JP3984591B2 - 凍結乾燥装置のための乾燥庫 - Google Patents

Description

本発明は、凍結乾燥させたい製品を内蔵している容器を載置するための温度調節可能な、すなわち調温可能な棚面を備えた凍結乾燥装置のための乾燥庫に関する。

凍結乾燥は特に製薬工業において医薬品、痘苗等を保管するために広く普及している。最新の凍結乾燥装置の乾燥庫内には、多数の棚板が配置されており、これらの棚板の棚面には多数（１０００００個以上）の容器、瓶またはこれに類するものが配置されている。通常、水に溶かされた製品はこのような形式の容器内に満たされる。凍結乾燥プロセスの開始前に、液体の予備凍結が行われる。通常、このステップは既に凍結乾燥装置の乾燥庫内で行われ、この場合、棚面は相応して低い温度（−４０℃〜−６０℃）にまで冷却される。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９７１９２９８号明細書に基づき、冒頭で述べたような乾燥庫が公知である。さらに前記ドイツ連邦共和国特許出願公開明細書には、乾燥庫内の凍結乾燥プロセスを制御するための方法が説明されている。凍結乾燥プロセスのシーケンスを特徴付けるのは、主として２つの乾燥段階である。製品中にまだ結晶化（凍結）された水が存在している限りは、この乾燥区分は主乾燥または昇華乾燥と呼ばれる。氷の形の水がもはや存在しなくなると、残った水は乾燥製品に吸収されていて、しかも程度の差こそあれ強固に結合されている。この水の除去は後乾燥または脱着乾燥の間に行われる。このような形式の凍結乾燥プロセスを制御するためには、規定の庫圧および棚面温度が調節される。この場合、圧力増大分測定により測定可能となる氷温度が１つの重要なパラメータとなる。

圧力により昇華面における氷温度を制御するためには、乾燥庫内に均一な水蒸気分圧が生ぜしめられることが必要となる。この均一な圧力分布は庫壁の範囲ならびに庫扉の範囲においては制限された程度にしか可能にならない。これらの範囲では、瓶内に存在する製品の温度が棚板温度に関連するだけではなく、乾燥庫の内壁の温度も熱放射線を介して作用する。たとえば製品から出た水蒸気が−４０℃の温度を有している場合、この温度は棚板では、たとえば−２０℃にまで上昇し、それに対して壁近傍では水蒸気がたとえば２０℃に到達する。このような温度差に基づき、１０％よりも大きな圧力差が生じる恐れがある。所望の前提条件、つまり乾燥庫内に均一な水蒸気分圧が生ぜしめられるという前提条件は、もはや十分に正確には満たされていない。ようするに、発生する氷温度はもはや均一ではなくなる。その結果、製品品質の損失が生じる。

瓶内に存在する製品の温度に対する庫壁温度の影響を回避するためには、棚板に、庫壁から出た熱放射線から製品を保護する外縁部を装備させることが知られている。しかし、この手段は制限された規模でしか成功していない。なぜならば、この外縁部と棚面との間の温度差が約２０℃であるからである。

さらに、乾燥庫の壁および扉を調温することも既に提案されている。しかし、このような手段も実質的に克服不可能な技術的困難や経済的な欠点を伴ってしまう。１つまたは複数の扉を備えた乾燥庫は生産設備において、特にこの生産設備が蒸気によって滅菌されなければならない場合には、数トンにも及ぶ質量を有する場合がある。この質量が冷凍時に−４０℃にまで、あるいはしばしば−６０℃にまで冷却されなければならず、このことは許容し得ない程長い冷凍時間を招くか、または別個の冷却システムを招いてしまい、しかもこの場合、この冷却システムは棚板および製品のために必要となる冷却出力の数倍にも相当する冷却出力を送出しなければならない。このような経済的な問題は別としても、乾燥庫に設けられたフランジと扉に設けられたフランジとを、たとえば−５０℃にまで冷却することは技術的に困難である。乾燥庫と扉との間のシール部は低い温度においても機能し得る状態に維持されなければならず、前記フランジにおける水蒸気の凝縮を回避することは困難である。前記フランジを水蒸気凝縮に対して絶縁することも考えられ得るが、しかしこのことは技術的に不可能である。なぜならば、庫フランジおよび扉が無菌室内に収納されているからである。クリーンルーム内での無菌性を求める要求に基づき、このような低い温度のために適した絶縁材料の使用は排除される。

本発明の課題は、冒頭で述べた形式の凍結乾燥装置のための乾燥庫を特別な技術的手間なしに、凍結乾燥プロセスの間、均一な温度特性および水蒸気圧特性が生じるように形成することである。

この課題は本発明によれば、棚面と乾燥庫の内面との間に、調温可能な複数の構成部分から成る光学的なシールド装置が設けられていることにより解決される。凍結乾燥プロセスが実施される間、調温可能な構成部分はそれぞれ、棚板が有している温度と同じ温度に調節される。庫壁温度はもはや、瓶内に存在する製品の温度に影響を与えることができない。シールド構成部分により仕切られた内部空間では、もはや測定可能な温度差および水蒸気圧力差は生ぜしめられなくなる。

本発明の別の利点および詳細な構成については、以下に図１および図２につき説明する本発明の実施例に記載されている。

図面には、乾燥庫が符号１で、庫壁が符号２で、乾燥庫１の扉が符号３で（図２）、乾燥庫１内に配置された棚板（Stellplatte）が符号４で、棚板４の棚面（Stellflaeche）に載置された、例示的に図示された瓶が符号５でそれぞれ示されている。下側の棚板４は位置固定のベース板６に支持されている。その他の棚板４は、その相互間隔が変化するようにそれぞれ昇降運動可能である（二重矢印７）。たとえばハイドロリック式の駆動装置（ピストンロッド８）を用いて棚板４を押し合わせることにより、公知の形式で瓶５が栓体によって閉鎖される。栓体は水蒸気のための、側方に開口した通過通路を有していて、凍結乾燥プロセスの開始前に瓶５に装着される。最上位の棚板４はピストンロッド８に設けられたラム９に固定されている。

棚板４は、破線で示した調温循環路１１の構成要素である。この調温循環路１１はブラインにより貫流されており、このブラインは必要に応じて熱交換器１２（図示していない冷凍機に接続されている）内で冷却されるか、または加熱装置１３によって加熱される。凍結乾燥プロセスの制御されたシーケンスのためには、ブロックとして図示された制御装置１５が働く。この制御装置１５には制御量として、特に乾燥庫１内に配置された圧力センサ１６の信号が供給される。凍結乾燥プロセスを開始するためには、棚板４がまず冷却される（凍結段階）。乾燥段階の間、棚板４は、蒸発プロセスを促進するために０℃を超える温度を有している。

乾燥庫１は接続管片２１を備えている。この接続管片２１には、弁２２を介してコンデンサ２３と真空ポンプ２４とが接続されている。コンデンサ２３は、凍結乾燥中に発生する水蒸気を付着させるために働く。凝縮不可能な気体は真空ポンプ２４によって除去される。弁２２は制御装置１５に接続されている。弁２２は、圧力増分測定によって氷温度を測定できるようにするために所定の時間毎に閉じられる。

本発明による目的を達成するためには、棚板４の棚面と庫壁２の内面との間にシールド装置が設けられている。このシールド装置は複数の構成部分３１，３２，３３，３４，３５，３６から成っている。これらの構成部分３１〜３６は、乾燥庫１の内壁面から出る熱輻射線の進路が妨げられるように、すなわち、いわば乾燥庫１の壁から棚面もしくは棚面に載置された瓶５を見た場合の視界（Sichtverbindung）が遮られるように、棚板４を取り囲んでいる。各構成部分の間に設定された間隔は、棚板の棚面と接続管片２１との間での水蒸気運搬が実質的に妨げられることなしに実施され得るような大きさに設定されている。それゆえに、個々の構成部分がベネッシャンブラインド（Jalousie）状に互いにオーバラップし合っていると有利である。

図示の実施例では、構成部分３１〜３６が棚板組を全ての側から取り囲んでいる。上側および下側に対しては、上側もしくは下側の棚板４が、所望の調温された「目隠し（Sichtschutz）」を形成している。たとえば上側の棚板４が存在していない場合には、上側の庫壁に対する光学的なシールドを行う１つまたは複数の別の構成部分が設けられていなければならない。

本発明による構成部分により、外部に対して光学的に密な内部空間３７が形成されており、この内部空間３７内に瓶５のための棚板４もしくは棚面が設けられている。もはや庫の内壁面から出る放射熱によって内部空間３７内の温度特性および圧力特性に影響が与えられることはない。凍結乾燥プロセスの実施中、内部空間３７内には所望の圧力および温度が均一に生ぜしめられる。

棚板組の縁範囲においても棚面の最適なシールドを達成するために、構成部分３１，３２は上部および下部にそれぞれ折り曲げられた端区分３８，３９を有している。図２には、この構成に対して択一的な別の構成が示されている。棚板組の後縁部の範囲において、構成部分３１，３３もしくは構成部分３２，３３はそれぞれ互いに対応する端部の間に蒸気通過を妨げないギャップを有している。これらのギャップには十分な間隔を置いて別の構成部分３４，３５が有利にはギャップと庫壁２との間に対応配置されている。構成部分３４，３５の幅および長さは、乾燥庫１の内壁面から出てギャップを通る熱輻射線の進路が妨げられるように、すなわち、いわば乾燥庫１の壁側からギャップを通じて棚面を見た場合の視界が遮られるように設定されている。

符号３６で示した本発明による構成部分は乾燥庫１の扉３に固定されている。この構成部分３６は、扉の内面から出た熱輻射線の進路が妨げられるように、すなわちいわば扉の内面から棚面を見た場合の視界が遮られるように形成されている。折り曲げられた区分４０により、棚板組の前縁部の範囲においてシールド構成部分の所要のオーバラップが行われる。

シールド構成部分は加熱もしくは冷却により調温されている。これらの構成部分は比較的薄い（１ｃｍよりも小さい）二重壁構造のプレートとして形成されていて、加熱／冷却媒体（ブライン）によって通流されている。このプレートはできるだけ小さな熱容量を有していて、特殊鋼から成っていると有利である。

図１には、棚板４のための調温循環路１１とは別個の独立した、熱交換器４２と加熱装置４３とを備えた循環路４１が図示されている。全てのシールド構成部分はこの循環路４１の構成要素である。フレキシブルな接続管路４４（図２）を介して、庫扉３に取り付けられた構成部分３６にもブラインが供給される。

たしかに、シールド構成部分を棚板４のための調温循環路１１に組み込むことも可能ではあるが、しかし種々異なる、時間的にずらされた出力要求に基づき、２つの別個の循環路１１，４１が設けられているほうが有利である。循環路４１を制御するためには、同じく制御ブロックもしくは制御装置１５が役立つ。

図面からはさらに、内部空間３７内に圧力センサ１６が配置されていることが判る。この内部空間３７内の圧力は制御量として重要である。内部空間３７外の圧力は凍結乾燥プロセスの制御されたシーケンスのためには重要ではない。

本発明による乾燥庫の垂直断面図である。

図１に示した乾燥庫の水平断面図である。

Claims (8)

1. 凍結乾燥装置のための乾燥庫（１）であって、
   −内壁面を備えた庫壁（２）が設けられており、
   −凍結乾燥の実施中に凍結乾燥させたい製品を内蔵している容器（５）のための、当該乾燥庫（１）の内部に位置する、調温可能な棚板（４）が設けられており、
   −凍結乾燥中に発生する水蒸気を付着させるために働くコンデンサ（２３）が設けられており、
   −棚板（４）と庫壁（２）の内壁面との間に位置する、調温可能な複数のプレート状の構成部分（３１，３２，３３，３４，３５，３６）が設けられており、該構成部分が、内部空間（３７）を取り囲んでおり、該内部空間（３７）内に棚板（４）が位置している
   形式のものにおいて、
   −棚板（４）と庫壁（２）の内壁面との間に配置された前記プレート状の構成部分（３１，３２，３３，３４，３５，３６）は、庫壁（２）の内壁面から棚面（４）もしくは該棚面（４）に載置された容器（５）を見た場合の視界が遮られるように棚板（４）を取り囲んでおり、
   −前記各プレート状の構成部分（３１，３２，３３，３４，３５，３６）の間に設定された間隔は、凍結乾燥中に容器（５）から前記各プレート状の構成部分（３１，３２，３３，３４，３５，３６）の間の間隙を通ってコンデンサ（２３）へ流れる水蒸気の運搬が実質的に妨げられることなく行われるような大きさに設定されている、
   ことを特徴とする、凍結乾燥装置のための乾燥庫。
2. 調温可能な構成部分が、二重壁構造に形成されたプレートであり、該プレートが冷却媒体循環路（１１，４１）の構成要素である、請求項１記載の乾燥庫。
3. 調温可能な多数の構成部分もしくはプレート（３１，３２，３３，３４，３５，３６）が、光学的なシール性を形成するために互いにオーバラップし合うように配置されている、請求項１または２記載の乾燥庫。
4. 調温可能な構成部分もしくはプレート（３１，３２，３３，３４，３５，３６）が、光学的なシール性を形成するために、折り曲げられた区分（３８，３９，４０）を備えており、該区分が棚板組を側方、上方または下方で取り囲んでいる、請求項１、２または３記載の乾燥庫。
5. 棚板（４）と、光学的なシールドのために働く調温可能なプレート（３１，３２，３３，３４，３５，３６）とが、１つの共通の冷却循環路（１１）の構成要素である、請求項１から４までのいずれか１項記載の乾燥庫。
6. 棚板（４）と、光学的なシールドのために働く調温可能なプレート（３１，３２，３３，３４，３５，３６）とが、それぞれ互いに別個の独立した冷却循環路（１１，４１）の構成要素である、請求項１から４までのいずれか１項記載の乾燥庫。
7. 庫扉が設けられており、扉内壁（３６）が、調温可能な構成部分もしくはプレート（３１，３２，３３，３４，３５，３６）のうちの１つまたは幾つかを支持している、請求項１から６までのいずれか１項記載の乾燥庫。
8. 凍結乾燥プロセスのシーケンスを制御するために働く圧力センサ（１６）が設けられており、該圧力センサ（１６）が、外部に対して光学的に密にシールドされた空間（３７）の内部に配置されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の乾燥庫。

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