EA027122B1

EA027122B1 - Способ обработки древесины

Info

Publication number: EA027122B1
Application number: EA201070404A
Authority: EA
Inventors: Клаус Лудвиг Энгельбрехт Хольм; Серен Бирх-Расмуссен
Original assignee: Гайа Вуд Пейтент А/С
Priority date: 2007-09-28
Filing date: 2008-09-29
Publication date: 2017-06-30
Also published as: CA2700730C; NZ584823A; EP2380716B1; CA2700730A1; CN101918184A; EP2212070B1; WO2009040656A3; US9440372B2; AU2008303322B2; ES2416346T3; CN101918184B; PL2212070T3; AU2008303322A1; ZA201002642B; WO2009040656A2; US20110212273A1; EA201070404A1; EP2380716A1; EP2212070A2; JP2010540276A

Abstract

Изобретение относится к способу обработки древесины текучей средой, содержащему этапы, при которых помещают древесину в воздухонепроницаемый бак, вакуумируют бак для создания среды вакуума для древесины, подают на древесину текучую среду. Дополнительно способ может далее содержать последующий этап, на котором повышают давление в воздухонепроницаемом баке для создания среды высокого давления для древесины. Способ далее может содержать последующий этап, на котором подвергают древесину последующему нагреву, и/или этап предварительного нагрева, на котором древесину подвергают предварительному нагреву электромагнитным излучением с помощью одного или более электродов.

Description

Предлагается способ обработки древесины текучей средой с помощью вакуума, высокого давления и нагревания, которые применяют на разных этапах. Дополнительно, способ может применяться для термообработки древесины, например, для сушки.

Предпосылки создания изобретения (уровень техники)

В деревообрабатывающей промышленности общепринято обрабатывать древесину для получения определенных свойств или характеристик, например стойкости к микроорганизмам, пониженного содержания естественных текучих сред, измененных свойств структуры, или конкретного цвета. Однако при обработке древесины возникает широко распространенная и влекущая дополнительные расходы проблема коробления древесины, которая объясняется двумя главными эффектами. Во-первых, коробление может быть вызвано анизотропией усадки, приводящей к поперечному изгибу, продольному изгибу и скручиванию. Во-вторых, коробление может быть результатом неравномерной сушки, которая ведет к повреждению структуры, например разрывам, внешним и внутренним трещинами и расслоениям.

Одним широко распространенным этапом в процессе обработки древесины является нагрев изделий из древесины, который можно получить, прилагая разные виды электромагнитного излучения. На самых коротких длинах волн, изделия облучают инфракрасным излучением, при котором теплота достигает внутреннего объема изделия за счет конвекции или проводимости с поверхности. Для нагрева можно также использовать микроволновое излучение, когда температура повышается за счет прямого диэлектрического нагревания изделия. При этом приложенная энергия проникает более глубоко. При наибольшей длине волн изделие может подвергаться воздействию радиоизлучению высокой частоты, которое также повышает температуру через диэлектрический нагрев, но с более глубоким проникновением по сравнению с микроволновым излучением, что позволяет осуществлять более равномерный нагрев.

В случае металла высокочастотное радиоизлучение наводит вихревые токи, которые нагревают металл. Такое электромагнитное индукционное нагревание наиболее эффективно, если металл является ферромагнетиком, как, например, некоторые промышленные сорта стали.

Другим распространенным способом обработки древесины является вакуумная сушка, когда изделия подвергаются диэлектрическому нагреву. Пример применения вакуумной обработки приведен в патенте И8 № 5575083. Вакуум снижает температуру кипения, а электромагнитное поле повышает температуру, в результате чего эти объединенные технологии позволяют сушить древесину с более высоким кпд.

Другим общепринятым этапом в процессе обработки древесины является пропитка текучей средой, например, консервантом, в среде высокого давления. Согласно настоящему изобретению предлагается способ, позволяющий ввести в структуру древесины сравнительно большое количество текучей среды путем комбинирования этапов электромагнитного облучения, вакуумной обработки и обработки высоким давлениям.

Цели изобретения

Целью настоящего изобретения является создание способа введения текучей среды во внутреннюю структуру древесины. Конкретной особенностью настоящего изобретения является то, что нагрев, следующий после подачи текучей среды в древесину, позволяет добавить большее количество текучей среды во внутреннюю структуру древесины. Преимущество настоящего изобретения состоит в том, что оно позволяет вводить в древесину сравнительно большое количество жидкого консерванта. Другой целью настоящего изобретения является создание способа обработки древесины теплотой, например, для снижения влагосодержания в древесине, что позволяет ввести в древесину большее количество текучей среды. Другой конкретной особенностью настоящего изобретения является то, что оно позволяет осуществлять пропитку и/или термообработку древесины без ее коробления.

Раскрытие изобретения

Помимо вышеуказанных целей, преимуществ и особенностей из нижеследующего общего описания и подробного описания предпочтительных вариантов настоящего изобретения будут очевидны и многочисленные другие цели, преимущества и особенности. Эти цели, преимущества и особенности по первому аспекту настоящего изобретения достигаются с помощью способа жидкостной обработки древесины, содержащего этапы, на которых помещают древесину в воздухонепроницаемый бак, вакуумируют воздухонепроницаемый бак для создания среды вакуума для древесины, подают текучую среду в древесину.

При создании среды вакуума возникает перепад давления между внутренним объемом древесины и средой вакуума. Под действием такого перепада давления из древесины выходят природные текучие среды, например, вода и воздух, при этом в древесине могут образовываться естественные пути и сосуды для текучих сред, обходящие препятствия, которые облегчают обратное проникновение текучей среды в древесину. Далее, перепад давления может создавать микроскопические разрывы в структуре древесины, которые позволяют текучей среде проникнуть в те участки древесины, которые были бы недоступны для проникновения в них иным способом. Эти процессы продолжаются до тех пор, пока внутреннее давление в древесине не войдет в равновесие с давлением среды вакуума. Когда количество природных текучих сред в древесине уменьшится, способность древесины поглощать другие текучие среды существенно увеличивается.

- 1 027122

Когда текучую среду вводят в древесину в среде вакуума, эта текучая среда может достичь и заполнить полости в структуре древесины, которые в ином случае были бы заполнены газом или жидкостью, которые являются естественными для древесины. Это является очевидным преимуществом, поскольку проникновение текучей среды улучшается, позволяя ввести в структуру древесины большее количество текучей среды.

Из древесины можно изготавливать различные детали: окантованные балки, планки или доски, доски из ядра или заболони, обработанные и необработанные доски, пластины и горбыль, лафет, четвертины и/или доски с обзолом. Далее древесину можно укладывать так, чтобы плоская сторона одной деревянной детали была уложена на плоскую сторону другой деревянной детали. Древесину можно укладывать в несколько слоев так, чтобы деревянные детали в каждом слое определяли общее продольное направление. Общее продольное направление может быть одинаковым для всех слоев или может быть перпендикулярным соседним слоям.

Воздухонепроницаемый бак может иметь форму цилиндра с выпуклыми торцевыми крышками. В настоящем описании термин воздухонепроницаемый может пониматься как обладающий способностью выдерживать как среду вакуума, так и среду повышенного давления в течение длительного времени. Естественно, воздухонепроницаемый бак может иметь дверцу или приспособление с аналогичными функциями, которое позволяет многократно загружать в бак и выгружать из бака штабели древесины. Поскольку бак может выдерживать среду под давлением, может потребоваться принять меры для герметизации дверцы, например, с помощью болтов и гаек, особенно если дверца открывается наружу изнутри воздухонепроницаемого бака.

Следует подчеркнуть, что текучая среда может быть жидкостью или газом, но предпочтительно жидкостью.

Способ согласно первому аспекту настоящего изобретения далее может содержать этап, на котором в воздухонепроницаемом баке поднимают давление для создания среды под давлением для древесины, при этом этап поднятия давления осуществляют одновременно с этапом подачи текучей среды или после этапа подачи текучей среды. Среда под давлением может иметь давление, равное давлению окружающей атмосферы, или превышающее ее. При увеличении давления относительно давления среды вакуума, текучая среда нагнетается в полости структуры древесины, благодаря чему можно достигнуть более высокого насыщения древесины. Предлагаемый процесс позволяет достигнуть перенасыщения так, что текучая среда будет вытесняться из древесины, когда давление среды уравняется с атмосферным давлением.

Способ по первому аспекту настоящего изобретения далее может содержать этап, на котором древесину подвергают последующему нагреву электромагнитным излучением с помощью одного или более электродов, при этом последующий нагрев осуществляют одновременно с этапом подачи текучей среды или после этапа подачи текучей среды. Если выполняют этап повышения давления в воздухонепроницаемом баке, последующий нагрев можно осуществлять до, во время и/или после повышения давления. Если текучая среда является жидкостью, нагрев древесины может давать преимущество, заключающееся в том, что жидкость внутри древесины нагревается, благодаря чему вязкость жидкости снижается и жидкость может проникнуть в структуру древесины еще глубже. Естественно, этот эффект можно получить, предварительно нагревая жидкость. Однако такое решение может иметь недостаток, заключающийся в том, что давление пара жидкости увеличивается при входе в среду вакуума, что затрудняет поддержание требуемого разрежения. Последующий нагрев также может повысить внутреннее давление в древесине, что может привести к нагнетанию жидкости в полости, которые эта жидкость не достигла.

Когда текучая среда является жидкостью, эта жидкость может быть веществом, которое твердеет при нагреве, что существенно повышает ее вязкость. Естественно, для жидкостей такого типа предварительный нагрев нежелателен, поскольку повышенная вязкость снижает способность жидкости проникать в структуру древесины. С помощью предложенного способа древесину можно насыщать или пропитывать жидкостью, которую затем отверждают в структуре древесины нагреванием.

Способ обработки древесины далее может содержать этап, при котором древесину подвергают предварительному нагреву электромагнитным излучением с помощью одного или более электродов, при этом предварительный нагрев осуществляют до этапа подачи текучей среды или одновременно с ним. Этот предварительный нагрев можно осуществлять перед этапом вакуумирования воздухонепроницаемого бака, одновременно с ним, или после этого этапа. Предварительный нагрев может дать преимущество, заключающееся в том, что повышает внутреннее давление в древесине относительно давления среды вакуума. Таким образом, благодаря перепаду давления природные текучие среды, например вода и воздух, могут вытесняться из древесины, при этом в древесине могут создаваться естественные пути и сосуды, обходящие препятствия, которые позволяют текучей среде легче проникать обратно в древесину. Далее перепад давления может создавать микроскопические разрывы в структуре древесины, по которым могут выходить природные текучие среды и входить другие текучие среды. По мере того, как количество природных текучих сред в древесине уменьшается, склонность древесины к поглощению других текучих сред увеличивается. Предварительный нагрев может быть особенно благоприятен, когда выполняется в среде вакуума, поскольку низкое давление оказывает на древесину более или менее сходный эффект, что и предварительный нагрев, и два эти этапа работают в сочетании друг с другом. Далее среда вакуума

- 2 027122 также понижает точку кипения вытесненных природных жидкостей, что облегчает их удаление из воздухонепроницаемого бака вакуумным насосом.

Один или более электродов, применяемых для последующего нагрева и один или более электродов, применяемых для предварительного нагрева, могут быть одним и тем же электродом. Альтернативно, некоторые или все электроды могут не быть одним и тем же электродом.

Среда вакуума может определять предварительное давление газа перед подачей текучей среды, и последующее давление газа во время и/или после подачи текучей среды, и отношение последующего давления газа к предварительному давлению газа может составлять от приблизительно 1 до приблизительно 2. Ограничивая, таким образом, увеличение давления, можно предотвратить внедрение природных текучих сред, в частности, воздуха и водяного пара, обратно в структуру древесины, что воспрепятствовало бы достижению текучей средой полостей в древесине.

Среда под давлением может иметь давление газа в диапазоне от приблизительно 1 бар до приблизительно 12 бар, который, как было обнаружено, является особенно благоприятным диапазоном параметров при выполнении предлагаемого способа обработки текучей средой по первому аспекту настоящего изобретения.

Древесина может быть полностью погружена в текучую среду, при этом возникает преимущество, согласно которому текучая среда может входить в древесину со всех сторон. Для обработанной древесины, т.е., пиломатериалов, строганных пиломатериалов, или древесины прошедшей токарную обработку, отверстия капилляров и естественных путей для текучей среды находятся на всех обработанных поверхностях древесины. Далее, машинная обработка может создавать малые или микроскопические разрывы на каждой поверхности древесины, прошедшей машинную обработку. Поэтому, когда древесина полностью погружена в текучую среду, в структуру древесины может войти большее количество текучей среды через естественные каналы и микроскопические разрывы. Альтернативно, когда текучая среда является жидкостью, древесину можно погружать в жидкость так, чтобы обработанные поверхности древесины находились под поверхностью жидкости.

Текучая среда может храниться в резервуаре, соединенном с воздухонепроницаемым баком. Преимущество такого решения заключается в том, что позволяет освободить воздухонепроницаемый бак от текучей среды при вакуумировании, когда, если текучая среда является жидкостью, пары жидкости мешают вакуумированию. Далее другим преимуществом такого решения является то, что предварительный нагрев можно выполнять без какой-либо текучей среды в воздухонепроницаемом баке, которая могла бы создавать дополнительные трудности. Например, жидкость может отвердеть при пониженной вязкости, или начать кипеть, затрудняя вакуумирование. Дополнительно, в резервуаре можно повышать давление для создания или увеличения потока текучей среды из резервуара в воздухонепроницаемый бак. Если текучая среда является жидкостью, это может дать особые преимущества, если жидкость имеет высокую вязкость.

Дополнительно давление, созданное в резервуаре, может использоваться на последующем этапе повышения давления в воздухонепроницаемом баке.

Текучая среда может быть консервантом, красителем или особым химическим соединением, или смесью химических соединений. В качестве примера текучей средой может быть 20% раствор динатрийкарбоната-тетрабората в моноэтилгликоле, или краской на основе льняного масла. Альтернативно, текучая среда может быть жидкой водой, подаваемой для повышения влагосодержания древесины.

Согласно второму аспекту настоящего изобретения его цели, преимущества и особенности достигаются посредством способа термообработки древесины, содержащего этапы, при которых помещают древесину в воздухонепроницаемый бак, вакуумируют воздухонепроницаемый бак для создания среды вакуума для древесины и подвергают древесину нагреву электромагнитным излучением с помощью одного или более электродов. Непосредственное преимущество этого способа может заключаться в том, что в древесине понижается влагосодержание. Это достигается за счет вакуумной среды в сочетании с нагревом. Оба этих фактора участвуют в увеличении перепада давления между внутренним объемом древесины и внутренним пространством воздухонепроницаемого бака. Природные текучие среды, например вода и воздух, вытесняются из древесины, благодаря перепаду давления, при этом в древесине могут создаваться естественные пути и сосуды для текучих сред, что позволяет естественным текучим средам быстрее выйти из древесины. Далее перепад давления может создавать микроскопические разрывы в структуре древесины, через которые могут выходить природные текучие среды. Эти процессы продолжаются до тех пор, пока внутреннее давление в древесине не уравновесится с давлением среды вакуума. Нагрев сам по себе может давать преимущества, поскольку он может менять структурные и химические свойства древесины, что в свою очередь может снижать привлекательность древесины для насекомых, либо может придавать древесине более благоприятное содержание влаги.

Способы согласно первому и второму аспектам настоящего изобретения могут иметь несколько дополнительных признаков или элементов. Среда вакуума может иметь давление газа в пределах от приблизительно 0,04 до приблизительно 0,1 бар. Этот диапазон давлений, как было обнаружено, является особенно благоприятным и для обработки текучей средой и для термообработки.

Древесина может содержать множество слоев, и между двумя соседними слоями во множестве сло- 3 027122 ев помещают один или более электродов. Это позволяет поместить электрод внутри штабеля деталей из древесины. Поскольку электромагнитное излучение нормально является наиболее сильным рядом с излучающим электродом, это позволяет повысить КПД нагрева. Далее установку внутри штабеля деталей из древесины множества электродов можно оптимизировать так, чтобы добиться равномерного нагрева, т.е., чтобы все детали из древесины подвергались, по существу, одинаковому нагреву. Электроды могут иметь прямоугольную форму и размещаться в одной плоскости со слоями древесины или они могут иметь узкую удлиненную форму. Дополнительно или альтернативно, древесина может содержать множество слоев, и один или более электродов могут быть вставлены между каждыми двумя соседними слоями множества слоев, что позволяет осуществлять равномерный и эффективный нагрев. Электроды могут выполнять дополнительную функцию прокладок между множеством слоев. Далее электроды могут определять прямоугольную поверхность, по существу, равную плоской поверхности, определенной между двумя соседними слоями древесины, или меньше нее.

Один или более электродов могут образовать две группы электродов, имеющие противоположную полярность. Одним из преимуществ этого конкретного признака может являться то, что нежелательные резонансы в электродах и подключенных источниках питания/частоты, а также в замкнутом пространстве электропроводного воздухонепроницаемого бака можно устранить или уменьшить. Естественно, резонансы также зависят от геометрического размещения в трехмерном теле штабелированных деталей из древесины, а также от формы электродов и воздухонепроницаемого бака. Далее наличие электродов противоположной полярности может привести к возникновению токов в древесине, которые приведут к резистивному нагреву древесины в дополнение к нагреву, вызванному электромагнитным излучением. Дополнительно или альтернативно, два соседних электрода могут иметь противоположные полярности. Одним из преимуществ этого конкретного решения является то, что оно повышает вероятность возникновения токов, проходящих сквозь древесину, особенно, если воздухонепроницаемый бак и опоры для древесины заземлены. Электроды противоположной полярности можно разместить между деревянными деталями, что позволит особенно эффективно нагревать эти деревянные детали. Если все электроды имеют одну и ту же полярность, существует вероятность, что токи будут следовать на землю по пути наименьшего сопротивления, что может быть благоприятно для резистивного нагрева.

Электромагнитное излучение может иметь частоту в диапазоне от приблизительно 10 до приблизительно 30 МГц и предпочтительно от приблизительно 13,56 до приблизительно 27,12 МГц. Было обнаружено, что на этих частотах нагрев древесины происходит особенно эффективно.

Способы по первому и второму аспектам настоящего изобретения далее могут содержать этап, на котором создают механическое напряжение в древесине с помощью компрессионной системы для предотвращения деформации древесины. Этот конкретный этап можно осуществлять перед любым из описанных этапов предлагаемым способом, одновременно с любым из них, или после любого из них. Этап создания механических напряжений может осуществляться перед этапом нагревания и/или перед этапом подачи текучей среды. Дополнительно или альтернативно, механическое напряжение можно поддерживать до момента времени, расположенного после последующего нагревания. Одно из преимуществ механического напряжения заключается в том, что оно предотвращает коробление древесины во время обработки, в частности термообработки. Другое преимущество механического напряжения может заключаться в том, что улучшаются структурные свойства древесины, например предел прочности на разрыв. Далее механическое напряжение может применяться для уменьшения объема древесины. Было обнаружено, что можно сжать древесину до 50% в одном из физических измерений. Предпочтительно сжатие имеет направление, перпендикулярное общему направлению волокон древесины.

Древесину можно расположить так, чтобы определить плоскую сторону, а компрессионная система может содержать плоскую сжимающую плиту для распределения механического давления по части плоской стороны или по всей плоской стороне. Этот конкретный признак дает преимущество, заключающееся в том, что позволяет предотвратить коробление древесины в одном измерении. Предпочтительно плоская сжимающая плита проходит параллельно общему направлению волокон древесины. Дополнительно или альтернативно, древесину можно расположить для определения четырех плоских сторон под прямыми углами, а компрессионная система может содержать множество плоских сжимающих пластин для создания механического давления через четыре плоские стороны. В качестве примера, пара горизонтальных или поддерживающих пластин определяет компонент механического давления в древесине, имеющий, по существу, вертикальное направление, а пара вертикальных сжимающих или поддерживающих пластин определяет компонент механического давления в древесине, имеющий, по существу, горизонтальное направление. Этот конкретный признак дает преимущество, заключающееся в том, что позволяет предотвратить коробление в двух измерениях древесины. Предпочтительно плоские сжимающие плиты параллельны общему направлению волокон в древесине.

Компрессионная система может содержать зажим для создания части или всего механического давления. Этот признак позволяет создавать механическое давление, не зависящее от любых постоянно установленных устройств в воздухонепроницаемом баке. Например, на древесину можно установить зажимы до ее загрузки в воздухонепроницаемый бак, которые можно снять первыми после завершения одного из вышеописанных способов обработки. Альтернативно, зажимы можно снять спустя несколько часов,

- 4 027122 несколько суток или несколько недель после завершения процесса обработки. Таким образом, можно предотвратить коробление древесины на длительный период времени, не занимая воздухонепроницаемый бак.

Альтернативно или дополнительно к зажимам, компрессионная система может содержать гидравлический или пневматический компрессор для создания механического давления. Это дает преимущество, заключающееся в том, что во время обработки древесины механическое давление можно изменять. Усадка или расширение древесины является общеизвестным явлением в обработке древесины, и гидравлическая или пневматическая компрессионная система может компенсировать эти явления. Например, если древесина дает усадку, плоскую сжимающую плиту можно смещать для поддержания контакта с древесиной, что позволяет создавать постоянное механическое давление.

Далее по меньшей мере одна плоская сжимающая плита может дополнительно выполнять функцию одного или более электродов. Этот признак может дать преимущество, если предпочтительным является нагрев от границ древесины, например, если в древесине определено лишь небольшое количество слоев или один слой.

Компрессионная система может содержать пневматический вакуумный насос для создания механического давления и, дополнительно, для вакуумирования воздухонепроницаемого бака. Дополнительно или альтернативно, компрессионная система может содержать надувной мешок для создания и распределения механического давления или компрессионная система альтернативно содержит поршень или мех для создания механического давления.

Одной целью настоящего изобретения является создание нового многоэтапного процесса отверждения и сушки продукта, в частности древесины. На отдельных этапах древесину подвергают воздействию [1] переменного магнитного поля, [2] высокочастотного радиоизлучения и [3] микроволнового излучения. На этапах [2] и [3] деревянный элемент может быть помещен внутрь вакуумного бака. Этапы выполняют в указанном порядке, однако один или более из этапов может быть исключен из процесса.

Преимущество этого нового процесса перед известными заключается в том, что он дает более эффективное и равномерное нагревание древесины, тем самым сокращая время, необходимое для отверждения или сушки, без каких-либо негативных влияний на структуру изделия. Процесс может быть оптимизирован для разных свойств древесины, таких как размеры, влагосодержание и интервалы между арматурой - путем изменения времени и приложенной мощности на каждом из указанных выше этапов. Далее частоту индукционных полей на этапах [1] и [2] можно менять для получения более эффективного нагрева для отверждения и сушки.

В случае наличия стальной прутковой арматуры, помещенной рядом с центром изделия, магнитная индукция [1] нагревает элемент от его центра. Высокочастотное радиоизлучение [2] вызывает нагрев и через электромагнитную индукцию в арматуре, и прямым диэлектрическим нагреванием изделия. Электромагнитная индукция нагревает элементы от центра, а диэлектрический нагрев наиболее сильно нагревает поверхность элемента. Микроволновое излучение [3] вызывает диэлектрический нагрев, который проявляется наиболее сильно у поверхности. Очевидно, что описанный многоэтапный процесс позволяет даже в такой очень неоднородной среде равномерно повышать температуру изделия со стальной прутковой арматурой.

Для арматуры другого типа, например в форме небольших волокон, крюков и колец, которые равномерно распределены в изделии и изготовлены из электропроводного материала, такого как сталь или углерод, нагрев на этапах [1] и [2] можно распределить более равномерно, что позволяет избавиться от одного из этапов.

С несколько иной точки зрения одной целью настоящего изобретения является создание нового способа сушки изделия путем воздействия на него высокочастотным радиоизлучением в среде вакуума. Преимущество этого нового процесса по сравнению с уровнем техники заключается в том, что он обеспечивает более эффективную сушку, тем самым сокращая время, необходимое для процесса. Процесс можно оптимизировать для разных свойств изделий, таких как размеры, влагосодержание, содержание металла и наличие металлических деталей, изменяя время и приложенную мощность нагревания. Далее, частоту высокочастотного радиоизлучения можно менять для достижения более благоприятного нагрева.

Если в изделии имеются металлические детали, высокочастотное радиоизлучение вызывает нагрев и за счет электромагнитной индукции в металле, и путем прямого диэлектрического нагрева. Электромагнитная индукция нагревает изделие от местоположения металлических деталей, а диэлектрический нагрев наиболее выражен на поверхности изделия. Металлические детали могут быть мелкими объектами, такими как волокна, крюки и кольца, которые могут быть равномерно распределены по изделию, тем самым распределяя нагрев более равномерно.

Краткое описание чертежей

Другие цели и особенности настоящего изобретения будут более понятны из нижеследующего подробного описания и приложенной формулы изобретения, при этом описание дано совместно с чертежами, где фиг. 1 - первый и предпочтительный вариант способа обработки древесины текучей средой; фиг. 2 - второй вариант способа сушки древесины;

- 5 027122 фиг. 3 - третий вариант способа сушки древесины;

фиг. 4 - схематическое изображение предпочтительного способа сушки и фиг. 5 - схематическое изображение второго предпочтительного способа сушки.

Подробное описание изобретения

На фиг. 1 представлено сечение первого устройства для сушки древесины по предпочтительному в настоящее время варианту изобретения. Партию штабелированной древесины в форме досок 92 помещают в бак 90 через загрузочное отверстие 82. Партия штабелированной древесины определяет верхнюю плоскую сторону, на которой лежит плоская верхняя опорная плита 95. Аналогично партия штабелированной древесины определяет нижнюю плоскую сторону, лежащую на плоской нижней опорной плите 96. Внутри бака 90 нижняя опорная плита в свою очередь лежит на роликовом транспортере 97, который позволяет заводить штабель древесины в бак 90.

Бак 90 может быть герметизирован от атмосферы с помощью дверцы 80 бака и уплотнительного кольца 81, наложенного на загрузочное отверстие 82. Выходная труба 92 соединяет воздухонепроницаемый бак 90 с пневматическим вакуумным насосом 93, который может создавать вакуум внутри воздухонепроницаемого бака 90. В выходной трубе 91 установлен выпускной клапан 91, позволяющий поддерживать в баке давление ниже атмосферного даже при выключенном вакуумном насосе 93. Закрытый выпускной клапан 91 также позволяет открывать бак, не создавая слишком большой нагрузки на работающий пневматический вакуумный насос 93. Давление внутри воздухонепроницаемого бака 90 можно понизить до типичного диапазона приблизительно 10-100 мм ртутного столба.

Верхняя плоская опорная плита 95 и нижняя опорная плита 96 соединены зажимами 88 и 89, создающими сжимающее усилие, действующее так, чтобы сдвинуть две опорные плиты 95 и 96 друг к другу. Затем сжимающее усилие преобразуется в механическое давление, действующее на верхнюю и нижнюю стороны партии штабелированной древесины, которое противодействует деформациям деревянных досок 94, таким как скручивание и изгиб, когда они подвергаются обработке предлагаемым способом. Зажимы 88 и 89 и верхняя и нижняя опорные плиты 95 и 96, соответственно, образуют компрессионную систему для предотвращения деформаций древесины во время сушки.

Две группы электродов размещены в вертикальной ориентации рядом с партией штабелированной древесины и/или между колоннами, определенными досками 94. Эти группы электродов соединены с высокочастотным генератором 98 кабелями 99 и 100 так, что когда генератор 98 работает, первая группа 101 имеет полярность, противоположную полярности второй группы 102. Электроды расположены так, что два соседних электрода имеют противоположную полярность. Электроды 101 и 102, соединенные с ними кабели 99 и 100 и высокочастотный генератор 98 образуют электродную систему, которая пригодна для создания электромагнитного излучения в частотном диапазоне от приблизительно 10 до приблизительно 30 МГц.

Резервуар 105 для текучего консерванта соединен с баком 90 впускной трубой 108. Клапан 106 резервуара управляет потоком текучего консерванта из резервуара 15. В этом конкретном варианте текучий консервант является жидкостью и поток создается гидростатическим давлением в резервуаре 105. При открытом клапане 106 резервуара жидкий консервант течет по впускной трубе 108 в бак 90, достигая деревянных досок 94. Компрессор 103 соединен с впускной требой 108 через клапан 104 компрессора. Компрессор 103 может создавать среду под давлением, предпочтительно поддерживая внутри бака 90 давление текучей среды от 1 до 12 бар.

При предпочтительной консервационной обработке бак 90 сначала вакуумируют вакуумным насосом 93 для давления приблизительно 10-40 мм рт.ст. Когда это давление создано, древесина 94 находится в среде вакуума для вывода из нее природных текучих сред, имеющихся в ее структуре, после чего ее подвергают электромагнитному облучению от электродов 101 и 102. Затем из резервуара 105 в бак 90 выпускают консервирующую жидкость и во время этого процесса давление газа в баке 90 удерживают в диапазоне приблизительно 10-40 мм рт.ст., альтернативно в диапазоне приблизительно 0,04-0,1 бар. Выпуск прекращают, закрывая клапан 106 резервуара, после того как доски 94 полностью погрузятся в жидкость. Существенной особенностью в данном случае является то, что жидкость подается на древесину 94 в среде вакуума. Клапан 91 вакуумного насоса 93 закрыт, а клапан 106 резервуара открыт, позволяя уравнять давление с помощью жидкости. Клапан 106 резервуара закрыт, а клапан 104 компрессора открыт, позволяя компрессору 103 создать среду под давлением в диапазоне приблизительно 1-10 бар. Описанный предпочтительный в настоящее время вариант позволяет создать такую концентрацию текучего консерванта в древесине, которая в 20 раз превышает возможности известных способов.

На фиг. 2 представлено сечение второго устройства для сушки древесины по конкретному варианту настоящего изобретения. Партия штабелированной древесины в форме досок 34 помещена в бак 30 через загрузочное отверстие 22.

Партия штабелированной древесины определяет верхнюю плоскую сторону, на которой лежит верхняя поддерживающая плита 35. Аналогично, партия штабелированной древесины определяет нижнюю плоскую сторону, лежащую на нижней плоской поддерживающей плите 36. Внутри бака 30 нижняя поддерживающая плита в свою очередь лежит на роликовом транспортере 37, который позволяет заводить партию древесины в бак 30.

- 6 027122

Бак 30 может быть герметизирован от окружающей атмосферы дверцей 20 и уплотнительным кольцом 21, установленным на загрузочное отверстие 22. Выпускная труба 32 соединяет воздухонепроницаемый бак 30 с пневматическим вакуумным насосом 33, благодаря чему в воздухонепроницаемом баке 30 можно создавать вакуум. В выпускной трубе 32 установлен выпускной клапан 31, позволяющий поддерживать в баке 30 давление ниже атмосферного, даже если вакуумный насос выключен. Закрытый выпускной клапан 31 также позволяет открывать бак 30, не перегружая работающий пневматический вакуумный насос 33. Давление внутри воздухонепроницаемого бака 30 можно понизить до типичного диапазона приблизительно 10-100 мм рт.ст.

Гидравлическая компрессионная система образована поршнем 29, цилиндром 28, прикрепленным к стенке бака 30, трубой 27 и гидравлическим компрессором 24. Поршень соединен с плоской верхней поддерживающей плитой 35 и при включении гидравлического компрессора 24 создаваемое гидравлическое давление преобразуется в механическое давление на верхнюю сторону партии штабелированной древесины. Это механическое давление противодействует деформациям, таким как скручивание и изгиб, деревянных досок 34 при их обработке.

В партию штабелированной древесины вставлены две группы электродов. Эти группы электродов соединены с высокочастотным генератором 38 кабелями 39 и 40 так, что при работе генератора 38 первая группа 41 имеет полярность, противоположную полярности второй группы 42. Электроды расположены так, что два соседних электрода имеют противоположную полярность. Электроды 41, 42, соединенные с ними кабели 39 и 40 и высокочастотный генератор 38 образуют электродную систему, которая способна создавать электромагнитное излучение в диапазоне частот приблизительно 10-30 МГц.

При эксплуатации второго устройства для сушки древесины по этому конкретному варианту древесину помещают в бак 30, вакуумным насосом 33 создают вакуум, древесину подвергают механическому давлению с помощью компрессионной системы и древесину нагревают, подвергая ее электромагнитному облучению с помощью электродной системы.

На фиг. 3 показано сечение третьего устройства для сушки древесины по конкретному варианту настоящего изобретения. Партию штабелированной древесины в форме досок 64 помещают в бак 60 через загрузочное отверстие 52. Партия штабелированной древесины определяет верхнюю плоскую сторону, на которой лежит верхняя горизонтальная поддерживающая плита 65. Аналогично, партия штабелированной древесины определяет нижнюю плоскую сторону, лежащую на нижней плоской горизонтальной поддерживающей плите 66. Внутри бака нижняя поддерживающая плита в свою очередь лежит на роликовом транспортере 67, который позволяет заводить партию древесины в бак 60.

Бак 60 может быть герметизирован относительно окружающей атмосферы дверцей 50 и уплотнительным кольцом 61, установленным на загрузочное отверстие 52. Выпускная труба 62 соединяет воздухонепроницаемый бак 60 с пневматическим вакуумным насосом 63, с помощью которого в воздухонепроницаемом баке 60 можно создавать вакуум. В выпускной трубе 62 установлен выпускной клапан 61, позволяющий поддерживать в баке 60 давление ниже атмосферного, даже когда вакуумный насос 63 выключен. Закрытый выпускной клапан 61 также позволяет открывать бак 60, не перегружая работающий пневматический вакуумный насос 63. Давление внутри воздухонепроницаемого бака 60 можно снизить до типичного диапазона приблизительно 10-100 мм рт.ст.

Плоская верхняя поддерживающая плита 65 и нижняя поддерживающая плита 66 соединены зажимами 58 и 59, которые создают сжимающее усилие, стягивая две поддерживающие плиты 65 и 66 в направлении друг к другу. Сжимающее усилие затем преобразуется в механическое давление, действующее на верхнюю и нижнюю стороны партии штабелированной древесины, которое противодействует деформациям, таким как скручивание и изгиб деревянных досок 64 во время нагрева и сушки. Зажимы 58 и 59 и верхняя и нижняя поддерживающие плиты образуют компрессионную систему для предотвращения деформаций в древесине при сушке. В альтернативном варианте имеются дополнительные вертикальные поддерживающие плиты, способные прилагать механическое давление по существу в горизонтальном направлении.

В партию штабелированной древесины вставлены две группы электродов. Эти группы электродов соединены с высокочастотным генератором 68 кабелями 69 и 70 так, что при работе генератора 68 первая группа 71 имеет полярность, обратную полярности второй группы 72. Электроды расположены так, что два соседних электрода имеют противоположную полярность. Электроды 71 и 72, соединительные кабели 69 и 70 и высокочастотный генератор образуют электродную систему, которая способна создавать электромагнитное излучение в частотном диапазоне приблизительно 10-50 МГц.

При эксплуатации третьего устройства для сушки древесины по этому конкретному варианту древесину помещают в бак 60, вакуумным насосом 63 создают вакуум, на древесину воздействуют механическим давлением с помощью компрессионной системы и древесину нагревают электромагнитным облучением от электродной системы.

Для альтернативного описания предлагаемого способа на фиг. 4 представлена схематическая иллюстрация процесса.

Первой частью многоэтапного процесса является индукционная установка 1 с переменной выходной частотой и мощностью. Альтернативно, выходная частота является фиксированной. Установка 1 со- 7 027122 держит катушку, выполненную с возможностью магнитного индукционного нагрева, например спираль, окружающая изделие. Частота переменного магнитного поля типично составляет 20-150 кГц. После начального нагрева, соответствующего этапу [1], описанному выше, ленточный транспортер, система тележек или подобное устройство 2 перемещает изделие далее по процессу.

Второй частью процесса является высокочастотная радиоустановка 3 с переменной выходной мощностью и частотой, при этом мощность составляет по меньшей мере 30 кВт или более предпочтительно по меньшей мере 1 кВт, а частота типично находится в диапазоне 3-30 МГц или наиболее предпочтительно 13,56 МГц. Установка 3 имеет конструкцию и конфигурацию электродов, выполненную с возможностью индукционного и диэлектрического нагрева изделия. Электроды помещены внутрь герметизируемого воздухонепроницаемого бака, в котором происходит нагрев изделия. Бак выполняет двойную функцию: ограничивает радиоизлучение своим объемом и является корпусом для создания среды низкого давления.

Вакуумный насос 7 понижает давление внутри камеры 3 через систему 4 труб. Влага и воздух, выходящие из изделия, находящегося внутри камеры 4, удаляются по той же системе труб. Во избежание попадания влаги в вакуумный насос 7 осушитель 5 отделяет воду от воздуха. Воду затем отводят из осушителя 5 и собирают в контейнер 6, откуда ее можно использовать повторно. После высокочастотного нагрева радиоизлучением и вакуумной обработки, соответствующей этапу [2], описанному выше, ленточный транспортер, система тележек или подобное устройство 8 перемещают изделие на следующий этап процесса.

Третьей частью процесса является микроволновая установка 9, которая имеет конструкцию, выполненную с возможностью нагрева изделия. Например, такая конструкция может содержать набор магнетронов, одновременно облучающих изделие с нескольких разных направлений. Типичная частота микроволнового излучения составляет от 0,3 до 30 ГГц или более предпочтительно 900 МГц. Устройство 9 экранировано так, чтобы опасное микроволновое излучение не выходило наружу. Нагрев в установке 9 соответствует этапу [3], описанному выше.

Для завершения описания следует указать, что на каждом из трех этапов нагрев изделия осуществляется с помощью трех разных электромагнитных явлений без какого-либо физического контакта между нагревательными элементами, такими как катушки и электроды, и изделием. Указанные выше частоты приведены для иллюстрации. Следует понимать, что предложенный многоэтапный способ будет работать и на частотах, существенно отличающихся от указанных величин.

Кроме того, следует понимать, что индукционный нагрев на этапе [1] и [2] не обязательно должен осуществляться через электропроводные элементы, находящиеся внутри изделия. Индукционный нагрев может осуществляться с помощью электропроводного материала, например металлической формы, которая находится в контакте с изделием или в непосредственной близости к изделию. Примерами изделий, для которых можно применять предложенный процесс, являются древесина, зерно и кирпичи.

Для альтернативного общего описания предложенного способа на фиг. 5 приведена схематическая иллюстрация процесса.

Ленточный транспортер, система тележек или подобное устройство 12 перемещает изделие в высокочастотную радиоустановку 13, имеющую переменную выходную мощность по меньшей мере 30 кВт или более предпочтительно по меньшей мере 1 кВт, и переменную частоту в диапазоне приблизительно 3-30 МГц или наиболее предпочтительно 13,56 МГц. Установка 13 имеет конструкцию и конфигурацию электродов, позволяющую проводить индукционный и диэлектрический нагрев изделий. Электроды помещены внутрь герметизируемого воздухонепроницаемого бака, в котором происходит нагрев изделий. Бак выполняет двойную функцию: ограничивает радиоизлучение своим объемом и является корпусом для создания среды низкого давления.

Вакуумный насос 17 понижает давление внутри камеры 13 через систему 14 труб. Влага и воздух, выходящие из изделия, находящегося внутри камеры 13, удаляются по той же системе труб. Во избежание попадания влаги в вакуумный насос 17 осушитель 15 отделяет воду от воздуха. Воду затем отводят из осушителя 15 и собирают в контейнер 16, откуда ее можно использовать повторно. После высокочастотного нагрева радиоизлучением и вакуумной обработки ленточный транспортер, система тележек или подобное устройство 18 перемещают изделие дальше.

Изделие нагревают электромагнитным излучением без какого-либо контакта между нагревательными элементами, такими как катушки и электроды, и изделием. Указанные частоты приведены для иллюстрации. Следует понимать, что предложенный способ сушки будет работать и на частотах, существенно отличающихся от указанных величин.

Примерами изделий, для которых может применяться предлагаемый способ, являются древесина, зерно и кирпичи. Следует понимать, что индукционный нагрев не обязательно должен осуществляться через электропроводные элементы, находящиеся внутри изделия, такие как стальная арматура в армированном бетоне. Индукционный нагрев можно применять с помощью электропроводного материала, например, металлической формы, находящейся в контакте с изделием или в непосредственной близости к изделию.

- 8 027122

Перечень ссылочных позиций

- индукционная установка

- ленточный транспортер

- высокочастотная радиоустановка

- система труб

- осушитель

- контейнер

- вакуумный насос

- система тележек

- микроволновая установка

- ленточный транспортер

- высокочастотная радиоустановка

- система труб

- осушитель

- контейнер

- вакуумный насос

- система тележек

- дверца бака

- уплотнительное кольцо

- загрузочное отверстие

- гидравлический компрессор

- клапан компрессора

- впускной клапан

- впускная труба

- цилиндр

- головка поршня

- бак

- клапан вакуумного насоса

- выпускная труба

- вакуумный насос

- деревянные доски

- верхняя поддерживающая плита

- нижняя поддерживающая плита

- роликовый транспортер

- высокочастотный генератор

- кабели первой полярности

- кабели второй полярности

- многослойные электроды первой полярности

- многослойные электроды второй полярности

- дверца бака

- уплотнительное кольцо

- загрузочное отверстие

- зажим

- бак

- клапан вакуумного насоса

- выпускная труба

- вакуумный насос

- деревянные доски

- верхняя поддерживающая плита

- нижняя поддерживающая плита

- роликовый транспортер

- высокочастотный генератор

- кабели первой полярности

- кабели второй полярности

- многослойные электроды первой полярности

- многослойные электроды второй полярности

- дверца бака

- уплотнительное кольцо

- загрузочное отверстие

- зажим

- 9 027122

- вакуумный бак

- клапан вакуумного насоса

- выпускная труба

- вакуумный насос

- деревянные доски

- верхняя поддерживающая плита

- нижняя поддерживающая плита

- роликовый транспортер

- высокочастотный генератор

- кабели первой полярности

100 - кабели второй полярности

101 - многослойные электроды первой полярности

102 - многослойные электроды второй полярности

103 - компрессор

104 - клапан компрессора

105 - резервуар с текучим консервантом

106 - клапан резервуара

108 - впускная труба

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ обработки древесины текучей средой, включающий этапы, при которых:

(a) помещают древесину в воздухонепроницаемый бак; затем (b) вакуумируют воздухонепроницаемый бак для создания среды вакуума для древесины; затем (c) подвергают древесину последующему нагреву электромагнитным излучением с помощью одного или более электродов, при этом поддерживая среду вакуума внутри воздухонепроницаемого бака; затем (ά) подают консервирующую жидкость и/или краситель на древесину посредством подачи жидкости из резервуара, соединенного с воздухонепроницаемым баком, при этом поддерживая среду вакуума внутри воздухонепроницаемого бака, причем указанную древесину полностью погружают в указанную жидкость и/или краситель; и затем (е) повышают давление в воздухонепроницаемом баке для создания среды повышенного давления для древесины, при этом этап нагрева осуществляют одновременно или после или как одновременно, так и после указанной подачи консервирующей жидкости и/или красителя на древесину.
2. Способ по п.1, дополнительно включающий этап создания механического давления на указанную древесину посредством компрессионной системы для предотвращения деформации указанной древесины, причем указанную древесину располагают так, чтобы определять плоскую сторону, а компрессионная система содержит плоскую компрессионную пластину для распределения указанного механического давления на частях или по всей указанной плоской стороне, и при этом плоская компрессионная пластина дополнительно выполняет функцию электрода.
3. Способ по п.1 или 2, в котором этап повышения давления в воздухонепроницаемом баке для создания среды повышенного давления для древесины осуществляют после этапа подачи указанной жидкости и/или красителя.
4. Способ по любому из пп.1-3, в котором отношение последующего давления газа после подачи жидкости к предварительному давлению газа в среде вакуума до подачи жидкости составляет от приблизительно 1 до приблизительно 2.
5. Способ по любому из пп.1-4, в котором среда под давлением имеет давление газа от приблизительно 1 до приблизительно 12 бар.
6. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором повышают давление в резервуаре для создания и/или увеличения потока жидкости из резервуара в воздухонепроницаемый бак.
7. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором среда вакуума имеет давление газа в диапазоне от приблизительно 0,04 до приблизительно 0,1 бар.
8. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором электромагнитное излучение имеет частоту от приблизительно 10 до приблизительно 30 МГц, предпочтительно приблизительно 13,56 или приблизительно 27,12 МГц.
9. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором указанная древесина содержит множество слоев и электрод из указанных одного или более электродов размещен между двумя соседними слоями из указанного множества слоев.
10. Способ по п.9, в котором указанные один или более электродов составляют две группы электродов, имеющих противоположные полярности.
11. Способ по п.9, в котором два соседних электрода из указанных одного или более электродов имеют

- 10 027122 противоположные полярности.