[實用新型]一種用于改善木材微波預處理效果的諧振腔

有效

• 申請號: 201320072588.2
• 申請日: 2013-02-10
• 公開（公告）號: CN203120203U
• 公開（公告）日: 2013-08-07
• 發明（設計）人: 羅勇鋒;李羲;李賢軍;柴媛
• 申請（專利權）人: 中南林業科技大學
• 主分類號: H05B6/64
• 分類號: H05B6/64;F26B23/08
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• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及木材微波預處理技術領域，具體的說是用于直接向木材提供微波能量的諧振腔。

背景技術

微波干燥木材是以均勻的微波場使木材自身整體生熱，可消除干燥過程中的溫度梯度及含水率梯度，其中水分由內向外同時排出使木材的膨脹收縮系數基本一致，這樣木材在干燥過程中可最大限度避免變形、開裂、干枯、碳化等損失，能提高木材的成材率。與傳統干燥方式相比，具有干燥速率大、節能、生產效率高、干燥均勻、清潔生產、易實現自動化控制和提高產品質量等優點，微波干燥過程中易于控制；且沒有噪音和有害氣體排放，屬于環保干燥技術。微波加熱干燥使的木材內部溫度高于表面。使木材內部形成向外的壓力差，加速了水分的表面遷移，所以微波干燥木材的速度遠大于對流干燥速度快20?–30倍。比遠紅外和蒸汽干燥能耗降低25%以上。微波干燥物料可使木材內部的溫度高于60℃，使用木材中寄生的蟲卵很快殺滅、達到防蛀、防霉的作用。對于各種不同性質的木材要先取合適的微波加熱速度，達到最佳的工藝條件，可獲得更佳的效益。

我國速生人工林面積和蓄積量均居世界首位，但速生材普遍存在著滲透性差、干燥與后期防腐、阻燃等缺陷，使得其實木高附加值利用一直未取得突破性進展。高強度微波預處理是近年來出現在木材改性領域的新技術，其基本原理是利用高強度微波對濕木材進行瞬時處理，使木材內水分在短時間內獲得足夠多的能量，產生相變和氣體熱壓效應，在蒸氣膨脹動力帶動下，破壞木材內部構造，提高流體遷移能力，為木材后期的干燥、浸注處理，甚至新材料制備創造極為有利的前提條件。目前，美國、澳大利亞和中國等國家都已開始試制高強木材微波預處理專用設備，并研究了微波預處理對木材體積膨脹率、滲透性和干燥速率的影響規律。其初步研究結果表明，優化的高強度微波預處理可使木材體積增大10%以上，防腐劑滲透量增加10-14?倍，干燥速率提高5-10?倍，干燥質量顯著改善。澳大利亞墨爾本大學甚至還通過該技術對木材進行拆解和重構處理，試制出了具有高滲透性、低密度的新型木材與具有高強度、高表面硬度的新型木質復合材料。這一研究為速生人工林木材資源的高質化利用開辟了一條嶄新的道路。但在木材微波預處理研究過程中，研究人員發現：木材經過微波預處理后，其內部的微觀和宏觀孔隙分布不夠均勻，給木材的后期浸注處理和高性能新材料的制備帶來了很大困難。這些不均勻與木材本身的性質和介電常數分布不均勻有一定關系，然而我們無法改變木材本身的屬性，只能改善其加熱外部條件以減少其干燥損失。

與加熱條件有關的主要有微波頻率和微波加熱腔體，這兩者共同決定加熱時木材的溫度分布。用于微波干燥木材的微波頻率有0.915Ghz和2.45Ghz兩種，在實踐中發現，頻率為0.915Ghz的微波對木材加熱溫度分布均勻性較為有利，在設計中可以更多地考慮使用該頻率。頻率選定后，問題的中心就轉移到微波腔的設計了，因此，如何通過研制微波能分布均勻的微波諧振腔來開發高效微波預處理設備，已經成為制約木材高強微波預處理技術研發的核心和關鍵問題。

目前，有一種用于木材微波預處理的諧振腔，為單口斜入射結構，存在的問題是加熱時高溫區域偏離中心區域，不利于形成內高外低的溫差，導致預處理效果不佳。

發明內容

本發明所要解決的問題是如何使木材微波預處理時高溫區域分布在正中心并保證溫度分布的均勻性。

結合微波木材干燥理論，我們模擬了多種情況，下面是溫度分布均勻性較好的一個加熱諧振腔的設計。

一種用于改善木材微波預處理效果的諧振腔，包括一個水平長方體微波腔A和兩個豎直方向的長方體微波腔B和C，?B和C分別與A的上下兩面相接，?B和C與A?的接觸面都是一個鏤空的矩形，該矩形左右寬為0.24765m，前后長為0.12382m，?B的上口和C的下口為開口，A前后兩口開口，A左右寬度和B、C相等，A的上下高度范圍在0.08-0.10m。

A的前后長度大于0.20m。

B和C的高度都大于0.02m。

B和C的前后位置在A的中點。

木材上下兩面有同相位的對稱微波能量饋入，這種饋入方式使電磁能量更均勻地集中于木材，選擇微波腔A的最佳高度可使溫度升高比較均勻，同時由于微波能量相對集中于木材中部，導致中部溫度較高，有利于木材的干燥。改善木材微波預處理效果對木材的后期浸注處理和高性能新材料的制備都有重要的意義。

附圖說明

圖1是雙口饋入諧振腔結構示意圖

圖2是單口饋入諧振腔結構示意圖

圖3是雙口饋入平行yz平面的木材多截面溫度分布圖

圖4是單口饋入平行yz平面的木材多截面溫度分布圖