專利名稱：用于向半導(dǎo)電介質(zhì)材料施加射頻電磁場的工業(yè)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及向半導(dǎo)電介質(zhì)材料施加射頻電磁場的工業(yè)設(shè)備和施加部件。具體地但非限制性地，該設(shè)備可用于對最好是低滯度的并且可以用輸送裝置輸送的流體食品進(jìn)行熱處理。更具體地，該設(shè)備可以非常有益地用于牛奶和它的衍生物以及果汁、啤酒、各種類型的飲料、混合飲料、湯、羹、調(diào)味糖漿和蕃茄沙司的巴氏滅菌或消毒處理。
背景技術(shù)：
在許多技術(shù)過程中并且尤其在食品領(lǐng)域的技術(shù)過程中，產(chǎn)品受到熱處理以便烘干、脫水、除霜、巴氏滅菌、消毒或者其它熱加工。對產(chǎn)品施加的熱可以通過外部熱源利用對流、傳導(dǎo)或輻射效應(yīng)傳送，或者可以在產(chǎn)品內(nèi)直接產(chǎn)生。在后一種情況下，可以利用振蕩電磁場在要處理的產(chǎn)品中產(chǎn)生電流場；通過和構(gòu)成該產(chǎn)品的材料的交互作用，該場導(dǎo)致內(nèi)部溫度的上升。所施加的電磁場可以具有各種強(qiáng)度和各種振蕩頻率。
實(shí)現(xiàn)這種類型的加熱的已知設(shè)備包括一個射頻發(fā)生器，當(dāng)提供干線電壓時該發(fā)生器在其輸出端產(chǎn)生振幅可變和預(yù)定頻率的振蕩電壓。該設(shè)備還包括一個容性或感性的施加部件，其把該發(fā)生器的振蕩電壓變換成分別具有該振蕩場的主要電分量或磁分量的電磁場。上面提到的頻率典型地在國際標(biāo)準(zhǔn)確定的范圍內(nèi)，其中心值是6.78-13.56-27.12-40.68-433.92兆赫。所產(chǎn)生的振蕩電磁場的強(qiáng)度取決于對該施加部件的端子施加的射頻電壓的振幅并且取決于該施加部件的結(jié)構(gòu)，該施加部件可以在用來容納要處理的產(chǎn)品的區(qū)域中提高或減小場強(qiáng)。
已知各種類型的用來對具有不同的物理、尺寸和電氣特性的產(chǎn)品施加射頻電磁場的部件。最廣泛的應(yīng)用通常涉及紙、纖維、紡織材料(尤其著色后)、皮革、橡膠、木材、塑料層板和食品的熱處理。這些情況的大多數(shù)中，通過外加電磁場在產(chǎn)品中感應(yīng)的位移電流造成介質(zhì)損耗而不是通過傳導(dǎo)電流發(fā)生產(chǎn)品的加熱。每一種這樣的部件具有適應(yīng)于所使用的頻率以及適應(yīng)所要求的應(yīng)用的結(jié)構(gòu)和技術(shù)特性。此外，這些部件可具有產(chǎn)生強(qiáng)度預(yù)定的電磁場以及根據(jù)所需的具體熱處理向產(chǎn)品發(fā)送特定功率(比功率)的結(jié)構(gòu)。
例如，本申請人的歐洲專利申請EP 0946104說明一種通過射頻振蕩電磁場加熱食品的工業(yè)設(shè)備。這種設(shè)備可以烹調(diào)例如火腿等的以肉類食品，這種食品具有相當(dāng)大的質(zhì)量和體積并且最好放在模子中。
使用射頻技術(shù)進(jìn)行熱處理的主要限制之一是難以在不會造成對食品有害的不希望有的效應(yīng)的情況下于非常短的時間內(nèi)把要處理的產(chǎn)品提到高溫上。例如但非限制性地，在巴氏滅菌或消毒處理期間或者在羹式食品的去霜期間，需要在短時間內(nèi)對連續(xù)流提供高的功率，尤其對單位體積的食品提供高的功率。該操作是特別困難的，尤其是對于半導(dǎo)電介質(zhì)產(chǎn)品，因?yàn)樗鼈兊南喈?dāng)大電導(dǎo)率限制了介質(zhì)損耗效應(yīng)，即外加電磁場在其中感應(yīng)的位移電流所造成的效應(yīng)。
另外，如果每單位時間內(nèi)通過射頻處理區(qū)的產(chǎn)品體積特別大，若射頻處理時間不是特別短產(chǎn)品中可能出現(xiàn)不希望的化學(xué)和器官感覺效應(yīng)。
在一些已知的解決辦法中，利用部件中的高電壓和高電流能在短時段內(nèi)向產(chǎn)品傳送高的比功率。但是，這些辦法導(dǎo)致困難的管理以及復(fù)雜的控制。實(shí)際上，提供高功率可能導(dǎo)致該施加部件不同點(diǎn)之間的不希望的放電，導(dǎo)致該部件以及其中容納的產(chǎn)品的損傷，甚至更加不益地導(dǎo)致產(chǎn)品各部分的不均勻加熱和/或燒焦。
流體食品的巴氏滅菌和/或消毒處理理論上應(yīng)包括瞬時把產(chǎn)品加熱到巴氏滅菌和/或殺菌溫度的第一階段，由在固定時間內(nèi)降溫到零度表征的后續(xù)階段，以及最后瞬時冷卻到初始溫度的階段。由于不能通過已知技術(shù)達(dá)到這種類型的處理，必須根據(jù)可使用的設(shè)備尋求最佳狀態(tài)以便能建造可實(shí)現(xiàn)盡量和理論處理相似的處理的工廠。
這樣，在牛奶熱處理領(lǐng)域中，一種最廣泛采用的巴氏滅菌過程包括把牛奶加熱到某低于其沸點(diǎn)的溫度上的階段，在這些條件下按預(yù)定時間保持產(chǎn)品的階段，以及冷卻階段。恒溫下的時間必須足夠長以便殺死所有存在類型的致病和產(chǎn)芽孢的微生物并且殺死一部分非致病性但仍會在產(chǎn)品中引起各種類型變化的微生物。
已知加熱處理的一些例子是慢巴氏滅菌(除其它外包括加熱到63°-65℃的階段和大約30分鐘的保持階段)以及稱為H.T.S.T.的快巴氏滅菌(作其它外包括加熱到72℃的階段和大約20秒的保持階段)。這二種處理用來對牛奶進(jìn)行巴氏滅菌以供消費(fèi)或者供制造奶制品例如干酪、奶油、黃油、凝固乳酪等。
牛奶熱處理的另一種已知類型的方法在產(chǎn)品要供直接消費(fèi)的情況下采用。在該稱為U.H.T.的處理中，把牛奶加熱到比巴氏滅菌溫度高得多的溫度并且保持比上面描述的處理短得多的時間，例如155℃下2到5秒。在這種情況下，其目標(biāo)是盡可能快地消除任何會縮短產(chǎn)品的擱置壽命的因素，因?yàn)樵谶@種情況下牛奶必須具有至少120天的室溫保持的擱置壽命。在U.H.T.處理中，通常分二步實(shí)現(xiàn)加熱階段首先通過間接交換，例如利用諸如盤狀熱水熱交換器的外部熱源，然后通過直接交換，例如高溫對牛奶噴入蒸氣(稱為“超速消毒”階段)。
上面說明的這二種處理具有一些缺點(diǎn)。采用高溫蒸氣能使產(chǎn)品快速達(dá)到所需的溫度，但是同時導(dǎo)致物理和器官感覺特征的改變。事實(shí)上，噴入的蒸氣不僅改變牛奶中水的百分比，并且還導(dǎo)致營養(yǎng)質(zhì)的降低，因?yàn)橐坏┻_(dá)到期望溫度與注入數(shù)量相同的蒸氣以及一些原來含在牛奶中的營養(yǎng)質(zhì)一起被抽出。從而，它是一種侵入技術(shù)，其中利用某種外部成分即蒸氣達(dá)到其它已知技術(shù)不能實(shí)現(xiàn)的特別迅速的加熱時間。相反，由于不是侵入處理的間接交換處理不改變產(chǎn)品的化學(xué)特性，但是它不能有效地在短時間內(nèi)達(dá)到期望溫度，從而在巴氏消毒牛奶中引起嚴(yán)重的和不希望的副效應(yīng)。
在這些所述處理中，還已經(jīng)知道，對于給定的最高處理溫度，還可以在有限持續(xù)時間的保持階段情況下達(dá)到牛奶消毒效果，而如果在最短可能時間內(nèi)達(dá)到該期望溫度該保持階段會造成產(chǎn)品器官感覺的退化。對于已知技術(shù)很明顯它們帶有和所采用的技術(shù)關(guān)聯(lián)的物理限制。例如，利用熱交換器的間接交換為了保證完全處理則要求產(chǎn)品和該產(chǎn)品的加熱裝置之間足夠長的接觸時間以便徹底和均勻地加熱。
多年來已經(jīng)知道，由于和新的致病劑、孢子、酶、細(xì)菌和微生物關(guān)連的新污染，為達(dá)到正確消毒牛奶所需的溫度持續(xù)提高。事實(shí)上這些有害物質(zhì)甚至變得更加耐熱并且因此難以鈍化。但是，過度加熱處理明顯和公眾對產(chǎn)品的香味、氣味以及顏色盡可能和產(chǎn)品的自然性質(zhì)接近的更甚要求相沖突。這些原因已經(jīng)并且仍在迫使許多公司制造消毒工廠或消毒食品，并且研究、實(shí)現(xiàn)和使用與產(chǎn)生對流、傳導(dǎo)或輻射效應(yīng)的熱源一起使用的而且和工廠的改進(jìn)相關(guān)的更新以及更加復(fù)雜的技術(shù)過程。就此而論，廣泛認(rèn)為已知技術(shù)已經(jīng)達(dá)到如此高程度的發(fā)展，從而可以把它們看成是“成熟技術(shù)”并且要進(jìn)行改進(jìn)極為困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種用于向半導(dǎo)電介質(zhì)材料施加射頻電磁場的工業(yè)設(shè)備從而克服已知設(shè)備的缺點(diǎn)，這種工業(yè)設(shè)備可以在不會對產(chǎn)品造成物理、化學(xué)或器官感覺特性上的特別改變的情況下非常快速地處理大量產(chǎn)品。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種對半導(dǎo)電介質(zhì)材料進(jìn)行加熱處理的工業(yè)設(shè)備，該工業(yè)設(shè)備可以利用設(shè)備中的有限電壓和電流施加強(qiáng)度相當(dāng)大的射頻電磁場，從而易于管理和控制、避免不必要的無載荷功率耗散以及避免食品的局部加熱和由此造成的產(chǎn)品燒壞。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種用于對半導(dǎo)電介質(zhì)材料施加射頻電磁場的工業(yè)設(shè)備，該設(shè)備可以方便地在特別大的可調(diào)范圍時間內(nèi)施加強(qiáng)度較大或較小的電磁場并且從而它可以用于各種各樣的甚至可能涉及食品之外的產(chǎn)品的技術(shù)過程中。
不僅如此，本發(fā)明的另一個目的是提供一種容易和便宜制造、易于檢查、容易進(jìn)行清潔和維護(hù)操作并且容易拆開的工業(yè)設(shè)備。
為了達(dá)到上面指出的目的，本發(fā)明的主題是帶有附屬權(quán)利要求書中指出的特征的設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明的一個特別有益的特征，該工業(yè)設(shè)備包括用來容納和傳送要處理的產(chǎn)品的裝置，該裝置可以方便地和快速地和用于在生產(chǎn)線上傳送這些產(chǎn)品的裝置連接。從而可以把本發(fā)明的設(shè)備插入到食品-最好是低滯性在無菌管道里輸送的食品的生產(chǎn)線中，其不改變現(xiàn)有部件的布局和配置或者甚至不改變輸送產(chǎn)品的生產(chǎn)線和管道的橫截面和/或配置。
本發(fā)明的另一個優(yōu)點(diǎn)是，在不必設(shè)置輔助施加部件和/或工廠的情況下可以工業(yè)性地處理以非?？斓乃俣攘鬟^生產(chǎn)線的產(chǎn)品。除了尺寸大從而難以使用和維護(hù)外，這些輔助部件通常在射頻處理區(qū)中需要大體積的產(chǎn)品從而涉及到處理時間過長因此會對產(chǎn)品造成不希望的化學(xué)/器官感覺效應(yīng)。


從下面對一優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說明本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)會變得清楚，該優(yōu)選實(shí)施例是參照各附圖僅作為一個非限制性的例子給出的，附圖中圖1是本發(fā)明的設(shè)備的示意側(cè)視圖，以及圖2是沿圖1的線II-II取的本發(fā)明的該設(shè)備的示意剖面圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)參照各附圖，一種用來向半導(dǎo)電介質(zhì)材料施加射頻電磁場的工業(yè)設(shè)備包括一個通常已知類型的發(fā)電機(jī)10，其在它的端子上產(chǎn)生振幅預(yù)定的振蕩電壓并且具有典型射頻范圍內(nèi)的預(yù)定頻率，例如但不限制性地從幾千赫到幾百兆赫。
射頻發(fā)電機(jī)1產(chǎn)生的電壓提供到施加部件1，后者的結(jié)構(gòu)允許在它的內(nèi)部產(chǎn)生強(qiáng)度相當(dāng)大的射頻電磁場。要受到加熱處理的材料，例如但非限制性地為半導(dǎo)電食品，最好是巴氏滅菌或消毒處理期間的牛奶，按該電磁場把它加熱到預(yù)定溫度以及按預(yù)定時間的方式通過施加部件1。
和大部分在生產(chǎn)線中輸送的食品一樣，對于牛奶非常重要的是使它包含在消毒管道中，從而防止和空氣以及更一般地和可能損害它的化學(xué)和物理性質(zhì)的外部媒劑接觸。
本發(fā)明的工業(yè)設(shè)備包括以密封方式和輸送材料的管道連接的進(jìn)給裝置和排出裝置，從而不會造成上面提到的問題。這種特征還有助于把本發(fā)明的設(shè)備插入到工業(yè)生產(chǎn)線中，因?yàn)樗粌H不要求修改結(jié)構(gòu)或布局甚至也不要求修改其中已有部件的配置。
本發(fā)明的施加部件1包括至少一對電極并且最好如附圖中示出那樣包括兩對電極12、13和14、15，電極的表面例如但不限制性地是通過鍍上彼此相對但平行的導(dǎo)電材料，最好為不銹鋼，形成的。每對電極包括電氣上和發(fā)電機(jī)10的一個端子連接的第一板12、14以及電氣上和不同電位的端子，例如發(fā)電機(jī)10的另一個端子，或者和地連接的第二板13、15。每對電極的第一板12、14電氣上彼此連接，例如通過兩個也用導(dǎo)電材料做成的并且部署在它們的端頭上的連接件16，從而二者等電勢即保持在相同電位上。另兩個和地連接的板13、15排列成對著兩個等電勢的第一板12、14。使用時，在板12和板13之間生成的第一電磁場具有定向成大致和板的表面垂直的擇優(yōu)方向的通量線。類似地，在板14和板15之間生成的第二電磁場具有大致也按所述擇優(yōu)方向取向的通量線。最后，和發(fā)電機(jī)10連接的等電勢電極對12、14定義一個大致垂直于所述擇優(yōu)方向的平面。
當(dāng)然，在不背離本發(fā)明的范圍和本發(fā)明的目的下，電極12、13、14、15和連接件16的數(shù)量、形狀和尺寸以及上面描述的電氣連接可以大大地和附圖中所示出的不同。
每個板12、13、14、15包括多個開口30，這些開口中插入用來容納和輸入食品的裝置，例如但非限制性地，用絕緣材料做成的導(dǎo)管，最好是用塑料做成的管。這樣，食品在大致和施加部件1產(chǎn)生的電磁場的通量線基本平行的擇優(yōu)方向情況下通過施加部件1并且這兩個電極12、14基本排列成和該擇優(yōu)方向?qū)R。
施加裝置，例如但非限制性的金屬圓柱40，和每塊板嚙合，例如但非限制性地以包圍輸送要處理的產(chǎn)品的管32的方式配合在孔30中?？梢愿鶕?jù)生產(chǎn)處理線中使用的管道的橫截面有益地選擇輸送管32的內(nèi)徑并且相應(yīng)地選擇金屬圓柱40的內(nèi)徑。從而消除各種管道內(nèi)部表面之間的任何不規(guī)則，以防止意外沉積一部分的要受到處理的產(chǎn)品。事實(shí)上這些部分的產(chǎn)品的延長沉積以及相應(yīng)的退化例如會導(dǎo)致要受到處理的產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)污染，從而對它的消毒變成不可能。
金屬圓柱40還具有防止輸送管道32損壞的加固作用。受處理的材料在等電勢管中歷經(jīng)的熱沖擊趨于改變材料的體積，從而在輸送管32中形成膨脹。由于輸送管最好用絕緣材料并且一般用柔性材料做成，管壁的反復(fù)變形會導(dǎo)致管內(nèi)壓力改變、彈性喪失或者甚至是塑料撕裂，其后果是材料泄漏。
金屬圓柱40包括相應(yīng)的支座件，例如但非限制性地支座凸塊42，這些凸塊能預(yù)置出電極板12、13、14、15相互移動不能超過的最小距離。該最小距離防止如果電極移動成彼此過近在設(shè)備的特定操作頻率下可能發(fā)生不希望的副效應(yīng)。
施加部件1還包括其它加固輸送管32的裝置，例如但非限制性地由絕緣材料最好特氟隆做成的圓柱50，其包圍輸送管32在支座凸塊42之間的部分。從而這些塑料圓柱50提高在該工業(yè)設(shè)備內(nèi)部的高壓下應(yīng)輸送的產(chǎn)品在輸送管32中的保留質(zhì)量。
根據(jù)產(chǎn)品類型或者其中采用本發(fā)明的技術(shù)過程，可以在不同尺寸和幾何形狀下形成輸送裝置32、施加裝置40和加固裝置50。重要的是保證該工業(yè)設(shè)備具有足夠靈活性從而保證它的各種技術(shù)過程的應(yīng)用性。
在附圖中示出的該實(shí)施例中，施加部件1包括支持裝置，例如但非限制性地兩個“L”狀金屬板18，它們還能使第一電極對的二塊板中之一和地電位連接。通過用絕緣材料，最好是特氟隆，做成的支持件其余板12、13、14被支持在一對電極的第二板15上，這樣不會干擾兩對電極之間存在的電磁場。每個支持件例如包括一個通過定位件24與電極對的兩個第二板13、15連接的螺紋棒22。另一對定位件26以它們之間的相對距離可改變的方式嚙合在棒22上并且分別支持第一板12、14。當(dāng)然，這些支持件可以包括或者用業(yè)內(nèi)人士容易確定的其它已知類型的裝置替代，只要它們的功能是從本說明理解出的并且只要它們能夠改變施加部件1的板12、13、14、15之間的相對距離。事實(shí)上這些支持件的一個特別優(yōu)點(diǎn)是，能夠通過改變單位時間內(nèi)受到該射頻電磁場的作用的產(chǎn)品體積來改變施加到產(chǎn)品上的電磁場強(qiáng)度以及產(chǎn)品處理時間。
如圖1中所示，對板13和15涂上一層絕緣材料44，從而防止在金屬管各端之間以及在各對電極之間形成任何電弧。為了更加簡明未在圖2中示出絕緣層44。
在使用情況下，當(dāng)發(fā)電機(jī)10在它的端子上產(chǎn)生預(yù)定振幅和預(yù)定頻率的振蕩電壓時，在板12和板13之間產(chǎn)生第一電磁場并且該場具有沿大致垂直于板的表面的擇優(yōu)方向取向的通量線。類似地，在板14和板15之間產(chǎn)生第二電磁場并且其具有大致也按該擇優(yōu)方向取向的通量線。在管32中容納和輸送食品，并且食品沿大致和施加部件1中產(chǎn)生的電磁場的通量線平行的擇優(yōu)方向通過施加部件1。
金屬圓柱40能使沿著管32的壁傳送各電極的相反或者不同的電勢。從而處理中的產(chǎn)品受到電磁場的影響，其中大致沿產(chǎn)品流動的方向施加該電磁場的場線并且由于等電勢和由于這些金屬管的長度該電磁場特別強(qiáng)。實(shí)際上電場的場線彼此決不相交并且產(chǎn)生在等電勢金屬管內(nèi)，由于管的長度遠(yuǎn)大于管的直徑具有相當(dāng)大的強(qiáng)度而且必須靠近上面提到的形狀相同的各個表面或者靠近不同的但帶有不同電位的表面。
該電磁場在該部件中容納的產(chǎn)品上產(chǎn)生大致兩種類型的電流，即，稱為位移電流的第一類型和稱為傳導(dǎo)電流的第二類型。該第一類型是由于構(gòu)成產(chǎn)品的物質(zhì)的介質(zhì)位移造成的，該位移是通過外加交變電磁場的振蕩引起的(類似于分子振蕩類型)。它對不是自由離子電荷的產(chǎn)品部分起作用，引起分子振蕩，并且因此不同分子之間的分子摩擦產(chǎn)生熱(介質(zhì)加熱)。該第二類型是由于產(chǎn)品中存在的使它呈半導(dǎo)電性的自由離子電荷的傳導(dǎo)造成的，其是由施加到產(chǎn)品上的射頻電勢差引起的，因?yàn)楣?2的壁的容性效應(yīng)允許射頻電流通過壁。通過這種對在產(chǎn)品中自由移動的離子電荷的作用，該電流通過焦耳效應(yīng)造成加熱。這兩種電流都以提供到施加部件1的射頻發(fā)電機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)頻率。很明顯，這兩個電流相差90°彼此不同相，因?yàn)橐粋€是感性的而另一個是阻性的。當(dāng)然，這些金屬管的長度使得能把較大的電磁場施加到產(chǎn)品上。
各對電極12、13和14、15之間的并且從而各金屬管40之間的距離有益地使得能減少產(chǎn)品的處理時間，因?yàn)樵诰哂胁煌娢坏慕饘俟苤g部署的產(chǎn)品的體積較小。
這種類型的配置特別有益于用射頻電磁場熱處理諸如牛奶的半導(dǎo)電材料。事實(shí)上，即使如輸送牛奶的連續(xù)生產(chǎn)線情況中那樣材料快速通過施加部件1，在非常短的時間內(nèi)發(fā)生熱處理并且該熱處理要比其它任何已知的部件均勻得多。
另外，該施加部件1把高強(qiáng)度電磁場集中在小空間中的能力使得發(fā)電機(jī)可對施加部件1提供足夠低的電壓，從而在不會限制在非常短的時間內(nèi)非常快地把材料加熱到高溫上的固有特征情況下消除掉可能損壞輸送材料的管道或者造成產(chǎn)品的燒壞的不希望有的放電風(fēng)險。
當(dāng)然，施加部件1還可以包括多于一條的管子從而增加同一時間內(nèi)受到熱處理的材料的體積，或者可以包括幾條橫截面不同的管子從而在本發(fā)明的工業(yè)設(shè)備的輸入和/或輸出處與輸送材料的管道的尺寸配合。
本發(fā)明的一個重要技術(shù)特征是，電極12、13、14、15以及和它們連接的金屬管40，即施加部件1的各端，都連接到地，以防止在施加部件1的外面不希望的電流會流過產(chǎn)品，這些隨產(chǎn)品越導(dǎo)電越大的電流產(chǎn)生不希望的副效應(yīng)，例如和浸入在產(chǎn)品中的探子發(fā)生電磁干擾，或者造成屏蔽-即把射頻電磁場包含在該設(shè)備之內(nèi)-的困難。此外，整個設(shè)備電氣上和生產(chǎn)線以及它的組成部件隔離，而且出于明顯的安全原因避免電流散布到它的外表上。另外，由于要處理的材料的電位實(shí)際上處于該施加部件的各端外面的地電位上，金屬管特別是不銹鋼管可有益地連接到管32上，從而能使該部件相當(dāng)完美地插入到通常采用不銹鋼管的生產(chǎn)線中。另一個在該施加部件的各端上插入絕緣材料的優(yōu)點(diǎn)是解決了屏蔽問題并且限制了該設(shè)備連接的電部件例如探子、變換器、PLC等中的漏電流和干擾。
可以在發(fā)電機(jī)10和地之間即第二板13、15和等電勢板12、14之間設(shè)置調(diào)相裝置，例如但非限制性地通過電感形成，為了使部件的負(fù)載和射頻發(fā)電機(jī)10相適應(yīng)調(diào)相裝置是必須的。電感52例如但非限制性地通過厚度大于該設(shè)備的工作射頻電流的穿透深度的管子，最好鍍銀銅管，做成。此外，可有益地把一個或多個調(diào)節(jié)件連接到每個電感上，從而根據(jù)它們的位置對電流以及對應(yīng)的磁鏈形成較長或較短的路徑，由此調(diào)節(jié)調(diào)相電流并且進(jìn)而調(diào)節(jié)被處理產(chǎn)品類型所需的射頻電壓范圍。該特性是特別有用的，因?yàn)樗乖撛O(shè)備可以特別靈活地用于可能具有明顯不同的電和介電特性的產(chǎn)品上。
該調(diào)相裝置還完成負(fù)載匹配功能，為了使發(fā)電機(jī)和負(fù)載之間的功率傳輸為最大，它是根據(jù)把該包括其中容納著產(chǎn)品的射頻施加部件1的系統(tǒng)的阻抗值轉(zhuǎn)換成該發(fā)電機(jī)的可用阻抗的準(zhǔn)則設(shè)計(jì)的。通過在發(fā)電機(jī)10和施加部件1之間插入適當(dāng)?shù)呢?fù)載匹配網(wǎng)絡(luò)以及通過上面提到的調(diào)相裝置，還可以把在該施加部件的結(jié)構(gòu)中循環(huán)的射頻電流減小到為在管32中產(chǎn)生電磁場所需的準(zhǔn)確值。從而可以防止該施加部件的物理限制之外的不希望有的射頻功率輻射，這樣還限制了無負(fù)載損耗，這種在別的情況下產(chǎn)生的無負(fù)載損耗會導(dǎo)致不必要的功耗并且會在該部件內(nèi)部產(chǎn)生或多或少的局部熱點(diǎn)。
射頻發(fā)電機(jī)10可以包括已知類型的調(diào)節(jié)所發(fā)送的功率的系統(tǒng)，例如，通過提供給該發(fā)電機(jī)的干線電壓振幅的限幅器，或者通過在該發(fā)電機(jī)和該施加部件之間的容性、感性、互感或阻抗變換耦合變換阻抗的系統(tǒng)。這些用來調(diào)整該發(fā)電機(jī)的功率的系統(tǒng)可以有益地由電子部件控制，其中所述電子部件可以通過利用溫度傳感器檢測該施加部件的輸入和/或輸出端處的產(chǎn)品溫度保持輸出產(chǎn)品溫度穩(wěn)定或者通過對發(fā)電機(jī)功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)提供反饋改變該溫度。
一種替代的反饋系統(tǒng)例如可以是通過改變產(chǎn)品速度或者改變受處理產(chǎn)品的類型把發(fā)送到產(chǎn)品的射頻功率保持穩(wěn)定在預(yù)定值上。當(dāng)然，上面描述的控制只是一些可對本發(fā)明使用的反饋控制。類似地，自動化中常規(guī)使用的并且生產(chǎn)線中普遍存在的電子監(jiān)視和控制部件，例如PLC或PC部件等，也可以插入到本發(fā)明的設(shè)備中。
當(dāng)然，在保持本發(fā)明的原理不變下，可以在不會背離本發(fā)明的范圍的前提下大范圍地改變實(shí)施例形式以及結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。
權(quán)利要求
1.一種用于向半導(dǎo)電介質(zhì)材料施加射頻電磁場的施加部件，包括多個電極(12，13，14，15)，它們使用中和發(fā)電機(jī)(10)連接，該發(fā)電機(jī)用來在它們之間沿?fù)駜?yōu)方向產(chǎn)生包含電分量和磁分量的射頻電磁場，以及用于容納和輸送半導(dǎo)電介質(zhì)材料的材料輸送裝置(32)，其特征在于還包括在該擇優(yōu)方向大致對齊排列的至少一對等電位電極(12，14)，并且該材料輸送裝置(32)在該施加部件(1)內(nèi)沿大致和該擇優(yōu)方向平行的方向輸送該材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的施加部件，其特征在于包括至少一對的使用中電氣上可和地電位連接的第一電極(13，15)，至少一對的使用中電氣上可和該發(fā)電機(jī)(10)連接的第二電極(12，14)，以及和該第二電極對(12、14)連接從而把兩個電極保持在相同電位上的連接件(16)，其中第二電極對(12，14)排列在第一電極對(13，15)之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的施加部件，其特征在于還包括，和至少一對電極(12，13，14，15)嚙合的并且部署在輸送裝置(32)附近的施加裝置(40)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的施加部件，其特征在于，該施加裝置由金屬圓柱(40)構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的施加部件，其特征在于包括，布置在該輸送裝置(32)周圍的加固裝置(50)，用于防止該輸送裝置在使用中由于其中所含材料的熱沖擊造成變形。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的施加部件，其特征在于，它包括設(shè)置在施加裝置(40)之間的由絕緣材料構(gòu)成的圓柱(50)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的施加部件，其特征在于，它可以包括數(shù)個彼此能串聯(lián)或并聯(lián)連接的輸送裝置(32)。
8.根據(jù)上述任一權(quán)利要求的施加部件，其特征在于，它還包括用于支持各對電極的支持部件(22，24，26)，使用中該支持部件能使各電極的相對距離被選擇性地改變。
9.一種用于向半導(dǎo)電材料施加射頻電磁場的工業(yè)設(shè)備，包括一個射頻電壓發(fā)電機(jī)(10)和一個用于向半導(dǎo)電介質(zhì)材料施加射頻電磁場的施加部件(1)，其特征在于該施加部件由上述任一權(quán)利要求定義。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的工業(yè)設(shè)備，其特征在于，在至少一對電極(12，13)之間設(shè)置可選擇性調(diào)節(jié)的調(diào)相裝置，以便使用中移動該至少一對電極相對其它電極的電勢的相位。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的工業(yè)設(shè)備，其特征在于，該施加部件的每個電極可以和一個由無源阻性、感性和/或容性電元件構(gòu)成的并且部署在該發(fā)電機(jī)(10)和該施加部件(1)之間的負(fù)載匹配網(wǎng)絡(luò)連接。
12.根據(jù)權(quán)利要求9的工業(yè)設(shè)備，其特征在于，該電壓發(fā)電機(jī)可在它的端子上產(chǎn)生頻率在1千赫到1吉赫之間的射頻電壓或電流。
13.根據(jù)權(quán)利要求9的工業(yè)設(shè)備，其特征在于，其包括電氣上和地電位連接的至少一第一對電極(13，15)，電氣上和該電壓發(fā)電機(jī)(10)連接的至少一第二對電極(12，14)，以及和第二電極對(12，14)連接的以把兩個電極保持在相同電位上的連接件(16)，第二對電極(12，14)部署在第一對電極(13，15)之間，每個電極(12，13，14，15)包括其中形成至少一個開口(30)的導(dǎo)電板，并在開口(30)中插入輸送裝置(32)以便穿過這些板沿?fù)駜?yōu)方向延伸。
全文摘要
用于向半導(dǎo)電介質(zhì)材料施加射頻電磁場的工業(yè)設(shè)備包括一個射頻電壓發(fā)電機(jī)(10)和一個用來施加射頻電磁場的施加部件(1)。該施加部件(1)包括多個電極(12，13，14，15)，電氣上和該發(fā)電機(jī)(10)連接，該發(fā)電機(jī)用于在它們產(chǎn)生帶有擇優(yōu)方向下的電分量和磁分量的射頻電磁場。該施加部件(1)還包括至少一對大致沿該擇優(yōu)方向?qū)R的等電位電極(12，14)以及用于在和該擇優(yōu)方向大致平行的方向在該施加部件(1)內(nèi)容納并輸送半導(dǎo)電介質(zhì)材料的材料輸送裝置(32)。
文檔編號H05B6/80GK1628490SQ02829037
公開日2005年6月15日 申請日期2002年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月28日
發(fā)明者阿萊桑德羅·托內(nèi)洛 申請人:斯塔拉姆股份公司