模块化连续微波冻干腔及含有所述冻干腔的微波冻干设备的制造方法
【专利说明】模块化连续微波冻干腔及含有所述冻干腔的微波冻干设备 【技术领域】
[0001] 本发明涉及微波冻干设备，特别是一种应用于连续微波冻干设备的模块化连续微 波冻干腔，以及含有所述冻干腔的连续微波冻干设备。 【【背景技术】】
[0002] 微波冻干是结合微波辐射加热技术和真空冻干技术、通过改进常规冻干过程中升 华潜热的提供方式，采用微波对干燥介质整体加热，在微波场作用下使物料中的极性分子 发生震动和相互摩擦，从而将电能转化为物料中水分升华所需的升华潜热，实现物料干燥。 相对于传统冻干方式，微波冻干具有干燥速度快、热效率高、作业成本低的显著优势。
[0003] 例如中国发明专利申请CN102200378A公开了一种微波真空冷冻干燥设备，其中， 用于放置作业物料的真空仓设置在微波谐振腔中，真空仓包括整体呈圆柱形的非金属罩和 金属仓体，非金属罩和金属仓体之间通过微波屏蔽板分隔。该设备有效实现了微波冻干， 然而其结构决定了冻干作业只能逐次进行，即向真空仓中投入物料-减压后进行真空冻 干-恢复至常压以获取产品，作业效率低。
[0004] 为了实现连续微波冻干，中国发明专利申请CN102226635A公开了一种微波连续 冻干装置，采用具有长度的冻干仓，冻干仓中设有物料输送带，并在冻干仓的上下游分别设 置连续进料系统和连续出料系统，实现微波冻干的连续作业。
[0005] 尽管CN102226635A中并没有限制其冻干仓的长度，然而，受限于工业制造及装配 水平，其冻干仓的长度通常为800-1200_。这是由于为了满足冻干仓的真空（或低压）作 业要求，冻干仓是整体式的，以避免仓壁拼接带来的密封缺陷。这种整体式要求决定了冻干 仓的长度限制，也局限了连续式微波冻干作业的发展。
[0006] 为了实现长度更长的冻干仓，一种设想是采用模块化设计，通过连接多组冻干仓 以增加整体长度。然而，实现模块化的微波冻干仓的困难在于一方面，其作业腔体由透波材 料腔体和非透波材料屏蔽板组合构成，透波材料如玻璃、陶瓷或聚四氟乙烯（PVDF)与非透 薄材料如金属具有不可忽略的线膨胀系数差异，这种差异导致两种材料在微波冻干过程中 温度变化时，两种材料的接触处会产生拼接缝隙，破坏真空环境，造成冻干失败。
[0007] 另一方面在于相邻腔体的机械连接。为了确保相邻腔体的连接稳固并避免接缝处 出现间隙，一种设想是使用强度足够的金属连接件例如螺栓将仓壁与微波屏蔽板、腔体与 腔体间进行连接，然而金属螺栓会导致微波连续冻干装置中的微波场分布不均匀而影响冻 干效果，而替换采用非金属材质螺栓又无法提供足够的剪切应力对抗两种材料的变形。 【
【发明内容】
】
[0008] 本发明的目的是针对现有技术缺陷，克服不同材料的线膨胀系数差异，提供一种 具有良好密封性能、能实现拼接的模块化连续微波冻干腔。
[0009] 为了实现上述目的，本发明提供一种模块化连续微波冻干腔，所述冻干腔包括由 透波材料制成的腔室主体1和由非透波材料制成的屏蔽板2,腔室主体1的长度与屏蔽板2 的长度相匹配，其中，屏蔽板2包括基部21和位于基部21中部的凸台部22,所述凸台部22 的四侧设有主体密封圈槽23;
[0010] 腔室主体1包括依次邻接的前壁、顶壁、后壁和底面，腔室主体1中部为中空结构 16,所述底面中部设有与屏蔽板的凸台部22相匹配的安装通道14 ;腔室主体1的外表面延 其长度方向在靠近两端的位置设有凹槽13,所述凹槽13的外侧壁设有定位销装配孔15 ;腔 室主体1的左端面或右端面围绕着中空结构16设有邻接密封圈槽11。
[0011] 在本发明中，所述冻干腔还包括分别设在邻接密封圈槽11和主体密封圈槽23内 的密封圈3。
[0012] 在本发明中，所述冻干腔还包括设在定位销装配孔15中的透波材料制成的定位 销5。
[0013] 根据一种优选的实施方式，屏蔽板基部21的左右侧有外沿24,所述外沿24上有螺 栓装配孔25。
[0014] 优选地，所述冻干腔还包括设在螺栓装配孔25的螺栓6。
[0015] 根据有一种优选的实施方式，密封圈3为充气密封圈。
[0016] 更优选地，所述充气密封圈为内部充有惰性气体的硅胶密封圈。
[0017] 特别优选地，所述充气密封圈的充气气压为0. 1~I. 2MPa。
[0018] 在本发明中，所述腔室主体1的长度为800-3000mm。
[0019] 本发明还提供含有一组或多组如上述的冻干腔的微波冻干设备。
[0020] 以下将更详细的解释本发明的技术方案。
[0021] 本发明的模块化连续微波冻干腔是沿其长度方向设置中空结构16的腔体，包括 由透波材料制成的腔室主体1和由非透波材料制成的屏蔽板2,它们具有匹配的长度。通 常，屏蔽板2位于底面。
[0022] 在本发明中，为了便于描述而非限定，将冻干腔沿其长度方向的两端定义为左和 右，或称上游和下游，将屏蔽板2所在的方向定义为底或下，与屏蔽板2相对的方向定义为 顶或上，其余两面定义为前和后。在本发明中，冻干腔的前后两面可以是对称的，左和右也 是基本对称的，无需严格区分。
[0023] 如图3、4所示，屏蔽板2包括基部21和位于基部21中部的凸台部22,凸台部22 的四侧开有O型的内凹的主体密封圈槽23,内置密封圈4。
[0024] 如图1、2所示，将腔室主体1描述为前壁、顶壁、后壁和底面，它们围成中空结构 16。其中，底面中部开有安装通道14,其尺寸与屏蔽板的凸台部22相匹配，确保凸台部22 能吻合在安装通道14中。吻合后，主体密封圈槽23内的主体密封圈3被挤压形变，确保凸 台部22和安装通道14之间的气密性。屏蔽板2和腔室主体1之间为自由装配关系，不采 用螺栓连接，避免了金属材料在冻干过程中对微波加载均匀性的影响，提高了微波连续冻 干系统的稳定性。
[0025] 为了实现有效定位连接同时避免在腔室主体内使用金属螺栓，腔室主体1外部， 在靠近左右两端的位置分别设有环形凹槽13,凹槽13的外侧壁（即腔室主体1的左右端面 外沿）设有定位销装配孔15。定位销装配孔15内部为光面，将两组腔室主体按上下游方向 邻接后，在定位销装配孔15中插入定位销5,能够将相邻的两组腔室主体定位，但并不用于 固定连接，此时腔室主体可沿其长度方向运动，而受限于上下或前后运动。
[0026] 腔室主体1的左端面或右端面中的其中一面设有凹型的邻接密封圈槽11，内置邻 接密封圈4,邻接密封圈槽11围绕着中空结构16设置。当将两组腔室主体按上下游方向邻 接后，上游腔室主体的右端面与下游腔室主体的左端面相接，此时邻接密封圈4被端面挤 压形变，确保中空结构16与腔室主体1外部的气密性。
[0027] 此外，屏蔽板基部21的左右侧有外沿24,上有螺栓装配孔25。通过螺栓对上下游 冻干腔进行机械连接。
[0028] 连接方面，本发明的模块化连续微波冻干腔包括：一是相邻两组冻干腔通过屏蔽 板2 (通过外沿24和螺栓装配孔25)采用连接螺栓6紧固连接成一体。螺栓6采用金属材 质，确保具有足够的强度和剪切应力，可以将多组模块化冻干腔连成整体。螺栓6处于微波 冻干仓外部，不影响微波场分布。二是相邻的腔室主体1之间的连接，由于处于微波场内 部，采用透波材料制成的定位销5进行定位，联合邻接密封圈4进行真空密封。由于腔室主 体1和屏蔽板2之间为自由装配，因此腔室主体1和屏蔽板2之间会存在间隙，非金属透波 材料制作的定位销5提供了足够的拉伸应力对相邻冻干仓进行定位，邻接密封圈4随间隙 大小变化提供足够的真空密封效果。这样模块化的设计对于模块之间以及连续微波冻干腔 体与前后装置的连接都提供了完美的支持。
[0029] 在本发明中，非金属透波材料例如石英玻璃、陶瓷、聚乙烯（PE)、聚丙烯（PP)、聚 醚醚铜（PEEK)、聚四氟乙烯（PVDF)等均可用于构造腔室主体和定位销。
[0030] 常用于制造屏蔽板的金属材料是合金，如3A21型铝合金、SUS304型不锈钢。
[0031] 在本发明中，关注的密封区域包括腔室主体底面与屏蔽板凸台部之间，和邻接的 两个冻干仓之间。
[0032] 其中，腔室主体与屏蔽板由于分别采用非金属透波材料和金属透薄材料制成而具 有不同的线膨胀系数。在冻干过程中由于作业温度变化，由于两种材料的膨胀比例差异而 导致两者接触面产生隙缝，因而破坏真空密封状态。为了解决这一问题而采用密封圈。然 而，现有的实心弹性密封圈并不能解决问题。这是由于随着隙缝的变化，实心弹性密封圈的 压缩量也随之变化，从而失去真空密封能力，进而导致真空泄露。
[0033] 为了确保不同材料制成的腔室主体与屏蔽板在作业过程中的密封性，本发明采用 充气密封圈。充气密封圈的膨胀程度受限于两方面：一是充气密封圈内压，二是密封槽大 小。在固定圈内压力条件下，由于膨胀程度不一致导致密封槽大小发生变化时，充气密封圈 可以随之膨胀以达到密封真空的作用，且内部充气也不受微波加载影响，满足使用需求。这 种自由装配的方式，可以有效解决非金属透波材料制成的腔室主体和金属材料制作的微波 屏蔽板之间由于线膨胀系数差异引起的温变变形量不同，从而确保中空结构16与冻干仓 外部之间的密封性能。
[0034] 因此特别优选地，本发明采用内部充有惰性气体的硅胶密封圈，当充气密封圈的 充气气压为〇. 1~I. 2MPa能更有效满足本发明的密封要求。在本发明中，惰性气体理解为 氦气或氮气。
[0035] 在本发明中，冻干腔长度为800-3000mm。它可以单组使用，也可以将多组冻干腔通 过螺栓顺序连接，构造成更长的冻干腔组，以提高作业效率。
[0036] 因此，本发明的模块化连续微波冻干腔实现了以下效果：
[0037] (1)通过充气密封圈有效克服非金属透波材料制成的冻干仓和金属材料制作的微 波屏蔽板间由于线膨胀系数不一致引起的温变变形量不同，确保真空密封性能；
[0038] (2)去除了常规技术中腔室主体与屏蔽板间的金属连接件（如金属螺栓），保证了 冻干过程中的微波加载均匀性；
[0039] (3)采用可灵活应用的模块化、标准化设计，解决了由于材料带来的加工难度、精 度问题；通过模块化冻干腔的邻接装配实现更长的腔体，满足产量提高和扩大化生产的要 求；
[0040] (4)采用仓式结构，便于前后连接和装配，解决真空密封问题。 【【附