CN108789719A - 一种木材热处理设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种木材热处理设备，包括木材处理室、超声波系统、抽真空系统、加热系统、木材改性剂、装材系统和蒸汽系统，其中，超声波系统对木材进行超声波处理；抽真空系统对木材进行抽真空处理；加热系统对木材进行加热处理；木材改性剂包括预处理液和改性处理液，对放置于木材处理室内的木材进行改性处理；蒸汽系统向处理室内输送水蒸气，保护热处理木材。

Description

一种木材热处理设备
技术领域：
本发明涉及一种木材高温热处理装置及利用装置进行木材热处理的方法，特别涉及一种提高木材高温热处理速率的处理设备及利用该设备进行木材热处理的方法，属于木材热加工领域。
背景技术
木材是一种具有可再生、环保和可循环利用等优良的天然性能的材料，然而因为其特殊的生物结构使得它必须经过一定的加工处理才能加以利用。高温热处理木材技术不添加任何化学药剂，可以改良和提高速生人工林木材的品质，替代部分优质天然林木材。
为了提高木材的耐气候性、尺寸的稳定性和耐腐朽性等性能。专利201310604960.4提供了一种速生人工林桉树木材高温热处理工艺，该发明通过速生人工林桉树的预处理；将锯解后的木材高温水煮；堆垛；对堆垛后的木材进行喷蒸调湿干燥；预热；水蒸气保护中温处理；惰性气体保护下载165-240℃的条件下高温处理和降温和调质过程对木材进行处理。本发明的工艺大大缩短了桉树木材高温热处理过程中干燥时间，同时解决了常规窑干桉树木材极易端裂、翘曲和皱缩等变形及出材率低的问题。出材率高，可达到60％-70％；使用本发明的水蒸汽和氮气联合处理方法，处理后的桉树木材力学强度平均下降了28％；并且热处理后颜色和炭化程度均匀；尺寸稳定性大大提高，平衡含水率比未处理的降低了45％。
专利201511002295.7给出了一种湿热高压木材热处理方法，该发明采用压力罐处理木材，并将压力罐置入热油中，保证了热处理过程密闭性，在185-220℃条件下对木材进行处理，可以有效地缩短热处理的时间，降低热处理能耗；木材中的营养物质降解更彻底；处理后的木材色泽更均匀，还可以避免木材在热处理过程中的开裂，有效地提高热处理木材的品质。
专利200610031950.6木材的高温水热处理方法，本发明采用：1)将木材置于高温热处理炉中；将高温热处理炉中的温度提高到120-150℃保温；2)当木材含水率降低到5％以下以后，提高高温热处理炉中的温度到180-240℃保温；保温时间按每厘米厚度的木材保持0.5-3 小时；3)降低高温热处理炉的温度，当温度降低到100℃以下后，用蒸汽或热水对木材进行处理，使木材的含水率至7-10％；4)继续降低高温热处理炉中的温度，当木材内部的温度降低到40℃左右后出炉；5)在大气环境中平衡15天以上时间。本发明可提高木材的尺寸稳定性、耐腐性和耐候性，使经过处理后的木材能广泛应用于湿度和温度变化比较大的环境中。
这些方法在很大程度上提高了木材的耐气候性、尺寸的稳定性和耐腐朽性等性能，且产品被广泛用于木制品的加工生产中，在120-220℃的条件下对木材进行高温热处理，以达到提高木材尺寸稳定性、耐腐性能和耐候性能。
但这些发明提供的处理方法均在180-220℃温度条件下进行处理，一方面，在高温高湿条件下，木材内部纤维素和半纤维素发生了很大程度的分解，使得木材强度大大降低，影响木材从力学性能，大大限制了木材的适用范围；其次，高温高湿介质对设备的耐腐性、耐高温性能要求较高，设备成本较高；第三，高温条件下处理木材，能耗较高，且热处理过程中会释放大量的VOC污染环境。为了克服上述缺点，本文提供了一种木材高温热处理设备及处理方法，在较低温度条件下对木材进行热处理，使木材达到现有高温热处理的优点，同时达到节能减排的效果。
发明内容
本发明的目的是针对现有木材热处理设备存在的技术问题，提供一种木材热处理设备和利用该设备热处理木材的方法，采用本热处理设备对木材进行热处理能降低热处理温度，实现木材在较低温度下的热改性处理，制得在高温条件下进行木材热处理获得的尺寸稳定性高的炭化木，不仅能降低能耗，提高木材热处理速率和效率，而且采用本热处理设备制备的炭化木除了用于室内家具和地板，还可用于木结构。
为实现本发明目的，本发明提供一种木材热处理设备，包括内部具有空腔的木材处理室、超声波系统、抽真空系统、加热系统、木材改性剂、装材系统和蒸汽系统，其中：
所述超声波系统由通过导线连接的超声波发生器和至少一个超声波换能器组成，对放置于材处理室内部的木材进行超声波处理；
所述抽真空系统对放置于木材处理室内的木材进行抽真空处理；
所述加热系统对放置于材处理室内部的木材进行加热处理；
所述木材改性剂包括预处理液和改性处理液，其中所述预处理液为水；所述改性处理液选择强酸弱碱盐溶液；
所述装材系统设置在处理室空腔内，用于放置待处理木材；
所述蒸汽系统向所述木材处理室内提供水蒸气，保护木材。
其中，所述木材处理室由耐腐蚀性的材料制成，其下部设置金属隔板将处理室空腔分成上、下两个相互独立的部分，上部用于放置待处理木材、改性剂、加热系统；下部用于放置超声波处理系统的超声波换能器。
特别是，所述超声波换能器安装在金属隔板的下表面。
尤其是，木材处理室后端封闭，前端设置可开合封闭门；在木材处理室左侧壁(或右侧壁)的中上部开设改性剂入口，用于向处理室内加入木材改性剂；在木材处理室的右侧壁(或左侧壁)的下部设置用于排出改性剂的改性剂出口。
特别是，所述改性剂出口位于金属隔板的下部。
特别是，木材处理室左、右或后侧壁的外部设置用于监测处理室内改性剂的液位高度的液位计，液位计的底部设置在处理室上部空腔的底部，位于金属分隔板的上部，且与处理室上部空间相连通。
其中，所述超声波处理系统包括超声波换能器、超声波发生器以及连接所述超声波换能器和超声波发生器的导线。
特别是，超声波发生器设置在处理室的外部；超声波换能器设置在木材处理室的下部空腔内。
尤其是，所述超声波换能器包括多个串联和并联的换能器，所述多个超声波换能器均匀安装在金属隔板的下表面。
其中，抽真空系统设置在处理室的外部，包括真空泵、压力控制器和压力表，与木材处理室通过真空导出口相连通，实现对木材处理室空腔进行抽真空处理。
特别是，所述真空导出口设置在木材处理室侧壁的上部或处理室的顶部。
尤其是，木材处理室通过连接管道依次与所述抽真空系统的压力控制器、真空泵相连。
其中，所述加热系统设置在处理室内的上部，包括加热器、循环风机、导风板，其中：导风板位于加热器、循环风机的下部；加热器设置在循环风机的两侧，加热器沿着处理室长度方向排列。
特别是，所述加热器位于导风板沿处理室长度方向延伸的两端，即加热器沿着处理室纵向设置；所述循环风机设置在处理室高度方向的中心线上；导风板的安装高度高于改性剂入口的高度，位于改性剂入口的上部；所述导风板为平板状，沿着处理室长度方向延伸，且距离处理室长度方向的两侧壁一定距离，利用干燥介质经过加热后，经循环风机吹动后再处理室内自由流动。
其中，所述木材改性剂包括预处理液和改性处理液，放置于木材处理室内，浸泡待处理木材。
特别是，所述预处理液选择水(通常为蒸馏水或自来水)；所述改性处理液选择强酸弱碱盐溶液，水解呈酸性。所述强酸弱碱盐选择氯化锌，氯化铜，氯化铁，硫酸铝，硫酸铜等，所述强酸弱碱盐溶液的质量浓度为1％-50％，优选5％。
其中，所述装材系统包括框架、固定组件和固定支架；其中，所述框架由不锈钢管制成的长方体形或正方体形的架子，所述固定组件与框架的上底面固定连接；所述固定支架设置在框架的下底面，与框架下底面固定连接。
特别是，所述固定组件与框架的上底面转动连接；通过合页连接。
其中，所述框架由不锈钢管制成的长方体形或正方体形的架子，其下底面和3个侧面成网状结构，其上底面和另一个侧面呈开放状态，呈开放状态的侧面称为开放侧面；呈网状结构的侧面称为网状侧面。
特别是，所述固定组件包括1个网状顶盖、多个弹簧、至少2块压板和1个或多个固定锁紧件。
其中，所述顶盖为由不锈钢管制成的长方形或正方形网状平板，其形状和大小与框架的上底面的形状和大小相适应。
特别是，所述顶盖的形状、大小与框架上底面相适应。
尤其是，所述顶盖的一边与框架的3个网状侧面中的任何一个侧面相对应的侧面顶部侧边转动连接，使得顶盖沿着框架上底面的侧面顶端可以自由开合。
其中，所述弹簧设置在顶盖的下表面，其一端与顶盖的下表面固定连接。
特别是，所述弹簧沿着所述顶盖的长度或宽度方向分列排列。
其中，所述压板呈平板状，其长度与顶盖的长度相适应，压板的上表面与弹簧的另一端固定连接。
特别是，所述压板沿着顶盖的长度方向排列，一块压板与相应的一列弹簧，并且压板的上表面与弹簧的另一端固定连接。
其中，所述固定锁紧件设置在顶盖与框架侧壁顶部转动连接的侧面相对的另一侧面的上侧边上。
特别是，所述固定锁紧件设置除了顶盖与框架侧壁顶部转动连接的侧面之外的另外3个侧面的上侧边上。
尤其是，所述固定锁紧件为任何可以将两个物体固定连接在一起的装置，例如钩子、绳索或钢缆等。
其中，所述蒸汽系统包括蒸汽发生器、蒸汽管道和设置在管道上的蒸汽控制阀，所述蒸汽系统通过蒸气导入口与木材处理室相连接，向木材处理室内导入蒸汽。
特别是，所述蒸气导入口开设在处理室上部空腔的下部。
特别是，还包括温度‐含水率监测系统，用于监测处理室内介质的温度、待处理木材的温度和含水率。
其中，所述温度‐含水率监测系统包括介质温度传感器、介质温度控制器、木材含水率‐温度检测仪组(即温度和含水率传感器，图中未示出，安装在材堆的中心)、导线和木材含水率‐温度检测装置。
特别是，所述介质温度传感器安装在处理室长度方向两侧壁的中央；所述介质温度传感器与设置在处理室外部的介质温度控制器通过导线相连，每个温度传感器包括一个干球温度计和一个湿球温度计，测定处理室内介质的干、湿球温度。
尤其是，所述介质温度控制器通过导线与加热器相连接，用于控制木材处理室空腔的温度，当木材处理室内温度高于木材设定的热处理温度时，加热器停止加热；当木材处理室内温度低于木材设定的热处理温度时，加热器启动，对木材进行加热，提供木材热处理所需热量。
其中，所述木材含水率‐温度检测仪组安装在待处理材堆的中心，包括一个干球温度计和含水率检测器。
特别是，所述含水率‐温度检测仪组通过导线与处理室外部的木材含水率‐温度检测装置相连接，木材含水率‐温度检测装置读取含水率‐温度检测仪组测定的木材的温度和含水率。
本发明另一方面提供一种利用上述木材热处理设备进行木材热处理方法，包括如下步骤：
1)将木材码垛后置于装材系统的框架内，将固定组件固定锁紧后，放置于处理室内并密闭处理室；
2)向处理室内注入木材改性预处理液，并浸没木材，然后在常压状态下开启超声波系统，对木材进行超声波预处理，获得超声波预处理木材；
3)排出木材改性预处理液并向处理室内注入木材改性处理液，浸没木材，接着开启抽真空系统，对处理室进行抽真空处理直至处理室内绝对压力达到并保持<0.1MPa，然后在减压状态下开启超声波系统，对浸没于木材进行的超声波处理2‐6次，获得超声波改性木材；
4)排出木材改性处理液后，开启加热系统，加热升温，对木材进行第一阶段热处理，其中第一阶段热处理介质温度为60-80℃；
5)木材第一阶段热处理至木材含水率≤30％后，开启蒸汽系统向处理室内通入水蒸气，并继续加热升温，对木材进行第二阶段热处理，其中，第二阶段热处理过程中，干燥介质的干球温度>90℃；湿球温度为90-100℃；
6)木材第二阶段热处理至木材含水率≤10％后，继续加热升温，对木材进行第三阶段热处理，其中，第三阶段热处理过程中，控制热处理介质的干球温度为120-140℃；湿球温度为 90-110℃；
7)待第三阶段木材热处理结束后，关闭加热系统和蒸汽系统，待木材的温度降低至≤60℃后，再次开启蒸汽系统，向处理室内通入水蒸气，进行调湿处理，其中保持处理室内介质干湿球温度差为1-3℃，调节木材含水率至6‐8％。
其中，步骤2)中所述木材改性预处理液为水。
特别是，所述超声波预处理的时间为按照木材厚度计，每厘米木材超声波预处理5‐60min，优选为20min，即按照木材厚度计，超声波预处理的时间为5‐60min/cm(厚)，优选为20min/cm (厚)。
尤其是，所述超声波预处理过程中超声波的功率为0.1-20W/cm2，优选5W/cm2；频率为 25-56kHz，优选40kHz。
其中，步骤3)中所述木材改性处理液选择强酸弱碱盐溶液；所述强酸弱碱盐溶液的质量浓度为1％-50％，优选5％。
特别是，所述强酸弱碱盐选择氯化锌，氯化铜，氯化铁，硫酸铝，硫酸铜。
特别是，步骤3)中所述在减压状态下的超声波改性处理的次数为3‐4次。
尤其是，所述减压状态下，每次对木材进行超声波改性处理过程中超声波改性处理时间为按照木材厚度计，每厘米木材超声波改性处理0.5‐3h；所述减压状态下的绝对压力<0.1MPa。
尤其是，每次对木材进行超声波改性处理过程中，减压状态的绝对压力优选为优选为 0‐0.1MPa，优选为0-0.01MPa，进一步优选为0.005MPa；超声波改性处理时间为按照木材厚度计，每厘米木材超声波改性处理优选为1h；超声波的功率为0.1-20W/cm2，优选5W/cm2；频率为25-56kHz，优选40kHz。
其中，所述减压状态下木材进行超声波改性处理是对浸泡于木材改性处理液中首先进行抽真空处理，使绝对压力<0.1MPa，然后在保持绝对压力<0.1MPa的条件下对浸泡于木材改性处理液中的木材进行超声波处理。
特别是，相邻两次减压状态下的木材超声波改性处理在进行下一次超声波改性处理之前，使绝对压力恢复至常压后，在进行下一次减压状态下的超声波改性处理。
尤其是，相邻两次减压状态下的木材超声波改性处理是在上一次超声波改性处理之后，恢复至常压状态，然后再抽真空至绝对压力<0.1MPa，在保持绝对压力<0.1MPa的条件下对浸泡于木材改性处理液中的木材进行超声波处理。
其中，步骤4中所述第一阶段热处理温度优选为70℃，步骤5)中所述木材含水率优选为25-30％。
特别是，步骤5)中在第二阶段热处理过程中，保持热处理介质的干球温度为100-130℃，优选为100-120℃，进一步优选为110℃；湿球温度为90-95℃。
尤其是，木材第二阶段热处理至含水率为6-10％；介质干湿球温度差为0-30℃，优选为 10-25℃，进一步优选为10℃。
其中，步骤6)中所述第三阶段热处理过程中保持热处理介质的干球温度为120-140℃，优选为120-130℃，进一步优选为120℃；介质湿球温度为90-110℃，优选为95℃。
特别是，第三阶段热处理时间，按照木材厚度计，每厘米木材处理时间为1-3h，优选为 1h；木材中心温度≥100℃，优选为100-130℃。
其中，步骤7)中木材温度降低至50-60℃后，再开启蒸汽系统，向处理室内通入水蒸气，进行调湿处理。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、本发明的木材热处理设备包括超声波处理系统对木材进行超声波处理，提高木材通透性，使得后期改性处理过程中，木材改性剂更容易进入木材内部，在后续热处理过程中，降低热处理温度，实现在较低的温度下处理木材，制得热处理木材，且低温热处理的木材达到高温热处理木材的效果。
2、本发明的木材热处理设备的抽真空系统在超声波处理的条件下对木材进行抽真空处理，通过抽真空，将木材内部的空气抽走，当恢复到常压状态的时候，木材改性剂在大气压力的作用下快速进入木材内部，提高浸渍效果和浸渍液的量；
3、采用本发明的热处理设备在相对较低的温度下处理木材，得到的木材具有炭化木的特性，其尺寸稳定性可达到高温热处理过程中用到的较高温度处理的木材，节约能耗；而且，采用本发明的热处理设备处理的木材不仅具有尺寸稳定性好，热处理木材的力学性能不降低，可用于室内家具和地板，还可用于木结构。
4、采用本木材热处理设备处理木材，木材处理温度低，处理过程中释放的挥发物较少，环保安全。
5、本木材热处理设备的木材改性剂为水和强酸弱碱盐溶液，为无机改性剂，不具有任何污染，处理材环保安全。
6、本发明的木材热处理设备的装材系统将木材压紧，浸没在木材改性剂中，在超声波处理、抽真空处理、热处理过程中，使得木材材堆稳定，防止木材干燥过程中由于应力产生的木材翘曲，弯曲等缺陷，当木材被压紧，即使产生了翘曲等现象，在装材组件的固定作用下，木材仍然保持平整，使得处理材稳定，缺陷较少。
7、本发明的木材热处理设备结构简单，处理设备一体化，设备成本低，木材热处理处理工艺简单。
附图说明
图1是本发明提高木材热处理速率设备的结构示意图；
图2是图1中沿A‐A的剖视图；
图3是本发明提高木材热处理速率设备的装材系统的框架、压紧弹簧、锁紧件、压板的结构示意图；
图4是本发明提高木材热处理速率设备的装材系统的框架、压紧弹簧、锁紧件、压板的结构左示图；
图5是本发明提高木材热处理速率设备的装材系统的框架立体结构示意图(图中示意框架侧面、侧面上侧边，未示出网状结构)。
附图标记说明
1、木材处理室；11、空腔；111、上部空腔；112、下部空腔；12、封闭门；13、改性剂入口；14、改性剂出口；15、液位计；16、分隔板；2、超声波系统；21、超声波换能器；22、超声波发生器；23、导线；3、抽真空系统；31、真空泵；32、压力控制器；33、压力表；34、真空导出口；4、加热系统；41、加热器；42、循环风机；43、导风板；5、木材改性剂；51、预处理液；52、改性处理液；6、装材系统；61、框架；611、框架侧面A；6111、侧面A上侧边；612、框架侧面B；6121、侧面B上侧边；613、框架侧面C；6131、侧面C上侧边；614、框架侧面D；6141、侧面D上侧边；62、固定组件；621、顶盖；622、弹簧；623、压板；624、固定锁紧件；63、固定支脚；7、蒸汽系统；71、蒸汽发生器；72、蒸汽管道；73、蒸汽控制阀；74、蒸气导入口；81、介质温度传感器；82、介质温度控制器；83、导线；9、材堆。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
下面参照附图，详细描述实施本发明实木板材干燥方法的具体实施例。
如图1、2所示，本发明的提高木材热处理速率的处理装置由不锈钢制成的具有抗腐蚀作用的木材处理室1、超声波系统2、抽真空系统3、加热系统4、木材改性剂5、装材系统6和蒸汽系统7和温度‐含水率监测系统组成，其中抽真空系统对木材处理室及其内部的木材进行抽真空处理；超声波系统对木材处理室内的木材进行超声波处理；加热系统为木材处理室内木材提供木材热处理所需的热量；蒸汽系统为木材处理室内的木材提供木材热蒸汽，进行热处理。
参照图1、2，木材处理室1由不锈钢制成，具有抗腐蚀作用，外部设置保温材料，具有保温的效果；处理室内部形成截面为矩形的空腔11，处理室的后端封闭，前端设置可开合的封闭门12。处理室的下部设置金属隔板16将处理室空腔分成上、下两个相互独立的部分，上部空腔111用于放置待处理木材、改性剂、加热系统，下部空腔112封闭，用于放置超声波处理系统的超声波换能器；金属隔板通常选用不锈钢板。在木材处理室左侧壁(或右侧壁)的中上部开设改性剂入口13，用于向处理室内加入木材改性剂5；在木材处理室的右侧壁(或左侧壁)的下部设置用于排出改性剂的改性剂出口14，即在改性剂入口相对一侧的侧壁的下部开设改性剂出口；改性剂出口位于分隔板的下部，改性剂通过导管穿过分隔板后，从处理室下部排出。木材处理室外部(即左、右或后侧壁的外部)设置液位计15，液位计的底部设置在处理室上部空腔的底部，位于金属分隔板的上部，且与处理室上部空间相连通，用于监测处理室内改性剂的液位高度。液位计底部的安装高度与装材系统框架底部的高度相适应。
本发明实施例中木材处理室1为横卧的长方体形，内部具有截面呈矩形的空腔11，空腔包括上部空腔111和下部空腔112，本发明中木材处理室的形状除了为横卧的长方体形之外，其他任何形状均适用于本发明，例如圆柱体、球形、立方体形等均适用于本发明。本发明实施例中以处理室前、后侧壁为处理室横向和竖向形成的侧壁；左右两侧壁为处理室纵向和竖向形成的侧壁；顶部和底部为处理室纵向和横向形成的平面为例进行说明。改性剂入口、液位计设置在处理室的左侧壁，改性剂出口设置在处理室右侧壁为例进行说明
超声波处理系统2包括超声波换能器21、超声波发生器22，以及连接所述超声波换能器和超声波发生器的导线23，其中，超声波发生器设置在处理室1的外部；超声波换能器设置在木材处理室的底部，位于下部空腔内。多个超声波换能器均匀安装在金属隔板底部外侧，即在处理室1内部的分隔板的下表面均匀设置多个相互并联的超声波换能器，超声波换能器均匀分布在分隔板的底部且紧密贴合在分隔板底部外侧的下表面；超声波换能器通过导线与放置在木材处理室1外部的超声波发生器相连接，开启超声波发生器之后，由于超声波换能器与分隔板下表面紧密接触，超声波从超声波发生器中产生后通过分隔板进入处理室内部的液体，对浸没在木材改性剂中的木材施加超声波，进行超声波处理，在整个超声波处理过程中一定要保证改性剂的液位必须高于超声波换能器的位置；超声波将木材内部的抽提物抽出，打通木材内部通道，进而促进木材改性剂注入木材内部。
抽真空系统3设置在处理室的外部，包括真空泵31、压力控制器32和压力表33，抽真空系统与木材处理室通过真空导出口34相连通，真空导出口设置在木材处理室侧壁的上部 (如图1)，也可以设开设在处理室的顶部，通过连接管道依次与压力控制器、真空泵相连，实现对木材处理室空腔进行抽真空处理；压力表安装在处理室的顶部，用于测定木材处理室空腔内的压力，即观察和测定木材处理室的空腔内的真空度；压力控制器通过连接管道与真空泵连接；压力控制器用于控制木材处理室内部空腔的压力，压力控制器与真空泵开启，当设定压力低于处理室压力时，真空泵自动开启，进而降低处理室内的绝对压力，当处理室压力达到设置压力时，真空泵停止工作(为了保证正常工作，设定的压力值是一个范围，上限和下线相差0.005MPa)。
加热系统4安装在处理室内的上部，为待处理木材提供热量，用于木材干燥和高温热处理，包括加热器41、循环风机42、导风板43。
加热器、循环风机和导风板设置在处理室上部空腔的顶部，导风板位于加热器、循环风机的下部；加热器设置在循环风机的两侧，位于导风板沿处理室长度方向延伸的两端，即加热器沿着处理室纵向设置。循环风机设置在处理室高度方向的中心线上；导风板的安装高度高于改性剂入口的高度，位于改性剂入口的上部。导风板为平板状，沿处理室长度方向延伸，设置在处理室长度方向两侧壁的中间位置，距离左右侧壁一定距离，利用干燥介质经过加热后，经循环风机吹动后再处理室内自由流动。
本发明处理室内的循环风机可以是多个，沿着处理室纵向均匀排列，位于处理室纵向中心线沿处理室高度方向延伸所形成的平面内。循环风机开启，将加热器的热量均匀输送到热处理设备的空腔内，将热量均匀传递给待热处理木材，同时将木材热处理过程中产生的水分带走，排出。
木材改性剂5包括预处理液51和改性处理液52(图中未示出)，依次放置在木材处理室内部，改性剂的高度高于处理室内材堆9的高度，通常比处理室内材堆的高度高至少5cm，以保证待处理木材始终处于改性剂中。木材改性剂从改性剂入口注入处理室上部空腔，改性处理后通过设置在处理室下部空腔的改性剂出口排出。
预处理液选择水(通常为蒸馏水或自来水)；改性处理液选择强酸弱碱盐溶液，水解呈酸性。所述强酸弱碱盐选择氯化锌，氯化铜，氯化铁，硫酸铝，硫酸铜等，所述强酸弱碱盐溶液的质量浓度为1％-50％，优选5％。改性剂从改性剂入口注入处理室内部，处理后从改性剂出口排出。
如图3、4、5，装材系统6设置在木材处理室的内部，用于放置待处理木材，包括呈网状结构的框架61、固定组件62和固定支架63；其中：
框架由不锈钢管制成的长方体形或正方体形的架子，其下底面和3个侧面成网状结构，其上底面和另一个侧面呈开放状态，呈开放状态的侧面称为开放侧面，呈网状结构的侧面称为网状侧面。开放侧面，用于向框架内装入木材。
固定组件设置在框架的上底面上，其形状、大小与框架上底面相适应，固定组件与上底面固定连接(例如转动连接、合页连接)；
固定组件也可以盖合在框架的上底面，四边用固定锁紧件与框架的四个侧面固定在一起。
固定支架设置在框架的底部，与框架的下底面固定连接(下底面与固定支架焊接、铆接等方式连接成一体)，用于承受木材和框架的重量，并将框架支撑、固定在金属分隔板的上表面且与分隔板分开一定的距离，避免框架直接与分隔板大面积接触，利于木材改性剂自由流动，自由穿过框架底部；固定支脚也可以是安装在框架底部的滚轮，框架通过滚轮支撑在金属隔板的上部。
本发明实施例中以框架的长度方向和高度方向形成的一个侧面为开放侧面，不形成网状结构为例进行说明。固定组件则可以以框架上底面的除开放侧面顶部侧边之外的另外3个侧边(一个长度方向的侧边、两个宽度方向侧边)中的任意一边转动连接或合页连接。
如图5，本发明框架的四个侧面分别为以长度方向和高度方向的侧面为框架侧面A611、框架侧面B 612，其中以侧面A为开放侧面；以宽度方向和高度方向的侧面为框架侧面C613、框架侧面D 614。侧面B、C、D呈网状结构，为网状侧面；侧面A与B相平行，侧面C与D 相平行。侧面A、B、C、D顶部侧边分别为侧面A上侧边6111；侧面B上侧边6121；侧面C 上侧边6131；侧面D上侧边6141。
本发明以侧面A为开发侧面为例进行说明，其他个侧面依次类推。
固定组件与框架的3个网状侧面中任一侧面的顶端以转动连接方式连接，或通过转动件销轴转动连接；或通过螺母、螺杆的转动连接组件转动连接，或采用本领域中现有已知的转动连接方式连接。
固定组件与框架的侧面B、C、D的顶部侧边中的任意一个侧边转动连接或合页连接。
本发明具体实施方式中以固定组件与框架侧面B上侧边6121转动连接为例进行说明，固定组件也可以与框架侧面C上侧边、侧面D上侧边转动连接。
固定组件包括1个网状顶盖621、多个弹簧622、至少2块压板623和多个固定锁紧件624，其中：
顶盖为由不锈钢管制成的长方形或正方形网状平板，其形状和大小与框架的上底面的形状和大小相适应，顶盖可以盖合在框架的上底面；顶盖的一边与框架的3个网状结构侧面中的任何一个侧面相对应的侧面顶部侧边转动连接，使得顶盖沿着框架上底面的侧面顶端可以自由开合(相当于一个盖子)，本发明以顶盖与侧面B、C、D中任意一个侧面的顶端侧壁转动连接，顶盖沿着框架的3个网状结构侧面中的任意一个侧面的顶端转动连接，即除了开放侧面顶端之外的其他3个侧面中任何一个侧面的顶端转动连接，自由开合，装入木材后，将顶盖扣合，将木材固定于框架内。
弹簧设置在顶盖的下表面，且沿着顶盖的长度方向分成两列排列，其一端与顶盖的下表面固定连接(如焊接、铆接等，本领域中现有已知的固定连接方式均适用)；
压板呈平板状，其长度与顶盖的长度相适应，沿着顶盖的长度方向排列，一块压板与相应的一列弹簧固定连接，压板的上表面与弹簧的另一端固定连接(例如焊接，铆接等，本领域中现有已知的固定连接方式均适用)，其下表面紧压在放置于框架内的木材的顶部，将木材固定在框架内，防止木材在超声波处理、热处理过程中移动或发生翘曲、开裂等变形，进而影响木材的最后质量。
本发明中弹簧、压板以沿顶盖的长度方向分成两列排列为例，弹簧除了沿顶盖的长度方向分成两列排列之外，也可分成≥3列排列；弹簧还可沿顶盖的宽度方向分成2列或以上排列。压板除了沿顶盖的长度方向排列之外，还可以沿顶盖的宽度方向排列，压板沿顶盖宽度方向排列，则压板的长度与顶盖的宽度相适应；压板的数量与弹簧的排列数相适应。如弹簧分2列，则压板为2块，如弹簧分3列，在压板为3块，以此类推。
固定锁紧件设置在顶盖与框架侧壁顶端转动连接一边相对的一侧边上(即如果顶盖与框架侧壁B的顶部侧边转动连接，则固定锁紧件设置在顶盖与侧壁A或侧壁A、C、D相接触的一侧；如果顶盖与框架侧壁C的顶部侧边转动连接，则固定锁紧件设置在顶盖与侧壁D或侧壁A、B、D相接触的一侧；其他以此类推)，或设置在除顶盖与框架侧壁顶端转动连接的一边之外的另外三个侧边上；所述固定锁紧件为钩子、绳索、钢缆等，盖合固定组件之后，用固定件钩子勾住框架的1个(或3个)侧面，或用绳索、钢缆将顶盖与框架的1个(或3个) 侧面固定，实现将木材压紧的目的。本领域中任何可以将两个物体固定连接在一起的装置均适用于本发明。
本发明中固定件与框架侧面B(或侧面C、D)的上侧边转动连接。具体实施例中与侧面B 的上侧边6121转动连接，当顶盖盖合时，顶盖与框架上底面相适应。将木材从开放侧壁装入框架内后，将固定组件盖合，并将固定锁紧件挂钩固定在框架的侧壁A(或侧壁A、C、D)上，固定在侧面A的上侧边6111上，其他可以固定在各侧面的上侧边上或网格状的横格上，利用压紧弹簧63的作用力，将置于框架内的木材压紧。
如果固定件与侧面C的上侧边6131转动连接，则顶盖盖合时，固定锁紧件挂钩固定在框架的侧面D(或侧面A、B、D)上；如果固定件与或侧面D的上侧边6141转动连接，则顶盖盖合时，固定锁紧件挂钩固定在框架的侧壁C(或侧面A、B、C)上。
顶盖的侧边与框架的侧面的顶端采用本领域中现有已知的转动连接方式连接，例如可以通过转动件销轴转动连接；或活页连接件；或通过螺母、螺杆的转动连接组件转动连接。本发明实施方式中采用销轴转动连接方式。
由于框架具有网状结构，使得木材改性剂、加热介质能自由穿过装材系统，装材系统的形状与处理室内部空腔相同，其大小小于处理室空腔11；装材系统上的空隙利于处理液、干燥介质在整个处理室内流通和循环。
高温热处理过程中的木材提供水蒸气的蒸汽系统7设置在处理室的外部，包括蒸汽发生器71、蒸汽连接管道72和设置在蒸汽连接管路上的蒸汽控制阀73，蒸汽系统与木材处理室通过蒸气导入口74相连通，其中蒸气导入口开设在处理室上部空腔的下部，且位于分隔板的上部(即蒸气导入口的开设高度高于所述分隔板的高度)，通过蒸汽管道将蒸汽发生器与处理室内部连通，将蒸汽发生器产生的热蒸汽从处理室外部输送至处理室内部，从处理室上部空腔的下部送入处理室内部，水蒸气将干燥窑内的空气排除，让木材在干燥过程中，环境保持一定的湿度，进而减少木材开裂等干燥缺陷，同时，热处理过程中，水蒸气将干燥窑内的空气排除，进而防止热处理过程中，温度过高而发生燃烧，从而发生危险，影响产品质量。
温度‐含水率监控系统，包括介质温度传感器81、介质温度控制器82、木材含水率‐温度检测仪组(即温度和含水率传感器，图中未示出，安装在材堆的中心)、导线83和木材含水率‐温度检测装置(图中未示出)，其中，
介质温度传感器安装在处理室左右两侧的侧壁的中央，用于测定木材处理室上部空腔内处理介质的温度；温度传感器与设置在处理室外部的温度控制器通过导线相连，每个温度传感器包括干球温度计和湿球温度计各一支，测定处理室内介质的干、湿球温度。
介质温度控制器通过导线与加热器相连接(附图中未示出)，用于控制木材处理室空腔的温度，当木材处理室内温度高于木材设定的热处理温度时，加热器停止加热；当木材处理室内温度低于木材设定的热处理温度时，加热器启动，对木材进行加热，提供木材热处理所需热量。
木材含水率‐温度检测仪组安装在待处理材堆的中心，包括一个干球温度计和含水率检测器，在材堆码垛过程中安装含水率‐温度检测仪组，测定木材中心的温度和含水率。
含水率‐温度检测仪组通过导线与处理室外部的木材含水率‐温度检测装置相连接，木材含水率‐温度检测装置读取含水率‐温度检测仪组测定的木材的温度和含水率。
实施例
1、装材处理
1A、材堆码放
将按照国家标准GB1928－91锯切成一定尺寸的板材按照木材干燥领域中所公开的任何一种木材码放形式码垛。相邻两层板材之间间隔一定厚度的隔条，同一隔条层内相邻两根隔条之间间隔一定距离。隔条的作用：1)预处理过程中处理介质能够进入木材2)后期热处理过程中，热量能够传递给木材。
1B、固定材堆
将材堆通过开放侧面放置于装材系统的框架61内，压下固定组件62，使网状顶盖的四边与框架的4个侧面的上侧边接触，并将固定锁紧件624固定在框架的侧面上，通过弹簧和压板将木材固定在装材系统上，使得材堆与装材系统固定在一起；然后将装材系统置于处理室分隔板的上部，密闭封闭门12。
2、木材改性处理
2A、预处理
2A-1、关闭改性剂出口，打开改性剂入口，将预处理液51(水，通常为蒸馏水或自来水) 通过改性剂入口注入到处理室上部空腔，并通过液位计15检测水位(由于液位计底部与处理室内部连通，利用连通器原理)，当水位高于处理室内材堆高度至少5cm时，停止注入预处理液，保证待处理材始终处于溶液中；
2A-2、开启超声波发生器，超声波换能器产生超声波，对处理室内木材进行超声波预处理，一方面除去木材内部抽提物(主要包括冷水抽提物和热水抽提物)，另一方面利用超声波空化作用对木材内部纹孔膜进行破坏，从而打通木材内部水分通道，为后期改性剂的进入打下基础；其中：超声波功率为0.1-20W/cm2，优选5W/cm2；频率为25-56kHz，优选40kHz；超声波预处理时间可根据木材的厚度，通常为5-60min/cm，优选20min/cm；
2A-3、超声波预处理结束后打开改性剂出口，排出预处理液；
2B、改性处理
2B-1、关闭改性剂出口，打开改性剂入口，将改性处理液52通过改性剂入口注入处理室上部空腔111内吧，并通过液位计15检测改性处理液液位，当液位高于处理室内材堆高度 5cm时，关闭改性剂入口，即停止向处理室内注入改性处理液，保证待处理材始终处于溶液中；其中改性处理液主要是强酸弱碱盐，水解呈酸性(主要包括氯化锌，氯化铜，氯化铁，硫酸铝，硫酸铜等)，其质量浓度为1％-50％，优选5％。
改性剂的作用：强酸弱碱盐，水解呈酸性能够促进木材热处理过程，使木材在相对较低的温度条件下实现热处理，达到以前高温才能达到的效果。木材在酸性条件下，其内部的吸水基团容易分解，而在中性条件下，木材要在较高温度下才能分解。
2B-2、开启真空泵，对处理室空腔进行抽真空处理，通过压力控制器使得木材处理室内空腔内的绝对压力达到并保持<0.1MPa(绝对压力通常为0-0.1MPa，优选为0-0.01MPa，优选 0.005MPa)；在保持压力<0.1MPa(绝对压力通常为0-0.1MPa，优选为0-0.01MPa，优选0.005MPa)的条件下，同时开启超声波发生器，对处理室内木材进行真空状态下的超声波改性处理，其中，超声波功率为0.1-20W/cm2(优选5W/cm2)；频率为25-56kHz(优选40kHz)；真空状态下的超声波改性处理时间按每厘米后板材计为0.5-3h/cm(优选为1h/cm)，即每厘米厚度木材保持超声处理0.5-3h(优选1h)。
抽真空的目的是：将木材内部的空气抽走，进一步打通木材内部通道，促进后期改性剂的注入；通过压力表可观察处理室内的压力，通过压力控制器可控制处理室内压力。开启超声波处理的目的是一方面对木材进一步改性处理，改善其通透性，另一方面利用超声波作用将木材改性剂注入木材内部。
2B-3、在抽真空条件下，超声波改性处理结束后，打开改性剂入口，在处理室内压力恢复常压后再次关闭改性剂入口；
当环境是真空状态(真空是指压力小于一个大气压)时，木材内部及环境压力较低，当恢复到常压的时候，靠外界压力将改性剂再次注入木材内部。
2B-4、重复步骤2B-2、2B-3的处理1-5次(优选2-3次)后，打开改性剂出口，将处理室内的木材改性处理液排空。
3、木材热处理
3A、在排出木材改性处理液后，开启加热器和循环风机，对木材进行第一阶段热处理(即干燥处理)，并通过介质温度传感器和介质温度控制器将处理室内温度升高并保持为60℃-80℃(优选70℃)；循环风机的风速为1-3m/s(优选2m/s)；
3B、在保持介质温度为60℃-80℃(优选70℃)的条件下，通过木材含水率-温度检测仪组测定待处理木材的含水率，第一阶段热处理至木材含水率≤30％(优选为25-30％)时，打开蒸汽发生器和蒸汽控制阀，将热的水蒸气通入处理室内的空腔中，同时继续加热升温提高处理室内热处理介质的干球温度并保持在90℃以上(通常为100-130℃，优选为100-120℃，进一步优选为110℃)，进行水蒸气保护下的第二阶段热处理，其中：在进行第二阶段热处理过程中，控制热处理介质的湿球温度为90-100℃，优选为90-95℃；干湿球温度差为0-30℃ (优选10-25℃，进一步优选为10℃)；
其中，干湿球温度计可通过蒸汽发生器51和阀门53的开启进行调节，当干湿球温度差大于0-30℃(优选10-25℃，进一步优选为10℃)时，开启蒸汽发生器进行加湿处理。
3C、在水蒸气保护下的第二阶段热处理过程中，通过木材含水率-温度检测仪组测定木材中心的含水率和木材中心温度，直至第二阶段热处理至木材含水率≤10％(优选为6-10％，进一步优选为6-8％)后，再继续加热升温，在处理室内热处理介质的干球温度升高并保持在 120-140℃(优选为120-130℃，进一步优选为120℃)的条件下，进行第三阶段热处理(即保温处理)，其中，控制介质湿球温度为90-110℃(优选为95℃)，并且木材中心温度≥100℃ (优选105-130℃，进一步优选为100-110℃，更进一步优选为110℃)，保温处理时间为 1-3h/cm(优选为1h/cm)，即保温处理时间按照木材每公分厚度保温处理1-3h(优选为1h)。
4、调湿处理
第三阶段热处理结束后，关闭加热器、蒸汽发生器和蒸汽控制阀，停止加热和向处理室内通入水蒸气，待木材温度降低至≤60℃(优选为50-60℃)时，再次向处理室内通入水蒸气，保持处理室内介质干湿球温度差为1-3℃，木材表面吸收水分，进行调湿处理，将木材含水率调节到6-8％，即得热处理木材。
本发明实施例中所处理的木材采用杉木、杨木，其中，杉木采自广西，平均气干密度为 0.40g/cm3，含水率为85‐90％左右；杨木采自北京，平均气干密度为0.43g/cm3，含水率为85‐90％；将杉木和杨木制成尺寸分别为4500mm(长度)×400mm(宽度)×30mm(厚度方向)的木板，按照国家标准GB1928－91锯切。
采用本发明的木材热处理设备和方法，在较低的温度下就能达到现有高温热处理木材所能达到的热处理木材的尺寸稳定性，本发明的主要原理是化学药剂均为强酸弱碱盐，在水中呈现弱酸性，在中性溶液中，木材内部吸水基团要在较高温度下才能分解，而在本发明提供的条件下，在较低条件下，木材内部吸水基团就能分解减少，进而提高木材的尺寸稳定性，实现催化热处理。
实施例1
1、装材处理
1A、材堆码放
将锯切成4500mm×400mm×30mm(长×宽×厚)的杉木板材按照木材干燥领域中所公开的任何一种木材码放形式码垛。相邻两侧杉木板之间间隔一层厚度为30mm，宽度为25mm 的隔条，同一层隔条层内相邻两根隔条之间的间距为500mm，而且隔条距离板材长度方向的两个端面的距离为50mm；
发明实施例中隔条选择厚度为30mm，宽度为25mm的隔条为例进行说明，其他尺寸在厚度为30±5mm，宽度为25±5mm的隔条也适用于本发明。
1B、固定材堆
将杉木材堆放置于装材系统的框架的内部，压下固定组件62，使网状顶盖的四边与框架的4个侧面的上侧边接触，并将固定锁紧件624固定在框架的侧面上，通过弹簧和压板将木材固定在装材系统上，使得材堆与装材系统固定在一起；然后将装材系统置于处理室分隔板的上部，密闭封闭门12。
2、木材改性处理
2A、预处理
2A-1、关闭改性剂出口，打开改性剂入口，将预处理液51蒸馏水注入处理室的空腔的上部空腔111，并通过液位计15检测水位，当水位高于处理室内材堆高度5cm时，停止注入，保证待处理材始终浸没于溶液中；
2A-2、开启超声波系统(即开启超声波发生器、超声波换能器)，产生超声波对处理室内木材进行超声波预处理，其中：超声波功率为5W/cm2；频率为40kHz；超声波预处理时间60min，按每厘米木材厚度计，木材超声波预处理时间为20min/cm(厚)；
2A-3、超声波预处理结束后打开改性剂出口，排出预处理液；
2B、超声波改性处理
2B-1、关闭改性剂出口，打开改性剂入口，将改性处理液52注入处理室的空腔的上部空腔内，并通过液位计检测改性处理液液位，当液位高于处理室内材堆高度5cm时，关闭改性剂入口，停止注入改性处理液，保证待处理材始终浸没于溶液中；其中改性处理液为氯化锌溶液，质量百分比浓度为5％。
本发明实施例中改性处理液以氯化锌溶液为例进行说明。改性处理液除了质量浓度为5％氯化锌溶液之外，其他浓度1-50％也适用于本发明，除了氯化锌溶液之外，其他强酸弱碱盐溶液也适用于本发明，例如氯化铜，氯化铁，硫酸铝，硫酸铜溶液等，改性处理液溶液的质量浓度为1％-50％，优选5％。
2B-2、开启真空泵，对处理室空腔进行抽真空处理，通过压力控制器使得木材处理室内空腔的绝对压力达到并保持为0.005MPa；在保持压力为0.005MPa的条件下开启超声波系统，对处理室内木材进行真空状态下的超声波改性处理，其中，超声波功率为5W/cm2；频率为 40kHz；真空状态下的超声波改性处理时间为3h，按每厘米木材厚度计，木材超声波改性处理时间为1h/cm(厚)；
2B-3、在真空状态下的超声波改性处理3h后，打开改性剂入口，处理室内压力恢复常压后再次关闭改性剂入口；
2B-4、重复步骤2B-2、2B-3的处理2次后，打开改性剂出口，将处理室内的木材改性处理液排空，其中在保持压力为0.005MPa的条件下，每次真空状态下的超声波改性处理时间为 3h，超声波处理时间为3h，按每厘米木材厚度计，木材超声波改性处理时间为1h/cm(厚)；木材真空状态下的超声波改性处理的总时间为9h，超声波处理的总时间为9h。
3、木材热处理
3A、在排出木材改性处理液后，开启加热器和循环风机，对木材进行第一阶段热处理(即干燥处理)，并通过介质温度传感器和介质温度控制器将处理室内温度升高并保持为70℃；循环风机的风速为2m/s；
3B、在保持介质温度为70℃的条件下，通过木材含水率-温度检测仪组测定待处理木材的含水率，第一阶段热处理至木材含水率为30％时，打开蒸汽发生器和蒸汽控制阀，将热的水蒸气通入处理室内的空腔中，同时继续加热升温，在处理室内热处理介质的干球温度升高并保持为110℃的条件下，进行水蒸气保护下的第二阶段热处理，其中：在进行第二阶段热处理过程中，控制热处理介质的干球温度为110℃，湿球温度为90℃，并保持热处理介质的干湿球温度差为20℃；
3C、在水蒸气保护下的第二阶段热处理过程中，通过木材含水率-温度检测仪组测定木材中心的含水率和木材中心温度，直至第二阶段热处理至木材含水率为10％，然后继续加热升温提高处理室内热处理介质的温度，进行第三阶段热处理(即保温处理)，其中，保持介质的干球温度为120℃，湿球温度为95℃的条件下，第三阶段热处理时间为3h，即第三阶段热处理(保温处理)时间按照每厘米木材厚度计，第三阶段热处理时间为1h/cm(厚)，且木材中心温度为110℃。
4、调湿处理
第三阶段热处理结束后，关闭加热器停止加热，同时关闭蒸汽发生器和蒸汽控制阀，停止向处理室内通入水蒸气，待木材温度降低至60℃时，向处理室内再次通入水蒸气，保持热处理室内介质的干湿球温度差为2℃，木材表面吸收水分，进行调湿处理，将木材含水率调节到7％，即得热处理木材，然后热处理木材出窑。
实施例2
除了步骤2A-2)中超声波功率为0.1W/cm2；频率为56kHz；超声波预处理时间180min，按木材厚度计，木材超声波预处理时间为60min/cm(厚)；步骤2B-1)中改性处理液为质量浓度为15％的氯化锌；步骤2B-2)中处理室内绝对压力保持为0.01MPa；超声波功率为0.1 W/cm2；频率为56kHz；真空状态下的超声波改性处理间1.5h，按木材厚度计，木材真空状态下的超声波改性处理时间为0.5h/cm(厚)；步骤2B-4)中重复步骤2B-2)、2B-3)处理3次；每次真空状态下的超声波改性处理时间为1.5h，超声波处理时间为1.5h，按每厘米木材厚度计，木材超声波改性处理时间为0.5h/cm(厚)；木材真空状态下的超声波改性处理的总时间为2h，超声波处理的总时间为2h；
除了步骤3A)中第一阶段热处理过程中处理室内温度升高并保持为80℃；循环风机的风速为1m/s；步骤3B)中，第一阶段热处理至木材含水率为25％时打开蒸汽发生器和蒸汽控制阀，将水蒸气通入处理室内的空腔中，第二阶段热处理过程中，控制热处理介质的干球温度为120℃，湿球温度为95℃，并保持热处理介质的干湿球温度差为25℃；步骤3C)中第二阶段热处理至木材含水率为6％时，加热升温提高介质温度，进行第三阶段热处理，其中，保持热处理介质的干球温度为130℃，湿球温度为110℃，第三阶段热处理时间为3h，即第三阶段热处理时间按照木材厚度计，每厘米厚木材保温处理时间为1h/cm(厚)；第三阶段处理过程中木材中心温度为105℃，
除了步骤4)中木材温度降低至60℃时，向处理室内再次通入水蒸气，保持热处理室内介质的干湿球温度差为1℃，待木材含水率调节到6％之外，其余与实施例1相同。
实施例3
除了步骤2A-2)中超声波功率为20W/cm2；频率为25kHz；超声波预处理时间15min，按木材厚度计，木材超声波预处理时间为5min/cm(厚)；步骤2B-1)中改性处理液为质量浓度为1％的氯化锌；步骤2B-2)中处理室内绝对压力保持为0.005MPa；超声波功率为 20W/cm2；频率为25kHz；真空状态下的超声波改性处理时间9h，按木材厚度计，木材真空状态下的超声波改性处理时间为3h/cm(厚)；步骤2B-4)中重复步骤2B-2)、2B-3)处理2 次；每次真空状态下的超声波改性处理时间为9h，超声波处理时间为9h，按每厘米木材厚度计，木材超声波改性处理时间为3h/cm(厚)；木材真空状态下的超声波改性处理的总时间为 27h，超声波处理的总时间为27h；
除了步骤3A)中第一阶段热处理过程中处理室内温度升高并保持为60℃；循环风机的风速为3m/s；步骤3B)中，第一阶段热处理至木材含水率为30％时打开蒸汽发生器和蒸汽控制阀，将水蒸气通入处理室内的空腔中，第二阶段热处理过程中，控制热处理介质的干球温度为100℃，湿球温度为90℃，并保持热处理介质的干湿球温度差为10℃；步骤3C)中第二阶段热处理至木材含水率为8％时，加热升温提高介质温度，进行第三阶段热处理，其中，保持热处理介质的干球温度为120℃，湿球温度为95℃，第三阶段热处理时间为9h，即第三阶段热处理时间按照木材厚度计，每厘米厚木材保温处理时间为3h/cm(厚)；第三阶段热处理过程中木材中心温度为100℃。
除了步骤4)中待木材温度降低至50℃时，向处理室内再次通入水蒸气，保持热处理室内介质的干湿球温度差为3℃，待木材含水率调节到8％之外，其余与实施例1相同。
对照例1
以实施例1为进行任何处理的杉木板材作为对照例1。
对照例2
1、装材处理
将与实施例1相同的木材按照与实施例1相同的方式码垛于干燥窑内。
2、打开加热器和循环风机，按照干燥工艺对木材进行常规干燥处理，并将木材含水率干燥至10％以下。
现有普通热处理由于处理温度较高，必须保证热处理之前木材的含水率低于10％，否者会产生开裂等严重缺陷
3、打开蒸汽发生器和蒸汽控制阀，向干燥窑内通入蒸汽，同时开启加热器和循环风机，对木材进行热处理，当木村温度达到180℃，并保持温度为180℃的条件下按照木材厚度每厘米热处理1h的时间，处理木材3h。
4、处理结束后，关闭加热器，待木材温度降低至60℃时，向木材内部通入水蒸汽进行调湿处理，让木材吸收水分，含水率调节到6-8％时，即得常规热处理木材。
试验例1 木材尺寸稳定性
按照国家标准GB/T 1934.2‐2009《木材湿胀性测定方法》测定实施例1、对照例1、2的板材的尺寸稳定性，测定木材从全干到吸湿稳定时的湿胀率，测试结果如表1所示，其中，湿胀率的计算公式如下：
αmax＝(Lmax–L0)/L0×100
式中：αmax‐‐‐试样吸湿至尺寸稳定时，径向或弦向的线湿胀率，％；
Lmax‐‐‐试样吸湿至尺寸稳定时，径向或弦向的尺寸，mm；
L0‐‐‐试样全干时，径向或弦向的尺寸，mm。
表1 湿胀率的检测结果
表1测试结果表明：
1、本发明方法处理过的木材的尺寸稳定性得到了明显提高，径向湿胀率仅为0.95％，弦向湿胀率仅为1.98％，相对于未处理材，径向和弦向均明显降低；与采用常规热处理方法制备的炭化木相比，径向湿胀率更低。
2、本发明方法制备的木材的尺寸稳定性与直接采用180℃处理木材的尺寸稳定性相类似，而本发明木材热处理温度低于130℃，说明通过本发明的处理，能够大大降低木材高温热处理的温度，这对于设备的投入和成本的降低均有好处。
3、采用本发明方法处理的木材可以有效改善木材尺寸稳定性，进一步拓展了木材的应用范围，对木材的高效利用具有重要意义。
试验例2 木材物理力学性能测试
按照国家标准GB/T 1928‐2009《木材物理力学试验方法总则》测定实施例1、对照例1、2 的板材的物理力学性能，测试结果如表2所示。
类型 弹性模量(MPa) 静曲强度(MPa)
实施例1 6071 52.01
对照例2 5542 47.56
对照例1 6001 52.12
从表2中可以看出，对照例2中采用180℃处理后，与实施例1和对照例1相比，弹性模量和静曲强度降低显著，而采用本发明方法热处理得到的炭化木的力学性能与对照例1基本相同，没有降低，而显著高于对照例2，本发明方法处理的木材力学性能保持完好，本发明方法热处理木材对木材的力学性能影响小。
综上所述，说明本发明处理效果可以达到没处理材的高温处理的尺寸稳定性效果，而力学性能却基本不变。

Claims (10)

1.一种木材热处理设备，其特征是，包括内部具有空腔的木材处理室、超声波系统、抽真空系统、加热系统、木材改性剂、装材系统和蒸汽系统，其中，
所述超声波系统由通过导线连接的超声波发生器和至少一个超声波换能器组成，对放置于材处理室内部的木材进行超声波处理；
所述抽真空系统对木材处理室内部空腔和放置于材处理室内的木材进行抽真空处理；
所述加热系统对放置于材处理室内部的木材进行加热处理；
所述木材改性剂包括预处理液和改性处理液，其中所述预处理液为水；所述改性处理液选择强酸弱碱盐溶液；
所述装材系统设置在处理室空腔内，用于放置待处理木材；
所述蒸汽系统向所述木材处理室内提供水蒸气，保护木材。
2.如权利要求1所述的设备，其特征是，所述木材处理室由耐腐蚀性的材料制成，其下部设置金属隔板将处理室空腔分成上、下两个相互独立的部分，上部用于放置待处理木材、改性剂、加热系统；下部用于放置超声波处理系统的超声波换能器。
3.如权利要求2所述的设备，其特征是，所述超声波换能器安装在金属隔板的下表面。
4.如权利要求1‐3任一所述的设备，其特征是，所述抽真空系统设置在处理室的外部，包括真空泵、压力控制器和压力表，所述木材处理室与抽真空系统通过真空导出口相连，实现抽真空系统对所述木材处理室空腔抽真空处理。
5.如权利要求1‐3任一所述的设备，其特征是，所述加热系统设置在处理室内的上部，包括加热器、循环风机、导风板，其中：导风板位于加热器、循环风机的下部；加热器设置在循环风机的两侧，加热器沿着处理室长度方向排列。
6.如权利要求1‐3任一所述的设备，其特征是，所述装材系统包括框架、固定组件和固定支架；其中，所述框架由不锈钢管制成的长方体形或正方体形的架子，所述固定组件与框架的上底面固定连接；所述固定支架设置在框架的下底面，与框架下底面固定连接。
7.如权利要求6所述的设备，其特征是，所述框架由不锈钢管制成的长方体形或正方体形的架子，其下底面和3个侧面成网状结构，其上底面和另一个侧面呈开放状态，呈开放状态的侧面成为开放侧面。
8.如权利要求6所述的设备，其特征是，所述固定组件包括1个网状顶盖、多个弹簧、2块压板和1个或多个固定锁紧件，其中所述弹簧设置在顶盖的下表面，其一端与顶盖的下表面固定连接，另一端与压板固定连接。
9.如权利要求6所述的设备，其特征是，所述固定锁紧件设置在顶盖与框架侧面顶部固定连接的侧面相对的另一侧面的上侧边上；或所述固定锁紧件设置除了顶盖与框架侧壁顶部固定连接的侧面之外的另外3个侧面的上侧边上。
10.一种利用如权利要求1‐9任一所述设备进行木材热处理方法，其特征是，包括如下步骤：
1)将木材码垛后置于装材系统的框架内，将固定组件固定锁紧后，放置于处理室内并密闭处理室；
2)向处理室内注入木材改性预处理液，并浸没木材，然后在常压状态下开启超声波系统，对木材进行超声波预处理，获得超声波预处理木材；
3)排出木材改性预处理液并向处理室内注入木材改性处理液，浸没木材，接着开启抽真空系统，对处理室进行抽真空处理直至处理室内绝对压力达到并保持<0.1MPa，优选为0-0.1MPa；然后在减压状态下开启超声波系统，对浸没于木材进行的超声波处理2‐6次，获得超声波改性木材；
4)排出木材改性处理液后，开启加热系统，加热升温，对木材进行第一阶段热处理，其中第一阶段热处理介质温度为60-80℃，优选为70℃；
5)木材第一阶段热处理至木材含水率≤30％，优选为25-30％后，开启蒸汽系统向处理室内通入水蒸气，并继续加热升温，对木材进行第二阶段热处理，其中，第二阶段热处理过程中，热处理介质的干球温度>90℃，优选为90-130℃；湿球温度为90-100℃，优选为90-95℃；
6)木材第二阶段热处理至木材含水率≤10％，优选为6-10％后，继续加热升温，对木材进行第三阶段热处理，其中第三阶段热处理过程中，控制热处理介质的干球温度为120-140℃；湿球温度为90-110℃；优选地，第三阶段保温热处理时间，按照木材厚度计，每厘米木材处理时间为1-3h，优选为1h；木材中心温度≥100℃，优选为100-130℃；
7)待第三阶段热处理结束后，关闭加热系统和蒸汽系统，待木材的温度降低至≤60℃后，再次开启蒸汽系统，向处理室内通入水蒸气，进行调湿处理，其中保持处理室内介质干湿球温度差为1-3℃，调节木材含水率至6‐8％。
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