CN1163194A - 印刷机的微波加热装置 - Google Patents
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Abstract
一种加热印刷机(20)已印好的卷纸带(18)的加热装置，包括一个微波加热装置，它有一个用来加热印好的卷纸带(18)的腔；一个收集来自微波加热装置(10)和印刷机(20)的信息的装置(14)，和一个相应于收集的信号控制微波加热装置(10)和印刷机(20)的装置(14)。
Description
本发明涉及印刷机印刷的卷纸带的加热装置。
过去，用具有普通特点的加热装置来加热由印刷机印刷的卷纸带而使墨干燥。为了在印刷中固定加热凝固的墨，印好的卷纸带传送通过使用空气对流的热交换的干燥器。这一过程比较慢，需要长的隧道来提供热交换及清除溶剂需要的驻留时间。结果，提供热量的隧道成本高，能量的效率不高，必须用大量加热空气循环来加热卷纸带，及带走墨中的溶剂和水。另外，现有加热装置因为效率不高也要求在印刷间中占过量的空间。
在授与White的US3739130中公开了一种微波加热装置，但其对于印刷机要求的热固方法不适合。
加热卷纸带以便从加热凝固的墨中蒸发溶剂的微波腔必须成对使用。这是因为穿过卷纸带的功率密度随Cos2(n·Pi·X/L)变化，其中n是整数，X是沿着腔长度的位置，L是腔的长度。结果，必须用两个腔，其中一个腔偏移L/2n的距离，使腔中一个驻波图形的相位是相对于另一腔的Pi/2。当满足这条件时，穿过卷纸带的功率分布是定位〔〔Cos2(n·Pi·X/L)+Sin2(n·Pi·X/L)＝1〕。在调谐及匹配时的小的差异会导致穿过卷纸带能量不均匀。
本发明的一个主要特点是提供了一种改进的对印刷机印好的卷纸带进行加热的加热装置。
本发明的加热装置包括一个具有加热印好的卷纸带的微波腔的微波加热装置，从微波加热装置及印刷机收集信息的装置，和相应于收集的信息控制微波加热装置及印刷机的控制装置。
本发明的一个特点是微波加热装置的工作相应于印刷机的工作受到控制。
本发明的另一个特点是微波加热装置的功率按照印刷机的速度受到控制。
本发明的另一个特点是微波加热装置的工作与卷纸带通过加热装置后对卷纸带冷却的激冷器的工作协调。
本发明的再一个特点是在印刷机中卷纸带断带的情形或印刷机紧急停机情形下，微波加热装置可以立即停止工作。
本发明的又一个特点是在印刷机用的纸及墨的类型的信息可供送到微波干燥器的控制装置。
本发明的再一个特点是卷纸带的温度可由控制装置监控。
本发明的又一个特点是微波供应的功率可以按照纸带的温度、腔室中的相应湿度、腔室中溶剂的蒸汽量、或上述的任意组合来控制。
本发明的另一个特点是溶剂可由腔室中的控制装置监控。
本发明的再一个特点是在加热装置一个区的失效的指示可由控制装置供到印刷机，印刷机的速度可相应微波加热装置的状态而降低。另外，这时，其它区供应的能量(热量)可增加，或者一个非激活区(保留区)激活，而其它区的功率重调到保持理想的加热曲线。
本发明的一个特点是，当准备接受印好的卷纸带时控制装置通知印刷机，并且使印刷机知道卷纸带上的油墨正在被适当地加热凝固。
本发明的又一个特点是气流可朝卷纸带喷，以便渗入邻近卷纸带表面的气体的边界层。
本发明的另一个特点是气流可由控制装置控制。
本发明的再一个特点是空气可由气体或电预热。
本发明的又一个特点是微波加热装置具有多个加热区，控制装置控制各区中装置的操作。
本发明的另一特点是本发明的微波加热装置是普通加热器长度的1/4或更短，与现有技术加热装置相比在印刷房中占的空间更少。
本发明的再一个特点是在装置中的腔提供均匀能量穿过印刷的卷纸带。
通过下面参照附图对本发明实施例的说明及权利要求书会更加清楚本发明的上述及其它目的、特点，附图中：
图1是本发明的微波加热装置的示意图；
图2是图1的微波加热装置中的多个成对加热区的剖面图；
图3是本发明另一实施例的加热装置中，可产生穿过通过微波腔的卷纸带的均匀电场的圆柱形微波腔的剖面图；
图4是本发明另一实施例的可产生穿过通过微波腔的卷纸带的均匀电场的微波腔的示意图。
下面参见图1，一个微波加热装置10，具有多个高频加热电极或加热区12以便加热从印刷机20传来的已印刷卷纸带18上的油墨。加热区被包括计算机在内的主控制单元14单独控制。如所示，加热装置10具有一个被计算机14控制的电源单元16，各电源单元16与各加热12相配。
加热区12的数目取决于加热过程、印刷速度及微波频率要求的能量。工业加热的典型的微波频率是915和2450MHz作为实例，在2450MHz，最大功率输出是每动力站15kw，而在915MHz，最大功率输出是每动力站60-75kw。因此，对2450MHz，可能有10-20区；而对915MHz，可能只有3-4区。如果要求，在一个高频加热电极12中的单个腔或腔室30可从印刷机20印刷的一卷纸带18的任一侧供以能量以保证对宽的卷纸带18均匀加热。
当2450MHz选作微波频率时该装置的另一个实例是由微波发生器对各共振腔供以能量。在这种情况下，微波源将产生2-3kw功率。在这种情况下，要用大量的热源来产生要求的功率。但是，在某些应用中，这种方法比把能量沿多个工站分配有更经济及实用的优点。
计算机14收集信息及监控单个加热区12，印刷机20，及激冷器22，该激冷器22用来在油墨已在微波加热装置10中加热后冷却卷纸带18。依次，计算机14控制加热区12，印刷机20及激冷器22，并且计算机14监控在激冷器22中的温度传感器23(如由Luxtron公司售的光纤温度传感器)。由印刷机20提供给计算机14的信息包括纸的类型、墨的类型，复在卷纸带上的墨量，印刷速度，紧急停车状态和传感到的断带。在紧急停车或断带的情况下，计算机14立即阻止功率传到电源单元16以便立即停止加热装置10中的加热。与以前的加热装置不同，功率可加到加热装置10上立即开始加热卷纸带18，也可移去加热装置10上的功率而阻止会损害墨或燃烧或烧焦纸。
计算机14依次把信息供给印刷机20通过印刷机20微波干燥器可接收纸，纸上的墨已合适地加热凝固的时刻，在电源单元16或加热区12的任一中的失效状态。单个微波单元12受计算机14基于要求的加热凝固曲线进行控制。另外，一个电源单元16的故障会引起计算机14在不停止印刷机的情况下重分配干燥负载，或者在需要时，可改变印刷速度使得在修理一些单元时能保持合适的干燥。由于电源单元16实质上是独立的，可在印刷机20仍然工作中进行多种修理。
参见图2，装置10设有多个邻近卷纸带18的温度传感器24(例如Luxtron公司的光纤型790，或Nortech公司的NQEM1-TS件)，而沿着卷纸带18的轨迹，设有一流出溶剂传感器26(如美国伊利诸斯州，温特加市的Figaro公司的TGS822，823型)和水蒸汽传感器28(如Panametrics公司的TF及M系列)。与计算机14用来对装置10作合适控制的其它传感器一起，还对各区12的微波功率监控以便进行合适控制。由计算机14对各加热区12的主要控制作用是空气流量，空气温度及微波功率。
微波加热区或高频电极12的一个实例示于图2。各区12可以有任意对数的微波腔20，图2中的实例示出了两对腔30。各对腔设置成使得在一个腔中的最大电场精确地沿着卷纸带的方向，而另一个为最小。如果各对腔中的腔与电源谐振，它们调谐成同样的，经过卷纸带的功率分布是显示与Sin2(2n·Pi、y/w)成正比的功率分布的半周期的整数，其中y是卷纸带位置，L是腔的长度，n是沿着腔的长度的波长数。为了达到加热分布均匀，一个腔与另一个偏移相应于Pi/2的移相的距离。在图2中，在各对腔之间的电场强度以及由此微波功率密度的差由在卷纸带各侧的短和长的箭头指出。于是，在两个腔上，由移动的卷纸带接收的能量正比于Sin2(2n·Pi、Y/L)+Cos2(2n·Pi、Y/L)＝1。因此，在卷纸带上的各位置接收等量的能量，所接收的能量的形状与卷纸带18的形状一致。
各区12的微波能量由电源供给，而电源又依次受控制单元14基于编程信息及设在印刷机20，微波发生器，及加热区12上的传感器进行控制。温度是最关键的测量，因为它对印刷质量，纸涂层及纸质量有直接影响。光纤温度传感器24可放入穿过分开腔或腔室30的壁32的孔34中。这些传感器24应放成使得可测出最大或最小温度，并把加热器10的工作保持在合适的范围。
在所示的加热区12中，空气被强制通过微波腔30之间的壁38中的槽36，并通过腔30的顶壁40和底壁42中的开口48逸出。空气中的溶剂可以合适的方式收集，可以燃烧或收集起来及保留在以后处理。当卷纸带18通过腔30时，靠近卷纸带18的溶剂及水蒸汽的边界层被卷纸带通过的间隙44切断。对2450MHz的微波能量言，间隙44可以为1/8″至1/4″，而对于915MHz的微波能量，间隙可以大一点。该切断作用造成紊流，便于除去蒸发的溶剂。为保证除去溶剂，用通过管道46的干的预热空气来沿着卷纸带18渗入边界层。该过剩的空气会使在微波腔30内的膨胀区中产生附加的紊流，使蒸汽从系统中清除。另外，空气支承着卷纸带，防止湿的墨与槽附近的金属接触。溶剂传感器26及水蒸汽传感器28可放在如图所示的邻近顶壁40的孔48的关键位置，以便测定加热时从墨中释放出的溶剂量及水蒸汽量。除去的溶剂及水蒸汽量与温度、功率、气流及驻留时间有关，其中温度主要取决于功率及纸卷带18的速度。
因此，按照本发明，从印刷机20传来的已印好的纸卷带18上的墨在微波加热装置10中加热，以便干燥纸卷带18上的墨。控制单元14使印刷机20及加热装置10的工作协调。另外，控制单元14使微波加热装置10和激冷器22之间的操作协调以便在通过微波加热装置10后，冷却卷纸带18及墨。按照本发明的微波加热装置10比现有技术的普通加热装置有效的多，并且明显地减少了印刷间要求的地面空间。
在本发明的一个改型中，加热卷纸带以从加热凝固的墨中蒸发出溶剂的微波腔必须成对使用。这要求是因为穿过卷纸带的功率密度随Cos2(n·Pi·Y/L)变化，其中n是整数，X是延着腔的长度的位置，L是腔的长度。结果，必须用两个腔，其中一个腔偏移L/2n的距离使腔中一个驻波图形的相位是相对于另一腔的Pi/2。当满足这条件时，穿过卷纸带的功率分布是定值〔Cos2(n·Pi·Y/L)+Sin2(n·Pi·Y/L)＝1〕。在调谐及匹配时的小的差异会导致穿过卷纸带能量不均匀。对这问题的解决方案是按照图3-4所示本发明另一实施例设计一个能提供穿过卷纸带均匀能量的腔。
在本发明另一个改型中，使用能产生穿过卷纸带的均匀电场的腔。只有两种腔的模式能满足这条件。其中一个是如图3的标为TM0m0的模式的圆柱形腔，另一个是如图4所示的标为TE10n模式的矩形腔，其中n是整数。这些模式名称是标准的微波惯例。图3示出用于微波加热装置的圆柱形TMDID型腔的横截面。调谐柱是沿着腔的全长度的，气体的进出口也可以沿腔的全长度分布，以确保从卷纸带的腔完全排出溶剂。图4示出TE10n型的腔用于在穿过该腔的卷纸带上产生均匀的电场。
如图3所示，TMOMO模式的腔60是圆柱形的。TM代表具有与其轴线横交的磁场的腔，下标l、m及n分别代表电场的半波长，分别为周长，半径及长度。在这一情况下，电场沿平行轴线方向是恒定的，而沿径向为零。因此穿过腔的圆柱部分的卷纸带18将受到与卷纸带18移动方向 垂直的固定电场。如果在腔中的Q因子(功率储存)比较大(例如Q＞100)，这意味着在100个周期后，电磁波将减小到其原始强度的1/e，那么卷纸带18在通过腔时将被均匀加热。由于该模式是一个稳定的模式，很容易通过在腔30的任一端的孔，或通过圆柱体的孔引进。
图3示出了可构成卷纸带干燥系统的一系列腔的横截面。应有被加热气体的进出口，以支承卷纸带、清除溶剂及对蒸汽及溶剂成分取样。这些特点在对矩形TElon模式的腔说明时已预先说明。但是，Tomo模式的腔的谐振频率不能通过改变腔的轴向长度改变。而是，需要通过沿着腔轴线的槽插入金属导体52或特氟隆电解质做一些调谐的调整。它们对于卷纸带18是对称的。
如图4所示，TElon模式是矩形的。TE代表具有与其长度横交的磁场的腔，在该情形下，图4中长度L不是腔的最长方向。尺寸a(x方向)，b(y方向)和L(z方向)，它们分别代表磁场半波长的一，零及整数倍n。在该腔62中，加热卷纸带18需要的电场，沿着图3中所示的y方向是恒定的，在腔中心达到最大值，在各壁降为零(沿x，z方向的半波长)。结果，沿着a′-o′方向通过腔的纸经受沿其宽度均匀的电场，只要腔的Q大于100，卷纸带能被均匀加热。由于该模式不是一个稳定的模式，必须加入一些感应到腔中以防止腔中的电场定向在另外的方向。为达到这一点，在腔62中插入金属棒54，如图4所示。这些金属棒54感应与电场平行的电流，依次它又产生与电场垂直的磁场，来稳定该几何形状。把功率耦合到腔62中要求在腔壁上有一孔56，如所示。
如上所述，可有多种空气进口及出口。这些形状可以与上述图中类似的。在该方面，没有方法来调整频率使腔与微波源谐振。结果，可用上述的在图3中圆柱腔示出的类似的调谐元件。
上述说明只是为了更加了解清楚而已，不是用作本发明的限定，对于本专业的技术人员很清楚地可作出各种改型。
Claims (9)
1.一种用于加热印刷机已印好的卷纸带的装置，包括：
一个微波加热装置，具有一个用来加热卷纸带的腔；
在加热卷纸带时把卷纸带传送通过腔的装置；
把高速气流传送到对着卷纸带以支承卷纸带及渗入由移动的卷纸带造成的边界层中的装置。
2.一种用于加热印刷机已印好的卷纸带的装置，包括：
一个微波加热装置，具有一个用来加热卷纸带的腔；
收集来自印刷机的信息的装置；
用于控制微波加热装置的装置；和
把收集到的来自印刷机的信息提供给控制微波加热装置的控制装置的装置。
3.一种用于加热印刷机已印好的卷纸带的装置，包括：
一个微波加热装置，具有一个用来加热卷纸带的腔；
用于监控用于微波加热装置操作的信息的装置；和
相应监控信息控制微波加热装置的控制装置。
4.一种用于加热印刷机已印好的卷纸带的装置，包括：
一个微波加热装置，具有一个用来加热卷纸带的腔；
相应卷纸带的加热除去墨中放出的溶剂的装置。
5.一种用于加热印刷机已印好的卷纸带的装置，包括：
一个微波加热装置，具有一个用来加热卷纸带的腔；
收集从微波加热装置的信息的装置；
控制印刷机的装置；和
把来自微波加热装置的控制信息提供给控制装置的装置。
6.一种用于加热印刷机已印好的卷纸带的装置，包括：
一个微波加热装置，具有一个用来加热卷纸带的腔；
收集来自微波加热装置或印刷机的信息的装置；和
相应控制信息控制微波加热装置或印刷机的控制装置。
7.一种用于加热印刷机已印好的卷纸带的装置，包括：
一个微波加热装置，具有多个用来加热区，和；
控制各加热区中功率的装置。
8.一种用于加热印刷机已印好的卷纸带的装置，包括：
一个微波加热装置，具有一个用来加热卷纸带的腔；
一个用来冷却经加热的卷纸带的激冷器；和
控制激冷器及供给微波加热装置的功率之间的平衡的装置。
9.一种用于加热印刷机已印好的卷纸带的装置，包括：
一个微波加热装置，具有一个用来加热卷纸带的腔；
在加热卷纸带时把卷纸带传送通过腔的装置；和
把微波炉的均匀能量提供穿过卷纸带的装置。
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