隅角立方體輻射控制的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明描述一種用于在直接輻射加熱系統(tǒng)中利用隅角立方體反射器技術(shù)進(jìn)行輻射控制的系統(tǒng)和方法。所述系統(tǒng)和方法在多種類型的直接輻射加熱系統(tǒng)中具有應(yīng)用且可適用于窄頻帶或?qū)掝l帶受引導(dǎo)輻射加熱系統(tǒng)兩者。實(shí)施方案的目的和結(jié)果是通過(guò)使光子改向返回到正用輻射能量加熱或處理的目標(biāo)物品而改進(jìn)總系統(tǒng)效率。
【專利說(shuō)明】隅角立方體輻射控制
[0001]本申請(qǐng)案主張2010年5月7日申請(qǐng)的第61/332,512號(hào)美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)案的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益,其揭示內(nèi)容以引用的方式并入本文中。
【技術(shù)領(lǐng)域】【背景技術(shù)】
[0002]本示范性實(shí)施例涉及用于輻射目標(biāo)物品的系統(tǒng)和方法。其發(fā)現(xiàn)與提高其中目標(biāo)物品正被有效輻射的系統(tǒng)和方法中的輻射效率相結(jié)合的特定應(yīng)用,且將根據(jù)特定參考對(duì)其進(jìn)行描述。然而,應(yīng)了解,本示范性實(shí)施例也可用于其它同類應(yīng)用。
[0003]產(chǎn)品的加熱或輻射總有與其相關(guān)聯(lián)的挑戰(zhàn),由此照到正被輻射的目標(biāo)物品的輻射過(guò)程的許多有效能量丟失。舉例來(lái)說(shuō),照到目標(biāo)物品的許多輻射的光子被目標(biāo)物品反射、透射穿過(guò)目標(biāo)物品,或者被目標(biāo)物品反向散射且不被目標(biāo)物品吸收。如果有效輻射過(guò)程的目的是加熱或處理目標(biāo),那么所述過(guò)程的效率依據(jù)沒被目標(biāo)吸收的光子的百分比而下降。舉例來(lái)說(shuō),當(dāng)食物被輻射時(shí),通常30%到60%的光子以隨機(jī)角度反向散射離開食物目標(biāo)。反向散射的精確百分比取決于輻射的確切波長(zhǎng)和食物自身的物理性質(zhì),且將隨著輻射的確切波長(zhǎng)和食物自身的物理性質(zhì)而改變。此外,一些食物和其它材料將具有透射特性以使光子將穿過(guò)目標(biāo)物品并將從目標(biāo)的相反側(cè)出去。不管光子是否從目標(biāo)材料反向散射、反射或在穿過(guò)目標(biāo)材料之后退出,它們都是浪費(fèi)的能量,除非它們可以某種方式返回到目標(biāo)物品。最近數(shù)十年來(lái),輻射能量及產(chǎn)生輻射能量的成本已顯著增加,因此用來(lái)提高效率的任何技術(shù)都是大家迫切需要的。本示范性實(shí)施例是用來(lái)增加有效輻射系統(tǒng)的效率的新穎技術(shù)。
[0004]如上文所描述的,浪費(fèi)的光子的問(wèn)題對(duì)于許多不同的有效或受引導(dǎo)輻射處理及有效輻射加熱系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是常見的。通常,因?yàn)閱?wèn)題的困難性,很少或沒有做出努力來(lái)“回收”光子并將其返回到目標(biāo)物品以從原本浪費(fèi)的光子中獲得額外有用的吸收功能。如果做出過(guò)努力來(lái)提供一些形式的返回手段,那么其通常涉及彎曲成或形成橢圓形或拋物線形以便充當(dāng)反射器的一些類型的平面反射器。從設(shè)計(jì)的立場(chǎng)來(lái)看,這變得極其復(fù)雜,因?yàn)榇祟悢?shù)學(xué)形狀一般與特定的焦點(diǎn)或焦點(diǎn)組相關(guān)地起作用。反射器系統(tǒng)的有效設(shè)計(jì)變成確定尺寸及合適的幾何形狀的集中練習(xí),從而導(dǎo)致難以設(shè)計(jì)在大范圍的大小中適用的簡(jiǎn)單或復(fù)雜的反射器的配置。因此,對(duì)系統(tǒng)效率和能量效率的損失來(lái)說(shuō),其變成經(jīng)常被忽視的非常困難的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。
[0005]在使用大的、平坦的、反射性表面的程度上,其在真正增加效率方面是如此低效以致提供它們可能都是徒勞。相互放置在合適的角度的多個(gè)大的、平坦的表面可提供一些隨機(jī)效應(yīng),但其并沒有普遍性幫助。即使此類反射器配置提供一些標(biāo)稱有效性,其也很少提供將光子返回到目標(biāo)物品上的確切位置(光子在這里將是最有用的)的功能。如果要在矩形爐腔里面輻射目標(biāo)物品,那么壁可由反射材料制成,或者可由反射材料覆蓋。遺憾的是,即使?fàn)t的內(nèi)壁相互正交,也不能達(dá)到所需的結(jié)果。通過(guò)使用臺(tái)球桌的實(shí)例可容易對(duì)此進(jìn)行說(shuō)明。如果我們將目標(biāo)球放置在桌上某處,且接著隨機(jī)瞄準(zhǔn)第二個(gè)球(表示光子的路徑),那么我們可界定數(shù)千個(gè)永遠(yuǎn)都無(wú)法撞擊目標(biāo)球的反彈模式。事實(shí)上,第二個(gè)球可能從一個(gè)反彈球彈回到另一反彈球再?gòu)椈氐狡渌磸椙蛑钡狡湓诓蛔矒裟繕?biāo)球的情況下將能量用完為止。光子通過(guò)每一次彈回或反射類似地將能量釋放到壁(其能量的耗盡將取決于其正在撞擊的材料的類型)且其可在其到達(dá)對(duì)準(zhǔn)輻射的物品之前就耗盡其能量。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]在當(dāng)前描述的實(shí)施例的一個(gè)方面中,用于輻射處理或加工目標(biāo)物品的系統(tǒng)包括可操作以產(chǎn)生輻射的輻射源,所述輻射源經(jīng)配置以將輻射引向目標(biāo)物品,及輻射區(qū),目標(biāo)將被定位在其中以進(jìn)行輻射,所述輻射區(qū)至少部分由貼近的隅角立方體反射器材料來(lái)界定,所述隅角立方體反射器材料包括隅角立方體反射器陣列且可操作以將輻射反射回目標(biāo)物品,福射已為從目標(biāo)物品反射、從目標(biāo)物品反向散射或穿過(guò)目標(biāo)物品中的至少一者)。
[0007]在當(dāng)前描述的實(shí)施例的另一方面中,所述系統(tǒng)為烹飪爐。
[0008]在當(dāng)前描述的實(shí)施例的另一方面中,目標(biāo)物品為食物或有機(jī)物品。
[0009]在當(dāng)前描述的實(shí)施例的另一方面中,系統(tǒng)包含在瓶成形系統(tǒng)內(nèi)。
[0010]在當(dāng)前描述的實(shí)施例的另一方面中,目標(biāo)物品為塑料瓶預(yù)成形件。
[0011]在當(dāng)前描述的實(shí)施例的另一方面中,隅角立方體反射器材料包含至少一個(gè)孔隙,可穿過(guò)所述孔隙通過(guò)隅角立方體材料朝向所述目標(biāo)物品引導(dǎo)輻射。
[0012]在當(dāng)前描述的實(shí)施例的另一方面中,隅角立方體反射器材料包括輻射區(qū)的封圍物的一部分。
[0013]在當(dāng)前描述的實(shí)施例的另一方面中,隅角立方體反射器材料包括輻射區(qū)的封圍物的一半以上。
[0014]在當(dāng)前描述的實(shí)施例的另一方面中,隅角立方體反射器材料基本覆蓋爐輻射區(qū)的內(nèi)表面的全部,只不過(guò)(在一些情形下)隅角立方體反射器材料不覆蓋輻射源。
[0015]在當(dāng)前描述的實(shí)施例的另一方面中,將隅角立方體反射器材料定位以使其在策略上定位在雜散輻射將可能需要改向到目標(biāo)物品的至少一些區(qū)域中。
[0016]在當(dāng)前描述的實(shí)施例的另一方面中,隅角立方體反射器材料在圓周上圍繞預(yù)成形件的長(zhǎng)軸,但是其允許接近以將預(yù)成形件放入輻射腔及從輻射腔拿出以促進(jìn)高速生產(chǎn)。
[0017]在當(dāng)前描述的實(shí)施例的另一方面中,所述接近由允許穿過(guò)輻射腔的線性或弓形行進(jìn)路徑組成。
[0018]在當(dāng)前描述的實(shí)施例的另一方面中,隅角立方體材料圍繞預(yù)成形件,從而在其正被輻射期間的至少部分時(shí)間期間形成輻射腔。
[0019]在當(dāng)前描述的實(shí)施例的另一方面中,隅角立方體材料并入有色顏料,以使材料對(duì)人類觀看者來(lái)說(shuō)表現(xiàn)為有色表面且使隅角立方體材料在輻射波長(zhǎng)下是起作用的。
[0020]在當(dāng)前描述的實(shí)施例的另一方面中,隅角立方體材料被涂覆在前表面或后表面中的至少一者上,使得所述材料至少反射85%的750nm以上的波長(zhǎng)。
[0021]在當(dāng)前描述的實(shí)施例的另一方面中,隅角立方體材料被涂覆在前表面或后表面中的至少一者上且至少反射95%的波長(zhǎng)。
[0022]在當(dāng)前描述的實(shí)施例的另一方面中,隅角立方體材料操作以在1600nm以上起作用。[0023]在當(dāng)前描述的實(shí)施例的另一方面中,隅角立方體材料涂層是鋁、銀、金、銅及鎘或其合金中的至少一者。
[0024]在當(dāng)前描述的實(shí)施例的另一方面中,隅角立方體反射器材料并入面向輻射目標(biāo)物品的光滑且可洗的表面。
[0025]在當(dāng)前描述的實(shí)施例的另一方面中,隅角立方體陣列的接受角是±45°。
[0026]在當(dāng)前描述的實(shí)施例的另一方面中,輻射處理或加工方法包括使用輻射區(qū)內(nèi)的輻射源輻射目標(biāo)物品,且使用至少部分界定輻射區(qū)的貼近的隅角立方體陣列反射器材料將輻射(其為從目標(biāo)物品反射的輻射、從目標(biāo)物品散射的輻射或透射穿過(guò)目標(biāo)物品的輻射中的一者)反射回目標(biāo)物品。
[0027]在當(dāng)前描述的實(shí)施例的另一方面中,輻射是出于對(duì)目標(biāo)物品進(jìn)行加熱、干燥、固化及脫水中的至少一者的目的。
[0028]在當(dāng)前描述的實(shí)施例的另一方面中,在烹飪爐或加工爐內(nèi)實(shí)施輻射布置。
[0029]在當(dāng)前描述的實(shí)施例的另一方面中,目標(biāo)物品為食物或有機(jī)物品。
[0030]在當(dāng)前描述的實(shí)施例的另一方面中,在瓶成形系統(tǒng)內(nèi)實(shí)施所述方法。
[0031]在當(dāng)前描述的實(shí)施例的另一方面中,目標(biāo)物品為塑料瓶預(yù)成形件。
[0032]在當(dāng)前描述的實(shí)施例的另一方面中,在制造或填充過(guò)程中,目標(biāo)材料為金屬、玻璃或塑料中的一者。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0033]圖1為隅角反射器的說(shuō)明。
[0034]圖2(a)_(d)為隅角立方體反射器的說(shuō)明。
[0035]圖3 (a)-(c)為隅角立方體反射器材料的薄片或陣列。
[0036]圖4a為常規(guī)爐的說(shuō)明。
[0037]圖4b為根據(jù)當(dāng)前描述的實(shí)施例的爐的說(shuō)明。
[0038]圖5a為瓶預(yù)成形件的說(shuō)明。
[0039]圖5b為根據(jù)當(dāng)前描述的實(shí)施例的用來(lái)輻射瓶預(yù)成形件的系統(tǒng)的說(shuō)明。
[0040]圖6為根據(jù)當(dāng)前描述的實(shí)施例的用來(lái)輻射瓶預(yù)成形件的系統(tǒng)的說(shuō)明。
[0041]圖7(a)_(d)為根據(jù)當(dāng)前描述的實(shí)施例的系統(tǒng)的輻射區(qū)的一部分的說(shuō)明。
【具體實(shí)施方式】
[0042]本示范性實(shí)施例為用來(lái)提高其中目標(biāo)物品正被有效輻射(舉例來(lái)說(shuō),用于輻射處理和加工)的系統(tǒng)中的輻射效率的新穎技術(shù)。
[0043]本示范性實(shí)施例由教示和實(shí)施將隅角立方體反射器技術(shù)用于直接輻射加熱系統(tǒng)中的輻射控制的新方式組成。其在許多類型的直接輻射加熱系統(tǒng)中具有應(yīng)用且尤其適用于窄頻帶或其它受引導(dǎo)輻射加熱系統(tǒng)(例如寬頻帶受引導(dǎo)輻射加熱系統(tǒng))。其尤其適用于其中輻射源可為半導(dǎo)體裝置(例如LED或激光二極管)的陣列的高度受引導(dǎo)輻射應(yīng)用。舉例來(lái)說(shuō),輻射源以輻射的多個(gè)波長(zhǎng)分布(其依據(jù)應(yīng)用包含大于500mW的功率下的紅外、微波、UV及類似波長(zhǎng))中的一者或一者以上發(fā)射輻射。此系統(tǒng)中的目標(biāo)物品可為正被烹飪或加工的食物物品(或其它有機(jī)物品)、正被干燥或固化的物品,或正被加熱用于進(jìn)一步加工的熱塑性組件(例如塑料(舉例來(lái)說(shuō),PET)瓶預(yù)成形件)。而且,在多種環(huán)境(其包含制造或填充加工)中,目標(biāo)物品可為金屬、玻璃或塑料的任何目標(biāo)材料。目標(biāo)應(yīng)用的范圍相當(dāng)大,但共性為在所有的系統(tǒng)中輻射的效率一般是重要的設(shè)計(jì)目標(biāo)。示范性實(shí)施例的實(shí)施方案的目的和結(jié)果是通過(guò)將光子改向返回到正用輻射能量進(jìn)行處理或加工的目標(biāo)物品來(lái)提高整體系統(tǒng)效率。目標(biāo)物品的處理或加工包含(舉例來(lái)說(shuō))加熱、干燥、固化、脫水、處理、涂覆及類似者。為了理解示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)和價(jià)值以及如何將其進(jìn)行實(shí)施,需要教示輻射系統(tǒng)的基本原理以及隅角立方體反射技術(shù)的基本原理。
[0044]良好設(shè)計(jì)的直接輻射加熱系統(tǒng)應(yīng)使光子能量足夠好地聚集,以使非常高百分比的能量在第一回合中擊中將要被直接加熱的食物或目標(biāo)物品或被吸收到物品內(nèi)。源可包含產(chǎn)生對(duì)本文所描述的加工(例如對(duì)目標(biāo)進(jìn)行加熱、干燥、固化、脫水、涂覆或處理(或類似者))有用的電磁輻射的各種各樣的直接和有效輻射裝置。部分列表將包含高強(qiáng)度放電燈、弧光燈、石英燈、鹵素?zé)?、特殊鎧裝線、LED、發(fā)光晶體管(LET)、包含表面發(fā)射激光器裝置的半導(dǎo)體激光器、固態(tài)激光器、其它類型的激光器及類似者。舉例來(lái)說(shuō),在第7,425,296號(hào)美國(guó)專利;2006年6月7日申請(qǐng)的美國(guó)序列號(hào)11/448,630 ;及2008年6月9日申請(qǐng)的美國(guó)序列號(hào)12/135,739(此類專利及/或申請(qǐng)案以全文引用的方式并入本文中)中揭示了可在本實(shí)施例的實(shí)施方案中使用的一些源。一些源可比其它源更具引導(dǎo)性或瞄準(zhǔn)性。當(dāng)然,存在透鏡、反射器、折射器、衍射器、光導(dǎo)管、光纖及各種其它構(gòu)件的許多組合,所述構(gòu)件用于對(duì)輻射能量進(jìn)行塑形,以使其以對(duì)應(yīng)用來(lái)說(shuō)最合意的所要模式、角度及強(qiáng)度來(lái)照向目標(biāo)。不論其是否要求經(jīng)高度設(shè)計(jì)的波束塑形或是否本地輻射裝置可以其最基本的形式產(chǎn)生可接受的輻射模式,挑戰(zhàn)依然是如何使反向散射的、反射的或透射穿過(guò)的光子返回到目標(biāo)物品。
[0045]假設(shè)合適地進(jìn)行了輻射源設(shè)計(jì),大部分輻射能量將擊中目標(biāo)且(在許多情形下)被目標(biāo)吸收。然而,如上文所提到的,照向目標(biāo)物品的許多輻射光子被目標(biāo)物品反射、透射穿過(guò)目標(biāo)物品或被目標(biāo)物品反向散射且不被目標(biāo)物品吸收。因此,從設(shè)計(jì)的觀點(diǎn)來(lái)說(shuō),可更多的將目標(biāo)視為有效源。因此,不是具有來(lái)自特別設(shè)計(jì)的有效輻射源的被高度引導(dǎo)的能量,我們具有從目標(biāo)物品本身發(fā)出的大體上分散的能量,即使其起源于“有效”輻射源。
[0046]反向散射的能量可為高度分散的且就光子的矢量方向而言其可接近完美的隨機(jī)性。然而,透射穿過(guò)的光子一般將具有多得多的可預(yù)測(cè)的方向性,但是其仍然具有高度的隨機(jī)性成分(這取決于其離開目標(biāo)后側(cè)時(shí)的材料)。這些情況都具有一個(gè)共同的事情。能量“看上去”好像是從目標(biāo)材料本身發(fā)出的且可出于實(shí)施此示范性實(shí)施例的目的如此對(duì)待所述能量。而且,此隨機(jī)性與來(lái)自鏡面反射目標(biāo)(舉例來(lái)說(shuō),反射角等于入射角的地方)的反射進(jìn)行對(duì)比,因此界定可在策略上放置單一反射器從而將光子反射回目標(biāo)的情形。當(dāng)前描述的實(shí)施例進(jìn)一步論述本文所描述的反向散射的或隨機(jī)透射的能量的多得多的隨機(jī)性質(zhì)。
[0047]雖然我們正動(dòng)態(tài)且有效地輻射目標(biāo),但是目標(biāo)正在重新發(fā)射光子好像其是主源一樣。因?yàn)槟繕?biāo)材料表現(xiàn)得像光子的隨機(jī)化的次要的發(fā)射源,所以設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)是將光子引導(dǎo)回到源,接著所述源將光子送回到光子可具有進(jìn)一步的有用性的目標(biāo)內(nèi)。此挑戰(zhàn)的新的解決方案是對(duì)隅角立方體反射器材料進(jìn)行適當(dāng)?shù)亩ㄎ灰允蛊鋵⒐庾臃祷氐侥繕?biāo)。
[0048]幾十年來(lái),各種形式的隅角立方體反射器已經(jīng)眾所周知。雖然已將隅角立方體反射器用于廣泛多種應(yīng)用,但是其沒有被采用在本文所關(guān)注的有效輻射加熱產(chǎn)業(yè)。本示范性實(shí)施例展望并教示了隅角立方體反射器技術(shù)的新穎用法。其將最常與各種形式的薄片隅角立方體后向反射器技術(shù)一起實(shí)踐,其中薄片包括隅角立方體反射器或元件的陣列。
[0049]為了理解隅角立方體反射器原理,理解二維隅角立方體反射器的基本原理將是有幫助的。圖1展示具有互成直角的兩個(gè)鏡子或反射表面的二維隅角反射器對(duì)光子的影響,其在圖中表示為在垂直于兩個(gè)反射器的平面中行進(jìn)的光線矢量。此布置將一直包含一對(duì)反射。入射角等于反射角的原理適用于這些反射。如果光子(如路徑20所展示)以陡峭的角度(12)照向第一個(gè)鏡子表面(11),那么其將以確切相同的角度(13)被反射。光子將在其路徑上繼續(xù)并以陡峭的角度(14)擊中反射表面(16)。接著其將以相對(duì)于反射器的平面相同的角度(15)被反射,且在離開圖1的隅角反射器組合件之后其最終路徑將平行于矢量
(21)所指示的輸入光線(20)。四個(gè)角度(12、13、14和15)之和將一直是180度,且入射角
(12)與最終的反射角(15)之和將一直等于90度。進(jìn)入圖1中所展示的隅角反射器布置中的在與鏡子表面共同正交的平面中行進(jìn)的任何光線因此將一直確切地平行于輸入光子光線矢量被反射回去。
[0050]重要的是應(yīng)注意,盡管光子離開角反射器的反射路徑平行于最初的路徑,但是其既不覆蓋也不描述在輸入和輸出平行光線之間導(dǎo)致偏移尺寸(23)的確切相同路徑。兩個(gè)矢量之間的距離(23)隨角反射器的大小與在角反射器內(nèi)光子具有其首次入射的地方兩者而變。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),離光線擊中第一個(gè)鏡子或反射表面的共同隅角越遠(yuǎn),尺寸(23)在輸入與輸出光線路徑之間越大。
[0051]隅角反射器如上文所描述在二個(gè)維度中起作用,且當(dāng)輸入光子光線在垂直于兩個(gè)反射表面的平面中行進(jìn)時(shí)是有效的。
[0052]真實(shí)的隅角立方體反射器(有時(shí)稱為“隅角反射器”或“后向反射器”)添加第三反射或鏡子表面,以使所有三個(gè)反射表面的平面相互垂直。如圖2(a)_(d)中所展示的,三個(gè)平面面A、面B和面C相互垂直且交于共同點(diǎn)且常被視為完整的立方體。真實(shí)情況是對(duì)每一個(gè)別的光子反射來(lái)說(shuō),包括立方體的反射表面中僅有三者是必需的。二維隅角反射器與三維隅角立方體反射器之間的差異如下。如果輸入光線在垂直于兩個(gè)反射器的平面內(nèi)行進(jìn),那么如圖1中所展示的所包含的兩個(gè)反射表面將僅平行于具有偏移尺寸(23)的傳入光子矢量路徑將光子光線反射回發(fā)送源。然而,當(dāng)輸入光線處于最大值90°的接受弧內(nèi)的任意輸入角時(shí),隅角立方體將把輸入光子光線作為平行輸出光線反射回去。類似于二維角反射,輸入和輸出平行光線之間的偏移尺寸的大小隨入射位置和三維隅角立方體反射器的尺寸兩者而變。因此,為了即將發(fā)生的應(yīng)用必須對(duì)隅角立方體反射器的大小進(jìn)行適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)以便其有效。如果需要讓光子光線幾乎以非常小的尺寸(23)(從圖1)返回其自己的路徑,那么隅角立方體在其物理尺寸方面必須相當(dāng)小。對(duì)于要足夠精確地返回到最初目標(biāo)的光子來(lái)說(shuō),使用非常小或甚至微型隅角立方體陣列的薄片可為可取的。
[0053]隅角立方體功能性的優(yōu)勢(shì)為,如果隅角立方體反射器經(jīng)適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行大小設(shè)計(jì)及定位,則不管輸入角如何,其都可使光子直接返回到其“源”。本示范性實(shí)施例展望并教示利用隅角立方體功能性來(lái)顯著增加對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)的輻射系統(tǒng)的效率的方法。其展望在既定以直接光子輻射的形式對(duì)目標(biāo)物品或產(chǎn)品進(jìn)行加熱、干燥、脫水或處理的系統(tǒng)中部署大小經(jīng)適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)的小型或微型隅角立方體反射器的陣列或薄片。實(shí)際上,使用此示范性實(shí)施例的經(jīng)適當(dāng)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)可使用數(shù)百或數(shù)十萬(wàn)或更多的隅角立方體裝置。
[0054]隅角立方體反射器技術(shù)在一系列不同形式中都是可用的。隅角立方體反射器技術(shù)最簡(jiǎn)單的形式是單一的三平面反射器的形式或單一立方體的形式。如上文所提到,三個(gè)反射平面(舉例來(lái)說(shuō),圖2 (a)-2(d)中的面A、面B和面C)必須為相互垂直且至少反射平面的延伸部分必須在共同的直角隅角處會(huì)合。通常,因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)或制造效率,所以以三維立方體結(jié)構(gòu)的形式來(lái)滿足此現(xiàn)實(shí)性。盡管此單個(gè)隅角立方體反射器用于許多目的(例如激光測(cè)距和雷達(dá)浮標(biāo)),但是其對(duì)本示范性實(shí)施例并不是非常有用。舉例來(lái)說(shuō),三維立方體結(jié)構(gòu)導(dǎo)致平行輸入與輸出光線之間的相對(duì)大的偏移距離,這將降低瞄準(zhǔn)目標(biāo)的輻射系統(tǒng)的效率。
[0055]此偏移距離表示為圖1中的23。其表示從輸入光線(20)到輸出光線(21)的距離。在圖1中表示為更遠(yuǎn)地從直角隅角(28)擊中反射器且最終作為平行光線(26)反射的光子光線(25)具有在兩個(gè)平行光子光線之間所表示的距離(24)。一般的規(guī)則是離反射輸入光線(例如(20)或(25))的隅角(28)越近,平行輸出光線的偏移距離(例如(23)或
(24))將越小。另一實(shí)例是由輸入光線25'、輸出光線26'和尺寸24'展示。如果對(duì)特定應(yīng)用和目標(biāo)大小來(lái)說(shuō),需要將從輸入光子光線到輸出光子光線的距離最小化,那么第一反射必須靠近反射器的頂點(diǎn),例如(28)。在實(shí)踐中,這意味著立方體或反射器(5,從圖2(c))或(29,從圖1)的各自尺寸必須如應(yīng)用所需的那樣小。顯然,如果僅有單一立方體反射器,則其可使其成為要擊中的非常小的目標(biāo),所以解決方案就是提供光學(xué)上相互鄰接的小立方體的陣列。立方體反射器的尺寸越小,陣列就越幾乎將光子光線反射回非常接近其起點(diǎn)的地點(diǎn)。
[0056]各種各樣的隅角立方體反射器是可用的且被商業(yè)制造。其最典型的應(yīng)用就是與傳感器結(jié)合用作后向反射器。包括多個(gè)隅角立方體反射器或元件的陣列的隅角立方體反射材料的薄片是由玻璃、塑料和其它反射材料制造而成的。本示范性實(shí)施例的實(shí)踐涉及可覆蓋靠近輻射區(qū)的實(shí)質(zhì)性物理區(qū)域的隅角立方體材料的陣列。在一些形式中,具有隅角立方體反射器的陣列的隅角立方體薄片材料將界定發(fā)生輻射(例如在爐或加熱腔或室中)的區(qū)或腔。用于實(shí)施此技術(shù)的總體指導(dǎo)方針是確保隅角立方體足夠小從而將輻射能量反射回所需的位置。由于輻射能量的吸收隨材料的路徑長(zhǎng)度而變,所以使用更薄的隅角立方體材料薄片將導(dǎo)致對(duì)隅角立方體材料更少的加熱。使材料變薄還有一個(gè)優(yōu)勢(shì),其暗示小型或微型隅角立方體可嵌入薄片材料內(nèi)。這有助于優(yōu)化光子到光子曾從其離開目標(biāo)的點(diǎn)的精確返回以及優(yōu)化發(fā)生在隅角立方體薄片材料內(nèi)的加熱。
[0057]對(duì)許多應(yīng)用來(lái)說(shuō),在面向目標(biāo)物品的隅角立方體材料的面上具有光滑的、可擦洗的或至少容易清洗的平坦表面是合意的。因此,作為使用在面向目標(biāo)物品的側(cè)上是三維的材料的替代,將所述材料制造成光滑的且可容易清洗的或可沖洗的面朝著目標(biāo)物品。參考3(a)(出于易于參考和說(shuō)明的目的,其展示薄片陣列200的一部分的橫截面的代表圖),隅角立方體薄片陣列200的三維尺寸形狀被制造成隅角立方體薄片材料210的后側(cè)??墒褂媚V?、蝕刻(例如光蝕刻)、涂覆、鑄造和類似的技術(shù)來(lái)制造隅角立方體薄片陣列200且可將其形成于合適的陣列或薄片中。理想的反射涂層表面240被安放在薄片210的后側(cè)230上,在這里其將不會(huì)受到來(lái)自目標(biāo)物品或輻射過(guò)程的任何結(jié)果的潑濺的污染。接著用銀、鋁、金、銅、鎘(或銀、鋁、金、銅或鎘的合金)或?qū)μ囟☉?yīng)用所預(yù)期的波長(zhǎng)范圍來(lái)說(shuō)最佳的其它涂層材料來(lái)涂覆后面。舉例來(lái)說(shuō),隅角立方體材料可在其后表面上被涂覆成為大于1600納米波長(zhǎng)的合適的(舉例來(lái)說(shuō),優(yōu)異的(反射95%的輻射))反射器或大于750納米波長(zhǎng)的合適的或好的(反射85%的輻射)反射器。舉例來(lái)說(shuō),在短波紅外線范圍內(nèi)(約1600納米),銀通常是最理想的實(shí)用反射材料。舉例來(lái)說(shuō),在約1600到1700納米的范圍內(nèi),銀涂層為約98%的反射率,這對(duì)預(yù)成形件(舉例來(lái)說(shuō),PET預(yù)成形件)加熱應(yīng)用特別有用。鋁是合理的反射器材料,但對(duì)一些波長(zhǎng)來(lái)說(shuō)其并不是理想的。通過(guò)用在將使用的波長(zhǎng)下在光學(xué)上盡可能透射的材料來(lái)模制如上文所指示的隅角立方體反射器薄片材料210,其允許有用反射材料240的最佳選擇來(lái)涂覆后面的靈活性。隅角立方體反射器薄片材料210還促進(jìn)用所選擇的折射率匹配涂層250來(lái)涂覆(作為一種選擇)光滑的前表面220。通過(guò)選擇前表面上的正確涂層250,可能使從前表面反射的光子與穿透到材料的隅角立方體反射因而擊中后側(cè)表面上的所選擇的反射材料的光子數(shù)目的百分比最大化。舉例來(lái)說(shuō),折射率匹配涂層可允許反射的輻射更好地穿透平坦前表面(舉例來(lái)說(shuō),更少的反射)從而允許更多的光線照向隅角立方體陣列。實(shí)施方案中還應(yīng)考慮此前平坦表面220上的接受角與臨界角。對(duì)于偽單色應(yīng)用來(lái)說(shuō),可選擇相匹配的涂層,此將促進(jìn)從薄片材料的前表面的反射小于1%或2%或更小??墒褂萌舾蓪拥耐繉觼?lái)確??赡苁褂玫娜舾刹ㄩL(zhǎng)中的每一者也不發(fā)生前表面反射。也可能使用在一個(gè)波長(zhǎng)或一組波長(zhǎng)下是全反射且在另一波長(zhǎng)下是全透射的涂層。此可允許隅角立方體反射材料在一些波長(zhǎng)下成為實(shí)際的后向反射器,而在其它波長(zhǎng)下充當(dāng)簡(jiǎn)單的平坦鏡子表面。也可添加從美學(xué)上能取悅?cè)搜鄣耐繉?,但是?duì)不可見波長(zhǎng)來(lái)說(shuō),所述涂層為完全透明的。舉例來(lái)說(shuō),假如爐的內(nèi)側(cè)排列有表面上具有藍(lán)色涂層的隅角立方體反射薄片材料,則其在近紅外(NIR)或短波紅外(SWIR)波長(zhǎng)范圍內(nèi)仍可能為完全不可見和透明的。此外,可在平坦表面220上使用充當(dāng)抗菌層的涂層。也可使用納米涂層來(lái)執(zhí)行各種功能。另外,也可使用有益于自我凈化功能的材料。
[0058]替代地,模制或制造隅角立方體反射器薄片材料210的玻璃或塑料材料中也可具有有色顏料,以使其看起來(lái)有色且(在一些情況下)從美學(xué)上看起來(lái)可取悅于人類觀看者(例如消費(fèi)者)。如果使用適當(dāng)?shù)闹珓?,那么其類似地可在可見范圍外完全透明。在此情形下,舉例來(lái)說(shuō),隅角立方體材料仍可在所需的波長(zhǎng)下用作隅角立方體材料。當(dāng)然,在此產(chǎn)品的制造中所使用的任何涂層或著色劑都必須適于與包含食物和用戶安全問(wèn)題在內(nèi)的應(yīng)用一起使用。此顏色將使其可在既安全又易于清洗且包括完全起作用的隅角立方體反射材料的同時(shí)將爐的內(nèi)部制成從美學(xué)上可取悅消費(fèi)者的顏色。此以非常起作用的配置將高系統(tǒng)效率與裝飾美相結(jié)合。
[0059]參考圖3(b),從俯視圖說(shuō)明了具有隅角立方體薄片陣列的隅角立方體材料210的薄片。如所展示,展示了隅角立方體反射器(例如215所標(biāo)示的那些)的一部分XXY陣列(舉例來(lái)說(shuō),其中X和Y大于I)。所述陣列的大小和配置將隨著不同應(yīng)用而改變。
[0060]在隅角立方體陣列材料的合適應(yīng)用中有進(jìn)一步的考慮。有時(shí),需要將隅角立方體的尺寸設(shè)計(jì)得更大以特別使能量不精確地返回到其源。此種情況的好的實(shí)例是當(dāng)使用一般具有非常靈敏的發(fā)射小面的激光二極管進(jìn)行輻射的時(shí)候,所述發(fā)射面可因能量返回到小面的面上而受到損害。這可導(dǎo)致所述小面的過(guò)熱故障。如果來(lái)自激光二極管源的光子能量不首先擊中目標(biāo)而是直接擊中隅角立方體反射材料,則其可被直接反射回小面且引起實(shí)質(zhì)性的損害。在正常的隅角立方體的情況下,即使立方體的大小更大,也將在三個(gè)鏡子的頂點(diǎn)或接合(交叉)點(diǎn)附近引導(dǎo)某一百分比的光子能量。局部地,當(dāng)光子撞擊在頂點(diǎn)附近時(shí),其同樣充當(dāng)將把其能量返回到非??拷吹奈⑿∮缃橇⒎襟w反射器。距離隨反射到三個(gè)反射表面的頂點(diǎn)的距離而變。這(例如)通過(guò)將在下文中更詳細(xì)地描述的圖3(c)中的距離37和33來(lái)展示。
[0061]標(biāo)準(zhǔn)隅角立方體的幾何形狀的調(diào)整允許簡(jiǎn)潔地解決此潛在的問(wèn)題。如果隅角立方體經(jīng)制造以使在策略上靠近頂點(diǎn)的立方體的部分不具反射性,那么就可避免可損害源的或出于一些其它原因而不合意的精確后向反射的問(wèn)題。此可通過(guò)改變最接近頂點(diǎn)的隅角立方體的幾何形狀或通過(guò)改變所使用的材料或涂層而得以實(shí)現(xiàn)。在制造過(guò)程中可以隨機(jī)角度(優(yōu)選是幾乎與穿過(guò)立方體的理論對(duì)角線正交的平面處)切掉或消除立方體的實(shí)際隅角。另一方式可為改變頂點(diǎn)附近的全部三個(gè)鏡子表面上的表面修飾,以使其在應(yīng)用的波長(zhǎng)下變成較差的反射器。又一方式將是消除可被添加到立方體的適當(dāng)側(cè)(內(nèi)部或外部表面)的反射涂層,因此使其在頂點(diǎn)附近成為非反射器。當(dāng)然,可設(shè)計(jì)用于使其在頂點(diǎn)附近成為非反射的各種技術(shù)的組合,此組合將充當(dāng)此功能。這將降低將光子回收到目標(biāo)的系統(tǒng)效率,但其可能是出于一些其它原因要保護(hù)源而付出的適當(dāng)?shù)拇鷥r(jià)。如果小面的面相對(duì)于正在使用的立方體的大小是小的,則在橫截面上,頂點(diǎn)附近僅有少量的表面區(qū)域需要被制成非反射的。由于將光子回收到目標(biāo)的效率隨來(lái)自目標(biāo)的有利點(diǎn)的立方體的橫截面反射表面區(qū)域而變,那么消除頂點(diǎn)附近的小的區(qū)域的效應(yīng)可能是隅角立方體反射薄片的整個(gè)表面區(qū)域的較小百分比。
[0062]為針對(duì)特定應(yīng)用的此示范性實(shí)施例的實(shí)施方案所選擇的確切類型的材料必須適于最終使用和環(huán)境。舉例來(lái)說(shuō),玻璃隅角立方體薄片可為更衛(wèi)生、可掌握熱量范圍且部署于烹飪爐器具中時(shí)更易于清洗。塑料在一些其它應(yīng)用中可為更便宜且更耐用。
[0063]本示范性實(shí)施例教示在策略上定位隅角立方體反射器材料(舉例來(lái)說(shuō),材料的薄片包括隅角立方體反射器或元件的陣列)以增加受引導(dǎo)輻射加熱系統(tǒng)的效率的新穎實(shí)踐。根據(jù)本示范性實(shí)施例,將使用隅角立方體反射器材料來(lái)界定或排列受引導(dǎo)輻射加熱、干燥、固化、脫水或烹飪系統(tǒng)的全部或策略性部分。舉例來(lái)說(shuō),可使用薄片材料來(lái)界定或排列一半的封圍物或腔或區(qū)域、一半以上的封圍物或腔或區(qū)域,大體上所有的封圍物或腔或區(qū)域,或所有的封圍物或腔或區(qū)域(除去可能為輻射源提供的空間或間隙)。將受引導(dǎo)輻射加熱或烹飪系統(tǒng)界定為特別地且直接地向正用輻射能量進(jìn)行加熱、烹飪、固化、干燥、脫水、涂覆或處理或加工的目標(biāo)引導(dǎo)或‘瞄準(zhǔn)’輻射光子能量的系統(tǒng)。示范性實(shí)施例甚至更適于窄頻帶輻射系統(tǒng),借此甚至可使直接光子輻射能量更精確地瞄準(zhǔn)加熱目標(biāo)或其子部分。許多時(shí)候,期望直接輻射加熱系統(tǒng)根據(jù)具體的熱輪廓或模式加熱目標(biāo)工作件,這與均勻或同質(zhì)地加熱形成對(duì)比。在此類加熱系統(tǒng)中,本示范性實(shí)施例可使許多光子輻射能量直接改向返回到其從目標(biāo)的表面散射的點(diǎn)或能量在穿過(guò)目標(biāo)后所退出的點(diǎn)。依照這些,舉例來(lái)說(shuō),也可在策略上將反射器材料的薄片定位于雜散輻射將可能需要改向到目標(biāo)物品的至少一些區(qū)域中。
[0064]由于隅角立方體反射器薄片具有最大的接受角,所以在薄片設(shè)計(jì)的參數(shù)內(nèi)起作用是重要的。大多數(shù)隅角立方體后向反射材料(除非其針對(duì)更廣的接受角進(jìn)行特殊設(shè)計(jì))具有與相對(duì)于隅角立方體反射薄片或面板的正交線成±45°的接受角。一般而言,立方體自身的幾何形狀決定了 90°的總夾角是絕對(duì)最大的接受角。從實(shí)踐的觀點(diǎn)來(lái)看,對(duì)有效反射來(lái)說(shuō),其常大體上小于90°或±45°。盡管可能設(shè)計(jì)出具有在一個(gè)方向或另一方向成角度的非正交的反射軸的隅角立方體反射器薄片,然而其中多數(shù)經(jīng)配置以使中心反射角與薄片的大平面正交。如果將隅角立方體反射器面板設(shè)計(jì)為具有包括薄片在內(nèi)的隅角立方體反射器元件的隨機(jī)化的定向,則其將反射對(duì)輸入光線角的更廣選擇,但也將犧牲總體反射效率。換句話說(shuō),某一百分比的傳入光子將不會(huì)在與其傳入光線路徑平行的路徑中被反射回去。如果期望具有更多的漫反射(如果應(yīng)用對(duì)此有需求),那么這將是有用的。有時(shí)其經(jīng)設(shè)計(jì)以在正交軸附近處具有幾乎100%的反射,但是隨著輸入矢量離軸越遠(yuǎn),有效反射越少。
[0065]為了說(shuō)明,參考圖3(c)和薄片200,由輸入光線32和35展示相對(duì)于所述的正交線L成±45°的接受角(針對(duì)隅角立方體材料或陣列的薄片)。在所展示的接受角下(舉例來(lái)說(shuō),角34和38大于45°的地方),分別產(chǎn)生輸出光線31和36。尺寸33 (舉例來(lái)說(shuō),輸入光線32和輸出光線31之間的平行距離)和尺寸37 (舉例來(lái)說(shuō),輸入光線35和輸出光線36之間的平行距離)表明所預(yù)期的接受角。相比而言,在接受角與所述的正交線L成大于45°的地方(舉例來(lái)說(shuō),在接受角42小于45°的地方),輸入光線40產(chǎn)生與輸入光線在角度43下反射的輸出光線41。在這些情況中并沒有意識(shí)到輸出光線與其輸入光線平行,但卻意識(shí)到了更加散射的輸出。
[0066]在隅角立方體反射材料經(jīng)適當(dāng)配置及定位以使光子反射將在光子接受的90°總夾角內(nèi)到達(dá)材料的程度上,示范性實(shí)施例具有顯著增加輻射系統(tǒng)的總光子利用效率的優(yōu)勢(shì)。
[0067]系統(tǒng)具有進(jìn)一步的優(yōu)勢(shì),其可將輻射能量精確瞄準(zhǔn)目標(biāo)的子部分或特定部分。
[0068]當(dāng)用于正輻射目標(biāo)的直接輻射加熱系統(tǒng)中時(shí),其具有特定功用,其中所述目標(biāo)至少部分具反射性或產(chǎn)生對(duì)受引導(dǎo)能量的一定量的反向散射。
[0069]其具有直接有利于若干應(yīng)用的另一優(yōu)勢(shì),在所述應(yīng)用中,受引導(dǎo)能量穿過(guò)目標(biāo),僅有部分能量被吸收到目標(biāo)中,且期望使能量返回到目標(biāo)的能量曾從其退出的點(diǎn)。
[0070]其具有直接有利于若干應(yīng)用的另一優(yōu)勢(shì),在所述應(yīng)用中,受引導(dǎo)光子輻射能量穿過(guò)材料(其包括目標(biāo))的至少第一表面層,且接著通過(guò)所述層反射回并將退出目標(biāo),且期望使光子能量返回到目標(biāo)的光子能量曾從其退出的點(diǎn)并使用可用的任何額外光子能量。
[0071]當(dāng)根據(jù)特定熱模式或信號(hào)對(duì)既定進(jìn)行非均勻加熱的目標(biāo)進(jìn)行輻射時(shí),示范性實(shí)施例是特別有利的。
[0072]示范性實(shí)施例具有顯著增加輻射系統(tǒng)的總能量效率的進(jìn)一步的優(yōu)勢(shì)。
[0073]通過(guò)俘獲并再次使用原本丟給外界或周圍環(huán)境的光子,尤其是針對(duì)高度傾向于反向散射的目標(biāo)的輻射來(lái)說(shuō),示范性實(shí)施例存在又進(jìn)一步的優(yōu)勢(shì)。
[0074]通過(guò)返回從目標(biāo)反向散射的光子并在目標(biāo)中的所需位置處對(duì)其進(jìn)行再次使用而不允許其變成引起一般加熱的隨機(jī)化輻射,示范性實(shí)施例存在又進(jìn)一步的優(yōu)勢(shì)。
[0075]通過(guò)根據(jù)所需的輻射模式來(lái)使穿過(guò)目標(biāo)的光子輻射能量改向且使那些光子返回到目標(biāo)并阻止其成為對(duì)目標(biāo)進(jìn)行一般加熱的隨機(jī)輻射能量,示范性實(shí)施例存在又進(jìn)一步的優(yōu)勢(shì)。
[0076]示范性實(shí)施例存在其它優(yōu)勢(shì):通過(guò)使光子輻射能量適當(dāng)?shù)馗南蚧氐郊榷繕?biāo)從而阻止對(duì)外界環(huán)境和周圍組件和裝備進(jìn)行一般加熱。
[0077]示范性實(shí)施例存在其它優(yōu)勢(shì):與在不適當(dāng)?shù)厥构庾痈南蚧蚧厥展庾拥那闆r下可能發(fā)生的情況相比,提供根據(jù)所需的輻射模式的更深的輻射吸收。
[0078]其具有直接有利于若干應(yīng)用的另一優(yōu)勢(shì),在所述應(yīng)用中,受引導(dǎo)光子輻射能量穿過(guò)材料(其包括目標(biāo))的至少第一表面層且其接著通過(guò)所述層反射回去并將退出目標(biāo),且期望使光子返回到目標(biāo)的光子曾從其退出的點(diǎn)并使用可用的任何額外光子能量。[0079]示范性實(shí)施例的另一優(yōu)勢(shì)是,其可顯著提高正進(jìn)行烹飪、灼燒、烤焙、烘烤、油炸、打樣、熔化、溜油、燒烤、清蒸、煮、炙烤的食物加工爐的效率和速度。
[0080]示范性實(shí)施例對(duì)于針對(duì)工業(yè)和商業(yè)過(guò)程的受引導(dǎo)輻射加熱過(guò)程應(yīng)用也具有重大優(yōu)勢(shì),借此可使反向散射或反射的光子能量及/或穿過(guò)工作件的能量改向到工作件的所述能量從其退出目標(biāo)工作件的點(diǎn)。
[0081]示范性實(shí)施例具有專用于以下操作的又進(jìn)一步的優(yōu)勢(shì):重加熱塑料瓶預(yù)成形件以使穿過(guò)預(yù)成形件的光子輻射能量或從預(yù)成形件反射的光子輻射能量精確返回到所述能量曾從其退出預(yù)成形件的位置,以實(shí)現(xiàn)更佳的加熱位置控制及更佳的總系統(tǒng)效率。
[0082]示范性實(shí)施例在對(duì)PET塑料瓶預(yù)成形件進(jìn)行重加熱方面具有又進(jìn)一步的優(yōu)勢(shì):通過(guò)取消將預(yù)成形件完全包含在輻射瓶?jī)?nèi)的需要而顯著簡(jiǎn)化并降低重加熱爐的成本,以便有效利用所產(chǎn)生的光子。
[0083]示范性實(shí)施例對(duì)窄頻帶輻射系統(tǒng)具有又進(jìn)一步的優(yōu)勢(shì):所述系統(tǒng)可根據(jù)所需的熱模式但在大體上更簡(jiǎn)單的輻射系統(tǒng)設(shè)計(jì)下精確地輻射預(yù)成形件。
[0084]本示范性實(shí)施例具有在提供簡(jiǎn)化的預(yù)成形件輻射處置系統(tǒng)的同時(shí)仍維持良好的光子效率的又進(jìn)一步的優(yōu)勢(shì)。
[0085]本示范性實(shí)施例的應(yīng)用實(shí)施例既廣泛又多樣,且就其性質(zhì)而言,將有不同的物理配置以便優(yōu)化給定使用的概念。將展示并詳述若干實(shí)例,以使所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將能夠理解此新穎概念并將其應(yīng)用到受引導(dǎo)輻射系統(tǒng)中的多種應(yīng)用。
[0086]圖4a中展示了由爐腔(41)封圍的烹飪爐的橫截面圖,且所述烹飪爐展示為正在烹飪正擱在光學(xué)透明支架(47)上并由光學(xué)透明支架(47)支撐的披薩(42)。支架(47)可以是對(duì)正在使用的輻射波長(zhǎng)來(lái)說(shuō)幾乎完全透明的材料或者是在支撐材料之間具有較高百分比的輻射可自由通過(guò)的空間的格柵或網(wǎng)格材料。其展示窄頻帶輻射裝置(46)的陣列的安裝布置(45),所述窄頻帶輻射裝置(46)的陣列產(chǎn)生將主要被精確引導(dǎo)到待烹飪或輻射的食物物品(42)的光子輻射。通過(guò)電連接電纜(48)給輻射陣列(45)供應(yīng)電流,電連接電纜(48)被供應(yīng)來(lái)自電源(49)的電流受控的電DC電壓。電源(49)通過(guò)電源線(50)連接到電力線。電源(49)由控制系統(tǒng)及(57)所表示的用戶接口面板來(lái)控制。
[0087]在對(duì)陣列(45)供應(yīng)電力時(shí),半導(dǎo)體二極管輻射裝置(46)產(chǎn)生輻射,所述輻射以其瞄準(zhǔn)食物目標(biāo)(42)的輻射模式退出裝置。由光子光線矢量(51)和(52)示意性地表示光子輻射。一旦由矢量(51)所表示的光子接觸食物(42),所述光子將被吸收、反射,或者被散射。圖4a展示光子如矢量(59)所表示進(jìn)行反射。由矢量(59)表示的光子撞擊爐腔壁
(39)且如矢量(60)所指示進(jìn)行反射,接著再次撞擊爐壁(39)并作為矢量(61)進(jìn)行反射。矢量(61)在另一位置中撞擊爐腔壁(39)并作為矢量(61)進(jìn)行反射。此過(guò)程持續(xù)進(jìn)行很多很多反射,直到光子的能量因反射而大體上耗盡為止,或直到其撞擊到一些東西為止,光子可作為如(63)所指示的懸掛矢量所表示而被吸收在這些東西中。
[0088]烹飪爐的類似橫截面圖展示于圖4b中,此外隅角立方體襯板(44)(舉例來(lái)說(shuō),如上文所描述,薄片中的隅角立方體材料具有在其中形成的隅角立方體反射器或元件的陣列),其勾勒并界定爐腔(41)或被爐腔(41)封圍,且展示為正在烹飪擱在光學(xué)透明支架
(47)上并由光學(xué)透明支架(47)支撐的食物或有機(jī)物品(例如披薩(42)。爐腔(41)界定輻射區(qū)或室。如上所述,隅角立方體材料的薄片可覆蓋腔的不同部分或大量的腔。其展示將用來(lái)產(chǎn)生光子輻射的窄頻帶輻射裝置(46)的陣列的安裝布置(45),所述光子輻射將主要精確地被引導(dǎo)到待烹飪的食物物品(42)。通過(guò)電連接電纜(48)給輻射陣列(45)供應(yīng)電流,電連接電纜(48)被供應(yīng)從電源(49)提供的電流受控的電DC電壓。電源(49)通過(guò)電源線(50)連接到AC電力線。電源(49)由控制系統(tǒng)及(57)所表示的用戶接口面板來(lái)控制。而且,系統(tǒng)可具有用以將食物物品輸送到爐內(nèi)并從爐輸送出的機(jī)構(gòu)(舉例來(lái)說(shuō),沿著路徑)。
[0089]在給陣列(45)供應(yīng)電力時(shí),半導(dǎo)體二極管輻射裝置(46)產(chǎn)生以瞄準(zhǔn)食物目標(biāo)
(42)的輻射模式退出裝置的輻射。由光子光線矢量(51)和(52)示意性地表示光子輻射。光子輻射呈適當(dāng)?shù)妮椛淠J降男问揭允蛊浣佑|食物物品(42)的所需部分或全部。從輻射裝置(46)發(fā)出的輻射光線(51)與食物物品(42)接觸。當(dāng)光線(51)所表示的光子接觸食物時(shí),其將被反射,或者將穿透到食物內(nèi)并被吸收,或者可隨機(jī)反向散射離開食物。在實(shí)例中,我們將假設(shè)由光線(51)表示的光子被反射且變成最終撞擊隅角立方體反射材料(44)的外表面的光線(53),所述隅角立方體反射材料(44)在所述波長(zhǎng)下對(duì)光線(53)所表示的光子來(lái)說(shuō)是透明的。光子將繼續(xù)進(jìn)入隅角立方體反射薄片材料(44)內(nèi),直到其撞擊位于薄片隅角立方體反射材料的內(nèi)部的實(shí)際隅角立方體反射器表面(43)為止。由于隅角立方體反射材料的固有性質(zhì),光子接著在光線(54)所表示的路徑上被反射回,直到其再次接觸食物材料(42)為止。當(dāng)光子接觸食物材料(42)時(shí),我們關(guān)于光子是否將被吸收、反射或散射再次具有一個(gè)概率函數(shù)。如果光子被反射或反向散射且不進(jìn)入食物材料被吸收,則其將沿著光線(59)所指示的路徑繼續(xù)前進(jìn),且在撞擊隅角立方體反射器(43)的反射表面之后即刻將再次沿著矢量路徑(58)朝著食物材料(42)反射回。將隅角立方體輻射材料用于給圖4b中所展示的爐的腔加襯的優(yōu)勢(shì)是,此過(guò)程可反復(fù)地發(fā)生,直到光子實(shí)際上按照所需被吸收到食物或目標(biāo)材料(42)內(nèi)為止。由于擊中食物產(chǎn)品的輻射光子一般具有20%到60%的反向散射或反射的機(jī)率,所以此效率提高可非常顯著。
[0090]今天多數(shù)高容量的塑料蘇打、水和果汁瓶是由聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)或類似的可模制材料制成。高容量的PET`瓶是由兩個(gè)步驟的過(guò)程制成。首先,被稱為預(yù)成形件的圓柱形部分是注射模制或壓縮模制,其橫截面示意性地展示于圖5a中。預(yù)成形件具有包含線¢5)和支撐環(huán)或頸環(huán)¢6)的修飾區(qū)。在頸環(huán)下面的過(guò)度區(qū)之后是重加熱區(qū)出4)。圓柱錐形部分(72)由錐形壁厚度形成,所述厚度最終以預(yù)成形件的所謂“主體”的全壁厚度
(68)結(jié)束。以與測(cè)試管類似的形狀進(jìn)行模制的預(yù)成形件的主體供應(yīng)厚的材料,所述材料最終將被雙向拉伸為處于所形成的瓶的全直徑大小和長(zhǎng)度的薄的材料。根據(jù)當(dāng)前描述的實(shí)施例,此類預(yù)成形件提供待處理的目標(biāo)物品的進(jìn)一步的實(shí)例。
[0091]必須將形成重加熱區(qū)段(64)的模制塑料材料加熱到足夠的溫度以使塑料達(dá)到玻璃轉(zhuǎn)變溫度,在此溫度下其可被拉伸為最終的瓶形式。此過(guò)程涉及首先機(jī)械地垂直拉伸預(yù)成形件體的長(zhǎng)度(如圖5a所表示)且接著引入可將材料水平拉伸為模具的高壓液體(通常為空氣),所述模具將界定其全直徑和形狀。
[0092]必須足夠精確地對(duì)重加熱區(qū)段(64)進(jìn)行加熱,以使其既不太熱也不太冷,從而允許材料的適當(dāng)?shù)乃芰狭鞒蔀樽罱K瓶形式。雖然可通過(guò)對(duì)熱區(qū)段¢4)進(jìn)行完全均勻地重加熱來(lái)吹制商業(yè)上可接受的瓶,但是其常不是理想的溫度輪廓。理想的加熱信號(hào)使需要較多成形的區(qū)域內(nèi)的預(yù)成形件更熱而需要較少成形的區(qū)域內(nèi)的預(yù)成形件更冷。加熱信號(hào)也適當(dāng)?shù)貙?duì)錐形區(qū)域(72)進(jìn)行加熱以使理想的熱溫度梯度輪廓促進(jìn)用可能最少量的樹脂形成瓶。由于錐形區(qū)段(72)固有地具有不均勻的壁厚度,所以理想的輻射加熱系統(tǒng)將允許使確切合適量的能量瞄準(zhǔn)需要獲得所需的不均勻的加熱輪廓的精確位置。即使錐形區(qū)域(72)中的不均勻的熱量是吹制瓶的最好方式,其仍需要精確的輻射瞄準(zhǔn)控制以及對(duì)所有反射和透射的控制。
[0093]閘區(qū)域(73)及直接圍繞區(qū)域也經(jīng)精確輻射以允許樹脂在所述區(qū)域中的有效流動(dòng)。在圍繞閘區(qū)域(73)的區(qū)域中且在過(guò)渡區(qū)域(72)中精確輻射的能力可促進(jìn)樹脂需求方面的實(shí)質(zhì)性減少,從而以用高商業(yè)質(zhì)量吹制瓶。實(shí)際上,在重加熱區(qū)(64)中具有完美的溫度輪廓可減少5%到10%的總的樹脂需求以吹制瓶。由于樹脂的成本代表了預(yù)成形件的60 %到80 %的成本,所以優(yōu)化重加熱溫度輪廓可大大降低瓶制造商的成本。
[0094]來(lái)自可瞄準(zhǔn)的輻射源的對(duì)瓶成形系統(tǒng)的輻射區(qū)或腔或室內(nèi)的預(yù)成形件的輻射以平面圖展示于圖5b中。圖5b為頂部橫截面圖,其將預(yù)成形件主體的橫截面展示為¢8)具有外部側(cè)壁(70)和內(nèi)部側(cè)壁界線出9)。雖然可使用多種可瞄準(zhǔn)的輻射源,但是圖5b展示在其上安裝有半導(dǎo) 體輻射裝置(76)的輻射陣列安裝板(75)。輻射裝置(76)以向外的模式產(chǎn)生輻射,所述輻射被朝向預(yù)成形件¢8)引導(dǎo)(如在矢量(77)和(78)之間大體上展示的光子輻射能量(74)的云所指示)。矢量(77)表示撞擊預(yù)成形件主體的外壁(70)并穿透到側(cè)壁¢8)內(nèi)的光子的路徑,從而在光子穿過(guò)側(cè)壁¢8)時(shí)留下一些光子的能量(舉例來(lái)說(shuō),被吸收)。出于此說(shuō)明的目的,我們假設(shè)(77)所表示的光子進(jìn)入側(cè)壁,但是在一些情況下其可能已經(jīng)從側(cè)壁在其碰撞點(diǎn)處反射。在正以合適的波長(zhǎng)對(duì)PET塑料進(jìn)行輻射的情況中,小百分比的光子一般在初始撞擊后即刻反射或散射。由于95%以上的光子將穿透進(jìn)入具有PET材料的壁,所以我們將假設(shè)其遵循更典型的路徑。出于說(shuō)明本示范性實(shí)施例的原理的目的,將忽略將指定的確切光學(xué)路徑。如果我們假設(shè)在其穿過(guò)側(cè)壁(68)并在內(nèi)部側(cè)壁(69)處退出到達(dá)預(yù)成形件的內(nèi)部空間時(shí),其能量沒有耗盡,則其將沿著路徑(79)繼續(xù),直到其撞擊內(nèi)部側(cè)壁(69),且接著將穿過(guò)壁厚度¢8)繼續(xù)下去,直到其在內(nèi)部壁(70)處退出為止,且如矢量(80)所指示繼續(xù),直到其接觸隅角立方體反射器材料(81)(舉例來(lái)說(shuō),如上文所描述,隅角立方體反射器材料的陣列的薄片)和實(shí)際反射表面(82)為止。緊密平行的返回光線將遵循虛線所展示的接近平行(80)的線,且其將穿過(guò)預(yù)成形件(68)的壁重新進(jìn)入預(yù)成形件(70)的外部壁,同時(shí)其留下熱能量且如果其沒有耗盡其所有能量,則其將在內(nèi)部壁¢9)處離開預(yù)成形件,且其將遵循矢量路徑(83)直到其再次撞擊預(yù)成形件內(nèi)部壁(69)為止,且通過(guò)壁厚度¢8)留下進(jìn)一步的能量,直到其再次在外部壁(70)處退出為止。當(dāng)其遵循矢量路徑(84)時(shí),回到起點(diǎn)的此反射過(guò)程將繼續(xù)進(jìn)行且最終將反射離開隅角立方體反射表面(82),隅角立方體反射表面(82)再一次在路徑(85)上使光子返回到預(yù)成形件。此過(guò)程可按所需繼續(xù)盡可能多的次數(shù),直到光子將其所有能量留在目標(biāo)預(yù)成形件材料內(nèi)或隅角立方體反射器自身內(nèi)為止。通過(guò)適當(dāng)?shù)囟ㄎ挥缃橇⒎襟w反射器材料(81),相對(duì)于使用傳統(tǒng)反射器,可促進(jìn)效率方面的實(shí)質(zhì)性增加。
[0095]隅角立方體反射器材料的薄片可在圓周上圍繞預(yù)成形件的長(zhǎng)軸且允許接近以用于將預(yù)成形件運(yùn)輸?shù)捷椛涫一騾^(qū)或?qū)㈩A(yù)成形件從輻射室或區(qū)運(yùn)輸出以促進(jìn)高速處理。此配置導(dǎo)致隅角立方體反射器材料在至少部分輻射時(shí)間內(nèi)形成輻射室或區(qū)。
[0096]傳統(tǒng)的反射器對(duì)于一些情況是可以勝任的,但在目標(biāo)和輻射系統(tǒng)的確切維度方面必須經(jīng)高度設(shè)計(jì)。在傳統(tǒng)的平面反射器的情況下,入射角等于反射角;使能量返回到目標(biāo)中的所需的使用點(diǎn)是極不可能的。即使具有彎曲的或經(jīng)設(shè)計(jì)的形狀,僅某些幾何形狀和組件尺寸在理論上有效。使用隅角立方體反射器材料的優(yōu)勢(shì)和新穎性在于,簡(jiǎn)單地應(yīng)用到輻射環(huán)境,且只要大小經(jīng)正確設(shè)計(jì)且經(jīng)正確定位,其就將回收并再次使用更高百分比的在第一次碰撞后沒有被目標(biāo)消耗的雜散光子。
[0097]圖6展示類似于圖5的配置,除了隅角立方體反射器材料(81)經(jīng)配置以防止以下可能性:來(lái)自輻射預(yù)成形件出8)的壁的雜散光子將不可能以與隅角立方體反射器材料表面(81)的正交線成大于+/-45°的角度到達(dá)。舉例來(lái)說(shuō),在矢量(78)所表示的光子穿過(guò)預(yù)成形件¢8)之后,其由再次穿過(guò)預(yù)成形件的矢量(86)所表示且顯現(xiàn)為具有其保留能量的矢量(87)。注意,矢量(87)撞擊隅角立方體反射材料的部分(81b))的角度(88)為與部分(81b)的正交線成大體上小于45°的角度。注意,與圖5b中的(81)的類似部分相比,部分(81b)與被轉(zhuǎn)動(dòng)以使其減小矢量(87)撞擊隅角立方體反射材料(81)的角度。如果矢量(81b)沒有以減小矢量(87)到(81)的碰撞角度的角度向上翻,則碰撞角度將大體上大于45°且隅角立方體反射材料將不以與發(fā)送方向接近平行的路徑適當(dāng)?shù)胤祷厥噶?。其將允許矢量(87)如圖5b中的矢量(89)所展示進(jìn)行隨機(jī)反射,以使矢量(89)將不再次撞擊目標(biāo)預(yù)成形件材料。此類型的配置也適用于圖4(b)的系統(tǒng)。因此,小心地重新配置隅角立方體反射材料如何相對(duì)于目標(biāo)和可能的雜散光子源進(jìn)行定向可導(dǎo)致對(duì)光子的非常有效的再次使用和較高的總體系統(tǒng)效率。圖6中還展示了路徑P,其表示預(yù)成形件68要遵循以進(jìn)出系統(tǒng)的輻射區(qū)的潛在路徑。路徑P可為接近或穿過(guò)輻射區(qū)或室的線形或弓形。在圖5(b)中的系統(tǒng)中也可提供類似路徑。此外,在任一情況下,根據(jù)加熱或輻射區(qū)或腔的實(shí)施方案,預(yù)成形件的路徑可為進(jìn)入頁(yè)或離開頁(yè),這與越過(guò)頁(yè)形成對(duì)比。
[0098]應(yīng)了解,在以上所描述的加熱或輻射應(yīng)用中的任一者中,系統(tǒng)可經(jīng)配置以使隅角立方體反射材料(例如本文所描述的隅角立方體陣列的薄片)可從安置輻射源的地方被提供到系統(tǒng)的壁。在這些情況中,通過(guò)壁及/或隅角立方體薄片材料提供合適大小的孔隙以允許來(lái)自裝置的輻射。然而,這些孔隙的這些側(cè)開口應(yīng)優(yōu)選經(jīng)大小設(shè)計(jì)以最大化定位在目標(biāo)表面上的隅角立方體材料的數(shù)量。為了說(shuō)明,參考圖7(a)展示系統(tǒng)100。系統(tǒng)100包含壁102,壁102與輻射源相對(duì)且在其上安置有隅角立方體反射器陣列104的薄片。輻射源110與第一壁102相對(duì)地安置且其 穿過(guò)壁112和隅角立方體薄片材料114通過(guò)孔隙116進(jìn)行輻射。在此配置中,應(yīng)了解,孔隙116可采取簡(jiǎn)單小孔的形式,或者清楚或透明的材料(例如玻璃或塑料)可安置在孔隙116中。此外,孔隙116可包含例如透鏡等光學(xué)元件以依據(jù)應(yīng)用提供對(duì)目標(biāo)材料的增強(qiáng)的聚焦。當(dāng)然,孔隙116展示為壁內(nèi)的常規(guī)小孔且如果輻射源110如此布置,那么孔隙116將布置在陣列中。然而,預(yù)期壁中任何合適的中斷或間隙將足以為輻射源110提供足夠的角來(lái)穿過(guò)壁朝著目標(biāo)物品輻射。
[0099]參考圖7(b)-(d),隅角立方體薄片材料114包含位于隅角立方體反射器的頂點(diǎn)處的多個(gè)孔隙118??紫?18允許輻射源110通過(guò)隅角立方體薄片材料114來(lái)輻射。應(yīng)了解,孔隙118可采取簡(jiǎn)單小孔的形式,或者清楚或透明的材料(例如玻璃或塑料)可安置在孔隙118中。參考圖7(c),應(yīng)了解輻射源110可使用光纖電纜或電線(例如在120處所表示的光纖電纜或電線)來(lái)引導(dǎo)輻射。此外,孔隙118可包含光學(xué)元件122 (例如透鏡)以依據(jù)圖7(d)中所展示的應(yīng)用提供對(duì)目標(biāo)材料的增強(qiáng)的聚焦。如所說(shuō)明,每隔一個(gè)隅角立方體反射器包含孔隙,但是預(yù)期每個(gè)隅角立方體反射器依據(jù)應(yīng)用而包含孔隙。
[0100]還應(yīng)了解,當(dāng)前描述的實(shí)施例可以多種方式來(lái)實(shí)施。然而,在一種形式下,系統(tǒng)包括操作以產(chǎn)生輻射的輻射源,其中所述輻射源經(jīng)配置以朝向目標(biāo)物品引導(dǎo)輻射。將輻射區(qū)提供在將要定位目標(biāo)進(jìn)行輻射的地方,輻射區(qū)至少部分由貼近的隅角立方體反射器材料界定。隅角立方體反射器材料包括隅角立方體反射器的陣列且其操作以將輻射反射回目標(biāo)物品,所述輻射已是從目標(biāo)物品反射、從目標(biāo)物品反向散射或穿過(guò)目標(biāo)物品中的至少一者。在另一形式中,方法包括使用輻射源在輻射區(qū)內(nèi)輻射目標(biāo)物品且使用至少部分界定輻射區(qū)的貼近的隅角立方體陣列反射器材料來(lái)將輻射(其為從目標(biāo)物品反射、從目標(biāo)物品散射或透射穿過(guò)目標(biāo)物品中的一者)反射回目標(biāo)物品。
[0101]已經(jīng)描述了隅角立方體反射如何可通過(guò)使光子改向回到目標(biāo)物品而增加受引導(dǎo)輻射系統(tǒng)的效率的實(shí)例。雖然詳述了兩個(gè)實(shí)例,但是應(yīng)了解,所述概念廣泛適用于受引導(dǎo)輻射系統(tǒng)以顯著增加系統(tǒng)效率。通過(guò)應(yīng)用本文所教示的概念,此技術(shù)可廣泛應(yīng)用到許多不同的應(yīng)用情況和許多不同的目標(biāo)類型。
[0102]已參考優(yōu)選實(shí)施例描述了示范性實(shí)施例。明顯,在閱讀并理解前面的詳細(xì)描述之后其他人將想到修改和更改。期望示范性實(shí)施例被解釋為包含所有此類修改和更改,只要修改和更改在所附權(quán)利要求書或其等效物的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于福射處理或加工目標(biāo)物品的系統(tǒng),所述系統(tǒng)包括: 輻射源,其操作以產(chǎn)生輻射, 所述輻射源經(jīng)配置以朝向目標(biāo)物品引導(dǎo)輻射,所述目標(biāo)物品吸收一些所述受引導(dǎo)輻射 '及 輻射區(qū),所述目標(biāo)將被定位在其中以進(jìn)行輻射,所述輻射區(qū)至少部分由貼近的隅角立方體反射器材料界定,所述隅角立方體反射器材料包括隅角立方體反射器陣列且操作以將輻射反射回所述目標(biāo)物品,輻射已是從所述目標(biāo)物品反射、從所述目標(biāo)物品反向散射或穿過(guò)所述目標(biāo)物品中的至少一者。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),其中所述系統(tǒng)是烹飪爐且所述目標(biāo)物品是食物或有機(jī)物品。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng),其中所述系統(tǒng)包含在瓶成形系統(tǒng)內(nèi)且所述目標(biāo)物品是塑料瓶預(yù)成形件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng),其中所述隅角立方體反射器材料包含至少一個(gè)孔隙,可穿過(guò)所述至少一個(gè)孔隙通過(guò)所述隅角立方體反射器材料朝著所述目標(biāo)物品弓I導(dǎo)福射。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng),其中所述隅角立方體反射器材料包括所述輻射區(qū)的封圍物的一部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng),其中所述隅角立方體反射器材料大體上覆蓋所述輻射區(qū)的全部?jī)?nèi)表面,只不過(guò)所述隅角立方體反射器材料不覆蓋輻射源。`
7.根據(jù)權(quán)利要求1到6中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng),其中所述隅角立方體反射器材料經(jīng)定位以使其在策略上位于其中雜散輻射將可能需要改向到所述目標(biāo)物品的至少一些區(qū)域中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到7中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng),其中所述隅角立方體反射器材料在圓周上圍繞所述預(yù)成形件的長(zhǎng)軸,但是允許接近以將預(yù)成形件放入所述輻射室中及從所述輻射室拿出以促進(jìn)高速生產(chǎn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng),其中所述接近包括允許穿過(guò)所述輻射室的線性或弓形行進(jìn)路徑。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),其中隅角立方體材料圍繞所述預(yù)成形件,從而在所述預(yù)成形件正被輻射期間的至少部分時(shí)間期間形成輻射室。
11.根據(jù)權(quán)利要求1到10中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng),其中所述隅角立方體材料被涂覆于前表面或后表面中的至少一者上且反射至少85%的波長(zhǎng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1到11中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng),其中所述隅角立方體陣列的接受角是±45°。
13.一種用于輻射處理或加工目標(biāo)物品的方法,所述方法包括: 在輻射區(qū)中使用輻射源輻射所述目標(biāo)物品,所述目標(biāo)物品吸收至少一些所述輻射;及 使用至少部分界定所述輻射區(qū)的貼近的隅角立方體陣列反射器材料來(lái)將輻射反射回所述目標(biāo)物品,所述輻射為從所述目標(biāo)物品反射、從所述目標(biāo)物品散射或透射穿過(guò)所述目標(biāo)物品中的一者。
14.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法,其中所述輻射是出于對(duì)所述目標(biāo)物品進(jìn)行加熱、干燥、固化和脫水中的至少一者的目的。
15.根據(jù)權(quán)利要求13和14中任一權(quán)利要求所述的方法,其中以下各者中的至少一者:在烹飪爐內(nèi)實(shí)施輻射布置且所述目標(biāo)物品為食物或有機(jī)物品;及 在瓶成形系統(tǒng)內(nèi)實(shí)施所·述輻射布置且所述目標(biāo)物品為塑料瓶預(yù)成形件。
【文檔編號(hào)】H01J40/02GK103430276SQ201180029110
【公開日】2013年12月4日 申請(qǐng)日期:2011年5月6日 優(yōu)先權(quán)日:2010年5月7日
【發(fā)明者】唐·W·科克倫 申請(qǐng)人:派拉斯科Ip有限責(zé)任公司