KR100866692B1 - 고주파수 전자기장을 반도전성 유전체 재료들에 인가하기위한 산업장치 - Google Patents

고주파수 전자기장을 반도전성 유전체 재료들에 인가하기위한 산업장치 Download PDF

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Abstract

고주파수 전자기장을 반도전성 유전체 재료들에 인가하기 위한 산업장치는 고주파수 전자기장을 인가하기 위한 고주파수 전압 발생기(10) 및 어플리케이터 디바이스(1)를 포함한다. 어플리케이터 디바이스(1)는 전극들 사이에 우선순위 방향으로 배치된 전기 및 자기 컴포넌트들을 가진 고주파수 전자기장을 생성하기 위한 전기 발생기(10)에 접속된 다수의 전극들(12,13,14,15)을 포함한다. 어플리케이터 디바이스(1)는 실질적으로 우선순위 방향으로 정렬된 적어도 하나의 등전위 전극들(12,14) 및 상기 우선순위 방향에 실질적으로 평행한 방향으로 어플리케이터 디바이스(1) 내의 반도전성 유전체 재료를 운반하고 수용하기 위한 재료 운반 수단(32)을 더 포함한다.

Description

고주파수 전자기장을 반도전성 유전체 재료들에 인가하기 위한 산업장치{INDUSTRIAL APPARATUS FOR APPLYING RADIO-FREQUENCY ELECTROMAGNETIC FIELDS TO SEMICONDUCTIVE DIELECTRIC MATERIALS}
본 발명은 고주파수 전자기장을 반도전성 유전체 재료들에 인가하기 위한 산업장치 및 어플리케이터 디바이스(applicator device)에 관한 것이다. 제한하는 것은 아니지만, 특히, 상기 장치는 바람직하게는 낮은 점성을 갖고 운송수단에 의해 운송 가능한 유체 식품들을 열처리하기 위해 사용될 수 있다. 더 상세하게, 상기 장치는 과일 쥬스, 맥주, 다양한 형태의 음료, 셰이크, 스프, 퓨레, 향료 시럽 및 토마토 소스뿐만 아니라 우유 및 유제품의 저온살균(pasteurization) 또는 살균(sterilization) 처리들에 매우 바람직하게 사용될 수 있다.
많은 기술적인 처리들에 있어서, 특히 식품 분야에서, 제품들은 건조, 탈수, 해동, 조리, 저온살균, 살균 또는 제품을 다르게 열적으로 처리하도록, 열처리될 수 있다. 제품에 공급되는 열은 대류, 전도 또는 복사 효과들을 이용함으로써 외부 열원들에 의해서 전달되거나, 또는 제품 내에서 직접 생성될 수 있다. 후자의 경우에, 제품을 구성하는 재료와 상호작용함으로써 발진 전자기장(oscillating electromagnetic)이 처리될 제품에서 전류 필드를 생성하기 위해서 사용될 수 있고, 상기 필드는 제품의 내부 온도를 상승시킨다. 인가될 수 있는 전자기장은 다양한 강도와 다양한 발진주파수들을 가질 수 있다.
이러한 형태의 가열을 수행하는 공지된 장치는 주전압이 인가될 때, 다양한 크기 및 출력단에서 미리 결정된 주파수의 발진 전압을 생성하는 고주파수 발생기를 포함한다. 상기 장치는 또한 발생기의 발진 전압을 발진 필드의 현저한 전기 컴포넌트 또는 자기 컴포넌트들을 가지는 전자기장으로 각각 변환하는, 용량성 또는 유도성 동작을 하는 어플리케이터 디바이스를 포함한다. 상기 언급된 주파수들은 일반적으로 국제 표준, 6.78 - 13.56 - 27.12 - 40.68 - 433.92 ㎒ 인 중심값들에 의해 설정된 범위내에 있다. 생성된 발진 전자기장의 강도는 어플리케이터 디바이스 단에 인가된 고주파수 전압의 크기 및 어플리케이터 디바이스의 구성에 의존하는데, 이는 처리될 제품을 수용하기 위해 제공된 구역들의 필드의 강도를 증가시키거나 또는 감소시킬 수 있다.
고주파수 전자기장을 다양한 물리적, 치수적 및 전기 특성들을 가지는 제품들에 인가하는 다양한 형태의 디바이스들이 공지되었다. 가장 널리 알려진 응용분야는 종이, 섬유, 특히 염색 후 일반적인 직물 재료, 피혁, 고무, 목재, 플라스틱 적층물 및 식품들의 열처리에 관한 것이다. 상기 경우 중 대부분에 있어서, 제품들의 가열은 전도 전류에 의해 발생하기보다는 인가된 전자기장에 의해 제품들에 유도된 변위 전류때문에, 유전체 손실에 의해 발생한다. 상기 디바이스들 각각은 사용된 주파수 및 요구되는 응용분야에 적당한 구조와 기술적인 특성들을 가진다. 또한, 동일한 디바이스들은 미리 결정된 강도의 전자기장이 발생하도록 하는 구조를 가질 수 있고, 요구되는 특정 열처리를 기초로 해서 제품들에 특정 전력을 전달한다.
예를 들면, 본 출원인의 유럽 특허출원 EP 0946104호는 고주파수 발진 전자기장에 의해 식품들을 가열하기 위한는 산업장치를 개시한다. 상기 장치는, 예를 들면 상당한 질량과 부피를 갖는 햄 등과 같은 육류 식품을 조리할 수 있고, 바람직하게는 주형에 배치된다.
열처리를 위한 고주파수 기술의 사용에 관한 주요 제한들 중 하나는, 매우 짧은 시간 내에 제품들에 원하지 않는 해로운 효과를 야기하지 않으면서 제품들을 고온으로 처리되도록 하는 것이 어렵다는 것이다. 제한하는 것은 아니지만, 예를 들면, 저온처리 또는 살균 처리 동안에, 또는 퓨레 식품을 해동하는 동안에, 짧은 시간내에 높은 전력, 특히 제품 부피당 높은 전력을 연속적으로 공급하는 것이 필수적이다. 이러한 동작은, 특히 반도전성 유전체 제품들에 대해서 어려운데, 왜냐하면 상당한 전기 도전성이 유전체 손실의 효과, 즉 인가된 전자기장에 의해 제품안에 유도된 변위전류에 의한 효과를 제한하기 때문이다.
또한, 시간 단위당 고주파수 처리 구역을 통해 운송된 제품의 부피가 특히 크다면, 고주파수 처리 시간이 충분히 짧지 않은 경우, 바람직하지 않은 화학적 및 감각수용성(organoleptic) 효과들이 제품들에 발생할 수 있다.
몇몇 공지된 해결책들에서, 디바이스들의 고전압 및 고전류를 사용해서, 짧은 시간 주기에서 높은 특정 전력을 제품들에 전달하는 것이 가능하다. 그러나, 상기 해결책은 어려운 매니지먼트 및 복잡한 제어를 야기한다. 실제로, 높은 전력의 공급은 어플리케이터 디바이스들의 다양한 지점들 사이에 바람직하지 않은 전기 방전을 야기할 수 있고, 상기 디바이스들에, 그리고 디바이스들 수용된 제품에 손상을 끼칠 수 있으며, 더 나쁘게는 균등하지 않은 가열 및/또는 제품들의 일 부분의 연소를 야기할 수도 있다.
이론적으로, 유체 식품들의 저온살균 및/또는 살균을 위한 처리들은 제품을 저온살균 및/또는 살균 온도로 순간 가열하는 첫번째 단계, 0으로 감소하는 유지 시간으로 특정되는 후속 단계, 및 마지막으로 시작 온도로 순간 냉각하는 단계를 포함한다. 이러한 형태의 처리는 공지된 기술에 의해 달성될 수 없기 때문에, 최상의 조건들은 달성될 이론적인 프로세스에 가능한 한 유사한 프로세스를 가능하게 하는 플랜트(plant)를 구성하기 위해서 이용 가능한 장치들에 의존하여 강구되어야 한다.
따라서, 우유의 열처리 분야에서, 가장 널리 알려진 저온살균 처리들 중 하나는 우유가 끓는점 이하의 온도까지 가열되는 단계, 제품이 미리 결정된 시간 주기 동안에 상기 조건들로 유지되는 단계, 및 냉각 단계로 구성된다. 일정한 온도에서 시간 주기는 존재하는 모든 형태의 병원성 및 포자성 미생물들, 그리고 병원성은 아니지만 그럼에도 불구하고 제품내에서 다양한 형태의 변화들을 유발할 수 있는 미생물들의 번식을 방지하기에 충분히 길어야 한다.
공지된 열처리들의 몇몇 예시들은 (무엇보다도 63℃-65℃로 가열하는 단계 및 대략 30분의 유지 단계를 포함하는)느린 저온살균, 및 H.T.S.T로 공지된 (무엇보다도 72℃로 가열하는 단계 및 대략 20초의 유지 단계를 포함하는)빠른 저온살균 처리가 있다. 두 처리들은 소비 또는 치즈, 크림, 버터, 커드 치드(curd cheese)등과 같은 낙농 제품들의 제조를 위한 우유를 저온살균하는 역할을 한다.
우유를 열처리하는 또 다른 공지된 형태의 방법은 제품을 직접 소비하고자 할 때 사용되는 것이다. U.H.T로 공지된 이러한 처리에서, 우유는 예를 들면 대략 2-5초 동안에 155℃로, 상기 개시된 처리에서보다 훨씬 더 짧은 시간 주기 동안에 유지되는 저온살균 온도보다 훨씬 높은 온도까지 가열된다. 상기 경우에, 목적은 제품의 보존 수명의 감소를 가져오는 가능한 모든 것을 제거하는 것인데, 왜냐하면 상기 경우에, 우유는 주변 온도로 유지될 때, 적어도 120일의 보존 수명을 가져야하기 때문이다. U.H.T 처리에서, 가열 단계는 일반적으로 2단계: 먼저, 예를 들면 판형 열수(hot-water) 열교환기들과 같은 외부 열원에 의한 간접 교환 및 그 후, 예를 들면 우유에 스팀을 높은 온도로 인가하는("uperization" 단계로 공지된) 직접 교환 단계로 달성된다.
전술한 두 처리들은 몇가지 단점들을 가진다. 높은 온도의 스팀 사용은 제품이 요구되는 온도까지 빨리 도달하게 하지만, 동시에 제품의 물리적 및 감각수용성 특성들의 변경을 가져온다. 실제로, 인가된 스팀은 우유에서 수분 함량을 변경시킬 뿐만 아니라, 영양 물질들의 결핍을 가져오는데, 왜냐하면 일단 요구되는 온도에 도달하면, 주입된 동일한 양의 스팀이 우유에 원래 함유된 몇가지 물질들과 함께 추출되기 때문이다. 따라서, 이것은 외부 엘리먼트, 스팀이 다른 공지된 기술들에 의해 달성될 수 없는 매우 빠른 가열 시간을 달성하기 위해서 사용되는 침해성(invasive) 기술이다. 반대로, 침해성 기술이 아니기 때문에 간접 교환 처리는 제품의 화학적 특성들을 변경하지 않지만, 짧은 시간내에 요구되는 온도에 도달하는 것이 효과적이지 않아서 저온살균된 우유에서 심각하고 바람직하지 않은 부작용을 일으킨다.
상기 처리들에서, 주어진 최대 처리온도에 대해서, 요구된 온도에 가능한 가장 빠른 시간내에 도달된다면, 제품의 감각수용성 악화에 책임이 있는 유지 단계의 제한된 지속으로 우유 살균 효과가 또한 달성될 수 있다는 것이 공지되었다. 공지된 기술로는 사용된 기술들과 결합된 것에 대해 물리적 제한들이 있다는 것이 분명하다. 예를 들면, 열교환기들에 의한 간접 열교환은, 완전한 처리를 보장하기 위해서 제품이 완전하고 균일하게 가열되도록 제품과 가열수단 사이의 접촉이 충분히 길도록 요구한다.
몇 년에 걸쳐서, 우유의 올바른 살균을 달성하기 위해 필요한 온도는, 새로운 병원균제, 포자들, 효소들, 박테리아, 또는 미생물들과 결합된 새로운 오염들 때문에 계속해서 증가하는 것으로 공지되었다. 이러한 해로운 물질들은 실제로 더 내열성이 있게 되고, 때문에 비활성시키기가 어렵다. 그러나, 과도한 열처리는, 자연 성질들에 가능한 가까운 맛, 향 및 색을 가진 제품들에 대한 대중들의 더 많은 요구들과 충돌한다. 이러한 이유들은 대류, 전도 또는 복사 효과들을 이용하는 열원들의 사용으로, 살균 플랜트 또는 유체 음식들을 제조하는 많은 회사들에게 플랜트의 개선과 연결된 더 새롭고 더 정교한 기술 처리들을 조사하고, 구현하고 사용하게 만든다. 따라서, 공지된 기술들은 매우 높은 개발 수준에 도달해서, 더 이상 개선하기 어려운 "완성된 기술"로 생각될 수 있다.
본 발명의 주목적은 제품의 물리적, 화학적 및 감각수용성 특성들에 특정 변화를 유발하지 않고서, 많은 양의 제품을 매우 빠르게 처리할 수 있는, 고주파수 전자기장을 반도전성 유전체 재료들에 인가하기 위한 산업장치를 제공함으로써 공지된 장치의 단점을 극복하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 불필요한 무부하 전력 손실 및 국부 가열, 및 결과적으로 제품의 연소를 피하면서, 쉽게 다루고 제어하기 위해서 장치에서 제한된 전압 및 전류를 사용해서 상당한 강도의 고주파수 전자기장을 인가할 수 있는, 반도전성 유전체 재료들의 열처리를 위한 산업장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 매우 넓은 범위에 걸쳐서 조절 가능한 시간 동안에 더 크거나 또는 더 적은 강도의 필드를 쉽게 인가할 수 있고, 따라서, 식품들 이외에 다른 제품들과 관련될 수 있는 다양한 기술적인 처리들에서 사용될 수 있는, 고주파수 전자기장을 반도전성 유전체 재료들에 인가하기 위한 산업장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 제조하는 것이 쉽고 저렴하고, 검사하기가 쉽고, 세척 및 유지 작동을 위해 쉽게 접근가능하고, 분해하기가 쉬운 산업장치를 제공하는 것이다.
상기된 목적들을 달성하기 위해서, 본 발명의 핵심은 첨부된 청구항들에 개시된 특징들을 가지는 장치이다.
본 발명의 특히 바람직한 특징에 따라, 산업장치는 처리될 제품들을 수용하고 운반하기 위한 수단을 포함하는데, 그러한 수단은 제조라인에서 제품들을 운반하기 위해 사용된 수단에 쉽고 빠르게 연결될 수 있다. 본 발명의 장치는 따라서 공지된 디바이스들의 설계 및 구성, 또는 제품들을 운반하기 위한 라인들 및 파이프들의 단면 및/또는 구성조차도 변경하지 않고서, 바람직하게는 낮은 점성으로 살균 파이프들에서 운반되는 유체 제품들을 위한 제조라인들에 삽입될 수 있다.
본 발명의 또 다른 장점은 매우 빠른 속도로 제조라인들을 통해 흐르는 제품들이 추가의 어플리케이터 디바이스들 및/또는 플랜트들을 제공하지 않고서 산업적으로 처리될 수 있다는 것이다. 큰 치수를 가짐에 따라 사용하고 유지하기가 어려울뿐만 아니라, 상기 추가 디바이스들은 일반적으로 고주파수 처리 구역들에서 큰 부피의 제품을 요구하고, 따라서 제품들에 바람직하지 않은 화학적/감각수용성 효과들을 발생시키는 매우 긴 처리시간을 수반한다.
본 발명의 또 다른 특징들 및 장점들은, 순수하게 비제한적인 실시예로서 제공된 첨부된 도면들을 참조하여 주어진 다음의 바람직한 실시예의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1 은 본 발명의 장치의 개략적인 측면도이다.
도 2 는 도 1 의 선(Ⅱ-Ⅱ)을 따라 절단한 본 발명 장치의 개략도이다.
도면들을 참조하면, 고주파수 전자기장을 반도전성 유전체 재료들에 인가하기 위한 산업장치는, 미리 결정된 진폭의 발진 전압 및 일반적인 고주파수 범위, 예를 들면 여기에 한정되지 않지만 수 ㎑ 부터 수백 ㎒ 내의 미리 결정된 주파수를 단자에서 만드는, 일반적으로 공지된 형태의 전기 발생기(10)를 포함한다.
고주파수 발생기(10)에 의해 만들어진 전압이 어플리케이터 디바이스(1)에 공급되고, 어플리케이터 디바이스의 구성은 상당한 강도의 고주파수 전자기장이 그 안에서 생성되는 것을 가능하게 한다. 열처리될 재료, 예를 들면, 하기에 한정되지 않지만 반도전성 식품들, 바람직하게 저온살균 또는 살균 동안의 우유는 전자기장이 미리 결정된 온도로 그리고 미리 결정된 주기동안 가열하도록 어플리케이터 디바이스(1)를 통과한다.
제조라인에서 운반되는 대부분의 식품들 만큼 우유는 공기, 일반적으로, 화학적 및 물리적 성질들을 손상시키는 외부 물질과의 접촉을 방지하기 위해서 살균 파이프들에 담겨지는 것이 중요하다.
본 발명의 산업장치는 상기 언급된 문제점들이 생기지 않도록 재료들을 운반하기 위해서 파이프들에 밀폐된 방식으로 연결된 인입 수단 및 배출 수단을 포함한다. 이 특징은 산업 제조라인들에 본 발명의 장치의 삽입을 용이하게 하는데, 왜냐하면 구조나 설계, 또는 심지어 거기에 존재하는 디바이스들의 구성의 변경을 요구하지 않기 때문이다.
본 발명의 어플리케이터 디바이스(1)는 적어도 한쌍의 전극들 및 바람직하게는 도면들에 도시된 것처럼 2개의 전극 쌍들(12,13 및 14,15)을 포함하고, 그것들의 표면들은, 서로에 대향해서 평행하게 배치된, 예를 들면, 한정되지 않지만 전기 도전성 재료, 바람직하게는 스테인레스강 플레이트에 의해 형성된다. 각각의 전극들의 쌍은 발생기(10)의 한 단자에 전기 접속된 제 1 플레이트(12,14) 및 예를 들면 발생기(10)의 나머지 단자와 같은 다른 전위의 단자, 또는 바람직하게 접지에 전기 접속된 제 2 플레이트(13,15)를 포함한다. 각각의 쌍의 전극들의 제 1 플레이트들(12,14)은, 예를 들면 전기 도전성 재료로 만들어지고 등전위, 즉 동일한 전위로 유지되기 위해서 전극들의 단부들에 배치된 2개의 연결 엘리먼트들(16)에 의해서 서로에 전기 접속된다. 접지에 연결된 나머지 2개의 플레이트들(13,15)은 첫번째 2개의 등전위 플레이트들(12,14)과 반대편으로 대향해서 배치된다. 사용시, 플레이트(12)와 플레이트(13) 사이에 생성된 제 1 전자기장은 플레이트들의 표면들에 실질적으로 수직한 우선순위 방향(preferential direction)으로 지향된 흐름선을 가진다. 유사하게, 플레이트(14)와 플레이트(15) 사이에 생성된 제 2 전자기장 또한 실질적으로 상기 우선순위 방향으로 지향된 흐름선을 가진다. 마지막으로, 발생기(10)에 접속된 등전위 전극들의 쌍(12,14)은 상기 우선순위 방향에 실질적으로 수직한 평면을 형성한다.
당연히, 상기 개시된 전기 연결부들뿐만 아니라 전극들(12,13,14,15) 및 연결 엘리먼트들(16)의 개수, 형태 및 치수들은 본 발명의 범위 및 목적들을 벗어나지 않으면서, 첨부된 도면들에 도시된 것들로부터 폭 넓게 변경될 수 있다.
각각의 플레이트(12,13,14,15)는 식품들을 수용하고 운반하기 위한 수단, 제한하는 것은 아니지만, 예를 들면, 절연재료로 만들어진 덕트(duct), 바람직하게는 플라스틱 재료로 만들어진 파이프(32)가 삽입되는 다수의 개구부들(30)을 포함한다. 따라서 식품들은 어플리케이터 디바이스(1)에 생성된 전자기장의 선들과 실질적으로 평행한 우선순위 방향으로 어플리케이터 디바이스(1)를 통과하고, 상기 2개의 전극들(12,14)은 실질적으로 우선순위 방향으로 정렬되어 배치된다.
어플리케이션 수단, 제한하는 것은 아니지만, 예를 들면, 금속 실린더들(40)이 처리될 제품을 운반하는 파이프들(32)을 둘러싸는 방식으로, 각각의 플레이트와 맞물리고, 제한하는 것은 아니지만, 예를 들면, 개구부들(30)에 고정된다. 운반 파이프들(32)의 내부 직경 및 결과적으로 금속 실린더들(40)의 내부 직경은, 제조 처리 라인들에서 사용된 파이프들의 단면들에 기초해서 바람직하게 선택될 수 있다. 따라서 다양한 파이프들의 내부 표면들 사이의 불규칙성이 제거되고, 처리를 요하는 제품의 부분들의 우연적인 침전을 방지한다. 오랜 침전 및 제품의 상기 부분들의 결과적인 악화는 실제로 처리를 요하는 제품의 유기 오염을 초래하고, 예를 들면 살균을 불가능하게 만든다.
금속 실린더들(40)은 또한 운반 파이프들(32)에 손상을 방지하기 위한 강화 기능을 가진다. 처리를 요하는 재료가 등전위 덕트들에서 겪게 되는 열충격은 부피를 변경하고, 운반 파이프(32)에서 팽창부(bulge)를 생성하는 경향이 있다. 운반 파이프들은 바람직하게 절연 재료 및 일반적으로 가요성 플라스틱 재료로 만들어지기 때문에, 파이프 벽들의 반복적인 변형은 파이프들 내의 압력을 변하게 하고, 탄성도의 손실을 가져오거나, 또는 심지어 플라스틱 재료의 파손을 가져와서, 결과적으로 재료를 누출시킨다.
금속 실린더들(40)은 각각의 접합 엘리먼트들, 제한하는 것은 아니지만, 예를 들면, 최소 거리가 미리 설정되게 할 수 있는 접합 돌출부(42)을 포함하는데, 그 최소 거리 이상으로는 전극들(12,13,14,15)의 플레이트들을 서로를 향하여 이동시키는 것이 불가능하다. 상기 최소 거리는, 전극들이 모두 너무 가깝게 이동된다면, 장치의 특정 동작 주파수에서 생길 수 있는 바람직하지 않은 부작용을 방지한다.
어플리케이터 디바이스(1)는 또한 운반 파이프(32)를 강화하기 위한 수단, 제한하는 것은 아니지만, 예를 들면, 절연 재료, 바람직하게 테플론(Teflon)으로 만들어진 실린더들(50)을 더 포함하는데, 상기 실린더는 접합 돌출부들(42) 사이에 배치된 운반 파이프(32) 부분들을 감싼다. 따라서, 제품들이 산업장치 내에서 고압에서 운반된다면, 플라스틱 실린더(50)는 따라서 운반 파이프들(32)의 보유 품질을 증가시킨다.
운반 수단(32), 어플리케이션 수단(40), 및 강화 수단(50)은 제품의 형태 또는 본 발명에서 사용된 기술적 처리들에 따라 상이한 치수들 및 기하학적인 형태들로 형성될 수 있다. 이는 산업장치의 적당한 유통성을 보장하고, 따라서 다양한 기술적인 처리들에 대한 응용성을 보장하기 위해서 중요하다.
도면들에 도시된 실시예에서, 어플리케이터 디바이스(1)는 지지 수단, 제한하는 것은 아니지만, 예를 들면, 제 1 전극 쌍의 2개의 플레이트들 중 하나가 접지 전위에 접속될 수 있게 하는 2개의 "L"형태의 금속 플레이트들(18)을 포함한다. 잔여 플레이트들(12,13,14)은, 2개의 전극 쌍들 사이에 존재하는 전자기장을 간섭하지 않도록, 절연재료들, 바람직하게 테플론으로 만들어진 지지 엘리먼트들에 의해 전극들 중 하나의 제 2 플레이트(15) 상에 지지된다. 각각의 지지 엘리먼트는, 예를 들면 위치지정(locating) 엘리먼트들(24)에 의해 전극 쌍들의 제 2 플레이트들(13,15)에 연결된 나사형 바(threaded bar)(22)를 포함한다. 위치지정 엘리먼트들(26)의 쌍은 상기 바(22)상에 맞물리고, 그것들의 상대적인 거리가 변경될 수 있는 방식으로 제 1 플레이트들(12,14)을 개별적으로 지지한다. 당연히, 지지 엘리먼트들은, 그것들의 기능이 본 발명의 상세한 설명으로부터 이해되고 어플리케이터 디바이스(1)의 플레이트들(12,13,14,15) 사이의 상대적 거리가 변경될 수 있는 한, 당업자가 쉽게 확인할 수 있는 공지된 형태의 다른 수단들을 포함하거나 또는 그것에 의해 대체될 수 있다. 상기 지지 엘리먼트들의 특별한 장점은 실제로 처리 시간뿐만 아니라 제품에 인가된 전자기장의 강도를 변화하는 것이 가능하다는 것인데, 이는 시간 단위당 고주파수 전자기장의 작용을 받는 제품의 부피를 변화시킴으로써 가능하다.
도 1 에 도시된 것처럼, 절연 재료층(44)은 금속 덕트들의 단부들 사이, 및 전극 쌍들 사이에 전기 아크(arc)의 형성을 방지하도록, 플레이트들(13 및 15)에 부착된다. 절연층들(44)은 명쾌한 설명을 위해서 도 2 에 도시되지 않는다.
사용시, 전기 발생기(10)가 전기 발생기의 단자들에 미리 결정된 주파수를 가진 미리 결정된 크기의 발진 전압을 생성할 때, 제 1 전자기장은 플레이트(12)와 플레이트(13) 사이에 생성되고, 플레이트들의 표면들에 실질적으로 수직한 우선순위 방향으로 지향된 흐름선을 가진다. 유사하게, 제 2 전자기장은 플레이트(14)와 플레이트(15) 사이에 생성되고, 실질적으로 우선순위 방향으로 지향된 흐름선을 가진다. 식품은 파이프들(32)에 수용되어 운반되고, 어플리케이터 디바이스(1)에 생성된 전자기장의 라인들과 실질적으로 평행한 우선순위 방향으로 어플리케이터 디바이스(1)를 통과한다.
금속 실린더들(40)은 전극들의 대향하는, 또는 상이한 전위들이 파이프들(32)의 벽들을 따라서 운반되게 할 수 있다. 따라서 처리중의 제품은 전자기장의 영향을 받는데, 전자기장의 필드 라인들은 실질적으로 제품이 흐르는 방향으로 인가되고, 상기 전기장은 등전위 및 금속 덕트들의 길이에 의해 특히 강해진다. 전기장의 라인들은 실제로 서로 교차하지 않고, 따라서 등전위 금속 덕트들 내에 생성된 전기장 라인들(그것의 길이는 직경과 비교해서 우세함)은 상당한 강도를 가지며, 상기 언급된 것과 동일한 형태의 표면들 상에 또는 심지어 상이한 전위로 제공되는 다른 표면상에 집중된다.
이 전자기장은 디바이스에 수용된 제품에 실질적으로 2가지 형태의 전류, 즉 전위 전류로 공지된 제 1 형태 및 전도 전류로 공지된 제 2 형태를 생성한다. 제 1 형태는 제품을 구성하는 물질들의 유전체 전위로 인한 것이고, 이는 인가된 교번 전자기장의 진동들(분자 진동의 형태와 같은)에 의해 야기된다. 따라서, 분자 진동들을 야기시키는 자유 이온 전하들이 아닌 제품의 부분들 상에 작용하고, 따라서 여러 분자들 사이의 분자 마찰은 열(유전체 열)을 만든다. 제 2 형태는 제품에 반도전성을 제공하는 것과 같이, 제품에 나타나는 자유 이온 전하들의 전도성으로 인한 것이고, 이는 제품에 인가된 고주파수 전위차에 의해 생기는데, 왜냐하면 파이프(32) 벽들의 용량성 효과가 고주파수 전류를 통과하도록 하기 때문이다. 제품에서 이동하는 것이 자유로운 이온 전하들상에 작용함으로써, 상기 전류는 주울 효과에 의한 가열을 야기한다. 상기 두 형태의 전류들은 모두 어플리케이터 디바이스(1)에 공급되는 고주파수 발생기의 일반적인 주파수에 있다. 분명하게, 상기 두 형태의 전류들은 하나가 용량성이고 나머지는 저항성이기 때문에, 전기적으로 서로 90도의 위상 차이가 있다. 당연히, 금속 덕트들의 길이는 더 큰 전자기장이 제품에 인가될 수 있게 한다.
전극 쌍들(12,13 및 14,15) 사이의 거리 및 금속 덕트들(40)의 거리는 바람직하게 제품의 처리시간이 감소될 수 있게 하는데, 왜냐하면 상이한 전위들을 가지는 금속 덕트들 사이에 더 작은 부피의 제품이 배치되기 때문이다.
상기 형태의 구성은 예를 들면 우유와 같은 반도전성 재료들을 고주파수 전자기장으로 열처리하는데 특히 바람직하다. 실제로, 열처리는 우유를 운반하는 연속적인 라인의 경우처럼, 재료가 어플리케이터 디바이스(1)를 매우 빠른 속도로 통과할 때조차, 다른 임의의 공지된 디바이스보다 매우 짧은 시간에 훨씬 더 균일하게 발생한다.
또한, 작은 공간에 높은 강도의 전자기장을 집중하는 어플리케이터 디바이스(1)의 능력은, 발생기(10)가 어플리케이터 디바이스(1)에 재료를 운반하는 파이프들을 손상기키거나 또는 제품을 연소시키는 바람직하지 않은 전기 방전의 위험들을 제거하기에 충분한 낮은 전압을 공급하는 것을 가능하게 하지만, 그것에 의해서 매우 짧은 시간 주기 내에 높은 온도까지 매우 빠르게 재료를 가열하는 본질적인 특성을 제한하지는 않는다.
당연히, 어플리케이터 디바이스(1)는, 동일한 시간 주기내에 열처리될 필요가 있는 재료들을 부피를 증가시키도록, 하나 이상의 파이프를 더 포함할 수 있고, 또는 본 발명의 산업장치의 입구 및/또는 출구에 재료를 운반하는 파이프들의 치수들에 맞추기 위하여, 상이한 단면적의 여러개의 파이프들을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 중요한 기술적 특징은 전극들(12,13,14,15) 및 거기에 연결된 금속 덕트들(40), 즉 어플리케이터 디바이스(1)의 단부들이 모두 접지된다는 것이다. 이는, 어플리케이터 디바이스(1) 밖에서 처리되는 제품을 통해 바람직하지 않은 전류들이 흐르는 것을 방지하는데, 제품의 전도성이 커질수록 상기 전류가 커지고 제품에 잠긴 프루브(probe)들의 전자기 간섭과 같은 바람직하지 않은 부작용을 생기게 하거나, 또는 스크리닝, 즉 장치 내의 고주파수 전자기장을 포함하는데 있어서 어려움을 가져온다. 또한, 전체 장치는 제조 라인들 및 그것의 컴포넌트 디바이스들로부터 전기적으로 절연되고, 안전을 이유로 외부에 전류가 유출되는 것을 방지한다. 또한, 처리될 재료의 전위는 실제로 어플리케이터 디바이스(1)의 단부들 밖의 접지 전위이기 때문에, 금속 배관, 특히 스테인레스강 배관은 바람직하게 파이프(32)에 접속될 수 있어서, 스테인레스강 배관이 사용되는 제조 라인들에서 디바이스가 완전하게 통합될 수 있는 것을 가능하게 한다. 어플리케이터 디바이스의 단부들에 절연 재료 삽입의 또 다른 장점은 스크리닝과 누설전류 제한의 문제점들, 및 예를 들면 탐침기들, 인버터들, PLC 등과 같은 장치들에 접속된 전기 디바이스들과의 간섭의 문제점들을 해결한다는 것이다.
디바이스의 부하를 고주파수 발생기(10)에 적응시키는데 필요한, 제한하는 것은 아니지만, 예를 들면 인덕턴스(52)에 의해 형성된 위상 변경 수단이 발생기(1)와 접지 사이, 즉 제 2 플레이트들(13 및 15) 사이에, 그리고 등전위 플레이트 쌍들(12,14) 사이에 배치될 수 있다. 인덕턴스(52)는, 제한하는 것은 아니지만, 예를 들면, 장치의 동작 고주파수 전류의 침투 깊이보다 더 큰 두께의 바람직하게 은도금 구리로 이루어진 배관들에 의해 형성될 수 있다. 또한, 바람직하게 하나 이상의 조절 엘리먼트들이, 그것들의 위치에 기초해서, 전류 및 각각의 자속 결합에 대해 더 길거나 더 짧은 경로들을 형성하기 위해서 각각의 인덕턴스에 바람직하게 접속될 수 있고, 따라서, 처리될 제품 형태에 필요한 위상 변경 전류 및 고주파수 전압 범위를 조절할 수 있다. 이러한 특징은 명백히 상이한 전기적 및 유전체 특징들을 가지는 제품들에 대하여 상당한 유통성을 가진 장치의 사용을 가능하게 만들기 때문에 매우 유용하다.
위상 변경(phase-modifying) 수단은 또한 부하-적응(load-adaptation) 기능을 수행하고, 발생기와 부하 사이에 전력 전달을 최대화하기 위해서, 그 안에 제품이 수용된 고주파수 어플리케이터 디바이스(1)를 포함하는 시스템으로부터 얻은 값으로부터의 임피던스를 발생기의 이용 가능한 임피던스로 변환하는 기준에 따라 설계된다.
어플리케이터 디바이스의 구조에서 고주파수 전류의 순환은, 또한, 상기 언급된 위상 변경 수단뿐만 아니라 발생기(10)와 어플리케이터 디바이스(1) 사이의 적당한 부하-적응 네트워크를 삽입함으로써 파이프들(32)에 전자기장의 생성을 위해 정확하게 필요한 값들로 감소될 수 있다. 따라서 어플리케이터 디바이스의 물리적 제한들 외에 바람직하지 않은 고주파수 전력의 복사가 방지될 수 있어서, 그렇지 않으면 발생할 수 있는, 불필요한 전력 소모 및 디바이스 내의 약간의 국부화된 열점들(hot spots)을 만드는 무부하 손실들을 제한한다.
고주파수 발생기(10)는 전달된 전력을 조절하는 공지된 형태의 시스템, 예를 들면 발생기에 공급된 주전압 진폭의 리미터들, 또는 용량성, 유도성, 상호 유도성, 또는 발생기와 어플리케이터 디바이스 사이의 임피던스-변환 커플링에 의해 임피던스를 변환하는 시스템에 의해 전달된 전력을 조절하는 공지된 형태의 시스템을 포함할 수 있다. 발생기의 전력을 조절하는 이러한 시스템들은, 온도 센서들에 의해 어플리케이터 디바이스의 입구 및/또는 출구에서 제품의 온도를 검출함으로써, 출력 제품 온도를 안정하게 유지할 수 있거나 또는 발생기 전력-조절 시스템에 피드백을 제공함으로써 온도를 변화시킬 수 있는 전자 디바이스들에 의해서 바람직하게 제어될 수 있다.
선택적인 피드백 시스템은, 예를 들면, 제품 속도 또는 처리된 제품의 형태 중 하나의 변화로 미리 결정된 값에서 제품에 전달된 고주파수 전력을 안정하게 유지하는 것일 수 있다. 당연히, 상기 제어는 본 발명을 위해 사용될 수 있는 피드백 제어들 중 단지 일부이다. 유사하게, 자동화에서 일반적으로 사용되고, 제조 라인들에서 일반적으로 공지된, 예를 들면 PLC 또는 PC 디바이스 등과 같은 전자 관리 및 제어 디바이스들이 본 발명의 장치에 통합될 수도 있다.
당연히, 본 발명의 개념을 벗어나지 않고서 다른 실시예의 형태 및 구성의 설명들이 넓게 변경될 수 있다.

Claims (19)

  1. 우선순위 방향으로 정렬된 전기 및 자기 컴포넌트들을 포함하고 사용시 다수의 전극들 사이에서 고주파수 전자기장을 생성하기 위한 전기 발생기(10)에 접속된 상기 다수의 전극들(12,13,14,15), 및 반도전성 유전체 재료를 수용하고 운반하기 위한 재료 운반 수단(32)을 포함하는 형태의, 고주파수 전자기장을 상기 반도전성 유전체 재료들에 인가하기 위한 어플리케이터 디바이스로서,
    적어도 한 쌍의 등전위 전극들(12,14)은 상기 우선순위 방향으로 정렬되며, 상기 운반 수단(32)은 상기 우선순위 방향과 평행한 방향으로 어플리케이터 디바이스(1) 내에서 상기 재료를 운반하고, 상기 각각의 전극(12,13,14,15)은 적어도 하나의 개구부(30)가 형성된 전기적 전도성 플레이트를 포함하며, 상기 운반 수단(32)은 상기 우선순위 방향으로 상기 플레이트를 통해 연장하도록 상기 개구부(30)에 삽입되며, 어플리케이션 수단(40)은 적어도 한 쌍의 상기 전극들(12,13,14,15)과 맞물리고 상기 운반 수단(32)의 근방에 배치되는, 어플리케이터 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    사용시 접지 전위에 전기 접속될 수 있는 적어도 하나의 제 1 전극쌍(13,15), 사용시 상기 전기 발생기(10)에 전기 접속될 수 있는 적어도 하나의 제 2 전극쌍(12,14), 및 상기 제 2 전극쌍(12,14)에 접속되어 상기 전극들 모두를 동일한 전위로 유지시키는 연결 엘리먼트들(16)을 포함하며, 상기 제 2 전극쌍(12,14)은 상기 제 1 전극쌍(13,15)의 전극들 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 어플리케이터 디바이스.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 어플리케이션 수단은 금속 실린더들(40)을 포함하는 것을 특징으로 하는 어플리케이터 디바이스.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 금속 실린더들(40)의 길이는 상기 금속 실린더들의 직경에 비해 긴 것을 특징으로 하는 어플리케이터 디바이스.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 운반 수단안에 포함된 재료의 열충격으로 인해 사용시 상기 운반 수단(32)의 변형을 방지하기 위해 상기 운반 수단(32) 주위에 배치된 강화 수단(50)을 포함하는 것을 특징으로 하는 어플리케이터 디바이스.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 강화 수단은 상기 어플리케이션 수단(40) 사이에 배치된 절연 재료로 만들어진 실린더들을 포함하는 것을 특징으로 하는 어플리케이터 디바이스.
  7. 제 6 항에 있어서,
    직렬 또는 병렬로 서로 연결가능한 다수의(several) 운반 수단(32)을 포함할 수 있는 것을 특징으로 하는 어플리케이터 디바이스.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극 쌍들을 지지하기 위한 지지 수단(22,24,26)을 더 포함하고, 상기 지지 수단은 사용시 상기 전극들의 상대적 간격이 선택적으로 변경될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 어플리케이터 디바이스.
  9. 고주파수 전압 발생기(10) 및 고주파수 전자기장을 반도전성 유전체 재료들에 인가하기 위한 어플리케이터 디바이스(1)를 포함하는 형태의 고주파수 전자기장을 반도전성 재료들에 인가하기 위한 산업장치로서,
    상기 어플리케이터 디바이스는 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 의해 정의되는 어플리케이터 디바이스인 산업장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    선택적으로 조절 가능한 위상 변경 수단은, 사용시 상기 적어도 하나의 전극 쌍들의 전위의 위상을 서로에 대하여 바꾸어 놓도록 적어도 하나의 전극쌍들(12,13) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 산업장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 어플리케이터 디바이스의 각각의 전극은 수동 저항성, 유도성 또는 용량성 전기 엘리먼트들에 의해 구성된 부하-적응 네트워크에 접속되고, 상기 전기 발생기(10)와 상기 어플리케이터 디바이스(1) 사이에 배치될 수 있는 것을 특징으로 하는 산업장치.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 전압 발생기는 단자에서 1㎑와 1㎓ 사이의 주파수를 가진 고주파수 전압 또는 전류를 생성할 수 있는 것을 특징으로 하는 산업장치.
  13. 제 9 항에 있어서,
    접지 전위에 전기 접속된 적어도 하나의 제 1 전극쌍(13,15), 상기 전압 발생기(10)에 전기 접속된 적어도 하나의 제 2 전극쌍(12,14), 및 상기 제 2 전극쌍(12,14)에 접속되어 상기 전극들 모두를 동일한 전위로 유지시키는 연결 엘리먼트들(16)을 포함하며, 상기 제 2 전극쌍(12,14)은 상기 제 1 전극쌍(13,15)의 전극들 사이에 배치되고, 각각의 전극들(12,13,14,15)은 적어도 하나의 개구부(30)가 형성된 전기적 도전성 플레이트를 포함하고, 상기 운반 수단(32)은 상기 우선순위 방향으로 상기 플레이트들을 통해 연장하기 위해서 상기 개구부(30)에 삽입되는 것을 특징으로 하는 산업장치.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 지지 수단은 수직 플레이트들(18)을 포함하는 것을 특징으로 하는 어플리케이터 디바이스.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 전극 플레이트들(12,13,14,15)은 상기 수직 플레이트들(18)에 대해 수평으로 배치되는 것을 특징으로 하는 어플리케이터 디바이스.
  16. 제 3 항에 있어서,
    상기 금속 실린더(40)는 두 개의 제 1 전극 플레이트들(12,13) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 어플리케이터 디바이스.
  17. 제 3 항에 있어서,
    상기 금속 실린더(40)는 두 개의 제 2 전극 플레이트들(14,15) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 어플리케이터 디바이스.
  18. 제 8 항에 있어서,
    상부의 두 개의 전극 플레이트(12,13) 사이의 간격은 각각의 전극의 상기 제 1 전극 플레이트(12,14) 사이의 간격보다 더 긴 것을 특징으로 하는 어플리케이터 디바이스.
  19. 제 8 항에 있어서,
    하부의 두 개의 전극 플레이트(14,15) 사이의 간격은 각각의 전극의 상기 제 1 전극 플레이트(12,14) 사이의 간격보다 더 긴 것을 특징으로 하는 어플리케이터 디바이스.
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