使用电感耦合的改进的介电加热制造技术

一种通过将射频（ＲＦ）功率供给到在共振腔中的材料上对所述材料进行加热或者干燥的方法和设备；其中使ＲＦ功率源与共振腔电感耦合，共振腔由与施加器装置和所述材料共振的分布电感形成，其中由馈线产生的磁场在所述施加器装置上感生电压，由此使得用于将射频功率输送到所述腔的所述馈线电压小于利用直接耦合进行等效的射频加热所通常遇到的电压。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及射频(RF)介电加热或干燥；更具体地，本专利技术涉及一种用于将RF功率与施加器装置连接的改良系统，所述系统可提高电场特定的均匀性和大大降低出现灾难性的击穿故障的危险性。本专利技术的
技术介绍
目前，在将RF(射频)功率应用于介电加热应用中所用的常规施加器装置(通常被称为电极或者电容板)上时，利用公知的“直接耦合”方法将RF发生器连接到施加器装置上。在“直接耦合”中，RF功率被直接耦合到施加器装置上并且环流(能够产生电场的)从RF施加器装置通过馈线(包括任何馈通)回到RF发生器或者匹配网络(如果使用匹配网络)的输出部分。馈通处于RF功率引入馈线通到加热系统壳体等中的位置处。由于在RF发生器/匹配网络和施加器装置之间的RF馈线和馈通的固有电感，在直接耦合的应用中以较高的RF功率进行操作会产生较高的环流，较高的环流通常会在RF馈线上、在馈通处以及RF发生器/匹配网络的输出部分产生很高的电压。由于在RF馈线上、在馈通处以及RF发生器/匹配网络的输出部分具有较高的电压(在常规的介电加热应用中，电压可超过10kV)，出现灾难性的击穿故障的危险性较高。对于极高的RF电压(超过50kV)，在介电加热应用中面临着灾难性故障。除了灾难性故障的危险，找到/设计能够经受在馈通、RF馈线以及RF发生器/匹配网络的输出部分中的很高RF电压的RF部件是困难/不可能或者很昂贵的。在RF电压可能达到很高的直接耦合应用中，防止灾难性故障的唯一可行的解决方法是减小RF功率输出。但是，减小RF功率输出也减小了加热/干燥系统的处理能力，这对于操作者通常是不能接受的。上述问题通常会导致已知的RF功率不适用于其它许多适合的应用。在用于高能物理粒子加速器中使用的RF功率的特定应用中，已知的另一种可选择的被称为“电感耦合”方法适用于产生电场以对诸如质子和电子的粒子进行加速的特定应用中。用于粒子加速器中的“电感耦合”具有与施加器装置绝对共振的分布电感以减小馈线电压并且产生适合的共振频率但不会形成电场。在这些应用中，利用使已建立的磁场(通过馈线)在施加器装置上感生电压的公知的互耦合原理，使RF功率转移到施加器装置。另外，根据申请人的了解，目前还没有将上述电感耦合应用于对电场中的材料的介电加热或者干燥的系统中。对于“电感耦合”，环流路径与“直接耦合”中的是大不相同的；在与施加器装置直接耦合的馈线中流动的环流很小，并且产生了从施加器装置经分布电感部分到地电势的很大的环流。本专利技术人发现并如在下面描述的，这种结构的优点在于，环流的减小大大地降低了在馈线、馈通以及RF发生器/匹配网络的输出部分中的电压。对于在粒子加速器中的电感耦合，RF施加器装置表面通常是圆形的并且很小(周长小于30厘米)。在一些情况下，施加器装置可是较长的但宽度通常小于5厘米。在所有情况下，电感耦合RF施加器装置是不可移动的，并且太小以致于不适用于许多工业介电加热应用，而且是特别为粒子加速设计的。尽管存在这些已知的限制，但本专利技术还是提出了一种新颖的技术方案以将“电感耦合”扩展到介电加热应用中。本专利技术概述本专利技术的一个目的在于，提供一种改进的RF(射频)加热或者干燥系统。本专利技术的另一个目的在于，提供一种结合电感耦合的RF加热或者干燥的方法和设备。本专利技术的另一个目的在于，提供一种用于在RF加热系统中将施加器装置连接到RF源上的挠性电连接器。概括地讲，本专利技术涉及一种通过向在共振腔中的材料施加射频(RF)功率对所述材料进行加热或者干燥的方法和设备；改进包括使RF功率源与共振腔电感耦合并且产生磁场，该共振腔由至少一个输送所述RF功率的馈线、与施加器装置共振的分布电感、所述施加器装置和所述材料形成，所述磁场在所述施加器装置上感生电压，由此使得用于将射频功率输送到所述腔的在所述馈线上的电压小于利用直接耦合进行等效的射频加热所通常遇到的电压。最好，所述产生磁场包括利用所述分布电感以形成带有馈线的导电回路并产生所述磁场。最好，所述分布电感在所述腔内对电场整形以提供施加在所述材料上的均匀电场强度。概括地讲，本专利技术涉及一种射频加热系统，所述射频加热系统包括接地的导电腔、在所述腔内的施加器装置；所述施加器装置包括导电电极、用于使所述施加器装置与射频功率源耦合的装置以及使所述施加器装置与所述腔相连的分布电感装置。最好，所述腔包括接地的导电箱，所述导电箱具有一对相面对的侧壁、底壁和顶壁，所述施加器装置相对于所述箱在所述侧壁之间横向延伸，并且所述分布电感装置使所述施加器装置与所述侧壁的与施加器装置相邻部分连接。最好，所述分布电感装置包括一对分布电感部分，其中一个分布电感部分使所述施加器装置的一侧与其相邻的腔壁相连，该对分布电感部分的另一个使所述施加器装置中的远离所述一侧的另一侧与其相邻的腔壁相连。最好，所述每一个分布电感部分具有与所述施加器装置的端部相连的第一部分以及使所述第一部分与连接于其相邻的腔壁的第三部分相连的第二部分。最好，所述施加器装置是空心的并且具有使所述施加器装置中面对所述材料的表面与所述施加器装置的中空内部相连的用于热空气的孔。一种用于将来自于馈通的射频功率源与施加器装置相连的挠性馈线，所述馈线包括多个被编织在一起的金属丝束以形成一个中空的圆筒形编织连接器，所述连接器具有外表面，实体面积比由所述金属丝形成的表面的面积大20％，所述表面积中低于80％的开放区域是由空气形成的，所述空气和金属丝区域在所述表面上是对称均匀设置的并且共同地建立已知电感。根据连接器所需的挠性，金属丝所占的表面积的最大值可达到100％，连接器所需的挠性取决于金属丝的挠性和细度。最好，每一个所述束包括并排设置的3个至10个金属丝。最好，所述空心圆筒形编织连接器的横截面为椭圆形。附图的简要说明从以下结合附图所作的本专利技术的详细描述中可以看出本专利技术的其它特征、目的和优点，在附图中附图说明图1是本专利技术所涉及的RF加热系统(为了清楚起见，去除了一些零件)的示意性等距视图。图2和图3是与本专利技术结合使用的中空电极结构和分布电感的交替区域的示意性等距示意图。图4是挠性馈线的端视图。图5是挠性馈线的小区域的侧视图。优选实施例的详细描述当加热过程要求快速处理时间和高处理能力时，通常要求更高的射频(RF)电场(大于10kV/cm)。由于高环流通常会在RF发生器/匹配网络的馈线、馈通、和输出部分上产生极高的RF电压，因此直接耦合在该状态下非常困难。除了存在相关的击穿和灾难性故障(如过去通常由其它原因所经受的)的高危险性以外，能够经得起这些高压要求的设计部件费用过高并且有时是不可能的。商用的介电加热所需的RF施加器装置，例如在与食品有关的介电加热应用中，需要具有比目前粒子加速器中常用的电感耦合应用大很多的宽度和总面积，即至少为5平方米，因此会在保证RF场均匀方面出现较严重的问题。能够影响适合的共振频率的形成以及影响介电加热应用中的RF场均匀性的其它一些内容包括施加器装置的几何形状/尺寸/位置、材料介电性能的范围、通常需要处理的材料厚度范围以及RF施加器装置的底部和需要处理的材料的顶表面之间的空气间隙的范围。为了使场均匀性达到最佳，需要一些电场整形方法。在本专利技术中的电场整形可利用三种方式实现通过限定RF施加器装置的底部形状，在本领域技术人员所能够接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过向共振腔中的材料施加射频功率对所述材料进行加热或者干燥的方法；改进包括：通过产生磁场使射频功率源与所述共振腔电感耦合，所述共振腔由与施加器装置共振的分布电感和所述材料形成，并且产生磁场，所述磁场在所述施加器装置上感生电压，由此使得用于将射频功率输送到所述腔的所述馈线电压小于利用直接耦合进行等效的射频加热所通常遇到的电压。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：GC布拉克尔，TA埃尼格伦，
申请(专利权)人：热流技术有限公司，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]