CN103608155A - 木材在真空高压容器中的高温热改性方法 - Google Patents

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Abstract

描述了一种用于木材的热化学改性处理的方法，其中这样的改性通过构成木材结构的物质的多个化学反应来获得，所述化学反应通过这样的方式产生：在真空高压容器-单元中将木材暴露于热解现象开始的温度，即处于180℃-240℃范围内的温度；同时总是使内部压力保持为低于大气压力，处于70-350mBar的绝对压力的范围内；所述方法包括木材主体的预加热、实际加热处理、以及冷却的步骤。

Description

木材在真空高压容器中的高温热改性方法
技术领域
本公开涉及木材在真空高压容器（autoclave）中的高温热处理方法，适于通过构成木材的物质的多个化学-物理反应来产生木材结构的改性，这样的改性通过在无论如何防止木材燃烧的同时将木材暴露至开始出现热解现象的温度（180℃-240℃）来产生。
背景技术
在本节中描述现有技术的当前状态。在这个方面，值得一提的是，当前在工业中使用的木材的热处理方法大致依序包括以下三个步骤：
1.在单元内将预干燥木材预加热成湿度值接近零，直到其温度达到开始热解的大约180-230℃的温度，其中采取措施以防止其燃烧；
2.实际热处理，包括在预设时期内将木材保持在预设温度，同时无论如何总是防止木材的燃烧；
3.使木材冷却直到使其无论如何达到100℃以下的温度，以便随后能够将木材暴露到外部环境而没有燃烧的风险和/或热冲击的问题。
当前，已知有三种技术用于获得热处理的木材，下面在本文中对其进行描述同时指出其特征。
1）单元中的在大气压力下使用过热蒸汽加热进行的热处理（芬兰方法）。
由预布置在板条（batten）中的木材组成并且在其他装置中干燥的叠层定位在单元内，该单元适当地绝缘并且不能渗透蒸汽，与传统的木材干燥单元类似，设置有内部鼓风机以产生穿过叠层的加热流体循环，在这种情况下，蒸汽在150-230℃的温度下过热，通过外部蒸汽发生器提供并且出于显著的安全原因通过开通到大气的管道和/或安全烟道严格地保持在大气压力下，所述单元必须设置有所述管道和/或安全烟道以防止风险的内部过压。
由于木材在惰性环境中在180-230℃的热处理温度下被加热，由于初始存在于其中（因此其中包含有氧气）的空气被过热蒸汽替代，因此木材被保护避免触发燃烧。
因此，前两个步骤（即预加热和处理）通过相同方法使用过热蒸汽循环来执行。
第三个步骤（即冷却）通过阻断过热蒸汽入口并且通过提供用以使水的射流“雾化”的特定喷射器将去离子水注入单元中来执行，水的射流立刻转变成蒸汽，以每升蒸发水大约540Kcal的比率吸取处理单元的热，从而执行包含在其中的木材的冷却；由此产生的蒸汽通过上述“烟道”排放到大气中。
当然，在用于产生加热蒸汽的方法中存在一些变型，本文中为了简洁的原因将省略对其进行的描述，但是这些变型无论如何总是能溯源于使用过热蒸汽作为单元的加热与惰化介质。
该技术的限制在于以下几点；
◆干燥：待处理的木材必须被在另一装置中预干燥以降低湿度值，然后冷却，并且最终供给至处理单元以便被再次加热，这带来时间、劳动力、并且首要地是热能的大量浪费；
◆加热：存在安装配备有对于其使用而言所需的所有安全措施的蒸汽发生器的需要；
◆惰化：其通过过热蒸汽的注入来执行；
◆冷却：为了使木材温度从230℃下降到100℃，热能的减除是必要的，等于大约45.000Kcal/m3，这对应于每立方米处理木材消耗70-80升的去离子水，并且因此每m3处理木材产生大约150m3蒸汽；
◆污染：离开单元的烟道的水蒸气不可避免地起到用于由于木材的化学转变产生的气体和挥发性化学物质的显著组（树脂、半纤维素、纤维素等）的载体的作用。因此，重要的是了解具有10m3木材配载的热处理室每个处理周期产生1.500m3的潜在的污染性蒸汽；
◆安全：显而易见的是，在由于机械装置的外部和/或内部故障而缺少能量供应的情况下，无论如何均通过某种方式来保持内部温度，以防止加热蒸汽在单元内冷凝，从而显著地减小其体积并且经由安全烟道从外部环境吸入空气从而能够立即点燃木材主体。
2）在充满惰性气体（氮气）的单元中在大气压下进行的热处理
除了单元的内部充满作为惰性气体的氮气的变型以外，该方法与先前的方法类似，防止了触发木材的燃烧。
该技术的限制在于以下几点；
◆干燥：参见上述情况；
◆加热：该系统设置有导热油内部流体和/或电热交换器，并且设置有用于使氮气穿过木材堆循环的鼓风机；
◆惰化：其通过注入氮气来执行，因此该系统需要配备有氮气发生器和/或尺寸适当设计的储存容器，因为气体消耗是显著的；此外，该系统需要设置有昂贵的氧气浓度分析器以确保其浓度通常低于风险阈值。
◆冷却：参见上述情况；
◆污染：参见上述情况；
◆安全：偶尔发生的缺少电压比先前方法更加容易可处理；然而需要特别注意单元内氧气浓度的恒定监控，以防止燃烧的风险。此外，绝对必要的是在方法结束时提供惰性氮气从单元的准确且安全的处置，以避免在打开所述单元时职员由于吸入氮气而发生窒息的风险。
3）在加压高压容器中使用过热蒸汽的处理，
该方法完全地不同于先前两个方法，并且包括将木材供给到适当绝缘的高压容器中并且适当地抵抗高达19Bar的内部压力。
加热通过将过热蒸汽直接地注入到高压容器中来执行，因此其不提供通风装置和/或内部交换器的布置。
该方法根据以下步骤发生：
1.预热：在通过执行具有200mBar残余压力的预真空以后，将由特定发生器产生的过热蒸汽供给到单元中，直到木材达到180-230℃的处理温度；
2.处理：通过适当的蒸汽供给使温度保持在期望值；
3.冷却：如在上述方法中通过喷射执行冷却，并且以最终真空结束，随后进行外部空气供给。
该技术的限制在于以下几点；
◆干燥：参见上述情况；
◆加热：存在配备对于其使用而言所需的所有安全措施的蒸汽发生器的需要；
◆惰化：其通过注入过热蒸汽的方式执行；
◆冷却：参见上述情况；
◆污染：参见上述情况；
◆安全：由于是加压的高压容器，该单元需要受到由现行法律提供的周期性检查。
发明内容
作为本专利申请对象的方法自身的目的在于克服参照现有技术所描述的限制的大部分或全部，并且其中，用以防止木材燃烧的木材的处理通过完全去除包含在单元中的氧气来执行，通过首先由于在单元中形成的使得空气极度稀薄（由于其达到70-350mBar的绝对压力）的部分真空来急剧地降低初始的量，以及随后通过借助于诱导受处理的木材主体的极小部分的受驱动的微燃烧来完全消耗小残留量的氧气。该现象被本作者定义为“木材的自惰化”，因为这是木材自身通过消耗其物质的极小部分而产生的自身的惰化。
这样的热化学反应诱导木材特性中的以下宏观改性：
1）颜色：贯穿木材整个厚度的颜色改变（变暗）和均质化，可通过适当地调节方法参数（即温度、压力、与曝光时间）来控制颜色的强度（intensity）；
2）耐久性：提高其耐久性（durability），在于处理后的木材变得对真菌与其他食木微生物更具有抗性；因此，被评定为耐久性5级的“软木”种类（诸如可获得容易的并且具有低经济价值的针叶植物（诸如冷松、松柏、与落叶松））可达到1级，这是典型的“硬木”，已知为非常耐久（诸如栎、板栗、柚木），其经济价值可为针叶植物的3-10倍以上；
3）吸湿性：降低其吸湿性，即其从周围环境吸取或吸收湿度的能力，因此使得其几乎对于天气变化（温度与空气湿度）不敏感；
4）尺寸稳定性：由于吸湿性降低，木材获得对抗环境湿度变化的高的尺寸稳定性，这导致实际上变得对温度变化完全不敏感的成品（家具、木地板、固定设备、乐器等）的品质的改进；
5）机械特性：一些机械特性（拉伸、压缩、以及剪切阻力）变差10-15%，但是已经检测到其重要的硬度改进；换言之，热处理木材变得略微更脆，但是更硬。对于建筑部门的结构梁的实现而言可能是限定性的该现象在任何其他应用中是绝对有利的，因为硬度的增加不仅有利于木材的一些处理操作（诸如平滑与喷涂），而且允许获得对意外刮擦更具有抗性的制造物件，这对于诸如地板、家具、以及窗户和门框等成品的最终品质是十分重要的结果。
必须指出的是，即使在受到热处理温度之前，木材也必须干燥至接近零的最终湿度值，以防止包含在达到180-230℃的温度的木材的细胞壁中的残留水形成产生使其崩溃的压力，导致不可修复的损坏。
通过以下参照附图以非限制性实例的方式给出的详细的描述，本发明的其他特征和优点将变得显而易见，附图中：
-图1a-图1c示意性示出了用于木材的热处理的设备的第一实施例的剖视图；
-图2a-图2c示意性示出了用于木材的热处理的设备的第二实施例的剖视图；
-图3a-图3c示意性示出了用于木材的热处理的设备的第三实施例的剖视图；
-图4是示出了图1的设备的立体图。
具体实施方式
以下在本文中描述的方法旨在克服当前已有方法的负面本质的全部或大部分，同时保持终端产品的卓越品质，并且更准确地说：
-干燥：在水密单元中执行，优选地设计成执行真空干燥器与热处理装置的双重功能，以便避免木材堆从装置到另一个装置的换位，带来了时间、劳动力、以及首先地热能的大量节省。
-加热：通过稀薄空气穿过木材堆的受迫循环（闭合回路）和利用任何热能源（电、导热油、过热水）的特定热交换器而部分地执行真空，而无需蒸汽和/或氮气和/或其他气体的任何注入。
-惰化：根据木材的“自惰化”过程，由此无需蒸汽和/氮气和/或其他气体的任何注入以用于单元的内部惰化。
为了理解自惰性现象的动力学，首先考虑到高压容器-单元（绝缘并且完美地防水）实际上是绝热系统，即，其不允许与外部的能量交换。
这意味着，一旦木材已装载到单元中，该系统便看上去完全地绝缘并且仅包含以下元件：待加热的木材以及填充其余内部自由空间的空气。
当木材在70-350mBar的压力下达到热解温度（180℃-230℃）时，单元的内部气氛由因为真空与温度的结合作用而非常稀薄的（如所看到的）空气形成，然而具有的氧含量尽管现在非常低，但仍能导致木材燃烧的触发。
因此，为了估测该限度，因此上述燃烧现象的潜在危害，理想的是了解一旦达到处理的操作点时，可能由存在于包含在高压容器-单元内的残余空气中的氧气导致燃烧的木材质量的量。
由于几何形状、机械、以及空气动力学的构造原因，无论高压容器-单元的内部尺寸如何，内部空气的自由体积与装填木材的净体积之间的比约为3:1=3。这意味着，对于每m3实际装填的木材，可获得氧气的量约等于在25℃的室温并且在1013mbar的大气压力下3m3空气中包含的氧气量。
物理学教导，空气密度在温度与压力变化时发生变化，并且特别地，空气密度在温度增加并且压力减小时减小。在下面的表1中设定了用于本讨论的一些重要的值：
表1：空气密度减小的系数。
Figure BDA0000434032600000081
从该表中，遵循的是，在方法过程中空气密度的减小是急剧的并且与在通常温度与压力下的密度相比在77%与95%之间。
将这样的观察应用于内部空气的体积与装填木材的体积的比率（其初始为3:1=3），可获得空气的量似乎会减小等于密度减小系数的值，即，根据表2：
表2：内部空气体积与存放木材体积的比率。
Figure BDA0000434032600000092
通过在多个操作点下空气体积/木材体积比率的不同值的分析，可看出通过提高温度及降低压力，可获得空气的量连同用于可能燃烧的可获得氧气一起急剧地减少。
化学教导，在标准状态下（即大气压和25℃的温度），用于产生1Kg木材主体的燃烧所需的氧气量约等于包含在5m3空气中的氧气量，可容易地获得对于高压容器-单元内的每m3的装填的木材而言依据处理过程中使用的温度及压力参数的“可燃烧”木材主体的量：
表3：可燃烧木材的量。
Figure BDA0000434032600000101
给定干燥木材（对于欧洲的物种）的比重从400到650kg/m3变化，显而易见的是，由于残留的氧气而可能在燃烧现象中损失的木材主体的量是微小的，并且其可以如下方式计算：
表4：银杉木（400Kg/m3）:由于燃烧而导致的质量损失%。
Figure BDA0000434032600000102
Figure BDA0000434032600000111
表5：柞木（650Kg/m3）:由于燃烧而导致的质量损失%。
Figure BDA0000434032600000112
为了估计在上述微小木材主体的燃烧中固有的风险，有必要了解在其燃烧过程中由放热化学过程释放的化学能的量。
给定木材的热值（作为最大值）等于4200Kcal/kg，可容易地计算由燃烧过程释放的热能：
表6：在方法过程中由木材的燃烧释放的比热能。
Figure BDA0000434032600000113
Figure BDA0000434032600000121
该能量（即使其被立即释放）不能对产生单元的内部环境产生任何显著的温度变化，并且因此其不能对机械结构、或木材或者对控制人员形成风险。
实际上，在燃烧的放热化学反应中，氧OR未曾“消失”，而是其与木材的碳C结合：
C+O2=CO2+热能
转变成二氧化碳，作为惰性气体的二氧化碳防止每次额外的燃烧：初始定义由此而来，根据该初始定义，所述的过程是木材的“自惰化”过程。
清楚的是，由于可燃烧木材的百分比是绝对可忽略的，因而作为该小量的燃烧的基础的氧化还原现象使得单元的内部气氛完全呈惰性，因为与包含在木材中的碳结合的在燃烧之前仍存在于残留空气中小百分比的氧气转变成二氧化碳CO2，完全地去除了存在于单元中的氧分子的量，并且使得包含在高压容器-单元中的最终气体混合物完全呈惰性。
值得分析的是所述单元内的气体混合物在达到热解温度之前以及在由于所述方法而导致的木材自惰化过程期间的不同组分：
之前：78%氮气；21%氧气；0.9%氩气；0.04%二氧化碳；0.06其他。
期间：78%氮气；0.9%氩气；21.04%二氧化碳；0.06%其他。
-冷却：通过新颖且独创的方法，例如，热交换器提供用于将木材的热从单元内（其恒定地保持在部分真空下以及自惰化环境下）传送到外部大气，而无需供应水和/或其他气体并且不产生污染蒸汽。
-污染：该设备不对外部环境产生任何污染，因为没有气体和/或蒸汽能够从其通常处于小于大气压力的压力下的高压容器-单元离开。在热处理方法中产生的可能的小量的残留水蒸汽和/或气体，在通过真空泵抽吸之前传送通过设置为将它们再转变成液态的合适的冷凝器，以允许其在特定容器中容易恢复，以便随后能够根据现行法律排放。
-安全：在以高于160℃的温度加热木材时仅存的实际危险是当空气由于意外原因而进入处理单元时触发木材的燃烧。
这样的事故的发生可能是由于设备外部的原因（由于电源的故障的临时中断）或者由于机器自身内在的原因（机器部件的故障或误操作）。
在此于下文中分析可能的外部和内部故障，以及通过所述程序实施的技术的实例。
根据实施例，为了消除该缺陷，由于设备的所有机构和传感器都会被束缚，因而该设备已设置有包括以下元件的安全系统：
◆UPS连续单元，在通常缺少电压时，能够在至少6小时的连续期间内连续介入并且供应在此于下文中描述的设备的控制（PLC）与安全装置；
◆电话拨号件，通过声音邮件与警报SMS立即对管理人员（高达4个人）作出出现张力缺少的警报；
◆安全真空泵，具有相对小的容量，适于使存在于单元中的真空保持在正确的值下，防止单元中的压力升高，确保氧气浓度保持在可忽略的值下。
在给定安全真空泵确定不具有连续的操作而是由于高压容器的完美密封而将具有与长的停机期间交替的短的运行期间的情况下，UPS连续单元的供应容量将允许设备在甚至大于24小时的时间内处于待用阶段，并且无论如何在不少于6小时的时间期间内处于连续操作的情形下。
该解决方案提供了保存木材的极大优点，将其保持在当前条件下，以允许设备从中断点自动地重启热处理循环，而不损失关于设备与木材当前状态的任何信息，并且具有最大的安全性。
为了克服设备的电部件（电机、阀、传感器等）中的一个的可能故障的问题，根据实施例，每个部分均由立即对PLC控制器做出出现故障的警报的装置（例如磁热保护、辅助探测器等）监督，使得PLC可采取适当的措施：
◆立即使所有部件止动；
◆使UPS持续单元致动；
◆通过电话拨号件将电话报警发送给操作者；
◆使安全真空泵致动以使单元中的压力保持在期望值。
同样在该情况下，系统立即做出反应，以确保木材的保存并且允许技术人员干涉以消除缺陷并且重启系统。
根据实施例，在任何情况下，该设备可设置有用以防止包含在单元中的木材着火的可能性的应急系统：这样的系统通过氮或水的输入而提供单元的内部的惰化。
一旦由于诸如例如使环境空气进入单元的水密密封的损失导致氧气的浓度增加以及因此燃烧的点燃而在单元内发生点火的小概率事件，则特定的压力和温度传感器对PLC控制器做出警报，这使得启动快速惰化过程，该过程大致包括以下操作：
◆使所有部件立即止动；
◆使UPS持续单元致动；
◆通过电话拨号器将电话报警发送给操作者；
◆通过特定电磁阀将氮供给到单元中或将水喷射到单元中，以使单元的内部体积充满气体或蒸汽，直到单元的内部压力等于或略微大于大气压力为止，由此防止环境空气进入单元并且无论如何使木材的燃烧熄灭；
◆使冷却系统致动，以便快速地使单元的温度下降至100℃以下的值，这远低于燃烧温度（160℃）。
通过上述，显而易见的是，所述设备能够实现适于依序和/或单独地执行两个物理过程的方法；
1.依据木材是硬木或软木，优选地在介于50℃与100℃之间的温度下在真空下对木材进行干燥，其中压力介于50-350mbar之间，例如介于125mbr与250mbr之间；
2.利用介于70-350mBar之间的绝对压力以及介于160-240℃之间的温度在真空中对木材进行热处理，并且包括三个步骤：
-预加热，直到已达到操作温度为止；
-实际热处理；
-通过不将水蒸汽提供用于冷却木材的新方法对木材主体进行冷却。
参照附图，根据实施例，设备100包括以下元件：
1）真空密封处理室（高压容器-单元1的内室），适于包含木材，即，待处理的木材主体3，设置有防水门4用于供给和抽回木材；
2）支架2，支撑待受到处理的木材堆；
3）高压容器-单元1的内部的加热系统，其可包括电池5A、5B，或者具有用于通过蒸汽和/或导热油加热的翅片管的辐射器，或者在干燥单元外部的导热油衬套；
4）通风系统，包括适于通过单元内的气体循环而将热能从加热系统传送至木材的一系列鼓风机6A、6B；
5）真空泵单元13-15，包括真空泵、以及介于泵与高压容器-单元1的处理室之间的冷凝器14，以便使离开木材的任何蒸汽和/或气体冷凝，以便能够提供其在适当的容器中的储存，以便能够根据法律要求提供其处置；
6）木材冷却系统，其可根据加热方法的类型而改变其实施，但是该木材冷却系统仍不在单元内使用水喷射；
7）允许管理潜在危险情形的安全与警报系统。
于下文中将在此描述设备100的三个可能的非限制性实施例：
◆构造1：如图1a-图1b中的实例，具有直接电阻器加热和空气衬套冷却；
◆构造2：如图2a-图2b中的实例，具有利用空气-油热交换器的加热和冷却；
◆构造3：如图3a-图3b中的实例，具有导热油套加热和空气-油热交换器冷却。
在预计所述三个可能的构造之后，让我们为每个单独的旨在的引用考虑更加详细的描述性分析。
构造1：具有通过电池的加热和空气间隙冷却的设备
设备的描述：
参照图la-图lb，在所示实例中，设备100包括以下元件：
-真空密封处理单元1（也称为“高压容器-单元”）包括优选地限定适于容纳木材主体的处理室的不锈钢的缸体6；
-装载支架2，待热化学处理的木材堆3布置在其上，该木材堆由通过间隔带而彼此隔开的木板层形成和/或半成品物件形成，以允许加热流体的通过；
-真空密闭口（vacuumtight port）4；
-加热系统，包括电阻器电池（resistor battery）5A和5B；
-通风系统，在实例中包括两个鼓风机6A和6B，所述鼓风机通过内部空气的循环而提供将热能从加热电池传递至木材；
-壳体7，优选地以钢制成，与处理单元1同心并且与其形成间隙8：这样的间隙次等地（inferiorly）通过延伸穿过所述间隙的整个长度的孔9与大气连通，并且优良地通过抽吸歧管10、空气关闭阀17、以及鼓风机11与大气连通；
-真空泵单元，由抽吸管12、冷凝器14、冷凝蒸汽的收集与储存容器15、以及真空泵13组成；
-该单元通过绝缘件16与外部环境热绝缘。
将省略设备100作为真空干燥器的操作的描述，因为这是已知的，在于，这是过去授予本申请人的多个专利的客体，并且是由申请人许可给意大利和国外的多家公司的专有技术的一部分（例如美国专利4,223,451；意大利专利1187959）。
根据构造1的设备的操作
在将木材堆3（即待处理的木材主体）装载到特定支架2上并且将该支架通过口4而供给到处理单元（高压容器）1中之后，其通过特定装置而被气密地密封。
此时可开始实际的处理周期，其依序包括以下3个步骤（如在前序部分中看到的）：
步骤1：木材的预加热
步骤2：实际处理
步骤3：木材主体的冷却
步骤1：木材的预加热
在该步骤过程中，鼓风机6A和6B（根据本申请人的有关于纵向-横向“LO-LA”型通风系统的意大利专利N°1187959的教导）提供通过加热电池5A和5B以及木材堆的内部空气循环，以便将由它们产生的热能传递给木材自身（当然，在流体循环同等有效的情况下，可以不同的方式对电池和鼓风机进行布置）。
优选地，浸没在空气流中的至少两个温度探测器18的系统允许测量木材堆上游与下游的温度，并且因此根据由操作者设定的程序来执行其调节。
同时，真空泵系统设置成从单元1内抽吸空气，直到达到并且保持期望的绝对压力值为止。根据该需要，这样的值的范围可介于70mBar与大气压力（1023mBar）之间，直到处理室的内部温度小于180℃（可在木材中触发燃烧的开始的温度）时；随后，设备100继续使得压力降低至70-350mBar之间的值，以便确保一旦已达到热解温度，则内部气氛中的氧气已极度贫乏，使得由于残余氧气与木材中的碳之间的氧化还原现象而导致的“可燃烧”木材的量是极小的并且产生期望的“自惰化”现象，如所看到的。
位于在已作为样本被选定的木板的中间钻取的孔中的温度探测器18，允许测量和调节通常介于180℃与230℃之间的热化学处理温度，这样的测量和调节可通过多个连续的步骤而达成并且/或者根据木材的类型、其厚度等而具有期望的偏离（slope）。
步骤2：实际热化学处理
一旦已通过特定的木材芯探测器18而评估木块已达到期望的处理温度，则该设备提供用于在由操作者设定的时间期间内保持该温度恒定，时间期间的持续时间取决于木材的待获得的特性的改变对木材厚度、其类型等造成的结果（颜色、耐久性、吸湿性等）。
在该步骤中，鼓风机和（当需要时）另外加热电池以及提供用于使单元中的压力保持在操作值的真空泵单元是起作用的，所述压力同样根据需要而介于70与350绝对mBar之间。
在处理过程中由木块可能产生的蒸汽和气体被真空泵13抽吸，该真空泵提供用于将所述蒸汽和气体经由管12传送通过冷凝器14，在此处它们被冷却至露点温度并且然后转变成收集在储存容器15中的液相，可在循环终止时将它们从储存容器提取并且如果需要的话根据法律要求而递送以用于处置。
步骤3：木块的冷却
在完成处理步骤时，木材处于180-230℃的温度下，因此木材在于惰性大气中被冷却直到其下降到80℃以下之前不能从单元抽取，以避免其在仍处于燃烧风险的温度时暴露于环境空气，使其不受到有害的热冲击，并且最终地允许在没有使操作者烧伤的风险的情况下对其进行操作。
该用于冷却木材的方法是新颖且独创的，并且在于使高压容器单元1的整个外表面受到新鲜环境空气的受迫流，以便在单元自身的整个壁中在内部（1800-230℃）与外部（25℃）之间形成大的温差，从而根据已知的热动力法则产生对应的热能量流，其中传递至外部环境的热的量等于：
Q=kS（Ti-Te）其中：
K=AISI304钢的热交换系数
S=高压容器-单元外表面
Ti=单元的内部温度=180-230℃
Te=外部空气的平均温度=25℃
通过该公式，我们理解高压容器单元的在被作为全表面空气-空气热交换器考虑时的高效率。
冷却操作包括打开关闭口17、致动鼓风机11，该鼓风机通过上歧管10提供用以从下孔9抽取新鲜环境空气并且以用于产生湍流的速度将其传送到间隙8中，其通过在外部触碰处理单元1的壁产生其快速冷却，从而如所见到的在单元（以其全部的木材含量）的内部与环境空气之间建立高效热交换，而不需相互直接接触：由于该热力学措施，单元壁转换成高效全表面气体-空气热交换器。
如看到的，产生内部空气循环的内部鼓风机6A和6B，提供用以减除木材所储存的热并且将其递送至处理单元壁的内表面，通过该内表面发生热交换与热能到循环到间隙8中的新鲜空气流的传递。
所有这些在对于环境的绝对方面中发生，因为在内部流体（空气、蒸汽、以及木材气体的混合物）与冷却空气之间没有接触和/或混合。当然，离开鼓风机11的热气在冬季月份期间可被回收并且用于加热工业建筑。
一旦木材已冷却至期望的温度，则可打开水密门4并且取回支架。
构造2：具有利用热交换器的加热和冷却的设备
该过程大致等于先前参照图1a-图1c所描述的，该过程具有下面的技术变型（见图2a-图2c）：
-木材的加热通过内辐射器15A和15B获得，由特定锅炉27加热的导热油在其中循环；在该实例中，这些内部辐射器设置为与对应的鼓风机6A、6B结合；
-木材的冷却通过利用三通阀18使导热油从锅炉（boiler）偏转到外部冷却辐射器20而获得，该外部冷却辐射器在该实例中关联至鼓风机6C，以便建立从布置在单元（高温下）中的辐射器5A与5B到环境空气热能流。
在示出的实例中，提供泵19用于导热油的受迫循环。
对于干燥和实际处理来说，可应用参照图1a-图1c描述的所有措施。
构造3：具有导热油套加热和空气-油热交换器冷却的设备。
物理过程大致与参照图1a-图1c所描述的类似，该物理过程具有下面的技术变型（参见图3a-图3c）：
-通过木材热处理单元8外部的间隙8获得加热，其中，由特定锅炉27加热的导热油通过泵19循环，使得整个单元壁变成全表面热交换器（total surface heat exchanger），由于其在外部吸收来自导热油的热并且在内部将其传送到单元内部的空气，该空气通过与相同壁正切的鼓风机6A和6B循环，然后在穿过木材堆3时偏转；
-通过使导热油循环通过能够对油进行冷却的外部空气-油热交换器20，并且然后通过内表面与包含在处理单元1中的木材的热交换而获得冷却。
对于干燥和实际处理而言，见已参照图1a-图1c描述的。
如通过已在上文中描述的而显而易见的并且如通过本领域中的测试而确认的，上述类型的方法和设备允许充分实现旨在的目的。

Claims (14)

1.一种用于木材的热化学改性处理的方法，其中，这样的改性通过构成木材结构的物质的多个化学反应来获得，所述化学反应通过这样的方式产生：在真空高压容器-单元（1）中将所述木材暴露于热解现象开始的温度，即处于180℃-240℃范围内的温度；同时总是使内部压力保持为低于大气压力，处于70-350mBar的绝对压力的范围内；所述方法包括木材主体的预加热、实际加热处理、以及冷却的步骤。
2.根据权利要求1所述的用于在真空高压容器-单元（1）中对木材进行高温热处理的方法，其中，为了防止所述木材的燃烧，对所述木材的加热通过利用专用措施将包含于所述单元（1）中的氧气完全去除来执行，所述专用措施包括首先由于在所述单元中产生的使空气极度稀少的部分真空来“降低”初始的量，并且随后通过诱导受处理的所述木块的极小部分的受驱动的微燃烧来完全“消耗”小的残留量。
3.根据权利要求2所述的用于在真空高压容器-单元（1）中对木材进行高温热处理的方法，其中，由于作为仍存在于稀薄空气中的有限量的残留氧气的微燃烧的基础的氧化还原现象，高压容器内的气氛经历惰化，在所述微燃烧中，氧气与包含在所述木材中的碳相结合转变成二氧化碳，完全地去除了存在于所述单元中的自由氧分子的数量，并且由此使得包含在所述高压容器-单元中的最终气体混合物完全呈惰性。
4.根据前述权利要求中任一项所述的用于在真空高压容器-单元（1）中对木材进行高温热处理的方法，其特征在于，所述单元适于执行真空干燥器和热处理装置的双重功能，以便首先在介于50-100℃范围内的温度以及介于50-350mBar范围内的压力下对所述木材进行干燥以避免即使在使所述木材的湿度下降至接近零的值的情况下对所述木材造成损坏，并且以便随后能够在介于180-240℃范围内的温度以及介于70-350mBar范围内的压力下将所述木材暴露至所述热化学改性处理的“严苛”的温度，这些步骤总是通过使用相同的所述单元（1）来执行。
5.根据前述权利要求1-3中任一项所述的用于在真空高压容器-单元（1）中对木材进行高温热处理的方法，其中，所述单元仅执行功能的其中之一，所述功能即为真空干燥器和加热处理装置。
6.根据前述权利要求中任一项所述的用于在真空高压容器-单元（1）中对木材进行高温热处理的方法，其特征在于，包括特定的加热方法，所述加热方法在部分真空下通过惰性气体混合物在穿过木材堆（3）和专用热交换器的闭合回路中的受迫循环来执行，所述单元能够使用从以下选定的任何热能源：电、导热油、过热水。
7.根据前述权利要求中任一项所述的用于在真空高压容器-单元（1）中对木材进行高温热处理的方法，其特征在于，包括用于在热处理结束时对所述木材主体进行冷却的特定方法，所述特定方法通过所述单元的内部气氛与外部大气之间的热交换系统获得，其中所述内部气氛与所述外部大气彼此未曾直接接触。
8.根据前述权利要求中任一项所述的用于在真空高压容器-单元（1）中对木材进行高温热处理的方法，其特征在于，包括这样的事实，即，在处理过程中保持在所述高压容器-单元中的部分真空用于防止蒸汽和/或气体从所述单元离开，并且用于降低蒸发温度以及因此降低露点，使得在周期过程中相同的蒸汽和/或气体能够通过被传送通过冷凝器而转变成液相，因此允许回收所述蒸汽和/或气体以便进行适当处置。
9.一种用于木材的热化学改性处理的设备（100），所述改性源自于构成木材结构的物质的多个化学反应，所述化学反应通过将所述木材暴露于热解现象开始的温度即介于180℃-240℃范围内的温度而产生，所述设备（100）包括：
-真空高压容器-单元（1），包括处理室，在处理过程中所述处理室的内部压力适于保持为低于大气压力，介于70-350mBar绝对压力的值的范围内；
-装置，所述装置适于并构造成获得上述内部压力，并且适于并构造成对所述高压容器单元（1）内的木材主体进行预热、执行实际热处理、以及进行冷却。
10.根据权利要求9所述的设备（100），包括冷凝器（12），所述冷凝器与所述处理室流体连通，并且适于由在处理过程中产生的气体和/或蒸汽穿过，所述气体和/或蒸汽通过所述冷凝器转变成液相。
11.根据权利要求10所述的设备（100），其中，所述高压容器-单元（1）其中所述装置包括真空泵（13），并且其中所述冷凝器操作地介于所述真空泵与所述处理室之间。
12.根据权利要求9所述的设备（100），包括与所述高压容器-单元（1）同心的外缸体（7），其中在所述缸体与所述高压容器之间限定间隙（8），所述间隙适于包含适于对所述木材主体进行冷却的流体。
13.根据权利要求12所述的设备（100），其中，所述流体为从外部环境抽吸的空气并且受迫在所述间隙（8）中循环。
14.根据权利要求12所述的设备（100），包括在所述高压容器-单元（1）的外部与所述间隙（8）连通的换交换器（20），其中所述流体为受迫在所述间隙（8）中以及在所述交换器中循环的油。
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