專利名稱：微波和射頻材料處理的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于材料的微波和射頻(RF)處理的設(shè)備和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
微波是處于電磁譜中具有在300MHz和300GHz之間頻率的區(qū)段中的電磁波。這包括通常稱為特高頻(UHF)、超高頻(SHF)和極高頻(EHF)的波帶。一直認(rèn)為，可以有用地將微波與射頻(RF)譜的甚高頻(VHF)帶(30-300MHZ) —起使用以處理各種材料。不希望受理論的束縛，所理解的是，微波和/或VHF(RF)波是基于材料的介電特性而被材料吸收的。 某些材料可以反射、透過或緩慢地吸收微波和/或RF能量。由于每種具體分子在材料本體中的介電性質(zhì)不同，某些分子以較大速率吸收微波能量并因此具有比周圍的材料高得多的溫度。這使得化學(xué)和物理反應(yīng)能夠在比在常規(guī)火法冶金處理中本來要求的本體溫度更低的本體溫度下發(fā)生。
已經(jīng)做出了嘗試用如微波分批涂布器、流化床和旋轉(zhuǎn)窯以微波來處理材料(如礦物)。然而，所有這些先前的嘗試已經(jīng)遇到了多種問題，這表明用于處理材料(如礦物)的微波方法尚未得到商業(yè)上的接納。一個具體的問題是等離子體的形成和控制。等離子體是被電離的氣體顆粒，它的強度隨著溫度和/或微波功率密度的增加而增大。等離子體提供了局部的極高溫區(qū)域并且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)其造成了對發(fā)生器磁控管的損傷、灼燒微波窗口并使其產(chǎn)生裂痕、并且此外還吸收了優(yōu)先到達有待處理的材料的能量。發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，提供了一種用于處理材料的設(shè)備，該設(shè)備包括
一個用于在處理過程中容納所述材料的隔室，所述隔室具有至少一個壁、一個用于接收有待處理的材料的入口、以及一個使材料在處理后退出該隔室的出口 ；以及
一個輻射源，用于將電磁輻射穿透該隔室壁的一部分發(fā)射到該隔室中，該隔室壁的該部分是至少部分地對該輻射是透明的，該輻射為微波或射頻(RF)電磁輻射(或兩者)；
其中該設(shè)備被配置為用于將該隔室中的材料的至少一部分放置成與該隔室壁的、 該輻射進入該隔室中時所穿透的這個至少部分透明的部分相接觸。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方案，提供了一種用于處理材料的設(shè)備，該設(shè)備包括
一個用于在處理過程中容納所述材料的隔室，所述隔室具有至少一個壁、一個用于接收有待處理的材料的入口、以及一個使材料在處理后退出該隔室的出口 ；以及
一個傳輸組件，用于將微波或RF電磁輻射(或兩者)傳輸?shù)皆摳羰冶诟浇囊粋€內(nèi)部區(qū)域，
其中該設(shè)備被配置成使得在工作期間在該內(nèi)部區(qū)域中的該材料的至少一部分與該隔室壁相接觸并且由此提供一種非氣態(tài)介質(zhì)，該輻射在進入該內(nèi)部區(qū)域時穿過該介質(zhì)行進。
貫穿本說明書，所提及的微波電磁輻射應(yīng)理解為是指具有在300MHz和300GHz之間頻率的電磁輻射。
貫穿本說明書，所提及的射頻電磁輻射應(yīng)理解為是指具有在30MHz和300MHz之間頻率的電磁輻射。
該輻射源可以是連接到一個輻射發(fā)生器上的一個波導(dǎo)的出口。在另一個實施方案中，該輻射源可以是在一個輻射發(fā)生器與該隔室壁之間的一個空間。
該輻射源可以包括一個傳輸組件以用于將電磁輻射傳輸?shù)皆摳羰抑小?br> 該設(shè)備還可以包括至少一個福射發(fā)生器,用于產(chǎn)生微波和/或RF電磁福射,該傳輸組件被配置為將由每個發(fā)生器產(chǎn)生的輻射傳輸?shù)皆摳羰摇?br> 該傳輸組件可以包括波導(dǎo)。
該波導(dǎo)可以具有與該隔室壁相鄰的一個出口。
該隔室可以具有單一的圓柱形壁。
該隔室在工作中可以是固定的。
在另一個安排中，該隔室或該隔室的一部分可以被配置為進行旋轉(zhuǎn)，優(yōu)選是圍繞一條中心縱軸線。
當(dāng)隔室(或其一部分)被配置為進行旋轉(zhuǎn)時，輻射源是固定的。
該設(shè)備可以包括圍繞該隔室的一個殼體。
該殼體可以在該隔室與該傳輸組件出口之間延伸，但優(yōu)選地該傳輸組件延伸穿過該殼體。
該殼體在該設(shè)備的工作過程中可以是固定的，而該隔室(或其一部分)可以被配置為在該殼體之內(nèi)旋轉(zhuǎn)。
該設(shè)備還可以包括這樣一種機構(gòu)，該機構(gòu)用于當(dāng)材料在該入口和出口之間行進時使材料以相對于從輻射源進入隔室中的電磁輻射的方向而言一條螺旋的流動路徑行進。
這種螺旋化機構(gòu)可以包括位于該隔室內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)螺桿。
該旋轉(zhuǎn)螺桿的軸線可以是與該隔室的縱向軸線共軸的。
該螺桿的刮板(flight)可以在該隔室的多個縱向內(nèi)表面之間延伸。
該隔室可以被配置為基本上水平地延伸。
該隔室可以被配置為基本上豎直地延伸。
該設(shè)備可以被配置成使得材料在隔室中的工作高度是在該電磁輻射進入時所穿過的該隔室壁的這個部分上方。
隔室的入口和出口可以限定穿過隔室的材料流動的大致方向，包括經(jīng)過了在電磁輻射進入時所穿透的該隔室壁的這個部分，這個大致流動方向典型地對應(yīng)于隔室的縱向。 該設(shè)備可以被配置成使得電磁輻射橫向于(可以是約90° )這個大致流動方向而進入該隔室。
該設(shè)備可以包括一個氣體出口，用于使氣體退出隔室。
該氣體出口優(yōu)選地被定位在材料工作高度的上方。
該波導(dǎo)可以拆分成多個波導(dǎo)路徑。在這個實施方案中，該波導(dǎo)出口也拆分成多個波導(dǎo)路徑出口。
該設(shè)備可以具有TE 10主模式設(shè)計。
該波導(dǎo)可以是TE 10模波導(dǎo)。
該隔室可以是基本上與該波導(dǎo)寬度相同的，優(yōu)選使得隔室為TElO主模。
該傳輸組件可以包括相對于該首先提及的波導(dǎo)而言交叉耦合到該隔室的上一個第二波導(dǎo)。
該傳輸組件可以包括一個波導(dǎo)窗口，用于保護輻射發(fā)生器免受等離子體影響。
該傳輸組件可以包括一個波導(dǎo)窗口護罩，該護罩被配置為在該窗口的表面上吹上一層氣體。
該傳輸組件可以包括一個等離子體熄滅系統(tǒng)，用于熄滅波導(dǎo)窗口附近的等離子體。
該等離子體熄滅系統(tǒng)可以包括一個或多個氣體入口，該氣體入口被配置為將氣體吹入波導(dǎo)中以熄滅任何等離子體。
該設(shè)備可以包括多個溫度傳感器，這些溫度傳感器沿該隔室的長度定位。
該設(shè)備可以包括能夠感測在隔室的一個內(nèi)部部分中的溫度的一個第一溫度傳感器、以及能夠感測在隔室壁的內(nèi)表面附近的溫度的一個第二溫度傳感器。
第一溫度傳感器優(yōu)選地定位在該隔室的內(nèi)部部分中。
每個溫度傳感器、尤其是第一溫度傳感器，可以配備有一個對微波或RF電磁輻射具有反射性的護套，該護套可以是接地的。
該設(shè)備還可以包括一個刮刀，用于將材料從隔室壁的內(nèi)表面上刮掉。
該刮刀包括一個抵靠在隔室壁的內(nèi)表面上的桿。
該刮刀可以基本上延伸該隔室的長度。
本發(fā)明的實施方案還提供了一種用于材料處理的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括至少兩個如以上任一實施方案中所述的材料處理設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方案，提供了一種用于處理材料的方法，該方法包括
將有待處理的材料穿過一個隔室的入口接收到該隔室中，該隔室具有至少一個
從一個輻射源將電磁輻射穿透該隔室壁的一部分發(fā)射到該隔室中，該隔室壁的這個部分是至少部分地對該輻射是透明的，該輻射為微波或射頻(RF)電磁輻射(或兩者)；
在輻射進入該隔室中之前，將有待處理的材料的至少一部分與該輻射進入隔室中時所穿透的該隔室壁部分相接觸；并且
通過該隔室的一個出口來輸出該經(jīng)處理的材料。


現(xiàn)在將僅以舉例方式參照附圖來說明本發(fā)明的實施方案，其中
圖I是用于材料的連續(xù)微波和/或RF波處理的、根據(jù)本發(fā)明實施方案的一個系統(tǒng)的框圖2是用于材料的連續(xù)微波和/或RF波處理的、串聯(lián)連接的第一和第二設(shè)備的示意圖，該第一和第二設(shè)備為本發(fā)明的不同實施方案；
圖3是圖2的第一設(shè)備的示意圖4是圖2的第二設(shè)備的示意圖5是圖2的第二設(shè)備的一個變體的示意圖；圖6是圖2的第二設(shè)備的另一個變體的示意圖；圖7是圖4的第二設(shè)備的俯視圖；圖8是該第一或第二設(shè)備中使用的微波扼流圈的示意圖；并且圖9是在該第一或第二設(shè)備中使用的、具有等離子體熄滅系統(tǒng)的波導(dǎo)窗口的示意 圖。
具體實施例方式首先參考圖3，示出了用于材料的連續(xù)微波和/或射頻(RF)波處理的、根據(jù)本發(fā)明 一個實施方案的第一設(shè)備10。設(shè)備10包括處于一個圓柱形管13或者連接到一起形成單個 管的多個圓柱形管的形式的一個隔室3。該隔室在材料被處理時容納該材料并且是由一個 圓柱形壁限定的。設(shè)備10還有一個圍繞隔室3的殼體，該殼體處于圓柱形外殼12的形式。 外殼12是由反射微波和RF波的導(dǎo)電材料形成的，以便限制電磁輻射從設(shè)備10中的泄漏。 形成該外殼12的典型材料是金屬，優(yōu)選是不銹鋼，這是由于其溫度和化學(xué)惰性特征。內(nèi)管 13是由一種對微波和RF波透明或半透明的、優(yōu)選是隔熱的并且具有高溫耐受性和高熱沖 擊耐受性的材料形成的。典型地，內(nèi)管13是由氧化鋁、莫來石、石英、塞隆陶瓷(sialon)、氮 化硼或任何其他微波透明的、具有在O. 005ff/m-K到300W/m-K范圍內(nèi)的熱導(dǎo)率的陶瓷形成 的。通過借助構(gòu)造該隔熱內(nèi)管13而將隔室3的壁隔熱，將設(shè)備之內(nèi)的對流和/或輻射 熱或處理熱保持在最低。這意味著設(shè)備10中的內(nèi)部氣體被保持在最低溫度。這有助于使 等離子體的形成最小化以及降低所形成的等離子體的強度。該隔室在一端具有入口 23，通過該入口而從料斗(圖I中的物品I)連續(xù)地將材料 供應(yīng)到隔室中。定位在入口料斗23上的伽馬水平傳感器24a和/或水平指示器24b進行監(jiān) 測并提供料斗內(nèi)正確的材料高度水平。傳感器24a、b連接到一個可編程邏輯控制器(PLC) 上以便自動地控制從料斗I經(jīng)由傳送器2到達隔室入口 23的材料的流量和體積。額外的 傳感器25被配置在入口 23的附近以檢測入口 23附近的微波或RF輻射，從而監(jiān)測電磁輻 射通過入口 23的泄漏。隔室3還具有一個處理后材料的出口 29，該出口被定位在該隔室 的、與入口 23相反的末端處用于使處理后的材料退出該隔室。材料穿過隔室3的大致流動 方向因此被限定為從入口 23到出口 29。氣體出口 30被設(shè)置在該隔室的、與處理后材料的 出口 29相同的(但是在該材料出口 29上方豎直地間隔開)末端處用于使氣體退出隔室3。 這些氣體可以包括在材料的處理過程中產(chǎn)生的氣體和/或經(jīng)由入口 23引入到隔室3中的 過程氣體。取決于應(yīng)用，這些過程氣體可以是空氣、惰性氣體、還原劑、用于氧化、用于化學(xué) 反應(yīng)、作為沖刷氣體或用以使所處理的材料半流化?？梢酝ㄟ^適當(dāng)?shù)臋C構(gòu)來收集這些氣體 并在其他地方進行處理，以回收有用的產(chǎn)物和/或安全地進行處置。設(shè)備10還包括至少一個微波和/或RF輻射發(fā)生器5 (在圖I中示出)，它產(chǎn)生的 電磁輻射經(jīng)由一個傳輸組件(結(jié)合有波導(dǎo)26)穿透該隔室壁的一部分被發(fā)射到隔室3中。 當(dāng)材料在處理過程中在隔室的入口和出口之間移動時，材料穿過該隔室的內(nèi)部區(qū)域。設(shè)備 10被配置為使得該材料的至少一部分被放置成與隔室壁相接觸。因此，當(dāng)電磁輻射進入隔 室時，它進入材料中，也就是它穿過一種非氣態(tài)介質(zhì)。這種配置降低了等離子體的形成和強度、并且改進了設(shè)備的工作效率，因為輻射被吸收到所處理的材料中。
輻射發(fā)生器5可以是恒波(CW)磁控管、脈沖磁控管、柵極功率管、速調(diào)管、速調(diào)極 (klystrode)、交叉場放大器、行波管、回旋管以及RF發(fā)生器。
波導(dǎo)26優(yōu)選為標(biāo)準(zhǔn)的TElO模矩形波導(dǎo)，具有鄰近由內(nèi)管13限定的該隔室壁的一個部分的一個出口，使得電磁輻射通過這個部分進入該隔室。
該波導(dǎo)出口可以是用于高頻的帶角的出口。該波導(dǎo)出口還可以由開槽的波導(dǎo)組成，該波導(dǎo)被構(gòu)造為平行于外殼12，其中電磁輻射從該開槽的波導(dǎo)的每個槽被發(fā)射到該隔室中。隔室3的直徑被設(shè)計為適合于具體的頻率、穿透深度和該處理材料的介電特性，這樣使得電磁輻射的最大量是由處理材料吸收的、并且電磁輻射的最小量達到所處理的材料上方的氣體空間。
該波導(dǎo)可以是單一的波導(dǎo)或者優(yōu)選地該波導(dǎo)拆分成多個波導(dǎo)路徑26a、26b、26c 和26d。波導(dǎo)路徑26a、26b、26c和26d各自具有一個鄰近該隔室內(nèi)管13的出口 27，該出口將電磁輻射傳輸?shù)礁羰业囊粋€內(nèi)部區(qū)域中。這些波導(dǎo)路徑延伸穿過隔室3的金屬外殼12的多個部分。從波導(dǎo)出口 27出發(fā)，微波和/或RF波可以容易地穿過微波透明內(nèi)管13的多個部分而進入該隔室。波導(dǎo)路徑26a、26b、26c和26d是沿隔室3的底部設(shè)置的。波導(dǎo)26因此被配置為橫向于材料從入口到出口通過隔室的大致流動方向來將電磁輻射發(fā)射到隔室中。 這種配置使得電磁輻射能夠在進入隔室中時穿過非氣態(tài)介質(zhì)。此外，這意味著微波和/或 RF電磁輻射被導(dǎo)向該隔室中相對于其容積而言較大的材料表面積。這使得被直接吸收到所處理的材料中的能量最大化，而不是使隔室3中的內(nèi)部氣體電離。其結(jié)果是，進一步使等離子體的形成最小化。
通過將波導(dǎo)拆分成多個波導(dǎo)路徑，可以使用單一的輻射發(fā)生器來提供不同的功率密度以匹配在沿該隔室的多個具體位置處被處理的材料的功率要求。為了這樣做，這些波導(dǎo)路徑被設(shè)計為具有不同的高度、但是優(yōu)選地該高度是小于波長的一半以便使不希望的模的形成最小化(但是具有同樣的寬度以便不影響波導(dǎo)的TElO模)。具有更大高度的波導(dǎo)路徑降低了被傳輸?shù)讲牧系碾姶泡椛涞墓β拭芏取?br> 已知材料的介電特性隨著溫度升高由于材料的相變而發(fā)生改變，尤其是在轉(zhuǎn)變溫度附近。這可能導(dǎo)致在運行這些用于微波處理材料的設(shè)備和系統(tǒng)過程中的一種已知的困難“熱失控”。熱失控是溫度的不受控的升高并且在材料的轉(zhuǎn)變溫度處尤其成問題。通過設(shè)計這些波導(dǎo)路徑以沿隔室(在其中正在處理材料)的長度提供不同功率密度的電磁輻射，可以通過提供適當(dāng)?shù)哪芰枯斎胍怨B(yǎng)和維持沿隔室長度上的溫度梯度的逐漸增高而更好地避免熱失控。此外，當(dāng)所處理的材料經(jīng)受一種或多種化學(xué)反應(yīng)時，雖然這些化學(xué)反應(yīng)是放熱或吸熱性質(zhì)的，但使用拆分的波導(dǎo)使得能夠在沿隔室長度的特定位置處提供適當(dāng)?shù)墓β拭芏取?br> 多個溫度傳感器28沿隔室3的長度被設(shè)置并且設(shè)置在這些波導(dǎo)出口 27之間以便能夠監(jiān)測跨過隔室3的溫度梯度。因此來自這些溫度傳感器28的信息可以被用于調(diào)節(jié)波導(dǎo)路徑的高度并且因此調(diào)節(jié)在沿該隔室長度的特定位置處提供的微波和/或RF波的功率密度。
在一個替代性的安排中，該設(shè)備包括多個輻射發(fā)生器。一個單一的波導(dǎo)、優(yōu)選一個標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)被拆分成多個波導(dǎo)路徑，或者可以使用多個分離的波導(dǎo)來從該多個輻射發(fā)生器向該隔室中傳輸電磁輻射。在這種安排中，在沿該隔室長度的多個特定位置處提供的電磁輻射的功率密度可以通過改變一個或多個輻射發(fā)生器的功率輸出而變化。
被處理的材料相對于電磁輻射被發(fā)射到該隔室中時的方向沿一條螺旋的流動路徑連續(xù)地從入口 23到出口 29移動通過隔室3 (包括通過該內(nèi)部區(qū)域)并且與該隔室相接觸(將在下文詳細(xì)說明)。該螺旋的流動路徑是由一個位于隔室3中的處于螺桿傳送器14 形式的螺旋化機構(gòu)產(chǎn)生的。螺桿傳送器14包括一個中心軸16a，該中心軸帶有一個螺桿， 該螺桿由多個安裝到該軸上的刮板15組成。該螺桿傳送器的中心軸16a在一條與其平行的軸線上延伸通過該隔室3的中心。該螺桿的刮板15在形成該隔室3的內(nèi)管13的頂部和底部之間延伸。螺桿傳送器14可以被構(gòu)造為帶有薄的金屬刮板，但是優(yōu)選地，為了使在隔室3之內(nèi)反射的微波和/或RF波最小化，該螺桿傳送器是由對微波和RF波透明或半透明的材料構(gòu)造的。螺桿傳送器14還優(yōu)選地由具有高溫耐受性和高熱沖擊耐受性的材料形成。 典型的材料可以是陶瓷，如氧化鋁。該螺桿傳送器的軸16a是空氣冷卻的，這樣使得軸的熱膨脹不大于陶瓷螺桿的熱膨脹。軸16a被支撐在耐高溫的軸承20上并且經(jīng)由一個驅(qū)動齒輪22進行驅(qū)動。螺桿傳送器14通過一個鍵16b (或其他機械裝置)被固定到軸16a上。
隨著螺桿14的旋轉(zhuǎn)，材料堆積在前導(dǎo)刮板的前面并且被推動穿過隔室3。在刮板表面旁邊的堆積物中的顆 粒沿刮板表面向上被帶起一段距離然后沿該堆積物的前移側(cè)向下流動，從而充分混合該材料并且提供向隔室3(即內(nèi)管13)的內(nèi)表面的最大程度的暴露。 刮板15的曲率和間距被設(shè)計成對所處理的材料提供最大的翻滾作用。這種設(shè)計的目的是使得該設(shè)備在工作期間能夠在刮板之間具有基本上均勻的材料深度。螺桿傳送器14的設(shè)計提供了該材料的螺旋流動路徑，這導(dǎo)致了總體上均勻的微波和/或RF吸收。這意味著， 該處理操作是更高效的并且形成非常高溫的局部區(qū)域或“熱點”的概率更低。其優(yōu)點是使得等離子體的形成最小化，并且降低這些隔室壁被這些“熱點”損壞的概率。
應(yīng)注意的是，隔室3因此還有內(nèi)部的螺桿傳送器14可能是水平的或與水平方向成一個角度，這取決于所處理材料的稠度和流量。
隔室3在每個末端處是在物理上、熱學(xué)上以及電磁上被密封的。隔室3是物理上被密封的，以將空氣保持在外和/或?qū)⑷魏翁幚須怏w保持在內(nèi)；它是熱學(xué)上被密封的，以防止熱量到達軸承和氣體密封件；并且它是電磁上被密封的，以獲得安全性，防止微波和/或 RF波從隔室中泄漏。隔熱板21 (是對微波和RF透明的)被裝配到隔室3的每個末端。微波扼流圈17a、17b被定位在隔室3的各末端、并且被裝配在螺桿傳送器14的軸16a的周圍，該軸延伸通過該隔熱板21。微波扼流圈17a、17b是按照在該設(shè)備中使用的電磁輻射的具體頻率(或多個頻率)來設(shè)計的。由半傳導(dǎo)材料如碳化硅形成的端冒18被放置在扼流圈17a、17b上以吸收任何繞過該扼流圈的雜散的電磁輻射。在該設(shè)備中使用的是可變頻率微波的替代性實施方案中，該設(shè)備不包括扼流圈而是包括黃銅或碳刷，從而將軸16a接地至外殼12上。能夠承受高溫的多個氣體密封件19被安裝在軸16a上以將隔室3密封而免于任何氣體泄漏。
第一設(shè)備10的設(shè)計是使得所處理的材料持續(xù)地移向與隔室3的內(nèi)表面相接觸，確切地說是與內(nèi)管13的內(nèi)表面相接觸，并且移向該進入隔室中的電磁輻射來源。這意味著第一設(shè)備10尤其適合于用高頻微波進行的處理，如24. 124GHz,5. 8GHz和2. 45GHz。如果螺桿傳送器的直徑大于300mm，那么優(yōu)選的是915MHz、460MHz或RF頻率。微波和/或RF波的穿透深度取決于所處理的材料、材料的溫度和電磁頻率而變。該設(shè)備的設(shè)計(包括工作電磁頻率)必須將所有這些因素納入考慮中。先前提及的高頻微波原先一直具有有限的商業(yè)應(yīng)用，這是因為它們向所處理材料中穿透的深度小(微波頻率越高，穿透深度越小)。有利的是，第一設(shè)備可以用這些高頻微波進行處理，因為某些電絕緣材料在環(huán)境溫度(室溫)和低頻下不能良好地耦合或加熱、但在高溫或高頻下發(fā)生耦合和加熱。例如純氧化鋁在環(huán)境溫度下對915MHz或2. 45GHz微波是透明的，但在室溫下在24到30GHz發(fā)生耦合。
當(dāng)材料在微波場中不良好地耦合或加熱時就出現(xiàn)高穿透深度。然而，耦合通常隨溫度增大，這造成穿透深度的降低。為了克服在穿透上的損失，該設(shè)備還可以用雙頻或多頻工作。這涉及隨著隔室中材料的溫度提高而改變到一個具有較大穿透深度的較低頻率。例如，隨著溫度梯度的升高，中等頻率如2. 45GHz開始耦合，隨后低頻如915MHz在高溫下耦口 ο
發(fā)生器可以將微波或RF波連續(xù)地或者作為脈沖來供應(yīng)到隔室中所處理的材料上。第一設(shè)備10是特別適合于在所處理的材料持續(xù)的移入電磁場中時用高功率密度的脈沖微波來處理材料。高功率的脈沖微波可以用于使顆粒材料如礦石和玻璃化材料微開裂。
現(xiàn)在參考圖4和5，示出了用于材料的連續(xù)微波和/或射頻(RF)波處理的、根據(jù)本發(fā)明實施方案的第二設(shè)備11。第二設(shè)備11具有許多與第一設(shè)備10相似的特征，包括一個拆分波導(dǎo)47和由圓柱形壁限定的并且該隔熱的一個圓柱形隔室4。然而，在第二和第一設(shè)備之間值得注意的區(qū)別是，第二設(shè)備4的隔室4在豎直方向被配置為在其頂部具有一個入口 50，通過該入口，材料被連續(xù)地供應(yīng)到該隔室；并且在其底部具有一個出口 60，用于使處理后的材料退出該隔室。因此，材料在重力下沿著在該入口和出口之間的大致流動方向移動通過隔室4。
供應(yīng)到入口 50的材料被連接到一個位于入口 50附近的機械水平指示器52和/或伽馬水平指示器53上的一個可編程邏輯控制器(PLC)所控制。一個熱電偶69也被定位在隔室4之內(nèi)并且向上延伸至該處理管35的中心以便監(jiān)測管的中心處的內(nèi)部處理溫度。一個熱電偶70也定位在隔室4內(nèi)部以便監(jiān)測隔室的內(nèi)表面附近的處理材料的端部溫度。這些熱電偶有金屬護套并且接地至隔室4上。從該金屬的熱電偶護套反射的功率被周圍的處理材料吸收并且不反射回到波導(dǎo)中。
這種熱電偶配置有利地使得能夠在隔室的中心和邊緣處監(jiān)測該處理管的溫度。在最優(yōu)的工作條件下，跨過隔室中的材料的溫度分布應(yīng)當(dāng)是基本上均勻的。通過監(jiān)測在材料中心與邊緣之間的溫度梯度，可以調(diào)節(jié)該設(shè)備11的工作參數(shù)以便抵消跨過該材料的溫度分布。在某些情況下，這可能要求用具有不同內(nèi)徑的管來替代內(nèi)管35。例如，如果隔室中的材料中心處的溫度遠低于隔室的內(nèi)表面附近的材料溫度，那么這可能表明在所給定了所處理的具體材料的穿透深度時管的內(nèi)徑是過大的，并且應(yīng)當(dāng)使用更窄的管。該設(shè)備被設(shè)計為使得可以容易地將具有不同內(nèi)徑的管35結(jié)合到該設(shè)備中，例如通過使用具有可調(diào)寬度的安裝件。
處理過的材料在足夠的停留時間之后由一個出口螺桿傳送器51通過隔室的出口 62從隔室中計量運出。螺桿的刮板53被設(shè)置在隔室的外表面上、靠近其出口 62，以阻止經(jīng)處理的材料在隔室出口 62與螺桿傳送器51的入口 64之間向上移動。在圖6中所示的另一個實施方案中，該材料可以通過高溫旋轉(zhuǎn)閥從第二設(shè)備11中計量運出。
一個氣體出口 55被設(shè)置在隔室4的頂部，用于使由材料的處理所產(chǎn)生的氣體退出該隔室。過程氣體入口管45、46被定位在隔室4的頂部和底部，以允許在需要時將過程氣體輸入到隔室4中。取決于應(yīng)用，這些過程氣體可以是空氣、惰性氣體、還原劑、氧化劑、用于化學(xué)反應(yīng)、作為沖刷氣體或用以使所處理的材料半流化。
第二設(shè)備11還包括一個微波和RF波發(fā)生器5 (在圖I中不出)，它產(chǎn)生的電磁福射經(jīng)由一個傳輸組件(結(jié)合有波導(dǎo)47)穿透該隔室4的壁的一部分被傳輸?shù)礁羰?中。如第一設(shè)備一樣，當(dāng)材料在處理過程中在隔室的入口和出口之間移動時，材料穿過隔室4的一個內(nèi)部區(qū)域，其中隔室中的材料的至少一部分與該隔室壁接觸。因此，在電磁輻射穿透該隔室壁的部分進入該隔室時，它穿過了一種非氣態(tài)介質(zhì)。這種配置降低了等離子體的形成和強度并且改進了設(shè)備的工作效率，因為輻射被吸收到所處理的材料中而不是使得隔室中的氣體電離。
波導(dǎo)47是相對于隔室4水平地、并且橫向于所處理的材料在入口和出口之間通過該隔室的大致流動方向而定位的。因此，該波導(dǎo)被配置為橫向于所處理的材料穿過該隔室時的大致流動方向來將電磁輻射傳輸?shù)礁羰抑小２▽?dǎo)47還被配置成使得在工作期間電磁輻射在隔室4中的材料高度下方被傳輸?shù)礁羰?中。也就是說，該輻射進入隔室時所穿透的該隔室壁的這個部分是在隔室中的材料的工作高度以下。第二設(shè)備11被配置成使得在隔室4中由材料的處理所產(chǎn)生的氣體從材料本體中逸出，并且通過一個氣體出口 55退出該隔室，該氣體出口位于該隔室中材料高度上方、并且位于波導(dǎo)47將輻射傳輸?shù)礁羰?中時所穿透的該隔室壁的這個部分上方。波導(dǎo)47和氣體出口 55的這些配置意味著電磁輻射被完全傳輸?shù)剿幚淼牟牧现胁⑶覜]有到達隔室4中的任何內(nèi)部氣體。這導(dǎo)致了在設(shè)備4的工作中效率的改進、并且使等離子體的形成最小化。
該波導(dǎo)可以是單一的波導(dǎo)、優(yōu)選標(biāo)準(zhǔn)TElO模矩形波導(dǎo)，但是優(yōu)選地該波導(dǎo)如以上相對于第一設(shè)備10的拆分波導(dǎo)所述的被拆分。通過使用多個拆分的波導(dǎo)路徑48，可以在隔室4之內(nèi)實現(xiàn)TElO主模圖案的豎直陣列。
微波和/或RF波通過單個波導(dǎo)被傳輸?shù)礁羰?中，或如在圖4所示的實施方案中可以通過一個第二波導(dǎo)49被交叉耦合。這使得電磁輻射能夠從多個相反的方向傳輸?shù)礁羰抑校瑥亩鰪娫摲椒ǖ男?。在傳輸組件僅具有單一波導(dǎo)的實施方案中，取代第二波導(dǎo)提供了一個拋物線狀金屬板。該拋物線狀的板將可能已經(jīng)繞過所處理材料的波朝向材料中心反射回去。
隔室4包括一個由導(dǎo)電材料形成的上部30,該材料對微波和RF波進行反射,優(yōu)選是導(dǎo)電材料、優(yōu)選是金屬如不銹鋼，這是因為其溫度耐受性和化學(xué)惰性特征。該上部是靜止的并且被支撐在一個下部31上方，該下部被配置為在使用中進行旋轉(zhuǎn)。該輻射進入該隔室時所穿透的該隔室的這個部分是位于該下部處。該內(nèi)部區(qū)域也位于該下部31之內(nèi)。設(shè)備 11具有一個圍繞該下部31的殼體61,該殼體保持靜止而該下部31在殼體61內(nèi)部旋轉(zhuǎn)。殼體61是由耐高溫材料形成，該材料優(yōu)選與該上部的材料相同。下部31還具有一個寬的基部62以提供對其上方的隔室4的結(jié)構(gòu)支撐。下部31圍繞一條延伸通過隔室4中心的豎直軸線旋轉(zhuǎn)并且通過推力軸承或優(yōu)選地多個豎直支撐滾輪32而豎直地被支撐。下部殼體的豎直對齊是通過多個水平支撐滾輪33而保持在位，這些支撐滾輪被安裝在壓縮墊34上以允許隔室4的熱膨脹。下部31的旋轉(zhuǎn)是經(jīng)由驅(qū)動齒輪41驅(qū)動的，該驅(qū)動齒輪圍繞該下部的基部62運轉(zhuǎn)。波導(dǎo)47相對于旋轉(zhuǎn)的下部31是固定的并維持靜止、延伸穿過殼體61，這樣使得該波導(dǎo)出口在該下部附近。在通過隔室的固定入口 50將材料豎直地供應(yīng)到隔室4中時，該設(shè)備的下部31的旋轉(zhuǎn)造成了所處理的材料相對于被傳輸?shù)礁羰抑械碾姶泡椛涠园l(fā)生盤旋并且造成電磁輻射進入該隔室時所穿透的隔室壁的這個部分發(fā)生改變。隨著材料在重力下下降穿過該隔室4，下部31的旋轉(zhuǎn)使材料移動穿過電磁場的功率密度較高和較低的區(qū)域。這產(chǎn)生了總體上均勻的微波和/或RF吸收。因此該處理操作是更高效的并且形成非常高溫的局部區(qū)域或“熱點”的概率更低。這進而進一步使等離子體的形成最小化。隔室4的下部31包括一個由耐高溫的、耐熱沖擊的且對微波和/或RF波透明的材料形成的內(nèi)管35。典型地，該內(nèi)管是由陶瓷形成的，如石英、氧化鋁、莫來石、塞隆陶瓷、氮化硼或任何其他對微波透明的、具有在O. 005ff/m-K到300W/m-K范圍內(nèi)的熱導(dǎo)率的陶瓷。內(nèi) 管35被一個低密度隔熱管36 (如低密度氧化鋁)包圍。內(nèi)管35在處理溫度下的熱膨脹應(yīng)當(dāng)與外管36的熱膨脹匹配。內(nèi)管35和隔熱管36處于基部61的一個支檐60上并且通過一個陶瓷支架37和多個鎖釘38保持在位置上。當(dāng)進行機加工時考慮了該殼、基部、內(nèi)管和陶瓷支架的熱膨脹。陶瓷支架還可以是由低密度陶瓷如低密度氧化鋁制成的。該內(nèi)管還可以是用陶瓷膠而膠粘到支架上，以便增加內(nèi)管的穩(wěn)定性并且阻止內(nèi)管的任何豎直移動。隨著由熱膨脹造成的內(nèi)管膨脹，該低密度陶瓷支架材料由于熱膨脹而壓縮。除了隔熱管36之外，隔室4的內(nèi)壁在其上部30中是用一個對微波和/或RF波透明的低密度隔熱層54而進行隔熱的。如上面討論的，相對于第一設(shè)備10，對于在其中進行材料處理材料的該隔室進行隔熱意味著將過程熱的對流和/或輻射在隔室4中保持在最小程度。其結(jié)果是等離子體的形成被最小化并且所形成的等離子體具有較低強度。隔室4還是在物理上和電磁上被密封的。微波扼流圈40a、40b被設(shè)置在靜止的上部30和可旋轉(zhuǎn)的下部31中，以使微波和/或RF波的泄漏最小化。為了確保沒有微波泄漏，可以使用第二套扼流圈，或者替代性地可以使用兩個優(yōu)選由銅或黃銅構(gòu)造的彼此接觸的金屬盤來對微波泄漏提供阻擋。這在圖8中被示出。頂部盤41b通過一個精細(xì)的銅釘接頭41a連接到靜止的上部30。這個釘從頂部盤41b朝旋轉(zhuǎn)的下部盤41c上施加一個略微向下的壓力。下部盤連接到可旋轉(zhuǎn)的下部31上。這些扼流圈可以被水平或豎直地設(shè)置。設(shè)置了具有耐高溫性的氣體密封件42、43以密封隔室4避免任何氣體泄漏。絕緣層64被設(shè)置在支檐60的頂部以便熱密封該隔室4。內(nèi)管35的內(nèi)表面通過金屬的或優(yōu)選陶瓷的刮刀44而保持清潔。陶瓷刮刀44包括一個桿，該桿抵靠在內(nèi)管35的內(nèi)表面處。隨著下部31在使用中旋轉(zhuǎn),刮刀44在內(nèi)管移動經(jīng)過刮刀時刮掉該內(nèi)管35的內(nèi)表面上的材料。從該內(nèi)管35的內(nèi)表面上去除此類材料是有利的，因為微波和/或RF波可能耦合到該材料，從而導(dǎo)致在內(nèi)管35上形成“熱點”。該傳輸組件包括一個對微波和/或RF波透明的微波窗口 56。優(yōu)選由石英形成的該窗口 56位于發(fā)生器5與隔室之間，以便保護輻射發(fā)生器免受等離子體影響。該窗口是通過圍繞窗口周邊放置的對微波透明的、優(yōu)選硅氣體密封件來進行氣密的。一個等離子體檢測器57被定位在波導(dǎo)窗口 56附近。一個氣體入口 58被定位在該波導(dǎo)的、與等離子體檢測器相反的側(cè)面上并且靠近該窗口。氣體入口 58 (如在圖9中所示)相對微波窗口豎直地提供了一個的較小的連續(xù)氣體流，該氣體流可以是空氣、氮氣或惰性氣體。這可以被稱為“氣幕”。氣體流保持該窗口是清潔的并且處于穩(wěn)定的溫度下。如果在窗口 56上或附近形成等離子體，那么等離子體檢測器57經(jīng)由一個PLC對氣體入口 58發(fā)信號，以便相對于窗口豎直地吹送大量氣體從而熄滅該等離子體并且由此防止對窗口的損壞。如果在程序規(guī)定的時間之后等離子體沒有熄滅，那么PLC將自動調(diào)低這個或這些發(fā)生器并且提供另一次空氣或惰性氣體噴射。一旦等離子體已經(jīng)熄滅，PLC就將自動地逐漸上調(diào)恢復(fù)發(fā)生器的功率。如果等離子體再次形成于窗口上，那么PLC被編程為關(guān)閉該系統(tǒng)。在第一設(shè)備中設(shè)置了類似的波導(dǎo)窗口和等離子體熄滅系統(tǒng)。 圖5顯示出第二設(shè)備11的另一個實施方案，該第二設(shè)備是氣密的，以便處理危險的、揮發(fā)性材料或者使用揮發(fā)性氣體還原劑如氫氣、氫氣混合物、一氧化碳或危險氣體混合物。該設(shè)備包括一個下部殼體66,該下部殼體連接到螺桿傳送器63的頂部入口殼體上。高溫氣體密封件67被定位在靜止的下部殼體66與旋轉(zhuǎn)的殼體62之間。將會在58處使用氣體，如空氣、惰性氣體或氮氣，來沖刷具有揮發(fā)物的設(shè)備。溫度控制將會通過連接到一個PLC上的熱電偶69和70進行以改變來自這些輻射發(fā)生器的功率。氣體傳感器71a、71b被定位在該設(shè)備各處。這些傳感器通過一個PLC連接，以便在揮發(fā)性氣體或氧氣進入設(shè)備31的下部殼體或波導(dǎo)的情況下關(guān)閉該系統(tǒng)。第二設(shè)備11可以用與第一設(shè)備10相同的頻率工作，然而優(yōu)選的是該第二設(shè)備在更低頻率下如915MHz、460MHz和RF頻率下工作，因為在這些頻率下材料的穿透深度更大。第二設(shè)備11特別適合于在高溫下工作，因為隔室4的下部殼體部分31的旋轉(zhuǎn)降低了施加于隔室任一側(cè)上的熱應(yīng)力。在圖6中所示的一個替代性安排中，第二設(shè)備被配置為具有一個旋轉(zhuǎn)閥72，該旋轉(zhuǎn)閥被連接到該旋轉(zhuǎn)的下部出口管上，以計量來自該設(shè)備的材料。該旋轉(zhuǎn)閥是通過低電壓電動機73驅(qū)動的并且給該電動機的功率是通過多個圓形電接觸盤74提供的，這些盤被連接到旋轉(zhuǎn)的下部出口管和靜止的電觸頭75上并且對它們絕緣。在替代附圖中所示的另一個實施方案中，第二設(shè)備被配置成使得，代替旋轉(zhuǎn)該隔室的一部分，而使該波導(dǎo)(以及輻射發(fā)生器)圍繞隔室做軌道運行，從而使得材料相對于進入該隔室中的電磁輻射而言螺旋地通過該隔室?，F(xiàn)在參考圖I和2，示出了用于材料的連續(xù)微波和/或RF波處理的、根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的系統(tǒng)100。系統(tǒng)100結(jié)合有第一設(shè)備10和第二設(shè)備11。如圖2中更詳細(xì)描繪的，第一和第二設(shè)備是串聯(lián)式安排的。應(yīng)當(dāng)注意，系統(tǒng)100可以僅包括這些設(shè)備之一或者可以包括并聯(lián)或串聯(lián)安排的多于兩個設(shè)備。此外，雖然該系統(tǒng)被示出為具有本發(fā)明不同實施方案的多個設(shè)備，但是這兩個設(shè)備可以是基本上相似的。然而，特別有利的是具有圖I中所示的系統(tǒng)，其中第一設(shè)備10對第二設(shè)備11進行供應(yīng)。這是因為，第一設(shè)備10適合用于在高頻但低溫下工作，并且具有沿隔室3長度的更精細(xì)的溫度控制，而第二設(shè)備適合于在高溫但低頻下工作。因此第一設(shè)備10同時用作第二設(shè)備11的“預(yù)熱器”和初始微波耦合器，使得從第一設(shè)備10供應(yīng)到第二設(shè)備11的材料具有足夠的溫度從而能夠通過更低頻微波進行處理。同時，第二設(shè)備11使該材料能夠被加熱到足夠的溫度以進行所需的處理，該處理是無法通過第一設(shè)備10自身實現(xiàn)的。具有這個第一設(shè)備或多個串聯(lián)的第一設(shè)備允許材料溫度在構(gòu)成這些設(shè)備的材料的許可的工作熱沖擊參數(shù)范圍內(nèi)逐漸增大。
系統(tǒng)100還包括一個料斗1，該料斗經(jīng)由一個進料傳送器2將材料供應(yīng)到第一設(shè)備10的隔室3。該料斗優(yōu)選通過氣體或廢熱進行加熱。特別有用的是預(yù)熱料斗I中的那些不容易用微波和/或RF波加熱的材料。在用于處理此類材料的另一個實施方案中，容易與微波和/或RF波耦合并且后續(xù)具有高能量損失的半導(dǎo)電材料骨料可以與進料材料均勻地混合。該骨料可以是陶瓷，如碳化硅或氧化鋯。此類材料一般稱為“有損耗的”。因為它們在與微波和/或RF波耦合之后具有高的能量損失，所以它們產(chǎn)生了對流和輻射熱，該輻射熱將所希望處理的周圍材料加熱。一旦有待處理的材料的溫度增高，與這種材料耦合的微波和/或RF波一般也增加。使用“加熱性”骨料提供了比料斗的氣體或廢熱加熱更均勻的材料預(yù)熱方法。該骨料還幫助從隔室3、4的內(nèi)壁上去除堆積物。該骨料可以從退出該設(shè)備
10、11的處理后材料中篩選出來并被重新使用。所處理的材料從第一設(shè)備10的隔室3供應(yīng)到第二設(shè)備11的隔室4中。微波和/ 或RF波發(fā)生器5通過波導(dǎo)6、47和49提供電磁輻射。通過管道7從設(shè)備3、4去除煙霧。通過任何適當(dāng)?shù)臋C構(gòu)8(如袋濾室、濕式除塵器、快速驟冷塔、飛濺冷凝器、蒸餾塔或其他類似的收集系統(tǒng))將煙霧冷卻并收集。取決于應(yīng)用，煙霧可能包含有用地產(chǎn)品的顆?；蚩赡苁菑U物。類似地，作為固體從系統(tǒng)100中退出的經(jīng)處理的材料可以是廢料或者可以是有用產(chǎn)品，這取決于應(yīng)用。實例I將含有42%的為氧化鋅的鋅的電弧爐(EAF)粉塵與含94%碳的35%高品質(zhì)褐煤煤焦還原劑充分共混?；旌虾蟮腅AF粉塵和精細(xì)煤炭在盤形混合機中?；癁?至5_的粒料。將?；牟牧线B續(xù)供應(yīng)到類似于圖2-4所示的設(shè)備中并且用微波電磁能量照射。在1000°C的固態(tài)反應(yīng)中，鋅從該設(shè)備中煙霧化并且在一個袋濾室中被收集，以使用這些不同設(shè)備中的每一個來產(chǎn)生固體的氧化鋅顆粒。實例II包含AA和AAA電池的干電池組(包含作為鋅金屬的鋅、錳、碳、塑料和各種其他少量金屬)被研磨成直徑小于5mm的顆粒并且與含94%碳的15%高品質(zhì)褐煤煤焦還原劑充分共混。將共混后的材料連續(xù)供應(yīng)到類似于圖4所示的設(shè)備中并且用微波電磁能量照射。在1000°C下塑料的電池包裹物發(fā)生熱解和氣化。在固態(tài)反應(yīng)中，在1100°C，鋅從設(shè)備中煙霧化。將氣流通過快速驟冷塔快速驟冷，以使二噁英的形成最小化。在穿過快速驟冷塔之后，氣體穿過催化柱以從氣流中完全去除任何剩余的二噁英。實例III將包含60%的氧化鐵和20%的碳的來自鋼鐵廠加熱爐的袋濾室粉塵與包含94%碳的25%高品質(zhì)褐煤煤焦還原劑充分共混。混合后的袋濾室粉塵和精細(xì)煤焦在盤形混合機中?；癁?至5_的粒料。將?；蟮牟牧线B續(xù)供應(yīng)到類似于圖2所示的設(shè)備中并且用微波電磁能量照射。在1000°C下氧化鐵被金屬化。實例IV將包含60%氧化鐵的鐵礦石細(xì)料與包含94%碳的40%高品質(zhì)褐煤煤焦還原劑充分混合?；旌虾蟮蔫F礦石細(xì)料和精細(xì)煤焦在盤形混合機中?；癁?至5_的粒料。將粒化后的材料連續(xù)供應(yīng)到類似于圖4所示的設(shè)備中并且用微波電磁能量照射。在1000°C氧化鐵被金屬化。
在以下的權(quán)利要求書中以及在先前的發(fā)明說明部分中，除非由于表達語言或必然的暗示而導(dǎo)致上下文做出另外的要求，詞語“包括”或其變型如“包括了(comprises)”或“包括有(comprising) ”是以包含性的含義使用的，即，指明了所陳述的特征的存在但是并不排除在本發(fā)明的各種實施方案中存在或增加其他特征?！?br> 權(quán)利要求
1.一種用于材料處理的設(shè)備，該設(shè)備包括一個用于在處理過程中容納所述材料的隔室，所述隔室具有至少一個壁、一個用于接收有待處理的材料的入口、以及一個使材料在處理后退出該隔室的出口 ；以及一個輻射源，用于將電磁輻射穿透該隔室壁的一部分引導(dǎo)到該隔室中，該隔室壁的該部分是至少部分地對該輻射是透明的，該輻射為微波或射頻(RF)電磁輻射；其中該設(shè)備被配置為用于將該隔室中的材料的至少一部分放置成與該隔室壁的、該輻射進入該隔室中時所穿透的這個至少部分透明的部分相接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中該輻射源包括一個傳輸組件以用于將該電磁輻射傳輸?shù)皆摳羰抑小?br> 3.一種用于材料處理的設(shè)備，該設(shè)備包括一個用于在處理過程中容納所述材料的隔室，所述隔室具有至少一個壁、一個用于接收有待處理的材料的入口、以及一個使該材料在處理后退出該隔室的出口 ；以及一個傳輸組件，用于將微波或RF電磁輻射傳輸?shù)皆摳羰冶诟浇囊粋€內(nèi)部區(qū)域，其中該設(shè)備被配置為使得在工作期間在該內(nèi)部區(qū)域中的該材料的至少一部分與該隔室壁相接觸并且由此提供一種非氣態(tài)介質(zhì)，該輻射在進入該內(nèi)部區(qū)域時穿過該介質(zhì)行進。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的設(shè)備，其中該傳輸組件包括一個波導(dǎo)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中該波導(dǎo)具有一個鄰近該隔室壁的出口。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的設(shè)備，其中該傳輸組件包括一個相對于所提及的第一個波導(dǎo)而言交叉耦合至該隔室上的第二波導(dǎo)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4-6中任一項所述的設(shè)備，其中每個波導(dǎo)被拆分成多個波導(dǎo)路徑。
8.根據(jù)權(quán)利要求4-7中任一項所述的設(shè)備，其中每個波導(dǎo)是一個TElO模波導(dǎo)。
9.根據(jù)權(quán)利要求4-98中任一項所述的設(shè)備，其中該隔室具有與該波導(dǎo)基本上相同的覽度。
10.根據(jù)權(quán)利要求2-9中任一項所述的設(shè)備，其中該設(shè)備還包括至少一個輻射發(fā)生器以用于產(chǎn)生微波和/或RF電磁輻射，該傳輸組件被配置為將由每個發(fā)生器產(chǎn)生的輻射傳輸?shù)皆摳羰摇?br> 11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中該傳輸組件包括一個波導(dǎo)窗口以用于保護該輻射發(fā)生器免受等離子體的影響。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中該傳輸組件包括一個波導(dǎo)窗口護罩，該護罩被配置為在該窗口的表面上吹上一層氣體。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的設(shè)備，其中該傳輸組件包括一個等離子體熄滅系統(tǒng)以用于熄滅該波導(dǎo)窗口附近的等離子體。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中該等離子體熄滅系統(tǒng)包括一個或多個氣體入口，該氣體入口被配置為將氣體吹入該波導(dǎo)中以熄滅任何等離子體。
15.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備，其中該設(shè)備具有TElO主模設(shè)計。
16.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備，其中該隔室具有單一的圓柱形壁。
17.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備，其中該隔室的至少一部分被配置成用于圍繞一條中心縱向軸線旋轉(zhuǎn)。
18.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備，其中該設(shè)備包括一個圍繞該隔室的殼體，并且該隔室的至少一部分被配置成用于在該殼體之內(nèi)旋轉(zhuǎn)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其中該傳輸組件延伸穿過該殼體。
20.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備，其中該設(shè)備包括一種機構(gòu)，該機構(gòu)是用于當(dāng)材料在該入口和該出口之間行進時使該材料相對于進入該隔室中的電磁輻射的方向而言以一種螺旋的流動路徑行進。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中該螺旋化機構(gòu)包括一個位于該隔室內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)螺桿。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其中該旋轉(zhuǎn)螺桿的軸線是與該隔室的一條縱向軸線共軸的。
23.根據(jù)權(quán)利要求20或21所述的設(shè)備，其中該螺桿的刮板在該隔室的多個縱向內(nèi)表面之間延伸。
24.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備，其中該設(shè)備被配置成使得該材料在該隔室中的工作高度是在該電磁輻射進入時所穿透的該隔室壁的這個部分的上方。
25.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備，其中該隔室的入口和出口限定了該材料通過該隔室的大致流動方向，包括經(jīng)過了該電磁輻射進入時所穿透的該隔室壁的這個部分，并且其中該設(shè)備被配置為使得該電磁輻射是橫向于該大致流動方向而進入該隔室中。
26.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備，其中該設(shè)備包括一個氣體出口用于使氣體退出該隔室。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的設(shè)備，其中該氣體出口被定位在該材料的工作高度上方。
28.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備，其中該設(shè)備包括沿該隔室的長度定位的多個溫度傳感器。
29.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備，其中該設(shè)備包括能夠感測在該隔室的一個內(nèi)部部分中的溫度的一個第一溫度傳感器、以及能夠感測在該隔室壁的內(nèi)表面附近的溫度的一個第二溫度傳感器。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的設(shè)備，其中該第一溫度傳感器被定位在該隔室的內(nèi)部部分中。
31.根據(jù)權(quán)利要求28-30中任一項所述的設(shè)備，其中每個溫度傳感器配備有一個對微波或RF電磁輻射具有反射性的護套。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的設(shè)備，其中每個護套都是接地的。
33.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備，其中該設(shè)備還包括一個刮刀以用于從該隔室壁的內(nèi)表面上刮下材料。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的設(shè)備，其中該刮刀包括一個抵靠在該隔室壁的內(nèi)表面上的桿。
35.根據(jù)權(quán)利要求33或34所述的設(shè)備，其中該刮刀基本上延伸了該隔室的長度。
36.一種用于材料處理的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括至少兩個如以上權(quán)利要求中任一項所述的用于材料處理的設(shè)備。
37.一種用于處理材料的方法,該方法包括將有待處理的材料通過一個隔室的入口接收到該隔室中，該隔室具有至少一個壁；從一個輻射源將電磁輻射穿透該隔室壁的一部分發(fā)射到該隔室中，該隔室壁的該部分是至少部分地對該輻射是透明的，該輻射為微波或射頻(RF)電磁輻射；在輻射進入該隔室之前，將有待處理的材料的至少一部分與該輻射進入該隔室中時所穿透的該隔室壁的這個部分相接觸；并且通過該隔室的一個出口來輸出該經(jīng)處理的材料。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，還包括使該材料在該隔室的入口與出口之間、相對于該電磁輻射進入該隔室中的方向而言以一條螺旋的流動路徑進行流動。
39.根據(jù)權(quán)利要求37或38所述的方法，該方法還包括在輻射進入該隔室時旋轉(zhuǎn)該隔室。
40.根據(jù)權(quán)利要求37-39中任一項所述的方法，該方法還包括通過一個定位在該隔室中的材料的高度上方的氣體出口而從該隔室中輸出氣體。
全文摘要
一種用于材料處理的設(shè)備，該設(shè)備包括一個用于在處理過程中容納所述材料的隔室，所述隔室具有至少一個壁、一個用于接收有待處理的材料的入口、以及一個使材料在處理后退出該隔室的出口；以及一個輻射源以用于將電磁輻射穿透該隔室壁的一部分而引導(dǎo)至該隔室中，該隔室壁的該部分是至少部分地對該輻射是透明的，該輻射為微波或射頻(RF)電磁輻射；其中該設(shè)備被配置為用于將該隔室中的材料的至少一部分放置成與該隔室壁的、該輻射進入到該隔室中時所穿透的這個至少部分透明的部分相接觸。
文檔編號H05B6/80GK102948254SQ201180030330
公開日2013年2月27日 申請日期2011年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月30日
發(fā)明者菲利普·約瑟夫·諾頓 申請人:量子波有限公司