(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被乾燥物および加熱棚段を収容する真空室２と蒸気を凝結捕集するコールドトラップを配設するトラップ室１内の空間とが遮断できる真空凍結乾燥装置において、トラップ室１内における空間内に配設するコールドトラップのトラップ管群６を、トラップ室１内に、蒸気の進入口４との間に蒸気助走距離Ｈをおいてその蒸気の進入口４に対抗するブロック状に設け、かつ、そのトラップ管群６の前後左右上下の全方面の外周とトラップ室１の内壁面との間に、前記蒸気の進入口４からトラップ室１内に進入して、トラップ管群６の前後左右上下の全方面の外周からそのトラップ管群６に対し流れ込む蒸気進入路を形成するように配設し、蒸気内に含まれる空気を排気する真空排気配管５の吸込口ａを、トラップ管群６の前後左右上下の全周面の各面からそのトラップ管群６を集成するトラップ管６０同志の間隔内に進入する蒸気の各面ごとの蒸気量により規制されて集合してくる空気の集合部位を基準とし、その蒸気の集合部位の近傍位置に配設することを特徴とする真空凍結乾燥装置におけるコールドトラップの空気吸引排出装置。
【請求項２】
被乾燥物および加熱棚段を収容する真空室２と、蒸気を凝結捕集するコールドトラップを配設するトラップ室１内の空間とが、遮断できる真空凍結乾燥装置において、トラップ室１内における空間内に配設するコールドトラップのトラップ管群６を、トラップ室１内に、蒸気の進入口４との間に蒸気助走距離Ｈをおいてその蒸気の進入口４に対抗するブロック状に設け、かつ、そのトラップ管群６の前後左右上下の全方面の外周とトラップ室１内の内壁面との間に、前記蒸気の進入口４からトラップ室１内に進入して、トラップ管群の前後左右上下の全方面の外周からそのトラップ管群６に対し流れ込む蒸気進入路を形成するように配設し、また、トラップ管群６に集成されるトラップ管６０を、蒸気の凝結に伴う凝結面氷厚の増加によるトラップ管６０同志間における蒸気流動抵抗を考慮したトラップ管６０周面に凝結する氷の厚さの２倍以上の間隔ピッチに配列し、蒸気内に含まれる空気を排気する真空排気配管の吸込口を、トラップ管群６の前後左右上下の全周面の各面からそのトラップ管群６に集成されるトラップ管６０同志の間隔内に進入する蒸気の各面ごとの蒸気量により規制されて集合してくる空気の集合部位を基準とし、その蒸気の集合部位の近傍位置に配設することを特徴とする真空凍結乾燥装置におけるコールドトラップの空気吸引排出装置。
【請求項３】
被乾燥物および加熱棚段を収容する真空室２と蒸気を凝結捕集するコールドトラップを配設するトラップ室１内の空間とが遮断できる真空凍結乾燥装置において、トラップ室１内部の空間に配設するコールドトラップのトラップ管群６を前後に長い略直方体をなすブロック状に集合させ、そのトラップ管群６のブロックＣを、トラップ室１内に、長手方向が前後方向となる形態で、前面側が真空室２に通ずる蒸気の進入口４との間に蒸気助走距離Ｈをおいてその蒸気の進入口４に対抗し、かつ、そのトラップ管群６のブロックＣの前後左右上下の全方面の外周とトラップ室１の内壁面との間に、前記蒸気の進入口４からトラップ室１内に進入してそのトラップ管群６のブロックＣの外周の全方面からそのトラップ管群６のブロックＣに対し流れ込む蒸気進入路ｂを形成するように配設し、蒸気内に含まれる空気を排気する真空排気配管５の吸込口ａを、トラップ管群６のブロックＣの上下および左右の中心部で、前後においてそのブロックＣの前面側からそのブロックＣの全長の略３分の２程度の位置となる部位に、後方に向け開放するように配設することを特徴とする真空凍結乾燥装置におけるコールドトラップの空気吸引排出装置。
【請求項４】
被乾燥物および加熱棚段を収容する真空室２と蒸気を凝結捕集するコールドトラップを配設するトラップ室１内の空間とが遮断できる真空凍結乾燥装置において、トラップ室１内部の空間に配設するコールドトラップのトラップ管群６を前後に長い略直方体をなすブロックＣ状に集合させ、そのトラップ管群６のブロックＣを、トラップ室１内に、長手方向が前後方向となる形態で、前面側が真空室２と通ずる蒸気の進入口４との間に蒸気助走距離Ｈをおいてその蒸気の進入口４に対抗し、かつ、そのトラップ管群６のブロックＣの前後左右上下の全方面の外周とトラップ室１の内壁面との間に、前記蒸気の進入口４からトラップ室１内に進入してそのトラップ管群６のブロックＣの外周の全方面からそのトラップ管群６のブロックＣに対し流れ込む蒸気進入路を形成するように配設し、蒸気内に含まれる空気を排気する真空排気配管５の吸込口ａを、トラップ管群６のブロックＣの上下および左右の中心部で、前後においてそのブロックＣの前面側からそのブロックＣの全長の略３分の２程度の位置となる部位に、前方に向け開放するように配設することを特徴とする真空凍結乾燥装置におけるコールドトラップの空気吸引排出装置。
【請求項５】
被乾燥物および加熱棚段を収容する真空室２と蒸気を凝結捕集するコールドトラップを配設するトラップ室１内の空間とが遮断できる真空凍結乾燥装置において、トラップ室１内部の空間に配設するコールドトラップのトラップ管群６を前後に長い略直方体をなすブロックＣ状に集合させ、そのトラップ管群６のブロックＣを、トラップ室１内に、長手方向が前後方向となる形態で、真空室２に通ずる蒸気の進入口４との間に蒸気助走距離Ｈをおいてその蒸気の進入口４に対抗し、かつ、そのトラップ管群６のブロックＣの前後左右上下の全方面の外周とトラップ室１の内壁面との間に、前記蒸気の進入口４からトラップ室１内に進入してそのトラップ管群６のブロックＣの外周の全方面からそのトラップ管群６のブロックＣに対し流れ込む蒸気進入路を形成するように配設し、蒸気内に含まれる空気を排気する真空排気配管５の吸込口ａを、トラップ管群６のブロックＣの上下および左右の中心部で、前後においてそのブロックＣの前面側からそのブロックＣの全長の略２分の１程度の位置となる部位に、下方または上方に向けて開放するように配設することを特徴とする真空凍結乾燥装置におけるコールドトラップの空気吸引排出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、主として大容量の食品、医薬品、生物材料等を凍結乾燥させる真空凍結装置のうちで、被乾燥物および加熱棚段を収容する真空室と、蒸気を凝結捕集するコールドトラップを配設するトラップ室内部の空間とが遮断できる真空凍結乾燥装置、つまり分離トラップ型または背面設置トラップ型の真空凍結乾燥装置において、被乾燥物から昇華させた水蒸気を凝結捕集させるようトラップ室内に配設するコールドトラップについての改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
真空凍結乾燥装置において、それのトラップ室内に配設するコールドトラップは、真空凍結乾燥装置の中で最も重要な設備であり、そのトラップ性能の優劣は、被乾燥物の製品品質、製品価格、生産率およびエネルギー消費に大きく影響を与える。
【０００３】
大容量の真空凍結乾燥装置において、それのトラップ室内に配設するコールドトラップは、直接あるいは間接に冷凍装置によって冷却されるトラップ管（蒸気凝結管）の群により構成される。
【０００４】
ここで、トラップ管内の冷媒蒸発温度をｔｒ、トラップ管の氷面温度をｔｉとすると、真空室内の加熱棚段上に装填した被乾燥物を凍結乾燥するとき、被乾燥物から昇華した水蒸気は、空気に妨げられない真空下において、昇華面温度ｔｆの平衡水蒸気圧ｐｆとトラップ室の表面に凝結する氷面の温度ｔｉの平衡水蒸気圧ｐｉの圧力差ｐｆ−ｐｉを推力としてトラップ管の表面の冷却面に吸引され、この推力ｐｆ−ｐｉは、昇華速度Ｑｍと昇華面から氷面までの水蒸気流動抵抗Ｒｍに関係している。等しい昇華速度Ｑｍに対して、水蒸気流動抵抗Ｒｍが小さい場合、同様な平衡水蒸気圧ｐｆに対する氷面温度の平衡水蒸気圧ｐｉは高く（温度ｔｉは高く）て良い。また、凝結氷面で発生する熱流Ｑｈを冷媒蒸発温度ｔｒまで運び去り、凝結氷面の昇温を防ぐ熱移動の推力ｔｉ−ｔｒは、凝結氷面から冷媒までの熱抵抗が小さいほど、冷媒蒸発温度ｔｒが高くて良い。
【０００５】
省エネルギーと経済性の見地から見れば、等しい凝結冷媒負荷のための冷凍設備と運転時の電力消費は、冷媒蒸発温度ｔｒが高いほど低減でき、すなわち、より高い冷媒蒸発温度で被乾燥物の空間の圧力Ｐｏを保持するのは、被乾燥物の空間からトラップ室内の空間への水蒸気流動抵抗、トラップ管群に進入する水蒸気流動抵抗Ｒｍと凝結氷面から管内冷媒までの熱抵抗Ｒｈが共に小さいことが合理的である。
【０００６】
一般に、水蒸気流動抵抗は、流路面積（間口）が広いほど、流路の長さが短いほど小さくなる。それで、トラップ管群に進入する水蒸気流動抵抗Ｒｍを減少させるため、充分な水蒸気進入路を形成するようにトラップ管群のブロックを配置し、トラップ管の表面に対する蒸気凝結に伴う凝結氷面の氷厚増加により流動抵抗の増大を考慮して適切なトラップ管の間隔のピッチを設計することが必要になってくる。また、凝結氷面から冷媒への伝熱抵抗は、トラップ管の実効凝結面積が大きいほど、氷層の厚さが薄いほど小さい。従って、水蒸気を均等に凝結させ、トラップ管の実効面積の増大とトラップ管に凝結する氷の厚さを減少させるために、トラップ管群への前方着氷の防止と適切な非凝縮気体を排気する真空配管の吸込口位置が重要となってくる。
【０００７】
従前手段にあっては、専門書にもあるように、トラップ室に配設するコールドトラップはシエル・チューブ式、シエル・コイル式等で構成され、蒸気の進入口の対抗する反対側に非凝縮気体を排気する真空排気配管を設置して、進入してくる蒸気を凝結せしめ、それにより進入口と反対側に押し込められてくる非凝縮性気体を、真空ポンプで排気する方法がとられている。
【０００８】
実用されている真空凍結乾燥装置では、被乾燥物と加熱面（通常加熱棚段）が存在するブロックＭとコールドトラップのトラップ管群のブロックＣとの配列には図１の（イ）乃至（ニ）に示す形式がある。
【０００９】
その一つは、図１の（イ）に示すよう乾燥庫となる加熱棚段を配設する真空室は円筒横型で直径は約２〜３ｍ程度、前方部に被乾燥物と加熱棚段を収容するブロックＭが配置され、後部にコールドトラップのトラップ管群のブロックＣが配設され、仕切り壁と遮断弁に仕切られる背面設置型トラップである。
【００１０】
また、図１の（ロ）に示すようブロックＭを配置する乾燥庫とトラップ冷却管群ブロックＣを設置するトラップ室は真空配管と真空弁で接続設置する分離型トラップも一般的である。
【００１１】
また、特許ＮＯ１３６０６０２のように、図１の（ハ）および（ニ）に示している如く、乾燥庫円筒筒内の中央空間に被乾燥物と加熱棚段のブロックＭを設置し、左右空間にトラップ管群のブロックＣを設置する場合や、底部空間に設置する内設型トラップである。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従前手段において、内設型トラップの場合には、ブロックＭからブロックＣ正面に至る流路が広く短く、トラップ管群のブロックＣの間口面積が広く奥行きが短い利点があり、水蒸気流動抵抗の減少により冷凍装置動力の低減と無駄な真空空間容積の低下による真空排気ポンプの動力を低減している。
【００１３】
しかし、この方式の場合、加熱棚段を配設する真空室が、トラップ室を共用する乾燥庫となって、トラップ管に凝結した氷を融かす融氷時に水分で濡れ、製品の入る乾燥庫内のドライ化が困難であり、かび、細菌の発生の基となる為に、食品の乾燥機としては衛生水準から好ましくなく、ＨＡＣＣＰ（製造設備の製造許可基準と衛生水準）に基づく設備基準にも合致しないものとなる問題がある。
【００１４】
図１の（ロ）に示すような分離型トラップの場合には、非凝縮気体を排気する真空排気配管と真空弁とで、乾燥庫となる加熱棚段を配設する真空室とコールドトラップを配設するトラップ室とを接続し、乾燥終了時に、遮断弁によってトラップ室がブロックＭを配設した乾燥庫と分離できるため、融氷に、散水、満水、スチーム（高常圧又は真空）などのどの方法も採用でき、融氷時に乾燥庫への水分浸入はなく、食品乾燥装置として衛生水準も高まる。
【００１５】
しかし、この方式では、大口径弁の不経済性を避けるために、加熱棚段のブロックＭを設けた乾燥庫とトラップ管群のブロックＣを設けたトラップ室との間の流路を絞らざるを得ないことにより、真空排気配管と真空弁の水蒸気流動の圧力損失があり、また、一度絞った水蒸気流を再び広い間口のブロックＣを設けたトラップ室に均等に拡げるために、トラップ管群のブロックＣの手前に過度に広い助走空間を備えることになって、これによる真空空間の増大が設備費と真空ポンプの消費電力を共に増大させる問題がある。分離型トラップのもう一つの問題は、トラップ管の表面の凝結面への均等着氷が困難であって、現状のトラップ管群のブロックＣの配設は、大量蒸気量に対する進入間口面積が狭く、ブロックＣを奥に長くして水蒸気流動抵抗が大きくなり、水蒸気流の奥への進入が流動抵抗の増大によって妨げられ、前方着氷の傾向を生じ、着氷により水蒸気の流路を閉塞する危険性が増大し、不均等着氷により実効冷却面積を小さくし、熱抵抗も増大し、トラップの凝結能力を低下させる問題がある。
【００１６】
図１の（イ）に示しているような背面設置型トラップでは、乾燥庫となるブロックＭを設ける真空室とトラップ室とは、仕切り壁と遮断弁により仕切られ、大口径の真空排気配管や真空弁を外部に取り付ける必要がなく、ブロックＭからブロックＣへの流路が短かくなり、融氷時に乾燥庫側の真空も極め手良く保持できる。
【００１７】
ところで、現状の背面設置型トラップには、トラップ管群のブロックＣの配設と真空排気配管の吸込口の配置は次の二つ方式があった。一つは、トラップ管群のブロックＣを蒸気進入口に対抗して設置し、反対側（後部）に真空排気配管を配置する。この方式では、トラップ管群のブロックＣの前面と蒸気進入口との助走空間が狭いと、水蒸気流は主にトラップ管群のブロックＣの前面となる一つ面へ進入し、奥に向けて水平にのびるトラップ管群に沿って凝結しながら奥へ流れる。その結果水蒸気流のトラップ管群のブロックＣの前面だけとなって間口面積が狭く、奥行きの流路が長くなり、水蒸気流動抵抗が大きくなり、不均着氷が発生する。また、氷層増加によりトラップ管群内の流路面積が減少し、凝結能力は低下して乾燥庫内の真空が悪化する問題がある。蒸気進入の間口面積を増大するために、もう一つの方式は、トラップ管群のブロックＣを二分割してトラップ室内の左右両側に配設して、中央に通路を備え、真空排気配管の吸込口を、トラップ室の左右両側の内壁付近に設置する。この方式では、水蒸気流は進入口から中央の通路へ流れ、中央の通路から両側のトラップ管群のブロックＣの正面へ進入し、トラップ管群を横切って左右両側の奥部へ流れる。蒸気進入の間口面積が約倍に増大、奥行の流路が短くなるが、水蒸気流はトラップ管群に対して直角に流れるため、水蒸気流動抵抗は前者とほぼ同等で大きい改善はなく、しかも中央の通路による真空空間の増大と圧力損失の不利もでてくる問題がある。
【００１８】
また、この背面設置型トラップまたは前述の分離型トラップでは、非凝縮性気体を排気する真空排気配管の吸込口の位置が重要であり、氷着の増加に伴いこの吸込口からの非凝縮性気体の排気が適切に行われなくなる場合が多く、これによりトラップ管群の全体が非凝縮性気体で覆われ、トラップ実効冷却面積の低減と氷厚増加により熱抵抗が増大し、凝結能力の低下と真空悪化がおこる問題がある。
【００１９】
本発明は、従前手段に生じている上述の問題を解消せしめるためになされたものであって、背面設置トラップ型または分離トラップ型の真空凍結乾燥装置におけるコールドトラップを、それのトラップ管群の各トラップ管に対し均等に着氷していくようにするとともに、真空排気配管による非凝縮気体の排気が適切に行われて、トラップ管群の周囲が非凝縮気体に覆われることによるトラップの凝結能力の低下が生じてこないようにする新たな手段を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
そして本発明においては、上述の目的を達成するための手段として、被乾燥物および加熱棚段を収容する真空室と蒸気を凝結捕集するコールドトラップを配設するトラップ室内の空間とが遮断できる真空凍結乾燥装置において、トラップ室内における空間内に配設するトラップ管群を、トラップ室内に、蒸気の進入口との間に蒸気助走距離をおいてその蒸気の進入口に対抗するブロック状に設け、かつ、そのトラップ管群の前後上下左右の全方面の外周とトラップ室の内壁面との間に、前記蒸気の進入口から室内に進入して、トラップ管群の全方面の外周からそのトラップ管群に対し流れ込む蒸気進入路を形成するように配設し、蒸気内に含まれる空気を排気する真空排気配管の吸込口を、トラップ管群の全周面の前後上下左右の各面からその蒸気凝結管群の内部の凝結管の間隔内に進入する蒸気の各面ごとの蒸気量により規制されて集合してくる空気の集合部位を基準とし、その集合部位の近傍位置に配設することを特徴とする真空凍結乾燥装置におけるコールドトラップの空気吸引排出装置を提起するものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明手段においては、真空凍結乾燥装置の基本的な構成となる加熱棚段等のブロックＭを配設するための真空室およびトラップ管群のブロックＣを配設するトラップ室は、図１の（イ）に示している構成の背面設置型トラップの真空凍結乾燥装置または図１の（ロ）に示している構成の分離型トラップの真空凍結乾燥装置のように構成してよい。
【００２２】
しかし、トラップ室内に配設するトラップ管群のブロックＣは、それの全体の外面の形状を略直方体にし、水蒸気のトラップ管群に進入できる面を増やす。直方体は外周に６つの面があり、水蒸気の進入路を適切に形成すれば、被乾燥物から昇華した水蒸気はその直方体をなすトラップ管群のブロックＣの６つ面のそれぞれに進入してトラップ管群に流入でき、水蒸気の流路面積はブロックＣの前面の１つの面より大幅に増加する。通常、トラップ管群に集合するトラップ管を横ピッチと縦ピッチを置き、横方向の管本数はｎ１、縦方向の管本数はｎ２、直方体状をなすトラップ管群のブロックＣのＷ×Ｗ×Ｌに対して、氷着なしの時には、前後面の流路面積はＷ×Ｗ−ｎ１×ｎ２×π×ｄ２／４、上下面は（Ｗ−ｎ１×ｄ）×Ｌ、左右面は（Ｗ−ｎ２×ｄ）×Ｌになり、凝結時に氷厚増加により各面の流路面積は狭くなる。大容量のトラップでは、着氷初期に直方体状のブロックＣの各面の間口面積はほぼ同等であり、全周面の間口面積は前面の１面の約６倍である。従って、トラップ管群のブロックＣを直方体状にすると、氷厚増加でも、大きい流路面積を確保でき、水蒸気の流動抵抗に有効である。
【００２３】
また、蒸気の進入口とトラップ管群のブロックＣの前面との間に、蒸気助走距離を設け、かつ前面に追加して上下および左右の側面と後面の全周面よりトラップ管群に水蒸気が進入できるように設計する。この蒸気助走空間は、進入口を設けた隔壁からブロックＣの前面までの空間の周面方視における断面積が、少なくとも進入口の開口面積に対応するように設定する。蒸気助走空間が狭いと、水蒸気流は主にトラップ管群のブロックＣの前面となる一つ面へ進入し、水平に奥に向けてのびるトラップ管群のトラップ管に沿って凝結しながら奥へ流れ、トラップ管群のブロックの他の面へ流入していくようにならない。その結果、前面だけの間口面積が狭く（約全周面の流路面積の１／６）、奥行の流路が長く（全長Ｌ）なって、水蒸気流動抵抗が大きくなり、前方着氷が発生する。本発明では、トラップ管群の周囲の真空空間を考慮して、適切な蒸気助走距離を置き、同時にトラップ管群のブロックの前後上下左右の全六面の外周とトラップ室の内面との間に、蒸気進入路を形成するようにする。
【００２４】
このようにトラップ管群のブロックの形態および配設状態を設計すると、水蒸気は全周面からトラップ管群に進入し、凝結しながら中心部へ流れる。このときトラップ管群のブロックの前後面に進入する水蒸気はそのトラップ管群の水平なトラップ管に沿って流れ、上下左右の各面に進入する水蒸気流はトラップ管群のブロックに対し直角に流れる。蒸気進入口の水蒸気流Ｑｍに対して、各面に進入する水蒸気流量は、各面への水蒸気流動抵抗に関するが、単純に考えれば、上下左右面は各１５％、後面１０％、前面３０％としても、前面だけの進入路に比べ、流量は３／１０Ｑｍ、奥への流路は２／３Ｌ、トラップ管群内の水蒸気の圧力損失は１／５になる。トラップ管群内の流動抵抗の低減、前方着氷の防止、凝結能力の向上にとって、良い対策である。
【００２５】
次いで、蒸気の凝結に伴う凝結面氷厚の増加によるトラップ管群のトラップ管同志の間の蒸気流動抵抗の増大を考慮してトラップ管群のトラップ管を適切な間隔ピッチに配列し、同時に、生産時の乾燥条件、仕込負荷、最大凝結量、凍結乾燥時の被乾燥物の昇華速度に合わせて、凝結時の水蒸気流動と凝結氷層の伝熱を解析して、乾燥庫内の真空圧力Ｐｏを保持できるトラップ管の冷却面積を設計する。
【００２６】
本発明では、より高い冷媒蒸発温度で乾燥庫内の真空圧Ｐｏを保持できるために、トラップ管群内の水蒸気流動抵抗と氷層熱抵抗を共に低減させるように、過大な冷却面積、過疎なトラップ管群のトラップ管の間隔ピッチにより真空空間と設備費の増大を避けて、バッチ負荷に対して、最適なトラップ冷却面積とトラップ管のピッチを設置し、大負荷時の氷厚増加による氷層熱抵抗が増大し、氷面温度と冷媒温度との全温度損失が増加しても、乾燥後期のトラップ大量着氷によるトラップ管群の間隙が狭くても、乾燥庫内は良い真空圧を保持できる。
【００２７】
さらに、蒸気内に含まれる非凝縮気体である空気を排気するための真空排気配管の吸込口を、トラップ管群の全周の六面の各面から、所定の割合でトラップ管群内に進入する蒸気量により規定される空気の集合部付近に配設する。
【００２８】
水蒸気がトラップ管群のブロックに対して進入してきて、それがトラップ管の凝結面に凝結して捕集されていくとき、水蒸気に含まれる非凝縮気体である空気もトラップ管群に対して流れ込んでくる。
【００２９】
この空気は、水蒸気と共に流れ込んでくるのだから、水蒸気が進入口からトラップ室の奥に向けて一方向に進入してくる場合にあっては、トラップ室の奥に真空排気配管の吸込口を配設することで排気できることになるが、トラップ管群のブロックを、直方体状にして、それの全周の六面の各面から水蒸気の進入が行われるようにした場合には、その全周の六面のそれぞれの面に接触する水蒸気がそれぞれ、さらにトラップ管群のなかに進入していくようになることで、空気は、トラップ管群のブロックの内部に押し込められていくようになる。
【００３０】
このため、水蒸気がトラップ管群のブロックの全周面からトラップ管群に進入する場合に、真空排気配管の吸込口の位置をトラップ管群のブロックの背面となる後面側に設置すると、効果的に非凝縮背気体を排気できずトラップ管群のブロックの内部に空気溜まりを発生させてしまうようになり、トラップ管群の中心部のトラップ管が空気で覆われ、実効冷却面積の減少と氷厚増加により熱抵抗は大きく増大し、乾燥時の真空悪化が不可避となってくる。
【００３１】
このことから、トラップ管群のブロックを直方体状にして、それの全周の六面から水蒸気が進入するようにしたときには、真空排気配管の吸込口を、ブロックの中心部位に配位すればよいようになるが、ブロックの全周の各面からそのブロックの内部に向けて進入する水蒸気は、それぞれ均等にブロックの内部に向け進入し、ブロックの中心に集中するようにはならない。各面からブロックの内部に進入していく蒸気の進入距離は、その面に流れ込む水蒸気の量に比例するようになり、多量の水蒸気が流入してくる面からはブロックの内部の深い位置にまで進入し、水蒸気量の少ない面からは、蒸気量の多い面から進入してくる水蒸気の圧力に押されて浅い位置までしか進入できず、結局各面から進入する水蒸気の蒸気が平衡する点に集中するようにブロックの内部に進入していくようになり、水蒸気と共に流入する空気は、各面から進入する水蒸気がそれの蒸気量に応じて平衡する点に集合するようになって、この集合部位に押し込まれて、そこを空気溜まりとしてそこに停留するようになる。
【００３２】
このため、本発明では、真空排気配管の吸込口を、トラップ管群のブロックの全周面の各面より進入するそれぞれの面における蒸気量により規制されて集合してくる空気の集合部付近に設置し、そこに水蒸気と一緒に押し込められてくる被凝縮性気体を適切な排気ポンプで排気することとしている。
【００３３】
ここで、空気の集合部位を決定するには、直方体状としたトラップ管群のブロックの全周面の各面にそれぞれ進入してくる水蒸気の量を検出することが必要となり、面倒な操作・作業を要するが、そのための測定・検出を行わないでも、真空排気管の吸込口を動かして、それにより効果的に排気が行われる位置を探り出すようにして決定してよい。
【００３４】
このようにして探り出した結果では、直方体状としたトラップ管群のブロックにおいて、左右および上下においては中心部位で、前後においては、略中間位置から後方に幾分偏る前方から３分の２程度の範囲内の位置が、良い結果を示した。
【００３５】
【実施例】
次に実施例を図面に従い説明する。
図２は、本発明手段の実施例の第１の例であり、同図において、１はトラップ室で円筒状に形成してある。Ｃは図では外側の輪郭線だけを示しているが、トラップ管６０を集合させたトラップ管群６のブロックであり、前後方向（図において左右方向）に長い略直方体状に形成してある。そして、このトラップ管群６のブロックＣは、図３にあるように、左右の肩部および左右の底部が円筒状をなすトラップ室１の筒壁の内面に対し略内接する形態として適宜の支持手段により支架してあり、これにより、このブロックＣの上下左右の各面に対するトラップ室１内の真空空間が略均一になるようにしている。
【００３６】
２は、図面においては大半を省略しているが、加熱棚段（図示省略）等を内部に収容するように装設する真空室で、前述のトラップ室１を形成する円筒状体と一体に連続する形態に形成されていて、トラップ室１とは隔壁３により遮断されている。そして、この真空室２内に装入された被乾燥物から昇華する蒸気は、前述の隔壁３に設けた進入口４からトラップ室１内に進入するようにしてある。
【００３７】
Ｈは、この進入口４からトラップ室１内に進入する蒸気が、トラップ管群６のブロックＣの前面（図において右面）に対し均等に進入していくように、この進入口４とブロックＣの前面との間に形成した真空空間の距離（助走距離）である。
【００３８】
５は、水蒸気に含まれてトラップ管群６のブロックＣに対して進入してくる空気を排気する真空排気配管、ａはそれの内端側に開口する吸込口である。
【００３９】
真空排気配管５は、外端側がトラップ室１の外部において真空排気ポンプに接続する通常のもので、トラップ室１の内部においてはトラップ管群のブロックＣの前面に沿い垂下して、そのブロックＣの前面の略中心位置において後方に屈曲し、そのブロックＣの軸芯線に沿い水平に後方に延出し、その延出する水平管部５０の後端に吸込口ａが開放している。
【００４０】
この吸込口ａの開口位置は、トラップ管群６のブロックＣの上下および左右においてはそれの略中心位置であり、そのブロックＣの前後方向においては、前方から前後の全長の略３分の２程度にまで後方に差し込まれた部位に設定してある。
【００４１】
この吸込口ａの開口位置は、前述の水平管部５０を交換するか長さを伸縮調節としておいて、それの調節を行うことで、前後に変更調整が行えするようにしている。
【００４２】
次に図４および図５はもう一つの実施例を示している。この例は、真空排気配管５のトラップ室１内における配管形態および吸込口ａの開口方向を変更した例である。真空排気配管５はトラップ室１の天井部の後端寄りで左右の中心部位からトラップ室１内に突入して、トラップ管群６のトラップ管６０同志の間隔内を経てブロックＣの内部に垂下し、そのブロックＣの上下・左右の略中心位置において、前方に向けて屈曲し、その先に接続して前方に向かう水平管部５０の先端に前方に向けて開放する吸込口ａを設けている。
【００４３】
この吸込口ａの位置は、前述の実施例と同様に、トラップ管群６のブロックＣの前後の全長に対し前方から略３分の２程度となるよう後方に寄る部位に設定してある。そして、その余の構成については、前述の実施例と変わりがない。
【００４４】
次に図６および図７は、さらにもう一つの実施例を示している。この例は、真空排気配管５のトラップ室１内における配管形態およびそれの内端側に開放させた吸込口ａの開放方向をさらに変えている例である。この例においては、真空排気配管５は、トラップ室１の天井部で、トラップ室１内に配設したトラップ管群６のブロックＣの左右および前後の略中心と対応する部位を貫通してトラップ室１内に突入し、さらに、そこから、トラップ管群６のトラップ管６０同志の間隔内を経て、ブロックＣの内部に垂下し、そのブロックＣの上下の略中心位置に達したところで、そのまま下方に向けて吸込口ａが開放するようにしてある。この例における吸込口ａの位置は、ブロックＣの左右および上下ならびに前後の略中心とする位置になっている。この余の構成については、この例においても前述の各実施例と変わりがない。
【００４５】
次に、図８は、本発明手段との対比のために製作した凍結真空乾燥装置の要部の縦断側面図で、トラップ室１・トラップ管群のブロックＣ・真空室２・隔壁３・蒸気の進入口４等については、上述の本発明手段の実施例と同様に構成されている。そして、非凝縮気体を排気する真空排気配管５は、トラップ室１内に配設せるトラップ管群のブロックＣの前面側に配設され、それの吸込口ａは、トラップ管群のブロックＣの前面側の中心部位からそのブロックＣの内部に浅く入り込んだ前面に寄る部位に配設されている。
【００４６】
図９は、前述の図８の凍結真空乾燥装置を実際に運転稼働したときの測定データを表示する図である。この図８の装置は、真空排気配管の吸込口ａの位置を、非凝縮性気体が集合する集合部分から、はずれた位置に設置してあることで、棚板温度＋８０度Ｃの幅射加熱で、昇華速度約１Ｋｇ／ｍ２ｈでもトラップ管群のブロックＣ内に空気が蓄積し、トラップ実効冷却面積が減少し、蒸気進入部に多く着氷し、乾燥開始から５．５時間目では乾燥庫真空度は１００Ｐａ（０．７５ＴＯＲＲ）となり１３時間目には最悪３４０Ｐａ（２．６ＴＯＲＲ）まで劣化している。このときトラップコイル温度は−４０度Ｃであり、２．６Ｔｏｒｒの平衡水蒸気温度は−７度Ｃで、前方着氷のため、氷面温度と冷媒温度との全温度損失は３３度Ｃになった。伝熱解析によると、そのときの実効凝結面積は約半分である。
【００４７】
次に図１０は、前述の図２および図３に示した本発明手段の実施例装置を、実際に運転稼働したときの測定データを表す図である。
【００４８】
この実施例装置の場合には図１０に示すように劇的に変化し、棚温度１２０度Ｃに上げて、昇華速度約２Ｋｇ／ｍ２ｈと倍に増えても最大５０Ｐａ（０．３８ＴＯＲＲ）であり、着氷が増大しても劣化せず水蒸気は全凝結面で均等に凝結し、逆に負荷の低下に伴い真空速度は良くなっている。本発明のトラップ管群の配設と真空排気配管の吸込口の位置の設定が水蒸気凝結に性能差があることを示した。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明手段によれば、背面設置トラップ型または分離トラップ型の真空凍結乾燥装置におけるコールドトラップが、それのトラップ管群の各トラップ管に対する着氷が均等に行われるようになるとともに、真空排気配管の吸込口からの非凝縮気体の排気が適切に行われて、トラップ管群の周囲が非凝縮気体に覆われることによるトラップの凝結能力の低下が生じてこないようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従前手段を示し、（イ）、（ロ）、（ハ）、（ニ）は、各従前手段の説明図である。
【図２】本発明手段の第１の実施例の要部の縦断側面図である。
【図３】同上実施例の縦断後面図である。
【図４】本発明手段の第２の実施例の要部の縦断側面図である。
【図５】同上実施例の要部の縦断後面図である。
【図６】本発明手段の第３の実施例の要部の縦断側面図である。
【図７】同上実施例の要部の縦断後面図である。
【図８】本発明手段の説明のための試験装置の要部の縦断側面図である。
【図９】同上装置の運転稼働時の測定データを表示する図である。
【図１０】本発明手段の第１の実施例装置を運転稼働したときの測定データを表示する図である。
【符号の説明】
ａ…吸込口、ｂ…蒸気進入路、Ｃ・Ｍ…ブロック、Ｈ…真空空間の距離、１…トラップ室、２…真空室、３…隔壁、４…進入口、５…真空排気配管、５０…水平管部、６…トラップ管群、６０…トラップ管。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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