CN111854374A - 一种真空微波脱水设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种真空微波脱水设备，包括微波箱体；设置于所述微波箱体内部的真空腔体；设置于所述微波箱体的壁面上的微波能量导入口和微波源，所述微波源通过所述微波能量导入口向所述微波箱体内部导入微波能量；设置于所述真空腔体的壁面上的微波窗口；使所述真空腔体沿轴向中心线旋转的驱动装置。本发明的设备结构简单，将微波源和微波窗口分离，微波窗口随着真空腔体的转动而和微波源之间产生相对运动，易于安装和维护，脱水均匀一致性高，脱水效果好，且可以连续自动化生产，能满足大规模商业化应用。

Description

一种真空微波脱水设备
技术领域
本发明涉及微波脱水技术领域，具体地，涉及一种真空微波脱水设备。
背景技术
为了能够在常温条件下长久保存食物和各种天然有机物质，人们通常需要减低其水分含量。相对各种传统及常规脱水手段，真空微波脱水技术有其独特的优势：在真空环境下，不仅氧化反应大大降低，而且水的沸点也随压力的降低而降低，物料得以在较低的温度下脱去水分。特别是当压力低于水的三相点时，物料可以在冷冻状态下以升华的形式脱去水分。同时由于微波能量的辐射不需要导热媒介，可以在真空环境下直接作用于物料的内部，是一种真空条件下的理想热源。
真空微波脱水技术已经发展了超过40年，其在农产品、食品的干燥保鲜及膨化，医药生产方面的快速低温脱水等领域得到了越来越广泛的应用。近年来，随着电子工程技术的发展，真空微波脱水技术的大规模商业化应用也越来越普及。
在实际应用中，最常用的用于加热的微波频率是2450MHz和915MHz, 其波长分别为0.12米和0.33米，远大于大多数物料颗粒的尺寸，而工程实践中经济实用的真空腔体的尺寸一般介于0.5米和2米之间，这就造成了一方面物料颗粒之间的受热不均匀，另一方面微波场在真空腔体内经多次反射后分布不均匀,形成了明显的所谓的"热区"和"冷区"，在"热区"由于微波能量集中，一方面物料极易被烧糊，另一方面集中的能量容易造成电场击穿，形成等离子放电现象，损坏设备。另外，为了能将微波源产生的微波传输进真空腔体，一般都需要在真空腔体的特定位置开一个或数个特定尺寸的微波窗口。由于微波辐射的指向性，在微波窗口附近会形成较强的微波场分布，进一步加重了真空腔体内微波分布不均匀的情况。
针对上述真空微波脱水技术在实际应用中要面对的主要挑战，目前已有不少公开的技术手段和方法。主要集中在物料的搅拌和运动方面。例如公开号为CN205300193U的中国实用新型专利提出了利用一个在真空腔内的微波可以穿透的旋转滚筒，使物料在滚筒内得以不断的翻滚混合，最终获得均匀一致的脱水效果。但是，这个方案中，微波能量需要通过位于真空腔体上的特殊窗口从常压环境导入到真空腔内。使微波能量集中在特定的方向和空间上。位于真空腔内的载料滚筒虽然可以通过转动使不均匀受热的物料得以混合并向前运动，但无法控制物料在"热区 "和"冷区”的停留时间，导致需要非常快的滚筒旋转速度才能使所有物料尽量接受到同等量的微波辐射，这样会对某些物料的结构和外观造成破坏。虽然可以通过增加窗口数目的方法来改善微波场的分布，但这在工程上是会大大增加成本。
专利号为4640020的美国专利提出了一个方案，把多个微波源或其它加热源的导入口设置在微波腔内悬置，并分别指向不同的方向。物料直接均匀铺放放在真空腔体内的传送带上，以期均匀的物料可以通过相对均匀的微波场可以得到均匀的脱水效果。但通常物料，特别是各种农产品，本身是非常不均匀的。另外，将众多的微波导入及引导设备放置在真空腔体内，会造成设备安装和清洗方面的困难，设备的复杂程度和成本都会比较高。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种真空微波脱水设备，解决现有的真空微波脱水设备不能达到均匀脱水、结构复杂，设备成本高，不适用于大规模商业化应用的问题。
根据本发明的一个方面，提供一种真空微波脱水设备，包括：
微波箱体；
设置于所述微波箱体内部的真空腔体；
设置于所述微波箱体上的微波能量导入口和微波源，所述微波源通过所述微波能量导入口向所述微波箱体内部导入微波能量；
微波窗口，所述微波窗口设置于所述真空腔体的壁面上，用于将微波能量传输到所述真空腔体内；
使所述真空腔体沿轴向中心线旋转的驱动装置；
所述微波窗口随着所述真空腔体旋转而与所述微波源之间产生相对运动。
可选地，所述微波窗口由微波可穿透的低介电常数材料制成。
可选地，所述低介电常数材料为陶瓷、玻璃、PTFE材料、UHMW材料、 PP材料或HDPE材料。
可选地，所述真空腔体的材料为金属。
可选地，所述真空腔体的材料为不锈钢。
可选地，所述真空腔体的直径范围从0.1米到19米，其壁厚范围从 0.005米到0.1米。
可选地，所述设备还包括真空发生装置，所述真空发生装置与所述真空腔体的至少一个开口连接，用于使所述真空腔体内部保持真空。
可选地，所述设备还包括：
分别设置于所述真空腔体两个开口端的进料气锁装置和出料气锁装置，所述进料气锁装置和出料气锁装置用于在保持所述真空腔体内部真空度的情况下实现物料在所述真空腔体内的进出。
可选地，所述进料气锁装置的开口两端分别设置有第一进料气锁阀和第二进料气锁阀；所述出料气锁装置的开口两端分别设置有第一出料气锁阀和第二出料气锁阀。
可选地，所述设备还包括进料传送带，用于将所述物料传送至所述进料气锁装置的一端开口。
可选地，所述设备还包括：
设置于所述传送带与所述进料气锁装置一端开口之间的进料漏斗；
设置于所述进料气锁装置另一端开口于所述真空腔体一端开口之间的进料腔；
以及设置于所述真空腔体另一端开口于所述出料气锁装置一端开口之间的出料腔和出料漏斗。
可选地，所述真空管道连接所述真空发生装置与所述进料腔或出料腔。
可选地，所述设备包括支撑所述真空腔体的被动轮，所述驱动装置包括驱动轮和电机,所述电机驱动所述驱动轮使所述真空腔体沿轴向中心线旋转。
可选地，在所述真空腔体两端分别设置有轴向的旋转密封组件。
可选地，在所述微波箱体和所述真空腔体之间设置有温度调节循环泵和温度传感器。这段不要
可选地，所述微波箱体被金属隔板分隔成几个独立的微波室，每个独立的微波室的外壁上开有若干个微波能量导入口，每个导入口上都设置有功率可调的微波源。
可选地，所述设备包括基座，所述微波箱体安装于所述基座上，所述基座的倾斜角度连续可调。
可选地，所述设备还包括转轴和驱动装置，所述基座设置于所述转轴上，由位于所述基座两端的驱动装置对所述基座的水平角度进行调整。
可选地，在所述真空腔体内设置有向内凸起的挡板。
可选地，在所述真空腔体内悬置一传送带。
可选地，所述设备包括设置于所述进料腔内的第一支架和设置于所述出料腔内的第二支架，所述传送带通过两端的第一支架和第二支架固定。
与现有技术相比，本发明具有如下至少一种有益效果：
本发明上述的真空微波脱水设备，将微波源和微波窗口分离，微波窗口随着真空腔体的转动而和微波源之间产生相对运动。这样，通过微波窗口进入真空腔体的微波辐射就会不断地在入射角度和方向上产生连续的变化，从而不会在真空腔体内形成位置固定的"热区"和"冷区"，这从根本上解决了微波在真空腔体内分布不均匀的问题，使物料均匀脱水的要求得以满足。特别是对于最终水分含量的均匀一致性要求较高的产品，如医药和保健产品及原料，都适合采用本方案以得到较高的产品质量。
在本发明的可选实施例中，使用气锁装置在保持所述真空腔体内部真空度的情况下，实现物料在所述真空腔体内的连续进出，可以实现脱水过程的自动化连续生产，适应于大规模工业化脱水生产。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明一实施例的真空微波脱水设备的结构示意图；
图2为本发明一实施例的真空微波脱水设备的剖面图；
图3为本发明另一实施例的真空微波脱水设备的真空腔体内部的结构示意图。
图中：1-微波箱体；2-真空腔体；3-微波窗口；4-温度调节循环泵(去掉)；5-真空发生装置；6-进料气锁装置；7-出料气锁装置；8-温度传感器；9-物料；10-进料传送带；11-漏斗；12-第一进料气锁阀；13- 第二进料气锁阀；14-被动轮；15-驱动轮；16-电机；17-挡板；18,19- 旋转密封组件；20-常压空气；21-金属隔板；22-微波能量导入口；23- 微波源；28-真空管道；29-基座；30-转轴；31-驱动装置；33-进料腔； 34-出料腔；35-出料漏斗；36-第一出料气锁阀；37-第二出料气锁阀； 38-密封圈；50-传送带；51-第一支架；52-第二支架。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
图1为本发明一实施例的真空微波脱水设备的结构示意图，图2为本发明一实施例的真空微波脱水设备的剖面图。
如图1和如图2所示，本发明一实施例的真空微波脱水设备包括：微波箱体1；设置于微波箱体1内部的真空腔体2；设置于微波箱体1 上的微波能量导入口22和微波源23，微波源23通过微波能量导入口22 向微波箱体1内部导入微波能量；真空发生装置5，与真空腔体2的至少一个开口连接，用于使真空腔体2内部保持真空；微波窗口3，微波窗口3设置于真空腔体2的壁面上，用于将微波能量导入口22导入到微波箱体1内的微波能量进一步传输到所述真空腔体2内；以及使真空腔体 2沿轴向中心线旋转的驱动装置，微波窗口3随着真空腔体2旋转而与微波源23之间产生相对运动。驱动装置可以设置在真空腔体下方。
本发明上述的实施例的结构，将微波源23和微波窗口3分离，微波窗口3随着真空腔体2的转动而和微波源23之间产生相对运动，这样通过微波窗口3进入真空腔体2的微波辐射就会不断地在入射角度和方向上产生连续的变化，从而不会在真空腔体2内形成位置固定的"热区"和" 冷区"，解决了微波在真空腔体2内分布不均匀的问题。
上述的微波能量导入口22和微波源23可以设置于微波箱体1的壁面上，当然，也可以设置在其他地方。不要
上述的微波窗口3可以由微波可穿透的低介电常数材料制成，包括但不限于：陶瓷、玻璃、PTFE材料、UHMW材料、PP材料、HDPE材料。可以根据实际使用情况选择。
上述的真空腔体2的材料为金属，优选地为不锈钢材质，可以更好地实现高真空和微波脱水。真空腔体2可以是一个整体，也可由数段由法兰连接而成以便于运输。真空腔体2的直径范围从0.1米到19米，其壁厚可以从0.005米到0.1米。
在其他实施例中，真空腔体2的材料、形状、尺寸等并不局限于上述，具体可以根据实际使用的情况进行选择。
如图1所示，在本发明的另一优选实施例中，真空微波脱水设备在上述实施例基础上，还可以包括分别设置于真空腔体2两个开口端的进料气锁装置6和出料气锁装置7，用于在保持真空腔体2内部真空度的情况下实现物料9在真空腔体2内的进出。
具体地，在一实施例中，进料气锁装置6的开口两端分别设置有第一进料气锁阀12和第二进料气锁阀13，通过第一进料气锁阀12和第二进料气锁阀13的交替开关，实现物料9在进入真空腔体2的时候保持真空腔体2内部的真空度。出料气锁装置7的开口两端分别设置有第一出料气锁阀36和第二出料气锁阀37，通过第一出料气锁阀36和第二出料气锁阀37的交替开关，实现物料9在出真空腔体2的时候保持真空腔体 2内部的真空度。
在另一实施例中，真空微波脱水设备还可以包括进料传送带10，用于将物料9传送至进料气锁装置6的一端开口，用于连续性的进料。进一步的，真空微波脱水设备还可以包括设置于传送带10与进料气锁装置 6一端开口之间的进料漏斗11；设置于进料气锁装置6另一端开口于真空腔体2一端开口之间的进料腔33；以及设置于真空腔体2另一端开口于出料气锁装置7一端开口之间的出料腔34和出料漏斗35。通过进料传送带10、进料漏斗11、进料腔33的设置，可以实现快速的连续进料，通过出料腔34和出料漏斗35的设置，可以实现连续性的出料。
更进一步的，在另一实施例中，真空微波脱水设备还可以包括真空管道28，真空管道28连接真空发生装置5与进料腔33或出料腔34，以便及时移除脱水过程中产生的水蒸气和腔内的空气。
上述实施例的真空微波脱水设备在工作时，待脱水的物料9通过进料传送带10加载到进料漏斗11，并经过交替开关的进料气锁装置6中的第一进料气锁阀12和第二进料气锁阀13，物料9在重力作用下通过进料腔33进入真空腔体2。而在真空腔体2的另一端，经过脱水后的物料9通过出料腔34进入出料漏斗35，在重力作用下，经过交替开关的出料气锁装置7中的第一出料气锁阀36和第二出料气锁阀37。这样就实现了连续式的进出料而不影响真空腔体2内的压力。工作过程中，真空腔体2内的压力范围可以在0到500mbar之间。
本发明上述优选实施例中，使用气锁装置在保持所述真空腔体内部真空度的情况下，实现物料在所述真空腔体内的连续进出，可以实现脱水过程的自动化连续生产，适应于大规模工业化脱水生产。
如图1和图2所示，在本发明的另一优选实施例中，真空微波脱水设备还可以包括支撑真空腔体2的被动轮14，驱动装置包括驱动轮15 和电机16,电机16驱动驱动轮15使真空腔体2沿轴向中心线旋转，电机16的转速可调。
在真空腔体2的两端设置有轴向旋转密封组件18，19，以保持真空腔体2的气密性。
如图1和图2所示，真空腔体2内设置有向内凸起的挡板17，用于在脱水时搅拌物料9，以获得更均匀的脱水效果。
在微波箱体1和真空腔体2之间设置有温度调节循环泵4和温度传感器8，温度调节循环泵4用于加热或冷却微波箱体1内的常压空气20，并有温度传感器8检测微波箱体1内的温度变化。
在工作时，位于微波箱体1和真空腔体2之间的常压空气20的温度可以通过加热或制冷的方式控制在100℃到零下60℃之间。
如图1和图2所示，在本发明的一实施例中，微波箱体1被金属隔板21分隔成几个独立的微波室，每个独立的微波室的外壁上开有若干个微波能量导入口22，每个导入口上都设置有功率可调的微波源23。同时，在每个微波室里对应的一段真空腔体2上各设置一个或多个微波窗口3，比如一段真空腔体2上各设置两个微波窗口3，材料是UHMW。进一步的，在微波窗口3和真空腔体2的结合处可以设置一个密封圈38，用于更好地保持真空环境。在工作时，每个微波室的功率可以在0到50KW之间调整，微波的频率可以是2450MHz或915MHz。随着真空腔体2的旋转，透过微波窗口3的微波辐射会从各个角度和方向对物料9进行加热，使物料9最终得到均匀一致的脱水效果，而且可以根据实际需要对每段真空腔体2的微波能量进行调节控制。
如图1和图2所示，在本发明一优选实施例中，真空微波脱水设备还包括基座29，微波箱体1安装于基座29上。基座29的倾斜角度连续可调。通过调整基座29的角度，可以调整物料9在真空腔体2内停留的时间长短以及真空腔体2内物料9的总量，以达到更好的脱水效果。具体地，在一具体实施例中，真空微波脱水设备还包括转轴30和驱动装置 31，基座29安装在转轴30上，驱动装置31位于基座29两端，由位于基座29两端的驱动装置31对基座29的水平角度进行调整。
图3为本发明另一实施例的真空微波脱水设备的真空腔体内部的结构示意图。
如图3所示，在上述实施例的基础上，本实施例取消真空腔体2内的挡板17，在真空腔体2内悬置一传送带50。在工作时，通过进料气锁装置6进入进料腔33的物料9均匀分布在传送带50上，以一定的速度通过旋转的真空腔体2。期间，透过微波窗口3的微波辐射会从各个角度和方向对物料9进行加热，使物料9最终得到均匀一致的脱水效果。
在一优选实施例中，真空微波脱水设备还可以包括设置于进料腔33 内的第一支架51和设置于出料腔34内第二支架52，传送带50通过两端的第一支架51和第二支架52固定。
本发明上述实施例的真空微波脱水设备，将微波源和微波窗口分离，微波窗口随着真空腔体的转动而和微波源之间产生相对运动。这样，通过微波窗口进入真空腔体的微波辐射就会不断地在入射角度和方向上产生连续的变化，从而不会在真空腔体内形成位置固定的"热区"和"冷区"，这从根本上解决了微波在真空腔体2内分布不均匀的问题，使物料均匀脱水的要求得以满足。特别是对于最终水分含量的均匀一致性要求较高的产品，如医药和保健产品及原料，都适合采用本方案以得到较高的产品质量。
进一步地，在部分优选实施例中，使用气锁装置在保持真空腔体内部真空度的情况下，实现物料在真空腔体内的连续进出，可以实现脱水过程的自动化连续生产，适应于大规模工业化脱水生产。在工作时，物料可以直接与真空腔体接触并随真空腔体的转动而翻滚混合，也可以静置于传送带上通过真空腔体，以满足不同物料的脱水特性。
综上，本发明相对于现有的真空脱水设备，将微波源和微波窗口分离，微波窗口随着真空腔体的转动而和微波源之间产生相对运动，结构简单，易于安装和维护，脱水均匀一致性高，脱水效果好，且可以连续自动化生产，能满足大规模工业化生产。本发明适用于各种有机含水物料如食物、农产品，冷冻的含水物料如蛋白质或医药原料。
以上所述实施例中的各技术特征可以参照上述实施例进行工作，也可以根据实际需要进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (21)

1.一种真空微波脱水设备，包括：
微波箱体(1)；
设置于所述微波箱体(1)内部的真空腔体(2)；
设置于所述微波箱体(1)上的微波能量导入口(22)和微波源(23)，所述微波源(23)通过所述微波能量导入口(22)向所述微波箱体(1)内部导入微波能量；
其特征在于，还包括：
用于将微波能量传输到所述真空腔体(2)内的微波窗口(3)，所述微波窗口(3)设置于所述真空腔体(2)的壁面上；
使所述真空腔体(2)沿轴向中心线旋转的驱动装置(15,16)；
所述微波窗口(3)随着所述真空腔体(2)旋转而与所述微波源(23)之间产生相对运动。
2.根据权利要求1所述的真空微波脱水设备，其特征在于，所述微波窗口(3)由微波可穿透的低介电常数材料制成。
3.根据权利要求2所述的真空微波脱水设备，其特征在于，所述低介电常数材料为陶瓷、玻璃、PTFE材料、UHMW材料、PP材料或HDPE材料。
4.根据权利要求1、2或3任一项所述的真空微波脱水设备，其特征在于，所述真空腔体(2)的材料为金属。
5.根据权利要求4所述的真空微波脱水设备，其特征在于，所述真空腔体(2)的材料为不锈钢。
6.根据权利要求4所述的真空微波脱水设备，其特征在于，所述真空腔体(2)的直径范围从0.1米到19米，其壁厚范围从0.005米到0.1米。
7.根据权利要求1所述的真空微波脱水设备，其特征在于，还包括：
真空发生装置(5)，与所述真空腔体(2)的至少一个开口连接，用于使所述真空腔体(2)内部保持真空。
8.根据权利要求7所述的真空微波脱水设备，其特征在于，还包括：
分别设置于所述真空腔体(2)两个开口端的进料气锁装置(6)和出料气锁装置(7)；
所述进料气锁装置(6)和出料气锁装置(7)用于在保持所述真空腔体(2)内部真空度的情况下实现物料(9)在所述真空腔体(2)内的进出。
9.根据权利要求8所述的真空微波脱水设备，其特征在于，所述进料气锁装置(6)的开口两端分别设置有第一进料气锁阀(12)和第二进料气锁阀(13)；所述出料气锁装置(7)的开口两端分别设置有第一出料气锁阀(36)和第二出料气锁阀(37)。
10.根据权利要求8所述的真空微波脱水设备，其特征在于，包括进料传送带(10)，用于将所述物料(9)传送至所述进料气锁装置(6)的一端开口。
11.根据权利要求10所述的真空微波脱水设备，其特征在于，包括：
设置于所述传送带(10)与所述进料气锁装置(6)一端开口之间的进料漏斗(11)；
设置于所述进料气锁装置(6)另一端开口于所述真空腔体(2)一端开口之间的进料腔(33)；
以及设置于所述真空腔体(2)另一端开口于所述出料气锁装置(7)一端开口之间的出料腔(34)和出料漏斗(35)。
12.根据权利要求11所述的真空微波脱水设备，其特征在于，还包括：
真空管道(28)，所述真空管道(28)连接所述真空发生装置(5)与所述进料腔(33)或出料腔(34)。
13.根据权利要求1所述的真空微波脱水设备，其特征在于，还包括：
支撑所述真空腔体(2)的被动轮(14)；
所述驱动装置(15,16)包括驱动轮(15)和电机(16),所述电机(16)驱动所述驱动轮(15)使所述真空腔体(2)沿轴向中心线旋转。
14.根据权利要求1所述的真空微波脱水设备，其特征在于，在所述真空腔体(2)两端分别设置有轴向的旋转密封组件(18,19)。
15.根据权利要求1所述的真空微波脱水设备，其特征在于，在所述微波箱体(1)和所述真空腔体(2)之间设置有温度调节循环泵(4)和温度传感器(8)。
16.根据权利要求1所述的真空微波脱水设备，其特征在于，所述微波箱体(1)被金属隔板(21)分隔成几个独立的微波室，每个独立的所述微波室的外壁上开有若干个微波能量导入口(22)，每个导入口上都设置有功率可调的微波源(23)。
17.根据权利要求1所述的真空微波脱水设备，其特征在于，包括基座(29)，所述微波箱体(1)安装于所述基座(29)上，所述基座(29)的倾斜角度连续可调。
18.根据权利要求17所述的真空微波脱水设备，其特征在于，还包括转轴(30)和驱动装置(31)，所述基座(29)设置于所述转轴(30)上，由位于所述基座(29)两端的驱动装置(31)对所述基座(29)的水平角度进行调整。
19.根据权利要求1至18任一项所述的真空微波脱水设备，其特征在于，在所述真空腔体(2)内设置有向内凸起的挡板(17)。
20.根据权利要求1至18任一项所述的真空微波脱水设备，其特征在于，在所述真空腔体(2)内悬置一传送带(50)。
21.根据权利要求20所述的真空微波脱水设备，其特征在于，还包括：
设置于所述进料腔(33)内的第一支架(51)；
设置于所述出料腔(34)内的第二支架(52)；
所述传送带(50)通过两端的第一支架(51)和第二支架(52)固定。
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