KR102483219B1 - 유체 처리 시스템을 위한 가스 필터의 조절된 진공 배기 가스 및 관련 방법 - Google Patents

유체 처리 시스템을 위한 가스 필터의 조절된 진공 배기 가스 및 관련 방법 Download PDF

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Abstract

가스를 필터링하기 위한 방법은 컨테이너의 구획 내에서 액체를 통하여 가스를 살포하는 단계를 포함한다. 일 실시형태에서, 컨테이너는 가요성 백을 포함할 수 있다. 살포된 가스는 컨테이너로부터 필터 조립체의 가스 필터를 통과한다. 부분 진공이 가스 필터를 통하여 가스를 흡입하는 것을 돕도록 부분 진공이 가스 필터에 적용된다.

Description

유체 처리 시스템을 위한 가스 필터의 조절된 진공 배기 가스 및 관련 방법{REGULATED VACUUM OFF-GASSING OF GAS FILTER FOR FLUID PROCESSING SYSTEM AND RELATED METHODS}
본 발명은 가스 필터의 하류측에 부분 진공을 적용하는 유체 처리 시스템 및 관련 가스 필터링 시스템에 관한 것이다.
생물 반응기는 세포와 미생물의 성장에 사용된다. 전형적인 생물 반응기는 액체 성장 배지, 세포 또는 미생물 및 다른 필요한 영양소 및 성분으로 구성된 배양물(culture)을 보유하는 컨테이너를 포함한다. 회전 가능한 임펠러는 실질적으로 균질한 상태로 배양물을 유지하도록 배양물 내에서 작동된다. 작은 가스 기포는 연속적으로 배양물 내로 살포되며, 전형적으로 배양액에 산소를 공급하고 배양물으로부터 원치않는 CO2를 제거하고 배양물의 pH를 제어하는 것을 돕도록 사용된다.
세포/미생물의 생존 능력을 유지하도록, 배양물이 성장되는 구획은 무균 상태로 유지되어야 한다. 구획의 무균 상태를 유지하면서 배양물에 연속적으로 첨가되는 살포 가스를 제거하도록, 가스는 전형적으로 가스 필터 시스템을 통해 주위로 배기된다. 하나의 종래의 가스 필터 시스템은 카트리지 필터 시스템으로 지칭되며, 카트리지 필터가 제거 가능하게 위치되는 강성의 금속 하우징을 포함한다. 컨테이너로부터의 가스는 하우징의 입구로 전달된다. 가스는 그런 다음 하우징 내의 필터를 통하여 진행하고, 그런 다음 하우징의 출구를 통하여 주위로 방출된다. 필터는 컨테이너 내의 어떠한 생물학적 물질도 주위로 방출되는 것을 방지하고, 주위의 오염물이 컨테이너로 들어오는 것을 방지한다. 캡슐 필터들이 또한 생물 반응기와 함께 사용된다. 캡슐 필터는 필터를 영구적으로 감싸는 강성의 플라스틱 하우징을 포함한다. 재차, 가스는 캡슐 필터를 통과하고, 그런 다음 주위로 방출된다. 캡슐 필터는 일회용이므로 사용 후 세척되거나 살균될 필요가 없다는 이점을 가진다.
생물 반응기에서 사용되는 종래의 카트리지 필터 시스템과 캡슐 필터가 유용할지라도, 이것들은 다수의 단점을 가진다. 예를 들어, 종래의 카트리지 필터 시스템 및 캡슐 필터는 전형적으로 가스가 통과하는 비교적 작은 입구 포트 및 출구 포트를 가진다. 이와 같이, 필터 시스템을 통하여 필요한 가스 유량을 얻도록, 상승된 가스 압력에서 시스템을 작동시키는 것이 필요할 수 있다. 그러나, 현재의 많은 생물 반응기는 그 안에서 배양물이 성장하는 가요성 백(flexible bag)을 포함한다. 이러한 가요성 백은 높은 가스 압력에서 작동할 수 없거나, 또는 파열될 것이다. 낮은 가스 압력이지만 높은 가스 유량에서 작동하는 것이 가능하도록, 일부 생물 반응기는 가스를 필터링하도록 복수의 가스 필터를 병렬로 사용한다. 그러나, 가스 필터는 매우 고가이며, 단일의 생물 반응기에서 다수의 필터의 요구된 사용은 시스템에 대해 상당한 비용이 든다.
따라서, 본 발명의 기술 분야에서 필요한 것은 가스 필터의 사용을 최적화하여 비용을 감소시키도록 생물 반응기와 함께 사용될 수 있는 가스 필터링 시스템이다. 일부 실시형태에서, 비교적 낮은 가스 압력에서 작동하는 것을 가능하게 하는 이러한 가스 필터 시스템을 가지는 것이 또한 유익할 것이다.
본 발명을 상세하게 설명하기 전에, 본 발명이 물론 변할 수 있는 특정하게 예시된 장치, 시스템, 방법 또는 공정 파라미터에 제한되지 않는다는 것을 이해하여야 한다. 본 명세서에서 사용된 용어가 단지 본 발명의 특정 실시형태들을 설명하는 목적을 위한 것이며, 본 발명의 범위를 임의의 방식으로 제한하도록 의도되지 않았다는 것을 또한 이해하여야 한다.
각각의 개별 공개, 특허, 또는 특허 출원이 특별하고 개별적으로 참조에 의해 통합되도록 지시된 것처럼, 본 명세서에서 인용된 모든 공개, 특허 및 특허 출원은 그 여부와 상관없이 동일한 정도로 그 전체에 있어서 참조에 의해 본원에 통합된다.
"구비하는", "함유하는" 또는 "특징으로 하는"과 동의어인 용어 "포함하는"은 포괄적이거나 제한이 없으며, 인용되지 않은 추가 요소 또는 방법 단계를 배제하지 않는다.
본 명세서 및 첨부된 청구 범위에서 사용된 바와 같이, 단수 형태 용어는 그 내용이 달리 지시되지 않는 한 복수 대상을 포함한다는 것을 유념해야 한다. 그러므로, 예를 들어, "포트"에 대한 언급은 1개, 2개 또는 그 이상의 포트를 포함한다.
명세서 및 첨부된 청구 범위에서 사용된 바와 같이, "정상부", "저부", "좌측", "우측", "위로", "아래", "상부", "하부", "근위", "원위" 등은 여기에서 단지 상대적인 방향을 나타내도록 사용되며, 그 외에 본 발명 또는 청구범위를 한정하도록 의도되지 않는다.
가능한 경우에, 요소들의 동일한 넘버링이 다양한 도면에 사용되었다. 또한, 요소의 다수의 예 및/또는 상위 요소의 하위 요소는 각각 요소 부호에 추가된 문자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 특정 요소 "91"의 2개의 예는 "91a" 및 "91b"로 문자가 붙여질 수 있다. 이 경우에, 요소 라벨은 요소 또는 요소들 중 어느 하나의 예를 대체로 지칭하도록 첨부 문자없이(예를 들어, "91") 사용될 수 있다. 첨부 문자를 포함한 요소 라벨((예를 들어, "91a")은 요소의 예를 특정하거나 또는 요소의 다수의 사용에 대한 주의를 끌어내도록 사용될 수 있다. 또한, 첨부 문자를 구비한 요소 라벨은 첨부 문자가 없는 요소 또는 특징부의 대안적인 설계, 구조, 기능, 실행 및/또는 실시형태를 지시하도록 사용될 수 있다. 마찬가지로, 첨부 문자가 있는 요소 라벨은 상위 요소의 하위 요소를 나타내도록 사용될 수 있다. 예를 들어, 요소 "12"는 하위 요소 "12a" 및 "12b"를 포함할 수 있다.
본 발명의 디바이스 및 시스템의 다양한 양태는 서로 결합, 부착 및/또는 접속되는 구성 요소를 설명하는 것에 의해 예시될 수 있다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "결합된", "부착된" 및/또는 "접속된"은 2개의 구성요소들 사이의 직접적인 연결, 또는 적절한 경우에, 개재 또는 중간 구성요소를 통하여 서로에 대한 간접적인 연결을 나타내도록 사용된다. 대조적으로, 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 결합", "직접 부착" 및/또는 "직접 접속"되는 것으로서 언급될 때, 개재 요소는 존재하지 않는다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "연결", "연결된" 등은 반드시 2개 이상의 요소 사이의 직접적인 접촉을 의미하지 않는다.
본 발명의 디바이스, 시스템, 및 방법의 다양한 양태는 하나 이상의 예시적인 실시형태를 참조하여 예시될 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "예시적"은 "예, 실례, 또는 예시로서 기여하는"을 의미하며, 본 명세서에 개시된 다른 실시형태보다 바람직하거나 유익한 것으로 반드시 해석되어서는 안 된다.
달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술 및 과학 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 본 명세서에서 기술된 것과 유사하거나 또는 동등한 다수의 방법 및 물질이 본 발명의 실시에 사용될 수 있을지라도, 바람직한 물질 및 방법이 본 명세서에 기술된다.
본 발명은 용액 및/또는 현탁액과 같은 유체가 가스와 함께 살포되고 결과적인 배기 가스가 이어서 필터링되어야만 하는 유체 처리 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 또한 유체 처리 시스템의 부분으로서 사용될 수 있는 필터 시스템 및 상기 시스템을 사용하기 위한 방법에 관한 것이다. 유체 처리 시스템은 세포 또는 미생물을 배양하기 위하여 사용되는 생물 반응기 또는 발효조를 포함할 수 있다. 제한이 아니라 예로서, 본 발명의 시스템은 박테리아, 균류, 조류, 식물 세포, 동물 세포, 원생 동물, 선충류 등을 배양하는데 사용될 수 있다. 본 발명의 시스템은, 호기성 또는 혐기성이고 접착성 또는 비접착성인 세포 및 미생물을 수용할 수 있다. 시스템은 또한 생물학적이 아니지만 그럼에도 불구하고 살포 및 가스 여과를 통합하는 용액 및/또는 현탁액의 형성 및/또는 처리와 관련하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 시스템은 가스와 함께 살포를 요구하는, 배지, 화학 제품, 식품, 의약품, 음료 및 기타 액체 제품의 생산에 사용될 수 있다.
본 발명의 시스템은 처리되는 재료를 접촉하는 대부분의 시스템 구성 요소가 단일 사용 후에 폐기되도록 설계될 수 있다. 그 결과, 본 발명의 시스템은 종래의 스테인리스강 혼합 및 처리 시스템에 의해 요구되는 세척 및 살균의 부담을 실질적으로 제거한다. 이러한 특징은 또한 무균 상태가 다수의 무리(batch)의 반복된 처리 동안 일관적으로 유지될 수 있는 것을 보장한다. 상기의 관점, 및 본 발명의 시스템이 용이하게 확장 가능하고 비교적 저가이며, 용이하게 작동된다는 사실의 관점에, 본 발명의 시스템은 이전에 이러한 처리를 외부에 위탁하는 다양한 산업 및 연구 시설에서 사용될 수 있다.
본 발명의 기술 분야에서 필요한 것은 가스 필터의 사용을 최적화하여 비용을 감소시키도록 생물 반응기와 함께 사용될 수 있는 가스 필터링 시스템이다. 일부 실시형태에서, 비교적 낮은 가스 압력에서 작동하는 것을 가능하게 하는 이러한 가스 필터 시스템을 가지는 것이 또한 유익할 것이다.
본 발명의 시스템이 용이하게 확장 가능하고 비교적 저가이며, 용이하게 작동된다는 사실의 관점에, 본 발명의 시스템은 이전에 이러한 처리를 외부에 위탁하는 다양한 산업 및 연구 시설에서 사용될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시형태가 첨부된 도면을 참조하여 이제 설명될 것이다. 이러한 도면들은 오직 본 발명의 전형적인 실시형태를 도시한 것이므로, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다.
도 1은 본 발명의 유체 처리 시스템의 일 실시형태의 개략도;
도 2는 도 1에 도시된 유체 처리 시스템에 사용될 수 있는 가스 필터 시스템의 대안적인 실시형태의 사시도;
도 3은 도 2에 도시된 가스 필터 시스템의 개략 측단면도;
도 3a는 도 3에 도시된 가스 필터 시스템의 대안적인 실시형태의 측단면도;
도 4는 도 2에 도시된 가스 필터 시스템의 부분 분해도;
도 5는 도 1에 도시된 유체 처리 시스템과 함께 사용될 수 있는 복수의 가스 필터 시스템의 개략도;
도 6은 도 1에 도시된 유체 처리 시스템과 함께 사용될 수 있는 가스 필터 시스템의 대안적인 실시형태의 사시도;
도 7은 중앙 진공 소스와 함께 작동하는 다수의 상이한 유체 처리 시스템(10)을 도시하는 개략도; 및
도 8은 부압(negative pressure)의 적용과 관계없이 필터를 통한 가스 유동의 비교 데이터를 도시하는 챠트.
본 발명의 특징을 통합하는 본 발명의 유체 처리 시스템(10)의 하나의 예시적인 실시형태가 도 1에 도시된다. 유체 처리 시스템(10)은 챔버(14)를 한정하는 강성 지지 하우징(12)을 포함한다. 지지 하우징(12)은 임의의 필요한 크기로 확장될 수 있다. 예를 들어, 챔버(14)가 50ℓ 미만, 5,000ℓ 보다 크거나 또는 그 사이의 체적을 유지할 수 있도록, 지지 하우징(12)이 크기화될 수 있다는 것으로 구상된다. 지지 하우징(12)은 전형적으로 스테인리스강과 같은 금속으로 만들어지지만, 본 발명의 적용된 하중에 견딜 수 있는 다른 재료로 또한 만들어질 수 있다. 필요한 경우에, 지지 하우징(12)은 이하에 논의되는 바와 같이, 지지 하우징(12)의 챔버(14) 내에 수용된 유체의 온도를 조절하기 위하여 가열 또는 냉각된 유체가 펌핑되는 것을 허용하도록 재킷화될 수 있다.
구획(18)을 한정하는 컨테이너(16)가 지지 하우징(12) 내에 배치된다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 컨테이너(16)는 가요성 백을 포함한다. 컨테이너(16)는 약 0.1 mm 내지 약 5 mm, 더욱 통상적인 약 0.2 mm 내지 약 2 mm의 범위에 있는 두께를 가지는 저밀도 폴리에틸렌 또는 다른 중합체 시트 또는 필름과 같은 가요성의 물 불투과성 재료로 구성될 수 있다. 다른 두께가 사용될 수 있다. 상기 재료는 단겹 재료로 구성될 수 있거나, 또는 이중 벽 컨테이너를 형성하도록 서로 밀봉되거나 또는 분리된 2개 이상의 층을 포함할 수 있다. 층들이 서로 밀봉되는 경우에, 상기 재료는 적층되거나 압출된 재료를 포함할 수 있다. 적층된 재료는 2개 이상의 별개로 형성된 층을 포함하며, 이러한 층들은 이어서 접착제에 의해 서로 고정된다.
일 실시형태에서, 컨테이너(16)는, 2장의 시트 재료가 중첩된 관계로 배치되고 2장의 시트가 구획(18)을 형성하도록 그 주변에서 서로 결합되는 2차원 필로우 스타일 백(two-dimensional pillow style bag)을 포함한다. 대안적으로, 1장의 시트 재료는 내부 구획을 형성하도록 접혀져 주변에 주위에서 이어 붙여질 수 있다. 다른 실시형태에서, 컨테이너(16)는, 길이로 절단되고 단부들에서 이어 붙여져 폐쇄되는 중합체 재료의 연속 관형 압출로 형성될 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 컨테이너(16)는, 환형 측벽뿐만 아니라 2차원 정상 단부벽 및 2차원 저부 단 부벽을 가지는 3차원 백을 포함할 수 있다.
컨테이너(16)가 실제로 임의의 필요한 크기, 형상, 및 구성을 가지도록 제조될 수 있다는 것이 이해된다. 예를 들어, 10ℓ, 30ℓ, 100ℓ, 250ℓ, 500ℓ, 750ℓ, 1,000ℓ, 1,500ℓ, 3,000ℓ, 5,000ℓ, 10,000ℓ 또는 다른 필요한 체적으로 크기화된 구획을 가지는 컨테이너(16)가 형성될 수 있다. 구획의 크기는 또한 상기 체적 중 임의의 2개 사이의 범위 내에 있을 수 있다. 비록 위에서 논의된 실시형태에서 컨테이너(16)가 임의의 가요성 백형 구성을 가질지라도, 대안적인 실시형태에서, 컨테이너(16)가 붕괴 가능한 컨테이너 또는 반강성 컨테이너의 임의의 형태를 포함할 수 있다는 것이 이해된다. 일부 실시형태에서, 컨테이너(16)는 금속, 몰딩된 플라스틱 또는 합성물로 구성되는 것과 같이 강성 컨테이너를 포함할 수 있다. 이러한 일 실시형태에서, 지지 하우징(12)은 컨테이너(16)가 자기 지지임에 따라서 제거될 수 있다.
포트(20)들은 구획(18)과 연통하도록 컨테이너(16)에 결합될 수 있다. 임의의 필요한 수의 포트(20)들이 사용될 수 있으며, 포트들은 컨테이너(16)의 어느 위치에도 위치될 수 있다. 포트(20)들은 동일한 구성 또는 다른 구성일 수 있으며, 다양한 다른 목적을 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 포트(20)들은 컨테이너(16) 내로 및 이로부터 배지, 세포 배양물 및/또는 다른 성분을 전달하기 위한 유체 라인과 결합될 수 있다. 포트(20)들은 컨테이너(16)에 프로브들을 결합하도록 사용될 수 있다. 예를 들어, 컨테이너(16)가 세포 또는 미생물을 성장시키기 위한 생물 반응기로서 사용될 때, 포트(20)들은 온도 프로브, pH 프로브, 용존 산소 프로브, 압력 센서 등과 같은 프로브들과 센서들을 결합하기 위하여 사용될 수 있다. 포트(20)들의 예 및 다양한 프로브 및 라인이 포트들에 어떻게 결합될 수 있는가는 2006년 11월 30일 공개된 미국 특허 공개 제2006-0270036호 및 2006년 10월 26일 공개된 미국 특허 공개 제2006-0240546호에 개시되어 있으며, 이것들은 특정 참조에 의해 본원에 통합된다. 포트(20)들은 2차 컨테이너 및 다른 필요한 피팅에 컨테이너(16)를 결합하기 위해 또한 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 컨테이너(16)의 하단부 내로 가스를 전달하기 위한 수단이 제공된다. 제한이 아닌 예로서, 살포기(22)는 컨테이너(16) 내에 배치된 유체(24)에 가스를 전달하기 위하여 컨테이너(16)의 하단부에 위치되거나 또는 장착될 수 있다. 본 실시형태에서, 유체(24)는 세포 또는 미생물을 포함하는 배양물을 포함한다. 그러나, 다른 실시형태에서, 유체(24)는 본 명세서에서 설명된 바와 같이 다른 용액, 현탁액 또는 액체를 포함할 수 있다. 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 다양한 가스가 전형적으로 컨테이너(16) 내에서 세포 또는 미생물의 성장 시에 요구된다. 가스는 전형적으로 산소, 이산화탄소 및/또는 질소와 선택적으로 결합되는 공기를 포함한다. 그러나, 다른 가스도 또한 사용될 수 있다. 이러한 가스의 첨가는 용존 산소 및 CO2함유량을 조절하고 배양 용액의 pH를 조절하도록 사용될 수 있다. 적용 분야에 따라서, 가스와 함께 살포하는 것은 다른 용도를 또한 가질 수 있다. 가스 라인(26)은 살포기(22)에 필요한 가스를 전달하기 위하여 가스원(28)으로부터 살포기(22)로 연장된다.
살포기(22)는 다양한 다른 구성을 가질 수 있다. 예를 들어, 살포기(22)는 작은 기포에 있는 가스를 컨테이너(16) 내로 분산시키는 금속, 플라스틱, 또는 다른 재료로 구성된 투과성 멤브레인 또는 프릿 구조(fritted structure)를 포함할 수 있다. 작은 기포는 유체 내로의 가스의 보다 양호한 흡수를 허용할 수 있다. 다른 실시형태에서, 살포기(22)는 튜브, 포트 또는 컨테이너(16)에 형성되거나 또는 이와 결합되는 다른 형태의 개구를 간단히 포함할 수 있으며, 가스는 이러한 것들을 통해 구획(18) 내로 이동한다. 살포기의 예 및 살포기가 본 발명에서 어떻게 사용될 수 있는가는 참조에 의해 본원에 통합되는 미국 특허 공개 제2006-0270036호 및 제2006-0240546호에 개시되어 있다. 다른 종래의 살포기도 또한 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 컨테이너(16) 내에 수용된 유체(24)를 혼합하기 위한 수단이 제공된다. 제한이 아닌 예로서, 임펠러(30) 또는 다른 혼합 요소가 구획(18) 내에 배치된다. 임펠러(30)는 동적 밀봉부(dynamic seal)(34)를 통해 컨테이너(16) 내로 돌출하는 구동축에 의해 회전된다. 그러므로, 구동축(32)의 외부 회전은 컨테이너(16) 내에 있는 유체(24)를 혼합하는 임펠러(30)의 회전을 촉진한다.
다른 실시형태에서, 구동축(32)은 컨테이너(16)에 회전 가능하게 연결된 한쪽 단부와 임펠러(30)에 연결된 반대쪽의 제2 단부를 가지는 가요성 튜브를 통해 컨테이너(16) 내로 돌출할 수 있다. 구동축(32)이 가요성 튜브를 통과하여 임펠러(30)와 제거 가능하게 결합하여서, 구동축(32)은 유체(24)와 직접 접촉하지 않고 임펠러(30)를 회전시킬 수 있다. 이러한 혼합 시스템의 예는 특정 참조에 의해 본원에 통합되는 2008년 6월 10일 허여된 미국 특허 제7,384,783호 및 2010년 3월 23일 허여된 미국 특허 제7,682,067호에 개시된다. 또 다른 실시형태에서, 구동축(32)은 유체를 혼합하기 위하여 컨테이너(16) 내에 위치된 혼합 요소를 반복적으로 상승 및 하강시키도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 자기 교반 바(magnetic stir bar) 또는 임펠러는 컨테이너(16)의 구획(18) 내에 배치되고 컨테이너(16) 외부에 배치된 자기 믹서(magnetic mixer)에 의해 회전될 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 컨테이너(16)의 구획(18) 내로 돌출하는 교반 바, 패들 등은 유체(24)를 혼합하도록 선회되거나, 소용돌이치거나, 흔들리거나 또는 달리 움직일 수 있다. 아울러, 혼합은 컨테이너(16)에 대해 밀봉된 양쪽 단부들을 가지는 튜브를 통하여 구획(18) 내로 또는 이로부터 유체를 움직이도록 연동 펌프를 사용하여 구획(18)을 통해 유체를 순환시키는 것에 의해 달성될 수 있다. 가스 기포는 또한 필요한 혼합을 달성하도록 유체를 통과할 수 있다. 끝으로, 지지 하우징(12) 및 컨테이너(16)는 컨테이너(16) 내에서 유체(24)를 혼합하도록 선회되거나, 요동하거나, 회전되거나 또는 달리 움직일 수 있다. 다른 종래의 혼합 기술이 또한 사용될 수 있다. 컨테이너(16)와 같은 가요성 백 내로 믹서를 통합하는 특정 예들은 특정 참조에 의해 본원에 통합되는 2008년 6월 10일 허여된 미국 특허 제7,384,783호; 2010년 3월 23일 허여된 미국 특허 제7,682,067호; 및 2006년 9월 7일 공개된 미국 특허 공개 제2006-0196501일에 개시되어 있다.
구획(18) 내의 가스 압력을 감지하도록 사용되는 압력 센서(33)가 컨테이너(16)와 결합된다. 특히, 사용 동안, 헤드 공간(25)이 유체(24) 위에 형성된다. 압력 센서(33)는 헤드 공간에서의 압력을 감지하도록 헤드 공간(25) 내에 배치되거나 또는 다른 방식으로 통신하도록 위치된다. 임의의 종래의 압력 센서가 사용될 수 있다는 것이 이해된다. 압력 센서(33)는 압력 센서(33)로부터 컴퓨터 프로세서(190)로 판독값을 송신하기 위하여 송신기(35)와 (유선 또는 무선으로) 결합될 수. 송신기(35)는 판독값을 무선으로 컴퓨터 프로세서(190)에 전송할 수 있거나, 또는 대안적으로, 압력 센서(33)는 컴퓨터 프로세서(190)에 유선 연결될 수 있다. 압력 센서(33) 및 컴퓨터 프로세서(190)의 작동은 아래에서 더욱 상세하게 설명될 것이다.
요구되지 않을지라도, 본 발명의 일 실시형태에서, 응축기 시스템(36)은 배기 가스와 함께 컨테이너(16)로부터 배출되는 수분을 응축하기 위하여 컨테이너(16)과 결합된다. 일반적으로, 응축기 시스템(36)은 응축기(38), 응축기 백(40), 냉각 장치(chiller)(42), 및 펌프(44)를 포함한다. 보다 구체적으로, 응축기 백(40)은 컨테이너(16)에 관하여 위에서 논의된 재료와 같은 중합체 필름의 하나 이상의 시트로 만드어진 2차원 또는 3차원 가요성 백을 포함한다. 응축기 백(40)은 입구 단부(46) 및 출구 단부(47)를 가진다. 입구 단부(46)는 컨테이너(16)의 상단부에 직접 결합되는 것에 의해, 또는 도시된 바와 같이 컨테이너(16)의 상단부로부터 입구 단부(46)로 연장되는 가스 라인(48)에 의해 결합되는 것과 같이 컨테이너(16)의 구획(18)과 유체 결합된다. 가스 라인(48)은, 본 명세서에서 설명된 다른 가스 라인 및 유체 라인과 마찬가지로, 가요성 배관, 필름으로 구성된 튜브, 강성 도관 또는 다른 도관을 포함할 수 있다. 응축기 백(40)의 입구 단부(46)와 출구 단부(47) 사이에, 전형적으로 U자 형상 구성을 가지는 캐처(50)가 형성된다. 이하에 논의되는 바와 같이, 응축기 백(40) 내에서 응축된 수분은 캐처(50)에서 수집된다.
유체 라인(52)은 캐처(50)와 결합되는 제1 단부, 및 컨테이너(16) 또는 별도의 유체 저장조와 결합되는 반대쪽의 제2 단부를 가진다. 이와 같이, 유체 라인(52)은 응축된 수분을 도로 컨테이너(16)로 복귀시키거나, 또는 후속 사용 또는 폐기를 위해 유체 저장조 내에서 응축된 수분을 수집하도록 사용될 수 있다. 응축기 백(40)의 위치 및 구성에 의존하여, 응축된 수분은 중력 하에서 유체 라인(52)을 통하여 자유롭게 유동할 수 있거나, 또는 연동 펌프를 유체 라인(52)에 부착하는 것에 의해 유체 라인(52)을 통하여 펌핑될 수 있다. 다른 대안적인 실시형태에서, 유체 라인(52)의 제2 단부는 가스 라인(48) 또는 응축기 백(40)의 입구 단부(46)에 결합될 수 있어서, 거기에서 전달된 유체는 컨테이너(16) 내로 흘러 내릴 것이다.
응축기(38)는 한 쌍의 패널(54A, 54B)을 포함하며, 한 쌍의 패널은 각각의 패널을 통해 연장되는 유체 경로를 한정한다. 각각의 패널(54)은, 유체 경로와 연통하고 유체 라인(56)과 결합되는 입구, 및 유체 경로와 연통하고 유체 라인(58)과 결합되는 출구를 가진다. 유체 라인(56 및 58)의 양쪽 단부는 냉각 장치(42)와 연통한다. 특히, 유체는 냉각 장치(42)에 의해 냉각되고, 그런 다음 펌프(44)에 의해 유체 라인(56)을 통하고, 패널(54) 내의 유체 경로를 통한 다음, 유체 라인(58)을 통하여 냉각 장치(42)로 도로 펌핑되며, 여기에서, 상기 공정은 반복된다. 패널(54)은 전형적으로 알루미늄, 또는 일부 다른 고열전도성 재료와 같은 금속으로 구성된다. 이와 같이, 냉각된 유체를 패널(54)을 통과시키는 것은 패널(54)을 냉각한다. 패널(54)은 전형적으로 응축기 백(40)의 대향하는 측면들에 직접 기대어 배치되는 실질적으로 편평한 내부면(60)을 가진다. 따라서, 습한 가스가 응축기 백(40)을 통과함에 따라서, 습한 가스는 패널(54)과의 열전달에 의해 냉각되어서, 습한 가스 내의 수분은 위에서 논의된 바와 같이 캐처(50)에서 수집되는 액체로 응축된다. 응축기 시스템(36)의 각각의 구성요소의 특정 예, 응축기 백(40)이 컨테이너(16)와 어떻게 유체 결합될 수 있는지, 응축된 수분으로부터의 액체가 어떻게 컨테이너(16)로 복귀될 수 있는지, 및 응축기 시스템의 대안적인 실시형태는 특정 참조에 의해 본원에 통합되는, 2014년 6월 4일 허여된 미국 특허 제8,455,242호 및 2014년 12월 31일 출원된 미국 특허 출원 제14/588,063호에 개시되어 있다. 다른 종래의 응축기 시스템이 또한 사용될 수 있다.
대안적인 실시형태에서, 응축기 시스템(36)이 가스로부터 수분을 응축하도록 사용될 수 있는 어떠한 통상의 응축기 시스템도 포함할 수 있다는 것이 이해된다. 이러한 종래의 시스템은 전형적으로 응축기 백(40)을 포함하지 않지만, 종종 가스가 통과하고 냉각 소스 내에 또는 바로 인접하여 위치되는 강성 또는 반강성 도관을 가진다.
이전의 관점에서, 사용 동안, 유체(24)는 컨테이너(16)의 구획(18) 내로 분산된다. 앞서 논의된 바와 같이, 유체(24)는 배지, 영양제, 및 다른 필요한 성분, 또는 처리를 필요로 하는 다른 형태의 유체와 함께 세포 또는 미생물 배양물을 포함할 수 있다. 유체가 무균 상태로 유지되어야만 하는 경우에, 컨테이너(16), 특히 그 구획(18)은 사용 전에 방사선에 의해 살균된다. 가스 기포(23)는 살포기(22)를 통해 유체(24) 내로 살포된다. 동시에, 임펠러(30) 또는 다른 혼합 요소는 유체(24)를 혼합하도록 작동되고, 전형적으로 유체를 실질적으로 균질하게 유지한다. 가스 기포(23)는 유체(24)를 통과하여, 유체와 함께 질량 전달을 만들고, 그런 다음 컨테이너(16)의 상단부에 위치된 헤드 공간(25) 내에서 수집된다. 가스 압력이 증가함에 따라서, 습한 살포 가스는 가스 라인(48)을 통해 응축기 백(40) 내로 진행한다. 습한 가스 내의 수분은 응축기(36)에 의해 응축되고, 컨테이너(16)로 복귀되거나 또는 위에서 논의된 바와 같이 다른 유체 저장조로 전달된다.
이제 제습된 가스는 응축기 백(40)의 출구 단부(47)로부터 나와서, 필터 조립체(66A)의 흡기 포트(64A)로 진행한다. 응축기 백(40)은 응축기 백(40)과 필터 조립체(66A) 상에 위치된 포트들을 서로 직접 결합하는 것에 의해 필터 조립체(66A)에 직접 결합될 수 있거나, 또는 도시된 바와 같이 그 사이에서 연장되는 가스 라인(68)에 의해 서로 유체 결합될 수 있다. 다른 실시형태에서, 응축기 시스템(36)은 필터 조립체(66A)가 직접 또는 가스 라인을 통해 컨테이너(16)와 결합하도록 제거될 수 있다.
하나의 예시적인 실시형태에서, 필터 조립체(66A)는 구획(72)을 한정하는 케이싱(70A)을 포함한다. 필터(74A)가 구획(72) 내에 배치된다. 가스 라인(68)으로부터의 가스는 흡기 포트(64A)를 통하여 구획(72)으로 진입하고, 필터(74A)를 통과한 다음, 배기 포트(65A)를 통해 빠져 나간다. 이와 같이, 필터 조립체(66A)를 통과하는 모든 가스는 필터(74A)를 통과한다. 일 실시형태에서, 필터(74A)는 카트리지 필터를 포함할 수 있는 한편, 케이싱(70A)은 카트리지 필터가 제거 가능하게 수용될 수 있는 금속 하우징과 같은 강성 하우징을 포함한다. 대안적인 실시형태에서, 필터 조립체(66A)는 필터(74A)가 중합체 케이싱과 같은 강성의 외부 케이싱 내에 영구적으로 봉입되는 캡슐 필터를 포함할 수 있다.
필터(74A)는 전형적으로 다공성 재료로 만들어지고, 가스는 다공성 재료를 통과할 수 있지만, 박테리아 및 미생물과 같은 원하지 않는 오염물은 다공성 재료를 통과할 수 없다. 다공성 재료는 전형적으로 액체를 밀어내는데 도움이 되는 소수성 물질이다. 예를 들어, 필터(74A)는 폴리플루오르화비닐리덴(PVDF)으로 구성될 수 있다. 다른 재료들 또한 사용될 수 있다. 시스템이 생물 반응기 또는 발효기로서 작용하는 경우에, 필터(74A)는 전형적으로 살균 필터로서 작동할 필요가 있으며, 그러므로 전형적으로 0.22 마이크로미터(㎛) 이하의 기공 크기를 가질 것이다. 용어 "기공 크기"는 입자가 통과할 수 있는 재료에서의 최대 기공으로서 정의된다. 통상적으로, 필터(74A)는 0.22 내지 0.18㎛의 범위에 있는 기공 크기를 가진다. 그러나, 예비-필터링 용도 또는 비살균 용도를 위하여, 필터(74A)는 약 0.3 내지 1.0㎛의 범위에 있는 것과 같이 더욱 큰 기공 크기를 가질 수 있다. 또 다른 적용에서, 기공 크기는 1.0㎛보다 클 수 있다. 필터(74A)의 하나의 예는 밀포어사(Millipore)에서 제조된 듀라포어(DURAPORE) 0.22㎛ 소수성 카트리지 필터이다. 또 다른 예는 젠퓨어사(ZenPure)로부터 구할 수 있는 퓨어플로 UE(PUREFLO UE) 카트리지 필터이다.
필터 조립체(66A)의 대안적인 실시형태이며 그 대신에 사용될 수 있는 필터 조립체(66B)가 도 2에 도시되어 있다. 필터 조립체(66B)는 한쪽 단부에 장착된 흡기 포트(64B), 및 반대쪽의 단부에 장착된 배기 포트(65B)를 가지는 케이싱(70B)을 포함한다. 케이싱(70B)은 중합체 필름과 같은 중합체 재료의 1장 이상의 시트로 구성된 가요성의 붕괴 가능한 백을 포함한다. 케이싱(70B)은 동일한 재료로 구성될 수 있으며, 컨테이너(16)와 관련하여 위에서 이미 논의된 것과 동일한 제조 방법을 사용하여 제조될 수 있다. 도시된 실시형태에서, 케이싱(70B)은 주변 가장자리를 따라서 서로 이어붙여진 중합체 필름의 2장의 중첩 시트로 제조된 필로우형 백을 포함한다. 일부 적용에서, 필터 조립체(66), 응축기 백(40), 컨테이너(16), 및 그 사이에서 연장되는 가스 라인은 모두 사용 전에 살균될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 케이싱(70B)은 내부면(96) 및 반대쪽의 외부면(98)을 가진다. 내부면(96)은 구획(100)을 한정한다. 케이싱(70B)은 입구 개구(102)가 형성되는 제1 단부(101)를 가진다. 입구 개구(102)는 흡기 포트(64B)와 결합되도록 구성된다. 케이싱(70B)은 출구 개구(104)가 형성되는 반대쪽의 제2 단부(103)를 또한 가진다. 출구 개구(104)는 배기 포트(65B)와 결합되도록 구성된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 흡기 포트(64B)는 이를 통해 연장되는 포트 개구(109)를 한정하는 관형 스템(tubular stem)(108)을 포함한다. 환형 커플링 플랜지(110)는 스템(108)을 둥글게 둘러싸고, 스템으로부터 반경 방향으로 외측으로 돌출한다. 커플링 플랜지(110)는 그 위에 배치된 O-링과 같은 환형 밀봉부(107)를 구비한 단부면(106)(도 3)을 가진다. 흡기 포트(64B)의 스템(108)은 입구 개구(102) 내에 수용되고 케이싱(70B)에 용접되는 것에 의해 케이싱(70B)에 고정될 수 있어서, 커플링 플랜지(110)는 드러내(openly) 노출된다. 그러므로, 포트 개구(109)는 케이싱(70B)의 구획(100)과 연통한다. 흡기 포트(64B)와 동일한 포트가 응축기 백(40)의 출구 단부(47)에 장착될 수 있다. 응축기 백(40)과 필터 조립체(66B) 사이의 밀봉된 커플링은 그런 다음 트라이 클램프(tri-clamp)의 사용을 통하는 것과 같이 커플링 플랜지들을 서로 간단히 클램핑하는 것에 의해 달성될 수 있다.
도 4를 계속 참조하여, 배기 포트(65B)는 제1 단부(120)와 반대쪽의 제2 단부(122) 사이에서 연장되는 내부면(116) 및 외부면(118)을 가지는 관형 스템(114)을 포함한다. 커넥터가 제1 단부(120)에서 내부면(116)에 형성된다. 도시된 실시형태에서, 커넥터는 제1 단부(120) 상에 형성된 한 쌍의 대향하는 베이넛 슬롯(bayonet slot)(124)(도 3)을 포함하여, 베이넛 연결의 절반을 형성한다. 내부면(116)은, 배기 포트(65B)를 통해 연장되고 흡기 포트(64B)의 포트 개구(109)와 동일한 구성 및 치수를 가질 수 있는 포트 개구(126)를 한정한다. 커플링 플랜지(128)는 스템(114)의 제2 단부(122)를 둘러싸고 이로부터 반경 방향으로 외측으로 돌출한다. 환형 밀봉부(129)는 그 단부면(131) 상에 형성된다. 부착 동안, 배기 포트(65B)의 스템(114)의 제1 단부(120)가 출구 개구(104) 내에 수용되어 케이싱(70B)에 용접될 수 있어서, 플랜지(128)는 드러내 노출된다.
배기 포트(65B)와 결합되는 필터(74B)가 케이싱(70B) 내에 배치된다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 필터(74B)는 제1 단부(138)와 반대쪽의 제2 단부(140) 사이에서 연장되는 내부면(134) 및 외부면(136)을 가지는 필터 본체(132)를 포함한다. 필터 본체(132)는 대향하는 단부(138 및 140)들과 제2 단부(140)에 배치된 플로어(144) 사이에서 연장되는 관형 측벽(142)을 포함한다. 이와 같이, 내부면(134)은 막힌 채널(146)을 한정하고, 막힌 채널은 필터 본체(132)의 길이를 따라서 중앙으로 연장하지만 플로어(144)에 의해 제2 단부(140)에서 차단된다. 관형 목부(148)는 필터 본체(132)의 제1 단부(138)로부터 위로 돌출한다. 한 쌍의 환형 그루브(150A 및 B)는 목부(148)의 외부면을 둘러싸고, 대응하는 환형 밀봉부(152A 및 B)를 수용하도록 구성된다. 한 쌍의 대향하는 베이넛 가지(bayonet prong)(154)가 또한 그루브(150A 및 150B) 아래의 위치에서 목부(148)의 외부면으로부터 외부로 돌출한다. 개구(156)는 목부(148)를 통해 연장되고 채널(146)과 연통한다. 필터 본체(132)는 동일한 재료로 만들어질 수 있으며, 필터(74A)와 관련하여 위에서 논의된 바와 같은, 기공 크기를 포함하는 동일한 특성을 가진다.
조립 동안, 밀봉부(152)들은 환형 그루브(150)들 내에 수용되고, 그 후, 필터(74B)의 목부(148)는, 베이넛 슬롯(124) 내에서 수용되어 회전되는 베이넛 가지(154)에 의해 배기 포트(65B)에 결합된다. 이러한 구성에서, 필터(74B)는 목부(148)와 배기 포트(65B)의 내부면(116) 사이에 가스 기밀성 밀봉을 형성하는 밀봉부(152)와 함께 배기 포트(65B)에 고정적으로 부착된다. 다음으로, 필터(74B)는 배기 포트(65B)가 케이싱(70B) 내에 부분적으로 수용되도록 케이싱(70B) 내에서 슬라이딩된다. 가스 기밀성 밀봉은 그런 다음 스템(114)의 외부면(118)에 케이싱(70B)을 용접하는 것에 의해 케이싱(70B)과 배기 포트(65B) 사이에 형성된다.
사용 동안, 다음에 상세하게 설명되는 바와 같이, 응축기 백(40)으로부터 또는 직접 컨테이너(16)로부터의 가스는 흡기 포트(64B)에서 필터 조립체(66B)로 들어가지만, 오직 필터 본체(132)를 통과하는 것에 의해 필터 조립체(66B)를 빠져나가고, 채널(146)을 따라서 진행하여 배기 포트(65B)를 통해 빠져나갈 수 있다. 이와 같이, 필터(74B)는 필터 조립체(66B)를 통과하는 모든 가스를 살균 또는 그 외에 필터링한다. 또한, 필터 74B)는, 그 후에 컨테이너(16) 내의 유체(24)와 잠재적으로 접촉할 수 있는 외부 오염물이 필터 조립체(66B)의 구획에 접근하는 것을 방지하는 살균 필터로서 또한 기능한다.
필터 조립체(66B)는 높은 유량의 가스를 필터링할 수 있도록 설계된다. 특히, 가스가 필터 조립체(66B)에 들어감에 따라서, 가요성 케이싱(70B)은 도 3에 도시된 구성으로 팽창한다. 팽창된 구성에서, 케이싱(70B)은 필터 본체(132)의 길이를 따라서 필터 본체(132)의 외부면(136)으로부터 이격된다. 이와 같이, 가스가 모든 측부로부터 자유롭게 접근하여 필터 본체(132)의 전체 길이를 따라서 필터 본체(132)를 통과하며, 이에 의해, 필터 본체(132)의 사용을 최적화하고 이를 통한 가스 유량을 최대화할 수 있다. 일 실시형태에서, 필터 본체(132)의 외부면(136)과 케이싱(70B)의 내부면 사이의 환형 갭 거리(D)는 약 0.15㎝ 내지 약 3㎝의 범위이고, 더욱 통상적으로 약 0.2㎝ 내지 약 1㎝의 범위이다. 일부 실시형태에서, 갭 거리(D)는 1㎝ 또는 2㎝보다 클 수 있다. 다른 치수 또한 사용될 수 있다. 일 실시형태에서, 필터 본체(132)는 약 5㎝ 내지 약 10㎝ 사이의 범위에 있는 최대 가로 지름을 가진다. 다른 치수 또한 사용될 수 있다. 또한, 갭 거리(D)는 전형적으로 필터 본체(132)의 길이의 적어도 80%, 더욱 통상적으로 적어도 90%, 95% 또는 100%에 걸쳐서 연장된다. 필터 조립체(66B)는 또한 흡기 포트(64B) 및 배기 포트(65B)의 포트 개구들이 3㎝, 4㎝, 5㎝ 또는 6㎝보다 큰 놀라운 지름을 가지도록 설계될 수 있기 때문에 높은 가스 유량을 또한 처리할 수 있다. 아울러, 다음에 설명되는 바와 같이, 필터 조립체(66B)는 가스 유동과 병렬 연통으로 배치되는 다수의 필터(74B)와 동시에 작동하도록 설계될 수 있다.
본 발명의 유체 처리 시스템(10)은 그 크기에 의존하여 통상적으로 200 또는 600 표준 ℓ/분("slpm")보다 큰 가스 유량으로 작동할 수 있으며, 그 크기에 의존하여 2000, 5,000 또는 10,000 slpm보다 큰 가스 유량으로 동작할 수 있는 것으로 구상된다. 물론, 시스템은 더 낮은 유량으로도 작동할 수 있다. 달리 표현하면, 시스템의 일부 실시형태는 통상적으로 분당 약 0.001 내지 약 2.5 용기 체적(vessel volume)(컨테이너(16)의 체적에 기초하여), 더욱 통상적으로 분당 약 0.1 내지 약 1.0 용기 체적의 가스 유량으로 작동한다. 다른 유량 또한 사용될 수 있다.
하나의 대안적인 실시형태에서, 필터 및 배기 포트는 단일 부품으로서 형성될 수 있다. 예를 들어, 필터(74C)가 도 3a에 도시되어 있다. 필터(74C)와 이전에 설명된 필터(74B) 사이의 동일한 요소는 동일한 도면부호로 식별된다. 필터(74C)는 이전에 설명된 것과 동일한 구조, 조성 및 특성을 갖는 필터 본체(132)를 포함한다. 그러나, 제1 단부(138)에서 목부(148)를 포함하기 보다는 오히려, 필터(74C)는 오버 몰딩, 접착, 용접 등에 의해 필터 본체(132)의 제1 단부(138)에 영구적으로 고정되는 배기 포트(65C)를 포함한다. 이와 같이, 배기 포트(65C)와 필터 본체(132) 사이에는 별도의 밀봉부가 필요하지 않다.
배기 포트(65C)는 제1 단부(166)와 반대쪽의 제2 단부(168) 사이에서 연장되는 내부면(162) 및 반대쪽의 외부면(164)을 가지는 스템(160)을 포함한다. 제2 단부(168)는 위에서 논의된 바와 같이 필터 본체(132)에 고정된다. 플랜지(170)는 제1 단부(166)를 둘러싸고 이로부터 외측으로 돌출한다. 내부면(162)은, 이를 통해 연장되어, 필터 본체(132)의 채널(146)과 연통하는 포트 개구(172)를 한정한다. 필터 본체(132)는 케이싱(70B) 내에 수용되고, 배기 포트(65C)의 외부면(164)은 케이싱(70B)의 출구 개구(104) 내에 수용된다. 외부면(164)은 가스 기밀성 밀봉을 형성하도록 용접에 의해 케이싱(70B)에 밀봉된다. 배기 포트(164)는 전형적으로 비다공성 중합체 재료로 구성되는 반면에, 필터 본체(132)는 이전에 설명된 바와 같이 다공성 재료로 구성된다.
다른 실시형태에서, 배기 포트(65C)가 제거될 수 있고, 케이싱(70B)이 필터 본체(132)의 제1 단부(138)에 직접 용접되거나 또는 그 외에 직접 고정될 수 있는 것이 구상된다. 필터 조립체(66B)에서의 추가의 설명, 이에 대한 대안적인 실시형태, 및 필터 조립체(66B)가 어떻게 응축기 백(40) 및 컨테이너(16)에 부착될 수 있는지는 참조에 의해 본원에 통합되는 2014년 12월 31일 출원된 미국 특허 출원 제14/587,976호에 개시되어 있다.
케이싱(70A)(도 2) 또는 케이싱(70B)에 배치될 수 있는 가열 재킷(198)이 또한 도 4에 도시되어 있다. 가열 재킷(198)은 절연 패드(200)를 포함하며, 절연 패드는 원통형 루프로 감싸질 수 있으며, 패드(200)의 외부를 둘러싸는 스트랩(202)들에 의해 필요한 구성으로 유지될 수 있다. 열 테이프 등과 같은 전기 가열 요소(204)가 패드(200) 내에 또는 그 내부면에 배치된다. 행거(hanger)(206)는 패드(200) 또는 스트랩(202) 중 하나에 연결하는 것에 의해 패드(200)의 상단부로부터 또한 돌출할 수 있다. 사용 동안, 가열 재킷(198)은 대응하는 케이싱(70A, 70B) 주위를 감싼다. 그러나, 재킷(198)은 케이싱(70B)이 필터(74B)와 케이싱(70B) 사이에 필요한 갭을 제공하기 위해 여전히 팽창할 수 있도록 크기화되지만, 또한 전형적으로 케이싱(70A, 70B)이 그 사이에서 효율적인 열전달을 만들기 위하여 가열 재킷(198)의 내부면에 기대어 밀도록 구성된다. 응축기 시스템(36)으로부터 필터 조립체(66)로 이동하는 수분은 필터(74)에 모이고 결국 필터를 막는다. 전기 가열 요소(204)를 활성화하는 것에 의해, 가열 재킷(198)은 필터(74)에서 응축된 액체를 가열하여 기화시키는 것을 도와서, 수분은 필터(74)를 통과하여 필터 밖으로 나가고, 이에 의해 필터(74)의 활성 수명을 연장시킨다. 그러나, 가열 재킷(198)이 본원에서 교시된 바와 같이 필터를 작동시키거나 진공을 적용할 필요가 없으며, 필요하면 가열 재킷(198)이 제거될 수 있다는 것을 유념하여야 한다.
도 1로 돌아가서, 전달 라인(180)은 필터 조립체(66)(즉, 필터 조립체(66A 또는 66B))의 배기 포트(65)(즉, 배기 포트(65A 또는 65B))와 결합된 제1 단부(181)와, 진공 펌프(185)와 결합된 반대쪽의 제2 단부(183)를 가진다. 전달 라인(180)은 가요성 배관, 강성 도관, 진공 호스, 또는 완전히 붕괴하지 않고 부압 하에서 작동할 수 있는 임의의 다른 형태의 도관을 포함할 수 있다. 작동 동안, 진공 펌프(185)는 작동되어, 전달 라인(180) 내에서 부분 진공 또는 부압을 생성한다. 부분 진공/부압은 필터 조립체(66)의 배기 포트(65)에 적용되고, 이러한 것은 필터(74)를 통하여 배기 가스를 흡인하는 것을 돕도록 기능한다. 적용된 부압은 전형적으로 0㎪보다 작고(즉, 더욱 큰 부압), 더욱 통상적으로 -0.5, -1, -5 또는 -10㎪보다 작다. 최대 부압은 전형적으로 -100㎪보다 크고(즉, 더욱 큰 정압), 더욱 통상적으로 -80, -50, -30 또는 -20㎪보다 크다. 그러므로, 적용된 부압은 통상적으로 -0.5㎪ 내지 -80㎪이며, 더욱 통상적으로 -0.5㎪ 내지 -50㎪, 또는 -0.5㎪ 내지 -20㎪이다. 다른 값들이 또한 사용될 수 있다. 마찬가지로, 흡기 포트(64)와 배기 포트(65) 사이의 필터(74)를 가로지르는 압력차는 전형적으로 0.5㎪ 내지 80㎪의 범위, 더욱 통상적으로 0.5㎪ 내지 50㎪, 또는 0.5㎪ 내지 20㎪, 또는 0.5㎪ 내지 10㎪의 범위에 있다. 재차, 다른 값들이 또한 사용될 수 있다.
부분 진공 또는 부압을 필터 조립체(66)의 배기 포트(65)에 적용하는 것은 다수의 이점을 달성하는 것으로 알려졌다. 예를 들어, 필터(74)의 비교적 작은 기공 크기때문에, 가스가 필터(74)를 통과함에 따라서 상당한 압력 손실이 존재한다. 그러나, 유체(24)를 통해 높은 유량으로 가스를 살포하는 것이 필요한 경우에, 이러한 것은 문제가 될 수 있다. 즉, 필터(74)는 필터 조립체(74)를 통한 가스의 유동을 방해한다. 필터(74)를 통과한 가스의 유동이 유체(24) 내로 살포되는 가스의 유동에 뒤지지 않게 하도록, 하나의 선택은 가스가 더욱 신속하게 필터(74)를 통과하도록 필터(74)의 상류에서 가스 압력을 증가시키는 것이다. 그러나, 케이싱(70B), 응축기 백(40) 및/또는 컨테이너(16)가 중합체 필름으로 구성되는 경우에, 이러한 것들은 전형적으로 10㎪ 아래, 전형적으로는 0.1㎪ 내지 8㎪의 범위, 더욱 통상적으로 0.5㎪ 내지 5㎪, 또는 0.5㎪ 내지 2㎪ 범위의 내부 가스 압력에서 작동하도록 설계된다. 케이싱(70B), 응축기 백(40) 및/또는 컨테이너(16)가 이것들이 팽창되어 유지되도록 일부 정압(positive pressure)에서 작동하도록 설계된다는 것을 유념하여야 한다. 50㎪ 이상, 또는 더욱 통상적으로 60㎪ 또는 70㎪의 가스 압력에서, 중합체 필름 및/또는 이것으로 형성된 이음매가 파열되고, 이에 의해, 오염물이 살균 환경으로 들어가서, 결국 유체(24)를 오염시키는 것이 가능하다. 따라서, 케이싱(70), 응축기 백(40) 및/또는 컨테이너(16)는 폴리머 필름으로 구성되거나, 또는 그렇지 않으면 경량 구조를 가지는 경우에, 안전한 작동 조건은 필터(74)로부터 상류에서 가스 압력의 어떠한 상당한 상승도 일어나지 않게 한다.
케이싱(70), 응축기 백(40) 및 컨테이너(16)는 더욱 높은 가스 압력에 안전하게 견디는 강성 구조로서 형성될 수 있다. 그러나, 일부 상황에서, 이것들이 중합체 필름으로 만들어지는 경우에, 케이싱(70), 응축기 백(40) 및/또는 컨테이너(16)를 사용하는 것에 의해 상당히 유익할 수 있다. 예를 들어, 케이싱(90), 응축기 백(40) 및/또는 컨테이너(16)가 중합체 필름으로 형성되는 경우에, 이것들은 경질의 대응 부분보다 제조하는 것이 더욱 용이하고 상당히 저렴하며, 이에 의해 비용을 감소시킨다. 또한, 케이싱(70), 응축기 백(40) 및/또는 컨테이너(16)가 비교적 저렴하게 생산되기 때문에, 이것들은 단일 사용 후에 폐기될 수 있다. 그 결과, 세척 또는 살균이 무리들 사이에 요구되지 않고, 공정 유체가 오염될 위험이 적다.
필터(74) 상류에서 가스 압력을 증가시키는 하나의 대안은 필터 조립체(66)들이 더욱 낮은 가스 압력에서 가스 유량을 처리할 수 있도록 응축기 시스템(36)에 다수의 필터 조립체(66)를 병렬로 유체 결합하는 것이다. 그러나, 이러한 접근법이 갖는 문제는 필터(74)들이 매우 비싸다는 것이다. 그러므로, 이러한 접근법이 실현 가능할지라도, 비용을 더욱 낮추도록 사용되는 필터(74)의 수를 최소화하는 것이 필요하다.
상기 접근법을 사용하는 것과는 대조적으로, 필터(74)의 배기 포트(65)에 부분 진공 또는 부압을 적용하는 이점은 적용된 부압이 필터(74)를 통한 가스의 유량을 증가시키고, 필터(74)의 상류에서 가스 압력을 감소시키는 것이다. 이와 같이, 시스템이 더욱 낮은 압력에서 작동할 수 있기 때문에, 케이싱(70), 응축기 백(40) 및/또는 컨테이너(16)는 이것들이 중합체 필름으로 구성되는 경우에 유체 처리 시스템(10)에서 여전히 안전하게 사용될 수 있다. 일부 실시형태에서, 다음에 설명되는 바와 같이, 높은 유량의 살포된 가스를 수용하도록 병렬로 다수의 필터(74)를 사용하는 것이 여전히 필요할 수 있을지라도, 각각의 필터(74)의 배기 포트에 부분 진공/부압을 적용하는 것에 의해, 상당히 적은 필터 또는 작은 필터들이 요구되고, 이에 의해 비용을 최소화할 수 있다. 필터(74)의 배기 포트(65)에 부분 진공/부압 가스 압력을 적용하는 추가의 이점은 필터(74)가 사용될 수 있는 제조 수명을 연장시킨다는 것이다. 즉, 필터(74)는 부압 가스 압력이 필터(74)의 배기 포트(65)에 적용될 때 더 오랫동안 사용될 수 있다. 필터를 더 오랫동안 사용하는 것에 의해, 더 적거나 또는 더 작은 필터들이 요구되고, 이러한 것은 비용을 최소화하는 것을 돕는다. 상기 이점은 또한 사용된 필터 조립체, 응축기 시스템 및 유체 컨테이너의 형태와 관계없이 또한 달성된다. 즉, 비록 필터 조립체, 응축기 시스템 및 유체 컨테이너가 상승된 가스 압력에서 작동할 수 있는 강성 구조로서 형성되더라도, 필터 조립체의 배기 포트에 부압을 적용하는 것은 요구되는 필터의 수 또는 크기를 감소시킬 것이다.
진공 펌프(185)에 의해 배기 포트(65)에 적용된 부분 진공/부압은 전형적으로 필터(74)로부터 상류에서의 가스 압력이 정압이고 이전에 설명된 바와 같은 바람직한 작동 범위, 즉 전형적으로 0.1㎪ 내지 2㎪의 범위에 있는 값으로 유지된다. 부분 진공/부압이 너무 크면, 필터(74)로부터 상류에서의 가스 압력은 부압이거나 또는 충분히 낮고, 이는 케이싱(74B)이 필터(70B)에 대해 붕괴하고, 이에 의해 필터(70B)를 통한 가스의 유동을 방해한다. 응축기 백(40) 및/또는 컨테이너(16)를 붕괴시키는 것은 또한 가스 유동을 방해할 수 있으며, 다른 작동 조건에 부정적으로 영향을 미칠 수 있다. 케이싱(70), 응축기 백(40) 및/또는 컨테이너(16)가 충분히 강성이어서 붕괴없이 부압을 견딜 수 있는 경우에, 적용된 부분 진공/부압은 케이싱(70), 응축기 백(40) 및 컨테이너(16) 중 하나 이상 내에서 부압을 생성하도록 증가될 수 있다.
진공 펌프(185)는 다양한 다른 구성이 가능하며, 필요한 부분 진공/부압을 달성하고 필요한 가스 유량을 유지하도록 다수의 상이한 방식으로 사용될 수 있다. 진공 펌프(185)는 전형적으로 로터리 베인 펌프 또는 멤브레인 펌프와 같은 용적식 펌프(positive displacement pump)를 포함한다. 그러나, 다른 형태의 펌프가 또한 사용될 수 있다.
진공 펌프(185)는 또한 가변용량형 펌프 또는 고정용량형 펌프를 포함할 수 있다. 가변 용량형 펌프는 생성되는 부분 진공을 조절하도록 직접 제어될 수 있다. 대조적으로, 고정용량형 펌프는 오직 일정한 부분 진공만을 생성하도록 작동한다. 그러나, 생성된 일정한 부분 진공은 진공을 주위로 전환하는 것에 의해, 예를 들어 진공 라인으로의 별도의 가스의 전달을 조절하는 것에 의해 적용 동안 조절될 수 있다. 예를 들어, 진공 펌프(185)가 고정용량형 펌프인 경우에, 3-방 제어 밸브(182)가 전달 라인(180)과 결합될 수 있다. 공기 입자 필터(178)는 전달 라인(179)을 통해 제어 밸브(182)와 결합된다. 그 결과, 주위 환경으로부터의 공기는 공기 입자 필터(178)를 통과하고, 전달 라인(179)을 통과한 다음, 제어 밸브(182)를 통과하는 것에 의해 전달 라인(180) 내로 이동할 수 있다. 그러므로, 진공 펌프(185)가 일정한 부분 진공을 생성할 수 있을지라도, 전달 라인(179)을 통하여 전달 라인(180)에 들어가는 주위로부터의 공기의 양을 조절하도록 제어 밸브(182)를 사용하는 것에 의하여, 필터(74)의 배기 포트(65)에 적용된 부분 진공 또는 부압은 조절될 수 있다. 당업자라면, 단일의 3-방 제어 밸브의 기능성이 2개 이상의 2-방 제어 밸브를 사용하는 것에 의해 복제될 수 있고, 다양한 다른 밸브 구성이 필요한 기능을 달성하도록 사용될 수 있다고 본 발명이 상정하는 것을 이해할 것이다. 또한, 진공 펌프(185)는 시스템의 나머지 부분이 설비 내의 진공 인터페이스를 통해 연결되는 설비 펌프(facility pump)일 수 있다. 설비 펌프 및 몇몇 다른 형태의 진공 펌프는 라인(179)을 요구하지 않을 수 있다. 이러한 환경 하에서, 밸브(182)는 3-방 밸브보다는 2-방 밸브일 수 있다.
용량형 펌프와는 대조적으로, 진공 펌프(185)가 가변용량형 펌프인 경우에, 제어 밸브(182), 전달 라인(179), 및 공기 입자 필터(178)는 제거될 수 있으며, 진공 펌프(185)에 의해 생성된 부분 진공의 양은 진공 펌프(185)의 작동을 직접 제어하는 것에 의해 조절될 수 있다. 본 발명이 추가의 안전 밸브 및/또는 여분의 밸브가 필수는 아니지만 상기 시스템에 통합될 수 있고 유용할 수 있다는 것을 구상한다는 것이 이해된다.
일 실시형태에서, 필터(74)의 배기 포트(65)에 적용된 진공의 양은 전달 라인(180)과 결합된 압력 게이지(189)를 검사하는 것에 의해 수동으로 조절될 수 있다. 즉, 압력 게이지(189)의 판독값에 기초하여, 운영자는 진공 펌프(185)의 작동을 조정할 수 있거나, 또는 적용 가능한 경우에, 적용된 부분 진공을 조정하도록 제어 밸브(182)를 조정한다.
하나의 대안적인 자동화된 일 실시형태에서, 진공 펌프(185), 압력 게이지(189) 및/또는 제어 밸브(182)는 이전에 설명된 바와 같이 컨테이너(16) 내의 가스 압력을 검출하는 압력 센서(33)와 전기적으로 결합된 컴퓨터 프로세서(190)와 전기적으로 결합될 수 있다. 이러한 일 실시형태에서, 컴퓨터 프로세서(190)는 압력 게이지(189) 및 압력 센서(33)로부터 수신된 입력에 기초하여 적용된 부분 진공을 자동으로 조정할 수 있다. 예를 들어, 유체 처리 시스템(10)이 작동함에 따라서, 필터(74)는 느리게 메워지기 시작하고, 이러한 것은 필터(74)로부터의 상류의 가스 압력을 증가시킨다. 또한 필터(74)로부터 상류의 가스 압력은 컨테이너(16)로 살포된 가스의 유량을 증가시키는 것에 의해 증가할 수 있다. 필터(74)로부터 상류의 가스 압력은 또한 시동, 셧다운, 및 작동 조건에서의 변화의 결과로서 또한 변할 수 있다.
컴퓨터 프로세서(190)들이 압력 센서(33)에 의해 검출된 압력을 모니터하고 진공 펌프(185) 및/또는 제어 밸브(182)의 작동을 자동으로 조정하도록 프로그램될 수 있어서, 컨테이너(16), 응축기 백(40) 및/또는 케이싱(70) 내의 가스 압력은 필요한 작동 범위 내에서 유지된다. 즉, 압력이 컨테이너(16) 내에서 증가함에 따라서, 진공 펌프(185)는 더욱 높은 진공을 생성하도록 조정될 수 있거나, 또는 제어 밸브(182)는 전달 라인(180) 내로의 공기의 유동을 제한하도록 조정될 수 있으며, 이에 의해 또한 더욱 높은 진공을 또한 생성할 수 있다. 이어서, 필터(74)의 배기 포트(65)에 적용된 부분 진공을 증가시키는 것은 필터(74)를 통한 가스 유량을 증가시키고, 그러므로 컨테이너(16) 내의 가스 압력을 낮춘다. 컨테이너(16)에 부착된 압력 센서(33)에 의해 검출된 가스 압력이 대략 응축기 백(40) 및 케이싱(70) 내의 가스 압력이라는 것이 이해된다. 이와 같이, 압력 센서(33)는 또한 케이싱(70)의 구획(도 3)과 컨테이너(16)의 헤드 공간(25)의 사이의 가스 스트림에서의 어떠한 위치에도 위치될 수 있다.
또한 도 1에 도시된 바와 같이, 제2진공 펌프(185A)는 제2라인(194)에 의해 전달 라인(180)에 결합될 수 있다. 필요한 경우에, 적용된 진공은 제2라인(194) 상의 밸브(195)를 개방하고 제2진공 펌프(185A)를 활성화하는 것에 의해 증가될 수 있다. 필요에 따라서, 추가 진공 펌프들이 용량 또는 여분을 위해 전달 라인(180)에 유사하게 부착될 수 있다. 밸브(195) 및 제2진공 펌프(185A)는 자동화된 작동을 위해 컴퓨터 프로세서(190)와 전기적으로 결합될 수 있다.
이전에 설명된 바와 같이, 단일 필터(74)는 모든 살포 가스를 처리할 수 없지만, 부분 진공이 필터(74)에 적용될 때에서도, 필터(74)의 상류에서 압력을 필요한 범위 내에서 유지한다. 이러한 것은 유체 처리 동안 필터(74)가 점진적으로 막힌다는 사실에 부분적으로 기인할 수 있다. 따라서, 다수의 필터(74)는 진공 펌프(185)에 병렬로 유체 결합될 수 있다. 특히, 이전에 설명된 바와 같은 필터 조립체(66A, 66B)와 각각 동일할 수 있는 필터 조립체(66C, 66D, 66E)들이 도 5에 도시되어 있다. 임의의 일 실시형태에서, 각각의 필터 조립체(66C 내지 66D)는 케이싱(70) 내에 있는 별도의 필터(74)를 포함한다. 다른 실시형태에서, 2, 4, 5개 또는 그 이상과 같은 다른 수의 필터 조립체(66)가 병렬로 사용될 수 있다. 각각의 필터 조립체(66C 내지 66D)는 대응하는 관형 가스 라인 섹션(216A 내지 216C)과 각각 결합하는 흡기 포트(64)를 가진다. 이어서, 각각의 가스 라인 섹션(216A 내지 216C)은 가스 라인(68)과 유체 결합한다. 가스 라인(68)은 응축기 시스템(36)과 결합될 수 있거나, 또는 컨테이너(16)와 직접 결합될 수 있다. 각각의 필터 조립체(66C 내지 66D)는 대응하는 관형 가스 라인 섹션(218A 내지 218C)과 각각 결합하는 배기 포트(65)를 또한 가진다. 이어서, 각각의 가스 라인 섹션(218A 내지 218C)은 전달 라인(180)과 유체 결합한다. 사용 동안, 필터 조립체(66C 내지 66D) 중 2개 이상은 동시에 컨테이너(16)로부터의 가스를 필터링하고 진공 펌프(185)로부터의 부분 진공/부압을 수용하기 위해 작동할 수 있다. 대안적으로, 밸브(220A 내지 220C)는 각각 가스 라인 섹션(218A 내지 218C)과 결합될 수 있으며, 컴퓨터 프로세서(190)와 전기적으로 결합될 수 있다. 유체 처리 시스템은 초기에 하나 이상의 필터 조립체(66C 내지 66D)만을 통과하는 가스로 작동할 수 있다. 그러나, 필터 또는 필터들이 막히고 컨테이너(16) 내의 압력이 증가함에 따라서, 후속 밸브(220)들은 필터 조립체(66C 내지 66D)로부터 상류에서의 가스 압력이 필요한 작동 범위 내에서 유지되도록 컴퓨터 프로세서(190)에 의해 개방될 수 있다.
필터 조립체(66F)의 또 다른 대안적인 실시형태가 도 6에 도시되어 있다. 필터 조립체(66F 및 66B) 사이의 동일한 요소들은 동일한 도면부호에 의해 확인된다. 필터 조립체(66F)는, 매니폴드 섹션(224)과, 이로부터 돌출하는 4개의 이격된 슬리브(226A 내지 226D)를 포함하는 케이싱(70C)을 포함한다. 케이싱(70C)은 중합체 필름으로 구성되며, 이전에 설명된 케이싱(70B)과 동일한 방식 및 동일한 재료로 형성될 수 있다. 흡기 포트(64B)가 매니폴드 섹션(224)과 결합되는 한편, 배기 포트(65B1 내지 65B4)들은 각각 슬리브(226A 내지 226D)들의 자유 단부에 부착된다. 각각의 배기 포트(65B1 내지 65B4)는 이전에 설명된 배기 포트(65B)와 동일할 수 있다. 필터(74B1 내지 74B4)는 대응하는 슬리브(226A 내지 226D) 내에 수용되도록 각각의 배기 포트(65B1 내지 65B4)에 부착된다. 각각의 필터(74B1 내지 74B4)는 이전에 설명된 필터(74B)와 동일할 수 있다.
사용 동안, 흡기 포트(64B)는 컨테이너(16)로부터 직접 또는 응축기 시스템(36)을 통해 가스를 수용하기 위하여 가스 라인(68)(도 1)과 결합된다. 이어서, 각각의 배기 포트(65B1 내지 64B4)는, 전달 라인(180)과 결합하고 진공 펌프(185)에 넣어지는 대응 가스 라인 섹션과 결합된다. 이와 같이, 진공 펌프(185)는 배기 포트(65B1 내지 64B4) 및 대응하는 필터들 필터(74B1 내지 74B4)의 각각에 부압을 적용할 수 있다. 필터(74B1 내지 74B4)들은 가스를 필터링하기 위해 동시에 사용될 수 있다. 대안적으로, 슬리브(226A 내지 226D)들은 선택적으로 클램핑되어, 가스가 이를 통과하는 것을 방지하도록 폐쇄되고 이어서 개방될 수 있다. 이와 같이, 필터(74B1 내지 74B4)들은 이를 통과하는 가스를 필터링하기 위해 연속적으로 사용될 수 있다. 필터 조립체(66F)가 2, 3 또는 5개 이상의 슬리브로 형성될 수 있으며, 각각의 슬리브가 별도의 필터(74)를 각각 수용하는 것이 이해된다.
도 1로 되돌아가서, 밸브(184), 트랩(186) 및 압력 센서(188)는 필터 조립체(66)와 진공 펌프(185) 사이의 이격된 위치에서 전달 라인(180)과 결합된다. 밸브(184)는 그 안의 압력이 정압이거나 또는 사전 결정된 양의 값을 초과할 때 가스 라인(180)으로부터 가스를 선택적으로 방출하도록 사용된다. 예를 들어, 진공 펌프(185)가 작동을 멈추거나 또는 전달 라인(180)이 폐쇄되거나 그 밖에 차단되면, 가스 압력은 적용 가능한 것으로서, 필터 조립체(66)의 케이싱(70), 응축기 백(40) 및/또는 컨테이너(16) 내에서 높아질 수 있다. 이전에 설명된 바와 같이, 이러한 구조물 내의 상승된 압력은 중합체 필름 및/또는 이와 동일한 재료로 형성된 이음매를 파열시킬 수 있으며, 이에 의해, 오염물이 살균 환경으로 들어가, 결국 유체(24)를 오염시킨다.
밸브(184)는 시스템에서 고장이 없도록 가스 압력을 자동으로 방출하는 압력 해제 밸브(pressure release valve)로서 작동한다. 이를 위해, 밸브(184)는 정압 또는 사전 결정된 정압이 도달될 때 자동으로 개방하는 볼 체크 밸브, 다이어프램 체크 밸브, 또는 스윙 체크 밸브를 포함하는 체크 밸브와 같은 수동형 밸브(passive valve)를 포함할 수 있다. 가스는 밸브(184)를 통과하고, 그런 다음 주위로 배출된다. 다른 실시형태에서, 밸브(184)는 컴퓨터 프로세서(190)에 의해 작동되는 능동형 밸브(active valve)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 밸브(184)는 컴퓨터 프로세서(190)와 전기적으로 결합되는, 전기 밸브, 공압 밸브, 또는 유압 밸브를 포함할 수 있다. 프로세서(190)는, 가스 라인(180) 내의 압력이 압력 센서(188)에 의해 측정되는 것으로서 정압이 되거나 또는 사전 결정된 양의 값을 초과할 때, 가스 라인(180) 내의 압력이 수용 가능한 값으로 강하할 때까지, 컴퓨터 프로세서(190)가 밸브(184)를 개방하도록 프로그램된다. 밸브(184)는 그런 다음 자동으로 폐쇄될 수 있다. 그 후, 공정은 가스 라인(180) 내의 압력이 다시 상승하기 시작함에 따라서 반복될 수 있다. 다른 실시형태에서 또는 상기와 관련하여, 밸브(184)는, 정압 또는 사전 결정된 압력이 압력 센서(188)(아래에 설명됨) 또는 가스 라인(180)과 결합된 일부 다른 압력 센서를 통해 가스 라인(180) 내에서 검출될 때 자동으로 개방하도록 구성될 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 밸브(184)는 가스 라인(180) 내의 압력이 사전 결정된 값을 초과할 때 수동으로 개방되는 표준 볼 또는 게이트 밸브와 같은 수동식 밸브(manual valve)를 포함할 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 컴퓨터 프로세서(190)는, 압력 센서(33), 제어 밸브(182) 및/또는 펌프(185)와 통신하고 전자식, 공압식 등과 같은 피드백 제어 메커니즘을 가지며 위에서 논의된 시스템을 제어하는 것이 가능한 다른 형태의 제어 요소들로 교체될 수 있다. 제어 요소는 제어 밸브(182) 및/또는 펌프(185)에 통합될 수 있다.
트랩(186)은 선택적이며, 가스 라인(180) 내에서 응축할 수 있는 유체를 수집하도록 사용된다. 트랩(186)으로부터 회수된 응축 유체는 후속의 폐기 또는 처리를 위해 저장 용기(192)에서 보유될 수 있거나, 또는 트랩(186)에 연결된 유체 라인을 통하여 컨테이너(16)로 도로 직접 공급될 수 있다. 트랩(186)은 전달 라인(180)에서 응축된 유체가 시스템으로부터 무심코 배출되지 않고 응축된 유체가 하류 밸브 또는 펌프를 파괴하지 않는 것을 보장하는 것을 돕는다.
이전에 설명된 바와 같이, 압력 센서(188)는 전달 라인(180) 내의 압력을 감지한다. 압력 센서(188)는 컴퓨터 프로세서(190)에 유선 연결될 수 있다. 대안적으로, 압력 센서(188)로부터의 판독값은 송신기(187)를 통해 컴퓨터 프로세서(190)에 전달될 수 있다. 압력 센서(188)는 위에서 논의된 바와 같이 밸브(184)의 작동을 제어하도록 사용될 수 있다. 대안적으로, 밸브(184)는 직접적으로 또는 가스 라인을 통해 챔버(16)에 결합된 별도의 압력 센서(188)에 의해 작동될 수 있다. 관련 제어 요소는 밸브(184) 및/또는 별도의 압력 센서(188)에 부착되거나 또는 통합될 수 있거나, 또는 무선 통신을 통해 밸브에 원격으로 결합될 수 있다.
하나의 예시적인 실시형태에서, 중앙 진공 소스는 다수의 상이한 유체 처리 시스템에 동시에 병렬로 결합될 수 있다. 예를 들어, 유체 처리 시스템(10A 내지 10C)에 병렬로 결합된 중앙 진공 소스(408)를 포함하는 시스템이 도 7에 도시된다. 중앙 진공 소스(408)는 위에서 논의된 바와 같이 단일 진공 소스를 형성하도록 함께 작동하는 하나 이상의 개별 진공 펌프(185)를 포함할 수 있다. 하나의 적용에서, 진공 소스(408)는 연속적으로 구동할 수 있다. 각각의 유체 처리 시스템(10A 내지 10C)은 유체 봉쇄 시스템(400), 선택적인 응축기 시스템(402), 필터 조립체(404), 및 컨트롤러(406)를 포함한다.
유체 봉쇄 시스템(400)은 컨테이너(16), 컨테이너(16) 내에서 유체를 혼합하기 위한 수단, 및 컨테이너(16)와 관련하여 위에서 논의된 다른 구성요소 및/또는 대안을 포함할 수 있다. 응축기 시스템(402)은 응축기 시스템(36), 및 응축기 시스템(36)이 컨테이너(16)와 함께 작동하는 것과 동일한 방식으로 유체 봉쇄 시스템(400)과 함께 작동하는 위에서 논의된 그 대안을 포함할 수 있다. 필터 조립체(404)는 필터 조립체(66)들, 및 필터 조립체(66)들이 응축기 시스템(36) 또는 컨테이너(16)와 함께 작동하는 것과 동일한 방식으로 응축기 시스템(402)과 함께, 또는 유체 봉쇄 시스템(400)과 함께 직접 작동하는 위에서 논의된 그 대안을 포함한다. 컨트롤러(406)는 프로세서(190)와 같은 위에서 논의된 대안적인 제어 시스템, 밸브(182), 및 압력 센서(33)를 포함하며, 이것들은 유체 봉쇄 시스템(400) 내의 압력 또는 일부 다른 사전 결정된 값에 기초하여 중앙 진공 소스(408)로부터 필터 조립체(404)로 부분 진공의 적용을 자동으로 조절하도록 사용된다.
각각의 유체 처리 시스템(10A 내지 10C)을 위한 별도의 컨트롤러(406)를 갖는 것과는 대조적으로, 단일 컨트롤러(406)는 모든 유체 처리 시스템(10A 내지 10C)을 조절할 수 있다. 또한, 도 7이 중앙 진공 소스(408)와 함께 작동하는 3개의 유체 처리 시스템(10A 내지 10C)을 도시하고 있을지라도, 다른 실시형태에서, 2, 4, 5, 6개 또는 그 이상의 유체 처리 시스템이 단일 중앙 진공 소스(408)와 함께 작동할 수 있다. 상기 구성은 설비 내의 다수의 작업 스테이션에 걸쳐서 공유될 수 있는 단일의 연속 진공 소스를 제공하며, 그러므로 별도의 진공 펌프에 대한 필요성을 제거한다.
진공 디바이스가 생물 반응기의 배기 가스 필터에 적용되면 달성될 수 있는 필터를 통해 가스 유동 용량에 대한 예측된 향상을 결정하도록 테스트가 수행되었다.
재료 및 방법:
2개의 상이한 카트리지 필터 형태의 샘플들은 정상 유동 대 진공 지원 가스 여과의 비교 목적으로 선택되었다: 1) 0.2 미크론 기공 등급 및 2.5 인치의 지정된 길이를 가지는 폴리비닐 디플루오라이드(PVDF)를 사용하는 메이스너 필터(Meissner filter), 및 2) 0.2 미크론 기공 등급 및 2 인치의 지정된 길이를 가지는 폴리에틸렌(PE)을 사용하는 젠퓨어 필터(Zenpure filte). 필터들은 스테인리스강 필터 하우징 내에 수용되었다. 생물 반응기 백의 배기 가스 유동을 모방하도록, 500 slpm Alicat 질량 유량 컨트롤러(MFC)가 스테인리스강 필터 하우징 내로의 공지된 공기 유량을 측정하도록 사용되었다. 압력 게이지는 필터 앞에(MFC와 필터 사이), 및 필터 뒤에(필터와 진공 펌프 사이) 모두 배치되었다. 필터 테스트에 앞서, 필터 카트리지는, 조립체에서의 고유 배압이 결과를 왜곡하지 않는다는 것을 검증하도록 적재된 필터 카트리지 없이 비워지고, 또한 조립체가 누설 방지 상태인지 확인하도록 배기 라인이 폐쇄된다. 각각의 필터 중 하나는 정상 가스 유동 하에서 테스트되었으며, 여기에서, 필터를 통과하는 가스는 간단히 주위로 배출되었다. 각각의 필터 중 하나는 필터 하우징의 출구 포트에 부압을 적용하는 Becker VT4.40 로터리 베인 진공 펌프로 또한 테스트되었다. 진공 펌프는 데드 헤드(완전 진공, 유동 없음)에서 23 inHg의 진공(-11.3psi)을 발생시켰다. 실제 가스 유동의 테스트 동안, 필터의 입구와 출구 사이의 차이는 전형적으로 3psi(델타) 미만이었다.
결과:
결과는 도 8에 제공된 차트에 제시되며, 12.35 psi 절대 압력 및 75℃의 실온의 주변 조건에 기초한다. PVDF 메이스너 필터는 추가된 진공으로 상당한 개선을 보였다. 특히, 0.5 psi의 배압에서, 필터를 통한 가스 유동은 208 slpm으로부터 430 slpm으로 증가하였으며, 이러한 것은 207%의 증가이다. PE 젠퓨어 필터는 한층 상당한 향상을 보였다. 특히, 0.5 psi의 배압에서, 필터를 통한 가스 유동은 58 slpm로부터 290 slpm으로 증가하여, 500% 증가하였다.
결과는 정상 유동 여과 이상의 중요한 개선을 보여주며, 비용 절감 및 성능 개선의 잠재성을 확인해 준다. 해수면에서 이러한 시스템을 작동시키는 것은 테스트 실험실의 4200 피트 고도와 비교하여 최대 16%까지의 성능을 개선할 가능성이 있다. 더욱 큰 질량 유량의 가능한 더욱 큰 진공 펌프가 확장 동안 유익한 것으로 입증하고, 10 인치 필터 길이로 1000 slpm 초과의 기류를 지원할 가능성이 있는 한편, 0.5 psi 배압의 필요한 공정 제한보다 낮은 배압을 구동할 수 있다는 것을 인식하여야 한다.
본 발명은 그 사상 또는 본질적인 특성을 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구현될 수 있다. 설명된 실시형태들은 모든 점에서 단지 예시적인 것으로서 고려되며 제한이 아니다. 그러므로, 본 발명의 범위는 상기의 설명에 의한 것보다는 첨부된 청구항들에 의해 지정된다. 청구항의 균등성의 평균 및 범위 내에 있는 모든 변경은 그 범위 내에 포함되어야 한다.

Claims (25)

  1. 가스를 필터링하기 위한 방법으로서,
    컨테이너의 구획 내에서 액체를 통해 가스를 살포하는 단계;
    상기 컨테이너로부터 살포된 가스를 필터 조립체의 가스 필터에 통과시키는 단계; 및
    부분 진공이 상기 가스 필터를 통과한 상기 살포된 가스를 흡인하는(drawing) 것을 돕도록 상기 가스 필터에 상기 부분 진공을 적용하는 단계를 포함하는, 가스를 필터링하기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 컨테이너는 가요성 백(flexible bag)을 포함하는, 가스를 필터링하기 위한 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 가스 필터의 상류에서 상기 살포된 가스의 압력 판독값에 기초하여 상기 부분 진공의 상기 적용을 자동으로 조절하는 단계를 추가로 포함하는, 가스를 필터링하기 위한 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 컨테이너 내의 가스 압력에 대해 감지된 값에 기초하여 상기 부분 진공의 상기 적용을 조절하는 단계를 추가로 포함하는, 가스를 필터링하기 위한 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 액체는 배지 및 현탁된 세포 또는 미생물을 포함하는 배양물(culture)을 포함하는, 가스를 필터링하기 위한 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 필터 조립체는,
    구획을 한정하는 가요성 중합체 필름으로 구성된 케이싱을 포함하며; 그리고
    상기 가스 필터는 상기 케이싱의 상기 구획 내에 적어도 부분적으로 배치되는, 가스를 필터링하기 위한 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 컨테이너로부터 상기 살포된 가스를 복수의 가스 필터에 통과시키는 단계로서, 상기 복수의 가스 필터는 서로 병렬로 배치되고, 상기 가스 필터는 상기 복수의 가스 필터 중 하나인, 상기 복수의 가스 필터에 통과시키는 단계; 및
    상기 부분 진공이 상기 복수의 가스 필터를 통과한 상기 가스를 흡인하는 것을 돕도록, 상기 복수의 가스 필터의 각각에 상기 부분 진공을 적용하는 단계를 추가로 포함하는, 가스를 필터링하기 위한 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 가스를 상기 가스 필터에 통과시키기 전에 상기 가스로부터 수분을 제거하도록 상기 살포된 가스를 응축기 조립체에 통과시키는 단계를 추가로 포함하는, 가스를 필터링하기 위한 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 응축기 조립체는 상기 가스가 통과하는 가요성 백을 포함하는, 가스를 필터링하기 위한 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 가스의 살포 동안 상기 컨테이너 내의 가스 압력을 0㎪ 내지 10㎪의 범위에서 유지하는 단계를 추가로 포함하는, 가스를 필터링하기 위한 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 가스 필터의 가스 흡기 포트와 상기 가스 필터의 가스 배기 포트 사이의 압력차를 0.5㎪ 내지 50㎪의 범위에서 유지하는 단계를 추가로 포함하되, 상기 가스 배기 포트에는 상기 부분 진공이 적용되는, 가스를 필터링하기 위한 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 컨테이너의 용적에 기초하여 분당 0.001 내지 2.5 용기 체적의 유량으로 상기 가스가 상기 컨테이너의 상기 구획을 통과하도록 상기 액체를 통해 상기 가스를 살포하는 단계를 추가로 포함하는, 가스를 필터링하기 위한 방법.
  13. 가스를 필터링하기 위한 시스템으로서,
    액체를 보유하도록 구성된 구획을 가지는 컨테이너;
    제1 가스 필터를 포함하는 제1 필터 조립체로서, 가스가 상기 컨테이너의 상기 구획으로부터 상기 제1 가스 필터로 이동할 수 있도록 상기 컨테이너와 결합되는, 상기 제1 필터 조립체; 및
    제1 진공 펌프가 활성화될 때, 상기 컨테이너로부터 상기 제1 가스 필터를 통해 상기 가스를 흡인하는 것을 돕는 부분 진공이 생성되도록, 상기 제1 필터 조립체와 결합되는 상기 제1 진공 펌프를 포함하는, 가스를 필터링하기 위한 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 상기 컨테이너는 가요성 백을 포함하는, 가스를 필터링하기 위한 시스템.
  15. 제13항에 있어서, 상기 컨테이너의 상기 구획 내의 가스 압력을 감지하도록 위치된 압력 센서; 및
    상기 압력 센서 및 상기 제1 진공 펌프와 전기 통신하는 컴퓨터 프로세서를 추가로 포함하는, 가스를 필터링하기 위한 시스템.
  16. 제13항에 있어서, 상기 컨테이너의 상기 구획 내의 가스 압력을 감지하도록 위치된 압력 센서;
    상기 제1 필터 조립체와 상기 제1 진공 펌프 사이에서 유체 연통으로 배치된 제어 밸브; 및
    상기 압력 센서 및 상기 제어 밸브와 통신하는 제어 요소를 추가로 포함하는, 가스를 필터링하기 위한 시스템.
  17. 제13항에 있어서, 상기 제1 필터 조립체는,
    구획을 한정하는 가요성 중합체 필름으로 구성된 케이싱을 추가로 포함하며; 그리고
    상기 제1 가스 필터는 상기 케이싱의 상기 구획 내에 적어도 부분적으로 배치되는, 가스를 필터링하기 위한 시스템.
  18. 제13항에 있어서, 상기 제1 필터 조립체와 결합된 제2진공 펌프를 추가로 포함하는, 가스를 필터링하기 위한 시스템.
  19. 제13항에 있어서, 제2 가스 필터를 포함하는 제2 필터 조립체를 추가로 포함하되, 상기 제2 필터 조립체는 가스가 상기 컨테이너의 구획으로부터 상기 제2 가스 필터로 이동할 수 있도록 상기 제1 필터 조립체와 병렬로 상기 컨테이너와 결합되고, 상기 제1 진공 펌프는 상기 제2 필터 조립체와 결합되는, 가스를 필터링하기 위한 시스템.
  20. 제13항에 있어서, 상기 컨테이너와 상기 제1 필터 조립체 사이에서 상기 컨테이너에 결합된 응축기 조립체를 추가로 포함하며, 상기 응축기 조립체는,
    상기 컨테이너 및 상기 제1 가스 필터와 유체 결합되는 응축기 백; 및
    상기 응축기 백에 인접하여 배치되고 냉각 장치와 결합되는 응축기 패널을 포함하는, 가스를 필터링하기 위한 시스템.
  21. 제13항에 있어서,
    상기 제1 필터 조립체와 상기 제1 진공 펌프 사이에서 연장되는 가스 이송 라인; 및
    상기 제1 필터 조립체와 상기 제1 진공 펌프 사이에서 상기 가스 이송 라인과 결합되는 압력 해제 밸브(pressure release valve)로서, 상기 가스 이송 라인 내의 가스 압력이 정압이거나 또는 사전 결정된 양의 값에 도달할 때 상기 가스 이송 라인으로부터 대기(atmosphere)로 가스를 방출하도록 개방하는, 상기 압력 해제 밸브를 추가로 포함하는, 가스를 필터링하기 위한 시스템.
  22. 제13항에 있어서,
    액체를 보유하도록 구성된 구획을 가지는 제2 컨테이너;
    제2 가스 필터를 포함하는 제2 필터 조립체로서, 가스가 상기 제2 컨테이너의 상기 구획으로부터 상기 제2 가스 필터로 이동할 수 있도록 상기 제2 컨테이너와 결합되는, 상기 제2 필터 조립체를 추가로 포함하며; 그리고
    상기 제1 진공 펌프가 활성화될 때 상기 제2 가스 필터를 통하여 상기 제2 컨테이너로부터의 가스를 흡입하는 것을 돕는 부분 진공이 생성되도록, 상기 제1 진공 펌프는 상기 제2 필터 조립체와 결합되는, 가스를 필터링하기 위한 시스템.
  23. 가스를 필터링하기 위한 시스템으로서,
    필터 조립체로서,
    중합체 막으로 구성되고 구획을 한정하는 케이싱;
    상기 케이싱과 결합되고 상기 구획과 연통하는 흡기 포트; 및
    가스가 통과할 수 있는 다공성 필터 본체 및 상기 필터 본체와 결합된 배기 포트를 포함하는 제1 필터로서, 상기 필터 본체가 적어도 부분적으로 상기 케이싱의 상기 구획 내에 배치되고 상기 흡기 포트로부터 상기 케이싱의 상기 구획을 통하여 상기 배기 포트로 통과하는 가스가 상기 필터 본체를 통과해야만 하도록 상기 케이싱과 결합되는, 상기 제1 필터를 포함하는, 상기 필터 조립체; 및
    진공 펌프가 활성화될 때, 상기 배기 포트에 부분 진공이 적용되도록 상기 제1 필터의 상기 배기 포트에 결합되는 상기 진공 펌프를 포함하는, 가스를 필터링하기 위한 시스템.
  24. 제23항에 있어서, 상기 제1 필터의 상기 배기 포트와 상기 진공 펌프 사이에서 연장되는 가스 이송 라인; 및
    상기 제1 필터와 상기 진공 펌프 사이에서 상기 가스 이송 라인에 결합되는 압력 해제 밸브로서, 상기 가스 이송 라인 내의 가스 압력이 정압이거나 또는 사전 결정된 양의 값에 도달할 때 상기 가스 이송 라인으로부터 대기로 가스를 방출하도록 개방하는, 상기 압력 해제 밸브를 추가로 포함하는, 가스를 필터링하기 위한 시스템.
  25. 제13항에 있어서,
    상기 컨테이너의 상기 구획 내에 배치되고, 거기에 현탁된 세포 또는 미생물을 가진 배지를 포함하는 배양물(culture)을 포함하는 액체; 및
    상기 컨테이너 내의 상기 액체에 가스를 전달하기 위하여 상기 컨테이너의 하단부에 위치되거나 또는 장착되는 살포기를 더 포함하는, 가스를 필터링하기 위한 시스템.
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