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Gefriertrocknungsgerät Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gefriertrocknungsgerät,
umfassend eine zylindrische Vakuumkammer mit im wesentlichen horizontaler Achse,
in der das zu gefriertrock@ende Produkt behandelt wird, eine Heizeinheit zur Beheizung
des P@@roduktes im Inneren der Vakuumkammer, eine Kondensationseinheit zum Niederschlagen
des aus dem Produ@t sublimierten Wasserdampfes sowie eine Vorrichtung zur Erzeugung
eines Vakuum@ in der Vakuumkammer.
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Bei solchen Gefriertrocknungsgeräten ist der Wirkungsgrad der Kondensationseinheit
im allgemeinen sehr gering, und
zwar insbesondere aufgrund ihrer
Anordnung in der Vakuumkammer und der Tatsache daß sich der Wasserdampf nicht gleichmäßig
auf die Oberfläche der die Kondensationseinheit bildenden Kondensierungsplatten
niederschlägt. Ferner hat die Kondensationseinheit einen relativ sperrigen Aufbau
und vermindert somit erheblich den im Inneren der Vakuumkammer vorhandenen Raum
für das zu behandelnde Produkt und die Heizeinheit.
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Die vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, diese Nachteile auszuräumen.
Die Lösung der Aufgabe besteht gemäß der Erfindung darin, daß bei einem Gerät der
obengenannten Art die Kondensationseinheit aus zwei symmentrischen Gruppen von Kondensierungsplatten
besteht, weiche beiderseits der vertikalen Diametralebene der Vakuumkammer entlang
deren Innenumfang angeordnet sind, und daß jede dieser Kondensierungsplatten vertikal
angeordnet ffr sich i£'n. eine im wesentlich vertikale Achse schwenkbar gelagert
ist.
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So bilden die beiden Gruppen der Kondensierungsplatten einen mittleren
Durchgang für die Anordnun der die
Produkte und die Heizelemente
der Heizeinheit tragenden Wagen, so daß der im inneren der Vakuumkammer verfügbare
Raum optimal ausgentitzt wird. Ferner erlaubt es eine solohe Anordnung, einen minimalen
Druckabfall zwischen der Oberfläche des behandelten Produktes und dem Rand der Kondensierungsplatten
oowie eine parallele Abflüßweise der durch Sublimation entstehenden Dämpfe zu erzielen,
wodurch der Wirkungsgrad der Kondensationseinheit erheblich gesteigert wird. Darüberhinaus
ermöglicht die Schwenkbarkeit der Kondensierungsplatten eine Anpassung der Kondensation
an die Art des zu behandelnden Produktes sowie an den Gefriertrocknungszyklu@.
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Dadurch schließlich, daß die Kondensierungsplatten vertikal angeordnet
sind, kommt es ZU keiner Durchbiegung, und die Platten können in einer eehr leichten
Bauweise ausgebildet sein, wie t.B. aus Aluminium.
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Es ist vorteilhaft, daß jede Kondensierungsplatte die F orm eines
abgeflachten Kreisabschnittes aufweist und sich mit ihrem abgerundeten Teil der
Krümmung der Vakuuakammer anschmiegt.
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Bei dieser Ausbildung ist es verständlich, daßder im
Inneren
der Vakuumkammer für die die Produkte und die Heizelemente tragenden Wagen weiter
vergrößert wird.
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Ferner erlaubt es die kreisabschnittförmige Ausgestaltung der Kondensierungsplatten,
einen großen Teil der fUr die Kondensation unnötigen Platte in Fortfall zu bringen.
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Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen,
daß Jede Kondensierungsplatte auf einer unteren horizontalen Fläche der Vakuumkammer
mittels eines Schuhs aufliegt und sich gegen eine obere vertikale Fläche mittels
eines lotrecht Aber dem Schuh, am oberen Teil der Kondensierungsplatte angesetzten
Achsstummels abgestützt und daß der Abstand zwischen den verschiedenen Kondensierungsplatten
mittels gekerbter Schienen regelbar ist, in denen die Schuhe und Achsstusmel der
Kondensierungsplatten einrastbar sind.
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Eine solche Ausführungsform ermöglicht einen schnellen Einbau und
Ausbau der Kondensierungsplatten im Inneren der Vakuumkammer. Ferner kann man den
Abstand zwischen den Platten entsprechend der Art des zu behandelnden Produktes
verändern, indem man einfach die gekerbten
Schienen austauscht.
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Gemäß einer Verbesserung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Kondensationseinheit
von der Heizeinheit durch Reflektoren in Form von Jalousien wärmeisoliert ist, die
vorzugsweise aus Metall gebildet und deren Klappen schwenkbar sind.
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So ist es durch Veränderung der Ausrichtung der Klappen möglich, den
durch die Sublimation gebildeten Dampfstrom in Richtung der Kondensierungsplatten
zu@steuern.
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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der
nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen, in welcher
ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt ist. Dabei zeigen:
Fig.1 eine vereinfachte, teilweise geschnittene Seitenansicht eines Gefriertrocknungsgeräts,
Fig.2 einen Schnitt durch das Gerät entlang der Linie II-II in Fig.1, Fig.3 einen
Schnitt entlang der Linie III-III in Fig.2 in schematischer Darstellung, Fig.4 eine
teilweise geschnittene, raumbildliche Teilansicht
der Lagerung
der Kondensierungsplatten des Gefriertrocknungsgeräts, Fig.5 einen Schnitt entlang
der Linie V-V in Fig.4 und Fig.6 schematisch die verschiedenen möglichen Ausrichtungen
der Reflektorklappen zwischen der Heizeinheit und der Kondensationseinheit des Gerätes.
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Das in den Zeichnungen dargestellte Gefriertrocknungsgerät umfaßt
eine Vakuumkammer 1, in der das zu gefriertrocknende Produkt, wie z.B. ein Nahrungsmittel,
behandelt wird. Diese Vakuumkammer besteht aus einem Hohlzylinder 2, dessen Achse
horizontal ausgerichtet ist und der an jedem seiner Enden mit einer dicht schließenden
Türe 3 ausgestattet ist.
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Im Inneren der Vakuumkammer 1 befindet sich eine Kondensationseinheit,
welche zum Niederschlagen des aus dem gefriergetrockneten Produkt sublimierten Wasserdampfes
dient. Diese Kondensationseinheit umfaßt zwei längliche Gruppen 4 und 5 von Kondensierungsplatten
(6), die symmetrisch beiderseits der vertikalen Diametralebene der Vakuumkammer
1 entlang der Innenwände des Hohlzylinders 2 angeordnet sind. Jede dieser Kondensierungsplatten
6 ist vertikal ausgerichtet und hat die Form
eines abgeflachten
Kreisabschnittes, dessen abgerundetes Ende sich bess/er der Krümmung des Hohlzylinders
2 anpaßt. Die beiden Gruppen 4 und 5 begrenzen so in der Vakuumkammer 1 einen großen
Mitteldurchgang, in dem einerseits das zu gefriertrocknende Produkt tragende Wagen
7 und andererseits mit Heizelementen für das Produkt ausgerüstete Wagen 8 und 9
angeordnet sind.
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Die Wagen 7, von denen im vorliegenden Beispiel fünf vorgesehen sind,
sind im Querschnitt fischgrätenartig ausgebildet. Jeder Wagen weist einen zentralen
starren Rahmen 10 auf, auf dessen Höhe in regelmäßigen Abständen untereinander parallele
und senkrecht zum starren Rahmen verlaufende Fächer 11 zur Aufnahme der zu gefriertrocknenden
Produkte z.B. in Schalen angeordnet sinde Der Rahmen 10 ist an einem Rollenfahrwerk
12 aufgehängt und entlang einer von einer Hohlschiene 13 gebildeten Bahn beweglich.
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Die Hohlschiene 13 hat im wesentlichen die Querschnittsform eines
nach unten offenen C und ist im oberen Teil der Vakuumkammer 1 befestigt. Die Wagen
7 werden von einem Ende her einzeln mittels eines fortklappbaren Hohlschienenstückes
in die Vakuumkammer 1 eingefahren. Da die Hohlschiene 13 sich über die gesamte Länge
der Vakuumkammer 1 erstreckt, tan man die Wagen 7 mit den behandelten Produkten
gegebenenfalls an dem entgegengesetzten Ende herausfahren
Der Rahmen
10 weist ferner eine unter Führungsnut 14 auf, welche mit einer lotrecht unter der
Hohlechiene 13 am Boden der Vakuumkammer 1 angeordneten Führungsschiene 15 zusammenwirkt.
Diese Führung hindert den Wagen an einer Schwingbewegung und hält seine Hauptac@
stets vertikal.
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Eine z,B. elektromagnetisch arbeitende automatische Bremsvorrichtung
ist ferner vorgesehen, um das Einfahren der Wagen in die Vakuumkammer 1 auf gUnstige
Weise zu steuern. Diese Bremsvorrichtungkann z.B.
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an der Hofllochiene 13 angeordnet sein, wobei ihr Elektromagnet durch
Mikrokontakte betätigbar ist, Die Wagen 8 und 9, welche die Heirelemente tragen,
haben eine kammartige Querschnittsform. Sie sind vorzugsweise in dersolben Anzahl
vorgesehen wie die Wagen 7 zur Aufnahme der Produkte, d.h. fünf Wagen auf Jeder
Seite im vorliegenden Ausführungsbeispiel. Jeder dieser Wagen 8, 9 besteht aus einem
seitlichen, sich vertikal entlang einer der Kondensationsgruppen 4 oder 5 erstreckenden
starren Rahmen 16, an den zur Vakuumkammermitte hinweisende Heizelemente angesetzt
sind. niese
sind hier als horizontale, untereinander parallele
Heizplatten 17 ausgebildet. Diese Heizplatten weisen untereinander einen regelmäßigen
Abstand auf, der dem Abstand zwischen den Fächern 11 der Wagen 7 zur Aufnahme der
Produkte genau entspricht, so daß die Heizplatten nach Art eines Kammes in die zwischen
den Fächern 11 ausgebildeten Räume eingreifen. Jedes Fach 11 ist auf diese Weise
mit seiner das zu gefriertrocknende Produkt aufnehmenden Schale zwischen zwei Heizplatten
17 einer der Wagen 8 oder 9 angeordnet.
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Die seitlichen Rahmen 16 der Wagen 8 und 9 weisen an ihre@ oberen
Ende ein Rollenfahrwerk 18 auf, welches sich an den Seitenwänden der Hohlschiene
13 abstützt. Jeder seitliche Rahmen 16 weist ferner an seinem unteren Ende ein Räderfahrwerk
19 auf, welches auf einer geraden Schiene 20 läuft. Die beiden Schienen 20 sind
am Innenumfang der Vakuumkammer @ beiderseits der Führungsschiene 15 und parallel
zu dieser angeordnet. So werden die seitlichen Pahmen 16 stets senkrecht gehalten,
damit die Heizplatten 17 immer parallel zu den Fächern 11 und in einem festen Abstand
zu diesen gehalten werden.
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Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Beheizung der Heizplatten
17 durch einen Fluidkreislauf gewährleistet. Zu diesem Zsliock sind die Heizplatten
hohl, und das warme Fluid, wie z.B. Glykol, wird von einer nicht dargestellten @eizvorrichtung
außerhalb der Vakkumkammer kommend den beiden Wagen 8 und 9 Uber ortsfeste Hauptkollektoren
21 und 22 zugeleitet, die im unteren Teil. der Vakuumkammer 1 beiderseits der Führungsschiene
15 angeordnet sind. Die Wagen 8 und 9 sind mit in den Zeichnungen nicht dargestellten
Sekundärkollektoren ausgestattet, welche über biegungsfähige oder starre Rohre andie
entsprechenden Haupt kollektoren 21 und 22 anschließbar sind, wenn die Wagen in
die Vakuumkammer 1 eingefahren sind.
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Nunmehr wird mehr im Einzelnen die Kondensationseinheit beschrieben,
die Wesensmerkmal der vorliegenden Erfindung bildet, und zwar insbesondere unter
Bezug auf die g.3 4 und 5.
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Zuerst ist zu bemerken, daß diese Kondensationseinheit von der Wand
des Hohlzylinders 2 durch eilen Reflektor aus dünnem Glanzblech und von den die
Heizelemente tragenden Wagen 8 und 9 durch Reflektoren 23 in Form
von
metallischen J@l@usien ebenfalls aus dünnem Gl@nzblech thermisch isoliert ist.
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Gemäß einer Besonderheit der Erfindung sind diese Jalousien 23 mit
um horizontale oder vertikale Achsen 43 schwenkbaren Klappen 42 ausgen@@@tet, un@
in Fig.6 sind einige mögliche @@srichtungs@eispiele veranschaulicht.
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Somit dienen die Jalousien 23 nicht nur zur Wärmeisolierung der Kondensationseinheit
von der @eizeinheit, sondern aufgrund der schwenk@aren Klappen 42 zur Steuerung
und Führung des durch die S@hlimation entstehenden, in Richtung der Ko@densierungsplatte
6 fließenden Dampfstromes.
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Jede Kondensationsgruppe 4 und @ ist in mehrere Abschnitte unterteilt,
die einzeln oder micht durch geeignete Kommut@tionen reg@lier@@@ sind. Jedoch sind
zwei symmetrische, @eweils zu einer der Gruppen 4 und 5 gehörige Abschnitte in Parallel@chaltung
angeschlossen und werden gleichzeitig identisch eing@regalt. Die Anzahl der Abschnitte
@ntspricht vorzugsweise der Anzahl der Wagen 7 zur Aufnahme der @r@@ukte, d.h. fünf
im vorliegenden Beispiel, was jedoch nicht unbedingt notwendig ist. Diese Anzahl
@ängt nämlich wesentlich von der
Produktionskapazität der Anlage
sowie von der gewunsohten Regulierung für einen gegebenen Durchmesser des die Vakuumknmmsr
1 darstellenden Hohlzylinders 2 abO Jeder Abschnitt setzt sich aus einer gewissen
Anzahl von Kondensierungsplatten 6 zusammen, d.h. fünf im vorliegenden Beispiel,
die in regelmäßigen Abständen zueinander angeordnet sind. Der Abstand zwischen zwei
benachbarten Platten muß größer sein als eine Größe, die bestimmt ist durch die
Arbeitsbedingungen der Anlage in Abhängigkeit von den zu behandelnden Produkten.
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Die Kondensierungsplatten 6 sind hohl und aus U-Profilen 24 aus einem
den Anforderungen an die Wärmeleitfähigkeit, die Kondensation und die Korrosionsbeständigkeit
gerechtwerdenden Material wie zoB. Aluminium gebildet. Diese U-Profile sind in der
in Fig.5 im Sohn, itt gezeigten Weise sneinandergeechweit, so daß sie über vor der
Schweißung ausgebildete Durchbrechungen 26 kommunizierende Kammern 25 bilden, Auf
diese Weise wird in der Kondensierungsplatte ein labyrintartiger Weg gebildet, entlang
dem ein Gasfluid, wie z.B. "Freon" oder ein anderes geeignetes, kälteerzeugendes
Fluid zirkulieren kann.
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Die Kondensierungsplatten sind einfache Wärmeaustauscher und dienen
einmal zur Kondensierung des durch die Sublimation des Eises des gefriergetrockneten
Produktes entstandenen Wasserdampfes und zum anderen zur thermodynamischen Beschleunigung
der Gasmoleküle aus der Warmzone in die Kaltsone. Zu diesem Zweck muß die Ober flächentemperatur
der Platten sehr niedrige Kältetemperaturen erreichen, die mit den behandelten Produkten
veränderlich sind.
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Das kälteerzeugende Fluid kommt von einem nicht dargestellten Kühlaggregat
außerhalb der Vakuumkammer 1 und wird den beiden Kondensationsgruppen 4 und 5 über
ortsfeste Hauptkollektoren 27 und 28 zugeleitet, die im oberen Teil der Vakuumkammer
1 beiderseits der Hohlschiene 13 angeordnet sind. Die Kreise der Kondensierungsplatten
6 sind abschnittsweise oder einzeln an nicht dargestellte Sekundärkollektoren angeschlossen,
die dann über bewehrte biegungsfähige oder starre Rohre an die Hauptkollektoren
27 und 28 angeschlossen werden. Die Hauptkollektoren sind ferner mit geeigneten
Kommutierungsvorrichtungen ausgestattet, die eine gleichzeitige oder einzelne Beschickung
der verschiedenen Sekundärkollektoren je
nach dem gewünschten Arbeitsablauf
ermöglichen.
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Selbstverständlich können die Hauptkollektoren beim Abtauen der Kondensierungsplatten
mit einem warmen Fluid beschickt werden, um den Abtauvorgang zu beschleunigen.
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Gemäß inem wesentlichen Merkmal der Erfindung ist jede Kondensierungsplatte
6 einzeln um eine vertikale Achse beweglich gelagert. Diese vertikale Achse wird
einerseit@ dargestellt durch einen am oberen Teil der Platte be.
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festigten Achsstummel 29 und andererseits durch einen Lagerzapfen
30, der an einem am unteren Teil der Platte vorgesehenen Schuh 31 befestigt ist
Der Schuh 31 ruht auf einer unteren, horizontalen, ebenen Fläche 32, die am, Innenumfang
des Hohlzylinders 2 vorgesehen ist, während das Ende des Achsstummels 29 sich an
einer oberen, vertikalen, ebenen Pläche 33 ab stützt, die ebenfalls am Innenumfang
des Hohlzylinders 2 ausgebildet ist. Die Ausrichtung der verschiedenen Kondensierungsplatten
6 im Inneren der Vakuumkammer 1 sowie ihr Abstand untereinander wird mit zwei gekerbten
Schienen 34 und 35 erz@eilt.Die Schiene 34 ist dabei aui
der ebenen
Fläche 32 befestigt und mit Einkerbungen 36 versehen, die zum Innenumfang des Hohlzylinders
hin offen sind und in die die Schuhe 31 einrastbar sind. Die Schiene 35 ist an der
Fläche 33 befestigt und weist zur Mitte des Hohlzylinders hin offene Einkerbungen
37 auf, in die die Achsstummel 29 einrastbar sind. Diese Anordnung ist deshalb möglich,
weil die Rotationsachse der Kondensierungsplatte nicht durch deren Schwerpunkt verläuft,
so daß die Platte durch ihr Eigengewicht in den Einkerbungen 36 und 37 gehalten
wird Auf diese Weise sind die Kondensierungsplatten 6 einzeln um ihre jeweilige
Rotationsachse schwenkbar und können eine bis zu 30° verschwenkte Stellung gegenüber
einer hohlzylinderachsennormalen, durch die Rotationsachse der Platte verlaufenden
Ebene einnehmen. Die den Platten erteilte verschwenkte Stellung wird bestimmt von
dem zu behandelnden Produkt und von dem Gefriertrocknungszyklus.
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Zwischen den Schuhen 31 und der ebenen, horizontalen Fläche 32 ist
ein elastisches Material eingesetzt, welches mögliche Schwingungen der mit ihrem
Eigengewicht auf dieser Fläche aufliegenden Platte verhindert. Ebenso
kann
ein elastisches material zwischen der Fläche 33 und den Achsstummeln 29 eingesetzt
seine Das Vakuum in der Kammer 1 wird durch ein nicht dargestelltes, außerhalb der
Kammer angeordnetes Pumpenaggregat erzeugt, welches an aus der Außenumfangsfläche
des Hohlzylinders 2 beiderseitS dessen vertikaler Diametralebene ragende Dichtungsanschlüsse
38 angeschlossen ist. Jeder dieser Anschlüsse 38 ist über ein Rohr 39 an eine Absaugleitung
40 mit mehreren Saugstutzen 41 angeschlossen. Die Anzahl der Ansaugleitungen 40
ist vorteil haft gleich der Anzahl der Abschnitte der Kondensationseinheit, d.ht
fünf auf Jeder Seite im vorliegenden Beispiel. Dasselbe gilt für die Saugstutzen
41, deren Anzahl vorteilhaft der Anzahl der Kondensierungsplatten pro Abschnitt
der Kondensationseinheit entspricht, d.h.
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fünf im vorliegenden Beispiel. Ferner ist jeder Saugstutzen gegen
den Innenumfang des Hohlzylinders 2 ge stützt und mit der entsprechenden Kondensierungsplatte
ausgerichtet, wenn diese sich in ihrer hohlzylinderachsennormalen Stellung befindet,
d.h. wenn sie nicht verschwenkt ist.
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Das beschriebene Gefriertrocknungsgerät gemäß der Erfindung hat zahlreiche
Vorteile, von denen als erstes eine verbesserte Kondensation zu erwähnen ist. Diese
ist insbesondere auf die Anordnung der Saugstutsen 41 und die geringe Maximalbreite
der Kondensierungsplatten zurückzuführen. Ferner ist es aufgrund der Tatsache, daß
die Kondensationseinheit in zwei Gruppen 4 und 5 aufgeteilt ist, die im Inneren
der Vakuumkammer 1 beiderseits der Wagen 7 zur Aufnahme der Produkte und der Wagen
8 und 9 mit den Heizelementen angeordnet sind möglich, einen minimalen Dampfdruckabfall
Zwischen der Oberfläche des behandelten Produktes und der Kante der Kondensierungsplatten
6 zu erzielen.
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Weiterhin ermöglicht die Kreisabschnittsform der Kondensierungsplatten,
einen beträchtlichen Teil der für die Kondensation unnötigen Platte wegfallen zu
lassen und gleichzeitig eine bestmögliche Ausnutz@ng des von den Wagen und den anderen
Ausrü@tungen der Vakuumkammer belassenen Haumes zu erzielen.
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Der Abstand zwischen den verschiedenen Kondensierungsplatten 6 ist
in einfacher Weise regelbar, und @war entweder durch die Ausrichtung dieser Platten
oder uroh Austauschen der gekorbten Schienen 34 und 35. Diese Muglichkeit ist besonders
interessant fur solche Gefriertrocknungsgeräte, die für die Behandlung von Produkten
mit sehr unterschiedlichen Konzentrationen vorgesehen sind.
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Der zentrale Teil der Vakuumkammer 1 kann durch Entfernen der die
Heizelemente tragenden Wagen 8 und 9 vollständig freigemacht werden, was mögliche
Reparaturen im Inneren der Vakuumkammer erleichtert und ein direktes Abtauen der
Kondensationsplatten 6 z.B. mit einem Heißwasser- oder Dampfstrahl ermöglicht. Darüberhinaus
kann jede Kondensierungsplatte auf Wunsch schnell im Inneren der Vakuumkammer eingebaut
bzw. ausgebaut werden, weil sie nur in den Einkerbungen 36 und 37 der Schienen 34
und 35 ruht.
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Schließlich besitzt das Gefriertrocknungsgerät gemäß der Erfindung
eine große Arbeitsanpassungsfähigkeit, die ihr die Behandlung einer Vielzahl verschiedener
Produkte
ermöglicht, und zwar insbesondere aufgrund der veränderbaren
Ausrichtung der Kondensierungsplatten und der vielfältigen Kommutierungsmöglichkeiten
in den Kreisen zur Beschickung der Platten mit kälteerzeugendem Fluid.
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Es wird betont, daß die Erfindung nicht auf da beschriebene Ausführungsbeispiel
beschränkt ist.
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- Patentansprüche -