專利名稱：用于選擇性電磁干燥陶瓷成型混合物的方法和施加器的制作方法
用于選擇性電磁干燥陶瓷成型混合物的方法和施加器 相關(guān)申請
本申請要求2007年3月30日提交的題為"用于選擇性電磁干燥陶瓷成型 混合物的方法和施加器(Method and Applicator for Selective Electromagnetic Drying of Ceramic Forming Mixture)"的美國臨時(shí)申請第60/921,215號的權(quán)益。
領(lǐng)域
本發(fā)明涉及包括陶瓷成型混合物的物品，并且更具體地說，涉及包含無機(jī) 陶瓷成型混合物的物品的選擇性電磁干燥(selective electromagnetic drying)。
背景
橫剖面孔道密度為每平方厘米約十分之一至一百個(gè)孔道或更多的蜂窩體 結(jié)構(gòu)具有很多應(yīng)用，包括用作固體顆粒過濾器主體和固定熱交換器。這些應(yīng)用 要求通過歧管裝置或類似方法密封或堵塞該結(jié)構(gòu)的所選孔道相應(yīng)端的一端或 兩端。在此，使用術(shù)語"密封的(sealed)"以及其他相應(yīng)的語法形式，即密封 劑、密封等來指封閉孔道的敞開的橫剖面區(qū)域的多孔和非多孔方法。
對這種過濾器和熱交換器的量產(chǎn)而言，能盡快地并盡可能廉價(jià)地密封所選 的孔通道末端是非常有利的。密封這些所選的孔道包括以下步驟將堵塞材料 (plugging material)嵌入所選孔通道的開口端內(nèi)，并且隨后干燥堵塞的過濾器 (plugged filter)。先前的干燥方法包括電磁(EM)干燥(如，使用微波)， 以及常規(guī)的熱空氣干燥。熱空氣干燥包括在干燥箱內(nèi)干燥高孔隙率制品，例如 生坯的制品，堵塞所選孔通道的開口端，并再次干燥堵塞的制品。該方法也可 實(shí)施于燒結(jié)的制品。
該熱空氣千燥方法經(jīng)常導(dǎo)致通道壁內(nèi)的裂紋和應(yīng)力斷裂，并且過濾器主體 結(jié)構(gòu)完整性降低。此外，這些先有技術(shù)相對昂貴并且費(fèi)時(shí)(time-intensive)。
7再者，現(xiàn)有的微波干燥器通常設(shè)計(jì)成向陶瓷結(jié)構(gòu)施加均勻的微波功率。當(dāng)其加 熱濕的堵塞末端時(shí)，其也加熱制品業(yè)已干燥的或燒結(jié)的區(qū)域。這是效率差的， 并且也趨向于使制品過熱，這可導(dǎo)致結(jié)構(gòu)損壞。
概述
本發(fā)明涉及物品的選擇性電磁干燥，所述物品至少部分地包括無機(jī)陶瓷成 型混合物，此處稱為"未完成的陶瓷制品"或簡單地稱為"制品"。該物品包括具 有軸向變化的質(zhì)量的整料。在一些實(shí)施方式中，整料是蜂窩結(jié)構(gòu)，并且蜂窩結(jié) 構(gòu)由無機(jī)陶瓷成型混合物組成，或由陶瓷組成，或由這兩者組成，并且在這些 實(shí)施方式中的一些中，蜂窩結(jié)構(gòu)由無機(jī)陶瓷成型混合物堵塞。在一些實(shí)施方式 中，蜂窩結(jié)構(gòu)由無機(jī)陶瓷成型混合物堵塞，并且蜂窩結(jié)構(gòu)是無機(jī)陶瓷成型配合
料混合物的擠出整料(extruded monolith)。在其他實(shí)施方式中，蜂窩結(jié)構(gòu)由 無機(jī)陶瓷成型混合物堵塞，并且蜂窩結(jié)構(gòu)是燒結(jié)的陶瓷整料。例如，此處公開 的方法和施加器(applicator)提供用于擠出型物品的堵塞區(qū)的改善的電磁干燥， 所述物品是例如用于柴油發(fā)動機(jī)的陶瓷蜂窩微粒收集器，以減少干燥循環(huán)時(shí) 間，并且避免損壞其結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的一個(gè)方面是干燥未完成的陶瓷制品的方法，所述陶瓷制品包括蜂 窩結(jié)構(gòu)，該蜂窩結(jié)構(gòu)具有縱軸線和沿其軸向延伸的多個(gè)孔通道，其中每個(gè)孔通 道具有相反的第一通道末端和第二通道末端。該方法包括將堵塞物材料嵌入第 一通道末端和第二通道末端的至少一個(gè)子集的步驟，以形成多個(gè)堵塞物，這些 堵塞物分別構(gòu)成圍繞中心非堵塞區(qū)的第一和第二堵塞。該方法還包括使堵塞末 端比中心非堵塞區(qū)受到更多的電磁輻射，使得由堵塞末端中的任意一個(gè)所消耗 的電磁輻射多于由中心非堵塞區(qū)所消耗的電磁輻射。
本發(fā)明的另一方面是用于電磁干燥包括蜂窩結(jié)構(gòu)的至少一個(gè)未完成的陶 瓷制品的可配置的施加器系統(tǒng)(configurable applicator system)，所述蜂窩結(jié) 構(gòu)具有縱軸線、堵塞區(qū)以及非堵塞區(qū)。該系統(tǒng)包括具有一內(nèi)部的干燥箱，該內(nèi) 部適合于容納至少一個(gè)未完成的陶瓷制品。輸送裝置穿過干燥箱內(nèi)部，并且適 合于沿著輸送路徑將未完成的陶瓷制品輸送穿過箱內(nèi)部。在示例性實(shí)施方式 中，輸送路徑基本上垂直于所輸送制品的縱軸線。該系統(tǒng)包括相對于輸送路徑設(shè)置的多個(gè)可配置的電磁輻射源?？膳渲玫碾姶挪ㄔ纯杀灰瞥?，以避免從其發(fā) 射電磁輻射。因此，可配置的電磁波源可被配置成選擇性地使堵塞區(qū)比中心非 堵塞區(qū)受到更多的電磁輻射，使得堵塞區(qū)中的任意一個(gè)比非堵塞區(qū)消耗更多電 磁能。
本發(fā)明的另一方面是用于干燥包括蜂窩結(jié)構(gòu)的至少一個(gè)未完成的陶瓷制 品的方法，所述蜂窩結(jié)構(gòu)具有縱軸線、堵塞末端以及中心非堵塞區(qū)。該方法包 括提供具有內(nèi)部的干燥箱和穿過內(nèi)部的輸送路徑。該箱具有與其相關(guān)聯(lián)的、相 對于輸送路徑設(shè)置的多個(gè)可配置的電磁輻射源?？膳渲玫碾姶挪ㄔ粗械拿恳粋€(gè) 都能被移除，以防止發(fā)射電磁輻射。該方法還包括當(dāng)沿著輸送路徑輸送每個(gè)未 完成的陶瓷制品時(shí)，選擇性地使制品在堵塞末端處比在中心非堵塞區(qū)受到更多 電磁輻射的步驟，以便導(dǎo)致由堵塞末端中的任意一個(gè)所消耗的電磁輻射量多于 由非堵塞區(qū)所消耗的電磁輻射量。
本發(fā)明的另一方面是用于電磁干燥未完成的陶瓷制品的可配置的施加器 系統(tǒng)，每個(gè)未完成的陶瓷制品具有縱軸線、與堵塞區(qū)相關(guān)聯(lián)的末端以及中心非 堵塞區(qū)。該系統(tǒng)包括具有一內(nèi)部的千燥箱，該內(nèi)部適合于容納至少一個(gè)未完成 的陶瓷制品。輸送裝置設(shè)置成穿過干燥箱內(nèi)部，并且適合于使制品沿著輸送路 徑輸送穿過箱的內(nèi)部。多個(gè)可配置的電磁輻射源沿著輸送路徑設(shè)置，并設(shè)置在 輸送路徑之上，其中每個(gè)可配置的電磁輻射源能夠被移除，以防止發(fā)射電磁輻 射?？膳渲玫碾姶泡椛湓丛试S根據(jù)輸送路徑位置來選擇性地變更沿著每個(gè)制品 的縱軸線由每個(gè)制品所消耗的電磁輻射量。
通過參考下面所寫的說明書、權(quán)利要求書以及附圖，本領(lǐng)域技術(shù)人員將進(jìn) 一步理解和領(lǐng)會本發(fā)明的這些和其他優(yōu)點(diǎn)。
附圖簡要描述


圖1是適合用作過濾器主體的擠出蜂窩結(jié)構(gòu)的透視圖，該蜂窩結(jié)構(gòu)包括具 有多個(gè)末端開口的孔通道的第一末端；
圖2是蜂窩結(jié)構(gòu)的透視圖，其中孔通道的第一子集是堵塞的，而孔通道的 第二子集是末端開口的；
9圖3是包括第二末端的蜂窩結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖，其中孔通道的第一子集是末端 開口的，而孔通道的第二子集是堵塞的；
圖4是用于使用本發(fā)明的系統(tǒng)和方法來形成由待干燥的堵塞蜂窩結(jié)構(gòu)組 成的未完成的陶瓷制品的單燒結(jié)(single-fire)或雙燒結(jié)(dual-fire)過程的流 程圖5A是生坯的蜂窩結(jié)構(gòu)、頂板和底板的截面?zhèn)纫晥D，其中頂板位于開始
位置；
圖5B是生坯蜂窩結(jié)構(gòu)、頂板和底板的截面?zhèn)纫晥D，其中堵塞物材料被插 入到孔通道的第二子集中；
圖6是圖5B區(qū)域IV的放大的截面?zhèn)纫晥D7是總的電磁功率損耗(ID) vs.制品軸向長度的曲線圖，示出根據(jù)本 發(fā)明的非均勻ID的性質(zhì)，其中由堵塞末端消耗的電磁能多于由中心非堵塞區(qū) 所消耗的電磁能；
圖8是示出本發(fā)明的影響的示例性實(shí)施方式的示意圖，其中堵塞末端比中 心非堵塞區(qū)輻照到更多量的電磁輻射；
圖9是根據(jù)本發(fā)明的可配置的施加器的示例性實(shí)施方式的示意性俯視圖10是圖9施加器的側(cè)視圖，示出制品被輸送穿過干燥箱的內(nèi)部；
圖11是圖9施加器的端視圖12是輸入波導(dǎo)(feedwaveguide)的波導(dǎo)部分的近距示意圖，示出相對 于位于箱內(nèi)部的下面的制品的可配置的狹槽(configurable slot);
圖13是基于品質(zhì)因數(shù)計(jì)算設(shè)置可配置的施加器系統(tǒng)的方法的示例性實(shí)施 方式的流程圖，以實(shí)現(xiàn)在其中處理的制品的有效干燥；
圖14是計(jì)算圖13流程圖中的品質(zhì)因數(shù)FM的示例性實(shí)施方式的流程圖15是使用品質(zhì)因數(shù)計(jì)算的方法的示例性實(shí)施方式的流程圖，其用于設(shè) 置可配置的施加器來干燥具有不同基體-堵塞物材料組合(matrix-plug material combination)的制品；圖16是對于第一制品基體-堵塞物材料組合的四種不同的狹槽配置(slot configuration)的總的功率損耗(ID)隨軸向制品長度(英寸)變化的計(jì)算機(jī) 模擬圖；圖17是總的功率損耗隨干燥箱中的縱向位置變化的計(jì)算機(jī)模擬圖，示出 對于第一基體-堵塞物組合的四個(gè)不同的狹槽配置行進(jìn)通過干燥箱內(nèi)部的制品 的軸向功率損耗分布，并且示出對于不同的狹槽配置，在每個(gè)制品的軸向方向 所消耗的電磁輻射量如何隨制品縱向位置變化；圖18和圖19與圖16和圖17相同，但用于第二基體-堵塞物組合；以及圖20是三個(gè)不同的基體-堵塞物組合的品質(zhì)因數(shù)(FM)vs.狹槽配置的計(jì)算 機(jī)模擬圖，示出用于干燥不同類型制品的具有對應(yīng)于最有效的配置的品質(zhì)因數(shù) Fm的具體的狹槽配置的例子。詳述為了此處說明書描述的目的，術(shù)語"上"、"下"、"右"、"左"、"后"、"前"、 "豎直"、"水平"及其衍生詞應(yīng)如圖1中所定向的與本發(fā)明相關(guān)聯(lián)。然而，應(yīng)理 解，本發(fā)明可采取各種其它的取向和步驟順序，除非明確地有相反的說明。也 應(yīng)理解，附圖中示出的和以下說明書中所描述的具體的裝置和工藝是所附權(quán)利 要求所界定的本發(fā)明概念的示例性實(shí)施方式。因此，除非權(quán)利要求另外明白地 陳述，否則涉及此處公開的實(shí)施方式的具體尺寸和其他物理特性不應(yīng)認(rèn)為是限 制性的。圖1示出固體顆粒過濾器主體("過濾器")形式的制品10，其可利用具 有界定軸向方向的縱軸線Al和軸向長度L的蜂窩結(jié)構(gòu)12來制造。蜂窩結(jié)構(gòu) 12主要由被外壁15包圍的交叉的、薄的、多孔壁14的基體組成，外壁15在 所示實(shí)施例中設(shè)置有圓形截面構(gòu)型。因此，蜂窩結(jié)構(gòu)12也稱為"基體"。壁14 延伸穿過第一末端面18和相反的第二末端面20，并且在第一末端面18和相反 的第二末端面20之間延伸，并且形成大量毗鄰的中空通路或孔通道22，所述 通路或孔通道22也在制品10的末端面18、 20之間延伸，并且在制品10的末 端面18、 20處開口。因此，每個(gè)孔通道22在末端面18處具有第一通道末端23A以及在末端面20處具有第二通道末端23B。為了形成制品IO的一些實(shí)施方式(圖2和圖3)，每個(gè)孔通道22的一個(gè) 通道末端23A或23B被密封，其中通道孔道22的第一子集24在第一末端面 20的通道末端23A處被密封，并且通道孔道22的第二子集26在制品10的第 二末端面18的通道末端23B處被密封。在一些實(shí)施方式中，末端面18、 20中 的任意一個(gè)可用作所得到的過濾器的入口面。優(yōu)選地，用來密封("堵塞")通 道末端23A和24A的材料包括例如由無機(jī)粉末、水和有機(jī)物組成的陶瓷成型 糊料(ceramic-forming paste)。在一些實(shí)施方式中，制品中的堵塞物材料可構(gòu) 成整個(gè)結(jié)構(gòu)體積的約5%。干燥并燒結(jié)蜂窩結(jié)構(gòu)12和堵塞物材料來得到過濾器。在過濾器的操作中，污染流體(液體或氣體)在壓力下被帶到入口面，并 且通過那些在入口面處具有開口端的孔道進(jìn)入過濾器。因?yàn)檫@些孔道在相反的 末端面，即主體的出口面處是密封的，所以污染流體被強(qiáng)制穿過薄的多孔壁14， 進(jìn)入在入口面密封而在出口面敞開的毗鄰的孔道中。流體中的過大而不能穿過 壁中的多孔開口的固體顆粒污染物被留下，而凈化的流體穿過出口孔道離開， 并可隨時(shí)使用。形成制品在--些實(shí)施方式中，本發(fā)明的干燥過程可結(jié)合到一整體過程(overall process)中，該整體過程包括將濕的，優(yōu)選為水基陶瓷成型前體混合物 (aqueous-based ceramic-forming precursor mixture)擠出(步驟30， 圖4)通過 擠出模具來形成濕的段狀物料(wet log)，將在擠出步驟期間形成的濕的段狀 物料切割(步驟32，圖4)成多個(gè)分段部分，并且干燥(步驟34，圖4)該分 段部分以形成生坯蜂窩形式(生坯蜂窩段狀物料)。水基陶瓷成型前體混合物 優(yōu)選地包括形成無機(jī)前體材料(例如堇青石或鈦酸鋁)、任選的成孔劑(optional pore former)如石墨或淀粉、粘結(jié)劑、潤滑劑以及介質(zhì)(vehicle)的陶瓷配合 料。無機(jī)混合料組分(batch component)可以是在燒結(jié)時(shí)可提供具有主燒結(jié)相 組分(例如堇青石或鈦酸鋁的主燒結(jié)相組分)的多孔陶瓷的無機(jī)組分的任意組口 o在示例性實(shí)施方式中，無機(jī)混合料組分可選自氧化鎂源；形成氧化鋁的源12(alumina-forming source);以及氧化硅源?；旌狭辖M分進(jìn)一步選擇成以便在 燒結(jié)時(shí)產(chǎn)生主要包括堇青石，或者堇青石、莫來石和/或尖晶石的混合物的陶瓷 物品。例如，并且不限于，在一方面，無機(jī)混合料組分可選擇成提供包括按重 量計(jì)至少約90%的堇青石的陶瓷物品；或更優(yōu)選地，按重量計(jì)為93%的堇青石。 在示例性實(shí)施方式中，如以氧化物重量百分比為基準(zhǔn)的，含堇青石的蜂窩物品 主要由按重量計(jì)為約49%至約53%的Si02、按重量計(jì)約33%至約38%的A1203 以及按重量計(jì)約12%至約16。/。的MgO組成。為此，示例性無機(jī)堇青石前體粉 末混合料組分優(yōu)選地包括約33 wtM至約41wt。/。的氧化鋁源、約46 wt。/。至約 53wt。/。的氧化硅源以及約11 wt。/。至約17wt。/。的氧化鎂源。適合用于形成堇青石 的示例性非限制性無機(jī)混合料組分混合物在美國專利第3,885,977號、第 5,258,150號、美國專利公開第2004/0261384號和第2004/0029707號以及RE 38,888中公開。無機(jī)陶瓷混合料組分可以是合成生產(chǎn)的材料，例如氧化物、氫氧化物及其 相似物?？蛇x地，其可以是自然存在的礦物，例如粘土、滑石或其任意組合。 因此，應(yīng)理解，本發(fā)明不限于任何特定類型的粉末或原材料，其可依據(jù)在最終 陶瓷體中所需要的特征來選擇。該工藝進(jìn)一步包括將未燒結(jié)的蜂窩段狀物料切割或分段(步驟36，圖4) 成所需長度的生坯蜂窩結(jié)構(gòu)，并且之后從生坯蜂窩結(jié)構(gòu)移除在切割步驟36期 間形成的粉屑38,即生坯陶瓷前體切割粉屑。移除粉屑能提高堵塞物材料對壁 的附著和提高罩(mask)對蜂窩結(jié)構(gòu)末端的附著性。切割步驟之后，優(yōu)選地通 過使高速空氣穿過蜂窩結(jié)構(gòu)的孔道通路22來完成前述粉屑移除步驟，以除去 和移除任何切割粉屑。此時(shí)，可燒結(jié)(步驟41，用于雙燒結(jié)過程)并然后堵塞 蜂窩結(jié)構(gòu)12，如下面所描述的。在單燒結(jié)過程中，蜂窩結(jié)構(gòu)12不經(jīng)歷罩蓋步 驟(masking step) 40之后的燒結(jié)步驟41。堵塞和干燥通道末端在一些實(shí)施方式中，然后，用合適的罩罩住40每個(gè)蜂窩結(jié)構(gòu)12的每個(gè)末 端面18、 20，并且在通道末端23A或23B處用堵塞物材料填充所選的孔道通路22，以便在所選的那些孔通道中形成堵塞物42，以形成堵塞的、生坯蜂窩結(jié)構(gòu)，如下面所描述的。然后，通過將堵塞的、生坯(或燒結(jié)的)蜂窩結(jié)構(gòu)暴 露到電磁能場來干燥未完成的陶瓷制品(這里是堵塞的、生坯(或燒結(jié)的)蜂窩結(jié)構(gòu))(步驟44，圖4)，根據(jù)本發(fā)明，電磁能場使蜂窩結(jié)構(gòu)的堵塞區(qū)比非 堵塞區(qū)受到更多的電磁輻射(并且因此使堵塞末端比中心非堵塞區(qū)受到更多的 電磁輻射)，如以下更詳細(xì)地描述的。然后，可燒結(jié)干燥的、堵塞的蜂窩結(jié)構(gòu) (步驟46，圖4)，用于進(jìn)一步燒結(jié)并且形成燒結(jié)的陶瓷物品。該整體過程的 幾個(gè)步驟對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是已知的，因此擠出步驟30、初次切割步驟 32、干燥步驟34、 二次切割步驟36以及罩蓋步驟40并未在此詳細(xì)討論。堵塞蜂窩結(jié)構(gòu)12的步驟包括，將可流動的堵塞接合劑材料，例如，優(yōu)選 地包括水稀釋的陶瓷成型溶液的漿料填充或以其它方式引入由堵塞罩 (plugging mask)所確定的所選孔通道22中?？赏ㄟ^在2005年11月20日提 交的美國專利申請序列第11/287,000號中所教導(dǎo)的例如題為"Apparatus, System and Method For Manufacturing A Plugging Mask For A Honeycomb Substrate"的 方法來形成堵塞罩，該申請?zhí)卮送ㄟ^引用結(jié)合于此。堵塞過程(步驟42，圖4) 的實(shí)施例在圖5A和5B中示出，并且應(yīng)用固定的底板48和可移動的頂板或柱 塞(piston) 50。板48、 50的構(gòu)型只是為了說明性目的，并且應(yīng)注意，可使用 用于填充或堵塞孔通道22的其他方法，包括使用固定的頂板和可移動的底板， 或可移動的頂板和底板。在所示實(shí)施例中，堵塞物材料設(shè)置成通常具有結(jié)構(gòu)12 的末端面20的形狀的接合劑餅狀物(cement patty) 52的形式。餅狀物52位 于底板48和生坯蜂窩結(jié)構(gòu)12的第二末端面20之間。然后，在如圖5B中指示 并由方向箭頭54代表的方向上移動頂板或柱塞50，以迫使堵塞物材料或接合 劑餅狀物52的至少一部分進(jìn)入到孔通道22的未罩住的開口端，從而在所選擇 的孔通道22中形成多個(gè)堵塞物56。堵塞物56設(shè)置成具有深度"d"， d在示例性實(shí)施方式中可在0.5 mm至20 mm之間，更優(yōu)選為具有在0.5mm和12 mm之間的深度"d"，且最優(yōu)選為具有 在0.5 mm和9 mm之間的深度"d"，以提供孔通道22的適當(dāng)堵塞和在電磁干燥 步驟44期間提供堵塞物56的適當(dāng)干燥。由堵塞物56在末端面18和20處占 據(jù)的蜂窩結(jié)構(gòu)12的兩個(gè)末端部分在此稱為堵塞末端57A和57B，其圍繞中心14非堵塞區(qū)58。優(yōu)選地，在形成堵塞物56的接合劑52的填充-插入步驟結(jié)束之后，從結(jié) 構(gòu)12的末端18和20移除罩。雖然在此描述了通過使用餅狀物的堵塞，但是 堵塞步驟可通過任何已知的堵塞方法來實(shí)現(xiàn)，例如在US4，818，317、 2005年11 月5日提交的PCT/US05/042672、 US 4,427,728、 US 4,557,682、 US 4,557,773、 US 4,715,801以及US 5,021,204中教導(dǎo)的。合適的堵塞物材料可以與生坯蜂窩 結(jié)構(gòu)具有相同或相似的組分，或可選地，如在Pitcher的美國專利第4,329,162 號和Paisley的美國專利第4,297,140號中描述的。在本發(fā)明的示例性實(shí)施方式中，蜂窩結(jié)構(gòu)12包括低損耗基體和高損耗堵 塞物材料，或者高損耗基體和高損耗堵塞物材料。高損耗材料包括，例如，石 墨、Ti02、 SiC和/或水。低損耗部分包括，例如，含有相對少的或不包含Ti02、 SiC和/或水的物料。在示例性實(shí)施方式中，高損耗基體是干的生坯蜂窩結(jié)構(gòu)， 而高損耗堵塞物材料是濕的。在另一示例性實(shí)施方式中，低損耗基體是燒結(jié)制 品，而高損耗堵塞物材料是濕的。在示例性實(shí)施方式中，"高損乾'是s,0.02， 而"低損耗"是s'20.02，其中s"是材料的介電損耗。分析了基體和堵塞物材料 的三個(gè)(第一、第二和第三)示例性組合。類型1和類型2基體材料都是高損 耗的，而類型3基體材料是低損耗的。類型A和類型B堵塞物材料都是高損 耗的。第一組合是類型l-類型A，第二組合是類型2-類型B，而第三組合是類 型3-類型A。堵塞末端的改善的電磁干燥本發(fā)明包括改善的堵塞物干燥過程，其中加熱堵塞末端57A和57B處的 濕堵塞物56來驅(qū)走其中的水，而制品IO的相對干的其他部分(即，中心非堵 塞區(qū)58)基本未加熱，即，僅加熱到不允許水在其中或其上凝結(jié)的程度，并且 優(yōu)選地，也不過度加熱以致引起破裂或其他不良影響。進(jìn)一步，在本發(fā)明的示 例性實(shí)施方式中，因?yàn)闈穸氯?6與干基體的接觸可產(chǎn)生進(jìn)入基體的水梯度， 因此也將吸收的水從基體移除。因此，本發(fā)明的電磁干燥步驟44包括使蜂窩結(jié)構(gòu)12在堵塞末端57A和 57B處比在中心非堵塞區(qū)58處受到更多的電磁能作用。在示例性實(shí)施方式中， 這通過使制品10在堵塞末端57A和57B處比在中心非堵塞區(qū)58處受到更多 的軸向非均勻電磁能分布以使得由堵塞末端所消耗的電磁能量顯著多于由非 堵塞區(qū)所消耗的電磁能量來實(shí)現(xiàn)。在示例性實(shí)施方式中，電磁能設(shè)置成微波輻 射的形式。然而，也可使用其它合適形式的電磁能，例如，紅外輻射或射頻(RF) 輻射。
圖7是根據(jù)本發(fā)明的理想化的總的電磁功率損耗("總的損耗ID")(任 意單位)vs.制品軸向長度(單位為L)的曲線圖。為了參考，蜂窩結(jié)構(gòu)12的 堵塞末端57A和57B示意性地表示為虛線。ID曲線圖包括對應(yīng)于蜂窩結(jié)構(gòu)12 的堵塞末端部分57A和57B的兩個(gè)峰PA和PB，而中部區(qū)M具有低于峰的ID 值。峰PA和PB表示在堵塞末端57A和57B處輸送到制品10的相對平均功 率，而M表示在非堵塞區(qū)58中的平均功率損耗。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，對于干燥堵 塞末端57A和57B中的堵塞物56，向末端部分57A和57B比向結(jié)構(gòu)的其他部 分提供更多輻照的軸向非均勻電磁輻射場更為有效。圖8是示出本發(fā)明的影響 的示例性實(shí)施方式的示意圖，其中使用軸向非均勻電磁輻射場110使堵塞末端 57A和57B比中心非堵塞區(qū)輻照到更多量的電磁輻射，其產(chǎn)生圖7中的曲線圖 所示的EPD。
如下面詳細(xì)討論的，在涉及用來一次性干燥多個(gè)制品的施加器的某些情況 下，電磁輻射場110通常是施加器幾何結(jié)構(gòu)、所使用的電磁頻率和有關(guān)參數(shù)的 相對復(fù)雜的函數(shù)。因此，下面將討論根據(jù)本發(fā)明用于執(zhí)行制品10的改善的電 磁千燥而產(chǎn)生相對復(fù)雜的電磁場110的施加器系統(tǒng)和方法，其在圖8中示意性 地表示為軸向非均勻場。
使用軸向非均勻電磁輻照來電磁干燥制品10中的堵塞物56導(dǎo)致相對快速 和均勻地加熱生坯蜂窩結(jié)構(gòu)和堵塞物56。與常規(guī)的干燥方法相比，在加熱步驟 44期間，這減少了堵塞物收縮，并且降低了作用在生坯蜂窩結(jié)構(gòu)12的多孔壁 14上的熱應(yīng)力。這種作用在多孔壁14上的應(yīng)力的減少導(dǎo)致所得的燒結(jié)物品的 更高的結(jié)構(gòu)完整性。優(yōu)選對堵塞物56進(jìn)行微波能輻照，直到堵塞物56的水含 量低于100%的濕堵塞物重量的50%，更優(yōu)選為低于100%的濕堵塞物重量的10%，且最優(yōu)選為低于100%的堵塞物重量的5%，其中100%的濕堵塞物重量 定義為輻照到微波能之前堵塞物56的水含量。
優(yōu)選地，電磁輻射以微波能的形式提供，并且優(yōu)選地，在從約3MHz至 3GHz的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地，在從約27MHz至2.45GHz的范圍內(nèi)，且最優(yōu)選 地，在從約915MHz至2.45GHz的范圍內(nèi)。進(jìn)一步，電磁干燥步驟44包括對 堵塞的生坯蜂窩結(jié)構(gòu)輻照優(yōu)選0.0001 kW/ir^和1.0 kW/ir^之間的單位體積功 率水平的輻照，且更優(yōu)選地，在0.001 kW/ir^和約1.0 kW/ir^之間的范圍內(nèi)。 此外，優(yōu)選地，將上面提到的能量施加到堵塞的生坯蜂窩結(jié)構(gòu)少于或等于60 分鐘的時(shí)間，且更優(yōu)選地，少于或等于5分鐘的時(shí)間。電磁干燥，例如微波干 燥在US 6,706,233和US 2004/0079469中討論，該專利及專利申請公開在此通 過引用并入本文。
示例性施加器系統(tǒng)
本發(fā)明的一方面涉及可配置的施加器系統(tǒng)，通過該可配置的施加器系統(tǒng)， 沿著制品10 (堵塞的蜂窩結(jié)構(gòu)12)的軸線，使用非均勻電磁輻射輻照來干燥 堵塞末端57A和57B，而不會過度加熱中心非堵塞區(qū)58。通常，通過堵塞末 端中的電磁功率消耗與干基體區(qū)中的等同的電磁功率消耗的比值來識別和描 述該方法。施加器系統(tǒng)是可配置的，以在制品移動穿過施加器系統(tǒng)時(shí)控制制品 的加熱速度(電磁功率損耗)。
在本發(fā)明中，"可配置的"并不一定意味著當(dāng)制品沿著輸送路徑行進(jìn)時(shí)可對 現(xiàn)有的配置做出改變。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解和領(lǐng)會的，對現(xiàn)用的施加器做 出配置改變可能是費(fèi)時(shí)的過程，其涉及可能花費(fèi)幾天甚至幾個(gè)星期的設(shè)計(jì)、建 造和安裝步驟。可通過本發(fā)明來避免這種費(fèi)時(shí)的過程，因而提供工業(yè)價(jià)值，例 如通過從配置施加器來有效干燥制品中消除臆測。
本發(fā)明的示例性實(shí)施方式是適合于執(zhí)行如上面所描述的堵塞末端的改善 的電磁干燥的可配置的施加器系統(tǒng)。如下面詳細(xì)討論的，本發(fā)明的一方面是通 過在施加器內(nèi)建立適當(dāng)?shù)碾姶艞l件來配置可配置的施加器以執(zhí)行制品10的有 效(如果不是最佳的)電磁干燥的方法?？膳渲玫氖┘悠飨到y(tǒng)200是可配置的， 使得當(dāng)制品10行進(jìn)穿過系統(tǒng)時(shí)，可使系統(tǒng)的干燥特征沿著輸送路徑選擇性地
17變化。
圖9是根據(jù)本發(fā)明的可配置的施加器系統(tǒng)200的示例性實(shí)施方式的示意性 俯視圖。圖10是圖9可配置的施加器系統(tǒng)的示意性側(cè)視圖，而圖11是可配置 的施加器系統(tǒng)的端視圖。為了參考起見，圖9、圖IO和圖11中的每一個(gè)都包
括笛卡爾坐標(biāo)。
參考圖9至圖11，施加器系統(tǒng)200包括干燥箱210，干燥箱210具有由相 對的側(cè)壁214和216、相對的側(cè)壁218和220、相對的上壁(頂部)222和下壁 (底部)224界定的內(nèi)部區(qū)域212。干燥箱210還包括形成在側(cè)壁214中的入 口開口 ("入口")和形成在側(cè)壁216中的出口開口 ("出口")，每一個(gè)開口都 通向箱內(nèi)部212。內(nèi)部區(qū)域212容納如上面討論的需要干燥的多個(gè)制品12。
施加器系統(tǒng)還包括輸送裝置240，輸送裝置240用于在千燥過程期間沿著 輸送路徑(方向)242將蜂窩結(jié)構(gòu)12穿過入口 230輸送進(jìn)入箱內(nèi)部212，穿過 箱內(nèi)部，并離開出口 232。為了說明，輸送方向242示為在Z方向。蜂窩結(jié)構(gòu) 12具有設(shè)置在X方向的中心軸線A1，當(dāng)蜂窩結(jié)構(gòu)穿過箱內(nèi)部212輸送時(shí)，中 心軸線Al垂直于輸送方向242。
施加器系統(tǒng)200還包括設(shè)置在箱內(nèi)部212、鄰近頂部222使得其位于X-Z 平面的蛇形輸入波導(dǎo)250。輸入波導(dǎo)250包括可操作地連接到電磁輻射源253 例如微波輻射源的輸入端252。輸入波導(dǎo)250包括垂直于輸送方向242設(shè)置的 多個(gè)部分254 (如標(biāo)為254A、 254B、 254C和254D的四個(gè)部分)(但是在其 他實(shí)施方式中，部分254可平行于輸送方向242設(shè)置)。每個(gè)波導(dǎo)部分254都 可包括一個(gè)或多個(gè)狹槽260 (對應(yīng)于相關(guān)的波導(dǎo)部分標(biāo)為260A、 260B、 260C 和260D)。如圖12的近距示意圖所示的，狹槽260可在X方向，即在平行于 輸送方向242的方向配置(但是在其他實(shí)施方式中，優(yōu)選為只要狹槽260垂直 于制品的縱軸線，狹槽260可垂直于輸送方向242設(shè)置)。狹槽260作為波長 X的電磁輻射270的可配置源，以用于通過電磁輻射源253在輸入端252輸入 至輸入波導(dǎo)250的電磁輻射。也可移除狹槽260中的一個(gè)或多個(gè)，以避免電磁 輻射從移除的狹槽輻射到箱內(nèi)部212。
用于描述具有四個(gè)波導(dǎo)部分254 (即254A、 254B、 254C和254D)的給
18定配置中的多個(gè)(開口的)狹槽的簡略標(biāo)記法是"nA-nB-nc-nD"，其中nA、 nB、 nc和iiD分別代表相應(yīng)的波導(dǎo)段的開口狹槽的數(shù)目。因此，對于圖9至圖11具 有所有開口狹槽的可配置的施加器系統(tǒng)200，狹槽的幾何結(jié)構(gòu)描述為"2-2-2-2"。
再次，每個(gè)波導(dǎo)段可具有一個(gè)或多個(gè)可配置的狹槽。為了說明，示出了每段有 兩個(gè)狹槽。
如下面所描述的，在本發(fā)明中，使用了涉及制品10和干燥箱210的多個(gè) 幾何參數(shù)。第一幾何參數(shù)Dl是側(cè)壁218和220與相應(yīng)的蜂窩結(jié)構(gòu)末端面18 和20之間的間距。第二參數(shù)D2是相鄰制品之間的間距。第三參數(shù)D3是狹槽 260相對于相應(yīng)的制品末端面18和20在X方向的間距。如在圖12中示出的， 當(dāng)配置狹槽時(shí)，可在X方向調(diào)整狹槽間距D3。另一幾何參數(shù)是"頂部空間"D4， 其是蜂窩結(jié)構(gòu)12和頂部222之間的距離。另一輸入?yún)?shù)是電磁輻射極化強(qiáng)度P， 其可以是TM或TE。
用于有效電磁干燥的施加器系統(tǒng)配置
改變可配置的施加器系統(tǒng)200的配置，特別是通過相對于輸送路徑242 調(diào)節(jié)狹槽260的數(shù)量和位置來改變可配置的施加器系統(tǒng)200的配置，將導(dǎo)致制 品10內(nèi)不同的電磁功率損耗，并且因此導(dǎo)致系統(tǒng)的不同的制品干燥能力。最 有效的干燥制品10的特定的施加器系統(tǒng)配置取決于待處理的制品10的特定類 型，以及施加器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和可調(diào)節(jié)參數(shù)的數(shù)量(即系統(tǒng)的自由度)。
就此而言，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，施加器系統(tǒng)配置的某方面中的小的變化可在堵塞 物干燥過程的效率方面造成顯著的變化。此外，并非求助于費(fèi)時(shí)的、浪費(fèi)制品 的以及通常不準(zhǔn)確的經(jīng)驗(yàn)方法來確定對于制品干燥有效的施加器配置，本發(fā)明 使用更精確地配置可配置的施加器的方法，該方法基于使用某些關(guān)鍵輸入?yún)?shù) 來生成品質(zhì)因數(shù)FM的電磁模擬和計(jì)算機(jī)建模，品質(zhì)因數(shù)FM涉及基于一種或多 種類型的制品的制品干燥過程的效率?；诟鞣N可能的配置計(jì)算品質(zhì)因數(shù)FM 的N個(gè)集合S,(Fm)、 S2{Fm}、 S3(FM)…S^FM)允許人們?yōu)榇幚淼囊粋€(gè)或多 個(gè)特定制品類型建立有效的施加器配置。
在將要通過可配置的施加器系統(tǒng)200處理多于一種制品類型(如堵塞物-基體材料組合)的情況下，本發(fā)明的基于最優(yōu)化的方法有特殊的價(jià)值。如下文所描述的，本發(fā)明的一方面是"調(diào)節(jié)"可配置的施加器系統(tǒng)200，使得其干燥特
征沿著輸送路徑從入口端到出口端選擇性地變化。這利用了其堵塞末端57A和 57B是濕的(在或靠近入口 230處)時(shí)候可能比當(dāng)它們變得更干(在或靠近出 口 232處)時(shí)更適合強(qiáng)輻射的事實(shí)。
圖13是概述了普遍的基于計(jì)算機(jī)建模方法的第一流程圖300，所述方法 是為最適合用于干燥具有單個(gè)堵塞物-基體材料組合的制品的可配置的施加器 系統(tǒng)200選擇配置的方法。流程圖300開始于開始步驟302并進(jìn)行到步驟304， 其涉及選擇用于電磁輻射270的波長人，例如等于前面提到的電磁頻率之一的 波長。然后，步驟306涉及鑒別組成制品IO的材料，并且輸入制品的介電性 能。這包括輸入基體以及堵塞末端57A和57B的堵塞物56兩者的介電性能(即， 介電常數(shù)和介電損耗)。舉例來說，基體材料的介電常數(shù)可以是1.2至約70， 該值取決于材料是燒結(jié)的還是生坯?；w材料的介電損耗可以是0.001至約40。 舉例來說，堵塞物材料的介電常數(shù)可以是8至約100。堵塞物材料的介電損耗 可以是7至約40。假定施加器系統(tǒng)200最終需要處理數(shù)量N〉1種不同類型的 制品12 (如由不同堵塞物-基體材料組合形成的制品)。流程圖300用于處理 單個(gè)堵塞物-材料組合。處理數(shù)量N》種不同的堵塞物-基體材料組合的方法將 在下面詳細(xì)陳述。
在下面的步驟308中，設(shè)定用于可配置的施加器系統(tǒng)200的起始配置。在 隨后貫穿流程圖的過程中，施加配置被重新設(shè)定。這包括設(shè)定用于上面討論的 干燥器配置參數(shù)的值。在示例性實(shí)施方式中，Dl為約V4， D2<3V4， D3<+/A， 而D4為約V4。 915MHz下的極化強(qiáng)度為TM。應(yīng)注意，在本發(fā)明的基于計(jì)算 機(jī)的優(yōu)化方法中，設(shè)定和重新設(shè)定狹槽配置只需幾秒，而物理地設(shè)定和重新設(shè) 定狹槽配置來憑經(jīng)驗(yàn)執(zhí)行優(yōu)化實(shí)驗(yàn)可能需要大約幾個(gè)星期。
應(yīng)提到，某些狹槽配置提供某種程度的可預(yù)測的制品加熱。例如，狹槽配 置O-O-O-nD設(shè)計(jì)通常提供快速開始加熱，然后當(dāng)制品向出口 232移動時(shí)，其逐 漸減弱。另一方面，狹槽配置iiA-O-O-O通常提供慢加熱速度，并且當(dāng)制品在出 口 232處離開干燥箱時(shí)，大部分的功率射在制品上。然而， 一般而言，對于不 同類型的制品材料和對于當(dāng)制品穿過箱內(nèi)部212移動時(shí)存在于箱內(nèi)部212中的 相對復(fù)雜的三維("3D")電磁輻射場分布，哪種施加器配置提供最有效的制品干燥不是顯而易見的。因此，本發(fā)明試圖將選擇施加器配置(且具體是狹槽配 置)和形成在箱內(nèi)部的與有效的制品干燥相關(guān)聯(lián)的選擇電磁輻射場形式相結(jié)
合
對于蜂窩結(jié)構(gòu)12的堵塞物干燥，組成中心非堵塞區(qū)58的基體材料將通常 具有非常低的損耗。這意味著緊靠這種蜂窩結(jié)構(gòu)的中心非堵塞區(qū)58上方設(shè)置 的狹槽將趨向于朝向箱210的相對的金屬壁，這引起大量反射的電磁功率。因 此，在示例性實(shí)施方式中，或者移動(即，調(diào)節(jié)D3)或者阻擋直接照射該區(qū) 域的狹槽260，以使得該蜂窩結(jié)構(gòu)區(qū)域不直接受到電磁輻射照射。
下面的步驟310涉及計(jì)算品質(zhì)因數(shù)FM，品質(zhì)因數(shù)FM通常代表用于給定的 堵塞物-基體材料組合的給定的施加器配置的干燥效率。下面將結(jié)合流程圖400 來討論涉及計(jì)算品質(zhì)因數(shù)fm的細(xì)節(jié)。 一旦獲得給定的狹槽配置的品質(zhì)因數(shù)， 該方法進(jìn)行到詢問步驟312，其詢問是否已計(jì)算了足夠的品質(zhì)因數(shù)以產(chǎn)生品質(zhì) 岡數(shù)FM的集合SN{FM}。如果需要更多品質(zhì)因數(shù)來代表不同的系統(tǒng)配置(通常， 對于集合S(F^， 6-12個(gè)FM值是足夠的)，然后該方法回到步驟308，其中施 加器配置被重新設(shè)定。這可能涉及，例如，調(diào)節(jié)施加配置參數(shù)之一，如狹槽配 置。
一般而言，起初，最好是固定波長和極化強(qiáng)度。優(yōu)選地，然后，確定干燥 器的幾何參數(shù)，以便最后確定狹槽(數(shù)量和布置)。
一旦獲得合適數(shù)目的品質(zhì)因數(shù)FM來形成足夠大的集合S{FM}，就在步驟 314中比較給定集合S《F^的FM值。通常，集合中最小的FM值對應(yīng)于用于干 燥制品的最有利的施加器系統(tǒng)的幾何結(jié)構(gòu)。然而，可識別低于選擇的閾值TH 的Fm信，其對應(yīng)于合適的施加器系統(tǒng)配置。在示例性實(shí)施方式中，TH=0.5。
一旦建立了最小FM，就建立可配置的施加器系統(tǒng)200，以具有或者相應(yīng) 于最小Fm ("Min[S{FM}]")的配置，或者，可選地，具有相應(yīng)于具有低于閾值 TH的相應(yīng)的Fm値的配置之一的配置。
圖14是示出如何為每個(gè)施加器系統(tǒng)配置計(jì)算流程圖300中的步驟310的 品質(zhì)因數(shù)fm的示例性實(shí)施方式的流程圖400。在步驟402中，使用流程圖300 的所有輸入?yún)?shù)來計(jì)算箱內(nèi)部12中的電磁能分布。在示例性實(shí)施方式中，該
21計(jì)算使用時(shí)域有限差分技術(shù)(finite-difference time domain technique)或用來求解
麥克斯韋方程的其他三維電磁場求解技術(shù)。就此而言，存在若干商業(yè)可得的軟 件程序，如XFDTD ， CST Microwave Studio 或HFSSTM 。
在執(zhí)行電磁場分布的計(jì)算機(jī)模擬中，發(fā)明人為由電磁波源253產(chǎn)生的微波 輻射270使用1 W的輸入功率，并且輸入到輸入波導(dǎo)250的輸入端252中。輸 入功率的一部分消耗在制品10中，而其余的被反射。在模擬中，可假定任何 金屬表面是理想的電導(dǎo)體(即，它們不代表電磁功率損耗源)。步驟404的結(jié) 果是箱內(nèi)部212中的3D穩(wěn)態(tài)電磁場分布。
下面的步驟406涉及計(jì)算"堵塞物相對于基體(plug-to-matrix)"的比值 PTM，其定義為PTM=<PP>/<PM〉，其中〈Pp〉是在堵塞末端57A和57B中消耗
的電磁功率量的體積加權(quán)平均，而〈pm〉是在基體中消耗的電磁功率量的體積加
權(quán)平均。為了有效干燥堵塞末端57A和57B，該比值應(yīng)盡可能的高。
PTM的理論最大值是PTMTH，并且由PTMTHHPpTH/PMTH給定，其中Ppth 計(jì)算為堵塞區(qū)中水的熱容量和汽化熱vs.干基體材料的熱容量pmth的比值。第
-、第二和第三基體-堵塞物組合的PTMTH的示例性理論值分別為9.6、 13.1和 16.8。 PTMTH的值應(yīng)總是大于1。
下面的步驟408涉及計(jì)算在制品中消耗的電磁功率總量PT。這是通過3D 功率損耗的體積積分獲得的。這也產(chǎn)生總反射功率PR=1-PT。
在下面的步驟410中，通過關(guān)系式PTMoKPTMTH—PTM)/PTMTH來計(jì)算 所計(jì)算的PTM相對于理論最大值PTMTH的偏差。
在下面的步驟412中，通過關(guān)系式fm-a(PTMo)+PR-(PTMD/1.88)+PR計(jì)算 品廣因數(shù)Fm。 PTMD和PR的值對品質(zhì)因數(shù)fm具有同樣的影響。僅有的例外涉 及Pk〉50。/。的情況。從實(shí)際的角度，通過設(shè)定Pfl，這種情況被排除。
在示例性實(shí)施方式中，1/a在約1.8和約1.9之間。l/a=1.88的值是從最差 情況下推導(dǎo)出的，其相應(yīng)于制品10的基體-堵塞物材料的類型3-類型A組合， 并且向fm貢獻(xiàn)的值為0.5。換句話說，假設(shè)最壞情況PTM=1。那么， PTMD=(16.8-1)/16.8=0.94。為了使PTMD二0.5 (或向fm貢獻(xiàn)50。/。)，用0.94除 以1.88。還是在最壞的情況下，PR=0.5 (或3dB)。這意味著在最壞的情況下，
22FM=1。換句話說，對于有效的堵塞物干燥，F(xiàn)M應(yīng)當(dāng)小于1，并且Fm的値越小，
用于堵塞物干燥的相關(guān)的施加器配置越好。
圖15是示出本發(fā)明的方法的示例性實(shí)施方式的流程圖500，其中基于多
個(gè)不同的基體-堵塞物材料組合，選擇了用于堵塞物干燥的最有效的施加器配置。
最初的開始步驟502之后，該方法進(jìn)行到步驟504，其將整數(shù)N設(shè)定為 N=l。然后，該方法進(jìn)行到步驟506，其涉及執(zhí)行圖13的流程圖300中所示的 方法，其中在步驟304和306中，識別并輸入制品N的不同輸入?yún)?shù)。
然后，在步驟506中執(zhí)行流程圖300和400的方法，以便為第一基體-堵 塞物組合(制品1)獲得品質(zhì)因數(shù)fm的第一集合sjfm)。下面的步驟508詢 問是否需要考慮基體-堵塞物材料的不同組合。如果答案為是，那么該方法進(jìn) 行到步驟510，其將N增加1并且然后回到步驟506，其中對第二 (N=2)基 體-組合(制品2)重復(fù)流程圖300和400的方法。當(dāng)為N個(gè)不同的基體-堵塞 物材料組合獲得了足夠的品質(zhì)因數(shù)fm的集合S^Fm〉、 S'{Fm}、 ...Sn{Fm} (N 個(gè)集合)，然后在步驟512中，該方法比較所有N個(gè)集合S,{FM}、 S,{FM}、 ...S^F一中不同的FM值，以確定是否存在FM的最小值，從而為所有 的N個(gè)基體-堵塞物材料組合顯示最佳的施加器配置?？蛇x地，如在上面結(jié)合 流程圖300 (圖13)的步驟314所描述的，該方法詢問是否存在相應(yīng)于低于某 閾值TH (如TH^0.5)的品質(zhì)因數(shù)的配置。
模擬結(jié)果
圖16是總的電磁能損耗分布("總的損耗"ID)隨沿10的軸向位置(單位 為英寸)變化的曲線圖，其是通過用于施加器系統(tǒng)200的不同的狹槽配置的計(jì) 算機(jī)模擬來推導(dǎo)的，如上面討論的。圖17繪制了總的損耗ID隨每個(gè)制品沿輸 送路徑242的縱向位置的變化，也示出了每個(gè)制品的軸向ID。用于圖16和圖 17的基體-堵塞物組分是類型1-類型A。
沿輸送路徑242提供給制品的功率量決定制品的加熱和干燥速率。通過改 變狹槽260的配置，可改變逐漸變化率(ramp rate)。注意，在圖17中，在對應(yīng)于堵塞末端57A和57B的制品末端處， 一些狹槽配置(如0-0-0-4)不提 供顯著的ID。另一方面，在朝向箱內(nèi)部212的出口末端232的制品末端處， 狹槽配置2-2-0-0提供顯著的ID。
除了基體-堵塞物組分是類型2-類型B外，圖18和圖19分別與圖16和圖 17相似。此外，2-2-0-0配置顯示為在制品末端處提供最多的ID。
圖20描繪了用于很多不同的狹槽配置以及第一、第二和第三基體-堵塞物 材料組合的施加器系統(tǒng)200的品廣因數(shù)Fm。下面的表1列出用于圖20中描繪 的品質(zhì)因數(shù)的計(jì)算的參數(shù)細(xì)節(jié)。腿 PTMD _EgF"(PTIVU/1.88、 + Pr
第一基體-堵塞物組合
理論9.6000
4-5-5-72.290.7614583330.450.855031028
2-2-2"42.450.7447916670.350.74616578
0-2-2"42.20.7708333330.210-62001773
0-0-2"42.270.7635416670.310.716139184
0-0-0-42.380.7520833330.310.710044326
2-2-2-02.520.73750.350.742287234
2-2-0-02.650.7239583330.360.74508422
2,740.7145833330.380.760097518
第二基體-堵塞物組合 理論13.1000.759042553 0
4-5-5-73.650.7213740460.440.823709599
2-2-2-43.30.7480916030.370.767921065
3.070.7656488550.180.587260029
0-0-2-43.070.7656488550.290.697260029
0-0-0-43.840.7068702290.340.715994803
2-2-2-03.770.712213740.420.798837096
2-2-(M)4.060.6900763360.430.797061881
2-0-0"04.060.6900763360.410.777061881
第三基體-堵塞物組合
理論16.8000.767977911 0
4-5"5-76.780.596428571**0.6"1.31724924
2-2-2-47.460.5559523810.440.735719352
0-2-2~46.830.5934523810.370.68566616
0-0-2"46.80.5952380950.440.756616008
CW)-0"46.20.6309523810.420.755612969
2-2-2-07.070.579166667**0.59**1.308067376
2-2-0-06.30.625**0.62"1.332446809
2-0-0"07.040.580952381**0.57"1.309017224
數(shù)據(jù)顯示施加器配置0-2-2-4或2-2-2-4為三種材料組分提供最好的結(jié)果。 對于不同的材料組分，帶有FM最小值的配置被認(rèn)為能夠?yàn)榇┻^施加器系統(tǒng)的 制品12提供最有效的堵塞物干燥。注意，那些具有品廣因數(shù)Fm〉1 (由星號指 示)的施加器配置被認(rèn)為是不可接受的。這使得可非常容易地(且快速地)排 除某些可能另外地要花費(fèi)不希望的長時(shí)間來憑經(jīng)驗(yàn)排除的施加器配置。
25對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說明顯的是，可對此處描述的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方 式做出各種變化，而不偏離如在所附權(quán)利要求中所界定的本發(fā)明的精神或范 圍。因此，意圖是，本發(fā)明覆蓋所提供的本發(fā)明的修改和變化，其在所附權(quán)利 要求及其等同物的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于干燥物品的方法，所述物品包括蜂窩結(jié)構(gòu)，所述蜂窩結(jié)構(gòu)具有縱軸線和多個(gè)沿軸向延伸的孔通道，所述方法包括以下步驟將無機(jī)陶瓷成型堵塞物材料插入所述孔通道的至少一個(gè)子集內(nèi)，以形成所述蜂窩結(jié)構(gòu)的包括多個(gè)堵塞物的堵塞區(qū)，其中所述堵塞區(qū)與所述蜂窩結(jié)構(gòu)的非堵塞區(qū)相鄰；以及使所述堵塞區(qū)比所述非堵塞區(qū)受到更多的電磁輻射，使得由所述堵塞區(qū)所消耗的電磁輻射多于由所述非堵塞區(qū)所消耗的電磁輻射。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述蜂窩結(jié)構(gòu)包含無機(jī)陶瓷成型材料。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述蜂窩結(jié)構(gòu)包含業(yè)已燒結(jié)的陶瓷材料。
4. 一種用于干燥陶瓷成型混合物的方法，所述方法包括以下步驟提供蜂窩結(jié)構(gòu)，所述蜂窩結(jié)構(gòu)具有縱軸線和多個(gè)沿軸向延伸的孔通道；將所述陶瓷成型混合物插入所述孔通道的至少一個(gè)子集內(nèi)，從而形成所述蜂窩結(jié)構(gòu)的包括所述陶瓷成型混合物的多個(gè)堵塞物的堵塞區(qū)，其中所述堵塞區(qū)與所述蜂窩結(jié)構(gòu)的非堵塞區(qū)相鄰；以及使所述堵塞區(qū)比所述非堵塞區(qū)受到更多的電磁輻射，使得由所述堵塞區(qū)所消耗的電磁輻射多于由所述非堵塞區(qū)所消耗的電磁輻射。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述陶瓷成型混合物包括無機(jī)陶瓷成型材料。
6. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述蜂窩結(jié)構(gòu)包括無機(jī)陶瓷成型材料。
7. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述蜂窩結(jié)構(gòu)包含業(yè)已燒結(jié)的陶瓷材料。
8. —種用于干燥陶瓷蜂窩結(jié)構(gòu)的方法，所述陶瓷蜂窩結(jié)構(gòu)具有縱軸線和多個(gè)沿軸向延伸的孔通道，其中每個(gè)孔通道具有相反的第一通道末端和第二通道末端，所述方法包括以下步驟將堵塞物材料插入所述第一通道末端和所述第二通道末端的至少一個(gè)子集內(nèi)，以形成多個(gè)堵塞物，所述多個(gè)堵塞物分別構(gòu)成與中心非堵塞區(qū)相鄰的第一堵塞末端和第二堵塞末端；以及使所述堵塞末端比所述中心非堵塞區(qū)受到更多的電磁輻射，使得由所述堵塞末端中的任意一個(gè)所消耗的電磁輻射多于由所述中心非堵塞區(qū)所消耗的電磁輻射。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述堵塞物材料是水基材料。
10. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中由兩個(gè)堵塞末端所吸收的電磁功率的量是〈P一；由中心非堵塞區(qū)所吸收的電磁功率的量是<PC> ，從而定義比值PTM=<PP>/<PC〉，其中PTM> 1 。
11. 如權(quán)利要求10所述的方法，其包括在一施加器中執(zhí)行所述方法，所述施加器具有干燥箱和多個(gè)可配置的電磁輻射源，所述干燥箱的電磁功率反射為PR，所述多個(gè)可配置的電磁輻射源產(chǎn)生Pc的電磁功率量，并且其中PR/Pa<50%。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述干燥箱適合于容納所述蜂窩結(jié)構(gòu)，所述蜂窩結(jié)構(gòu)的縱軸線的取向?yàn)橄鄬τ诖┻^所述干燥箱的輸送路徑的方向，并且進(jìn)一步包括將品質(zhì)因數(shù)FM定義為PTM和Pk之和的淺性方程；計(jì)算兩個(gè)或更多個(gè)堵塞物-基體材料組合的FM;以及相對于輸送路徑配置可配置的電磁輻射源和/或所述蜂窩結(jié)構(gòu)相對于輸送路徑的取向，以提供電磁輻射的軸向非均勻輻照，該電磁輻射的軸向非均勻輻照使所述兩個(gè)或更多個(gè)堵塞物-基體材料組合的Fm最小化。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中FM=a(PTMD)+PR，其中l(wèi)/a在約1.8至約1.9的范圍內(nèi)，而PTMD是PTMTH理論值和PTM相對于PTMTH的實(shí)際值之間的比值。
14. 如權(quán)利要求8所述的方法，其包括用多個(gè)可配置的電磁輻射源產(chǎn)生電磁能的軸向非均勻輻照。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述可配置的電磁輻射源包括具有多個(gè)狹槽的電磁輸入波導(dǎo)，所述狹槽可相對于穿過干燥箱的輸送路徑定位或從其移除，所述方法進(jìn)一步包括步驟通過改變所述狹槽相對于所述輸送路徑的位置和/或通過移除所述狹槽中的至少一個(gè)來調(diào)節(jié)該非均勻電磁能輻照。
16. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中電磁輻射的頻率在以下范圍中的至少一個(gè)內(nèi)從約3MHz至約紅外(IR);從約27MHz至約2.45GHz;以及從約915MHz至約2.45GHz。
17. —種施加器系統(tǒng)，其用于電磁干燥至少一個(gè)陶瓷基蜂窩結(jié)構(gòu)，所述陶瓷基蜂窩結(jié)構(gòu)具有縱軸線、堵塞區(qū)和中心非堵塞區(qū)，所述系統(tǒng)包括干燥箱，其具有適合于容納至少一個(gè)蜂窩結(jié)構(gòu)的內(nèi)部；輸送裝置，其穿過所述干燥箱的內(nèi)部，并且適合于沿著輸送路徑輸送每個(gè)蜂窩結(jié)構(gòu)穿過所述內(nèi)部；以及多個(gè)可配置的電磁輻射源，其相對于所述輸送路徑設(shè)置，其中每個(gè)可配置的電磁輻射源可被移除，以防止從其發(fā)射電磁輻射，從而選擇性地使所述堵塞區(qū)接受電磁輻射場，該電磁輻射場致使所述堵塞區(qū)中的每一個(gè)比所述中心非堵塞區(qū)消耗更多的電磁輻射。
18. 如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述多個(gè)可配置的電磁輻射源包括電磁輸入波導(dǎo)，其具有多個(gè)狹槽，其中所述多個(gè)狹槽的配置使所述蜂窩結(jié)構(gòu)受到軸向非均勻的電磁輻照。
19. 一種用于干燥至少一個(gè)陶瓷蜂窩結(jié)構(gòu)的方法，所述陶瓷蜂窩結(jié)構(gòu)具有縱軸線和圍繞中心非堵塞區(qū)的堵塞末端，所述方法包括以下步驟提供具有內(nèi)部和穿過所述內(nèi)部的輸送路徑的干燥箱，所述干燥箱具有與其相關(guān)的、沿著所述輸送路徑設(shè)置的多個(gè)可調(diào)節(jié)的電磁輻射源，每個(gè)所述電磁輻射源可相對于所述輸送路徑配置，并且每個(gè)所述電磁輻射源能夠被移除，以阻止其發(fā)射電磁輻射；以及當(dāng)沿著所述輸送路徑輸送每個(gè)蜂窩結(jié)構(gòu)時(shí)，選擇性地使所述蜂窩結(jié)構(gòu)在所述堵塞末端處比在所述中心非堵塞區(qū)受到更多的電磁輻射，以便由所述堵塞末端中的任意一個(gè)導(dǎo)致的電磁輻射損耗量多于由所述中心非堵塞區(qū)導(dǎo)致的電磁輻射損耗量。
20. 如權(quán)利要求19所述的方法，其包括步驟提供多個(gè)可配置的電磁輻射源作為電磁輸入波導(dǎo)中相應(yīng)的多個(gè)可配置的狹槽。
21. 如權(quán)利要求19所述的方法，其包括步驟相對于所述輸送路徑配置所述狹槽的位置，使得在所述中心非堵塞區(qū)和所述堵塞末端中所消耗的電磁輻射的相對量沿著所述輸送路徑變化。
22. 如權(quán)利要求19所述的方法，其進(jìn)一步包括步驟通過計(jì)算所述蜂窩結(jié)構(gòu)的基體-堵塞物材料組合在所述箱的內(nèi)部中的電磁功率損耗來為多個(gè)狹槽配置中的每一個(gè)計(jì)算品質(zhì)因數(shù)fm;以及將所述狹槽配置設(shè)定為與FM的最低值相關(guān)聯(lián)。
23. 如權(quán)利要求22所述的方法，其中計(jì)算品質(zhì)因數(shù)fm的所述步驟包括分別確定實(shí)際和理論堵塞物相對于基體的功率損耗值PTM和PTMTH;計(jì)算PTM和PTMTH之間的差；計(jì)算消耗的電磁功率的總量PT以及反射功率的量PR=1-PT;以及計(jì)算FM=a(PTMD)+PR，其中1/a在約1.8至1.9之間。
24. 如權(quán)利要求23所述的方法，其進(jìn)一步包括步驟針對每個(gè)不同的蜂窩結(jié)構(gòu)的堵塞物-基體組合，計(jì)算品質(zhì)因數(shù)值fm的集合S{FM};以及比較兩個(gè)或更多個(gè)S(FM)集合之間的Fm信，以確定FM的最小值或者低于閾值TH的Fm信。
25. 如權(quán)利要求19所述的方法，其包括根據(jù)沿所述輸送路徑的蜂窩結(jié)構(gòu)位置的不同，變更電磁輻射損耗量。
26. —種可配置的施加器系統(tǒng)，其用于電磁干燥陶瓷基蜂窩結(jié)構(gòu)，每個(gè)陶瓷基蜂窩結(jié)構(gòu)具有縱軸線、與堵塞區(qū)相關(guān)聯(lián)的末端以及中心非堵塞區(qū)，所述系統(tǒng)包括干燥箱，其具有適合于容納至少一個(gè)蜂窩結(jié)構(gòu)的內(nèi)部；輸送裝置，其穿過所述干燥箱的內(nèi)部，并且適合于沿著輸送路徑使所述蜂窩結(jié)構(gòu)輸送穿過所述內(nèi)部；以及多個(gè)電磁輻射源，其沿著所述輸送路徑設(shè)置并設(shè)置在所述輸送路徑之上，并且可相對于所述輸送路徑配置，并且能夠被移除以防止發(fā)射電磁輻射，以便根據(jù)沿所述輸送路徑的位置來選擇性地變更沿著每個(gè)蜂窩結(jié)構(gòu)的縱軸線由每個(gè)蜂窩結(jié)構(gòu)所消耗的電磁輻射量。
27. 如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中所述多個(gè)電磁輻射源包括具有垂直于所述輸送路徑延伸的多個(gè)部分的電磁輸入波導(dǎo)，其中每個(gè)波導(dǎo)部分包括可相對f所述輸送路徑定位的至少 一個(gè)狹槽。
28. 如權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其中每個(gè)波導(dǎo)部分包括至少兩個(gè)可定位的狹槽。
全文摘要
提供了堵塞的制品(10)的電磁(EM)干燥，包括使制品(10)受到軸向非均勻電磁輻射場，該電磁輻射場導(dǎo)致在堵塞區(qū)(57A，57B)中的任意一個(gè)中所消耗的電磁輻射多于在非堵塞區(qū)(58)中所消耗的電磁輻射。電磁輻射場由包括輸入波導(dǎo)和輸送路徑(242)的可配置的施加器系統(tǒng)(200)提供。輸入波導(dǎo)包括可配置的狹槽?？膳渲玫氖┘悠飨到y(tǒng)(200)可被設(shè)定成根據(jù)制品沿輸送路徑的位置來選擇性地變更沿每個(gè)制品(12)的縱軸線由每個(gè)制品(12)所消耗的電磁輻射量，從而改善電磁干燥過程。
文檔編號B28B11/24GK101652232SQ200880010059
公開日2010年2月17日 申請日期2008年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月30日
發(fā)明者E·M·維連諾, G·G·斯奎爾, J·A·費(fèi)爾德曼, J·喬治, K·R·麥克坎恩, R·L·舒爾茨 申請人:康寧股份有限公司