一种双仓体差压式微波真空冷冻干燥设备.pdf

本发明涉及一种双仓体差压式微波真空冷冻干燥设备，属于食品药品机械技术领域。该设备主要由装有微波磁控管的仓体和捕集水蒸气的冷阱组成；所述仓体内安置物料承载装置；所述仓体由透射隔流板分隔成第一仓室和第二仓室；所述磁控管位于第一仓室，所述第一仓室的相对真空度小于放电临界值；所述物料承载装置位于第二仓室中，所述第二仓室通过屏蔽过流板与冷阱相联。采用本发明后，既可以保持足够的微波发生功率和理想的真空度，从而保证所需的干燥速率，又由于分别在第一和第二仓室抑制了放电的边界条件之一，因此可以避免放电现象的产生。

1.  一种双仓体差压式微波真空冷冻干燥设备，主要由装有微波磁控管的仓体和捕集水蒸气的冷阱组成；所述仓体内安置物料承载装置；其特征在于：所述仓体由透射隔流板分隔成第一仓室和第二仓室；所述磁控管位于第一仓室，所述第一仓室的真空度小于放电临界值；所述物料承载装置位于第二仓室中，所述第二仓室通过屏蔽过流板与冷阱相联。

2.  根据权利要求1所述的双仓体差压式微波真空冷冻干燥设备，其特征在于：所述第一仓室的侧向设有朝上倾斜的微波馈入装置。

3.  根据权利要求1或2所述的双仓体差压式微波真空冷冻干燥设备，其特征在于：所述透射隔流板由塑料板制成。

4.  根据权利要求3所述的双仓体差压式微波真空冷冻干燥设备，其特征在于：所述屏蔽过流板由具有筛状通孔的金属板制成。

5.  根据权利要求4所述的双仓体差压式微波真空冷冻干燥设备，其特征在于：所述物料承载装置为支撑在两侧导轨上的物料托盘，位于第二仓室中，靠近透射隔流板一侧。

一种双仓体差压式微波真空冷冻干燥设备
技术领域
本发明涉及一种冷冻干燥设备，尤其是一种双仓体差压式微波真空冷冻干燥设备，属于食品药品机械技术领域。
背景技术
真空冷冻干燥是先将湿物料冻结到其共晶点温度以下，使其中的水分变成固态的冰，然后在适当的真空度下，使冰直接升华为水蒸汽，再用捕水器将水蒸汽冷凝，从而获得干燥制品的技术。
冷冻干燥已广泛用于食品、药品及生物制品的保存，但是现有冷冻干燥设备通常采用电、蒸汽等常规加热方式，难以克服速率低、时间长、能耗大等缺点，因此制约了其进一步的发展。
微波真空冷冻干燥可以克服以上缺点，因为微波是立体加热，能量以电磁波的形式进入物料内部进行加热，从而提高干燥速率。检索发现，申请号为03249124.7、200520079220.4、200520136546.6的中国实用新型专利分别公开了与此相类似的微波真空(冷冻)干燥设备，且各具优点。但实践证明，目前的微波真空冷冻干燥设备在工作过程中存在放电等问题，难以根本解决，结果不仅影响冻干产品品质，损耗功率，还有可能损坏设备，因而成为技术难题。
研究表明，放电的产生与否由电场强度和真空度的大小决定，通常采用减小微波功率、提高真空度等参数控制方式来防止冻干仓内放电现象的发生。但在减小微波功率、提高真空度的同时，也相应降低了干燥速率。
发明内容
本发明的目的在于：针对上述现有技术存在的问题，通过结构改进，提出一种干燥速率高、并且可以彻底避免放电现象的双仓体差压式微波真空冷冻干燥设备。
为了达到以上目的，本发明的双仓体差压式微波真空冷冻干燥设备主要由装有微波磁控管的仓体和捕集水蒸气的冷阱组成；所述仓体内安置物料承载装置；其改进之处在于：所述仓体由透射隔流板分隔成第一仓室和第二仓室；所述磁控管位于第一仓室，所述第一仓室的真空度小于放电临界值；所述物料承载装置位于第二仓室中，所述第二仓室通过屏蔽过流板与冷阱相联。
上述真空度的标识通常有两种方法：一是用“绝对压力”、“绝对真空度”(即比“理论真空”高多少压力)标识。在实际情况中，真空泵的绝对压力值介于0～101.325KPa之间。绝对压力值需要用绝对压力仪表测量，在20℃、海拔高度＝0的地方，用于测量真空度的仪表(绝对真空表)的初始值为101.325KPa(即一个标准大气压)。二是用“相对压力”、“相对真空度”(即比“大气压”低多少压力)来标识。“相对真空度”是指被测对象的压力与测量地点大气压的差值。用普通真空表测量。在没有真空的状态下(即常压时)，表的初始值为0。当测量真空时，它的值介于0到-101.325KPa(一般用负数表示)之间。理论上二者换算方法如下：相对真空度＝绝对真空度(绝对压力)-测量地点的气压。国际真空行业通用的“真空度”，也是最科学的，是用绝对压力标识。
上述第一仓室最简单的处置是处于常压，即相对真空度为零。
上述透射隔流板可以采用各种能够透过微波的非金属材料制成，例如塑料板、胶木板等，最好采用聚四氟乙烯塑料板。
上述屏蔽过流板可以采用各种具有筛状通孔的金属板制成，例如钢板、铜板等，最好采用不锈钢板制作。
理论和实践都可以证明，决定微波引起放电的两大因素是一定量的电场强度和真空度，即只有当电场强度和真空度均超过临界值，才有可能发生放电现象。对于特定空间而言，上述电场强度和真空度的临界值，可以通过实验或理论计算确定，例如绝对真空度的临界值通常为低于3000Pa。采用本发明后，直接安装磁控管的第一仓室构成微波谐振腔，即使具有较高的场强，由于不具有相对真空度，或只具有较低的相对真空度，因此不会产生放电现象；而第二仓室虽然具有所需的较高相对真空度，但由于其中放置吸收微波的待干燥物料，微波通过透射隔流板射入第二仓后即被待干物料吸收，其场强迅速衰减至临界值以下，因此也避免了放电的产生。结果使得本发明的设备既可以保持为干燥提供足够的微波发生功率和理想的真空度，从而保证所需的干燥速率，又由于分别在第一和第二仓室抑制了放电的边界条件之一，因此可以从根本上避免放电现象的产生。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明一个实施例的结构示意图。
图2为图1的侧视图。
图3为图1的屏蔽过流板结构示意图。
具体实施方式
实施例一
本实施例的双仓体差压式微波真空冷冻干燥设备如图1和图2所示，上部的矩形仓体由水平安置的聚四氟乙烯材质透射隔流板3分隔成在上的第一仓室2和在下的第二仓室15。第一仓室2的侧向设有朝上倾斜的微波馈入装置，该装置由朝上倾斜的微波馈入口4及其端头安置的磁控管1构成。从而可以向第一仓室2的顶部发射微波，通过反射，使第一仓室2成为理想的谐振腔。第一仓室2内为常压(研究表明，其绝对真空度只要小于放电临界值3000Pa即可)。
本实施例中的物料承载装置为支撑在两侧导轨12上的物料托盘14，位于第二仓室15中，靠近透射隔流板一侧，工作时托盘上放满被干燥的物料16。第二仓室15通过屏蔽过流板13与下部的冷阱9相邻，该冷阱9中安置与制冷系统5连通的盘管10，且通过管路与抽真空装置11连通，该抽真空装置11由串联的罗茨泵和旋片泵构成，因此使得冷阱9以及第二仓室15具有远高于第一仓室的相对真空度，绝对真空度低于300Pa。
屏蔽过流板13的结构如图3所示，采用具有筛状通孔的不锈钢制成。此外，图1中，6是法兰，7是端盖，8是密封圈。
工作时，首先将托盘中的物料放入冷库冻结，待完全冻结后，把装有物料的托盘移到第二仓室内，启动制冷系统，同时开启旋片泵，对第二仓室和冷阱抽真空，真空度达到一定值时，开启罗茨泵，此时旋片泵和罗茨泵同时工作，使第二仓室和冷阱内的压力降至300Pa以下，再启动微波系统。此时，第一仓室处于常压状态，第二仓室处于冻干工作压力状态(绝对真空度在300Pa以下)。具有一定厚度的聚四氟乙烯透射隔流板可以透射微波而又能承受一定压力，使得两仓室形成微波谐振腔。微波在仓体内不受透射隔流板的影响，经谐振腔壁多次反射后形成比较均匀的微波场，对被干燥物料产生内外同时加热效果，使冰直接升华为水蒸汽，经屏蔽过流板进入冷阱，被冷阱盘管冷凝捕集。物料中释放出的不凝性气体由抽真空系统抽除。
采用双仓体差压式干燥仓结构不仅可以有效解决微波馈入口处和干燥仓内辉光放电问题，同时也能使物料受热均匀，提高干燥品质。
值得一提的是，在微波真空冷冻干燥过程中，微波加热的均匀性也是一个问题，即微波从馈入口进入干燥仓后，直接照射到物料表面，使靠近微波馈入口的物料先干燥完，而距离微波馈入口较远的物料还没有完成干燥，最终造成物料部分过干甚至烧糊，严重影响品质，并且干燥时间也被延长。针对该问题，本实施例采取微波从馈入口进入第一仓室后，经仓壁反射，在第二仓室内形成多模微波场，使微波场相对均匀，从而对物料均匀加热。
归纳起来，本实施例具有以下特点：
(1)透射隔流板采用一定厚度的聚四氟乙烯板，可以透射微波且能承受一定压力，把微波谐振腔分为常压和低压(300Pa以下)两个仓室，微波系统安装于第一仓室侧壁，被干物料置于第二仓室内；
(2)将微波馈入口设在常压环境下，使微波经波导传输出来后，不直接进入真空环境，而是进入常压环境，这样可以有效解决微波真空冷冻干燥设备中的辉光放电技术难题；
(3)在第二仓室与冷阱之间，安置均布一定直径通孔的屏蔽过流板，从而使水蒸汽通过屏蔽过流板后直接进入冷阱，而又能有效防止微波泄漏进冷阱。
(4)微波系统倾斜配置在谐振腔侧壁，微波先照射到第一仓室顶壁，经多次反射后，改变微波场的模式，在第二仓室内形成均匀的多模微波场，可以避免微波馈入后直接照射到物料产生的问题，有利于提高冻干品质。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。