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Vorrichtung zur Gefriertrocknung Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zur vorzugsweise kontinuierlichen Gefriertrocknung von flüssigem oder feinteiligem
Gut, das außerhalb der Vorrichtung in hochkantige Gutprofilkörper eingefroren und
in dieser in offenen, eine freie Diffusionsfläche bildenden Einsatzgefäßen aus wärmeleitendem
Werkstoff getrocknet wird.
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Bei den bekannten Ausführungsformen von Gefriertrocknungsanlagen werden
die Troeknungsgüter meist in schalenförmigen Einsatzgefäßen auf beheizten Abstellplatten
getrocknet. Da die Verkürzung der Trocknungszeit einen wichtigen Kostenfaktor darstellt,
hat man bisher versucht, durch dünnschichtige Verteilung des Trocknungsgutes einen
raschen Gefriertrocknungsablauf zu erreichen. Es zeigt sich jedoch, daß die dünnschichtige
Ausbreitung zumindest dann erhebliche Schwierigkeiten mit sich bringt, wenn Trocknungen
in großtechnischem Maßstab durchzuführen sind, wie sie beispielsweise bei der Gefriertrocknung
von hochwertigen Lebensmitteln notwendig erscheinen, wenn ein vertretbarer Herstellungspreis
erreicht werden soll. Bei der dünnschichtigen Verteilung in Einsatzgefäßen, welche
eine möglichst große freie Diffusionsoberfläche gegenüber dem Innenraum der Vakuumtrocknungskammer
aufweisen, ergibt sich eine ungünstige Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Raumes
sowie der auf den Heizelementen vorhandenen Abstellflächen.
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Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung zur
Gefriertrocknung anzugeben, bei der diese beiden Mängel durch die optimale Gestaltung
der Einsatzgefäße verringert oder vermieden werden. Das Kennzeichnende wird darin
gesehen, daß bei der eingangs beschriebenen Vorrichtung die Einsatzgefäße in parallel
liegende Kammern solcher Abmessungen unterteilt sind, daß die Gutprofilkörper teilweise
an den Kammerwänden anliegend und teilweise mit einen Diffusionsspalt bildendem
Abstand von diesem eingesetzt werden können.
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Bisher war die Anweisung allgemein anerkannt worden, die Einsatzgüter
in dünnschichtiger Verteilung einzusetzen, so daß eine möglichst große freie Diffusionsfläche
entsteht. Die Anordnung nach der Erfindung führt dagegen zu Einsatzgefäßen, bei
denen nur ein relativ kleiner Teil der gesamten Oberfläche des Einsatzgutes als
freie Diffusionsfläche unmittelbar mit der Vakuumtrocknungskammer in Verbindung
steht. Das Trocknungsgut ist bis auf diese freie Diffusionsfläche von den Kammerwänden
der Einsatzgefäße weitgehend umschlossen, wobei jedoch gegenüber diesen Wänden ein
Diffusionsspalt verbleibt, welcher eine Möglichkeit zum Austreten des Wasserdampfes
aus dem zu trocknenden Gut schafft, ohne gleichzeitig die Wärmezufuhr von den ihn
umgebenden Wänden wesentlich zu verringern. Aus diesen Forderungen ergibt sich,
daß der Diffusionsspalt stets im Vergleich zur Weite der Kammer relativ geringe
Abmessungen, bei den bekannten Ausführungsformen etwa 1 bis 4 mm, aufweisen wird.
Man kann einen solchen Diffusionsspalt einseitig oder auch gegenüber mehreren Wänden
anordnen. Es erscheint ferner möglich, das eingesetzte zu trocknende Gut gegenüber
sämtlichen Wänden mit derartigen Diffusionsspalten zu versehen, entweder indem man
das in Profilkörper vorgepreßte gefrorene Gut auf entsprechenden Rippen der Wände
abstützt, welche die Größe des Diffusionsspaltes definieren, oder mit Hilfe eines
in stükkiger oder sonstiger unregelmäßiger Oberflächengestalt eingelegten Gutes,
bei dem die Diffusionsspalte durch die Zwischenräume zwischen den Gutstücken gebildet
werden.
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Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform sind die Einsatzgefäße derartig
gestaltet, daß ihre Kammern rechteckigen Querschnitt aufweisen, wobei die freie
Oberfläche, die Diffusionsfläche, eine der kleineren Seitenflächen ist, und wenigstens
ein Diffusionsspalt an einer größeren Seitenfläche gebildet wird. Die neue Anordnung
führt also zu einer Aneinanderreihung von rechteckigen Kammern mit Hochformat und
damit zu einer Schichtdicke, welche die der dünnschichtigen Verteilung in schalenförmigen
Gefäßen um ein Vielfaches übersteigt. Bei der Unterteilung der Einsatzgefäße in
die einzelnen Kammern ist jedoch darauf zu achten, daß das Verhältnis von Höhe zu
Breite günstig gewählt wird, so daß eine möglichst große Menge des zu trocknenden
Gutes untergebracht und in kürzester Zeit getrocknet werden kann. Man erkennt, daß
zwischen dem Extrem der sehr schmalen hohen Kammer und einer erheblichen Kammerbreite
im Vergleich
zur Kammerhöhe ein Optimalwert liegen muß. Viele sehr
schmale Kammern bedeuten zwar günstige Wärmeleitverhältnisse, erreichen jedoch nur
einen geringen Füllgrad, während sehr breite Kammern sich den Verhältnissen der
Schalentrocknung nähern und wegen der ungünstigeren Wärmeübertragung unerwünscht
lange Trocknungszeiten benötigen. Es wird daher gemäß einer Weiterbildung der Erfindung
vorgeschlagen, das Verhältnis von Kammerhöhe zu Kammerbreite zwischen 2: 1 und 5
: 1 zu wählen. Mit derartigen Abmessungsverhältnissen lassen sich in den gebräuchlichen
Gefriertrocknungsanlagen günstige Ergebnisse erzielen.
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Es kann außerdem zweckmäßig sein, die Kammern der Einsatzgefäße in
trapez- oder dreieckförmigem Querschnitt herzustellen und die offene Gefäßseite
so anzuordnen, daß sich der Diffusionsspalt zwischen den Wänden und den Gutkörpern
nach der Seite der freien Diffusionsfläche hin vergrößert. Die Vergrößerung des
Diffusionsspaltes kann auch bei rechteckigem Kammerquerschnitt durch eine entsprechende
dreieckförmige oder trapezförmige Gestaltung des eingesetzten zu trocknenden Gutes
erreicht werden.
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Bei einer günstigen Ausbildung der Einsatzgefäße bestehen diese aus
einem Mittelteil, welcher die größeren Kammerwände und die gemeinsame Bodenfläche
umfaßt und die kleineren Kammerwände an seinen Stirnflächen durch abnehmbare oder
verschiebbare Platten gebildet werden. Hierdurch kann bei abgenommenen oder quer
verschobenen Platten eine sehr einfach gestaltete maschinelle Beschickung und Entleerung
der Einsatzgefäße erfolgen.
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In der Zeichnung sind Einsatzgefäße gemäß der Erfindung schematisch
dargestellt. Es zeigt Fig.1 eine perspektivische Ansicht eines Einsatzgefäßes mit
vier Aufnahmekammern, Fig. 2 einen Querschnitt durch ein Einsatzgefäß mit drei Aufnahmekammern,
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Einsatzgefäßes mit gemeinsamem Mittelteil
für alle Kammern und verschiebbaren Platten als .Stirnwände, Fig. 4 einen Querschnitt
durch ein Einsatzgefäß mit trapezförmigen Kammern, Fig. 5 einen Querschnitt durch
ein Einsatzgefäß mit verengter Diffusionsfläche.
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In Fig. 1 ist ein Einsatzgefäß 1 gezeigt, welches durch parallele
Wände 11, 12, 13, 14 und 15 in vier parallele Kammern von rechteckigem Querschnitt
unterteilt ist. An den gemeinsamen Stirnflächen sind jeweils Abschlußwände 16, 17
angeordnet. Der gemeinsame Boden ist mit 18 bezeichnet. In den einzelnen Kammern
befindet sich strangförmig vorgepreßtes zu trocknendes Gut, Profilstäbe 20, 21,
22 und 23. Diese sind in ihrer Breite geringer als der Abstand von zwei benachbarten
Wänden, z. B. 11, 12, so daß sich gegenüber diesen Diffusionsspalte 30, 31; 32,
33; 34, 35; 36, 37 ausbilden. Das zu trocknende Gut steht durch Auflage in direkter
wärmeleitender Verbindung mit dem Boden 18 des Einsatzgefäßes 1.
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Die besondere Wirkung dieser erfindungsgemäßen Ausbildung besteht
in einem optimalen Verhältnis zwischen Füllgrad der Vakuumtrocknungskammer und Beheizung
zur Verkürzung der Verweilzeit innerhalb der Vakuumtrocknungskammer. Der Querschnitt
der Kammern hat Rechteckhochformat, wobei das Verhältnis von Kammerhöhe zur Kammerbreite
in dem gewählten Ausführungsbeispiel der Fig. 1 2,5: 1 beträgt. In Fig. 2 sind an
einem Einsatzgefäß mit drei Kammern die verschiedenen Möglichkeiten zur Bildung
von Diffusionsspalten erläutert. Man erkennt zwischen den Wänden 11,12 das als Rechteckstrangprofil
vorgefrorene Trocknungsgut 20, wobei an den Wänden 11, 12 und an dem zugehörigen
Abschnitt des Bodens 18 Stützrippen 40, 41 und 42 angebracht sind, welche das Trocknungsgut
in jeweils gleichem Abstand von den Wänden und dem Boden halten, so daß sich diesen
gegenüber Diffusionsspalte ergeben.
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Zwischen den Wänden 12, 13 ist das gleichfalls als Rechteckprofil
21 vorgeformte zu trocknende Gut derart eingelegt, daß lediglich gegenüber der Wand
12 ein Diffusionsspalt 32 verbleibt. Man kann bei der Beschickung ohne besondere
Sorgfalt vorgehen und erreicht bei entsprechender Festlegung des Verhältnisses von
Kammerbreite zur Profilstärke des zu trocknenden Gutes in jedem Falle einen hinreichenden
Diffusionsspalt, entweder in der Form der Fig. 1 oder in der in Fig. 2 zwischen
den Wänden 12 und 13 gezeigten Art. Selbstverständlich sind dabei auch Zwischenlagen
mit unterschiedlichen Diffusionsspalten gegenüber den Wänden möglich.
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Zwischen den Wänden 13,14 der Fig. 2 ist stückiges zu trocknendes
Gut 50 eingebracht. Hier werden Diffusionsspalte durch die unregelmäßige Verteilung
von Hohlräumen im Bereich der Gutoberfläche gebildet.
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Das in Fig. 3 dargestellte Einsatzgefäß zeigt einen als Aluminiumstrangpreßprofil
hergestellten Mittelteil 61, an dessen Stirnflächen Platten 16, 17 querverschiebbar
angeordnet sind. Hierzu befindet sich an der dem Mittelteil 61 zugewandten
Innenseite jeweils ein Führungsstück 71 mit schwalbenschwanzförmigem Querschnitt,
welches in entsprechend angepaßten schwalbenschwanzförmigen Ausnehmungen 72 der
Wände 11,12,13 und 14 des Mittelteiles 61 gleitet. Zum Beschicken oder Reinigen
des Einsatzgefäßes werden die Platten 16,17 so weit senkrecht zur Längserstreckung
des Einsatzgefäßes verschoben, daß die Querschnittsflächen der parallelen Kammern
freigegeben und für Zuführungs- oder Reinigungsorgane leicht zugänglich werden.
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Bei dem Querschnitt gemäß Fig.4 handelt es sich um eine Unterteilung
des Einsatzgefäßes 1 in zwei Kammern von trapezförmigem Querschnitt. Zwischen dem
als Rechteckprofile eingesetzten zu trocknenden Gut 20, 21 und den inneren Oberflächen
111, 112,121 sowie 122 der Wände ergibt sich ein keilförmiger Diffusionsspalt,
der sich in Richtung der obenliegenden freien Diffusionsfläche vergrößert.
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Fig. 5 zeigt schließlich einen Querschnitt durch ein Einsatzgefäß
1, welches analog dem Ausführungsbeispiel der Fig.2 in drei Kammern von rechteckigem
Querschnitt unterteilt ist. Die freie Diffusionsfläche ist hier durch eine Verengung
des Querschnittes gegenüber der umgebenden Vakuumkammer vermindert. Dazu werden
die Wände 11 und 14 an ihrem freien Ende abgewinkelt und außerdem sind an die Wände
12, 13 rechteckige Begrenzungsstreifen 131, 125 angesetzt.