現代の凍結乾燥機の主な用途としては、単離した生物組織の凍結乾燥・保存、生きた細菌やウイルスの凍結乾燥・保存、漢方薬、西洋薬、生物製剤、血液製剤の凍結乾燥、加工食品、健康食品、機能性食品の凍結乾燥・保存、ナノセラミック材料や各種金属微粉末材料の凍結乾燥製造などが挙げられます。そのため、凍結乾燥機は化学、食品、材料、医薬品、生物製剤などの分野で幅広く利用されています。これらは凍結乾燥技術を実現するための装置であり、冷凍、真空、熱力学、力学、流体力学、電気制御、圧力容器に関する知識を必要とする比較的複雑な機械です。
I. 自動制御システム
多くの凍結乾燥機は自動制御システムを搭載しており、手動制御機能も備えています。しかし、自動制御の方法はメーカーによって大きく異なるため、ユーザーはこれらの違いを理解しておく必要があります。
凍結乾燥機の自動制御は、以下の2つの部分から構成されるべきです。1つ目は、凍結乾燥工程の要件に応じて、各機器を所定の時間に自動的に運転・停止すること。2つ目は、凍結乾燥曲線に基づいて凍結乾燥室の棚温度を自動的に追跡することです。凍結乾燥工程全体を通して手動操作は不要であるべきですが、必要に応じて手動介入も可能です。しかし、一部の凍結乾燥機は自動制御が不完全で、凍結乾燥曲線の自動追跡のみを行い、残りの部分は手動操作が必要となる場合があります。
また、一部の凍結乾燥機は、自動制御が凍結乾燥の終了までしか行われない場合もあります。凍結乾燥後のチャンバー圧縮、凝縮器の解凍、蒸気滅菌などの工程は自動で行うことができず、手動操作が必要です。特に蒸気滅菌は多くのバルブ制御を伴うため、手動操作は煩雑です。このような場合は、自動滅菌プログラムを備えた凍結乾燥機を選択する必要があります。
一部の凍結乾燥機は、自動制御に専用のマイクロコンピュータを使用しており、操作とプログラミングが容易です。これらのマイクロコンピュータは、凍結乾燥専用の言語で表示され、蛍光スクリーン、プリンタ、フロッピーディスクドライブを備えています。数十種類の凍結プログラムを同時に保存でき、各プログラムの内容を表示し、プログラム全体を印刷することも可能です。一方、自動制御に計測機器を使用する凍結乾燥機もあり、操作とプログラミングがより複雑で、保存できる凍結乾燥プログラムの数も少なくなります。
記録装置も凍結乾燥機にとって非常に重要です。記録装置は、真空中での凍結乾燥プロセス全体を記録し、将来の参照に備えます。ほとんどの記録装置はマルチポイントレコーダーであり、ポイント記録と直接テキスト記録の両方が可能で、デジタル表示システムも備えています。
II. サンプリング装置
1. 中間サンプリング装置
小型凍結乾燥機の中には、凍結乾燥工程中に真空状態を破ることなくサンプルを採取し、観察・試験を行うための中間サンプリング装置を装備できるものがあります。これにより、凍結乾燥工程の進行状況を把握することができます。
2. 共晶点測定装置
凍結乾燥機には共晶点測定装置が装備されており、予備凍結中に製品の共晶点を測定し、昇華中に製品が融解するかどうかを監視できます。
3. 自動ボックスローディング／アンローディング装置および冷却水システム
凍結乾燥機には、人件費を削減し、製品の完全性を確保するために、自動ボックスローディング／アンローディング装置を装備することができます。
小型・中型凍結乾燥機の中には、空冷が不向きな場合や、循環冷却塔の設置が困難な場合があります。そのような場合は、冷却水循環システムを設置できます。このシステムは、ウォーターポンプ、水タンク、およびチラーで構成されており、凍結乾燥機内の冷却水供給と循環し、チラーが必要な水温を維持します。