(57)【要約】      （修正有）【課題】液面の誤検出、未検出を低減することで、被凍結保存物を安定的に凍結保存することができる液面検出器、凍結保存容器、および液面検出方法を提供する。【解決手段】液面検出器１０は、凍結保存容器内の低温液体の液面を測定する液面検出器１０であって、低温液体を検知すべき複数の液面高さに対応する位置それぞれに測温抵抗体１１０それぞれを備えるセンサー素子部１１と、センサー素子部１１を保護するセンサー保護管１２と、センサー素子部１１に通電するためのセンサーケーブル１７と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
凍結保存容器内の低温液体の液面を測定する液面検出器であって、
前記低温液体を検知すべき複数の液面高さに対応する位置それぞれに測温抵抗体それぞれを備えるセンサー素子部と、
前記センサー素子部を保護するセンサー保護管と、
前記センサー素子部に通電するためのセンサーケーブルと、
を備える液面検出器。
【請求項２】
前記センサー素子部は、第１の取付孔を備え、
前記センサー保護管は、第２の取付孔を備え、
第３の取付孔を備え、前記センサー保護管を前記凍結保存容器に固定するためのクランプと、
前記クランプの第３の取付孔と、前記センサー保護管の前記第２の取付孔と、前記センサー素子部の前記第１の取付孔と、を順に貫通して、前記クランプと前記センサー保護管と前記センサー素子部とを固定する固定ピン、
を備え、
前記固定ピンを取り付ける前記第１の取付孔と前記第２の取付孔の位置に基づいて、前記凍結保存容器への前記測温抵抗体それぞれの取り付け位置を決定する、請求項１に記載の液面検出器。
【請求項３】
前記センサー保護管は、
下面が塞がれており、下部側面に前記低温液体を流入させる開口部と、上部側面に気化した前記低温液体を流出させる開口部と、を備える、請求項１または請求項２に記載の液面検出器。
【請求項４】
前記測温抵抗体それぞれの抵抗値が０度において１０００オームである、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の液面検出器。
【請求項５】
前記低温液体に浸漬または近傍の気相に配置することで被凍結保存物を凍結保存するための凍結保存容器であって、
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の液面検出器と、
前記低温液体を供給する配管と、
前記配管に設けられた開閉弁と、
前記測温抵抗体それぞれの故障を検知する検知部と、前記測温抵抗体それぞれに電流を流す抵抗体駆動部と、前記測温抵抗体それぞれの抵抗値を演算する演算部と、前記開閉弁の開閉信号を制御する弁制御部と、液面高さを報知する報知部と、を備えるコントローラーと、
を備える凍結保存容器。
【請求項６】
請求項５に記載の凍結保存容器に貯蔵される前記低温液体の液面の高さを検出する液面検出方法であって、
前記演算部が、前記測温抵抗体それぞれの抵抗値を演算した結果に基づいて、前記測温抵抗体それぞれを備える位置における液面の高さそれぞれを検出する検知手順と、
前記演算部が、前記凍結保存容器内に被凍結保存物が保存されていないときの前記低温液体の自然蒸発率を用いて、複数の前記測温抵抗体のうち隣接する２つの前記測温抵抗体間の液面の高さを予測する第１の予測手順と、
前記演算部が、前記検知手順で検知した結果に基づいて、複数の前記測温抵抗体のうち隣接する２つの前記測温抵抗体間の液面の高さを予測する第２の予測手順と、
を含む液面検出方法。
【請求項７】
前記演算部が、前記第１の予測手順または前記第２の予測手順において予測した前記測温抵抗体における液面の高さと、前記検知手順で検知した前記測温抵抗体における液面の高さとが一致しない場合、前記検知手順で検知した前記測温抵抗体における液面の高さを優先する、請求項６に記載の液面検出方法。
【請求項８】
前記第２の予測手順において、前記検知手順で検知した結果を繰り返し更新、または統計処理を行う、請求項６または請求項７に記載の液面検出方法。
【請求項９】
前記センサー素子部において、前記凍結保存容器に貯蔵される前記低温液体の液面の高さ方向に、複数の前記測温抵抗体が設けられ、
前記演算部が、前記低温液体の液面の下限を測定する前記測温抵抗体が、前記低温液体の液面を検知できなくなった場合、前記低温液体の液面の最上部に設けられている前記測温抵抗体を用いて、前記低温液体の液面を前記最上部で保持するように制御する、請求項６から請求項８のいずれか１項に記載の液面検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、凍結保存容器内の低温液体の液面を測定する液面検出器、低温液体に浸漬または近傍の気相に配置することで被凍結保存物を凍結保存するための凍結保存容器、および凍結保存容器に貯蔵された低温液体の液面検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療、培養、食品分野等で使用される凍結保存容器は、一般に被凍結保存物を液体窒素に浸漬させ凍結保存するように構成された液相式容器と、容器底部の液相領域に貯留した液体窒素により、約−１５０℃以下に保持された液相領域上の気相領域において凍結保存するように構成された気相式容器に大別される。凍結保存容器の一例として、特許文献１に気相式凍結保存容器が開示されている。凍結保存容器は液相領域の液面を常に下限以上に保持することにより、適正な凍結保存温度を保持するように図っている。適正な凍結保存温度は、液面位置を検出する液面センサー、容器内の温度を計測する温度センサー、そして液面・温度を維持管理するコントローラーにより構成される。
【０００３】
特許文献２には、従来の液面センサーが開示されている。この液面センサーは、液面と共にフロートが浮き沈みすることにより、液面検出部品として配置されたリードスイッチがＯＮ、ＯＦＦすることにより、液面を検出する機構のものである。
【０００４】
また、特許文献３には、ロケット燃料である低温液体を貯蔵する低温液体容器内に測温抵抗型センサーを設けた液面検出器が開示されている。特許文献３に記載の技術では、測温抵抗体にてガスから液体、または液体からガスの状態を判定する際に電流値を変化させて所定の抵抗値で液面を検出することで液面を検出する検出器が開示されている。
【０００５】
また、ところで、凍結保存容器の使用においては、被凍結保存物の出し入れ時における容器蓋の開閉や新たな被凍結保存物の格納等により内部温度が上昇して、液の急激な蒸発が進んだり、静置している状態で平衡状態が安定して続くと、気相や液相の対流が小さくなり、液相との境界付近の気相の温度は液相の温度とほぼ同じ程度になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２４９３０９号公報
【特許文献２】特開昭５８−１９６４２３号公報
【特許文献３】特開平１０−２６００７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１または特許文献２に記載の技術では、このようなフロート式の液面センサーは、極低温環境に晒されることにより、フロート部及び液面位置検出部（リードスイッチ等）の不具合、具体的には、液面センサー内への氷霜や浮遊物の侵入によるフロートの引っ掛かりのため、液面の誤検出が発生したり、液面位置検出部（リードスイッチ等）が極低温環境によって、故障などの不具合のため、液面を未検出するなどの問題があった。このため、特許文献１または特許文献２に記載の技術では、被凍結保存物を凍結保存できなくなるなどの不具合が発生していた。さらに、特許文献１または特許文献２に記載の技術では、液面の変動など連続的に検知または推測できず、液の補充管理などあらかじめ準備することが困難であった。
また、特許文献３には、所定の抵抗値で液面を検出することで液面を検出することが開示されているが、使用環境の変化に対応したうえで、測定精度が高く、安定して、しかも連続的に液面を検知または推測する装置ならびに手法が開示も示唆されていない。
【０００８】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、液面の誤検出、未検出を低減することで、被凍結保存物を安定的に凍結保存することができる液面検出器、凍結保存容器、および液面検出方法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】
【０００９】
（１）上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る液面検出器は、凍結保存容器内の低温液体の液面を測定する液面検出器であって、前記低温液体を検知すべき複数の液面高さに対応する位置それぞれに測温抵抗体それぞれを備えるセンサー素子部と、前記センサー素子部を保護するセンサー保護管と、前記センサー素子部に通電するためのセンサーケーブルと、を備える。
【００１０】
（２）また、本発明の一態様に係る液面検出器において、前記センサー素子部は、第１の取付孔を備え、前記センサー保護管は、第２の取付孔を備え、第３の取付孔を備え、前記センサー保護管を前記凍結保存容器に固定するためのクランプと、前記クランプの第３の取付孔と、前記センサー保護管の前記第２の取付孔と、前記センサー素子部の前記第１の取付孔と、を順に貫通して、前記クランプと前記センサー保護管と前記センサー素子部とを固定する固定ピン、を備え、前記固定ピンを取り付ける前記第１の取付孔と前記第２の取付孔の位置に基づいて、前記凍結保存容器への前記測温抵抗体それぞれの取り付け位置を決定するようにしてもよい。
【００１１】
（３）また、本発明の一態様に係る液面検出器において、前記センサー保護管は、下面が塞がれており、下部側面に前記低温液体を流入させる開口部と、上部側面に気化した前記低温液体を流出させる開口部と、を備えるようにしてもよい。
【００１２】
（４）また、本発明の一態様に係る液面検出器において、前記測温抵抗体それぞれの抵抗値が０度において１０００オームであるようにしてもよい。
【００１３】
（５）上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る凍結保存容器は、前記低温液体に浸漬または近傍の気相に配置することで被凍結保存物を凍結保存するための凍結保存容器であって、（１）から（４）のいずれか１つに記載の液面検出器と、前記低温液体を供給する配管と、前記配管に設けられた開閉弁と、前記測温抵抗体それぞれの故障を検知する検知部と、前記測温抵抗体それぞれに電流を流す抵抗体駆動部と、前記測温抵抗体それぞれの抵抗値を演算する演算部と、前記開閉弁の開閉信号を制御する弁制御部と、液面高さを報知する報知部と、を備えるコントローラーと、を備える。
【００１４】
（６）上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る液面検出方法は、（５）に記載の凍結保存容器に貯蔵される前記低温液体の液面の高さを検出する液面検出方法であって、前記演算部が、前記測温抵抗体それぞれの抵抗値を演算した結果に基づいて、前記測温抵抗体それぞれを備える位置における液面の高さそれぞれを検出する検知手順と、前記演算部が、前記凍結保存容器内に被凍結保存物が保存されていないときの前記低温液体の自然蒸発率を用いて、複数の前記測温抵抗体のうち隣接する２つの前記測温抵抗体間の液面の高さを予測する第１の予測手順と、前記演算部が、前記検知手順で検知した結果に基づいて、複数の前記測温抵抗体のうち隣接する２つの前記測温抵抗体間の液面の高さを予測する第２の予測手順と、を含む。
【００１５】
（７）また、本発明の一態様に係る液面検出方法において、前記演算部が、前記第１の予測手順または前記第２の予測手順において予測した前記測温抵抗体における液面の高さと、前記検知手順で検知した前記測温抵抗体における液面の高さとが一致しない場合、前記検知手順で検知した前記測温抵抗体における液面の高さを優先するようにしてもよい。
【００１６】
（８）また、本発明の一態様に係る液面検出方法において、前記第２の予測手順において、前記検知手順で検知した結果を繰り返し更新、または統計処理を行うようにしてもよい。
【００１７】
（９）また、本発明の一態様に係る液面検出方法は、前記センサー素子部において、前記凍結保存容器に貯蔵される前記低温液体の液面の高さ方向に、複数の前記測温抵抗体が設けられ、前記演算部が、前記低温液体の液面の下限を測定する前記測温抵抗体が、前記低温液体の液面を検知できなくなった場合、前記低温液体の液面の最上部に設けられている前記測温抵抗体を用いて、前記低温液体の液面を前記最上部で保持するように制御するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、液面の誤検出、未検出をなくし、さらに液面を連続的に検知または推測することで、被凍結保存物を安定的に凍結保存することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施形態に係る凍結保存容器の概略構成図である。
【図２】本実施形態に係る液面検出器の構成例を示す図である。
【図３】本実施形態に係るセンサー素子部の構造例を示す図である。
【図４】本実施形態に係るセンサー素子部の他の構造例を示す図である。
【図５】本実施形態に係るコントローラーの概略構成図である。
【図６】本実施形態に係る低温液体の液面と測温抵抗体に接続される検知部の出力との関係を示す図である。
【図７】本実施形態に係るコントローラーによる低温液体の液面の測定手順の一例を示す図である。
【図８】本実施形態に係るセンサー素子部で断線や短絡が発生した場合の不具合を回避する制御例を示す図である。
【図９】本実施形態に係る本実施形態に係るセンサー素子部で断線や短絡が発生した場合の不具合を回避する制御処理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【００２１】
＜凍結保存容器＞
図１は、本実施形態に係る凍結保存容器１の概略構成図である。
図１に示すように、凍結保存容器１は、液面検出器１０、コントローラー２０、配管３２、開閉弁３４、容器４２（凍結保存容器）、および支持部材４４を備える。凍結保存容器１には、配管３２を介して低温液体５２を供給する低温液体供給源６２が接続されている。図１において、容器４２内に貯蔵される低温液体の深さ方向をｙ軸方向、ｙ軸方向に垂直な方向をｘ軸方向とする。なお、本実施形態の凍結保存容器１は、液相式容器または気相式容器のどちらにも適用できる。
【００２２】
低温液体供給源６２は、低温液体５２を貯蔵し、貯蔵している低温液体５２を凍結保存容器１に供給する。なお、低温液体５２は、例えば液体窒素、液化アルゴン等である。図１において、液面ｈは、液相式容器として使用するときの最上限の液面の例を示し、液面ｌは、液相式容器として使用するときの最下限の液面の例を示している。
【００２３】
被凍結保存物５４は、例えばマウスなどの卵や杯、細菌等であり、凍結保存容器１によって冷凍保存される。被凍結保存物５４は、例えばラックに収納されて保存される。
【００２４】
液面検出器１０は、容器４２内に貯蔵される低温液体５２の液面の高さを検出し、検出した検出結果をコントローラー２０に出力する。液面検出器１０は、クランプ１３とクランプ１４を備え、クランプ１３とクランプ１４によって支持部材４４に取り付けられる。なお、液面検出器１０の構成については、後述する。
【００２５】
コントローラー２０は、液面検出器１０が出力する検出結果に基づいて、液面の高さを報知する。また、コントローラー２０は、液面検出器１０が出力する検出結果に基づいて、開閉弁３４を制御して容器４２内に貯蔵される低温液体５２の液面の高さを制御する。さらに、コントローラー２０は、液面検出器１０が出力する検出結果に基づいて、液面検出器１０内の故障状態を検知し、検知した結果に応じて開閉弁３４を制御して容器４２内に貯蔵される低温液体５２の液面の高さを制御する。なお、コントローラー２０の構成、動作については後述する。
【００２６】
配管３２は、低温液体供給源６２から容器４２へ低温液体５２を供給する。
開閉弁３４は、コントローラー２０の制御に応じて、容器４２への低温液体５２の供給を制御する。
容器４２は、内部に低温液体５２を貯蔵する。
【００２７】
支持部材４４は、容器４２に取り付けられている液面検出器１０を固定するための部材である。なお、支持部材４４の一部が配管３２であってもよい。図１に示すように、支持部材４４には、液面検出器１０を固定する位置Ａ、Ｂ等を示す情報（例えば線と文字）が、例えば刻まれている。
【００２８】
図１の画像ｇ１は、支持部材４４の位置Ａに液面検出器１０のクランプ１４を取り付けた状態を示すイメージ図である。画像ｇ２は、支持部材４４の位置Ｂに液面検出器１０のクランプ１４を取り付けた状態を示すイメージ図である。画像ｇ１と画像ｇ２については、後述する。
【００２９】
＜液面検出器＞
次に、液面検出器１０の構成例について説明する。
図２は、本実施形態に係る液面検出器１０の構成例を示す図である。
図２に示すように、液面検出器１０は、センサー素子部１１とセンサー保護管１２を備える。センサー素子部１１は、複数の測温抵抗体１１０を備える。また、センサー素子部１１には、取付孔１１６（第１の取付孔）と取付孔１１７（第１の取付孔）が設けられている。また、センサー素子部１１には、センサーケーブル１７が接続される。複数の測温抵抗体１１０それぞれは、後述するように位置Ｌ、ＭＬ、ＭＣ、ＭＨ、Ｈに取り付けられている。
【００３０】
センサー保護管１２は、底部蓋１２１、開口部１２２、開口部１２３、取付孔１２４（第２の取付孔）、および取付孔１２５（第２の取付孔）を備える。
クランプ１３は、取付孔１３１（第３の取付孔）を備える。クランプ１４は、取付孔１４１（第３の取付孔）を備える。
【００３１】
センサー保護管１２は、クランプ１３およびクランプ１４によって、支持部材４４（図１）に取り付けられることで、容器４２（図１）内に固定される。
固定ピン１５は、クランプ１３の取付孔１３１、センサー保護管１２の取付孔１２４、センサー素子部１１の取付孔１１６の順に貫通することで、クランプ１３をセンサー保護管１２に固定し、かつセンサー素子部１１をセンサー保護管１２内に固定する。
固定ピン１６は、クランプ１４の取付孔１４１、センサー保護管１２の取付孔１２５、センサー素子部１１の取付孔１１７の順に貫通することで、クランプ１４をセンサー保護管１２に固定し、かつセンサー素子部１１をセンサー保護管１２内に固定する。
【００３２】
ここで、センサー保護管１２について、さらに説明する。
センサー保護管１２は、極低温の環境で劣化しにくい材質で形成されなければならないため、例えばガラスエポキシ樹脂を用いる。センサー保護管１２の形状は、例えば筒状である。
【００３３】
凍結保存容器１に供給される低温液体５２（図１）、例えば液体窒素などは供給時など温度変化によって、液面が激しく突沸する場合がある。このため、本実施形態では、センサー保護管１２の底部に底部蓋１２１を設けることによって、突沸した低温液体５２が複数の測温抵抗体１１０に接触することを防いでいる。これにより、本実施形態では、突沸した低温液体５２が複数の測温抵抗体１１０に接触することにより発生する誤検知を防いでいる。
【００３４】
開口部１２２は、センサー保護管１２内に低温液体５２を導くための孔であり、センサー保護管１２の下方に形成されている。前述した低温液体５２の突沸の影響を防ぐため、この開口部１２２は、重力方向に対し、垂直に形成されている。
また、開口部１２３は、気化した低温液体５２が抜けるための孔であり、センサー保護管１２の上部に形成されている。
【００３５】
次に、センサー素子部１１の構造について、図３を用いてさらに説明する。
図３は、本実施形態に係るセンサー素子部１１の構造例を示す図である。図３に示すように、センサー素子部１１は、測温抵抗体１１０である測温抵抗体１１１〜測温抵抗体１１５を備える。
【００３６】
図３に示す例において、測温抵抗体１１１〜測温抵抗体１１５それぞれは、ｙ軸方向に沿って順に、一定間隔で配置される。センサー素子部１１は、図１に示すように、容器４２内に貯蔵される低温液体５２の深さ方向（ｙ軸方向）に対して長手方向が配置されるように固定される。なお、図３は一例であり、これに限られない。隣接する測温抵抗体１１０の間隔は、測温抵抗体１１０が物理的に接触しない間隔から、容器４２内に収まる間隔まで、適宜に選択できる。
【００３７】
図３において、測温抵抗体１１１が配置される位置をＬ、測温抵抗体１１２が配置される位置をＭＬ、測温抵抗体１１３が配置される位置をＭＣ、測温抵抗体１１４が配置される位置をＭＨ、測温抵抗体１１５が配置される位置をＨとする。なお、センサー素子部１１では、例えば、位置Ｈを液面の最上限、位置Ｌを液面の最下限になるように測温抵抗体１１０が配置されている。また、取付孔１１６の位置を位置Ｃ１とし、取付孔１１７の位置を位置Ｃ２とする。測温抵抗体１１１は、位置Ｃ１から距離Ｌ（ｍｍ）離れた位置に配置されている。同様に、測温抵抗体１１２〜測温抵抗体１１５それぞれは、位置Ｃ１から距離ＭＬ、ＭＣ、ＭＨ、Ｈ（ｍｍ）離れた位置に配置されている。
【００３８】
センサー素子部１１において、例えば取付孔１１６と、測温抵抗体１１１が配置される位置Ｌとの間隔は、第１の所定の値（図１に示した例では１０（ｍｍ））である。または、センサー素子部１１において、例えば取付孔１１７と、測温抵抗体１１５が配置される位置Ｈとの間隔は、第２の所定の値である。すなわち、センサー保護管１２とセンサー素子部１１の所定の高さに、固定ピン１５用の取付孔（１１６、１２４）と固定ピン１６用の取付孔（１１７、１２５）それぞれが設けられている。クランプ１３の取付孔１３１からセンサー保護管１２とセンサー素子部１１それぞれの取付孔（１１６、１２４）を貫通させて、クランプ１３に対するセンサー素子部１１の位置、すなわちクランプ１３に対する測温抵抗体１１０の位置を決定している。また、クランプ１４の取付孔１４１からセンサー保護管１２とセンサー素子部１１それぞれの取付孔（１１７、１２５）を貫通させて、クランプ１４に対するセンサー素子部１１の位置、すなわちクランプ１４に対する測温抵抗体１１０の位置を決定している。なお、固定ピン１５および固定ピン１６を例えば曲げ加工して、抜けなくしてある。なお、第１の所定の間隔と、第２の所定の間隔は、異なっていても同じ値であってもよい。
【００３９】
このように、センサー素子部１１をセンサー保護管１２内に所定の位置に固定してあるので、センサー保護管１２を容器４２に固定する場合、支持部材４４に取り付ける位置をクランプ１３またはクランプ１４の取り付け位置で決定することができる。
【００４０】
例えば、図１における位置Ａが容器４２の底から８００ｍｍであり、位置Ｂが容器４２の底から３００ｍｍであり、図３における位置Ｈと取付孔１１７との間隔（Ｃ２−Ｈ）が１０ｍｍであるとする。
凍結保存容器１を液相式容器として使用する場合、図１の画像ｇ１のように、例えば、支持部材４４の位置Ａにクランプ１４を固定する。利用者は、クランプ１４を固定した位置Ａを、コントローラー２０の操作部を操作して選択する。これにより、コントローラー２０は、例えば７９０（＝８００−１０）ｍｍ〜７９０−（Ｈ−Ｌ）ｍｍの液面の高さを、センサー素子部１１を用いて検出することができる。
また、凍結保存容器１を気相式容器として使用する場合、図１の画像ｇ２のように、例えば、支持部材４４の位置Ｂにクランプ１４を固定する。利用者は、クランプ１４を固定した位置Ｂを、コントローラー２０の操作部を操作して選択する。これにより、コントローラー２０は、例えば２９０（＝３００−１０）ｍｍ〜２９０−（Ｈ−Ｌ）ｍｍの液面の高さを、センサー素子部１１を用いて検出することができる。
【００４１】
なお、クランプ１３およびクランプ１４をセンサー保護管１２に固定するには、ナットとネジを用いず、固定ピン１５および固定ピン１６を差し込んで固定する。このように固定ピン１５および固定ピン１６を用いる理由は、ネジとナットの組み合わせの場合、温度変化による熱膨張や熱収縮で、外れてしまう不具合が生じる可能性があるためである。
【００４２】
ここで、センサー素子部１１に用いる測温抵抗体１１０について説明する。
測温抵抗体１１０は、極低温にも耐えられる白金抵抗体である。測温抵抗体の抵抗値は、ＪＩＳ規格などで規定されているＰｔ１００Ω（オーム）などが一般的である。液面の測定は、抵抗値変化を測定するために電流を流すが、これにより測温抵抗体は発熱する。この発熱は気液平衡状態で安定している凍結保存容器内に非平衡を生む。容器４２の使用環境では、平衡状態が安定して続くと、気相や液相の対流が小さくなり、液相との境界付近の気相側の温度は液相に近くなる。これにより、測温抵抗体の抵抗値の変化量も小さく、液相か気相か判断できなくなり、精度が鈍る。ここに発熱による非平衡を生むことで、液相と気相の境界面の気相側に対流が発生、温度の境界も明確になる。この効果を奏するためには、抵抗値１００Ωであると大きな電流を流さなければならず、エネルギーロスが大きくなる。
【００４３】
このため、本実施形態における測温抵抗体１１０の抵抗値は、Ｐｔ１００Ω（０℃基準）の十倍の１０００Ωが有効である。なお、測温抵抗体１１０には、例えばＰｔ１０００を用いる。Ｐｔ１０００の抵抗値は、例えばＤＩＮ（Ｄｅｕｔｓｃｈｅ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅ  Ｎｏｒｍｅｎ；ドイツ工業規格）規格に対応したものであり、０℃で１０００Ωであり、−５０℃で約８０３Ωであり、−１００℃で約６０２Ωであり、−１５０℃で約３９７Ωであり、−２００℃で約１８５Ωである。すなわち、測温抵抗体１１０の抵抗値に基づいて、測温抵抗体１１０が低温液体５２に接しているか否かを検知することができる。１０００Ωの測温抵抗体１１０に、例えば１０〜２０ｍＡの電流を流した場合は、液体窒素（沸点−１９６℃）の気相と液相の境界温度が判別できることが確認され、±１ｍｍ誤差での液面の検知が可能となった。また、抵抗値が一般の抵抗値より大きい方が温度に対する分解能が高く、精度の高い液面検出が可能となる。
【００４４】
なお、センサー素子部１１の基板の測温抵抗体からの配線リード部は、非常に高い熱伝導性と優れた電気絶縁性を有する樹脂などでコーティングされている。
また、センサー素子部１１に配置された測温抵抗体１１０それぞれに電流を流すためのセンサーケーブル１７が、センサー保護管１２上端部より配置されている。センサーケーブル１７の被覆材は、極低温に耐えられる材料、例えばフッ素樹脂等で構成される。また、センサー保護管１２上端を通過する部分のセンサーケーブル１７との隙間は、例えば補修材などで接着されている。センサーケーブル１７は、容器４２の外部まで導かれ、測温抵抗体１１０に電流を供給する供給源であるコントローラー２０に接続される。
【００４５】
なお、図３に示したセンサー素子部１１は一例であり、センサー素子部１１が備える測温抵抗体１１０の数は、２つ以上であればよい。また、液面が最下限以上もしくは最上限以下になったことを検知するために、図３の構成に加えて、例えば図４に示すように上下それぞれに測温抵抗体を設けてもよい。
図４は、本実施形態に係るセンサー素子部１１Ａの他の構造例を示す図である。図４に示すように、センサー素子部１１Ａは、測温抵抗体１１１〜測温抵抗体１１５に加えて、測温抵抗体１１８と測温抵抗体１１９をさらに備える。図４に示す例では、測温抵抗体１１８、測温抵抗体１１１〜測温抵抗体１１５、測温抵抗体１１９それぞれは、ｙ軸方向に沿って順に配置される。
【００４６】
測温抵抗体１１８が配置される位置をＬＬ、測温抵抗体１１９が配置される位置をＨＨとする。測温抵抗体１１８は、位置Ｃ１から距離ＬＬ（ｍｍ）離れた位置に配置され、測温抵抗体１１９は、位置Ｃ１から距離ＨＨ（ｍｍ）離れた位置に配置されている。
センサー素子部１１Ａでは、位置Ｈを液面の最上限、位置Ｌを液面の最下限になるように測温抵抗体１１０Ａが配置されている。センサー素子部１１Ａを用いる場合、コントローラー２０は、最下限以上を検知する測温抵抗体１１８もしくは最上限以下を検知する測温抵抗体１１９によって検知した際に、警報を出すようにしてもよい。
【００４７】
なお、図３または図４に示した測温抵抗体１１０（または１１０Ａ）それぞれの配置は一例であり、これに限られず、用途に応じた位置であってもよい。
また、図３または図４において、測温抵抗体１１０（または１１０Ａ）それぞれは、センサー素子部１１（または１１Ａ）の片面に配置されていてもよく、または両面に配置されていてもよい。例えば、図４において、測温抵抗体１１９、測温抵抗体１１５、および測温抵抗体１１４が一方の面に配置され、測温抵抗体１１３、測温抵抗体１１２、測温抵抗体１１１、および測温抵抗体１１８が他方の面に配置されていてもよい。なお、以下では、凍結保存容器１が、センサー素子部１１を備える例を用いて説明する。
【００４８】
＜コントローラー＞
次に、コントローラー２０について説明する。
図５は、本実施形態に係るコントローラー２０の概略構成図である。図２０に示すように、コントローラー２０は、操作部２１、抵抗体制御部２２、記憶部２４、演算部２５、弁制御部２６、および報知部２７を備える。
【００４９】
操作部２１は、例えば、機械式スイッチ、タッチパネル、キーボード、マウス等である。操作部２１は、利用者が操作した結果を検出し、検出した検出結果を演算部２５に出力する。なお、利用者が操作した結果には、例えば、クランプ１３（または１４）の取り付け位置を示す情報、センサー素子部１１を識別する情報、凍結保存容器１の運用を開始する指示情報、凍結保存容器１の運用を停止する指示情報等が含まれている。
【００５０】
抵抗体制御部２２は、センサー素子部１１が備える測温抵抗体１１０それぞれに所定の電流を出力する。なお、抵抗体制御部２２は、演算部２５が出力する情報に応じて、所定の電流を決定するようにしてもよい。抵抗体制御部２２は、測温抵抗体１１０それぞれの抵抗値に基づく値を検知し、検知した結果を演算部２５に出力する。抵抗体制御部２２は、測温抵抗体１１０それぞれの故障（断線、短絡）を検知し、検知した結果を演算部２５に出力する。また、抵抗体制御部２２は、抵抗体駆動部２２１〜抵抗体駆動部２２５および検知部２３１〜検知部２３５を備える。なお、以下の説明において、抵抗体駆動部２２１〜抵抗体駆動部２２５を、抵抗体駆動部２２ｎ（ｎは１から５の整数）ともいう。また、検知部２３１〜検知部２３５を、検知部２３ｎ（ｎは１から５の整数）ともいう。また、測温抵抗体１１１〜測温抵抗体１１５を、測温抵抗体１１ｎ（ｎは１から５の整数）ともいう。
【００５１】
抵抗体駆動部２２ｎは、測温抵抗体１１ｎに電流を出力する。
検知部２３ｎは、測温抵抗体１１ｎへの低温液体５２の接触の有無による抵抗値の変化を、例えば電圧値で検出し、検出した結果に基づいて、測温抵抗体１１ｎが配置されている位置Ｌに低温液体５２が存在しているか否かを検知する。また、検知部２３ｎは、測温抵抗体１１ｎの抵抗値および測温抵抗体１１ｎに流れる電流値のうち少なくとも１つに基づいて、測温抵抗体１１ｎまたは測温抵抗体１１ｎへの接続が断線または短絡しているか否かを検知する。検知部２３ｎは、検知した検知結果を演算部２５に出力する。例えば、測温抵抗体１１１に流す電流値Ｉ１は、抵抗体駆動部２２１が出力する電流値であるため、抵抗値Ｒ１は、検知部２３１で測定した測温抵抗体１１１にかかっている電圧Ｖ１から、Ｖ１／Ｉ１で算出できる。
【００５２】
断線や短絡を判断する回路は、測温抵抗体１１ｎに対して、個々に抵抗体駆動部を備えずとも、測温抵抗体１１ｎを直列に接続し、その直列部に一つの抵抗体駆動部から電流を出力するようにしてもよい。このように直列に接続した場合は、測温抵抗体１１ｎを並列に接続した場合より、構成を簡単にすることができる。
【００５３】
記憶部２４は、低温液体５２が自然に蒸発する速さ（蒸発率）の初期値（例えば１５ｍｍ／日）を記憶する。記憶部２４は、センサー素子部１１を識別する識別情報と、測温抵抗体１１０それぞれの取付孔１１７からの距離を記憶する。記憶部２４は、低温液体５２の液面の計測開始後、隣接する測温抵抗体１１０間における低温液体５２の蒸発率の実測値を測温抵抗体１１０間毎に記憶する。
【００５４】
演算部２５は、操作部２１が出力した検出結果を取得し、取得した検出結果に基づいて、センサー素子部１１の各測温抵抗体１１０の位置を決定する。なお、測温抵抗体１１０の位置は、例えば容器４２の底面を０ｍｍとする。また、演算部２５は、検知部２３１〜検知部２３５それぞれが出力する検知結果と、記憶部２４が記憶する初期値とに基づいて低温液体５２の液面を測定し、測定した結果を報知情報として報知部２７に出力する。なお、報知情報には、低温液体５２の液面の位置（高さ）を示す画像（含む文字、数値）、低温液体５２の液面の位置（高さ）を示す音響信号、所定の液面（例えば位置Ｌ）より低いことを示す画像または音響信号、および所定の液面（例えば位置Ｈ）より高いことを示す画像または音響信号のうち少なくとも１つを含む。なお、低温液体５２の液面を測定方法については、後述する。
また、演算部２５は、低温液体５２の液面が位置Ｌ以下になった場合、開閉弁３４を開ける開指示を生成し、生成した開指示を弁制御部２６に出力する。演算部２５は、低温液体の液面が位置Ｈ以上になった場合、開閉弁３４を閉じる閉指示を生成し、生成した閉指示を弁制御部２６に出力する。
【００５５】
弁制御部２６は、演算部２５が出力する開指示に応じて開閉弁３４を開けるように制御し、または演算部２５が出力する閉指示に応じて開閉弁３４を閉じるように制御する。
【００５６】
報知部２７は、例えば画像表示装置、音響信号出力装置等であり、演算部２５が出力した報知情報である画像を画像表示装置によって報知または、演算部２５が出力した報知情報である音響信号を音響出力装置によって報知する。
【００５７】
＜低温液体の液面と検知部の出力との関係＞
次に、低温液体の液面と測温抵抗体１１０に接続される検知部２３ｎの出力との関係を説明する。
図６は、本実施形態に係る低温液体の液面と測温抵抗体１１０に接続される検知部２３ｎの出力との関係を示す図である。図６において、横軸は時刻を表す。
なお、図６に示す例では、図３に示したようにセンサー素子部が５つの測温抵抗体１１０を備える例である。また、図６に示す例は、検知部２３ｎそれぞれは、低温液体５２（図１）が測温抵抗体１１０を浸しているときＯＮ（オン；ハイレベル）を出力し、低温液体５２が測温抵抗体１１０を浸していないときＯＦＦ（オフ；ローレベル）を出力する。
【００５８】
波形ｇ１１は、低温液体５２の液面の変化を表している。波形ｇ２１は、検知部２３１の出力波形である。波形ｇ２２は、検知部２３２の出力波形である。波形ｇ２３は、検知部２３３の出力波形である。波形ｇ２４は、検知部２３４の出力波形である。波形ｇ２５は、検知部２３５の出力波形である。
【００５９】
時刻ｔ１１までの期間、低温液体５２の液面が位置Ｈ以上であるため、検知部２３１〜検知部２３５それぞれの出力は、全てＯＮである。演算部２５は、検知部２３１〜検知部２３５それぞれの出力が全てＯＮであるため、低温液体５２の液面が位置Ｈ以上であると判別する。具体的には、演算部２５は、容器４２が貯蔵している低温液体５２に応じて、測温抵抗体１１５に低温液体５２が接していれば、測温抵抗体１１５の抵抗値が例えば約１８５Ωであるため、この１８５Ωに対する予め定められている閾値以内の場合に、位置Ｈが低温液体５２と接していると検知する。
【００６０】
時刻ｔ１１のとき、低温液体５２の液面が位置Ｈ以下となり、検知部２３５の出力がＯＮからＯＦＦに切り替わり、検知部２３１〜検知部２３４それぞれの出力が全てＯＮである。なお、演算部２５は、検知部２３５の出力がＯＦＦからＯＮに切り替わったとき、低温液体の液面が位置Ｈであると判別する。具体的には、演算部２５は、１８５Ωに対する予め定められている閾値より大きくなったときに、位置Ｈが低温液体５２と接していないと検知する。
【００６１】
時刻ｔ１１〜ｔ１２のとき、低温液体５２の液面が位置Ｈ以下かつ位置ＭＨ以上であり、検知部２３５の出力がＯＦＦであり、検知部２３１〜検知部２３４それぞれの出力が全てＯＮである。演算部２５は、検知部２３５の出力がＯＦＦかつ、検知部２３１〜検知部２３４それぞれの出力が全てＯＮであるため、低温液体の液面が位置Ｈと位置ＭＨの間であると判別する。
以下、時刻ｔ１２のとき、低温液体５２の液面が位置ＭＨ以下となり、検知部２３４の出力がＯＮからＯＦＦに切り替わる。時刻ｔ１３のとき、低温液体５２の液面が位置ＭＣ以下となり、検知部２３３の出力がＯＮからＯＦＦに切り替わる。時刻ｔ１４のとき、低温液体５２の液面が位置ＭＬ以下となり、検知部２３２の出力がＯＮからＯＦＦに切り替わる。時刻ｔ１５のとき、低温液体５２の液面が位置Ｌ以下となり、検知部２３１の出力がＯＮからＯＦＦに切り替わる。
【００６２】
コントローラー２０は、液面が位置Ｌ以下になったと検知されたとき、開閉弁３４（図１）を制御して、容器４２内に低温液体５２の液面が位置Ｈになるまで補充を行う（時刻ｔ１５〜ｔ１６）。
【００６３】
なお、液面の変化が波形ｇ１１のように直線ではなく、曲線の場合も有りあえる。このような場合は、例えば、時刻ｔ１１の前後で、波形ｇ２１はＯＮとＯＦＦを繰り返して出力する。このような場合、検知部２３ｎまたは演算部２５は、ＯＮからＯＦＦに切り替わったときを液面の高さであるとは検知せずに、ＯＮからＯＦＦに切り替わった後、所定の時間、波形ｇ２１の検知を継続し、ＯＦＦからＯＮに切り替わっていないか否かを検知する。検知部２３ｎまたは演算部２５は、所定の時間検知を継続した後、最後にＯＮからＯＦＦに切り替わったときを液面の高さであると検知するようにしてもよい。
【００６４】
次に、コントローラー２０による低温液体５２の液面の測定手順について、さらに説明する。
図７は、本実施形態に係るコントローラー２０による低温液体５２の液面の測定手順の一例を示す図である。なお、図７において、横軸は時刻、縦軸は液面の位置を示している。また、波形ｇ３１（鎖線）は、記憶部２４が記憶する低温液体５２の蒸発率の初期値による液面推移であり、波形ｇ３２（実線）は、蒸発率の初期値に基づいて予測される液面推移である。波形ｇ３３（鎖線）は、一回目の実測値に基づいて算出された蒸発率による液面推移である。波形ｇ３５（実線）は、一回目の実測値に基づいた蒸発率により予測される液面推移であり、波形ｇ３６（鎖線）は、二回目の実測値に基づいて算出された蒸発率による液面推移である。また、点ｐ１〜点ｐ５それぞれは、位置Ｈ、ＭＨ、ＭＣ、ＭＬ、Ｌにおける一回目の実測値である。点ｐ６〜点ｐ１０それぞれは、位置Ｈ、ＭＨ、ＭＣ、ＭＬ、Ｌにおける二回目の実測値である。
【００６５】
なお、本実施形態では、液面の位置Ｈ〜位置Ｌ（時刻ｔ２１〜ｔ２６）を一回目の処理という。また、本実施形態では、液面の位置Ｈ〜位置Ｌ（時刻ｔ２７〜ｔ２８）を二回目の処理という。また、波形ｇ３３および波形ｇ３６は、実測終了後に演算部２５が実測値を用いて算出した蒸発率による液面推移である。演算部２５は、例えば実測値である点ｐ１と点ｐ２との実測終了後に、点ｐ１と点ｐ２との間の蒸発率を算出する。そして、演算部２５は、２回目の測定の際に、算出したこの蒸発率を用いて位置Ｈ〜位置ＭＨの液面の位置を予測する。
また、以下の処理は、利用者が容器４２内に被凍結保存物５４を保存した後に行われる。
【００６６】
なお、記憶部２４が記憶する蒸発率の初期値とは、容器４２に被凍結保存物５４が保存されていない状態で、凍結保存容器１の蓋が閉じられていても低温液体が自然に蒸発する率である。
一方、容器４２に被凍結保存物５４が保存されている場合、被凍結保存物５４が保存されている量や、容器４２における被凍結保存物５４の位置等によって蒸発率が異なる場合がある。このため、図７に示したように、初期値と実測値とは異なる場合があり、かつ位置間（位置Ｈ−位置ＭＨ、位置ＭＨ−位置ＭＣ、位置ＭＣ−位置ＭＬ、位置ＭＬ−位置Ｌ）毎に実測の蒸発率が異なる場合がある。
【００６７】
（ステップＳ１）演算部２５は、検知部２３１〜検知部２３５の出力に基づいて、液面が位置Ｈになるまで、容器４２内に低温液体５２を満たすように弁制御部２６を介して開閉弁３４を制御する。続けて、演算部２５は、検知部２３１〜検知部２３５の出力に基づいて、液面が位置Ｈになったことを検知したとき（時刻ｔ２１、検知手順）、弁制御部２６を介して開閉弁３４を閉じるように制御する。続けて、演算部２５は、位置Ｈに対応する液面の高さ、例えばＨ（ｍｍ）を記憶部２４が記憶する情報を用いて決定する。続けて、演算部２５は、決定した液面の高さＨ（ｍｍ）を報知部２７に出力する。
【００６８】
（ステップＳ２）演算部２５は、液面が位置Ｈから位置ＭＨの間（時刻ｔ２１〜ｔ２２）、記憶部２４が記憶する蒸発率の初期値（例えば１５ｍｍ／日、波形ｇ３１）を用いて液面の高さ（位置）を波形ｇ３２のように予測し（第１の予測手順）、予測した液面の高さを所定の時間毎に報知部２７に出力する。なお、所定の時間は、例えば１００ｍｓである。演算部２５は、位置Ｈから位置ＭＨの間において、蒸発率の初期値を用いた液面の高さの予測を行うと共に、検知部２３１〜検知部２３５の出力に基づいて、液面の高さの検出を継続する。時刻ｔ２２のとき、検知部２３４が液面を検知したら、演算部２５は、位置Ｈ〜位置ＭＨの間の蒸発率を演算し、演算した蒸発率を位置Ｈ〜位置ＭＨの間の一回目の蒸発率（実測値に基づく予測値）として記憶部２４に記憶させる。
【００６９】
（ステップＳ３）演算部２５は、液面の位置間（位置Ｈ〜位置ＭＨ、位置ＭＨ〜位置ＭＣ、位置ＭＣ〜位置ＭＬ、位置ＭＬ〜位置Ｌ）毎にステップＳ２の処理と同様に蒸発率の初期値を用いて液面の高さを予測し（第１の予測手順）、予測した液面の高さを所定の時間毎に報知部２７に出力する。続けて、演算部２５は、液面の位置間毎に液面を検知したら、蒸発率を演算し、演算した蒸発率を一回目の蒸発率として液面の位置間毎に記憶部２４に記憶させる。なお、演算部２５は、符号ｇ３４に示すように、時刻ｔ２２の実測値（点ｐ２）が始点になるように蒸発率の初期値をシフトする。すなわち、時刻ｔ２２以降、演算部２５は、実測値に基づく始点にシフトして補正した後の蒸発率の初期値を用いて、液面の高さの予測を継続する。従って、位置ＭＨ〜位置ＭＣにおける波形ｇ３２（実線）の傾きは、波形ｇ３１の傾きと同じである。
【００７０】
（ステップＳ４）演算部２５は、検知部２３１〜検知部２３５の出力に基づいて、液面の位置Ｌになったことを検知したとき（時刻ｔ２６、検知手順）、弁制御部２６を介して開閉弁３４を開くように制御する。続けて、演算部２５は、検知部２３１〜検知部２３５の出力に基づいて、液面の位置Ｈになったことを検知したとき（時刻ｔ２７）、弁制御部２６を介して開閉弁３４を閉じるように制御する。これにて、位置Ｌまで蒸発した低温液体を位置Ｈまで補充する。
【００７１】
（ステップＳ５）演算部２５は、再び液面が位置Ｈから位置Ｌまで蒸発する期間（時刻ｔ２７〜ｔ２８、二回目の処理）、記憶部２４に記憶させた一回目の蒸発率（実測値に基づく算出値）を用いて、液面の位置間毎に液面の高さを予測し（第２の予測手順）、予測した液面の高さを所定の時間毎に報知部２７に出力する。
【００７２】
なお、図７に示す例では、時刻ｔ２２のとき、演算部２５は、検知部２３１〜検知部２３５の出力に基づいて、液面が位置ＭＨになったことを検知する。このように、予測した液面より先に位置ＭＨを検知した場合、演算部２５は、時刻ｔ２２のときに液面位置がＭＨであることを報知部２７へ報知し、位置ＭＨよりシフトした蒸発率の初期値を用いて、再び液面の高さの予測を開始し、予測した液面の高さを報知部２７に出力する。
【００７３】
また、時刻ｔ２３のときは、蒸発率の初期値を用いた液面位置がＭＣに達しているが、位置ＭＣになったことが検出されていない。このため、演算部２５は、位置ＭＣになったことが検出される時刻ｔ２４まで待機する。時刻ｔ２３〜時刻ｔ２４の間、演算部２５は、液面の高さがＭＣであることを報知部２７に報知し続ける。すなわち、本実施形態では、隣接する測温抵抗体１１０間の液面の高さを低温液体５２の蒸発率の初期値（または時刻ｔ２７〜時刻ｔ２８のように算出値）を用いて予測したとき、検知された液面の高さと一致しない場合、検知した測温抵抗体１１０における液面の高さを優先する。
【００７４】
また、時刻ｔ２４〜時刻ｔ２５の間は、蒸発率の初期値と、実測値に基づいて算出した蒸発率の算出値とが一致している期間の例である。
また、時刻ｔ２６のとき、蒸発率の初期値を用いた予測より先に位置Ｌが検出されたため、演算部２５は、液面の高さの予測を終了する。
【００７５】
図３等に示したセンサー素子部１１を用いた場合、演算部２５が実測できる位置は、Ｈ、ＭＨ、ＭＣ、ＭＬおよびＬのみである。一回目の測定時に蒸発率の初期値を用いて、二回目の測定時に一回目の実測値に基づいて算出した蒸発率を用いて、実測可能な位置と位置との間を予測することで、演算部２５は、実測可能な位置と位置との間の液面の高さを報知することができる。例えば、位置Ｈ（ｍｍ）と、位置ＭＨ（ｍｍ）の場合、演算部２５は、蒸発率の初期値または算出値を用いて、Ｈ（ｍｍ）未満からＭＨ（ｍｍ）より大きい間の位置を予測する。
【００７６】
なお、本実施形態では、三回目、四回目と実測値が増えるに従い、予測される液面の精度を上げるために、それら実測値を更新していくことに加え、さまざまな統計処理を行うようにしてもよい。これにより、本実施形態では、凍結保存容器を長期間使用するにしたがって、予測される液面の高さの精度が向上し続けることが可能となる。
【００７７】
また、センサー素子部１１Ａのように７つの測温抵抗体１１０を備える場合、演算部２５は、位置がＨＨ〜ＬＬまで予測および実測するようにしてもよい。演算部２５は、液面が位置ＨＨ〜位置Ｈの範囲、または液面が位置Ｌ〜位置ＬＬの範囲にある場合に、警告を示す報知情報を報知部２７に報知するようにしてもよい。
【００７８】
＜断線や短絡への不具合回避制御＞
次に、演算部２５が、センサー素子部１１で断線や短絡が発生していることを検知する方法例を説明する。
検知部２３ｎそれぞれは、所定の時間（例えば１００ｍｓ）毎に、対応する測温抵抗体１１ｎの抵抗値を測定する。検知部２３ｎは、予め定められている抵抗値の範囲内の場合、測温抵抗体１１ｎが断線または短絡していないと検知する。検知部２３ｎは、予め定められている電圧値の範囲より大きい場合、測温抵抗体１１ｎの抵抗値が小さすぎるため、測温抵抗体１１ｎが短絡していると検知する。検知部２３ｎは、予め定められている電圧値の範囲より小さい場合、測温抵抗体１１ｎの抵抗値が大きすぎるため、測温抵抗体１１ｎが断線していると検知する。
なお、検知部２３ｎが検知結果として電圧値または抵抗値を出力する場合、演算部２５が断線または短絡の検知を行うようにしてもよい。
【００７９】
センサー素子部１１で断線や短絡が発生した場合の不具合を回避する制御例を、図８、図９と用いて説明する。
図８は、本実施形態に係るセンサー素子部１１で断線や短絡が発生した場合の不具合を回避する制御例を示す図である。図８において、横軸は時刻、縦軸は液面の位置を示している。また、波形ｇ４１は、低温液体５２の液面変化を示している。
また、図９は、本実施形態に係る本実施形態に係るセンサー素子部１１で断線や短絡が発生した場合の不具合を回避する制御処理のフローチャートである。
【００８０】
（ステップＳ１１、図８の時刻ｔ３１〜ｔ３２）検知部２３ｎ（ｎは１〜５の整数）それぞれは、所定の時間が経過したか否かを判別する。検知部２３ｎそれぞれは、所定の時間が経過したと判別した場合（ステップＳ１１；ＹＥＳ）、ステップＳ１２の処理に進め、所定の時間が経過していないと判別した場合（ステップＳ１１；ＮＯ）、ステップＳ１１の処理を繰り返す。
【００８１】
（ステップＳ１２、図８の時刻ｔ３１〜ｔ３２）検知部２３ｎそれぞれは、対応する測温抵抗体１１ｎが断線または短絡しているか否か判別する。
（ステップＳ１３、図８の時刻ｔ３１〜ｔ３２）検知部２３ｎぞれぞれは、ステップＳ１２の判別結果に基づいて、対応する測温抵抗体１１ｎが断線または短絡しているか否かを判別し、判別した結果を検知結果として演算部２５に出力する。続けて、演算部２５は、検知部２３ｎそれぞれの検知結果の中に１つでも断線または短絡していることを示す検知結果が含まれていた場合（ステップＳ１３；ＹＥＳ）、ステップＳ１４に処理を進める。演算部２５は、検知部２３ｎそれぞれの検知結果の中に１つでも断線または短絡していることを示す検知結果が含まれていない場合、すなわち全ての測温抵抗体１１０が断線または短絡していないと判別した場合（ステップＳ１３；ＮＯ）、ステップＳ１１に処理を戻す。
【００８２】
（ステップＳ１４、図８の時刻ｔ３２）演算部２５は、断線または短絡していると検知された測温抵抗体１１０に対する報知情報を生成して、生成した報知情報を報知部２７から報知する。
（ステップＳ１５、図８の時刻ｔ３２）演算部２５は、液面を位置Ｈ〜位置Ｌの間で保つ制御から、液面を位置Ｈに保つ制御に切り替える（図８の時刻ｔ３２）。
【００８３】
（ステップＳ１６、図８の時刻ｔ３２〜）演算部２５は、液面を位置Ｈになるまで弁制御部２６を介して低温液体５２を補充する。続けて、検知部２３ｎそれぞれは、ステップＳ１１と同様に所定の時間が経過したか否かを判別する。検知部２３ｎそれぞれは、所定の時間が経過したと判別した場合（ステップＳ１６；ＹＥＳ）、ステップＳ１７の処理に進め、所定の時間が経過していないと判別した場合（ステップＳ１６；ＮＯ）、ステップＳ１６の処理を繰り返す。
【００８４】
（ステップＳ１７、図８の時刻ｔ３２〜）検知部２３５は、液面を保ちたい位置Ｈの測温抵抗体１１５が断線または短絡しているか否か判別する。
（ステップＳ１８、図８の時刻ｔ３２〜）検知部２３５は、ステップＳ１７の判別結果に基づいて、測温抵抗体１１５が断線または短絡しているか否かを判別する。検知部２３５は、測温抵抗体１１５が断線または短絡していると判別した場合（ステップＳ１８；ＹＥＳ）、ステップＳ１９に処理を進める。検知部２３５は、測温抵抗体１１５が断線または短絡していないと判別した場合（ステップＳ１８；ＮＯ）、ステップＳ１６に処理を戻す。
【００８５】
（ステップＳ１９）演算部２５は、測温抵抗体１１５が断線または短絡していることを示す報知情報を生成して、生成した報知情報を報知部２７から報知する。この場合、演算部２５は、他の断線または短絡していない測温抵抗体１１０のうち、最も液面が高い位置に対応する位置に液面を保つように処理を切り替えるようにしてもよい。
【００８６】
なお、ステップＳ１３において、断線または短絡している測温抵抗体１１０が、液面を維持したい位置に対応するものである場合（例えば測温抵抗体１１５）、演算部２５は、断線または短絡を報知後（ステップＳ１４）、液面を保ちたい位置Ｈの次に高い位置ＭＨに保つように制御を切り替えるようにしてもよい。
また、ステップＳ１３において、断線または短絡している測温抵抗体１１０が、最も低い位置Ｌに対応するものである場合（例えば測温抵抗体１１１）、演算部２５は、断線または短絡を報知後（ステップＳ１４）、液面を位置Ｈ〜位置ＭＬの間で保つように制御を切り替えるようにしてもよい。
【００８７】
以上のように、本実施形態によれば、液面の高さをセンサー素子部１１によって検出するようにしたので、従来のようにセンサー内への氷霜や浮遊物の侵入によるフロートの引っ掛かりによる液面の誤検出や未検出が発生しない。このセンサー素子部１１を備える液面検出器１０を用いることで、凍結保存容器１における液面の誤検出、未検出をなくすことができる。被凍結保存物５４が細胞や細菌等の場合、このように凍結保存容器１における液面の誤検出、未検出をなくすことが重要である。これにより、本実施形態によれば、被凍結保存物５４を安定的に凍結保存することができる。
【００８８】
また、本実施形態によれば、複数の測温抵抗体１１０が温度条件によって抵抗値が変わるため、測温抵抗体１１０に任意の電流を流して、抵抗値を測定または電流値と電圧値を測定することにより抵抗値を計算し、その抵抗値の変化よって、液相もしくは気相の温度であることを認識し測温抵抗体１１０それぞれの位置に対応する液面の高さを検知することができる。
【００８９】
また、本実施形態では、固定ピン１５または１６が、クランプ１３または１４の第３の取付孔１３１または１４１と、センサー保護管１２の第２の取付孔１２４または１２５と、センサー素子部１１の第１の取付孔１１６または１１７と、を順に貫通して、クランプ１３または１４とセンサー保護管１２とセンサー素子部１１とを固定する。そして、本実施形態では、固定ピン１５または１６を取り付ける第３の取付孔１３１または１４１と第２の取付孔１２４または１２５の位置に基づいて、凍結保存容器（容器４２）への測温抵抗体１１０それぞれの取り付け位置を決定している。これにより、本実施形態によれば、クランプ１３または１４を支持部材４４に取り付ける位置を決めることで、検知したい液面の高さを決定することができる。この結果、本実施形態によれば、このような液面検出器１０を用いることで、凍結保存容器１における測温抵抗体１１０それぞれの位置に対応する液面の高さを検知することができる。
【００９０】
また、本実施形態では、測温抵抗体１１０の抵抗値が０度において１０００Ωであるようにしたので、抵抗値が一般的な１００Ωより大きい方が温度に対する分解能が高いので、精度の高い液面検出が可能となる。また、本実施形態では、抵抗値が一般的な１００Ωより発熱量が大きいため、測温抵抗体１１０への低温液体５２の凍結等をより防ぐことができる。
【００９１】
また、本実施形態では、図５に示した構成要素を備えるコントローラー２０を備え、演算部２５が、測温抵抗体１１０に対応する位置の液面の高さを検知し、さらに隣接する測温抵抗体１１０間の液面の高さを低温液体５２の蒸発率の初期値または実測値を用いて予測するようにした。これにより、本実施形態では、液面を連続的に検知または推測することができる。この結果、本実施形態によれば、被凍結保存物５４を安定的に凍結保存することができる。
【００９２】
また、本実施形態では、隣接する測温抵抗体１１０間の液面の高さを低温液体５２の蒸発率の初期値または実測値を用いて予測したとき、検知された液面の高さと一致しない場合、検知した測温抵抗体１１０における液面の高さを優先するようにした。これにより、本実施形態によれば、例えば図７の時刻ｔ２２のような場合であっても、適切に液面の高さを検知して報知することができる。
【００９３】
また、本実施形態では、測温抵抗体１１０の短絡や断線等によって対応する位置を検知できなくなった場合、低温液体５２の液面の最上部に設けられている測温抵抗体（例えば測温抵抗体１１５）を用いて、低温液体５２の液面を最上部で保持するように制御するようにした。これにより、例えば、測温抵抗体１１１〜１１４が故障した場合であっても、低温液体５２の液面を最上部で保持できるので、被凍結保存物５４を安定的に凍結保存することができる。
【００９４】
また、本実施形態のセンサーケーブル１７は、測温抵抗体１１０それぞれに個別に電流を供給するように接続されている。これにより、本実施形態によれば、測温抵抗体１１０の故障（短絡や断線）を測温抵抗体１１０毎に検知することができる。この結果、本実施形態によれば、測温抵抗体１１０のうち少なくとも１つが故障していることを検知した場合に、故障していることを報知し、さらに容器４２に貯蔵されている低温液体５２の液面の高さの保持方法を故障していない測温抵抗体１１０を用いて制御するように切り替えることができる。これにより、本実施形態によれば、被凍結保存物５４を安定的に凍結保存することができる。
【００９５】
なお、本発明におけるコントローラー２０の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより液面の高さの検知または測温抵抗体１１０の故障の検知を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）を備えたＷＷＷシステムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
【００９６】
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
【符号の説明】
【００９７】
１…凍結保存容器、１０…液面検出器、１１，１１Ａ…センサー素子部、１３，１４…クランプ、１５，１６…固定ピン、２０…コントローラー、２１…操作部、２２…抵抗体制御部、２４…記憶部、２５…演算部、２６…弁制御部、２７…報知部、３２…配管、３４…開閉弁、４２…容器、４４…支持部材、５２…低温液体、５４…被凍結保存物、６２…低温液体供給源、１１０〜１１５，１１８，１１９，１１０Ａ…測温抵抗体、１１６，１１７，１２４，１２５，１３１，１３２…取付孔、ＨＨ，Ｈ，ＭＨ，ＭＣ，ＭＬ，Ｌ，ＬＬ…液面の高さに対応する位置、ｐ１〜ｐ１０…実測値、ｇ３１…蒸発率の初期値による液面推移の波形、ｇ３２…蒸発率の初期値に基づいた予測される液面推移の波形、ｇ３３…一回目の実測値に基づいて算出された蒸発率による液面推移の波形、ｇ３５…一回目の実測値に基づいた蒸発率により予測される液面推移の波形、ｇ３６…二回目の実測値に基づいて算出された蒸発率による液面推移の波形
【図１】
2017219522.tif 000003
【図２】
2017219522.tif 000004
【図３】
2017219522.tif 000005
【図４】
2017219522.tif 000006
【図５】
2017219522.tif 000007
【図６】
2017219522.tif 000008
【図７】
2017219522.tif 000009
【図８】
2017219522.tif 000010
【図９】
2017219522.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成28年11月7日(2016.11.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
凍結保存容器内の低温液体の液面を測定する液面検出器であって、
前記低温液体を検知すべき複数の液面高さに対応する位置それぞれに測温抵抗体それぞれを備えるセンサー素子部と、
前記センサー素子部を保護するセンサー保護管と、
前記センサー素子部に通電するためのセンサーケーブルと、
を備え、
前記センサー素子部は、第１の取付孔を備え、
前記センサー保護管は、第２の取付孔を備え、
第３の取付孔を備え、前記センサー保護管を前記凍結保存容器に固定するためのクランプと、
前記クランプの第３の取付孔と、前記センサー保護管の前記第２の取付孔と、前記センサー素子部の前記第１の取付孔と、を順に貫通して、前記クランプと前記センサー保護管と前記センサー素子部とを固定する固定ピン、
を備え、
固定ピンを取り付ける前記第１の取付孔と前記第２の取付孔の位置に基づいて、前記凍結保存容器への前記測温抵抗体それぞれの取り付け位置を決定する、液面検出器。
【請求項２】
凍結保存容器内の低温液体の液面を測定する液面検出器であって、
前記低温液体を検知すべき複数の液面高さに対応する位置それぞれに測温抵抗体それぞれを備えるセンサー素子部と、
前記センサー素子部を保護するセンサー保護管と、
前記センサー素子部に通電するためのセンサーケーブルと、
を備え、
前記センサー素子部は、第１の取付孔を備え、
前記センサー保護管は、第２の取付孔を備え、
前記センサー保護管と前記センサー素子部とを固定する固定ピンであって、前記固定ピンを取り付ける前記第１の取付孔と前記第２の取付孔の位置に基づいて、前記凍結保存容器への前記測温抵抗体それぞれの取り付け位置を決定する、液面検出器。
【請求項３】
第３の取付孔を備え、前記センサー保護管を前記凍結保存容器に固定するためのクランプ、
を備え、
前記固定ピンは、前記クランプの第３の取付孔と、前記センサー保護管の前記第２の取付孔と、前記センサー素子部の前記第１の取付孔と、を順に貫通して、前記クランプと前記センサー保護管と前記センサー素子部とを固定する、請求項２に記載の液面検出器。
【請求項４】
前記センサー保護管は、
下面が塞がれており、下部側面に前記低温液体を流入させる開口部と、上部側面に気化した前記低温液体を流出させる開口部と、を備える、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の液面検出器。
【請求項５】
前記測温抵抗体それぞれの抵抗値が０度において１０００オームである、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の液面検出器。
【請求項６】
前記低温液体に浸漬または近傍の気相に配置することで被凍結保存物を凍結保存するための凍結保存容器であって、
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の液面検出器と、
前記低温液体を供給する配管と、
前記配管に設けられた開閉弁と、
前記測温抵抗体それぞれの故障を検知する検知部と、前記測温抵抗体それぞれに電流を流す抵抗体駆動部と、前記測温抵抗体それぞれの抵抗値を演算する演算部と、前記開閉弁の開閉信号を制御する弁制御部と、液面高さを報知する報知部と、を備えるコントローラーと、
を備える凍結保存容器。
【請求項７】
請求項６に記載の凍結保存容器に貯蔵される前記低温液体の液面の高さを検出する液面検出方法であって、
前記演算部が、前記測温抵抗体それぞれの抵抗値を演算した結果に基づいて、前記測温抵抗体それぞれを備える位置における液面の高さそれぞれを検出する検知手順と、
前記演算部が、前記凍結保存容器内に被凍結保存物が保存されていないときの前記低温液体の自然蒸発率を用いて、複数の前記測温抵抗体のうち隣接する２つの前記測温抵抗体間の液面の高さを予測する第１の予測手順と、
前記演算部が、前記検知手順で検知した結果に基づいて、複数の前記測温抵抗体のうち隣接する２つの前記測温抵抗体間の液面の高さを予測する第２の予測手順と、
を含む液面検出方法。
【請求項８】
前記演算部が、前記第１の予測手順または前記第２の予測手順において予測した前記測温抵抗体における液面の高さと、前記検知手順で検知した前記測温抵抗体における液面の高さとが一致しない場合、前記検知手順で検知した前記測温抵抗体における液面の高さを優先する、請求項７に記載の液面検出方法。
【請求項９】
前記第２の予測手順において、前記検知手順で検知した結果を繰り返し更新、または統計処理を行う、請求項７または請求項８に記載の液面検出方法。
【請求項１０】
前記センサー素子部において、前記凍結保存容器に貯蔵される前記低温液体の液面の高さ方向に、複数の前記測温抵抗体が設けられ、
前記演算部が、前記低温液体の液面の下限を測定する前記測温抵抗体が、前記低温液体の液面を検知できなくなった場合、前記低温液体の液面の最上部に設けられている前記測温抵抗体を用いて、前記低温液体の液面を前記最上部で保持するように制御する、請求項７から請求項９のいずれか１項に記載の液面検出方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
（１）上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る液面検出器は、凍結保存容器内の低温液体の液面を測定する液面検出器であって、前記低温液体を検知すべき複数の液面高さに対応する位置それぞれに測温抵抗体それぞれを備えるセンサー素子部と、前記センサー素子部を保護するセンサー保護管と、前記センサー素子部に通電するためのセンサーケーブルと、を備え、前記センサー素子部は、第１の取付孔を備え、前記センサー保護管は、第２の取付孔を備え、第３の取付孔を備え、前記センサー保護管を前記凍結保存容器に固定するためのクランプと、前記クランプの第３の取付孔と、前記センサー保護管の前記第２の取付孔と、前記センサー素子部の前記第１の取付孔と、を順に貫通して、前記クランプと前記センサー保護管と前記センサー素子部とを固定する固定ピン、を備え、固定ピンを取り付ける前記第１の取付孔と前記第２の取付孔の位置に基づいて、前記凍結保存容器への前記測温抵抗体それぞれの取り付け位置を決定する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
（２）上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る液面検出器は、凍結保存容器内の低温液体の液面を測定する液面検出器であって、前記低温液体を検知すべき複数の液面高さに対応する位置それぞれに測温抵抗体それぞれを備えるセンサー素子部と、前記センサー素子部を保護するセンサー保護管と、前記センサー素子部に通電するためのセンサーケーブルと、を備え、前記センサー素子部は、第１の取付孔を備え、前記センサー保護管は、第２の取付孔を備え、前記センサー保護管と前記センサー素子部とを固定する固定ピンであって、前記固定ピンを取り付ける前記第１の取付孔と前記第２の取付孔の位置に基づいて、前記凍結保存容器への前記測温抵抗体それぞれの取り付け位置を決定する。
（３）また、本発明の一態様に係る液面検出器において、第３の取付孔を備え、前記センサー保護管を前記凍結保存容器に固定するためのクランプ、を備え、前記固定ピンは、前記クランプの第３の取付孔と、前記センサー保護管の前記第２の取付孔と、前記センサー素子部の前記第１の取付孔と、を順に貫通して、前記クランプと前記センサー保護管と前記センサー素子部とを固定するようにしてもよい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
（４）また、本発明の一態様に係る液面検出器において、前記センサー保護管は、下面が塞がれており、下部側面に前記低温液体を流入させる開口部と、上部側面に気化した前記低温液体を流出させる開口部と、を備えるようにしてもよい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
（５）また、本発明の一態様に係る液面検出器において、前記測温抵抗体それぞれの抵抗値が０度において１０００オームであるようにしてもよい。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
（６）上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る凍結保存容器は、前記低温液体に浸漬または近傍の気相に配置することで被凍結保存物を凍結保存するための凍結保存容器であって、（１）から（５）のいずれか１つに記載の液面検出器と、前記低温液体を供給する配管と、前記配管に設けられた開閉弁と、前記測温抵抗体それぞれの故障を検知する検知部と、前記測温抵抗体それぞれに電流を流す抵抗体駆動部と、前記測温抵抗体それぞれの抵抗値を演算する演算部と、前記開閉弁の開閉信号を制御する弁制御部と、液面高さを報知する報知部と、を備えるコントローラーと、を備える。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
（７）上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る液面検出方法は、（６）に記載の凍結保存容器に貯蔵される前記低温液体の液面の高さを検出する液面検出方法であって、前記演算部が、前記測温抵抗体それぞれの抵抗値を演算した結果に基づいて、前記測温抵抗体それぞれを備える位置における液面の高さそれぞれを検出する検知手順と、前記演算部が、前記凍結保存容器内に被凍結保存物が保存されていないときの前記低温液体の自然蒸発率を用いて、複数の前記測温抵抗体のうち隣接する２つの前記測温抵抗体間の液面の高さを予測する第１の予測手順と、前記演算部が、前記検知手順で検知した結果に基づいて、複数の前記測温抵抗体のうち隣接する２つの前記測温抵抗体間の液面の高さを予測する第２の予測手順と、を含む。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
（８）また、本発明の一態様に係る液面検出方法において、前記演算部が、前記第１の予測手順または前記第２の予測手順において予測した前記測温抵抗体における液面の高さと、前記検知手順で検知した前記測温抵抗体における液面の高さとが一致しない場合、前記検知手順で検知した前記測温抵抗体における液面の高さを優先するようにしてもよい。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
（９）また、本発明の一態様に係る液面検出方法において、前記第２の予測手順において、前記検知手順で検知した結果を繰り返し更新、または統計処理を行うようにしてもよい。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
（１０）また、本発明の一態様に係る液面検出方法は、前記センサー素子部において、前記凍結保存容器に貯蔵される前記低温液体の液面の高さ方向に、複数の前記測温抵抗体が設けられ、前記演算部が、前記低温液体の液面の下限を測定する前記測温抵抗体が、前記低温液体の液面を検知できなくなった場合、前記低温液体の液面の最上部に設けられている前記測温抵抗体を用いて、前記低温液体の液面を前記最上部で保持するように制御するようにしてもよい。