专利名称：木材真空过热蒸汽干燥实验装置及检测方法
技术领域：
本发明专利涉及一种木材干燥装置及检测方法，它尤其适用于木材的真空过热蒸汽干燥。
背景技术：
目前，公知的木材常规干燥实验装置主要包括恒温烘箱、调温调湿箱以及小型实验用干燥机等设备，而运用上述干燥装置确定的干燥检测方法也仅适用于常压下以湿空气为干燥介质的常规干燥过程。木材的真空过热蒸汽干燥是近几十年来发展起来的新型干燥技术，它除了具有常压过热蒸汽干燥的热效率高、单位能耗低及被干物料的品质好等一系列的优势之外，最大的好处还在于干燥过程在较低温度下进行，这样对于保证木材干燥质量、降低干燥成本以及提高操作的安全性等方面具有更大的优势。由于过热蒸汽和空气的基本热力学特性的不同，以及干燥过程中控制参数的差异，导致木材常规干燥装置及检测方法不能适用于木材的真空过热蒸汽干燥。

发明内容
为了克服现有的木材常规干燥装置及检测方法不能适用于木材的真空过热蒸汽干燥的不足，本发明专利提供了一种适用于木材真空过热蒸汽干燥的装置及检测方法。
木材真空过热蒸汽干燥装置主要由壳体、重量连续检测系统、温度控制系统、压力控制系统、循环风机以及蒸汽发生器等部分组成。在运行该装置时，首先将试材放入壳体内部的重量传感器上，然后启动压力控制系统中的真空泵开始抽真空，直至接近全真空状态后，打开进气阀使蒸汽发生器中的纯蒸汽进入干燥装置，之后启动温度控制系统中的电加热器使纯蒸汽成为过热蒸汽，在循环风机的带动下，加热和干燥试材，随着试材中水分的不断蒸发，装置中的真空度必然下降，此时可再启动真空泵将多余的水分排出，干燥过程中真空度由压力控制系统控制，维持要求的检测方法条件。实验中由重量连续检测系统即可在线测量试材的重量变化，进而确定含水率下降情况，掌握和控制干燥进程。
在木材的真空过热蒸汽干燥过程中，由于主要的控制参数是干燥机内蒸汽介质的温度和相对压力(或真空度)，因此运用干燥装置实施干燥检测方法的关键步骤是对干燥温度和相对压力的确定，现分述如下1.干燥介质温度的确定通过该装置实验运行发现，在真空过热蒸汽干燥时存在一个温度，称为“逆转温度”。当过热蒸汽的温度高于“逆转温度”的温度时，过热蒸汽干燥速度比湿空气要快，低于逆转温度时则正好相反。根据上述特性，可使真空过热蒸汽干燥的介质温度略高于“逆转温度”，这样便可充分发挥真空过热蒸汽干燥的优势。
2.相对压力的确定干燥介质的相对压力(ψ)由式ψ′＝(P1/P2)×100％来计算确定，式中P1-机内的绝对压力；P2-机内温度对应的饱和压力。对于过热蒸汽干燥而言，无论是从物料表面的对流换热系数，还是从表面的传质阻力来看，均优于相同条件下的空气干燥，因此，在木材的真空过热蒸汽干燥过程中，特别是在干燥的开始阶段木材中水分蒸发速度较快，木材表面极易产生裂纹，如果不能合理地控制此时的相对压力，会使木材产生很大的裂纹和翘曲，甚至可能造成干燥后期木材的内裂。本发明专利是通过建立对应于不同介质温度和含水率区段时的极限相对压力与木材干燥缺陷之间的关系，从而确定出对应于不同介质温度和含水率区段时的最佳相对压力数值。
本发明专利的有益效果是，为木材的真空过热蒸汽干燥实验提供了干燥装置及检测方法，为此类生产设备的设计及检测方法制定奠定了基础。


下面结合附图和实施示例对本发明进一步说明。
附图为木材真空过热蒸汽干燥装置原理中1.壳体，2.压力表，3.泄压阀，4.试材，5.重量连续检测系统，6.进气阀，7.蒸汽发生器，8.集水器，9.真空泵，10.压力控制系统，11.隔板，12.循环风机，13.温度控制系统具体实施方式
在图中所示的实施示例中，由隔板(11)将干燥装置的壳体(1)内部分成上下两个区域，上部为干燥间，下部为通风机间，重量连续检测系统(5)位于隔板(11)上部中间，压力表(2)、泄压阀(3)以及蒸汽发生器(7)的进气阀(6)位于壳体(1)顶部与干燥间相连；循环风机(12)位于通风机间中部，而温度控制系统(13)和压力控制系统(10)则分别位于循环风机(12)的左右两侧。
在干燥检测方法实验时，首先将试材(4)放入壳体(1)内部的重量连续检测系统(5)中的重量传感器上，然后启动压力控制系统(10)中的真空泵(9)开始抽真空，直至接近全真空状态后，打开进气阀(6)使蒸汽发生器(7)中的纯蒸汽进入干燥装置，之后启动温度控制系统(13)中的电加热器使纯蒸汽成为过热蒸汽，在循环风机(12)的带动下，加热和干燥试材，随着试材中水分的不断蒸发，装置中的真空度必然下降，此时可再启动真空泵(9)将多余的水分排出，由压力控制器控制真空度，维持要求的检测方法条件，实验中由重量连续检测系统(5)在线测量试材的重量变化，掌握和控制干燥进程，待实验结束后，打开泄压阀(3)使壳体内压力恢复常压状态，并将试材取出。
木材真空过热蒸汽干燥装置实施干燥检测方法的关键步骤过程如下1.干燥介质温度的确定确定干燥介质温度的关键在于对“逆转温度”的确定。具体方法是，从待干木材中截取一段具有代表性的试件，长度不小于200mm，将试件用环氧树脂和铝箔封闭端、侧面，以保证在干燥过程中木材中的水分仅从上下表面蒸发。试件称重后，置于干燥装置中，然后根据不同材种所需要的温度和压力(真空度)水平，分别以相同条件下的空气和过热蒸汽作为干燥介质进行木材水分蒸发试验。当干燥机内的绝对压力控制在0.02MPa(真空度为-0.08MPa，此压力下对应的饱和温度为60.1℃)，此时干燥介质的温度水平应在70℃～100℃，中间间隔为5℃，试验定时记录试件重量变化。试验结束后，绘制出以空气和过热蒸汽作为干燥介质时，木材平均干燥速度随介质温度的变化曲线图，图中两条曲线的交点(干燥速度相同点)所对应的温度即为“逆转温度”。对于具体的干燥条件，“逆转温度”只能根据试验来确定。当机内的绝对压力为0.02MPa时，测定的“逆转温度”值在80℃～85℃之间。进一步试验表明研究表明，随着绝对压力和质量流量的减小，逆转温度有逐渐下降的趋势。
2.相对压力的确定试件的制备过程同上所述，将试件放置于干燥装置中后，针对木材的每一个含水率区段(需要不同含水率区段的多个试件)，固定干燥介质的温度，将干燥装置内的相对压力从80％开始试验，试验中观察木材出现的裂纹情况，如在相应的温度和含水率阶段未出现裂纹，则将相对压力以5％的间隔逐渐减小，重复试验。当某次干燥时，木材出现表裂等干燥缺陷，则前一次的相对压力值则可认为是此状态下的极限相对压力，由此即可确定对应某一含水率区段和温度的最佳相对压力。每次实验至少重复三次才能确定干燥检测方法所需的相对压力，而且对于不同的树种、板厚和初含水率，要根据上述装置和方法确定不同的检测方法，此检测方法能确保干燥质量达标下的最快干燥速度。
权利要求
1.一种木材真空过热蒸汽干燥实验装置，由壳体(1)、重量连续检测系统(5)、温度控制系统(13)、压力控制系统(10)、循环风机(12)以及蒸汽发生器(7)等部分组成，其特征在于在壳体(1)内部由隔板(11)将壳体(1)分成上下两个区域，上部为干燥间，下部为通风机间，重量连续检测系统(5)位于隔板(11)上部中间，而压力表(2)、泄压阀(3)及蒸汽发生器(7)的进气阀(6)依次位于壳体(1)顶部，并与干燥间相连；循环风机(12)位于通风机间的中部，而温度控制系统(13)和压力控制系统(10)则分别位于循环风机(12)的左右两侧，并与通风机间相连。
2.一种木材真空过热蒸汽干燥实验装置的检测方法，其特征在于所述装置的检测方法设置有逆转温度，当介质温度高于此温度时，以过热蒸汽为干燥介质的干燥速率比以湿空气为干燥介质时的干燥速率要快，低于逆转温度时则正好相反；检测方法包括以下步骤一是先测出木材真空过热蒸汽干燥的逆转温度，即先将待干试件放置于干燥装置中，启动循环风机(12)、温度控制系统(13)以及压力控制系统(10)，分别以相同条件下的空气和过热蒸汽作为干燥介质进行木材水分蒸发试验，试验中通过重量连续检测系统(5)定时记录试件重量变化，试验结束后，绘制木材平均干燥速率随介质温度变化的曲线图，图中两条曲线的交点所对应的温度即为逆转温度；二是使干燥温度略高于逆转温度；三是重新选取试件并放置于干燥装置中，针对木材的每一个含水率区段，由温度控制系统(13)固定干燥介质的温度，由压力控制系统(10)调节干燥装置内的相对压力，将相对压力由高至低，按5％的间隔开始干燥试验，试验中观察木材出现的裂纹情况，当某次干燥时，木材出现表裂等干燥缺陷，则前一次的相对压力值则可认为是此状态下的极限相对压力；通过极限相对压力与木材干燥缺陷之间的对应关系，即可确定出对应于不同工艺温度和含水率区段时的最佳相对压力数值。
全文摘要
一种木材干燥实验装置及检测方法，它尤其适用于木材的真空过热蒸汽干燥。该干燥实验装置由壳体、重量连续检测系统、温度控制系统、压力控制系统、循环风机以及蒸汽发生器等部分组成。通过运行该实验装置发现，在真空过热蒸汽干燥时存在一个“逆转温度”，即当介质温度高于此温度时，以过热蒸汽为干燥介质的干燥速率比以湿空气为干燥介质时的干燥速率要快。该干燥装置检测方法的步骤是先测出真空过热蒸汽干燥的“逆转温度”，并使干燥检测方法温度略高于“逆转温度”，之后，通过建立极限相对压力与木材干燥缺陷之间的对应关系，再确定出对应于不同检测方法温度和含水率区段时的最佳相对压力数值。
文档编号G01N5/00GK1719228SQ20041006883
公开日2006年1月11日 申请日期2004年7月9日 优先权日2004年7月9日
发明者伊松林, 张璧光, 常建民 申请人:北京林业大学