ТЕПЛООБМЕННЫЙ МОДУЛЬ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В СИСТЕМЕ ХИМИЧЕСКОГО, ФАРМАЦЕВТИЧЕСКОГО ИЛИ БИОЛОГИЧЕСКОГО РЕАКТОРА Российский патент 2017 года по МПК C12M1/02 B01J19/18 F16L11/04 F28D1/47 

СВЯЗАННЫЕ ЗАЯВКИ

[0001] Приоритет настоящей заявки заявляется по датам подачи предварительной заявки на патент США №61/586398, поданной 13 января 2012 года, и предварительной заявки на патент США №13/691998, поданной 3 декабря 2012 года. Приоритет предварительной заявки на патент США №13/691998 также испрашивается по дате подачи предварительной заявки на патент США №61/586398.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0002] Настоящее изобретение в целом относится к системам и способам биохимической обработки и, в частности, к системам управления температуры в баке реактора.

ПРЕДПОСЫЛКИ К СОЗДАНИЮ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0003] Известны различные сосуды для манипулирования с текучими средами и/или для проведения химических или биологических реакций. Например, биологические материалы, такие как клетки млекопитающих, растений или насекомых, и микробные культуры могут быть переработаны с использованием традиционных или одноразовых биореакторов. Хотя такие биореакторы и другие системы манипулирования с текучей средой содержат системы терморегулирования, как известно, существует необходимость в усовершенствовании таких систем, особенно для микробных биореакторов.

[0004] Поскольку микробные культуры растут и размножаются от двадцати до сорока (от 20 до 40) раз быстрее, чем клетки млекопитающих, то как потребление кислорода, так и скорость выделения тепла из микробных культур приблизительно от 20 до 40 раз больше, чем в процессах ферментации в млекопитающих. Для поддержания роста микробных культур биореактор для микробиологических систем должен, поэтому, быть в состоянии доставлять кислород в культуральную текучую среду и отводить тепло от культуральной текучей среды от 20 до 40 раз быстрее, чем скорость доставки кислорода и скорость отвода тепла для культур клеток млекопитающих. Это достигается в микробных ферментаторах из нержавеющей стали благодаря ряду средств, включая, например, очень интенсивное перемешивание с помощью нескольких крыльчаток для диспергирования пузырьков воздуха и увеличения поглощения кислорода клетками; очень высокие скорости потока воздуха для доставки большего количества кислорода; дополнительные охлаждающие поверхности, такие как охлаждающие змеевики для удаления из культуральной текучей среды большого количества тепла, которое генерируется при метаболизме микробных клеток и образуется за счет фрикционного тепла, выделяемого при интенсивном перемешивании. Тем не менее, в одноразовых биотехнологических мешках отвод тепла является постоянной проблемой, особенно для микробных биореакторов.

[0005] Как хорошо известно специалистам в области полимерных или пластмассовых материалов, таких как пленки и гибкие мешки, полимерные или пластмассовые пленки являются относительно очень плохими проводниками тепла. Таким образом, охлаждение текучей среды внутри бака, содержащего сменный контейнер, например гибкий пластмассовый пакет, может потребовать выполнение определенной модификации охлаждающих поверхностей гибкого мешка и/или бака. Имеется постоянная потребность в системах и способах усовершенствования удаления большого количества тепла, генерируемого культурами микробных клеток.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0006] Раскрыты способы и устройство для использования в системах химического, фармацевтического или биологического реактора для терморегулирования. В одном аспекте настоящее изобретение содержит теплообменный модуль, который может быть расположен в системе реактора, имеющей внутренний сменный реакционный контейнер, такой как, например, гибкий мешок или полужесткий контейнер.

[0007] Один из вариантов выполнения изобретения представляет собой теплообменный модуль для использования в системе химического, фармацевтического или биологического реактора, имеющей одноразовый гибкий контейнер, причем модуль содержит корпус с центральной камерой, выполненной с возможностью размещения в ней одноразового гибкого контейнера и выполненной с возможностью размещения в сосуде реактора, при этом корпус имеет наружную поверхность, выполненную с возможностью соответствия форме сосуде реактора, по меньшей мере одну теплопроводящую поверхность, выполненную с возможностью вступления в контакт с одноразовым реакционным контейнером для содействия передаче тепла, и по меньшей мере одну выполненную как одно целое прочную перегородку, образующую выступ, проходящий в центральную камеру, причем корпус представляет собой удлиненный корпус, имеющий верхний конец и нижний конец и выполненный с возможностью вставления в сосуд реактора таким образом, что корпус проходит по меньшей мере на значительную часть расстояния между верхней и нижней частями сосуда реактора, и теплообменник, расположенный на наружной поверхности корпуса, причем теплообменник содержит канал для циркуляции жидкости, через который теплообменная текучая среда может циркулировать вокруг периферии корпуса и в канал, и из канала в указанной по меньшей мере одной прочной перегородке, так что, когда гибкий контейнер вставлен в камеру, текучая среда внутри гибкого контейнера нагревается или охлаждается посредством теплопередающей текучей среды и отклоняется указанной по меньшей мере одной прочной перегородкой.

[0008] В одном варианте выполнения изобретения корпус теплообменного модуля выполнен с возможностью прохождения до положения напротив крыльчатки, расположенной на или вблизи нижней части гибкого контейнера одноразового использования, а указанная по меньшей мере одна выполненная как одно целое прочная перегородка выполнена с возможностью отклонения направления поля сдвига, создаваемого крыльчаткой.

[0009] Другой аспект изобретения представляет собой контейнер, выбранный из гибкого биореакторного мешка, гибкого смесительного мешка и гибкой трубки, причем контейнер содержит по меньшей мере одну часть с двойной стенкой, содержащую внутреннюю и наружную стенку, и теплопроводящий материал, прикрепленный или встроенный в часть по меньшей мере либо внутренней стенки, либо наружной стенки.

[0010] Еще один аспект настоящего изобретения представляет собой гибкую полимерную стенку, выбранную из стенки биореактора, стенки смесителя и стенки трубки, причем гибкая стенка содержит теплопроводящий материал, прикрепленный к части гибкой стенки или встроенный в нее.

[0011] Еще один вариант выполнения изобретения представляет собой бак биореактора с рубашкой и многоярусной перегородкой, содержащий наружную рубашку цилиндрической формы и цилиндрический бак, внутренняя поверхность которого образует камеру, выполненную с возможностью поддержки гибкого мешка, расположенного внутри камеры, а на наружной поверхности которого расположены многоярусные перегородки, выполненные с возможностью перенаправления теплопередающей текучей среды вокруг всей наружной поверхности бака, причем цилиндрический бак расположен в осевом направлении внутри указанной наружной рубашки, при этом указанная наружная рубашка герметично соединена с цилиндрическим баком образом, достаточным для предотвращения или сведения к минимуму потери теплопередающей текучей среды.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0012] Вышеизложенные и другие не ограничивающие цели, признаки и преимущества настоящего изобретения будут очевидны из последующего более подробного описания иллюстративных вариантов выполнения изобретения, как показано на прилагаемых чертежах, на которых одинаковые номера позиций на разных видах относятся к одинаковым частям. Чертежи являются схематическими и не предназначены для выполнения в масштабе; вместо того, внимание уделяется иллюстрации принципов изобретения. Признаки, показанные или описанные в связи с одним иллюстративным вариантом выполнения, могут быть объединены с признаками других вариантов выполнения. Такие модификации и вариации предназначены для включения в объем настоящего изобретения.

[0013] Фиг. 1А представляет собой схематический вид в аксонометрии иллюстративного теплообменного модуля, имеющего змеевиковый проточный канал для теплопередающей жидкости, и вид с частичным вырезом наружной несущей конструкции или наружной стенки сосуда.

[0014] Фиг. 1В представляет собой вид сверху теплообменного модуля, показанного на Фиг. 1А, и изображающий проточный канал для теплопередающей текучей среды, входящий во внутреннюю часть прочной перегородки, интегрированной с внутренней несущей стенкой, и выходящий из нее.

[0015] Фиг. 2 представляет собой вид в аксонометрии иллюстративного теплообменного модуля, имеющего нелинейный проточный канал в многоярусной конструкции перегородки, отверстие, совмещаемое с отверстием, и частичный вид в разрезе наружной несущей конструкции или наружной стенки сосуда.

[0016] Фиг. 3 представляет собой вид в аксонометрии иллюстративного варианта выполнения иллюстративного теплообменного модуля, имеющего бак биореактора с рубашкой и многоярусной перегородкой для перенаправления жидкого хладагента вокруг наружной поверхности бака, имеющего окно.

[0017] Фиг. 4А представляет собой вид в разрезе внутренней или наружной поверхности трубки или внутренней или наружной пленочной поверхности мешка, имеющего участки теплопроводящего материала, прикрепленного к пленке или встроенного в пленку.

[0018] Фиг. 4В представляет собой вид в разрезе внутренней или наружной поверхности трубы или внутренней или наружной пленочной поверхности мешка, имеющего участки теплопроводящего материала, прикрепленного к пленке или встроенного в пленку.

[0019] Фиг. 5 представляет собой схематический вид сбоку иллюстративного теплообменного модуля, в котором металлические трубки для удержания теплопередающей текучей среды ориентированы змеевидным образом вокруг и напротив внутренней стенки сосуда реактора или несущей конструкции.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[0020] Ниже приводится описание предпочтительных вариантов выполнения изобретения. Следует понимать, что конкретные варианты выполнения изобретения приведены в качестве иллюстрации, а не в качестве ограничения изобретения. Вначале изобретение описано в самых широких общих аспектах, с приведенным ниже более подробным описанием. Признаки и другие подробности из композиций и способов, выполненных в соответствии с изобретением, будет также приведены в формуле изобретения.

[0021] Кроме того, любые примеры или иллюстрации, приведенные в настоящем документе, не должны в любом случае рассматриваться как ограниченные явно выраженными определениями любого термина или терминов, с которыми они используются. Вместо этого эти примеры и иллюстрации следует рассматривать, как описанные в связи с одним конкретным вариантом выполнения и как только иллюстративные. Специалистам в данной области техники будет понятно, что любой термин или термины, с которыми эти примеры или иллюстрации используются, включает другие варианты выполнения, которые могут или не могут быть приведены с ним (ними) или в другом месте в данном описании, при этом все такие варианты выполнения предназначены для включения в объем этого термина или терминов. Язык, обозначающий такие неограничивающие примеры и иллюстрации, включает: «например», «к примеру», «так, например» и «в одном варианте выполнения», но не ограничивается этим.

[0022] В данном описании термины «содержит», «содержащий», «включает», «включающий», «имеет», «имеющий» или любая другая их вариация предназначены для покрытия неисключительных включений. Например, процесс, изделие или устройство, которое содержит список элементов, не обязательно ограничено только этими элементами, но может включать другие элементы, не перечисленные явным образом или присущие такому процессу, изделию или устройству. Кроме того, если специально не указано иное, артикль «или» относится к включающему, а не исключающему значению «или».

[0023] В настоящем документе описаны системы и способы для удерживания и манипулирования текучей средой, а также для управления температурой текучей среды, связанной с химической, биологической или фармацевтической реакцией или процессом. Некоторые варианты выполнения настоящего изобретения включают ряд усовершенствований и функций для систем локализации текучей среды, например путем выполнения несущей конструкции или жесткого сосуда, содержащего теплообменник, причем жесткий сосуд, поддерживающий и окружающий контейнер или вкладыш, может быть выполнен в форме гибкого, сворачиваемого мешка или жесткого или полужесткого контейнера. Некоторые варианты выполнения настоящего изобретения содержат полые перегородки (внутри или снаружи вкладыша или и те,и другие), через которые циркулирует терморегулирующая текучая среда, такая как хладагент.

Сосуд или несущая конструкция

[0024] Термины «поддерживающая конструкция», «несущая конструкция», «сосуд» и «бак» используются в настоящем документе взаимозаменяемо. Несущая конструкция, которая может быть использована для поддержки сворачиваемого мешка, может иметь любую подходящую форму, способную окружать и/или содержать мешок. В некоторых случаях несущая конструкция выполнена с возможностью повторного использования. Несущая конструкция может быть выполнена по существу из жесткого материала. Не ограничивающие примеры материалов, которые могут быть использованы для формирования несущей конструкции, включают нержавеющую сталь, алюминий, стекло, пропитанное смолой стекловолокно или углеродное волокно, полимеры, такие как полиэтилен высокой плотности, полиакрилат, поликарбонат, полистирол, нейлон или другие полиамиды, сложные полиэфиры, фенольные полимеры и их комбинации. Материалы могут быть сертифицированы для использования в среде, в которой они предназначены для использования. Например, неизлучающие материалы могут быть использованы в средах, в которых требуется минимальная генерация частиц. Кроме того, несущая конструкция может содержать другие элементы, такие как каналы для протекания по ним текучей среды и/или содержащие материал, изменяющий свойства несущей конструкции.

[0025] Многоразовая несущая конструкция или бак может иметь любой подходящий объем и, в некоторых случаях, имеет объем, по существу аналогичный объему контейнера, содержащегося в несущей конструкции. Многоразовая несущая конструкция может иметь объем между, например, приблизительно 5 литров и приблизительно 5000 литров. Также возможны объемы больше чем 10000 литров.

[0026] Термин «сосуд», используемый в настоящем документе, как правило, относится к несущей конструкции или баку, окружающему и поддерживающему гибкий мешок. Термин сосуд предназначен охватывать сосуды биореактора, а также другие контейнеры или трубы, обычно используемые в биологической или биохимической переработке, в том числе, например, для систем культивирования клеток / очистки, систем перемешивания, системы приготовления среды / буфера и систем фильтрации / очистки, например, хроматографии и фильтрующей системы тангенциального потока, и связанными с ними проточными каналами. В биотехнологической промышленности термин «сосуд» часто используется для определения любого замкнутого биотехнологического объема, в котором требуется терморегуляция.

Гибкий мешок или контейнер

[0027] Термины «жесткий» и «полужесткий» используются в настоящем документе взаимозаменяемо для описания конструкций, которые являются «не сворачиваемыми», то есть конструкции не складываются, не сворачиваются или иным образом не деформируются под действием обычных сил, чтобы существенно уменьшить их длинный размер. В зависимости от содержания термин «полужесткий» также может обозначать конструкцию, которая является более гибкой, чем «жесткий» элемент, например сгибаемая трубка или труба, но все же та, которая не сворачивается продольно под действием обычно действующих условий и сил. Термины «гибкий контейнер», «гибкий мешок», «сворачиваемый мешок», «мешок» и «контейнер», в том виде, в котором они используются в настоящем документе, используются как синонимы. Мешок,или гибкий контейнер,или гибкий мешок представляет собой контейнер, который не может поддерживать свою форму и/или структурную целостность при воздействии на него внутренних давлений, например в результате давлений, обусловленных весом или гидростатическим давлением содержащихся в нем жидкостей или газов, без использования отдельной несущей конструкции. Несущая конструкция многократного использования, такая как жесткий сосуд или бак, могут быть использованы для схватывания и поддержки сворачиваемого мешка.

[0028] Как описано в настоящем документе, контейнер, такой как сворачиваемый мешок, может содержать перемешивающую систему для перемешивания содержимого мешка. В некоторых случаях для повышения мощности перемешивания может быть использована более чем одна мешалка или крыльчатка, причем крыльчатки могут быть одинаковыми или различными. В некоторых случаях мешалка может быть такой, в которой высоту можно регулировать, например, таким образом, что приводной вал обеспечивает возможность поднятия крыльчатки выше дна контейнера и/или обеспечивает возможность использования нескольких крыльчаток. Перемешивающая система контейнера может быть утилизируемой или предназначенной для одноразового использования, в некоторых случаях вместе с контейнером. В контейнере могут быть реализованы различные способы перемешивания текучих сред. Например, можно использовать крыльчатки на основе магнитного возбуждения, барботирования и/или эрлифта. Также могубыть использованы мешалки с непосредственным приведением в действие от вала, которые герметичны и не имеют магнитную связь. Дополнительно или в качестве альтернативы перемешивающая система может содержать крыльчатку с изменяющейся конфигурацией лопаток.

[0029] Многие описанные примеры включают использование сворачиваемых мешков, вкладышей или гибких контейнеров. Кроме того, вариант выполнения настоящего изобретения может содержать системы, использующие несворачиваемые мешки, жесткие контейнеры, полугибкие контейнеры и другие конфигурации, включающие емкости для жидких отходов.

[0030] Сворачиваемый мешок может быть изготовлен из гибких по своей природе материалов, таких как многие пластмассы, или же он может быть изготовлен из того, что, как правило, считается жесткими материалами, таких как стекло или некоторые металлы, но имеющие толщины или другие физические свойства, делающие контейнер в целом не способным поддерживать свою форму или структурную целостность при воздействии на него внутренних давлений, ожидаемых во время работы, без использования отдельной несущей конструкции. В некоторых вариантах выполнения сворачиваемые мешки содержат комбинацию гибких материалов и по существу жестких материалов, таких как твердый полимер, металл, или стекло. Например, сворачиваемый мешок, вкладыш или другой контейнер может содержать жесткие элементы, такие как соединения, отверстия, опоры для перемешивающей и/или противопенной системы.

[0031] В некоторых вариантах выполнения жесткий или полужесткий контейнер или сворачиваемый мешок содержит полимерный материал, например, в качестве основного материала. Полимерные материалы, такие как те, которые описаны в данном документе, могут быть выбраны или сформированы, чтобы иметь соответствующие физико-механические характеристики, например путем подбора количества элементов полимерных смесей, чтобы регулировать степень любой ожидаемой сшивки. Например, специалист в данной области техники может выбрать подходящие полимеры для использования в контейнерах на основании таких факторов, как теплопроводность полимера, совместимость с некоторыми способами обработки, совместимость с теплопроводящими материалами, совместимость с любыми материалами, такими как клетки, питательные вещества, растворители, содержащиеся в контейнере, а также совместимость со стерилизацией или другими обработками или предварительными обработками, связанными с проведением реакции внутри контейнера.

[0032] В некоторых вариантах выполнения сворачиваемый мешок выполнен из соответствующего гибкого материала, такого как гомополимер или сополимер. Гибкий материал может соответствовать VI классу сертификации USP, например представлять собой силикон, поликарбонат, полиэтилен и полипропилен. Неограничивающие примеры гибких материалов включают полимеры, такие как полиэтилен (например, линейный полиэтилен низкой плотности и полиэтилен сверхнизкой плотности), полипропилен, поливинилхлорид, поливинилдихлорид, поливинилиден хлорид, этиленвинилацетат, поликарбонат, полиметакрилат, поливиниловый спирт, нейлон, силоксановый каучук, другие синтетические каучуки и/или пластмассы. Части гибкого контейнера могут содержать по существу жесткий материал, такой как жесткий полимер, например полиэтилен высокой плотности, металл или стекло. По существу жесткие материалы могут быть использованы, например, в областях для поддержки фиттингов.

[0033] В других вариантах выполнения контейнер представляет собой по существу жесткий материал. При необходимости весь контейнер или части контейнера могут быть оптически прозрачными, чтобы обеспечить возможность визуализации содержимого внутри контейнера. Материалы или комбинации материалов, используемых для формирования контейнера, могут быть выбраны на основе одного или нескольких свойств, таких как гибкость, сопротивление проколу, прочность на разрыв, проницаемость для жидкостей и газов, непрозрачность, и технологичность определенных процессов, таких как выдувное формование для формирования бесшовных сворачиваемых мешков. Контейнер может представлять собой одноразовый контейнер или, в некоторых случаях, утилизируемый контейнер.

[0034] Контейнер может иметь любую подходящую толщину для удержания текучей среды и может быть рассчитан на определенное сопротивление проколу во время работы или во время обслуживания. Толщина материала, такого как стенка контейнера, часто определяется в единицах «мил». Мил - это единица длины, равная одной тысячной (10^-3) дюйма, что эквивалентно 0,0254 миллиметра. Единица длины «миллиметр» сокращенно обозначается в настоящем документе как «мм». Например, толщина частей гибкой стенки сворачиваемого мешка, пригодного для использования в одном варианте выполнения настоящего изобретения, может быть меньше, чем 10 мил (менее 0,254 мм), или от приблизительно 10 мил до 100 мил (от приблизительно 0,254 мм до приблизительно 2,54 мм), или от приблизительно 15 мил до приблизительно 70 мил (от приблизительно 0,38 мм до приблизительно 1,78 мм), или от приблизительно 25 мил до приблизительно 50 мил (от приблизительно 0,64 мм до приблизительно 1,27 мм). В еще одном примере стенки контейнера могут иметь общую толщину приблизительно 250 мил.

[0035] В некоторых вариантах выполнения контейнер содержит более одного слоя материала, которые могут быть спрессованы вместе или иным образом прикреплены друг к другу с тем, чтобы придать контейнеру определенные свойства. Например, один слой может быть выполнен из материала, который является по существу непроницаемым для кислорода. Другой слой может быть выполнен из материала, чтобы придать прочность контейнеру. Еще один слой может быть включен для придания химической устойчивости к воздействию текучей среды, которая может содержаться в контейнере. Один или несколько слоев контейнера могут содержать теплопроводящий материал, чтобы облегчить передачу тепла во внутреннюю часть контейнера и из внутренней части контейнера в окружающую среду снаружи контейнера, как описано более подробно ниже.

[0036] Контейнер, вкладыш или другое изделие, описанное в настоящем документе, могубыть выполненыиз любых подходящих комбинаций слоев. Неограничивающие примеры включают изделие, содержащее от 1 слоя до приблизительно 5 слоев из одного и того же или разных материалов. Каждый слой может иметь толщину, например от приблизительно 3 мил до приблизительно 200 мил (от приблизительно 0,076 мм до приблизительно 5,08 мм), или их комбинации.

[0037] Элементы, которые встроены в сворачиваемые мешки или другие контейнеры, могут быть выполнены из любого подходящего материала, который может быть тем же самым или отличным от материала мешка или контейнера. В одном варианте выполнения контейнер выполнен из первого полимера, а элемент выполнен из второго полимера, который отличается от первого полимера, например, составом, молекулярной массой или химической структурой. Специалисты в данной области техники знакомы с технологией производства материалов и смогут использовать такие способы, описанные в данном документе, чтобы выбрать подходящие материалы и комбинации материалов.

[0038] Жесткий контейнер или сворачиваемый мешок, пригодный для использования в варианте выполнения настоящего изобретения, может иметь любой размер для вмещения жидкости. Например, контейнер может иметь объем от приблизительно 0,1 л до приблизительно 10000 л (от приблизительно 100 кубических сантиметров до приблизительно 1×10⁷ кубических сантиметров). Термин «кубический сантиметр» будет сокращенно обозначен в настоящем документе как «см³». В других неограничивающих примерах контейнер может иметь объем от 5 л до приблизительно 5000 л (от приблизительно 5000 см³ до приблизительно 5×10⁶ см³), или от приблизительно 40 л до приблизительно 1000 л (от приблизительно 4×10⁴ см³ до приблизительно 1×10⁶ см³). Также возможны объемы, большие чем 10000 л (1×10⁷ см³). Подходящие объемы могут зависеть от конкретного использования контейнера. Например, сворачиваемый мешок, используемый в качестве теплообменника, может иметь меньший объем, чем сворачиваемый мешок, используемый для удержания и хранения большого количества текучей среды.

[0039] При использовании сворачиваемого мешка он может быть по существу сдут до того, как заполняется жидкостью, и может начинать раздуваться, когда он наполняется жидкостью. В других вариантах выполнения настоящее изобретение может содержать открытые контейнерные системы.

[0040] В некоторых вариантах выполнения бесшовные сворачиваемые мешки могут быть изготовлены специально, чтобы соответствовать конкретной многоразовой несущей конструкции, имеющей уникальную форму и конфигурацию. По существу идеально соответствующие сворачиваемые мешки могут быть использованы, например, в качестве части системы биореактора или системы биохимического или химического реактора. В некоторых случаях также могут быть полезны бесшовные жесткие или полужесткие контейнеры.

[0041] Дополнительное описание бесшовных контейнеров можно найти в заявке на патент США №11/818901, поданной 15 июня 2007 года, озаглавленной «Конфигурация доставки газа, система управления пеной, и способы формовки мешка и изделия для сосудов и биореакторов со сворачиваемым мешком», авторов Г. Ходжа и др., опубликованной как US 2008/0068920 А1 20 марта 2008 г., полное содержание которой включено в настоящее описание посредством ссылки.

[0042] Настоящее изобретение будет описано более подробно в последующих примерах, которые приведены в качестве иллюстрации и никоим образом не предназначены для ограничения изобретения.

[0043] В настоящем документе раскрыта система для терморегулирования содержимого контейнера, например сворачиваемого мешка, одновременно обеспечивая при этом выполнение в жидкой фазе внутри мешка требуемого процесса, например химической, биохимической или биологической реакции. Сворачиваемый мешок может также быть выполнен таким образом, что жидкость, такая как жидкие среды, содержащие взвешенные клетки, остается во время использования в контакте по существу только со сворачиваемым мешком, а не с несущей конструкцией. В таких вариантах выполнения сворачиваемый мешок может быть одноразовым и использоваться для одной реакции или одной серии реакций, после чего мешок выбрасывается. Поскольку в таких вариантах выполнения жидкость в сворачиваемом мешке не входит в контакт с несущей конструкцией, несущая конструкция может быть повторно использована без очистки. После того, как в мешке произошла реакция, мешок может быть удален из повторно используемой несущей конструкции и заменен на второй одноразовый контейнер или утилизируемый контейнер. Вторая реакция может быть осуществлена во втором контейнере без необходимости очистки либо первого контейнера, либо несущей конструкции многоразового использования.

[0044] В контейнере и/или в многоразовой несущей конструкции или сосуде может быть выполнено одно или несколько дополнительных впускных отверстий и одно или несколько дополнительных выпускных отверстий, которые могут способствовать более удобному введению и удалению жидкости или газа из контейнера. Например, несколько впускных отверстий, расположенных в любом подходящем месте относительно мешка, могут быть использованы для подачи различных газовых смесей через несколько распределителей. Трубки могут быть соединены с впускными и выпускными отверстиями, чтобы сформировать линии доставки и сбора, соответственно, для введения жидкости в контейнер и удаления жидкости из контейнера. Отверстия в контейнере также могут быть использованы для отбора проб, определения и/или анализа условий, таких как рН или количество растворенных газов в жидкости внутри контейнера или для других целей. Дополнительно, система может содержать вспомогательную колонну, которая содействует взаимосвязи одного или нескольких устройств, внутренних для контейнера или несущей конструкции, с одним или несколькими насосами, контроллерами или электроникой, такой как электронные датчики, электронные интерфейсы и контроллеры сжатого газа или другие устройства. Такими устройствами можно управлять с помощью системы управления.

[0045] В целом, как используется в настоящем документе, элемент системы, выполненной в соответствии с изобретением, который «функционально связан с» одним или несколькими другими элементами, указывает на то, что такие элементы непосредственно соединены друг с другом, находятся в непосредственном физическом контакте друг с другом без соединения или крепления друг с другом, или не напрямую соединены друг с другом или в контакте друг с другом, но соединены между собой механически, электрически, гидравлически или дистанционно с помощью электромагнитных сигналов так, чтобы вызвать включение или включить элементы, соединенные таким образом, чтобы выполнять свои предназначенные функции.

Теплообменные модули в системах реактора

[0046] Как будет объяснено более подробно ниже, раскрытые системы реактора оснащены теплообменным модулем, который может содержать корпус, выполненный с возможностью размещения в системе реактора, имеющей внутренний сменный реакционный контейнер, причем корпус дополнительно содержит по меньшей мере одну теплопроводящую поверхность, выполненную с возможностью вступления в контакт с внутренним контейнером, чтобы облегчить передачу тепла, и теплообменник, расположенный на корпусе модуля, имеющего канал для циркуляции текучей среды, через который может циркулировать теплообменная текучая среда.

[0047] Термины «реактор» и «система реактора» используются в настоящем документе взаимозаменяемо и предназначены охватывать химические, фармацевтические и биологические реакторы, включая, но не ограничиваясь, реакторами для культивирования клеток и производства вакцин, как известно в данной области техники. Несмотря на то, что большая часть данного описания содержит иллюстративные применения настоящего изобретения, относящиеся к биореакторам и химическим реакционным системам, изобретение и его использование ими не ограничено, при этом следует понимать, что аспекты настоящего изобретения могут быть также использованы в других установках, в том числе в системе удержания в целом, а также в системе для удержания или для перемешивания или другого технологического процесса.

[0048] Как будет подробно описано ниже, теплообменный модуль для использования в химических, фармацевтических или биологических системах реактора может содержать корпус, выполненный с возможностью размещения в системе реактора между наружной несущей конструкцией и внутренним сменным реакционным контейнером. В некоторых вариантах выполнения теплообменный модуль выполнен за одно целое с внутренней стенкой несущего сосуда. Корпус может дополнительно содержать по меньшей мере одну теплопроводящую поверхность, выполненную с возможностью вступления в контакт с внутренним сменным реакционным контейнером, чтобы облегчить передачу тепла. Кроме того, теплообменный модуль может содержать теплообменник, расположенный внутри корпуса модуля, и может содержать канал для циркуляции текучей среды, через который может циркулировать теплообменная текучая среда. Теплообменный модуль может быть выполнен съемным из реакционной системы или может быть выполнен как единое целое с несущей конструкцией реактора. Теплообменный модуль также может быть выполнен таким образом, чтобы обеспечить усиленное перемешивание текучей среды во внутреннем сменном контейнере или текучей среды, циркулирующей в сосуде. Усиленное перемешивание может увеличить эффективность теплообмена в системе реактора.

[0049] В других вариантах выполнения, однако, система реактора не содержит отдельный контейнер, например сворачиваемый мешок и несущую конструкцию, но вместо этого содержит самоподдерживаемый утилизируемый контейнер. Например, контейнер, который может быть использован для удержания и/или хранения текучей среды, может быть выполнен в виде пластмассового сосуда и может дополнительно содержать систему перемешивания, выполненную как одно целое или съемно прикрепленную к нему. Система перемешивания может быть утилизируемой вместе с контейнером. В одном конкретном варианте выполнения такая система содержит магнитную крыльчатку, расположенную в полимерном контейнере или в гибком мешке и удерживаемую на месте с помощью наружной магнитной приводной системы. В другом варианте выполнения контейнер, который используется в качестве теплообменника, выполнен в виде жесткого контейнера. Таким образом, следует понимать, что многие аспекты и особенности сосудов, описанные в данном документе со ссылкой на контейнер и несущую конструкцию, также применимы к самоподдерживаемому утилизируемому контейнеру.

[0050] Система реактора, как правило, может содержать систему терморегулирования (не показана на чертежах), которая содержит термопару и/или резистивный датчик температуры для измерения температуры содержимого внутри реакционного контейнера. Термопара может быть функционально соединена с контроллером температуры / теплообменником для терморегулирования содержимого в контейнере. Дополнительно, как описано в настоящем документе, теплопроводящий материал может быть связан с поверхностью контейнера, чтобы обеспечить поверхность теплопередачи, которая имеет тенденцию преодолевать изолирующий эффект полимерного материала, обычно используемого для формирования частей контейнера.

[0051] Как используется в настоящем документе, термин «терморегулирующая поверхность» имеет то же значение, что и «теплопередающая поверхность». В одном варианте выполнения температура текучей среды, протекающей в сворачиваемый мешок, может быть изменена путем связывания одной или нескольких поверхностей сворачиваемого мешка с теплопередающей поверхностью с целью содействия передаче тепла в сворачиваемый мешок и/или из него.

[0052] В некоторых случаях скорость теплообмена ограничена ниже требуемых или оптимальных уровней посредством материала, используемого для формирования теплопередающей поверхности или контейнера. Например, системы, включающие использование одноразовых вкладышей в форме сворачиваемых мешков, как правило, изготовлены из материалов с низкой теплопроводностью, таких как полиэтилен, политетрафторэтилен (ПТФЭ) или сополимер этилена и винилацетата. Дополнительно или альтернативно, теплопроводящий материал может футеровать стенку контейнера. Например, теплопроводящий материал и стенка контейнера могут образовывать слоистую структуру.

[0053] Для повышения теплопроводности терморегулирующая поверхность может содержать теплопроводящую поверхность, выполненную из теплопроводящего материала, например из множества частиц 804, 814, см, соответственно, Фиг. 4А и 4В. Частицы 804, 814 прикреплены, соответственно, к поверхности или встроены в поверхность гибкой полимерной трубки 802 в части трубки 800, или на поверхности пленки 812 в части гибкого мешка 810. Трубка 802 и мешок 810 могут быть выполнены с одинарной стенкой или с двойной стенкой, а в случае двойной стенки теплопроводящий материал может быть включен или прикреплен по меньшей мере либо к внутренней, либо к наружной стенке. Терморегулирующая поверхность может содержать теплопроводящую пластину, содержащую каналы для обеспечения возможности протекания через нее текучей среды, причем каналы не связаны с пластиной, и комбинации вышеперечисленного.

[0054] В некоторых вариантах выполнения теплопроводящий материал выполнен в виде множества частиц. Частицы могут быть выполнены в виде наночастиц, микрочастиц, порошков и тому подобного. Теплопроводящий материал также может быть выполнен в форме нанотрубок, нанопроводов, наностержней, волокон, сеток или другого объекта. Теплопроводящий материал может быть встроен в материал, используемый для формирования контейнера, например, таким образом, что весь объект или часть каждого объекта обернута или окружена материалом, используемым для формирования контейнера.

[0055] В некоторых вариантах выполнения встроенный теплопроводящий материал по существу равномерно распределен по всей объемной части материала, используемого для формирования контейнера. Выражение «по существу равномерно распределен» в данном контексте означает, что на виде в поперечном разрезе части любого такого материала, в котором поперечный разрез содержит средний состав ряда случайных положений материала в поперечном разрезе, исследование материала по специфичности размеров, например по порядку зерен или атомов, показывает по существу однородную дисперсию теплопроводящего материала в объеме материала. Процесс исследования, выполненный с помощью микрофотографии, сканирующего электронного микроскопа или другой подобный процесс исследования в микрометровом или нанометровом масштабе,может выявить по существу равномерное распределение.

[0056] Следует понимать, что в других вариантах выполнения теплопроводящий материал по существу неравномерно распределен по всей объемной части материала, используемого для образования теплопередающей поверхности. Например, в поперечном сечении теплопередающей поверхности может быть сформирован градиент частиц. Например, теплопроводящий материал может быть выполнен таким образом, что одна часть теплопередающей поверхности содержит теплопроводящий материал, а другая, смежная часть контейнера или теплообменного модуля,также содержит теплопроводящий материал. В качестве альтернативы, теплопроводящий материал может присутствовать в виде полос, проволоки или может иметь другие конфигурации, такие, что одна часть теплопередающей поверхности содержит теплопроводящий материал, а другая, смежная часть контейнера или теплообменный модуль,не содержит теплопроводящий материал.

[0057] Теплопроводящий материал может, в некоторых вариантах выполнения, быть заключен между двумя полимерными листами. Также возможны чередующиеся слои теплопроводящего материала и полимерных слоев. В качестве альтернативы в некоторых вариантах выполнения наружная поверхность контейнера или вкладыша может содержать слой теплопроводящего материала, тогда как внутренняя поверхность контейнера или вкладыша не содержит теплопроводящий материал. Эта конфигурация может обеспечить возможность отведения тепла посредством проводимости от содержимого контейнера или вкладыша (или в них), избегая или ограничивая при этом любую реактивность между содержимым контейнера или вкладыша и теплопроводящим материалом. Например, серебро обладает высокой теплопроводностью и может быть использовано в качестве теплопроводящего материала, но, как известно, имее противомикробное действие. Путем размещения серебра на наружной поверхности контейнера (или встроенным между двумя полимерными слоями), но не в контакте с любым содержимым внутри контейнера, теплопроводность контейнера может быть повышена без ущерба для содержимого внутри контейнера (например, клеток, белков и т.д.).

[0058] Теплопроводящий материал может иметь любой подходящий размер или измерение. Размер теплопроводящих объектов может быть выбран, например, для достижения определенной дисперсии, например градиентное или по существу равномерное распределение в объемном материале, используемое для формирования теплопередающей поверхности, чтобы предотвратить выступание объекта через часть контейнера или чтобы иметь определенное соотношение площади поверхности теплопроводящего материала к объему. Например, теплопроводящий материал может иметь по меньшей мере один поперечный размер менее 500 мкм или в другом варианте выполнения менее 1 нанометра.

[0059] В одном варианте выполнения настоящего изобретения в качестве теплопроводящего материала может быть использован любой подходящий теплопроводящий материал. Теплопроводящий материал может быть выбран на основании таких факторов, как его теплопроводность, размер частиц, магнитные свойства, совместимость с определенными способами обработки, например способность осаждения с помощью конкретных способов осаждения, совместимость с объемным материалом, используемым для формирования контейнера, совместимость с любыми материалами, содержащимися в контейнере, совместимость с любыми обработками или предварительными обработками, связанными с проведением реакции внутри контейнера, а также с другими факторами.

[0060] В одной группе вариантов выполнения теплопроводящий материал содержит металл. В других случаях теплопроводящий материал содержит полупроводник. Материалы, потенциально пригодные для использования в качестве теплопроводящих материалов, включают в себя, например, элемент любой из групп 1-17 Периодической Таблицы. Типичные примеры включают элемент группы 2-14 или элемент групп 2, 10, 11, 12, 13, 14, 15. Неограничивающие примеры потенциально пригодных элементов из группы 2 Периодической Таблицы включают магний и барий; группа 10 включае никель, палладий или платину; группа 11 включает медь, серебро или золото; группа 12 включает цинк; группа 13 включает бор, алюминий и галлий; группа 14 включает углерод, кремний, германий, олово или свинец. В некоторых случаях теплопроводящий материал представляет собой алюминий, медь, железо или олово.

[0061] Теплопроводящий материал может содержать один или несколько металлов. Точно так же, когда теплопроводящий материал содержит полупроводник, можебыть использован один или несколько полупроводниковых материалов. Кроме того, могут быть использованы сплавы, и может быть использована смесь металлов и полупроводников. То есть теплопроводящий материал может представлять собой один металл, один полупроводник,или один или несколько металлов,или один или несколько смешанных полупроводников. Неограничивающие примеры подходящих металлов перечислены выше, и подходящие элементы полупроводников перечислены выше. Специалистам в данной области техники хорошо известны полупроводники, которые могут быть образованы из одного или нескольких элементов, перечисленных выше, или из других элементов.

[0062] В некоторых случаях теплопроводящий материала представляет собой неметалл. Например, теплопроводящий материал может содержать углерод. Теплопроводящий материал может быть выполнен, например, в виде проводящего полимера. Неограничивающие примеры проводящих полимеров включают полипирролы, полианилины, полифенилены, политиофены и полиацетилены.

[0063] Специалисты в данной области техники могут легко выбрать, без чрезмерных затрат или излишних экспериментов, из материалов, описанных выше или из других материалов, известных в данной области, пригодные металлы, полупроводники и/или неметаллы. Идеи, описанные в настоящем документе, также позволят специалистам в данной области техники осуществлять отбор подходящих материалов для использования в связи с описанными в настоящем документе вариантами выполнения. При желании теплопроводящие материалы могут быть покрыты или обработаны для усиления определенных химических или физических свойств материалов. Например, поверхности теплопроводящих материалов могут быть обработаны с помощью поверхностно-активного вещества, оксида или любого другого подходящего материала, чтобы сделать материалы более гидрофильными, более гидрофобными, менее активными, имеющими определенное значение рН, и так далее. Эти и другие процессы могут обеспечить теплопроводящим материалам возможность быть более совместимыми с материалом, используемым для формирования контейнера и/или с определенными способами обработки. Например, обработка теплопроводящего материала может обеспечить возможность его прикрепления к материалу, используемому для формирования контейнера до требуемой степени, быть более растворимым в определенном растворителе или быть более диспергируемым.

[0064] В некоторых вариантах выполнения система, выполненная в соответствии с изобретением, содержит теплообменный модуль, выполненный с возможностью контактирования с мешком. Предпочтительно, теплообменный модуль может быть использован в системах, испытывающих указанные нежелательные характеристики теплопередачи. Теплообменный модуль может быть сформирован и выполнен таким образом, что теплопроводящий материал имеет возможность отвода тепла посредством проводимости из внутренней части контейнера в среду снаружи контейнера или пропускания тепла в контейнер из окружающей среды снаружи контейнера. В вариантах выполнения, в которых контейнер поддерживается многоразовой несущей конструкцией, например теплопроводящими пластинами или баком из нержавеющей стали, проводимость тепла из контейнера или в контейнер может быть облегчена посредством теплообменного модуля, соединенного с несущей конструкцией. Например, тепло от содержимого внутри контейнера может быть рассеяно через теплопроводящий материал контейнера в несущую конструкцию, которая также может быть теплопроводящей.

[0065] Теплообменный модуль может облегчить теплообмен с внутренним контейнером и может быть использован для изменения температуры текучей среды в разной степени. Например, температура текучей среды может изменяться на по меньшей мере 2 градуса Цельсия, по меньшей мере 5 градусов Цельсия, по меньшей мере 10 градусов Цельсия, по меньшей мере 15 градусов Цельсия, по меньшей мере 20 градусов Цельсия или по меньшей мере 30 градусов Цельсия.

[0066] В некоторых вариантах выполнения теплообменный модуль может быть выполнен в стенке сосуда или несущей конструкции, обеспечивая регулирующую температуру рубашку на внутреннем контейнере. В этих вариантах выполнения выступающая часть может проходить внутрь несущего сосуда, так что, когда гибкий контейнер вставлен в сосуд несущей конструкции, одновременно осуществляется изменение направления потока и терморегулирование текучей среды внутри гибкого контейнера. Путем регулирования перегородок во внутреннем контейнере перемешивание в контейнере может быть улучшено. Эта выполненная как одно целое система обеспечивает физическую поддержку гибкого контейнера, управление температурой в реакционной системе и может обеспечить усиленное перемешивание. Эта выполненная как одно целое охлаждающая несущая конструкция с перегородкой может быть выполнена в виде сосуда, составной вставки, системы плоской пластины или любой другой составной конфигурации.

[0067] Следует понимать, что не все из признаков, показанных на чертежах, должны присутствовать во всех вариантах выполнения изобретения и что проиллюстрированные элементы могут быть расположены или выполнены иным образом. В качестве альтернативы, дополнительные элементы могут присутствовать в других вариантах выполнения.

[0068] Фиг. 1А представляет собой вид в аксонометрии схематического изображения иллюстративного теплообменного модуля 1002, имеющего змеевидный проточный канал 1016, и частичный вид в разрезе наружной несущей конструкции или наружной стенки 1003 сосуда. Фиг. 1В представляет собой вид 1002В сверху теплообменного модуля 1002, показанного на Фиг. 1А, и изображающий проточный канал 1016 для теплообменной текучей среды, проходящий во внутреннюю часть прочной перегородки 1010, выполненной как одно целое с внутренней стенкой 1004 сосуда, и из нее.

[0069] Фиг. 1А и 2 изображают варианты выполнения, в которых теплообменный модуль 1002 выполнен за одно целое с наружной несущей конструкцией или наружной стенкой 1003 сосуда (показанной пунктиром), а проточный канал для терморегулирующей текучей среды, соответственно, 1016, 1016В, образован между стенкой 1003 наружного сосуда и поверхностью внутренней стенки, соответственно, 1004, 1040 сосуда. На Фиг. 1А и 1В, направление терморегулирующей текучей среды показано стрелками 1016; а пространства, заполненные терморегулирующей текучей средой, показаны зернистостью или затенением между внутренней стенкой 1004 сосуда и стенкой 1003 наружного сосуда. Выступы или выполненные как одно целое прочные перегородки 1010 показаны выступающими в центральную камеру, ограниченную стенкой 1004 внутреннего сосуда. Фиг. 1В показывает, что текучая среда протекает 1016 в каналы 1006 перегородки и снова наружу. Фиг. 1В также показывает, что гибкий мешок 912, расположенный внутри центральной камеры корпуса 1004 теплообменного модуля, соответствует по форме прочным перегородкам 1010, так что прочные перегородки 1010 обеспечивают изменение направления потока в гибком мешке 912. Такое изменение направления потока, как известно, в значительной степени улучшает перемешивание внутри мешка 912.

[0070] Фиг. 1А показывает, что теплообменный модуль 1002, имеющий выполненную как одно целое прочную перегородку 1010, обеспечивает нелинейный проточный канал 1016 для текучей среды, который формируется с помощью различных сепараторных пластин 1008, проходящих вертикально вдоль каналов 1006 перегородки. В этом варианте выполнения стенка 1004 внутреннего сосуда теплообменного модуля 1002 также выполнена на стенке 1003 наружного сосуда как одно целое. Стенка 1004 внутреннего сосуда содержит выполненные как одно целое прочные перегородки 1010, выступающие внутрь сосуда, причем прочные перегородки 1010 формируют каналы 1006. Терморегулирующая текучая среда может циркулировать вдоль канала между стенкой 1003 наружного сосуда и стенкой внутреннего сосуда корпуса 1004, в том числе через каналы 1006 перегородки. По всей длине каналов 1006 перегородки могут быть образованы сепараторные пластины 1008, с тем, чтобы направлять поток текучей среды по заданному пути. В канале 1006 перегородки сепараторные пластины 1008 останавливают вертикальное протекание текучей среды от нижней части 1012 теплообменного модуля 1002 к верхней части 1014 теплообменного модуля 1002 или от верха к низу. Специалисту в данной области техники должны быть понятны преимущества направления структуры потока текучей среды вокруг теплообменного модуля 1002 для достижения требуемых характеристик теплопередачи для системы.

[0071] В некоторых вариантах выполнения проточный канал 1016 для текучей среды в теплообменном модуле 1002 может быть направлен в нелинейном направлении концентрически вокруг теплообменного модуля 1002. Фиг. 1А изображает спиральный канал, образованный выступами 1020 для направления терморегулирующей текучей среды вокруг теплообменного модуля 1002. Сепараторные пластины 1008 могут быть использованы для блокирования вертикального потока текучей среды через каналы 1006 перегородки, чтобы предотвратить вертикальное вытекание текучей среды через перегородку 1006, что может укоротить путь через оставшуюся часть рубашки. Спиральный канал может быть выполнен за одно целое со стенкой 1004 внутреннего сосуда между выступами 1020 или может быть выполнен съемным образом и отдельно от стенки 1004 внутреннего сосуда. Спиральный канал может быть образован между полосой, трубкой, трубой или другим выступом 1020, образованным из металла, пластмассы или любого другого непористого, некорродирующего материала, расположенного в концентрической петле через теплообменный модуль 1002, чтобы направлять текучую среду вдоль канала 1016. Канал 1016 циркуляции текучей среды предпочтительно должен достигать каналы 1006 прочной перегородки для обеспечения требуемой величины терморегулирования. В других вариантах выполнения многоярусная структура канала может быть использована для создания нелинейного пути циркуляции текучей среды.

[0072] Фиг. 2 представляет собой вид в аксонометрии иллюстративного теплообменного модуля 1002, имеющего по меньшей мере одну прочную перегородку 1010 и многоярусную структуру канала, образованную выступами 1020 с нелинейным проточным каналом 1016В и по меньшей мере одним отверстием 1022, выполненным с возможностью совмещения с окном или дверцей в стенке 1030 наружного сосуда (показано пунктиром). Многоярусная, или в виде террас, внутренняя структура канала с перегородкой, образованного между стенкой 1040 внутреннего сосуда и стенкой 1030 наружного сосуда, образованной выступами 1020, показана на Фиг. 2. Внутренняя структура канала направляет терморегулирующую текучую среду нелинейным образом вокруг теплообменного модуля 1002 и внутрь прочных перегородок 1010, выступающих во внутреннюю камеру, образованную на стенке 1040 внутреннего сосуда. В этом варианте выполнения текучая среда следует по нелинейному пути 1016В. Канал может иметь впускное отверстие 1026 в нижней части теплообменного модуля 1002 и выпускное отверстие 1028 в верхней части теплообменного модуля 1002 или, в качестве альтернативы, теплообменный модуль 1002 может иметь терморегулирующее впускное отверстие 1026 и терморегулирующее выпускное отверстие 1028 в любой части таким образом, чтобы достичь требуемых результатов теплопередачи. Как показано, теплообменный модуль 1002 может быть выполнен, чтобы установить смотровые окна 1022 во внутреннюю часть системы реактора, позволяющие оператору контролировать реакцию. Террасная структура перегородки может обеспечивать возможность направления канала циркуляции терморегулирующей текучей среды вокруг указанных смотровых окон 1022, чтобы избежать обструкции пути визуализации. Это нелинейный путь 1016В циркуляции может также обеспечивать возможность доступа любых портов или зондов доступа в стенку 1030 наружного сосуда по мере необходимости.

[0073] Фиг. 3 представляет собой вид в аксонометрии иллюстративного варианта выполнения теплообменного модуля 1002, в некоторой степени аналогичного конструкции, показанной на Фиг. 2. Бак 1002 биореактора с многоярусной перегородкой и рубашкой содержит наружную цилиндрическую рубашку 1030; а цилиндрический бак 1040 имеет внутреннюю поверхность, ограничивающую камеру, выполненную с возможностью поддержки гибкого мешка (не показан), расположенного внутри камеры, и наружную поверхность с выполненными как одно целое многоярусными перегородками 1042, образованными выступами 1020 и выполненными с возможностью перенаправления жидкого хладагента, как показано направленными стрелками 1016В, вокруг всей наружной поверхности бака, причем цилиндрический бак 1040 расположен в осевом направлении внутри наружной рубашки 1030 цилиндрической формы, при этом наружная рубашка 1030 цилиндрической формы уплотнена с цилиндрическим баком 1040 до степени, достаточной, чтобы предотвратить или свести к минимуму потери охлаждающей текучей среды, которая поступает в систему через отверстие 1026. При построении системы для содействия прикреплению рубашки 1030 к баку 1040 после его вставления в рубашку 1030 используется обвязка 1032.

[0074] Теплообменник выполнен из внутреннего многоярусного проточного канала 1042 и наружной несущей конструкции, или наружной стенки 1030 сосуда, с протекающей между ними терморегулирующей текучей средой. Теплообменный модуль 1002 содержит стенку 1040 сосуда,или внутреннюю стенку 1040 сосуда, содержащую внутренний, многоярусный проточный канал 1042. Впускная трубка 1026 может быть выполнена с возможностью поступления терморегулирующей текучей среды в модуль 1002, образованный бочкообразным баком, или сосудом 1040, и наружной рубашкой 1030. В качестве альтернативы наружная рубашка 1030 может быть выполнена конусообразной, с использованием уплотнений, известных в данной области техники для герметизации модуля 1002.

[0075] Вариант выполнения, содержащий бак биореактора с многоярусной перегородкой и рубашкой, как правило, доставляет охлаждающую текучую среду к приблизительно 100 процентов (100%) поверхности бака, отводя тепло от гибкого мешка биореактора, расположенного внутри бака.

[0076] Фиг. 4А и 4В, как описано более подробно выше, показывают, что терморегулирующая поверхность может содержать теплопроводящую поверхность, образованную из теплопроводящего материала, такого как, например, множества частиц 804, 814, показанных соответственно на Фиг. 4А, 4В.

[0077] Фиг. 5 представляет собой схематический вид сбоку иллюстративного теплообменного модуля 1060, в котором металлические трубки 1052, 1058 ориентированы змеевидным образом вокруг и напротив поверхности внутренней стенки 1050 реакционного сосуда 1003. В показанном варианте выполнения терморегулирующая текучая среда поступает в трубки 1058 в направлении, показанном стрелкой 1026В, обмениваясь теплом с контейнером или мешком (не показан), расположенным внутри сосуда 1003 и выходящим из трубки 1052, которая гидравлически соединена с частью трубки 1058. Терморегулирующая текучая среда проходит через трубки для переноса тепла к гибкому мешку или от гибкого мешка (не показан), который расположен внутри сосуда 1003 и примыкает к внутренней стенке 1050 сосуда.

[0078] Нижняя часть 1054 сосуда 1003 содержит часть 1056, которая, как правило, поддерживает наружную систему электромагнитного привода, имеющую магнитную связь с мешалкой в гибком мешке.

[0079] Несмотря на то, что в настоящем описании были описаны и проиллюстрированы некоторые варианты выполнения настоящего изобретения, специалистам в данной области техники легко представить себе различные другие средства и/или конструкции для выполнения функций и/или получения результатов и/или одного или нескольких из преимуществ, описанных в настоящем документе, и каждая из таких вариаций и/или модификаций считается находящейся в пределах объема настоящего изобретения. Специалистам в данной области техники будет легко понятно, что все параметры, размеры, материалы и конфигурации, описанные в настоящем документе, предназначены быть иллюстративными и что фактические параметры, размеры, материалы или конфигурации будут зависеть от конкретного применения, для которого используются принципы настоящего изобретения. Специалистам в данной области техники будет понятно или будут иметь возможность установить, используя не более чем рутинные эксперименты, многие эквиваленты конкретным вариантам выполнения изобретения, описанным в настоящем документе. Таким образом, следует понимать, что вышеприведенные варианты выполнения представлены исключительно в виде примера и что в рамках объема прилагаемой формулы изобретения и ее эквивалентов изобретение может быть выполнено иначе, чем конкретно описано и заявлено. Настоящее изобретение относится к каждой отдельной функции, системе, изделию, материалу, набору и/или описанному в настоящем документе способу и к любой комбинации вышеперечисленного.

[0080] Формы единственного числа, используемые в настоящем документе в описании и в формуле изобретения, следует понимать в значении «по меньшей мере один», если явным образом не указано обратное. В описании и в формуле изобретения настоящей заявки слова «содержат», «содержит», «включает», «имеющий», «состоящий из» и их вариации означают «включает, но не ограничивается этим», при этом они не предназначены для исключения и не исключают другие фрагменты, добавки, элементы, целые части или этапы. В описании и в формуле изобретения данной заявки единственное число охватывает множественное число, если из контекста явным образом не следует иное. В частности, когда используется форма единственного числа, в описании следует понимать, что рассматриваются как множественное, так и единственное число, если из контекста явным образом не следует иное.

[0081] Следует понимать, что, если из контекста явным образом не следует иное, в любых способах, заявленных в настоящем документе, которые включают более чем один этап или действие, порядок этапов или действий в способе не обязательно ограничен порядком, который приведен в описании или в формуле изобретения.

[0082] Группы признаков, описанные в связи с конкретным аспектом настоящего изобретения, следует понимать, что они применимы к любому другому описанному в настоящем документе аспекту, если только не являются с ним несовместимым. Все признаки, раскрытые в описании и в формуле изобретения, реферате и на чертежах, и/или все этапы любого раскрытого способа или процесса могут быть объединены в любой комбинации, за исключением комбинаций, в которых по меньшей мере некоторые из таких признаков или этапов являются взаимно исключающими. Изобретение не ограничено деталями любых вышеприведенных вариантов выполнения. Изобретение распространяется на любой один новый или любую новую комбинацию признаков, раскрытых в данном описании (включая прилагаемую формулу изобретения, реферат и чертежи), или на любой так раскрытый один новый или любую новую комбинацию этапов любого способа или процесса. Все публикации и ссылки, приведенные в данном описании, специально включены в настоящий документ в качестве ссылки во всей их полноте.

Изобретение относится к области биохимии. Предложен теплообменный модуль для использования в системе химического, фармацевтического или биологического реактора. Теплообменный модуль содержит гибкий контейнер с перемешивающей системой и корпус с центральной камерой, выполненной с возможностью размещения в ней гибкого контейнера, причем корпус выполнен с возможностью размещения в сосуде реактора. Корпус с центральной камерой содержит наружную поверхность, выполненную с возможностью соответствия форме сосуда реактора, теплопроводящую поверхность, выполненную с возможностью вступления в контакт с гибким контейнером, и прочную перегородку, проходящую в центральную камеру, и теплообменник на наружной поверхности указанного корпуса. Теплообменник содержит канал для циркуляции текучей среды, через который теплообменная текучая среда циркулирует вокруг периферии корпуса и в канал, и из канала, выполненного в прочной перегородке. Изобретение обеспечивает удаление большего количества тепла, генерируемого культурами микробных клеток. 5 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Теплообменный модуль для использования в системе химического, фармацевтического или биологического реактора, имеющей гибкий контейнер одноразового использования для удержания текучей среды, снабженный перемешивающей системой, при этом теплообменный модуль содержит:

корпус с центральной камерой, выполненной с возможностью размещения в ней гибкого контейнера одноразового использования так, что он прилегает к ней, повторяя ее форму и конфигурацию, причем корпус выполнен с возможностью размещения в сосуде реактора и имеет:

наружную поверхность, выполненную с возможностью соответствия форме сосуда реактора,

по меньшей мере одну теплопроводящую поверхность, выполненную с возможностью вступления в контакт с указанным гибким контейнером для облегчения теплопередачи, и

по меньшей мере одну выполненную как одно целое прочную перегородку, образующую выступ, проходящий в центральную камеру,

причем указанный корпус представляет собой удлиненный корпус, имеющий верхний конец и нижний конец и выполненный с возможностью вставления в сосуд реактора таким образом, что корпус проходит по меньшей мере на часть расстояния между верхней и нижней частями сосуда реактора, и

теплообменник, расположенный на наружной поверхности указанного корпуса, причем теплообменник содержит канал для циркуляции текучей среды, через который теплообменная текучая среда может циркулировать вокруг периферии корпуса и в канал и из канала, выполненного в указанной по меньшей мере одной прочной перегородке, так что, когда гибкий контейнер для одноразового использования вставлен в камеру, текучая среда внутри указанного контейнера нагревается или охлаждается посредством теплопередающей текучей среды и, при перемешивании текучей среды внутри указанного контейнера посредством перемешивающей системы, направление потока текучей среды в контейнере изменяется посредством указанной по меньшей мере одной прочной перегородки.

2. Теплообменный модуль по п. 1, в котором канал для циркуляции текучей среды содержит:

удлиненную трубку или канал, расположенный в осевом направлении на наружной поверхности корпуса и проходящий по существу по всей длине корпуса, причем удлиненная трубка или канал выполнен с возможностью доставки через него теплопередающей текучей среды, и

проточный канал для теплопередающей текучей среды от отверстия в нижней части удлиненной трубки или канала к выпускному отверстию или выпускной трубке на верхнем конце корпуса.

3. Теплообменный модуль по п. 1, в котором корпус выполнен так, что он проходит до положения, противоположного крыльчатке, расположенной на или вблизи нижней части гибкого контейнера одноразового использования, причем указанная по меньшей мере одна выполненная как одно целое прочная перегородка выполнена с возможностью изменения направления поля сдвига, создаваемого с помощью крыльчатки.

4. Теплообменный модуль по п. 1, который выполнен за одно целое как часть сосуда реактора и в котором указанная по меньшей мере одна прочная перегородка содержит теплопроводящую поверхность, выполненную с возможностью вступления в контакт с гибким контейнером одноразового использования и облегчения теплопередачи.

5. Теплообменный модуль по п. 4, который выполнен за одно целое как часть сосуда реактора, а канал для циркуляции текучей среды дополнительно содержит по меньшей мере один нелинейный канал, расположенный в стенке сосуда реактора.

6. Теплообменный модуль по п. 5, в котором указанный нелинейный канал дополнительно содержит по меньшей мере один из каналов: спиральный, змеевидный или лабиринтный, выполненный с возможностью поддержания теплопроводящей поверхности при требуемой температуре.