры (4).5. Устройство по п.4, отличающееся наличием средств (7) для каретки (16), предназначенных для обеспечения колебаний или вращения древесины, расположенной на каретке (16) внутри камеры (4).6. Устройство по одному из предыдущих пунктов, отличающееся наличием средств преобразования моды колебаний (3) внутри камеры(4) для изменения распределения излучения микроволнового диапазона внутри камеры (4).7. Устройство по одному из предыдущих пунктов, отличающееся наличием люка и его крышки (5), при этом крышка открывается для обеспечения доступа внутрь камеры (4) через люк для загрузки или выгрузки древесины.8. Устройство по п.7, отличающееся наличием множества люков и крышек (5) к ним и средств регулировки открытия или закрытия каждого люка для периодической загрузки дре