DE4418608A1 - Mikrowellen-Vakuum-Trocknungsvorrichtung sowie Trocknungsverfahren - Google Patents
Mikrowellen-Vakuum-Trocknungsvorrichtung sowie TrocknungsverfahrenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum
Trocknen von Produkten einer beliebigen Geometrie, Pulvern,
Granulaten und dergleichen, insbesondere von elektrisch
nichtleitenden Produkten, mit einer gasdicht verschließbaren
Kammer und einem in dieser angeordneten Produktbehälter zur
Aufnahme der zu trocknenden Produkte, einem
Mikrowellengenerator und einem Unterdrucksystem, wobei der
Mikrowellengenerator und das Unterdrucksystem mit der Kammer in
Verbindung stehen.
In der Halbleiter-, Optik- sowie Glasindustrie werden
üblicherweise große Mengen von fluorierten und/oder
chlorierten Kohlenwasserstoffen, sogenannten Freonen,
verwendet, um mit Ölspuren oder anderen Verbindungen
verschmutzte Teile zu reinigen. Bei diesen Reinigungsvorgängen
gehen jeweils große Mengen von leicht verdampfenden
Reinigungsmitteln verloren. Seit der negative Einfluß der
fluorierten und oder chlorierten Kohlenwasserstoffe auf die
Ozonschicht nachgewiesen ist, ist der Einsatz von fluorierten
und/oder chlorierten Kohlenwasserstoffen in verschiedenen
Ländern durch gesetzliche Auflagen eingeschränkt oder ganz
verboten worden. Zu reinigende Bauteile werden daher vermehrt
durch andere Lösungsmittel oder in einigen Fällen z. B. in einem
Ultraschallbad mittels deionisiertem Wasser gereinigt. Bei der
letzteren Methode stellt sich allerdings sehr oft das Problem,
die Teile nachträglich von der ihnen anhaftenden Feuchtigkeit
zu befreien.
Um die Feuchtigkeit schonend zu entfernen, können die Teile
gemäß Stand der Technik z. B. in einer Vakuumtrocknungsanlage
getrocknet werden. Dabei werden die zu trocknenden Teile mit
einer Strahlungsheizung soweit erwärmt, bis die zu
entfernenden, flüchtigen Bestandteile verdampfen. Diese
energieintensive Trocknungsart hat allerdings den Nachteil,
daß bei der Trocknung die sehr oft temperaturempfindlichen
Teile erwärmt werden, so daß die Gefahr einer Beschädigung
besteht.
Eine Vorrichtung, speziell zum Trocknen von pulver- oder
partikelförmigen Produkten, mit einer zylinderförmigen Kammer,
einem drehbaren Produktbehälter, Mittel zum Übertragen von
Mikrowellen in die Kammer, einer Vakuumpumpe, einem Rührwerk
mit Schaufeln zum Bewegen des Produkts im Produktbehälter und
einer Einrichtung zum Überwachen des Trocknungsprozesses wird
in der US-4,882,851 offenbart. Die zylinderförmige Kammer ist
liegend angeordnet, wobei der Kammerkopf zum Beladen des
Produktbehälters seitlich weggefahren werden kann. Zu diesem
Zweck ist der Kammerkopf an einen Schlitten befestigt, welcher
auf einer Schiene in der Längsachse der Trocknungskammer
verschiebbar ist. Der Produktbehälter ist mit dem Kammerkopf
fest verbunden, so daß dieser beim Wegschieben des Kammerkopfes
aus der Kammer gefahren wird. Auf dem Schlitten ist weiters ein
Elektromotor vorgesehen, um eine in der Längsachse der Kammer
und durch den Kammerkopf in den Produktbehälter sich
erstreckende Welle anzutreiben. An der Welle sind Schaufeln
angeordnet, welche für eine Durchmischung des zu trocknenden
Pulvers oder Granulates sorgen.
Zum Trocknen eines Produkts mittels der oben beschriebenen
Vorrichtung wird die Kammer durch die Vakuumpumpe evakuiert,
welche über eine Vakuumleitung mit der Kammer verbunden ist.
Wärmeenergie in Form von Mikrowellenstrahlung zum Verdampfen
der Lösungsmittel wird gegenüber dem bewegbaren Kammerkopf
durch einen Hohlleiter in die Trocknungskammer geleitet. Die
Mikrowellen werden dabei an der inneren Schale der Kammer
reflektiert und vom zu entfernenden Lösungsmittel, respektive
vom zu trocknenden Produkt absorbiert. Der Produktbehälter ist
aus einem für Mikrowellen transparenten Material gefertigt. Um
das Entweichen von Mikrowellenstrahlung in den umliegenden Raum
zu vermeiden, muß z. B. die Dichtung zwischen dem Kammerkopf
und der Kammer aus einem leitenden Material bestehen.
Gemäß der US 4,882,851 besteht die Kammer der Vorrichtung aus
zwei Schalen. Im Zwischenraum zwischen den beiden Schalen kann
warmes Wasser zirkulieren, um die Kondensation von Wasserdampf
oder Lösungsmitteldämpfen aus dem Trocknungsprozeß zu
verhindern. Die verdampften Lösungsmittelrückstände werden
durch einen in der Vakuumleitung angeordneten Kondensator
verflüssigt und in ein Reservoir abgeleitet.
Nachteilig bei der beschriebenen Mikrowellen-
Trocknungsvorrichtung ist die aufwendige Konstruktion der
doppelschaligen Kammer, welche zur Verhinderung der
Kondensation von Wasser oder Lösungsmittelrückständen in der
Kammer erforderlich ist. Als problematisch, vom
sicherheitstechnischen Aspekt her gesehen, erscheinen die
vielen Anschlußstellen an der Trocknungskammer und die damit
verbundene Gefahr des Entweichens von Mikrowellenstrahlung in
die Umgebung. So ist z. B. am Kammerkopf der Einsatz eines
leitenden O-Ringes vorgesehen und das Schauglas muß mit einer
mikrowellenundurchlässigen Metallschicht bedampft sein, um das
Austreten von Mikrowellenstrahlung zu verhindern. Diese
konstruktiven Details verteuern die Vorrichtung. Des weiteren
erzeugt die seitliche Einspeisung der Mikrowellen in die
Trocknungskammer vermutlich eine inhomogene
Strahlungsverteilung, so daß das zu trocknende Produkt im
Produktbehälter bei nicht ausreichender Durchmischung entweder
teilweise stark erwärmt werden kann oder daß das Lösungsmittel
nur teilweise entfernt wird.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine kompakte
Vorrichtung zum Trocknen von Teilen, Pulvern, Granulaten und
dergleichen, insbesondere von elektrisch nichtleitenden
Produkten, bereitzustellen, die die erwähnten Nachteile
mindestens teilweise vermeidet. Die Vorrichtung soll
konstruktiv einfach, kostengünstig und für den Bediener sicher
sein und sich insbesondere für die Reinigung von Teilen in der
Halbleiter-, Optik- sowie Glasindustrie eignen. Die flüchtigen
Bestandteile sollten möglichst rasch, schonend und vollständig
von den Teilen entfernt und wieder aufgefangen werden können,
so daß diese nicht an die Umgebung entweichen.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der
Produktbehälter aus einem leitenden, mikrowellen
undurchlässigen Material besteht, respektive als Faraday′scher
Käfig ausgebildet ist, daß der Mikrowellengenerator über einen
Hohlleiter oder direkt mit dem Produktbehälter in Verbindung
steht, und daß der Produktbehälter eine Vielzahl von
Öffnungen aufweist, so daß flüchtige Bestandteile aus dem
Produktbehälter in die Kammer entweichen können. Der
Produktbehälter, resp. die innere Kammer besitzen für Gas also
vorteilhafterweise einen hohen Leitwert, währenddem dieser für
Mikrowellen undurchlässig ist. Diese Anordnung zeichnet sich
durch eine einfache, kompakte Bauweise aus. Dadurch, daß die
Mikrowellen ausschließlich in die innere Kammer eingestrahlt
werden und aus dieser nicht entweichen können, brauchen keine
aufwendigen Maßnahmen ergriffen werden, um das Entweichen der
Mikrowellen in die Umgebung zu verhindern, da die äußere
Kammer ebenfalls vorzugsweise aus einem mikrowellen
undurchlässigen Material besteht. Das Bedienungspersonal ist
somit vor schädlicher Mikrowellenstrahlung bestens geschützt.
Auf der anderen Seite können die flüchtigen Bestandteile
praktisch ungehindert durch die Öffnungen der inneren Kammer
dringen und anschließend abgepumpt und/oder kondensiert
werden, so daß die Trocknungszeit sehr kurz ist.
Vorteilhaft weist der Hohlleiter eine Weiche zur Auskopplung
eines Teils der reflektierten Strahlung und Mittel zum Messen
der Energie auf. Dies ist eine besonders einfache Anordnung, um
den Endpunkt des Trocknungsprozesses bestimmen zu können.
Zweckmäßigerweise ist im Hohlleiter eine Sonde zur Messung der
Mikrowellenfeldstärke angeordnet. Dies erlaubt eine genaue
Bestimmung der reflektierten Strahlungsmenge.
Vorteilhaft wird ein Verteilungsmechanismus für die
Mikrowellenstrahlung vorgesehen. Dies erlaubt eine weitgehend
homogene Verteilung der Mikrowellenstrahlung in der inneren
Kammer.
Vorteilhaft ist im Bereich der äußeren Kammer wenigstens eine
Kühlfläche zur Kondensation der verdampften Bestandteile
vorgesehen. Dadurch können die verdampften Bestandteile nach
ihrem Durchtritt durch die Öffnungen der inneren Kammer
wirkungsvoll abgeschieden werden. Im Gegensatz zum eingangs
beschriebenen Stand der Technik kann auf den Einbau eines
Kondensators in die Saugleitung verzichtet werden, und die
Saugleistung der Unterdruckquelle wird nicht beeinflußt. Durch
die großen Kühlflächen wird eine rasch Kondensation der
flüchtigen Bestandteile bewirkt und die Trocknungszeiten sind
kurz.
Zweckmäßigerweise sind Mittel zum Kühlen der äußeren Kammer
vorgesehen. Diese können an den Innen- oder Außenwänden der
äußeren Kammer angeordnete Rohrleitungen sein, in welchen ein
Wärmeübertragungsmittel zirkulieren kann. Das
Wärmeübertragungsmittel kann, je nach Betriebsweise der
Trocknungsvorrichtung, die äußere Kammer entweder kühlen oder
erwärmen. Es ist denkbar, die Wandung auch doppelschalig
auszuführen, so daß diese von dem Wärmeübertragungsmittel
durchströmt werden kann.
Vorteilhaft ist am Austritt des Hohlleiters oder
Mikrowellengenerators ein Verteilungsmechanismus für die
Mikrowellenstrahlung vorgesehen. Dieser kann ein mit
Umlenkblättern versehener Rotor sein, welcher für eine bessere
Verteilung der Mikrowellenstrahlung sorgt. Es ist jedoch
genauso denkbar den Produktbehälter drehbar anzuordnen. Es ist
zweckmäßig, den Produktbehälter an einer Wand der Kammer
anzuordnen und die Mikrowellenstrahlung durch eine
mikrowellendurchlässige Stelle der Kammer in den
Produktbehälter zu führen, wobei der Verteilungsmechanismus
innerhalb oder außerhalb der Kammer angeordnet sein kann. Der
Verteilungsmechanismus kann z. B. rotierend oder stationär
ausgebildet sein. Der Mechanismus sorgt für eine weitgehend
homogene Verteilung der Mikrowellen, so daß sich diese
gleichmäßig über die zu trocknenden Produkte verteilen. Die
Anordnung des Mikrowellenverteilungsmechanismus außerhalb der
äußeren Kammer ergibt eine besonders kompakte Bauweise. Der
Verteilungsmechanismus des Mikrowellengenerators kann aber auch
vorteilhaft deckenseitig oder seitlich an der inneren Kammer
angeordnet werden. Die Mikrowellen werden in diesem Fall durch
einen entsprechenden Hohlleiter durch die äußere Kammerwand
zum Verteilungsmechanismus an der inneren Kammer geleitet.
Eine besonders einfache und kostengünstige Konstruktion ergibt
sich dann, wenn der Produktbehälter als innere Kammer
ausgebildet ist und aus einem gelochten Metallblech besteht. Um
zu vermeiden, daß es an den Wänden der inneren Kammer zu
Kondensationen kommt, kann die innere Kammer elektrisch heizbar
sein. Vorteilhaft kann in der inneren Kammer auch eine
Strahlungsheizung vorgesehen sein. Diese kann die innere Kammer
als auch die zu trocknenden Produkte erwärmen.
Zweckmäßigerweise ist die innere Kammer oder ein in der
inneren Kammer befindlicher Produktbehälter drehbar angeordnet.
Die drehbare Kammer oder der drehbare Produktbehälter kann dann
z. B. mit einem stationären Mikrowellen-Verteilungsmechanismus
zusammenwirken. Dadurch kann sichergestellt werden, daß das zu
trocknende Produkt weitgehend gleichmäßig der
Mikrowellenstrahlung ausgesetzt ist. Um Pulver oder Granulate
zu trocknen kann auch ein Rührmechanismus gemäß bekanntem
Stand der Technik vorgesehen werden.
Vorteilhaft sind in der Saugleitung Mittel zum Drosseln oder
Regeln der Saugleistung vorgesehen. Dies können z. B. zwei
parallel geschaltete Ventile mit unterschiedlichen Leitwerten
oder ein einzelnes Regelventil sein. Es ist außerdem
zweckmäßig, ein regelbares Belüftungsventil oder mehrere
zueinander parallel angeordnete Belüftungsventile mit
unterschiedlichen Leitwerten vorzusehen, um den Druckanstieg in
der Kammer in einer zeitabhängigen Rampenfunktion zu
ermöglichen. Es können in den Kammern und/oder im
Unterdrucksystem Sensoren zur Messung der Prozeßparameter, wie
des Totaldrucks, der Temperatur und der Mikrowellenfeldstärke,
vorgesehen sein. Die einzelnen Ventile und Sensoren der
Vorrichtung können durch eine Mikroprozessorsteuerung gesteuert
resp. kontrolliert werden, so daß der ganze Trocknungsprozeß
automatisiert werden kann.
Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung sollen
nun unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben werden. Es
zeigt:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Vakuum-Mikrowellen-
Trocknungsvorrichtung im Schnitt,
Fig. 2 a) eine perspektivische Ansicht einer inneren Kammer
(äußere Kammer nur angedeutet),
b) eine perspektivische Ansicht einer äußeren Kammer mit schlangenförmigen Leitungen und innen angeordneten Kühlflächen,
b) eine perspektivische Ansicht einer äußeren Kammer mit schlangenförmigen Leitungen und innen angeordneten Kühlflächen,
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer zylinderförmigen
Kammer.
Die Vorrichtung 11 gemäß Fig. 1 umfaßt eine äußere, gasdicht
verschließbare Kammer 13 und einen in dieser angeordneten
Produktbehälter 15, welcher als eine weitere, innere Kammer
ausgebildet ist. Die innere Kammer 15 besteht aus einem
mikrowellenundurchlässigen Material und ist derart ausgebildet,
daß Mikrowellenstrahlung, welche in diese geleitet wird, nicht
in die äußere Kammer 13 dringen kann. Die innere Kammer 15
weist eine Vielzahl von Öffnungen 16 auf, durch welche
flüchtige Bestandteile aus der Kammer 15 entweichen können.
Die äußere Kammer 13 ist mit einem Unterdrucksystem 17
verbunden. An den Innenwänden 19 der äußeren Kammer 13 sind
Leitungen 21 angeordnet (s. Fig. 2b), die von einem
Wärmeübertragungsmittel durchströmt werden können. Die
Leitungen 21 verteilen sich vorzugsweise gleichmäßig über die
Innenwände 19, so daß diese durch das Wärmeübertragungsmittel
auf die gleiche Temperatur erwärmt oder gekühlt werden können.
An den Anschlußstutzen 23, 23′ der Leitungen 21 ist zu diesem
z. B. ein thermostatisierbares Wasserbad oder ein Kühlgerät 25
angeschlossen. Je nach Flüchtigkeit der abzutrennenden
Bestandteile können dieselben im einen Fall durch Kühlen an den
Innenwänden 19 kondensiert werden oder im anderen Fall, durch
Erwärmen ein Kondensieren an den Wänden 19 verhindert werden.
Im letzteren Fall erfolgt die Kondensation der flüchtigen
Bestandteile an separaten Kühlflächen 29, welche in der Kammer
13 vorgesehen sind (Fig. 2b). Diese Kühlflächen 29 werden also
dann eingesetzt, wenn zur Kondensation der flüchtigen
Bestandteile eine tiefe Temperatur nötig ist. Durch die
großflächigen Kühlflächen 29 und die damit verbundene
Pumpwirkung kann das Produkt besonders rasch von flüchtigen
Bestandteilen befreit werden.
Der Boden 31 der Kammer 13 kann zweckmäßigerweise eine
Trichterform aufweisen, so daß die kondensierten, flüchtigen
Bestandteile im Trichter gesammelt und über das Ventil 33 in
den Kondensatbehälter 35 abgelassen werden können. Das
gesammelte Kondensat kann sodann über das Ventil 37 dem
Kondensatbehälter 35 entnommen werden.
Das oben schon erwähnte Unterdrucksystem 17 umfaßt eine
Unterdruckquelle 39, mehrere in der Saugleitung 38 angeordnete
Ventile 41, 43, 45, 47, einen Drucksensor 49, sowie einen
Partikelfilter 51. Mit der Bezugsziffer 47 ist ein regelbares
Belüftungsventil bezeichnet. Die Belüftung kann aber auch durch
mehrere, zueinander parallel angeordnete Ventile mit
unterschiedlichen Leitwerten erfolgen.
Die Ventile 43 und 45 haben einen unterschiedlichen Leitwert.
Dadurch kann die Saugleistung der Unterdruckquelle 39 variiert
werden. Die Ventile 43 und 45 können jedoch auch mehrere
parallelgeschaltete Ventile mit unterschiedlichen Leitwerten
sein oder durch ein einzelnes Regelventil, z. B. ein
Membranventil, ersetzt werden. Durch die Ventile 43, 45 kann bei
der Trocknung von feuchten, pulverisierten Produkten die
anfängliche Saugleistung gedrosselt und damit verhindert
werden, daß das Produkt verwirbelt wird und in die Saugleitung
38 gelangen kann. Außerdem ermöglichen die genannten Ventile
die Einhaltung eines gewünschten Druckverlaufes während des
Trocknungsprozesses.
Die Anschlußstelle 52 der Saugleitung 38 befindet sich
vorteilhaft im Bereich der Kühlfläche 29. Dadurch werden die im
angesaugten Gas vorhandenen, kondensierbaren Bestandteile
größtenteils auf den Kühloberflächen 29 kondensiert und können
nicht in Saugleitung 38 gelangen. Es ist jedoch denkbar, einen
Kondensator in der Saugleitung 38 vorzusehen, damit unter
Umständen noch vorhandene Reste der verdampften Bestandteile
kondensiert und zurückgewonnen oder entsorgt werden können.
Die innere Kammer 15 besteht zweckmäßigerweise aus einem
Lochblech. Der Lochdurchmesser kann klein sein, z. B. 1.5 mm.
Dies stellt sicher, daß die in die innere Kammer 15 geleiteten
Mikrowellen von z. B. einer Frequenz von 2.45 GHz nicht durch
die Wände der inneren Kammer in die äußere Kammer 13
entweichen können. Andererseits können die flüchtigen
Bestandteile durch die Löcher 16 praktisch ungehindert in die
äußere Kammer 13 entweichen, wo diese kondensiert werden
können.
Wie aus der Fig. 1 ersichtlich ist, kann die Kammer 15 an einer
Wand der Kammer 13 angeordnet sein. Die beiden Kammern 13, 15
können zweckmäßigerweise eine gemeinsame Wand haben, welche an
einer Stelle aus einem mikrowellendurchlässigen Material, z. B.
Glas, gefertigt ist. Durch diese Stelle können die Mikrowellen
z. B. direkt von außen in die innere Kammer 15 geleitet werden.
Dadurch ergibt sich eine äußerst kompakte Bauweise.
Deckenseitig in der Kammer 15 ist ein Mikrowellen-
Verteilungsmechanismus 57 angeordnet, welcher stationär oder
rotierend sein kann und für eine möglichst homogene Verteilung
der abgestrahlten Mikrowellenstrahlung sorgt. Üblicherweise
wird ein Umlenkschaufeln aufweisender Rotor vorgesehen. Es ist
jedoch denkbar, einen stationären Verteilungsmechanismus mit
einer drehbaren Kammer 13 zu kombinieren, um eine gleichmäßige
Bestrahlung der zu trocknenden Produkte zu erreichen.
Der Mikrowellengenerator 56 kann auch in Abstand zur äußeren
Kammer 13 angeordnet sein. In diesem Fall wird die
Mikrowellenstrahlung mittels eines entsprechenden Hohlleiters
durch die Wand zur äußeren Kammer 13, respektive in die innere
Kammer 15 geleitet. Im Hohlleiter kann eine Weiche vorgesehen
sein, um die aus der Kammer 15 reflektierte
Mikrowellenstrahlung teilweise auszukoppeln. Mit Hilfe einer in
den Hohlleiter ragenden Sonde kann dann die Intensität der
reflektierten Mikrowellenstrahlung gemessen werden. Diese
Information kann zur Feststellung des Endpunktes des
Trocknungsprozesses verwendet werden. Die im Hohlleiter
ausgekoppelte Mikrowellenstrahlung kann durch eine
mikrowellendurchlässige Stelle geleitet und z. B. durch Wasser
unschädlich gemacht werden.
Der Mikrowellenverteilungsmechanismus kann auch seitlich an der
inneren Kammer 15 angeordnet sein. Bei solch einer Anordnung
können die Türen oben angebracht sein, um die innere Kammer von
oben be- und entladen zu können.
Die innere Kammer 15 ist durch eine Türe 55 von außen
zugänglich. Zu diesem Zweck weist die äußere Kammer 13 an der
selben Seitenwand ebenfalls eine Türe auf (nicht
eingezeichnet), die zweckmäßig etwas größer als die Türe der
inneren Kammer 15 ist. Durch die genannten Türen wird die
innere Kammer 15 be- und entladen. Bei der Verwendung der
erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem automatisierten
Trocknungsprozeß können die Türen miteinander verbunden sein,
so daß sich diese durch einen Roboterarm gleichzeitig öffnen
lassen. Es ist denkbar, die innere Kammer 15 auf
Teleskopschienen anzuordnen, so daß diese zum Be- und Entladen
aus der äußeren Kammer 13 herausgezogen werden kann.
Zur Gewährleistung einer hohen Sicherheit für das bedienende
Personal, sind an den Türen Näherungsschalter 53, 54 angeordnet.
Diese unterbrechen die Stromzufuhr zum Mikrowellengenerator 56
automatisch, wenn eine Person eine der Türen öffnen möchte.
In den Wänden der Kammer 15 sind Anschlußstellen für
verschiedene Sensoren vorgesehen. So erweist es sich als
zweckmäßig, einen Sensor 61 zur Messung der
Mikrowellenfeldstärke in der Kammer 15 vorzusehen. Dadurch kann
die Leistung je nach zu trocknendem Produkt angepaßt werden.
Des weiteren ist ein Temperatursensor 63 zur Messung der
Produkttemperatur vorgesehen.
In Fig. 2 ist die Anordnung der äußeren und der inneren Kammer
13, 15 näher dargestellt. Die Leitungen 21 sind an den
Innenwänden der äußeren Kammer 13 schlangenförmig (Fig. 2b)
angeordnet. Innerhalb der Kammer 13 sind zwei einander
gegenüberliegende Kühlflächen 29 vorgesehen. Die beiden
Kühlflächen 29 sind durch eine Leitung 65 miteinander verbunden
sein, so daß lediglich zwei Durchführungen durch die Kammer 13
zum Anschluß an ein externes Kühlgerät 25 nötig sind.
Fig. 3 zeigt ein anderes zweckmäßiges Ausführungsbeispiel, bei
welchem die innere Kammer 15 zylinderförmig ist.
Die Arbeitsweise der Vorrichtung soll nachfolgend beispielhaft
dargestellt werden: Die zu trocknenden Teile werden zunächst in
die innere Kammer 15 eingebracht. Im Falle eines Pulvers oder
Granulats wird dieses z. B. in eine mikrowellendurchlässige
Kunststoffschale gegeben und diese sodann in die Kammer 15
gestellt. Nach dem Verschließen der Türen der beiden Kammern
13, 15 wird das Unterdrucksystem 17 eingeschaltet und die Kühl
respektive Heizkreisläufe in Gang gesetzt. Das Belüftungsventil
47 wird geschlossen und die Luft wird zunächst bei
geschlossenem Ventil 43 und offenem Ventil 45, einem
Drosselventil, d. h. bei reduziertem Saugvermögen, angesaugt,
falls die Gefahr einer Verwirbelung der zu trocknenden Produkte
besteht.
Sobald der Druck im Inneren der Kammer 13 einen bestimmten Wert
unterschritten hat, wird das Ventil 45 geschlossen und das
Ventil 43 geöffnet. Dadurch wird die Saugleistung erhöht und
der Druck sinkt weiter ab. Gleichzeitig kann der
Mikrowellengenerator 56 eingeschaltet werden. Bei Erreichen
eines bestimmten Druckes wird das Ventil 43 wiederum
geschlossen und das Ventil 45 geöffnet, um den erreichten
Drucksollwert zu halten. Die flüchtigen Bestandteile
kondensieren, je nach Betriebsweise entweder auf den
Kühlflächen 29 oder den Wänden 19, und das Kondensat wird im
trichterförmigen Boden 31 der äußeren Kammer 13 gesammelt.
Der Trocknungsvorgang kann z. B. beendet werden, wenn eine zuvor
eingegebene Zeit abgelaufen ist, wenn ein bestimmter Enddruck
oder eine bestimmte Temperatur erreicht ist. Es ist jedoch auch
möglich, den Trocknungsprozeß zu stoppen, wenn bei gegebener
Mikrowellenfeldstärke der Temperaturanstieg pro Zeiteinheit
einen bestimmten Wert übersteigt. Dies ist dann der Fall, wenn
die mikrowellenabsorbierenden, flüchtigen Bestandteile
verdampft sind. Es ist aber auch möglich, die gemessenen
Prozeßparameter wie Druck, Temperatur, Mikrowellenfeldstärke
und Zeit in anderer Weise zu kombinieren, um den optimalen
Endpunkt des Trocknungsprozesses zu bestimmen. Als besonders
vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn zur Endpunktbestimmung ein
Teil der reflektierten Mikrowellen ausgekoppelt und die
Intensität mit einer Sonde gemessen wird.
Nach der Beendigung des Trocknungsprozesses werden die Ventile
43 und 45 geschlossen und das Belüftungsventil 47 geöffnet,
wobei zunächst nur wenig Luft eingelassen wird. Durch
entsprechende Regelung des Ventils 47 oder durch den Einsatz
von mehreren Belüftungsventilen mit unterschiedlichen
Leitwerten kann der Druck in der Kammer 13 rampenförmig bis zum
Umgebungsdruck erhöht werden. Dies ist besonders wichtig z. B.
bei gewissen gepreßten oder spröden Produkten, die bei einem
raschen Druckänderungen bersten könnten. Sobald der Druck in
der Kammer 13 ausgeglichen ist, kann das im trichterförmigen
Boden gesammelte Kondensat über das Ventil 33 in den
Kondensatbehälter 35 abgelassen werden.
Claims (20)
1. Vorrichtung zum Trocknen von Produkten einer beliebigen
Geometrie, Pulvern, Granulaten und dergleichen,
insbesondere von elektrisch nichtleitenden Produkten, mit
einer gasdicht verschließbaren Kammer (13) und einem in
dieser angeordneten Produktbehälter (15) zur Aufnahme der
zu trocknenden Produkte, einem Mikrowellengenerator und
einem Unterdrucksystem, wobei der Mikrowellengenerator und
das Unterdrucksystem mit der Kammer (13) in Verbindung
stehen, dadurch gekennzeichnet, daß der Produktbehälter
(15) aus einem leitenden, mikrowellen-undurchlässigen
Material besteht, respektive als Faraday′scher Käfig
ausgebildet ist, daß der Mikrowellengenerator über einen
Hohlleiter oder direkt mit dem Produktbehälter (15) in
Verbindung steht, und daß der Produktbehälter (15) eine
Vielzahl von Öffnungen aufweist, so daß flüchtige
Bestandteile aus dem Produktbehälter (15) in die Kammer
(13) entweichen können.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Hohlleiter eine Weiche zur Auskopplung eines Teils der
reflektierten Strahlung und Mittel zum Messen der
reflektierten Energie aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß im Hohlleiter eine Sonde zur Messung der
Mikrowellenfeldstärke angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß im Bereich der äußeren Kammer (13)
wenigstens eine Kühlfläche (29) zur Kondensation der
verdampften Bestandteile vorgesehen ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß Mittel zum Kühlen der äußeren Kammer
(13) vorgesehen sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß am Austritt des Hohlleiters oder des
Mikrowellengenerators (56) ein Verteilungsmechanismus (57)
für die Mikrowellenstrahlung vorgesehen ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß der Produktbehälter an einer Wand der
Kammer (13) angeordnet ist und die Mikrowellenstrahlung
durch eine mikrowellendurchlässige Stelle der Kammer (13)
in den Produktbehälter (15) geführt ist, wobei der
Verteilungsmechanismus (57) innerhalb oder außerhalb der
Kammer (13) angeordnet sein kann.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die der Produktbehälter (15) als
innere Kammer ausgebildet ist und aus einem gelochten
Metallblech besteht.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die innere Kammer (15) elektrisch
heizbar ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß die innere Kammer drehbar ist oder ein
in der inneren Kammer befindlicher Produktbehälter drehbar
angeordnet ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß das Unterdrucksystem (17) eine
Unterdruckquelle (39), eine Saugleitung (38) und Mittel zum
Regeln oder Drosseln der Saugleistung der Unterdruckquelle
(39) enthält.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
in der Saugleitung (38) zwei parallel geschaltete Ventile
(43, 45) mit unterschiedlichen Leitwerten vorgesehen sind.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
in der Saugleitung (38) ein Regelventil vorgesehen ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, daß ein regelbares Belüftungsventil (47)
oder mehrere zueinander parallel angeordnete
Belüftungsventile mit unterschiedlichen Leitwerten
vorgesehen sind, um den Druckanstieg in der Kammer (13) in
einer zeitabhängigen Rampenfunktion zu ermöglichen.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, daß in den Kammern (13, 15) und/oder im
Unterdrucksystem (17) Sensoren (49, 61, 63) zur Messung der
Prozeßparameter vorgesehen sind.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß
Sensoren zur Messung des Totaldrucks (49), der Temperatur
(63) und der Mikrowellenfeldstärke (61) vorgesehen sind.
17. Verfahren zum Trocknen von Produkten einer beliebigen
Geometrie, Pulvern, Granulaten und dergleichen,
insbesondere von elektrisch nichtleitenden Produkten, in
einer gasdicht verschließbaren Kammer (13) durch Erzeugen
eines Unterdruckes und Mikrowelleneinstrahlung, dadurch
gekennzeichnet, daß die Mikrowellen ausschließlich in
einen mikrowellenundurchlässigen Produktbehälter (15)
geleitet werden, welcher in der Kammer (13) angeordnet ist
und mit derselben durch eine Vielzahl von Öffnungen in
Verbindung steht, so daß die verdampften Bestandteile durch
Öffnungen der inneren Kammer (15) in die äußere Kammer
(13) entweichen.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß
die verdampften Bestandteile in der äußeren Kammer
kondensiert werden.
19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet,
daß die Intensität der reflektierte Strahlung gemessen
wird und als Kriterium für den Trockenzustand des Produktes
verwendet wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch
gekennzeichnet, daß zu Beginn des Trocknungsprozesses der
Druck in der äußeren Kammer durch Drosselung des
Saugvermögens so langsam abgesenkt wird, daß keine
Verwirbelung der noch feuchten Produkte erfolgt, daß
anschließend das Saugvermögen der Unterdruckquelle (39) in
Stufen oder kontinuierlich erhöht wird, bis ein bestimmter
Druck erreicht wird und daß nach Abschluß des
Trocknungsprozesses der Druck langsam, z. B. rampenförmig,
durch Einlassen von getrockneter Luft oder Gas auf
Umgebungsdruck erhöht wird.
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CH161493A CH685516A5 (de) | 1993-05-28 | 1993-05-28 | Mikrowellen-Vakuum-Trocknungsvorrichtung mit integrierter Flüssigkeitskondensation sowie Trocknungsverfahren. |
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