DE2161903A1 - Gefriertrocknungsgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein drehbares Gefriertrocknungsgerät. Die Mehrzahl der Gefriertrocknungsgeräte drehbarer Art besitzen einen zylindrischen Behälter, der einen Sublimationsraum bildet und um eine Achse drehbar montiert ist. Im Inneren dieser Kammer befindet sich eine Beschickung aus gefrorenen Produktteilchen, die durch die Drehung des Behälters aufgewirbelt sind. Der Sublimationsraum ist im allgemeinen mit Heizmitteln ausgerüstet, die sich im Inneren des zylindrischen Gefäßes (Strah-

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lungswärme) oder außerhalb (Strahlungswärme oder Bad eines Wärmeträgers, in den der zylindrische Behälter eingetaucht ist) befinden. Der zylindrische Behälter kann mit Schaufelrühreinrichtungen ausgerüstet sein, die Keinen anderen Zweck haben, als eine intensivere Durcharbeitung der Teilchen und ihre gleichmäßige Erhitzung zu begünstigen.

Bei diesen Geräten bleibt die Wärmezufuhr zu den gefrorenen Produktteilchen begrenzt, und zwar im wesentlichen aufgrund der Tatsache, daß die Beschickung während der Drehung der Kammer in deren unteren Teil verbleibt und Wärme nur mit dem Innenteil der warmen Wand der Sublimationskammer austauscht, der unter der Beschickung entlang läuft.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die Wärmeübertragung zwischen der warmen Wand der Sublimationskammer und der Beschickung aus gefrorenen Produkten in verteiltem Zustande durch Schaufelrühreinrichtungen zu steigern, die um eine Achse umlaufen und mit der Wand zusammenarbeiten, um die Beschickung auf den größten Teil dieser Wand zu verteilen.

Die Erfindung bezweckt die Verbesserung von Gefriertrocknungsgeräten für gefrorene Produktteilchen der Gattung mit einem Behälter, der die Sublimationskammer für die Teilchen bildet, ausgerüstet mit Schaufelrühreinrichtungen, die um eine Achse drehbar sind, ferner mit Heizeinrichtungen, einer Beschickungsleitung und einer nach unten geneigten Austragleitung, deren eines Ende in einer axialen Austragzone liegt, wobei die Austragleitung mit einem Verschlußorgan vereinigt ist. Gemäß der Erfindung besitzt die Rühreinrichtung in einem unteren Teil der Kammer

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Entnahmeschaufeleinrichtungen und in einem oberen Teil der Kammer Schurreneinrichtungen für den Fluß in Richtung zur Axialzone sowie Austrageinrichtunaen nahe der Axialzone.

Vorzugspreise besitzt der den Sublimationsraum bildende Behälter mindestens eine kegelstumpfförmige Wand mit. annähernd horizontaler Achse, deren kleinere Basis die axiale Austragzone begrenzt und deren Konizität die Fließschräge der Rühreinrichtung bestimmt, wenn sie als Schurre dient. .

Wenn also ein Gerät gemäß der Erfindung arbeitet, d.h. wenn der Rührwerkbeschaufelung eine Drehbewegung um eine Achse erteilt wird, entweder weil die Beschaufelung an der sich drehenden Kammerwand festgelegt ist oder v/eil sie sich unabhängig und praktisch im Kontakt mit der festen Wand dreht, werden die Teilchen entlang der "and in einem aufsteigenden und dann absteigenden Sinne mitgenommen; der letzte Teil eines absteigenden Durchlaufes vollzieht sich gegebenenfalls durch unabhängige Gleitung zwischen den Schaufeln längs der Wand. Statt an der Stelle im unteren Teil des Sublimationsraumes erhitzt zu werden, werden die Teilchen so mit dem wesentlichen Teil der warmen Wand der Sublimationskammer in Kontakt gebracht. Diese Wärmeübertragung wird noch durch den Kontakt mit den Schaufeln verbessert, wenn diese an der Wand durch Schweißung festgelegt sind.

In einem Gefriertrocknungsgerät gemäß der Erfindung arbeiten das an einem Verschlußorgan angebrachte Rohr und die Schaufelrühreinrichtungen während der Drehung der letzteren zusammen, um die Sublimationskammer zu entladen, wenn einmal die Teilchen gefrier-

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getrocknet sind. Hierfür genügt es, daß das Verschlußorgan freigemacht wird, um die Sublimationskammer und die Austragleitung

die miteinander derart in Verbindung zu setzen, daß die/Rührschaufeleinrichtung verlassenden Teilchen im oberen Teil der Kammer direkt unter Schwerkraft in die Austragleitung fließen.

Wenn man außerdem eine gegen die axiale Zone fallende Austragleitung mit einem in der axialen Austragzone liegenden Ende sowie ein Verschlußorgan für die Austragleitung vorsieht, das gegebenenfalls zu der Austragleitung gehört, führt man unter Schwerkraft eine Ladung von gefrorenen Teilchen ein.

Das Gerät kann dann zu Beginn und am Ende der Gefriertrocknung beschickt und entladen werden, ohne daß Umgebungsluft in die Sublimationskammer eindringt, wenn Beschickungs- bzw. Austragleitungen an ein Gefriergerät, das gefrorene Teilchen abgibt, und an einen Konditionierbehälter für gefriergetrocknete Teilchen angeschlossen sind. Es ist so möglich, ein Produkt von der Gefrierphase an bis zur Konditionierphase des gefriergetrockneten Produktes zu behandeln, ohne daß dieses jemals mit Umgebungsluft in Kontakt gelangen würde. Dieser Vorteil ist besonders wichtig für die Produkte, bevor sie unter aseptischen Bedingungen behandelt werden, oder als Schutz gegen jede Gasquelle, die das Produkt verunreinigen oder zerstören könnte.

Ein Gefriergerät gemäß der Erfindung gestattet auch,ein Produkt kontinuierlich gefrierzutrocknen, indem man zeitlich nacheinander Ladungen des Produktes einführt und austrägt, ohne daß eine andere Betätigung als die eines einfachen Verschlußorganes erforderlich wäre.

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Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnung in einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel erläutert.

Fig. 1 ist ein schematischer Schnitt durch ein Gefriertrocknungsgerät nach der Erfindung.

Fig. 2 zeigt geschnitten nach Linie II-II der Fig. 1 einen Bauteil des in Fig. 1 dargestellten Gerätes.

Fig. 3 ist ein schematischer Schnitt durch ein Gefriertrocknungsgerät nach Fig. 1 und 2 während einer Beschickungsphase.

Fig. 4 ist ein schematischer Schnitt durch ein Gefriertrocknungsgerät gemäß Fig. 1 und 2 während einer Gefriertrocknungsphase und zeigt insbesondere den Weg eines Teilchens während dieser Phase.

Fig. 5 ist ein schematischer Schnitt durch das Gefriertrocknungsgerät gemäß der Erfindung nach Fig. 1 und 2 während einer Austragsphase.

Das Gerät gemäß Fig. 1 besitzt im wesentlichen einen Metallbehälter 1, der eine Sublimationskammer bildet und zur Aufnahme einer Beschickung von gefrorenen Teilchen vor ihrer Trocknung dient. Der Behälter 1 ist vorzugsweise rotationsasymmetrisch in Bezug zu einer im wesentlichen horizontalen Achse 3. Er besitzt eine kugelschalenförmig ausgewölbte Wand 4 und eine Kegelstumpfwand 5 mit einem Spitzenwinkel zwischen 90 und 180°. Wände 4 und 5 sind miteinander am Umfang der großen Basis des Kegelstumpfes 5 vereinigt.

Das Gehäuse 1 ist drehbar um die Symmetrieachse 3 der Wände 4 und 5 montiert. Zu diesem Zweck ist der Kugelschalenteil 4 über das

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Gehäuse 1 hinaus durch ein zylindrisches Rohr 36 verlängert, das die Achse 3 als Symmetrieachse einschließt. Das Rohrinnere steht mit der Sublimationskammer 2 in offener Verbindung,und die Kegelstumpfwand 5 ist auf der Außenseite in einem Stück mit einer Ringwand 6 verbunden, die die Achse 3 als Symmetrieachse umschließt und an der kleineren Basis des Kegelstumpfes 5 angeordnet ist. Die Leitung 36 wirkt bei ihrer Drehung mit einer zylindrischen Leitung 7 der Achse 3 bei der Vakuumanlegung mittels Lippendichtungen 8 zusammen. Die Leitung 7 ist anschließend mit einer Vorrichtung zum Zurückhalten von Feingut, z.B. einem Zyklon, einem Kondensator und einer Vakuumpumpe verbunden, die in Fig. 1 nicht dargestellt sind. Die Ringwand 6 arbeitet bei der Drehung mittels der Lippendichtungen 12 mit einem achsgleichen Ringlager 9 zusammen, das an einem ortsfesten Teil 10 starr befestigt ist, welches zu einer Belade- und Entladevorrichtung 11 gehört, die später beschrieben wird. Das Gehäuse 1 wird mittels eines Elektromotors 13 über eine Mitnahmerolle 14 in Drehung versetzt, die in einen Zahnkranz 15 eingreift, der fest am Außenumfang der zylindrischen Leitung 36 aufgesetzt ist.

Das Gehäuse 1 ist mit metallischen Schaufelrühreinrichtungen ausgerüstet, die im Inneren der Sublimationskammer angeordnet sind und auf der Kegelstumpfwand 5 fest aufgeschweißt sind. Infolgedessen drehen sie sich mit um die Achse 3. Diese Rühreinrichtungen besitzen mehrere Schaufeln 16, die regelmäßig über die Kegelstumpfwand 5 verteilt sind. Jede Schaufel 16 besitzt gemäß Fig. 1 und 2 eine radiale flache Rippe 17 von in Richtung von der großen Basis zur kleinen Basis der Kegelstumpfwand 5 abeneh-

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mender Breite und eine Ablenkfläche 18, die gegen die Rippe in Drehrichtung des Gehäuses 1 geneigt ist, um einen Winkel zwischen 90 iind I8o , vorzugsweise von annähernd 135 zu bilden. Der Ablenker verbreitert sich in Richtung von der großen Basis zur kleinen Basis der Kegelstumpfwand 5.

Das Gefriertrocknungsgerät nach Fig. 1 und 2 besitzt außerdem eine Belade- und Entladevorrichtung 11 für die Sublimationskammer 2, die in einer Axialzone des Gehäuses 1 angebracht ist und von der kleinen Basis der Kegelstumpfwand 5 begrenzt wird. Diese Vorrichtung besitzt einen festen Teil oder eine Zylinderplatte mit der Symmetrieachse 3 und v/eist zwei schräge Durchbohrungen 19 und 20 auf, deren Symmetrieachsen in einer gemeinsamen vertikalen Ebene senkrecht zur Scheibe 10 liegen, die durch die Achse 3 geht, und sie bilden einen gleichen Winkel mit dieser Achse. Eine Beladeleituna 21, die von der Scheibe 10 ausgehend nach oben ansteigt, und eine von der Scheibe 10 nach unten geneigte Entladeleitung 22 münden in die Bohrungen 19 bzw. 20. Die Leitung 21 steht mit einem drehbaren Gefriergerät 23 in offener Verbindung, das die gefrorenen Produktteilchen vor ihrer Gefriertrocknuna erzeugt und eine Bauweise hat, wie sie beispielsweise in der französischen Patentschrift 1 522 286 beschrieben ist. Die Leitung 22 steht mit einem Auffangtopf 24 in offener Verbindung, der zur Aufnahme der gefriergetrockneten Teilchen dient. Die Belade- und Entladevorrichtung 11 besitzt außerdem ein bewegliches Verschlußorgan 25 für die Leitungen 21 und 22, das aus einer zylindrischen Scheibe mit der Symmetrieachse 3 besteht, mit einem Spiel oder einer schrägen Bohrung 26 ausgerüstet ist

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und gegen die Zylinderscheibe 10 anliegt. Die Zylinderscheibe ist drehbar um die Achse 3 montiert und formschlüssig mit einem Kern 27 verbunden, der die ortsfeste Platte 10 in Richtung der Achse 3 durchsetzt und mit einem Handgriff 28 ausgerüstet ist. Für zwei um 180 gegeneinander versetzte Stellungen des Handgriffes 28 und damit für zwei Stellungen des Verschlußorganes deckt sich die schräge Bohrung 26 gemäß Fig. 3 und 5 entweder mit der -Bohrung 19 oder mit der Bohrung 20 der festen Scheibe 10,

»und die Achse der Bohrung 25 fällt entweder mit der Achse der Bohrung 19 oder mit der Achse der Bohrung 20 zusammen. Das Verschlußorgan 25 gestattet also,die Sublimationskammer entweder mit der Beschickungsleitung 21 oder mit der Entladeleitung 22 in offene Verbindung zu setzen. Die schräge Bohrung 26 ist zum Inneren der Kammer 2 durch eine Entladeschurre 29 verlängert, die fest an der Platte 25 angebracht ist und deren Wand im wesentlichen entsprechend der Achse der Bohrung 26 gerichtet ist. Die Vakuumabdichtung zwischen der festen Platte 10 und dem Verschlußorgan 25 ist gemäß Fig. 1 durch Dichtungen 30 und die Abdichtung ™ zwischen dem Kern 27 und der festen Platte 10 durch Dichtungen 31 gesichert.

Das Gefriertrocknungsgerät besitzt Heizeinrichtungen, die aus einem thermisch isolierten Trog 32 für eine Wärmeträgerflüssigkeit 33 bestehen.Die Heizung erfolgt durch einen elektrischen Widerstand 34. Der untere Teil des Gehäuses 1 ist im Inneren des Bottichs 32 angeordnet und damit in die Wärmeträgerflüssigkeit 33 eingetaucht.

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Die Leitung 36 verlängert sich in das Innere des Sublimationsraumes mit einem Sieb oder Gitter 35, das zur Zurückhaltung von Feingut dient und einen Zylinderraum mit der Achse 3 umgrenzt.

Im Betrieb wird die Sublimationskammer vermittels der Leitung 7 unter Vakuum gesetzt. Dem Gehäuse 1 wird mittels des Elektromotors 13 eine Drehbewegung um die Achse 3 erteilt, und die Heizung der Sublimationskammer erfolgt durch die Kälteträgerflüssigkeit, die durch den elektrischen Widerstand 34 erhitzt ist.

Gemäß Fig. 3 erfolgt die Beladung der Sublimationskammer, indem man die Beschickungsleitung 21 und die Kammer 2 mittels des Verschlußorganes 25 in offene Verbindung setzt. Die von dem drehbaren Gefriergerät 23 kommenden gefrorenen Teilchen fließen unter Schwerkraft in die Leitung 21 und treten in die Sublimationskaramer 2 ein, wo sie sich an der Basis ansammeln. Wenn Die Beschickung einmal eingeführt ist, wird das Verschlußorgan 25 aus seiner Ladestellung 90 um die Achse 3 gedreht, und die Sublimationskammer ist dann gleichzeitig gegenüber der Beschickungsleitung 21 und der Entladeleitung 22 abgetrennt.

Dann beginnt die Gefriertrocknungsphase,und die eintretenden thermischen und stofflichen Austauschvorgänge werden durch die Drehung des Behälters 1 verbessert. Gemäß Fig. 4 dient jedes Mal, wenn eine Schaufel 16 im unteren Teil der Sublimationskammer 2 wirksam wird, diese Schaufel zur Herausschälung von Teilchen, indem eine Längskante der Schaufel 16 oder Längsrand des Ablenkers 18 die Angriffskante für diese Ausschälung bildet. Im Verlauf der Drehung des Behälters 1 werden die zwischen der Ke-

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gelstumpfwand 5 und der Schaufel 16 angesammelten Teilchen zum oberen Teil der Kammer mitgenommen,Wenn die Schaufel 16 sich im oberen Teil der Kammer befindet und eine Neigung gegen eine horizontale Ebene von annähernd 45 bis 50° erreicht, dient sie als Rutsche für die Teilchen, die dann zur axialen Beladungs- und Entladungszone fließen, die durch die kleine Basis der Kegelstumpf wand 5 begrenzt ist. Die Teilchen gleiten längs der Schaufel 16, verlassen diese, treffen auf das Verschlußorgan 25 auf und gelangen dann wieder in den unteren Teil der Kammer 2, wo sie zwischen den Schaufeln 16 auf der Kegelstumpfwand 5 selbst gleiten, die zur Horizontalen um 45 bis 50° geneigt. Die Bewegungsbahnen der Teilchen sind in Fig. 4 durch die Linie 37 zwischen den Punkten A und B dargestellt.

Wenn die Beschickung getrocknet ist, erfolgt die Entladung der Kammer gemäß Fig. 5, indem man die Austragleitung 22 und die Kammer 2 mittels des Verschlußorgans 25 in offene Verbindung setzt. Die von einer Schaufel 16 mitgenommenen gefriergetrockneten Teilchen treffen beim Verlassen der Schaufel 16 im oberen Teil der Kammer 2 auf die Ablenkplatte 29, die vorzugsweise die Form eines halben Trichters hat, und rieseln unter Schwerkraft durch die Bohrung 26 in die Leitung 22 zum Aufnähmetopf 24.

Die Erfindung ist nicht auf die in Fig. 1 und 2 dargestellte Ausführungsform beschränkt. Die Rührschaufeln 16 können um die Achse 3 drehbeweglich sein, während der Sublimationsbehälter 1 feststeht. Die Heizmittel können aus einer Strahlungsquelle (Infrarot) bestehen, die innerhalb oder außerhalb des Behälters angeordnet ist.

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Die Gefriertrocknungsgeräte nach der Erfindung können für die aseptische Behandlung von Produkten oder zur kontinuierlichen Behandlung zu trocknender Produkte mittels Durchsatzes dienen.

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Claims (13)

Patentansprüche

1.j Gerät zur GefeLertrocknung von gefrorenen Produktteilchen mit einem als Sublimationskaininer für die Teilchen dienenden Behälter, der mit einem um eine Achse drehbaren Rührschaufelwerk, Heinzeinrichtungen, einer nach unten geneigten Belade- und Entladeleitung ausgerüstet ist, deren eines Ende in einer axialen Eint-

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ladezone liegt und die an ein Verschlußorgan angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Rührschaufeln Einrichtungen besitzen, die in einem unteren Teil der Kammer als Entnahmeschaufeleinrichtung und in einem oberen Teil der Kammer als Fließrutsche in Richtung der axialen Zone dienen, und daß die Entladeeinrichtung sich in der Nähe der axialen Zone befindet.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Sublimationskammer bildende Behälter mindestens eine kegelstumpfförmige Wand von annähernd horizontaler Achse aufweist, deren kleine Basis die axiale Entladezone begrenzt.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter um die Achse der kegel£stumpfförmigen Wand drehbar gelagert ist und das Schaufelrührwerk starr mit der Kuegelstumpfwand verbunden ist.

4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet/ daß das Schaufel rührwerk mindestens eine Schaufel besitzt, die die Fließrutsche bildet, deren Längsrand eine Angriffskante für die Ausschälung . bildet.

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5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufel eine im wesentlichen radiale Rippe und einen gegen die Rippe im Drehsinn des Behälters geneigten Ablenker besitzt.

6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ablenker sich in Richtung von der großen Basis zur kleinen Basis der
Kegelstumpfwand verbreitert.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippe und der Ablenker einen Winkel zwischen
90 und 180° bilden.

8. Gerät nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel an der Spitze der Kegelstumpfwand im wesentlichen nahe bei 90° liegt.

9. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Beladeleitung gegen die axiale Zone abfällt und ihr eines Ende in der axialen Entladezone liegt.

10. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladeeinrichtung ein Verschlußorgan für die Entladeleitung aufweist, das aus einer drehbar gelagerten,von außen
betätigbaren Scheibe mit einer Öffnung besteht, die in einer Winkelstellung der Scheibe die Entladeleitung mit dem Kammerinneren in offene Verbindung setzt.

11. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe auch das Verschlußorgan für Beladeleitung bildet und das Scheibenloch in einer anderen Winkelstellung die Beladeleitung mit dem Kammerinneren in offene Verbindung setzt.

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12. Gerät nach Anspruch IO, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ablenkplatte vorzugsv/eise in Form eines Halbtrichters an der Verschlußscheibe auf der Innenseite der Kammer in einer Stellung starr
befestigt ist, daß sie als Entleerungstrichter dient.

13. Gerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Austragrinne , die an der beweglichen Scheibe starr angebracht ist, in
der Verlängerung des Scheibenloches liegt.

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