JP3869297B2

JP3869297B2 - 凍結乾燥機における棚段の温度制御装置

Info

Publication number: JP3869297B2
Application number: JP2002113654A
Authority: JP
Inventors: 良二砂間
Original assignee: Kyowa Vacuum Engineering Co Ltd
Current assignee: Kyowa Vacuum Engineering Co Ltd
Priority date: 2002-04-16
Filing date: 2002-04-16
Publication date: 2007-01-17
Anticipated expiration: 2022-04-16
Also published as: JP2003307384A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、被乾燥材料を、凍結乾燥装置の乾燥庫内に、多段に並列装架してある温度調節可能な棚段上に載置して、棚段から昇華熱を供給しながら昇華水蒸気を、真空室に設けたトラップに凝結捕集せしめて乾燥させる凍結乾燥機において、乾燥庫内に多段に装架する棚段の温度の制御手段についての改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
凍結乾燥機を用いて行う被乾燥材料の凍結乾燥は、図１・図２にあるように、所定の真空度に保持し得る乾燥庫Ａの扉１を開けて、乾燥庫Ａ内に多段に棚設してある温度制御可能な棚段ａ…のそれぞれに、被乾燥材料を載架し、棚段ａからの昇華熱の供給により昇華水蒸気を昇華させ、その昇華水蒸気を、真空配管口２からトラップが配設してある真空室に引き出してトラップに捕集させることで行う。
【０００３】
このときの、被乾燥材料の乾燥庫Ａ内の各棚段ａに対する装入は、被乾燥材料が医薬品である場合は、被乾燥材料をバイアル・アンプル等の小容器に注入して、その小容器を、ローディング装置により送り込むことで行われる。
【０００４】
そして、このローディングによる装入は、乾燥庫Ａ内に進入可能とした台車に、乾燥庫Ａ内の棚段ａ…と対応する棚台を多段に設けておいて、それら棚台上に小容器群を整列させて載架しておき、台車の進入によりこれら小容器群を一度に乾燥庫Ａ内の各棚段ａ上に移し換えるようにする場合と、乾燥庫Ａ内に棚設する棚段ａを、それぞれが吊り具により所定の棚間隔を保持して吊り下がり、下降させることで重合して乾燥庫Ａ内の底部に折り畳み状態となるようにしておいて、乾燥庫Ａへの装入口を、乾燥庫Ａの前面の開口部を開閉する扉の下端に寄せた部位に小扉を装設しておき、特許第２９２８１０７号公報にあるように、ここから小容器を装入して、棚台上に小容器群を整列させて載架しておき、それから棚段ａに１段づつ移し換え、棚段を１段づつ吊り上げて各棚毎挿入する場合がある。
【０００５】
棚板を冷却した状態で被乾燥材料が入った小容器群を各棚毎一括又は各棚段一括で載架させて移し換えた場合、棚段をあらかじめ冷却しておくことにより棚段ａ上に載架された小容器内の被乾燥物材料は、移動時の動き以外静止状態で、小容器底面から冷却されることにより氷晶が析出し図３に示すモデルにあるような縦氷晶を形成できる。
【０００６】
しかし、この方式、即ち各段毎又は全段一括挿入方式では棚段ａの奥行き方向分の整列機が必要とし、その整列スペースが乾燥庫前に必要となる。
【０００７】
この小容器を乾燥庫前で棚段ａの幅分の、例えば所定単位数が一列に並ぶ単位群づつ押し込んでいくローディング方式は、乾燥庫前の大きさの制約を受けず、ローディングの機構を単純にすることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
乾燥庫内に多段に並列させて棚設する棚段に対し、棚段の巾方向に所定数の小容器を一列に並べた単位群として押し込む作業を繰り返すことで、棚段の前面に小容器を整列させて装入する手段は、棚段をあらかじめ被乾燥物を凍結せしめるような凍結温度に冷却された場合、小容器を単位群づつ押し込む際に、既に、押し込まれている小容器に対し接触するときに受ける衝激で、小容器内の被乾燥材料に、突発性凍結を発生させることが有る。
【０００９】
棚段ａ上に載架した小容器内の被乾燥材料は、棚段ａがマイナス４０度Ｃ程度に冷却されていることで、小容器の底面から冷却されることにより氷晶が析出して図３に示すモデルにあるよう縦氷晶を形成し、これが、溶解性に優れたものとなるが、小容器の棚段上への整列操作の際に小容器同志の接触により受けるショックにより、急激に氷晶化が進む突発性凍結の現象が起き、図４に示すモデルのように、独立細孔型の凍結を起し、これにより、乾燥し終えた製品の溶解が個別的に違いを生ぜしめるようになる問題がある。
【００１０】
本発明は、この問題を解消するためになされたものであって、突発性凍結を生ぜしめることなく被乾燥材料が注入されている小容器を、一列づつ押し込む操作により棚段上に整列させて装入し得るようにする新たな手段を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
被乾燥材料が注入された小容器群を、ローディングにより、乾燥庫内の棚段上に装入するとき、小容器同志の接触によるショックがあっても、突発性凍結が起きないようにするには、乾燥庫の棚段の冷却温度を、装入する小容器内の被乾燥材料に凍結を生ぜしめない範囲の温度に保持せしめておくことで解決できることの知見を得、さらに棚段の全面に対し所定数の小容器の装入が終えたところで、棚段の冷却温度を急速に所定のマイナス４０度Ｃにするように制御することで、小容器内の被乾燥材料の凍結乾燥が、有益な縦氷晶を形成していく状態で効率的に行われるようになることが判ってきた。
【００１２】
このことから、本発明手段においては、乾燥庫内に多段に棚設する棚段に接続する熱媒の回路に、被乾燥材料に凍結を生ぜしめない範囲の温度に冷却された熱媒体を送給する回路と、所定温度に冷却された熱媒体を送給する回路とを、切換弁を介して接続しておいて、棚段に対しローディングにより小容器を装入していくときには、棚段温度を被乾燥材料に凍結を生ぜしめない範囲の冷却温度に予冷しておき、小容器の装入が終えたときに、その棚段を所定の温度に急速に冷却していくよう棚段の温度を制御する手段を提起するものである。
【００１３】
また、このとき、多段に並列する棚段に対し、一段づつ小容器を装入する場合には、全棚段を被乾燥材料に凍結が生じない温度に予冷しておいて、小容器の装入が終えた棚段から順次、所定の冷却温度となるように制御する。当然ながら急速に冷却することにより上述の図４の縦氷晶を得る為には大きな冷凍機と熱交換器により行なうか又は蓄冷機能を使用するか、装置の熱容量とコストにより決めてよい。予冷回路は蓄冷回路から一部流入させて適宜混合により生成してもよいし、又別の冷凍機にて冷熱を製造しても良い。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に実施の態様を、実施例の図面に従い説明する。
図５は、本発明による棚段の温度制御手段を実施せる凍結乾燥機の乾燥庫内の棚段に循環させる熱媒体の流路配管の展開図であり、同図において、Ａは乾燥庫、ａ…はその乾燥庫内に多段に並列させて棚設せる棚段を示す。
【００１５】
乾燥庫Ａは、図１および図２に示している従前の乾燥庫Ａと同様に、前面側に開放する開口部に開閉する扉１を具備し、その扉１の閉鎖により庫内が密閉され、かつ、真空配管口２に弁機構および配管３を介して接続する真空排気系の作動により庫内が、真空乾燥に要する真空度に保持され、また、真空配管口２に接続する配管３が水蒸気凝結器４０を収蔵するトラップ室４に弁機構を介し接続しているよう構成してある通常のものである。
【００１６】
この乾燥庫Ａ内に多段に棚設した棚段ａ…は、内部に熱媒体（熱媒流体）を循環させる管路が組み込まれ、それに接続する熱媒回路５から送給される熱媒体により棚面の温度を所望に調節し得るようになる通常のものである。
【００１７】
この棚段ａ内に組み込まれる管路に熱媒体を循環させる熱媒回路５は、棚段ａの棚面を、その上に載置する被乾燥材料を凍結乾燥するために凍結状態に保持せしめる温度に冷却する例えばマイナス４０度Ｃに冷却された熱媒体を送給する回路５ａと、棚段ａの棚面を、その上に載置する被乾燥材料に凍結を生ぜしめない範囲の温度に予冷する例えばマイナス零度に冷却された熱媒体を送給する回路５ｂとの、２つの回路を有し、これら回路５ａ・５ｂが三方弁６を介して棚段ａ内の熱媒体の管路に対し接続させてあって、これにより、三方弁６の切り換え作動でマイナス零度に冷却された熱媒体が流れる回路５ｂを棚段ａ内の管路に接続する状態とすることで、棚段ａの棚面が、その上に載置する被乾燥材料に凍結を生ぜしめない範囲の温度で予冷される状態となり、また、三方弁６を切り換えてマイナス４０度Ｃに冷却された熱媒体が流れる回路５ａが棚段ａ内の管路に接続する状態とすることで、棚段ａの棚面が、その上に載置する被乾燥材料を凍結状態に保持して凍結乾燥が行える温度に冷却される状態となるようにしている。
【００１８】
そして、この三方弁６により、棚段ａを予冷する回路５ｂと、棚段ａを凍結乾燥のために被乾燥材料を凍結状態に保持せしめる温度に冷却する回路５ａとに切り換える熱媒回路５は、この例においては、乾燥庫Ａ内に多段に棚設する棚段ａ内の管路に対する切り換え制御が、各棚段ａごとに各別に行えるようにしている。
【００１９】
即ち、これら２つの回路５ａ・５ｂは、それぞれの入口側および出口側が分流器ｂにより、各棚段ａの管路に対応する分岐回路５０…に分岐して、それら分岐回路５０…が各棚段ａの管路の入口管ｃ…および出口管ｄ…に対し各別の三方弁６を介し接続させてあって、これにより、この各棚段ａに各別に対応する三方弁６を独立させて個々に作動させることで、多段に並列する棚段ａ…に対して接続させる予冷用の回路５ｂと凍結乾燥用の回路５ａとの切り換え制御が、各棚段ａごとに行えるようにしている。
【００２０】
各回路５ａ・５ｂ内の熱媒体の所望温度への冷却は、この図５に示している実施例においては、棚段ａの棚面を、その上に載置する被乾燥材料を凍結状態に保持せしめる温度に冷却する凍結乾燥用の熱媒体を循環させる回路５ａと、棚段ａの棚面を、その上に載置する被乾燥材料に凍結を生ぜしめない範囲の温度に冷却する予冷用の熱媒体を循環させる回路５ｂとに対し、弁機構５１・５２を介して接続する熱媒体の温調回路５ｃを設けて、これに、冷凍機９０と冷媒管路９１を介して連通する冷却器９２・９２を組み込んで、その冷却器９２・９２による熱交換により温調回路５ｃ内の熱媒体を冷却し、さらに、この温調回路５ｃにはヒーターを装備せる加熱器９３を組み込んでおいて、この加熱器９３による熱交換によりこの温調回路５ｃ内の熱媒体を加熱し得るようにしておき、この温調回路５ｃにおいて所望温度に調整した熱媒体を予冷用の回路５ｂおよび凍結乾燥用の回路５ａに循環させるようにしている。
【００２１】
温調回路５ｃにおいて凍結乾燥用の回路５ａに循環させる熱媒体を調整しておくとき、その回路５ｃ内の熱媒体の温度は、棚段ａの棚面を冷却しようとする温度、例えばマイナス４０度Ｃに冷却しようとする場合、その温度より遙かに低いマイナス７０度Ｃ程度に調整しておいて、これを凍結乾燥用の回路５ａおよび棚段ａ内の熱媒管路に流すことで、棚段ａの所定温度への冷却を迅速に行えるようになる。また、予冷用の回路５ｂ内の熱媒体の冷却は、弁機構５２の開弁により凍結乾燥用の回路５ａ内の熱媒体を所望の割合で混入させることで行われる。また、図５においてＰ１・Ｐ２・Ｐ３は熱媒回路５に設ける循環ポンプである。
【００２２】
次に図６は、上述の如く庫内に棚設した棚段ａの棚面の温度を２つの回路５ａ・５ｂにより制御する乾燥庫Ａ内に、被乾燥材料が注入された小容器を整列させて装填するためのローディング装置Ｂの平面図であり、同図において、Ａは乾燥庫、破線に示すＡ’は乾燥庫Ａの内壁面、ａは乾燥庫Ａ内に棚設した棚段、１は乾燥庫Ａの前面側の開放口を閉鎖する開閉扉、１０はその開閉扉１の一部に設けた装入口を開閉する小扉、７０は前記装入口の前面に配設したローディング装置Ｂのプッシャー、７１は被乾燥材料が注入されたバイアル等の小容器を一列に整列させて前記装入口とプッシャー７０との間に順次送り出すコンベアよりなる搬送ライン、７２は前記プッシャー７０を進退させる油圧シリンダ装置を示している。
【００２３】
乾燥庫Ａは、それの前面側を閉鎖する開閉扉１の下方に寄せた部位に、図７において破線に示しているように局限された小さい装入口ｗが設けてあり、開閉扉１の前面には上下にスライドしてこの装入口ｗを開閉する小扉１０が設けてある。
【００２４】
また、乾燥庫Ａ内に多段に棚設する棚段ａ…は、例えば、図９にある例のように、乾燥庫Ａの天井に、昇降機構により昇降するように吊り下げた昇降ロッド８０に、最上位の棚段ａを吊り杆８１を介して吊り下げ、この棚段ａに次位の棚段ａを吊り杆８２を介して吊り下げ、これに次々位の棚段ａを吊り杆８３を介して吊り下げるようにすることで、鎖状に連結する状態に吊り下げておき、昇降ロッド８０の下降で全棚段ａ…が密接乃至略密接して積層重合する状態となって乾燥庫Ａの内腔の底部に折り畳まれ、このとき、最上位の棚段ａの棚面が前述の装入口ｗの口縁の下縁に揃う状態となり、この状態から昇降ロッド８０を棚段ａの棚間隔分だけ上昇させることで次位の棚段ａの棚面が装入口ｗの下縁に揃う位置を占めるようになって、この昇降ロッド８０を順次棚間隔分づつ上昇させることで各棚段ａが順次切り換わって装入口ｗに対向していくようにしてある。
【００２５】
そして、これにより、ローディング装置Ｂのプッシャー７０が、搬送ライン７１により一列に並んで送られてくる小容器を所定数づつ装入口ｗに押し込む作動を繰り返すことで、装入口ｗに臨んでいる棚段ａの棚面の全面に所定数の小容器を整列させて装入し終えたところで、その棚段ａを一段分吊り上げて次位の棚段ａが装入口ｗに切り換わって臨むようにし、そこで再びローディング装置Ｂのプッシャー７０の作動で小容器の装入を行い、これの繰り返しで全棚段ａ…に対する被乾燥材料の装填が行われるようにしている。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明手段は、乾燥庫内に棚設する棚段を、熱媒回路の切り換えで、マイナス零度程度の熱媒体の送給により棚段の棚面上に載置する被乾燥材料に凍結を生じしめない範囲の低温に予冷しておいて、その状態で被乾燥材料の装入を行い、装入が終えたところで、熱媒回路を切り換えて、マイナス４０度Ｃ程度に冷却された熱媒体を棚段に送給して凍結乾燥を行わせるようにするのだから、被乾燥材料が注入された小容器群を、ローディングにより乾燥庫内の棚段上に装填するときに、小容器同志の接触によるショックがあっても、突発性凍結を生ぜしめずに装入していけるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】凍結乾燥機の乾燥庫の扉を開放した状態の前面図である。
【図２】同上の縦断側面図である。
【図３】小容器内の被乾燥材料が棚段上で冷却されるときに、その被乾燥材料に生ずる氷晶の形状のモデルの断面図である。
【図４】同上のローディングの際の小容器同志の接触によるショックで被乾燥材料に生ずる突発性凍結の氷晶形状のモデルの断面図である。
【図５】本発明手段の実施例の熱媒回路の展開図である。
【図６】同上実施例のローディング装置の平面図である。
【図７】同上実施例の乾燥庫の前面図である。
【図８】同上実施例の側面図である。
【図９】同上の別の実施例の乾燥庫の縦断面図である。
【符号の説明】
Ａ…乾燥庫、Ａ’…乾燥庫の内壁面、Ｂ…ローディング装置、Ｐ１・Ｐ２・Ｐ３…循環ポンプ、ａ…棚段、ｂ…分流器、ｃ…入口管、ｄ…出口管、ｗ…装入口、１…開閉扉、１０…小扉、２…真空配管口、３…配管、４…トラップ室、４０…水蒸気凝結器、５…熱媒回路、５ａ・５ｂ…回路、５ｃ…温調回路、５０…分岐回路、５１・５２…弁機構、６…三方弁、７０…プッシャー、７１…搬送ライン、７２…油圧シリンダ装置、８０…昇降ロッド、８１・８２・８３…吊り杆、９０…冷凍機、９１…冷媒回路、９２…冷却器、９３…加熱器。

Claims

乾燥庫内の棚段に組み込まれる熱媒体の管路に、被乾燥材料を凍結せしめない範囲の温度に冷却された熱媒体を送給する回路と、被乾燥材料を凍結乾燥させるための所定温度に冷却された熱媒体を送給する回路とを、切換弁を介して接続しておき、棚段に対し被乾燥材料が注入された小容器群をローディングにより装入するときには、棚段内の熱媒体の管路に対し、被乾燥材料に凍結を生ぜしめない範囲に冷却された熱媒体を送給する回路からその温度に保存せしめた熱媒体を送給して予冷しておき、ローディングによる棚段に対する小容器群の装入が終えたところで、所定温度に冷却された熱媒体を送給する回路に切り換えてその温度に保持された熱媒体を棚段内の管路に送給し、棚段を所定温度に冷却して凍結を行うよう棚段温度を制御することを特徴とする凍結乾燥機における棚段の温度制御装置。