способ морения древесины и устройство для его реализации

Формула изобретения

1. Способ морения древесины, включающий ее предварительную сушку, нагрев в течение 2-3 ч до температуры 200-240°С и выдержку при данных температурах в герметичной камере, заполненной маслом выше уровня древесины, масло используют с температурой вспышки выше температуры нагревания масла, отличающийся тем, что выдержку при данных температурах осуществляют в течение 2-4 ч, после чего масло сливают, в камере создают вакуум 20 кПа, далее древесину охлаждают путем пропаривания водяным паром и выдержкой в условиях вакуума в течение 2-3 ч.

2. Устройство для осуществления способа морения древесины, включающее герметичную камеру, снабженную нагревателем, отличающееся тем, что камера дополнительно снабжена лопастной мешалкой, конденсатором, вакуумным насосом и емкостью для слива и хранения масла с внутренним резервуаром для воды, сообщающимся при помощи паропровода с рабочей полостью камеры.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии промышленного изготовления мореной древесины и может быть использовано в деревообрабатывающей, мебельной и других отраслях промышленности при изготовлении и реставрации изделий из труднопропитываемых пород древесины.

Известен способ морения древесины, включающий ее термохимическую обработку в герметически закрытом реакторе парами биурета, образующимися при нагревании кристаллического порошка биурета или мочевины при температуре 150-180°C и давлении в 2-6 атм в течение 3-6 ч, см. патент RU № 2053874, МПК6 B27K 5/02, 1996.

Недостатком данного способа является то, что морение древесины ведут химреагентами, при этом биурет, используемый в известном способе, является дорогостоящим, а мочевина в ходе процесса морения выделяет газообразный аммиак, относящийся к химически активным, взрывоопасным и вредным для здоровья человека веществам, что снижает экологическую безопасность процесса морения древесины.

Известен способ морения древесины, включающий ее нагревание в камере до 140-150°C, дальнейший нагрев древесины в атмосфере водяного пара при температуре 210-240°C в течение 30-60 мин, остановку саморазогрева с помощью управляемого впрыска воды и охлаждение древесины в атмосфере 100%-ного пересыщенного водяного пара путем регулируемого впрыска воды.

Устройство для осуществления указанного способа представляет собой герметичную камеру, которая соединена через воздуховоды с тепловым высокотемпературным вентилятором для нагнетания воздуха и оснащена блоком нагрева воздуха, содержащим воздушные ТЭНы и управляющие термопары, а также впрыскивающим устройством для дозированной подачи воды, см. патент RU № 2277045, МПК B27K 3/02, B27K 3/10, 2006.

Недостатками данного способа являются большие затраты электроэнергии вследствие ведения процесса в среде водяного пара, образующегося путем испарения впрыскиваемой воды, а стадия охлаждения, также осуществляемая путем впрыска воды, не позволяет использовать тепловую энергию нагретого материала в других технологических целях.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков является способ морения древесины, включающий прогрев древесины до температуры 50-110°C с выдержкой в течение 1-15 ч с последующим прогревом при температуре 190-250°C в течение 1-3 ч в герметичной камере, заполненной маслом выше уровня древесины, масло используют с температурой вспышки выше температуры нагревания масла.

Устройство для осуществления известного способа морения древесины представляет собой камеру, снабженную нагревателем, энергокотлом, теплообменником, заполненным маслом и сообщающимся со змеевиком, расположенным в камере, а также насосом для циркуляции масла по каналам теплообменника и змеевика, см. патент RU № 2383433, МПК B27K 5/04, 2010.

Недостатком способа является то, что он не предусматривает стадию охлаждения, что приводит к воспламенению при выгрузке древесины после процесса обработки при температуре 250°C или к значительной продолжительности процесса обработки при естественном охлаждении материала в масле. Кроме того, прогрев масла со значением температуры 50-110°C до температуры 190-250°C в течение 1-3 ч без соответствующей стадии выдержки не позволяет добиться равномерного по сечению черного цвета, что особенно важно при имитации мореного дуба.

Задачей изобретения является создание способа морения древесины труднопропитываемых пород и устройства для его осуществления с целью повышения производительности процесса путем интенсификации стадии охлаждения обработанной древесины.

Техническая задача решается способом морения древесины, включающим ее предварительную сушку, нагрев в течение 2-3 ч до температуры 200-240°C и выдержку при данных температурах в герметичной камере, заполненной маслом выше уровня древесины, масло используют с температурой вспышки выше температуры нагревания масла, при этом выдержку при данных температурах осуществляют в течение 2-4 ч, после чего масло сливают, в камере создают вакуум 20 кПа, далее древесину охлаждают путем пропаривания водяным паром и выдержкой в условиях вакуума в течение 2-3 часов.

Техническая задача решается также устройством для осуществления способа морения древесины, включающим герметичную камеру, снабженную нагревателем, при этом камера дополнительно снабжена лопастной мешалкой, конденсатором, вакуумным насосом и емкостью для слива и хранения масла, включающей внутренний резервуар для воды, сообщающийся при помощи паропровода с рабочей полостью камеры.

Данный способ можно представить в виде графика изменения давления и температуры в процессе морения древесины, см. фиг.1, и схемы устройства для реализации способа морения древесины, см. фиг.2.

Данное изобретение иллюстрируется следующим примером конкретного выполнения.

Способ морения труднопропитываемой древесины, например дуба, влажностью 8-12%, см. фиг.1, ведут в герметичной камере, заполненной маслом (с температурой вспышки выше температуры нагревания масла) выше уровня древесины, что обеспечивает подвод тепловой энергии сразу по всей площади материала и способствует равномерному распределению температуры и влажности древесины, нагрев древесины осуществляют в течение 2-3 ч до температуры 200-240°C, после нагрева до заданного значения и выдержки материала при данной температуре в течение 2-4 ч масло сливают, в камере создают вакуум 20 кПа, после чего древесину пропаривают водяным паром, поддерживая при этом в камере давление не выше атмосферного значения, далее ее выдерживают в условиях вакуума в течение 2-3 часов.

Предлагаемое устройство для морения древесины, см. фиг.2, состоит из герметичной камеры 1 и плоской крышки 2 с прижимной металлической перегородкой 3. Внутри автоклава размещены термоэлектрический нагреватель 4, над которым размещают древесину 5, подвергающуюся тепловой обработке, и лопастная мешалка 6. Установка также состоит из емкости 7 для хранения гидрофобной жидкости, конденсатора 8, вакуумного насоса 9, вакуумных клапанов 10, 11 и напускного клапана 12. При этом емкость 7 для хранения гидрофобной жидкости содержит внутренний резервуар 13, сообщающийся с камерой 1 при помощи паропровода 14 с клапаном 15.

Процесс промышленного изготовления мореного дуба осуществляется следующим образом. Через открытую крышку 2 древесину 5 помещают в герметичную камеру 1. После герметизации автоклава при помощи вакуумного насоса 9 путем откачки воздуха из аппарата при открытых клапанах 10, 11 и 16 производят заполнение камеры жидкостью из емкости 7. После заполнения автоклава достаточным количеством жидкости клапаны 10, 11 и 16 закрывают, включают термоэлектрический нагреватель 4 и лопастную мешалку 6, создающую циркуляцию жидкости. Жидкую среду, а следовательно и древесину постепенно нагревают до температуры 200-240°C в течении 2-3 ч при давлении, не превышающем атмосферное значение. После повышения температуры древесины 5 до заданного значения осуществляют ее выдержку в жидкой среде в течение 2-4 ч в зависимости от породы и толщины пиломатериала. При достижении необходимой степени морения производят слив жидкости из камеры 1 в емкость 7 при открытых клапанах 12 и 16. При этом во внутренний резервуар 13 емкости 7 путем открытия клапана 17 предварительно заливают воду, которая в результате слива нагретой жидкости в емкость 7 вскипает с созданием избыточного давления в резервуаре 13. После слива всей жидкости камеры 1 в последней с помощью вакуумного насоса 9 и конденсатора 8 при открытых клапанах 10 и 11 создают вакуум. Выдержку древесины 5 в условиях вакуума осуществляют в течение 15-20 мин. Далее открытием клапана 15 осуществляют подачу водяного пара из резервуара 13 в камеру 1, при этом в работе остается конденсатор 8, клапан 10 закрывают. Расход водяного пара из резервуара 13 и производительность конденсатора 8 подбираются таким образом, чтобы насыщенный пар, поступающий в камеру 1, перегреваясь от нагретого материала, удалялся в конденсатор 8 без создания избыточного давления в автоклаве 1, при этом нагретый в конденсаторе 8 хладагент может быть использован в технических целях. После обработки древесины 5 в среде водяного пара в течение 40-60 мин в камере 1 создают вакуум с помощью вакуумного насоса 9 при открытых клапанах 10 и 11, где выдерживают древесину 5 в течение 2-3 часов. После стадии охлаждения мореную древесину 5 выгружают из герметичной камеры 1, куда загружают необработанную древесину, и процесс морения повторяют, используя жидкость из емкости 7, охлажденную путем теплообмена с водой во внутреннем резервуаре 13. Охлаждение рабочей жидкости проводят с целью последующего равномерного прогрева материала.

Применение стадий вакуумирования и пропаривания после прогрева древесины направлено на снижение температуры материала до 120-130°C и на предотвращение самопроизвольного возгорания древесины при заданных высоких температурных режимах, применение стадии окончательного вакуумирования в течение 2-3 часов направлено на охлаждение материала и исключение развития значительных внутренних напряжений и больших остаточных деформаций в материале, а также на удаление жидкого агента обработки из внутренних полостей клеток древесины.

Решение технической задачи позволяет получить мореную древесину труднопропитываемых пород с высокими декоративными свойствами, равномерной окраской по толщине и с заданным цветовым решением вплоть до иссиня-черного цвета натурального мореного дуба.