DK171306B1 - Fremgangsmåde og apparat til begrænsning af vegetation, hvor denne er uønsket - Google Patents

Description

DK 171306 B1

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangmåde til begrænsning af vegetation, hvor denne er uønsket. Opfindelsen angår tillige et apparat til udøvelse af fremgangsmåden.

Ved begrænsning af vegetation skal der i denne sam-5 menhæng forstås en vegetationskontrol, som både kan omfatte bekæmpelse af ukrudt, standsning af vækst i planter og begrænsning af vækst i planter. En sådan kontrol har hidtil i vidt omfang været udført med kemiske sprøjtemidler, hvor der ikke har været mulighed for eller ressourcer til en mekanisk 10 fjernelse af eller kontrol med plantevæksten. En anden anvendt fremgangsmåde til bekæmpelse af ukrudt eller til begrænsning af dets vækstmuligheder har været at påvirke det med varme fra en gasbrænder, med hvilken planternes løv svitses.

15 Bekæmpelse af uønsket vegetation med kemiske sprøjte midler er effektivt og billigt, men giver anledning til alvorlig bekymring på grund af fare for nedsivning gennem jorden og forurening af grundvandet. Specielt er nedsivningen stor på banelegemer, hvor skærver og manglende vegetation 20 fungerer som en art "sivebrønd". Da der igennem de seneste 100 år er bygget omfattende jernbanesystemer med et skærveunderlag, hvis bæreegenskaber kræver en total renholdelse for vegetation, har man måttet acceptere risikoen ved kemiske sprøjtemidler. Jernbanemyndighederne har dog i forsøg på 25 at undgå kemiske sprøjtemidler søgt alternative metoder, herunder bestråling med elektromagnetiske bølger i den lavere ende af det elektromagnetiske spekter gennem forsøg med radiobølger, mikrobølger og varmestråler. Plantedelene er imidlertid så små og tynde, at ingen af disse bølgelængder 30 har særlig gode muligheder for at afsætte tilstrækkelig med energi til at påvirke planterne. Derimod fortsætter hovedparten af energien igennem planterne og ned i skærver og jord, hvor energien omsættes til varme. Herudover udbreder disse elektromagnetiske bølger sig langs skinner og lednin-35 ger ved banelegemet og elektroniske installationer, som skades, da der skal benyttes energidoser, som dem, der udsendes fra de største kendte radiosendere. Afbrændingen af elektronik og kabler må forventes at foregå med en sådan kraft, at DK 171306 B1 2 der er fare for brand omkring de elektriske installationer.

Af andre alternative metoder kan nævnes sprøjtning med damp eller kogende vand, hvilket kræver store energimængder, samt flambering med gasbrændere, der også vil kræve 5 store energimængder og giver stor fare for løvbrand og var-meskader på kabler. Ingen af disse metoder har derfor kunnet finde større udbredelse i almindelighed, ejheller ved vegetationskontrol langs jernbanelinier.

Formålet med opfindelsen er på denne baggrund til 10 brug ved vegetationsbegrænsning at tilvejebringe en fremgangsmåde, der ikke medfører risiko for nedsivning af kemiske stoffer, og som er gennemførlig med et moderat energiforbrug.

Fremgangsmåden er ejendommelig ved det i den kende-15 tegnende del af krav 1 angivne.

Opfindelsen er baseret på den iagttagelse, at energien i ultraviolet lys i modsætning til mere langbølget lys optages i et tyndt overfladelag af biologiske materialer, der bestråles. Målinger på græs og grønne blade viser, at 20 meget lidt ultraviolet lys reflekteres og transmitteres, således at næsten hele energien (ca. 90%) omdannes til varme i de øverste 0,1 mm. Disse forhold er gældende for både UVA-, UVB- og UVC-lys. Den effektive energioptagelse betyder, at det er gennemførligt ved en forholdsvis kort, intens bestrå-25 ling at afsætte så megen energi i plantens løv, at de grønne plantedele ødelægges. Der skal herunder opereres med en bestrålingsdosis, der overstiger en mindstedosis, som planten kan overleve uden at tage væsentlig skade.

I henhold til opfindelsen bestemmes denne mindstedo-30 sis ekperimentelt, idet det har vist sig, at denne dosis kan integreres af flere kortere eller mindre intense bestrålinger eller kan bestå i en enkelt kraftigere eller længerevarende dosis. For en given lysgiver kan der således bestemmes flere sæt sammenhørende værdier for bestrålingstidsrum, an-35 tal bestrålingsgentagelser og perioder mellem efter hinanden følgende bestrålinger. Normalt vil man dog foretrække en enkelt bestråling af tilstrækkelig varighed og intensitet til at gennemføre vegetationskontrollen. I henhold til opfindel- DK 171306 B1 3 sen udføres bestrålingen med høj lysintensitet og kort belysningstid, fortrinsvis mindre end 10 sek., især mindre end 3 sek.

Det er særlig fordelagtigt, at en del af lyset afgi-5 ves i UVC-området, fordi planter ikke har noget naturligt forsvar mod en sådan bestråling. UVC-lys har derfor at have særlig effektiv virkning, der bygger på andre effekter end blot opvarmning af løvet.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen er effektiv til ve-10 getationskontrol på steder, hvor man ikke vil risikere forgiftning med sprøjtemidler, og hvor man kan kan finde plads til at føre en kraftig lysgiver med et væsentligt indhold af ultraviolet lys hen over vegetationen. Fremgangsmåden er anvendelig ved renholdelse af stiområder, til begrænsning af 15 konkurrerende vækster under og mellem nyttevækster og især til vegetationskontrol langs jernbanespor. Fordelagtige udførelsesformer for fremgangsmåder i forbindelse med denne anvendelse er angivet i kravene 5-8.

Opfindelsen angår tillige et apparat til udøvelse af 20 fremgangsmåden. Apparatet er ejendommeligt ved det i krav 8 angivne og fordelagtige udformninger fremgår af krav 9-14.

De enkleste former for apparatet ifølge opfindelsen bygger på, at apparatet føres frem over det område, hvor vegetationskontrol skal udøves, med en sådan hastighed, at den 25 nødvendige dosis afgives under passagen. Desto mere intens energien fra lyskilden er, desto hurtigere kan man bevæge lyskilden. Dette forhold udnyttes især ved vegetationskontrol langs jernbanelinier, hvor selve jernbanesporet udnyttes til at fremføre lyskilden, og hvor overskudsenergi fra 30 det lokomotiv, som leverer trækkraften, kan udnyttes til driften af lysgiverne.

Opfindelsen skal i det følgende beskrives nærmere under henvisning til beregningseksempler, der viser fordelagtige udførelsesformer.

35 Opfindelsen bygger på en iagtagelse af optagelsen af lysenergi i biologisk materiale. For at få et sammenligningsgrundlag, kan man betragte lyset fra solen, der stråler ned på jordens overflade. Middelværdien for global indstrå- DK 171306 B1 4 ling pr. kvadratmeter er i en CIE-norm af Brener angivet således: 490 watt infrarødt lys, der kan transmitteres igennem tynde emner som blade, men opvarmer større genstande som for 5 eksempel mennesker. En infrarød fjernbetjeningsenhed til for eksempel et fjernsyn forstyrres ikke af, at et grønt blad holdes foran den. Erstattes bladet derimod af en menneskehånd, forsvinder signalet, der omsættes til varme i hånden.

Ca. 70% af det infrarøde lys reflekteres fra overfladen af 10 grønne planter, hvad man kan se i en infrarød kikkert eller ved infrarøde tv-optagelser, hvor grønne planter fremtræder meget lysstærke. Den absorberede del af det infrarøde lys -det, som hverken reflekteres fra overfladen af planten eller transmitteres igennem planten, er derfor meget lille (ca.

15 10%), hvorfor infrarødt lys ikke egner sig til opvarmning af planter med henblik på at ødelægge dem.

580 watt synligt lys, der er planternes energiforsyning til fotosyntesen. Ca. 10% af det synlige lys reflekteres fra plantens overflade, medens godt halvdelen af den re-20 sterende del absorberes af et tyndt blad. Synligt lys er derfor velegnet til opvarmning af planter, idet den absorberede del af synligt lys er ca. 50%.

44 watt ultraviolet UVA-lys, der grænser op til synligt violet lys og kendes fra solarier samt solbadning.

25 Selvom der ikke er tale om så mange watt, bliver vor hud let varm i overfladen, og større mængder UVA-lys giver solskoldning. Dette skyldes, at næsten hele energien i ultraviolet lys optages i hudens overflade i en dybde på ca. 0,1 mm. Målinger på græs og grønne blade viser, at meget lidt ultra-30 violet lys reflekteres og transmitteres, således at næsten hele energien (ca. 90%) omdannes til varme i de øverste 0,1 mm. Dette gælder for både UVA-, UVB- og UVC-lys, der således er særdeles velegnet til opvarmning af planter.

4 watt ultraviolet UVB-lys, der er lidt mere kortbøl-35 get end UVA-lys og kendes fra solbadning, hvor selv små mængder giver en rødmen i huden samt aktiverer farvepigmen-terne i huden. Den lille mængde UVB-lys, soro når ned til jordoverfladen, skyldes, at ozonlaget i de højere luftlag DK 171306 B1 5 frafiltrerer UVB-lys. Forsøg viser, at en forøgelse i mængden af UVB-lys nedsætter væksten i planter. Planter i stor højde på bjergsider på Hawai, hvor der er noget mere UVB-lys, har dog vist, at planterne i nogen grad kan tilpasse 5 sig til UVB-lys.

0 watt ultraviolet UVC-lys, der er den mest korbølgede form for ultraviolet lys, kendes fra bakteriebekæmpelse i drikkevand samt fra sollys uden for vor atmosfære. Ilten i atmosfæren frafiltrerer UVC-lys, så hverken dyr eller plan-10 ter er vænnet til disse lysstrålers eksistens på jorden. Går man fra UVC-lys endnu længere ned i bølgelængde, kommer man ind i røntgenområdet, der ikke anvendes i nærværende opfindelse.

Lavtrykskviksølvdamplaraper giver kraftigt lys med en 15 bølgelængde på 254 nm midt i UVC-området, hvor bakterier og virus er mest følsomme for stråling. Det er kendt, at en dosis på 100 joule pr. kvadratmeter er tilstrækkelig til at fjerne virus og små bakterier, medens 1000 må anvendes til store bakterier og ca. 5000 til alger.

20 I forbindelse med nærværende opfindelse er der udført forsøg med grønne planter, hvor en dosis på 10.000 joule pr. kvadratmeter stopper eller hæmmer væksten afhængigt af plantens art og størrelse. For små græspirers vedkommende er denne dosis tilstrækkelig til, at græsspirerne efter en dag 25 begynder at krumme sig væk fra lyset eller krølle sig sammen og efter et par dage visner. Det bemærkes, at planterne ikke samtidig er blevet påvirket af varme eller anden form for lys, bortset fra naturligt dagslys.

Da det ikke er økonomisk at fremstille rent UVC-lys i 30 store mængder, er der i forbindelse med nærværende opfindelse også fremstillet forsøgsudstyr, som primært udsender en blanding af UVC-, UVB- og UVA-lys og som et "biprodukt" også udsender synligt lys samt infrarødt lys. Dette udstyr overfører energi i form af tilført el fra 230 volt stikkkontakt 35 gennem et elektronisk kredsløb til tænding og drift af en gasudladningslampe (Elektronisk Ballast), som beskrevet i DK-B-167.992 til en 1000 watt gasudladningslampe. Herfra udstråles ca. 16% af energien i form af UVC-lys, ca. 7% som DK 171306 B1 6 UVB-lys, ca. 7% som UVA-lys, ca. 14% som synligt lys, ca.

35% som infrarødt lys og resten, ca. 21%, som varme i elektronik, reflektor og lampe. Den del af lysenergien, som er i det ultraviolettte område, dvs. ca. 30%, overføres særdeles 5 effektivt til varme i planternes grønne blade, da meget lidt reflekteres eller transmitteres igennem bladene.

Bestråles en flade på 1 kvadratmeter dækket af tynde blade på 0,1 mm, hvoraf halvdelen er vandfase, indeholder plantevæksten lm*lm*0,05 mm vand, dvs. 0,05 liter eller 50 10 gram vand. Opvarmes 1 gram vand 1 grad, kræves 1 cal. eller 4,18 joule. 50 gram vand, fordelt i de tynde blade, opvarmes tilsvarende 1 grad ved tilførsel af 209 joule. Tilføres en energidosis på f.eks. 10.000 joule, opvarmes bladene tilsvarende 48 grader. Er omgivelsestemperaturen 22 grader, kommer 15 bladenes temperatur op på i alt 70 grader, hvad der begynder at give varmeskader.

Til jernbanebrug på en togvogn kan et antal enheder bygges sammen. Er vognen 20 meter lang og bestråles der i 4 meters bredde, bestråles ialt 80 kvadratmeter. Med samme 20 lysstyrke som på forsøgsudstyret kræver det 35 Kwatt*80 = 2,8 Mwatt. Denne effekt svarer til kendte dieselelektriske lokomotiver, men elenergien kan også trækkes fra køreledninger på elektrificerede baner.

Fremføringshastigheden bliver for 10.000 joule UV-lys 25 pr. kvadratmeter 1 sekund for en vognlængde på 20 meter, dvs. (20 meter*3600 sekunder) - 72 km pr. time. For 30.000 joule UV-lys pr. kvadratmeter bliver hastigheden tilsvarende 3 gange mindre, dvs. 24 km pr. time.

Hastigheden kan forøges proportionalt med en forøgel-30 se i effekten. Forøges lysvognens størrelse til 3 Mwatt, forøges fremføringshastigheden ved 10.000 joule pr. kvadratmeter til 77 km pr. time og hastigheden ved 30.000 joule pr. kvadratmeter til 26 km pr. time.

Både fremføringshastighed og krav til lokomotivstør-35 relse ligger inden for praktiske muligheder ved drift på jernbaner. Derudover er det muligt at øge hastigheden til normal trafikhastighed (f.eks. 150 km pr. time) på travle strækninger, hvis man undlader at anvende den del af udsty- DK 171306 B1 7 rets virkning, som kommer fra opvarmningen af planten. Supplerende forsøg med integration af mange små doser af koldt UVC-lys ved 254 nm viser, at f.eks. 6 små doser fordelt over 3 dage har samme virkning som den samlede dosis på én gang.

5 De direkte driftsudgifter ved en gennemsnitlig ha stighed på 50 km pr. time og en fremstillingspris pr. kilowatt time på 25 øre er: 3 Megawatt*0,25 kr/kilowatt, dvs.

750 kr pr. time. Med løn til lokomotivfører på 250 kr pr. time og 500 kr pr. time hensat til lampeskift, bliver de di-10 rekte driftsudgifter ca. 1500 kr pr. time. Det bestrålede areal er pr. time 50 km*4 meter i bredden, dvs. 200.000 kvadratmeter. De direkte driftsudgifter pr. kvadratmeter er således i størrelsesordenen 1500 kr/200.000, dvs. ca. 0,75 øre pr. kvadratmeter.

15 En driftsudgift på under én øre pr. kvadratmeter er økonomisk fordelagtig i sammenligning med driftsudgifter til sprøjtemidler.

Ved vegetationskontrol langs jernbaner er det dog ikke blot i selve den skærveballast, som svellerne hviler på, 20 hvor vegetationen skal bekæmpes, men især et område umiddelbart ved siden af skærveballasten, hvorfra vegetationen spreder sig indefter mod ballasten. Der kan derfor være behov for, at en del af lysgiverne er bevægelige i et vandret plan i sideretningen i forhold til kørselsretningen. Denne 25 del af lysgiverne skal ved passage af perroner og andre indsnævringer af fritrumsprofilet kunne trækkes indefter og føres tilbage igen, når der er plads og behov for en bestråling af et bredere område. Navnlig den del af lysbatterierne, som er placeret yderst, har behov for en effektiv lysre-30 gulering, idet reflekteret eller spredt belysning med et stort indhold af UV-lys er skadeligt for øjnene på mennesker eller dyr, som betragter dette lys. Det foretrækkes derfor, at der især ved lysgiverne langs kanterne af lampemønstret ud over de øvrige sikkerhedsforanstaltninger, der dæmper 35 lysudsendelsen, dersom der registreres kraftig lysrefleks, er midler til kontrol af lysudsendelse med bølgelængder under ca. 250 nm.

DK 171306 B1 8

Sikkerhedsudstyr;

Lysgiverne forsynes med elektroniske kredsløb til tænding og drift af gasudladningslamperne. Dersom dette 5 kredsløb udformes i henhold til DK-B-167.992, kan det nedregulere effekten på under en titusindedel af et sekund. Et sådant tilkoblet sikkerhedsudstyr kan derfor træde i funktion øjeblikkeligt, så potentielle, farlige situationer undgås. Lysstyrken kan f.eks. automatisk reguleres ned, når to-10 get sætter farten ned. Herved spares energi, og risiko for brand i papir på banelegemet undgås. Dette svarer til, at toget kører med under 4 km pr. time med fuld kraft på lyset. Det automatiske sikkerhedsudstyr kan f.eks. her stilles til altid at nedregulere lysstyrken ved hastigheder under 16 km 15 pr. time.

Selvom refleksionen fra planter og banelegemet er meget lille, specielt i det ultraviolette område, hvor øjets følsomhed for skadelig påvirkning er stor, kan der f.eks. ligge reflekterende metaldele eller glas langs banelegemet.

20 Det er således nødvendigt langs lysvognens sider at montere lysfølsomme detektorer, der registrerer lys, som reflekteres, og som kan rammme personer, der står nogle meter fra banelegemet. Lyset korrigeres efter gældende grænseværdier i det elektromagnetiske spektrum, og elektronikken nedregule-25 rer øjeblikkelig lysstyrken så hurtigt, at grænseværdierne ikke når at blive overskredet.

Hvis der langs ruten er steder, som kræver forebyggende sikkerhedsmæssig indgriben, f.eks. kørsel over broer, som ikke har tilstrækkelig med lysafskærmning i siderne, kan 30 lyset tilsvarende nedreguleres elektronisk, eksempelvis fra signaler opsat langs ruten eller fra en datamat med et kort over ruten, samt en satellitmodtager, der udpeger togets position på kortet. Sådant udstyr kan bl.a. også holde regnskab med doseringen af lys langs ruten, hvad der specielt 35 kan være nyttigt, hvis hastigheden nogle steder må sættes op til normal driftshastighed, når andre tog nærmer sig. Ligeledes må der monteres ozondetektorer, da ozon i større mængder virker ætsende i øjne og lunger. Nærmer koncentrationen DK 171306 B1 9 af ozon sig grænseværdien omkring vognene eller inde ved lokomotivføreren, nedreguleres lyset tilsvarende, så grænseværdierne ikke overskrides. Ozon genereres fra ilt, som bestråles med kortbølget UVC-lys omkring 185 nm, og bliver 5 igen til ilt ved bestråling med UVC-lys omkring 254 nm. Lysvognen har derfor gode muligheder for selv at begrænse ozonkoncentrationen ved passende indretning, evt. suppleret med nogle store ventilatorer. Ozonudviklingen kan også begrænses ved passende valg af glas i lamperne, så den mest kortbølge-10 de del af UVC-lyset under ca. 250 nm filtereres fra og i stedet går tabt i form af varme i glasset. Denne type filtreret lys kan evt. anvendes langs kanten af lysvognen, så ozon, der er på vej ud, bliver bestrålet med 254 nm og omdannet til ilt.

15 Ovenstående forsøg og dimensioneringsmæssige overslag er indført på basis af spektret fra de velkendte kviksølvfyldte højtrykslamper. Kviksølvindholdet kan give anledning til betænkeligheder med hensyn til kviksølvudslip ved lampetab eller - i værste fald - ved kollision. Imidlertid findes 20 der andre fyldstoffer, f.eks. antimon, som giver en endnu større UVC-andel.

Claims (15)

1. Fremgangsmåde til begrænsning af vegetation, hvor denne er uønsket, 5 kendetegnet ved, at vegetationen i en eller flere perioder bestråles intenst med lys, hvoraf i det mindste 10% af effekten er ultraviolet lys, idet den samlede bestrå-lingsdosis (joule/m ) overstiger en for den tilsigtede vegetationsbegrænsning nødvendig mindsteværdi.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1 kendetegnet ved, at den for vegetationsbegrænsningen nødvendige mindsteværdi af bestrålingsdosis for en given lyskilde bestemmes eksperimentelt i form af et sammenhørende værdisæt for bestrålingstidsrum, antal bestrålings-15 gentagelser og perioden mellem efter hinanden følgende bestrålinger.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at i det mindste 5% af lyseffekten er beliggende i UVC-området.

4. Fremgangsmåde ifølge krav 1, 2 eller 3, kendetegnet ved, at bestrålingen udføres med høj lysintensitet og kort belysningstid, fortrinsvis mindre end 10 sek., især mindre end 3 sek.

5. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af kravene 25 1-4 og til bekæmpelse af vegetation langs jernbanespor, kendetegnet ved, at bestrålingen gennemføres under passage af et jernbanekøretøj, der er udstyret med i det mindste ét batteri af gasudladningslamper rettet mod det område, hvor vegetationen skal bekæmpes, idet køretøjet frem-30 føres med en kørselshastighed, der er således afpasset, at den tilsigtede bestrålingsdosis afgives.

6. Fremgangsmåde ifølge krav 5, kendetegnet ved, at gasudladningslamperne enkeltvis eller i grupper er tilsluttet et lysstyringskredsløb, 35 der er indrettet til at reducere lyseffekten ved reduceret kørselshastighed.

7. Fremgangsmåde ifølge krav 1-6, kendetegnet ved, at lysgiverne har regulerings- DK 171306 B1 kredsløb, der er tilsluttet ozondetektorer og detektorer for UV-lys, hvilke detektorer ved overskridelse af forudbestemte grænseværdier er indrettet til at nedregulere lysudbyttet fra lysgiverne.

8. Apparat til begrænsning af vegetation på lokaliteter, hvor denne er uønsket, under udøvelse af fremgangsmåden ifølge krav 1, kendetegnet ved at omfatte i det mindste én lysgiver, der er rettet mod den uønskede vegetation, og som af-10 giver i det mindste 10% af sit lysudbytte i det ultravio-lette område, hvilket apparat omfatter midler til efter afgivelse af en bestrålingsdosis, der overstiger en for den tilsigtede vegetationsbegrænsning nødvendig mindsteværdi, at ophøre behandlingen på den pågældende lokalitet.

9. Apparat ifølge krav 8, kendetegnet ved, at lysgiveren er placeret på et af i det mindste et køretøj bestående køretøjssæt og er indrettet til i det væsentlige at lyse konstant med maksimaleffekt, idet køretøjssættet omfatter drivorganer, der fremfø-20 rer dette med en sådan hastighed, at den nødvendige bestrålingsdosis opnås.

10. Apparat ifølge krav 9 og til begrænsning af vegetation i området langs et jernbanespor, kendetegnet ved, at køretøjet er en jernbanevogn, 25 som er forsynet med et antal i det væsentlige nedadrettede gasudladningslamper placeret i en lysstyringsoptik på en sådan måde, at lyset rettes tilnærmelsesvis lodret nedefter set i snitbillede vinkelret på kørselsretningen.

11. Apparat ifølge krav 10, 30 kendetegnet ved, at i det mindste en del af lamperne er placeret således, at de er forskydelige i vandret plan i sideretningen i forhold til kørselsretningen, og således, at et område, der er bredere end køretøjet, bestrå les.

12. Apparat ifølge krav 10 eller 11, kendetegnet ved at omfatte elektroniske, højfrekvente ballaster til momentan regulering af den afgivne lysintensitet. DK 171306 B1

13. Apparat ifølge krav 10, li eller 12, kendetegnet ved, at en del af lamperne fortrinsvis langs lampemønstrets kanter er forsynet med filtre, der er indrettet til at formindske udsendelsen af lys med bølge- '» 5 længder mindre end 250 nm.

14. Apparat ifølge et hvilket som helst af kravene 9-13, kendetegnet ved at omfatte et med en datamat forsynet registreringsorgan, der er indrettet til at føre regnskab med de under en passage af en forudbestemt kørselsrute 10 afgivne lysdoser.

15 l