DE102005004912A1

DE102005004912A1 - Mikrowellen-Vakuumtrocknungsvorrichtung und Verfahren zum Mikrowellen-Vakuumtrocknen

Info

Publication number: DE102005004912A1
Application number: DE200510004912
Authority: DE
Inventors: Rolf Prof. Dr.-Ing. Jansen; Andreas Dr.-Ing. John; Dirk Dipl.-Ing. Heinrichs
Original assignee: AC MICROWAVE GmbH
Current assignee: AC MICROWAVE GmbH
Priority date: 2005-02-02
Filing date: 2005-02-02
Publication date: 2006-08-03

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Mikrowellen-Vakuumtrocknungsvorrichtung (1) mit einer für Mikrowellen undurchlässigen Vakuumkammer (2), in der ein drehbarer Träger (3) für zu trocknende Substanzen angeordnet ist, denen Mikrowellenenergie aus einer Mikrowellenquellenanordnung (7, 8) zuführbar ist, wobei eine Waage (5) zum Erfassen des Gewichts der zu trocknenden Substanzen während des Trocknungsvorgangs vorgesehen ist, deren Meßwert zum gewichtsabhängigen Einstellen der den zu trocknenden Substanzen zugeführten Mikrowellenleistung verwendbar ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Mikrowellen-Vakuumtrocknen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Mikrowellen-Vakuumtrocknungsvorrichtung und ein Verfahren zum Mikrowellen-Vakuumtrocknen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 10.

Eine Mikrowellen-Vakuumtrocknungsvorrichtung und ein Verfahren zum Mikrowellen-Vakuumtrocknen sind z.B. aus der DE 44 18 608 A1 bekannt. In einer für Mikrowellen undurchlässigen Vakuumkammer ist dort ein drehbarer Träger für zu trocknende Substanzen wie Lebensmittel, Pharmazeutika od. dgl. angeordnet. Den zu trocknenden Substanzen wird Mikrowellenenergie aus einer Mikrowellenquelle mit einer substanzabhängigen und über den Trocknungsvorgang konstanten Leistung zugeführt. Hierbei kann es in der Endphase des Trocknungsvorgangs infolge zu langer und/oder zu starker Mikrowellenzufuhr zu einer Beschädigung der zu trocknenden Substanzen kommen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Mikrowellen-Vakuumtrocknungsvorrichtung und ein Verfahren zum Mikrowellen-Vakuumtrocknen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 10 zu schaffen, die eine schonendere Trocknung ermöglichen.

Diese Aufgabe wird entsprechend den Merkmalen der Ansprüche 1 und 10 gelöst.

Hierdurch werden eine Mikrowellen-Vakuumtrocknungsvorrichtung und ein Verfahren zum Mikrowellen-Vakuumtrocknen geschaffen, bei denen die den zu trocknenden Substanzen zugeführte Mikrowellenleistung während des Trocknungsvorgangs in Abhängigkeit des Gewichts der zu trocknenden Substanzen einstellbar ist. Hierdurch kann zu jedem Zeitpunkt eine optimale Mikrowellenleistung abhängig vom tatsächlichen Trocknungsgrad eingestellt werden. Insbesondere kann die Mikrowellenleistung bei verringertem Gewicht der zu trocknenden Substanzen verringert oder bei Erreichen eines Zielgewichts ausgeschaltet werden. Eine Beschädigung infolge zu hoher oder zu langer Bestrahlung wird auf diese Weise ausgeschlossen.

Vorzugsweise umfaßt der Träger mehrere Trägerebenen. Hierdurch ergibt sich eine gute Raumfüllung mit zu trocknenden Substanzen, insbesondere bei Stückgut, unter Sicherstellung gleichmäßiger Bestrahlung.

Eine geeignete Mikrowellenquellenanordnung stellt eine gleichmäßige Bestrahlung der zu trocknenden Substanzen sicher.

So sind vorzugsweise mehrere Mikrowellenquellen, zweckmäßigerweise in Form von Magnetronköpfen, helixartig um den Träger und insbesondere an der Außenwand der Vakuumkammer angeordnet. Die Mikrowellenenergie wird dadurch weitgehend homogen auf die Substanzen im Träger verteilt. Zudem kann die erforderliche Gesamtleistung auf mehrere kleine Mikrowellenquellen aufgeteilt werden.

Ferner kann ein koaxial zur Rotationsachse des Trägers im Vakuumbehälter angeordneter rundabstrahlender Mikrowellen-Hohlleiter vorgesehen sein, der aus einer zugeordneten Mikrowellenquelle gespeist wird. Die Mikrowellenenergie wird dann aus der Mitte des Trägers über die axiale Erstreckung des Hohlleiters radial nach außen geführt. Hierdurch sind die zu trocknenden Substanzen im Träger auch mit nur einer Mikrowellenquelle weitgehend homogen mit Mikrowellenstrahlung beaufschlagbar.

Um den Intensitätsabfall der Mikrowellenstrahlung in radialer Richtung infolge Absorption durch die zu trocknenden Substanzen zu kompensieren, ohne den den Mikrowellenquellen benachbarten Bereich der zu trocknenden Substanzen einer zu starken Mikrowellenstrahlung aussetzen zu müssen, kommt der Mikrowellen-Hohlleiter vorzugsweise zusammen mit den helixartig angeordenten Mikrowellenquellen zum Einsatz. Infolge der gleichzeitigen Mikrowellenzuführung von außen und von innen ergibt sich eine homogene Bestrahlung über den gesamten Träger.

Der Mikrowellen-Hohlleiter ist vorzugsweise ein Rechteck- oder ein Rundhohlleiter insbesondere mit axialen Schlitzen. Hierdurch ergibt sich ein einfacher, sich über die gesamte Höhe des Trägers erstreckender Aufbau mit weitgehend homogener Rundabstrahlung.

Vorzugsweise ist der Träger alternierend gegen und mit dem Uhrzeigersinn mit gegebenenfalls regelbarer Drehzahl rotierbar. Dies ermöglicht eine Vergleichmäßigung der Mikrowellenbestrahlung bei robuster Mechanik mit festem Kabelanschluß.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den beigefügten Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
1 zeigt eine Mikrowellen-Vakuumtrocknungsvorrichtung im Längsschnitt.
2 zeigt eine Mikrowellen-Vakuumtrocknungsvorrichtung im Querschnitt.
Die in 1 dargestellte Mikrowellen-Vakuumtrocknungsvorrichtung 1 umfaßt eine Vakuumkammer 2, in der ein Träger 3 für zu trocknende Substanzen wie Obst, Kräuter, Pilze und andere Lebensmittel, Pharmazeutika oder anderes Stück- oder Schüttgut über eine Antriebseinrichtung 4 drehbar auf einer Waage 5 angeordnet ist, sowie hier außen an der Vakuumkammer 2 befestigte und mit einer Steuerung 6 verbundene Mikrowellenquellen 7, 8 zum gesteuerten Abgeben von Mikrowellenstrahlung an die zu trocknenden Substanzen über zugeordnete Zuführeinrichtungen 9, 10, die vakuumdichte Quarzgläser umfassen können.
Die aus einem für Mikrowellen undurchlässigen Material gebildete Vakuumkammer 2 ist beispielsweise ein etwa 1,5 m hoher geschlossener Stahlzylinder mit einem Durchmesser von ca. 1,40 m, einem Schauglas 11, einer Tür 12, vgl. 2, für das Befüllen und Leeren sowie Entnehmen des Trägers 3 sowie einer Vakuum- und Belüftungseinrichtung 13. Die Antriebseinrichtung 4, z.B. ein Elektromotor, kann wie dargestellt unterhalb der dann auf Füßen 14 vom Boden beabstandeten Vakuumkammer 2 angeordnet sein. Die Antriebseinheit 4 steht über eine abgedichtete mechanische oder gegebenenfalls elektromagnetische Verbindung mit dem Träger 3 in Verbindung und kann diesen vorzugsweise in einer zyklischen Hin- und Herbewegung zweckmäßigerweise abwechselnd um jeweils mindestens 180° gegen bzw. im Uhrzeigersinn um die Trägermittelachse drehen.
Der Träger 3 weist zumindest eine, vorzugsweise jedoch mehrere in Richtung der Trägermittelachse parallel beabstandete Ebenen 15 für die zu trocknenden Substanzen auf, die hier insbesondere mit einer Schütthöhe von etwa 10 cm bis 20 cm eingebracht sein können. Die Substanzen können direkt oder in mikrowellenfesten Behältern auf die Ebenen 15 des Trägers 3 gelegt oder an diesen befestigt werden, wozu eine strukturierte Oberfläche beispielsweise mit Rippen, Klemmen oder Spießen vorgesehen sein kann.
Die Mikrowellenquellen 7 sind vorzugsweise in helixartiger Anordnung mit der Außenwand der Vakuumkammer 2 verschraubt, vgl. 2, und geben abhängig von den zu trocknenden Substanzen beispielsweise bei etwa 915 MHz, 2,45 GHz und/oder 5,8 GHz über die Zuführeinrichtungen 9, z.B. Hohlleiter oder im einfachsten Fall Öffnungen in der Außenwand der Vakuumkammer 2, gerichtet Mikrowellen ab. Die aufgenommene Gesamtleistung der Mikrowellenquellen 7 beträgt vorzugsweise etwa 5 bis 20 kW.
Während die Mikrowellenquellen 7 Mikrowellen von außen auf die zu trocknenden Substanzen abstrahlen, strahlt die vorzugsweise zusätzlich vorgesehene Mikrowellenquelle 8 Mikrowellen von innen auf zu trocknenden Substanzen ab. Hierzu ist die Zuführeinrichtung 10 der Mikrowellenquelle 8 zweckmäßigerweise koaxial zur Drehachse des Trägers 3 in Form eines Rund- oder Rechteckhohlleiters mit gegebenenfalls gegeneinander versetzten Axialschlitzen 16 angeordnet. Bei 2,45 GHz beträgt ein zweckmäßiger Querschnitt für einen Rechteckhohlleiter etwa 86 × 43 mm.
Die Mikrowellenquellen 7, 8 können mitsamt der zugeordneten Zuführeinrichtungen 9 bzw. 10 auch vollständig innerhalb der Vakuumkammer 2 angeordnet sein.
Im Betrieb wird nach Befüllung des Trägers 3 und Schließen der Tür 12 durch die Vakuum- und Belüftungseinrichtung 13 zunächst ein Vakuum in der Vakuumkammer 2 erzeugt. Anschließend werden die Mikrowellenquellen 7, 8 durch die gegebenenfalls mit einem übergeordneten Prozeßleitsystem verbundene Steuerung 6, die eine SPS, ein Computer od. dgl. sein und neben der vollständigen Trocknungsprozeßsteuerung auch die Visualisierung des Trocknungsprozesses übernehmen kann, gewichts- und substanzabhängig angesteuert. Abhängig von der Substanz sowie dem anfänglichen Gewicht und Trocknungszustand wird eine geeignete Anfangsleistung und/oder ein geeignetes Zeitlimit eingestellt, das Gewicht während des Trocknungsvorgangs kontinuierlich oder punktuell überwacht und nach Unterschreiten eines Zielgewichts oder gegebenenfalls Überschreiten eines Zeitlimits der Trocknungsvorgang beendet. Zusätzlich zum Parameter Gewicht können auch weitere Parameter wie Temperatur oder Druck zur Steuerung verwendet werden. Hierzu können ein die Substanztemperatur erfassendes Infrarot-Thermometer 17, ein Lichtbögen erfassender Fotodetektor 18, beide zweckmäßigerweise an der Außenwand der Vakuumkammer 2 an einem Sichtglas 19 angeordnet, und/oder ein den Druck erfassender Drucksensor 20 zweckmäßigerweise innen an der Vakuumkammer 2 befestigt, vorgesehen sein.
Sind beispielsweise 30 Filterkerzen aus Papier mit einem Gesamtgewicht von etwa 15 kg und einem Gesamtwassergehalt von etwa 6 kg mit einer Zielfeuchte von 10% zu trocknen, d.h. etwa 5,4 kg Wasser zu verdampfen, ist bei einer Trocknungsdauer von 25 Minuten eine Leistung von etwa 8 kW erforderlich. Die Mikrowellenquellen 7, 8 werden dann zweckmäßigerweise mit den erforderlichen 8 kW betrieben. Ist die installierte Mikrowellenleistung höher, können einige Mikrowellenquellen 7 ungenutzt bleiben und/oder die Mikrowellenquellen 7, 8 mit verringerter Leistung, z.B. durch periodisches Abschalten, betrieben werden. Als Endparameter können daher ein Zielgewicht von 9,6 kg und gegebenenfalls 25 Minuten eingegeben werden. Ferner kann eine Temperaturüberwachung mittels des Infrarotthermometers vorgenommen werden, um einer Überhitzung entgegenzuwirken.

Claims

Mikrowellen-Vakuumtrocknungsvorrichtung (1) mit einer für Mikrowellen undurchlässigen Vakuumkammer (2), in der ein drehbarer Träger (3) für zu trocknende Substanzen angeordnet ist, denen Mikrowellenenergie aus einer Mikrowellenquellenanordnung (7, 8) zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Waage (5) zum Erfassen des Gewichts der zu trocknenden Substanzen während des Trocknungsvorgangs vorgesehen ist, deren Meßwert zum gewichtsabhängigen Einstellen der den zu trocknenden Substanzen zugeführten Mikrowellenleistung verwendbar ist.
Mikrowellen-Vakuumtrocknungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrowellenleistung bei Feststellung eines Gewichtsverlusts der zu trocknenden Substanzen verringerbar ist.
Mikrowellen-Vakuumtrocknungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrowellenleistung bei Erreichen eines Zielgewichts ausschaltbar ist.
Mikrowellen-Vakuumtrocknungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (3) mehrere Trägerebenen (15) umfaßt.
Mikrowellen-Vakuumtrocknungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Mikrowellenquellen (7) helixartig um den Träger (3) herum angeordnet sind.
Mikrowellen-Vakuumtrocknungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein koaxial zur Rotationsachse des Trägers (3) im Vakuumbehälter (2) angeordneter, rundabstrahlender und von einer Mikrowellenquelle (8) gespeister Mikrowellen-Hohlleiter (10) vorgesehen ist.
Mikrowellen-Vakuumtrocknungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrowellen-Hohlleiter (10) ein Rechteck- oder ein Rundhohlleiter ist.
Mikrowellen-Vakuumtrocknungsvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrowellen-Hohlleiter (10) axiale Schlitze (16) aufweist.
Mikrowellen-Vakuumtrocknungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (3) alternierend gegen und mit dem Uhrzeigersinn rotierbar ist.
Verfahren zum Mikrowellen-Vakuumtrocknen, bei dem zu trocknende Substanzen in einen in einer für Mikrowellen undurchlässigen Vakuumkammer (2) angeordneten Träger (3) eingebracht und unter Vakuum mit Mikrowellenenergie aus einer Mikrowellenquellenanordnung (7, 8) bestrahlt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewicht der zu trocknenden Substanzen während des Trocknungsvorgangs durch eine Waage (5) erfaßt und die den zu trocknenden Substanzen zugeführte Mikrowellenleistung gewichtsabhängig eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrowellenleistung bei Feststellung eines Gewichtsverlusts der zu trocknenden Substanzen verringert wird.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die die Mikrowellenleistung bei Erreichen eines Zielgewichts abgeschaltet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Träger (3) mit mehreren Trägerebenen (15) verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere helixartig um den Träger (3) herum angeordnete Mikrowellenquellen (7) verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein koaxial zur Rotationsachse des Trägers (3) im Vakuumbehälter (2) angeordneter, rundabstrahlender und von einer Mikrowellenquelle (8) gespeister Mikrowellen-Hohlleiter (10) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß als Mikrowellen-Hohlleiter (10) ein Rechteck- oder ein Rundhohlleiter verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mikrowellen-Hohlleiter (10) mit axialen Schlitzen (16) verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (3) alternierend gegen und mit dem Uhrzeigersinn rotiert wird.