本稿では、凍結乾燥機用真空ポンプの関連知識を、その動作原理と分類に焦点を当てて紹介します。
I. 動作原理
凍結乾燥機用真空ポンプの主な機能は、凍結乾燥機から空気を吸引し、低圧環境を作り出すことです。これにより、試料中の水分が低温で昇華し、乾燥目的を達成します。その動作原理は、主に気体の希薄化と圧縮の過程に基づいています。真空ポンプに気体が吸引されると、圧力が低下するにつれて気体分子の平均自由行程が増加し、気体分子間の衝突が減少し、気体は徐々に希薄化します。気体がある程度希薄化すると、圧縮によってポンプから排出され、凍結乾燥機内の真空状態が維持されます。
II. 真空ポンプの種類
凍結乾燥機用真空ポンプは、動作原理と構造特性に基づき、主にオイルシール式真空ポンプとオイルフリー式真空ポンプに分けられます。
1. 油封式真空ポンプ
油封式機械式真空ポンプには、ロータリーベーン式とスライドバルブ式の2種類があります。ロータリーベーン式は凍結乾燥機で最も一般的に使用されています。各部品は真空ポンプオイル内の油膜によって密封・潤滑されます。到達真空度を向上させるため、通常、2台のポンプを直列に接続して2段ポンプを構成します。
ロータリーベーン式真空ポンプは運転中にガスを圧縮します。ガス中に多量の水蒸気が含まれている場合、水蒸気は小さな液滴に圧縮されて真空ポンプオイルに混入し、ポンプオイルの乳化を引き起こしてポンプのシール性能に影響を与え、到達真空度に影響を与えます。そのため、油封式真空ポンプにはガスバラストバルブが装備されています。これらのバルブは、圧縮が完了する前に圧縮ガスを外部環境と連通させることで圧縮比を低下させ、真空ポンプオイルへの水分の混入量を低減します。ガスバラストバルブの開度は調整可能または完全に閉じた状態にすることができます。ガスバラストバルブが開くと、真空ポンプの到達真空度が低下し、真空ポンプオイルの消費量が増加します。
2. オイルフリー真空ポンプ
ポンプ室内で作動媒体を使用する真空ポンプは、作動媒体の蒸気分子が蒸発して真空システムに拡散するため、真空システムを汚染する可能性があります。これは、厳しい要件が求められる製薬機器では許容されません。一方、ドライポンプは作動媒体なしで動作します。
ドライポンプユニットはクリーンな真空排気システムです。ポンプ室内にはオイルやその他の液体媒体が含まれていないため、真空排気された容器の内容物を汚染しません。排気ポートにはオイルミストがないため、環境汚染を防ぎます。また、アルコールや水蒸気などの凝縮性ガスを強力に除去します。さらに、オイルの塗布や交換が不要なため、メンテナンスコストが低く抑えられます。
