EP3093597B1 - Gefriertrocknungsanlage - Google Patents

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EP3093597B1
EP3093597B1 EP15167172.4A EP15167172A EP3093597B1 EP 3093597 B1 EP3093597 B1 EP 3093597B1 EP 15167172 A EP15167172 A EP 15167172A EP 3093597 B1 EP3093597 B1 EP 3093597B1
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EP
European Patent Office
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ice
chamber
gas
product
supply
Prior art date
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Active
Application number
EP15167172.4A
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English (en)
French (fr)
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EP3093597A1 (de
Inventor
Michael Umbach
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MARTIN CHRIST GEFRIERTROCKNUNGSANLAGEN GmbH
Original Assignee
MARTIN CHRIST GEFRIERTROCKNUNGSANLAGEN GmbH
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Publication date
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Priority to PCT/EP2016/055439 priority patent/WO2016180558A1/de
Publication of EP3093597A1 publication Critical patent/EP3093597A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3093597B1 publication Critical patent/EP3093597B1/de
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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 freeze-drying plant. Furthermore, the invention relates to a method for controlling a freeze-drying plant.
  • Freeze drying systems are used for the gentle drying of a high-quality material to be dried, in particular a pharmaceutical or biochemical drying material.
  • the material to be dried contains a solvent (or any liquid) which is to be removed by freeze-drying.
  • a drying material is freeze-dried in containers, which are preferably formed in the context of the present application as so-called vials.
  • Vials are formed with a container and a lid or plug (hereinafter "lid").
  • the lid is partially open during the freeze-drying process so that it does not seal the container in a fluid-tight manner (ie, not liquid-tight or non-gastight) and sublimated solvent can escape from inside the vial during the freeze-drying process. If, at the end of the freeze-drying process, the solvent is removed (as far as possible) from the material to be dried and the vials, the lid is completely closed in order to produce a fluid-tight seal.
  • the drying material in the vials is first frozen in a product chamber of the freeze-dryer.
  • a so-called primary drying is carried out by sublimated in the product chamber at low pressure or technical vacuum and low temperature, the solvent contained in the Trocknungsgut without intermediate occurrence of a liquid phase directly from the frozen state to the gaseous state.
  • the previously sublimated solvent precipitates as ice.
  • Secondary drying may be followed by the primary drying described, in which more strongly bound solvent is removed by heating the material to be dried and reducing the pressure.
  • the vials in the product chamber remains the final product of freeze-drying, which is referred to as lyophilisate.
  • the drying stock does not freeze with a drop below freezing temperature in all vials at the same time, but rather within a period of time that may be in the range of minutes or hours.
  • the time-delayed formation of nuclei for the formation of ice crystals in the area of dissolved particles, in the range of roughness or defects of the inner surface of the vial u. ⁇ .
  • Supercooling is understood as meaning a further lowering of the temperature below the freezing temperature (for example, up to more than 30 K below the freezing temperature), without directly leading to the formation of a solid phase. Formed ice crystals are stable only from a minimum size, with the minimum size decreasing with the extent of underrun of the freezing temperature. Subsequent to formation of ice crystal seeds, crystal growth results until finally the entire product is frozen. Finally, the amount of time within which all vials are frozen can be reduced with the extent of supercooling. Depending on the extent of falling below the freezing temperature but results in a frozen Trocknungsgut with different geometry of the ice crystals. Depending on the number of dissolved particles, a randomly distributed different nucleation and ice crystal growth behavior may also result in the vials.
  • the aim is to achieve as homogeneous a process design as possible for all vials, in particular with a freezing of the drying material in all vials at the same time and with the formation of ice crystals of comparable shape and size in all vials.
  • a standardization of the entry of the freezing of the drying material in the vials by additives is undesirable because they can affect the purity of the lyophilisate.
  • Other well-known measures to standardize the occurrence of freezing of the drying material In the vials for example, there is an ultrasonic excitation or generation of mechanical vibrations or acoustic waves, with which the formation of crystal nuclei is to be standardized.
  • electric fields have been used to standardize the freezing process.
  • WO 2011/034980 A1 It is proposed to introduce liquid nitrogen via a Venturi injector in the product chamber.
  • the Venturi injector moist air from the drying chamber is converted into ice crystal mist by means of the liquid nitrogen, which then acts on the vials.
  • the Venturi injector acts as a kind of pump for the moist air and the ice mist, wherein a closed circuit from the Venturi injector via the vials to a the individual shelves for the vials associated branched return device is formed. It is possible a simultaneous or temporal subsequent pressurization of the product chamber. By means of the pressurization is to be additionally caused that ice crystals enter the vials.
  • a pressurization can take place here by supplying the liquid nitrogen under pressure with simultaneous closure of an outlet port of the drying chamber. Furthermore, it is suggested that the pressurization be enhanced by creating a vacuum in the product chamber by means of a vacuum pump prior to loading the vials with the ice crystal mist. Finally, it is also proposed to bring about a pressure reduction after the introduction of the ice-crystal mist, with which the freezing process should be further supported.
  • the publication WO 2010/117508 A2 discloses a freeze dryer in which a product chamber via a pressurizing circuit from a gas supply, here a pressure vessel, sometimes under gas pressure can be applied.
  • the control of the application of the gas via a control valve, which can be controlled by an electronic control unit.
  • the gas can optionally be cooled or heated before being fed to the product chamber.
  • the product chamber is pressurized with an inert gas such as argon, nitrogen or air.
  • an inert gas such as argon, nitrogen or air.
  • the pressure in the product chamber can be increased to about 4.5 bar at about -1 ° C to -10 ° C. This condition is maintained for about 15 minutes, with the Drying material is at or near the nucleation temperature for ice crystals.
  • a vacuum within the product chamber is brought about within 0.5 to 20 seconds by operation of a vent circuit, which then the increased nucleation is to take place.
  • a further cooling of the product chamber and the vials to about -40 ° C to -45 ° C take place.
  • the freezing process is based on the very rapid pressure reduction in the product chamber. Due to the pressurization of the product chamber with high pressures, this method can not be used for all types of freeze-drying plants. Furthermore, large cross-sections are required for the connections, which increases the cost and space requirements. Escaping gases may not get into the atmosphere, for example, toxic drying material, so that a u. U. also large-sized collecting tank is required, which further increases the cost and space.
  • the publication WO 2012/148372 A1 proposes to produce an ice mist in an ice condenser chamber of a freeze dryer, wherein the pressure of the ice mist in the ice condenser chamber is greater than the pressure in the product chamber.
  • the product chamber has a temperature of about -5 ° C, while the temperature in the ice condenser chamber in the range of -53 ° C to -85 ° C.
  • the atmospheric pressure prevails in the ice condenser chamber, while in the product chamber a vacuum (for example 65 mbar) prevails.
  • the ice condenser chamber is specifically supplied with a filling gas provided with moisture.
  • a disadvantage may be the need to supply the filling gas, which is a foreign medium.
  • any additional required ice condenser chamber increases the cost and space requirements.
  • a freeze-drying plant which has a product chamber.
  • Products in the product chamber go through the freeze-drying process.
  • the products are vials with disposed therein Trocknungsgut.
  • the product chamber has a plurality of superposed shelves on which a plurality of vials can be arranged.
  • the freeze-drying plant according to the invention has an ice chamber.
  • ice crystals are available and / or produced.
  • the preparation can be done in any way.
  • the ice crystals are generated from solvent which has previously been evaporated from the drying stock in the vials and which has passed into the ice chamber where the ice crystals are then formed.
  • the ice crystals are made from otherwise supplied liquid, in particular a liquid container arranged in the product chamber or the ice chamber, or via an external liquid connection.
  • the storage of the ice crystals can then take place in any desired manner, in particular in the form of an ice mist and / or in the form of deposits of the ice crystals on cooled surfaces or a cooling coil.
  • any gas can be used, in particular an inert gas such as, for example, nitrogen or argon.
  • the supply, the valve, the ice chamber and the product chamber are arranged one behind the other in this order.
  • the freeze-drying system has a control unit, by means of which a control signal can be generated, which opens the aforementioned valve.
  • the opening of the valve occurs in the cumulative presence of the following conditions: First, in the ice chamber ice crystals must be present. On the other hand, at the time of opening the valve, the ice chamber must be connected to the product chamber via an opening.
  • the opening between the ice chamber and the product chamber can permanently exist via a permanent crossover cross section.
  • the ice chamber and the product chamber may be formed as an integral chamber. It is quite possible, however, that at the time of opening of the valve by the control unit through the opening, the ice chamber and the product chamber are interconnected, while in another phase of the freeze-drying plant, especially in an operating phase, in which neither the generation of ice crystals in the ice chamber, the freezing of the material to be dried in the product chamber and / or the primary drying takes place, the opening is partially or completely closed by a valve device.
  • the opening of the valve by the control signal of the control unit in view of the pressure conditions mentioned has the consequence that gas flows from the supply through the valve and through the ice chamber in the product chamber.
  • the gas takes in the ice chamber with arranged ice crystals. This can be done for example by taking an ice mist. It is also possible that ice crystals or deposits of ice crystals are separated and / or broken up in the ice chamber by the flowing gas, which then the entrainment of ice crystals can be carried by the gas to the product chamber.
  • the present invention is based on the finding that in the use of ice crystals in the form of an ice mist or of deposited ice crystals in an ice chamber according to the patents US 8,839,528 B2 and US 8,875,413 B2 necessarily a pressure difference between the product chamber and the ice chamber must be brought about. This necessarily requires the arrangement of a valve between the ice chamber and the product chamber, which u. U. the equipment cost is increased. Furthermore, a control of this valve to generate the pressure difference on the one hand and to generate the pressure compensation for the supply of ice crystals to the product chamber on the other hand required, so special control measures are taken. Such a valve is dispensable for the inventive design or in the event that such a valve is available for other purposes, a control of the valve during the production of ice crystals and the implementation of the "Controlled Nucleation" is not required.
  • freeze-dryer comprising the product chamber on the one hand and an assembly forming the ice chamber are separately formed as singular components, which can then be connected to one another via fluidic and / or electrical lines.
  • a particularly compact embodiment of the freeze-drying plant according to the invention results when the ice chamber is structurally integrated into the freeze dryer.
  • the ice chamber in the freeze dryer is formed separately from an ice condenser chamber of the freeze dryer which serves to condense sublimed solvent produced during primary drying.
  • the design of the ice chamber and the control of the process conditions (such as pressure and temperature) in this regardless of the design of the ice condenser chamber and the process conditions in this can be done, resulting in an extended design margin.
  • the ice chamber is formed by the ice condenser chamber of the freeze dryer itself, so that there is a multifunctional ice condenser chamber:
  • This multifunctional Eiskondensatorhunt is thus initially used as an ice chamber for generating and / or storing the ice crystals, which are then used for the "Controlled Nucleation", and then at a later time for the resublimation of the solvent sublimated during the primary drying.
  • the ice chamber is formed separately from the freeze dryer.
  • the ice chamber is connected via a line to a connection of the freeze dryer.
  • This connection opens into the product chamber or ice condenser chamber.
  • the line and thus the connection between the ice chamber and the connection of the freeze dryer and the product chamber is permanently open (or this line is open at least for the time of generation of the ice crystals and the supply of ice crystals to the product chamber during the "Controlled Nucleation", if a switchable closure element is arranged here.)
  • a flow guide element is present in the ice chamber or ice condenser chamber. This flow guide element directs the flowing gas of the supply in the direction of deposition surfaces for the ice crystals in the ice chamber. Alternatively or additionally, a deflection of the gas can take place via the flow guide element.
  • the flow guide element is designed as a kind of lance, by means of which the flowing gas is supplied to a favorable location in the ice chamber or ice condenser chamber, from where then the gas is guided past the deposition surfaces and a particularly good entrainment of ice crystals can take place.
  • the use of a diffuser or a throttle for the flow guide element whereby influence on the flow velocity and the pressure of the flowing gas can be taken such that optimal entrainment of the ice crystals can be done by the gas.
  • the flow guide element is formed with a kind of "distribution head" with branches and multiple outlet openings, from where the gas can escape in the direction of different locations of the deposition surfaces for the ice crystals, so that the gas can take or tear ice crystals from different locations ,
  • the supply is formed with a reservoir in which directly the pressurized gas or the liquid (in particular liquid nitrogen) from which the pressurized gas is generated is arranged.
  • the storage container has a cooling and / or heating device, via which a cooling or heating of the fluid arranged in the reservoir is possible.
  • the flowing gas may have a cooled temperature with regard to the entrainment of the ice crystals, the maintenance of the ice crystals in the supply to the product chamber and / or the generation of nuclei for ice crystal formation and ice crystal growth in which the material to be dried is optimized.
  • boiling of a liquid (in particular liquid nitrogen) arranged in the reservoir is deliberately prevented by cooling or deliberately brought about and controlled by heating.
  • any gas can be used as the gas, as long as it meets the requirements for the purity of the lyophilizate.
  • the use of liquid nitrogen as a fluid in the supply has proven to be particularly advantageous, which on the one hand meets the requirements for product purity, can be provided in a cost-effective manner (for large and / or regular quantities), is suitable for providing a gas under pressure, and may also be used for cooling.
  • a freeze drier (as a singular unit) may have an ice condenser chamber and a product chamber, the integral configuration of the ice condenser chamber with the product chamber being the same, as is the case for so-called single-chamber freeze dryers.
  • the freeze dryer has a connection for a supply or for an ice chamber.
  • the freeze dryer has a control output.
  • the control output is intended for a control signal for a valve which is arranged between a supply (by means of which a pressurized gas is provided, the pressure of the supplied gas being greater than the pressure in the product chamber) and the ice chamber.
  • the freeze dryer has a control unit with control logic.
  • the control unit generates, with the control logic, the control signal supplied to the control output, which opens the valve.
  • This control signal is generated at a time when ice crystals are present or produced in the ice chamber and to which the ice chamber is connected via an opening to the product chamber (which is a permanently open or open only during this process Condition may be the case). With such opening of the valve gas can flow from the supply through the valve, through the ice chamber with the entrainment of ice crystals in the product chamber. Also possible is an embodiment in which a freeze dryer with an ice condenser chamber and a product chamber per se is not equipped with the possibilities of "controlled nucleation".
  • such a conventional freeze dryer can be additionally equipped with a control logic on an existing or supplemented control unit, which as explained above, generates a control signal, which is then supplied to the control output.
  • the "Controlled Nucleation" for a conventional freeze drier thus only by supplementing the control logic, so update of the control software, and connection of supply and / or ice chamber and valve to the said connection of the freeze dryer and its control output can be retrofitted so that the " Controlled Nucleation "is enabled.
  • a technical vacuum for example less than 100 mbar, less than 70 mbar, less than 50 mbar, less than 30 mbar or even less than 15 mbar
  • a technical vacuum for example less than 100 mbar, less than 70 mbar, less than 50 mbar, less than 30 mbar or even less than 15 mbar
  • a technical vacuum for example less than 100 mbar, less than 70 mbar, less than 50 mbar, less than 30 mbar or even less than 15 mbar
  • ice crystals are then produced from evaporated solvent of the material to be dried, wherein only ice crystals from the evaporated solvent of the material to be dried or other ice crystals can be produced.
  • the valve which is arranged between the supply and the ice chamber, opened. With the opening of this valve gas flows from the supply through the valve and through the ice chamber with the entrainment of ice crystals in the product chamber.
  • the fluid in the reservoir is cooled. Furthermore, the gas can be guided and / or deflected via a flow-guiding element in the region of the ice crystals.
  • the generation of the ice crystals in the ice chamber can take place with deposition of ice crystals on deposition surfaces of the ice chamber and / or by generating an ice mist in the ice chamber.
  • Fig. 1 shows a freeze dryer 1 with a freeze dryer 2.
  • the freeze dryer 2 has a product chamber 3.
  • a plurality of shelves 4a, 4b, 4c, ... are arranged one above the other.
  • On the shelves 4 each have a plurality of vials 5 each arranged therein Trocknungsgut 6 (wherein for simplicity in Fig. 1 only the vials 5 are shown on a footprint 4c).
  • an ice condenser chamber 7 is integrated in the freeze dryer 2.
  • the product chamber 3 and the ice condenser chamber 7 are arranged in a common housing 8 of the freeze dryer 2.
  • a cooling device 9 here a cooling coil 10 is arranged.
  • the ice condenser chamber 7 is used as the ice chamber 11.
  • the cooling device 9 or the cooling coil 10 forms deposition surfaces 20 for ice crystals.
  • the product chamber 3 on the one hand and the ice condenser chamber 7 / ice chamber 11 are for the in Fig. 1 illustrated embodiment partially separated by an intermediate wall 12.
  • This intermediate wall has (at least) an opening 13 through which the product chamber 3 with the ice condenser chamber 7 / ice chamber 11 is connected (and vice versa).
  • the intermediate wall 12 is completely eliminated, so that the product chamber 3 is formed integrally with the ice condenser chamber 7 / ice chamber 11, without thereby leaving the scope of the invention.
  • a closure device 14 is shown, which is in its open position and which at least partially closes the opening 13 in the closed state.
  • the closure device 14 is located both during the production of ice crystals in the ice chamber 11 and during the loading of the vials 5 in the product chamber 3 with the ice crystals in the open position.
  • the freeze drier 2 has a connection 15 for a supply 16, which is formed here with a storage container 44 filled with the gas and under pressure.
  • the flow guide element 11 has at least one outlet opening 19 which is preferably arranged adjacent to the deposition surfaces 20 in such a way that the Outlet opening 19 escaping gas along the deposition surfaces 20 is guided.
  • the connection 15 of the freeze dryer 2 is connected to the supply 16 via a fluidic line 21 with a branch 22 and a valve 23.
  • In the stock 16 may optionally be arranged a cooling and / or heating device 24.
  • a port 25 of the reservoir 16 is connected via a valve 26 to a fluid or gas source, in particular for liquid nitrogen.
  • a further fluidic line 27, in which a further valve 28 is arranged branches off to a suction port 29 of a pump 30.
  • the supply 16 may be part of a retrofit unit or a retrofit kit in which it forms a nucleator additional container 45, with which a conventional freeze drier 2 can be retrofitted to enable a "Controlled Nucleation".
  • an electronic control unit 31 The control of the above-explained method steps is carried out by an electronic control unit 31.
  • the electronic control unit 31 is arranged externally of the freeze dryer 2. It is also quite possible that the electronic control unit 31 is attached to the freeze dryer 2 or is integrated in it.
  • the freeze dryer 2 is basically the same Fig. 1 and the associated description.
  • the ice condenser chamber 7 is not additionally used as an ice chamber 11.
  • the freeze drier 2 has a connection 38, which here opens into the product chamber 3, but can also open into the ice condenser chamber 7 in a divergent manner.
  • the connection 38 is connected via a fluidic line 39 to the ice chamber 11 arranged externally here.
  • the continuous line cross-section of the line 39 and the terminal 38 in this case forms an opening 40, which permanently connects the ice chamber 11 with the product chamber 3 at least during the relevant process steps with the production of ice crystals and the loading of the vials 5 with the ice crystals.
  • the ice chamber 11 has a venting port 41, which is connected via a valve 42 to the suction port 29 of the pump 30. Furthermore, a connection 43 of the ice chamber 11 via a valve 23 with a supply 16, not shown here, in particular a source of liquid nitrogen, connected.
  • the external ice chamber 11 may be part of a retrofit unit or a retrofit kit in which it forms a nucleator additional container 45 and with which a conventional freeze dryer 2 can be retrofitted to enable a "controlled nucleation".
  • control unit 31 controls the pump 30, while the control lines 33, 35 of the control of the valve 42 and 23 are used.
  • the volume of the reservoir 44 is about seven liters, while the volume of the product chamber 3 and the ice chamber 11 together is 125 liters.
  • temperatures in the range of -100 ° C to -50 ° C are preferably achieved.
  • the starting point here is a conventional freeze-drying plant, which does not allow "controlled nucleation" of the material to be dried by subjecting the products in a drying chamber to a flowing, ice-crystal-containing gas.
  • a retrofit kit comprising a nucleator supplemental vessel, which is an ice chamber or supply to convert the aforesaid conventional freeze dryer to a freeze dryer as previously discussed, and which provides controlled nucleation of the product to be dried by subjecting the products to a drying chamber, is then used with a flowing, ice crystals containing gas allows.
  • a nucleator supplemental vessel which is an ice chamber or supply to convert the aforesaid conventional freeze dryer to a freeze dryer as previously discussed, and which provides controlled nucleation of the product to be dried by subjecting the products to a drying chamber, is then used with a flowing, ice crystals containing gas allows.
  • the retrofit kit may include a software update, in particular a data carrier with control logic for a software update.
  • the software update modifies the control logic of a control unit already present in the conventional freeze dryer. The modification is made such that at a time when ice crystals are present or produced in an ice chamber, which may be formed by the condenser chamber or formed as a separate ice chamber, and to which the ice chamber is connected to the product chamber via an orifice is, a control signal is generated. This control signal opens a valve.
  • valve With the opening of the valve flows gas, which from the supply, which may be formed as a separate supply or may be formed integrally with the ice chamber is provided, flows through the valve and through the ice chamber with entrainment of ice crystals in the product chamber, whereby the " Controlled Nucleation "takes place.
  • the control unit of the conventional freeze dryer By means of the software update using the control unit of the conventional freeze dryer, the control of the "Controlled Nucleation" done.
  • the retrofit kit may have a valve. This valve is placed between the or a supply and one of the ice chamber. By controlling the valve via the control logic, possibly modified by the software update, the Controlled Nucleation can be controlled.
  • a retrofit kit or a retrofit unit in particular an ice chamber and / or a supply, is connected to a plurality of freeze dryers, so that this or this, for example, alternately or depending on which freeze dryer is currently being used, for the "Controlled Nucleation "can be used in the several freeze dryers.

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Description

    TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung betrifft eine Gefriertrocknungsanlage. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung einer Gefriertrocknungsanlage.
    • STAND DER TECHNIK
  • Gefriertrocknungsanlagen werden zur schonenden Trocknung eines hochwertigen Trocknungsguts, insbesondere eines pharmazeutischen oder biochemischen Trocknungsguts, verwendet. Das Trocknungsgut beinhaltet ein Lösungsmittel (oder eine beliebige Flüssigkeit), welche über die Gefriertrocknung beseitigt werden soll. Üblicherweise wird ein derartiges Trocknungsgut in Behältnissen gefriergetrocknet, welche im Rahmen der vorliegenden Anmeldung vorzugsweise als so genannte Vials ausgebildet sind. Vials sind gebildet mit einem Behälter und einem Deckel oder Stopfen (im Folgenden "Deckel"). Der Deckel ist während des Gefriertrocknungsprozesses teilweise geöffnet, so dass dieser den Behälter nicht fluiddicht (also nicht flüssigkeitsdicht oder nicht gasdicht) verschließt und während des Gefriertrocknungsprozesses sublimiertes Lösungsmittel aus dem Inneren des Vials austreten kann. Ist am Ende des Gefriertrocknungsprozesses das Lösungsmittel (weitestgehend) aus dem Trocknungsgut und den Vials beseitigt, wird der Deckel zur Herbeiführung einer fluiddichten Abdichtung vollständig geschlossen.
  • Für den Gefriertrocknungsprozess wird das Trocknungsgut in den Vials zunächst in einer Produktkammer des Gefriertrockners gefroren. Im folgenden Schritt erfolgt eine so genannte Primärtrocknung, indem in der Produktkammer bei niedrigem Druck oder technischem Vakuum und niedriger Temperatur das in dem Trocknungsgut enthaltene Lösungsmittel ohne zwischenzeitliches Auftreten einer flüssigen Phase direkt von dem gefrorenen Zustand in den gasförmigen Zustand sublimiert. In einer mit der Produktkammer verbundenen Eiskondensatorkammer, beispielsweise an einer gekühlten Kälteschlange der Eiskondensatorkammer, schlägt sich das zuvor sublimierte Lösungsmittel als Eis nieder. An die erläuterte Primärtrocknung kann sich eine Sekundärtrocknung anschließen, bei welcher durch Erwärmung des Trocknungsguts und Druckabsenkung stärker gebundenes Lösungsmittel entfernt wird. In den Vials in der Produktkammer verbleibt das Endprodukt der Gefriertrocknung, welches als Lyophilisat bezeichnet wird.
  • Obwohl sämtliche Vials (im Wesentlichen) demselben Druck und derselben Temperatur ausgesetzt sind, gefriert das Trocknungsgut mit einem Unterschreiten der Gefriertemperatur nicht in allen Vials gleichzeitig, sondern vielmehr innerhalb einer Zeitspanne, welche im Bereich von Minuten oder Stunden liegen kann. Beispielsweise kann in den Vials die zeitlich versetzte Ausbildung von Keimen für die Bildung von Eiskristallen im Bereich aufgelösten Partikel, im Bereich von Rauigkeiten oder Defekten der Innenfläche des Vials u. ä. erfolgen.
  • Als "Supercooling" wird ein weiteres Absenken der Temperatur unter die Gefriertemperatur (beispielsweise bis hin zu mehr als 30 K unter der Gefriertemperatur) verstanden, ohne dass es unmittelbar zur Ausbildung einer festen Phase kommt. Gebildete Eiskristalle sind lediglich ab einer minimalen Größe stabil, wobei die minimale Größe mit dem Ausmaß der Unterschreitung der Gefriertemperatur sinkt. Anschließend an eine Bildung von Eiskristall-Keimen ergibt sich ein Kristallwachstum, bis schließlich das gesamte Produkt gefroren ist. Letztendlich kann die Zeitspanne, innerhalb welcher sämtliche Vials gefroren sind, mit dem Ausmaß des Supercooling verringert werden. Je nach dem Ausmaß des Unterschreitens der Gefriertemperatur ergibt sich aber ein gefrorenes Trocknungsgut mit unterschiedlicher Geometrie der Eiskristalle. Auch je nach Zahl der gelösten Partikel kann sich unter Umständen ein zufällig verteiltes unterschiedliches Keimbildungs- und Eiskristall-Wachstumsverhalten in den Vials ergeben.
  • Bei der Gefriertrocknung ist aber eine möglichst homogene Prozessgestaltung für sämtliche Vials anzustreben, insbesondere mit einem Gefrieren des Trocknungsguts in sämtlichen Vials zum gleichen Zeitpunkt und mit einer Ausbildung von Eiskristallen vergleichbarer Form und Größe in sämtlichen Vials.
  • Eine Vereinheitlichung des Eintritts des Gefrierens des Trocknungsguts in den Vials durch Additive ist unerwünscht, da diese die Reinheit des Lyophilisats beeinträchtigen können. Weitere bekannte Maßnahmen zur Vereinheitlichung des Eintritts des Gefrierens des Trocknungsguts in den Vials bestehen beispielsweise in einer Ultraschall-Anregung oder Erzeugung mechanischer Vibrationen oder akustischer Wellen, womit die Ausbildung von kristallischen Keimen vereinheitlicht werden soll. Schließlich wurden auch elektrische Felder zur Vereinheitlichung des Gefrierprozesses eingesetzt.
  • Um ein möglichst gleichzeitiges Gefrieren des Trocknungsguts in sämtlichen Vials zu gewährleisten, werden die Vials auch gezielt mit einem Gasstrom beaufschlagt, welcher Eiskristalle mit sich führt. Es ist festgestellt worden, dass die Beaufschlagung der Vials mit den in dem Gasstrom geführten Eiskristallen zu einem sofortigen oder kurzfristigen Gefrieren des Trocknungsguts in sämtlichen Vials führen kann. Vermutet wird, dass das so bewirkte sofortige oder kurzfristig Gefrieren auf folgenden alternativen oder kumulativen Effekten beruht:
    • Das Auftreffen der Eiskristalle auf die Oberfläche des Trocknungsguts kann eine Erstarrung der Feuchtigkeit in den Vials zur Folge haben.
    • Treten die Eiskristalle in das Innere der Vials und in das Trocknungsgut ein, können diese Eiskristalle stabile Keime für eine fortschreitende Eiskristallbildung in dem des Trocknungsgut bilden.
    • Möglich ist auch, dass in den Vials oberhalb des Trocknungsguts angeordnetes, verdunstetes Lösungsmittel auf mit dem Gasstrom eintretende Eiskristalle trifft, womit eine Bildung von Eiskristallen aus dem verdunsteten Lösungsmittel erfolgt, so dass zu den Eiskristallen des Gasstromes weitere aus verdunstetem Lösungsmittel gebildete Eiskristalle hinzutreten, womit eine Art "selbstverstärkender Effekt" auftritt. Die sich derart vergrößernde Menge der Eiskristalle tritt dann in das Trocknungsgut ein, wo es dann zu einer vermehrten Ausbildung oder einem vermehrten Wachstum von Eiskristallen kommen kann.
    • Ein Druckimpuls, ein Druckstoß und/oder eine Druckerhöhung kann eine Eiskristallbildung durch einen Gasstrom initiieren.
  • Aus dem Stand der Technik sind die folgenden Verfahren für eine so genannte "Controlled Nucleation" (welche auch als "Keimbildung bezeichnet wird und welche einen Prozess beschreibt, in welchem ein Phasenübergang erster Ordnung eingeleitet wird) bekannt:
  • Gemäß der Druckschrift WO 2011/034980 A1 wird vorgeschlagen, Flüssigstickstoff über eine Venturi-Einspritzeinrichtung in die Produktkammer einzubringen. In der Venturi-Einspritzeinrichtung wird mittels des Flüssigstickstoffs feuchte Luft der Trocknungskammer in Eiskristall-Nebel umgewandelt, welcher dann die Vials beaufschlagt. Hierbei wirkt die Venturi-Einspritzeinrichtung als eine Art Pumpe für die feuchte Luft und den Eisnebel, wobei eine geschlossener Kreislauf von der Venturi-Einspritzeinrichtung über die Vials zu einer den einzelnen Stellflächen für die Vials zugeordneten verzweigten Rückführeinrichtung gebildet ist. Möglich ist eine simultane oder zeitlich anschließende Druckbeaufschlagung der Produktkammer. Mittels der Druckbeaufschlagung soll ergänzend bewirkt werden, dass Eiskristalle in die Vials eintreten. Eine Druckbeaufschlagung kann hierbei erfolgen durch Zuführung des Flüssigstickstoffs unter Druck mit gleichzeitiger Verschließung eines Austrittsanschlusses der Trocknungskammer. Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Druckbeaufschlagung verstärkt wird durch Erzeugung eines Vakuums in der Produktkammer mittels einer Vakuumpumpe vor der Beaufschlagung der Vials mit dem Eiskristall-Nebel. Schließlich wird auch vorgeschlagen, nach der Einführung des Eiskristall-Nebels eine Druckabsenkung herbeizuführen, womit der Gefrierprozess weiter unterstützt werden soll.
  • Die Nutzung von Fremdstoffen zur Anregung der Nucleation ist unter pharmazeutischen Bedingungen ungünstig und erfordert eine aufwendige Reinigung und Sterilisation.
  • Die Druckschrift WO 2010/117508 A2 offenbart einen Gefriertrockner, bei welchem eine Produktkammer über einen Druckbeaufschlagungskreis aus einem Gasvorrat, hier ein Druckbehälter, mitunter Gas stehendem Druck beaufschlagt werden kann. Die Steuerung der Beaufschlagung mit dem Gas erfolgt über ein Regelventil, welches von einer elektronischen Steuereinheit angesteuert werden kann. Durch geeignete Kühl- oder Heizeinrichtungen kann optional das Gas vor Zuführung zu der Produktkammer abgekühlt oder erwärmt werden. Hier wird der Einsatz einer in den Gefriertrockner integrierten Eiskondensatorkammer oder einer externen Eiskondensatorkammer vorgeschlagen, wobei die Produktkammer und die Eiskondensatorkammer über ein Trennventil voneinander getrennt werden können. Nach Anordnung der Vials in der Produktkammer und Schließung und Abdichtung der Produktkammer wird die Produktkammer druckbeaufschlagt mit einem inerten Gas wie Argon, Stickstoff oder Luft. Durch Betätigung eines Druckbeaufschlagungskreises durch die elektronische Steuereinheit kann hierbei der Druck in der Produktkammer auf ca. 4,5 bar bei ca. -1°C bis - 10°C erhöht werden. Dieser Zustand wird ca. 15 Minuten aufrechterhalten, wobei sich das Trocknungsgut bei oder nahe der Keimbildungstemperatur für Eiskristalle befindet. Hieran anschließend wird durch Betrieb eines Entlüftungskreislaufs innerhalb von 0,5 bis 20 Sekunden ein Vakuum innerhalb der Produktkammer herbeigeführt, womit dann die verstärkte Keimbildung erfolgen soll. Hieran anschließend kann eine weitere Abkühlung der Produktkammer und der Vials auf ungefähr -40°C bis -45°C erfolgen. Mit Erreichen dieser Temperatur wird eine hinreichende Zeit abgewartet, bis ein vollständiges Gefrieren erfolgt ist. Hieran schließt sich dann die Primärtrocknung an. Letztendlich basiert hier der Gefrierprozess auf der sehr schnellen Druckreduzierung in der Produktkammer. Infolge der Beaufschlagung der Produktkammer mit hohen Drücken ist dieses Verfahren nicht für alle Typen von Gefriertrocknungsanlagen einsetzbar. Des Weiteren sind große Querschnitte für die Anschlüsse erforderlich, was die Kosten und den Bauraumbedarf erhöht. Austretende Gase dürfen bei bspw. toxischem Trocknungsgut nicht in die Atmosphäre gelangen, so dass ein u. U. auch groß zu dimensionierender Auffangtank erforderlich ist, was die Kosten und den Bauraum weiter erhöht.
  • Die Druckschrift WO 2012/148372 A1 schlägt vor, in einer Eiskondensatorkammer einer Gefriertrocknungsanlage einen Eisnebel zu erzeugen, wobei der Druck des Eisnebels in der Eiskondensatorkammer größer ist als der Druck in der Produktkammer. Hierbei besitzt die Produktkammer eine Temperatur von ungefähr -5°C, während die Temperatur in der Eiskondensatorkammer im Bereich von -53°C bis -85°C liegt. Mit Öffnung eines Ventils zwischen der Eiskondensatorkammer und der Produktkammer tritt der Eisnebel infolge des Druckunterschieds schnell von der Eiskondensatorkammer in die Produktkammer über, wo der Eisnebel die Vials beaufschlagt. Während der Erzeugung des Eisnebels herrscht in der Eiskondensatorkammer der atmosphärische Druck, während in der Produktkammer ein Vakuum (beispielsweise 65 mbar) herrscht. Zur Erzeugung des Eisnebels wird der Eiskondensatorkammer gezielt ein mit Feuchtigkeit versehenes Füllgas zugeführt. Nachteilig kann die Notwendigkeit der Zuführung des Füllgases sein, welches ein Fremdmedium darstellt. Des Weiteren erhöht eine etwaige zusätzlich erforderliche Eiskondensatorkammer die Kosten und den Bauraumbedarf.
  • Bei grundsätzlich der aus der Druckschrift WO 2012/148372 A1 bekannten Ausführungsform entsprechender Ausgestaltung schlägt WO 2014/028119 A1 vor, an einer inneren Fläche der Eiskondensatorkammer kondensierten Frost zu erzeugen. Auch hier ist der Druck in der Eiskondensatorkammer größer als der Druck in der Produktkammer. Durch Öffnung eines zwischen der Produktkammer und der Eiskondensatorkammer angeordneten Ventils soll in der Eiskondensatorkammer eine turbulente Gasströmung erzeugt werden, welche dazu führt, dass der kondensierte Frost in Eiskristalle aufgebrochen wird. Mit der sich ergebenden Strömung von der Eiskondensatorkammer in die Produktkammer treten die erzeugten Eiskristalle in die Produktkammer ein, wo diese die Vials beaufschlagen. Die Druckschrift WO 2014/028119 A1 offenbart alle Merkmale im einleitenden Teil des Anspruchs 1. Weiterer einen Gefriertrockner betreffender Stand der Technik ist aus US 2 994 132 A bekannt.
    • AUFGABE DER ERFINDUNG
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gefriertrocknungsanlage und/oder einen Gefriertrockner vorzuschlagen, welche(r) ein homogenes Gefrieren des Trocknungsguts in der Vielzahl der Behälter oder Vials ermöglicht, wobei besonderes Augenmerk insbesondere
    • den Bauraumbedingungen,
    • dem Bauaufwand,
    • dem Steuerungsaufwand,
    • einer Nachrüstbarkeit bestehender Gefriertrockner mit Erweiterung der Funktionalitäten und/oder
    • der Anzahl der im Zuge des Gefriertrocknungsprozesses anzusteuernden Ventileinrichtungen
    gewidmet ist. Darüber hinaus liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Steuerung einer entsprechenden Gefriertrocknungsanlage vorzuschlagen. LÖSUNG
  • Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere bevorzugte erfindungsgemäße Ausgestaltungen sind den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.
    • BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Erfindungsgemäß wird eine Gefriertrocknungsanlage vorgeschlagen, welche über eine Produktkammer verfügt. In der Produktkammer durchlaufen Produkte den Gefriertrocknungsprozess. Beispielsweise handelt es sich bei den Produkten um Vials mit darin angeordnetem Trocknungsgut. Möglich ist, dass die Produktkammer mehrere übereinander angeordnete Stellflächen aufweist, auf welchen eine Vielzahl von Vials angeordnet werden kann.
  • Des Weiteren hinaus besitzt die erfindungsgemäße Gefriertrocknungsanlage eine Eiskammer. In der Eiskammer sind Eiskristalle vorhanden und/oder herstellbar. Grundsätzlich kann die Herstellung auf beliebige Weise erfolgen. Für eine von der Erfindung umfasste Möglichkeit werden die Eiskristalle aus Lösungsmittel erzeugt, welches zuvor aus dem Trocknungsgut in den Vials verdampft worden ist und welches in die Eiskammer gelangt ist, wo dann die Eiskristalle gebildet werden. Ebenfalls möglich ist, dass die Eiskristalle aus anderweitig zugeführter Flüssigkeit, insbesondere einem in der Produktkammer oder der Eiskammer angeordneten Flüssigkeitsbehälter oder über einen externen Flüssigkeitsanschluss, hergestellt sind. In der Eiskammer kann dann auch die Bevorratung der Eiskristalle auf beliebige Weise erfolgen, insbesondere in Form eines Eisnebels und/oder in Form von Ablagerungen der Eiskristalle an gekühlten Flächen oder einer Kühlschlange.
  • Bei der erfindungsgemäßen Gefriertrocknungsanlage ist ein Ventil eingesetzt. Dieses Ventil ist zwischen einem Vorrat und der Eiskammer angeordnet. Hierbei stellt der Vorrat ein Gas unter einem Druck bereit, welcher größer ist als der Druck in der Produktkammer, was insbesondere für den Zeitpunkt der Erzeugung der Eiskristalle in der Eiskammer und unmittelbar vor der Öffnung des Ventils (wie im Folgenden noch beschrieben wird) gilt. Im Rahmen der Erfindung kann der Vorrat mit einer Art Vorratsbehälter ausgebildet sein, welcher zuvor mit dem Fluid gefüllt worden ist. Bei dem Fluid kann es sich unmittelbar um das unter Druck stehende Gas handeln. Ebenfalls möglich ist, dass in dem Vorrat eine Flüssigkeit, insbesondere Flüssigstickstoff, bevorratet ist, welche(r) durch Sieden in ein unter Druck stehendes Gas umgewandelt wird, welches dann genutzt wird. Hierbei kann ein beliebiges Gas Einsatz finden, insbesondere ein inertes Gas, bspw. Stickstoff oder Argon. Im einfachsten Fall handelt es sich bei dem Vorrat um
    • eine Flüssigkeitsleitung für eine Flüssigkeit, die dann zu dem unter Druck stehenden Gas siedet (insbesondere Flüssigstickstoff),
    • eine unter Druck stehende Gasleitung oder eine Inertgasleitung,
    • eine Gasflasche wie eine Inertgasflasche,
    • einen Flüssigkeitsanschluss (insbesondere einen Anschluss für Flüssigstickstoff) oder
    • einen Gasanschluss mit Druckbegrenzung.
  • Hierbei kann ein beliebiges Gas Einsatz finden, insbesondere ein inertes Gas wie bspw. Stickstoff oder Argon.
  • Erfindungsgemäß sind der Vorrat, das Ventil, die Eiskammer und die Produktkammer in dieser Reihenfolge hintereinander angeordnet. Die Gefriertrocknungsanlage besitzt eine Steuereinheit, mittels welcher ein Steuersignal generiert werden kann, welches das vorgenannte Ventil öffnet. Das Öffnen des Ventils erfolgt bei kumulativem Vorliegen der folgenden Bedingungen: Zum einen müssen in der Eiskammer Eiskristalle vorhanden sein. Zum anderen muss zum Zeitpunkt des Öffnens des Ventils die Eiskammer über eine Öffnung mit der Produktkammer verbunden sein.
  • Die Öffnung zwischen Eiskammer und Produktkammer kann dabei permanent bestehen über einen permanenten Übertrittsquerschnitt. Im Extremfall können auch die Eiskammer und die Produktkammer als eine integrale Kammer ausgebildet sein. Durchaus möglich ist aber auch, dass zu dem Zeitpunkt der Öffnung des Ventils durch die Steuereinheit über die Öffnung die Eiskammer und die Produktkammer miteinander verbunden sind, während in einer anderen Betriebsphase der Gefriertrocknungsanlage, insbesondere in einer Betriebsphase, in welcher weder das Erzeugen von Eiskristallen in der Eiskammer, das Gefrieren des Trocknungsguts in der Produktkammer und/oder die Primärtrocknung erfolgt, die Öffnung über eine Ventileinrichtung teilweise oder vollständig geschlossen wird.
  • Die Öffnung des Ventils durch das Steuersignal der Steuereinheit hat angesichts der genannten Druckverhältnisse zur Folge, dass Gas aus dem Vorrat durch das Ventil und durch die Eiskammer in die Produktkammer strömt. Hierbei nimmt das Gas in der Eiskammer angeordnete Eiskristalle mit. Dies kann beispielsweise durch Mitnahme eines Eisnebels erfolgen. Auch möglich ist, dass Eiskristalle oder Ablagerungen von Eiskristallen in der Eiskammer durch das strömende Gas abgetrennt und/oder aufgebrochen werden, womit dann die Mitnahme von Eiskristallen durch das Gas weiter zu der Produktkammer erfolgen kann.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt insbesondere die Erkenntnis zugrunde, dass bei der Nutzung von Eiskristallen in Form eines Eisnebels oder von abgelagerten Eiskristallen in einer Eiskammer gemäß den Patenten US 8,839,528 B2 und US 8,875,413 B2 zwingend ein Druckunterschied zwischen der Produktkammer und der Eiskammer herbeigeführt werden muss. Dies erfordert zwingend die Anordnung eines Ventils zwischen Eiskammer und Produktkammer, womit u. U. der apparative Aufwand erhöht wird. Des Weiteren ist eine Ansteuerung dieses Ventils zur Erzeugung des Druckunterschieds einerseits und zur Erzeugung des Druckausgleichs für die Zuführung der Eiskristalle zu der Produktkammer andererseits erforderlich, womit besondere Steuerungsmaßnahmen zu treffen sind. Ein derartiges Ventil ist für die erfindungsgemäße Ausgestaltung entbehrlich oder für den Fall, dass ein derartiges Ventil für andere Zwecke vorhanden ist, ist eine Ansteuerung des Ventils während der Erzeugung der Eiskristalle und der Durchführung der "Controlled Nucleation" nicht erforderlich.
  • Andererseits sind gemäß den Patenten US 8,875,413 B2 und US 8,839,528 B2 unterschiedliche Prozessbedingungen (insbesondere Temperaturen und/oder Drücke) einerseits in der Produktkammer und andererseits in der Eiskammer herbeizuführen, während erfindungsgemäß, zumindest während der "Controlled Nucleation", voneinander abhängige Prozessbedingungen in der Produktkammer und der Eiskammer wirken, womit u. U. der Aufwand für die Durchführung der "Controlled Nucleation" reduziert ist und/oder auf einfachere Weise definierte Prozessbedingungen herbeigeführt werden können.
  • Durchaus möglich ist, dass in der erfindungsgemäßen Gefriertrocknungsanlage ein die Produktkammer aufweisender Gefriertrockner einerseits und eine die Eiskammer ausbildende Baueinheit separat als singuläre Bauelemente ausgebildet sind, welche dann über fluidische und/oder elektrische Leitungen miteinander verbunden sein können. Eine besonders kompakte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Gefriertrocknungsanlage ergibt sich, wenn die Eiskammer in den Gefriertrockner baulich integriert ist.
  • Für eine derart integrierte Ausgestaltung ist durchaus möglich, dass die Eiskammer in dem Gefriertrockner separat von einer Eiskondensatorkammer des Gefriertrockners ausgebildet ist, welche dazu dient, während der Primärtrocknung erzeugtes sublimiertes Lösungsmittel zu kondensieren. Für diese Ausgestaltung kann die Gestaltung der Eiskammer und die Steuerung der Prozessbedingungen (wie Druck und Temperatur) in dieser unabhängig von der Gestaltung der Eiskondensatorkammer und den Prozessbedingungen in dieser erfolgen, wodurch sich ein erweiterter Gestaltungsspielraum ergibt. In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist aber die Eiskammer von der Eiskondensatorkammer des Gefriertrockners selber ausgebildet, so dass sich eine multifunktionale Eiskondensatorkammer ergibt: Diese multifunktionale Eiskondensatorkammer wird somit zunächst als Eiskammer zur Erzeugung und/oder Bevorratung der Eiskristalle, welche dann für die "Controlled Nucleation" genutzt werden, und dann zu einem späteren Zeitpunkt für das Resublimieren des während der Primärtrocknung sublimierten Lösungsmittels genutzt.
  • Durchaus möglich ist aber auch, dass die Eiskammer separat von dem Gefriertrockner ausgebildet ist. In diesem Fall ist die Eiskammer über eine Leitung mit einem Anschluss des Gefriertrockners verbunden. Dieser Anschluss mündet in die Produktkammer oder Eiskondensatorkammer. Hierbei ist die Leitung und damit die Verbindung zwischen der Eiskammer und dem Anschluss des Gefriertrockners sowie der Produktkammer permanent offen (oder diese Leitung ist zumindest für den Zeitpunkt der Erzeugung der Eiskristalle und die Zuführung der Eiskristalle zu der Produktkammer während der "Controlled Nucleation" offen, sofern hier ein schaltbares Verschlusselement angeordnet ist.)
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung widmet sich dem Mitnahmeprozess der Eiskristalle durch das strömende Gas. Gemäß einem Vorschlag der Erfindung ist in der Eiskammer oder Eiskondensatorkammer ein Strömungsführungselement vorhanden. Dieses Strömungsführungselement richtet das strömende Gas des Vorrats in Richtung von Ablagerungsflächen für die Eiskristalle in der Eiskammer. Alternativ oder zusätzlich kann über das Strömungsführungselement eine Umlenkung des Gases erfolgen. Beispielsweise ist das Strömungsführungselement als eine Art Lanze ausgebildet, mittels welcher das strömende Gas einem vorteilhaften Ort in der Eiskammer oder Eiskondensatorkammer zugeführt wird, von wo dann das Gas an den Ablagerungsflächen vorbeigeführt ist und eine besonders gute Mitnahme von Eiskristallen erfolgen kann. Ebenfalls möglich ist der Einsatz eines Diffusors oder einer Drossel für das Strömungsführungselement, womit Einfluss auf die Strömungsgeschwindigkeit und den Druck des strömenden Gases derart genommen werden kann, dass eine optimale Mitnahme der Eiskristalle durch das Gas erfolgen kann. Ebenfalls möglich ist, dass das Strömungsführungselement mit einer Art "Verteilkopf" ausgebildet ist mit Verzweigungen und vielfältigen Austrittsöffnungen, von wo das Gas in Richtung unterschiedlicher Stellen der Ablagerungsflächen für die Eiskristalle austreten kann, so dass das Gas Eiskristalle von unterschiedlichen Stellen mitnehmen oder -reißen kann.
  • Möglich ist, dass der Vorrat mit einem Vorratsbehälter gebildet ist, in dem unmittelbar das unter Druck stehende Gas oder die Flüssigkeit (insbesondere Flüssigstickstoff), aus welcher das unter Druck stehende Gas erzeugt wird, angeordnet ist. Für eine besondere erfindungsgemäße Ausgestaltung verfügt der Vorratsbehälter über eine Kühl- und/oder Heizeinrichtung, über welche eine Kühlung oder Erwärmung des in dem Vorratsbehälter angeordneten Fluids möglich ist. Auf diese Weise kann bei der Durchführung der "Controlled Nucleation" das strömende Gas eine gekühlte Temperatur besitzen, welche hinsichtlich der Mitnahme der Eiskristalle, der Aufrechterhaltung der Eiskristalle bei der Zuführung zu der Produktkammer und/oder der Erzeugung der Keime für die Eiskristallbildung und das Eiskristallwachstum in dem Trocknungsgut optimiert ist. Möglich ist auch, dass über den Betrieb der Kühl- und/oder Heizeinrichtung gezielt ein Sieden einer in dem Vorratsbehälter angeordneten Flüssigkeit (insbesondere Flüssigstickstoff) durch Kühlen unterbunden wird oder durch Heizen gezielt herbeigeführt und gesteuert wird.
  • Grundsätzlich kann als Gas ein beliebiges Gas eingesetzt werden, sofern dies den Anforderungen hinsichtlich der Reinheit des Lyophilisats entspricht. Als besonders vorteilhaft hat sich der Einsatz von Flüssigstickstoff als Fluid in dem Vorrat herausgestellt, welches einerseits die Anforderungen hinsichtlich der Produktreinheit erfüllt, (bei großen und/oder regelmäßigen Abnahmemengen) auf kostengünstige Weise bereitgestellt werden kann, zur Bereitstellung eines Gases unter Druck geeignet ist und unter Umständen auch zur Kühlung eingesetzt werden kann.
  • Im Rahmen der Erfindung kann ein Gefriertrockner (als singuläre Baueinheit) eine Eiskondensatorkammer und eine Produktkammer besitzen, wobei hiervon auch umfasst sein soll die integrale Ausbildung der Eiskondensatorkammer mit der Produktkammer, wie dieses für sogenannte Einkammer-Gefriertrockner der Fall ist. Der Gefriertrockner besitzt einen Anschluss für einen Vorrat oder für eine Eiskammer. Des Weiteren verfügt der Gefriertrockner über einen Steuerausgang. Der Steuerausgang ist bestimmt für ein Steuersignal für ein Ventil, welches zwischen einem Vorrat (mittels dessen ein unter einem Druck stehendes Gas bereitgestellt wird, wobei der Druck des bereitgestellten Gases größer ist als der Druck in der Produktkammer) und der Eiskammer angeordnet ist. Schließlich verfügt der Gefriertrockner über eine Steuereinheit mit Steuerlogik. Die Steuereinheit erzeugt mit der Steuerlogik das dem Steuerausgang zugeführte Steuersignal, welches das Ventil öffnet. Dieses Steuersignal wird zu einem Zeitpunkt erzeugt, zu welchem in der Eiskammer Eiskristalle vorhanden oder hergestellt sind und zu welchem die Eiskammer über eine Öffnung mit der Produktkammer verbunden ist (was mit einer permanent offenen Öffnung oder einer nur während dieses Vorgangs offenen Zustand der Fall sein kann). Mit derartiger Öffnung des Ventils kann Gas aus dem Vorrat durch das Ventil, durch die Eiskammer unter Mitnahme von Eiskristallen in die Produktkammer strömen. Möglich ist auch eine Ausgestaltung, bei welcher ein Gefriertrockner mit einer Eiskondensatorkammer und einer Produktkammer an sich nicht mit den Möglichkeiten einer "Controlled Nucleation" ausgestattet ist. Sofern der genannte Anschluss für einen Vorrat oder eine Eiskammer einerseits und der Steuerausgang für ein Steuersignal für das Ventil andererseits an diesem Gefriertrockner vorhanden ist, kann ein derartiger herkömmlicher Gefriertrockner zusätzlich mit einer Steuerlogik auf einer vorhandenen oder ergänzten Steuereinheit ausgestattet werden, welche wie zuvor erläutert, ein Steuersignal erzeugt, welches dann dem Steuerausgang zugeführt wird. Unter Umständen kann die "Controlled Nucleation" für einen herkömmlichen Gefriertrockner somit alleinig durch Ergänzung der Steuerlogik, also Update der Steuersoftware, und Anbindung von Vorrat und/oder Eiskammer sowie Ventil an den genannten Anschluss des Gefriertrockners und dessen Steuerausgang so umgerüstet werden, dass die "Controlled Nucleation" ermöglicht wird.
  • Für die Verfahrensgestaltung und die Gestaltung der Prozessbedingungen in der Produktkammer und/oder der Eiskondensatorkammer gibt es vielfältige Möglichkeiten. Für ein besonderes erfindungsgemäßes Verfahren wird zunächst in der Produktkammer und der hiermit über die Öffnung verbundenen Eiskammer gemeinsam ein technisches Vakuum (beispielsweise weniger als 100 mbar, weniger als 70 mbar, weniger als 50 mbar, weniger als 30 mbar oder sogar weniger als 15 mbar) und eine Temperatur unterhalb des Gefrierpunkts des Lösungsmittels des Trocknungsguts herbeigeführt. In der Eiskammer werden dann aus verdampftem Lösungsmittel des Trocknungsguts Eiskristalle erzeugt, wobei ausschließlich Eiskristalle aus dem verdampften Lösungsmittel des Trocknungsguts oder auch weitere Eiskristalle erzeugt werden können. Dann wird das Ventil, welches zwischen dem Vorrat und der Eiskammer angeordnet ist, geöffnet. Mit Öffnung dieses Ventils strömt Gas aus dem Vorrat durch das Ventil und durch die Eiskammer unter Mitnahme von Eiskristallen in die Produktkammer.
  • Möglich ist hierbei, dass, wie zuvor erwähnt, das Fluid in dem Vorrat gekühlt wird. Des Weiteren kann das Gas über ein Strömungsführungselement im Bereich der Eiskristalle geführt und/oder umgelenkt werden. Die Erzeugung der Eiskristalle in der Eiskammer kann unter Anlagerung von Eiskristallen an Ablagerungsflächen der Eiskammer und/oder durch Erzeugung eines Eisnebels in der Eiskammer erfolgen.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Ohne dass hierdurch der Gegenstand der beigefügten Patentansprüche verändert wird, gilt hinsichtlich des Offenbarungsgehalts der ursprünglichen Anmeldungsunterlagen und des Patents Folgendes: weitere Merkmale sind den Zeichnungen - insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung - zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen.
  • Die in den Patentansprüchen und der Beschreibung genannten Merkmale sind bezüglich ihrer Anzahl so zu verstehen, dass genau diese Anzahl oder eine größere Anzahl als die genannte Anzahl vorhanden ist, ohne dass es einer expliziten Verwendung des Adverbs "mindestens" bedarf. Wenn also beispielsweise von einem Element die Rede ist, ist dies so zu verstehen, dass genau ein Element, zwei Elemente oder mehr Elemente vorhanden sind. Diese Merkmale können durch andere Merkmale ergänzt werden oder die einzigen Merkmale sein, aus denen das jeweilige Erzeugnis besteht.
  • Die in den Patentansprüchen enthaltenen Bezugszeichen stellen keine Beschränkung des Umfangs der durch die Patentansprüche geschützten Gegenstände dar. Sie dienen lediglich dem Zweck, die Patentansprüche leichter verständlich zu machen.
    • KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.
    • Fig. 1
    zeigt stark schematisiert eine erste Ausführungsform einer Gefriertrocknungsanlage.
    Fig. 2
    zeigt stark schematisiert eine zweite Ausführungsform einer Gefriertrocknungsanlage.
    FIGURENBESCHREIBUNG
  • Fig. 1 zeigt eine Gefriertrocknungsanlage 1 mit einem Gefriertrockner 2. Der Gefriertrockner 2 verfügt über eine Produktkammer 3. In der Produktkammer 3 sind übereinander mehrere Stellflächen 4a, 4b, 4c, ... angeordnet. Auf den Stellflächen 4 ist jeweils eine Vielzahl von Vials 5 mit jeweils darin angeordnetem Trocknungsgut 6 angeordnet (wobei zur Vereinfachung in Fig. 1 lediglich die Vials 5 auf einer Stellfläche 4c dargestellt sind). In den Gefriertrockner 2 ist des Weiteren eine Eiskondensatorkammer 7 integriert. Somit sind die Produktkammer 3 und die Eiskondensatorkammer 7 in einem gemeinsamen Gehäuse 8 des Gefriertrockners 2 angeordnet. In der Eiskondensatorkammer 7 ist eine Kühleinrichtung 9, hier eine Kühlschlange 10, angeordnet. In der Eiskondensatorkammer 7 kondensiert in der Primärtrocknung sublimiertes Lösungsmittel an der Kühleinrichtung 9.
  • Gleichzeitig findet die Eiskondensatorkammer 7 als Eiskammer 11 Verwendung. In dieser bildet die Kühleinrichtung 9 oder die Kühlschlange 10 Ablagerungsflächen 20 für Eiskristalle aus. Die Produktkammer 3 einerseits und die Eiskondensatorkammer 7 / Eiskammer 11 sind für das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel teilweise voneinander getrennt durch eine Zwischenwandung 12. Diese Zwischenwandung verfügt über (mindestens) eine Öffnung 13, über welche die Produktkammer 3 mit der Eiskondensatorkammer 7 / Eiskammer 11 verbunden ist (und umgekehrt). Möglich ist aber auch, dass die Zwischenwandung 12 vollständig entfallen ist, so dass die Produktkammer 3 integral mit der Eiskondensatorkammer 7 /Eiskammer 11 ausgebildet ist, ohne dass hierdurch der Rahmen der Erfindung verlassen wird. In Fig. 1 ist eine Verschlusseinrichtung 14 dargestellt, welche sich in ihrer Öffnungsstellung befindet und welche in geschlossenem Zustand die Öffnung 13 zumindest teilweise schließt. Für das erfindungsgemäß eingesetzte Verfahren befindet sich die Verschlusseinrichtung 14 sowohl während der Erzeugung von Eiskristallen in der Eiskammer 11 als auch während der Beaufschlagung der Vials 5 in der Produktkammer 3 mit den Eiskristallen in der Öffnungsstellung.
  • Der Gefriertrockner 2 verfügt über einen Anschluss 15 für einen Vorrat 16, der hier mit einem mit dem Gas gefüllten und unter Druck stehenden Vorratsbehälter 44 gebildet ist. Von dem Anschluss 15 erstreckt sich ein Strömungsführungselement 17, welches vorzugsweise als eine Art Lanze 18 ausgebildet ist, in das Innere der Eiskammer 11. Das Strömungsführungselement 11 verfügt über mindestens eine Austrittsöffnung 19, welche vorzugsweise benachbart den Ablagerungsflächen 20 derart angeordnet ist, dass aus der Austrittsöffnung 19 austretendes Gas entlang der Ablagerungsflächen 20 geführt wird. Der Anschluss 15 des Gefriertrockners 2 ist über eine fluidische Leitung 21 mit einer Verzweigung 22 und einem Ventil 23 mit dem Vorrat 16 verbunden. In dem Vorrat 16 kann optional eine Kühl- und/oder Heizeinrichtung 24 angeordnet sein. Ein Anschluss 25 des Vorrats 16 ist über ein Ventil 26 mit einer Fluid- oder Gasquelle, insbesondere für flüssigen Stickstoff, verbunden. Von der Verzweigung 22 zweigt eine weitere fluidische Leitung 27, in welcher ein weiteres Ventil 28 angeordnet ist, zu einem Sauganschluss 29 einer Pumpe 30 ab.
  • Der Vorrat 16 kann Bestandteil einer Nachrüsteinheit oder eines Nachrüstsatzes sein, in dem dieser einen Nukleator-Zusatzbehälter 45 bildet, mit dem ein herkömmlicher Gefriertrockner 2 zur Ermöglichung einer "Controlled Nucleation" nachgerüstet werden kann.
  • Die Nutzung der Gefriertrocknungsanlage 1 für eine "Controlled Nucleation" erfolgt wie folgt:
    • Zunächst werden die Vials 5 auf den Stellflächen 4 in dem Gefriertrockner 2 in der Produktkammer 3 angeordnet.
    • Nach druckdichter Verschließung des Gefriertrockners 2 kann optional ein "Spülen" der Produktkammer 3 und der Eiskammer 11 mit einem inerten Gas, bspw. Stickstoff erfolgen.
    • Dann wird durch Betrieb der Kühleinrichtung 9 die Temperatur in der Produktkammer 3 und der Eiskammer 11 unter die Gefriertemperatur des Trocknungsguts 6 abgesenkt, beispielsweise auf eine Temperatur im Bereich von -3°C bis -7°C. Hierbei kann auch eine niedrigere Temperatur (bspw. - 50°C bis -65°C) der Kühleinrichtung 9 und/oder der Ablagerungsfläche 20 erzeugt werden. Möglich ist, dass hierbei die Produktkammer 3 zumindest teilweise über die Kühleinrichtung 9 mit gekühlt wird. Des Weiteren wird sowohl in der Produktkammer 3 als auch in der Eiskammer 11 ein technisches Vakuum erzeugt, beispielsweise mit einem Druck von ca. 3 bis 20 mbar. Es kommt zur Verdampfung von Lösungsmittel aus dem Trocknungsgut 6 in den Vials 5. Das verdampfte Lösungsmittel gelangt durch die nicht fluiddicht geschlossenen Vials 5 durch die Öffnung 13 zu den Ablagerungsflächen 20 der Kühleinrichtung 9, wo Eiskristalle gebildet werden. Die Erzeugung des technischen Vakuums in der Produktkammer 3 und der Eiskammer 11 erfolgt durch Betätigung der Pumpe 30 mit geöffnetem Ventil 28 und geschlossenem Ventil 23.
    • Dem Vorrat 16 wird (gleichzeitig oder anschließend an die zuvor genannten Verfahrensschritte) über den Anschluss 25 bei geöffnetem Ventil 26, aber geschlossenem Ventil 23 unter Druck stehendes Gas oder die Flüssigkeit, insbesondere der Flüssigstickstoff, zugeführt. Eine zusätzliche Druckerhöhung in dem Vorrat 16 kann durch Betrieb einer Pumpe erfolge. Sofern dies gewünscht ist, kann eine Kühlung des Gases in den Vorrat 16 durch Betrieb der Kühleinrichtung 24 erfolgen. Möglich ist auch, dass in dem Vorrat 16 ausschließlich der Atmosphärendruck wirkt, womit dennoch gegenüber dem Druck in der Produktkammer 3 und der Eiskammer 11 ein Überdruck in dem Vorrat 16 vorhanden ist. Ist in dem Vorrat 16 eine Flüssigkeit, insbesondere Flüssigstickstoff, angeordnet, so kann diese durch Betrieb der Heizeinrichtung 24 gezielt zum Sieden gebracht werden, womit das unter Druck stehende Gas zur Verfügung gestellt wird.
    • Haben sich an den Ablagerungsflächen 20 hinreichende Eiskristalle abgelagert (oder befindet sich auf andersartig herbeigeführter Weise in der Eiskammer 11 eine hinreichende Zahl von Eiskristallen in einem Eisnebel) wird bei geschlossenem Ventil 28 das Ventil 23 geöffnet, wobei auch möglich ist, dass ausschließlich eine impulsartige Öffnung mit sukzessiver Schließung und eine Öffnungs-Zeitspanne von insbesondere lediglich 80 Millisekunden erfolgt, wird dann das Ventil 23 geöffnet. Infolge des Überdrucks in dem Vorrat 16 strömt das darin enthaltene Gas über das Ventil 23, die Verzweigung 22, die Leitung 21, den Anschluss 15 und das Strömungsführungselement 17 bzw. die Lanze 18 in die Eiskammer 11. Von der Austrittsöffnung 19 strömt das Gas entlang der Ablagerungsflächen 20, wo dieses die hieran abgelagerten Eiskristalle mitnimmt. Unter Umständen nimmt das Gas auf dem Strömungsweg auch Eiskristalle eines Eisnebels in der Eiskammer 11 mit. Das strömende Gas tritt mit den enthaltenen Eiskristallen durch die Öffnung 16 hindurch und verteilt sich in der Produktkammer 3 mit der Umströmung der auf den Stellflächen 4 angeordneten Vials 5. Es kommt infolge der impulsartigen Beaufschlagung der Vials 5 mit den Eiskristallen zu einer sofortigen oder kurzfristigen Ausbildung von Eiskristallen in dem Trocknungsgut. Hiermit ist die erfindungsgemäß angestrebte "Controlled Nucleation" mit einer möglichst schlagartigen Gefrierung des Trocknungsguts 6 abgeschlossen. Möglich ist, dass das Ventil 23 dauerhaft geöffnet bleibt oder nur kurz oder impulsartig geöffnet wird, bspw. mit einer Öffnungs-Zeitspanne von insbesondere weniger als 100 oder 80 Millisekunden.
    • Hieran kann optional eine weitere Kühlphase anschließen, in welcher die Produktkammer 3 und die Eiskammer 11 mit einem Inertgas, insbesondere Stickstoff, belüftet werden und zumindest in der Produktkammer 3 eine niedrigere Temperatur, insbesondere im Bereich von -30°C bis -50°C, herbeigeführt wird.
    • Im Anschluss hieran können beliebige an sich bekannte Verfahrensschritte Anwendung finden. Insbesondere erfolgt dann die Primärtrocknung mit der Sublimation des Trocknungsguts, wobei die sublimierende Feuchtigkeit dann durch die Öffnung 13 zu der Kühleinrichtung 9 übertreten kann, womit dann die Eiskammer 11 als "klassische" Eiskondensatorkammer 7 genutzt ist. Es können sich dann weitere Verfahrensschritte, insbesondere eine Sekundärtrocknung anschließen.
  • Die Steuerung der zuvor erläuterten Verfahrensschritte erfolgt durch eine elektronische Steuereinheit 31. Für das dargestellte Ausführungsbeispiel ist die elektronische Steuereinheit 31 extern von dem Gefriertrockner 2 angeordnet. Durchaus möglich ist aber auch, dass die elektronische Steuereinheit 31 an den Gefriertrockner 2 angesetzt ist oder in diesen integriert ist.
  • Die Steuereinheit 31 steuert über die in Fig. 1 gestrichelt dargestellten elektrischen Steuerleitungen 32-37 die Bauelemente der Gefriertrocknungsanlage 1 zur Durchführung des Verfahrens wie zuvor erläutert an:
    • Mittels der Steuerleitung 32 steuert die Steuereinheit 31 die Pumpe 30 an, um in der Produktkammer 3 und der Eiskammer 11 ein technisches Vakuum zu erzeugen. Über die Steuerleitung 33 steuert die Steuereinheit 31 das Ventil 28 in seine Öffnungsstellung, um die gemeinsame Erzeugung des technischen Vakuums in der Produktkammer 3 und der Eiskammer 11 durch Betrieb der Pumpe 30 zu ermöglichen, und am Ende des Betriebs der Pumpe 30 und vor der Öffnung des Ventils 23 in seine Schließstellung, um die Verbindung mit der Pumpe 30 zu schließen. Über die Steuerleitung 34 schließt die Steuereinheit 31 das Ventil 23 während der Befüllung des Vorrats 16 und öffnet dieses, wenn die Zuführung des Gases 16 zu der Eiskammer 11 erforderlich ist. Mittels der Steuerleitung 35 steuert die Steuereinheit 31 das Ventil 26 in eine Öffnungsstellung, wenn Gas dem Vorrat 16 zugeführt werden soll, und in eine Schließstellung, wenn der Vorrat 16 hinreichend gefüllt ist. Mittels der Steuerleitung 36 steuert die Steuereinheit 31 die Kühleinrichtung 9 entsprechend der erforderlichen Kühlleistung an. Schließlich steuert die Steuereinheit 31 über die Steuerleitung 37 die Verschlusseinrichtung 14 derart an, dass während der erläuterten Verfahrensschritte die Verschlusseinrichtung 14 ihre Öffnungsstellung einnimmt mit freigegebener Öffnung 13 und Verbindung der Produktkammer 3 mit der Eiskondensatorkammer 7 / Eiskammer 11. Über eine weitere (hier nicht dargestellte) Steuerleitung kann die Steuereinheit 31 auch die Heiz- und/oder Kühleinrichtung 24 ansteuern.
  • Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform der Gefriertrocknungsanlage 1 ist der Gefriertrockner 2 grundsätzlich entsprechend Fig. 1 und der zugeordneten Beschreibung ausgebildet. Allerdings ist hier die Eiskondensatorkammer 7 nicht zusätzlich als Eiskammer 11 genutzt. Des Weiteren verfügt der Gefriertrockner 2 über einen Anschluss 38, welcher hier in die Produktkammer 3 mündet, aber auch abweichend in die Eiskondensatorkammer 7 münden kann. Der Anschluss 38 ist über eine fluidische Leitung 39 mit der hier extern angeordneten Eiskammer 11 verbunden. Der durchgängige Leitungsquerschnitt der Leitung 39 und des Anschlusses 38 bildet hierbei eine Öffnung 40, welche die Eiskammer 11 mit der Produktkammer 3 zumindest während der hier einschlägigen Verfahrensschritte mit der Erzeugung der Eiskristalle und der Beaufschlagung der Vials 5 mit den Eiskristallen permanent verbindet. Die Eiskammer 11 verfügt über einen Entlüftungsanschluss 41, welcher über ein Ventil 42 mit dem Sauganschluss 29 der Pumpe 30 verbunden ist. Des Weiteren ist ein Anschluss 43 der Eiskammer 11 über ein Ventil 23 mit einem hier nicht näher dargestellten Vorrat 16, insbesondere einer Quelle für Flüssigstickstoff, verbunden.
  • Die externe Eiskammer 11 kann Bestandteil einer Nachrüsteinheit oder eines Nachrüstsatzes sein, in dem diese einen Nukleator-Zusatzbehälter 45 bildet und mit dem ein herkömmlicher Gefriertrockner 2 zur Ermöglichung einer "Controlled Nucleation" nachgerüstet werden kann.
  • Das Gefrieren des Trocknungsguts 6 erfolgt für die Gefriertrocknungsanlage 1 gemäß Fig. 2 wie folgt:
    • Nach Einbringung der Vials 5 mit dem Trocknungsgut in die Produktkammer 3 und dichter Verschließung des Gefriertrockners 2 erfolgt (ggf. nach einer Spülung der Produktkammer 3, der Eiskondensatorkammer 7 und/oder der Eiskammer 11 mit einem inerten Gas wie Stickstoff) die gemeinsame Erzeugung eines technischen Vakuums (bspw. im Bereich von 5 bis 20 mbar) sowohl in der Produktkammer 3 als auch in der Eiskammer 11. Hierzu ist das Ventil 23 geschlossen, während bei geöffnetem Ventil 42 der Betrieb der Pumpe 30 erfolgt. Das in der Produktkammer 3, der Leitung 39 und der Eiskammer 11 angeordnete Gas wird somit über die Pumpe 30 evakuiert.
    • Infolge des technischen Vakuums in der Produktkammer 3 und einer Temperatur unterhalb der Gefriertemperatur in der Produktkammer 3 (bspw. -5°C) kommt es zu einer Verdunstung des Lösungsmittels in dem Trocknungsgut 6. Dieses verdunstete Lösungsmittel gelangt über den Anschluss 38 und die Leitung 39 in die Eiskammer 11, wo sich das verdunstete Lösungsmittel als Eiskristalle an Ablagerungsflächen 20 einer in der Eiskammer 11 angeordneten Kühleinrichtung 9 ablagert. Hierbei kann die Temperatur der Kühleinrichtung 9 oder der Ablagerungsfläche 20 im Bereich von -30 bis -40°C liegen.
    • Nach Schließung des Ventils 42 wird dann das Ventil 23 geöffnet. Gas des Vorrats 16 mit Atmosphärendruck oder einem anderen Druck oberhalb des technischen Vakuums in der Produktkammer 3 und der Eiskammer 11 gelangt über den Anschluss 43 in die Eiskammer 11. Das Gas strömt entlang der Ablagerungsflächen 20 und nimmt von dieser Eiskristalle mit. Das Gas gelangt dann durch die Leitung 39 in die Produktkammer 3, wo das Gas mit darin mitgeführten Eiskristallen die Vials 5 beaufschlagt und es zu der "Controlled Nucleation" kommt.
    • Hieran anschließend können an sich bekannte Verfahrensschritte für die Gefriertrocknung, insbesondere ein weiteres Gefrieren wie für die Ausführungsform gemäß Fig. 1 beschrieben, eine Primärtrocknung mit dem sublimierenden Lösungsmittel und eine Sekundärtrocknung, durchgeführt werden.
  • Auch hier erfolgt die Steuerung des Verfahrens durch eine Steuereinheit 31. Über die Steuerleitung 32 steuert die Steuereinheit 31 die Pumpe 30 an, während die Steuerleitungen 33, 35 der Ansteuerung des Ventils 42 und 23 dienen.
  • Um lediglich ein die Erfindung nicht beschränkendes Beispiel zu nennen, beträgt das Volumen des Vorratsbehälter 44 ungefähr sieben Liter, während das Volumen der Produktkammer 3 und der Eiskammer 11 gemeinsam 125 Liter beträgt.
  • In der Eiskondensatorkammer 7 werden vorzugsweise Temperaturen im Bereich von -100°C bis -50°C erreicht.
  • Von Interesse kann unter Umständen sein, eine herkömmliche Gefriertrocknungsanlage umzurüsten und hinsichtlich der Funktionsweise zu verbessern oder zu erweitern, was nachträglich nach Auslieferung der herkömmlichen Gefriertrocknungsanlage an den Kunden, unter Umständen auch erst nach vielen Jahren, oder auch werkseitig erfolgen kann, so dass dann wahlweise der Vertrieb der herkömmlichen Gefriertrocknungsanlage oder der nachgerüsteten Gefriertrocknungsanlage erfolgen kann. Ausgangspunkt ist hierbei eine herkömmliche Gefriertrocknungsanlage, welche keine "Controlled Nucleation" des Trocknungsguts durch Beaufschlagung der Produkte in einer Trocknungskammer mit einem strömenden, Eiskristalle beinhaltenden Gas ermöglicht. Verwendet wird dann ein Nachrüstsatz mit einem Nukleator-Zusatzbehälter, der eine Eiskammer oder ein Vorrat ist, um die vorgenannte herkömmliche Gefriertrocknungsanlage umzubauen zu einer Gefriertrocknungsanlage, wie diese zuvor erläutert ist und welche eine "Controlled Nucleation" des Trocknungsguts durch Beaufschlagung der Produkte in einer Trocknungskammer mit einem strömenden, Eiskristalle beinhaltenden Gas ermöglicht.
  • Hierbei gibt es zwei unterschiedliche Ausgestaltungen, wenn eine Nachrüstung eines herkömmlichen Gefriertrockners erfolgen soll, welcher bereits über eine Produktkammer und eine Kondensatorkammer verfügt:
    1. a) Möglich ist, dass über die Nachrüsteinheit oder den Nachrüstsatz mit dem Nukleator-Zusatzbehälter sowohl das über Druck stehende Gas als auch die mit dem strömenden Gas mitgeführten Eiskristalle bereitgestellt wird. In diesem Fall bildet der Nukleator-Zusatzbehälter eine Eiskammer, in welcher die Eiskristalle (außerhalb des herkömmlichen Gefriertrockners) gebildet werden. Vorzugsweise dient dann die Eiskammer auch der Aufnahme des unter Druck stehenden Gases. Zur Herbeiführung der "Controlled Nucleation" wird in diesem Fall der Nukleator-Zusatzbehälter mit dem herkömmlichen Gefriertrockner verbunden und das unter Druck stehende Gas mit den mitgeführten Eiskristallen wird durch die Produktkammer unter Beaufschlagung der Produkte geleitet, was auch mit einer Durchleitung durch die Kondensatorkammer erfolgen kann.
    2. b) Für eine alternative Ausgestaltung wird ausgenutzt, dass in der Kondensatorkammer eines herkömmlichen Gefriertrockners unter Umständen bereits eine Kühleinrichtung vorhanden ist. Diese kann multifunktional genutzt werden, in dem die Kondensatorkammer gleichzeitig als Eiskammer genutzt wird, so dass hierin die von dem Gas mitgeführten Eiskristalle gebildet werden, die für die "Controlled Nucleation" genutzt werden. In diesem Fall bildet der Nukleator-Zusatzbehälter einen Vorrat, über welchen das unter Druck stehende Gas bereitgestellt wird. Sind in der dann als Eiskammer genutzten Kondensatorkammer die Eiskristalle gebildet, wird das Gas von dem Vorrat der Kondensatorkammer/Eiskammer zugeführt und unter Mitnahme der Eiskristalle gelangt das Gas in die Produktkammer, wo dieses mit den Eiskristallen die Produkte beaufschlagt.
  • Der Nachrüstsatz kann ein Software-Update beinhalten, insbesondere einen Datenträger mit Steuerlogik für ein Software-Update. Das Software-Update modifiziert die Steuerlogik einer ohnehin in dem herkömmlichen Gefriertrockner vorhandenen Steuereinheit. Die Modifikation erfolgt derart, dass zu einem Zeitpunkt, zu welchem in einer Eiskammer, welche von der Kondensatorkammer ausgebildet sein kann oder als separate Eiskammer ausgebildet sein kann, Eiskristalle vorhanden sind oder hergestellt sind, und zu welchem die Eiskammer über eine Öffnung mit der Produktkammer verbunden ist, ein Steuersignal erzeugt wird. Dieses Steuersignal öffnet ein Ventil. Mit Öffnung des Ventils strömt Gas, welches von dem Vorrat, welcher als separater Vorrat ausgebildet sein kann oder integral mit der Eiskammer ausgebildet sein kann, bereitgestellt wird, durch das Ventil und durch die Eiskammer unter Mitnahme von Eiskristallen in die Produktkammer strömt, womit die "Controlled Nucleation" erfolgt. Somit kann mittels des Software-Updates unter Nutzung der Steuereinheit des herkömmlichen Gefriertrockners die Steuerung der "Controlled Nucleation" erfolgen.
  • Der Nachrüstsatz kann ein Ventil aufweisen. Dieses Ventil wird zwischen dem oder einem Vorrat und einer der Eiskammer angeordnet ist. Durch geeignete Ansteuerung des Ventils über die unter Umständen durch das Software-Update modifizierte Steuerlogik, kann die "Controlled Nucleation" gesteuert werden.
  • Möglich ist auch, dass ein Nachrüstsatz oder eine Nachrüsteinheit, insbesondere eine Eiskammer und/oder ein Vorrat, mit mehreren Gefriertrocknern verbunden ist, so dass dieser oder diese, beispielsweise alternierend oder je nachdem, welcher Gefriertrockner gerade genutzt werden soll, für die "Controlled Nucleation" in den mehreren Gefriertrocknern genutzt werden kann. In diesem Fall kann auch über eine oder die Steuereinheit eine Umschaltung mindestens eines Ventils erfolgen, über welches die Gefriertrockner mit der gemeinsamen Eiskammer und/oder dem gemeinsamen Vorrat verbunden sind.
    • BEZUGSZEICHENLISTE
    • 1
    Gefriertrocknungsanlage
    2
    Gefriertrockner
    3
    Produktkammer
    4
    Stellfläche
    5
    Vial
    6
    Trocknungsgut
    7
    Eiskondensatorkammer
    8
    Gehäuse
    9
    Kühleinrichtung
    10
    Kühlschlange
    11
    Eiskammer
    12
    Zwischenwandung
    13
    Öffnung
    14
    Verschlusseinrichtung
    15
    Anschluss
    16
    Vorrat
    17
    Strömungsführungselement
    18
    Lanze
    19
    Austrittsöffnung
    20
    Ablagerungsfläche
    21
    fluidische Leitung
    22
    Verzweigung
    23
    Ventil
    24
    Heiz- und/oder Kühleinrichtung
    25
    Anschluss
    26
    Ventil
    27
    Leitung
    28
    Ventil
    29
    Sauganschluss
    30
    Pumpe
    31
    Steuereinheit
    32
    Steuerleitung
    33
    Steuerleitung
    34
    Steuerleitung
    35
    Steuerleitung
    36
    Steuerleitung
    37
    Steuerleitung
    38
    Anschluss
    39
    fluidische Leitung
    40
    Öffnung
    41
    Anschluss
    42
    Ventil
    43
    Anschluss
    44
    Vorratsbehälter
    45
    Nukleator-Zusatzbehälter

Claims (13)

  1. Gefriertrocknungsanlage (1) mit
    a) einer Produktkammer (3), in welcher Produkte einen Gefriertrocknungsprozess durchlaufen, und
    b) einer Eiskammer (11)für die Herstellung von Eiskristallen,
    c) einem Ventil (23), welches zwischen
    ca) einem Vorrat (16), welcher ein Gas unter einem Druck bereitstellen kann, der größer ist als der Druck in der Produktkammer (3), und
    cb) der Eiskammer (11)
    angeordnet ist,
    d) wobei der Vorrat (16), das Ventil (23), die Eiskammer (11) und die Produktkammer (3) in dieser Reihenfolge hintereinandergeschaltet sind,
    e) und mit einer Steuereinheit (31),
    dadurch gekennzeichnet, dass
    f) die Steuereinheit (31) Steuerlogik besitzt, welche zu einem Zeitpunkt, zu welchem
    fa) in der Eiskammer (11) Eiskristalle vorhanden sind und
    fb) die Eiskammer (11) über eine Öffnung (13) mit der Produktkammer (3) verbunden ist,
    ein Steuersignal erzeugt, welches das Ventil (23) öffnet, womit Gas aus dem Vorrat (16) durch das Ventil (23) und durch die Eiskammer (11) unter Mitnahme von Eiskristallen in die Produktkammer (3) strömt.
  2. Gefriertrocknungsanlage (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Eiskammer (11) in einen Gefriertrockner (2) baulich integriert ist.
  3. Gefriertrocknungsanlage (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Eiskammer (11) von einer Eiskondensatorkammer (7) des Gefriertrockners (2) ausgebildet ist.
  4. Gefriertrocknungsanlage (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
    a) die Eiskammer (11) separat von dem Gefriertrockner (2) ausgebildet ist und
    b) die Eiskammer (11) über eine Leitung (39) mit einem Anschluss (38) des Gefriertrockners (2), welcher in die Produktkammer (3) oder Eiskondensatorkammer (7) mündet, mit dem Gefriertrockner (2) verbunden ist.
  5. Gefriertrocknungsanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Eiskammer (11) oder Eiskondensatorkammer (7) eine Strömungsführungselement (17) vorhanden ist, welches Gas, welches von dem Vorrat (16) bereitgestellt ist, in Richtung von Ablagerungsflächen (20) für Eiskristalle führt und/oder umlenkt.
  6. Gefriertrocknungsanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorrat (16) mit einem Vorratsbehälter (44) gebildet ist.
  7. Gefriertrocknungsanlage (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratsbehälter (44) über eine Heiz- und/oder Kühleinrichtung (24) zum Heizen und/oder zur Kühlung des in dem Vorratsbehälter (44) unter Druck stehenden Fluids verfügt.
  8. Gefriertrocknungsanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorrat (16) mit Flüssigstickstoff gebildet ist.
  9. Verfahren zur Steuerung einer Gefriertrocknungsanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem
    a) in der Produktkammer (3) und der hiermit über die Öffnung (13) verbundenen Eiskammer (11) wird gemeinsam ein technisches Vakuum und eine Temperatur unterhalb der Gefriertemperatur des Trocknungsguts (6) herbeigeführt,
    dadurch gekennzeichnet dass
    b) in der Eiskammer (11) aus verdampftem Lösungsmittel des Trocknungsguts (6) Eiskristalle erzeugt werden und
    c) ein Ventil (23), welches zwischen einem Vorrat (16), welcher ein unter Druck stehendes Gas bereitstellt, wobei der Druck des bereitgestellten Gases größer ist als der Druck in der Produktkammer (3) und in der Eiskammer (11), und der Eiskammer (11) angeordnet ist, geöffnet wird, womit Gas von dem Vorrat (16) durch das Ventil (23) und durch die Eiskammer (11) unter Mitnahme von Eiskristallen in die Produktkammer (3) strömt.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid in dem Vorrat (16) über eine Heiz- und/oder Kühleinrichtung (24) gekühlt und/oder geheizt wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas über ein Strömungsführungselement (17) im Bereich der Eiskristalle geführt und/oder umgelenkt wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in der Eiskammer (11) Eiskristalle an Ablagerungsflächen (20) angelagert werden.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in der Eiskammer (11) ein Eisnebel mit Eiskristallen erzeugt wird.
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