CN113008930B - 检测木材夜间干燥过程中含水率变化值的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种检测木材在夜间干燥过程中含水率变化值的方法，包括分别测定干燥窑内木材夜间利用相变储能材料进行干燥时相变储能材料的总热量、以及木材利用相变储能材料进行干燥过程中相变储能材料的总热量；接着测定木材夜间干燥过程中相变储能材料释放的热量能干燥去除的水的质量；然后计算获得待干木材夜间干燥过程中含水率变化值。本发明中的相变储能材料制备工艺简单无污染，储放热迅速，相变潜热大，可以反复利用；而且本发明方法测定的木材含水率变化值精确，测量参数少，计算过程简单，克服了电测法测含水率准确性差、误差大的问题，最大限度地利用了储能系统的储热量，确保水分蒸发速度适当，控制木材干燥质量。

Description

检测木材夜间干燥过程中含水率变化值的方法

技术领域

本发明属于木材干燥领域，涉及一种木材太阳能干燥含水率变化值检测方法，特别涉及一种带有相变储能材料的木材太阳能干燥夜晚含水率变化值检测方法。

背景技术

进入21世纪以来，我国能源与矿产资源消费急速增长，化石能源的供需求关系日益紧张，并带来了严重的环境问题。太阳能是一种可再生的新能源，具有安全无污染及易获取等诸多优势，但太阳能在使用时存在间歇性、不稳定及能流密度低等缺陷。储能材料通过相态的转变进行能量储存，储能密度高，相变过程体积变化不大，在太阳能应用中有广泛的发展前景。

例如：授权公告号为CN106284830B的发明专利，公开了一种泡沫铝-石蜡相变储热材料制作的轻型调温集装箱屋。该发明利用太阳运行产生的昼夜温差这项自然资源，采用泡沫铝/石蜡相变储能材料，制作适宜人体舒适度(屋内温度20～26℃)要求的轻型调温集装箱屋，将集装箱屋顶部、底部面板与侧部面板所需的市售泡沫铝合金单面板制作为泡沫铝/石蜡低熔点相变储热单面板，再按集装箱屋面积与形状，用不同数量的相变储热的顶、底部与侧部单面板组合匹配为符合人体热舒适度要求、冬暖夏凉的轻型调温集装箱屋。

公开号为CN109321211A的发明专利申请，公开了一种石墨化分级多孔碳复合相变储能材料及其制备方法，通过采用价格低廉的碳前驱体与石墨化催化剂、造孔剂为原料,经球磨混合、炭化等工艺制备石墨化分级多孔碳；再以所制得的石墨化分级多孔碳作为支撑材料,与相变材料进行复合得到所述石墨化分级多孔碳复合相变储能材料。该发明的多孔碳材料具有三维互通分级多孔网络结构及高石墨化程度，利于相变材料的定型封装,同时可提供良好的导热网络通道,增强传热性能；且采用含金属盐的添加剂来制备多孔碳材料,在制备过程中可利用碳热还原反应还原出部分金属物质,以进一步增加材料的导热性能,从而得到具有高导热性能、化学稳定性好及储热效果的复合相变储能材料。

公开号为CN109054766A的发明专利申请，属于相变储能材料技术领域，涉及一种高性能的复合相变储能材料的制备方法。该发明以表面处理和酸腐蚀处理后的泡沫炭、固-液相变储能材料为基础原料,采用真空浸渍的方法将储能材料浸渍入泡沫炭,制备得到泡沫炭复合相变储能材料。该发明的复合材料导热能力响应速度快,在潜热存储上也达到了一个较高的水平,具有优异的循环稳定性,同时该复合相变储能材料制备工艺、设备简单,生产成本低廉,具备有很广阔的工业应用前景。

公开号为CN107011868A的发明专利申请，公开了一种石蜡/铁尾矿陶瓷复合相变储能材料及其熔融浸渗制备方法,所述复合材料包含：70～85％石蜡,余量为铁尾矿。该发明提供的复合相变储能材料具有固废利用率高、相变材料含量高、储能密度高、力学性能好、成本低廉等优点,规模化应用后可实现能源“移峰填谷”,缓解铁尾矿对生态环境造成的压力,同时有效改善相变材料的导热性能和储能效率。该发明还公开了石蜡/铁尾矿陶瓷复合相变储能材料的熔融浸渗制备方法。

公开号为CN108084969A的发明专利申请，公开了一种可编织熔纺聚合物中空纤维/石蜡相变材料的制备方法，该相变材料储能材料包括中空纤维，其特征在于：在中空纤维的内腔中填充石蜡，并用树脂将中空纤维的空腔端头封闭，该方法制备的相变材料封装量高，中空纤维中空部分所占整体体积比例较大。所以石蜡封装量在70wt％以上；聚丙烯、聚乙烯及聚对苯二甲酸乙二醇酯均为高强度聚合物，在纺制成中空纤维以后强度较高，不易损坏；中空纤维为外径0.1-2mm的纤维状，可编织成网使用；且耐腐蚀。

公开号为CN106497522A的发明专利申请，公开了一种泡沫金刚石增强石蜡相变储能材料及制备方法,所述相变储能材料包括表面强化的泡沫骨架、石蜡、阻燃剂及石蜡支撑材料；泡沫骨架表面强化层选自金刚石膜、石墨烯墙、碳纳米管墙、石墨烯包覆金刚石膜、碳纳米管包覆金刚石膜、碳纳米管/石墨烯包覆金刚石膜中的一种。该发明结构合理、导热系数高、性能稳定,通过表面修饰石墨烯或/和碳纳米管,进一步增加泡沫骨架的导热性能,有效提升现有储能材料的热传递效率。

上述复合相变储能材料制备方法可在一定程度上增强相变储能材料的导热性能，但无法得出储能材料与所干燥物料的性能之间的联系。

针对这个问题，本发明提供一种检测木材在夜晚进行干燥的过程中含水率变化值的方法，可直接通过复合相变储能材料内部的温度变化监控木材干燥过程中含水率的变化情况，据此保证合理的水分蒸发速度，控制木材的干燥质量，还可依据该含水率变化值调整后期木材干燥的温度和相对湿度。本发明方法中的复合相变储能材料制备工艺简单，传热速度快，储热密度大，利用该储能材料对木材进行干燥，可高效节能，减少污染排放。本发明方法可精确测定夜晚木材干燥过程中含水率变化值，最大限度地利用储能系统所储存的热量，克服电测法测含水率所存在的准确性差、误差较大的问题，据此制定后期的干燥基准，得到品质优良的木材。

发明内容

本发明的目的是针对现有石蜡导热系数低、放热效果不明确，导致释放热量不能准确测定，而且木材干燥过程中尤其是晚间干燥过程中木材含水率、含水率变化的测定存在准确性差、误差较大，范围较窄，易受木材材性及纹理方向影响，以及易受操作熟练程度影响的技术缺陷，提供一种检测木材夜间干燥过程中含水率变化值的方法，干燥窑内复合相变储能材料的温度变化，精确计算出干燥系统中干燥木材的含水率变化值，本发明中的复合相变储能材料的制备工艺简单，安全无污染，具有储热密度大和导热效率高的优势，提高了石蜡在太阳能储热方面的利用率，有效节约了能源；而且还克服了以电测法测定木材含水率存在的技术问题，本发明方法测定参数少，计算简单，测定结果准确，测定范围广，误差小。本发明可以最大限度地利用储能系统所储存的热量，避免干燥木材数量与相变储能材料数量不匹配所导致的能源浪费或不足的问题。通过精确测定含水率变化值，保证合理的水分蒸发速度，并制定后期的干燥基准，获得高品质的干燥木材。

为实现本发明的目的，本发明提供一种检测木材夜间干燥过程中含水率变化值的方法，包括：

测定太阳能干燥窑内待干燥木材的绝干总重量G_m0；

测定干燥窑内安装的复合相变储能模块在木材进行夜间干燥起始时与夜间干燥过程中复合相变储能模块释放的总热量，即夜间干燥起始时与夜间干燥过程中复合相变储能模块的总热量之差；

测定复合相变储能材料放热的热量所能干燥去除的水的质量G_水；

按照公式(8)计算木材的含水率变化值M_变，

式(8)中，M_变：木材的含水率变化值(％)；G_水：干燥去除的水的质量(kg)；G_m0：木材绝干总重量(kg)。

本发明另一方面，提供一种检测木材夜间干燥过程中含水率变化值的方法，包括如下顺序进行的步骤：

1)在太阳能干燥窑内安装复合相变储能模块，复合相变储能模块内装填复合相变储能材料，吸收、储存太阳能，为干燥窑内木材夜间干燥提供热能；

2)测定干燥窑内待干燥木材的绝干总重量G_m0；

3)测定木材在进行夜间干燥的开始时的复合相变储能模块的温度，计算木材夜间干燥开始时的复合相变储能模块的总热量Q_总(T_中0)；

4)测定木材进行夜间干燥的过程中复合相变储能模块的温度，计算木材利用复合相变储能材料在夜间进行干燥的过程中的复合相变储能模块的总热量Q_总(T_中i)；

5)测定经过夜间干燥处理后，复合相变储能模块的放热量ΔQ，其中按照公式(6)计算所述的ΔQ，

ΔQ＝Q_总(T_中0)-Q_总(T_中i) (6)

式(6)中，ΔQ：复合相变储能模块中复合相变储能材料的放热量，kJ；Q_总(T_中0)：木材晚间干燥开始时复合相变储能模块中复合相变储能材料的初始热量，kJ；Q_总(T_中i)：木材夜间干燥过程中复合相变储能模块中复合相变储能材料的热量，kJ；

6)按照公式(7)计算利用相变储能模块干燥木材时，复合相变材料释放的热量所能干燥去除的水的质量G_水，

式(7)中：G_水：干燥去除的水的质量(kg)；ΔQ：复合相变储能模块内的相变储能材料的放热量(kJ)；H_水：水的汽化潜热(kJ/kg)；

7)按照公式(8)计算木材的含水率变化值M_变，

式(8)中，M_变：木材的含水率变化值(％)；G_水：干燥去除的水的质量(kg)；G_m0：木材绝干总重量(kg)。

其中，步骤1)中所述木材夜间干燥为木材利用复合相变储能材料存储的热量干燥木材。

特别是，步骤1)中所述复合相变储能模块在太阳能干燥窑的内部沿着干燥窑的纵向或/和横向方向安装，且与干燥窑纵向或/和横向内壁紧密贴合。

尤其是，所述复合相变储能模块内装填石蜡-泡沫金属复合相变储能材料。

特别是，所述复合相变储能模块的长度与所述干燥窑纵向或横向侧壁的长度相匹配；所述复合相变储能模块的高度与所述干燥窑纵向或横向侧壁的高度相匹配。

其中，步骤1)中所述复合相变储能模块按照如下方法制备而成：

1A)向壳体内装填泡沫金属，并称量装填了泡沫金属后的壳体的总质量m_泡；

1B)将石蜡加热融化后，灌注至壳体内，冷却后，制成复合相变储能模块；

1C)称量复合相变储能模块的总质量m_复，按照公式(1)计算得到复合相变储能模块中注入的石蜡的质量m_石蜡：

m_石蜡＝m_复-m_泡 (1)

式(1)中，m_石蜡：复合相变储能模块中注入的石蜡的质量，kg；m_复：复合相变储能模块中石蜡、泡沫金属和壳体的总质量，kg；m_泡复合相变储能模块中填装的泡沫金属和壳体的质量，kg。

特别是，步骤1A)中所述壳体可以为任意形状，优选为长方体型。

尤其是，所述壳体选择不锈钢、钢铁、铝、铝合金等导热性能优异的材料制成，优选为不锈钢板制成。

特别是，所述壳体的长度与所述干燥窑纵向或横向侧壁的长度相匹配；所述壳体的高度与所述干燥窑纵向或横向侧壁的高度相匹配。

尤其是，所述泡沫金属为泡沫铜、泡沫铁、泡沫镍、泡沫钛、泡沫铝、泡沫钴、泡沫铬、泡沫钨、泡沫锌或泡沫镁。

所述泡沫金属孔径为0.5～6mm，优选3mm，孔隙率90％～100％，优选95％。

特别是，还包括在复合相变储能模块的中心安装温度传感器，测定复合相变储能模块内复合相变储能材料的温度。

尤其是，在复合相变储能模块的长、宽、高三个方向的中心安装温度传感器，以3个温度传感器测定温度的均值作为复合相变储能材料的温度。

其中，步骤2)中所述木材的绝干总重量按照如下顺序进行的步骤进行：

2A)测定待干燥木材的初始含水率M_初；

2B)称量码垛于干燥窑内材堆木材的总重量G₀；

2C)按照公式(3)计算待干燥木材的绝干总重量G_m0，

式(3)中：G_m0：木材绝干总重量，kg；M_初：木材初始含水率，％；G₀：木材干燥前的总重量，kg。

特别是，步骤2A)中所述初始含水率按照如下方法测定：

按照国家标准《锯材干燥质量，GB/T 6491-1999》，从待干燥木材中截取两块含水率试验片，采用称重法测定木材初含水率：首先称量含水率试验片湿重(G_湿)；接着将含水率试验片放置在温度为(103±2)℃的烘箱内烘干(6±0.25)h；然后每隔2h称量并记录一次，直到两次称重的重量相差不超过0.02g，称得的重量为含水率试验片的绝干重量(G_干)；然后再按照公式(2)计算得到含水率试验片的初始含水率：

式(2)中，M_初：含水率试验片初含水率，％；G_湿：含水率试验片的湿重，kg；G_干：含水率试验片的绝干重量，kg。

为了正确的反映选取的木材的初含水率，应取两块试验片的含水率的平均值。

其中，步骤3)中所述木材进行夜间干燥的开始时间为18-20时，优选为19时。

特别是，步骤3)中所述夜间干燥开始时复合相变储能模块的总热量Q_总(T_中0)按照如下步骤进行测定：

3A)测定木材夜间干燥起始时复合相变储能模块的温度T₁；接着按照公式(4Ⅰ或4Ⅱ或4Ⅲ)计算木材夜间干燥起始时，复合相变储能模块中单位质量复合相变储能材料的热量Q(T_中0)；

Q(T_中0)＝4234686.195+2312883.54×T×ln T-2854557.434×T^1.5+487166.9027×T²-69495.29027×T²×ln T+114.8162478×T³ (4Ⅰ)

式中：Q(T_中0)为木材夜间干燥开始时复合相变储能模块中单位质量复合相变储能材料的热量，J/g；T为木材夜间干燥起始时复合相变储能模块中复合相变储能材料的温度，T＝T₁，℃；

3B)按照公式(5)计算木材夜间利用相变储能材料干燥起始时，复合相变储能模块内存储的总热量Q_总(T_中0)，

Q_总(T_中0)＝Q(T_中0)×m_石蜡 (5)

式(5)中，Q_总(T_中0)：木材夜间进行相变储能干燥起始时复合相变储能模块内复合相变储能材料的总热量(kJ)；Q(T_中0)：木材夜间进行相变储能干燥起始时复合相变储能模块内单位质量复合相变储能材料的热量(J/g)；m_石蜡：复合相变模块内石蜡的质量(kg)。

尤其是，当步骤3A)所述复合相变储能模块的温度为25℃＜T₁≤39℃时，则采用公式(4I)计算单位质量储能材料的热量；当所述复合相变储能模块的温度为39℃＜T₁≤58℃时，则采用公式(4II)计算单位质量储能材料的热量；当所述复合相变储能模块的温度为58℃＜T₁≤100℃时，则采用公式(4III)计算单位质量储能材料的热量。

其中，步骤4)中所述木材在夜间利用复合相变储能材料干燥过程中的复合相变储能模块的总热量Q_总(T_中i)按照如下步骤进行测定：

4A)测定木材夜间干燥过程中复合相变储能模块的温度T_i；接着按照公式(4Ⅰ′或4Ⅱ′或4Ⅲ′)计算木材夜间干燥过程中，复合相变储能模块中单位质量复合相变储能材料的热量Q(T_中i)；

式中：Q(T_中i)为木材夜间干燥过程中复合相变储能模块中单位质量复合相变储能材料的热量，J/g；T为木材夜间干燥过程中复合相变储能模块中复合相变储能材料的温度，T＝T_i，℃；

4B)按照公式(5′)计算木材夜间干燥过程中，复合相变储能模块内的总热量Q_总(T_中i)，Q_总(T_中i)＝Q(T_中i)×m_石蜡 (5′)

式(5′)中，Q_总(T_中i)：木材夜间干燥过程中复合相变储能模块内复合相变储能材料的总热量(kJ)；Q(T_中i)：木材夜间干燥过程中复合相变储能模块内单位质量复合相变储能材料的热量(J/g)；m_石蜡：复合相变模块内石蜡的质量(kg)。

特别是，当步骤4A)所述复合相变储能模块的温度为25℃＜T_i≤39℃时，则采用公式(4I′)计算单位质量储能材料的热量；当所述复合相变储能模块的温度为39℃＜T_i≤58℃时，则采用公式(4II′)计算单位质量储能材料的热量；当所述复合相变储能模块的温度为58℃＜T_i≤100℃时，则采用公式(4III′)计算单位质量储能材料的热量。

尤其是，步骤4)中测定木材次日停止利用复合相变储能模块进行干燥时，复合相变储能模块的温度，计算木材在夜间复合相变储能干燥结束时复合相变储能模块的总热量Q_总(T_中x)。

其中，所述木材次日停止利用复合相变储能模块干燥的起始时间为5-7时，优选为6时。

特别是，所述次日木材停止利用复合相变储热模块干燥时复合相变储能模块的总热量Q_总(T_中x)按照如下步骤进行测定：

4-1)测定木材次日停止干燥时的复合相变储能模块的温度T₂；接着按照公式(4Ⅰ″或4Ⅱ″或4Ⅲ″)计算木材次日停止利用复合相变储热模块干燥时，复合相变储能模块中单位质量复合相变储能材料的热量Q(T_中x)；

Q(T_中x)＝4234686.195+2312883.54×T×ln T-2854557.434×T^1.5+487166.9027×T²-69495.29027×T²×ln T+114.8162478×T³ (4Ⅰ″)

式中：Q(T_中x)为木材次日停止利用复合相变储热模块干燥时，复合相变储能模块中单位质量复合相变储能材料的热量，J/g；T为复合相变储能模块中复合相变储能材料的温度，T＝T₂，℃；

4-2)按照公式(5″)计算木材夜间利用相变储能材料干燥起始时，复合相变储能模块内存储的总热量Q_总(T_中x)，

Q_总(T_中x)＝Q(T_中x)×m_石蜡 (5″)

式(5″)中，Q_总(T_中x)：次日木材停止相变储能干燥时复合相变储能模块内复合相变储能材料的总热量(kJ)；Q(T_中x)：次日木材停止相变储能干燥时复合相变储能模块内单位质量复合相变储能材料的热量(J/g)；m_石蜡：复合相变模块内石蜡的质量(kg)。

特别是，当步骤4-1)所述复合相变储能模块的温度为25℃＜T₂≤39℃时，则采用公式(4I″)计算单位质量储能材料的热量；当所述复合相变储能模块的温度为39℃＜T₂≤58℃时，则采用公式(4II″)计算单位质量储能材料的热量；当所述复合相变储能模块的温度为58℃＜T₂≤100℃时，则采用公式(4III″)计算单位质量储能材料的热量。

尤其是，步骤3A)、4A)4-1)中测定复合相变储能模块的温度为测定复合相变储能模块中心的温度。

其中，步骤6)中所述水的汽化潜热按照如下方法获得：首先查阅饱和水蒸气表，分别获得木材夜间干燥开始时、夜间干燥过程中复合相变储能模块的温度分别对应的水的汽化热，接着将两个汽化热取平均值，即得水的汽化潜热H_水。

特别是，所述饱和水蒸气表参见潘永康，王喜忠，刘相东主编.现代干燥技术[M].北京：化学工业出版社.2007.p1510。

本发明方法的优点体现在以下方面：

1.本发明所使用的基础原料，即泡沫金属和石蜡均安全易得，无腐蚀，属于环境友好型材料。且石蜡价格低廉，有利于大规模工业化应用。制备所需操作设备较少，制备工艺简单，耗时较短，生产成本低廉，且节约了能源，降低了木材干燥过程中的能耗，具有广泛的开发前景。

2.本发明所使用的泡沫金属具有金属材料导热系数高的优点，作为功能材料，它同时具有多孔、质轻、高比强度及散热等诸多优势。将泡沫金属与石蜡复合，充分利用了泡沫金属导热系数高的特性，提高了泡沫金属-石蜡复合相变储能材料整体的热导率。同时，泡沫金属稳定的多孔结构又保留了石蜡本身相变潜热大的优势。

3.本发明通过测定石蜡-泡沫金属复合相变储能材料的温度，根据储能材料的温度与水分蒸发量之间的关系方程，计算得到使用相变储能材料进行木材干燥过程中水分的蒸发量，从而精确计算出木材含水率变化值。一方面可以据此保证合理的水分蒸发速度，控制木材的干燥质量；另一方面还可依据该含水率变化值制定后期木材的干燥基准。

4.本发明可以最大限度地利用储能系统所储存的热量，根据所释放的热量和木材含水率变化值的对应关系合理匹配相变储能材料的量。

5.本发明可以克服电测法测含水率所存在的准确性差、误差较大的问题，适用于任何含水率木材的含水率测量，测量参数较少，计算过程较简单，测定结果准确。

6.本发明方法可以实时测定干燥窑内木材夜间利用复合相变储能材料进行干燥时的含水率、含水率变化情况，利于依据木材含水率情况及时制定或调整木材干燥工艺，针对不同用途和不同地区对木材含水率的要求进行精确干燥，确定干燥终了时间，保证最优的木材干燥质量。

附图说明

图1为本发明实施例1中待干燥木材沿干燥窑纵向放置时的示意图。

附图标记说明：1.干燥窑；2.木材；3、复合相变储能模块。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

本发明的具体实施方式中以采用石蜡-泡沫铜复合相变储能材料对太阳能干燥窑内木材的夜晚干燥处理提供热量为例进行说明。

通过本发明具体实施方式的说明，将金属泡沫铜与石蜡进行复合制备，改善石蜡导热率低的缺陷，实现快速储放热；同时，通过测定石蜡-泡沫铜复合相变储能材料的温度，得出其相应的放热量，从而对木材含水率变化值进行实时的精确测定。

本发明中的复合相变储能材料制备工艺简单，储放热速度快，可有效节约能源。

本发明通过测定相变材料的温度变化即可精确获知木材含水率变化值，克服了电测法测含水率所存在的准确性差、误差较大的问题，当木材含水率在30％以上或5％以下时均可以精确测定。通过在线精确测定木材含水率变化值，可保证干燥过程中水分蒸发速度合理，并据此制定后期的干燥工艺，从而控制木材的干燥质量。

实施例1

1、制备复合相变储能模块

1-1、向内部具有空腔、呈长方体型的、用于容纳复合相变储能材料的储能壳体内部填装相同体积的泡沫金属，并称量填装了泡沫金属后的壳体的总重量(m_泡)；储能壳体的长度、高度分别与干燥窑的纵向或横向侧壁的长度、高度尺寸相匹配；壳体的厚度为10mm(通常为10-30mm)；

储能壳体除了为长方体型之外，可以为任意立方体形状，

壳体采用不锈钢、钢、铁、铝、铝合金等导热性能优异的材料制成，优选为不锈钢板制成。而且壳体还具有耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质的性能。

本发明具体实施方式中相变储能壳体以不锈钢板材料制成的、整体呈长方体型为例进行说明；本发明具体实施方式中的泡沫金属以泡沫铜为例，除了泡沫铜之外，其他泡沫金属均适用于本发明(如泡沫铁、泡沫镍、泡沫钛、泡沫铝、泡沫钴、泡沫铬、泡沫钨、泡沫锌及泡沫镁等)；填装了泡沫铜后的壳体的总重量m_泡为465.45kg。

1-2、将固体石蜡盛装在金属容器中进行加热，当用温度计测得石蜡表层温度为48℃时，加热融化，加热完成；接着向填装了泡沫金属铜的相变储能壳体中灌注石蜡，至石蜡的最高液面高于泡沫铜2cm时，注蜡完成；

1-3、将注蜡完成后的相变储能壳体，置于室温下冷却，待石蜡完全凝固后，冷却结束；接着将壳体封口，制成复合相变储能模块。

1-4、称量复合相变储能模块的总质量m_复，按照公式(1)计算得到复合相变储能模块中注入的石蜡的质量(m_石蜡)：

m_石蜡＝m_复-m_泡 (1)

式(1)中，m_石蜡：复合相变储能模块中注入的石蜡的质量(kg)；m_复：复合相变储能模块中石蜡、泡沫金属、壳体的质量(kg)；m_泡：复合相变储能模块中填装的泡沫金属、壳体的质量(kg)。

本发明实施例中安装在干燥窑内的复合相变储能模块的m_复为2405.45kg，m_泡为465.45kg，m_石蜡为1940kg。

2、安装复合相变储能模块

2-1、在太阳能干燥窑的内部沿着干燥窑的纵向或/和横向方向安装制备的呈长方体型的复合相变储能模块，沿干燥窑纵向或/和横向侧壁延伸，且其沿着纵向或/和横向延伸的一侧与干燥窑内壁紧密贴合，如图1；

复合相变储能模块在白天太阳照射下，吸收太阳能，储存热量，供木材晚间进行相变储能干燥时使用。

本发明实施例中以沿着太阳能干燥窑纵向侧壁放置两个复合相变储能模块为例进行说明。

2-2、在复合相变储能模块的中心安装温度传感器，即在复合相变储能模块的长、宽、高三个方向的中心安装温度传感器，以3个温度传感器实时测定温度的均值作为储能材料的中心温度t_中。

3、测定待干木材板材的初含水率M_初

按照国家标准GB/T 6491-1999《锯材干燥质量》，从待干燥木材中截取两块含水率试验片，采用称重法测定木材初含水率。称量含水率试验片湿重(G_湿)；接着将含水率试验片放置在温度为(103±2℃)的烘箱内烘干6±0.25h；然后每隔2h称量并记录一次，直到两次称重的重量相差不超过0.02g，称得的重量为含水率试验片的绝干重量(G_干)；然后再按照公式(2)计算得到含水率试验片的初始含水率：

式(2)中，M_初：含水率试验片初含水率，％；G_湿：含水率试验片的湿重，kg；G_干：含水率试验片的绝干重量，kg。

本发明实施例中测定的待干燥木材的初含水率M_初为81％。

4、待干木材的码垛及计算材堆木材的绝干总重量G_m0

用称测量待干燥木材的总重量G₀(600kg)，接着沿着干燥窑的纵向，按照一层木材板材一层隔条的方式进行码垛，形成长方体型的材堆，其中隔条的厚度为0.03m，宽度为0.025m，隔条之间的间距为0.3m，如图1；然后按照公式(3)计算待干木材绝干总重量G_m0：

式(3)中：G_m0：木材绝干总重量(kg)；M_初：木材初含水率(％)；G₀：木材干燥前的总重量(kg)。

本发明实施例中待干燥木材的总重量G₀为600kg；M_初为81％；G_m0为331.5kg。

木材码垛成的材堆中各层隔条在高度上应自上而下地保持在一条铅垂线上，并应着落在材堆底部的支撑横梁上，从而在上下木材之间造成水平方向气流循环通道，并且防止或减轻木材的翘曲和变形。将码放好的材堆置于顶风式干燥窑内，准备干燥。干燥室内布局如图1所示，干燥窑纵向侧壁两侧为复合相变储能模块，复合相变储能模块中填装了石蜡-泡沫铜复合相变储能材料。

将待干燥木材进行码垛，即按照木材干燥领域中所公开的任何一种木材码放形式码垛，均适用于本发明，码垛过程中相邻两层木材之间间隔一定厚度的隔条，同一隔条层内相邻两根隔条之间间隔一定距离。

5、木材开始进行夜间干燥处理

5-1、码垛于干燥窑内的材堆经过白天的太阳能干燥后，于夜间19时(通常在夜间18-20时)开始，关闭干燥窑的进、排气道，启动风机，使用本发明复合相变储能模块内的材料(即复合相变储能模块内的石蜡-泡沫铜复合相变储能材料)储存的热量进行木材的夜间干燥；与此同时测定复合相变储能模块内石蜡-泡沫铜复合相变储能材料温度T₁(即测定复合相变储能模块中心温度)；

5-2、按照公式(4Ⅰ或4Ⅱ或4Ⅲ)计算夜间19时，复合相变储能模块中单位质量复合相变储能材料的热量Q(T_中0)；

Q(T_中0)＝4234686.195+2312883.54×T×ln T-2854557.434×T^1.5+487166.9027×T²-69495.29027×T²×ln T+114.8162478×T³ (4Ⅰ)

式中：Q(T_中0)为木材夜间干燥开始时复合相变储能模块中单位质量复合相变储能材料的热量，J/g；T为木材夜间干燥开始时复合相变储能模块中复合相变储能材料的温度，T＝T₁，℃；其中：

当蜡-泡沫金属复合相变储能材料的中心温度为25℃＜T₁≤39℃时，采用公式(4I)计算单位质量储能材料的热量；

当蜡-泡沫金属复合相变储能材料的中心温度为39℃＜T₁≤58℃时，采用公式(4II)计算单位质量储能材料的热量；

当蜡-泡沫金属复合相变储能材料的中心温度为58℃＜T₁≤100℃时，采用公式(4III)计算单位质量储能材料的热量。

本实施例中木材夜间干燥开始时，温度传感器测定的复合相变储能材料的温度T₁为70℃，按照公式(4III)计算单位质量的储能材料的热量Q(T_中0)为257.693J/g。

5-3、按照公式(5)计算木材利用相变储能材料进行夜间干燥开始时，复合相变储能模块内存储的总热量Q_总(T_中0)，

Q_总(T_中0)＝Q(T_中0)×m_石蜡 (5)

式(5)中，Q_总(T_中0)：木材利用相变储能材料进行夜间干燥开始时，复合相变储能模块内复合相变储能材料的总热量(kJ)；Q(T_中0)：木材利用相变储能材料进行夜间干燥开始时，复合相变储能模块内单位质量复合相变储能材料的热量(J/g)；m_石蜡：复合相变模块内石蜡的质量(kg)。

木材利用复合相变储能材料进行夜间干燥处理开始时复合相变储能模块的总热量Q_总(T_中0)为499.92×10³kJ。

6、木材停止夜间干燥处理

6-1、木材夜间干燥处理至次日上午6时(通常为5时至7时)，停止相变储能材料的干燥，于此时测定复合相变储能模块内石蜡-泡沫铜复合相变储能材料的温度T₂(即测定复合相变储能模块的中心温度)；

6-2、按照公式(4Ⅰ″或4Ⅱ″或4Ⅲ″)计算木材停止夜间干燥时复合相变储能模块内单位质量复合相变储能材料的热量Q(T_中x)；

Q(T_中x)＝4234686.195+2312883.54×T×ln T-2854557.434×T^1.5+487166.9027×T²-69495.29027×T²×ln T+114.8162478×T³ (4Ⅰ″)

式中：Q(T_中x)为木材次日停止利用复合相变储热模块干燥时，复合相变储能模块中单位质量复合相变储能材料的热量，J/g；T为复合相变储能模块中复合相变储能材料的温度，T＝T₂，℃；其中：

当蜡-泡沫金属复合相变储能材料的中心温度为25℃＜T₂≤39℃时，采用公式(4I″)计算储能材料的热量；

当蜡-泡沫金属复合相变储能材料的中心温度为39℃＜T₂≤58℃时，采用公式(4II″)计算储能材料的热量；

当蜡-泡沫金属复合相变储能材料的中心温度为58℃＜T₂≤100℃时，采用公式(4III″)计算储能材料的热量。

本实施例中木材次日木材停止利用相变储能处理进行夜间干燥时，复合相变储能材料的温度T_中x为28℃，按照公式(4I″)计算单位质量的储能材料的热量，Q(T_中x)为7.62050274J/g。

6-3、按照公式(5″)计算次日木材停止利用相变储能材料进行夜间干燥时，复合相变储能模块内存储的总热量Q_总(T_中x)，

Q_总(T_中x)＝Q(T_中x)×m_石蜡 (5″)

式(5″)中，Q_总(T_中x)：次日木材停止夜间干燥时复合相变储能模块内复合相变储能材料的总热量(kJ)；Q(T_中x)：次日木材停止夜间干燥时复合相变储能模块内单位质量复合相变储能材料的热量(J/g)；m_石蜡：复合相变模块内石蜡的质量(kg)。

次日木材停止利用相变储能处理进行夜间干燥时，复合相变储能模块的总热量Q_总(T_中x)为14.78×10³kJ。

7、计算木材利用相变储能材料进行夜间干燥过程中，复合相变储能模块内的储能材料的总放热量ΔQ：

ΔQ＝Q_总(T_中0)-Q_总(T_中x)

ΔQ为485.14×10³kJ。

8、计算木材经过相变储能干燥后的含水率变化值

8-1、根据《饱和水蒸气表》(参见：潘永康，王喜忠，刘相东主编.现代干燥技术[M].北京：化学工业出版社.2007.p1510)，查得木材夜间干燥开始时和次日木材停止夜间干燥时复合相变储能模块的温度分别所对应的水的汽化热，取两者平均值，获得水的汽化潜热H_水，温度为28℃、70℃的水的汽化热分别为2427.78kJ/kg、2331.2kJ/kg，二者平均值为2379.49kJ/kg，即H_水为2379.49kJ/kg；

8-2、按照公式(7)计算利用相变储能模块干燥木材时，复合相变材料释放的热量所能干燥去除的水的质量G_水，

式(7)中：G_水：干燥的水的重量(kg)；ΔQ：石蜡-泡沫金属复合相变储能材料的放热量(kJ)；H_水：水的汽化潜热(kJ/kg)。G_水为203.88kg。

8-3、按照公式(8)计算木材的含水率变化值：

式(8)中，M_变：木材的含水率变化值(％)；G_水：干燥的水的重量(kg)；G_m0：木材绝干总重量(kg)。

M_变为61.50％。经过一夜的干燥，木材含水率降低了61.50％。

实施例2

步骤1-4与实施例1相同；

5、木材开始进行夜间干燥处理

除了木材夜间干燥处理的开始时间为20时，木材夜间干燥开始时复合相变储能模块内石蜡-泡沫铜复合相变储能材料的温度T₁为61℃，按照公式(4III)计算单位质量的储能材料的热量，Q(T_中0)为241.321J/g；木材利用相变储能材料进行夜间干燥处理开始时，复合相变储能模块的总热量Q_总(T_中0)为468.163×10³kJ之外，其余与实施例1相同。

6、木材夜间干燥处理

除了在木材夜间干燥至次日2时，测定此时复合相变储能模块内石蜡-泡沫铜复合相变储能材料的温度T_i(即测定复合相变储能模块的中心温度)为41℃，按照公式(4Ⅱ′)计算木材夜间干燥过程中，复合相变储能模块内单位质量复合相变储能材料的热量Q(T_中i)为65.33J/g；木材夜间进行相变储能干燥处理过程中，复合相变储能模块的总热量Q_总(T_中i)为126.750×10³kJ之外，其余与实施例1相同。

7、计算木材利用相变储能材料进行夜间干燥过程中，复合相变储能模块内的储能材料总放热量ΔQ为341.413×10³kJ。

8、除了温度为41℃、61℃的水的汽化热分别为2398.78kJ/kg、2352.76kJ/kg，二者平均值为2375.77kJ/kg，即H_水为2375.77kJ/kg；复合相变储能模块释放的总热量所能干燥的水的质量G_水为143.706kg；木材的含水率变化值M_变为43.35％之外，其余与实施例1相同。

本方法可随时根据复合相变储能模块内的石蜡-泡沫金属复合材料的温度在线得到木材含水率变化值，根据该含水率变化值和夜晚开始干燥时的木材含水率，可得到木材夜间干燥时的木材含水率和含水率变化值，依据此时的含水率、所干燥木材的干燥特性和终含水率要求，确定白天使用其他能源干燥时的干燥基准，继续干燥。

本发明上述实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种检测木材夜间干燥过程中含水率变化值的方法，其特征是，包括如下顺序进行的步骤：

1）在太阳能干燥窑内安装复合相变储能模块，复合相变储能模块内装填复合相变储能材料，吸收、储存太阳能，为干燥窑内木材夜间干燥提供热能，其中所述复合相变储能模块按照如下方法制备而成：

1A）向壳体内装填相同体积的泡沫金属，并称量装填了泡沫金属后的壳体的总质量

；

1B）将石蜡加热融化后，灌注至壳体内，冷却后，制成复合相变储能模块；

1C）称量复合相变储能模块的总质量

，按照如下公式1计算得到复合相变储能模块中注入的石蜡的质量

：

（1）

式1中，

：复合相变储能模块中注入的石蜡的质量，kg；

：复合相变储能模块中石蜡、泡沫金属和壳体的总质量，kg；

复合相变储能模块中填装的泡沫金属和壳体的质量，kg；

2）测定干燥窑内待干燥木材的绝干总重量

；

3）测定木材在进行夜间干燥的开始时的复合相变储能模块的温度，计算木材夜间干燥开始时的复合相变储能模块的总热量

；其中，所述夜间干燥开始时复合相变储能模块的总热量

按照如下步骤进行测定：

3A）根据测定木材夜间干燥起始时复合相变储能模块的温度T ₁ ；按照如下公式4Ⅰ或公式4Ⅱ或公式4Ⅲ计算木材夜间干燥起始时，复合相变储能模块中单位质量复合相变储能材料的热量

；

（4Ⅰ）

（4Ⅱ）

（4Ⅲ）

式中：

为复合相变储能模块中单位质量复合相变储能材料的热量，J/g；

为复合相变储能模块中复合相变储能材料的温度，T= T ₁ ，℃；

其中，当所述复合相变储能模块的温度为25℃＜T ₁ ≤39℃时，则采用公式4I计算单位质量储能材料的热量；当所述复合相变储能模块的温度为39℃＜T ₁ ≤58℃时，则采用公式4II计算单位质量储能材料的热量；当所述复合相变储能模块的温度为58℃＜T ₁ ≤100℃时，则采用公式4III计算单位质量储能材料的热量；

3B）按照如下公式5计算木材夜间利用相变储能材料干燥起始时，复合相变储能模块内存储的总热量

，

（5）

式5中，

：木材夜间进行相变储能干燥起始时复合相变储能模块内复合相变储能材料的总热量，kJ；

：木材夜间进行相变储能干燥起始时复合相变储能模块内单位质量复合相变储能材料的热量，J/g；

：复合相变模块内石蜡的质量，kg；

4）测定木材进行夜间干燥的过程中复合相变储能模块的温度，计算木材利用复合相变储能材料在夜间进行干燥的过程中的复合相变储能模块的总热量

；其中，所述木材利用复合相变储能材料在夜间进行干燥的过程中的复合相变储能模块的总热量

按照如下步骤进行测定：

4A）根据测定木材夜间干燥过程中复合相变储能模块的温度T _i ；按照如下公式4Ⅰ′或公式4Ⅱ′或公式4Ⅲ′计算木材夜间干燥过程中，复合相变储能模块中单位质量复合相变储能材料的热量

；

（4Ⅰ′）

（4Ⅱ′）

（4Ⅲ′）

式中：

为复合相变储能模块中单位质量复合相变储能材料的热量，J/g；

为复合相变储能模块中复合相变储能材料的温度，T= T _i ，℃；

其中，当所述复合相变储能模块的温度为25℃＜T _i ≤39℃时，则采用公式4I′计算单位质量储能材料的热量；当所述复合相变储能模块的温度为39℃＜T _i ≤58℃时，则采用公式4II′计算单位质量储能材料的热量；当所述复合相变储能模块的温度为58℃＜T _i ≤100℃时，则采用公式4III′计算单位质量储能材料的热量；

4B）按照如下公式5′计算木材夜间干燥过程中，复合相变储能模块内的总热量

，

（5′）

式5′中，

：木材夜间干燥过程中复合相变储能模块内复合相变储能材料的总热量，kJ；

：木材夜间干燥过程中复合相变储能模块内单位质量复合相变储能材料的热量，J/g；

：复合相变模块内石蜡的质量，kg；

5）测定经过夜间干燥处理后，复合相变储能模块的放热量

，其中按照如下公式6计算所述的

，

（6）

式6中，

：复合相变储能模块中复合相变储能材料的放热量，kJ；

：木材晚间干燥开始时复合相变储能模块中复合相变储能材料的初始热量，kJ；

：木材夜间干燥过程中复合相变储能模块中复合相变储能材料的热量，kJ；

6）按照如下公式7计算利用相变储能模块干燥木材时，复合相变材料释放的热量所能干燥去除的水的质量

，

（7）

式7中：

：干燥去除的水的质量，kg；

：复合相变储能模块内的相变储能材料的放热量，kJ；

：水的汽化潜热，kJ/ kg；

7）按照如下公式8计算木材的含水率变化值

，

（8）

式8中，

：木材的含水率变化值，%；

：干燥去除的水的质量，kg；

：木材绝干总重量，kg。

2.如权利要求1所述的方法，其特征是，步骤2）中所述木材的绝干总重量按照如下顺序进行的步骤进行：

2A）测定待干燥木材的初始含水率

；

2B）称量码垛于干燥窑内的材堆的木材的总重量

；

2C）按照如下公式3计算待干燥木材的绝干总重量

，

（3）

式3中：

：木材绝干总重量，kg；

：木材初始含水率，%；

：木材干燥前的总重量，kg。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征是，步骤3）中所述木材在夜间进行相变储能干燥起始时间为18-20时。

4.如权利要求3所述的方法，其特征是，所述木材在夜间进行相变储能干燥起始时间为19时。

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