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Anlage zum präparieren von biologischen Objekten.
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Die Erfindung betrifft eine Anlage zum präparieren von biologischen
Objekten durch Sublimation im Vakuum wie z. B. Vögel, Fische, Reptilien,Organe usw.
von unterschiedlicher Form und Größe.
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Die bisher bekannten Anlagen, meist als Gefriertrocknungsanlagen bezeichnet,
sind für das chargenweise Trocknen von gleichartigen Produkten mit gleicher Trocknungszeit,
wie z. B. Kaffee, Tee, Antibiotika, 3lutplasma ,Säuglingsnahrung, Pflanzenextrakte
usw. konstruiert und mittels Prozeßsteuerungen auf genau reproduzierbare Prozeßverläufe
und Trocknungszeiten optimiert.
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Andererseits sind universelle Laboranlagen bekannt, welche vielfältigen
Aufgaben gerecht werden, die aber keinen kontinuierlichen Arbeitsablauf gestatten.
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Bei bekannten Anlagen wird der Verfahrensverlauf durch das Abtauen
des Eiskondensators unterbrochen. Dadurch müssen Stillstandszeiten der gesamten
Anlage in Kauf genommen werden.
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Bei der Gefriertrocknung von Objekten mit sehr unterschiedlichen Trocknungszeiten
richtet sich
die Zeitspanne für die Abtau- und auch für die Beschickungsintervalle
nach dem Objekt mit der längsten Trocknungszeit. Dadurch werden die bekannten Verfahren
tür die gleichzeitige Trocknung stark unterschiedlicher Objekte unwirtschaftlich
und auch in Bezug auf die Qualität der kurzfristig trocknenden Objekte ungeeignet.
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Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, eine Anlage zu schaffen,
die einen kontinuierlichen Arbeitsfluß selbst bei extrem unterschiedlichen Objekten
in Bezug auf Form, Wassergehalt und Trocknungszeit gewährleistet und welche eine
kontinuierliche Beschickung und Entnahme der Objekte ermöglicht, ohne den Arbeitsprozeß
zu stören oder zu unterbrechen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß
mehrere Objektkammern von gleicher, und oder unterschiedlicher Größe an einem Vakuumverteiler
angeschlossen sind und daß der Vakuumverteiler mit vorzugsweise 2 oder mehreren,
wechselweise oder gleichzeitig zu- oder abschaltbaren, Kondensatoren verbunden ist
und daß jeder der Kondensatoren mit einer Kälteanlage ausgestattet ist und daß die
Kondensatoren wechselweise oder gleichzeitig über entsprechende Ventile mit einer
oder mehreren Vakuumpumpen in Verbindung stehen.
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Die Erfindung ermöglicht auserdem eine rasche Erweiterung der Anlage,
indem der Vakuumverteiler nach dem Prinzip eines Baukastensystems gestaltet ist
und mittels geeigneten Anschlußflanschen mit weiteren Vakuumverteilern gekoppelt
werden kann um die Anzahl der Objektkammern und / oder die Anzahl der Kondensatoren
zu erhöhen.
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In Weitrbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Objektkammern
einzeln oder mit einer gemeinsamen Heizanlage beheizt werden können, oder sich in
einer oder mehreren Wärmekammern befinden. Die Heizung kann auch dahingehend ausgebildet
sein, daß die Objektkammern einzeln oder gemeinsam mit einer Mikrowellenheizung
ausgerüstet ind.
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Erfindungsgemäsi wird weiter vorgeschlagen, daß die Heizung in Abhängigkeit
vom Vakuumdruck geregelt wird und zwar dergestalt, daß im Vakuumsystem ein Vakuum-Messfahler
eingebaut ist, welcher über eine entsprechende Steuerung mit der Heizung in Verbindung
steht.
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Die Heizung kann aber auch nur, oder zusätzlich, von der Objekttemperatur
geregelt werden, indem direkt am Objekt, in der Objektkammer, ein Temperaturfühler
angeordnet ist, welcher über eine Thermostatsteuerung mit der Heizung in Verbindung
steht.
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Ein weiterer, bedeutender Vorteil der Erfindung zeigt sich in dem
wechselweisen Betrieb der Kondensatoren, denn während der eine in der Anlage arbeitet
und sich auf der Oberfläche des Kältemittelverdampfers im Kondensator Eis ablagert,
kann der andere, abgeschaltete Kondensator abgetaut werden, indem auf der Hochdruckseite
des Kältemittelkreislaufs der Kälteanlagen eine ventilgesteuerte Bypaßleitung zur
Umgehung des Verflüssigers eingebaut ist.
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Weiterführend kann der abgeschaltete, abgetaute und somit frei zur
Verfügung stehende, Kondensator zum Einfrieren neuer Objekte verwendet werden. Dazu
ist die KäIteanlage mit einer zeitabhängig gesteuerten Einfriertemperaturregelung
ausgerüstet, denn es hat sich gezeigt, daß der Sublimationsvorgang viel schneller
und exakter ablauft, wenn die Objekte langsam eingefroren werden, weil sich dadurch
große Eiskristalle in den Objektzellen bilden.
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Ein weiterer Erfindungsgedanke stellt eine Anordnung dar, welche es
ermöglicht, den Zeitpunkt zu erkennen, wann das Ende der Sublimation erreicht und
das einzelne Objekt fertig präpariert ist. Dazu sind an den Objekt;ammern Anschlussstellen
für Vakuum-Meßfühler angebracht. Wenn ein an der Anschlußstelle angebrachter Vakuum-Meßfühler
bei geschlossenem Objektkammerventil keinen Druckanstieg mehr anzeigt, dann ist
das Objekt fertig und kann der Objektkammer entnommen werden ohne daß die Sublimation
der andern Objekte unterbrochen oder gestört wird.
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Die Erfindung sieht auch die Schaffung einer Sicherheitseinrichtung
vor, welche die Objekte in den Objektkammern bei Störangen in der Anlage oder bei
Stromausfall vor Beschädigungen durch Auftauen schützt, indem sich die Objektkammern
im Wirkungsbereich einer Flüssiggas-Sprühanlage befinden und daß die Sprühanlage
mit einem entsprechenden Schaltventil ausgerüstet ist. Weiterhin wird vorgeschlagen,
daß funktionswichtige Organe der Anlage, in erster Linie der Versorgungsstromkreis,
mit Sensoren, Meßfühlern oder dgl. ausgerüstet sind, welche über eine Steuerung
mit dem Ventil der Flüssiggas-Sprühanlage in Verbindung stehen.
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Die erfindungsgemäße Anlage kann noch dahingehend verbessert werdenydaß
einer oder zusätzliche Kondensatoren als Kryopumpe ausgebildet sind, oder daß eine
Kryopumpe zusätzlich angebaut wird.
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Die Kryopumpen können in bekannter Weise nach verschiedenen Prinzipien
gebaut sein.
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Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung in
Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung näher erläutert.
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Die Abbildung zeigt den schematischen Aufbau einer Anlage gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung.
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Die in der Abbildung dargestellte, erfindungsgemäße Anlage zeigt die
je nach Form und Größe der Objekte (Tiere, Fische, Reptilien, Organe usw.) unterschiedlich
gestalteten vakuumdichten Objektkammern la bis 1d, welche über die Objektkammerventile
2a bis 2d, über den Vakuumverteiler 3 und über die Kondensatorabsperrventile 4a
und 4b mit den Kondensatoren 5 und 6 verbunden sind. ober die Kondensatorabsperrventile
4a und 4b können die Kondensatoren 5 und 6 wechselweise oder gleichzeitig zu- oder
abgeschaltet werden. Die Kältemittelverdampfer 7 und 8 werden jeweils von einer
Kälteanlage 9 und 10 gekühlt.
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Der von den Objekten sublimierende Wasserdampf strömt zur gekühlten
Oberfläche der Kältemittelverdampfer 7 und 8 und schlägt sich dort als wachsende
Eisschicht nieder.
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Im ersten Verfahrensschritt können nun die zur Präparation vorbereiteten
Objekte in den beiden Kondensatoren eingefroren werden. Eine nicht näher beschriebene,
zeitabhängige Einfriertemperaturregelung der Kälteanlagen gewährleistet ein geziehlt
langsames Einfrieren der Objekte, um für die spätere Sublimation eine günstige,
möglichst große Kristallstruktur des gefrorenen Zellwassers zu erhalten. Die gefrorenen
Objekte werden den Kondensatoren 5 und 6 entnommen und in die zur jeweiligen Größe
des Objekts passenden Objektkammern 1a bis 1d eingebracht.
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Im zweiten Verfahrensschritt werden die weiterhin gekühlten Kondensatoren
5 und 6 durch die Vakuumpumpe 11 bei geöffneten Vakaumventilen 12a und 12b bis zum
Beinvakaumbereich evakaiert und durch öffnen der Kondensatorabsperrventile 4a, 4b
und der Objektkammerventile 2a bis 2d der Sublimationsvorgang eingeleitet. In dieser
Anfangsstufe des Trocknungsvorgangs, in welcher eine große Dampfmenge von den Objekten
zu den Kondensatoren 5 und 6 gesaugt und dort als Eis niedergeschlagen wird, steigt
die Kondensatorbelastung auf ein Optimum. Aus diesem Grunde ist es sehr vorteilhaft,
wenn in dieser Anfangsphase beide Kondensatoren 5 und 6 zusammenarbeiten.
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Im dritten Verfahrensschritt, wenn die anfallende Dampfmenge geringer
wird, kann z. B. der Kondensator 5 durch verschließen des Kondensatorabsperrventils
4a und des Vakuumventils 12a abgeschaltet und belüftet werden. Durch öffnen des
Bypaßventils 13 wird vom Kältekompressor 14 das gasförmige, erwärmte Kältemittel
direkt durch den Kältemittelverdampfer 7 geleitet, das kondensierte Eis abgetaut
und das Tauwasser über den Abflußhahn 15 abgelassen.
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Im vierten Verfahrensschritt zeigen sich nun die Vorteile der Anlage
in Bezug auf einen optimierten, kontinuierlichen Arbeitsfluß besonders deutlich:
Der abgetaute Kondensator 5 kann nun bereits wieder ohne Unterbrechung des Verfahrens
zum Einfrieren von neuen Objekten verwendet werden.
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Nach dem Einfrieren der neuen Objekte sindJdie kleineren Objekte in
den Objektkammern 1a und 1b fertig getrocknet und können gegen die neuen Objekte
ausgetauscht werden. Nun wird der Kondensator 5 wieder zu- und der Kondensator 6
abgeschaltet und abgetaut.
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Dadurch ergibt sich ein kontinuierlicher Arbeitszyklus.
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Während des Sublimationsvorganges an den gefrorenen Objekten im Vakuum
in den Objektkammern la bis 1d wird den Objekten Wärme entzogen und das Problem
der Prozeßführung besteht darin, gerade soviel Wärme zuzuführen wie das Objekt ohne
schmelzen des Eises verträgt.
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Bei zu geringer Wärme.zufuhr wird der Trocknungsprozeß zu stark verlangsamt
und damit unwirtschaftlich.
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Je nach Beschaffenheit der Objekte kann nun durch in der Zeichnung
angedeutete Wärmestrahler 16 und 17 Wärmestrahlung zur Anwendung kommen in Form
von Heizstrahlern, Infrarotstrahlern, Mikrowellen oder dgl.
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Die Objektkammern können auch in einer oder mehreren nicht nähers
beschriebenen Wärmekammern, welche in Bedarfsfalle auch gekühlt werden können, abgelegt
sein.
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Eine optimale, wenn auch aufwendige, Temperaturführung wird erziehlt,
wenn jede der Objektkammern la bis 1d in ihrem Innenraum mit Heizstäben bzw. Heizplatten
18 ausgerüstet wird, welche entweder elektrisch beheizt werden, oder von einer temperierten
Wärmeträgerflüssigkeit durchströmt werden.
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Ein im Vakuumsystem eingebauter Vakuum-Meßfühler 19 dient zur Sberwachung
des'Vakuumdrucks, welcher über eine nicht nicht näher beschriebene Steuerung mit
der Heizung 16 und 17 in Verbindung steht und die Heizung druckabhängig regelt An
den Objektkammern 1a bis 1d sind Anschlußstellen 20a bis 20d für Vakuum-Meßfahler
angebracht. Durch diese Anordnung kann bei geschlossenen Objektkammerventilen 2a
bis 2d am Druckverhalten festgestellt werden, wann der Trocknungsprozeß beendet
ist.
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Um zu verhindern, daß bei Stromausfall oder anderen Störungen in der
Anlage die Objekte bei ansteigendem Vakuumdruck auftauen und zerstört werden, sind
die Objektkammern 1a bis 1d im Wirkungsbereich bzw. im Sprühbereicn einer Flü9siggas-SprWhanlage
gelagert.
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Dieses Verfahren wird nicht näher beschrieben, weil es z. B. im Kühltransportwesen
angewendet wird.
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Durch das eingangs beschriebene Baukastensystem der Anlage ist eine
Umrüstbarkeit auf spezielle Kondensatoren leicht möglich. Dadurch können bei Bedarf
spezielle Kondensatoren, welche als Kryopumpen arbeiten eingesetzt werden. Die Ausführungsformen
der Kryopumpen können der Literatur entnommen werden. (Kryo-Vakaumtechnik R. A.
Haefer, Springer Verlag Berlin).