陶瓷制品的自适应微波干燥的系统和方法
【专利说明】陶瓷制品的自适应微波干燥的系统和方法 相关申请的交叉引用
[0001] 本申请根据35U. S. C. § 120要求2012年11月27日提交的美国申请S/N 13/686, 179的优先权，本申请基于该申请的内容并且该申请的内容通过引用整体结合于 此。
技术领域
[0002] 本公开涉及陶瓷制品的微波干燥，且尤其涉及改进干燥工艺的启动的适应性微波 干燥方法。
【背景技术】
[0003] 诸如发动机排气系统基底和过滤器之类的特定类型的陶瓷基制品由陶瓷批料 (batch material)的挤压（extrusion)所形成。经挤压的陶瓷批料构成被称为"原木状料 块（log)"的挤出物。一经离开挤压机，原木状料块具有高水分含量并因此需要被弄干以使 得其可被进一步处理以形成最终的陶瓷基制品。
[0004] 用于干燥原木状料块的一种方法涉及使用微波功率。此干燥通常通过使原木状料 块穿过一系列微波干燥器或"施加器（applicator)"来完成。每个施加器被设置成供应被 认为是当原木状料块从输入侧到输出侧穿过施加器时用于干燥原木状料块的必需的微波 功率。
[0005] 然而，归因于挤压工艺的异常行为，预定的微波功率干燥分布可常常导致在干燥 过程期间原木状料块上的大量的温度可变性，尤其是当功率分布尚未针对被干燥的产品进 行优化时在干燥过程开始的时候。这种温度可变性不仅引起原木状料块内的不想要的化学 反应而且不利地影响原木状料块形状，其又不利地影响被制造的陶瓷制品。尤其，原木状料 块形状变化可使所得的陶瓷制品落在其形状容许限制外。
[0006] 因此，必须使用试错法（trial and error)来手动地调节该过程以使得干燥过程 达到其中在整个原木状料块上的温度接近于期望的目标温度的稳定状态。主要取决于特定 陶瓷配料成分和操作者的经验，此手动过程可花费从30分钟到15小时的任一时间。
【发明内容】
[0007] 本公开的方面是减少用于干燥经部分地干燥的陶瓷原木状料块的微波干燥过程 中的瞬变温度变化的方法。所述方法包括：发送所述原木状料块通过具有输入端、输出端 和多个施加器的至少一个输出微波干燥器，其中每个施加器能够生成可调节的量的微波功 率。所述方法还包括：将所述可调节的量的微波功率施加至所述原木状料块。所述方法进 一步包括：采用基于微波干燥过程参数的瞬变干燥模型来确定在所述至少一个输出微波干 燥器的输出端处的预测的原木状料块出口温度T pe。所述方法另外包括：当所述原木状料块 离开所述至少一个输出微波干燥器的输出端时测量每个原木状料块的出口温度T M。所述方 法还包括：基于所预测的原木状料块出口温度Tpe和所测得的出口温度T M之间的差别来调 节所述瞬变干燥模型以调节被施加至所述原木状料块的可调节的微波功率的量。
[0008] 本公开的另一个方面是减少用于干燥具有中间温度T1的经部分地干燥的陶瓷原 木状料块的微波干燥过程中的瞬变温度变化的方法。所述方法包括：发送所述原木状料块 通过具有输入端、输出端和多个施加器的至少一个输出微波干燥器，每个施加器能够生成 可调节的量的微波功率。所述方法还包括：采用基于微波干燥过程参数的瞬变干燥模型来 确定在干燥器输出端处的预测的原木状料块出口温度T pe。所述方法进一步包括：当所述原 木状料块离开所述至少一个输出微波干燥器的输出端时测量每个原木状料块的出口温度 TM。所述方法另外包括：将目标原木状料块出口温度Tte与所预测的原木状料块出口温度T pe 进行比较以定义第一温差Λ T = Tpe - Tte。所述方法还包括：将所测得的原木状料块出口温 度Tm与所预测的原木状料块出口温度T ΡΕ进行比较以定义第二温差dT = T PE - ΤΜ。所述方 法进一步包括：基于所述第一和第二温差ΔΤ和dT来调节由所述施加器中的至少一个所提 供的微波功率的量以使得在送走位置处的原木状料块温度T k保持在围绕目标温度Tt的选 择温度带内。
[0009] 本公开的另一个方面包括减少用于干燥经部分地干燥的陶瓷原木状料块的微波 干燥过程中的瞬变温度变化的方法。所述方法包括：发送所述原木状料块通过具有输入端、 输出端、最后一个施加器和倒数第二个施加器的至少一个输出微波干燥器，其中每个施加 器能够生成可调节的量的微波功率。所述方法包括：使用所述最后一个施加器和所述倒数 第二个施加器中的至少一个来将所述可调节的量的微波功率施加至所述原木状料块，所述 可调节的量受可操作地连接至所述最后一个施加器和所述倒数第二个施加器的控制器控 制。所述方法还包括：采用包括在所述控制器的计算机可读介质中并且基于微波干燥过程 参数的瞬变干燥模型，确定在所述至少一个输出微波干燥器的输出端处的预测的原木状料 块出口温度T pe。所述方法进一步包括：当所述原木状料块离开所述至少一个输出微波干燥 器的输出端时测量每个原木状料块的出口温度T m并且将所测得的温度出口温度作为代表 所测得的出口温度Tm的测得的温度信号提供给所述控制器。所述方法另外包括：调节正在 所述控制器上运行的所述瞬变干燥模型以确定被施加至所述原木状料块的可调节的微波 功率的量的变化以减少所预测的原木状料块出口温度T pe和所测得的出口温度Tm之间的差 另IJ。所述方法还包括：使用所述控制器使可调节的微波功率的量改变所确定的量。
[0010] 应当理解的是，以上一般描述和以下详细描述两者表示本公开的实施例并且它们 旨在提供用于理解所要求保护的本公开的本质和特性的概观或框架。所包括的附图用于提 供对本公开的进一步理解且被结合到本说明书中并构成其一部分。附图示出本公开的各个 实施例并与说明书一起用于解释本公开的原理和操作。
[0011] 将在以下详细描述中阐述本发明的附加特征和优点，这些特征和优点在某种程度 上对于本领域的技术人员来说根据该描述将是显而易见的，或者通过实施包括以下详细描 述、权利要求书以及附图的本文所述的实施例可认识到。
[0012] 如下阐述的权利要求书被结合到下面阐述的详细描述中并构成其一部分。
【附图说明】
[0013] 图1是适用于执行所公开的微波干燥方法的示例微波干燥系统的示意图；
[0014] 图2A和2B描绘了对于由两种不同的常规陶瓷材料制成的原木状料块的测得的原 木状料块温度IYCC )对时间（小时），其中使用现有技术微波干燥方法干燥原木状料块， 这两幅绘图示出了在原木状料块达到稳态原木状料块温度之前的干燥瞬变；
[0015] 图3是根据本公开的用于以减少的干燥瞬变来干燥原木状料块的示例控制过程 的组合式系统/流程图；
[0016] 图4是图1的微波干燥系统的实施例的示意图，其中该系统包括并行地操作的两 条微波干燥线并且其中该两条干燥线共享送走位置；
[0017] 图5是测得的出口温度TE(°C )对送走位置处的测得的温度TK(°C )的数据的绘 图，连同通过该数据的最佳拟合线一起；
[0018] 图6是示出了基于微波干燥生产数据的测得的原木状料块出口温度1以及如由 瞬变干燥模型所预测的预测的原木状料块出口温度1^的原木状料块号k对温度T(°C )的 绘图；
[0019] 图7A描绘了现有技术微波干燥过程的测得的送走原木状料块温度TK(°C )(左垂 直轴）和微波功率分布P (t)(右垂直轴），示出了基于对微波功率分布的手动调节，原木状 料块温度如何从未达到如由目标带所定义的稳态；以及
[0020] 图7B是与图7A相同的绘图但是是对于这里所公开的基于自动化模型的微波干燥 过程，其中基于原木状料块干燥过程的瞬变干燥模型来自动地调节微波功率分布P(t)以 快速地将干燥过程带至稳态。
[0021] 将在以下详细描述中陈述本发明的附加特征和优点，这些特征和优点对于本领域 的技术人员来说根据该描述将是显而易见的，或者通过实施本文中以及权利要求书和附图 中描述的本公开可认识到。
[0022] 为了参考起见在某些附图中显示了笛卡尔坐标，但是笛卡尔坐标不旨在关于方向 或取向的限制。
【具体实施方式】
[0023] 图1是包括第一干燥器20A和第二干燥器20B的示例微波干燥系统（"系统"）10 的不意图。第一干燥器20A具有输入端22A和输出端24A，而第二干燥器20B具有输入端 22B和输出端24B。第一干燥器20A包括内部26A以及多个施加器30A，通过示例的方式示 出有四个施加器30A1、30A2、30A3和30A4。同样地，第二干燥器20B包括内部26B以及多 个施加器30B，通过示例的方式示出有四个施加器30B1、30B2、30B3和30B4。每个施加器 30A 和 30B 被配置成将相应的微波 40A ( 即，40A1、40A