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KR100350964B1 - 극저온멸균질소장치 - Google Patents

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KR100350964B1
KR100350964B1 KR1019980010946A KR19980010946A KR100350964B1 KR 100350964 B1 KR100350964 B1 KR 100350964B1 KR 1019980010946 A KR1019980010946 A KR 1019980010946A KR 19980010946 A KR19980010946 A KR 19980010946A KR 100350964 B1 KR100350964 B1 KR 100350964B1
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프랙스에어 테크놀로지, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 액체 질소가 먼저 증기화되고, 이어서 가열된 후 멸균을 수행하고, 가온 멸균 질소 증기가 냉각되어 액체 질소의 증기화를 수행하고, 형성된 냉각 멸균 질소가 응축되어 극저온 멸균 질소를 생성하는, 극저온 멸균 질소를 생성하기 위한 장치에 관한 것이다. 본 발명의 장치는 다른 극저온 멸균 한제를 생성하는 데에도 사용될 수 있다.

Description

극저온 멸균 질소 장치 {CRYOGENIC STERILE NITROGEN SYSTEM}
본 발명은 멸균 질소와 같은 멸균 한제(cryogen)의 제조에 관한 것이다. 본 발명의 실시에 따라 제조될 수 있는 멸균 한제로는 멸균 아르곤, 이산화탄소, 산소, 헬륨 및 수소가 포함된다.
액체 질소는 물품을 냉각하거나 동결시키는 데 광범위하게 사용된다. 이러한 냉각 또는 동결은 간접 열교환에 의해 수행될 수 있지만, 질소가 성형품에 직접 접촉하는 직접 열교환이 바람직한 데, 그 이유는 질소로부터 물품으로의 냉각을 보다 효율적으로 전달하기 때문이다. 그러나, 항생물질 또는 백신과 같은 약제의 제조와 같은 일부 상황에서, 직접 접촉 냉매로서 액체 질소의 용도는, 액체 질소가 멸균되어 있지 않은 경우 박테리아 및 기타 미생물이 극저온의 액체 질소에서 는 비활성이지만, 이러한 박테리아 및 기타 미생물이 냉각된 또는 동결된 물품이 보다 높은 온도 상태가 되면 활성화될 수 있기 때문에, 보류되어야 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 극저온 멸균 질소 및 기타 멸균 한제를 효과적으로 그리고 효율적으로 제조하기 위한 장치를 제공하는 데 있다.
도 1은 극저온 멸균 한제를 생성시키기 위한 본 발명의 바람직한 어느 한 양태를 도시한 개략도이다.
상기 및 기타 목적은 본 명세서를 숙지하므로써 당업자들에게 자명하게 될 것이며, 본 발명에 의해 달성될 것이다. 본 발명의 한 양태는
(A) 액체 질소를 증기화시켜서 냉(冷) 질소 증기를 생성시키고,
(B) 냉 질소 증기를 가온하여 온(溫) 질소 증기를 생성시키고,
(C) 온 질소 증기를 멸균하여 멸균 온 질소 증기를 생성시키고,
(D) 멸균 온 질소 증기를 상기 증기화 액체 질소와의 간접 열교환에 의해 냉각시켜서, 냉 멸균 질소 증기와 상기 냉 질소 증기를 생성시키고,
(E) 냉 멸균 질소 증기를 응축시켜서, 극저온 멸균 질소 생성물을 생성시키는 것을 포함하여 극저온 멸균 질소를 생성시키는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 양태는
(A) 증발기 및 액체 한제를 증발기내로 전달하는 수단,
(B) 가열기 및 유체를 증발기로부터 가열기내로 전달하는 수단,
(C) 생물학적 필터 및 유체를 가열기로부터 생물학적 필터로 전달하는 수단,
(D) 응축기, 유체를 생물학적 필터로부터 증발기로 전달하는 수단, 및 유체를 증발기로부터 응축기에 전달하는 수단, 및
(E) 응축기로부터 극저온 멸균 한제 생성물을 회수하는 수단을 포함하는 장치에 관한 것이다.
본원에서 사용되는 용어 "간접 열교환"은 두 개의 유체 스트림이 물리적 접촉이나 상호간의 유체 혼합 없이 열교환되는 것을 의미한다.
본원에서 사용되는 용어 "극저온"은 -70℃ 이하임을 의미한다.
본원에서 사용되는 용어 "멸균"은 직경 0.2 미크론보다 큰 생물학적 시제를 함유하지 않음을 의미한다.
본원에서 사용되는 용어 "생물학적 필터"는 직경이 0.2 미크론 이하인 구멍을 갖는 필터를 의미한다.
상업적 관점에서 가장 중요한 멸균 한제는 멸균 질소이다. 따라서, 본 발명은 도면을 참조로 멸균 질소의 생성과 관련하여 상세히 설명될 것이다. 도면에서, 액체 질소(1)는 저장 탱크와 같은 액체 질소 공급원(미도시됨)에서 도관 수단을 통해 냉각 박스(3)에 위치하고 있는 제 1 열교환기 또는 증발기(2)내로 전달된다. 액체 질소(1)은 질소 농도가 60몰% 이상, 바람직하게는 95몰%이상이며, 압력이 일반적으로 16 내지 250psia이고, 온도가 250psig에서 약 -160℃ 이하이다. 냉각 박스(3)은 바람직하게는 제 2 열교환기 또는 응축기(4)를 또한 수용하는 단열 용기이다.
증발기(2)내에서, 액체 질소는 증기화되어 250psig에서 온도가 일반적으로 약 -160 내지 -195℃인 냉 질소 증기(5)를 생성한다. 냉 질소 증기(5)는 가열기(6)에 전달되고, 여기서 -50℃ 이상, 일반적으로는 -20℃ 내지 30℃로 가온되어 온 질소 증기(7)을 생성한다. 바람직하게는 온 질소 증기는 주변 온도 상태로 존재한다. 온 질소 증기의 온도는 필터 모듈 재료의 취성 온도 및 유리 전이 온도를 초과해야 한다.
온 질소 증기(7)는 생물학적 필터에 전달되며, 여기서 멸균되어 멸균 온 질소 증기를 생성한다. 도면에 도시된 본 발명의 구체예에서, 스팀(8)은 멸균 목적으로 사용되고, 질소 유체는 4개의 생물학적 필터(10)를 함유하는 모듈(9)에 공급되어 멸균 온 질소 증기(11)로서 배출된다.
멸균 질소 생성의 개시전에, 스팀(8)이 생물학적 필터에 공급되어, 수 시간 동안 생물학적 필터를 통과하여 110℃ 이상으로 가열하므로써 모듈(9) 및 모든 수행 경로를 멸균시킨다. 이후 상기 스팀은 중단되고, 질소 기체와 같은 기체가 24시간 내지 48시간 동안 장치를 통과하여 장치를 건조시킨다. 장치가 완전히 건조되면, 온 질소 증기가 기술된 바와 같이 생성되며, 생물학적 필터(들)을 통과하여 멸균 질소 증기로서 배출된다.
멸균 온 질소 증기(11)는 생물학적 필터 모듈(9)의 생물학적 필터로부터 도관에 의해 증발기(2)에 전달되며, 여기서 멸균 온 질소 증기내의 열이 간접 열교환에 의해 증기화 액체 질소를 증기화시키는 데 사용되어 상기 기술된 바와 같이 냉 질소 증기(5)가 생성된다. 이러한 열교환 도중에 멸균 온 질소 증기는 냉각되어, 온도가 일반적으로 -157 내지 -193℃인 냉 멸균 질소 증기를 생성한다.
저온 멸균 질소 증기(12)는 증발기(2)로부터 응축기(4)로 전달된다. 경우에 따라, 도면에 도시된 바와 같이, 배수선(13)은 냉 멸균 질소 증기를 증발기(2)로 부터 응축기(4)로 전달하여 스팀 응축물을 제거하는 도관에 연결될 수 있다. 응축기(4)내에서 냉 멸균 질소 증기는 간접 열교환에 의해 응축되어 생성물로서 회수 되는 극저온 멸균 질소(14)를 생성한다. 극저온 멸균 질소 생성물은 냉각 및/또는 동결을 위해 전체적 또는 부분적으로 직접 사용되거나, 전체적 또는 부분적으로 저장된 후에 사용될 수 있다. 도면에 도시된 구체예는 액체 질소(1)의 일부(15)가 밸브(16)를 통과하므로써 감압되어 증기화된 스트림(19)으로서 응축기(4)내로 전달 되어, 여기서 냉 멸균 질소 증기의 상기 언급된 응축을 수행하기 위해 증가화되는 바람직한 구체예이다. 이후, 생성된 기체상 질소(17)는 응축기(4)로부터 회수된다. 스트림(15)이 사용되는 경우, 액체 질소로서 증발기(2)에 전달된 스트림(1)의 일부는 스트림(18)으로서 표시된다.
하기에서는 멸균 액체 질소가 850 lb./시간(NTP에서 11,902 cf/시간)의 비율로 생성되는 본 발명의 예를 표로 요약하였다. 이러한 예는 도면에 도시된 것과 유사한 본 발명의 구체예이며, 요약된 표에 기재된 스트림 번호는 도면의 번호에 상응한다. 이러한 예는 예시의 목적으로 제시된 것이며, 이에 제한되지는 않는다.
입구 출구 차이 플로우CFH＠NTP 소요된에너지(KW)
스트림온도(℃)압력(psig)형태 18-176.575LN2 5-13770GN2 39.5-5 11,902 23.9
스트림온도(℃)압력(psig)형태 5-13770GN2 726.870GN2 163.80 11,902 19.9
스트림온도(℃)압력(psig)형태 726.870GN2 1126.860GN2 0-10 11,902
스트림온도(℃)압력(psig)형태 1126.860GN2 12-173.555GN2 -200.3-5 11,902 -23.9
스트림온도(℃)압력(psig)형태 12-173.555GN2 14-180.750LN2 -7.2-5 11,902 20.4
스트림온도(℃)압력(psig)형태 19-184.333LN2 17-185.528GN2 1.2-5 12,131 20.4
따라서, 본 발명을 사용하므로써 극저온 멸균 질소를 효과적으로 생성할 수 있게 된다. 본 발명이 특정 바람직한 구체예를 참조로 상세히 설명된 것이라고 하더라도, 당업자들은 청구범위의 영역 및 범주내에서 본 발명의 또 다른 구체예가 있음을 인지할 것이다. 예를 들어, 상기 논의된 바와 같이, 기타 멸균 한제가 본 발명의 실시에 따라 생성될 수 있다. 예를 들어 멸균 질소와 같은 생성된 멸균 한제는 예를 들어 100% 질소와 같이 순수하거나 100% 미만의 한제종을 함유하는 혼합물일 수 있다. 본 발명의 일반적인 방법을 엄밀히 정의하면 다음과 같다:
(A) 액체 한제를 증발화시켜 냉 증기를 생성시키고,
(B) 냉 증기를 가온하여 온 증기를 생성시키고,
(C) 온 증기를 멸균하여 멸균 온 증기를 생성시키고,
(D) 멸균 온 증기를 상기 증기화 액체 한제와의 간접 열교환에 의해 냉각시켜서, 냉 멸균 증기와 상기 냉 증기를 생성시키고,
(E) 냉 멸균 증기를 응축시켜서, 극저온 멸균 한제 생성물을 생성시키는 것을 포함하여 극저온 멸균 한제를 생성시키는 방법.
따라서, 본 발명을 사용하므로써 극저온 멸균 질소를 효과적으로 생성할 수 있게 된다.

Claims (10)

  1. (A) 액체 질소를 증기화시켜 냉(冷) 질소 증기를 생성시키고,
    (B) 냉 질소 증기를 가온하여 온(溫) 질소 증기를 생성시키고,
    (C) 온 질소 증기를 멸균하여 멸균 온 질소 증기를 생성시키고,
    (D) 멸균 온 질소 증기를 상기 증기화 액체 질소와의 간접 열교환에 의해 냉각시켜 냉 멸균 질소 증기와 상기 냉 질소 증기를 생성시키고,
    (E) 냉 멸균 질소 증기를 응축시켜서, 극저온 멸균 질소 생성물을 생성시키는 것을 포함하여 극저온 멸균 질소를 생성시키는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 스팀을 온 질소 증기에 가하는 것을 추가로 포함하여, 온 질소 증기를 멸균하여 멸균 온 질소 증기를 생성시킴을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 냉 멸균 질소 증기가, 냉 멸균 질소 증기의 압력보다 낮은 압력 상태에 있는 액체 질소와의 간접 열교환에 의해 응축됨을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 온 질소 증기가 생물학적 필터를 통과하므로써 멸균됨을 특징으로 하는 방법.
  5. 극저온 멸균 한제를 생성시키는 장치로서,
    (A) 증발기 및 액체 한제를 증발기내로 전달하는 수단,
    (B) 가열기 및 유체를 증발기로부터 가열기로 전달하는 수단,
    (C) 생물학적 필터 및 유체를 가열기로부터 생물학적 필터로 전달하는 수단, (D) 응축기, 유체를 생물학적 필터로부터 증발기로 전달하는 수단, 및 유체를 증발기로부터 응축기로 전달하는 수단, 및
    (E) 응축기로부터 극저온 멸균 한제 생성물을 회수하는 수단을 포함하는 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 스팀을 생물학적 필터로 공급하는 수단을 추가로 포함함을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 5 항에 있어서, 액체 한제를 응축기내로 공급하는 수단 및 응축기로부터 기체상 유체를 회수하는 수단을 추가로 포함함을 특징으로 하는 장치.
  8. (A) 액체 한제를 증기화시켜 냉 증기를 생성시키고,
    (B) 냉 증기를 가온하여 온 증기를 생성시키고,
    (C) 온 증기를 멸균하여 멸균 온 증기를 생성시키고,
    (D) 멸균 온 증기를 상기 증기화 액체 한제와의 간접 열교환에 의해 냉각시켜서, 냉 멸균 증기와 상기 냉 증기를 생성시키고,
    (E) 냉 멸균 증기를 응축시켜서, 극저온 멸균 한제 생성물을 생성시키는 것을 포함하여 극저온 멸균 한제를 생성시키는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 한제가 아르곤을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 8 항에 있어서, 한제가 이산화탄소를 포함함을 특징으로 하는 방법.
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