[发明专利]用于波长特定的热照射和处理的方法和系统

说明书

技术领域

无

背景技术

本发明涉及将选定的热红外(IR)波长辐射或能量直接注射到目标实体中以用于较广范围的加热、处理或治疗目的。如下文所描述，这些目的可包含：在一系列不同的工业、医学、消费或商业环境中加热、提升或维持物件的温度，或激励目标项目。本文所述的方法和系统尤其适用于需要以特定选择的波长进行照射或者脉冲或注射辐射的能力或从所述能力获益的操作。在目标以较高的速度移动和与目标处于无接触的环境中时，本发明特别有利。本发明提供具有选定的较窄波长的红外系统，其对于较广范围的最终应用具有高度可编程性。本发明教示一种新的和新颖类型的红外照射系统，其由最优选的新的一类较窄波长固态辐射发射装置(RED)的工程阵列组成，在此文档中稍后将特定参考其一个变体。

更特定来说，本发明针对一种将最佳波长的红外辐射注射到目标中以用于以某一方式影响目标温度的新颖和有效方式。以少数实例样本为例，红外注射的“目标”可以是各种目标，从制造操作中的个别组件到对连续的材料卷的处理区，到烹饪过程中的食物，到医疗环境中的人类患者。

尽管下文描述的本发明的特定实施例是尤其涉及塑料瓶预成型件再加热操作的实例，但其中所包含的原理也可应用于许多其它已知情形。其还应用于单阶段塑料瓶吹塑操作，其中在吹塑模制操作之前连续执行注射模制操作。举例来说，在此部署中，本发明的方法和设备提供与已知技术相似的优点，但将在工艺的再加热部分的入口处使用不同的感测和控制来处理初始温度中的变化。

一般来说，理想的红外加热系统通过最少的能量消耗最佳地提升目标的温度。此种系统可包括这样一种装置：其可将其电能输入直接转换为辐射电磁能输出，且所述辐射电磁能输出具有针对目标的选定的单一或窄带的波长，使得包括照射的能量被目标部分或完全吸收并转换为热量。电输入转换为辐射电磁输出的效率越高，系统可执行的效率就越高。辐射电磁波对准仅暴露目标上的所需区域的效率越高，系统将完成此工作的效率就越高。选择使用的辐射发射装置应具有即时“开启”和即时“关闭”特征，使得当不照射目标时，不会浪费输入和输出能量。被暴露的目标吸收辐射电磁能以将其直接转换为热量的效率越高，系统可运作的效率就越高。对于最佳系统来说，必须谨慎地进行适当选择，使得一组系统输出波长匹配目标的吸收性特征。将对于本发明的不同目标应用对这些可能的波长进行不同选择，以在最大程度上适合不同材料的不同吸收性特征并适合不同的所需结果。

相比而言，使用一系列不同类型的辐射加热系统来用于较广范围的工艺和治疗在此项技术中和业界中是众所周知的。先前可用于这类目的的技术产生相对广的带谱的发射的辐射电磁能。其可称作红外加热、治疗或处理系统，而实际上，其常产生红外线谱外的辐射能。

光谱的红外部分通常被划分为三个波长类别。这些部分通常被分类为近红外、中红外和长红外波长频带。虽然对于这些一般区域并没有清楚建立确切的截止点，但一般认为近红外区域横跨可见光与1.5微米之间的范围。中红外区域横跨从1.5到5微米的范围。长波红外区域通常被认为在5与14微米之间和以上。

先前已用于工业、商业和医学、热处理或加工设备中的辐射红外源产生广频带的波长，其很少局限于红外光谱的一个部分。尽管其广频带输出可能在红外线谱的特定范围中出现峰值，但其通常具有大量延伸到相邻区域中的输出尾端。

举例来说，此项技术中众所周知的且用于各种加工加热操作的石英红外加热灯通常将在0.8到1微米范围中产生峰值输出。尽管输出可能在0.8与1微米之间出现峰值，但这些灯有大量输出处于从紫外线(UV)通过可见光且向外到中红外中的约3.5微米的较宽的连续组的波长频带中。显然，尽管石英灯的峰值输出在近红外范围中，但有大量输出是在可见范围与中红外范围中。因此，现有的广谱红外源不可能被选择为任何给定的加热、处理或治疗应用最需要的优选波长。这在本质上是宽频谱治疗或工艺，且因为在本发明之前尚没有实际的替代物，所以才被广泛使用。许多目标中的主要的温度上升是由于吸收具有一个或一个以上窄带波长的热IR能量。因此，浪费了许多广带IR能量输出。

虽然如此，石英红外灯仍广泛用于离散的组件产业和连续的材料处理产业。通常用各种方法来辅助将来自石英灯的发射引导到加工中的目标，其中包含各种反射器类型。不管能量是如何集中在目标上的，通常连续为石英灯供能。不管加工中的目标是连续生产的物件还是离散的组件均为如此。此点的原因主要是由于石英灯相对低的热响应时间，其热响应时间通常以秒计。