TWI691263B - 移動式土壤微波殺菌裝置及殺菌方法 - Google Patents

Abstract

一種移動式土壤微波殺菌裝置及殺菌方法，包括：通過該主動驅動裝置及該載移裝置，該微波裝置運行於一土壤區，該土壤溫/濕度測量裝置獲取具體的土壤溫度、或濕度、或溫度及濕度，該微波功率調諧裝置以其為主要參數通過內建編程計算相對應的微波功率，並據以調控該微波裝置的輸出功率；該微波裝置將預定功率的微波輸出，並通過該作用腔朝下的導波開口，將微波直接作用於土壤，使被微波作用的土壤的耕作層發生殺菌效果。

Description

移動式土壤微波殺菌裝置及殺菌方法

本發明與土壤殺菌裝置有關，更詳而言之，尤指一種移動式土壤微波殺菌裝置及微波土壤殺菌的方法。

為了去除土壤中的有害微生物，大量的使用殺蟲除菌的化學藥劑，以至於土壤本質被裂化，且種植的農作物本身易殘留過量化學藥劑。然而，政府及民間為了實現提昇農業產品質量，保障消費者健康，平衡生態以及農業永續經營的目的，必需逐漸降低農業對化學藥品的倚賴。除了減少或杜絕噴灑化學藥劑於農作物，土壤的殺菌亦必需盡可能的避免化學藥劑。

去除土壤中有害微生物的非化學手段包括高溫蒸氣法、熱水法、曝曬法、生石灰灑施法、火焰消毒法、生物熏蒸法。以上方式都是根據熱傳導的原理運作於土壤的耕作層，熱能作用於土壤耕作層的表層再向深層傳導，耕作層的表層溫/濕度通常高於深層溫/濕度，以致於耕作層的深層溫/濕度較不易達到殺菌標準，且會導致耕作層的表層土和深層土的含水量產生較大差異。

為解決上述問題，本發明提出一種適用於大面積土壤連作的移動式土壤微波殺菌裝置。

一種移動式土壤微波殺菌裝置，包括：一微波裝置，設置於由金屬壁所構成的一作用腔中，該作用腔具有一朝下的導波開口，將該微波裝置所產生的微波導向下出射至其下的一土壤區；一電能供應裝置，與該微波裝置電性耦合，供應該微波裝置運作所需之電能；一載移裝置，將該微波裝置支撐離地一高度並且可以移動；一主動驅動裝置，恆與該載移裝置連結，用以驅動該載移裝置運作及移動；一土壤溫/濕度測量裝置，設於該載移裝置的底部，通過接觸式或非接觸式手段量測土壤於自然狀態下的溫度、或濕度、或溫度及濕度。

一微波功率調諧裝置，與該該土壤溫/濕度測量裝置電性耦合，接收該土壤溫/濕度測量裝置所感測的土壤溫度、或濕度、或濕度及濕度，以其為主要參數通過內建編程計算相對應的微波功率，並據以調控該微波裝置的輸出功率；一中控系統，指揮、控制、命令、管理該微波裝置、該電能供應裝置、該主動驅動裝置、該土壤溫/濕度測量裝置、該微波功率調諧裝置之協同運作。

較佳的，該微波產生器所產生的微波頻率範圍在300MHz至300GHz，對應波長為1m至1mm。

較佳的，該微波產生器所產生的微波波長為122mm，對應頻率為2450MHz的微波。

較佳的，該微波裝置的輸出功率為600W至2000W。

較佳的，該電能供應裝置包含發電機組、太陽能發電蓄電模組之擇一或其組合。

其更包含一控制艙，其內部配置該中控系統及與該中控系統電性耦合的操作面板及器件。

其更包含一可與該載移裝置結合或分離的外部驅動裝置；在該主動驅動裝置不起動時，通過該外部驅動裝置拖曳該載移裝置移動。

較佳的，該外部驅動裝置為曳引機。

其更包含外掛於該微波裝置後方的一施肥裝置。。

一種土壤微波殺菌方法，包括：通過該主動驅動裝置及該載移裝置，該微波裝置運行於一土壤區，該土壤溫/濕度測量裝置獲取具體的土壤溫度、或濕度、或溫度及濕度，該微波功率調諧裝置以其為主要參數通過內建編程計算相對應的微波功率，並據以調控該微波裝置的輸出功率；該微波裝置將預定功率的微波輸出，並通過該作用腔朝下的導波開口，將微波直接作用於土壤，使被微波作用的土壤的耕作層發生殺菌效果。

本發明之功效：

本發明的裝置和方法適用於大面積土壤之殺菌連作。

微波功率在本發明中是依據土壤的自然溫/濕度而機動性的調整的，極有利於自動控制和大面積土壤連作的需要。

被微波作用的土壤發生瞬時加熱升溫效應，溫昇可高達攝氏100度以上，且土壤區之耕作層的表層土和深層土的瞬時加熱升溫效應為同步，同時達到高溫殺菌的目的。此外，利用熱效應和生物效應共同作用， 可對土壤進行殺菌。

本發明可藉由曳引機(即該外部驅動裝置)牽引拖行。曳引機可搭配已知的耕犁機具，一面前進，一面翻土，而翻土之後隨即由本發明對土壤進行微波殺菌作業。

被本發明載移裝置所拖拉的施肥裝置，則可在土壤進行微波殺菌作業之後，進行肥料投放。

10‧‧‧微波裝置

11‧‧‧微波產生器

12‧‧‧作用腔

13‧‧‧導波開口

20‧‧‧電能供應裝置

30‧‧‧載移裝置

40‧‧‧主動驅動裝置

50‧‧‧控制艙

51‧‧‧中控系統

60‧‧‧土壤溫/濕度測量裝置

70‧‧‧微波功率調諧裝置

80‧‧‧外部驅動裝置/曳引機

81‧‧‧連接器件

82‧‧‧施肥裝置

84‧‧‧耕梨機具

90‧‧‧土壤區

第1圖為本發明移動式土壤微波殺菌裝置的外觀示意圖。

第2圖為本發明移動式土壤微波殺菌裝置的方塊圖。

第3圖為本發明移動式土壤微波殺菌裝置與外部驅動裝置連結的示意圖。

第4圖為本發明移動式土壤微波殺菌裝置外掛施肥裝置的示意圖。

為便於說明本發明於上述發明內容一欄中所表示的中心思想，茲以具體實施例表達。實施例中各種不同物件係按適於說明之比例、尺寸、變形量或位移量而描繪，而非按實際元件的比例予以繪製，合先敘明。

如第1、2圖，本發明移動式土壤微波殺菌裝置，包括：一微波裝置10，包括微波產生器11、導波管、攪拌器、隔離器、作用腔12；該微波產生器11發射出的微波通過和發射波導管相連的該導波管經由該攪拌器而分散傳輸至該作用腔12，該作用腔12是由金屬壁所圍構而成，具有一朝下的導波開口13，將該作用腔12內的微波導向下出射；該隔離器的作用在於將該作用腔內可能影響該微波產生器、攪拌器的微波反 射波吸收，使微波反射波不返回到該等器件內，以保證該等器件的穩定工作。該微波產生器11所產生的微波頻率範圍在300MHz至300GHz，對應波長為1m至1mm。為避免干擾通訊電波，可選用國際規範的波長122mm，對應頻率為2450MHz的微波，輸出功率瓦數界定為600W至2000W。

一電能供應裝置20，與該微波裝置10電性耦合，用以供應該微波裝置運作時所需之電能；該電能供應裝置20包含但不限於已知的發電機組或太陽能發電蓄電模組。

一載移裝置30，用以承載並移動該微波裝置10；該載移裝置30通過諸如滾輪、履帶...等器件，將該微波裝置10支撐離地一高度並且可以移動。

一主動驅動裝置40，該主動驅動裝置40恆與該載移裝置30連結，用以直接驅動該載移裝置30運作及移動。所述的主動驅動裝置40包含目前已知的內燃機、電動機、渦輪機，其能量來源包含目前已知的燃油、電池、燃料電池、太陽能電池等。較普遍為燃油驅動內燃機，或者電池驅動電動機，或者兩者交互作用的混合動力。

一控制艙50，其內部配置中控系統51，所述之中控系統51用以指揮、控制、命令、管理該微波裝置10、該電能供應裝置20、該主動驅動裝置40之協同運作。該控制艙50中提供與該中控系統51電性耦合的操作面板及相關器件，供操作者於該控制艙50中通過該中控系統51控制與之電性耦合之裝置。

一土壤溫/濕度測量裝置60，設於該載移裝置30的底部，與該中控系統51耦合，該土壤溫/濕度測量裝置60通過接觸式或非接觸式手段量 測土壤於自然狀態下的溫度及/或濕度。

一微波功率調諧裝置70，與該該土壤溫/濕度測量裝置60及該中空系統51電性耦合，接收該土壤溫/濕度測量裝置60所感測的土壤溫度及/或濕度，以該土壤溫度及/或濕度為主要參數通過內建編程計算相對應的微波功率，並據以調控該微波裝置的輸出功率。所述的調控手段包含但不限於控制該微波產生器11的工作間隙和工作時間。較佳的，該微波功率調諧裝置70在該控制艙51中以顯示面板顯示土壤溫/濕度及微波功率等主要參數供操作者參考。

如第3圖，一外部驅動裝置80，包含但不限於曳引機，該曳引機通過一連接器件81而可與該載移裝置30連接或分離。在主動驅動裝置40不起動時，通過該外部驅動裝置80而拖曳該載移裝置30移動。

如第4圖，一施肥裝置82，外掛於該微波裝置10的後方，主要作用是對土壤投放肥料。

本發明的主要運作方式為：操作者於該控制艙50中啟動該主動驅動裝置40、該電能供應裝置20、該微波裝置10、該土壤溫/濕度測量裝置60和該微波功率調諧裝置70。該主動驅動裝置40驅動該載移裝置30以預定緩速運載該微波裝置10在一土壤區90移動；當該土壤溫/濕度測量裝置60獲取了具體的土壤溫度及/或濕度時，該微波功率調諧裝置70以該土壤溫度及/或濕度為主要參數通過內建編程計算相對應的微波功率，並據以調控該微波裝置10的輸出功率。該微波裝置10將預定功率的微波輸出，並通過該作用腔朝下的導波開口13，將微波直接作用於土壤。

因為土壤中含有水份，微波透入土壤振蕩土壤中的水分子及其他 分子，使分子與分子之間互相磨擦，從而產生熱量，被微波作用的土壤發生瞬時加熱升溫效應，溫昇可高達攝氏100度以上，且土壤區之耕作層的表層土和深層土的瞬時加熱升溫效應為同步，同時達到高溫殺菌的目的。此外，利用熱效應和生物效應共同作用，可對土壤進行殺菌；微波對細菌的熱效應而致其蛋白質變化，細菌失去營養、繁殖和生存的條件而死亡；微波對細菌的生物效應是改變細胞膜斷面的電位分佈，影響細胞膜周圍電子和離子濃度，從而改變細胞膜的通透性能，細菌因此營養不良，不能正常新陳代謝，細胞結構功能混亂，生長發育受到抑制而死亡。

微波功率在本發明中是依據土壤的自然溫/濕度而機動性的調整的，極有利於自動控制和大面積土壤連作的需要。

如第3圖，微波裝置10被載移的方式除了藉由該主動驅動裝置40之外，亦可藉由曳引機(即該外部驅動裝置)80牽引拖行。曳引機80可搭配已知的耕犁機具84，一面前進，一面翻土，而翻土之後隨即由該土壤溫/濕度測量裝置60獲取了具體的土壤溫/濕度，該微波裝置10以預定功率對土壤施以微波加熱，翻土後的土壤隨即進行微波殺菌作業。

如第4圖，架裝於本發明載移裝置30後方的施肥裝置82，則可在土壤進行微波殺菌作業之後，進行肥料投放。

10‧‧‧微波裝置

11‧‧‧微波產生器

12‧‧‧作用腔

13‧‧‧導波開口

20‧‧‧電能供應裝置

30‧‧‧載移裝置

40‧‧‧主動驅動裝置

50‧‧‧控制艙

51‧‧‧中控系統

60‧‧‧土壤溫/濕度測量裝置

70‧‧‧微波功率調諧裝置

90‧‧‧土壤區

Claims (10)

1. 一種移動式土壤微波殺菌裝置，包括：一微波裝置，設置於由金屬壁所構成的一作用腔中，該作用腔具有一朝下的導波開口，將該微波裝置所產生的微波導向下出射至其下的一土壤區；一電能供應裝置，與該微波裝置電性耦合，供應該微波裝置運作所需之電能；一載移裝置，將該微波裝置支撐離地一高度並且可以移動；一主動驅動裝置，恆與該載移裝置連結，用以驅動該載移裝置運作及移動；一土壤溫/濕度測量裝置，設於該載移裝置的底部，通過接觸式或非接觸式手段量測土壤於自然狀態下的溫度、或濕度、或溫度及濕度；一微波功率調諧裝置，與該該土壤溫/濕度測量裝置電性耦合，接收該土壤溫/濕度測量裝置所感測的土壤溫度、或濕度、或濕度及濕度，以其為主要參數通過內建編程計算相對應的微波功率，並據以調控該微波裝置的輸出功率；一中控系統，指揮、控制、命令、管理該微波裝置、該電能供應裝置、該主動驅動裝置、該土壤溫/濕度測量裝置、該微波功率調諧裝置之協同運作。
2. 如請求項1所述移動式土壤微波殺菌裝置，其中，該微波裝置所產生的微波頻率範圍在300MHz至300GHz，對應波長為1m至1mm。
3. 如請求項2所述移動式土壤微波殺菌裝置，其中，該微波裝置所產生的 微波波長為122mm，對應頻率為2450MHz的微波。
4. 如請求項1所述移動式土壤微波殺菌裝置，其中，該微波裝置的輸出功率為600W至2000W。
5. 如請求項1所述移動式土壤微波殺菌裝置，其中，該電能供應裝置包含發電機組、太陽能發電蓄電模組之擇一或其組合。
6. 如請求項1所述移動式土壤微波殺菌裝置，其更包含一控制艙，其內部配置該中控系統及與該中控系統電性耦合的操作面板及器件。
7. 如請求項1所述移動式土壤微波殺菌裝置，其更包含一可與該載移裝置結合或分離的外部驅動裝置；在該主動驅動裝置不起動時，通過該外部驅動裝置拖曳該載移裝置移動。
8. 如請求項7所述移動式土壤微波殺菌裝置，該外部驅動裝置為曳引機。
9. 如請求項1所述移動式土壤微波殺菌裝置，其更包含一外掛於該微波裝置後方的施肥裝置。
10. 一種如請求項1所述移動式土壤微波殺菌裝置的殺菌方法，包括：通過該主動驅動裝置及該載移裝置，該微波裝置運行於一土壤區，該土壤溫/濕度測量裝置獲取具體的土壤溫度、或濕度、或溫度及濕度，該微波功率調諧裝置以其為主要參數通過內建編程計算相對應的微波功率，並據以調控該微波裝置的輸出功率；該微波裝置將預定功率的微波輸出，並通過該作用腔朝下的導波開口，將微波直接作用於土壤，使被微波作用的土壤的耕作層發生殺菌效果。

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