DE102008025968A1

DE102008025968A1 - Bioreaktor mit Kondensator

Info

Publication number: DE102008025968A1
Application number: DE102008025968A
Authority: DE
Inventors: Gerid Hellwig; Ute Noack; Oscar-Werner Dr. Reif; Jürgen van den Boogaard
Original assignee: Sartorius Stedim Biotech GmbH
Current assignee: Sartorius Stedim Biotech GmbH
Priority date: 2008-05-30
Filing date: 2008-05-30
Publication date: 2009-12-03
Anticipated expiration: 2028-05-31
Also published as: WO2009146769A3; US10294447B2; EP2297292B1; US20110076759A1; DE102008025968B4; DE202009006839U1; EP2297292A2; WO2009146769A2

Abstract

Bioreaktor mit einem Behälter mit mindestens einem Gasabführungskanal zum Gasaustrag, wobei die Öffnung des Gasabführungskanals mit einem hydrophoben Sterilfilter und einem dazwischen angeordneten Kondensator mit Kondensationsflächen verbunden ist, wobei im Bereich des Kondensators im Gasabführungskanal eine turbulente Strömung erzeugende Turbulenzerzeugungsmittel angeordnet sind.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Bioreaktor mit einem Behälter mit mindestens einem Gasabführungskanal zum Gasaustrag, wobei die Öffnung des Gasabführungskanals mit einem hydrophoben Sterilfilter und einem dazwischen angeordneten Kondensator mit Kondensationsflächen verbunden ist.
Die Erfindung betrifft weiterhin einen Kondensator, insbesondere für einen Bioreaktor, mit einem Gehäuse und mit einem Gasabführungskanal zur Durchleitung eines Gases und Kondensierung an Kondensatflächen.
Stand der Technik
Aus der US 5 443 985 A ist ein Biorektor mit einem Behälter aus einem Bor-Silikat-Glas oder rostfreiem Stahl bekannt, der an seinem in vertikaler Richtung oberen Ende einen Gasabführungskanal zum Gasaustrag aufweist. Dabei ist die Öffnung des Gasabführungskanals mit einem Sterilfilter verschlossen. Zwischen dem Behälter und dem Sterilfilter ist ein wassergekühlter Kondensator angeordnet, wobei Teile der Innenflächen des Gasabführungskanals, die bei einem Kondensator benötigten Kondensationsflächen bilden. Dem Behälter des bekannten Bioreaktors wird an seinem in vertikaler Richtung unterem Ende über einen Gasführungskanal Gas zugeführt.
Beim Begasen eines Bioreaktors nimmt die zugeführte Luft beim Durchströmen des Mediums Feuchte auf. Der gleiche Effekt tritt ein bei biotechnologischen Prozessen, in denen Gase als Stoffwechselprodukte von Mikroorganismen gebildet und aus dem Bioreaktor abgeführt werden. Durch den Einsatz eines Abflusskondensators im Abflusssystem kann man zum einen verhindern, dass ein hydrophober Sterilfilter bzw. Abflussfilter durch Wassertropfen verblockt und zum anderen, dass die Abluft einen Teil des Mediums mit hinausträgt. Warme, feuchte Abluft wird durch den Kondensator soweit heruntergekühlt, dass das in der Abluft enthaltene Medium als Kondensat in den Kessel zurückfließt.
Bei dem bekannten Bioreaktor bildet die den Gasabführungskanal umschließende Innenwandung die Kondensationsfläche des Kondensators. Der Kondensator weist eine doppelte Wandung auf, durch die Kühlwasser hindurchgeführt wird.
Nachteilig dabei ist, dass bei weitgehend laminarer Strömung ein relativ langer Gasabführungskanal benötigt wird, um den gesamten Abluftstrom ausreichend abzukühlen. Insbesondere bei Verwendung eines Bioreaktors als Einweg-Reaktor mit einem Kondensator ist es schwierig, eine kompakte Bauform zu erreichen. Besonders kritisch erweist sich dabei das mögliche Verblocken des hydrophoben Sterilfilters, wenn der Behälter des Bioreaktors als flexibler Kunststoffbeutel ausgebildet ist, dessen Innendruck bestimmte Grenzwerte nicht überschreiten darf, so dass gegebenenfalls die Begasung und damit der Fermentationsprozess abgebrochen werden muss.
Weiterhin ist aus der US 6 133 021 A ein Bioreaktor bekannt, dessen Gasabführungskanal mit einem Kondensator verbunden ist. Auch dieser Kondensator weist die oben beschriebenen Nachteile auf.
Weiterhin ist aus der DD 260 837 A3 ein Bioreaktor mit einem Behälter bekannt, der einen Gasabführungskanal zum Gasaustrag aufweist. Die Öffnung des Gasabführungskanals ist mit einem Abluftfilter verbunden, wobei zwischen Behälter und Abluftfilter ein Kondensator angeordnet ist.
Auch dieser bekannte Bioreaktor weist die oben genannten Nachteile auf.
Aufgabenstellung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die bekannten Bioreaktoren und ihre Kondensatoren so zu verbessern, dass sie bei kompakter Bauform aus Kunststoff, insbesondere zur Einmal-Verwendung, ausgebildet werden können.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruches 1 dadurch gelöst, dass im Bereich des Kondensators im Gasabführungskanal eine turbulente Strömung erzeugende Turbulenzerzeugungsmittel angeordnet sind.
Durch die Anordnung von Turbulenzerzeugungsmitteln im Gasabführungskanal, wird sichergestellt, dass das abgeführte Gas bzw. die Abluft an den Kondensationsflächen des Kondensators vorbeigeführt wird. Dies ermöglicht einen effizienteren Wärmeaustausch zwischen dem abgeführten Gas und dem Kühlmittel des Kondensators. Der effizientere Wärmeaustausch ermöglicht trotz Verwendung von Kunststoff eine kompaktere Bauweise.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Außenflächen der Turbulenzerzeugungsmittel als Kondensationsflächen ausgebildet. Beispielsweise kann das Turbulenzerzeugungsmittel als ein wendelförmig im Gasabführungskanal angeordneter Kondensatorschlauch oder Kondensatorrohr ausgebildet sein, durch die eine Kühlflüssigkeit leitbar ist.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bildet die den Gasabführungskanal umschließende Innenwandung die Kondensationsfläche, wobei in einem Abstand zur Innenwandung eine Außenwandung angeordnet ist und durch den Zwischenraum zwischen Außenwandung und Innenwandung eine Kühlflüssigkeit durchgeleitet wird. Das Turbulenzerzeugungsmittel ist dabei als eine Packung ausgebildet, die beispielsweise aus einem Vliesmaterial besteht.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Packung aus Rohrabschnitten, so genannten Raschig Ringen ausgebildet. Die Rohrabschnitte können dabei aus Glas, Keramik, Kunststoff oder Metall ausgebildet sein.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Sterilfilter an seinem Umfang eine Heizung auf, die es ermöglicht, die Abluft zu temperieren, wodurch ein Verblocken der hydrophoben Filter durch kondensierte Flüssigkeiten vermieden wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Sterilfilter in den Kondensator bzw. dessen Gehäuse integriert. Dies ermöglicht eine besonders kompakte Bauweise.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind der Behälter und/oder der Kondensator und/oder der Sterilfilter aus gammasterilisierbarem Kunststoff ausgebildet. Das ist besonders vorteilhaft für eine Lieferung gebrauchsfertig vorsterilisierter Bioreaktorsysteme an Kunden.
Der gesamte Bioreaktor, bestehend aus dem Behälter, dem Kondensator und dem Sterilfilter, ist nach einer weiteren Ausführungsform als eine Einwegvorrichtung ausgebildet. Vorzugsweise ist dabei der Behälter als ein flexibler Beutel ausgebildet.
Die Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruches 13 weiterhin dadurch gelöst, dass im Bereich des Kondensators im Gasabführungskanal eine turbulente Strömung erzeugende Turbulenzerzeugungsmittel angeordnet sind.
Der Kondensator weist die oben geschilderten Vorteile auf.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Turbulenzerzeugungsmittel als ein wendelförmig im Gasabführungskanal angeordneter Kondensatorschlauch oder Kondensatorrohr ausgebildet, durch die eine Kühlflüssigkeit leitbar ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Kondensatorschlauch von weiteren kombinierten Kühl- und Turbulenzerzeugungsmitteln umgeben, wie Vliesmaterial oder geformten dünnen Einzelstücken, vorzugsweise aus Kunststoff. Diese Mittel wirken neben der Turbulenzerzeugung aufgrund ihrer Lage oder ihres Kontaktes mit dem Kondensatorschlauch als Kühlflächen und leiten Wärme über Wärmebrücken ab.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bildet die den Gasabführungskanal umschließende Innenwandung die Kondensationsfläche, wobei in einem Abstand zur Innenwandung eine Außenwandung angeordnet ist und durch den Zwischenraum zwischen Außenwandung und Innenwandung eine Kühlflüssigkeit durchleitbar ist.
Das Turbulenzerzeugungsmittel kann dabei als eine Packung aus einem Vliesmaterial oder aus Rohrabschnitten aus Glas, Keramik, Kunststoff oder Metall ausgebildet sein.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft veranschaulicht sind.
Kurzbeschreibungen der Zeichnungen
In den Zeichnungen zeigen:
1: eine Seitenansicht eines Bioreaktors mit Behälter, Kondensator und Sterilfilter im Schnitt und Ausriss,
2: eine Seitenansicht im Schnitt eines Kondensators mit integriertem Sterilfilter und
3: eine Seitenansicht im Schnitt eines Kondensators.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Ein Bioreaktor 1 besteht im Wesentlichen aus einem Behälter 2, einem Gasabführungskanal 3, einem Kondensator 4, einem Sterilfilter 5 und einem Gaszuführungskanal 6.
Der Behälter 2 ist als ein Beutel aus Kunststoff mit einer flexiblen Wandung 7 ausgebildet und weist u. a. neben dem Gasabführungskanal 3 den Gaszuführungskanal 6 auf.
Die Öffnung 8 des Gasabführungskanals 3 ist mit dem hydrophoben Sterilfilter 5 verbunden. Zwischen Behälter 2 und dem Sterilfilter 5 ist in dem Gasabführungskanal 3 der Kondensator 4 angeordnet.
Im Bereich des Kondensators 4 sind im Gasabführungskanal 3 zur Erzeugung einer turbulenten Strömung Turbulenzerzeugungsmittel 9 angeordnet.
Entsprechend dem Ausführungsbeispiel von 1 und 2 sind die Turbulenzerzeugungsmittel 9 als eine in den Gasabführungskanal 3 eingesteckte Packung 10 aus einem Vliesmaterial oder aus Rohrabschnitten aus Glas, Keramik, Kunststoff oder Metall ausgebildet, und es wird die den Gasabführungskanal 3 umschließende Wandung 11 von einem Innenrohr aus Kunststoff, bevorzugt aus Polycarbonat, Polyethylen oder Polypropylen gebildet. In einem Abstand zur Innenwandung 11 weist der Kondensator 4 eine Außenwandung 12 auf, die von einem Außenrohr aus Polypropylen gebildet wird. An seinen Stirnseiten weist der Kondensator 4 jeweils einen Deckel 13, 14 mit einem Anschluss 15, 16 für den Gasabführungskanal 3 auf. In den von den Wandungen 11, 12 gebildeten Zwischenraum 17 werden über einen unteren Kühlmittelanschluss 18 Kühlmittel ab- und über einen oberen Kühlmittelanschluss 19 zugeführt.
Die Kondensationsfläche des Kondensators 4 wird entsprechend den Ausführungsbeispielen von 1 und 2 durch die Innenwandung 11 gebildet.
Entsprechend dem Ausführungsbeispiel von 3 weist der Kondensator 4' eine Innenwandung 11' des Gasabführungskanals 3' auf, die von einem Rohr aus Kunststoff gebildet wird, das gleichzeitig die Außenwandung bildet. Das in dem Gasabführungskanal 3' angeordnete Turbulenzerzeugungsmittel 9' wird von einem wendelförmig angeordneten Kondensatorschlauch 20 gebildet, durch den über seinen unteren Anschluss 15' Kühlmittel ab- und über seinen oberen Anschluss 16' Kühlmittel zugeführt wird. Dabei bildet die Außenfläche 21 dessen Kondensatorschlauches 20 die Kondensationsfläche des Kondensators 4'. Der Kondensatorschlauch 20 kann ebenfalls aus Kunststoff ausgebildet sein.
Der Kondensatorschlauch 20 kann von weiteren – nicht dargestellten – kombinierten Kühl- und Turbulenzerzeugungsmitteln 9 umgeben sein, wie Vliesmaterial oder geformten dünnen Einzelstücken aus vorzugsweise Kunststoff.
Gemäß den Ausführungsbeispielen der 2 und 3 ist der Sterilfilter 5 in das Gehäuse 22, 22' des Kondensators 4, 4' integriert. Der Sterilfilter 5, 5' ist dabei jeweils mit dem oberen Deckel 14, 14' verschweißt.
Entsprechend dem Ausführungsbeispiel von 1 weist der hydrophobe Sterilfilter 5 an seinem Umfang bzw. Gehäuse 23 eine Heizung 24 zur Temperierung des abzuführenden Gases auf.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 5443985 A [0003]
- US 6133021 A [0007]
- DD 260837 A3 [0008]

Claims

Bioreaktor (1) mit einem Behälter (2) mit mindestens einem Gasabführungskanal (3, 3') zum Gasaustrag, wobei die Öffnung (8) des Gasabführungskanals (3, 3') mit einem hydrophoben Sterilfilter (5, 5') und einem dazwischen angeordneten Kondensator (4, 4') mit Kondensationsflächen verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Kondensators (4, 4') im Gasabführungskanal (3, 3') eine turbulente Strömung erzeugende Turbulenzerzeugungsmittel (9, 9') angeordnet sind.
Bioreaktor, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenflächen der Turbulenzerzeugungsmittel (9, 9') als Kondensationsflächen ausgebildet sind.
Bioreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Turbulenzerzeugungsmittel (9, 9') als ein wendelförmig im Gasabführungskanal (3, 3') angeordneter Kondensatorschlauch (20) oder Kondensatorrohr ausgebildet ist, durch die eine Kühlflüssigkeit leitbar ist.
Bioreaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das der Kondensatorschlauch (20) oder das Kondensatorrohr von weiteren kombinierten Kühl- und Turbulenzerzeugungsmitteln umgeben sind.
Bioreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die den Gasabführungskanal (3, 3') umschließende Innenwandung (11, 11') die Kondensationsfläche bildet.
Bioreaktor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Abstand zur Innenwandung (11, 11') eine Außenwandung (12) angeordnet ist und dass durch den Zwischenraum (17) zwischen Außenwandung (12) und Innenwandung (11, 11') eine Kühlflüssigkeit durchleitbar ist.
Bioreaktor nach einem der Ansprüche 1, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Turbulenzerzeugungsmittel (9, 9') als eine Packung (10) ausgebildet ist.
Bioreaktor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Packung (10) aus einem Vliesmaterial ausgebildet ist.
Bioreaktor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Packung (10) aus Rohrabschnitten aus Glas, Keramik, Kunststoff oder Metall ausgebildet ist.
Bioreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Sterilfilter (5, 5') an seinem Umfang eine Heizung (24) aufweist.
Bioreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Sterilfilter (5, 5') in den Kondensator (4, 4') integriert ist.
Bioreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (2) und/oder der Kondensator (4, 4') und/oder der Sterilfilter (5, 5') aus gammasterilisierbarem Kunststoff ausgebildet sind.
Bioreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (2), der Kondensator (4, 4') und der Sterilfilter (5, 5') als eine Einwegvorrichtung ausgebildet sind.
Kondensator (4, 4'), insbesondere für einen Bioreaktor (1), mit einem Gehäuse (22, 22') mit einem Gasabführungskanal (3, 3') zur Durchleitung eines Gases und Kondensierung an Kondensatflächen, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Kondensators (4, 4') im Gasabführungskanal (3, 3') eine turbulente Strömung erzeugende Turbulenzerzeugungsmittel (9, 9') angeordnet sind.
Kondensator nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Turbulenzerzeugungsmittel (9, 9') als ein wendelförmig im Gasabführungskanal (3, 3') angeordneter Kondensatorschlauch (20) oder Kondensatorrohr ausgebildet sind, durch die eine Kühlflüssigkeit leitbar ist.
Kondensator nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die den Gasabführungskanal (3, 3') umschließende Innenwandung (11, 11') die Kondensationsfläche bildet, dass in einem Abstand zur Innenwandung (11, 11') eine Außenwandung (12) angeordnet ist und dass durch den Zwischenraum (17) zwischen Außenwandung (12) und Innenwandung (11, 11') eine Kühlflüssigkeit durchleitbar ist.
Kondensator nach Anspruch 14 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Turbulenzerzeugungsmittel (9, 9') als eine Packung (10) aus einem Vliesmaterial oder aus Rohrabschnitten aus Glas, Keramik, Kunststoff oder Metall ausgebildet ist.