专利名称：木材干燥装置和方法
技术领域：
本发明涉及木材的干燥或所谓的风干处理。
刚砍伐的木材水份含量(以干燥重量为基准按重量计)约为80％。如果将这种木材立即用于制造木制品例如成件家俱，随着木材逐渐变干将会产生变形，因此使木制品变形。为了解决这一问题，在将木材用于制成木制品之前，木材应当干燥，对于软木和硬木水份含量应分别在20％到8％的范围内。
按传统方式，通过将砍伐的木材堆放，令其在空气中干燥持续几年使之风干，故木材已经干燥。另外利用烘干炉可以将木材在几周之内干燥。
上述两种方法都不令人满意。由于利用空气干燥或烘干炉干燥法干燥木制品要花相当的时间，为了保证干燥木材的供应量恒常，必须保存大量的木材库存。在很长的时间内存放大量的木材费用是很高的。此外，这两种方法通常需要周期性地重新堆放木材，再者由于开裂和严重变形，大量的木材在干燥之后不能再使用。例如利用上述任一种方法桦木木材通常废品率在30％-40％之间。
本发明的目的是提供一种改进的木材干燥装置和方法。
根据本发明，木材干燥装置包括一壳体，其限定用于包含一定数量木材的微波干燥腔；微波发生器，耦合到该壳体上，用于将微波能量引入到干燥腔；温度检测装置，用于检测干燥腔内部的木材温度；和/或重量检测装置，用于检测干燥腔内部的木材重量；以及控制装置，用于根据检测的温度和/或重量改变微波发生器的功率输出。
该装置还可以包含通风装置，用于使空气移动通过干燥腔，以便调节干燥腔内的湿度和/或空气温度。最好，通风装置包含在干燥腔的空气入口和/或出口处的湿度传感器，利用-或多个温度传感器检测到的湿度信号可以用为通风装置的控制输入量，以便测定通过干燥腔的所需空气流量。
该装置还优选包含木材支承架，用于支承在干燥腔内部的木材。最好该支承架是可控制的，以使在其上携带的木材形成摆动和/或使在干燥腔内的木材旋转，以改善对木材的微波照射的均匀性。该装置可以按取代或附加方式包含一微波搅动装置，用以改变在干燥腔内的微波能量的空间分布，以便改善对木材照射的均匀度。此外，木材可以缓慢地通过干燥腔，以达到相同效果。
该支承架最好包含多个辐条架，其具有由中心毂部以放射形径向配置的各支承臂。需干燥的木材可以安放在支承臂的远端，而该毂部最好以可旋转方式安装到一轴上。通过将需干燥的木材安放在这样两个辐条架之间，木材可以方便地在微波干燥腔内旋转。沿木材的长度方向可以装设一或更多个辐条架，以便在干燥过程中降低长的木材下垂的可能性。
该干燥腔最好具有一可开闭的开口，用以送入需干燥的木材以及将其取出。干燥腔可以配置有多个开口，以及该装置通过例如利用传送带将新的一批批木材规则地送入干燥腔连续地进行控制。
温度检测装置最好包含用于测量木材表面温度的装置。这些装置最好包含至少一个红外线高温计，它们按常规方式配置，测量在木材中心和距木材两端三分之一长度处的温度。由于在每种类型木材的内部和表面温度之间存在预定的关系(其利用内部温度探针结合表面温度测量可以确定)，表面温度测量对内部温度测量也是有效的。内部温度本身是很重要的，这是由于其在很大程度上能确定木材的内部压力，这种压力是由于在木材微孔中的水份被加热时产生的。温度检测装置可以按取代或附加方式包含一或更多个光纤温度检测器。在本发明中的这两种类型的检测器已发现具有特殊的优点，因为它们是非金属的并且对微波辐射很少产生或不产生掩蔽作用。此外，在使用高温计的情况下，检测装置可以安装在干燥腔外侧。
检测的温度信号可以用作对于控制装置的控制输入信号，以便在干燥过程中能维持预定的温度时间曲线。例如，可使某些木料在相对恒定的温度下被充分干燥。检测的温度单独或与检测的重量相结合用于确定微波发生器的功率输出。最好该温度/时间曲线保持低于预定最大值温度以避免木材变形。
通过精确地控制微波发生器的输出功率，可以避免对木材进行不可控微波照射所存在的很多问题。不进行这种控制，木材中的水分可能太快地除去，使得木材的微孔结构破坏。这样会导致木材以开裂方式以“蜂窝”形状(在木材的内部结构中形成很大的空间)以及以“塌陷”方式(其中蜂窝变得如此严重以致引起木材结构塌陷)产生总体变形。
最好微波(能量)的频带范围为高于100兆赫和/或小于300千兆赫。通常频率(它们是政府批准的频率)为434兆赫、896兆赫、915兆赫、2.45千兆赫和4.75千兆赫。较长的波长能保证更好地穿透木材结构，对于大块木料是优选的。通常，896兆赫的频率能使总厚度高达200毫米的加厚木料干燥。在2.45千兆赫下，可以干燥累积厚度至少100毫米的木料。木料越大需更慢干燥，因为水分仅在端部趋于散失，因此在木料中心形成的压力对于越大件的木料越大。
最好，控制装置可以根据检测的重量得到木料重量变化速度的测量值，因此得到木料干燥速度的测量值(假定重量因水分由木料蒸发而降低可以得出干燥速度)。已经发现，不同类型木料具有一特定最大干燥速度，超过它木材会发生明显变形。因此，最好设有控制装置，以控制微波源的功率输出，保证木材干燥速度保持低于预定最大值。重量变化速度还可以用于确定木材何时基本变干。例如，当木材充分干燥时通常重量变化降为零或十分接近零，装置可以这样安排，即当在预定时间内重量变化为零或小于预定最大值，或者在干燥过程中总重量的损失等于或大于预定最小重量损失时指示出木料已充分干燥。
最好微波发生器可 产生几种不同的功率输出。另外，微波发生器可产生固定的功耗输出以及断续地通断转换。
根据本发明的方法方面，该利用微波能量干燥木材的方法，包含将木料放入微波干燥腔，重复检测木材的重量和/或温度并根据所检测的重量和/或温度信号控制耦合到干燥腔的微波发生器的功率输出。
参照附图通过举例的方式，下面介绍本发明，其中
图1是根据本发明的木材干燥装置的侧视图；图2是沿图1中的断面线A-A所取的断面图；以及图3是木材温度和重量与时间的关系曲线图，用于示范性地描述在图1中所示装置中干燥木材时的定量关系。
参阅图1，木材干燥装置包含一微波发生器，用于按896到915兆赫带宽产生辐射能量。该发生器利用波导耦合到一多波模干燥腔。产生的能量利用按常规方式操作的各模式微波搅动器耦合到干燥腔。
干燥腔具有空气入口和空气出口。利用分别在入口和出口处的湿度传感器检测通过入口和出口的空气的湿度。为迫使空气通过干燥腔，在空气入口中安装风扇。
各红外探测器安装在干燥腔的壁上。在所示实施例中，在侧壁上安装4个探测器。然而，探测器的位置可以改变，并应进行选择，以便提供在干燥腔内的木材表面温度的经常和精确的测量值。
另外参阅图2，干燥腔的侧壁有可操作的门，以便使木材支承架能送入干燥腔和由干燥腔取出。该支承架包含由中心毂部沿径向放射状引出的4个支承臂。木材支承在各臂上并利用电动机使之围绕中心毂部旋转。各毂部支承在负荷传感器上，根据该负荷传感器可以检测木材和支承架的重量，因此使得在干燥过程中能够监测木材重量的变化。在所示实施例中，除了在干燥腔的每一端的支承臂以外，在干燥腔的中心还有一组支承臂，以在干燥过程中沿支承臂长度方向支承木材。通过将支承架基本沿水平面和/或基本沿竖直平面往复移动，可以使木材取代地或额外地以摆动方式慢慢移动。以附加或替代方式，通过旋转木材可以使木材最好围绕中心毂部旋转摆动，沿一个旋转方向然后再沿另一旋转方向交替旋转。这样有助于实现对木材的均匀照射。利用一些装置例如波模式微波搅动器、相位变换器和功率调节器来调节在干燥腔内的微波能量分布。
作为用于改变通过干燥腔的空气流量的控制装置的控制输入装置，除了湿度传感器以外，可以使用重量传感装置。
图3表示对约205毫米×320毫米×30毫米的槐木块进行重量和温度检测的结果。上部曲线表示随着水分的除去木块的重量降低。在这一特定实验中，在13分时出现的温度峰值对应于由木材发出的爆裂声音。这种声音是由于木块的结构破坏引起的。这种峰值是不希望产生的，最好对产生功率进行控制，以使温度曲线与图3中的“Temp 5”曲线相似。这一峰值还对应于干燥速度的上升(如由在10-15分之间的更陡峭的重量曲线所示)。通过绘制对特定木材的这一曲线，可以确定最大安全干燥速率，然后可将其输入到控制装置，以确保对微波发生器的功率输出进行适当的控制，对顺序的各木材块料进行干燥。
应注意，随着木材变干所有的温度曲线急剧上升。这种急剧上升可用于测定何时木材已干燥。
权利要求
1.木材干燥装置，包含一壳体，其限定用于包含一定量木材的微波干燥腔；耦合到该壳体上的微波发生器，用于产生微波能量导入干燥腔；温度检测装置，其配置用以检测在干燥腔内的木材温度；和/或重量检测装置，用以检测在干燥腔内的木材的重量；以及控制装置，用于响应于所检测的温度和/或重量改变微波发生器的功率输出。
2.根据权利要求1所述的装置，包含通风装置，其配置用以使空气移动通过干燥腔，以便调节在干燥腔中的湿度和/或空气温度。
3.根据权利要求2所述的装置，其中的通风装置包含在干燥腔的空气入口和/或出口处的湿度传感器，由一或多个湿度传感器检测的湿度信号用作通风装置的控制输入。
4.根据前述任一权利要求所述的装置，包含木材支承架，其配置用以支承在干燥腔内部的木材。
5.根据权利要求4所述的装置，其中的支承架是可控制的，以便使其上携带的木材产生摆动和/或使干燥腔内的木材旋转。
6.根据前述任一权利要求所述的装置，包含微波搅动装置，其在使用中的配置用以改变在干燥腔内的微波能量的分布。
7.根据前述任一权利要求所述的装置，包含一可关闭的开口，用于送入或取出需或已干燥的木材。
8.根据权利要求7所述的装置，具有多个形成在干燥腔的可关闭开口，该装置经过可关闭开口通过周期性地送入新的一批批木材到干燥腔和由干燥腔取出该批料可以连续进行工作。
9.根据前述任一权利要求所述的装置，其中的温度检测装置包含至少一个红外高温计，其配置用于测量在干燥腔内木材的表面温度。
10.根据前述任一权利要求所述的装置，其中的温度检测装置包含至少一个光纤温度检测器。
11.根据前述任一权利要求所述的装置，其中的控制装置可进行控制，以便由所检测的重量得出在干燥腔内的木材重量变化速度的测量值，从而得出木材干燥速度的测量值。
12.根据权利要求11所述的装置，其中的控制装置控制微波源的输出功率，以保证木材的干燥速度保持低于一预定最大值。
13根据权利要求11或12所述的装置，其用于当木材干燥速度在预定时间内为0或小于一预定最大值时或者当在干燥过程中木材重量降低的总量等于或大于一预定最小重量损耗时，指示该木材已充分干燥。
14.根据前述任一权利要求所述的装置，其中的微波发生器是可控的，以便产生几种不同的连续功率输出。
15.一种利用微波能量干燥木材的方法，包含将木材送入微波干燥腔，重复检测木材的重量和/或温度，以及响应于所检测的重量和/或温度控制耦合到干燥腔的微波发生器的功率输出。
16.参照附图的按照本说明书介绍构成和配置的装置。
17.参照附图按照说明书所介绍的方法。
全文摘要
一种木材干燥装置,包含一限定用于包含一定数量木材的微波干燥腔的壳体、耦合到该壳体的用于产生微波能量引入干燥腔的微波发生器(1)、检测在干燥腔内的木材温度的温度检测装置(13)和/或检测在干燥腔内的木材重量的重量检测装置,以及一响应于检测的温度和/或重量信号而改变微波发生器的功率输出的控制装置。还可以检测在干燥腔内的湿度和/或空气温度。木材可以在干燥腔内摆动。
文档编号F26B3/32GK1201515SQ96198059
公开日1998年12月9日 申请日期1996年9月12日 优先权日1995年9月15日
发明者P·格里思, F·瓦克费尔德, R·舒特 申请人:微波干燥有限公司