JP2021092327A - Vacuum dryer, and method of controlling temperature of shelf in vacuum dryer - Google Patents

Vacuum dryer, and method of controlling temperature of shelf in vacuum dryer Download PDF

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Abstract

To provide a vacuum dryer capable of more directly detecting the drying condition of drying objects and of more accurately recognizing the drying condition of the drying objects, and a method of controlling the temperature of a shelf in the vacuum dryer.SOLUTION: There is provided a vacuum dryer 1 comprising: a drying chamber 10; a set of shelves 11, which is disposed in the drying chamber 10, and on which drying objects F are placed; a fluid cylinder 30 that lifts the shelf 11; a fluid feeding/discharging system 35 that feeds/discharges a fluid to/from the fluid cylinder 30; a measurement section 39 provided in the fluid feeding/discharging system 35 to measure a fluid pressure P2 of the fluid; and a capturing section 20 that captures moisture subliming from the drying objects F.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、真空乾燥装置、真空乾燥装置における棚の温度調節方法に関する。 The present invention relates to a vacuum dryer and a method for controlling the temperature of shelves in a vacuum dryer.

従来から、例えば下記特許文献1に記載されているような、凍結乾燥状態監視装置が知られている。 Conventionally, freeze-drying condition monitoring devices such as those described in Patent Document 1 below have been known.

特開2015−31486号公報JP-A-2015-31486

ところで、上記したような凍結乾燥状態監視装置では、被乾燥物(被乾燥材料)を載せた棚板に熱媒体を循環させることで、被乾燥物を乾燥させる。被乾燥物の乾燥状態は、例えば以下の(1)、(2)の手法により把握することができる。
(1)棚板の入口側の熱媒体温度を検出する第1温度センサの検出温度と、棚板の出口側の熱媒体温度を検出する第2温度センサの検出温度とが略同一温度となるよう媒体を循環させ、棚温が媒体温度と同一かつ被乾燥物らの品温も同一とすることを前提として、被乾燥物の乾燥状態を把握する。
(2)熱媒体の入口側と出口側の熱媒体温度の微小温度差を検出し、この温度差に基づく熱量が全て昇華に供せられたとすることを前提として、被乾燥物の乾燥状態を把握する。
このように被乾燥物の乾燥状態を把握するにあたって、品温はその物理量を直接に測定されず間接的に測定されている。間接測定は複数の構成要素(物理量)や前提を利用して変換される事で算出されており、当然構成要素数やその構成種、各構成の相関関係によって誤差は増加する傾向にある。
By the way, in the freeze-drying condition monitoring device as described above, the object to be dried is dried by circulating the heat medium on the shelf board on which the object to be dried (material to be dried) is placed. The dry state of the object to be dried can be grasped by, for example, the following methods (1) and (2).
(1) The detection temperature of the first temperature sensor that detects the heat medium temperature on the inlet side of the shelf board and the detection temperature of the second temperature sensor that detects the heat medium temperature on the outlet side of the shelf board are substantially the same temperature. Assuming that the shelf temperature is the same as the medium temperature and the product temperature of the objects to be dried is also the same, the dry state of the objects to be dried is grasped.
(2) The dry state of the object to be dried is determined on the premise that a minute temperature difference between the heat medium temperature on the inlet side and the heat medium temperature on the outlet side of the heat medium is detected and all the amount of heat based on this temperature difference is used for sublimation. Grasp.
In this way, in grasping the dry state of the object to be dried, the product temperature is not directly measured but indirectly measured. Indirect measurement is calculated by converting using multiple components (physical quantities) and assumptions, and naturally the error tends to increase depending on the number of components, their component types, and the correlation of each component.

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、被乾燥物の乾燥状態、特に昇華面温度をより高精度に把握することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to grasp the dry state of the object to be dried, particularly the sublimation surface temperature, with higher accuracy.

前記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明に係る真空乾燥装置は、乾燥室と、前記乾燥室内に配置され、被乾燥物が載置される棚と、前記棚を昇降させる流体シリンダと、前記流体シリンダに対して流体を給排する流体給排系と、前記流体給排系に設けられ、前記流体の流体圧を測定する測定部と、前記被乾燥物から昇華した水分を捕集する捕集部と、を備える。
In order to solve the above problems, the present invention proposes the following means.
The vacuum drying apparatus according to the present invention supplies and discharges fluid to a drying chamber, a shelf on which an object to be dried is placed, a fluid cylinder for raising and lowering the shelf, and the fluid cylinder. It is provided with a fluid supply / discharge system, a measurement unit provided in the fluid supply / discharge system for measuring the fluid pressure of the fluid, and a collection unit for collecting water sublimated from the object to be dried.

この発明では、乾燥室内で棚に載置された被乾燥物が乾燥すると、その重量が減少する。被乾燥物の重量が減少すると、被乾燥物と被乾燥物を載置した棚との合計重量も減少する。被乾燥物と棚との合計重量が減少すると、棚を昇降させるために棚を支持する流体シリンダに対し、棚から作用する重力方向の下向きの力も減少する。これにより、流体シリンダ内の流体圧が変化する。測定部は、流体シリンダに対して給排される流体圧を測定するので、測定部における測定結果の変化に基づいて、被乾燥物の乾燥に伴う重量の減少を検出することができる。被乾燥物の乾燥に伴う重量の変化と、流体シリンダの流体圧との変化とは、直接的に相関している。したがって、被乾燥物の乾燥状態をダイレクトに検出し、被乾燥物の乾燥状態をより高精度に把握することが可能となる。 In the present invention, when the object to be dried placed on the shelf in the drying chamber dries, its weight decreases. As the weight of the object to be dried decreases, the total weight of the object to be dried and the shelf on which the object to be dried is placed also decreases. As the total weight of the object to be dried and the shelves decreases, so does the downward force in the direction of gravity acting on the fluid cylinders that support the shelves to raise and lower the shelves. As a result, the fluid pressure in the fluid cylinder changes. Since the measuring unit measures the fluid pressure supplied to and discharged from the fluid cylinder, it is possible to detect a decrease in weight due to drying of the object to be dried based on the change in the measurement result in the measuring unit. The change in weight due to drying of the object to be dried and the change in fluid pressure of the fluid cylinder are directly correlated. Therefore, it is possible to directly detect the dry state of the object to be dried and grasp the dry state of the object to be dried with higher accuracy.

また、前記棚の温度を調節する調節部と、前記測定部の測定結果に基づいて前記調節部を制御する制御部と、を更に備えるようにしてもよい。 Further, an adjusting unit for adjusting the temperature of the shelf and a control unit for controlling the adjusting unit based on the measurement result of the measuring unit may be further provided.

この場合、測定部の測定結果、つまり流体シリンダの流体圧の変化に基づいて、被乾燥物の乾燥に伴う重量の変化を把握することができる。これにより、制御部で、流体シリンダの流体圧の変化に基づいて調節部における棚の温度を調節することで、被乾燥物の乾燥状態に応じて、被乾燥物を乾燥させるための棚の温度を適切に調節することができる。 In this case, it is possible to grasp the change in weight due to the drying of the object to be dried based on the measurement result of the measuring unit, that is, the change in the fluid pressure of the fluid cylinder. As a result, the control unit adjusts the temperature of the shelf in the adjustment unit based on the change in the fluid pressure of the fluid cylinder, so that the temperature of the shelf for drying the object to be dried is adjusted according to the drying state of the object to be dried. Can be adjusted appropriately.

また、前記制御部は、異なる2つの時刻それぞれにおいて、前記測定部の測定結果を、前記被乾燥物を支持する前記棚の重量に換算し、これらの2つの時刻および重量の各差分から前記被乾燥物の昇華速度を算出し、前記昇華速度に基づいて前記被乾燥物の推定温度を算出し、前記推定温度が、予め設定された閾値以下になるように前記調節部を制御するようにしてもよい。 Further, the control unit converts the measurement result of the measurement unit into the weight of the shelf supporting the object to be dried at each of the two different times, and the difference between the two times and the weight indicates the subject. The sublimation rate of the dried product is calculated, the estimated temperature of the object to be dried is calculated based on the sublimation speed, and the adjusting unit is controlled so that the estimated temperature is equal to or lower than a preset threshold value. May be good.

この場合、棚の自重は既知である。このため、測定部の測定結果である流体シリンダの流体圧の測定結果から、被乾燥物を支持する棚の重量、つまり被乾燥物の重量と棚の自重との合計重量を換算して求めることで、被乾燥物の乾燥状態の変化を昇華速度として把握することができる。そしてこの昇華速度から、被乾燥物の温度を推定することができる。したがって、被乾燥物の乾燥状態に応じて、棚の温度を適切に調節することができる。 In this case, the weight of the shelf is known. Therefore, from the measurement result of the fluid pressure of the fluid cylinder, which is the measurement result of the measuring unit, the weight of the shelf supporting the object to be dried, that is, the total weight of the weight of the object to be dried and the weight of the shelf itself is converted and obtained. Therefore, the change in the dry state of the object to be dried can be grasped as the sublimation rate. Then, the temperature of the object to be dried can be estimated from this sublimation rate. Therefore, the temperature of the shelf can be appropriately adjusted according to the dry state of the object to be dried.

また、前記被乾燥物は、容器内に収容された状態で前記棚に載置され、前記制御部は、前記被乾燥物の昇華潜熱、前記昇華速度、前記容器の断面積および前記容器の伝熱係数に基づいて、前記推定温度を算出するようにしてもよい。
なお容器としては、例えば、バイアル、トレイ、シリンジ、アンプル等があげられる。
Further, the object to be dried is placed on the shelf in a state of being contained in the container, and the control unit receives the latent heat of sublimation of the object to be dried, the sublimation rate, the cross-sectional area of the container, and the transfer of the container. The estimated temperature may be calculated based on the heat coefficient.
Examples of the container include vials, trays, syringes, ampoules and the like.

この場合、被乾燥物の昇華潜熱、昇華速度、容器の断面積および容器の伝熱係数に基づいて、被乾燥物の推定温度を算出することで、被乾燥物の温度を高精度に推定することができる。これにより、被乾燥物の温度状態に応じて棚の温度を精度よく調節することが可能になり、被乾燥物の乾燥を適切な条件下で実行することができる。 In this case, the temperature of the object to be dried is estimated with high accuracy by calculating the estimated temperature of the object to be dried based on the sublimation latent heat of the object to be dried, the sublimation rate, the cross-sectional area of the container, and the heat transfer coefficient of the container. be able to. As a result, the temperature of the shelf can be accurately adjusted according to the temperature state of the object to be dried, and the object to be dried can be dried under appropriate conditions.

また、前記被乾燥物は、容器内に収容された状態で前記棚に載置され、前記制御部は、前記乾燥室の内圧、前記被乾燥物についての水蒸気移動抵抗、前記容器内の製品断面積、前記昇華速度に基づいて、前記推定温度を算出するようにしてもよい。 Further, the object to be dried is placed on the shelf in a state of being contained in the container, and the control unit uses the internal pressure of the drying chamber, the resistance of water vapor transfer to the object to be dried, and the product breakage in the container. The estimated temperature may be calculated based on the area and the sublimation rate.

この場合、乾燥室の内圧、被乾燥物についての水蒸気移動抵抗、容器内の製品断面積、昇華速度に基づいて、被乾燥物の推定温度を算出することで、被乾燥物の温度を高精度に推定することができる。このため、被乾燥物の温度状態に応じて棚の温度を精度よく調節することが可能になり、被乾燥物の乾燥を適切な条件下で実行することができる。 In this case, the temperature of the object to be dried is highly accurate by calculating the estimated temperature of the object to be dried based on the internal pressure of the drying chamber, the water vapor transfer resistance of the object to be dried, the cross-sectional area of the product in the container, and the sublimation rate. Can be estimated to. Therefore, the temperature of the shelf can be accurately adjusted according to the temperature state of the object to be dried, and the object to be dried can be dried under appropriate conditions.

また、前記閾値がコラプス温度であるようにしてもよい。 Further, the threshold value may be the collapse temperature.

この場合、被乾燥物の温度がコラプス温度を超えると、被乾燥物の水分が凍結している部分が収縮するコラプス現象が生じ、被乾燥物の乾燥が良好に行われなくなる。流体シリンダの流体圧の変化に基づいて、棚の温度を適切に調節し、被乾燥物の温度がコラプス温度以下となるように維持することで、被乾燥物の乾燥を良好に行うことができる。 In this case, when the temperature of the object to be dried exceeds the collapse temperature, a collapse phenomenon occurs in which the portion where the moisture of the object to be dried is frozen shrinks, and the object to be dried cannot be dried well. By appropriately adjusting the temperature of the shelf based on the change in the fluid pressure of the fluid cylinder and keeping the temperature of the object to be dried below the collapse temperature, the object to be dried can be dried well. ..

本発明に係る真空乾燥装置における棚の温度調節方法は、乾燥室と、前記乾燥室内に配置され、被乾燥物が載置される棚と、前記棚を昇降させる流体シリンダと、前記被乾燥物から昇華した水分を捕集する捕集部と、を備える真空乾燥装置において、前記棚の温度を調節する方法であって、前記流体シリンダに対して流体を給排する流体給排系における前記流体の流体圧に基づいて前記棚の温度を調節する。 The method for controlling the temperature of a shelf in the vacuum drying apparatus according to the present invention is a drying chamber, a shelf arranged in the drying chamber on which an object to be dried is placed, a fluid cylinder for raising and lowering the shelf, and the object to be dried. A method of adjusting the temperature of the shelf in a vacuum drying device including a collecting unit for collecting water sublimated from the above, wherein the fluid in a fluid supply / discharge system for supplying / discharging a fluid to the fluid cylinder. The temperature of the shelf is adjusted based on the fluid pressure of.

この発明では、乾燥室内で棚に載置された被乾燥物が乾燥すると、その重量が減少する。被乾燥物の重量が減少すると、被乾燥物と被乾燥物を載置した棚との合計重量も減少する。被乾燥物と棚との合計重量が減少すると、棚を昇降させるために棚を支持する流体シリンダに対し、棚から作用する重力方向の下向きの力も減少する。これにより、流体シリンダ内の流体圧が変化する。したがって、流体シリンダに流体を供給する流体給排系における流体の流体圧に基づいて、被乾燥物の乾燥に伴う重量の減少を把握することができる。被乾燥物の乾燥に伴う重量の変化と、流体シリンダの流体圧との変化とは、直接的に相関している。したがって、被乾燥物の乾燥状態を、よりダイレクトに検出し、被乾燥物の乾燥状態をより高精度に把握することが可能となる。 In the present invention, when the object to be dried placed on the shelf in the drying chamber dries, its weight decreases. As the weight of the object to be dried decreases, the total weight of the object to be dried and the shelf on which the object to be dried is placed also decreases. As the total weight of the object to be dried and the shelves decreases, so does the downward force in the direction of gravity acting on the fluid cylinders that support the shelves to raise and lower the shelves. As a result, the fluid pressure in the fluid cylinder changes. Therefore, based on the fluid pressure of the fluid in the fluid supply / discharge system that supplies the fluid to the fluid cylinder, it is possible to grasp the decrease in weight due to the drying of the object to be dried. The change in weight due to drying of the object to be dried and the change in fluid pressure of the fluid cylinder are directly correlated. Therefore, it is possible to more directly detect the dry state of the object to be dried and to grasp the dry state of the object to be dried with higher accuracy.

また、異なる2つの時刻それぞれにおいて、前記流体圧を、前記被乾燥物を支持する前記棚の重量に換算し、これらの2つの時刻および重量の各差分から前記被乾燥物の昇華速度を算出し、前記昇華速度に基づいて前記被乾燥物の推定温度を算出し、前記推定温度が、予め設定された閾値以下になるように前記棚の温度を制御するようにしてもよい。 Further, at each of the two different times, the fluid pressure is converted into the weight of the shelf supporting the object to be dried, and the sublimation rate of the object to be dried is calculated from the difference between these two times and the weight. The estimated temperature of the object to be dried may be calculated based on the sublimation rate, and the temperature of the shelf may be controlled so that the estimated temperature is equal to or less than a preset threshold value.

この場合、棚の自重は既知であるため、流体シリンダに流体を供給する流体給排系における流体の流体圧から、被乾燥物を支持する棚の重量、つまり被乾燥物と棚との合計重量を換算して求めることで、被乾燥物の乾燥状態の変化を昇華速度として把握することができる。そしてこの昇華速度から、被乾燥物の温度を推定することができる。したがって、被乾燥物の乾燥状態に応じて、棚の温度を適切に調節することができる。 In this case, since the self-weight of the shelf is known, the weight of the shelf supporting the object to be dried, that is, the total weight of the object to be dried and the shelf, is determined from the fluid pressure of the fluid in the fluid supply / discharge system that supplies the fluid to the fluid cylinder. By converting and obtaining, the change in the dry state of the object to be dried can be grasped as the sublimation rate. Then, the temperature of the object to be dried can be estimated from this sublimation rate. Therefore, the temperature of the shelf can be appropriately adjusted according to the dry state of the object to be dried.

本発明に係る真空乾燥装置における棚の温度調節方法は、乾燥室と、前記乾燥室内に配置され、被乾燥物が載置される棚と、前記被乾燥物から昇華した水分を捕集する捕集部と、を備える真空乾燥装置において、前記棚の温度を調節する方法であって、異なる2つの時刻それぞれにおいて、前記被乾燥物を支持する前記棚の重量を測定し、これらの2つの時刻および重量の各差分から前記被乾燥物の昇華速度を算出し、前記昇華速度に基づいて前記被乾燥物の推定温度を算出し、前記推定温度が、予め設定された閾値以下になるように前記棚の温度を調節する。 The method for controlling the temperature of a shelf in the vacuum drying apparatus according to the present invention is a drying chamber, a shelf arranged in the drying chamber on which an object to be dried is placed, and a trap for collecting moisture sublimated from the object to be dried. A method of adjusting the temperature of the shelf in a vacuum dryer including a collecting unit, wherein the weight of the shelf supporting the object to be dried is measured at two different times, and these two times. The sublimation rate of the object to be dried is calculated from each difference in weight and the estimated temperature of the object to be dried is calculated based on the sublimation rate so that the estimated temperature is equal to or less than a preset threshold value. Adjust the temperature of the shelf.

この発明では、乾燥室内で棚に載置された被乾燥物が乾燥すると、その重量が減少する。被乾燥物の重量が減少すると、被乾燥物と被乾燥物を載置した棚との合計重量も減少する。これにより、被乾燥物を支持する棚の重量から、被乾燥物の乾燥状態を昇華速度として把握することができる。そしてこの昇華速度から、被乾燥物の温度を推定することができる。したがって、被乾燥物の乾燥状態を、よりダイレクトに検出し、被乾燥物の乾燥状態をより高精度に把握することが可能となる。 In the present invention, when the object to be dried placed on the shelf in the drying chamber dries, its weight decreases. As the weight of the object to be dried decreases, the total weight of the object to be dried and the shelf on which the object to be dried is placed also decreases. Thereby, the dry state of the object to be dried can be grasped as the sublimation rate from the weight of the shelf supporting the object to be dried. Then, the temperature of the object to be dried can be estimated from this sublimation rate. Therefore, it is possible to more directly detect the dry state of the object to be dried and to grasp the dry state of the object to be dried with higher accuracy.

また、前記被乾燥物は、容器内に収容された状態で前記棚に載置され、前記被乾燥物の昇華潜熱、前記昇華速度、前記容器の断面積および前記容器の伝熱係数に基づいて、前記推定温度を算出するようにしてもよい。 Further, the object to be dried is placed on the shelf in a state of being contained in the container, and is based on the latent heat of sublimation of the object to be dried, the sublimation rate, the cross-sectional area of the container, and the heat transfer coefficient of the container. , The estimated temperature may be calculated.

この場合、被乾燥物の昇華潜熱、昇華速度、容器の断面積および容器の伝熱係数に基づいて、被乾燥物の推定温度を算出することで、乾燥物の温度を高精度に推定することができる。これにより、被乾燥物の温度状態に応じて、棚の温度を精度よく調節することが可能になり、被乾燥物の乾燥を適切な条件下で実行することができる。 In this case, the temperature of the dried product is estimated with high accuracy by calculating the estimated temperature of the product to be dried based on the sublimation latent heat of the product to be dried, the sublimation speed, the cross-sectional area of the container, and the heat transfer coefficient of the container. Can be done. As a result, the temperature of the shelf can be accurately adjusted according to the temperature state of the object to be dried, and the object to be dried can be dried under appropriate conditions.

また、前記被乾燥物は、容器内に収容された状態で前記棚に載置され、前記乾燥室の内圧、前記被乾燥物についての水蒸気移動抵抗、前記容器内の製品断面積、前記昇華速度に基づいて、前記推定温度を算出するようにしてもよい。 Further, the object to be dried is placed on the shelf in a state of being contained in the container, and the internal pressure of the drying chamber, the water vapor transfer resistance of the object to be dried, the cross-sectional area of the product in the container, and the sublimation rate. The estimated temperature may be calculated based on the above.

この場合、乾燥室の内圧、被乾燥物についての水蒸気移動抵抗、容器内の製品断面積、昇華速度に基づいて、被乾燥物の推定温度を算出することで、被乾燥物の温度を高精度に推定することができる。このため、被乾燥物の温度状態に応じて棚の温度を精度よく調節することが可能になり、被乾燥物の乾燥を適切な条件下で実行することができる。 In this case, the temperature of the object to be dried is highly accurate by calculating the estimated temperature of the object to be dried based on the internal pressure of the drying chamber, the water vapor transfer resistance of the object to be dried, the cross-sectional area of the product in the container, and the sublimation rate. Can be estimated to. Therefore, the temperature of the shelf can be accurately adjusted according to the temperature state of the object to be dried, and the object to be dried can be dried under appropriate conditions.

また、前記閾値がコラプス温度であるようにしてもよい。 Further, the threshold value may be the collapse temperature.

この場合、被乾燥物の温度がコラプス温度を超えると、被乾燥物の水分が凍結している部分が収縮するコラプス現象が生じ、被乾燥物の乾燥が良好に行われなくなる。流体シリンダの流体圧の変化に基づいて、棚の温度を適切に調節し、被乾燥物の温度がコラプス温度以下となるように維持することで、被乾燥物の乾燥を良好に行うことができる。 In this case, when the temperature of the object to be dried exceeds the collapse temperature, a collapse phenomenon occurs in which the portion where the moisture of the object to be dried is frozen shrinks, and the object to be dried cannot be dried well. By appropriately adjusting the temperature of the shelf based on the change in the fluid pressure of the fluid cylinder and keeping the temperature of the object to be dried below the collapse temperature, the object to be dried can be dried well. ..

本発明によれば、被乾燥物の乾燥状態を、よりダイレクトに検出することが出来、特に被乾燥物の乾燥状態を示す昇華面温度について、より高精度に把握することができる。 According to the present invention, the dry state of the object to be dried can be detected more directly, and in particular, the sublimation surface temperature indicating the dry state of the object to be dried can be grasped with higher accuracy.

本発明の一実施形態に係る真空乾燥装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows the schematic structure of the vacuum drying apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 図1に示す真空乾燥装置の棚に載置され、被乾燥物を収容する容器を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the container which is placed on the shelf of the vacuum drying apparatus shown in FIG. 1 and holds the object to be dried. 本発明の一実施形態に係る真空乾燥装置の制御部の機能構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the functional structure of the control part of the vacuum drying apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る真空乾燥装置における棚の温度調節方法の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the temperature control method of the shelf in the vacuum drying apparatus which concerns on one Embodiment of this invention.

以下、図面を参照し、本発明の一実施形態に係る真空乾燥装置、真空乾燥装置における棚の温度調節方法を説明する。
図1に示す真空乾燥装置1は、例えば医薬品、医薬製剤、およびその原材料などを製造するために、その原料液を凍結して真空乾燥するためのものである。上記原料液は、被乾燥物Fとして容器100に収容され、前工程で凍結させた固体状態(通常は塊状、その他形態としては海綿状、粉末状がある)である。真空乾燥装置1は、乾燥室10と、捕集部20と、制御部40と、を主に備えている。なお、本例では容器100はバイアル形状として例示し、かつ後述にて説明を行うが、生産の目的に応じてトレイ、シリンジ、アンプルなど、容器形態は変更可能である。
Hereinafter, with reference to the drawings, a vacuum drying device according to an embodiment of the present invention and a method for controlling the temperature of shelves in the vacuum drying device will be described.
The vacuum drying device 1 shown in FIG. 1 is for freezing and vacuum drying the raw material liquid in order to produce, for example, a pharmaceutical product, a pharmaceutical preparation, and a raw material thereof. The raw material liquid is contained in a container 100 as an object to be dried F and is in a solid state (usually in the form of a lump, and in other forms, in the form of sponge or powder) frozen in the previous step. The vacuum drying device 1 mainly includes a drying chamber 10, a collecting unit 20, and a control unit 40. In this example, the container 100 is illustrated as a vial shape and will be described later, but the container form such as a tray, a syringe, and an ampoule can be changed according to the purpose of production.

乾燥室10は、被乾燥物Fを真空乾燥させるための空間である。乾燥室10は、その室温および内圧(真空度)が調節される。乾燥室10内の真空度は、例えば5〜300[Pa]の範囲で調整可能とされている。乾燥室10内の温度及び真空度(内圧)はそれぞれ、図示しないセンサにより測定される。前記センサが測定結果を制御部40に送り、乾燥室10の排気速度等を変更するなどのフィードバックを行う事で、乾燥室10の内圧が、目的とする内圧に調整される。
乾燥室10内には、被乾燥物Fが載置される棚11が設けられている。棚11は、上下方向に間隔をあけた複数の棚板11aを備えている。各棚板11a上には、被乾燥物Fを収容した複数の容器100が載置される。
The drying chamber 10 is a space for vacuum-drying the object to be dried F. The room temperature and internal pressure (vacuum degree) of the drying chamber 10 are adjusted. The degree of vacuum in the drying chamber 10 can be adjusted in the range of, for example, 5 to 300 [Pa]. The temperature and the degree of vacuum (internal pressure) in the drying chamber 10 are measured by sensors (not shown), respectively. The sensor sends the measurement result to the control unit 40 and gives feedback such as changing the exhaust speed of the drying chamber 10, so that the internal pressure of the drying chamber 10 is adjusted to the target internal pressure.
A shelf 11 on which the object to be dried F is placed is provided in the drying chamber 10. The shelf 11 includes a plurality of shelf boards 11a spaced apart from each other in the vertical direction. A plurality of containers 100 containing the object to be dried F are placed on each shelf plate 11a.

棚11には、その温度を調節する調節部12が設けられている。調節部12は、例えば、棚板11aの内部に設けられた媒体流路11bに、媒体を循環させることで、棚板11aに載置された被乾燥物Fの加熱温度を調節する。熱媒体は通常、シリコーンを主成分とした油が用いられる。熱媒体には、一般的に温度範囲が−80℃〜+150℃に在る物が利用される。また、媒体を前工程の凍結目的に用いる必要が無い場合等、氷点下での性能が不問であれば、熱媒体として水を主成分とした媒体が利用される。当然では在るが、インヒビターを添加すれば水を主成分とした媒体でも不凍液の条件で利用可能である。 The shelf 11 is provided with an adjusting unit 12 for adjusting the temperature thereof. The adjusting unit 12 adjusts the heating temperature of the object to be dried F placed on the shelf board 11a by circulating the medium through, for example, the medium flow path 11b provided inside the shelf board 11a. As the heat medium, oil containing silicone as a main component is usually used. As the heat medium, a material having a temperature range of −80 ° C. to + 150 ° C. is generally used. Further, if the performance below the freezing point is unquestioned, such as when it is not necessary to use the medium for the purpose of freezing in the previous step, a medium containing water as a main component is used as the heat medium. As a matter of course, if an inhibitor is added, a medium containing water as a main component can be used under the condition of antifreeze.

調節部12は、熱媒体供給源13、供給ポンプ(図示無し)、熱媒体供給管14、供給側ヘッダ15、回収側ヘッダ16、熱媒体回収管17,熱媒体回収部18を主に備えている。熱媒体供給源13は、所謂チラー(熱媒体循環装置)である。熱媒体供給源13は、(1)熱媒体を加熱するヒータ(図示無し)等の熱源、あるいは、(2)熱源と抜熱源を内部に有している。供給ポンプ(図示無し)は、熱媒体供給源13から熱媒体を熱媒体供給管14に送り出す。 The adjusting unit 12 mainly includes a heat medium supply source 13, a supply pump (not shown), a heat medium supply pipe 14, a supply side header 15, a recovery side header 16, a heat medium recovery pipe 17, and a heat medium recovery unit 18. There is. The heat medium supply source 13 is a so-called chiller (heat medium circulation device). The heat medium supply source 13 has (1) a heat source such as a heater (not shown) for heating the heat medium, or (2) a heat source and a heat removal source inside. The supply pump (not shown) sends the heat medium from the heat medium supply source 13 to the heat medium supply pipe 14.

熱媒体供給管14に送り出された熱媒体は、供給側ヘッダ15、供給側分岐管15sを介して各棚板11aの媒体流路11bに供給される。媒体流路11bに供給された熱媒体により、棚板11a上に載置された容器100に収容された被乾燥物Fが加熱される。媒体流路11bを経た熱媒体は、回収側分岐管16s、回収側ヘッダ16、熱媒体回収管17を介して、熱媒体回収部18で回収される。 The heat medium sent out to the heat medium supply pipe 14 is supplied to the medium flow path 11b of each shelf plate 11a via the supply side header 15 and the supply side branch pipe 15s. The heat medium supplied to the medium flow path 11b heats the object to be dried F housed in the container 100 placed on the shelf plate 11a. The heat medium that has passed through the medium flow path 11b is recovered by the heat medium recovery unit 18 via the recovery side branch pipe 16s, the recovery side header 16, and the heat medium recovery pipe 17.

熱媒体供給管14には、媒体流路11bに供給される熱媒体の温度を検出する供給側温度センサ19Aが設けられている。熱媒体回収管17には、媒体流路11bから回収される熱媒体の温度を検出する回収側温度センサ19Bが設けられている。なお、供給側温度センサ19Aおよび回収側温度センサ19Bは、熱媒体供給源13に内蔵された同一用途のセンサを代用しても良い。 The heat medium supply pipe 14 is provided with a supply-side temperature sensor 19A that detects the temperature of the heat medium supplied to the medium flow path 11b. The heat medium recovery tube 17 is provided with a recovery side temperature sensor 19B that detects the temperature of the heat medium recovered from the medium flow path 11b. The supply-side temperature sensor 19A and the recovery-side temperature sensor 19B may substitute sensors for the same purpose built in the heat medium supply source 13.

調節部12における熱媒体の供給動作は、制御部40によって制御される。具体的には、制御部40は、熱媒体供給源13で熱媒体を加熱ヒータ(図示無し)の作動、熱媒体を送り出す供給ポンプの作動を制御する。制御部40は、例えば、供給側温度センサ19Aの測定値と、回収側温度センサ19Bの測定値との平均値に基づいて、媒体流路11bに供給する熱媒体の温度や流量を制御する。また、制御部40は、後に詳述するように、被乾燥物Fの温度に基づいて、調節部12における熱媒体の供給動作を制御する。なお、上記一連の熱媒体の温度や流量制御は熱媒体供給源13に内蔵された図示しない制御部が行い、制御部40は目標温度値のみを熱媒体供給源13に与える構成としても良い。 The operation of supplying the heat medium in the adjusting unit 12 is controlled by the control unit 40. Specifically, the control unit 40 controls the operation of a heater (not shown) for heating the heat medium and the operation of the supply pump for delivering the heat medium at the heat medium supply source 13. The control unit 40 controls the temperature and flow rate of the heat medium supplied to the medium flow path 11b, for example, based on the average value of the measured value of the supply side temperature sensor 19A and the measured value of the recovery side temperature sensor 19B. Further, the control unit 40 controls the supply operation of the heat medium in the adjustment unit 12 based on the temperature of the object to be dried F, as will be described in detail later. The temperature and flow rate of the series of heat media may be controlled by a control unit (not shown) built in the heat medium supply source 13, and the control unit 40 may give only the target temperature value to the heat medium supply source 13.

ここで、図2に示すように、被乾燥物Fを収容する容器100は、上方に向けて開口した開口部101を有する有底状である。被乾燥物Fは、真空乾燥装置1の前工程で、容器100の内部に、所定量が収容されている。容器100の開口部101には、予め、栓(図示無し)がセットされている。栓(図示無し)が開口部101にセットされている開栓状態で、容器100内は外部に連通していて、被乾燥物Fから昇華した水分(水蒸気)が容器100の外部に流出する。なお、後述する様に棚板移動機構によって栓は開口部101を境に雰囲気分離(閉栓)する。よって、栓の容器100に対する相対位置は、閉栓によって前記雰囲気分離を可能であり、かつ、開栓時に水分の流出が可能な位置となっている。 Here, as shown in FIG. 2, the container 100 containing the object to be dried F has a bottomed shape having an opening 101 that opens upward. A predetermined amount of the object F to be dried is housed inside the container 100 in the previous step of the vacuum drying device 1. A stopper (not shown) is set in advance in the opening 101 of the container 100. In the opened state in which the stopper (not shown) is set in the opening 101, the inside of the container 100 communicates with the outside, and the water (water vapor) sublimated from the object to be dried F flows out to the outside of the container 100. As will be described later, the shelf plate moving mechanism separates (closes) the atmosphere of the stopper with the opening 101 as a boundary. Therefore, the relative position of the stopper with respect to the container 100 is a position where the atmosphere can be separated by closing the stopper and water can flow out when the stopper is opened.

図1に示すように、棚11は、容器100内の被乾燥物Fの真空乾燥後に、栓(図示無し)で容器100の開口部101を閉栓するため、以下のような機構を備えている。
棚11の複数の棚板11aは、図示しない棚板移動機構によって、上下方向に昇降可能とされており、互いに上下に位置する棚板11aどうしの間隔が増減可能となっている。棚11の上部には、複数の棚板11aを昇降させて、その間隔を増減させるための流体シリンダ30が設けられている。
As shown in FIG. 1, the shelf 11 has the following mechanism for closing the opening 101 of the container 100 with a stopper (not shown) after vacuum drying the object F to be dried in the container 100. ..
The plurality of shelf boards 11a of the shelves 11 can be raised and lowered in the vertical direction by a shelf board moving mechanism (not shown), and the distance between the shelf boards 11a located above and below each other can be increased or decreased. A fluid cylinder 30 is provided on the upper part of the shelf 11 for raising and lowering the plurality of shelf plates 11a to increase or decrease the interval between them.

流体シリンダ30は、作動油、作動エア等の流体圧によって、上下方向に伸縮動作される。なお後述する理由により、流体は非圧縮性である事が、望ましい結果を生む。よって流体としては、非圧縮性が高い流体(例えば油や水)を選択する事が望ましい。本実施形態では、流体シリンダ30として、例えば、作動油の流体圧によって作動する油圧シリンダが用いられている。流体シリンダ30は、乾燥室10に固定されたシリンダ本体31と、シリンダ本体31に対して下方に向けて伸縮するロッド32と、を備えている。シリンダ本体31内には、ロッド32の基端部に設けられたピストン32pによって区画されることで、伸側油室31aと縮側油室31bとが形成されている。 The fluid cylinder 30 expands and contracts in the vertical direction by the fluid pressure of hydraulic oil, working air, and the like. It should be noted that the fluid is incompressible for the reasons described below, which produces desirable results. Therefore, it is desirable to select a fluid with high incompressibility (for example, oil or water) as the fluid. In the present embodiment, as the fluid cylinder 30, for example, a hydraulic cylinder operated by the fluid pressure of hydraulic oil is used. The fluid cylinder 30 includes a cylinder body 31 fixed to the drying chamber 10 and a rod 32 that expands and contracts downward with respect to the cylinder body 31. The extension side oil chamber 31a and the contraction side oil chamber 31b are formed in the cylinder body 31 by being partitioned by a piston 32p provided at the base end portion of the rod 32.

流体シリンダ30には、流体供給源33から流体シリンダ30のシリンダ本体31に対して流体(作動油)を給排する流体給排系35が接続されている。流体給排系35は、伸側配管36と、縮側配管37と、を備えている。 A fluid supply / discharge system 35 for supplying / discharging fluid (hydraulic oil) from the fluid supply source 33 to the cylinder body 31 of the fluid cylinder 30 is connected to the fluid cylinder 30. The fluid supply / discharge system 35 includes an extension side pipe 36 and a contraction side pipe 37.

流体供給源33から伸側配管36を通してシリンダ本体31内の伸側油室31aに流体が供給されると、シリンダ本体31内でピストン32pが下方に押圧される。これにより、ロッド32がシリンダ本体31から下方に向かって突出し、流体シリンダ30が下方に向かって伸長する。このロッド32の下方への突出動作にともなって、シリンダ本体31内の縮側油室31b内の流体は、縮側配管37を通して流体供給源33に戻る。 When the fluid is supplied from the fluid supply source 33 to the extension side oil chamber 31a in the cylinder body 31 through the extension side pipe 36, the piston 32p is pressed downward in the cylinder body 31. As a result, the rod 32 projects downward from the cylinder body 31, and the fluid cylinder 30 extends downward. With the downward projecting operation of the rod 32, the fluid in the contraction side oil chamber 31b in the cylinder body 31 returns to the fluid supply source 33 through the contraction side pipe 37.

流体供給源33から縮側配管37を通してシリンダ本体31内の縮側油室31bに流体が供給されると、シリンダ本体31内でピストン32pが上方に押圧される。これにより、ロッド32が上方に移動してシリンダ本体31からの下方への突出寸法が小さくなる。このようにして、流体シリンダ30が上方に向かって短縮される。このとき、ロッド32の上方への移動動作にともなって、シリンダ本体31内の伸側油室31a内の流体は、伸側配管36を通して流体供給源33に戻る。 When the fluid is supplied from the fluid supply source 33 to the contraction side oil chamber 31b in the cylinder body 31 through the contraction side pipe 37, the piston 32p is pushed upward in the cylinder body 31. As a result, the rod 32 moves upward and the downward protrusion dimension from the cylinder body 31 becomes small. In this way, the fluid cylinder 30 is shortened upward. At this time, as the rod 32 moves upward, the fluid in the extension side oil chamber 31a in the cylinder body 31 returns to the fluid supply source 33 through the extension side pipe 36.

上記流体シリンダ30の流体供給源33の動作は、制御部40により制御される。このため、伸側配管36には、伸側配管36内の流体の流体圧P1を測定する伸側圧力センサ38が設けられている。縮側配管37には、縮側配管37内の流体の流体圧P2を測定する縮側圧力センサ39(測定部)が設けられている。ところで、流体シリンダ30の伸縮動作時に於ける流体圧の時系列的な推移を説明すると、本願の構成では、伸長時および短縮時共に流体圧P2は理想的には変動しない。この理由は、流体シリンダ30が懸吊する構成物の重力以外は流体圧P2に作用しない構成である為である(この理想時における流体圧P1はゼロとする)。実際には流体圧P2は、媒体の移動抵抗や供給側分岐管15sおよび回収側分岐管16sの屈曲抵抗、対抗するシリンダに存在する流体圧P1等の影響を受ける。そのため、これらに見合う力を流体圧P2に追加する必要がある。しかしながら、停止時や微小移動時には流体圧P1以外の構成要素は無視出来る。そのため流体圧P2は、流体シリンダ30が懸吊する構成物の重力と等しいとして扱う事が出来る。 The operation of the fluid supply source 33 of the fluid cylinder 30 is controlled by the control unit 40. Therefore, the extension side pipe 36 is provided with an extension side pressure sensor 38 for measuring the fluid pressure P1 of the fluid in the extension side pipe 36. The contraction side pipe 37 is provided with a contraction side pressure sensor 39 (measurement unit) for measuring the fluid pressure P2 of the fluid in the contraction side pipe 37. By the way, to explain the time-series transition of the fluid pressure during the expansion and contraction operation of the fluid cylinder 30, in the configuration of the present application, the fluid pressure P2 ideally does not fluctuate both during expansion and contraction. The reason for this is that the fluid pressure P1 does not act on the fluid pressure P2 except for the gravity of the structure in which the fluid cylinder 30 is suspended (the fluid pressure P1 at this ideal time is set to zero). Actually, the fluid pressure P2 is affected by the movement resistance of the medium, the bending resistance of the supply side branch pipe 15s and the recovery side branch pipe 16s, the fluid pressure P1 existing in the opposing cylinder, and the like. Therefore, it is necessary to add a force corresponding to these to the fluid pressure P2. However, components other than the fluid pressure P1 can be ignored at the time of stopping or minute movement. Therefore, the fluid pressure P2 can be treated as being equal to the gravity of the component suspended by the fluid cylinder 30.

制御部40の制御により、流体シリンダ30を伸長させると、複数の棚板11aのうち、最下段の棚板11aを除いた他の全ての棚板11aが更に下方に移動され、互いに上下に位置する棚板11a同士の間隔が減少する状況となる。これにより、互いに上下に位置する棚板11a同士のうち、下方に位置する棚板11a上に載置された容器100の開口部101にセットされた栓(図示無し)は、上方に位置する棚板11aの下面によって接触後、下方に押圧される。以降、本工程を伸縮動作と区別し押圧動作と呼ぶ。これにより、栓(図示無し)が容器100の開口部101に押し込まれ、開口部101が閉栓される。この押圧動作に於ける流体圧の時系列的な推移を説明すると、本願の構成では、流体圧P1は理想的には押圧動作時のみ圧力が発生し、その他の伸縮動作時は流体圧P1がゼロとなる。すなわち、流体シリンダ30は懸吊する構成物の重力に対して同等の反力を生じれば静止でき、かつ流体シリンダ30の伸び時(重力方向で下方への移動時)に於ける動作でも構成物の重力が利用でき、流体圧P1が不要である。しかしながら、押圧動作時には複数の栓を複数の容器100の開口部101へ閉栓する押込力を発生させる必要がある。この際、流体圧P1は必要な押込力となるよう圧力調整される。本実施例に於いては、懸吊する構成物の重力と比較して10倍程度の流体圧P1となった時点において、全ての閉栓が行われる。
閉栓後、流体シリンダ30を短縮させることで、最下段の棚板11aを除いた他の全ての棚板11aを上方に移動させて元の位置に戻し、互いに上下に位置する棚板11a同士の間隔を広げる。
When the fluid cylinder 30 is extended under the control of the control unit 40, all the other shelf boards 11a other than the lowermost shelf board 11a among the plurality of shelf boards 11a are moved further downward and are positioned above and below each other. The space between the shelf boards 11a is reduced. As a result, among the shelf boards 11a located above and below each other, the stopper (not shown) set in the opening 101 of the container 100 placed on the shelf board 11a located below is a shelf located above. After contact with the lower surface of the plate 11a, it is pressed downward. Hereinafter, this process is referred to as a pressing operation to distinguish it from an expansion / contraction operation. As a result, a stopper (not shown) is pushed into the opening 101 of the container 100, and the opening 101 is closed. Explaining the time-series transition of the fluid pressure in this pressing operation, in the configuration of the present application, the fluid pressure P1 is ideally generated only during the pressing operation, and the fluid pressure P1 is generated during other expansion and contraction operations. It becomes zero. That is, the fluid cylinder 30 can be stationary if an equivalent reaction force is generated with respect to the gravity of the suspended component, and is also configured to operate when the fluid cylinder 30 is extended (moved downward in the direction of gravity). The gravity of the object can be used, and the fluid pressure P1 is unnecessary. However, during the pressing operation, it is necessary to generate a pushing force that closes the plurality of stoppers to the openings 101 of the plurality of containers 100. At this time, the fluid pressure P1 is pressure-adjusted so as to have a required pushing force. In this embodiment, all the plugs are closed when the fluid pressure P1 is about 10 times that of the gravity of the suspended component.
After closing, by shortening the fluid cylinder 30, all the other shelf boards 11a except the bottom shelf board 11a are moved upward and returned to their original positions, and the shelf boards 11a located above and below each other are moved to their original positions. Widen the interval.

捕集部20は、乾燥室10内で被乾燥物Fから昇華した水分を捕集する。捕集部20は、乾燥室10内に連通する連通口21を有している。これにより、捕集部20は、乾燥室10に接続されている。捕集部20には、捕集部20内を真空引きする真空ポンプ22が設けられている。 The collecting unit 20 collects the water sublimated from the object F to be dried in the drying chamber 10. The collecting unit 20 has a communication port 21 that communicates with the inside of the drying chamber 10. As a result, the collecting unit 20 is connected to the drying chamber 10. The collecting unit 20 is provided with a vacuum pump 22 that evacuates the inside of the collecting unit 20.

捕集部20内には、コールドトラップ23が設けられている。コールドトラップ23は、図示しない冷却媒体供給源から供給される冷却媒体が流通するチューブ状とされている。コールドトラップ23への冷却媒体の流通は、制御部40により制御される。なお、冷却媒体としては、例えばフロンガスR404Aや、シリコーンオイル等を用いることができる。 A cold trap 23 is provided in the collecting unit 20. The cold trap 23 has a tubular shape through which a cooling medium supplied from a cooling medium supply source (not shown) flows. The distribution of the cooling medium to the cold trap 23 is controlled by the control unit 40. As the cooling medium, for example, Freon gas R404A, silicone oil, or the like can be used.

コールドトラップ23は、制御部40の制御により冷却媒体が流通されることで冷却される。コールドトラップ23の表面は、乾燥室10内の被乾燥物Fから昇華した水蒸気の殆どを凝結させて捕集できることが可能な温度に冷却される。なお、コールドトラップ23の温度は、被乾燥物Fの種類、乾燥室10の到達圧力等に応じて適宜設定される。このように、コールドトラップ23は、捕集部20内を冷却し、被乾燥物Fから昇華した水分を凝結させて捕集する。 The cold trap 23 is cooled by circulating a cooling medium under the control of the control unit 40. The surface of the cold trap 23 is cooled to a temperature at which most of the water vapor sublimated from the object to be dried F in the drying chamber 10 can be condensed and collected. The temperature of the cold trap 23 is appropriately set according to the type of the object to be dried F, the ultimate pressure of the drying chamber 10, and the like. In this way, the cold trap 23 cools the inside of the collecting portion 20 and condenses and collects the water sublimated from the object to be dried F.

捕集部20の連通口21には、仕切弁24が設けられている。仕切弁24は、連通口21を閉塞可能な仕切体24aと、この仕切体24aを連通口21に対して進退させる駆動シリンダ24bと、駆動シリンダ24bを駆動する駆動源24cとを有する。駆動源24cが制御部40により駆動制御されることで、駆動シリンダ24bが仕切体24aを連通口21に対して進退される。仕切体24aを連通口21から退避させると、連通口21を通して乾燥室10と捕集部20とが互いに連通する。仕切体24aを前進させて連通口21を閉塞すると、乾燥室10と捕集部20とが遮断される。 A sluice valve 24 is provided at the communication port 21 of the collecting unit 20. The sluice valve 24 has a sluice body 24a capable of closing the communication port 21, a drive cylinder 24b for advancing and retreating the sluice body 24a with respect to the communication port 21, and a drive source 24c for driving the drive cylinder 24b. When the drive source 24c is driven and controlled by the control unit 40, the drive cylinder 24b advances and retreats the partition body 24a with respect to the communication port 21. When the partition body 24a is retracted from the communication port 21, the drying chamber 10 and the collecting unit 20 communicate with each other through the communication port 21. When the partition body 24a is advanced to close the communication port 21, the drying chamber 10 and the collecting portion 20 are blocked.

上記真空乾燥装置1では、以下のようにして被乾燥物Fの真空乾燥処理を行う。 In the vacuum drying device 1, the vacuum drying process of the object to be dried F is performed as follows.

まず、乾燥室10に図示しない搬入搬出室より被乾燥物Fを搬入する。
次いで、制御部40の制御により乾燥室10と搬入搬出室とを雰囲気分離した後、熱媒体供給源13を利用し、被乾燥物Fが凍結に至る様に抜熱を行う。抜熱経路は、被乾燥物Fから棚板11a(乾燥室10内部の気体による対流が支配的な熱流路となる)、熱媒体(熱伝導が支配的な熱流路となる)となる。最終的に熱媒体供給源13内部の抜熱源にて熱が排出される。抜熱量が固相への相転移温度を超過するに至る段階で、被乾燥物Fは凍結に至る。
First, the object to be dried F is carried into the drying room 10 from a carry-in / carry-out room (not shown).
Next, after the drying chamber 10 and the loading / unloading chamber are separated into atmospheres under the control of the control unit 40, heat is removed so that the object to be dried F freezes using the heat medium supply source 13. The heat removal path is from the object F to be dried to the shelf plate 11a (the heat flow path is dominated by convection by the gas inside the drying chamber 10) and the heat medium (the heat flow path is dominated by heat conduction). Finally, heat is discharged from the heat removal source inside the heat medium supply source 13. When the amount of heat removed exceeds the phase transition temperature to the solid phase, the object to be dried F freezes.

次いで、制御部40の制御により、乾燥室10の内部雰囲気(内圧)を被乾燥物Fがコラプス現象を発現させない圧力範囲とした上で、抜熱から転じる。このとき、調節部12は棚板11a内の媒体流路11bの媒体に熱供給し、乾燥室10内の棚11の各棚板11aを加熱する。これにより、棚板11aに載置された被乾燥物Fが加熱され、被乾燥物Fの乾燥が促進される。加熱された被乾燥物Fに含まれる氷は、この被乾燥物Fから潜熱を取り込み、昇華して水蒸気になる。水蒸気の発生は内圧の上昇要素となる。しかしながら、本構成では、仕切弁24を開放し、捕集部20内部のコールドトラップ23および真空ポンプ22を利用する事で、乾燥室10の内圧が上記圧力範囲内となるような排気可能な構成となっている。なお内圧の目標値としては、昇華面に於いてコラプス現象を発現させない値が求められる。ここで、低すぎる圧力(内圧)は容器100と棚11との接触面間に介在する気体分子量の減少を引き起こし、結果として熱流束の比例的減少を招く事(つまり乾燥が遅延する)。そのため、理想的な内圧の目標値として、後述する被乾燥物Fの昇華面温度の範囲に於いてコラプス現象を生じさせない最大の圧力を設定するのが良い。なおコラプス現象とは、凍結乾燥後に確認される溶質の立体構造が一様とならない現象を示す。つまりはコラプス現象とは、昇華面に於いて時系列的に一様な乾燥と出来ていない現象である。コラプス現象は、製品の品質面から回避すべき事象となる。 Next, under the control of the control unit 40, the internal atmosphere (internal pressure) of the drying chamber 10 is set to a pressure range in which the object to be dried F does not cause the collapse phenomenon, and then the heat is removed. At this time, the adjusting unit 12 supplies heat to the medium in the medium flow path 11b in the shelf plate 11a to heat each shelf plate 11a of the shelf 11 in the drying chamber 10. As a result, the object to be dried F placed on the shelf board 11a is heated, and the drying of the object to be dried F is promoted. The ice contained in the heated object F to be dried takes in latent heat from the object F to be dried and sublimates into steam. The generation of water vapor is a factor that raises the internal pressure. However, in this configuration, by opening the sluice valve 24 and using the cold trap 23 and the vacuum pump 22 inside the collecting unit 20, the internal pressure of the drying chamber 10 can be exhausted within the above pressure range. It has become. As the target value of the internal pressure, a value that does not cause the collapse phenomenon on the sublimation surface is required. Here, too low a pressure (internal pressure) causes a decrease in the amount of gas molecular weight intervening between the contact surfaces of the container 100 and the shelf 11, resulting in a proportional decrease in heat flux (that is, drying is delayed). Therefore, as an ideal target value of the internal pressure, it is preferable to set the maximum pressure that does not cause the collapse phenomenon in the range of the sublimation surface temperature of the object to be dried F, which will be described later. The collapse phenomenon is a phenomenon in which the three-dimensional structure of the solute confirmed after freeze-drying is not uniform. In other words, the collapse phenomenon is a phenomenon in which the sublimation surface is not uniformly dried in time series. The collapse phenomenon is an event that should be avoided from the aspect of product quality.

真空ポンプ22は、水蒸気を含む乾燥室10内の気体を捕集部20経由で排気する。真空ポンプ22は通常、気体輸送式真空ポンプで構成される為、水蒸気に対する排気速度が十分では無い。しかしながら、捕集部20内に存するコールドトラップ23は、気体ため込み式真空ポンプとして機能する。よって、乾燥室10は、真空ポンプ22およびコールドトラップ23の双方で排気される。結果として、乾燥室10は、所定の排気速度が確保されると同時に目標とする内圧を保つ事ができる。なお、上記したような真空乾燥装置1における被乾燥物Fの真空乾燥処理は、その一例を示したに過ぎず、その処理内容を適宜変更可能である。 The vacuum pump 22 exhausts the gas in the drying chamber 10 containing water vapor via the collecting unit 20. Since the vacuum pump 22 is usually composed of a gas transport type vacuum pump, the exhaust speed with respect to water vapor is not sufficient. However, the cold trap 23 existing in the collecting unit 20 functions as a gas storage type vacuum pump. Therefore, the drying chamber 10 is exhausted by both the vacuum pump 22 and the cold trap 23. As a result, the drying chamber 10 can maintain a target internal pressure at the same time as ensuring a predetermined exhaust speed. The vacuum drying process of the object to be dried F in the vacuum drying device 1 as described above is only an example thereof, and the content of the process can be changed as appropriate.

本実施形態の真空乾燥装置1の制御部40は、真空乾燥処理を行う際に、縮側圧力センサ39で測定される縮側配管37内の流体の流体圧P2に基づいて、調節部12を利用し被乾燥物Fへの熱流束、ひいては昇華面に於ける温度を制御する。制御部40は、縮側圧力センサ39の測定結果に基づいて調節部12を制御し、棚11の温度Tsを制御する。制御部40は、縮側圧力センサ39の測定結果を、被乾燥物Fを支持する棚11の重量に換算し、棚11の重量に基づいて調節部12を制御する。 The control unit 40 of the vacuum drying device 1 of the present embodiment adjusts the adjusting unit 12 based on the fluid pressure P2 of the fluid in the contracted side pipe 37 measured by the contracted side pressure sensor 39 when performing the vacuum drying process. It is used to control the heat flow to the object to be dried F and the temperature on the sublimation surface. The control unit 40 controls the adjustment unit 12 based on the measurement result of the contraction side pressure sensor 39, and controls the temperature Ts of the shelf 11. The control unit 40 converts the measurement result of the contraction side pressure sensor 39 into the weight of the shelf 11 supporting the object to be dried F, and controls the adjustment unit 12 based on the weight of the shelf 11.

乾燥室10内で棚11に載置された被乾燥物Fが乾燥すると、その昇華量(質量)に応じて重量が減少する。被乾燥物Fの重量が減少すると、被乾燥物Fの重量と被乾燥物Fを載置した棚11の自重との合計重量が減少する。被乾燥物Fと棚11との合計重量が減少すると、棚11を昇降させるために棚11を支持する流体シリンダ30に対して棚11から作用する、重力方向の下向きの力が減少する。流体シリンダ30に作用する重力方向の下向きの力が減少すると、縮側配管37内の流体圧P2が変化(増加)する。縮側配管37内の流体圧P2は、縮側圧力センサ39により測定され、その測定結果が制御部40に出力される。制御部40は、流体圧P2の測定値に基づいて、被乾燥物Fの重量(の変化)を演算により求め、調節部12による被乾燥物Fの乾燥条件を制御する。 When the object to be dried F placed on the shelf 11 in the drying chamber 10 dries, the weight decreases according to the amount of sublimation (mass) thereof. When the weight of the object to be dried F is reduced, the total weight of the weight of the object to be dried F and the weight of the shelf 11 on which the object to be dried F is placed decreases. When the total weight of the object to be dried F and the shelf 11 decreases, the downward force acting from the shelf 11 on the fluid cylinder 30 that supports the shelf 11 to raise and lower the shelf 11 decreases. When the downward force acting on the fluid cylinder 30 in the direction of gravity decreases, the fluid pressure P2 in the contraction side pipe 37 changes (increases). The fluid pressure P2 in the contraction side pipe 37 is measured by the contraction side pressure sensor 39, and the measurement result is output to the control unit 40. The control unit 40 obtains (change) the weight of the object to be dried F by calculation based on the measured value of the fluid pressure P2, and controls the drying conditions of the object to be dried F by the adjusting unit 12.

図3に示すように、制御部40は、入力受付部41と、記憶部42と、重量換算部43と、温度算出部44と、加熱温度制御部45と、を機能的に備えている。
入力受付部41は、縮側圧力センサ39の測定結果、つまり縮側配管37内の流体の流体圧P2を示す信号を縮側圧力センサ39から受け付ける。記憶部42は、制御部40において、調節部12における被乾燥物Fの加熱を制御するのに必要な各種の設定値等を記憶している。
As shown in FIG. 3, the control unit 40 functionally includes an input reception unit 41, a storage unit 42, a weight conversion unit 43, a temperature calculation unit 44, and a heating temperature control unit 45.
The input receiving unit 41 receives the measurement result of the contraction side pressure sensor 39, that is, a signal indicating the fluid pressure P2 of the fluid in the contraction side pipe 37 from the contraction side pressure sensor 39. The storage unit 42 stores various set values and the like necessary for controlling the heating of the object to be dried F in the adjusting unit 12 in the control unit 40.

重量換算部43は、入力受付部41で受け付けた流体圧P2に基づき、棚11の重量を換算する。棚11の重量は、流体シリンダ30で支持している荷重である。すなわち、棚11の重量は、被乾燥物Fの重量と、被乾燥物Fを載置した棚11の自重と、の合計重量である。 The weight conversion unit 43 converts the weight of the shelf 11 based on the fluid pressure P2 received by the input reception unit 41. The weight of the shelf 11 is the load supported by the fluid cylinder 30. That is, the weight of the shelf 11 is the total weight of the weight of the object to be dried F and the weight of the shelf 11 on which the object to be dried F is placed.

ここで、縮側圧力センサ39で測定される流体圧P2と、流体シリンダ30に作用する荷重(棚11の重量)との相関を示す換算式は、流体シリンダ30の仕様や、予め行う実験に基づいて得られる。重量換算部43では、予め得た換算式に基づいて、流体圧P2の測定結果に対応する、流体シリンダ30で支持している棚11の重量を、換算して取得する。前記予め行う実験は、被乾燥物Fの重量変動分を検出することを目的とする。そのため、前記実験の一例では、棚11に被乾燥物F全て搬入し、棚11および全ての被乾燥物F(初期状態で懸吊する質量の全て)を流体シリンダ30で懸吊させた状態を保ち、この時点の流体圧P2の値を初期値として記録する。その後、求める分解能に応じた単位で重量(質量)を除き、終点(被乾燥物Fの最終乾燥状態の重量)に至るまで各重量に対応する流体圧P2を測定および記録する。これにより、換算テーブル(またはこれを近似した換算式)を予め作成し、これを記憶部に42に保存すれば良い。 Here, the conversion formula showing the correlation between the fluid pressure P2 measured by the contraction side pressure sensor 39 and the load acting on the fluid cylinder 30 (weight of the shelf 11) is used in the specifications of the fluid cylinder 30 and in the experiment performed in advance. Obtained based on. The weight conversion unit 43 converts and acquires the weight of the shelf 11 supported by the fluid cylinder 30, which corresponds to the measurement result of the fluid pressure P2, based on the conversion formula obtained in advance. The purpose of the experiment performed in advance is to detect the weight fluctuation of the object to be dried F. Therefore, in an example of the above experiment, a state in which all the objects to be dried F are carried into the shelf 11 and the shelves 11 and all the objects to be dried F (all the mass suspended in the initial state) are suspended by the fluid cylinder 30. Keep and record the value of the fluid pressure P2 at this point as the initial value. Then, the weight (mass) is removed in units according to the required resolution, and the fluid pressure P2 corresponding to each weight is measured and recorded up to the end point (the weight of the object to be dried F in the final dried state). As a result, a conversion table (or a conversion formula that approximates this) may be created in advance and stored in the storage unit at 42.

温度算出部44は、重量換算部43で換算された棚11の重量に基づいて、被乾燥物Fの温度、特に昇華面に於ける温度を算出する。被乾燥物Fの温度の算出方法については、後に詳述する。
加熱温度制御部45は、温度算出部44で算出された被乾燥物Fの温度に基づいて、調節部12における、棚11の加熱動作を制御する。
The temperature calculation unit 44 calculates the temperature of the object to be dried F, particularly the temperature on the sublimation surface, based on the weight of the shelf 11 converted by the weight conversion unit 43. The method of calculating the temperature of the object to be dried F will be described in detail later.
The heating temperature control unit 45 controls the heating operation of the shelf 11 in the adjustment unit 12 based on the temperature of the object to be dried F calculated by the temperature calculation unit 44.

次に、本実施形態における真空乾燥装置1における温度調節方法について説明する。本実施形態における真空乾燥装置1における温度調節方法では、予め、被乾燥物Fを収容する容器100の伝熱係数Kvを求めておく。この伝熱係数Kvは容器の形状や材質、表面状況毎に異なる値を取る為、容器100が仮にバイアルと称されていても形状等が異なれば都度求めておく必要がある。
伝熱係数Kvは、下式(1)により表される。
Next, the temperature control method in the vacuum drying device 1 in the present embodiment will be described. In the temperature control method in the vacuum drying device 1 in the present embodiment, the heat transfer coefficient Kv of the container 100 containing the object to be dried F is obtained in advance. Since this heat transfer coefficient Kv takes a different value depending on the shape, material, and surface condition of the container, even if the container 100 is called a vial, it is necessary to obtain it each time if the shape or the like is different.
The heat transfer coefficient Kv is expressed by the following equation (1).

Figure 2021092327
Figure 2021092327

ここで、△H:被乾燥物Fの昇華潜熱、dm/dt:単位時間当たりの(被乾燥物F全体の)昇華水蒸気量(mass flow rate)[kg/h]、N:棚11に載置された容器100の本数、Av:容器100一本あたりの断面積(バイアル断面積)[m]、Ts:棚温度[K]、Tb:容器100の底部中心温度である。なおAv(容器100一本あたりの断面積)は、各容器100の内部の断面積ではなく、外形の断面積を意味する。また、容器100は略円柱形状(バイアル形状)を前提としている。しかしながら、容器100がバイアル形状以外の形状の場合は、容器100が棚11に接触する接触箇所(スタンプ領域)最外周に囲まれた面積、あるいは容器100の底面部の投影面積を外形断面積として取り扱えば良い。つまり、容器100一本あたりの断面積Avとは、乾燥室10の内圧に基づく平均自由行程による熱の授受が支配的な領域の面積である(以降、この領域を接触面積と呼ぶ)。 Here, ΔH: latent heat of sublimation of the object to be dried F, dm / dt: mass flow rate (mass flow rate) [kg / h] per unit time, N: placed on the shelf 11. The number of placed containers 100, Av: cross-sectional area per container 100 (vial cross-sectional area) [m 2 ], Ts: shelf temperature [K], Tb: bottom center temperature of the container 100. Note that Av (cross-sectional area per container 100) does not mean the cross-sectional area inside each container 100, but the cross-sectional area of the outer shape. Further, the container 100 is premised on a substantially cylindrical shape (vial shape). However, when the container 100 has a shape other than the vial shape, the area surrounded by the outermost circumference of the contact point (stamp area) where the container 100 contacts the shelf 11 or the projected area of the bottom surface of the container 100 is used as the outer cross-sectional area. You can handle it. That is, the cross-sectional area Av per 100 containers is the area of the region where heat transfer by the mean free path based on the internal pressure of the drying chamber 10 is dominant (hereinafter, this region is referred to as a contact area).

上式(1)は、以下の凍結乾燥のHeat mass Transferの基本式である下式(2)、(3)に基づいて得られる(なお、後述する式(6)もこの基本式の1つである)。式(2)は、棚温度Tsと、被乾燥物Fの温度としての容器100の底部中心温度Tbとの温度差と接触面積によって、容器100に熱が伝導されることに基づく(なお、接触面積内外の雰囲気は圧力を含め一定範囲である事を前提とする)。式(3)は、昇華に使われる熱量と昇華水分量は、水の昇華熱で関係付けられることに基づく。 The above equation (1) is obtained based on the following equations (2) and (3), which are the basic equations of the freeze-dried Heat mass Transfer (the equation (6) described later is also one of the basic equations. Is). Equation (2) is based on the fact that heat is conducted to the container 100 by the temperature difference between the shelf temperature Ts and the bottom center temperature Tb of the container 100 as the temperature of the object F to be dried and the contact area (note that the contact). It is assumed that the atmosphere inside and outside the area is within a certain range including pressure). Equation (3) is based on the fact that the amount of heat used for sublimation and the amount of sublimated water are related by the heat of sublimation of water.

Figure 2021092327
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Figure 2021092327
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ここで、dQ/dt:単位時間当たり熱量(heat flow rate)[J/s]である。 Here, dQ / dt: heat flow rate [J / s] per unit time.

容器100の伝熱係数Kvを求めるには、昇華潜熱△Hが既知である純水(氷:△H=2800[J/g])を入れた容器100を、真空乾燥装置1の棚11に所定数搭載する。棚11に載置した複数の容器100のうち、例えば棚11の中央や端部などに位置する容器100に、被乾燥物Fの温度(品温、容器100の底部中心温度Tb)を測定する品温センサを取り付ける。以上で述べた被乾燥物Fの温度とは、より詳しくは容器100の中心部に於ける被乾燥物Fの底面の界面部側の温度となる。しかしながら、実際の測定に於いては、容器100の底面中心に品温センサを取り付け、前記品温センサにより測定された温度(容器100の底面中心の温度)を上記被乾燥物Fの温度と見做して実施される。 In order to obtain the heat transfer coefficient Kv of the container 100, the container 100 containing pure water (ice: ΔH = 2800 [J / g]) whose sublimation latent heat ΔH is known is placed on the shelf 11 of the vacuum dryer 1. Install a predetermined number. Among the plurality of containers 100 placed on the shelf 11, the temperature of the object to be dried F (product temperature, bottom center temperature Tb of the container 100) is measured in the container 100 located at the center or the end of the shelf 11, for example. Install the product temperature sensor. More specifically, the temperature of the object to be dried F described above is the temperature on the interface side of the bottom surface of the object to be dried F in the central portion of the container 100. However, in the actual measurement, the product temperature sensor is attached to the center of the bottom surface of the container 100, and the temperature measured by the product temperature sensor (the temperature at the center of the bottom surface of the container 100) is regarded as the temperature of the object to be dried F. It will be carried out in the meantime.

この後、乾燥室10内で、実際に被乾燥物Fを凍結乾燥処理する際と同条件(容器100の本数、乾燥室10の内圧(真空度)及び温度)で乾燥させ、乾燥前後の棚11の重量を測定し、単位時間当たり昇華水蒸気量dm/dt、すなわち容器100内の純水の昇華による重量変化率を算出する。このとき、被乾燥物F(この場合は純水)が、例えば30〜80%程度昇華された段階で凍結乾燥処理を終了し、複数の容器100の重量を個別に測定するようにしてもよい。この場合、複数の容器100の平均重量ではなく、棚11上における容器100の位置依存性を調べることができる。
また、棚温度Tsの測定には、調節部12に設けられた供給側温度センサ19A、回収側温度センサ19Bを用いる。棚温度Tsとして、供給側温度センサ19Aの測定値と、回収側温度センサ19Bの測定値との平均値を用いることができる。ただし、供給側温度センサ19Aの測定値と回収側温度センサ19Bの測定値との差分が在る事は温度分布が生じている事を示すため、凍結乾燥装置として不都合である。つまり、媒体について十分流量を確保出来る設計とし、凍結乾燥時(初期等を除く安定運転時)に於ける前記差分の絶対値が1.5℃未満とする能力を持つ事が望まれる。この場合は、いずれかの温度センサを代表値として利用しても不都合はない。
After that, the object to be dried F is dried in the drying chamber 10 under the same conditions as when actually freeze-drying (the number of containers 100, the internal pressure (vacuum degree) and the temperature of the drying chamber 10), and the shelves before and after drying. The weight of 11 is measured, and the amount of sublimated water vapor per unit time is dm / dt, that is, the rate of change in weight due to the sublimation of pure water in the container 100 is calculated. At this time, the freeze-drying treatment may be completed when the object to be dried F (pure water in this case) is sublimated by, for example, about 30 to 80%, and the weights of the plurality of containers 100 may be measured individually. .. In this case, it is possible to check the position dependence of the containers 100 on the shelf 11 instead of the average weight of the plurality of containers 100.
Further, for the measurement of the shelf temperature Ts, the supply side temperature sensor 19A and the recovery side temperature sensor 19B provided in the adjusting unit 12 are used. As the shelf temperature Ts, an average value of the measured value of the supply side temperature sensor 19A and the measured value of the recovery side temperature sensor 19B can be used. However, the fact that there is a difference between the measured value of the supply side temperature sensor 19A and the measured value of the recovery side temperature sensor 19B indicates that a temperature distribution has occurred, which is inconvenient as a freeze-drying device. That is, it is desired that the medium is designed so that a sufficient flow rate can be secured, and that the absolute value of the difference during freeze-drying (during stable operation excluding the initial stage) is less than 1.5 ° C. In this case, there is no inconvenience even if any of the temperature sensors is used as a representative value.

次いで、上式(1)に、算出された昇華水蒸気量dm/dtの値、棚温度Tsの測定値、容器100の底部中心温度Tbの測定値、棚11に載置された容器100の本数N、容器100一本あたりの断面積Av(既知)を代入する。これにより、容器100の伝熱係数Kvが求められる。求められた容器100の伝熱係数Kvは、後述する生産運転である被乾燥物Fの凍結乾燥処理に於いて利用する為、記憶部42に保存される。 Next, according to the above equation (1), the calculated sublimation water vapor amount dm / dt value, the shelf temperature Ts measured value, the bottom center temperature Tb measured value of the container 100, and the number of containers 100 placed on the shelf 11 N, the cross-sectional area Av (known) per 100 containers is substituted. As a result, the heat transfer coefficient Kv of the container 100 can be obtained. The obtained heat transfer coefficient Kv of the container 100 is stored in the storage unit 42 for use in the freeze-drying treatment of the object to be dried F, which is a production operation described later.

このようにして容器100の伝熱係数Kvを求めた後、実際に、真空乾燥装置1で被乾燥物Fの凍結乾燥処理をするときには、制御部40は、以下のようにして、真空乾燥装置1における温度調節を制御する。 After obtaining the heat transfer coefficient Kv of the container 100 in this way, when the vacuum drying device 1 actually freeze-drys the object to be dried F, the control unit 40 performs the vacuum drying device as follows. Control the temperature control in 1.

まず、図4に示すように、制御部40は、予め定められた時間間隔ごとに、入力受付部41で、縮側圧力センサ39から、流体圧P2の測定結果を示す信号の入力を受け付ける(ステップS1)。 First, as shown in FIG. 4, the control unit 40 receives an input of a signal indicating the measurement result of the fluid pressure P2 from the contraction side pressure sensor 39 at the input reception unit 41 at predetermined time intervals ( Step S1).

制御部40は、流体圧P2の測定結果を受け取ると、重量換算部43で、流体圧P2に基づいて棚11の重量を換算する(ステップS2)。これには、前記したように、予め得た換算式に基づいて、流体圧P2の測定結果から、流体シリンダ30で支持している棚板11aの重量を換算して取得する。 When the control unit 40 receives the measurement result of the fluid pressure P2, the weight conversion unit 43 converts the weight of the shelf 11 based on the fluid pressure P2 (step S2). For this purpose, as described above, the weight of the shelf plate 11a supported by the fluid cylinder 30 is converted and obtained from the measurement result of the fluid pressure P2 based on the conversion formula obtained in advance.

次いで、制御部40は、温度算出部44において、取得された棚11の重量に基づいて、被乾燥物Fの温度を算出する(ステップS3)。本実施形態では、温度算出部44は、被乾燥物Fの昇華潜熱△H、棚11の重量(縮側圧力センサ39の測定結果)、容器100の断面積Avおよび予め求めた伝熱係数Kvに基づいて、被乾燥物Fの温度として、容器100の底部中心温度Tb[K]を算出する。なお昇華潜熱△Hの値は、被乾燥物Fの溶媒の値を利用すれば良い。しかしながら、溶質によって昇華潜熱△Hの値の変動が顕著な場合は、予め実験を行い求めた補正係数を前記溶媒の値に乗じた値を利用しても良い。 Next, the control unit 40 calculates the temperature of the object to be dried F in the temperature calculation unit 44 based on the acquired weight of the shelf 11 (step S3). In the present embodiment, the temperature calculation unit 44 determines the sublimation latent heat ΔH of the object to be dried F, the weight of the shelf 11 (measurement result of the contraction side pressure sensor 39), the cross-sectional area Av of the container 100, and the heat transfer coefficient Kv obtained in advance. As the temperature of the object to be dried F, the bottom center temperature Tb [K] of the container 100 is calculated based on the above. As the value of the latent heat of vaporization ΔH, the value of the solvent of the object to be dried F may be used. However, when the value of the latent heat of sublimation ΔH fluctuates significantly depending on the solute, a value obtained by multiplying the correction coefficient obtained by conducting an experiment in advance by the value of the solvent may be used.

容器100の底部中心温度Tbの算出には、上式(2)、(3)に基づいて得られる下式(4)を用いる。 The lower formula (4) obtained based on the above formulas (2) and (3) is used to calculate the bottom center temperature Tb of the container 100.

Figure 2021092327
Figure 2021092327

ここで、棚温度Tsには、供給側温度センサ19Aの測定値と、回収側温度センサ19Bの測定値との平均値を用いることができる。また、被乾燥物Fの昇華潜熱△H、棚11に載置された容器100の本数N、容器100一本あたりの断面積Avは、既知である。容器100の伝熱係数Kvには、前記の予め求めた値を用いる。これらの値を上式(4)に代入する。
また、単位時間当たり昇華水蒸気量dm/dtは、流体圧P2に基づいて換算された棚11の重量により得られる。すなわち、異なる2つの時刻それぞれにおける棚11の重量の差分から、昇華水蒸気量dm/dtを算出することができる。昇華水蒸気量dm/dtは、すなわち、被乾燥物Fの昇華速度である。
Here, as the shelf temperature Ts, an average value of the measured value of the supply side temperature sensor 19A and the measured value of the recovery side temperature sensor 19B can be used. Further, the sublimation latent heat ΔH of the object to be dried F, the number N of the containers 100 placed on the shelf 11, and the cross-sectional area Av per container 100 are known. The above-mentioned value obtained in advance is used for the heat transfer coefficient Kv of the container 100. These values are substituted into the above equation (4).
Further, the sublimation water vapor amount dm / dt per unit time is obtained by the weight of the shelf 11 converted based on the fluid pressure P2. That is, the sublimation water vapor amount dm / dt can be calculated from the difference in the weight of the shelf 11 at each of the two different times. The sublimation water vapor amount dm / dt is, that is, the sublimation rate of the object to be dried F.

さらに、凍結層L2の厚さLice(図2参照)は、容器100に収容した被乾燥物Fの重量(既知)から、昇華した被乾燥物Fの重量m(昇華量)に基づいて算出される。これにより、式(4)で算出された容器100の底部中心温度Tbを、下式(5)により、被乾燥物Fの昇華面Lfの温度Ticeに換算することができる。なお条件としては、当初の被乾燥物Fの重量mを成す溶液の凍結時の体積が既知、容器100の内部形状(通常は円柱形)が既知である事が前提となる。つまり、溶媒を昇華する前の時点に於いてLiceは容器100の内に於いて既知の厚さであり、被乾燥物Fの重量mの内、溶媒の重量に相当する質量が全て昇華した時点に於いてLiceの厚さはゼロとなる。例えば、容器100の内部形状が円柱形である場合は、その断面積は既知の厚さ位置からゼロに至るまで同一である。そのため、溶媒の昇華量、つまり昇華した被乾燥物Fの重量mとLiceの厚さは線形な比例関係(1次関数で表される関係)となる。よって、この比例関係を利用し、取得された棚11の重量から容易に凍結層L2の厚さLiceを算出する事が出来る。 Further, the thickness of the frozen layer L2 L ice (see Fig. 2) from the weight of the material to be dried F accommodated in the container 100 (known), based on the weight m of the object to be dried F sublimated (sublimation amount) calculated Will be done. Thereby, the bottom center temperature Tb of the container 100 which is calculated by the equation (4), by the following equation (5) can be converted to a temperature T ice sublimation surface Lf of the material to be dried F. As a condition, it is premised that the volume of the solution forming the weight m of the initial object F to be dried at the time of freezing is known, and the internal shape (usually a cylinder) of the container 100 is known. That, L ice at the time prior to sublimating the solvent is known thickness at the inside of the container 100, of the weight m of the object to be dried F, and all the mass corresponding to the weight of the solvent sublimed At this point, the thickness of the Lice is zero. For example, when the internal shape of the container 100 is cylindrical, its cross-sectional area is the same from a known thickness position to zero. Therefore, the amount of sublimation of the solvent, that is, the weight m of the sublimated object to be dried F and the thickness of Lice have a linear proportional relationship (relationship represented by a linear function). Therefore, the use of the proportional relation, it is possible to calculate the thickness L ice readily frozen layer L2 from the weight of the obtained rack 11.

Figure 2021092327
Figure 2021092327

ここで、Kice:凍結層L2の伝熱係数[J/s・m・K]である。この値は、既知の値として当初から記憶部42に保存される。この値は、文献あるいは実験により得られた値を利用する。 Here, Kice : the heat transfer coefficient [J / s · m · K] of the frozen layer L2. This value is stored in the storage unit 42 as a known value from the beginning. For this value, the value obtained by literature or experiment is used.

このようにして、ステップS3では、温度算出部44により、被乾燥物Fの温度として、容器100の底部中心温度Tb、及び被乾燥物Fの昇華面Lfの温度Ticeを、換算により取得することができる。 Thus, in step S3, the temperature calculation section 44, as the temperature of the material to be dried F, bottom center temperature Tb of the container 100, and the temperature T ice sublimation surface Lf of the material to be dried F, is obtained by conversion be able to.

制御部40は、加熱温度制御部45で、ステップS3において温度算出部44で算出された被乾燥物Fの温度に基づいて、調節部12における、棚11の加熱動作を制御する(ステップS4)。ここで用いる被乾燥物Fの温度は、容器100の底部中心温度Tb、及び被乾燥物Fの昇華面Lfの温度Ticeのいずれであってもよい。 The control unit 40 controls the heating operation of the shelf 11 in the adjustment unit 12 based on the temperature of the object to be dried F calculated by the temperature calculation unit 44 in step S3 by the heating temperature control unit 45 (step S4). .. Here the temperature of the object to be dried F to be used in may be any of the temperature T ice sublimation surface Lf of the bottom core temperature Tb, and the material to be dried F of the container 100.

ステップS4における、被乾燥物Fの温度に基づく、調節部12における棚11の加熱動作の具体的手法については、何ら限定するものではない。例えば、加熱温度制御部45では、被乾燥物Fの温度(容器100の底部中心温度Tb、または被乾燥物Fの昇華面Lfの温度Tice)が、コラプス温度以下を維持するように、加熱温度制御部45で調節部12の動作を制御するのが好ましい。また、真空乾燥処理の効率を高めるため、加熱温度制御部45では、被乾燥物Fの温度が、コラプス温度以下であり、かつ、なるべく高い温度となるように、加熱温度制御部45で調節部12の動作を制御するのが好ましい。なお、温度の基準として、被乾燥物Fのコラプス温度に代えて、被乾燥物Fのガラス転移点や融点や共晶点、製品として使われる際の温度などを基準としてもよい。言い換えると、例えば、原薬及び製薬の重要材料特性を前記温度の基準としてもよい。 The specific method of heating the shelf 11 in the adjusting unit 12 based on the temperature of the object F to be dried in step S4 is not limited in any way. For example, the heating temperature controller 45, so that the temperature of the material to be dried F (temperature T ice sublimation surface Lf bottom center temperature Tb or article to be dried F, the container 100), to maintain the following collapse temperature, heating It is preferable that the temperature control unit 45 controls the operation of the adjustment unit 12. Further, in order to improve the efficiency of the vacuum drying process, in the heating temperature control unit 45, the heating temperature control unit 45 adjusts the temperature of the object to be dried F so that it is equal to or lower than the collapse temperature and is as high as possible. It is preferable to control the operation of twelve. As the temperature reference, instead of the collapse temperature of the object to be dried F, the glass transition point, melting point, eutectic point, temperature when used as a product, etc. of the object to be dried F may be used as a reference. In other words, for example, the material properties of the drug substance and the pharmaceutical may be used as the reference for the temperature.

以上説明したように、本実施形態に係る真空乾燥装置1によれば、被乾燥物Fが載置される棚11を昇降させる流体シリンダ30に対して流体を給排する流体給排系35に設けられ、流体の流体圧P2を測定する縮側圧力センサ39を備える。
このような構成では、乾燥室10内で棚11に載置された被乾燥物Fが乾燥してその重量が減少すると、懸吊している被乾燥物Fと棚11との合計重量が減少する。すると、棚11を昇降させるために棚11を支持する流体シリンダ30に対し、棚11から作用する重力方向の下向きの力も減少する。これにより、流体シリンダ30内の流体圧P2が変化する。縮側圧力センサ39は、流体シリンダ30に対して給排される流体圧P2を測定するので、縮側圧力センサ39における測定結果の変化に基づいて、被乾燥物Fの乾燥に伴う重量の減少を検出することができる。被乾燥物Fの乾燥に伴う重量の変化と、流体シリンダ30の流体圧P2との変化とは、直接的に相関している。したがって、被乾燥物Fの乾燥状態を、よりダイレクトに検出し、被乾燥物Fの乾燥状態をより高精度に把握することが可能となる。
As described above, according to the vacuum drying device 1 according to the present embodiment, the fluid supply / discharge system 35 that supplies / discharges fluid to the fluid cylinder 30 that raises and lowers the shelf 11 on which the object to be dried F is placed is provided. It is provided and includes a contraction side pressure sensor 39 for measuring the fluid pressure P2 of the fluid.
In such a configuration, when the object to be dried F placed on the shelf 11 in the drying chamber 10 dries and its weight decreases, the total weight of the suspended object F to be dried and the shelf 11 decreases. To do. Then, the downward force acting on the shelf 11 in the direction of gravity also decreases with respect to the fluid cylinder 30 that supports the shelf 11 in order to raise and lower the shelf 11. As a result, the fluid pressure P2 in the fluid cylinder 30 changes. Since the contraction side pressure sensor 39 measures the fluid pressure P2 supplied to and discharged from the fluid cylinder 30, the weight of the object to be dried F is reduced due to drying based on the change in the measurement result of the contraction side pressure sensor 39. Can be detected. The change in weight of the object to be dried F due to drying and the change in fluid pressure P2 of the fluid cylinder 30 are directly correlated with each other. Therefore, the dry state of the object to be dried F can be detected more directly, and the dry state of the object to be dried F can be grasped with higher accuracy.

また、真空乾燥装置1は、棚11の温度Tsを調節する調節部12と、縮側圧力センサ39の測定結果に基づいて調節部12を制御する制御部40と、を更に備える。
このような構成では、縮側圧力センサ39の測定結果、つまり流体シリンダ30の流体圧P2の変化に基づいて、被乾燥物Fの乾燥に伴う重量の変化を把握することができる。これにより、制御部40で、流体シリンダ30の流体圧P2の変化に基づいて調節部12における棚11の温度Tsを調節することで、被乾燥物Fの乾燥状態に応じて、被乾燥物Fを乾燥させるための棚11の温度Tsを適切に調節することができる。
Further, the vacuum drying device 1 further includes an adjusting unit 12 for adjusting the temperature Ts of the shelf 11 and a controlling unit 40 for controlling the adjusting unit 12 based on the measurement result of the contraction side pressure sensor 39.
In such a configuration, it is possible to grasp the change in weight of the object to be dried F due to drying based on the measurement result of the contraction side pressure sensor 39, that is, the change in the fluid pressure P2 of the fluid cylinder 30. As a result, the control unit 40 adjusts the temperature Ts of the shelf 11 in the adjusting unit 12 based on the change in the fluid pressure P2 of the fluid cylinder 30, so that the object F to be dried is adjusted according to the dry state of the object F to be dried. The temperature Ts of the shelf 11 for drying the fluid can be appropriately adjusted.

また、制御部40は、縮側圧力センサ39の測定結果を、被乾燥物Fを支持する棚11の重量に換算し、棚11の重量に基づいて調節部12を制御する。
このような構成では、棚11の自重は既知である。このため、縮側圧力センサ39の測定結果である流体シリンダ30の流体圧P2の測定結果から、被乾燥物Fの重量と棚11の自重との合計重量を換算して求めることで、被乾燥物Fの乾燥状態の変化を把握することができる。したがって、被乾燥物Fの乾燥状態に応じて、棚11の温度Tsを適切に調節することができる。
Further, the control unit 40 converts the measurement result of the contraction side pressure sensor 39 into the weight of the shelf 11 supporting the object to be dried F, and controls the adjustment unit 12 based on the weight of the shelf 11.
In such a configuration, the weight of the shelf 11 is known. Therefore, from the measurement result of the fluid pressure P2 of the fluid cylinder 30 which is the measurement result of the contraction side pressure sensor 39, the total weight of the weight of the object to be dried F and the own weight of the shelf 11 is converted and obtained to be dried. It is possible to grasp the change in the dry state of the object F. Therefore, the temperature Ts of the shelf 11 can be appropriately adjusted according to the dry state of the object F to be dried.

また、制御部40は、被乾燥物Fの昇華潜熱△H、棚11の重量(縮側圧力センサ39の測定結果)、容器100の断面積Avおよび伝熱係数Kvに基づいて、棚11の温度Tsを調節する。
このような構成では、被乾燥物Fの昇華潜熱△H、棚11の重量、容器100の断面積Avおよび伝熱係数Kvに基づいて、被乾燥物Fの温度(容器100の底部中心温度Tb、被乾燥物Fの昇華面Lfの温度Tice)を演算して求めることができる。これにより、被乾燥物Fの温度状態に応じて、棚11の温度Tsを調節することで、被乾燥物Fの乾燥を適切な条件下で実行することができる。
Further, the control unit 40 of the shelf 11 is based on the sublimation latent heat ΔH of the object to be dried F, the weight of the shelf 11 (measurement result of the contraction side pressure sensor 39), the cross-sectional area Av of the container 100, and the heat transfer coefficient Kv. Adjust the temperature Ts.
In such a configuration, the temperature of the object F to be dried (the bottom center temperature Tb of the container 100) is based on the latent heat of sublimation ΔH of the object F to be dried, the weight of the shelf 11, the cross-sectional area Av of the container 100, and the heat transfer coefficient Kv. , The temperature of the sublimation surface Lf of the object to be dried F ( Tice ) can be calculated and obtained. Thereby, by adjusting the temperature Ts of the shelf 11 according to the temperature state of the object to be dried F, the object to be dried F can be dried under appropriate conditions.

また、制御部40は、被乾燥物Fの温度がコラプス温度以下になるように、縮側圧力センサ39の測定結果に基づいて調節部12を制御する。
仮に被乾燥物Fの温度が一部の領域のみでもコラプス温度を超えると、被乾燥物Fの水分が凍結している部分が収縮するコラプス現象が生じ、被乾燥物Fの乾燥が良好に行われず、品質が劣化する。本実施形態における構成では、流体シリンダ30の流体圧P2の変化に基づいて、棚11の温度Tsを適切に調節し、被乾燥物Fの温度、特に昇華面温度がコラプス温度以下となるように維持することで、被乾燥物Fの乾燥を良好に行うことができる。
Further, the control unit 40 controls the adjustment unit 12 based on the measurement result of the contraction side pressure sensor 39 so that the temperature of the object to be dried F becomes equal to or lower than the collapse temperature.
If the temperature of the object to be dried F exceeds the collapse temperature even in only a part of the region, a collapse phenomenon occurs in which the portion of the object to be dried F in which the moisture is frozen shrinks, and the object to be dried F is dried well. However, the quality deteriorates. In the configuration of the present embodiment, the temperature Ts of the shelf 11 is appropriately adjusted based on the change of the fluid pressure P2 of the fluid cylinder 30, so that the temperature of the object to be dried F, particularly the sublimation surface temperature is equal to or lower than the collapse temperature. By maintaining the temperature, the object to be dried F can be satisfactorily dried.

本実施形態に係る真空乾燥装置1における棚11の温度調節方法によれば、棚11を昇降させる流体シリンダ30に対して流体を給排する流体給排系35における流体の流体圧P2に基づいて、棚11の温度Tsを調節する。
このような構成では、乾燥室10内で棚11に載置された被乾燥物Fが乾燥してその重量が減少すると、被乾燥物Fと棚11との合計重量が減少する。すると、棚11を昇降させるために棚11を支持する流体シリンダ30に対し、棚11から作用する重力方向の下向きの力が減少する。これにより、流体シリンダ30内の流体圧が変化する。縮側圧力センサ39は、流体シリンダ30に対して給排される流体圧P2を測定するので、縮側圧力センサ39における測定結果の変化に基づいて、被乾燥物Fの乾燥に伴う重量の減少を検出することができる。被乾燥物Fの乾燥に伴う重量の変化と、流体シリンダ30の流体圧P2との変化とは、直接的に相関している。したがって、被乾燥物Fの乾燥状態を、よりダイレクトに検出し、被乾燥物Fの乾燥状態をより高精度に把握することが可能となる。
According to the temperature control method of the shelf 11 in the vacuum drying device 1 according to the present embodiment, the fluid pressure P2 of the fluid in the fluid supply / discharge system 35 that supplies / discharges the fluid to the fluid cylinder 30 that raises and lowers the shelf 11 is used. , Adjust the temperature Ts of the shelf 11.
In such a configuration, when the object to be dried F placed on the shelf 11 in the drying chamber 10 dries and its weight decreases, the total weight of the object to be dried F and the shelf 11 decreases. Then, the downward force acting on the shelf 11 in the direction of gravity decreases with respect to the fluid cylinder 30 that supports the shelf 11 in order to raise and lower the shelf 11. As a result, the fluid pressure in the fluid cylinder 30 changes. Since the contraction side pressure sensor 39 measures the fluid pressure P2 supplied to and discharged from the fluid cylinder 30, the weight of the object to be dried F is reduced due to drying based on the change in the measurement result of the contraction side pressure sensor 39. Can be detected. The change in weight of the object to be dried F due to drying and the change in fluid pressure P2 of the fluid cylinder 30 are directly correlated with each other. Therefore, the dry state of the object to be dried F can be detected more directly, and the dry state of the object to be dried F can be grasped with higher accuracy.

また、真空乾燥装置1における棚11の温度調節方法によれば、流体圧P2を、被乾燥物Fを支持する棚11の重量に換算し、棚11の重量に基づいて棚11の温度Tsを制御する。
このような構成では、棚11の自重は既知であるため、また被乾燥物Fに付帯する自重も既知と出来るため、流体シリンダ30の流体圧P2から、被乾燥物Fを支持する棚11の重量、つまり被乾燥物Fと棚11との合計重量を換算して求めることで、被乾燥物Fの乾燥状態の変化を把握することができる。したがって、被乾燥物Fの乾燥状態に応じて、棚11の温度Tsを適切に調節することができる。
Further, according to the temperature control method of the shelf 11 in the vacuum drying device 1, the fluid pressure P2 is converted into the weight of the shelf 11 supporting the object to be dried F, and the temperature Ts of the shelf 11 is calculated based on the weight of the shelf 11. Control.
In such a configuration, since the own weight of the shelf 11 is known and the own weight attached to the object to be dried F can also be known, the fluid pressure P2 of the fluid cylinder 30 allows the shelf 11 to support the object to be dried F. By converting the weight, that is, the total weight of the object to be dried F and the shelf 11, the change in the dry state of the object to be dried F can be grasped. Therefore, the temperature Ts of the shelf 11 can be appropriately adjusted according to the dry state of the object F to be dried.

本実施形態に係る真空乾燥装置1における棚11の温度調節方法によれば、被乾燥物Fを支持する棚11の重量に基づいて棚11の温度Tsを調節する。
このような構成では、乾燥室10内で棚11に載置された被乾燥物Fが乾燥すると、被乾燥物Fと被乾燥物Fを載置した棚11との合計重量が減少する。これにより、被乾燥物Fを支持する棚11の重量から、被乾燥物Fの乾燥状態を把握することができる。したがって、被乾燥物Fの乾燥状態を、例えば昇華する水蒸気量を測定する手法と比べ、よりダイレクトな検出が行われる事から、被乾燥物Fの乾燥状態をより高精度に把握することが可能となる。
According to the method for adjusting the temperature of the shelf 11 in the vacuum drying device 1 according to the present embodiment, the temperature Ts of the shelf 11 is adjusted based on the weight of the shelf 11 supporting the object to be dried F.
In such a configuration, when the object to be dried F placed on the shelf 11 in the drying chamber 10 dries, the total weight of the object to be dried F and the shelf 11 on which the object to be dried F is placed decreases. Thereby, the dry state of the object to be dried F can be grasped from the weight of the shelf 11 supporting the object to be dried F. Therefore, the dry state of the object to be dried F can be detected more directly than the method of measuring the amount of sublimated water vapor, for example, so that the dry state of the object to be dried F can be grasped with higher accuracy. It becomes.

また、本実施形態に係る真空乾燥装置1における棚11の温度調節方法によれば、被乾燥物Fは、容器100内に収容された状態で棚11に載置され、被乾燥物Fの昇華潜熱△H、棚11の重量(縮側圧力センサ39の測定結果)、容器100の断面積Avおよび伝熱係数Kvに基づいて、棚11の温度Tsを調節する。
このような構成では、棚11の重量、被乾燥物Fの昇華潜熱△H、縮側圧力センサ39の測定結果、容器100の断面積Avおよび伝熱係数Kvに基づいて、被乾燥物Fの温度を演算して求めることができる。これにより、被乾燥物Fの温度状態に応じて棚11の温度Tsを調節することで、被乾燥物Fの乾燥を適切な条件下で実行することができる。
Further, according to the temperature control method of the shelf 11 in the vacuum drying device 1 according to the present embodiment, the object to be dried F is placed on the shelf 11 in a state of being housed in the container 100, and the object to be dried F is sublimated. The temperature Ts of the shelf 11 is adjusted based on the latent heat ΔH, the weight of the shelf 11 (measurement result of the contraction side pressure sensor 39), the cross-sectional area Av of the container 100, and the heat transfer coefficient Kv.
In such a configuration, based on the weight of the shelf 11, the sublimation latent heat ΔH of the object to be dried, the measurement result of the contraction side pressure sensor 39, the cross-sectional area Av of the container 100, and the heat transfer coefficient Kv, the object to be dried F The temperature can be calculated and obtained. Thereby, by adjusting the temperature Ts of the shelf 11 according to the temperature state of the object to be dried F, the object to be dried F can be dried under appropriate conditions.

また、本実施形態に係る真空乾燥装置1における棚11の温度調節方法によれば、被乾燥物Fの温度がコラプス温度以下になるように、棚11の重量に基づいて棚11の温度Tsを制御する。
このような構成では、被乾燥物Fの温度がコラプス温度を超えると、被乾燥物Fの水分が凍結している部分が収縮するコラプス現象が生じ、被乾燥物Fの乾燥が良好に行われなくなる。流体シリンダ30の流体圧P2の変化に基づいて、棚11の温度Tsを適切に調節し、被乾燥物Fの温度がコラプス温度以下となるように維持することで、被乾燥物Fの乾燥を良好に行うことができる。
Further, according to the temperature control method of the shelf 11 in the vacuum drying device 1 according to the present embodiment, the temperature Ts of the shelf 11 is set based on the weight of the shelf 11 so that the temperature of the object to be dried F is equal to or lower than the collapse temperature. Control.
In such a configuration, when the temperature of the object to be dried exceeds the collapse temperature, a collapse phenomenon occurs in which the portion where the moisture of the object to be dried F is frozen shrinks, and the object to be dried F is dried well. It disappears. By appropriately adjusting the temperature Ts of the shelf 11 based on the change in the fluid pressure P2 of the fluid cylinder 30 and maintaining the temperature of the object to be dried F to be equal to or lower than the collapse temperature, the object to be dried F can be dried. Can be done well.

(実施形態の変形例)
上記実施形態では、ステップS3において、棚11の重量に基づいて被乾燥物Fの温度を算出するに際し、温度算出部44は、被乾燥物Fの昇華潜熱△H、棚11の重量(縮側圧力センサ39の測定結果)、容器100の断面積Avおよび伝熱係数Kvに基づいて、被乾燥物Fの温度を算出するようにしたが、これに限らない。
(Modified example of the embodiment)
In the above embodiment, when calculating the temperature of the object to be dried F based on the weight of the shelf 11 in step S3, the temperature calculation unit 44 determines the sublimation latent heat ΔH of the object to be dried F and the weight of the shelf 11 (contracted side). The temperature of the object to be dried F is calculated based on the measurement result of the pressure sensor 39), the cross-sectional area Av of the container 100, and the heat transfer coefficient Kv, but the temperature is not limited to this.

例えば、ステップS3において、棚11の重量に基づいて被乾燥物Fの温度を算出するには、乾燥室10の内圧、被乾燥物Fについての水蒸気移動抵抗Rp、容器100における1本あたりの製品断面積Ap、棚11の重量に基づいて、棚11の温度Tsを調節するようにしてもよい。なおAp(容器100における1本あたりの製品断面積)は、Avと異なり、各容器100における内部の断面積を意味する。 For example, in step S3, in order to calculate the temperature of the object to be dried F based on the weight of the shelf 11, the internal pressure of the drying chamber 10, the water vapor transfer resistance Rp for the object to be dried F, and the product per product in the container 100 are used. The temperature Ts of the shelf 11 may be adjusted based on the cross-sectional area Ap and the weight of the shelf 11. Note that Ap (product cross-sectional area per container 100) is different from Av and means the internal cross-sectional area of each container 100.

本変形例における真空乾燥装置1における温度調節方法では、予め、被乾燥物Fの既乾燥層L1(図2参照)の水蒸気移動抵抗Rpを求めておく。
水蒸気移動抵抗Rpを求めるには、実際に真空乾燥処理の対象物である被乾燥物Fを容器100に入れ、真空乾燥装置1の棚11に所定数搭載する。容器100には、被乾燥物Fの温度(容器100の底部中心温度Tb)を測定する品温センサを取り付ける。
In the temperature control method in the vacuum drying apparatus 1 in this modification, the water vapor transfer resistance Rp of the already dried layer L1 (see FIG. 2) of the object to be dried F is obtained in advance.
In order to obtain the water vapor transfer resistance Rp, a predetermined number of objects F to be dried, which are actually objects to be vacuum-dried, are placed in the container 100 and mounted on the shelf 11 of the vacuum drying device 1. A product temperature sensor for measuring the temperature of the object F to be dried (the bottom center temperature Tb of the container 100) is attached to the container 100.

この後、乾燥室10内で、実際に被乾燥物Fを凍結乾燥処理する際と同条件(乾燥室10の内圧(真空度)、及び温度)で乾燥させ、乾燥前後の棚11の重量を測定し、単位時間当たり昇華水蒸気量dm/dtを算出する。このとき、被乾燥物Fが、例えば30〜50%程度昇華された段階で、凍結乾燥処理を終了し、複数の容器100の重量を個別に測定するようにしてもよい。この場合、容器100の平均重量ではなく、棚11上における容器100の位置依存性を調べることができる。 After that, the object to be dried F is dried under the same conditions (internal pressure (vacuum degree) and temperature of the drying chamber 10) as in the actual freeze-drying treatment in the drying chamber 10, and the weight of the shelf 11 before and after drying is reduced. Measure and calculate the sublimation water vapor amount dm / dt per unit time. At this time, when the object to be dried F is sublimated by, for example, about 30 to 50%, the freeze-drying treatment may be completed and the weights of the plurality of containers 100 may be individually measured. In this case, the position dependence of the container 100 on the shelf 11 can be examined instead of the average weight of the container 100.

次いで、下式(6)を変形することで得られる式(7)により、水蒸気移動抵抗Rpを算出する。 Next, the water vapor transfer resistance Rp is calculated by the formula (7) obtained by modifying the following formula (6).

Figure 2021092327
Figure 2021092327

Figure 2021092327
Figure 2021092327

ここで、Ap:容器100における1本あたりの製品断面積[m]、Pice:昇華面圧力[Pa]、PDC:乾燥室の内圧[Pa]、Rp:水蒸気移動抵抗[Pa・m・s/g]である。昇華面圧力Piceとは、図2において、水分が昇華することで容器100内の被乾燥物Fの上層部に生成される既乾燥層L1と、既乾燥層L1の下側で未だ凍結している凍結層L2と、の境界に形成される昇華面Lfに作用する圧力である。上式(6)は、昇華面圧力Piceと乾燥室の内圧PDCの差圧によって水分が昇華することに基づく(式(6)は、凍結乾燥のHeat mass Transferの基本式の1つである)。 Here, Ap: product cross-sectional area per container 100 [m 2 ], Piece : sublimation surface pressure [Pa], P DC : internal pressure of drying chamber [Pa], Rp: water vapor transfer resistance [Pa · m 2 · s / g]. In FIG. 2, the sublimation surface pressure Picke is the dried layer L1 generated in the upper layer of the object to be dried F in the container 100 due to the sublimation of water, and the dried layer L1 is still frozen under the dried layer L1. This is the pressure acting on the sublimation surface Lf formed at the boundary between the frozen layer L2 and the frozen layer L2. Equation (6) is based on the moisture is sublimated by the differential pressure of the internal pressure P DC sublimation surface pressure P ice and the drying chamber (equation (6) is one of the basic formula for Heat mass Transfer lyophilization is there).

式(7)に、算出された昇華水蒸気量dm/dtの値、容器100における1本あたりの製品断面積Ap,被乾燥物Fの昇華面圧力Pice、乾燥室の内圧PDCを代入する。これにより、水蒸気移動抵抗Rpが求められる。なお実際には、式(7)に示しているように、昇華面圧力Piceは、被乾燥物Fの昇華面Lfの温度Ticeによって表すことができる。前記温度Ticeは、例えば、上記(5)式に基づいて、容器100の底部中心温度Tbから求めることができる。 In equation (7), and substitutes the calculated value of sublimated water vapor dm / dt, product cross-sectional area Ap per one of the container 100, the sublimation surface pressure P ice of the material to be dried F, the internal pressure P DC of the drying chamber .. As a result, the water vapor transfer resistance Rp is obtained. Note In practice, as shown in Equation (7), the sublimation surface pressure P ice can be represented by the temperature T ice sublimation surface Lf of the material to be dried F. Wherein the temperature T ice, for example, based on the above equation (5) can be obtained from the bottom center temperature Tb of the container 100.

水蒸気移動抵抗Rpは、被乾燥物Fの材料ごとに異なるため、材料ごとに、上記と同様にして、水蒸気移動抵抗Rpを算出するのが好ましい。また、水蒸気移動抵抗Rpは、既乾燥層L1の厚みに対する依存性があるため、既乾燥層L1の厚みを複数段階に異ならせて上記と同様の水蒸気移動抵抗Rpの算出を行うのが好ましい。さらには、既乾燥層L1の厚みと、水蒸気移動抵抗Rpとの相関を示す関数を設定し、この関数に基づいて、既乾燥層L1の厚みに応じた水蒸気移動抵抗Rpを求めるようにしてもよい。このような関数としては、例えば、
Rp=Rp’x(Lmax−Lice
のようなものがある。ここで、Lmaxは、凍結層L2の最大(初期)厚み、Liceは凍結層L2の厚みである。
また本実施形態のように、容器100を栓(例えばゴム栓)で閉塞する場合、水蒸気移動抵抗Rpは、既乾燥層についての水蒸気移動抵抗と栓の水蒸気移動抵抗と、の和となる。
Since the water vapor transfer resistance Rp differs depending on the material of the object F to be dried, it is preferable to calculate the water vapor transfer resistance Rp for each material in the same manner as described above. Further, since the water vapor transfer resistance Rp depends on the thickness of the dried layer L1, it is preferable to calculate the water vapor transfer resistance Rp in the same manner as described above by varying the thickness of the dried layer L1 in a plurality of steps. Further, even if a function showing the correlation between the thickness of the dry layer L1 and the water vapor transfer resistance Rp is set, and the water vapor transfer resistance Rp according to the thickness of the dry layer L1 is obtained based on this function. Good. Such a function is, for example,
Rp = Rp'x (L max -L ice )
There is something like. Here, L max is the maximum (initial) thickness of the frozen layer L2, and Lice is the thickness of the frozen layer L2.
Further, when the container 100 is closed with a stopper (for example, a rubber stopper) as in the present embodiment, the water vapor transfer resistance Rp is the sum of the water vapor transfer resistance of the already dried layer and the water vapor transfer resistance of the stopper.

このようにして水蒸気移動抵抗Rpを求めた後、実際に、真空乾燥装置1で被乾燥物Fの凍結乾燥処理を実行する。
図4に示すように、上記実施形態と同様にして、制御部40は、予め定められた時間間隔ごとに、入力受付部41で、縮側圧力センサ39における流体圧P2の測定結果を示す信号の入力を受け付ける(ステップS1)。
制御部40は、流体圧P2の測定結果を受け取ると、重量換算部43で、流体圧P2に基づいて棚11の重量を換算する(ステップS2)。
After obtaining the water vapor transfer resistance Rp in this way, the vacuum drying device 1 actually executes the freeze-drying treatment of the object to be dried F.
As shown in FIG. 4, in the same manner as in the above embodiment, the control unit 40 is a signal indicating the measurement result of the fluid pressure P2 in the contraction side pressure sensor 39 at the input reception unit 41 at predetermined time intervals. (Step S1).
When the control unit 40 receives the measurement result of the fluid pressure P2, the weight conversion unit 43 converts the weight of the shelf 11 based on the fluid pressure P2 (step S2).

次いで、制御部40は、温度算出部44において、取得された棚11の重量に基づいて、被乾燥物Fの温度を算出する(ステップS3)。本変形例では、制御部40の温度算出部44は、乾燥室10の内圧PDC、上記で求めた被乾燥物Fの水蒸気移動抵抗Rp、容器100の本数N、容器100における1本あたりの製品断面積Ap、ステップS2で換算した棚11の重量から算出される単位時間当たり昇華水蒸気量dm/dtに基づいて、下式(8)により、被乾燥物Fの温度として、被乾燥物Fの昇華面Lfの温度Ticeを算出する。 Next, the control unit 40 calculates the temperature of the object to be dried F in the temperature calculation unit 44 based on the acquired weight of the shelf 11 (step S3). In this modification, the temperature calculation section 44 of the controller 40, the internal pressure P DC of the drying chamber 10, the water vapor transfer resistance Rp of the material to be dried F obtained above, the number of the container 100 N, per one of the containers 100 Based on the product cross-sectional area Ap and the sublimation water vapor amount dm / dt calculated from the weight of the shelf 11 converted in step S2, the temperature of the object to be dried F is determined by the following formula (8). It calculates the temperature T ice for sublimation surface Lf.

Figure 2021092327
Figure 2021092327

さらに、上式(5)に基づいて、被乾燥物Fの昇華面Lfの温度Ticeを、容器100の底部中心温度Tbに換算し、これを被乾燥物Fの温度とすることもできる。
このようにして、被乾燥物Fの温度として、被乾燥物Fの昇華面Lfの温度Tice、または容器100の底部中心温度Tbを取得する。
Further, based on the above equation (5), the temperature T ice sublimation surface Lf of the material to be dried F, in terms of bottom core temperature Tb of the container 100, which may be a temperature of the material to be dried F.
In this manner, as the temperature of the material to be dried F, acquires the temperature T ice or bottom center temperature Tb of the container 100, the sublimation surface Lf of the material to be dried F.

この後、ステップS4では、上記実施形態と同様、加熱温度制御部45で、ステップS3において温度算出部44で算出された被乾燥物Fの温度に基づいて、調節部12における、棚11の加熱動作を制御する。 After that, in step S4, as in the above embodiment, the heating temperature control unit 45 heats the shelf 11 in the adjusting unit 12 based on the temperature of the object to be dried F calculated by the temperature calculation unit 44 in step S3. Control the operation.

本変形例の真空乾燥装置1、真空乾燥装置1における棚11の温度調節方法によれば、また、被乾燥物Fは、容器100内に収容された状態で棚11に載置され、制御部40は、乾燥室10の内圧、被乾燥物Fについての水蒸気移動抵抗Rp、容器100における1本あたりの製品断面積Ap、棚11の重量に基づいて、棚11の温度Tsを調節する。
このような構成では、乾燥室10の内圧、被乾燥物Fについての水蒸気移動抵抗Rp、容器100における1本あたりの製品断面積Ap、棚11の重量に基づいて、被乾燥物Fの温度を演算して求めることができる。このため、被乾燥物Fの温度状態に応じて棚11の温度Tsを調節することで、被乾燥物Fの乾燥を適切な条件下で実行することができる。
According to the vacuum drying device 1 and the temperature control method of the shelf 11 in the vacuum drying device 1 of this modification, the object to be dried F is placed on the shelf 11 in a state of being housed in the container 100, and the control unit. 40 adjusts the temperature Ts of the shelf 11 based on the internal pressure of the drying chamber 10, the water vapor transfer resistance Rp for the object F to be dried, the product cross-sectional area Ap per product in the container 100, and the weight of the shelf 11.
In such a configuration, the temperature of the object to be dried F is determined based on the internal pressure of the drying chamber 10, the water vapor transfer resistance Rp for the object to be dried F, the product cross-sectional area Ap per container 100, and the weight of the shelf 11. It can be calculated and calculated. Therefore, by adjusting the temperature Ts of the shelf 11 according to the temperature state of the object to be dried F, the object to be dried F can be dried under appropriate conditions.

なお、本発明の技術的範囲は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。 The technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

例えば、上記実施形態において、棚11の重量を換算して取得するために、縮側圧力センサ39で縮側配管37内の流体圧P2を測定するようにしたが、これに限らない。伸側圧力センサ38で、縮側配管37の流体圧を測定するようにしてもよいし、縮側圧力センサ39で測定される縮側配管37内の流体圧P2と、伸側圧力センサ38で測定される伸側配管36内の流体圧との差圧に基づいて、棚11の重量を換算して取得するようにしてもよい。 For example, in the above embodiment, the fluid pressure P2 in the contraction side pipe 37 is measured by the contraction side pressure sensor 39 in order to convert and acquire the weight of the shelf 11, but the present invention is not limited to this. The extension side pressure sensor 38 may measure the fluid pressure of the contraction side pipe 37, or the fluid pressure P2 in the contraction side pipe 37 measured by the contraction side pressure sensor 39 and the extension side pressure sensor 38 may be used. The weight of the shelf 11 may be converted and obtained based on the pressure difference from the fluid pressure in the extension side pipe 36 to be measured.

また、上記実施形態において、縮側圧力センサ39で測定された縮側配管37内の流体圧P2に基づいて、被乾燥物Fの温度(容器100の底部中心温度Tb、または被乾燥物Fの昇華面Lfの温度Tice)を得て、調節部12の制御を行うようにしたが、これに限らない。縮側圧力センサ39で測定された縮側配管37内の流体圧P2に基づいて、被乾燥物Fの昇華面圧力Piceをキーとして、調節部12の制御を行うようにしてもよい。 Further, in the above embodiment, based on the fluid pressure P2 in the contraction side pipe 37 measured by the contraction side pressure sensor 39, the temperature of the object to be dried F (the bottom center temperature Tb of the container 100 or the object to be dried F). to obtain a temperature T ice) sublimation surface Lf, and to perform the control of the regulatory unit 12 is not limited to this. Based on the fluid pressure P2 in the contraction side pipe 37 measured by the contraction side pressure sensor 39, the adjusting unit 12 may be controlled using the sublimation surface pressure Picke of the object to be dried F as a key.

その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。 In addition, it is possible to replace the components in the embodiment with well-known components as appropriate without departing from the spirit of the present invention, and the above-mentioned modifications may be appropriately combined.

1 真空乾燥装置
10 乾燥室
11 棚
12 調節部
20 捕集部
30 流体シリンダ
35 流体給排系
39 縮側圧力センサ(測定部)
40 制御部
100 バイアル
F 被乾燥物
△H 昇華潜熱
Kv 伝熱係数
L1 既乾燥層
P2 流体圧
Rp 水蒸気移動抵抗
Tice 温度
Ts 温度
1 Vacuum drying device 10 Drying chamber 11 Shelf 12 Adjusting unit 20 Collection unit 30 Fluid cylinder 35 Fluid supply / discharge system 39 Compression side pressure sensor (measurement unit)
40 Control unit 100 Vial F To be dried ΔH Sublimation latent heat Kv Heat transfer coefficient L1 Dried layer P2 Fluid pressure Rp Water vapor transfer resistance Ts Temperature Ts Temperature

Claims (12)

乾燥室と、
前記乾燥室内に配置され、被乾燥物が載置される棚と、
前記棚を昇降させる流体シリンダと、
前記流体シリンダに対して流体を給排する流体給排系と、
前記流体給排系に設けられ、前記流体の流体圧を測定する測定部と、
前記被乾燥物から昇華した水分を捕集する捕集部と、を備える真空乾燥装置。
Drying room and
A shelf placed in the drying chamber and on which the object to be dried is placed,
A fluid cylinder that raises and lowers the shelf,
A fluid supply / discharge system that supplies / discharges fluid to the fluid cylinder,
A measuring unit provided in the fluid supply / discharge system and measuring the fluid pressure of the fluid,
A vacuum drying device including a collecting unit for collecting water sublimated from the object to be dried.
前記棚の温度を調節する調節部と、
前記測定部の測定結果に基づいて前記調節部を制御する制御部と、を更に備える請求項1に記載の真空乾燥装置。
An adjusting unit that adjusts the temperature of the shelf,
The vacuum drying device according to claim 1, further comprising a control unit that controls the adjustment unit based on the measurement result of the measurement unit.
前記制御部は、
異なる2つの時刻それぞれにおいて、前記測定部の測定結果を、前記被乾燥物を支持する前記棚の重量に換算し、
これらの2つの時刻および重量の各差分から前記被乾燥物の昇華速度を算出し、
前記昇華速度に基づいて前記被乾燥物の推定温度を算出し、
前記推定温度が、予め設定された閾値以下になるように前記調節部を制御する請求項2に記載の真空乾燥装置。
The control unit
At each of the two different times, the measurement result of the measuring unit was converted into the weight of the shelf supporting the object to be dried.
The sublimation rate of the object to be dried was calculated from the difference between these two times and the weight.
The estimated temperature of the object to be dried is calculated based on the sublimation rate.
The vacuum drying device according to claim 2, wherein the adjusting unit is controlled so that the estimated temperature becomes equal to or lower than a preset threshold value.
前記被乾燥物は、容器内に収容された状態で前記棚に載置され、
前記制御部は、前記被乾燥物の昇華潜熱、前記昇華速度、前記容器の断面積および前記容器の伝熱係数に基づいて、前記推定温度を算出する請求項3に記載の真空乾燥装置。
The object to be dried is placed on the shelf in a state of being contained in a container.
The vacuum drying device according to claim 3, wherein the control unit calculates the estimated temperature based on the sublimation latent heat of the object to be dried, the sublimation rate, the cross-sectional area of the container, and the heat transfer coefficient of the container.
前記被乾燥物は、容器内に収容された状態で前記棚に載置され、
前記制御部は、前記乾燥室の内圧、前記被乾燥物についての水蒸気移動抵抗、前記容器内の製品断面積、前記昇華速度に基づいて、前記推定温度を算出する請求項3に記載の真空乾燥装置。
The object to be dried is placed on the shelf in a state of being contained in a container.
The vacuum drying according to claim 3, wherein the control unit calculates the estimated temperature based on the internal pressure of the drying chamber, the water vapor transfer resistance of the object to be dried, the cross-sectional area of the product in the container, and the sublimation rate. apparatus.
前記閾値がコラプス温度である請求項3から5のいずれか1項に記載の真空乾燥装置。 The vacuum drying device according to any one of claims 3 to 5, wherein the threshold value is the collapse temperature. 乾燥室と、
前記乾燥室内に配置され、被乾燥物が載置される棚と、
前記棚を昇降させる流体シリンダと、
前記被乾燥物から昇華した水分を捕集する捕集部と、を備える真空乾燥装置において、前記棚の温度を調節する方法であって、
前記流体シリンダに対して流体を給排する流体給排系における前記流体の流体圧に基づいて前記棚の温度を調節する真空乾燥装置における棚の温度調節方法。
Drying room and
A shelf placed in the drying chamber and on which the object to be dried is placed,
A fluid cylinder that raises and lowers the shelf,
A method of adjusting the temperature of the shelf in a vacuum drying device including a collecting unit for collecting water sublimated from the object to be dried.
A method for adjusting the temperature of a shelf in a vacuum drying device that adjusts the temperature of the shelf based on the fluid pressure of the fluid in a fluid supply / discharge system for supplying / discharging a fluid to the fluid cylinder.
異なる2つの時刻それぞれにおいて、前記流体圧を、前記被乾燥物を支持する前記棚の重量に換算し、
これらの2つの時刻および重量の各差分から前記被乾燥物の昇華速度を算出し、
前記昇華速度に基づいて前記被乾燥物の推定温度を算出し、
前記推定温度が、予め設定された閾値以下になるように前記棚の温度を制御する請求項7に記載の真空乾燥装置における棚の温度調節方法。
At each of the two different times, the fluid pressure was converted to the weight of the shelf supporting the object to be dried.
The sublimation rate of the object to be dried was calculated from the difference between these two times and the weight.
The estimated temperature of the object to be dried is calculated based on the sublimation rate.
The method for adjusting the temperature of a shelf in the vacuum drying device according to claim 7, wherein the temperature of the shelf is controlled so that the estimated temperature becomes equal to or less than a preset threshold value.
乾燥室と、
前記乾燥室内に配置され、被乾燥物が載置される棚と、
前記被乾燥物から昇華した水分を捕集する捕集部と、を備える真空乾燥装置において、前記棚の温度を調節する方法であって、
異なる2つの時刻それぞれにおいて、前記被乾燥物を支持する前記棚の重量を測定し、
これらの2つの時刻および重量の各差分から前記被乾燥物の昇華速度を算出し、
前記昇華速度に基づいて前記被乾燥物の推定温度を算出し、
前記推定温度が、予め設定された閾値以下になるように前記棚の温度を調節する真空乾燥装置における棚の温度調節方法。
Drying room and
A shelf placed in the drying chamber and on which the object to be dried is placed,
A method of adjusting the temperature of the shelf in a vacuum drying device including a collecting unit for collecting water sublimated from the object to be dried.
At each of the two different times, the weight of the shelf supporting the object to be dried was measured.
The sublimation rate of the object to be dried was calculated from the difference between these two times and the weight.
The estimated temperature of the object to be dried is calculated based on the sublimation rate.
A method for adjusting the temperature of a shelf in a vacuum drying device that adjusts the temperature of the shelf so that the estimated temperature is equal to or lower than a preset threshold value.
前記被乾燥物は、容器内に収容された状態で前記棚に載置され、
前記被乾燥物の昇華潜熱、前記昇華速度、前記容器の断面積および前記容器の伝熱係数に基づいて、前記推定温度を算出する請求項8または9に記載の真空乾燥装置における棚の温度調節方法。
The object to be dried is placed on the shelf in a state of being contained in a container.
Temperature control of a shelf in the vacuum drying apparatus according to claim 8 or 9, wherein the estimated temperature is calculated based on the sublimation latent heat of the object to be dried, the sublimation rate, the cross-sectional area of the container, and the heat transfer coefficient of the container. Method.
前記被乾燥物は、容器内に収容された状態で前記棚に載置され、
前記乾燥室の内圧、前記被乾燥物についての水蒸気移動抵抗、前記容器内の製品断面積、前記昇華速度に基づいて、前記推定温度を算出する請求項8または9に記載の真空乾燥装置における棚の温度調節方法。
The object to be dried is placed on the shelf in a state of being contained in a container.
The shelf in the vacuum drying apparatus according to claim 8 or 9, wherein the estimated temperature is calculated based on the internal pressure of the drying chamber, the water vapor transfer resistance of the object to be dried, the cross-sectional area of the product in the container, and the sublimation rate. Temperature control method.
前記閾値がコラプス温度である請求項8から11のいずれか1項に記載の真空乾燥装置における棚の温度調節方法。 The method for adjusting the temperature of a shelf in a vacuum dryer according to any one of claims 8 to 11, wherein the threshold value is the collapse temperature.
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