TWI641791B - Microwave drying device - Google Patents
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Abstract
本案係揭露一種微波乾燥裝置，包含：一微波發射單元；一微波照射單元，其係與該微波發射單元連接，包括：一導波管，其中，該導波管具有一管壁且具有由該管壁所圍繞之一照射空間，且該導波管之管壁上具有二個狹縫；一隔離單元，其係設置於該微波發射單元及該微波照射單元之間；以及一排氣單元，其係與該導波管連接。藉此，本案之微波乾燥裝置可有效地提升對於工作件的乾燥效率，可應用於顯示面板產業、觸控面板產業及太陽能模組產業。
Description
本發明係關於一種微波乾燥裝置，更特別的是關於一種包含導波管的微波乾燥裝置。
目前，於光電產業玻璃基板乾燥製程中，常見乾燥裝置包括風刀與熱風機。其中，多組風刀分別面對玻璃基板上、下表面設置，熱風機則將加熱後的乾燥空氣或氮氣吹向基板，將基板殘留水分吹乾。此方法除容易產生水痕外，風刀位置調校耗時，空氣的擾動亦不利於基板上落塵的控制。
或者，藉由烘箱加熱方式，將基板表面水分烘乾。此方法需要較長的生產線安裝烘箱和後段的冷卻機構，且耗電量較高。
微波係為頻率大約介於300MHz至300GHz之間的電磁波。藉由微波對於水分子的加熱選擇性，可加熱並乾燥工作件上的水分。然而，傳統之微波加熱裝置大多僅能以批量(batch)的方式來乾燥工作件，無法實現連續式的生產線，造成工作效率不佳。
本發明之一目的在於提供一種微波乾燥裝置，以改善傳統之乾燥裝置工作效率不佳的問題。
為達上述目的及其他目的，本發明提出一種微波乾燥裝置，包含：一微波發射單元；一微波照射單元，其係與該微波發射單元連接，包括：一導波管，其中，該導波管具有一管壁且具有由該管壁所圍繞之一照射空間，且該導波管之管壁上具有二個狹縫，且該二個狹縫係沿著與該微波照射單元之軸向方向實質上平行的方向延伸；一隔離單元，其係設置於該微波發射單元及該微波照射單元之間；以及一排氣單元，其係與該導波管連接。
於本發明之一實施例中，該等狹縫的寬度係為1~5mm(最大不超過5mm)。
於本發明之一實施例中，該導波管具有一矩形的橫截面。
於本發明之一實施例中，該微波乾燥裝置進一步包含：一微波監測單元，其係設置於該照射空間中或設置於該微波發射單元與該隔離單元之間。
於本發明之一實施例中，該微波乾燥裝置進一步包含：一微波吸收單元，其係與該微波照射單元連接；以及一熱能回收單元，其係與該微波吸收單元連接。
於本發明之一實施例中，該微波照射單元包括：複數個導波管，其係藉由至少一連接件彼此串聯，
其中，該等導波管各別具有一管壁且各別具有由該管壁所圍繞之一照射空間，以及該等導波管之管壁上各別具有二個狹縫。
於本發明之一實施例中，該複數個導波管係與該至少一連接件一體成形。
於本發明之一實施例中，該微波照射單元包括：複數個導波管，其係藉由一分配件彼此並聯，該分配件具有至少一分支部分，於每一分支部分係設置一功率分配單元，其中，該等導波管各別具有一管壁且各別具有由該管壁所圍繞之一照射空間，以及該等導波管之管壁上各別具有二個狹縫。
於本發明之一實施例中，該複數個導波管係與該分配件一體成形。
藉此，本發明提供了一種微波乾燥裝置，其可以連續的方式，利用微波對微波吸收體(例如：玻璃基板上的水)進行加熱，藉此乾燥一工作件，以符合製造者的需求。
此外，工作件上的水分因微波快速加熱而蒸發，不需經過工作件本身來傳導熱能，生產線長度可被盡可能地縮短，減少系統所佔的空間與製造成本。
此外，本發明所提供之微波乾燥裝置可回收製程產生的熱能，有效地提升能源的利用。
10‧‧‧微波乾燥裝置
11‧‧‧微波發射單元
12‧‧‧微波照射單元
13‧‧‧隔離單元
15‧‧‧排氣單元
121‧‧‧導波管
122‧‧‧管壁
123‧‧‧照射空間
124‧‧‧狹縫
20‧‧‧微波乾燥裝置
21‧‧‧微波發射單元
22‧‧‧微波照射單元
221‧‧‧導波管
222‧‧‧管壁
223‧‧‧照射空間
224‧‧‧狹縫
23‧‧‧隔離單元
24‧‧‧微波監測單元
25‧‧‧排氣單元
26‧‧‧微波吸收單元
27‧‧‧熱能回收單元
30‧‧‧微波乾燥裝置
31‧‧‧微波發射單元
32‧‧‧微波照射單元
321‧‧‧導波管
322‧‧‧管壁
323‧‧‧照射空間
324‧‧‧狹縫
325‧‧‧連接件
40‧‧‧微波乾燥裝置
41‧‧‧微波發射單元
42‧‧‧微波照射單元
421‧‧‧導波管
422‧‧‧管壁
423‧‧‧照射空間
424‧‧‧狹縫
425‧‧‧分配件
426‧‧‧分支部分
427‧‧‧功率分配單元
50‧‧‧工作件
51‧‧‧滾輪
〔圖1〕係為本發明實施例1之微波乾燥裝置的示意圖。
〔圖2〕係為本發明實施例1之微波乾燥裝置之工作狀態的側視圖。
〔圖3〕係為本發明實施例2之微波乾燥裝置的示意圖。
〔圖4〕係為本發明實施例3之微波乾燥裝置之工作狀態的上視圖。
〔圖5〕係為本發明實施例3之微波乾燥裝置之工作狀態的側視圖。
〔圖6〕係為本發明實施例4之微波乾燥裝置之工作狀態的上視圖。
〔圖7〕係為本發明實施例4之微波乾燥裝置之工作狀態的側視圖。
為充分瞭解本發明之目的、特徵及功效，茲藉由下述具體之實施例，並配合所附之圖式，對本發明做一詳細說明，說明如後：
實施例1
圖1係為本發明實施例1之微波乾燥裝置的示意圖。如圖1所示，實施例1之微波乾燥裝置10，包含：一微波發射單元11，用於發射一微波；一微波照射單元12，其係與該微波發射單元11連接，包括：一導波管121，用於引導該微波發射單元11所發射之微波，其中，該導波管121具有一管壁122且具有由該管壁122所圍繞之一照射空間123，且該導波管之管壁上具有二個狹縫124；一隔離單元13，其係設置於該微波發射單元11及該微波照射單元12之間；以及一排氣單元15，其係與該導波管121連接。
請進一步參照圖2，其係為本發明實施例1之微波乾燥裝置之工作狀態的側視圖。如圖2所示，於工作狀態中，一工作件50係透過該導波管121的管壁122上的二個狹縫124進出該照射空間123，以於該照射空間123中藉由微波乾燥該工作件50。
參照圖2，本實施例中係藉由複數個滾輪51來引導該工作件50進出該照射空間123。但本發明並不限於此，亦可使用任何習知之傳輸機構來引導該工作件，例如：亦可藉由一穿越該等狹縫之輸送帶來引導該工作件進出該照射空間。
實施例1中，該導波管121的橫截面係為矩形。但本發明並不限於此，亦可為圓形、多邊形或其他形狀。
實施例1中，該導波管121鄰近該微波發射單元11之一端開放，以接收由該微波發射單元11所發射之微波；而遠離該微波發射單元11之另一端封閉，以避免微波自末端洩漏。微波照射空間內形成以駐波形式為主的工作狀態。
實施例1之微波乾燥裝置中，該隔離單元的設置可防止該微波發射單元受到反射之微波的損害，藉此延長該微波發射單元的使用壽命。
實施例1之微波乾燥裝置中，該排氣單元可用於排除該導波管內部的水蒸氣，藉此可避免乾燥該工作件時所產生之水蒸氣在導波管內部過度累積，可進一步提升該微波乾燥裝置的乾燥效率。
由圖1及圖2可見，本發明之微波乾燥裝置10係直接於導波管121中的照射空間123乾燥工作件50，可有效地減少該微波乾燥裝置10所佔之空間。此外，二個狹縫124的設置，可使工作件50順利進出該照射空間123，同
時，亦可有效地避免微波洩漏至該導波管121之外。藉此，本發明之微波乾燥裝置，可應用於一連續式的生產線(例如：卷對卷(Roll to Roll)製程)中，可有效地提升生產線的工作效率。
舉例來說，可將本發明之微波乾燥裝置應用於顯示面板產業、觸控面板產業及太陽能模組產業的連續式的生產線中，藉由該微波乾燥裝置乾燥該生產線中待乾燥之玻璃基材。
在本發明之一實施方式中，該微波發射單元可包含：一電源供應器；一微波源；以及微波傳輸所需元件。
在本發明之一實施方式中，該隔離單元可包含：一隔離器。
在本發明之一實施方式中，該隔離單元可包含：一環形器；以及一終端負載。
本發明之微波乾燥裝置中，該微波發射單元所發射之微波的頻率及波長並未特別限制，本發明所屬技術領域中具有通常知識者可根據該導波管及狹縫之尺寸進行適當的調整。
考量下列因素，較佳地，當導波管的橫截面係為矩形時，該導波管的尺寸與該微波發射單元所發射之微波的頻率及波長之間可具有下列關係：較佳地，該導波管的尺寸，其必須大於某個最小橫截面，相對應的微波信號的波長才能發揮正常作用。相較於導波管的截面積，若該信號的波長太長(頻率太低)，則電磁場將無法有效地傳播。較佳地，導波管工作的最低頻率範圍係為其橫截面尺寸足以納入微波信號的一個最大波長。
當導波管的橫截面係為矩形，且該導波管的長度、寬度及高度分別為x、a及b時，特定模式的較低截止頻率(或較大截止波長)可由以下公式確定(長度x對截止頻率沒有影響)：
其中，a=導波管的寬度(公尺)
b=導波管的高度(公尺)
m=a方向半波長的變化數
n=b方向半波長的變化數
μ=真空中之電容率(8.854187817×10-12法拉/公尺)
ε=真空中之磁導率(4π×10-7N．A-2)
常用的標準型矩形導波管的內部橫截面在大多數情況下具有2：1的寬高比(市售之導波管WR-90不完全如此，還有其他許多例外)，或者說非常接近。矩形導波管橫截面尺寸決定此導波管傳導E-M波的頻率，導波管的尺寸越大，其工作頻率越低。
標準型矩形導波管以WR為起始代碼。以傳導模式TE1,0為例(即m=1,n=0)，WR284導波管的橫截面的尺寸為(7.214cm×3.404cm)，計算後其較低截止頻率為2.078GHz。一般矩形導波管的工作範圍在較低截止頻率的125%~190%之間；以WR284為例，其工作範圍即在2.60至3.95GHz之間。
原則上微波範圍內的所有頻率，即300兆赫(MHz)到大約100千兆赫(GHz)，皆可應用於本發明的微波乾燥裝置。微波頻率在選擇上的主要依據係為物理尺寸的限制、介質吸收的效率及相關元件的成本。據上，915MHz及2.45GHz(對水分子的蒸發效率較佳)等二個頻率，其不干擾通信，且為已被大量生產、應用(如：於家電中)的頻段。對應該二個頻率的微波發射元件的成本較低、品質穩定，因此，在本發明的微波乾燥裝置中使用這二個頻率的微波係為較佳、較經濟的選擇。
實施例2
圖3係為本發明實施例2之微波乾燥裝置的示意圖。如圖3所示，實施例2之微波乾燥裝置20，包含：一微波發射單元21，用於發射一微波；一微波照射單元22，其係與該微波發射單元21連接，包括：一導波管221，用於引導該微波發射單元21所發射之微波，其中，該導波管221具有一管壁222且具有由該管壁222所圍繞之一照射空間223，且該導波管之管壁上具有二個狹縫224；一隔離單元23，其係設置於該微波發射單元21及該微波照射單元22之間；以及一排氣單元25，其係與該導波管221連接。
實施例2之微波乾燥裝置20之上述元件係與實施例1相同，在此不再贅述。相較於實施例1，實施例2之微波乾燥裝置20進一步包含：一微波監測單元24，其係設置於該照射空間223中。
於本發明之一實施方式中，該微波監測單元可設置於該微波發射單元與該隔離單元之間及/或設置於該照射空間中遠離該微波發射單元一端靠近該微波吸收單元的位置。
實施例2之微波乾燥裝置中，該微波監測單元可用於監測微波強度，使用者可根據該微波監測單元的測量值來調整該微波發射單元的頻率及功率。或者，可透過一控制單元電性連接該微波監測單元及微波發射單元，該控制單元可根據該微波監測單元所提供的監測訊號，提供控制訊號來控制該微波發射單元的頻率及功率，藉此實現自動化控制。較佳地，可於該導波管的二端分別設置二個微波監測單元，同時監測該導波管的二端之微波強度，藉此提供更為詳盡的監測資訊作為調整該微波發射單元的頻率及功率的依據。
此外，相較於實施例1，實施例2之微波乾燥裝置20亦進一步包含：一微波吸收單元26，其係與該微波照射單元22連接；以及一熱能回收單元27，其係與該微波吸收單元26連接。微波照射空間以行波為主要工作狀態。
與實施例1不同的是，實施例2中，該導波管221遠離該微波發射單元21之一端開放，以將剩餘之微波能量傳導至該微波吸收單元26。
綜合實施例1及實施例2可了解，本發明之微波乾燥裝置中，若未進一步設置微波吸收單元，則導波管遠離該微波發射單元之一端封閉，以避免微波自末端洩漏；相對而言，若進一步設置微波吸收單元，則導波管遠離該微波發射單元之一端開放，以將剩餘之微波能量傳導至該微波吸收單元。亦即，本發明之微波乾燥裝置中，導波管遠離該微波發射單元之一端係屬封閉或開放，需視是否進一步設置微波吸收單元而定。
亦即，導波管遠離該微波發射單元之一端係為封閉或開放可視設計需要而定。
實施例2之微波乾燥裝置中，該微波吸收單元可用於吸收剩餘之微波能量，藉此進一步避免微波的洩漏。該微波吸收單元內部係包含具有良好的微波吸收能力的介質(例如：水)。
實施例2之微波乾燥裝置中，該熱能回收單元可用於將該微波吸收單元所吸收的能量以熱能的形式回收利用。舉例來說，當該微波吸收單元內部係藉由水來吸收剩餘之微波能量時，該微波吸收單元內部的水可被剩餘之微波能量加熱，此時，該熱能回收單元可將受加熱的水傳輸至該生產線的其他程序(例如：電鍍、蝕刻程序)的裝置中加以應用，藉此提升該生產線整體之能量應用效率。
本發明之微波乾燥裝置中，該微波發射單元所發射之微波的功率並未特別限制，本發明所屬技術領域中具有通常知識者可根據該工作件之材質及工作件所欲乾燥之程度進行適當的調整。舉下例說明之：
計算蒸發水所需能量的公式是先由水的比熱來計算；每公升的水加熱上升一個攝氏度，需要4.184千焦耳(kJ)的能量。以這個能量將水加熱到沸騰致100℃時，則另需要大約2600千焦耳的能量將一公升液態水轉變成蒸汽。所以，所需要的能量的計算可用一平方公尺面積，0.5mm厚度水分為例計算如下：水的總體積=100cm×100cm×0.05cm=500cm3=0.5公升
假設初始水溫為20℃，蒸發所需的總能量=4.184(kJ)×0.5×(100-20)+2600(kJ)×0.5=1467.36(kJ)
若需在1分鐘內完成乾燥，所需功率約為1467.36/60=24.456kJ/sec=24.456kW；考慮裝置的其他損耗，所需微波發射源功率約為30kW。
本發明之微波乾燥裝置中，二個狹縫的寬度並未特別限制，只要能使具有特定厚度的工作件順利進出該照射空間，同時，亦可有效地避免具有特定頻率的微波洩漏至該導波管之外即可。較佳地，該等狹縫的寬度係為1~5mm(最大不超過5mm)。
實施例3
圖4係為本發明實施例3之微波乾燥裝置之工作狀態的上視圖；以及圖5係為本發明實施例3之微波乾燥裝置之工作狀態的側視圖。如圖4及圖5所示，實施例3之微波乾燥裝置30，包含：一微波發射單元31，用於發射一微波；一微波照射單元32，其係與該微波發射單元31連接，包括：複數個導波管321，其係藉由至少一連接件325彼此串聯，用於引導該微波發射單元31所發射之微波，其中，該等導波管321各別具有一管壁322且各別具有由該管壁322所圍繞之一照射空間323，以及該等導波管321之管壁322上各別具有二個狹縫324，用於使一工作件50透過該等狹縫324依序進出該等導波管322之照射空間323，以於該等照射空間323中藉由微波乾燥該工作件50。
實施例3之微波乾燥裝置30之微波發射單元31係與實施例1相同，在此不再贅述。如圖4及圖5所示，相較於實施例1，實施例3之微波乾燥裝置30具有多個彼此串聯的導波管321，該等導波管321係藉由至少一連接件325彼此連通，藉此，可將該微波發射單元31所發射之微波依序藉由多個彼此串聯的導波管321傳導，以進一步提升該微波乾燥裝置30的乾燥效率。
實施例3中，串聯的導波管的數量並不特別限定，只要具有二個以上之導波管即可進一步提升該微波乾燥裝置的乾燥效率。
在實施例3之一較佳實施方式中，複數個導波管係與至少一連接件一體成形，藉此，可簡化該微波乾燥裝置的機構，且避免微波自連接處洩漏。
在實施例3之一較佳實施方式中，該具有串聯之導波管的微波乾燥裝置係進一步包含：如實施例2所述之隔離單元、微波監測單元以及排氣單元。
在實施例3之一較佳實施方式中，該具有串聯之導波管的微波乾燥裝置係進一步包含：微波吸收單元以及熱能回收單元，其中該微波吸收單元係與該微波照射單元中最末端(即，最遠離該微波發射單元)的導波管連接。
實施例4
圖6係為本發明實施例4之微波乾燥裝置之工作狀態的上視圖；以及圖7係為本發明實施例4之微波乾燥裝置之工作狀態的側視圖。如圖6及圖7所示，實施例4之微波乾燥裝置40，包含：一微波發射單元41，用於發射一微波；一微波照射單元42，其係與該微波發射單元41連接，包括：複數個導波管421，其係藉由一分配件425彼此並聯，用於引導該微波發射單元41所發射之微波，該分配件425具有至少一分支部分426，於每一分支部分426係設置一功率分配單元427，藉此將該微波發射單元41所發射之微波均勻分配至該等導波管421。其中，該等導波管421各別具有一管壁422且各別具有由該管壁422所圍繞之一照射空間423，以及該等導波管421之管壁422上各別具有二個狹縫424，用於使一工作件50透過該等狹縫424依序進出該等導波管422之照射空間423，以於該等照射空間423中藉由微波乾燥該工作件50。
實施例4之微波乾燥裝置40之微波發射單元41係與實施例1相同，在此不再贅述。如圖6及圖7所示，相較於實施例1，實施例4之微波乾燥裝置40具有多個彼此並連的導波管421，該等導波管421係藉由一分配件425彼此連通，藉此，可將該微波發射單元41所發射之微波分配至多個彼此並連的導波管421，以進一步提升該微波乾燥裝置40的乾燥效率。
實施例4中，並聯的導波管的數量並不特別限定，只要具有二個以上之導波管即可進一步提升該微波乾燥裝置的乾燥效率。
在實施例4之一較佳實施方式中，複數個導波管係與分配件一體成形，藉此，可簡化該微波乾燥裝置的機構，且避免微波自連接處洩漏。
在實施例4之一較佳實施方式中，該具有並聯之導波管的微波乾燥裝置係進一步包含：如實施例2所述之隔離單元、微波監測單元以及排氣單元。
在實施例4之一較佳實施方式中，該具有並聯之導波管的微波乾燥裝置係進一步包含：複數個微波吸收單元以及熱能回收單元，其中該等微波吸收單元係分別連接至各個導波管遠離該微波發射單元之一端。
本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此，本發明之保護範圍當以申請專利範圍所界定者為準。
Claims (9)
- 一種微波乾燥裝置，包含：一微波發射單元；一微波照射單元，其係與該微波發射單元連接，包括：一導波管，其中，該導波管具有一管壁且具有由該管壁所圍繞之一照射空間，且該導波管之管壁上具有二個狹縫，且該二個狹縫係沿著與該微波照射單元之軸向方向實質上平行的方向延伸；一隔離單元，其係設置於該微波發射單元及該微波照射單元之間；以及一排氣單元，其係與該導波管連接。
- 如請求項1所述之微波乾燥裝置，其中，該等狹縫的寬度係為1~5mm。
- 如請求項1所述之微波乾燥裝置，其中，該導波管具有一矩形的橫截面。
- 如請求項1所述之微波乾燥裝置，其中，進一步包含：一微波監測單元，其係設置於該照射空間中或設置於該微波發射單元與該隔離單元之間。
- 如請求項1所述之微波乾燥裝置，其中，進一步包含：一微波吸收單元，其係與該微波照射單元連接；以及一熱能回收單元，其係與該微波吸收單元連接。
- 如請求項1至請求項5中任一項所述之微波乾燥裝置，其中，該微波照射單元包括：複數個導波管，其係藉由至少一連接件彼此串聯，其中，該等導波管各別具有一管壁且各別具有由該管壁所圍繞之一照射空間，以及該等導波管之管壁上各別具有二個狹縫。
- 如請求項6所述之微波乾燥裝置，其中，該複數個導波管係與該至少一連接件一體成形。
- 如請求項1至請求項5中任一項所述之微波乾燥裝置，其中，該微波照射單元包括：複數個導波管，其係藉由一分配件彼此並聯，該分配件具有至少一分支部分，於每一分支部分係設置一功率分配單元，其中，該等導波管各別具有一管壁且各別具有由該管壁所圍繞之一照射空間，以及該等導波管之管壁上各別具有二個狹縫。
- 如請求項8所述之微波乾燥裝置，其中，該複數個導波管係與該分配件一體成形。
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