(57)【要約】  現在の温度の貯蔵容器が、貯蔵容器からドライアイスへの対流熱伝達の第１の相と、昇華したドライアイスを貯蔵容器へ流すことの第２の相とを含む２つの相で目標温度に冷却される。目標温度からの現在温度の偏差が測定される。貯蔵容器内の現在の温度の偏差が偏差のための閾値よりも高い場合に、第１の相が適用される。貯蔵容器内の現在温度の偏差が閾値未満である場合に、第２の相が適用される。
2018532972.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
現在の温度の貯蔵容器を、
前記貯蔵容器からドライアイスへの対流熱伝達の第１の相と、
昇華したドライアイスを前記貯蔵容器に流すことの第２の相と、
を含む２つの相で目標温度に冷却することと、
前記現在の温度の前記目標温度からの偏差を測定することと、
前記貯蔵容器内の前記現在の温度の前記偏差が前記偏差のための閾値よりも高い場合、前記第１の相を適用することと、
前記貯蔵容器内の現在の温度の前記偏差が閾値未満である場合、前記第２の相を適用することと、
を含む方法。
【請求項２】
前記第１の相と前記第２の相とを適用するための前記閾値は同じである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記現在の冷却相が、昇華したドライアイスを前記貯蔵容器に流すことの前記相である場合、前記偏差を評価するための前記閾値は高く、前記現在の冷却相が、対流熱伝達の前記相である場合、前記偏差を評価するための前記閾値は低い、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記現在の温度が前記目標温度よりも低い場合、前記冷却相が中断され、前記貯蔵容器が前記貯蔵容器の外部からの自由空気流によって加熱される、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記現在の温度が前記目標温度または前記目標温度からの温度範囲にある場合に、前記貯蔵容器の前記加熱を停止する、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記冷却相で消費された前記昇華したドライアイスを、前記貯蔵容器から搬出し、ＣａＯ２中に捕捉する、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
実行された場合、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の方法をもたらす、実行可能なコードを含むコンピュータプログラム。
【請求項８】
別の密封容器（１）内に囲い込まれた、ドライアイス用の少なくとも１つの密封容器（３ａ、３ｂ、３ｃ）を含む装置であって、前記ドライアイス用の少なくとも１つの密封容器（３ａ、３ｂ、３ｃ）は、前記ドライアイス用の少なくとも１つの密封容器（３ａ、３ｂ、３ｃ）から昇華したドライアイスによって貯蔵容器を目標温度に、または、目標温度範囲に冷却するために、前記貯蔵容器２に動作可能に接続され、当該装置は、前記貯蔵容器（２）から前記密封容器（３ａ、３ｂ、３ｃ）内のドライアイスへの対流熱伝達のための少なくとも１つの、前記密閉容器内の前記ドライアイスと前記貯蔵容器との間に配置された対流要素（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ）を含み、当該装置は、昇華したドライアイスの前記貯蔵容器への流れを制御するための流体流れ制御要素（７）と、前記貯蔵容器内の温度を測定するように配置された少なくとも１つのセンサと、前記流体流れ制御要素（７）、少なくとも１つのセンサ、および前記対流要素（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ）に接続されたコントローラと、を、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法をもたらすために、含む、装置。
【請求項９】
前記別の密封容器（１）は、昇華したドライアイスを前記別の密封容器（１）から前記装置の外に逃がす逃がし弁（９）を有し、ＣａＯ２容器（１３）が、前記冷却相で消費された昇華したドライアイスを捕捉するために前記逃がし弁（９）に接続される、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記貯蔵容器（２）の外部からの自由空気流によって前記貯蔵容器（２）を加熱するための制御可能通気口（１２）を含む、請求項８または９のいずれかに記載の装置。
【請求項１１】
前記貯蔵容器の前記目標温度が満足されたとき、前記ドライアイス用の少なくとも１つの密封容器（３ａ、３ｂ、３ｃ）から前記別の密封容器（１）に、昇華したドライアイスを導くために、前記ドライアイス用の少なくとも１つの密封容器（３ａ、３ｂ、３ｃ）が、前記別の密封容器（１）に動作可能に接続される、請求項８、９または１０のいずれかに記載の装置。
【請求項１２】
前記対流要素（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ）は前記ドライアイス用の密封容器（３ａ、３ｂ、３ｃ）内の壁内に配置され、前記貯蔵容器は、受け部に位置付けられた前記壁の前記対流要素によって前記ドライアイスに熱を伝達するために、前記壁を受け入れるための前記受け部を有する、請求項８、９、１０または１１のいずれかに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドライアイスによる複数の相での貯蔵容器の冷却に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、凍結または冷蔵環境において物品を運ぶための自己完結型冷却装置／冷凍装置を開示している。この装置は、２つの部分に分割された断熱容器を含む。第１の部分は物品の貯蔵に利用され、第２の部分はドライアイスを貯蔵するための加圧冷却剤室を収容する。加圧冷却剤室は、取り外し可能な断熱パネルを含む。本質的に、加圧冷却剤室は、制御可能なヒートシンクである。短時間のうちに、ドライアイスは昇華し始め、それによって高圧の低温炭酸ガスが形成される。低温炭酸ガスは、ソレノイド作動式ガス供給弁を介して断熱容器全体に循環され、それによって断熱容器の第１の部分をさらに冷却する。サーモスタットコントローラは、断熱容器の第１の部分内に位置付けられた熱電対からの温度の指示に基づいて、ガス供給弁を作動させる。圧力逃がし弁が断熱容器内に配置され、断熱容器内の圧力が最大値を超えて高くなることを防止する。ドライアイスの昇華は、装置外で放出される圧力を引き起こす。
【０００３】
ドライアイスの昇華によって形成された低温炭酸ガスが装置の外に導かれると、二酸化炭素はもはや冷却に使用することができない。
【０００４】
昇華したドライアイスによる冷却の効率は、昇華速度に依存する。ドライアイスの昇華により形成された低温炭酸ガスを用いる冷却によって低温に達するには、長時間を要することがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５３６３６７０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、上述の欠点の少なくとも一部を緩和する方法、装置、およびコンピュータプログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の目的は、独立請求項に記載されていることを特徴とする方法、コンピュータプログラム、および装置によって達成される。従属請求項は、本発明の実施形態を説明する。
【発明の効果】
【０００８】
いくつかの実施形態は、ドライアイスにより貯蔵容器を急速冷却すること、および貯蔵容器を目標温度に維持することを提供する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
以下では、同様の参照符号は全体を通じて同様の部品を示す添付の図面を参照して、好ましい実施形態によって本発明をより詳細に説明する。
【図１】一実施形態による装置を示す。
【図２】一実施形態による温度制御システムを示す。
【図３】一実施形態による急速冷却装置を示す。
【図４】一実施形態による急速冷却用の温度制御システムを示す。
【図５】一実施形態による異なる冷却相のための方法を示す。
【図６ａ】一実施形態による対流要素の動作を示す。
【図６ｂ】一実施形態による対流要素の動作を示す。
【図７】一実施形態による冷却相を制御する方法を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本明細書の様々な実施形態は、ドライアイスを冷却剤として利用することを説明する。ドライアイスは二酸化炭素（ＣＯ２）の固体形態である。ドライアイスは地球の大気圧で−７８．５℃で昇華する。固体ドライアイスの昇華では、ドライアイスは、中間液相を経ることなく固相から気相に直接遷移する。以下において、昇華したドライアイスとは、気相のドライアイスを指す。固体のドライアイスの極端な低温により、凍結によって引き起こされる火傷（凍傷）のために固体のドライアイスを防護なしに取り扱うことは危険である。一般にそれほど有毒ではないが、それからのガス放出は、密閉された場所における蓄積により高二酸化炭素血症を引き起こす可能性がある。
【００１１】
図１は、実施形態による装置を示す。装置は、ドライアイス用の少なくとも１つの密封容器３ａ、３ｂ、３ｃを含むことができる。密封容器は、ドライアイス容器と呼ばれることがある。ドライアイス容器は、筐体と呼ぶことができる別の密閉された１容器内に囲い込むことができる。ドライアイス容器は、第１の容器から昇華したドライアイスによって貯蔵容器を目標温度または目標温度範囲に冷却するために、貯蔵容器２に動作可能に接続されてもよい。ドライアイス容器は、貯蔵容器の目標温度または温度範囲が満たされたときに昇華したドライアイスをドライアイス容器から筐体に導くために、筐体に動作可能に接続されてもよい。したがって、ドライアイスは、昇華したドライアイスをドライアイス容器から筐体に、および／または貯蔵容器に供給することによって、筐体を、および／または貯蔵容器まで冷却するために使用することができる。貯蔵容器内の現在の温度が目標温度もしくは温度範囲にあるとき、または目標温度もしくは温度範囲未満であるとき、目標温度または温度範囲を満たすことができる。
【００１２】
このようにして、まずドライアイスを貯蔵容器２を冷却するための冷却剤として使用し、貯蔵容器内において目標温度または温度範囲に達した後、ドライアイスを使用してドライアイス容器を冷却することができる。筐体に供給される冷却剤は、貯蔵容器の冷却に使用されていない昇華したドライアイスであるので、冷却剤は高い冷却能力を有し、冷却剤は、ドライアイス用容器、したがって容器内のドライアイスを効率的に冷却することができる。冷却剤の冷却能力は、熱を除去する能力として、例えばワットで測定して、判定することができる。ドライアイス用の容器を冷却することにより、ドライアイスの昇華速度を制御、例えば減少することができる。昇華速度は、時間単位当たり昇華したドライアイスの重量、例えばｋｇ／ｈによって定義することができる。
【００１３】
ドライアイスの昇華は、ドライアイスを温めることによって引き起こされてもよい。ドライアイスの温めは、装置の環境における支配的な温度がドライアイスの昇華温度よりも高いことによって引き起こされてもよい。
【００１４】
貯蔵容器の目標温度または温度範囲は、貯蔵容器に貯蔵される物品のタイプによって規定されてもよい。物品は、その物品が貯蔵容器に保管される間、その特性が維持されるよう特定の温度または温度範囲での保管が必要な有機物品であってもよい。有機物品の例は、人の臓器、動物の臓器、生命体、細菌増殖およびウイルス増殖を含む。目標温度または温度範囲は、貯蔵容器内の圧力値または圧力範囲によって表すことができることを理解されたい。
【００１５】
ドライアイス容器および筐体は、容器がドライアイスの昇華から発生するガスによって生じる圧力を保持するように封止されてもよい。ドライアイス容器と筐体は、貯蔵容器と筐体と筐体内のドライアイス容器との間で昇華したドライアイスを効率的に移送するために密閉されたエンティティを形成するように一緒に接続されてもよい。
【００１６】
一実施形態では、装置は、貯蔵容器に動作可能に接続された複数のドライアイス容器３ａ、３ｃ、３ｂを含むことができる。ドライアイス容器の数は、必要な冷却能力に応じて決定されてもよい。必要な冷却能力は、例えば装置の外部温度、貯蔵容器の目標温度または温度範囲、および貯蔵容器の容積を含む複数の因子に基づいて決定されてもよい。
【００１７】
一実施形態では、筐体１は、１つまたは複数のドライアイス容器を取り外すためのドアを有してもよい。貯蔵容器は密閉されているので、昇華したドライアイスが貯蔵容器から放出されることなく、ドライアイス容器はドアを通して取り外すことができる。
【００１８】
一実施形態では、貯蔵容器内の圧力が貯蔵容器内の圧力の閾値を超えると、貯蔵容器を冷却することにより冷却能力が低下した昇華したドライアイスが、貯蔵容器から筐体に放出されてもよいように、貯蔵容器２と筐体１は接続されてもよい。このようにして、貯蔵容器からの昇華したドライアイスを用いて、ドライアイスを保持する密封容器を加熱し、ドライアイスの昇華速度を増加させることができる。昇華したドライアイスは、貯蔵容器と筐体を接続する逃がし弁８を介して放出することができる。
【００１９】
一実施形態では、筐体１は、筐体内の圧力の閾値を超えた場合に、昇華したドライアイスを筐体から装置外に放出させる逃がし弁９を有することができる。逃がし弁は、装置内の昇華したドライアイスの蓄積を防止することができるよう定める。
【００２０】
好ましくは、圧力がドライアイスの三重点に達する前に、逃がし弁８、９は昇華したドライアイスを放出させることができる。このようにして、装置内の圧力を十分に低く、すなわち三重点未満に保つことができ、昇華したドライアイスが液体に変わるのを回避する。逃がし弁は、接続された空間の圧力差に基づいて昇華したドライアイスを放出させることができる。逃がし弁はまた、放出された昇華したドライアイスが一方向にのみ流れ、それにより、放出された昇華したドライアイスが戻らないようにするよう定める。
【００２１】
一実施形態では、装置は、ドライアイス容器３と貯蔵容器２とを接続する流体ライン１０と、貯蔵容器内の温度に基づいて、流体ラインから貯蔵容器への昇華したドライアイスの流れを調整するように構成された温度制御可能弁７とを有してもよい。温度制御可能弁は、貯蔵容器が目標温度または目標温度範囲に維持されるように、昇華したドライアイスの貯蔵容器への流れを可能および不可能にすることができる。
【００２２】
ドライアイスの流れは、弁を開くことによって可能にされ、ドライアイスの流れは、弁を閉じることによって不可能にされ得る。したがって、温度制御可能弁が開いている場合、昇華したドライアイスは、流体ラインから貯蔵容器に流れることができる。温度制御可能弁が閉じている場合、昇華したドライアイスは貯蔵容器に入ることができない。
【００２３】
温度制御可能弁は、センサ「Ｓ」によって貯蔵容器内の温度を感知することができるサーモスタットとして動作することができる。温度制御された弁は、貯蔵容器の内部からの温度測定値を取得し、センサからの温度測定値に基づいて昇華したドライアイスの貯蔵容器への流れを可能または不可能にするためにセンサ「Ｓ」に接続することができる。貯蔵容器内の温度が目標温度よりも高い場合には、昇華したドライアイスの貯蔵容器への流入を可能にし、貯蔵容器内の温度が目標温度であるか目標温度より低い場合には、貯蔵容器への昇華したドライアイスの流れを不可能にすることができる。
【００２４】
一実施形態では、流体ライン１０は、流体ライン内の圧力と、昇華したドライアイスの貯蔵容器への流れを調整するように配置された温度制御可能弁７による昇華したドライアイスの流れの制御とのうちの少なくとも１つに基づいて制御され得る弁６によって、筐体に接続され得る。流体ライン内の圧力が圧力の閾値を超えると、弁６を開いて、昇華したドライアイスを筐体１に流すように制御することができる。閾値圧力は、ドライアイスの量に基づいて、および貯蔵容器２の冷却必要性に関連して規定されてもよい。
【００２５】
冷却必要性は、貯蔵容器が目標温度または目標温度範囲にあるか否かに基づいて決定されてもよい。冷却必要性は、温度制御された弁の制御を引き起こす。貯蔵容器が目標温度または目標温度範囲にない場合、昇華したドライアイスの流体ラインから貯蔵容器への流れを調節するように配置された温度制御可能弁７を開くことができ、貯蔵容器が目標温度または目標温度範囲にある場合、貯蔵容器を冷却する必要がなく、温度制御可能弁を閉じることができる。したがって、弁６は、温度制御可能弁が閉じ、流体ライン内の圧力閾値を超える場合、開くように配置することができる。このようにして、貯蔵容器をさらに冷却することなく、ドライアイス容器を冷却するために昇華したドライアイスを筐体に導くことができる。
【００２６】
一方、流体ライン内の圧力閾値を超えない場合、および／または温度制御可能弁７が開いている場合には、弁６を閉じることができる。したがって、流体ラインは、貯蔵容器を冷却するために貯蔵容器に供給されるべき昇華したドライアイスを保持することができ、一方、貯蔵容器を冷却する必要がない場合、昇華したドライアイスは、ドライアイスの昇華速度を低下させるようドライアイス容器を冷却するために、筐体に導かれることができる。
【００２７】
ドライアイス容器と貯蔵容器と筐体との間の接続は、昇華したドライアイスを導く手段によって提供することができる。そのような手段の例は、流体ライン１０、流路および流体ダクトならびに流体ホースを含む。昇華したドライアイスを導く手段は、ドライアイス容器と貯蔵容器と筐体との間に動作可能な接続を提供するために制御可能であってもよい。動作可能な接続により、ドライアイス容器と貯蔵容器との間と、およびドライアイス容器と筐体との間の昇華したドライアイスの流れを可能にしたり、不可能にしたりすることを可能にすることができる。ドライアイスの導通の制御は、昇華したドライアイスの流れを可能にするために開くことができ、昇華したドライアイスの流れを不可能にするために閉じることができる１つまたは複数の弁５ａ、５ｂ、５ｃ、６、７、８によって提供することができる。弁の開閉は、昇華したドライアイスの圧力および／または貯蔵容器の温度によって制御することができる。
【００２８】
昇華したドライアイスの圧力によって弁を制御する例では、弁を手動で閾値圧力に設定することができる。閾値圧力を満たす場合、弁は開き、閾値圧力を満たさない場合、弁は閉じることができる。閾値圧力は、貯蔵容器が目標温度または温度範囲内に維持されるように設定することができる。電磁弁も使用できることを理解されたい。電磁弁は、貯蔵容器内の現在の温度、および現在の温度と目標温度または目標温度範囲との比較の結果に基づいて開閉することができる。現在の温度は、センサ「Ｓ」によって測定することができる。一方、特に、昇華したドライアイスが貯蔵容器に導かれない場合、ドライアイスは、ドライアイス容器を冷却するために筐体に導かれてもよい。しかしながら、貯蔵容器が冷却を必要とすると、ドライアイス容器の冷却は上回り、昇華したドライアイスは貯蔵容器に導かれる。貯蔵容器の冷却必要性は、目標温度または目標温度範囲が貯蔵容器内で満たされていないことに基づいて決定されてもよい。
【００２９】
一実施形態では、１つまたは複数のドライアイス容器が、クイックリリースカップリング４ａ、４ｂ、４ｃならびに背圧弁５ａ、５ｂ、５ｃによって流体ライン１０に接続されてもよい。ドライアイス容器が、例えば交換されて、取り外されるとき、背圧弁５ａ、５ｂ、５ｃは、ドライアイス容器から放出された昇華したドライアイスがドライアイス容器に戻らず、昇華したドライアイスが流体ライン内に保持されることを定める。したがって、背圧弁およびクイックリリースカップリングは、流体ライン１０の一部を形成することができる。このようにして、貯蔵容器は、ドライアイス容器が流体ラインから分離された後、流体ライン内に保存された昇華したドライアイスによって冷却され得る。
【００３０】
一実施形態では、熱を発生させる装置の部品を筐体１内に設置することができる。このようにして、部品から発生した熱を使用して、ドライアイスの昇華速度を増加させることができる。一例では、図２の温度制御システムの１つまたは複数の部品を筐体に取り付けることができる。温度制御システムは、弁において熱を発生させる電流によって開くことができる電磁弁を含むことができる。例えば、温度制御可能弁７が電磁弁であり、電流が弁を開くために弁に供給されると、熱が発生する可能性がある。筐体内の温度制御可能な弁の位置のおかげで、温度制御可能弁によって生成される熱を使用して、ドライアイスの昇華速度を増加させることができる。このようにして、貯蔵容器のさらなる冷却のために、昇華したドライアイスの生成を増加させることができる。そして、貯蔵容器の目標温度に達すると、電流を遮断することによって温度制御可能弁を閉じることができる。この位置では、温度制御可能弁は熱を発生せず、ドライアイスの昇華速度を減少させることができる。昇華速度のさらなる低減は、昇華したドライアイスを弁６を介して流体ラインから筐体に直接導くことによって達成することができる。
【００３１】
図２は、一実施形態による温度制御システムを示す。温度制御システムは、本明細書に記載された実施形態において、昇華したドライアイスの貯蔵容器２へのまたは筐体１へのまたは貯蔵容器および筐体の両方への流れを制御するために使用されてもよい。ここで、図１の同じまたは対応する項目を参照して、温度制御システムを説明する。温度制御システムは、１つまたは複数の温度制御可能弁６、７、温度センサ「Ｓ」、ならびに、センサの測定値に基づいて弁を開閉することができるように、センサおよび弁に接続されたコントローラ「ＣＮＴＬ」を含む。センサ「Ｓ」は、弁を制御するための温度測定値を得るために貯蔵容器内に配置されてもよい。温度制御された弁は、センサによって貯蔵容器内の温度を感知することができ、貯蔵容器を目標温度または目標温度範囲に維持できるように、昇華したドライアイスの貯蔵容器への流れを可能および不可能にするサーモスタットとして動作することができる。
【００３２】
以下では、ドライアイスによる急速冷却の実施形態について説明する。上述した実施形態、および、そこに記載された１つまたは複数の特徴は、上述した明示のまたは暗黙の利便を得るため、あるいは、実施形態を実現するために、急速冷却についての以下の実施形態で実現されることができる。以下に説明されるいくつかの特徴は、上記の実施形態において明示のまたは暗黙の利便を得るために上記の実施形態で実施されてもよいことを理解されたい。
【００３３】
図３は、一実施形態による急速冷却装置を示す。装置は、筐体と呼ばれる別の密封容器１内に囲い込まれたドライアイス用の少なくとも１つのドライアイス容器３ａ、３ｂ、３ｃを含むことができる。ドライアイス用の少なくとも１つのドライアイス容器３ａ、３ｂ、３ｃは、ドライアイス用の少なくとも１つのドライアイス容器３ａ、３ｂ、３ｃから昇華したドライアイスによって貯蔵容器を目標温度または目標温度範囲に冷却するために貯蔵容器２に動作可能に接続され、前記装置は、貯蔵容器２からドライアイス容器３ａ、３ｂ、３ｃ内のドライアイスへの対流熱伝達のための少なくとも１つの対流要素１１ａ、１１ｂ、１１ｃを含み、前記対流要素１１ａ、１１ｂ、１１ｃはドライアイス容器内のドライアイスと貯蔵容器との間に配置され、装置は、昇華したドライアイスの貯蔵容器への流れを制御するための流体流れ制御要素７と、貯蔵容器内の温度を測定するように配置された少なくとも１つのセンサとを含む。ドライアイスの冷却能力は、流体流れ制御要素を介して昇華したドライアイスの貯蔵容器への流れを制御し、対流要素を介して熱伝達を制御することによって、少なくとも２つの方法で貯蔵容器を冷却するのに利用することができる。昇華したドライアイスの流れと対流熱伝達の少なくとも１つまたは両方を一度に使用することは実施可能である。
【００３４】
急速冷却装置では、昇華したドライアイスの流れを様々なユニット間で可能にするために図１および図２を参照して説明した上記実施形態に記述したように、ユニットへおよび／またはユニットからの昇華したドライアイスの流れを可能にする接続部が提供されてもよい。したがって、急速冷却装置において昇華したドライアイスを流すための接続は、流体ライン、弁、逃がし弁、温度制御可能弁の１つまたは複数またはこれらの組み合わせによって提供されてもよい。弁は、流体流れ制御要素と呼んでもよいことを理解されたい。
【００３５】
流体流れ制御要素は、ドライアイス容器からの貯蔵容器への昇華したドライアイスの流れを可能および不可能にするように制御することができる。流体流れ制御要素は、例えば温度制御可能弁などの弁であってもよい。流体流れ制御要素は、温度制御システムのコントローラによって制御することができる。
【００３６】
対流要素は、ドライアイス容器から貯蔵容器への昇華したドライアイスの流れなしに、貯蔵容器とドライアイスとの間で熱を導くことができる。対流要素は、少なくとも２つの表面を有し、そのうちの１つはドライアイスに接続され、その１つは貯蔵容器内の流体に接続されて、貯蔵容器からドライアイスに熱を伝達する。対流要素は、対流要素の隣の流体の急速な冷却をもたらし、これは貯蔵容器内に対流をもたらす。対流において、貯蔵容器内の流体は、対流要素によって冷却された流体と貯蔵容器内のより高い温度の流体との温度差によって移動される。一例では、貯蔵容器内の流体は対流要素への距離が長くなればなるほど温かく、それにより、対流において、対流要素によって冷却された流体は対流要素から離れて移動し、より暖かい流体は対流要素に向かって移動する。貯蔵容器内の流体は気体、例えば空気、昇華したドライアイス、空気およびそれらの混合物であってもよい。
【００３７】
一実施形態では、対流要素１１ａ、１１ｂ、１１ｃはドライアイス容器３ａ、３ｂ、３ｃ内の壁内に配置され、貯蔵容器は、受け部に位置付けられた壁内の対流要素によってドライアイスに熱を伝達するための壁を受け入れる受け部を有する。このようにして、対流要素を貯蔵容器内の流体と接触させることができる。
【００３８】
一例では、対流要素は、ドライアイス容器３ａ、３ｂ、３ｃの壁内に形成することができる。ドライアイス容器内のドライアイスは、貯蔵容器からドライアイスに熱を伝達できる対流要素上に載っていてもよい。貯蔵容器の壁は、それぞれがドライアイス容器のための受け部として役立つ穴を含むことができる。したがって、ドライアイス容器は穴に収容されてもよい。穴に位置付けられたドライアイス容器は、流体が貯蔵容器とドライアイス容器との間で穴を通って流れないように封止されてもよい。ドライアイス容器または穴のいずれかにシールを設けて、穴を通る流体の漏れを防止することができる。
【００３９】
１つの実装例では、ドライアイスに接続された対流要素の表面は上向きの表面であってもよく、貯蔵容器内の流体に接続された表面は下向きの表面であってもよい。したがって、ドライアイスは、上向きの表面上に支持されてもよい。
【００４０】
対流要素は、熱伝導のための適切な材料および構造のものであってよい。好適な材料の例は、鋼、アルミニウムおよび銅などの金属を含む。適切な構造の例は、シートなどの気体の流れを防止する構造を含む。
【００４１】
図６ａおよび図６ｂは、一実施形態による対流要素の動作を示す。図６ａおよび図６ｂでは、対流要素を制御して、熱の伝導を可能および不可能にすることができる。図６ａでは、対流要素によって熱の伝導が不可能にされる。図６ｂでは、対流要素によって熱の伝導が可能になっている。対流要素は、図６ａに示す閉位置と図６ｂに示す開位置との間で移動可能な部品２１を含むことができる。対流要素は、例えば、貯蔵容器内の穴に位置付けられてもよい。以下において、部品２１をドアと呼ぶ。ドアの開位置では、貯蔵容器内の流体が対流要素に接続され、貯蔵容器内の流体からドライアイス容器内のドライアイスに熱が伝達され得る。したがって、貯蔵容器からドライアイスへの熱伝導は、ドアの開位置において可能になる。ドアの閉位置では、貯蔵容器内の流体は対流要素から分離される。したがって、閉位置では、流体は対流要素と接触せず、対流要素による貯蔵容器からの熱伝導は不可能になる。
【００４２】
ドアは、例えば、温度制御システムのコントローラによって制御され得る電気モータによって、閉位置と開位置との間で移動可能であり得る。このようにして、温度制御システムは、対流熱伝達を可能または不可能にするように制御することができる。
【００４３】
図３を参照すると、一実施形態では、急速冷却装置において、筐体１は、昇華したドライアイスを筐体１から、そして装置外に排出させる逃がし弁９を有し、ＣａＯ２容器１３が、冷却相で消費された昇華したドライアイスを捕捉するために逃がし弁９に接続される。急速冷却装置とＣａＯ２容器との間の接続部１４は、ＣａＯ２容器を交換することができるように取り外し可能であってもよい。接続部は、クイックリリースコネクタまたはＣａＯ２容器の取り外し可能な接続のための少なくとも１つのクイックリリースコネクタを有する流体ラインを含むことができる。ＣａＯ２容器には、昇華したドライアイスからの二酸化炭素と反応するＣａＯ２が含まれている。昇華したドライアイスからの二酸化炭素とＣａＯ２との反応は、
ＣａＯ２＋ＣＯ２＝ＣａＣＯ３＋Ｏ２    （１）
のように表すことができる。
【００４４】
したがって、ＣａＯ２容器に投入された昇華したドライアイスは、ＣａＯ２容器によって捕捉され炭酸カルシウムＣａＣＯ３と酸素になる。このようにして、ドライアイスの昇華は装置外の二酸化炭素のレベルを増加させない。空気中の二酸化炭素濃度が高すぎると人が眠気を感じたり、窒息さえ起こすことがあるため、二酸化炭素のレベルは、人々がいる多くの環境で重要である。さらに、二酸化炭素が捕捉されるので、ドライアイスの昇華による装置からの二酸化炭素の排出はない。
【００４５】
ＣａＯ２容器は図３の急速冷却装置を参照して説明されているが、ＣａＯ２容器１３は、貯蔵容器の冷却が対流熱伝達によってもたらされる急速冷却なしに実行される図１に記載の装置に接続することができることは理解されよう。
【００４６】
図３を参照すると、一実施形態では、急速冷却装置は、貯蔵容器２の外部からの自由空気流によって貯蔵容器２を加熱するための制御可能通気口１２を含むことができる。通気口は開閉するように制御することができる。通気口が開いている場合、装置の外部からの空気は、通気口内の開口を通して貯蔵容器に入ることができる。通気口が閉じている場合、装置の外部からの空気は、開口部を通って貯蔵容器に入ることができない。通気口の開位置では、通気口の開口を設定することによって、必要に応じて空気流量を制御することができる。貯蔵容器の目標温度は、装置の外部の温度より低くてもよい。通気口は、装置の外部の空気が貯蔵容器内の温度を上昇させるために使用できることを定めた。このようにして、貯蔵容器内の温度は、目標温度の変化および／または貯蔵容器内の低すぎる温度に迅速に適合させることができる。通気口の開口は、例えば、閉位置、開位置、および開位置と閉位置との間の少なくとも１つの中間位置を含む異なる位置に設定することができる。通気口の開口は、例えば、温度制御システムのコントローラによって制御され得る電気モータによって、特定の位置に移動するように制御されてもよい。このようにして、温度制御システムは、貯蔵容器の外部からの空気によって加熱を可能にし、加熱を不可能にし、および／または加熱量を調節するように制御することができる。
【００４７】
図３を参照して、一実施形態では、貯蔵容器の目標温度が満足されると、急速冷却装置において、ドライアイス用の少なくとも１つのドライアイス容器３ａ、３ｂ、３ｃが、ドライアイス用の少なくとも１つのドライアイス容器３ａ、３ｂ、３ｃから前記筐体１に昇華したドライアイスを導くために、前記筐体１に動作可能に接続される。したがって、上記の図１で説明したのと同様に、このようにして、まずドライアイスを貯蔵容器２を冷却するための冷却剤として使用し、貯蔵容器内で目標温度または温度範囲に達した後、ドライアイスを使用してドライアイス容器を冷却することができる。
【００４８】
図４は、一実施形態による急速冷却のための温度制御システムを示す。温度制御システムは、図３に示す急速冷却装置に使用することができる。温度制御システムは、本明細書に記載された実施形態において、対流熱伝達、貯蔵容器の加熱、昇華したドライアイスの貯蔵容器２への流れ、および／または昇華したドライアイスの筐体１への流れを制御するために使用することができる。温度制御システムは、貯蔵容器を加熱するための制御可能通気口１２と、貯蔵容器からドライアイスへの対流熱伝達用の１つまたは複数の対流要素１１ａ、１１ｂ、１１ｃとを含むことができる。センサ「Ｓ」は、流体流れ制御要素、例えば弁、制御可能通気口および対流要素の１つまたは複数を貯蔵容器内の測定温度に基づいて制御するために温度測定を行うように、貯蔵容器内に配置されてもよい。センサ「Ｓ」からの温度測定値はコントローラに供給されてもよい。コントローラは、温度測定値に基づいて、貯蔵容器内の現在の温度および／または貯蔵容器の目標温度からの現在の温度の偏差を判定することができる。偏差は、貯蔵容器を冷却すべきかまたは加熱すべきかを決定するために使用できる。偏差の量に応じて、貯蔵容器は、対流要素による対流熱伝達を含む異なる冷却相によって、または流体流れ制御要素による貯蔵容器への昇華したドライアイスの流れによって冷却されてもよい。冷却相のより詳細な説明は、図５とともに以下に提供され、加熱のより詳細な説明は、図７とともに以下に提供される。
【００４９】
コントローラは、ユーザが目標温度を入力し、ユーザが貯蔵容器の現在の温度を監視することを可能にするために、ユーザインタフェース１５に接続することができる。したがって、ユーザインタフェースは、ユーザ入力手段とユーザ出力手段との組み合わせによって提供されてもよい。ユーザ入力手段の例は、ボタン、キーパッド、キーボードおよびタッチスクリーンを含む。ユーザ出力手段の例は、ディスプレイ、タッチスクリーン、オーディオスピーカ、ランプを含む。ユーザインタフェースの機能は、コンピュータ、例えばタブレットコンピュータまたはスマートフォン上で実行されるアプリケーションによって提供されてもよい。コントローラの機能の少なくとも一部またはコントローラのすべての機能は、コンピュータ内で実行されるアプリケーションにおいて実装されてもよい。
【００５０】
図５は、一実施形態による異なる冷却相のための方法を示す図である。方法は、例えば図３に記載された装置において図４の温度制御システムによって実行されてもよい。急速冷却用の温度制御システムは、一実施形態では図２の温度制御システムで説明したのと同様の筐体１に設置することができる。この方法は、現在の温度の貯蔵容器を、貯蔵容器からの対流熱伝達５６の相と、昇華したドライアイスを貯蔵容器へ流すこと５８の相とを含む少なくとも２つの相で目標温度に冷却することを含む。相は、異なる時点で実行される別個の機能を表すことができる。時点は、連続して、互いに続いてもよい。
【００５１】
この方法は、冷却を制御するために貯蔵容器から温度測定値を得ることができるときに開始することができる（５０）。測定値は、温度制御システムが作動しているとき、得ることができる。目標温度からの現在の温度の偏差が測定されてもよい（５２）。現在の温度は、貯蔵容器内の温度の測定値であってもよい。好ましくは、現在の温度は、規定された期間または１つまたは複数の時点における温度を表す。目標温度は、固定された温度であってもよいし、ユーザインタフェースを介してユーザによって設定されてもよい。目標温度からの現在の温度の偏差は、閾値と比較することができる（５４）。
【００５２】
貯蔵容器内の現在の温度の偏差が偏差についての閾値より高い場合（５４）、貯蔵容器は貯蔵容器からドライアイスへの対流熱伝達（５６）によって冷却されてもよい。対流熱伝達は、対流要素によって行うことができる。
【００５３】
一実施形態では、貯蔵容器内の現在温度の偏差が偏差についての閾値より高くない場合（５４）、貯蔵容器は、昇華したドライアイスを貯蔵容器に流すことによって冷却され得る（５８）。昇華したドライアイスの流れは、流体流れ制御要素によって提供されてもよい。
【００５４】
方法は、ドライアイスが消費された後、または容器の冷却が別の方法で、例えばユーザによって、停止された後に終了してもよい（５９）。一実施形態では、冷却相で消費された昇華したドライアイスを貯蔵容器から搬出し、ＣａＯ２中に捕捉することができる。ＣａＯ２容器は、例えば、図３で説明したように装置に接続することができる。
【００５５】
方法ステップ５２、５４、５６および５８を繰り返してもよく、測定５２は、ステップ５６またはステップ５８において冷却と同時に、すなわち冷却中に実行されてもよいことを理解されたい。したがって、ステップ５６または５８の現在の冷却相は、冷却相を別の冷却相に変更するための条件を満たす新しい偏差が測定される（５２）まで維持されてもよい。この方法の冷却相により、偏差が高いときに対流熱伝達によって貯蔵容器を目標温度または目標温度近辺に急速に冷却することが可能になる。偏差が小さい場合には、昇華したドライアイスの流れによって冷却を行うことができる。昇華したドライアイスの流れは、図１および図２を参照して実施形態において説明したように、冷却能力の効率的な利用のために制御することができる。
【００５６】
一実施形態では、偏差の閾値は、対流熱伝達の適用（５６）および昇華したドライアイスの流れによる冷却（５８）について同じである。同じ閾値により、測定された偏差に基づいて適用されるべき冷却相を決定することが可能になり得る。
【００５７】
一実施形態では、現在の冷却相が、昇華したドライアイスを貯蔵容器に流す（５８）相である場合、偏差を評価するための閾値は高くてもよく、現在の冷却相が対流熱伝達の相（５６）である場合、偏差を評価するための閾値は低くてもよい。異なる閾値により、１つの冷却相から別の冷却相への頻繁な変化を回避することが可能になる。したがって、異なる閾値は、冷却相間のピンポン現象を回避することを可能にする。閾値の実際の値は、実装に従って設計することができる。
【００５８】
図７は、一実施形態による冷却相を制御する方法を示す。方法は、例えば図３に記載された装置において、図４の温度制御システムによって実行されてもよい。この方法は、冷却相の中断を可能にし、それによって貯蔵容器を加熱することができる。
【００５９】
この方法は、少なくとも１つの冷却相が適用されると、開始する（７０）。冷却相は、図５でステップ５６または５８に記載されているように適用することができる。
【００６０】
冷却の間、貯蔵容器の現在の温度を測定することができる（７２）。貯蔵容器の現在の温度が目標温度より低い（７４）場合、貯蔵容器は、貯蔵容器の外部からの自由空気流によって加熱され得る（７６）。自由空気流は、貯蔵容器内の制御可能通気口を介して提供されてもよい。貯蔵容器に適用される冷却相は、加熱中に中断されてもよい（７６）。したがって、貯蔵容器が加熱されるとき、対流熱伝達が停止されてもよく、および／または貯蔵容器への昇華したドライアイスの流れが停止されてもよい。
【００６１】
一実施形態では、加熱の間に、貯蔵容器への冷却相は中断されてもよく、ドライアイス容器から昇華したドライアイスを使用してドライアイス容器を冷却し、ドライアイスの昇華速度を制御することができる。ドライアイス容器は、貯蔵容器の目標温度が満足されたときに昇華ドライアイスをドライアイス容器から筐体に導くために、筐体に動作可能に接続されてもよい。したがって、現在の温度は目標温度より低いので、目標温度が満足され、昇華したドライアイスを、ドライアイス容器を冷却するために、筐体に導くことができる。ドライアイス容器と筐体との間の動作可能な接続は、例えば、図１の流体ライン１０およびカップリング４ａ、４ｂ、４ｃおよび弁６によって提供されてもよい。
【００６２】
この方法は、現在の温度が目標温度または目標温度からの温度範囲以上にある（７４）場合に終了する（７８）。現在の温度が目標温度または温度範囲未満ではないので、加熱は不要であり、加熱を停止することができる。現在の温度が目標温度または温度範囲よりも高い場合、貯蔵容器は、本明細書の様々な実施形態に記載される対流熱伝達および／または昇華したドライアイスの流れによって冷却できる。
【００６３】
図２および図４の温度制御システムのユニットは、単一ユニットとして実装されてもよく、または、ユニットはより大きなユニットに組み合わされてもよい。一例では、温度制御可能弁７は、コントローラ「ＣＮＴＬ」を含むことができる。図２および図４のユニット間の接続は、例えば電線による電気接続であってもよい。したがって、図２および図４の弁は、コントローラからの電流によって制御される電磁弁であってもよい。ユニット間の無線近距離接続を使用することも可能である。無線近距離接続の例は、ブルートゥース（登録商標）およびＩＥＥＥ８０２．１１ベースの無線ローカルエリアネットワーク接続を含む。
【００６４】
コントローラは、例えば、プロセッサ、マイクロコントローラ、またはフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）であってもよい。コントローラは、コントローラによる実行のためのコンピュータプログラムを記憶するメモリを有することができる。コントローラおよびメモリは、本明細書で説明する実施形態を実行するための処理手段を形成することができる。処理手段は、コンピュータであってもよいし、コンピュータの一部であってもよい。コンピュータの例は、タブレットコンピュータ、デスクトップコンピュータ、およびスマートフォンを含む。
【００６５】
一実施形態では、前記製品がコンピュータ上で実行されるとき、コンピュータ上での実行が一実施形態による１つまたは複数の機能を引き起こすコンピュータプログラムコードを含むコンピュータプログラムが提供される。コンピュータプログラムは、コンピュータ可読記憶媒体上に具体化されてもよい。
【００６６】
一実施形態では、一実施形態によるコンピュータプログラムを含む、コンピュータ用のコンピュータプログラム製品が提供される。
【００６７】
実施形態は、コンピュータ可読記憶媒体上に具体化された、一実施形態による方法を含むプロセスを実行するためのプログラムを含むコンピュータプログラムに関する。
【００６８】
貯蔵容器内の温度が目標温度または温度範囲にあるとき、昇華したドライアイスが貯蔵容器に流れることができないように、温度制御可能弁７を閉じることができる。貯蔵容器内の温度が目標温度または温度範囲より高い場合、昇華したドライアイスが、貯蔵容器を冷却するために貯蔵容器に流れるように、温度制御可能弁７を開くことができる。温度センサを使用する代わりに、またはそれに加えて、圧力センサを使用して、圧力センサによって測定された圧力を、測定された温度と同様の方法で弁を制御するために使用することができることを理解されたい。
【００６９】
上述の様々な実施形態では、ドライアイス容器からの昇華したドライアイスを、貯蔵容器を目標温度または目標温度範囲に冷却するために、貯蔵容器に導くことができる。ドライアイス容器内の圧力が、貯蔵容器内の圧力、ドライアイス容器周囲の筐体内の圧力および／または流体ライン内の圧力よりも高いことによって供給されるドライアイスは貯蔵容器から流出してもよい。したがって、本明細書に記載された様々な実施形態による装置は、ドライアイスの昇華によって動力供給され、さらなる動力源なしで動作し得る。しかしながら、いくつかの実施形態は、電磁弁を使用して実装されてもよく、それにより、貯蔵容器内の温度の正確な制御および昇華速度の制御を得ることができる。
【００７０】
技術が進歩するにつれて、本発明の概念は様々な方法で実装できることは、当業者には明らかであろう。本発明およびその実施形態は、上記の例に限定されず、特許請求の範囲内で変更することができる。
【図１】
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【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６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７】
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【国際調査報告】
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