JP2006090671A - 凍結真空乾燥装置および凍結真空乾燥方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 原料液をノズルから真空凍結乾燥塔内へ噴出させて凍結乾燥する場合に、ノズル周りで微小原料液粒子が自己凍結しない凍結真空乾燥装置および凍結真空乾燥方法を提供すること。
【解決手段】 マンニトールの５％水溶液を原料液Ｌとして真空凍結乾燥塔１１内へ噴出させさるノズル１２を、平板１３に内径が例えば１５０μｍ の細孔１４を穿設したものとする。そして、真空凍結乾燥塔１１内の圧力を例えば５０Ｐａ、原料液Ｌにかける圧力を例えば０．３ＭＰａとして、細孔１４の下方に原料液Ｌの液柱Ｋを形成させ、噴出条件によって定まる一定長さの液柱Ｋの下端から液柱Ｋが発散して形成される微小原料液粒子Ｒを自己凍結させ微小凍結粒子Ｑとして収集し、低温度に加熱して微小凍結粒子Ｑに含まれる氷を昇華させて乾燥しマンニトールの微粉末Ｐとする。
【選択図】 図１

Description

本発明は凍結真空乾燥装置および凍結真空乾燥方法に関するものであり、更に詳しくは、ノズルから原料液を真空空間へ噴出して自己凍結させる凍結真空乾燥装置および凍結真空乾燥方法に関するものである。

従来、原料液中に溶解している物質や分散している物質を乾燥して微粉末として取り出す方法としては熱風乾燥法、噴霧乾燥法、凍結真空乾燥法等が知られている。しかし、医薬品や食品などの中には、加熱によって変性されて生理活性を失うもの、風味を損なうものがあり、これらについては凍結真空乾燥法が採用され、その方法の一つとして、原料液をノズルから真空空間へ噴霧して得られる微小原料液粒子を自己凍結させて微小凍結粒子とし、その微小凍結粒子を真空下に低温度で加熱して氷結状態の溶媒または分散媒を昇華させて乾燥することにより微粉末として取り出す凍結真空乾燥法が採用される。この方法で使用されるノズルとしては、原料液がノズルの噴出口から直ちに霧状に噴出される構造となっている。

図３は一般的に使用されるノズルの縦、横の概略断面と、形成される噴霧の模式形状を示す図である。すなわち図３−Ａは扇形ノズルで、吹出口部分で液を衝突させ、反発して広がる時の反発力を利用して液を扇状に噴射するノズルであり、図３−Ｂは充円錐ノズルで、ノズル内部で液を回転させて液を接触、分裂させ、遠心力で噴霧するノズルである。また図３−Ｃは空円錐ノズルで、充円錐ノズルと同様に、ノズル内部で液を回転させて液を接触、分裂させ、遠心力で噴霧するノズルであるが、 空円錐ノズルの場合には、中心部に孔が無いものを用いる。

上記のノズルを使用する凍結真空乾燥方法、すなわち、真空空間へ原料液をノズルから噴霧させ、形成される微小原料液粒子から溶媒または分散媒が蒸発し、蒸発潜熱が奪われることによって微小原料液粒子を自己凍結させる方法に存在する問題は、自己凍結がノズルの先端部ないしはノズルの近傍で発生し易いことにある。このように自己凍結がノズル周りで発生するとノズルが閉塞し作業の中断を余儀なくされる。

上記のようなノズル周りでの自己凍結を発生させない方法として、原料液供給装置のノズルを給液室内に囲って凍結部から分離し、給液室と凍結部との間にバルブを設けた構成とし、噴霧開始時には、バルブを閉じて凍結部は原料液が自己凍結する高真空度に維持するが、給液室は自己凍結を生じない真空度、すなわち凍結部よりは高い圧力として原料液を噴霧し、ノズル周りで自己凍結しない状態を得てからバルブを開けて給液室内の微小原料液粒子を凍結部へ流入させる原料液の供給方法が開示されている（例えば特許文献１を参照）。

特開２００４−０９３０７８号公報

然しながら、上記特許文献１の方法では、原料液供給装置に給液室とバルブを必要とし、バルブはそれを開とした時に噴霧状の微小原料液粒子の通路となる箇所であるから、凍結部の内径と同等の大型なものを必要とする。また給液室を原料液が自己凍結しない真空度にして原料液の噴霧を開始するとは言え、給液室内を凍結部とは独立して真空排気し、かつその給液室内の真空度を制御し得る真空排気手段を設けない場合は、給液室の真空度の制御が困難であり、給液室内で同様に自己凍結を生じるという問題がある。
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、原料液をノズルから真空凍結乾燥塔内へ噴出させて凍結真空乾燥する場合に、ノズル周りで自己凍結を生じない凍結真空乾燥装置および凍結真空乾燥方法を提供することを課題とする。

上記の課題は請求項１または請求項５の構成によって解決されるが、 請求項１の凍結真空乾燥装置は、原料液を真空凍結乾燥塔内の上端部に設けられたノズルから真空下の前記真空凍結乾燥塔内へ供給して形成される微小原料液粒子を自己凍結させて微小凍結粒子とし、続いて前記微小凍結粒子を前記真空凍結乾燥塔内の捕捉面で捕捉して加熱し昇華乾燥する凍結真空乾燥装置において、
前記ノズルは前記原料液の噴出孔として先端部に少なくとも一つの細孔を有するものであって、前記原料液を前記細孔から下方へ液柱として噴出させることにより、前記原料液の噴出条件によって定まる一定の長さ位置において前記液柱が発散して形成される霧状の前記微小原料液粒子が自己凍結して前記微小凍結粒子となるように構成されている装置である。
このような凍結真空乾燥装置は、ノズルの噴出孔である細孔の先端から原料液が直ちには霧状とはならず、原料液は先ず液柱として噴出されるので、細孔の先端部は勿論、細孔の近傍においても微小原料液粒子の自己凍結を発生させない。

請求項１に従属する請求項２の凍結真空乾燥装置は、前記原料液が前記原料液供給容器に収納され、前記原料液供給容器内の前記原料液にかける供給圧力、および前記真空凍結乾燥塔内の圧力が独立して制御可能とされている装置である。
このような凍結真空乾燥装置は、両者の圧力関係を調整することによって、原料液が細孔から真空凍結乾燥塔内へ液柱として噴出され、その液柱が噴出条件によって定まる一定の長さ位置において霧状の微小原料液粒子となって発散されることを確実化させる。

請求項１に従属する請求項３の凍結真空乾燥装置は、前記細孔の下端から前記捕捉面までの距離が機構的に可変とされている装置である。
このような装置は形成される液柱の長さに応じて液柱の下端から微小凍結粒子の捕捉面までの距離を調整することができ、捕捉面が未だ自己凍結していない微小原料液粒子を捕捉して濡れることを防ぐほか、原料液の種類または必要な噴出条件が異なる凍結真空乾燥に兼用することができる。

請求項１に従属する請求項４の凍結真空乾燥装置は、前記細孔の内径が５０μｍから５００μｍ の範囲に設定される装置である。
このような凍結真空乾燥装置は、原料液を細孔から液柱として噴出させる条件の設定を容易ならしめる。

請求項５の凍結真空乾燥方法は、原料液を真空凍結乾燥塔内の上端部に設けられたノズルから真空下の前記真空凍結乾燥塔内へ噴出させて形成される微小原料液粒子を自己凍結させて微小凍結粒子とし、続いて前記微小凍結粒子を前記真空凍結乾燥塔内の捕捉面で捕捉して加熱し昇華乾燥する凍結真空乾燥方法において、前記ノズルの先端部に形成された少なくとも一つの細孔から下方へ前記原料液を液柱として噴出させ、前記原料液の噴出条件によって定まる一定の長さ位置において前記液柱が発散して形成される霧状の前記微小原料液粒子を自己凍結させ前記微小凍結粒子とする方法である。
このような凍結真空乾燥方法は、ノズルの細孔から原料液が直ちには霧状とはならず、原料液は先ず液柱として噴出されるので、細孔の先端部は勿論、細孔の近傍においても微小原料液粒子の自己凍結を発生させない。

請求項１の凍結真空乾燥装置によれば、ノズルの噴出孔である細孔から原料液が液柱として噴出され、細孔の先端部は勿論、細孔の近傍においても微小原料液粒子の自己凍結を発生させないので、ノズル詰まりによる作業の中断を招くことがない。

請求項２の凍結真空乾燥装置によれば、原料液供給容器内の原料液にかける供給圧力、および真空凍結乾燥塔内の圧力が独立して制御可能であることから、 原料液が細孔から真空凍結乾燥塔内へ液柱として噴出された後に霧状の微小原料液粒子となって発散することを確実化させ、かつ凍結真空乾燥時における多少の圧力変動にも追随することができ、凍結真空乾燥装置の長時間に亘る安定した操業を可能ならしめる。また、原料液の供給圧力を一定として真空凍結乾燥塔内の圧力を制御することにより、また真空凍結乾燥塔内の圧力を一定として原料液の供給圧力を制御することによっても、形成される液柱の長さ、液柱の下端から発散する微小原料液粒子の発散角度、微小原料液粒子の粒子径や凍結温度を変化させることができる。

請求項３の凍結真空乾燥装置によれば、形成される液柱の長さに応じて液柱の下端から微小凍結粒子の捕捉面までの距離を機構的に調整することができるので、液柱の下端から発散して形成される微小原料液粒子が自己凍結されないまま捕捉面に到達することによるトラブルの発生を回避することができ、かつ凍結真空乾燥する原料液の種類、凍結真空乾燥の条件の異なる凍結真空乾燥に兼用することが可能であり、設備費を低減させる。

請求項４の凍結真空乾燥装置によれば、細孔の内径を５０μｍから５００μｍ の範囲で変えるだけで、原料液を細孔から液柱として噴出させ、続いて液柱が発散して霧状に形成される微小原料液粒子が自己凍結することによる微小凍結粒子を生成させる条件の設定が容易にでき、凍結真空乾燥装置の安定な稼動を容易ならしめる。

請求項５の凍結真空乾燥方法によれば、ノズルに形成された細孔から原料液が液柱として噴出され、細孔の先端部は勿論、細孔の近傍においても微小原料液粒子の自己凍結を発生させないので、ノズル詰まりによる作業の中断を招くことがない。

上述したように、原料液を真空凍結乾燥塔内の上端部に設けられたノズルから真空下の真空凍結乾燥塔内へ供給して形成される微小原料液粒子を自己凍結させて微小凍結粒子とし、続いて微小凍結粒子を真空凍結乾燥塔内の捕捉面で捕捉して加熱し昇華乾燥する場合において、本発明の凍結真空乾燥装置は、上記ノズルが原料液の噴出孔として先端部に少なくとも一つの細孔を有するものであって、原料液を細孔から下方へ液柱として噴出させることにより、原料液の噴出条件によって定まる一定の長さ位置において液柱が発散して形成される霧状の微小原料液粒子が自己凍結して微小凍結粒子となるように構成されている装置である。

また、原料液を真空凍結乾燥塔内の上端部に設けられたノズルから真空下の真空凍結乾燥塔内へ供給して形成される微小原料液粒子を自己凍結させて微小凍結粒子とし、続いて微小凍結粒子を真空凍結乾燥塔内の捕捉面で捕捉して加熱し昇華乾燥する場合において、本発明の凍結真空乾燥方法は、ノズルの先端部に形成された少なくとも一つの細孔から下方へ原料液を液柱として噴出させ、原料液の噴出条件によって定まる一定の長さ位置において液柱が発散して形成される霧状の微小原料液粒子を自己凍結させ微小凍結粒子とする方法である。

本発明の凍結真空乾燥装置および凍結真空乾燥方法においては、原料液を噴出させるノズルの噴出孔は平板に形成された細孔であり、一つの細孔であってもよく複数個の細孔であってもよい。すなわち、二個の細孔を有するノズルを取り付けることにより、それに伴って乾燥能力の増大も要するが、処理能力を二倍にすることが可能になる。ノズルの細孔の内径は例えば１５０μｍ とされるが、それより小であってもよく、また大であってもよい。要するに原料液が細孔から液柱として噴出されるものであればよい。その液柱の形成は原料液の供給圧力および真空凍結乾燥塔の圧力によっても支配される。なお、内径の異なる細孔を備えたノズルをターレット板に複数個設けておき、ターレット板を回転させることによって適切な内径の細孔を有するノズルを選択し得るようにしてもよい。

原料液供給容器に収納した原料液を加圧してノズルの細孔から真空下の真空凍結乾燥塔内へ噴出させると、噴出条件によって定まる一定長さの液柱が形成され、その液柱の下端から原料液が発散して微小原料液粒子が霧状に形成される。すなわち、噴出された原料液は表面からの溶媒または分散媒の蒸発はあるものの短時間は液柱を形成し、その時間が経過すると内部から溶媒または分散媒の蒸発が急激に進行して液柱の容積が急激に拡大し、液柱は霧状の微小原料液粒子となってほぼ円錐形状に発散されるからである。その時における液柱の長さのほか、発散の角度、形成される微小原料液粒子の粒子径や凍結温度は、原料液が同一であっても細孔の内径、原料液の供給圧力、および真空凍結乾燥塔内の圧力によって支配される。従って原料液の供給圧力および真空凍結乾燥塔内の圧力は独立して制御し得るものであることが望ましい。そして生成される微小原料液粒子は真空凍結乾燥塔内を落下する間に溶媒または分散媒が蒸発することにより蒸発潜熱が奪われて温度低下し、自己凍結して微小凍結粒子となる。

そして、微小凍結粒子から氷結温度以下の温度になっている溶媒または分散媒を昇華させることによって微小凍結粒子の乾燥が行なわれる。この乾燥時には、乾燥させる物質の種類によって異なるが、その物質を変性させない温度、例えば３０℃の温度に加熱して昇華を促進させることが行われる。加熱手段としては、局所的な高温度部分を生ずることなく均等に加熱し得るものが望ましく、上記の３０℃に加熱する場合には、例えば３０℃の温水を使用するジャケットによる加熱や面状ヒーターなどが用いられる。

原料液の溶媒または分散媒が水である場合には自己凍結して０℃以下の温度になっている氷を昇華させて微小凍結粒子の乾燥が行なわれる。 従って微小凍結粒子の温度、すなわち氷の温度にもよるが、真空凍結乾燥塔の圧力は１００Ｐａ以下、例えば５０Ｐａないしは５Ｐａ程度に保持される。勿論、５Ｐａ以下としてもよい。溶媒または分散媒が水以外である場合、真空凍結乾燥塔の圧力はその溶媒または分散媒の種類に応じて適切な圧力が選定されることは言うまでもない。

上記のような圧力の真空凍結乾燥塔に対し、原料液には例えば窒素ガスを使用して大氣圧（≒０．１ＭＰａ）以上の供給圧力、例えば０．３ＭＰａの供給圧力をかけることにより、上述したように、原料液は適宜選定される内径の細孔の下端から一定の長さの液柱として噴出された後、霧状の微小原料液粒子となって発散され、微小原料液粒子は自己凍結して微小凍結粒子となる。

以下、本発明の凍結真空乾燥装置および凍結真空乾燥方法を実施例によって図面を参照し具体的に説明する。図１は実施例１において使用した凍結真空乾燥装置１の概略的な断面図である。すなわち、凍結真空乾燥装置１はマンニトールの５％水溶液を原料液Ｌとしてマンニトールの微粉末Ｐを製造するための装置である。凍結真空乾燥装置１はその円筒状の真空凍結乾燥塔１１内で原料液Ｌを発散させて微小原料液粒子Ｒとする。微小原料液粒子Ｒは落下の途中で自己凍結して微小凍結粒子Ｑとなる。この落下してくる微小凍結粒子Ｑを捕捉、収集して低温度で加熱し、微小凍結粒子Ｑに含まれる氷を昇華させて乾燥するようになっている。

すなわち、真空凍結乾燥塔１１の上端部には後述の原料液供給容器４１から供給される原料液Ｌを液柱Ｋとして噴出させるためにノズル１２が設けられているが、そのノズル１２の概略断面図を図２に示した。 すなわち、このノズル１２は、平板１３の中心部に一つの細孔１４が形成されたものである。この平板１３は真空凍結乾燥塔１１の上部フランジ１０にノズル固定部材１２ｂによってＯ−リング１２ｃを介して気密に固定されている。 本実施例においては、細孔１４の内径がそれぞれ５０μｍ 、１００μｍ 、１５０μｍ 、２００μｍ であるノズル１２を使用した。

液柱Ｋは原料液Ｌを噴出させる条件によって定まる一定の長さに形成され、その下端で発散して微小原料液粒子Ｒが霧状に形成される。そして微小原料液粒子Ｒは落下の途中で自己凍結して微小凍結粒子Ｑとなる。真空凍結乾燥塔１１の底部には、落下してくる微小凍結粒子Ｑを斜面で受けて捕捉し、かつ低温度で加熱して微小凍結粒子Ｑに含まれる氷を昇華させて乾燥しながら、傾斜面を滑落させ底部の開口１６から下方へ落下させる上開きのコニカルな形状の収集・加熱機器１５と、開口１６から落下する微小凍結粒子Ｑを受けて、図１において左方へ移送しながら加熱、乾燥してマンニトールの微粉末Ｐとする振動フィーダなどの移送機１８が設けられている。

コニカルな形状の収集・加熱機器１５の下面側には、図示せずとも真空凍結乾燥塔１１の外部から導入され外部へ戻される温水の循環通路となるジャケット１７が設けられており、上方から落下してくる微小凍結粒子Ｑを受け、微小凍結粒子Ｑが収集・加熱機器１５の傾斜した表面である捕捉面１５ｓを滑落して中央部の開口１６から下方へ落下する間に、微小凍結粒子Ｑを低温度で加熱して、含まれている氷を昇華させるようになっている。 なお、微小凍結粒子Ｑの滑落を円滑にするために、表面をフッ素樹脂加工してもよく、また収集・加熱機器１５に微小な振動を与えるようにしてもよい。勿論、温水のジャケット１７に替えて収集・加熱機器１５の捕捉面１５ｓの下側にヒーターを埋め込んで加熱するようにしてもよい。

上記の開口１６より下方において、真空凍結乾燥塔１１の底部には図１において左方へ延在部１１Ｅが形成されており、底部から延在部１１Ｅにかけて移送機１８が設置されている。すなわち、移送機１８は、収集・加熱機器１５の底部の開口１６から落下する氷分の減少した微小凍結粒子Ｑを受け、図１において左方へ搬送する間にも加熱し乾燥することにより、下流端部ではマンニトールの乾燥した微粉末Ｐが得られる。なお、加熱手段として図示せずとも面状ヒーターが取り付けられている。そして、真空凍結乾燥塔１１の上記延在部１１Ｅは移送機１８の下流端を越えてから直下へ曲げられてマンニトール微粉末Ｐが落下する垂下路１１Ｆとなっており、垂下路１１Ｆの下部は後述の回収・秤量室２１内へ挿入され、その下端部は絞られて自動開閉弁１９が取り付けられている。

上記の垂下路１１Ｆが挿入されている回収・秤量室２１は真空凍結乾燥塔１１ と一体的に設けられており、垂下路１１Ｆを落下するマンニトールの微粉末Ｐは容器２２に収納され秤量される。また、回収・秤量室２１とは仕切弁２９を介して封栓・取出室３１が設けられている。封栓・取出室３１においては天井面側に設けられた打栓機３２によって容器２２に栓２３が打栓された後、大気側との間を開閉する仕切弁３９を開けて大気側へ取り出される。なお、封栓・取出室３１は図示せずとも独立に真空排気が可能とされている。そのほか、回収・秤量室２１、封栓・取出室３１、大気側の間で容器２２を移送するために、それぞれにはコンベア３０が配設されているが、特に、回収・秤量室２１のコンベア３０は図示せずともロードセル方式の重量計測装置が付属されている。

また図１において、真空凍結乾燥塔１１の左側の上方には、原料液Ｌの供給容器４１が設置されている。そして、原料液供給容器４１の底部と真空凍結乾燥塔１１の上端部のノズル１２とを連結する原料液供給配管４２が取り付けられており、原料液供給容器４１とノズル１２との間には開閉弁４３が設けられている。また、原料液供給容器４１に収納される原料液Ｌの上部空間に供給圧力をかけるための窒素ガス配管４４が開閉弁４５と共に配設されている。なお、原料液Ｌの供給はポンプを使用して圧送してもよい。

更に、図１において真空凍結乾燥塔１１の底部の右側には、真空凍結乾燥塔１１内を排気するための真空排気系が設けられている。すなわち、真空凍結乾燥塔１１の底部に接続された真空排気配管５７には冷却用の液体窒素配管５４を備えたコールドトラップ５３を介してルーツポンプ５２とロータリーポンプ５１とが接続されており、コールドトラップ５３とルーツポンプ５２との間には排気弁５５が設けられ、真空凍結乾燥塔１１とコールドトラップ５３との間には開閉弁５６が設けられている。

本実施例の噴霧式真空凍結乾燥装置１は以上のように構成されているが、次にその作用を説明する。図１を参照して、真空凍結乾燥塔１１の上端部に、原料液Ｌの噴出孔としての内径１５０μｍの細孔１４を有するノズル１２が取り付けられている。原料液供給容器４１には原料液Ｌとしてマンニトールの５％水溶液が収納されている。そして回収・秤量室２１内にある自動開閉弁１９を開け、真空排気管５７の開閉弁５６、排気弁５５を開けて、ロータリーポンプ５１とルーツポンプ５２とによって真空排気して真空凍結乾燥塔１１内の圧力を５０Ｐａに維持し、コールドトラップ５３を作動させた。更に、真空凍結乾燥塔１１の底部の収集・加熱機器１５の下面側のジャケット１７には温度３０℃の温水を循環させ、移送機１８も図示しない面状ヒーターに通電し３０℃の温度に保った。その時点で、上記以外の弁類はすべて閉じられている。

上記の状態から、原料液供給容器４１の窒素ガス配管４４の開閉弁４５を開けて原料液Ｌの上部空間を窒素ガスで置換してから、窒素ガスによって原料液Ｌを加圧し常に０．３ＭＰａの供給圧力がかかるようにして、原料液供給配管４２の開閉弁４３を開け、ノズル１２の細孔１４から真空凍結乾燥塔１１内へ噴出させた時、ノズル１２の細孔１４から下方へ原料液Ｌの長さ４００ｍｍの液柱Ｋが形成され、その液柱Ｋの下端から原料液Ｌが霧状に発散され、形成された微小原料液粒子Ｒは下方へ落下した。この際、細孔１４の先端部やその近傍において微小原料液粒子Ｒの自己凍結は生じなかった。ちなみに、この時のノズル１２の細孔１４内における原料液Ｌの流速は１８．２ｍ／秒と算出された。

そして、形成された微小原料液粒子Ｒは真空下にある真空凍結乾燥塔１１内を落下する途中において水分が蒸発して蒸発潜熱が奪われることにより自己凍結し、微小凍結粒子Ｑとなって落下を続け、収集・加熱機器１５の上側の傾斜した捕捉面１５ｓに捕捉された。この微小凍結粒子Ｑは収集・加熱機器１５の捕捉面１５ｓで加温され、含まれている氷が昇華して乾燥されると共に、傾斜面を滑落して底部の開口１６から下方の移送機１８上へ落下した。

開口１６から落下した微小凍結粒子Ｑは移送機１８によって図１において左方へ搬送されると共に図示しない面状ヒーターによって加熱され、移送機１８の下流端部では乾燥されたマンニトール微粉末Ｐが得られた。そして、移送機１８の下流端から排出されるマンニトールの微粉末Ｐは垂下路１１Ｆを経由して、回収・秤量室２１内の容器２２に収納され秤量された。そして秤量値が所定の値に達すると、自動開閉弁１９を閉じ、仕切弁２９を開けて容器２２を封栓取出室３１へ搬出すると共に、交換に新しい容器２２を回収・秤量室２１の所定位置へ搬入してから仕切弁２９を閉じ、自動開閉弁１９を開けてマンニトール微粉末Ｐの収納が再開された。

他方、封栓・取出室３１へ搬出されたマンニトール微粉末Ｐを収納している容器２２は打栓機３２によって栓２３を打栓した後、仕切弁３９を開けて大気側へ搬出したが、それと交換に新しい容器２２を搬入してから仕切弁３９を閉じて真空排気し、回収・秤量室２１と同等の真空度とされた。回収・秤量室２１と封栓・取出室３１とにおいて上記の作用が繰り返された。

上記においては、原料液Ｌへかける供給圧力を０．３ＭＰａとしたが、この供給圧力を０．１ＭＰａ、０．２ＭＰａ、および０．５ＭＰａと変化させたところ、供給圧力が小であるほどノズル１２の下方に形成される原料液Ｌの液柱Ｋは短くなったが、ノズル１２の細孔１４の周りに微小原料液粒子Ｒの自己凍結は発生しなかった。ちなみに、原料液Ｌの供給圧力を０．１ＭＰａとした時の液柱Ｋの長さは３００ｍｍであった。

実施例１と同じ凍結真空乾燥装置１を使用し、ノズル１２は細孔１４の内径が１００μｍであるものを取り付けたが、真空凍結乾燥塔１１内の圧力は５０Ｐａ、原料液Ｌへかける供給圧力は０．３ＭＰａの如く実施例１と同様にして、原料液Ｌであるマンニトールの５％水溶液を凍結真空乾燥した。その結果、ノズル１２の細孔１４の下方には原料液Ｌの長さ２００ｍｍの液柱Ｋが形成され、細孔１４の先端部、ないしは細孔１４の近傍において微小原料液粒子Ｒの自己凍結は発生せず、原料液Ｌは実施例１の時と同様にマンニトールの微粉末Ｐとして回収された。

上記において使用した細孔１４の内径が１００μｍ のノズル１２を交換して、細孔１４の内径が２００μｍ であるノズル１２とし、それ以外は同様として原料液Ｌであるマンニトールの５％水溶液を凍結真空乾燥させた。この場合にも、ノズル１２の細孔１４の下方には原料液Ｌの液柱Ｋが形成され、細孔１４の先端部、ないしは細孔１４の近傍において微小原料液粒子Ｒの自己凍結は発生せず、原料液Ｌはマンニトールの微粉末Ｐとして回収された。

実施例１と同じ凍結真空乾燥装置１を使用し、ノズル１２は細孔１４の内径が５０μｍ のものを取り付け、真空凍結乾燥塔１１内の圧力は５０Ｐａとし、原料液Ｌへかける供給圧力を０．１ＭＰａ、０．２ＭＰａ、０．３ＭＰａ、および０．５ＭＰａとしたが、何れの場合も細孔１４の先端で原料液Ｌが凍結し、原料液Ｌの噴出はできなくなった。これは細孔１４内における原料液Ｌの流量が少ないために、原料液Ｌは液柱を形成することなく直ちに自己凍結したものと考えられる。

以上、本発明の凍結真空乾燥装置および凍結真空乾燥方法を実施例によって説明したが、勿論、本発明はこれに限られることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

例えば本実施例において、ノズル１２は平板１３に細孔１４を形成したものを使用し、ノズル固定部材１２ｂで真空凍結乾燥塔１１の上部フランジ１０に固定するようにしたが、細孔１４を有するノズル１２であれば、どのような構造のものであってもよい。

また本実施例において、ノズル１２は真空凍結乾燥塔１１の上端部に固定されているものとしたが、例えば真空凍結乾燥塔１１の上端部にベローズを介して、昇降機構によって上下方向への移動を可能にして、ノズル１２の細孔１４と下方の収集・加熱機器１５との間の距離を可変としてもよい。このようにすれば、真空凍結乾燥塔１１内におけるノズル１２の高さ位置を変更し得る装置となり、原料液Ｌの噴出時に形成される液柱の長さが大である凍結真空乾燥、ないしは微小原料液粒子Ｒが微小凍結粒子Ｑとなるまでに時間を要する凍結真空乾燥など、原料液の種類や噴射条件の異なる凍結真空乾燥に兼用することが可能な凍結真空乾燥装置となる。

また本実施例においては、マンニトールの５％水溶液を原料液とし、凍結真空乾燥してマンニトールの微粉末を製造する場合を説明したが、本発明の凍結真空乾燥装置および凍結真空乾燥方法は、この原料液に限定されるものではなく、例えば医薬品や食品の有効成分を内包するマイクロカプセルが分散媒に分散された分散液を凍結真空乾燥して乾燥したマイクロカプセルを取り出す場合にも全く同様に適用される。

本発明の実施例による凍結真空乾燥装置の概略的な断面図である。 実施例において使用したノズルの概略的な断面図である。 一般的に使用されている噴霧ノズルの縦、横の概略断面と、形成される噴霧の模式形状を示す図である。

符号の説明

１ ・ 凍結真空乾燥装置、 １０ ・ 上部フランジ、
１１ ・ 真空凍結乾燥塔、 １２ ・ ノズル、
１４ ・ 細孔、 １５ ・ 収集・加熱機器、
１８ ・ 移送機、 ２１ ・ 回収・秤量室、
２２ ・ 容器、 ３１ ・ 封栓・取出室、
４１ ・ 原料液供給容器、 ４２ ・ 原料液供給配管
４４ ・ 窒素ガス配管、 ５１ ・ ロータリーポンプ、
５２ ・ ルーツポンプ、 ５３ ・ コールドトラップ、
Ｌ ・ 原料液、 Ｋ ・ 液柱、
Ｐ ・ マンニトールの微粉末、 Ｑ ・ 微小原料液粒子、
Ｒ ・ 微小凍結粒子

Claims (5)

1. 原料液を真空凍結乾燥塔内の上端部に設けられたノズルから真空下の前記真空凍結乾燥塔内へ噴出させて形成される微小原料液粒子を自己凍結させて微小凍結粒子とし、続いて前記微小凍結粒子を前記真空凍結乾燥塔内の捕捉面で捕捉して加熱し昇華乾燥する凍結真空乾燥装置において、
   前記ノズルは前記原料液の噴出孔として少なくとも一つの細孔を有するものであって、
   前記原料液を前記細孔から下方へ液柱として噴出させることにより、前記原料液の噴出条件によって定まる一定の長さ位置において前記液柱が発散して形成される霧状の前記微小原料液粒子が自己凍結して前記微小凍結粒子となるように構成されていることを特徴とする凍結真空乾燥装置。
2. 前記原料液が原料液供給容器に収納され、前記原料液供給容器内の前記原料液にかける供給圧力、および前記真空凍結乾燥塔内の圧力が独立して制御可能とされている請求項１に記載の凍結真空乾燥装置。
3. 前記細孔から前記捕捉面までの距離が機構的に可変とされている請求項１に記載の凍結真空乾燥装置。
4. 前記細孔の内径が５０μｍから５００μｍ の範囲に設定される請求項１に記載の凍結真空乾燥装置。
5. 原料液を真空凍結乾燥塔内の上端部に設けられたノズルから真空下の前記真空凍結乾燥塔内へ噴出させて形成される微小原料液粒子を自己凍結させて微小凍結粒子とし、続いて前記微小凍結粒子を前記真空凍結乾燥塔内の捕捉面で捕捉して加熱し昇華乾燥する凍結真空乾燥方法において、
   前記ノズルの先端部に形成された少なくとも一つの細孔から下方へ前記原料液を液柱として噴出させ、前記原料液の噴出条件によって定まる一定の長さ位置において前記液柱が発散して形成される霧状の前記微小原料液粒子を自己凍結させ前記微小凍結粒子とすることを特徴とする凍結真空乾燥方法。
   

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