專利名稱：具有耦合到波導(dǎo)彎曲件的開縫陣列波導(dǎo)的微波反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總地涉及微^L^應(yīng)器，并且更具體地涉及具有耦合到波導(dǎo)彎 曲件的開縫陣列波導(dǎo)的微波反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
木材的許多應(yīng)用使得木材腐爛、招致真菌或蟲子。為了保護木材，一 種備選方案是4吏用傳統(tǒng)的木材浸漬方法，比如加壓處理化學(xué)品及過程。一 種備選方案是通過使木材與乙酸酐(acetic anhydride)和/或乙酸 (acetic acid)反應(yīng)而從化學(xué)上改變木材。這種類型的改變被稱為乙酰 化(acetylation)。乙酰化^^材更加抗腐蝕、真菌和蟲子。
乙?；赏ㄟ^如下方式實現(xiàn)首先排氣，然后將木材產(chǎn)品浸入乙酸酐， 再利用可選的加壓來對其加熱以引起化學(xué)反應(yīng)。理想的是，木材產(chǎn)品比如 板材、立柱以及甲板材料的乙?；试S大量的木材用乙酸酐快速地浸漬。 因此，在乙跣化期間對木材產(chǎn)品的任何加熱都將理想地容納大量的木材產(chǎn) 品(例如，；M1捆)。同樣期望的是在乙酰化期間遍及木材來均勻地加熱 木材產(chǎn)品，從而提供均衡的木材改變，并使由于熱斑形成導(dǎo)致過熱所引起 的對木材的破壞最小。因此，需要用于加熱木材產(chǎn)品以便于乙?；母倪M 的^J
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)和方法提供一種具有用于加熱材料的耦合到波導(dǎo) 彎曲件的開縫陣列波導(dǎo)的微波反應(yīng)器。而且，在化學(xué)過程比如乙?；陂g， 所述系統(tǒng)和方法可為材料提供熱量。
在一個示例性實施例中，提供一種用于加熱木材產(chǎn)品的系統(tǒng)。所述系
統(tǒng)包括發(fā)射器，其中所i^L射器包括波導(dǎo)彎曲件和波導(dǎo)。所^JL射器可具 有沿波導(dǎo)縱軸的一個或多個縫隙。所述縫隙以相對于縱軸的角度傾斜，并 沿縱軸以間隔隔開。而且，窗口可覆蓋每個縫隙。所述窗口用作屏障，并 允許電磁能量M射器傳遞給所述木材產(chǎn)品。
應(yīng)理解，如所描述的，前述概括描述和以下詳細描述僅為示例性和解 釋性的，并非是對本發(fā)明的限制。除了在此提及的內(nèi)R外，還可提供另 外的特征和/或變型。例如，本發(fā)明可涉及所公開特征的各種組合和子組 合，和/或在以下詳細描述中公開的多個其它特征的組合和子組合。


構(gòu)成本說明書的一部分的附示本發(fā)明的不同實施例和方面，并且 與說明書一起解釋本發(fā)明的原理。在附圖中
圖1以框圖形式圖示了才艮據(jù)與本發(fā)明有關(guān)的某些方面的具有耦合到 波導(dǎo)彎曲件的開縫陣列波導(dǎo)的微》^L^應(yīng)器的示例；
圖2A是根據(jù)與本發(fā)明有關(guān)的某些方面的具有耦合到波導(dǎo)彎曲件的開 縫陣列波導(dǎo)的微波反應(yīng)器的示例的橫截面；
圖2B圖示了根據(jù)與本發(fā)明有關(guān)的某些方面的耦合到波導(dǎo)彎曲件的開 縫陣列波導(dǎo)；
圖3A是根據(jù)與本發(fā)明有關(guān)的某些方面的具有耦合到波導(dǎo)彎曲件的開
縫陣列波導(dǎo)的微>:^>^應(yīng)器的剖視圖3B是圖3A的微》^L^應(yīng)器的橫截面視圖4A是用于根據(jù)與本發(fā)明有關(guān)的某些方面的開縫陣列波導(dǎo)的縫隙的 窗口組件的側(cè)視圖；以及
圖4B是根據(jù)與本發(fā)明有關(guān)的某些方面的窗口組件的另一視圖。
具體實施方式
現(xiàn)在將詳細介紹本發(fā)明，其示例在附圖中圖示。在以下描述中提及的 實施方式不代表根據(jù)所要求的本發(fā)明的所有實施方式。相反，它們僅是根 據(jù)與本發(fā)明有關(guān)的某些方面的一些示例。將盡可能在全部圖中使用相同的 參考標號來表示相同或相似的部件.
在根據(jù)本發(fā)明的某些方面的一個實施例中，來自耦合到波導(dǎo)彎曲件的 開縫陣列波導(dǎo)的能量可用作熱源。開縫陣列波導(dǎo)是具有多個縫隙的波導(dǎo)。 所述縫隙作為傳遞電磁能量比如微波能量的開口 。波導(dǎo)彎曲件提供像肘一
樣的角度轉(zhuǎn)變。例如，波導(dǎo)彎曲件可在室和開縫陣列波導(dǎo)之間提供90度 轉(zhuǎn)變。波導(dǎo)彎曲件還可包括傳遞用于加熱的能量的一個或多個縫隙。耦合 到開縫陣列波導(dǎo)的波導(dǎo)彎曲件的使用可關(guān)于室內(nèi)正被加熱的材料提供更 好的縫隙布置。而且，波導(dǎo)彎曲件的使用可有利于配置具有多個波導(dǎo)的室 一一從而允許室的更大百分比被填充正被加熱的材料。在一些實施例中， 耦合到波導(dǎo)彎曲件的開縫陣列波導(dǎo)為化學(xué)過程比如木材產(chǎn)品的乙酰化提 供熱量。
來自波導(dǎo)彎曲件和耦合的開縫陣列波導(dǎo)的微波能量可用作熱源，用于 通過乙酸酐來改變木材產(chǎn)品。在一個實施例中，為了乙?；静模瑢⒛静?產(chǎn)品首先放入室(也被稱為反應(yīng)器)內(nèi)。所述室耦合到一個或多個波導(dǎo)彎 曲件和關(guān)聯(lián)的開縫陣列波導(dǎo)。耦合到開縫陣列波導(dǎo)的波導(dǎo)彎曲件的使用可 以在室內(nèi)提供更好的布置以利于木材產(chǎn)品的均勻加熱一一增強乙?；?避免由過熱引起的對木材的破壞。
木材的乙?；^程首先可包括將室抽成真空以"材除去空氣，用 乙酸酐填充所述室，然后施壓以便用乙酸酑浸漬木材產(chǎn)品。接下來，所述 室排干過量液體。然后重新對包含木材產(chǎn)品的所述室進行加壓并利用開縫 陣列波導(dǎo)對所述室進行加熱。加熱階段可將木材產(chǎn)品加熱到例如約80攝 氏度至170攝氏度的溫度范圍。加熱階段可以持續(xù)例如約2分鐘至約1 小時的時間段。在加熱階段，在木材產(chǎn)品中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，其將木材中的 羥基(hydroxyl group)轉(zhuǎn)換成乙Sfe^ (acetyl group)。所述化學(xué)A^應(yīng) 的副產(chǎn)品包括水和乙酸(acetic acid)。當加熱階段完成時，所述室可以 處于部分壓力下，并被加熱以除去任何未反應(yīng)的乙酸酐和副產(chǎn)品。盡管上 面描述了乙?；^程的一個示例，也可以使用其它化學(xué)過程。
圖1中描述了用于加熱的系統(tǒng)的示例。如所示出，系統(tǒng)IOO包括經(jīng)加 壓的室110。經(jīng)加壓的室110包括法蘭(標記為"F") 114a-n，其每個被 耦合到波導(dǎo)彎曲件119a-n。波導(dǎo)彎曲件119a-n每個耦合到開縫陣列波導(dǎo)115a-n之一。開縫陣列波導(dǎo)115和波導(dǎo)彎曲件119具有沿縱軸的縫隙 117a-n。開縫陣列波導(dǎo)和波導(dǎo)彎曲件的組合也被稱為發(fā)射器(launcher )。 室110還包含材料120(比如木材產(chǎn)品)和運載裝置112。法蘭114a-n的每 個耦合到多個耦合波導(dǎo)137a-n之一。所述多個耦合波導(dǎo)137a-n之一進一 步耦合到微波源135。微波源135將電磁能量提供給開縫陣列波導(dǎo)115a-n 和波導(dǎo)彎曲件119a-n?？刂破?30用于控制微波源135，以;S^控制對室110 加壓的加壓模塊125。
以下描述將材料120稱為木材產(chǎn)品120,盡管其它材料也可以被系統(tǒng) 100加熱。木材產(chǎn)品120可放置在運載裝置112上，然后通過室門lll插 入室IIO。當室門lll被封閉時，室110可以被抽空，然后被填充以化學(xué) 品比如乙酸酐和/或乙酸，以便處理木材產(chǎn)品120。經(jīng)加壓的室110是可 以被加壓到每平方英寸約30-150磅以便提高木材產(chǎn)品120的浸漬速率的 反應(yīng)器。盡管在某些應(yīng)用中室110祐^描述為經(jīng)加壓的室，然而室110也可 以不被加壓。而且，也可以使用除乙?；獾倪^程來處理木材。
控制器130可以通過控制微波源135來提供用于加熱的能量而啟動加 熱。微波源135通過波導(dǎo)137a-n和法蘭114a-n將能量提供給波導(dǎo)彎曲件 119a-n和開縫陣列波導(dǎo)115 a-n。在以化學(xué)品比如乙酸酐填充室110并將 室110排干之后，控制器130可將木材產(chǎn)品120加熱到一個或多個預(yù)定溫 度。而且，控制器130還可控制與木材產(chǎn)品120的加熱相關(guān)的時間。例如， 控制器130可以控制微波源135來提供能量給波導(dǎo)彎曲件119a-n和開縫 陣列波導(dǎo)115a-n，使得木材產(chǎn)品120的溫度保持在約90攝氏度以上約30 分鐘。當木材產(chǎn)品120已加熱到適當溫度J^材產(chǎn)品120的乙?；浞謺r， 任何剩余化學(xué)品比如乙酸酐都可從室110排干。接下來，波導(dǎo)彎曲件 119a-n和開縫陣列波導(dǎo)115a-n還可烘干木材產(chǎn)品120的任何過量化學(xué)品 比如乙酸酐和所述化學(xué)過程的副產(chǎn)品。也可以使用真空輔助烘干過程來烘 干木材產(chǎn)品120。在一個實施例中，室110的直徑為IO英寸、長度為120 英寸，不過也可以^使用其它尺寸的室。
運載裝置112是用于保持正被系統(tǒng)100加熱的材料的裝置。例如，運 載裝置112可包括平臺和輪，以將木材產(chǎn)品120運進室110。運載裝置112 還可以涂敷抗室110內(nèi)發(fā)生的化學(xué)過程且不對這些化學(xué)過程^^應(yīng)的材 料。例如，運載裝置112可以用比如Tefloi^的材料涂敷，不過也可以使 用其它材料來涂敷運載裝置112。而且，盡管將運載裝置112圖示為承載 單個木材產(chǎn)品120，運載裝置112也可以承載多個木材產(chǎn)品。木材產(chǎn)品120可以是包括木材的對象。例如，木材產(chǎn)品120可包括由 任何類型木材，比如^K種類或fc^種類，制成的產(chǎn)品。M的示例包括 松木，比如火炬松、濕地松、短葉松、長葉松，或者放射松、雪松、鐵杉、 落葉松、云杉、冷杉以及紫杉，也可以使用其它類型的fc^。 #的示例 包括山毛櫸、 、山胡杉沐、橡木、白臘、歐洲山楊、胡書沐、美洲山 核書沐、櫻杉沐、柚木、桃花心木、栗木、樺木、落葉松、榛木、柳木、白楊木、榆木、桉樹木和紫樹木，也可以使用其它類型的硬木。在涉;M^材的乙酰化的某些應(yīng)用中，木材產(chǎn)品120可包括例如火炬松、濕地松、短 葉松、長葉松或者放射松。木材產(chǎn)品120可具有多種尺寸和形狀，包括例 如可用作原木(timber )、成材(lumber)、甲板、膠合板、層板、護墻板 (siding board) 、 Wl、木瓦、粗蓋板、長條薄片刨花(strand)、鋸屑、 木片、刨花、木粉、纖維等的尺寸和形狀。波導(dǎo)彎曲件119a-n和開縫陣列波導(dǎo)115a-n每個包括沿波導(dǎo)的縱 軸的縫隙117a-n，在一些情況下波導(dǎo)彎曲件119可不包括縫隙。所述 縫隙切入到波導(dǎo)115和波導(dǎo)彎曲件119的壁，以允許電磁能量比如微波 從縫隙傳遞給正被加熱的材料(例如，木材產(chǎn)品120)。圖1將縫隙117 圖示為具有帶圓頭的有些〗象矩形的形狀。然而，在某些應(yīng)用中所述縫隙可 以具有便于將電磁能量從縫隙117傳遞到正被加熱的材料的其它形狀。開縫陣列波導(dǎo)115可以被實現(xiàn)為用于隨道化電磁能量的金屬結(jié)構(gòu)。開 縫陣列波導(dǎo)115可包括任何適當?shù)慕饘?，比如不銹鋼、銅、鋁或者鈹銅合 金。盡管圖1將開縫陣列波導(dǎo)115圖示為矩形波導(dǎo)，但是開縫陣列波導(dǎo) 115的橫截面可具有維持主^^傳輸和極化的其它形狀(例如橢圓形)。開 縫陣列波導(dǎo)115的壁被選擇，以承受室110的壓力。在一個實施方式中， 開縫陣列波導(dǎo)115的壁可具有在約1/4英寸到1/2英寸之間的厚度，以承 受室IIO的每平方英寸150磅的壓力。波導(dǎo)彎曲件119可用類似于開縫陣列波導(dǎo)115的設(shè)計來實現(xiàn)。而 且，波導(dǎo)彎曲件119可包括縫隙。為了提供從法蘭到開縫陣列波導(dǎo)的 轉(zhuǎn)變，波導(dǎo)彎曲件119a-n的每個可以具有彎曲，比如90度H-平面彎 曲，不過也可以根據(jù)所述情況使用其它類型的彎曲。耦合到開縫陣列 波導(dǎo)115的波導(dǎo)彎曲件119a-n的使用有利于改善縫隙117相對于正被 加熱的材料比如木材產(chǎn)品120的布置。而且，波導(dǎo)彎曲件119有利于 使用多個開縫陣列波導(dǎo)，其可允許將更多開縫陣列波導(dǎo)布置地更靠近 正被加熱的材料。盡管波導(dǎo)彎曲件119a和開縫陣列波導(dǎo)115被圖示為兩個獨立的部件，但是波導(dǎo)彎曲件119a和開縫陣列波導(dǎo)115也可以是 由單個波導(dǎo)形成的同一部件。開縫陣列波導(dǎo)115a-n的每個可被實現(xiàn)為矩形TEi。模波導(dǎo)，其約72 英寸長，內(nèi)矩形尺寸為約4.875英寸乘9.75英寸，且外矩形尺寸為約 6. 875英寸乘10. 75英寸，也可以使用其它模和尺寸。在一種實施方式 中，開縫陣列波導(dǎo)115a-n的每個可被選擇，以傳播微波能量，并且具 體地是傳播約328亳米(X =0. 328米)的波長，其對應(yīng)于約915匪z, 也可以使用其它波長的能量。而且，開縫陣列波導(dǎo)115可以用市售的 波導(dǎo)材料比如標準大小WR (波導(dǎo)(waveguide),矩形dec tangle) ) 975 來實現(xiàn)。可替選地，開縫陣列波導(dǎo)115可被特別制作以滿足以下等式22等式lm"、2 (/7 r、 +2W^V、 a ) U ， 等式2其中a表示波導(dǎo)的內(nèi)部寬度，b表示波導(dǎo)的內(nèi)部高度，m表示在a方向 上的場的1/2-波長變化的數(shù)目，n表示在b方向上的場的1/2-波長變化 的數(shù)目，s表示波導(dǎo)的介電常數(shù)，且n表示波導(dǎo)的導(dǎo)磁率。當使用TEw模波導(dǎo)時，等式1和2可簡化為以下等式等式3(0° 2a ， 等式4其中c表示光在空氣中的速度(# )。如上所述，波導(dǎo)彎曲件119 可具有與開縫陣列波導(dǎo)115相類似的設(shè)計。參考波導(dǎo)彎曲件119a和開縫陣列波導(dǎo)115a，第一縫隙117a可被 設(shè)置成距開縫陣列波導(dǎo)115的末端壁約1/2波長(X ),其中波長(入)是開縫陣列波導(dǎo)115的工作波長。下一個縫隙可被設(shè)置成距縫隙117a約1/2波長。剩余的縫隙每個可沿開縫陣列波導(dǎo)115的縱軸以約1/2波 長的間隔設(shè)置。盡管描述了 1/2波長間隔，但是縫隙可以以1/2波長的 任意整數(shù)倍隔開。波導(dǎo)彎曲件119b-n和開縫陣列波導(dǎo)115b-n的縫隙 設(shè)置與波導(dǎo)彎曲件119a和開縫陣列波導(dǎo)115a相類似。每個縫隙可以 成0度和90度之間的角度。例如，縫隙117a可與開縫陣列波導(dǎo)115a 的縱軸成IO度的角度。波導(dǎo)彎曲件119 a-n和開縫陣列波導(dǎo)115-n每個可被加壓和填充氣體 比如氮氣。而且，開縫陣列波導(dǎo)115a-n每個可在一端用波導(dǎo)短路電路 (short circuit)來端接或用波導(dǎo)虛擬負載電路來端接，而另一端可耦 合到對應(yīng)的波導(dǎo)彎曲件119a-n中的一個。每個縫隙117可以用窗口密封， 如以下關(guān)于圖4A和4B所述。窗口覆蓋縫隙117以用作物理屏障，阻止污 染物，同時允許電磁能量的傳遞。如果化學(xué)品比如乙酸酐污染開縫陣列波 導(dǎo)或發(fā)射器的內(nèi)部，則它們的電磁特性可能破壞，使得開縫陣列波導(dǎo)可能 不再能夠用作加熱器。盡管開縫陣列波導(dǎo)115如上所述被加壓和填充氮氣，但在一些應(yīng)用 中，這樣的加壓和氮氣填充可以不是必需的。例如，當開縫陣列波導(dǎo)115 僅僅被用于烘干材料比如木材產(chǎn)品12 0時，則開縫陣列波導(dǎo)115(和室110) 的加壓可以不是必需的。而且，當開縫陣列波導(dǎo)115用于非加壓環(huán)境中時， 縫隙117可以不用窗口覆蓋.波導(dǎo)彎曲件119和開縫陣列波導(dǎo)115提供木材產(chǎn)品120的近場加熱。 為便于近場加熱，波導(dǎo)彎曲件119和開縫陣列波導(dǎo)115枕故置地靠近材料 比如木材產(chǎn)品120的表面。具體地，材料應(yīng)M置在發(fā)射器(例如開縫陣 列波導(dǎo)115a和波導(dǎo)彎曲件119a)的近場中。通過4吏用近場來加熱木材產(chǎn) 120，加熱可較少受到木材產(chǎn)品120的介電特性變化的影響。這樣，將口口材料比如木材產(chǎn)品120更為均勻的加熱。法蘭114a-n中的每個可將波導(dǎo)彎曲件119a-n耦合到室110的壁 和耦合波導(dǎo)137a-n。法蘭114還可包括窗口以作為法蘭和發(fā)射器之間 的屏障。可使用設(shè)計上類似于以下關(guān)于圖4A和4B所描述窗口的窗口 作為法蘭114的窗口。耦合波導(dǎo)137a-n可被實現(xiàn)為通過法蘭114a-n和室110將微波源135 耦合到開縫陣列波導(dǎo)115和波導(dǎo)彎曲件119a-n的波導(dǎo)。耦合波導(dǎo)137a-n 可具有與開縫陣列波導(dǎo)115相似的設(shè)計。微波源135產(chǎn)生微波頻譜內(nèi)的能量。例如，如果在室110中對一捆木 材產(chǎn)品120比如一捆木板進行化學(xué)處理，微波源135可被配置成以 2.45GHz (約122亳米的自由空間波長)向波導(dǎo)彎曲件119和開縫陣列波 導(dǎo)115提供6千瓦的功率，也可以^JI其它功率和頻率(波長)。源135 的頻率可以與正被加熱的材料的類型和尺寸成比例。例如，當木材產(chǎn)品的 橫截面增加時，因為頻率越低在木材介質(zhì)中的吸收性越小，因此源135 的頻率可被降低。例如，當使用8.5英尺直徑乘63英尺長度的室(大小 設(shè)置為容納4英尺乘4英尺乘60英尺的木材捆)時，源135可以提供 915MHz的輸出頻率，也可以基于環(huán)境比如正被加熱的材料、木材橫截面 尺寸以及頻鐠分配來使用其它適當?shù)念l率。盡管微波源135在圖1中被圖示為單個微波源，但微波源135可實現(xiàn) 為多個微波源。例如，多個微波源每個可耦合到耦合波導(dǎo)137a-n之一?？刂破?30可以用處理器比如計算機來實現(xiàn)，以控制微波源135。控 制器130可控制微波源135所產(chǎn)生的功率的量、微波源135的頻率和/或 微波源135被允許向開縫陣列波導(dǎo)115產(chǎn)生功率的時間的量。例如，控制 器130可以對以用于處理木材產(chǎn)品120的化學(xué)品比如乙酸酐來填充室 110、后續(xù)加熱木材產(chǎn)品120和乙酸酐、排干任何沒有浸漬到木材產(chǎn)品120 中的剩余乙酸酐、烘干木材產(chǎn)品120以及當乙跣化完成時發(fā)信號進行控 制?？刂破?30還可包括響應(yīng)室110內(nèi)的溫度和壓力的控制機構(gòu)。例如， 當熱電偶或壓力變送器(pressure transducer)放置在室110內(nèi)時，控 制器130可響應(yīng)溫度和/或壓力測量結(jié)果，然后基于該測量結(jié)果來調(diào)整微 波源135的操作。而且，控制器130可接收來自置于木材中的傳感器的溫 度信息。該溫度信息可提供反饋以允許在加熱和/或烘干期間對微波源 135的控制?？刂破?30也可對耦合到開縫陣列波導(dǎo)115的泄漏傳感器 做出響應(yīng)。泄漏傳感器檢測來自縫隙117的泄漏，縫隙117被密封以iE^ 來自室110中的化學(xué)品的污染。當檢測到泄漏時，控制器135可以警告有 泄漏，然后開始終止通過波導(dǎo)115的加熱?？刂破?30還可控制加壓模塊125。加壓模塊125可基于來自室110 中的壓力變送器的測量結(jié)果來控制室110的壓力。例如，加壓模塊125 可增加或減少室110中的壓力以便促進化學(xué)過程比如乙?；??？刂破?30 還可控制與乙酰化過程有關(guān)的其它操作。盡管圖1的系統(tǒng)100圖示了加壓 模塊125，但在一些環(huán)境中，可不使用加壓模塊125。圖2A描述了示例性室110的橫截面，所述室110包括耦合到對應(yīng)波 導(dǎo)彎曲件119a-z的多個開縫陣列波導(dǎo)115a-z,所述開縫陣列波導(dǎo) 119a-z進一步耦合到法蘭114a-z。圖2A圖示了作為一捆木材產(chǎn)品的木 材產(chǎn)品120的橫截面。耦合到對應(yīng)波導(dǎo)彎曲件115a-z的開縫陣列波導(dǎo) 119a-z (其被統(tǒng)稱為發(fā)射器115/119 )允許縫隙相對于正被加熱的材料 的布置得到改進.例如，發(fā)射器115/119可以被設(shè)置得更靠近木材產(chǎn) 品120的表面。圖2A圖示了在木材產(chǎn)品120的兩個相對側(cè)的發(fā)射器 115/119。在一個實施例中，發(fā)射器115/119的頻率從2. 45GHz降低到 915MHz。通過使用更低的頻率，比如915MHz，木材的大橫截面的熱量 穿透得以改進一一從而允許更多的木材在室110內(nèi)被加熱。此外，利 用改進的正被加熱材料的熱量穿透，室110的填充因子(室110內(nèi)正 被加熱的材料的容積除以室110的容積)增加。圖2B是發(fā)射器115a/119a的另一視圖，發(fā)射器115a/119a包括波 導(dǎo)彎曲件119a和開縫陣列波導(dǎo)115a?？p隙117被圖示在發(fā)射器 115a/119a的一側(cè)，而發(fā)射器115a/119a的相對側(cè)包括縫隙118。當縫 隙在兩側(cè)上使用時，任何兩個縫隙之間的縱向間隔可以為約1/2波長 (或波長的整數(shù)倍)。例如，第一縫隙為縫隙117a,其被設(shè)置成距發(fā)射 器115a/119a的末端1/2波長。第二縫隙118a可以位于發(fā)射器 115a/119a的相對側(cè)，并被設(shè)置成距縫隙117a約1/2波長。第三縫隙 可以設(shè)置成距縫隙118約1/2波長，并且在縫隙118的相對側(cè)。盡管 圖2B圖示了縫隙的替選圖案，但是根據(jù)具體應(yīng)用，可以使用多種縫隙 布置來提供木材產(chǎn)品120的加熱。而且，用于縫隙117和118中每個 縫隙的角度可以相同或不同?？p隙117a和118以相對于縱軸的角度傾斜。該角度確定多少能量從 發(fā)射器115a/119a傳遞到正被加熱的材料，比如木材產(chǎn)品120a-c。例如， 零度角的縫隙可導(dǎo)致沒有能量傳遞，而在約50度和約60度之間的角度可 導(dǎo)致100%的能量傳遞。如上所述，縫隙可以以約l/2波長的間隔來設(shè)置。 縫隙117的角度和布置可使用通過電磁場仿真和設(shè)計軟件比如HFSS (可 從賓夕法尼亞州匹茲堡市的Ansof t公司買到)所提供的數(shù)字建,術(shù)來 精確確定。對于每個縫隙的能量的量可基于以下等式來估計其中n是縫隙數(shù)。例如，如果發(fā)射器115a/119a有五個縫隙，則對于每個 縫隙的能量的量將是20%,而實現(xiàn)20%的角度將使用數(shù)字模型技術(shù)來確定。盡管先前的示例使用縫隙之間能量的均勻分布，但是也可以使用其它的能 量分布設(shè)置。
盡管以上描述了調(diào)整縫隙的角度以改變通過縫隙所傳遞的能量的量， 但是縫隙之間的間隔間距也可以是變化的，以改變通過縫隙傳遞的能量的
量。而且，圖2B圖示了設(shè)置在發(fā)射器115a/119a的不直接面對木材產(chǎn)品 120的表面上的縫隙117和118，和直接面對木材產(chǎn)品120的縫隙布置相 比較，這樣的縫隙布置可避免木材產(chǎn)品120的熱斑和過熱。例如，將縫隙 布置在直接面對木材產(chǎn)品120的發(fā)射器表面260，可能引起木材產(chǎn)品l20 的熱斑和過熱。
每個縫隙可包括窗口。窗口允許電磁能量通過縫隙傳遞。窗口還用 作物理屏障且密封所述縫隙以防止污染物進入發(fā)射器。例如，在一個 實施例中，窗口可使用一塊陶瓷材料來形成。陶瓷材料對于微波能量 本質(zhì)上是電磁透明的——從而允許能量從縫隙117和118傳遞到正被 加熱的材料。陶瓷材料還用作防止污染物進入發(fā)射器的屏障。也可以在 法蘭114和波導(dǎo)彎曲件的掩^處使用具有類似設(shè)計的窗口。
通過縫隙117和118經(jīng)發(fā)射器的窗口傳遞的微波能量有利于材料比 如木材產(chǎn)品120的近場加熱。沿波導(dǎo)長度以約1/2波長將縫隙隔開可 提供沿波導(dǎo)的整個縱軸長度(例如圖2B的軸X)對木材產(chǎn)品的均勻加 熱。發(fā)射器可設(shè)置成高于材料比如木材產(chǎn)品120約1/2英寸，并且可 沿木材產(chǎn)品120的長度設(shè)置。在一些實施方式中，縫隙間的1/2波長 間隔可被調(diào)整至約波長的上下1. 0%。
圖3A和3B分別圖示了示例性微波室110的剖視圖和橫截面視圖。除 了圖2A中圖示的開縫陣列波導(dǎo)115a-n以及115x-z以夕卜，圖3B還示出了 另外的開縫陣列波導(dǎo)115h-j以及115q-s。開縫陣列波導(dǎo)115h-j和開縫 陣列波導(dǎo)115q-s以及其對應(yīng)的波導(dǎo)彎曲件以類似于上述開縫陣列波導(dǎo) 115a和波導(dǎo)彎曲件119a的方式來實現(xiàn)。室110包括圍繞正被加熱材辨在 該示例中為木材產(chǎn)品120)的周邊的多個發(fā)射器。
圖4A圖示了用在縫隙117和118處的示例窗口 400。參考圖4a，窗 口 400包括0型環(huán)410、防護裝置412、隔圏414以及支撐法蘭416。
O型環(huán)410可用橡膠、塑料或能夠提供密封的任何其它適當?shù)牟牧蟻?實現(xiàn)。例如，全氟AJ^橡膠(perf luoroelastomer )比如Kalrez 、 Chemraz 以及Simriz""可用作0型環(huán)410的材料。0型環(huán)410可在窗口 400和波導(dǎo)
15(或發(fā)射器)之間提供密封。0型環(huán)尺寸大于縫隙的開口，且設(shè)置在發(fā) 射器的頂部，不阻塞縫隙的開口。例如，可以在開縫陣列波導(dǎo)115中 切出溝槽以容納0型環(huán)410。
防護裝置412是一塊大小設(shè)置成覆蓋所述縫隙之一 (比如縫隙117a ) 的材料。防護裝置412具有允許電磁能量以很少(如果有的話)的損耗通 過防護裝置412傳遞的電磁特性。防護裝置412還防止污染物穿過窗口并 iiAJL射器。防護裝置412還足夠堅固以承受用在室110以及發(fā)射器中 的壓力。在一種實施方式中，陶瓷材料比如氧化鋁、氧化鎂、氮化硅、氮 化鋁以及氮化硼被用作防護裝置412。防護裝置412至少具有和縫隙的開 口一樣的大小。在一個實施例中，防護裝置412可被固定(capture)在 容器中以適應(yīng)支撐法蘭416的螺絲釘。
隔圏414為與防護裝置412相關(guān)的阻抗失配提供補償。具體地，防護 裝置412可引起縫隙117a的氣體和陶瓷防護裝置412之間的阻抗失配。 這種阻抗失配具有和電容器類似的電特性。隔圏414具有和電感器類似的 電特性，以補償阻抗失配的電容效應(yīng)。防護裝置412和隔圏414的組合有 效地提供了帶通濾波器，其補償在與開縫陣列波導(dǎo)115相關(guān)的頻率處的阻 抗失配。這些電容和電感效應(yīng)可使用軟件比如HFSS111 (可從賓夕法尼亞州 匹茲堡市的Ansoft公司買到)來仿真。在一個實施例中，隔圏414被實 現(xiàn)為帶有類似于縫隙117a的開口的金屬裝置，隔圏414的開口的具體直 徑將基于環(huán)境比如工作頻率、電容和電感效應(yīng)等等，用軟件比如HFSS 來確定。
支撐法蘭416將隔團414、防護裝置412和0型環(huán)410耦合到發(fā)射器。 例如，法蘭416可使用多種機構(gòu)比如螺絲釘將部件410-416固定到發(fā) 射器115a/119a。該螺絲釘穿過支撐法蘭416、隔圏414、防護裝置412 (或其容器)以及發(fā)射器115a/119a的孔，然而也可以使用其它機構(gòu)將 部件410-416固定到波導(dǎo)115a。
圖4B描述了圖4A的窗口 400的另一視圖。也可以在法蘭114處4吏用 設(shè)計類似于窗口 400的窗口。具體地，在被耦合到室110之前，窗口可被 用于覆蓋在發(fā)射器的末端。
如上所述，來自發(fā)射器(即，開縫陣列波導(dǎo)115和波導(dǎo)彎曲件119) 的微波能量可用作熱源。而且，在一些實施例中，發(fā)射器可用作化學(xué)過程 期間的熱源，所述化學(xué)過程比如是借助于乙酸酐來改變木材產(chǎn)品。這里的系統(tǒng)可以以多種形式體現(xiàn)。盡管以上所述描述了木材產(chǎn)品的乙 酰化，但是這里所描述的系統(tǒng)可用在其它化學(xué)過程中，且可以用于其它材 料。而且，這里所描述的系統(tǒng)可用于在沒有相關(guān)化學(xué)過程比如乙?；那?況下提供熱量。例如，該系統(tǒng)可提供熱量以烘干材料，或者對材料進行熱 處理，比如退火、燒結(jié)或熔化。在該示例中，由于不進行木材的乙?；?，
因此可以不需要被經(jīng)加壓的室110。
權(quán)利要求
1.一種用于在室內(nèi)加熱木材產(chǎn)品的設(shè)備，包括發(fā)射器，其中所述發(fā)射器包括波導(dǎo)彎曲件和波導(dǎo)，所述波導(dǎo)具有沿所述波導(dǎo)的縱軸的多個縫隙，所述縫隙以相對于所述縱軸的角度傾斜，并相對于所述縱軸以間隔隔開；以及覆蓋所述縫隙的多個窗口，所述窗口用作物理屏障，并允許電磁能量從所述發(fā)射器傳遞到所述木材產(chǎn)品。
2. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述波導(dǎo)包括具有所述縫隙的矩 形波導(dǎo)，所述縫隙設(shè)置在所述波導(dǎo)的交替?zhèn)取?br> 3. 如權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中所述波導(dǎo)彎曲件為H-平面彎曲。
4. 如權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中所述縫隙的所述角度在相對于所 述縱軸約5度和約30度之間。
5. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述縫隙沿所述發(fā)射器的不直 接面對所述木材產(chǎn)品的表面設(shè)置。
6. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述窗口包括防護裝置， 所述防護裝置由包括氧化鋁的材料形成。
7. 如權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中 所述窗口包括耦合到隔圏的防護裝置；并且 所述隔圉包括開口 ，所述開口被配置成補償所述防護裝置的電容效應(yīng)。
8. 如權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中所述窗口包括組件，所述組件包括支撐法蘭、隔圏、防護裝置以及0 型環(huán)；并且所述裝置被耦合到所述波導(dǎo)。
9. 如權(quán)利要求l所述的設(shè)備，包括大小被設(shè)置成容納所i^材產(chǎn)品 和所i^L射器的室。
10. 如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中所述室包括經(jīng)加壓的室。
11. 如權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中所i^L射器包括傳遞預(yù)定波長的電磁能量的波導(dǎo)。
12. —種用于^^材產(chǎn)品乙酖化的系統(tǒng)，包括 室，其大小被設(shè)置成容納所^K材產(chǎn)品；以及 發(fā)射器，其設(shè)置在所述室內(nèi)，所U射器包括波導(dǎo)彎曲件和波導(dǎo)；沿所述波導(dǎo)的縱軸的多個縫隙，所述縫隙以相對于所述縱軸的角 度傾斜，并沿所述縱軸以間隔隔開；以及覆蓋所述縫隙的多個窗口，所述窗口用作屏障，并允許電磁能量 從所^JL射器傳遞到所^Mt產(chǎn)品。
13. 如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述波導(dǎo)包括具有所述縫隙的 矩形波導(dǎo)，所述縫隙設(shè)置在所述波導(dǎo)的交替?zhèn)取?br> 14. 如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述波導(dǎo)彎曲件為H-平面彎曲。
15. 如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述縫隙的所述角度在相對于 所述縱軸約5度和約30度之間。
16. 如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述縫隙沿所i^L射器的不直 接面對所述木材產(chǎn)品的表面設(shè)置。
17. 如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述窗口包括防護裝置，所述 防護裝置由包括氧化鋁的材料形成。
18. 如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中 所述窗口包括耦合到隔圏的防護裝置；并且所述隔團包括開口 ，所述開口被配置成補償所述防護裝置的電容效應(yīng)。
19. 如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述窗口包括組件，所述組件包括支撐法蘭、隔圏、防護裝置以及0 型環(huán)；并且所述組件被耦合到所述波導(dǎo)。
20. 如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述室的大小被設(shè)置成容納所 i^材產(chǎn)品和所itJC射器。
21. 如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，還包括設(shè)置在所述木材產(chǎn)品的兩側(cè)或多側(cè)的多個發(fā)射器。
22. 如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，還包括控制器，所述控制器用于控 制微波源以在乙?；^程中提供用于加熱的能量。
23. —種用于材料的加熱系統(tǒng)，包括 發(fā)射器，其包括波導(dǎo)彎曲件和波導(dǎo)；沿所述波導(dǎo)的縱軸的多個縫隙，所述縫隙以相對于所述縱軸的角度傾 斜，并沿所述縱軸以間隔隔開；以及多個窗口，所述窗口覆蓋所述縫隙；用作物理屏障；并且允許電磁能量從所iOC射器傳遞到所述材料。
24. —種對包含在室內(nèi)的材料進行加熱的方法，所述室具有多個電磁 能量發(fā)射器，所iOL射器具有多個縫隙，所述方法包括將所述材料放置在所述室內(nèi)以及所^L射器的近場中；以及將電磁能量提供給所^L射器以便通過所述縫隙傳遞到所述室內(nèi)，從 而加熱所述材料。
25. —種用于覆蓋發(fā)射器中的縫隙的窗口組件，包括 隔團；防護裝置； 0型環(huán)；以及支撐法蘭，用于將所述隔圏、所述防護裝置以及所述O型環(huán)固定到所 狄射器；其中所述防護裝置允許從所U射器中的縫隙傳遞電磁能量；并且所述隔圏包括開口 ，所述開口被配置成補償所述防護裝置的電容 效應(yīng)。
26. —種用于加熱材料的系統(tǒng)，包括多個發(fā)射器，配置在包含材料的室內(nèi)，用于將電磁能量提供到所述室的內(nèi)部，其中所i^L射器包括波導(dǎo)彎曲件和波導(dǎo)；所述反射器具有沿所述波導(dǎo)的縱軸的 一個或多個縫隙；所述縫隙以相對于所述縱軸的角度傾斜，并相對于所述縱軸以間 隔隔開；以及覆蓋所述縫隙的一個或多個窗口，所述窗口用作物理屏障，并允許電 磁能量從所iOL射器傳遞到所述材料。
全文摘要
提供了一種用于加熱木材產(chǎn)品的系統(tǒng)。該系統(tǒng)可包括發(fā)射器。所述發(fā)射器可包括波導(dǎo)彎曲件和波導(dǎo)。所述發(fā)射器可具有沿波導(dǎo)的縱軸的一個或多個縫隙。所述縫隙以相對于縱軸的角度傾斜，并沿縱軸以間隔隔開。而且，所述系統(tǒng)可包括覆蓋縫隙的窗口。所述窗口可用作物理屏障，并允許電磁能量從發(fā)射器傳遞到木材產(chǎn)品。發(fā)射器和木材產(chǎn)品可包含在微波反應(yīng)器(也被稱為室)中以加熱木材產(chǎn)品。
文檔編號F26B3/34GK101297169SQ200680034275
公開日2008年10月29日 申請日期2006年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月22日
發(fā)明者小哈羅德·D·金里 申請人:伊斯曼化學(xué)公司