単層木材パネルの乾燥に電気加熱はエネルギー集約的か？4つの設計パラメータを強化するための提案

近年、合板単板の乾燥特性について、主に熱風乾燥に焦点を当てた綿密な研究が世界的に行われている。温度と風速を上げることで、乾燥プロセスを加速させることに進歩が見られます。より先進的なシステムでは、ドイツが最高60m/sのジェット速度を開発し、210℃から290℃の温度制御で、最高38%の熱効率を達成している。エネルギー消費に相当するのは、蒸発した水1kgあたり1.9kWhである。歴史的に、乾燥装置における合金線電気発熱体のエネルギー利用率は低く、蒸発水1kgあたり5kWhに相当する高い総合エネルギー消費率をもたらしてきた。そのため、電気加熱乾燥は広く普及していない。

単層パネル用の電気加熱乾燥の普及が限定的である主な理由は、エネルギー消費が大きいことである。最新のジェット式単層乾燥機は、短期的には赤外線乾燥機の発展を抑制した。しかし、赤外線乾燥理論は熱風乾燥理論より進んでいる。市場に受け入れられる理論には、数年から数十年の時間が必要です。赤外線乾燥の利点は理論的に分析できる。熱循環方式と比較すると、空気温度は100℃、相対湿度は約5%、風速は2m/sです。赤外線放射源の表面温度が600℃に達すれば、その熱流束は対流乾燥の30倍となり、赤外線乾燥法は有望である。

最初に取り組むべき課題は、エネルギー利用効率の向上である。これには主に、電気ヒーターの電気から熱への変換率を高めることと、単層パネルによる熱の吸収率を高めることの2つの側面がある。同様に、エネルギー消費量の削減には、機器の熱損失率の低減と熱回収率の向上という2つの分野での取り組みが必要である。これらの目標を達成することで、単層パネル乾燥の分野で、電気加熱乾燥システムが熱風乾燥システムに取って代わる道が開けるかもしれない。

1.発熱体の電気-熱変換率の向上

エネルギー効率を高めるには、次のような使い方を検討する。 カーボンファイバー発熱体95%から98%への変換率を誇る。加熱中、異なる波長の赤外線または遠赤外線を放射します。このため、カーボンファイバー発熱体は単層パネルの乾燥に適しています。対照的に、タングステン線赤外線発熱体は約90%変換を達成し、一方、合金抵抗線は約65%である。どちらも、時間の経過とともに徐々に電力が低下し、初期電流の影響が大きいためソフトスタート装置が必要になるという欠点があります。

2.木材パネルの熱吸収率の向上

乾燥メカニズムには、受動的加熱と能動的加熱の2つがある。受動的加熱は、熱循環乾燥メカニズムに見られるように、高温環境で熱を吸収し、外側から内側へと温める。能動的加熱は、マイクロ波や赤外線放射加熱のように、エネルギーを吸収して内側から加熱する。後者は熱効率が高い。マイクロ波加熱は初期投資コストが高いため現実的ではないが、赤外線放射加熱は赤外線で木材パネルを積極的に加熱するため、費用対効果が高い。

3.機器の熱損失率の低減

効果的な断熱対策は、熱損失を減らすために極めて重要である。十分な断熱を施すことで、断熱性の高い機器の外表面温度が50℃を超えるのを防ぐことができる。断熱材は、地域や現場固有の要件に基づいて選択し、必ずしも高コストや低価格でなくとも品質を選ぶ。さらに、放熱孔を減らし、製品の出入り口に断熱対策を施して熱の流れを最小限にすることで、熱損失を最小限に抑える。

4.設備熱利用率の向上

効率的な熱回収は熱風乾燥装置において重要であり、熱の再利用を最大化することで全体的な稼働率が大幅に向上する。同様に、赤外線放射乾燥に炭素繊維発熱体を使用する場合も熱回収が必要である。適切な機器メーカーによる現場検査と設計の後、排気口に熱回収装置を設置する。

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