DE102008006071A1 - Verfahren zum Trocknen von Holz, Verfahren zum Imprägnieren von Holz mit Chemikalien und Trocknungsvorrichtung - Google Patents

Verfahren zum Trocknen von Holz, Verfahren zum Imprägnieren von Holz mit Chemikalien und Trocknungsvorrichtung Download PDF

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Koichi Tsubuka-shi Setoyama
Yutaka Tsubuka-shi Kataoka
Hiroaki Tsubuka-shi Matsui
Hiroshi Tsubuka-shi Matsunaga
Takeshi Tsubuka-shi Fujiwara
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Abstract

Ein Verfahren zum Trocknen von Holz in einer kurzen Zeitdauer mit weniger Energieverwendung. Das Verfahren zum Trocknen von Holz weist auf: Einschließen von Holz in einen Chargenbehälter, der ein Drucklöseventil aufweist; Füllen von Fluid in den Chargenbehälter unter Druck; Aufrechterhalten einer Temperatur und eines Drucks bei oder oberhalb eines kritischen Punkts des Fluids für eine gewisse Zeitdauer und dann Öffnen des Drucklöseventils des Chargenbehälters, um den Innendruck auf Atmosphärendruck zu reduzieren.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • 1. Feld der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trocknen von Holz unter Verwendung von überkritischem Fluid, ein Verfahren zum Imprägnieren von Holz mit Chemikalien und eine Trocknungsvorrichtung.
  • 2. Beschreibung des verwandten Fachgebiets
  • Frisch von Bäumen geschnittene Holzstücke (grünes Holz) enthalten eine wesentliche Feuchtigkeitsmenge. Die Feuchtigkeitsmenge hängt von solchen Faktoren wie dem Typ von Bäumen und den Wachstumsbedingungen ab und erreicht oder überschreitet oft eine Hälfte des Gewichts bei grünem Holz. Deshalb wird, wenn grünes Holz, ohne getrocknet zu werden, als Hausmaterial oder dergleichen verwendet wird, das Holz infolge eines allmählichen Verdampfens von Feuchtigkeit schrumpfen, was Reißen oder Verformung hervorruft, nachdem die Gebäude fertiggestellt sind. Im schlimmsten Fall kann dies sogar lebensbedrohende gefährliche Gebäude, beispielsweise ein sogenanntes schadhaftes Heim, zur Folge haben. Um solche Probleme zu vermeiden, ist es notwendig, Holz vor der Verwendung durch eine geeignete Feuchtigkeitsmenge zu trocknen. Zu diesem Zweck sind verschiedene Holztrocknungstechniken verwendet worden.
  • Lufttrocknung, eine klassische Technik zum Trocknen von Holz, beinhaltet Stapeln von Holzstücken auf eine gestaffelte Weise, um eine Wasserverdampfung zu ermöglichen. Dies verlangt keine aktive Verwendung von Energie, das Trocknen braucht jedoch eine lange Zeit, in der Größenordnung von einigen Monaten. Aus diesem Grund werden jetzt typisch Ofentrockner verwendet, um ein Trocknen in etwa sieben bis neun Tagen zu erreichen. Für eine weitere Reduzierung der Trocknungszeitdauer kann überhitz ter Dampf mit Drucksteuerung verwendet werden, so daß Feuchtigkeit allmählich erniedrigt wird, um eine Trocknung in drei bis vier Tagen zu vollenden. Trocknen unter reduziertem Druck, das eine Senkung des Siedepunkts durch Dekompression zum schnelleren Trocknen aufweist, und Hochfrequenz-Trocknen zum beschleunigten Trocknen innerhalb des Holzes sowie an der Oberfläche werden manchmal in Kombination verwendet. Für eine reduzierte Behandlungsdauer und für eine gleichmäßige Oberflächenbeschaffenheit können auch mehrere Trocknungstechniken geeignet kombiniert werden, wenn auch mit einem beträchtlichen Kostenanstieg aufgrund von Faktoren, wie beispielsweise die verwendete Energiemenge.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Trocknen von Holz in einer kurzen Zeitdauer mit weniger Energie.
  • Um die vorstehenden Probleme zu lösen, haben die Erfinder intensive Studien durchgeführt und herausgefunden, daß die vorstehenden Probleme unter Verwendung der Eigenschaften von überkritischem Fluid gelöst werden können, und haben auf diese Weise die vorliegende Erfindung erzielt.
  • Insbesondere betrifft das Wesentliche der vorliegenden Erfindung folgendes:
    • (1) Ein Verfahren zum Trocknen von Holz mit den Schritten: Laden von Holz und Fluid in einen Chargenbehälter, der ein Drucklöseventil aufweist; Aufrechterhalten einer Temperatur und eines Drucks bei oder oberhalb eines kritischen Punkts des Fluids für eine gegebene Zeitdauer; und dann Öffnen des Ventils des Chargenbehälters, um den Innendruck auf Atmosphärendruck zu reduzieren.
    • (2) Das Verfahren zum Trocknen von Holz gemäß (1), wobei das Fluid flüssiges oder gasförmiges Kohlendioxid oder Stickstoff ist.
    • (3) Ein Verfahren zum Imprägnieren von Holz mit Chemikalien mit den Schritten: Einschließen von Holz in einen Chargenbehälter, der ein Drucklöseventil aufweist; Füllen des Chargenbehälters mit Fluid unter Druck; Aufrechterhalten einer Temperatur und eines Drucks bei oder oberhalb eines kritischen Punkts des Fluids; Öffnen des Drucklöseventils des Chargenbehälters, um den Innendruck auf Atmosphärendruck zu reduzieren; und Imprägnieren des resultierenden behandelten Holzes mit flüssigen Chemikalien.
    • (4) Das Verfahren zum Imprägnieren von Holz mit Chemikalien gemäß (3), wobei das Fluid flüssiges oder gasförmiges Kohlendioxid oder Stickstoff ist.
    • (5) Eine Vorrichtung zum Trocknen von Holz, aufweisend: einen Chargenbehälter zur Aufnahme von Holz; ein an dem Chargenbehälter bereitgestelltes Drucklöseventil; einen Füllbehälter, der Fluid enthält; eine Druckpumpe zum Einführen des Fluids aus dem Füllbehälter in den Chargenbehälter unter Druck; und einen Heizer zum Heizen bzw. Erwärmen des Chargenbehälters.
    • (6) Ein Verfahren zum Trocknen von Holz in einer kurzen Zeitdauer mit weniger Energieverwendung. Das Verfahren zum Trocknen von Holz weist auf: Einschließen von Holz in einen Chargenbehälter, der ein Drucklöseventil aufweist; Füllen von Fluid in den Chargenbehälter unter Druck; Aufrechterhalten einer Temperatur und eines Drucks bei oder oberhalb eines kritischen Punkts des Fluids für eine gewisse Zeitdauer; und dann Öffnen des Drucklöseventils des Chargenbehälters, um den Innendruck auf Atmosphärendruck zu reduzieren.
  • Die vorliegende Erfindung hat die folgenden Wirkungen.
    • (1) Da Holz durch eine Behandlung selbst bei einer niedrigen Temperatur in der Größenordnung von 40°C getrocknet werden kann, ist es möglich, den Energieverbrauch im Vergleich zu herkömmlichen Hitzetrocknungstechniken wesentlich zu reduzieren.
    • (2) Selbst eine sehr schnelle Behandlung kann den Feuchtigkeitsgehalt um mehrere zehn Prozent reduzieren und insgesamt nur etwa eine Stunde für eine einzelne Behandlungsrunde benötigen. Dieses Verfahren der vorliegenden Erfindung kann verwendet werden, um einen Trocknungsprozeß, der durch herkömmliche Techniken mindestens einige Tage brauchen würde, wesentlich zu verkürzen.
    • (3) Durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung getrocknete Holzstücke verbessern sich sehr in Wasserdurchlässigkeit. Dies ermöglicht ein ausreichendes und gleichmäßiges Imprägnieren von Holzschutzmitteln und Termitiziden in den Holzkern im Anschluß an die Trocknungsbehandlung. Es ist dementsprechend möglich, Holz mit hoher Haltbarkeit herzustellen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist ein Blockdiagramm, das eine Ausführungsform einer Trocknungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt; und
  • 2 ist ein Diagramm, das Ergebnisse eines Wasserdurchlässigkeit-Bewertungsexperiments in Ausführungsform 3 zeigt.
  • Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Holz, das durch die vorliegende Erfindung zu behandeln ist, ist nicht auf einen besonderen Baumtyp beschränkt. Weder der Feuchtigkeitsgehalt des Holzes (Feuchtigkeitsgewichtsprozent in bezug auf das Holztrockengewicht) noch dessen Querschnittstruktur ist im einzelnen beschränkt.
  • Der in der vorliegenden Erfindung zu verwendende Chargenbehälter ist nicht auf einen besonderen Typ beschränkt, solange er das zu trocknende Holz aufnehmen kann und überkritisches Fluid halten kann. Behälter, die eine zylindrische Form haben, sind jedoch bevorzugt, da sie den überkritischen hohen Druckzustand leichter aushalten können. Als Material sind rostfreie Stähle mit hoher Korrosionsbeständigkeit, beispielsweise SUS 316, wünschenswert.
  • Beispiele eines überkritischen Fluids, das sich für eine Verwendung mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung eignet, sind überkritisches Kohlendioxid und überkritischer Stickstoff. Es wird erwartet, daß überkritisches Kohlendioxid besonders wirkungsvoll ist. Der Grund ist unbekannt, aber es scheint, daß überkritisches Kohlendioxid eine hohe Löslichkeit in Wasser hat. Dementsprechend wird, da der Vorgang der enormen Dekompression mit einer großen Menge an überkritischem Kohlendioxid in Lösung in dem Wasser innerhalb des Holzes durchgeführt wird, Kohlendioxid vergasen, um Feuchtigkeit kraftvoll aus dem Holz auszutreiben.
  • Eine Beschreibung des Verfahrens zum Trocknen von Holz gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun gegeben.
  • Der Chargenbehälter mit dem darin eingeschlossenen Holz wird mit gasförmigem oder flüssigem Fluid unter Verwendung einer Kompressionspumpe mit einem Druck bei oder oberhalb des kritischen Punkts des Fluids gefüllt. Um Temperaturen bei oder oberhalb des kritischen Punkts zu erreichen, kann der Behälter vorerhitzt werden, bevor das Fluid unter Druck eingeführt wird. Anderenfalls kann das Druckfüllen mit dem Fluid durchgeführt werden, bevor der Chargenbehälter erhitzt wird. Der kritische Punkt des Fluids ist 31°C/7,4 MPa für Kohlendioxid und –147°C/3,4 MPa für Stickstoff.
  • Die Temperatur- und Druckbedingungen sind nicht auf spezielle Werte beschränkt, solange der kritische Punkt erreicht oder überschritten wird. Der Temperaturbereich ist von 40°C bis 120°C, bevorzugt 40°C bis 90°C und noch stärker bevorzugt 40°C bis 80°C. Der Druckbereich ist von 10 bis 30 MPa, bevorzugt 10 bis 25 MPa und noch stärker bevorzugt 10 bis 20 MPa.
  • Die Temperatur und der Druck werden für eine gegebene Zeitdauer bei oder oberhalb des kritischen Punkts des Fluids gehalten. Dies bewirkt ein Eindringen des überkritischen Fluids in das Zentrum des Holzes, so daß das überkritische Fluid in einer großen Menge des in dem Holz enthaltenen Wassers gelöst wird. Die Haltedauer ist von 5 bis 60 Minuten, bevorzugt 10 bis 40 Minuten und noch stärker bevorzugt 20 bis 40 Minuten.
  • Nach der gegebenen Temperatur- und Druckhaltedauer wird das Ventil des Chargenbehälters geöffnet, um den Innendruck auf Atmosphärendruck zu reduzieren. Wenn das Ventil geöffnet wird, werden das in das Holz eingedrungene überkritische Fluid und die damit verbundene Feuchtigkeit aus dem Holz freigesetzt, wodurch das Holz trocknet. Die Dekompressionsrate hängt von der Größe des Chargenbehälters ab. Ein Behälter mit einer Kapazität von beispielsweise 2 Litern wird wünschenswert in ungefähr 30 bis 90 Sekunden auf Atmosphärendruck dekomprimiert.
  • Beispielsweise wurde in einem Experiment, das durchgeführt worden ist, ein Stück eines grünen Kernholzes eines Japanischen Zedernholzes einer Größe von 700 mm (L) × 30 mm (R) × 30 mm (T) in einen Chargenbehälter einer Kapazität von ungefähr 2 Litern gelegt und wurde mit überkritischem Kohlendioxid bei 70°C bis 80°C/10 MPa für 40 Minuten gehalten, bevor es in ungefähr 60 Sekunden auf Atmosphärendruck dekomprimiert wurde. Das grüne Holz, das einen Anfangsfeuchtigkeitsgehalt von 164,3% hatte, sank auf 95,3%, unmittelbar nachdem das Ventil geöffnet wurde. Sogar nach dem anfänglichen Öffnen stieß das Holz für ungefähr eine bis zwei Stunden bei Raumtemperaturen unter Atmosphärendruck weiterhin Feuchtigkeit und Kohlendioxid aus. Der Feuchtigkeitsgehalt sank auf 81,0% in zwei Stunden und 57,2% in 24 Stunden nach der Behandlung.
  • Wie oben ist offensichtlich geworden, daß der Trocknungsprozeß, der früher durch herkömmliche Techniken, wie Ofentrocknung und Behandlung mit überkritischem Dampf, mehrere Tage gedauert hat, mit der Verwendung von überkritischem Fluid wesentlich verkürzt werden kann. Während die herkömmlichen Verfahren für das Trocknen so hohe Temperaturen wie 120°C bis 140°C erforderten, liefert zudem das überkritische Fluid eine ausreichende Abnahme des Feuchtigkeitsgehalts sogar mit einer Behandlung bei einer niedrigen Temperatur von 40°C bis 45°C. Dies erlaubt eine wesentliche Reduktion der Energieverwendung.
  • Mögliche Ausführungsformen des Verfahrens der vorliegenden Erfindung sind eine, in welcher die vorliegende Erfindung nur einmal durchgeführt wird, eine, in welcher die vorliegende Erfindung mehrere Male in Folge durchgeführt wird, um den Feuchtigkeitsgehalt in einer kurzen Zeitdauer zu erniedrigen, und eine, in welcher die vorliegende Erfindung in Kombination mit oder als Vorverarbeitung oder Nachverarbeitung für herkömmliche Trocknungstechniken durchgeführt wird.
  • Durch die vorliegende Erfindung getrocknete Holzstücke verbessern sich sehr in Durchlässigkeit. Daher können flüssige Chemikalien, wie Holzschutzmittel und Termitizide, als eine chemische Behandlung im Anschluß an die Trocknungsbehandlung ausreichend in den Kern des Holzes imprägniert werden. Der Grund für die verbesserte Durchlässigkeit ist unbekannt, aber es scheint, daß die schnelle Dekompression auf Atmosphärendruck nicht nur Wasser beseitigt, sondern auch Ablagerungen, wie bei spielsweise an Wasserkanälen im Holz haftende und abgelagerte Holzextraktive, was die Wasserdurchlässigkeit verbessert. Durch den scharfen Druckabfall können auch einige Gruben in Holzzellenwänden zerstört werden, was möglicherweise zu der verbesserten Durchlässigkeit beiträgt.
  • Beispiele von Holzschutzmitteln, mit welchen das Holz zu imprägnieren ist, sind Cuprioxid, Cuprihydroxid, Cyproconazol, Tebuconazol und Zinknaphthenat. Beispiele von Termitiziden sind Phoxim, Imidacloprid, Propetamphos und Permethrin. Ebenso können andere Chemikalien, wie Phenolharze, PEG, Säurefarbstoffe und Direktfarbstoffe, in das Holz imprägniert werden, ohne besondere Einschränkung.
  • Zum Imprägnieren des Holzes mit flüssigen Chemikalien können übliche Techniken, wie Eintauch- und Vakuumbehandlungen, verwendet werden, sowie Vakuum/Druck-Behandlung. Die Vakuum/Druck-Behandlung weist mehrere Kombinationsmuster auf, einschließlich den Bethell-Prozeß (volle Zelle Prozeß), Ruping-Prozeß (leere Zelle Prozeß), Lowry-Prozeß (halbleere Zelle Prozeß) und einen Multivakuum/Druck-Prozeß (Oszillationsprozeß).
  • 1 zeigt eine Ausführungsform der Holztrocknungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Das Bezugszeichen 1 bezeichnet einen Chargenbehälter für Holz, das darin einzuschließen ist. Dieser Chargenbehälter 1 hat ein Drucklöseventil 2 zum Reduzieren des Innendrucks auf Atmosphärendruck und ein Gegendruckventil 10 zum Einstellen der Dekompressionsrate. Der Chargenbehälter 1 hat außerdem einen Druckmesser 4 und ein Thermometer 5 zum Messen des Drucks und der Temperatur im Innern.
  • Ein Füllbehälter 9 enthält ein flüssiges oder gasförmiges Fluid und aus diesem Behälter wird das Fluid unter Druck über ein Ventil 8, eine Kompressionspumpe 7 und ein Ventil 6 in den Chargenbehälter 1 eingeführt. Das unter Druck in den Behälter eingeführte Fluid wird von einem Heizer 3 erhitzt bzw. erwärmt und das resultierende überkritische Fluid dringt in das Holz ein. Der überkritische Zustand wird für eine gegebene Zeitdauer aufrechterhalten, bevor das Ventil 2 geöffnet wird, um den Innendruck des Behälters auf Atmosphärendruck zu reduzieren.
  • [Ausführungsform 1]
  • Unter Verwendung der in 1 gezeigten Vorrichtung wurde ein Experiment zum Trocknen von Holz mit überkritischem Kohlendioxid durchgeführt. Ein einzelnes Stück einer Holzprobe wurde in den Chargenbehälter, der eine Kapazität von 2 Litern hatte, gelegt und darin eingeschlossen. Die Holzprobe war ein Stück eines grünen Kernholzes der Japanischen Zeder (100 mm (L) × 30 mm (R) × 30 mm (T)). Dann wurde unter Verwendung der Kompressionspumpe Kohlendioxid in den Chargenbehälter hineingebracht und wurde auf die in Tabelle 1 gezeigten Temperaturen und Drücke erhitzt und komprimiert. Nachdem dieser Zustand für 40 Minuten gehalten worden war, wurde das Ventil an dem Behälterboden geöffnet, um Kohlendioxid freizusetzen und Druck in 30 bis 90 Sekunden auf Atmosphärendruck zu reduzieren.
  • Nach der Behandlung wurde das Teststück herausgenommen und sofort auf Gewicht hin gemessen. Der Feuchtigkeitsgehalt (MC) wurde durch die folgende Gleichung bestimmt: [Eq. 1]
    Figure 00080001
    (wobei Wd das Gesamttrockengewicht eines Stücks und W das Gewicht des Stücks ist)
  • Das Teststück wurde in Atmosphäre bei Raumtemperatur gelassen und 30 Minuten, 1 Stunde, 2 Stunden und 24 Stunden nach der Behandlung wieder auf Gewicht hin gemessen, die Feuchtigkeitsgehalte wurden bestimmt. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse. [Tabelle 1] Tabelle 1: Holztrocknungsexperiment mit überkritischem/gasförmigem/flüssigem Kohlendioxid
    Behandlungsbedingung Feuchtigkeitsgehalt (%)
    Temperatur (°C) Druck (MPa) Dekompressionszeit (sek) CO2-Zustand vor der Behandlung sofort nach Behandlung nach 30 Minuten nach 1 Stunde nach 2 Stunden nach 24 Stunden
    40–45 10 80 überkritisch 151.6 114.9 93.9 91.3 88.7 54.1
    70–80 10 60 überkritisch 164.3 95.3 85.7 83.4 81.0 57.2
    70–80 17 80 überkritisch 209.0 131.1 119.3 117.0 112.3 84.0
    70–80 25 90 überkritisch 139.2 80.0 71.5 69.4 67.3 46.1
    70–80 1.5 30 gasförmig 171.2 163.5 153.3 153.3 150.7 120.0
    24–25 10 80 flüssig 148.2 134.0 110.4 100.9 96.2 64.5
  • Wenn Kohlendioxid während der Behandlung in einem überkritischen Fluidzustand war, fielen die Feuchtigkeitsgehalte von 139,2% bis 209,0% vor der Behandlung auf 80,0% bis 131,1% unmittelbar nach der Behandlung (innerhalb 5 Minuten der Behandlung). Die durchschnittliche Abnahmerate des Feuchtigkeitsgehalts war ungefähr 37%. Selbst nach der Behandlung setzten die Holzstücke weiterhin für ungefähr ein bis zwei Stunden Feuchtigkeit und Kohlendioxid aus ihren Oberflächen frei, während sie bei Raumtemperaturen unter Atmosphärendruck gelassen wurden. Die Feuchtigkeitsgehalte sanken auf zwischen 67,3% und 112,3% in zwei Stunden und zwischen 46,1% und 84,0% in 24 Stunden nach der Behandlung.
  • Wenn andererseits Kohlendioxid während der Behandlung in einem gasförmigen Zustand war, nahm der Feuchtigkeitsgehalt nur wenig ab. Wenn Kohlendioxid während der Behandlung in einem flüssigen Zustand war, sank der Feuchtigkeitsgehalt in einem gewissen Maß infolge eines starken Feuchtigkeitsausstoßes von unmittelbar nach der Behandlung bis eine Stunde danach. Verglichen mit den Behandlungen in dem überkritischen Zustand war die Feuchtigkeitsabnahme jedoch nicht so scharf.
  • Aus dem Vorstehenden wurde festgestellt, daß die Verwendung von überkritischem Kohlendioxid ermöglicht, Holz in einer sehr kurzen Zeit zu trocknen.
  • Die Behandlung mit überkritischem Kohlendioxid wurde dann an identischen Teststücken drei Mal in Folge wiederholt, um auf Änderungen im Feuchtigkeitsgehalt hin zu prüfen. Alle drei Behandlungen waren unter denselben Behandlungsbedingungen von 70°C bis 80°C Temperatur, 10 MPa Druck und 60 Sekunden Dekompressionszeit. Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse. [Tabelle 2] Tabelle 2: Änderungen des Feuchtigkeitsgehalts durch aufeinanderfolgende Behandlungen mit überkritischem Kohlendioxid Feuchtigkeitsgehalt (%)
    vor der Behandlung sofort nach der ersten Behandlung sofort nach der zweiten Behandlung sofort nach der dritten Behandlung nach 30 Minuten nach 1 Stunde nach 2 Stunden nach 24 Stunden
    128,1 88,8 64,5 53,3 49,6 47,7 47,7 40,2
  • Durchführen der Behandlung mit überkritischem Kohlendioxid drei Mal in Folge erniedrigte den Feuchtigkeitsgehalt von 128,1% auf 53,3% oder ungefähr um die Hälfte. Jede einzelne Behandlung benötigte ungefähr eine Stunde. Das heißt, die kurze Gesamtbehandlungszeit von ungefähr drei Stunden konnte den Feuchtigkeitsgehalt wesentlich reduzieren.
  • Dies bestätigte, daß die Behandlung mit überkritischem Kohlendioxid wiederholt werden kann, um Holz sogar in einer kurzen Zeitdauer zu trocknen.
  • [Ausführungsform 2]
  • Als nächstes wurde ein Trocknungsexperiment mit überkritischem Stickstoff durchgeführt. Die verwendete Vorrichtung war die gleiche wie die von 1, mit der Ausnahme, daß der Chargenbehälter eine Kapazität von ungefähr 900 ml hatte und der Behälter Stickstoffgas enthielt.
  • Ein Teststück eines grünen Kernholzes der Japanischen Zeder (100 mm (L) × 30 mm (R) × 30 mm (T)) wurde in den Chargenbehälter gelegt und darin eingeschlossen. Dann wurde Stickstoff in den Behälter eingeführt und wurde auf die in Tabelle 3 gezeigten Temperaturen und Drücke erhitzt und komprimiert. Nachdem dieser Zustand für 20 Minuten gehalten wurde, wurde das Ventil an dem Behälterboden geöffnet, um Stickstoff freizusetzen und Druck in 15 bis 20 Sekunden auf Atmosphärendruck zu reduzieren.
  • Nach der Behandlung wurde das Teststück herausgenommen und sofort auf Gewicht hin gemessen, und der Feuchtigkeitsgehalt wurde bestimmt. Das Teststück wurde im Innern gelassen und 30 Minuten, 1 Stunde, 2 Stunden, 24 Stunden und 48 Stunden nach der Behandlung wieder auf Gewicht hin gemessen, die Feuchtigkeitsgehalte wurden bestimmt. Tabelle 3 zeigt die Ergebnisse. [Tabelle 3] Tabelle 3: Holztrocknungsexperiment mit überkritischem Stickstoff
    Behandlungsbedingung Feuchtigkeitsgehalt (%)
    Temperatur (°C) Druck (MPa) Dekompressionszeit (sek) vor der Behandlung sofort nach der Behandlung nach 30 Minuten nach 1 Stunde nach 2 Stunden nach 24 Stunden nach 48 Stunden
    28 12,2 15 231,5 217,7 207,4 203,1 139,0
    50 13 15 217,3 206,4 201,1 198,5 194,7 142,2
    90 16 20 207,8 158,9 149,8 147,2 144,0 63,9
    110 16 20 257,5 187,6 173,7 170,3 166,4 105,2
  • Stickstoff hat einen kritischen Punkt bei –147°C und 3,4 MPa. In diesem Experiment war Stickstoff durchwegs in einem überkritischen Zustand. Bei Temperaturen von 28°C und 50°C lieferte die Behandlung nur eine geringe Abnahme des Feuchtigkeitsgehalts. Dagegen fiel bei Temperaturen 90°C und 110°C der Feuchtigkeitsgehalt unmittelbar nach der Behandlung auf ungefähr drei Viertel desjenigen vor der Behandlung, was einen wesentlichen Abfall des Feuchtigkeitsgehalts zeigte, so wie mit der Behandlung mit überkritischem Kohlendioxid.
  • Aus den vorstehenden Ergebnissen wird offensichtlich, daß überkritischer Stickstoff verwendet werden kann, um eine wirkungsvolle Trocknungsbehandlung, ob bei oder oberhalb 90°C, bereitzustellen.
  • [Ausführungsform 3]
  • Um die Wasserdurchlässigkeit von mit überkritischem Kohlendioxid getrocknetem Holz zu bewerten, wurde das folgende Experiment durchgeführt.
  • Ein Teststück eines grünen Kernholzes der Japanischen Zeder (100 mm (L) × 15 mm (R) × 15 mm (T)) wurde unter Verwendung des gleichen Verfahrens wie in Ausführungsform 1 mit überkritischem Kohlendioxid behandelt. Die Behandlungsbedingungen waren 120°C Temperatur und 17 MPa Druck, mit einer Haltezeit von 20 Minuten und einer Dekompressionszeit von 15 Sekunden. Nach der Behandlung wurde das Teststück in Atmosphäre bei Raumtemperatur ge lassen, um zu einem lufttrockenen Zustand zu trocknen. Um die Durchlässigkeit des getrockneten Stücks zu bewerten, wurden die longitudinal-tangentialen (LT) und die longitudinal-radialen (LR) Oberflächen des Teststücks mit einem Einkomponenten-RTV-Gummi versiegelt und dann wurde die radial-tangentiale (RT) Oberfläche des Teststücks auf eine Tiefe von ungefähr 5 mm in Reinwasser gewässert. Das Teststück war an einem Drahtkorb befestigt, so daß die Holzlängsrichtung in dem Wasser vertikal war. Das Teststück wurde dann nach 1, 3, 6 und 24 Stunden auf die Gewichtszunahmerate hin gemessen. Zum Zwecke des Vergleichs wurde ein Probestück eines grünen Holzes luftgetrocknet und dem gleichen Experiment unterzogen. 2 zeigt die Ergebnisse.
  • Sechs mit der Behandlung mit überkritischem Kohlendioxid getrocknete Teststücke zeigten Gewichtszunahmeraten 2,5 bis 4 mal höher als die des luftgetrockneten Holzes. Dies machte es klar, daß die Trocknungsbehandlung gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung die Wasserdurchlässigkeit von Holz wesentlich verbessert.
  • Da die vorliegende Erfindung den zum Trocknen von Holz erforderlichen Energieverbrauch reduzieren kann und Holz in einer kurzen Zeit trocknen kann, eignet sie sich für Technologien zum Trocknen von Bauholz usw. Da das Verfahren der vorliegenden Erfindung Holz mit einer Verbesserung der Durchlässigkeit trocknet und Chemikalien somit wirkungsvoll in das Holz eindringen, eignet es sich zudem zur Verbesserung der Haltbarkeit von Holz.

Claims (5)

  1. Verfahren zum Trocknen von Holz mit den Schritten: Einschließen von Holz in einen Chargenbehälter, der ein Drucklöseventil aufweist; Füllen von Fluid in den Chargenbehälter unter Druck; Aufrechterhalten einer Temperatur und eines Drucks bei oder oberhalb eines kritischen Punkts des Fluids für eine gegebene Zeitdauer; und dann Öffnen des Drucklöseventils des Chargenbehälters, um den Innendruck auf Atmosphärendruck zu reduzieren.
  2. Verfahren zum Trocknen von Holz nach Anspruch 1, wobei das Fluid flüssiges oder gasförmiges Kohlendioxid oder Stickstoff ist.
  3. Verfahren zum Imprägnieren von Holz mit Chemikalien mit den Schritten: Einschließen von Holz in einen Chargenbehälter, der ein Drucklöseventil aufweist; Füllen des Chargenbehälters mit Fluid unter Druck; Aufrechterhalten einer Temperatur und eines Drucks bei oder oberhalb eines kritischen Punkts des Fluids; Öffnen des Drucklöseventils des Chargenbehälters, um den Innendruck auf Atmosphärendruck zu reduzieren; und Imprägnieren des resultierenden behandelten Holzes mit flüssigen Chemikalien.
  4. Verfahren zum Imprägnieren von Holz mit Chemikalien nach Anspruch 3, wobei das Fluid flüssiges oder gasförmiges Kohlendioxid oder Stickstoff ist.
  5. Vorrichtung zum Trocknen von Holz, aufweisend: einen Chargenbehälter zur Aufnahme von Holz; ein an dem Chargenbehälter bereitgestelltes Drucklöseventil; einen Füllbehälter, der Fluid enthält; eine Druckpumpe zum Einführen des Fluids aus dem Füllbehälter in den Chargenbehälter unter Druck; und einen Heizer zum Heizen des Chargenbehälters.
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