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CN111821485A - 一种柑橘育苗潮汐灌溉高频加热杀菌装置 - Google Patents

一种柑橘育苗潮汐灌溉高频加热杀菌装置 Download PDF

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CN111821485A CN202010732003.XA CN202010732003A CN111821485A CN 111821485 A CN111821485 A CN 111821485A CN 202010732003 A CN202010732003 A CN 202010732003A CN 111821485 A CN111821485 A CN 111821485A
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代秋芳
揭钊越
李震
陈姗
洪添胜
宋淑然
吕石磊
薛秀云
吴观法
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South China Agricultural University
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Abstract

本发明公开了一种柑橘育苗潮汐灌溉高频加热杀菌装置，包括：控制箱和高频处理设备。高压电源、控制器等部件安装在控制箱内部；高频处理设备由高频处理箱、位于高频处理箱内部的信号源及两个电极板组成；两个电极板中间设有蛇形排列的非金属硬管；高频处理设备用于实现高频加热，处理非金属硬管流经的营养液；控制器可控制水泵的启停。该装置将信号及控制与处理部分独立，控制和电极分开，避免大功率电磁辐射干扰电子设备和辐射外泄；另外，该装置作为柑橘育苗潮汐灌溉系统营养液杀菌的一种有效手段，经济成本较低，结构相对简单；可改进柑橘无病苗木培育方法，提高柑橘病虫害的预防效果，提高了杀菌处理效率。

Description

一种柑橘育苗潮汐灌溉高频加热杀菌装置
技术领域
本发明涉及高频热处理领域，特别涉及一种柑橘育苗潮汐灌溉高频加热杀菌装置。
背景技术
高频热处理属于电介质加热技术，相比常规热加热处理，高频加热是通过发射高频交变电磁场从而引起物料中极性分子的极化运动以及水合离子的振荡迁移而产生能量，转化为热能，从而使物料温度升高。高频技术以其加热速度快、加热均匀性好、穿透深度大等优势，在国外工业农业上早已广泛使用，比如造纸，纺织，粮食干燥。国内近年来也有很多研究，其中见诸文献最多的莫过于将高频热处理技术用于食品加工领域，如用于菠萝罐头加热杀菌；采后巴坦木沙门氏菌杀灭；八角粉杀菌等等，在餐饮业中，高频加热也用来对冷冻食材进行加热预处理。
潮汐灌溉技术通过营养液循环利用达到节水的目的，营养液如果不加以消毒，很容易造成作物成批量感染病害。关于营养液消毒方面目前有几种处理方法：化学消毒法；高温消毒法；紫外线照射法；臭氧注入法。国内目前主要是紫外线照射法和臭氧注入法两种结合一起使用；一是经济成本较高、涉及的技术设备较多；二是消毒结果并不可控，无法清楚了解消毒情况，导致消毒的效率并不高。
因此，如何高效的对营养液进行消毒、做到消毒情况可知、可控，成为本领域研究人员亟待解决的问题。
发明内容
针对上述现有问题，本发明提供了一种柑橘育苗潮汐灌溉高频加热杀菌装置，该装置作为柑橘育苗潮汐灌溉营养液消毒的一种有效手段，可改进柑橘无病苗木培育方法，提高柑橘病虫害的预防效果。
本发明实施例提供一种柑橘育苗潮汐灌溉高频加热杀菌装置，包括：控制箱和高频处理设备；
其中，所述控制箱一侧设有电源接口，内部包括变压器、继电器和控制器；所述电源接口用于接入220V市电，一路转换为低压电源为所述控制器供电；另一路经所述变压器输出直流高压电，且通过所述继电器与所述控制器连接；
所述高频处理设备由高频处理箱、位于高频处理箱内部的信号源及两个电极板组成；所述信号源的输出端分别连接两个电极板；两个电极板中间设有蛇形排列的非金属硬管；所述非金属硬管的两端分别为营养液进水口和出水口；所述进水口和出水口与营养液药池连通；所述进水口设有水泵；
所述直流高压电与所述信号源连接；所述控制器与所述水泵控制连接。
进一步地，还包括：上位机；所述上位机与所述控制器控制连接。
进一步地，所述高频处理箱内部还设有匹配器；
所述信号源经所述匹配器与所述两个电极板连接。
进一步地，所述信号源采用电子管自谐振方式产生27.12MHz信号。
进一步地，所述匹配器为由大功率电感、电容串并联组成的匹配电路。
进一步地，所述非金属硬管、所述进水口和/或出水口的管路内部设有至少一个温度传感器；所述温度传感器与所述控制器连接。
进一步地，所述出水口设有流量传感器；所述流量传感器与所述控制器连接。
进一步地，所述进水口和/或出水口的管路上设有电磁阀；所述电磁阀与所述控制器连接。
本发明实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括：
本发明实施例提供的一种柑橘育苗潮汐灌溉高频加热杀菌装置，包括：控制箱和高频处理设备；其中，高压电源、控制器等部件安装在控制箱内部；高频处理设备由高频处理箱、位于高频处理箱内部的信号源及两个电极板组成；两个电极板中间设有蛇形排列的非金属硬管；高频处理设备用于实现高频加热，处理非金属硬管流经的营养液；控制器可控制水泵的启停。该装置将信号及控制与处理部分独立，控制和电极分开，避免大功率电磁辐射干扰电子设备和辐射外泄；该装置作为柑橘育苗潮汐灌溉系统营养液杀菌的一种有效手段，经济成本较低，结构相对简单；可改进柑橘无病苗木培育方法，提高柑橘病虫害的预防效果，也为其他杀菌处理提供借鉴。在寒冷地区，能一定程度上给营养液加热，防止结冰。
进一步地，控制器和上位机通信，可通过软件控制该装置的启停，并可进行温度和流量数据显示；可实时了解温度和流量的信息，并实现对温度及流量的精准控制，提高消毒的效率。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明实施例提供的柑橘育苗潮汐灌溉高频加热杀菌装置的整体外观示意图；
图2为本发明实施例提供的柑橘育苗潮汐灌溉高频加热杀菌装置的结构图；
图3为本发明实施例提供的高频处理设备的外观示意图；
图4为本发明实施例提供的高频处理设备的结构图；
图5为本发明实施例提供的信号源和高压电源以及极板连接简图；
图6为本发明实施例提供的柑橘育苗潮汐灌溉高频加热杀菌装置的控制原理图。
附图中：1-控制箱；2-高频处理设备；3-上位机；4-药池；10-电源接口；11-变压器；12-继电器；13-控制器；20-电源输入口；21-高频处理箱；22-信号源；23-第一电极板；24-第二电极板；25-非金属硬管；26-水泵；27-温度传感器；28-流量传感器；29-电磁阀；51-电子管；52-耦合电容；53-大功率电感；54-高压电容；101-220V市电；102-低压电源；110-直流高压电；221-铜管导线。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
参照图1-2所示，本发明实施例提供的一种柑橘育苗潮汐灌溉高频加热杀菌装置，包括：控制箱1和高频处理设备2；其中，该控制箱1一侧设有电源接口10，内部包括变压器11、继电器12和控制器13；控制箱同时预留有控制水泵26以及读取传感器数据接口；其中，该控制器13包括单片机及其辅助电路，比如控制板上的DCDC电源、接口芯片等。低压开关电源、变压器、继电器和基于单片机的控制器均安装在控制箱内部。
电源接口10用于接入220V市电101，一路转换为低压电源102比如通过低压开关电源为控制器供电；另一路经变压器11输出直流高压电110，且通过继电器12与控制器13连接；控制器13可控制直流高压电的产生，以便程控高频控制箱供电。高频处理设备2由高频处理箱21、位于高频处理箱21内部的信号源22及两个电极板组成；该两个电极板分别为第一电极板23和第二电极板24。
信号源22的两端分别连接第一电极板23和第二电极板24；第一电极板23和第二电极板24中间设有蛇形排列的非金属硬管25；非金属硬管25的两端分别为营养液进水口和出水口；进水口和出水口与营养液药池4连通；进水口设有水泵26；直流高压电110与信号源22连接；直流高压电110用于后级大功率信号源22使用，可经220V交流电变压器11升压后整流再接大容量电容滤波后得到。控制器13与水泵26控制连接，可实现对水泵26的启停作业进行控制。控制器13可控制该装置工作的启停，可支持定时启动和关闭，预留485通信口用于外部设备对该装置的控制启停和数据采集。
该装置在循环加热营养液的时候，目的不在于将营养液升温，而是通过升温将营养液内的病菌杀死，所以循环过程中药池营养液病菌数目会不断减少。
本实施例中，该装置将信号控制与处理部分独立，控制和电极分开，避免大功率电磁辐射干扰电子设备和辐射外泄；该装置作为柑橘育苗潮汐灌溉系统营养液杀菌的一种有效手段，经济成本较低，结构相对简单；可改进柑橘无病苗木培育方法，提高柑橘病虫害的预防效果，也为其他杀菌处理提供借鉴。在寒冷地区，能一定程度上给营养液加热，防止结冰。
热处理技术是有害微生物和害虫杀灭最有效的方式，因此本发明可以作为柑橘育苗潮汐灌溉药液消毒的一种有效手段，可改进柑橘无病苗木培育方法，提高柑橘病虫害的预防效果，有研究表明，选用无病种苗，对于柑橘黄龙病和疮痂病的预防是相当有效的。
进一步地，参照图1-2所示，该装置还包括上位机3，与控制器13通过RS485线路控制连接。参照图3-5所示，内置管路和电极的高频处理箱21，高频处理箱21为封闭式金属容器，内部关键部分为高频处理部分，这里平行放置两个平板电极，电极中间夹着蛇形弯曲的非金属导管25，工作时大功率交变信号通过电极对流过营养液进行处理，高频信号来源于容器底部的信号源22。在高频处理箱21内部还设有匹配器，信号源22经匹配器、铜管导线221与第一电极板23和第二电极板24连接。这里由电子管51产生高频大功率信号，信号经过匹配后接到极板负载上。
其中，该信号源22采用电子管自谐振方式产生27.12MHz信号，大功率高频信号随后接匹配器。27.12MHz信号源产生属于工业医疗使用的ISM频点27.12MHz信号。相比固态放大器，这种方式成本更低，结构简单，可靠性也高。
具体地，参照图5所示，高压电源通过滤波和电感后直接加到电子管51构成的信号源的阳极上，电子管51和少量的外围电感器电容器组成自谐振电路产生期望信号后，经耦合电容52输出，与匹配器连接；该匹配器是由大功率电感53，高压电容54组成的匹配电路，由匹配器的两个线端通过铜管分别连接第一电极板23和第二电极板24。
由于高频加热舱室可以等效成一个负载，如果负载不加匹配直接和高频信号源输出连接，由于负载失配从而让有效输出功率降低，严重情况下有可能烧毁信号源。另外，匹配器作用还可以确保信号源功率最大化地作用于极板上。
进一步地，该装置还具有温度传感器27、流量传感器28和电磁阀29，均与控制器13连接；控制器13可获取温度参数及流量参数，并根据温度参数、流量参数或控制指令实现对电磁阀29的启停。
比如，可在非金属硬管25、进水口和/或出水口的管路内部设有至少一个温度传感器27；可在出水口设有流量传感器28；并在进水口和/或出水口的管路上设有电磁阀29。
比如，在管路进水口和出水口配置高精度温度测量传感器27，便于测量经过高频处理后营养液温度的细微变化；管道流量传感器28结合温度传感器27可给用户评估当前流量下高频处理的升温特性，以便制定符合需要的处理参数，如工作流量限制，工作时间等。
再比如，当营养液温度较低时，可控制进水口和出水口管路上的电磁阀29启停，控制营养液在容器内部的滞留时间。当该装置运行时如果用户有需要彻底高温消毒，那就要启动阀门控制功能，会根据设定温度对营养液加热，直到营养液达到设定的温度后，控制出水口电磁阀29开启，其后排出，再进入下一个循环。
以药池营养液处理为例，进行详细说明本发明的技术方案。
如图1所示，一种柑橘育苗潮汐灌溉高频加热杀菌装置，包括：控制箱1，高频处理设备2和上位机3放在一起，控制箱1上的接口用于220V电源输入，还具有水泵控制开关，阀门控制开关，传感器接口，电脑的通信口等，还有为高频处理箱21供直流电接口和高频处理箱通信接口。通过供电、通信接口和高频处理箱21连接，一方面给高频处理箱21供电，另一方面读出高频处理箱21内的温度传感器信号。高频处理箱21一个管道用于营养液输入，一个用于营养液处理后输出。药池4营养液依次经过水泵26，电磁阀29、温度传感器27后进入高频处理箱21，处理完成后再返回药池4中。
参照图3-4所示，高频处理箱21为金属容器，这里是高频信号对营养液处理的地方，金属外壳作为支架其内部配置两个平行极板，极板间穿管，管道同时也配置有温度传感器27，用于测量加热温度，底部为信号源22和匹配器；同时还具有电源输入口20。
参照图6所示，为简化的药池营养液消毒过程示意图，包括高频处理箱21，控制箱1，管路传感器，电脑控制，药池4及营养液，水泵26等组成。管道连接水泵26后经过温度传感器27进入高频处理箱21，出水口经过温度传感器27、流量传感器28后流进药池4。上述各传感器，水泵控制线接到控制箱，控制箱输出高压电源给高频处理箱，同时读取高频处理箱内部传感器数据，电脑通过RS485和控制箱连接。
工作过程如下：
一般情况下，该装置非热效应对细菌的杀灭效果时，消毒过程阀门不会关闭。用户在上位机的软件界面上选择手动模式，点击打开高频信号源设备，接着点击打开电磁阀和水泵，此时如果需要设备定时关闭则在软件上勾选定时功能，接着设定定时时间，然后点击运行，这样软件通过指令相继控制控制器打开高频信号源，打开阀门，水泵。软件上监控运行状态，包括水流量，入口，出口以及内部温度。
如果用户需要对水体彻底加热杀菌，则在软件界面上选择加热模式，再设定目标温度和循环次数然后点击运行。这样软件会控制控制器打开信号源，间歇打开水泵，电磁阀。例如设定最大温度60摄氏度且营养液当前温度为25摄氏度时，该装置会抽进营养液进入高频处理箱，关闭进水口及出水口的电磁阀，待营养液加热到60度左右时，系统打开出水口的电磁阀，排出营养液，然后再抽进营养液进行下一次处理。如此循环直到用户设定的循环次数后停止，这种模式虽然效率相对较低，每次处理的量取决与高频处理箱内部管路的容积，但能有效加热营养液且彻底杀菌。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种柑橘育苗潮汐灌溉高频加热杀菌装置，其特征在于，包括：控制箱(1)和高频处理设备(2)；
其中，所述控制箱(1)一侧设有电源接口(10)，内部包括变压器(11)、继电器(12)和控制器(13)；所述电源接口(10)用于接入220V市电(101)，一路转换为低压电源(102)为所述控制器(13)供电；另一路经所述变压器(11)输出直流高压电(110)，且通过所述继电器(12)与所述控制器(13)连接；
所述高频处理设备(2)由高频处理箱(21)、位于高频处理箱(21)内部的信号源(22)及两个电极板组成；所述信号源(22)的输出端分别连接两个电极板；两个电极板中间设有蛇形排列的非金属硬管(25)；所述非金属硬管(25)的两端分别为营养液进水口和出水口；所述进水口和出水口与营养液药池4连通；所述进水口设有水泵(26)；
所述直流高压电(110)与所述信号源(22)连接；所述控制器(13)与所述水泵(26)控制连接。
2.如权利要求1所述的一种柑橘育苗潮汐灌溉高频加热杀菌装置，其特征在于，还包括：上位机(3)；所述上位机(3)与所述控制器(13)控制连接。
3.如权利要求2所述的一种柑橘育苗潮汐灌溉高频加热杀菌装置，其特征在于，所述高频处理箱(21)内部还设有匹配器；
所述信号源(22)经所述匹配器与所述两个电极板连接。
4.如权利要求3所述的一种柑橘育苗潮汐灌溉高频加热杀菌装置，其特征在于，所述信号源(22)采用电子管自谐振方式产生27.12MHz信号。
5.如权利要求3所述的一种柑橘育苗潮汐灌溉高频加热杀菌装置，其特征在于，所述匹配器为由大功率电感、电容串并联组成的匹配电路。
6.如权利要求1所述的一种柑橘育苗潮汐灌溉高频加热杀菌装置，其特征在于，所述非金属硬管(25)、所述进水口和/或出水口的管路内部设有至少一个温度传感器(27)；所述温度传感器(27)与所述控制器(13)连接。
7.如权利要求1所述的一种柑橘育苗潮汐灌溉高频加热杀菌装置，其特征在于，所述出水口设有流量传感器(27)；所述流量传感器(27)与所述控制器(13)连接。
8.如权利要求1所述的一种柑橘育苗潮汐灌溉高频加热杀菌装置，其特征在于，所述进水口和/或出水口的管路上设有电磁阀(29)；所述电磁阀(29)与所述控制器(13)连接。
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