TW202242452A - 微波能量施用器 - Google Patents

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TW202242452A
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詹姆士傑森 莫雷
莫森 亞茲達尼
法柏德 易普拉辛
杰德瑞 杜普拉西斯
雨果吉恩 卡杜
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美商外世界股份有限公司
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Abstract

用於微波能量施用器的系統、裝置、及方法。施用器可界定通道內部具有一或多個縱向隆起緣的內部通道，用以聚焦能量。隆起緣可為可移動的。反射器可位於施用器的出口附近。在一些實施例中，施用器可界定具有遞減橫截面積的通道，其中有介電填充物，用於自較低介電係數材料過渡至較高介電係數材料。施用器的各種實施例可附接至波導，波導可為具有與微波發生器附接的可旋轉波導段的可鉸接機械臂。施用器可改變行進穿過其中的微波的能量位準，舉例而言，將能量集中以用於在礦場中施加於岩石表面。

Description

微波能量施用器
以引用任何優先權申請案的方式併入
根據專利法，與本申請案一起提交的申請資料表中認定外國或國內優先權主張的任何及所有申請案以引用的方式併入本文中。舉例而言，本申請案主張2021年2月22日提交的題為「微波能量施用器」的美國臨時申請案第63/152253號、2021年2月22日提交的題為「微波能量直接施加於地下岩石表面」的美國臨時申請案第63/152294號、及2021年2月22日提交的題為「鉸接式波導」的美國臨時申請案第63/152248號的權益，以上申請案中之各者的全部內容以引用的方式併入本文中，並構成本說明書的一部分，以供所有用途。
這一開發通常係關於能量施用器，特別是微波能量施用器，其可用於基於微波的岩石採礦系統，以及其他事項。
當微波能量施加於材料時，微波的能量可經吸收並在其穿透材料時導致熱力學效應。通常，微波能量透過波導導引，且微波施加於大面積上方並具有顯著反射，導致能量損失、以及其他缺點。因此，需要改善的微波能量施用器，以解決現存解決方案的這些及其他缺點。
本文揭示的實施例各個具有幾個態樣，其中沒有一個單獨態樣是對本發明的所需屬性負完全責任的。在不限制本發明的範疇的情況下，現在將簡要討論其更顯著的特徵。在考慮這一討論之後，特別是在閱讀題為「實施方式」的部分之後，人們將理解本文描述的實施例的特徵如何提供比與微波能量施用器相關的現存系統、裝置、及方法更多的優勢。
以下揭示內容描述一些實施例的非限制性實例。舉例而言，所揭示的裝置、系統及方法的其他實施例可包括亦可不包括本文描述的特徵。此外，所揭示的優勢及益處可僅適用於本發明的某些實施例，且不應用於限制本發明。
描述用於微波能量施用器的系統、裝置、及方法。施用器可界定通道內部具有一或多個縱向隆起緣的內部通道，用以聚焦能量。隆起緣可為可移動的。反射器可位於施用器出口附近。在一些實施例中，施用器可界定具有遞減橫截面積的通道，其中有介電填充物，用於自較低介電係數材料過渡至較高介電係數材料。施用器的各種實施例可附接至波導，波導可為具有與微波發生器附接的可旋轉波導段的可鉸接機械臂。施用器可改變行進穿過其中的微波的能量位準，舉例而言，以將能量集中以在礦場中施加於岩石表面。
在一個態樣中，用於採礦岩石的基於微波的系統可包括微波發生器、機械臂、及施用器。機械臂與發生器連接並包括波導段，波導段用以導引由微波發生器產生的微波穿過其中。位於機械臂末端處的施用器界定一縱向通道，用以導引穿過其中的微波自波導段穿過出口以施加於岩石。通道的至少一部分包括突出至通道中並用以改變微波之能量位準的至少一個縱向隆起緣。
可實施各種態樣的各種實施例。舉例而言，在一些實施例中，隆起緣可抵接通道的至少一個內壁；
在一些實施例中，隆起緣可包括位於通道入口附近的近端部分；隆起緣亦可包括位於通道出口附近的遠端部分、及位於近端部分與遠端部分之間的中間部分；突出至通道中的隆起緣的橫截面厚度可自近端部分至中間部分遞增；
在一些實施例中，突出至通道中的隆起緣的橫截面厚度可自中間部分至遠端部分遞減；
在一些實施例中，遠端部分的至少一部分可包括位於通道出口處的平面；
在一些實施例中，出口可包括窗口；平面可形成窗口的至少一個邊緣；
在一些實施例中，隆起緣可包括背對抵接內通道壁的光滑外表面；
在一些實施例中，隆起緣的外表面可為彎曲的；
在一些實施例中，隆起緣在遠端部分處或其附近可向內漸縮；
在一些實施例中，隆起緣的至少一部分可包括翼形形狀；
在一些實施例中，基於微波的系統可包括縱向隆起緣中之兩者；
在一些實施例中，兩個隆起緣可位於通道的相對內壁上；
在一些實施例中，隆起緣可包括內部空隙；
在一些實施例中，隆起緣可為可移動的；
在一些實施例中，隆起緣沿通道的長度可為可移動的；
在一些實施例中，隆起緣的移動可為連續的；
在一些實施例中，隆起緣的移動可為離散的；
在一些實施例中，隆起緣的移動可由用以移動隆起緣的控制系統控制；
在一些實施例中，隆起緣的移動可控制微波的能量位準變化；
在一些實施例中，施用器可用以將微波聚焦成波束；
在一些實施例中，基於微波的系統可包括連接於通道的出口處的反射器；
在一些實施例中，基於微波的系統可包括連接至反射器並覆蓋通道出口的防塵蓋；
在一些實施例中，防塵蓋可包括微波透明材料；
在一些實施例中，通道橫截面積的至少一部分可自通道的入口至通道的出口變窄；
在一些實施例中，通道出口的橫截面積可能小於波導段的橫截面積；
在一些實施例中，機械臂可經鉸接並可包括可旋轉地附接在一起的至少兩個剛性波導段；及/或
在一些實施例中，基於微波的系統可包括控制系統，用以移動機械臂以控制施用器的位置。
在另一態樣中，施加微波至岩石的方法可包括產生微波、導引微波穿過波導、將來自波導的微波接收至施用器中、及將微波聚焦至岩石中。施用器可包括縱向通道及至少一個隆起緣，隆起緣在沿通道的第一位置處突出至通道第一距離，且在沿通道的第二位置處突出至通道大於第一距離的第二距離，以改變微波的能量位準。
可實施各種態樣的各種實施例。舉例而言，在一些實施例中，方法可包括相對於岩石重新定向施用器；
在一些實施例中，方法可包括使聚焦微波相對於波導中的導引微波的能量密度增加至少五倍；
在一些實施例中，方法可包括將聚焦微波束投影至岩石表面上一點中，該點不超過波束之波長大小的四分之一(1/4)；
在一些實施例中，方法可包括導致通過施用器的微波能量的傳輸損失不超過-30分貝(decibel，dB)；
在一些實施例中，方法可包括將施用器定位於反應性近場中，在進入岩石中一個波長深度內充當能量集中器；
在一些實施例中，由於通道自入口至出口的橫截面積變窄，微波的能量位準可改變；
在一些實施例中，沿通道的縱向長度的至少一個隆起緣的變化厚度可導致通道橫截面積變窄。在一些實施例中，至少一個隆起緣的變化厚度可使微波反射回微波發生器最小化；
在一些實施例中，微波的能量位準可藉由至少一個隆起緣在通道的縱向方向上的移動而改變；
在另一態樣中，用於聚焦微波的元件可包括界定自入口延伸至出口的縱向通道的主體，及自主體內壁突出至通道中的至少一個縱向隆起緣；
在一些實施例中，隆起緣可包括位於通道入口附近的近端部分；隆起緣亦可包括位於通道出口附近的遠端部分及位於近端部分與遠端部分之間的中間部分；突出至通道中的隆起緣的橫截面厚度可自近端部分至中間部分遞增；
在一些實施例中，突出至通道中的隆起緣的橫截面厚度可自中間部分至遠端部分遞減；
在一些實施例中，遠端部分的至少一部分可包括位於通道出口處的平面；
在一些實施例中，出口可包括窗口；平面可形成窗口的至少一個邊緣；
在一些實施例中，隆起緣可包括背對抵接內通道壁的光滑外表面；
在一些實施例中，隆起緣的外表面可為彎曲的；
在一些實施例中，隆起緣可在遠端部分處或其附近向內漸縮；
在一些實施例中，隆起緣的至少一部分可包括翼形形狀；
在一些實施例中，元件可包括縱向隆起緣中之兩者；
在一些實施例中，兩個隆起緣可位於通道的相對內壁上；
在一些實施例中，隆起緣可包括內部空隙；
在一些實施例中，隆起緣可為可移動的；
在一些實施例中，隆起緣沿通道的長度可為可移動的；
在一些實施例中，隆起緣的移動可為連續的；
在一些實施例中，隆起緣的移動可為離散的；
在一些實施例中，隆起緣的移動可由用以移動隆起緣的控制系統控制；
在一些實施例中，隆起緣的移動可控制微波的能量位準變化；
在一些實施例中，施用器可用以將微波聚焦成波束；
在一些實施例中，元件可包括連接於通道出口處的反射器；
在一些實施例中，元件可包括連接至反射器並覆蓋通道出口的防塵蓋；
在一些實施例中，防塵蓋可包括微波透明材料。
在一些實施例中，通道的橫截面積可自通道入口至通道出口變窄；
在一些實施例中，通道入口的橫截面積可大於通道出口的橫截面積；及/或
在一些實施例中，通道的入口可用以附接至波導。
在另一態樣中，基於微波的岩石採礦系統可包括微波發生器、機械臂、及施用器。機械臂可與發生器連接並可包括波導段，波導段用以導引由微波發生器產生的微波穿過其中。施用器可位於機械臂的一末端處。施用器可界定一通道，該通道用以導引穿過其中的微波自波導段穿過出口，以施加於岩石。橫截面積可朝向出口遞減的通道的至少一部分可包括用以改變微波能量位準的插入物。
可包括各種態樣的各種實施例。舉例而言，在一些實施例中，插入物可為金字塔形的；
在一些實施例中，插入物可包括彼此相鄰的兩個金字塔結構；
在一些實施例中，插入物的橫截面積可朝向出口遞減；
在一些實施例中，插入物可包括橫截面積可朝向出口遞減的遠端部分及橫截面積可遠離出口遞減的近端部分；
在一些實施例中，插入物可包括介電填充物；
在一些實施例中，插入物可包括微波透明材料；
在一些實施例中，插入物可包括聚四氟乙烯(PTFE)；
在一些實施例中，波導段可界定具有第一介電係數的通道，且插入物可具有大於第一介電係數的第二介電係數；
在一些實施例中，岩石可具有大於第二介電係數的第三介電係數；
在一些實施例中，施用器可包括出口處的凸緣；
在一些實施例中，凸緣可包括完全圍繞出口延伸的平板；
在一些實施例中，凸緣的第一外輪廓可不大於波導段橫截面的第二外輪廓；
在一些實施例中，施用器可用以將微波聚焦成波束；
在一些實施例中，機械臂可經鉸接，並可包括可旋轉地附接在一起的至少兩個剛性波導段；及/或
在一些實施例中，基於微波的系統可包括用以移動機械臂的控制系統，以控制施用器的位置。
在另一態樣中，施加微波至岩石的方法可包括產生微波、導引微波穿過波導、將微波自波導接收至施用器中、及將微波聚焦至岩石中。施用器可具有插入物，插入物的橫截面積可在微波傳播方向上遞減，以改變微波的能量位準。
可實施各種態樣的各種實施例。舉例而言，在一些實施例中，方法可包括相對於岩石重新定向施用器；
在一些實施例中，方法可包括將聚焦微波相對於波導中的導引微波的能量密度增加至少五倍；
在一些實施例中，方法可包括將聚焦微波束投影至岩石表面上的一點中，該點不超過波束之波長大小的四分之一(1/4)；
在一些實施例中，方法可包括導致藉由插入物的微波能量的傳輸損耗不超過-30分貝(decibel，dB)；
在一些實施例中，方法可包括將施用器定位於反應性近場中，在進入岩石中一個波長深度內充當能量集中器；
在另一態樣中，用於聚焦微波的元件可包括界定自入口延伸至出口的通道的主體；入口可具有比出口更大的橫截面積；插入物可至少部分位於通道內；插入物可包括微波透明材料；
在一些實施例中，出口可包括窗口，其中插入物的一末端處的平面位於窗口處；
在一些實施例中，入口可具有矩形橫截面輪廓；
在一些實施例中，插入物的橫截面積可朝向出口遞減；
在一些實施例中，插入物可包括橫截面積可朝向出口遞減的遠端部分及橫截面積可遠離出口遞減的近端部分；
在一些實施例中，插入物可包括與第二外表面相對的第一外表面、及與第四外表面相對的第三外表面；第一外表面與第二外表面之間的第一相對距離可朝向出口遞減；第三外表面與第四外表面之間的第二相對距離可朝向出口遞減；
在一些實施例中，元件可包括圍繞出口延伸的凸緣；及/或
在一些實施例中，入口可用以附接至波導。
以下詳細描述指向微波能量施用器、系統、及方法的某些特定實施例。在本說明書中，參考圖式，其中類似部分或步驟可始終用類似數字指定。在本說明書中，對「一個實施例」、「一實施例」、或「在一些實施例中」之引用意謂結合實施例描述的特定特徵、結構、或特性包括於本發明的至少一個實施例中。在說明書的各種位置中出現的片語「一個實施例」、「一實施例」、或「在一些實施例中」不一定全部是指同一實施例，分開的或替代的實施例亦不一定與其他實施例相互排斥。此外，描述可由一些實施例而非其他實施例展示的各種特徵。類似地，描述各種需求，這些需求可能是一些實施例之需求，但可能並非其他實施例之需求。現在將詳細闡述本發明的實施例，其實例在隨附圖式中示出。在可能的情況下，整個圖式將使用相同的參考號來指代同或相似的部件。
本文描述的是與微波能量施用器的各種實施例有關的系統、裝置及方法。在一些實施例中，施用器可界定通道內部具有一或多個縱向隆起緣的內部通道，用以聚焦能量。隆起緣可為可移動的。可為抛物線或其他形狀的反射器可位於施用器的出口附近。在一些實施例中，施用器可界定具有遞減橫截面積的通道，其中有介電填充物。施用器的各種實施例可附接至波導，波導可為具有與微波發生器附接的可旋轉波導段的可鉸接機械臂。施用器可改變行進穿過其中的微波的能量位準，舉例而言，以將能量集中以用於在礦場中施加於岩石表面。
第1A圖是基於微波的岩石採礦系統100的實施例之透視圖。系統100可包括微波發生器103、施用器滑軌105、及/或處理室107。微波發生器103可產生微波，微波行進穿過波導系統200至施用器，以施加於岩石109。施用器滑軌105可包括波導系統200及施用器的一部分。波導系統200可包括用以接收穿過其中的所產生微波並將微波導引至施用器的剛性波導或波導段。波導系統200可包括靜止部分及移動部分。移動部分可為可鉸接的，且可包括與施用器滑軌105一起定位的複數個可旋轉段。施用器滑軌105可定位成面對一層岩石109，用於採礦，例如，用於使用微波能量預處理及/或挖掘岩石109。可旋轉波導段可經鉸接，從而以所需方式放置、定位及/或移動施用器，以將微波能量施加於岩石。處理室107可包括用以容納任何洩漏的壁及/或屏障。本文中使用的「鉸接」具有其通常及慣用意義，包括但不限於旋轉、平移、及空間中的三維定向。岩石109可能位於山中、洞穴、採石場、或其他位置。在一些實施例中，微波發生器103、施用器滑軌105、及/或處理室107可為移動的，且用以在整個礦場行進。
第1B圖是施用器滑軌105之透視圖，顯示第1A圖的機械臂的一部分及施用器。施用器滑軌105可包括波導系統200。波導系統200可包括可鉸接機械臂104。機械臂104可由複數個剛性波導段204形成。機械臂104可與微波發生器103通訊，例如，連接至微波發生器103。微波發生器103可產生微波，微波行進穿過由機械臂104的連接波導段204界定的內部通道。可藉由旋轉波導段中之一或多者來鉸接機械臂104。可有任意數目的機械臂104。
基於微波的系統100可包括一或多個微波施用器108。施用器108可連接至波導系統200。舉例而言，施用器108可定位於機械臂104的遠端處。施用器108可連接至機械臂104的終端波導段。施用器108可用以將離開施用器的微波聚焦及/或集中成波束，以施加於岩石109。可藉由機械臂104的鉸接來控制施用器相對於岩石109的方位及/或移動。控制系統可控制機械臂104，以便以所需方式定位及/或移動施用器108。可控制機械臂104，使得施用器108具有相對於岩石109的所需定向、與岩石109的距離、沿岩石109的行進速度、及/或沿岩石109的行進方向等。
各種特徵可包括於基於微波的系統100、波導系統200、及施用器108中，舉例而言，題為「微波能量直接施加於地下岩石表面」並於2021年2月22日提交的美國臨時申請案第63/152294號、題為「具有機械臂波導的基於微波的採礦系統及方法」（代理人案號：OFFW.006A）並與本申請案同一日期提交的美國專利申請案第___號、題為「鉸接式波導」並於2021年2月22日提交的美國臨時申請案第63/152248號、題為「鉸接式波導」（代理人案號：OFFW.007A）並與本申請案同一日期提交的美國專利申請案第___號、及題為「微波能量施用器」並於2021年2月22日提交的美國臨時申請案第63/152253號中描述的特徵中之任意者，以上申請案中之各者的全部內容以引用的方式併入本文中並構成本說明書的一部分，以供所有用途。
第1C圖是機械臂的終端部分之特寫透視圖，具有附接至其的微波能量施用器108之實施例。第1D圖是第1C圖的施用器108之特寫透視圖。基於微波的系統100的施用器滑軌105可包括波導系統200或其一部分。波導系統200可包括形成可鉸接機械臂104的複數個剛性波導段204。如第1C圖及第1D圖中所示的波導段204可為定位於機械臂104的末端處的終端波導段。施用器108可連接至這一終端波導段204。機械臂104可連接至發生器103，或以其他方式與發生器103電磁通訊。施用器108可用以透過形成機械臂104的波導段204接收來自發生器103的微波，並將微波聚焦（例如，聚焦成波束），用於在岩石109中及/或岩石109上施加。
第2圖是與波導系統200的其餘部分隔離的附接至終端波導段204的施用器108之透視圖。波導段204可具有矩形橫截面、或其他形狀。由波導段204界定的內部通道因此可為矩形的。波導段204可定位於機械臂104的一末端處，並可包括附接至施用器108的第二凸緣237的第一凸緣236。複數個波導段204中之一或多者可包括於波導系統200中，具有類似凸緣或類似附件，以將波導段204彼此附接及/或附接至微波發生器103。
第3圖是施用器108之橫截面透視圖。第4圖是施用器108之前端視圖。波導段204可包括其近端處的波導入口230及其遠端處的波導出口231。本文中使用的「近端」及「遠端」具有其通常及慣常之含義，並包括但不限於沿複數個波導段204分別朝向及遠離微波發生器的方向。波導段204可具有不同的橫截面輪廓，包括但不限於矩形、圓形、橢圓形、及多面形。微波可在波導入口230處進入波導段204、透過波導通道150行進穿過波導段204、在波導出口231處離開波導段204、並進入或朝向施用器108。
微波能量施用器108可包括主體234，主體234界定自施用器入口232延伸至施用器出口233的通道250。施用器出口233可為機械臂及/或施用器的遠端終端233，使得位於施用器出口233遠端是與系統100及施用器108分離的外部環境或空間，諸如大氣或具有岩石表面的洞穴。通道250可與形成機械臂104的波導段204的波導通道150電磁通訊。波導通道150內的空間可與通道250內的空間連續。在一些實施例中，波導通道150可與施用器108的插入物通訊。施用器入口232及施用器出口233可具有相同或不同的橫截面輪廓，包括但不限於矩形、圓形、橢圓形、及多面形。施用器入口232可具有大於施用器出口233的橫截面積。通道250的橫截面積可自施用器入口232至施用器出口233變窄。
施用器入口232與波導出口231可具有相同或類似的橫截面積。施用器入口232與波導出口231可對準，以便施用器108可連接至波導段204。可在波導入口230與施用器出口233之間形成具有光滑側壁內表面的連續通道。
在一些實施例中，自施用器入口232至施用器出口233的通道250可變窄。這種變窄最小化微波能量的反射，舉例而言，在近端方向上反射回終端波導段204。在一些實施例中，自施用器入口232至施用器出口233的通道250的變窄角度可包括允許所傳輸微波束的不同位準之準直的一或多個變窄角度。
可選擇角度，以最大限度地減少微波能量在波導上游方向上的反射。朝向岩石的錐度可影響進入岩石/材料中的波束的準直程度。可基於以下以下各者中之一或多者選擇角度：發射能量的頻率、施用器的大小、施用器的質量、預期或偵測的能量反射、施用器遠端處波束的所需集中量、環境參數、及岩石/材料的特性。可經由數字模擬及測試過程來選擇最佳角度。通道的角度可與其中插入物260的抵接表面的角度相同或相似。舉例而言，在一些實施例中，對於約916MHz的微波頻率，遠端金字塔結構260a的兩個相對壁之間形成的角度可為約116度，這亦可為施用器108的主體的變窄通道的相對內表面之間的角度。此外，在一些實施例中，對於約916 MHz的微波頻率，插入物260的近端金字塔結構260a的兩個相對壁之間形成的角度可為約26度，如本文例如關於第5D圖進一步描述的。
施用器出口233可形成波束窗口235，微波束可經由波束窗口傳輸。自波導段204接收的微波能量經由窄波束窗口235的傳輸可使接收的能量相對於波導通道150內的能量集中高達兩倍、三倍、四倍、五倍、六倍、七倍、八倍、九倍、十倍或更多倍。在一些實施例中，波束窗口235的尺寸可包括允許所傳輸微波波束的不同位準之準直的尺寸。可基於傳輸能量的頻率選擇施用器108及/或波束窗口235的尺寸。舉例而言，在916MHz的頻率下，波束窗口235的尺寸可包括約144 mm的寬度及約44 mm的高度，這些尺寸可對應於插入物的特定角度。在一些實施例中，窗口235的寬度可為約130 mm至約160 mm、約135 mm至約155 mm、約140 mm至約150 mm、或約145 mm。在一些實施例中，窗口235的高度可為約30 mm至約60 mm、約35 mm至約55 mm、約40 mm至約50 mm、或約45 mm。波導尺寸可能包括行業標準尺寸。可基於維持微波束的單模傳輸來選擇施用器108及/或波束窗口235的尺寸。此外，上文提供的波束窗口大小可對應於插入物260的特定角度及/或通道壁的角度，如本文例如關於第5D圖進一步描述的
施用器108可包括凸緣240。凸緣240可圍繞波束窗口235的周邊延伸。凸緣240可徑向向外延伸。凸緣240的橫截面積可小於波導204及/或波導通道150的橫截面積。凸緣240可充當屏障，以減少施用器108外部的能量洩漏，並可增加總能量傳輸。
第5A圖及第5B圖是具有插入物260的施用器108之橫截面透視圖。施用器108可包括插入物260，插入物260可至少部分位於通道250內。插入物260可完全填充通道250。插入物260的外部部分與通道250的內表面，諸如施用器108側壁的內表面之間可能沒有縫隙。插入物260可跨通道250的橫截面部分完全延伸。插入物250可跨通道250的一些、大部分、或全部縱向延伸。插入物的一末端的表面260d可位於波束窗口235處。表面可為平面的。表面可與窗口235及/或凸緣240共面。在一些實施例中，插入物260可配合於施用器通道250內，以使通道側壁與插入物260之間沒有任何空間或縫隙。在一些實施例中，插入物260可填充通道250的整個體積。
插入物260可由微波透明材料製成。微波透明材料可為介電質。在一些實施例中，插入物260可包括具有不同介電係數值的微波透明材料。插入物260材料的介電係數值可包括但不限於1至15法拉/米。在一些實施例中，插入物可包括具有介於空氣（1法拉/米）與硬岩（15法拉/米）之間的介電係數值的材料。在一些實施例中，用於插入物260的材料可包括聚四氟乙烯(PTFE)。PTFE可提供比空氣(1)更低的損耗及更高的相對介電係數(2.1)，提供過渡至相對介電係數為5~12的岩石中。在一些實施例中，用於插入物的材料可包括具有高微波透明度的材料之組合。插入物260可為單一、固體質量。插入物260可為固體介電質。插入物260可提供透鏡效應。在一些實施例中，插入物260可使用諸如超穎材料的透鏡。插入物260的材料可具有高微波透明度。在一些實施例中，可添加窗口，諸如另一件介電材料。
插入物260可具有不同的橫截面輪廓，包括但不限於矩形、圓形、橢圓形、及多面形。在一些實施例中，插入物260可為金字塔結構。自施用器入口232朝向至施用器出口233的出口，插入物260的橫截面積可遞增且接著在遠端方向上遞減。
具有插入物260的施用器108可為阻抗或介電係數匹配設計。施用器108可用以，例如，具有基於空氣及岩石類型的介電係數的介電係數。
第5C圖是為清晰起見而隔離顯示的插入物260之透視圖。第5D圖是插入物260之橫截面透視圖。在一些實施例中，插入物260可界定相鄰於中間部分260c的第一金字塔結構260a。在一些實施例中，插入物260可界定相鄰於中間部分260c的第二金字塔結構260b。第5A圖及第5B圖是施用器108之橫截面透視圖，顯示包括兩個金字塔結構260a及260b及其間的中間部分260c的插入物260。第5C圖是為清晰起見隔離顯示的插入物260之透視圖，包括兩個金字塔結構260a及260b以及其間的中間部分260c。
如第5C圖及第5D圖中所示，插入物260的形狀可界定為使第一金字塔結構260a的底座相鄰於中間部分260c。中間部分260c可相鄰於第二金字塔結構260b的底座。金字塔結構260a及260b的底座可為矩形的。中間部分260c的橫截面區域可為矩形的。第一金字塔結構260a的底座的橫截面積可與中間部分260c的橫截面積相同或相似。第二金字塔結構260b的底座的橫截面積可與中間部分260c的橫截面積相同或相似。在一些實施例中，第一金字塔結構260a可相鄰於第二金字塔結構260b，舉例而言，可不存在中間部分260c。
可界定插入物260的形狀，使得第一金字塔結構260a、中間部分260c、及第二金字塔結構260b可形成連續的固體結構。插入物260的形狀可界定為使得第一金字塔結構260a可在遠離中間部分260c的第一方向上向內漸縮，及/或第二金字塔結構260b可在遠離中間部分260c的與第一方向相反的第二方向上向內漸縮。第一金字塔結構260a可在朝向施用器出口233的遠端方向上自中間部分260c向內漸縮。第二金字塔結構260b可在朝向施用器入口232的近端方向上自中間部分260c向內漸縮。在一些實施例中，施用器260可不包括第一金字塔結構260a。在一些實施例中，施用器260可不包括第二金字塔結構260b。
插入物260可配合於施用器通道250內或位於施用器通道250中。中間部分260c可相鄰於波導的第一凸緣236（見第2圖）及/或施用器108的第二凸緣237（見第2圖）。插入物260的第一金字塔結構260a的橫截面積可在遠端方向上逐漸減小，例如，在自施用器入口232朝向施用器出口233的方向上。插入物260的第二金字塔結構260b的橫截面積可在近端方向上逐漸減小，例如，在自波導出口231朝向波導入口230的方向上。在一些實施例中，舉例而言，為了與約1 GHz頻率的微波一起使用，插入物260可具有230 mm的總長度及/或248 mm的最大寬度。
在一些實施例中，插入物260的金字塔結構260a的兩個相對壁之間的第一相對距離在遠端方向上遞減，例如，在沿通道自施用器入口232至施用器出口233的方向上遞減。在一些實施例中，插入物260的金字塔結構260a的其他兩個相對壁之間的第二相對距離在遠端方向上遞減，例如，在沿通道自施用器入口232至施用器出口233的方向上遞減。在一些實施例中，金字塔結構260a的兩個相對壁之間的第一相對距離的遞減可包括使微波能量反射回波導段204最小化的遞減。在一些實施例中，金字塔結構260a的其他兩個相對壁之間的第二相對距離的遞減可包括使微波能量反射回波導段204最小化的遞減。如圖所示，第一距離及/或第二距離的減少可為連續的。在一些實施例中，第一距離或第二距離的減少可為不連續的，例如，階梯式的、彎曲帶拐折的、部分處恆定的、等。
在一些實施例中，插入物260的金字塔結構260b的兩個相對壁之間的第三相對距離在近端方向上遞減，例如，在沿縱向通道自波導出口231朝向波導入口230的方向上遞減。在一些實施例中，插入物260的金字塔結構260b的其他兩個相對壁之間的第四相對距離在近端方向上遞減，例如，在沿縱向通道自波導出口231朝向波導入口230的方向上遞減。在一些實施例中，金字塔結構260b的兩個相對壁之間的第三相對距離的遞減可包括使微波能量反射回波導段204最小化的遞減。在一些實施例中，金字塔結構260b的其他兩個相對壁之間的第四相對距離的遞減可包括使微波能量反射回波導段204最小化的遞減。如圖所示，第三距離及/或第四距離的減少可為連續的。舉例而言，在一些實施例中，對於916MHz的微波頻率，金字塔結構260b的兩個相對壁之間形成的角度可為116度。在一些實施例中，第一距離或第二距離的減少可為不連續的，例如，階梯式的、彎曲帶拐折的、部分處恆定的、等。
施用器108在插入物260的各種表面之間可具有各種角度。如第5D圖中所示，表面261與表面262之間可在插入物260的近端處形成第一角度。第一角度可為自約90度至約140度、自約95度至約135度、自約100度至約130度、自約105度至約125度、或自約110度至約120度。第一角度可約為115度。表面263與表面264之間可在插入物260的遠端處形成第二角度，第二角度可小於第一角度。第二角度可為自約90度至約140度、自約95度至約135度、自約100度至約130度、自約105度至約125度、或自約110度至約120度。第一角度可約為115度。第一角度及第二角度可對應於發射能量的頻率，自約850 MHz至約950MHz，自約875 MHz至約925 MHz，自約910 MHz至約920 MHz，或約915 MHz。此外，角度及/或頻率可對應於波束窗口235的寬度及高度的特定尺寸或尺寸範圍，諸如本文關於第4圖所述的尺寸或範圍。
第6圖是施用器108之側視圖，為清晰起見，圖中未顯示波導204，並描繪自波導出口231朝向波導入口230變窄的插入物260的近端金字塔結構。插入物260因此可近端突出至波導通道中，舉例而言，突出至終端波導段204中。
在波導出口231處離開波導段204的微波可在施用器入口232處進入施用器108。微波可繼續穿過施用器通道250朝向出口233行進，在出口233處，微波可作為波束經由波束窗口235傳輸，以施加於材料。
根據採礦系統100的一些實施例，由發生器103產生的微波可經由波導系統200導引至波導段204。微波可經由波導入口230進入波導段204。微波接著可透過波導通道150穿過波導段204、朝向波導出口231行進，在波導出口231處，微波可由插入物260接收。
微波可經由微波透明材料插入物260朝向施用器出口233行進。插入物260在微波傳播方向上遞減的橫截面積可改變微波的能量位準。在微波傳播方向上，施用器108的遞減的橫截面積及插入物260的遞減橫截面積亦可將聚焦微波相對於波導段204中微波的能量密度增加至少五倍。聚焦的高能微波可行進至施用器出口233，在施用器出口233處，聚焦的高能微波可透過波束窗口235傳輸至岩石表面。
插入物260的微波透明材料的介於空氣（1法拉/米）與岩石（5~15法拉/米）之間的介電係數值可導致通過插入物的微波能量的傳輸損耗不超過-30分貝(decibel，dB)。聚焦的微波束可投影至岩石表面上的一點中，該點可不超過波束之波長大小的四分之一(1/4)。當聚焦的微波束投影至岩石表面上的一點中時，漸縮接觸表面周圍的凸緣可進一步降低傳輸損耗，並可將超過50千瓦(kilowatt，kW)投影至岩石中。
第7圖是可與第1A圖的系統一起使用的微波能量施用器308的另一實施例之透視圖。施用器308可連接至波導段204，波導段204可如本文例如關於第1A圖至第6圖所述。因此，波導段204可具有矩形橫截面或其他形狀；及/或由波導段204界定的內部通道因此可為矩形的；及/或波導段204可定位於機械臂104的一末端處，且可包括附接至施用器308的第二凸緣337的第一凸緣236；及/或複數個波導段204中之一或多者可包括於具有凸緣或類似附件以將波導段204彼此附接及/或附接至微波發生器103的波導系統200中；及/或微波可在波導入口230處進入波導段204、透過波導通道150行進穿過波導段、在波導出口231處退出波導段、並行進至或朝向施用器308、等。
施用器入口332及波導出口231可具有相同或相似的橫截面積。施用器入口332與波導出口231可對準，以便施用器308可連接至波導段204。可在波導入口230與施用器出口333之間形成具有光滑側壁內表面的連續通道。
第8A圖是第7圖的微波能量施用器308之橫截面透視圖。微波能量施用器308可包括主體334，主體334界定自施用器入口332縱向延伸至施用器出口333的通道350。通道350可與形成機械臂104的波導段204的波導通道150電磁通訊。波導通道150內的空間可與通道350內的空間連續。施用器入口332與施用器出口333可具有相同或不同的橫截面輪廓，包括但不限於矩形、圓形、橢圓形、及多面形。施用器入口332可具有大於施用器出口333的橫截面積。舉例而言，由於各種結構向內突出至通道中，通道350或其部分的橫截面積可自施用器入口332至施用器出口333變窄，如進一步描述的。
施用器308可包括一或多個隆起緣338。施用器308可不具有諸如施用器108中的介電插入物。施用器308因此可消除介電質之需要。隆起緣338可提供阻抗匹配。具有隆起緣338的施用器308可為「寬頻」設計，因為其可保持大範圍岩石介電係數的匹配。
如圖所示，可能有兩個隆起緣338。兩個隆起緣338可彼此相對定位，舉例而言，分開180度。兩個隆起緣338可位於其他角度方位。在一些實施例中，可有三個、四個、五個、六個、七個、八個、九個、十個或更多個隆起緣338。多個隆起緣338可繞通道350均勻角度地間隔開。一或多個隆起緣338可在通道350內縱向延伸。在一些實施例中，一或多個隆起緣338可自通道350的一或多個內壁350f徑向向內突出至通道350中。如進一步描述的，一或多個隆起緣338可在不同位置處沿通道350徑向向內突出各種距離。一或多個隆起緣338可位於通道350內，與通道350的一或多個內壁350f抵接。一或多個隆起緣338可平行於與一或多個隆起緣338抵接的通道350的一或多個內壁350f。在一些實施例中，改變自施用器入口332至施用器出口333進入通道中的一或多個隆起緣338的橫截面厚度可能導致通道350或其部分變窄。這種變窄最小化微波能量的反射，舉例而言，在近端方向上反射回終端波導段204。在一些實施例中，自施用器入口332至施用器出口333的通道350的變窄角度可包括允許傳輸微波束的不同位準之準直的一或多個變窄角度。
第8B圖是一或多個隆起緣338的實例之縱向、橫截面側視圖。在一些實施例中，隆起緣338可包括可位於施用器入口332附近的近端部分338a、可位於施用器出口333附近的遠端部分338c、及位於近端部分338a與遠端部分338c之間的中間部分338b。在一些實施例中，隆起緣338的橫截面厚度可自近端部分338a至中間部分338b在遠端方向上遞增。在一些實施例中，隆起緣338的橫截面厚度可自中間部分338b至遠端部分338c在遠端方向上遞減。在一些實施例中，隆起緣338的中間部分338b的至少一部分是彎曲的。在一些實施例中，隆起緣338可在遠端部分338c處或其附近向內漸縮，遠端部分338c可位於施用器出口333附近。在一些實施例中，隆起緣338可包括光滑外表面338'，其可為如第8B圖中所示的上表面，且可向內面對通道350。光滑外表面338'可背對隆起緣338抵接的通道壁350f。在一些實施例中，隆起緣338可包括內部空隙338''。空隙338''可為隆起緣338的空區域，其可減小隆起緣338的重量。空隙338''可包括多個表面，例如，具有如圖中所示的階梯，且可面對通道壁350f。
在一些實施例中，一或多個隆起緣338可用以有效地將微波能量傳輸至位於施用器出口333附近的外部區域的材料上及/或材料中。在一些實施例中，材料可為岩石。在一些實施例中，一或多個隆起緣338可具有一形狀，其中隆起緣338的至少一部分具有翼形形狀。在一些實施例中，一或多個隆起緣338可包括允許聚焦微波的形狀。在一些實施例中，一或多個隆起緣338可包括允許改變微波能量位準的形狀。
在一些實施例中，一或多個隆起緣338可用以移動。一或多個隆起緣338可用以沿施用器通道350的長度在縱向方向上移動。在一些實施例中，一或多個隆起緣338沿施用器通道350之長度的這一移動可用以最佳化微波能量傳輸及/或進入施用器出口333附近的外部區域中的材料中。感測器可偵測與所施加能量或通道350內的能量相關聯的一或多個參數，且可基於此類偵測移動隆起緣338中之一或多者。
第9圖是微波能量施用器308之橫截面側視圖。第10圖是微波能量施用器308之前視圖。施用器出口333可形成中心部分335，微波束可穿過其中傳輸。接收自波導段204的微波能量穿過中心部分335的傳輸可允許接收的能量相對於波導通道150內的能量集中。在一些實施例中，中心部分335的尺寸可包括允許傳輸的微波束的不同位準之準直的尺寸。在一些實施例中，一或多個隆起緣338的遠端部分338c的至少一部分可包括位於施用器出口333處的表面338d。表面可能是平面的。在一些實施例中，中心部分335的至少一個邊緣由一或多個隆起緣338的表面338d之邊緣形成。
在一些實施例中，施用器308可包括凸緣240（見第4圖）。凸緣240可圍繞中心部分335的周邊延伸。凸緣240可徑向向外延伸。凸緣240的橫截面積可小於波導204及/或波導通道150的橫截面積。凸緣240可用作屏障，以減少施用器308外部的能量洩漏，並可增加總能量傳輸。
在一些實施例中，施用器308可包括位於施用器出口333附近的反射器339。反射器339可圍繞施用器出口333。反射器339可具有如圖中所示的外圓形，具有矩形切口內部部分。反射器339包括反射表面。在一些實施例中，反射器339可具有抛物面形狀。在一些實施例中，反射器339可具有球形、圓形、錐形、分段、或其他形狀。在一些實施例中，施用器308可懸掛於反射器309的中間。在一些實施例中，施用器308可使用柱及鉗懸掛於反射器309的中間。在一些實施例中，柱包括介電材料。在一些實施例中，施用器308可與反射器339電隔離。
在一些實施例中，反射器339可用以提高微波能量施用器308的傳輸效率。在一些實施例中，反射器339可用以最小化反射及/或最小化傳輸的微波能量洩漏。在一些實施例中，反射器339可用以允許傳輸的微波束的不同位準之準直。在一些實施例中，反射器可用以使傳輸的微波束對材料的穿透深度最大化。
在一些實施例中，施用器308可包括防塵蓋337。在一些實施例中，防塵蓋337可附接至反射器339。在一些實施例中，防塵蓋337可包括微波透明材料。在一些實施例中，防塵蓋337可包括介電天線罩。在一些實施例中，防塵蓋337可減少對施用器308的損壞。防塵蓋337可為圓形的，並覆蓋施用器308的遠端。可在使用施用器308用於能量傳輸之前移除防塵蓋337。
第11圖是第7圖的微波能量施用器308之分解透視圖。如圖中所示，施用器308可具有矩形形狀。兩個隆起緣338可位於施用器的通道350內彼此截然相反的位置。反射器339可具有外圓形狀，諸如抛物面形狀，自出口333朝向施用器入口332在近端方向上延伸。反射器339的外圓形狀可具有切口內部部分339a。切口內部部分339a可為矩形的，如圖中所示。反射器339的切口內部部分339a的橫截面積可與施用器出口333的橫截面積相同或相似。反射器339可經組態，使得切口內部部分339a可配合於施用器出口333周圍，諸如在界定其中通道的矩形部分上方。反射器339可經組態，使得反射器339可藉由在施用器通道主體的縱向反向上滑動而配合於施用器出口333周圍。
在各種實施例中，在波導出口231處離開波導段204的微波可在施用器入口332處進入施用器308。微波可繼續穿過施用器通道350朝向出口333行進，在出口333處，微波可作為波束穿過中心部分335傳輸，以施加於材料。
根據採礦系統100的一些實施例，由發生器103產生的微波可穿過波導系統200導引至波導段204。微波可經由波導入口230進入波導段204。微波接著可透過波導通道150穿過波導段204、朝向波導出口231行進，在波導出口231處，微波可由施用器入口332接收。
微波可穿過施用器通道350朝向施用器出口333行進。在一些實施例中，在微波傳播方向上由一或多個隆起緣338引起的施用器通道350的變窄及阻抗改變可改變微波的能量位準及/或圖案。施用器308在微波傳播方向上的橫截面積遞減亦可使聚焦微波相對於波導段204中微波的能量密度增加，相對於波導通道150中的能量增加高達兩倍、三倍、四倍、五倍或更多倍。聚焦的高能微波可行進至施用器出口333，其中高能微波可經傳輸以施加於中心部分335處的岩石表面。在一些實施例中，施用器308可用以增加不同頻譜的微波能量的聚焦及/或傳輸。在一些實施例中，相對於其他習知施用器設計，施用器308可組態為對材料的氣隙及/或表面粗糙度較不敏感。
聚焦微波束可投影至岩石表面上的一點上，該點可不大於波束之波長大小的四分之一(1/4)。當聚焦的微波束投影至岩石表面上的一點上時，漸縮接觸面周圍的凸緣可進一步降低傳輸損耗，並可將超過50千瓦(kilowatt，kW)投影至岩石中。
根據一些實施例，由波導系統200傳輸的能量可藉由附接至波導系統200的感測器實時量測。一或多個感測器可附接至波導段204。可量測微波發生器發射的能量。可量測經由施用器108傳輸至岩石中的能量。可在波導系統200中的兩個方向上量測能量（例如，進入能量及退出能量）。亦可量測傳輸及/或反射功率。可量測進入周圍環境的功率。
藉由追蹤及/或量測能量及/或功率，使用者可看到施加於岩石及/或材料上的功率及/或能量。此外，可使用能量傳輸及反射量測來判定溫度。這可為有益的，因為岩石的電磁特性可隨溫度變化。
一或多個感測器亦可用以追蹤岩石或材料表面處及/或內部開裂的可聞及/或可見指示。透地雷達亦可用於實時及/或退化後判定。
對本發明所述實施的各種修改對熟習此項技術者而言是顯而易見的，且本文界定的一般原則可施加於其他實施方式，而不偏離本發明的精神或範疇。因此，本發明並不旨在限於本文所示的實施，而是賦予與本文所揭示的專利申請範圍、原則及新穎特徵一致的最廣泛範疇。「實例」一詞在本文中專指「用作實例、例子、或說明」。除非另有說明，否則本文中描述為「實例」的任何實施不一定解譯為優先於或優於其他實施。
本發明中在分開實施的上下文中描述的某些特徵亦可在單個實施中組合實施。反之，在單個實施的上下文中描述的各種特徵亦可在多個實施中分開實施或在任意適合的子組合中實施。此外，儘管上文可將特徵描述為在某些組合中起作用，甚至最初亦如此主張，但在一些情況下，可自主張之組合中刪除一或多個特徵，且該主張之組合可指向子組合或子組合之變體。
類似地，雖然操作在圖式中以特定次序描繪，但這不應理解為此類操作需要以所示的特定次序或以順序次序執行，亦不需要執行所有操作以達成所需結果。此外，其他實施在以下申請專利範圍之範疇內。在一些情況下，申請專利範圍中聲明的動作可以不同次序執行，並仍然達成所需結果。
熟習此項技術者將理解，一般而言，本文使用的術語通常旨在作為「開放」術語（例如，術語「包括(including)」應解釋為「包括但不限於」，術語「具有(having)」應解釋為「至少具有」，術語「包括(includes)」應解釋為「包括但不限於」等）。熟習此項技術者將進一步理解，若引入請求項聲明的具體數目是有意的，則將在請求項中明確聲明此意圖，而在沒有此聲明的情況下，不存在此意圖。舉例而言，為幫助理解，以下所附專利申請範圍可含有介紹性片語「至少一者」及「一或多者」之使用，以引入請求項聲明。然而，此類片語之使用不應解譯為意謂由不定冠詞「一(a)」或「一(an)」引入的請求項聲明將含有此類引入之請求項聲明的任何特定請求項限制為含有僅一個此類聲明的實施例，即使同一請求項包括引導性片語「一或多者」或「至少一者」以及諸如「一(a)」或「一(an)」的不定冠詞（例如，「一(a)」及/或「一(an)」通常應解釋為是指「至少一者」或「一或多者」）；使用定冠詞用於引入請求項聲明亦是如此。此外，即使明確敘述引入請求項聲明的特定數目，熟習此項技術者將理解，此類聲明通常應解釋為意謂至少是所聲明數目（例如，沒有其他修飾語的「兩個聲明」的直接聲明，通常意謂至少兩個聲明、或者兩個或兩個以上聲明）。此外，在使用類似於「A、B、及C等中之至少一者」的約定情況下，一般而言，這一構造是在熟習此項技術者將理解所述約定的意義上進行的（例如，「具有A、B、及C中至少一者的系統」將包括但不限於具有單獨A、單獨B、單獨C、A與B一起、A與C一起、B與C一起、及/或A、B、及C一起等的系統）。在使用類似於「A、B、或C等中之至少一者」的約定情況下，一般而言，這一構造是在熟習此項技術者將理解所述約定的意義上進行的（例如，「具有A、B、或C中之至少一者的系統」將包括但不限於具有單獨A、單獨B、單獨C、A與B一起、A與C一起、B與C一起、及/或A、B、及C一起等的系統）。熟習此項技術者將進一步理解，無論在說明書、申請專利範圍、或圖式中，呈現兩個或兩個以上替代性術語的幾乎任何析取詞及/或片語均應理解為設想包括術語中之一者、術語中之任意者、或兩個術語的可能性。舉例而言，片語「A或B」將理解為包括「A」或「B」或「A及B」之可能性。
100:岩石採礦系統 103:微波發生器 104:可鉸接機械臂 105:施用器滑軌 107:處理室 108:施用器 109:岩石 200:波導系統 204:波導段 230:波導入口 231:波導出口 232:施用器入口 233:施用器出口 234:主體 235:波束窗口 236:第一凸緣 237:第二凸緣 240:凸緣 250:通道 260:插入物 260a:第一金字塔結構 260b:第二金字塔結構 260c:中間部分 260d:表面 261~264:表面 308:施用器 332:施用器入口 333:施用器出口 334:主體 335:中心部分 337:第二凸緣 338:隆起緣 338a:近端部分 338b:中間部分 338c:遠端部分 338d:表面 338':光滑外表面 338'':空隙 339:反射器 339a:切口內部部分 350:施用器通道 350f:內壁
本發明的前述及其他特徵將自以下描述及所附申請專利範圍、以及結合隨附圖式變得更加明顯。理解這些圖式僅描繪根據本發明的幾個實施例，且並不認為是對其範疇之限制，將經由使用隨附圖式以額外特定性及細節描述本發明。在以下詳細描述中，參考構成本文的一部分的隨附圖式。在圖式中，除非上下文另有規定，否則類似符號通常標識類似組件。詳細描述、圖式、及申請專利範圍中描述的說明性實施例並不意謂是限制性的。可利用其他實施例，並可進行其他改變，而不偏離本文所呈現的標的物之精神或範疇。將容易理解，如本文一般描述並在圖式中示出的，本發明的諸態樣可以廣泛多種不同的組態來配置、替換、組合、及設計，所有這些組態均是明確設想的，並成為本發明的部分。
第1A圖是基於微波的岩石採礦系統的實施例之透視圖，具有由波導段形成的機械臂，臂的末端處具有施用器。
第1B圖是施用器滑軌之透視圖，顯示第1A圖的機械臂的一部分及施用器。
第1C圖是第1A圖的機械臂的終端部分及施用器之特寫透視圖。
第1D圖是具有變窄通道及插入物的第1A圖的施用器之特寫透視圖。
第2圖是與機械臂隔離顯示的第1A圖的施用器之透視圖。
第3圖是第2圖的施用器之橫截面透視圖。
第4圖是第2圖的施用器之前端視圖。
第5A圖及第5B圖是其中顯示插入物的第2圖的施用器之橫截面透視圖。
第5C圖及第5D圖分別是與周圍施用器結構隔離顯示的第2圖的施用器的插入物之透視圖及橫截面圖。
第6圖是第2圖的施用器之側視圖。
第7圖是具有內部隆起緣的可與第1A圖的系統一起使用的微波能量施用器的另一實施例之透視圖。
第8A圖是第7圖的施用器之橫截面透視圖。
第8B圖是隔離顯示的第7圖的施用器的內部隆起緣之橫截面側視圖。
第9圖是第7圖的施用器之橫截面側視圖。
第10圖是第7圖的施用器之橫截面前視圖。
第11圖是第7圖的施用器之分解透視圖。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
308:施用器
332:施用器入口
333:施用器出口
334:主體
335:中心部分
337:第二凸緣
338:隆起緣
350:施用器通道
350f:內壁

Claims (29)

  1. 一種基於微波的岩石採礦系統，該系統包含： 一微波發生器； 一機械臂，其與該發生器連接並包含一波導段，該波導段用以導引由該微波發生器產生的多個微波穿過其中；及 一施用器，其位於該機械臂的一末端處，該施用器界定一縱向通道，該縱向通道用以導引穿過其中的多個微波自該波導段穿過一出口，以施加於岩石，其中該通道的至少一部分包含突出至該通道中並用以改變該些微波的一能量位準的至少一個縱向隆起緣。
  2. 如請求項1所述之系統，其中該隆起緣與該通道的至少一個內壁抵接。
  3. 如請求項2所述之系統，其中該隆起緣包含背對該抵接內通道壁的一光滑外表面。
  4. 如請求項1所述之系統，其中該隆起緣包含位於該通道的一入口附近的一近端部分、位於該通道的一出口附近的一遠端部分、及位於該近端部分與該遠端部分之間的一中間部分，且其中突出至該通道中的該隆起緣的一橫截面厚度自該近端部分至該中間部分遞增。
  5. 如請求項4所述之系統，其中突出至該通道中的該隆起緣的該橫截面厚度自該中間部分至該遠端部分遞減。
  6. 如請求項4所述之系統，其中該遠端部分的至少一部分包含位於該通道的該出口處的一平面，其中該出口包含一窗口，且其中該平面形成該窗口的至少一個邊緣。
  7. 如請求項4所述之系統，其中該隆起緣在該遠端部分處或其附近向內漸縮。
  8. 如請求項1所述之系統，其包含該些縱向隆起緣中之兩者。
  9. 如請求項8所述之系統，其中該兩個隆起緣位於該通道的相對內壁上。
  10. 如請求項1所述之系統，其中該隆起緣是可移動的。
  11. 如請求項10所述之系統，其中該隆起緣沿該通道的一長度是可移動的。
  12. 如請求項1所述之系統，其進一步包含連接於該通道的一出口處的一反射器。
  13. 如請求項12所述之系統，其進一步包含連接至該反射器並覆蓋該通道的該出口的一防塵蓋，其中該防塵蓋包含一微波透明材料。
  14. 如請求項1所述之系統，其中該機械臂是可鉸接的並包含可旋轉地附接在一起的至少兩個剛性波導段。
  15. 如請求項1所述之系統，其進一步包含一控制系統，該控制系統用以移動該機械臂以控制該施用器的一位置。
  16. 一種施加多個微波至岩石的方法，該方法包含以下步驟： 產生多個微波； 導引該些微波穿過一波導； 將該些微波自該波導接收至一施用器中，該施用器包含一縱向通道及至少一個隆起緣，該隆起緣在沿該通道的一第一位置處突出至該通道一第一距離，且在沿該通道的一第二位置處突出至該通道大於該第一距離的一第二距離，以改變該些微波的一能量位準；及 將該些微波聚焦至岩石中。
  17. 如請求項16所述之方法，其進一步包含以下步驟：相對於該岩石重新定向該施用器。
  18. 如請求項16所述之方法，其中沿該通道的一縱向長度的至少一個隆起緣的一變化厚度導致該通道的該橫截面積變窄。
  19. 如請求項16所述之方法，其中該些微波的該能量位準藉由該至少一個隆起緣在該通道的一縱向反向上的一移動而改變。
  20. 一種聚焦多個微波的元件，該元件包含： 一主體，其界定自一入口延伸至一出口的一縱向通道；及 至少一個縱向隆起緣，其自該主體的一內壁突出至該通道中。
  21. 如請求項20所述之元件，其中該隆起緣包含位於該通道的一入口附近的一近端部分、位於該通道的一出口附近的一遠端部分、及位於該近端部分與該遠端部分之間的一中間部分，且其中突出至該通道中的該隆起緣的一橫截面厚度自該近端部分至該中間部分遞增。
  22. 如請求項21所述之元件，其中突出至該通道中的該隆起緣的該橫截面厚度自該中間部分至該遠端部分遞減。
  23. 如請求項20所述之元件，其中該隆起緣的至少一部分包含一翼形形狀。
  24. 如請求項20所述之元件，其包含該些縱向隆起緣中之兩者，其中該兩個隆起緣位於該通道的相對內壁上。
  25. 如請求項20所述之元件，其中該隆起緣是可移動的。
  26. 如請求項20所述之元件，其中該隆起緣沿該通道的一長度是可移動的。
  27. 如請求項20所述之元件，其進一步包含連接於該通道的一出口處的一反射器及連接至該反射器並覆蓋該通道的該出口的一防塵蓋，其中該防塵蓋包含一微波透明材料。
  28. 如請求項20所述之元件，其中該通道的該入口的一橫截面積大於該通道的該出口的一橫截面積。
  29. 一種基於微波的岩石採礦系統，該系統包含： 一微波發生器； 一機械臂，其與該發生器連接並包含一波導段，該波導段用以導引由該微波發生器產生的多個微波穿過其中；及 一施用器，其位於該機械臂的一末端處，該施用器界定一通道，該通道用以導引穿過其中的多個微波自該波導段穿過一出口，以施加於岩石，其中橫截面積朝向該出口遞減的該通道的至少一部分包含用以改變該些微波的一能量位準的一插入物。
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