CH685516A5 - Microwave vacuum drying apparatus with an integrated liquid condensation and drying processes. - Google Patents

Description

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Beschreibung description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Trocknen von Produkten einer beliebigen Geometrie, insbesondere von elektrisch nichtleitenden Produkten, in einer gasdicht verschliessbaren Kammer und einer in dieser angeordneten, inneren Kammer, welche der Aufnahme der zu trocknenden Produkte dient, wobei mittels eines Unterdrucksystems und der von einem Mikrowellengenerator ausgesandten Mikrowellenstrahlung die den Produkten anhaftenden, flüchtigen Bestandteile verdampft werden, sodass diese an einer Kühlfläche kondensiert werden können. The present invention relates to a device for drying products of any geometry, in particular electrically non-conductive products, in a gas-tight sealable chamber and an inner chamber arranged therein, which serves to hold the products to be dried, by means of a vacuum system and the A microwave generator emitted microwave radiation, the volatile constituents adhering to the products are evaporated so that they can be condensed on a cooling surface.

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 Ein-fluss der fluorierten und oder chlorierten Kohlenwasserstoffe auf die Ozonschicht nachgewiesen ist, wird versucht, auf den Einsatz von fluorierten und/ oder chlorierten Kohlenwasserstoffen vollständig zu verzichten. Zu reinigende Bauteile werden daher vermehrt in einem Ultraschallbad mittels deionisiertem Wasser gereinigt. Allderdings stellt sich dabei sehr oft das Problem, die Teile nachträglich von der ihnen anhaftenden Feuchtigkeit zu befreien. In the semiconductor, optics and glass industries, large amounts of fluorinated and / or chlorinated hydrocarbons, so-called freons, are usually used to clean parts contaminated with oil traces or other compounds. Large amounts of easily evaporating cleaning agents are lost in these cleaning processes. Since the negative influence of fluorinated and / or chlorinated hydrocarbons on the ozone layer has been demonstrated, attempts have been made to completely dispense with the use of fluorinated and / or chlorinated hydrocarbons. Components to be cleaned are therefore increasingly cleaned in an ultrasonic bath using deionized water. However, there is often the problem of subsequently removing the moisture from the parts.

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, sodass die Gefahr einer Beschädigung besteht. In order to gently remove the moisture, the parts can be e.g. be dried in a vacuum drying system. The parts to be dried are heated with a radiant heater until the volatile components to be removed evaporate. However, this energy-intensive drying method has the disadvantage that the very often temperature-sensitive parts are heated during drying, so that there is a risk of damage.

Eine Vorrichtung, speziell zum Trocknen von pul-ver- 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, sodass 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 Achse anzutreiben. An der Achse sind Schaufeln angeordnet, welche für eine Durchmischung des zu trocknenden Pulvers oder Granulates sorgen. A device, especially for drying powder or particulate products, with a cylindrical chamber, a rotatable product container, means for transferring microwaves into the chamber, a vacuum pump, an agitator with blades for moving the product in the product container and a device for Monitoring the drying process is disclosed in US 4,882,851. The cylindrical chamber is arranged horizontally, and the chamber head can be moved away laterally for loading the product container. For this purpose, the chamber head is attached to a slide which is displaceable on a rail in the longitudinal axis of the drying chamber. The product container is firmly connected to the chamber head so that it is moved out of the chamber when the chamber head is pushed away. An electric motor is further provided on the carriage to drive an axis extending in the longitudinal axis of the chamber and through the chamber head into the product container. Scoops are arranged on the axis, which ensure thorough mixing of the powder or granules to be dried.

Zum Trocknen eines Produkts 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 dem 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. To dry a product, the chamber is evacuated by the vacuum pump, which is connected to the chamber via a vacuum line. Thermal energy in the form of microwave radiation for evaporating the solvents is conducted into the drying chamber through a waveguide opposite the movable chamber head. The microwaves are reflected on the inner shell of the chamber and absorbed by the solvent to be removed or the product to be dried. The product container is made of a material that is transparent to microwaves. To prevent microwave radiation from escaping into the surrounding space, e.g. the seal between the chamber head and the chamber consist of a conductive material.

Die Kammer dieser Vorrichtung besteht 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. The chamber of this device consists of two shells. Warm water can circulate in the space between the two shells to prevent the condensation of water vapor or solvent vapors from the drying process. The evaporated solvent residues are liquefied by a condenser arranged in the vacuum line and discharged into a reservoir.

Nachteilig bei dieser Mikrowellen-Trocknungsvorrichtung ist die sehr aufwendige Konstruktion einer doppelschaligen Kammer, welche zur Verhinderung der Kondensation von Wasser oder Lösungsmittelrückständen in der Kammer erforderlich ist. Als besonders 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 eine inhomogene Strahlungsverteilung, sodass das zu trocknende Produkt im Produktbehälter bei nicht ausreichender Durchmischung entweder teilweise stark erwärmt werden kann oder dass das Lösungsmittel nur teilweise entfernt wird. A disadvantage of this microwave drying device is the very complex construction of a double-shell chamber, which is necessary to prevent the condensation of water or solvent residues in the chamber. The many connection points on the drying chamber and the associated risk of microwave radiation escaping into the environment appear to be particularly problematic from a safety point of view. For example, the use of a conductive O-ring on the chamber head and the sight glass must be covered with a microwave-impermeable metal layer to prevent the escape of microwave radiation. These design details make the device more expensive. Furthermore, the lateral feeding of the microwaves into the drying chamber creates an inhomogeneous radiation distribution, so that the product to be dried in the product container can either be partially heated to a great extent if it is not sufficiently mixed or the solvent is only partially removed.

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 schonend und vollständig von den Teilen entfernt und innerhalb der Vorrichtung wieder aufgefangen werden können, sodass diese nicht an die Umgebung entweichen. It is therefore an object of the present invention to provide a compact device for drying parts, powders, granules and the like, in particular electrically non-conductive products, which at least partially avoids the disadvantages mentioned. The device should be structurally simple, inexpensive and safe for the operator and particularly suitable for cleaning parts in the semiconductor, optics and glass industries. The volatile constituents should be removed as gently and completely as possible from the parts and be able to be collected again within the device so that they do not escape to the environment.

Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass die innere Kammer aus einem leitenden, mi-krowellen-undurchlässigen Material besteht, sodass diese als Faraday'scher Käfig mit umgekehrtem According to the invention, this is achieved in that the inner chamber consists of a conductive, microwave-impermeable material, so that it is a Faraday cage with the reverse

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Wirkungsprinzip oder Hohlraumresonator wirkt. Des weiteren steht die innere Kammer durch eine Vielzahl von Öffnungen mit der äusseren Kammer in Verbindung, sodass die flüchtigen Bestandteile aus der inneren Kammer entweichen können. Die innere Kammer, bzw. der Faraday'sche Käfig, besitzen für Gas also vorteilhafterweise einen hohen Leitwert. 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. Principle of action or cavity resonator works. Furthermore, the inner chamber communicates with the outer chamber through a plurality of openings, so that the volatile constituents can escape from the inner chamber. The inner chamber, or Faraday's cage, therefore advantageously has a high conductance for gas. This arrangement is characterized by a simple, compact design. Due to the fact that the microwaves are radiated exclusively into the inner chamber and cannot escape therefrom, no complex measures need to be taken to prevent the microwaves from escaping into the environment, since the outer chamber likewise preferably consists of a microwave-impermeable material . The operating personnel are therefore well protected against harmful microwave radiation. On the other hand, the volatile constituents can penetrate the openings of the inner chamber practically unhindered and can then be pumped off and / or condensed.

Vorteilhaft wird ein Verteilungsmechanismus für die Mikrowellenstrahlung vorgesehen. Dies erlaubt eine weitgehend homogene Verteilung der Mikrowellenstrahlung in der inneren Kammer. A distribution mechanism for the microwave radiation is advantageously provided. This allows a largely homogeneous distribution of the microwave radiation in the inner chamber.

Vorteilhaft sind innerhalb der äusseren Kammer Kühlflächen 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 Stand der Technik wird die Saugleistung der Unterdruckquelle durch den Einbau eines Kondensators in der Saugleitung nicht beeinflusst. Cooling surfaces for condensing the evaporated constituents are advantageously provided within the outer chamber. As a result, the vaporized components can be effectively separated after they have passed through the openings of the inner chamber. In contrast to the prior art, the suction power of the vacuum source is not affected by the installation of a condenser in the suction line.

Zweckmässigerweise sind an den Innenwänden der äusseren Kammer Rohrleitungen zur Zirkulation eines Wärmeübertragungsmittels angeordnet. Das Wärmeübertragungsmittel kann, je nach Betriebsweise der Trocknungsvorrichtung, die äussere Kammer entweder kühlen oder erwärmen. Die gleiche Wirkung kann aber auch erzielt werden, wenn die Rohrleitungen an den Aussenwänden angeordnet sind oder die Aussenwandung doppelschalig ist, sodass diese von dem Wärmeübertragungsmittel durchströmt werden kann. Falls zur Kondensation der flüchtigen Bestandteile eine tiefe Temperatur nötig ist, wird vorteilhaft in der äusseren Kammer wenigsten eine von einem Kühlmittel durchflossene Kühlfläche vorgesehen. Durch grossflächige Kühlflächen wird eine raschere Kondensation der flüchtigen Bestandteile bewirkt als bei der Verwendung eines Kondensators in der Saugleitung. Pipelines for the circulation of a heat transfer medium are expediently arranged on the inner walls of the outer chamber. Depending on the mode of operation of the drying device, the heat transfer medium can either cool or heat the outer chamber. The same effect can also be achieved if the pipes are arranged on the outer walls or the outer wall is double-skinned so that the heat transfer medium can flow through it. If a low temperature is required for the condensation of the volatile constituents, at least one cooling surface through which a coolant flows is advantageously provided in the outer chamber. Large cooling surfaces result in a faster condensation of the volatile components than when using a condenser in the suction line.

Eine besonders einfache und kostengünstige Konstruktion ergibt sich dann, wenn die innere Kammer 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. A particularly simple and inexpensive construction results when the inner chamber consists of a perforated sheet metal. In order to avoid condensation on the walls of the inner chamber, the inner chamber can be electrically heated. Radiant heating can also advantageously be provided in the inner chamber. This can heat the inner chamber as well as the products to be dried.

Vorteilhaft ist der Verteilungsmechanismus an der äusseren Kammer angeordnet, wobei die Mikrowellenstrahlung durch eine mikrowellendurchlässige Wand der äusseren Kammer direkt in die innere Kammer dringen kann. Der Verteilungsmechanismus kann z.B. rotierend oder stationär ausgebildet sein. Der Mechanismus sorgt für eine weitgehend homogene Verteilung der Mikrowellen, sodass sich diese gleichmässig über die zu trocknenden Produkte verteilen. Die Anordnung des Mikrowellenverteilungsmechanismus ausserhalb der äusseren Kammer ergibt eine 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. The distribution mechanism is advantageously arranged on the outer chamber, the microwave radiation being able to penetrate directly into the inner chamber through a microwave-permeable wall of the outer chamber. The distribution mechanism can e.g. be rotating or stationary. The mechanism ensures a largely homogeneous distribution of the microwaves, so that they are evenly distributed over the products to be dried. The arrangement of the microwave distribution mechanism outside the outer chamber results in a compact design. However, the distribution mechanism of the microwave generator can also advantageously be arranged on the ceiling side or on the side of the inner chamber. In this case, the microwaves are guided through a corresponding waveguide through the outer chamber wall to the distribution mechanism on the inner chamber.

Zweckmässigerweise ist die innere Kammer drehbar. Diese kann dann z.B. mit einem stationären Mikrowellen-Verteilungsmechanismus zusammenwirken. Um Pulver oder Granulate zu trocknen, kann auch ein Rührmechanismus gemäss bekanntem Stand der Technik vorgesehen werden. The inner chamber is expediently rotatable. This can then e.g. interact with a stationary microwave distribution mechanism. In order to dry powder or granules, a stirring mechanism according to the known prior art can also be provided.

Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Vorrichtung sollen nun unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben werden. Es zeigt: Embodiments of the device according to the invention will now be described with reference to the figures. It shows:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Vakuum-Mikrowellen-Trocknungsvorrichtung im Schnitt Fig. 1 is a schematic view of a vacuum microwave drying device in section

Fig. 2a) eine perspektivische Ansicht einer inneren Kammer (äussere Kammer nur angedeutet), 2a) a perspective view of an inner chamber (outer chamber only indicated),

Fig. 2b) eine perspektivische Ansicht einer äusseren Kammer mit schlangenförmigen Leitungen und inneren Kühlflächen, 2b) a perspective view of an outer chamber with serpentine lines and inner cooling surfaces,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer zylinderförmigen Kammer. Fig. 3 is a perspective view of a cylindrical chamber.

Das Kernstück der Vorrichtung 11 gemäss Fig. 1 sind die äussere, gasdicht verschliessbare Kammer 13 und die in dieser angeordneten, innere Kammer 15. In der äusseren Kammer 13 kann durch ein Unterdrucksystem 17 ein Unterdruck erzeugt werden. An den Innenwänden 19 der äusseren Kammer 13 sind zweckmässigerweise Leitungen 21 angeordnet (s. Fig. 2b), die von einem Wärmeübertragungsmittel durchströmt werden können. Die Leitungen 21 verteilen sich vorzugsweise gleichmässig über die Innenwände 19, sodass diese überall ungefähr die gleiche Temperatur aufweisen. An den Anschlussstutzen 23, 23' kann z.B. ein thermostatisierbares Wasserbad oder ein Kühlgerät 25 angeschlossen sein. The centerpiece of the device 11 according to FIG. 1 are the outer, gas-tight, closable chamber 13 and the inner chamber 15 arranged therein. On the inner walls 19 of the outer chamber 13, lines 21 are expediently arranged (see FIG. 2b), through which a heat transfer medium can flow. The lines 21 are preferably distributed uniformly over the inner walls 19, so that they have approximately the same temperature everywhere. At the connecting piece 23, 23 ', e.g. a thermostattable water bath or a cooling device 25 can be connected.

In der äusseren Kammer 13 können separate Kühlflächen 29 vorgesehen werden. Die Kühlflächen 29 werden vorteilhaft dann eingesetzt, wenn zur Kondensation der flüchtigen Bestandteile eine tiefe Temperatur nötig ist. Durch die grossflächigen Kühlflächen 29 und die damit verbundene Pumpwirkung wird eine besonders rasche Kondensation der flüchtigen Bestandteile erreicht. Separate cooling surfaces 29 can be provided in the outer chamber 13. The cooling surfaces 29 are advantageously used when a low temperature is required for the condensation of the volatile constituents. A particularly rapid condensation of the volatile constituents is achieved by the large-area cooling surfaces 29 and the pumping action associated therewith.

Der Boden 31 kann zweckmässigerweise eine Trichterform aufweisen, sodass die kondensierten, flüchtigen Bestandteile im Trichter gesammelt und über das Ventil 33 in den Kondensatbehälter 35 abgelassen werden können. Das gesammelte Kon- The bottom 31 can expediently have a funnel shape, so that the condensed, volatile constituents can be collected in the funnel and discharged into the condensate container 35 via the valve 33. The collected con-

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densat kann sodann über das Ventil 37 dem Kondensatbehälter 35 entnommen werden. densate can then be removed from the condensate container 35 via the valve 37.

Das Unterdrucksystem 17 umfasst eine Unterdruckquelle 39, mehrere in der Saugleitung 38 angeordnete Ventile 41, 43, 45, 47, einen Drucksensor 49, sowie ein Partikelfilter 51. Mit der Bezugsziffer 47 ist ein Belüftungsventil bezeichnet, dessen Gasdurchfluss vorzugsweise einstellbar ist. Die Belüftung kann aber auch durch mehrere, zueinander parallel angeordnete Ventile mit unterschiedlichen Leitwerten erfolgen. The vacuum system 17 comprises a vacuum source 39, a plurality of valves 41, 43, 45, 47 arranged in the suction line 38, a pressure sensor 49 and a particle filter 51. The reference number 47 denotes a ventilation valve, the gas flow of which can preferably be adjusted. However, ventilation can also take place by means of several valves arranged in parallel with one another and having different conductance values.

Die Ventile 43 und 45 sind zwei Ventile mit unterschiedlichem Leitwert, sodass die Saugleistung der Unterdruckquelle 39 variiert werden kann. Die Ventile 43 und 45 können jedoch auch eine ferngesteuerte, parallelgeschaltete Ventilgruppe mit unterschiedlichen Leitwerten sein oder durch ein Regelventil, z.B. ein Membranventil, ersetzt werden. Dadurch kann z.B. bei feuchten, pulverisierten Produkten verhindert werden, dass beim anfänglichen Evakuieren der Kammer 13 das Produkt verwirbelt wird und in die Saugleitung 38 gelangen kann. Ausserdem ermöglichen die genannten Ventile die Einhaltung eines gewünschten Druckverlaufes während des Trocknungsprozesses. The valves 43 and 45 are two valves with different conductivities, so that the suction power of the vacuum source 39 can be varied. The valves 43 and 45 can, however, also be a remote-controlled, parallel-connected valve group with different conductance values or by a control valve, e.g. a diaphragm valve to be replaced. This can e.g. in the case of moist, pulverized products, the product is swirled during the initial evacuation of the chamber 13 and can get into the suction line 38. In addition, the valves mentioned make it possible to maintain a desired pressure curve during the drying process.

Die Anschlussstelle 52 der Saugleitung 38 befindet sich vorteilhaft in Abstand zur Kühlfläche 29, sodass die im angesaugten Gas vorhandenen, kondensierbaren Bestandteile auf den Kühloberflächen 29 kondensieren. Es ist jedoch denkbar, in der Saugleitung 38 einen Kondensator vorzusehen, damit unter Umständen noch vorhandene Reste der verdampften Bestandteile kondensiert und zurückgewonnen oder entsorgt werden können. The connection point 52 of the suction line 38 is advantageously at a distance from the cooling surface 29, so that the condensable constituents present in the sucked-in gas condense on the cooling surfaces 29. However, it is conceivable to provide a condenser in the suction line 38 so that any residues of the evaporated constituents which may still be present can be condensed and recovered or disposed of.

Die innere Kammer 15 besteht zweckmässigerweise aus einem Lochbiech. Der Lochdurchmesser kann z.B. 1.5 mm betragen. 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 praktisch ungehindert in die äussere Kammer entweichen, wo diese kondensiert werden können. The inner chamber 15 suitably consists of a perforated sheet. The hole diameter can e.g. 1.5 mm. This ensures that the microwaves directed into the inner chamber 15 from e.g. a frequency of 2.45 GHz can not escape through the walls of the inner chamber into the outer chamber 13. On the other hand, the volatile constituents can escape through the holes practically unhindered into the outer chamber, where they can be condensed.

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 kann die innere Kammer 15 be- und entladen werden. Bei der Verwendung der erfindungsgemässen Vorrichtung in einem automatisierten Trocknungs-prozess können die Türen miteinander verbunden sein, sodass sich diese durch einen Roboterarm gleichzeitig öffnen lassen. The inner chamber 15 is accessible from the outside through a door 55. For this purpose, the outer chamber 13 also has a door on the same side wall (not shown), which is expediently somewhat larger than the door of the inner chamber 15. The inner chamber 15 can be loaded and unloaded through the doors mentioned. When the device according to the invention is used in an automated drying process, the doors can be connected to one another so that they can be opened simultaneously by a robot arm.

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. To ensure a high level of safety for the operating personnel, proximity switches 53, 54 are arranged on the doors. These automatically interrupt the power supply to the microwave generator 56 when a person wants to open one of the doors.

Es ist denkbar, die innere Kammer 15 auf Teleskopschienen anzuordnen, sodass diese zum Be- It is conceivable to arrange the inner chamber 15 on telescopic rails so that they can be

und Entladen aus der äusseren Kammer 13 herausgezogen werden kann. and unloading can be pulled out of the outer chamber 13.

Deckenseitig an der inneren Kammer 15 ist ein Mikrowellen-Verteilungsmechanismus 57 angeordnet, welcher für eine möglichst homogene Verteilung der abgestrahlten Mikrowellenstrahlung sorgt. Die Mikrowellenstrahlung wird mittels eines entsprechenden Hohlleiters durch die Wand der äusseren Kammer 13 zur deckenseitigen Öffnung der inneren Kammer 15 geleitet, wo ein stationärer oder rotierender Verteilungsmechanismus 57 ein weitgehend homogenes Feld erzeugt. Der Mikrowellengenerator 56 kann dabei in Abstand zur äusseren Kammer angeordnet sein. Es ist denkbar, dass die innere Kammer 15 zusätzlich drehbar ist. A microwave distribution mechanism 57, which ensures the most homogeneous possible distribution of the emitted microwave radiation, is arranged on the ceiling side of the inner chamber 15. The microwave radiation is guided by means of a corresponding waveguide through the wall of the outer chamber 13 to the ceiling-side opening of the inner chamber 15, where a stationary or rotating distribution mechanism 57 generates a largely homogeneous field. The microwave generator 56 can be arranged at a distance from the outer chamber. It is conceivable that the inner chamber 15 can also be rotated.

In einem anderen Ausführungsbeispiel kann der Mikrowellen-Verteilungsmechanismus 57 aussen an der äusseren Kammer 13 angeordnet sein. Die äussere Kammerwand ist dabei z.B. gleichzeitig die deckenseite Begrenzung der inneren Kammer 15 und an dieser Stelle teilweise aus einem mikrowellendurchlässigen Material, z.B. Glas, gefertigt. Die Mikrowellen können dadurch direkt von aussen in die innere Kammer 15 geleitet werden. Es ist genauso denkbar, den Mikrowellenverteilungsmechanismus seitlich an der inneren Kammer 15 anzuordnen und die Türen oben zu positionieren, um die innere Kammer von oben be- und entladen zu können. In another exemplary embodiment, the microwave distribution mechanism 57 can be arranged on the outside of the outer chamber 13. The outer chamber wall is e.g. at the same time the ceiling of the inner chamber 15 and at this point partially made of a microwave-permeable material, e.g. Glass, manufactured. As a result, the microwaves can be conducted directly from the outside into the inner chamber 15. It is also conceivable to arrange the microwave distribution mechanism laterally on the inner chamber 15 and to position the doors at the top in order to be able to load and unload the inner chamber from above.

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. Connection points for various sensors are provided in the walls of chamber 15. It has proven to be expedient to provide a sensor 61 for measuring the microwave field strength in the chamber 15. This allows the performance to be adjusted depending on the product to be dried. Furthermore, a temperature sensor 63 is provided for measuring the product temperature.

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 in Abstand zu zwei gegenüberliegenden Seiten zwei Kühlflächen 29 vorgesehen. Die beiden Kühlflächen 29 sind durch eine Leitung 65 miteinander verbunden sein, sodass lediglich zwei Durchführungen durch die Kammer 13 zum Anschluss an ein externes Kühlgerät nötig sind. 2 shows the arrangement of the outer and inner chambers 13, 15 in more detail. The lines 21 are arranged in a serpentine manner on the inner walls of the outer chamber 13 (FIG. 2b). Two cooling surfaces 29 are provided within the chamber 13 at a distance from two opposite sides. The two cooling surfaces 29 are connected to one another by a line 65, so that only two passages through the chamber 13 are necessary for connection to an external cooling device.

Fig. 3 zeigt ein anderes zweckmässiges Ausführungsbeispiel, bei welchem die innere Kammer 15 zylinderförmig ist. Fig. 3 shows another expedient embodiment in which the inner chamber 15 is cylindrical.

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, d.h. bei reduziertem Saugvermögen, angesaugt, falls die Gefahr einer Verwirbelung der zu The mode of operation of the device is to be illustrated by way of example below: The parts to be dried are first introduced into the inner chamber 15. In the case of a powder or granulate, this is e.g. placed in a microwave-permeable plastic shell and then placed in the chamber 15. After the doors of the two chambers 13, 15 have been closed, the vacuum system 17 is switched on and the cooling or heating circuits are started. The ventilation valve 47 is closed and the air is first with valve 43 closed and valve 45 open, i.e. with reduced pumping speed, sucked in, if there is a risk of turbulence

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trocknenden Produkte besteht. Das kleine Ventil 45 wirkt dabei als Drossel. drying products. The small valve 45 acts as a throttle.

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 43 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. As soon as the pressure inside the chamber 13 has fallen below a certain value, the valve 45 is closed and the valve 43 is opened. This increases the suction power and the pressure drops further. At the same time, the microwave generator 56 can be switched on. When a certain pressure is reached, the valve 43 is closed again and the valve 43 is opened in order to maintain the pressure setpoint reached. The volatile constituents condense, depending on the mode of operation, either on the cooling surfaces 29 or the walls 19, and the condensate is collected in the funnel-shaped bottom 31 of the outer chamber 13.

Der Trocknungsvorgang kann z.B. beendet werden, wenn eine zuvor eingegebene Zeit abgelaufen ist, wenn ein bestimmter Enddruck odel 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 Prozessparamter wie Druck, Temperatur, Mikrowellenfeldstärke und Zeit in anderer Weise zu kombinieren, um den optimalen Endpunkt des Trocknungsprozesses zu bestimmen. The drying process can e.g. be ended when a previously entered time has elapsed, when a certain final pressure or a certain temperature has been reached. However, it is also possible to stop the drying process if the temperature rise per unit time exceeds a certain value for a given microwave field strength. This is the case when the microwave-absorbing, volatile constituents have evaporated. However, it is also possible to combine the measured process parameters such as pressure, temperature, microwave field strength and time in another way in order to determine the optimal end point of the drying process.

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 zu bersten drohen. 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. After the drying process has ended, the valves 43 and 45 are closed and the ventilation valve 47 is opened, initially only a little air being let in. The pressure in the chamber 13 can be ramped up to the ambient pressure by appropriate control of the valve 47 or by the use of several ventilation valves with different conductivity values. This is particularly important e.g. for certain pressed or brittle products that threaten to burst if the pressure changes quickly. As soon as the pressure in the chamber 13 is equalized, the condensate collected in the funnel-shaped bottom can be discharged into the condensate container 35 via the valve 33.

Claims (19)

PatentansprücheClaims 1. Vorrichtung zum Trocknen von Produkten einer beliebigen Geometrie insbesondere von elektrisch nichtleitenden Produkten, in einer gasdicht verschliessbaren Kammer (13) und einer in dieser angeordneten, inneren Kammer (15), welche der Aufnahme der zu trocknenden Produkte dient, wobei mittels eines Unterdrucksystems (17) und der von einem Mikrowellengenerator (56) ausgesandten Mikrowellenstrahlung die den Produkten anhaftenden, flüchtigen Bestandteile verdampft werden, sodass diese an einer Kühlfläche kondensiert werden können, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Kammer (15) aus einem leitenden, mikrowel-len-undurchlässigen Material besteht, sodass die Kammer (15) als Faraday'scher Käfig wirkt, und dass die innere Kammer (15) durch eine Vielzahl von Öffnungen mit der äusseren Kammer (13) in1.Device for drying products of any geometry, in particular electrically non-conductive products, in a gas-tightly closable chamber (13) and an inner chamber (15) arranged therein, which serves to hold the products to be dried, using a vacuum system ( 17) and the microwave radiation emitted by a microwave generator (56), the volatile constituents adhering to the products are evaporated so that they can be condensed on a cooling surface, characterized in that the inner chamber (15) consists of a conductive, microwave-impermeable Material is such that the chamber (15) acts as a Faraday cage, and that the inner chamber (15) through a plurality of openings with the outer chamber (13) in Verbindung steht, sodass die zu verdampfenden Bestandteile aus der inneren Kammer entweichen können.Connection is established so that the components to be evaporated can escape from the inner chamber. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verteilungsmechanismus (57) für die Mikrowellenstrahlung vorgesehen ist.2. Device according to claim 1, characterized in that a distribution mechanism (57) is provided for the microwave radiation. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der äusseren Kammer Kühlflächen zur Kondensation der verdampften Bestandteile vorgesehen sind.3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that cooling surfaces for condensing the evaporated constituents are provided in the region of the outer chamber. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass an den Innenwänden der äusseren Kammer (13) Rohrleitungen (21) zur Zirkulation eines Wärmeübertragungsmittels angeordnet sind.4. The device according to claim 3, characterized in that on the inner walls of the outer chamber (13) pipes (21) are arranged for the circulation of a heat transfer medium. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kammer (13) wenigsten eine von einem Kühlmittel durchflossene Kühlfläche (29) vorgesehen ist.5. Apparatus according to claim 3 or 4, characterized in that at least one cooling surface through which a coolant flows (29) is provided in the chamber (13). 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis6. Device according to one of claims 1 to 5, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Kammer (15) aus einem gelochten Metallblech besteht.5, characterized in that the inner chamber (15) consists of a perforated sheet metal. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis7. Device according to one of claims 1 to 6, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Kammer (15) elektrisch heizbar ist.6, characterized in that the inner chamber (15) is electrically heated. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis8. Device according to one of claims 1 to 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteilungsmechanismus (57) aussen an der äusseren Kammer (13) angeordnet ist und die Mikrowellenstrahlung durch eine mikrowellendurchlässige Wand der äusseren Kammer (13) in die innere Kammer (15) dringen kann.7, characterized in that the distribution mechanism (57) is arranged on the outside of the outer chamber (13) and the microwave radiation can penetrate into the inner chamber (15) through a microwave-permeable wall of the outer chamber (13). 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis9. Device according to one of claims 1 to 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteilungsmechanismus (57) des Mikrowellengenerators (56) an der inneren Kammer (15) angeordnet ist.8, characterized in that the distribution mechanism (57) of the microwave generator (56) is arranged on the inner chamber (15). 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis10. Device according to one of claims 1 to 9, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Kammer drehbar ist.9, characterized in that the inner chamber is rotatable. 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis11. The device according to one of claims 1 to 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Unterdrucksystem (17) eine Unterdruckquelle (39), eine Saugleitung (38) und Mittel zum Regeln der Saugleistung der Unterdruckquelle (39) enthält.10, characterized in that the vacuum system (17) contains a vacuum source (39), a suction line (38) and means for regulating the suction power of the vacuum source (39). 12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in der Saugleitung (38) zwei parallel geschaltete Ventile (43, 45) mit unterschiedlichen Leitwerten vorgesehen sind.12. The apparatus according to claim 11, characterized in that in the suction line (38) two parallel valves (43, 45) are provided with different conductivities. 13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in der Saugleitung (38) ein Regelventil vorgesehen ist.13. The apparatus according to claim 11, characterized in that a control valve is provided in the suction line (38). 14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis14. Device according to one of claims 1 to 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.13, characterized in that a controllable ventilation valve (47) or several mutually parallel ventilation valves with different conductance values are provided in order to enable the pressure increase in the chamber (13) in a time-dependent ramp function. 15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis15. The device according to one of claims 1 to 14, dadurch gekennzeichnet, dass in den Kammern (13, 15) und/oder im Unterdrucksystem (17) Sensoren (49, 61, 63) zur Messung der Prozessparamter vorgesehen sind.14, characterized in that sensors (49, 61, 63) for measuring the process parameters are provided in the chambers (13, 15) and / or in the vacuum system (17). 16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass Sensoren zur Messung des To-16. The apparatus according to claim 15, characterized in that sensors for measuring the to- 55 1010th 1515 2020th 2525th 3030th 3535 4040 4545 5050 5555 6060 6565 55 99 CH 685 516 A5CH 685 516 A5 taldrucks (49), der Temperatur (63) und der Mikrowellenfeldstärke (61) vorgesehen sind.taldrucks (49), the temperature (63) and the microwave field strength (61) are provided. 17. Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrowellen ausschliesslich in die innere Kammer (15) eingestrahlt werden, wo diese quasi in einem Faraday'schen Käfig gefangen bleiben, und dass die verdampften Bestandteile durch Öffnungen der inneren Kammer (15) in die äussere Kammer entweichen.17. A method of operating a device according to claim 1, characterized in that the microwaves are radiated exclusively into the inner chamber (15), where they remain trapped in a Faraday cage, and that the vaporized components through openings in the inner chamber (15) escape into the outer chamber. 18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die verdampften Bestandteile in der äusseren Kammer kondensiert werden.18. The method according to claim 17, characterized in that the vaporized components are condensed in the outer chamber. 19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass zu Beginn des Trocknungsprozesses, bei Gefahr der Verwirbelung der noch feuchten Produkte, der Druck in der äusseren Kammer durch Drosselung des Saugvermögens langsam abgesenkt wird, dass anschliessend das Saugvermögen der Unterdruckquelle (39) in Stufen oder kontinuierlich erhöht wird, bis ein bestimmter Druck in der äusseren Kammer (13) erreicht wird, dass während eines bestimmten Zeitintervalls ein bestimmter Druckverlauf durch Drosselung des Saugvermögens erzeugt wird und dass nach Ab-schluss des Trocknungsprozesses der Druck langsam, z.B. rampenförmig, durch Einlassen von getrockneter Luft oder Gas auf Umgebungsdruck erhöht wird.19. The method according to claim 17 or 18, characterized in that at the beginning of the drying process, if there is a risk of swirling of the still moist products, the pressure in the outer chamber is slowly reduced by throttling the suction capacity, so that the suction capacity of the vacuum source (39) is then is increased in stages or continuously until a certain pressure in the outer chamber (13) is reached, that during a certain time interval a certain pressure curve is generated by throttling the pumping speed and that after the drying process has ended, the pressure is slow, e.g. ramped, is increased to ambient pressure by admitting dried air or gas. 55 1010th 1515 2020th 2525th 3030th 3535 4040 4545 5050 5555 6060 6565 66