TWI612218B - 低溫阱 - Google Patents
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Abstract
本發明之低溫阱係於連接於被脫氣空間即腔室之殼體內使已藉由機械式冷凍機冷卻之低溫板件自殼體壁隔離而設置者,將上述低溫板件之板面以朝向上述腔室內之脫氣對象之方式設置,且具備設置於上述板面之前方之孔口板。
Description
本發明係關於一種低溫阱,尤其是關於一種適合用於冷凍乾燥之技術。
提出有具備冷阱之真空乾燥裝置,其用以將醫藥品、食品、化妝品或化學品等之原料液冷凍並真空乾燥(例如,日本專利第5574318號公報)。
根據先前之真空乾燥裝置,真空泵經由排氣路徑而連接於收容被乾燥物之乾燥室,於該排氣路徑之中途設置有冷阱。藉由利用冷阱使自乾燥室內之被乾燥物昇華之水蒸汽凝結而將其捕集,而能夠使被乾燥物乾燥。
又,作為面向醫藥品之冷凍乾燥裝置之最近傾向,對「抗體醫藥」或「生物醫藥」之需求提高。
該等藥劑有如下背景,即,由於水分活性較先前之化學物質高,故而必須使含水率更低地製造。因此,於大陽日酸技報No.33(2014)p1-p2森公哉 米倉正浩「面向生物醫藥品之液化氮式真空冷凍乾燥機」網際網路(URL;https://www.tn-sanso-giho.com/pdf/33/tnscgiho33_06.pdf)(以下,稱為非專利文獻)中,將使用液體氮之熱交換器追加於真空冷凍乾燥機而產生低溫狀態,使冷凍乾燥槽內之壓力變低而實現藥劑之製造。
又,於該等藥劑之情形時,要求不改變臨床試驗藥之製法而製造藥劑。
然而,若為上述非專利文獻所示之技術,則因使用液體氮而導致裝置規模變得極其大,因此,有需使裝置小型化、省空間化之要求。進而,因使用液體氮而導致維護之工時或運轉成本增大,故而需要不耗費此種成本而作業性良好之裝置、方法。
因此,研究將自先前於半導體或FPD(Flat Panel Display,平板顯示器)之製造裝置中所使用之低溫阱用於藥劑之製造。(例如,日本專利特開平05-044642號公報)
然而,低溫阱原本為於半導體或FPD之製造中所使用之裝置,與半導體或FPD之製造中之壓力範圍相比,醫藥品之製造中所設想之壓力範圍相差2位數程度。因此,無法將此種低溫阱直接應用於面向醫藥品之裝置。
進而,醫藥品之製造中之壓力範圍為較半導體或FPD之製造中所設想之壓力高之壓力範圍。因此,於將低溫阱應用於面向醫藥品之裝置之情形時,作為捕集對象之水分之量較多。若將先前之低溫阱直接應用於面向醫藥品之裝置,則存在無法發揮充分之低溫阱之凝集能力之問題。
又,相對於在半導體或FPD之製造中所設想之溫度範圍,醫藥品之製造中之溫度範圍亦不同。因此,無法將此種低溫阱直接應用於面向醫藥品之裝置。
本發明係鑒於上述情況而完成者,且為欲達到能夠將低溫阱應用於冷凍乾燥(真空乾燥)裝置之目的者。
本發明之一態樣之低溫阱係使藉由機械式冷凍機冷卻之低溫板件自殼體壁隔離而設置於與被脫氣空間即腔室連接之殼體內者,且將
上述低溫板件之板面以朝向上述腔室內之脫氣對象之方式設置,且具備設置於上述板面之前方之孔口板。
藉此,能夠將相對於孔口板而為腔室側之空間與為低溫板件側之空間之壓力以成為特定的範圍之方式設定。即便於-40~-100℃左右之溫度範圍,亦能夠使低溫板件上之水分子或二氧化碳分子等之凝集為固定,從而能夠穩定進行該凝集。
具體而言,於將較孔口板更靠腔室側之空間之壓力設為P1,且將較孔口板更靠低溫板件側之空間之壓力設為P2時,設定滿足以下之條件之臨界壓力比,即P2/P1≦0.1,藉此能夠實現固定之排氣速度。再者,此處,壓力P2與壓力P1之關係滿足以下之條件,即P1>P2。
於本發明之一態樣之低溫阱中,亦可於上述孔口板與上述板面之間設置有不使上述板面之凝集量下降之間隔。
藉此,能夠聚集作為初始條件所設定之凝集量。
本發明之一態樣之低溫阱亦可具有設置於上述孔口板之複數個開口。由於如此於孔口板設置有複數個開口,故而相對於低溫板件面之凝集物之入射量係僅基於設置於孔口板之開口之孔口流導而考慮。因此,能夠實現上述臨界壓力比,能夠於低溫板件之整個表面均勻地聚集被凝集物。
於本發明之一態樣之低溫阱中,上述孔口板中之上述開口之開口率亦可為0.8~0.85之範圍。
藉此,能夠使作為初始條件而設定之凝集量穩定,從而能夠於低溫板件之面內均勻地聚集被凝集物。
於本發明之一態樣之低溫阱中,亦可相對於上述孔口板之中心
部之上述開口之開口率,而使上述孔口板之周緣部之上述開口之開口率相同或較大。
藉此,能夠於低溫板件之整個表面均勻地聚集被凝集物。
於本發明之一態樣之低溫阱中,上述孔口板之上述開口之形狀亦可為自圓形形狀、多邊形狀、狹縫狀選擇之形狀。
藉此,能夠實現上述臨界壓力比。
於本發明之一態樣之低溫阱中,亦可相對於上述孔口板之中心部之上述開口之形狀,而使上述孔口板之周緣部之上述開口之形狀相同或較大。
藉此,能夠於低溫板件之整個表面均勻地聚集被凝集物。
於本發明之一態樣之低溫阱中,上述被脫氣空間亦可連接於作為收容被乾燥物之乾燥室之真空乾燥裝置。
藉此,能夠充分地降低真空乾燥裝置中之被乾燥物之含水率。
根據本發明,能夠將低溫阱用於真空乾燥,從而能夠發揮可充分地降低真空乾燥中之被乾燥物之含水率之效果。
10‧‧‧真空乾燥裝置
11‧‧‧乾燥室(腔室)
11a‧‧‧棚架
11b‧‧‧加熱器(調溫機構)
11c‧‧‧溫度感測器
12‧‧‧第1脫水部
14‧‧‧控制部(控制單元)
15‧‧‧真空泵(第1排氣機構)
16‧‧‧排氣泵(第2排氣機構)
17‧‧‧第1捕集機構(第1冷阱)
17a‧‧‧導入部
17b‧‧‧導出部
17c‧‧‧冷卻單元
19‧‧‧清洗、殺菌裝置(清洗、殺菌機構)
21‧‧‧第1區隔部
21a‧‧‧分隔體
22‧‧‧第1切換閥(第1排氣機構)
23‧‧‧第2區隔部
23a‧‧‧分隔體
24‧‧‧第2切換閥(第2排氣機構)
26‧‧‧壓力計
27‧‧‧壓力計
30‧‧‧第2脫水部(低溫阱)
31‧‧‧殼體
31a‧‧‧銷
33‧‧‧孔口板
33c‧‧‧中心部
33r‧‧‧周緣部
34‧‧‧開口
38‧‧‧第2捕集機構(冷阱)
38a‧‧‧低溫板件
38b‧‧‧機械式冷凍機
d‧‧‧距離
F1‧‧‧被乾燥物(脫氣對象)
r0‧‧‧直徑
r1‧‧‧半徑
r2‧‧‧半徑
rA‧‧‧區域
rB‧‧‧區域
rC‧‧‧區域
rD‧‧‧區域
S01~S18‧‧‧步驟
圖1係表示設置有本發明之一實施形態之低溫阱之真空乾燥裝置的模式圖。
圖2係表示本發明之一實施形態之低溫阱之剖視圖。
圖3係表示本發明之一實施形態之低溫阱中之孔口板的前視圖。
圖4係表示本發明之一實施形態之低溫阱中之孔口板的模式前視圖。
圖5係表示使用本發明之一實施形態之低溫阱之真空乾燥步驟的流程圖。
圖6係表示本發明之一實施形態之低溫阱中之凝縮率之分佈的圖
表。
以下,基於圖式,對本發明之一實施形態之低溫阱進行說明。
圖1係表示設置有本實施形態之低溫阱之真空乾燥裝置之模式圖,於圖1中,符號10為真空乾燥裝置。
本實施形態之真空乾燥裝置10例如用於為製造醫藥品、醫藥製劑、及醫藥品或醫藥製劑原材料等而將其等之原料液冷凍並進行真空乾燥。被乾燥物F1為醫藥製劑或醫藥製劑之材料。被乾燥物F1可為將上述原料液收容於容器之液體狀態,亦可為於使用真空乾燥裝置10之處理之前步驟中使之真空冷凍之固體狀態(例如塊狀、粉末狀)。於本實施形態中,對被乾燥物F1為醫藥製劑或醫藥製劑之材料之情形進行說明。
如圖1所示,本實施形態之真空乾燥裝置10具有:乾燥室11,其收容被乾燥物;第1脫水部12,其連接於乾燥室11;第2脫水部30,與第1脫水部12獨立地連接於乾燥室11;第1區隔部21;第2區隔部23;及控制單元14(控制部)。
第1脫水部12具有第1捕集裝置17(第1捕集機構),該第1捕集裝置能夠冷卻至能夠使自被乾燥物F1昇華之水分凝結而加以捕集之第1溫度。
第2脫水部30具有捕集裝置38(捕集機構),該捕集裝置能夠冷卻至較第1溫度低之第2溫度。
第1區隔部21發揮作為切換機構之功能,能夠選擇性地使乾燥室11與第1脫水部12連通,或使其等相互脫離。
第2區隔部23與第1區隔部21相同,發揮作為切換機構之功能,能夠選擇性地使乾燥室11與第2脫水部30連通,或使其等相互脫離。
乾燥室11係用以使被乾燥物即原料F1真空乾燥之空間。乾燥室11
內之真空度可於例如5~300Pa之範圍進行調整。乾燥室11具有多段之複數個棚架11a,該等棚架11a支持供載置試樣F1之托盤(省略圖示)。
於乾燥室11之複數個棚架11a之各者設置有加熱器(調溫機構)11b。加熱器11b藉由控制單元(控制部)14而被控制,能夠對載置於棚架11a之試樣F1進行加熱及冷卻。作為加熱器11b,例如可包含使熱媒於棚架11a之內部循環之機構,又,可包含護套加熱器等電阻加熱式之加熱器等。加熱時之加熱器11b之設定溫度並無特別限定,例如可設為20℃。
於至少任一棚架11a設置有溫度感測器11c。溫度感測器11c對載置於藉由加熱器11b加熱之棚架3上之試樣F1之溫度進行檢測,並將所檢測之溫度作為檢測信號輸出至控制單元14。溫度感測器11c能夠於棚架11a之上側測定溫度,且較佳為設置於複數個棚架11a之各者。
於乾燥室11連接有分別獨立之第1脫水部12與第2脫水部30,乾燥室11經由該第1脫水部12及第2脫水部30而與真空泵(第1排氣機構)15及泵(第2排氣機構)16連通。真空泵15係用以對乾燥室11內之氣體進行排氣而使乾燥室11內為特定之真空度之泵。作為真空泵15,可採用旋轉泵或乾燥泵等各種真空泵。
如下所述,於乾燥室11設置有用以對乾燥室11、第1脫水部12、及第2脫水部30內進行清洗、殺菌之清洗、殺菌裝置19(清洗、殺菌機構)。清洗、殺菌裝置19藉由控制單元14而控制。清洗、殺菌裝置19能夠將殺菌步驟用之122℃左右之蒸汽、或清洗步驟用之滿足特定之基準之純水供給至乾燥室11、第1脫水部12、及第2脫水部30內部。
於乾燥室11設置有用以測定乾燥室11內部之壓力之壓力計26、27。壓力計26設為不受由測定氣體之種類所致之測定指示值之影響的能夠全壓測定之第1真空計,例如設為非穩定波型磁控管真空計、作
為隔膜壓力計之電容測壓計。壓力計27設為利用導熱之能夠全壓測定之真空計,且為根據測定氣體種類而於測定指示值產生差之第2真空計,例如設為派藍尼真空計。
於利用第1脫水部12之第1乾燥步驟或加熱乾燥步驟中,對利用上述第1真空計26所得之乾燥室11之測定指示值、及利用第2真空計27所得之乾燥室11之測定指示值進行比較,將測定指示值之差收斂於極小之時間點判斷為第1乾燥步驟或加熱乾燥步驟之終點時。其成為下文敍述之判別步驟。
即,於自壓力計26、27之測定值分離之狀態變化為壓力計26、27之測定值一致之狀態時,判斷出將乾燥室11內部之水分去除至第1脫水部12之能力極限,從而能夠切換至利用第2脫水部30之第2乾燥步驟。將壓力計26、27之測量值輸出至控制單元14。
第1脫水部12發揮作為使乾燥室11與真空泵(第1排氣機構)15連通之一排氣路徑(第1排氣路徑)之功能。於第1脫水部12設置有第1冷阱17。第1冷阱17構成能夠使水蒸汽凝結而將其捕集之捕集面(第1捕集面)。第1冷阱17相較於其後說明之第2冷阱38而例如成為大型,用作能夠捕集更大量之水蒸汽之主乾燥用之冷阱。
第1脫水部12之第1冷阱17係將冷媒流通之管捲繞成螺旋狀而構成。作為除此以外之構成,第1冷阱17亦可構成為平板(板)狀。第1冷阱17於管之兩端具有冷媒之導入部17a及導出部17b。該等冷媒之導入部17a及導出部17b連接於將冷媒供給至第1冷阱17內並使之流通之第1冷卻單元17c。
第1冷卻單元17c藉由控制單元14而控制,使冷媒於第1冷阱17內流通。第1冷卻單元17c具有:壓縮機,其壓縮冷媒;凝縮器,其使經壓縮之高溫高壓冷媒液化;膨脹閥,其使液體冷媒絕熱膨脹;及蒸發器,其使液體冷媒汽化。第1冷阱17相當於上述蒸發器。冷媒自導入
部17a導入至第1冷阱17內,於第1冷阱17流通,且自導出部17b導出,藉此進行循環。再者,作為冷媒,例如可使用氟氯碳化物氣體R404A、或矽油等。
第1冷卻單元17c將第1冷阱17之表面(第1捕集面)冷卻至第1溫度。第1溫度係第1冷阱17能夠使自乾燥室11內之試樣F1昇華之水蒸汽大體凝結而將其捕集之溫度。第1溫度之值係根據作為乾燥對象物之試樣F1之種類、乾燥室之極限壓力等而設定,於本實施形態中,為-40℃左右、-20℃~-60℃左右之範圍。
於第1脫水部12中,於乾燥室11與第1冷阱17之間設置有作為切換閥發揮功能之第1區隔部21,於第1冷阱17與真空泵(第1排氣機構)15之間設置有作為切換機構之第1切換閥22。第1區隔部21及第1切換閥22之開閉藉由控制單元14而控制。
第1區隔部21具有:分隔體21a,其能夠將於乾燥室11之壁面開口之部分封閉;未圖示之驅動部,其使分隔體21a移動;及未圖示之驅動源,其驅動該驅動部。驅動部切換使分隔體21a與壁面接觸之封閉狀態、及使分隔體21a自壁面脫離之打開狀態。驅動源藉由控制單元14驅動控制,藉此進行第1區隔部21之開閉控制。分隔體21a及驅動部如下所述,成為能夠於對第1脫水部12及乾燥室11進行清洗、殺菌時清洗之構成。
藉由打開第1區隔部21,能夠將乾燥室11與第1脫水部12相互連通。藉由一同打開第1區隔部21及第1切換閥22,能夠將乾燥室11與真空泵15相互連通。藉由封閉第1區隔部21並打開第1切換閥22,能夠對第1脫水部12內之氣體進行排氣。藉由一同封閉第1區隔部21及第1切換閥22,能夠限制乾燥室11內之氣體經由第1脫水部12之排氣。真空泵15與第1切換閥22構成第1排氣機構。
於本實施形態中,於與乾燥室11連通之作為另一排氣路徑(第2排
氣路徑)發揮功能之第2脫水部30設置有第2冷阱38。第2冷阱38構成能夠使水蒸汽凝結而將其捕集之捕集面(第2捕集面)。第2冷阱38係能夠冷卻至較第1冷阱17之第1捕集面低之第2溫度地構成。
圖2係表示本實施形態中之低溫阱之剖視圖,圖3係表示本實施形態之低溫阱之孔口板之前視圖,圖4係表示本實施形態之低溫阱之孔口板之模式前視圖。
本實施形態之低溫阱係作為最終乾燥用之第2脫水部30而設置於真空乾燥裝置10,並連接於作為被脫氣空間之乾燥室(腔室)11。
於本實施形態中,第1冷阱17之冷凍機17c所要求之能力為能夠實現-50~-60℃左右之溫度調整,且具有較大之熱容。相對於此,第2冷阱38係用於二次乾燥,且進行於一次乾燥吸附水分後之處理之阱。因此,作為第2冷阱38所要求之能力,需要實現更低溫(例如,-80℃~-100℃)之溫度調整,但熱容可較小。因此,第2冷阱38較第1冷阱17更小型。可藉由第2冷阱38捕集之水蒸汽量較第1冷阱17為更少量。第2冷阱38用作最終乾燥用之冷阱。例如,於被乾燥物中含有500kg左右之水分之情形時,第1冷阱17使被乾燥物中之幾乎所有水分乾燥,第2冷阱38用以使被乾燥物中殘留之1%之水分乾燥。
第2冷阱38藉由控制單元14而控制,具備藉由機械式冷凍機38b冷卻之低溫板件38a。低溫板件38a作為低溫阱發揮功能。
如圖2、圖3所示,於構成第2脫水部30之殼體31內設置有藉由機械式冷凍機38b冷凍之低溫板件38a。於第2脫水部30內,藉由使水分子或二氧化碳分子等凝縮於低溫板件38a,而使該等分子等維持於第2脫水部30內。即,第2冷阱38係以減少乾燥室11內部之水分子或二氧化碳分子等之方式構成。
低溫板件38a係以自成為第2脫水部30之壁面之殼體31隔離之方式配置於第2脫水部30內。低溫板件38a之板面係以朝向乾燥室11(腔室)
內之脫氣對象(被乾燥物)F1之方式設置。於低溫板件38a之板面之前方(被乾燥物F1側)設置有孔口板33。換言之,孔口板33係以位於乾燥室11與低溫板件38a之間之方式配置於第2脫水部30內。
從自被乾燥物F1朝向孔口板33之方向觀察,孔口板33係以覆蓋低溫板件38a之整個表面之方式配置。具體而言,能夠以大致覆蓋圓筒狀之殼體31之位於乾燥室11側之開口之全體的方式設置孔口板33。此時,孔口板33以不與殼體31接觸之方式配置,藉由自殼體31向內側突起設置之銷31a,而例如於4部位固定。
孔口板33與低溫板件38a之距離d(表面間之距離、間隔)設定為不使藉由低溫板件38a凝集之水分子或二氧化碳分子等之凝集量下降之間隔。
具體而言,距離d係以成為水分子相對較孔口板33更靠低溫板件38a側之空間之壓力P2之平均自由行程以內的方式設定。例如係以低溫板件38a具有能夠與上述凝集量、即需要之捕捉水分量對應而捕集該需要之捕捉水分量之能力的方式設定距離d。
具體而言,於低溫板件38a附近之溫度設為-100℃左右及壓力設為1~10-3Pa之裝置運轉條件之情形時,可將距離d設定為1~100mm左右。
如圖2、圖3所示,於孔口板33設置有複數個開口34。
該開口34係以孔口板33整個表面之平均之開口率成為0.8~0.85之範圍之方式設定。
又,關於開口34之配置及開口率,如圖4所示,於孔口板33中具有半徑r1之區域即中心部33c、及孔口板33中自半徑r1至半徑r2之區域即周緣部33r中,開口34之開口率不同。具體而言,能夠以相對於中心部33c之開口率,而使周緣部33r之開口率相同或變大之方式設定孔口板33之開口34的開口率。藉此,能夠以於低溫板件38a之面內成為
均等之方式設定低溫板件38a之板面之水分子或二氧化碳分子等之凝集量。因此,能夠於低溫板件38a之側面或背面側有效率地凝集水分子或二氧化碳分子等,從而能夠有效地進行此種凝集。
孔口板33之開口34之輪廓形狀如圖3所示,可設為圓形形狀,但亦可設為自多邊形狀、狹縫狀、網眼狀中選擇之形狀。
又,作為開口34之配置,如圖4所示,能夠以相對於中心部33c之開口34之形狀,使周緣部33r之開口34之形狀相同或變大之方式設定。此時,中心部33c之開口34之形狀與周緣部33r之開口34之形狀可相似。
即,例如,於開口34之輪廓形狀為圓形之情形時,能夠以相對於中心部33c之開口34之直徑尺寸,使周緣部33r之開口34之直徑尺寸相同或變大之方式設定。
藉此,能夠以低溫板件38a之板面上之水分子或二氧化碳分子等之凝集於低溫板件38a之面內方向上成為均等之方式設定。因此,能夠於低溫板件38a之側面或背面側有效率地凝集水分子或二氧化碳分子等,能夠有效地進行此種凝集。
關於孔口板33之開口34之形狀或配置等,於將較孔口板33更靠乾燥室(腔室)11側之空間之壓力設為P1,且將較孔口板33更靠低溫板件38a側之空間之壓力設為P2時,設定滿足以下之條件之臨界壓力比,即P2/P1≦0.1。藉此,能夠實現固定之排氣速度。再者,此處,壓力P2與壓力P1之關係滿足以下之條件,即P1>P2。
低溫板件38a藉由機械式冷凍機38b使氦氣進行西蒙膨脹(Simon Expansion),例如能夠冷卻至80K之超低溫。藉由使氣體分子凝縮於
低溫板件38a,而能夠將乾燥室11內之真空度提高至無法利用排氣泵16等達到之高真空。
排氣泵16具有對第2脫水部30內進行排氣而使之成為真空之功能,可使用渦輪分子泵作為排氣泵16。
第2冷阱38將低溫板件38a之表面(第2捕集面)冷卻至較第1冷阱17之表面低之溫度,例如約-70℃~-100℃、-85℃左右。若將低溫板件38a之表面溫度設定得過低,則需要之機械式冷凍機38b之能力過大,故而不佳。又,若將低溫板件38a之表面溫度設定得過高,則無法將被乾燥物F1之含水率降低至需要之程度,故而不佳。
再者,第2冷阱38原本如上所述使用可應用於半導體或FPD之製造之高性能之低溫阱,但亦能夠於相較於通常所使用之條件極其不同之條件下使用第2冷阱38。
於第2脫水部30中,於乾燥室11與第2冷阱38之間設置有作為切換閥發揮功能之第2區隔部23。於第2冷阱38與排氣泵(第2排氣機構)16之間設置有作為切換機構之第2切換閥24。第2區隔部23及第2切換閥24之開閉藉由控制單元14而控制。
第2區隔部23具有:分隔體23a,其能夠將於乾燥室11之壁面開口之部分封閉;未圖示之驅動部,其使分隔體23a移動;及未圖示之驅動源,其驅動該驅動部。驅動部切換分隔體23a與壁面接觸之封閉狀態、及分隔體23a自壁面脫離之打開狀態。驅動源藉由控制單元14驅動控制,藉此進行第2區隔部23之開閉控制。分隔體23a及驅動部如下所述,成為能夠於對第2脫水部30及乾燥室11進行清洗、殺菌時清洗之構成。
分隔體23a配置於較孔口板33更接近乾燥室11之被乾燥物F1之位置。
藉由打開第2區隔部23,能夠將乾燥室11與第2脫水部30相互連
通。藉由一同打開第2區隔部23及第2切換閥24,能夠將乾燥室11與排氣泵(第2排氣機構)16相互連通。藉由封閉第2區隔部23並打開第2切換閥24,能夠對第2脫水部30內之氣體進行排氣。藉由一同封閉第2區隔部23及第2切換閥24,能夠獨立地封閉第2脫水部30及乾燥室11內。排氣泵16與第2切換閥24構成第2排氣機構。
本實施形態之真空乾燥裝置10於將乾燥室11、第1脫水部12及第2脫水部30清洗後,將乾燥室11與第1脫水部12連通,並且封閉第2脫水部30進行第1冷凍乾燥步驟。其後,將乾燥室11與第2脫水部30連通,並且封閉第1脫水部12進行第2冷凍乾燥步驟。
因此,於本實施形態之真空乾燥裝置10中,乾燥室11、第1脫水部12及第2脫水部30能夠分別清洗,且能夠密閉。
具體而言,於第1脫水部12與第2脫水部30中,作為殺菌時之熱對策、醫藥製劑製造用,可將分隔體21a、分隔體21a之驅動部、分隔體23a、分隔體23a之驅動部、及低溫板件38a(低溫阱)之表面設為被SUS、SUS316、Au、Pt等金屬覆蓋之構成。再者,未被清洗之面,即不與脫水部12、30之內側表面相接之部分亦可使用電熱良好之Cu。
於第1切換閥22、及較第1切換閥22更靠真空泵15側,成為氣體不自第1脫水部12向乾燥室11逆流之構成。同樣地,於第2切換閥24、及較第2切換閥24更靠排氣泵16側,成為氣體不自第2脫水部30向乾燥室11逆流之構成。
低溫阱通常為了於冷凍機與阱板件之連接部提高導熱性,而於該部分介隔In箔,但可將其自In箔變更為鍍金、金箔等。
又,於第2脫水部30中,於下述本實施形態之真空乾燥方法中,於殺菌步驟、清洗步驟、收容步驟、第1乾燥步驟中,設為將較第2排氣機構之第2切換閥24更靠排氣泵16側封閉之狀態。
以下,對使用本實施形態之低溫阱之真空乾燥方法進行說明。
圖5係表示使用本實施形態之低溫阱之真空乾燥方法之流程圖。
如圖5所示,使用本實施形態之低溫阱之真空乾燥方法具有準備步驟S01、開閉步驟S02、殺菌步驟03、清洗步驟04、預乾燥步驟S05、開閉步驟S06、收容步驟S07、開閉步驟S08、第1乾燥步驟S09、加熱乾燥步驟S10、第2排氣步驟S11、判別步驟S12、開閉步驟S13、第2乾燥步驟S14、第1排氣步驟S15、密閉步驟S16、開閉步驟S17、及取出步驟S18。
關於本實施形態之真空乾燥方法,作為圖5所示之準備步驟S01,預先以能夠將需要之被乾燥物F1搬入至棚架11a之方式準備。又,於控制單元14中,準備需要之製造條件資訊。
繼而,作為圖5所示之開閉步驟S02,藉由控制單元14之控制以如下之方式開閉各分隔、閥。
乾燥室11:開
第1區隔部21:開
第2區隔部23:開
第1切換閥22:閉
第2切換閥24:閉
繼而,作為圖5所示之殺菌步驟03,於在開閉步驟S02設定之狀態下,即打開第1區隔部21及第2區隔部23而使乾燥室11、第1脫水部12及第2脫水部30連通,藉由控制單元14之控制而自清洗、殺菌機構19供給蒸汽。藉此,對乾燥室11、第1脫水部12及第2脫水部30之內部進行殺菌。
作為被乾燥物F1之醫藥製劑暴露之部分必須擔保完全無菌。因此,每次開始藥劑生產步驟時,作為藥劑生產步驟之前步驟而進行蒸汽殺菌步驟S03。於面向醫藥品之冷凍乾燥裝置中需要之殺菌係藉由
於122℃以上之蒸汽中暴露20分鐘以上而殺菌。
該蒸汽殺菌步驟中之壓力設為210kPa左右、220kpa~240kpa左右。實際上,作為3小時左右蒸汽殺菌步驟S03,將裝置內部維持為高溫。
此時,第1冷阱17之冷媒流通之管以如下方式構成,即,為了能承受該溫度,而藉由使冷卻單元17c驅動運轉而保持70℃以下。
同樣地,第2冷阱38之低溫板件38a以如下方式構成,即,為了能承受該溫度,於加熱時藉由使機械式冷凍機38b驅動運轉而使機械式冷凍機38b保持70℃以下。先前所使用之低溫阱於接收到來自低溫板件38a之導熱時,機械式冷凍機38b之耐熱溫度為70℃。藉此,保持於機械式冷凍機38b之耐熱溫度以下。又,亦提高機械式冷凍機38b之耐熱性。
繼而,作為圖5所示之清洗步驟04,以於開閉步驟S02設定之狀態、即打開第1區隔部21及第2區隔部23而使乾燥室11、第1脫水部12及第2脫水部30連通,藉由控制單元14之控制而自清洗、殺菌機構19供給清洗用之滿足特定之基準之純水。藉此,對乾燥室11、第1脫水部12及第2脫水部30之內部進行清洗。與半導體等其他製造領域中之真空裝置不同,於裝置內部用水進行清洗。因此,乾燥室11、第1脫水部12及第2脫水部30之內部理想的是儘可能地不使水滯留之構造。
繼而,作為圖5所示之預乾燥步驟05,以於開閉步驟S02設定之狀態、即打開第1區隔部21及第2區隔部23而使乾燥室11、第1脫水部12及第2脫水部30連通,藉由控制單元14之控制而驅動第1冷阱17,對乾燥室11、第1脫水部12及第2脫水部30進行預乾燥,去除清洗水。此時,能夠藉由棚架11a之調溫裝置(調溫機構)對乾燥室11內進行加熱。
於預乾燥步驟05中,控制單元14驅動第1冷卻單元17c而使冷媒於第1冷阱17中流通,打開第1區隔部21、第2區隔部23及第1切換閥22,
且關閉第2切換閥24,驅動真空泵15,經由成為第1排氣路徑之第1脫水部12對乾燥室11內之氣體進行排氣。藉此,藉由乾燥室11、第1脫水部12及第2脫水部30之壓力下降,而使內部之水分蒸發。真空泵15經由第1排氣路徑抽出含有水蒸汽之乾燥室11、第1脫水部12及第2脫水部30之內部之氣體。水蒸汽由第1冷阱17捕集。
再者,於預乾燥步驟05中,較佳為不驅動第2冷阱38,但於藉由下述之第2排氣步驟S11而於後續步驟中對第2脫水部30內部之水分進行排氣之情形等中,不限於此。
繼而,作為圖5所示之開閉步驟S06,藉由控制單元14之控制以如下之方式開閉各分隔、閥。
乾燥室11:開
第1區隔部21:開
第2區隔部23:閉
第1切換閥22:閉
第2切換閥24:閉
繼而,作為圖5所示之收容步驟S07,以於開閉步驟S06設定之狀態、即打開第1區隔部21而使乾燥室11與第1脫水部12連通,並且封閉第2區隔部23而使第2脫水部30獨立之狀態,將被乾燥物F1搬入至乾燥室11。
繼而,作為圖5所示之開閉步驟S08,藉由控制單元14之控制以如下之方式開閉各分隔、閥。
乾燥室11:閉
第1區隔部21:開
第2區隔部23:閉
第1切換閥22:開
第2切換閥24:閉
其次,作為圖5所示之第1乾燥步驟09,以於開閉步驟S08設定之狀態、即打開第1區隔部21而使乾燥室11與第1脫水部12連通,並且封閉第2區隔部23而使第2脫水部30獨立之狀態,藉由控制單元14之控制,驅動第1冷阱17對乾燥室11及第1脫水部12之內部尤其是乾燥室11進行冷凍乾燥。藉此,藉由乾燥室11與第1脫水部12之壓力下降,而使內部之水分蒸發。真空泵15經由第1排氣路徑抽出含有水蒸汽之乾燥室11內之氣體。水蒸汽由第1冷阱17捕集。
自乾燥室11抽出之氣體中之氮等非凝結氣體不於第1冷阱17中凝結而藉由真空泵15抽出。載置於棚架11a之試樣F1藉由自水分奪取蒸發潛熱而冷凍。
第1乾燥步驟09中之第1冷阱17之溫度設定為-40℃左右。
繼而,作為圖5所示之加熱乾燥步驟S10,以於開閉步驟S08設定之狀態、即打開第1區隔部21而使乾燥室11與第1脫水部12連通,並且封閉第2區隔部23而使第2脫水部30獨立之狀態,藉由控制單元14之控制,對設置於各棚架11a之調溫裝置11b(調溫機構)進行驅動。
加熱器(調溫機構)11b藉由將乾燥室11內之棚架11a加熱至20℃而加熱載置於棚架11a之試樣F1,藉此促進試樣F1之乾燥。加熱之試樣F1中所含之冰自試樣F1擷取潛熱,而昇華成為水蒸汽。
真空泵15經由第1排氣路徑抽出含有該水蒸汽之乾燥室11內之氣體。藉由真空泵15抽出之氣體中之水蒸汽於第1冷阱17之表面釋放潛熱而凝結成冰,藉此利用第1冷阱17進行捕集。自乾燥室11抽出之氣體中之氮等非凝結氣體不於第1冷阱17凝結,而藉由真空泵15抽出。
藉由繼續利用真空泵15之乾燥室11之排氣動作,而使乾燥室11達到真空泵15所具有之極限壓力。又,藉由乾燥室11內之水蒸汽之凝結點下降,第1冷阱17之捕集能力劣化,乾燥室11內之真空度之上升停止。若乾燥室11內之真空度之上升停止,則試樣F1所含之冰變得無法
昇華。其結果為,不進行昇華之以上試樣F1中所含之冰不自固體原料擷取潛熱,因此藉由加熱器11b之加熱作用使試樣F1之溫度上升。設置於棚架11a之溫度感測器11c對藉由加熱器11b加熱之試樣F1之表面溫度進行檢測,將所檢測之溫度作為檢測信號輸出至控制單元14。
同時,藉由繼續利用真空泵15之乾燥室11之排氣動作,而使乾燥室11內之真空度之上升停止。此時,將成為不受因測定氣體之種類所致之測定指示值之影響之能夠全壓測定的第1真空計之壓力計26之測定指示值、及成為利用導熱之能夠全壓測定之真空計且因測定氣體之種類而導致於測定指示值產生差的第2真空計之壓力計27之測定指示值輸出至控制單元14。
控制單元14對利用上述第1真空計26所得之乾燥室11之測定指示值與利用第2真空計27所得之乾燥室11中的測定指示值進行比較,檢測測定指示值之差收斂於極小之時間點。藉由對該等第1及第2真空計中之測定指示值之差進行比較,並將該測定指示值之差收斂於極小之時間點判斷為乾燥終沸點確認時,或者將第2真空計之測定指示曲線中之下降曲線之彎曲點之時刻作為乾燥終沸點確認時而進行檢測。
同時,控制單元14基於來自溫度感測器11c之檢測信號,而檢測試樣F1之表面溫度與加熱器11b之加熱溫度變得相等並達到上限。
繼而,作為圖5所示之判別步驟S12,控制單元14於判斷成為藉由來自壓力計26、27之測定指示值比較所檢測之乾燥終沸點確認時、及/或基於來自溫度感測器11c之檢測信號所檢測之試樣F1之表面溫度與加熱器11b之溫度變得相等之上限時之情形時,判斷其係加熱乾燥步驟S10之終點時。於該情形時,首先,封閉第1區隔部21,其後,停止第1冷阱17之驅動。再者,只要為第1區隔部21之封閉後,則第1切換閥22之開閉狀態為何種均無礙。
繼而,作為圖5所示之開閉步驟S13,藉由控制單元14之控制以
如下之方式開閉各分隔、閥。
乾燥室11:閉
第1區隔部21:閉
第2區隔部23:開
第1切換閥22:閉
第2切換閥24:開
繼而,作為圖5所示之第2乾燥步驟S14,以於開閉步驟S13設定之狀態、即打開第2區隔部23而使乾燥室11與第2脫水部30連通,並且封閉第1區隔部21而使第1脫水部12獨立之狀態,藉由控制單元14之控制,驅動第2冷阱38對乾燥室11及第2脫水部30之內部尤其是乾燥室11進行冷凍乾燥。
藉此,藉由乾燥室11與第2脫水部30之壓力下降,由此使內部之水分蒸發。渦輪分子泵16經由第2排氣路徑抽出含有水蒸汽之乾燥室11內之氣體。水蒸汽由作為第2冷阱之低溫阱38捕集。
同時,藉由孔口板33而實現乾燥室11側之空間之壓力P1與低溫板件38a側之空間之壓力P2之壓力比滿足以下之條件之臨界壓力比,即P2(低溫板件38a側之壓力)/P1(乾燥室11側之壓力)≦0.1
P1>P2,藉此利用低溫阱38能夠實現穩定之固定之排氣速度。
此時,於低溫板件38a之位於乾燥室11側之表面,能夠於低溫板件38a之面內均勻地凝集水(水分子),且以將孔口板33與低溫板件38a之距離d之空間填埋之方式使冰凝集於低溫板件38a之表面。同樣地,亦能夠使冰凝集於低溫板件38a之背面。再者,孔口板33雖無需冷卻至與低溫板件38a相同程度,但亦可設為冷卻之狀態。
再者,加熱器11b及渦輪分子泵16自加熱乾燥步驟S10繼續成為
驅動狀態。又,亦可於打開第2區隔部23之前,開始低溫阱38之驅動。
低溫阱38設定為低於第1冷阱17之溫度,例如-100℃左右。
冷卻至-100℃之第2冷阱38將無法由第1冷阱17捕集之水蒸汽捕集。伴隨於此,乾燥室11之壓力下降。藉此,試樣F1中殘留之冰之昇華重新開始。試樣F1中殘留之冰自試樣F1擷取潛熱而昇華,產生之水蒸汽於第2冷阱38之低溫板件38a之表面釋放潛熱而凝結成冰,由第2冷阱38捕集。藉由該最終乾燥,能夠進一步使已進行加熱乾燥步驟S10之試樣F1乾燥,能夠提高試樣F1之最終之乾燥度,將含水率下降2位數。再者,相對於在使用第1脫水部12之第1乾燥步驟S09及加熱乾燥步驟S10中去除之水分,於使用第2脫水部30之第2乾燥步驟S14中去除之水分可成為1%左右,即5kg左右。
繼而,作為圖5所示之密閉步驟S16,以於開閉步驟S13設定之狀態、即打開第2區隔部23而使乾燥室11與第2脫水部30連通,並且封閉第1區隔部21而使第1脫水部12獨立之狀態,藉由控制單元14之控制,使用未圖示之密閉裝置(密閉機構),對被乾燥物F1實施鋁密封等進行密閉。
繼而,作為圖5所示之開閉步驟S17,藉由控制單元14之控制以如下之方式開閉各分隔、閥。
乾燥室11:開
第1區隔部21:閉
第2區隔部23:閉
第1切換閥22:閉
第2切換閥24:閉
繼而,作為圖5所示之取出步驟S18,自乾燥室11將含水率減少至期望之狀態並已結束乾燥處理之被乾燥物F1取出,結束該批次中之
乾燥處理。
再者,如圖5所示,於第1乾燥步驟09及加熱乾燥步驟S10之一部分或全部,作為第2排氣步驟S11,以於開閉步驟S08設定之狀態、即打開第1區隔部21使乾燥室11與第1脫水部12連通,並且封閉第2區隔部23使第2脫水部30獨立之狀態,打開第2切換閥24,對成為該獨立狀態之第2脫水部30內之氣體進行排氣,能夠將由第2冷阱38捕集之水分向外部排氣。藉此,能夠於以下批次之冷凍乾燥步驟中無延遲地開始。
同樣地,於圖5所示之第2乾燥步驟S14之一部分或全部,作為第1排氣步驟S15,以於開閉步驟S13設定之狀態、即打開第2區隔部23而使乾燥室11與第2脫水部30連通,並且封閉第1區隔部21而使第1脫水部12獨立之狀態,打開第1切換閥22,對成為該獨立狀態之第1脫水部12內之氣體進行排氣,能夠將由第1冷阱17捕集之水分向外部排氣。藉此,能夠於以下批次之冷凍乾燥步驟中無延遲地開始。
於本實施形態中,將2個可切換之冷阱17、38中之一個設為獨立之低溫阱38,並設置孔口板33,藉此能夠將被乾燥物冷凍乾燥至先前無法達到之低2位數之含水率。
又,相較於先前提出之利用液體氮獲得極低溫之方法,運轉成本低廉,又,由於溫度之條件亦可變,故而能夠應對各種乾燥條件。
於啟動低溫阱38時,藉由將第1區隔部21或第2區隔部23設為封閉狀態,能夠防止附著於第1冷阱17之冰吸附於處理溫度低於第1冷阱17之低溫阱38的可能性。
再者,於低溫阱38與乾燥室11之間,除了第2區隔部23以外,亦可以不損害孔口板33之功能之方式安裝其他分隔閥。
或者,根據因被乾燥物F1之種類、或被乾燥物F1所致之制約,亦可一面維持能夠維持上述臨界壓力比之特定之位置關係,一面將低
溫阱38中之低溫板件38a與孔口板33直接設置於乾燥室11之中。該構成例如可應用於被乾燥物F1為如被密閉而取出之製品之情形等,附著於低溫阱38之冰於製品出庫時不成為問題之殼體。
又,亦可於既有之冷凍乾燥裝置,與第1冷阱17同樣地開孔並追加閥,追加低溫阱38。於該情形時,為了能夠於清洗、殺菌步驟中應用,需要設為上述形式、或設為依據其之構成。
暴露被乾燥物F1之乾燥室11之內部、第1脫水部12之內部、第2脫水部30之內部必須於乾燥處理中擔保完全無菌。因此,每次開始藥劑生產步驟時,作為藥劑生產步驟之前步驟,必須進行蒸汽殺菌步驟、清洗步驟。面向醫藥品、尤其是應用於注射用水(WFI:water for injection)製造等之冷凍乾燥裝置中需要之殺菌處理係藉由於122℃以上之蒸汽中暴露20分鐘以上而使菌滅絕。
該蒸汽殺菌步驟中之乾燥室11內部之壓力設為210kPa左右、220kpa~240kpa左右。實際上,作為3小時左右蒸汽殺菌步驟,將裝置內部維持為高溫。此時,於第1冷阱17中,為了承受該溫度,藉由使冷卻單元17c運轉而保持70℃以下之溫度。又,於低溫阱38之阱中,為了能承受該溫度,於進行蒸汽加熱時藉由開動機械式冷凍機38b之壓縮機使之運轉,而保持70℃以下之溫度。
於低溫阱38中,機械式冷凍機38b無法於超過70℃之環境下長時間保持,因此較佳為殺菌步驟S03中一面將機械式冷凍機38b設為運轉狀態而冷卻,一面進行殺菌處理。於該情形時,機械式冷凍機38b之冷卻能力較高,為了不使阱板件38a之溫度不達到對殺菌充分之溫度,必須進行機械式冷凍機38b之輸出設定。
又,只要為如本實施形態之適合醫藥製劑製造之裝置,則可將用以於機械式冷凍機38b與低溫板件38a之連接部提高導熱之箔體設為鍍金、金箔等。
於-50℃~-70℃下之利用第1冷阱17進行水之捕集的第1乾燥步驟S09及加熱乾燥步驟S10結束後,進而作為總最後加工,進行-90℃~-100℃下之利用低溫阱38之榨取殘留水分之第2乾燥步驟S14。因此,較佳為第1冷阱17與低溫阱38設置於分離之房間(空間)。又,較佳為不對低溫板件38a中之融冰使用加熱器11b。
於低溫阱38中,機械式冷凍機38b之缸部之材質包含SUS316。又,低溫板件(阱板件)38a部分之材質包含SUS316,導熱部包含金箔等耐蝕性較高之金屬。
於極低溫下捕集水分而降低被乾燥物F1之含水率之第2乾燥步驟S14為於通常之運轉中進行冷凍乾燥之第1乾燥步驟S09後之最終步驟,吸附殘留之微量水分。因此,於本實施形態之真空乾燥裝置中,目的在於:無需提高處理速度使處理時間縮短,而將含水率之達到度改善2位數左右。選擇先前半導體或FPD(flat panel display)之製造裝置中所使用之低溫阱38,將低溫阱38用於本實施形態真空乾燥裝置。
再者,於本實施形態中,使孔口板33及低溫板件38a之表面朝向被乾燥物F1而配置,但本發明並不限定此種配置。只要為能夠以朝向被乾燥物F1之方式配置孔口板33及低溫板件38a,且以滿足上述臨界壓力比P1/P2之條件之方式配置孔口板33之狀態,則第2脫水部30可連接於乾燥室11之下方,亦可將圖1所示之第1脫水部12之位置與第2脫水部30之位置調換。
(實施例)
以下,對本發明之實施例進行說明。
再者,對本發明中之具體例進行說明。
圖6係表示本實施形態之低溫阱中之凝縮率之分佈的圖表。
以下示出本實施形態之具體例之具有孔口板33之低溫阱38的參數。
厚度:2mm
材質:SUS316L
壓力P1:1Pa(-100℃)
壓力P2:10-3Pa(-100℃)
機械式冷凍機18c方式;使用He之G-M(Gifford-McMahon,吉福特-麥克馬洪)冷凍機
殼體31內之壓力變化:自大氣壓至13Pa,30分鐘以內(-100℃)
切換至低溫阱38時之乾燥室11內之壓力;約1Pa
孔口板33與低溫板件38a之距離d(表面間距離)之值:100mm
開口34之輪廓形狀:丸形(圓形)
於此種低溫阱38中,使開口34之直徑尺寸沿著孔口板33之徑向(半徑方向位置)而變化,於圖4所示之區域rA、區域rB、區域rC、區域rD之各者測定相對於孔口板33之流導之低溫板件38a之於各位置之凝縮率。
此處,凝縮率意指於吸附率為1之情形時,將入射至各位置之氣體分子數除以各位置之面積所得之值。
<實驗例1>
<實驗例2>
將實驗例1、實驗例2之結果示於圖6。
又,於圖6中,於各區域rA~rD之凝縮率係將區域rA之凝縮率設為1而標準化所得。
根據其結果,可知:於實驗例1中,低溫板件38a之凝縮率之分佈大致均勻,於面內全域,中心之凝縮率保持0.8以上。而且可知:與實驗例1相比,於實驗例2中,於區域D之凝縮率成為0.57,均勻性受到損壞。再者,於將實驗例1之周緣部33r之開口率設為0.8之實驗例中,亦能夠改善低溫板件38a之凝縮率之分佈。
作為本發明之實際應用例,可列舉:對於要求將生物醫藥或抗體醫藥等之含水率抑製得較低之冷凍乾燥之應用;或者對於微生物(細菌、病毒)、活細胞(原生動物、哺乳類細胞之血液、精子)之保存、食品關聯之應用。
10‧‧‧真空乾燥裝置
11‧‧‧乾燥室(腔室)
11a‧‧‧棚架
11b‧‧‧加熱器(調溫機構)
11c‧‧‧溫度感測器
12‧‧‧第1脫水部
14‧‧‧控制部(控制單元)
15‧‧‧真空泵(第1排氣機構)
16‧‧‧排氣泵(第2排氣機構)
17‧‧‧第1捕集機構(第1冷阱)
17a‧‧‧導入部
17b‧‧‧導出部
17c‧‧‧冷卻單元
19‧‧‧清洗、殺菌裝置(清洗、殺菌機構)
21‧‧‧第1區隔部
21a‧‧‧分隔體
22‧‧‧第1切換閥(第1排氣機構)
23‧‧‧第2區隔部
23a‧‧‧分隔體
24‧‧‧第2切換閥(第2排氣機構)
26‧‧‧壓力計
27‧‧‧壓力計
30‧‧‧第2脫水部(低溫阱)
31‧‧‧殼體
33‧‧‧孔口板
38‧‧‧第2捕集機構(冷阱)
38a‧‧‧低溫板件
38b‧‧‧機械式冷凍機
F1‧‧‧被乾燥物(脫氣對象)
Claims (8)
- 一種低溫阱,其係使藉由機械式冷凍機冷卻之低溫板件自殼體壁隔離而設置於與被脫氣空間即腔室連接之殼體內者,且將上述低溫板件之板面以朝向上述腔室內之脫氣對象之方式設置,且具備設置於上述板面之前方之孔口板,於將較上述孔口板更靠上述被脫氣空間側之空間之壓力設為P1,且將較上述孔口板更靠上述低溫板件側之空間之壓力設為P2時,藉由上述孔口板,壓力比P2/P1滿足以下之條件,即P2/P1≦0.1。
- 如請求項1之低溫阱,其中於上述孔口板與上述板面之間設置有不使上述板面之凝集量下降之間隔,上述間隔係設為對上述壓力P2之水分子的平均自由行程以內。
- 如請求項1或2之低溫阱,其具有設置於上述孔口板之複數個開口。
- 如請求項3之低溫阱,其中上述孔口板之上述開口之開口率為0.8~0.85之範圍。
- 如請求項4之低溫阱,其中相對於上述孔口板之中心部之上述開口之開口率,而使上述孔口板之周緣部之上述開口之開口率相同或較大。
- 如請求項3之低溫阱,其中上述孔口板之上述開口之形狀為自圓形形狀、多邊形狀、狹縫狀中選擇之形狀。
- 如請求項6之低溫阱,其中相對於上述孔口板之中心部之上述開 口之形狀,而使上述孔口板之周緣部之上述開口之形狀相同或較大。
- 如請求項1之低溫阱,其中上述被脫氣空間連接於作為收容被乾燥物之乾燥室之真空乾燥裝置。
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