AT410070B

AT410070B - Process and device for high-temperature treatment of wood

Info

Publication number: AT410070B
Application number: AT0185000A
Authority: AT
Original assignee: Muehlboeck Kurt
Priority date: 2000-11-02
Filing date: 2000-11-02
Publication date: 2003-01-27
Also published as: ATA18502000A

Abstract

This describes a process and device for the high-temperature treatment of wood, which is heated in a sealed chamber by using a gaseous medium which is heated under pressure, whereby the pressure in the chamber is controlled in correspondence with the appropriate processing phase. In order to create favourable processing conditions, it is proposed that the pressure required for the treatment and the required protective gas in the chamber is produced from the gases escaping from the wood during heat treatment, whereby the pressure in the chamber is regulated between 2,000 Pa under or above the atmospheric pressure according to the wood type and/or the wood density, as well as the appropriate processing phase.<IMAGE>

Description

AT 410 070 BAT 410 070 B

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Hochtemperaturbehandlung von Holz, das in einer abgeschlossenen Kammer mit Hilfe eines gasförmigen Mediums unter Druck erwärmt wird, wobei der Druck in der Kammer entsprechend der jeweiligen Prozeßphase geregelt wird, sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.The invention relates to a method for high-temperature treatment of wood, which is heated under pressure in a closed chamber with the aid of a gaseous medium, the pressure in the chamber being regulated according to the respective process phase, and to a device for carrying out this method.

Bei einer Hochtemperaturbehandlung wird ein Holz auf Temperaturen von deutlich über 100 °C auf bis zu ca. 230 °C erwärmt, wobei das Holz eine wesentliche Veränderung seiner Eigenschaften erfährt, und zwar kommt es dabei zu Farbänderungen, zur Erhöhung der Dauerhaftigkeit des Holzes, zur Verringerung des feuchtigkeitsbedingten Schwindmaßes und zur Verringerung der Rohdichte aufgrund des Masseverlustes während der Wärmebehandlung. Der Masseverlust des Holzes entspricht im wesentlichen der Masse der entwichenen Gase bzw. des entwichenen Wasserdampfes.With a high temperature treatment, a wood is heated to temperatures of well over 100 ° C up to approx. 230 ° C, whereby the wood undergoes a significant change in its properties, namely in color changes, to increase the durability of the wood Reduction of the moisture-related shrinkage and reduction of the bulk density due to the loss of mass during the heat treatment. The loss of mass of the wood essentially corresponds to the mass of the escaped gases or the escaped water vapor.

Zur Holztemperaturbehandlung von Holz ist es außerdem bekannt, das Holz unter Schutzgas in einer geschlossenen Druckkammer einem vorgegebenen Temperaturverlauf auszusetzen (JP 106 309 A2). Zu Beginn der Wärmebehandlung herrscht leichter Überdruck in der Kammer vor, der im Laufe des Verfahrens durch Einbringen von Wasserdampf gesteigert wird. Dieses Verfahren ist wegen der benötigten Druckkammer allerdings technisch und im Betrieb sehr aufwendig und kostenintensiv.For wood temperature treatment of wood, it is also known to expose the wood to a predetermined temperature profile under protective gas in a closed pressure chamber (JP 106 309 A2). At the beginning of the heat treatment, there is a slight overpressure in the chamber, which is increased in the course of the process by introducing water vapor. However, because of the pressure chamber required, this process is technically very complex and costly in operation.

Abgase einer Holzverbrennung werden ebenfalls bereits zur Wärmebehandlung von Holz verwendet (US 5 752 328 A, JP 9 327 804 A2), was allerdings erhebliche Temperaturschwankungen mit sich bringt und keine ausreichende Wiederholgenauigkeit der Temperaturbehandlung gestattet.Exhaust gases from a wood combustion are also already used for the heat treatment of wood (US 5 752 328 A, JP 9 327 804 A2), which, however, entails considerable temperature fluctuations and does not allow sufficient repeatability of the temperature treatment.

Zur Hochtemperaturbehandlung von Holz werden derzeit meist Verfahren eingesetzt, bei denen das Holz in einem abgeschlossenen Raum bei Umgebungsdruck durchgeführt und gezielt innerhalb der Kammer eine Schutzatmosphäre erzeugt wird. So ist es aus der US 5 678 234 A der AU 2410695 A, der Fl 104285 A und der Fl 104286 A bekannt, das Holz in Anwesenheit von Wasserdampf zu behandeln, dessen Zustand während der Behandlung unter kontrollierten Bedingungen gehalten wird. Dabei muß laufend oder zumindest stufenweise Gas oder Dampf in die Kammer eingebracht werden, was zusätzliche Apparaturen zur Erzeugung und Einbringung des Schutzgases erfordert. Das Aufrechterhalten dieser Schutzatmosphäre während der gesamten Hochtemperaturbehandlung hat einen nicht unerheblichen Energieverbrauch und Materialeinsatz (Gas) zur Folge, wodurch sich die Behandlungskosten wesentlich erhöhen. Ein Gasverlust ist überdies unerwünscht, da das austretende Gas geruchs- und schadstoffbelastet ist und gereinigt werden muß. Durch das fallweise Einbringen von Gas unterliegt die Kammer Temperaturschwankungen, worunter die Wiederholgenauigkeit eines derartigen Verfahrens wiederum leidet.For the high-temperature treatment of wood, processes are currently mostly used in which the wood is carried out in a closed room at ambient pressure and a protective atmosphere is specifically generated within the chamber. It is known from US Pat. No. 5,678,234 to AU 2410695 A, Fl 104285 A and Fl 104286 A to treat the wood in the presence of water vapor, the condition of which is kept under controlled conditions during the treatment. Gas or steam must be continuously or at least gradually introduced into the chamber, which requires additional apparatus for generating and introducing the protective gas. Maintaining this protective atmosphere during the entire high-temperature treatment results in not inconsiderable energy consumption and material use (gas), which increases the treatment costs considerably. A gas loss is also undesirable since the escaping gas is polluted with odors and pollutants and must be cleaned. Due to the occasional introduction of gas, the chamber is subject to temperature fluctuations, which in turn affects the repeatability of such a method.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese Mängel zu beseitigen und ein Verfahren der eingangs geschilderten Art anzugeben, das sich durch seine Wiederholgenauigkeit und seinen hohen Wirkungsgrad auszeichnet. Außerdem soll eine Vorrichtung zur rationellen Durchführung dieses Verfahrens geschaffen werden.The invention is therefore based on the object of eliminating these deficiencies and of specifying a method of the type described at the outset which is distinguished by its repeatability and its high efficiency. In addition, a device for the rational implementation of this method is to be created.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß der für die Behandlung erforderliche Druck und das benötigte Schutzgas in der Kammer durch die aus dem Holz während der Wärmebehandlung entweichenden Gase erzeugt werden, wobei der Druck in der Kammer entsprechend der Holzart und/oder der Holzdichte sowie der jeweiligen Prozeßphase in einem Bereich zwischen 2000Pa unter bzw. über dem Umgebungsluftdruck geregelt wird.The invention solves this problem in that the pressure required for the treatment and the protective gas required in the chamber are generated by the gases escaping from the wood during the heat treatment, the pressure in the chamber corresponding to the type of wood and / or the wood density and the the respective process phase is regulated in a range between 2000 Pa below and above the ambient air pressure.

Auf eine Einbringung von Schutzgas vor bzw. während der Behandlung kann verzichtet werden, da das während der Behandlung entstehende Gas von der chemischen Zusammensetzung her eine optimale inerte Schutzatmosphäre darstellt. Da das erfindungsgemäße Verfahren bei kontrolliertem Innendruck abläuft, muß die Kammer nicht hochdruckfest ausgeführt sein, sondern es reicht, diese hermetisch dicht auszugestalten und mit einer für den gewünschten Innendruck notwendigen Druckstabilität zu versehen. Gegenüber den bisherigen Verfahren wird kein externer Druck aufgebaut, sondern das durch die Umwandlungsprozesse im Holz sich entwickelnde Gas zum Druckaufbau genutzt. Der Druck in der Kammer wird in Abhängigkeit der jeweiligen Prozeßphase geregelt, wobei ein Überdruck in der Kammer zu Prozeßbeginn eine gedrosselt ablaufende Ausgasung aus dem Holz und somit eine Umwandlung des Holzes unter verstärkter Anwesenheit von Abbauprodukten erfolgt, wodurch die im Holz stattfindenden Umwandlungsprozesse gleichmäßiger ablaufen. Eine Druckabsenkung am Ende des Behandlungsprozesses bewirkt eine rasche Ausgasung und eine beschleunigte Beendigung der Behandlung. Wird der Druck in der Kammer 2It is not necessary to introduce protective gas before or during the treatment, since the chemical composition of the gas generated during the treatment constitutes an optimal, inert protective atmosphere. Since the process according to the invention takes place at a controlled internal pressure, the chamber does not have to be designed to withstand high pressure, but it is sufficient to make it hermetically sealed and to provide it with the pressure stability required for the desired internal pressure. Compared to the previous processes, no external pressure is built up, but the gas evolving through the conversion processes in the wood is used to build up pressure. The pressure in the chamber is regulated depending on the respective process phase, with excess pressure in the chamber at the beginning of the process resulting in throttled outgassing from the wood and thus conversion of the wood with increased presence of degradation products, as a result of which the conversion processes taking place in the wood run more evenly. A reduction in pressure at the end of the treatment process results in rapid outgassing and an accelerated termination of the treatment. If the pressure in chamber 2

AT 410 070 B während der Behandlung unter den außerhalb der Kammer herrschenden Umgebungsluftdruck abgesenkt, so ist ein beschleunigtes, vollständiges Ausgasen des Holzes am Ende der Hochtemperaturbehandlung sichergestellt.AT 410 070 B is lowered during the treatment under the ambient air pressure outside the chamber, this ensures accelerated, complete outgassing of the wood at the end of the high-temperature treatment.

Eine vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfaßt eine abgeschlossene Kammer mit einer Heiz- und Gasumwälzeinrichtung sowie eine aus der Kammer führende Ableitung und zeichnet sich dadurch aus, daß in der Ableitung ein Rechner- und Steuereinheit druckgeregeltes Ventil vorgesehen ist. Der Druck in der Kammer läßt sich damit auf einfache Weise regeln, wozu die Rechner- und Steuereinheit den jeweiligen Druck in der Kammer mittels eines Drucksensors aufnimmt und den Druck in der Kammer in Abhängigkeit von der jeweiligen Prozeßphase über das Ventil einstellt. Übersteigt der Druck in der Kammer einen für die momentane Prozeßphase vorgesehenen Sollwert, wird das Ventil so weit bzw. so lange geöffnet, bis der gewünschte Sollwert erreicht ist. Die aus der Kammer dabei entweichenden Gase werden entweder ins Freie entlassen oder einer Abgasreinigung zugeführt.An advantageous device for carrying out the method according to the invention comprises a closed chamber with a heating and gas circulation device and a discharge line leading out of the chamber and is characterized in that a computer and control unit pressure-controlled valve is provided in the discharge line. The pressure in the chamber can thus be regulated in a simple manner, for which purpose the computer and control unit records the respective pressure in the chamber by means of a pressure sensor and adjusts the pressure in the chamber as a function of the respective process phase via the valve. If the pressure in the chamber exceeds a setpoint provided for the current process phase, the valve is opened or until the desired setpoint is reached. The gases escaping from the chamber are either released into the open or sent to an exhaust gas cleaning system.

Zur Druckabsenkung unter den außerhalb der Kammer herrschenden Umgebungsluftdruck ist in der Ableitung eine Pumpe angeordnet. Diese Pumpe ist vorzugsweise als druckgesteuerte Vakuumpumpe ausgeführt und saugt gegebenenfalls Gas aus der Kammer, um den für ein vollständiges Ausgasen des Holzes erforderlichen Unterdrück erreichen zu können.A pump is arranged in the discharge line to lower the pressure below the ambient air pressure prevailing outside the chamber. This pump is preferably designed as a pressure-controlled vacuum pump and, if appropriate, sucks gas out of the chamber in order to be able to achieve the negative pressure required for complete outgassing of the wood.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Qualität des Wärmebehandlungsprozesses erhöht, da während des Prozesses in der Kammer gleichmäßige Temperatur- und Atmosphärenbedingungen herrschen. Während der Hochtemperaturbehandlung entweichen lediglich die im Holz enthaltenen Gase, weshalb es geringere Anforderungen an den Durchsatz allfälliger Gasreinigungseinrichtungen gibt und eine Erwärmung sowie ein Verlust eines zusätzlichen Schutzgases entfällt. Dies erhöht den Gesamtwirkungsgrad der Anlage. Zudem kann die Vorrichtung einfach und kostengünstig gestaltet werden, da keine Druckkesselausführung erforderlich ist. Besonders gute Resultate ergeben sich, wenn das zu behandelnde Holz eine Mindestanfangsfeuchte von 5% aufweist und das Holz vor dem Behandlungsprozeß bei Temperaturen unter 100 °C gedämpft wird, was zu einer Entspannung und Vergleichmäßigung des Holzes führt.With the device according to the invention, the quality of the heat treatment process is increased since uniform temperature and atmospheric conditions prevail in the chamber during the process. During the high-temperature treatment, only the gases contained in the wood escape, which is why there are less requirements for the throughput of any gas cleaning devices and there is no heating and loss of an additional protective gas. This increases the overall efficiency of the system. In addition, the device can be designed simply and inexpensively, since no pressure vessel design is required. Particularly good results are obtained if the wood to be treated has a minimum initial moisture of 5% and the wood is steamed at temperatures below 100 ° C before the treatment process, which leads to relaxation and equalization of the wood.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise schematisch dargestellt. Es zeigenIn the drawing, the subject of the invention is shown schematically, for example. Show it

Fig. 1 eine Vorrichtung zur Hochtemperaturbehandlung in teilgeschnittener Seitenansicht, undFig. 1 shows a device for high temperature treatment in a partially sectioned side view, and

Fig. 2 ein Zeitabhängiger Temperatur- und Druckverlauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens.Fig. 2 shows a time-dependent temperature and pressure profile of a method according to the invention.

Eine Vorrichtung zur Hochtemperaturbehandlung 1 von Holz 2 besteht aus einer abgeschlossenen Kammer 3 mit einer Heizeinrichtung 4 und einer Gasumwälzeinrichtung 5 sowie einer aus der Kammer 3 führenden Ableitung 6. In der Ableitung 6 sind ein druckgeregeltes Ventil 7 und eine Pumpe 8 vorgesehen, wobei dem Ventil 7 eine Rechner- und Steuereinheit 9 zugeordnet ist. Der Druck in der Kammer wird mit einem an die Rechner- und Steuereinheit 9 angeschlossenen Drucksensor 10 gemessen.A device for high-temperature treatment 1 of wood 2 consists of a closed chamber 3 with a heating device 4 and a gas circulation device 5 and a discharge line 6 leading out of the chamber 3. In the discharge line 6, a pressure-controlled valve 7 and a pump 8 are provided, the valve 7 a computer and control unit 9 is assigned. The pressure in the chamber is measured with a pressure sensor 10 connected to the computer and control unit 9.

Bei der Hochtemperaturbehandlung wird das Holz 2 in der Kammer 3 mittels der Heizeinrichtung 4 erwärmt. Die Gasumwälzeinrichtung 5 sorgt dabei für eine annähernd gleichmäßige Temperatur in der gesamten Kammer 3. Dabei entweichen dem Holz 2 Gase und es baut sich ein Überdruck in der Kammer 3 auf. Dieser Druck wird vom Drucksensor 10 gemessen und an die Rechnerund Steuereinheit 9 weitergeleitet. Übersteigt der Druck in der Kammer 3 einen in der Rechnerund Steuereinheit 9 für die momentante Behandlungszeit abgelegten Sollwert, wird das Ventil 7 soweit bzw. solange geöffnet, bis der gewünschte Sollwert wieder erreicht ist. Die Pumpe 8 saugt gegebenenfalls Gas aus der Kammer 3, um einen für ein vollständiges Ausgasen des Holzes 2 erforderlichen Unterdrück erreichen zu können.During the high-temperature treatment, the wood 2 is heated in the chamber 3 by means of the heating device 4. The gas circulation device 5 ensures an approximately uniform temperature in the entire chamber 3. In the process, 2 gases escape from the wood and an overpressure builds up in the chamber 3. This pressure is measured by the pressure sensor 10 and passed on to the computer and control unit 9. If the pressure in the chamber 3 exceeds a setpoint stored in the computer and control unit 9 for the current treatment time, the valve 7 is opened or until the desired setpoint is reached again. The pump 8 sucks gas from the chamber 3, if necessary, in order to be able to achieve a vacuum required for complete outgassing of the wood 2.

Die während einer erfindungsgemäßen Hochtemperaturbehandlung in der Kammer 3 vorherrschenden Drücke und Temperaturen sind der Fig. 2 zusammen mit der Behandlungsdauer für Fichtenbretter mit einer Brettdicke von 20 mm sind Fig. 2 zu entnehmen, Zu Prozeßbeginn bewirkt ein Überdruck in der Kammer 3 eine gedrosselt ablaufende Ausgasung aus dem Holz 2, wodurch die im Holz 2 stattfindenden Umwandlungsprozesse gleichmäßiger ablaufen. Die Druckabsenkung am Ende des Behandlungsprozesses bewirkt die rasche Ausgasung und beschleunigte Beendigung der Behandlung. 3The pressures and temperatures prevailing in chamber 3 during a high-temperature treatment according to the invention can be seen in FIG. 2 together with the treatment time for spruce boards with a board thickness of 20 mm. FIG. 2. At the start of the process, an overpressure in chamber 3 causes throttled outgassing from wood 2, whereby the conversion processes taking place in wood 2 run more evenly. The lowering of pressure at the end of the treatment process causes rapid outgassing and accelerated termination of the treatment. 3

Claims

AT 410 070 B PATENT CLAIMS: 1. Process for high-temperature treatment of wood, which is heated under pressure in a closed chamber with the help of a gaseous medium, the pressure in the chamber being regulated according to the respective process phase, characterized in that for the treatment required pressure and the required protective gas in the chamber are generated by the gases escaping from the wood during the heat treatment, the pressure in the chamber depending on the type of wood and / or the wood density and the respective process phase in a range between 2000 Pa below or above Ambient air pressure is regulated.

2. Device for performing the method according to claim 1, with a closed, a heating and gas circulation device having chamber and a lead from the chamber, characterized in that a computer control unit pressure-controlled valve is provided in the derivative.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that a pump is arranged in the discharge line. THEREFORE 2 SHEET OF DRAWINGS 4