Устройство для предпосевной обработки семян растений

Устройство относится к области семеноводства, а более конкретно к оборудованию, применяемому при предпосевной обработке семян различных сельскохозяйственных культур. Устройство включает плазменную камеру. Камера снабжена загрузочным и приемным бункерами, транспортирующим механизмом, двумя электродами. Один из электродов размещен в плазменной камере над транспортирующим механизмом. Электроды подключены к высокочастотному генератору. К плазменной камере подсоединены, по меньшей мере, одна емкость для неорганического газа и вакуумная система. Размещенный в плазменной камере над транспортирующим механизмом электрод установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно поверхности транспортирующего механизма. Упомянутый электрод выполнен длиной l и шириной b, удовлетворяющими соотношениям: l=(0,5-0,9)·L, мм; b=(0,5-0,7)·B, мм, где L - длина плазменной камеры, мм; В - поперечный размер плазменной камеры, мм. Использование изобретения позволит обеспечить повышение эффективности воздействия и равномерности распределения плазменного разряда на семена и исключить их повреждение при обработке. 17 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к области семеноводства, а более конкретно к оборудованию, применяемому при предпосевной обработке семян различных сельскохозяйственных культур.

Для биологически активного воздействия на семена растений используют обработку их различными физическими методами.

Известно устройство для предпосевной обработки семян (см. патент РФ №2246814, МПК А 01 С 1/00, опубликован 27.02.2005), которое содержит горизонтально установленный с возможностью вращения на двух полых полуосях барабан с загрузочным отверстием с крышкой. Внутри него попарно расположены встречно наклонные ребра. Излучатель электромагнитной энергии, который соединен с источником электромагнитной энергии, установлен снаружи барабана около его боковой стенки, которая выполнена из радиопрозрачного материала.

Известное устройство позволяет повысить равномерность обработки семян и уменьшить утечки электромагнитной энергии, но при этом происходит обработка только потоком электромагнитной энергии, не изменяется влажность семян и не оказывается фунгистатического или бактерицидного воздействия на семена.

Известно устройство для обработки семян холодной плазмой (см. патент США №6543460, МПК В 08 В 7/04, опубликован 08.04.2003), включающее горизонтально установленную с возможностью вращения цилиндрическую реакционную камеру из пирекса, закрытую с торцов дисками из нержавеющей стали. Коаксиально барабану установлено два полуцилиндрических электрода из меди. Верхний электрод соединен с высокочастотным генератором, а нижний электрод заземлен. Реакционная камера соединена с емкостями для различных газов, таких как воздух, аргон, кислород, четыреххлористый углерод, водяной пар.

Известное устройство предназначено для протравливания поверхности семян для удаления с нее фунгицидов и инсектицидов, но не предназначено для биологически активного воздействия на семена. В известном устройстве при длительном воздействии на семена плазмой может происходить разрушение наружной защитной оболочки семян, что может привести к потере посевных качеств семян, семена легко заражаются различными инфекциями, происходит загнивание семян при хранении, и сокращаются сроки сохранности семян после такой обработки.

Известно устройство для предпосевной обработки семян растений плазмой газового разряда (см. патент США №5281315, МПК H 05 F 3/00, опубликован 25.01.1994), включающее соединенную с вакуумной системой плазменную камеру, внутри которой установлены плоские электроды, подключенные к высокочастотному генератору. К плазменной камере подсоединены емкости для неорганического газа. Между электродами установлен неглубокий лоток для размещения партии семян растений. В камеру напускают неорганический газ или смесь неорганических газов до давления от 0,05 Торр до 5,0 Торр и создают между электродами низкотемпературную плазму газового разряда при приложении к электродам высокочастотного напряжения частотой 1-40 МГц и мощности электрического разряда от 0,003 Вт/см³ до 1,5 Вт/см³. Воздействие на семена плазмой газового разряда осуществляют в течение 5-500 с.

Известное устройство имеет незначительную производительность, поскольку в нем не обеспечивается непрерывный процесс обработки семян, так как необходимо отключать устройство для его охлаждения, а также и для выгрузки семян, прошедших обработку и загрузки новой партии семян. Устройство не позволяет создать оптимальные режимы обработки для семян различных растений, не исключается возможность перегрева семян.

Известно устройство для плазменной обработки семян растений (см. патент РФ №2076555, МПК А 01 С 1/00, опубликован 10.04.1997), совпадающее с заявляемым техническим решением по наибольшему числу существенных признаков и выбранное в качестве прототипа. Устройство включает плазменную камеру с загрузочным и приемным бункерами, подсоединенную к источнику неорганического газа, размещенные в камере электроды и вакуумную систему. Один из электродов выполнен в виде полого металлического элемента с возможностью циркуляции в нем охлаждающего агента, в качестве другого электрода использован металлический корпус плазменной камеры, а внутри плазменной камеры размещен транспортирующий механизм.

Заявляемое устройство обеспечивает непрерывный процесс плазменной обработки семян без их перегрева. Однако его конструкция не позволяет учесть при обработке биологические различия семян разных культур и создать оптимальные режимы обработки для семян различных растений. В то же время семена овощных, зерновых, кормовых, цветочных, декоративных, лекарственных растений, клубни, луковицы, семена древесных растений различаются размерами, массой, структурой и жесткостью (прочностью) защитной оболочки, периодом покоя.

Задачей заявляемого изобретения являлась разработка такого устройства для предпосевной обработки семян, которое бы обеспечивало равномерное распределение плазменного разряда по объему плазменной камеры, повышение эффективности биологически активного воздействия на семена самых различных растений путем создания требуемой конфигурации области плазменного разряда для семян каждого вида растений с учетом биологического различия, размеров, массы, строения семян разных культур и исключало бы возможность повреждения семян или недостаточного воздействия плазмой на семена.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для предпосевной обработки семян растений, включающем плазменную камеру, снабженную загрузочным и приемным бункерами, транспортирующий механизм, размещенный в плазменной камере, два электрода, один из которых размещен в плазменной камере над транспортирующим механизмом, высокочастотный генератор, подключенный к электродам, по меньшей мере одна емкость для неорганического газа и вакуумная система, подсоединенные к плазменной камере. При этом размещенный в плазменной камере над транспортирующим механизмом электрод установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно поверхности транспортирующего механизма и выполнен длиной l и шириной b, удовлетворяющими соотношениям:

l=(0,5-0,9)·L, мм;

b=(0,5-0,7)·В, мм,

где L - длина плазменной камеры, мм;

В - поперечный размер плазменной камеры, мм.

Размещенный в плазменной камере над транспортирующим механизмом электрод предпочтительно устанавливать на расстоянии h, удовлетворяющем соотношению:

h=(0,2-0,4)·В, мм.

Транспортирующий механизм предпочтительно располагать в плазменной камере на расстоянии с от стенки камеры, удовлетворяющем соотношению:

c=(0,2-0,5)·В, мм.

Размещенный над транспортирующим механизмом в плазменной камере электрод может быть выполнен плоским, а также с возможностью его охлаждения, для чего электрод может быть выполнен полым с возможностью циркуляции через его полость охлаждаемого агента.

В качестве второго электрода может быть использована плазменная камера или транспортирующий механизм.

Плазменная камера может быть выполнена с возможностью ее охлаждения.

Внутри плазменной камеры может быть установлена емкость для воды для создания более благоприятной газовой атмосферы при обработке старых или пересушенных семян.

С этой же целью плазменная камера может быть снабжена распылителем, соединенным с системой подачи воды.

Транспортирующий механизм может быть снабжен вибратором, благодаря чему семена, находящиеся на транспортирующем механизме, перемешиваются, чем исключается возможный отрицательный эффект экранирования верхним слоем обрабатываемых семян лежащих ниже семян и соответственно исключается неравномерность обработки семян.

Транспортирующий механизм может быть выполнен из инертного немагнитного материала, например из хлопка или из нержавеющей стали.

Электроды устройства выполняют из инертного немагнитного электропроводящего материала, например из меди или из алюминия.

Как показали исследования автора, соотношение длины l и ширины b электрода обусловлено тем, что при меньшей, чем указано выше, величине длины l и ширины b в плазменной камере возникает сильно сжатый концентрированный плазменный разряд, и семена при обработке подвергаются очень жесткому воздействию плазменного разряда, что может привести к разрушению - "сжиганию" семян и к неравномерности обработки семян.

При большей величине длины l и ширины b электрода могут возникать электрические "пробои" между электродами, при этом в плазменной камере не удается создать плазменный разряд с необходимыми параметрами для обработки семян.

Установка над транспортирующим механизмом электрода с возможностью его возвратно-поступательного перемещения относительно поверхности транспортирующего механизма позволяет оперативно изменять конфигурацию и параметры плазменного разряда в зависимости от различных видов обрабатываемых семян, с учетом их биологических и физических различий.

Заявляемое устройство поясняется чертежами, где

на фиг.1 показан один из вариантов заявляемого устройства в продольном разрезе;

на фиг.2 изображен в поперечном разрезе по А-А вариант устройства, показанный на фиг.1;

на фиг.3 показан второй вариант заявляемого устройства в продольном разрезе;

на фиг.4 показан третий вариант заявляемого устройства в продольном разрезе.

Заявляемое устройство для предпосевной обработки семян растений (см. фиг.1) включает плазменную камеру 1, снабженную загрузочным бункером 2 и приемным бункером 3 с задвижкой 4 для сбора обработанных семян. Внутри плазменной камеры 1 размещен транспортирующий механизм 5 в виде надетой на валки 6 транспортерной ленты 7, изготовленной, например, из хлопка. Один из валков 6 приводится во вращение приводом (не показан). Над транспортерной лентой 7 размещен плоский электрод 8, а под лентой 7 установлен второй плоский электрод 9. Электроды 8 и 9 подключены к высокочастотному генератору 10. Держатель 11 электрода 8 пропущен через изолятор 12, а сам электрод 8 установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения в вертикальном направлении относительно поверхности транспортерной ленты 7, например, с помощью реверсивного привода 13. Электрод 8 выполнен длиной l и шириной b, удовлетворяющими соотношениям:

l=(0,5-0,9)·L, мм;

b=(0,5-0,7)·B, мм

и преимущественно устанавливается над транспортерной лентой 7 на расстоянии h, удовлетворяющем соотношению:

h=(0,2-0,4)·B, мм.

Предпочтительно транспортирующий механизм 5 располагают в плазменной камере 1 (см. фиг.2) на расстоянии с от ее стенок 14, удовлетворяющем соотношению:

c=(0,2-0,5)·В, мм.

Устройство снабжено также несколькими емкостями 15, снабженными вентилями 16, для напуска в плазменную камеру 1 различных неорганических газов, например кислорода, азота, аргона, их смеси, а также воздуха. Камера 1 соединена через вентиль 17 с вакуумной системой 18 для создания заданного давления в камере 1. Электроды 8 и 9 выполняют из любого известного инертного немагнитного электропроводящего материала, например из меди или алюминия.

Второй вариант устройства для предпосевной обработки семян растений (см. фиг.3) отличается от варианта, изображенного на фиг.1, тем, что плазменная камера 1 снабжена распылителем 19, соединенным через вентиль 20 с системой 21 подачи воды, транспортерная лента 7 снабжена вибратором 22, электрод 8 и стенки камеры 1 выполнены полыми для охлаждения их путем циркуляции хладоносителя, подаваемым через вентиль 23 из емкости 24 и возвращаемым через вентиль 25 (трубопроводы подачи хладоносителя в полость стенок камеры 1 и возврата хладоносителя из полости электрода 8 не показаны). В качестве вибратора 22 может быть использован любой известный вибратор: механический, звуковой, ультразвуковой. В качестве электрода 9 использована сама плазменная камера 1.

Третий вариант устройства для предпосевной обработки семян растений (см. фиг.4) отличается от варианта, изображенного на фиг.1, тем, что транспортирующий механизм 5 выполнен в виде лотка 26 из нержавеющей стали, установленного на эксцентриковом приводе 27, при вращении которого лоток 26 совершает одновременные возвратно-поступательные перемещения в вертикальной и горизонтальной плоскостях, подбрасывая семена 28 и перемещая их в направлении к приемному бункеру 3. Плазменная камера 1 снабжена также емкостью 29 с водой, а лоток 26, соединенный с высокочастотным генератором 10, выполняет функцию электрода 9.

Заявляемое устройство для предпосевной обработки семян работает следующим образом (на примере устройства, изображенного на фиг.1 и фиг.2).

Семена 28, предварительно очищенные обычными известными способами от земли, посторонних включений, примесей семян других сортов, высушивают до своей естественной влажности (7-13%), загружают в загрузочный бункер 2. В плазменной камере 1, предварительно вакуумированной с помощью вакуумной системы 18, создают необходимую среду неорганического газа или смеси неорганических газов при давлении в диапазоне 0,2-1,13 Торр, напуская соответствующий газ из емкостей 15. В зависимости от вида семян электрод 8 устанавливают на заданном расстоянии от поверхности транспортерной ленты 7, являющемся оптимальным для обработки семян данного вида растении, и с помощью высокочастотного генератора 10 создают плазменный разряд между электродами 8 и 9 с частотой электрического разряда в диапазоне 1-40 МГц при мощности электрического разряда 0,01-0,1 Вт/см³. Семена 29 подают в технологическую камеру 1 из бункера 2 непрерывным слоем толщиной не более 2-3 средних размеров обрабатываемых семян на движущуюся транспортерную ленту 7. При среднемассовой (газовой) температуре в плазменной камере 1 20-40°С производят плазменную обработку семян 29. Прошедшие плазменную обработку семена 29 выносятся к концу транспортерной ленты 7 и при открытой заслонке 4 поступают в приемный бункер 3, из которого семена 29 поступают на расфасовку.

Проведенная проверка влияния плазменной обработки с помощью заявляемого устройства семян на рост, развитие растений и на урожай, получаемый из семян, прошедших плазменную обработку в заявляемом устройстве, показала, что устройство обеспечивает высокую эффективность для семян самых различных сельскохозяйственных культур и древесных пород растений. Параметры обработки семян различных растений в заявляемом устройстве приведены в таблице, при этом фактическая всхожесть семян контрольной партии (обработанной на установке, в которой электрод имел длину l<0,5·L и ширину b<0,5·B) и полученный из них урожай были приняты за 100%.

При величине электрода длиной l>0,9·L и шириной b>0,7·В в устройстве возникал электрический пробой межэлектродного пространства.

Таблица
Вид семян	Частота электрического разряда, МГц	Мощность электрического разряда, Вт/см3	Давление газовой среды, Торр	Газовая среда, содержания компонентов, %	Время обработки, с	Увеличение всхожести, % / Прибавка урожая, %
1	2	3	4	5	6	7
1/L=0,5; b/B=0,5; с/В =0,2; h/B=0,2
Редис	1	0,10	0,2	O2	10	7/13
Горох	10	0,05	0,2	O2	20	8/9
Томат	1	0,10	0,2	O2	15	5/6
Репа	13	0,10	0,5	воздух	20	8/10
Свекла	5	0,10	0,5	воздух	15	5/8
Ячмень	10	0,05	0,2	O2	20	6/11
Редька	40	0,01	1,13	(O2+N2)*	30	8/12
Капуста	15	0,05	0,5	O2	20	5/9
Чечевица	13	0,05	0,5	N2	20	5/8
Тыква	2	0,1	0,2	N2	15	6/7
Сосна	5	0,10	0,5	воздух	45	8/
Сельдерей	13				35	9/7
l/L=0,7; b/B=0,6; с/В =0,3; h/B=0,3
Редис	40	0,01	1,13	(O2+N2)*	30	11/15
Горох	30	0,01	1,13	N2	35	10/13
Томат	40	0,01	1,13	(O2+N2)*	35	9/12
Репа	20	0,02	0,2	N2	10	10/18
Свекла	30	0,01	1,13	N2	35	11/12
Ячмень	30	0,01	1,13	N2	35	10/13
Редька	15	0,05	0,5	O2	20	10/13
Капуста	40	0,01	1,13	(O2+N2)*	35	8/12
Чечевица	1	0,10	0,2	O2	15	9/14
Тыква	40	0,01	1,13	(O2+N2)*	30	9/12
Сосна	40	0,01	1,13	(O2+N2)*	35	9/
Сельдерей	40				45	12/11
1/L=0,9; b/B=0,7; с/В =0,5; h/B=0,4
Редис	13	0,05	0,5	N2	20	6/8
Горох	5	0,10	0,5	воздух	15	9/10
Томат	13	0,05	0,5	N2	20	6/9
Репа	40	0,05	1,13	O2	30	7/14
Свекла	10	0,05	0,2	O2	20	8/9
Ячмень	5	0,10	0,5	воздух	15	8/11
Редька	2	0,1	0,2	N2	10	5/7
Капуста	2	0,1	0,2	N2	15	9/10
Чечевица	40	0,01	1,13	(O2+N2)*	35	10/11
Тыква	15	0,05	0,5	O2	20	10/11
Сосна	13	0,05	0,5	N2	25	6/
Сельдерей	5	0,10	0,5	воздух	25	4/8

1. Устройство для плазменной обработки семян растений, включающее плазменную камеру, снабженную загрузочным и приемным бункерами, транспортирующий механизм, установленный в плазменной камере, два электрода, один из которых размещен в плазменной камере над транспортирующим механизмом, высокочастотный генератор, подключенный к электродам, по меньшей мере, одну емкость для неорганического газа и вакуумную систему, подсоединенные к плазменной камере, отличающееся тем, что размещенный в плазменной камере над транспортирующим механизмом электрод установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно поверхности транспортирующего механизма и выполнен длиной l и шириной b, удовлетворяющими соотношениям:

l=(0,5-0,9)·L, мм;

b=(0,5-0,7)·B, мм,

где L - длина плазменной камеры, мм;

В - поперечный размер плазменной камеры, мм.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что размещенный в плазменной камере упомянутый электрод установлен над транспортирующим механизмом на расстоянии h, удовлетворяющем соотношению:

h=(0,2-0,4)·B, мм.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что транспортирующий механизм расположен в плазменной камере на расстоянии с от стенки камеры, удовлетворяющем соотношению:

с=(0,2-0,5)·В, мм.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что размещенный над транспортирующим механизмом в плазменной камере упомянутый электрод выполнен плоским.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что размещенный в плазменной камере над транспортирующим механизмом упомянутый электрод выполнен с возможностью его охлаждения.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что размещенный в плазменной камере над транспортирующим механизмом упомянутый электрод выполнен полым с возможностью циркуляции через его полость охлаждаемого агента.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве второго электрода использована плазменная камера.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве второго электрода использован транспортирующий механизм.

9. Устройство по п.6, отличающееся тем, что плазменная камера выполнена с возможностью ее охлаждения.

10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что внутри плазменной камеры установлена емкость для воды.

11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что плазменная камера снабжена распылителем, соединенным с системой подачи воды.

12. Устройство по п.1, отличающееся тем, что транспортирующий механизм снабжен вибратором.

13. Устройство по п.1, отличающееся тем, что транспортирующий механизм выполнен из инертного немагнитного материала.

14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что транспортирующий механизм выполнен частично из хлопка.

15. Устройство по п.13, отличающееся тем, что транспортирующий механизм выполнен из нержавеющей стали.

16. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упомянутые электроды выполнены из инертного немагнитного электропроводящего материала.

17. Устройство по п.16, отличающееся тем, что упомянутые электроды выполнены из меди.

18. Устройство по п.16, отличающееся тем, что упомянутые электроды выполнены из алюминия.