FI87127C - Foerfarande foer minskande av avstaondsberoende spaenningsstigning i parallella hoegfrekvenselektroder - Google Patents

Description

87127

Menetelmä rinnakkaisten suurtaajuuselektrodien etäisyys-riippuvaisen jännitenousun vähentämiseksi 5 Kyseessäolevan keksinnön kohteena on menetelmä rinnakkai sista, suurtajuusjännitelähteeseen kytketyistä sauvamai-sista elektrodeista koostuvassa laitteessa esiintyvän etäisyysriippuvaisen elektrodijännitteen nousun vähentämiseksi .

10

Mainitunlaisia elektrodirakenteita käytetään esimerkiksi erilaisten materiaalirainojen, -levyjen tai -kerrosten kuumentamisessa ja/tai kuivaamisessa suurtaajuusener-gialla. Näissä laitteissa käsiteltävä materiaali johde-15 taan lähietäisyydellä sauvamaisista elektrodeista, joita on sijoitettu useita rinnakkain oleellisesti poikkisuun-taisesti käsiteltävän materiaalin liikerataan nähden.

Rinnakkaiset elektrodit ovat yhdistetyt vuorotellen suur-20 taajuusteholähteeseen tarkoituksena muodostaa elektro dien välille sähkömagneettinen kenttä suunnattavaksi vaikuttamaan pääasiassa käsiteltävässä materiaalissa. Mikäli käsiteltävä materiaali sisältää kosteutta, tai omaa muutoin vastaavat dielektriset ominaisuudet, suun-25 tautuu kahden elektrodin välille aikaansaatu suurtaajuuk- sinen sähkömagneettinen kenttä pääosin käsiteltävään materiaaliin. Materiaalin ollessa lisäksi myös dielektri-sesti häviöllistä aiheuttaa suurtaajuuskenttä niissä kuumennusvaikutuksen, joka puolestaan johtaa toivottuun 30 materiaalin lämpenemiseen ja/tai kuivumiseen.

Käyttökohteita mainitunlaisille laitteille ovat esimerkiksi paperirainan, puuviilun tai tekstiilimateriaalien lämmittäminen tarkoituksena materiaalin kuivaus tai kos-35 teuspitoisuuden tasoittaminen, mainituille materiaaleille levitettyjen tai niihin imeytettyjen aineiden lämmitys, kuljetusalustalla etenevien leipomotuotteiden jälkikäsit- 2 87127 tely, kuljetusalustalla etenevän jauhemaisen tai raemais- en ainekerroksen lämmittäminen, jne.

Useissa sovellutuksissa käsiteltävä materiaali etenee 5 leveänä rainana tai ratana, jonka yli elektrodien on ulotuttava tavoitellun vaikutuksen aikaansaamiseksi. Pitkiin elektrodeihin liittyy tunnettu ongelma seisovien aaltojen aikaansaamasta jännitteen noususta etäisyyden kasvaessa jännitteen syöttökohdasta. Monissa käyttösovel-10 lutuksissa laitteiston tilarajoitukset ja vastaavat ra kenneseikat mahdollistavat jännitesyötön elektrodeihin vain toisesta päästä, korkeintaan elektrodien molemmista päistä, mikä osaltaan rajoittaa jännitteennousun eliminoinnin mahdollisuuksia.

15 Näissä rakenteissa on tunnetusti eräinä rakenteina käytetty jännitteennousun vähentämiseen ratkaisua, jossa vierekkäiset elektrodit on kytketty induktiivisesti määrävälein toisiinsa. Mainitulla järjestelyllä aikaan-20 saadaan, mikäli sen soveltaminen laitteiston muun raken teen puolesta on mahdollista, käyttökelpoinen ratkaisu jännitenousun vähentämiseen. Ratkaisulla saadaan esimerkiksi paperi- ja puuviilukuivureissa käytössä olevilla noin 5m:n elektrodeilla, joissa käytetään esimerkiksi '25 vaihtojännitteen taajuutta 13,56 MHz, jännite elektrodin pituudella pysymään alueella ± 5 % lähtöjännitteestä (1,5 kV). Mainittu ratkaisu edellyttää kahta induktiivista yhdistämiskohtaa sauvan pituudelle.

30 Mainittuun tunnettuun, ns. keskitettyihin tasoitusinduk- tansseihin perustuvaan tekniikkaan liittyy kuitenkin useamman rinnakkaisen elektrodin järjestelmässä omat ongelmansa. Rakenne on tilantarpeen suhteen epäedullinen. Se on myös altis likaantumaan, ja likaantuneen laitteen 35 puhdistaminen on hankalaa. Toiminnallisena ongelmana on lisäksi tasoitusinduktanssien keskinäisinduktanssien aikaansaama epätarkkuus laitteen mitoituksessa.

3 87127

Mainittuihin ongelmiin on keksinnön mukaisesti haettu ratkaisua aikaansaamalla laitteistoon kuuluville elektrodeille eri tavalla toteutetut jännitteen tasoitusinduk-5 tanssit. Keksinnölle tunnusomaisesti tämä on aikaansaatu siten, että että elektrodin magneettikentälle vastasuun-tainen magneettikenttä aikaansaadaan järjestämällä elekt-rodivirralle tasoituskohdasta paluutie, joka kulkee vähintään läpilyöntietäisyydellä elektrodista ja ulottuu 10 sen tasoitettavalle osuudelle, ja että tämä paluutie yhdistetään oleellisesti loppupäästään kunkin viereisen, vastakkaisen potentiaalin omaavan elektrodin vastaavaan paluutiehen.

15 Keksinnön erityistoteutusmuodot ilmenevät oheisista epä itsenäisistä patenttivaatimuksista.

Keksintöä selvitetään oheisen kaaviomaisen piirustuskuvan perusteella, jossa 20

Kuva 1 esittää keksinnönmukaisen menetelmän periaatteellista toteutusta rainamaisen materiaalin kuumen-nuskäsittelemiseksi, ja 25 Kuva 2 esittää menetelmän muunnosta.

- - Kuva 3 esittää muunnosta tasoitusinduktanssien sää döstä.

30 Kuviossa 1 on esitetty jatkuvana rainana kulkevan materi aalin 1 kuumennuskäsittelyyn tarkoitettu laite. Materiaali 1 voidaan olettaa esimerkiksi paperirainaksi. Laite sisältää poikkisuuntaisesti rainaan nähden sijoitettuja elektrodeja 2, jotka on yhdistetty vuorotellen suur- 35 taajuusteholähteen G vastakkaisiin potentiaaleihin. Kek sinnön mukaisesti on kunkin elektrodin, virransyöttöpää-hän nähden vastakkaisesta päästä johdettu oleellisesti 4 87127 elektrodin kanssa samansuuntaisena kulkeva johdin 3. Johdin 3 on johdettu sellaisella etäisyydellä elektrodistaan 2, että muodostunut ilmaväli takaa riittävän jännitteen läpilyöntilujuuden. Johdin 3 on ulotettu oleellisel-5 le osalle elektrodin 2 pituutta, joka käytännössä on osoittautunut vähintään 2/3 elektrodin pituudesta.

Johtimien loppupäiden alueelle on järjestetty oikosulku-kappaleet 4, joilla johdin on yhdistettävissä vierekkäi-10 sen elektrodin vastaavaan johtimeen. Kahden vierekkäisen elektrodin johdin 3 ja niitä yhdistävä oikosulkukappale 4 muodostavat tasoitusinduktanssisilmukan. Oikosulkukap-paleet ovat johtimien 3 pituussuunnassa siirrettävät tasoitusinduktanssin säätämiseksi kussakin tapauksessa 15 tarkoituksenmukaiseksi.

Mainitunlaisen laitteen mitoituksessa on otettava huomioon monia tekijöitä toivotun lopputuloksen aikaansaamiseksi. Ensimmäinen perustekijä on elektrodisauvojen 2 20 keskinäinen etäisyys käsiteltävän materiaalin etenemä- tai rainasuunnassa. Etäisyyden kasvaessa kasvaa elektro-deihin syötettävän jännitteen tarve. Muuttuva syöttöjännite puolestaan vaikuttaa tasoitettavaan induktanssiin. Laitetta radiotaajuuksilla käytettäessä elektrodien kes-25 kinäinen etäisyys voi vaihdella tapauskohtaisesti muuta masta sentistä kymmeniin sentteihin, esimerkiksi mittoihin noin 20-30 cm. Yleisenä arvona voidaan pitää 10-15 cm.

30 Induktanssisilmukan etäisyys elektrodeista määräytyy en sisijaisesti mainitun läpilyöntivaatimuksen perusteella. Etäisyydellä voidaan vaikuttaa myös kompensoivaan induktanssiin, mitä suuremmalla etäisyydellä induktanssisil-mukka on elektrodeista, sitä vähäisempi induktanssi-35 vaikutus. Tätä seikkaa voidaan käyttää kompensaatio- vaikutuksen säätämiseen johtamalla induktanssisilmukan johtimet muuttuvalla etäisyydellä elektrodista tasoitus- 5 87127 alueen eri kohdilla. Maksimietäisyytenä elektrodin ja induktanssilmukan johtimen välillä voidaan pitää etäisyyttä noin 20 cm. Oma vaikutuksensa laitteen mitoitukseen on myös sekä elektrodin että induktanssisilmukan 5 johtimen halkaisijalla. Minimihalkaisijan määrittää joh dettavan virran aiheuttama lämpeneminen. Tavanomaisena halkaisijamittana voidaan pitää noin 10 - 40 mm, joskin mitat aina arvoon noin 100 mm tulevat kyseeseen.

10 Piirustuskuvissa esitetystä perustoteutusmuodosta poike ten voidaan elektrodisauvat yhdistää virransyöttöpäähän nähden vastakkaisesta päästä vierekkäiseen sauvaan myös induktiivisesti tai kapasitiivisesti vaihesiirron aikaansaamiseksi sauvojen välille. Edelleen voidaan pitkillä 15 elektrodeilla käyttää järjestelyä, missä tasoituskohtia on sijoitettu peräkkäin useampia elektrodin 2 pituudelle .

Kuvion 2 mukaisessa toteutuksessa on yksinkertaisuuden 20 vuoksi esitetty kaksi rinnakkaista elektrodia 2 ja näille aikaansaatu tasoitusinduktassisilmukka. Kuvion 1 mukaista ratkaisua vastaten on tasoitusinduktanssisilmukka muodostettu tasoituskohdassa elektrodiin yhdistetystä johtimesta 3, joka on johdettu vähintään mainitun läpi-'25 lyönti lujuuden etäisyydellä elektrodista. Tasoitus induk tanssin lisäämiseksi silmukkaan on vierekkäiset induktanssi joht imet 3 yhdistetty keskenään lisäsilmukalla 7, jonka päässä on induktanssin säätöön tarkoitettu oikosul-kukappale 4.

30 Jännitteennousun kompensoivan induktanssisilmukan mitoi tuksessa voidaan laskennallisena perusteena käyttää ns. siirtojohtoteoriaa, jolla, tietyin yksinkertaistavin olettamuksin, induktansseille voidaan määrittää likimääräiset arvot, ja induktanssisilmukan johtimille halkaisi-35 ja ja etäisyys elektrodista tuntien likimääräinen pituus parijohtolaskentamallin perusteella. Pituuden määrittämisessä on kuitenkin otettava huomioon induktanssisilmukan 6 87127 aikaansaama pienentävä vaikutus elektrodin induktanssiin, mikä muiden epävarmuustekijöiden ohella aikaansaa sen, että induktanssisilmukan laskettuun pituuteen on lisättävä noin 10 - 20 %. Lopullinen induktanssin säätö suorite-5 taan kokeellisesti oikosulkukappaleen 4 sijoituksella.

Seuraavassa on havainnollisuuden vuoksi esitetty konkreettinen mitoitusesimerkki.

10 Kysymyksessä on hajakenttäelektrodipari, jolla kuumenne taan 4 m leveää ohutta materiaalirainaa, esimerkiksi paperirainaa käyttäen syöttöjännitteen taajuutta 13,56 MHz. Elektrodien halkaisijat ovat 50 mm ja niiden keskinäinen etäisyys on 200 mm. Oletettu jännitetarve on 5 kV. 15 Vaadittu ilmaväli induktanssisilmukan johtimen ja elekt rodin välille on tällöin 50 mm (1 kV/cm). Tasoitusinduk-tansssien johtimien (tasoitusinduktanssien) halkaisijaksi valitaan 15 mm lämpenemisen pitämiseksi hallittavana. Laskennallisesti saadaan silmukan, elektrodin suuntaisek-20 si mitaksi 3,5 m, johon on säätövaraksi lisättävä noin 10 %, jolloin silmukan todetaan ulottuvan noin 95 %:n matkalle elektrodin pituudesta.

Edellämainitusta, oikosulkukappaleiden 4 sijaintikohdan 25 muuttamiseen perustuvasta tasoitusinduktanssien säädöstä poikkeavasti on kuviossa 3 annettu vaihtoehtoinen toteutus tälle säädölle. Kunkin johtimen 3 ulottumapään alueelle on sijoitettu oikosuljettu induktanssisilmukka, joka on järjestetty johtimien 3 pituussuunnassa asemaltaa 30 säädettäväksi, jolla asemasäädöllä voidaan vaikuttaa tasoitusinduktanssin suuruuteen.

Claims (6)

7 87127

1. Menetelmä ainakin kahdesta sauvamaisesta, oleellisesti toisesta päästään vastakkaiseen suurtaajuus-, kuten 5 radiotaajuuspotentiaaliin yhdistetystä, oleellisesti yh densuuntaisesta rinnakkaisesta elektrodista muodostuvan dielektrisen materiaalin käsittelylaitteen elektrodien, etäisyydestä virransyöttökohtaan riippuvan jännitenousun kompensoimiseksi tuomalla elektrodin magneettikentän yh-10 teyteen ainakin osalla elektrodin pituutta vaikuttava vastasuuntainen magneettikenttä, tunnettu siitä, että elektrodin magneettikentälle vastasuuntainen magneettikenttä aikaansaadaan järjestämällä elektrodivirralle ta-soituskohdasta paluutie, joka kulkee vähintään läpilyön-15 tietäisyydellä elektrodista ja ulottuu sen tasoitettaval le osuudelle, ja että tämä paluutie yhdistetään oleellisesti loppupäästään kunkin viereisen, vastakkaisen potentiaalin omaavan elektrodin vastaavaan paluutiehen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tasoituskohtia on järjestetty useita elektrodin pituudelle.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tun-:: 25 nettu siitä, että paluuteitä järjestetään kussakin tasoi- -· tuskohdassa yksi elektrodia kohti.

4. Patentivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että paluuteitä järjestetään kussakin tasoi-30 tuskohdassa useampia elektrodia kohti.

5. Jonkin edellisen patenttivatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että paluutiet johdetaan muuttuvalla etäisyydellä elektrodeista. . 35

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kahden vierekkäisen paluutien 87127 8 muodostamaa tasoitusinduktanssia säädetään paluutien ylä-ja/tai alapuolelle tasaetäisyydelle sijoitetulla, elektrodin pituussuuntaiselta asemaltaan säädettävällä, suljetulla induktassisilmukalla. 5