способ для дезинсекции и дезинфекции материалов зернового происхождения и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ дезинсекции и дезинфекции материалов зернового происхождения, включающий формирование в разрядной камере рециркулирующего газового потока, ввод СВЧ-энергии в эту камеру с созданием плазмы в объеме камеры и пропускание через эту камеру обрабатываемого материала, отличающийся тем, что ввод СВЧ-энергии осуществляют импульсно с длительностью паузы между импульсами, обеспечивающей возврат плазмы к центральной части камеры и при которой степень ионизации плазмы сохранялась на уровне, достаточном для восстановления рабочих параметров плазмы при подаче следующего импульса, а материал зернового происхождения пропускают через разрядную камеру в виде свободно падающего потока.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что СВЧ-энергия подается в разрядную камеру от двух СВЧ-источников, образующих в разрядной камере два электромагнитных поля с ортогональной линейной поляризацией.

3. Способ по одному из пп.1 и 2, отличающийся тем, что СВЧ-энергия в разрядной камере имеет структуру электромагнитной волны с вращающейся поляризацией.

4. Способ по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что одновременно с подачей в разрядную камеру СВЧ-энергии на плазму воздействуют знакопеременным электрическим напряжением в виде периодических пилообразных импульсов или импульсов синусоидальной формы, вектор электрического поля которого направлен под углом, примерно равным 90^o к плоскости, в которой лежат векторы напряженности электрических полей СВЧ электромагнитных волн.

5. Способ по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что в разрядной камере создают дополнительно локальную зону рециркуляции газа с усилением электрического поля в ней или предварительно ионизируют газ с помощью дополнительного СВЧ энергетического воздействия, или ультрафиолетового облучения, или коронного разряда в приосевой части зоны рециркуляции газа.

6. Способ по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что период следования импульсов СВЧ-энергии и электрического напряжения существенно меньше времени пролета зернового продукта через разрядную камеру.

7. Устройство для дезинсекции и дезинфекции продуктов зернового происхождения с использованием СВЧ-энергии, состоящее из цилиндрической металлической разрядной камеры с формирователем вихревого газового потока в ней, с узлами ввода СВЧ-энергии и ввода и вывода обрабатываемых продуктов, отличающееся тем, что ось разрядной камеры ориентирована вертикально вдоль вектора силы тяжести, к центральным отверстиям в верхнем и нижнем днищах камеры подсоединены соответственно узлы ввода и вывода обрабатываемого продукта, выполненные в виде цилиндрических металлических труб, а узлы ввода СВЧ-энергии присоединены к верхнему или к нижнему или к верхнему и нижнему днищам камеры, расположены вокруг труб узлов ввода и вывода продукта и закрыты диэлектрическим материалом в плоскости днища камеры, а формирователь вихревого газового потока, создающего рециркуляционную зону, расположен у нижнего днища разрядной камеры.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что узлы ввода СВЧ-энергии выполнены в виде прямоугольных волноводов.

9. Устройство по п.7, отличающееся тем, что узлы ввода СВЧ-энергии выполнены в виде цилиндрических металлических труб, расположенных коаксиально вокруг труб ввода и вывода продукта, а к боковым стенкам труб узлов ввода СВЧ-энергии подсоединены прямоугольные волноводы.

10. Устройство по одному из пп.7-9, отличающееся тем, что внутрь металлических узлов ввода и вывода продуктов зернового происхождения введены электроды, например, в виде металлических штырей, изолированных от корпуса устройства и расположенных по оси труб.

11. Устройство по одному из пп.7-9, отличающееся тем, что внутри трубы узла ввода обрабатываемого продукта установлен дополнительный узел ввода СВЧ-энергии, выполненный, например, в виде открытой коаксиальной линии передачи СВЧ-энергии, внешний проводник которой коаксиален трубе узла ввода продукта, при этом через коаксиальную линию в разрядную камеру вводится дополнительный газовый поток, а между внешним и внутренним проводниками коаксиальной линии установлен завихритель дополнительного газового потока, выполненный из диэлектрического материала с малыми потерями на СВЧ.

12. Устройство по одному из пп.7-11, отличающееся тем, что при вводе СВЧ-энергии только через верхнее днище разрядной камеры формирователь вихревого газового потока выполнен в виде тангенциальных сопел, установленных у нижнего днища в ее боковой стенке, а при вводе СВЧ-энергии через верхнее и нижнее днища разрядной камеры формирователь вихревого газового потока расположен вокруг отверстия в днище для вывода обрабатываемого продукта и имеет выходное отверстие, направленное к боковой стенке разрядной камеры.

13. Устройство по одному из пп.7-12, отличающееся тем, что на входе трубы ввода обрабатываемого продукта установлен затвор.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к средствам дезинсекции и дезинфекции продуктов зернового происхождения перед их хранением, использованием для переработки или в качестве предпосевной обработки.

В настоящее время для этих целей используются ядохимикаты. В СССР был разработан способ /1/ радиационной дезинсекции, однако с его помощью не удается осуществить поверхностную дезинфекцию зерен, нельзя обрабатывать посевное зерно. Кроме того, его использование требует больших капитальных вложений на приобретение ускорителя электронов и строительство защитных сооружений.

Недавно разработан новый способ дезинсекции и дезинфекции материалов зернового происхождения, основанный на использовании энергии сверхвысоких частот /2/. Ниже будем называть его способом обеззараживания зерна. Суть этого способа состоит в том, что энергию СВЧ преобразуют в энергию разряда неравновесной плазмы в замкнутом объеме и материалы зернового происхождения пропускают сквозь этот объем. При этом плотность СВЧ- воздействия определяется величиной 5-20 Вт/см³, а степень заполнения потока зерном составляет 10-15%.

Время пребывания зерна в плазме определяется получением им дозы энергетического воздействия 5-10 кДж/кг.

Использование преобразования СВЧ-энергии в плазму позволяет сократить энергозатраты в десятки раз в сравнении с использованием прямого СВЧ-нагрева зерна до 60-70^o /3/.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому нами способу является вышеописанный способ обеззараживания зерна /2/, основанный на преобразовании СВЧ энергии в плазму.

Известный способ, основанный на использовании преобразования СВЧ-энергии в плазму, обладает существенными недостатками. При реализации этого способа СВЧ-энергия преобразуется в плазму, занимающую весь рабочий объем, через который пропускают зерновой поток. Для получения приемлемой производительности устройств - единицы и десятки тонн в час - сечение зернового потока должно быть достаточно большим. Известно, что допустимая скорость движения зерновок ограничена, так как их соударения друг с другом и стенками устройства ведут к потере качества зерна. Считается допустимой скорость движения зерна 5-10 м/сек. В этом случае при степени заполнения потока 15% для получения производительности 10 т/час поток зерна должен при скорости 10 м/сек иметь сечение, равное примерно 25-30 см², т.е. радиус плазменного объема должен превышать 3 см.

Получить плазменное образование с радиусом 3 см или более в воздухе при атмосферном давлении практически невозможно из-за быстрого затухания электромагнитного поля от периферии к центру.

В /4/ показано, что в СВЧ-разряде атмосферного давления глубина проникновения поля в плазму гораздо меньше 1 см, т.е. если даже с помощью специальных газодинамических приемов удается увеличить радиус плазменного образования, то в его центральной зоне СВЧ-поля практически нет. В результате при пропускании зерна через такой плазменный объем в приосевой зоне зерно не будет подвергаться воздействию СВЧ-энергии, преобразованной в плазму. При этом центральная зона будет захолаживаться потоком зерна и увлекаемого им воздуха, т. е. в этой области вообще не будет плазмы. Практически наблюдается сквозное "отверстие", а плазма поддерживается в виде цилиндрической трубы, толщина которой определяется глубиной проникновения электромагнитной волны и составляет не более 1 см.

Другим недостатком известного способа является следующее.

В СВЧ-поле каждая зерновка поляризуется, т.е. на ее поверхности в точках пересечения силовыми линиями электрического поля электромагнитной волны накапливаются заряды. Они создают собственное поле, которое складывается с электрическим полем электромагнитной волны. В результате у поверхности зерновки возникает локальное усиление электрического поля, что ведет к более интенсивному выделению СВЧ энергии и создает возможность ожога части поверхности зерновки.

Анализ состояния техники СВЧ плазменных реакторов показывает, что устройства, способные реализовать предлагаемый способ дезинсекции и дезинфекции продуктов зернового происхождения, в литературе не описаны.

Известно устройство, позволяющее получать плазменное образование большого диаметра /5/, которое выбрано в качество прототипа. Устройство представляет собой цилиндрическую разрядную камеру, в которую СВЧ-энергия вводится через окна в ее боковой стенке. Внутрь камеры вводится вихревой газовый поток, создающий рециркуляционную зону, диаметр которой определяется положением нескольких отверстий для выхода газа, выполненных в днище камеры. Центральные отверстия в днищах этого устройства могут быть использованы для ввода и вывода зернового потока.

Однако это устройство имеет принципиальные недостатки, не позволяющие его использовать для реализации предлагаемого способа обеззараживания зерна. Они состоят в следующем.

СВЧ-энергия может вводиться в разрядную камеру через окна в ее боковой стенке в виде электромагнитных волн с электрическим полем, перпендикулярным или параллельным днищам разрядной камеры.

В случае электрического поля, перпендикулярного днищам, в камере возбуждается электрическое поле с максимумом его значения на ее оси. В результате только в приосевой зоне плазменное образование подвергается эффективному СВЧ-воздействию, а это ограничивает возможность перемещения плазмы по разрядной камере, что противоречит основной сути предлагаемого способа обеззараживания зерна. Кроме того, в этом случае часть электрического напряжения, создаваемого электромагнитной волной между днищами, сосредоточивается в зазорах между плазмой и днищем и вызывает их пробой, разрушающий днища.

В случае электрического поля, параллельного днищам, между ними устанавливается косинусоидальное распределение напряженности электрического поля, поэтому зона наиболее эффективного СВЧ-воздействия на плазму и соответственно на зерновые продукты, определяемая квадратом напряженности электрического поля, ограничена и составляет по уровню (0,75-1) E_max² лишь примерно 1/3 высоты камеры, что может оказаться недостаточным для получения эффекта обеззараживания, во всяком случае эффективно может быть использована лишь небольшая доля всей плазмы, создаваемой в камере.

Устройство-прототип не позволяет осуществить ввод СВЧ-энергии в камеру в виде волны с вращающейся поляризацией, что является одним из признаков предлагаемого способа обеззараживания зернового продукта.

Целью предлагаемого изобретения является устранение указанных выше недостатков и создание способа дезинсекции и дезинфекции материалов зернового происхождения, основанного на использовании энергии СВЧ и плазмы, позволяющего увеличить производительность устройства, реализующего этот способ, по крайней мере, в несколько раз и избежать локальных ожогов поверхности зерновок.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что СВЧ-энергию преобразуют в энергию плазмы, занимающей не весь рабочий объем, через который пропускают материалы зернового происхождения, а только его часть, а затем это малое плазменное образование перемещают по всему рабочему объему так, чтобы за время пролета все зерновки подверглись плазменному воздействию.

Это достигается следующим образом. В рабочей камере создают зону рециркуляции газа, например, с помощью вихревого газового потока, а затем импульсно воздействуют СВЧ-энергией на плазму, образующуюся внутри этой зоны. В первый момент возникновение плазмы инициируется электрической искрой, появляющейся под действием СВЧ-энергии на специальном электроде, кратковременно вводимом в зону рециркуляции газа. В дальнейшем на возобновление плазмы под действием каждого очередного СВЧ-импульса, после ее деионизации в паузе между импульсами влияют путем создания в приосевой зоне условий, благоприятствующих развитию плазмы, например, путем создания дополнительной локальной зоны рециркуляции газа и усиления электрического поля в ней, или внешним ионизирующим воздействием в виде УФ-облучения или коронного разряда, или дополнительным СВЧ-энергетическим воздействием.

Образующееся плазменное образование, с одной стороны, стремится, как известно, навстречу потоку СВЧ-энергии, а с другой стороны увлекается потоком газа. Если бы СВЧ-энергия подводилась непрерывно, то в конце концов установилось бы стационарное состояние, при котором плазма заполнила бы весь объем зоны рециркуляции газа.

При импульсном СВЧ-воздействии плазма вовлекается в возвратно-поступательное движение внутри зоны рециркуляции. Возобновляясь под действием очередного импульса в приосевой зоне, где созданы для этого более благоприятные условия, плазма стремится заполнить всю благоприятную для ее существования зону, но в паузе она деионизируется, и процесс повторяется.

Таким образом, благодаря созданию рециркулирующего газового потока в разрядной камере и импульсному СВЧ-воздействию возникающее плазменное образование перемещается по всему рабочему объему и создается возможность плазменного воздействия на все зерновки, хотя объем плазмы, в котором выделяется основная доля СВЧ-энергии, гораздо меньше рабочего объема камеры, что и составляет суть первого отличия предлагаемого способа от известного и открывает возможность обработки потоков зерна гораздо большего поперечного сечения.

Другое отличие состоит в том, что для улучшения равномерности плазменного воздействия на поверхность зерновки СВЧ-энергию вводят в разрядную камеру с использованием или одной, или двух перпендикулярно поляризованных электромагнитных волн при одновременном приложении к зоне плазмы электрического напряжения с направлением силовых линий под углом, близким к 90^o по отношению к силовым линиям электрического поля электромагнитных волн. В этом случае вектор суммарного электрического поля колеблется (сканирует) в пространстве, что приводит к ослаблению концентрации плазменного воздействия на поверхность зерновки.

Наибольшая равномерность плазменного воздействия достигается в случае вращения поляризации электромагнитной волны, что осуществляется в случае когерентности двух перпендикулярно поляризованных электромагнитных волн и сдвиге фаз между ними, равном 90^o.

В этом случае изменение электрического напряжения приводит к изменению направления вектора суммарного электрического поля от плоскости вращения электрического поля электромагнитной волны. В результате можно достичь обегания вектором суммарного электрического поля всей поверхности зерновки и соответственно осуществить равномерное плазменное воздействие на ее поверхность.

В качестве дополнительного электрического напряжения могут быть использованы знакопеременные периодические пилообразные импульсы, или синусоидальное напряжение, или дополнительная электромагнитная волна, поляризованная перпендикулярно плоскости вращения поляризации основного электромагнитного поля.

Знакопеременность дополнительного электрического напряжения необходима для исключения возможности появления на зерновках электростатических зарядов.

Сущность предлагаемого нами устройства состоит в том, что узлы ввода и вывода потока зернового продукта в виде металлических труб подсоединены к центральным отверстиям соответственно в верхнем и нижнем днищах цилиндрической разрядной камеры, устанавливаемой так, чтобы ее ось совпадала с вектором силы тяжести, а узлы ввода СВЧ-энергии также подсоединены к днищам разрядной камеры и расположены вокруг труб узлов ввода и вывода зернового продукта. В этом случае СВЧ-энергия вводится в разрядную камеру вдоль ее оси и вдоль плазменного образования, создаваемого этой энергией. Это происходит потому, что плазма в приосевой зоне вытягивается вдоль оси потоком газа, который в центральной области рециркуляционной зоны, созданной в камере, течет вдоль оси. Длина зоны эффективного воздействия на зерновые продукты зависит от степени затухания электромагнитной волны, распространяющейся вокруг плазмы вдоль оси. При необходимости длина зоны может быть удвоена путем встречного ввода СВЧ-энергии через нижнее днище разрядной камеры. При этом ввод СВЧ-энергии в виде импульсов, как это устанавливается предлагаемым способом обеззараживания зерновых продуктов, позволяет сместить во времени встречные потоки СВЧ-энергии от отдельных источников и избежать вредного влияния СВЧ-генераторов друг на друга.

Периодическая подача СВЧ-энергии с противоположных сторон способствует изменению траектории движения плазменного образования, т.е. позволяет управлять его движением в зоне пропускания зернового продукта.

Рециркулирующий газовый поток в разрядной камере, необходимый для перемещения плазменного образования и изоляции его от стенок камеры, создается в ней при вводе СВЧ-энергии только через верхнее днище с помощью тангенциальных сопел в стенке камеры у ее нижнего днища. При вводе СВЧ-энергии через нижнее днище формирователь газового потока в виде кольцевого завихрителя устанавливается вокруг отверстия вывода зернового продукта, а поток газа направлен вдоль нижнего днища в сторону боковой стенки.

Ввод СВЧ-энергии в разрядную камеру вдоль ее оси на волне типа H₁₁, имеющей напряженность электрического поля, перпендикулярную оси, позволяет осуществить предлагаемые выше пути улучшения равномерности плазменного воздействия на поверхность зерновки. Для этой цели внутри труб ввода и вывода зернового потока устанавливаются электроды, выполненные, например, в виде металлических штырей, изолированных от корпуса устройства, на которые подаются периодические электрические знакопеременные импульсы пилообразной формы или синусоидальное напряжение. Электрическое поле, создаваемое этим напряжением, перпендикулярно электрическому полю электромагнитной волны H₁₁, что и приводит к пространственному колебанию суммарного вектора электрического поля, улучшающему равномерность плазменного воздействия. Максимальная равномерность этого воздействия достигается, когда СВЧ-энергия вводится на волне типа H₁₁ с вращающейся поляризацией, что достигается либо при запитке разрядной камеры через пары окон, расположенных в днище на ортогональных диаметрах со сдвигом по фазе на 90^o, либо при запитке разрядной камеры через трубу ввода СВЧ-энергии, расположенную коаксиально вокруг трубы ввода или вывода зерна, а к окнам в боковой стенке трубы ввода СВЧ-энергии подсоединены прямоугольные волноводы так, что их широкие стенки параллельны оси трубы.

Для увеличения производительности в предлагаемом устройстве внутрь трубы узла ввода зерна введены дополнительный узел ввода СВЧ-энергии и формирователь вихревого потока, создающий локальную рециркуляционную зону потока газа непосредственно под отверстием дополнительного узла ввода СВЧ-энергии. Этот отличительный признак позволяет инициировать разряд в приосевой зоне и вводить в нее дополнительную СВЧ-мощность, чтобы компенсировать затухание СВЧ-мощности, вводимой вокруг зернового потока.

Наличие трубы ввода потока обрабатываемого продукта приводит к возможности возникновения восходящего потока нагретого газа из разрядной камеры, что нарушает условия создания зоны рециркуляции газового потока в ней. Поэтому в трубе ввода продукта устанавливается затвор, открываемый лишь при подаче зерна. Зерно заполняет затвор и препятствует утечке газа.

На приведенных фигурах изображены общие виды вариантов выполнения предлагаемого устройства для обеззараживания продуктов зернового происхождения.

На фиг.1, 2 показан основной вариант исполнения устройства. Оно состоит из цилиндрической разрядной камеры 1, к верхнему днищу которой подсоединена труба узла ввода потока зерновых продуктов 2 и к нижнему днищу - труба узла вывода потока зерновых продуктов 3. Узлы ввода СВЧ-энергии 4 подсоединены к верхнему и нижнему днищам камеры 1. Они выполнены в виде прямоугольных волноводов, подсоединенных к окнам 5 так, что широкие стенки волноводов перпендикулярны радиальному направлению. В окнах 5 установлены диэлектрические вставки 6. Вокруг отверстия вывода зернового потока установлен формирователь газового потока внутри разрядной камеры 7, выполненный в виде отрезка трубы 8 с кольцевым завихрителем 9. Закрученный поток газа вводится в камеру 1 через кольцевое отверстие 10. В трубе 2 вставлен затвор 11, регулирующий зерновой поток и препятствующий возникновению восходящего потока газа из разрядной камеры.

На фиг. 3 показан вариант исполнения предлагаемого устройства с узлом ввода СВЧ-энергии 12, выполненным в виде металлической трубы 13, расположенной коаксиально трубе 2 узла ввода потока зернового продукта. В боковой стенке трубы 13 имеются окна 14, к которым подсоединены прямоугольные волноводы 15 так, что их широкие стенки параллельны оси устройства. Окно 16 ввода СВЧ-энергии в камеру закрыто диэлектрическим материалом. Формирователь газового потока в камере выполнен в виде сопел 17, расположенных тангенциально в боковой стенке камеры 1. Внутрь труб 2 и 3 ввода и вывода зернового потока введены через изоляторы 18 электроды 19 для подачи на них электрического напряжения.

На фиг. 4 показан вариант устройства с дополнительным узлом ввода СВЧ-энергии, расположенным внутри трубы 2 узла ввода зернового потока. Этот дополнительный узел ввода СВЧ-энергии выполнен в виде металлической трубы 20, внутри которой расположен цилиндрический водоохлаждаемый проводник 21. (Проводник 21 может быть использован и как электрод для подачи электрического напряжения.) Они образуют коаксиальную линию, которая через отверстие в боковой стенке трубы 2 соединена с внешней коаксиальной линией 22. В зазоре между трубой 20 и цилиндрическим проводником 21 введен кольцевой завихритель газового потока 23. Он выполнен из диэлектрического материала с малыми потерями на СВЧ. Газ для создания дополнительной рециркуляционной зоны в камере 1 у выходного отверстия дополнительного узла ввода СВЧ-энергии вводится внутрь коаксиальной линии через патрубок 24. Дополнительный узел ввода СВЧ-энергии со стороны подачи зернового потока прикрыт конусным рассекателем зернового потока 25. В трубе 3 вывода зернового потока установлен СВЧ-фильтр 26, препятствующий утечке СВЧ-энергии наружу. Он выполнен, например, в виде двух металлических полосок, соединенных крестообразно.

К боковой стенке разрядной камеры 1 подсоединено устройство 27 для первоначальной инициации электрического разряда. Оно содержит подвижный металлический штырь, кратковременно вводимый в разрядную камеру для поджига разряда.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

В разрядной камере 1 с помощью вихревого потока газа, создаваемого формирователем газового потока 7 или 17, в зависимости от варианта конструкции образуется зона рециркулирующего газового потока. Ее особенностью является наличие в ней замкнутых линий тока газа, т.е. часть газа, введенного в камеру 1, рециркулирует в приосевой зоне (делает несколько оборотов) прежде, чем выходит наружу. Внутри этой зоны при подаче импульса СВЧ-энергии возбуждается разряд, инициируемый в первый момент на специальном металлическом штыре 27, кратковременно вводимом в камеру.

Затем через эту зону пропускают свободно падающий поток зернового продукта. При этом происходит следующее. Как известно, СВЧ-разряд всегда движется в газе навстречу потоку СВЧ-энергии, поэтому к концу каждого СВЧ-импульса плазма проникает на периферию зоны рециркуляции, где ее граница стабилизируется втекающим в нее холодным газом. На периферии выделяется основная доля подводимой СВЧ-мощности и температура плазмы достигает своего наибольшего значения. В паузе между СВЧ-импульсами эта плазма рециркулирующим потоком газа вносится в приосевую зону, через которую пропускают зерно. Скорость падения зерна и соответственно скорость движения воздуха, увлекаемого зерном из узла ввода зерна, должны быть значительно меньше скорости движения рециркулирующего газа. В этом случае плазма обволакивает каждую отдельную зерновку. Длительность паузы между СВЧ-импульсами выбирается такой, что к началу следующего импульса степень ионизации плазмы, определяющая ее электропроводность, сохранялась бы на уровне, достаточном для эффективного поглощения СВЧ-энергии и восстановления рабочих параметров плазмы. При этом в начале нового СВЧ-импульса диэлектрическая проницаемость плазмы значительно меньше диэлектрической проницаемости зерновок, определяемой их влажностью.

Например, для зерен пшеницы с влажностью 17% диэлектрическая проницаемость зерен || 10, в то время как для плазмы || 1. По этой причине на поверхности зерновок происходит усиление электрического поля, оно равно сумме внешнего поля и дипольного поля поляризуемой зерновки. В результате у поверхности зерновки могут возникнуть очаги более интенсивного развития плазмы, чем в пространстве между зерновками, приводящие к локальным ожогам. Чтобы избежать этого, вектор электрического поля колеблют в пространстве (сканируют) либо путем использования электромагнитной волны с вращающейся поляризацией, либо воздействием двух электромагнитных волн, поляризованных взаимно перпендикулярно, и дополнительным к воздействию электромагнитных волн приложением электрического поля под углом, близким к 90^o, к направлению электрического поля электромагнитной волны. Во всех этих случаях плазма "размазывается" по поверхности зерновки и равномерность плазменного воздействия на зерновку улучшается.

По мере развития разряда в течение СВЧ-импульса плазма заполняет объем между зерновками и устремляется к периферии зоны рециркуляции, пробегая по всему объему, занятому зерновым потоком, воздействуя на них и на насекомых, находящихся в потоке. В зависимости от соотношения длительностей импульса и паузы и от радиуса зернового потока плазма может пробегать весь поток за один или несколько импульсов. Конкретный режим зависит от типа обрабатываемого продукта и производительности осуществляемого технологического процесса, т. е. степени заполнения потока зерновками. Но в любом случае в течение паузы плазма возвращается к центру. Если размер зернового потока слишком велик, то для инициации развития разряда из центра, чтобы плазма пробегала через весь поток, используется принудительная ионизация приосевой зоны с помощью дополнительного узла ввода СВЧ-энергии или других внешних средств, например, подачей на электроды 19 электрических импульсов, создающих коронный разряд.

Таким образом, благодаря рециркуляции газового потока и импульсному вводу СВЧ-энергии создается режим возвратно-поступательного перемещения плазмы по всему объему зернового потока и периодического плазменного воздействия на все зерновки даже в условиях, когда глубина проникновения СВЧ-электромагнитного поля в плазму значительно меньше ее радиуса. Использование различных способов пространственного колебания вектора напряженности электрического поля электромагнитной волны обеспечивает равномерность воздействия на поверхность зерновки. Период повторения СВЧ-импульсов и модуляции электрического напряжения должны быть существенно меньше времени пролета зерновками зоны плазменного воздействия. Обычно скорость движения газа в зоне рециркуляции составляет (20-100) м/сек, скорость падения зерна 5-10 м/сек, высота плазменной зоны 5-20 см, т.е. время пролета зерном плазменной зоны около 10^-2 сек, время прохода этой зоны рециркулирующим газом, переносящим вдоль оси плазму, около 10^-3 сек, поэтому период повторения СВЧ-импульсов должен быть значительно меньше, чем 10^-3 сек. В этом случае достигается достаточная "размазанность" плазмы по всей высоте зоны пролета и многократное воздействие на пролетающее зерно.

Приведем пример реализации конструкции предлагаемого устройства и режимов его работы при использовании одного источника СВЧ-энергии.

В качестве источника СВЧ-энергии может быть использован выпускаемый промышленностью источник с импульсной СВЧ-мощностью 10 кВт на частоте 2450 МГц при средней мощности до 5 кВт.

Источник СВЧ-энергии через делитель СВЧ-мощности и фазосдвигатель на 90^o в одном из плеч после делителя подсоединяется с помощью стандартных прямоугольных волноводов сечением 90х45 мм к входным волноводам 15. Диаметры трубы 13 и разрядной камеры 1 выбираются равными 150 мм, диаметры трубы 2 - 60 мм, трубы 3 - 80 мм, высота разрядной камеры 100 мм. Рабочий газ - воздух вводится через четыре сопла 17 диаметром 0,2-0,4 см с общим расходом 1 л/сек.

Длительность СВЧ-импульса 10^-4 сек, пауза между импульсами 10^-4 сек.

Инициирование разряда осуществляется кратковременным вводом штыря 27 в разрядную камеру. Одновременно с включением источника СВЧ-энергии на электроды подается синусоидальное напряжение величиной 1000 В на частоте 10 кГц.

Зерно поступает в устройство из бункера через затвор 11, устанавливаемый в трубе 2 на высоте 2 м от разрядной камеры.

Производительность процесса дезинсекции и дезинфекции зерна пшеницы составляет 5 т/час.

Предлагаемое устройство и способ дезинсекции и дезинфекции продуктов зернового происхождения имеют следующие основные преимущества.

Величина сечения потока обрабатываемого продукта не зависит от глубины проникновения СВЧ электромагнитной волны в плазму, образующуюся в разрядной камере, при этом каждая зерновка, пропускаемая через камеру, подвергается одинаковому и равномерному по ее поверхности плазменному воздействию.

Варианты конструкции предложенного устройства позволяют увеличивать производительность путем увеличения сечения потока зерна и подводимой СВЧ-мощности путем суммирования непосредственно в разрядной камере мощности двух отдельных СВЧ-источников.

Эти преимущества позволили приступить к созданию промышленного образца СВЧ-оборудования для обеззараживания зерновых продуктов.

В настоящее время изготовлен опытный образец установки производительностью 5 т/час и начаты его сертификационные испытания. Установка получила название ПЛАСТ-5 (плазменная стерилизация, 5 т/час).

Начато проектирование СВЧ-оборудования для обеззараживания продуктов зернового происхождения производительностью 60 т/час.

Таким образом, предлагаемый нами способ дезинсекции и дезинфекции продуктов зернового происхождения и устройство для его реализации лишены указанных выше недостатков прототипов и открывают возможность получения производительности, приемлемой для практического использования новой технологии без потери качества обрабатываемых продуктов.

Литература

1. Инструкция по борьбе с вредителями хлебных запасов. ВНПО "Зернопродукт", Москва, 1992 г.

2. Патент РФ N 2112345. Бюлл. изобр. N 16, 10.06.98 г.

3. M. A. K. Hamid, R.J.Bonlanger. A new method for the control moisture and insect infestations of grain by microwave power. Journal of microwave power, 1969, v.4(1), p.11-13.

4. Низкотемпературная плазма. Том 6, ВЧ- и СВЧ-плазмотроны. "Наука", Новосибирск, 1992.

5. Патент РФ N 1602376 (приоритет от 06.10.1988 г.).