(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被凍結物が配置される収容庫と、
前記収容庫の冷却媒体の温度を低下させる冷却手段と、
前記被凍結物の温度を測定する温度センサと、
前記被凍結物へ物理的刺激を付与する刺激付与手段と、
前記温度センサからの信号により演算された前記被凍結物の温度勾配が、被凍結物が有するエネルギーバリアを超えて、被凍結物に臨界核が発生することで、臨界核の発生前の温度低下より被凍結物の温度低下が緩やかになり、緩慢になった区間におけるいずれかの温度勾配を第１のタイミングとして検出すると、前記被凍結物へ物理的刺激を付与するように、前記刺激付与手段に指示する制御手段と、
を備えた凍結装置。
【請求項２】
被凍結物が配置される収容庫と、
前記収容庫の冷却媒体の温度を低下させる冷却手段と、
前記被凍結物の温度を測定する温度センサと、
前記被凍結物へ物理的刺激を付与する刺激付与手段と、
前記温度センサからの信号により演算された前記被凍結物の温度勾配が、被凍結物が有するエネルギーバリアを超えて、被凍結物に臨界核が発生することで、臨界核の発生前の温度低下より被凍結物の温度低下が緩やかになり、緩慢になった区間におけるいずれかの温度勾配を第１のタイミングとして検出すると、前記被凍結物へ物理的刺激を付与するように、前記刺激付与手段に指示するとともに、前記刺激付与手段が物理的刺激を前記被凍結物に付与することで、前記被凍結物の温度が上昇した後、前記冷却手段による冷却により、前記被凍結物の温度勾配が、再度、低下する第２のタイミング、又は第２のタイミングの後前記被凍結物が８０％〜９０％凝固し、その温度が更に急激に低下する第３のタイミングを示す値となったことを検出する機能を有する制御手段と、
を備えた凍結装置。
【請求項３】
被凍結物が配置される収容庫と、
前記収容庫の冷却媒体の温度を低下させる冷却手段と、
前記被凍結物の温度を測定する温度センサと、
前記被凍結物へ物理的刺激を付与する刺激付与手段と、
前記温度センサからの信号により演算された前記被凍結物の温度勾配が、被凍結物が有するエネルギーバリアを超えて、被凍結物に臨界核が発生することで、臨界核の発生前の温度低下より被凍結物の温度低下が緩やかになり、緩慢になった区間におけるいずれかの温度勾配を第１のタイミングとして検出すると、前記被凍結物へ物理的刺激を付与するように、前記刺激付与手段に指示するとともに、前記刺激付与手段が物理的刺激を前記被凍結物に付与することで、前記被凍結物の温度が上昇した後、前記冷却手段による冷却により、前記被凍結物の温度勾配が、再度、低下する第２のタイミング、又は第２のタイミングの後前記被凍結物が８０％〜９０％凝固し、その温度が更に急激に低下する第３のタイミングを示す値となったことを検出する機能を有し、前記第２又は第３のタイミングを検出すると、前記冷却手段の冷却強度を上げるよう指示する機能を有する制御手段と、
を備えた凍結装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記第１のタイミングを検出したときから、前記被凍結物の目標冷却温度まで、前記刺激付与手段による物理的刺激を維持させる機能を備えた請求項１から３のいずれか１項に記載の凍結装置。
【請求項５】
前記収容庫は、区画板で仕切られた二重構造で、その内部に前記冷却媒体を貯留し、前記被凍結物の容器を収容するものであり、前記収容庫には、前記液状の冷却媒体を撹拌する撹拌手段が設けられている請求項１から４のいずれか１項に記載の凍結装置。
【請求項６】
前記収容庫は、区画板で仕切られた二重構造で区画板の内側には、冷却媒体を貯留する貯留槽、前記被凍結物が収納される容器を備え、区画板の外側には、冷却媒体からの気体を通過させる通路を備え、前記容器には、前記刺激付与手段として、振動付与装置が内蔵されている請求項１から５のいずれか１項に記載の凍結装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被凍結物を凍結させる凍結装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
被凍結物を過冷却状態にして、外部から物理的刺激を付与して凍結させる凍結装置が知られている。
例えば、特許文献１に記載の「冷凍方法および冷凍装置」は、冷凍室に配置される過冷却冷凍容器に冷風装置から冷風を送り、冷凍室の温度を計測する温度センサからの信号により冷風装置を制御する冷風制御装置が、氷結点温度より低い温度の冷風により、過冷却冷凍容器内の食品を過冷却状態に移行したことを確認後、過冷却状態の温度より低温の冷風により過冷却状態を解消させ、さらに食品を氷結点温度以下に冷却し、凍結させる、というものである。
具体的には、最初、食品に氷結点温度より低い第１の温度、例えば−５℃〜−９℃の冷風を０．５ｍ／ｓ以下の風速で当てて、食品を過冷却状態にする。食品が過冷却状態になった後、さらに低い第２の温度、例えば−１５℃以下の冷風を、例えば０．５〜１ｍ／ｓの風速で食品に当て過冷却状態を解消させて氷結晶を生成させる。その後も−１５℃以下の冷風を食品に当て続け過冷却状態が解消したときに生成した氷結晶を核に食品中の水分を急速に凍結させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−４４９８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このように特許文献１に記載の「冷凍方法および冷凍装置」では、冷風温度と風速とを設定した冷風を被冷却物に当てているだけある。そのため、同じ種類の被凍結物であっても、過冷却状態となる温度がばらつくので、被凍結物を過度に冷却し過ぎたり、冷却不足となったりするおそれがある。
【０００５】
被凍結物を過度に冷却し過ぎた状態で、振動を与えると、被凍結物を凍結状態とする可能な温度になっているのに、更に被凍結物を冷却しようとするため、凍結時間が余分に掛かってしまう。
【０００６】
そこで本発明は、被凍結物への振動を付与するタイミングを正確に検出して、無駄な冷却を抑止することで、凍結時間を短縮することができる凍結装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の凍結装置は、被凍結物が配置される収容庫と、前記収容庫の冷却媒体の温度を低下させる冷却手段と、前記被凍結物の温度を測定する温度センサと、前記被凍結物へ物理的刺激を付与する刺激付与手段と、前記温度センサからの信号により演算された前記被凍結物の温度勾配が、被凍結物が有するエネルギーバリアを超えて、被凍結物に臨界核が発生することで、臨界核の発生前の温度低下より被凍結物の温度低下が緩やかになり、緩慢になった区間におけるいずれかの温度勾配を第１のタイミングとして検出すると、前記被凍結物へ物理的刺激を付与するように、前記刺激付与手段に指示する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
本発明の凍結装置によれば、制御手段により、前記温度センサからの信号により演算された前記被凍結物の温度勾配が、被凍結物が有するエネルギーバリアを超えて、被凍結物に臨界核が発生することで、臨界核の発生前の温度低下より被凍結物の温度低下が緩やかになり、緩慢になった区間におけるいずれかの温度勾配を第１のタイミングとして検出する。
制御手段が第１のタイミングを検出すると、刺激付与手段に、被凍結物へ物理的刺激を付与するよう指示する。そうすることで、制御装置は、被凍結物が過冷却状態にあることを、確実に、検出することができる。
【０００９】
前記制御手段は、前記刺激付与手段が物理的刺激を前記被凍結物に付与することで、前記被凍結物の温度が上昇した後、前記冷却手段による冷却により、前記被凍結物の温度勾配が、再度、前記被凍結物の温度が低下する第２のタイミングを示す値となったことを検出する機能を備えたことが望ましい。
被凍結物に物理的刺激が付与されると、被凍結物の過冷却状態が解除されて、急激に凝固を開始すると共に、被凍結物は凝固熱を放出して、被凍結物の温度は一時的に上昇し、被凍結物に氷晶核が生成されて、氷晶核の直径が成長していく状態となる。そして、被凍結物は、氷晶核の成長が終わり、凝固が開始され、８０％〜９０％凝固すると、被凍結物の品温は、温度勾配が一定で緩やかに低下していく。制御手段が、この凝固が８０％〜９０％となったことを示す第２のタイミングを温度勾配により検出するため、被凍結物が８０％〜９０％凝固したことを正確に検出することができる。
【００１０】
前記制御手段が、前記第２又は第３のタイミングを検出すると、前記冷却手段の冷却強度を上げるよう指示する機能を備えたことにより、被凍結物が８０％〜９０％凝固した状態から被凍結物が完全に凍結する最終的な目標の凍結温度まで、ひび割れや変質を発生することなく、一気に冷却することができる。
【００１１】
前記制御手段は、前記第１のタイミングを検出したときから、前記被凍結物の目標冷却温度まで、前記刺激付与手段による物理的刺激を維持させる機能を備えたことが望ましい。
【００１２】
前記収容庫は、液状の前記冷却媒体を貯留するものであり、前記収容庫には、前記液状の冷却媒体を撹拌する撹拌手段が設けられていることにより、被凍結物をブライン凍結により、効率よく凍結させる凍結装置とすることができる。
【００１３】
前記収容庫は、前記被凍結物が収納される容器を備え、前記容器には、前記刺激付与手段として、振動付与装置が内蔵されていると、直接的に、物理的刺激を被凍結物に付与することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、被凍結物が過冷却状態にあることを、確実に、検出することができるので、被凍結物への振動を付与するタイミングを正確に検出して、無駄な冷却を抑止することで、凍結時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態に係る凍結装置を示す図である。
【図２】図１に示す凍結装置の制御装置の構成図である。
【図３】図２に示す制御装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図４】図１に示す凍結装置により被凍結物を凍結したときの時間と温度の関係のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施の形態に係る凍結装置について、図面に基づいて説明する。本実施の形態に係る凍結装置は、被凍結部として、水分を含むもの、例えば、血液保存分野の血漿成分・血球成分・血液製剤・造血幹細胞、病理分野の細胞・組織・検体・遺伝子、バイオバンクの生体試料・臓器・組織、神経内科分野の脳(ブレインバンク)・脊髄・筋・神経細胞、ホモグラフトの皮膚・血管・骨・靭帯・組織・臓器・器官・網膜・羊膜・歯、受精卵分野の精子・精管・受精卵、ｉＰＳ細胞・ＤＮＡ・ワクチン・抗癌剤等、生鮮食料品、農畜産物、加工食品等を凍結させるものである。
図１に示す凍結装置１０は、ブライン凍結により被凍結部Ｆを凍結させるものである。凍結装置１０は、収容庫２０と、冷却装置３０と、温度センサ４０と、撹拌装置５０と、熱交換器６０と、制御装置７０とを備えている。
【００１７】
収容庫２０は、被凍結物Ｆが配置される箱状容器である。この収容庫２０の底部２０１と側壁部２０２とは、区画板２１により仕切られた２重構造となっている。
収容庫２０の区画板２１により仕切られた内側は、冷却媒体Ｒを貯留する収容庫２０の貯留槽２２となっている。区画板２１により仕切られた外側は、冷却媒体Ｒからの気体を通過させる通路２３となっている。
【００１８】
冷却媒体Ｒは、熱伝導率が高く、融点も高い安全性・効率性に優れたエタノールやアイススラリー等の溶融液とすることができる。また、冷却媒体Ｒは、フロン類、代替フロン類、液体窒素等を用いることも可能である。
【００１９】
被凍結物Ｆは、収容庫２０の天井部２０３から吊り下がる箱状の容器２４に収納される。容器２４は、小刻みな振動（物理的刺激）を被凍結物Ｆに与える刺激付与手段として機能する、例えば、機械的なバイブレータによる振動付与装置（図示せず）が内蔵されている。容器２４は、被凍結物Ｆが浸漬される冷却媒体Ｒが通過可能なように金網で形成したり、パンチングメタルで形成したりすることができる。容器２４は、モールドの成形品とすることもできるが、耐腐食性が高く、熱伝導率の高い金属製とするのが望ましい。
【００２０】
冷却装置３０は、収容庫２０の冷却媒体Ｒの温度を低下させる冷却手段として機能するものである。冷却装置３０は、制御装置７０からの指示により冷却強度が調整される。冷却装置３０は、冷却媒体Ｒを冷却する冷却部３１と、冷却媒体Ｒを撹拌して冷却媒体Ｒの温度を均一化するプロペラ部３２とを備えている。
温度センサ４０は、被凍結物Ｆの温度を測定するものである。温度センサ４０は、容器２４に複数個取り付けられている。
【００２１】
撹拌装置５０は、冷却媒体Ｒを撹拌して、被凍結物Ｆへ振動を与えることで、被凍結物Ｆへ物理的刺激を付与する刺激付与手段として機能するものである。また、撹拌装置５０は、通路２３からの気体を冷却媒体Ｒと共に撹拌してマイクロバブルを発生する機能を備えている。撹拌装置５０は、このマイクロバブルによっても、被凍結物Ｆへ物理的刺激を付与する刺激付与手段として機能するものである。
【００２２】
熱交換器６０は、冷却媒体Ｒから気化し、通路２３を流れる気体を冷却するものである。
制御装置７０は、凍結装置１０全体を統括制御するものである。制御装置７０には、作業者が操作するための操作盤８０が接続されている。
【００２３】
ここで、制御装置７０の構成について、図２に基づいて詳細に説明する。
制御装置７０は、温度センサ用入力部７１と、操作盤用入出力部７２と、汎用入出力部７３と、冷却装置用出力部７４と、撹拌装置用出力部７５と、振動付与装置用出力部７６と、制御部７７とを備えている。
温度センサ用入力部７１は、温度センサ４０からのアナログの信号をデジタル信号に変換して制御部７７へ出力するＡＤ変換の機能を備えている。操作盤用入出力部７２は、操作盤８０の操作キーの押下情報を制御部７７へ出力したり、制御部７７からの表示情報を操作盤８０へ出力したりする機能を備えている。
汎用入出力部７３は、制御部７７内の各種情報、例えば、温度測定データなどのデータを外部へ出力したり、外部から設定情報を制御部７７へ入力したりする機能を備えている。汎用入出力部７３は、ＵＳＢとしたり、カード型フラッシュメモリのスロット部としたり、無線通信により外部（メンテナンス会社等の端末装置）へ送信したりすることができる。
冷却装置用出力部７４は、制御部７７からの冷却指示を冷却装置３０へ出力する機能を備えている。撹拌装置用出力部７５は、制御部７７からの撹拌指示を撹拌装置５０へ出力する機能を備えている。振動付与装置用出力部７６は、制御部７７からの振動指示を容器２４に内蔵された振動付与装置へ出力する機能を備えている。
制御部７７は、温度センサ４０からの信号により被凍結物Ｆの温度勾配を演算して、被凍結物Ｆの凍結制御を行う制御手段として機能するものである。
温度勾配Ｔｇは、測定した時間ｔaと、時間ｔaの後の時間ｔbのそれぞれの温度をＴ1，Ｔ2としたときに、温度勾配Ｔｇ＝（Ｔ2−Ｔ1）／（ｔb−ｔa）により演算される。
【００２４】
図１に示すように操作盤８０は、表示部８１と操作部８２とを備えている。表示部８１は、凍結時の各種の情報を表示するディスプレイである。表示部８１には、凍結完了時に、実施された凍結曲線や時系列データが表示される。操作部８２は、数字キー、機能キーなどを備えている。操作部８２は、始動、停止、設定入力、設定出力などの際に操作者が操作するものである。
【００２５】
以上のように構成された本発明の実施の形態に係る凍結装置の動作および使用状態を図面に基づいて説明する。なお、本実施の形態では、被凍結物Ｆとして、血液パックに収納された血液を例に説明する。
【００２６】
まず、操作者は、予め制御部７７に設定情報を設定する（ステップＳ１０）。この設定情報の設定は、設定情報が記憶されたメモリカード（図示せず）を汎用入出力部７３にセットして、操作者が操作盤８０を操作することで、メモリカードの設定情報を制御部７７により読み込ませることができる。また、操作者が、表示部８１に表示された設定画面を見ながら、操作部８２を操作して、設定情報を制御部７７に設定することができる。
【００２７】
設定情報としては、血液への物理的刺激を開始する第１のタイミングを示す温度勾配、冷却装置３０への冷却強度の上昇を指示する第２のタイミングを示す温度勾配、被凍結物Ｆの目標凍結温度などである。
【００２８】
次に、作業者は、血液パックに収納された血液を被凍結物Ｆとして容器２４に配置する。作業者は、操作盤８０を操作して、凍結装置１０を始動する。
凍結装置１０では、冷却装置３０が冷却媒体Ｒを冷却し始める（ステップＳ２０）。
制御装置７０では、温度センサ４０からの信号を、制御部７７が温度センサ用入力部７１を介して受信して、被凍結物Ｆの温度を測定して、温度勾配Ｔｇを演算する（ステップＳ３０）。制御部７７は、温度センサ４０による温度測定、および測定された温度からの温度勾配Ｔｇの演算を、これ以降、被凍結物Ｆが目標凍結温度に冷却されるまで、継続的に監視する。凍結装置１０が冷却し続けることで、被凍結物Ｆの温度が凝固点Ｐを超えて過冷却状態となっていく（図４参照）。
【００２９】
冷却部３１により冷却された冷却媒体Ｒは、冷却装置３０のプロペラ部３２により拡散されて温度が均一化される。また、冷却媒体Ｒが気化した気体は、通路２３を周って、熱交換器６０により冷却されて、収容庫２０の底部２０１から冷却媒体Ｒに溶解する。
収容庫２０は、２重構造になっているため断熱性および保温性を向上させることができる。
【００３０】
制御装置７０は、温度勾配Ｔｇが所定値となったか否かを判定する。この所定値は、被凍結物Ｆの温度がＢ区間内で冷却されているときの温度勾配を示す値である。
被凍結物Ｆの温度は、直線的に低下し、凝固点Ｐを超えて過冷却状態となったＡ区間から、被凍結物Ｆが有するエネルギーバリア（潜熱と凝固熱がせめぎ合いをしている状態）を超えて、被凍結物Ｆに臨界核が発生することで、臨界核の発生前の温度低下より、被凍結物Ｆの温度低下が円弧を描くように緩やかになり、緩慢になったＢ区間には入る。
制御部７７が、所定値をＢ区間内のいずれかの温度勾配Ｔｇとし、このＢ区間を第１のタイミングＴ１として、被凍結物ＦがＢ区間のいずれかの状態となったことを、温度勾配Ｔｇにより検出することで、制御部７７は、被凍結物Ｆに物理的刺激を付与するに適した温度となったことを、確実に、検出することができる。
なお、本実施の形態では、第１のタイミングＴ１は、Ｂ区間でも温度低下が停滞したことを示す温度勾配が０に近いマイナスの値（Ｂ区間とＣ区間の境界の前）となったときとしている。
【００３１】
本実施の形態では、温度勾配Ｔｇが所定値となったか否かの判定を、温度勾配Ｔｇが所定値未満となったことで求めているが、所定値と一致したことで求めてもよい。しかし、冷却速度が早く、制御部７７の処理速度が遅い場合には、制御部７７により演算された温度勾配Ｔｇと、所定値とを比較する際に、一致のタイミングが過ぎてしまった場合では、制御部７７は第１のタイミングＴ１を見逃すおそれがある。
従って、温度勾配Ｔｇが所定値となったか否かは、温度勾配Ｔｇが所定値未満となったこと、または温度勾配Ｔｇが所定値以下となったことで判定するのが望ましい。
このようにして制御部７７は、第１のタイミングＴ１を判定する（ステップＳ４０）
【００３２】
制御部７７により第１のタイミングＴ１が検出されると、制御部７７は、振動付与装置用出力部７６を介して容器２４に内蔵された振動付与装置に振動を指示する。また、撹拌装置用出力部７５を介して撹拌装置５０に冷却媒体Ｒの撹拌を指示する。容器２４に内蔵された振動付与装置による被凍結物Ｆへ直接的な物理的刺激となる。また、撹拌装置５０の撹拌により冷却媒体Ｒが撹拌されることで、冷却媒体Ｒの流れにより被凍結物Ｆが揺らぎ、被凍結物Ｆが容器２４に衝突したり、被凍結物Ｆ同士が衝突したりして、被凍結物Ｆへの物理的刺激となる。更に、通路２３からの気体が、撹拌装置５０によりマイクロバブルとなって、冷却媒体Ｒ中を上昇して、被凍結物Ｆに衝突して振動することで、被凍結物Ｆへの物理的刺激となる。このようにして、被凍結物Ｆに物理的刺激を付与する（ステップＳ５０）。
【００３３】
この物理的刺激により、被凍結物Ｆの過冷度を大きくし、被凍結物Ｆの芯部まで物理的刺激を浸透させて、氷晶核の生成からの成長を最小限に抑える。氷晶核が成長するときに、被凍結物Ｆに物理的刺激が付与されることで、過冷却状態で液状だった被凍結物Ｆは、過冷却状態が解除されて、急激に凝固を開始すると共に被凍結物Ｆは凝固熱を放出する。この凝固による被凍結物Ｆは凝固熱の放出により、被凍結物Ｆの温度は一時的に上昇する（図４のＣ区間）。このＣ区間では、被凍結物Ｆは、氷晶核が生成されて、氷晶核の直径が成長していく状態である。
【００３４】
冷却装置３０が被凍結物Ｆを冷却し続け、氷晶核の成長が終わり、凝固が開始されると、被凍結物Ｆの品温は、温度勾配が一定で緩やかに低下していく（第２のタイミングＴ２〜第３のタイミングＴ３）。
そして、被凍結物Ｆの凝固が８０％〜９０％となると、被凍結物Ｆの温度勾配が降下し始める（Ｄ区間）。更に、被凍結物Ｆが冷却され、第３のタイミングＴ３を超えると、被凍結物Ｆの品温が急激に低下して完全に凍結することで、被凍結物Ｆの温度が急激に低下し始める（Ｅ区間）。
【００３５】
制御部７７は、第１のタイミングＴ１を検出した以降、被凍結物Ｆの温度勾配Ｔｇを監視している。制御部７７は、被凍結Ｆの温度勾配Ｔｇが所定値となったか否かを判定する（ステップＳ６０）。この所定値の一つは、被凍結物Ｆが８０％〜９０％凝固した第３のタイミングＴ３を示す値である。
このようにして、制御部７７は、Ｃ区間経過後、Ｄ区間が開始する第２のタイミングＴ２、及び被凍結物Ｆの温度が急激に低下し始めるＥ区間の始まりを示す第３のタイミングＴ３を検出することができる。
制御部７７が第３のタイミングＴ３を検出することで、被凍結物Ｆが８０％〜９０％凝固したタイミングを確実に検出することができる。
【００３６】
制御部７７は、被凍結物Ｆが８０％〜９０％凝固したこと（第３のタイミング）を検出すると、冷却装置３０の冷却強度を上げるよう、冷却装置用出力部７４を介して冷却装置３０へ指示する（ステップＳ７０）。
被凍結物Ｆが８０％〜９０％凝固しているため、冷却強度を上げても、被凍結物Ｆに亀裂や裂け、変質を発生させることなく、最終的な凍結温度である目標凍結温度に向けて、被凍結物Ｆを急激に冷却することができる。
【００３７】
次に、制御部７７は、被凍結物Ｆの温度が目標凍結温度か否かを判定する（ステップＳ８０）。被凍結物Ｆが血液であれば、目標凍結温度は、例えば、−４５℃とすることができる。
被凍結物Ｆの温度が目標凍結温度であった場合、被凍結物Ｆへの冷却を停止してもよいが、冷却を停止したことで被凍結物Ｆに２℃〜４℃の温度の戻りが発生するため、制御部７７は、２分から３分の最終的な冷却を行う（ステップＳ９０）。
撹拌装置５０および容器２４に内蔵された振動付与装置は、第１のタイミングから被凍結物Ｆの温度が目標凍結温度となるまで、即ち、Ｃ区間、Ｄ区間およびＥ区間に渡って、冷却媒体Ｒを撹拌または容器２４を振動して、被凍結物Ｆに物理的刺激を付与し続けている。
最終的な冷却が終了すると、被凍結物Ｆの凍結が完了する。
【００３８】
被凍結物Ｆの凍結が完了すると、制御部７７は、実施された凍結曲線や時系列データが表示部８１に、操作盤用入出力部７２を介して表示する。また、操作者は、操作部８２を操作して、メモリカードに、凍結曲線を示すデータや時系列データを書き込み、取り出したり、無線通信により外部の管理端末装置へ送信したりすることができる。
【００３９】
このように、凍結装置１０では、温度勾配により第１のタイミングＴ１を検出していため、被凍結物Ｆが過冷却状態となり、被凍結物Ｆのエネルギーバリアを超えて、被凍結物Ｆに臨界核が発生して氷晶核を生成する状態にあることを、確実に、検出することができるので、過冷却状態にばらつきのある被凍結物に付与する振動のタイミングを正確に検出して、無駄な冷却を抑止することで、凍結時間を短縮することができる。また、被凍結物Ｆの過冷度を大きくして、氷晶核の成長を最小限に抑えることができる
【００４０】
また、凍結装置１０では、温度勾配により第３のタイミングＴ３を検出しているため、被凍結物Ｆが８０％〜９０％凝固したことを正確に検出することができる。
更に、凍結装置１０では、既述したように第２のタイミングＴ２を検出すると、冷却装置３０の冷却強度を上げているため、更に、凍結時間を短縮することができる。
【００４１】
凍結装置１０では、第１のタイミングＴ１を検出したときから、被凍結物Ｆの目標冷却温度まで、物理的刺激を維持させているため、最大氷晶生成帯（Ｄ区間）を短時間で通過させることができる。従って、凍結装置１０は、氷晶核の成長を最小限に抑えて、高速で被凍結物Ｆの良質な凍結ができる。また、容器２４から小刻みな振動が、直接、被凍結物Ｆとした血液パックに収納された血液全体に浸透するため、血液パックを変形させることなく、パック内の血液を均一に凍結することができる。
【００４２】
また、特許文献１に記載の冷凍装置と比較すると、空冷は液体に比べて熱伝導率が悪く、最大氷晶生成帯を通過するのに時間がかかり過ぎて、氷晶核がかなり大きく成長するため、良質な凍結になりにくい。
更に、空冷式は被凍結物の表面のみ直接刺激を付与しており、被凍結物の内部品温との差が大きくなり、損傷が発生しやすくなる。被凍結物内の含水率によっては、表面のクラッシユ、或は、内部氷晶核の成長により細胞の損傷が大きくなる。そして、特許文献１記載の冷凍装置は温度センサによるプログラムフリーザーで、凍結装置１０と違いコントロールフリーザーではない。
凍結装置１０は凍結時間の大幅な短縮、過冷度による氷晶核の生成と成長を抑えるため、被凍結物Ｆの表面と内部の温度のムラがなく瞬時に凍結でき、微小な臨界核等による効率的かつ良質な凍結が実現される。その結果、空冷式に比べてランニングコストやＣ０２排出量を大幅に抑えることができる。
【００４３】
なお、本実施の形態では、血液がパックに収納されているが、被凍結物が冷却媒体Ｒに露出したものでは、マイクロバブルが被凍結物の表面に接触することで、被凍結物Ｆの表面に付着する境膜を取り除くことができる。
【００４４】
本実施の形態では、冷却装置３０が液状の冷却媒体Ｒを冷却して被凍結物Ｆを凍結していたが、冷却装置が気体を冷却して被凍結物を冷却するようにしても、温度勾配により第１のタイミングＴ１と第２のタイミングＴ２、更に、第３のタイミングＴ３を検出することで、本発明の効果を得ることができる。
しかし、冷却媒体Ｒとして液体を用いる方が、急速に被凍結物を凍結することができるため、本発明は、ブライン凍結に好適である。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、血液保存分野の血漿成分・血球成分・血液製剤・造血幹細胞、病理分野の細胞・組織・検体・遺伝子、バイオバンクの生体試料・臓器・組織、神経内科分野の脳(ブレインバンク)・脊髄・筋・神経細胞、ホモグラフトの皮膚・血管・骨・靭帯・組織・臓器・器官・網膜・羊膜・歯、受精卵分野の精子・精管・受精卵、ｉＰＳ細胞・ＤＮＡ・ワクチン・抗癌剤等、生鮮食料品、農畜産物、加工食品等の凍結に好適である。
【符号の説明】
【００４６】
１０  凍結装置
２０  収容庫
２０１  底部
２０２  側壁部
２０３  天井部
２１  区画板
２２  貯留槽
２３  通路
２４  容器
３０  冷却装置
４０  温度センサ
５０  撹拌装置
６０  熱交換器
７０  制御装置
７１  温度センサ用入力部
７２  操作盤用入出力部
７３  汎用入出力部
７４  冷却装置用出力部
７５  撹拌装置用出力部
７６  振動付与装置用出力部
７７  制御部
８０  操作盤
８１  表示部
８２  操作部
Ｆ  被凍結物
Ｒ  冷却媒体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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