本发明大体上涉及用于与一次性生物反应器或非一次性罐式生物反应器一起使用的系统及方法。
背景技术：
细胞培养为制造生物制品的重要步骤，并可在一次性生物反应器或非一次性生物反应器(诸如钢罐器皿)中完成。持续地供应氧气，以促进细胞生长，并除去二氧化碳。进入或离开生物反应器的气流可含有夹带在气流中的水分。含水气流中的水分可在气流经过过滤器或其它系统构件时冷凝。水分和/或冷凝液可对过滤器或其它系统构件的功能有害。典型地，冷凝器被用于冷凝进入或离开生物反应器的含水气流中的水分。
大量尚未解决的问题是在用于与生物反应器一起使用的目前可用的冷凝器设计中所固有的。一些相关的技术设计包含若干功能上不同的区域(诸如例如，子管道以及不同的冷却和加热区域)，这导致需要特殊工具(特别是模制或机加工的构件)的复杂且成本高的组装。因为相关的技术设计复杂且往往昂贵，所以此类冷凝器不适合为一次性的。
目前可用的冷凝器可具有另一缺点，即通过冷凝含水气流中的水分产生的冷凝液由于被倒入环境中以处理其而被浪费。
目前可用的冷凝器设计的又一缺点与生物反应器反应体积损失有关。如果来自生物反应器反应混合物的水蒸气随着时间的推移而流失并未得到补充，则生物反应器反应混合物的渗透压可变为不合需要的水平。
因此，存在对改进的系统特别是适合为一次性的或单次使用的系统及对应方法的需要，该系统及对应方法提供一种方式，用以减少生物反应器系统内的含水气流在其传送至过滤器或其它系统构件之前的水分含量，使产生的冷凝液的浪费最小化，并使生物反应器反应体积的损失最小化。
技术实现要素：
本发明中公开的用于冷凝生物反应器气流中的水分的系统及相关方法的实施例克服了在目前可用的冷凝器中发现的问题中的许多问题。然而，本发明中公开的实施例应当不限于仅解决应用中陈述的问题，而是可解决其它领域中的其它问题。
本发明包括但不限于以下实施例：
一个实施例包括一种用于冷凝进入或离开生物反应器的气流中的水分的系统，该系统包括：接触式冷凝器容器，其通过排气管线流体地联接至生物反应器；冷凝液储蓄器，其通过至少第一冷凝液管线和第二冷凝液管线流体地联接至接触式冷凝器容器；冷凝液储蓄器进一步通过冷凝液溢流管线流体地联接至生物反应器；第一冷凝液控制装置，其设置在第一冷凝液管线上并且配置成控制离开接触式冷凝器容器并进入冷凝液储蓄器的冷凝液的流；以及第二冷凝液控制装置，其设置在第二冷凝液管线上并且配置成控制离开冷凝液储蓄器的要与气流混合的冷凝液的流。
另一实施例包括一种用于冷凝进入或离开生物反应器的气流中的水分的方法，该方法包括：引导离开生物反应器并进入接触式冷凝器容器的气流；在接触式冷凝器容器内部产生冷凝液；引导和控制离开接触式冷凝器容器并进入冷凝液储蓄器的冷凝液的流；以及引导和控制离开冷凝液储蓄器要与气流混合的冷凝液的至少一部分的流。
又一实施例包括一种用于冷凝进入或离开生物反应器的气流中的水分的系统，该系统包括：接触式冷凝器容器，其通过排气管线流体地联接至生物反应器；连结配件，其通过第一冷凝液管线和第二冷凝液管线流体地联接至接触式冷凝器容器；冷凝液储蓄器进一步通过冷凝液溢流管线流体地联接至生物反应器；第一冷凝液控制装置，其设置在第一冷凝液管线上并且配置成控制离开接触式冷凝器容器而进入连结配件中的冷凝液的流；以及第二冷凝液控制装置，其设置在第二冷凝液管线上并且配置成控制离开冷凝液储蓄器要与气流混合的冷凝液的流，其中冷凝液的流用于为气流提供冷却。
附图说明
通过阅读以下说明书和所附权利要求并且通过参照以下附图，实施例的各种优点将对本领域技术人员而言为显而易见的，其中：
图1为根据实施例的系统的示例的示意图。
图2为根据实施例的系统的示例的示意图。
图3为根据实施例的系统的示例的截面视图(局部视图)。
图4为根据实施例的系统的示例的示意图。
图5为根据实施例的系统的示例的示意图。
图6为根据实施例的系统的示例的示意图。
图7为根据实施例的系统的示例的示意图。
图8为图7的示例的截面视图(局部视图)。
图9为图7的示例的分解视图(局部视图)。
图10为根据实施例的系统的示例的示意图。
图11为图10的示例的截面视图(局部视图)。
图12为图10的示例的分解视图(局部视图)。
图13为根据实施例的系统的示例的示意图。
图14为图13的示例的截面视图(局部视图)。
图15为图13的示例的分解视图(局部视图)。
图16为根据实施例的系统的示例的示意图。
图17为根据实施例的接触式冷凝器容器的示例的透视图。
图18为图17的示例的分解视图。
图19为根据实施例的冷凝器储蓄器的示例的透视图。
图20为根据实施例的冷凝器储蓄器的示例的透视图。
图21为根据实施例的冷凝液引注系统的示例的透视图。
图22为根据实施例的方法的示例的示意图。
具体实施方式
本文中给出的任何示例或说明不以任何方式被认为是对它们所利用的任何一个或多个用语的约束、限制或表达限定。而是，这些示例或说明将被认为是关于各种特定实施例描述的，并且仅为说明性的。本领域技术人员将认识到的是，这些示例或说明所利用的任何一个或多个用语将涵盖可或不可与其一起给出或在说明书的其它地方给出的其它实施例，并且所有此类实施例旨在包括在该一个或多个用语的范围内。指定此类非限制性示例和说明的语言包括但不限于：“例如”、“比如”、“诸如、“如”、“包括”以及“在一个实施例中”。
如本文中使用的用语“生物反应器”大体上是指呈封闭的室或器皿的形式的装置或设备，在其中活性生物体(诸如哺乳动物细胞、细菌或酵母)在对该特定生物体有利的受控条件下合成例如对制药工业有用的物质。传统上，生物反应器为生物体在其中生长的封闭的刚性不锈钢器皿。如本文中使用的用语“生物反应器”可为刚性的或一次性的、单次使用的生物反应器。
在生物反应器的上下文中，如本文中使用的用语“一次性”或“单次使用”大体上是指包含传统生物反应器所需的所有功能方面的柔性容器、封套或袋，其可填充有针对哺乳动物细胞、细菌或酵母的生长所需的材料，并且设计目的在于在单次生产运行完成时将其处置。
如本文中使用的用语“含水气流”大体上是指进入或离开生物反应器的气流，并且含有夹带在含水气流内的水分。含水气流可被称为“气流”或“潮湿气流”。
如本文中使用的用语“干燥气流”大体上是指基本上除去夹带在气流内的水分的情况下的气流。
如本文中使用的用语“接触式冷凝器容器”大体上是指在其中再循环的冷凝液与含水气流直接接触以帮助将水分从气流中除去的冷凝器容器。
对于冷凝器容器的论述，见例如2012年10月18日公布的US 20120260671 A1，其通过引用并入本文。冷凝器容器可为单次使用的柔性无孔袋，其包括例如柔性聚乙烯材料或膜，或可为刚性或半刚性容器而不是柔性袋。冷凝器容器可被称为“袋”、“冷凝器袋”或“柔性袋”。
如本文中使用的用语“再循环的冷凝液”大体上是指相对冷的冷凝液，其起初通过冷凝进入或离开生物反应器的相对热的含水气流中的水分而产生，并且通过将至少一部分相对冷的冷凝液引回到含水气流中并与其混合或将一部分冷的冷凝液引回到生物反应器中而被再利用或再循环。再循环的冷凝液可被称为“冷凝液”、“冷的冷凝液”或“相对冷的冷凝液”。
如本文中使用的用语“冷凝液再循环过程”大体上是指涉及再利用或再循环通过冷凝进入或离开生物反应器的含水气流中的水分而产生的相对冷的冷凝液的过程。
如本文中使用的用语“冷凝液储蓄器”大体上是指与生物反应器一起使用的装置或设备。冷凝液储蓄器配置成在至少一部分冷凝液被引回到相对热的含水气流中并且与其混合之前，保存或储存从冷凝器容器收集的相对冷的冷凝液。冷凝液储蓄器可为刚性不锈钢器皿或一次性和/或单次使用的系统，并且能够与一次性生物反应器和非一次性生物反应器两者都兼容。
如本文中使用的用语“冷凝液流控制装置”大体上是指用于引导和/或控制冷凝液的流的装置或设备。冷凝液流控制装置可包括泵、止回阀、或喷嘴、加压空气源或它们的组合。在详细的描述部分中更详细地描述冷凝液流控制装置的特征。用语“冷凝液流控制系统”和“冷凝液流控制装置”可被可互换地使用。
如本文中使用的用语“冷凝液溢流控制装置”大体上是指用于引导和/或控制从冷凝液储蓄器至生物反应器的冷凝液溢流的装置或设备。冷凝液溢流控制装置可包括泵、止回阀、喷嘴、或加压空气源或它们的组合。
在接触式冷凝器容器、冷凝液储蓄器、冷凝液流控制装置以及冷凝液溢流控制装置的上下文中，如本文中使用的用语“一次性”或“单次使用”大体上是指一种装置，其设计成低成本并且包含可使用普遍可用的废物处理基础设施而容易地被处置且不需要特殊处置措施的材料。可容易被处置的材料的非限制性示例包括聚乙烯、聚丙烯、聚酯、或聚酰胺或它们的组合。该材料还可包括伽马射线稳定材料。被认为是伽马射线稳定的材料的非限制性示例包括聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚酰胺、聚砜、聚碳酸酯、聚偏二氟乙烯、或聚氨酯或它们的组合。该装置可进一步包括预先消毒的构件，其具有适用于无菌焊接的卫生连接器或管道。
如本文中使用的用语“联接”旨在表示不同的元件直接地和/或间接地连结，联结或以其它方式连接在一起。
如本文中使用的用语“流动方向”大体上由参考标号110表示。要理解的是，110不限于一个特定的流动方向布置，而是，110可用于表示针对流体流的各种流动布置。
在一个实施例中，在相对热的含水气流经过冷凝器容器时产生相对冷的冷凝液。代替发送至废物部，产生的冷凝液被引导至冷凝液储蓄器并通过使至少一部分冷凝液从冷凝液储蓄器转移出，被引回到含水气流中并与该含水气流混合以提供气流中的水分的进一步冷却和冷凝而被再循环。使冷凝液再循环提高了从含水气流中去除水分的整体效率。再循环的冷凝液与含水气流的混合可发生在使生物反应器联接至接触式冷凝器容器的排气管线内部的位置或在接触式冷凝器容器本身内部的位置。
冷凝液再循环过程可包括三个阶段。初始阶段包括“引注阶段”，其发生在生物反应器运行的早期阶段期间，此时在冷凝器容器内部产生非常少的冷的冷凝液。因此，可能不存在足够的冷凝液以使持续的再循环冷凝液的流引回到含水气流中。作为备选，可通过将无菌过滤的水经由冷凝液引注系统添加至冷凝液储蓄器来人工地完成引注，该冷凝液引注系统包括引注配件和无菌过滤器，其在图 21中详细地被描述。
第二阶段在较多的再循环冷凝液被引回到气流中时发生，并且促进较高效的水分冷凝。结果，可形成被引回到气流中的持续的再循环冷凝液的流。这是接触式冷凝器容器的冷却效率变大时的阶段，并且被认为是正反馈阶段。
随着越来越多的冷凝液产生，再循环过程达到第三阶段，在该阶段中冷凝液储蓄器内部的冷凝液水平提高至冷凝液溢流标志处并且溢流的冷凝液转移至生物反应器。因此，由于生物反应器反应体积损失而产生的负面影响可被最小化。在第三阶段，存在相对恒定的回到气流中的再循环冷凝液的流，因为几乎所有的被引回到气流中和/或与该气流混合的再循环冷凝液从接触式冷凝器容器中快速地复原并被转移至冷凝液储蓄器。
冷凝液再循环过程可由冷凝液流控制系统控制或调整。冷凝液流控制系统可与生物反应器控制系统结合使用，该生物反应器控制系统包括但不限于各种生物反应器传感器，以提供对冷凝液再循环过程的进一步控制。生物反应器传感器的非限制性示例包括针对pH、浓度、或渗透压或它们的组合的传感器。
接触式冷凝器容器内产生的冷凝液可持续地或周期性地从接触式冷凝器容器中被释放或排出。冷凝液可通过入口端口配件被排出。作为备选，可存在单独的配件，例如，附接至接触式冷凝器容器的表面的软管倒钩(未显示)，其专门用于排出冷凝液。软管倒钩可用于附接和固定管道，以收集冷凝液。
离开冷凝液储蓄器的冷凝液可以冷凝液滴的喷射的形式(喷射型接触式冷凝器容器)被引回到气流中并与该气流混合。作为备选，冷凝液可以沿排气管线的内侧要与气流混合的重力流的形式(滴注型接触式冷凝器容器)被引回到气流中并与该气流混合。
内部冷却表面或装置可用于向接触式冷凝器容器的内部提供额外冷却。例如，在图中，管道可设置在接触式冷凝器容器内，以提供额外的内部冷却。冷却液体或冷却剂可流动通过管道。内部冷却装置还在含水气流经过接触式冷凝器容器时增加了该含水气流内的湍流，以进一步促进气流中的水分的冷凝。
外部冷却表面或装置也可用于向接触式冷凝器容器提供额外的冷却。一个或更多个外部冷却表面可定位成与接触式冷凝器容器的外表面接触。可使用蠕动泵或具有一次性泵压头的泵，以向接触式冷凝器容器提供用于额外的外部冷却的冷却剂流。这些外部冷却表面可由热电帕尔帖模块冷却。例如，可使用热电帕尔帖模块(TE Technology,Inc.,Traverse City,Michigan)。
本文中公开的冷凝液再循环过程的优点可在与具有大体积(例如，大于50升的体积)的生物反应器一起使用时甚至更加显著。随着生物反应器的体积增加，总气体流率增加并产生大量含水气流。因此，用于高效水分冷凝的系统及方法是合乎需要的。优点显著的另一情形与每一生物反应器体积所需的气体的流率有关。例如，哺乳动物培养物的每一生物反应器体积的流率需求大体上比微生物培养物的低速率需求更低，而不论生物反应器的绝对大小如何。典型的哺乳动物细胞培养物生物反应器运行可需要每升生物反应器体积0.1升的气体流率。对于典型的微生物培养物而言，该比率要高得多。例如，微生物培养物可需要每升生物反应器体积1.5升的气体流率。因此，对于涉及哺乳动物细胞培养物的反应而言，冷凝液再循环将在许多情况下、尤其是在生物反应器体积变大时是有用的，而对于涉及微生物培养物的反应而言，冷凝液再循环将几乎在所有情况下都是有用的，而不论生物反应器大小如何。
在图1中，接触式冷凝器容器13通过排气管线21流体地联接至生物反应器10。冷凝液储蓄器16通过至少第一冷凝液管线23和第二冷凝液管线25流体地联接至接触式冷凝器容器13；冷凝液储蓄器16进一步通过至少冷凝液溢流管线26流体地联接至生物反应器10。冷凝液流控制装置用于引导和/或控制冷凝液的流。冷凝液流控制装置可包括泵、止回阀、喷嘴、或加压空气源或它们的组合。本文中描述的排气管线21、冷凝液管线(23和25)以及冷凝液溢流管线26还可被称为导管、管道或柔性管道。
离开生物反应器10的相对热的含水气流从生物反应器的顶部空间11离开，并沿流动方向110经由排气管线21进入接触式冷凝器容器13。气流中的水分在接触式冷凝器容器13内部冷凝，以形成相对冷的冷凝液。干燥气流从接触式冷凝器容器13流出并经由流体管线22进入过滤器18。
在一个实施例中，在冷凝液再循环的初始阶段中，在相对冷的冷凝液在接触式冷凝器容器13中产生之后，其被释放或排出到第一冷凝液管线23中，并流至设置在第一冷凝液管线23上的第一泵14。第一泵14将相对冷的冷凝液泵送到冷凝液储蓄器16中。相对冷的冷凝液的全部或一部分可接着经由第二冷凝液管线25转移回到相对热的含水气流中并与其混合。离开冷凝液储蓄器16要与气流混合的冷的冷凝液的释放和流动可由设置在第二冷凝液管线25上的第二泵15引导和/或控制。泵14和15可为相同的或不同的。各个泵的流率可设定为固定速度或可变速度，其中可在生物反应器运行过程期间人工地或在生物反应器控制系统的控制下改变速度。
可通过使用喷射喷嘴12在排气管线21中发生冷的冷凝液与含水气流的混合。喷射喷嘴12配置成产生冷的冷凝液滴的喷射并且将其提供到气流中。一个或更多个喷射喷嘴可用于将冷的冷凝液喷射回排气管线21中的含水气流中。用于喷射冷凝液的喷嘴喷射式样可为其它喷射应用中常用的那些中的一个。可与接触式冷凝器容器一起使用的喷嘴喷射式样可包括例如实心锥形、扁平扇形或薄雾/浓雾。(多个)喷嘴可具有单个孔口或者可具有设在喷嘴中的多个喷射孔口，如在其它喷射应用中常见的那样。
此外，在图1中，冷凝液储蓄器16通过至少冷凝液溢流管线26流体地联接至生物反应器10。冷凝液溢流控制装置(例如，止回阀17)设置在冷凝液溢流管线26上；止回阀17配置成将冷的冷凝液的溢流从冷凝液储蓄器16引导至生物反应器10。
第一泵14和第二泵15可以与彼此不同的固定速率工作。第一泵可以比第二泵更高的流率工作。该流率差将引起冷凝液储蓄器16中的冷凝液和压力的缓慢累积。首先，在冷凝液储蓄器16中的冷凝液水平仍低于溢流出口端口(未显示)的冷凝液水平时，压力将继续增加，直到其达到止回阀17的开启压力，并且止回阀17将打开。空气现在将通过冷凝液溢流管线26流到生物反应器中，直到其使冷凝液储蓄器16中的压力减少至其中止回阀17关闭的点，并且离开接触式冷凝器容器13的冷凝液继续流到冷凝液储蓄器16中。在稍后的点处，收集的冷凝液将使冷凝液储蓄器16填充至其中溢流出口端口(未显示)所处的位置的水平。在当冷凝液储蓄器16的压力达到止回阀17的开启压力时的该情况下，止回阀17打开，并且除空气之外的一些冷凝液将被迫流动通过冷凝液溢流管线26并流到生物反应器10中。从该点开始，冷凝液储蓄器16中的冷的冷凝液的水平将不会增加超过溢流标志(未显示)，因为每当止回阀17打开时，一些冷凝液也将流到生物反应器10中，但溢流冷凝液从冷凝液储蓄器16至生物反应器10的流率可增加。
设置在冷凝液溢流管线26中的止回阀17可为其中需要仅沿一个方向流动的应用中常用的那些。止回阀的非限制性示例包括球形止回阀(弹簧负载或非弹簧负载)和隔膜止回阀。止回阀可使用常用来对一次性的单次使用的制品进行消毒的消毒方法来消毒。消毒方法的示例包括但不限于伽马射线、高压灭菌(湿热)、环氧乙烷气体、二氧化氯气体、臭氧气体以及蒸发的过氧化氢。
止回阀17将需要低于冷凝液储蓄器16及相关管道的最大操作压力的开启压力，但是该开启压力高于生物反应器10内的最大内部操作压力。
一次性或单次使用的生物反应器和一次性或单次使用的接触式冷凝器容器的最大内部操作压力的非限制性示例可为大约1.0psi或更小。诸如在单次使用的系统中使用的柔性硅酮管道的最大操作压力可在大约20到30psi的范围内。刚性冷凝器储蓄器可具有大约10到15psi的最大压力。柔性冷凝器储蓄器容器(诸如小袋)可具有大约5psi的最大压力。
在图2中，再循环的冷凝液被显示为被引回到接触式冷凝器容器13内部的含水气流中而不是排气管线21中的含水气流中并且/或者与该含水气流混合。
喷射喷嘴12可定位和配置成使得在气流经过排气管线21并且进入到接触式冷凝器容器13中时，再循环的冷凝液可随着气流的流或逆着气流的流而喷射穿过气流的流。
图3为根据实施例的系统的示例的局部截面视图。类似于图2中公开的实施例，喷射喷嘴12直接地附接至图3中的接触式冷凝器容器13。再循环的冷凝液利用喷射喷嘴12喷射到接触式冷凝器容器13中，并且在气流经过接触式冷凝器容器13时与含水气流混合。
可选的挡板48可设置在接触式冷凝器容器13内部，以向气流提供额外的湍流并且提供粗糙的表面，喷射的冷凝液滴可附着到粗糙的表面上。这增加了再循环冷凝液在气流中的停留时间，以进一步提高冷却和混合效率。
在图4中，冷却器30被显示为对冷凝液储蓄器16提供冷却，并且在冷凝液被引回到含水气流中并且/或者与其混合之前进一步冷却冷凝液储蓄器16内部的冷凝液。在冷却的冷凝液与含水气流接触时，使冷凝液进一步冷却提高了水分冷凝的效率。图4中显示的冷却器30可应用于其它实施例。
冷却器30可设置在冷凝液储蓄器16的外部并且与冷凝液储蓄器16的至少一个外表面直接接触。例如，冷却器30可包括支承结构(诸如一个或更多个板或具有敞开顶部的容器，未显示)，冷凝液储蓄器16放置成与该支承结构接触。冷却装置(诸如热电帕尔帖模块)可附接至支承结构的壁，以提供冷却。
在图5中，供应加压空气的加压空气源31流体地联接至冷凝液储蓄器16。由应用至冷凝液储蓄器16的加压空气的流形成的额外压力确保了冷凝液储蓄器16中的压力足够高，以使止回阀17啪地打开并且迫使冷凝液溢流克服生物反应器10内的压力进入生物反应器10。在一些实施例中，加压空气可为无菌的。
压力传感器32可联接至冷凝液储蓄器16，并且用于监测或提供用于控制至冷凝液储蓄器16的加压空气的流的反馈。压力传感器32可进一步联接至(多个)生物反应器系统控制器(未显示)，以允许(多个)生物反应器系统控制器控制至冷凝液储蓄器16的加压空气的流。诸如低压气体调节器(未显示)的备选的压力控制机构也可与压力传感器32一起使用，以控制进入冷凝液储蓄器16中的加压空气的流。
此外，压力传感器32可用作安全特征，以确保冷凝液储蓄器16内部的压力不超过冷凝液储蓄器16的最大操作压力。如果冷凝液储蓄器内部的压力达到其最大操作压力(如由压力传感器32所检测)，则停止进入冷凝液储蓄器16中的加压空气的流。图5中显示的压力传感器32可被应用于其它实施例。
在图6中，冷凝液溢流管线26包括一段管道，其配置有U形弯曲部，并且通过外部夹子(未显示)保持就位，以形成存水器34。存水器34配置成防止发生从生物反应器10经由冷凝液溢流管线26进入到冷凝液储蓄器16中的回流。例如，存水器34的高度(H)可配置成足以克服生物反应器10的最大顶部空间压力(P)，即H(ft)/2.31>P(psig)，其中ft和psig分别表示H和P的单位。生物反应器10的顶部空间11中的压力可由生物反应器系统控制器(未显示)监测。单次使用或一次性生物反应器中的最大顶部空间压力的非限制性示例可为大约1.0psi或更小，并且存水器34的高度的非限制性示例可为大约1.6英尺。在冷凝液储蓄器16中的冷凝液水平达到溢流出口端口(未显示)时，冷凝液将填充冷凝液溢流管线26，并且重力向下供给至存水器34并进入生物反应器10中。尽管U形弯曲部在此作为示例而被显示，但是本领域技术人员将认识到的是，其它形式和形状可实现防止发生从生物反应器10至冷凝液储蓄器16的回流的同一目的。具有此类其它形式和形状的存水器旨在包括在本发明的范围内。
在图7中，加压空气源31联接至喷射喷嘴40，以形成喷嘴系统(诸如虹吸式供给喷嘴系统)。虹吸式供给喷嘴系统可使用被引入到喷嘴40中的冷凝液的流中的加压空气的流以形成压降，该压降将从冷凝液储蓄器16吸出或抽出冷凝液。止回阀17被显示为将喷射喷嘴40联接至冷凝液储蓄器16。在加压空气源31被应用至喷射喷嘴40时，喷射喷嘴40中的加压空气的膨胀形成压降，其通过止回阀17从冷凝液储蓄器16抽出再循环冷凝液，以提供流动离开冷凝液储蓄器16的再循环冷凝液的流体喷射。
此外，随着加压空气在喷嘴孔口处膨胀并且被喷射到含水气流中，在空气流从喷嘴离开时形成的空气压降为再循环的冷凝液提供额外的冷却能力。
在该实施例中，冷凝液储蓄器16被显示为定位在靠近喷射喷嘴12的水平的水平上方或该水平处，使得在不需要克服重力做功情况下将冷凝液抽到喷射喷嘴12中。然而，本领域技术人员将认识到的是，可用泵取代在该实施例中的止回阀17，以克服重力将冷凝液抽到喷射喷嘴12中。
图8和图9分别显示了图7中的示例的局部截面视图和局部分解视图。在图8中，作为示例，进入冷凝液管线25的再循环冷凝液的流动方向被显示为平行于进入排气管线21的含水气流的流动方向，但是其它流动方向的配置是可行的并旨在包括在本发明的范围内。例如，再循环冷凝液的流动方向可横过(垂直于)气流的流动方向，或平行于气流的流动方向，但与该气流的流动方向相反。
在图8和图9中，显示了用市售可得的零件组装的虹吸式供给喷嘴系统的实施例。喷嘴系统包括例如虹吸式供给喷射喷嘴40、空气进料密封盖41、带缩小倒钩的T形管道配件42以及带倒钩的T形管道配件43(Nordson Medical,Loveland,CO)。然而，也可使用包括一个或更多个定制设计的注塑成型的塑料零件的零件。
在图10中，来自冷凝液储蓄器16的再循环冷凝液通过使用第二泵15被引回到含水气流中。然而，代替被喷射到气流中，再循环的冷凝液被允许通过重力沿排气管线21的内侧滴落或流动。
图11和图12分别显示了图10中的示例的局部截面视图和局部分解视图。在图11中，作为示例，进入冷凝液管线25的再循环冷凝液的流动方向被显示为沿横过(垂直于)进入排气管线21的气流的流动方向的方向，但是其它流动方向的配置是可行的并且旨在包括在本发明的范围内。例如，再循环冷凝液的流动方向可沿着(平行于)气流的流动方向。
可选地，至少一个挡板50可设置在排气管线21的内部，其中挡板50定位成允许离开冷凝液储蓄器的再循环冷凝液的流越过(多个)挡板并收集在其上聚集。冷凝液还可被允许只是沿着排气管线21的内侧壁流动。图12中的可选挡板50和带倒钩的T形管道配件51在此仅被显示为用于说明的目的。可在本发明中使用许多其它备选配置，包括例如卷绕成管状螺旋的挡板、折叠成带突出部的管状形状的挡板、折叠成褶状形状的挡板、挡板组件(如一连串堆叠的圆盘或螺旋弹簧形线圈)。
在图13中，显示了泵供给喷嘴系统。泵15在有或没有加压空气源31的帮助的情况下使用时，推动或驱动再循环的冷凝液通过喷射喷嘴60并在含水气流中产生冷凝液的喷射。该配置不同于图7中显示的其中通过喷射喷嘴40的加压空气的流将冷凝液抽到喷射喷嘴40中的虹吸式供给喷嘴系统。
在还未产生太多的冷凝液的生物反应器运行的早期阶段期间，喷射喷嘴中的加压空气的膨胀将对空气流具有一定的冷却效果，并且将在一定程度上由其自身帮助冷凝来自气流的水分。
图14和图15分别显示了图13中的示例的局部截面视图和局部分解视图。在图14中，作为示例，进入冷凝液管线25的再循环冷凝液的流动方向被显示为沿横过(垂直于)进入排气管线21的气流的流动方向的方向，但是其它流动方向的配置是可行的。例如，再循环冷凝液的流动方向可沿着(平行于)气流的流动方向，或者平行于气流的流动方向，但与该气流的流动方向相反。
在图14和图15中，显示了用市售可得的零件组装的泵供给喷嘴系统的实施例。喷嘴系统包括例如带倒钩的T形管道配件63(Nordson Medical,Loveland,CO)。然而，也可使用包括一个或更多个定制设计的注塑成型的塑料零件的零件。
在图16中，用管道“Y”形配件或“T”形配件35来取代冷凝液储蓄器。在该实施例中，第一泵14以比第二泵15更高的速度操作。第一泵14以如下方式将冷凝液从接触式冷凝器容器13引导至配件35：第二泵15和第一泵14的流率的比率与再循环回气流中的冷凝液的量联系起来。不再循环回气流中的其余冷凝液通过冷凝液溢流管线26返回至生物反应器10。被泵送回气流中的冷凝液可直接地被泵送到排气管线21中或通过喷射喷嘴12，以形成冷凝液滴的喷射。喷射喷嘴12还可配置成与加压空气源31一起使用，以帮助分散小体积的再循环冷凝液，从而形成可能不能通过单独使用泵实现的冷凝液滴的喷射。
图17为一次性接触式冷凝器容器13的透视图。接触式冷凝器容器13被显示为包括定位在接触式冷凝器容器13的外壁上的入口端口70和出口端口72，并允许含水气流进入和离开接触式冷凝器容器13，并且包括用于冷的冷凝液离开接触式冷凝器容器13的端口71。接触式冷凝器容器13进一步包括具有两个端部端口73、74的内部冷却装置75(在图18中显示75的示例)，两个端部端口73、74可用作入口端口或出口端口，以允许冷却剂流动通过内部冷却装置75，从而提供额外的冷却并且促进经过接触式冷凝器容器13的气流中的水分的冷凝。
图18为根据一个实施例的接触式冷凝器容器的分解视图。内部冷却装置75设置在接触式冷凝器容器13内，以促进经过接触式冷凝器容器13的气流中的水分的冷凝，并且还用于在该气流经过接触式冷凝器容器13时增加气流内的湍流。
在图18中，内部冷却装置75以一段管道的形式被显示，并且配置成具有蛇形形状，使得其基本上完全填充接触式冷凝器容器13的两个内层之间的间隙。接触式冷凝器容器组件可进一步包括设置在接触式冷凝器容器13内部的至少一个挡板48，挡板48配置成在冷凝液离开接触式冷凝器容器13之前，允许由含水气流产生的冷凝液收集在挡板48上。允许冷凝液收集在挡板48上并附着于挡板48增加了气流中的冷凝液的停留时间，这提高了接触式冷凝器容器13的冷却和混合效率。
其它内部冷却装置结构可布置成允许在其上形成冷凝液，并且/或者增加湍流。非限制性示例包括附接至支承件的一连串翅片以及螺旋线圈。内部冷却装置75可为柔性的、刚性的或半刚性的。接触式冷凝器容器13内的可促进湍流并且/或者促进水分冷凝的任何结构在本发明的范围内。
此外，接触式冷凝器容器13可与外部冷却源结合使用，以降低进入或离开生物反应器的含水气流的温度，进一步提高接触式冷凝器容器13内的水分冷凝的效率。在一个实施例中，接触式冷凝器容器13的至少一个表面与外部冷却源(例如，至少一个冷板)(未显示)接触，其通过传导冷却至少一个表面(例如，接触式冷凝器容器13的顶部表面)，这继而冷却接触式冷凝器容器13的内表面，并且在含水气流在流过冷却表面时将含水气流冷却至或低于其露点温度。
在一个实施例中，至少一个冷板的大小适当地设置成近似匹配接触式冷凝器容器13的一侧的表面区域，以最大化其与接触式冷凝器容器13的接触区域。至少一个冷板可附接至热电帕尔帖模块的冷侧。
在另一实施例中，在冷板上进行设置，以提供在冷板上将接触式冷凝器容器13固定就位的器件，以便确保接触式冷凝器容器13的至少一个表面与冷板表面接触。
在又一实施例中，至少一个冷却板具有配置成引导接触式冷凝器容器13的内部室内的流动路径的导流板的式样。接触式冷凝器容器13可夹在两个冷却板之间。
图19为根据一个实施例的冷凝器储蓄器的示例的透视图。在图19中，刚性冷凝液储蓄器27具有第一冷凝液端口76，离开接触式冷凝器容器13的冷的冷凝液通过第一冷凝液端口76被添加至冷凝液储蓄器27。冷凝液储蓄器27还具有可选的加压空气流端口77，可通过加压空气流端口77应用无菌的加压空气的流，以在需要的情况下对冷凝液储蓄器27进行加压。在冷凝液储蓄器27的底部附近的是第二冷凝液端口78，其允许冷凝液从冷凝液储蓄器27流出而流至接触冷凝器容器13。冷凝液溢流端口79位于冷凝液储蓄器27的顶部附近，并且冷凝液溢流端口79在冷凝液储蓄器27上的位置高于第二冷凝液端口78的位置。冷凝液溢流端口79确保冷凝液储蓄器27中的冷凝液的水平不会填充超过冷凝液储蓄器27中的冷凝液溢流管线(未显示)。
图20显示了柔性冷凝液储蓄器28的一个代表性实施例，其具有针对刚性冷凝液储蓄器27所描述的类似的结构构件。也类似于刚性冷凝液储蓄器27，柔性冷凝液储蓄器28还可包括可选的加压空气流端口(未显示)，可通过该加压空气流端口应用无菌的加压空气，以在需要的情况下对冷凝液储蓄器28进行加压。
图21为根据实施例的冷凝液引注系统的示例的透视图。冷凝液引注系统100可为气体冷凝系统(诸如图1中显示的气体冷凝系统)的部分。例如，冷凝液引注器100可设置在冷凝液管线中的任何地方，所述管线例如为如图1中显示的在接触式冷凝器容器13与冷凝液储蓄器16之间的第一冷凝液管线23或在冷凝液储蓄器16与接触式冷凝器容器13之间的第二冷凝液管线25。冷凝液流动路径中的其它位置也可用于设置冷凝液引注系统100。
冷凝液引注系统100包括引注配件82、一段管道83、无菌过滤器84、无菌连接器85以及连接器端盖86。无菌过滤器84在引注有水和/或冷的冷凝液时保持冷凝液管线(例如，80)无菌。无菌连接器85可为Luer连接器。然而，还可使用其它无菌连接器，例如，Pall Kleenpak连接器或Colder AseptiQuik无菌连接器。
图22为根据实施例的使进入或离开生物反应器的气流中的水分冷凝的方法的示例的示意图。该方法包括以下步骤：引导离开生物反应器并进入接触式冷凝器容器的气流；在接触式冷凝器容器内部产生冷凝液；引导和控制离开接触式冷凝器容器并进入冷凝液储蓄器的冷凝液的流；以及引导和控制离开冷凝液储蓄器要与气流混合的冷凝液的至少一部分的流。
通过举例的方式显示了以上描述的具体实施例，并且应当理解的是，这些实施例可容许有各种修改和备选形式。还应当理解的是，权利要求不旨在限于所公开的特定形式，而是相反地，旨在覆盖落入本公开的精神和范围内的所有修改、等同方案以及备选方案。