專利名稱：冷凍干燥器架的制作方法
冷凍干燥器架
本發明涉及冷凍千燥器架，以及制造冷凍干燥器架的方法。
冷凍干燥器架位于冷凍干燥器的冷凍干燥室內，用于接納包含將被冷 凍干燥的制品的多個容器或小瓶。室通常包括數個架，架中的每一個可在 室中升高或降低。要裝載架，先使架落在室的下部中，而將最上面的架首 先移動到裝載位置。在最上面的架被裝載后，機構自動地將所裝載的架升 高，以使下一個架能夠移動到裝載位置。該移動順序繼續，直到室裝載完 成。要卸載室，則使裝載順序反向，首先卸載最下面的架。
架還用于在例如乙醇、乙二醇或珪油的透熱流體(diathermic fluid )和 將被冷凍干燥的制品之間傳遞熱。在冷凍干燥過程中，存在于制品中的水 分4皮冷凍。外部制冷回路冷卻在冷卻干燥器架內循環的透熱流體，以使熱 從制品傳遞到透熱流體，并從而使制品內所包含的水分冷凍。在冷凍后， 室4皮抽空到通常低于1毫巴(mbar),而透熱流體纟皮外部加熱器加熱，以 使樣品內的水升華成水蒸氣。
冷凍干燥器的架還通常用于將塞子(stopper)壓入容器內。在冷凍干 燥過程中，塞子松弛地定位在容器的口上，以使水蒸氣能夠從樣品中升華。 在冷凍千燥過程完成后，使架相對于彼此移動，以使位于一個架上的容器 的塞子的上部表面接觸位于其上的架的下部表面。架的持續的相對移動將 塞子壓入容器內，以形成氣密密封。這具有將內含物密封在受控制的環境 中的優點。
冷凍千燥器架通常由兩個相對的不銹鋼板形成，這兩個相對的不銹鋼 板具有位于板之間的不銹鋼肋條，以形成板之間的高度通常在10和20mm 之間的空間以及用于透熱流體的流動槽。肋條用于為架提供必要的強度， 以支撐其自身的重量和置于其上的容器的重量。此外，肋條必須使架能夠 經受住在塞子下壓的過程中置于板上的最高可為1.5千克/平方厘米的力。容器的塞子通常由例如丁基橡膠的橡膠材料形成，并可包含應用到塞 子的一定量的硅油，以幫助塞子塞入到容器內。在塞子壓入到容器內的過 程中，置于塞子上的壓力可將小的硅油微粒驅趕到塞子的外部表面，從而
在塞子和冷凍干燥器表面之間的界面處產生準粘性層(quasi-viscous layer)。而且，數種塞子的設計，特別是用于包含藥物樣品的容器的那些 設計具有位于中央的凸起的目標環(target ring)或"靶心"，從而界定了 用于針的插入的目標區域。當該塞子由冷凍千燥器架的下部表面壓入到容 器內時，作用在目標環上的力使目標區域朝下彎曲，從而在塞子和冷凍干 燥器架之間產生真空腔。
這些效果，不論單獨還是結合，均可能在容器封閉過程中使塞子"粘 翁"到冷凍干燥器架的下部表面，特別是當壓力作用到塞子相對長的時間 時，或當封閉壓力相對高時。因此，當壓力通過冷凍千燥器架之間的相對 移動而隨后從塞子釋;^文時，在封閉過程中粘祐到上部架的塞子可仍然附著 于上部架，從而使塞子位于其中的容器與下部架物理地分離。隨著這些塞 子和上部架的下部表面之間的粘合隨著時間弱化，這些容器可從上部架落 下，從而使容器因與下部架沖擊和/或與位于下部架上的其它容器中的一些 碰撞而破碎?？蛇x地，這些容器可在卸載過程中從上部架移開，這也可使 容器破碎和/或與其它容器中的一些碰撞。任何落下的容器或破碎的玻璃都 有可能會阻礙卸載系統，因此需要操作員清理系統，從而造成昂貴的停工 期和材料的損失。
在本發明的第 一方面中，提供了制造具有相對的平行的第 一和第二板 的冷凍千燥器架的方法，該方法包括步驟處理板中的一個的表面，以在 壓力作用到橡膠塞子而將塞子推入容器內的過程中，阻止擠壓該表面的橡 膠塞子與該表面粘私。
架的一個表面被處理成使得當架位于冷凍干燥器中時，架的該表面面 向位于另一架上的容器的塞子，在架被用于將塞子擠壓到容器中時，可阻 止塞子與架粘黏。相對于單獨處理容器的塞子的上部表面來說，這是有利 的，因為該優點可使冷凍干燥器能廣泛用于不同種類的塞子。在一種實施方式中，表面通過在其上形成涂覆層來處理，在壓力作用 到橡膠塞子而將塞子推入容器內的過程中，涂覆層阻止擠壓表面的橡膠塞
子與架粘翁。該涂覆層優選包括疏水性(hydrophobic)的或不潤濕 (non-wetting)的材料，以在架被塞子擠壓時，阻止塞子通過形成在涂覆 層和塞子之間的任何準粘性層而與架粘黏。適當的不潤濕的材料的實例為 Teflon 。
涂覆層可噴涂在表面上。這使得可通過將架從架所位于的冷凍千燥器 的室中拆除并將涂覆層應用到架的表面而使涂覆層可適用于現有的冷凍 千燥器架?？蛇x地，涂覆層可在原位應用到架。
涂覆層可為至少兩種材料的復合涂覆層。例如，陶瓷材料的第一層可 應用到表面，不潤濕材料的第二層應用到第一層，而第一和第二層隨后被 烘焙到，例如150至350 。C的范圍中的溫度，優選200至250 。C的范圍中 的溫度，以形成涂覆層。第一層可使用熱噴涂和等離子噴涂工藝中的一種 來噴涂到表面上。陶瓷材料可包括碳、碳化鴒和碳化硅中的一種。在該噴 涂工藝中，表面的溫度可局部地達到高達700。C的溫度。為了避免由于材 料應力消除而使架變形，可在噴涂工藝中在板之間傳送透熱流體，以確保 恰當的冷卻。
可選地或額外地，涂覆層可具有大于應用了該涂覆層的表面的粗糙 度。增加架的表面的粗糙度能減少當塞子壓入容器內時架和塞子之間的接 觸面積，并從而降低塞子和容器之間的粘合。而且，根據粗糙度的程度， 可阻止在架和塞子之間形成任何真空腔。在第二實施方式中，不是通過將 涂覆層應用到表面來增加表面的粗糙度，而是將表面自身弄粗糙，以在壓 力作用到橡膠塞子而將塞子推入容器內的過程中，阻止擠壓該表面的橡膠 塞子與架粘黏。表面可使用激光束、電子束和化學蝕刻中的一種來處理， 以從表面移除材料來提高其粗糙度?？蛇x地，材料可沉積或以其它方法附 著到表面來提高其粗糙度。該表面處理可在表面上形成規則的表面圖案， 以提供對表面中的"峰，，的尺寸和/或間隔的更大的控制，"峰，，在封閉過 程中與塞子進行接觸。表面圖案可包括交叉線(cross hatching),平行線 和點陣中的一種。例如，將材料增加到表面可通過將絲網(wire mesh )連接到架的表面來進行，以提供用于接觸塞子的峰的規則的圖案。可通過僅 來自例如兩個或三個峰的相對小的峰來應用壓力而將塞子塞入到容器內，
且在一個實例中峰具有2至3mm的范圍的段。
架的制造優選包括步驟在板之間定位間隔件，以界定用于傳送板之 間的透熱流體的至少一個流動槽，并將間隔件連接到板，其中表面處理是 在將間隔件連接到板之后進行的。間隔件優選使用粘合劑或使用真空銅焊 技術來連接到板。
在本發明的第二方面中，提供了包括相對的平行的第一和第二板的冷 凍干燥器架，第一和第二板具有位于其間的至少一個流動槽，用于傳送板 之間的透熱流體，板中的一個具有經處理的表面，以在壓力作用到橡膠塞 子而將塞子推入容器內的過程中，阻止擠壓該表面的橡膠塞子與架粘黏。
如以上所討論的，在一種實施方式中，表面具有其上的涂覆層，在壓 力作用到橡膠塞子而將塞子推入容器內的過程中，涂覆層阻止擠壓該表面 的橡膠塞子與架粘教。在另一實施方式中，表面被弄得粗糙，以在壓力作 用到橡膠塞子而將塞子推入容器內的過程中，阻止擠壓該表面的橡膠塞子 與架粘黏。
在第三方面中，本發明提供了包括覆蓋多個架的室的冷凍干燥器，每 一架包括相對的平行的第一和第二板，第一和第二板具有位于其間的至少 一個流動槽，用于傳送板之間的透熱流體，每一架具有經處理的表面，以 在壓力作用到橡膠塞子而將塞子推入容器內的過程中，阻止擠壓該表面的 橡膠塞子與架粘翁。
以上關于本發明的方法方面描述的特征也可等同地應用于裝置(架或 干燥器)方面的任何特征，且反之亦然。
現將參考附圖描述本發明的優選特征，其中


圖1是斷開了一塊板的冷凍千燥器架的頂部平面圖;
圖2是圖1的架的部分的透視8圖3是本發明的第一實施方式中的圖2的部分的特寫； 圖4是圖2的本分的特寫，以展示本發明的第二實施方式; 圖5是圖4的架的板12的外露的表面的平面圖； 圖6是圖2的部分的特寫，以展示本發明的第三實施方式。
參考圖1和2，冷凍干燥器架10包括一對第一和第二板12、 14。兩 塊板均為平的彼此平行和間隔開的。多個肋條16設置在形成在第一和第 二并反12、 14之間的空間內。肋條16 #皮間隔開，以界定至少一個流動槽18, 用于在第一和第二板12、 14之間傳送透熱流體。在該方面，肋條16相對 于彼此基本上平行和錯開，以產生穿過架10的蜿蜒的流動路徑，并因此 使壓力下降最小化。盡管肋條16可釆用具有分別與第一和第二板12、 14 接觸的細長的平的表面20、 22的任何形式，但是其優選為中空矩形管。
架10由包含棒或桿26、 28、 30、 32的框架24來外圍地密封，每一 棒或桿具有基本上方形的或矩形的橫截面。桿都被端部到端部的連接，并 固定到第 一和第二板12 、 14 。透熱流體通過流體入口孔和出口孔來流入和 排出架10，流體入口孔和出口孔通過連接到設置有內部鉆孔的入口和出口 接頭部分38、 40的入口管和出口管34、 36來形成。入口和出口管34、 36 連接到軟管，軟管又連接到用于透熱流體的外部回路，該外部回路通常包 括循環透熱流體的泵、用于在冷凍干燥過程的冷凍階段中冷卻透熱流體的 制冷回路(refrigerant circuit)以及用于在冷凍干燥過程的升華階段中加熱 透熱流體的電加熱器。支撐塊可設置在架10的外部邊界上，用于接納用 于將架IO連接到冷凍干燥器的室內的其它架的支撐桿。
冷凍干燥器架10的所有前迷部件都優選由不銹鋼制成。要制造架10， 可使用粘合劑或通過銅焊將板12、 14連接到肋條16。為了使用銅焊工藝 來組裝架10，將自粘合襯背(self-adhesive backing )或銅焊帶(brazing tape) 上的鎳基或銅基粉末夾在第一板12和肋條16的下部表面22之間以及第 二板14和肋條16的上部表面20之間。將該組裝件夾在石墨塊或任何導 熱材料之間，并置于真空感應爐內。以從室溫升高到大約482。C的距鎳的熔化大約10。C的溫度來在爐內加熱該組裝件。隨后穩定溫度，并隨后又升
高到鎳的熔點和不銹鋼的結晶溫度。穩定該溫度15到20分鐘，以消除部 件的組裝件的應力。此后，將爐子冷卻12小時至204。C，在該溫度下，用 例如氮的惰性氣體對整個組裝件進行淬火。此后，使該組裝件冷卻到室溫。 隨后將端部板30、 32焊接到板12、 14，并優選進行磨削、研磨和拋光。
在組裝了架10的這些部件之后，對第一板12的外露的(如所展示的 下部的)表面50進行處理，以在壓力作用到塞子而將塞子推入容器內的 過程中，阻止擠壓表面50的橡膠塞子與表面50粘黎。如以下參考圖3至 6所描述的，架10的表面50可以數種不同的方式來處理，以在容器封閉 過程中避免橡膠塞子與架10粘l占。
在展示在圖3中的第一實施方式中，通過在表面50上形成涂覆層60 來處理表面50，在容器封閉過程中，涂覆層60能避免橡膠塞子與架10粘 翁。在該實施方式中，涂覆層為兩種不同材料的復合涂覆層。使用熱噴涂 和等離子噴涂工藝，將例如碳、碳化鎢和碳化硅的陶瓷材料的第一層應用 到表面50 。在該噴涂工藝中，表面50的溫度可局部地達到高至700。C的 溫度，且因而優選在噴涂過程中穿過架10傳送透熱流體，以從表面50帶 走熱，并因此避免架的變形。在將陶瓷材料噴涂到表面50上之后，將例 如Teflon⑧的疏水性的或不潤濕的材料的第二層應用到第一層，并隨后以 從150至350。C的范圍內的溫度烘焙第一層和第二層，且優選從200至250 。C的范圍內，以形成涂覆層60。
涂覆層60可執行兩種功能。首先，當架10擠壓塞子時，該涂覆層可 提供疏水性界面，這樣的疏水性界面能防止塞子通過形成在涂覆層60和 塞子之間的準粘性層而粘黏到架10。其次，涂敷層60可具有大于應用了 該涂敷層的不銹鋼表面50的粗糙度。增加架10的在容器封閉過程中與塞 子進行接觸的表面的粗糙度可減少當塞子壓入容器內時架10和塞子之間 的接觸面積，并因此降低塞子和容器之間的粘合。而且，根據粗糙度的等 級，可阻止在架IO和塞子之間形成任何真空腔。
圖4和5展示了第二實施方式，其中表面50使用激光束、電子束和 化學蝕刻中的一種來處理，以將材料從表面50去除，如由圖4中的凹陷70所展示的，以增加其粗糙度，并因此在容器封閉過程中阻止擠壓表面 50的橡膠塞子粘黏到架10。該表面處理可在表面50上形成規則的表面圖 案70，以為表面50中的"峰"的尺寸和間隔提供控制，"峰，，與塞子在封 閉過程中接觸。表面圖案可包擴交叉線(如展示在圖5中的)、平行線和 點陣中的一種。在展示在圖5中的實例中，峰具有2至3mm的范圍中的 段。
圖6展示了第三實施方式，其中表面50通過將絲網80作用到表面50 而變得粗糙，同時增加了表面50的粗糙度，并為表面50中的在封閉過程 中與塞子接觸的峰的尺寸和/或間隔提供了控制。
權利要求
1. 一種制造具有相對的平行的第一和第二板的冷凍干燥器架的方法，所述方法包括步驟處理所述板中的一個的表面，以在壓力作用到橡膠塞子而將塞子推入容器內的過程中，阻止擠壓所述表面的橡膠塞子與所述表面粘黏。
2. 如權利要求1所述的方法，其中所述表面通過在其上形成涂覆層 而^f皮處理，所述涂覆層在壓力作用到橡膠塞子而將塞子推入容器內的過程 中，阻止擠壓所述表面的橡膠塞子粘翁到所述架。
3. 如權利要求2所述的方法，其中所述涂覆層包括不潤濕材料。
4. 如權利要求2或權利要求3所述的方法，其中所述涂覆層具有大 于所述板中的一個的所述表面的粗糙度。
5. 如權利要求2至4中任一項所述的方法，其中所述涂覆層是噴涂 到所述表面上的。
6. 如權利要求2至5中任一項所述的方法，其中所述涂覆層為至少 兩種材料的復合涂覆層。
7. 如權利要求6所述的方法，其中陶瓷材料的第一層應用到所述表 面，不潤濕材料的第二層應用到所述第一層，而所迷第一層和第二層隨后 被烘焙來形成所述涂覆層。
8. 如權利要求7所述的方法，其中所述第一層是使用熱噴涂和等離 子噴涂:汰術中的 一種來噴涂在所述表面上的。
9. 如權利要求8所述的方法，其中在將所述第一層噴涂在所述表面 上的過程中，透熱流體在所述板之間傳送。
10. 如權利要求7至9中任一項所述的方法，其中所述陶瓷材料包括 碳、碳化鵠和碳化硅中的一種。
11. 如權利要求7至10中任一項所述的方法，其中所述不潤濕材料為 Teflon 。
12. 如權利要求7至11中任一項所述的方法，其中所述層被加熱到150至350°C的范圍內的溫度，優選加熱到200至250°C的范圍內的溫度。
13. 如權利要求l所述的方法，其中所述表面被弄粗糙，以在壓力作 用到橡膠塞子而將塞子推入容器內的過程中，阻止擠壓所述表面的橡膠塞 子粘黏到所述架。
14. 如權利要求13所述的方法，其中所述表面是使用激光束、電子 束和化學蝕刻中的一種來處理的。
15. 如權利要求14所述的方法，其中通過所述處理而在所述表面上 形成規則的表面圖案。
16. 如權利要求15所述的方法，其中所述表面圖案包括交叉線、平 行線和點陣中的一種。
17. 如前述任一權利要求所述的方法，其包括步驟將間隔件定位在 所述板之間，以界定至少一個流動槽，用于在所述板之間傳送透熱流體， 并將所述間隔件連接到所述板，其中對所述板中的一個的所述表面的處理 是在將所述間隔件連接到所述板之后進行的。
18. 如權利要求17所述的方法，其中所述間隔件是使用粘合劑或使 用真空銅焊技術連接到所述板的。
19. 一種冷凍干燥器架，其包括相對的平行的第一和第二板，所述第 一和第二板具有位于其間的至少一個流動槽，用于傳送所述板之間的透熱 流體，所述板中的一個具有經過處理的表面，以在壓力作用到橡膠塞子而 將塞子推入容器內的過程中，阻止擠壓所述表面的橡膠塞子粘黏到所述 架。
20. 如權利要求19所述的架，其中所述表面具有其上的涂覆層，在 壓力作用到橡膠塞子而將塞子推入容器內的過程中，所述涂覆層阻止擠壓 所述表面的橡膠塞子粘l占到所述架。
21. 如權利要求20所述的架，其中所述涂覆層具有大于所述板中的 一個的所述表面的粗糙度。
22. 如權利要求20或權利要求21所述的架，其中所迷涂覆層包括不 潤濕材泮牛。
23. 如權利要求20或權利要求21所述的架，其中所述涂覆層為至少 兩種材料的復合涂覆層。
24. 如權利要求23所述的架，其中所述涂覆層包括陶瓷材料和不潤 濕材料。
25. 如權利要求24所述的架，其中所述陶覺材料包括碳、碳化鴒和 碳化硅中的一種。
26. 如權利要求22、 24和25中任一項所述的架，其中所述不潤濕材 料為Teflon 。
27. 如權利要求19所述的架，其中所述表面被弄粗糙，以在壓力作 用到橡膠塞子而將塞子推入容器內的過程中，阻止擠壓所述表面的橡膠塞 子粘黏到所述架。
28. 如權利要求27所述的架，其中所述表面具有形成在其上的規則 的表面圖案。
29. 如權利要求28所述的架，其中所述表面圖案包括交叉線、平行 線和點陣中的一種。
30. 如權利要求19至29中任一項所述的架，其包括位于所述板之間 的多個間隔件，以界定所述至少一個流動槽，用于傳送所述板之間的透熱 流體。
31. 如權利要求30所述的架，其中所述間隔件是使用粘合劑連接到 所述板的或被銅焊到所述板。
32. —種冷卻干燥器，其包括覆蓋多個架的室，每一架都依據權利要 求19至31中的任一項，所述架中的每一個的所述表面都面朝下。
全文摘要
冷凍干燥器架(10)包括相對的平行的第一和第二板(12、14)，第一和第二板(12、14)具有位于其間至少一個流動槽(18)，用于在板之間傳送透熱流體。板中的一個具有經過處理的表面，以在壓力作用到橡膠塞子而將塞子推入容器中時，阻止擠壓該表面的橡膠塞子與架粘黏。
文檔編號F26B5/06GK101449125SQ200780016403
公開日2009年6月3日 申請日期2007年5月8日 優先權日2006年5月9日
發明者約瑟夫-安東尼烏斯-威廉-瑪麗亞·科沃爾 申請人:Ima萊弗有限責任公司