DE3332437C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Trocknungsvorrichtung mit einem Vakuumtrocknerbehälter und darin angeordneten Mikrowellen-Schlitzstrahlern, die über Wellenleiter bzw. Verzweigungswellenleiter mit einer Mikrowellen-Genera­ tor-Einrichtung in Verbindung stehen.

Aus "Food Engineering Int'l", Jan. 1979, S. 31-33, sind Mikrowellen-Vakuumtrocknungseinrichtungen zum einen für Fruchtsäfte und zum anderen für Schüttgüter, wie Getreide, bekannt. In diese Vorrichtungen werden die zu trocknenden Güter in dünnen Lagen kontinuierlich einge­ bracht und getrocknet. Zur Vermeidung von unerwünschten elektrischen Entladungen wird die Mikrowellenenergie ständig in Abhängigkeit von der Energieabsorbtion durch die zu trocknenden Güter geregelt. Dies erfordert aufwendige Überwachungseinrichtungen und führt zu einer Begrenzung der maximal abstrahlbaren Mikrowellenenergie.

Die GB-PS 12 07 227 zeigt eine Mikrowellen-Trocknungs­ einrichtung für Gewebe- oder Papierbahnen. Zur Abführung von Feuchtigkeit und zur Vermeidung von elektrischen Entladungen wird ein Gasstrom mit einer hohen Geschwin­ digkeit von mindestens 55 m/s durch die Vorrichtung und auch durch die Wellenleiter geführt. Für die Trocknung von Lebensmitteln ist diese Vorrichtung daher nicht geeignet.

Aus der US-PS 44 35 629 schließlich ist eine Mikrowel­ len-Vakuumtrocknungseinrichtung mit einer Anzahl von im Vakuumbehälter parallel zueinander angeordneten Wellen­ leitern mit Abstrahlöffnungen bekannt. Dabei werden die Wellenleiter zugleich selbst durch Wärmeleitmittel be­ heizt, um Strahlungswärme abzugeben. Da auch innerhalb der Wellenleiter ein Vakuum besteht, ist hier wegen der erforderlichen Vermeidung von unerwünschten Entladungen die abstrahlbare Mikrowellenenergie begrenzt. Diese Begrenzung der abstrahlbaren Mikrowellenenergie und damit der Leistung der Vorrichtung beruht allgemein auf dem physikalischen Phänomen, daß ein Vakuum von etwa 200 Pa und darunter, wie es beim Vakuumtrocknen üblich ist, mit einem Minimum der Entladungs-Einleitungsinten­ sität des elektrischen Feldes der sich in diesem Vakuum ausbreitenden Mikrowellen zusammenfällt, wie dies aus dem in Fig. 1 der Zeichnung dargestellten Diagramm ersichtlich ist.

Es stellt sich daher die Aufgabe, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Inten­ sität des elektrischen Feldes und damit die abstrahlbare Mikrowellenenergie unter Vermeidung von elektrischen Entladungen über das bisher mögliche Maß hinaus gestei­ gert werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß an den Anschluß- oder Verbindungsabschnitten zwischen den Schlitzstrahlern und den Wellenleitern oder in den Wellenleitern selbst Sperrplatten vorgesehen sind, und daß jede Sperrplatte aus einem Fensterrahmen aus einem Metall und einem Fen­ ster aus einem Werkstoff, durch den die Mikrowellen leicht hindurchzudringen vermögen, besteht und eine geschlossene Resonatoreinrichtung darstellt, welche eine Einheit mit dem Schlitzstrahler bildet.

Bei der Trocknungsvorrichtung nach der Erfindung wird vorteilhaft eine wesentlich höhere Feldintensität er­ möglicht, da ein Entladungen begünstigendes Vakuum nunmehr lediglich noch in den Endbereichen der Wellenleiter bzw. in den dort angeordneten Schlitzstrahlern besteht, wo die Feldstärke aufgrund der Verteilung des von der Mi­ krowellen-Generator-Einrichtung erzeugten Feldes auf die verzweigten Wellenleiter ohnehin bereits geringer und daher unkritisch ist. Zudem wird der Wirkungsgrad der Vorrichtung durch die Ausbildung der Sperrplatten mit den Schlitzstrahlern bzw. den zugehörigen Wellenleiter­ abschnitten als jeweils geschlossener Resonator wesent­ lich verbessert.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine graphische Darstellung der Wechselbezie­ hung zwischen Druck und Intensität des elektri­ schen Feldes zur Einleitung einer elektrischen Entladung,

Fig. 2 eine teilweise im lotrechten Schnitt darge­ stellte Ausführungsform,

Fig. 3 die Aufsicht auf dieselbe,

Fig. 4 die teilweise angeschnittene Aufsicht auf ei­ nen Schlitzstrahler,

Fig. 5 eine in vergrößerter Darstellung gehaltene Schnitt­ ansicht eines Verbindungs- oder Anschlußteils zwischen dem Schlitzstrahler und einem Wellen­ leiter,

Fig. 6 eine Seitenansicht der Anordnung nach Fig. 5, von der rechten Seite her gesehen,

Fig. 7 einen Schnitt längs der Linie A-A und

Fig. 8 eine teilweise im lotrechten Schnitt darge­ stellte Vorderansicht einer anderen Ausfüh­ rungsform.

Die Fig. 2 und 3 veranschaulichen im lotrechten Schnitt bzw. in Aufsicht eine Ausführungsform, bei welcher außerhalb eines Behälters Haupt­ wellenleiter 1-3 vorgesehen sind, die rechteckigen Wellenleiter, an deren rechte Enden Mikrowellen-Oszil­ latoren 4-6 angeschlossen sind, sowie T-förmige Ver­ zweigungswellenleiter 8-10 umfassen, welche die Wand 7 des Vakuumbehälters durchsetzen und mit ihren linken Enden innerhalb des Behälters liegen.

An die Auslaßseiten der T-förmigen Verzweigungswellen­ leiter 8-10 sind innerhalb des Behälters an ihren En­ den geschlossene (kurzgeschlossene) primäre Verzwei­ gungswellenleiter 11-13 angeschlossen, die ihrerseits jeweils mit mehreren, z. B. vier sekundären Verzwei­ gungswellenleitern 14-17 verbunden sind, wobei sich ihre Endabschnitte überlappen. Die sekundären Wellen­ leiter sind in kammartiger (verschachtelter) Konfigura­ tion in Abständen l _f entsprechend der Wellenlänge der in den Wellenleitern übertragenen Wellen angeordnet. Zur Verbindung (Ankopplung) dienende Schlitze 18 leiten die Mikrowellen von den primären zu den sekundären Verzweigungswellenleitern.

An die sekundären Verzweigungswellenleiter 14-17 sind über Sperrplatten 23 Schlitzstrahler 19-22 angeschlos­ sen, deren Querschnittsform in Fig. 7 dargestellt ist. Schlitze 24 zur Mikrowellenabstrahlung besitzen jeweils dieselbe Form und sind in regelmäßigen Abständen in Form von Schrittsteinen (stufenförmig) an den Unterseiten jedes Schlitzstrahlers in der unteren Strahler-Ebene, an den Oberseiten jedes Schlitzstrah­ lers in der unteren Ebene sowie sowohl an Oberseite als auch an Unterseite jedes Schlitzstrahlers in der Ober­ seite als auch an Unterseite jedes Schlitzstrahlers in der Mittelebene angeordnet, wie in Fig. 2 gezeigt. Die Schlitzstrahler in der oberen und unteren Ebene strah­ len daher nur von einer Fläche ab, während die Schlitz­ strahler in der Mittelebene von beiden Flächen abstrah­ len.

Die einzelnen Sperrplatten 23 sind sandwichartig zwi­ schen den sekundären Verzweigungswellenleitern 14 und den Schlitzstrahlern 19 sicher befestigt und jeweils mit einem zur Verhinderung einer etwaigen Vakuum-Lecka­ ge luftdichten Fensterrahmen 23 a sowie einem Fenster 23 b aus einem Werkstoff wie Teflon (Tetrafluorethylen), Keramik, Glas, Quarzglas, Borsilikatglas, Polysulphon od. dgl. versehen. Die Fenster besitzen eine solche Induktionscharakteristik, daß sie Mikrowellen ohne großen Energieverlust durchlassen. Da insbesondere Borsilikatglas im wesentlichen denselben Wärmeausdeh­ nungskoeffizienten wie Kovar-Metall besitzt, ist die dichte Verbindung des Fensters mit dem Fensterrahmen, wenn dieser aus Kovar-Metall hergestellt ist, besonders einfach.

Die einzelnen Sperrplatten 23 bilden somit einen mit dem (betreffenden) Schlitzstrahler integralen bzw. ein­ stückigen geschlossenen Resonator R.

Zur Förderung eines Heizmediums dienende Umwälzrohre 25 sind parallel zu den primären Verzweigungswellenleitern 11 bis 13 angeordnet. Wärmeübertragungs-Leitkörper 26 aus Aluminiumlegierung sind in Form von Anschlußblöcken entsprechend den einzelnen Zwi­ schenräumen zwischen den sekundären Verzweigungswellen­ leitern an der Außenseite der Rohre 25 angegossen.

Wärme- bzw. Heizrohre 27 sind in Nuten 28 in Angüssen (vgl. Fig. 7) auf beiden Seiten der Schlitzstrahler eingesetzt und mit Hilfe eines Klebmittels mit gutem Wärmeleitvermögen befestigt. Die Endabschnitte der Heiz­ rohre sind in Bohrungen in den Wärmeübertragungs-Leit­ körpern 26 eingesetzt und (darin) mit Hilfe eines Kleb­ mittels guten Wärmeleitvermögens befestigt.

Es ist möglich, die Wärmeübertragungs-Leitkörper 26 wegzulassen und die Heizrohre unmittelbar mit den Um­ wälzrohren für das Heizmedium zu verbinden.

Die erwähnten Wärme- bzw. Heizrohre können zudem so aus­ gelegt sein, daß das Heizmedium ihr Inneres durchströmt bzw. im Inneren dieser Rohre enthalten ist. Außerdem können anstelle der erwähnten Wärme- bzw. Heizrohre auch massive Stangen bzw. Stäbe oder Heizeinrichtungen, wie elektrische Heizelemente od. dgl., verwen­ det werden.

Gemäß Fig. 5 und 6 sind Blenden 29 (Anpaßeinrichtungen für die Retroreflexion der reflektierten Mikrowellen) in den sekundären Verzweigungswellenleitern 14 vor­ gesehen, um die von den Schlitzstrahlern 19 reflektier­ ten Mikrowellen zurückzuwerfen. Aufnahmewannen 30, in denen das zu trocknende Nahrungsmittel od. dgl. untergebracht werden kann, sind zwischen den jeweils darüber und darunter angeordneten Schlitzstrahlern mit­ tels eines Einschub-Halters 31 in solchen Lagen festge­ legt, daß sie die Abstrahlung der von den Schlitzstrah­ lern emittierten Mikrowellen kaum behindern.

Die Aufnahmewannen 30 bestehen aus einem Werkstoff, wie Teflon (Tetrafluorethylen), Polypropylen, Polysulphon od. dgl., der kleine dielektrische Verluste sowie einen kleinen Reflexionskoeffizienten aufweist. Festigkeit und Verbindungen der Wellenleiter des im Vakuumtrocknungsbehälter angeordneten Mikrowellen­ übertragungskreises sind so sorgfältig gewählt, daß eine Vakuumleckage vermieden wird. Die einlaßseitigen Endabschnitte der T-förmigen Verzweigungswellenleiter 8-10 sind innerhalb des Behälters mit Hilfe von Vakuumdichtungen an der Vakuumtrockner-Behälterwand 7 montiert.

Obgleich in der Zeichnung nicht dargestellt, sind so­ wohl Mikrowellen- als auch Abstrahlungsheizeinrichtun­ gen gemäß Fig. 2 und 3 an linker und rechter Seite in bezug auf die Achse des Einschub-Halters 31 symmetrisch angeordnet und im Vakuumtrocknungsbehälter unterge­ bracht.

Nach der Beschreibung des Grundaufbaus der dargestell­ ten Ausführungsform ist darauf hinzuwei­ sen, daß das Hauptmerkmal dieser Ausführungsform darin besteht, daß das Innere der Wellenleiter an der Seite des Mikrowellenoszillators unter einem höheren Druck als dem innerhalb der Mikrowellenstrahler, die unter verringertem Druck stehen, herrschenden Druck gehalten werden kann, bei der dargestellten Ausführungsform vor­ zugsweise auf Atmosphärendruck, in dem die Sperrplatten 23 in den Wellenleiterkreis der Mikrowellenheizeinrich­ tung eingeschaltet werden.

Da weiterhin die einzelnen Sperrplatten 23 so ausgebil­ det sind, daß sie zusammen mit dem Mikrowellenstrahler­ teil eine geschlossene Resonatorvorrichtung R bilden, können die Mikrowellen durch diese Sperrplatten mit nur geringem Verlust hindurchtreten.

Der Mikrowellenübertragungskreis besitzt andererseits den folgenden Aufbau:

Im Hinblick auf die elektrische Mindest-Feldintensität Vm - 180 V/cm zur Einleitung der elektrischen Entladung ist zunächst der Mikrowellenübertragungskreis, der die Wellenleiteranordnung mit den außerhalb des Behälters befindlichen Hauptwellenleitern, den T-förmigen Ver­ zweigungswellenleitern, den primären und den sekundären Wellenleitern umfaßt, so ausgebildet, daß die elektri­ sche Feldintensität Vw an den Einlaßenden der Schlitz­ strahler 19 bis 22 kleiner ist als Vm, nämlich Vw < Vm.

Aufgrund dieser Ausgestaltung ist es möglich, Form und Größe der die Schlitzstrahler bildenden Wellenleiter zu vereinheitlichen und gleichzeitig elektrische Entladun­ gen über die Gesamtanordnung der Schlitzstrahler zu un­ terdrücken.

Daneben haben die Abmessungen und Lagen der Schlitze 24 für die Mikrowellenabstrahlung einen Einfluß auf die Richteigenschaften der aus den Schlitzen abgestrahlten Mikrowellen und die elektrische Feldintensitätsvertei­ lung der abgestrahlten elektrischen Wellen, wobei diese Eigenschaft und die Verteilung auch einen wesentlichen Einfluß auf die an den Stellen der Schlitze herrschende elektrische Feldintensität hat. Wenn die Intensität des elektrischen Felds im Bereich nahe der Schlitze größer wird als die Intensität für die Auslösung der elektri­ schen Entladung, tritt in diesen Bereichen die elektri­ sche Entladung auf.

Abmessungen, Lagen und Zahl der Schlitze sind dement­ sprechend so gewählt, daß die Richtwirkung der abge­ strahlten elektrischen Wellen und die Intensitätsver­ teilung des Strahlungsfeldes aufgrund bevorzugter Be­ ziehungen zwischen den nebeneinanderliegenden Schlitzen daraufhin optimiert werden kann, daß diese Richtwirkung und Verteilungscharakteristik die Grundvoraussetzungen für die gleichmäßige Erwärmung und Trocknung der auf einer großen Fläche angeordneten Nahrungsmittel od. dgl. darstellen.

Im Hinblick insbesondere auf die Richtcharakteristik des in der Rohrwandung jedes Strahlers fließenden Wand­ flächenstroms sind die Schlitze in Bezug auf die Strah­ lerachse einander abwechselnd angeordnet, und der Ab­ stand zwischen den Zentren einander abwechselnder Schlitze entspricht der Hälfte der Wellenlänge _g der innerhalb des Wellenleiters übertragenen Welle. Alle durch die betreffenden Schlitze fließenden elektrischen Ströme besitzen daher dieselbe Phase. Hieraus folgt, daß die elektrischen Wellen in einer Richtung senkrecht zur Rohrachse des Strahlers über die Schlitze abgestrahlt werden.

Außerdem sind die Strahlungsimpedanzen der einzelnen Schlitze jeweils gleich ausgelegt, indem die Schlitze in Abständen entsprechend genau ½ der Wellenlänge _g der innerhalb des Wellenleiters übertragenen Welle angeordnet sind.

Weiterhin ist darauf hinzuweisen, daß das Spitzen- bzw. Vorderende jedes Schlitzstrahlers kurzgeschlossen ist, während der Abstand von diesem Vorderende zur Mittel­ linie des am nächsten liegenden Schlitzes = ¾ der Wellenlänge _g der im Wellenleiter übertragenen Welle gewählt ist. Auf diese Weise wird die Induktions­ impedanz eines jeden unendlich, so daß schwache Reflektionswellen, die an der Kurzschlußwand und am Fensterrahmen 23 a der Sperrplatte 23 auftreten, durch die Wirkung der am Endabschnitt des Schlitzstrahlers angeordneten Blenden 29 zurückgeworfen und über den Schlitz 24, wie die sich ausbreitenden Wellen, fortlau­ fend in den Außenraum (innerhalb des Vakuumtrocknungs­ behälters) abgestrahlt werden. Die aus dem Außenraum in den Schlitzstrahler eingedrungenen Mikro­ wellen werden aufgrund der Wirkungsweise der Blenden 29 ebenfalls in den Außenraum zurückgestrahlt.

Anstelle der Blenden 29 können auch Stichleitungen verwendet werden.

Da hierbei die Strahlungsimpedanzen der betreffenden Schlitze dieselben Werte bzw. Charakteristika besitzen, während Reflektionswellen am Abschnitt des Einzelkrei­ ses jedes Schlitzstrahlers gesperrt werden, werden die Mikrowellen veranlaßt, beim Durchgang durch die Schlitze praktisch gleiche elektrische Leistungsmengen in den äußeren Raum abzustrahlen.

Wie erwähnt, wird die elektrische Entladung dadurch blockiert bzw. unterdrückt, daß das Innere einer Reihe des Übertragungsrohrkreises auf Atmosphärendruck gehal­ ten wird, wo die Intensität des elektrischen Felds für die Auslösung einer elektrischen Entladung hoch ist. Eine weitere Ausgestaltung liegt darin, daß die primären und sekundären Verzweigungswellenleiter mit­ tels einer Schlitz-Verbindung miteinander verbunden sind, so daß eine Abstrahlung gleicher elektrischer Leistung gewährleistet werden kann.

Die Stellen, an denen die Richtungskomponenten der elek­ trischen Wirbelströme, die in den breiten Leiterwand­ flächen des bei dieser Ausführungsform verwendeten rechteckigen Wellenleiters fließen, gleich groß werden, sind so angeordnet, daß sie die Konfiguration von Schrittsteinen erhalten, die in Abständen entsprechend der Wellenlänge der im Rohr übertragenen Welle angeord­ net sind.

Bei der dargestellten Ausführungsform sind die sekun­ dären Verzweigungswellenleiter 14 bis 17, die im rech­ ten Winkel zum primären Wellenleiter 11 nebeneinanderge­ schaltet sind, im Abstand l _f entsprechend der Wellen­ länge der im Wellenleiter übertragenen Welle angeord­ net. Im Bereich der elektrischen Verbindung zwischen primären und sekundären Verzweigungswellenleitern ist ein Schlitz an der Stelle vorgesehen, die gemäß Fig. 4 in einem bestimmten, vorgegebenen Abstand x von der Mit­ tellinie des primären Verzweigungswellenleiters 11 ange­ ordnet ist. Der Verbindungsschlitz ist parallel zur Mit­ tellinie des Verzweigungswellenleiters orientiert und besitzt eine Länge von 1/2 _g .

Ein bestimmter normalisierter Wirkleitwert Go pro Schlitz ist in Übereinstimmung mit der Zahl der sekun­ dären Verzweigungswellenleiter der Übertragungstheorie entsprechend festgelegt bzw. definiert.

Andererseits variiert die tatsächliche normalisierte Leitfähigkeit G des mit dem primären Verzweigungswellen­ leiter 11 an seinem rechten, kurzgeschlossenen Ende gemäß Fig. 4 verbundenen sekundären Verzweigungswellen­ leiters 14 komplex in Übereinstimmung mit der Kurz­ schlußstrecke des sekundären Verzweigungswellenleiters 14 und der zweidimensionalen Lage des Schlitzes 18. Im Hinblick darauf ist die Strecke bzw. der Abstand x bei dieser Ausführungsform experimentell so festgelegt, daß die durch die zweidimensionale Lage des Schlitzes 18 bestimmte normalisierte Leitfähigkeit G = Go wird, so daß die optimale Verbindung bzw. Ankopplung durch den Schlitz erreicht wird.

Im Verzweigungswellenleiterkreis, in welchem die norma­ lisierten Leitfähigkeiten G der jeweiligen Schlitze die­ selbe Größe besitzen, wird die auf den primären Verzwei­ gungswellenleiter 11 übertragene elektrische Mikrowel­ lenleistung sodann zu den sekundären Verzweigungswellen­ leitern 14 bis 17 mit dem gleichen Verhältnis des elek­ trischen Stroms bzw. der elektrischen Leistung und mit gleichen Phasen übertragen.

In anderer Hinsicht ist es nötig, daß die den Schlitz 18 für Verbindung bzw. Ankopplung passierende elektri­ sche Leistung die elektrische Leistung liefert, die den mit dem sekundären Verzweigungswellenleiter verbundenen Schlitzstrahlern zugeführt werden soll.

Bezogen auf die vorstehend angegebenen, normalen Bedin­ gungen, kann die erforderliche elektrische Leistung für einen einzigen Schlitzstrahler etwa 150 W betragen.

Wenn eine solche große elektrische Leistung unter einem verringerten Druck, wie beim bisherigen Gefriertrock­ nungsverfahren, übertragen werden soll, wird die auf den einzigen Schlitz zur Abstrahlung der elektrischen Welle einwirkende Intensität des elektrischen Felds außerordentlich groß, und zwar weit größer als die zur Auslösung einer Entladung erforderlichen Intensität des elektrischen Felds, so daß zwangsläufig an dieser Stel­ le eine elektrische Entladung auftritt.

Wie erwähnt, sind jedoch die Sperrklappen 23 zwischen den Schlitzstrahlern und den sekundären Verzweigungs­ wellenleitern so eingefügt, daß die Sperrplatten die mit den Schlitzstrahlern einheitlichen oder integrier­ ten geschlossenen Resonatoreinrichtungen R bilden und damit den Resonator luftdicht abgeschlossen halten, um im Inneren des zu den Schlitzstrahlern führenden Wellen­ leiterkreises Atmosphärendruck aufrechtzuerhalten. Auf diese Weise wird die erforderliche und ausreichende elektrische Mikrowellenleistung übertragen, während eine elektrische Entladung unter Bedingungen vermieden wird, bei denen die Entladungseinleitintensität des elektrischen Felds auf einem hohen Pegel gehalten werden kann.

Im folgenden sind Arbeitsweise und Wirkung der vorste­ hend beschriebenen Vorrichtung beim Vakuumgefriertrock­ nen von eingefrorenen Nahrungsmitteln erläutert.

Die im voraus eingefrorenen Nahrungsmittel od. dgl. werden in die Aufnahme-Wannen 30 eingelegt. Letztere werden sodann auf den Einschub-Halter 31 ge­ setzt, der seinerseits in den Vakuumtrocknerbehälter überführt wird, dessen Tür daraufhin geschlossen wird.

Nach dem Evakuieren des Vakuumtrocknerbehälters auf einen Druck in der Nähe des Betriebsdrucks für das Gefriertrocknen wird das Heizmedium, Heißluft, Dampf, Heizöl od. dgl., in den Umwälzrohren 25 mittels einer nicht dargestellten Heizregelvorrichtung umge­ wälzt, so daß ein optimales Temperaturverteilungsschema für den Strahler-Heizbetrieb erreicht wird. Hierbei wer­ den die über die Wärmeübertragungs-Leitkörper 26 zu bei­ den Seiten der Schlitzstrahler angeordneten Wärme- bzw. Heizrohre 27 so erwärmt, daß sie die Schlitzstrahler 19 bis 22 im wesentlichen auf die Temperatur des Heizmedi­ ums erwärmen, so daß die Schlitzstrahler 19 bis 22 ihrerseits als Heizstrahler wirken.

Da hierbei der Temperaturunterschied zwischen den Schlitzstrahlern und dem zu erwärmenden Gut (sowohl Gefriergut als auch Aufnahme-Wannen) als Antriebskraft für die Wärmeübertragung wirkt, breitet sich Wärme zu den Oberflächen des in gefrorenem Zustand vorliegenden Gutes aus, um dieses durch Sublimation zu trocknen, wobei die Wärmeabstrahlung bei der Wärmeübertragung eine dominierende Rolle spielt.

Andererseits wird die von den Mikrowellenoszillatoren 4 bis 6 emittierte elektrische Mikrowellenenergie oder -leistung vor den außerhalb des Behälters angeordneten Hauptwellenleitern 1 bis 3 über die jeweiligen T-förmi­ gen Verzweigungsrohre 8 bis 10 in die an linker und rechter Seite angeschlossenen primären Verzweigungs­ wellenleiter 11 bis 13 mit gleichem Teilungsverhältnis von 1/2 eingeleitet. Wenn beispielsweise Mikrowellen­ energie einer Größe l dem T-förmigen Verzweigungsrohr 8 zugeführt wird, wird somit Mikrowellenenergie einer Größe 1/2 zu jedem ersten Verzweigungswellenleiter 11 übertragen.

Die dem primären Verzweigungswellenleiter zugeführte elektrische Mikrowellenenergie oder -leistung wird dann in Zweige derselben Phase und derselben Leistung auf­ grund der Wirkungsweise der an den Verbindungsstellen zwischen primären und sekundären Verzweigungswellen­ leitern angeordneten Schlitze 18 aufgeteilt und dabei über die betreffenden Sperrplatten 23 zwischen den se­ kundären Verzweigungswellenleitern und den geschlosse­ nen Resonatoren R schließlich in die Schlitzstrahler 19 bis 22 eingeleitet, von denen die Mikrowellen über die zahlreichen Schlitze 24 gegen das zu erwärmende Gut ausgestrahlt werden, und zwar unter Bedingungen guter Eigenrichtwirkung sowie homogener Verteilung.

Der größte Teil der über die Schlitze 24 ausgestrahlten Mikrowellen bewegt sich geradlinig im freien Raum und dringt tief in die Nahrungsmittel ein, um dabei als Ab­ sorptionswärme in den Nahrungsmitteln bzw. im Trock­ nungsgut verbraucht zu werden, wobei die Mikrowellen an den Grenzflächen des Nahrungsmittelguts oder der Auf­ nahme-Wannen wiederholt reflektiert bzw. gebrochen wer­ den.

Die nicht im Nahrungsmittelgut verbrauchten Mikrowellen nehmen höhere Schwingungszustände im freien Raum ein, in welchem eine dreidimensionale Übertragung stattfin­ det, wobei diese restlichen Mikrowellen zu den verschie­ denen elektrisch leitfähigen Wänden innerhalb des Vaku­ umtrocknerbehälters oder zum Nahrungsmittelgut od. dgl. übertragen und dabei in Form von Wärmeenergie verbraucht bzw. vernichtet werden.

Wenn der Wellenleiterkreis mit einer elektrischen Lei­ stung gespeist wird, deren Pegel bzw. Größe die Größe der unter der Belastung verbrauchten elektrischen Mikro­ wellenleistung übersteigt, vergrößern sich im allgemei­ nen die Reflexionswellen sowie die elektrische Feld­ intensität, so daß im wesentlichen im Umgebungsgas vor­ handene primäre Elektronen und primäre Ionen angeregt werden, die möglicherweise eine elektrische Entladung induzieren können.

Bei der beschriebenen Ausführungsform ist aus diesem Grunde eine nicht dargestellte Fotosensoreinheit vor­ gesehen, welche eine elektrische Entladung festzustel­ len vermag, die aufgrund der Wirkung einer übermäßig großen, der Vorrichtung zugeführten Mikrowellenleistung auftreten kann. Der Eingangs- bzw. Eingabepegel der elektrischen Mikrowellenleistung kann damit ent­ sprechend der tatsächlichen Last oder Belastung auf eine optimale Größe eingestellt werden, so daß jeder­ zeit ein wirksamer bzw. wirtschaftlicher Gefriertrock­ nungsvorgang gewährleistet wird.

Beim bisherigen Gefriertrocknungsverfahren unter Ver­ wendung eines Strahlungs- oder Ableitheizsystems er­ folgt das Trocknen in der Weise, daß sich der Wasser­ gehalt des Nahrungsmittels od. dgl. bis zu ei­ nem gewissen Grad verringert und dabei eine trockene Schicht bzw. Außenfläche entsteht, welche der Wärme­ übertragung entgegenwirkt und die zu einer beträchtlich herabgesetzten Trocknungsgeschwindigkeit führt. Zur Er­ zielung einer auch nur geringfügigen Senkung des Wasser­ gehalts war daher bisher eine ziemlich lange Betriebs­ zeit nötig.

Bei der mit den Strahlerheiz- und Mikrowellenheizsyste­ men versehenen Misch- bzw. Verbundvorrichtung gemäß der beschriebenen Ausführungsform kann dagegen in vorteil­ hafter Weise eine deutliche Verkürzung der Trocknungs­ zeit und eine bessere Homogenisierung der Heiz- und Trocknungsleistung erzielt werden, indem entweder der anfängliche Betrieb nur mit dem Strahlerheizsystem er­ folgt und das Mikrowellenheizsystem im Verbund von dem Zeitpunkt an in Betrieb gesetzt wird, zu dem die Trock­ nungsgeschwindigkeit eben abzufallen beginnt, oder in­ dem beide Heizsysteme vom Betriebsbeginn an im Verbund betrieben werden. Hierdurch lassen sich eine höhere Produktionsleistung und geringere Trocknungskosten be­ legen.

Da weiterhin die Schlitzstrahler die doppelte Aufgabe als Mikrowellenemitter und Wärmestrahler für die Strah­ lungsbeheizung erfüllen, kann die Vorrichtung im Ver­ gleich zu der Ausführung, bei der einfach ein Wärme­ strahler zu ihr hinzugefügt wird, kompakter ausgelegt werden.

Über die beispielhaft beschriebene Anordnung hinaus, bei der die Sperrplatte 23 am Einlaßende des Schlitz­ strahlers angeordnet ist und zusammen mit diesem einen geschlossenen Resonator R bildet, kann die Lage der Sperrplatte selbstverständlich nach Belieben geändert werden.

Die beschriebene Lage der Sperrplatte ist jedoch vom Herstellungsstandpunkt und zur Gewährleistung einer gu­ ten Wirkungsweise der Vorrichtung vorteilhaft.

Weiterhin ist es möglich, die Schlitze 24 nicht in Form von Schrittsteinen anzuordnen, sondern so festzulegen, daß sie sich schlitzförmig in Richtung der Mikrowellen erstrecken.

Während weiterhin sowohl das Mikrowellen- als auch das Strahlungsheizsystem auf einer Seite des Einschub-Hal­ ters 31 angeordnet sind, können die Schlitzstrahler auch so angeordnet werden, daß sie gemäß Fig. 8 je­ weils abwechselnd in entgegengesetzte Richtungen ver­ laufen.

Während darüber hinaus die T-förmigen Verzweigungs­ wellenleiter, die primären und sekundären Verzweigungs­ wellenleiter sowie die Schlitzstrahler bei der darge­ stellten Ausführungsform innerhalb des Vakuumtrockner­ behälters angeordnet sind, ist auch eine Abwandlung mög­ lich, bei welcher nur die Schlitzstrahler in den Vakuum­ trocknerbehälter hineinragen.

Industrielle Anwendbarkeit:
Die beschriebene Trocknungsvorrichtung ist auf gewerblicher oder industrieller Basis all­ gemein für das Vakuum-Gefriertrocknen und Vakuumtrock­ nen von Nahrungsmitteln, Pharmazeutika und dgl. und insbesondere für das Vakuum-Gefriertrocknen von eingefrorenen Nahrungsmitteln einsetzbar.

Claims (6)

1. Trocknungsvorrichtung mit einem Vacuumtrocknerbehälter und darin angeordneten Microwellen-Schlitzstrahlern, die über Wellenleiter bzw. Ver­ zweigungswellenleiter mit einer Microwellengeneratorein­ richtung in Verbindung stehen, dadurch ge­ kennzeichnet, daß an den Anschluß - oder Verbindungsabschnitten zwischen den Schlitzstrahlern (19 bis 22) und den Wellenleitern (8 bis 17), oder in den Wellenleitern selbst Sperrplatten (23) vorgesehen sind, und daß jede Sperrplatte (23) aus einem Fenster­ rahmen (23 a) aus einem Metall und einem Fenster (23 b) aus einem Werkstoff, durch den die Microwellen leicht hindurchzudringen vermögen, besteht und eine geschlos­ sene Resonatoreinrichtung darstellt, welche eine Einheit mit dem Schlitzstrahler (19-22) bildet.

2. Trocknungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Fenster (23 b) aus Borsilikatglas her­ gestellt ist.

3. Trocknungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jeder Schlitzstrahler (19-22) mit in gleichmäßigen Abständen und stufenförmig angeordneten Schlitzen (24) ausgebildet ist, wobei diese in einer unteren Strahler-Ebene an den Oberseiten jedes Schlitz­ strahlers, an den Ober- sowie Unterseiten jedes Strah­ lers in einer mittleren Strahler-Ebene und an den Unter­ seiten jedes Strahlers in einer oberen Strahler-Ebene angeordnet sind.

4. Trocknungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitzstrahler (19-22) in einer parallelen Konfiguration neben- oder unterein­ ander in Abständen l _f entsprechend der Wellenlänge der in den Wellenleitern (8-17) übertragenen Wellen ange­ ordnet sind.

5. Trocknungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitzstrahler (19-22) an den Außenflächen mit an ihnen befestigten Heizrohren (27) ausgestattet sind, welche in Nuten (28) festgelegt sind, die integriert an den Schlitzstrahleraußenflächen ausgebildet sind.

6. Trocknungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in den sekundären Verzwei­ gungswellenleitern (14-17) Blenden (29) vorgesehen sind, um die von den Schlitzstrahlern (19-22) reflek­ tierten Microwellen zurückzuwerfen.