KR20170086031A

KR20170086031A - 무선 주파수 가열 시스템

Info

Publication number: KR20170086031A
Application number: KR1020177013119A
Authority: KR
Inventors: 해럴드 데일 주니어 킴리
Original assignee: 해럴드 데일 주니어 킴리
Priority date: 2014-10-23
Filing date: 2015-10-23
Publication date: 2017-07-25
Also published as: AU2021201634A1; CA2964468A1; US10314121B2; MX2017005133A; US11412586B2; ES2851124T3; MX369761B; CN107006082A; EP3210439A1; AU2015335674A1; EP3210439A4; EP3554192A1; AU2015335674B2; US20220322504A1; US20160119984A1; CA2964468C; US20190289684A1; EP3554192B1; CN107006082B; WO2016065303A1

Abstract

이송 라인 상의 복수의 물품을 신속하고 균일하게 가열하기 위한 무선 주파수(RF) 가열 시스템 및 방법에 있어서, 당해 시스템은 RF 에너지를 RF 가열 챔버를 통해 물품을 이송하도록 구성된 컨베이어에 전도하는 RF 가열 챔버로 RF 에너지를 이송하는 RF 도파관에 연결된 RF 발생기를 포함한다.

Description

무선 주파수 가열 시스템{RADIO FREQUENCY HEATING SYSTEM}

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 2014년 10월 23일에 출원된 미국 특허 가출원 제62/067,976호의 우선권 이익을 청구하며, 그 전체 내용은 본 명세서에 참고로 통합된다.

발명의 기술분야

본 발명은 일반적으로 물품을 가열하기 위해 무선 주파수(300㎑ 내지 300㎒) 에너지를 사용하는 시스템에 관한 것이다.

전자기 방사(electromagnetic radiation)는 대상물에 에너지를 전달하기 위한 알려진 메커니즘이다. 신속하고 효과적인 방법으로 대상물에 침투하고 가열하는 전자기 방사의 성능은 많은 화학 및 산업 공정에서 유리한 것으로 입증되었다. 과거에, 무선 주파수(RF) 에너지는 예를 들어 유도 가열(induction heating) 또는 유전 가열(dielectric heating)과 같은 방법으로 물품을 가열하는 데 사용되었다. 그러나, RF 에너지를 사용하여 물품을 가열하는 것은 몇 가지 단점을 가질 수 있다. 예를 들면, RF 에너지의 파장은 효율적인 방식으로 RF 에너지를 전송 및 발사하는 것을 어렵게 할 수 있다. 본 발명은 물품을 가열하기 위해 RF 에너지의 사용과 통상적으로 관련된 단점을 최소화 및/또는 제거하기 위한 발견을 포함한다.

본 발명의 특정 실시예는 향상된 유효성과 효율로 복수의 물품을 가열하는 무선 주파수(RF) 가열 시스템을 제공한다. 상기 RF 가열 시스템에 의해 제공된 가열은 물품을 저온 살균하거나 살균하는 데 사용될 수 있다. RF 가열 시스템은, (a) RF 에너지를 생성하는 RF 발생기; (b) 실질적으로 액체로 채워지도록 구성되고, 액체로 채워질 때, RF 발생기에 의해 생성된 RF 에너지를 전달할 수 있는 RF 도파관; (c) 실질적으로 상기 액체로 채워지도록 구성되고, 액체로 채워질 때, RF 도파관을 통해 전달되는 RF 에너지를 수용할 수 있는 RF 가열 챔버; 및 (d) RF 가열 챔버에 수용되고, 물품이 RF 에너지에 의해 가열되는 동안 RF 가열 챔버를 통해 물품을 이송하도록 구성된 이송 시스템(convey system)을 포함한다.

본 발명의 다른 실시예는 무선 주파수(RF) 에너지를 사용하여 물품을 가열하는 방법을 제공한다. RF 가열 방법은, (a) 실질적으로 액체로 채워진 RF 도파관을 통하여 RF 에너지를 통과시키는 단계; (b) 실질적으로 상기 액체로 채워진 RF 가열 챔버에 RF 에너지를 도입하는 단계; 및 (c) RF 가열 챔버를 통해 이송된 물품을 RF 에너지를 사용하여 가열하는 단계를 포함한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따라 구성된 RF 가열 시스템의 통상의 단계/구역(zone)의 블록도;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 구성된 RF 가열구역의 일부분의 절단 사시도로서, 특히 가열 챔버를 통해 이송되는 패키지에 RF 에너지를 인가하기 위해 대향 발사 장치가 사용되는 방법을 도시하는 사시도;
도 3은 도 2의 RF 가열구역의 단부도;
도 4는 물품에 RF 에너지를 인가하기 위해 단면 발사기를 사용하는 RF 가열구역를 도시한 도면;
도 5는 물품에 RF 에너지를 인가하기 위해 챔버의 동일 면에 두 개의 인접한 단면 발사기를 사용하는 RF 가열구역를 도시한 도면;
도 6은 물품에 RF 에너지를 인가하기 위해 챔버의 대향하는 면에 두 개의 이격된 단면 발사기를 사용하는 RF 가열구역를 도시한 도면;
도 7은 발사기의 가장 넓은 벽이 물품의 이동 방향에 수직이 되도록 배향된 대향 발사기를 사용하는 RF 가열구역의 등각도;
도 8은 도 7의 RF 가열구역의 측면도;
도 9는 도 8의 RF 가열구역의 단부도;
도 10은 복수의 유전체 필드 성형기가 구비된 RF 가열구역의 절단 등각도;
도 11은 도 10의 RF 가열구역의 단면도;
도 12는 RF 가열구역에서 가열될 물품을 수용하기 위한 유전체 네스팅 시스템이 구비된 캐리어의 분해 등각도; 및
도 13은 도 12의 캐리어의 단면도.

많은 상업적인 공정에서, 다수의 개별 물품을 신속하고 균일하게 가열하는 것이 바람직할 수 있다. 본 발명은 무선 주파수(RF) 에너지를 사용하여 물품을 신속하고 균일하게 가열하거나 물품을 가열하는 것을 돕는다. 본 발명의 RF 가열 시스템에서 가열될 수 있는 적합한 물품의 예는 식료품, 의료 유체 및 의료 기구를 포함하지만, 여기에 한정되지 않는다. 일 실시예에서, 본 명세서에 기술된 RF 가열 시스템은 가열되는 물품의 저온 살균(pasteurization) 또는 살균(sterilization)을 위해 사용될 수 있다. 일반적으로, 저온 살균은 물품 또는 물품들을 70℃에서 100℃ 사이의 최소 온도로 급속히 가열하는 것을 포함하며, 살균은 하나 이상의 제품을 100℃에서 140℃ 사이, 110℃에서 135℃ 사이, 또는 120℃에서 130℃ 사이의 최소 온도로 가열하는 것을 포함한다.

도 1은 본 발명의 특정 실시예에 따라 구성된 RF 가열 시스템의 전체 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 물품이 초기에 예열 구역(10)으로 도입되어 실질적으로 균일한 예열 온도(예를 들어, 20℃ 내지 70℃)로 예열될 수 있다. 일단 예열되면, 물품은 RF 가열 구역(12)으로 도입될 수 있다. RF 가열 구역에서, 물품은 하나 이상의 RF 발사기에 의해 가열 구역(12)의 적어도 일부로 방출된 RF 에너지를 사용하여 신속하게 가열될 수 있으며, 이하에서 더욱 상세하게 설명된다. 가열된 물품은 다음에 선택적으로 유지 구역(14)을 통과할 수 있으며, 여기서 물품은 특정 시간동안 일정한 온도로 유지될 수 있다. 이어서, 물품은 냉각 구역(16)으로 전달될 수 있으며, 여기서 물품의 온도는 적절한 핸들링 온도(예를 들어, 20℃ 내지 70℃)로 신속하게 감소할 수 있다.

도 1의 RF 가열 시스템은 많은 다른 타입의 물품을 가열하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, RF 가열 시스템에서 가열된 물품은 예를 들어 과일, 야채, 육류, 파스타, 사전-제작 식사(pre-made meal), 심지어 음료와 같은 식료품을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, RF 가열 시스템에서 가열된 물품은 포장된 의료 유체 또는 의료 및/또는 치과 기구를 포함할 수 있다. RF 가열 시스템 내에서 처리되는 물품은 임의의 적합한 크기 및 형상일 수 있다. 일 실시예에서, 각각의 물품은 적어도 약 2인치, 적어도 약 4인치, 적어도 약 6인치 및/또는 18인치 이하, 약 12인치 이하, 또는 10인치 이하의 길이(가장 긴 치수); 적어도 약 1인치, 적어도 약 2인치, 적어도 약 4인치 및/또는 약 12인치 이하, 약 10인치 이하, 또는 약 8인치 이하의 폭(두 번째로 긴 치수); 및/또는 적어도 약 0.5인치, 적어도 약 1인치, 적어도 약 2인치 및/또는 약 8인치 이하, 약 6인치 이하, 또는 약 4인치 이하의 깊이(가장 짧은 치수)를 가질 수 있다. 물품은 일반적으로 직사각형 또는 프리즘형을 갖는 개별 항목 또는 패키지를 포함할 수 있거나, RF 가열 시스템을 통과하는 연결된 물품 또는 패키지의 연속적인 웹(web)을 포함할 수 있다. 항목 또는 패키지는 플라스틱, 셀룰로오스 및 기타 실질적으로 RF-투과성인 물질을 포함하는 임의의 물질로 구성될 수 있으며, 하나 이상의 이송 시스템을 통해 RF 가열 시스템을 통과할 수 있으며, 그 실시예는 아래에서 상세하게 논의될 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 전술한 예열, RF 가열, 유지, 및/또는 냉각 구역각각은 단일 용기 내에서 한정될 수 있는 반면, 다른 실시예에서는 전술한 스테이지 중 적어도 하나가, 하나 이상의 별도의 용기 내에서 한정될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전술한 단계 중 적어도 하나는 처리되는 물품이 적어도 부분적으로 잠수될 수 있는 유체 매질(fluid medium)로 적어도 부분적으로 채워진 용기 내에서 수행될 수 있다. 유체 매질은 공기의 유전 상수(dielectric constant)보다 큰 유전 상수를 갖는 가스 또는 액체일 수 있는데, 일 실시예에서, 처리되는 물품의 유전 상수와 유사한 유전 상수를 갖는 액체 매질일 수 있다. 그러한 액체 매질은 20℃에서 적어도 40, 60 또는 70 및/또는 120, 100 또는 90 이하의 유전 상수를 가질 수 있다. 물(또는 물을 포함하는 액체 매질)은 식용 및/또는 의료 기기 및 물품을 가열하는 데 사용되는 시스템에 특히 적합할 수 있다. 일 실시예에서, 필요하다면, 예를 들어 오일, 알코올, 글리콜 및 염(salt)과 같은 첨가제를 선택적으로 액체 매질에 첨가하여 가공 중 그 물리적 특성(예를 들어, 끓는 점)을 변화시키거나 향상시킬 수 있다.

RF 가열 시스템은 전술한 하나 이상의 처리 구역을 통해 물품을 이송하기 위한 적어도 하나의 이송 시스템을 포함할 수 있다. 적절한 이송 시스템의 예로는, 플라스틱 또는 고무 벨트 컨베이어(conveyor), 체인 컨베이어(chain conveyor), 롤러 컨베이어, 플렉서블 또는 멀티플렉싱 컨베이어, 와이어 메쉬 컨베이어(wire mesh conveyor), 버킷 컨베이어(bucket conveyor), 공기압 컨베이어(pneumatic conveyor), 스크류 컨베이어(screw conveyor), 트로프 컨베이어(trough conveyor) 또는 진동 컨베이어(vibrating conveyor) 및 그 조합을 포함할 수 있지만 여기에 한정되지 않는다. 이송 시스템은 임의의 수의 개별 이송 라인을 포함할 수 있으며, 처리 용기 내에 임의의 적절한 방식으로 배치될 수 있다. RF 가열 시스템에 의해 이용되는 이송 시스템은 용기 내의 일반적으로 고정된 위치에 구성될 수 있거나 또는 시스템의 적어도 일부는 측 방향 또는 수직 방향으로 조절될 수 있다.

RF 가열 구역(12)에서, 물품은 RF 에너지를 사용하는 가열원으로 급격하게 가열될 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "RF 에너지"라는 용어는 300㎑ 초과 및 300㎒ 미만의 주파수를 갖는 전자기 에너지를 지칭한다. 일 실시예에서, RF 가열 구역의 다양한 구성은 50 내지 150㎒의 주파수를 갖는 RF 에너지를 이용할 수 있다. RF 에너지 외에, RF 가열 구역은 선택적으로, 예를 들어 전도성 또는 대류성 가열 또는 다른 통상의 가열 방법 또는 장치와 같은 하나 이상의 다른 열원을 이용할 수 있다. 그러나, RF 가열 구역(12) 내의 물품을 가열하는 데 사용되는 에너지의 적어도 약 25%, 약 50%, 약 70%, 약 85%, 적어도 약 90%, 적어도 약 95% 또는 실질적으로 전부가 RF 에너지원으로부터의 RF 에너지일 수 있다. 특정 실시예에서, RF 가열 구역에서 물품을 가열하는 데 사용되는 에너지의 50% 미만, 25% 미만, 10% 미만, 5% 미만 또는 실질적으로 제로 퍼센트가 300㎒보다 큰 주파수를 갖는 전자기 방사에 의해 제공된다.

일 실시예에 따르면, RF 가열 구역(12)은 최소 문턱 온도를 초과하여 물품의 온도를 증가시키도록 구성될 수 있다. RF 시스템이 복수의 물품을 살균하도록 구성된 일 실시예에서, 최소 문턱 온도(및 RF 가열 구역(12)의 작동 온도)는 적어도 약 120℃, 적어도 약 121℃, 적어도 약 122℃ 및/또는 약 130℃ 이하, 약 128℃ 이하 또는 약 126℃ 이하일 수 있다. RF 가열 구역(12)은 대략 주변 압력에서 작동될 수 있거나, 적어도 약 5psig, 적어도 약 10psig, 적어도 약 15psig, 및/또는 약 80psig 이하, 약 60psig 이하, 약 40psig 이하의 압력에서 작동되는 하나 이상의 가압 RF 챔버를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, RF 가압 챔버는 가열되는 물품이 그 안에 채용된 액체 매질의 정상 끓는 점을 초과하는 온도에 도달할 수 있도록 작동 압력을 갖는 액체 충전 챔버일 수 있다.

RF 가열 구역(12)을 통과하는 물품은 비교적 짧은 시간 내에 원하는 온도로 가열될 수 있으며, 경우에 따라, 물품의 손상 또는 열화를 최소화할 수 있다. 일 실시예에서, RF 가열 구역(12)을 통과한 물품은 적어도 약 5초, 적어도 약 20초, 적어도 약 60초 및/또는 약 10분 이하, 약 8분 이하, 또는 약 5분 이하의 평균 체류 시간을 가질 수 있다. 동일한 또는 다른 실시예에서, RF 가열 구역(12)은 가열되는 물품의 평균 온도를 적어도 약 20℃, 적어도 약 30℃, 적어도 약 40℃, 적어도 약 50℃, 적어도 약 75℃ 및/또는 약 150℃ 이하, 약 125℃ 이하, 약 100℃ 이하로 적어도 분당 약 15℃(℃/min), 적어도 약 25℃/min, 적어도 약 35℃/min 및/또는 75℃/min 이하, 50℃/min 이하 또는 40℃/min 이하의 가열 속도로 증가시키도록 구성될 수 있다.

도 2 및 도 3은 각각 RF 가열 구역(20)의 일 실시예의 등각 및 측면도를 제공하며, RF 에너지는 RF 에너지 발생기(22)에서 생성되어 RF 발생기(22)로부터 동축 도체(24)를 통해 전달되고, 상부 및 하부 동축-대-도파관 천이(28a, 28b)를 사용하여 상부 및 하부의 물-충전 도파관(26a, 26b)으로 전달되고, 물-충전 도파관(26a, 26b)을 통해 선택적 유도성 아이리스(32a, 32b)를 지나 상부 및 하부의 물-충전 발사 장치(34a, 34b)로 전달되고, 상부 및 하부의 물-충전 발사 장치(34a, 34b)로부터 물-충전 RF 가열 챔버(36)로 공급한다. RF 가열 챔버(36)에서, RF 에너지는 캐리어(40) 및 체인 구동부(42)를 포함할 수 있는 이송 시스템을 따라 이동함에 따라 물품(38)(예를 들어, 식품 패키지)을 가열한다. 도 2가 한 쌍의 발사기(34a, 34b)만 사용되는 것을 도시하지만, 둘 이상의 이격된 발사기 쌍이 사용될 수 있음을 이해해야 한다.

동축 도체(24)는 외부 도체와 내부 도체를 포함한다. 도 3에 가장 잘 도시된 바와 같이, 외부 도체는 도파관(26)의 벽에서 끝나고, 중심 도체는 도파관(26)의 한 벽을 통해 도파관(26)의 내부로, 그리고 도파관(26)의 반대편 벽으로 연장된다. 유전체 슬리브(dielectric sleeve)는 중심 도체를 둘러싸고, 중심 도체는 도파관(26)의 벽을 관통한다. 이 유전체 슬리브는 액체가 도파관(26)의 내부로부터 동축 도체(24)로 통과하는 것을 방지하는 장벽으로 작용한다. 유전체 슬리브는 도파관(26)으로 쉽게 밀봉될 수 있고, 실질적으로 마이크로파 투과성인 물질로 만들어질 수 있다. 일 실시예에서, 유전체 슬리브는 유리 섬유 충전 폴리테트라플루오로에틸렌(glass fiber filled polytetrafluoroethylene: PTFE) 물질로 형성될 수 있다.

도파관(26), 발사기(34) 및 RF 가열 챔버(36)를 공기보다 물에 더 가까운 유전 상수를 갖는 액체로 충전함으로써 RF 에너지는 가열되는 물품(38)에 보다 효율적 및 효과적으로 전달될 수 있다는 것이 밝혀졌다. 도파관(26), 발사기(34) 및 RF 가열 챔버(36)를 채우는 액체는 RF 에너지가 동축-대-도파관 천이부(28a, 28b)로부터 물품으로 지향될 때 RF 에너지가 전달되는 전달 매체로서 작용한다. 도파관(26), 발사기(34) 및 RF 가열 챔버(36)를 채우는 액체는 그 전도도를 최소화하기 위해 전처리될 수 있다. 액체(예를 들어, 물)의 전도도는 100mS/m 미만, 50mS/m 미만, 10mS/m 미만, 5mS/m 미만 또는 0.5mS/m 미만인 것이 바람직하다. 특정 실시예에서, 증류수 또는 탈이온수가 도파관(26), 발사기(34) 및 RF 가열 챔버(36)를 채우기 위해 사용될 수 있다.

도파관(26), 발사기(34) 및 RF 가열 챔버(36)는 서로 개방되어 도파관(26), 발사기(34) 및 RF 가열 챔버(36)에 함유된 액체를 서로 공유할 수 있다. 그러나, RF 가열 시스템이 RF 가열 구역에서 액체를 재순환 및/또는 교체하기 위한 시스템을 포함할 수 있지만, 도파관(26), 발사기(34) 및 RF 가열 챔버는 액체가 RF 가열 구역 밖으로 누설되지 않도록 밀봉된 시스템의 일부분이다.

도파관(26), 발사기(34) 및 RF 가열 챔버(36)는 적은 양의 공기를 포함할 수 있다. 그러나, 도파관(26), 발사기(34) 및 RF 가열 챔버(36)의 내부 체적의 실질적으로 모두가 물과 같은 액체로 채워지는 것이 바람직하다. 따라서, 도파관(26), 발사기(34) 및 RF 가열 챔버(36)의 내부 체적으로 적어도 75, 90, 95, 99 또는 100%가 액체로 채워질 수 있다.

도파관(26), 발사기(34) 및 RF 가열 챔버(36)가 물과 같은 액체로 채워졌다면, 이들 구성 요소의 치수는 도파관(26), 발사기(34) 및 RF 가열 챔버(36)가 공기로 채워진 경우보다 훨씬 작아지게 될 수 있다. 예를 들어, RF 에너지를 전달하는 도파관은 일반적으로 직사각형 단면을 가질 수 있으며, 가장 넓은 도파관 벽의 치수는 5 내지 40인치, 10 내지 30인치 또는 12 내지 20인치의 범위이고, 가장 좁은 도파관 벽은 2 내지 20인치, 4 내지 12인치 또는 6 내지 10인치의 범위 내에 있다.

RF 에너지를 사용하여 물품(38)을 가열하는 것은 처리되는 물품(38)으로 에너지의 깊은 침투를 제공할 수 있고, 필요한 발사기(34)의 수를 최소화할 수 있고, 더 균일한 가열을 위해 높은 필드 균일도를 제공할 수 있다.

도 4는 단일면 발사기(42)를 채용하는 대안적인 RF 가열 구역(40)을 도시한다. 도 5는 챔버의 동일면 상에 단일면의 인접한 발사기(50a, 50b)를 채용하는 대안적인 RF 가열 구역(50)을 도시한다. 도 6은 공동의 대향 면에 단일면의 이격된 발사기(62a, 62b)를 구비하는 대안적인 RF 가열 구역(60)을 도시한다.

도 7, 도 8 및 도 9는 각각 RF 도파관(74)의 가장 넓은 벽(72)과 RF 발사기(78)의 가장 넓은 벽(76)이 이송 시스템 상의 물품의 전파 축에 수직인 RF 가열 구역(70)의 등각도, 측면도 및 종단면도를 제공한다. RF 도파관 및/또는 RF 발사기의 이러한 지향은 필드 균일성을 향상시키는 것으로 나타났다.

도 10 및 도 11은 가열된 물품에서의 큰 온도 구배를 방지하기 위해 RF 가열 챔버의 필드 균일성을 향상시키기 위해 사용되는 선택적 유전체 필드 성형기(80a, 80b, 80c, 80d, 80e, 80f, 80g, 80h)를 도시한다. 유전체 필드 성형기는, RF 에너지를 거의 흡수하지 않고 RF 가열 챔버를 채우는 물과는 다른 유전 상수를 갖는 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 유전체 필드 성형기의 유전 상수는 20 미만, 10 미만, 5 미만 또는 2.5 미만일 수 있다.

도 12 및 도 13은 외부 프레임(92), 상부 및 하부 보유 그리드(94a, 94b), 및 유전체 네스트(dielectric nest)(96)를 포함하는 캐리어(90)를 도시한다. 유전체 네스트(96)는 가열되는 개별 물품(98)을 수용하기 위한 다수의 개구를 포함한다. 유전체 네스트(96)는 개별 물품(94) 사이의 보이드를 실질적으로 채운다. 유전체 네스트(96)의 유전 상수는 가열되는 물품(98)의 유전 상수와 실질적으로 유사한 것이 바람직하다. 예를 들어, 유전체 네스트(96)의 유전 상수는 가열되는 물품(98)의 유전 상수의 50% 이내, 25% 이내, 10% 이내 또는 5% 이내일 수 있다. 특정 실시예에서, 유전체 네스트(98)는 20℃에서 적어도 2, 10, 20, 40 또는 60 및/또는 160, 120, 100 또는 90 이하의 유전 상수를 갖는다.

본 발명의 RF 가열 시스템은 비교적 짧은 시간에 대량의 물품을 처리할 수 있는 상업적 규모의 가열 시스템일 수 있다. 본 명세서에 기재된 RF 가열 시스템은 이송 라인 당 분당 적어도 약 2개의 패키지, 이송 라인 당 분당 적어도 15개의 패키지, 이송 라인 당 분당 적어도 약 20개의 패키지, 이송 라인 당 분당 적어도 약 75개의 패키지, 또는 이송 라인 당 분당 적어도 약 100개의 패키지의 전체 생산 속도를 달성하도록 구성될 수 있다.

본 명세서에서 "분당 패키지"라는 용어는 다음의 절차에 따라 RF 가열 시스템으로 처리할 수 있는 유장(whey) 겔-충전 8온스 MRE(먹을 준비가 된 식사) 패키지의 총 수를 나타낸다: Ameriqual Group LLC (미국 인디애나 주, 에반스 빌 소재)로부터 상업적으로 입수 가능한 유장 겔 푸딩으로 채워진 8온스 MRE 패키지는 패키지의 기하학적 중심으로부터 x, y 및 z축 각각을 따라 이격된 5개의 등거리 위치에서 푸딩 내에 위치한 복수의 온도 프로브에 연결된다. 다음에, 패키지는 평가되는 RF 가열 시스템에 놓여, 각각의 프로브가 특정 최저 온도(예를 들어, 살균 시스템에 대해 120℃)를 초과하는 온도를 기록할 때까지 가열된다. 이러한 온도 프로파일을 달성하는 데 필요한 시간뿐만 아니라 가열 시스템에 대한 물리적 및 차원 정보를 사용하여 분당 패키지의 전체 생산 속도를 계산할 수 있다.

전술한 본 발명의 바람직한 형태는 단지 예시로서 사용되어야 하며, 본 발명의 범위를 해석하기 위한 제한적인 의미로 사용되어서는 안 된다. 전술한 예시적인 일 실시예에 대한 명백한 변경은 본 발명의 사상을 벗어나지 않고 당업자에 의해 용이하게 이루어질 수 있다.

본 발명자들은 이하의 청구범위에서 기술된 본 발명의 문자적 범위를 벗어나 실질적으로 벗어나지 않는 임의의 장치에 관한 본 발명의 합리적으로 공정한 범위를 결정하고 평가하기 위해 동등한 교리에 의지하려는 그들의 의도를 기술한다.

Claims

복수의 물품을 가열하기 위한 무선 주파수(RF) 가열 시스템으로서,
RF 에너지를 생성하는 RF 발생기;
실질적으로 액체로 채워지도록 구성되고, 상기 액체로 채워질 때, 상기 RF 발생기에 의해 생성된 RF 에너지를 전달할 수 있는 RF 도파관;
실질적으로 상기 액체로 채워지도록 구성되고, 상기 액체로 채워질 때, 상기 RF 도파관을 통해 전달되는 RF 에너지를 수용할 수 있는 RF 가열 챔버; 및
상기 RF 가열 챔버 내에 수용되고 물품이 RF 에너지에 의해 가열되는 동안 상기 RF 가열 챔버를 통해 상기 물품을 이송하도록 구성된 이송 시스템을 포함하는, RF 가열 시스템.
제1항에 있어서, 상기 RF 발생기에 의해 생성된 RF 에너지를 전송하는 적어도 하나의 동축 도관(coaxial conduit)을 더 포함하는, RF 가열 시스템.
제2항에 있어서, 상기 RF 도파관에 수용되어 상기 동축 도관에 결합된 동축-대-도파관 천이부를 더 포함하되, 상기 동축-대-도파관 천이부는 상기 동축 도관으로부터 RF 에너지를 수신하고 RF 에너지를 상기 도파관으로 전송하도록 구성된, RF 가열 시스템.
제1항에 있어서, 상기 RF 도파관으로부터 RF 에너지를 수용하고 상기 RF 가열 챔버로 RF 에너지를 전송하는 RF 발사기를 더 포함하는, RF 가열 시스템.
제4항에 있어서, 상기 RF 발사기의 가장 넓은 벽은 상기 RF 가열 챔버를 통한 상기 물품의 전파 방향에 실질적으로 수직으로 지향되는, RF 가열 시스템.
제1항에 있어서, 상기 RF 가열 챔버 내에 수용되는 하나 이상의 유전체 필드 성형기(dielectric field shaper)를 더 포함하는, RF 가열 시스템.
제6항에 있어서, 상기 유전체 필드 성형기의 유전 상수는 20 미만인, RF 가열 시스템.
제1항에 있어서, 상기 이송 시스템은 상기 물품을 수용하기 위한 유전체 네스트(dielectric nest)를 포함하는, RF 가열 시스템.
제8항에 있어서, 상기 유전체 네스트는 상기 물품의 유전 상수의 25% 이내의 유전 상수를 갖는, RF 가열 시스템.
제1항에 있어서, 상기 RF 가열 구역의 상류(upstream)에 예열 구역을 더 포함하는, RF 가열 시스템.
제10항에 있어서, 상기 RF 가열 구역의 하류(downstream)에 냉각 구역을 더 포함하는, RF 가열 시스템.
제11항에 있어서, 상기 RF 가열 구역 및 상기 냉각 구역 사이에 위치하는 유지 구역을 더 포함하는, RF 가열 시스템.
무선 주파수(RF) 에너지를 사용하여 복수의 물품을 가열하는 방법으로서,
(a) 실질적으로 액체로 채워진 RF 도파관을 통해 RF 에너지를 통과시키는 단계;
(b) 실질적으로 상기 액체로 채워진 RF 가열 챔버 내에 RF 에너지를 도입하는 단계; 및
(c) RF 에너지를 사용하여 상기 RF 가열 챔버를 통해 이송된 물품을 가열하는 단계를 포함하는, RF 에너지를 사용하여 복수의 물품을 가열하는 방법.
제13항에 있어서, 상기 도파관 및 상기 RF 가열 챔버 내의 상기 액체는 물인, RF 에너지를 사용하여 복수의 물품을 가열하는 방법.
제13항에 있어서, 상기 도파관 및 상기 RF 가열 챔버 내의 상기 액체는 50mS/m 미만의 전도도를 갖는, RF 에너지를 사용하여 복수의 물품을 가열하는 방법.
제13항에 있어서, 동축 도체를 통해 상기 RF 도파관에 RF 에너지를 공급하는 단계를 더 포함하는, RF 에너지를 사용하여 복수의 물품을 가열하는 방법.
제16항에 있어서, 상기 RF 도파관에 수용되고 상기 동축 도체에 결합된 동축-대-도파관 천이부를 사용하여 RF 에너지를 상기 RF 도파관으로 전달하는 단계를 더 포함하는, RF 에너지를 사용하여 복수의 물품을 가열하는 방법.
제13항에 있어서, 상기 RF 도파관으로부터 실질적으로 상기 액체로 채워진 RF 발사기를 통해 상기 RF 가열 챔버로 RF 에너지를 전달하는 단계를 더 포함하는, RF 에너지를 사용하여 복수의 물품을 가열하는 방법.
제18항에 있어서, 상기 RF 발사기의 가장 넓은 벽은 상기 RF 가열 챔버를 통한 상기 물품의 전파 방향에 실질적으로 수직으로 지향되는, RF 에너지를 사용하여 복수의 물품을 가열하는 방법.
제13항에 있어서, RF 에너지는 RF 발사기들에 대향하는 상기 RF 가열 챔버에 공급되는, RF 에너지를 사용하여 복수의 물품을 가열하는 방법.