BR112015011291B1 - Aparelho e método para vaporizar uma substância dielétrica vaporizável a partir de um material, sistema para vaporizar uma substância vaporizável a partir de um material, uso do aparelho e método para aquecer uniformemente um material com energia eletromagnética - Google Patents

Aparelho e método para vaporizar uma substância dielétrica vaporizável a partir de um material, sistema para vaporizar uma substância vaporizável a partir de um material, uso do aparelho e método para aquecer uniformemente um material com energia eletromagnética Download PDF

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Abstract

aparelho e método para desidratação usando radiação de microonda. um aparelho para extrair uma substância vaporizável, a partir de um material contendo tal substância, compreende uma câmara de irradiação para irradiar o material com radiação eletromagnética para vaporizar a substância. a substância pode compreender água e o material é desidratado. a radiação eletromagnética compreende microondas. a irradiação é conduzida na faixa de campo vizinho da radiação eletromagnético. em um aspecto, a radiação eletromagnética no guia de onda acopla de forma evanescente com o material.

Description

Referência remissiva a pedidos anteriores
[001]O presente pedido reivindica prioridade de acordo com a Convenção de Paris para o pedido US número 61/727.563, depositado em 16 de novembro de 2012, cujo teor na íntegra é incorporado aqui a título de referência.
CAMPO DA INVENÇÃO
[002]A presente revelação refere-se a aparelho e métodos para desidratação por micro-onda, e em particular à desidratação por micro-onda de materiais biológicos e orgânicos sensíveis à temperatura.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
[003]A desidratação de vários materiais por exposição à radiação de microonda em pressões atmosféricas reduzidas é bem estudada. Vide, por exemplo, M. Zhang e outros, “Trends in microwave related drying of fruits and vegetables”, Trends in Food Sciences & Tecnology, 17 (2006), 524-534 (cujo teor na íntegra é incorporado aqui a título de referência). Em geral, uma redução na pressão atmosférica reduz tanto o ponto de ebulição de água como o teor de oxigeno da atmosfera. Processos de desidratação por micro-onda a vácuo, VMD, pode permitir, por conseguinte, que a desidratação ocorra na ausência ou redução de oxigênio, e sem expor o material que está sendo desidratado a temperaturas significativamente elevadas, desse modo fornecendo produtos secos que podem ter melhores qualidades físicas, organolépticas e/ou químicas em comparação com produtos secos obtidos utilizando outros processos de desidratação conhecidos como convecção de ar quente ou liofilização. Processos VMW podem ser também relativamente rápidos e eficientes em termos de energia em comparação com muitos outros processos de desidratação. Materiais sensíveis à temperatura e/ou oxigênio do tipo que são conhecidos como sendo favoráveis à secagem por VMD incluem, porém não são limitados a, produtos alimentícios como frutas, vegetais, bagas, ervas, carnes, peixes, frutos do mar, produtos de laticínios, alimentos preparados, sementes, grãos, raízes e tubérculos, bem como uma ampla variedade de produtos de alimentação agrícola, produtos farmacêuticos e nutracêuticos, suplementos dietéticos, compostos orgânicos sintéticos e similares.
[004]Como é bem sabido, VMD pode ser realizado como um processo de batelada ou contínuo, e um aparelho de VMD típico compreenderá pelo menos uma câmara de vácuo (na qual um material de entrada é desidratado em um produto final), uma fone de radiação de micro-onda e equipamento de detecção associado (por exemplo, detectores infravermelhos), e equipamento de controle (por exemplo, controlador de lógica programável, “PLC”), para monitorar o status do produto durante o procedimento de desidratação e fazer ajustes necessários ou desejáveis. Por exemplo, tal monitoramento pode incluir monitorar a temperatura de superfície do material (como pelo uso de detecção infravermelha) ou textura de superfície (por exemplo, enrugamento). Em processos VMD contínuos, o aparelho também compreenderá tipicamente meios de entrada e saída como câmaras de vácuo que permitem ao material de entrada e produto final entrar e sair da câmara de vácuo, respectivamente, sem interromper o nível de vácuo, e um meio de transporte (por exemplo, uma correia transportadora convencional) para transportar o material através da câmara de vácuo entre as extremidades de entrada e saída.
[005]Foi genericamente estabelecido em relação a processos VMD conhecidos que uma intensidade de campo de micro-onda mais elevada terá um efeito maior (como medido sobre o ciclo de secagem completo) em aumentar a taxa de desidratação do que o faz um vácuo mais profundo. Um foco primário do aparelho VMW do estado da técnica atual e engenharia de processo tem sido, por conseguinte, maximizar a intensidade de radiação de micro-onda que pode ser aplicada ao material sendo seco.
[006]Para manter os objetivos gerais de maximizar intensidade de campo de micro-onda enquanto controla o ganho de temperatura do material sendo seco, os emissores de micro-onda (por exemplo, magnetrons) de aparelhos CMD atuais são tipicamente localizados fora da câmara de irradiação, ou vácuo, onde podem ser operados em condições atmosféricas (e protegidos das condições na câmara). A radiação de micro-onda gerada pelos emissores entra na câmara de vácuo através de uma ou mais janelas transparentes a micro-onda tipicamente após ser transportada através de um ou mais guias de onda. Vários guias de onda de microonda são conhecidos na técnica. Guias de onda dielétricos não gás incluem tipos de micro linha de tira, coaxial, e linha de tira. Entretanto, tais guias de onda dielétricas convertem parte de sua energia em calor (isto é, são “perdidas”), e tipicamente fazem com que campos de micro-ondas sejam estabelecidos nas superfícies externas do guia de onda. Para a maioria das aplicações de micro-ondas, isso resulta em radiação de micro-onda interagindo com algo que está perto do guia de onda dielétrico. Por esses motivos, os guias de onda usados para transportar microondas a partir do emissor para a câmara de irradiação são genericamente também mantidos fora da câmara. Tal colocação serve para reduzir a ocorrência de ondas estacionárias de voltagem elevada causadas por reflexo de micro-ondas, o que pode levar a centelhamento no guia de onda. Desse modo, em aparelhos e métodos de desidratação de micro-onda conhecidos típicos, o material a ser desidratado é genericamente submetido à radiação por micro-onda na região de campo vizinho.
[007]Em geral, como sabido na técnica, a densidade de potência na região de campo vizinho eletromagnética é reduzida como o quadrado da distância a partir da fonte. Entretanto, na região de campo vizinho (isto é, uma distância que está compreendida em aproximadamente um comprimento de onda da radiação eletromagnética, porém possivelmente estendendo tão longe de modo a incluir uma zona de transição que termina aproximadamente em dois comprimentos de onda), campos eletromagnéticos muito elevados que não diminuem como o quadrado da distância podem ocorrer. Isso permite que intensidades de campo relativamente elevadas sejam desenvolvidas na região de campo vizinho.
[008]Existe necessidade de um aparelho e/ou método aperfeiçoado para desidratar materiais como produtos alimentícios e similares, utilizando radiação de micro-onda que supera pelo menos uma das deficiências conhecidas na técnica.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[009]Em um aspecto, a invenção provê um aparelho e método aperfeiçoados para extrair uma substância vaporizável a partir de um material usando aplicação de radiação eletromagnética na faixa de campo vizinho. Em um exemplo, a substância é água e o aparelho e método compreendem a aplicação de radiação de micro-onda ao material. O material pode ser qualquer material orgânico ou inorgânico, incluindo frutas e vegetais ou extratos dos mesmos. Em uma modalidade preferida, a irradiação é conduzida em condições de vácuo.
[010]Em um aspecto, a invenção provê um aparelho para vaporizar uma substância vaporizável a partir de um material, a substância vaporizável sendo submetida à vaporização após exposição à radiação eletromagnética, o aparelho compreendendo: - uma câmara de irradiação; - um gerador de onda eletromagnético; e - um guia de onda adaptado para dirigir as ondas eletromagnéticas geradas em direção ao material e irradiar o material em uma região de campo vizinho das ondas eletromagnéticas.
[011]Em outro aspecto, a invenção provê um método para vaporizar uma substância vaporizável a partir de um material, a substância vaporizável sendo submetida à vaporização após exposição à radiação eletromagnética, o método compreendendo: - fornecer uma matéria prima contendo a substância vaporizável; - introduzir a matéria prima em uma câmara de irradiação; - irradiar a matéria prima com radiação eletromagnética na faixa de campo vizinho, a radiação eletromagnética sendo suficiente para aquecer e vaporizar a substância, desse modo resultando em um material tratado em que uma porção da substância foi extraída a partir da matéria prima, e - remover o material tratado a partir da câmara de irradiação.
[012]Em outro aspecto, a invenção provê um sistema compreendendo uma pluralidade de aparelhos descritos aqui, e em que o material é tratado sequencialmente com as condições de irradiação iguais ou diferentes.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[013]Para uma compreensão mais completa da natureza e vantagens da matéria revelada, bem como o modo de uso preferido da mesma, deve ser feita referência à seguinte descrição detalhada, lida em combinação com os desenhos em anexo. Nos seguintes desenhos, numerais de referência similares designam partes ou etapas iguais ou similares.
[014]A figura 1 é uma vista em perspectiva lateral de um aparelho de desidratação por micro-onda de acordo com uma modalidade da matéria revelada.
[015]A figura 2a é uma vista em perspectiva lateral da modalidade da figura 1 sem uma unidade de alimentação de entrada ou uma unidade de alimentação de saída.
[016]A figura 2b é uma vista em perspectiva extrema da modalidade da figura 2a.
[017]A figura 3 é uma vista em perspectiva da montagem de bandeja transportadora da modalidade da figura 1.
[018]A figura 4 é uma vista em perspectiva da pluralidade de fontes de micro-onda da modalidade da figura 1.
[019]A figura 5 é uma vista em perspectiva ampliada de uma fonte de microonda única da modalidade da figura 1.
[020]A figura 6 é uma vista em perspectiva ampliada de uma montagem de guia de onda dielétrica não gás única de acordo com uma modalidade alternada da matéria revelada.
[021]A figura 7 é uma vista em perspectiva ampliada de uma montagem de guia de onda dielétrica não gás única de acordo com uma modalidade alternativa adicional da matéria revelada.
[022]A figura 8 é uma vista em perspectiva ampliada de uma montagem de guia de onda dielétrica anão gás única de acordo com uma modalidade alternativa adicional da matéria revelada.
[023]A figura 9 é uma vista em perspectiva ampliada de uma montagem de guia de onda dielétrica não gás de acordo com uma modalidade alternativa adicional da matéria revelada.
DESCRIÇÃO DETALHADA DE UMA MODALIDADE ESPECÍFICA
[024]Em toda a seguinte descrição e desenhos, nos quais partes similares e correspondentes são identificadas pelos mesmos numerais de referência, detalhes específicos são expostos para fornecer uma compreensão mais completa da matéria presentemente revelada para pessoas versadas na técnica. Entretanto, elementos bem conhecidos podem não ser mostrados ou descritos em detalhe para evitar obscurecer desnecessariamente a revelação. Por conseguinte, a descrição e desenhos devem ser considerados em um sentido ilustrativo ao invés de restritivo.
[025]Na presente descrição, referência será feita aos termos “câmara de irradiação” e “câmara de vácuo”. O termo “câmara de irradiação” será entendido como compreendendo uma câmara em que radiação eletromagnética, preferivelmente micro-ondas, são aplicadas a um material para efetuar desidratação ou remoção de um componente vaporizável do material. Em casos onde tal irradiação é conduzida sob vácuo, o termo “câmara de vácuo” pode ser usado para se referir à câmara de irradiação. Em algumas modalidades, a câmara de irradiação pode ser pressurizada a uma pressão maior que a pressão atmosférica. Em outras modalidades, nenhuma pressão ou vácuo é aplicada à câmara de irradiação. Como discutido adicionalmente abaixo, devido ao modo no qual energia eletromagnética é transmitida para o material sendo tratado, muito pouco, se algum vazamento de radiação eletromagnética escapa a partir do material. Como tal, a câmara de irradiação não exigiria nenhuma blindagem ou tal, em cujo caso o termo “câmara de irradiação” será entendido como significando uma “zona de irradiação” ou “região de irradiação” uma vez que um invólucro discreto não seria necessário. Desse modo, como usado aqui, o termo “câmara” não indica necessariamente um invólucro completo.
[026]A seguinte descrição é dirigida principalmente a remoção de água, ou desidratação, de um material de alimentação dado. Tal desidratação é preferivelmente realizada utilizando radiação eletromagnética; preferivelmente radiação de micro-onda. Como será reconhecido por pessoas versadas na técnica, o aparelho e método descritos aqui podem ser usados para remover qualquer substância vaporizável.
[027]Além disso, embora a presente descrição seja principalmente dirigida à remoção de uma substância vaporizável, o aparelho e método da invenção também podem ser usados para simplesmente aquecer um material e/ou esterilizar o mesmo. Por exemplo, em um aspecto, um material contendo água, como madeira e similar, pode ser processado com o aparelho ou método da invenção para aquecer, porém não vaporizar a água contida no mesmo. Em tal caso, o material sendo tratado pode ser submetido a uma pressão maior que pressão atmosférica, pelo que a vaporização de água é inibida ou evitada. A temperatura do material pode ser então elevada até a temperatura de esterilização desejada, que pode ser mantida por um período de tempo desejado.
[028]Em um aspecto, como descrito na presente revelação, a invenção provê um aparelho e método que utiliza um guia de onda, como um guia de onda dielétrico não gás, para fornecer radiação de micro-onda para as finalidades de desidratar materiais (em particular materiais orgânicos, como materiais orgânicos e biológicos sensíveis à temperatura, incluindo frutas e vegetais). Em um aspecto, a invenção compreende o fornecimento no campo vizinho de radiação de micro-onda aos materiais a serem desidratados. Isso é facilitado pelo uso de um ou mais guias de onda, que permitem que radiação de micro-onda seja confinada ao guia de onda e espaço em volta até o ponto de uso, onde o material sendo desidratado é colocado sobre ou no interior da região de campo vizinho em volta. Sem ser limitado a qualquer teoria específica, acredita-se que a exposição à radiação de micro-onda em tal proximidade resulta em acoplamento evanescente da radiação eletromagnética emitida pelo guia de onda (atuando como uma fonte) e o material (atuando como receptor).
[029]Por colocar o material sendo desidratado no campo vizinho de um guia de onda dielétrico, um campo de potência elevada pode ser levado até a superfície do guia de onda dielétrico e usado para envolver o material em níveis de campo elevados sem experimentar reflexo ou transmissão significativa da radiação de micro-onda em uma câmara de irradiação, como ocorreria quando um feixe de micro-ondas em espaço livre (isto é, radiação de campo distante) atinge o material de desidratação que chegou a um estado de teor baixo de umidade e se torna um absorvedor ruim da radiação de micro-onda. Como sabido na técnica, à medida que o teor de umidade de um material diminui, se torna genericamente menos perdido, tornando cada vez mais difícil dissipar potência suficiente por todo o material e se torna necessário circundar o material com um campo de intensidade elevada. Por irradiar o material na região de campo vizinho, o campo eletromagnético pode ser concentrado em ou perto da superfície do guia de onda e para dentro do material a ser desidratado. Inversamente, em um guia de onda cheio de gás que está transmitindo através do espaço livre, o campo elétrico necessita aumentar para passar mais corrente através da impedância do material a ser desidratado, e o aumento em voltagem pode levar a centelhamento.
[030]Em aparelhos e processos CMD do estado da técnica atuais, condições de vapor de água e vácuo na câmara de vácuo podem criar preocupações de ionização de micro-onda. Centelhamento pode ocorrer quando as micro-ondas fazem transição para dentro da câmara de vácuo, e/ou a partir de reflexos e efeitos de borda na câmara, fazendo com que campos de voltagem elevada sejam estabelecidos e ionizem o vapor de água na câmara (e resultando em arcos de ruptura ou descarga que podem danificar o aparelho e/ou o material sendo desidratado). Inversamente, o guia de onda dielétrico não gás de acordo com um aspecto da presente revelação acopla a radiação de micro-onda ao material no campo vizinho, de tal modo que o material atua semelhante a um defeito de perda na superfície do guia de onda, desse modo evitando a geração de condições de campo distante de voltagem elevada. A limitação pelo menos de parte da radiação de micro-onda a operação de espaço não livre no guia de onda desse modo reduz a ionização e ruptura.
[031]Com guias de onda tendo uma constante dielétrica elevada, as microondas são na maior parte contidas no material dielétrico. Quando se deseja ter as micro-ondas dirigidas a uma superfície adjacente ao material sendo desidratado, uma transição para um material de constante dielétrica mais baixa pode se usada ou o material dielétrico pode ser feito mais fino. Isso fornece flexibilidade em desenho sem criar campos de micro-onda de potência elevada propagando através do espaço livre da câmara de vácuo. Para aumentar ainda mais as escolhas de desenho, padrões altamente condutivos ou metálicos podem ser aplicados sobre ou no material dielétrico, desse modo permitindo que as micro-ondas desloquem no dielétrico e condutores.
[032]Como delineado acima, os guias de onda da invenção permitem que micro-ondas desloquem ao longo das mesmas até que sejam dissipadas em um material perdido. Essa característica fornece um mecanismo para fornecer energia de micro-onda diretamente ao material sendo desidratado, isto é, na região de campo vizinho, e não apenas refletir aleatoriamente das superfícies em uma câmara de irradiação, como ocorreria quando um feixe de espaço livre de radiação de microonda é usado para irradiar uma área específica na câmara. Em uma modalidade, o material a ser desidratado é espaçado no guia de onda (ou, por exemplo, em uma correia transportadora que foi configurada como um guia de onda dielétrico). Em tal modalidade, a radiação de micro-onda continua ao longo do guia de onda até atingir o material. Em outra modalidade, o material pode ser fornecido em uma correia transportadora e o guia de onda pode incluir lacunas, ou espaços vazios podem estar presentes entre uma série de elementos de guia de onda individuais em um aparelho único, que são dimensionados para permitir que acoplamento de campo vizinho a elementos de guia de onda adjacentes continue.
[033]Em algumas modalidades, um guia de onda dielétrico não gás pode compreender um líquido, sólido ou semi-sólido ou uma suspensão. O uso de um material dielétrico “em fluxo” como um guia de onde fornece não somente um guia de onda para contenção de micro-onda, mas também um mecanismo para alterar as propriedades do dielétrico em uma condição de fluxo parado ou contínuo. Isso permite que resfriamento ou aquecimento seja fornecido ao material dielétrico e através de condução e radiação, também ao material sendo desidratado. Além de alterar a temperatura, as propriedades dielétricas do guia de onda podem ser alteradas por alterar as propriedades do fluido e, por fluir o mesmo através de válvulas apropriadas, permite que as propriedades dielétricas casem mais estreitamente com as condições exigidas para fornecer as condições necessárias para acoplar energia no material de desidratação à medida que suas propriedades de absorção eletromagnética mudam. Propriedades dielétricas do guia de onda podem ser alteradas através da alteração de composição química, adição ou remoção de partículas suspensas como partículas de carbono e metal, colóides, materiais fundidos, géis e pastas e similares. Em algumas modalidades, as propriedades dielétricas em alteração do material sendo aquecido e desidratado podem elas próprias serem utilizadas no cálculo e/ou controle dos materiais de guia de onda dielétricos e propriedades. Além disso, por alterar as propriedades dielétricas do guia de onda dielétrico não gás, o comprimento de onda das microondas pode ser alterado para acoplar melhor ao material sendo desidratado e casar a carga de material com a saída do gerador de micro-onda sem exigir ajuste de frequência operacional. Isso permite que fontes de micro-onda de magnetron de baixo custo, potência elevada sejam utilizadas ao invés de fontes de micro-onda de frequência variável e custo mais elevado.
[034]Um guia de onda dielétrico não gás de acordo com um aspecto da presente invenção pode ser moldado para atuar não somente como um guia de onda, mas também como uma lente de micro-onda. Lentes refrativas podem ser formadas em modos conhecidos por aqueles versados na técnica para concentrar radiação de micro-onda em um certo local ou plano. Essas lentes podem ser superfícies sólidas como lentes ópticas côncavas e convexas ou podem fornecer focalização através de lentes de formato Fresnel. Um padrão de material condutivo pode ser também aplicado a ou inserido no material dielétrico para formar lentes. Essas técnicas limitam as micro-ondas aos materiais dielétricos que evitam ou reduzem o desenvolvimento de voltagens elevadas de espaço livre e centelhamento em um ambiente a vácuo.
[035]Ainda em modalidades adicionais, um guia de onda dielétrico não gás pode compreender múltiplas camadas de materiais dielétricos para afetar as propriedades de guia de onda e dielétricas. Camadas alternadas de materiais condutivos e materiais dielétricos também podem ser usados. Tipicamente, a atmosfera reduzida ou vácuo em um aparelho VMD fornece uma diferença de potencial elevado entre o espaço livre e o guia de onda dielétrico, que tende a auxiliar na contenção da radiação de micro-onda no material de guia de onda dielétrico. Entretanto, se o guia de onda necessitar passar perto de algum local onde potência seria passada para outro componente, então uma camada de material pode ser adicionada ao guia de onda para fornecer um índice de refração diferente ou propriedade refletiva diferente.
[036]Similarmente, guias de onda dielétricos não gás tendo propriedades de perda diferentes em locais diferentes podem ser usados. Tais guias de onda permitem que a radiação de micro-onda atue como um mecanismo para aquecer o material de guia de onda e fornecer aquecimento condutivo e radiativo do material de desidratação à medida que se apoia em ou perto do guia de onda dielétrico. Susceptores podem ser utilizados em aquecimento de micro-onda de espaço livre, porém isso requer fabricação mais complexa e é sensível a estabilidade mecânica do susceptor perto do material. A absorção de micro-ondas por susceptores também depende do percurso de micro-onda em uma câmara e o formato do susceptor ao plano do micro-onda. Quando agitadores e mesmo formatos de material de desidratação diferentes e carga estão presentes em uma câmara, a distribuição de micro-onda interna muda. Com um guia de onda dielétrico que incorpora um material dielétrico perdido, a radiação de micro-onda é fornecida e casada com o guia de onda visto que o guia de onda limitará a radiação de micro-onda a um percurso definido. A potência média pode diminuir devido à perda para o material de desidratação, porém as características de onda permanecem iguais à medida que a onda desloca ao longo do guia de onda dielétrico. Essa característica também permite incorporação de terminação adequada do guia de onda de modo que nenhum reflexo ou ondas estacionárias sejam gerados no guia de onda, o que é importante na prevenção de que nodos de voltagem elevada desenvolvam em espaço livre que pode levar a centelhamento em um ambiente a vácuo.
[037]Um guia de onda dielétrico não gás também pode compreender características de superfície diferentes. Padrões de bordas agudas como pontas estreitas, triângulos, cristas, etc., podem ser adicionados à superfície do guia de onda e desse modo alterar as intensidades de campo local. Bordas ou pontas agudas podem aumentar a intensidade de campo em uma distância muito curta e pode ser benéfico ao tentar criar um campo forte em materiais de desidratação pequenos como uma única baga em um transportador. O uso do guia de onda dielétrico no campo vizinho permite padronização da superfície o que ajuda a fornecer a potência de micro-onda ao material enquanto não afeta a criação de pontos de descarga de voltagem elevada. A padronização de campo vizinho seria de não propagação para o espaço livre.
[038]Em aspectos adicionais da matéria presentemente revelada, radiação eletromagnética (Por exemplo, micro-onda) é acoplada de forma evanescente ao material sendo aquecido ou desidratado e a magnitude de radiação eletromagnética não acoplada no aparelho é sentida utilizando antenas como trompas, guias de onda com fendas, adesivo e linha de tira para coletar as micro-ondas não absorvidas que passaram através do material a ser desidratado. As antenas alimentam um circuito de micro-onda que detecta fase ou intensidade e envia uma voltagem para o controlador utilizando princípios como ensinado, por exemplo, nas patentes US nos. 3.789.296 e 3.965.416. Dispositivos comerciais como o Hydronix Hydro-Probe™ podem ser utilizados como um sensor de umidade de micro-onda independente e utilizado para quantificar o valor dielétrico atual do material sendo acoplado. Em combinação com os resultados de um sensor térmico, o nível de umidade atual do material pode ser desse modo determinado. Essas informações, por sua vez, podem ser usadas para controlar a potência, fase, propriedade dielétrica e/ou frequência do emissor de micro-onda, e/ou o nível de vácuo na câmara de vácuo, em um modo que maximiza a eficácia de vaporização e minimiza o risco de fuga térmica, carbonização ou aplicação de radiação em excesso e danificando o material sendo desidratado. Uma pluralidade de tais sensores e emissores pode ser empregada ao longo de um percurso que o material sendo desidratado percorre através do aparelho, e a aplicação de energia e temperatura pode ser desse modo controlada por todo o processo de desidratação. Tais configurações permitem que as medições dielétricas e medições térmicas do produto à medida que é transportado através do aparelho, sejam enviadas para um controlador de lógica programável, ou PLC, e resultem no perfil dielétrico do material sendo desidratado para ser utilizado no controle do processo de desidratação.
[039]É bem sabido que o teor de umidade mudará a constante dielétrica e que a medição do teor dielétrico de um produto sendo desidratado pode ser usada para determinar o progresso da desidratação. Entretanto, para o controle da potência de micro-onda para manter uma temperatura interna do material sendo desidratado, é necessário predeterminar as constantes dielétricas do produto a ser processado antecipadamente da entrada no aparelho MVD. Isso requer medições do produto em níveis variáveis de desidratação para criar um conjunto de dados de calibragem que é enviado para o PLC de controle ou computadores para que os mesmos mantenham a pressão a vácuo e a potência de micro-onda aplicada e/ou frequência nos níveis desejados para cada estágio do processo de desidratação. Processamento ótimo requer dados específicos do produto visto que medições dielétricas são também afetadas por outros fatores físicos e químicos, como o teor de sal, o tamanho das partículas, e a densidade de acondicionamento. A abordagem descrita em relação a algumas modalidades da matéria presentemente revelada aqui difere de tentativas anteriores no uso de constante dielétrica para medir umidade em que a constante dielétrica do material efetivo a ser processado é pré-medida da mesma forma que estará entrando no aparelho VMD, de tal modo que a medição VMD da constante dielétrica será calibrada para o estado efetivo de desidratação.
[040]Em modalidades onde emissores de micro-onda internos são incorporados ao longo da superfície usada para transportar o material sendo desidratado, capacidades de controle e detecção são especialmente importantes. A capacidade de determinar, por exemplo, com conjunto de circuitos incorporado, as características dielétricas do material à medida que passa sobre um emissor permite que as micro-ondas emitidas sejam ajustadas em uma operação otimizada para aquela parte específica de material naquele lugar e horário específicos. Um conjunto de emissores com conjunto de circuitos de controle e detecção pode então adaptar em qualquer peça de material à medida que passa através de cada elemento de emissão do conjunto. Em uma modalidade preferida, o conjunto de circuitos de detecção pode ser incorporado nos emissores e usar sinais derivados de um reflexo parcial dos micro-ondas sendo usados para aquecer o material a ser desidratado. O uso de emissores de estado sólido de potência baixa em painéis de conjunto de centenas de emissores fornece então uma cobertura total do material sendo desidratado e pode ainda fornecer a mesma potência total de módulos únicos de geradores de potência mais elevada. O uso de guias de onda dielétricos pequenos e lentes protegerá então os emissores e conjuntos de circuitos que operam no recipiente a vácuo, enquanto fornece micro-ondas para todas as superfícies transportadoras.
[041]Ainda em outras modalidades, se for desejado desidratar materiais sem tirar proveito do ponto de ebulição mais baixo que é fornecido por condições atmosféricas reduzidas, gases não oxigênio podem ser utilizados para fornecer uma atmosfera que não está oxidando, desse modo permitindo desidratação de materiais sensíveis a oxigênio em pressões atmosféricas e acima. O uso de um guia de onda dielétrico não gás (e quaisquer substratos, como lentes, etc.) ainda é vantajoso quando utilizado em condições não de vácuo onde a atmosfera existente pode de outro modo ionizar e levar a centelhamento.
[042]As figuras anexadas ao presente ilustram uma modalidade de um aparelho de desidratação por micro-onda da invenção, compreendendo uma câmara de vácuo única com uma alimentação contínua de material a ser desidratado. Na modalidade ilustrada, o aparelho inclui guias de onda, como descrito aqui, para orientar a radiação de micro-onda no sentido de materiais a serem desidratados. Embora as figuras ilustrem uma modalidade preferida da invenção compreendendo um aparelho e método utilizando um meio transportador (como uma correia transportadora) para tratar material em um processo contínuo, será reconhecido que a invenção pode ser também posta em prática em um formato de batelada. Além disso, embora a modalidade ilustrada ilustre uma câmara de irradiação, será entendido que múltiplas câmaras também podem ser fornecidas em outras modalidades. Tais múltiplas câmaras não necessitam ser todas câmaras de vácuo. Várias outras modalidades seriam evidentes para pessoas com conhecimentos comuns na técnica em vista do ensinamento da presente revelação.
[043]Um aparelho de desidratação de acordo com uma modalidade da invenção é ilustrado genericamente em 10 na figura 1. O aparelho 10 compreende uma unidade de processamento 12 no qual um material a ser desidratado pode ser desidratado por exposição à radiação de micro-onda para produzir um produto desidratado. O aparelho de desidratação 10 inclui uma unidade de alimentação de entrada 14 e uma unidade de alimentação de saída 16 para permitir a entrada de matérias primas na unidade de processamento 12 através da válvula de entrada 18, e a saída de materiais desidratados a partir da unidade de processamento 12 através da válvula de saída 20. A unidade de alimentação de entrada 14 e unidade de alimentação de saída 16 podem ser de qualquer desenho ou construção conhecida como seria sabido na técnica de manipulação de material. Em uma modalidade preferida, a unidade de processamento 12 compreende uma câmara de irradiação que é mantida em uma condição a vácuo. Em tal modalidade, a unidade de alimentação de entrada 14 e unidade de alimentação de saída 16 seriam entendidas como sendo adaptadas para manter uma condição atmosférica desejada (por exemplo, vácuo) na unidade de processamento 12 do aparelho 10. Os suportes de flange 22 são fornecidos em qualquer extremidade da unidade de processamento 12 para conexão vedada com a unidade de alimentação de entrada 14 e unidade de alimentação de saída 16, e para montagem em uma armação de suporte (não mostrada).
[044]A unidade de alimentação de entrada 14 e unidade de alimentação de saída 16 são ilustradas na figura 1 como uma série de válvulas separadas por câmaras de vácuo, porém a seleção e implementação de outros tipos de unidades de alimentação de entrada e saída convencionais que são capazes de manter um diferencial de pressão na unidade de processamento 12 enquanto permite a entrada e saída de materiais e produto estaria compreendida nos conhecimentos comuns daqueles com conhecimentos da técnica. Na modalidade ilustrada, uma unidade de processamento única 12 é fixada entre a unidade de alimentação de entrada 14 e a unidade de alimentação de saída 16; entretanto, será entendido que, em outras modalidades, uma pluralidade de unidades de processamento 12 pode ser acoplada junta em um arranjo de extremidade com extremidade, diretamente através de suportes de flange 22 ou através de uma ou mais unidades de alimentação de entrada intermediária 14 e/ou unidades de alimentação de saída 16. Em tal modalidade, o material sendo tratado seria, portanto, submetido a uma série de tratamentos de desidratação onde isso é considerado necessário. Como será entendido, a necessidade de unidades de processamento adicionais 12 dependeria por exemplo, da natureza do material sendo desidratado. Isto é, alguns materiais podem exigir mais desidratação do que outros. Será também entendido que, em outras modalidades, o comprimento da unidade de processamento 12 pode ser variado para submeter o material a qualquer tempo de exposição à micro-onda desejado.
[045]Na modalidade ilustrada, a unidade de processamento 12 compreende uma câmara de vácuo 24, pelo menos uma fonte de micro-onda 26, e pelo menos um orifício 28 configurado para conexão a um gerador de vácuo convencional (não mostrado) e para remoção de umidade a partir da câmara de vácuo 24. Na modalidade da figura 1, dez fontes de micro-ondas 26 e três orifícios 28 são ilustrados. Entretanto, será entendido que qualquer número de fontes de microondas 26 ou orifícios 28 pode ser fornecido e que tais números dependeriam, por exemplo, do comprimento da unidade de processamento 12.
[046]Em modalidades da invenção onde um vácuo é aplicado, tal vácuo pode ser gerado por qualquer meio conhecido como com um condensador e bomba convencionais, como mostrado em 37 na figura 2b. Como sabido na técnica, ter a água condensado na câmara de vácuo, por colocar o condensador na câmara de irradiação/vácuo, aumenta a eficácia do vácuo. Entretanto, isso também apresenta dois problemas, a saber, (i) a água condensada pode absorver as micro-ondas na câmara e desse modo diminuir o campo efetivo de micro-onda na câmara e (ii) locais de centelhamento podem ser criados nas bordas do condensador. De acordo com as modalidades da invenção, o condensador pode ser localizado fora da câmara de vácuo ou no interior. Se localizado fora da câmara, e desse modo tendo qualquer água condensando externamente da câmara, os problemas acima seriam aliviados. Entretanto, mesmo se o condensador 37 for localizado no interior da câmara, pelos motivos discutidos acima, os problemas acima mencionados seriam diminuídos uma vez que a invenção envolve a aplicação de micro-ondas na faixa de campo vizinho. Isto é, as micro-ondas aplicadas seriam absorvidas principalmente pelo material sendo desidratado e, portanto, uma quantidade mínima de radiação seria disponível para absorção pela água condensada. Não obstante, para diminuir ainda mais contra tal absorção de micro-onda, uma tela ou escudo de radiação adequada (isto é, micro-onda), não mostrada, pode ser fornecida em um local acima do condensador e poça de água condensada (não mostrada), e abaixo dos guias de onda 42. Desse modo, mesmo no evento de escapamento de um pouco de radiação de micro-onda após aplicação ao material, tais ondas escapadas seriam impedidas de atingir o condensador ou a poça de água condensada.
[047]Em outras modalidades da invenção, uma tela ou escudo de radiação (isto é, micro-onda) 32 pode ser fornecida a uma distância acima do transportador 46. Tal tela 32 serve para conter o reflexo de qualquer radiação escapada. Entretanto, será entendido que uma tela como mostrado em 32, embora tenha certas vantagens (isto é, contenção das micro-ondas), pode também resultar em certos efeitos prejudiciais se não controlada. Por exemplo, a concentração de micro-ondas na região logo acima do transportador pode resultar em pontos quentes sendo formados, o que por sua vez pode resultar em queimadura do material sendo desidratado.
[048]A colocação do condensador 37 na câmara de vácuo 24 porém fora do recipiente de contenção de micro-ondas 30 (para isolar o condensador da radiação de micro-ondas) aumenta a condensação e uma redução na carga de vácuo do aparelho 10. Em vários aparelhos VMD conhecidos na técnica, os condensadores estão contidos na câmara de vácuo, porém não há provisão para isolar a água condensada de ser expostas novamente a micro-ondas. Como resultado, os aparelhos VMD conhecidos permitem reciclagem de água a partir do condensador para o vapor e então condensando novamente. esse processo de revaporização e recondensação diminui a eficiência do aparelho VMD. Inversamente, de acordo com uma modalidade da presente invenção, por empregar um recipiente de contenção de micro-onda 30 para isolar o condensador a partir da radiação de micro-onda enquanto ainda permite que o condensador esteja em proximidade estreita com o evento de vaporização, a eficiência é aumentada. Em outras modalidades, vapor de umidade pode ser removido através da incorporação de ionômeros (como membranas Nafion™ fabricadas por PermaPure™) na câmara de vácuo 24 para ionicamente combinar com umidade e permitir a transferência do vapor diretamente para tubagem levando ao condensador sem afetar a pressão de vácuo.
[049]Como visto melhor nas figuras 4 e 5, em uma modalidade da invenção, cada fonte de micro-onda 26 compreende um emissor de micro-onda 38 acoplado, através pelo menos de uma transição dielétrica convencional 40, a pelo menos um guia de onda dielétrico não gás 42 e um substrato, preferivelmente um substrato dielétrico 44. O substrato 44 compreenderia preferivelmente uma lente ou aplicador de micro-onda. As dimensões da lente 44 podem ser calculadas com base nos valores de U (permissividade do meio em relação ao ar) e Er (constante dielétrica do meio em relação a ar) do material dielétrico do qual o guia de onda 42 e lente 44 são construídos. Por exemplo, com base nos valores de U e Er do guia de onda 42 e lente 44 e utilizando fórmulas conhecidas, como ensinado em US 8.299.406, uma pessoa versada na técnica seria capaz de construir um guia de onda 42 que suporta qualquer modo de transmissão eletromagnético desejado (isto é, micro-onda), bem como um substrato (lente) 44 que dispersa radiação de micro-onda. US 6.037.906 também revela a fabricação de antenas e lentes dielétricas.
[050]O aparelho mostrado nas figuras também inclui um transportador 46, no qual o material sendo desidratado é transportado através da unidade de processamento 12. O transportador 46 pode ser similarmente construído de um material dielétrico e é dimensionado (em relação aos seus valores U e Er) de tal modo que radiação eletromagnética não possa propagar através do transportador 46 em regiões onde o transportador 46 não está em proximidade estreita com uma lente 44. Desse modo, cada fonte de micro-onda 26 fornece uma zona definida para fornecer energia de micro-onda para o material sendo desidratado. Em uma modalidade preferida, a radiação de micro-onda é fornecida ao material na região de campo vizinho. Como seria entendido por pessoas versadas na técnica, em tal região, acoplamento evanescente da energia de micro-onda ao material sendo desidratado ocorre.
[051]Em uma modalidade, o próprio transportador 46 pode compreender a lente mencionada acima. Isto é, a correia transportadora 46 pode compreender um material dielétrico que permite que a mesma atue como o substrato ou lente 44 mencionada acima. Em tal caso, será entendido que uma lente separada 44 não seria necessária para o aparelho. Materiais adequados para correia 46, particularmente para atuar como uma lente, incluiriam polietileno de alta densidade (HDPE).
[052]Pelo menos um sensor RF 48 e sensor térmico 50 são fornecidos no aparelho da invenção. Em uma modalidade preferida, pelo menos um sensor RF 48 e pelo menos um sensor térmico 50 são fornecidos em proximidade estreita com cada zona de acoplamento de campo vizinho. As leituras a partir dos sensores 48 e 50 são realimentadas para um PLC (não mostrado) programado para controle adequado da saída de geradores de micro-onda 26 e/ou gerador de vácuo convencional. Os sensores térmicos e RF podem ser qualquer sensor como conhecido na técnica.
[053]Na modalidade ilustrada, o guia de onda dielétrico 42 compreende uma antena de fenda 52 (vide a figura 5). O arranjo de fendas 54 é selecionado para fornecer transmissão uniforme de radiação a partir do guia de onda 42 para o substrato, ou lente ou aplicador 44. O tamanho, localização e distribuição de fendas 54 podem, por conseguinte, ser determinados de acordo com os valores U e ER do material dielétrico sendo utilizado, e pela frequência da radiação eletromagnética sendo transmitida.
[054]A relação entre a intensidade de radiação de micro-onda gerada por qualquer gerador de micro-onda dado 26 e radiação de micro-onda detectada por um sensor RF correspondente 48 é utilizada, em combinação com as propriedades térmicas atuais do material sendo desidratado (como detectado, por exemplo, por um sensor térmico correspondente 50) para calcular o nível de umidade atual do produto sendo desidratado, bem como o risco relativo de fuga térmica.
[055]Laços eletricamente pequenos, aqueles cujo comprimento total de condutor é pequeno (tipicamente 1/10° do comprimento de onda em espaço livre) em comparação com o comprimento de onda no espaço livre, são as antenas receptores mais frequentes usadas como sondas com medições de intensidade de campo. Quando um laço eletricamente pequeno é usado como uma antena receptora, a voltagem desenvolvida em seus terminais de circuito aberto V é proporcional ao componente da densidade de fluxo magnético incidente B perpendicular ao plano do laço: V=®jNAB, no qual o campo incidente é assumido como sendo uniforme sobre a área do laço. Essa relação simples entre V e B torna o laço pequeno útil como uma sonda para medir a densidade de fluxo magnético, onde N = número de voltas e A = área de laço.
[056]Os laços pequenos são construídos a partir de cabo coaxial com o condutor interno enlaçado de volta e fixado à blindagem externa que permite que sondas baratas sejam fabricadas de forma barata e sejam facilmente localizadas em áreas de interesse. A voltagem a partir da sonda é retificada por um díodo e medida com um medidor de voltagem ou usada como uma entrada de voltagem PLC.
[057]Em operação em um aparelho VMD de acordo com a modalidade ilustrada, um sensor, após ser instalado no local desejado, necessita ser calibrado por medir a saída de voltagem sem produto a ser desidratado presente em ajustes de potência de micro-onda variáveis. A seguir, material a ser desidratado é colocado sob o sensor, tipicamente por parar a correia transportadora, e voltagens são medidas nos mesmos ajustes de potência usados na determinação de resposta de sensor sem material a ser desidratado presente. Isso fornece um conjunto de dados que corresponde à potência fornecida e efeitos dielétricos do material a ser desidratado. A combinação dessa calibragem com o conjunto de dados anteriormente desenvolvido a partir das medições do material a ser desidratado e sua constante dielétrica em níveis de umidade diferentes um algoritmo de controle pode fornecer então potência para o material a ser desidratado sem exceder a exigência de aquecimento dielétrico interna para um nível desejado de umidade no material em um estágio específico do processo de desidratação. Para fornecer uma voltagem adequada para fins de controle, um nível de potência em excesso pequeno é exigido para permitir que a sonda detecte um nível de micro-onda acima do material sendo desidratado. Entretanto, operando no campo vizinho do substrato ou guia de onda dielétrico, o campo de micro-onda seria genericamente evanescente e não propagaria para o espaço livre e levar a preocupações de alta voltagem a partir de ondas refletidas na câmara de vácuo.
[058]Um algoritmo no PLC utiliza as entradas a partir dos vários sensores fornecidos no aparelho e controla o gerador de micro-onda 26 de modo a gerar uma quantidade apropriada de radiação de micro-onda, calculada para assegurar a conversão da mesma em energia de vaporização latente, e para assegurar que o material sendo desidratado desidrate em condições desejadas. Os sensores que transmitem informações para o PLC incluiriam tipicamente sensores de campo, incluindo sensores para medir intensidade de campo e/ou frequência de onda, e sensores de qualidade ou temperatura adaptados para medir parâmetros do material. Por exemplo, alguns exemplos dos sensores mencionados por último incluem dispositivos de fibra ótica, como a sonda Ocean Optics OptoTemp 2000™, que não é afetado por micro-ondas para medições de contato e ponto, ou um sensor infravermelho (IR) como sensor de temperatura Omega Infrared™ modelo OS35-3- MA-100C-24V, que forneceria uma medição de temperatura não de contato e medição de umidade do material utilizando uma sonda de medição de micro-onda dielétrica como Hydronix hydro-Probe II™. Uma vez que um pouco de energia de micro-onda pode ser absorvida pelo substrato (ou lente) 44, o guia de onda 42 e/ou transportador 46, a energia total gerada pelo gerador de micro-ondas 26 não é transmitida diretamente para o material sendo desidratado.
[059]Como o material sendo desidratado perde umidade, seu valor dielétrico diminuir genericamente, e o material se torna menos eficaz em transferir energia de micro-onda diretamente para a energia de vaporização. A matéria atualmente revelada, por conseguinte, também fornece o uso de energia térmica acumulada no material sendo seco, guia de onda 42, substrato 44, e o transportador 46 para aquecer a água contida no material sendo seco em um modo controlado e medido. Essa abordagem permite que uma pessoa versada na técnica controle a intensidade de energia fornecida ao material sendo desidratado através do substrato 44 e/ou transportador 46, bem como a velocidade na qual o transportador 46 move, em uma ou mais unidades de processamento 12 de tal modo que um número maior ou menor das micro-ondas geradas é aplicado diretamente para vaporização ou indiretamente (através de transferência térmica) para vaporização.
[060]Essa abordagem também permite o controle da pressão de vapor na(s) unidade(s) de processamento de micro-onda 12 de tal modo a permitir que a vaporização ocorra em temperaturas baixas à medida que o valor dielétrico de material diminui e a desidratação avança, e tem os benefícios adicionados de maior eficiência de energia enquanto ainda fornece uma redução em risco de sobrecarga térmica do material sendo desidratado. Como resultado, centelhamento (que pode resultar em eventos de carbonização no material sendo desidratado) é evitado ou reduzido, e produtos finais com qualidades físicas, organolépticas e/ou químicas superiores podem ser produzidos.
[061]A taxa de progresso através de cada unidade de processamento 12 pode ser regulada pelo algoritmo operando no PLC para assegurar que redução adequada em umidade seja obtida antes do material ser removido da unidade de alimentação de saída final 16. Além disso, a taxa de progresso a partir das unidades de processamento isoladas 12 pode ser usada para controlar a taxa de vaporização em níveis de umidade diferentes dos produtos sendo desidratados. Como cada unidade de processamento 12 pode ser fabricado com substratos diferentes 44, transportadores 46 e guias de onda 42, o PLC pode controlar também o progresso de desidratação para casar melhor com o processo de desidratação ótima atual do material.
[062]As figuras 6 a 9 ilustram montagens de guia de onda alternativas de acordo com modalidades da matéria revelada.
Variações e características adicionais
[063]É sabido que secagem de micro-onda a vácuo (VMD) experimenta vários problemas com centelhamento e com aquecimento não uniforme de material sendo desidratado. Centelhamento resulta a partir de nodos de voltagem elevada desenvolvendo a partir de interferência construtiva e destrutiva de micro-ondas que cria grandes diferenças de voltagem que levam à ionização e centelhamento elétrico. Outro motivo para centelhamento é devido a estruturas ressonantes que novamente desenvolve voltagem elevada e ionização. Atmosferas de pressão baixa reduzem a voltagem necessária para que ionização ocorra, o que aumenta o risco de ionização e centelhamento. O desenho ótimo para transmissão de micro-onda eliminaria interferência de onda e removeria estruturas ressonantes. Operaria em pressões elevadas.
[064]Outro problema em desidratação por micro-onda é aquecimento não uniforme do material sendo desidratado. Isso resulta a partir de espessuras e áreas de superfície diferentes do material, o que leva a taxas de difusão diferentes de água a partir de dentro do material atingindo a superfície e mudando para vapor. Energia necessita ser fornecida para fornecer o calor de vaporização exigido para a umidade para permitir que o mesmo mude de estado. Essa energia pode ser fornecida através de convecção, condução ou radiação. Micro-ondas são uma forma de aquecimento radiativo. Entretanto, para fornecer calor para a água, as micro-ondas necessitam ser absorvidas e dissipadas como calor no material. A física de dissipação de micro-ondas é bem conhecida, com tal dissipação compreendendo principalmente aquecimento dielétrico (vibração de estruturas atômicas e moleculares) e aquecimento condutivo (aquecimento resistivo). A obtenção de aquecimento de micro-onda depende de que as micro-ondas interajam com o material a ser seco. Como será entendido, as propriedades físicas e químicas do material afetarão o modo no qual as micro-ondas são dissipadas. Por exemplo, o material pode ser demasiadamente pequeno para interagir significativamente com as micro-ondas aplicadas ou o material pode somente parcialmente absorver as microondas, isto é, o material pode refletir ou refratar as micro-ondas. Além disso, o material pode ter propriedades que resultam em condução das micro-ondas, o que pode criar campos magnéticos que protegem o material contra absorção adicional de micro-onda, ou o material pode ser altamente absortivo de micro-ondas, levando a grandes fluxos de corrente e superaquecimento. Combinações adicionais de tamanho, composição, frequência de micro-onda, e campo de micro-onda todas levam a dificuldades em fornecer uma quantidade de energia controlada consistente sendo dissipada no material sendo desidratado.
[065]Nessa revelação, os requerentes revelam que os problemas experimentados com os presentes processos VMD podem ser superados por alterar o modo em que as micro-ondas estão contidas e dirigidas no ambiente a vácuo. Presentemente, micro-ondas estão contidas em guias de onda de metal ocos e câmaras e são dirigidos para o material a ser desidratado por materiais altamente condutivos ou metal de vários formatos geométricos de trompas e fendas e aberturas que permitem que as micro-ondas desloquem através de espaço livre ou uma janela transparente para micro-onda para dentro do material a ser desidratado. Isso permite que as micro-ondas desenvolvam padrões de interferência e condições ressonantes levando às dificuldades anteriormente descritas de centelhamento e controle de temperatura inconsistente no material sendo desidratado. Os requerentes estabeleceram que se as micro-ondas estão contidas em um guia de onda, como um guia de onda dielétrico não gás, através do uso de material dielétrico contendo as micro-ondas, o efeito é um de eliminar que ressonâncias e interferências ocorram no interior da câmara de vácuo. Exatamente como atmosferas de pressão elevada reduzem problemas de ionização, um meio dielétrico não gás reduz problemas de ionização. Os guias de onda dielétricos contêm as micro-ondas que permitem que estruturas sejam utilizadas que minimizam ou contenham interferências visto que o dielétrico não gás é uma configuração estável que não varia o padrão de micro-onda diferente de em amplitude, com as quantidades em alteração de propriedades físicas e químicas do material a ser desidratado. A contenção dos campos de micro-ondas pelo guia de onda dielétrico remove reflexos e ressonâncias experimentadas quando micro-ondas são deixadas refletir superfícies na câmara de vácuo. O uso de material dielétrico não gás pode ser combinado com guias de onda cheios de gás ou blindagem condutivo para permitir que contenção de micro-ondas interajam com outros componentes quando o material dielétrico está próximo a outros objetos. Uma característica de guias de onda dielétricos é que micro-ondas no campo vizinho estão presentes na superfície e estendem para dentro do espaço livre circundando o guia de onda dielétrico. Isso tem sido o problema principal no passado com o uso de guias de onda dielétricos de micro-onda porque interagem com material que está compreendido no campo vizinho (tipicamente menor que dois comprimentos de onda de distância). O uso de material de blindagem ou um guia de onda de metal quando o dielétrico é exigido ser localizado próximo a outras estruturas elimina esse problema. Entretanto, a superfície de campo vizinho combinado e onda de espaço livre permite que se traga as micro-ondas para o material sendo desidratado sem permitir que as mesmas propaguem no espaço livre da câmara. O material sendo aquecido ou desidratado quando está compreendido no campo vizinho do guia interagirá com as micro-ondas e dissipará a onda como calor. Isso significa que o guia de onda dielétrico forneceu as micro-ondas para o material sem que ocorram problemas de ressonância ou reflexo ou voltagem elevada. Guias de onda dielétricos podem ser fabricados que permitem que todas as práticas de guia de onda bem entendidas normais sejam utilizadas. Divisores de energia, acopladores, curvas, Tês e antenas podem ser utilizados.
[066]Linha de tira, coaxial, guias de plano, metal em dielétrico todos fazem uso de propriedades dielétricas para conter e utilizar estruturas e micro-ondas em guias de onda de micro-onda não cheios de gás. Como ensinado aqui, essas mesmas metodologias conhecidas podem ser agora aplicadas a VMD visto que as propriedades dielétricas permitem transições de uso de material dielétrico e configuração para outro sem gerar ionização na atmosfera a vácuo e são capazes de fornecer energia de micro-onda para o material sendo desidratado desde que o material esteja compreendido no campo vizinho do material dielétrico não gás. materiais dielétricos diferentes podem ser usados para alterar o comprimento de onda das micro-ondas em uma frequência específica de tal modo que componentes de tamanho diferentes do material sendo desidratados sejam capazes de acoplar com a frequência de micro-onda porque suas dimensões permitirão que as ondas interajam melhor ao invés de serem refletidos ou somente parcialmente entram, o que ocorreria com uma grande alteração em comprimento de onda. A capacidade de mudar a interação de partículas de tamanho diferente através da alteração de propriedades dielétricas reduz a complexidade e custo de mudar frequências para permitir acoplamento com tamanhos de partícula variáveis do material sendo desidratado.
[067]O uso de guias de onda, como guias de onda dielétricos, permite que micro-ondas sejam dirigidas para as estruturas mecânicas e componentes na câmara de desidratação, também mencionada aqui como a câmara de irradiação ou, onde um vácuo é usado, uma câmara de vácuo. Preferivelmente, os guias de onda são feitos de materiais que são compatíveis com alimentos ou atendem outras exigências reguladas. Tais materiais incluem Teflon™,polipropileno, polietileno, HDPE, ou outros líquidos ou plásticos construídos. Esses materiais também podem ser usados para as paredes formando a câmara de irradiação ou a correia transportadora. Além disso, os guias de onda são fabricados com dimensões que são definidas para permitir propagação de micro-onda no material visto que atua como um guia de onda dielétrico. Desse modo, as micro-ondas podem ser dirigidas através do sistema e para dentro da estrutura mecânica e componentes que estão em contato com o material a ser desidratado sem quaisquer micro-ondas sendo propagadas para o espaço livre de campo distante da câmara. Utilizando os materiais e dimensões de guia de onda acima mencionados, é possível utilizar superfícies na câmara que de outro modo levariam a cortar (parar o deslocamento das micro-ondas em espaço livre de prosseguir ou propagar no interior) uma vez que as regiões de campo vizinho das micro-ondas ainda permitirão que aquecimento do material sendo desidratado ocorra.
[068]Em outras modalidades, o aparelho pode ser dotado de vários pontos de concentração para localmente aumentar a intensidade de campo de micro-onda. Os pontos de concentração podem ser formados por fornecer pontos pequenos ou ressaltos nas superfícies da câmara de irradiação, incluindo as paredes da câmara de irradiação, a correia transportadora ou as lentes. Tais pontos de concentração melhoram o efeito de aquecimento em materiais sendo desidratados que têm baixas características de absorção. Os pontos de concentração não permitiriam que um campo de micro-onda seja propagado para o espaço livre, porém concentrarão a superfície e região de campo vizinho em áreas de potência mais elevada. Esse tipo de interação é mencionado como interações de onda evanescente. Interação de onda evanescente pode ser gerada em guias de onda cheias de gás, porém o uso de um material dielétrico não gás permite acoplamento significativamente melhor e modificação do comprimento de onda que pode ser obtido com aberturas variáveis em guias de onda cheios de gás.
[069]Em uma modalidade adicional da matéria presentemente revelada, é fornecido um aparelho de secagem de micro-onda a vácuo em que os micro emissores de micro-onda estão fora da câmara de vácuo e o guia de onda dielétrico cheio de gás tem material dielétrico sólido que se projeta para dentro da câmara de vácuo e desse modo reduz reflexo nas interfaces.
[070]Em uma modalidade adicional da presentemente revelada matéria, o aparelho da invenção inclui pelo menos um meio de medir o campo de micro-onda em um ponto ou pontos predeterminados. Tal meio de medir o campo de micro-onda pode compreender um ou mais detectores, que podem ser usados para medir a intensidade de campo de micro-onda e permitir a modificação manual ou automática do comportamento dos geradores de micro-onda para controlar a energia de microonda fornecida à câmara de irradiação. Por exemplo, a potência gerada pode ser limitada a uma percentagem de micro-ondas em excesso do que pode ser absorvido pelo material sendo desidratado e material dielétrico dentro da câmara.
[071]Em uma modalidade adicional da matéria presentemente revelada, o aparelho da invenção inclui um meio de geração e/ou detecção de micro-onda. Tal meio pode compreender um ou mais detectores fornecidos através da largura e/ou comprimento da câmara de irradiação para controlar melhor ou efetuar uniformidade de transferência de energia.
[072]Em uma modalidade adicional da matéria presentemente revelada, um ou mais dos guias de onda dielétricos podem ser dotados de um meio de resfriamento para dissipar qualquer calor gerado. Por exemplo, o guia de onda pode ser resfriado por um refrigerante circulante em torno de seu exterior ou no interior. Desse modo, o guia de onda pode ser mantido em uma temperatura dada de modo a evitar alterações dependentes de temperatura de propriedades mecânicas ou elétricas do guia de onda.
[073]Em uma modalidade adicional da matéria presentemente revelada, o guia de onda é disposto de modo a resultar no acoplamento das micro-ondas ao substrato ou lente no qual o material a ser desidratado está em proximidade ou em contato. Desse modo, as micro-ondas deslocam através do substrato e acoplam com o material sendo desidratado. A geometria e propriedades químicas do substrato, preferivelmente um substrato dielétrico, tendem a espalhar e uniformizar o campo de micro-onda bem como atuar como uma carga para absorver micro-ondas em excesso e inibir ressonância e reflexos. O calor gerado no guia de onda dielétrico e/ou substrato pode ser transferido para o material a ser desidratado.
[074]Em uma modalidade adicional da matéria presentemente revelada, o substrato 44 pode ser omitido e, ao invés, a correia transportadora 46 pode ser adaptada para executar a função descrita acima. Isto é, a correia transportadora pode compreender um material dielétrico e desse modo permitido funcionar do mesmo modo que o substrato dielétrico descrito acima. Em um exemplo, como discutido acima, a correia transportadora pode ser feita de um material como HDPE, que tem propriedades dielétricas. Em outro aspecto, a própria correia pode funcionar como o guia de onda. Por exemplo, a correia pode ser de uma espessura suficiente de modo a permitir que a radiação eletromagnética dos geradores desloque ao longo da mesma até ser absorvida pelo material. Será entendido que de acordo com a invenção, o material seria submetido à irradiação de campo vizinho, preferivelmente resultando em acoplamento evanescente da radiação com o material. Alternativamente, o transportador pode simplesmente permitir a penetração das micro-ondas através do mesmo, o que resultaria em irradiação do material sendo desidratado. Em outras modalidades, um depósito, cesto ou placa pode ser usado ao invés de uma correia transportadora. Genericamente, qualquer dispositivo pode ser usado para mover o material a ser desidratado a partir do sistema de alimentação para o sistema de descarga, cuja geometria e propriedades químicas aumentam o acoplamento de micro-ondas com o material sendo desidratado ou a distribuição de micro-ondas através do material sendo desidratado.
[075]Em uma modalidade adicional da matéria presentemente revelada, a medição da magnitude de radiação eletromagnética não acoplada no aparelho pode ser detectada e usada para quantificar o valor dielétrico atual do material sendo acoplado. Tal medição pode ser usada para interpretar o valor dielétrico atual do material à medida que é desidratado. Desse modo, a frequência ou intensidade de micro-onda pode ser modificado para limitar a percentagem de micro-ondas em excesso do que pode ser absorvido no material de ser gerado.
[076]Em uma modalidade adicional da matéria presentemente revelada, o valor dielétrico do material sendo desidratado pode ser usado para modificar a pressão de vácuo, em casos onde um processo VMD é usado. Como será entendido, a modificação da pressão de vácuo permitiria alterações na temperatura de vaporização. Desse modo, a temperatura a qual o material é submetido durante desidratação pode ser ajustada de modo a reduzir os efeitos prejudiciais de calor em compostos sensíveis a calor no material sendo seco são desse modo reduzidos. Por exemplo, no caso de materiais que são altamente sensíveis a dano a partir de calor, a pressão na câmara de irradiação pode ser diminuída, desse modo reduzindo a exigência para um calor mais elevado na câmara. Compostos sensíveis a calor nos materiais sendo desidratados podem incluir, porém não são limitados a antioxidantes, pigmentos, vitaminas e proteínas, e enzimas, bem como outras moléculas das quais propriedades nutracêuticas e/ou organolépticas são derivadas.
[077]Em uma modalidade adicional da matéria presentemente revelada, as lentes e/ou guias de onda podem ser moldadas com base em propriedades de refração e/ou transmissão desejadas, de modo a ajustar a distribuição de microondas como desejado.
[078]Em uma modalidade adicional da matéria presentemente revelada os geradores de micro-onda podem alimentar independentemente para dentro da câmara de vácuo e podem ser controlados em fase de modo a fazer interface com as micro-ondas geradas.
[079]Em uma modalidade adicional da matéria presentemente revelada, um número de unidades de processamento 10 pode ser conectado em série. Desse modo, cada das unidades de processamento pode ser ajustada com parâmetros operacionais diferentes, como pressão, frequência ou intensidade de campo de micro-onda, velocidade de deslocamento através, etc. por exemplo, o material a ser desidratado pode ser submetido a pressões de vácuo diferentes para controlar a temperatura de vaporização em estágios diferentes à medida que os valores dielétricos de material mudam no curso do processo de desidratação. Em tal exemplo, o material pode ser submetido a uma pressão inferior (isto é, vácuo mais profundo), quando o valor dielétrico diminui, e/ou a percentagem de micro-ondas em excesso do que pode ser absorvido no material pode ser variada. A redução em temperatura de vaporização resulta em uma redução do dano térmico feito ao material sendo desidratado durante o curso do processo de desidratação.
[080]Em uma modalidade adicional da matéria presentemente revelada, o material sendo desidratado pode compreender frutas, vegetais, sucos de fruta, sucos de vegetais, grãos pré-cozidos, culturas bacterianas, vacinas, enzimas, isolados de proteína, hidrocolóides, drogas injetáveis, drogas farmacêuticas, antibióticos, anticorpos, carnes, peixe, frutos do mar, leite, queijos, isolados de proteína de soro de leite, iogurtes, extratos de fruta, extratos de vegetais, extratos de carne, ou qualquer combinação dos mesmos.
[081]Em uma modalidade adicional da matéria presentemente revelada, gases não oxigênio podem ser usados para fornecer uma atmosfera que não é oxidante, caso onde o material a ser desidratado inclua materiais sensíveis a oxigênio.
[082]A presente descrição descreveu até o presente a desidratação de materiais pela remoção de água. Entretanto, será entendido que, em outras modalidades, a presente invenção pode ser adaptada para remover outros constituintes vaporizáveis, como solventes orgânicos ou inorgânicos, ou causar uma mudança química como polimerizar uma resina.
[083]Em uma modalidade adicional da matéria presentemente revelada, propriedades de perda diferentes e características de superfície diferentes em locais diferentes podem ser usadas. Padrões de bordas agudas como pontas estreitas, triângulos, cristas, ressaltos podem ser adicionados à superfície do guia de onda ou substrato e desse modo mudar as intensidades de campo local.
[084]Em uma modalidade adicional da matéria presentemente revelada, sensores e emissores no recipiente podem ser empregados ao longo de um percurso ao lado de ou ao longo da superfície usada para transportar o material a ser desidratado, de tal modo que um conjunto de emissores com conjunto de circuitos de controle de detecção adaptaria então a qualquer pedaço de material a ser desidratado à medida que passa através de cada elemento do conjunto.
[085]Em uma modalidade adicional da matéria presentemente revelada, o guia de onda dielétrico ou substrato é um dielétrico de fluxo que permite que as propriedades dielétricas sejam alteradas para maximizar a intensidade de radiação de micro-onda que pode ser seguramente aplicada ao material sendo seco.
[086]Em uma modalidade adicional da matéria presentemente revelada, é fornecido um método de desidratar um material compreendendo as etapas de:
[087]A. introduzir uma quantidade de um material a ser desidratado em um mecanismo de alimentação de uma primeira unidade de processamento;
[088]B. reduzir pressão no mecanismo de alimentação a uma pressão menor que atmosférica para casar com aquela de uma câmara de vácuo adjacente;
[089]C. transferir o material a ser desidratado a partir do mecanismo de alimentação para dentro da câmara de vácuo onde é colocado em contato ou proximidade estreita com um substrato que é excitado por uma pluralidade de fontes de micro-ondas, de tal modo que micro-ondas em excesso sejam limitadas e o fluxo de micro-ondas possa ser acionado desacionado em fase e/ou nível de potência ou frequência possa ser modulado de modo que os fluxos de micro-onda entrelaçam no substrato, e o material a ser desidratado absorve a maior percentagem de microondas, e de tal modo que o calor absorvido no substrato seja permitido transferir para o material a ser desidratado, e que a detecção de micro-ondas em excesso resulta em um PLC efetuando a fonte de micro-onda a mudar a quantidade ou frequência das micro-ondas ou as propriedades dielétricas do guia de onda ou substrato;
[090]D. levar para longe o vapor resultante do fornecimento de energia suficiente para vaporizar umidade a partir do material a ser desidratado e para fora do recipiente de contenção de micro-onda por uma diferença em pressão a vácuo;
[091]E. regular a pressão do recipiente de vácuo pelo PLC de tal moldo que a bomba a vácuo, condensador, e fontes de micro-ondas assegurem que a temperatura de vaporização esteja em um nível otimizado para o valor dielétrico atual do material a ser desidratado;
[092]F. À medida que o material a ser desidratado transporta a partir do mecanismo de alimentação para o mecanismo de descarga, responder através do PLC a valores dielétricos do material a ser desidratado;
[093]G. transferir o material a ser desidratado para dentro do mecanismo de descarga da primeira unidade de processamento, onde o material é isolado a partir da pressão do recipiente anterior; e
[094]H. submeter o material a ser desidratado à pressão de vácuo existindo na unidade de processamento seguinte, e repetir as etapas c a g à medida que o material de desidratação avança através de cada unidade de processamento subsequente do desidratador e que um segundo lote de uma quantidade definida de material entra na máquina como descrito na etapa a, em que a redução de pressão a partir da unidade de processamento para a unidade de processamento corresponde ao parâmetro ótimo para diminuir a temperatura de vaporização do perfil de secagem dielétrico de material.
[095]Em uma modalidade adicional da matéria presentemente revelada, é fornecido um método de desidratar um material em um VMD que compreende uma única unidade de processamento, o método compreendendo as etapas de:
[096]A. introduzir o material a ser desidratado em um mecanismo de alimentação;
[097]B. reduzir pressão no mecanismo de alimentação a uma pressão menor que atmosférica para casar com aquela de um recipiente de vácuo adjacente;
[098]C. transferir o material a ser desidratado a partir do sistema de alimentação para o recipiente de vácuo onde é colocado em contato ou proximidade estreita com o substrato que é excitado por uma pluralidade de fontes de microondas de tal modo que as micro-ondas em excesso sejam limitadas e fluxo de microondas possa ser acionado e desacionado em fase e/ou nível de energia ou frequência de tal modo que os fluxos de micro-onda entrelacem no substrato, e o material a ser desidratado absorve a maior percentagem de micro-ondas, e de tal modo que o calor absorvido no substrato seja permitido transferido para o material a ser desidratado, e que a detecção de micro-ondas em excesso resulta em um PLC efetuando a fonte de micro-onda para mudar a quantidade de freqüência das microondas;
[099]D. levar para longe o vapor resultando de fornecer energia suficiente para vaporizar umidade no material a ser desidratado e para fora do recipiente de contenção de micro-onda por uma diferença em pressão de vácuo;
[0100]E. regular pressão de recipiente de vácuo pelo PLC de tal modo que a bomba de vácuo, condensador e fontes de micro-onda assegurem que a temperatura de vaporização esteja em nível ótimo para o valor dielétrico atual do material a ser desidratado;
[0101]F. responder através do controle de PLC à medida que o material a ser desidratado desidrata a alterações em valores dielétricos do material a ser desidratado por modificar a pressão operacional do recipiente de vácuo e/ou a quantidade ou frequência de micro-ondas geradas para reduzir a temperatura do material a ser desidratado à medida que seu valor dielétrico diminui até tal ponto que o valor dielétrico corresponda àquele do nível de umidade alvo do material; e
[0102]G. remover o material desidratado através de um mecanismo de descarga.
[0103]Em uma modalidade adicional da matéria presentemente revelada, é fornecido um método como descrito acima, em que a redução de pressão a partir da unidade de processamento para unidade de processamento corresponde aproximadamente aquela do parâmetro ótimo para diminuir a temperatura de vaporização do material a ser desidratado, à medida que o dielétrico diminui durante o curso de desidratação do material a ser desidratado até o nível de umidade desejado.
[0104]Em uma modalidade adicional da matéria presentemente revelada, é fornecido um método como descrito acima, em que o material a ser desidratado compreende ou é escolhido a partir de frutas, vegetais, sucos de fruta, sucos de vegetais, grãos pré-cozidos, culturas bacterianas, vacinas, enzimas, isolados de proteína, hidrocolóides, drogas injetáveis, drogas farmacêuticas, antibióticos, anticorpos, carnes, peixes, frutos do mar, leite, queijos, isolados de proteína de soro de leite, iogurtes, extratos de fruta, extratos de vegetais, extratos de carne ou qualquer combinação dos mesmos.
[0105]Em uma modalidade adicional da matéria presentemente revelada, é fornecido um método como descrito acima, em que o material a ser desidratado é fresco e/ou congelado.
[0106]Em uma modalidade adicional da matéria presentemente revelada, é fornecido um método como descrito acima, onde o material a ser desidratado é encapsulado em um hidrocolóide.
[0107]Em uma modalidade adicional da matéria presentemente revelada, é fornecido um método como descrito acima, onde as reduções em pressão variam de 0.01 a 100 Torr, mais preferivelmente de 0.1 a 30 Torr, ou menos ou igual a 760 Torr. Como descrito acima, o fornecimento de um vácuo na câmara de irradiação é preferido de modo a reduzir a temperatura de vaporização da água ou outra substância sendo removida do material. A principal vantagem oferecida por tais pressões reduzidas é a redução em qualquer dano a materiais sensíveis a calor ou componentes nos materiais. Entretanto, como será entendido, em algumas modalidades, um vácuo pode não ser necessário na câmara de irradiação.
[0108]Em uma modalidade adicional da matéria presentemente revelada, é fornecido um método como descrito acima, em que as reduções em pressão são menores ou iguais a 760 Torr.
[0109]Em uma modalidade adicional da matéria presentemente revelada, é fornecido um método como descrito acima, em que o método é conduzido em condições não de vácuo, que está sob uma pressão maior ou igual a 760 Torr (ou 1 atmosfera).
[0110]Embora a invenção tenha sido descrita com referência a certas modalidades específicas, várias modificações das mesmas serão evidentes para aqueles versadas na técnica. Quaisquer exemplos fornecidos aqui são incluídos unicamente para fins de ilustrar a invenção e não pretendem de modo algum limitar a invenção. Os desenhos fornecidos aqui são exclusivamente para fins de ilustrar vários aspectos da invenção e não pretendem ser traçados em escala ou limitar de modo alguma invenção. O escopo das reivindicações apensas à presente não deve ser limitado pelas modalidades preferidas expostas na descrição acima, porém deve receber a interpretação mais ampla consistente com o presente relatório descritivo como um todo. As revelações de toda técnica anterior mencionada aqui são incorporadas aqui a título de referência na íntegra.

Claims (37)

1. Aparelho para vaporizar uma substância dielétrica vaporizável a partir de um material, a substância dielétrica vaporizável estando sujeita à vaporização após exposição à energia de micro-onda, o aparelho compreendendo: - uma câmara de processamento; - um ou mais geradores de micro-onda, para gerar micro-ondas tendo energia de micro-onda; e - um ou mais guias de onda adaptados para confinar a energia de micro-onda para tal um ou mais guias de onda e área ao redor, e para direcionar, no campo vizinho, a energia de micro-onda ao material; CARACTERIZADO pelo fato de que o um ou mais guias de onda são guias de onda dielétricos não gás adaptados para direcionar a energia de micro-onda gerada para o material por acoplar de forma evanescente a energia de micro-onda ao material.
2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que um ou mais guias de onda dielétricos não gás são compreendidos de um material sólido, semi-sólido ou líquido.
3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda um ou mais pontos de concentração de campo, para concentração da energia eletromagnética em locais discretos.
4. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADO pelo fato de que a substância vaporizável é água.
5. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, CARACTERIZADO pelo fato de que o aparelho compreende ainda um meio para criar um vácuo dentro da câmara de processamento.
6. Aparelho, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de que o meio de criar um vácuo é controlado manualmente ou automaticamente.
7. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 6, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda meio para monitorar a energia eletromagnética dentro da câmara de processamento.
8. Aparelho, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que o meio para monitorar a energia eletromagnética é controlado manualmente ou automaticamente.
9. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda meio para ajustar a intensidade de campo de energia eletromagnética.
10. Aparelho, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que o meio para ajustar a intensidade de campo de energia eletromagnética é controlado manualmente ou automaticamente.
11. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, CARACTERIZADO pelo fato de que o um ou mais guias de onda compreendem ainda lentes para transmitir a energia eletromagnética a partir dos guias de onda para o material.
12. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente meio para monitorar temperatura de superfície do material.
13. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, CARACTERIZADO pelo fato de que o aparelho compreende uma pluralidade de geradores de onda e guias de onda.
14. Aparelho, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADO pelo fato de que a pluralidade de geradores de onda e guias de onda são adaptados para fornecer diferentes intensidades de campo eletromagnético e/ou frequências de onda ao material.
15. Aparelho, de acordo com a reivindicação 13 ou 14, CARACTERIZADO pelo fato de que a pluralidade de guias de onda é disposta linearmente e em que o aparelho inclui ainda um transportador para transportar material para exposição por cada de ditos guias de onda.
16. Aparelho, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO pelo fato de que os guias de onda são dispostos abaixo do transportador.
17. Aparelho, de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADO pelo fato de que o transportador compreende uma das lentes ou dos guias de onda.
18. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 17, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda um condensador para condensar a substância vaporizada após extração a partir do material.
19. Aparelho, de acordo com a reivindicação 18, CARACTERIZADO pelo fato de que o condensador é localizado abaixo dos guias de onda.
20. Aparelho, de acordo com a reivindicação 19, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda um escudo entre o condensador e os guias de onda para evitar que a energia eletromagnética contate o condensador ou a substância condensada.
21. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 15 a 17, CARACTERIZADO pelo fato de que o transportador compreende um material dielétrico.
22. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 21, CARACTERIZADO pelo fato de que a matéria é uma ou mais de frutas, vegetais, sucos de fruta, sucos de vegetais, grãos pré-cozidos, culturas bacterianas, vacinas, enzimas, isolados de proteína, hidrocolóides, drogas injetáveis, drogas farmacêuticas, antibióticos, anticorpos, carnes, peixe, frutos do mar, leite, queijos, isolados de proteína de soro de leite, iogurtes, extratos de fruta, extratos de vegetais, ou extratos de carne.
23. Uso do aparelho como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 21, CARACTERIZADO pelo fato de que o aparelho é utilizado na desidratação de um material contendo água.
24. Uso do aparelho como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 21, CARACTERIZADO pelo fato de que o aparelho é utilizado na esterilização de um material contendo água.
25. Uso, de acordo com a reivindicação 24, CARACTERIZADO pelo fato de que a câmara de processamento é pressurizada para permitir aquecimento da água, porém para evitar vaporização da água.
26. Sistema para vaporizar uma substância vaporizável a partir de um material, a substância vaporizável sendo submetida à vaporização após receber energia eletromagnética, o sistema CARACTERIZADO pelo fato de que compreende dois ou mais dos aparelhos como definidos em qualquer uma das reivindicações 1 a 21 dispostos em série.
27. Sistema, de acordo com a reivindicação 26, CARACTERIZADO pelo fato de que os aparelhos da série são adaptados para fornecer energia eletromagnética de uma frequência e/ou intensidade de campo diferente.
28. Método para vaporizar uma substância dielétrica vaporizável a partir de um material, a substância vaporizável sendo submetida à vaporização após exposição à energia de micro-onda, o método CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: - fornecer uma matéria prima contendo a substância dielétrica vaporizável; - introduzir a matéria prima em uma câmara de processamento; - ajustar a pressão dentro da câmara de processamento, em que dita pressão é monitorada e/ou controlada manualmente ou automaticamente; - aquecer a matéria prima com energia de micro-onda na faixa de campo vizinho pelo menos de um guia de onda dielétrico não gás por acoplar de forma evanescente energia de micro-onda de micro-ondas que passa através e é confinada dentro de pelo menos um guia de onda com o material, a energia de micro-onda sendo suficiente para aquecer e vaporizar a substância, desse modo, resultando em um material tratado em que uma porção da substância foi extraída a partir da matéria prima; e - remover o material tratado a partir da câmara de processamento.
29. Método, de acordo com a reivindicação 28, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos um guia de onda dielétrico não gás é compreendido de um material sólido, semi-sólido ou líquido.
30. Método, de acordo com a reivindicação 28 ou 29, CARACTERIZADO pelo fato de que a substância vaporizável é água.
31. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 28 a 30, CARACTERIZADO pelo fato de que a câmara de processamento está sob condições de vácuo.
32. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 28 a 31, CARACTERIZADO pelo fato de que a energia eletromagnética dentro da câmara de processamento é monitorada e/ou controlada manualmente ou automaticamente.
33. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 28 a 32, CARACTERIZADO pelo fato de que a intensidade de campo de energia eletromagnética é monitorada e/ou controlada manualmente ou automaticamente.
34. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 28 a 33, CARACTERIZADO pelo fato de que a matéria é uma ou mais de frutas, vegetais, sucos de fruta, sucos de vegetais, grãos pré-cozidos, culturas bacterianas, vacinas, enzimas, isolados de proteína, hidrocolóides, drogas injetáveis, drogas farmacêuticas, antibióticos, anticorpos, carnes, peixe, frutos do mar, leite, queijos, isolados de proteína de soro de leite, iogurtes, extratos de fruta, extratos de vegetais, ou extratos de carne.
35. Método para aquecer uniformemente um material com energia eletromagnética, o método CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: - fornecer uma matéria prima; - introduzir a matéria prima em uma câmara de processamento; - aquecer a matéria prima com energia de micro-onda na faixa de campo vizinho pelo menos de um guia de onda dielétrico não gás por acoplar de forma evanescente energia de micro-onda de micro-ondas que passa através de pelo menos um guia de onda com o material, a energia de micro-onda sendo suficiente para aquecer a matéria prima, desse modo, resultando em um material aquecido; e - remover o material tratado a partir da câmara de processamento.
36. Método, de acordo com a reivindicação 35, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos um guia de onda dielétrico não gás é compreendido de um material sólido, semi-sólido ou líquido.
37. Método, de acordo a reivindicação 35 ou 36, CARACTERIZADO pelo fato de que a matéria prima é uma ou mais de frutas, vegetais, sucos de fruta, sucos de vegetais, grãos pré-cozidos, culturas bacterianas, vacinas, enzimas, isolados de proteína, hidrocolóides, drogas injetáveis, drogas farmacêuticas, antibióticos, anticorpos, carnes, peixes, frutos do mar, leite, queijos, isolados de proteína de soro de leite, iogurtes, extratos de fruta, extratos de vegetais, ou extratos de carne.
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