模塊化連續微波凍干腔及含有所述凍干腔的微波凍干設備的制造方法
【專利說明】模塊化連續微波凍干腔及含有所述凍干腔的微波凍干設備 【技術領域】
[0001] 本發明涉及微波凍干設備，特別是一種應用于連續微波凍干設備的模塊化連續微 波凍干腔，以及含有所述凍干腔的連續微波凍干設備。 【【背景技術】】
[0002] 微波凍干是結合微波輻射加熱技術和真空凍干技術、通過改進常規凍干過程中升 華潛熱的提供方式，采用微波對干燥介質整體加熱，在微波場作用下使物料中的極性分子 發生震動和相互摩擦，從而將電能轉化為物料中水分升華所需的升華潛熱，實現物料干燥。 相對于傳統凍干方式，微波凍干具有干燥速度快、熱效率高、作業成本低的顯著優勢。
[0003] 例如中國發明專利申請CN102200378A公開了一種微波真空冷凍干燥設備，其中， 用于放置作業物料的真空倉設置在微波諧振腔中，真空倉包括整體呈圓柱形的非金屬罩和 金屬倉體，非金屬罩和金屬倉體之間通過微波屏蔽板分隔。該設備有效實現了微波凍干， 然而其結構決定了凍干作業只能逐次進行，即向真空倉中投入物料-減壓后進行真空凍 干-恢復至常壓以獲取產品，作業效率低。
[0004] 為了實現連續微波凍干，中國發明專利申請CN102226635A公開了一種微波連續 凍干裝置，采用具有長度的凍干倉，凍干倉中設有物料輸送帶，并在凍干倉的上下游分別設 置連續進料系統和連續出料系統，實現微波凍干的連續作業。
[0005] 盡管CN102226635A中并沒有限制其凍干倉的長度，然而，受限于工業制造及裝配 水平，其凍干倉的長度通常為800-1200_。這是由于為了滿足凍干倉的真空（或低壓）作 業要求，凍干倉是整體式的，以避免倉壁拼接帶來的密封缺陷。這種整體式要求決定了凍干 倉的長度限制，也局限了連續式微波凍干作業的發展。
[0006] 為了實現長度更長的凍干倉，一種設想是采用模塊化設計，通過連接多組凍干倉 以增加整體長度。然而，實現模塊化的微波凍干倉的困難在于一方面，其作業腔體由透波材 料腔體和非透波材料屏蔽板組合構成，透波材料如玻璃、陶瓷或聚四氟乙烯（PVDF)與非透 薄材料如金屬具有不可忽略的線膨脹系數差異，這種差異導致兩種材料在微波凍干過程中 溫度變化時，兩種材料的接觸處會產生拼接縫隙，破壞真空環境，造成凍干失敗。
[0007] 另一方面在于相鄰腔體的機械連接。為了確保相鄰腔體的連接穩固并避免接縫處 出現間隙，一種設想是使用強度足夠的金屬連接件例如螺栓將倉壁與微波屏蔽板、腔體與 腔體間進行連接，然而金屬螺栓會導致微波連續凍干裝置中的微波場分布不均勻而影響凍 干效果，而替換采用非金屬材質螺栓又無法提供足夠的剪切應力對抗兩種材料的變形。 【
【發明內容】
】
[0008] 本發明的目的是針對現有技術缺陷，克服不同材料的線膨脹系數差異，提供一種 具有良好密封性能、能實現拼接的模塊化連續微波凍干腔。
[0009] 為了實現上述目的，本發明提供一種模塊化連續微波凍干腔，所述凍干腔包括由 透波材料制成的腔室主體1和由非透波材料制成的屏蔽板2,腔室主體1的長度與屏蔽板2 的長度相匹配，其中，屏蔽板2包括基部21和位于基部21中部的凸臺部22,所述凸臺部22 的四側設有主體密封圈槽23;
[0010] 腔室主體1包括依次鄰接的前壁、頂壁、后壁和底面，腔室主體1中部為中空結構 16,所述底面中部設有與屏蔽板的凸臺部22相匹配的安裝通道14 ;腔室主體1的外表面延 其長度方向在靠近兩端的位置設有凹槽13,所述凹槽13的外側壁設有定位銷裝配孔15 ;腔 室主體1的左端面或右端面圍繞著中空結構16設有鄰接密封圈槽11。
[0011] 在本發明中，所述凍干腔還包括分別設在鄰接密封圈槽11和主體密封圈槽23內 的密封圈3。
[0012] 在本發明中，所述凍干腔還包括設在定位銷裝配孔15中的透波材料制成的定位 銷5。
[0013] 根據一種優選的實施方式，屏蔽板基部21的左右側有外沿24,所述外沿24上有螺 栓裝配孔25。
[0014] 優選地，所述凍干腔還包括設在螺栓裝配孔25的螺栓6。
[0015] 根據有一種優選的實施方式，密封圈3為充氣密封圈。
[0016] 更優選地，所述充氣密封圈為內部充有惰性氣體的硅膠密封圈。
[0017] 特別優選地，所述充氣密封圈的充氣氣壓為0. 1~I. 2MPa。
[0018] 在本發明中，所述腔室主體1的長度為800-3000mm。
[0019] 本發明還提供含有一組或多組如上述的凍干腔的微波凍干設備。
[0020] 以下將更詳細的解釋本發明的技術方案。
[0021] 本發明的模塊化連續微波凍干腔是沿其長度方向設置中空結構16的腔體，包括 由透波材料制成的腔室主體1和由非透波材料制成的屏蔽板2,它們具有匹配的長度。通 常，屏蔽板2位于底面。
[0022] 在本發明中，為了便于描述而非限定，將凍干腔沿其長度方向的兩端定義為左和 右，或稱上游和下游，將屏蔽板2所在的方向定義為底或下，與屏蔽板2相對的方向定義為 頂或上，其余兩面定義為前和后。在本發明中，凍干腔的前后兩面可以是對稱的，左和右也 是基本對稱的，無需嚴格區分。
[0023] 如圖3、4所示，屏蔽板2包括基部21和位于基部21中部的凸臺部22,凸臺部22 的四側開有O型的內凹的主體密封圈槽23,內置密封圈4。
[0024] 如圖1、2所示，將腔室主體1描述為前壁、頂壁、后壁和底面，它們圍成中空結構 16。其中，底面中部開有安裝通道14,其尺寸與屏蔽板的凸臺部22相匹配，確保凸臺部22 能吻合在安裝通道14中。吻合后，主體密封圈槽23內的主體密封圈3被擠壓形變，確保凸 臺部22和安裝通道14之間的氣密性。屏蔽板2和腔室主體1之間為自由裝配關系，不采 用螺栓連接，避免了金屬材料在凍干過程中對微波加載均勻性的影響，提高了微波連續凍 干系統的穩定性。
[0025] 為了實現有效定位連接同時避免在腔室主體內使用金屬螺栓，腔室主體1外部， 在靠近左右兩端的位置分別設有環形凹槽13,凹槽13的外側壁（即腔室主體1的左右端面 外沿）設有定位銷裝配孔15。定位銷裝配孔15內部為光面，將兩組腔室主體按上下游方向 鄰接后，在定位銷裝配孔15中插入定位銷5,能夠將相鄰的兩組腔室主體定位，但并不用于 固定連接，此時腔室主體可沿其長度方向運動，而受限于上下或前后運動。
[0026] 腔室主體1的左端面或右端面中的其中一面設有凹型的鄰接密封圈槽11，內置鄰 接密封圈4,鄰接密封圈槽11圍繞著中空結構16設置。當將兩組腔室主體按上下游方向鄰 接后，上游腔室主體的右端面與下游腔室主體的左端面相接，此時鄰接密封圈4被端面擠 壓形變，確保中空結構16與腔室主體1外部的氣密性。
[0027] 此外，屏蔽板基部21的左右側有外沿24,上有螺栓裝配孔25。通過螺栓對上下游 凍干腔進行機械連接。
[0028] 連接方面，本發明的模塊化連續微波凍干腔包括：一是相鄰兩組凍干腔通過屏蔽 板2 (通過外沿24和螺栓裝配孔25)采用連接螺栓6緊固連接成一體。螺栓6采用金屬材 質，確保具有足夠的強度和剪切應力，可以將多組模塊化凍干腔連成整體。螺栓6處于微波 凍干倉外部，不影響微波場分布。二是相鄰的腔室主體1之間的連接，由于處于微波場內 部，采用透波材料制成的定位銷5進行定位，聯合鄰接密封圈4進行真空密封。由于腔室主 體1和屏蔽板2之間為自由裝配，因此腔室主體1和屏蔽板2之間會存在間隙，非金屬透波 材料制作的定位銷5提供了足夠的拉伸應力對相鄰凍干倉進行定位，鄰接密封圈4隨間隙 大小變化提供足夠的真空密封效果。這樣模塊化的設計對于模塊之間以及連續微波凍干腔 體與前后裝置的連接都提供了完美的支持。
[0029] 在本發明中，非金屬透波材料例如石英玻璃、陶瓷、聚乙烯（PE)、聚丙烯（PP)、聚 醚醚銅（PEEK)、聚四氟乙烯（PVDF)等均可用于構造腔室主體和定位銷。
[0030] 常用于制造屏蔽板的金屬材料是合金，如3A21型鋁合金、SUS304型不銹鋼。
[0031] 在本發明中，關注的密封區域包括腔室主體底面與屏蔽板凸臺部之間，和鄰接的 兩個凍干倉之間。
[0032] 其中，腔室主體與屏蔽板由于分別采用非金屬透波材料和金屬透薄材料制成而具 有不同的線膨脹系數。在凍干過程中由于作業溫度變化，由于兩種材料的膨脹比例差異而 導致兩者接觸面產生隙縫，因而破壞真空密封狀態。為了解決這一問題而采用密封圈。然 而，現有的實心彈性密封圈并不能解決問題。這是由于隨著隙縫的變化，實心彈性密封圈的 壓縮量也隨之變化，從而失去真空密封能力，進而導致真空泄露。
[0033] 為了確保不同材料制成的腔室主體與屏蔽板在作業過程中的密封性，本發明采用 充氣密封圈。充氣密封圈的膨脹程度受限于兩方面：一是充氣密封圈內壓，二是密封槽大 小。在固定圈內壓力條件下，由于膨脹程度不一致導致密封槽大小發生變化時，充氣密封圈 可以隨之膨脹以達到密封真空的作用，且內部充氣也不受微波加載影響，滿足使用需求。這 種自由裝配的方式，可以有效解決非金屬透波材料制成的腔室主體和金屬材料制作的微波 屏蔽板之間由于線膨脹系數差異引起的溫變變形量不同，從而確保中空結構16與凍干倉 外部之間的密封性能。
[0034] 因此特別優選地，本發明采用內部充有惰性氣體的硅膠密封圈，當充氣密封圈的 充氣氣壓為〇. 1~I. 2MPa能更有效滿足本發明的密封要求。在本發明中，惰性氣體理解為 氦氣或氮氣。
[0035] 在本發明中，凍干腔長度為800-3000mm。它可以單組使用，也可以將多組凍干腔通 過螺栓順序連接，構造成更長的凍干腔組，以提高作業效率。
[0036] 因此，本發明的模塊化連續微波凍干腔實現了以下效果：
[0037] (1)通過充氣密封圈有效克服非金屬透波材料制成的凍干倉和金屬材料制作的微 波屏蔽板間由于線膨脹系數不一致引起的溫變變形量不同，確保真空密封性能；
[0038] (2)去除了常規技術中腔室主體與屏蔽板間的金屬連接件（如金屬螺栓），保證了 凍干過程中的微波加載均勻性；
[0039] (3)采用可靈活應用的模塊化、標準化設計，解決了由于材料帶來的加工難度、精 度問題；通過模塊化凍干腔的鄰接裝配實現更長的腔體，滿足產量提高和擴大化生產的要 求；
[0040] (4)采用倉式結構，便于前后連接和裝配，解決真空密封問題。 【【附