JP2010538236A - 滅菌低温流体を製造する方法 - Google Patents

Abstract

滅菌低温流体を製造するための方法を開示する。常温ガスストリームがろ過によって滅菌され、熱交換器に供給され、結果として低温滅菌流体が形成される。熱交換器からの廃ガスストリームは第２のろ過ユニットに供給され、そして常温滅菌廃ガスストリームは第２の熱交換器に供給されて更なる低温滅菌流体を製造し、結果として滅菌プロセスにおいて用いられるガスのより効率的な使用をもたらす。
【選択図】図１

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２００７年８月３０日出願の米国特許仮出願第６０／９６６，７９６号の優先権を請求する。

本発明は、滅菌低温流体の原料として熱交換器からの廃ガスストリームを利用することによって、滅菌液などの滅菌低温流体を製造するための方法を提供する。
薬剤の製造プロセス中に薬剤と直接接触することになるガスは、ＩＣＨ Ｑ７Ａ、及び食品医薬品局の医薬政策の下で、医薬品自体と同じ高い国際品質規格を満たさなければならない。低温液体窒素は、医薬、及び生命工学の産業分野において医薬品の製造を促進するために段々と使用されるようになってきている。もし液体窒素が滅菌されていないと、抗生物質又はワクチンなどの医薬製品の最終的な調製において、直接接触冷却剤として用いることが出来ない。加えて、低温貯蔵施設はまた、液体窒素の滅菌性に関して監視下に置かれている。

典型的には、常温ガスを滅菌する方法は、サイズが一般的に０．２μｍより大きい微生物又はその他の微粒子を取り除くためのろ過によるものである。滅菌低温流体、典型的には液体窒素は、滅菌の方法が典型的にはろ過である二つの手法によって製造されてきた。第１の方法は直接液体ろ過であり、第２の方法は、標準的なろ過ユニット中で周囲温度（常温）のガスをろ過し、次いでその滅菌（常温）ガスを液化して滅菌低温液体を製造する方法である。米国特許第４，６２０，９６２号明細書は、液体窒素を二つの経路に分けることを教示している。第１のストリームは二つの熱交換器、及び滅菌液体窒素を製造するための（常温）ろ過器を通過する。第２のストリームは、（より冷たい液体を製造するために）減圧され、そして二番目の熱交換器中で第１のストリームを再液化するために用いられる。液体窒素の総消費量は、製造される滅菌液体窒素の量の約二倍である。

米国特許第４，６２０，９６２号明細書

このように初期のプロセスにおいて見られてきたことであるが、製造される滅菌低温液体の量は、ろ過装置に供給される低温液体の量より少ない。本発明は、消費される低温流体の量を著しく減少させつつ、常温ろ過によって滅菌低温流体を製造する方法を提供する。

発明を解決するための手段

本発明は、滅菌されるべきガスをろ過装置に供給し、これによって常温滅菌ガスを製造し；その常温滅菌ガスを熱交換器に供給し、ここで第２の液ストリームと接触させ、これによってその常温滅菌ガスを冷却及び凝縮して滅菌液を製造し、そしてその滅菌液を取り出すことによって滅菌低温流体を製造するための方法であって、常温廃ガスストリームを熱交換器から第２のろ過ユニットに送り滅菌廃ガスストリームを製造し、及びその滅菌廃ガスストリームを第２の熱交換器に供給して、液ストリームとの接触によって滅菌低温流体を製造することを含むことを改良点とする製造方法を提供する。

本発明は更に、滅菌されるべき常温ガスストリームをろ過装置に供給して常温滅菌ガスストリームを製造し、そしてその常温滅菌ガスストリームを熱交換器に供給し、これによってその常温滅菌ガスストリームを冷却及び凝縮して滅菌液を製造することによって滅菌低温流体を製造するための改善された方法であって、常温滅菌ガスを製造するために、常温廃ガスストリームを熱交換器から第２のろ過装置に供給することを含むことを改良点とする製造方法を提供する。その常温ガスストリームは、一般的に、約−４０℃〜＋４０℃の周囲温度、又はその近傍である。

あるいは、本発明は、廃ガスストリームを第１の熱交換器からろ過装置に供給し、これによって常温滅菌ガスを製造すること、及びその常温滅菌ガスを第２の熱交換器に供給し、ここでその常温滅菌ガスを低温に下げることを含む、滅菌低温流体を製造するための方法を提供する。

本発明の更なる実施態様において、
ａ）廃ガスストリームを第１の熱交換器ユニットからろ過ユニットに供給し、ここでその廃ガスストリームを滅菌する工程；
ｂ）その滅菌された廃ガスストリームを第２の熱交換器に供給し、ここでその滅菌された廃ガスストリームの温度を下げ、これによって滅菌低温流体を製造する工程；
ｃ）滅菌低温流体を回収する工程；及び
ｄ）第２の廃ガスストリームを第２の熱交換器から供給し、そしてその第２の廃ガスストリームを第２のろ過ユニットに供給し、ここでその第２の廃ガスストリームを滅菌し、そしてその第２の滅菌された廃ガスストリームを第３の熱交換器に供給する工程；
を含む、滅菌低温流体を製造するための方法が開示されている。

ろ過ユニットに供給されるガスストリームは、典型的には、−５０℃より低い標準沸点を有する低温流体であって、窒素、酸素、空気、及びアルゴンからなる群から選択することが出来る。酸素／窒素混合物などの低温流体の混合物は適切な低温流体である。「流体」は、−５０℃より低い標準沸点を有する、ガス又は液体のいずれかであってもよいと認められる。

ろ過装置は、微生物及びその他の微粒子を、前記ガスストリームから取り除き、一方、熱交換器は、低温流体を使用して滅菌されたガスストリームとの熱交換を提供する。
熱交換器を出る廃ガスストリームは、窒素、酸素、空気、及びアルゴンからなる群から選択される低温流体である。廃ガスストリーム及びガスストリームは、同一の種類の低温流体であっても、異なるものであってもいずれでも良い。

本発明は、第２の滅菌プロセスのための常温供給ストリームとして、滅菌プロセスの液化工程からの常温廃ガスストリームを用いることを提供する。この発明プロセスはモジュール化することができ、第３の、又は任意の数の追加のモジュールを追加してもよいが、モジュールを通しての圧力制御には制約がある。例えば、第３の滅交換器からの滅菌された廃ガスストリームを、第３のろ過ユニットに供給しても良い。

本発明により、汚染物質が媒介して微生物が導入されるという問題のために以前は液体窒素の使用が禁止されていた医薬品製造の要部において液体窒素を使用することが可能となる。この発明はまた、滅菌プロセスの全体効率、特に二つ以上のろ過ユニット／熱交換器装置が使用されている場合の全体効率を改善する。

図１は、ろ過ユニット及び熱交換ユニットを使用して低温流体を滅菌するためのプロセスの概略図である。 図２は、常温第１のモジュールからの排ガスストリームを第２のモジュールの供給ストリームに向けることによって滅菌低温流体を製造するための本発明の概略図である。 図３は、三つのモジュールの使用を示す滅菌低温流体を製造するための本発明の概略図である。

図１において、滅菌液体流体を製造するための方法を表す。説明のために、記載中では液体窒素が用いられるが、滅菌可能なその他のガスもまた本発明の方法に使用することが出来る。

常温窒素ガスＷＧは、圧力Ｐ１でライン１を通って搬送され、ろ過ユニットＦによってろ過されて常温滅菌ガスＳＷＧを製造する。ガス状窒素のための幅広く受け入れられているろ過方法を用いたろ過プロセスは、ウイルス、バクテリア、及び細菌などの微生物を取り除く。ライン２を通して送られたこの常温滅菌ガスＳＷＧは、次いで、ライン４を通って熱交換器に圧力Ｐ２で供給される別の液体窒素のストリームＬＮを用いた低温動作に適した伝統的な設計の熱交換器Ｃ中で液化される。適切な熱交換器としては、平板フィンタイプの小型の熱交換器が挙げられる。

常温滅菌ガスを凝縮させるための熱力学的な要求を満足させるために、Ｐ２はＰ１より低くなければならない。この要求は、Ｐ１での飽和温度が、Ｐ２での飽和温度より約５℃高くなければならないということである。これは、Ｐ２が、Ｐ１の値に依存して、圧力において約１〜３ｂａｒ（１４．５〜４３．５ｐｓｉ）（１×１０^５Ｐａ〜３×１０^５Ｐａ）低いということを意味する。例えば、もしＰ１が１０ｂａｒｇ（１０×１０^５Ｐａ（絶対圧））であるとすると、二つの対応する飽和温度の間で５℃の温度差があるためには、Ｐ２は約６．９ｂａｒｇ（６．９×１０^５Ｐａ（絶対圧））（３．１ｂａｒ（３．１×１０^５Ｐａ）の圧力差）である必要があるだろう。もしＰ１が３ｂａｒｇであるとすると、二つの対応する飽和温度の間で同じく５℃の温度差があるためには、Ｐ２は約１．６ｂａｒｇ（１．６×１０^５Ｐａ（絶対圧））、つまり１．４ｂａｒ（１．４×１０^５Ｐａ）の圧力差である必要があるだろう。

滅菌液体窒素ＳＬＮは、ライン３を通って熱交換器Ｃから出て、回収及び使用されても良く、又は後の使用のために貯蔵しても良い。常温廃ガスストリームＷＧは圧力Ｐ２でライン５を通って熱交換器Ｃから出て、ここで別の場所で使用するために回収しても良く、又は、より典型的には大気中へ放出される。

図１に説明される装置において製造される滅菌液体窒素ＳＬＮの量に対する、用いられる液体窒素ＬＮの比は、典型的には、幾分１より大きい数である。約１．１の比が典型的である。説明のために、１．０の比を用いる。この場合には、用いられる総窒素は製造される滅菌液体窒素の量の二倍である。そこで、
ＦＯＭ＝消費される窒素の量／製造される滅菌液体窒素の量−１
とする。

解ＦＯＭは、所与の量の滅菌低温液体を製造するために必要とされる（常温、又は低温の）余剰流体の無次元尺度であり、典型的には０〜１の間の範囲であろう。図１に示される装置に関して、ＦＯＭは約１．０である。ＦＯＭがより低いほど、装置は効率的である。

図２は、プロセスにおいて必要される窒素の量を減少させるための本発明を記載している。同様の構成の二つのモジュールを図２に示すように接続した。第１のモジュールは、図１において上述したように機能する。常温ガスＷＧは、圧力Ｐ１でライン１を通して適切なろ過ユニットＦへと送られる。常温滅菌ガスＳＷＧはライン２を通って熱交換器Ｃに供給され、ここでＷＧより低い圧力Ｐ２でライン４を通って供給される液体窒素ＬＮと接触し、滅菌液体窒素ＳＬＮストリームが製造される。ＳＬＮはＰ１でライン３を経由して回収される。

同様に圧力Ｐ２である常温廃ガスストリームＷＧはライン５を通って第２のろ過ユニットＦ２に供給され、ここで常温滅菌ガスＳＷＧを製造し、常温滅菌ガスＳＷＧはライン６を通って第２の熱交換器Ｃ２に供給され、圧力Ｐ２で滅菌液体窒素ＳＬＮを製造し、滅菌液体窒素ＳＬＮは、次いで、ライン７を通って回収される。液体窒素ＬＮは、Ｐ１及びＰ２より低い圧力Ｐ３でライン８を通ってＳＷＧと接触し、常温廃ガスＷＧは圧力Ｐ３でライン９を通って熱交換器Ｃ２を出る。

各々の熱交換器における液体窒素ＬＮの圧力は、対応する常温滅菌ガスＳＷＧの圧力より低くなければならない。この例として、適切な圧力は、Ｐ１＝９ｂａｒｇ（９×１０^５Ｐａ（絶対圧））、Ｐ２＝６．１ｂａｒｇ（６．１×１０^５Ｐａ（絶対圧））、及びＰ３＝３．９ｂａｒｇ（３．９×１０^５Ｐａ（絶対圧））である。これらの圧力差は、各々の熱交換器における飽和温度の間に約５℃の温度差を保証する。

図３は、図２に記載された装置に第３のモジュールを追加可能な装置を記載する。最初の二つのモジュールの動作の記載は、図２に関して上述したものと同一である。ライン９を通って第２の熱交換器Ｃ２を出る常温廃ガスＷＧは、圧力Ｐ３でろ過ユニットＦ３に入る。常温滅菌ガスＳＷＧはライン１０を通って第３の熱交換器Ｃ３に入り、圧力Ｐ４でライン１２を通って導入される液体窒素ＬＮと接触して圧力Ｐ３で滅菌液体窒素ＳＬＮを製造する。常温廃ガスＷＧは圧力Ｐ４でライン１３を通って熱交換器Ｃ３を出る一方、ＳＬＮはＰ３でライン１１を通って回収される。図３に描かれた三つのモジュール装置は約０．３３のＦＯＭを有する。ここで適切な動作圧力はＰ１＝９ｂａｒｇ（９×１０^５Ｐａ（絶対圧））、Ｐ２＝６．１ｂａｒｇ（６．１×１０^５Ｐａ（絶対圧））、Ｐ３＝３．９ｂａｒｇ（３．９×１０^５Ｐａ（絶対圧））、及びＰ４＝２．２ｂａｒｇ（２．２×１０^５Ｐａ（絶対圧））である。

上述の議論に関して、液体窒素が低温流体として用いられてきたけれども、その他の低温流体、例えば酸素、液体空気、及びアルゴンなどの−５０℃より低い標準沸点を有する流体を本発明の方法に用いても良い。

常温滅菌のための方法は、典型的には約０．２ミクロンかそれよりも小さな孔径を有するフィルターを用いたろ過によるものでも良いが、その他の処理技術によるろ過の任意の組み合わせであっても良い。

低温及び周囲温度の流体供給源は、単一又は複数の貯蔵タンク又はプロセスからのものであっても良い。例えば、ある単一の加圧低温液体貯蔵タンクを用いて、低温液体及び常温気体を様々な圧力及び流速で滅菌モジュールに供給しても良い。圧力調整デバイス及びフロー制御バルブは示されていないが、記載され、当業者に知られているプロセスに関して一般的であろう。

独立したストリームフローはまた、本発明の範囲内で変更しうる。例えば、追加のベントストリームを追加して、フロー制御を改善し、装置の熱移送の要求と調和させても良い。個々のモジュールが装置の始動時、又は始動の間の相互作用を伴わずに動作することを可能にするための対策をなしうる。

追加のヒーター又は自然蒸発器を追加して、追加の加温又は低温流体の気化を実施しても良い。例えば、図１〜３に示す熱交換器からの出口ガス（ＷＧ）は、それに続く、例えばろ過などのプロセス工程に用いるには、なお冷たすぎても良い。第１のモジュールへの最初の常温ガスの流入は、典型的には、低温液体貯蔵タンクからくるものであり、気化し、暖める必要があるだろう。

装置の動作準備をするために、追加の構成物を装置に追加して、蒸気滅菌又は類似のプロセスを実行しても良い。
プロセスからの、清浄な、しかし滅菌されていないベント（廃）ガス（ＷＧ）はまた、その他の目的のために用いることが出来る。例えば、常温、加圧された窒素ガスは、タンクの不活性化及び圧力移送などの様々な目的のために用いることが出来る。このベントガスのいくらか、又は全てを、一般的な使用のために、プロセス施設内部の一般的なガス使用ヘッダーに直接供給しても良い。

この発明を、特定の実施態様に関して記載してきたが、この発明の数多くのその他の形態及び変更が当業者に明らかであることが分かる。この発明に添付の特許請求の範囲は、一般的に、本発明の真実の精神及び範囲内である全てのかかる明らかな形態及び変更をカバーするように解釈されるべきである。

Claims (29)

1. ガスストリームをろ過装置に供給して常温滅菌ガスを製造し、前記常温滅菌ガスを熱交換器に供給し、これによって前記常温滅菌ガスを冷却及び凝縮して滅菌液を製造することによって滅菌低温流体を製造するための改善された方法において、その改善が、常温滅菌ガスを製造するために、廃ガスストリームを前記熱交換器から第２のろ過装置に供給することを含む、前記方法。
2. 前記ガスストリームは、−５０℃より低い標準沸点を有する低温流体からなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
3. 前記低温流体は、窒素、酸素、空気、及びアルゴン、ならびにこれらの混合物からなる群から選択される、請求項２に記載の方法。
4. 前記第１及び前記第２のろ過装置は、前記ガスストリームから微生物及びその他の微粒子を取り除く、請求項１に記載の方法。
5. 前記熱交換器は、低温流体を使用して熱交換を提供する、請求項１に記載の方法。
6. 熱交換を提供するための前記低温流体の圧力は、前記ガスストリームの圧力より低い、請求項５に記載の方法。
7. 前記滅菌低温流体は回収される、請求項１に記載の方法。
8. 前記廃ガスストリームは、窒素、酸素、空気、及びアルゴンからなる群から選択される低温流体である、請求項１に記載の方法。
9. 前記ガスストリーム及び前記廃ガスストリームは、ともに低温流体である、請求項１に記載の方法。
10. ガスストリームを、前記第２のろ過装置から第２の熱交換器に供給することを更に含む、請求項１に記載の方法。
11. 廃ガスストリームを第１の熱交換器からろ過装置に供給し、これによって常温滅菌ガスを製造すること、及び前記常温滅菌ガスを第２の熱交換器に供給し、ここで前記常温滅菌ガスを低温に下げることを含む、滅菌低温流体を製造するための方法。
12. 前記ガスストリームは、−５０℃より低い標準沸点を有する低温流体からなる群から選択される、請求項１１に記載の方法。
13. 前記低温流体は、窒素、酸素、空気、及びアルゴン、ならびにこれらの混合物からなる群から選択される、請求項１２に記載の方法。
14. 前記第１及び前記第２のろ過装置は、前記ガスストリームから微生物及び微粒子を取り除く、請求項１１に記載の方法。
15. 前記熱交換器は、低温流体を使用して熱交換を提供する、請求項１１に記載の方法。
16. 熱交換を提供するための前記低温流体の圧力は、前記ガスストリームの圧力より低い、請求項１５に記載の方法。
17. 前記滅菌低温流体は回収される、請求項１１に記載の方法。
18. 前記廃ガスストリームは、窒素、酸素、空気、及びアルゴン、ならびにこれらの混合物からなる群から選択される低温流体である、請求項１１に記載の方法。
19. 前記ガスストリーム及び前記廃ガスストリームは、ともに低温流体である、請求項１１に記載の方法。
20. ａ）廃ガスストリームを第１の熱交換器ユニットからろ過ユニットに供給し、前記廃ガスストリームを滅菌する工程；
    ｂ）前記滅菌された廃ガスストリームを第２の熱交換器に供給し、ここで前記滅菌された廃ガスストリームの温度を下げ、これによって滅菌低温流体を製造する工程；
    ｃ）前記滅菌低温流体を回収する工程；及び
    ｄ）該廃ガスストリームを前記第２の熱交換器から第２のろ過ユニットに供給し、ここで前記第２の廃ガスストリームを滅菌し、そして該第２の滅菌された廃ガスストリームを第３の熱交換器に供給する工程、
    を含む、滅菌低温流体を製造するための方法。
21. 前記ガスストリームは、−５０℃より低い標準沸点を有する低温流体からなる群から選択される、請求項２０に記載の方法。
22. 前記低温流体は、窒素、酸素、空気、及びアルゴン、ならびにこれらの混合物からなる群から選択される、請求項２０に記載の方法。
23. 前記第１及び前記第２のろ過装置は、前記ガスストリームから微生物を取り除く、請求項２０に記載の方法。
24. 前記熱交換器は、低温流体を使用して熱交換を提供する、請求項２０に記載の方法。
25. 熱交換を提供するための前記低温流体の圧力は、前記ガスストリームの圧力より低い、請求項２４に記載の方法。
26. 前記滅菌低温流体は回収される、請求項２０に記載の方法。
27. 前記廃ガスストリームは、窒素、酸素、空気、及びアルゴンからなる群から選択される低温流体である、請求項２０に記載の方法。
28. 前記ガスストリーム及び前記廃ガスストリームは、ともに低温流体である、請求項２０に記載の方法。
29. 滅菌されたガスストリームを、前記第３の熱交換器から第３のろ過ユニットに供給することを更に含む、請求項２０に記載の方法。

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