CN101371093A - 用于通过声热方法干燥毛细多孔材料的设备 - Google Patents

用于通过声热方法干燥毛细多孔材料的设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于干燥不同毛细多孔材料的装置，并可在农业中用于干燥谷物和其他农产品、在木工行业中用于干燥木材和木屑、在食品行业中用于干燥食品以及用在其他行业中。用于干燥毛细多孔材料的本发明设备包括设置有隔音板的干燥室，该隔音板安置在该干燥室中，并将其内部空间分隔成隔离区域，每一个区域设置有单独的声源和热空气源，该热空气源以这样一种方式安装，即使得热空气从其供给到每一个干燥室区域。所述发明使开发一种用于通过使用声热方法干燥毛细多孔材料的设备成为可能，该设备结构简单且成本低廉。

Description

用于通过声热方法干燥毛细多孔材料的设备
本发明涉及干燥各种材料，主要是毛细多孔材料(capillary porousmaterial)的装置，且可在农业中用于干燥谷物及其他农产品、或在加工业中用于干燥木材和锯屑、或在食品工业中用于干燥食品、以及在其他行业中用于类似的目的。
设计用于使用不同方法干燥材料的许多设备是已知的。在热干燥中，干燥的热空气被普遍用作干燥剂，且被输送通过装有待干燥材料的干燥室。例如，带有干燥室并在底部带有两个腔的木材干燥机是已知的。来自木材废料的燃烧的热燃烧产物被从炉子焰道(furnace flue)输送到一个腔，而另一个腔积聚干燥剂，热空气在设置在炉子焰道内的管中被加热[俄罗斯联邦专利No 2153640]。为了制备干燥剂，电热器，例如管状电热器，以及其他已知装置可用作热源。
为进行声干燥(acoustic drying)，干燥室装有声源，该声源发送具有固定参数的声波，声波与待干燥材料相互作用，并对其除湿。例如，通过声方法(acoustic method)干燥谷物的设备是众所周知的，其包括配备有供料器的料斗(bunker)，用于为接触式热质交换器(contact heat and massexchanger)供给散料(bulk solid)，连接到热质交换器的中间的冷却柱(cooling column)被贯穿其整个高度地安装在带有气流反射器(air streamreflector)的多孔聚声发送器(perforated concentrator sound transmitter)中[苏联发明人证书No 675266，1979]。该设备的缺陷是生产率低和由于同时使用多个声发送器而引起的高能耗，且也不适于实现更有前景的干燥方法，即声热干燥(acoustic thermal drying)。
声热干燥方法包括对待干燥材料的热和声作用。其通过待干燥材料的声场利用循环作用(cyclic influence)，且在每一个循环中，材料须被初步加热[俄罗斯联邦专利No 2215953，2003]。如果在循环之间存在间隔，则作用在材料上的效果增加。这足以使湿气从材料内层沿毛细管到达其外层。相对于上述各种声和热干燥方法，这种干燥方法以较低能耗为特征。
一种仅用于声干燥的设备是已知的，该设备包括干燥室和声发送器，且该干燥室被制成通道声管的形式，具有网状壁和用于待干燥材料的装卸门的容器沿该声管垂直放置[俄罗斯联邦专利No 2095707，1997]。该设备的主要缺陷是不适于实现上述低能耗的声热干燥方法。该设备因具有与推荐设备相似的大量属性而作为本发明的已有技术。
本发明解决了制造适用于借助于声热方法干燥毛细多孔材料的干燥设备的问题，该设备既设计简单，又是成本有效的。
所指定的工作通过提供一种干燥毛细多孔材料的设备来解决，该设备包括干燥室，其中安装了将其内部空间分隔为单独区域的隔音板(soundproof partition)，每一区域都装有单独的声源，以及安装了热空气源，以便为每一区域提供热空气。
根据待干燥材料的种类，干燥室可具有不同的结构。
因而，为了干燥木材(原木和板材)，最好是把干燥室围成平行六面体的形式，其中侧面的竖直壁相互平行，水平底部壁和水平顶部壁相互平行，隔音板水平安装，或以组合形式，在纵向(沿具有更大长度的室侧)水平和竖直安装，且还具有装/卸装置，该装/卸装置制成开启室前壁或室后壁的形式。在这种情况中，所述区域水平设置，且具有与干燥室长度相等的长度。声源设置在每一区域内的室前壁或室后壁上。热空气被分别供给到每一区域。
区域间的板被制成隔音的，例如，该板可由其间带有隔音材料的两个金属层制成:矿棉、泡沫橡胶(foam-rubber)、泡沫塑料等。干燥室的壁可以同样方式制成。
对于松散材料，干燥室可以多种方式(其腔可为圆柱体或平行六面体的形式)制成，但是为了简化装载，最好是竖直安装所述区域及相应地竖直安装隔音板，并在每一区域的底部安装用于卸载材料的装置。
如上述用于木材的相同设计可同样用于松散材料，但在这种情况下，材料应被置于网状容器中，且容器的栅格尺寸比装在干燥室区域的松散材料碎片(fraction)的尺寸要小。
为了提供待干燥材料声处理(acoustic processing)的均匀性，有必要为干燥室提供吸音器，该吸音器设置在与声源所安装的壁相对的侧上。吸音器可制成由吸音材料制成的片的形式，例如，矿棉，或制成由吸音材料制成的特殊的楔形块的形式。
热空气源可制成空气加热装置(例如，管式热交换器、管式电热器等)的形式和向干燥室压力输送(forced feeding)热空气的装置，如风扇。
带有四个区域的干燥木材设备的干燥室示图显示在图1中，其中1、2、3、4是干燥室区域，5是声发送器，6是隔音板，7是吸音器。
所述设备按如下工作(实例—木材干燥)。
干燥室，如以上所表明的，被隔音板6分隔为4个区域，具有连续编号:1、2、3、4。建议使用热空气对待干燥材料加热的最佳时间为4小时，而一次循环中声辐射(acoustic irradiation)的最佳时间为1小时。
加热到所要求度数的空气被供给到区域1。在其开始供给到区域1后的1小时，其又开始供给到区域2。2小时后，热空气供给到区域1、2，并也开始供给到区域3。在3小时，热空气供给到区域l、2、3，并开始供给到区域4。热空气同时供给到所有区域持续1小时。结果，在设备工作的4小时中，热空气供给到区域1中4小时，供给到区域2中3小时，供给到区域3中2小时，供给到区域4中1小时。对区域1的热空气供给停止后，启动声源工作1小时，而这1小时中热空气继续供给到其他区域。在对区域2的热空气供给结束后，该区域的声源开启1小时。在下1小时，对区域3的热空气供给结束，该区域的声源同样被开启1小时。在下1小时，对区域4的热空气供给结束，且该区域的声源被开启1小时。该过程进一步重复。结果，在每一区域，材料被热空气处理4小时，并被声处理1小时。所描述的操作顺序又被重复多次，直至待干燥材料达到所要求的最终湿度值。
为了在干燥室容积内提供相同的材料干燥速度，需要在其纵向区域和横向区域保持一致的声强。在纵向区域，该问题通过安装在干燥室边缘的吸音器来解决，从而为该区域内的行进波(traveling wave)提供环境。为了在干燥室的截面内保持相同的声强，需要且只需声波是平的。这一要求对在干燥室的特定截面尺寸所发送的声频(波长)的选择进行了限制。已知，如果满足以下条件，在声管中的波就将是平的[S.N.Rzhevkin，Lectureson the theory of sound，Moscow State University Publishing House，Moscow1960(С.Н.Ржeвкин，《Курс лекций по теории звука》-М：Изд-во МГУ，1960г.)]。
Δ<λ/2＝c/2f(1)
这里λ是所发送声波的波长，f为其频率，c为声音在其中传播的介质中的速度(在给定情况下，介质是空气，因此c＝340m/s)。
在给定的发送器特性下，由发送器所发送的声强J与其线性特征尺寸r和所发送声音的频率的关系为(如果发送器是双极，其为给定情形下的特性):
J～(kr)4＝(2π/λ)4  (2)
这里k是所发送声音的波数。如果在(1)中，我们采用极限情况，即Δ＝c/2f，则从(2)我们得到:J～(πr/Δ)4 (3)
从(3)可以推定，在给定的发送器特性下，在干燥室中由发送器所发送的声强，以及因此的材料干燥速度，在很大程度上取决于比率r/△。例如，在供给声发送器的外部能量源的给定能力下，且在其线性尺寸r的固定值下，将干燥室分隔为如图1所示的4个区域的分隔改进了每一区域的声强，且因此也使材料的干燥速度提高了16倍。
应注意，用于加热待干燥材料的缓慢加热的(至40-60°)空气的排放消耗的能量要比供给声发送器所需的能量少得多。
将干燥室分隔成多个隔音区域的结果是，其一次装载(one-timeloading)，即其生产率极大地提高。由于声强的增加，对比通常具有供给到声发送器的同一能源的一个区域干燥室，干燥速度在每一区域都增加了，且因此，干燥时间减少了。结果，设备实现了较低能耗，这意味着在干燥技术和经济参数上的进步。
因此，该设备的设计是简易的和技术的。

Claims (7)

1.一种用于干燥毛细多孔材料的设备，其包括装有声源的干燥室，且其特征在于所述干燥室内安装有隔音板，所述隔音板将所述干燥室的内部空间分隔为单独区域，每一区域装有单独的声源，所述设备同时包括热空气源，该热空气源被制成这样一种形式，即使得热空气被从所述源供给到所述干燥室的每一区域。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于：隔音板水平安装在所述干燥室内。
3.如权利要求1所述的设备，其特征在于：隔音板垂直安装在所述干燥室内。
4.如权利要求1所述的设备，其特征在于：隔音板水平和垂直安装在所述干燥室内。
5.如权利要求1所述的设备，其特征在于：隔音板由其间设置有隔音材料的两层金属构造而成。
6.如权利要求1所述的设备，其特征在于：所述干燥室装备有吸音器。
7.如权利要求1所述的设备，其特征在于：热空气源包括加热空气的装置和向所述干燥室供给空气的装置。
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