专利名称：射频织物烘燥机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种使用射频电波进行织物烘燥作业的机器。
背景技术：
射频(RF)能量可以用来烘燥介电材料，例如织物。使用无线电波来烘燥的原则是施加一个以射频振荡的电场至该材料上。这会激发该材料内的分子以该振荡频率做分子振动，而其可藉由内部分子摩擦而提供内部热增益。如果该材料是湿润的，则该热增益会使得该材料内的水分子在吸收足够的能量后，进行自液体变成气体的相变化。此后气相的水分子即可藉由蒸发而自由地自该材料内逃逸，而使该材料干燥。蒸发单位重量的水所需的热量在一定的压力下是一固定的量。将水自特定温度升高至蒸发点所需的总热量是依水的总质量而定。织物工业中常用来做烘燥作业的射频是27MHz。
典型的射频织物烘燥机包含有一输送带，其可将纱线卷装运送进出一安全室(坑道)内。在该坑道内设有一组并列的电极，在这些电极之间则利用一射频电波产生器施加一射频电场。纱线卷装会被运送通过该电场而使得留置于该纱线内的水分子产生偶极振动、内热能增益、以及其后的蒸发。蒸发后的水气会由安装在电极上方的抽取风扇加以带走。此种烘燥机的例子可参见欧洲专利EP 0,651,590号。
一般而言，所产生的射频电波是由同轴电缆由产生器传送至阳极上，而阴极则连接至地面以接地。阳极的形式可以是矩形的组件，例如铝杆。产生器通常包含有一振荡器及一三极体，可以称之为电子管。三极体具有三个极，亦即阳极、阴极及栅极。振荡器可产生所需频率的信号，并且会被施加至栅极上，而阳极与阴极间的高电压则会将该振荡功率加以放大，以产生高功率射频电波，传送至烘燥机的阳极上。电子管的通常寿命是大约2000小时。在应用在织物烘燥机内时，此种管必须要每3至6个月更换一次，以补偿变劣的运作情形。此产生器会需要有冷却系统。通常是使用空气冷却，但是就该管的寿命延长而言，水冷却较为有效。
使用电子管来做射频烘燥的一项缺点在于它们易于在电讯装置内造成相当高位准的电磁干扰。这会造成许多不好的影响，例如危害到飞航通讯。此干扰是因射频电波自输送带进出坑道的孔口外泄所造成的。
此外，在控制电子管的作业频率上亦有困难。对于固定的27MHz工作频率而言，必须要有一功率调节器，以修正烘燥机电极间分隔距离上的变异。良好的功率调节，例如自可变电容耦合电路，并不易实现，因此除了特殊的应用外，固定电极式设计是很少使用的。
因此现有技术中需要有一种改良的射频织物烘燥机。
发明内容
因此本发明的第一方面是涉及一种烘燥织物用的装置，包含有一筒，用以收容织物，该筒是由相互电绝缘隔离开的第一筒部位及第二筒部位所构成；以及一射频功率产生器，连接至该筒，以供用来在该第一筒部位及第二筒部位之间产生具有射频的振荡电场，以对织物内的水分子产生加热及蒸发的作用。
本发明提供一种射频织物烘燥机，其中该机器中用来构成织物容器(筒)的部位也是用来做为可施加电场至织物上来进行烘燥作业的阳极及阴极。此种配置方式可提供密集式的烘燥机，亦可具有极佳的电磁遮蔽效果，以减低干扰及增进安全，因为该电场是完全被包覆在该筒内。
该第一筒部位可以包含有该筒的壁部，而该第二筒部位则包含有一设置在该筒内用来支撑收容于该筒内的织物的心轴。设有筒及心轴的机器是一般已经应用在各种的织物处理作业中，特别是织物的染色中，因此根据本发明的机器可以藉由对于现有设计的改良而轻易地提供。此外，我们已发现，与现有输送带式射频烘燥器相比较，该机器内的筒及心轴配置可以提供均匀的织物烘燥功能而无需精确地调整阳极—阴极分隔距离。
在一实施例中，射频功率产生器连接至心轴上，以将该心轴作为用来产生电场的阳极。因此起到该筒的壁部阴极的作用。最好，该壁部是连接至电接地。这可提供良好的电磁遮蔽效果而无需围绕着该机器设置专用的遮蔽装置。
此射频功率产生器可以是固态射频功率产生器。固态射频功率产生器具有比一般常用电子管产生器更长的操作寿命，因此可以降低维修成本。效果也较佳。
根据一实施例，该射频功率产生器包含有一驱动单元，可用来产生一射频信号，以及一个或多个放大器单元，可用来自该驱动单元接收该射频信号并放大该射频信号。此单模设计具有改良而简化的维修，因此这些单元可以个别维修及更换。此种设计亦可以从便用的形式避免或减少许多生热问题来提供所需的高功率。虽然空气冷却是足够的，但是水冷却较为可取。
该射频功率产生器可进一步包含有一分配器单元，可用来自该驱动单元接收该射频信号，并将其分配至至少二个并列设置的放大器单元内，以及一合并器单元，可用来从该等放大器单元接收并合并该放大的射频信号。并列式的放大作用可以让其直接在单一放大步骤中产生高射频功率。此外，产生器及此烘燥装置可在一个或多个放大器单元故障时，或是在更换故障单元的期间，继续运作。
由于关机时间减少，因此可以有益于作业成本。
此外，该驱动单元及放大器单元中的一个或多个可以设有内置的测器装置，用以监测该单元的运作。这是单模固态架构的另一项优点。这些各种的单元及模块可以个别及连续地监测，因为可以快速地判别出任何的问题，而快速地进行维修。
该筒可以设有一出口，用以抽取蒸发的水分子。这可改善烘燥作业，因为织物不会留置在潮湿的环境中，而水分子可以更轻易地从织物内逃逸出去。此外，该筒可以进一步设有一入口，用以将空气注入至该筒内。在移除含有水蒸气的空气时，若能将新鲜空气注入至该筒内，则可以大致上保持该筒内的压力，促进空气循环，进而增强烘燥作业。
在一种有利的实施例中，该装置进一步建构成可将收容在该筒内的织物加以染色。这在进行射频烘燥作业所使用的阳极及在用来固持织物的筒的阳极的情形之下是特别可能的，因为筒的配置是适合应用在其它的织物处理应用中，例如染色。现有的筒的设计，例如卷装染色筒，可以轻易地用来实施本发明，故可以提供一体的染色及烘燥机器。新型的机器设计也是可行的，其中用来构成该筒的部位可针对染色及烘燥作业二者加以最佳化。例如，该筒可以设有一染液入口及一染液出口，通过它染液可循环通过该筒，以对收容在该筒内的织物加以染色。
虽然本发明可应用在广泛范围的织物及其它可以承受射频烘燥作业并能轻易置于筒内的材料上，在一特定的范围中，此装置是构造成用来烘燥染过色的纱线。因此，该织物可以包含有一个或多个纱线卷装。
本发明的第二方面涉及一种烘燥织物的方法，包含有将织物置放于一个由第一筒部位及与该第一筒部位电绝缘隔离开的第二筒部位所构成的筒内；以及在该第一筒部位及第二筒部位之间产生具有射频的振荡电场，以加热并蒸发该织物内的水分子。
其它的实施例及例子由下文所附的权利要求书限定。
图1显示出本发明的实施例中所用的固态射频电波产生器的示意图。
图2显示出可以设置于图1的产生器内的来源驱动单元的实施例的示意图。
图3显示出可以设置于图1的产生器内的放大器单元的实施例的示意图。
图4显示出根据本发明的实施例的织物烘燥机的立体剖面图。
图5显示出图4中的织物烘燥机下半部的特定立体剖面图。
具体实施例方式
本发明提出一种用高功率射频电场来烘燥织物的装置或机器的新设计。根据本发明的机器所提供的烘燥能力可以使其能够提供小型而安全的机器。此外，此机器是设计成可以让织物的烘燥及染色能在单一机器内实施。
在织物染色(或以其它不同的处理技术加以湿润)后，它们必须要加以干燥。通常是使用射频(RF)功率来进行烘燥作业，但是使用射频频率来做织物烘燥需要高功率。这可通过使用电子管产生RF电波而达成，但是电子管及提议使用它们的烘燥机器的设计却是有缺点的。电子管以外的另一种选择是固态(Solid-State)技术。这是一般用来产生供通讯使用的射频电波，例如移动电话及无线网络。但是这些均只能在低功率下操作。为能得到织物烘燥作业所需的高功率。本发明提出一种含有固态功率晶体管的产生器，其目的是要消除在使用排列成一数组的多个发射器来产生所需的功率水准时所会造成的热量散逸及热点等问题。
图1显示出适合使用于根据本发明的实施例的织物烘燥机的固态RF产生器。产生器10包含有一范围的固态单元，可用来在预定的射频下产生电场振荡。为符合于射频的相关国际规范，通常是选用27.12MHz的频率来做织物烘燥。产生器10包含有一频率合成器11，其可用来产生具有所需频率的信号。此合成频率信号会被供应至一来源驱动单元12，其会被用来在该处产生射频电波功率。此功率会通过一个1∶n分配器13，以将该功率平均分配至多个放大器单元14。每一放大器单元14均可将属于它的那一部分射频电波功率加以放大，并将放大的功率送至一个n∶1合并器15，其可将所有的放大器14的输出加以合并而形成单一高功率RF电波输出信号16。来源驱动单元12及放大器单元14可以是例如1千瓦的单元，但如有需要也可使用其它规格的单元。对于给定规格的放大器单元而言，放大器单元14的数量n是根据输出信号16所需的功率来决定的。因此在适当的情形下，可以包含有单个或多个放大器。使用单一个放大器的结构中是可以省略掉分配器及合并器。此外，虽然放大器的并列配置方式是有其优点的，但是也可由以串行配置的放大器来取代的。
图2显示出来源驱动单元12的实施例的示意图。驱动单元12包含有一驱动器21(在此例中为1千瓦的驱动器)，是由可供应直流电力的电源供应单元22(在此例中为1.5千瓦的电源供应器)加以供电。此驱动器可从产生器10的频率合成器11接收一频率输入信号24。并输出一个射频功率输出信号25。来源驱动单元12亦包含有一内建测试仪器(BITE)单元23，用以监测来源驱动单元12的运作。BITE单元是固定装设在一较大系统内的装置，以供单独地或配合外部测试仪器来测试该系统的全部或一部分。有许多种形式的BITE单元可供选择，选自诸如一组量表或开关的简单装置至诸如计算机控制诊断系统的复杂装置。
图3显示出放大器单元14的实施例的示意图。放大器单元14包含有一射频放大器31(在此例中为1千瓦的放大器)，是由可供应直流电力的电源供应单元32(在此例中为1.5千瓦的电源供应器)加以供电。此放大器31可自1∶n分配器13接收一射频电波34做为输入信号，并将其加以放大而输出一放大的射频电波35至n∶1合并器15。放大器单元14亦包含有一BITE单元33，用以监测其运作。
图1中的射频产生器是一种单模设计，可在功率生成及维修作业上提供高度的弹性。放大器单元是并列配置的，因此任一放大器单元故障的情形中，该产生器可以继续地运作，但是是较低的功率位准。个别放大器单元的维修及更换作业可以独立地进行，而不会干扰到其它单元的运作，因此可以不需要将产生器加以关闭。此外，单模设计可以更佳地将热量分配至整个系统内，因此产生器只要做空气冷却即可得到可接受的冷却效果。相较于较复杂而更危险(在电气环境中)的水冷却而言，空气冷却是比较好的。但是，如果有需要的话，水冷却或其它的冷却方式，也可应用在本发明内。
为增进单模作业，驱动单元及放大器单元可以内设有BITE单元(如图2及图3中所示)，可以针对驱动器及放大器进行自我监测及操作。因此可以简单而快速地判定特定单元的故障，以进行必要的维修作业。
相较于电子管射频产生器，利用固态技术来做射频产生器可以提供多个优点。最重要的，固态产生器的寿命可以高至电子管产生器寿命的数千倍，因此可以大幅度地减少维修成本，使用前述的单模固态结构亦可有助于维修。此外，固态产生器具有比电子管更好的效率，因此作业成本也可以降低。
图1中的射频产生器，或者其它的射频产生器，是用来施加高功率振荡电场至织物上，以藉由加热及水分子蒸发而提供烘燥效果。根据本发明，电场是以烘燥机器中用来固持织物的那一部分做为电极组件而施加的，而不是使用专用的电极。详细地说，在烘燥过程中用来支撑住织物的心轴是连接至射频产生器上，以做为阳极，而用来容纳织物且供该心轴设置在其内的筒则做为阴极。因此，最好该筒是连接至地面。该心轴是与该筒电隔离开。自产生器施加射频电波至该心轴上可在该心轴与环绕的筒之间产生一振荡电场。因此固持在心轴上的织物得以位于该电场内，而受到烘燥作用。
图4显示出烘燥机器40的部分剖面图，而图5则显示出机器40下半部的放大图。参照这些图，机器40包含有第一筒部位或上半部41，其具有直立圆柱体的形式，此构成该筒的侧壁。机器40的基部42封闭住该筒的下方末端，并由一层电绝缘材料43加以与上半部41分隔开。任何可以提供该必要功能的适当材料均可用来制做该上半部41及该基部42，例如钢，最好是不锈钢，绝缘层43也是一样的，可以是例如铁氟龙(RTM)。一直立心轴48(同样由例如钢或不锈钢所制成)自基部42上沿着筒的中心纵向轴线向上延伸。心轴48是电连接至基部42上，可以是直接固定至其上，或是与之形成为一体。心轴48与基部42共同构成第二筒部位，而该第一筒部位与该第二筒部位共同构成该筒。
机器40上设有射频电缆连接部。第一连接部44将上半部41连接至地面上，以做电接地，因此上半部41可以做为阴极。第二连接部45将下半部42及心轴48连接至射频产生器(在这些图中未显示出来)，例如第1图中所示的那样，以使得心轴48可以做为阳极。一金属顶盖46及一金属底盖47围绕着该筒的基部设置，而包围着连接部44、45，以提供电磁遮蔽作用。
在作业中，要烘燥的织物，例如纱线卷装P，是围置于心轴48上，因而容置于该筒内。射频产生器是用来施加射频电波电力至心轴48上，故心轴48上会发射出射频电波，穿过纱线卷装P而放电至上半部41或筒的壁部上。因此纱线卷装P会处于一延伸在心轴48与筒壁之间的振荡电场内，故会使得纱线内的水分子由该射频频率(最好是27.12MHz)来振动。这会产生加热作用，或是增加内部动能，使得水分子得以蒸发而从纱线内逃逸。因此可以将纱线卷装P加以干燥。
和现有电子管射频织物烘燥器相比较，使用心轴和筒来做为射频阳极及阴极，可以在减少或消除精确调整阳极—阴极间分隔状态下，提供均匀的织物烘燥效果。
水汽可以利用风扇或鼓风机将空气自机器40内抽出而经由设在该筒顶端上的出口49而从机器40内排出。入口50是设置在该筒的基部，可供将新鲜空气泵入机器40内来更替从出口49排出的饱含水分的空气。出口49可以设有一个或多个空气过滤器(未显示)，以防止污染物或异物进入至该筒内。
可以设置一水分含量监测系统(未显示)来监测并控制水的蒸发(烘燥)速率，以防止织物过度干燥，因为这种情形会损伤织物。水分含量可以使用适当的方法来加以监测，例如测量从筒的出口抽取出的空气内的水分的浓度，或者在烘燥过程中称量织物的重量。此监测系统可以联结至射频产生器上，以供在达到织物所需的干燥程度时，关闭电场。
图4和图5中所示的这种机器的设计可提供良好的射频遮蔽作用，因此可以减少电磁干扰。此筒是一个密闭的容器，并且连接至地面，因此在作业中不会有射频电波逸漏至四周环境内。这可藉由金属盖46、47的遮蔽射频连接部44、45而获得帮助。此外，该产生器的驱动单元及功率放大器单元最好是包覆在金属薄壳或外壳内，以提供进一步的遮蔽效果，并维持一个安全而无辐射的工作环境。
虽然使用筒壁来做为阴极可以提供上述遮蔽作用上的优点，但是本发明也可以藉由将筒壁连接至射频电波来做为阳极，并将心轴接地来做为阴极而加以实施。在此种配置方式中，如果要避免射频逸漏至周围的话，必须要设置额外的遮蔽物，围绕着整个机器。
在另外的实施例中，根据本发明的烘燥机器亦可用来做为织物染色之用，以提供一体的烘燥—染色机器。这可藉由本文所提出的在筒内设有织物固持心轴的机器设计来实现。此种配置可以立即用来做为织物染色之用。诸如纱线卷装之类的织物放置在位于压力筒内的心轴上，而染液则循环流过该筒，以将织物加以染色成所需的颜色及色调。考虑如图4及图5所示结构的机器，染液可以藉由自心轴内部向上喷射出而注入至该筒内。设在心轴内的孔口可以让该液体流出而进入织物内，以被其所吸收。其余的液体会流入至该筒的本体内，并自该筒内排出，可供在该同一机器内循环，或者循环至其它的机器内。参阅图5，如果管子50及51是连接至设有阀及泵的管路上的话，则它们可以用来加入及移出染液。在染色程序完成而所有的染液自该筒内排放掉后，可以藉由操控射频产生器及空气循环系统来激活烘燥程序。就此而言，入口管子50可以设有一阀，可作动用来将该管子连接至染液管路上，或者是如上所述用来将新鲜空气注入至筒内的空气泵上。以此方式，染色及烘燥作业二者可以在同一机器内顺序完成。这可消除要针对此二作业使用个别机器的必要性，同时亦可避免耗费时间地将织物自染色机器搬运至烘燥机器内。
可供染液在放置在织物的筒内环绕循环的织物染色机器及系统的例子可参见英国专利GB 2,404,199号。
由于本发明提出利用现有染色机器的设计来做为射频烘燥机器，因此现有的染色机器可以藉由简易地将射频产生器连接至染色机器相关的零组件上而轻易地变更用来提供一体的染色及烘燥作业。但另外也需要加设空气循环系统，以抽取出蒸发的水分。虽然固态射频产生器可提供多项优点最较佳的，但是使用电子管式产生器亦可达到相同的烘燥效果。
本发明并不仅限于图4及图5中所示的机器设计而已。其它具有不同的筒及心轴形状及位置的机器结构亦可使用。此机器可构造成可提供染色及烘燥二种作业，或是仅做烘燥作业，而在任一种情形中，均可使用固态或电子管式射频产生器。同样的，图1至图3中所示的射频产生器的实施例亦仅是举例而已；其它种类的固态射频产生器的设计对于本领域技术人员而言是属显而易见的，且可用来替代的。再者，此机器可以用来处理各种型态及型式的织物，而本发明并不局限于图4及图5中所示的纱线卷装。
权利要求
1.一种烘燥织物用的装置(40)，包含有一筒，用以收容织物(P)，该筒由相互电绝缘隔离开的第一筒部位(41)及第二筒部位(42)所构成；以及一射频功率产生器(10)，连接至该筒，以供用来在该第一筒部位及第二筒部位之间产生具有射频的振荡电场，以对织物内的水分子产生加热及蒸发的作用。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，该第一筒部位包含有该筒的壁部，而该第二筒部位则包含有一设置在该筒内用来支撑收容于该筒内的织物的心轴(48)。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，该射频功率产生器是连接至该心轴上，以将该心轴作为用来产生该电场的阳极。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，该壁部连接至电接地。
5.根据以上权利要求任一项的装置，其特征在于，该射频功率产生器是固态射频功率产生器。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，该射频功率产生器包含有一驱动单元(12)，可用来产生一射频信号，以及一个或多个放大器单元(14)，可用来自该驱动单元接收该射频信号并放大该射频信号。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，该射频功率产生器进一步包含有一分配器单元(13)，可用来自该驱动单元接收该射频信号，并将其分配至至少二个并列设置的放大器单元内，以及一合并器单元(15)，可用来自所述放大器单元接收并合并所述放大的射频信号。
8.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述驱动单元及放大器单元中的一个或多个设有内建的测器装置(23、33)，用以监测所述单元的运作。
9.根据以上权利要求任一项所述的装置，其特征在于，该筒设有一出口(49)，用以抽取蒸发的水分子。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，该筒进一步设有一入口(50)，用以将空气注入至该筒内。
11.根据以上权利要求任一项所述的装置，其特征在于，该装置进一步构造成可将收容在该筒内的织物加以染色。
12.根据以上权利要求11所述的装置，其特征在于，该筒设有一染液入口(50)及一染液出口(51)，通过它们染液可循环通过该筒，以对收容在该筒内的织物加以染色。
13.根据以上权利要求任一所述的装置，其特征在于，该织物包含有一个或多个纱线卷装(P)。
14.一种烘燥织物的方法，包含有下列步骤将织物(P)置放于第一筒部位(41)及与该第一筒部位电绝缘隔离开的第二筒部位(42)所构成的筒内；以及在该第一筒部位及第二筒部位之间产生具有射频的振荡电场，以加热并蒸发该织物内的水分子。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，该第一筒部位包含有该筒的壁部，而该第二筒部位则包含有一设置在该筒内用来支撑收容于该筒内的织物的心轴(48)。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，该心轴是用来作为产生该电场的阳极。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，该壁部连接至电接地。
18.根据权利要求14至17之一项所述的方法，其进一步包含有操作一连接至该筒的固态射频功率产生器(10)，以产生该振荡电场。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，该固态射频功率产生器包含有一驱动单元(12)，可用来产生一射频信号，以及一个或多个放大器单元(14)，可用来从该驱动单元接收该射频信号并放大该射频信号。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，该固态射频功率产生器进一步包含有一分配器单元(13)，可用来自该驱动单元接收该射频信号，并将其分配至至少二个并列设置的放大器单元内，以及一合并器单元(15)，可用来自所述放大器单元接收并合并所述放大的射频信号。
21.根据权利要求19或20所述的方法，其特征在于，所述驱动单元及放大器单元中的一个或多个设有内建的测器装置(23、33)，用以监测所述单元的运作。
22.根据权利要求14至21任一项所述的方法，进一步包含有将蒸发的水分子自该筒内抽出。
23.根据权利要求22所述的方法，进一步包含有在抽出蒸发的水分子的过程中将空气注入至该筒内。
24.根据权利要求14至23任一项所述的方法，在将织物置放于该筒内与产生振荡电场之间，进一步包含有将染液加入至该筒内，以将该织物加以染色；以及在将该织物加以染色后，将没用的染液取出。
25.根据权利要求14至24任一项所述的方法，其特征在于，该织物包含有一个或多个纱线卷装(P)。
全文摘要
本发明提供一种织物烘燥机。该织物烘燥机(40)包含有一用来收容织物(P)的筒(41)，具有一心轴(48)设置在该筒内，以供支撑该织物，以及一固态射频产生器(10)。该产生器连接至该心轴上，而该筒则接地，因此在该产生器运作时，会有一振荡电场生成于该心轴与该筒之间，进而施加至位于该心轴上的织物上。此电场可藉由分子振动而加热该织物内的水分子，进而造成蒸发，水汽可由一抽取风扇自该筒内加以移除。此机器亦可用来在烘燥之前对织物加以染色，因此可以提供一体的染色/烘燥机。
文档编号F26B3/32GK1912515SQ20061000547
公开日2007年2月14日 申请日期2006年1月16日 优先权日2005年8月8日
发明者徐达明, 叶伟霖 申请人:科万商标投资有限公司