一种干燥定型装置及其定型干燥方法与流程

本发明涉及一种干燥定型装置及其干燥定型方法。

背景技术：

现有技术中木材干燥常规使用的是蒸汽干燥或真空干燥的方法，其中蒸汽干燥法是依靠干燥室内热空气与木材间的对流换热，利用空气加热木材并吸收木材蒸发掉的水分，同时排出干燥室内的湿空气，吸入外界冷空气的一种干燥方法。可以看出，这种换热方式属于开放式，大部分热量伴随着热交换而损失，且热能回收利用困难；而真空干燥法设备复杂，制造难度大，投资成本相对高，同时干燥设备体积小，不适宜大规模生产，木材干燥后含水率均匀性差。更重要的是，现有技术中木材干燥后由于内部应力释放不够，容易产生过度翘曲、扭曲和纵裂的情况，使板材的质量下降。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供如下技术方案：

1、一种干燥定型装置，包括罐体以及设于罐体中的干燥室，罐体上设置有与干燥室流体连通的进气阀、出气阀和惰性气体进气阀；干燥室内部设置有用于放置木材的搁板；所述干燥室内还设于用于将交替层叠的搁板和木材夹紧的夹具；所述搁板具有中空结构并且搁板表面设置有通气孔；搁板内部还设置有加热器。

2、如技术方案1所述的干燥定型装置，其中，所述加热器选自蒸汽加热器、微波加热器和电热片加热器。

3、一种干燥定型方法，该方法包括：提供如技术方案1或2所述的干燥定型装置，将木材均匀平铺在所述干燥室内相邻两层搁板之间，并用所述夹具将搁板和木材夹紧，然后进行干燥定型操作。

4、如技术方案3所述的干燥定型方法，其中所述干燥定型操作的程序包括依次进行的第一阶段、第二阶段以及第三阶段；

在第一阶段中，所述干燥室内的气温从室温升高到35-45℃，所述夹具夹紧木材的压力从4-6MPa增加到8-12MPa，所述第一阶段持续的时间为10-20天；

在第二阶段中，所述干燥室内的气温从35-45℃升高到55-70℃，所述夹具夹紧木材的夹具压力为8-12MPa，所述第二阶段的持续时间为10-20天；

在第三阶段中，所述干燥室内的气温从55-70℃降至室温，所述夹具夹紧木材的夹具压力均匀地从8-12MPa降至0MPa，所述第二阶段的持续时间为10-20天。

5、如技术方案4所述的干燥定型方法，其中，所述第一阶段包括依次进行的第一调压期、第一恒压期和第一变压期；

在第一调压期中，所述干燥室内的气压交替地处于0.1-0.5atm的低压和1.5-3atm的高压，每次处于所述低压的时间为4-8小时，每次处于所述高压的时间为4-8小时；所述干燥室内的气温维持在室温或从室温升高到25-35℃；所述夹具夹紧木材的压力维持在4-6MPa；所述第一调压期持续的时间为4-6天；

在第一恒压期中，所述干燥室内的气压维持在0.8-1.2atm；所述干燥室内的气温从室温升高到35-45℃；所述夹具夹紧木材的压力维持在4-6MPa；所述第一恒压期持续的时间为4-6天；

在第一变压期中，所述干燥室内的气压先在0.1-0.5atm下维持2-4天，然后交替地处于0.1-0.5atm的低压和2-3atm的高压，每次处于所述低压的时间为6-12小时，每次处于所述高压的时间为6-12小时；所述干燥室内的气温维持在35-45℃；所述夹具夹紧木材的压力线性地从4-6MPa增加到8-12MPa；所述第一变压期持续的时间为4-6天。

6、如技术方案4所述的干燥定型方法，其中，所述第二阶段包括依次进行的第二调压期、第二恒压期和第二变压期；

在第二调压期中，所述干燥室内的气压交替地处于0.1-0.5atm的低压和1.5-3atm的高压，每次处于所述低压的时间为4-8小时，每次处于所述高压的时间为4-8小时，并且最后一次处于所述低压的时间为10-12小时，最后一次处于所述高压的时间为10-12小时；所述干燥室内的气温从35-45℃升高到55-70℃；所述夹具夹紧木材的压力维持在8-12MPa；所述第二调压期持续的时间为4-6天；

在第二恒压期中，所述干燥室内的气压维持在0.8-1.2atm；所述干燥室内的气温维持在55-70℃；所述夹具夹紧木材的压力维持在8-12MPa；所述第二恒压期持续的时间为4-6天；

在第二变压期中，所述干燥室内的气压先在0.1-0.5atm下维持2-4天，然后交替地处于0.1-0.5atm的低压和2-3atm的高压，每次处于所述低压的时间为6-12小时，每次处于所述高压的时间为6-12小时；所述干燥室内的气温维持在55-70℃；所述夹具夹紧木材的压力维持在8-12MPa；所述第二变压期持续的时间为4-6天。

7、如技术方案4所述的干燥定型方法，其中，所述第三阶段包括依次进行的第三调压期、第三恒压期和第三变压期；

在第三调压期中，所述干燥室内的气压交替地处于0.1-0.5atm的低压和1.5-3atm的高压，每次处于所述低压的时间为4-8小时，每次处于所述高压的时间为4-8小时，并且最后一次处于所述低压的时间为10-12小时，最后一次处于所述高压的时间为10-12小时；所述干燥室内的气温从55-70℃降至35-45℃；所述夹具夹紧木材的压力维持在8-12MPa；所述第三调压期持续的时间为4-6天；

在第三恒压期中，所述干燥室内的气压维持在0.8-1.2atm；所述干燥室内的气温从35-45℃降至室温；所述夹具夹紧木材的压力从8-12MPa降至4-6MPa；所述第三恒压期持续的时间为4-6天；

在第三变压期中，所述干燥室内的气压先在0.1-0.5atm下维持2-4天，然后交替地处于0.1-0.5atm的低压和2-3atm的高压，每次处于所述低压的时间为6-12小时，每次处于所述高压的时间为6-12小时；所述干燥室内的气温维持在室温；所述夹具夹紧木材的压力从4-6MPa降至0MPa；所述第三变压期持续的时间为4-6天。

8、如技术方案3-7中任一项所述的干燥定型方法，其中，通过向干燥室内注入氮气或CO2来升高干燥室的气压。

在另一些实施方式中，本发明的干燥定型装置，包括密封罐，所述密封罐为球形，该密封罐包括罐体以及干燥室，该罐体上设置有进气阀、出气阀和惰性气体进气阀，所述进气阀、出气阀和惰性气体进气阀连通干燥室；该干燥室内部设置有用于放置木材的搁板；所述干燥室还包括夹具，所述木材和放置木材的搁板都设置在夹具内，所述夹具用于夹紧木材；所述干燥室内还包括风扇。

优选的，所述搁板内部设置为中空，搁板的上、下表面设置有通气孔。

优选的，所述通气孔为若干直径为8-10cm的圆孔。

优选的，搁板内部还设置有加热器，所述加热器使用微波加热。

提供如技术方案1所述的干燥定型装置，将木材均匀平铺在所述干燥定型装置的干燥室内的相邻两层搁板之间，将木材和搁板放置于所述夹具的内部，使用所述夹具将木材夹紧后，进行干燥定型。

在另一些情况下，本发明提供的干燥定型方法中，所述干燥定型的程序包括：第一阶段、第二阶段以及第三阶段。

其中，所述第一阶段包括：

在调压阶段，保持干燥室温度为室温，使夹具夹紧，产生的夹具压力为第一压力；其中，所述第一压力为4MPa-6MPa；

在保压阶段，使干燥室温度由室温升高至第一温度，同时保持夹具压力为第一压力；其中，所述第一温度为35℃-45℃；

在定型阶段，保持干燥室温度为第一温度，设置夹具压力由第一压力提高至第二压力；其中，所述第二压力为8MPa-10MPa。

所述第二阶段包括：

在调压阶段，设置干燥室温度升高为第二温度，同时使夹具压力保持第二压力；其中，所述第二温度为55℃-65℃；所述第二压力为8MPa-10MPa；

在保压阶段，使干燥室温度保持为第二温度，同时保持夹具压力为第二压力；

在定型阶段，使干燥室温度保持为第二温度，同时保持夹具压力为第二压力。

所述第三阶段包括：

在调压阶段，设置干燥室温度降低至第一温度，同时使夹具压力保持第二压力；

在保压阶段，使干燥室温度降低至室温，使夹具压力降低至第一压力；

在定型阶段，使干燥室温度保持为室温，使夹具压力降低至无压力。

其中，所述调压阶段包括：从干燥室抽出空气，将干燥室的气压调整为初始气压，所述初始气压为0.2-0.4个标准大气压，之后使干燥室内气压在初始气压和第一气压之间交替保持，交替次数为10-15次；所述第一气压为常压与最高气压之间的任一气压；所述最高气压为2.2Pa-2.6Pa，其中，在调压阶段干燥室总共处于初始气压的时间为48h-56h；所述调压阶段的时间为3-7天；

所述保压阶段包括：在调压阶段结束后，将干燥室内的气压调整为常压，并在保压阶段内保持干燥室为常压；所述保压阶段的时间为3-7天；

所述定型阶段包括：在保压阶段结束后，从干燥室抽出空气，使干燥室内的气压调整为最低气压后，使干燥室内气压在最低气压和第一气压之间交替保持，其中，交替次数为2-5次；所述最低气压为0.1-0.2个标准大气压；在定型阶段干燥室总共处于最低气压的时间为56h-60h；所述定型阶段的时间为3-7天。

该干燥定型方法的步骤具体为：在调压阶段内，设置干燥室温度为室温，保持夹具压力为第一压力；

在保压阶段内，保持夹具压力为第一压力，设置干燥室内的温度在保压阶段均匀升高；在保压阶段结束时干燥室的温度达到第一温度；

在定型阶段内，保持干燥室内的温度为第一温度，设置夹具压力在定型阶段内均匀增加，在定型阶段结束时，所述夹具压力达到第二压力；

在调压阶段内，设置干燥室内温度由第一温度开始均匀升温，保持夹具压力为第二压力，在调压阶段结束时，干燥室温度达到第二温度；

在保压阶段内，保持温度固定在第二温度，保持夹具压力固定在第二压力；

在定型阶段内，保持温度固定在第二温度，保持夹具压力固定在第二压力；

在调压阶段内，将干燥室温度由第二温度均匀降低至第一温度，夹具压力保持在第二压力；

在保压阶段内，将将干燥室温度由第一温度均匀降低至室温，将夹具压力由第二压力均匀降低至第一压力；

在定型阶段内，干燥室温度保持为室温，夹具压力从第一压力降低至无压力。

其中，所述升降气压阶段包括：将均匀平铺的木材置于干燥室内部的两层搁板之间，将密封罐干燥室里的气压调整为初始气压，保持该初始气压第一持续时间后，将干燥室气压升高至第一气压，其中，所述第一气压为初始气压的7-8倍，所述第一持续时间为升降气压阶段总时间的十五分之一；所述干燥室保持第一气压经过第一持续时间后，恢复为初始气压，再保持第一持续时间后；

将所述干燥室气压升高至第二气压，所述干燥室气压保持第二气压经过第二持续时间后，降低恢复至初始气压，其中，所述第二气压为初始气压的10-15倍，所述第二持续时间为升降气压阶段总时间的十五分之一；干燥室气压保持初始气压再经过第二持续时间后，再次将干燥室气压升高为第二气压并保持第二持续时间后；

将干燥室气压由第二气压降低至初始气压，干燥室气压保持初始气压经过第三持续时间后，升高至第三气压，其中，所述第三气压为初始气压的4-6倍，所述第三持续时间为为升降气压阶段总时间的二十分之一，干燥室气压保持第三气压经过第三持续时间后，降低至初始气压，再保持第三持续时间后，升高至第三气压，干燥室气压保持第三气压经过第三持续时间后，再次降低至初始气压；

保持干燥室气压为初始气压经过第四持续时间后，将气压从初始气压升高至第四气压，保持干燥室气压为第四气压经过第五持续时间；其中，第四气压为初始气压的8-12倍，第四持续时间和第五持续时间分别为升降气压阶段总时间的五分之一；

所述稳定气压阶段包括：将干燥室气压调整至标准气压，在所述稳定气压阶段的时间内保持干燥室气压为标准气压；

所述定型阶段包括：将干燥室气压调整至第五气压，所述第五气压为初始气压的0.5-0.7倍，干燥室气压保持第五气压经过第六持续时间后将气压升高至第六气压，所述第六持续时间为所述定型阶段总时间的五分之二，所述第六气压为初始气压的15-20倍；经过第七持续时间后将干燥室气压降低至第五气压，保持干燥室气压为第五气压经过第七持续时间后，再次升高至第六气压并保持第七持续时间，其中，所述第七持续时间为所述定型阶段总时间的十五分之二。

其中，所述调压阶段、稳定气压阶段和定型阶段各自的总时长都相同。

其中，所述初始气压为0.2-0.5个标准大气压。

进一步的，本发明是通过向惰性气体进气阀内注入CO2来实现干燥室内气压的升高。

根据GBT《锯材干燥质量》的要求，使用9(材长≥3m)块含水率试验板，与现有技术中的使用蒸汽干燥法的试验板进行翘曲度和纵裂度的对比。

经过检测，蒸汽干燥法的翘曲度和纵裂度均大于本发明干燥定型方法，因此可以证明本发明优于现有干燥定型手段，本发明能够更大程度的消除内部应力，得到质量更优的干燥木材。

同时，本发明节省了热能，设备简单，制造方便，投资成本小，适宜大规模生产。

由于CO2的大量存在会加剧木材的热解速度,因此本发明中向干燥室内注入CO2，使得木材中半纤维素等物质在热处理过程中产生变化，提高了定型的稳定性。

附图说明

图1为本发明干燥定型装置结构图。

图2(a)为实施例中干燥室内的气压变化示意图。

图2(b)为实施例中干燥室内的温度变化示意图。

图2(c)为实施例中干燥室内的夹具的夹具压力变化示意图。

附图标记：

1密封罐 2罐体 3干燥室 4进气阀 5出气阀

6惰性气体进气阀 7木材 8搁板 9风扇 10夹具。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

如图1所示，本发明提供一种干燥定型装置，包括密封罐1，所述密封罐为球形，该密封罐包括罐体2以及干燥室3，该罐体2上包括进气阀4、出气阀5和惰性气体进气阀6，所述进气阀4、出气阀5和惰性气体进气阀6连通干燥室3，该干燥室3内部平铺有用于放置木材同时也能对木材7施加压力的搁板8，所述干燥室还包括夹具10，所述木材7和放置木材的搁板8设置在夹具10内，所述夹具10用于夹紧木材7，并对木材7施加夹具压力。

所述进气阀4用于给干燥室3内注入空气，所述出气阀5用于排出水蒸气和木材干燥产生的气体，所述惰性气体进气阀6用于注入惰性气体，本实施例中使用注入的是CO2。

如图1所示，干燥室3内平铺5-10层搁板8，在使用中，将均匀平铺的木材7置于相邻两层搁板之间，为增加通风性，提高干燥效率，搁板8内部设置为中空，进一步的，还可以在搁板的上、下表面设置通气孔，本实施例中，搁板内部还设置有加热器，所述加热器采用微波加热。

所述干燥室3内部还包括风扇9，所述风扇9用于带动空气流动，加快木材表面水分的蒸发。

根据本发明提供一种干燥定型方法，将均匀平铺的红松木板7(材长≥3m，厚度8cm)置于本发明干燥定型装置干燥室3内部的两层搁板之间，共有4层木板，然后进行为期45天的干燥定型过程，其中干燥定型的程序如图2所示，包括第一阶段、第二阶段和第三阶段，每个阶段的持续时间都为15天。具体步骤如下：

(1)第一阶段：

第一次调压期：

第1天：将均匀平铺的木材7置于本发明干燥定型装置干燥室3内部的两层搁板之间，将密封罐干燥室里的初始气压设置为0.2Pa，保持该初始气压8h后，将气压升高为1.5Pa再保持8h后，复原为初始气压；

第2天：将气压从初始气压升高到2.5Pa，保持8h后，恢复初始气压保持8h，再将气压升高为2.5Pa；

第3天：将气压从2.5Pa还原为初始气压，保持6h后将气压升高为1Pa，保持6h后再次还原为初始气压，保持6h后再次升高到1Pa，保持6h后再次还原为初始气压。

第4天：保持初始气压24h；

第5天：将气压从初始气压升高到2Pa，保持24h；

该第一次调压期总时间为5天，在该阶段中，干燥室温度保持为室温，夹具压力保持为5Mpa；

第一恒压期：

第6-10天：将干燥室气压由2Pa调整至标准大气压1Pa，保持1Pa的气压5天；

该第一恒压期的总时间为5天，保持夹具压力为5Mpa，设置干燥室内的温度以4℃/天的升温方式均匀升温；在第一恒压期结束时干燥室的温度达到40℃。

第一变压期：

第11-13天：将干燥室气压从1Pa降低为0.1pa，保持0.1Pa的气压3天；

第14-15天：将干燥室气压从0.1Pa升高到2.5Pa，保持16h后降低恢复至0.1Pa，保持16h，再次升高到2.5Pa；

该第一变压期总时间为5天，在所述第一变压期过程中，保持干燥室内的温度为40℃，设置夹具压力从5MPa开始，以2MPa/天的增压方式均匀增加，在第一变压期结束时，所述夹具压力达到10MPa。

(2)第二阶段：

第二调压期：

第16-20天：干燥室气压的调整过程与第一调压期相同，搁板保持10MPa的压力，设置干燥室温度从40℃开始，以4℃/天的升温方式开始均匀升温，在第二调压期结束时达到60℃时保持固定。

第二恒压期：

第21-25天：干燥室气压调整过程与第一恒压期相同，在第二恒压期中，干燥室温度保度固定在60℃，夹具保持10MPa的压力。

第二变压期：

第26-30天：干燥室气压调整过程与第一变压期相同，在第二变压期中，干燥室温度保度固定在60℃，搁板保持10MPa的压力。

(3)第三阶段

第三调压期：

第31-35天：干燥室气压的调整过程与第一调压期相同，在第三调压期中，干燥室温度以4℃/天的降温方式开始均匀降温，在第三调压期结束时，干燥室温度由60℃回落至40℃；在所述第三调压期过程中，夹具保持10MPa的压力。

第三恒压期：

第36-40天：干燥室气压调整过程与第一恒压期相同，在第三恒压期中，干燥室温度以4℃/天的降温方式开始均匀降温，同时，夹具压力以1MPa/天的方式开始均匀降低压力，在第三恒压期结束时，干燥室温度由40℃回落至20℃室温，夹具压力由10MPa降低至5MPa；

第三变压期：

第41-45天：干燥室气压调整过程与第一变压期相同，在第三变压期中，干燥室温度保度固定在室温20℃，夹具压力以1MPa/天的降压方式开始均匀降低压力，在第三变压期结束时，降低至无压力。

其中，上述过程中，每次升高气压的过程都是通过向惰性气体进气阀6内注入CO2来实现的。

根据GBT-6491-1999《锯材干燥质量》的要求，对红松木进行了检测，并且与采用现有技术中的蒸汽干燥法和真空干燥法对相同木材处理得到的样品进行了对比，实验结果如表1所示：

表1

由表1结果可以看出，经过检测，现有技术中蒸汽干燥法和真空干燥法样品的翘曲度平均值和纵裂度平均值均大于本发明干燥定型方法，因此可以证明本发明优于现有技术手段，本发明能够更大程度的消除内部应力，得到质量更优的干燥木材。

以上所述，仅为本实用发明的较佳实施例，不能以此限定本发明实施范围；凡依本发明申请专利范围及创作说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。