(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製の凍結容器内に収容された合成樹脂製袋体の内部に収納した液状被凍結物を過冷却状態にしてから凍結させる過冷却凍結装置において、冷却庫の内部に設けられた冷却箱と、該冷却箱の外面と前記冷却庫の内面との間に設けられた雰囲気ガス循環流路と、前記冷却庫内に液体窒素、液化アルゴン、液体空気、低温窒素ガス、低温アルゴンガス、低温空気のいずれか一つ又はこれらの混合流体である低温流体を導入する低温流体導入部及び冷却庫内の余剰の雰囲気ガスを外部に導出する雰囲気ガス導出部と、前記冷却箱内の低温雰囲気ガスを前記雰囲気ガス循環流路に導出する雰囲気ガス導出手段及び雰囲気ガス循環流路の低温雰囲気ガスを冷却箱内に導入する雰囲気ガス導入手段と、前記凍結容器を収容する冷却容器と、該冷却容器を前記冷却箱内に出し入れするために前記冷却庫及び前記冷却箱にそれぞれ設けられた開口部と、少なくとも前記冷却庫の開口部を開閉する開閉部材と、前記冷却庫への低温流体の導入量を制御する温度制御手段とを備え、前記冷却容器と前記凍結容器とを接触させて熱伝導により凍結容器内の前記液状被凍結物を冷却することを特徴とする過冷却凍結装置。
【請求項２】
前記雰囲気ガス導入手段は、雰囲気ガスを乱流状態で前記冷却容器に接触させることを特徴とする請求項１記載の過冷却凍結装置。
【請求項３】
前記冷却庫及び前記冷却箱は、側面に前記開口部及び前記開閉部材を有するとともに、該冷却箱の内面に、前記冷却容器を載置する冷却容器載置部が設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の過冷却凍結装置。
【請求項４】
前記冷却庫及び前記冷却箱は、側面に前記開口部及び前記開閉部材を有するとともに、前記冷却容器は、前記冷却箱内に進退可能な台車に搭載された状態で冷却箱に出し入れされることを特徴とする請求項１又は２記載の過冷却凍結装置。
【請求項５】
前記冷却庫及び前記冷却箱は、上面に前記開口部及び前記開閉部材を有するとともに、前記冷却容器は、上方から吊り下げられて冷却箱に出し入れされることを特徴とする請求項１又は２記載の過冷却凍結装置。
【請求項６】
前記冷却箱を構成する冷却箱構成部材に、冷却箱を冷却するための低温流体が流通する低温流体配管が設けられていることを特徴とする請求項５記載の過冷却凍結装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項記載の過冷却凍結装置を使用して金属製の凍結容器内に収容された合成樹脂製袋体の内部に収納した液状被凍結物を過冷却状態にしてから凍結させる過冷却凍結方法であって、液状被凍結物を収納した合成樹脂製袋体を収容した前記凍結容器を前記冷却容器に収容した状態で前記冷却箱内に配置し、前記低温流体導入部から冷却庫内に導入した液体窒素、液化アルゴン、液体空気、低温窒素ガス、低温アルゴンガス、低温空気のいずれか一つ又はこれらの混合流体である低温流体を、前記雰囲気ガス循環流路を介して冷却箱内に循環させることによって冷却容器を冷却し、該冷却容器と凍結容器とを接触させて熱伝導により前記液状被凍結物を冷却して過冷却状態とし、過冷却状態を解除した後、液状被凍結物の凍結が完了するまでに必要な冷熱を、前記冷却容器が持つ冷熱により与え、前記液状被凍結物の冷却速度が−５℃／ｈ〜−３０℃／ｈであることを特徴とする過冷却凍結方法。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過冷却凍結装置及び方法に関し、詳しくは、ヒトや動物に用いるワクチンや血液などをはじめとした生物由来製品を凍結させるための過冷却凍結装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ワクチンや血液などをはじめとした生物由来製品（液体の医薬製剤とその原料並びに中間体）を凍結する際に、細胞内又は細胞間隙に生じる氷結晶が細胞組織に損傷を与えたり、凍結濃縮によって濃度が不均一となったりすることがある。これらの不具合を回避するための方法として、凍結点以下でも凍結しない過冷却状態を経て凍結させる過冷却凍結法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４２５３７７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載されている方法では、過冷却状態を解除した後、冷気の風量や風速を増大させて凍結させるようにしているので、過冷却状態解除後の冷却速度が食品には十分であっても、ワクチンや血液などを凍結させる際には、氷結晶の肥大化が発生して品質が低下するおそれがあった。
【０００５】
そこで本発明は、過冷却凍結の冷却速度を十分に早くすることができ、凍結品の品質向上を図ることができる過冷却凍結装置及び方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の過冷却凍結装置は、金属製の凍結容器内に収容された合成樹脂製袋体の内部に収納した液状被凍結物を過冷却状態にしてから凍結させる過冷却凍結装置において、冷却庫の内部に設けられた冷却箱と、該冷却箱の外面と前記冷却庫の内面との間に設けられた雰囲気ガス循環流路と、前記冷却庫内に液体窒素、液化アルゴン、液体空気、低温窒素ガス、低温アルゴンガス、低温空気のいずれか一つ又はこれらの混合流体である低温流体を導入する低温流体導入部及び冷却庫内の余剰の雰囲気ガスを外部に導出する雰囲気ガス導出部と、前記冷却箱内の低温雰囲気ガスを前記雰囲気ガス循環流路に導出する雰囲気ガス導出手段及び雰囲気ガス循環流路の低温雰囲気ガスを冷却箱内に導入する雰囲気ガス導入手段と、前記凍結容器を収容する冷却容器と、該冷却容器を前記冷却箱内に出し入れするために前記冷却庫及び前記冷却箱にそれぞれ設けられた開口部と、少なくとも前記冷却庫の開口部を開閉する開閉部材と、前記冷却庫への低温流体の導入量を制御する温度制御手段とを備え、前記冷却容器と前記凍結容器とを接触させて熱伝導により凍結容器内の前記液状被凍結物を冷却することを特徴としている。
【０００７】
さらに、本発明の過冷却凍結装置は、前記雰囲気ガス導入手段は、雰囲気ガスを乱流状態で前記冷却容器に接触させることを特徴としている。
【０００８】
また、前記冷却庫及び前記冷却箱は、側面に前記開口部及び前記開閉部材を有するとともに、該冷却箱の内面に、前記冷却容器を載置する冷却容器載置部が設けられていること、あるいは、前記冷却庫及び前記冷却箱は、側面に前記開口部及び前記開閉部材を有するとともに、前記冷却容器は、前記冷却箱内に進退可能な台車に搭載された状態で冷却箱に出し入れされること、あるいは、前記冷却庫及び前記冷却箱は、上面に前記開口部及び前記開閉部材を有するとともに、前記冷却容器は、上方から吊り下げられて冷却箱に出し入れされることを特徴としている。
【０００９】
さらに、前記冷却箱を構成する冷却箱構成部材に、冷却箱を冷却するための低温流体が流通する低温流体配管が設けられていることを特徴としている。
【００１０】
本発明の過冷却凍結方法は、前記過冷却凍結装置を使用して金属製の凍結容器内に収容された合成樹脂製袋体の内部に収納した液状被凍結物を過冷却状態にしてから凍結させる過冷却凍結方法であって、液状被凍結物を収納した合成樹脂製袋体を収容した前記凍結容器を前記冷却容器に収容した状態で前記冷却箱内に配置し、前記低温流体導入部から冷却庫内に導入した液体窒素、液化アルゴン、液体空気、低温窒素ガス、低温アルゴンガス、低温空気のいずれか一つ又はこれらの混合流体である低温流体を、前記雰囲気ガス循環流路を介して冷却箱内に循環させることによって冷却容器を冷却し、該冷却容器と凍結容器とを接触させて熱伝導により前記液状被凍結物を冷却して過冷却状態とし、過冷却状態を解除した後、液状被凍結物の凍結が完了するまでに必要な冷熱を、前記冷却容器が持つ冷熱により与え、前記液状被凍結物の冷却速度が−５℃／ｈ〜−３０℃／ｈであることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、液状被凍結物の過冷却状態を解除した後、冷却容器が持つ冷熱を固体同士の熱伝導で液状被凍結物に伝熱して冷却するので、液状被凍結物を急速に凍結させることができる。これにより、氷結晶の肥大化を抑えることができるとともに、氷結晶以外の品質低下要因を回避できるため、品質の優れた凍結品を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の過冷却凍結装置の第１形態例を示す説明図である。
【図２】同じく過冷却凍結装置の断面側面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ断面図である。
【図５】凍結処理される液状被凍結物の一例を示す平面図である。
【図６】同じく側面図である。
【図７】本発明の過冷却凍結装置の第２形態例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１乃至図４は、本発明の過冷却凍結装置の第１形態例を示している。本形態例に示す過冷却凍結装置１１は、箱状の冷却庫１２と、該冷却庫１２の内部に配置される冷却箱１３と、該冷却箱１３の外面と前記冷却庫１２の内面との間に設けられた雰囲気ガス循環流路１４と、前記冷却庫１２内に低温流体を導入する低温流体導入部１５及び冷却庫１２内の余剰の雰囲気ガスを外部に導出する雰囲気ガス導出部１６と、前記冷却箱１３内の低温雰囲気ガスを前記雰囲気ガス循環流路１４に導出する雰囲気ガス導出手段である複数の導出ファン１７及び雰囲気ガス循環流路１４の低温雰囲気ガスを冷却箱１３内に導入する雰囲気ガス導入手段である複数の導入ファン１８と、前記液状被凍結物を収納した凍結容器を収容する冷却容器１９と、該冷却容器１９を前記冷却箱１３内に出し入れするために前記冷却庫１２及び前記冷却箱１３にそれぞれ設けられた開口部１２ａ，１３ａと、前記冷却庫１２の開口部１２ａを開閉する開閉部材である扉１２ｂと、前記冷却容器１９の温度を測定する温度検出手段２０と、該温度検出手段２０で測定した温度に基づいて前記低温流体導入部１５に設けられている流量制御部１５Ｆを制御して冷却庫１２内への低温流体の導入量を制御する温度制御手段２１とを備えている。
【００１４】
冷却箱１３や冷却容器１９などの各構成部材は、耐食性に優れ、洗浄性も良好で、さらに、熱伝導率が高く、低温で脆化しない金属、例えばステンレス鋼やニッケル鋼、酸化皮膜を形成したアルミニウム合金やマグネシウム合金、カーボンナノチューブを混合した合成樹脂などで形成されている。
【００１５】
前記冷却箱１３の対向する側壁及び後壁の内面には、冷却容器１９を載置するための支持部材１３ｂが所定の上下間隔で複数段に設けられている。支持部材１３ｂの上下間隔は、冷却容器１９の高さ寸法より大きく設定されており、各支持部材１３ｂで冷却容器１９をそれぞれ支持した際に、上下の冷却容器１９間には、冷却箱１３内の低温雰囲気ガスが流通可能な空間が形成される。
【００１６】
導入ファン１８及び導出ファン１７は、冷却箱１３内の低温雰囲気ガスを、雰囲気ガス循環流路１４を介して循環させるためのもので、特に、乱流状態で流動、循環させることにより、冷却箱１３内及び冷却庫１２内の雰囲気ガスの温度を速やかに均一化するとともに、冷却容器１９などの冷却対象物表面での境膜の影響を排除して冷却効率を向上させるようにしている。導入ファン１８及び導出ファン１７の設置数は、冷却箱１３の大きさや冷却容器１９同士の上下間隔などの条件に応じて適宜に設定することができ、導入ファン１８のみを設けて導出側は通気口としたり、導出ファン１７のみを設けて導入側を通気口としたりすることもできる。さらに、各ファン１７，１８の回転方向や回転速度を制御することにより、冷却箱１３内の低温雰囲気ガスの流動状態を適宜に設定することができる。
【００１７】
低温流体導入部１５から導入する低温流体は、所望の低温状態で流動性を有する流体を任意に用いることができ、例えば、液体窒素、液化アルゴン、液体空気、低温窒素ガス、低温アルゴンガス、低温空気のいずれか一つ又はこれらの混合流体を用いることができる。通常は、コスト面を考慮して、液体窒素又は液体窒素を気化させた低温窒素ガスを用いることが好ましい。低温流体導入部１５から液体、例えば液体窒素を導入する場合は、導入部先端に霧化用ノズルを設けて霧化状態で導入することが好ましい。また、冷却箱１３の側壁や後壁などの冷却箱構成部材に、冷却箱を冷却するための低温流体が流通する低温流体配管を設けるようにしてもよい。
【００１８】
過冷却凍結装置１１で凍結処理される液状被凍結物は、図５及び図６に示すように、所定の低温特性を有する単層フィルム又はシートや積層フィルム又はシートからなる凍結容器である合成樹脂製袋体３１の内部に収納した状態で冷却容器１９内に収容してもよく、想像線で示すような金属製凍結容器３２内に前記合成樹脂製袋体３１を収容した状態で冷却容器１９内に収容してもよい。冷却容器１９や金属製凍結容器３２は、これらの底板だけでなく、天板にも合成樹脂製袋体３１が接触するような寸法に形成することにより、液状被凍結物を上下両面から効果的に冷却できる。
【００１９】
次に、このように形成した過冷却凍結装置１１を使用して液状被凍結物を凍結処理する手順を説明する。まず、処理対象となる液状被凍結物は、該液状被凍結物の種類に応じた合成樹脂製袋体３１内に充填収納し、必要に応じて合成樹脂製袋体３１を金属製凍結容器３２内に収容した状態で前記冷却容器１９内に収容し、冷却容器１９を冷却箱１３内に挿入する。扉１２ｂを閉じた後、導入ファン１８及び導出ファン１７を作動させるとともに、低温流体導入部１５から冷却庫１２内に低温流体を導入する。低温流体の導入量は、測定対象に対応した温度検出手段２１、例えば非接触式や測温抵抗体などの温度検出手段２１で検出した液状被凍結物、合成樹脂製袋体３１、金属製容器３２、冷却容器１９、冷却箱１３内の低温雰囲気ガスなどの温度に応じて温度制御手段２２が流量制御部１５Ｆを制御し、液状被凍結物をあらかじめ設定された冷却速度で冷却できるように調節する。
【００２０】
冷却速度は、液状被凍結物の種類や量に応じて適宜設定されるもので、例えば、ヒト由来の液体製剤では−５℃／ｈ〜−３０℃／ｈの範囲、アルブミン溶液やワクチンでは−５℃／ｈ〜−１５℃／ｈの範囲が好適である。また、蒸留水の場合は、冷却速度を−１２０℃／ｈ以上にすることもできる。液状被凍結物は、循環する低温雰囲気ガスにより冷却された冷却容器１９から金属製凍結容器３２や合成樹脂製袋体３１を介して、固体−固体−液体間の熱伝導によって効率よく冷却することができる。
【００２１】
液状被凍結物の凍結点を過ぎて過冷却状態に冷却された後、自然にあるいは強制的に過冷却状態が解除されると、液状被凍結物の温度は凍結点まで上昇するが、冷却容器１９は、冷却箱１３内を循環流動する低温雰囲気ガスによって過冷却状態解除時の温度に冷却されているので、温度上昇した液状被凍結物は、冷却容器１９が持つ寒冷熱容量により、固体−液体（固体）間の熱伝導によって所定の凍結温度に急速に冷却することができる。
【００２２】
このように、固体である冷却容器１９からの熱伝導によって液状被凍結物を冷却することにより、境膜の影響を受けずに効率よく冷却することができ、−５℃／ｈ以上の冷却速度で安定した状態で効率よく冷却することができる。また、過冷却状態解除後には、冷却容器１９が持つ熱容量によって急速に液状被凍結物を冷却することにより、液状被凍結物の全体を瞬時に凍結させることができる。
【００２３】
これにより、針状結晶の発生を防止でき、細胞の構造が破壊されることがなく、タンパク質の変成、ドリップの発生、凍結障害などが生じることがなくなる。したがって、本発明は、ヒトや動物に用いるワクチンや血液をはじめとする生物由来製品（液体の医薬製剤とその原料並びに中間体）の凍結に好適に用いることができ、これらの品質向上や回収率の向上を図ることができる。
【００２４】
図７は本発明の過冷却凍結装置の第２形態例を示す説明図である。なお、以下の説明において、前記第１形態例に示した過冷却凍結装置の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００２５】
図７に示す過冷却凍結装置は、冷却箱１３の底面１３ｃを、過冷却凍結装置１１を設置した床面と面一に配置し、複数の冷却容器１９を搭載した台車２６にて出し入れできるように形成した例を示している。このように、台車２６に複数の冷却容器１９を搭載して冷却箱１３に出し入れするように形成することにより、大量の液状被凍結物を過冷却凍結する際の作業性を向上させることができる。
【００２６】
また、図示は省略するが、冷却庫１２及び冷却箱１３の上面に開口部を形成し、冷却容器１９をクレーンなどで吊持して冷却箱１３に出し入れするように形成することも可能である。
【００２７】
なお、過冷却凍結にあたっては、あらかじめ、測温抵抗体により、前記箱状体１３内の低温雰囲気ガスの温度と、液状被凍結物の表面温度や液状被凍結物の中心温度を測定し、これらの相関を確認するとともに、最適な冷却温度を特定しておき、量産運転時には、前記箱状体１３内の低温雰囲気ガスの温度を制御温度とし、各温度の相関を考慮した過冷却凍結の温度プログラムを作成し、温度制御手段２２を作動させることが好ましい。
【符号の説明】
【００２８】
１１…過冷却凍結装置、１２…冷却庫、１２ａ…開口部、１２ｂ…扉、１３…冷却箱、１３ａ…開口部、１３ｂ…支持部材、１３ｃ…底面、１４…雰囲気ガス循環流路、１５…低温流体導入部、１５Ｆ…流量制御部、１６…雰囲気ガス導出部、１７…導出ファン、１８…導入ファン、１９…冷却容器、２０…温度検出手段、２１…温度制御手段、２６…台車、３１…合成樹脂製袋体、３２…金属製凍結容器 
【図１】
0005870153.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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