專利名稱：一種木材的真空干燥方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利涉及一種木材干燥方法，特別涉及一種小徑木的干燥方法。
背景技術(shù)：
根據(jù)我國(guó)資源狀況，今后在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，我國(guó)林產(chǎn)工業(yè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的原料將以5 10年生短輪伐期的速生小徑材為主。在實(shí)木家具與裝修領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，將是小徑材精、深加工，提高小徑材綜合利用率與附加值的一條有效途徑。 由于住宅和生活條件的改善，人們對(duì)家具的需求日益增長(zhǎng)，同時(shí)由于環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)和對(duì)自然的向往，越來(lái)越多的人希望自己的居住空間能更接近自然，實(shí)木家具成為首選之列。而小徑材經(jīng)過(guò)合理的干燥與加工，既可以直接制作成椅、凳、床、沙發(fā)等支承性家具和臺(tái)、幾類家具，又可以充分發(fā)揮、巧妙利用小徑材的某些特性，如彎曲度，尖削度，圓形、橢圓形、半圓形的斷面等豐富多彩的形式，或直接旋制成實(shí)木家具的零部件。對(duì)于紋理、色澤較美觀的小徑材制品，可采用透明涂飾，以顯示木材的天然紋理與色澤，即便是被看作缺陷的節(jié)子，也是一種天然形成的圖案，能給人一種親切感；既不污染室內(nèi)環(huán)境，又保持了木材天然特性，滿足人們返樸歸真的心理需求。 但是，目前由于沒(méi)有針對(duì)小徑木的有效干燥手段而嚴(yán)重限制了小徑木的廣泛應(yīng)用。公知的針對(duì)小徑原木的干燥處理方法多是通過(guò)常規(guī)干燥設(shè)備及工藝進(jìn)行的，其帶來(lái)的主要問(wèn)題是不但小徑原木的干燥周期長(zhǎng)，而且干燥缺陷嚴(yán)重，如干燥過(guò)程中易產(chǎn)生嚴(yán)重變形和徑裂，特別是對(duì)于硬雜小徑原木干燥困難、成品率低，小徑原木的干燥質(zhì)量直接影響著由小徑木加工的產(chǎn)品的尺寸穩(wěn)定性。 現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)在研發(fā)使木材在真空狀態(tài)下進(jìn)行干燥的方法，真空干燥的優(yōu)點(diǎn)是在真空條件下水的沸點(diǎn)降低，木材內(nèi)部壓力較高，因而可以在較低溫度下加快干燥速度，縮短干燥周期，保證干燥質(zhì)量，特別適合于透氣性好或易皺縮的木材，以及厚度較大的硬闊葉樹(shù)材的干燥。 例如，現(xiàn)有的木材真空干燥方法包括連續(xù)真空干燥和間歇式真空干燥，其中傳統(tǒng)的連續(xù)真空干燥的加熱方式是通過(guò)熱板對(duì)木材連續(xù)加熱，其缺點(diǎn)是由于主要通過(guò)傳導(dǎo)方式對(duì)木材加熱，因此干燥效率較低；間歇式真空干燥是在木材干燥過(guò)程中采用真空、常壓交替進(jìn)行，因此能耗較大。 例如，授權(quán)公告號(hào)為CN1046886C的中國(guó)專利中公開(kāi)了一種小徑木的干燥加工方法，該方法將小徑木加工成徑級(jí)內(nèi)最大直徑的圓木型材，再按所選圖形銑去部分缺圓體，然后利用切削機(jī)械沿上述剩余型材的斜端面斜切成等長(zhǎng)的段體，各段體依所選圖形用膠粘劑拼組成整體板材，該板材周邊用卡具卡緊，最后送入干燥設(shè)備進(jìn)行干燥處理。其特點(diǎn)是解決了小徑木難以干燥處理而不能大規(guī)模綜合利用的問(wèn)題，干燥周期相對(duì)較短，而且干燥過(guò)程不存在端裂、劈裂或通裂問(wèn)題。 又如，授權(quán)公告號(hào)為CN2436899Y的中國(guó)實(shí)用新型專利中公開(kāi)了一種木材真空干燥箱。該木材真空干燥箱包括箱體、真空泵、真空度控制器，箱體頂部敝開(kāi)，上面放置有密封蓋，箱體內(nèi)有加熱板，加熱板連接循環(huán)加熱器。使用時(shí)，將待干燥的木材與加熱板平行交替地?cái)[放在箱體中，在箱體頂部放置密封蓋，開(kāi)啟真空泵箱體內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，密封蓋下凹?jí)浩饶静陌搴图訜岚?，同時(shí)循環(huán)加熱器向加熱板中供給熱油或熱水，將木材加熱干燥。用該裝置對(duì)木材進(jìn)行干燥處理的優(yōu)點(diǎn)是可防止板材在干燥過(guò)程中變形，循環(huán)加熱器持續(xù)向加熱板供熱，可進(jìn)一步節(jié)約能耗。但是該裝置不適用于小徑原木，用其對(duì)小徑原木進(jìn)行干燥處理時(shí)，不能避免其彎曲變形和徑裂的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)以上現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題而提供一種木材的干燥方法，該方法通過(guò)使干燥介質(zhì)對(duì)流而向木材供熱。
根據(jù)本發(fā)明第一方面，木材的真空干燥方法包括以下順次進(jìn)行的步驟 1)將木材鋸切成要求長(zhǎng)度的木段； 2)將木段碼放在干燥室內(nèi)； 3)對(duì)木段進(jìn)行預(yù)熱，使木段升溫至預(yù)定溫度； 4)對(duì)干燥室內(nèi)抽真空，按照不同干燥階段中溫度、壓力與木材平衡含水率關(guān)系的
方程，計(jì)算并控制與木材平衡含水率和溫度相適應(yīng)的抽真空絕對(duì)壓力，以便在不同干燥階
段按照與木材平衡含水率相適應(yīng)的溫度和絕對(duì)壓力對(duì)木段進(jìn)行干燥處理。
根據(jù)本發(fā)明第二方面，木材的真空干燥方法包括以下順次進(jìn)行的步驟 1)將木材鋸切成要求長(zhǎng)度的木段； 2)將木段碼放在干燥室內(nèi)； 3)對(duì)木段進(jìn)行預(yù)熱，使木段升溫至預(yù)定溫度； 4)對(duì)干燥室內(nèi)抽真空，按照不同干燥階段中溫度、壓力與木材平衡含水率關(guān)系的
方程，計(jì)算并控制與木材平衡含水率和溫度相適應(yīng)的抽真空絕對(duì)壓力，以便在不同干燥階
段按照與木材平衡含水率相適應(yīng)的溫度和絕對(duì)壓力對(duì)木段進(jìn)行干燥處理； 其中，按下式中平衡含水率EMC、溫度t與絕對(duì)壓力p的關(guān)系得到所述絕對(duì)壓力p : EMC = a+bx+cy+dx2+ey2+fxy+gx3+hy3+ixy2+jx2y (1) x = lnt， y = lnp， t是攝氏溫度(°C ) ， p是絕對(duì)壓力(MPa)a = 228. 0686 b = -39. 151482 c = 111. 51028 d = -2. 7974235 e = 23. 077616 f = -17. 970629 g = 0. 866796 h = 1. 8109251 i = -1. 1816787 j = 1. 457619。 根據(jù)本發(fā)明第三方面，木材的真空干燥方法包括以下順次進(jìn)行的步驟 1)將木材鋸切成要求長(zhǎng)度的木段； 2)將木段碼放在干燥室內(nèi)； 3)對(duì)木段進(jìn)行預(yù)熱，使木段升溫至預(yù)定溫度； 4)對(duì)干燥室內(nèi)抽真空，按照不同干燥階段中溫度、壓力與木材平衡含水率關(guān)系的
方程，計(jì)算并控制與木材平衡含水率和溫度相適應(yīng)的抽真空絕對(duì)壓力，以便在不同干燥階
段按照與木材平衡含水率相適應(yīng)的溫度和絕對(duì)壓力對(duì)木段進(jìn)行干燥處理； 其中，按下式中平衡含水率EMC、溫度t與絕對(duì)壓力p的關(guān)系得到所述絕對(duì)壓力p : EMC = a+bx+cy+dx2+ey2+fxy+gx3+hy3+ixy2+jx2y (2) x = lnt， y = In p， t是攝氏溫度(°C ) ， p是絕對(duì)壓力(MPa)
5
a = -412. 70559 b = 340. 35847 c = 16. 528319 d = -84. 776089 e = 4. 0013776 f = 1. 8420135 g = 7. 0445816 h = 0. 5331407 i = 0. 4498705 j = 0. 8659198。 根據(jù)本發(fā)明第四方面，木材的真空干燥方法，包括以下順次進(jìn)行的步驟 1)將木材鋸切成要求長(zhǎng)度的木段； 2)將木段碼放在干燥室內(nèi)； 3)對(duì)木段進(jìn)行預(yù)熱，使木段升溫至預(yù)定溫度； 4)對(duì)干燥室內(nèi)抽真空，包括 在不同干燥階段中對(duì)溫度和絕對(duì)壓力進(jìn)行微調(diào)； 按照不同干燥階段中溫度、壓力與木材平衡含水率關(guān)系的方程，得到所述溫度和
絕對(duì)壓力所對(duì)應(yīng)的木材平衡含水率，使之符合實(shí)際木材平衡含水率的要求。 根據(jù)本發(fā)明第五方面，木材的真空干燥方法包括以下順次進(jìn)行的步驟 1)將木材鋸切成要求長(zhǎng)度的木段； 2)將木段碼放在干燥室內(nèi)； 3)對(duì)木段進(jìn)行預(yù)熱，使木段升溫至預(yù)定溫度； 4)對(duì)干燥室內(nèi)抽真空，包括 在不同干燥階段中對(duì)溫度和絕對(duì)壓力進(jìn)行微調(diào)； 按照不同干燥階段中溫度、壓力與木材平衡含水率關(guān)系的方程，得到所述溫度和
絕對(duì)壓力所對(duì)應(yīng)的木材平衡含水率，使之符合實(shí)際木材平衡含水率的要求； 其中，按下式得到所述木材平衡含水率EMC : EMC = a+bx+cy+dx2+ey2+fxy+gx3+hy3+ixy2+jx2y (1) x = lnt， y = In p， t是攝氏溫度(°C ) ， p是絕對(duì)壓力(MPa) a = 228. 0686 b = -39. 151482 c = 111. 51028 d = -2. 7974235 e = 23. 077616 f = -17. 970629 g = 0. 866796 h = 1. 8109251 i = -1. 1816787 j = 1. 457619。 根據(jù)本發(fā)明第六方面，木材的真空干燥方法包括以下順次進(jìn)行的步驟 1)將木材鋸切成要求長(zhǎng)度的木段； 2)將木段碼放在干燥室內(nèi)； 3)對(duì)木段進(jìn)行預(yù)熱，使木段升溫至預(yù)定溫度； 4)對(duì)干燥室內(nèi)抽真空，包括 在不同干燥階段中對(duì)溫度和絕對(duì)壓力進(jìn)行微調(diào)； 按照不同干燥階段中溫度、壓力與木材平衡含水率關(guān)系的方程，得到所述溫度和
絕對(duì)壓力所對(duì)應(yīng)的木材平衡含水率，使之符合實(shí)際木材平衡含水率的要求； 其中，按下式計(jì)算所述木材平衡含水率EMC : EMC = a+bx+cy+dx2+ey2+fxy+gx3+hy3+ixy2+jx2y (2) x = lnt， y = In p， t是攝氏溫度(°C ) ， p是絕對(duì)壓力(MPa) a = -412. 70559 b = 340. 35847 c = 16. 528319 d = -84. 776089 e = 4. 0013776 f = 1. 8420135 g = 7. 0445816 h = 0. 5331407 i = 0. 4498705 j = 0. 8659198。 由于本發(fā)明可以通過(guò)上述方程精確計(jì)算木材平衡含水率、溫度或絕對(duì)壓力，因此
可以把干燥階段劃分成溫度從低到高的多個(gè)階段，從而提高木材干燥效果。 本發(fā)明的干燥階段可以被劃分成溫度從低到高的五個(gè)或五個(gè)以上干燥階段。
本發(fā)明的特點(diǎn)在于，利用平衡含水率EMC、溫度t與絕對(duì)壓力p的關(guān)系式，用計(jì)算機(jī) 快速算出與溫度對(duì)應(yīng)的抽真氣的絕對(duì)壓力，從而可以更精確地控制木材的干燥過(guò)程，此外， 還可以在木材干燥過(guò)程中根據(jù)溫度和絕對(duì)壓力得到木材平衡含水率，從而有利于控制木材 干燥過(guò)程。此外，由于本發(fā)明上述木材平衡含水率方程可以通過(guò)計(jì)算機(jī)運(yùn)算，可以實(shí)時(shí)計(jì)算 某個(gè)溫度和壓力下的平衡含水率，因此可以把木材干燥階段劃分得更細(xì)，即干燥階段可以 更多，從而方便更好地控制木材得干燥，提高干燥效果。
本發(fā)明方法的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在以下方面 1、本發(fā)明通過(guò)使干燥介質(zhì)以對(duì)流的方式對(duì)木材持續(xù)供熱，并使干燥介質(zhì)的流向與 木段的縱向一致，相比干燥介質(zhì)流向與木段橫向一致的加熱方式，能夠保證更加均勻地沿 著整個(gè)材堆斷面對(duì)木段進(jìn)行加熱，促進(jìn)了木段縱向水分的傳遞，因此不但使木材受熱均勻， 而且顯著縮短了木材預(yù)熱過(guò)程和干燥過(guò)程所需的時(shí)間，相比現(xiàn)有木材干燥時(shí)間可以顯著縮 短，大大提高了木材干燥的生產(chǎn)效率；此外，木材中的水分沿木材縱向移動(dòng)，不會(huì)增加木材 厚度方向的含水率梯度，因此還避免了木材厚度方向因含水率梯度變化所導(dǎo)致的干燥缺 陷。 3、本發(fā)明可以純過(guò)熱蒸汽(低溫)作為干燥介質(zhì)，采用對(duì)流的方式對(duì)木材持續(xù)供 熱，并在可控的真空條件下對(duì)木材進(jìn)行干燥，一方面，由于真空作用，加快了水分在木材內(nèi) 部的移動(dòng)，并使水分在較低溫度下(一般低于85tO沸騰汽化，避免因長(zhǎng)時(shí)間高溫作用可 能造成的對(duì)木材的損害；另一方面，由于可對(duì)木材持續(xù)供熱，利用過(guò)熱蒸汽有較大的放熱系 數(shù)，使木材源源不斷地獲得充分的熱量，連續(xù)進(jìn)行干燥過(guò)程； 4、本發(fā)明采用了加熱和冷卻用的熱交換裝置，可以在木材干燥過(guò)程結(jié)束后，通過(guò)將 冷卻水通入熱交換裝置使機(jī)體空腔內(nèi)的已干燥木材迅速冷卻，因此大大提高了生產(chǎn)效率。


附圖1為本發(fā)明木材干燥設(shè)備的示意圖；
附圖2為本發(fā)明木材干燥設(shè)備的干燥裝置的主視圖；
附圖3為本發(fā)明木材干燥設(shè)備的干燥裝置的俯視圖；
附圖4為本發(fā)明木材干燥設(shè)備的干燥裝置的側(cè)視圖；
附圖5為真空狀態(tài)下干燥介質(zhì)的平衡含水率圖。 附圖標(biāo)記說(shuō)明附圖標(biāo)記說(shuō)明1.第一閥門(mén)；2.第二閥門(mén)；3.冷卻風(fēng)扇；4.冷卻 器；5.水環(huán)式真空泵，6.機(jī)體；7、散熱器；7a.散熱器入口；7b.散熱器出口；8.真空導(dǎo)出 管；9.冷凝器；IO.第三閥門(mén)；11.冷凝水收集器；12.第四閥門(mén)；13.管道泵；14.冷卻水 箱，15.第五閥門(mén)；16.第六閥門(mén)；17.第七閥門(mén)；18a.第一組散熱器；18b.第二組散熱器； 19.保溫層；20.封閉門(mén)；21.壓緊裝置；22.運(yùn)材車；23.固定桿；24.循環(huán)風(fēng)機(jī)；25.鉆孔隔 條；26.隔板；27.材堆；28.裝材段；29a.第一分腔；29b.第二分腔；30.冷凝器的入口端； 31.冷凝器的出氣端；32.冷凝器的冷卻水入口 ；33.冷凝器的冷卻水出口 ；34.冷卻器的入 口 ；35.冷卻器的出口。
具體實(shí)施例方式
下面參照附圖，詳細(xì)描述實(shí)施本發(fā)明木材干燥方法的設(shè)備和本發(fā)明木材干燥方法的具體實(shí)施例。 本發(fā)明的木材干燥方法基于本發(fā)明人對(duì)真空狀態(tài)下木材平衡含水率的深入研究，
本發(fā)明人在研究中發(fā)現(xiàn)，真空條件下的木材平衡含水率與溫度和絕對(duì)壓力存在確定的對(duì)應(yīng)
關(guān)系，從而得到真空條件下木材平衡含水率的以下兩個(gè)計(jì)算結(jié)果近似的計(jì)算方程。 EMC = a+bx+cy+dx2+ey2+fxy+gx3+hy3+ixy2+jx2y (1) x = lnt， y = In p， t是攝氏溫度(°C ) ， p是絕對(duì)壓力(MPa)a = 228. 0686 b = -39. 151482 c = 111. 51028 d = -2. 7974235 e = 23. 077616 f = -17. 970629 g = 0. 866796 h = 1. 8109251 i = -1. 1816787 j = 1. 457619。 EMC = a+bx+cy+dx2+ey2+fxy+gx3+hy3+ixy2+jx2y (2) x = lnt， y = In p， t是攝氏溫度(°C ) ， p是絕對(duì)壓力(MPa)a = -412. 70559 b = 340. 35847 c = 16. 528319 d = -84. 776089 e = 4. 0013776 f = 1. 8420135 g = 7. 0445816 h = 0. 5331407 i = 0. 4498705 j = 0. 8659198。 概括地說(shuō)，本發(fā)明木材的真空干燥方法包括以下順次進(jìn)行的步驟 1)將木材鋸切成要求長(zhǎng)度的木段； 2)將木段碼放在干燥室內(nèi)； 3)對(duì)木段進(jìn)行預(yù)熱，使木段升溫至預(yù)定溫度； 4)對(duì)干燥室內(nèi)抽真空，按照不同干燥階段中溫度、壓力與木材平衡含水率關(guān)系的 方程，計(jì)算并控制與溫度相適應(yīng)的抽真空絕對(duì)壓力，以便在不同干燥階段按照與木材平衡 含水率相適應(yīng)的溫度和絕對(duì)壓力對(duì)木段進(jìn)行干燥處理。
上述方法適合于按照計(jì)算方程控制絕對(duì)壓力。 另一方面，本發(fā)明的另一種木材的真空干燥方法包括以下順次進(jìn)行的步驟 1)將木材鋸切成要求長(zhǎng)度的木段； 2)將木段碼放在干燥室內(nèi)； 3)對(duì)木段進(jìn)行預(yù)熱，使木段升溫至預(yù)定溫度； 4)對(duì)干燥室內(nèi)抽真空，包括 在不同干燥階段中對(duì)溫度和絕對(duì)壓力進(jìn)行微調(diào)； 按照不同干燥階段中溫度、壓力與木材平衡含水率關(guān)系的方程，得到所述溫度和
絕對(duì)壓力所對(duì)應(yīng)的木材平衡含水率，使之 合實(shí)際木材平衡含水率的要求。 該方法適合于按照木材平衡含水率微調(diào)溫度和壓力。 具體地說(shuō)，本發(fā)明利用該計(jì)算方程提供以下四種木材干燥方法。 第一種木材干燥方法包括以下順次進(jìn)行的步驟 1)將木材鋸切成要求長(zhǎng)度的木段；2)將木段碼放在干燥室內(nèi)；3)對(duì)木段進(jìn)行預(yù) 熱，使木段升溫至預(yù)定溫度；4)對(duì)干燥室內(nèi)抽真空，按照不同干燥階段中溫度、壓力與木材 平衡含水率關(guān)系的方程，計(jì)算并控制與木材平衡含水率和溫度相適應(yīng)的抽真空絕對(duì)壓力， 以便在不同干燥階段按照與木材平衡含水率相適應(yīng)的溫度和絕對(duì)壓力對(duì)木段進(jìn)行干燥處 理； 其中，按下式中平衡含水率EMC、溫度t與絕對(duì)壓力p的關(guān)系得到所述絕對(duì)壓力p :
EMC = a+bx+cy+dx2+ey2+fxy+gx3+hy3+ixy2+jx2y (1)
x = lnt， y = In p， t是攝氏溫度(°C ) ， p是絕對(duì)壓力(MPa)
a = 228. 0686 b = -39. 151482 c = 111. 51028 d = -2. 7974235 e = 23. 077616
f = -17. 970629 g = 0. 866796 h = 1. 8109251 i = -1. 1816787 j = 1. 457619。
其中，干燥階段被劃分成溫度從低到高的多個(gè)階段，比如五個(gè)或5個(gè)以上的干燥 階段。 第二種木材干燥方法包括1)將木材鋸切成要求長(zhǎng)度的木段；2)將木段碼放在干 燥室內(nèi)；3)對(duì)木段進(jìn)行預(yù)熱，使木段升溫至預(yù)定溫度；4)對(duì)干燥室內(nèi)抽真空，按照不同干燥 階段中溫度、壓力與木材平衡含水率關(guān)系的方程，計(jì)算并控制與木材平衡含水率和溫度相 適應(yīng)的抽真空絕對(duì)壓力，以便在不同干燥階段按照與木材平衡含水率相適應(yīng)的溫度和絕對(duì) 壓力對(duì)木段進(jìn)行干燥處理； 其中，按下式中平衡含水率EMC、溫度t與絕對(duì)壓力p的關(guān)系得到所述絕對(duì)壓力p : EMC = a+bx+cy+dx2+ey2+fxy+gx3+hy3+ixy2+jx2y (2) x = lnt， y = In p， t是攝氏溫度(°C ) ， p是絕對(duì)壓力(MPa)a = -412. 70559 b = 340. 35847 c = 16. 528319 d = -84. 776089 e = 4. 0013776 f = 1. 8420135 g = 7. 0445816 h = 0. 5331407 i = 0. 4498705 j = 0. 8659198。 其中，干燥階段被劃分成溫度從低到高的多個(gè)階段，比如五個(gè)或5個(gè)以上的干燥階段。 第三種木材干燥方法包括1)將木材鋸切成要求長(zhǎng)度的木段；2)將木段碼放在干
燥室內(nèi)；3)對(duì)木段進(jìn)行預(yù)熱，使木段升溫至預(yù)定溫度；4)對(duì)干燥室內(nèi)抽真空，包括在不同
干燥階段中對(duì)溫度和絕對(duì)壓力進(jìn)行微調(diào)；按照不同干燥階段中溫度、壓力與木材平衡含水
率關(guān)系的方程，得到所述溫度和絕對(duì)壓力所對(duì)應(yīng)的木材平衡含水率，使之符合實(shí)際木材平
衡含水率的要求；其中，按下式計(jì)算所述木材平衡含水率EMC : EMC = a+bx+cy+dx2+ey2+fxy+gx3+hy3+ixy2+jx2y (1) x = lnt， y = In p， t是攝氏溫度(°C ) ， p是絕對(duì)壓力(MPa)a = 228. 0686 b = -39. 151482 c = 111. 51028 d = -2. 7974235 e = 23. 077616 f = -17. 970629 g = 0. 866796 h = 1. 8109251 i = -1. 1816787 j = 1. 457619。 其中，干燥階段被劃分成溫度從低到高的多個(gè)階段，比如五個(gè)或5個(gè)以上的干燥階段。
第四種木材干燥方法包括1)將木材鋸切成要求長(zhǎng)度的木段；2)將木段碼放在干
燥室內(nèi)；3)對(duì)木段進(jìn)行預(yù)熱，使木段升溫至預(yù)定溫度；對(duì)干燥室內(nèi)抽真空，包括在不同干
燥階段中對(duì)溫度和絕對(duì)壓力進(jìn)行微調(diào)；按照不同干燥階段中溫度、壓力與木材平衡含水率
關(guān)系的方程，得到所述溫度和絕對(duì)壓力所對(duì)應(yīng)的木材平衡含水率，使之符合實(shí)際木材平衡
含水率的要求；其中，按下式計(jì)算所述木材平衡含水率EMC : EMC = a+bx+cy+dx2+ey2+fxy+gx3+hy3+ixy2+jx2y (2) x = lnt， y = In p， t是攝氏溫度(°C ) ， p是絕對(duì)溫度(MPa)a = -412. 70559 b = 340. 35847 c = 16. 528319 d = -84. 776089 e = 4. 0013776 f = 1. 8420135 g = 7. 0445816 h = 0. 5331407 i = 0. 4498705 j = 0. 8659198。 其中，干燥階段被劃分成溫度從低到高的多個(gè)階段，比如五個(gè)或5個(gè)以上的干燥階段。 本發(fā)明的特點(diǎn)在于，利用平衡含水率EMC、溫度t與絕對(duì)壓力p的關(guān)系式，用計(jì)算機(jī)
9快速算出與溫度對(duì)應(yīng)的抽真氣的絕對(duì)壓力，從而可以更精確地控制木材干燥過(guò)程，此外，還 可以在木材干燥過(guò)程中根據(jù)溫度和絕對(duì)壓力得到木材平衡含水率，從而有利于控制木材干 燥過(guò)程。 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的干燥設(shè)備及其工藝進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。 如圖1所示，本發(fā)明的干燥設(shè)備由干燥裝置、加熱及降溫系統(tǒng)、真空冷凝系統(tǒng)、冷 卻水循環(huán)系統(tǒng)組成。 參照?qǐng)D1、2、3、和4，干燥裝置具有機(jī)體6，機(jī)體6的內(nèi)壁設(shè)保溫層19，內(nèi)部形成截 面為矩形的空腔，空腔的一端封閉，另一端設(shè)可開(kāi)閉的封閉門(mén)20。機(jī)體6內(nèi)部空腔包括沿縱 向排列的三部分，如圖2和3所示，即包括中部的裝材段28、裝材段28與封閉端之間的空間 和裝材段28與封閉門(mén)20之間的空間。 其中，裝材段28用于安置待干燥的材堆27，如圖3和4所示，裝材段28通過(guò)位于 機(jī)體6縱向中心線上的中部隔板26被分隔成沿縱向平行設(shè)置的兩個(gè)大體等容積的分腔29a 和29b，分腔29a和29b中各自安置運(yùn)材車22 ;在裝材段28與封閉端之間的空間內(nèi)，平行設(shè) 置第一組散熱器18a和循環(huán)風(fēng)機(jī)24 ;在裝材段28與封閉門(mén)20之間的空間內(nèi)，設(shè)置第二組 散熱器18b。 如圖2和4所示，運(yùn)材車22具有底板和至少1組分別設(shè)置在其兩側(cè)的垂直固定 桿23，在底板上一層接一層地水平碼放材堆，層與層之間由多根鉆孔隔條25分隔，每個(gè)隔 條25內(nèi)設(shè)多個(gè)可流通干燥介質(zhì)的縱向鉆孔，如圖4所示，隔條25的鉆孔開(kāi)孔率為10% 80%。 加熱及降溫系統(tǒng)設(shè)置在機(jī)體6內(nèi)部的空腔中，由兩組散熱器即第一組散熱器18a 和第二組散熱器18b組成，其中，第二組散熱器18b設(shè)置在裝材段28與封閉門(mén)20之間的空 間內(nèi)，并位于機(jī)體6的縱向中心線上；第一組散熱器18a和循環(huán)風(fēng)機(jī)24設(shè)置在裝材段28與 封閉端之間的空間內(nèi)，循環(huán)風(fēng)機(jī)24大體位于機(jī)體6的縱向中心線上，第一組散熱器18a可 以包括分別位于循環(huán)風(fēng)機(jī)24前后側(cè)的兩個(gè)散熱器(圖3中僅示出位于循環(huán)風(fēng)機(jī)24前側(cè)的 一組散熱器)。 其中，第一組散熱器18a和第二組散熱器18b分別具有供熱媒質(zhì)流入散熱器的散 熱器入口 7a和供通過(guò)散熱器并與機(jī)體內(nèi)空腔換熱后的媒質(zhì)流出的散熱器出口 7b(圖中僅 示出了第一組散熱器的入口和出口 )，散熱器入口 7a外接閥門(mén)17，散熱器出口 7b外接閥門(mén)I。 圖3中所示的循環(huán)風(fēng)機(jī)24鄰接第一組散熱器(18a)，也可將其設(shè)置成鄰接第二組 散熱器(18b)，第二組散熱器(18b)可為位于循環(huán)風(fēng)機(jī)前側(cè)的一個(gè)散熱器，也可包括分別位 于循環(huán)風(fēng)機(jī)前后兩側(cè)的兩個(gè)散熱器。 機(jī)體6的底部設(shè)真空導(dǎo)出口 8，真空導(dǎo)出口 8和機(jī)體6的內(nèi)冷凝水出口為同一出 □。 真空冷凝系統(tǒng)位于干燥裝置的下部，由冷凝器9、水環(huán)式真空泵5、冷凝水收集器
II、 閥門(mén)12、閥門(mén)IO及連接管路組成。其中，冷凝器9的入口端與真空導(dǎo)出口 8相連，出氣 端與水環(huán)式真空泵5的抽氣端相連，冷凝器9的冷凝水排出口經(jīng)過(guò)閥門(mén)12與冷凝水收集器 11的入口相連，冷凝水收集器11的出口與閥門(mén)IO相連。 冷卻水循環(huán)系統(tǒng)位于干燥裝置的一側(cè)，由管道泵13、冷卻器4、冷卻風(fēng)扇3、冷卻水箱14、閥門(mén)及連接管路組成。其中冷卻器4位于冷卻水箱14上部，冷卻風(fēng)扇3位于冷卻器 4的上方一側(cè)；冷卻水箱14通過(guò)管路與冷凝器9的冷卻水入口相連，冷凝器9的冷卻水出口 與管道泵13的入口相連，管道泵13的出口經(jīng)閥門(mén)15與冷卻器4入口相連，由冷卻器4出 口流出的冷卻水靠自重流入冷卻水箱14。 下面說(shuō)明采用本發(fā)明木材真空干燥設(shè)備對(duì)木材進(jìn)行干燥的工作過(guò)程。
1、碼垛 將待干小徑原木或板材按照要求長(zhǎng)度截?cái)喑赡径?，使每個(gè)木段的長(zhǎng)度與其平均直 徑值或厚度之比的范圍是5-15，接著將其沿縱向一層接一層水平堆積在裝材車22的底板 上，每層之間設(shè)鉆孔隔條25，然后將安置有小徑原木或板材木段堆垛的裝材車22推入機(jī)體 6內(nèi)部空腔的裝材段，此時(shí)碼放在裝材車22上的木段的縱向與機(jī)體6的縱向一致，接著通過(guò) 壓緊裝置21將封閉門(mén)20關(guān)閉。
2、對(duì)木材預(yù)熱 在常壓下對(duì)小徑原木或板材木段堆垛進(jìn)行預(yù)熱，按照預(yù)熱時(shí)間(h)與木段直徑 (cm)之比為1 2h : lcm，如直徑為10cm的木段則需要的預(yù)熱時(shí)間為10-20小時(shí)，使木段 的溫度達(dá)到50-6(TC，通常預(yù)熱溫度要比干燥基準(zhǔn)第一階段的溫度高5-10°C )。
開(kāi)啟循環(huán)風(fēng)機(jī)24，并通過(guò)第一組散熱器8a和第二組散熱器8b各自的熱媒入口 7a 分別向第一組散熱器8a和第二組散熱器8b中送入熱媒，使熱媒流過(guò)第一組散熱器8a和第 二組散熱器8b后由其各自的熱媒出口 7b流出。熱媒的溫度控制在90-95t:。通過(guò)循環(huán)風(fēng) 機(jī)24的作用使第一組散熱器18a和第二組散熱器18b散發(fā)熱量，促使干燥介質(zhì)在機(jī)體6空 腔內(nèi)對(duì)流，以加速木材的預(yù)熱。 由于本發(fā)明中采用的是縱向碼垛，因此能保證比橫向循環(huán)更加均勻地沿著整個(gè)材
堆斷面對(duì)鋸材進(jìn)行加熱。 3、木材干燥 通過(guò)真空冷凝系統(tǒng)對(duì)機(jī)體6的內(nèi)部空腔抽真空，將絕對(duì)壓力控制在O. 1 0. OlMPa(真空度為0 -0. 09MPa)。 循環(huán)風(fēng)機(jī)24通過(guò)位于裝材段28兩側(cè)的第一組散熱器18a和第二組散熱器18b，使 作為干燥介質(zhì)的溫度約為40-85°C的純過(guò)熱蒸汽依次流過(guò)裝材段28與機(jī)體6封閉端之間的 空腔、碼放木段的分腔29a、裝材段28與機(jī)體6的封閉門(mén)20之間的空腔和碼放木段的分腔 29b，如圖4所示，從而通過(guò)干燥介質(zhì)對(duì)流對(duì)木段供熱。由于木段縱向與機(jī)體6縱向一致，因 此使得能夠均勻地沿著整個(gè)材堆的斷面對(duì)木段進(jìn)行加熱并使其干燥；同時(shí)可以在變化的真 空條件下干燥木材。 以此方式對(duì)木材進(jìn)行干燥時(shí)，一方面，由于真空的作用，加快了水分在木材內(nèi)部的
移動(dòng)，并使水分在低于85t:的溫度下沸騰汽化，避免因長(zhǎng)時(shí)間高溫作用可能造成的對(duì)木材
的損害；另一方面，對(duì)木材持續(xù)供熱，利用干燥介質(zhì)過(guò)熱蒸汽有較大的放熱系數(shù)，使木材源 源不斷地獲得充分的熱量，連續(xù)進(jìn)行干燥過(guò)程。 在木材在真空干燥過(guò)程中，隨著環(huán)境壓力的改變使得木材內(nèi)部形成壓力梯度。在 一定壓力下當(dāng)木材溫度接近或超過(guò)對(duì)應(yīng)壓力下的水的沸點(diǎn)時(shí)，水蒸汽將迅速產(chǎn)生，壓力梯 度引起水的流動(dòng)。 之后，利用真空條件下木材平衡含水率的計(jì)算方程，控制機(jī)體6內(nèi)的溫度和絕對(duì)壓力數(shù)值，例如，為了使干燥介質(zhì)達(dá)到8%的平衡含水率，當(dāng)干燥溫度控制為80°C時(shí)，則控 制絕對(duì)壓力為0. 062MPa，也就是說(shuō)，根據(jù)溫度和平衡含水率來(lái)控制環(huán)境的絕對(duì)壓力。需要說(shuō) 明的是，在木材干燥過(guò)程中，干燥介質(zhì)狀態(tài)的調(diào)控是依據(jù)干燥基準(zhǔn)進(jìn)行的。干燥基準(zhǔn)是指干 燥過(guò)程中，按照不同的干燥階段調(diào)節(jié)干燥室內(nèi)介質(zhì)溫度、壓力等的參數(shù)表。通常的干燥階段 是依據(jù)被干木材含水率的變化階段來(lái)劃分的。針對(duì)不同的含水率階段，有與此階段相對(duì)應(yīng) 的溫度和平衡含水率，通過(guò)控制環(huán)境的絕對(duì)壓力，使環(huán)境對(duì)應(yīng)的平衡含水率始終小于木材 當(dāng)時(shí)的含水率，即可使木材中的水分始終處于蒸發(fā)狀態(tài)，直至達(dá)到要求的含水率為止。
圖5所示的為以絕對(duì)壓力為縱坐標(biāo)而繪制的真空狀態(tài)下的平衡含水率圖。只要知 道介質(zhì)的溫度(T)和所處環(huán)境的絕對(duì)壓力(P)即可利用圖5查出與此狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的平衡含 水率數(shù)值(曲線中部的阿拉伯?dāng)?shù)字表示平衡含水率，單位％ )。例如當(dāng)介質(zhì)溫度為8(TC， 環(huán)境的絕對(duì)壓力為0. 06MPa(真空度為-0. 04MPa)時(shí)，與此狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的平衡含水率數(shù)值為 8. 1 % ，因此根據(jù)圖5，為了達(dá)到8. 1 %的平衡含水率，當(dāng)干燥溫度設(shè)定為80°C時(shí)，要求環(huán)境 的絕對(duì)壓力控制為0. 06MPa。 實(shí)際上，對(duì)含水率較高(如90-100% )的木材需要分階段進(jìn)行干燥逐步降低含水 率，并在每一階段根據(jù)干燥基準(zhǔn)(通常的干燥基準(zhǔn)的平衡含水率起點(diǎn)在14 16% )。來(lái)逐 步調(diào)控溫度和絕對(duì)壓力，從而使其最終達(dá)到目標(biāo)含水率為8-10 % 。如果木材在高含水率時(shí) 環(huán)境所對(duì)應(yīng)的平衡含水率太低，則會(huì)導(dǎo)致木材表層水分蒸發(fā)太快，易產(chǎn)生諸如表裂等干燥 缺陷，因此分階段干燥逐步降低木材含水率目的是防止待木材產(chǎn)生表裂。
在整個(gè)干燥過(guò)程中，隨著木材含水率的降低，通過(guò)調(diào)節(jié)干燥介質(zhì)的溫度和所處環(huán) 境的絕對(duì)壓力，使干燥介質(zhì)狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的平衡含水率始終低于木材當(dāng)時(shí)的含水率，這可使 木材中水分始終處于蒸發(fā)狀態(tài)，直至達(dá)到終含水率。
4、降溫出料 當(dāng)木材的終含水達(dá)到要求8_10%時(shí)，在熱交換系統(tǒng)中通入2(TC冷凝水，以實(shí)現(xiàn)快 速降，當(dāng)木材溫度降至40°C以下時(shí)出料。 本發(fā)明的木材干燥方法適用于所有木材，比如衫木板材、楊木板材等。 盡管上文對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明不限于此，本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員
可以根據(jù)本發(fā)明的原理進(jìn)行各種修改。因此，凡按照本發(fā)明原理所作的修改，都應(yīng)當(dāng)理解為
落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種木材的真空干燥方法，包括以下順次進(jìn)行的步驟1)將木材鋸切成要求長(zhǎng)度的木段；2)將木段碼放在干燥室內(nèi)；3)對(duì)木段進(jìn)行預(yù)熱，使木段升溫至預(yù)定溫度；4)對(duì)干燥室內(nèi)抽真空，按照不同干燥階段中溫度、壓力與木材平衡含水率關(guān)系的方程，計(jì)算并控制與木材平衡含水率和溫度相適應(yīng)的抽真空絕對(duì)壓力，以便在不同干燥階段按照與木材平衡含水率相適應(yīng)的溫度和絕對(duì)壓力對(duì)木段進(jìn)行干燥處理。
2. —種木材的真空干燥方法，包括以下順次進(jìn)行的步驟1) 將木材鋸切成要求長(zhǎng)度的木段；2) 將木段碼放在干燥室內(nèi)；3) 對(duì)木段進(jìn)行預(yù)熱，使木段升溫至預(yù)定溫度；4) 對(duì)干燥室內(nèi)抽真空，按照不同干燥階段中溫度、壓力與木材平衡含水率關(guān)系的方程， 計(jì)算并控制與木材平衡含水率和溫度相適應(yīng)的抽真空絕對(duì)壓力，以便在不同干燥階段按照 與木材平衡含水率相適應(yīng)的溫度和絕對(duì)壓力對(duì)木段進(jìn)行干燥處理；其中，按下式中平衡含水率EMC、溫度t與絕對(duì)壓力p的關(guān)系得到所述絕對(duì)壓力p :EMC = a+bx+cy+dx2+ey2+fxy+gx3+hy3+ixy2+jx2y (1)x = lnt， y = lnp， t是攝氏溫度(°C ) ， p是絕對(duì)壓力(MPa)a = 228.0686 b = -39.151482 c = 111.51028 d = -2. 7974235 e = 23.077616 f = -17. 970629 g = 0. 866796 h = 1. 8109251 i = -1. 1816787 j = 1. 457619。
3. —種木材的真空干燥方法，包括以下順次進(jìn)行的步驟1) 將木材鋸切成要求長(zhǎng)度的木段；2) 將木段碼放在干燥室內(nèi)；3) 對(duì)木段進(jìn)行預(yù)熱，使木段升溫至預(yù)定溫度；4) 對(duì)干燥室內(nèi)抽真空，按照不同干燥階段中溫度、壓力與木材平衡含水率關(guān)系的方程， 計(jì)算并控制與木材平衡含水率和溫度相適應(yīng)的抽真空絕對(duì)壓力，以便在不同干燥階段按照 與木材平衡含水率相適應(yīng)的溫度和絕對(duì)壓力對(duì)木段進(jìn)行干燥處理；其中，按下式中平衡含水率EMC、溫度t與絕對(duì)壓力p的關(guān)系得到所述絕對(duì)壓力p :EMC = a+bx+cy+dx2+ey2+fxy+gx3+hy3+ixy2+jx2y (2)x = lnt， y = lnp， t是攝氏溫度(°C ) ， p是絕對(duì)壓力(MPa)a = -412. 70559 b = 340. 35847 c = 16. 528319 d = -84. 776089 e = 4. 0013776 f = 1. 8420135 g = 7. 0445816 h = 0. 5331407 i = 0. 4498705 j = 0.8659198。
4. 一種木材的真空干燥方法，包括以下順次進(jìn)行的步驟1) 將木材鋸切成要求長(zhǎng)度的木段；2) 將木段碼放在干燥室內(nèi)；3) 對(duì)木段進(jìn)行預(yù)熱，使木段升溫至預(yù)定溫度；4) 對(duì)干燥室內(nèi)抽真空，包括在不同干燥階段中對(duì)溫度和絕對(duì)壓力進(jìn)行微調(diào)；按照不同干燥階段中溫度、壓力與木材平衡含水率關(guān)系的方程，得到所述溫度和絕對(duì) 壓力所對(duì)應(yīng)的木材平衡含水率，使之符合實(shí)際木材平衡含水率的要求。
5. —種木材的真空干燥方法，包括以下順次進(jìn)行的步驟1) 將木材鋸切成要求長(zhǎng)度的木段；2) 將木段碼放在干燥室內(nèi)；3) 對(duì)木段進(jìn)行預(yù)熱，使木段升溫至預(yù)定溫度；4) 對(duì)干燥室內(nèi)抽真空，包括在不同干燥階段中對(duì)溫度和絕對(duì)壓力進(jìn)行微調(diào)；按照不同干燥階段中溫度、壓力與木材平衡含水率關(guān)系的方程，得到所述溫度和絕對(duì) 壓力所對(duì)應(yīng)的木材平衡含水率，使之符合實(shí)際木材平衡含水率的要求； 其中，按下式得到所述木材平衡含水率EMC : EMC = a+bx+cy+dx2+ey2+fxy+gx3+hy3+ixy2+jx2y (1) x = lnt， y = lnp， t是攝氏溫度(°C ) ， p是絕對(duì)壓力(MPa)a = 228.0686 b = -39.151482 c = 111.51028 d = -2. 7974235 e = 23.077616 f = -17. 970629 g = 0. 866796 h = 1. 8109251 i = -1. 1816787 j = 1. 457619。
6. —種木材的真空干燥方法，包括以下順次進(jìn)行的步驟1) 將木材鋸切成要求長(zhǎng)度的木段；2) 將木段碼放在干燥室內(nèi)；3) 對(duì)木段進(jìn)行預(yù)熱，使木段升溫至預(yù)定溫度；4) 對(duì)干燥室內(nèi)抽真空，包括在不同干燥階段中對(duì)溫度和絕對(duì)壓力進(jìn)行微調(diào)；按照不同干燥階段中溫度、壓力與木材平衡含水率關(guān)系的方程，得到所述溫度和絕對(duì) 壓力所對(duì)應(yīng)的木材平衡含水率，使之符合實(shí)際木材平衡含水率的要求； 其中，按下式計(jì)算所述木材平衡含水率EMC : EMC = a+bx+cy+dx2+ey2+fxy+gx3+hy3+ixy2+jx2y (2) x = lnt， y = lnp， t是攝氏溫度(°C ) ， p是絕對(duì)壓力(MPa)a = -412. 70559 b = 340. 35847 c = 16. 528319 d = -84. 776089 e = 4. 0013776 f = 1. 8420135 g = 7. 0445816 h = 0. 5331407 i = 0. 4498705 j = 0.8659198。
7. 如上述權(quán)利要求1 6任一項(xiàng)所述的木材真空干燥方法，其中，所述干燥階段被劃分 成溫度從低到高的多個(gè)階段。
8. 如上述權(quán)利要求1 7任一項(xiàng)所述的木材真空干燥方法，其中，所述干燥階段被劃分 成溫度從低到高的五個(gè)或五個(gè)以上干燥階段。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種木材的真空干燥方法，包括以下順次進(jìn)行的步驟將木材鋸切成要求長(zhǎng)度的木段；將木段碼放在干燥室內(nèi)；對(duì)木段進(jìn)行預(yù)熱，使木段升溫至預(yù)定溫度；對(duì)干燥室內(nèi)抽真空，包括按照不同干燥階段中的溫度對(duì)木材平衡含水率的要求，控制抽真空的絕對(duì)壓力，以便在真空狀態(tài)下按照與木材平衡含水率相適應(yīng)的溫度和絕對(duì)壓力對(duì)木段進(jìn)行干燥處理，其中，按平衡含水率EMC、溫度t與絕對(duì)壓力p的關(guān)系得到所述絕對(duì)壓力p。本發(fā)明方法能夠使木材受熱均勻，且顯著縮短了木材預(yù)熱過(guò)程和干燥過(guò)程所需的時(shí)間，大大提高了木材干燥的生產(chǎn)效率。
文檔編號(hào)B27M1/08GK101722554SQ20091024291
公開(kāi)日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2009年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月21日
發(fā)明者伊松林, 何正斌, 馮小江, 李帆 申請(qǐng)人:北京林業(yè)大學(xué)