способ пропитки древесины и установка для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ пропитки древесины, заключающийся в том, что древесину размещают в корпусе установки возле электрода-облучателя, подают пропиточную жидкость над древесиной и осуществляют электромагнитное воздействие на пропиточную жидкость и древесину, отличающийся тем, что пропиточную жидкость распыляют для подачи на древесину и осуществляют электромагнитное воздействие на нее и на древесину однополярными электромагнитными импульсами мощностью не менее 1 МВт, длительностью менее 1 нс и частотой повторения не менее 1 кГц.

2. Установка для пропитки древесины, содержащая корпус, электрод, соединенный с источником электромагнитного воздействия и емкость для пропиточной жидкости, отличающаяся тем, что электрод размещен в центре корпуса и служит облучателем, в верхней части корпуса размещено устройство для распыления пропиточной жидкости, представляющее собой кольцевой коллектор с форсунками и связанное через насос с емкостью для пропиточной жидкости, в нижней части корпуса расположена решетка-кассета для вертикального размещения древесины между стенками корпуса и электродом-облучателем и под устройством для распыления пропиточной жидкости, днище корпуса снабжено отверстием для отвода избытков пропиточной жидкости, связанным с установленным вне корпуса фильтром, соединенным через второй насос с емкостью для пропиточной жидкости, при этом источник электромагнитного воздействия представляет собой генератор наносекундных импульсов длительностью менее 1 нс, мощностью не менее 1 МВт и частотой повторения не менее 1 кГц.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относятся к деревообрабатывающей промышленности, а именно к средствам пропитки древесных заготовок защитными составами, и может использоваться в лесной и химической промышленности. Известны способ и установка для пропитки древесины, описанные в а.с. СССР №1677038, кл. С04В 41/00, on. 1991 г.

Известные средства заключаются в том, что обрабатываемую заготовку помещают в камеру, оборудованную излучателем акустических колебаний и снабженную расположенной напротив излучателя акустически связанной с ним пластиной. Заготовку располагают между излучателем и пластиной и заполняют камеру пропитывающей жидкостью, после чего возбуждают в объеме акустические колебания.

Рассматриваемый способ требует точной частотной настройки излучателя, наличия системы поддержания постоянной частоты в течение времени пропитки. Кроме того, при реализации способа необходим большой расход пропитывающей жидкости.

Известен способ пропитки древесины, описанный в п.РФ №2218273, кл. В 27 К 3/02, В05D 7/06, з. 08.10.02, on. 10.12.03.

Известный способ включает формирование слоя пропитывающей жидкости и возбуждение акустических колебаний в пропитывающей жидкости с помощью акустического инструмента, устанавливаемого таким образом, что его излучающая поверхность расположена в слое пропитывающей жидкости с зазором относительно поверхности заготовки.

Недостатком известного способа является сложность его осуществления, обусловленная необходимостью установки излучающей поверхности в слое пропитывающей жидкости с зазором относительно поверхности заготовки. Наиболее близкими по технической сущности к заявляемым являются способ и установка для пропитки древесины, описанные в п.РФ №2157314, кл. В27К 3/02, 5/04, В05D 7/06, з. 30.04.1999, on. 10.10.2000 и выбранные в качестве прототипов.

Известный способ заключается в том, что размещают древесину между электродами с внешним электрическим полем, обеспечивают контакт электродов с поверхностью древесины, электроды выполняют из материалов различной электрокинетической активности, причем контактную зону электрода из более электрокинетически активного материала подвергают электромагнитному воздействию или нагревают, при этом древесину размещают в акустическом поле, направление которого совпадает с направлением пропитки.

Известная установка содержит электроды в виде анода и катода с внешним электрическим полем постоянной полярности, при этом электроды выполнены полыми и через диэлектрические прокладки соединены с емкостями для пропиточной жидкости. Анод выполнен из менее активного материала - олова, катод - из более электрокинетически активного материала - титана. На контактных поверхностях электродов имеются отверстия для перемещения жидкости, между электродами размещена с обеспечением контакта с ними древесина. Электроды подключены к источнику акустических колебаний. В установке имеется также источник электромагнитного воздействия или источник тепловой энергии.

Недостатком известных средств является сложность осуществления способа и сложность конструкции, обусловленные задействованием для пропитки электромагнитного, акустического и теплового полей.

Задачей является упрощение способа пропитки и установки для его осуществления.

Поставленная задача решается тем, что:

- в способе пропитки древесины, заключающемся в том, что древесину размещают возле электрода-облучателя, подают пропиточную жидкость над древесиной и осуществляют электромагнитное воздействие на пропиточную жидкость и древесину, согласно изобретению пропиточную жидкость распыляют для подачи на древесину и осуществляют электромагнитное воздействие на нее и на древесину однополярными электромагнитными импульсами мощностью не менее 1 МВт, длительностью менее 1 нс и частотой повторения не менее 1 кГц;

- в установке, содержащей корпус, электрод-облучатель, соединенный с источником электромагнитного воздействия, и емкость для пропиточной жидкости, согласно изобретению электрод размещен в центре корпуса и служит облучателем, в верхней части корпуса размещено устройство для распыления пропиточной жидкости, представляющее собой кольцевой коллектор с форсунками и связанное через насос с емкостью для пропиточной жидкости, в нижней части корпуса расположена решетка-кассета для вертикального размещения древесины между стенками корпуса и электродом-облучателем под устройством для распыления, днище корпуса снабжено отверстием для отвода избытков пропиточной жидкости, связанным с установленным вне корпуса фильтром, соединенным через второй насос с емкостью для пропиточной жидкости, а источник электромагнитного воздействия представляет собой генератор наносекундных импульсов длительностью менее 1 нс, мощностью не менее 1 МВт и частотой повторения не менее 1 кГц.

В заявляемом способе пропитки распыление пропиточной жидкости в совокупности с облучением ее и древесины короткими и очень мощными импульсами активизирует ее, повышает ее проникающую способность, что при весьма простом процессе пропитки обеспечивает достаточно высокое качество пропитки. Это происходит из-за того, что при распылении пропиточной жидкости за счет облучения ее мощными короткими однополярными импульсами происходит импульсный радиолиз, при котором образуются очень активные реагенты - сольватированные электроны e _S вызывающие отщепление атомов водорода от молекул жидкости за счет того, что в распыленной жидкости молекулы не так тесно связаны друг с другом. Взаимодействие сольватированных электронов и атомов водорода с пропиточной жидкостью приводит к активизации молекул последней.

В установке использование форсунок для распыления подаваемой с помощью насоса пропиточной жидкости при размещении электрода-облучателя в центре корпуса, а древесины вокруг электрода-облучателя под устройством для распыления в совокупности с использованием в качестве источника электромагнитного воздействия генератора мощных коротких импульсов позволяет облучать одновременно древесину и пропиточную жидкость, активизируя последнюю и повышая ее проникающую способность, что позволяет при весьма простой технологии обработки получать высокое качество пропитки.

Технический результат - упрощение технологии и конструкции средств пропитки древесины.

Ограничения по мощности (не менее 1 МВт), длительности (менее 1 нс) и частоте повторения (не менее 1 кГц) связаны с энергетическим действием наносекундных импульсов.

При мощности в одном импульсе менее 1 МВт нет стабильности результатов по снижению вязкости жидкого стекла, что не позволяет осуществлять более глубокую пропитку древесины.

Любая другая мощность (1,1; 1, 2; и т.д. МВт) обеспечивает стабильный результат. При этом верхний предел мощности не ограничен. Эффект снижения вязкости будет больше, но при этом будет увеличиваться стоимость генератора.

Термин «длительность импульса менее 1 нс» также связан с величиной напряженности электрического поля, которое возникает в реакторе. В технике генерирования наносекундных импульсов известно, что при длительности импульса 1 нс длительность фронта составляет 0, 1...0, 2 нс. Именно длительность фронта определяет величину напряженности электрического поля. При длительности импульса более 1 нс длительность фронта больше, а величина напряженности электрического поля меньше. При любой длительности менее 1 нс длительность его фронта обеспечивает требуемую величину напряженности поля.

Термин "не менее 1 кГц" связан с количеством импульсов за 1 с, а в конечном итоге за время протекания жидкого стекла через реактор. Поэтому при частотах менее 1 кГц также не наступает значительного снижения вязкости жидкого стекла и ухудшается качество пропитки.

Все три параметра не носят порогового характера. Они определены экспериментально и взяты с некоторым запасом.

Заявляемый способ обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него такими существенными признаками, как распыление пропиточной жидкости, воздействие на древесину и пропиточную жидкость короткими мощными однополярными импульсами, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата.

Заявляемая установка обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него такими существенными признаками, как выполнение электрода облучателем, расположение электрода-облучателя в центре корпуса, а устройства для распыления - в верхней части корпуса над древесиной, размещаемой на решетке-кассете в нижней части корпуса вокруг облучателя, наличие насосов для подачи пропиточной жидкости на распыление и отвод ее избытков из фильтра для повторного использования, использование в качестве источника электромагнитного воздействия генератора мощных коротких импульсов, обеспечивающих в совокупности достижение заданного результата.

Заявителю неизвестны технические решения, обладающие названными отличительными признаками в способе и в установке, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата, поэтому он считает, что заявляемые средства соответствуют критерию «изобретательский уровень».

Заявляемые способ и установка для пропитки древесины могут использоваться в деревообрабатывающей промышленности, а также в лесной и химической промышленности, а потому соответствуют критерию «промышленная применимость».

Изобретения иллюстрируются чертежом, где представлена функциональная схема установки для пропитки древесины заявляемым способом.

Заявляемый способ заключается в следующем.

Древесину размещают возле электрода-облучателя и подают к ней пропиточную жидкость, которую распыляют над древесиной и осуществляют электромагнитное воздействие на пропиточную жидкость и древесину, облучая их одновременно однополярными электромагнитными импульсами мощностью не менее 1 МВт, длительностью менее 1 нс и частотой повторения не менее 1 кГц.

Заявляемая установка содержит корпус 1, в центре которого размещен электрод-облучатель 2, соединенный с источником 3 электромагнитного воздействия, представляющим собой генератор импульсов длительностью менее 1 нс, мощностью не менее 1 МВт и частотой повторения не менее 1 кГц и размещенным вне установки. Имеется емкость 4 для пропиточной жидкости, расположенная вне корпуса 1 и связанная через насос 5 с устройством 6 для распыления пропиточной жидкости, расположенными в верхней части корпуса 1. В нижней части корпуса 1 расположена решетка-кассета 7 для вертикального размещения на ней древесины между корпусом 1 и электродом-облучателем 2. Днище корпуса 1 снабжено отверстием 8 для отвода избытков пропиточной жидкости, связанным с установленным вне корпуса фильтром 9, соединенным через второй насос 10 с емкостью 4 для пропиточной жидкости.

В качестве генератора 3 использован генератор, описанный в патенте РФ №2179572, кл. C10G 32/02, 35/16, з. 07.12.2000, on. 20.02.2002.

Корпус 1 может быть выполнен, в частности, цилиндрическим. Электрод-облучатель 2 соединен с генератором 3 через кабель 11 и согласован с ним (генератором) по волновому сопротивлению. Устройство 6 для распыления может быть выполнено, например, в виде кольцевого коллектора с низконапорными центробежными форсунками, шнековыми или тангенциальными.

Для удобства загрузки и выгрузки древесины верхняя часть корпуса вместе с форсуночным блоком выполнена съемной. Установка и выемка решетки-кассеты осуществляется при снятой верхней части установки.

Заявляемый способ пропитки древесины осуществляется с помощью заявляемой установки следующим образом.

Внутри корпуса 1 между его стенками и размещенным в центре электродом-облучателем 2 на кассете 7 располагают подлежащую пропитке древесину 12, размещая стволы вертикально, параллельно облучателю 2. В устройство распыления 6 подают из емкости 4 с помощью насоса 5 пропиточную жидкость для распыления ее. Включают генератор 3 и начинают облучение древесины и распыляемой пропиточной жидкости электромагнитными импульсами мощностью 1 МВт, длительностью менее 1 нс и частотой повторения не менее 1 кГц. В качестве пропиточной жидкости используют жидкое стекло (для повышения огнестойкости древесины) или асептический раствор (для обеспечения стойкости древесины против гниения). Во время облучения благодаря очень мощным и очень коротким электромагнитным импульсам происходит активация пропиточной жидкости за счет процесса импульсного радиолиза и увеличивается ее проникающая способность, что способствует повышению качества пропитки при достаточно простом процессе пропитки. Остатки пропиточной жидкости, не попавшие в древесину, стекают в днище корпуса 1 и через отверстие 8 попадают в фильтр 9, откуда насосом 10 снова подаются в емкость 4 для повторного использования.

В сравнении с прототипом заявляемые способ пропитки древесины и установка для его осуществления являются более простыми и обеспечивают при этом высокое качество пропитки.