Устройство и способ высокотемпературной обработки древесины
DEVICE AND METHOD FOR HIGH-TEMPERATURE TREATMENT OF WOOD

Область техники, к которой относится изобретение
Группа изобретений относится к устройствам и технологическим процессам по модифицированию древесных материалов для улучшения их физико-механических и эстетических характеристик и может быть использовано в деревообрабатывающей, мебельной, строительной и других отраслях промышленности при изготовлении изделий из древесины, в том числе ценных пород, а именно: к устройствам и способам высокотемпературной обработки древесины.
Уровень техники
Известен способ высокотемпературной обработки древесины (и устройство для его осуществления) из патента RU 2425305 С1, опубликованного 27.07.2011 г., включающий загрузку древесины в вакуумную камеру, нагрев древесины, выдержку при высокой температуре, понижение температуры до 100°С, причем подвод тепловой энергии осуществляется контактным способом от перфорированных металлических пластин, а загружаемая древесина может иметь высокую начальную влажность, после загрузки которой в вакуумную камеру начинается стадия сушки, состоящая из чередующихся стадий нагрева древесины при атмосферном давлении и вакуумирования до достижения влажности древесины диапазона 15-18% с последующей досушкой до абсолютно сухого состояния при постоянном подводе тепловой энергии и постепенно повышающемся давлении за счет испаренной влаги; после досушки осуществляется нагрев древесины до 200-240°С по следующему закону:
3
где s - толщина образца, мм; ρ - базисная плотность древесины, кг/м; ΔТ/Δτ - изменение температуры в единицу времени, К/с.
Известно устройство (из того же патента RU 2425305 С1, опубликованного 27.07.2011 г.) высокотемпературной обработки древесины включает теплоизолированную вакуумную камеру и крышку камеры. Внутри камеры размещены нагревательные плиты, между которыми располагают древесину, подвергающуюся сушке и тепловой обработке. Устройство также включает водокольцевой вакуумный насос, систему охлаждения, манометр, вакуумный клапан и напускной клапан. Плиты состоят из перфорированных металлических пластин, нагреваемых электронагревательным кабелем.
Недостатком указанного способа и устройства для его осуществления является необходимость использования внутри камеры нагревательных плит состоящих из перфорированных металлических пластин, нагреваемых электронагревательным кабелем. Что делает конструкцию громоздкой, полезное пространство внутри ограниченным, укладку древесины в вакуумную камеру более сложной, при этом потребление электроэнергии более высоким, неравномерный нагрев древесины. Необходимость использования дополнительных элементов таких как водокольцевой вакуумный насос, система охлаждения, что делает конструкцию менее надежной.
Раскрытие изобретения
Технический результат заключается в понижении потребления электроэнергии, за счет использования нагревательной обмотки из проводника (катушки индуктивности) выполненной по наружной поверхности корпуса автоклава, и вентилятора выполненного с возможностью выравнивания температуры внутри емкости автоклава.
Результат достигается заявленным устройством для высокотемпературной обработки древесины, которое включает автоклав с крышкой, причем в корпус автоклава встроен электромагнитный клапан и вентилятор, выполненный с возможностью выравнивания температуры внутри емкости автоклава, а по наружной поверхности корпуса автоклава выполнена высокотемпературная электроизоляция, поверх которой выполнена нагревательная обмотка из проводника, причем нагревательная обмотка из проводника, электромагнитный клапан и вентилятор выполнены с возможностью подключения к блоку управления, при этом поверх нагревательной обмотки из проводника закреплен теплоизоляционный слой.
Согласно изобретению по устройству обмотка винтовая.
Согласно изобретению по устройству корпус автоклава выполнен в форме цилиндра с закрытым торцом с одной стороны основания и с крышкой с другой противоположной стороны.
Результат достигается заявленным способом высокотемпературной обработки древесины, включающим загрузку камеры автоклава древесиной, герметичное запирание крышки автоклава, включение блоком управления нагрева обмотки из проводника, нагрев до промежуточной температуры, закрытие электромагнитного клапана и включение вентилятора, нагрев с подъемом давления в емкости автоклава до установки температуры и давления, выдержка времени в установившимся режиме, выключение нагрева обмотки проводника посредством блока управления и сброс давления электромагнитным клапаном, выгрузка древесины из камеры автоклава и выключение вентилятора.
Как следствие основного результата достигаются такие результаты как: равномерный цвет древесины на выходе из автоклава; отсутствие коррозии на внутренних стенках автоклава, так как нет условий для образования конденсата; пластичность и прочность готовой древесины; равномерный нагрев древесины за счет нагревательной обмотки из проводника по всему корпусу автоклава и вентилятора.
Краткое описание чертежей
Сущность изобретения поясняется: фиг. 1, на которой приведено схематично устройство для высокотемпературной обработки древесины в разрезе, вид спереди; фиг. 2, на которой приведено фото изображение готового частного варианта осуществления устройства для высокотемпературной обработки древесины с закрепленным на корпусе (посредством кронштейнов) блоком управления; фиг. 3, на которой приведено фото изображение готового частного варианта осуществления устройства для высокотемпературной обработки древесины в процессе загрузки штабеля с древесиной.
Осуществление изобретения
На фиг. 1 изображено схематично устройство высокотемпературной обработки древесины, включающее автоклав 1 с крышкой 2, причем в корпус автоклава 1 встроен электромагнитный клапан 3 и вентилятор 4, выполненный с возможностью выравнивания температуры внутри емкости автоклава 1, а по наружной поверхности корпуса автоклава 1 выполнена высокотемпературная электроизоляция 5, поверх которой выполнена нагревательная обмотка из проводника 6 (катушка индуктивности), причем нагревательная обмотка из проводника 6, электромагнитный клапан 3 и вентилятор 4 выполнены с возможностью подключения к блоку управления, при этом поверх нагревательной обмотки из проводника 6 закреплен теплоизоляционный слой 7.
Принцип работы заявленного устройства высокотемпературной обработки древесины следующий.
Камеры автоклава 1 загружается древесиной. Далее герметично запирается крышка 2 автоклава 1. Нагрев обмотки из проводника, например, посредством подключенного блока управления. Нагрев обмотки из проводника до промежуточной температуры. Далее закрывается электромагнитный клапан 3 и включают вентилятор 4 (например, посредством подключенного блока управления). После производится нагрев с подъемом давления в емкости автоклава 1 до установки температуры и давления. Далее выдерживается время в установившимся режиме, после чего выключают нагрев обмотки проводника 6 посредством например блока управления. Далее производится сброс давления электромагнитным клапаном 3, и потом выгрузка древесины из камеры автоклава 1 и выключение вентилятора 4.
Корпус автоклава или камеры может быть выполнен в частном варианте осуществления в форме цилиндра с закрытым торцом с одной стороны основания и с крышкой с другой противоположной стороны.
Установленный дополнительно блок управления может быть закреплен как на корпусе автоклава 1, например посредством кронштейнов (как это показано на фиг. 2), так и располагаться отдельно от корпуса автоклава 1. Блок управления может быть подключен к вентилятору 4, нагревательной обмотке из проводника 6 и электромагнитному клапану 3, посредством проводов (или кабелей и т.д.).
Устройство (или установка) высокотемпературной обработки древесины представляет собой автоклав например с индукционным нагревом, работающий на промышленной частоте 50 Гц 380 В. Нагревательная обмотка, расположенная на наружной поверхности через слой электроизоляции, является частью колебательного контура.
Магнитное поле, наводимое переменным током, протекающим в катушке, нагревает металл стенки на глубину 10-12 мм. Нагревательная обмотка расположена по всей поверхности автоклава 1 и вызывает равномерный нагрев его корпуса. Таким образом, мы имеем равномерное температурное поле внутри камеры (автоклава). Это условие позволяет применять большие скорости нагрева без риска местных перегревов.
Разность температур стенок и внутреннего пространства не превышает 10 градусов. Опытным путем найдена оптимальная скорость нагрева около 7-10 градусов в час.
Индуктивный нагрев заявленного устройства и способа высокотемпературной обработки древесины позволяет отказаться от дорогостоящей сплошной облицовки внутренней поверхности автоклава нержавеющей сталью, температура стенок всегда выше температуры среды и штабеля, из-за чего, нет условий для выпадения конденсата.
Устройство высокотемпературной обработки древесины, может содержать дополнительно рельсы для выкатывания штабеля и загрузочную тележку, как это показано на фиг. 3 опытного образца.
Система управления блока управления может быть построена например на базе микропроцессорных контроллеров "ОВЕН" и дополнена релейной автоматикой. Защита от превышения давления трехступенчатая -электронная, электромеханическая и механическая. Отсутствие тенов делает установку исключительно надежной, что показали испытания опытного образца.
Защита от коррозии:
Пассивная: рельсы внутри автоклава, загрузочная тележка, накладки на крышку и др. могут быть сделаны из нержавеющей стали.
Активная: в программу ЭВМ заложено слежение за разностью температур корпуса и среды внутри автоклава, при необходимости корректируется автоматически.
3
3
3
3
3
Преимущества заявленного устройства и способа высокотемпературной обработки древесины следующие: удобство и легкость при транспортировке и подключении; возможность досушки пиломатериала, с последующей термообработкой. Данный режим ограничен влажностью древесины 8-20%; малая дробность загрузки (возможность загрузки от 1 м); общая производительность одной установки 60 м - 100 м в месяц, при возможности выхода (2,5 м - 3,5 м) каждые 36 часов; возможность термообработки готовых изделий с минимальной деформацией; возможность термообработки проблемных пород древесины таких, как дуб или лиственница, так как в камере температура обработки варьируется от 120°С до 190°С. Древесина при такой температуре остается целой и не трескается; простота и надежность в эксплуатации.
Современные технологии и оборудование позволяют осуществить настоящее изобретение в крупносерийном производстве. На заводе или предприятии имеется все необходимое оборудование для производства заявленного устройства для высокотемпературной обработки древесины.
Заявленное устройство для высокотемпературной обработки древесины выполнено в виде единой конструкции, а именно отдельные компоненты (или составные части) заявленного устройства для высокотемпературной обработки древесины соединены между собой на одном предприятии-изготовителе (или заводе-изготовителе) сборочными операциями, такими как свинчивание, сочленение, клепка, сварка, пайка, опрессовка, развальцовка, склеивание, сшивка и т.п.