用于波长特定的热照射和处理的方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及用于波长特定的热照射和处理的方法和系统。本发明专利技术提供一种用于将选定的热红外(IR)波长辐射或能量直接注射到物件中以用于广阔范围的处理目的的系统。这些目的可包含：在一系列不同的工业、医学、消费或商业环境中加热、提升或维持物件的温度，或激励目标物品。所述系统尤其适用于需要以特定选择的波长进行照射或者脉动或注射辐射的能力或从所述能力获益的操作。所述系统在以较高的速度和处于与目标无接触的环境中运作时特别有利。

Method and system for wavelength specific thermal radiation and processing

The present invention relates to methods and systems for wavelength specific thermal radiation and processing. The present invention provides a system for directly injecting selected thermal infrared (IR) wavelengths, radiation, or energy into an object for a wide range of processing purposes. These may include heating, lifting, or maintaining the temperature of an object, or stimulating an object, in a variety of industrial, medical, consumer, or business environments. The system is particularly suitable for operations requiring irradiation or pulsation or injection of radiation at selected wavelengths, or operations benefiting from the capabilities. The system is particularly advantageous when operating at a higher speed and in an environment that is out of contact with the target.

【技术实现步骤摘要】

无
技术介绍
本专利技术涉及将选定的热红外(IR)波长辐射或能量直接注射到目标实体中以用于 较广范围的加热、处理或治疗目的。如下文所描述，这些目的可包含在一系列不同的工业、 医学、消费或商业环境中加热、提升或维持物件的温度，或激励目标项目。本文所述的方法 和系统尤其适用于需要以特定选择的波长进行照射或者脉冲或注射辐射的能力或从所述 能力获益的操作。在目标以较高的速度移动和与目标处于无接触的环境中时，本专利技术特别 有利。本专利技术提供具有选定的较窄波长的红外系统，其对于较广范围的最终应用具有高度 可编程性。本专利技术教示一种新的和新颖类型的红外照射系统，其由最优选的新的一类较窄 波长固态辐射发射装置(RED)的工程阵列组成，在此文档中稍后将特定参考其一个变体。更特定来说，本专利技术针对一种将最佳波长的红外辐射注射到目标中以用于以某一 方式影响目标温度的新颖和有效方式。以少数实例样本为例，红外注射的“目标”可以是各 种目标，从制造操作中的个别组件到对连续的材料卷的处理区，到烹饪过程中的食物，到医 疗环境中的人类患者。尽管下文描述的本专利技术的特定实施例是尤其涉及塑料瓶预成型件再加热操作的 实例，但其中所包含的原理也可应用于许多其它已知情形。其还应用于单阶段塑料瓶吹塑 操作，其中在吹塑模制操作之前连续执行注射模制操作。举例来说，在此部署中，本专利技术的 方法和设备提供与已知技术相似的优点，但将在工艺的再加热部分的入口处使用不同的感 测和控制来处理初始温度中的变化。—般来说，理想的红外加热系统通过最少的能量消耗最佳地提升目标的温度。此 种系统可包括这样一种装置其可将其电能输入直接转换为辐射电磁能输出，且所述辐射 电磁能输出具有针对目标的选定的单一或窄带的波长，使得包括照射的能量被目标部分或 完全吸收并转换为热量。电输入转换为辐射电磁输出的效率越高，系统可执行的效率就越 高。辐射电磁波对准仅暴露目标上的所需区域的效率越高，系统将完成此工作的效率就越 高。选择使用的辐射发射装置应具有即时“开启，，和即时“关闭”特征，使得当不照射目标 时，不会浪费输入和输出能量。被暴露的目标吸收辐射电磁能以将其直接转换为热量的效 率越高，系统可运作的效率就越高。对于最佳系统来说，必须谨慎地进行适当选择，使得一 组系统输出波长匹配目标的吸收性特征。将对于本专利技术的不同目标应用对这些可能的波长 进行不同选择，以在最大程度上适合不同材料的不同吸收性特征并适合不同的所需结果。相比而言，使用一系列不同类型的辐射加热系统来用于较广范围的工艺和治疗在 此项技术中和业界中是众所周知的。先前可用于这类目的的技术产生相对广的带谱的发射 的辐射电磁能。其可称作红外加热、治疗或处理系统，而实际上，其常产生红外线谱外的辐 射能。光谱的红外部分通常被划分为三个波长类别。这些部分通常被分类为近红外、中 红外和长红外波长频带。虽然对于这些一般区域并没有清楚建立确切的截止点，但一般认 为近红外区域横跨可见光与1. 5微米之间的范围。中红外区域横跨从1. 5到5微米的范围。 长波红外区域通常被认为在5与14微米之间和以上。先前已用于工业、商业和医学、热处理或加工设备中的辐射红外源产生广频带的 波长，其很少局限于红外光谱的一个部分。尽管其广频带输出可能在红外线谱的特定范围 中出现峰值，但其通常具有大量延伸到相邻区域中的输出尾端。举例来说，此项技术中众所周知的且用于各种加工加热操作的石英红外加热灯通 常将在0. 8到1微米范围中产生峰值输出。尽管输出可能在0. 8与1微米之间出现峰值， 但这些灯有大量输出处于从紫外线(UV)通过可见光且向外到中红外中的约3. 5微米的较 宽的连续组的波长频带中。显然，尽管石英灯的峰值输出在近红外范围中，但有大量输出是 在可见范围与中红外范围中。因此，现有的广谱红外源不可能被选择为任何给定的加热、处 理或治疗应用最需要的优选波长。这在本质上是宽频谱治疗或工艺，且因为在本专利技术之前 尚没有实际的替代物，所以才被广泛使用。许多目标中的主要的温度上升是由于吸收具有 一个或一个以上窄带波长的热IR能量。因此，浪费了许多广带IR能量输出。虽然如此，石英红外灯仍广泛用于离散的组件产业和连续的材料处理产业。通常 用各种方法来辅助将来自石英灯的发射引导到加工中的目标，其中包含各种反射器类型。 不管能量是如何集中在目标上的，通常连续为石英灯供能。不管加工中的目标是连续生产 的物件还是离散的组件均为如此。此点的原因主要是由于石英灯相对低的热响应时间，其 热响应时间通常以秒计。特别需要改进的能量注射的领域涉及吹塑模制操作。更具体来说，塑料瓶拉伸吹 塑模制系统在拉伸吹塑模制操作之前对预成型件进行热调节。这个过程的一个方面在此 项技术中称为再加热操作。在再加热操作中，允许将通过注射模制或压缩模制工艺形成的 预成型件热稳定到室温。随后，将预成型件馈送到拉伸吹塑模制系统中，在所述系统的早先 阶段将预成型件加热到一定温度，其中热塑预成型件材料处于最佳用于随后的吹塑模制操 作的温度下。当将预成型件沿着路径传输通过加热部分到达机器的吹塑模制部分时符合此 条件。在吹塑模制部分中，预成型件首先被机械拉伸，且接着被吹塑成较大容量的器皿或容ο能量消耗成本占使用吹塑模制操作制造的完成物件的成本中的较大百分比。更具 体地说，迄今为止的现有技术在拉伸吹塑模制机器的再加热区段中将聚对苯二甲酸乙二醇 酯(PET)从环境温度加热或热调节到105°C所需的能量相当大。从所有的高效制造措施来 考虑，显然，从经济和环境的立场来看，减少与拉伸吹塑模制系统的热调节部分的操作相关 联的能量消耗率是有利的。第5，322，651号美国专利描述一种在热处理热塑预成型件的方法方面的改进。在 此专利中，描述使用宽频带红外(IR)辐射加热来进行塑料预成型件的热处理的常规实践。引用此专利中的文字，“与使用例如对流和传导的其他加热或热处理方法相比，且考虑到材 料的低导热率，使用红外辐射进行加热给予有利的输出，且允许增加的生产率”。此专利中描述的对现有技术的特别的改进涉及对在预成型件的IR加热期间发射 的多余的能量加以管理的方式。特定来说，此专利关注于在加热过程期间发射的能量(通 过在预成型件之外的位置进行的吸收，传导，且然后对流)，所述能量最终导致围绕传输的 预成型件的烤炉体积中的空气温度增加。事实证明，通过热气流对预成型件进行的对流加 热会导致预成型件的非均勻加热，且因此对制造操作具有有害影响。专利5，322，651描述 一种抵消在IR加热操作期间围绕预成型件的气流的无意加热的影响的方法。可能预期，将热能从历史上的现有技术IR加热元件和系统转移到目标预成型件 并不是完全有效的过程。理想上，消耗在对预成型件进行热调节上的100%的能量将最终以 热能的形式处于预成型件的体积中。尽管在上文参考的专利中没有特别提到，但当前的现 有技术吹塑模制机器主张范围在5%与10%之间的典型的转换效率值(进入传输的预成型 件中的能量/IR加热元件消耗的能量)。改进转换效率值的对与预成型件的红外加热相关 联的方法或构件的任何改进将是非常有利的，且对于拉伸吹塑成形机器的用户代表能量成 本上的实质性减少。有许多因素一起作用以建立当前的现有技术吹塑模制机器中本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于在模制或处理操作之前对塑料目标组件进行非接触式热处理的系统，其包括：构件（２２０，２５０），其可操作以定位塑料目标组件（２４０）于施加辐射加热的位置；和热监视和控制部分（２１０），所述塑料组件被定位在其中以供暴露，所述热监视和控制部分包括一个或一个以上基于半导体的窄波长频带辐射加热元件（１０，１００，１０００，１０３０，１０５０，１１００，１２００，１３００，１６００），其可操作以经由直接的电流到光子的转换过程而在与所述塑料目标组件所需的吸收性特征相匹配的窄波长频带内发射辐射能量，其中辐射热量部分地或完全地被所述塑料目标组件吸收。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：唐·W·科克伦，史蒂文·D·切赫，诺埃尔·E·小摩根，
申请(专利权)人：派拉斯科技术公司，
类型：发明
国别省市：US