NL2008078C2

NL2008078C2 - METHOD AND DEVICE FOR PROCESSING GROUND OR SIMILAR MATERIAL BY ELECTROMACHNETIC RADIATION.

Info

Publication number: NL2008078C2
Application number: NL2008078A
Authority: NL
Inventors: Arie Leendert Koppert
Original assignee: Koppert Machines En Zonen B V
Priority date: 2012-01-04
Filing date: 2012-01-04
Publication date: 2013-07-09

Description

WERKWIJZE EN INRICHTING VOOR HET MET BEHULP VAN ELECTROMACHNETISCHE STRALINGEN BEWERKEN VAN GROND OFMETHOD AND DEVICE FOR PROCESSING GROUND OR ELECTROMACHNETIC RADIATION

SOORTGELIJK MATERIAALSIMILAR MATERIAL

5 In het bijzonder in de tuinbouw is het ontsmetten van grond niet eenvoudig. In de meeste gevallen wordt hierbij stoom toegepast die op de tuinbouwgrond wordt gespoten. Het duurt relatief lang voordat de grond op voldoende diepte is opgewarmd terwijl bacteriën of zogeheten aaltjes de tijd 10 krijgen zich benedenwaarts te bewegen. Voorts is in de praktijk gebleken dat bepaalde ziektekiemen in de loop van de tijd resistent worden.5 In particular in horticulture, disinfecting soil is not easy. In most cases, steam is used that is sprayed on the horticultural soil. It takes a relatively long time for the soil to warm up to a sufficient depth, while bacteria or so-called nematodes are given the time to move downwards. Furthermore, it has been found in practice that certain pathogens become resistant over time.

Bij onkruidbestrijding tussen stenen of/ook op andere plaatsen waar onkruid, bacteriën of andere ziektekiemen 15 dienen te worden opgeruimd zijn bestaande systemen niet voldoende. Zo wordt bij borstelen alleen het gras en onkruid verwijderd, terwijl de zaadjes daarna weer opkomen. Andere bestrijdingsmiddelen zijn in de praktijk verboden en/of ongewenst.For weed control between stones or / also in other places where weeds, bacteria or other pathogens must be cleaned up, existing systems are not sufficient. For example, when brushing, only the grass and weeds are removed, while the seeds reappear afterwards. Other pesticides are prohibited and / or undesirable in practice.

20 In het verleden zijn proeven gedaan met microgolfstraling om de grond te ontsmetten, zie bijvoorbeeld de Nederlandse Octrooiaanvrage 1033105.In the past, experiments have been carried out with microwave radiation to disinfect the soil, see, for example, Dutch Patent Application 1033105.

De onderhavige uitvinding verschaft een werkwijze voor het met elektromagnetische straling bewerken van grond of 25 soortgelijk materiaal, bijv. voor het ontsmetten van grond in een tuinbouwkas, onkruidverdelging tussen stenen e.d., waarbij elektromagnetische straling van relatief hoge frequentie wordt toegepast, omvattende de volgende stappen: het van bovenaf inlaten van microgolfstraling vanuit 30 een magnetronantenne in een neerwaarts gericht buisvormig orgaan; het inwendig met schotten verdelen van het buisvormige orgaan in een aantal golfgeleiders die in meer of mindere 2 mate parallel ten opzichte van een middenschol zijn aangebracht; het in gelijke modus brengen en houden van de microgolfstraling in de naburige golfgeleiders; 5 het in neerwaartse richting richten en concentreren van de microgolf uit de naburige golfgeleider opdat een gelijkmatig energieverdeling onder de golfgeleiders in de grond wordt bereikt; en het voortbewegen van een of meer van de buisvormige 10 organen over de grond of soortgelijk materiaal.The present invention provides a method for processing soil or similar material with electromagnetic radiation, eg for disinfecting soil in a horticultural greenhouse, weed killing between stones, etc., wherein electromagnetic radiation of relatively high frequency is applied, comprising the following steps: inlet from above a microwave radiation from a microwave antenna into a downwardly directed tubular member; internally dividing the tubular member with baffles into a number of waveguides which are arranged to a greater or lesser extent parallel to a center web; bringing and maintaining the microwave radiation in the neighboring waveguides in the same mode; 5 directing and concentrating the microwave downwardly from the neighboring waveguide so that a uniform energy distribution among the waveguides in the ground is achieved; and advancing one or more of the tubular members over the ground or similar material.

De onderhavige uitvinding maakt het mogelijk, zoals uit proeven is gebleken, dat met een snelheid van één meter per minuut over de te ontsmetten grond te rijden, die dan tot aan een diepte van ca 30 cm wordt ontsmet. Dat wil zeggen 15 dat vrijwel onmiddellijk de gewenste warmteontwikkeling over de diepte van 30 cm plaatsvindt terwijl de straling op zichzelf evenzeer een bacteriedodend effect heeft.The present invention makes it possible, as tests have shown, to drive over the soil to be disinfected at a speed of one meter per minute, which is then disinfected to a depth of approximately 30 cm. That is, almost immediately the desired heat development takes place over the depth of 30 cm, while the radiation itself also has a bactericidal effect.

Bij voorkeur wordt gebruik gemaakt van een frequentie van ca 900 MHz, daar tussen de frequentie van 500-1500 MHz 20 een snelle doordringing van de ondergrond kan plaatsvinden tot een diepte van 30 cm, terwijl een beperkt aantal golfpijpen, bijvoorbeeld vieï, over een breedte van bijvoorbeeld 80 cm kunnen worden aangebracht.Use is preferably made of a frequency of approximately 900 MHz, since between the frequency of 500-1500 MHz a rapid penetration of the substrate can take place to a depth of 30 cm, while a limited number of corrugated pipes, for example vieï, over a width of for example 80 cm can be applied.

Bij voortbeweging met de veranderende grootte van 25 luchtspleten ten opzichte van de ondergrond waarvan de vochtigheid mede de afsluitimpedantie van de golfpijpen bepaalt, is het van groot belang de elektromagnetische straling in de golfgeleider in de grondmodus te brengen en te houden, daar anders te veel energie gereflecteerd zou 30 worden en verloren zou gaan. Bijvoorkeur zijn hiertoe een of meer stompen aan de binnenwanden van de golfgeleiders aangebracht op resp. afstanden van de opening naar de 3 ondergrond, die worden bepaald door de golfvergelijkingen van Maxwell met de juiste randvoorwaarden.When advancing with the changing size of air gaps relative to the substrate, the humidity of which also determines the sealing impedance of the waveguides, it is of great importance to bring the electromagnetic radiation in the waveguide into the ground mode, as otherwise too much energy would be reflected and lost. To this end, one or more stumps are preferably arranged on the inner walls of the waveguides on resp. distances from the opening to the 3 subsurface, which are determined by Maxwell's wave equations with the right boundary conditions.

Teneinde de elektromagnetische energie goed te concentreren en interferentie tussen naburige golfgeleiders 5 nog verder uit te sluiten is bij de uitgang van de golfgeleider een bij voorkeur cilindervormige concentratieorgaan van inert en niet-opwarmend materiaal, zoals teflon, aangebracht.In order to properly concentrate the electromagnetic energy and to further exclude interference between neighboring waveguides 5, a preferably cylindrical concentrator of inert and non-heating material, such as Teflon, is provided at the output of the waveguide.

Verdere voordelen, kenmerken en details zullen worden 10 verduidelij kt aan de hand van de navolgende gedetailleerde beschrijving, waarbij wordt verwezen naar de tekening, waarin tonen: fig. 1 een zijaanzicht in perspectief van een voertuig dat is voorzien van een voor het uitvoeren van een 15 voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding; fig.2 een vooraanzicht in perspectief van de voorkeursuitvoeringsvorm van de inrichting uit fig. 1; fig.3 een aanzicht in perspectief van detail III uit 20 fig. 1; en fig. 4 een aanzicht in perspectief van detail IV uit fig. 3; fig. 5 een dwarsdoorsnede over lijn V-V in fig.3.Further advantages, features and details will be elucidated on the basis of the following detailed description, wherein reference is made to the drawing, in which: Fig. 1 shows a side view in perspective of a vehicle which is provided with a Preferred embodiment of the method according to the present invention; Fig. 2 is a front perspective view of the preferred embodiment of the device of Fig. 1; Fig. 3 is a perspective view of detail III from Fig. 1; and Fig. 4 is a perspective view of detail IV of Fig. 3; Fig. 5 shows a cross-section along line V-V in Fig. 3.

Een voertuig 50 (fig. 1, 2) is voorzien van een 25 schematisch aangeduide magnetronantenne 51 met een waterkoeling 52 en op de uitgang 53 van de magnetronantenne aangesloten golfpijp 54 waarop respectieve eenheden 55, 56 zijn aangesloten voor het afstemmen van de frequentie op golfbuisorganen 1 die benedenwaarts op de te ontsmetten 30 ondergrond (U) zijn gericht en die door middel van schotten 59, 60, 61 in vier parallelle golfpijpen zijn onderverdeeld. Voorts is het voertuig in de onderhavige uitvinding voorzien van rupsbanden 62 en aandrijfmotoren 63, 64. Een 4 koelradiator 65 voor de waterkoeling van de magnetronantenne, die bijv. een vermogen van 65 kW heeft, is schematisch aangeduid.A vehicle 50 (Figs. 1, 2) is provided with a microwave antenna 51 schematically indicated with a water cooling and a wave pipe 54 connected to the output 53 of the microwave antenna, to which respective units 55, 56 are connected for tuning the frequency to wave tube members 1 which are directed downwards onto the substrate (U) to be disinfected and which are divided into four parallel corrugated pipes by means of partitions 59, 60, 61. The vehicle is furthermore provided with tracks 62 and drive motors 63, 64 in the present invention. A 4 cooling radiator 65 for water cooling of the microwave antenna, which has, for example, a power of 65 kW, is schematically indicated.

Een inrichting 1 uit de inrichting 50 {fig. 3, 4, 5) 5 wordt volgens de onderhavige uitvinding over een ondergrond U, bijv. bestaande uit tuinbouwgrond, voortbewogen met een snelheid ter grootte van één meter per minuut. Het huis 2 van de inrichting 1 is enigszins trechtervormig en is aan de bovenzijde voorzien van een flens 3, waaraan een uitgang van 10 een magnetronantenne wordt aangebracht. In het inwendige van het huis 2 zijn drie schotten, 59, 60 en 61 aangebracht, ten einde vanaf een kniklijn 10 vier parallelle golfgeleiders vanuit Wi, W2, W3, W4 te vormen, althans golfgeleiders die onder een relatief kleine hoek ten opzichte van elkaar 15 staan. Door de vier golfgeleiders Wi_4 wordt een microgolf geleid met een frequentie van 915 MHz bij een vermogen van circa 50-75 kW. Proefondervindelijk is aangetoond dat bij deze golflengte op snelle wijze grond tot op een diepte van 30 centimeter kan worden ontsmet.A device 1 from the device 50 {fig. 3, 4, 5) 5 is advanced according to the present invention over a substrate U, for example consisting of horticultural soil, at a speed of one meter per minute. The housing 2 of the device 1 is somewhat funnel-shaped and is provided on the top with a flange 3, to which an outlet of a microwave antenna is provided. In the interior of the housing 2 three baffles, 59, 60 and 61 are provided, in order to form four parallel waveguides from Wi, W2, W3, W4 from a bend line 10, at least waveguides which are at a relatively small angle with respect to each other 15. A microwave with a frequency of 915 MHz at a power of approximately 50-75 kW is passed through the four waveguides Wi_4. It has been demonstrated experimentally that at this wavelength, soil up to a depth of 30 centimeters can be disinfected quickly.

20 Bij de golfgeleider uit fig. 3 (zie ook fig. 5) is het van belang dat de uitgangsimpedantie, dat wil zeggen de al dan niet vochtige grond zo min mogelijk reflectie geeft daar door een dergelijke reflectie van microgolven een groot deel van de energie verloren gaat. Voorts is van belang dat de 25 microgolven in de grond- of basismodus blijven ten einde ook hiermee een optimaal energieoverdracht te verkrijgen. Zoals in figuur 5 in het bijzonder goed zichtbaar is, zijn aan de middenwand 60 twee stompen (van ca 2 cm lengte) 21 resp. 22 aangebracht, terwijl aan de buitenwanden 2 op een enigszins 30 lager niveau twee stompen, 23 resp. 24 zijn aangebracht. Voorts zijn op enige afstand van de onderrand 25 in de golfgeleiders W1-4 vier focusseerelementen 26 aangebracht, die in het getoonde uitvoeringsvoorbeeld bestaan uit 5 massieve cilinders van teflon, bijv. met een doorsneden van ca 70 cm.With the waveguide of Fig. 3 (see also Fig. 5) it is important that the output impedance, that is to say the soil, moist or not, gives as little reflection as possible, since such a reflection of microwaves provides a large part of the energy. is lost. Furthermore, it is important that the microwaves remain in the ground or basic mode in order to obtain an optimum energy transfer with this as well. As is particularly well visible in Figure 5, two stubs (of a length of approximately 2 cm) 21, resp. 22, while on the outer walls 2 at a somewhat lower level two stumps, 23 resp. 24 are provided. Furthermore, four focussing elements 26 are arranged at some distance from the lower edge 25 in the waveguides W1-4, which focus elements in the exemplary embodiment shown consist of 5 solid cylinders of Teflon, e.g. with a diameter of approximately 70 cm.

Ten einde geen energie te verliezen en opwarming van het huis 59-61 te voorkomen zijn zowel het huis 2 als de 5 schotten, vervaardigd uit aluminium, daar andere materialen die weinig gevoelig zijn voor microgolfstraling van deze frequentie, zoals zilver {Ag), koper (Cu) of messing veel kostbaarder zijn dan aluminium. Ook teflon wordt niet opgewarmd door microgolfstraling van genoemde frequentie.In order not to lose energy and to prevent heating of the housing 59-61, both the housing 2 and the baffles are made of aluminum, since other materials that are not very sensitive to microwave radiation of this frequency, such as silver (Ag), copper (Cu) or brass are much more expensive than aluminum. Teflon is also not heated by microwave radiation of the said frequency.

10 Bij het ontwerp van de onderhavige golfbuis is uitgegaan van een golfbuis met een breedte w van ca 124 cm, terwijl de breedte ca 240 cm bedroeg bij de genoemde golflente van ca 900 mHz. Het aluminium middenschot alsmede de overige schotten hebben een dikte van ca 3 mm. De 15 schotten 69 strekken zich uit vanaf een hoogte h van ca 50 cm boven het ondereinde van de buizen. Stompen 23 hebben een breedte van 16 mm en een hoogte van 25 mm, terwijl de stompen 21 en 22 een diameter van 20 mm hebben alsmede een hoogte van 20 mm. De cilinders 26 hebben een doorsnede van 20 70 mm in de golfbuis Wi en W4, terwijl de middelste in de golfbuis W2 en W3 een diameter van ca 76 mm hebben. De breedte van pijpen W1-W4 is bij benadering 61 cm. Vanaf de flens bedraagt de hoogte ca 90 mm, terwijl op 11 cm daaronder zich een rond staafvormig orgaan met een diameter 25 van 20 mm bevindt. Stompen 21 en 22 bevinden zich op een verticale afstand van ca 10 cm van het niveau waarop de buitenste tussenschotten beginnen, terwijl stompen 23 en 24 zich op 11 cm gemeten langs de buitenzijde van W* respectievelijk W4 bevinden.The design of the present corrugated tube is based on a corrugated tube with a width w of approximately 124 cm, while the width was approximately 240 cm with the said wave spring of approximately 900 mHz. The aluminum center partition as well as the other partitions have a thickness of approximately 3 mm. The partitions 69 extend from a height h of approximately 50 cm above the lower end of the tubes. Stumps 23 have a width of 16 mm and a height of 25 mm, while the stumps 21 and 22 have a diameter of 20 mm and a height of 20 mm. The cylinders 26 have a diameter of 70 mm in the corrugated tube W1 and W4, while the middle ones in the corrugated tube W2 and W3 have a diameter of approximately 76 mm. The width of pipes W1-W4 is approximately 61 cm. The height from the flange is approximately 90 mm, while at 11 cm below it there is a round rod-shaped member with a diameter of 20 mm. Stubs 21 and 22 are at a vertical distance of about 10 cm from the level at which the outer partitions start, while stubs 23 and 24 are located at 11 cm measured along the outside of W * and W4, respectively.

30 Bovengenoemde golfpijp met afmeting is ontworpen teneinde een zo uniformmogelijke energieverdeling van de golven in de ondergrond te verkrijgen. Hiertoe werd een simulatieprogramma gebruikt waarin de Maxwell-vergelijkingen 6 waren opgenomen; allereerst werd een rechthoekige golfbuis tot twee pijpen verbreed en die vervolgens elk opnieuw werden gedeeld opdat dit ontwerp vier naast elkaar gelegen rondingen Wj.-W4 ontstond. Zowel uit de simulatieberekeningen 5 als praktijkproeven is gebleken dat dit ontwerp de gewenste energieverdeling geeft zonder dat ongewenste interferentieverschijnselen ontstaan indien de golven uit fasen zouden zijn of anderszins niet gesynchroniseerd kunnen optreden.The above-mentioned corrugated pipe is designed in order to obtain such a uniform energy distribution of the waves in the subsurface. For this purpose a simulation program was used in which the Maxwell equations 6 were included; First of all, a rectangular corrugated pipe was widened to two pipes, and each of which was then re-divided so that this design resulted in four adjacent curves Wj-W4. Both the simulation calculations and practical tests have shown that this design gives the desired energy distribution without causing undesired interference phenomena if the waves were out of phases or could otherwise not occur synchronized.

10 De onderhavige uitvinding is niet beperkt tot de bovenbeschreven voorkeursuitvoeringsvorm daarvan; de gevraagde rechten worden bepaald door de navolgende binnen de strekking waarvan velerlei modificaties denkbaar zijn.The present invention is not limited to the above described preferred embodiment thereof; the requested rights are determined by the following within the scope of which many modifications are conceivable.

,|, |

Claims

Method for treating soil or similar material with electromagnetic radiation, eg for disinfecting soil in a horticultural greenhouse, weed killing between stones, etc., wherein electromagnetic radiation of relatively high frequency is applied, comprising the following steps: inwardly admitting microwave radiation from a microwave antenna into a downwardly directed tubular member; dividing the tubular member internally with partitions into a number of waveguides which are arranged to a greater or lesser extent parallel to a central partition; bringing and maintaining the microwave radiation in the neighboring waveguides in the same mode; directing and concentrating the microwave downwardly from the neighboring waveguide so that an even energy distribution among the waveguides in the ground is achieved; and advancing one or more of the tubular members over the ground or similar material. 25

Method according to claim 1, wherein the microwave radiation has a frequency of approximately 1 GH, i.e. between approximately 500 MHz and 1500 MHz, preferably approximately 900 MHz. 30

Method according to claim 1 or 2, wherein the waveguides and or more stumps are arranged on the inner wall thereof in order to keep the microwave radiation in the neighboring waveguides in the same mode, the location and size of the stump depending on the final impedance of the waveguides, ie the soil that is more or less moist. 5

Method according to claim 1, 2 or 3, wherein the microwave radiation in the waveguides near the underside thereof is directed and concentrated by means of lens-shaped elements, preferably cylindrical elements of Teflon.

5. Device for treating soil with electromagnetic radiation, comprising: a microwave antenna for generating relatively high-frequency microwave radiation; a wave pipe connected to an output of a microwave antenna; a tubular member connected to the output of the corrugated pipe, which is directed downwards and in which one or more baffles are arranged; a ground mode means disposed in adjacent waveguides; and concentrating means arranged near the outlet of the waveguides for concentrating microwaves in the ground below the outlet of the downwardly directed ground guides.

6. Device as claimed in claim 5, which is provided with propelling means, such as one or more tracks and or wheels.

Device according to claim 5 or 6, provided with a drive motor.

Device as claimed in claim 5, 6 or 7, wherein two somewhat funnel-shaped members are arranged on the device, which are divided by baffles into waveguides, which are positioned at a relatively small angle with respect to each other.

9. Method for designing a waveguide suitable for disinfecting soil or similar material, starting from a commercially available antenna and corrugated tube of a certain wavelength, wherein at least the longitudinal or the width direction of the The corrugated tube is widened to distribute the microwave radiation over a certain range, and one or more baffles are arranged to prevent the microwaves from interfering on either side of a baffle. 20 1 2008078