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Einrichtung zur Vakuumtrocknung mit Mikrowellen Die Erfindung betrifft
eine Einrichtung zur Vakuumtrocknung, die durch gleichzeitige Anwendung von Hochfrequenz
unterstützt wird.
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Das Verfahren der Vakuumtrocknung wird vielfach benutzt, weil hierdurch
auch empfindliche Objekte schnell und ohne Verluste wesentlicher Eigenschaften,
wie z. B. bei Nahrungsmitteln Aroma, Geschmack, Vitamingehalt und Farbe, getrocknet
werden können.
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Für die Verdampfung wird Wärme verbraucht, die dem zu trocknenden
Objekt entzogen wird. Die Temperatursenkung verringert jedoch die Trockengeschwindigkeit,
ist also im allgemeinen unerwünscht. Es ist bekannt, den Wärmeverlust dadurch zu
kompensieren, daß man das Objekt in einem Hochfrequenzfeld während derVakuumtrocknung
erwärmt. Bei Anwendung dieses Verfahrens ist es wichtig, die Frequenz sehr hoch
zu wählen, z. B. im Mikrowellenbereich, da sich nur dann genügend Hochfrequenzenergie
bei kleinen Feldstärken in Wärme umsetzen läßt. Die Feldstärke darf ein gewisses,
relativ zu anderen Hochfrequenzbehandlungsmethoden niedriges Maß nicht überschreiten,
da sonst im Vakuumraum Gasentladungen auftreten würden. Der bei Vakuumtrocknung
normale Arbeitsdruck im Bereich von 0,1
bis zu einigen Torr ist nämlich gerade
günstig für Gasentladung bei hoher Feldstärke.
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Man könnte den Vorgang energetisch verbessern, indem man den Vakuumraum
um das Objekt herum so klein wie möglich hält, um die bei der lonisation verbrauchte
Energie zu verringern. Das kann aber nur ki Sonderfällen brauchbar sein, da die
Oberfläche des Objektes stark bombardiert wird. Nach Möglichkeit ist im allgemeinen
die lonisation ganz zu vermeiden.
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Die Einkopplung der Mikrowellenenergie in den Vakuum- und Mikrowellenarbeitsraum
ist schwierig, weil an den Einkoppeleleinenten, z. B. Koppelschlitzen oder Dipolen,
stets die weitaus größte Feldstärke des Arbeitsraumes auftritt. Nach dieser größten
Feldstärke richtet sich das gerade noch anwendbare Maß des Vakuums. wenn die lonisation
vermieden werden soll.
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Eine weitere Schwierigkeit liegt in der Inhomogenität der Erwärmung
auch bei homogenen Feldern durch kleinste Objektunterschiede im Verlustfaktor tg
(5 und der Dielektrizitätskonstanten e und in der Verstärkung dieser Unterschiede
durch den Temperaturgang dieser Werte.
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Es besteht also die Aufgabe, dem Arbeitsraum eine genügende Mikrowellenenergie
so zuzuführen, daß an keiner Stelle besondere Feldstärkemaxima auftreten, die bei
dem üblichen Arbeitsgasdruck eine lonisation hervorrufen würden. Weiterhin sollen
Mittel vorgesehen werden, die die Auswirkung der erwähnten Eigenschaftsunterschiede
der Objekte auf den Trockenprozeß verhindern.
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Die Erfindung betrifft nun eine solche Einrichtung zur Vakuumtrocknung
mit Mikrowellen, insbesondere Vakuumgefriertrocknung in einem Mikrowellenarbeitsraum
mit dem bei der Vakuumtrocknung üblichen Arbeitsgasdruck. Sie ist gekennzeichnet
durch ein gleichmäßig niedrig gehaltenes Hochfrequenzfeld im Arbeitsraum infolge
Zuführung der Mikrowellenenergie über ein großflächiges, gasundurchlässiges dielektrisches
Fenster aus einem Vorraum mit beliebig hohem Hochfrequenzfeld beliebiger Verteilung,
wobei zur Vermeidung von lonisation auch bei starken Feldern der Gasdruck entsprechend
hoch oder niedrig gehalten ist. Die Einrichtung kann in zweckmäßiger Ausbildung
auch so gebaut sein, daß der Vorraum den Arbeitsraum oder umgekehrt der Arbeitsraum
den Vorraum ganz oder teilweise umschließt.
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Bei der Einrichtune, wird also die Mikrowellenenergie zunächst in
einen Vorraum eingestrahlt, der druckmäßig von dem Arbeitsraum durch eine gasdichte
dielektrische Wand getrennt ist, die die Mikrowellenenergie jedoch fast ohne Verluste
durchtreten läßt. Der Druck im Vorraum wird so hoch oder so niedrig eingestellt,
daß auch bei hohen Feldstärken keine lonisation auftritt. Die beste Druckentlastung
der Trennwand ist möglich -, wenn die Gasentladung durch Hochvakuum im Vorraum verhindert
wird.
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Nach einem anderen Kennzeichen der Erfindung wird das Gut gefroren,
zu Schüttgout zerkleinert und im Mikrowellenfeld während der Vakuumtrocknun.(y.
laufend umgewälzt, z. B. in einer Trommel aus dielektrischem Werkstoff. Hierdurch
wird vermieden, daß
sich Nester oder Inseln wesentlich höherer Temperatur
im Trockengut bilden und die Trocknung ungleichmäßig wird. Zweckmäßig kann bei entsprechender
Beschaffenheit des Gutes dieses auch bei einer Temperatur von nahezu 0' C
in die Umwälztrommel des Arbeitsraumes durch Düsen eingesprüht werden. Es gefriert
beim Übergang in das Vakuum und kann dann in Flockenfonn leicht umgewälzt werden.
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An Hand der Schemazeichnungen der Fig. 1 bis 4 sollen Beispiele
der erfindungsgemäßen Einrichtung erklärt werden. Auf die Darstellung der Einrichtung
zur Erzeugung des Vakuums kann dabei verzichtet werden.
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In Fig. 1 ist das metallische, vakuumdichte Gehäuse
1 durch die Tür 2 verschlossen. Der Mkrowellengenerator 3 gibt seine
Energie beispielsweise an einen Hohlleiter 4 ab, von dem aus sie über einen Schlitz
in das Gehäuse 1 eingekoppelt wird. Der Schlitz ist durch ein Fenster
5 aus dielektrischem Werkstoff mit sehr geringen Verlusten vakuumdicht vers
lossen. Der Innenraum des Gehäuses 1 wird durch eine dielektrische Trennwand
6 vakuummäßig in zwei Teile geteilt, in den Vorraum 7 mit dem Druck
pl und den Arbeitsraum 8 mit dem Druck P21 in dem sich das Objekt
9 befindet.
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In Fig. 2 hat der Vorraum die Form eines Hornstrahlers 10,
über den der Generator 3 seine NEkrowellenenergie durch die Trennwand
6 in den Arbeitsraum schickt. In dem Beispiel nach Fig. 3 ist der
Arbeitsraum 8 kleiner gemacht und vom Vorraum 7
größtenteils umgeben.
Wegen der notwendigen homogenen Feldverteilung kann der Arbeitsraum nicht beliebig
klein gemacht werden, wenn er weitgehend von metallischen Wänden umgeben ist. Für
den Pumpenaufwand zur Herstellung des Vakuums ist jedoch der kleinere Arbeitsraum
günstiger. So ergibt sich unter Umständen, daß der Arbeitsraum wesentlich kleiner
ist als der Vorraum. Die Wände 11 zwischen Vorraum 7 und Arbeitsraum
8 sind aus dielektrischem Werkstoff mit sehr geringenVerlusten gefertigt.
Durch die Tür 2 ist nur der Arbeitsraum 8 zugänglich.
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Das Beispiel nach Fig. 4 zeigt eine Einrichtung von der grundsätzlichen
Bauart nach Fig. 1, jedoch ist hier eine Drehtrommel 12 aus dielektrischem
Werkstoff in den Arbeitsraum eingesetzt, in die durch eine Düse 13 das Trockengut
eingesprüht wird.
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Die Einrichtung gemäß der Erfindung vermeidet die eingangs angegebenen
Fehler der bisher bekannten Verfahren. Die Trocknung wird wesentlich beschleunigt,
weil durch die Art der Mikrowelleneinspeisung die Maximalfeldstärke nicht im Trockenraum
auftritt und daher die mittlere Feldstärke bei gleichem Vakuum größer sein kann
als bei einer Einrichtung ohne Vorraum.