CN116026105B - 利用准行微波实现热处理的材料处理设备 - Google Patents

Abstract

本发明主要揭示一种利用准行微波的热处理设备，用以取代已知的具有共振腔的微波干燥装置，从而用于对纤维、丝、人造纤维、人造丝等线状物进行高效率、稳定、均匀的热处理。所述热处理设备包括：一主波导管、一微波挡板、一辅波导管、以及设置在该主波导管内的至少一微波吸收体。依据本发明的设计，一微波源输入一微波至该辅波导管与该主波导管，使该微波在该辅波导管与该主波导管行进从而成为一准行波。并且，一线状物可经由该辅波导管被置入该主波导管，从而该线状物的一第一部分位于该微波吸收体的空腔内，且该线状物的一第二部分则位于该辅波导管与该主波导管之中。在此情况下，除了该第一部分会自行吸收所述准行波而被加热以外，同时该微波吸收体吸收所述准行波而加热该第二部分。

Description

利用准行微波实现热处理的材料处理设备

技术领域

本发明是关于热处理设备的技术领域，尤指一种利用准行微波实现热处理的材料处理设备。

背景技术

已知，锅炉为一种非穿透式热处理设备，其包括一热源装置以及一材料容置装置。对材料进行热处理时，是由该热源装置透过蒸汽、高温水或有机热载体等媒介将热能量传递至位于该材料容置装置之中的材料。换句话说，在该热源装置产生热能量之后，热能量是依包含该材料容置装置和该传热介质的一热传递路径而被传递至该材料的表面，最终才被传递至该材料的中心。

实务经验指出，锅炉具有升温速度慢的缺点。因此，在开始执行热处理之前，必须先将锅炉预热至一目标温度，接着才将材料送进锅炉以开始进行热处理。另一方面，由于材料并非直接接受锅炉所产生的该热能量，因此，除了在执行热处理的过程中会产生可观的能量损耗之外，亦经常发生材料受热不均而导致产品良率受到影响的情况。

另一方面，微波指的是具有范围介于0.001米至0.1米的波长以及范围介于300MHz至300GHz的频率的电磁波。相较于红外线与远红外线，微波对于介质是展现出更好的穿透性。因此，在微波穿透介质的过程中，介质的分子受到微波能量的作用而高速震动，引起介质温度的升高，达到对于介质的加热效果。

目前，微波热处理设备(Microwave heat treatment apparatus)是采用一特定微波对一材料进行穿透式加热，从而完成该材料的热处理。相较于传统锅炉(即，非穿透式热处理设备)，微波热处理设备具升温速度快、处理时间短以及节省能源等优点。以微波炉(Microwave Oven)为例，其包括一微波产生器与一共振腔。微波炉运行时，该微波产生器是辐射一微波进入该共振腔内。由于该共振腔的内壁会反射微波，因此微波会在共振腔内形成驻波，其中驻波的波峰具有较高的加热效率，且振幅为0的波节处无法加热食材。基于这个物理现象，微波炉内部会放置用以带动食材旋转的转盘，从而让食材均匀受微波穿透加热。

进一步地，微波热处理技术还被应用于制作一微波干燥设备，从而被广泛地使用在各式工业制造之中。举例而言，中国台湾专利号I739132揭示一种线材制造装置，其包括：一吹制成型单元、一微波干燥单元、以及一裁切单元。其中，该吹制成型单元用以将一原物料吹制成型为一线材，且该线材接着被送入该微波干燥单元内进行微波干燥处理。更详细地说明，该微波干燥单元的共振腔内设有一移动平台，该移动平台在所述微波干燥处理的过程中携载该线材于共振腔内依一速度移动，使该线材能够均匀地被微波加热，从而将该线材所带有的水分予以干燥。

可惜的是，因缺少连续式物件传送单元(如：放料轮与收料轮)，中国台湾专利号I739132所揭示的微波干燥单元无法适用于对例如纤维、丝线等连续式物件进行连续式干燥处理。另一方面，为了提升干燥效率，已知技术通常令该微波干燥单元具有多微波源以辐射多个微波至该共振腔内，从而在该共振腔内形成多模态驻波。然而，实务经验指出，在没有使多个微波的波长和频率皆最佳化的情况下，实难以控制多模态驻波达成对于连续式物件的均匀加热及高效率干燥。

鉴于前述缘由，本案的发明人是极力加以研究发明，而终于研发完成一种利用准行微波实现热处理的材料处理设备。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种利用准行微波实现热处理的材料处理设备。特别地，本发明在一波导管内产生一准行波，接着利用驱动装置将一线状物送入该波导管，使该线状物吸收该准行波而被加热。此外，该波导管内还设有由吸波材料所制成的一微波吸收体，从而透过该微波吸收体发热进一步加热该线状物。依此设计，在该驱动装置的驱动下，该线状物依一传送速度通过该波导管，从而获得高效率、稳定、均匀的热处理。

为达成上述目的，本发明提出所述利用准行微波实现热处理的材料处理设备的一实施例，其包括：

一主波导管，具有一前开口与一后开口；

一微波挡板，连接且遮盖该后开口，且具有至少一出料孔；

一辅波导管，具有一第一段与一第二段，该第一段具有一第一开口用以连接一微波源的一波导管，该第二段具有对接该主波导管的该前开口的一第二开口，且该第一段和该第二段之间具有一弯折角；其中，该第一段之上还设有与该至少一出料孔同轴的至少一入料孔；以及

由一微波吸收材料所制成的至少一微波吸收体，位于该主波导管之内，且所述微波吸收体具有至少一空腔；

其中，利用一驱动装置可驱动至少一线状物移动而穿过该至少一入料孔，并接着进入该辅波导管和该主波导管之中，且该至少一线状物继续地移动以进入所述微波吸收体的该至少一空腔，最终该驱动装置驱动该至少一线状物移动从而透过该微波挡板的该至少一出料孔而离开该主波导管；

其中，该微波源透过该波导管将一微波输入该辅波导管与该主波导管，且该微波在该辅波导管与该主波导管内实质依一波前行进从而成为一准行波；

其中，该至少一线状物位于该主波导管与该辅波导管内的一第一部分是透过吸收所述准行波而被加热，且所述微波吸收体吸收所述准行波从而加热位于该至少一空腔内的该至少一线状物的一第二部分。

在一实施例中，该主波导管与该辅波导管皆为一矩形波导管、一圆形波导管或任意截面形状的波导管。

在一实施例中，该主波导管与该辅波导管是利用选自于由任意金属材料所制成。

在可行的实施例中，前述本发明的利用准行微波实现热处理的材料处理设备还包括：设置在该主波导管之内的至少一热绝缘块，使得该至少一微波吸收体设置在该至少一热绝缘块之上，从而与该主波导管的内壁热隔离。

在一实施例中，所述线状物为下列任一者：纤维、丝、人造纤维、或人造丝。

在一实施例中，所述热绝缘块的表面设有用以配合该微波吸收体底部的一凹槽。

在一实施例中，该主波导管的上表面是设有多个观察窗，且所述观察窗为一石英玻璃窗。

在一实施例中，该前开口与该第二开口分别设有一第一连接板与一第二连接板，从而利用组接该第一连接板和该第二连接板以使该前开口与该第二开口对接。

在一实施例中，该第一段还设有一垫块，且该至少一入料孔贯通该垫块与该第一段。

在一实施例中，该第一开口设有一第三连接板，从而利用组接该第三连接板和该波导管的一连接板以使该第一开口与该波导管的一开口对接。

附图说明

图1为本发明的一种利用准行微波实现热处理的材料处理设备的第一立体图；

图2为本发明的利用准行微波实现热处理的材料处理设备的分解图；

图3为本发明的利用准行微波实现热处理的材料处理设备的侧剖视图；

图4为本发明的一种利用准行微波实现热处理的材料处理设备的第二立体图；以及

图5为使用本发明的利用准行微波实现热处理的材料处理设备的一应用示图。

【符号说明】

1:材料处理设备

10:主波导管

101:观察窗

11:微波挡板

111:出料孔

12:辅波导管

121:第一段

1210:入料孔

1211:垫块

122:第二段

13:热绝缘块

14:微波吸收体

141:空腔

P1:第一连接板

P2:第二连接板

P3:第三连接板

2:线状物

3:驱动装置

131:凹槽

具体实施方式

为了能够更清楚地描述本发明所提出的一种利用准行微波实现热处理的材料处理设备，以下将配合附图，详尽说明本发明的较佳实施例。

请参阅图1，其显示本发明的一种利用准行微波实现热处理的材料处理设备的立体图。并且，图2显示本发明的利用准行微波实现热处理的材料处理设备的分解图，且图3显示本发明的利用准行微波实现热处理的材料处理设备的侧剖视图。依据本发明的设计，所述利用准行微波实现热处理的材料处理设备1(“下文简称材料处理设备1”)包括：一主波导管10、一微波挡板11、一辅波导管12、至少一微波吸收体14、以及至少一热绝缘块13。

如图1、图2与图3所示，该主波导管10具有一前开口与一后开口。值得注意的是，该微波挡板11具有至少一出料孔111。更详细地说明，该辅波导管12具有一第一段121与一第二段122，该第一段121具有一第一开口用以连接一微波源的一波导管，该第二段122具有对接该主波导管10的该前开口的一第二开口，且该第一段121和该第二段122之间具有一弯折角，且该微波挡板11连接且遮盖该后开口。如图1、图2与图3所示，该第一段121之上还设有与该至少一出料孔111同轴的至少一入料孔1210。

在一可行实施例中，该主波导管10与该辅波导管12皆由任意金属材质制成，且皆为一矩形波导管、一圆形波导管或任意截面形状的波导管。另一方面，所述热绝缘块13由一低导热系数的材料所制成，且其配置数量至少为1。举例而言，所述热绝缘块13可以由石棉、软木或锯屑制成，亦可由氧化镁制成。如图2与图3所示，所述热绝缘块13的表面设有用以配合该微波吸收体14底部的一凹槽131。因此，所述微波吸收体14设置在所述热绝缘块13之上，从而与该主波导管10的内壁热隔离。

在可行的实施例中，所述微波吸收体14由一吸波材料所制成，且其配置数量至少为1。依据定义，吸波材料为能将投射到表面的电磁波透过介质损耗及/或磁损耗转化为热能的一种功能材料。举例而言，碳化硅(SiC)、氮化硅(Si₃N₄)、SiC/Si₃N₄复合物等皆为耐高温的吸波材料。因此，本发明并不特别限定用以制成所述微波吸收体14的吸波材料的种类。如图2与图3所示，特别地，本发明令所述微波吸收体14具有至少一空腔141。依此设计，在其中，利用一驱动装置3(或放料装置)促使至少一线状物2移动而穿过该至少一入料孔1210，并接着进入该辅波导管12和该主波导管10之中。在使用该驱动装置3的情况下，该至少一线状物2是依一传送速度(或放料速度)移动，接着进入所述微波吸收体14的该至少一空腔141，且最终透过该微波挡板11的该至少一出料孔111而离开该主波导管10。

依据本发明的设计，一微波源透过一波导管将一微波输入该辅波导管12与该主波导管10，且该微波在该辅波导管12与该主波导管10内实质依一波前行进从而成为一准行波。因此，在该至少一线状物2是依所述传送速度移动的过程中，该至少一线状物2位于该主波导管10与该辅波导管12内的一第一部分是透过吸收所述准行波而被加热，且所述微波吸收体14吸收所述准行波从而加热位于该至少一空腔141内的该至少一线状物2的一第二部分。

由前述说明可知，即使待处理的线状物2的介电损耗力或磁损耗力不高，待所述线状物2移动至所述微波吸收体14的空腔141之内，所述微波吸收体14仍旧会吸收准行波从而加热所述线状物2。

不同于中国台湾专利号I739132使用微波对位于共振腔内的线材进行加热干燥处理，本发明是在该主波导管10内产生一准行波，接着利用该驱动装置3将一线状物2送入该主波导管10，使该线状物2吸收该准行波而被加热。此外，本发明还在该主波导管10内还设置由吸波材料所制成的一微波吸收体14，从而透过该微波吸收体14进一步加热该线状物。故而，在该驱动装置3的驱动下，该线状物2依一传送速度通过该主波导管10，且在通过该主波导管10的过程中实现对于该线状物2的高效率、稳定、均匀的热处理。因此，本发明的材料处理设备1可取代已知的微波干燥装置，从而用于对纤维、丝、人造纤维、人造丝等线状物进行高效率、稳定、均匀的热处理。

补充说明的是，已知的微波干燥装置通透过辐射多个微波至该共振腔内，从而在该共振腔内形成多模态驻波。然而，实务经验指出，在没有使多个微波的波长和频率皆最佳化的情况下，实难以控制多模态驻波达成对于线状物2的均匀加热及高效率干燥。相反地，依据本发明的设计，微波源透过波导管输入向该主波导管10与该辅波导管12输入一微波，从而在该主波导管10形成一准行波。因此，所述微波的模态可控，同时不会在该主波导管10生成难以调控参数的多模态驻波，免除了多个波源间的相位干扰的问题，

如图2与图3所示，该主波导管10的上表面是设有多个观察窗101，且所述观察窗101为一石英玻璃窗。另一方面，为了利于该主波导管10与该辅波导管12的组装，本发明还在该主波导管10的该前开口设有一第一连接板P1，并于该辅波导管12的该第二段122的该第二开口设有一第二连接板P2。依此设计，可利用例如螺丝等锁付件组接该第一连接板P1和该第二连接板P2以实现该主波导管10与该辅波导管12的组装，从而令该前开口与该第二开口对接。另一方面，为了利于该辅波导管12与该微波源的组装，本发明还在该第一段121的该第一开口设有一第三连接板P3。依此设计，可利用例如螺丝等锁付件组接该第三连接板P3和该微波源的该波导管的连接板以实现该辅波导管12与该微波源的组装。

进一步地，由图1、图2与图3可知，所述线状物2只能够透过该第一段121的入料孔1210进入该辅波导管12，且所述微波只能够经由该第一段121的该第一开口输入该辅波导管12。因此，为了所述利用准行微波实现热处理的材料处理设备1在一自动化产线上能够与一微波源以及一驱动装置3(或放料装置)完美配合，本发明特别令该辅波导管12的该第一段121与该第二段122之间具有一弯折角，且在该第一段121的一底面设置所述至少一入料孔1210。换句话说，在设有所述弯折角的情况下，该第一段121的该第一开口与所述入料孔1210不在同一轴线上。

图4为本发明的一种利用准行微波实现热处理的材料处理设备的第二立体图。在可行的实施例中，如图4所示，亦可使该第二段122与该第一段121之间具有所述弯折角，从而使该辅波导管12为一弯折波导管。值得注意的是，该第一段121的顶面与底面皆与一水平面平行，且该第二段122的顶面与底同样皆与所述水平面平行。换句话说，本发明仅要求该第二段122与该第一段121之间具有一弯折角，然而并不特别要求所述弯折波导管(即，该辅波导管12)的弯折方向或平面。

此外，本发明还在该第一段121的底面设有一垫块1211，且使该至少一入料孔1210贯通该垫块1211与该第一段121的底面。进一步地，图5显示使用本发明的一种利用准行微波实现热处理的材料处理设备的一应用示图。如图5所示，运用本发明的利用准行微波实现热处理的材料处理设备1对纤维、丝、人造纤维、人造丝等线状物2进行热处理之时，可以将多个所述材料处理设备1相互连接或堆叠，通过此方式提升热处理的产量。

如此，上述是已完整且清楚地说明本发明的一种利用准行微波实现热处理的材料处理设备。必须加以强调的是，上述的详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，但该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明技艺精神所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (10)

1.一种利用准行微波实现热处理的材料处理设备，其特征在于，包括：

一主波导管，具有一前开口与一后开口；

一微波挡板，连接且遮盖该后开口，且具有至少一出料孔；

一辅波导管，具有一第一段与一第二段，该第一段具有一第一开口用以连接一微波源的一波导管，该第二段具有对接该主波导管的该前开口的一第二开口，且该第一段和该第二段之间具有一弯折角；其中，该第一段之上还设有与该至少一出料孔同轴的至少一入料孔；以及

由一微波吸收材料所制成的至少一微波吸收体，位于该主波导管之内，且所述微波吸收体具有至少一空腔；

其中，利用一驱动装置可驱动至少一线状物移动而穿过该至少一入料孔，并接着进入该辅波导管和该主波导管之中，且该至少一线状物继续地移动以进入所述微波吸收体的该至少一空腔，最终该驱动装置驱动该至少一线状物移动从而透过该微波挡板的该至少一出料孔而离开该主波导管；

其中，该微波源透过该波导管将一微波输入该辅波导管与该主波导管，且该微波在该辅波导管与该主波导管内实质依一波前行进从而成为一准行波；

其中，该至少一线状物位于该主波导管与该辅波导管内的一第一部分是透过吸收所述准行波而被加热，且所述微波吸收体吸收所述准行波从而加热位于该至少一空腔内的该至少一线状物的一第二部分。

2.根据权利要求1所述的利用准行微波实现热处理的材料处理设备，其特征在于，该主波导管与该辅波导管皆为一矩形波导管、一圆形波导管或一具有任意截面形状的波导管。

3.根据权利要求1所述的利用准行微波实现热处理的材料处理设备，其特征在于，该主波导管与该辅波导管是由一金属材料制成。

4.根据权利要求1所述的利用准行微波实现热处理的材料处理设备，其特征在于，还包括设置在该主波导管之内的至少一热绝缘块，使得该至少一微波吸收体设置在该至少一热绝缘块之上，从而与该主波导管的内壁热隔离。

5.根据权利要求1所述的利用准行微波实现热处理的材料处理设备，其特征在于，所述线状物为下列任一者：纤维、丝、人造纤维、或人造丝。

6.根据权利要求4所述的利用准行微波实现热处理的材料处理设备，其特征在于，所述热绝缘块的表面设有用以配合该微波吸收体底部的一凹槽。

7.根据权利要求1所述的利用准行微波实现热处理的材料处理设备，其特征在于，该主波导管的上表面是设有多个观察窗，且所述观察窗为一石英玻璃窗。

8.根据权利要求1所述的利用准行微波实现热处理的材料处理设备，其特征在于，该前开口与该第二开口分别设有一第一连接板与一第二连接板，从而利用组接该第一连接板和该第二连接板以使该前开口与该第二开口对接。

9.根据权利要求1所述的利用准行微波实现热处理的材料处理设备，其特征在于，该第一段还设有一垫块，且该至少一入料孔贯通该垫块与该第一段。

10.根据权利要求1所述的利用准行微波实现热处理的材料处理设备，其特征在于，该第一开口设有一第三连接板，从而利用组接该第三连接板和该波导管的一连接板以使该第一开口与该波导管的一开口对接。