(57)【要約】  凍結乾燥プロセスから廃液を再生するためのシステムは、凍結乾燥される材料から廃液を収集するために凍結乾燥サイクル中に使用される少なくとも１つの凝縮装置、および凝縮装置から材料を収集するために設置された１つの回収容器を有する。システムは、廃液から形成された氷晶が、凍結乾燥サイクル後に凝縮装置から除去され、再使用されるように回収容器へ入れられることを特徴とする。製品システムは、凍結乾燥された材料と凍結乾燥中に収集された廃液との両方を含む。
2007517183.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
凍結乾燥サイクル中に使用され、凍結乾燥される材料から廃液を収集する、少なくとも１つの凝縮装置と、
凝縮装置から材料を収集するために設置された回収容器と
を備える、凍結乾燥プロセスから廃液を再生するシステムであって、
廃液から形成された氷晶が、凍結乾燥サイクル後の凝縮装置から除去され、再使用されるように回収容器に入れられることを特徴とする、システム。
【請求項２】
２つの回収タンクおよび２つの凝縮装置が選択可能なペアとして配置され、該ペアが、廃液再生のために交互に選択可能である、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
凝縮装置を加熱して、凝縮装置からの廃液の収集を促進する加熱機構をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
各凝縮装置が、凝縮装置からの廃液の収集を促進するための加熱機構を含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
少なくとも１つの凝縮冷却／加熱ユニットが、１つは凝縮装置を過冷却し、他の１つは凝縮装置に熱を供給する、２つの移動媒体へのアクセスを有する、請求項３に記載のシステム。
【請求項６】
移動媒体が、液体窒素、アンモニア溶液または冷却用フロン類、およびプロピレン、レグゾール、グリコールまたは加熱用グリセリンからなる、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
凝縮冷却／加熱ユニットが、１つは冷却用で他の１つは加熱用である、２つの移動媒体へのアクセスを有し、該媒体が、液体窒素、冷却用アンモニア溶液、およびプロピレン、レグゾール、グリコールまたは加熱用グリセリンからなる、請求項４に記載のシステム。
【請求項８】
少なくとも１つの回収タンクが、廃液を保存するためにタンクに接続された第２の容器を有し、該容器が、凍結乾燥プロセスの間に、凍結の影響を受けない、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
加熱機構が、凝縮装置に対して垂直にされた蒸気発生器である、請求項３に記載のシステム。
【請求項１０】
蒸気生成用の他の成分から水を分離するための圧縮フィルタをさらに含む、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
乾燥される製品から取り出された廃液である氷晶が、凍結乾燥の実行の終了時に選択された凝縮装置に収集され、関連する回収タンクに氷を溶かして落とす水蒸気圧入法を介して、蒸気発生器によって加熱され、タンクから汲み出されることを特徴とする、請求項９に記載のシステム。
【請求項１２】
凍結乾燥システムから廃液を再生し、廃液を使用可能な製品に変換する方法であって、
（ａ）システムの少なくとも１つの凝縮ユニット下に、少なくとも１つの水回収タンクを設けるステップと、
（ｂ）システムで乾燥される製品から、氷状で凝縮装置に取り出された蒸気を凝縮するステップと、
（ｃ）凍結乾燥サイクル後に凝縮されたものから、氷を収集し溶解して再使用するステップと
を含む、方法。
【請求項１３】
ステップ（ａ）では、２つの回収タンクおよび２つの凝縮装置が、選択可能なペアとして配置され、該ペアが、制御端末から水再生のために交互に選択可能である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
ステップ（ｃ）では、収集が、凝縮装置を加熱するために使用された加熱機構によって促進される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
２つの加熱機構があり、各凝縮装置用毎に１つずつのユニットがある、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
凝縮装置が、１つは凝縮装置を過冷却し、他の１つは凝縮装置に熱を供給する、２つの移動媒体へのアクセスを有する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
移動媒体が、液体窒素、アンモニア溶液または冷却用フロン類、およびプロピレン、レグゾール、グリコールまたは加熱用グリセリンを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
ステップ（ａ）では、少なくとも１つの回収タンクが、廃液を保存するためにタンクに接続された第２の容器を有し、該容器が凍結の影響を受けない、請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
ステップ（ｃ）では、少なくとも１つの凝縮装置に対して垂直にされた蒸気発生器の形態で、熱源送出機構によって加熱が行なわれる、請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
蒸気生成用の他の成分から水を分離するための圧縮フィルタをさらに含む、請求項１９の方法。
【請求項２１】
凍結乾燥プロセスで除去された廃液水がない、１つの容器中の凍結乾燥材料と、
凍結乾燥プロセスの間に第１の容器中の材料から収集された、第２の容器中の廃液と、
を含む、凍結乾燥製品システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動物性食品、植物性食品、薬草および他の植物を含む、バイオ製品の生物学的保存の分野におけるものである。本発明は、特に、汎用および乾燥製品を再構成する際に使用するための、凍結乾燥プロセス中に生成された廃液の再生および後の使用のための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
バイオ保存の分野で、最も成功しよく知られているプロセスのうちの１つは、凍結乾燥プロセスである。凍結乾燥は、製品からほとんどの水分を抜き出すために高真空下で製品を凍結させ、次いで、真空チャンバ中の真空下で同じ製品を加熱することにより、製品中に残る少量の水分を抜き出すプロセスである。
【０００３】
凍結乾燥のプロセスは、血漿と調合薬を保存する方法として、最初は第二次世界大戦中に実行された。結局、その方法は、果物、野菜および他の商業的に成長したバイオ製品を保存するための方法として認識された。最近では、凍結乾燥法は、化学の処理からスーパーコンピュータ伝導体の生成まで、様々な技術分野で使用されている。
【０００４】
最も一般的な凍結乾燥工程は、市販の果物、野菜、薬草および他の消耗品を処理するものである。凍結乾燥法を使用するための主な目的は、経済的な目的ではない。恐らく、製品から水を抜き出すために最も成功した保存方法であり、ここで、製品の細胞構造が最も破損せず、製品のより良好な再構成のために、乾燥前の自然な状態に最も厳密に類似することを可能にする。
【０００５】
商業上の操作で利用可能な、小さく、適度で、非常に大きな商業上の凍結乾燥システムがある。通常は、他の実在物に商業上の凍結乾燥サービスを提供する会社は、最大の商業上の凍結乾燥システムを維持する。会社によっては、６フィート以上の直径を各々有する多数の（２０以上）の真空チャンバを利用する。これらは、通常収縮することができるシステムであり、大規模な商業規模で多数の製品バッチを同時に乾燥するバッチユニットとして稼動する。
【０００６】
凍結乾燥システムの主要構成要素は、製品配置のための棚を支持する真空チャンバ、凝縮装置、凝縮装置冷却ユニット、チャンバ内で真空を提供する真空ポンプ、および加熱／冷却することにより制御される温度で、ほとんどの場合製品棚と一体化された熱移動／冷却システムである。凍結乾燥システムは、通常は、温度、真空圧力、時間等にわたってプログラム制御を提供する制御パネルで操作される。凍結乾燥に最も良好な結果をもたらすために、様々な種類の製品が、様々な制御手段を必要とする。より簡単な場合によっては、凝縮装置は、氷として水蒸気を収集するためのチャンバ内にあり、実行後に加熱して氷を溶解するために備えられているのではない。氷は、細かく砕くまたは削るなどによって機械的に除去され、または水を凝縮装置に吹き付けることにより溶解される。
【０００７】
本明細書で、一般に廃液と称せられる廃水の生成は、凍結乾燥プロセスの１つの態様であり、該廃水は、乾燥された製品から抜き出された水分に起因する。プロセスが稼動する方法は、製品が真空を受ける前に凍結されるということである。より高い真空レベルで、氷と温度／真空条件の間の不均衡な状態を維持することにより、液体段階に入ることなく、凍結状態の水が蒸発される（昇華される）。固体の氷から生成された水蒸気は、最終的にはるかに冷たい凝縮装置に氷晶として生じる。凝縮装置は、コイルシステム、円錐形状の装置、プレートの配列などのような、いくつかの形態をとってもよい。凝縮装置は、抜き出された蒸気を、氷晶の形態で凝縮装置に収集させる真空下で、チャンバ温度より低い温度に冷却ユニットを使用して冷却される。
【０００８】
凍結乾燥された製品が除去され、温度が上昇した後、氷晶は、霜取り工程中に真空チャンバ（内部凝縮装置）または凝縮装置筺体（外部の場合）の床に、通常は溶解して落ちる。さらに上述されるように、手動方法は、氷を擦るまたは削るために使用されてもよく、また、水または他の材料は、例えば、氷を溶解するために使用されてもよい。水分は通常、廃水としてシステムから出力される。
【０００９】
凍結乾燥工程によって生成された廃水は、適切に再生された場合、下水道へ廃棄される、または廃棄物として廃棄されるのではなく、多くの興味深く有利な独特の目的に使用されることに、本発明者は気付いた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、凍結乾燥された製品から抜き出された廃液を再生する方法および装置、ならびに再生された製品の使用方法が、明らかに必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の好ましい実施形態では、凍結乾燥プロセスから廃液を再生するためのシステムが提供され、システムは、凍結乾燥サイクル中に使用されて、凍結乾燥される材料から廃液を収集する少なくとも１つの凝縮装置と、凝縮装置から材料を収集するために設置された回収容器と、を備えている。システムは、廃液から形成された氷晶が、凍結乾燥サイクル後の凝縮装置から除去され、再使用されるように回収容器に入れられることを特徴とする。
【００１２】
本発明の一実施形態では、２つの回収タンクおよび２つの凝縮装置が選択可能なペアとして配置され、該ペアは、廃液再生のために交互に選択可能である。また、一実施形態では、凝縮装置を加熱して、凝縮装置から廃液の収集を促進する加熱機構があってもよい。また、一実施形態では、各凝縮装置は、凝縮装置からの廃液の収集を促進するための加熱機構を含んでいてもよい。
【００１３】
実施形態によっては、少なくとも１つの凝縮冷却／加熱ユニットが、１つは凝縮装置を過冷却し、他の１つは凝縮装置に熱を供給する、２つの移動媒体へのアクセスを有する。また、実施形態によっては、移動媒体は、液体窒素、アンモニア溶液または冷却用フロン類、およびプロピレン、レグゾール（ｌｅｘｏｌ）、グリコールまたは加熱用グリセリンからなってよい。
【００１４】
ある場合には、凝縮冷却／加熱ユニットは、１つが冷却用で、他の１つが加熱用である、２つの移動媒体へのアクセスを有してよく、該媒体は、液体窒素、冷却用アンモニア溶液、およびプロピレン、レグゾール、グリコールまたは加熱用グリセリンからなる。また、ある場合には、少なくとも１つの回収タンクが、廃液を保存するためにタンクに接続された第２の容器を有してよく、該容器は、凍結乾燥プロセスの間に凍結の影響を受けない。
【００１５】
実施形態によっては、加熱機構は、凝縮装置に対して垂直にされた（ｐｌｕｍｂｅｄ）蒸気発生器であってもよい。実施形態によっては、蒸気生成用の他の成分から水を分離するための圧縮フィルタもあってもよい。さらに、乾燥される製品から取り出された廃液である氷晶が、凍結乾燥の実行の終了時に選択された凝縮装置に収集されてもよく、関連する回収タンクに氷を溶かして落とす水蒸気圧入法を介して、蒸気発生器によって加熱され、タンクから汲み出されてもよい。
【００１６】
本発明の他の態様では、凍結乾燥システムから廃液を再生し、廃液を使用可能な製品に変換する方法は、（ａ）システムの少なくとも１つの凝縮ユニット下に、少なくとも１つの水回収タンクを設けるステップと、（ｂ）システムで乾燥された製品から、氷状で凝縮装置に取り出された蒸気を凝縮するステップと、（ｃ）凍結乾燥サイクル後に圧縮されたものから、氷を収集し溶解して再使用するステップとを有する。
【００１７】
本方法の実施形態によっては、２つの回収タンクおよび２つの凝縮装置が、選択可能なペアとして配置され、該ペアは、制御端末から水再生のために交互に選択可能である。また、実施形態によっては、収集は、凝縮装置を加熱するために使用された加熱機構によって促進される。さらには、２つの加熱機構があってよく、各凝縮装置用毎に１つずつのユニットがあってもよい。
【００１８】
実施形態によっては、凝縮装置は、１つは凝縮装置を過冷却し、他の１つは凝縮装置に熱を供給する、２つの移動媒体へのアクセスを有してもよい。また、実施形態によっては、移動媒体が、液体窒素、アンモニア溶液または冷却用フロン類、およびプロピレン、レグゾール、グリコールまたは加熱用グリセリンを含んでもよい。
【００１９】
ある場合には、この方法のステップ（ａ）では、少なくとも１つの回収タンクが、廃液を保存するためにタンクに接続された第２の容器を有してもよく、該容器は、凍結の影響を受けない。ステップ（ｃ）における他の実施形態では、少なくとも１つの凝縮装置に対して垂直にされた蒸気発生器の形態で、熱源送出機構によって加熱が行なわれてもよい。さらに、他の実施形態では、さらに蒸気生成用の他の成分から水を分離するための圧縮フィルタがあってもよい。
【００２０】
本発明のさらなる他の態様では、凍結乾燥製品システムは、凍結乾燥プロセスで除去された廃液水がない、１つの容器中の凍結乾燥材料と、凍結乾燥プロセスの間に第１の容器中の材料から収集された、第２の容器中の廃液とを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明者は、廃水を再生可能な凍結乾燥システムを提供し、その結果、廃水が別の方法で有利な目的で使用されてもよく、その方法および装置は、可能な限り以下に詳細に記載される。
【００２２】
図１は、従来技術による凍結乾燥システム１００の代表的なアーキテクチャを示すブロック図である。本明細書の背景技術に簡潔に記載されたように、従来技術の代表的な凍結乾燥器は、真空チャンバ、製品を保持するための棚、チャンバ排気用真空ポンプ、製品から昇華された蒸気の凍結を提供するための凝縮装置、始動用制御端末、およびプロセスの制御を含む。
【００２３】
システム１００は、凍結乾燥される製品を収容するためのチャンバとして機能する真空チャンバ１０１を有する。チャンバの形状およびサイズは、設備の様々な例において広く様々であってよいが、チャンバ１０１は、この実施例では、直径と深さを有するバレルの一般的な形状で形成されている。この実施例におけるチャンバ１０１は、処理中に製品を保持する目的で、内部に支持された複数の製品棚１０５をさらに有する。棚１０５は、この実施例で、チャンバ１０１内で水平に配置されている。
【００２４】
チャンバ１０１内の温度は、温度制御ユニット１０２によって主として制御される。この実施例におけるユニット１０２は、加熱／冷却ユニット１０４および熱移動ポンプ１０３を有する。ポンプ１０３は、レグゾール、プロピレン、グリコールまたはグリセリンなどの棚材料１０５を介して、温度移動媒体を汲み上げる。これらの媒体は、いくつかのより初期のシステムにわたって、製品のための乾燥時間を短縮する温度条件まで加熱または冷却されることができる。温度変化と真空に関して不安定条件を維持することによって、凍結乾燥プロセスは、可能になり最適化される。ユニット１０２は、吸気および排気口ライン１０７によってチャンバ１０１および棚１０５に連結されており、吸気および排気口ライン１０７は、移動媒体を運ぶために構成される。加熱または冷却が製品に最も直接影響するように、移動管（図示せず）は、個々の棚に沿って配置されている。また、簡潔に上述されるように、より簡単な場合では、加熱は使用されなくてもよい。
【００２５】
この実施例におけるシステム１００には、昇華した蒸気の形態の水分を、凍結乾燥中に棚１０５に配置された製品から取り出す目的で、外部凝縮ユニット１０８が配置されている。多くの場合、凝縮装置１０８は、チャンバ１０１内に設置してもよいが、外部配置の場合によっては、いくつかの利点がある。凝縮装置１０８は、凝縮冷却ユニット１１１によってチャンバ１０１とは別に冷却される。冷却ユニット１１１は、例えば、凝縮装置を冷却するために、フロン類、アンモニア溶液または液体窒素等を使用し、凝縮装置は、コイル、プレート、円錐または他の装置のシステムであってもよい。この実施例において、凝縮装置１０８は、チャンバ１０１の外部に設置されている。しかし、システムによっては、凝縮装置は、真空チャンバ自体の中にある。ユニット１１１は、移動ライン１１２によってユニット１０８に接続されている。
【００２６】
システム１００は、チャンバ１０１を排気させるために設けられた真空ポンプ１０９を有し、凝縮装置で占められた体積を含む。この実施例において、ポンプ１０９は、チャンバ１０１と反対の凝縮装置１０８の側に配置されているが、ほかの場所に接続することもできる。システム１００は、プログラム制御端末１１０から制御される。端末１１０は、様々な構成要素、すなわち構成要素１０２、１０１、１０８、１１１および１０９に至る、制御ライン（１０６）を有する。端末１１０は、チャンバ１０１および凝縮装置１０８内の温度にわたってシステム制御を提供する。真空圧力および真空時間は、端末１１０から制御される。
【００２７】
この実施例の従来技術のシステムは、プロセス廃液を再生するための性能を欠いている。通常、棚１０５に支持された製品は予め冷却され、後で凍結乾燥プロセスが行われる。高真空を導入し、次いで、真空チャンバの温度を規制することによって、第１の「予備」凍結乾燥段階で製品から水分が抽出される。第２段階の間に、通常は、ユニット１０２を介して棚１０５に熱が導入され、製品中に残留するわずかな比率の残りの水分が、高真空下で抽出される。第２の段階は通常、第１の段階後の製品に残った水分の１０％から２０％をさらに取り出すために機能する。例えば、代表的な植物製品については、ほとんどの水分は、初期段階中で取り出される。第２の段階は、代表的な場合に、残留する水分のさらに１０％から２０％を取り出す。代表的な乾燥された製品は、２％から９％の含水率とされる。
【００２８】
植物原材料のための代表的な実行は、およそ２時間の標準気圧で、摂氏マイナス３０℃の初期凍結低下段階を有してもよい。さらに４時間が、同じ温度であるが０．３ｍＢａｒの初期の真空圧力に費やされていてもよい。初期の乾燥段階は、０．２ｍＢａｒの真空圧力で摂氏マイナス１０℃で、１８時間から２４時間続けてもよい。第２の乾燥段階は、さらに１２時間続けてもよく、ここで、真空チャンバ内の温度が摂氏＋３０℃に上げられ、真空チャンバは、さらに、０．１ｍＢａｒにポンプダウンされる。
【００２９】
通常、廃液は、氷または水として凝縮装置から落ち、例えば、溝システムを介して、地面にまたは下水道入口へ廃水として流れ出る。凝縮装置は、製品チャンバ内に収容される場合、次いで、廃水は、通常は製品チャンバの床に落ち、流出液として流される。本発明の目的は、有用な目的のために、連続的および経済的に廃水を再生するための方法およびシステムを提供することである。
【００３０】
本発明の簡単な実施形態では、１つ以上の収集ボール（ｂａｓｉｎ）が、氷晶として凝縮装置上に形成された材料を捕捉するために提供される。そのような簡単な実施形態での実行後、ボールは、凝縮装置から落ちる材料を収集するために設置されており、氷は、凝縮装置からこすり落とされ、削られ、収集ボールに落とされてもよい。次いで、ボールは、除去されてもよく、氷晶は、溶解されてもよく（または強制的に溶解され）、より詳細に以下に記載されるように、生じる廃液は、後の使用のために保存される。このプロセスの変形例では、凝縮装置からの氷晶の収集を助けるために水を使用してもよく、さらなる変形例では、使用される水は、収集される廃液を極端に薄めないように、予め、同様の工程から収集された廃液であってもよい。
【００３１】
本発明者らは、いかなる形態の廃液の汚染も不利益である可能性があることを、同様に認識し、したがって、汚染を回避するために配慮が行われていた。この目的を達成するために、収集器具および容器は、殺菌されてもよく、凝縮装置は、定期的に洗浄されてもよく、熱の適用、蒸気の適用、または場合によってはオゾンまたはグレインアルコールなどの殺菌薬の適用によって、同様に殺菌されてもよい。
【００３２】
図２は、効率的とすることが可能な凍結乾燥システム２００用アーキテクチャを示すブロック図であり、場合によっては、本発明の実施形態による自動廃水再生である。この実施例において示された構成要素のいくつかは、図１の構成要素と同じである。それらの構成要素は、それらの元の構成要素の符号を保持し、再導入されない。
【００３３】
システム２００は、図１の従来技術の実施例に記載されるように、真空チャンバ１０１、製品棚１０５、ポンプ１０３を含む温度制御ユニット１０２、および加熱／冷却ユニット１０４を含む。このより進んだ実施形態のシステム２００は、単に１つの凝縮装置を使用する代わりに、２つの凝縮装置、凝縮装置２０１ａおよび凝縮装置２０１ｂを有する。本発明で限定するわけではないが、凝縮装置２０１ａ、２０１ｂは、互いに、および上述された凝縮装置１０８に類似している。凝縮装置２０１ａおよび２０１ｂは、この実施形態で、凝縮装置が真空チャンバ１０１から別々に分離されることができるように、両方とも真空チャンバ１０１の外部に設置されている。チャンバと各凝縮装置の間の真空ラインには、未選択の凝縮装置が使用されておらず、大気圧に放出される間、製品の実行の間に使用するための凝縮装置２０１ａ、２０１ｂの１つを分離する目的で、２つの遮断弁２０４ａ、２０４ｂが設けられている。真空チャンバから両方の凝縮装置を分離してもよい。したがって、各凝縮装置は、別々の真空経路を介してアクセス可能であり、凝縮チャンバは、連続する製品の実行の間に交互に用いられてもよい。２つの遮断弁２０５ａ、２０５ｂおよび真空ライン（２０３）の同一構成は、真空ポンプ２０７に接続する凝縮装置の出力に設けられている。真空経路で両方の凝縮装置を同時に含むように、弁２０４ａ、２０４ｂに関して開いたシステムを実行することは可能であるが、ここで重要な態様は、他の凝縮装置が凍結乾燥工程に使用されている間に、１つの凝縮装置を分離することができることである。
【００３４】
弁２０４ａ、２０４ｂ、２０５ａ、２０５ｂは、制御ライン２０６を介して機能強化されたプログラム端末２１１から制御される。各凝縮装置２０１ａ、２０１ｂには、それぞれタンク２０９ａ、２０９ｂである、回収タンクが配置されている。回収タンク２０９ａ、２０９ｂは、それらのそれぞれから回収された廃液を収集する容器として構成される。そのようなものとして、タンク２０９ａ、２０９ｂは、通常、それぞれの凝縮装置下に直接設置されている。タンク２０９ａ、２０９ｂは、少なくとも部分的に開いており、直接上に配置された凝縮装置から落ちる氷および液体を捕捉するために構成されている。タンク２０９ａ、２０９ｂの開口のサイズは、少なくとも、凝縮装置２０１ａ、２０１ｂにそれぞれ収集することができるすべての氷を回収することが可能である程度に、十分大きい。タンク２０９ａ、２０９ｂは、耐久性ポリマーまたは非腐食性金属から製造されてもよい。タンク２０９ａ、２０９ｂは、また、水移動ライン２１０によって、水移動のために接続されることが好ましい。ライン２１０は、ＰＶＣ配管または銅配管、または他の非腐食性金属配管であってもよい。
【００３５】
弁２０４ａ、２０４ｂ、２０５ａ、２０５ｂの選択的な工程によって、前サイクルで凝縮された廃液が、凝縮装置から除去されてもよいように、１つの凝縮装置が廃液を収集するために使用され、他の凝縮装置が分離して、凍結乾燥用ユニットを操作し、大気に開放してもよい。水、または凝縮装置からの氷を溶解するために予め収集された廃液、またはこれらおよび他の技術のあらゆる組み合わせを使用することによって、上述されるように、氷が溶解するのを単に待つことから、凝縮装置から氷をこすり落とすことに除去方法が変わってもよい。
【００３６】
各回収タンク２０９ａ、２０９ｂでは、一実施形態において、ライン２１０に接続されたポンプ機構（図示せず）が配置されている。このように、タンク２０９ａ、２０９ｂに収集された廃液は、ライン２１０を介して、ろ過工程などに、タンクおよびシステムから汲み出されてもよい。他の実施形態では、ライン２１０は、サイフォンラインであり、タンク２０９ａ、２０９ｂに収集する水は、ライン２１０を介して自動的に吸い上げられる。
【００３７】
高度な実施形態の各凝縮ユニット２０１ａ、２０１ｂは、それ自体の凝縮冷却／加熱ユニット（ＣＲＨＵ）によって制御された温度であってもよい。これらは、凝縮装置２０１ａ用のＣＲＨＵ２０２ａ、および凝縮装置２０１ｂ用のＣＲＨＵ２０２ｂである。ＣＲＨＵ２０２ａは、凝縮装置２０１ａを冷却するためのアンモニア溶液、フロン類、または液体窒素などの、温度制御媒体の移動サイクルを可能にする目的で、凝縮装置２０１ａにそれを接続する双方向移動ライン２１２ａを有する。この実施形態では、凝縮装置２０１ａは、また、上記図１の例の温度制御ユニット１０２に関して記載された、おそらくは、レグゾール、プロピレン、グリコールまたはグリセリンなどの他のいくつかの媒体を使用して、ＣＲＨＵ２０２ａによって交互に加熱されてもよい。同様に、ＣＲＨＵ２０２ｂは、双方向移動ライン２１２ｂを使用して、凝縮装置２０１ｂへの接続を有し、加熱および冷却が可能である。ＣＲＨＵ２０２ａおよび２０２ｂは、制御ライン２１３を介して、プログラム端末２１１から直接制御される。
【００３８】
真空ポンプ２０７は、その真空経路中の凝縮装置２０１ａまたは凝縮装置２０１ｂのいずれかを含めることに関して、その構成を除いて、図１の従来技術例に関して記述された真空ポンプ１０９に類似している。真空ポンプ２０９には、そのガス抜け位置でフィルタトラップ２０８が接続されている。フィルタトラップ２０８は、炭、または大気への蒸気をガス処理する前に、揮発性油の蒸気をろ過するために構成された他の適切なタイプのフィルタであってもよい。
【００３９】
この実施例において、凍結乾燥の実行中に、前の実行からの氷晶が載せられた１つの凝縮装置は、凍結乾燥サイクルを中断することなく、これまでのところ他の凝縮装置が使用されている間に、凝縮装置から廃液を収集するために処理されることができる。本明細書に記載されるような自動回収システムの代わりは、手動で凝縮装置の氷を除去し、それを回収タンクに落とすことである。これは、１つまたは２つの動作中の凝縮装置がある場合もない場合も、行うことができるが、それは、時間消費であり、システムに１つのみの凝縮装置の場合には、全体のシステムのために不必要な空き時間を強いる。
【００４０】
凍結乾燥サイクルの終わりに、この実施形態に記載されたシステムを使用すると、凍結乾燥された製品は、チャンバ１０１から除去することができ、廃液回収の進行中に、チャンバは、次の実行用の新しい製品を再搭載することができる。使用されていない凝縮装置が現在の実行の間に使用のためのシステムへ切り替えられるとともに、前の実行に関係した凝縮装置は、処理するために分離されることができる。このように、時間は、凍結乾燥製品で浪費されない。好ましい実施形態の廃液回収方法は、自動であり、端末２１１からプログラムすることができ、人間の介在を必要としない。
【００４１】
ＣＲＨＵ２０２ａ、ＣＲＨＵ２０２ｂは、目的に適応された各凝縮装置のチャンネルを介して適切な媒体を循環することによって、この進んだ実施形態では、交互に加熱、冷却するために備えられている。過冷却する場合、液体窒素が使用されてもよく、加熱する場合、例えば、プロピレンを使用してもよい。同様に、他の溶液およびガスを使用することができることは、当業者に明らかである。システム２００で凝縮装置から回収された廃液は、製品から抜き出された水分のおよそ９５％を含む。回収ライン２１０は、システム２００から、以下により完全に記載されるろ過プロセスにつながる。
【００４２】
図３は、本発明の一実施形態によるシステム２００の凍結乾燥工程から再生された廃液で行なわれた、ろ過プロセス３００を示すブロック図である。プロセス３００は、凍結乾燥工程から収集され、大汚水槽３０１へ吸い上げられる、または汲み上げられる廃液から始まる。タンク３０１に導かれる方向指示は、上記図２を参照して記載されたライン２１０を介して凍結乾燥システム２１０から吸い上げられ、または汲み上げられた廃液を表わす。次いで、タンク３０１中の廃液は、４段階の微小孔フィルタ３０２に送り込まれる。フィルタ３０２は、４段階のステージを使用して、あらゆる固体および廃液からのあらゆる微生物を除去するために構成される。最終段階は、存在する可能性のあるあらゆる微生物のほとんどを除去する。フィルタ３０２は、粒子状物質、あらゆる寄生有機体、さび、およびあらゆる望まれない化学物質を除去する。微小孔フィルタ３０２は、ふるいの役割をし、目詰まりしない。細長いすき間が設けられている場合、ろ過気孔のサイズは、直径または幅がたった２ミクロンで非常に小さい。ろ過媒体用材料は、堅いセラミック材料とすることができ、様々な段階は、炭などの他の媒体を含んでいてもよい。フィルタ３０２の代わりに、ミクロ薄膜フィルタまたは超微細孔フィルタ技術など他のタイプのろ過装置を使用してもよい。様々なフィルタタイプおよび材料が、容易に利用可能であり、発明者に知られている。
【００４３】
ろ過後、廃液は、任意にオゾン発生器を通過し、オゾン発生器は、あらゆる残留する微生物を効果的に殺す。乾燥製品の一般的に使用し、再構成する目的で、ろ過技術は、人間の消費可能な製品として廃液を保証することに適切である。使用されるろ過のタイプは、乾燥製品から廃液の性質または「メッセージ」を保護し、化学薬品または他の異物を廃液へ導入しない。生じる廃液は、透明であり消費可能である。
【００４４】
フィルタ設備およびフィルタ構成要素の適時のメンテナンスを適切に実行することを保証するために、試験設備３０４は、ろ過後に並んで設けられている。試験設備３０４は、ろ過された廃液が、周期的なサンプリングモードで転換される小さな実験容器であってもよい。行なわれたテストは、あらゆる粒子状物質、微生物、特定の化学薬品などの存在を検知するテストを含む。
【００４５】
廃液が完全にろ過される後、廃液は、製品廃液の各ボトルまたは「パック」が、水および他の液体製品の通常のパッケージングのプロセスであるように満たされ密閉される、瓶詰め設備３０５に送り込まれる。本明細書に記載されたろ過装置は、パッケージ化され密閉されるまで、再生された廃液が十分なオートメーションで処理されるという点で、全体の廃液回収システム２００の一部と考えることができる。
【００４６】
凍結乾燥プロセスから廃液を回収する利点は多数ある。１つの主な利点は、例えば、一般的消費または製品再構成などのために、再生された廃液をさらに売買することにより、凍結乾燥に関連するコストを低減することができるということである。例えば、イチゴの処理のために設けられるシステムは、抜き出された製品の天然成分の特徴を含む「ベリー水」を生成することとなる。さらなる利点は、消費者が受け取るパッケージが、凍結乾燥プロセスに入った製品をすべて含むことを、消費者が理解することができるということである。
【００４７】
実証的テストは、異なる製品から得られた廃液が、異なるパターンによって結晶化することを示した。これらのパターンは、同じタイプの製品から得られた廃液に対して大部分は同じである。いくつかの暗示される利点は、科学的に証明されていないが、少なくとも合理的で論理的に、再生された廃液に関して消費者の新しいマーケットの生成に適用することができる。例えば、それを再構成するために使用される水が、最初に、乾燥されたバラのバッチから再生されたなら、凍結乾燥されたバラがより良好により早く再構成することがさらにありうる。同様に、凍結乾燥された母乳は、元の廃液を使用して、水道水を使用するよりも、より良好に論理的に再構成し、元の化学式の一部でなかった多数の化学薬品および他の物質を導入してもよい。
【００４８】
一般的な方式での人間の消費について、廃液は、様々な果物、薬草および薬用植物から利用可能とすることができる。そのような廃液は、異質の化学薬品または微粒子がなく、例えば「有機水」と証明され売買することができ、該「有機水」は、凍結乾燥用の消費可能製品があるのと同数の種類で提供されることができる。
【００４９】
凍結乾燥工程から廃液を回収するさらに他の利点は、数学的に言えば、廃液源が、容器、流れ等などの既存の「超現実的な」水道設備から、または都市システムで水道水を供給する水加工工場から得られるより、むしろ未開発の天然資源であることである。
【００５０】
図４は、本発明の実施形態による凍結乾燥システム２００を使用して、廃液を回収するためのステップを示すプロセスフローチャート４００である。ステップ４０１では、現在の凍結乾燥サイクルが終了した。これは、真空チャンバの内部の製品が、取り外される準備がなされ、新製品がステップ４０２で搭載されることができることを意味する。
【００５１】
ステップ４０３で、終わったばかりの実行に関係していなかった凝縮装置は、上記図２を参照して記載されたプロセスに類似するプログラム端末から真空弁を操作することにより、新しい凍結乾燥サイクルを始めるために選択され、作動される。これは、ある場合には自動的に行われ、その他の場合には手動で行われてもよい。ステップ４０４で、新しい製品の実行が開始される。
【００５２】
ステップ４０５で、現在使用されていない凝縮ユニットは、前の実行からの廃液を収集する目的で選択される。使用されていない凝縮装置は、システムの真空経路から、分離されるのは言うまでもない。凝縮チャンバを開く前に、真空圧力は大気圧になると仮定される。
【００５３】
ステップ４０６で、補助凝縮冷却／加熱ユニット（ＣＲＨＵ）が１つある場合、ステップ４０５で選択された凝縮装置に接続され、急速霜取り工程のために作動される。ステップ４０７で、加熱された移動媒体は、霜が除去される凝縮装置を介して循環される。このステップは、自動時限シーケンスの一部であってもよく、または、図２を参照して記載された端末２１１に類似する制御端末から人間が作動することによって、手動で開始されてもよい。さらに、このプロセスのステップは、すべて、時限自動シークエンシングのためにプログラムされることができる。加熱ユニットがない場合、氷はこすられてもよいが、使用されていない凝縮装置から手動で除去されてもよい。
【００５４】
ステップ４０８で、前の実行での凝縮装置に形成された氷晶は、図２を参照して記載されたタンク２０９ａ、２０９ｂに類似する回収タンクに落ちる。廃液が回収タンクを満たすと、そのために備えられたシステムでは、廃液は、ステップ４０９での次の製品の実行の前に、タンクから汲み出される、または吸い上げられる。これは、実行が、凝縮装置を一度再凍結する後に、回収タンクに残されたいかなる廃液も、次の実行で過冷却するために再び利用されるからである。ステップ４０９で、再生された廃液は、上記図３を参照して記載されたプロセスと同一または類似するろ過プロセスに汲まれてもよい。ステップ４０９は、ステップ４０１に戻り、現在の実行を終了することを決定する。システムが使用されている限り、そのプロセスは、繰り返しループしてもよい。
【００５５】
制御端末からの要求でプロセス４００のステップが開始されることができ、また、時間パラメータに従うループシーケンスとして自動的に実行するようにプログラムすることができることが、当業者に明らかとなる。一実施形態で、水回収タンクには、すべての実行後に廃液を汲み出す必要がないように、タンクの開いた部分以下に保持された第２の絶縁容器が装着されてもよい。この実施形態では、タンクに落ちる廃液は、より低い絶縁容器に排水され、その中の廃液は、凝縮装置の過冷却段階中に液体状態で残る。この実施形態で、廃液は、より低い容器がいっぱいである場合に、フィルタに汲み出されるだけで十分である。より低い容器が使用される場合、それらは、凝縮装置またはチャンバ領域に熱を変換しないように絶縁されることができ、図２を参照して記載された温度制御ユニット１０２に類似する加熱システムによって、凍結温度より少し高い温度で維持されることができる。
【００５６】
図５は、本発明のさらに他の実施形態による、廃液再生可能な凍結乾燥システム５００用アーキテクチャを示すブロック図である。システム５００は、凝縮装置を霜取りするために使用される構成要素を除いて、システム２００と同一である。上記図２の実施例の記載に関して、以前に導入された、本明細書で示された構成要素は、再導入しないものとし、それらの元の構成要素の符号を保持するものとする。
【００５７】
システム２００に関してさらに上述されるように、個々の凝縮冷却／加熱ユニット（ＣＲＨＵ）を有する代わりに、システム５００は、加熱性能を必要としない単に１つの凝縮冷却ユニット（ＣＲＵ）を有する。ＣＲＵ５０１は、図１のシステム１００に関して記載されたユニット１１１に対する設計および機能において、大部分は類似する。唯一の異なる態様は、ユニット５０１が、凝縮装置２０１ａおよび凝縮装置２０１ｂの両方を冷却することに関与することである。ＣＲＵ５０１は、加圧移動ライン５０２によって凝縮装置２０１ａ、２０１ｂに接続されている。ＣＲＵ５０１が、一度に凝縮装置のどれかを冷却するために選択的に使用されるように、ライン５０２は、経路転換のために弁（図示せず）を有することとしてもよい。
【００５８】
真空ポンプ２０７には、ガス抜け位置で、圧縮フィルタ（ＣＦ）５０２が接続されている。ＣＦ５０２は、揮発性油の蒸気を液体に圧縮し、フィルタ分離技術を使用して真空の油の蒸気のように不適当な蒸気から水を分離することにより、水蒸気から揮発性油の蒸気を分離することができる。この代替実施形態では、真空ポンプ２０７の蒸気出力から得られたろ過廃液は、加圧移動ライン５０７を介して、蒸気発生器５０３に送り込まれる。蒸気発生器５０３は、水を加熱して圧力下で蒸発する。
【００５９】
発生器５０３は、加圧移動ライン５０４を介して凝縮装置ユニット２０１ａ、２０１ｂに接続されている。蒸気が、凝縮装置２０１ａまたは凝縮装置２０１ｂに選択的に注入されるように、移動ライン５０５は、経路を分岐するために弁（図示せず）を有する。氷晶が搭載された使用されていない凝縮装置の迅速な除氷のために十分な蒸気を供給するために、発生器５０３は、凍結乾燥実行中に十分な水を収集する。溶解された氷晶は、図２のシステムの記載に関して上述されるように、関連する回収タンクに落ち、フィルタリングに汲み出される。凝縮装置の霜取りのために使用される蒸気中で発生する可能性のある少量の汚染物質は、上記図３を参照して述べられたものに類似または同一であるシステムを使用し、ろ過される。
【００６０】
本明細書に記載されているシステムおよびプロセスは、他の凝縮装置が、現在の製品の実行中に過冷却されるとともに、代替実施形態は、それにもかかわらず、使用されていない凝縮装置の迅速な霜取りの目標を達成する。システムアーキテクチャ２００が、システムアーキテクチャ５００に関して好まれる唯一の理由は、システム５００の蒸気に導入される可能性のある真空の間にガス処理されたいかなる構成要素にも、再生された廃液が露出しないということである。しかし、従来技術の構成要素のろ過で、蒸気生成が生じる前に、望まれないガスが抜けた構成要素は、実質的にすべて捕捉することができる。圧縮フィルタ５０２、発生器５０３およびＣＲＵ５０１は、制御ライン５０６によって端末２１１から制御される。
【００６１】
図６は、凍結乾燥システム５００から廃水を回収するためのステップを示す、プロセスフローチャート６００である。このプロセスの最初の４つのステップは、上記図４のプロセス４００に関して記載された最初の４つのステップと同一である。ステップ６０１で、現在の製品の実行が終了する。ステップ６０２で、乾燥製品は除去され、製品の新鮮なバッチは、次の実行のための真空チャンバに設置される。ステップ６０３で、前の実行で使用されない凝縮装置は、次の実行のために選択され始動される。ステップ６０４で、新しい実行が開始される。
【００６２】
ステップ６０５で、図５に関して記載された蒸気発生器５０３と類似する蒸気発生器が、始動される。予め記載されるように、蒸気発生器５０３は、前の実行の間に、ガス抜け圧縮フィルタ５０２から水を収集しており、水を保存し、蒸気生成の準備ができている。ステップ６０５で、蒸気は、圧力下で生成される。
【００６３】
ステップ６０６で、最後の製品の実行（現在使用されていない）に携わる凝縮装置は、霜取りのために選択される。ステップ６０７で、他の凝縮装置を使用して現在の実行が進んでいる間、最後の実行からの氷晶から迅速に霜を除去するために、生成された蒸気は凝縮ユニットに注入される。ステップ６０８で、氷は溶解し、プロセス４００のステップ４０８に関して予め記載されるように、回収タンクに落ちる。ステップ６０９で、集められた廃液は、予めプロセス４００のステップ４０９に関して記載されるようにろ過するために汲まれる。
【００６４】
蒸気生成プロセスが、外的な水ではなく、凝縮装置を過ぎた真空ポンプに逃げる廃液を使用することは、本明細書で注目される。いかなる不適当な蒸気も、圧縮フィルタ中に閉じ込められた。あらゆる残留する外的成分は、上記図３に関して記載された、ろ過プロセスの間にろ過される。
【００６５】
凍結乾燥から廃液を再生することが、一般的な使用、および後の製品再構成のための新しいマーケットを生成することは、当業者に明らかである。商業的または私的な凍結乾燥工程の遅れを引き起こさずに、廃液再生のプロセスは、効率的に遂行することができることも明らかである。連続的に、同じ製品のバッチを循環する大規模な商用システムは、廃液を廃物にする代わりに、廃液を再生して売買することにより、それらの運転費用のある割合を回収することができる。システムが、システムでの最後の製品とは異なる凍結乾燥のための他の製品に変わる場合、システム清浄操作は、製品間のバイオ要素が、プロセスから再生された廃液の点から一致しない場合に、最後の製品の跡を除去するために行なうことができる。例えば、システムが、いくつかの実行にわたって凍結乾燥された母乳であり、システムが、次に凍結乾燥イチゴのために予定される場合、システムは、ベリーの第１の実行を開始する前に洗浄される。本発明のシステムが、以前には市場に存在しなかった新製品および消費者をもたらす。
【００６６】
本発明の精神および範囲から逸脱することなく、上述された本発明の実施形態で行われる可能性のある多くの変更があることは当業者に明らかである。例えば、再生された廃液が、消費者に売るための凍結乾燥製品を備えたパッケージである多くの方法があり、少数だけが記載されている。本発明は、様々な実施形態および製品可能性に照らして、できるだけ広い考察を与えられるべきであり、それらのうちのいくつかは既に記載されている。本発明の精神および範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】従来技術による凍結乾燥システムの代表的なアーキテクチャを示す、ブロック図である。
【図２】本発明の実施形態による廃水回収可能な凍結乾燥システム用アーキテクチャを示す、ブロック図である。
【図３】凍結乾燥工程から再生された廃水で行なわれるろ過プロセスを示す、ブロック図である。
【図４】本発明の実施形態による凍結乾燥工程から廃水を回収するためのステップを示す、プロセスフローチャートである。
【図５】本発明の代替実施形態による廃水回収可能な凍結乾燥システム用アーキテクチャを示す、ブロック図である。
【図６】本発明の代替実施形態による凍結乾燥工程から廃水を再生するためのステップを示す、プロセスフローチャートである。
【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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【国際調査報告】
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