KR20030031113A - 유전가열용 전극구조 - Google Patents

Abstract

전극의 평면 중앙부의 각 측부를 따라 마주하는 전극쪽으로 돌출하는 윙과 함께 제공되고 건조되는 부하를 통해 전기장 균일성을 향상시키도록 기능하는 전극 구조를 합체하는 유전 가열 또는 건조 시스템

Description

유전가열용 전극구조{ELECTRODE STRUCTURE FOR DIELECTRIC HEATING}

유전 가열/건조 시스템은 공지되어 있으며 현재 사용중이거나 농업, 중합체 제조, 제약, 혼합산제, 식품 가공, 목재 제품, 건축 자재, 및 다른 산업에서 사용하도록 제안되어 왔다. 이러한 유전 가열/건조 시스템을 이용하는 주요 산업중의 하나는 목재 제품 산업이며 비록 필요한 적당한 수정을 가하여 본 발명이 유전 가열/건조가 수행될 수 있는 다른 산업에 적용될 수 있지만 본 발명은 특히 목재 제품 산업에 관하여 기재될 것이다. 유전 건조 시스템(특히 Koppelman에게 1976년 10월 19일 허여된 미국 특허 3,986,268에 기재된 형태의 목재 건조용 시스템)에서, 판재가 건조 체임버로 이송되는 것이 통상적인 관례이며, 전자기 에너지를 방출할 적어도 하나의 전력 전극과 회로를 완성하는 접지 전극이 부하와 접촉하거나 근처에 위치된다. 부하가 가마에 위치된 후, 가마 체임버는 폐쇄되고, 체임버에 음의 압력을 인가하고 전력 전극 및 접지 전극을 통하여 부하에 전력(에너지)을 인가함으로써 건조 공정이 개시된다.

Blaker 등에게 1999년 8월 24일 허여된 미국 특허 5,942,164(이의 개시는 본원에 참조에 의하여 합체된다)는 전극 커넥터(부하에 전력을 전달하는 요소)의 성형이 중요함을 알려주며 향상된 작동을 위해 필요로 되는 최소 만곡을 기재한다.

유전 건조 시스템에 사용되는 전극은 일반적으로 부하와 접하고 있는 평면을 가진다. 부하 내 최적의 RF 균일성을 얻기 위한 하나의 이론적인 시스템은 전력 전극이 무한히 길고 무한히 넓은 평면을 가질 것을 요구한다; 명백히 이는 실용적이지 않다.

작은 윙 또는 플랜지를 전극의 측부에 합체하여 부하의 대향 측부에 주사하는 시도가 이전에 수행되었으며, 효과가 관측된 반면 그 효과는 출원인의 본 발명과 비교하여 최소의 실용적 중요성을 가진다는 것이 본 출원인의 이해이다.

본 발명은 향상된 전극 구조를 합체하고 있는 무선 주파수(RF) 가열 및 건조 시스템에 관한 것이다.

도1은 본 발명의 특징을 합체하고 있는 유전 건조 가마의 모식도이다.

도2는 부하의 대향 측부상의 전극의 평면으로부터 돌출하는 특히 성형된 윙으로 구성된 대향 전극의 등측도.

도3은 윙 또는 립이 전극의 평면으로부터 돌출하는 양에 있어서의 변화에 대한 전기장의 표준편차의 도표.

본 발명의 목적은 가열 및/또는 건조되고 있는 부하를 통하여 전기장 균일성을 향상시키기 위하여 향상된 전극 구조를 제공하는 것이다.

대체로 본 발명은, 건조 체임버, 한 쌍의 대향 전극으로서 전극들 사이에 포함된 부하에 유전 전력을 인가하기 위한 한 쌍의 대향 전극을 포함하는 유전 가열 및/또는 건조 시스템에 관한 것으로서, 각 상기 전극은 평면의 전극면을 가지며 전극 중 적어도 하나는 그 측부 각각을 따라 하나씩 한 쌍의 윙을 가지며, 상기 윙 각각은 그 전극의 평평한 전극 표면으로부터 대향 전극 쌍의 마주하는 전극 쪽으로 돌출하며, 한 쌍의 윙의 윙들은 전극이 부하에 전력을 인가하도록 작동 위치에 있을 때 윙이 부하의 인접한 외측면에 인접하여 위치되도록 측면으로 이격되고, 윙 각각은 그 전극 평면으로부터 마주하는 전극 쪽으로 26cm 내지 40cm의 거리 d만큼돌출한다.

바람직하게는, 상기 유전 건조가 무선 주파수 건조(RFD)를 포함한다.

바람직하게는, 상기 유전 건조가 무선 주파수 진공 건조(RFVD)를 포함한다.

바람직하게는, 상기 윙 각각이 그 전극 평면으로부터 26cm 내지 40cm의 거리만큼, 바람직하게는, 29cm 내지 36cm의 거리만큼 돌출한다.

바람직하게는, 상기 윙이 전극 평면의 축 단부에 대해 대칭적으로 위치되며 상기 평면의 축 길이 LE의 적어도 80%에서 연장한다.

본 발명은 대략 2 내지 9MHz의 적절한 벌크 RF 가열/건조 어플리케이션에 적용될 수 있다; 바람직한 어플리케이션은 RF 진공 건조(RFVD)이나, 본 발명은 대기압에서 사용될 수도 있다. 그러므로 본원에 사용된 용어 RF는 2 내지 9MHz의 주파수에서의 작동을 언급하려는 것이다.

도1에 도시된 것처럼, 건조 가마(10)는 RF 발생기(11)와 함께 제공되며, 바람직하게는 가마(10)의 체임버(18)로부터 증기와 가스를 빼기 위한 진공시스템(17)과 함께 제공된다.

연결부(13)를 경유한 RF 발생기는 체임버(18)내의 한 쌍의 대향 전극(12 및 14)에 전력을 공급한다. 각 전극(12 및 14)은 평활의 표면을 가지는데; 전극(14)의 전체 표면은 평면으로 보여지는 반면, 전극(12)의 평활 표면은 15로서 지시되어 있다. 이런 전극(12 및 14)은 이하 보다 상세히 기재될 것처럼 부하(16)에 RF 에너지를 전달한다.

도2로부터 명백한 것인바, 전극(12)의 모든 외부 모서리는 원형, 즉, 본원에 참조에 의해 합체되었던 Blaker 등으로 언급된 상기에 기재된 것처럼 최소 반경의 필렛(fillet)으로 귀접이(filleted)된다. 일반적으로 반경 r은 대략 3cm일 것이다.

전극(12)은 각각의 세로방향의 측부 모서리 전극(12)을 따라서 위치되고 대향 측부(14)쪽으로 돌출한 하나씩의 한 쌍의 립(lip) 또는 윙(wing) 또는 돌출부(20 및 22)와 함께 제공된다.

일반적으로 각 윙(20 및 22)은 최소반경 r을 갖는 원형 모서리로 형성될 것이며 면(15)에 수직 방향으로 측정된 거리 "d"만큼 전극(12)의 평면(15)으로부터 실질적으로 수직으로 돌출할 것이다. 윙(20 및 22)의 면은 면(15)에 90°일 필요는 없으며 수직이 아닌 미세한 각도로 경사질 수 있으며, 중요한 요소는 거리 d이다.

바람직하게는 립 또는 윙(20 및 22)이 부하의 대향 측부상에 균일하게 이격되도록 부하는 이상적으로 전극(12) 아래에서 대칭적으로 중심에 위치해야하며 바람직하게는 윙(20 또는 22)의 내표면과 부하(16)의 인접 표면 사이의 거리 b는 실용적인 최소값에 있다. 일반적으로, 이 간격 b는 10cm 이상일 것이며 바람직하게는 15cm보다 클 것이다. 만약 거리 b가 너무 작다면, 즉, b<10cm이라면, 그러한 모서리 근처에서 불균일한 가열 영역이 발생할 것이며, 만약 거리가 너무 크다면(부하 폭이 가마에 대해 너무 작다면), 과도한 체임버 공간이 낭비되어 대부분의 실용적인 어플리케이션에서 터무니없는 가격이 될 것이다.

부하 내에서 최적의 RF 균일성을 얻기 위한 한가지 이론적인 시스템은 전력 전극이 무한히 길고 무한히 넓은 평면을 가질 것을 요구한다; 명백히 이는 비실용적이다. 아주 좋은 균일성은 매우 큰 b와 작은 d로 얻어질 수 있지만, 체임버는 터무니없이 커진다. 본 발명은 체임버 폭을 효율적으로 감소시키지만 큰 b를 가진 매우 넓은 체임버의 균일성을 제공한다. 각 윙은 전형적인 제품 패키지(부하 16)의 전 길이 L에서 실질적으로 연장하거나 만약 전형적인 제품 패키지 길이 L보다 짧다면 전형적인 제품 패키지 길이 L의 적어도 80%는 될 것이며 바람직하게는 그 축 단부가 전극의 인접한 축 단부로부터 동일한 거리에 위치된 채 대칭적으로 위치될 것이다. 주어진 설치에 대한 실용적인 목적을 위하여 윙(20 및 22)은 전극의 길이 LE의 적어도 80%에서 연장할 것이며 바람직하게는 전극(15)의 전 길이 LE에서 연장할 것이다.

전기장 밀도의 표준편차가 약 2.6% 이하가 되도록 전극의 평면(15)에서 돌출하는 각 윙(20 및 22)의 자유 단부(24)의 거리가 26cm 내지 40cm의 범위에 있고, 바람직하게는 약 2.3% 이하의 전기장 밀도의 표준편차를 제공하도록 29 내지 36cm사이에 있는 것이 중요하다.

도3의 데이터는 3차원으로 완결된 전기장 시뮬레이션에 기초하며 건조된 부하에 있어서의 습기 균일성의 분석을 통하여 확인되었다. 도3이 기초한 데이터는 서로 다른 주파수와 서로 다른 길이 d를 사용하여 3차원으로 전자기장을 모델링함으로써 얻어졌으며, 표준편차에 대해 유효한 최대 값은 건조된 부하에서 현저하게 젖어있는 지점에 기초하여 경험적으로 결정되었다.

부하에 대한 전기장 밀도의 표준편차는 대략 31 내지 33cm의 전극 립 길이 d에서 가장 낮음이 도3으로부터 명백하며, 이는 3.78MHz 내지 6.78MHz의 무선주파수를 사용하는 시뮬레이션에서 d에 대한 최적의 길이임을 나타내는 것이다. 전형적인 건조 부하의 전체 부피에 대해 전기장 밀도의 표준편차는 "균일 가열"에 직접적으로 관련된다. 균일 가열은 균일 건조를 얻기 위하여 요구된다. 전기장 밀도의 높은 표준편차는 건조 패키지 안에 있는 매우 낮은 및/또는 매우 높은 습기의 영역으로 귀결될 것이다.

2.3% 미만의 표준편차는 29 내지 36cm의 길이 d로 얻어짐을 도3으로부터 알 수 있으며, 그러므로 d에 대한 바람직한 범위는 전술한 것이다. 2.6% 미만의 표준 편차는 26 내지 40cm의 길이에서 얻어진다.

본 발명이 기재되었지만, 수정이 첨부된 청구항에 정의된 것처럼 본 발명의 범위를 일탈함이 없이 당업자에게 명백할 것이다.

Claims (5)

1. 건조 체임버, 한 쌍의 대향 전극으로서 전극들 사이에 포함된 부하에 유전 전력을 인가하기 위한 한 쌍의 대향 전극을 포함하는 유전 건조 시스템으로서, 각 상기 전극은 평면의 전극면을 가지며 전극 중 적어도 하나는 그 측부 각각을 따라 하나씩 한 쌍의 윙을 가지며, 상기 윙 각각은 그 전극의 평평한 전극 표면으로부터 대향 전극 쌍의 마주하는 전극 쪽으로 돌출하며, 한 쌍의 윙의 윙들은 전극의 전극 평면의 축 단부에 대해 대칭적으로 위치되어 전극이 부하에 전력을 인가하도록 작동 위치에 있을 때 윙이 부하의 인접한 외측면에 인접하여 위치되도록 측면으로 이격되고, 윙 각각은 그 전극 평면으로부터 마주하는 전극 쪽으로 26cm 내지 40cm의 거리 d만큼 돌출하는 유전 건조 시스템.
2. 제1항에 있어서, 유전 건조가 무선 주파수 건조(RFD)를 포함하는 유전 건조 시스템.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 유전 건조 시스템이 체임버 내의 압력을 대기압 아래로 감소시키기 위하여 체임버에 연결된 진공 펌프를 추가적으로 포함하며, 상기 유전 건조가 무선 주파수 진공 건조(RFVD)를 포함하는 유전 건조 시스템.
4. 제1항, 제2항, 및 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 윙 각각이 그 전극 평면으로부터 29cm 내지 36cm의 거리만큼 돌출하는 유전 건조 시스템.
5. 제1항, 제2항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 윙이 상기 평면의 축 길이 LE의 적어도 80%에서 연장하는 유전 건조 시스템.