一种原木高压真空处理设备及方法
【专利摘要】本发明提供了一种原木高压真空处理设备及方法。该设备包括：气体吸盘装置、第一不锈钢管、第二不锈钢管、第一橡胶管、第二橡胶管、第一阀门、第二阀门、温度传感器、第一气压表、第二气压表、数据测量记录器、真空泵、真空缓冲罐和蒸汽发生器；其中，气体吸盘装置由第一锥形不锈钢桶、第二锥形不锈钢桶、第一大小头橡胶套、第二大小头橡胶套、箍压装置组成。本发明还提供了一种原木高压真空处理方法，其是采用上述原木高压真空处理设备对原木进行高压真空处理的方法。上述设备利用锥形吸盘装置适应了木材的径级变化，原木两端的装置不是一体，适应了不同长度原木的需要，可处理不同尺寸的原木，解决了可处理原木尺寸受限的问题。
【专利说明】一种原木高压真空处理设备及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种原木高压真空处理设备及方法，属于木材处理【技术领域】。
【背景技术】
[0002]原木是木材工业生产的原材料。在林地里将生长着的树木砍伐下来，去除枝丫后形成原条的树干部分，再按照原条的长度方向，按尺寸、形状、质量和国家木材标准或企业制定计划，截成一定材种的木段成为原木。木材在刚砍伐下来时，其水分重量与其绝干重量之比，即木材工业上常用的木材含水率(绝对含水率)，一般达到了 70-140%，边材一般比其部位木材整体的平均含水率还高。然而,长期浸泡在水中的木材,含水率还有高于生材的含水率，水存或水运的木材便是如此。木材干燥，就是要把木材中的水分(自由和吸着水)，通过大毛细管系统和微毛细管系统，从内层向外层沿顺纹理方向和横纹理方向移至表面蒸发到大气中的过程。
[0003]木材内水分移动的影响因素:在含水率梯度作用下，木材内部的水分，将由含水率高的部位向含水率低的部位移动，导水性随含水率梯度的增大而增强；在温度梯度的作用下，当木材内部各处温度分布的差异，木材内部的水分，将由高温处向低温处移动，温度梯度愈大，这种影响越强；随着温度木材温度的升高，水分的粘度降低，便减小了水分对木材的附着力，也是减小水分移动的阻力；木材容积重越小，导水性越强；木材顺纹:径向:弦向比值约为11 (?17): 1.2 (?1.7):1 ;木材的压力梯度，木材内部的水分，将由压强大的部位流向压强低的部位。
[0004]目前，木材干燥的常用的方法有:大气干燥，室干，除湿(热泵)干燥，真空干燥，太阳能干燥，高频、微波干燥，热压(压板)干燥。
[0005]CN103017484A公开了一种木材真空干燥方法及装置，该发明采用木材柔性真空干燥技术，将被干燥木材放入气密性、导热性良好的柔性管道中，两端密封并与真空泵连接后，放入水浴中，使用水浴对装有木材的柔性管道进行加热，并对柔性管道内进行真空处理，以此对木材实施干燥。从木材外部加热,在木材外部温度高于内部温度时,不利于水分向外移动排出。上述方法及装置利用柔性管道存放木材，当对管道进行真空处理时，因木材表面的平滑性问题，并不能保证柔性管道在真空状态下，严格贴合木材表面，从而不能保证真空仅仅是施加在木材端头且不会在木材中段的某个部位也有真空力的施加，从而不能有效地使木材中的水分在真空作用下沿着纵向排出。该发明利用一个水浴存放整个包裹着木材的柔性管道，设备体积相对较大。
[0006]CN1672886A公开了一种原木染色方法，该发明是根据设备长度挑选干燥至含水率(8%的原木，采用热压一常压一热压一常压一循环染色工艺，并经清洗和干燥来完成对原木的染色。该方法需要采用热压、常压、染液搅动、排染液清洗、排洗液并干燥的工艺，工序较为繁琐复杂。
[0007]CN102241039A公开了一种节能高效的原木染色的方法，该发明选用新鲜的生材，在常温下，用脉冲式浸溃机将制备的染液浸溃到原生木材内部，然后将浸溃染色原木按规则锯解并干燥，得到染色木材。
[0008]CN103017484A、CN1672886A、CN102241039A三个方案都具备的一个共同特点就是:材料尺寸受到了设备的限制。
【发明内容】
[0009]为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种原木高压真空处理设备，采用该设备可以使木材内部的水分在外界真空的作用下，沿着木材纵向移动，实现对于木材的处理，该设备具有结构简单，操作方便，适用的原木尺寸范围广等优点。
[0010]为解决上述技术问题，本发明提供了一种原木高压真空处理设备，其包括:气体吸盘装置、第一不锈钢管、第二不锈钢管、第一橡胶管、第二橡胶管、第一阀门、第二阀门、温度传感器、第一气压表、第二气压表、数据测量记录器、真空泵、真空缓冲罐和蒸汽发生器；
[0011]其中，气体吸盘装置由第一锥形不锈钢桶、第二锥形不锈钢桶、第一大小头橡胶套、第二大小头橡胶套、箍压装置组成，第一大小头橡胶套的一端与第一锥形不锈钢桶的开口处密封连接，另一端用于和原木的端头连接；第二大小头橡胶套与第二锥形不锈钢桶的开口处密封连接，另一端用于和原木的端头连接；箍压装置用于将大小头橡胶套与锥形不锈钢桶的连接处箍压紧固(第一大小头橡胶套与第一锥形不锈钢桶的连接处、第二大小头橡胶套与第二锥形不锈钢桶的连接处);
[0012]第一锥形不锈钢桶的底端设有一个开口，第一不锈钢管的一端与该开口密封连接，用于对第一锥形不锈钢桶内进行抽真空；第一不锈钢管的另一端设有第一阀门并通过第一橡胶管与真空缓冲罐连通；第一不锈钢管上设有第一气压表；
[0013]真空缓冲罐与真空泵连通；
[0014]第二锥形不锈钢桶的底端设有一个开口，第二不锈钢管的一端与该开口密封连接，用于向第二锥形不锈钢桶内输入蒸汽；第二不锈钢管的另一端设有第二阀门并通过第二橡胶管与蒸汽发生器连通；第二不锈钢管上设有第二气压表；
[0015]温度传感器设置于待处理的原木的不同位置并与数据测量记录器连接。
[0016]在上述设备中，优选地，第一橡胶管和第二橡胶管均为线编织硅橡胶管，以提供良好的耐热耐压性能。
[0017]在上述设备中，优选地，第一锥形不锈钢桶和第二锥形不锈钢桶的开口端的外部设有分别上下两个固定的阻滑箍。对锥形不锈钢桶开口外侧的两个固定阻滑箍之间的部分，可以是锥形的一部分，亦可改为两个阻滑箍处的直径一致，即该部分为圆柱形。
[0018]在上述设备中，优选地，第二大小头橡胶套上设有一小孔，用于连接导水管，以作为导出蒸汽冷凝水之用。
[0019]在上述设备中，优选地，第一不锈钢管、第二不锈钢管、第一锥形不锈钢桶、第二锥形不锈钢桶采用的不锈钢材料为SUS304不锈钢。
[0020]在上述设备中，锥形不锈钢桶能够适应原木径级的变化，并且，优选没有接缝(焊缝)或者接缝较为平滑；锥形不锈钢桶的开口部外侧可以设有上下共两个阻滑箍(或圈、条)，与锥形桶为一体固定。
[0021]在上述设备中，密封所用的大小头橡胶套的两端大小不一，一端适合套在锥形桶上，另一端适合套在原木端头上；大小头橡胶套优选无接缝或接缝平滑；大小头橡胶套的材料优选为耐热、弹性好、柔性好、稳定的硅橡胶，用于密封连接处所用的橡胶垫/带也是这种橡胶。
[0022]在上述设备中，在大小头橡胶套将要套包的部位，其下与原木之间可以垫一定厚度的橡胶垫，橡胶垫亦优选无接缝或接缝平滑，以保证良好的气密性。所有的橡胶套装，例如橡胶套与原木之间的橡胶垫，均需要有一定的弹性张紧力。在大小头橡胶套套装上的部位，还可以借助箍压的方式对大小橡胶套套装部位予以紧固。
[0023]在上述设备中，在真空处理时，通过在真空吸盘装置和真空泵之间加以缓冲罐可以降低真空泵的工作频率。
[0024]在上述设备中，第一气压表和第二气压表分别设置在靠近第一锥形不锈钢桶、第二锥形不锈钢桶的位置。
[0025]在上述设备中，温度传感器的探头埋入原木里的不同位置及装入气体吸盘装置，以测量在处理过程中原木各个位置的温度变化，确定工艺条件及步骤，何时可以进入下一处理阶段等。数据测量记录器与温度传感器相连，测量显示并记录木材中温度传感器位置处的温度数据。
[0026]本发明还提供了一种原木高压真空处理方法，其是采用上述的原木高压真空处理设备对原木进行高压真空处理，其包括以下步骤:
[0027]将原木截成适当的长度，端头15cm范围内去树皮，并将去树皮之后的木材表面切削打磨光滑成为无皮端头；
[0028]在无皮端头套以适当厚度的橡胶垫，然后套上气体吸盘装置的第二大小头橡胶套，并箍压紧固；在原木的另一端套上适当厚度的橡胶垫，然后套上第一大小头橡胶套，并箍压紧固；在套上橡胶垫之后，应保持一定的弹性张紧力；
[0029]连接之后，通过蒸汽发生器向第二锥形不锈钢桶内输入蒸汽(保证锥形不锈钢桶内接近木材表面处的蒸汽介质温度基本恒定)，通过真空泵对第一锥形不锈钢桶内进行抽真空，使原木在蒸汽和真空作用下升温，使原木中的水分在其作用下移动；
[0030]待温度传感器最低温度处达到稳定，停止输入蒸汽；
[0031]待所有温度传感器测温点均降温平衡时，结束对原木的处理。
[0032]在处理过程中，在即将进行抽真空时，可以将多余部分橡胶垫向外折叠，以免抽真空后橡胶夹在锥形不锈钢桶和原木之间。停止输入蒸汽之后，利用温度梯度、含水率梯度、压力梯度使原木中的水分继续移动，仅在真空作用下进行处理。由于在之前的蒸汽真空处理过程中，已经形成了原木纵向上的温度梯度和含水率梯度，关闭蒸汽之后继续保持真空状态进行处理即可。
[0033]在上述原木高压真空处理方法中，优选地，抽真空是抽至50%以上的真空度，即真空度在-0.05MPa或达到更高的真空度。
[0034]在上述原木高压真空处理方法中，在原木的另一端套上第一大小头橡胶套之后，可以将第一大小头橡胶套的橡胶向外理出，保证在抽真空时，柔弹性的大小头橡胶套能够紧贴在第一锥形不锈钢桶的内表面和木材表面，而不会被挤压在木材与第一锥形不锈钢桶之间，以便使第一锥形不锈钢桶的内表面和木材端头直接接触，以实现良好的密封效果。
[0035]在上述原木高压真空处理方法中，蒸汽的输入应保持稳定，应使在输入蒸汽的第二锥形不锈钢桶处所测得的介质(蒸汽)的温度基本恒定。[0036]在上述原木高压真空处理方法中，“待温度传感器最低温度处达到稳定”指的是:温度显示最低的那个传感器所测的温度达到稳定。这里的最低温度处不是一个具体温度值，原木的长短和直径的大小不同，最低温度处的温度值是不同的，但是最低温度都是出现在临近真空气体吸盘装置的温度传感器所显示的温度上，即在该测量温度达到稳定。
[0037]在上述原木高压真空处理方法中，“待所有温度传感器测温点均降温平衡时”指的是所有温度传感器所测的温度均不再变化时。在进行处理时，在原木中一般至少设置3个测温点:即在原木带皮的长度方向上选三个点，每点深度为原木在该处半径的2/4-3/4处，另外在第二锥形不锈钢桶内也设置一个温度传感器，具体的设置方式可以根据需要温度传感器的设置可以参考现有方法进行。
[0038]含水率:本发明所述的含水率均为木材绝对含水率，即木材在某状态下的含水率为其所含水分质量与其失去所有水分达到绝干时质量之比。
[0039]含水率梯度:若把木材厚度分成不同的层次，层次之间的含水率差值与其垂直距离的比例极限，叫做含水率梯度。[0040]温度梯度:两个等温面之间的温度差与其垂直距离的比例极限，叫做温度梯度。
[0041]顺纹理方向和横纹理方向:木材纹理是指构成木材的主要细胞的排列方向，一般情况下，木材的顺纹理方向与树干或树枝的轴向一致，横纹理方向与树干或树枝的轴向垂直。
[0042]本发明所提供的设备利用锥形吸盘装置适应了木材的径级变化，原木两端的装置不是一体的，因而适应了不同长度原木的需要，可处理不同尺寸的原木，解决了可处理原木尺寸受限的问题。
[0043]此外，本发明还降低了各种水分移动因素的矛盾性，是各个因素的作用能够协同起来，其作用都是为了让木材内部水分在纵向上移动。
[0044]本发明所提供的原木高压真空处理设备和原木高压真空处理方法具有以下优
占-
^ \\\.[0045]1、本发明的原木高压真空处理设备使用锥形不锈钢桶，适应了原木不同径级的需要。
[0046]2、本发明的原木高压真空处理设备使用了橡胶套作为密封部件，技术操作简单易行；面对径一定级范围意外的原木，还可以对吸盘装置的橡胶套实施更换，只需改变橡胶套在原木端的口径大小。由于橡胶具有一定的弹性，也不必针对每一个径级都换一个橡胶套，在橡胶弹性可操作范围内没有必要更换。
[0047]3、本发明的原木高压真空处理设备和方法是利用温度、含水率、压力三个水分移动因素对木材进行处理，相互之间的矛盾性更低，即温度梯度、含水率梯度、压力梯度对木材内水分移动作用的方向是一致的。
【专利附图】
【附图说明】
[0048]图1为实施例1提供的原木闻压真空处理设备的结构不意图；
[0049]图2为锥形不锈钢桶的结构示意图；
[0050]图3为锥形不锈钢桶的剖视图；
[0051]图4为第二锥形不锈钢桶和大小头橡胶套的结构示意图。[0052]主要附图标号说明:
[0053]第一阀门I第一气压表2第一不锈钢管3第一锥形不锈钢桶4第二大小头橡胶套5第二锥形不锈钢桶6第二不锈钢管7第二气压表8第二阀门9第二橡胶管10蒸汽发生器11真空泵12真空缓冲罐13第一橡胶管14箍压装置15数据测量记录器16温度传感器17原木18阻滑箍19
【具体实施方式】
[0054]为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
[0055]实施例1
[0056]本实施提供了一种原木高压真空处理设备，其结构如图1所示。该设备包括:气体吸盘装置、第一不锈钢管3、第二不锈钢管7、第一橡胶管14、第二橡胶管10、第一阀门1、第二阀门9、温度传感器17、第一气压表2、第二气压表8、数据测量记录器16、真空泵12、真空缓冲罐13和蒸汽发生器11 ；
[0057]其中，气体吸盘装置由第一锥形不锈钢桶4、第二锥形不锈钢桶6、第一大小头橡胶套、第二大小头橡胶套5、箍压装置15组成；
[0058]第二大小头橡胶套5的一端与第二锥形不锈钢桶6的开口处密封连接，另一端用于和原木18的端头连接，并通过箍压装置15进行紧固，如图4所示；
[0059]第一大小头橡胶套的一端与第一锥形不锈钢桶4的开口处密封连接，另一端用于和原木18的另一端相连，并且在连接之前，原木18的这一端首先套上橡胶垫，然后再连接，并且通过箍压装置进行紧固；这里的第一大小头橡胶套会被原木顶入第一锥形不锈钢桶4的内部，与其内壁紧密贴合，从而实现密封，因此，图1中未显示出该第一大小头橡胶套；
[0060]第一锥形不锈钢桶4的底端设有一个开口，第一不锈钢管3的一端与该开口密封连接，用于对第一锥形不锈钢桶4内进行抽真空；
[0061]第一不锈钢管3的另一端设有第一阀门I并通过第一橡胶管14与真空缓冲罐13连通；第一不锈钢管3上设有第一气压表2，该第一气压表2较为靠近第一锥形不锈钢桶4 ；
[0062]真空缓冲罐13与真空泵12连通；
[0063]第二锥形不锈钢桶6的底端设有一个开口，第二不锈钢管10的一端与该开口密封连接，用于向第二锥形不锈钢桶6内输入蒸汽；
[0064]第二不锈钢管10的另一端设有第二阀门9并通过第二橡胶管10与蒸汽发生器连通11 ；
[0065]第二不锈钢管7上设有第二气压表8，该第二气压表8较为靠近第二锥形不锈钢桶6 ；
[0066]第二锥形不锈钢桶6的外部设有上下各一条的阻滑箍19，用于固定大小头橡胶套5，如图2所示，第二锥形不锈钢桶6的剖视图如图3所示；
[0067]该设备具有多个温度传感器17，一部分温度传感器17的探头埋入原木18内部的不同位置，另一部分温度传感器17的探头则装入气体吸盘装置(第二锥形不锈钢桶6之中)，这些温度传感器17用于测量不同位置处的温度并分别与数据测量记录器16相连。数据测量记录器16用于记录测温点测定的温度。[0068]本实施例还提供了一种原木高压真空处理方法，其是采用上述原木高压真空处理设备对原木进行处理的方法，包括以下步骤:
[0069]将原木18截成适当的长度130cm，端头15cm范围内去树皮，并将去树皮之后的木材表面切削打磨光滑成为无皮端头；
[0070]在无皮端头套以适当厚度的橡胶垫并保持一定的弹性张紧力，然后套上气体吸盘装置的第二大小头橡胶套5，并箍压紧固；第二大小头橡胶套5套在原木18上之后，应具备一定程度的弹性张紧力；在原木的另一端套上适当厚度的橡胶垫，然后套上第一大小头橡胶套，并箍压紧固，并将气体吸盘装置的第一大小头橡胶套橡胶向外理出，保证在抽真空时橡胶不被挤压在木材与第一锥形不锈钢桶之间，而使第一锥形不锈钢桶内表面和原木18的端头直接接触；
[0071]连接之后，通过蒸汽发生器11向第二锥形不锈钢桶6内输入温度为96±0.5°C的蒸汽，通过真空泵12对第一锥形不锈钢桶4内进行抽真空达50%真空度或以上，使原木18在蒸汽和真空作用下升温，原木18中的水分在其作用下移动；
[0072]待温度传感器17测温点最低温度处达到稳定，停止输入蒸汽；
[0073]待所有温度传感器17所有测温点均降温平衡时，结束对原木18的处理。
【权利要求】
1.一种原木高压真空处理设备，其包括:气体吸盘装置、第一不锈钢管、第二不锈钢管、第一橡胶管、第二橡胶管、第一阀门、第二阀门、温度传感器、第一气压表、第二气压表、数据测量记录器、真空泵、真空缓冲罐和蒸汽发生器； 其中，所述气体吸盘装置由第一锥形不锈钢桶、第二锥形不锈钢桶、第一大小头橡胶套、第二大小头橡胶套、箍压装置组成，所述第一大小头橡胶套的一端与所述第一锥形不锈钢桶的开口处密封连接，另一端用于和原木的端头连接；所述第二大小头橡胶套与所述第二锥形不锈钢桶的开口处密封连接，另一端用于和原木的端头连接；所述箍压装置用于将大小头橡胶套与锥形不锈钢桶的连接处箍压紧固； 所述第一锥形不锈钢桶的底端设有一个开口，所述第一不锈钢管的一端与该开口密封连接，用于对第一锥形不锈钢桶内进行抽真空；所述第一不锈钢管的另一端设有第一阀门并通过第一橡胶管与真空缓冲罐连通；所述第一不锈钢管上设有第一气压表； 所述真空缓冲罐与所述真空泵连通； 所述第二锥形不锈钢桶的底端设有一个开口，所述第二不锈钢管的一端与该开口密封连接，用于向第二锥形不锈钢桶内输入蒸汽；所述第二不锈钢管的另一端设有第二阀门并通过第二橡胶管与蒸汽发生器连通；所述第二不锈钢管上设有第二气压表； 所述温度传感器设置于待处理的原木的不同位置并与所述数据测量记录器连接。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一橡胶管和第二橡胶管均为线编织硅橡胶管。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一锥形不锈钢桶的开口端的外部分别设有上下两个固定的阻滑箍，所述第二锥形不锈钢桶的开口端的外部分别设有上下两个固定的阻滑箍。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第二大小头橡胶套上设有一小孔，用于连接导水管。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一不锈钢管、第二不锈钢管、第一锥形不锈钢桶、第二锥形不锈钢桶采用的不锈钢材料为SUS304不锈钢。
6.一种原木高压真空处理方法，其是采用权利要求1-5任一项所述的原木高压真空处理设备对原木进行高压真空处理，其包括以下步骤: 将原木截成适当的长度，端头15cm范围内去树皮，并将去树皮之后的木材表面切削打磨光滑成为无皮端头； 在无皮端头套以适当厚度的橡胶垫，然后套上气体吸盘装置的第二大小头橡胶套，并箍压紧固；在原木的另一端套上适当厚度的橡胶垫，然后套上第一大小头橡胶套，并箍压紧固； 连接之后，通过蒸汽发生器向第二锥形不锈钢桶内输入蒸汽，通过真空泵对第一锥形不锈钢桶内进行抽真空，使原木在蒸汽和真空作用下升温，使原木中的水分在其作用下移动； 待温度传感器最低温度处达到稳定，停止输入蒸汽； 待所有温度传感器测温点均降温平衡时，结束对原木的处理。
7.根据权利要求6所述的原木高压真空处理方法，其中，所述抽真空是抽至50%以上的真空度。
【文档编号】B27K3/08GK103522376SQ201310521765
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月29日 优先权日:2013年10月29日
【发明者】王喜明, 陈章景, 黄彦快, 姚利宏, 王雅梅, 王哲 申请人:内蒙古农业大学