(57)【要約】【課題】保存装置の保存性能を向上させる。【解決手段】保存装置１は、液体窒素ＬＮを収容する液体窒素室、液体窒素室と連通され、液体窒素ＬＮが気化した気体窒素ＧＮを含む気相領域２０、及び気相領域２０のうち保存対象物が配置可能な収容領域２２を有する収容室４と、気体窒素ＧＮを凝縮させるための冷却部２６を有する冷凍機１６と、液体窒素室と連通され、冷却部２６が内部に配置される凝縮室６と、凝縮室６と少なくとも気相領域２０とを連通する通路部８とを備える。冷却部２６は、その下端２６ａが収容領域２２の鉛直方向の中央部２２ａ以上の位置に配置される。通路部８は、その上端８ａが中央部２２ａ以下の位置に配置される。冷却部２６の下端２６ａと通路部８の上端８ａとの間の鉛直方向の距離Ｈ１は、収容領域２２の鉛直方向の長さの１／２以上である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体窒素を収容する液体窒素室と、
前記液体窒素室と連通され、前記液体窒素が気化した気体窒素を含む気相領域、及び前記気相領域のうち保存対象物が配置可能な収容領域を有する収容室と、
前記気体窒素を凝縮させるための冷却部を有する冷凍機と、
前記液体窒素室と連通され、前記冷却部が内部に配置される凝縮室と、
前記凝縮室と少なくとも前記気相領域とを連通する通路部と、
を備え、
前記冷却部は、その下端が前記収容領域の鉛直方向の中央部以上の位置に配置され、前記通路部は、その上端が前記中央部以下の位置に配置され、前記冷却部の下端と前記通路部の上端との間の鉛直方向の距離は、前記収容領域の鉛直方向の長さの１／２以上であることを特徴とする保存装置。
【請求項２】
前記収容室は、前記液体窒素室を液相領域として内部に含み、
前記気相領域は、前記液相領域の上方に位置する請求項１に記載の保存装置。
【請求項３】
前記通路部の上端は、前記収容領域の下端以下の位置に配置される請求項２に記載の保存装置。
【請求項４】
前記収容室が有する前記液相領域及び前記気相領域をそれぞれ第１液相領域、第１気相領域と呼ぶとき、
前記凝縮室は、前記第１気相領域から移動した気体窒素を含む第２気相領域と、前記冷却部により凝縮された液体窒素を含む第２液相領域と、を有し、
前記通路部は、１つの配管内に、前記第１液相領域と前記第２液相領域とを連通する液体通路と、前記第１気相領域と前記第２気相領域とを連通する気体通路とが延在する構造を有する請求項２又は３に記載の保存装置。
【請求項５】
前記収容室が有する前記液相領域及び前記気相領域をそれぞれ第１液相領域、第１気相領域と呼ぶとき、
前記凝縮室は、前記気相領域から移動した気体窒素を含む第２気相領域と、前記冷却部により凝縮された液体窒素を含む第２液相領域と、を有し、
前記通路部は、少なくとも２つの独立した配管のうち一方の配管によって前記第１液相領域と前記第２液相領域とを連通する液体通路が構成され、他方の配管によって前記第１気相領域と前記第２気相領域とを連通する気体通路が構成される構造を有する請求項２又は３に記載の保存装置。
【請求項６】
複数の前記収容室と、
各収容室と前記凝縮室とを連通する複数の前記通路部と、
を備える請求項２乃至５のいずれか１項に記載の保存装置。
【請求項７】
前記収容室が有する前記液相領域及び前記気相領域をそれぞれ第１液相領域、第１気相領域と呼ぶとき、
前記凝縮室は、前記気相領域から移動した気体窒素を含む第２気相領域と、前記冷却部により凝縮された液体窒素を含む第２液相領域と、を有し、
複数の前記通路部は、予め定められる最大量の液体窒素が各収容室に存在する状態で、それぞれの上端が各収容室の第１液相領域の上端及び前記凝縮室の第２液相領域の上端よりも上方に位置する請求項６に記載の保存装置。
【請求項８】
前記収容室に配置される内部容器をさらに備え、
前記内部容器は、
前記収容室の側面に対し所定の間隔をおいて且つ前記液相領域から前記気相領域にわたって延在し、内部を前記収容領域とする筒部と、
前記気相領域で且つ前記収容領域の前記中央部以下の位置において前記筒部を連通する貫通孔と、
を有する請求項２乃至７のいずれか１項に記載の保存装置。
【請求項９】
前記筒部は、前記収容室の側面における熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する請求項８に記載の保存装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は保存装置に関し、特に保存対象物を凍結保存する保存装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、組織、細胞、精子、卵子等の生物学的検体を、液体窒素を用いて凍結保存する保存装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示される保存装置は、検体及び液体窒素が収容される保存槽と、保存槽外に設けられた凝縮室とを備えていた。そして、保存槽で蒸発した窒素を凝縮室で液化して保存槽に戻すことで、液体窒素を検体の冷却に再利用していた。保存槽と凝縮室とは、それぞれの気相同士及び液相同士が連結されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２８５１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明者は、上述した保存装置について鋭意研究を重ねた結果、従来の保存装置には、保存性能の向上を図る上で改善の余地があることを認識するに至った。
【０００５】
本願はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、保存装置の保存性能を向上させるための技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本願のある態様は保存装置である。当該保存装置は、液体窒素を収容する液体窒素室と、液体窒素室と連通され、液体窒素が気化した気体窒素を含む気相領域、及び気相領域のうち保存対象物が配置可能な収容領域を有する収容室と、気体窒素を凝縮させるための冷却部を有する冷凍機と、液体窒素室と連通され、冷却部が内部に配置される凝縮室と、凝縮室と少なくとも気相領域とを連通する通路部とを備える。冷却部は、その下端が収容領域の鉛直方向の中央部以上の位置に配置され、通路部は、その上端が中央部以下の位置に配置され、冷却部の下端と通路部の上端との間の鉛直方向の距離は、収容領域の鉛直方向の長さの１／２以上である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、保存装置の保存性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１に係る保存装置を模式的に示す断面図である。
【図２】比較例に係る保存装置を模式的に示す断面図である。
【図３】変形例に係る保存装置を模式的に示す断面図である。
【図４】実施の形態２に係る保存装置を模式的に示す断面図である。
【図５】実施の形態３に係る保存装置を模式的に示す断面図である。
【図６】実施の形態４に係る保存装置を模式的に示す断面図である。
【図７】実施の形態５に係る保存装置を模式的に示す断面図である。
【図８】他の変形例に係る保存装置を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図に示す各部の縮尺や形状は、説明を容易にするために便宜的に設定されており、特に言及がない限り限定的に解釈されるものではない。また、本明細書または請求項中に用いられる「第１」、「第２」等の用語は、いかなる順序や重要度を表すものでもなく、ある構成と他の構成とを区別するためのものである。
【００１０】
（実施の形態１）
実施の形態１に係る保存装置の概要は次の通りである。すなわち、実施の形態１に係る保存装置は、液体窒素を収容する液体窒素室と、液体窒素室と連通され、液体窒素が気化した気体窒素を含む気相領域、及び気相領域のうち保存対象物が配置可能な収容領域を有する収容室と、気体窒素を凝縮させるための冷却部を有する冷凍機と、液体窒素室と連通され、冷却部が内部に配置される凝縮室と、凝縮室と少なくとも気相領域とを連通する通路部と、を備える。冷却部は、その下端が収容領域の鉛直方向の中央部以上の位置に配置され、通路部は、その上端が中央部以下の位置に配置され、冷却部の下端と通路部の上端との間の鉛直方向の距離は、収容領域の鉛直方向の長さの１／２以上である。なお、実施の形態１に係る保存装置では、収容室が、液体窒素室を液相領域として内部に含んでいる。以下、詳細に説明する。
【００１１】
図１は、実施の形態１に係る保存装置を模式的に示す断面図である。本実施の形態に係る保存装置１（１Ａ）は、保存容器２を有する。保存容器２は、真空断熱容器で構成され、内部に収容室４と、凝縮室６と、通路部８とを有する。例えば、保存容器２は、内箱と外箱とを有し、内箱内に収容室４、凝縮室６及び通路部８が設けられる。内箱と外箱との間の空間は真空となっている。これにより、収容室４、凝縮室６及び通路部８が保存装置１の外部に対して断熱されている。なお、保存容器２は、真空断熱容器に限定されない。
【００１２】
保存容器２の上面には、収容室４と保存容器２の外部とを連通する開口１０が設けられる。開口１０は、保存対象物を収容室４に収容する際又は収容室４から取り出す際に使用される。開口１０には、開口１０を開閉可能に塞ぐ蓋部１２が設けられる。蓋部１２は断熱材等で構成される。また、保存容器２の上面には、凝縮室６と保存容器２の外部とを連通する開口１４が設けられる。開口１４には、冷凍機１６が設けられる。
【００１３】
収容室４は、保存対象物が収容される空間である。収容室４に収容される保存対象物としては、様々な組織や細胞、精子、卵子等の生物学的検体が例示される。なお、保存装置１の保存対象物は生物学的検体に限定されず、液体窒素によって凍結保存すべき全てのものが含まれる。収容室４は、液相領域１８と、気相領域２０と、収容領域２２とを有する。以下では、収容室４が有する液相領域１８及び気相領域２０を、それぞれ第１液相領域１８ａ、第１気相領域２０ａと呼ぶ。
【００１４】
第１液相領域１８ａは、保存対象物の冷却に用いられる液体窒素ＬＮを含む領域である。すなわち、第１液相領域１８ａは、液体窒素ＬＮを収容する液体窒素室である。例えば、第１液相領域１８ａは、収容室４のうち液体窒素ＬＮで占められる領域である。第１気相領域２０ａは、第１液相領域１８ａの上方に位置し液体窒素ＬＮが気化した気体窒素ＧＮを含む領域である。第１気相領域２０ａは、液体窒素室としての第１液相領域１８ａと連通している。例えば、第１気相領域２０ａは、収容室４のうち気体窒素ＧＮで占められる領域である。第１液相領域１８ａの液体窒素ＬＮが蒸発して、第１気相領域２０ａが形成される。液体窒素ＬＮは、保存対象物の冷却に用いられる。液体窒素ＬＮにより、収容室４内は約−１９６℃以上約−１５０℃以下の低温状態に維持される。これにより、保存対象物を凍結状態のまま保存することができる。
【００１５】
収容領域２２は、第１気相領域２０ａのうち保存対象物が配置可能な領域である。すなわち、収容領域２２は、第１気相領域２０ａ内に延在する。収容領域２２は、保存装置１を設計する際に予め設定することができる。本実施の形態では、収容室４に台座２４が設置されている。台座２４は、収容室４の底面から鉛直方向に延びる脚部２４ａと、水平方向に延在して脚部２４ａによって支持される平板部２４ｂとを有する。保存対象物は、平板部２４ｂに載置される。したがって、平板部２４ｂの上面によって収容領域２２の下端が規定される。なお、収容領域２２の上端は、蓋部１２の下面によって規定される。
【００１６】
平板部２４ｂは、第１気相領域２０ａに配置される。すなわち、平板部２４ｂは、予め定められる最大量の液体窒素ＬＮが収容室４に存在する状態で液相領域１８よりも上方に位置するように配置される。これにより、収容領域２２が第１気相領域２０ａ内に位置すること、すなわち第１液相領域１８ａよりも上方に位置することが保証される。このような収容領域２２の配置により、保存対象物が液体窒素ＬＮと接触することで起こる、マイコプラズマ等による汚染やコンタミネーションを防ぐことができる。特に、保存対象物が生物学的検体である場合、マイコプラズマ汚染やコンタミネーションの防止が重要である。
【００１７】
凝縮室６は、収容室４の外部に配置され、通路部８を介して収容室４と連通される。通路部８は、凝縮室６と、少なくとも第１気相領域２０ａとを連通する。したがって、凝縮室６には、第１気相領域２０ａの気体窒素ＧＮが流入する。また凝縮室６は、通路部８を介して液体窒素室としての第１液相領域１８ａとも連通している。本実施の形態では、保存容器２の内箱によって収容室４、凝縮室６及び通路部８が一体的に構成されている。これにより、別体である収容室４、凝縮室６及び通路部８が連結された構造に比べて、外部からの熱の流入を抑制することができ、液体窒素ＬＮの利用効率を向上させることができる。
【００１８】
冷凍機１６は、気体窒素ＧＮを凝縮して液体窒素ＬＮを生成する。冷凍機１６は、窒素を凝縮できる温度まで冷却可能なものであれば特に限定されず、例えばスターリング冷凍機、ギフォード・マクマホン式（ＧＭ）冷凍機、パルスチューブ冷凍機等を使用することができる。冷凍機１６は、冷却部２６と、放熱部２８とを有する。冷凍機１６が開口１４に設置された状態で、冷却部２６が凝縮室６の内部に配置され、放熱部２８が保存容器２の外部に配置される。
【００１９】
冷却部２６は、冷凍機１６により−１９６℃以下に維持され、第１気相領域２０ａから凝縮室６に流入した気体窒素ＧＮを凝縮させる。本明細書における「冷却部」には、冷凍機の吸熱部本体に接続されるフィンやチューブ等の熱交換部材も含まれる。熱交換部材は、例えば熱伝導性の高い銅やアルミニウムで構成される。熱交換部材を設けることで冷却部２６と気体窒素ＧＮとの接触面積を増大させることができる。
【００２０】
冷却部２６は、凝縮室６内の気体窒素ＧＮから熱を奪って気体窒素ＧＮを凝縮させる。これにより、液体窒素ＬＮが生成される。生成した液体窒素ＬＮは、重力により落下し、凝縮室６の底部に溜まる。したがって、凝縮室６は、第１気相領域２０ａから移動した気体窒素ＧＮを含む第２気相領域２０ｂと、冷却部２６により凝縮された液体窒素ＬＮを含み第２気相領域２０ｂの下方に配置される第２液相領域１８ｂとを有する。
【００２１】
本実施の形態の通路部８は、１つの配管内に、第１液相領域１８ａと第２液相領域１８ｂとを連通する液体通路８Ｌと、第１気相領域２０ａと第２気相領域２０ｂとを連通する気体通路８Ｇとが延在する構造を有する。液体通路８Ｌと気体通路８Ｇとの間に仕切りはない。収容室４の第１気相領域２０ａに存在する気体窒素ＧＮは、気体通路８Ｇを介して凝縮室６の第２気相領域２０ｂに移動する。凝縮室６の第２液相領域１８ｂに存在する液体窒素ＬＮは、液体通路８Ｌを介して収容室４の第１液相領域１８ａに戻る。冷却部２６により生成された液体窒素ＬＮは、保存対象物の冷却に再利用される。放熱部２８は、冷却部２６が気体窒素ＧＮから奪った熱を保存容器２の外部に放出する。
【００２２】
続いて、収容領域２２、通路部８及び冷却部２６の配置について説明する。図２は、比較例に係る保存装置を模式的に示す断面図である。図２に示すように、比較例に係る保存装置９００では、収容室９０４の第１気相領域９２０ａにおける上部と、凝縮室９０６の第２気相領域９２０ｂにおける上部とが気体通路９０８Ｇで接続され、収容室９０４の第１液相領域９１８ａと、凝縮室９０６の第２液相領域９１８ｂとが液体通路９０８Ｌで接続された構造を有する。冷却部９２６と気体通路９０８Ｇとは、ほぼ同じ高さ位置にある。
【００２３】
一般に気相領域は、液相領域から距離が離れる程、また収容室の開口に近い程、温度が上昇する。したがって、比較例に係る保存装置９００では、第１気相領域９２０ａに含まれる比較的温度の高い気体窒素ＧＮが第２気相領域９２０ｂに移動する。これにより、収容室９０４の第１気相領域９２０ａに対流を生じさせることができ、第１気相領域９２０ａ内の温度分布を均一化することができる。また、収容室９０４と凝縮室９０６との間での気体窒素ＧＮの循環が促進され、効率的に液体窒素ＬＮを生成することができる。
【００２４】
一見すると、比較例に係る保存装置９００の構成は好ましいものに思える。しかしながら、本発明者は鋭意研究を重ねた結果、比較例に係る保存装置９００では気体窒素ＧＮが過度に循環してしまい、これにより保存性能が低下し得ることを認識するに至った。
【００２５】
すなわち、冷却部９２６による温度の高い気体窒素ＧＮの冷却と、気体窒素ＧＮの循環とにより、冷凍機９１６の冷却能力が、本来の目的である気体窒素ＧＮの凝縮にではなく、収容室９０４の冷却に多く割かれるようになる。これにより、液体窒素ＬＮの生成効率が徐々に低下していく。また、収容室９０４が過度に冷却されてしまう。収容室９０４が過度に冷却されると、保存容器９０２の外部と収容室９０４との温度差が広がり、例えば開口９１０と蓋部９１２との隙間を介して外部から熱が流入しやすくなる。この結果、保存装置９００の冷却効率が低下してしまう。また、収容室９０４の低温状態を安定的に維持することが困難になる。さらには、冷凍機９１６の消費電力の増大にもつながる。
【００２６】
また、冷凍機９１６は、保存容器９０２に比べて熱を伝達しやすい。このため、例えば電源喪失により冷凍機９１６への給電が停止した場合、保存容器９０２の外部の熱が冷凍機９１６を介して保存容器９０２の内部に流入するおそれがある。比較例に係る保存装置９００では、冷凍機９１６の近傍に気体通路９０８Ｇが配置されている。このため、冷凍機９１６を介して流入した熱は、収容室９０４に流入しやすい。したがって、収容室９０４の低温状態を安定的に維持することが困難である。
【００２７】
これに対し、本実施の形態に係る保存装置１では、冷却部２６は、その下端２６ａが収容領域２２の鉛直方向の中央部２２ａ以上の位置に配置される。すなわち、下端２６ａの高さ位置は、収容領域２２の中央部２２ａと同じ位置か、それよりも高い位置にある。また、通路部８は、その上端８ａが収容領域２２の中央部２２ａ以下の位置に配置される。すなわち、上端８ａの高さ位置は、収容領域２２の中央部２２ａと同じ位置か、それよりも低い位置にある。そして、冷却部２６の下端２６ａと通路部８の上端８ａとの間の鉛直方向の距離Ｈ１は、収容領域２２の鉛直方向の長さの１／２（図１における長さＨ２）以上である。なお、通路部８の上端８ａは、気体通路８Ｇの上端でもある。また、本実施の形態では、収容領域２２の下端２２ｂと通路部８の上端８ａとが同じ高さ位置に配置されている。
【００２８】
すなわち、収容室４と凝縮室６とは、気相領域の下方でのみ連通される。また、冷却部２６は、気相領域の上方に配置される。これにより、冷却部２６と収容領域２２との間の熱伝導経路をより長くすることができる。このため、冷凍機１６の冷却能力を、気体窒素ＧＮの凝縮により多く用いることができる。この結果、液体窒素ＬＮの生成効率及び利用効率を向上させることができる。また、気体窒素ＧＮの過度の循環を抑制することができるため、外部からの熱流入に起因する保存装置９００の冷却効率の低下を抑制することができる。また、収容室９０４の低温状態を安定的に維持することができる。さらには、冷凍機９１６の消費電力の増大を抑制することができる。また、冷凍機１６への給電が停止した場合であっても、収容室４の低温状態を安定的に維持することができる。
【００２９】
本発明者は、本実施の形態に係る保存装置１と、図３に示す変形例に係る保存装置１（１Ｂ）と、比較例に係る保存装置９００とを用いて、冷凍機への給電を停止した際の保存容器内部の温度状況をシミュレーションにより解析した。
【００３０】
図３は、変形例に係る保存装置を模式的に示す断面図である。変形例に係る保存装置１は、冷凍機１６の配置のみが本実施の形態に係る保存装置１と異なる。具体的には、変形例に係る保存装置１では、冷却部２６の下端２６ａが収容領域２２の鉛直方向の中央部２２ａと同じ高さ位置に配置されている。したがって、冷却部２６の下端２６ａと通路部８の上端８ａとの間の鉛直方向の距離Ｈ１は、収容領域２２の鉛直方向の長さの１／２（図３における長さＨ２）に等しい。通路部８の上端８ａは、収容領域２２の中央部２２ａ以下に配置されている。
【００３１】
一方、比較例に係る保存装置９００では、図２に示すように、冷却部９２６の下端９２６ａと気体通路９０８Ｇの上端９０８ａとの間の鉛直方向の距離Ｈ１は、収容領域９２２の鉛直方向の長さの１／２（図２における長さＨ２）よりも短い。
【００３２】
シミュレーションの結果、所定時間経過後の収容領域２２の上部（中央部２２ａよりも上方の領域）における温度は、実施の形態１では−１５２℃であり、変形例では−１３８℃であり、比較例では−１２８℃であった。すなわち、実施の形態１及び変形例に係る保存装置１では、冷凍機１６が停止しても、収容領域２２を−１３５℃以下に保持することができた。水のガラス転移温度は−１３５℃である。このため、保存対象物が細胞等の生物学的検体である場合、収容領域２２を−１３５℃以下に維持することが求められる。したがって、冷却部２６の下端２６ａと通路部８の上端８ａとの間の鉛直方向の距離Ｈ１が収容領域２２の鉛直方向長さの１／２以上である保存装置１によれば、保存対象物をより安定的に保存することができる。
【００３３】
図１に示すように、通路部８は、予め定められる最大量の液体窒素ＬＮが収容室４に存在する状態で、上端８ａが第１液相領域１８ａ及び第２液相領域１８ｂの上端、すなわち液体窒素ＬＮの液面よりも、上方に位置するように配置される。これにより、第１気相領域２０ａと第２気相領域２０ｂとが常に気体通路８Ｇによって連通された状態を維持することができる。なお、保存装置１は、液体窒素ＬＮの液面の高さを液面レベルセンサ等でモニタし、使用者に液面レベルを提示する構成を備えてもよい。また、液体窒素ＬＮが規定量を超える場合に、冷凍機１６の駆動を停止する等の処理が実行されてもよい。
【００３４】
本実施の形態において、収容室４と凝縮室６と通路部８とは、第１液相領域１８ａ、第２液相領域１８ｂ及び液体通路８Ｌで液体窒素ＬＮの液面が連続するように配置されている。しかしながら特にこの構成に限定されず、例えば凝縮室６の底面及び液体通路８Ｌを収容室４に向けて傾斜させる等して、冷却部２６で生成された液体窒素ＬＮが、凝縮室６の底面、液体通路８Ｌ及び収容室４の側面を伝って第１液相領域１８ａに流れ落ちる構成であってもよい。
【００３５】
以上説明したように、本実施の形態に係る保存装置１は、液相領域１８、気相領域２０及び収容領域２２を有する収容室４と、冷却部２６を有する冷凍機１６と、冷却部２６が配置される凝縮室６と、少なくとも気相領域２０と気相領域２０を連通する通路部８とを備える。そして、冷却部２６の下端２６ａが収容領域２２の鉛直方向の中央部２２ａ以上の位置に配置され、通路部８の上端８ａが中央部２２ａ以下に配置される。また、冷却部２６の下端２６ａと通路部８の上端８ａとの間の鉛直方向の距離Ｈ１は、収容領域２２の鉛直方向の長さの１／２以上である。すなわち、通路部８は第１気相領域２０ａの下方に配置され、冷却部２６は第１気相領域２０ａの上方に配置される。
【００３６】
このような構成により、冷却部２６と収容領域２２との間の熱伝導経路をより長くすることができる。このため、収容領域２２の低温状態は液体窒素ＬＮと保存容器２の断熱性能とで維持することとし、冷凍機１６の冷却能力の多くを気体窒素ＧＮの凝縮に用いることができる。すなわち、本実施の形態では、保存装置１の各構成要素の役割分担を明確に切り分けている。これにより、液体窒素ＬＮの利用効率を向上させることができる。また、比較的出力の小さい冷凍機を用いることも可能となる。
【００３７】
また、収容領域２２の過冷却を抑制できるため、外部からの熱の流入を抑制して、保存装置１の冷却効率の低下を抑制することができる。また、収容領域２２の低温状態を安定的に維持することができる。また、電源喪失等により冷凍機１６への給電が停止した場合であっても、冷凍機１６を介して流入した熱による収容領域２２の温度上昇を抑制することができる。したがって、本実施の形態によれば、保存装置１の保存性能を向上させることができる。
【００３８】
また、保存装置１は、第２気相領域２０ｂ中の気体窒素ＧＮを凝縮させて液体窒素ＬＮを生成し、この液体窒素ＬＮを第１液相領域１８ａに戻して再利用している。これにより、保存装置１への液体窒素ＬＮの充填回数を減らすことができるため、充填の手間を軽減することができる。また、保存装置１への液体窒素ＬＮの補充を怠ったことで保存対象物の保存状態が悪化するリスクを軽減することができる。また、液体窒素ＬＮの消費量を抑制することができるため、保存対象物の保存に要する経済的な負担を軽減することができる。
【００３９】
また、冷却部２６の下端２６ａと通路部８の上端８ａとの間の距離Ｈ１が収容領域２２の鉛直方向長さの１／２以上でありながら、冷却部２６の下端２６ａは収容領域２２の中央部２２ａ以上に位置し、通路部８の上端８ａは中央部２２ａ以下に位置する。これにより、保存装置１の大型化を抑制することができる。
【００４０】
また、本実施の形態の通路部８は、１つの配管内に液体通路８Ｌと気体通路８Ｇとが延在する構造を有する。このように、収容室４と凝縮室６とをつなぐ通路部８を一本の配管で構成することで、保存装置１の断熱性能、すなわち保存性能を高めることができる。また、保存装置１を構成する部品点数の増加を抑制することができる。
【００４１】
（実施の形態２）
実施の形態２に係る保存装置は、通路部の配置が異なる点を除き、実施の形態１に係る保存装置１と同様の構成を備える。以下、実施の形態２に係る保存装置について、実施の形態１と異なる構成を中心に説明し、共通する構成については簡単に説明するか、あるいは説明を省略する。図４は、実施の形態２に係る保存装置を模式的に示す断面図である。
【００４２】
本実施の形態に係る保存装置１（１Ｃ）は、保存容器２の内部に収容室４と、凝縮室６と、通路部８とを有する。また、保存装置１は、冷凍機１６を有する。収容室４は、第１液相領域１８ａ、第１気相領域２０ａ及び収容領域２２を有する。凝縮室６は、通路部８を介して収容室４と連通される。冷凍機１６は、冷却部２６と放熱部２８とを有する。冷却部２６は、凝縮室６の内部に配置される。凝縮室６は、第１気相領域２０ａから移動した気体窒素ＧＮを含む第２気相領域２０ｂと、冷却部２６により凝縮された液体窒素ＬＮを含む第２液相領域１８ｂとを有する。通路部８は、１つの配管内に液体通路８Ｌと気体通路８Ｇとが延在する構造を有する。
【００４３】
冷却部２６は、その下端２６ａが収容領域２２の鉛直方向の中央部２２ａ以上の位置に配置される。また、通路部８は、その上端８ａが収容領域２２の中央部２２ａ以下の位置に配置される。そして、冷却部２６の下端２６ａと通路部８の上端８ａとの間の鉛直方向の距離Ｈ１は、収容領域２２の鉛直方向の長さの１／２（図４における長さＨ２）以上である。通路部８の上端８ａは、気体通路８Ｇの上端でもある。
【００４４】
また、本実施の形態では、通路部８の上端８ａは、収容領域２２の下端２２ｂ以下の位置に配置されている。これにより、収容領域２２と冷却部２６との間の熱伝導経路をより長くすることができる。その結果、保存装置１の保存性能をより向上させることができる。
【００４５】
（実施の形態３）
実施の形態３に係る保存装置は、通路部の構造が異なる点を除き、実施の形態１に係る保存装置１と同様の構成を備える。以下、実施の形態３に係る保存装置について、実施の形態１と異なる構成を中心に説明し、共通する構成については簡単に説明するか、あるいは説明を省略する。図５は、実施の形態３に係る保存装置を模式的に示す断面図である。
【００４６】
本実施の形態に係る保存装置１（１Ｄ）は、保存容器２の内部に収容室４と、凝縮室６と、通路部８とを有する。また、保存装置１は、冷凍機１６を有する。収容室４は、第１液相領域１８ａ、第１気相領域２０ａ及び収容領域２２を有する。凝縮室６は、通路部８を介して収容室４と連通される。冷凍機１６は、冷却部２６と放熱部２８とを有する。冷却部２６は、凝縮室６の内部に配置される。凝縮室６は、第１気相領域２０ａから移動した気体窒素ＧＮを含む第２気相領域２０ｂと、冷却部２６により凝縮された液体窒素ＬＮを含む第２液相領域１８ｂとを有する。
【００４７】
通路部８は、２つの独立した配管のうち一方の配管によって第１液相領域１８ａと第２液相領域１８ｂとを連通する液体通路８Ｌが構成され、他方の配管によって第１気相領域２０ａと第２気相領域２０ｂとを連通する気体通路８Ｇが構成される構造を有する。すなわち、通路部８は、窒素の液相と気相とを異なる配管で接続している。このように、気体通路８Ｇと液体通路８Ｌとを分離することで、各通路の配置の自由度を高めることができる。このため、気体通路８Ｇが液体窒素ＬＮで塞がれることをより確実に回避することができる。すなわち、第１気相領域２０ａと第２気相領域２０ｂとが連通された状態を、より確実に確保することができる。なお、通路部８は、３つ以上の独立した配管を有してもよい。
【００４８】
また、気体通路８Ｇと液体通路８Ｌとが１つの配管内に設けられ且つ配管径が小さい場合、フラッディング現象などにより液体窒素ＬＮの第１液相領域１８ａへの移動が妨げられるおそれがある。これに対し、気体通路８Ｇと液体通路８Ｌとを分離することで、液体窒素ＬＮをより確実に第２液相領域１８ｂから第１液相領域１８ａへ戻すことができる。
【００４９】
冷却部２６は、その下端２６ａが収容領域２２の鉛直方向の中央部２２ａ以上の位置に配置される。また、通路部８の気体通路８Ｇは、その上端８ａが収容領域２２の中央部２２ａ以下の位置に配置される。そして、冷却部２６の下端２６ａと気体通路８Ｇの上端８ａとの間の鉛直方向の距離Ｈ１は、収容領域２２の鉛直方向の長さの１／２以上（図５における長さＨ２）である。気体通路８Ｇは、予め定められる最大量の液体窒素ＬＮが収容室４に存在する状態で、上端８ａが第１液相領域１８ａ及び第２液相領域１８ｂの上端よりも上方に位置するように配置される。液体通路８Ｌは、予め定められる最小量〜最大量の液体窒素ＬＮが収容室４に存在する状態で、第１液相領域１８ａと第２液相領域１８ｂとを連通するように配置される。
【００５０】
（実施の形態４）
実施の形態４に係る保存装置は、保存装置が複数の収容室４を備える点を除き、実施の形態１に係る保存装置１と同様の構成を備える。以下、実施の形態４に係る保存装置について、実施の形態１と異なる構成を中心に説明し、共通する構成については簡単に説明するか、あるいは説明を省略する。図６は、実施の形態４に係る保存装置を模式的に示す断面図である。
【００５１】
本実施の形態に係る保存装置１（１Ｅ）は、保存容器２の内部に複数の収容室４と、凝縮室６と、各収容室４と凝縮室６とを連通する複数の通路部８とを有する。また、保存装置１は、冷凍機１６を有する。各収容室４は、第１液相領域１８ａ、第１気相領域２０ａ及び収容領域２２を有する。凝縮室６は、各通路部８を介して各収容室４と連通される。本実施の形態では、１つの凝縮室６に対して２つの収容室４が接続されている。冷凍機１６は、冷却部２６と放熱部２８とを有する。冷却部２６は、凝縮室６の内部に配置される。凝縮室６は、各第１気相領域２０ａから移動した気体窒素ＧＮを含む第２気相領域２０ｂと、冷却部２６により凝縮された液体窒素ＬＮを含む第２液相領域１８ｂとを有する。各通路部８は、１つの配管内に液体通路８Ｌと気体通路８Ｇとが延在する構造を有する。
【００５２】
各収容室４は、収容領域２２の鉛直方向の中央部２２ａが同じ高さ位置となるように配置される。冷却部２６は、その下端２６ａが各収容領域２２の鉛直方向の中央部２２ａ以上の位置に配置される。また、各通路部８は、その上端８ａが各収容領域２２の中央部２２ａ以下の位置に配置される。そして、冷却部２６の下端２６ａと通路部８の上端８ａとの間の鉛直方向の距離Ｈ１は、各収容領域２２の鉛直方向の長さの１／２（図６における長さＨ２）以上である。各通路部８の上端８ａは、気体通路８Ｇの上端でもある。
【００５３】
各通路部８は、予め定められる最大量の液体窒素ＬＮが各収容室４に存在する状態で、上端８ａが各第１液相領域１８ａ及び第２液相領域１８ｂの上端よりも上方に位置するように配置される。これにより、各第１気相領域２０ａと第２気相領域２０ｂとが常に気体通路８Ｇによって連通された状態を維持することができる。各第１液相領域１８ａと、第２液相領域１８ｂと、各液体通路８Ｌとは、好ましくは最大量の液体窒素ＬＮが存在する状態で液体窒素ＬＮの液面が連続する。すなわち、液面が同じ高さになる。より好ましくは、液体窒素ＬＮの量が所定の最小量から最大量の状態で、液体窒素ＬＮの液面が連続する。これにより、各第１液相領域１８ａで液体窒素ＬＮの量にばらつきが生じることを抑制することができる。この結果、各収容室４における保存環境を均一にすることができる。
【００５４】
１つの収容室４で、本実施の形態と同様に収容室２つ分の容積を得ようとした場合、当然、収容室４を大きくする必要がある。しかしながら、一般に収容室４は、強度確保のために円筒形状を有する。このため、収容室４を大型化すると、保存装置１は幅方向及び奥行き方向ともに拡大される。保存装置１が大型化すると、その設置場所が制限されてしまう。また、保存装置１の外縁から開口１０までの距離も伸びるため、作業性の低下も招き得る。さらに、収容室４が大型化すると、保存容器２の強度確保も困難になる。
【００５５】
これに対し、本実施の形態では、収容室４を２つ設けることで収容量を増大している。これにより、幅方向又は奥行き方向のうち一方は、収容室４が１つのみの保存装置と同じ大きさとすることができる。これにより、設置場所の自由度や作業性の低下を抑制することができる。また、保存容器２の強度確保も容易になる。
【００５６】
（実施の形態５）
実施の形態５に係る保存装置は、保存装置が内部容器を備える点を除き、実施の形態１に係る保存装置１と同様の構成を備える。以下、実施の形態５に係る保存装置について、実施の形態１と異なる構成を中心に説明し、共通する構成については簡単に説明するか、あるいは説明を省略する。図７は、実施の形態５に係る保存装置を模式的に示す断面図である。
【００５７】
本実施の形態に係る保存装置１（１Ｆ）は、保存容器２の内部に収容室４と、凝縮室６と、通路部８とを有する。また、保存装置１は、冷凍機１６を有する。収容室４は、第１液相領域１８ａ、第１気相領域２０ａ及び収容領域２２を有する。凝縮室６は、通路部８を介して収容室４と連通される。冷凍機１６は、冷却部２６と放熱部２８とを有する。冷却部２６は、凝縮室６の内部に配置される。凝縮室６は、第１気相領域２０ａから移動した気体窒素ＧＮを含む第２気相領域２０ｂと、冷却部２６により凝縮された液体窒素ＬＮを含む第２液相領域１８ｂとを有する。通路部８は、１つの配管内に液体通路８Ｌと気体通路８Ｇとが延在する構造を有する。
【００５８】
冷却部２６は、その下端２６ａが収容領域２２の鉛直方向の中央部２２ａ以上の位置に配置される。また、通路部８は、その上端８ａが収容領域２２の中央部２２ａ以下の位置に配置される。そして、冷却部２６の下端２６ａと通路部８の上端８ａとの間の鉛直方向の距離Ｈ１は、収容領域２２の鉛直方向の長さの１／２（図７における長さＨ２）以上である。通路部８の上端８ａは、気体通路８Ｇの上端でもある。
【００５９】
本実施の形態の保存装置１は、収容室４に配置される内部容器３０を備える。内部容器３０は、筒部３２と、底面部３４と、蓋部３６と、貫通孔３８とを有する。筒部３２は、一方の開口が鉛直方向上方を向き、他方の開口が鉛直方向下方を向くように姿勢が定められて、収容室４に配置される。筒部３２は、収容室４の側面に対し所定の間隔をおいて、当該側面に沿って延在する。したがって、収容室４の側面と筒部３２との間には隙間が介在する。隙間の大きさは、例えば１０〜２５ｍｍである。また、筒部３２は、第１液相領域１８ａから第１気相領域２０ａにわたって延在する。筒部３２の内部は、収容領域２２となる。
【００６０】
底面部３４は平板状であり、筒部３２内に配置されて収容領域２２の下端を構成する。底面部３４は、第１気相領域２０ａに配置される。蓋部３６は、筒部３２の上端に着脱可能に搭載されて収容領域２２の上端を構成する。蓋部３６と収容室４の側面との間には隙間が介在する。また、蓋部３６と蓋部１２との間にも隙間が介在する。
【００６１】
したがって、収容領域２２は、筒部３２、底面部３４及び蓋部３６によって画成される。筒部３２、底面部３４及び蓋部３６は、好ましくはアルミニウム、ＳＵＳ、銅等の熱伝導率の高い金属材料からなる。なお、一部に樹脂材料等が含まれてもよい。底面部３４には、複数の貫通孔３４ａが設けられる。気体窒素ＧＮは、この貫通孔３４ａを介して収容領域２２の内外を行き来することができる。蓋部３６は、貫通孔を有しないことが好ましいが、有してもよい。
【００６２】
筒部３２には、貫通孔３８が設けられる。貫通孔３８は、第１気相領域２０ａで且つ収容領域２２の中央部２２ａ以下の位置において筒部３２を連通する。貫通孔３８は、予め定められる最大量の液体窒素ＬＮが収容室４に投入された状態で、第１液相領域１８ａよりも上方に位置するように配置される。気体窒素ＧＮは、貫通孔３８を介して筒部３２の内外を行き来することができる。本実施の形態において、貫通孔３８は底面部３４よりも下方に配置されているが、底面部３４よりも上方に配置されてもよい。
【００６３】
収容領域２２内の気体窒素ＧＮは主に、貫通孔３４ａ及び貫通孔３８を介して筒部３２から流出する。そして、気体窒素ＧＮは、気体通路８Ｇを介して凝縮室６に流入し、冷却部２６によって凝縮される。筒部３２の貫通孔３８が第１気相領域２０ａの下方に配置されているため、第１気相領域２０ａの上方に漂う気体窒素ＧＮが凝縮室６に流入することを抑制することができる。これにより、蓋部３６の近傍領域、例えば蓋部３６と蓋部１２との隙間や、蓋部３６と収容室４の側壁との隙間の温度が過度に低下することを回避することができる。
【００６４】
この結果、保存容器２の外部と収容室４との温度差が広がることによって促される、外部からの熱の流入を抑制することができる。よって、保存装置１の冷却効率を向上させることができる。また、収容室４の低温状態を安定的に維持することができる。さらには、冷凍機１６の冷却能力を、気体窒素ＧＮの凝縮により多く用いることができる。
【００６５】
また、筒部３２は、その下部が第１液相領域１８ａに浸漬している。このため、筒部３２、底面部３４及び蓋部３６を液体窒素ＬＮで冷却することができる。また、筒部３２、底面部３４及び蓋部３６は、収容室４の側面及び蓋部１２から離間している。したがって、収容領域２２と保存容器２の外部との間には、保存容器２の外部よりも低く収容領域２２よりも高い温度を有する熱緩衝帯が配置される。これにより、外部からの熱の流入をより抑制することができる。
【００６６】
また、筒部３２を介して、第１液相領域１８ａの冷熱を収容領域２２の上部にまで伝えることができる。言い換えれば、収容領域２２の上部の熱を、筒部３２を介して第１液相領域１８ａの液体窒素ＬＮに伝えることができる。これにより、収容領域２２の温度の均一性を向上させることができる。本実施の形態では、筒部３２、底面部３４及び蓋部３６の材質や厚さを調節することで、収容領域２２の温度や熱緩衝帯の温度を調節することができる。なお、筒部３２は、その下端部に配置される実施の形態１と同様の台座２４と、台座２４の平板部２４ｂに搭載される筒状部材とが組み合わされた構造を有してもよい。この場合、台座２４を介して筒部材に冷熱が伝達される。
【００６７】
また、筒部３２は、収容室４の側面における熱伝導率よりも高い熱伝導率を有することが好ましい。例えば、筒部３２は、収容室４よりも熱伝導率の高い材料で構成される。これにより、筒部３２の内側に位置する収容領域２２を、筒部３２の外側の空間よりも低温の状態に維持することができる。
【００６８】
本発明は、上述した各実施の形態及び変形例に限定されるものではなく、これらの実施の形態及び変形例を組み合わせたり、当業者の知識に基づいて各種の設計変更などのさらなる変形を加えることも可能であり、当該組み合わせ、あるいはさらなる変形が加えられて生じる新たな実施の形態も本発明の範囲に含まれる。各実施の形態及び変形例の組み合わせ、及び各実施の形態及び変形例へのさらなる変形の追加によって生じる新たな実施の形態は、組み合わされる実施の形態、変形例及び変形それぞれの効果をあわせもつ。
【００６９】
例えば、実施の形態２，４，５に係る保存装置１において、実施の形態３と同様に気体通路８Ｇと液体通路８Ｌとが独立の配管で構成されてもよい。特に、複数の収容室４を有する実施の形態４に係る保存装置１では、気体通路８Ｇと液体通路８Ｌとを分離することで、各収容室４における液体窒素ＬＮの量をより確実に均一にすることができる。また、例えば実施の形態３〜５に係る保存装置１において、実施の形態２と同様に通路部８の上端８ａが収容領域２２の下端２２ｂ以下に配置されてもよい。
【００７０】
上述した実施の形態では、液体窒素室（すなわち液相領域１８）が収容室４の内部に配置されている。しかしながら、この構成に限定されず、液体窒素室は収容室４の外部に設けられてもよい。図８は、他の変形例に係る保存装置を模式的に示す断面図である。図８に示すように、他の変形例に係る保存装置１（１Ｇ）では、液体窒素室４０が収容室４の外側に配置されている。より具体的には、液体窒素室４０は、凝縮室６の直下に配置されている。収容室４には、第１気相領域２０ａと収容領域２２とが配置される。第１気相領域２０ａは、通路部８を介して液体窒素室４０と連通される。液体窒素室４０を収容室４の外部に設けることで、保存対象物と液体窒素ＬＮとの接触をより確実に回避することができる。また、収容室４の高さを低くすることができる。
【００７１】
なお、液体窒素室４０は、収容室４及び凝縮室６と水平方向にずれた位置に配置されてもよい。この場合、例えば凝縮室６と液体窒素室４０とは第２の通路部を介して連通され、収容室４と液体窒素室４０とは凝縮室６及び第２の通路部を介して連通される。また、液体窒素室４０は、通路部８に配置されてもよい。また、液体窒素室４０が収容室４の外部に配置される場合、液体窒素室４０の鉛直方向高さの自由度が高まる。例えば、液体窒素室４０は、鉛直方向で収容領域２２と重なる位置に設けることができる。
【符号の説明】
【００７２】
１  保存装置、  ４  収容室、  ６  凝縮室、  ８  通路部、  ８Ｇ  気体通路、  ８Ｌ  液体通路、  １２  蓋部、  １６  冷凍機、  １８  液相領域、  １８ａ  第１液相領域、  １８ｂ  第２液相領域、  ２０  気相領域、  ２０ａ  第１気相領域、  ２０ｂ  第２気相領域、  ２２  収容領域、  ２６  冷却部、  ３０  内部容器、  ３２  筒部、  ３４  底面部、  ３６  蓋部、  ３８  貫通孔、  ４０  液体窒素室。
【図１】
2018197629.tif 000003
【図２】
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【図３】
2018197629.tif 000005
【図４】
2018197629.tif 000006
【図５】
2018197629.tif 000007
【図６】
2018197629.tif 000008
【図７】
2018197629.tif 000009
【図８】
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