(57)【要約】超低温流体のトランスフェリング用の方法と装置を開示する。複合、同軸の搬送ラインは、超低温流体の第一部分が内方の管を流れ、第二部分が内方の管と外方の管の間の環体で、内方の管よりも低い圧力が環体を流れるよう使用される。内方の管はほぼ非浸透性であり、超低温流体の第一部分と第二部分の少なくとも一部分を内方の管と環体とにそれぞれ分配する流れ制御手段が搬送ラインの上流に設けられている。第二の実施形態では、内方の管は気体浸透及び液体浸透のいずれも許容し、第一部分の気体状の部分や液状の部分のいずれも環体内に浸透して、第二部分の少なくとも一部を形成する。
2004514095.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外方の導管によって包囲された内方の導管を備える超低温流体の移動用搬送ラインで、
（ａ）超低温流体の第一部分が内方の導管を流れ、第二部分が内方の導管と外方の導管との間の環体を流れ、
（ｂ）第一部分が第二部分より圧力が高く、
（ｃ）搬送ラインの少なくとも一部が可撓性材料にて形成され、
（ｄ）環体の内方の流体の第二部分の少なくとも一分画が内方の導管の内部の流体の第一部分を冷却する液体であることからなる搬送ライン。
【請求項２】
外方の導管は管であり、内方の導管はほぼ非浸透複合素材にて形成されている管である請求項１に記載の搬送ライン。
【請求項３】
内方の導管の少なくとも一部分は第一部分の気体状の部分と液状の部分のいずれも、第二部分の少なくとも一部を形成する環体内に浸透するように、気体と液体とに対して被浸透性を有する複合素材にて形成されている請求項１に記載の搬送ライン。
【請求項４】
内方の導管と環体は、それぞれ超低温流体の第一部分と第二部分の少なくとも一部を配分するために流れ制御手段にて先行されている請求項１に記載の搬送ライン。
【請求項５】
流れ制御ボックスが
（ｉ）超低温流体の受け入れに適した入口と、
（ｉｉ）流体経路内に配置され、入口を有するとともに、超低温流体の流れを受け入れ、圧力調整に適した少なくとも一つのバルブがオン／オフ切換バルブであり、少なくとも一つのバルブが計測バルブからなる複数のバルブと、
（ｉｉｉ ）第１の端が流体経路内に配置されるとともに、少なくとも一つバルブにより、第２の端が搬送ラインに対して連通された３方向へ接続されることと、からなる制御ボックスである請求項４に記載の搬送ライン。
【請求項６】
前記環体内の流体の第２部分の少なくとも少量が、同軸ノズルの作用により内方の導管内の液流とともに搬送目的箇所、又は冷却対象にまで搬送され、前記同軸ノズルは前記内方の導管に連通する内方通路と、前記環体に連通する外方通路とを備える請求項１に記載の搬送ライン。
【請求項７】
第二部分の少なくとも少量が搬送目的箇所及び／又は冷却対象から離間した環体から発散される請求項１に記載の搬送ライン。
【請求項８】
可撓性材料として、炭素ベースのポリマやカーボンやそれらの混合物から選択される請求項１に記載の搬送ライン。
【請求項９】
超低温流体が窒素やアルゴンやそれらの混合物から選択される請求項１に記載の搬送ライン。
【請求項１０】
搬送ラインが超低温流体の少なくともある部分を搬送目的箇所及び／又は冷却対象に配送するために使用され、該搬送目的箇所及び／又は冷却対象が
（ｉ）ストレススクリーニング電子コンポーネントに使用される環境試験チャンバー
（ｉｉ）収縮させた後に締りばめされたコンポーネント
（ｉｉｉ ）生物学的な保存用に使用される標本保存用コンテナ
（ｉｖ）窒素飛沫ディスペンサー
（ｖ）機械加工に使用される切削工具及び／又は被加工物
（ｖｉ）冷凍手術システムのクリオプローブ
からなる請求項１に記載の搬送ライン。
【請求項１１】
内方の導管の周囲を外方の導管が覆い、内方の導管を超低温流体の第一部分が流れ、第二部分が内方の導管と外方の導管の間の環体を流れる工程で、
（ａ）第一部分が第二部分より圧力が高く、
（ｂ）搬送ラインの少なくとも一部が可撓性を有する複合素材から形成される、
（ｄ）環体内部の流体の第二部分の少なくも一つの分画が内方の導管内部の流体の第一部分を冷却する、
ことからなる搬送ラインを使用する超低温流体を移動する方法。
【請求項１２】
外方の導管が管であり、内方の導管が実質的に非浸透性素材で形成された管である請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
内方の導管の少なくとも一部分は第一部分の気体状の部分と液状の部分のいずれも、第二部分の少なくとも一部を形成する環体内に浸透するように気体と液体とに対して被浸透性を有する複合的な素材で形成されている請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
内方の導管と環体のそれぞれに超低温流体の第一と第二部分の少なくとも一部を分配する流れ制御手段が先行する搬送ラインである請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
流れ制御ボックスが
（ｉ）超低温流体の受け入れに適した入口と、
（ｉｉ）流体経路内に配置され、入口を有するとともに、超低温流体の流れを受け入れ、圧力調整に適した少なくとも一つのバルブがオン／オフ切換バルブであり、少なくとも一つのバルブが計測バルブからなる複数のバルブと、
（ｉｉｉ ）第１の端が流体経路内に配置されるとともに、少なくとも一つバルブによりなり、第２の端が搬送ラインに対して連通された３方向へ接続されることと、
からなる制御ボックスである請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
第二部分の少なくとも少量が搬送目的箇所及び／又は冷却対象から離間した環体から発散される請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
第二部分の少なくとも少量が搬送目的箇所及び／又は冷却対象から離間したアニュラスから発散される請求項環体１１に記載の方法。
【請求項１８】
可撓性材料として、炭素ベースのポリマやカーボンやそれらの混合物から選択される請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
超低温流体が窒素やアルゴンやそれらの混合物から選択される請求項１１に記載の方法。
【請求項２０】
搬送ラインが超低温流体の少なくとも一部を搬送目的箇所及び／又は冷却対象に配送するために使用され、該搬送目的箇所と対象が
（ｉ）ストレススクリーニング電子コンポーネントに使用される環境試験チャンバー
（ｉｉ）収縮させた後に締りばめされたコンポーネント
（ｉｉｉ ）生物学的な保存用に使用される標本保存用コンテナ
（ｉｖ）窒素飛沫ディスペンサー
（ｖ）機械加工に使用されるの切削工具及び／又は被加工物
（ｖｉ）冷凍手術システムのクリオプローブ
からなる請求項１１に記載の方法。
【請求項２１】
ほぼ全ての内方の導管及びほぼ全ての外方の導管が可撓性を有する複合素材からなる請求項１に記載の搬送ライン。
【請求項２２】
ほぼ全ての外方の導管が可撓性を有する複合素材により形成され、ほぼ全ての内方の導管が（ｉ）銅やその合金、（ｉｉ）アルミニウムやその合金、（ｉｉｉ ）ニッケルやその合金（ｉｖ）オーステナイトステンレス鋼、（ｖ）高濃度のグラファイト（ｄｅｎｓｅ　ｇｒａｐｈｉｔｅ）（ｖｉ）セラミックファイバー編みこみ管状製品から選択された可撓性を有する非複合素材により形成された請求項１に記載の搬送ライン。
【請求項２３】
ほぼ全ての内方の導管と、ほぼ全ての外方の導管が可撓性を有する複合素材から形成されている請求項１１に記載の方法。
【請求項２４】
ほぼ全ての外方の導管が可撓性を有する複合素材により形成され、ほぼ全ての内方の導管が（ｉ）銅やその合金、（ｉｉ）アルミニウムやその合金、（ｉｉｉ ）ニッケルやその合金（ｉｖ）オーステナイトステンレス鋼、（ｖ）高濃度のグラファイト（ｖｉ）セラミックファイバー編みこみ管状製品から選択された可撓性を有する非複合素材にて形成された請求項１１に記載の方法。
【請求項２５】
内方の導管の長さに沿った内方の導管のある部分の浸透性が強化された請求項３に記載の搬送ライン。
【請求項２６】
内方の導管の長さ方向における所定部分の浸透性が増している請求項１３に記載の方法。
【請求項２７】
ほぼ全ての内方の導管とほぼ全ての外方の導管が（ｉ）銅やその合金、（ｉｉ）アルミニウムやその合金、（ｉｉｉ ）ニッケルやその合金（ｉｖ）オーステナイトステンレス鋼、（ｖ）高濃度のグラファイト（ｖｉ）セラミックファイバー編みこみ管状製品から選択された可撓性を有する非複合素材から形成される請求項１に記載の搬送ライン。
【請求項２８】
ほぼ全ての外方の導管が可撓性を有する断熱素材で形成され、ほぼ全ての内方の導管が（ｉ）銅やその合金、（ｉｉ）アルミニウムやその合金、（ｉｉｉ ）ニッケルやその合金（ｉｖ）オーステナイトステンレス鋼、（ｖ）高濃度のグラファイト（ｖｉ）セラミックファイバー編みこみ管状製品から選択された可撓性を有する非複合素材から形成される請求項１に記載の搬送ライン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の背景
超低温流体を搬送する多くの場合では、できる限り完全な液体状態で流体を移動することが重要である。従来は、流体をまず相分離したり、熱交換器で過冷したり、真空ジャケッティングによりラインを断熱状態に保ったりすることが必要であった。さもなければ、搬送ラインの熱漏れはボイルオフを招来し、ひいては搬送ライン内における波動、不安定さ、脈動等、一般的に望ましくない流れの原因となる。長い搬送ラインでは、特に熱漏れが問題となる。
【０００２】
本発明は、超低温流体の第一部分が内方の管内を流れ、第二部分が内方の管と外方の管との間の環体内を流れ、外方の管における環体が内方の管よりも圧力が低く同軸、又は“チューブインチューブ”構造の超低温搬送ラインに関するものである。この圧力の違いにより、容易に環体内の流体により内方の管内（煮沸など）にある液体の冷却が可能になり、飽和液体状態に留められる。液体をさらに冷却し、冷却“クッション”として熱漏れに対応可能にする事が望ましい。
【０００３】
また、多くの超低温流体トランスファー装置では搬送ラインが軽量で可撓性を有することが重要である。これは導入時、操作時、保守時に最大の自由度を提供し、ラインが繰り返し曲がることを防げるようにする。本発明は第二に可撓性材料（重合体素材など）からラインの少なくとも一部分を形成する超低温搬送ラインに関するものである。
【０００４】
従来の技術では超低温搬送ラインのこれら双方の重要な問題が解決されていない。
米国特許第３６９６６２７号（ロングスワース（Ｌｏｎｇｓｗｏｒｔｈ））の超低温トランスファーシステムは、堅固な同軸パイピングの構成により超低温流の過冷や安定化を開示している。米国特許第４２９６６１０号（デービス（Ｄａｖｉｓ））、米国特許第４３３６６８９号（デービス（Ｄａｖｉｓ））、米国特許第４７１５１８７号（スターンズ（Ｓｔｅａｒｎｓ））及び、米国特許第５４７７６９１号（ホワイト（Ｗｈｉｔｅ））でも同様のシステムを開示している。
【０００５】
チャン等（Ｃｈａｎｇ　ｅｔ　ａｌ）が開示した非金属、可撓超低温搬送ラインは超低温を冷凍手術システム内のクリオプローブを冷却する超低温システムに使用している（“高パフォーマンスマルチプルーブ冷凍手術デバイスの開発”バイオメディカル　インストゥルメンション　アンド　テクノロジー（Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｏｌｏｇｙ）、　９月／１０月　１９９４年　３８３−３９０ページ）。チャンの可撓性を有するライン設計に起因する熱漏れボイルオフのため、本質的に防熱が弱いこともあいまって、これらのラインは短くする必要があり、適切に稼動させるため十分に過冷された（−２１４℃）超低温液体で充満される必要がある。これは複雑にして高価な超低温の貯蔵装置と、供給装置と制御システムを上流側に必要とする。
【０００６】
また超低温搬送ラインが機械加工に使用されることも知られている。機械加工においては、起寒剤は切削工具や被加工物のインターフェースとして使用される。例として、米国特許第２６３５３９９号（ウエスト（Ｗｅｓｔ））、米国特許第５１０３７０１号（ランデン（Ｌｕｎｄｉｎ））、米国特許第５５０９３３５号（エマーソン（Ｅｍｅｒｓｏｎ））、米国特許第５５９２８６３号（ジャスコウィック（Ｊａｓｋｏｗｉａｋ））、米国特許第５７６１９７４号（ワグナー（Ｗａｇｎｅｒ））、米国特許第５９０１６２３号（ホン（Ｈｏｎｇ））がある。チャンと同様に、これらのラインは短く、熱漏れボイルオフの防止のために過冷超低温液体を流す必要があり、従って上流に高価な過冷システムを必要とする。
【０００７】
米国特許第３４３３０２８号（クレー（Ｋｌｅｅ））は、純単層内において超低温流体を一定の距離にわたって運ぶ同軸システムを開示している。大きさが決定された、超低温搬送内部ライン）入口オリフィスを使用することにより、外部熱漏れの影響を受ける場合、液体は蒸発するために外部ラインへ通過することが許容される。同軸ラインの出口端に設置された温度センサよりなるフロー制御ユニットは必要温度（通常、５０−１００°Ｆ）になると、外部ラインの蒸気の流れを止める。その結果、外部ラインの圧力が超低温ソースの圧力に近づいてくる。また、外部ラインの蒸気は常に内部ラインの液体よりも暖かくなる。さらに、蒸発するために外部ラインへ通過する液体の量は、入口に設けた非可変的に設けられたオリフィスにより常に制限されるため、高い熱漏れは完全に防ぐことができない。これらの操作原理において、ラインの設置工事中に耐高圧材、非可撓性金属管材、や断熱素材の使用を必要とする。
【０００８】
日本国特許出願公開０６２１０１０５号は非超低温のガス抜き用同軸搬送ラインを開示している。このチューブの素材の特性では、超低温にて使用される搬送ラインの使用が困難である。
【０００９】
発明の概要
本発明は超低温流体搬送方法及び搬送装置に関する。同軸搬送ラインは内方の導管を超低温流体の第一部分が流れるように使用され、超低温流体の第二部分が内方の導管と外方の導管との間の環体内を流れる。環体内の圧力は内方の導管内の圧力よりも低い。一実施例においては、内方の導管はほぼ非孔質であり、搬送ラインの上流には流れ制御手段が設けられている。流れ制御手段は、超低温流体の第一の部分と第二の部分を内方の導管と環体とに分配をする。手段が第二の実施例では、内方の導管の少なくとも一部分は、超低温流体の第一部分の気体浸透や液体浸透に対応するように浸透性を有し、第一部分の気体部及び液状部が環体に浸透して第二部分の少なくとも一部を構成する。
【００１０】
本発明の詳細な説明
本発明の複合的、同軸搬送ラインは、図１に示すように、流れ制御ボックス２０の下流側に搬送ライン２２が配置されている。搬送ライン２２において、内方の管７２の周囲に外方の管７４が配置されている。外方の管７４の周囲には断熱材７０が設けられ、同断熱材７０の周囲には可撓保護ケース６８が設けられている。超低温流体の第一部分は内方の管内を流れ、第二部分は内方の管と外方の管の間の環体内を流れる。第一部分は第二部分より高い圧力を有する。
【００１１】
搬送ラインの少なくも一部分は複合素材など、可撓性材料で形成される。ほぼ全ての内方の管と、ほぼ全ての外方の管を可撓性のある複合材料にて形成することも可能である。さらに、ほぼ全ての外方の管を可撓性に富む複合材料で形成し、ほぼ全ての内方の管を、超低温下で脆くならず、かつ可撓性を備えた非複合材料、例えば、（ｉ）銅やその合金、（ｉｉ）アルミニウムやその合金、（ｉｉｉ ）ニッケルやその合金（ｉｖ）オーステナイトステンレス鋼、（ｖ）高濃度のグラファイト（ｖｉ）セラミックファイバー編みこみ製品から形成することも可能である。さらに、ほぼ全ての内方の管と、ほぼ全ての外方の管を（ｉ）銅やその合金、（ｉｉ）アルミニウムやその合金、（ｉｉｉ ）ニッケルやその合金（ｉｖ）オーステナイトステンレス鋼、（ｖ）高濃度のグラファイト（ｖｉ）セラミックファイバー編みこみ管状製品などから選択された可撓性非複合素材から形成することも可能である。加えて、ほぼ全ての外方の管を可撓性を有する断熱材料で形成することも可能である。さらに、内方の導管及び外方の導管のうちの少なくとも一方がほぼ四辺形、多辺形、楕円形、他の一般的な幾何学的な断面を有する形状にしてもよい。
【００１２】
内方の管はほぼ非孔性を有し、このため環体内における流体の第二部分は内方の管を通じた浸透の結果ではない。又は、内方の管の少なくとも一部分には複数の穴が形成されるか、気体浸透及び液体浸透が可能なように浸透質に形成され、第一の部分の気体状部及び液状部が環体に浸透し、第二の部分の少なくとも一部を形成する。また、内方の管の複数の部分は、より詳細に述べるならば内方の管の長さ方向において等間隔をおいて配置された複数の部分は、それら浸透性が増強され得る。
【００１３】
搬送ラインの上流には、超低温流体の第一部分と第二部分の少なくとも所定量を内方の導管と環体に対して分配する流れ制御手段、例えば図１に示す流れ制御ボックス２０が有効に配置されている。流れ制御手段は、一般に環体に分配される流体の第二部分の少なくとも一部の圧力を減少する手段（バルブなど）と一体化される。この差圧により、環体内の液体が内方の管の内部の流体を冷却できる。内方の管が少なくとも部分的に浸透質に形成されている場合、内方の管から環体気体内への浸透は流れ制御ボックスによって実行される流体分配の少なくとも一部分を補完する。流れ制御ボックスと内部コンポーネントは３つのオン／オフ（ソレノイド）バルブ６１，６２，６３とマニュアルメタリングバルブ６４を備え、これらのバルブは入口を介して流れ制御ボックスに連通し、超低温の流れの受け入れ、圧力を制御する。流れ制御ボックス２０内部の主要コンポーネントは３方向連結器６６であり、これは内方の管と環体にそれぞれ超低温流体の第一部分と第二部分を導入する。ねじ７８は３方向連結器６６を外方の管７４に連結する。クランプ部材７６はねじを挟むようにして外方の管に固定するために使われる。流れ制御ボックス２０は断熱ケーシングを有し、断熱フィルターを任意に備える。圧力リリーフ弁８４を設けてもよい。オン／オフバルブ６２、６３はその内壁又はバルブシートに開口が形成され、バイパスオリフィス（８６，８８）が設けられている。
【００１４】
環体内における流体の第二部分の少なくとも一部は内方の管内の液体と共に搬送目的箇所及び／又は冷却対象に搬送される。任意に、環体内の流体の第二部分の少なくとも一部が搬送目的箇所及び／又は冷却対象から発散される。前者の場合、搬送ラインの内方の導管と連通する内方管と、搬送ラインの環体と連通する外方管とからなる同軸ノズルの使用により達成される。後者の場合、環体の流体全てが発散される。環体内の流れの方向が内方の管の流れの方向と同一になることを回避するノズルは搬送ラインのインターフェースとノズル管と間の漏れを防止するための熱収縮コネクターを備える事が望ましい。
【００１５】
本発明の搬送ラインに適した複合材料として、炭素系ポリマ、炭素・フッ素系ポリマ、コポリマ及びその混合物、例えばテフロン（Ｅ．Ｉ．デュポン社の商標名）が挙げられる。
【００１６】
本発明における搬送ラインに流される超低温流体の例としては、窒素、アルゴン、これらの混合物が挙げられる。
本発明における超低温流体を搬送する装置と方法は、搬送目的箇所や冷却対象が、比較的流速が低く、液体の高い応答性を必要とする時、特に使用に適している。このような本発明の搬送ラインが使用されるの搬送目的箇所及び／又は冷却対象の例として以下に示すものが挙げられる。
【００１７】
（ｉ）ストレススクリーニング電子コンポーネントに使用される環境試験チャンバー
（ｉｉ）収縮させた後に締りばめされたコンポーネント
（ｉｉｉ ）生物学的な保存に使用される標本保存用コンテナ
（ｉｖ）窒素飛沫ディスペンサー
（ｖ）冷凍手術システムのクリオプローブ
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す概略図
【国際公開パンフレット】
2004514095.tif 000003
2004514095.tif 000004
2004514095.tif 000005
2004514095.tif 000006
2004514095.tif 000007
2004514095.tif 000008
2004514095.tif 000009
2004514095.tif 000010
2004514095.tif 000011
2004514095.tif 000012
2004514095.tif 000013
2004514095.tif 000014
2004514095.tif 000015
2004514095.tif 000016
2004514095.tif 000017
2004514095.tif 000018
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004514095.tif 000019
【国際調査報告】
2004514095.tif 000020
2004514095.tif 000021
2004514095.tif 000022