ES2251071T3 - Vasija de congelacion y descongelacion con puentes termicos. - Google Patents
Vasija de congelacion y descongelacion con puentes termicos.Info
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Abstract
LA PRESENTE INVENCION SE REFIERE A UN SISTEMA DE TRANSFERENCIA TERMICA DESTINADO A CALENTAR O ENFRIAR UN MEDIO, Y UNA ESTRUCTURA (8, 37, 46, 50, 72, 81, 82, 89, 93, 98, 108, 306, 404) COLOCADA EN EL INTERIOR DE UN CONTENEDOR (4, 34, 124, 302). LA ESTRUCTURA (8, 37, 46, 50, 72, 81, 82, 89, 93, 98, 108, 306, 404) DIVIDE EL CONTENEDOR (4, 34, 124, 302) EN VARIOS COMPARTIMIENTOS (36, 95), ESTANDO UN EXTREMO DISTAL DE LA ESTRUCTURA (8, 37, 46, 50, 72, 81, 82, 89, 93, 98, 108, 306, 404) MUY CERCA DE UNA SUPERFICIE INTERIOR DEL CONTENEDOR (10, 33, 42, 91, 122, 316, 314) PARA PERMITIR LA FORMACION DE UN PUENTE DE TRANSFERENCIA TERMICA (35, 208, 424, 426) QUE CONDUCE EL CALOR HACIA EL MEDIO O FUERA DE ESTE ULTIMO.
Description
Vasija de congelación y descongelación con
puentes térmicos.
Esta solicitud reivindica el beneficio de la
solicitud provisional nº de serie 60/037.283 depositada el 4 de
febrero de 1997, incorporada en la presente por referencia. La
presente solicitud está relacionada con la solicitud de patente
estadounidense nº de serie 08/895.782 (nº de clave de agente
17882.705), presentada el 17 de julio de 1997, con el enunciado de
" Vasija de congelación y descongelación con puente térmico
formado entre la vasija y un elemento intercambiador de calor",
que tiene los mismos inventores nombrados Richard Wisniewski,
Leonidas Cartwright Leonard, incorporada en la presente por
referencia y la solicitud de patente estadounidense nº de serie
08/895.936 (nº de clave de agente 17882.706), presentada el 17 de
julio de 1997, con el enunciado de "Vasija de congelación y
descongelación con puente térmico formado entre elementos
intercambiadores de calor", que tiene los mismos inventores
nombrados Richard Wisniewski, Leonidas Cartwright Leonard,
incorporada en la presente por referencia y la solicitud de patente
estadounidense nº de serie 08/895.777 (nº de clave de agente
17882.702), presentada el 17 de julio de 1997, con el enunciado de
"Vasija de congelación y descongelación con puente térmico formado
entre una estructura interna y un elemento intercambiador de
calor", que tiene los mismos inventores nombrados Richard
Wisniewski, Leonidas Cartwright Leonard, incorporada en la presente
por referencia.
La presente invención se refiere en general a
sistemas que contienen estructuras tales como aletas para ayudar en
la transferencia de calor en un medio o fuera de él. Más
particularmente, la presente invención se refiere a estructuras de
calentamiento y refrigeración que son aptas para uso en el
calentamiento, refrigeración, descongelación y congelación de
productos biofarmacéuticos.
Típicamente, una vasija empleada para calentar o
refrigerar un medio presentará la circulación de un fluido
intercambiador de calor en tubos situados en la vasija o alrededor
de su exterior. Para mejorar la transferencia de calor hacia el
medio o fuera de él al fluido intercambiador de calor, una o más
prolongaciones de la vasija o de cualesquiera estructuras en el
interior de la vasija pueden emplearse para aumentar el área
superficial del sistema que está en contacto con el medio.
Corrientemente, se hallarán aletas fijadas por un
extremo a una porción de la vasija u otra estructura dentro de la
vasija, y las aletas conducirán el calor hacia o desde aquella
porción de la vasija. No obstante, puesto que una aleta está fijada
típicamente a la vasija o a una estructura interna en sólo un punto,
todo el calor transferido hacia o desde la aleta a la vasija o una
estructura interna debe entrar en la aleta o salir de ella a través
de la conexión única que la aleta tiene con el resto del
sistema.
Una configuración que se ha empleado para
resolver este problema es construir un sistema en el cual una o más
de las aletas están fijadas rígidamente tanto a la vasija como a
una estructura interna dentro de la vasija. Ello permite transferir
el calor hacia o desde una aleta a través de dos porciones de la
aleta, aumentando la velocidad de entrada o extracción del calor
respecto de un medio situado en la vasija.
No obstante, al fijar una aleta rígidamente entre
la vasija y una estructura dentro de la vasija, la propia
estructura dentro de la vasija deviene fijada rígidamente a la
vasija. La fijación rígida de la estructura en la vasija puede
hacer que la limpieza y descontaminación de la vasija sean más
difíciles. Adicionalmente, puede resultar más difícil fabricar el
sistema porque, por ejemplo, pueden exigirse tolerancias más
estrictas para que la aleta pueda fijarse a dos superficies dentro
de la vasija, y es posible que cada aleta requiera dos o más
uniones soldadas. Además, puede resultar inconveniente, costoso o
imposible soldar aletas hechas de ciertos materiales a una
vasija.
Lo que se necesita es un sistema en el cual se
pueda introducir el calor en una aleta o extraerlo de ella a través
de más de una porción de la aleta mientras el sistema esté en
marcha a la vez que se permita la retirada de estructuras internas
de la vasija para permitir la limpieza y descontaminación del
sistema. Además, lo que se necesita es un sistema en el cual no sea
necesario conectar la aleta físicamente o soldarla a una porción de
la vasija para que se transfiera el calor hacia o desde una porción
de la aleta.
Un objetivo de una forma de realización de la
presente invención es proporcionar un sistema en el cual se pueda
transferir calor fuera de un sistema a través de caminos de
conducción térmica que estén compuestos parcialmente del medio que
se refrigera de manera que el calor fluya entre diferentes
porciones del sistema al fluir a través del medio.
Un objetivo de una forma de realización de la
presente invención es proporcionar un sistema en el cual se pueda
transferir calor fuera de una estructura dentro de la vasija (por
ejemplo una aleta) a través de más de una porción de la estructura.
(Se empleará el término "aleta" de forma genérica para
significar cualquier elemento intercambiador de calor del sistema
que se extienda en el medio, con inclusión, pero sin limitación, de
serpentines, protuberancias aplanadas, tubos, o cualquiera otra
estructura que se extienda en la vasija. Cuando se habla de un tipo
particular de prolongación de la vasija, tal como un serpentín, es
posible que se emplee la denominación del tipo determinado de
prolongación para ayudar a aclarar la configuración del
sistema.)
Es otro objetivo de una forma de realización de
la presente invención proporcionar un sistema en el cual las
estructuras dentro de la vasija puedan retirarse para permitir la
limpieza y descontaminación del sistema.
Es otro objetivo todavía de una forma de
realización de la presente invención proporcionar aletas provistas
de pasos que permitan la circulación de un fluido de refrigeración
dentro de las aletas.
Es otro objetivo de una forma de realización de
la presente invención proporcionar aletas que mejoren la extracción
de calor de un medio pero que no estén fijadas rígidamente a otra
porción del sistema.
Es otro objetivo todavía de una forma de
realización de la presente invención proporcionar aletas que tengan
secciones transversales no uniformes para permitir una extracción
más rápida del calor de un medio en el sistema.
Es otro objetivo todavía de una forma de
realización de la presente invención proporcionar un sistema que
logre tasas de congelación controladas para un medio tal como un
producto farmacéutico para ayudar a la crioconservación
Es otro objetivo todavía de una forma de
realización de la presente invención proporcionar un sistema que
fomente un proceso de congelación controlado para promover la
formación de hielo dendrítico para ayudar a la crioconservación de
medios que incluyen, sin limitación por ello, proteínas, células,
sangre, plasma, otros productos biofarmacéuticos, o productos
alimenticios.
Es otro objetivo de una forma de realización de
la presente invención proporcionar un sistema que pueda refrigerar
un medio rápidamente.
Según un primer aspecto de la presente invención
se proporciona un sistema de transferencia térmica para productos
biofarmacéuticos que comprende:
una vasija adaptada para recibir un medio que
comprende un producto biofarmacéutico, una estructura
intercambiadora de calor posicionada en la vasija de manera que la
estructura segmenta una cavidad definida por la vasija en una
pluralidad de compartimentos donde la vasija y la estructura están
dispuestas de manera que un extremo distal de la estructura está en
estrecha proximidad de una superficie interna de la vasija de modo
que, en servicio, se forma un puente de transferencia térmica
congelado y/o líquido por dicho medio en una separación entre el
extremo distal de la estructura y la superficie interna de la
vasija, donde se transfiere calor de dicho extremo distal de la
estructura a través de dicho puente de transferencia térmica a dicha
superficie interna en respuesta a la refrigeración activa de dicha
superficie interna.
En una forma de realización de la presente
invención, la estructura incluye una aleta. Un extremo distal de la
aleta está situado en estrecha proximidad de una porción de la
vasija. Puesto que la aleta y la vasija no están unidas rígidamente
la estructura, con inclusión de la aleta, puede retirarse de la
vasija.
Cuando se congela un medio en el interior de la
vasija, se formará un puente hecho del medio congelado entre el
extremo distal de la aleta y la porción de la vasija próxima al
extremo distal de la aleta. Este puente permitirá la conducción de
calor hacia o desde la aleta a través del puente, con lo cual se
acelera la extracción del calor del medio.
En una forma de realización de la presente
invención, la aleta está fijada al menos parcialmente a una
estructura dentro de la vasija con lo cual se permite la
transferencia de calor fuera de la aleta a través del punto de
fijación y el puente térmico una vez formado este último.
En otra forma de realización de la presente
invención, el extremo distal de la aleta está situado lo bastante
próximo a otra superficie de la vasija, por ejemplo, otra aleta o
estructura dentro de la vasija, de modo que cuando se refrigera el
medio, se forma el puente de transporte térmico entre la aleta y la
otra estructura en la vasija -que naturalmente puede ser una
aleta.
En otra forma de realización de la invención un
primer elemento intercambiador de calor está acoplado al menos
parcialmente a una superficie interna de la vasija. Un segundo
elemento intercambiador de calor está acoplado al menos
parcialmente a la estructura donde una porción del primer elemento
intercambiador de calor está situado en estrecha proximidad de una
porción del segundo elemento intercambiador de calor para ayudar a
la formación de un puente de transferencia térmica que mejore la
conducción de calor en o fuera del medio. En una forma de
realización de la presente invención, la estructura y el segundo
elemento intercambiador de calor pueden retirarse del sistema para
ayudar a la limpieza ya que no están fijados rígidamente a la
vasija o al primer elemento intercambiador de calor.
Otra forma de realización todavía de la invención
comprende un elemento intercambiador de calor que está acoplado al
menos parcialmente a una superficie interna de la vasija donde un
extremo distal del elemento intercambiador de calor está situado en
estrecha proximidad de la estructura para permitir la formación de
un puente de transferencia térmica que conduzca el calor fuera del
medio. En otra forma de realización de la presente invención, puesto
que la aleta y la vasija no están fijadas rígidamente, se puede
retirar la estructura de la vasija.
La presente invención es útil para la
refrigeración de un medio. Cuando se congela un medio, los puentes
térmicos ayudan a transferir el calor fuera del medio.
El medio puede ser un gas que se está
convirtiendo en un líquido o un líquido que se está convirtiendo en
un gas. En estos casos, la fase líquida del medio que se recoge
entre la aleta y la estructura actuará como puente térmico para
mejorar la conducción del calor entre la aleta y la estructura.
Adicionalmente, la aleta puede llevar sobre sí
estructuras que mejorarán la formación de puentes térmicos sólidos
o líquidos y/o mejorarán la conducción del calor a través de estos
puentes. Por ejemplo, una porción de la aleta puede estar ampliada
para proporcionar una mayor área superficial para conducción y
contacto con un puente térmico o la aleta puede fabricarse a
propósito para mejorar la nucleación del sólido o la condensación
del líquido. Además, una aleta puede ostentar una sección
transversal no uniforme para mejorar el transporte térmico a fin de
lograr unas características de transporte térmico deseadas. Puede
ser de desear para satisfacer protocolos criobiológicos. Además, la
aleta puede disponer de canales internos para permitir el flujo de
un medio intercambiador de calor dentro de por lo menos una porción
de la aleta. Otras variantes son posibles sin separarse del alcance
de la invención.
El sistema puede configurarse de manera que un
dispositivo refrigerador está acoplado a cualquier parte de la
vasija. Por ejemplo, sin separarse de la presente invención, un
refrigerador podría estar fijado a una porción externa de la vasija
(por ejemplo, una pared de la vasija), a una estructura interna de
la vasija, o directamente a una o más de las aletas.
En general, el sistema debe estar construido de
manera que la distancia que se ha de puentear por el puente de
transporte térmico sea función de las propiedades térmicas del
medio y del sistema, de las exigencias de fabricación y de los
procesos de construcción empleados para construir el sistema, y de
otros parámetros pertinentes del sistema y de los componentes
empleados. El tamaño de la separación que los puentes han de llenar
puede determinarse mediante simples tanteos.
En un aspecto de la presente invención, las
aletas pueden ser estructuras de cualquier forma que se colocan
contra las superficies de la vasija o se insertan a cuña entre
ellas. Entonces se formarán puentes térmicos entre las aletas y la
superficie o superficies adyacentes de la vasija. Por ejemplo, las
aletas pueden tener extremos adaptados para encajarse en ranuras
preconfiguradas en las superficies de la vasija. De esta manera,
las aletas pueden fijarse de manera reconfigurable a porciones de
la vasija de modo que el número, configuración y tipo de las aletas
empleadas pueden cambiarse fácilmente para adaptarse a cambios en
las exigencias de fabricación, de proceso o de los protocolos.
En un aspecto de la presente invención, la
separación óptima es proporcional al grosor de la aleta. En otro
aspecto de la presente invención, la separación óptima es inferior
a 0,0508 m (2 pulgadas), preferentemente inferior a 0,0254 m (1
pulgada), más preferentemente inferior a 0,0127 m (1/2 pulgada), aun
más preferentemente inferior a 0,00635 m (1/4 pulgada), y muy
preferentemente inferior a 0,00318 m (1/8 pulgada).
Sin separarse de la presente invención, la vasija
puede ser porosa y no hace falta que tenga fondos superior e
inferior. El medio puede refrigerarse a medida que atraviesa la
vasija. Adicionalmente, la vasija empleada en la presente invención
no está limitada en cuanto a su forma, tamaño o material de
construcción. En un aspecto de la presente invención, la vasija
puede tener un volumen de 1 litro a 5 litros, de 1 litro a 250
litros, o de 250 litros a 10.000 litros.
La presente invención puede aplicarse con
provecho a muchos campos. Por ejemplo, en la industria
biofarmacéutica, la presente invención puede emplearse para
congelar y conservar una variedad de productos biofarmacéuticos, con
inclusión, pero sin limitación, de proteínas, células, anticuerpos,
fármacos, plasma, sangre, soluciones tampón, virus, sueros,
fragmentos celulares, componentes celulares, y cualquier otro
producto biofarmacéutico.
Adicionalmente, la presente invención permite la
elaboración de estos productos biofarmacéuticos consistente con los
procedimientos de fabricación generalmente aceptados.
Se podría emplear la presente invención para
congelar un producto biofarmacéutico esterilizando la vasija,
bombeando el producto que debe congelarse en la vasija a través de
un filtro estéril y, a continuación, eliminando el calor del
producto empleando la presente invención para congelar el producto
dentro de la vasija.
La presente invención promueve una congelación
uniforme a una elevada velocidad que permite congelar el producto en
la vasija en un estado lo más próximo posible a su estado nativo.
Adicionalmente, la presente invención permite que se realice el
proceso de congelación de manera repetible de manera que el usuario
puede estar seguro que el proceso de congelación no provoca
variaciones en el producto de un lote a otro. Ello permite que el
uso final del producto se desacople de las etapas de fabricación
necesarias para crear el producto, ya que el producto puede
almacenarse en el estado congelado una vez fabricado y
descongelarse cuando y donde se necesita. La presente invención
puede emplearse también durante cualquiera etapa de un proceso de
purificación. Por ejemplo, una vez elaborados los productos
mediante el empleo de separación por tamaños o separación por
afinidad, fermentación, descontaminación, filtración por
concentración, cromatografía de afinidad selectiva, eliminación de
microcontaminantes o impurezas de bajo nivel mediante intercambio
iónico, filtración de virus, cromatografía, inserción del producto
en un sistema de entrega de solución tamponada, o después de
cualquier otra etapa de elaboración, se puede guardar el producto
resultante con el empleo de la presente invención. Ello permite
suspender el proceso de fabricación sin degradar el producto
intermedio.
Por ejemplo, si durante un proceso de fabricación
en el cual se están separando varios componentes se desea poner el
proceso en suspenso, puede haber proteasas contaminantes en el
producto intermedio que pueden, con el tiempo, degradar algunas de
las proteínas de interés en el producto. La presente invención puede
emplearse para congelar el producto intermedio rápidamente y de
manera lo bastante uniforme para que el producto permanezca cerca
de su estado nativo. Las moléculas del producto no se llevan
significativamente más próximas - la concentración por congelación
es reducida, y las reacciones indeseadas pueden lentificarse o
detenerse.
La presente invención puede emplearse para
aumentar la flexibilidad de un proceso de fabricación, facilitando
la planificación y programación temporal del producto, los
productos intermedios pueden congelarse para una elaboración
posterior o su envío. Adicionalmente, puesto que la presente
invención puede adaptarse a cualquier tamaño deseado, pueden
prepararse a la vez grandes lotes de un producto, conservarse con
el empleo de la presente invención, y utilizarse según necesidades
más adelante.
La Figura 1 es una vista lateral del aparato de
calentar y refrigerar, dotado de aletas.
La Figura 2 es una vista desde arriba de las
aletas y la estructura dentro de la vasija ilustrada en la Figura
1.
Las Figuras 3a, 3b y 3c muestran la formación de
puentes térmicos y gráficas que muestran el perfil de temperatura de
distintas secciones transversales de la vasija y medio.
La Figura 3d muestra la formación de hielo
dendrítico y la captura de unidades como células en el hielo.
La Figura 4 muestra otra disposición posible de
las aletas.
La Figura 5 muestra otra disposición posible
todavía de las aletas.
La Figura 6 muestra una serie de posibles
geometrías y combinaciones de aletas.
La Figura 7 muestra otras posibles geometrías y
combinaciones de aletas.
La Figura 8 muestra todavía otra posible
configuración de geometrías y combinaciones de aletas.
La Figura 9 es una vista en sección de una aleta
que muestra un grosor no uniforme.
La Figura 10 muestra una geometría de aletas que
permite la división de la vasija en compartimentos mediante el
empleo de geometrías de aleta alternativas.
La Figura 11 es una vista recortada que muestra
una vasija y los deflectores internos de dos aletas.
La Figura 12a es una vista desde arriba de la
vasija y aletas de la Figura 11.
La Figura 12b es un detalle del extremo distal de
una aleta con una prolongación que se extiende cerca de la pared
interna de la vasija.
La Figura 12c es un detalle que muestra otra
forma de realización de una aleta sin prolongación en la cual la
estructura de aleta hueca se extiende cerca de la pared interna de
la vasija.
La Figura 13 es una vista recortada que muestra
una vasija, los deflectores internos de dos aletas, y sin
estructura central. Se suministra el fluido intercambiador de calor
en las aletas a través de tubos en la parte superior de las
aletas.
La Figura 14a es una vista recortada que muestra
una vasija, un juego de aletas internas, un juego de aletas externas
y un serpentín.
La Figura 14b es una vista desde arriba del
sistema de la Figura 14a.
La Figura 15a es una vista recortada que muestra
una vasija, un juego de aletas internas, un juego de aletas
intermedias, un juego de aletas externas, un primer serpentín y un
segundo serpentín.
La Figura 15b es una vista desde arriba del
sistema de la Figura 15a.
La Figura 15c es un detalle lateral de los
puentes térmicos que se forman entre cada una de las vueltas de los
serpentines y entre las aletas y las vueltas de los
serpentines.
La Figura 15d es un detalle, visto desde arriba,
de los puentes térmicos que se forman entre los serpentines y las
aletas.
Las Figuras 16a y 16b muestran tubos de sección
no circular.
Las Figuras 17a y 17b muestran tubos de sección
no circular en servicio en un sistema.
La Figura 18 muestra tubos de sección no circular
fijados a las aletas en distintas configuraciones.
Las Figuras 19a y 19b muestran tubos de sección
no circular en servicio en una configuración de serpentín dentro de
un sistema.
La Figura 20 muestra una configuración de tubos
de sección no circular y aletas útil para dividir un sistema en
compartimentos.
Una forma de realización de la presente invención
se muestra en la Figura 1. El sistema de calentar y refrigerar 2
está constituido por una vasija 4, unas aletas 6 y una estructura
8. Las aletas 6 están configuradas de modo que están situadas en
estrecha proximidad con la superficie interna 10 de la vasija 4. Por
lo general, se prefiere una pequeña separación entre la aleta 6 y
la superficie interna 10. No obstante, el tamaño de esta separación
puede venir dictado por las tolerancias de fabricación, los
parámetros de los materiales, u otras consideraciones
prácticas.
La Figura 2 muestra una vista desde arriba
recortada de la vasija 4, aletas 6 y estructura 8. En la presente
forma de realización, existen 6 aletas colocadas de forma simétrica
alrededor de la estructura 8. Podría emplearse cualquier diseño de
disposición, configuración o número de aletas sin separarse de la
presente invención. Por ejemplo, no hace falta que las aletas estén
posicionadas de forma simétrica dentro de la vasija, no hace falta
que tengan la misma forma ni tampoco hace falta que estén hechas
del mismo material.
Con referencia nuevamente a la Figura 1, la
estructura 8 se calienta o se refrigera haciendo fluir un fluido
intercambiador de calor hacia abajo en el paso interno 12 hacia el
elemento terminal 14. A continuación, el fluido intercambiador de
calor fluye hacia arriba a través del paso externo 16 de la
estructura 8. Este patrón de flujo del fluido intercambiador de
calor y la configuración simétrica de las aletas alrededor de la
estructura 8 ayuda al sistema 2 a iniciar la refrigeración del medio
en la vasija desde la parte inferior hacia arriba. Es así porque el
fluido intercambiador de calor se acopla estrechamente al medio en
la vasija y con las aletas inicialmente en la parte inferior de la
vasija.
La refrigeración del medio desde la parte
inferior hacia arriba es particularmente ventajosa cuando se trata
de congelar un medio líquido y, como es el caso del agua, la
densidad del medio congelado es menor que la de la fase líquida. La
congelación desde abajo hacia arriba impide el aumento de la presión
que podría producirse si la fase líquida fuera constreñida por la
fase sólida.
Debe apreciarse que un experto en la materia
podría emplear otros patrones de flujo, formas de aletas, y
configuraciones de aletas para inducir el calentamiento o
refrigeración del medio en cualquier sentido preferido, de manera
uniforme, y/o a una velocidad especificada sin separarse de la
presente invención. Adicionalmente, pueden aprovecharse los
parámetros del fluido intercambiador de calor tales como el caudal
y/o temperatura para afectar la velocidad con que se refrigera el
medio.
El elemento terminal 14 presenta una aleta
inferior 30 fijada a él. La aleta inferior 30 funciona igual que
las aletas 6. Se forma un puente de transporte térmico entre la
aleta inferior 30 y una porción de la superficie interna 10.
En un aspecto de la presente invención, un
achaflanado 19 de la aleta 6 ayuda a lentificar la formación de un
puente térmico en la parte superior de la aleta 6. Con ello se
lentificará ligeramente la transferencia de calor de la parte
superior de la vasija, permitiendo que el sistema congele el medio
desde abajo hacia arriba. Este achaflanado puede emplearse en
cualquier porción de la aleta para ayudar a crear un sentido
preferido para la extracción del calor de la vasija.
La vasija 4 presenta la camisa 20 que rodea su
circunferencia. Entre la superficie externa 18 de la vasija 4 y la
camisa 20 se halla el camino de flujo de fluido 22. Un deflector
espiral 24 rodea la vasija 4 a modo de sacacorchos entre la
superficie externa 18 y la camisa 20, lo que obliga al fluido
intercambiador de calor en el camino de flujo de fluido 22 a fluir
en un camino espiral alrededor de la superficie externa 18 de la
vasija 4. El fluido intercambiador de calor fluye en el camino de
flujo de fluido 22 a través de la boca 26 y sale por la boca 28 con
el resultado de que el fluido intercambiador de calor fluye
alrededor de la vasija 4 desde la parte inferior hacia la superior.
Este patrón de flujo del fluido intercambiador de calor ayuda al
sistema 2 a refrigerar el medio en la vasija desde abajo hacia
arriba.
Debe apreciarse que pueden emplearse otros
patrones de flujo de fluido y deflectores para inducir al medio a
calentarse o refrigerarse en cualquier sentido preferido, de manera
uniforme, y/o a una velocidad especificada sin separarse de la
presente invención. Adicionalmente, pueden aprovecharse los
parámetros del fluido intercambiador de calor tales como el caudal
y/o temperatura para afectar la velocidad con que se refrigera el
medio.
Además, el fluido intercambiador de calor puede
hacerse fluir a través del sistema en otros puntos y de manera que
varía el tiempo o proceso para adaptar la temporización, sentido y
régimen de flujo térmico en el sistema o fuera de él.
Adicionalmente, los materiales empleados en el sistema, o la forma,
o la configuración de éste, con inclusión de las aletas, pueden
emplearse para controlar los parámetros del proceso de
calentamiento o refrigeración tales como la velocidad,
temporización o direccionalidad.
Cuando se refrigeran la vasija 4, la estructura 8
y las aletas 6 por el refrigerante, el medio en la vasija empieza a
refrigerarse. Una vez refrigerado el medio en grado suficiente, una
porción del medio entre el extremo distal de las aletas 6 y la
superficie interna 10 se congelará. Este puente congelado permitirá
la conducción del calor entre las aletas 6 y vasija 4 a través del
puente congelado. Ello permitirá extraer el calor del medio a una
mayor velocidad, acelerando la congelación del medio en la vasija.
La presente invención funcionará con cualquier tipo de medio con la
inclusión de productos biofarmacéuticos, pero sin limitación a
éstos.
La Figura 3 muestra la formación de los puentes
térmicos de acuerdo con un aspecto de la presente invención. La
Figura 3a es una vista desde arriba de una forma de realización de
la presente invención en la cual la estructura 31 tiene 8 aletas 32
fijadas a ella. Cada aleta 32 se extiende cerca de la superficie
interna 33 de la vasija 34.
La Figura 3b muestra una simulación del sistema
poco después de la iniciación de la formación de los puentes
térmicos 35. En esta simulación, se emplearon las propiedades
materiales del acero inoxidable 315 para la vasija y las aletas, y
la temperatura del refrigerante fue de -45ºC. La temperatura del
líquido fue de -0,2ºC, la temperatura de la aleta en contacto con
el líquido fue próxima a -0,2ºC, y la temperatura de la porción de
la aleta en contacto con el producto congelado bajaba hacia la
temperatura de la pared. La temperatura de la pared se halló dentro
de 2 a 5ºC de la temperatura del refrigerante.
Como puede apreciarse en las gráficas de la
Figura 3b, se extrae el calor de las aletas 32 a través de ambos
extremos. En comparación con una estructura provista de aletas en
la cual se extrae el calor únicamente de un extremo de la aleta, se
refrigerará el medio a una mayor velocidad. La Figura 3c muestra el
perfil de temperatura del medio dentro de los compartimentos 36
formados por las aletas 32. Como se apreciará de las gráficas de la
Figura 3c, se extrae el calor del medio dentro de la cavidad a
través de la pared interna de la vasija 33, estructura 31 y aletas
32.
La relativa uniformidad con la cual la presente
invención permite extraer el calor del medio promueve la formación
de estructuras dendríticas durante el proceso de congelación. La
presente invención, al permitir que se extraiga el calor de ambos
extremos de una aleta, ayuda a crear un perfil de temperatura
uniforme dentro de la vasija. Adicionalmente, las aletas pueden
posicionarse para segmentar efectivamente la vasija en una
pluralidad de volúmenes menores, de manera que se puede extraer el
calor de forma más uniforme de cada sección segmentada. Como
ejemplo, la Figura 2 muestra la vasija 4 segmentada en seis
secciones por las aletas.
Se señala que la presente invención puede
emplearse para lograr la formación de hielo dendrítico aun cuando
las aletas estén fijadas rígidamente en más de un punto al sistema.
Las aletas pueden emplearse para segmentar la vasija en pequeñas
zonas que pueden calentarse y refrigerarse de manera más
uniforme.
La formación de hielo dendrítico es
particularmente útil en muchas áreas, con inclusión de la
crioconservación de productos biofarmacéuticos, pero sin limitación
a éstos. Como se aprecia en la Figura 3d, cuando se extrae el calor
de la superficie 501 (que podría ser cualquier superficie de la
presente invención), se formarán dendritas 502 y crecerán
alejándose de la superficie 501. A medida que las dendritas 502
crecen, la substancia 503 en el medio que se congela quedará a la
larga rodeada de dendritas 502. A medida que crecen las dendritas
502, la substancia 503 a la larga quedará atrapada en el medio
congelado 504. Al controlar la extracción del calor de la superficie
501, se puede controlar la velocidad de crecimiento de las
dendritas 502. El controlar la velocidad de crecimiento de las
dendritas 502 permite emplear la presente invención para controlar
la cantidad de líquido extraído de la substancia 503 a medida que
penetra en el frente dendrítico creciente 505 y queda atrapada en
éste. Se señala que la substancia 503 puede ser cualquier
substancia que se desee conservar.
Debe apreciarse que no hay necesidad de una
refrigeración activa de la estructura y de la vasija para emplear
la presente invención. Sin separarse de la presente invención, el
refrigerante puede hacerse circular a través de cualquier parte del
sistema, sólo una parte del sistema, o no hace falta emplear un
refrigerante y el sistema podría refrigerarse por otros medios o de
manera indirecta o pasiva.
Según otra forma de realización de la invención,
unos forros practicables pueden colocarse sobre los extremos
distales de las aletas 6 para evitar su contacto con la superficie
interna 10 cuando se insertan ose retiran la estructura 8 y las
aletas 6 de la vasija 4. Puede ser de desear, por ejemplo, para
evitar rascar la superficie interna 10 con las aletas 6 durante el
ensamblaje o desmontaje.
Otras configuraciones de aletas son posibles sin
separarse de la presente invención. Por ejemplo, en la Figura 4,
las aletas 39 pueden estar acopladas parcialmente a la pared
interna 41 de la vasija y el extremo distal de cada aleta puede
estar situado en estrecha proximidad con la estructura 37 de manera
que se forma el puente térmico entre un extremo distal de cada una
de las aletas 39 y la estructura 37.
En la Figura 5, las aletas 40 están fijadas a la
superficie interna 42. Las aletas 44 están fijadas a la estructura
46. El sistema 38 está construido de manera que unas porciones de
las aletas 40 y las aletas 44 están en contacto, casi en contacto o
que pueden girarse para que esta situación se produzca. Entonces,
cuando se congela el medio en la vasija, se formarán puentes de
transporte térmico entre porciones de las aletas 40 y las aletas 44.
en otro aspecto de esta invención, no es necesario que las aletas 40
y 44 estén paralelamente. Las aletas 40 y 44 pueden adoptar un
ángulo entre sí de manera que la separación 45 varía a lo largo de
la longitud de las aletas 40 y 44.
La Figura 6 muestra una serie de posibles
disposiciones de las aletas. Por ejemplo, la aleta 48A puede estar
acoplada parcialmente a la estructura 50A y un extremo distal
situado en estrecha proximidad de otra estructura 50B, de manera
que se forma el puente térmico entre el extremo distal de la aleta
48A y la estructura 50B. Las aletas 54 están acopladas a la pared
interna 56. Un extremo distal de la aleta 54A está situado cerca de
los extremos distales de las aletas 58, y las aletas 58 están
acopladas a las estructuras 50. Se formará un puente térmico entre
los extremos distales de las aletas 54A, 58A y 58B. De esta manera,
puede formarse un puente térmico entre dos o más aletas. La
formación de un puente térmico entre dos o más aletas puede ser de
desear si, por ejemplo, limitaciones de diseño u otras limitaciones
exigen que unas porciones de la vasija estén a cierta distancia de
una superficie refrigerada activamente. Una aleta y puente térmico
puede emplearse para ayudar a extraer el calor de la estructura
aislada.
La Figura 7 muestra una serie de otras posibles
disposiciones de las aletas. Una aleta puede configurarse de manera
que se forme el puente térmico no entre los extremos distales de
dos aletas sino entre el extremo distal de una aleta y otra porción
de otra aleta. Por ejemplo, la aleta 60 formará un puente térmico
con una aleta 62 en una porción central de la aleta 60 y la aleta
64 formará un puente térmico con la aleta 66 en una porción central
de la aleta 64. Además, no es necesario que una aleta esté acoplada
inicialmente a ninguna parte y los puentes de transporte térmico
pueden formarse entre porciones de la aleta y otra porción del
sistema. Por ejemplo, la aleta 68 no está conectada rígidamente a
ninguna estructura dentro de la vasija, sino que formará un puente
térmico con las aletas 64 y 70 y las estructuras 72.
Adicionalmente, las aletas pueden llevar sobre sí
estructuras para ayudar a la formación de los puentes de transporte
térmico o para mejorar las capacidades de transporte térmico de los
puentes. Las aletas 62 tienen superficies ampliadas 76 en sus
extremos distales. La superficie ampliada 76 permitirá la formación
de un puente térmico más ancho, mejorando la velocidad de
transferencia de calor del puente. Puede ser conveniente en ciertas
circunstancias. Por ejemplo, las propiedades de transporte térmico
del material de las aletas pueden ser superiores a las del material
congelado que forma el puente térmico. El aumentar el área del
puente térmico mejorará sus propiedades totales de transferencia
térmica.
Adicionalmente, otros tipos de superficies
ampliadas pueden aplicarse a las aletas, a las estructuras o a la
superficie interna de la vasija para ayudar a la formación de los
puentes de transporte térmico con las propiedades deseadas. Por
ejemplo, una superficie ampliada 78 puede emplearse para mejorar la
formación de un puente térmico con la aleta 62 tanto si la
superficie ampliada 76 está fijada a la aleta 62 como si no.
La Figura 8 muestra otra forma de realización de
la presente invención. Esta forma de realización detalla otra
configuración de aletas de acuerdo con la presente invención. En
esta forma de realización, las aletas 80 están conectadas a la
estructura 81 y formarán puentes térmicos con las estructuras 82.
Unas aletas 83 están conectadas a las estructuras 82 y formarán
puentes térmicos con la pared interna 84 de la vasija. Las aletas
85 formarán puentes térmicos entre sí y las aletas 86 formarán
puentes térmicos con la pared interna 84 de la vasija.
La Figura 9 muestra todavía otra forma de
realización de la presente invención. La aleta 87 presenta una
sección transversal no uniforme a lo largo de su longitud. La aleta
87 es más gruesa en el extremo 88 donde conecta con la estructura
89 y más delgada en su parte central. La aleta entonces se ensancha
en su extremo distal 90 donde se halla en estrecha proximidad con la
superficie interna 91. Un puente térmico se formará entre el
extremo distal 90 y la superficie interna 91. La base más gruesa de
la aleta permitirá extraer un flujo de calor mayor de la aleta en el
extremo 88 y el extremo distal 90.
La Figura 10 muestra otra forma de realización de
la presente invención. Las aletas 92 están fijadas a la estructura
93 y formarán puentes térmicos con la pared 94 de la vasija. Las
aletas 92 están curvadas para formar compartimentos 95. La división
de la vasija en compartimentos permite lograr una refrigeración más
uniforme puesto que la distancia de cualquier punto en el medio a
una superficie refrigerada es reducida. La reducción de distancia,
también, entre las superficies refrigeradas puede aprovecharse para
reducir el tiempo necesario para congelar un medio. Otras aletas
tales como las aletas 96 pueden añadirse para dividir los
compartimentos 95 en otros más pequeños. Las aletas 97 pueden
emplearse también para formar puentes térmicos con otra estructura
98. Los expertos en la materia se darán cuenta de que otras formas y
configuraciones de aletas pueden emplearse para crear más o menos
compartimentos de cualquier tamaño deseado, y que este esquema
puede adaptarse a cualquier volumen deseado de vasija sin separarse
de la presente invención.
La Figura 11 muestra otra forma de realización de
la presente invención. En esta forma de realización, las aletas 102
presentan pasos internos 104. El fluido intercambiador de calor
fluye en los pasos internos 104 a través de aberturas 106 en la
estructura 108. Las aletas 102 pueden presentar hoyuelos 110 o
deflectores 114 o promotores de turbulencia para ayudar a optimizar
el patrón de flujo 118 del fluido intercambiador de calor. Los
hoyuelos o deflectores ayudan a optimizar el patrón de flujo 118 del
fluido intercambiador de calor por razones que incluyen aumentar el
área superficial interna de la aleta que entra en contacto con el
fluido intercambiador de calor y darle al fluido intercambiador de
calor más tiempo para absorber calor de las aletas. Con ello se
acelera el proceso de congelación y permite una más rápida
convergencia de las dendritas.
En otro aspecto de la presente invención, las
aletas 102 pueden presentar prolongaciones 120. Como se aprecia en
la Figura 12a, el fluido intercambiador de calor no fluye dentro de
las prolongaciones 120. Las prolongaciones 120 están conectadas a
las aletas 102 y se extienden hasta cerca de la superficie interna
122 de la vasija 124. La Figura 12b muestra un detalle de la aleta
102, prolongación 120 y superficie interna 122. La Figura 12c
muestra un detalle de otra forma de realización de la presente
invención en la cual no existe prolongación en el extremo de la
aleta 102.
Como se aprecia en la Figura 12b, cuando se
emplea la presente invención para congelar un medio dentro de la
vasija 124, un puente de transferencia térmica 126 empezará a
formarse entre la superficie interna 122 y la prolongación 120. En
la Figura 12c, el puente de transferencia térmica empezará a
formarse entre la aleta 102 y la superficie interna 122.
La Figura 13 muestra todavía otra forma de
realización de la presente invención. En esta forma de realización
el fluido intercambiador de calor fluye en y fuera de las aletas
202 a través de tubos 204 conectados a la parte superior 206 de las
aletas 202. En esta forma de realización, las aletas no están
conectadas a una estructura central. Cuando se emplea esta forma de
realización para congelar un medio, se formarán puentes de
transferencia térmica 208 entre las aletas 202 y la superficie
interna 210 y entre las porciones internas 212 de las aletas
202.
La Figura 14a muestra todavía otra forma de
realización de la presente invención. En esta forma de realización,
el sistema 300 presenta aletas internas 304 que están fijadas a la
estructura 306. El fluido intercambiador de calor fluye a través de
la estructura 306. se puede configurar el flujo del fluido
intercambiador de calor para que sea similar al flujo descrito para
la estructura 8 de la Figura 1. Cualquier otra configuración de
flujo puede emplearse para lograr una velocidad deseada de
refrigeración o calentamiento. Adicionalmente, el fluido
intercambiador de calor puede hacerse fluir a través de las aletas
internas 304 si se desea.
El serpentín 308 está situado en una relación
circundante respecto de las aletas internas 304. El fluido
intercambiador de calor fluye en el serpentín 308 a través de la
entrada 310 y sale a través de la salida 312. Las aletas externas
314 están situadas entre el serpentín 308 y la superficie interna
316 de la vasija 302. En un aspecto de esta forma de realización,
las aletas externas pueden ser autónomas, estar fijadas al
serpentín 308 o fijadas a la superficie interna 316. En otro aspecto
de esta forma de realización, el fluido intercambiador de calor
puede hacerse fluir a través de las aletas externas 314 a través
del serpentín 308, superficie interna 316, entradas externas o
cualquier otra fuente se suministro.
En esta forma de realización, los puentes de
transporte térmico se forman entre las aletas internas 304 y el
serpentín 308, entre el serpentín 308 y las aletas externas 314,
entre las aletas externas 314 y la superficie interna 316 y entre
las vueltas del serpentín 308.
La Figura 14b muestra una vista desde arriba del
sistema 300. En esta forma de realización se muestran las aletas 314
no fijadas al serpentín 308. las aletas 314 podrían estar
suspendidas por soportes desde el fondo superior o inferior de la
vasija 302 o las aletas 314 podrían ser autónomas.
La Figura 15 muestra otra forma de realización
todavía de la presente invención. En esta forma de realización, el
sistema 400 presenta aletas internas 402 fijadas a la estructura
404 y un primer serpentín 406 que rodea las aletas internas 402.
Unas aletas intermedias 408 están situadas alrededor del primer
serpentín 406 y un segundo serpentín 410 rodea las aletas
intermedias 408. Unas aletas externas 412 están situadas entre el
segundo serpentín 410 y la superficie interna 414. Los serpentines
primero y segundo 406 y 410 reciben el fluido intercambiador de
calor a través de las entradas 416 y 418 respectivamente y el
fluido intercambiador de calor sale a través de las salidas 420 y
422 respectivamente.
La Figura 15b muestra una vista desde arriba de
esta forma de realización. En esta forma de realización las aletas
408 y 412 se muestran suspendidas libremente. Unos puentes de
transporte térmico se formarán entre las aletas internas 402 y el
primer serpentín 406, entre las vueltas del primer serpentín 406,
entre el primer serpentín 406 y las aletas intermedias 408, entre
las aletas intermedias 408 y el segundo serpentín 410, entre las
vueltas del segundo serpentín 410, entre el segundo serpentín 410 y
las aletas externas 412, y entre las aletas externas 412 y la
superficie interna 414.
La Figura 15c muestra un detalle en vista lateral
de la formación de los puentes de transporte térmico 424 entre las
vueltas bien del primer serpentín 406 o bien del segundo serpentín
410, y los puentes de transporte térmico 426 formados entre los
serpentines y las aletas, aletas internas, aletas intermedias o
aletas externas. Las distancias X1 y X2 pueden optimizarse según se
desee en función de las propiedades de las aletas, del serpentín,
del medio y de la vasija. La Figura 15d muestra una vista desde
arriba de la formación de los puentes térmicos ilustrados en la
Figura 15c.
Las Figuras 16 muestran otras posibles
configuraciones de los serpentines consistentes con la presente
invención. En la Figura 16a, un tubo central 602 presenta una
sección transversal redonda. El fluido refrigerante fluye a través
del interior del tubo 602. El tubo central 602 está junto a la aleta
604 y formará un puente térmico con ella. El tubo 606 también lleva
el flujo de un fluido refrigerante en su interior, y está junto al
otro extremo de la aleta 604. El tubo 606 presenta una sección
transversal no circular. Un tubo de cualquier sección transversal
puede emplearse consistente con la presente invención. En la Figura
16b se muestra un tubo 608 de sección transversal no circular en
una orientación diferente respecto de las aletas adyacentes.
La Figura 17 muestra tubos de sección transversal
no circular empleados en un sistema. En la Figura 17a, el ángulo
formado entre dos aletas adyacentes es pequeño y, por lo tanto, los
tubos 610 de sección transversal no circular están orientados de
manera que pueden situarse más próximos unos a otros. Una ventaja
de emplear los tubos de sección transversal no circular es que el
área superficial alargada de los tubos no circulares 610 permite
refrigerar una porción más larga de la interfaz entre los
compartimentos 612 por un tubo que tiene un medio refrigerante
fluyendo en su interior.
La Figura 17b muestra los tubos 614 de sección
transversal no circular empleados en una orientación diferente de la
de la Figura 17a. En la Figura 17b, el ángulo formado por las
aletas adyacentes es mayor y por lo tanto los tubos 614 de sección
transversal no circular pueden emplearse en la orientación mostrada.
En la orientación mostrada, los tubos 614 de sección transversal no
circular sobresalen en los compartimentos adyacentes y, de manera
ventajosa, ayudan a refrigerar el medio en los compartimentos de
forma más uniforme.
La Figura 18 muestra otra configuración de tubos
y aletas que es consistente con la presente invención. En la Figura
18, los tubos 702 de sección transversal no circular llevan aletas
704 soldadas a ellos.
Las Figuras 19 muestran otro ejemplo todavía del
empleo de aletas de sección transversal no circular consistentes con
la presente invención. En la Figura 19a un tubo 802 de sección
transversal no circular está enrollado en forma de serpentín,
similar al serpentín 308 de la Figura 14a. El tubo 802 de sección
transversal no circular tiene un lado plano extendido 804 junto a
las aletas 806. El lado plano extendido 804 hace que sea más fácil
formar puentes térmicos entre le serpentín 808 formado por los
tubos 802 y las aletas 806, y entre los tubos 802 del serpentín
808. La Figura 19b muestra tubos 810 de sección transversal
diferente que también ayudan de forma ventajosa a la formación de
puentes térmicos.
Los tubos 802 o 810 de sección transversal no
circular permiten que las aletas 806 o las aletas 812 estén más
próximas unas a otras para un área en sección transversal interna
dada de los tubos en comparación con un tubo circular. Puesto que
las aletas están más próximas unas a otras, los puentes térmicos se
formarán más rápidamente, acelerando el proceso de congelación y
manteniéndolo más uniforme.
La Figura 20 es un detalle de otra posible
configuración de tubos 902 de sección transversal no circular y
aletas 904. La geometría mostrada puede emplearse para dividir
tanques de gran volumen en compartimentos. Los compartimentos
formados de esta manera pueden hacerse lo más pequeños que sea
necesario para lograr un nivel deseado de uniformidad.
La presente invención puede aplicarse con
provecho en muchos campos. Por ejemplo, en la industria
biofarmacéutica, la presente invención puede emplearse para
congelar y conservar una variedad de productos biofarmacéuticos con
inclusión, pero sin limitación, de proteínas, células, anticuerpos,
fármacos, plasma, sangre, soluciones tampón, virus, sueros,
fragmentos celulares, componentes celulares, y cualquier otro
producto biofarmacéutico.
Adicionalmente, la presente invención permite la
elaboración de estos productos biofarmacéuticos en conformidad con
procedimientos de fabricación generalmente aceptados.
Se podría emplear la presente invención para
congelar un producto biofarmacéutico esterilizando la vasija,
bombeando el producto que debe congelarse en la vasija a través de
un filtro estéril y, a continuación, eliminando el calor del
producto empleando la presente invención para congelar el producto
dentro de la vasija.
La presente invención promueve una congelación
uniforme a una elevada velocidad que permite congelar el producto en
la vasija en un estado lo más próximo posible a su estado nativo.
Adicionalmente, la presente invención permite que se realice el
proceso de congelación de manera repetible de manera que el usuario
puede estar seguro que el proceso de congelación no provoca
variaciones en el producto de un lote a otro. Ello permite que el
uso final del producto se desacople de las etapas de fabricación
necesarias para crear el producto, ya que el producto puede
almacenarse en el estado congelado una vez fabricado y
descongelarse cuando y donde se necesite.
La presente invención puede emplearse también
durante cualquier etapa de un proceso de purificación. Por ejemplo,
una vez elaborados los productos mediante el empleo de separación
por tamaños o separación por afinidad, fermentación,
descontaminación, filtración por concentración, cromatografía de
afinidad selectiva, eliminación de microcontaminantes o impurezas
de bajo nivel mediante intercambio iónico, filtración de virus,
cromatografía, inserción del producto en un sistema de entrega de
solución tamponada, o después de cualquier otra etapa de
elaboración, se puede guardar el producto resultante con el empleo
de la presente invención. Ello permite interrumpir el proceso de
fabricación sin degradar el producto intermedio.
Por ejemplo, si durante un proceso de fabricación
en el cual se están separando varios componentes se desea poner el
proceso en suspenso, puede haber proteasas contaminantes en el
producto intermedio que pueden, con el tiempo, degradar algunas de
las proteínas de interés en el producto. La presente invención puede
emplearse para congelar el producto intermedio rápidamente y de
manera lo bastante uniforme para que el producto permanezca próximo
a su estado nativo. Las moléculas del producto no se acercan entre
sí significativamente - la concentración por congelación es
reducida, y las reacciones indeseadas pueden lentificarse o
detenerse.
Estos ejemplos no limitan la presente invención,
sino que son simplemente ejemplos de posibles formas de realización
de la presente invención. Otras formas de realización son posibles
sin apartarse de la presente invención.
Claims (52)
1. Sistema de transferencia térmica para
productos biofarmacéuticos que comprende:
una vasija (4; 34; 302) adaptada para recibir un
medio que comprende un producto biofarmacéutico,
una estructura intercambiadora de calor (6, 8;
31, 33; 37, 39; 40, 44, 46; 50A, 50B, 50C, 58A, 54A, 54B, 54C; 60,
62, 64, 66, 68, 70, 72; 82, 83; 87, 89; 92, 93; 102, 120; 314; 412)
posicionada en la vasija de manera que la estructura segmenta una
cavidad definida por la vasija en una pluralidad de compartimentos
en los que la vasija y la estructura están dispuestas de manera que
un extremo distal de la estructura está en estrecha proximidad a
una superficie interna de la vasija (33; 41; 42; 84; 91; 94; 122;
316; 414) de modo que, en servicio, se forma un puente de
transferencia térmica congelado y/o líquido por dicho medio en una
separación entre el extremo distal de la estructura y la superficie
interna de la vasija, en el que se transfiere calor de dicho extremo
distal de la estructura a través de dicho puente de transferencia
térmica a dicha superficie interna en respuesta a la refrigeración
activa de dicha superficie interna.
2. Sistema de transferencia térmica según la
reivindicación 1, que incluye una pluralidad de estructuras
intercambiadoras de calor en la vasija.
3. Sistema de transferencia térmica según la
reivindicación 1 ó 2, en el que una distancia entre el extremo
distal de la estructura intercambiadora de calor y la superficie
interna de la vasija no es superior a 0,0254 m (una pulgada).
4. Sistema de transferencia térmica según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la estructura
intercambiadora de calor está configurada para maximizar un área de
una superficie de la estructura que está en contacto con el
medio.
5. Sistema de transferencia térmica según la
reivindicación 1, en el que la estructura intercambiadora de calor
presenta uno o más elementos de transferencia térmica y porque un
extremo distal del elemento de transferencia térmica está situado
en estrecha proximidad de una superficie interna de la vasija de
manera que se forma un puente de transferencia térmica por dicho
medio en una separación entre el elemento de transferencia térmica
y la superficie interna de la vasija, y se transfiere calor fuera
del medio a través de dicho puente térmico.
6. Sistema de transferencia térmica según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que un
dispositivo refrigerador está acoplado a la estructura
intercambiadora de calor posicionada dentro de la vasija y
proporciona su refrigeración.
7. Sistema de transferencia térmica según la
reivindicación 6, en el que el dispositivo de refrigeración
comprende unos pasos en la estructura a través de los cuales el
fluido intercambiador de calor fluye en servicio para llevar a cabo
la refrigeración del medio.
8. Sistema de transferencia térmica según
cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, en el que un fluido
intercambiador de calor sale de la estructura a través de un paso
externo en la estructura en el que una porción del paso externo
comprende una pared externa de la estructura.
9. Sistema de transferencia térmica según
cualquiera de las reivindicaciones 5 a 8, en el que una porción
interna de la estructura que se extiende en la vasija presenta
deflectores.
10. Sistema de transferencia térmica según
cualquiera de las reivindicaciones 5 a 9, en el que un fluido
intercambiador de calor fluye en el elemento de transferencia
térmica desde la estructura.
11. Sistema de transferencia térmica según
cualquiera de las reivindicaciones 5 a 10, en el que un fluido
intercambiador de calor fluye en el elemento de transferencia
térmica desde una línea de suministro de intercambio térmico.
12. Sistema de transferencia térmica según
cualquiera de las reivindicaciones 5 a 11, en el que un flujo de
fluido intercambiador de calor no fluye a través del extremo distal
del elemento de transferencia térmica.
13. Sistema de transferencia térmica según
cualquiera de las reivindicaciones 5 a 12, en el que se refrigera el
medio de manera que se crea un gradiente térmico en el medio en un
sentido predeterminado.
14. Sistema de transferencia térmica según la
reivindicación 1, en el que un elemento de transferencia térmica
está acoplado al menos parcialmente a una superficie interna de una
vasija y porque un extremo distal del elemento de transferencia
térmica está situado en estrecha proximidad a la estructura de
manera que un puente de transporte térmico formado por el medio en
una separación entre el extremo distal del elemento de
transferencia térmica y la estructura conduce el calor fuera del
medio.
15. Sistema de transferencia térmica según la
reivindicación 14, que incluye un dispositivo refrigerador acoplado
al elemento de transferencia térmica y que, en servicio,
proporciona la refrigeración de éste.
16. Sistema de transferencia térmica según la
reivindicación 14 ó 15, en el que el elemento de transferencia
térmica está configurado para maximizar un área de una superficie
del elemento de transferencia térmica que está en contacto con el
medio.
17. Sistema de transferencia térmica según
cualquiera de las reivindicaciones 14 a 16, en el que el elemento de
transferencia térmica está acoplado al menos parcialmente a un
fondo inferior de la vasija.
18. Sistema de transferencia térmica según la
reivindicación 1, en el que:
un primer elemento de transferencia térmica está
acoplado al menos parcialmente a una superficie interna de una
vasija; y
un segundo elemento de transferencia térmica está
acoplado al menos parcialmente a una estructura y porque una porción
de dicho primer elemento de transferencia térmica está situada en
estrecha proximidad de una porción de dicho segundo elemento de
transferencia térmica de modo que un puente de transferencia térmica
formado por el medio en una separación entre el primer elemento de
transferencia térmica y el segundo elemento de transferencia
térmica mejora la conducción de calor en el medio o fuera del
mismo.
19. Sistema de transferencia térmica según la
reivindicación 18, en el que un dispositivo refrigerador está
acoplado a dicha estructura posicionada dentro de dicha vasija y
proporciona su refrigeración.
20. Sistema de transferencia térmica según la
reivindicación 18 ó 19, que comprende además un forro practicable
configurado para cubrir por lo menos una porción de dicho primer
elemento de transferencia térmica.
21. Sistema de transferencia térmica según
cualquiera de las reivindicaciones 18 a 20, que comprende además un
forro practicable configurado para cubrir por lo menos una porción
de dicho segundo elemento de transferencia térmica.
22. Sistema de transferencia térmica según
cualquiera de las reivindicaciones 18 a 21, que comprende además un
forro practicable configurado para cubrir por lo menos una porción
de dicho primer elemento de transferencia térmica y dicho segundo
elemento de transferencia térmica.
23. Sistema de transferencia térmica según
cualquiera de las reivindicaciones 18 a 22, en el que una distancia
entre dicho extremo distal de dicho primer elemento de
transferencia térmica y un extremo distal de dicho segundo elemento
de transferencia térmica no es superior a 0,0254 m (una
pulgada).
24. Sistema de transferencia térmica según
cualquiera de las reivindicaciones 18 a 23, en el que la vasija
comprende una camisa que define un espacio intersticial posicionado
entre la camisa y una pared de la vasija para recibir un flujo de
un fluido refrigerador, comprendiendo además dicha camisa una
pluralidad de deflectores espirales para mejorar el intercambio
térmico entre dicho fluido y dicha vasija.
25. Sistema de transferencia térmica según
cualquiera de las reivindicaciones 18 a 24, en el que dicho segundo
elemento de transferencia térmica está situado en un extremo de
dicha estructura.
26. Sistema de transferencia térmica según
cualquiera de las reivindicaciones 18 a 25, en el que un fluido
intercambiador de calor fluye dentro del primer elemento de
transferencia térmica.
27. Sistema de transferencia térmica según
cualquiera de las reivindicaciones 18 a 26, en el que una porción
interna del primer elemento de intercambio térmico presenta unos
deflectores.
28. Sistema de transferencia térmica según
cualquiera de las reivindicaciones 18 a 27, en el que el primer
elemento de transferencia térmica está configurado para maximizar
un área de una superficie del elemento de transferencia térmica que
está en contacto con el medio.
29. Sistema de transferencia térmica según
cualquiera de las reivindicaciones 18 a 28, en el que una
prolongación de intercambio térmico está acoplada al menos
parcialmente al primer elemento de intercambio térmico.
30. Sistema de transferencia térmica según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que incluye un
dispositivo refrigerador acoplado a la vasija y que proporciona la
refrigeración de ésta.
31. Sistema de transferencia térmica según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que incluye un
dispositivo refrigerador acoplado a la estructura y que proporciona
la refrigeración de ésta.
32. Sistema de transferencia térmica según la
reivindicación 31, que incluye un dispositivo refrigerador acoplado
a la vasija y a la estructura y que proporciona la refrigeración de
éstas.
33. Sistema de transferencia térmica según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que incluye un forro
practicable configurado para cubrir por lo menos una porción de la
estructura.
34. Sistema de transferencia térmica según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que un volumen
de la vasija está comprendido entre substancialmente 1 litro y 250
litros.
35. Sistema de transferencia térmica según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 33, en el que un volumen de
la vasija está comprendido entre substancialmente 250 litros y
10.000 litros.
36. Sistema de transferencia térmica según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la vasija
incluye una camisa que define un espacio intersticial posicionado
entre la camisa y una pared de la vasija para recibir un flujo de
un fluido intercambiador de calor, comprendiendo además la camisa
una pluralidad de deflectores espirales para mejorar el intercambio
térmico entre el fluido intercambiador de calor y la vasija.
37. Sistema de transferencia térmica según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que un fluido
intercambiador de calor fluye dentro de la estructura.
38. Sistema de transferencia térmica según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que una porción
interna de la estructura presenta unos deflectores.
39. Sistema de transferencia térmica según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que se
refrigera el medio de modo que se crea un gradiente térmico en un
sentido predeterminado.
40. Sistema de transferencia térmica según la
reivindicación 39, en el que se refrigera el medio de modo que se
crea un gradiente térmico en un sentido predeterminado y la
refrigeración se produce a una velocidad predeterminada.
41. Sistema de transferencia térmica según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el medio
comprende proteínas.
42. Sistema de transferencia térmica según
cualquiera de las reivindicaciones 5, 14 ó 18, en el que un fluido
intercambiador de calor fluye dentro del elemento de transferencia
térmica.
43. Sistema de transferencia térmica según
cualquiera de las reivindicaciones 5, 14 o 18, en el que una porción
interna del elemento de transferencia térmica presenta unos
deflectores.
44. Sistema de transferencia térmica según
cualquiera de las reivindicaciones 5, 14 o 18, en el que existe una
pluralidad de elementos de transferencia térmica.
45. Sistema de transferencia térmica según
cualquiera de las reivindicaciones 5, 14 o 18, en el que una
distancia entre el extremo distal del elemento de transferencia
térmica y la superficie interna de la vasija no es superior a
0,0254 m (una pulgada).
46. Sistema de transferencia térmica según
cualquiera de las reivindicaciones 5, 14 o 18, que incluye un forro
practicable configurado para cubrir por lo menos una porción del
elemento de transferencia térmica.
47. Sistema de transferencia térmica según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el sistema
es un sistema de congelación para efectuar la congelación del
medio.
48. Sistema de transferencia térmica según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la
estructura es separable de la vasija.
49. Sistema de transferencia térmica según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que se puede
transferir calor en o fuera del medio a través de una o más
porciones de la estructura.
50. Método de refrigerar un producto
biofarmacéutico, comprendiendo el método:
proporcionar una vasija con una estructura
intercambiadora de calor posicionada en su interior de modo que la
estructura segmenta una cavidad definida por la vasija en una
pluralidad de compartimentos en el que la vasija y la estructura
están dispuestas de manera que un extremo distal de la estructura
está en estrecha proximidad de una superficie interna de la
vasija;
proporcionar un medio que comprende un producto
biofarmacéutico en la vasija; y
refrigerar activamente la superficie interna de
modo que se forma un puente de transferencia térmica congelado y/o
líquido por el medio en una separación entre el extremo distal de
la estructura y la superficie interna de la vasija en el que se
transfiere calor del extremo distal de la estructura a través del
puente de transferencia térmica a la pared interna.
51. Método según la reivindicación 50, en el que
la estructura intercambiadora de calor tiene uno o más elementos de
transferencia térmica y porque un extremo distal del elemento de
transferencia térmica está situado en estrecha proximidad de una
superficie interna de la vasija de modo que se forma un puente de
transferencia térmica por el medio en una separación entre el
elemento de transferencia térmica y la superficie interna de la
vasija, y se transfiere el calor fuera del medio a través del
puente de transferencia térmica.
52. Método según la reivindicación 50, en el que
un elemento de transferencia térmica está acoplado al menos
parcialmente a una superficie interna de la vasija y en el que un
extremo distal del elemento de transferencia térmica está situado
en estrecha proximidad de la estructura de manera que un puente de
transferencia térmica formado por el medio en una separación entre
el extremo distal del elemento de transferencia térmica y la
estructura conduce el calor fuera del medio.
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