EP0442107A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Einfrieren eines der Gefriertrocknung zu unterwerfenden Produktes - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Einfrieren eines der Gefriertrocknung zu unterwerfenden Produktes Download PDF

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EP0442107A1
EP0442107A1 EP90124664A EP90124664A EP0442107A1 EP 0442107 A1 EP0442107 A1 EP 0442107A1 EP 90124664 A EP90124664 A EP 90124664A EP 90124664 A EP90124664 A EP 90124664A EP 0442107 A1 EP0442107 A1 EP 0442107A1
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EP
European Patent Office
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freeze
condenser
product
loops
drying
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Withdrawn
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EP90124664A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Rainer Rilke
Manfred Steiner
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GEA Lyophil GmbH
Original Assignee
Finn Aqua Santasalo Sohlberg GmbH
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Publication date
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B5/00—Drying solid materials or objects by processes not involving the application of heat
    • F26B5/04—Drying solid materials or objects by processes not involving the application of heat by evaporation or sublimation of moisture under reduced pressure, e.g. in a vacuum
    • F26B5/06—Drying solid materials or objects by processes not involving the application of heat by evaporation or sublimation of moisture under reduced pressure, e.g. in a vacuum the process involving freezing

Definitions

  • the invention relates to a method for freezing a product to be subjected to freeze-drying, wherein a freeze-drying device is used for freezing and freeze-drying the product, which has a freeze-drying chamber with shelves for carrying out the freeze-drying and a condenser with an evacuation connection (for evacuating the freeze-drying chamber), the cold surfaces of which are formed by a pipe coil with several pipe loops and the cold potential of the condenser is used for freezing the product.
  • the present invention also relates to a freeze-drying device suitable for carrying out this method.
  • Freeze-drying devices of the type concerned here are known from US Pat. Nos. 30 77 036 and 40 35 924.
  • the freeze drying chambers each have shelves on which the product is located while the drying process is being carried out.
  • condensers with an evacuation connection are provided, which are either in the freeze-drying chamber itself or in a separate chamber which is connected to the freeze-drying chamber via a line section with a valve.
  • the cold surfaces of the condenser are usually formed by coils with helical tube loops.
  • freeze-drying device In a further freeze-drying device of this type, it is known to use the cold potential provided by the condenser for freezing the product to be subjected to the freeze-drying.
  • the freeze-drying chamber In this freeze-drying device, the freeze-drying chamber is located above the condenser chamber and is designed to be removable from this condenser chamber.
  • the axis of the coiled tube forming the cold surfaces of the condenser is arranged vertically.
  • the product is frozen in such a way that the freeze-drying chamber is first removed from the condenser chamber. As a result, the space formed by the helically shaped coil is accessible from above.
  • the containers with the product to be freeze-dried are placed in this room.
  • the disadvantage is that there is no contact between the containers and the coil, so that the freezing process takes a relatively long time. Furthermore, the freezing process is cumbersome and only suitable for relatively small quantities of products.
  • the freeze-drying chamber must first be removed in order to insert the product into the freezer chamber. The freeze-drying chamber must then be replaced and removed after the freezing process has been carried out in order to be able to remove the frozen product. Finally, the freeze-drying chamber must be replaced in order to be able to carry out the actual freeze-drying process.
  • the present invention is based on the object of specifying a method of the type mentioned at the outset and of creating a freeze-drying device which is suitable for carrying out this method and by means of which the freezing process can be carried out more quickly and easily.
  • this object is achieved in that the product is normally filled into trays before the freezing process is carried out and that these trays are placed on the tube loops of the condenser in operation. Because of this measure, there is direct contact between the tube loops of the capacitor and the trays placed on top so that contact cooling is available. The freezing process is therefore much faster and lower temperatures can be reached in the product. In addition, no external freezing aids are required.
  • the tube coil is expediently designed such that at least some of the loops are suitable for depositing trays with or without product containers.
  • the tube loops of the condenser expediently extend horizontally and are at such a distance that the shells find space between the loops. If at least part of the condenser chamber, which is located at the level of the pipe loops, is also designed to be removable, then the depositing levels for the trays with the product containers are easily accessible.
  • the freeze-drying device 1 shown in FIG. 1 has the freeze-drying chamber 2 and the condenser chamber 3. Both are cylindrical and arranged one above the other.
  • the intermediate plate 4 simultaneously forms the lid of the condenser chamber 3 and the bottom of the freeze-drying chamber 2. Inside this intermediate plate 4 there are closable openings, not shown in detail, which allow the chambers 2 and 3 to be connected to one another.
  • the freeze-drying chamber 2 there is a frame 5 with the setting plates 6.
  • a cylindrical hood is provided as the chamber wall 7, which is supported on the intermediate plate 4 and suitably consists of acrylic glass.
  • the capacitor chamber 3 is formed by the intermediate plate 4, the base plate 8 and the cylindrical housing section 9, which preferably also consists of acrylic glass.
  • the condenser 11 is located within the condenser chamber 3.
  • the base plate 8 is supported on a housing, not shown in detail, in which - as indicated schematically - there is a refrigerator 12 for supplying the condenser 11 and a vacuum pump 13 for evacuating the condenser chamber 3 .
  • the condenser 11 is formed by a tube coil 14 with the individual tube loops 15, which are designed in such a way that they are suitable for depositing trays with or without product containers.
  • the individual loops 15 extend essentially horizontally.
  • the transition sections 16 connecting the individual loops 15 to one another are arranged one above the other so that the planes formed by the horizontal loops 15 are essentially freely accessible.
  • the supply of the condenser 11 takes place via the vertical connecting pipes 16 and 17, of which the connecting pipe 16 serving for the supply of the refrigerant opens into the uppermost pipe loop 15 and the pipe 17 serving for the return flow of the refrigerant is connected to the lowermost pipe loop 15.
  • the connecting pipes 16, 17 pass through the base plate 8 and support the condenser 11 thereon.
  • the connecting pipe 16 is equipped with a sleeve 18 which prevents the cold pipe 16 from touching the base plate 8 directly.
  • Figure 3 shows the condenser chamber 3 during a freezing process.
  • the pipe loops 15 there are shells 21 in which the product to be frozen is located.
  • the frame 5 and hood 7 of the freeze-drying chamber 2 are not located on the intermediate plate 4.
  • the condenser chamber 3 is a hood 23 assigned heat-insulating material, which accelerates freezing and enables lower temperatures.
  • the loops 15 are loaded with the shells 21 in such a way that the cylinder 9 is lifted off the base plate 8.
  • the cylinder 9 with a lateral opening (not shown) which can be closed in a vacuum-tight manner.

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Abstract

Zum Einfrieren und Gefriertrocknen des Produktes wi eine Gefriertrocknungseinrichtung (1) verwendet, die eine Gefriertrocknungskammer (2) mit Stellflächen (6) zur Durchführung der Gefriertrocknung und einen Kondensator (11) aufweist, dessen Kaltflächen von einer Rohrschlange (14) mit mehreren Rohrschleifen (15) gebildet werden und wobei die vom Kondensator (11) erzeugte Kälte für das Einfrieren des Produktes verwendet wird; um das Einfrieren schnell und einfach durchführen zu können, wird vorgeschlagen, daß sich das Produkt in Schalen (21) befindet und daß diese Schalen auf die Rohrschleifen (15) des in Betrieb befindlichen Kondensators (11) aufgesetzt werden. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Einfrieren eines der Gefriertrocknung zu unterwerfenden Produktes, wobei zum Einfrieren und Gefriertrocknen des Produktes eine Gefriertrocknungseinrichtung verwendet wird, die eine Gefriertrocknungskammer mit Stellflächen zur Durchführung der Gefriertrocknung und einen Kondensator mit Evakuierungsanschluß (zur Evakuierung der Gefriertrocknungskammer) aufweist, dessen Kaltflächen von einer Rohrschlange mit mehreren Rohrschleifen gebildet werden und wobei das Kältepotential des Kondensators für das Einfrieren des Produktes verwendet wird. Außerdem bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine für die Durchführung dieses Verfahrens geeignete Gefriertrocknungseinrichtung.
  • Gefriertrocknungseinrichtungen der hier betroffenen Gattung sind aus den US-Patentschriften 30 77 036 und 40 35 924 bekannt. Die Gefriertrocknungskammern weisen jeweils Stellflächen auf, auf denen sich das Produkt während der Durchführung des Trocknungsprozesses befinden. Zur Erzeugung des erforderlichen Vakuums und zur Anlagerung der während des Trocknungsprozesses entstehenden Dämpfe sind Kondensatoren mit Evakuierungsanschluß vorgesehen, die sich entweder in der Gefriertrocknungskammer selbst oder in einer separaten Kammer befinden, welche über einen Leitungsabschnitt mit einem Ventil mit der Gefriertrocknungskammer verbunden ist. Die Kaltflächen des Kondensators werden üblicherweise von Rohrschlangen mit wendelförmigen Rohrschleifen gebildet.
  • Bei einer weiteren Gefriertrocknungseinrichtung dieser Art ist es bekannt, das vom Kondensator zur Verfügung gestellte Kältepotential zum Einfrieren des der Gefriertrocknung zu unterwerfenden Produktes zu verwenden. Bei dieser Gefriertrocknungseinrichtung befindet sich die Gefriertrocknungskammer oberhalb der Kondensatorkammer und ist von dieser Kondensatorkammer abnehmbar ausgebildet. Die Achse der die Kaltflächen des Kondensators bildenden Rohrwendel ist senkrecht angeordnet. Das Einfrieren des Produktes erfolgt in der Weise, daß zunächst die Gefriertrocknungskammer von der Kondensatorkammer abgenommen wird. Dadurch wird der von der wendelförmig gestalteten Rohrschlange gebildete Raum von oben zugänglich. In diesen Raum werden die Behälter mit dem zu gefriertrocknenden Produkt eingesetzt. Nachteilig ist, daß zwischen den Behältern und der Rohrschlange keinerlei Kontakt vorhanden ist, so daß der Einfrierprozeß relativ lange dauert. Weiterhin ist das Einfrierverfahren umständlich und nur für relativ kleine Produktmengen geeignet. Zunächst muß die Gefriertrocknungskammer abgenommen werden, um das Produkt in die Einfrierkammer einzusetzen. Danach muß die Gefriertrocknungskammer wieder aufgesetzt werden und nach der Durchführung des Einfrierprozesses wieder abgenommen werden, um das eingefrorene Produkt entnehmen zu können. Schließlich muß die Gefriertrocknungskammer wieder aufgesetzt werden, um den eigentlichen Gefriertrocknungsprozeß durchführen zu können.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben und eine für die Durchführung dieses Verfahrens geeignete Gefriertrocknungseinrichtung zu schaffen, mit denen der Einfrierprozeß schneller und einfacher durchgeführt werden kann.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Produkt vor der Durchführung des Einfrierprozesses im Normalfall in Schalen gefüllt wird und daß diese Schalen auf die Rohrschleifen des in Betrieb befindlichen Kondensators aufgesetzt werden. Aufgrund dieser Maßnahme besteht ein unmittelbarer Kontakt zwischen den Rohrschleifen des Kondensators und den darauf aufgesetzten Schalen, so daß eine Kontaktkühlung vorhanden ist. Der Einfrierprozeß läuft somit wesentlich schneller ab und es sind tiefere Temperaturen im Produkt erreichbar. Außerdem sind keine externen Einfrierhilfen erforderlich.
  • Bei einer für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Gefriertrocknungseinrichtung mit einem Kondensator, dessen Kaltflächen von einer Rohrschlange mit mehreren Schleifen gebildet werden, ist die Rohrschlange zweckmäßig derart gestaltet, daß zumindest ein Teil der Schleifen zum Absetzen von Schalen mit oder ohne Produktbehältern geeignet ist. Zur Bildung von Absetzebenen erstrecken sich die Rohrschleifen des Kondensator zweckmäßig horizontal und haben einen solchen Abstand, daß die Schalen zwischen den Schleifen Platz finden. Ist zusätzlich zumindest ein Teil der Kondensatorkammer, welche sich in Höhe der Rohrschleifen befindet, abnehmbar gestaltet, dann sind die Absetzebenen für die Schalen mit den Produktbehältern in einfacher Weise zugänglich.
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand von in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert werden. Es zeigen
    • Figur 1 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäß gestaltete Gefriertrocknungseinrichtung
    • Figur 2 eine erfindungsgemäß gestaltete Kondensator-Rohrschlange und
    • Figur 3 einen Schnitt durch die Kondensatorkammer.
  • Die in Figur 1 dargestellte Gefriertrocknungseinrichung 1 weist die Gefriertrocknungskammer 2 und die Kondensatorkammer 3 auf. Beide sind zylindrisch gestaltet und übereinander angeordnet. Die Zwischenplatte 4 bildet gleichzeitig den Deckel der Kondensatorkammer 3 und den Boden der Gefriertrocknungskammr 2. Innerhalb dieser Zwischenplatte 4 befinden sich im einzelnen nicht dargestellte, verschließbare Öffnungen, welche es erlauben, die Kammern 2 und 3 miteinander zu verbinden.
  • Innerhalb der Gefriertrocknungskammer 2 befindet sich ein Gestell 5 mit den Stellplatten 6. Als Kammerwandung 7 ist eine zylindrische Haube vorgesehen, die sich auf der Zwischenplatte 4 abstützt und zweckmäßig aus Acrylglas besteht. Die Kondensatorkammer 3 wird gebildet von der Zwischenplatte 4, der Grundplatte 8 und dem zylindrischen Gehäuseabschnitt 9, der vorzugsweise ebenfalls aus Acrylglas besteht. Innerhalb der Kondensatorkammer 3 befindet sich der Kondensator 11. Die Grundplatte 8 stützt sich auf einem im einzelnen nicht dargestellten Gehäuse ab, in dem sich - wie schematisch angedeutet - eine Kältemaschine 12 zur Versorgung des Kondensators 11 und eine Vakuumpumpe 13 zur Evakuierung der Kondensatorkammer 3 befinden.
  • Der Kondensator 11 wird von einer Rohrschlange 14 mit den einzelnen Rohrschleifen 15 gebildet, welche derart gestaltet sind, daß sie zum Absetzen von Schalen mit oder ohne Produktbehältern geeignet sind. Dazu erstrecken sich die einzelnen Schleifen 15 im wesentlichen horizontal. Die die einzelnen Schleifen 15 miteinander verbindenden Übergangsabschnitte 16 sind übereinander angeordnet, so daß die von den horizontalen Schleifen 15 gebildeten Ebenen im wesentlichen frei zugänglich sind. Die Versorgung des Kondensators 11 erfolgt über die vertikalen Anschlußrohre 16 und 17, von denen das der Zufuhr des Kältemittels dienende Anschlußrohr 16 in die oberste Rohrschleife 15 mündet und das dem Rückfluß des Kältemittels dienende Rohr 17 mit der untersten Rohrschleife 15 verbunden ist. Die Anschlußrohre 16, 17 durchsetzen die Grundplatte 8 und stützen den Kondensator 11 darauf ab. Das Anschlußrohr 16 ist mit einer Hülse 18 ausgerüstet, welche verhindert, daß das kalte Rohr 16 die Grundplatte 8 unmittelbar berührt.
  • Figur 3 zeigt die Kondensatorkammer 3 während eines Einfriervorganges. Auf den Rohrschleifen 15 befinden sich Schalen 21, in denen sich das einzufrierende Produkt befindet. Gestell 5 und Haube 7 der Gefriertrocknungskammer 2 befinden sich nicht auf dem Zwischenteller 4. Der Kondensatorkammer 3 ist eine Haube 23 aus wärmeisolierendem Material zugeordnet, welche das Einfrieren beschleunigt und tiefere Temperaturen ermöglicht.
  • Die Beschickung der Schleifen 15 mit den Schalen 21 erfolgt in der Weise, daß der Zylinder 9 vom Grundteller 8 abgehoben wird. Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, den Zylinder 9 mit einer seitlichen Öffnung (nicht dargestellt) zu versehen, welche vakuumdicht verschließbar ist.

Claims (9)

  1. Verfahren zum Einfrieren eines der Gefriertrocknung zu unterwerfenden Produktes, wobei zum Einfrieren und Gefriertrocknen des Produktes eine Gefriertrocknungseinrichtung (1) verwendet wird, die eine Gefriertrocknungskammer (2) mit Stellflächen (6) zur Durchführung der Gefriertrocknung und einen Kondensator (11) aufweist, dessen Kaltflächen von einer Rohrschlange (14) mit mehreren Rohrschleifen (15) gebildet werden und wobei die vom Kondensator (11) erzeugte Kälte für das Einfrieren des Produktes verwendet wird, dadurch gekennzeichnet , daß sich das Produkt in Schalen (21) befindet und daß diese Schalen auf die Rohrschleifen (15) des in Betrieb befindlichen Kondensators (11) aufgesetzt werden.
  2. Für die Durchführung des Einfrierverfahrens nach Anspruch 1 geeignete Gefriertrocknungseinrichtung (1) mit einer Gefriertrocknungskammer (2) und einem Kondensator (11), dessen Kaltflächen von einer Rohrschlange (14) mit mehreren Rohrschleifen (15) gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die den Kondensator (11) bildende Rohrschlange (14) derart gestaltet ist, daß zumindest ein Teil der Schleifen (15) zum Absetzen von Schalen (21) mit Produktbehältern (22) geeignet ist.
  3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich zumindest ein Teil der Rohrschleifen (15) des Kondensators (11) zur Bildung von Absetzebenen überwiegend horizontal erstreckt und daß der Abstand zwischen diesen Schleifen (15) und den jeweils darüber liegenden Schleifen größer ist als die Höhe der Produktbehälter (22).
  4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil des den Kondensator (11) umgebenden Gehäuses (9) abnehmbar ausgebildet ist.
  5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kondensatorgehäuse (9) in Höhe der den Kondensator (11) bildenden Rohrschleifen (15) eine verschließbare Beladeöffnung aufweist.
  6. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kondensatorgehäuse eine den Boden bildende Grundplatte (8) und einen darauf dicht aufsetzbaren, abnehmbar gestalteten zylindrischen Gehäuseabschnitt (9) aufweist.
  7. Einrichtung nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet , daß der zylindrische Gehäuseabschnitt (9) des Kondensators durchsichtig ist.
  8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kondensatorgehäuse eine Haube (23) aus wärmeisolierendem Material zugeordnet ist.
  9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine separate Gefriertrocknungskammer (2) vorgesehen ist und daß diese Kammer abnehmbar auf die Kondensatorkammer aufgesetzt ist.
EP90124664A 1990-01-15 1990-12-19 Verfahren und Vorrichtung zum Einfrieren eines der Gefriertrocknung zu unterwerfenden Produktes Withdrawn EP0442107A1 (de)

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