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 15-20 ⁰ C 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/см ² .

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 140-190 ⁰ C 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 80-85 ⁰ C 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 110-120 ⁰ C и выдерживают при этой температуре в течение 1-5 ч. после окончания термообработки камеру и древесину охлаждают до 40-50 ⁰ C 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-

190 ⁰ C 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 120-200 ⁰ C. 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 190-230 ⁰ C 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 100 ⁰ C.

затем воздушную среду замещают влажным паром, температуру которого повышают до 220-240 ⁰ C, 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 85 ⁰ C. 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 130-165 ⁰ C, 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 160-200 ⁰ C 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 160-200 ⁰ C, 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 120 ⁰ C до 160 ⁰ C 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

V _ш — объем штабеля древесины, м ³ ;

V _n - объем полостей, м ³ ; 0,437 - экспериментально установленный коэффициент, кпа;

K ₂ = 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 140-150 ⁰ C в атмосфере воздуха в течение 2-3 часов, дальнейший нагрев древесины в атмосфере водяного пара до

210-220 ⁰ C 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 230-240 ⁰ C 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

р _конв мощность, подводимая к поверхности материала (мощность калорифера),

P _cвч мощность источников свч, п - коэффициент, зависящий от вида материала, г - скрытая теплота парообразования,

R _μ -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 140-150 ⁰ C в атмосфере воздуха, дальнейший нагрев древесины в атмосфере водяного пара до 210- 220 ⁰ C, осуществляемый посредством постоянного дозированного впрыска воды в камеру и вытеснения воздуха и иных газов из камеры, образующимся водяным паром, саморазогрев до 230-240 ⁰ C 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 140-150 ⁰ C в атмосфере воздуха производят в течение 2-3 часов.

в частности, дальнейший нагрев древесины в атмосфере водяного пара до 210-220 ⁰ C 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 140-150 ⁰ C в атмосфере воздуха, дальнейший нагрев древесины в атмосфере • водяного пара до 210-220 ⁰ C, осуществляемый посредством постоянного дозированного впрыска воды в камеру и вытеснения воздуха и иных газов из камеры

образующимся водяным паром, саморазогрев до 230-240 ⁰ C 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 140-150 ⁰ C в атмосфере воздуха предпочтительно производят в течение 2-3 час.

дальнейший нагрев древесины в атмосфере водяного пара до 210-220 ⁰ C 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 120 ⁰ C, 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 100 ⁰ C, атомы водорода из водяного пара присоединяются к концам образующих древесину молекул с образованием новых связей. кроме того, нагревание древесины начиная со 160 ⁰ C 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 210-220 ⁰ C 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 210 ⁰ C 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 210 ⁰ C 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 210-220 ⁰ C . это приводит к управляемой термохимической реакции в древесине, которая наступает при температуре 210 ⁰ C и приводит к дополнительному нагреву древесины до температур 230-240 ⁰ C (на 20-30 ⁰ C 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- 220 ⁰ C до 20 ⁰ C.

- инертная среда обработки из 100% пересыщенного водяного пара, создаваемая в режиме нагрева при температурах выше 150 ⁰ C и в режиме охлаждения вплоть до температуры 80-100 ⁰ C, 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 210-220 ⁰ C (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 140 ⁰ C 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 120 ⁰ C, 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 ⁰ C, 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 220 ⁰ C 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 235 ⁰ C. 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 150 ⁰ C 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 140 ⁰ C

- максимальная температура нагрева древесины - 210 ⁰ C

- 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 140 ⁰ C 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.