УСТРОЙСТВО И СПОСОБ РАДИОЧАСТОТНОЙ СУШКИ Российский патент 2024 года по МПК D06F58/00 D06F58/38 F26B3/34 

Область техники, к которой относятся изобретение

[1] Настоящее изобретение относится к технологиям нагрева и сушки объекта путем приложения к нему радиочастотного поля (радиочастотная сушка), а более конкретно к устройству и способу радиочастотной сушки. Изобретение может быть использовано в радиочастотных сушильных машинах.

Уровень техники

[2] Традиционно для сушки объектов используют горячий воздух. Однако сушка объекта горячим воздухом может привести к нежелательным эффектам (деформация, повреждение и т. д) при применении к таким объектам, как, например, предметы одежды. Это обусловлено, в частности, тем, что тепло передается объекту преимущественно за счет теплопередачи на поверхности контакта между горячим воздухом и объектом. Кроме того, устройства для сушки горячим воздухом (сушильные машины) как как правило являются шумными и требуют мощных средств охлаждения и/или распределения тепла (например - вентилятор для распределения теплого воздуха по объему сушильной камеры).

[3] Из уровня техники известна технология радиочастотной сушки (англ. radio frequency drying, RF drying). Широко известно, что влажный объект (содержащий некоторую часть воды) обладает диэлектрическими свойствами, достаточными для рассеивания радиочастотной энергии и нагрева воды внутри. Применение радиочастотного поля (электромагнитного поля в радиочастотном диапазоне) к влажному объекту позволяет сушить предмет при низкой температуре. Радиочастотная сушка обеспечивает высокую степень проникновения электромагнитного поля внутрь одежды (радиочастотное поле действует по объему влаги) и, как следствие, более равномерный нагрев в областях применения радиочастотного поля. Однако существует недостаток, заключающийся в неравномерном распределении радиочастотного поля внутри пространства для сушки (например - в сушильной камере), в результате чего эффективность сушки зависит от расположения объекта в пространстве для сушки. Частично проблема равномерности распределения радиочастотного поля может быть решена путем обеспечения движения объекта относительно электромагнитно поля, например - путем использования подвижной сушильной камеры, однако это делает невозможным обеспечить относительно бесшумную работу устройства для сушки в силу необходимости применения электрических моторов, обеспечивающих движения сушильной камеры. Кроме того, существует проблема безопасности радиочастотных сушек, связанная возможными радиочастотными утечками.

[4] Устройства RF-сушки хороши тем, что обеспечивают высокую степень проникновения внутрь одежды для нагрева. В то же время существует проблема равномерной сушки, при этом сушка зависит от геометрии объекта.

[5] Из уровня техники известны способ и устройство для сушки влажного текстильного изделия с радиочастотным (RF) излучателем и контроллером, раскрытые в документе US 11655583 B2. Известный способ включает в себя подачу питания на RF излучатель (англ. RF applicator) для создания поля электромагнитного излучения (электромагнитного поля), определение динамического цикла сушки в контроллере и управление подачей питания на RF-излучатель в соответствии с определением рабочего цикла динамической сушки, при котором высушивается влажное изделие. Данный способ не решает проблему, связанную с положением и геометрией объекта, подлежащего сушке.

[6] Из уровня техники известен RF-излучатель для сушки белья (англ. laundry drying RF applicator), раскрытый в документе US 2017114494 A1. Известный RF-излучатель лишь представляет собой пример структуры, предназначенной для формирования электромагнитного поля. Документ US 2017114494 A1 не раскрывает решения упомянутых выше проблем, относящихся к уровню техники, в частности - не решает проблему, связанную с положением и геометрией объекта, подлежащего сушке.

[7] Из уровня техники известно устройство для сушки одежды, раскрытое в документе US 9447537 B2. Известное устройство содержит барабан, разделенный на несколько частей выемками. Внутри каждой выемки расположен дугообразный электрод. Каждому электроду подключен источник радиочастотной мощности, работающий на одной фиксированной частоте. Данное известное решение предлагает специальную структуру электродов и способ бесконтактной подачи энергии на электроды. Данное известное решение не решает проблему, связанную с положением и геометрией объекта, подлежащего сушке, а также не обеспечивает защиту от радиочастотных утечек.

Сущность изобретения

[8] Согласно первому аспекту изобретения предложено устройство радиочастотной (RF) сушки содержащее блок сушильной камеры, блок формирования сигналов переменного тока, блок согласования и контроллер, при этом: блок сушильной камеры имеет центральную ось и содержит заземленный корпус, внутри которого расположено множество из N электродов для формирования радиочастотного поля и корпус для вмещения предметов для сушки, при этом N ≥ 3, при этом корпус для вмещения предметов для сушки электрически изолирован от электродов; электроды упомянутого множества из N электродов имеют одинаковую форму, расположены по существу равномерно вокруг корпуса для вмещения предметов для сушки и вокруг центральной оси блока сушильной камеры и обращены в направлении центральной оси блока сушильной камеры, при этом любые два соседних электрода из упомянутого множества из N электродов имеют плоскость симметрии, проходящую через центральную ось сушильной камеры, являющуюся также плоскостью симметрии для всего упомянутого множества из N электродов, при этом каждый из электродов электрически соединен с блоком формирования сигналов переменного тока через блок согласования; блок формирования сигналов переменного тока выполнен с возможностью формирования электрического сигнала переменного тока для каждого из электродов; блок согласования выполнен с возможностью, для каждого электрода, обеспечения согласования нагрузочного импеданса электрода с соответствующим выходным импедансом блока формирования сигналов переменного тока; контроллер выполнен с возможностью управления блоком формирования сигналов переменного тока для обеспечения работы в неактивном режиме работы, в котором каждый из N электродов находится в неактивном состоянии электрода; контроллер выполнен с возможностью управления блоком формирования сигналов переменного тока для обеспечения работы во множестве активных режимов работы, при этом каждый активный режим работы из упомянутого множества активных режимов работы представляет собой режим, в котором некоторая группа из M электродов находится в активном состоянии, а оставшиеся один или более электродов из упомянутого множества из N электродов находятся в неактивном состоянии, при этом: M представляет собой положительное целое четное число, при этом M < N; упомянутая группа из M электродов имеет плоскость симметрии, проходящую через центральную ось блока сушильной камеры и делящую упомянутую группу из M электродов на M/2 симметричных пар электродов, при этом на электроды, лежащие по одну сторону от упомянутой плоскости симметрии, подается первый сигнал переменного тока, а на электроды, лежащие по другую сторону от упомянутой плоскости симметрии, подается второй сигнал переменного тока, где первый сигнал переменного тока и второй сигнал переменного тока являются противофазными сигналами.

[9] Согласно данному аспекту обеспечивается высокая равномерность и эффективность процесса сушки.

[10] Согласно одному из вариантов осуществления первого аспекта, неактивное состояние электрода представляет собой состояние, в котором на электрод не подается электрический сигнал переменного тока, либо подается электрический сигнал переменного тока низкого уровня.

[11] Согласно одному из вариантов осуществления первого аспекта, сигнал переменного тока низкого уровня представляет собой сигнал с напряжением не более 1/10 от напряжения сигнала, подаваемого на электроды в активном состоянии.

[12] Согласно одному из вариантов осуществления первого аспекта, блок согласования содержит N датчиков согласованности, выполненных с возможностью определения степени согласованности нагрузочного импеданса электрода с соответствующим выходным импедансом блока формирования сигналов переменного тока для каждого из N электродов, и соединен с контроллером с возможностью передачи показаний упомянутых датчиков согласованности; контроллер дополнительно выполнен с возможностью управления уровнем мощности, подаваемой на электроды посредством блока формирования сигналов переменного тока; контроллер дополнительно выполнен с возможностью реализации циклического процесса сушки, в котором на каждом цикле выполняется обработка каждого активного режима из упомянутого множества активных режимов, при этом, при обработке активного режима из упомянутого множества активных режимов, контроллер выполнен с возможностью: выполнять процедуру согласования для упомянутого активного режима работы в течение первого периода времени; определять степень согласованности активных электродов для упомянутого активного режима работы на основании показаний упомянутых датчиков согласованности; если определенная степень согласованности активных электродов для упомянутого активного режима работы не превышает заранее заданное пороговое значение согласованности, выполнять неактивный режим работы в течение первого периода времени; или, если определенная степень согласованности активных электродов для упомянутого активного режима работы равна или превышает заранее заданное пороговое значение согласованности, выполнять процедуру нагрева для упомянутого активного режима работы; при этом второй период времени больше первого периода времени; уровень мощности, подаваемой на электроды при процедуре согласования, меньше уровня мощности, подаваемой на электроды при процедуре нагрева.

[13] Согласно данному варианту осуществления обеспечивается более высокие эффективность и безопасность процесса сушки.

[14] Согласно второму аспекту изобретения предложен способ радиочастотной (RF) сушки, осуществляемый с использованием устройства радиочастотной сушки, содержащий этапы, на которых: размещают предмет для сушки внутри корпуса для вмещения предметов для сушки, окруженного множеством из N электродов для формирования радиочастотного поля, при этом N ≥ 3, при этом электроды упомянутого множества из N электродов имеют одинаковую форму, расположены по существу равномерно вокруг корпуса для вмещения предметов для сушки и вокруг центральной оси блока сушильной камеры и обращены в направлении центральной оси блока сушильной камеры, при этом любые два соседних электрода из упомянутого множества из N электродов имеют плоскость симметрии, проходящую через центральную ось сушильной камеры, являющуюся также плоскостью симметрии для всего упомянутого множества из N электродов; осуществляют процесс сушки путем чередования множества режимов работы, включающего в себя неактивный режим работы и множество активных режимов работы; при этом неактивный режим работы представляет собой режим работы, в котором каждый из N электродов находится в неактивном состоянии электрода; каждый активный режим работы из упомянутого множества активных режимов работы представляет собой режим, в котором некоторая группа из M электродов находится в активном состоянии, а оставшиеся один или более электродов из упомянутого множества из N электродов находятся в неактивном состоянии, при этом: M представляет собой положительное целое четное число, при этом M < N; упомянутая группа из M электродов имеет плоскость симметрии, проходящую через центральную ось блока сушильной камеры и делящую упомянутую группу из M электродов на M/2 симметричных пар электродов, при этом на электроды, лежащие по одну сторону от упомянутой плоскости симметрии, подается первый сигнал переменного тока, а на электроды, лежащие по другую сторону от упомянутой плоскости симметрии, подается второй сигнал переменного тока, где первый сигнал переменного тока и второй сигнал переменного тока являются противофазными сигналами; при этом для каждого электрода упомянутой группы из М электродов выполняют согласование импедансов.

[15] Согласно данному аспекту обеспечивается высокая равномерность и эффективность процесса сушки.

[16] Согласно одному из вариантов осуществления второго аспекта, неактивное состояние электрода представляет собой состояние, в котором на электрод не подается электрический сигнал переменного тока, либо подается электрический сигнал переменного тока низкого уровня.

[17] Согласно одному из вариантов осуществления второго аспекта, сигнал переменного тока низкого уровня представляет собой сигнал с напряжением не более 1/10 от напряжения сигнала, подаваемого на электроды в активном состоянии.

[18] Согласно одному из вариантов осуществления второго аспекта, этап, на котором осуществляют процесс сушки путем чередования множества режимов работы, включающего в себя неактивный режим работы и множество активных режимов работы, содержит этап, на котором: выполняют циклический процесс, в каждом цикле которого последовательно выполняют обработку каждого активного режима из упомянутого множества активных режимов работы, при этом, при выполнении обработки активного режима работы: выполняют процедуру согласования для упомянутого активного режима работы в течение первого периода времени; определяют степень согласованности активных электродов для упомянутого активного режима работы; если определенная степень согласованности активных электродов для упомянутого активного режима работы не превышает заранее заданное пороговое значение согласованности, выполняют неактивный режим работы в течение первого периода времени; или, если определенная степень согласованности активных электродов для упомянутого активного режима работы равна или превышает заранее заданное пороговое значение согласованности, выполняют процедуру нагрева для упомянутого активного режима работы; при этом второй период времени больше первого периода времени; уровень мощности, подаваемой на электроды при процедуре согласования меньше уровня мощности, подаваемой на электроды при процедуре нагрева.

[19] Согласно данному варианту осуществления обеспечивается более высокие эффективность и безопасность процесса сушки.

Краткое описание чертежей

[20] Фиг. 1 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую структуру предложенного устройства сушки.

[21] Фиг. 2 представляет собой блок-схему, показывающую схему подключения электрода к усилителю мощности через датчик согласованности и согласующий элемент.

[22] Фиг. 3 иллюстрирует пример реализации согласующего элемента.

[23] Фиг. 4 иллюстрирует пример реализации датчика согласованности.

[24] Фиг. 5 схематически изображает области применения радиочастотного поля для трех активных режимов работы.

[25] Фиг. 6 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую структуру предложенного устройства сушки с альтернативной реализацией блока формирования сигналов переменного тока.

[26] Фиг. 7 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую структуру предложенного устройства сушки с другой альтернативной реализацией блока формирования сигналов переменного тока.

[27] Фиг. 8 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую структуру предложенного устройства сушки с еще одной другой альтернативной реализацией блока формирования сигналов переменного тока.

[28] Фиг. 9 иллюстрирует пример реализации активных режимов работы для устройства сушки, содержащего шесть электродов.

[29] Фиг. 10 представляет собой блок-схему последовательности операций процесса адаптивной радиочастотной сушки.

[30] Фиг. 11 представляет собой блок-схему последовательности операций обработки активного режима процесса адаптивной радиочастотной сушки.

Подробное описание изобретения

[31] Далее предложенное изобретение описано подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи.

[32] На Фиг. 1 изображена схема, иллюстрирующая структуру примерного варианта осуществления предлагаемого устройства 1 сушки. Устройство 1 сушки содержит блок 2 сушильной камеры, блок 3 согласования, блок 4 формирования сигналов переменного тока (AC-сигналов) и 5 контроллер. Компоненты 2-5 размещены в корпусе устройства 1 сушки (не показан).

[33] Блок 2 сушильной камеры содержит заземленный корпус 6, внутри которого расположен набор из трех электродов, содержащий одинаковые по форме первый электрод 7, второй электрод 8 и третий электрод 9. Между электродами расположен корпус 10 для вмещения предметов для сушки. В центральной части проходит условная центральная ось (не показана), расположенная внутри пространства для сушки. Пространством для сушки здесь и далее называется пространство внутри корпуса 10 для вмещения предметов для сушки. Корпус 10 для вмещения предметов, электроды 7-9 и заземленный корпус 6 находятся по существу вокруг центральной оси в последовательности, показанной на Фиг. 1, где электроды 7-9 находятся вокруг корпуса 10 для вмещения предметов, а заземленный корпус 6 находится вокруг электродов.

[34] Электроды 7-9 имеют одинаковую форму, расположены равномерно вокруг центральной оси (то есть на равном угловом расстоянии друг от друга) на одинаковом расстоянии относительно центральной оси. Под фразой «на одинаковом расстоянии относительно центральной оси» здесь понимается то, что некоторые центральные точки электродов находятся на одном и том же расстоянии от центральной оси, то есть на некоторой окружности, лежащей в плоскости, перпендикулярной центральной оси, с центром, лежащем на центральной оси. Каждый электрод симметричен относительно плоскости симметрии, проходящей через центральную ось и центр электрода. Иными словами, каждый электрод имеет симметрию относительно плоскости симметрии и ориентирован так, что упомянутая плоскость симметрии проходит через упомянутую центральную ось. Более конкретно - каждый электрод обращен в сторону центральной оси. Каждая пара соседних электродов имеет симметрию (т.е. симметричны) относительно плоскости, проходящий между этими электродами через центральную ось. При такой конфигурации совокупность трех электродов в целом имеет три плоскости симметрии электродов.

[35] Необходимо отметить, что схематично показанные на фиг. 1 заземленный корпус 6, электроды 7-9 и корпус 10 для вмещения предметов для сушки, как это можно предположить исходя из фиг. 1, представляют собой тонкостенные элементы и имеют форму (в поперечном сечении) окружностей (заземленный корпус 6 и корпус 10 для вмещения предметов для сушки) и дуг окружностей (электроды 7-9), однако это не является ограничением. На фиг. 2 схематично показаны другие варианты осуществления устройства для сушки, в которых упомянутые выше элементы имеют другие формы.

[36] Электроды выполнены из токопроводящего материала и могут иметь любую подходящую конфигурацию в рамках описанных здесь ограничений. Каждый из трех электродов 7-9 отдельно подключен к блоку 4 формирования сигналов переменного тока через блок 3 согласования, как это показано на фиг. 1. Электроды при подаче на них сигналов переменного тока от блока 4 формирования сигналов переменного тока согласно описанным ниже режимам работы формируют радиочастотное поле (RF-поле) внутри пространства для сушки. Радиочастотные волны упомянутого поля по меньшей мере частично поглощаются влагой во влажных предметах для сушки, находящихся в пространстве для сушки, что приводит к нагреву и последующей сушке упомянутых предметов для сушки, а точнее - к испарению влаги.

[37] Корпус 10 для вмещения предметов для сушки образует пространство для расположения предметов для сушки (пространство для сушки), электрически изолированное от электродов и других компонентов устройства для сушки.

[38] Предполагается, что корпус 10 для вмещения предметов для сушки выполнен из диэлектрического материала, обеспечивающего изоляцию и пропускающего радиочастотное излучение от электродов, например - из пластика. В то же время, не исключается использование в конструкции корпуса 10 для вмещения предметов для сушки элементов, выполненных, например, из металлических материалов, если это, например, оправдано с точки зрения увеличения прочности конструкции корпуса при незначительном влиянии на распространение радиочастотного излучения внутри корпуса 10 для вмещения предметов для сушки. Корпус 10 для вмещения предметов для сушки может представлять собой тонкостенный барабан, выполненный из пластика. Предполагается, что корпус 10 для вмещения предметов для сушки имеет по меньшей мере одно отверстие для загрузки предметов для сушки, которое может быть закрыто крышкой, предотвращающей во время сушки попадание в корпус 10 для вмещения предметов для сушки (иными словами - в пространство для сушки) посторонних предметов. Предполагается, что корпус не является герметичным и имеет те или иные элементы (например - отверстия) для активного (например - при помощи вентиляторов, которые могут быть размещены в устройстве 1 для сушки) или пассивного удаления влаги (т.е. для активной или пассивной вентиляции), испарившейся из/с предметов для сушки.

[39] Показанный на фиг. 1 корпус 10 для вмещения предметов для сушки имеет в поперечном сечении кольцеобразную форму, то есть представляет собой барабан, однако данная конкретная форма не является ограничением. Корпус 10 для вмещения предметов для сушки может иметь любую подходящую для каждой конкретной реализации форму. В качестве примера, корпус 10 для вмещения предметов для сушки может быть неподвижным и иметь форму или элементы (например - ребра), препятствующие расположению предметов для сушки в заранее известных для конкретной конструкции областях с максимальной применяемого интенсивностью радиочастотного поля (между соседними электродами). При рассмотрении варианта осуществления, показанного на фиг. 1, такими областями являются три области вблизи стенки корпуса 10 для вмещения предметов между электродами (см. также интенсивности радиочастотного излучения, показанные на фиг. 5). Такая реализация обеспечивает дополнительное увеличение равномерности применения радиочастотного поля и, соответственно равномерности сушки.

[40] Предложенное изобретение обеспечивает более равномерную сушку в пространстве для сушки (иными словами - более равномерное применение радиочастотного поля в пространстве для сушки) без применения подвижных элементов, в частности - без подвижного корпуса 10 для вмещения предметов для сушки, однако это не является ограничением. В некоторых реализациях предложенного изобретения корпус 10 для вмещения предметов для сушки может быть подвижным. В качестве примера, корпус 10 для вмещения предметов для сушки может представлять собой приводимый в действие посредством электромотора подвижный барабан, который в процессе сушки вращается вокруг центральной оси. Такая реализация может дополнительно увеличить равномерность применения радиочастотного поля и, соответственно, равномерность сушки предметов для сушки.

[41] Заземленный корпус 6 выполнен из токопроводящего материала, например - металла, и окружает корпус 10 для вмещения предметов для сушки и электроды 7-9. Заземленный корпус 6 служит барьером, ограничивающим распространение радиочастотного поля, формируемого электродами 7-9 в процессе сушки, для обеспечения электромагнитной безопасности в областях вокруг устройства 1 для сушки.

[42] Блок 4 формирования сигналов переменного тока выполнен с возможностью формирования электрических сигналов переменного тока для каждого из электродов 7-9 для обеспечения, по меньшей мере, возможности работы устройства 1 сушки в любом из четырех режимов работы, описанных ниже.

[43] Согласно примерному варианту осуществления, показанному на фиг. 1, блок 4 формирования сигналов переменного тока содержит три управляемых усилителя мощности (англ. power amplifier, PA) 11-13 (первый усилитель мощности 11, второй усилитель мощности 12 и третий усилитель мощности 13), два управляемых однобитных фазовращателя (англ. phase shifter, PS) 14 и 15 (первый фазовращатель 14 и второй фазовращатель 15), делитель 16 мощности и источник 17 переменного тока и логический инвертор 18. Усилители мощности 11-13 управляются посредством контроллера 5. Соответствующие сигналы управления обозначены на фиг. 1 как «Уровень мощности 1», «Уровень мощности 2» и «Уровень мощности 3». Однобитные фазовращатели 14 и 15 также управляются посредством контроллера 5. Соответствующий однобитный сигнал управления обозначен на фиг. 1 как «Состояние»

[44] Источник 17 переменного тока формирует исходный сигнал переменного тока заданной частоты и подает его на делитель 16 мощности. Делитель 16 мощности разделяет упомянутый исходный сигнал на три изначально идентичных сигнала, один из которых поступает (см. фиг. 1) напрямую на второй усилитель мощности 12, а два других поступают на первый усилитель 11 мощности и третий усилитель 13 мощности через первый фазовращатель 14 и второй фазовращатель 15 соответственно.

[45] Каждый из двух однобитных управляемых фазовращателей 14 и 15, в зависимости от состояния однобитного (т.е. имеющего два возможных состояния) сигнала управления, поступающего на вход фазовращателя, либо не оказывает влияния на фазу поступающего сигнала, в результате чего на выходе фазовращателя формируется сигнал, синфазный входному сигналу, либо изменяет фазу сигнала на противоположную, т.е. поворачивает фазу на 180 градусов, в результате чего на выходе фазовращателя формируется сигнал, противофазный входному сигналу. Как показано на фиг. 1, для управления фазовращателями используется один сигнал от контроллера, который поступает в первый фазовращатель 14 напрямую и во второй фазовращатель 15 через логический инвертор 18. Таким образом, сигналы переменного тока, поступающие на первый усилитель 11 мощности и третий усилитель 13 мощности, всегда противофазны, а сигналы, поступающие на первый усилитель 11 мощности и второй усилитель 12 мощности, либо сигналы, поступающие на второй усилитель 12 мощности и третий усилитель 13 мощности, синфазны или противофазны, в зависимости от состояния соответствующего сигнала управления от контроллера 5.

[46] Первый, второй и третий усилители мощности 11-13 через блок 3 согласования подают сигналы переменного тока на первый, второй и третий электроды 7-9 соответственно. Как указано выше, усилители мощности 11-13 являются управляемыми. Управление усилителями мощности осуществляется посредством контроллера 5. Предполагается, что усилитель мощности позволяет посредством управления задавать по меньшей мере два состояния: состояние максимальной мощности (т.е. амплитуды выходного сигнала) и состояние минимальной мощности, которое также может именоваться неактивным состоянием или неактивным состоянием электрода. При этом не исключается дискретная и/или плавная регулировка посредством контроллера 5 каждого усилителя мощности во всем диапазоне от минимальной до максимальной выходной мощности.

[47] Состоянием минимальной мощности или неактивным состоянием электрода здесь и далее именуется управляемое контроллером 5 состояние усилителя мощности, соответствующего электроду, при котором при котором мощность выходного сигнала, поступающего от усилителя мощности на электрод, является нулевой (т.е. сигнал по существу отсутствует), является минимально возможной для данного усилителя мощностью или мощностью, значительно меньшей, чем максимально возможная мощность для данного усилителя (например - мощность величиной менее 10% от максимальной мощности). Соответственно, активным состоянием электрода здесь и далее именуется состояние, противоположное неактивному.

[48] Описанная выше примерная конфигурация блока 4 формирования сигналов переменного тока примерного варианта осуществления, показанного на фиг. 1, обеспечивает возможность подачи противофазных сигналов на любую пару из трех электродов 7-9 и управления состояниями электродов, т.е. перевода любого электрода, группы электродов или всех электродов по меньшей мере в неактивное или активное состояние.

[49] Как упомянуты выше, каждый из трех электродов 7-9 отдельно подключен к блоку 4 формирования сигналов переменного тока через блок 3 согласования. Блок согласования обеспечивает согласование, отдельно для каждого из электродов 7-9, источника питания в виде блока 4 формирования сигналов переменного тока и соответствующей нагрузки в виде упомянутого электрода. Упомянутое согласование хорошо известно из уровня техники под такими понятиями как «согласование источника и нагрузки», «согласование импедансов», «согласование комплексных сопротивлений источника высокочастотных сигналов и нагрузки», «согласование по уровню входного сопротивления» и т.п. Согласно примерному варианту осуществления, показанному на фиг. 1., блок 3 согласования содержит блок 19 согласующих элементов и блок 20 датчиков согласованности, при этом блок 3 согласования управляется посредством контроллера 5. Более конкретно, контроллер 5 управляет элементами блока 19 согласующих элементов путем формирования совокупности сигналов, условно обозначенных на фиг. 1 как «Параметры согласования» на основе сигналов, характеризующих степень согласованности для каждого из электродов, получаемых от блока 20 датчиков согласованности, которые условно обозначены на фиг. 1 как |S_nn|, Arg(S_nn).

[50] Блок 19 согласующих элементов содержит три управляемых (перестраиваемых или переключаемых) согласующих элемента (на фиг. 1 не показаны), по одному на каждый электрод. Блок 20 датчиков согласованности содержит три датчика согласованности (на фиг. 1 не показаны), также по одному на каждый электрод. Каждый электрод подключается к блоку 4 формирования сигналов переменного тока, а более конкретно для данной конфигурации - к соответствующему усилителю мощности блока 4 формирования сигналов переменного тока, последовательно через соответствующий согласующий элемент блока 19 согласующих элементов и соответствующий датчик согласованности блока 20 датчиков согласованности. Такая схема подключения для первого электрода 7 показана на фиг. 2.

[51] Соответственно, на фиг. 2 показана примерная схема последовательного подключения первого электрода 7 к первому усилителю 11 мощности через согласующий элемент 21 (первый согласующий элемент из набора из трех согласующих элементов) блока 19 согласующих элементов и датчик 22 согласованности (первый датчик согласованности из набора из трех датчиков согласованности) блока 20 датчиков согласованности согласно конфигурации, описанной выше. На фиг. 2 также изображены контроллер 5 (для всех электродов используется единственный контроллер 5), сигнал управления усилителем мощности («Уровень мощности»), сигнал показаний датчика 22 согласованности (|S₁₁|, Arg(S₁₁)), сигнал управления согласующим элементом 21 (U₁..U_n), выходной импеданс усилителя мощности (Z_s), нагрузочный импеданс Z_load). Остальные электроды 8 и 9 подключаются к соответствующим усилителям мощности 12 и 13 идентичным образом через соответствующие другие согласующие элементы и датчики согласованности.

[52] При работе устройства 1 сушки, по меньшей мере в то время, когда рассматриваемый здесь первый электрод 7 находится в активном состоянии, контроллер непрерывно отслеживает показания датчика 22 согласованности, осуществляет необходимые вычисления и формирует сигнал управления согласующим элементом 21 с тем, чтобы отрегулировать параметры известного колебательного контура (LC-контура) управляемого согласующего элемента 21 для обеспечения согласования между первым усилителем 11 мощности и соответствующей нагрузкой в виде первого электрода 7, т.е. для обеспечения согласования нагрузочного импеданса Z_load первого электрода 7 с выходным импедансом Z_s первого электрод 7.

[53] Описанное выше согласование необходимо, поскольку нагрузочный импеданс электрода (для каждого электрода) изменяется в зависимости от положения объекта, подлежащего сушке, в пространстве для сушки, а также от текущей влажности объекта, подлежащего сушке, т.е. от количества влаги. Высокая степень согласованности свидетельствует о том, что большая часть радиочастотного излучения, формируемого электродом, поглощается влагой, т.е. работа рассматриваемого электрода в целом эффективна. И наоборот, малое согласование свидетельствует о том, что малая часть радиочастотного излучения, формируемого электродом, поглощается влагой, т.е. работа рассматриваемого электрода неэффективна, т.к. большая часть радиочастотного излучения, и, соответственно, энергия, возвращается в электрод. Малая согласованность в работе электрода при большой мощности может привести к чрезмерному перегреву компонентов устройства 1 сушки и выходу ее из строя. Задача блока 3 согласования заключается в том, чтобы обеспечить максимальное возможное согласование при заданных условиях, т.п. при текущих влажности и положении предметов для сушки в пространстве для сушки, иными словами - при текущем количестве и распределении влаги, поглощающей радиочастотное излучение, в пространстве для сушки.

[54] Опционально, в процессе работы устройства 1 сушки контроллер может, на основании показания датчика 22 согласованности, по мере уменьшения количества влаги и, соответственно, достигаемой степени согласованности, посредством управления первым усилителем 11 мощности (как это показано на фиг. 2), уменьшать мощность, подаваемую на первый электрод 7, или переводить первый электрод 7 в неактивное состояние. Такая работа позволяет избежать перегрева компонентов устройства 1 сушки и тем самым, в частности, повысить безопасность устройства.

[55] Опционально, в начальный период времени после перевода электрода в активное состояние (например, в начале одного из соответствующих активных режимов работы, описанных ниже) контроллер 5 может посредством управления первым усилителем 11 мощности устанавливать малую мощность, подаваемую на первый электрод 7, например - минимальную мощность активного состояния электрода, а затем, непрерывно в процессе согласования, или однократно после достижения максимальной степени согласованности, устанавливать, на основании значения достигнутой степени согласованности, например, более высокую или максимальную безопасную (для данной степени согласованности) мощность, подаваемую на электрод. Такое управление посредством контроллера 5 мощностью, подаваемой на электрод, в начальный период времени можно условно назвать тестовым режимом или процедурой согласования, в котором после запуска процесса сушки на электроды сперва подается небольшая мощность, по меньшей мере до того момента, как будет обеспечено максимально возможное согласование. Это позволяет избежать перегрева и выхода из строя компонентов устройства 1 сушки, которые могут возникнуть при работе на высокой или максимальной мощности с малой степенью согласованности.

[56] Согласующий элемент 21 является управляемым, и может содержать колебательный контур (LC-контур), включающий в себя один или несколько управляемых (переключаемых и/или перестраиваемых) элементов. Таким образом, сигнал управления для управления согласующим элементом 21 может представлять собой, например, совокупность из одного или нескольких логических и/или аналоговых сигналов (например - сигналов напряжений), управляющих соответствующими управляемыми элементами, здесь это не ограничено. На фиг. 2 в качестве примера условно показано, что согласующий элемент управляется посредством набора аналоговых сигналов напряжений U_1…U_n, однако это не является ограничением. Согласующий элемент 21, в качестве примера, может содержать катушку 23 индуктивности с минимальной собственной паразитной емкостью и пару переменных ферроэлектрических конденсаторов 24 и 25, управляемых напряжением, как это показано на фиг. 3. В такой конкретной реализации согласующий элемент 21 управляется напряжениями U₁ и U₂ (не показаны), подаваемыми на соответствующие выводы (не показаны) переменных ферроэлектрических конденсаторов 24 и 25.

[57] Датчик согласованности 22 содержать направленный ответвитель 26, соединенный с измерителем коэффициента стоячей волны 27 (англ. SWR meter), как это показано на фиг. 4, иллюстрирующей неограничивающий пример реализации датчик согласованности 22. Как показано на фиг. 4, измеритель коэффициента стоячей волны 27 формирует сигналы |S_nn| и Arg(S_nn) (то есть сигналы амплитуды и фазы сигнала S_nn, где n - номер электрода), используемые контроллером 5 для вычисления сигнала управления соответствующим согласующим элементом для выполнения согласования. S_nn представляет собой так называемый S-параметр, который хорошо известен из уровня техники и является элементом матрицы рассеяния многополюсника. S-параметр S_nn представляет собой отношение отраженного сигнала к принятому сигналу для электрода n. Применительно к устройству 1 сушки, большее значение S_nn указывает на то, что большая радиочастотного излучения не была поглощена и вернулась в электрод, то есть на более низкую степень согласованности. И наоборот, меньшее значение S_nn указывает на то, что большая часть радиочастотного излучения была поглощена, то есть на более высокую степень согласованности. Таким образом, степень согласованности для электрода n может быть оценена путем вычисления 1/|S_nn|_.

[58] Выше описано согласование и управление мощностью, подаваемой именно на первый электрод, согласно схеме, показанной на фиг. 2, однако при это ясно, что управление согласованием и мощностью, подаваемой на остальные электроды, в процессе работы устройства 1 сушки осуществляется идентичным образом.

[59] Необходимо отметить, что функция согласования, выполняемая блоком 3 согласования, а также различные возможные варианты реализации данного блока (в частности - различные возможные варианты реализации согласующего элемента 21 и датчика 22 согласованности), хорошо известны в данной области техники.

[60] В примерном варианте осуществления, показанном на фиг. 1, управление как блоком 3 согласования, так и блоком 4 формирования сигналов переменного тока осуществляется посредством единственного контроллера, однако это не является ограничением. Необходимо отметить, что по меньшей мере в некоторых конкретных вариантах осуществления предложенного изобретения, функция согласования, выполняемая посредством блока 3 согласования, может являться независимой от других компонентов, в связи с чем управление согласующими элементами может осуществляться на основе показаний датчиков согласованности независимо, посредством отдельного специализированного микроконтроллера, который может быть включен в состав блока 3 согласования. И, соответственно, в таком случае контроллер, управляющий блоком 4 формирования сигналов переменного тока может быть включен в состав этого блока. То есть, в такой реализации блок 3 согласования и блок 4 формирования сигналов переменного тока могут, условно, быть отделены друг от друга и не иметь общих компонентов (точнее - общего для них контроллера).

[61] В рамках рассматриваемого варианта осуществления согласно фиг. 1, в котором устройство 1 сушки содержит три электрода, контроллер 5 выполнен с возможностью (посредством управления блоком 4 формирования сигналов переменного тока) обеспечения работы в четырех режимах работы, описанных ниже. В каждый момент времени устройство 1 сушки находится в одном из четырех упомянутых режимов работы.

[62] Один из упомянутых четырех режимов работы, который далее именуется неактивным режимом работы, представляет собой режим работы, в котором все электроды, то есть каждый из трех электродов 7-9, находятся в неактивном состоянии. В конфигурации, показанной на фиг. 1, неактивный режим работы обеспечивается путем установки выходной мощности (т.е. коэффициента усиления) для каждого из трех усилителей 11-13 мощности в минимальное значение путем подачи контроллером 5 соответствующих сигналов. В неактивном режиме работы энергия по существу не поступает на электроды, радиочастотное поле не формируется.

[63] Оставшиеся три из упомянутых четырех режимов работы представляют собой активные режимы работы. В каждом из активных режимов работы уникальная пара из трех электродов находится в активном состоянии, а оставшийся электрод находится в неактивном состоянии, при этом на пару электродов подаются противофазные сигналы. Под «уникальной парой из трех электродов» здесь понимается то, что не существует двух активных режимов работы, в которых одна и та же пара из трех электродов находится в активном состоянии.

[64] В качестве примера, со ссылкой на фиг. 1, первым активным режимом работы может быть режим, в котором первый электрод 7 и второй электрод 8 находятся в активном состоянии, при этом на них подаются противофазные сигналы, а оставшийся третий электрод 9 находится в неактивном состоянии, вторым активным режимом работы может быть режим, в котором второй электрод 8 и третий электрод 9 находятся в активном состоянии, при этом на них подаются противофазные сигналы, а оставшийся первый электрод 7 находится в неактивном состоянии, третьим активным режимом работы может быть режим, в котором третий электрод 9 и первый электрод 7 находятся в активном состоянии, при этом на них подаются противофазные сигналы, а оставшийся второй электрод 8 находится в неактивном состоянии.

[65] Устройство сушки 1, согласно примерному варианту осуществления, показанное на фиг. 1, благодаря своей конфигурации, способно реализовать каждый из упомянутых трех активных режимов работы. Ясно, что для установки состояния любого электрода, контроллер 5 формирует (устанавливает) соответствующий сигнал управления (активного состояния, неактивного состояния, или уровня выходной мощности, соответствующего неактивному состоянию или активному состоянию) для усилителя мощности, соответствующего упомянутому электроду. Ясно также, что для обеспечения противофазности сигналов, подаваемых на пару электродов, находящихся в активном состоянии в рассматриваемом активном режиме работы, контроллер 5 формирует соответствующий текущему активному режиму работы логический сигнал «Состояние» (см. фиг. 1), подаваемый, как было указано выше, напрямую на первый фазовращатель 14 и через логический инвертор 18 на второй фазовращатель 15. Более конкретно, в первом активном режиме работы (первый электрод 7 и второй электрод 8 находятся в активном состоянии) контроллер 5 формирует логический сигнал 1 (например - сигнал высокого уровня) в качестве логического сигнала «Состояние», при котором первый фазовращатель, на вход управления которого упомянутый сигнал поступает напрямую, 14 изменяет фазу исходного сигнала на противоположную, в результате чего на второй электрод 8 поступает исходный сигнал от источника 117 переменного тока, а на первый электрод 7 поступает противофазный сигнал (см. фиг. 1). Во втором активном режиме работы (второй электрод 8 и третий электрод 9 находятся в активном состоянии) контроллер 5 формирует логический сигнал 0 (например - сигнал низкого уровня) в качестве логического сигнала «Состояние», при этом второй фазовращатель 15 получает на вход управления инвертированный сигнал, то есть 1, и изменяет фазу исходного сигнала на противоположную, в результате чего на второй электрод 8 поступает исходный сигнал от источника 17 переменного тока, а на третий электрод 9 поступает противофазный сигнал. В третьем активном режиме работы (третий электрод 9 и первый электрод 7 находятся в активном состоянии) контроллер 5 может формировать любой сигнал «Состояние», поскольку, согласно конкретной конфигурации, показанной на фиг. 1, на первый электрод 7 и третий электрод 9 всегда подаются противофазные сигналы, не зависимо от значения логического сигнала «Состояние».

[66] Согласно описанным выше конструкции и расположению электродов, любая пара соседних электродов имеет плоскость симметрии, проходящую между ними через центральную ось, то есть любые два соседних электрода имеют по существу идентичную форму и симметрично расположены относительно друг друга. При работе устройства 1 сушки, показанного на фиг. 1, в каждом из активных режимов работы (т.е. период времени работы в активном режиме работы), как это описано выше, одновременно находятся в активном состоянии два соседних электрода, при этом на них подаются противофазные сигналы. При работе таким образом, при рассмотрении пространства для сушки, радиочастотное поле будет формироваться по существу в области внутри пространства для сушки, расположенной между двумя электродами, находящимися в активном состоянии, с максимальной интенсивностью в точке, лежащей в плоскости симметрии между электродами. Таким образом, каждый режим соответствует определенной области воздействия радиочастотным излучением, соответствующей положению электродов. Поскольку электроды расположены по окружности вокруг центральной оси корпус 10 для вмещения предметов для сушки, все пары (то есть - все активные режимы работы) соседних электродов по существу суммарно (при применении каждого из трех режимов в процессе сушки) относительно равномерно «покрывают» все пространство для сушки, за счет чего обеспечивается высокая равномерность сушки без применения подвижного корпуса для вмещения предметов для сушки (например - вращающегося барабана), присущего традиционным решениям для данной области техники, а также, соответственно, простота и надежность конструкции. Кроме того, за счет возможности применения радиочастотного излучения по отдельным областям, может быть обеспечена более высокая эффективность процесса сушки.

[67] На фиг. 5 схематически изображены области применения радиочастотного поля для каждого из трех активных режимов работы, а также условные «суммы» областей применения для двух активных режимов работы и трех активных режимов работы, иллюстрирующие равномерность применения радиочастотного поля при чередовании активных режимов работы.

[68] Необходимо отметить, что конфигурация блока 4 формирования сигналов переменного тока, управляемого контроллером 5, показанная на фиг. 1, является лишь примером реализации. Ясно, что возможны и другие варианты реализации блока формирования сигналов переменного тока, способного обеспечивать, под управлением посредством контроллера, приведенные выше четыре режима работы. На фиг. 6-8 представлены другие конкретные реализации устройства 1, отличающиеся конфигурацией блока 4 формирования сигналов переменного тока. Данные реализации, с учетом прочих приведенных здесь сведений, должны быть ясны для специалиста в данной области техники и более подробно не описываются.

[69] Как описано выше, контроллер 5 управляет блоком 4 формирования сигналов переменного тока таким образом, чтобы обеспечивать работу в четырех режимах. При этом, при работе (при выполнении процесса сушки) в каждый момент времени устройство 1 сушки находится в одном из четырех упомянутых режимов работы. Как уже упомянуто выше, в неактивном режиме работы энергия по существу не поступает на электроды, радиочастотное поле не формируется. В каждом из активных режимов работы радиочастотное поле формируется в соответствующей области (расположенной по существу между электродами, находящимися в этом конкретном режиме в активном состоянии) пространства для сушки. В процессе сушки контроллер управляет упомянутыми четырьмя режимами согласно некоторой заданной программе для обеспечения оптимального процесса сушки.

[70] Под упомянутым управлением режимами или управлением применением режимов здесь и далее понимается, в частности, выбор последовательности применения режимов, выбор длительности применения режимов, выбор параметров применения режимов (в том числе установка параметров, таких как подаваемая на электроды мощность, для каждого режима и/или изменение параметров в течение периода применения режима). Настоящее изобретение не ограничено конкретным способом управления применением режимов. Предполагается, что управление применением режимов осуществляется таким образом, чтобы дополнительно обеспечить еще более равномерную сушку за счет адаптации процесса сушки под текущие условия, которые могут изменяться с течением времени. Под текущими условиями здесь понимаются, в частности, количество и распределение предметов для сушки и, соответственно, влаги, температура предметов для сушки, текущие температура и влажность воздуха корпуса 10 для вмещения предметов для сушки и т.п.

[71] По меньшей мере в некоторых конкретных реализациях, в качестве примера, контроллер 5 может, выполнять управление режимами от на основе показаний, получаемых от блока 20 датчиков согласованности. В качестве примера, контроллер может, для любого из активных режимов работы, в котором достигнутая степень согласованности мала (например - ниже заранее заданной минимальной степени согласованности), выполнять по меньшей мере одно из следующего: исключение периода времени применения активного режима работы из процесса сушки (иными словами - исключение активного режима работы из процесса сушки), замена периода времени применения активного режима работы периодом времени применения неактивного режима работы (иными словами - замена активного режима работы неактивным режимом работы), уменьшение мощности, подаваемой на электроды, уменьшение длительности применения активного режима работы.

[72] В качестве примера, контроллер 5 в процессе сушки может управлять блоком 4 формирования сигналов переменного тока для осуществления управления режимами таким образом, чтобы обеспечивать циклическую работу, при которой на каждом из циклов последовательно с заданной длительностью применяется каждый из упомянутых четырех режимов. Применение трех активных режимов работы при этом суммарно обеспечивает относительно равномерное применение радиочастотного поля в пространстве для сушки, а применение неактивного режима работы может обеспечить дополнительное время для перераспределения тепла во влаге и предметах для сушки, что может позволить избежать локального перегрева и порче предметов для сушки. В результате управления режимами таким образом обеспечивается более равномерная сушка. В качестве неограничивающего примера, в каждом цикле период времени применения неактивного режима работы может быть равен сумме периодов применений активных режимов работы.

[73] В качестве примера, контроллер 5 в процессе сушки может управлять блоком 4 формирования сигналов переменного тока для осуществления управления режимами таким образом, чтобы обеспечивать циклическую работу, при которой на каждом из циклов последовательно применяются все активные режимы работы, которые при этом чередуются с неактивным режимом работы. То есть, в цикле, например, последовательно применяются первый активный режим работы, неактивный режим работы, второй активный режим работы, неактивный режим работы, третий активный режим работы, неактивный режим работы, затем цикл начинается заново. То есть, за каждым активным режимом работы следует неактивный режим работы. В качестве неограничивающего примера, в каждом цикле периоды применения всех режимов могут быть равны. В результате управления режимами таким образом обеспечиваются эффекты, идентичные эффектам для управления режимами, пописанного выше.

[74] Кроме управления последовательностью применения режимов при заранее заданных длительностях их применения, контроллер 5 в некоторых вариантах реализации может также управлять длительностью применения режимов. Например, контроллер 5 может на основе показаний блока 20 датчиков согласованности задавать меньшую длительность применения для режимов, в которых достигнутая степень согласованности меньше (что свидетельствует о том, что меньшая часть радиочастотного излучения поглощается влагой).

[75] В качестве примера, в варианте реализации с корпусом 10 для вмещения предметов для сушки, выполненным в виде вращающегося барабана, контроллер 5 в процессе сушки, на основании скорости вращения вращающегося барабана или угла поворота, может управлять блоком 4 формирования сигналов переменного тока для осуществления управления режимами таким образом, чтобы обеспечить синхронизацию применения режимов с углом поворота барабана. При этом может быть обеспечена более высокая равномерность сушки. Угол поворота может определяться с использованием, например, датчика скорости вращения барабана (путем интегрирования показаний датчика посредством контроллера 5) и/или датчика углового положения барабана (на фигурах не показаны). В качестве примера, управление режимами может осуществляться таким образом, что, в течение цикла работы, в течение первого периода времени, соответствующего заранее заданному первому углу Δϕ₁ поворота барабана (то есть, в течение первого периода времени барабан поворачивается на угол Δϕ₁), последовательно применяются с равными периодами времени применения три активных режима работы, а затем, в течение второго периода времени, соответствующего углу Δϕ₂ поворота барабана, применяется неактивный режим работы.

[76] В некоторых вариантах реализации устройство 1 сушки может дополнительно содержать, например, датчики температуры и/или датчики влажности (на фиг. не показаны) для определения, соответственно, температуры и/или влажности воздуха в пространстве для сушки. Контроллер 5 может управлять применением режимов с учетом показаний упомянутых датчиков. В качестве примера, контроллер 5 может, на основании показаний датчика влажности, увеличивать период или периоды времени применения неактивного режима работы или сокращать периоды времени активной работы в случае, если относительная влажность воздуха в пространстве для сушки равна 100% или превышает заранее заданный порог влажности, близкий к 100%. В качестве примера, контроллер 5 может, на основании показаний датчика температуры, увеличивать период или периоды времени применения неактивного режима работы или сокращать периоды времени активной работы в случае, если температура воздуха превышает заранее заданный порог. Обе приведенные здесь примерные реализации обеспечивают предотвращение перегрева устройства 1 сушки, предотвращение перегрева влажного воздуха, выводимого из устройства 1 сушки в процессе сушки посредством пассивной или активной вентиляции, тем самым обеспечивая безопасность использования устройства 1 сушки.

[77] Необходимо отметить, количество электродов, равное трем, присущее примерному варианту осуществления, показанному на фиг. 1, не является ограничением для данного изобретения. В общем случае устройство сушки имеет множество электродов, содержащее N электродов, где N ≥ 3 (т.е. три или более электродов). При этом упомянутые N электродов имеют одинаковую форму, электроды расположены по существу равномерно вокруг корпуса для вмещения предметов для сушки и вокруг центральной оси блока сушильной камеры и обращены в направлении центральной оси блока сушильной камеры, при этом любые два соседних электрода из упомянутого множества из N электродов имеют плоскость симметрии, проходящую через центральную ось сушильной камеры, являющуюся также плоскостью симметрии для всего упомянутого множества из N электродов. Контроллер выполнен с возможностью управления блоком формирования сигналов переменного тока для обеспечения работы в неактивном режиме работы, в котором каждый из электродов находится в неактивном состоянии электрода, а также для обеспечения работы во множестве активных режимов работы, при этом каждый активный режим работы из упомянутого множества активных режимов работы представляет собой режим, в котором некоторая группа из M электродов находится в активном состоянии, а оставшиеся один или более электродов из упомянутого множества из N электродов находятся в неактивном состоянии, при этом M < N (каждый активный режим работы отличается от других активных режимов работы набором пар симметричных электродов, находящихся в активном состоянии, и конкретной одной для всех этих симметричных пар электродов плоскостью симметрии). Упомянутая группа из M электродов имеет плоскость симметрии, проходящую через упомянутую центральную ось и делящую упомянутую группу из M электродов на M/2 симметричных пар электродов, при этом на электроды, лежащие по одну сторону от помянутой плоскости симметрии подается первый сигнал переменного тока, а на электроды, лежащие по другую сторону от помянутой плоскости симметрии подается второй сигнал переменного тока, где первый сигнал переменного тока и второй сигнал переменного тока являются противофазными сигналами. Варианты осуществления, описанные ранее со ссылкой на фиг. 1, являются частным случаем приведенной выше характеристики. Иными словами, в общем случае контроллер выполнен с возможностью реализации неактивного режима и некоторого множества активных режимов работы, в каждом из которых в активном состоянии находятся одна или несколько симметричных пар электродов, как это описано выше. Если симметричных пар несколько, то все они симметричны относительно одной и той же плоскости симметрии, являющейся также плоскостью симметрии для всего множества электродов. При этом на электроды (количество электродов соответствует количеству пар), лежащие по одну сторону от упомянутой плоскости симметрии, подается сигнал переменного тока, а на электроды, лежащие по другую сторону от упомянутой плоскости симметрии, подается противофазный сигнал переменного тока.

[78] В качестве примера, на фиг. 9 изображена схема, иллюстрирующая активные режимы работы устройства сушки, имеющего шесть электродов. Более конкретно, на фиг. 9 показаны шесть активных режимов работы (обозначены как Режим 1, Режим 2, ... Режим 6), при этом для каждого из режимов показаны сигналы, поступающие на электроды. Как видно на фиг. 9, в каждом из активных режимов работы четыре последовательно расположенных электрода находятся в активном состоянии, а оставшиеся два электрода находятся в неактивном состоянии (на них подается нулевой сигнал P_i=0, где i=номер электрода), при этом четыре электрода, находящиеся в активном состоянии, имеют плоскость симметрии (не показана), проходящую через центральную ось, делящую эти электроды на две симметричные пары электродов, при этом на электроды, лежащие по одну сторону от плоскости симметрии, подается первый сигнал P=Ae^i(0+wt), а на электроды, лежащие по другую сторону от плоскости симметрии, подается второй сигнал P=Ae^i(π+wt), который является противофазным по отношению к упомянутому первому сигналу.

[79] Необходимо отметить, что в варианте осуществления, описанном со ссылкой на фиг. 1, устройство 1 содержало три электрода, то есть минимальное количество электродов. В таком варианте осуществления любые два электрода, находящиеся в активном состоянии в соответствующем активном режиме работы, являются соседними электродами, однако это не является ограничением. В общем случае в активном состоянии в некотором активном режиме работы могут находиться одна или несколько любых симметричных относительно одной и той же плоскости симметрии пар электродов, в том числе - не являющихся соседними. Кроме того, в варианте осуществления, описанном со ссылкой на фиг. 1, каждой из трех плоскостей симметрии электродов однозначно соответствовал единственный активный режим работы, однако это также не является ограничением. В качестве примера, в сушилке, имеющей шесть электродов, в одном активном режиме работы в активном состоянии могут находится первый и третий электроды, а в другом активном режиме работы в активном состоянии могут находится четвертый и шестой электроды, где первый и третий электроды имеют ту же плоскость симметрии, что и четвертый и шестой электроды. Кроме того, может существовать еще один другой активный режим работы, отличный от предыдущих двух, в котором одновременно находятся в активном состоянии две пары электродов, а именно - первый и третий электроды, составляющие первую пару симметричных электродов, а также четвертый и шестой, составляющие вторую пару симметричных

[80] Также необходимо отметить, что активные электроды, задействованные в некотором активном режиме работы, лежащие по одну сторону от плоскости симметрии симметричных пар электродов, не обязательно образуют непрерывную последовательность. Например, в сушилке, имеющей шесть электродов, в одном из активных режимов работы с в активном состоянии могут находится две симметричные пары электродов: первый и шестой электрод, а третий и четвертый электрод, среди которых первый и третий электроды, лежащие по одну сторону плоскости симметрии упомянутых симметричных пар электродов, не образуют непрерывную последовательность, т.к. между ними расположен второй электрод, находящийся в этом активном режиме работы в неактивном состоянии, как и пятый электрод, лежащий по обратную сторону плоскости симметрии симметричных пар электродов.

[81] При задействовании (иными словами - активации) в каждом активном режиме работы одной или нескольких симметричных пар (пар электродов, симметричных относительно одной и той же плоскости симметрии, проходящей через центральную ось) с подачей на электроды в каждой паре противофазных сигналов обеспечивается более высокое согласование, более эффективное применение радиочастотного поля и, соответственно, более эффективная сушка, поскольку при такой конфигурации согласование, выполняемое посредством блока согласования, проще, чем согласование в иных конфигурациях (в частности - с нечетным числом электродов, в случае отсутствия симметрии между электродами, в случае, если симметричные пары активных электродов не имеют общую плоскость симметрии и т.п.). В тоже время реализация множества режимов с последовательным их применением обеспечивает высокую равномерность сушки без применения подвижного корпуса для вмещения предметов для сушки (например - вращающегося барабана).

[82] Радиочастотная сушка, описанная здесь, может осуществлять, посредством управления контроллером, процесс адаптивной радиочастотной сушки, описанный ниже со ссылкой на фиг. 10 и 11, показывающие блок-схемы последовательности операций, выполняемых при реализации упомянутого процесса.

[83] При выполнении процесса адаптивной радиочастотной сушки контроллер 5 выполняет управление применением режимов работы циклически. В каждом цикле контроллер «проходит» по каждому из активных режимов работы и неактивному режиму работы, как это показано на фиг. 1. Необходимо отметить, что на фиг. 1 показана примерная блок-схема последовательности операцией для устройства сушки, реализующего три активных режима, такого как, например, устройство 1 сушки, показанное на фиг. 1. Ясно, что для иных реализаций, с другим числом активных режимов работы, блок-схема операций процесса адаптивной радиочастотной сушки будет иное количество этапов, соответствующих обработке активных режимов работы.

[84] В процессе сушки устройство 1 посредством контроллера сушки выполняет следующие этапы:

[85] S101-S103 - выполнение обработки первого активного режима, выполнение обработки второго активного режима и выполнение обработки второго активного режима соответственно. На этих этапах выполняется обработка всех трех активных режимов работы. Этапы S101-S103 являются основной частью цикла рассматриваемого здесь процесса адаптивной радиочастотной сушки. Необходимо отметить, что термин «обработка активного режима» здесь не обязательно означает «полноценное» выполнение активного режима. Как это будет пояснено ниже, «полноценное» выполнение некоторого активного режима может быть нецелесообразным или нежелательным, в связи с чем контроллер может его замещать выполнением неактивного режима работы.

[86] S104 - осуществление перехода к следующему циклу, если сушка окончена, либо окончание процесса адаптивной радиочастотной сушки. На данном этапе определяется - окончен ли процесс сушки. Если процесс сушки не окончен, то осуществляется переход к следующему циклу процесса адаптивной радиочастотной сушки. Если процесс сушки окончен, то процесс адаптивной радиочастотной сушки завершается и устройство 1 сушки, например, переходит в состояние бездействия. Настоящее изобретение не ограничено конкретным способом определения того, окончен ли процесс сушки. В качестве примера, контроллер 5 может определять, что сушка завершена, если в каждом из активных режимов работы достигаемая степень согласованности меньше, чем заранее заданное пороговое значение согласованности, на протяжении заранее заданного периода времени (что свидетельствует о практически полном отсутствии в пространстве для сушки влаги, которая могла бы поглощать радиочастотное излучение). В качестве другого примера, контроллер 5 может определять, что сушка завершена, на основании показаний одного или нескольких датчиков влажности, если таковые имеются.

[87] При обработке каждого из активных режимов работы (этапы S101-S103 на фиг. 10) выполняются следующие операции, показанные на фиг. 11:

[88] S201 - выполнение процедуры согласования в течение времени T_m. В начале, при выполнении процедуры согласования или непосредственно перед выполнением процедуры согласования, контроллер 5 переводит блок 4 формирования сигналов переменного тока в состояние, соответствующее текущему активному режиму работы. Процедура согласования осуществляется в течение некоторого периода времени T_m согласования (от англ. matching, согласование). При этом мощность, подаваемая на активные электроды, устанавливается (путем установки значений сигналов, управляющих усилителями мощности) равной некоторому низкому значению, которое может именоваться уровнем мощности при согласовании, при котором, с одной стороны, обеспечивается мощность, достаточная для формирования радиочастотного поля и выполнения процесса согласования, и, с другой стороны, не допускается перегрев компонентов устройства 1 сушки при низкой степени согласованности (например, если в области действия радиочастотного поля, формируемого активными электродами данного активного режима работы, отсутствует влага, которая могла бы поглотить радиочастотное излучение). Предполагается, что в конкретной реализации предложенного изобретения время согласования для процедуры согласования выбирается таким, при котором переходные процессы при согласовании с высокой вероятностью завершаются, то есть в течение времени согласование с высокой вероятностью уже будет достигнута максимальная степень согласованности. Время согласования в конкретной системе может зависеть, в частности, от частоты сигналов переменного тока быстродействии контроллера, управляющего процессом согласования, скорости переходных процессов при согласовании и т.п. Необходимо отметить, что, как это описано выше, процедура согласования как начальная часть выполнения некоторого активного режима работы по существу представляет собой выполнение этого активного режима работы при малой мощности, при которой практически не происходит нагрева, и в течение малого периода времени, за который успеет завершиться переходный процесс регулирования, выполняемого блоком согласования.

[89] S202 - определение степени согласованности активных электродов. На данном этапе осуществляется определение степени согласованности активных электродов для данного активного режима работы (т.е. электродов, которые в данном активном режиме работы находятся в активном состоянии) на основе показаний датчиков блока 20 датчиков согласованности. Необходимо отметить, что, строго говоря, блок 20 датчиков согласованности формирует сигналы (показания), отражающие согласованности для каждого из электродов, необходимые для отельного согласования каждого электрода. Под определением степени согласованности активных электродов здесь понимается определение согласно заданному правилу некоторой результирующей степени согласованности, отражающей согласованность электродов в целом для текущего активного режима работы. В качестве примера, степень согласованности активных электродов может определяться как минимальное значение среди согласованностей активных электродов, то есть, например, как результат вычисления min(1/|S_nn|, 1/|S_mm|) или 1/max(|S_nn|,|S_mm|), при рассмотрении активных (для некоторого рассматриваемого режима) электродов n и m.

[90] S203 - если степень согласованности электродов для данного активного режима работы равна или превышает заранее заданное пороговое значение согласованности, выполнение процедуры нагрева в течение периода времени T_h согласно этапу S204, иначе - выполнение неактивного режима работы в течение периода времени T_h согласно этапу S205. На данном этапе контроллер 5 сравнивает полученную на этапе 203 степень согласованности активных электродов с пороговым значением согласованности. Если степень согласованности активных электродов не превышает пороговое значение, в течение периода времени T_h выполняется неактивный режим работы согласно этапу S205 (иными словами, выполнение активного режима работы замещается выполнением неактивного режима работы). То, что степень согласованности активных электродов не превышает пороговое значение, свидетельствует о том, что применение текущего активного режима нецелесообразно, поскольку в области действия активных электродов для данного активного режима работы электродов отсутствуют влажные предметы, поглощающие радиочастотное излучение.

[91] При «полноценном» (т.е. с более высокой мощностью и в течение более длительного периода времени, чем в рамках процедуры согласования) применении данного активного режима работы эффективность работы будет мала, при этом может возникнуть перегрев компонентов устройства 1 сушки, что нежелательно. В случае же, если степень согласованности электродов для данного активного режима работы равна или превышает заранее заданное пороговое значение согласованности, процесс адаптивной радиочастотной сушки переходит к этапу S204.

[92] S204 - выполнение процедуры нагрева в течение времени T_h. На данном этапе мощность, подаваемая на активные электроды, устанавливается равной некоторому более высокому (например - номинальному) значению, которое может именоваться уровнем мощности при нагреве. Уровень мощности при нагреве не обязательно является фиксированным для конкретной системы значением. Уровень мощности при нагреве может выбираться и корректироваться в процессе сушки контроллером 5 в зависимости от конкретных условий сушки на основании датчиков, установленных в устройстве для сушки, как это было уже упомянуто выше. Кроме того, уровень мощности при нагреве может выбираться пользователем устройства 1 сушки при запуске процесса сушки. Предполагается, что период времени T_h (от англ. heating, нагрев) нагрева больше, чем период времени T_m согласования. После этапа S204 обработка активного режима работы завершается. Необходимо отметить, что процедура нагрева как основная часть выполнения некоторого активного режима работы по существу представляет собой выполнение этого активного режима работы при более высокой мощности (например - номинальной мощности), при которой происходит нагрев.

[93] S205 - выполнение неактивного режима работы в течение времени T_h. На данном этапе контроллер 5 переводит блок 4 формирования сигналов переменного тока устройства 1 сушки в неактивный режим работы на время T_h. Как уже упомянуто выше, это эквивалентно замене активного режима работы (а более конкретно - процедуры нагрева активного режима работы) неактивным режимом работы. Здесь необходимо отметить, что замещение активного режима работы неактивным режимом работы вместо полного исключения активного режима работы (а более конкретно - процедуры нагрева активного режима работы) обеспечивает «сохранение» времени для перераспределения тепла в пространстве для сушки. То есть, в период времени обработки определенного активного режима работы, имеющего продолжительность T_m+T_h, в других областях для сушки, охватываемых другими частично или полностью другими активными режимами работы, будет происходить перераспределение тепла без нагрева, независимо от того, выполняется ли фактически нагрев (т.е. процедура нагрева) в течение времени обработки определенного активного режима работы. Таким образом можно избежать перегрева предметов для сушки. Простое исключение процедуры нагрева в случае отсутствия необходимой степени согласованности в некотором конкретном активном режиме работы привело бы к уменьшению длительности цикла процесса адаптивной радиочастотной сушки на время T_h и соответствующему сокращению времени для перераспределения тепла без нагрева для тех активных режимов работы, в которых процедура нагрева еще выполняется, что могло бы уменьшить равномерность сушки и привести к перегреву предметов для сушки. После этапа S205 обработка активного режима работы завершается.

При выполнении описанной здесь адаптивной радиочастотной сушки обеспечивается последовательное выполнение всех активных режимов работы, что обеспечивает равномерную сушку в пространстве для сушки. При этом, при обработке каждого активного режима работы, сперва с малой мощностью выполняется процедура согласования и определяется, следует ли продолжить применение режима с более высокой мощностью (то есть, следует ли выполнять процедуру нагрева) на основании достигнутой степени согласованности. За счет этого обеспечивается безопасность и высокая эффективность при использовании устройства 1 сушки, увеличивается равномерность сушки.

Группа изобретений относится к технологиям нагрева и сушки объекта путем приложения к нему радиочастотного поля (радиочастотная сушка), а более конкретно к устройству и способу радиочастотной сушки. Изобретения могут быть использованы в радиочастотных сушильных машинах. Устройство радиочастотной сушки содержит блок сушильной камеры, блок формирования сигналов переменного тока, блок согласования и контроллер. Блок сушильной камеры имеет центральную ось и содержит заземленный корпус, внутри которого расположены множество из N электродов для формирования радиочастотного поля и корпус для вмещения предметов для сушки, при этом N ≥ 3, при этом корпус для вмещения предметов для сушки электрически изолирован от электродов. Электроды расположены равномерно вокруг корпуса для вмещения предметов для сушки и вокруг центральной оси блока сушильной камеры, каждый из электродов электрически соединен с блоком формирования сигналов переменного тока через блок согласования. Блок формирования сигналов переменного тока выполнен с возможностью формирования электрического сигнала переменного тока для каждого из электродов. Блок согласования выполнен с возможностью, для каждого электрода, обеспечения согласования нагрузочного импеданса электрода с соответствующим выходным импедансом блока формирования сигналов переменного тока. Контроллер выполнен с возможностью управления блоком формирования сигналов переменного тока для обеспечения работы в неактивном режиме работы, в котором каждый из N электродов находится в неактивном состоянии электрода, и во множестве активных режимов работы. В каждом из активных режимов работы некоторая группа из M электродов находится в активном состоянии, а оставшиеся один или более электродов из упомянутого множества из N электродов находятся в неактивном состоянии, при этом: M представляет собой положительное целое четное число, при этом M < N. Упомянутая группа из M электродов имеет плоскость симметрии, проходящую через центральную ось блока сушильной камеры и делящую упомянутую группу из M электродов на M/2 симметричных пар электродов, при этом на электроды, лежащие по одну сторону от упомянутой плоскости симметрии, подается первый сигнал переменного тока, а на электроды, лежащие по другую сторону от упомянутой плоскости симметрии, подается второй сигнал переменного тока, где первый сигнал переменного тока и второй сигнал переменного тока являются противофазными сигналами. Также заявлен способ радиочастотной сушки. Использование изобретений обеспечивает более равномерную сушку без необходимости использования подвижных элементов, более высокую эффективность применения радиочастотного поля. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Устройство радиочастотной (RF) сушки, содержащее

блок сушильной камеры, блок формирования сигналов переменного тока, блок согласования и контроллер, при этом:

блок сушильной камеры имеет центральную ось и содержит заземленный корпус, внутри которого расположены множество из N электродов для формирования радиочастотного поля и корпус для вмещения предметов для сушки, при этом N ≥ 3, при этом корпус для вмещения предметов для сушки электрически изолирован от электродов;

электроды упомянутого множества из N электродов имеют одинаковую форму, расположены по существу равномерно вокруг корпуса для вмещения предметов для сушки и вокруг центральной оси блока сушильной камеры и обращены в направлении центральной оси блока сушильной камеры, при этом любые два соседних электрода из упомянутого множества из N электродов имеют плоскость симметрии, проходящую через центральную ось сушильной камеры, являющуюся также плоскостью симметрии для всего упомянутого множества из N электродов, при этом каждый из электродов электрически соединен с блоком формирования сигналов переменного тока через блок согласования;

блок формирования сигналов переменного тока выполнен с возможностью формирования электрического сигнала переменного тока для каждого из электродов;

блок согласования выполнен с возможностью, для каждого электрода, обеспечения согласования нагрузочного импеданса электрода с соответствующим выходным импедансом блока формирования сигналов переменного тока;

контроллер выполнен с возможностью управления блоком формирования сигналов переменного тока для обеспечения работы в неактивном режиме работы, в котором каждый из N электродов находится в неактивном состоянии электрода;

контроллер выполнен с возможностью управления блоком формирования сигналов переменного тока для обеспечения работы во множестве активных режимов работы, при этом каждый активный режим работы из упомянутого множества активных режимов работы представляет собой режим, в котором некоторая группа из M электродов находится в активном состоянии, а оставшиеся один или более электродов из упомянутого множества из N электродов находятся в неактивном состоянии, при этом:

M представляет собой положительное целое четное число, при этом M < N;

упомянутая группа из M электродов имеет плоскость симметрии, проходящую через центральную ось блока сушильной камеры и делящую упомянутую группу из M электродов на M/2 симметричных пар электродов, при этом на электроды, лежащие по одну сторону от упомянутой плоскости симметрии, подается первый сигнал переменного тока, а на электроды, лежащие по другую сторону от упомянутой плоскости симметрии, подается второй сигнал переменного тока, где первый сигнал переменного тока и второй сигнал переменного тока являются противофазными сигналами.

2. Устройство по п. 1, в котором неактивное состояние электрода представляет собой состояние, в котором на электрод не подается электрический сигнал переменного тока, либо подается электрический сигнал переменного тока низкого уровня.

3. Устройство по п. 2, в котором сигнал переменного тока низкого уровня представляет собой сигнал с напряжением не более 1/10 от напряжения сигнала, подаваемого на электроды в активном состоянии.

4. Устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором:

блок согласования содержит N датчиков согласованности, выполненных с возможностью определения степени согласованности нагрузочного импеданса электрода с соответствующим выходным импедансом блока формирования сигналов переменного тока для каждого из N электродов, и соединен с контроллером с возможностью передачи показаний упомянутых датчиков согласованности;

контроллер дополнительно выполнен с возможностью управления уровнем мощности, подаваемой на электроды посредством блока формирования сигналов переменного тока;

контроллер дополнительно выполнен с возможностью реализации циклического процесса сушки, в котором на каждом цикле выполняется обработка каждого активного режима из упомянутого множества активных режимов,

при этом, при обработке активного режима из упомянутого множества активных режимов, контроллер выполнен с возможностью:

выполнять процедуру согласования для упомянутого активного режима работы в течение первого периода времени;

определять степень согласованности активных электродов для упомянутого активного режима работы на основании показаний упомянутых датчиков согласованности;

если определенная степень согласованности активных электродов для упомянутого активного режима работы не превышает заранее заданное пороговое значение согласованности, выполнять неактивный режим работы в течение первого периода времени; или,

если определенная степень согласованности активных электродов для упомянутого активного режима работы равна или превышает заранее заданное пороговое значение согласованности, выполнять процедуру нагрева для упомянутого активного режима работы; при этом

второй период времени больше первого периода времени;

уровень мощности, подаваемой на электроды при процедуре согласования, меньше уровня мощности, подаваемой на электроды при процедуре нагрева.

5. Способ радиочастотной (RF) сушки, осуществляемый с использованием устройства радиочастотной сушки, содержащий этапы, на которых:

размещают предмет для сушки внутри корпуса для вмещения предметов для сушки, окруженного множеством из N электродов для формирования радиочастотного поля, при этом N ≥ 3, при этом электроды упомянутого множества из N электродов имеют одинаковую форму, расположены по существу равномерно вокруг корпуса для вмещения предметов для сушки и вокруг центральной оси блока сушильной камеры и обращены в направлении центральной оси блока сушильной камеры, при этом любые два соседних электрода из упомянутого множества из N электродов имеют плоскость симметрии, проходящую через центральную ось сушильной камеры, являющуюся также плоскостью симметрии для всего упомянутого множества из N электродов;

осуществляют процесс сушки путем чередования множества режимов работы, включающего в себя неактивный режим работы и множество активных режимов работы; при этом

неактивный режим работы представляет собой режим работы, в котором каждый из N электродов находится в неактивном состоянии электрода;

каждый активный режим работы из упомянутого множества активных режимов работы представляет собой режим, в котором некоторая группа из M электродов находится в активном состоянии, а оставшиеся один или более электродов из упомянутого множества из N электродов находятся в неактивном состоянии, при этом:

M представляет собой положительное целое четное число, при этом M < N;

упомянутая группа из M электродов имеет плоскость симметрии, проходящую через центральную ось блока сушильной камеры и делящую упомянутую группу из M электродов на M/2 симметричных пар электродов, при этом на электроды, лежащие по одну сторону от упомянутой плоскости симметрии, подается первый сигнал переменного тока, а на электроды, лежащие по другую сторону от упомянутой плоскости симметрии, подается второй сигнал переменного тока, где первый сигнал переменного тока и второй сигнал переменного тока являются противофазными сигналами; при этом

для каждого электрода упомянутой группы из М электродов выполняют согласование импедансов.

6. Способ по п. 5, в котором неактивное состояние электрода представляет собой состояние, в котором на электрод не подается электрический сигнал переменного тока либо подается электрический сигнал переменного тока низкого уровня.

7. Способ по п. 6, в котором сигнал переменного тока низкого уровня представляет собой сигнал с напряжением не более 1/10 от напряжения сигнала, подаваемого на электроды в активном состоянии.

8. Способ по любому из предыдущих пп. 5-7, в котором:

этап, на котором осуществляют процесс сушки путем чередования множества режимов работы, включающего в себя неактивный режим работы и множество активных режимов работы, содержит этап, на котором:

выполняют циклический процесс, в каждом цикле которого последовательно выполняют обработку каждого активного режима из упомянутого множества активных режимов работы, при этом, при выполнении обработки активного режима работы:

выполняют процедуру согласования для упомянутого активного режима работы в течение первого периода времени;

определяют степень согласованности активных электродов для упомянутого активного режима работы;

если определенная степень согласованности активных электродов для упомянутого активного режима работы не превышает заранее заданное пороговое значение согласованности, выполняют неактивный режим работы в течение первого периода времени; или,

если определенная степень согласованности активных электродов для упомянутого активного режима работы равна или превышает заранее заданное пороговое значение согласованности, выполняют процедуру нагрева для упомянутого активного режима работы; при этом

второй период времени больше первого периода времени;

уровень мощности, подаваемой на электроды при процедуре согласования, меньше уровня мощности, подаваемой на электроды при процедуре нагрева.