Устройство и способ для уничтожения насекомых и грибков, разрушающих древесину, и для обработки материалов, содержащих вредные вещества - RU2296438C2

Чертежи

Описание

Настоящее изобретение касается технической области защиты материалов, в частности древесины, и предметов архитектуры и культурного достояния путем их обработки микроволновой энергией или объектов, пораженных вредителями, или же содержащих вредные вещества, в результате чего достигается их санирование.

В указанной технической области, за исключением защиты и обработки предметов культурного достояния, известны приборы или же устройства, которые осуществляют нагревание или же перегревание, вызванное примененной микроволновой энергией с использованием влажности, находящейся в облучаемом предмете или же объекте. Нагревание или же перегревание органических составляющих вредителей вызывает их уничтожение, не повреждая при этом сам объект.

Существуют приборы и устройства для просушивания материалов или частей строительных сооружений, как и для борьбы с вредителями в предметах архитектуры, так как равным образом могут применяться для обеих целей назначения.

К первой группе технических решений относятся такие, в которых антенна, излучающая микроволны, жестко или же неподвижно установлена непосредственно на магнетроне, называемом также микроволновым генератором, генератором или высокочастотным генератором. К таким решениям относятся, например, патенты WO 95/23945, ЕР 0807235 B1, DE 3804052 A1, DE 4420649 A1, DE 9314554 U1, DE 9413736 U1, DE 29705222 U1, DE 29706207 U1, DE 29818545 U1 или фирменный патент "Speidel-Microtec Mikrowellentrocknung", проспект с маркировкой или датированием "Copyright © 1999 by Speidel". Область применения таких устройств ограничена, так как в результате жесткой конструкции соединения магнетрона или же генератора и антенны они не применимы для облучения микроволнами в труднодоступных или недоступных местах. Они могут быть применены только для облучения больших пространств или больших площадей и это при условии наличия больших помещений и свободного места там, где они могут работать как самоходные приборы.

Вторая группа технических решений описана в патентах DE 3915750 С2, DE 19850195 A1 или DE 4420649 A1. Эти устройства или же приборы отличаются тем, что в этом случае в ходе дальнейшего развития приборов указанной выше первой группы было осуществлено разделение генератора и антенны, в результате чего антенна, излучающая микроволны, не соединяется жестко с магнетроном, а соединяется с помощью гибкого соединительного элемента. Благодаря такому соединению возможно их применение в местах, где устройства первой описанной группы не могут применяться.

Все указанные выше устройства и частично описанные способы имеют прежде всего общее то, что нагревание или перегревание как результат воздействия микроволн используется для воздействия на молекулы воды, находящиеся в веществе. Наряду с просушиванием путем нагревания вещества особое внимание обращали на борьбу или же на уничтожение вредителей путем перегревания их органических составляющих, чтобы можно было использовать эти устройства с учетом требований охраны окружающей среды.

Обе группы указанных устройств для облучения микроволнами имеют общее то, что они, как известно, оснащены системами подачи тока или же напряжения соединительными кабелями, управляющими и регулирующими устройствами, которыми управляется и регулируется электрическая энергия, экранирующими элементами, датчиками тревожной сигнализации и, в случае необходимости, устройством дистанционного управления или же устройством дистанционного включения и отключения.

Для всего сказанного выше общим является то, что описывается одна единственная антенна, на которую в каждом случае один единственный магнетрон или же генератор подает свою вырабатываемую высокочастотную энергию, при этом может осуществляться облучение как больших площадей, так и отдельных точек, в результате чего при применении нескольких антенн или же антенно-генераторных систем такие устройства работают (должны работать) в одном направлении. Известны также и зондообразные варианты их применения.

Данный вид устройства для облучения обеспечивает асимметричное термораспределение в облучаемом объекте с очень ярко выраженными пиками температуры, потому что осуществляется одностороннее введение микроволн. На практике из-за этого вызывались неожиданные перегревы внутри облученных объектов, которые, например, при облучении лесоматериалов приводили к неожиданным пожарам. С другой стороны, не происходило уничтожения вредителей на определенных участках лесоматериалов вследствие недостаточного там нагревания.

Как ближайший уровень техники относительно описанного ниже изобретения следует указать на устройство согласно техническим решениям, описанным в документах: DE - А-3405009, DE 4420649 A1 и DE 19850195 А1. Устройство согласно документу DE 4420649 A1 характеризуется составными частями устройства, которое включает установку электроснабжения, соединенную с управляющим и регулирующим устройством, к которому в свою очередь подключены система проводного дистанционного управления для включения и выключения головки для полевых испытаний, служащей в качестве датчика тревожной сигнализации, и так называемый облучающий короб с магнетроном. Лучеиспускающие элементы - антенны - данный патент, однако, не описывает, но описывает принципиально так же устроенную установку согласно патенту DE 19850195 A1 со ссылкой на излучающую головку, в которой расположен термоизмерительный зонд для определения температуры на поверхности древесины. Нагревание обрабатываемого материала в соответствии с патентом DE 4420649 A1 поддерживается постоянным благодаря времени, которое устанавливается на управляющем и регулирующем устройстве, и сохраняется ниже своей "точки воспламенения", и, таким образом, в этом патенте описывается, что в управляющем устройстве осуществляется ограниченная по времени подача электрической энергии к магнетрону. К облучающему коробу согласно документу DE 4420649 A1 подключены полевые электроды, которые на облучаемом материале располагаются друг против друга. Эти полевые электроды, очевидно, образуют только один конденсатор с одним переменным полем. Однако если эти, указанные в патенте так называемые полевые электроды действуют как антенны, испускающие микроволновые лучи антенны, то это техническое решение не может функционировать, так как два элемента, излучающие микроволны, располагаются друг против друга и подают микроволны друг на друга, и вследствие этого может быть вызван перегрев и, как следствие, неизбежный отказ в работе. Другая фигура согласно этому патенту должна представлять принцип действия встречного излучения. Но также и в этом случае такое устройство может не функционировать, так как между обрабатываемым материалом и облучающим коробом располагается рефлектор в виде алюминиевой фольги, вследствие чего микроволновое излучение из-за этого отражающего экранирования вообще не может достигнуть обрабатываемого материала, и в связи с отражением микроволных лучей последние возвращаются на магнетрон, перегревают данный магнетрон, что должно вызвать отказ в работе устройства. Имеются в этом документе и другие схемы, которые не имеют принципиального значения.

В области защиты материалов применялись в больших объемах препараты для борьбы с вредителями и средства для защиты древесины с большой концентрацией на базе хлороорганических соединений, как 1,4-дихлорбензол, дихлордифенилтрихлорэтан, линдан, пентахлорфенол, алдрин, диэльдрин, но также и неорганические мышьяковые и ртутные соединения, как белый мышьяк/арсенаты, а также и сублиматы, применение которых по причинам гуманитарной и экологической токсикологии, а также и с учетом реставрационных требований должны быть ограничены. В настоящее время пытаются устранить опасные для здоровья вещества, например, при помощи специальных растворителей или посредством маскирующих средств, не давая им выхода в помещение.

Частично устраняются также, например, хлороорганические соединения в зависимости от их давления пара благодаря повышению температуры, зачастую с помощью окутывания или сосудов, которые должны быть оснащены подходящими воздухоотводами, включая очистку из содержащих эти соединения материалов, как деревянные объекты, текстильные ткани, книги, кожаные обои и обувь, этнографические предметы, меха, шкуры птиц или гербарии, обрабатывая их, например, теплым или горячим воздухом в направлении снаружи вовнутрь. Это нагревание как в случае вышеуказанной борьбы против вредителей, так и в случае уничтожения органических вредителей не является равномерным и происходит асимметричное распределение температуры в объекте. Лежащие ниже слои недостаточно нагреваются и, следовательно, недостаточно освобождаются от опасного вещества. В случае содержащих вредные вещества частей строительных сооружений, как, например, стропильные фермы, необходимо, как и при уничтожении вредных организмов, в зависимости от существующего уровня техники прогревать все помещение, что вызывает большие затраты. При этом чрезвычайно невыгодно то, что обрабатываемую конструкцию следует накрывать. Далее недостатком является то, что биоциды с низким давлением пара, как дихлордифенилтрихлорэтан, белый мышьяк и сублимат, выделяются в недостаточном количестве в виде газов.

Исходя из недостатков и их причин, описанных выше согласно существующему уровню техники, задачей изобретения является разработать устройство и способ, обеспечивающие, обработку микроволнами древесины и других строительных материалов в малодоступных или почти недоступных местах с целью уничтожения находящихся в данных объектах насекомых, грибков и бактерий или же с целью удаления находящихся в данных объектах вредных веществ, например биоцидов, (обеззараживания) и при этом достигнуть равномерного профиля температуры с определяемой и контролируемой величиной по всему объекту и благодаря этому добиться гарантии надежного уничтожения или же равномерного и широкого обеззараживания, устранив вышеуказанные недостатки.

Согласно изобретению эта задача решается благодаря тому, что два магнетрона, названные здесь генераторами микроволн или же кратко генераторами, вместе с антеннами, предназначенными для каждого генератора, и отдельно генератор или только эти антенны размещены на самом облучаемом объекте на одной совместной линии, которую образуют обе совпадающие оси антенн, при этом они установлены непосредственно друг против друга или направлены друг против друга. Однако при таком расположении антенны или же антенно-генераторные системы будут облучаться взаимно и могут вызвать отказ в работе, что, однако, исключается в соответствии с настоящим изобретением благодаря предварительной схеме управления генератором и способу осуществления заявленного изобретения.

Может быть расположено несколько антенн под любым углом друг к другу. Четыре пары антенн соответственно расположены напротив друг друга под углом в 90°, т.е. перпендикулярно друг к другу, а три антенны, расположенные под углом друг к другу, могут затем располагаться под углом в 120° друг к другу. Один или несколько термоизмерительных зондов расположены в облучаемом объекте и подключены к блоку формирования сигналов. При помощи сигналов термоизмерительных зондов, обработанных в компьютере по специальной программе, и посредством включенных между компьютером и блоком формирования сигналов и генераторами и уже известных устройств для регулирования и управления эксплуатационный режим генераторов устанавливается точно на необходимую для объекта температуру, включая температурный режим.

Согласно заявленному изобретению эта задача технологически решается благодаря тому, что направленное друг против друга микроволновое излучение из расположенных напротив друг друга на объекте или же на облучаемом материале генераторов осуществляется таким образом, что оно испускается с временной асинхронностью, т.е. попеременно каждый раз из одного генератора. Такой режим выполняется благодаря управляющему устройству с настраиванием временного чередования генераторов посредством сетесинхронной настройки в полуволновом режиме. Тем самым полностью исключается взаимное высокочастотное воздействие генераторов благодаря управляющим сигналам управляющего устройства. Благодаря подаче управляющего напряжения для управления в диапазоне приблизительно от 0 до 10 вольт управляется испускаемая микроволновая мощность генератора путем изменения импульсной кратности. Подача необходимого управляющего напряжения для установления импульсной кратности и тем самым отданной микроволновой мощности может осуществляться вручную или путем подачи внешнего питания на управляющее устройство, причем внешнее питание является основным для устройства, регулирующего температуру. Благодаря обрабатываемым сигналам термоизмерительных зондов в вышеуказанном устройстве способ обеспечивает также и установление температуры желаемого профиля и желаемой величины в облучаемом объекте, причем с помощью блока формирования сигналов, соединенного с регулирующим устройством, заданные величины последнего и условия работы передаются дальше на управляющее устройство.

Самый серьезный недостаток, заключающийся в том, что микроволновое излучение, испускаемое исключительно только от одной антенны или от одной антенно-генераторной системы и проникающее в объект только с одной стороны и которое вызывает неравномерное распределение температуры в объекте, с частично слишком высокими температурами на той стороне, которая обращена к источнику излучения, и с недостаточной температурой на той стороне, которая является противоположной направлению излучения, устраняется благодаря заявленному изобретению. Положительный эффект предложенного технического решения достигается в особенности благодаря тому, что внутри объекта устанавливается температура, которая распределяется равномерно по поперечному сечению объекта и которая по своей величине уже не может угрожать воспламенению объекта при его микроволновой обработке. Микроволновая обработка объекта с двух противоположных сторон или с нескольких сторон приводит к наложению термических эффектов и тем самым к более однородному распределению тепла. Дальнейший положительный эффект состоит в том, что возможна обработка более толстых объектов. С целью обеспечения заменяемости генераторов предложенный эксплуатационный режим обеспечивается при помощи соответствующих схем в управляющем устройстве.

Неожиданно было установлено, что посредством микроволнового воздействия на материалы, объекты и вещество можно достигнуть цели обеззараживания этих материалов, объектов и веществ. При таком новом и изобретательном применении микроволн и для новой цели их применения успешно используют вышеуказанные признаки устройства и способа. В процессе микроволнового воздействия освобожденные вредные вещества вымываются и/или адсорбируются.

Приведенные ниже примеры 1 и 2 выполнения настоящего изобретения поясняют более подробно заявленное изобретение. На чертежах изображено:

фиг.1 - устройство с двумя антенно-генераторными системами, осуществляющими встречное излучение (жестко соединенная рупорная антенна с генератором, но не согласно заявленному изобретению),

фиг.2 - устройство соответственно с двумя плоскими антеннами, осуществляющими встречное излучение, из которых каждая отдельная антенна соединена с одним генератором с помощью гибких кабелей,

фиг.3 - распределение температуры по поперечному сечению облучаемого объекта,

фиг.4 - устройство с тремя плоскими антеннами, работающими под углом друг к другу, каждая из которых соединена с одним генератором с помощью гибких кабелей.

Пример 1 выполнения изобретения

Устройство в соответствии с изобретением, изображенным на фиг.1, представляет собой традиционную систему антенна-генератор G 1+1, G 2+2, но не согласно заявленному изобретению, которая, однако, располагаясь на обрабатываемом объекта О на одной совместной соединительной линии 4, облучается взаимно и может разрушиться, если не будет предусмотрен согласно изобретению чередующийся полуволновый режим благодаря схеме управления. При таком эксплуатационном режиме не происходит взаимного воздействия системы антенна-генератор G 1+1, G 2+2 и нагревание в объекте О осуществляется с обеих сторон равномерно и, суммируясь, образует равномерный температурный профиль согласно фиг.3. Сигналами термоизмерительного зонда 6, изображенного на фиг.2, и благодаря их дальнейшей обработке согласно фиг.2 общее устройство управляется таким образом, что наряду с равномерным температурным профилем достигается также и желаемая величина температуры при одновременном их контроле, в связи с чем обеспечивается надежное уничтожение насекомых и грибков. Фиг.2 изображает устройство, в котором размещается по две плоских антенны 1, 1', 2, 2', которые, также располагаясь на соединительной линии 4 своих обеих осей 5, 5', устанавливаются напротив друг друга. Эти плоские антенны 1, 1', 2, 2' соединяются через гибкий кабель 10 с относящимися к ним генераторами G 1, G 2. Они со своей стороны получают свои сигналы через управляющее устройство 9 с слаботочным управлением.

Вышеуказанным термоизмерительным зондом 6, вставленным в облучаемый объект О, поданные сигналы конвертируются в блоке формирования сигналов 7 и подаются в регулирующее устройство 8 и далее в управляющее устройство 9. На фиг.4, кроме того, изображено устройство с тремя плоскими антеннами 1, 2, 3. При этом не происходит взаимного встречного излучения, но благодаря взаимному расположению антенн под углом α, в данном случае α=120° , происходит тем самым встречное излучение микроволновых лучей. Предусмотрена также конструкция с гибкими соединительными кабелями 10 между плоскими антеннами 1, 2, 3 и генераторами G 1, G 2, G 3, аналогично фиг.2.

Пример 2 выполнения изобретения

Пример 2 выполнения изобретения описывает более подробно применение устройства и способа для обработки материалов, содержащих вредные организмы, как насекомые и грибки, уничтожающие древесину, как, например, лесные материалы, и для обеззараживания объектов и предметов, содержащих вредные вещества, так же как и предметов культурного достояния.

1. Уничтожение вредителей материала

Применяя устройство согласно фиг.2, на балках стропильной фермы, здесь обозначено как О, помещают плоские антенны 1, 1', 2, 2' и осуществляют направленное навстречу друг другу микроволновое излучение. Нагревание отдельной балки О при этом происходит постепенно и по отдельным растрам. Установка температуры в желаемом профиле и на желаемой величине в облучаемом объекте О согласно фиг.3, а также кривая "изменение температуры t при двухсторонней обработке" обеспечиваются путем управления общего процесса через блок формирования сигналов 7, заданные величины и условия которого передаются дальше в регулирующее устройство 8 и управляющее устройство 9. Этим достигается уничтожение вредных организмов без значительного ухудшения эластомеханических и химических свойств древесины. В случае облучения объектов, форма и вид которых не отвечают этой форме прямоугольной балки, а имеет место, например, сечение согласно фиг.4, возможно применение устройства антенн согласно фиг.4 или рупорных антенн. В случае других геометрических форм устройства антенн указанные признаки устройства и способа позволяют приспособиться также и к этим формам.

2. Обеззараживание объектов и предметов, содержащих биоциды

Помещение плоских антенн на предмете культурного достояния, например на дубовом сундуке О, осуществляется в соответствии с его величиной и геометрией так, чтобы излучаемые микроволны достигли участка, содержащего вредные вещества, или, выражаясь другим языком, зараженного участка с плоскими антеннами 1, 1', 2, 2' согласно фиг.2, альтернативно с рупорными антеннами. В качестве источника микроволн применяются генераторы G 1, G 2 с магнетроном, причем, конечно, возможно применение также и другой конструкции, например на полупроводниковой базе, так как принцип действия является одинаковым. Как описано в пункте 1, так же и здесь достигается максимально гомогенное нагревание, согласно фиг.3 вышеуказанного предмета культурного достояния, или же профиль нагревания устанавливается так, чтобы он лучше всего соответствовал намеченной цели обеззараживания предмета культурного достояния. Этот эффект обеззараживания путем применения микроволн или же обработкой микроволнами достигается благодаря тому, что путем соответствующего регулирования и управления микроволновой мощностью и продолжительностью ее воздействия осуществляется определенное нагревание в определенном месте, вследствие чего происходит рассеивание вредных и опасных веществ, как, например, биоцидов, из внутренней части материала равномерно на поверхность. Эта диффузия и в конечном счете газоотделение мобилизованных под действием тепла вредных веществ, вызванное внутри материала под повышенным давлением пара, можно реализовать в зависимости от температуры и времени именно благодаря этому изобретательскому техническому решению. То есть можно добиться с помощью необходимой температуры рассеивания вредных веществ по поверхности и осаждения на ней или дальнейшего газоотделения в любом месте в зоне заражения, не повреждая материал предмета культурного достояния, то есть также и путем растрообразного перемещения. Скапливающиеся на поверхности объекта вредные вещества, как, например, биоциды, после осаждения на поверхности или в близких к поверхности слоях вымываются с помощью воды, органических растворителей или эмульсий известным образом. Выходящие в газообразном виде биоциды отсасываются известным способом (специально не изображено на фигуре) и адсорбируются активированным углем. Также и остатки растворителей средств для защиты древесины под воздействием микроволн транспортируются на поверхность, с которой они затем могут испаряться. Благодаря устранению остатков растворителей исключается или по крайней мере ограничивается, например, повторная кристаллизация находящихся еще на поверхности древесины остатков биоцидов. Дальнейший положительный эффект воздействия микроволн на содержащиеся внутри материала биоциды состоит в том, что внутри объекта они могут быть превращены в менее токсичные соединения.

Кроме того, как показывает другой положительный эффект воздействия микроволн на зараженные деревянные объекты, было установлено, что тем самым улучшается образование биоцидомаскирующих средств на поверхностях и образование защитных слоев от биоцидов в них. Кроме того, можно размягчать органические консолидирующие средства и тем самым легче устранять их растворителями, а также и перевести в конечное состояние не затвердевшие внутри объекта консолидирующие средства.

Реферат

Изобретение касается технической области защиты материалов, в частности древесины, предметов архитектуры и культурного достояния путем их обработки микроволновой энергией или объектов, пораженных вредителями или же содержащих вредные вещества, в результате чего достигается их санирование. Техническим результатом является создание устройства и способа, обеспечивающих обработку микроволнами древесины и других материалов также и в малодоступных или почти недоступных местах для уничтожения вредных организмов, находящихся в данных объектах, таких как насекомых и грибков, или же для удаления находящихся в данных объектах вредных веществ (обеззараживания), при этом обеспечивается достижение равномерного температурного профиля по объему объекта и надежное уничтожение или же надежное обеззараживание. Согласно изобретениям два магнетрона (G1), (G2) или только антенны установлены на облучаемом объекте (О), непосредственно друг против друга. При этом в устройстве предусмотрен способ временного чередования управления генераторов. Посредством сигналов от термоизмерительных зондов, обработанных в компьютере, и посредством блока формирования сигналов, управляющего устройства и генераторов (G1), (G2) эксплуатационный режим генераторов (G1), (G2) устанавливается точно на необходимую для объекта (О) температуру, включая температурный режим. Применение микроволн для обработки объектов и предметов, пораженных вредителями и/или содержащих вредные вещества, позволяет обеспечить регулируемое повышение температуры и тем самым добиться уничтожения вредных организмов и обеззараживания этих предметов. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

Формула