DE3244428A1

DE3244428A1 - Verfahren und vorrichtung zur erwaermung von lebenden pflanzen mit mikrowellen

Info

Publication number: DE3244428A1
Application number: DE19823244428
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Phys. 7000 Stuttgart Hoffmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-12-01
Filing date: 1982-12-01
Publication date: 1984-06-07

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Erwärmung von lebenden Pflanzen mit Mikrowellen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erwärmung von lebenden Pflanzen mit Mikrowellen, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
In Zeiten steigender Energiekosten ist es insbesondere auch für Gartenbaubetriebe von entscheidender ökonomischer Bedeutung, die Heizkosten für Gewächshäuser und ähnlicher Einrichtungen in tragbarem Rahmen zu halten. Dies gelingt nur durch Ausnutzung aller Möglichkeiten moderner Technologie.
Gegenwärtig geschieht dies im Wesentlichen mit Hilfe von drei Konzepten, die entweder allein oder im Verbund zum Einsatz kommen. Es sind dies: Verbesserung des Wirkungsgrcldes der Heizsysteme, die auf die klassischen Energieträger Gas, Kohle, Öl, Strom angewiesen sind. Hier ist insbesondere der Einsatz von Wormepumpen rlnf3 die Verbesserung bestehender Heizeinrichtungen zu nennen.
Indirekt gehören hierher @uch ziele Versuche, Niedertemperaturenergie aus industrieller Abwärme zu nutzen oder Blockheizkraftwerke heranzuziehen.
Vollständiger oder teilweiser Ersatz der klassischen Energieträger durch alternative Energiequellen: Solar- und Windenergie, Energie aus Biogas, Strohheizung, etc.
Verringerung der Wärmeverluste durch verbesserte Wärmedämmung, beispielsweise durch den Einbau von Energieschirmen, Mehrfacliverglasungen, Folienunterspannungen.
Alle diese Verfahren sind, insbesondere im Verbund, geeignet, einige Prozent an Energieeinsparung zu erzielen. Allen gemeinsam ist aber auch ein inhärenter Nachteil: Immer wird ein enormes Volumen an Bausubstanz, Einbauten und UmgebungsluSt aufgeheizt, während es vomtPrinzip her genügen würde, nur das eigentliche Pflanzenmaterial und das Bodensubstrat auf eine, dem angestrebten biologischen Zweck entsprechende optimale Temperatur einzustellen. Bei den genannten Verfahren ist dies nicht möglich, weil Pflanzenmaterial und Bodensubstrat nur indirekt von einem zuvor erhitzten Medium (Wasser, Luft) erwärmt werden. Diese Verfahren wirken also nicht selektiv auf das zu erwärmende Gut ein, daher können hohe Energieverluste durch sinnreiche Konstruktionen zwar vermindert, nicht jedoch grundsatzlich vermieden werden.
Diese wünschenswerte selektive Erwärmung organischer bzw. wasserhaltiger anorganischer Substanz leistet jedoch die Mikrowellenheizung. Aus dem Bereich der Erwärmung technischer Produkte mit Mikrowellen, dem Bereich des Aufstauens und Kochens mit Mikrowellen und schließlich aus der inedizinischen biathermie ist dies seit langem bekannt.
Die Behandlung lebenden pflanzlichen Materials erfolgte bisher vorwiegend zu dem Zweck, mit hohen Strahlungsleistungen unerwünschten Pflanzenwuchs zu unterbinden, bzw. zu vernichten (lJS-Pat. 1 419 429, Journal of Miorowave Power, 10 (1975), S. 77 ff ).
Der Einsatz des Verfahrens in größerem Umfang scheiterte bisher an der mangelnden Wirtschaftlichkeit im Vergleich zu konventioilellen Methoden.
Es ist schließlich auch ein Vorschlag bekannt geworden, im Freiland mit niedriger Strahlungsdichte Wachsbohnen gegen Frost zu schijtzen ( Journal of Microwave Power, 4 (1969), S. 190 ff ). Wegen der außerordentlich hohen Strahlungsverluste in den freien Raum ensies sich dieses Verfahren ebenfalls als ökonomisch nicht vertretbar.
Die Aufgabe, Pflanzen in vitro zu erwärmen,wird erfindungsgemäß gelöst, indem sie innerhalb eines Hohlraumresonators mit Mikrowellenstrahlung beaufschlagt werden, deren Intensität so gewählt wird, daß ohne Schädigung der Pflanzensubs-tanz der jeweils angestrebte biologische Zweck erfüllt wird.
Weiterhin gehört zur erfindungsgemäßen Lösung der Aufgabe, daß Gebäude oder Einrichtungen, in denen sich Pflanzen zur Aufzucht befinden, wie beispielsweise Gewächshäuser oder Frühbeete, inwendig mit elektrisch leitfähigen Materialien, wie beispielsweise Metallplatten, -Folien, Lochblechen oder Drahtgittern so ausgekleidet werden. daß keine nennenswerte Strahlung noch außen dringt, dies Auskleidung also einerlI-Iohlrallrllresonator darstellt , der von einem Mikrowellengenerator so gespeist wird, daß in ihn in zei-tlichen Mittel ein möglichst homogenes Strahlungsfeld erzeugt wird.
Der Vorteil des VerS-hrens besteht in der selektiven Erwärmung von Pflanzensubstanz und Bodensubstrat. Keramische Materialien, Stein und Glas werden, ebenso wie der Luftraum von Mikrowellen we-itgehend verlustfrei durchdrungen, während metallische Oberflächen vollständig reflektierend wirken. Da also weder die Rausubst.-lnz noch die Luft erwärmt werden, gestaltet sich der Wirkungsgrad der Heizung besonders hoch. Dies gilt trotz der relativ schlechten Wirkungsgrade von Hikrowellengeneratoren von ca 60%.
Die Pflanzenteniperntur stellt sich auf ein energetisches Gleichgewicht ein, clis von absorbierter Mikrowellenenergie und durch Konvektion und ',trahlunt; bestimmt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird insbesondere in der Ausgestaltung nach Anspruch 2 als Gewächshaus oder Frühbeet vorteilhaft eingesetzt. Zweckmäßig ist es dabei, die Mikrowellenheizung in der Übergangszeit als alleinige EIeizung während der Nachtstunden, bzw. während der kalten Jahreszeit als Zusatzheizung zu verwenden, ds die Temperatur der Luft im Interesse einer relativ gleichmäßigen Temperaturverteilung innerhalb der Pflanze nicht zu niedrig sein sollte. Wegen der geringen Wärmespeicherkapazität der Pflanzen selbst ist inbesondere Sorge zu tragen, daß bei einem eventuellen Ausfall der Mikrowellenheizung der Gefrierpunkt nicht unterschritten wird.
Ferner ist Vorsorge zu treffen, daß beim Betreten eines derart beheizten Gewächshauses die Mikrowellenheizung abgestellt wird. Die zulässige Mikrowellen-Strahlungsdichte beträgt in der Bundesrepublik 10 mW/cm2.
Die hier benötigte Strahlungsdichte liegt in dieser Größenordnung und u.U. auch darüber. Dennoch kann das Verfahren bei i£inhaltung entsprechender Vorsichtsmaßnahmen auch sinngemäß in der Tierhaltung eingesetzt werden.
Fig. 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel nach Anspruch 2. Ein Gewächshaus 1 ist inwendig mit elektrisch leitfähigem Material 2 vollständig ausgekleidet und bildet so einen Hohlraumresonator.
Im Bereich des Daches und der Wcinde ist die Auskleidung optisch möglichst weitgehetid transparent, beispielsweise durch Verwendung von Drahtgitter geeigneter Maschenweite. Der Mikrowellengenerator 3 gibt seine Leistung iiber eine an sich bekannte Abstrahlungs einrichtung 4 möglichst homogen über den Raum verteilt b, sodaß zumindest im zeitlichen Mittel ein weitgehend homogenes Strahlungsfeld erzeugt wird. Dieses Strahlungsfeld erwärmt nun ausschließlich das' Pflanzenmaterial und das I30densubstrat.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e y Verfahren zur Erwärmung von lebenden Pflanzen mit Mikrowellen, dadurch gekennzeichnet, daß die Pflanzen innerhalb eines Hohlraumresonators mit Mikrowellenstrahlung beaufschlagt werden, deren Intensität so gewählt wird, daß ohne Schädigung der Pflanzensubstanz der jeweils angestrebte biologische zweck erfüllt wird.
2. Vorrichtung zur Erwärmung von lebenden Pflanzen mit Mikrowellen, dadurch gekennzeichnet, daß Gebäude oder Einrichtungen, in denen sich Pflanzen zur Aufzucht befinden, wie beispielsweise Gewächshäuser oder Frühbeete, inwendig mit elektrisch leitfähigen Materialien, wie beispielsweise Metallplatten, -Folien, Lochblechen oder Drahtgittern so'ausgekleidet werden, daß keine nennenswerte Strahlung nach außen dringt, diese Auskleidung also einen Hohlraumresonator darstellt, der von einem Mikrowellengenerator so gespeist wird, daß in ihm im zeitlichen Mittel ein möglichst homogenes Strahlungsfeld erzeugt wird.