Универсальный автоклав для сушки и пропитки древесины

Полезная модель относится к деревообрабатывающей промышленности, к области защитной обработки древесины, и может быть использована при сушке и пропитке древесины в одном устройстве.
В уровне техники известны установки периодического действия для комбинированной сушки пиломатериалов (Патент RU 2105943C1. Установка периодического действия комбинированной сушки пиломатериалов. Громыко В.Н., Галкин В.П., Громыко Я.В. Дата публикации 27.02.1998 г.).
Основным недостатком известных установок является облучение штабеля узким сканирующим лучом, что не позволяет обеспечить равномерный прогрев и сушку древесины, а также отсутствие возможности пропитки древесины в сушильной камере, для чего необходимо дополнительное устройство.
В уровне техники известны установки для сушки пиломатериалов в СВЧ-поле, где СВЧ излучатели размещены на боковой стенке камеры таким образом, чтобы перекрывать весь объем помещаемых в камеру пиломатериалов и равномерно нагревать древесину по всему объему (Патент RU 94015518A1. Устройство и способ сушки пиломатериалов в СВЧ-поле. Якимов И.Л., Засорин А.В., Алипов С.П., Черняк А.И., Первухин Н.В. Дата публикации 06.10. 1997 г.).
Недостатком таких установок является невозможность осуществления пропитки древесины в сушильной камере.
В уровне техники известен автоклав для пропитки древесины, оснащенный системой патрубков для создания перепада давления в автоклаве, где с целью интенсификации процесса пропитки заготовок и увеличения глубины пропитываемого слоя создается область высоких давлений, создающих импульс упругих напряжений, что интенсифицирует процесс пропитки и увеличивает глубину слоя пропитки (Патент SU 1063452A1. Автоклав. Коровина Л.Т., Аверков В.М., Квятковский В.Н., Квятковская С.В., Шульман В.К., Евсеев Е.И. Дата публикации 30.12.1983 г.).
Недостатком автоклава является отсутствие возможности сушки древесины в этом же автоклаве, а также невозможность полной пропитки объема древесины при закрытых окаймленных порах древесины.
В уровне техники известна установка для одновременной сушки и пропитки древесины, позволяющая осуществлять пропитку древесины маслом при прогреве древесины с помощью нагревательных элементов (Патент SU 512064A1 Устройство для сушки и пропитки древесины Руссиян Г.Ф., Керлер А.М., Артыш Г.А., Сидоров В.Н. Дата публикации 30.04.1976 г.).
Недостатком устройства является способ подвода тепла, не позволяющий обеспечить равномерный прогрев древесины по всему объему, что снижает качество сушки и пропитки и может привести к растрескиванию древесины, а также сниженье полезного объема камеры за счет размещения нагревающих элементов внутри устройства.
В уровне техники известно устройство, позволяющее воздействовать на древесину ультразвуком, разрушая торусы и обеспечивая лучшее прохождение жидкости через обрабатываемую древесину, что способствует интенсификации как процесса сушки, так и процесса пропитки. Пропитка древесины осуществляется под давлением, которое подается на пропиточную жидкость, с помощью гидравлического пульсатора, подающего пропитываемую жидкость в торец заготовки. Обработка проходит при полной герметизации устройства. Воздействие ультразвука осуществляется по всей длине обрабатываемых древесных сортиментов, причем излучатели располагаются на расстоянии, кратном длине волны, т.е. когда их колебания в древесине складываются, и, следовательно, амплитуда колебаний возрастает - они взаимно усиливают друг друга и обеспечивают равномерность обработки по всему объему помещенной в установку древесины (RU 2511302C2. Устройство для пропитки древесины с торца под давлением. Шамаев В.А., Манаев В.А., Кондратюк В.А., Воскобойников И.В., Щелоков В.М., Константинова С.А., Варнаков А.Е. Дата публикации 04.10.2014 г.) - прототип.
Основным недостатком прототипа является отсутствие технической возможности сушки пропитанной древесины непосредственно в этом же устройстве, а также низкая производительность процесса пропитки древесины, обусловленная возможностью одновременной обработки только одного сортимента за один цикл, а также необходимостью создания непосредственного контакта между пропитываемой заготовкой и ультразвуковыми излучателями, которые необходимо регулировать вручную, что также увеличивает время обработки.
Технической задачей полезной модели является обеспечение возможности выполнения операций по сушке и пропитке штабеля древесины, обеспечение сквозной объемной пропитки и сушки древесины до необходимых эксплуатационных параметров в одной установке.
Решение данной задачи достигается за счет того, что в универсальном автоклаве для сушки и пропитки древесины, содержащем корпус, излучатели микроволновой энергии, установленные по всей длине боковых стенок корпуса и устройство для подачи пропитывающей жидкости, излучатели микроволновой энергии выполнены в виде волноводно-щелевых антенн, соединенных с делителем СВЧ энергии через волноводный тракт с отверстием для подачи в автоклав сжатого воздуха и пропиточной жидкости, расположенным выше автоклава, при этом волноводный тракт соединен с тюнером СВЧ через вакуумное окно с кварцевым стеклом, не препятствующим прохождению микроволнового излучения и обеспечивающим герметичность тракта, при этом антенны выполнены с возможностью как подведения энергии от магнетрона к древесине методом сканирования с равномерным распределением по всему объему помещенной в автоклав древесины, так и возможностью нагнетания сжатого воздуха через отверстие в волноводном узле, осуществляемой при заполнении автоклава с размещенной внутри древесиной пропиточной жидкостью.
Заявляемое техническое решение имеет следующие отличия от прототипа:
излучатели микроволновой энергии выполнены в виде волноводно-щелевых антенн;
волноводно-щелевые антенны соединены с делителем СВЧ энергии через волноводный тракт с отверстием для подачи в автоклав сжатого воздуха и пропиточной жидкости;
отверстие для подачи в автоклав сжатого воздуха и пропиточной жидкости расположено выше автоклава;
антенны выполнены с возможностью как подведения энергии от магнетрона к древесине методом сканирования с равномерным распределением по всему объему помещенной в автоклав древесины, так и возможностью нагнетания сжатого воздуха через отверстие в волноводном узле, осуществляемой при заполнении автоклава с размещенной внутри древесиной пропиточной жидкостью.
Сущность изобретения поясняется иллюстрациями.
Фиг. 1. Общий вид универсального автоклава для сушки и пропитки древесины, вид сбоку.
Фиг. 2. То же, вид сверху.
Универсальный автоклав содержит: автоклав 1, фланцевую крышку 2, волноводно-щелевые антенны 3, отверстие в волноводном тракте 4, трак 5, вакуумное окно с кварцевым стеклом 6.
Универсальный автоклав работает следующим образом.
Пакет древесины при влажности выше 30%, загружается в автоклав 1 (фиг. 1, 2). Автоклав герметически закрывается глухой фланцевой крышкой 2 с резиновой прокладкой при помощи болтовых соединений или байонетного механизма. Герметизация трака 5 осуществляется за счет размещения в нем вакуумного окна с кварцевым стеклом 6. В автоклаве создается глубокий вакуум. Осуществляется нагрев древесины в автоклаве путем воздействия на нее СВЧ через волноводно-щелевые антенны 3 с частотой 915±15 МГц. Температура нагрева под глубоким вакуумом составляет 30-40 °С. На этапе нагрева древесины СВЧ происходит выдавливание свободной влаги по капиллярам древесины через торцы досок, а древесина высыхает до влажности 25-30%. Под воздействием СВЧ открываются окаймленные поры древесины. По завершению прогрева СВЧ-узлы отключают. Выдерживают древесину в течении 20-30 минут. Открывается фланцевая крышка 2 и влага стекает из автоклава в приёмную емкость.
Фланцевая крышка 2 закрывается. Через отверстие в волноводном тракте 4 производится заполнение автоклава пропиточным раствором с температурой 20-25 °С. После 10-ти минутной выдержки в автоклаве создается вакуум глубиной до 0,08 МПа. Процесс пропитки, вакуумирование нагретой древесины и пропиточного раствора в камере автоклава 1 проводится с частичной дегазации пропиточного раствора. Процесс вакуумирования прекращают, когда достигнутый вакуум не меняется в течение 20-30 минут. С помощью стандартного жидкостного насоса или воздушного компрессора создаются последовательные импульсы избыточного давления пропиточного раствора в автоклаве. При достижении скорости снижения давления ≤0,001 МПа/с c момента начала импульса процесс пропитки прекращается. Производится откачка пропиточной жидкости из автоклавной камеры в накопительные ёмкости гидронасосом (на чертеже условно не показан).
Включается СВЧ-узел. Осуществляется сушка древесины в поле СВЧ с частотой 915±15 МГц. Открывается фланцевая крышка 2 и производится выгрузка сухой пропитанной древесины.
Технический результат, на достижение которого направлена полезная модель, заключается в том, что и сушка, и пропитка древесины могут быть проведены в одном устройстве, без дополнительных перемещений древесины, что значительно сокращает количество необходимого производственной оборудования и трудоемкость производственных процессов.
Конструктивное исполнение полезной модели обеспечивает совмещение в автоклаве режима сушки древесины с помощью СВЧ, сочетание импульсного способа создания «мокрого» вакуума и способа создания импульсной подачи пропитывающего давления в автоматическом режиме, что позволяет значительно увеличить проницаемость древесины, качественно повышает равномерность сквозной пропитки древесины при существенным уменьшении времени процесса пропитки длинномерных сортиментов.
Сопоставительный анализ заявляемого способа и прототипа выявляет наличие отличительных признаков у заявляемого способа по сравнению с наиболее близким аналогом, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию «новизна».
Наличие отличительных признаков дает возможность получить положительный ранее сформулированный эффект.
Поскольку при исследовании объекта изобретения по патентной и научно-технической литературе не выявлено решений, содержащих признаки заявляемого изобретения, отличные от прототипа, следует сделать вывод, что заявляемое изобретение соответствует критерию «существенные отличия».
Апробация способа по заявляемому изобретению на промышленной установке ООО «Научно-производственное предприятие «Технологии деревообработки» г. Зеленогорск Красноярского края обеспечивает ему соответствие критерию «промышленная применимость» и возможность использования полезной модели для одновременной сушки и пропитки древесины.