JP7390176B2 - Vacuum drying equipment, how to adjust the temperature of shelves in vacuum drying equipment - Google Patents

Vacuum drying equipment, how to adjust the temperature of shelves in vacuum drying equipment Download PDF

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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。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a vacuum drying device and a method for adjusting the temperature of a shelf in a vacuum drying device.

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。 2. Description of the Related Art Freeze-drying state monitoring devices have been known, for example, as described in Patent Document 1 below.

特開2015-31486号公報Japanese Patent Application Publication No. 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 state monitoring device as described above, the material to be dried (material to be dried) is dried by circulating a heat medium through a shelf board on which the material to be dried is placed. The dry state of the material to be dried can be determined, for example, by the following methods (1) and (2).
(1) The temperature detected by the first temperature sensor that detects the temperature of the heat medium on the inlet side of the shelf board and the temperature detected by the second temperature sensor that detects the temperature of the heat medium on the outlet side of the shelf board are approximately the same temperature. The drying state of the material to be dried is ascertained on the assumption that the shelf temperature is the same as the medium temperature and the temperature of the material to be dried is also the same.
(2) Detect the minute temperature difference between the heat medium temperature on the inlet side and the outlet side of the heat medium, and check the drying state of the material to be dried on the premise that the amount of heat based on this temperature difference is all used for sublimation. grasp.
In this way, in understanding the drying state of the material to be dried, the product temperature is not measured directly as a physical quantity, but indirectly. Indirect measurements are calculated by converting using multiple components (physical quantities) and assumptions, and naturally the error tends to increase depending on the number of components, the types of components, and the correlation between 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-mentioned circumstances, and it is an object of the present invention to more accurately grasp the drying state of a material to be dried, particularly the sublimation surface temperature.

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、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 includes a drying chamber, a shelf arranged in the drying chamber on which objects to be dried are placed, a fluid cylinder that raises and lowers the shelf, and a fluid cylinder that supplies and discharges fluid to and from the fluid cylinder. a fluid supply/drainage system that measures the temperature of the shelf; a measurement unit that is provided in the fluid supply/drainage system and measures the fluid pressure of the fluid; a collection unit that collects moisture sublimed from the dried material ; The measuring device includes an adjustment section that performs adjustment, and a control section that controls the adjustment section based on the measurement result of the measurement section .

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 this invention, when the dried material placed on the shelf in the drying chamber dries, its weight decreases. When the weight of the items to be dried decreases, the total weight of the items to be dried and the shelf on which the items are placed also decreases. As the combined weight of the items to be dried and the shelf decreases, the downward gravitational force exerted by the shelf on the fluid cylinder supporting the shelf to raise and lower the shelf also decreases. This changes the fluid pressure within the fluid cylinder. Since the measuring section measures the fluid pressure supplied to and discharged from the fluid cylinder, it is possible to detect a decrease in weight of the object to be dried due to drying based on a change in the measurement result in the measuring section. There is a direct correlation between the change in weight of the material to be dried as it dries and the change in fluid pressure in the fluid cylinder. Therefore, it is possible to directly detect the drying state of the object to be dried and to grasp the drying state of the object to be dried with higher precision.

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, based on the measurement results of the measurement unit, that is, the changes in the fluid pressure of the fluid cylinder, it is possible to understand the change in weight of the object to be dried as it dries. 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 item to be dried is adjusted according to the drying state of the item 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 results of the measuring unit into the weight of the shelf supporting the drying material at two different times, and calculates the weight of the drying material from the difference between these two times and the weight. Calculate the sublimation rate of the dried material, calculate the estimated temperature of the dried material based on the sublimation rate, and control the adjustment unit so that the estimated temperature is equal to or less than a preset threshold. Good too.

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 dead weight of the shelf is known. For this reason, the weight of the shelf that supports the items to be dried, that is, the total weight of the weight of the items to be dried and the shelf's own weight, must be calculated from the measurement result of the fluid pressure of the fluid cylinder, which is the measurement result of the measurement unit. Therefore, changes in the drying state of the material to be dried can be understood as the sublimation rate. From this sublimation rate, the temperature of the material to be dried can be estimated. Therefore, the temperature of the shelf can be appropriately adjusted depending on the drying state of the material 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 material to be dried is placed on the shelf while being housed in a container, and the control unit controls the latent heat of sublimation of the material to be dried, the sublimation rate, the cross-sectional area of the container, and the conduction of the container. The estimated temperature may be calculated based on a thermal coefficient.
Note that examples of containers 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 material to be dried is estimated with high accuracy by calculating the estimated temperature of the material to be dried based on the latent heat of sublimation of the material to be dried, the sublimation rate, the cross-sectional area of the container, and the heat transfer coefficient of the container. be able to. This makes it possible to accurately adjust the temperature of the shelf according to the temperature state of the items to be dried, and to dry the items to 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 item to be dried is placed on the shelf while being housed in a container, and the control unit controls the internal pressure of the drying chamber, the water vapor movement resistance of the item 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 material to be dried can be determined with high accuracy by calculating the estimated temperature of the material to be dried based on the internal pressure of the drying chamber, the water vapor transfer resistance of the material to be dried, the cross-sectional area of the product in the container, and the sublimation rate. It can be estimated that Therefore, it is possible to accurately adjust the temperature of the shelf according to the temperature state of the material to be dried, and the material 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 a 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 material to be dried exceeds the collapse temperature, a collapse phenomenon occurs in which the portion of the material to be dried where the water is frozen contracts, and the material to be dried cannot be dried properly. By appropriately adjusting the temperature of the shelf based on changes in the fluid pressure of the fluid cylinder and maintaining the temperature of the dried material below the collapse temperature, the material 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。 A method for adjusting the temperature of a shelf in a vacuum drying apparatus according to the present invention includes a drying chamber, a shelf disposed in the drying chamber on which an object to be dried is placed, a fluid cylinder that raises and lowers the shelf, and the object to be dried. A method for adjusting the temperature of the shelf in a vacuum drying apparatus comprising: a collection unit that collects moisture sublimed from the fluid cylinder; and adjusting the temperature of the shelf based on the fluid pressure 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。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 this invention, when the dried material placed on the shelf in the drying chamber dries, its weight decreases. When the weight of the items to be dried decreases, the total weight of the items to be dried and the shelf on which the items are placed also decreases. As the combined weight of the items to be dried and the shelf decreases, the downward gravitational force exerted by the shelf on the fluid cylinder supporting the shelf to raise and lower the shelf also decreases. This changes the fluid pressure within the fluid cylinder. Therefore, based on the fluid pressure of the fluid in the fluid supply/drainage system that supplies fluid to the fluid cylinder, it is possible to grasp the weight reduction due to drying of the object to be dried. There is a direct correlation between the change in weight of the material to be dried as it dries and the change in fluid pressure in the fluid cylinder. Therefore, it is possible to more directly detect the drying state of the material to be dried, and to grasp the drying state of the material to be dried with higher precision.

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 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 weights. The estimated temperature of the material 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.

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 weight of the shelf is known, from the fluid pressure of the fluid in the fluid supply/discharge system that supplies fluid to the fluid cylinder, the weight of the shelf supporting the drying object, that is, the total weight of the drying object and the shelf. By converting and determining the change in the drying state of the material to be dried, it is possible to understand the change in the drying state of the material to be dried as the sublimation rate. From this sublimation rate, the temperature of the material to be dried can be estimated. Therefore, the temperature of the shelf can be appropriately adjusted depending on the drying state of the material 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。 A method for adjusting the temperature of a shelf in a vacuum drying apparatus according to the present invention includes 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 sublimed from the object to be dried. A method for adjusting the temperature of the shelf in a vacuum drying apparatus comprising a collecting section, the method comprising: measuring the weight of the shelf supporting the dried material at two different 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. Adjust shelf temperature.

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 this invention, when the dried material placed on the shelf in the drying chamber dries, its weight decreases. When the weight of the items to be dried decreases, the total weight of the items to be dried and the shelf on which the items are placed also decreases. Thereby, the drying state of the object to be dried can be determined as the sublimation rate from the weight of the shelf supporting the object to be dried. From this sublimation rate, the temperature of the material to be dried can be estimated. Therefore, it is possible to more directly detect the drying state of the material to be dried, and to grasp the drying state of the material to be dried with higher precision.

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 material to be dried is placed on the shelf while being housed in a container, and the temperature is determined based on the latent heat of sublimation of the material 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 material can be estimated with high accuracy by calculating the estimated temperature of the dried material based on the sublimation latent heat of the dried material, the sublimation rate, the cross-sectional area of the container, and the heat transfer coefficient of the container. Can be done. This makes it possible to accurately adjust the temperature of the shelf according to the temperature state of the material to be dried, and to dry the material to 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 material to be dried is placed on the shelf while being housed in a container, the internal pressure of the drying chamber, the water vapor movement resistance of the material to be dried, the cross-sectional area of the product in the container, the sublimation rate, and the like. The estimated temperature may be calculated based on.

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 material to be dried can be determined with high accuracy by calculating the estimated temperature of the material to be dried based on the internal pressure of the drying chamber, the water vapor transfer resistance of the material to be dried, the cross-sectional area of the product in the container, and the sublimation rate. It can be estimated that Therefore, it is possible to accurately adjust the temperature of the shelf according to the temperature state of the material to be dried, and the material 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 a 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 material to be dried exceeds the collapse temperature, a collapse phenomenon occurs in which the portion of the material to be dried where the water is frozen contracts, and the material to be dried cannot be dried properly. By appropriately adjusting the temperature of the shelf based on changes in the fluid pressure of the fluid cylinder and maintaining the temperature of the dried material below the collapse temperature, the material 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 drying state of the object to be dried can be detected more directly, and in particular, the sublimation surface temperature, which indicates the drying state of the object to be dried, can be grasped with higher precision.

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。1 is a diagram showing a schematic configuration of a vacuum drying apparatus according to an embodiment of the present 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。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a container placed on a shelf of the vacuum drying apparatus shown in FIG. 1 and accommodating an 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 showing the functional composition of the control part of the vacuum drying device concerning one embodiment of the present 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 adjustment method of the shelf in the vacuum drying apparatus based 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。
EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, with reference to drawings, the vacuum drying apparatus and the temperature adjustment method of the shelf in a vacuum drying apparatus which concern on one Embodiment of this invention are demonstrated.
A vacuum drying apparatus 1 shown in FIG. 1 is used to freeze and vacuum dry a raw material liquid, for example, in order to manufacture medicines, pharmaceutical preparations, and raw materials thereof. The raw material liquid is stored in the container 100 as the material to be dried F, and is frozen in the previous step and is in a solid state (usually in the form of a lump, but other forms include spongy and powdery forms). The vacuum drying apparatus 1 mainly includes a drying chamber 10, a collection section 20, and a control section 40. In this example, the container 100 is exemplified as a vial shape and will be explained later, but the container shape can be changed to a tray, a syringe, an ampoule, etc. depending on 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 material to be dried F. The room temperature and internal pressure (degree of vacuum) of the drying chamber 10 are controlled. The degree of vacuum in the drying chamber 10 can be adjusted within a range of, for example, 5 to 300 [Pa]. The temperature and degree of vacuum (internal pressure) in the drying chamber 10 are each measured by sensors (not shown). The sensor sends the measurement results to the control unit 40 and provides 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 desired internal pressure.
In the drying chamber 10, a shelf 11 is provided on which objects to be dried F are placed. The shelf 11 includes a plurality of shelf boards 11a spaced apart in the vertical direction. A plurality of containers 100 containing items to be dried F are placed on each shelf board 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 adjustment section 12 that adjusts its temperature. The adjustment unit 12 adjusts the heating temperature of the material to be dried F placed on the shelf board 11a by, for example, circulating a medium through a medium flow path 11b provided inside the shelf board 11a. Oil containing silicone as a main component is usually used as the heat medium. The heat medium generally has a temperature range of -80°C to +150°C. Furthermore, if the performance at sub-zero temperatures is not a concern, such as when the medium does not need to be used for the purpose of freezing in the previous step, a medium mainly composed of water is used as the heat medium. Of course, if an inhibitor is added, even a medium mainly composed of water can be used under the conditions of an antifreeze solution.

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 adjustment section 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 section 18. There is. The heat medium supply source 13 is a so-called chiller (heat medium circulation device). The heat medium supply source 13 includes (1) a heat source such as a heater (not shown) that heats the heat medium, or (2) a heat source and a heat removal source. A 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 board 11a via the supply side header 15 and the supply side branch pipe 15s. The material to be dried F accommodated in the container 100 placed on the shelf board 11a is heated by the heat medium supplied to the medium flow path 11b. The heat medium that has passed through the medium flow path 11b is recovered by the heat medium recovery section 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 pipe 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. Note that the supply-side temperature sensor 19A and the recovery-side temperature sensor 19B may be replaced by sensors built in the heat medium supply source 13 and having the same purpose.

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 heating medium supply operation in the adjustment section 12 is controlled by the control section 40 . Specifically, the control unit 40 controls the operation of a heater (not shown) that heats the heat medium in the heat medium supply source 13 and the operation of a supply pump that delivers the heat medium. 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 measurement value of the supply-side temperature sensor 19A and the measurement value of the recovery-side temperature sensor 19B. Moreover, the control part 40 controls the supply operation of the heat medium in the adjustment part 12 based on the temperature of the to-be-dried material F, as described in detail later. Note that the series of temperature and flow rate controls of the heat medium may be performed by a control section (not shown) built in the heat medium supply source 13, and the control section 40 may be configured to provide 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 material to be dried F has a bottomed shape and has an opening 101 that opens upward. A predetermined amount of the material to be dried F is stored in a container 100 in a pre-process of the vacuum drying apparatus 1. A stopper (not shown) is set in the opening 101 of the container 100 in advance. In an open state where a stopper (not shown) is set in the opening 101, the inside of the container 100 communicates with the outside, and water (steam) sublimated from the material to be dried F flows out of the container 100. Note that, as will be described later, the atmosphere of the stopper is separated (closed) at the opening 101 by the shelf plate moving mechanism. Therefore, the relative position of the stopper with respect to the container 100 is such that the atmosphere can be separated when the stopper is closed, 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 is equipped with the following mechanism in order to close the opening 101 of the container 100 with a stopper (not shown) after vacuum drying the material to be dried F in the container 100. .
The plurality of shelf boards 11a of the shelf 11 can be moved up and down in the vertical direction by a shelf moving mechanism (not shown), and the interval between the shelf boards 11a located above and below each other can be increased or decreased. At the top of the shelf 11, a fluid cylinder 30 is provided for raising and lowering the plurality of shelf boards 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 is expanded and contracted in the vertical direction by fluid pressure such as hydraulic oil and hydraulic air. Note that, for reasons explained later, it is desirable that the fluid be incompressible. Therefore, it is desirable to select a highly incompressible fluid (for example, oil or water) as the fluid. In this 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 extends and contracts downward with respect to the cylinder body 31. Inside the cylinder body 31, an expansion side oil chamber 31a and a contraction side oil chamber 31b are formed by being partitioned by a piston 32p provided at the base end 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 is connected to the fluid cylinder 30 for supplying and discharging fluid (hydraulic oil) from a fluid supply source 33 to the cylinder body 31 of the fluid cylinder 30 . The fluid supply/drainage system 35 includes an expansion 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 fluid is supplied from the fluid supply source 33 to the expansion side oil chamber 31a in the cylinder body 31 through the expansion side piping 36, the piston 32p is pressed downward within the cylinder body 31. As a result, the rod 32 protrudes downward from the cylinder body 31, and the fluid cylinder 30 extends downward. As the rod 32 protrudes downward, 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 piping 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 fluid is supplied from the fluid supply source 33 to the contraction side oil chamber 31b inside the cylinder body 31 through the contraction side piping 37, the piston 32p is pressed upward within the cylinder body 31. As a result, the rod 32 moves upward and the downward protrusion from the cylinder body 31 becomes smaller. In this way, the fluid cylinder 30 is shortened upwardly. At this time, as the rod 32 moves upward, the fluid in the extension oil chamber 31a in the cylinder body 31 returns to the fluid supply source 33 through the extension 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 a control section 40. For this reason, the growth side pipe 36 is provided with a growth side pressure sensor 38 that measures the fluid pressure P1 of the fluid in the growth side pipe 36. The contraction side piping 37 is provided with a contraction side pressure sensor 39 (measuring section) that measures the fluid pressure P2 of the fluid in the contraction side piping 37. By the way, to explain the time-series transition of the fluid pressure during the expansion/contraction operation of the fluid cylinder 30, in the configuration of the present application, ideally, the fluid pressure P2 does not vary during both the expansion and contraction. The reason for this is that the fluid cylinder 30 is configured so that nothing other than the gravity of the suspended structure acts on the fluid pressure P2 (the fluid pressure P1 in this ideal state is zero). In reality, the fluid pressure P2 is influenced 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 forces to the fluid pressure P2. However, at the time of stoppage or minute movement, components other than the fluid pressure P1 can be ignored. Therefore, the fluid pressure P2 can be treated as being equal to the gravity of the structure 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 of the shelf boards 11a other than the lowest shelf board 11a among the plurality of shelf boards 11a are further moved downward, and are positioned above and below each other. This results in a situation in which the distance between the shelf boards 11a decreases. 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 connected to the shelf board 11a located above. After contacting with the lower surface of the plate 11a, it is pressed downward. Hereinafter, this step will be referred to as a pressing operation to distinguish it from a stretching operation. As a result, a stopper (not shown) is pushed into the opening 101 of the container 100, and the opening 101 is closed. To explain the time-series transition of the fluid pressure during this pressing operation, in the configuration of the present application, ideally the fluid pressure P1 is generated only during the pressing operation, and during other expansion and contraction operations, the fluid pressure P1 is It becomes zero. In other words, the fluid cylinder 30 can stand still if it generates a reaction force equivalent to the gravity of the suspended structure, and can also be configured to move 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 not required. However, during the pressing operation, it is necessary to generate a pushing force to close the plurality of stoppers into the openings 101 of the plurality of containers 100. At this time, the fluid pressure P1 is adjusted to provide the necessary pushing force. In this embodiment, all the valves are closed when the fluid pressure P1 reaches about 10 times the gravity of the suspended structure.
After closing, by shortening the fluid cylinder 30, all the other shelf boards 11a except the lowest shelf board 11a are moved upward and returned to their original positions, and the shelf boards 11a located above and below each other are Increase the spacing.

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 water sublimated from the material to be dried F in the drying chamber 10. The collection section 20 has a communication port 21 that communicates with the interior of the drying chamber 10 . Thereby, the collection section 20 is connected to the drying chamber 10. The collection section 20 is provided with a vacuum pump 22 that evacuates the inside of the collection section 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 within the collection section 20 . The cold trap 23 has a tube shape through which a cooling medium supplied from a cooling medium supply source (not shown) flows. The flow of the cooling medium to the cold trap 23 is controlled by the control unit 40. Note that, as the cooling medium, for example, fluorocarbon gas R404A, silicone oil, etc. 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 flowing 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 material to be dried F in the drying chamber 10 can be condensed and collected. Note that the temperature of the cold trap 23 is appropriately set depending on the type of the material 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 collection section 20 and condenses and collects the water sublimed from the material 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 gate valve 24 is provided in the communication port 21 of the collection section 20 . The gate valve 24 includes a partition body 24a that can close the communication port 21, a drive cylinder 24b that moves the partition body 24a back and forth with respect to the communication port 21, and a drive source 24c that drives the drive cylinder 24b. The driving cylinder 24b is moved forward and backward through the partition body 24a with respect to the communication port 21 by controlling the drive source 24c to be driven by the control unit 40. When the partition body 24a is retracted from the communication port 21, the drying chamber 10 and the collection section 20 communicate with each other through the communication port 21. When the partition body 24a is moved forward to close the communication port 21, the drying chamber 10 and the collection section 20 are cut off.

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 apparatus 1 described above, the material to be dried F is vacuum dried in the following manner.

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 material to be dried F is carried into the drying chamber 10 from a loading/unloading chamber (not shown).
Next, after the drying chamber 10 and the loading/unloading chamber are atmospherically separated under the control of the control unit 40, heat is removed using the heat medium supply source 13 so that the material to be dried F is frozen. The heat removal path is from the material to be dried F to the shelf plate 11a (a heat flow path in which convection due to the gas inside the drying chamber 10 is dominant) and the heat medium (a heat flow path in which heat conduction is dominant). Finally, heat is exhausted by a heat extraction source inside the heat medium supply source 13. At the stage where the amount of heat removed exceeds the phase transition temperature to solid phase, the material 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 material to be dried F does not exhibit a collapse phenomenon, and then heat removal is started. At this time, the adjustment unit 12 supplies heat to the medium in the medium flow path 11b in the shelf board 11a, and heats each shelf board 11a of the shelf 11 in the drying chamber 10. Thereby, the material to be dried F placed on the shelf board 11a is heated, and the drying of the material to be dried F is promoted. The ice contained in the heated material to be dried F absorbs latent heat from the material to be dried and sublimes into water vapor. The generation of water vapor causes an increase in internal pressure. However, in this configuration, by opening the gate valve 24 and using the cold trap 23 and vacuum pump 22 inside the collection section 20, the internal pressure of the drying chamber 10 can be evacuated to within the above pressure range. It becomes. Note that the target value of the internal pressure must be a value that does not cause a collapse phenomenon on the sublimation surface. Here, too low pressure (internal pressure) causes a decrease in the molecular weight of the gas interposed between the contact surface between the container 100 and the shelf 11, resulting in a proportional decrease in heat flux (that is, drying is delayed). Therefore, as the target value of the ideal internal pressure, it is preferable to set the maximum pressure that does not cause the collapse phenomenon within the range of the sublimation surface temperature of the material to be dried F, which will be described later. Note that the collapse phenomenon refers to a phenomenon in which the three-dimensional structure of a solute observed after freeze-drying is not uniform. In other words, the collapse phenomenon is a phenomenon in which the sublimation surface does not dry uniformly over time. The collapse phenomenon is a phenomenon that should be avoided from the viewpoint 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 containing water vapor in the drying chamber 10 via the collection section 20. Since the vacuum pump 22 is usually configured as a gas transport type vacuum pump, the pumping speed for water vapor is not sufficient. However, the cold trap 23 located within the collection section 20 functions as a gas storage vacuum pump. Therefore, the drying chamber 10 is evacuated by both the vacuum pump 22 and the cold trap 23. As a result, the drying chamber 10 can ensure a predetermined exhaust speed and at the same time maintain a target internal pressure. Note that the vacuum drying process of the material to be dried F in the vacuum drying apparatus 1 as described above is merely an example, and the contents 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 apparatus 1 of this embodiment controls the adjustment unit 12 based on the fluid pressure P2 of the fluid in the contraction side piping 37 measured by the contraction side pressure sensor 39 when performing the vacuum drying process. This is used to control the heat flux to the material to be dried F and, in turn, the temperature at 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 material 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 dried material F placed on the shelf 11 in the drying chamber 10 dries, its weight decreases according to the amount of sublimation (mass). When the weight of the dried material F decreases, the total weight of the dried material F and the weight of the shelf 11 on which the dried material F is placed decreases. When the total weight of the items to be dried F and the shelf 11 decreases, the downward force in the direction of gravity that acts from the shelf 11 on the fluid cylinder 30 that supports the shelf 11 in order to raise and lower the shelf 11 decreases. When the downward force in the direction of gravity acting on the fluid cylinder 30 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 section 40. The control section 40 calculates (change in) the weight of the object to be dried F based on the measured value of the fluid pressure P2, and controls the drying conditions of the object to be dried F by the adjustment section 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 section 40 functionally includes an input reception section 41, a storage section 42, a weight conversion section 43, a temperature calculation section 44, and a heating temperature control section 45.
The input receiving unit 41 receives from the contraction side pressure sensor 39 a 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 piping 37. The storage unit 42 stores various setting values and the like necessary for controlling the heating of the material to be dried F in the control 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 shelf 11 is the load supported by fluid cylinder 30. That is, the weight of the shelf 11 is the total weight of the weight of the material to be dried F and the weight of the shelf 11 on which the material 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 (the weight of the shelf 11) is based on the specifications of the fluid cylinder 30 and experiments conducted in advance. obtained based on. The weight conversion unit 43 converts and obtains 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 a conversion formula obtained in advance. The purpose of the experiment conducted in advance is to detect the weight variation of the material to be dried F. Therefore, in the example of the experiment, all the objects to be dried F are carried onto the shelf 11, and the shelf 11 and all the objects to be dried F (the entire mass suspended in the initial state) are suspended by the fluid cylinders 30. and record the value of fluid pressure P2 at this point as an initial value. Thereafter, the weight (mass) is removed in a unit according to the desired resolution, and the fluid pressure P2 corresponding to each weight is measured and recorded until the end point (the weight of the dried material F in the final dry state). As a result, a conversion table (or a conversion formula that approximates the table) may be created in advance and stored in the storage unit 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 material to be dried F, particularly the temperature at the sublimation surface, based on the weight of the shelf 11 converted by the weight conversion unit 43. The method for calculating the temperature of the material to be dried F will be described in detail later.
The heating temperature control section 45 controls the heating operation of the shelf 11 in the adjustment section 12 based on the temperature of the material to be dried F calculated by the temperature calculation section 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, a temperature control method in the vacuum drying apparatus 1 in this embodiment will be explained. In the temperature adjustment method in the vacuum drying apparatus 1 in this embodiment, the heat transfer coefficient Kv of the container 100 containing the material to be dried F is determined in advance. This heat transfer coefficient Kv takes a different value depending on the shape, material, and surface condition of the container, so even if the container 100 is called a vial, it needs to be determined each time if the shape etc. is different.
The heat transfer coefficient Kv is expressed by the following formula (1).

Figure 0007390176000001
Figure 0007390176000001

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 material to be dried F, dm/dt: sublimation water vapor mass (mass flow rate) per unit time (of the entire material to be dried) [kg/h], N: amount of water vapor placed on the shelf 11. The number of containers 100 placed, Av: cross-sectional area per container 100 (vial cross-sectional area) [m 2 ], Ts: shelf temperature [K], Tb: bottom center temperature of container 100. Note that Av (cross-sectional area per container 100) means not the internal cross-sectional area of each container 100 but the external cross-sectional area. Further, the container 100 is assumed to have a substantially cylindrical shape (vial shape). However, if the container 100 has a shape other than a vial shape, the area surrounded by the outermost periphery of the contact point (stamp area) where the container 100 contacts the shelf 11 or the projected area of the bottom of the container 100 is taken as the external cross-sectional area. It's fine if you handle it. In other words, the cross-sectional area Av per container 100 is the area of a region where heat exchange through 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 formula (1) is obtained based on the following formulas (2) and (3), which are basic formulas for heat mass transfer in freeze-drying (note that formula (6), which will be described later, is also one of these basic formulas). ). 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 material to be dried F and the contact area (note that the contact area 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 0007390176000002
Figure 0007390176000002

Figure 0007390176000003
Figure 0007390176000003

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].

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。 To determine the heat transfer coefficient Kv of the container 100, place the container 100 containing pure water (ice: ΔH=2800 [J/g]) whose latent heat of sublimation ΔH is known on the shelf 11 of the vacuum drying device 1. A predetermined number will be installed. Among the plurality of containers 100 placed on the shelf 11, the temperature of the material to be dried F (product temperature, bottom center temperature Tb of the container 100) is measured in a container 100 located at the center or end of the shelf 11, for example. Install the product temperature sensor. More specifically, the temperature of the material to be dried F described above is the temperature on the interface side of the bottom surface of the material to be dried F in the center of the container 100. However, in actual measurement, a 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 (temperature at the center of the bottom surface of the container 100) is regarded as the temperature of the material to be dried F. It will be implemented.

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 material to be dried F is dried in the drying chamber 10 under the same conditions (number of containers 100, internal pressure (vacuum degree) and temperature of the drying chamber 10) as when actually freeze-drying the material to be dried. 11 is measured, and the amount of sublimated water vapor dm/dt per unit time, that is, the weight change rate due to sublimation of pure water in the container 100 is calculated. At this time, the freeze-drying process may be terminated when the material to be dried F (in this case, pure water) has been sublimated, for example, by about 30 to 80%, and the weights of the plurality of containers 100 may be individually measured. . In this case, it is possible to examine not the average weight of the plurality of containers 100 but the positional dependence of the containers 100 on the shelf 11.
Further, the supply side temperature sensor 19A and the collection side temperature sensor 19B provided in the adjustment section 12 are used to measure the shelf temperature Ts. As the shelf temperature Ts, the average value of the measurement value of the supply side temperature sensor 19A and the measurement value of the collection side temperature sensor 19B can be used. However, the presence of 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 for the freeze-drying apparatus. In other words, it is desirable to have a design that can secure a sufficient flow rate for the medium, and to have the ability to keep the absolute value of the difference during freeze-drying (during stable operation excluding initial stages, etc.) to less than 1.5°C. In this case, there is no problem in using one of the temperature sensors 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, in the above equation (1), the calculated value of the sublimated water vapor amount dm/dt, the measured value of the shelf temperature Ts, the measured value of the bottom center temperature Tb of the container 100, and the number of containers 100 placed on the shelf 11 are added. Substitute N and the cross-sectional area Av (known) per container 100. Thereby, the heat transfer coefficient Kv of the container 100 is determined. The determined heat transfer coefficient Kv of the container 100 is stored in the storage unit 42 for use in the freeze-drying process of the material to be dried F, which is a production operation to be 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 determining the heat transfer coefficient Kv of the container 100 in this way, when actually freeze-drying the material to be dried F in the vacuum drying device 1, the control unit 40 controls the vacuum drying device as follows. Control the temperature adjustment 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 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). To do this, as described above, the weight of the shelf board 11a supported by the fluid cylinder 30 is converted and obtained from the measurement result of the fluid pressure P2 based on a 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 uses the temperature calculation unit 44 to calculate the temperature of the object to be dried F based on the obtained weight of the shelf 11 (step S3). In this embodiment, the temperature calculation unit 44 calculates the latent heat of sublimation ΔH of the material 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 predetermined heat transfer coefficient Kv. Based on this, the bottom center temperature Tb [K] of the container 100 is calculated as the temperature of the material to be dried F. Note that the value of the latent heat of sublimation ΔH may be determined by using the value of the solvent of the material to be dried F. However, if the value of the latent heat of sublimation ΔH varies significantly depending on the solute, a value obtained by multiplying the value of the solvent by a correction coefficient obtained through experiments in advance 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。 To calculate the bottom center temperature Tb of the container 100, the following equation (4) obtained based on the above equations (2) and (3) is used.

Figure 0007390176000004
Figure 0007390176000004

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, the average value of the measured value of the supply side temperature sensor 19A and the measured value of the collection side temperature sensor 19B can be used as the shelf temperature Ts. Further, the latent heat of sublimation ΔH of the material to be dried F, the number N of containers 100 placed on the shelf 11, and the cross-sectional area Av per container 100 are known. For the heat transfer coefficient Kv of the container 100, the value determined in advance is used. Substitute these values into the above equation (4).
Further, the sublimated water vapor amount dm/dt per unit time is obtained from the weight of the shelf 11 converted based on the fluid pressure P2. That is, the amount of sublimated water vapor dm/dt can be calculated from the difference in the weight of the shelf 11 at two different times. The sublimated water vapor amount dm/dt is, in other words, the sublimation rate of the material F to be dried.

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。 Furthermore, the thickness L ice (see FIG. 2) of the frozen layer L2 is calculated from the weight (known) of the material to be dried F stored in the container 100, based on the weight m (amount of sublimation) of the material to be dried that has sublimated. be done. Thereby, the bottom center temperature Tb of the container 100 calculated by the formula (4) can be converted into the temperature T ice of the sublimation surface Lf of the material to be dried F by the following formula (5). Note that the conditions are that the volume of the solution forming the initial weight m of the material to be dried F when frozen is known, and that the internal shape of the container 100 (usually cylindrical) is known. In other words, before the solvent is sublimated, L ice has a known thickness in the container 100, and of the weight m of the material to be dried F, all the mass equivalent to the weight of the solvent has sublimated. At this point, the thickness of the Lice becomes zero. For example, if 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 material to be dried F and the thickness of Lice have a linear proportional relationship (a relationship expressed by a linear function). Therefore, by using this proportional relationship, it is possible to easily calculate the thickness Lice of the frozen layer L2 from the obtained weight of the shelf 11.

Figure 0007390176000005
Figure 0007390176000005

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, K ice is the heat transfer coefficient [J/s·m·K] of the frozen layer L2. This value is stored in the storage unit 42 from the beginning as a known value. This value is obtained from literature or experiments.

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。 In this manner, in step S3, the temperature calculation unit 44 obtains the temperature of the object F to be dried by converting the center temperature Tb of the bottom of the container 100 and the temperature Tice of the sublimation surface Lf of the object F to be dried. 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 uses a heating temperature control unit 45 to control the heating operation of the shelf 11 in the adjustment unit 12 based on the temperature of the material to be dried F calculated by the temperature calculation unit 44 in step S3 (step S4). . The temperature of the material to be dried F used here may be either the bottom center temperature Tb of the container 100 or the temperature Tice of the sublimation surface Lf of the material to be dried F.

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 adjustment section 12 based on the temperature of the material to be dried F in step S4 is not limited at all. For example, the heating temperature control unit 45 controls heating so that the temperature of the material to be dried F (bottom center temperature Tb of the container 100 or temperature Tice of the sublimation surface Lf of the material to be dried F) is maintained below the collapse temperature. Preferably, the temperature control section 45 controls the operation of the adjustment section 12. In addition, in order to improve the efficiency of the vacuum drying process, the heating temperature control section 45 adjusts the temperature of the material to be dried so that the temperature of the material to be dried is below the collapse temperature and as high as possible. Preferably, 12 operations are controlled. Note that instead of the collapse temperature of the material to be dried F, the glass transition point, melting point, or eutectic point of the material to be dried, the temperature at which the material is used as a product, etc. may be used as a reference for the temperature. In other words, for example, the temperature may be based on important material properties of drug substances and pharmaceuticals.

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 explained above, according to the vacuum drying apparatus 1 according to the present embodiment, the fluid supply and discharge system 35 that supplies and discharges fluid to and from the fluid cylinder 30 that raises and lowers the shelf 11 on which the object to be dried F is placed is provided. A contraction side pressure sensor 39 is provided and measures 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 object to be dried F suspended and the shelf 11 decreases. do. Then, the downward force in the direction of gravity that acts from the shelf 11 on the fluid cylinder 30 that supports the shelf 11 in order to raise and lower the shelf 11 is also reduced. As a result, the fluid pressure P2 within 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, based on the change in the measurement result in the contraction side pressure sensor 39, the weight reduction due to drying of the dried material F is determined. can be detected. The change in weight of the object to be dried F due to drying and the change in the fluid pressure P2 of the fluid cylinder 30 are directly correlated. Therefore, it becomes possible to detect the drying state of the material to be dried F more directly and to grasp the drying state of the material to be dried F with higher precision.

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。
The vacuum drying apparatus 1 further includes an adjustment section 12 that adjusts the temperature Ts of the shelf 11, and a control section 40 that controls the adjustment section 12 based on the measurement result of the contraction side pressure sensor 39.
With 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 adjustment unit 12 based on the change in the fluid pressure P2 of the fluid cylinder 30, so that the drying target F The temperature Ts of the shelf 11 for drying 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 that supports the material 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, by converting the total weight of the weight of the dried material F and the weight of the shelf 11 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, Changes in the drying state of object F can be grasped. Therefore, the temperature Ts of the shelf 11 can be appropriately adjusted depending on the drying state of the material to be dried F.

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 controls the temperature of the shelf 11 based on the latent heat of sublimation ΔH of the material 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 temperature Ts.
In such a configuration, the temperature of the material to be dried F (bottom center temperature Tb of the container 100 , the temperature T ice ) of the sublimation surface Lf of the material to be dried F can be calculated. Thereby, by adjusting the temperature Ts of the shelf 11 according to the temperature state of the material to be dried F, it is possible to dry the material to be dried F 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 material to be dried F becomes equal to or lower than the collapse temperature.
If the temperature of the material to be dried exceeds the collapse temperature even in only a part of the region, a collapse phenomenon occurs in which the portion of the material to be dried where the moisture is frozen shrinks, and the material to be dried will not be properly dried. and the quality deteriorates. In the configuration of this embodiment, the temperature Ts of the shelf 11 is appropriately adjusted based on the change in the fluid pressure P2 of the fluid cylinder 30, so that the temperature of the material to be dried F, especially the sublimation surface temperature, is below the collapse temperature. By maintaining this, the material to be dried F can be dried satisfactorily.

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 method for adjusting the temperature of the shelf 11 in the vacuum drying apparatus 1 according to the present embodiment, based on the fluid pressure P2 of the fluid in the fluid supply and discharge system 35 that supplies and discharges fluid to and from the fluid cylinder 30 that raises and lowers the shelf 11. , 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 in the direction of gravity that acts from the shelf 11 on the fluid cylinder 30 that supports the shelf 11 in order to raise and lower the shelf 11 is reduced. This causes the fluid pressure within the fluid cylinder 30 to change. Since the contraction side pressure sensor 39 measures the fluid pressure P2 supplied to and discharged from the fluid cylinder 30, based on the change in the measurement result in the contraction side pressure sensor 39, the weight reduction due to drying of the dried material F is determined. can be detected. The change in weight of the object to be dried F due to drying and the change in the fluid pressure P2 of the fluid cylinder 30 are directly correlated. Therefore, it becomes possible to detect the drying state of the material to be dried F more directly and to grasp the drying state of the material to be dried F with higher precision.

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。
Furthermore, according to the method of adjusting the temperature of the shelf 11 in the vacuum drying apparatus 1, the fluid pressure P2 is converted into the weight of the shelf 11 supporting the material to be dried F, and the temperature Ts of the shelf 11 is determined based on the weight of the shelf 11. Control.
In such a configuration, since the dead weight of the shelf 11 is known, and the dead weight attached to the dried material F can also be known, the weight of the shelf 11 supporting the dried material F can be determined from the fluid pressure P2 of the fluid cylinder 30. By converting and determining the weight, that is, the total weight of the material to be dried F and the shelf 11, changes in the drying state of the material to be dried F can be grasped. Therefore, the temperature Ts of the shelf 11 can be appropriately adjusted depending on the drying state of the material to be dried F.

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 apparatus 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 material 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 is dried, the total weight of the object to be dried F and the shelf 11 on which the object to be dried F is placed is reduced. Thereby, the drying state of the object to be dried F can be grasped from the weight of the shelf 11 that supports the object to be dried. Therefore, the drying state of the material to be dried F can be detected more directly than, for example, a method that measures the amount of sublimated water vapor, so it is possible to grasp the drying state of the material to be dried F with higher precision. 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 method of adjusting the temperature of the shelf 11 in the vacuum drying apparatus 1 according to the present embodiment, the material to be dried F is placed on the shelf 11 while being housed in the container 100, and the material 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 (measured by 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, the weight of the material to be dried F is calculated based on the weight of the shelf 11, the latent heat of sublimation ΔH of the material to be dried F, 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. It can be determined by calculating the temperature. Thereby, by adjusting the temperature Ts of the shelf 11 according to the temperature state of the material to be dried F, it is possible to dry the material to be dried F 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。
Furthermore, according to the method of adjusting the temperature of the shelf 11 in the vacuum drying apparatus 1 according to the present embodiment, the temperature Ts of the shelf 11 is adjusted based on the weight of the shelf 11 so that the temperature of the material to be dried F becomes below the collapse temperature. Control.
In such a configuration, when the temperature of the material to be dried F exceeds the collapse temperature, a collapse phenomenon occurs in which the portion of the material to be dried F where the water is frozen contracts, and the material to be dried is not properly dried. It disappears. The temperature Ts of the shelf 11 is appropriately adjusted based on the change in the fluid pressure P2 of the fluid cylinder 30, and the temperature of the dried material F is maintained so as to be below the collapse temperature, thereby drying the dried material F. It 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 embodiment)
In the above embodiment, in step S3, when calculating the temperature of the material to be dried F based on the weight of the shelf 11, the temperature calculation unit 44 calculates the latent heat of sublimation ΔH of the material to be dried F, the weight of the shelf 11 (on the shrinkage side Although the temperature of the material 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, the present invention is not limited thereto.

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 material 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 of the material to be dried F, the product per bottle in the container 100, 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) means the internal cross-sectional area of each container 100, unlike Av.

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 adjustment method in the vacuum drying apparatus 1 in this modification, the water vapor transfer resistance Rp of the dried layer L1 (see FIG. 2) of the material to be dried F is determined in advance.
In order to obtain the water vapor transfer resistance Rp, a predetermined number of objects to be dried F, which are actually objects to be vacuum-dried, are placed in a container 100 and placed on the shelf 11 of the vacuum drying apparatus 1. A product temperature sensor is attached to the container 100 to measure the temperature of the material to be dried F (bottom center temperature Tb of 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。 Thereafter, the material to be dried F is dried in the drying chamber 10 under the same conditions (internal pressure (degree of vacuum) and temperature of the drying chamber 10) as when actually freeze-drying, and the weight of the shelf 11 before and after drying is The sublimated water vapor amount dm/dt per unit time is calculated. At this time, the freeze-drying process may be terminated when the material to be dried F has been sublimated, for example, by about 30 to 50%, and the weights of the plurality of containers 100 may be individually measured. In this case, it is possible to examine not the average weight of the containers 100 but the position dependence of the containers 100 on the shelf 11.

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 movement resistance Rp is calculated using equation (7) obtained by modifying equation (6) below.

Figure 0007390176000006
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Figure 0007390176000007
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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 [ m2 ], Pice : sublimation surface pressure [Pa], PDC : internal pressure of drying chamber [Pa], Rp: water vapor transfer resistance [Pa・m 2.s /g]. In FIG. 2, the sublimation surface pressure P ice refers to the dried layer L1 that is generated in the upper layer of the dried material F in the container 100 due to sublimation of water, and the layer that is still frozen below the dried layer L1. This is the pressure that acts on the sublimation surface Lf formed at the boundary between the frozen layer L2 and the sublimation surface Lf. The above equation (6) is based on the fact that water sublimates due to the differential pressure between the sublimation surface pressure P ice and the internal pressure P DC of the drying chamber (Equation (6) is one of the basic equations for heat mass transfer in freeze-drying. be).

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。 Substitute the calculated value of the sublimated water vapor amount dm/dt, the product cross-sectional area Ap per bottle in the container 100, the sublimation surface pressure P ice of the material to be dried F, and the internal pressure P DC of the drying chamber into equation (7). . Thereby, the water vapor transfer resistance Rp is determined. In fact, as shown in equation (7), the sublimation surface pressure P ice can be expressed by the temperature T ice of the sublimation surface Lf of the material to be dried F. The temperature T ice can be determined from the bottom center temperature Tb of the container 100, for example, based on the above equation (5).

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 movement resistance Rp differs depending on the material of the material to be dried F, it is preferable to calculate the water vapor movement resistance Rp for each material in the same manner as described above. Furthermore, since the water vapor transfer resistance Rp is dependent 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. Furthermore, a function showing the correlation between the thickness of the dried layer L1 and the water vapor transfer resistance Rp may be set, and based on this function, the water vapor transfer resistance Rp depending on the thickness of the dried layer L1 may be determined. good. For example, such a function is
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 L ice 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 this embodiment, the water vapor movement resistance Rp is the sum of the water vapor movement resistance for the dried layer and the water vapor movement 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 determining the water vapor transfer resistance Rp in this way, the freeze-drying process of the material to be dried F is actually performed in the vacuum drying apparatus 1.
As shown in FIG. 4, similarly to the above embodiment, the control section 40 sends a signal indicating the measurement result of the fluid pressure P2 at the contraction side pressure sensor 39 at the input reception section 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 uses the temperature calculation unit 44 to calculate the temperature of the object to be dried F based on the obtained weight of the shelf 11 (step S3). In this modification, the temperature calculation unit 44 of the control unit 40 calculates the internal pressure P DC of the drying chamber 10 , the water vapor transfer resistance Rp of the material to be dried F determined above, the number N of containers 100 , and the Based on the product cross-sectional area Ap and the amount of sublimated water vapor per unit time dm/dt calculated from the weight of the shelf 11 converted in step S2, the temperature of the material to be dried F is determined by the following formula (8). The temperature T ice of the sublimation surface Lf is calculated.

Figure 0007390176000008
Figure 0007390176000008

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。
Furthermore, based on the above equation (5), the temperature Tice of the sublimation surface Lf of the material to be dried F can be converted into the bottom center temperature Tb of the container 100, and this can be taken as the temperature of the material to be dried F.
In this way, as the temperature of the material to be dried F, the temperature T ice of the sublimation surface Lf of the material to be dried F or the bottom center temperature Tb of the container 100 is obtained.

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, the heating temperature control unit 45 heats the shelf 11 in the adjustment unit 12 based on the temperature of the dried material F calculated by the temperature calculation unit 44 in step S3, as in the above embodiment. Control behavior.

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 adjustment method of the shelf 11 in the vacuum drying device 1 of this modification, the material to be dried F is placed on the shelf 11 while being accommodated 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 of the material to be dried F, the cross-sectional area Ap of each product in the container 100, and the weight of the shelf 11.
In such a configuration, the temperature of the material to be dried F is determined based on the internal pressure of the drying chamber 10, the water vapor transfer resistance Rp for the material to be dried, the cross-sectional area Ap of each product in the container 100, and the weight of the shelf 11. It can be calculated and found. Therefore, by adjusting the temperature Ts of the shelf 11 according to the temperature state of the material to be dried F, the material 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。 Note that the technical scope of the present invention is not limited to the embodiments described above, and various changes 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 obtain the weight of the shelf 11, but the present invention is not limited to this. The expansion side pressure sensor 38 may measure the fluid pressure in the contraction side piping 37, or the expansion side pressure sensor 38 may measure the fluid pressure P2 in the contraction side piping 37 measured by the contraction side pressure sensor 39. The weight of the shelf 11 may be converted and obtained based on the differential pressure between the measured fluid pressure in the extension pipe 36 and the measured fluid pressure in the extension pipe 36 .

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。 In the embodiment described above, the temperature of the material to be dried F (the bottom center temperature Tb of the container 100 or the temperature of the material to be dried F Although the adjustment unit 12 is controlled by obtaining the temperature T ice ) of the sublimation surface Lf, the present invention is not limited thereto. The adjustment unit 12 may be controlled based on the fluid pressure P2 in the contraction side piping 37 measured by the contraction side pressure sensor 39, using the sublimation surface pressure Pice of the material 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, without departing from the spirit of the present invention, the components in the embodiments described above may be replaced with well-known components as appropriate, and the above-described modifications may be combined as appropriate.

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 Adjustment section 20 Collection section 30 Fluid cylinder 35 Fluid supply/discharge system 39 Contraction side pressure sensor (measuring section)
40 Control unit 100 Vial F Material to be dried △H Latent heat of sublimation Kv Heat transfer coefficient L1 Dry layer P2 Fluid pressure Rp Water vapor transfer resistance Tice Temperature Ts Temperature

Claims (10)

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、
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、を備える真空乾燥装置。
a drying room,
a shelf arranged in the drying chamber and on which items to be dried are placed;
a fluid cylinder that raises and lowers the shelf;
a fluid supply and discharge system that supplies and discharges fluid to and from the fluid cylinder;
a measurement unit that is provided in the fluid supply and drainage system and measures the fluid pressure of the fluid;
a collection unit that collects moisture sublimed from the material to be dried;
an adjustment unit that adjusts the temperature of the shelf;
A vacuum drying apparatus comprising : a control section that controls the adjustment section based on the measurement result of the measurement section .
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に記載の真空乾燥装置。
The control unit includes:
At each of two different times, converting the measurement results of the measurement unit into the weight of the shelf supporting the drying material,
Calculating the sublimation rate of the dried material from the differences between these two times and weights,
Calculating the estimated temperature of the material to be dried based on the sublimation rate,
The vacuum drying apparatus according to claim 1 , wherein the adjustment section is controlled so that the estimated temperature is equal to or lower than a preset threshold.
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に記載の真空乾燥装置。
The item to be dried is placed on the shelf while being housed in a container,
The vacuum drying apparatus according to claim 2 , wherein the control unit calculates the estimated temperature based on the latent heat of sublimation of the material 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に記載の真空乾燥装置。
The item to be dried is placed on the shelf while being housed in a container,
The vacuum drying according to claim 2 , 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. Device.
前記閾値がコラプス温度である請求項からのいずれか1項に記載の真空乾燥装置。 The vacuum drying apparatus according to any one of claims 2 to 4 , wherein the threshold value is a 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。
a drying room,
a shelf arranged in the drying chamber and on which items to be dried are placed;
a fluid cylinder that raises and lowers the shelf;
A method for adjusting the temperature of the shelf in a vacuum drying apparatus including a collection unit that collects moisture sublimed from the object to be dried, the method comprising:
A method for adjusting the temperature of a shelf in a vacuum drying apparatus, wherein the temperature of the shelf is adjusted based on the fluid pressure of the fluid in a fluid supply and discharge system that supplies and discharges fluid to and from 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 two different times, converting the fluid pressure into the weight of the shelf supporting the object to be dried,
Calculating the sublimation rate of the dried material from the differences between these two times and weights,
Calculating the estimated temperature of the material to be dried based on the sublimation rate,
The method for adjusting the temperature of a shelf in a vacuum drying apparatus according to claim 6 , wherein the temperature of the shelf is controlled so that the estimated temperature is equal to or lower than a preset threshold.
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に記載の真空乾燥装置における棚の温度調節方法。
The item to be dried is placed on the shelf while being housed in a container,
8. The method for adjusting the temperature of a shelf in a vacuum drying apparatus according to claim 7 , wherein the estimated temperature is calculated based on the latent heat of sublimation of the material 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に記載の真空乾燥装置における棚の温度調節方法。
The item to be dried is placed on the shelf while being housed in a container,
The temperature of the shelf in the vacuum drying apparatus according to claim 7 , wherein the estimated temperature is calculated based on the internal pressure of the drying chamber, the water vapor transfer resistance of the material to be dried, the cross-sectional area of the product in the container, and the sublimation rate. Adjustment method.
前記閾値がコラプス温度である請求項からのいずれか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 drying apparatus according to any one of claims 7 to 9 , wherein the threshold value is a collapse temperature.
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