усовершенствованная фумигация мелких сыпучих продуктов

Формула изобретения

1. Способ фумигации мелкого сыпучего продукта в открытом сверху хранилище, включающий подачу газа, содержащего фумигант, имеющий концентрацию, эффективную для борьбы с насекомыми вредителями, находящимися в хранящемся продукте, при окуривании хранящегося продукта в течение продолжительного времени, при этом подачу газа, содержащего фумигант, осуществляют к основанию хранилища, отличающийся тем, что для предотвращения разбавления концентрации фумиганта внутри продукта в результате вытяжного эффекта, осуществляют мониторинг температуры продукта внутри хранилища (T_g) и температуры воздуха снаружи хранилища (T_а), и подачу газа, содержащего фумигант, при расходе потока Q_f, который определяют для полного хранилища по формуле



где Q_f - расход, м³/с;

g - ускорение силы тяжести, ~ 9,8 м/с²;

Р_а - атмосферное давление, Па;

R_a - газовая константа для воздуха, 287 Дж/кг К;

Т_а - температура воздуха снаружи хранилища, K;

T_g - температура продукта внутри хранилища, К;

R - коэффициент сопротивления (Па с/м²), который зависит от типа продукта, хранящегося в хранилище;

А - площадь горизонтального поперечного сечения хранилища, м².

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что подачу газа, содержащего фумигант, к основанию хранилища осуществляют непрерывно с помощью управляющего устройства, включающего программированный микропроцессор или программированный компьютер, реагирующий на сигналы, соответствующие мгновенным значениям T_а и T_g.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что предварительно устанавливают минимальную величину указанного расхода потока газа, которую поддерживают, пока расчетная величина Q_f меньше указанной минимальной величины расхода.

4. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что хранимым продуктом является зерно.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что в качестве зерна в хранилище использованы свободно насыпанная пшеница с коэффициентом сопротивления R около 3100 Па с/м² или уплотненная пшеница с коэффициентом сопротивления R около 4000 Па с/м².

6. Способ по любому из пп.1 - 5, отличающийся тем, что фумигантом в газе, содержащем фумигант, является фосфин.

7. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что в качестве продукта в хранилище использованы продукты, выбранные из группы, состоящей из следующих материалов с указанным R (Па с/м²): альфальфа R 16318, ячмень R 1676, клевер шведский R 27263, клевер темно-красный R 10455, клевер красный R 17626, кукуруза в початках R приблизительно 619, кукуруза как собрана R приблизительно 128, кукурузное зерно R 719, трава овсяница R 4722, лен R 10421, семена травы костер R 1535, семена травы rescue R 709, Kobe Lespedeza R 3167, семена люпина синего R 512, овес R 1816, горох в горошинах R приблизительно 435, горох стручковой R приблизительно 290, зерно кукурузы "попкорн" типа "желтый жемчуг" R 1046, зерно кукурузы "попкорн" типа "белый рис" R 1766, неочищенный рис R 1952, Sericea Lespedeza R 16318, зерно сорго R 2664, соевые бобы R 646, чечевица R 14907, семена рапса R 7097, семена сафлора R 1207, подсолнечник дробленый R 1593.

8. Способ по любому из пп.1 - 7, отличающийся тем, что хранилище заполняют продуктом частично, при этом расчетную величину расхода Q_f умножают на коэффициент f

f = h_a/h_g,

где h_a - высота хранилища;

h_g - высота продукта в хранилище.

9. Способ фумигации нескольких открытых сверху хранилищ складского хозяйства, в котором каждое хранилище содержит соответствующий мелкий сыпучий продукт, включающий подачу к основанию хранилищ газа, содержащего фумигант, имеющий концентрацию, эффективную для борьбы с насекомыми-вредителями в хранящемся продукте или продуктах, отличающийся тем, что для предотвращения разбавления концентрации фумиганта внутри продукта в результате вытяжного эффекта осуществляют мониторинг температуры (T_g) продукта в каждом хранилище и температуры окружающего воздуха (T_а) снаружи хранилища, - определение максимальной разницы между температурой хранящегося продукта и указанной температурой окружающего воздуха, и - подачу газа, содержащего фумигант, при расходе потока Q_f, который определяют по формуле:



где Q_f - расход в м³/с;

g - ускорение силы тяжести, ~ 9,8 м/с²;

Р_а - атмосферное давление, Па;

R_а - газовая константа для воздуха, 287 Дж/кг К;

Т_а - температура воздуха снаружи хранилищ, К;

Т_g - температура продукта в хранилище, которая наиболее отличается от Т_а, К;

R - коэффициент сопротивления (П_а с/м²), который зависит от типа хранящихся сыпучих продуктов;

А - суммарная площадь горизонтальных поперечных сечений хранилищ, м².

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что в одном или в каждом хранилище хранимым продуктом является зерно.

11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что зерно в одном или каждом хранилище представляет собой свободно насыпанную пшеницу с коэффициентом сопротивления R около 3100 Па с/м² или уплотненная пшеница с коэффициентом сопротивления R около 4000 Па с/м².

12. Способ по любому из пп.9 - 11, отличающийся тем, что фумигантом в газе, содержащем фумигант, является фосфин.

13. Способ по п. 9, отличающийся тем, что продукт в одном или каждом хранилище представляет собой продукт, выбранный из группы, состоящей из следующих материалов с указанным R (Па с/м²): альфальфа R 16318, ячмень R 1676, клевер шведский R 27263, клевер темно-красный 10455, клевер красный R 17626, кукуруза в початках R приблизительно 619, кукуруза как собрана R приблизительно 128, кукурузное зерно R 719, трава овсяница R 4722, лен R 10421, семена травы костер R 1535, семена травы rescue R 709, Kobe Lespedeza R 3167, семена люпина синего R 512, овес R 1816, горох в горошинах R приблизительно 435, горох стручковой R приблизительно 290, зерно кукурузы "попкорн" типа "желтый жемчуг" R 1046, зерно кукурузы "попкорн" типа "белый рис" R 1766, неочищенный рис R 1952, Sericea Lespedeza R 16318, зерно сорго R 2664, соевые бобы R 646, чечевица R 14907, семена рапса R 7097, семена сафлора R 1207, подсолнечник дробленый R 1593.

14. Способ по любому из пп.9 - 13, отличающийся тем, что одно или каждое хранилище заполняют продуктом частично, при этом расчетную величину расхода Q_f умножают на коэффициент f

f = h_a/h_g,

где h_a - высота хранилища;

h_g - высота продукта в хранилище.

15. Способ фумигации мелкого сыпучего продукта в открытом сверху хранилище, включающий подачу газа, содержащего фумигант и имеющего концентрацию, эффективную для борьбы с насекомыми-вредителями в хранящемся продукте при его окуривании в течение продолжительного времени, отличающийся тем, что для обеспечения автоматизации процесса без снижения концентрации фумиганта в хранилище из-за вытяжного эффекта определяют максимальную величину разницы между температурой продукта внутри хранилища и температурой воздуха снаружи хранилища, которая будет наблюдаться в течение периода фумигации продукта, рассчитывают расход Q_fmax потока, который представляет собой значение расхода Q_f, получаемого при максимальной разнице температур по формуле:



где Q_f - расход в м³/с;

g - ускорение силы тяжести, ~ 9,8 м/с²;

P_а - атмосферное давление, Па;

R_а - газовая константа для воздуха, 287 Дж/кг К;

Т_а - температура воздуха снаружи хранилищ, К;

Т_g - температура продукта в хранилище, которая наиболее отличается от Т_а, К;

R - коэффициент сопротивления, Па с/м², который зависит от типа хранящихся сыпучих продуктов;

А - площадь горизонтального поперечного сечения хранилища, м²,

и подают газ, содержащий фумигант, к основанию хранилища при постоянной скорости расхода Q_fmax.

16. Способ по п.15, отличающийся тем, что фумигантом в газе, содержащем фумигант, является фосфин, а зерном является свободно насыпанная пшеница с коэффициентом сопротивления R около 3100 Па с/м² или уплотненная пшеница с коэффициентом сопротивления R около 4000 Па с/м².

17. Способ по п. 15 или 16, отличающийся тем, что хранилище заполняют продуктом частично, при этом расчетная величина Q_f умножается на коэффициент f

f = h_a/h_g,

где h_a - высота хранилища;

h_g - высота продукта в хранилище.

18. Устройство для фумигации мелкого сыпучего продукта, хранимого в открытом сверху хранилище, содержащее средство нагнетания газа, содержащего фумигант, в основание хранилища, первый датчик, расположенный внутри хранилища и дающий на выходе сигнал, указывающий температуру в хранящемся продукте, и средство для обработки данных, приспособленное для приема сигнала от датчика, расположенного внутри хранящегося продукта, отличающееся тем, что оно содержит температурный датчик, расположенный снаружи хранилища и дающий на выходе сигнал, указывающий температуру окружающего воздуха снаружи хранилища, а средство для обработки данных приспособлено для приема указанных первого и второго выходных сигналов и генерирования по меньшей мере одного управляющего сигнала, причем этот по меньшей мере один управляющий сигнал подается на вход регулирующих средств, приспособленных для регулирования расхода Q_f газа, содержащего фумигант, определяемого по формуле



где Q_f - расход в м³/с;

g - ускорение силы тяжести, ~ 9,8 м/с²;

P_а - атмосферное давление, Па;

R_а - газовая константа для воздуха, 287 Дж/кг К;

Т_а - температура воздуха снаружи хранилищ, К;

Т_g - температура продукта в хранилище, которая наиболее отличается от Т_а, К;

R - коэффициент сопротивления, Па с/м², который зависит от типа продукта, хранящегося в хранилище;

А - площадь горизонтального поперечного сечения хранилища, м².

19. Устройство по п.18, отличающееся тем, что регулирующие средства содержат первый клапан в трубе, проходящей от средства нагнетания к основанию хранилища, и второй клапан в линии, проходящей от находящегося под давлением источника газообразного фумиганта к указанной трубе, при этом указанный первый клапан управляется регулирующими средствами для установления расхода потока воздуха в хранилище (в соответствии с расчетным значением Q_f), а второй клапан управляется ими для поддержания в воздухе, проходящем по трубе, заданной концентрации фумиганта.

20. Устройство по п.18 или 19, отличающееся тем, что указанное средство обработки данных представляет собой программированный процессор или программированный компьютер.

21. Устройство по любому из пп.18 - 20, отличающееся тем, что содержит средства поддержания заданного минимального значения указанного расхода потока, когда расчетное значение Q_f меньше минимального расхода потока.

22. Устройство по любому из пп.18 - 21, отличающееся тем, что в хранилище, заполненном продуктом только частично, расчетная величина расхода Q_f умножается на коэффициент f

f = h_a/h_g,

где h_a - высота хранилища;

h_g - высота продукта в хранилище.

23. Устройство для фумигации нескольких открытых сверху хранилищ в складском хозяйстве, каждое из которых содержит мелкий сыпучий продукт, содержащее средства нагнетания газа с фумигантом из единственного источника в основание каждого хранилища, отличающееся тем, что дополнительно содержит первый температурный датчик, расположенный внутри каждого хранилища и дающий на выходе сигнал, указывающий температуру T_g в хранящемся продукте, второй температурный датчик, расположенный снаружи хранилищ и дающий на выходе сигнал, указывающий температуру T_а воздуха окружающей среды снаружи хранилищ, и средство обработки данных, связанное как с указанными температурными датчиками, так и с регулирующими средствами, причем средства обработки данных приспособлены для приема указанных первого и второго выходных сигналов определения максимальной разницы между температурой хранящегося продукта и температурой окружающей среды и генерирования управляющего сигнала, причем этот по меньшей мере один управляющий сигнал подается на вход регулирующих средств, которые приспособлены для регулирования расхода, при котором нагнетающие средства нагнетают газ, содержащий фумигант, так, чтобы расход потока газа, подаваемого в хранилище, имел величину Q_f, определяемую по формуле



где Q_f - расход в м³/с;

g - ускорение силы тяжести, ~ 9,8 м/с²;

P_а - атмосферное давление, Па;

R_а - газовая константа для воздуха (287 Дж/кг К);

Т_а - температура воздуха снаружи хранилищ, К;

Т_g - температура продукта в хранилище, которая наиболее отличается от Т_а, К;

R - коэффициент сопротивления, Па с/м², который зависит от типа хранящихся сыпучих продуктов;

А - суммарная площадь горизонтальных поперечных сечений хранилищ, м².

24. Устройство по п.23, отличающееся тем, что указанное средство обработки данных представляет собой программированный процессор или программированный компьютер.

25. Устройство по п.23 или 24, отличающееся тем, что содержит средства поддержания заданного минимального значения указанного расхода потока, когда расчетное значение Q_f меньше минимального расхода потока.

26. Устройство по любому из пп.23 - 25, отличающееся тем, что в хранилище, заполненном продуктом частично, расчетная величина расхода Q_f умножается на коэффициент f

f = h_a/h_g,

где h_a - высота хранилища;

h_g - высота продукта в хранилище.

Описание изобретения к патенту

Изобретение касается фумигации хранящихся в хранилищах мелких сыпучих продуктов, восприимчивых к воздействию и порче насекомыми-вредителями. В частности, изобретение может использоваться для управляемой фумигации мелких сыпучих пищевых продуктов, например зерна, которое хранится в вертикальной силосной башне, открытой сверху. Однако, изобретение не ограничивается его применением к пищевым продуктам или продуктам, хранящимся в силосной башне.

Технология эффективной и экономичной фумигации зерна с использованием низких концентраций фосфина в качестве газа-фумиганта раскрыта в международной патентной заявке N PCT/AU 90/00268, (публикация WIPO N 91/00017). Эта технология требует создания в зерне слабого избыточного давления газа, содержащего фумигант, причем величина избыточного давления такова, что газ, содержащий фумигант, проходит через массу зерна с постоянной линейной скоростью и выходит через верхнюю поверхность зерна, находящегося в силосной башне, со скоростью в диапазоне от 0.5 10^-4 до 2 10^-4 м/с. Концентрация фосфина в газе, проходящем через зерно, лежит в диапазоне от 4 до 200 микрограмм на литр (микро - одна миллионная часть, т.е. 10^-6).

Хотя указанная технология работает хорошо, дальнейшие работы, связанные с ее промышленным использованием, показали, что, когда зерно в вертикальном хранилище подвергается фумигации, а температура внутри хранилища отличается от температуры воздуха снаружи силоса, возникают проблемы. Когда температура зерна в башне больше температуры окружающего воздуха, плотность воздуха в силосе будет меньше плотности воздуха снаружи, что приведет к тенденции поднятия воздуха вверх внутри башни. Это явление названо "эффектом дымовой трубы", т. е. вытяжным эффектом. Разница плотностей воздуха внутри и снаружи башни создает разницу между градиентами давления по высоте внутри башни и по высоте снаружи башни. Следовательно, в открытой вверху башне давление воздуха в зерне у основания башни будет отличаться от давления воздуха снаружи башни на уровне основания башни.

В этой ситуации, если дно башни герметизировано не полностью (в промышленных силосных башнях это обычное явление, так как даже, если считается, что дно башни герметизировано, оно все равно будет иметь трещины и щели, через которые в башню будет попадать воздух), вытяжной эффект вызовет поток воздуха через открытую сверху башню. Этот поток воздуха, идущий через башню, будет разбавлять концентрацию фумиганта внутри по меньше мере части зерновой массы или другого пищевого продукта, хранящегося в башне, и тем самым препятствовать эффективной фумигации продукта.

Тот же вытяжной эффект встречается в других конструкциях хранилищ, открытых сверху и не полностью герметизированных у их оснований. Для удобства в остальной части настоящего описания (включая формулу изобретения) термин "хранилище" будет охватывать в пределах его функций любую конструкцию хранилища, в которой может храниться мелкий сыпучий продукт.

Основной задачей настоящего изобретения является обеспечение технологии, которая компенсирует вытяжной эффект и предотвращает нежелательное снижение концентрации фумиганта в течение фумигации содержимого открытого сверху хранилища. Эта задача решается путем поддержания (и предпочтительно при непрерывном регулировании) расхода потока газа, содержащего фумигант, таким образом, чтобы даже при наличии вытяжного эффекта в хранилище присутствовало количество газа, содержащего фумигант, достаточное для обеспечение непрерывной фумигации хранящегося продукта. Обнаружено, что требуемое регулирование расхода потока зависит от разницы между температурой хранящегося продукта и окружающей температурой снаружи хранилища. Таким образом, необходимое изменение расхода потока газа, содержащего фумигант, с целью компенсации вытяжного эффекта путем поддержания небольшого избыточного давления фумиганта заданной концентрации внутри зерновой массы или другого хранящегося продукта, может определяться, исходя из измерений или расчетов температур внутри и снаружи хранилища.

В соответствии с настоящим изобретением, способ эффективной фумигации мелкого сыпучего продукта в хранилище, предусматривает следующие стадии:

(а) обеспечения подачи газа, содержащего фумигант, и имеющего концентрацию фумиганта, которая является эффективной для борьбы с насекомыми-вредителями в хранящемся продукте при окуривании им хранящегося продукта в течение продолжительного периода времени; и

(b) подачи газа, содержащего фумигант, к основанию хранилища при расходе Q_f, который при заполненном хранилище определяется по формуле:



где Q_f - расход в м³/сек;

g - ускорение силы тяжести (составляет приблизительно 9.8 м/сек²);

P_а - атмосферное давление в Паскалях;

R_a - газовая константа для воздуха (= 287 J кг^-1 K^-1);

T_a - температура воздуха снаружи хранилища по шкале Кельвина;

T_g - температура продукта внутри хранилища также по шкале Кельвина;

R - коэффициент сопротивления (в Паскалях сек/м²), который зависит от типа хранящегося продукта; и

A - площадь горизонтального поперечного сечения хранилища в м².

Также, в соответствии с настоящим изобретением устройство для фумигации мелкого сыпучего продукта в хранилище содержит:

(а) средства для нагнетания газа, содержащего фумигант, в основание хранилища;

(b) первый датчик температуры, расположенный в продукте, находящемся в хранилище, дающий на выходе первый сигнал, указывающий температуру внутри хранящегося продукта;

(с) второй температурный датчик, расположенный снаружи хранилища, дающий на выходе сигнал, указывающий окружающую температуру снаружи хранилища;

(d) средства обработки данных, приспособленные для приема указанных первого и второго выходных сигналов и генерирования по меньшей мере одного управляющего сигнала;

причем по меньшей мере один управляющий сигнал поступает на вход регулирующих средств; причем указанные регулирующие средства приспособлены для регулирования расхода указанного газа, которые нагнетающие средства нагнетают таким образом, чтобы расход потока газа, содержащего фумигант, подаваемого в силос, имел величину Q_f, которая при полном силосе определяется по формуле



где Q_f - расход газа в м³/с;

g - ускорение силы тяжести (составляет приблизительно 9.8 м/сек²);

P_а - атмосферное давление в Паскалях;

R_a - газовая константа для воздуха (= 287 J кг^-1 K^-1);

T_a - температура воздуха снаружи силоса по шкале Кельвина;

T_g - температура продукта, хранящегося в силосе, также по шкале Кельвина;

R - коэффициент сопротивления (в Паскалях сек/м²), который зависит от типа продукта, хранящегося в силосе; и

A - площадь горизонтального поперечного сечения силоса в м².

Коэффициент сопротивления R, как указано выше, зависит от типа продукта, хранящегося в силосе, и способа его хранения.

Для свободно насыпанной пшеницы константа R составляет около 3100, а для уплотненной пшеницы R составляет приблизительно 4000.

Хорошо известный специалистам сельского хозяйства коэффициент сопротивления R определен экспериментально для ряда различных зерен хлебных злаков и других продуктов. Фактически один из авторов настоящего изобретения (Д-р Хантер) свел значения коэффициента R в таблицу 2 его статьи, озаглавленной "Pressure Difference across an Aerated Seed Bulk..." ("Разница давления в аэрируемой зерновой сыпучей массе для некоторых распространенных профилей воздуховодов и хранилищ"), которая была опубликована в Journal of Agricultural Engineering "Research, том 28, стр.437-450, 1983.

Указанная таблица приведена в конце описания.

В настоящее время предпочтительным фумигантом для зерен хлебных злаков и других мелких сыпучих пищевых продуктов является фосфин, хотя настоящее изобретение может предусматривать использование метилбромида, карбонилсульфида или любого другого подходящего газообразного фумиганта.

Для лучшего понимания настоящего изобретения ниже приводится более подробное описание способа управляемой фумигации и примеры его практического осуществления.

Подробное описание способа фумигации

Поскольку настоящее изобретение используется главным образом для фумигации хранящегося зерна, нижеследующее описание будет сконцентрировано именно на этом его использовании, хотя следует подчеркнуть, что настоящее изобретение может быть использовано для фумигации любого другого мелкого сыпучего продукта, который хранится в вертикальной башне или в любом другом хранилище, в котором может иметь место вытяжной эффект.

Хранящееся зерно представляет собой по существу пористую массу. От верха зерновой массы к ее дну идут непрерывные воздушные потоки. Если хранилище представляет собой открытую сверху вертикальную башню, дно или основание которой полностью герметизировано, разница между давлением у дна зерновой массы внутри хранилища и наружным атмосферным давлением на том же уровне, известная как перепад статического давления P₁, выражается следующей формулой;



где P₁ - - перепад давления в Паскалях;

g - ускорение силы тяжести (9.8 м/сек²);

h - высота зерновой массы в метрах;

P_а - атмосферное давление в Паскалях;

R_a - газовая константа для воздуха (= 287 J/кгК);

T_a - окружающая температура снаружи хранилища (т.е. в месте, смежном с его верхней частью) в Кельвинах; и

T_g - температура зерна также в Кельвинах.

Если дно хранилища не герметизировано и потоки воздуха свободно идут в основание хранилища, перепад статического давления (внутри и снаружи) должен быть равным нулю. Если дно хранилища частично герметизировано, измеренный перепад статического давления P₂ у основания зерновой массы будет иметь значение между нулем и P₁. Отношение P₂/P₁ является, следовательно, показателем того, насколько хорошо герметизировано дно хранилища.

Если температура зерна больше температуры снаружи хранилища, а дно хранилища герметизировано не полностью, вытяжной эффект будет побуждать наружный воздух входить в основание хранилища, разбавляя тем самым концентрацию фумиганта внутри хранилища. Такое попадание воздуха в силос будет частично или полностью препятствовать фумигации хранящегося зерна.

Вообще говоря, если герметизация хранилища сверху или у дна не соответствует техническим требованиям, P может быть принято в качестве разницы давления между давлениями внутри и снаружи хранилища, и P₂ будет выражено зависимостью:



где разницы давлений P_т и P_в определены как перепады давлений внутри и снаружи хранилища на одинаковом уровне;

P_т замеряется у верхней части хранилища; а P_в замеряется у дна или основания хранилища.

Таким образом, поток воздуха внутри полного хранилища, имеющий место вследствие вытяжного эффекта, выражается расходом Q_c по формуле:



где A - площадь поперечного сечения хранилища в м²;

R - коэффициент сопротивления зерна, который как указано выше, составляет 3100 для свободно насыпанной пшеницы и около 4000 для уплотненной пшеницы;

h - высота хранилища в метрах; и

Q_c - расход воздуха в м³/сек.

Так как разница между окружающей температурой и температурой зерна меняется, то поток воздуха через зерно, вызываемый вытяжным эффектом, тоже будет меняться и также будут меняться перепады давления. Таким образом поток газа, содержащего фумигант, который необходим для преодоления потока воздуха, вызываемого вытяжным эффектом, и непосредственного поддержания требуемого небольшого избыточного давления внутри зерновой массы, также будет меняться. Измененный расход газа, как было показано, может определяться исходя из измерений температуры зерна и окружающей температуры. Для преодоления воздушного потока Q_c, вызываемого вытяжным эффектом, в основание хранилища необходимо направлять поток газа, содержащего фумигант, при расходе Q_f. Этот входной поток газа будет идти между зернами (или поверхностью зерен) со скоростью V_f в м/сек, выражаемой формулой:



где R_a - газовая константа для воздуха, которая равна 287 J кг^-1 K^-1.

Отсюда, требуемый расход Q_f газа, содержащего фумигант, для заполненного хранилища будет выражен формулой:



Как отмечено выше, при работе установки для фумигации хранящегося зерна основание хранилища полностью герметизировано. Таким образом, выведенная выше формула применима к почти всем открытым сверху хранилищам, а расход потока газа, содержащего фумигант, требуемого для поддержания эффективной фумигации содержимого силоса может быть определен следующими стадиями:

(1) определение средней температуры зерна T_g в Кельвинах;

(2) определение окружающей температуры снаружи хранилища T_a в Кельвинах;

(3) определение площади поперечного сечения хранилища, в м²; и затем

(4) определение по приведенной выше формуле требуемого расхода газа, содержащего фумигант Q_f.

Если зерно не охлаждают искусственно и требуется, чтобы фумигация протекала автоматически при заданном устойчивом расходе газа, содержащего фумигант, поддерживаемом постоянно, необходимо приблизительно рассчитать минимальную наружную (окружающую) температуру T_a для периода осуществления автоматической фумигации. Максимальный вытяжной эффект будет иметь место при этом минимальном значении температуры T_a. Затем нужно рассчитать максимальный расход Q_f газа, содержащего фумигант, который будет иметь место при упомянутом значении T_a. Если этот максимальный расход Q_f, принятый для фумигации, не будет поддерживаться в течение протекания автоматической фумигации, концентрация фумиганта упадет ниже требуемой концентрации, установленной по данным токсикологических исследований.

В некоторых зерновых хранилищах разница между температурой T_g зерна и наружной температурой Т_a воздуха может быть положительной или отрицательной (например, в географических зонах, где окружающая температура может превышать температуру зерна, хранящегося в вертикальной башне, а также в тех случаях, где осуществляется искусственное охлаждение зерна, хранящегося в вертикальной башне). Когда Т_a превышает Т_g в хранилище не полностью герметизированном в его верхней части и у дна, будет возникать отрицательный вытяжной эффект. При отрицательном вытяжном эффекте воздушный поток через хранилище будет направлен сверху вниз. В этой ситуации для достижения эффективной автоматической фумигации зерновой массы потребуется определенный расход Q_f газа, содержащего фумигант, который должен поддерживаться постоянно и который будет компенсировать максимальную абсолютную степень возможного положительного и/или отрицательного вытяжных эффектов в хранилище.

Когда для эффективного поддержания фумигации требуется минимальный расход фумиганта, должны непрерывно контролироваться наружная окружающая температура и температура зерновой массы, а также регулироваться расход потока газа, что необходимо для получения величины расхода Q_f газа, рассчитываемой исходя из значений наблюдаемых температур Т_a и Т_g.

Следует также отметить, что когда для фумигации сыпучего содержимого вертикальной башне используется переменный (контролируемый) поток газа, содержащего фумигант, с расходом Q_f, а температура содержимого хранилища (зерновая масса) колеблется между значением, которое больше окружающей температуры снаружи хранилища и значением, которое ниже окружающей наружной температуры, должна постоянно поддерживаться положительная величина расхода Q_f газа.

В принципе, доведение расхода разветвленного потока газа, содержащего фумигант, через зерновую массу до нуля не должно вредно отражаться на фумигации зерна. Требуемая концентрация фумиганта, которая определяется токсикологическими исследованиями, должна существовать в зерновой массе до прекращения потока газа с фумигантом, а сопротивляемость адсорбции, т.е. поверхностному поглощению фумиганта зерном, которое очень низкое, не должна снижаться.

Непрерывный контроль расхода потока газа, содержащего фумигант, подаваемого в открытую сверху башню, может осуществляться вручную (например, путем контроля разницы между температурой зерна в хранилище и температурой окружающего воздуха снаружи хранилища, затем выбором из ряда предварительно установленных (заданных) контрольных значений расхода газа, заданного значения расхода газа для наблюдаемой разницы температур). Однако такой ручной контроль является самой дорогой формой непрерывного контроля. Непрерывный контроль осуществляется предпочтительно с использованием управляющего устройства, реагирующего на сигналы, выдаваемые датчиками температуры, расположенными внутри зерна и снаружи хранилища. Если требуется, среднее значение температуры зерна может определяться путем расположения нескольких датчиков в различных соответствующих местах внутри зерновой массы и генерированием (известными средствами) входного сигнала для управляющего устройства, который пропорционален разнице между средним значением выходных сигналов температурных датчиков, расположенных в зерне и снаружи хранилища. Управляющий блок должен обычно представлять собой программированный микропроцессор или программированный миникомпьютер, который генерирует выходной сигнал, который, в свою очередь, используется для регулирования устройства контроля потоком газа таким образом, чтобы фактический расход газа, содержащего фумигант, соответствовал в основном расчетному значению расхода Q_f.

Понятно, что если фумигант добавляют в газ-носитель (обычно воздух) после определения требуемого расхода газа, содержащего фумигант, то количество вводимого в газ-носитель фумиганта должно меняться параллельно с изменениями расхода газа-носителя для поддержания заданной концентрации фумиганта в хранилище, которая базируется на токсикологических исследованиях.

Практическое полное осуществление настоящего изобретения будет описано ниже на примере с ссылкой на приложенные чертежи, на которых изображено:

Фиг. 1 - схема подачи фосфина и расположения контрольного оборудования, взаимодействующего с открытым сверху зернохранилищем;

Фиг.2 - иллюстрация в графической форме результатов, полученных на одном примере использования оборудования, показанного на фиг.1.

Подробное описание проиллюстрированного воплощения изобретения

Полное испытание настоящего изобретения было проведено в Уоллендбине, Новый Южный Уэльс, Австралия, на открытом сверху вертикальном хранилище, в котором хранилось 2000 тонн пшеницы. Схема подачи фосфина и расположения контрольного оборудования, использованного для полного испытания изобретения, показана на фиг.1. Испытания с использованием этого оборудования были начаты в феврале 1994 г., продолжались до августа 1994 и продолжаются далее.

В соответствии со схемой расположения оборудования, показанной на фиг. 1, для измерения температуры в различных местах сыпучей зерновой массы 11, хранящейся в вертикальной башне 10, установлены три температурных датчика 12 (может использоваться любое требуемое количество таких датчиков), а для измерения окружающей температуры снаружи хранилища предусмотрен один температурный датчик 12А. Сигналы на выходе температурных датчиков поступают на вход программированного микропроцессора 13 (марка 386 PC, изготовленный фирмой Australian Computer Technology Pty, Ltd, включенный в установку, смонтированную в Уоллендбине, причем здесь может использоваться любой другой подходящий микропроцессор). Микропроцессор 13 усредняет сигналы от температурных датчиков 12 и определяет разницу между таким средним сигналом и сигналом от температурного датчика 12А. Исходя из величины этой разницы, микропроцессор 13 рассчитывает величину требуемого расхода Q_f газа, содержащего фумигант. С началом фумигации устанавливается предварительно определенный расход Q_f газа с фумигантом.

Микропроцессор 13 принимает также сигналы от датчика расхода 23 (например, термо-анемометр ALNOR модель N GGA-26), который установлен в трубе 18, ведущей к основанию башни 10. Микропроцессор сравнивает величину фактического расхода газа с его расчетной величиной Q_f. Если фактический расход газа в канале 18 окажется больше его расчетного значения Q_f, посылается сигнал на регулятор 14, побуждающий его закрыть клапан 21 с целью уменьшения расхода потока воздуха в трубе 18, обеспечиваемого промышленной воздуходувкой 15. Конец трубы 18, удаленный от воздуходувки 15, примыкает к распределительной плате (которая не обязательно может представлять собой горизонтальную распределительную плату 25, показанную на фиг. 1) в основании башни 10. Если фактический расход потока воздуха через трубу 18 будет меньше его расчетного значения Q_f, на регулятор 14 поступит сигнал, который побудит его открыть клапан 21.

Открытие (или закрытие) клапана 21 осуществляется очень малыми ходами и продолжается до тех пор, пока расход воздуха в трубе 18 не станет равным его расчетному значению Q_f, после чего сигнал, поступающий от микропроцессора на регулятор 14 изменится до величины, который побудит регулятор 14 открыть или закрыть клапан 21.

Микропроцессор 13 принимает также сигнал от датчика 22 концентрации фумиганта (например, "CO-cell" фирмы City Technology, Великобритания), который измеряет концентрацию фумиганта в воздушном потоке, идущем по трубе 18. Датчик 22 расположен не в трубе 18 и измерение осуществляется путем отбора образца газа, содержащего фумигант, идущего по трубе 18, и получения величины концентрации фумиганта в образце путем сравнения с калиброванной смесью из цилиндра 26. Если сигнал от датчика 22, характеризующий концентрацию фумиганта, показывает, что концентрация фумиганта ниже или выше требуемой величины (требуемая величина хранится в памяти микропроцессора), микропроцессор 13 посылает сигнал на регулятор 16, который побуждает его открыть (или закрыть) клапан 17, который регулирует подачу фосфина из цилиндрической емкости 20 (или другого источника фумиганта) в воздушный поток в трубе 18. Открытие (или закрытие) клапана 17 продолжается до тех пор, пока сигнал датчика 22 не покажет, что воздушный поток, идущий по трубе 18, содержит требуемую концентрацию фумиганта

Специалистам в области сельского хозяйства и химии понятно, что контуры обратной связи, образованные путем компоновки оборудования, показанной на фиг. 1, будут эффективно регулировать клапаны 17 и 21 для гарантии того, что всегда, когда газ с фумигантом продувается через зерновую массу 11, концентрация фосфина (или другого фумиганта) в газе будет оставаться постоянной, хотя расход газа изменяется в соответствии с мгновенно рассчитываемой величиной расхода Q_f,

Установка, показанная на фиг.1, включает также датчики 19 давления в зерновой массе 11. Датчики 19, каждый из которых представляет собой модель ЕМА 84 манометров, выпускаемых фирмой TSE Со Pty (Мельбурн, Австралия) и которые используются в установке в Уоллендбине, не играют никакой роли в механизме управления фумигацией. Они используются для измерений статического давления, которые являются независимым критерием правильности формулы, используемой для определения расхода Q_f и эффективности управляющих механизмов.

Полное испытание настоящего изобретения включает серии исследований, каждая из которых имеет три стадии. На первой стадии каждого исследования газовый поток через зерновую массу 11 контролируется в течение периода до пяти дней в соответствии с выведенной для расхода газа Q_f формулой, с использованием установки, показанной на фиг. 1. Затем на второй стадии исследования создают поток газа с фумигантом через хранилище с зерном, в соответствии со способом фумигации, описанным и заявленным в описании патента Австралии N 640 669 (который является патентом, выданным на австралийскую патентную заявку, происходящей из международной патентной заявки N PCT/AU 90/00268). То есть образуется предварительно установленный (заданный) поток газа, содержащего фумигант, взаимосвязанного с площадью поперечного сечения хранилища. Вторая стадия также осуществляется в течение периода до пяти дней. На третьей стадии каждого исследования с помощью нескольких датчиков 19 давления измеряется статическое давление внутри зерновой массы при отсутствии газового потока в трубе 18.

Вместо контрольной установки, показанной на фиг. 1, микропроцессор 13 может быть запрограммирован так, чтобы (а) регулировать воздушный поток через обводную линию 24, соединенную с трубой 18 или (b) управлять регулятором 27 скорости для воздуходувки 15. Из обеих показанных пунктирными линиями на фиг.1 альтернативных контрольных установок вторая установка не является предпочтительной.

На фиг. 2 графически представлен типичный ряд данных, полученных в течение одного периода времени порядка 24 часов в течение первой стадии наблюдений в Уоллендбине. На фиг. 2 показаны три кривые, отражающие:

(I) среднюю температуру внутри зерновой массы, измеренную датчиками 12 (кривая со значениями температуры, обозначенными сплошными квадратами);

(II) расход потока газа с фумигантом через силос, рассчитанный по формуле для расхода Q_f, в соответствии с настоящим изобретением (кривая со значениями расходов, обозначенными сплошными треугольниками); и

(III) фактический расход потока воздуха с заданной концентрацией фосфина через хранилище (кривая со значениями расходов, обозначенными точками).

Эти данные ясно иллюстрируют способность контрольных устройств быстро и точно регулировать расход потока газа с фумигантом в хранилище и, таким образом, демонстрируют пригодность настоящего изобретения для фумигации пищевых продуктов, хранящихся в открытом сверху вертикальном хранилище, в котором возможно появление вытяжного эффекта.

Настоящее изобретение может быть также использовано для непрерывной фумигации нескольких подобных хранилищ, применяемых в складском хозяйстве для хранения зерна с использованием одного источника газообразного фумиганта, соединенного посредством соответствующих труб с хранилищами. Для обеспечения надлежащей фумигации содержимого каждого хранилища, в нем устанавливают температурные датчики и регулятор газа, содержащего фумигант, который использует максимальную величину разницы между температурой зерна и температурой окружающего воздуха снаружи хранилищ складского хозяйства для определения величины расхода потока Q_f газа, содержащего фумигант, идущего к хранилищам. При такой схеме работы одно или более хранилищ могут пропускать газ, содержащий фумигант при более высоком расходе, чем тот, который необходим для компенсации отдельного вытяжного эффекта (или вытяжных эффектов), причем ни в одном из хранилищ не будет случая разбавления концентрации фумиганта в хранящейся зерновой массе.

Если трубы, идущие к хранилищам складского хозяйства, расположены не полностью симметрично, тогда каждое хранилище снабжается платой с регулируемыми отверстиями и регулирующим клапаном, используемыми в складском хозяйстве с несколькими хранилищами, раскрытом в описании международной патентной заявки N PCT/AU 90/00268 (Публикация WIPO N WO 91/00017).

Хотя выше описаны типичные воплощения настоящего изобретения, следует понимать, что изменения в эти воплощения могут быть внесены без отклонения от новой концепции изобретения. Например, приведенные в описании формулы для расходов Q_f и Q_c верны для хранилища, которое полностью заполнено продуктом. Если же хранилище заполнено только частично, необходимо расчетную величину Q_c и Q_f умножить на коэффициент h_a/h_g,

где h_a - высота хранилища;

h_g - высота продукта в хранилище.