CN102226635B - 一种微波连续冻干装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微波连续冻干装置，涉及冷冻干燥设备技术领域，包括冻干仓、微波屏蔽板、真空捕水系统和微波仓，所述冻干仓包括上方仓口、左仓壁、右仓壁和底仓壁，所述左仓壁、右仓壁和底仓壁均由非金属透波材料制成，非金属透波材料如聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯或石英玻璃。本发明解决了微波在冻干环境下辉光放电导致冻干失败的技术难题，使微波能真正具备在冻干工业环境下的使用；同时，本发明实现了真空环境下的微波不会被冻干仓壁反射，冻干仓中的微波场更加均匀，冻干成品率高，品质优良。

Description

一种微波连续冻干装置
技术领域
    本发明涉及冷冻干燥设备技术领域，确切地说涉及一种使用微波为热源的连续冷冻干燥装置。
背景技术
冻干技术是将含水物料先行冻结，然后使物料中的水分在高真空环境下直接从固相转化为气相排出而得到干燥产品的方法，又称为升华干燥。传统冻干方式一般采用热板或红外辐射板提供升华热，在食品、医药、新材料加工等领域有着广泛的应用，但其干燥速率低、周期长、设备复杂、制造成本高、耗电量巨大，严重制约了冻干技术的进一步发展。
微波冻干是将高效的微波辐射加热技术和真空冻干技术相结合的一项新技术，利用微波的立体加热特性，在微波场作用下使物料中的水分子发生震动和相互摩擦，从而将电能转化为物料中水分升华所需的升华潜热，相对于传统冻干方式，其最大优势就是干燥速度快、热效率高，冻干速度是常规加热方式的4~20倍。
微波冻干技术的最大技术难点在于真空环境下微波的辉光放电，冻干所需真空压力一般在1~610Pa之间，而此真空压力正是微波场极易击穿放电的压力区间。在实际应用中，微波在冻干仓中频繁发生辉光放电，引起冻干仓内气体离子化，导致物料有害变化和微波有效加热功率损失，导致冻干失败。经文献检索，未见国内外关于微波冻干技术的大规模工业化应用的报道。
国内发明专利申请200910181720.1“一种双仓体差压式微波真空冷冻干燥设备”，公开号101608862，公开日2009年12月23日，公开了一种微波冻干装置，其冻干仓体由透射隔流板分隔成第一仓室和第二仓室，磁控管位于第一仓室，其相对真空度小于放电临界值；物料承载装置位于第二仓室，并通过屏蔽过流板与冷阱相联。其第二仓室仍然是真空空间，微波在此空间中，仍然会发生频繁放电现象，采用这种方式，只是降低了发生辉光放电的概率，实践证明，这种简单将冻干仓分隔成两个不同气压仓的方法，无法从根本上解决真空放电现象的产生，也不具备在工业环境下的使用，实施困难。
国内发明专利申请200910059544.4“微波连续冻干系统”，公开了一种连续微波冻干装置，公开号 101922855A，公开日2010年12月22日，采用复合式微波冻干仓，其发明内容是：包括微波真空冻干装置、真空捕水装置、真空进料装置、真空出料装置，在微波真空冻干装置中设置有由常压微波腔和真空微波腔组成的复合式冻干仓，在常压微波腔和真空微波腔之间由可透过微波的真空隔板进行分隔，真空微波腔与真空捕水装置的蒸汽通道相连，在真空微波腔与蒸汽通道之间由由多孔透气微波屏蔽板进行隔开；其技术核心是将冻干仓用透波材料分隔成常压微波腔和真空冻干仓，以解决微波在真空环境下易产生放电的现象。实验证明，这种采用透波材料将冻干仓分隔成真空仓及常压微波仓的方式，在一定程度上降低了放电放生概率，但，由于只是将冻干仓采用透波材料分隔，既冻干仓一面为金属导通板，两面为金属板，一面为透波材料，这种方式下，微波在真空环境下经冻干仓内三面金属仓壁反射后，造成微波场不均匀，物料干燥也不均匀，成品率底，品质差。同时，皮带输送系统的进料皮带和返回皮带同在冻干仓内，增加了制造难度及成本，运行故障率高，实施较困难。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出了一种微波连续冻干装置，本发明解决了微波在冻干环境下辉光放电导致冻干失败的技术难题，使微波能真正具备在冻干工业环境下的使用；同时，本发明实现了真空环境下的微波不会被冻干仓壁反射，冻干仓中的微波场更加均匀，冻干成品率高，品质优良。
本发明是通过采用下述技术方案实现的：
一种微波连续冻干装置，包括冻干仓、微波屏蔽板、真空捕水系统和微波仓，其特征在于：所述冻干仓包括上方仓口、左仓壁、右仓壁和底仓壁，所述左仓壁、右仓壁和底仓壁均由非金属透波材料制成，非金属透波材料如聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯或石英玻璃。
所述微波屏蔽板连接在微波仓的上方仓口上形成微波仓的一个仓壁。
所述冻干仓位于微波仓内，且冻干仓的上方仓口与所述微波屏蔽板相连。
所述微波屏蔽板上开有多个透气通孔，所述冻干仓通过微波屏蔽板与所述真空捕水系统相连。
所述冻干仓截面形状呈“凹”型，凹型的顶部即为上方仓口。
所述冻干仓内空间体积尺寸占整个冻干仓外体积尺寸的30%~65%。
所述冻干仓内物料体积占整个冻干仓内空间体积的35%~90%。
还包括有物料输送带，所述物料输送带是四氟玻纤输送带，所述四氟玻纤输送带是网带或是无孔或有孔的平带，物料输送带的进料皮带安装在冻干仓中，返回皮带经外部返回。
还包括真空连续进料机构和真空连续出料机构。
本发明是如下工作运行的：
冻结的待冻干物料，经真空连续进料系统和微波抑制器，连续进入凹形冻干仓中的物料输送系统上，此时，微波经微波溃口进入微波仓中，透过冻干仓壁，作用于其中物料输送系统上的物料，由微波提供物料中水分升华热；物料中水分升华后，经微波屏蔽板上的通孔，进入真空捕水系统，从而完成冻干，干燥的物料经微波抑制器及真空连续出料系统连续送出。
与现有技术相比，本发明的有益效果表现在：
1、本冻干仓的左仓壁、右仓壁和底仓壁均由非金属透波材料制成，加工制造容易；真空密封性能佳；且能解决微波在真空环境下的辉光放电，保证冻干所需环境不被破坏；由于冻干仓三面都是非金属材质的透波材料，真空环境下的微波不会被冻干仓壁反射，冻干仓中的微波场更加均匀，冻干成品率高，品质优良，与现有技术相比，带来了意想不到的技术效果。
2、本发明的微波屏蔽板连接在微波仓的上方仓口上形成微波仓的一个仓壁，这样的结构形式具有加工方便，结构简单的优点。
冻干仓位于微波仓内，且冻干仓的上方仓口与所述微波屏蔽板相连，微波屏蔽板上开有多个透气通孔，可抑制微波微波通过，并能保证水蒸气通过，在真空捕水系统与冻干仓直接加装微波屏蔽板，可抑制微波进入捕水系统，同时冻干仓内的水蒸气可被捕水系统捕捉。
3、冻干仓截面形状呈“凹”型，这样的结构形式通过多次反复实验，“凹”型具有最佳的可避免辉光放电发生的技术效果。
4、冻干仓内空间体积尺寸占整个冻干仓外体积尺寸的30%~65%；冻干仓内物料体积占整个冻干仓内空间体积的35%~90%，经过多次反复实验，这种体积关系可避免辉光放电的发生。
5、物料输送带采用微波低损耗材料，如四氟玻纤输送带，这种特性材料不吸收微波能量，最大限度保证微波能量作用于物料上。
6、真空连续进料机构和真空连续出料机构，具有保护真空特性，可将物料连续送入/送出真空环境，而不破坏真空环境。
附图说明
下面将结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明，但不以任何方式限制本发明。
图1是本发明装置的横向剖视图；
图2是本发明装置的纵向剖视图。
图中：1、真空捕水系统，2、微波屏蔽板，3、物料，4、物料输送系统，5、冻干仓，6、微波仓，7、微波系统，8、微波抑制器，9、连续进料系统，10、连续出料系统。
具体实施方式
实施例1
作为本发明最简单的一种实施例，在现有微波连续冻干装置的基础上，如背景技术中所列举的两种现有冻干装置，将冻干仓的左仓壁、右仓壁和底仓壁采用非金属透波材料制成，非金属透波材料如聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯或石英玻璃。
实施例2
作为本发明最佳实施例，如图1、2所示，由真空连续进料机构9、真空连续出料机构10、微波系统7、微波抑制器8、真空捕水系统1、微波仓6、物料传输系统4、冻干仓5以及微波屏蔽板2构成。
其中，冻干仓5采用无毒、无异味、具有一定强度、透波、微波低损耗、一定耐温能力的非金属透波材料制成，如聚四氟乙烯等；
微波屏蔽板2采用金属制成，开有均匀的通孔，可抑制微波通过，并能保证水蒸气通过；
冻干仓5截面形状为“凹”形，上面安装有微波屏蔽板2，再与真空捕水系统1相连接；
冻干仓5安装在微波仓6内，通过微波屏蔽板2相连接，既微波屏蔽板2构成微波仓6的一仓壁；
微波系统7的微波馈口安装在微波仓6的仓壁上，非微波屏蔽板2一侧的仓壁上；
物料输送系统4，采用连续循环运转的输送带，由微波低损耗、无毒、无异味材质制成，如四氟玻纤输送带等；
物料输送系统4，进料皮带安装在冻干仓5的凹形槽中，返回皮带不经冻干仓5返回，由外部返回；
真空连续进料系统和真空连续出料系统，具有保护真空特性，可将物料连续送入/送出真空冻干仓，而不破坏真空环境；
微波抑制器8采用矩阵销钉抑制器，可抑制微波泄漏及物料的通过。
实施例3
由图1、2所示构成微波连续冻干装置。
微波系统采用频率为2450MHz微波源，裂缝天线馈入方式，单台波源功率2kW，多台组合后总功率达到30kW；冻干仓5由聚四氟乙烯制成；物料输送系统4传输带采用四氟涂膜玻纤带；物料3为含水率65%已冻结至共晶点以下的物料。
主要运行过程如下：
真空捕水系统1抽真空，使冻干仓5气压降为133Pa以下；
物料3由连续进料系统9、微波抑制器8连续送入物料输送系统4中的输送带上；
物料系统4将物料3连续送入冻干仓5中；
微波系统7将微波馈入微波仓6中，微波穿透冻干仓5的仓壁，为其中的物料3提供升华所需热量；
物料3中水分升华的水蒸气，经微波抑制板2上的通孔进入真空捕水系统1中，从而保证冻干所需真空压力不升高；
干燥的物料3，由物料输送系统4的输送带连续送出冻干仓5，经微波抑制器8与连续出料系统10，被连续送出装置，获得冻干物料。

Claims (4)

1.一种微波连续冻干装置，包括冻干仓、微波屏蔽板、真空捕水系统和微波仓，其特征在于：所述冻干仓包括上方仓口、左仓壁、右仓壁和底仓壁，所述左仓壁、右仓壁和底仓壁均由非金属透波材料制成；
微波屏蔽板上开有多个透气通孔，所述冻干仓通过微波屏蔽板与所述真空捕水系统相连；冻干仓截面形状呈“凹”型，上面安装有所述开有多个透气通孔的微波屏蔽板，“凹”型的顶部即为上方仓口；
所述冻干仓内空间体积尺寸占整个冻干仓外体积尺寸的30%~65%；所述冻干仓内物料体积占整个冻干仓内空间体积的35%~90%；
还包括有物料输送带，所述物料输送带是四氟玻纤输送带，所述四氟玻纤输送带是网带或是无孔或有孔的平带，物料输送带的进料皮带安装在冻干仓中，返回皮带经外部返回；
还包括真空连续进料机构和真空连续出料机构，真空连续进料机构和物料输送系统之间设置有微波抑制器，真空连续出料机构和物料输送系统之间设置有微波抑制器，微波抑制器采用矩阵销钉抑制器。
2.根据权利要求1所述的微波连续冻干装置，其特征在于：所述微波屏蔽板连接在微波仓的上方仓口上形成微波仓的一个仓壁。
3.根据权利要求1或2所述的微波连续冻干装置，其特征在于：所述冻干仓位于微波仓内，且冻干仓的上方仓口与所述微波屏蔽板相连。
4.根据权利要求1所述的微波连续冻干装置，其特征在于：所述非金属透波材料是聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯或石英玻璃。
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