CN102200372B - 一种微波真空冷冻干燥设备 - Google Patents

Abstract

一种微波真空冷冻干燥设备，包括微波功率源和微波真空冷冻干燥装置，所述微波功率源与所述微波真空冷冻干燥装置连接，所述微波真空冷冻干燥装置包括微波谐振腔及真空仓，所述真空仓部分设置在所述微波谐振腔内，所述真空仓可实现微波屏蔽与真空密封的双重功能，以保证微波真空冷冻干燥的冻干条件。本发明是在普通冻干工艺技术的基础上，改变其升华潜热的提供方式，变红外加热为微波加热，使物料内外同时受热，避免了冻干过程中的传热阻力，减少了热量损耗，提高了升华效率，缩短了冻干时间，降低了干燥成本。

Description

一种微波真空冷冻干燥设备

技术领域

本发明涉及一种真空冷冻干燥设备，特别是一种微波真空冷冻干燥设备。

背景技术

真空冷冻干燥技术起源于1890年，当时Altmann用于生物标本的制作。在二战期间由于医药领域的大量应用，使冻干技术得到迅速发展。上世纪50年代到70年代期间，国外对冻干技术特别是冻干技术在食品领域的研究非常活跃。冻干食品一问世就体现出其独特的特性和功用。由于质量好、复水快、营养风味、色泽外形各指标俱佳，因此在国外的一些特殊行业如航空、登山、探险、野战等领域有其独特的地位。在国内进入80年代以后，冻干技术在食品业的应用有较大的发展，出现了几家冻干食品企业，生产出了冻干葱、冻干姜片等冻干产品。但由于冻干工艺的特殊性，加工时间长，能量消耗大，生产成本高，一直得不到大范围的普及推广，这也是制约冻干技术发展的瓶颈。为了提高冻干效率，降低冻干能耗，国外在冻干技术开发的早期就有人进行研究微波冻干技术，早在1957年Jackson和1958年Copson等通过研究发现利用微波加热提供升华热可以大大缩短冷冻干燥的时间。后来在60年代到70年代也有人从不同的角度进行了微波冻干的相关研究，但由于技术条件所限，进展比较缓慢。也有资料断言，微波低压放电问题无法解决，微波冻干不可能实现，随后国外有关微波冻干的研究报道大大减少。近年来，国内又掀起了微波冻干的研究热潮，但多数学者是侧重于理论研究和数学模型的模拟推导，没有发现微波冻干的应用性研究的文献报道。

真空冷冻干燥技术与其他干燥方式相比最大限度地保持了新鲜物料的外形、色泽、营养、风味等特性，所以真空冻干产品倍受消费者的青睐，但由于其耗时长，能耗大，一直制约该技术的发展普及。近年来不少学者试图以改进升华潜热的提供方式，来探讨一种省时节能的冻干方式，这样在保证干燥产品质量的前提下，可以缩短加工时间，降低冻干能耗。微波冻干技术就是通过改进冻干过程中升华潜热的提供方式，采用微波对干燥介质整体加热，无需其它传热媒介的辐射传热，使物料内外同时受热，以速度快、干燥时间短、效率高、能耗低的技术优势，来提供常规冻干过程中所需的升华潜热，避免了传导过程中的传热阻力和热量损耗，来达到缩短冻干时间，降低干燥成本的目的。克服了常规冻干过程中干燥时间长，能量消耗大，干燥成本高的缺点。

但微波真空冷冻干燥在真空条件下很容易产生放电现象，这也是微波冻干技术发展的一大障碍，国内曾有几位学者进行过微波真空冷冻干燥技术研究，但从文献资料分析，更多是侧重于微波冻干过程中的传热传质等机理方面的探讨，真正应用性研究甚少。参见图1，图1为现有技术的微波冻干装置结构示意图，由图可见，该结构的微波谐振腔3位于真空仓4的内部，磁控管1设置在真空仓4外，微波谐振腔3和真空仓4两个腔体分别起到微波供热和真空干燥的作用，其优点是微波屏蔽与真空密封各自单独完成，结构简单，易于实现，但传感器的引线都必须穿过两层腔体，安装和设置均有一定难度；同时在波导中存在一常压与真空的分界面2，该分界面2的材料要求对微波透明而密封真空，材质要求特殊；另外由于在微波波导中的电场强度高，在常压与真空的分界面上，很容易引起微波放电；对微波屏蔽网5的设置要求较高，否则容易导致微波通过真空管6泄露，危害工作人员身体健康。总之，现有技术中关于微波冻干过程中的低压放电的产生及其解决方法及针对微波场不均匀分布的解决方案等方面的研究报导，特别是对微波低压放电、微波屏蔽和真空密封等问题尚未见到科学的解决方案。

专利号为“ZL03249124.7”，专利名称为“用于食品生产的微波冷冻干燥设备”的中国实用新型专利，公开了一种用于食品生产的微波冷冻干燥设备，采用微波磁控管对食品进行加热干燥，可使食品内外同时受热，并使食品中心和外表的水分同时被蒸发，还可使食品的干燥周期缩短，降低了大规模生产的成本，但该专利没有涉及微波冻干技术中微波低压放电、微波屏蔽和真空密封等技术难题的解决。

申请号为“200610010411.4”，名称为“可用于食品药品生产的微波真空冷冻干燥设备”的中国发明专利申请，公开了一种可用于食品药品生产的微波真空冷冻干燥设备，替换了传统冷冻仓的金属内核，打通了真空冷冻干燥中热能的微波辐射通路，可在低压或超低压下，由微波辐射向物料直接提供能量，使物料内外部冰晶中的水分子同时迅速升华，该设备既具有微波对物料内外同时加热的优点，又保留了原有真空冷冻干燥设备预冻时能够迅速降温、解吸后期能够保持温度恒定，但该发明专利申请存在如下问题：

1、没有完全解决微波屏蔽和真空密封的问题；

2、导热塑料可能因为微波长时间作用引起变形或融化；

3、导热玻璃、导热陶瓷等的采用，导致热能损耗过大，与应用微波冻干节约能源的目的相矛盾。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种在30～100Pa的真空压力条件下，微波能量可以顺利馈入，可由微波能提供升华所需潜热，解决微波低压放电问题的微波真空冷冻干燥设备。

为了实现上述目的，本发明提供了一种微波真空冷冻干燥设备，包括微波功率源和微波真空冷冻干燥装置，所述微波功率源与所述微波真空冷冻干燥装置连接，其中，所述微波真空冷冻干燥装置包括微波谐振腔及真空仓，所述真空仓部分设置在所述微波谐振腔内，所述真空仓可实现微波屏蔽与真空密封的双重功能，以保证微波真空冷冻干燥的冻干条件。

上述的微波真空冷冻干燥设备，其中，所述真空仓包括非金属罩和金属仓体，所述微波谐振腔的底部设置有与所述非金属罩适配的开口，所述非金属罩扣接在所述微波谐振腔的底部，所述金属仓体延伸出所述微波谐振腔外，所述金属仓体与所述非金属罩对口拼接，以使所述金属仓体与所述非金属罩共同形成一密闭的容腔，所述金属仓体与所述非金属罩之间设置有微波屏蔽板，用于将微波屏蔽在所述微波谐振腔内，以避免所述微波进入所述金属仓体。

上述的微波真空冷冻干燥设备，其中，所述微波谐振腔由非金属板分隔为各自独立的上腔室和下腔室，所述真空仓设置在所述下腔室中。

上述的微波真空冷冻干燥设备，其中，所述非金属罩为圆柱型的玻璃罩或陶瓷罩，所述金属仓体为带法兰盘的不锈钢圆柱仓，所述法兰盘上设有一凹槽，所述凹槽内设置有密封垫。

上述的微波真空冷冻干燥设备，其中，所述微波屏蔽板为一设置有均匀分布小孔的圆形钢板。

上述的微波真空冷冻干燥设备，其中，所述微波真空冷冻干燥装置还包括设置在所述微波谐振腔内的微波搅拌装置，所述微波搅拌装置用于反射所述微波功率源辐射出的微波，使能量分布均匀。

上述的微波真空冷冻干燥设备，其中，所述微波搅拌装置包括驱动部件、连接部件、波导部件及反射部件。所述反射部件为金属材料，所述波导部件分别与所述微波谐振腔和所述连接部件连接，所述波导部件用于将微波导入所述微波谐振腔内，所述驱动部件通过连接部件与所述反射部件连接以驱动所述反射部件旋转，所述反射部件与所述微波谐振腔的内壁之间形成有波导入口，所述波导入口随所述反射部件的旋转而转动，以将所述波导部件导入的所述微波无规则地反射馈入所述微波谐振腔内。

上述的微波真空冷冻干燥设备，其中，所述微波真空冷冻干燥装置还包括温度传感器，所述温度传感器设置在所述真空仓内。

上述的微波真空冷冻干燥设备，其中，所述温度传感器为热电偶感温传感器，所述热电偶感温传感器的热电偶外设置有金属屏蔽壳，所述热电偶与所述金属屏蔽壳之间充填有高导热陶瓷粉。

本发明的有益功效在于：

1、本发明在微波谐振腔内设置一个包括非金属罩和金属仓体的真空仓，该结构大大降低了微波低压放电的概率，也实现了既通微波又密封真空的目的。同时，温度传感器等部件，可安装在下半部分无微波场分布的金属仓体的真空干燥仓内，避免了在微波场内打火放电现象的发生。

2、采用安装微波搅拌装置的方法使微波谐振腔中的能量分布相对均匀。

3、利用热电偶感温传感器并对热电偶进行屏蔽处理，使其既可感温又不至于引起微波放电，解决了在低压微波场内温度数据采集的难题。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为现有技术的微波冻干装置结构示意图；

图2为本发明一实施例的结构示意图；

图3为本发明又一实施例的结构示意图

图4为本发明一实施例的搅拌槽结构示意图；

图5为图4的左视图；

图6为图4的俯视图；

图7为本发明一实施例的温度传感器结构示意图；

图8为本发明一实施例的温度传感器安装示意图。

其中，附图标记

现有技术

1磁控管                    365绝缘层

2分界面                    204物料盘

3微波谐振腔                205微波搅拌装置

4真空仓

                           51驱动部件

5微波屏蔽网

6真空管                    52连接部件

本发明                     521联轴器

10微波功率源               522连接器

20微波真空冷冻干燥装置     523推力轴承

202微波谐振腔              524螺母

21上腔室                   53反射部件

211谐振腔壁                531搅拌槽

22下腔室                   5311连接孔

203真空仓                  5312底板

31非金属罩                 5313折边

32金属仓体                 5314开口

33微波屏蔽板               54波导部件

34法兰盘                   541波导壁

35密封垫                   542波导入口

36温度传感器               543波导口

361热电偶                  55保护罩

362金属屏蔽壳              206非金属板

363高导热陶瓷粉            207真空管

364引线

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

本发明是在普通冻干工艺技术的基础上，改变其升华潜热的提供方式，变红外加热为微波加热，使物料内外同时受热，避免了冻干过程中的传热阻力，减少了热量损耗，提高了升华效率，缩短了冻干时间，降低了干燥成本。下面对本发明的具体结构及原理予以详细说明。

参见图2，图2为本发明一实施例的结构示意图。本发明的微波真空冷冻干燥设备，包括微波功率源10和微波真空冷冻干燥装置20，所述微波功率源10与所述微波真空冷冻干燥装置20连接，所述微波真空冷冻干燥装置20包括微波谐振腔202及真空仓203，所述真空仓203部分设置在所述微波谐振腔202内，所述真空仓203具有微波屏蔽与真空密封的双重功能，以保证微波真空冷冻干燥的冻干条件。

所述真空仓203包括非金属罩31和金属仓体32，所述微波谐振腔202的底部设置有与所述非金属罩31适配的开口，所述非金属罩31扣接在所述微波谐振腔202的底部，所述金属仓体32延伸出所述微波谐振腔202外，所述金属仓体32与所述非金属罩31对口拼接，以使所述金属仓体32与所述非金属罩31共同形成一密闭的容腔，所述金属仓体32与所述非金属罩31之间设置有微波屏蔽板33，用于将微波屏蔽在所述微波谐振腔202内，以避免所述微波进入所述金属仓体32。所述非金属罩31可为玻璃罩或陶瓷罩，只要是微波透明的材料(即不吸收微波、对微波具有穿透性的材料)均可，本实施例中优选玻璃罩。

真空仓203上半部分是圆柱型非金属罩31，下半部分是带法兰口的金属仓体32，为了与圆柱型非金属罩31适配，该金属仓体32最好也为圆柱形结构，所述端口与所述法兰盘34以螺丝口衔接，所述微波屏蔽板33设置在所述法兰盘34上，在法兰盘34上有一凹槽，槽内放密封垫35，本实施例优选一“O”型硅胶垫，非金属罩31与圆柱形金属仓体32对口拼接，由“O”型硅胶垫密封。该圆柱形金属仓体32与法兰盘34以螺丝口衔接，中间设置微波屏蔽板33，该微波屏蔽板33上均匀分布有φ＝2～4mm小孔。该微波屏蔽板33的功能是：一方面用于屏蔽微波，避免微波进入金属仓体32内，引起该金属仓体32内部的元器件的打火放电，同时防止微波通过真空管207泄露，危害工作人员身体健康；二是可使物料升华出的水气通过小孔经真空管207的抽吸到达冷阱而被捕获。非金属罩31可选用具有一定厚度的玻璃、石英、陶瓷等对微波透明的非金属材质，形状最好为半球形或圆柱形。特殊的形状是为了提高其耐压强度，真空仓203的耐压强度要通过压力校核来确定。非金属罩31功能有二：一是通透微波，使微波谐振腔202的微波能通过非金属罩31进入真空仓203，作用在物料上，提供升华潜热。二是密封真空，提供升华所需的一个真空环境。非金属罩31起到了既通微波又密封真空的作用，该结构大大降低了微波低压放电的概率(因为从波导导入微波谐振腔202以后，再馈入真空仓203，其电场强度降低了几个数量级，放电的几率也会相应的降低)，也达到了既通微波又密封真空的目的。在现有技术中，微波冻干实验台曾采用聚四氟乙烯板在微波馈入的波导口完成通微波、密封真空的功用，但由于其纯度不可能达到100％，所以在微波长时间的作用下会发热变形，从而影响真空密封效果。

本实施例的微波真空冷冻干燥装置20由微波谐振腔202在外，真空冷冻干燥仓即真空仓203在内的半包围式结构形成，具体结构优选为在微波谐振腔202的底部开一圆孔，其直径比金属仓体32的直径大1～2mm，而小于法兰盘34，本实施例中该金属仓体32优选不锈钢仓体，非金属罩31优选为玻璃罩，这样不锈钢仓体悬吊在谐振腔21底部，悬吊面要打磨光滑，与微波谐振腔202底部的开口充分吻合，靠缝隙完全屏蔽微波，没有泄漏。在法兰盘34口上有一圈凹槽，内放耐高温硅胶垫，与上部的玻璃罩嵌合完成真空密封。法兰盘34与不锈钢仓体用丝扣衔接，中间设置微波屏蔽板33。

为了使能量分布更加均匀，取得更好的冻干效果，所述微波真空冷冻干燥装置20还可包括设置在所述微波谐振腔202内的微波搅拌装置205，用于反射所述微波功率源10辐射出的微波，使能量分布均匀，所述微波搅拌装置205设置在所述微波谐振腔202上。真空仓203外是微波谐振腔202，微波功率源10辐射出的微波通过微波搅拌装置205做无规则反射到达微波谐振腔202内，使能量分布相对均匀。

参见图3，图3为本发明又一实施例的微波真空冷冻干燥装置结构示意图。本实施例的微波真空冷冻干燥装置20，包括微波谐振腔202和设置在所述微波谐振腔202上的微波搅拌装置205。为了既保证微波能作用于冻干的物料，也保证上层的微波导入部件不会进入水蒸汽、灰尘等杂质污染和腐蚀，保证设备部件的性能和使用寿命，提高微波能的转换效率，还可以将所述微波谐振腔202用非金属板206分隔为各自独立的上腔室21和下腔室22，所述微波搅拌装置205与所述上腔室21连接，所述下腔室22中设置真空仓203。

本实施例中，微波谐振腔202优选由4mm厚的非金属板206将其分为体积比为1∶6的相互独立的上腔室21和下腔室22两部分，当然也可以根据使用需要确定其他厚度的非金属板206和其他的分割比例，对此没有特别限制，其中，微波搅拌装置205与该上腔室21连接，即上腔室21为搅拌槽531的转动和微波的馈入空间，下腔室22设置了真空仓203，本实施例中的真空仓203可与图2所示实施例中的真空仓结构相同，故在本实施例中对该真空仓结构不作赘述。所述非金属板206可为聚四氟乙烯板、陶瓷板或玻璃板，只要是微波透明的材料(即不吸收微波、对微波具有穿透性的材料)均可，本实施例中优选陶瓷板，该陶瓷板对微波能的吸收可以忽略，这样既保证了微波能作用于冻干的物料，也保证上层的微波导入部件不会进入水蒸汽、灰尘等杂质污染和腐蚀，保证设备部件的性能和使用寿命，提高微波能的转换效率。

家用微波炉，由于磁控管11固定于炉体右侧，微波能从右侧馈入腔内，微波场不太均匀，为了使物料受热相对均匀，家用微波炉在设计时采用了物料盘旋转的方式。该结构一方面不利于安放温度传感器36等部件，另一方面即使采用物料盘旋转结构，料盘中心的物料也是基本不动，无法取得均匀受热的效果。所以我们采用安装微波搅拌装置205的方法来使微波谐振腔2021内的能量分布相对均匀一些。微波搅拌装置205的构成原理是利用金属反射微波的特性，微波首先打在旋转的金属叶轮或搅拌槽上，由金属叶轮或搅拌槽通过旋转做无规则的反射后馈入谐振腔21内，从而使腔内的微波场分布相对均匀。所以本发明采用安装微波搅拌装置205的方法来使微波谐振腔2021内的能量分布相对均匀。

所述微波搅拌装置205包括驱动部件51、连接部件52、波导部件54及反射部件53，所述反射部件53为金属材料，所述波导部件54分别与所述微波谐振腔202和所述连接部件52连接，所述波导部件54用于将微波导入所述微波谐振腔202内，所述波导部件54是由波导壁541、谐振腔21外壁组合而成的固定波导543和搅拌槽53、谐振腔21内壁组合而成的转动波导542两部分组成，微波源发出的微波首先由固定波导543导入搅拌槽53，然后通过转动波导542馈入谐振腔21。发射槽53既属于发射部件，又属于波导部件。所述驱动部件51通过连接部件52与所述反射部件53连接以驱动所述反射部件53旋转，所述反射部件53与所述微波谐振腔202的内壁之间形成有波导入口542，所述波导入口542随所述反射部件53的旋转而转动，以将所述波导部件54通过波导口543导入的所述微波无规则地反射馈入所述微波谐振腔202内。

参见图4、图5及图6，图4为本发明一实施例的搅拌槽结构示意图，图5为图4的左视图，图6为图4的俯视图。本实施例中，所述的反射部件53优选为搅拌槽531，所述搅拌槽531包括底板5312和连接在所述底板5312外缘上的折边5313，所述底板5312上设置有用于与连接部件52连接的连接孔5311，所述折边5313上设置有用于馈入所述微波的多个开口5314。所述底板5312优选为多边形结构，所述多个开口5314设置在所述多边形结构的相邻各边的邻接处。所述连接孔5311偏离所述底板5312的中心位置。至少两个所述开口5314的尺寸和/或形状为不相同，即所述各个开口5314的尺寸大小不同，形状不同，也可以各个开口5314的尺寸和形状均不相同。从而使得谐振腔21内的振荡模式增多，加之波的反射，模式之间相互重叠，从而达到相对均匀分布的效果。

本实施例中的所述底板5312为梯形结构，在梯形的四个边上分别设置有折边5313，所述折边5313最佳为Z字型，该Z字型结构折边5313的上沿部分与所述微波谐振腔202的内壁平行，该梯形结构的底板5312的四边邻接处的折边5313为非闭合结构，即该四个折边5313分别在邻接处设置有开口5314，四个开口5314的尺寸和形状各不相同，也可取形状相同而尺寸不同以使得该开口5314具有不同的截面积。从而使得谐振腔21内的振荡模式增多，加之波的反射，模式之间相互重叠，从而达到相对均匀分布的效果。

所述反射部件53还可为搅拌叶轮。所述搅拌叶轮的轮片可设置为具有不同的半径，和/或所述轮片之间的间隙不等，以使各轮片的转动半径不等和/或间隙间形成的波导入口54尺寸不同，从而使得谐振腔21内的振荡模式增多，加之波的反射，模式之间相互重叠，从而达到相对均匀分布的效果。

所述连接部件52可选用现有技术中的多种连接部件，只要能连接驱动部件51和反射部件53，实现反射部件53在驱动部件51的驱动下旋转运动即可。本实施例中驱动部件51为电机，当然也可为现有技术中其他常用驱动装置，所述连接部件52包括联轴器521、连接器522及推力轴承523，所述联轴器521用于连接所述驱动部件51与所述连接器522一端，所述连接器522另一端通过螺母524与所述反射部件53连接，所述推力轴承523连接在所述连接器522上。本实施例还可包括用于保护该微波搅拌装置205的保护罩55，所述保护罩55与所述连接部件52连接，扣合在所述波导壁541上。波导壁541与上腔室21的外壁组合形成波导，搅拌槽531与上腔室21的谐振腔壁211组合而成波导，在电机的带动下形成转动的波导入口542。推力轴承523承载微波搅拌装置205的转动功能，降低阻力，减小摩擦。保护罩55对整个微波搅拌装置205具有保护功能。

微波搅拌装置205的工作原理是：为了提高微波谐振腔202内微波场分布的均匀性，采用转动的微波搅拌装置205来增加微波谐振腔202内的微波模式，较多模式的磁场叠加使得整个微波谐振腔202内的微波场分布比较均匀。具体而言：

1.受电机的带动，搅拌槽531在匀速转动，搅拌槽531和微波谐振腔202的谐振腔壁211形成旋转的波导入口542；

2.搅拌槽531不对称的设计形成转动半径不同的波导入口542；

3.搅拌槽531的折边5313的开口5314大小及形状不同使导入微波模式不同。

这些结构的设计，使得微波谐振腔202内的振荡模式增多，加之波的反射，模式之间相互重叠，从而达到相对均匀分布的效果。整个微波搅拌装置205的功能就是增加了微波谐振腔202内的振荡模式，提高微波谐振腔202内微波能分布的均匀度。

工作时，微波搅拌装置205通过联轴器521将电机的主动轴和连接器522联结，将搅拌槽531固定在连接器522上，这样电机的转动就带动了搅拌槽531的转动，转动的搅拌槽531与谐振腔21的上壁构成转动的微波馈入的波导入口542。搅拌槽531的不对称性使转动轴的左右两边大小不等，使其形成转动半径不等的两个转动的微波馈入口42。搅拌槽531的四个角的开口5314的形状和大小不同使馈入的微波模式不同，不同模式的微波经过反射后互相叠加，增加了谐振腔21内微波的振荡模式，提高了微波场的均匀度。

参见图7及图8，图7为本发明一实施例的温度传感器结构示意图，图8为本发明一实施例的温度传感器安装示意图。所述微波真空冷冻干燥装置20还可包括温度传感器36，所述温度传感器36设置在所述真空仓203内。所述温度传感器36优选为热电偶感温传感器，所述热电偶感温传感器的热电偶361外设置有金属屏蔽壳362。所述温度传感器36设置在所述微波屏蔽板33上，所述温度传感器36的引线364位于所述真空仓203内。对该温度传感器36采取特殊的屏蔽，即在热电偶361外加一金属屏蔽外壳362，该金属屏蔽壳362优选不锈钢，也可为其他金属材料，在中间热电偶361和金属屏蔽壳362中间充填了高导热陶瓷粉363。如图7是经过屏蔽后的热电偶传感器361，其安装是通过微波屏蔽板33从金属仓体32向上伸入非金属仓体31内，也即进入微波谐振腔202内，设置在微波屏蔽板33上的物料盘204有专门设置的小孔，供温度传感器36的探头通过。其安装示意图如图9。

下面对比本发明与常规冻干工艺的冻干效果：取新鲜冬枣500g，经挑选、清洗、去核、切片(枣片厚度取8mm)后护色，然后在-25±1℃的条件下预冻4h，再入-30℃以下的速冻仓内续冻1h，确保冬枣片中的水分全部冻结成固态的冰。然后移入微波真空冷冻干燥装置20的真空仓203内抽真空，待真空度降到30～100Pa时，打开微波开关，启动微波加热功能，微波功率调节为120W，进行微波真空冷冻干燥6.3h，得微波冻干冬枣片53.8g，经测定水分含量4.1％。实际微波冻干工艺中，为了避免过多能量的馈入而使多余能量以显热的形式融化果肉内的冰晶。一般情况微波馈入能量在120～150W为宜，该工况条件下，既不会引起冰晶融化，又可使物料温度平稳缓慢上升，大约6小时后，物料水分降在3％一下，表明冻干成功。试验结果表明：常规真空冷冻干燥工作期的平均功率为1850W，冻干一个批次耗时10.27h，耗电为19.00kW·h。微波真空冷冻干燥正常状态下工作平均功率为1382W，耗时6.52小时，耗电为9.01kW·h。微波冻干工艺的能耗是常规冻干工艺的47.42％，节能率达52.58％。主要区别在于加热方式，微波加热的能量利用率高，所以较小功率的微波馈入，就足以补充升华潜热，常规冻干以辐射传导型的表面加热提供升华潜热，由于热量转化率低，传递时损耗也大，所以需要较高的能量输入。

综上，本发明具有如下几方面的优点：

1、本发明在微波谐振腔内设置一个非金属罩和不锈钢体组成一个真空仓，该结构大大降低了微波低压放电的概率，也实现了既通微波又密封真空的目的。同时，温度传感器等部件，可安装在下半部分无微波场分布的金属真空干燥仓内，避免了在微波场内打火放电现象的发生。

2、采用安装微波搅拌装置的方法使微波谐振腔中的能量分布相对均匀。

3、利用热电偶感温传感器并对热电偶进行屏蔽处理，使其既可感温又不至于引起微波放电，解决了在低压微波场内温度数据采集的难题。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种微波真空冷冻干燥设备，包括微波功率源和微波真空冷冻干燥装置，所述微波功率源与所述微波真空冷冻干燥装置连接，其特征在于，所述微波真空冷冻干燥装置包括微波谐振腔及真空仓，所述真空仓部分设置在所述微波谐振腔内，所述真空仓可实现微波屏蔽与真空密封的双重功能，以保证微波真空冷冻干燥的冻干条件，所述真空仓包括非金属罩和金属仓体，所述微波谐振腔的底部设置有与所述非金属罩适配的开口，所述非金属罩扣接在所述微波谐振腔的底部，所述金属仓体延伸出所述微波谐振腔外，所述金属仓体与所述非金属罩对口拼接，以使所述金属仓体与所述非金属罩共同形成一密闭的容腔，所述金属仓体与所述非金属罩之间设置有微波屏蔽板，用于将微波屏蔽在所述微波谐振腔内，以避免所述微波进入所述金属仓体。

2.如权利要求1所述的微波真空冷冻干燥设备，其特征在于，所述微波谐振腔由非金属板分隔为各自独立的上腔室和下腔室，所述真空仓设置在所述下腔室中。

3.如权利要求1所述的微波真空冷冻干燥设备，其特征在于，所述非金属罩为圆柱型的玻璃罩或陶瓷罩，所述金属仓体为带法兰盘的不锈钢圆柱仓，所述法兰盘上设有一凹槽，所述凹槽内设置有密封垫。

4.如权利要求1所述的微波真空冷冻干燥设备，其特征在于，所述微波屏蔽板为一设置有均匀分布小孔的圆形钢板。

5.如权利要求1所述的微波真空冷冻干燥设备，其特征在于，所述微波真空冷冻干燥装置还包括设置在所述微波谐振腔内的微波搅拌装置，所述微波搅拌装置用于反射所述微波功率源辐射出的微波，使能量分布均匀。

6.如权利要求5所述的微波真空冷冻干燥设备，其特征在于，所述微波搅拌装置包括驱动部件、连接部件、波导部件及反射部件，所述反射部件为金属材料，所述波导部件分别与所述微波谐振腔和所述连接部件连接，所述波导部件用于将微波导入所述微波谐振腔内，所述驱动部件通过所述连接部件与所述反射部件连接以驱动所述反射部件旋转，所述反射部件与所述微波谐振腔的内壁之间形成有波导入口，所述波导入口随所述反射部件的旋转而转动，以将所述波导部件导入的所述微波无规则地反射馈入所述微波谐振腔内。

7.如权利要求5所述的微波真空冷冻干燥设备，其特征在于，所述微波真空冷冻干燥装置还包括温度传感器，所述温度传感器设置在所述真空仓内。

8.如权利要求1或6所述的微波真空冷冻干燥设备，其特征在于，所述微波真空冷冻干燥装置还包括温度传感器，所述温度传感器设置在所述真空仓内。

9.如权利要求8所述的微波真空冷冻干燥设备，其特征在于，所述温度传感器为热电偶感温传感器，所述热电偶感温传感器的热电偶外设置有金属屏蔽壳，所述热电偶与所述金属屏蔽壳之间充填有高导热陶瓷粉。

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