專利名稱：高溫木材處理系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及對木材的處理。更特別地，本發(fā)明涉及低密度或中等密度的硬木的高溫處理。
背景技術：
通常而言，木料在使用之前需要進行處理以提高其耐用性，特別是當用于生產(chǎn)諸如家具、地板器具和廚具的木制產(chǎn)品時更是如此。木料可以利用化學品和/或通過加熱(干燥)來進行處理。歐盟(EU)近來要求將某些木料處理化學品(特別是硼酸鹽)指定到危險物質指令(Dangerous Substance Directive) 67/548 下的“再生毒性分類表(Repro-toxicCategory)”。硼酸是在處理橡膠木時使用的主要防腐劑。在馬來西亞，橡膠木是在制造用于出口市場的高品位木工制品和家具時所使用的主要可再生種植木材。從馬來西亞出口的80%以上的木制家具都是由橡膠木制成的。因此，EU所提出的木料處理化學品(例如，硼酸鹽)的歸類在實施時將限制馬來西亞橡膠木家具的出口。作為化學處理的替代，熱處理也能夠用來通過對木材進行干燥而使其更為耐久。對木料進行干燥的主要原因是，確保了在將木料用在結構中或用在后續(xù)制造(例如家具生產(chǎn))中之前盡可能地使木料的尺寸穩(wěn)定。干燥過程被視為對于木料在構建、以木料為基礎的制造和手工應用中的經(jīng)濟利用是必須的且極為重要的。木材通?？梢苑譃橛材?來自非單子葉闊葉樹木)或軟木(來自針葉樹木)類型。硬木比軟木具有更為復雜的結構，其中主要區(qū)別特征是在木料體之內(nèi)存在孔隙或導管。因此，與軟木木材的干燥相比，硬木木材的熱處理或干燥必須更為準確地控制溫度和濕度，也即，要對干燥窯爐進行明顯不同的設計。橡膠木被分在輕質硬木類之下。在馬來西亞迄今為止95%以上的木材烘干廠都利用常規(guī)的低溫受熱蒸汽干燥系統(tǒng)。這些現(xiàn)有的干燥窯爐是封閉腔室，其中就溫度、濕度和空氣循環(huán)而言干燥媒介(在此情況下為空氣)的條件可以受到控制，以便按照需要加速或延遲干燥過程。然而，這樣的低溫常規(guī)干燥方法存在幾個明顯的缺點，例如，處理時間極長(例如，利用常規(guī)干燥方法對橡膠木進行干燥需要10至12天的總周期)，并且能量利用低效(例如，常規(guī)干燥方法需要的能量是蒸發(fā)水所必須的最低能量的2至4倍)。例如，GB專利No. 1，142，525公開了一種在窯爐中干燥硬木的方法，其包括在21°C至66°C (70° F至150° F)之間的溫度下進行汽化和噴水的步驟。該現(xiàn)有干燥方法要花14天才能完成。通常而言，窯爐的干燥時間能夠以兩種方式之一來加速要么在極高溫度下進行干燥，要么在部分真空條件下進行干燥。在US 專利 No. 4，343，095 中公開的 Rosen 方法致力于在 103. 4kPa和 344. 7kPa(15和50psi)之間的超大氣壓力以及在100°C和177°C 012° F和350° F)之間的溫度下對木料進行干燥。需要專用的柱形窯爐來執(zhí)行該干燥方法。該US專利的現(xiàn)有干燥方法的一個缺點是建造和維護這種窯爐所包含的成本較高。Kollmarm和Cote (1984) (Kollmann,F. F. P&Cote, Jr. , W. Α. 1984 !Principles of Wood Science and Technology-Volume I Solid Wood. Berlin =Springer-Verlag)還提到，這種高溫加熱通常會引發(fā)多種缺點，例如樹脂滲出、樹節(jié)松弛、窯爐結構形成相對較陡的濕度率和早期惡化。對諸如橡膠木的輕質硬木和/或其它熱帶硬木的商用高溫干燥方法并不存在。然而，橡膠木在處理的過程中具有扭曲的顯著趨勢，可以通過在干燥過程中施加壓力來保持其處于控制下(在大多數(shù)情況下)。US專利No. 2，268, 477公開了一種在橫跨板料或板材的寬度的收縮受到約束的條件下對硬木進行干燥的現(xiàn)有方法。然而，該US專利的約束方案和干燥方法在被處理木料的表面上造成了可見的瑕疵，例如，由于纖維部件的部分水解而在木料厚度已經(jīng)縮短的位置形成暗區(qū)。這些暗水解區(qū)的密度超過正常木料的厚度，但是木料不會變得更硬，而是變得易碎。因此，對于源自低于中等密度范圍的熱帶硬木(例如，橡膠木)的高質干燥木材的高生產(chǎn)量需要一種有效的高溫干燥方案。因此，本發(fā)明旨在緩解現(xiàn)有技術中的某些或所有問題。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于處理木材的高溫方法。所述方法包括如下步驟(i)提供多個木材堆摞；(ii)對所述堆摞進行約束；(iii)使所述堆摞經(jīng)受第一調(diào)節(jié)階段；(iv)在不小于120°C的溫度下的空氣流中對所述堆摞進行干燥；(ν)對所述堆摞進行冷卻，接著使所述堆摞經(jīng)受第二調(diào)節(jié)階段；并且(vi)在環(huán)境溫度的空氣流中對已干燥的堆摞進行進一步冷卻。在本發(fā)明的實施方案中，所述堆摞可以包括新鋸的木材。每一個所述堆摞可以包括從端部到端部并且在每一個堆摞中的單件木材之間的橫向上厚度均勻的木材。在另一個實施方案中，步驟(ii)可以包括在每一個堆摞上施加載荷約束。在每一個堆摞上可以施加不小于700kg/m2的均勻分布的載荷約束。在另一個實施方案中，步驟(iii)可以包括不小于95°C的飽和蒸汽環(huán)境。所述堆摞可以經(jīng)受步驟(iii)的時間在6至12小時之間。根據(jù)另一個實施方案，步驟(iv)中的空氣流可以具有在2. 5至3. 5ms-1之間的平均速度。步驟(iv)可以在不小于120°C并高達200°C的溫度下進行。所述堆摞可以在步驟(iv)中被干燥到不小于120°C的干球溫度以及不小于70°C的濕球溫度。根據(jù)又一個實施方案，步驟(V)可以包括使已干燥的堆摞的溫度充分降低，從而使所述木材在隨后經(jīng)受所述第二調(diào)節(jié)階段時能夠被有效地調(diào)節(jié)。在經(jīng)受所述第二調(diào)節(jié)階段之前，所述堆摞可以被冷卻到在大約80°C至大約90°C之間的木材表面溫度。經(jīng)冷卻的已干燥堆摞可以在步驟(ν)中經(jīng)受第二調(diào)節(jié)階段的時間為大約6至12小時。所述堆摞可以在大約20°C的濕球溫降下進行調(diào)節(jié)。在一個實施方案中，所述堆摞在步驟(vi)中可以進一步被冷卻不小于12小時的
5時間。利用本發(fā)明的方法進行處理的木材可以具有4%至6%的平均含濕量。利用本發(fā)明的方法進行處理的木材可以是硬木類型，或者更為具體地，可以是低于中等密度的硬木。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種適合在本發(fā)明的高溫木材處理方法中使用的窯爐。所述窯爐包括腔室，所述腔室用于接收木材堆摞；供熱裝置，用于產(chǎn)生受熱空氣和蒸汽并將所述受熱空氣和蒸汽供應到所述腔室，以便對所述木材堆摞進行干燥和調(diào)節(jié)；換熱裝置，用于在所述腔室之內(nèi)提供并維持適合于對所述木材堆摞進行干燥和調(diào)節(jié)的穩(wěn)定且持續(xù)的溫度環(huán)境；加濕裝置，用于在所述腔室之內(nèi)提供并維持預定的均衡含濕量；空氣流產(chǎn)生裝置，用于在所述腔室之內(nèi)提供持續(xù)且均勻的空氣流動；以及控制裝置，所述控制裝置操作性地連接到所述供熱裝置、換熱裝置、加濕裝置和空氣流產(chǎn)生裝置，用于監(jiān)測并控制所述腔室之內(nèi)的干燥參數(shù)。在該方面的實施方案中，所述腔室可以包括由建材板制成的壁部，所述建材板能夠高效地絕熱并且允許插入增強裝置。絕熱的建材板可以包括輕質阻燃板。在該方面的另一個實施方案中，所述供熱裝置可以包括鍋爐。根據(jù)該方面的又一個實施方案，所述換熱裝置可以包括平板不銹鋼的翅片式換熱器或者在碳鋼上壓出的鋁制散熱片。在該方面的另一個實施方案中，所述窯爐可以進一步包括通風裝置，所述通風裝置操作性地與所述加濕裝置起作用，以便在所述腔室之內(nèi)實現(xiàn)所需的空氣條件。所述通風裝置可以包括位于所述腔室的頂部上或側面處的一系列成對的通氣入口和通氣出口。在該方面的再一個實施方案中，所述空氣流產(chǎn)生裝置可以包括電機和風扇組件，所述電機位于所述腔室的內(nèi)部或外部，并且所述風扇位于所述腔室的上部中。所述電機和風扇組件能夠產(chǎn)生平均速度在大約2. 5至大約3. 5ms-1之間的空氣流。根據(jù)該方面的一個實施方案，所述控制裝置可以包括一組工業(yè)可編程邏輯控制器(PLC)器件。在該方面的一個實施方案中，所述窯爐可以進一步包括集成的調(diào)節(jié)腔室，用于能夠選擇地接收本發(fā)明的方法中的步驟(iv)和隨后進行的步驟(ν)和(Vi)的所述堆摞，以便能夠縮短所述窯爐腔室滯留時間，從而使所述木材之內(nèi)的內(nèi)應力的固有積累降到最低程度。所述調(diào)節(jié)腔室可以與所述窯爐腔室具有等同的技術規(guī)格。本發(fā)明的一個目的是設法減輕現(xiàn)有技術的木料處理系統(tǒng)的缺點，或者至少設法為公眾提供快速經(jīng)濟且能量高效的選擇。本發(fā)明的高熱處理方法和窯爐意在用于熱帶硬木的規(guī)定尺寸物料(其旨在制造木制家具和部件)的干燥及加熱處理中，其免去了對化學防腐劑的需要，并極大地縮短了木材處理時間。


下面將通過參考所附附圖的非限制性實例的方式進一步描述本發(fā)明，在這些附圖中圖1是用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的處理方法的窯爐的平面圖。圖2是圖1中的窯爐的側視圖。
圖3是圖1中的窯爐的前視圖。圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明的處理方法將載荷約束施加到木材堆摞。圖5A顯示了在施加載荷約束之前的圖4中的木材堆摞。圖5B顯示了圖4中的載荷約束。
具體實施例方式定義貫穿本說明書，除非另外定義，則下列術語定義如下本文所使用的“干球溫度(DBT) ”意指由自由暴露到空氣中但免受輻射和濕氣的溫度計所測得的溫度。本文所使用的“均衡含濕量或EMC” (Siau, 1984)意指當在木料中維持的濕氣量與環(huán)境空間中的水蒸氣壓力均衡時的木料條件。本文所使用的“濕球溫度(WBT) ”意指反映具有空氣和水蒸氣混合物的系統(tǒng)的物理屬性的溫度測量值。本文所使用的“墊塊”意指木料的薄的橫向板條，用于隔開木材堆摞之內(nèi)的木材層，從而在堆摞中形成空氣通道。優(yōu)選實施方案描述參考附圖，下面將提供用于處理木材的高溫方法，并且還提供在該處理中所用的窯爐。高溫木材處理方法根據(jù)本發(fā)明的用于處理木材的高溫處理方法利用干球溫度(DBT)不小于120°C的分階段的空氣-蒸汽混合物對木材進行加熱和干燥?，F(xiàn)有的常規(guī)窯爐系統(tǒng)包括在不超過75°C的溫度下對熱帶硬木木材(例如，橡膠木)進行干燥。本發(fā)明的處理方法基本包括四個主要階段，S卩，預處理準備階段、塑化階段(第一調(diào)節(jié)階段)、干燥階段和最終調(diào)節(jié)階段。預處理準備階段在本發(fā)明的處理方法中優(yōu)選地避免使用經(jīng)空氣干燥的木材。優(yōu)選使用新鋸的木材。窯爐裝料或木材堆摞10構建在毗鄰干燥窯爐的開放區(qū)域中。完全或部分建立的被支墊的木材堆摞10(窯爐裝料)應當保持相當接近新切割的初始的含濕量。優(yōu)選地，在本發(fā)明的處理方法中使用的所有單個木材堆摞10以支墊的堆摞的構型進行構建，如圖4和5A所示。每一個堆摞層的最外的木材件11應當豎直對齊。橫截面均勻(例如為25mmX25mm的橫截面)的墊塊12豎直對齊并彼此隔開。優(yōu)選地，墊塊12以不大于300mm的間距隔開。利用上述構型的墊塊而很好地構建的木材堆摞10有助于確保在本方法隨后的處理階段的過程中均勻地施加熱量和濕氣。橫截面大于墊塊12的承木或墊木13設置在木材堆摞10的底部處，以便于叉車的尖叉進入。另外，每一個堆摞10應當優(yōu)選地包括從端部到端部并且在每一個堆摞中的單件木材之間的橫向上厚度均勻的木材11。最優(yōu)選地，新鋸木材的厚度從端部到端部或者在單件11之間的橫向上的改變不大于2mm。在本發(fā)明的方法的優(yōu)選實施方案中，單個木材堆摞10的尺寸應當為大約1. 2m(寬)X 1. 2m(高)X2. Om(長)，從而最終每個腔室形成堆摞的總體積為大約17立方米(15立方噸)。在構建木材堆摞(窯爐裝料)10時，在每一個堆摞10的整個頂部水平區(qū)域上施加均勻分布的載荷約束20 (圖4)。很好地構建的被支墊的木材堆摞10有助于確保將載荷約束均勻且恰當?shù)厥┘釉谒袉蝹€木材件11上。優(yōu)選地，所施加的載荷約束20不小于700kg/m2，并且最優(yōu)選地在700kg/m2和900kg/m2之間。載荷不充分會導致難以回收經(jīng)熱處理的木材。載荷約束的力基本取決于每個木材堆摞10的每件木材11的厚度。物理載荷約束20可以包括任何形式的重量，優(yōu)選地，包括不小于700kg/m2的載荷力。優(yōu)選地，在本發(fā)明的方法中使用的載荷約束由增強混凝土板20構成，混凝土板20位于窯爐裝料(木材堆摞)10的最頂部分的緊上方，如圖4和5B所示。該載荷約束20貫穿整個處理方法直到完成都應當維持連續(xù)，以確保成批木材的高質生產(chǎn)量。該物理載荷約束對于減少扭曲(及其幅度)具有巨大影響，從而形成更好的回收。塑化(第一調(diào)節(jié))階段這是在窯爐之內(nèi)進行的第一處理階段。更具體地，該塑化或第一調(diào)節(jié)階段在窯爐的主腔室30中進行。受約束的木材堆摞10經(jīng)受最短6至12小時的蒸汽，該蒸汽處于不小于95°C且最優(yōu)選地在95°C至100°C之間的飽和狀態(tài)下。在該階段的過程中對木材堆摞10的任何非有意的冷卻都將降低所施加的載荷約束20的有效性。干燥階段經(jīng)調(diào)節(jié)的木材堆摞10隨后在窯爐的主腔室30 (干燥腔室)中利用一下方案進行干燥⑴干球溫度不小于120°C且高達200°C ；并且(ii)濕球溫度不小于70°C。最優(yōu)選地，木材堆摞10的干球溫度應當不小于120°C至160°C，并且濕球溫度應當不小于70°C至80°C。在本發(fā)明的處理方法的優(yōu)選實施方案中，木材堆摞10在通過堆摞10的平均空氣速度在2. 5至3. 5ms-1 (在木材堆摞10的“排氣”側(例如，在堆摞層之間的頂部、中部和底部空間)處并且沿著木材堆摞10的長度間隔地所呈現(xiàn)的空氣速度讀數(shù)的平均值)的空氣流中進行干燥。該平均空氣速度讀數(shù)可以利用熱線風速計或任何其它適合的器件進行測量。在該干燥階段之后，目標是使經(jīng)干燥的木材堆摞10具有大約4%至6%的平均均
衡含濕量。最終調(diào)節(jié)階段在干燥階段結束時，沿著單獨件11的長度并在其橫截面之內(nèi)，在木材件11之間通常產(chǎn)生了含濕量的極大差異(分散)。這些差異和所形成的任何內(nèi)應力都要通過對木材堆摞10進行進一步調(diào)節(jié)來得以緩解。在最終調(diào)節(jié)之前，木材表面的溫度必須降低到大約80°C至90°C，從而使蒸汽將能夠有效地按需要來潤濕木材件11，而非形成閃蒸。最終調(diào)節(jié)階段在單獨的調(diào)節(jié)腔室(未示出)中進行大約6至12小時，在該調(diào)節(jié)腔室處，堆摞在大約20°C的濕球溫降下進行調(diào)節(jié)。在調(diào)節(jié)之后，在取出之前，使木材堆摞10在環(huán)境溫度的空氣流中冷卻不小于12小時。在高溫木材處理方法中使用的窯爐圖1至3顯示了適合在根據(jù)本發(fā)明的高溫木材處理方法中使用的窯爐的實施方案。該窯爐是包括腔室30、供熱裝置、換熱裝置、加濕裝置、空氣流產(chǎn)生裝置和控制裝置的封閉結構，腔室30用于接收木材堆摞10，供熱裝置用于產(chǎn)生受熱空氣和蒸汽，并將其供應到腔室30，換熱裝置用于在腔室30之內(nèi)提供并維持穩(wěn)定且持續(xù)的溫度環(huán)境，加濕裝置用于在腔室30之內(nèi)提供并維持預定的均衡含濕量，空氣流產(chǎn)生裝置用于在腔室30之內(nèi)提供持續(xù)且均勻的空氣流動，控制裝置用于檢測并控制腔室30之內(nèi)的各種干燥參數(shù)。窯爐的封閉結構限定導向窯爐的主腔室30的開口，主腔室30的尺寸允許木材堆摞10穿行到腔室30內(nèi)進行干燥，并且隨后允許取出堆摞10。越過開口所配合的主進入門60由與腔室30的基礎結構相同的材料構建而成。門60可以由任何適合的系統(tǒng)進行操作，并且優(yōu)選地，由安裝有頂置軌的門承載器進行操作。當然，還設想提供附加門(按適當數(shù)量)O窯爐的主腔室30具有增強的混凝土板基和包括能夠絕熱的建材板的壁部。優(yōu)選地，主腔室的壁部包括專用的建材板，即，具有豎直鑄孔的輕質阻燃的絕熱建材板，以允許插入可以形成柱梁結構的增強件。利用建材板能使主腔室的能量效率非常高，這是因為這些板的抗傳熱性是雙磚壁的大約10倍。當固定到增強的混凝土板基上時，利用這些板提供了充分的硬度，從而限制了腔室壁部的變形。主腔室30還具有轉運線43，其包括用于接收木材堆摞10的平板車。木材堆摞10通過叉車而被裝載到窯爐外的板車43上，并且接著被轉運到窯爐的主腔室30內(nèi)。位于窯爐前面的區(qū)域以混凝土修筑以允許叉車不受阻礙地且安全地進行移動。主腔室30具有假平頂，在該假平頂之上的部分(腔室的上部分)容放空氣流產(chǎn)生裝置。可以使用能夠產(chǎn)生在大約2. 5至3. 5ms-1的速度下循環(huán)的受迫空氣的均勻橫向流動的任何形式的合適的空氣流產(chǎn)生裝置。優(yōu)選地，使用H級絕熱電機34和風扇33組件。電機34可以位于主腔室30的內(nèi)部或外部，同時風扇33和殼體位于腔室的上部分中。多個電機-風扇組件34、33是優(yōu)選的，例如，三個組件?？稍O想提供反向空氣流動的組件?？諝饬鲃訉Я骷驅蚣?2也設置在腔室的上部分中，啦鄰風扇組件33，用于對空氣流動進行側向的重新導向。通過常規(guī)設計的鍋爐(未示出)將受熱空氣和蒸汽供應到主腔室30。處理常規(guī)的燃料源之外，殘碎木料也可以用作鍋爐燃料，從而產(chǎn)生處理方法的干燥階段所必須的高達大約200°C的蒸汽和受熱空氣。通過換熱裝置35將鍋爐產(chǎn)生的熱量供給到主腔室30內(nèi)。在本發(fā)明的窯爐中可以使用任何適合的換熱裝置35。平板不銹鋼翅片式換熱器或者在碳鋼上的壓出鋁制散熱片的換熱器是優(yōu)選的。這些換熱器35是高效的，且能夠以相當快的換熱速度在主腔室30內(nèi)提供高達200°C的穩(wěn)定且持續(xù)的干球溫度，該換熱速度能夠被維持在整個腔室操作中。換熱板35安裝到主腔室假平頂(在主腔室兩側處的電機-風扇組件的下方)，并且沿著腔室30的長度延伸。加熱管線39的電路將加熱板35連接到鍋爐。加濕裝置對于實現(xiàn)預定的窯爐均衡含濕量(EMC)條件是重要的，并且包括操作性地連接到換熱裝置(加熱板35)的水(環(huán)境溫度)和蒸汽噴射系統(tǒng)38。本發(fā)明的高溫木材處理方法的調(diào)節(jié)階段(第一和最終階段)都需要進行加濕以便提高木材的微粒特征。水和蒸汽噴射系統(tǒng)(管線)38設置在加熱板35的下方。操作性地連接到鍋爐和加熱板35的過熱器減溫組件40設置在水和蒸汽噴射系統(tǒng)38的下方，用于對過熱的蒸汽進行冷卻。 包括多串的成對氣動通氣孔31 (通氣入口和通氣出口)的通風裝置設置在主腔室30的頂部上或側面處。通風裝置與上述加濕系統(tǒng)一起能夠在主腔室30中實現(xiàn)所需的干燥空氣條件(例如，溫度、濕度等)。另外，鉸接到主腔室30的平頂?shù)膿醢?6也設置為幫助促進并控制橫穿木材堆摞10的頂部板層的空氣流動。擋板36通過鏈輪系統(tǒng)37可樞轉地進行操作。其能夠向上樞轉到遠離木材進料的位置，并且一旦進料被定位，它能夠被降低。在窯爐結構之內(nèi)還設有毗鄰主腔室30的隔離的控制室50，其容放了控制裝置，需要該控制裝置來獲得并維持對于木材物料的高質生產(chǎn)量很重要的優(yōu)化干燥速度?？刂蒲b置選擇性地連接到供熱裝置、換熱裝置、加濕裝置和空氣流產(chǎn)生裝置，用于檢測并控制主腔室30之內(nèi)的各種干燥參數(shù)?？梢允褂萌魏芜m合的控制裝置。優(yōu)選地，使用與所需傳感器一起操作的一組工業(yè)可編程邏輯控制器器件(PLC)。干球及濕球溫度傳感器41設置在主腔室之內(nèi)，并位于過熱器減溫組件40的下方。對于干球及濕球溫度以及干燥參數(shù)的控制經(jīng)由各種氣動調(diào)節(jié)氣門42(例如，壓力平衡氣門)及定位器來完成。在本發(fā)明的窯爐的優(yōu)選實施方案中，設有技術規(guī)格與主腔室30的規(guī)格等同(類似的內(nèi)置的周緣)的調(diào)節(jié)腔室(與主腔室30分離)。在處理方法的過程中，該調(diào)節(jié)腔室在幫助使木材之內(nèi)的內(nèi)應力的固有積累降到最低程度時是重要的。在處理后的木材中具有低的內(nèi)應力是木制家具和部件加工的首要特征。調(diào)節(jié)腔室是省時的特征，這是因為其可以可選地接收經(jīng)干燥的木材堆摞10(在干燥階段之后)并隨后進行處理方法的最終調(diào)節(jié)階段(濕氣均衡)，從而能縮短窯爐腔室滯留時間，這就使木材之內(nèi)的內(nèi)應力的固有積累降到最低程度?？s短的窯爐的滯留時間還使得新料裝載所用時間縮短，即，使窯爐的生產(chǎn)率提高。高溫木材處理窯爐的容量通常估測，在典型的橡膠木家具工廠中，對于30mm厚的材料將需要大約70%的鋸得的木材，其余的可以由尺寸高達50mm的物料構成。30mm厚的鋸得的橡膠木當在常規(guī)窯爐中進行干燥時例如需要大約10至12天來實現(xiàn)大約10%的均衡含濕量。利用本發(fā)明的高溫處理方法和窯爐對于相同厚度的木材所需要的窯爐的滯留時間將小于2天。在假想的場合下，某公司具有大約453立方米GOO立方噸)橡膠木的工程月需，因此需要的窯爐的總腔室容量估計為453立方米GOO立方噸)，其中由大約10%的過量的余量。在所述各個數(shù)值的基礎上，常規(guī)窯爐腔室每月能夠容納30mm厚度的大約2. 5的木材裝料，并且需要大約6個單元的34立方米(30立方噸)的窯爐。
對于本發(fā)明的方法和窯爐，只需要2個單元的17立方米(15立方噸)的窯爐就將實現(xiàn)相同的生產(chǎn)能力。橡膠木在自然狀態(tài)下易受真菌脫色及昆蟲侵擾。對于使這些退化降到最低的流行的工業(yè)實踐是在從原木進行轉換時立即對木材進行化學處理，然后進行隨后的窯爐干燥。選擇適合容量的窯爐腔室是在生產(chǎn)經(jīng)窯爐干燥的橡膠木尺寸的物料時要考慮的主要因素。今后，一連串更小容量的窯爐腔室是最佳的，因為其允許快速進行裝料，使干燥過程早些開始，并且對干燥參數(shù)進行更好的控制。在優(yōu)選實施方案中，本發(fā)明的窯爐將包括2個窯爐腔室，每一個的容量為每次裝料大約17立方米(15立方噸)，總計達510立方米050立方噸)的總的月生產(chǎn)量。每一個腔室的近似尺寸為 4.9m(寬)X8.5m(長)X4.;3m(高)[16'(寬(長)X14'(高)]。觀測已觀測到，與常規(guī)窯爐干燥方法相比，利用本發(fā)明的方法和窯爐，橡膠木所需的干燥時間少了 25%。另外，當與常規(guī)方法生產(chǎn)的木材相比時，利用本發(fā)明的方法和窯爐生產(chǎn)的木材的質量基本良好，并且具有更好的尺寸穩(wěn)定性。下面將討論歸因于本發(fā)明方法的某些提高的木材屬性。(a)對于環(huán)境的消極影響減少本發(fā)明的方法消除了在處理橡膠木時使用化學防腐劑的需要，橡膠木是目前在馬來西亞用于制造用于出口市場的高級木藝和家具的主要可再生種植木材。橡膠木由種植園持續(xù)生產(chǎn)，并且能夠替代從天然林供應的損耗的木料。本發(fā)明的方法還提供了應對EU對于硼酸鹽的禁令威脅的替代方案，硼酸鹽是橡膠木加工中普遍使用的主要化學防腐劑?；旧?，在本發(fā)明的方法中，使用高熱量暴曬來熏蒸木材使其免受昆蟲侵襲。(b)高效的能量系統(tǒng)由高效的能量系統(tǒng)提供的本發(fā)明的處理方法和窯爐的持續(xù)的高溫特征能形成高生產(chǎn)量的經(jīng)干燥的木材(例如30mmX 105mm尺寸的物料)，其適合用于以木料為基礎的家具工業(yè)。與常規(guī)干燥方法要求的10至12天的總周期相比，鋸得的30mm厚尺寸的物料的處理時間縮短到大約2天。(C)在成本上高效的操作經(jīng)濟技術研究已經(jīng)將建立新的常規(guī)蒸汽加熱窯爐和高溫處理方法的窯爐的成本效率屬性進行了估計和比較(考慮配備有鍋爐和供水系統(tǒng)的完全干燥的設施)。研究表明，與設立常規(guī)干燥窯爐所需的資金投資相比，完全高溫處理窯爐能夠利用比較起來較少的資金投資來設立。對于兩種類型的窯爐，該比較在相同的整體生產(chǎn)容量的基礎上進行。(d)提高了木材質量本發(fā)明的高溫處理方法使得木材的扭曲降到最低程度。在制備用于處理的木材堆摞時使用的物理載荷約束使得直線形成的鋸木維持最小的扭曲。利用本發(fā)明的方法處理的木材具有提高的微粒特征和改進的顏色一致性。暴曬于高熱處理加上應用特定的高濕度提高了木材微粒的外觀，并且在整個木材上產(chǎn)生了雖然更暗但更為均勻的顏色。
利用本發(fā)明的方法處理的木材還具有固有的低均衡含濕量(EMC)，并且不易于移動(由于環(huán)境濕氣的起伏而產(chǎn)生皺縮或膨脹)，即，尺寸穩(wěn)定性得到了提高。與經(jīng)常規(guī)溫度干燥的橡膠木相比，在給定EMC條件(從8%至20% EMC)下，利用本發(fā)明的高溫干燥的橡膠木在低至至2%下進行均衡。正如本領域技術人員顯而易見的，在不脫離其范圍和實質特征的條件下，本發(fā)明可以按照其它特定的形式容易地產(chǎn)生。因此，這些實施方案被視為只是闡述性的而非限制性的，本發(fā)明的范圍由權利要求書而非前述說明書表示，因此所有改變形式都意在囊括于其中。
權利要求
1.一種木材的高溫處理方法，所述方法包括如下步驟(i)提供多個木材堆摞(10)；(ii)對所述堆摞進行約束(10)；(iii)使所述堆摞(10)經(jīng)受第一調(diào)節(jié)階段；(iv)在不小于120°c的溫度下的空氣流中對所述堆摞(10)進行干燥；(ν)對所述堆摞(10)進行冷卻，接著使所述堆摞經(jīng)受第二調(diào)節(jié)階段；并且(vi)在環(huán)境溫度的空氣流中對已干燥的所述堆摞(10)進行進一步冷卻。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述堆摞(10)包括新鋸的木材。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其中每一個所述堆摞(10)包括從端部到端部并且在每一個堆摞中的單件木材之間的橫向上厚度均勻的木材。
4.根據(jù)前述權利要求中的任意一項所述的方法，其中步驟(ii)包括在每一個堆摞(10)上施加載荷約束(20)。
5.根據(jù)權利要求4所述的方法，其中在每一個堆摞上(10)施加不小于700kg/m2的均勻分布的載荷約束00)。
6.根據(jù)前述權利要求中的任意一項所述的方法，其中步驟(iii)中的所述第一調(diào)節(jié)階段包括不小于95°C的飽和蒸汽環(huán)境。
7.根據(jù)前述權利要求中的任意一項所述的方法，其中所述堆摞(10)經(jīng)受步驟(iii)的時間在6至12小時之間。
8.根據(jù)前述權利要求中的任意一項所述的方法，其中步驟(iv)中的所述空氣流具有在2. 5至3. 5ms"1之間的平均速度。
9.根據(jù)前述權利要求中的任意一項所述的方法，其中在不小于120°C并高達200°C的溫度下進行所述步驟(iv)。
10.根據(jù)前述權利要求中的任意一項所述的方法，其中所述堆摞(10)在步驟(iv)中被干燥到不小于120°C的干球溫度以及不小于70°C的濕球溫度。
11.根據(jù)前述權利要求中的任意一項所述的方法，其中所述步驟(ν)包括使已干燥的所述堆摞(10)的溫度充分降低，從而使所述木材在隨后經(jīng)受所述第二調(diào)節(jié)階段時能夠被有效地調(diào)節(jié)。
12.根據(jù)權利要求11所述的方法，其中在經(jīng)受所述第二調(diào)節(jié)階段之前，所述已干燥的堆摞(10)被冷卻到大約80°C至大約90°C之間的木材表面溫度。
13.根據(jù)前述權利要求中的任意一項所述的方法，其中經(jīng)冷卻的已干燥的所述堆摞(10)經(jīng)受步驟(ν)中的第二調(diào)節(jié)階段的時間在大約6至12小時。
14.根據(jù)前述權利要求中的任意一項所述的方法，其中所述經(jīng)冷卻的已干燥的所述堆摞(10)在大約20°C的濕球溫降下經(jīng)受步驟(ν)中的第二調(diào)節(jié)階段。
15.根據(jù)前述權利要求中的任意一項所述的方法，其中所述堆摞(10)在步驟(vi)中進一步被冷卻不小于12小時的時間。
16.根據(jù)前述權利要求中的任意一項所述的方法，其中利用所述方法進行處理的木材具有4 %至6 %的平均含濕量。
17.根據(jù)前述權利要求中的任意一項所述的方法，其中待處理的木材是硬木類型的。
18.根據(jù)權利要求17所述的方法，其中待處理的木材是低于中等密度的硬木。
19.一種窯爐，適合在權利要求1的高溫木材處理方法中使用，所述窯爐包括腔室(30)，所述腔室(30)用于接收木材堆摞(10)；供熱裝置，用于產(chǎn)生受熱空氣和蒸汽并將所述受熱空氣和蒸汽供應到所述腔室(30)，以便對所述木材堆摞(10)進行干燥和調(diào)節(jié)；換熱裝置(35)，用于在所述腔室(30)之內(nèi)提供并維持適合于對所述木材堆摞(10)進行干燥和調(diào)節(jié)的穩(wěn)定且持續(xù)的溫度環(huán)境；加濕裝置，用于在所述腔室(30)之內(nèi)提供并維持預定的均衡含濕量；空氣流產(chǎn)生裝置(33、34)，用于在所述腔室(30)之內(nèi)提供持續(xù)且均勻的空氣流動；以及控制裝置，所述控制裝置操作性地連接到所述供熱裝置、換熱裝置、加濕裝置和空氣流產(chǎn)生裝置，用于監(jiān)測并控制所述腔室(30)內(nèi)的干燥參數(shù)。
20.根據(jù)權利要求19所述的窯爐，其中所述腔室(30)包括由建材板制成的壁部，所述建材板能夠高效地絕熱并且允許插入增強裝置。
21.根據(jù)權利要求20所述的窯爐，其中所述絕熱的建材板包括輕質阻燃板。
22.根據(jù)權利要求19至21中的任意一項所述的窯爐，其中所述供熱裝置包括鍋爐。
23.根據(jù)權利要求19至22中的任意一項所述的窯爐，其中所述換熱裝置(35)包括平板不銹鋼的翅片式換熱器。
24.根據(jù)權利要求19至23中的任意一項所述的窯爐，其中所述換熱裝置(35)包括在碳鋼上壓出的鋁制散熱片。
25.根據(jù)權利要求19至M中的任意一項所述的窯爐，進一步包括通風裝置(31)，所述通風裝置(31)操作性地與所述加濕裝置起作用，以便在所述腔室(30)內(nèi)實現(xiàn)所需的空氣條件。
26.根據(jù)權利要求25所述的窯爐，其中所述通風裝置包括位于所述腔室(30)的頂部上或側面處的一系列成對的通氣入口和通氣出口(31)。
27.根據(jù)權利要求19至對中的任意一項所述的窯爐，其中所述空氣流產(chǎn)生裝置包括電機(34)和風扇(33)組件，所述電機位于所述腔室(30)的內(nèi)部或外部，并且所述風扇位于所述腔室的上部中。
28.根據(jù)權利要求25所述的窯爐，其中所述電機和風扇組件(33、34)能夠產(chǎn)生平均速度在大約2. 5至大約3. 5ms-1之間的空氣流。
29.根據(jù)權利要求19至洲中的任意一項所述的窯爐，其中所述控制裝置包括一組工業(yè)可編程邏輯控制器(PLC)器件。
30.根據(jù)權利要求19至四中的任意一項所述的窯爐，進一步包括集成的調(diào)節(jié)腔室，用于能夠選擇地接收權利要求1的方法中的步驟(iv)和隨后進行的步驟(ν)和(vi)的經(jīng)干燥的所述木材堆摞(10)，以便能夠縮短窯爐腔室滯留時間，從而使所述木材之內(nèi)的內(nèi)應力的固有積累降到最低程度。
31.根據(jù)權利要求30所述的窯爐，其中所述調(diào)節(jié)腔室與所述窯爐腔室(30)具有等同的技術規(guī)格。
全文摘要
一種木材的高溫處理方法，該方法包括如下步驟提供木材堆摞(10)，對所述堆摞進行約束，使所述堆摞經(jīng)受第一調(diào)節(jié)階段，在不小于120℃的溫度下的空氣流中對所述堆摞進行干燥，對所述堆摞進行冷卻，接著使所述堆摞經(jīng)受第二調(diào)節(jié)階段，并且在環(huán)境溫度的空氣流中對已干燥的所述堆摞進行進一步冷卻。一種適合在本發(fā)明的高溫木材處理方法中使用的窯爐，包括腔室(30)、供熱裝置、換熱裝置(35)、加濕裝置、空氣流產(chǎn)生裝置(33、34)以及控制裝置，所述腔室(30)用于接收木材堆摞，所述供熱裝置用于產(chǎn)生并供應用于對所述堆摞進行干燥和調(diào)節(jié)的受熱空氣和蒸汽，所述換熱裝置(35)用于在所述腔室之內(nèi)提供并維持穩(wěn)定且持續(xù)的溫度環(huán)境，所述加濕裝置用于在所述腔室之內(nèi)提供并維持預定的均衡含濕量，所述空氣流產(chǎn)生裝置(33、34)用于在所述腔室之內(nèi)提供持續(xù)且均勻的空氣流動，所述控制裝置用于監(jiān)測并控制所述腔室之內(nèi)的各種干燥參數(shù)。
文檔編號F26B21/10GK102597676SQ201080048843
公開日2012年7月18日 申請日期2010年11月23日 優(yōu)先權日2010年5月25日
發(fā)明者朱慶廷, 石蕙馨 申請人:馬來西亞森林研究院