WO2008118036A1 - Procédé de traitement thermique du bois et dispositif de mise en oeuvre de ce procédé - Google Patents

Procédé de traitement thermique du bois et dispositif de mise en oeuvre de ce procédé Download PDF

Info

Publication number
WO2008118036A1
WO2008118036A1 PCT/RU2007/000147 RU2007000147W WO2008118036A1 WO 2008118036 A1 WO2008118036 A1 WO 2008118036A1 RU 2007000147 W RU2007000147 W RU 2007000147W WO 2008118036 A1 WO2008118036 A1 WO 2008118036A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
wood
chamber
air
heating
water
Prior art date
Application number
PCT/RU2007/000147
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Igor Aleksandrovich Danchenko
Original Assignee
Igor Aleksandrovich Danchenko
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Igor Aleksandrovich Danchenko filed Critical Igor Aleksandrovich Danchenko
Priority to US12/921,942 priority Critical patent/US20110020568A1/en
Priority to PCT/RU2007/000147 priority patent/WO2008118036A1/ru
Publication of WO2008118036A1 publication Critical patent/WO2008118036A1/ru

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B21/00—Arrangements or duct systems, e.g. in combination with pallet boxes, for supplying and controlling air or gases for drying solid materials or objects
    • F26B21/06—Controlling, e.g. regulating, parameters of gas supply
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B27—WORKING OR PRESERVING WOOD OR SIMILAR MATERIAL; NAILING OR STAPLING MACHINES IN GENERAL
    • B27K—PROCESSES, APPARATUS OR SELECTION OF SUBSTANCES FOR IMPREGNATING, STAINING, DYEING, BLEACHING OF WOOD OR SIMILAR MATERIALS, OR TREATING OF WOOD OR SIMILAR MATERIALS WITH PERMEANT LIQUIDS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CHEMICAL OR PHYSICAL TREATMENT OF CORK, CANE, REED, STRAW OR SIMILAR MATERIALS
    • B27K5/00—Treating of wood not provided for in groups B27K1/00, B27K3/00
    • B27K5/0085—Thermal treatments, i.e. involving chemical modification of wood at temperatures well over 100°C
    • B27K5/009—Thermal treatments, i.e. involving chemical modification of wood at temperatures well over 100°C using a well-defined temperature schedule
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B2210/00—Drying processes and machines for solid objects characterised by the specific requirements of the drying good
    • F26B2210/16—Wood, e.g. lumber, timber

Definitions

  • the invention relates to the woodworking industry and relates to methods for improving the physico-mechanical and physico-chemical properties of wood, wood materials, and - can be used to obtain various insulating, building materials (in particular doors, windows, parquet), in the furniture industry.
  • a method for producing modified wood includes treating wood with ammonia and a mixture of acid with urea and subsequent heat treatment, using phosphoric acid as the acid, which is dissolved in water with urea in an amount of 1.5-2.5 mol / L acid and . 5-7 mol / l urea, and after processing the wood is dried to 5-15% humidity, heat treated at a temperature of 140-190 0 C with a seal of 5-40% of its original volume.
  • the known method also does not allow to obtain modified wood with high dimensional stability in the aquatic environment, low water absorption.
  • a vacuum is created in the chamber to a value of 0.03 MPa. Then, the pressure in the chamber is again increased to atmospheric by supplying compressed air to it. After reaching the necessary humidity, the wood is ready for heat treatment, in which the wood is heated to 110-120 0 C and maintained at this temperature for 1-5 hours. After the end of the heat treatment, the chamber and wood are cooled to 40-50 0 C and the wood is unloaded from the chamber.
  • the disadvantage of this method is the increased consumption of ammonia and therefore the increased energy consumption for processing a unit of wood.
  • the disadvantage of this method is the uneven drying of wood and high energy consumption.
  • thermo-humid treatment of wood, wood materials, as well as various wood products have been widely used in woodworking.
  • a known method of processing wood by accelerated aging including maintaining the workpiece at a temperature of 190 0 C for 10-48 hours, followed by treatment of the workpiece with a solution of hydrogen peroxide at a concentration of 10-15% for 12-15 hours (SU 719870, 1980).
  • the known method can be successfully applied for accelerated aging of workpieces intended for the manufacture of high-quality musical instruments, as well as for restoration purposes.
  • a method of processing wood comprising heating the wood in the chamber to an initial temperature lower than the boiling point of the moisture contained in the wood at the initial pressure in the chamber, a subsequent decrease in pressure in the chamber and removal of the released moisture (RU 2145693, 2000).
  • the wood is heated until the pressure in the chamber reaches at least 2 atm at a temperature of 120-200 0 C. With increasing pressure, for example up to 8 atm, coniferous wood acquires a brownish tint.
  • a wood processing method comprising pre-heating the wood structure with hot air and then exposing it to water vapor.
  • the wood structure is preheated with hot air to a temperature of 100 0 C. Then the air is replaced with moist steam, the temperature of which is increased to 220-240 0 C, and maintained at this temperature for at least 2 hours
  • a device for drying wood containing a drying chamber in which a stack of blanks, supply and exhaust air ducts, heaters, a fan and a humidification device are placed (RU 2023963, 1994).
  • the known device is intended for drying hardwood at a maximum coolant temperature (wet steam) of not more than 85 0 C. Therefore, the wood does not heat up above its temperature of interaction with atmospheric oxygen, at which the wood ignites.
  • a wood processing device comprising a chamber having a zone for accommodating a stack of wood, heating elements and a circulation agent for the coolant in the chamber, including input and output.
  • a container in the zone intended to accommodate the wood stack, a container is placed in which racks are made to accommodate workpieces or the container can be equipped with gaskets located between the layers of wood • forming the stack.
  • openings are made, the area of which depends on the area of the inlet and outlet openings of the means for circulating the medium filling the chamber. This ensures a uniform flow rate of the medium filling the chamber through. a stack of wood along its length.
  • the known method includes pre-heating the wood in the chamber by heating the air in the chamber and ⁇ subsequent exposure to wood with water vapor, heating the air in the chamber is carried out at a speed of 30-45 deg / h to a temperature of 130-165 0 C, then the wood is exposed to steam during 0.5-1.75 hours, after which the resulting vapor-gas medium is heated in the chamber at a speed of 4-8 degrees / h to a temperature of 160-200 C, then the wood is exposed to steam for 0.5-1.75 hours after which the steam-gas medium is heated chamber at a rate of 4-8 ° C / h to a temperature of 160-200 0 C and kept at this temperature timber 2.5-6 h, then affect the timber during the steam 0,5-1,75 hours, after which heating is performed the gas-vapor medium in the chamber at a speed of 4-8 deg / h to a temperature of 160-200 0 C, then the heating of the gas-vapor medium in the chamber is stopped, 1-3.5 hours after the termination of the heating
  • a wood processing device comprising a chamber having a zone for accommodating a stack of wood, heating elements and a circulation agent for the coolant in the chamber, including inlet and outlet, the chamber is divided by at least one partition into two cavities with the possibility of flow of the coolant from one cavity to another cavity through the zone, designed to accommodate the wood stoel, the coolant circulation stimulator inlet is hydraulically connected to one cavity, and the outlet is on the other, and the pressure value “H” of the coolant circulation stimulator is selected from the condition:
  • V W the volume of the stack of wood, m 3 ;
  • V n is the volume of cavities, m 3 ; 0.437 - experimentally established coefficient, kPa;
  • the known method and device for treating wood with steam allows the ability to process wood with a thickness of more than 200 mm, expand the range of tree species whose wood is heat treated, and to obtain wood with improved characteristics, however, they are not without certain difficulties associated from . the need to withstand a strictly sufficient set of temperature parameters, processing time at each stage, as well as the speed of the supplied vapor-gas mixture.
  • a known method of processing wood including its stepwise heating followed by cooling.
  • the process is carried out, at least during the cooling stage in the complete absence of oxygen, in an atmosphere of nitrogen (French patent JSfe 2786426, 2000).
  • RU 2277045 describes a method of heat treatment of wood to improve its basic characteristics and a device for its implementation.
  • the method includes heating wood to 140-150 0 C in an atmosphere of air for 2-3 hours, further heating the wood in an atmosphere of water vapor to 210-220 0 C for 2-3 hours, carried out by continuous metered injection of water into the chamber, and ' displacement of air and other gases from the chamber by the generated steam, self-heating to 230-240 0 C for 30-60 minutes, stopping self-heating using controlled water injection, and cooling the wood in the atmosphere. 100% supersaturated water vapor by controlled injection of water.
  • the described device for its implementation comprises a thermally insulated casing with a hermetically sealed hole for loading wood, a chamber located inside the casing, connected through air ducts to a heat high-temperature fan for pumping air, with a scrubber for cleaning the discharged air mixture, with an air heating control unit, including air heating elements and control thermocouples - sensors. temperature measurement and control, the signals from which are fed to a control cabinet connected to an injection device for dosed water supply connected to the camera, as well as a heating unit and a fan.
  • the known method and device for its implementation can improve the basic characteristics of the processed wood - moisture repellent, stability. geometry and resistance to biological damage.
  • the known method and device described by the author-applicant in the previous patent RU 2277045 no longer fully ensures the stability of all properties of wood subjected to heat treatment in order to improve its basic characteristics, since, in particular, in full, the necessary adjustment of the process parameters is provided depending on the type and quality of the starting material, fluctuations in the process conditions and the specified quality of the final product, in this case, heat-treated wood.
  • Known RU 2070692, 12.20.1996 a method of drying dielectric materials, in particular sawn timber, according to which thermal microwave processing of materials moved by the conveyor in the drying chamber is carried out, and convection heating with hot air is carried out, while the parameters of the dried material are controlled, and the microwave frequency is controlled power, changing the mode of operation of microwave power sources, while maintaining the ratio of the power of the heater and the microwave source in accordance with the expression
  • R ⁇ is the hydraulic resistance of the material layer with thickness d / 2
  • d is the thickness of the material
  • g is the average density of the material
  • k is the absorption coefficient of microwave energy by the material
  • C is the average specific heat of the wet material.
  • this method is not without certain drawbacks associated in particular with the use of microwave energy, as well as the inability to quickly adjust the process parameters depending on changes in a particular condition.
  • the technical task of the claimed group of inventions is to ensure the stability of the main characteristics of heat-treated wood due to the possibility of operational self-regulation of process parameters.
  • the problem to which the present invention is directed is the creation and further improvement of the method and device for wood processing, providing a wood structure with stable improved characteristics, allowing to expand its field of application.
  • the task is achieved by the method of heat treatment of wood to improve its basic characteristics, including heating wood to 140-150 0 C in an atmosphere of air, further heating of wood in an atmosphere of water vapor to 210 - 220 0 C, carried out by continuous dosed injection of water into the chamber and displacement of air and other gases from the chamber by water vapor, self-heating to 230-240 0 C for 30-60 minutes, stopping self-heating by means of controlled water injection and wood cooling in the atmosphere of 100% supersaturated water vapor by controlled injection of water, while monitoring and programming the heat treatment process using the principle of an intelligent cycle, in which the heat treatment cycle is controlled by generating control actions that correspond to the parameters of the input current information in the form of control signals received in a computer system that determines optimal values of the process parameters.
  • control actions correspond to the parameters of the heat treatment process and include the temperature of the heat carrier, the temperature of the wood at various points of the stack at the inlet and outlet, the wood species, the size of the wood (and stack), the flow of air, water, the regulation of steam supply, the duration of the process. • In this case, when implementing this method create a pressure of water vapor in the chamber 10% above atmospheric.
  • heating wood to 140-150 0 C in an atmosphere of air is carried out for 2-3 hours.
  • a processing cycle control method is used, using as a control signal not only the temperature value of the heat carrier, but also the value of the results of wood heating at different points of the stack.
  • the cycle time becomes a floating parameter and depends on the processes occurring in the processing process.
  • Such a cycle and its implementation method is called a conditionally intelligent cycle.
  • the average values of the wood temperatures at the inlet and at the outlet of the air flow, which is the coolant are alternately used.
  • the value of the achieved parameters is programmed by the operator and depends on the required degree of processing, wood species, size of the original wood and other parameters.
  • This method of controlling the processing cycle allows you to control the thermochemical reactions that occur during the processing of hardwood, which allows you to get a predictable result regardless of the run of the parameters of the feedstock.
  • This processing method favorably distinguishes WESTWOOD from world analogues (mainly Finnish), which control the processes according to the coolant temperature, as a result of which the proportion of hardwood processing in production on Finnish equipment is forced to barely reach 15%.
  • a device for heat treatment of wood working according to the principle of an intelligent cycle, and including a sealed insulated chamber placed in the container, and having a hermetically sealed hole for loading wood, connected through a connecting sleeve to the ducts, with a fan for pumping air, evaporator and electric heater, metering pump for water supply connected to the evaporator, electric damper connected to the chamber, mixture cleaner ara and air through water trap connected with a camera, the control cabinet with a computer system for control and programming of the control and electric heater, electrically-valves, a dosing pump, a camera equipped with sensors monitoring the process parameters, with which control signals sent to the control cabinet.
  • this device contains a perforated wall located inside the chamber parallel to the walls of the chamber.
  • the opening for loading is made in the form of a heat-insulated door.
  • the method of heat treatment of wood was improved to improve its basic characteristics, including heating wood to 140-150 0 C in air, further heating wood in the atmosphere of • water vapor to 210-220 0 C, carried out by continuous dosed injection of water into the chamber and displacement of air and other gases from the chamber water vapor, self-heating to 230-240 0 C for 30-60 minutes, stopping self-heating by means of controlled water injection and wood cooling in the atmosphere of 100% supersaturated water vapor by controlled water injection, and at the same time control and programming modes the heat treatment process using the principle of an intelligent cycle, in which the heat treatment cycle is controlled by forming control actions that correspond to the parameters of the input current information in the form of control signals entering the computer system, which determines the optimal values of the process parameters.
  • the temperature and duration of processing depend on the need to obtain one or another property of the material.
  • the maximum temperature, as well as the schedule for its change, depends on the breed and the quality of the starting material and can be set by the user.
  • the temperature is maintained automatically according to a given program.
  • Heating wood to 140-150 0 C in an atmosphere of air is preferably carried out within 2-3 hours.
  • Further heating of the wood in an atmosphere of water vapor to 210-220 0 C is preferably carried out within 2-3 hours.
  • the pressure of water vapor in the chamber is 10% higher than atmospheric.
  • the wood obtained by this method is conditionally called WESTWOOD (based on the phrase Water Exstasipg Stabilized Wood). This problem was solved by another invention of the claimed group - a device for heat treatment of wood, working on the principle of an intelligent cycle.
  • Installation for heat treatment of wood consists of a sealed insulated chamber 1, placed in a container, on the other side of which the units are placed.
  • the material to be processed is loaded in the form of a stack 3 onto a metal pallet, and with the help of a hydraulic cart rolls along the rails into chamber 1.
  • the hydraulic cart is removed from the chamber 1 of the installation during processing.
  • the entrance aperture of the chamber is closed by a sealed door, which is pressed by means of bolts and vestibules to the chamber body, thereby ensuring the tightness of the chamber.
  • the air from the chamber 1 through the air intake channel 2 and the connecting sleeve is sucked in by the installation fan 4 into the air preparation chamber and is pumped sequentially into the evaporator 5 and the electric air heater 7. Heated air enters the chamber 1 through the connecting sleeve and gives off heat to the processed material.
  • the metering solenoid pump 6 When the temperature reaches 120 0 C, the metering solenoid pump 6 is activated. It delivers the dosed quantity of water from the pump reservoir to the evaporator 5. The resulting steam gradually displaces the air from the chamber. The excess mixture of steam and air is displaced through the hydraulic lock 8 into the purifier 9, and then into the atmosphere. In purifier 9, excess steam is deposited and part of the wood distillation products is dissolved.
  • the water supply automatically stops with the metering pump 6, and the electric drive dampers 10 open. Through one of them, steam is removed from the installation chamber, and through the other, fresh air is sucked in.
  • Electric heater control, electric damper, metering pump, etc. occurs from the control cabinet 11 having a liquid crystal monitor for monitoring and programming processes.
  • temperature control signals from various points of the stack of processed wood are also sent to the control cabinet.
  • the programming of the cycle control modes is carried out taking into account the values of the above parameters, the achievement of which is a control signal for controlling the cycle.
  • Switching power circuits is carried out using a power cabinet (not shown in Fig.) (See Fig. 5).
  • Wood processing is carried out at elevated temperatures in the complete absence of air, but in the presence of water vapor.
  • water plays the role of not only a cooling agent in this process, but also a modifier.
  • heat treatment according to this method in an atmosphere of supersaturated water vapor at temperatures significantly higher than 100 0 C, hydrogen atoms from water vapor are attached to the ends of the molecules forming wood with the formation of new bonds.
  • heating of wood starting from 160 0 C leads to the effect of "twisting" of linear wood molecules in the "ring".
  • Figure 1 shows the results of an experiment on the dynamics of water intake by a treated and untreated tree (the wood was in water for almost 7 days and then dried at room temperature). Treated wood gained 18% moisture versus 70% untreated.
  • wood also acquires resistance to biological damage.
  • High processing temperatures decompose polysaccharides in wood, which against the background of its very low residual moisture content of 2-4% (wood at a high processing temperature also gives water that is bound at the molecular level) creates almost absolute resistance to any wood treated with high temperatures fungus and microorganisms.
  • Controlled water injection is used not only to create a vapor medium, but also for controlled cooling in the cycle of leaving high temperatures (during evaporation, water takes the energy of the surrounding air, leading to its cooling).
  • thermochemical reaction In the heating cycle, a controlled thermochemical reaction is used, which occurs at a temperature in the wood of 210-220 0 C and leads to additional heating of the wood relative to the heated air.
  • Figure 2 In the heating stage, the air has a higher temperature, and in the cooling stage - lower, while the temperature does not reach required 210 0 C for the start of the thermochemical reaction and the effect of the excess of wood temperature over air temperature is not observed and is not used.
  • thermochemical reaction In the claimed method, a thermochemical reaction is used, so that the air heating mode is selected taking into account it (when the wood temperature drops below 210 0 C, the reaction stops).
  • the treatment regime in the atmosphere of supersaturated water vapor taking into account the thermochemical reaction, is a fundamentally new technology that has not been used before.
  • control influences a number of influences (control influences) are used:
  • the original programmable processing mode including the stage of gradual heating (4 hours). Which leads to the start of a thermochemical reaction, supported by an air temperature of 210-220 0 C (0.5-1 hour, depending on the desired degree of processing), then the cooling stage using a controlled injection of water (6-7 hours).
  • Figure l shows the dynamics of absorption and evaporation of water by treated and untreated wood (birch), immersed entirely in water and dried at room humidity and temperature.
  • Figure 2 shows a graph of the temperature regime of wood processing by a known method.
  • Figure 4 shows the temperature regime of wood processing by the proposed method.
  • Figure 5 shows a diagram of the proposed device.
  • Example 1 The operation of the claimed device and the implementation of the method is illustrated by the following examples, not limiting the invention.
  • Example 1
  • Wood (dry cut board, birch '50 mm thick, 3 m long and 150 mm wide) is laid on a trolley in the form of a pallet and laid with transverse slats of the same material 30 mm thick.
  • a heat-insulated door is opened, a trolley with a pallet is rolled inside the chamber 1, and then the door is closed using a clamping device (not shown in the drawing) .
  • the processing mode is the heating rate provided for this tree species (wood) and the temperature mode to achieve a certain degree of image G. 'boots (maximum temperature and holding time at this temperature) .
  • the following values are programmed: heating the air to 140 0 C for 3 hours.
  • the controlled cabinet 11 is turned on by the START button, and fan 4 is turned on. Air from chamber 1 through the air intake channel 2 and the connecting sleeve are sucked in by the installation fan 4 into the air preparation chamber and are pumped sequentially into the evaporator 5 and the electric air heater 7. The air heated in the air heater enters the chamber 1 back through the connecting sleeve and gives off heat to the m materials under.
  • the metering solenoid pump 6 comes into action. It delivers the dosed quantity of water from the pump reservoir to the evaporator 5. The resulting steam gradually displaces the air from the chamber. The excess mixture of steam and air is displaced through the hydraulic lock 8 into the purifier 9, and then into the atmosphere. In purifier 9, excess steam is deposited and part of the wood distillation products is dissolved.
  • the water supply to the metering pump 6 automatically stops and the electric drive dampers 10 open. Through one of them, steam is removed from the installation chamber, and through the other, fresh air is sucked in.
  • Thermal insulation ensures the maintenance of the required temperature and minimizes the heat exchange of the chamber 1 with the environment.
  • the control cabinet 11 provides further heating of the vapor-gas medium in the chamber to 220 0 C and maintain the temperature of the air for 30-60 minutes, depending on the specified processing program.
  • the temperature of the wood rises to 235 ° C.
  • water is supplied to the chamber through an injection device for dosed water supply. This leads to a decrease in steam temperature within 6-7 hours.
  • the water supply automatically stops.
  • Control of electric air heater, electric damper ⁇ metering pump, etc. occurs from the control cabinet 11 having a liquid crystal monitor for monitoring and programming processes.
  • temperature control signals from various points of the stack of processed wood are also sent to the control cabinet.
  • the programming of the cycle control modes is carried out taking into account the values of the above parameters, the achievement of which is a control signal for controlling the cycle.
  • Power switching. circuits are carried out using a power cabinet (not shown in Fig.). After cooling the treated wood in the chamber to room temperature, the insulated door 2 is opened, the cart and pallet are rolled out and the finished product is unloaded. Get a dark brown wood with a pronounced odor, which shows the following properties:
  • Wood processing was carried out according to example 1, however, with the following parameters:
  • Wood processing was carried out at temperature conditions of example 1, however, the injection of water was stopped when the oxygen concentration remained 3-4%.
  • the wood obtained by the proposed method has better properties than obtained by known methods.
  • Wooden tiles for bathrooms and kitchens will be a worthy alternative to cold tiles for floors and walls.
  • WEST-WOOD wood decoration of yachts, paving of the basin territories, production of railroad rail fences, fences, any outdoor structures and thousands more applications.
  • wood products such as WEST-W00D: - Improved surface quality and the complete absence of problems with dust deposition;

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Forests & Forestry (AREA)
  • Chemical And Physical Treatments For Wood And The Like (AREA)

Description

Способ термической обработки древесины и устройство для его осуществления
Назначение изобретения
Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности и касается способов улучшения физико- механических и физико-химических свойств древесины, древесных материалов, и- может быть использовано при получении различных изоляционных, строительных материалов (в частности двери, окна, паркет), в мебельной промышленности.
Предпосылки изобретения и предшествующий уровень техники
Разбухание древесины во влажной среде и ее подверженность воздействию грибков и различным биологическим поражениям, породила исследования с целью увеличения ее стабилизации и ограничения поглощения влаги.
Известен ряд способов повышения качественных показателей древесины путем ее предварительной пластификации и последующего уплотнения. Наиболее прогрессивными до недавнего времени являлись способы пластификации на основе предварительной обработки древесины аммиаком, или другими химическими реагентами.
Так, из SU 140560, 1961, известен способ модифицирования древесины, согласно которому древесину помещают в 21-25% водный раствор аммиака, имеющий температуру 15-200C и выдерживают в нем до 12 суток, а затем извлекают из раствора и механически уплотняют при обычной температуре и конечном удельном давлении в среднем около 80 кг/см2 . Недостатками этого способа является низкая формоустойчивость уплотненной древесины в водной среде, высокое водопоглощение, низкая торцовая твердость и большая длительность процесса ее получения.
Из SU 971653, 07.11.1982. известен способ получения модифицированной древесины, включающий обработку древесины аммиаком и смесью кислоты с мочевиной и последующую термообработку, при этом в качестве кислоты используют фосфорную кислоту, которую растворяют в воде вместе с мочевиной в количестве 1,5-2,5 моль/л кислоты и . 5-7 моль/л мочевины, причем после обработки древесину сушат до 5-15% влажности, термообрабатывают при температуре 140-1900C с уплотнением на 5-40% ее исходного объема.
Известный способ также не позволяет получать модифицированную древесину с высокой стабильностью размеров в водной среде, низким водопоглощением.
Из RU 2109626, 27.04.1998. известен способ изменения физико- механических свойств древесины, согласно которому древесину помещают в герметичную камеру. Затем в камере создают вакуум до 0,03MПa путем откачивания из нее воздуха вакуум-насосом-. После откачивания воздуха в камеру подают под давлением газообразный аммиак, затем подогревают древесину до 80-850C путем разогрева камеры паром. После этого производят химическую обработку древесины путем организации циркуляции в камере газоаммиачной смеси. Давление, разрежение и температуру в камере 1 контролируют соответственно по манометру, вакуумметру и термометру. После окончания процесса обработки древесины аммиаком давление в камере снижают до атмосферного (0,1 МПа). После достижения в камере атмосферного давления создают в камере вакуум до величины 0,03 МПа. Затем давление в камере вновь повышают до атмосферного путем подачи в нее сжатого воздуха. После достижения необходимой влажности древесина готова к термообработке, при которой древесину нагревают до 110-1200C и выдерживают при этой температуре в течение 1-5 ч. После окончания термообработки камеру и древесину охлаждают до 40-500C и древесину выгружают из камеры.
Недостатком известного способа является повышенный расход аммиака и поэтому повышенные энергозатраты на обработку единицы древесины.
Из SU 1303797, 1985, известен способ диэлектрической обработки древесины в электрическом поле путем ее последовательного перемещения между парами пластин конденсатора.
Недостатком данного способа является неравномерность сушки древесины и большие энергозатраты.
Из SU 937928, 1980, а также из RU 2079074, 10.05.1997, известны способы сушки материалов, в частности древесины, путем наложения на высушиваемый материал СВЧ-поля от одного или более СВЧ- генераторов.
Недостатками данных способов являются неравномерность сушки древесины и высокие энергозатраты.
В последнее время широкое распространение в деревообработке нашли различные способы термовлажностной обработки древесины, древесных материалов, а также многообразных изделий из древесины.
Известен способ обработки древесины путем ее ускоренного старения, включающий выдерживание заготовки при температуре ПО- 1900C в течение 10-48 часов с последующей обработкой заготовки раствором перекиси водорода при концентрации 10-15% в течение 12- 15 ч (SU 719870, 1980). Известный способ может быть успешно применен для ускоренного старения заготовок, предназначенных для изготовления высококачественных музыкальных инструментов, а также для целей реставрации.
Известен также способ обработки древесины, включающий нагревание древесины в камере до начальной температуры, меньшей, чем температура кипения влаги, содержащейся в древесине при начальном давлении в камере, последующее снижение давления в камере и отвод выделяющейся влаги (RU 2145693, 2000). В соответствии с данным способом древесину нагревают до достижения в камере давления не менее 2 атм при температуре 120-2000C. При повышении давления, например до 8 атм, древесина хвойных пород приобретает коричневатый оттенок.
Известен также способ облагораживания деревянных заготовок путем их термообработки, заключающийся в нагреве заготовок в воздушной среде, выдержке их при температуре 190-2300C в течение 1,5-4 ч и последующем охлаждении заготовок в естественных условиях (RU 2099180, 1997). В результате древесина приобретает четко выявленный рисунок текстуры и по декоративности не уступает благородным породам деревьев.
Из SU 1250460, 1986, также известен способ обработки древесины, включающий предварительный нагрев древесной структуры горячим воздухом и последующее воздействие на нее водяным паром. В данном способе осуществляют предварительный нагрев древесной структуры горячим воздухом до температуры 1000C. Затем воздушную среду замещают влажным паром, температуру которого повышают до 220-2400C, и выдерживают при этой температуре в течение не менее 2 ч.
Однако, все известные способы так называемой термообработки древесины, при которой изменяется ее окраска, предназначены, в основном, для обработки древесины малоценных пород деревьев (осина, липа, хвойные породы и т.п.). А при использовании известных методов термообработки для воздействия на древесину твердых пород деревьев не удается получить окраску по всему поперечному сечению обрабатываемой древесины, толщина которой более 20-35 мм, и избежать поперечных разрывов, особенно толстых материалов. Кроме того, величина средней остаточной влажности древесины, обрабатываемой известными способами термообработки, неравномерна и составляет 4-15%.
Известно устройство для сушки древесины, содержащее сушильную камеру, в которой размещают штабель заготовок, приточный и вытяжной воздуховоды, калориферы, вентилятор и увлажнительное устройство (RU 2023963, 1994). Известное устройство предназначено для высушивания древесины твердых пород при максимальной температуре теплоносителя (влажного пара) не более 850C. Поэтому древесина не нагревается выше температуры ее взаимодействия с кислородом воздуха, при которой происходит возгорание древесины.
Известно также устройство для сушки древесины, содержащее камеру, в которой установлены сопла для подачи горячего воздуха к штабелю древесины (SU 94719, 1960). В известном устройстве для изменения скорости конденсации пара в камере, одна из ее стенок выполнена из теплопроводного материала и перекрыта снаружи откидными керамическими подушками. В результате обеспечивается возможность регулирования скорости сушки. Однако, в известном устройстве имеет место неоднородный прогрев штабеля древесины вдоль его длины, что обусловлено неравномерным расходом горячего воздуха по длине штабеля, вследствие. уменьшения давления в соплах с увеличением расстояния и расположения от вентилятора. •
Из RU 2182293, 2002, известно также устройство для обработки древесины, содержащее камеру, имеющую зону, предназначенную для размещения штабеля древесины, нагревательные элементы и побудитель циркуляции теплоносителя, находящегося в камере, включающий вход и выход. В известном устройстве в зоне, предназначенной для размещения штабеля древесины, размещен контейнер, в котором выполнены стеллажи для размещения обрабатываемых заготовок или контейнер может быть - снабжен прокладками, располагаемыми между слоями • древесины, образующими штабель. В противоположных стенках контейнера, например, в полу и потолке, выполнены отверстия, площадь которых зависит от площади входного и выходного отверстий средства для циркуляции среды, заполняющей камеру. Тем самым обеспечивается равномерный расход среды, заполняющей камеру через . штабель древесины вдоль его длины. Однако, с другой стороны, наличие стенок не позволяет полностью выровнять расход среды, заполняющей камеру, при обработке штабеля древесины, а также увеличивает сопротивление среды, заполняющей камеру, при ее циркуляции внутри камеры. Из RU 2235636, 10.09.2004, известны способ и устройство для обработки древесины. Известный способ включает предварительный нагрев древесины в камере путем подогрева воздуха в камере и ι последующее воздействие на древесину водяным паром, подогрев воздуха в камере осуществляют со скоростью 30-45 град/ч до температуры 130-1650C, затем воздействуют на древесину водяным паром в течение 0,5-1,75 ч, после чего осуществляют подогрев образовавшейся парогазовой среды в камере со скоростью 4-8 град/ч до температуры 160-200 С, затем воздействуют на древесину водяным паром в течение 0,5-1,75 ч, после чего осуществляют подогрев парогазовой среды в камере со скоростью 4-8 град/ч до температуры 160-2000C и выдерживают древесину при этой температуре 2,5-6 ч, затем воздействуют на древесину водяным паром в течение 0,5-1,75 ч, после чего осуществляют подогрев парогазовой среды в камере со скоростью 4-8 град/ч до температуры 160-2000C, затем прекращают подогрев парогазовой среды в камере, через 1-3,5 ч после прекращения подогрева парогазовой среды в камере воздействуют на древесину водяным паром в течение 0,5-1,75 ч, причем воздействие на древесину водяным паром проводят путем подачи в камеру водяного пара с температурой от 1200C до 1600C и отводом парогазовой среды из камеры. Описанный известный способ осуществляют в устройстве для обработки древесины, содержащем камеру, имеющую зону, предназначенную для размещения штабеля древесины, нагревательные элементы и побудитель циркуляции теплоносителя, находящегося в камере, включающий вход и выход, камера разделена, по крайней мере, одной перегородкой на две полости с возможностью перетекания теплоносителя из одной полости в другую полость через, зону, предназначенную для размещения штаоеля древесины, вход побудителя циркуляции теплоносителя гидравлически соединен с одной полостью, а выход - с другой, причем величина напора «H» побудителя циркуляции теплоносителя выбрана из условия:
V ш
Figure imgf000010_0001
Vш — объем штабеля древесины, м3;
Vn - объем полостей, м3; 0,437 - экспериментально установленный коэффициент, кПа;
K2= 5,62 - экспериментально установленный коэффициент, кПа.
Несмотря на то, что известный способ и устройство для обработки паром древесины позволяют обеспечить возможность обрабатывать древесину с толщиной более 200 мм, расширяют ассортимент пород деревьев, древесина которых подвергается термообработке, и получить древесину с улучшенными характеристиками, однако, они не лишены определенных трудностей, связанных с . необходимостью выдерживать строго достаточное множество параметров температуры, времени обработки на каждой стадии, а также скорость подаваемой парогазовой смеси.
Известен способ обработки древесины, включающий ее ступенчатое нагревание в среде водяного пара и воздуха. Водяной пар необходим, чтобы препятствовать горению древесины (Rеviеw оf Неаt Тrеаtmепts оf Wооd, Рrосееdiпgs оf Sресiаl Sеmiпаr hеld iп Апtibеs, Frапсе on 9 Fеbшаrу, 2001, p.2-5).
В результате применения этого способа изменяются физические и химические , свойства древесины. Термообработка затемняет цвет, . уменьшает сжатие и расширение древесины и улучшает равновесие влагосодержания. Улучшается сопротивление гнили, а также уменьшается восприимчивость к поражению грибками. Однако, наличие воздуха может привести к излишнему окислению древесины, чрезмерному саморазогреву ее при достижении максимальных температур обработки, а также к излишнему ее почернению и разрушению в процессе обработки.
Известен способ обработки древесины, включающий ее ступенчатое нагревание с последующим охлаждением. Процесс проводят, по крайней мере, в течение стадии охлаждения при полном отсутствии кислорода, в атмосфере азота (патент Франции JSfe 2786426, 2000).
Использование этого способа также позволяет улучшить физические и химические свойства древесины. Однако полное отсутствие иных модифицирующих агентов в среде азота не позволяет приобрести древесине некоторые полезные свойства, которые она могла бы иметь после обработки в соответствующей среде.
В данной заявке заявлена группа изобретений, являющихся дальнейшим усовершенствованием автором-заявителем известных способа и устройства термической обработки древесины, описанных в RU 2277045, 27.05.2006, автором и заявителем которых, является и автор заявленной группы изобретений:
В указанном известном патенте RU 2277045 описаны способ термической обработки древесины для улучшения ее основных характеристик и устройство для его осуществления. Способ включает нагревание древесины до 140-1500C в атмосфере воздуха в течение 2-3 часов, дальнейший нагрев древесины в атмосфере водяного пара до 210-2200C в течение 2-3 часов, осуществляемый посредством постоянного дозированного впрыска воды в камеру, и' вытеснения воздуха и иных газов из камеры образующимся водяным паром, саморазогрев до 230-2400C в течение 30-60 мин, остановку саморазогрева с помощью управляемого впрыска воды, и охлаждение древесины в атмосфере. 100% пересыщенного водяного пара путем регулируемого впрыска воды.
Описываемое устройство для его осуществления содержит теплоизолированный от окружающей среды корпус с герметично закрываемым отверстием для загрузки древесины, расположенную внутри корпуса камеру, соединенную через воздуховоды с тепловым высокотемпературным вентилятором для нагнетания воздуха, со скруббером для очистки выбрасываемой воздушной смеси, с блоком управления нагревом воздуха, включающим воздушные ТЭНы и управляющие термопары - датчики . измерения и контроля температуры, сигналы с которых поступают в шкаф управления, связанный с впрыскивающим устройством для дозированной подачи воды, связанным с камерой, а также блоком нагрева и вентилятором.
Известный способ и устройство для его осуществления позволяют улучшить основные характеристики обрабатываемой древесины — влагоотталкивание, стабильность . геометрии и устойчивость к биологическим поражениям. Однако, ввиду повышенных требований к качеству термообрабатываемой древесины известный способ и устройство, описанные автором-заявителем в предыдущем патенте RU 2277045, уже не полностью обеспечивают стабильность всех свойств древесины, подвергнутой термообработке, с целью улучшения ее основных характеристик, так как, в частности, не в полной мере, обеспечивается необходимая корректировка параметров процесса в зависимости от вида и качества исходного материала, колебаний условий процесса и задаваемого качества конечного продукта, в данном случае термообработанной древесины.
Известен RU 2070692, 20.12.1996, способ сушки диэлектрических материалов, в частности пиломатериалов, согласно которому осуществляют термическую СВЧ-обработку материалов, перемещаемых конвейером в сушильной камере, и конвекционный нагрев горячим воздухом, при этом осуществляют контроль параметров высушиваемого материала, регулируют величину СВЧ- мощности, изменяя режим работы источников СВЧ-мощнрсти, при этом поддерживают отношение мощностей калорифера и СВЧ- источника в соответствии с выражением
Рконв _ 2nr e -ω
-t свч -К-μ ^pCl где
Рконв мощность, подводимая к поверхности материала (мощность калорифера),
Pcвч мощность источников СВЧ, п - коэффициент, зависящий от вида материала, г - скрытая теплота парообразования,
Rμ -гидравлическое сопротивление слоя материала толщиной d/2, d - толщина материала, г - средняя плотность материала, k - коэффициент поглощения СВЧ-энергии материалом,
С - средняя удельная теплоемкость влажного материала. Данным патентом сделана попытка регулирования параметров процесса в зависимости от вида исходного материала, и других задаваемых условий процесса с целью контролирования параметров высушиваемого материала.
Однако и этот способ не лишен определенных недостатков, связанных в частности с использованием СВЧ-энергии, а также невозможностью оперативно регулировать параметры процесса в зависимости от изменения того или иного условия.
Поэтому технической задачей заявляемой группы изобретений является обеспечение стабильности основных характеристик термообрабатываемой древесины за счет возможности оперативного саморегулирования параметров процесса.
Раскрытие изобретения и краткое описание его сущности
Итак, задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является создание и дальнейшее усовершенствование способа и устройства для обработки древесины, обеспечивающих получение древесной структуры со стабильными улучшенными характеристиками, позволяющими расширить области ее применения.
В результате решения данной технической задачи стало возможно получение технических , результатов, заключающихся в стабильном улучшении таких основных характеристик древесины как ее влагоотталкивающие свойства (уменьшается средняя величина остаточной влажности термообработанной древесины, уменьшается ее равновесная влажность, улучшается однородность древесной структуры, улучшается стабильность ее геометрии и устойчивость к биологическим поражениям). Поставленная техническая задача достигается заявленной группой изобретений, в которую входят способ термической обработки древесины, устройство для его осуществления.
Итак, поставленная задача достигается способом термической обработки древесины для улучшения ее основных характеристик, включающий нагревание древесины до 140-1500C в атмосфере воздуха, дальнейший нагрев древесины в атмосфере водяного пара до 210- 2200C, осуществляемый посредством постоянного дозированного впрыска воды в камеру и вытеснения воздуха и иных газов из камеры, образующимся водяным паром, саморазогрев до 230-2400C в течение 30-60 мин, остановку саморазогрева с помощью управляемого впрыска воды и охлаждение древесины в атмосфере 100%-нoгo пересыщенного водяного пара путем регулируемого впрыска воды, при этом осуществляют контроль и программирование режимов процесса термообработки с использованием принципа интеллектуального цикла, при котором управление циклом термообработки осуществляют формируя управляющие воздействия, соответствующие параметрам вводимой текущей информации в виде управляющих сигналов, поступающих в компьютерную систему, которая определяет оптимальные значения параметров процесса.
Управляющие воздействия (управляющие сигналы) соответствуют параметрам процесса термообработки и включают значения температуры теплоносителя, температуру древесины в различных точках штабеля на входе и на выходе, породу древесины, размер древесины (и штабеля), подачу воздуха, воды, регулирование подачи пара, длительность процесса. • При этом при осуществлении данного способа создают давление водяного пара в камере на 10% выше атмосферного.
В частности, нагревание древесины до 140-1500C в атмосфере воздуха производят в течение 2-3 часов.
В частности, дальнейший нагрев древесины в атмосфере водяного пара до 210-2200C производят в течение 2-3 часов.
В заявленном изобретении впервые применен способ управления циклом обработки, использующий в качестве управляющих сигналов не только значение температуры теплоносителя, но и значение результатов нагрева древесины в разных точках штабеля. В результате продолжительность цикла становится плавающим параметром и зависит от процессов, происходящих в процесс обработки. Такой цикл и способ его осуществления назван условно интеллектуальным циклом. Для управления процессом используются попеременно средние значения температур древесины на входе и на выходе воздушного потока, являющегося теплоносителем. Значение достигаемых параметров программируется оператором и зависит от требуемой степени обработки, породы древесины, размеров исходной древесины и других параметров. Такой способ управления циклом обработки позволяет контролировать термохимические реакции, происходящие при обработке лиственных пород, что позволяет получать предсказуемый результат вне зависимости от разбега параметров исходного сырья. Этот способ обработки выгодно отличает WESTWOOD от мировых аналогов (главным образом - финских), которые ведут управление процессами по температуре теплоносителя, в результате чего доля обработки лиственных пород в производстве на финском оборудовании вынужденно едва достигает 15%. Техническая задача достигается также и устройством для термической обработки древесины, работающим, по принципу интеллектуального цикла, и включающем герметичную теплоизолированную камеру, размещенную в контейнере, и имеющую герметично закрываемое отверстие для загрузки древесины, соединенную через соединительный рукав с воздуховодами, с вентилятором для нагнетания воздуха, испарителем и электрокалорифером, насос-дозатор для подачи воды, соединенный с испарителем, электроприводные заслонки, соединенные с камерой, очиститель смеси пара и воздуха, связанный через гидрозатвор с камерой, шкаф управления с компьютерной системой для контроля и программирования процессом и управления электрокалорифером, электроприводными заслонками, насосом-дозатором, камерой, снабженных датчиками контроля параметров процесса, управляющие сигналы с которых поступают в шкаф управления.
При этом данное устройство содержит расположенную внутри камеры параллельно стенкам камеры перфорированную стенку.
При этом в данном устройстве отверстие для загрузки выполнено в виде теплоизолированной двери.
Подробное описание сущности изобретения
Итак, был усовершенствован способ термической обработки древесины для улучшения ее основных характеристик, включающий нагревание древесины до 140-1500C в атмосфере воздуха, дальнейший нагрев древесины в атмосфере • водяного пара до 210-2200C, осуществляемый посредством постоянного дозированного впрыска воды в камеру и вытеснения воздуха и иных газов из камеры образующимся водяным паром, саморазогрев до 230-2400C в течение 30-60 мин, остановку саморазогрева с помощью управляемого впрыска воды и охлаждение древесины в атмосфере 100%-нoгo пересыщенного водяного пара путем регулируемого впрыска воды, и при этом осуществляют контроль и программирование режимов процесса термообработки с использованием принципа интеллектуального цикла, при котором управление циклом термообработки осуществляют формируя управляющие воздействия, соответствующие параметрам вводимой текущей информации в виде управляющих сигналов, поступающих в компьютерную систему, которая определяет оптимальные значения параметров процесса.
Температура и длительность обработки зависят от необходимости получения того или иного свойства материала. Максимальная температура, а также график ее изменения зависит от породы и качества исходного материала и может задаваться пользователем. В процессе обработки температура поддерживается автоматически по заданной программе.
Нагревание древесины до 140-1500C в атмосфере воздуха предпочтительно производят в течение 2-3 час.
Дальнейший нагрев древесины в атмосфере водяного пара до 210-2200C предпочтительно производят в течение 2-3 час.
Предпочтительно создают давление водяного пара в камере на 10% выше атмосферного.
Древесина, полученная по данному способу, условно называется WESTWOOD (исходя из словосочетания Wаtеr Ехstгаsiпg Stаbilisаtеd Wооd). Данная задача была решена и другим изобретением заявленной группы - устройством для термообработки древесины, работающим по принципу интеллектуального цикла.
Установка для термической обработки древесины состоит из герметичной теплоизолированной камеры 1, размещенной в контейнере, с другой стороны которого размещаются агрегаты. Обрабатываемый материал загружается в виде штабеля 3 на металлический поддон, и при помощи гидравлической телеги закатывается по рельсам в камеру 1. Гидравлическая телега на время обработки удаляется из камеры 1 установки.
Входной проем камеры закрывается герметичной дверью, которая прижимается при помощи болтов и притворов к корпусу камеры, чем обеспечивается герметичность камеры.
Воздух из камеры 1 через воздухосборный канал 2 и соединительный рукав засасывается вентилятором 4 установки в камеру подготовки воздуха и нагнетается последовательно в испаритель 5 и электрокалорифер 7. Нагретый в калорифере воздух поступает обратно в камеру 1 по соединительному рукаву и отдает тепло обрабатываемому материалу.
При достижении температуры 1200C, вступает в действие соленоидный насос-дозатор 6. Он подает в дозированном количестве воду из бачка насоса на испаритель 5. Образующийся пар постепенно вытесняет воздух из камеры. Излишек смеси пара и воздуха вытесняется через гидрозатвор 8 в очиститель 9, а затем в атмосферу. В очистителе 9 происходит осаждение излишка пара и растворение части продуктов перегонки древесины. При снижении температуры в камере менее 80 С, автоматически прекращается подача воды насосом-дозатором 6, и открываются электроприводные заслонки 10. Через одну из них происходит удаление пара из камеры установки, через другую - подсос свежего воздуха.
Управление электрокалорифером, электроприводными заслонками, насосом-дозатором и т.д. происходит со шкафа управления 11, имеющего жидкокристаллический монитор для контроля и программирования процессов. Кроме вышеперечисленных сигналов различных датчиков, в шкаф управления также поступают сигналы значения температур в различных точках штабеля обрабатываемой древесины. Программирование режимов управления циклом производится с учетом значений вышеназванных параметров, достижение которых является управляющим сигналом для управления циклом. Коммутация силовых цепей осуществляется при помощи силового шкафа (на рис. не показан) (см. фиг. 5).
Обработка древесины производится при повышенных температурах при полном отсутствии воздуха, но в присутствии водяного пара. При этом вода, как можно полагать, играет в этом процессе роль не только охлаждающего агента, но и модификатора. В результате термообработки по данному способу в атмосфере пересыщенного водяного пара при температурах существенно выше 1000C, атомы водорода из водяного пара присоединяются к концам образующих древесину молекул с образованием новых связей. Кроме того, нагревание древесины начиная со 1600C приводит к эффекту «cкpyчивaния» линейных молекул древесины в «кoльцa». Вследствие чего молекулы воды не могут присоединяться к молекулам, находящимся внутри такого «кoльцa», и это является дополнительным фактором, препятствующим смачиванию древесины (что происходит, однако, при любой термообработке древесины выше 160 С). В нашем процессе в результате прикрепления атомов водорода к внешней стороне «кoльцa» они образуют дополнительную защиту от проникновения молекул воды не только внутрь таких «кoлeц», но и препятствуют приближению молекул воды вообще к молекулам древесины. При эксплуатации обработанной древесины во влажной среде молекулы воды отталкиваются от древесины (что приводит к эффекту «нecмaчивaния»), в результате чего вода в древесину, обработанную предложенным способом, проникает минимально, причем только за счет пористости структуры самой древесины, но не за счет смачивания. Также легко вода испаряется из древесины. Такое свойство отталкивания воды обработанной этим способом древесиной на молекулярном уровне устаняет эффект «paзбyxaния» материала, присущий необработанному дереву.
На приведенной Фиг.l представлены результаты эксперимента по динамике набора воды обработанным и необработанным деревом (древесина находилась в воде почти 7 суток, а затем высыхала при комнатной температуре). Обработанная древесина набрала 18% влажности против 70% необработанной.
При использовании данного способа древесина приобретает стабильность геометрии. Это свойство древесины возникает за счет структурирования молекулярных цепочек древесины и приобретения ими дополнительной жесткости за счет улетучивания и разложения высокомолекулярных соединений (смол). В эксперименте обработанная древесина практически не изменила свои размеры (увеличение на 1%) против необработанной, которая «paзбyxлa» на 17%.
Обработанная по данному способу древесина также приобретает устойчивость к биологическим поражениям. Высокие температуры обработки разлагают полисахариды в древесине, что на фоне ее очень малой остаточной влажности 2-4% (древесина при высокой температуре обработки отдает также и связанную на молекулярном уровне воду) создает практически абсолютную устойчивость любой древесины, обработанной высокими температурами, к воздействию на нее грибка и микроорганизмов.
Как можно понять, по сравнению с известными, например, финским, и французским способами термообработки, предложенный способ имеет ряд принципиальных отличий:
- Применяется атмосфера пересыщенного пара в качестве инертной среды (водном известном применяется азот в качестве инертной среды при полном удалении кислорода, а в другом известном пар применяется для препятствия горению в смеси с воздухом).
- Контролируемый впрыск воды применяется не только для создания паровой среды, но также и для контролируемого охлаждения в цикле выхода из высоких температур (при испарении вода забирает энергию окружающего воздуха, приводя к его охлаждению).
В цикле нагревания используется управляемая термохимическая реакция, которая происходит при температуре в древесине 210-2200C и приводит к дополнительному нагреву древесины по отношению к нагреваемому воздуху. Как видно из графика финского процесса (Фиг.2), в стадии нагрева воздух имеет более высокую температуру, а в стадии охлаждения - более низкую, при этом температура не достигает требуемых 2100C для начала термохимической реакции и эффекта превышения температуры дерева над температурой воздуха не наблюдается и не используется.
В заявленном способе термохимическая реакция используется, так что режим нагрева воздуха подбирается с ее учетом (при снижении температуры древесины ниже 2100C реакция прекращается). Таким образом, режим обработки в атмосфере пересыщенного водяного пара с учетом термохимической реакции является принципиально новой технологией, не использовавшейся ранее. Ниже приведены графики температурного режима нагрева и охлаждения, использующегося при ретификации (Фиг.З) и по предложенному способу (Фиг.4).
Таким образом, для получения древесины по данному способу используется ряд воздействий (управляющие воздействия):
- Пересыщенный водяной пар высоких температур, получаемый в результате контролируемого впрыска воды на определенных этапах цикла обработки.
- Поэтапный (контролируемый автоматикой) медленный нагрев воздушной среды в камере до температуры 210-2200C . Это приводит к управляемой термохимической реакции в древесине, которая наступает при температуре 2100C и приводит к дополнительному нагреву древесины до температур 230-2400C (на 20-300C больше, чем температура окружающего воздуха).
Поэтапное (контролируемое автоматикой) медленное охлаждецие воздушной среды в камере за счет управляемого впрыска воды в камеру (приводящее к гашению реакции) с температуры 210- 2200C до 200C. - Инертная среда обработки из 100% пересыщенного водяного пара, создаваемая в режиме нагрева при температурах выше 1500C и в режиме охлаждения вплоть до температуры 80-1000C, нагнетаемого под небольшим избыточным давлением, что приводит к полному вытеснению воздуха из камеры обработки. Оригинальный программируемый режим обработки, включающий стадию постепенного нагрева (4 часа). Которая приводит к запуску термохимической реакции, поддерживаемой температурой воздуха 210-2200C (0,5-1 час в зависимости от требуемой степени обработки), затем стадия охлаждения с помощью регулируемого впрыска воды (6-7 часов).
Изобретение иллюстрируется следующими чертежами.
На Фиг.l показана динамика поглощения и испарения воды обработанным и необработанным деревом (береза), погруженным целиком в воду и обсыхаемым при комнатной влажности и температуре.
На Фиг.2 изображен график температурного режима обработки дерева по известному способу.
На Фиг.З показаны графики температурного режима нагрева и охлаждения, использующегося при обработке древесины по известному способу.
На Фиг.4 показан температурный режим обработки дерева по предложенному способу.
На Фиг.5 изображена схема предлагаемого устройства.
Работа заявленного устройства и осуществление способа иллюстрируется следующими примерами, не ограничивающими изобретение. Пример 1.
Древесину (сухая обрезанная доска, береза' толщиной 50 мм, длиной 3 м и шириной 150 мм закладывают на тележку в виде палеты и перекладывают поперечными рейками из того же материала толщиной 30 мм. Теплоизолированную дверь открывают, внутрь камеры 1 закатывают тележку, с палетой, и затем дверь закрывают с помощью прижимного устройства (на чертеже не показано). С помощью шкафа 11 управления задают два режима (режим обработки - скорость нагрева, предусмотренная для данной породы дepeвa(бepeзa) и температурный режим для достижения той или иной степени обработки Г. 'максимальная температура и время выдержки при этой . температуре). Программируют следующие значения: нагрев воздуха до 1400C в течение 3 час. Управляемый шкаф 11 включают кнопкой ПУСК, при этом включается вентилятор 4. Воздух. из камеры 1 через воздухосборный канал 2 и соединительный рукав засасывается вентилятором 4 установки в камеру подготовки воздуха и нагнетается последовательно в испаритель 5 и электрокалорифер 7. Нагретый в калорифере воздух поступает обратно в камеру 1 по соединительному рукаву и отдает тепло обрабатываемому материалу.
При достижении температуры 1200C, вступает в действие соленоидный насос- дозатор 6. Он подает в дозированном количестве воду из бачка насоса на испаритель 5. Образующийся пар постепенно вытесняет воздух из камеры. Излишек смеси пара и воздуха вытесняется через гидрозатвор 8 в очиститель 9, а затем в атмосферу. В очистителе 9 происходит осаждение излишка пара и растворение части продуктов перегонки древесины. При снижении температуры в камере менее 800C, автоматически прекращается подача воды насосом-дозатором 6, и открываются электроприводные заслонки 10. Через одну из них происходит удаление пара из камеры установки, через другую - подсос свежего воздуха.
Теплоизоляция обеспечивает поддержание требуемой температуры и минимизирует теплообмен камеры 1 с окружающей средой. Управляющий шкаф 11 обеспечивает дальнейший нагрев парогазовой среды в камере до 2200C и поддерживают температуру воздушной среды в течение 30-60 мин в зависимости от заданной программы обработки. При этом за счет термохимической реакции температура древесины возрастает до 2350C. Затем в камеру подается вода через впрыскивающее устройство дозированной подачи воды. Это приводит к уменьшению температуры пара в течение 6-7 часов. При снижении температуры в камере менее 1500C автоматически прекращается подача воды.
Управление электрокалорифером, электроприводными заслонками^ насосом-дозатором и т.д. происходит со шкафа управления 11, имеющего жидкокристаллический монитор для контроля и программирования процессов. Кроме вышеперечисленных сигналов различных датчиков, в шкаф управления также поступают сигналы значения температур в различных точках штабеля обрабатываемой древесины. Программирование режимов управления циклом производится с учетом значений вышеназванных параметров, достижение которых является управляющим сигналом для управления циклом. Коммутация силовых . цепей осуществляется при помощи силового шкафа (на рис. не показан). После охлаждения обработанной древесины в камере до комнатной температуры теплоизолированную дверь 2 открывают, тележку с палетой выкатывают и выгружают готовый продукт. Получают древесину темно-коричневого цвета с выраженным запахом, которая показывает следующие свойства:
1) Влагопоглощение уменьшено в 4 раза по сравнению с необработанной древесиной.
2) Колебания размеров уменьшены в 17 раз по сравнению с необработанным продуктом.
Пример 2.
Обработку древесины осуществляли по примеру 1, однако при следующих параметрах:
- нагревание в атмосфере воздуха производят до 1400C
- максимальная температура нагрева древесины - 2100C
- последнюю температуру удерживали в течение 30 мин. Получают древесину цвета темный орех (светлее, чем в примере 1) со следующими свойствами:
1) Влагопоглощение уменьшено в 3 раза по сравнению с необработанной древесиной.
2) Колебания размеров уменьшены в 10 раз по сравнению с необработанным продуктом.
Пример 3 (сравнительный)
Обработку древесины осуществляли при температурных режимах примера 1, однако, вместо впрыска воды при 1400C начали подавать азот из баллона вплоть до стадии полного охлаждения. Пример 4 (сравнительный)
Обработку древесины осуществляли при температурных режимах примера 1, однако, впрыск воды прекратили, когда концентрация кислорода осталась 3-4%.
Получили древесину темно-коричневого цвета с частично обугленной поверхностью черного цвета.
Таким образом, древесина, полученная по предложенному способу , имеет лучшие свойства, чем полученная по известным способам.
Промышленная применимость
Таким образом, как показывают вышеприведенные данные, в результате осуществления заявленной группы изобретений получают древесину с улучшенными следующими характеристиками:
1) Влагопоглощение уменьшено в 2,8 раза по . сравнению с необработанной древесиной.
2) Колебания размеров уменьшены в 9 раз по сравнению с необработанным продуктом.
Ниже описаны возможные применения полученной по предлагаемому изобретению древесины в строительстве и в отделке.
- Двери из цельного массива древесины WEST-WOOD никогда не будут «гyлять» по размерам и при цене, сравнимой со стоимостью обычных' дверей из ДСП, по дизайну и качеству полностью соответствуют импортным итальянским дверям.
- Евроокна из древесины WEST-WOOD решают «вeчныe» проблемы деревянных окон - колебания размеров и гниение от постоянного соприкосновения с влагой. - Паркет из древесины WEST-WOOD будет укладываться без зазоров, поскольку колебания размеров древесины WEST-WOOD в 17 раз уменьшены. Возможно изготовление цветного паркета за счет разных степеней обработки древесины.
- Деревянная плитка для санузлов и кухонь станет достойной альтернативой холодной кафельной плитке для пола и стен.
- Цельные ванные и раковины из ретифицированной древесины уже продаются в Париже. Необычно, красиво и полезно для здоровья.
- Сауны сохранят свой первозданный вид, несмотря на постоянные перепады влажности и температуры. И запах натурального дерева!
- Мебель для кухни естественно должна быть произведена из натурального экологически чистого материала с повышенной защитой от влаги и бактерий.
- Садовая мебель из древесины WEST-WOOD будет практически вечной (и это без использования вредоносных химических пропиток!).
- Внешняя отделка и сайдинг домов и построек не только придаст дому красивый и дорогой вид, но и действительно защитит его от влаги, холода и шума. И такой дом не придется снова красить на следующий год!
- И еще ряд применений древесины WEST-WOOD: отделка яхт, мощение прибассейновых территорий, изготовление пгумовых ограждений на автострадах, заборы, любые наружные сооружения и еще тысячи применений.
Другие полезные свойства изделий из древесины типа WEST- W00D: - Улучшенное качество поверхности и полное отсутствие проблем с осаждением пыли;
- В большинстве случаев не требует покраски;
- Долговечность;
- Существенное уменьшение высыхаемости;
- Длительная устойчивость к давлению;
- Однородность цвета на всю глубину;
- Устойчивость к высоким температурам;
- Повышенные противопожарные и теплоизолирующие свойства;
- Выраженный запах натурального дерева;
- Абсолютная экологическая чистота.

Claims

Формула изобретения
1. Способ термической обработки древесины для улучшения ее основных характеристик, включающий нагревание древесины до 140- 1500C в атмосфере воздуха, дальнейший нагрев древесины в атмосфере водяного пара до 210-2200C, осуществляемый посредством постоянного дозированного впрыска воды в камеру и вытеснения воздуха и иных газов из камеры, образующимся водяным паром, саморазогрев до 230-2400C в течение 30-60 мин, остановку саморазогрева с помощью управляемого впрыска воды и охлаждение древесины в атмосфере 100%-нoгo пересыщенного водяного пара путем регулируемого впрыска воды, при этом осуществляют контроль и программирование режимов процесса термообработки с использованием принципа интеллектуального цикла, при котором управление циклом термообработки осуществляют формируя управляющие воздействия, соответствующие параметрам вводимой текущей информации в виде управляющих сигналов, поступающих в компьютерную систему, которая определяет оптимальные значения параметров процесса.
2. Способ термической обработки древесины по п.l, отличающийся тем, что управляющие воздействия (управляющие сигналы) соответствуют параметрам процесса термообработки и включают значения температуры теплоносителя, температуру древесины в различных точках штабеля на входе и на выходе, породу древесины, размер древесины (и штабеля), подачу воздуха, воды, регулирование подачи пара, длительность процесса.
3. Способ по п. 1, в котором создают давление водяного пара в камере на 10% выше атмосферного.
4. Способ по п. 1, в котором нагревание древесины до. 140-1500C в атмосфере воздуха производят в течение 2-3 часов.
5. Способ по п. 1, в котором дальнейший нагрев древесины в атмосфере водяного пара до 210-2200C производят в течение 2-3 часов.
6. Устройство для термической обработки древесины способом по одному из п.п.1-5, работающее по принципу интеллектуального цикла, и включающее герметичную теплоизолированную камеру, размещенную в контейнере, и имеющую герметично закрываемое отверстие для загрузки древесины, соединенную через соединительный рукав с воздуховодами, с вентилятором для нагнетания воздуха, испарителем и электрокалорифером, насос-дозатор для подачи воды, соединенный с испарителем, электроприводные заслонки, соединенные с камерой, очиститель смеси пара и воздуха, связанный через гидрозатвор с камерой, шкаф управления с компьютерной системой для контроля и программирования процессом и управления электрокалорифером, электроприводными заслонками, насосом- дозатором, камерой, снабженных датчиками контроля параметрами процесса, управляющие сигналы с которых поступают , в шкаф управления.
PCT/RU2007/000147 2007-03-28 2007-03-28 Procédé de traitement thermique du bois et dispositif de mise en oeuvre de ce procédé WO2008118036A1 (fr)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/921,942 US20110020568A1 (en) 2007-03-28 2007-03-28 Method for wood heat treatment and a device for carrying out said method
PCT/RU2007/000147 WO2008118036A1 (fr) 2007-03-28 2007-03-28 Procédé de traitement thermique du bois et dispositif de mise en oeuvre de ce procédé

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2007/000147 WO2008118036A1 (fr) 2007-03-28 2007-03-28 Procédé de traitement thermique du bois et dispositif de mise en oeuvre de ce procédé

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2008118036A1 true WO2008118036A1 (fr) 2008-10-02

Family

ID=39788707

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2007/000147 WO2008118036A1 (fr) 2007-03-28 2007-03-28 Procédé de traitement thermique du bois et dispositif de mise en oeuvre de ce procédé

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20110020568A1 (ru)
WO (1) WO2008118036A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010086491A1 (en) 2009-02-02 2010-08-05 Tom Sommardal Container

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DK179094B1 (en) * 2016-07-15 2017-10-23 Wtt Holding Aps Method and system for thermal modification of wood, as well as a control program for carrying out the improved method
DK179238B1 (en) * 2016-07-15 2018-02-26 Wtt Holding Aps A thermo treatment process for wood
DE102018105611A1 (de) * 2018-03-12 2019-09-12 Lar Process Analysers Ag Messanordnung und Messverfahren zur Bestimmung eines Inhaltsstoffes oder Qualitätsparameters von Wasser oder Abwasser
CN112829029B (zh) * 2021-02-20 2022-09-13 东莞市旺利包装材料有限公司 一种充分冷却蒸汽的木材调湿装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2110026C1 (ru) * 1996-07-09 1998-04-27 Центр комплексного развития технологии энерготехнологических систем Способ, устройство и нагреватель для сушки древесины
RU2120479C1 (ru) * 1997-09-19 1998-10-20 Олег Николаевич Санков Установка для термической обработки материалов
RU2206842C2 (ru) * 2001-07-19 2003-06-20 Ролдугин Сергей Николаевич Сушильная камера для пиломатериалов
RU2277045C2 (ru) * 2004-08-11 2006-05-27 Игорь Александрович Данченко Способ термической обработки древесины и устройство для его осуществления

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RO118548B1 (ro) * 2000-03-06 2003-06-30 Technical System Keep Limited Company Metodă de uscare a lemnului
FR2846269B1 (fr) * 2002-10-28 2004-12-24 Jean Laurencot Procede pour traiter une charge de matiere ligneuse composee d'elements empiles, notamment une charge de bois, par traitement thermique a haute temperature
FR2874851B1 (fr) * 2004-09-09 2006-12-01 Hedonis Sarl Procede et dispositif de traitement par la chaleur de lames de bois destines a former des inserts aromatiques
CA2482571A1 (en) * 2004-09-27 2006-03-27 9103-7366 Quebec Inc. Apparatus for treating lignocellulosic material, and method of treating associated thereto
FR2883788B1 (fr) * 2005-04-04 2011-08-19 Edmond Pierre Picard Procede de traitement thermique de bois, installation pour la mise en oeuvre du procede, et du bois traite thermiquement
NL2000405C2 (nl) * 2006-12-22 2008-06-24 Willems Holding B V W Werkwijze voor het verduurzamen van hout, houtproduct en inrichting daarvoor.
WO2009129587A1 (en) * 2008-04-24 2009-10-29 Arch Wood Protection Pty Ltd Carbier, formulation and method for the treatment of timber

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2110026C1 (ru) * 1996-07-09 1998-04-27 Центр комплексного развития технологии энерготехнологических систем Способ, устройство и нагреватель для сушки древесины
RU2120479C1 (ru) * 1997-09-19 1998-10-20 Олег Николаевич Санков Установка для термической обработки материалов
RU2206842C2 (ru) * 2001-07-19 2003-06-20 Ролдугин Сергей Николаевич Сушильная камера для пиломатериалов
RU2277045C2 (ru) * 2004-08-11 2006-05-27 Игорь Александрович Данченко Способ термической обработки древесины и устройство для его осуществления

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010086491A1 (en) 2009-02-02 2010-08-05 Tom Sommardal Container
EP2391534A1 (en) * 2009-02-02 2011-12-07 Tom Sommardal Container
EP2391534A4 (en) * 2009-02-02 2013-10-02 Tom Sommardal CONTAINER

Also Published As

Publication number Publication date
US20110020568A1 (en) 2011-01-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2008118036A1 (fr) Procédé de traitement thermique du bois et dispositif de mise en oeuvre de ce procédé
US7993709B2 (en) Process for treating lignocellulosic material, and apparatus for carrying out the same
Mirzaakbarovna et al. Wood Processing For Construction
CN103240782A (zh) 一种纳米无机化炭化木的制备方法及其产品和应用
US20120021207A1 (en) Powder coating
KR100776545B1 (ko) 목질패널류를 이용한 유해 ｖｏｃ 흡착 탄화패널 및 그제조방법
RU2277045C2 (ru) Способ термической обработки древесины и устройство для его осуществления
KR101343656B1 (ko) 방부목재 및 이의 제조방법
KR20140005058A (ko) 열처리 탄화목 제조방법
CN101497799B (zh) 一种超高温木材炭化方法
JPH0760704A (ja) 改質木材の製造法
KR100581669B1 (ko) 숯 성형을 위한 진공 건조방법 및 그 장치
JP3912385B2 (ja) 木材乾燥装置
WO2017056013A2 (en) Modified wood product and a process for producing said product
CN107127856B (zh) 一种新鲜竹材的物理深度碳化工艺
WO2011085691A1 (en) Moisture control for manufactured wood products
EP1696193B1 (de) Holzbehandlungsmethode
JP2828625B2 (ja) 木材乾燥方法
JP2005047100A (ja) 木材乾燥方法及び乾燥装置
JP2009172787A (ja) 熱処理木材の製造方法
FI117126B (fi) Menetelmä palonsuoja- ja biosidikoostumuksen käyttämiseksi puutavaran sekä puun ja orgaanisten raaka-aineiden käsittelyyn puutavarakuivaamoissa tai erillisissä tiloissa tai tuotanto-prosesseissa
CN108724381A (zh) 一种木质地板的抗菌浸渍处理设备及其工艺
JPH06213568A (ja) 木材改質装置
JP2002067007A (ja) 木材乾燥装置及び木材乾燥方法
JPS62116106A (ja) 改質木材

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 07834934

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 07834934

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 12921942

Country of ref document: US