[实用新型]一种用于改善木材微波预处理效果的谐振腔

说明书

技术领域

本发明涉及木材微波预处理技术领域，具体的说是用于直接向木材提供微波能量的谐振腔。

背景技术

微波干燥木材是以均匀的微波场使木材自身整体生热，可消除干燥过程中的温度梯度及含水率梯度，其中水分由内向外同时排出使木材的膨胀收缩系数基本一致，这样木材在干燥过程中可最大限度避免变形、开裂、干枯、碳化等损失，能提高木材的成材率。与传统干燥方式相比，具有干燥速率大、节能、生产效率高、干燥均匀、清洁生产、易实现自动化控制和提高产品质量等优点，微波干燥过程中易于控制；且没有噪音和有害气体排放，属于环保干燥技术。微波加热干燥使的木材内部温度高于表面。使木材内部形成向外的压力差，加速了水分的表面迁移，所以微波干燥木材的速度远大于对流干燥速度快20 –30倍。比远红外和蒸汽干燥能耗降低25%以上。微波干燥物料可使木材内部的温度高于60℃，使用木材中寄生的虫卵很快杀灭、达到防蛀、防霉的作用。对于各种不同性质的木材要先取合适的微波加热速度，达到最佳的工艺条件，可获得更佳的效益。

我国速生人工林面积和蓄积量均居世界首位，但速生材普遍存在着渗透性差、干燥与后期防腐、阻燃等缺陷，使得其实木高附加值利用一直未取得突破性进展。高强度微波预处理是近年来出现在木材改性领域的新技术，其基本原理是利用高强度微波对湿木材进行瞬时处理，使木材内水分在短时间内获得足够多的能量，产生相变和气体热压效应，在蒸气膨胀动力带动下，破坏木材内部构造，提高流体迁移能力，为木材后期的干燥、浸注处理，甚至新材料制备创造极为有利的前提条件。目前，美国、澳大利亚和中国等国家都已开始试制高强木材微波预处理专用设备，并研究了微波预处理对木材体积膨胀率、渗透性和干燥速率的影响规律。其初步研究结果表明，优化的高强度微波预处理可使木材体积增大10%以上，防腐剂渗透量增加10-14 倍，干燥速率提高5-10 倍，干燥质量显著改善。澳大利亚墨尔本大学甚至还通过该技术对木材进行拆解和重构处理，试制出了具有高渗透性、低密度的新型木材与具有高强度、高表面硬度的新型木质复合材料。这一研究为速生人工林木材资源的高质化利用开辟了一条崭新的道路。但在木材微波预处理研究过程中，研究人员发现：木材经过微波预处理后，其内部的微观和宏观孔隙分布不够均匀，给木材的后期浸注处理和高性能新材料的制备带来了很大困难。这些不均匀与木材本身的性质和介电常数分布不均匀有一定关系，然而我们无法改变木材本身的属性，只能改善其加热外部条件以减少其干燥损失。

与加热条件有关的主要有微波频率和微波加热腔体，这两者共同决定加热时木材的温度分布。用于微波干燥木材的微波频率有0.915Ghz和2.45Ghz两种，在实践中发现，频率为0.915Ghz的微波对木材加热温度分布均匀性较为有利，在设计中可以更多地考虑使用该频率。频率选定后，问题的中心就转移到微波腔的设计了，因此，如何通过研制微波能分布均匀的微波谐振腔来开发高效微波预处理设备，已经成为制约木材高强微波预处理技术研发的核心和关键问题。

目前，有一种用于木材微波预处理的谐振腔，为单口斜入射结构，存在的问题是加热时高温区域偏离中心区域，不利于形成内高外低的温差，导致预处理效果不佳。

发明内容

本发明所要解决的问题是如何使木材微波预处理时高温区域分布在正中心并保证温度分布的均匀性。

结合微波木材干燥理论，我们模拟了多种情况，下面是温度分布均匀性较好的一个加热谐振腔的设计。

一种用于改善木材微波预处理效果的谐振腔，包括一个水平长方体微波腔A和两个竖直方向的长方体微波腔B和C， B和C分别与A的上下两面相接， B和C与A 的接触面都是一个镂空的矩形，该矩形左右宽为0.24765m，前后长为0.12382m， B的上口和C的下口为开口，A前后两口开口，A左右宽度和B、C相等，A的上下高度范围在0.08-0.10m。

A的前后长度大于0.20m。

B和C的高度都大于0.02m。

B和C的前后位置在A的中点。

木材上下两面有同相位的对称微波能量馈入，这种馈入方式使电磁能量更均匀地集中于木材，选择微波腔A的最佳高度可使温度升高比较均匀，同时由于微波能量相对集中于木材中部，导致中部温度较高，有利于木材的干燥。改善木材微波预处理效果对木材的后期浸注处理和高性能新材料的制备都有重要的意义。

附图说明

图1是双口馈入谐振腔结构示意图

图2是单口馈入谐振腔结构示意图

图3是双口馈入平行yz平面的木材多截面温度分布图

图4是单口馈入平行yz平面的木材多截面温度分布图