DE69315726T2

DE69315726T2 - Gefriertrocknungsvorrichtung

Info

Publication number: DE69315726T2
Application number: DE69315726T
Authority: DE
Inventors: Ernesto Renzi
Original assignee: BOC Group Inc
Current assignee: Ima Edwards Inc Murray Hill Nj Us
Priority date: 1992-03-12
Filing date: 1993-03-12
Publication date: 1998-07-16
Anticipated expiration: 2013-03-13
Also published as: FI931120A; FI108881B; EP0560632A3; US5689898A; US5519946A; FI931120A0; JP3245465B2; EP0560632A2; JPH05288465A; EP0560632B1; DE69315726D1; ES2110569T3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Gefriertrocknungsgeräte und mehr im einzelnen auf Gefriertrocknungstische zum Tragen von Gegenständen wie beispielsweise Substanzen oder Gefße oder Tabletts, welche die Substanzen innerhalb der Gefriertrockner aufnehmen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf solche Gefriertrocknertische, bei welchem der Tisch außerdem in dem Gefrier- und Sublimierungsphasen des Gefriertrocknungsvorgangs zum Gefrieren und Erwärmen der Gegenstände durch Zirkulation eines Wärmeaustauschmediums (bzw. diathermischen Mediums) durch den Tisch dient.
Gefriertrocknungstische sind innerhalb einer Gefriertrocknungskammer eines Gefriertrockners angeordnet, um Gegenstände wie beispielsweise biologische Substanzen oder in mehr üblicher Weise Gefäße tragen, welche die gefrierzutrocknenden biologischen Substanzen enthalten. Die Tische sind im allgemeinen in einem vertikalen Stapel angeordnet, der zusammenlegbar sein kann, um die Gefäße in auf dem Gebiet bekannter Weise zu verschließen.
Die Tische dienen auch zur Wärmeübertragung zwischen einem Wärmeaustauschmedium wie beispielsweise Alkohol, Glykol, Mineralöl usw. und den gefrierzutrocknenden Gegenständen. Während des Gefriertrocknungsprozesses wird der in den Gegenständen enthaltene Feuchtigkeitsgehalt gefroren. Nach dem Gefrieren werden die Gegenstände unteratmosphärischen Drücken ausgesetzt, die ausreichend niedrig sind, damit die Feuchtigkeit in Dampf sublimiert. Zu diesem Zweck wird innerhalb der Gefriertrocknungstische zirkulierendes Wärmeaustauschmedium zuerst durch einen externen Kühlkreislauf gekühlt, damit Wärme von den Gegenständen auf das Wärmeaustauschmedium übertragen wird und dadurch das Gefrieren der in den Gegenständen enthaltenen Feuchtigkeit herbeigeführt wird. Während des Sublimierens wird das Wärmeaustauschmedium durch externe Mittel schwach erwärmt, um Energie für die Sublimierung zu liefern.
Da der Gefriertrocknungsprozeß in einer unter niedrigem Druck stehenden Umgebung stattfindet, tritt der Wärmeübergang zwischen den Gegenständen und dem Wärmeaustauschmedium hauptsächlich durch Wärmeleitung auf. Dabei ist es natürlich wichtig, daß die Tische so flach wie möglich sind, um die Berührung zwischen den Tischen und den Gegenständen zu maximieren. Diese Kontaktmaximierung maximiert ihrerseits das Maß des Wärmeleitungsübergangs zwischen den Gegenständen und den Tischen und folglich dem Wärmeaustauschmedium.
Bisher sind Gefriertrocknungstische häufig mit zwei gegenüberliegenden Platten aus rostfreiem Stahl gebildet, die an ihren Rändern durch einen massiven Stahlrahmen gehalten werden, um einen Abstand zwischen den Platten aufrechtzuerhalten. Der Zwischenraum zwischen den Platten wird von massiven Rippen durchquert, um Strömungskanäle für das Wärmeauschtauschmedium zu bilden. Bei einer Konstruktionsform sind die Rippen in Längsrichtung mit den Platten verschweißt und so konfiguriert, daß sie ineinandergreifen, um die Strömungskanäle herzustellen, wenn die Platten und die Rippen zusammengebaut werden. Bei einer anderen Konstruktionsform werden die Rippen lediglich mit einer der Platten verschweißt Sodann werden Bohrungen in die gegenüberliegende Platte eingebohrt und diese Platte wird mit den Rippen punktförmig verschweißt Die sich ergebenden erhabenen Schweißraupen werden bündig geschliffen und poliert.
Beispielsweise ist es aus der US-A-4 109 396 bekannt, daß zur Herstellung von Gefriertrocknungstischen Schweißtechniken eingesetzt werden können, welche die im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dieser Erfindung definierten Merkmale aufweisen.
Ein Problem bei beiden Formen einer solchen Gefriertrocknungstischkonstruktion liegt darin, daß die Schweißnähte dazu neigen, thermische Spannungen in den Platten in der Nähe der Schweißnähte zu verursachen. Um die damit verbundene mechanische Beanspruchung und damit örtliche Verformungen der Platten nahe der Schweißnähte zu vermeiden, werden bei der Herstellung der Tische sehr dicke Platten und zur Bildung der Strömungskanäle für das Wärmeaustauschmedium dicke Rippen verwendet. Das Endergebnis dieser Konstruktion herkömmlicher Gefriertrocknungstische aus massiven Rippen und dicken Platten besteht darin, daß jeder Tisch eine große thermische Masse bzw. Trägheit aufweist. Diese thermische Masse bzw. Trägheit führt dazu, daß ein großer Teil des Energiebedarfs des Gefriertrockners während der Kühlphase des Gefriertrocknungsprozesses zum Abkühlen der Tische vergeudet wird.
Zusätzlich zu dem Vorstehenden wird die zum Bewirken der Kühlung benötigte Energie auch durch Wärmeleckage vergeudet, die während des Abkühlens des Wärmeaustauschmediums auftritt. Bei dem zum Kühlen des Wärmeaustauschmediums eingesetzten Kühlkreislauf ist ein externer Wärmetauscher vorgesehen, um einen Wärmeübergang vom Wärmeaustauschmedium auf ein rezirkulierbares Kältemittel wie beispielsweise FREON zu bewirken. Diese thermischen Verluste im Wärmetauscher und in den notwendigen Rohrleitungen zum Rückführen des gekühlten Wärmeaustauschmediums zurück in die Gefriertrocknungskammer sind unvermeidbar vorhanden. Wie man sieht, muß eine solche Wärmeleckage durch eine Steigerung der vom Kühlkreislauf bereitgestellten Kühlleistung und folglich durch die für die Kühlung benötigte Energie kompensiert werden.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht grundsätzlich eine Tischkonstruktion, welche die geforderte Flachheit des Tisches mit geringerer thermischer Masse als herkömmliche Gefriertrocknungstischkonstruktionen aufweist. Des weiteren ermöglicht die Erfindung eine Tischkonstruktion, die Wärmeverluste während des Kühlens des Wärmeaustauschmediums auf ein Minimum verringert.
Gemäß der Erfindung ist ein Gefriertrocknungstisch vorgesehen, der zum Tragen von gefrierzutrocknenden Gegenständen in einer Gefriertrocknungskammer dient und ein Plattenpaar aus einer ersten und einer zweiten ebenen parallelen Platte, die mit gegenseitigem Abstand voneinander gegenüberliegend angeordnet sind, eine Mehrzahl von Rippen, die Strömungskanäle zum Zirkulieren eines Wärmeaustauschmediums zwischen der ersten und der zweiten Platte bilden, Verbindungen zwischen der ersten und der zweiten Patte und der Rippen, und eine dem Gefriertrocknungstisch zugeordnete thermische Masse aufweist, wobei die erste und die zweite Platte vorgegebene Dicken und im wesentlichen keine örtlichen Verformungen an den genannten Verbindungen aufweisen, dadurch gekennzeichnet,
die Rippen längliche, entgegengesetzte ebene Flächen aufweisen und die Form hohler Rechteckrohre haben, und
die Verbindungen durch inneres Hartverlöten der ersten und der zweiten Platte und der Rippen an deren ebenen Flächen und Spannungsfreiglühen hergestellt sind, um örtliche Verformungen im wesentlichen zu vermeiden, die sonst an den Verbindungsstellen aufgrund der Dickenverringerungen der ersten und der zweiten Platte auftreten würden,
wobei die erste und die zweite Platte eine Verringerung ihrer vorgegebenen Dicken haben können und dadurch eine Verringerung der dem Gefriertrocknungstisch zugeordneten thermischen Masse bewirken.
Der Gefriertrocknungstisch weist eine zugehörige thermische Masse auf. Diese thermische Masse wird bei der vorliegenden Erfindung dadurch verringert, daß eine erste und eine zweite Platte vorgesehen sind, die eine Verringerung ihrer vorgegebenen Dicken haben. Die erste und die zweite Platte sind an gegenüberliegenden Flachflächen der Rippen mit den Rippen verbunden. Hervorzuheben ist, daß die nach der Erfindung vorgesehenen Bereiche mit verringerter Plattendicke schwierig, wenn nicht gar unmöglich, durch Schweißen zu verbinden sind. Selbst wenn eine solche Konstruktion zusammengeschweißt würde, würden an den Verbindungsstellen örtliche Verformungen auftreten, welche die geforderte ebene, wärmeleitende Oberfläche unterbrechen würden, die von dem Tisch hergestellt werden soll. Es hat sich jedoch gzeigt, daß, wenn die Verbindungsstellen durch inneres Hartverlöten der ersten und der zweiten Platte mit den Rippen an deren Flachflächen hergestellt sind, örtliche Verformungen, die sonst an den Verbindungsstellen mit den dickenverringerten Bereichen der ersten und der zweiten Platte auftreten würden, im wesentlichen verhindert werden. Grundsätzlich muß ein Gefriertrocknungstisch eine möglicht ebene Oberfläche haben, um den Wärmeübergang durch Wärmeleitung zu den gefrierzutrocknenden Gegenständen zu maximieren.
Die Erfindung schafft daher einen Gefriertrocknungstisch, der dafür ausgelegt ist, gefrierzutrocknende Gegenstände innerhalb einer Gefriertrocknungskammer eines Gefriertrockners zu tragen und innere Strömungskanäle zum Zirkulieren eines Wärmeaustauschmediums innerhalb des Tisches aufweist, wobei das Wärmeaustauschmedium durch ein Kältemittel derart gekühlt werden kann, daß in den Gegenständen enthaltene Feuchtigkeit gefriert, wenn diese Gegenstände auf dem Tisch liegen, und:
der Gefriertrocknungstisch weist einen oberen Wärmeaustauschmittelabschnitt auf, der zum Tragen der Gegenstände ausgelegt ist und einen unteren Kältemittelabschnitt in gutem thermischen Kontakt mit dem oberen Wärmeaustauschmittelabschnitt,
der obere Wärmeaustauschabschnitt enthält die Strömungskanäle für das Wärmeaustauschmedium,
der untere Kältemittelabschnitt enthält Strömungskanäle zum Zirkulieren des Kältemittels durch den unteren Kältemittelabschnitt derart, daß das Wärmeaustauschmedium während dessen Zirkulation durch den Gefriertrocknungstisch gekühlt wird,
es ist eine erste Gruppe von Einlässen und Auslässen vorhanden, um das Wärmeaustauschmittel in dem Wärmeaustauschmittelabschnitt des Gefriertrocknungstisches einzuleiten bzw. daraus abzuleiten, und
es ist eine zweite Gruppe von Einlässen und Auslässen vorhanden, um das Kältemittel in den Kältemittelabschnitt des Gefriertrocknungstisches einzuleiten bzw. daraus abzuleiten.
Der Gefriertrocknungstisch weist daher einen oberen Wärmeaustischmittelabschnitt und einen unteren Kältemittelabschnitt auf, der in gutem thermischen Kontakt mit dem oberen Wärmeaustauschabschnitt steht. Der obere Wärmeaustauschabschnitt enthält die Strömungskanäle für das Wärmeaustauschmittel, und der untere Kältemittelabschnitt enthält die Strömungskanäle zum Zirkulferen des Kältemittels durch den unteren Kältemittelabschnitt derart, daß das Wärmeaustauschmittel abgekühlt wird, während es durch den Gefriertrocknungstisch zirkuliert.
Das Kältemittel kann irgendein bekanntes Kältemittel sein, einschließlich FREON oder Ammoniak. Es kann auch ein verflüssigtes Gas wie beispielsweise flüssiger Stickstoff sein.
Ein gemäß der Erfindung ausgebildeter Gefriertrocknungstisch benötigt keinen externen Wärmetauscher für die Wärmeübertragung zwischen dem Wärmeaustauschmedium und dem Kältemittel, sondern integriert stattdessen den Wärmeaustauscher in die Tischkonstruktion. Der Vorteil dieser Konstruktion liegt darin, daß der integrierte Wärmetauscher nach der Erfindung der Umgebung niedrigen Druckes der Gefriertrocknungskammer ausgesetzt ist, während der Wärmeaustausch stattfindet, und ist dadurch tatsächlich vakuumisoliert, was Wärmeverluste beträchtlich verringert. Des weiteren werden auch Wärmeverluste des Wärmeaustauschmediums, die sonst entlang der externen Rohrleitungen zur Gefrierkammer auftreten, ebenfalls eliminiert.
Wie man sieht, stellt ein Gefriertrocknungstisch nach der Erfindung eine energietechnisch sehr effiziente Konstruktion dar. Insofern könnte die Erfindung bereits eigenständig zur Steigerung der energietechnischen Effizienz in einem Gefriertrockner eingesetzt werden. Jedoch kann sie vorteilhafterweise auch in eine Gefriertrocknertischkonstruktion einbezogen werden, um die energietechnische Evizienz eines Gefriertrockners weiter zu steigern.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird nun lediglich beispielshalber auf die anliegenden Zeichnungen Bezug genommen, in welchen zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Gefriertröcknertisches nach der Erfindung, wobei Teile des Tisches zur Darstellung seines inneren Aufbaus abgebrochen sind,
Fig. 2 eine Draufsicht des Gefriertrocknertisches nach Fig. 1, wobei die obere Platte abgebrochen ist um den inneren Aufbau des oberen Wärmeaustauschmediumabschnitts des Gefriertrocknungstisches zu zeigen,
Fig. 3 eine Draufsicht des Gefriertrocknungstischs nach Fig. 1, wobei der obere Wärmeaustauschmedienabschnitt des Tischs abgebrochen ist, um den inneren Ausbau des unteren Kältemittelabschnitts des Gefriertrocknungstisches zu zeigen, und
Fig. 4 eine ausschnittweise auseinandergezogene perspektivische Darstellung des Gefriertrocknungstischs nach Fig. 1.
In Fig. 1 ist ein Gefriertrocknungstisch 10 nach der Erfindung mit einem oberen Wärmeaustauschmediumabschnitt 12 dargestellt. Der Wärmeaustauschmediumabschnitt 12 trägt die gefrierzutrocknenden Gegenstände und ist so ausgelegt, daß er ein gekühltes Wärmeaustauschmedium aufnehmen und zirkulieren kann, so daß Wärme von den auf den Tisch liegenden Gegenständen auf das Wärmeaustauschmedium übertragen werden kann. Ein unterer Kältemittelabschnitt 14 ist unterhalb des Wäremaustauschmediumabschnitts 12 angeordnet und steht damit in gutem thermischen Kontakt. Der Kältemittelabschnitt 14 ist so ausgelegt, daß er ein Kältemittel aufnehmen und zirkulieren kann, um das durch den Wärmeaustauschmediumabschnitt 12 zirkulierende Wärmeaustauschmedium zu kühlen.
Es wird nun weiter auf Fig. 2 Bezug genommen, wonach der Wärmeaustauschmediumabschnitt 12 ein Plattenpaar aus einer ersten und einer zweiten Platte 16 bzw. aufweist. Beide Platten sind eben und parallel und haben einen Abstand voneinander. Eine Mehrzahl von Rippen 20 ist in dem zwischen der ersten Platte 16 und der zweiten Platte 18 gebildeten Zwischenraum vorgesehen. Die Rippen 20 haben Abstände voneinander, um Strömungskanäle 24 für das Wärmeaustauschmedium zu bilden. In dieser Hinsicht sind die Rippen 20 relativ zueinander gestäffelt angeordnet, um eine Reihe paralleler Strömungspfade durch den Wärmeaustauschmediumabschnitt 16 herzustellen und damit das Druckgefälle minimal zu halten.
Die Rippen 20 sind vorzugsweise hohle Rechteckrohre. Sie können des weiteren irgendeine Form mit länglichen ebenen Flächen haben, wie sie hier mit den Bezugszeichen 26 und 28 bezeichnet sind und die mit der ersten Platte 16 bzw. der zweiten Platte 18 in Berührung stehen. Wenn die Rippen jedoch, wie beim Stand der Technik, massiv sind, ist die thermische Masse des Tisches natürlich größer als bei der dargestellten Ausführungsform mit hohlen Rippen. Der Wärmeaustauschmediumabschnitt 16 ist vorzugsweise an seinem Umfang durch einen Rahmen 30 abgeschlossen, der aus Stäben mit quadratischem Querschnitt gebildet ist (durch die Bezugszeichen 32, 34, 36 und 38 bezeichnet) und die aneinanderstoßend miteinander verbunden sind und die erste und die zweite Platte 16 und 18 miteinander verbinden.
Wärmeaustauschmedium strömt in den Wärmeaustauschmediumabschnitt 16 (wie durch Pfeile bezeichnet) ein bzw. daraus aus durch eine Gruppe von ersten Einlässen und Auslässen, die durch Einlaß- und Auslaßrohre 40 und 42 gebildet sind, die an Einlaß- und Auslaßansatzstücken 44 und 46 angeschlossen sind, die mit Innenbohrungen 48 und 50 versehen sind. Das Wärmeaustauschmedium fließt durch öffnungen 51, die in den Stäben 32 und 34 gebildeten sind und in Verbindung mit jeder der inneren Bohrungen 50 der Ansatzstücke 44 und 46 in Verbindung stehen, in die Strömungskanäle 24 ein und aus diesen wieder aus. Die Einlaß- und Auslaßrohre 42 und 44 dienen als Anschlüsse, an welchen bekannte gewellte flexible Schläuche aus rostfreiem Stahl angeschweißt werden. Diese Schläuche verlaufen zum einen externen Strömungskreis für das Wärmeaustauschmedium, der üblicherweise eine Pumpe zum Zirkulieren des Wärmeaustauschmediums und ein elektrisches Heizgerät zum Erwärmen des Wärmeaustauschmediums während der Sublimationsphase des Gefriertrocknungsprozesses enthält.
Ein Gefriertisch nach der Erfindung kann zusammen mit dem Wärmeaustauschmediumabschnitt 12, wie oben umrissen, ausgebaut werden. In diesem Fall wird ein externer Wärmetauscher, der an sich bekannt ist, zum Wärmeaustausch zwischen einem in einem Kältemittelkreislauf strömenden Kältemittel und dem Wärmeaustauschmedium vorgesehen. Es muß hier angemerkt werden, daß ein Kältemittel nicht allein zur Zirkulation durch einen Gefriertrocknungstisch eingesetzt wird, da es nicht praktikabel ist, eine nahezu gleichförmige Temperaturverteilung über den Tisch nur mit einem Kältemittel allein zu erzeugen.
Trotzdem ist vorzugsweise ein Gefriertrocknungstisch nach der Erfindung so ausgelegt, daß er als Wärmetauscher zur Wärmeübertragung von dem Wärmeaustauschmedium auf das Kältemittel wirkt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird dies dadurch bewerkstelligt, daß ein Gefriertrocknungstisch 10 mit dem Kältemittelabschnitt 14 ausgebildet ist. Wie sich zusätzlich aus den Fig. 3 und 4 ergibt, ist der Kältemittelabschnitt 14 am Umfang durch einen Rahmen 54 abgeschlossen, der durch Stäbe mit quadratischem Querschnitt (durch Bezugszeichen 56, 58, 60 und 62 bezeichnet) gebildet ist, die aneinanderstoßend miteinander verbunden sind und die zweite und die dritte Platte 18 und 52 miteinander verbinden. Eintritt und Austritt des Kältemittels in und aus dem Kältenmittelabschnitt 18 erfolgt über eine zweite Gruppe von Einlässen und Auslässen, die durch ein Einlaßrohr 64 gebildet sind, das an einem Einlaßansatzstück 66 angeschweißt ist und in Verbindung mit Bohrungen 68 und 70 im Einlaßansatzstück 66 steht. Ein Übergangsrohr 72 stellt eine Strömungsverbindung von der Bohrung 70 zu einem Einlaßverteiler 74 her, der an den Stab 56 des Rahmens 54 anstößt. Das Kältemittel wird vom Kältemittelabschnitt 14 über einen Auslaßverteiler 76 abgeleitet, der an den Stab 60 des Rahmens 54 anstößt, sowie über ein weiteres Übergangsrohr 78, das eine Strömungsverbindung zu Bohrungen 80 und 82 in einem Auslaßansatzstück 84 herstellt. Ein Auslaßrohr 86 ist an das Auslaßansatzstück 84 angeschweißt und fluchtet mit der Bohrung 82.
Die Einlaß- und Auslaßrohre 42 und 44 sind an beiden Einlaßund Auslaßansatzstücken 44 und 84 bzw. 66 und 46 angeschweißt. Des weiteren sind die benachbarten Einlaß- und Auslaßansatzstücke 44 und 84 miteinander verschweißt, ebenso die Einlaß- und Auslaßansatzstücke 66 und 46.
Obwohl nicht dargestellt, sind Kältemittelleitungen an die Einlaß- und Auslaßrohre 64 und 86 zum Anschluß des Kältemittelabschnitts 14 an einem Kältemittelkreislauf angeschweißt. Die Kältemittelleitungen selbst würden innerhalb der Wärmeaustauschmittelleitungen angeordnet sein, welche das Wärmeaustauschmedium zu und von dem Wärmeaustauschmediumabschnitt 12 des Gefriertrocknungstisches 10 leiten. Wo ein Anschluß innerhalb des Kältemittelkreislaufs der Kältemittelleitungen erforderlich ist, können die Wärmeaustauschmediumleitungen mit starren rohrartigen Abschnitten ohne Wellungen versehen sein. Solche starren rohrartige Abschnitte können mit Öffnungen zum Durchführen der Kältemittelleitungen aus den Wärmeaustauschmediumleitungen versehen sein, wobei vorzugsweise 90º-Biegungen in den Kältemittelleitungen vorgesehen sind, welche die Öffnungen durchdringen, und an den starren rohrartigen Abschnitten der Wärmeaustauschmediumleitungen angeschweißt sind.
Einlaß- und Auslaßverteiler 74 und 76 sind von identischer Konstruktion und beide aus quadratischen Rohren hergestellt, die mit 6 unteren, mit gleichen Abständen angeordneten schlitzartigen Öffnungen versehen sind, wie beispielsweise die beim Verteiler 74 gezeigte schlitzartige Öffnung 88.
Bei Verwendung der vorliegenden Erfindung in einem sehr kleinen Gefriergerät können die Kanäle für das Kältemittel von beliebiger Konstruktion sein. Bei großtechnischen Anwendungen sind jedoch Rippen 90 vorgesehen, welche die zweite und die dritte Platte 18 und 52 miteinander verbinden. Die Rippen 90 bilden Strömungskanäle 92 für das Kältemittel, das zwischen dem Einlaß- und dem Auslaßverteiler 74 und 76 zirkuliert, wie durch Teile in Fig. 3 angedeutet ist. Die Rippen 90 sind bei solchen großtechnischen Anwendungen notwendig, um große Wärmeübergangsflächen zu schaffen, um Wärme vom Wärmeaustauschmedium auf das Kältemittel überzuleiten. Die Rippen 90 sind vorzugsweise aus vorgefertigtem Material hergestellt, das aus rostfreiem Stahlblech mit Längssicken in Form länglicher Sicken mit im wesentlichen rechteckigem Querschnitt besteht, um miteinander abwechselnde obere und untere längliche Flächen 94 in Berührung mit der zweiten und der dritten Platte 18 und 52 herzustellen. Ein solches Material ist außerdem beispielsweise durch eine Durchbrechung 94 quer durchbrochen, um den Medienkontakt zu steigern. Ebenso wie beim Wärmeaustauschmediumabschnitt 12 sind die zweite und die dritte Platte 18 und 52 an den Flächen 94 mit dem die Rippen 90 bildenden Material innen hartverlötet, so daß die Anordnung spannungsarm ist. Ein solches Material ist von Robinson Fin Machines, 13670 Highway 68, South Kenton, Ohio 43326, erhältlich.
Die Rippen 90 stellen nicht nur eine große Berührungsfläche für die Wärmeüberleitung vom Kältemittel auf das Wärmeaustauschmittel dar, sondern ergeben auch eine ausreichende mechanische Abstützung des Kältemittelabschnitts derart, daß der Gefriertrocknungstisch 12 auf Stopfen von Gefäßen aufsitzen kann, die von einem Tisch gleicher Konstruktion getragen werden, der unterhalb des Tisch 12 angeordnet ist. Dazu ist der Tisch 12 mit vier Tragklötzen 100, 102, 104 und 106 mit Öffnungen 108, 110, 112, und 114 versehen, um auf dem Fachgebiet bekannte Tragstangen aufzunehmen, um den Gefriertrocknungstisch 10 mit in gleicher Weise konstruierten Tischen oberhalb und unterhalb des Gefriertrocknungstischs 10 zu verbinden.
Der Gefriertrocknungstisch 10 kann in einer Vielzahl von Größen hergestellt werden, beispielsweise 600 mmm x 450 mm oder 600 mm x 900 mm oder 900 mm x 1200 mm, oder sogar 1500 mm x 1800 mm. Die Tische mit 600 x 900 mm und 900 x 1200 mm können Rippen enthalten, die durch ein quadratisches Rohr von etwa 9,525 mm gebildet sind. Die Tische miü 600 mm x 450 mm können Rippen enthalten, die aus Rechteckrohr von etwa 12,7 mm x 6,35 mm gefertigt sind, und die Tische mit 1500 mm x 1800 mm können Rippen enthalten, die aus Quadratrohr mit etwa 19,05 mm gefertigt sind. Bei allen Ausführungsformen kann das vorgefertigte Rippenmaterial etwa 0,2 mm dick sein und 6 mm bis 8 mm Höhe und Breite haben. Der Abstand zwischen den Rippen hängt von dem Druck ab, welchem der Tisch ausgesetzt ist, und von der geforderten mechanischen Festigkeit. Bei kleineren Tischen sind 70 mm von Mitte zu Mitte ausreichend, während für die größeren Tische, beispielsweise mit 1500 mm x 1800 mm ein Abstand von 45 mm benutzt werden kann.
Sämtliche Komponenten, die bei einem sterilen Einsatzgebiet des Gefriertrocknungstischs 10 eingesetzt werden (beispielsweise bei der Herstellung von biologischen Präparationen) sollten aus rostfreiem Stahl hergestellt sein. Um den Tisch 12 herzustellen wird eine an sich bekannte Art von Nickelhartlötmaterial, das Nickelpulver auf einem selbstklebenden Bindemittel sein kann, zwischen der ersten Platte 16 und den Rippen 20 und 22, zwischen den Rippen 20 und 22 und der zweiten Platte 18, zwischen der Unterseite der zweiten Platte 18 und dem vorgefertigten Rippenmaterial, und zwischen dem vorgefertigten Rippenmaterial 90 und der dritten Platte 52 eingebettet. Die Anordnung wird dann wiederum zwischen Graphitblöcken oder einem sonstigen wärmeleitenden Material eingebettet und dann in einem Vakuuminduktionsofen plaziert. Die Anordnung wird dann in dem Ofen auf eine Temperatur erhitzt, die von Raumtemperatur bis etwa 10ºC unter dem Schmelzpunkt von Nickel, etwa 482ºC, ansteigt. Die Temperatur wird dann stabilisiert und dann wieder stetig bis zum Schmelzpunkt von Nickel und zur Kristallisationstemperatur des rostfreien Stahl erhöht. Diese Temperatur wird während 15 und 20 Minuten stabil gehalten, um die Komponentenanordnung spannungsfrei zu machen. Danach wird der Ofen während etwa 12 Stunden abgekühlt, bis 204ºC erreicht werden, und an diesem Punkt wird die gesamte Anordnung mit einem Inertgas abgeschreckt, das Stickstoff sein kann. Danach läßt man die Anordnung auf Raumtemperatur abkühlen. Sodann werden die Rahmen 30 und 54 an die Platten geschweißt und vorzugsweise geschliffen, geglättet und poliert.
Das Endergebnis der oben umrissenen Konstruktionsmethode liegt darin, daß der Gefriertrocknungstisch 12 ohne Schweißen hergestellt Worden ist und daher mit weniger thermischer Masse als herkömmliche Tischkonstruktionen gefertigt ist. Dazu können die erste, die zweite und dritte Platte bei jeder Ausführungsform nur etwa 1,0 mm dick sein. Im Stand der Technik sind die Stahlplatten, welche die Gefriertrocknungstische ergeben, bis zu etwa 4,0 mm dick sein.

Claims

1. Gefriertrocknungstisch (10), der zum Tragen von gefrierzutrocknenden Gegenständen in einer Gefriertrocknungskammer dient und ein Plattenpaar aus einer ersten und einer zweiten ebenen parallelen Platte (16, 18), die mit gegenseitigem Abstand voneinander gegenüberliegend angeordnet sind, eine Mehrzahl von Rippen (20), die Strömungskanäle (24) zum Zirkulieren eines Wärmeaustauschmediums zwischen der ersten und der zweiten Platte (16,18) bilden, Verbindungen zwischen der ersten und der zweiten Platte und den Rippen, und eine dem Gefriertrocknungstisch zugeordnete thermische Masse aufweist, wobei die erste und die zweite Platte (16, 18) vorgegebene Dicken und im wesentlichen keine örtlichen Verformungen an den genannten Verbindungen aufweisen, dadurch gekennzeichnet,

die Rippen (20) längliche, entgegengesetzte ebene Flächen (26, 28) aufweisen und die Form hohler Rechteckrohre haben, und

die Verbindungen durch inneres Hartverlöten der ersten und der zweiten Platte (16, 18) und der Rippen (20) an deren ebenen Flächen und Entspannungsglühen hergestellt sind, um im wesentlichen örtliche Verformungen zu vermeiden, die sonst an den Verbindungsstellen auf Grund der Dickenverringerungen der ersten und der zweiten Platte (16, 18) auftreten würden,

wobei die erste und die zweite Platte (16, 18) eine Verringerung ihrer vorgegebenen Dicken haben können und dadurch eine Verringerung der den Gefriertrocknungstisch (10) zugeordneten thermischen Masse bewirken.

2. Gefriertrocknungstisch (10) nach Anspruch 1, der weiter aufweist:

einen rechteckigen Rahmen (30), der zwischen der ersten und der zweiten Platte (16, 18) angeordnet ist und damit verschweißt ist, um den Gefriertrocknungstisch (10) an seinem Umfang abzuschließen, und

Einlaß- und Auslaßmittel, welche den rechteckigen Rahmen durchdringen, um das Wärmeaustauschmedium in den Gefriertröcknungstisch (10) einzuleiten und aus diesem abzuleiten.

3. Gefriertrocknungstisch (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Rechteckrohre (20) derart zwischen der ersten und der zweiten Platte (16, 18) angeordnet sind, daß sie eine Reihen/Parallel-Anordnung von Strömungskanälen bilden.