冻干机和用于操作冻干机的方法技术

本发明专利技术涉及一种冻干机

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】冻干机和用于操作冻干机的方法
[0001]本专利技术涉及冷冻干燥
(freeze drying)
领域，也称为冻干
(lyophilisation)。
它应用于生命科学工业中，尤其是制药工业中
。
冷冻干燥是一种脱水过程，通常用于保存易腐材料或使材料更便于运输或储存
。
冷冻干燥的工作原理是将材料冷冻，然后降低周围的压力，使材料中的冷冻水
(frozen water)
直接从固相升华为气相
。
[0002]通常将待冷冻干燥的产品放置在产品室内，例如放置在布置于产品室内的架子上
。
冷凝器通过气体通道与产品室连接，当冷冻产品室中的产品时，例如降低到
‑
20℃
至
‑
55℃
范围内的温度时，该气体通道关闭
。
同时，冷凝器被冷却至低于产品温度的温度，例如降低到
‑
75℃。
然后，产品室被抽真空到低压状态，以达到产品的三相点
(triple point)。
打开气体通道，将升华的蒸汽从产品室抽到冷凝器中
。
冷凝器通常包括截留
(trap)
水的盘管
(coil)
或板
。
[0003]目前可用于生命科学应用的冻干机通常包括氟化气体作为制冷剂
。
然而，随着这些制冷剂变得越来越不常见，并且越来越严格的法律禁止使用具有高全球增温潜能值
(global warming potential
，
GWP)
的化学品，希望在冷冻干燥应用中使用低
GWP
的制冷剂
。
[0004]一种众所周知的使用低
GWP
制冷剂的冷却技术是空气循环冷却
(air cycle cooling)。
基本的过程
(underlying process)
被称为逆布雷顿循环或贝尔科尔曼循环，且基于恒定空气体积的压缩和膨胀
。
因此，不同于传统的冷却系统，它不是基于蒸发或相交换的
。
重复压缩和膨胀循环使得能够达到并保持低至
‑
160℃
的超低温
。
然而，与使用传统压缩机的制冷能力效率相比，空气循环冷却在较高温度下，例如高于
‑
50℃
的温度下，表现出降低的性能系数
(coefficient of performance
，
COP)。
性能系数是所提供的有用冷却与所需功
(work required)
的比率
。
[0005]鉴于这些考虑，提供一种具有提高的性能系数的使用低
GWP
制冷剂的冻干机以及操作该冻干机的相应方法将是有利的
。
[0006]为了更好地解决这一问题，在本专利技术的第一方面，提出了一种冻干机，其包括产品室，所述产品室被配置为容纳待冷冻干燥的产品，冷凝器，所述冷凝器与所述产品室连接并被配置为在冷冻干燥过程中截留水，产品室冷却回路，所述产品室冷却回路被配置为冷却所述产品室，所述产品室冷却回路包括第一导热流体
(heat transfer fluid)
，冷凝器冷却回路，所述冷凝器冷却回路被配置为冷却所述冷凝器，所述冷凝器冷却回路包括第二导热流体并且独立于所述产品室冷却回路，其特征在于，包含二氧化碳或氨或液氮作为制冷剂的第一附加冷却回路，以及被配置为在所述冷凝器冷却回路和所述第一附加冷却回路之间传递热量的第一热交换器
。
[0007]根据本专利技术的冻干机特别地是用于制药工业的间歇式冻干机
(batch freeze dryer)。
产品室冷却回路被配置为冷却产品室并使用第一导热流体
。
冷凝器由单独的冷凝器冷却回路冷却，该回路还包括第二导热流体
。
由于第一热交换器和包括二氧化碳
(CO2)
或
氨
(NH3)
或液氮
(LN2
或液态
N2)
作为制冷剂的第一附加冷却回路，可以向冷凝器冷却回路提供附加冷却能力，特别是在温度高于
‑
50℃
时
。
因此，本专利技术的冻干机允许采用一种用于冷却冷凝器的技术，该技术在温度高于
‑
50℃
时效率较低，但是在温度低于
‑
50℃
时效率较高
。
利用本专利技术的冻干机，可以在温度高于
‑
50℃
时通过第一热交换器和第一附加冷却回路从冷凝器冷却回路中吸取热量，并且在温度低于
‑
50℃
时通过其他方式吸取热量
。
因为二氧化碳
(GWP
＝
1)
和氨
(GWP
＝
0)
以及液氮
(GWP
＝
0)
具有低
GWP
，所以可以获得使用低
GWP
制冷剂的冻干机，该冻干机具有增加的性能系数
。
[0008]第一导热流体和第二导热流体可以是相同类型或不同类型
。
优选地，第一导热流体和
/
或第二导热流体是硅油
(silicone oil)。
或者，第一导热流体和
/
或第二导热流体可以选自矿物油，特别是低温矿物油
、
乙二醇或盐水
(brine)。
[0009]当在消毒
(sterilization)
后冷却冷凝器时，尤其可以利用冻干机在较高温度下的提高的效率
。
在消毒期间，特别是在就地消毒
(SIP)
期间，冷凝器和冷凝器冷却回路通常被加热到给定的消毒温度，例如
121.1℃
以上
。
通过使用第一热交换器和附加冷却回路，冷凝器的冷却可以以提高的速度和效率进行
。
[0010]根据本专利技术，产品室可以包括被配置成容纳产品的搁板
(shelf)。
如果产品室包括搁板，则产品室冷却回路优选地被配置为经由布置在搁板处或集成到冷却室的搁板中的一个或多个管道
(duct)
来冷却产品室
。
[0011]根据本专利技术的优选实施方案，第一附加冷却回路包括阀，特别是比例阀，用于调节通过第一热交换器的制冷剂流量
(refrigerant flow)。
优选地，该阀可以选择性地设置到完全关闭的位置和打开的位置，在完全关闭的位置，制冷剂停止流过该阀和第一热交换器，在打开的位置，制冷剂可以流过该阀和第一热交换器
。
该阀可以被设置到完全关闭的位置，以便将第一附加冷却回路与冷本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
一种冻干机
(1)
，其包括产品室
(2)
，所述产品室
(2)
被配置为容纳待冷冻干燥的产品，冷凝器
(4)
，所述冷凝器
(4)
与所述产品室
(2)
连接并被配置为在冷冻干燥过程中截留水，产品室冷却回路
(10)
，所述产品室冷却回路
(10)
被配置为冷却所述产品室
(2)
，所述产品室冷却回路
(10)
包括第一导热流体，冷凝器冷却回路
(20)
，所述冷凝器冷却回路
(20)
被配置为冷却所述冷凝器
(4)
，所述冷凝器冷却回路
(20)
包括第二导热流体并且独立于所述产品室冷却回路
(10)
，所述冻干机的特征在于，包含二氧化碳或氨或液氮作为制冷剂的第一附加冷却回路
(30)
，以及被配置为在所述冷凝器冷却回路
(20)
和所述第一附加冷却回路
(30)
之间传递热量的第一热交换器
(51)。2.
根据权利要求1所述的冻干机
(1)
，其特征在于，所述第一附加冷却回路
(30)
包括阀
(33)
，特别是比例阀，用于调节通过所述第一热交换器
(51)
的制冷剂流量
。3.
根据前述权利要求中任一项所述的冻干机
(1)
，其特征在于，被配置为冷却所述冷凝器冷却回路
(20)
的第二导热流体的空气循环冷却系统
(25)。4.
根据权利要求3所述的冻干机
(1)
，其特征在于，被配置为将所述空气循环冷却系统
(25)
和所述冷凝器冷却回路
(20)
耦合的第二热交换器
(52)。5.
根据前述权利要求中任一项所述的冻干机
(1)
，其特征在于，被配置为在所述产品室冷却回路
(10)
和所述冷凝器冷却回路
(20)
之间传递热量的第三热交换器
(53)。6.
根据权利要求5所述的冻干机
(1)
，其特征在于阀
(24)
，特别是三通阀，被配置为选择性地将所述第三热交换器
(53)
与所述冷凝器冷却回路
(20)
耦合或者将所述第三热交换器
(53)
与所述冷凝器冷却回路
(20)
解耦
。7.
根据前述权利要求中任一项所述的冻干机
(1)
，其特征在于，被配置为在所述产品室冷却回路
(10)
和所述第一附加冷却回路
(30)
之间传递热量或在所述产品室冷却回路
(10)
和包括二氧化碳或氨或液氮作为制冷剂的第二附加冷却回路
(30
’
)
之间传递热量的第四热交换器
(54)。8.
根据前述权利要求中任一项所述的冻干机
(1)
，其特征在于，被配置为选择性地加热所述产品室冷却回路
(10)
的第一导热流体的一个或多个加热器
(12)。9.
一种操作冻干机
(1)
的方法
(100)
，所述冻干机
(1)
包括产品室
(2)
，所述产品室
(2)
被配置为容纳待冷冻干燥的产品，冷凝器
(4)
，所述冷凝器
(4)
与所述产品室
(2...

【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯，
申请(专利权)人：GEA，
类型：发明
国别省市：