(57)【要約】  本発明の実施態様として、低温工程における過冷却の間、如何なる温度の急上昇も示さない前処理溶質を生成する方法を開示する。加えて、前記溶質は、前処理溶質を効率的な熱交換媒体にするという、より効率的な熱吸収速度及び共晶物質特性のような有用な機能及び特性を示す。本方法は、長時間の相転移能を導くために溶質を過冷却することを含む。もしも本出願で開示する凍結方法に従うならば、前処理溶質は溶解することができ、その後の凍結サイクルにおいても長時間の相転移能を保持するであろう。凍結すべき物質は、凍結するために前処理した、過冷却溶質に直接浸す。溶質は、プロピレングリコール、グリセロール、又は他の適した溶質とすることができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶質を過冷却して前処理溶質を生成すること、及び、熱交換媒体として前記前処理溶質を使用することを含む方法。
【請求項２】
前記過冷却工程が、前処理溶質を得るために、前記溶質を室温から、一分間当り少なくとも約6.5℃の平均速度で少なくとも約−23℃に至らせることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記過冷却工程が、溶質の熱吸収速度を変え、その結果、前記前処理溶質が、処理を行う前の溶質と比較して優れた熱吸収速度を示すこととなる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記前処理溶質の熱吸収速度が、約−23℃から−26℃の間の温度で約135 BTUである、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
少なくとも前記前処理溶質の一部が、過冷却工程後も過冷却状態を維持し、その結果、その後に続いて、室温から、約−23℃から−26℃に冷却される間に、前記前処理溶質が温度の急上昇を示さない、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記過冷却工程が、室温から、約−23℃から−26℃へ前記溶質を過冷却することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記過冷却工程が、一分間当り約6.5℃から8.5℃の間の平均速度で前記溶質を冷却することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記過冷却工程が、少なくとも一部の時間において、一分間当り少なくとも約17℃の平均速度で、前記溶質を冷却することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記前処理溶質がプロピレングリコールを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記前処理溶質が：
約50パーセントの水；
約50パーセントのプロピレングリコール；及び
約１パーセントの界面活性剤；
を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記前処理溶質がグリセロールを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
所定量の液体を保持できるタンク；
前記液体を循環できる循環装置；
前記液体を冷却できる冷蔵システム；及び
変化した熱吸収速度を有する前処理溶質；
を含むシステム。
【請求項１３】
前記前処理溶質が、一分間当り少なくとも約6.5℃の平均速度で過冷却することによって処理された溶質である、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記前処理溶質が、室温から約−23℃未満の温度に過冷却することによって処理された溶質である、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１５】
前記前処理溶質が、室温から、約−23℃から−26℃に過冷却することによって処理された溶質である、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１６】
前記前処理溶質が、一分間当り約6.5℃から8.5℃の間の平均速度で過冷却することによって処理された溶質である、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１７】
前記前処理溶質が、少なくとも一部の時間において、一分間当り少なくとも約17℃の平均速度で過冷却することによって処理された溶質である、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１８】
前記前処理溶質の熱吸収速度が、約−23℃から−26℃の間の温度で約135 BTUである、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１９】
少なくとも前記前処理溶質の一部が、過冷却状態を維持し、その結果、その後に続いて、室温から、約−23℃から−26℃に冷却される間に、前記過冷却溶質が温度の急上昇を示さない、請求項１２に記載のシステム。
【請求項２０】
前記前処理溶質がプロピレングリコールを含む、請求項１２に記載のシステム。
【請求項２１】
前記前処理溶質が：
約50パーセントの水；
約50パーセントのプロピレングリコール；及び
約１パーセントの界面活性剤；
を含む、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
前記前処理溶質がグリセロールを含む、請求項１２に記載のシステム。
【請求項２３】
変化した熱吸収速度を有する液体を含む、熱交換媒体。
【請求項２４】
一分間当り少なくとも約6.5℃の平均速度で、未変化の熱吸収速度を有する液体を過冷却することを含む工程によって、前記液体の熱吸収速度が変化した、請求項２３に記載の熱交換媒体。
【請求項２５】
未変化の熱吸収速度を有する液体を約−23℃未満の温度に過冷却することを含む工程によって、前記液体の熱吸収速度が変化した、請求項２３に記載の熱交換媒体。
【請求項２６】
未変化の熱吸収速度を有する液体を、室温から、約−23℃から−26℃に過冷却することを含む工程によって、前記液体の熱吸収速度が変化した、請求項２３に記載の熱交換媒体。
【請求項２７】
未変化の熱吸収速度を有する液体を、約6.5℃から8.5℃の間の平均速度で過冷却することを含む工程によって、前記液体の熱吸収速度が変化した、請求項２３に記載の熱交換媒体。
【請求項２８】
未変化の熱吸収速度を有する液体を、少なくとも一部の時間において、一分間当り少なくとも約17℃の平均速度で過冷却することを含む工程によって、前記液体の熱吸収速度が変化した、請求項２３に記載の熱交換媒体。
【請求項２９】
前記の変化した、液体の熱吸収速度が、約−23℃から−26℃の間の温度で約135 BTUである、請求項２３に記載の熱交換媒体。
【請求項３０】
少なくとも前記液体の一部が、過冷却状態を維持し、その結果、その後に続いて、室温から、約−23℃から−26℃に冷却される間に、前記液体が温度の急上昇を示さない、請求項２３に記載の熱交換媒体。
【請求項３１】
前記液体がプロピレングリコールを含む、請求項２３に記載の熱交換媒体。
【請求項３２】
前記液体が：
約50パーセントの水；
約50パーセントのプロピレングリコール；及び
約１パーセントの界面活性剤；
を含む、請求項３１に記載の熱交換媒体。
【請求項３３】
前記液体がグリセロールを含む、請求項２３に記載の熱交換媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して低温保存に関し、より詳細には、低温保存で用いられる熱交換媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
低温保存とは、保存の全ての段階（処理、凍結、保存、及び溶解工程）を指す。絶え間ない研究の努力が、凍結保護物質と同様に、様々な細胞タイプ及び物質のための凍結及び溶解温度及び冷却速度の最適化の開発になされてきた。この分野の研究の他の領域では、低温保存の温度領域における熱伝達化合物及び熱伝達機構に注目していた。    
【０００３】
熱伝達工程とは、物体よりも高い温度又は低い温度のいずれかを有している熱伝達流体と物理的に接触している物体から又は物体へ、熱エネルギーを移すことである。様々な有機流体（organic fluids）が、高温（非低温、non-cryogenic）熱伝達工程のための熱伝達流体として用いられている。低温度領域においては、低分子量のアルコール、ケトン、ハロゲン化炭化水素が、低温熱伝達工程に用いられている。
【０００４】
一般的な低温有機熱伝達流体が示す揮発性、毒性、可燃性、発泡性、又は低温での粘性変化により、低温熱伝達工程は、現在も困難である。アセトンのような、いくつかの一般的な低温熱伝達流体は、接触する蒸気を吸収する。このような流体を使用する熱伝達装置は、低温熱伝達工程に悪影響を及ぼしかねない。低温熱伝達流体の粘性の上昇及びゲル化もまた、熱伝達装置が部分的に循環不良になったり、詰まったりすることによって、熱エネルギーの伝達工程の効率に悪影響を与える。更には、これら熱伝達流体が熱エネルギーを吸収する速度は、一般的に最適ではない。    
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
それ故、要求されていることは、これまでに論じた問題を克服しうる、低温領域における熱伝達工程の改良である。従って、本発明の様々な実施態様として、より効果的な熱伝達特性を有する前処理溶質を生成する方法を開示し、更には、低温工程における他の有用な機能及び特性を開示する。例えば、本出願で開示する溶質は、凍結工程で用いる場合、相転移に伴う潜熱の間に温度が上昇せず、少なくとも、温度の上昇を減ずることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
1の実施態様として、平均して少なくとも一分間当り約6.5℃の速度で、室温から約−23℃に迅速に過冷却することによって、溶質を前処理する。溶質をこのように迅速に冷却することによって、過冷却溶質、すなわち前処理溶質に浸した物質から熱を吸収する熱交換媒体として用いることができる過冷却溶質が得られる。過冷却とは、固化又は結晶化を生じさせることなしに、凝固点より低く液体物質を冷やすことである。過冷却によって、溶質の熱吸収速度を変化させることができ、前記前処理溶質は、過冷却を行わなかった溶質に比較して熱吸収速度が増大させることができる。本発明の1の実施態様による、前処理溶質の熱吸収速度は、約−23℃から−26℃の間の温度において約135 BTUである。
【０００７】
1の実施態様として、溶質を前処理するということには、約6.5℃から8.5℃の間の平均冷却速度で、室温から約−23℃から−26℃の間に、溶質を過冷却することを含む。更なる実施態様として、溶質を前処理する工程として、少なくとも一部の時間において、少なくとも一分間に約17℃の平均冷却速度で、溶質を過冷却することを含む。
【０００８】
過冷却後、前処理溶質の一部は、本出願で記載するように、前処理後も過冷却状態が続く。この過冷却状態においては、一般的に溶質が凍結する際に放出される熱が減少し、それ故、前処理溶質は、その後に続く室温から約−23℃から−26℃の間の温度への冷却において、温度の急激な上昇（スパイク）を示さない。前処理溶質は、所定の量の液体を入れることができるタンク、タンク内で液体を循環するための循環装置、及びタンク内で液体を冷却することができる冷房システムからなるシステムにおいて、冷却液体として使用することができる。
【０００９】
本発明の少なくとも1の実施態様の目的は、低温工程で使用するための熱吸収特性を改良した溶質を生成することである。
【００１０】
本発明の少なくとも1の実施態様の利点は、前処理溶質の熱吸収速度が、非前処理溶質と比較して、より大きな吸収速度を示すことであり、このことにより、前処理溶質が、非前処理溶質よりも優れた熱交換媒体になりうることである。
【００１１】
本発明の少なくとも1の実施態様の更なる利点は、前処理溶質においてはその後の凍結の際に温度の急上昇が観察されないことから、傷つきやすい素材に対する凍結による損傷を減ずることができることである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の他の目的、利点、特性及び特徴、並びに、方法、関連構成要素の動作及び機能、並びに、部材どうしの組合せ及び製造の経済性は、明細書の一部を形成する添付図面を参考にして、以下に記す記載及び特許請求の範囲を理解することにより、明らかになるであろう。様々な図面にわたり、参照番号は対応する部分を表している。  
【実施例】
【００１３】
図１-４には、本出願で開示されている様々な実施態様に従って、溶質、処理溶質の調製工程、及びこの前処理溶質を用いた物品の冷蔵工程を示している。このような過冷却溶質及び関連する調製工程、冷蔵工程、及び物品によって、有用な機能及び特性を付与する。特に、前処理溶質は、長時間の相変化能（long-duration phase change capability）を示し、凍結の間、流動性を保ち、効果的な熱吸収特性を有し、凍結及び溶解後に凍結前のコンシステンシーに戻る。
【００１４】
一般的に凍結工程の間は、溶液中の化学成分の分子は強制的に整列するものである。この強制的な整列によって、媒体中の化学成分が吸熱反応を生じ、これによって、潜熱フェーズ（latent heat phase）の間、最後の量のエネルギーを放出する。凍結物質が（付随する吸熱反応とともに）潜熱フェーズを経る時、この放出された熱は溶液の温度を瞬間的に上昇させる。もし一定の圧力で相転移する間にわたって測定したならば（例えば、溶解、沸騰、昇華）、変態熱としても知られている、この潜熱は単にエンタルピーの変化に相当する。定圧工程におけるエンタルピーの変化は、系が最初の平衡状態から最後の平衡状態への微小の工程を経た際に変換される熱に等しい。
【００１５】
理論的には、大部分の化学反応は双方向（可逆的）である。しかしながら、特定の反応ではエネルギーが必要であることから、実際には、多くの化学反応が一方向（不可逆的）であると考えられる。本出願で開示した溶質においては、潜熱フェーズの間における熱の放出は、単なる一方向の化学反応である。いったん溶質内で反応が起これば、単に、冷却サイクルの間に移った熱と同じ量を加えても、反応は逆に進まない。それ故、いったん本出願で開示した様々な実施態様に従って処理を行えば、溶質は、その後の凍結において長時間の相変化能を示す。    
【００１６】
凍結工程において放出される潜熱の発生を図１に示す。図１は、本発明の様々な実施態様によって改良した熱交換媒体として使用するため、前処理を行っている3つの溶質の温度測定の線グラフである。図1に図示する溶質は、本出願で記載する典型的な冷却装置で短い時間間隔で急速に冷却したものである。図１の溶質には、DMSO（110）と表記したジメチルスルフォキシド、Gly（115）と表記した卵の黄身／グリセロール溶液、PPO（120）と表記したプロパンジオールである。冷却工程において放出される変換エネルギーの熱効率は、時間間隔5（75秒）から6（90秒）の間で明確に観察され、その時間に、温度の顕著な上昇、すなわちスパイク（125）が全ての3つの溶質で観察される。スパイク(125)の後は、その後の観察において、測定期間の終了にいたるまで温度が減少した。図１で図示する溶質は、本出願で示すような急速な冷却によって前処理を行うことにより、前処理を行わなかった溶質に比べて、熱吸収速度が増すことが示されることは注目すべきである。
【００１７】
通常は、凍結サイクルでのスパイク（125）のように、溶質の潜熱フェーズにおいて放出される熱によって、溶質媒体の温度は瞬間的に上がる。この温度の上昇が生じることから、何も調整を行っていない溶質は、理想的ではない熱交換媒体となってしまう。しかしながら、最初に、本出願に示す前処理工程において溶質を迅速に凍結（過冷却）するならば、スパイク（125）に示される温度の上昇は、その後の凍結では見られない。なぜならば、前処理溶質は、長時間の相変化能を示すという化学特性の変化を受けたからである。
【００１８】
1つの実施態様として、熱交換媒体として使用できるように改良するために、溶質を前処理する。一分間当り約6.5℃の平均冷却速度で、室温から少なくとも−23℃に溶質を過冷却することによって、溶質を前処理する。他の実施態様として、前処理には、一分間当り約6.5℃から約8.5℃の間の平均冷却速度で、室温から約−23℃から約−26℃の間の温度に溶質を過冷却することを含む。更なる実施態様として、温度上昇（125）の開始前の時間の少なくとも一部において、一分間当り少なくとも約17℃の平均速度で過冷却を行うことによって、溶質を前処理する。
【００１９】
本出願で開示する前処理後に、溶質は要望どおりに再利用することができ、室温で溶解した後でさえ、向上した熱吸収特性を維持している。もしも、例えば一般的な冷凍庫等を用いて、本出願で開示するよりも極めて遅い凍結速度で前処理を行ったならば、溶質は長時間の相変化を示すことはできず、温度上昇（125）がその後の冷凍サイクルでも生じるであろう。加えて、前処理溶質のような、最適な熱吸収速度の上昇は達成されないであろう。
【００２０】
次に、図２に関しては、本発明の少なくとも1の実施態様による溶質を前処理する方法を図示するフロー図である。工程（1005）では、冷蔵装置のタンクへ冷却液体を入れ、熱交換コイルを経て巡回させて、冷却液体を迅速に冷却して前述したような不可逆な相変化を誘導する。1の実施態様として、この冷却液体は処理すべき溶質である。冷却装置内での溶質の冷却速度は、一分間当り平均で約6.5℃から約8.5℃の間であるべきである。更なる実施態様としては、一分間当り平均で少なくとも約17℃の冷却速度である。図４で示すような冷却装置は、本出願で開示する冷却速度を達成するのに理想的である。様々な実施態様で用いられる溶質として、グリセロール及びプロピレングリコールが含まれるが、これに限定されるものではない。比較的に不純物が少ない高いグレードの溶質が好まれる。    
【００２１】
1の実施態様として、精製したプロピレングリコール及び水を、それぞれ約50重量％及び約50重量％の割合で混合し、過冷却可能な混合物を作成する。混合物の約1％として、一般的に混合物の水部分に由来する、ポリエチレングリコールエステル、オレアート、アルコールエトキシレート、又はこの分野の当業者に知られている他のもののような食品用界面活性剤を含むことができることに注目すべきである。  
【００２２】
冷却液体の温度を、工程（1007）でサンプリングし、もしも、工程（1008）で範囲外であることがわかれば、シグナルをコントローラー（図示せず）に送り、工程（1009）のように、冷蔵ユニットで熱交換コイルを冷却する。工程（1035）で、冷却工程における冷却液体の粘度、温度等の変化に伴い必要に応じて、冷却液体の速度を調整する。好ましくは、冷却液体の速度は、1以上の循環装置によってもたらされる動力を調整して一定に保つようにする。
【００２３】
工程（1008）で、温度が、望む温度幅にあることが確認できれば、工程（1111）のように、溶質の処理は完了する。本出願で開示する過冷却終了後、溶質は、0℃より高い温度（例えば室温）で溶け出すことによって、冷却前のコンシステンシーに戻りうる。溶解後に、溶質を−18℃以上へと迅速に凍結しても、液体相は分離しない。最初の処理（冷却及び溶解）サイクル後、その後の冷却サイクルにおける溶質は可溶化するので、液体相の分離が生じないことは有用である。    
【００２４】
次に、図３に関しては、本発明の少なくとも1の実施態様による、前処理溶質を用いるための方法を図示するフロー図である。この方法は、工程（305）で開始する。この工程では、冷却液体／熱交換媒体として使用するために本出願で示す前処理を行った溶質で、冷却装置内のタンクを満たす。この前処理溶質を、工程（307）で望む温度まで冷却する。凍結すべき物質にとって望む温度に達したら、凍結すべき物質を冷却した前処理溶質に浸すことができる。溶質は使用前に前処理を行っているので、迅速な凍結速度は、初めて溶質を前処理するときほど重要ではなく、溶質は、依然として非処理溶質よりも高い熱吸収速度を示すであろう。
【００２５】
前処理溶質が冷却する間、もしも特定のタイプの物質にとって必要であるならば、前処理工程（308）を行うことができる。実施態様として、前処理溶質を、工程（308）では、物質を凍結するのに備えて物質を処理するのに用いることができる。また、特定の物質は、凍結前に他の化学的な調製を必要とし得る。例えば、化学的に物質を調製することとして、安定剤、色素又は着色料、乳化剤、及び大部分がこの分野における当業者に知られている他の化学薬品又は化合物のような剤で物質を前処理することが含まれる。場合によっては、凍結前に、前処理工程（308）は必要でない。例えば、フライ（鶏肉）又は牛のランプ肉を凍結するには、工程（309）で示すように、冷却装置内の冷却した前処理溶質へ直接浸すことができる。工程（310）では、冷却した前処理溶質（冷却液体）を、凍結させる物質を経て循環させる。本発明の少なくとも1の実施態様においては、物質をガラス状にするために、凍結すべき物質を経て冷却液体を実質的に絶え間なく循環させ続けるべきである。  
【００２６】
図２及び３で示した工程について、順番どおりに示し、説明を行った。しかしながら、本出願で示した方法は、工程の幾つか又は全てが連続して行われる又は異なる順番で行われるという特徴を有し、暗黙の工程は図示されていない。例えば、温度測定工程は示されていないが、冷却装置は、図２で示すように、液体の冷却及び循環サイクルを通して温度を測定するような冷却装置であることが理解されよう。
【００２７】
好ましい実施態様として、溶質を前処理することによって、その後も形態が変化しない長期間の相変化能をもたらす。例えば、本出願で開示する、水及び溶質からなる溶液は、溶液が固化することなしに、水の融点よりも温度を下げること（過冷却）ができる。本出願で示す典型的な混合物のような溶液は、共融混合物、すなわち、混合物の中で最も温度が低くても溶解する2以上の物質の混合物として知られている。
【００２８】
過冷却の形態では、本出願で開示する、前処理を行った溶質と水の混合物は流動性を維持し、前処理溶質と接触させて如何なる物質からでも熱を迅速に吸収できる、非常に効率的な“ヒートシンク（heat sinks）”となりうる。組成物の一部が、未だ凍結していない潜熱過冷却状態にあるため、この熱吸収特性の変化は、溶液に過冷却操作を行ったときに生じる。この部分が凍結する際に一般的に放出する熱は、過冷却の量によって減少する。ある実施態様では、前処理溶質は約−23℃から−26℃の間の温度において、約135 BTUの熱吸収速度を有している。事実上、前処理液体は、氷のような固体物質に匹敵する熱吸収速度を有している。更なる実施態様として、前処理液体は、変化した熱吸収速度のために、熱交換媒体として使用することができる。
【００２９】
熱吸収能が増すことに加えて、前処理溶質は他の有利な機能も有している。例えば、水が前処理溶液の一部を形成する場合は、物質をガラス状にするという過冷却液体の機能のため、混合物中の水の過冷却液体特性によって、凍結している物質を凍結損傷する可能性が減る。加えて、溶質が固化しないために、前処理溶液は冷却装置内で循環することができる。                
【００３０】
次に、図４に関しては、本発明の少なくとも1の実施態様による、本方法の使用に適した冷却装置を図示する。この冷却装置は、冷却ユニット（800）として全体的に示されている。冷却ユニット（800）は、好ましくは、冷却液体(840)を含むタンク（810）を備えている。羽根車付きのモーターといった循環装置（834）、及び熱交換コイル(820)を、冷却液体(840)の中に浸す。冷蔵ユニット（890）が、タンク（810）の外部に配置され、熱交換コイル(820)に連結している。      
【００３１】
タンク（810）は、凍結すべき物質を冷却液体(840)に浸すのに必要な如何なる寸法のものとすることができ、寸法は、12インチ×24インチ×48インチとすることができる。本出願で示す指示に従って、他のタンクのサイズも使用することができる。例えば、1の実施態様として（図示せず）、タンク（810）は、ちょうど冷却液体(840)を保持できるサイズであり、生物学的材料及び凍結保護剤を含む懸濁液を迅速に凍結するために、タンク（810）内に容器を入れることができる。他の実施態様として、タンク（810）を、迅速に凍結するために、組織全体を完全に浸すことができるほど大きくすることができる。当然のことながら、タンク（810）は、凍結すべき物質の様々なサイズ及び量に効率的に対応させるために、必要に応じて、大きくも小さくもできる。
【００３２】
タンク（810）には、主要な熱交換媒体として働く、冷却液体(840)を入れることができる。1の実施態様として、冷却液体は、食品用の溶質とすることができる。食品用の液体の好ましい例は、プロピレングリコール、塩化ナトリウム溶液、グリセロール等をベースとする液体である。好ましい実施態様として、冷却液体には、前処理溶質プロピレングリコールが含まれる。様々な容器が、冷却すべき溶質を入れるのに用いることができるが、本発明のいくつかの実施態様では冷却液体(840)は前処理される溶質である。
【００３３】
溶質をあらかじめ冷却するために、本発明の1の実施態様においては、冷却させる溶質を経て、幅24インチ深さ48インチを超えない領域に含まれている冷却液体の1フィート当りにつき、一分間当り35リットルという比較的一定の速度で、冷却液体(840)を循環させる。必要な循環は、1以上の循環装置（834）、例えばモーター及び羽根車の組合せでもたらされる。本発明の少なくとも1の実施態様では、浸した循環装置（834）は、凍結させる物質を経て冷却液体(840)を循環させる。本発明の目的に合致する限りにおいて、様々なポンプを含む（図示せず）他の循環装置（834）を使用できる。本発明の少なくとも1の実施態様として、少なくとも1の循環装置834を用いることによって、冷却液体を循環できる領域及び容積を増やすことができる。複数の循環装置（834）を用いる実施態様では、冷却液体を循環させる領域及び容積は、使用されている付加的な循環装置に直接比例して増大する。例えば、好ましい実施態様として、およそ幅24インチ深さ48インチを超えない領域にわたって循環させる冷却液体の１フィートあたりにつき、1の付加的な循環装置を使用する。          
【００３４】
好ましくは、循環装置（834）内のモーターを制御することによって、保存すべき物質を通しての冷却液体流速を所定の一定値に維持することができ、同時に、タンク（810）内の全ての場所において、±0.5℃以内という冷却液体温度分布さえ維持することができる。物質又は製品を通しての循環する冷却液体の、実質的に一定の所定の速度により、一定で一様な熱の除去が行え、物質を冷却又は凍結することができる。1の実施態様として、循環装置（834）内のモーターによって羽根車の回転速度又はトルクを必要に応じて増減するために、粘度、温度等の冷却液体の特性を測定してデータ処理を行い、制御シグナルを循環装置（834）に送る。
【００３５】
他の実施態様として、モーターは、更なる熱の生成なしに、液体条件の範囲にわたって所定の回転速度を維持するように構築されている。そのような場合、モーターによってもたらされる羽根車のトルク又は回転速度は、外部からは制御されることはない。外部のポンプ、シャフト、又は滑車は、冷却装置には必要ないことは注目すべき事項である。羽根車が結合したモーター、又は他の循環装置（834）を、直接冷却液体（840）に浸す。結果として、冷却液体(840)はタンク（810）内に置かれた物質を凍結するだけでなく、循環装置834内の部品（すなわち、モーター及び羽根車）を冷やしている。    
【００３６】
熱交換コイル(820)は、好ましくは、複数の経路（すなわち、３つまたはそれ以上の経路）を通して冷媒を搬送し得る“多型路コイル（multi-path coil）”とされる。このことは、冷媒が通常は１つまたは２つの連続経路に限定されているような、従来技術の冷媒コイルとは対照的である。加えて、コイルサイズは、一定量の冷却液体(840)を含む横断面積に対して直接的に関係している。例えば、好ましい実施形態においては、タンク(810)は、1フィート長さ、2フィート深さ、4フィート幅であり、1フィート×2フィートである熱交換コイル(820)を使用する。タンク(810)の長さが、20フィートへと伸ばされたときには、熱交換コイル(820)の長さも、また、20フィートへと伸ばされる。結果として、熱交換コイル(820)は、同じ熱負荷を取り扱うのに必要とされる従来のコイルのサイズの約50％とすることができる。循環装置(834)は、凍結すべき材料上へ冷凍冷却液体(840)を循環させ、その後、より暖められた冷却液体を、冷却液体(840)内に浸した熱交換コイル(820)に供給する。少なくとも１つの実施形態においては、熱交換コイル(820)は、そのように構成されているために、凍結される材料から除去される熱量以上の熱量を冷却液体（840）から除去することができ、これにより、冷却液体（840）の温度を所定範囲に維持することができる。熱交換コイル（820）は、冷蔵ユニット（890）に対して接続されており、熱交換コイル（820）及びシステムから熱を放出する。
【００３７】
好ましい実施形態においては、冷蔵ユニット（890）は、熱交換コイル（820）の負荷要求に適合し得るように構成されている。そのため、システムからは、熱が平衡された態様で効果的に除去される。その結果、制御された態様で急速に材料が凍結される。冷蔵ユニット（890）の効率は、熱交換コイル（820）の効果的な供給によって吸気圧力を制御するために使用されている手法と、冷蔵ユニット（890）において使用されているコンプレッサの効果的出力と、に直接的に関連する。
【００３８】
この方法においては、冷蔵温度と冷却液体（140）の温度との間において、及び、凝縮温度と周囲温度との間において、非常に厳しい許容誤差を維持することを要求する。温度基準と熱交換コイル（820）の構成によって、熱交換コイル（820）に効果的に供給することができ、さらに、平衡的にかつ厳しく制御された態様でコンプレッサに供給を行うことができる。これにより、このコンプレッサからは、コンプレッサの製造業者の標準規格において記載されている性能よりも25％も優れた性能を得ることができる。
【００３９】
図４に図示されている実施態様においては、冷蔵ユニット（890）が、外部設置されて離間して配置された冷蔵システムとされていることに注意されたい。しかしながら、他の実施態様（図示せず）においては、冷蔵ユニット（890）は、タンク（810）の他の部分内に組み込まれる。当然のことながら、冷蔵ユニット（890）は、多かれ少なかれ、冷却ユニット(800)に適して配置されることができる。例えば、タンク（810）が極端に大きい場合には、別体として離間配置された冷蔵ユニット（890）が望ましい。一方、運搬可能なタイプの実施態様においては、一体型の冷蔵ユニット（890）から恩恵を受ける。そのような一体化は、本出願に示される原理を具現することによって得られる効率によってのみ、特にサイズを小さくした熱交換コイルの使用、によってのみ可能である。
【００４０】
冷蔵ユニット（890）及び熱交換コイル（820）により、好ましい実施態様においては、冷却液体は、冷却液体全体にわたって約±0.5℃未満という温度差でもって、−23℃から−26℃の間の温度へと冷却される。他の実施態様として、冷却液体を、物質を凍結する速度を制御するために、−23℃〜−30℃という範囲以外の温度にまで冷却する。1の実施態様として、冷却液体を、一分間当り約6.5℃から8.5℃の間の平均速度で過冷却する。他の実施態様として、液体を一分間当り少なくとも17℃の平均速度で過冷却する。他の実施態様としては、望む凍結速度を得るために、冷却液体の循環速度を制御することがある。これに代えて、凍結速度を容易に変更することができるように、冷却液体の量を変更することができる。当然のことながら、冷却液体の循環速度、冷却液体量、及び冷却液体温度を様々に組み合わせることによって、望む凍結速度を得ることができる。
【００４１】
前記詳細な説明においては、明細書の一部をなす添付図面を参照した。添付図面には、一例として、本発明を実施可能とする特定の実施態様が図示されている。これら実施態様については、この分野における当業者が本発明を実施できる程度に十分に詳細に記載されている。そして、他の実施態様を使用することができること、及び、本発明の精神又は範囲を逸脱することなく論理的、機械的、化学的及び電気的変更を行うことができることは理解されるであろう。この分野における当業者が本発明を実施するうえで必要でない詳細を避けるために、上記説明は、この分野における当業者にとっては公知の情報を割愛した。そのため、上記詳細な説明は、本発明を制限するとみなすものではなく、本発明の範囲は、特許請求の範囲によってのみ規定される。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】図１は、本発明の少なくとも1の実施態様に従って、短時間の間隔にわたる、迅速な冷却に供することによって前処理を行った3つの凍結保護剤の温度を測定したグラフである；
【図２】図２は、本発明の少なくとも1の実施態様に従って、溶質を前処理する方法を説明したフロー図である；
【図３】図３は、本発明の少なくとも1の実施態様に従って、前処理溶質を使用するための方法を説明したフロー図である；及び
【図４】図４は、本発明の少なくとも1の実施態様による方法を実施するのに適した冷却装置の断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
８００  冷却ユニット
８１０  タンク
８２０  熱交換コイル
８３４  循環装置
８４０  冷却液体
８９０  冷蔵ユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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