устройство для обеззараживания, дегельментизации животноводческих стоков (варианты)

Классы МПК:A01C3/00 Обработка навоза; внесение навоза в почву
C02F1/48 магнитными или электрическими полями
A61L2/12 микроволнового
Автор(ы):, , ,
Патентообладатель(и):Научно-исследовательский центр прикладной электродинамики Казанского государственного технического университета им.А.Н.Туполева
Приоритеты:
подача заявки:
1996-02-21
публикация патента:

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к устройствам для обработки жидких стоков животноводческих помещений и пищевых отходов. Сущность изобретения: устройство содержит станину, размещенную по краям отводной канавки, на которой установлены экранирующие модули со шторками из поглощающей резины и модули 5 излучающей системы, соединенные друг с другом и со станиной с помощью уплотняющих фланцев. На дне отводной канавки выполнены ступеньки для лучшего перемешивания отходов в процессе их протекания через активную зону обработки, что увеличивает равномерность облучения отходов. Кроме того, участок отводной канавки под станиной выполнен с уклоном для перемещения отходов самотоком. Облучающий модуль содержит корпус, два СВЧ-генератора 9, волноводные излучатели, фланцы крепления волноводных излучателей, ручки. Экранирующие и излучающие модули, установленные на станине, совместно с краями и дном отводной канавки образуют канал обработки стоков. Взаимодействие СВЧ-поля с отходами происходит во время их протекания в активной зоне канала обработки. Конструкция устройств позволяет легко наращивать мощность облучающей системы. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Рисунки к патенту РФ 2113096

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к устройствам для обработки жидких стоков животноводческих помещений и пищевых отходов.

Известны устройства для обработки жидких сред, использующие гидроударное воздействие за счет воздействия импульсного электрического тока, например авт. св. N 1713652, (B 03 C 5/00), БИ N 7, 1992. Устройство содержит разрядную камеру, в которой коаксиально расположены цилиндрические электроды, при этом на внутренней поверхности внешнего электрода, снабженной перфорированной изоляционной прокладкой, осуществляется множество одновременных стриммерных пробоев электролита. Ударная волна передается через стенки эластичной трубы, проложенной коаксиально внутри разрядной камеры, на обрабатываемую жидкость.

Известны также устройства для обработки жидких стоков, использующие магнитное поле, например авт. св. N 2015112, 2032627 (C 02 F 1/48), 1995. Недостатком известных устройств является высокое энергопотребление.

Прототипом выбрано устройство по патенту SU N 1829941, A 61 L 2/12, БИ N 27, 1993. "Способ стерилизации текучих сред и устройство для его осуществления". Устройство содержит генератор СВЧ-энергии, волновод и рабочую камеру, которая выполнена по меньшей мере двухсекционной, каждая секция имеет кожух с окнами для подсоединения волновода; внутри кожуха коаксиально расположен трубопровод из радиопрозрачного материала, по которому поступает обрабатываемая жидкость, при этом трубопровод зафиксирован в кожухе радиопрозрачными шайбами и металлическими усеченными конусами, герметично охватывающими трубопровод. При этом использован один магнетрон мощностью 5 кВт, требующий организации жидкостного охлаждения, что усложняет техническую реализацию устройства.

К недостаткам прототипа относится также высокое энергопотребление - 120 кВт/ч/т, хотя оно и меньше, чем в других известных устройствах.

Техническая задача, решаемая при создании изобретения, заключается в упрощении конструкции устройства и снижении энергозатрат.

Задача решена тем, что в устройстве для обеззараживания, дегельментизации животноводческих стоков, содержащем облучающую систему с источником СВЧ-энергии, канал обработки стоков, состоящий по меньшей мере из двух секций, образован отводной канавкой и размещенной по ее краям станиной, на которой установлены модули облучающей системы, составляющие совместно с участками отводной канавки под ними секции канала обработки стоков, при этом каждый модуль облучающей системы состоит из корпуса, двух СВЧ-генераторов, установленных на внешней стороне корпуса симметрично продольным осям модуля излучающей системы и канала обработки стоков, и двух волноводных облучателей, подсоединенных с внутренней стороны корпуса каждого модуля излучающей системы к выходам СВЧ-генераторов и направленных в сторону стока, при этом модули облучающей системы герметично соединены друг с другом и со станиной с помощью фланцев. По концам канала обработки стоков на станине установлены экранирующие модули, конструктивно выполненные аналогично модулям облучающей системы, при этом к внутренней стороне корпуса экранирующего модуля прикреплены шторки из поглощающего материала, например поглощающей резины. Кроме того, на дне отводной канавки под каждым модулем облучающей системы выполнена ступенька высотой h = (1,2 - 1,3)d (d - глубина стока в отводной канавке).

Задача решена также тем, что в устройстве для обеззараживания, дегельментизации животноводческих стоков, содержащем облучающую систему с источником СВЧ-энергии, канал обработки стоков, состоящий по меньшей мере из двух секций, каждая из которых имеет металлический экран цилиндрической формы с окнами для подвода СВЧ-энергии, внутри которого коаксиально расположен трубопровод для стоков, выполненный из радиопрозрачного материала и зафиксированный в металлическом экране радиопрозрачными шайбами, канал обработки стоков имеет вертикальное расположение, а каждая секция канала обработки стоков имеет модуль облучающей системы, состоящий из трех СВЧ-генераторов, установленных на внешней стороне металлического экрана под 120o друг к другу в плоскости поперечного сечения канала обработки, с внутренней стороны металлического экрана напротив окон для подвода энергии к выходам СВЧ-генераторов подсоединены волноводные излучатели, направленные в сторону трубопровода, при этом секции канала обработки стоков герметично соединены друг с другом с помощью фланцев. При этом по концам канала обработки стоков установлены экранирующие модули, конструктивно выполненные аналогично секциям канала обработки стоков, при этом к внутренней стороне экранирующих модулей прикреплены шторки из поглощающего материала.

На фиг. 1, 2 изображена структурная схема первого варианта устройства для обеззараживания, дегельментизации животноводческих стоков, на фиг. 3 - структурная схема второго варианта устройства, на фиг. 4, 5 - конструкция модуля облучающей системы первого варианта устройства.

Устройство по фиг. 1 содержит станину 1, размещенную по краям отводной канавки 2. На станине 1 установлены экранирующие модули 3 со шторками 4 из поглощающей резины и модули 5 излучающей системы, соединенные друг с другом и со станиной с помощью уплотняющих фланцев 6. На дне отводной канавки 2 выполнены ступеньки 7 высотой h = (1,2 - 1,3)d (d - глубина стока) для лучшего перемешивания отходов в процессе их протекания через активную зону обработки, что увеличивает равномерность облучения отходов. Кроме того, участок отводной канавки 2 под станиной 1 выполнен с уклоном 5 - 8 для перемещения отходов самотоком.

Облучающий модуль 5 (см. также фиг. 4) содержит корпус 8, два СВЧ-генератора 9 с блоками питания (блоки питания на фиг. 1 - 5 не показаны), волноводные излучатели 10, фланцы крепления 11 волноводных излучателей 10, ручки 12. СВЧ-генераторы 9 работают в разнополярные полупериоды трехфазной сети 50 Гц. Экранирующие 3 и излучающие 5 модули, установленные на станине 1, совместно с краями и дном отводной канавки 2 образуют канал обработки стоков. Экранирующие модули 3 предназначены для того, чтобы СВЧ-излучение не излучалось вовне.

Устройство по фиг. 3 содержит приемный бункер 13, канал обработки, состоящий из нескольких секций 14. Каждая секция имеет металлический экран 15 цилиндрической формы с окнами для подвода СВЧ-энергии, внутри которого коаксиально расположен трубопровод 16 для стоков из материала, не поглощающего СВЧ-поле, и зафиксированный фторопластовыми шайбами 17, а также модуль облучающей системы, состоящий из трех СВЧ-генераторов 9, установленных на внешней стороне металлического экрана 15 под 120o друг к другу в плоскости поперечного сечения канала обработки, с внутренней стороны металлического экрана 15 к выходам СВЧ-генераторов 9 напротив окон для подвода энергии подсоединены волноводные излучатели 10, при этом секции 14 канала обработки стоков герметично соединены друг с другом с помощью фланцев 6. Питание СВЧ-генераторов 9 осуществляется от трехфазной сети, поэтому их работа сдвинута по фазе на 120o. Модули облучающих систем соседних секций питаются в противофазе силовой сети 50 Гц.

По концам канала обработки стоков установлены экранирующие модули 3, конструктивно выполненные аналогично секциям 14, при этом к внутренней стороне экранирующего модуля 3 прикреплены шторки 4 из поглощающей резины. Канал обработки стоков имеет вертикальное расположение, что обеспечивает движение отходов. Для более надежного движения отходов и их перемешивания с целью увеличения равномерности облучения внутри трубопровода 16 установлен шнек 18, приводимый в движение мотором 19.

На выходе канала обработки (второго экранирующего модуля 3) установлен разгрузочный ротор 20 для дозированного приема обработанных отходов в отводной канал. Ротор 20 приводится в движение мотором 21.

Взаимодействие СВЧ-поля с отходами происходит во время их протекания в активной зоне канала обработки.

Модульная схема конструкции устройства позволяет легко наращивать мощность облучающей системы, осуществлять замену вышедших из строя модулей, использовать отдельные модули для обработки, дезинфекции помещений и т.п. Производительность установки зависит от мощности СВЧ-генераторов, восприимчивости биообъектов, электромагнитных параметров среды. Анализ работ по применению СВЧ-нагрева для целей обеззараживания и проведенные эксперименты по облучению гельминтов, их яиц и сальмонел показали, что последние погибают в навозе при дозах облучения 50 - 100 Дж/см2. Для производительности установки 1,5 - 2,0 т/час необходимая мощность СВЧ-излучения составляет 5,5 кВт.

В экспериментальной установке использованы генераторы на основе магнетронов M-136 с воздушным охлаждением, выходная мощность каждого генератора составила 0,56 кВт, что потребовало использования в первом варианте 5 модулей излучающей системы, а во втором варианте 3.

Эту мощность можно реализовать с помощью одного генератора, например типа M-81 или M-93. Однако такие мощные магнетроны сложны в управлении и не удобны в эксплуатации. Для их работы требуются водяное охлаждение, сложная система управления и контроля параметров.

Попарное включение и расположение генераторов в каждом модуле (во втором варианте - 3 генераторов) обеспечивает равномерность облучения и эффективность обработки стоков.

Конструктивные элементы устройства выполнены из стали марки Ст. 3 с защитным покрытием. Трубопровод 16 второго варианта устройства - из фторопласта.

Анализ интенсивности ближнего поля излучателей показал, что для сечения канала обработки 700 устройство для обеззараживания, дегельментизации   животноводческих стоков (варианты), патент № 2113096 400 мм при частоте излучения магнетрона M-136 расстояние от облучателя 10 до поверхности стока в отводной канавке 2 следует выбирать равным 0,4 - 0,5 м для минимизации неравномерности распределения СВЧ-поля по ширине канала обработки.

Использование небольших насадок на открытом конце волновода 10 в виде фланца 11 позволяет скорректировать его входное сопротивление и направленные свойства без рупорных излучателей, которые усложнили бы и увеличили размеры устройства. Таким образом, увеличивается коэффициент использования освещенной поверхности и соответственно КПД устройства.

Первый вариант (фиг. 1) является более простым и дешевым в изготовлении и эксплуатации, но менее эффективен с точки зрения производительности, т.к. в отводимых самотоком жидких стоках происходит интенсивное поглощение СВЧ-энергии. Второй вариант требует больших капиталовложений, но принудительная подача обрабатываемых отходов позволяет оптимизировать их влажность и равномерность облучения, что позволяет уменьшить общую мощность облучающей системы или при той же мощности увеличить производительность устройства.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Устройство для обеззараживания, дегельментизации животноводческих стоков, содержащее облучающую систему с источником СВЧ энергии, канал обработки стоков, состоящий по меньшей мере из двух секций, отличающееся тем, что канал обработки стоков образован отводной канавкой и размещенной по ее краям станиной, на которой установлены модули облучающей системы, составляющие совместно с участками отводной канавки под ними секции канала обработки стоков, а каждый модуль облучающей системы состоит из корпуса, двух СВЧ-генераторов, установленных на внешней стороне корпуса симметрично продольным осям модуля излучающей системы и канала обработки стоков, и двух волноводных облучателей, подсоединенных с внутренней стороны корпуса каждого модуля излучающей системы к выходам СВЧ-генераторов и направленных в сторону стока, при этом модули облучающей системы герметично соединены друг с другом и со станиной с помощью фланцев.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что по концам канала обработки стоков на станине установлены экранирующие модули, конструктивно выполненные аналогично модулям облучающей системы, при этом к внутренней стороне корпуса экранирующего модуля прикреплены шторки из поглощающего материала.

3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что на дне отводной канавки под каждым модулем облучающей системой выполнена ступенька высотой h = (1,2 - 1,3) d, где d - глубина стока в отводной канавке.

4. Устройство для обеззараживания, дегельментизации животноводческих стоков, содержащее облучающую систему с источником СВЧ энергии, канал обработки стоков, состоящий по меньшей мере из двух секций, каждая из которых имеет металлический экран цилиндрической формы с окнами для подвода СВЧ энергии, внутри которого коаксиально расположен трубопровод для стоков из радиопрозрачного материала, зафиксированный в металлическом экране радиопрозрачными шайбами, отличающееся тем, что канал обработки стоков имеет вертикальное расположение, а каждая секция канала обработки стоков имеет модуль облучающей системы, состоящей из трех СВЧ-генераторов, установленных на внешней стороне металлического экрана под 120o друг к другу в плоскости поперечного сечения канала обработки, с внутренней стороны металлического экрана напротив окон для подвода энергии к выходам СВЧ генераторов подсоединены волноводные излучатели, направленные в сторону трубопровода, при этом секции канала обработки стоков герметично соединены одна с другой с помощью фланцев.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что по концам канала обработки стоков установлены экранирующие модули, конструктивно выполненные аналогично секциям канала обработки стоков, при этом к внутренней стороне экранирующих модулей прикреплены штоки из поглощающего материала.

Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс A01C3/00 Обработка навоза; внесение навоза в почву

Патенты РФ в классе A01C3/00:
способ получения биогаза из экскрементов животных -  патент 2526993 (27.08.2014)
способ микробиологической переработки птичьего помета -  патент 2525251 (10.08.2014)
способ использования энергоисточников солнца и биомассы в фермерском хозяйстве -  патент 2520805 (27.06.2014)
шнек-сепаратор для обезвоживания волокнистого материала -  патент 2503164 (10.01.2014)
блочно-модульная биогазовая установка -  патент 2502684 (27.12.2013)
способ подготовки вспененного карбамидоформальдегидного удобрения к внесению под вспашку -  патент 2497338 (10.11.2013)
способ переработки сортированных бытовых отходов в топливные брикеты -  патент 2492158 (10.09.2013)
способ переработки подстилочного помета и навоза крупного и мелкого рогатого скота в топливные брикеты -  патент 2491265 (27.08.2013)
устройство для разделения навоза на фракции -  патент 2490850 (27.08.2013)
способ переработки безподстилочного помета птиц клеточного содержания и навоза свиней в топливные брикеты -  патент 2490849 (27.08.2013)

Класс C02F1/48 магнитными или электрическими полями

Класс A61L2/12 микроволнового

Патенты РФ в классе A61L2/12:
система обеззараживания медицинских и биологических опасных и потенциально опасных отходов с помощью микроволнового излучения -  патент 2480242 (27.04.2013)
устройство для комбинированной бактерицидной обработки -  патент 2228766 (20.05.2004)
способ обеззараживания инфицированных медицинских отходов и устройство для его реализации -  патент 2221592 (20.01.2004)
устройство для комбинированной бактерицидной обработки -  патент 2211051 (27.08.2003)
установка комбинированной бактерицидной обработки -  патент 2173562 (20.09.2001)
устройство для комбинированной бактерицидной обработки -  патент 2173561 (20.09.2001)
способ стерилизации материалов при помощи свч-излучения с высокой напряженностью поля и устройство для реализации способа -  патент 2161505 (10.01.2001)
способ быстрой стерилизации медицинских инструментов -  патент 2130319 (20.05.1999)
способ очистки и стерилизации медицинских инструментов -  патент 2126691 (27.02.1999)
способ инактивации инфекционной активности возбудителей кишечных инфекций и вакцина для иммунизации животных -  патент 2098134 (10.12.1997)


Наверх