WO2020080971A1 - Устройство для термической обработки древесины - Google Patents

Устройство для термической обработки древесины Download PDF

Info

Publication number
WO2020080971A1
WO2020080971A1 PCT/RU2019/000334 RU2019000334W WO2020080971A1 WO 2020080971 A1 WO2020080971 A1 WO 2020080971A1 RU 2019000334 W RU2019000334 W RU 2019000334W WO 2020080971 A1 WO2020080971 A1 WO 2020080971A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
chamber
wood
heating
heat
vacuum
Prior art date
Application number
PCT/RU2019/000334
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Павел Васильевич ЛЫКОВ
Original Assignee
Павел Васильевич ЛЫКОВ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Павел Васильевич ЛЫКОВ filed Critical Павел Васильевич ЛЫКОВ
Publication of WO2020080971A1 publication Critical patent/WO2020080971A1/ru

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B9/00—Machines or apparatus for drying solid materials or objects at rest or with only local agitation; Domestic airing cupboards
    • F26B9/06—Machines or apparatus for drying solid materials or objects at rest or with only local agitation; Domestic airing cupboards in stationary drums or chambers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B21/00—Arrangements or duct systems, e.g. in combination with pallet boxes, for supplying and controlling air or gases for drying solid materials or objects
    • F26B21/02—Circulating air or gases in closed cycles, e.g. wholly within the drying enclosure
    • F26B21/04—Circulating air or gases in closed cycles, e.g. wholly within the drying enclosure partly outside the drying enclosure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B5/00—Drying solid materials or objects by processes not involving the application of heat
    • F26B5/04—Drying solid materials or objects by processes not involving the application of heat by evaporation or sublimation of moisture under reduced pressure, e.g. in a vacuum
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B7/00—Drying solid materials or objects by processes using a combination of processes not covered by a single one of groups F26B3/00 and F26B5/00

Definitions

  • the invention relates to devices for the thermal modification of wood materials to improve their physico-mechanical and aesthetic characteristics and can be used in woodworking, furniture and other industries in the manufacture of wood products.
  • Heat-treated wood is the new advanced generation of wood. It combines such unique properties as: hydrophobicity - a property that allows not to absorb water, resistance to weathering and microorganisms, dimensional stability. A beautiful brown shade of wood along with these new properties make this material an environmentally friendly alternative to chemically treated wood.
  • Thermal modification of wood is a special technology for the thermal treatment of various types of wood (birch, beech, spruce, linden, larch, alder) in order to increase resistance to environmental influences, biodeterioration and enhance decorative properties.
  • Wood-based heat treatment was scientifically investigated by Strain and Hansen in the 1930s in Germany and White in the 1940s in the United States. In the 1950s, the Germans Bafendam, Runkel and Buro continued the study. Kollman and Schneider published their findings in the 1960s, and Rouche and Burmester in the 1970s. The latest research was conducted in Finland, France and the Netherlands in the 1990s. The most intensive and comprehensive studies were conducted by the VTT State Research Center in Finland. A significant contribution was made by the Institute of Environmental Technology. Based on the methodology developed by VTT, a technology for heat treatment of wood processing (Thermowood®) was created. Wood is heated to a temperature of at least 180 degrees Celsius and is protected by steam. Providing protection, steam also affects chemical changes in wood.
  • Thermowood® a technology for heat treatment of wood processing
  • Phase 1 Increase temperature and drying at high temperature. Through heat and steam, the temperature in the furnace rises rapidly to approximately 100 ° C. After which the temperature steadily rises to 130 ° C, while drying occurs at high temperature, the moisture content decreases to almost zero.
  • Phase 2. Heat treatment. After high-temperature drying, the temperature inside the oven rises to 185 ° C - 215 ° C. Upon reaching the required level, the temperature remains unchanged for 2 to 3 hours, depending on the final destination of the product.
  • Phase 3 Cooling and humidity control.
  • the temperature is reduced by means of a water irrigation system; when the temperature reaches 80 - 90 ° ⁇ , the wood is moistened again so that the moisture content reaches an acceptable level of 4 - 7% (ThermoWood® Handbook. Finnish Wood Heat Treatment Association 08.04.2003. Internet resource http: // www. westwoodcorporation.com/GB/TWHandbookRUSl .pdf).
  • Press vacuum drying chamber designed for drying sawn timber of coniferous and deciduous wood in a vacuum, with electric heating of the carrier in W automatic mode to furniture humidity 6 - 8%. There is a possibility of obtaining humidity up to 0%. Heating is carried out by special flat heaters, which are placed between the layers of lumber. The packed bag is compressed by atmospheric pressure through a rubber 15 diaphragm with a force of up to 8000 kg. per square meter, which provides good thermal contact with heaters and prevents warping of lumber in the drying process. The heating temperature, the intensity of the sound waves and the vacuum are selected in such a way that the moisture removed, moving 20 along the fibers, does not create stresses leading to cracking of the wood, the color of the lumber does not change with strict observance of the drying programs.
  • the process of thermal modification in this device can be divided into four stages: heating, drying, thermal modification, cooling.
  • the test material 0 is heated to 70 ° C, and the material is thermally prepared.
  • vacuum conductive drying occurs due to heating of the elements to a temperature of 70-80 ° C.
  • the required vacuum in the chamber is maintained by the operation of the vacuum pump.
  • the value of residual 5 pressure is determined by the reading of a reference vacuum gauge.
  • thermomodification of wood occurs. At this temperature reaches 180-220 ° C, makes it possible to give wood additional technical and decorative properties.
  • the processes of drying and thermal modification of wood occur as follows. Through an open lid, wood with a high initial humidity is placed in a sealed heat-insulated chamber between the heated plates. After closing the lid, the stage of heating the wood at atmospheric pressure to a temperature of 80-90 ° C begins, followed by exposure for 1.5-3.5 hours, depending on the thickness of the lumber. In this case, intense evaporation of moisture from the surface of the lumber occurs. Then produce the stage of evacuation using a cooling system and pump, while the process of moisture transfer from the central layers of lumber to its periphery and the evaporation of moisture from the lumber due to previously accumulated thermal energy.
  • Moisture from the wood is removed through the perforation of the metal plates of the heating plates and is removed by condensation by the cooling system, followed by removal from the chamber by a liquid ring vacuum pump.
  • the pressure in the chamber is controlled by a manometer. After the stage of evacuation, open the inlet valve and repeat the cycle "heating-evacuation". The alternation of the stages of heating and evacuation is applied until the humidity drops to 15-18% in order to intensify the process and improve the quality of wood drying.
  • the stage of vacuum drying begins with a constant supply of thermal energy.
  • the stage of drying is carried out with a gradually increasing pressure inside the chamber due to moisture evaporated from the wood; for this, the cooling system and the liquid ring vacuum pump are turned off.
  • the transitional value of humidity of 15-18% is explained by the fact that a decrease in humidity below 15% increases the duration of the drying process due to the alternation of the stages of heating and evacuation, and the remaining moisture is not enough to further increase the pressure in the apparatus to 1 atm.
  • a decrease in the quality of the products is observed.
  • the lumber undergoes thermal modification at a temperature of 200-240 ° C.
  • the process of raising the temperature to a value set by the mode passes according to the law:
  • the wood After increasing the temperature of the wood to a predetermined mode value, determined by the required degree of thermal modification, the wood is kept at this temperature for 3-5 hours, then the lumber is cooled in the chamber to a temperature of 100 ° C by turning on the cooling system.
  • the vacuum dryer has a rigid structure
  • a drying chamber having a loading opening for receiving superimposed layers of wood boards and provided with flat heating plates for evaporating the water contained in the wood boards;
  • each heating plate is inserted 25 between two adjacent layers of wood boards and spreads over at least the entire surface of the underlying layer of wood planks;
  • a drying chamber having a flat and rigid base wall on which a stack of wood boards is placed and heating plates are placed, and an upper wall consisting of a rigid plate mounted to slide inside the loading opening of the drying chamber and provided with peripheral sealing means, whereby the upper wall is hermetically sealed moves relative to the rigid structure of the dryer to and from the specified base wall.
  • the dryer further comprises means for creating a vacuum in the drying chamber in order to ensure that evaporated water leaves the drying chamber, while allowing evaporation to be obtained at a relatively low temperature.
  • Said vacuum also leads to the fact that the aforementioned movable wall must be pressed pressed against a stack of wood boards and placed heating plates, in which each heating element has a surface smaller than that of the above movable wall, to such an extent that the movable wall creates pressure in the stack sufficient to ensure close contact between the wood boards and the heating plates to avoid deformation of the lumber and to increase the immigration of water from the lumber through the compressive on said board.
  • the rigid plate has a peripheral groove facing the walls of the opening of the chamber in which the seal is located. The peripheral edge of the plate is hermetically connected to the frame with a flat ring washer made of elastomeric material, which allows the plate to move to the table and from the base wall under vacuum.
  • the device contains: a sealed processing tank (also referred to as "autoclave tank”) containing a drum, preferably stainless steel, forming a processing chamber suitable for holding wood pulp; a loading trolley on which the stack is placed thermochemical treatment of wood, formed by layers of wooden boards and / or semi-finished products, separated from each other by spacers that provide a passage for a heating medium; sealed window; heating system containing electric batteries; ventilation system that transfers heat energy from heating batteries to wood ; housing, preferably made of steel, concentric with the tank and forming a gap with this tank: such And the gap communicates with the atmosphere through the hole located below, continuing along the entire length of the gap, and through the suction manifold located above, the shut-off air valve and fan; a vacuum pumping unit consisting
  • the tank is thermally isolated from the external environment by insulation.
  • Device configuration 2 - with heating and cooling using heat exchangers wood is heated using internal radiators, in which thermal oil is circulated, heated by a special boiler; these internal radiators are combined with appropriate fans; wood is cooled by removing the thermal oil stream using a 3-way valve from the boiler to the external cooling radiator, which is connected to the fan, to create a stream of thermal energy from radiators located in the tank (at high temperature) to the surrounding air.
  • the pump is used for forced circulation of thermal oil.
  • the technical problem solved by the invention is to ensure the safety of a device for heat treatment of wood.
  • the technical result consists in expanding the arsenal of devices for heat treatment of wood.
  • a device for heat treatment of wood is a thermally insulated vacuum drying chamber containing a loading opening with a lid, and a rigid bottom, on which a stack of wood boards is placed, and heating plates are placed inside the chamber, between which heat-treated wood is placed, with a heating system;
  • the device comprises a vacuum pump, a cooling system, a vacuum valve, according to a utility model, the chamber is made in the form of a parallelepiped and is equipped with a cover containing an elastomer membrane that exerts pressure on the stack;
  • the heating system is a closed coolant circulation loop connected to the heating plates through high-temperature high-pressure hoses, and containing a heating boiler, heat exchanger, and circulation pump connected in series to the heat-resistant and corrosion-resistant pipes; at the same time, thermal oil or other high-temperature synthetic heat carriers are used as a heat carrier;
  • the circuit is equipped with a heat exchanger for cold water, equipped with a tap; wherein the chamber is connected in series with the vacuum pump and the vacuum check valve;
  • the chamber is connected to a moisture receiver to remove moisture generated in the chamber
  • drying chamber is equipped with an emergency means of replacing negative atmospheric pressure, which is a cylinder with carbon dioxide or nitrogen, or an inert gas, connected to the chamber through an electrovalve.
  • an emergency means of replacing negative atmospheric pressure which is a cylinder with carbon dioxide or nitrogen, or an inert gas, connected to the chamber through an electrovalve.
  • the membrane of the chamber lid is made of high temperature silicone.
  • high-temperature high-pressure hoses are made of Teflon or fluoroplastic in stainless braid.
  • the bottom of the chamber is made with a slope, and at its lowest point a moisture receiver pipe is installed, at the inlet and outlet of which there are servo-controlled taps.
  • Figure 2 The layout of the automation equipment.
  • Cooling system heat exchanger
  • the pipe is a moisture receiver.
  • the collector of the circulation circuit of thermal oil connected to the heating plates 14 by means of a sleeve PTFE 12.
  • the sensor is vacuum.
  • the temperature sensor The temperature sensor.
  • Circulation pump machine 7 (3-phase circuit breaker)
  • the device for heat treatment of wood (figure 1) is a thermally insulated vacuum chamber 1 in the form of a parallelepiped made mainly of stainless steel, for example, grade AISI 304, in order to avoid corrosion caused by organic acids released from wood.
  • the chamber 1 on top has a loading hole through which the wood is loaded, and is provided with a lid.
  • the cover is made in the form of a frame with a membrane 2 stretched over it, made of an elastomer, mainly silicone, that can withstand temperatures up to 250-260 ° C.
  • heating plates 14 Inside the chamber there are heating plates 14, between which the wood is subjected to heat treatment.
  • the design of the heating plates 14 is simple and does not require expensive equipment and materials. However, they have a significant drawback - the impossibility of uniform heating at different points on the same plate. In addition, there is a large variation in temperature between the plates. This disadvantage leads to the fact that it becomes impossible to obtain the same final moisture content blanks laid in one layer, and in different layers the difference can reach up to 20%. It is necessary to apply control of each plate, for example, fifteen plates require fifteen control channels. This complicates the control of the heating process and reduces its reliability.
  • Thermal oils are heat transfer agents characterized by sufficiently high thermal stability and a self-ignition temperature. Oils are produced both mineral and synthetic. The temperature range for the use of various coolants varies from -115 ° C to 410 ° C.
  • thermal oil is an environmentally friendly fuel; the entire technological cycle is closed; there are no emissions into the environment.
  • AMT-300 thermal oil and its foreign analogues Alotherm, Dauterm, Thermolan, or high-temperature synthetic coolants of the TLV-330 type and its foreign analogues is preferable to use as a heat carrier.
  • the temperature of the plate at different points is identical. There is no temperature difference between the plates. Due to the high speed of circulation of the liquid coolant, the same wood heating temperature is achieved. This fact has a positive effect on the stability of the drying results. Even lamellas having different humidity at the beginning of drying, at the end of it level their indicators. A wetter lamella at the same temperature and vacuum releases moisture faster. In addition, the temperature control process is simplified, for which one control channel is sufficient.
  • the chamber 1 is equipped with a heating system, which is a closed loop 10 of the coolant circulation, connected to the heating plates 14 through high-temperature sleeves 12 high pressure, and sequentially connecting corrosion-resistant piping the circulation pump 7, the heat exchanger 8 and the heating boiler 9.
  • a heating system which is a closed loop 10 of the coolant circulation, connected to the heating plates 14 through high-temperature sleeves 12 high pressure, and sequentially connecting corrosion-resistant piping the circulation pump 7, the heat exchanger 8 and the heating boiler 9.
  • the high-temperature internal high-pressure hoses 12 are made of Teflon or fluoroplastic and are equipped with a corrosion-resistant braid (PTFE hoses), due to which they can withstand temperatures up to 300 ° ⁇ .
  • PTFE hoses corrosion-resistant braid
  • circuit 10 To cool the coolant, circuit 10 is equipped with a cooling heat exchanger 8, into which, if necessary, cold water enters through a tap 19, which does not have direct contact with the coolant, but only cools the pipe with thermal oil inside.
  • the chamber 1 is connected to a vacuum pump 4 through a vacuum check valve 5.
  • the chamber is equipped with a condensate drainage device, which is made as follows.
  • the bottom of the chamber is made at a slope of about 2-5%.
  • a moisture receiver pipe 15 is connected to its lowest point.
  • the second position closes the access to the camera, and the third stroke of the crane opens access to the environment around the camera.
  • water from the moisture receiver 15 flows into the open tap 16 under the action of its own gravity.
  • the chamber 1 is connected to emergency means 11 for replacing negative atmospheric pressure through a valve 18 with a servo drive connected to the control controller 44.
  • Emergency means 1 1 is a cylinder with carbon dioxide or nitrogen, or an inert gas, such as argon. The gas is intended to be supplied to the chamber in case of emergency, to prevent contact with the material heated to temperatures exceeding the self-ignition point of the wood, oxygen, which would support the combustion process.
  • the device includes sensors: a vacuum sensor 22, a temperature control sensor 24, a pressure sensor 25, a circulation sensor 25, a humidity sensor 26, which transmit the corresponding signals to the control controller 44 located in the cabinet 3.
  • Automation devices are mounted on a mounting metal shield 47 (Fig. 2), which is installed in an airtight cabinet 3 (Fig. 1), and contain (Fig. 2): introduction automatic machine 27, which can be used a 3-phase circuit breaker rated 160A by SIEMENS; the first machine 28 of the heater 9, which can be used ZX-phase circuit breaker with a rating of 25 A, SIEMENS;
  • the second machine 29 of the heater 9 which can be used ZX-phase circuit breaker rated 25A, SIEMENS;
  • the third machine 30 of the heater 9 which can be used 3-phase circuit breaker rated 25A, SIEMENS;
  • automatic machine 32 of the circulation pump 7, which can be used 3-phase circuit breaker rated 4 A, SIEMENS;
  • automatic condensate drain valve 33 which can be used a 3-phase 6 A circuit-breaker, SIEMENS company;
  • automatic controller 34 power supply controller and STOP which can be used as a 1-phase circuit breaker rated 10A, SIEMENS;
  • the second starter 38 of the boiler-heater 9 which can be used magnetic starter 3RT-1048, SIEMENS;
  • the third starter 39 of the boiler-heater 9 which can be used magnetic trigger 3RT-1048, SIEMENS;
  • the starter 40 of the vacuum pump 4 which can be used magnetic starter 3RT-1028, SIEMENS;
  • controller 44 which can be used as a controller SIEMENS 6ES7 215-1 AG40-0XB0;
  • module 45 of analog signals which can be used as a module of analog inputs SIEMENS 6ES7 231 - 5PD32-0XB0; terminals 46 for connecting actuators and valves. Connection terminals and automation elements are mounted on DIN rails 49.
  • the shield contains trays 48 for laying the installation wires.
  • a device for heat treatment of wood is a thermally insulated vacuum drying chamber made in the form of a parallelepiped and equipped with a lid containing a membrane of high-temperature silicone.
  • a stack of wood planks is placed on a rigid bottom, and heating plates are placed inside the chamber, between which there is heat-treated wood with a heating system.
  • the chamber is connected to a vacuum pump through a vacuum check valve.
  • the device comprises a cooling system and a heating system.
  • the heating system is a closed coolant circulation circuit connected to the heating plates through high-temperature high-pressure hoses, and containing a heating boiler, heat exchanger, and circulation pump connected in series to a heat-resistant and corrosion-resistant pipe.
  • High-temperature high-pressure hoses are made of Teflon in stainless braid.
  • Thermal oil is used as a heat carrier: petroleum liquid non-toxic oil is a heat carrier of the AMT-300 brand (TU 38.101537-75).
  • the coolant cooling system is a heat exchanger 8 for cold water, equipped with a faucet 19, mounted on top of the coolant circuit.
  • the camera is connected to a moisture receiver to remove moisture generated in the camera.
  • the bottom of the chamber is made with a slope, and a moisture receiver pipe is installed at its lowest point, at the inlet and outlet of which there are servo-controlled taps.
  • the chamber is equipped with an emergency means of replacing negative atmospheric pressure, which is a carbon dioxide cylinder connected to the chamber through an electrovalve.
  • Example 2 A device for heat treatment of wood is made according to example 1, however, high-temperature high-pressure hoses are made of fluoroplastic in stainless braid.
  • the high-temperature synthetic heat carrier TLV-330 Polyacylbenzene TU 2422-022-29727929-2001 is used.
  • the emergency means of replacing negative atmospheric pressure is a nitrogen tank connected to the chamber through an electrovalve.
  • Example 3 A device for heat treatment of wood is made according to example 1, however, an emergency means of replacing negative atmospheric pressure is an inert argon gas cylinder connected to the chamber through an electrovalve.
  • the loading and unloading of lumber into the chamber 1 and from the chamber is carried out manually for heating plates up to 4 meters long and with a lifting mechanism (hoist) for plates up to 6 meters long.
  • the wood stack is heated using a heat carrier, which is a thermal oil heated by an electric or thermal oil gas boiler 9.
  • a heat carrier which is a thermal oil heated by an electric or thermal oil gas boiler 9.
  • the circulation pump 7 provides the circulation of hot coolant inside the plates 14.
  • the pressure of the thermal oil in the heating circuit is maintained at a level of 2-4 atm and is regulated by a hydraulic accumulator 17, which uses a closed metal tank 30% filled with thermal oil and connected to the thermal modifier chamber 1 by means of a high-temperature outer sleeve PTFE 23. By injecting air into the tank 17, the specified pressure parameters are maintained throughout the circuit 10.
  • the vacuum in the chamber is within minus 200 mbar - minus 900 mbar. Under the action of the vacuum pump 4 in the chamber 1, a vacuum is created, and the elastic membrane 2 under the influence of atmospheric pressure compresses the stack of boards 13, shifted by the heating plates 14, and presses to the bottom of the chamber with a pressure of 6000-9000 kg / m 2 , which provides good thermal contact with heaters and prevents warpage of lumber during the drying process.
  • the vacuum pump 4 Upon reaching a predetermined vacuum, monitored by the sensor 22 (a general-purpose pressure sensor can be used - 1 ... 1 bar output 4 ... 20m A) connected to the control cabinet 3, the vacuum pump 4 is turned off and the non-return valve 5 is activated, preventing air entering the chamber. When the vacuum values fall below the set values, the vacuum pump 4 is activated.
  • the sensor 22 a general-purpose pressure sensor can be used - 1 ... 1 bar output 4 ... 20m A
  • the set temperature during the drying process is from 65 to 100 ° C. In this case, intense evaporation of moisture from the surface of the lumber occurs. In this state, the wood is subjected to a drying process of up to 5-8%. When the drying process is completed, the process of thermal modification is automatically switched on, and the temperature rises slowly, within 5-12 hours, to 170-220 ° C, followed by exposure for 12-15 hours, depending on the thickness of the lumber. Next, the lumber is cooled in the chamber 1 to a temperature of 50 ° C by turning on the cooling system, namely, by supplying cold water to the heat exchanger 8, which cools the pipe with germ oil 10. This also increases the safety of the device, because does not allow overheating of the lumber.
  • the moisture released during the heat treatment condenses on the walls of the chamber and flows down the bottom into the moisture receiver pipe 15, the outlet of which is closed by a tap 16, which is in the first “closed” position.
  • the servomotor opens the second position “open”, closing the vacuum in the chamber from the moisture receiver pipe 15.
  • the air entering the pipe 15 allows water to be removed from the gravity set to the “ open ”crane 16.
  • the process of manufacturing a thermal tree is flammable, because It is associated with high temperatures, usually achieved by fire, at atmospheric pressure.
  • the wood Under normal conditions, the wood is in a vacuum chamber, without oxygen access, and after passing the self-ignition point of wood at 140-160 ° C it cannot catch fire, but in case of emergency, for example: power off, rupture of the elastic membrane, chamber depressurization, wood chamber do not even have time to put out.
  • the controller 44 constantly polls the sensors responsible for heating (sensor 24), vacuum (sensor 22), and circulation (thermal oil pressure sensor 25).
  • a cylinder 1 1 with carbon dioxide (nitrogen, argon) which is connected to the controller 44 of chamber 1 using an electrovalve 18, delivers gas to the chamber, which blocks the ingress of material heated to temperatures exceeding the self-ignition point of wood, oxygen, which would support the combustion process.
  • the ignition of wood in the chamber is completely eliminated.
  • the proposed device for heat treatment of wood ensures the safety of thermal modification of wood materials.
  • Patent JSfo2425305 The method of drying and heat treatment of wood. Application N ° 2010108198. Published 07/27/2011 1. Date of patent termination: 03/01/2012.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Drying Of Solid Materials (AREA)

Abstract

Изобретение относится к устройствам по термическому модифицированию древесных материалов и может быть использовано при изготовлении изделий из древесины. Устройство для термической обработки древесины содержит теплоизолированную вакуумную сушильную камеру, содержащую загрузочное отверстие с крышкой, жесткое днище для размещения штабеля древесных досок, внутри камеры размещены нагревательные плиты с системой нагрева, между которыми располагают древесину, вакуумный насос, систему охлаждения. Камера снабжена крышкой, содержащей мембрану из эластомера, оказывающую давление на штабель, система нагрева представляет собой замкнутый контур циркуляции теплоносителя в виде термомасла или иных высокотемпературных синтетических теплоносителей, подключенный к нагревательным пластинам через высокотемпературные рукава высокого давления и содержащий последовательно соединенные термостойким и коррозионностойким трубопроводом нагревательный котел, теплообменник, циркуляционный насос, для охлаждения теплоносителя контур снабжен теплообменником для холодной воды, камера последовательно соединена с вакуумным насосом, вакуумным обратным клапаном и оборудована аварийной системой пожаротушения. Технический результат заключается в обеспечении безопасности устройства для термической обработки древесины.

Description

Устройство для термической обработки древесины
Область техники.
Изобретение относится к устройствам по термическому модифицированию древесных материалов для улучшения их физико-механических и эстетических характеристик и может быть использовано в деревообрабатывающей, мебельной и других отраслях промышленности при изготовлении изделий из древесины.
Уровень техники.
Термообработанная древесина является новым усовершенствованным поколением древесины. Она сочетает в себе такие уникальные свойства как: гидрофобность - свойство, позволяющее не впитывать воду, стойкость к атмосферным воздействиям и микроорганизмам, стабильность размеров. Красивый коричневый оттенок дерева наряду с этими новыми свойствами, делают этот материал экологически чистой альтернативой химически обработанного дерева.
Термомодификация древесины представляет собой специальную технологию термической обработки различных пород древесины (березы, бука, ели, липы, лиственницы, ольхи) с целью повышения устойчивости воздействиям внешней среды, биоповреждениям и повышения декоративных свойств.
Термообработку древесины на научной основе исследовали Штамм и Хансен в 1930-х в Германии и Вайт в 1940-х в Соединенных Штатах. В 1950-х немцы Бафендам, Рункель и Буро продолжили исследование. Коллман и Шнайдер опубликовали полученные ими данные в 1960-х, а Руше и Бурместер - в 1970-х. Новейшие исследования проводились в Финляндии, Франции и Нидерландах в 1990-е гг. Наиболее интенсивные и разносторонние исследования были проведены Государственным Исследовательским Центром VTT в Финляндии. Значительный вклад был внесен Институтом Природоохранных Технологий. На основании методики, разработанной VTT, была создана технология термообработки обработки древесины (Thermowood®). Древесина нагревается до температуры не менее 180 градусов Цельсия и при этом защищается паром. Обеспечивая защиту, пар также влияет на химические изменения древесины. В результате появляется высокоэкологичная древесина, прошедшая термообработку. Ее цвет темнее, в отличие от обычной древесины она более стабильно реагирует на изменения уровня влажности, а ее теплоизоляционные характеристики при этом существенно улучшены. Будучи проведенной при достаточно высоких температурах, обработка также повышает сопротивляемость дерева гниению. С другой стороны при этом снижается прочность при изгибе.
Технология термообработки древесины в масштабе промышленного производства была разработана VTT совместно с финскими дерево-промышленниками. Технологический процесс термообработки древесины имеет лицензию соответствующей финской ассоциации. Технологию термообработки древесины можно разделить на три основные фазы : Фаза 1. Повышение температуры и сушка при высокой температуре. Посредством тепла и пара температура в печи стремительно поднимается приблизительно до 100°С. После чего температура неуклонно повышается до 130°С, при этом происходит сушка при высокой температуре, содержание влаги снижается почти до нуля. - Фаза 2. Термообработка. После высокотемпературной сушки температура внутри печи повышается до 185°С - 215°С. По достижении необходимого уровня температура остается неизменной на 2 - 3 часа в зависимости от конечного назначения изделия. - Фаза 3. Охлаждение и регулировка влажностного режима. На окончательном этапе температура снижается при помощи системы водяного орошения; когда температура доходит до 80 - 90°С, древесина снова увлажняется с тем, чтобы содержание влаги дошло до приемлемого уровня 4 - 7% (Справочник ThermoWood®. Финская Ассоциация Термообработки Древесины.08.04.2003. Интернет-ресурс http://www.westwoodcorporation.com/RUS/TWHandbookRUSl .pdf).
Технология термообработки древесины в масштабе промышленного производства была разработана в ООО «МВ- Импульс» (http://mv-impuls.ru/ctll .html), и отличается от технологии Thermowood тем, что процесс термообработки древесины происходит в пресс-вакуумной сушильной камере, при более низкой температуре и разряжении, без применения пара. Отработанная технология позволила при более низкой опасности пиролиза и безопасности установки получить модифицированный пиломатериал высокого качества, без запаха горелости. Перенос влаги и физико-химические процессы происходящие в древесине в вакууме отличаются от процессов происходящих в конвективной камере при избыточном давлении и обработкой
5 высокотемпературным паром при разложении кислот и гумонизации древесины.
Пресс-вакуумная сушильная камера, предназначена для сушки лесопиломатериалов хвойных и лиственных пород древесины в вакууме, с электрическим нагревом носителя в W автоматическом режиме до мебельной влажности 6 - 8%. Есть возможность получения влажности до 0%. Нагрев производится специальными плоскими нагревателями, которые укладываются между слоями пиломатериала. Сжатие уложенного пакета осуществляется атмосферным давлением через резиновую 15 диафрагму с усилием до 8000кг. на метр квадратный, что обеспечивает хороший тепловой контакт с нагревателями и предотвращает коробление пиломатериала в процессе сушки. Температура нагрева интенсивность звуковых волн и вакуум подобраны таким образом, что удаляемая влага, перемещаясь 20 вдоль волокон, не создает напряжений, ведущих к растрескиванию древесины не меняется цвет пиломатериала при строгом соблюдении программ сушки.
Изменение цвета и термомодификация древесины производится по дополнительной программе. В конце сушки 25 может проводится антисептическая и противопожарная пропитка материала как в камере, так и за ее пределами. Известна из публикации «Термомодификация древесины в вакуумно-кондуктивной сушилке» (Сафин Р.Р., Зиатдинова Д.Ф., Ахметова Д.А., Тимербаев Н.Ф., КГТУ, г. Казань, 2006 г. ) 5 вакуумно-кондуктивная сушилка, состоящая из герметичной камеры с штуцером и крышкой, в которой располагается нагревательный элемент , состоящий из перфорированной плиты и электронагревательного кабеля. Древесина располагается между нагревательными элементами. Камера w подключена к вакуум-насосу через конденсатор. Для разгерметизации камера снабжена напускным клапаном. Датчиком температуры древесины служит хромель-копелевая термопара. Поддержание заданной температуры древесины осуществляется регулятором температуры. Информация о 15 величинах температур от термопар передается через аналоговый преобразователь на компьютер.
Процесс термомодификации в данном устройстве можно разделить на четыре стадии: прогрев, сушка, термомодификация, охлаждение. На первой стадии испытуемый 0 материал прогревается до 70°С, при этом происходит тепловая подготовка материала. На второй стадии происходит вакуум- кондуктивная сушка за счет нагревания элементов до температуры 70-80°С. Требуемый вакуум в камере поддерживается работой вакуум насоса. Величина остаточного 5 давления определяется показанием образцового вакуумметра . На третьей стадии происходит термомодификация древесины. При этом температура достигает 180-220°С, дает возможность придать древесине дополнительные технические и декоративные свойства.
На четвертой стадии происходит охлаждение древесины при отключенных нагревательных элементах.
Известны способ сушки и термической обработки древесины и устройство для его осуществления по патенту РФ N° 2425305 ( Заявка JV«2010108198. Опубликовано 27.07.2011) [1]. Данная установка состоит из теплоизолированной вакуумной камеры и крышки камеры. Внутри камеры размещены нагревательные плиты, между которыми располагают древесину, подвергающуюся сушке и тепловой обработке. Установка также включает водокольцевой вакуумный насос , систему охлаждения , манометр , вакуумный клапан и напускной клапан. Плиты состоят из перфорированных металлических пластин, нагреваемых электронагревательным кабелем.
Процессы сушки и термомодифицирования древесины происходят следующим образом. Через открытую крышку древесина с высокой начальной влажностью укладывается в герметичную теплоизолированную камеру между нагреваемыми плитами. После закрытия крышки начинается стадия прогрева древесины при атмосферном давлении до температуры 80-90°С с последующей выдержкой в течение 1,5-3, 5 ч в зависимости от толщины пиломатериала. При этом происходит интенсивное испарение влаги с поверхности пиломатериала. Затем производят стадию вакуумирования с помощью системы охлаждения и насоса, при этом происходит процесс переноса влаги с центральных слоев пиломатериала к его периферии и испарение влаги из пиломатериала за счет ранее аккумулированной тепловой энергии. Влага из древесины удаляется через перфорацию металлических пластин нагревательных плит и отводится путем конденсации системой охлаждения с последующим удалением из камеры водокольцевым вакуумным насосом. Контроль давления в камере происходит при помощи манометра. После окончания стадии вакуумирования открывают напускной клапан и повторяют цикл «нагрев-вакуумирование». Чередование стадий нагрева и вакуумирования применяется до снижения влажности до 15-18% с целью интенсификации процесса и повышения качества сушки древесины.
После достижения древесиной влажности 15-18% начинается стадия вакуумной досушки при постоянном подводе тепловой энергии. Стадия досушки осуществляется при постепенно повышающемся давлении внутри камеры за счет испаряемой из древесины влаги, для этого отключены система охлаждения и водокольцевой вакуумный насос.
Переходное значение влажности 15-18% объясняется тем, что снижение влажности ниже 15% увеличивает продолжительность процесса сушки за счет чередования стадий прогрева и вакуумирования, а оставшейся влаги недостаточно для дальнейшего повышения давления в аппарате до 1 атм. При влажности древесины более 18% наблюдается снижение качества получаемой продукции. После достижения древесиной абсолютно сухого состояния пиломатериал подвергается термическому модифицированию при температуре 200-240°С. Процесс повышения температуры до заданного режимом значения проходит по закону:
6, 5
5
Figure imgf000010_0001
где s - толщина образца, мм; р - базисная плотность древесины, кг/м3; DT/Dt - изменение температуры в единицу времени, К/сек.
После повышения температуры древесины до заданного ш режимного значения, определяемого необходимой степенью термического модифицирования, древесину выдерживают при данной температуре в течение 3-5 часов, далее пиломатериал охлаждают в камере до температуры 100°С путем включения системы охлаждения.
15
Известна вакуумная сушилка для пиломатериалов по патенту США N°4734995 (з. N°786977 от 15.10.1986 г. дата выдачи патента 05.04.1988 г. Pagnozzi et al.) [2].
Вакуумная сушилка имеет жесткую структуру,
20 включающую сушильную камеру, имеющую загрузочное отверстие для приема наложенных друг на друга слоев древесных досок и снабженную плоскими нагревательными пластинами для испарения воды, содержащейся в древесных досках;
каждая нагревательная пластина является вставленной 25 между двумя соседними слоями древесных досок и распространяется по меньшей мере, по всей поверхности нижележащего слоя древесных досок;
сушильную камеру, имеющую плоскую и жесткую базовую стенку, на которой помещается стопка древесных досок и помещаются нагревательные пластины, и верхнюю стенку, состоящую из жесткой пластины, установленной с возможностью скольжения внутри загрузочного отверстия сушильной камеры и снабженной периферийным уплотнительным средством, посредством чего верхняя стенка герметично перемещается относительно жесткой конструкции сушилки к и от указанной базовой стенки. Сушилка дополнительно содержит средство для создания вакуума в сушильной камере с тем, чтобы обеспечить выход испаренной воды из сушильной камеры, позволяя в то же время испарению быть полученному при относительно низкой температуре. Указанный вакуум также приводит к тому, что вышеуказанная подвижная стенка должна быть нажатием прижата к стопке древесных досок и помещенных нагревательных пластин, в котором каждый нагревательный элемент имеет поверхность меньше, чем у вышеуказанной подвижной стенки, до такой степени, что подвижная стенка создает давление в стопке, достаточном, чтобы обеспечить тесный контакт между древесными досками и нагревательными пластинами, чтобы избежать деформации пиломатериалов и увеличить иммиграцию воды из пиломатериалов через сжимающее действие на указанные ДОСКИ. Жесткая пластина имеет периферийную канавку, обращенную к стенкам отверстия камеры, в которой размещается уплотнение. Периферийный край пластины герметично соединен с рамой плоской кольцевой шайбой из эластомерного материала, который позволяет пластине перемещение к столу и от базовой стенки под действием вакуума.
Известно устройство для термохимической модификации древесины способом высокотемпературной тепловой модификации древесины в вакуумном автоклаве (Евразийский патент J 027892 . Высокотемпературный процесс тепловой модификации древесины; (з.201400025, дата публикации 2017.09.29) [3]. Устройство содержит: герметичный обрабатывающий бак (также именуемый "бак-автоклав"), содержащий барабан, предпочтительно из нержавеющей стали, образующий обрабатывающую камеру, пригодную для размещения древесной массы; загрузочную тележку, на которой размещается штабель подлежащей термохимической обработке древесины, образованный слоями деревянных досок и/или полуфабрикатов, отделенных друг от друга распорными подкладками, которые обеспечивают проход для нагревающей среды; герметичное окно; нагревательную систему, содержащую электрические батареи; вентиляционную систему, обеспечивающую передачу тепловой энергии от нагревательных батарей к древесине; корпус , предпочтительно из стали, концентричный с баком и образующий с этим баком зазор: такой И зазор сообщается с атмосферой через расположенное внизу отверстие, продолжающееся по всей длине зазора, и через расположенный вверху всасывающий коллектор, отсечной воздушный клапан и вентилятор; вакуумную насосную установку, состоящую из всасывающей трубы , конденсатора , резервуара для сбора и хранения конденсированного пара и вакуумного насоса . Бак термически изолирован от внешней среды с помощью изоляции . Конфигурация 2 устройства - с нагревом и охлаждением с помощью теплообменников: нагрев древесины обеспечивается с помощью внутренних радиаторов, в которых циркулирует термомасло, нагреваемое специальным котлом ; эти внутренние радиаторы скомбинированы с соответствующими вентиляторами ; охлаждение древесины обеспечивается путем отвода потока термомасла с помощью 3 -ходового клапана от котла к наружному радиатору охлаждения, который связан с вентилятором, для создания потока тепловой энергии от радиаторов, расположенных в баке (при высокой температуре), в окружающий воздух. В данном случае насос используется для принудительной циркуляции термомасла.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков является вакуумная сушилка для пиломатериалов по патенту США N24734995 [2], которая и принята в качестве наиболее близкого аналога.
Техническая задача, решаемая изобретением - обеспечение безопасности устройства для термической обработки древесины. Технический результат заключается в расширении арсенала устройств для термической обработки древесины.
Раскрытие изобретения.
Устройство для термической обработки древесины представляет собой теплоизолированную вакуумную сушильную камеру, содержащую загрузочное отверстие с крышкой, и жесткое днище, на котором размещается штабель древесных досок, а внутри камеры размещены нагревательные плиты, между которыми располагают древесину, подвергающуюся тепловой обработке, с системой нагрева;
при этом устройство содержит вакуумный насос, систему охлаждения, вакуумный клапан, согласно полезной модели камера выполнена в форме параллелепипеда и снабжена крышкой, содержащей мембрану из эластомера, оказывающую давление на штабель;
при этом система нагрева представляет собой замкнутый контур циркуляции теплоносителя, подключенный к нагревательным пластинам через высокотемпературные рукава высокого давления, и содержащий последовательно соединенные термостойким и коррозионностойким трубопроводом нагревательный котел, теплообменник, циркуляционный насос; при этом в качестве теплоносителя используется термомасло или иные высокотемпературные синтетические теплоносители;
при этом для охлаждения теплоносителя контур снабжен теплообменником для холодной воды, снабженный краном; при этом камера последовательно соединена с вакуумным насосом и вакуумным обратным клапаном;
при этом камера соединена с влагоприемником для удаления образующейся в камере влаги;
при этом сушильная камера оборудована аварийным средством замещения отрицательного атмосферного давления, которое представляет собой баллон с углекислым газом или азотом, или инертным газом, соединенный с камерой через электроклапан.
При этом мембрана крышки камеры выполнена из высокотемпературного силикона.
При этом высокотемпературные рукава высокого давления выполнены из тефлона или фторопласта в нержавеющей оплетке.
При этом дно камеры выполнено с уклоном, а в самой нижней его точке установлена труба влагоприемника, на входе и выходе которой установлены краны с сервоуправлением.
Фигуры чертежей
Фиг.1. Схема устройства для термической обработки древесины
Фиг.2. Схема компоновки оборудования автоматики .
Перечень позиций.
1. Камера из нержавеющей стали в форме параллелепипеда.
2. Крышка с эластичной мембраной. 3. Шкаф управления с контроллером 44 (фиг.2)
4. Вакуумный насос.
5. Вакуумный обратный клапан.
6. Трех ходовый кран с серво управлением.
7. Циркуляционный насос.
8. Система охлаждения (теплообменник).
9. Нагревательный котел.
10. Замкнутый контур циркуляции теплоносителя.
1 1. Баллон с углекислотой, азотом или инертным газом.
12. Внутренние рукава PTFE.
13. Древесина.
14. Пластины нагрева.
15. Труба- влагоприемник.
16. Первый кран с серво управлением.
17. Г идроаккумулятор .
18. Второй кран с серво управлением.
19. Вход холодной воды в охлаждающий теплообменник.
20. Выход воды из охлаждающего теплообменника.
21. Коллектор контура циркуляции термомасла, соединенный с пластинами нагрева 14 посредством рукава PTFE 12.
22. Датчик вакуум. а
23. Наружный рукава PTFE .
24. Датчик температуры.
25. Датчик давления термомасла.
26. Измеритель влажности древесины. 27. Вводной автомат (3-фазный автоматический выключатель).
28. Первый автомат нагревателя 9.
29. Второй автомат нагревателя 9.
30. Третий автомат нагревателя 9.
31. Автомат вакуумного насоса 4 (3 -фазный автоматический выключатель)
32. Автомат циркуляционного насоса 7 (3 -фазный автоматический выключатель)
33. Автомат задвижки слива конденсата автомат (3- фазный автоматический выключатель ).
34. Источник питания контроллера и STOP -автомат (1- фазный автоматический выключатель).
35. Источник питания 220 В цепей управления (1 -фазный автоматический выключатель.)
36. Импульсный блок питания.
37. Первый пускатель котла-нагревателя 9.
38. Второй пускатель котла-нагревателя 9.
39. Третий пускатель котла-нагревателя 9.
40. Пускатель вакуумного насоса 4.
41. Пускатель циркуляционного насоса 4.
42. Реле слива конденсата .
43. Клапан охлаждения конденсата.
44. Управляющий контроллер .
45. Модуль аналоговых сигналов.
46. Клеммы подключения. 47. Монтажный щит.
48. Лотки для укладки монтажных проводов.
49. DIN-рейка
Осуществление изобретения
Устройство для термической обработки древесины (фиг.1) представляет собой теплоизолированную вакуумную камеру 1 в форме параллелепипеда, выполненную преимущественно из нержавеющей стали , например, марки AISI 304, во избежание коррозии, вызываемой органическими кислотами, выделяющимися из древесины. Камера 1 сверху имеет загрузочное отверстие, через которое производят загрузку древесины, и снабжена крышкой. Крышка выполнена в виде рамы с натянутой на нее мембраной 2, выполненной из эластомера, преимущественно силиконового, выдерживающего температуру до 250-260°С .
Внутри камеры размещены нагревательные пластины 14, между которыми располагают древесину, подвергающуюся тепловой обработке.
Конструкция нагревательных пластин 14 проста и не требует дорогостоящего оборудования и материалов. Однако у них есть существенный недостаток - это невозможность равномерного нагрева в разных точках одной пластины. К тому же присутствует большой разброс по температуре у пластин между собой. Этот недостаток приводит к тому, что становится невозможно получение одинаковой конечной влажности у заготовок, уложенных в одном слое, а в разных слоях разница может доходить до 20%. Необходимо применять контроль каждой пластины, например, для пятнадцати пластин требуется пятнадцать каналов управления. Это усложняет управление процессом нагрева и уменьшает его надёжность.
В результате экспериментов с теплоносителем автор выбрал в качестве теплоносителя термомасло с температурой кипения от 250°С.
Термомасла - это теплоносители, отличающиеся достаточно высокими термической стабильностью и температурой самовоспламенения. Масла выпускаются как минеральные так и синтетические. Температурный диапазон использования различных теплоносителей варьируется от -115°С до 410°С.
Преимущества термомасел перед водой и паром:
температурный диапазон от 50°С до 410°С;
широкий спектр мощности - до 45 МВт для одного нагревателя;
отсутствие теплового излучения благодаря незначительной внутренней отделке;
оптимальное распределение тепла;
обладает большой теплоемкостью и имеет высокий коэффициент теплоотдачи;.
нет коррозии в отопительных системах, а также ином оборудовании;
отсутствует необходимость в использовании котлов высокого давления; термомасло, благодаря своей высокой точке кипения циркулирует в системе почти без давления;
термомасло является экологически чистым топливом весь технологический цикл является закрытым, отсутствуют выбросы в окружающую среду.
В качестве теплоносителя предпочтительно использовать термомасло АМТ-300 и его зарубежные аналоги Алотерм, Даутерм, Термолан, или высокотемпературные синтетические теплоносители типа ТЛВ-330 и его зарубежные аналоги.
В результате использования термомасла температура пластины в разных точках оказывается идентичной. Разности температур у пластин нет. За счёт высокой скорости циркуляции жидкого теплоносителя достигается одинаковая температура нагрева древесины. Этот факт положительно влияет на стабильность результатов сушки. Даже ламели, имеющие разную влажность при начале сушки, к концу ее выравнивают свои показатели. Более влажная ламель при одинаковой температуре и вакууме отдаёт влагу быстрее. Кроме того, упрощен процесс управления температурой, для которого достаточно одного канала управления.
Камера 1 оборудована системой нагрева, представляющей собой замкнутый контур 10 циркуляции теплоносителя, подключенный к нагревательным пластинам 14 через высокотемпературные рукава 12 высокого давления, и последовательно соединяющий коррозионностойким трубопроводом циркуляционный насос 7, теплообменник 8 и нагревательный котел 9.
В связи с высокотемпературным режимом работы устройства (до 300 °С) высокотемпературные внутренние рукава 12 высокого давления выполнены из тефлона или фторопласта и снабжены коррозионностойкой оплеткой (рукава PTFE), благодаря чему способны выдерживать температуру до 300°С. В качестве циркуляционного насоса, способного работать при данных температурах теплоносителя, использованы высокотемпературные европейские насосы Wilo серии IRH-0 (htp ://www.nasosof.ru/) , Salmson серии GET (http://www.suet- pump.ru/salmson/nxl.htm).
Для охлаждения теплоносителя контур 10 снабжен охлаждающим теплообменником 8, в который посредством крана 19 при необходимости поступает холодная вода, которая не имеет прямого контакта с теплоносителем, а охлаждает лишь трубу с термомаслом внутри.
Камера 1 подключена к вакуумному насосу 4 через вакуумный обратный клапан 5.
Для удаления образующейся в камере влаги камера снабжена устройством отвода конденсата, которое выполнено следующим образом. Дно камеры выполнено под уклоном примерно 2-5%. К самой нижней точке его присоединена труба- влагоприемник 15. На входе трубы установлен трехходовой кран 6 с сервоприводом, работающий в двух положениях. Первое положение открывает доступ вакуума из камеры к закрытому крану 16 (в таком положении конденсат со стенок камеры вытекает из камеры во влагоприемник 15). Второе положение закрывает доступ в камеру, и третьим ходом крана открывает доступ к окружающей среде вокруг камеры. Таким образом, вода из влагоприемника 15 вытекает в открытый кран 16 под действием собственной силы тяжести.
Для предотвращения воспламенения древесины в камере камера 1 соединена с аварийным средством 11 замещения отрицательного атмосферного давления через клапан 18 с сервоприводом, соединенным с контроллером управления 44 . Аварийное средство 1 1 представляет собой баллон с углекислым газом или азотом, или инертным газом, например, аргоном. Газ предназначен для подачи в камеру при возникновении аварийных ситуаций, для исключения попадания к материалу, нагретому до температур, превосходящих точку самовоспламенения древесины, кислорода, который бы поддержал процесс горения.
Контроль и управление процессами термообработки древесного материала автоматизирован (фиг.2). Устройство содержит датчики: датчик 22 вакуума, датчик 24 контроля температуры, датчик 25 давления, датчик циркуляции 25, датчик влажности 26, которые передают соответствующие сигналы на контроллер 44 управления, расположенный в шкафу 3.
Приборы автоматики закреплены на монтажном металлическом щите 47 (фиг.2), который установлен в герметичном шкафу 3 (фиг.1), и содержат ( фиг.2): вводной автомат 27, в качестве которого может быть применен Зх-фазный автоматический выключатель номиналом 160А фирмы SIEMENS; первый автомат 28 нагревателя 9, в качестве которого может быть применен Зх-фазный автоматический выключатель номиналом 25 А, фирмы SIEMENS;
второй автомат 29 нагревателя 9, в качестве которого может быть применен Зх-фазный автоматический выключатель номиналом 25А, фирмы SIEMENS;
третий автомат 30 нагревателя 9, в качестве которого может быть применен Зх-фазный автоматический выключатель номиналом 25А, фирмы SIEMENS;
автомат 31 вакуумного насоса 4, в качестве которого может быть применен Зх-фазный автоматический выключатель номиналом 7 А, фирмы SIEMENS;
автомат 32 циркуляционного насоса 7, в качестве которого может быть применен Зх-фазный автоматический выключатель номиналом 4 А, фирмы SIEMENS;
автомат 33 задвижки слива конденсата, в качестве которого может быть применен Зх-фазный автоматический выключатель номиналом 6 А, фирмы SIEMENS;
автомат 34 питания контроллера и STOP, в качестве которого может быть применен 1 -фазный автоматический выключатель номиналом 10А, фирмы SIEMENS;
автомат 35 питания 220 В цепей управления в качестве которого может быть применен 1 -фазный автоматический выключатель номиналом 5 А, фирмы SIEMENS; блок питания 36, в качестве которого может быть применен импульсный блок питания 220В АС/24В DC, фирмы SIEMENS; первый пускатель 37 котла-нагревателя 9, в качестве которого может быть применен магнитный пускатель 3RT-1048, фирмы SIEMENS;
второй пускатель 38 котла-нагревателя 9, в качестве которого может быть применен магнитный пускатель 3RT-1048, фирмы SIEMENS;
третий пускатель39 котла-нагревателя 9, в качестве которого может быть применен магнитный пускатель 3RT-1048, фирмы SIEMENS;
пускатель 40 вакуумного насоса 4, в качестве которого может быть применен магнитный пускатель 3RT-1028, фирмы SIEMENS;
пускатель 41 циркуляционного насоса 4, в качестве которого может быть применен магнитный пускатель 3RT-1016, фирмы SIEMENS;
реле 42 второго крана 18 слива конденсата, в качестве которого может быть применено реле фирмы SIEMENS;
реле 43 клапана 5 охлаждения конденсата ,в качестве которого может быть применено реле фирмы SIEMENS;
контроллер 44, в качестве которого может быть применен контроллер SIEMENS 6ES7 215-1 AG40-0XB0;
модуль 45 аналоговых сигналов, в качестве которого может быть применен модуль аналоговых входов SIEMENS 6ES7 231 - 5PD32-0XB0; клеммы 46 подключения силовых приводов и клапанов. Клеммы подключения и элементы автоматики установлены на DIN-рейках 49. Щит содержит лотки 48 для укладки монтажных проводов.
Примеры конкретного выполнения.
Пример 1. Устройство для термической обработки древесины представляет собой теплоизолированную вакуумную сушильную камеру, выполненную в форме параллелепипеда и снабженную крышкой, содержащей мембрану из высокотемпературного силикона. На жестком днище размещается штабель древесных досок, а внутри камеры размещены нагревательные плиты, между которыми располагают древесину, подвергающуюся тепловой обработке, с системой нагрева. Камера соединена с вакуумным насосом через вакуумный обратный клапан. Устройство содержит систему охлаждения и систему нагрева. Система нагрева представляет собой замкнутый контур циркуляции теплоносителя, подключенный к нагревательным пластинам через высокотемпературные рукава высокого давления, и содержащий последовательно соединенные термостойким и коррозионностойким трубопроводом нагревательный котел, теплообменник, циркуляционный насос. Высокотемпературные рукава высокого давления выполнены из тефлона в нержавеющей оплетке. В качестве теплоносителя используется термомасло: нефтяное жидкое нетоксичное масло теплоноситель марки АМТ-300 (ТУ 38.101537-75). Система охлаждения теплоносителя представляет собой теплообменник 8 для холодной воды, снабженный краном 19, установленный поверх контура циркуляции теплоносителя. Камера соединена с влагоприемником для удаления образующейся в камере влаги. Дно камеры выполнено с уклоном, а в самой нижней его точке установлена труба влагоприемника , на входе и выходе которой установлены краны с сервоуправлением.
Камера оборудована аварийным средством замещения отрицательного атмосферного давления, которое представляет собой баллон с углекислым газом, соединенный с камерой через электроклапан.
Пример 2. Устройство для термической обработки древесины выполнено согласно примеру 1, однако высокотемпературные рукава высокого давления выполнены из фторопласта в нержавеющей оплетке.
В качестве теплоносителя используется высокотемпературный синтетический теплоноситель ТЛВ-330 (Полиакилбензол ТУ 2422-022-29727929-2001).
Аварийное средство замещения отрицательного атмосферного давления представляет собой баллон с азотом, соединенный с камерой через электроклапан.
Пример 3. Устройство для термической обработки древесины выполнено согласно примеру 1, однако аварийное средство замещения отрицательного атмосферного давления представляет собой баллон с инертным газом-аргоном, соединенный с камерой через электроклапан.
Работа.
Загрузку и выгрузку пиломатериала в камеру 1 и из камеры производят вручную для нагревательных пластин длиной до 4 метров и подъемным механизмом (тельфером) для пластин длиной до 6 метров.
Процессы сушки и термомодифицирования древесины происходят следующим образом. Через открытую крышку древесину 13 с высокой начальной влажностью укладывают в герметичную теплоизолированную камеру послойно, каждый слой перекладывают нагревательными пластинами 14. Когда последний слой уложен, камера закрывается крышкой, начинается процесс сушки.
Во время процесса сушки идет прогрев штабеля древесины с помощью теплоносителя, в качестве которого служит термомасло, нагреваемое электрическим или термомасляным газовым котлом 9. Для существенного снижения затрат на нагрев древесины возможно использование газового термомаслянного котла, способного нагревать теплоноситель до требуемых температур. Циркуляционный насос 7 обеспечивает циркуляцию горячего теплоносителя внутри пластин 14. Давление термомасла в контуре нагрева поддерживается на уровне 2-4 атм и регулируется гидроаккумулятором 17, в качестве которого используется закрытый металлический бак, на 30% заполненный термомаслом и соединенный с камерой-термомодификатором 1 посредством высокотемпературного наружного рукава PTFE 23. С помощью нагнетания воздуха в бак 17 поддерживаются заданные параметры давления во всем контуре 10. Вакуум в камере находится в пределах минус 200мБар- минус 900мБар. Под действием вакуумного насоса 4 в камере 1 создается вакуум, и эластичная мембрана 2 под действием атмосферного давления обжимает штабель из досок 13, переложенных нагревательными пластинами 14, и прижимает к днищу камеры с давлением 6000- 9000кг/м2, что обеспечивает хороший тепловой контакт с нагревателями и предотвращает коробление пиломатериала в процессе сушки.
При достижении заданного вакуума, отслеживаемого датчиком 22 (может быть использован датчик давления общепромышленного назначения - 1...1 бар выход 4...20м А), подключенного к шкафу управления 3, вакуумный насос 4 выключается, и срабатывает обратный клапан 5, препятствующий попаданию воздуха в камеру. При падении значений вакуума ниже заданных, срабатывает вакуумный насос 4.
Заданная температура в процессе сушки составляет от 65 до 100°С. При этом происходит интенсивное испарение влаги с поверхности пиломатериала. В таком состоянии древесина подвергается процессу сушки до 5-8%,. Когда процесс сушки завершен , автоматически включается процесс термомодификации, и температура медленно , в течение 5-12 часов поднимается до 170-220°С с последующей выдержкой в течение 12- 15 ч в зависимости от толщины пиломатериала. Далее пиломатериал охлаждают в камере 1 до температуры 50°С путем включения системы охлаждения, а именно подачей холодной воды в теплообменник 8, который остужает трубу с гермомаслом 10. Это также повышает безопасность работы устройства, т.к. не дает происходит перегреву пиломатериала.
Влага, выделяемая в процессе термообработки, конденсируется на стенках камеры и стекает по днищу в трубу- влагоприемник 15, выход из которой закрыт краном 16, находящимся в первом положении «закрыто». Через определенное время, например, t=15 минут, сервомотор открывает второе положение «открыто», закрывая вакуум в камере от трубы- влагоприемника 15. Воздух, попадающий в трубу 15, дает возможность воде под действием собственной силы тяжести удаляться из установленного в положение «открыто» крана 16. Таким образом в процессе сушки возможно удаление всей влаги, выпаренной из древесины.
Процесс производства термодерева является огнеопасным, т.к. связан с высокой температурой, достигаемой как правило с помощью огня, при атмосферном давлении.
При нормальном режиме древесина находится в вакуумной камере, без доступа кислорода, и после прохода точки самовоспламенения древесины в 140-160°С не может загореться, но в случае аварийной ситуации, например: выключение электропитания, разрыв эластичной мембраны, разгерметизация камеры, камеру с деревом даже не успеют потушить. Контроллер 44 постоянно опрашивает датчики, отвечающие за нагрев (датчик 24), вакуум (датчик 22 ), и циркуляцию (датчик давления термомасла 25). В случае возникновения аварии баллон 1 1 с углекислым газом (азотом, аргоном), который с помощью электроклапана 18 связан с контроллером 44 камеры 1 , подает газ в камеру, который блокирует попадание к материалу, нагретому до температур, превосходящих точку самовоспламенения древесины, кислорода, который бы поддержал процесс горения. Таким образом воспламенение древесины в камере полностью исключается.
Предложенное устройство для термической обработки древесины обеспечивает безопасность работы по термическому модифицированию древесных материалов.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Патент JSfo2425305. Способ сушки и термической обработки древесины. Заявка N°2010108198. Опубликовано 27.07.201 1. Дата прекращения действия патента: 05.03.2012.
2. Патент США N°4734995. Вакуумная сушилка для пиломатериалов, з. Ne786977 от 15.10.1986 г. дата выдачи патента 05.04.1988 г. Pagnozzi et al. -наиболее близкий аналог.
3. Евразийский патент N° 027892. Высокотемпературный процесс тепловой модификации древесины в вакуумном автоклаве. Паньоцци Эрнесто (IT), з .N°201400025, дата публикации 2017.09.29.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Устройство для термической обработки древесины, представляющее собой теплоизолированную вакуумную сушильную камеру, содержащую загрузочное отверстие с крышкой, и жесткое днище, на котором размещается штабель древесных досок, а внутри камеры размещены нагревательные плиты, между которыми располагают древесину, подвергающуюся тепловой обработке, с системой нагрева; при этом устройство содержит вакуумный насос, вакуумный клапан и систему охлаждения, отличающаяся тем, что камера выполнена в форме параллелепипеда и снабжена крышкой, содержащей мембрану из эластомера, оказывающую давление на штабель;
при этом устройство содержит систему нагрева, представляющую собой замкнутый контур циркуляции теплоносителя, подключенный к нагревательным пластинам через высокотемпературные рукава высокого давления, и содержащий последовательно соединенные термостойким и коррозионностойким трубопроводом нагревательный котел, теплообменник, циркуляционный насос; при этом в качестве теплоносителя используется термомасло или иные высокотемпературные синтетические теплоносители;
при этом система охлаждения теплоносителя представляет собой теплообменник холодной воды, снабженный краном, установленный поверх контура циркуляции теплоносителя; при этом камера соединена с вакуумным насосом через вакуумный обратный клапан;
при этом камера соединена с влагоприемником для удаления образующейся в камере влаги;
при этом камера оборудована аварийным средством замещения отрицательного атмосферного давления, которое представляет собой баллон с углекислым газом или азотом, или инертным газом, соединенный с камерой через электроклапан.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что мембрана выполнена из высокотемпературного силикона;
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что высокотемпературные рукава высокого давления выполнены из тефлона или фторопласта в нержавеющей оплетке.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дно камеры выполнено с уклоном, а в самой нижней его точке установлена труба влагоприемника, на входе и выходе которой установлены краны с сервоуправлением.
PCT/RU2019/000334 2018-10-20 2019-05-14 Устройство для термической обработки древесины WO2020080971A1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018136960A RU2694109C1 (ru) 2018-10-20 2018-10-20 Устройство для термической обработки древесины
RU2018136960 2018-10-20

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020080971A1 true WO2020080971A1 (ru) 2020-04-23

Family

ID=67252390

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2019/000334 WO2020080971A1 (ru) 2018-10-20 2019-05-14 Устройство для термической обработки древесины

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2694109C1 (ru)
WO (1) WO2020080971A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NO20220732A1 (en) * 2022-06-27 2023-12-28 Saga Wood Holding As Apparatus and method for modification and preservation treatment of wood

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113188304A (zh) * 2021-04-30 2021-07-30 北京汉浦科技有限公司 木材运输过程中的环境保护问题的解决方法
CN115805631B (zh) * 2022-12-20 2023-07-07 徐州盛和木业有限公司 一种环境友好型热处理木材制造设备及处理工艺

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4734995A (en) * 1984-10-15 1988-04-05 Vincenzo Pagnozzi Vacuum-dryer for timber
SU1692596A1 (ru) * 1989-08-07 1991-11-23 Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт по транспорту природного газа Система пожаротушени
RU2300718C1 (ru) * 2005-11-17 2007-06-10 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-экспертное общество "Эльтрон"" ООО "НЭО "Эльтрон"" Устройство для низкотемпературного обезвоживания материалов в вакууме
RU116754U1 (ru) * 2012-01-31 2012-06-10 Валерий Григорьевич Лурий Установка для сушки

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5080935A (en) * 1990-11-01 1992-01-14 Mooney Chemicals, Inc. Process for post-treatment of preservative-treated wood
KR100512079B1 (ko) * 2000-05-19 2005-09-05 최 선 태 목재 건조 방법과 그 장치
FR2883788B1 (fr) * 2005-04-04 2011-08-19 Edmond Pierre Picard Procede de traitement thermique de bois, installation pour la mise en oeuvre du procede, et du bois traite thermiquement
UA47657U (ru) * 2009-12-30 2010-02-10 Анатолий Федорович Филиппович Устройство для сушки и модификации древесины
RU2516259C2 (ru) * 2011-11-21 2014-05-20 Виктор Алексеевич Кухарев Способ обработки древесных заготовок и устройство для его осуществления

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4734995A (en) * 1984-10-15 1988-04-05 Vincenzo Pagnozzi Vacuum-dryer for timber
SU1692596A1 (ru) * 1989-08-07 1991-11-23 Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт по транспорту природного газа Система пожаротушени
RU2300718C1 (ru) * 2005-11-17 2007-06-10 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-экспертное общество "Эльтрон"" ООО "НЭО "Эльтрон"" Устройство для низкотемпературного обезвоживания материалов в вакууме
RU116754U1 (ru) * 2012-01-31 2012-06-10 Валерий Григорьевич Лурий Установка для сушки

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NO20220732A1 (en) * 2022-06-27 2023-12-28 Saga Wood Holding As Apparatus and method for modification and preservation treatment of wood

Also Published As

Publication number Publication date
RU2694109C1 (ru) 2019-07-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2020080971A1 (ru) Устройство для термической обработки древесины
CA2838568C (en) High temperature thermal modification process of wood in a vacuum autoclave
CN100563957C (zh) 木材高温高压过热蒸汽干燥装置
CN101623887B (zh) 一种木材的处理方法及由该方法制备的木材
KR101434472B1 (ko) 과열증기를 이용한 침엽수 목재 건조 방법 및 장치와 이에 의해 건조된 한옥용 목재
CN101155675A (zh) 处理木制材料的系统和方法
CN104215041A (zh) 一种吸湿热风循环烘箱
CN101497799B (zh) 一种超高温木材炭化方法
RU2399109C1 (ru) Способ изготовления электротехнических изделий и установка для его осуществления
CN203843961U (zh) 一种碳化炉
RU2351860C2 (ru) Способ сушки и пропитки древесины
RU2255276C2 (ru) Способ сушки древесины
CN102168907B (zh) 一种多功能木材真空自动烘干装备及其工作方式
CN105437342B (zh) 一种基于常压升温负压保温工艺的木材热改性方法
CN202037682U (zh) 一种木材热处理罐
RU2343381C2 (ru) Установка для сушки и пропитки древесины
RU2105256C1 (ru) Вакуумно-конвективная лесосушильная камера
JP2017140757A (ja) 木材処理方法
RU66492U1 (ru) Установка для сушки и пропитки древесины
DK200200872A (da) Varmebehandling af træ med damp
CN216372620U (zh) 桉木单板烘干装置
CN113246246B (zh) 一种小径材液相干燥-热处理的方法
RU48218U1 (ru) Установка для сушки древесины
RU2468319C2 (ru) Способ сушки древесины и установка для его осуществления
CN106738153A (zh) 一种新型高温高湿竹木材处理装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19874547

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19874547

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1