JP2004028516A - 保存装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】蒸発した窒素を再利用でき、しかも常に所定温度以下に冷却できるようにした保存装置を提供する。
【解決手段】ボンベと、このボンベから液体窒素が供給る保存槽とを備えた保存装置において、スターリング冷凍機と前記保存槽外に形成した凝縮室とを備え、この凝縮室の気相部と前記保存槽の気相部とつなぐと共に、この凝縮室の液相部と前記保存槽の液相部とをつなぎ、前記スターリング冷凍機の冷却部を前記凝縮室に配置したので、保存槽で蒸発した窒素は、凝縮室で再びスターリング冷凍機の冷却部で冷却されて液化するので、この液化した窒素を保存槽の冷却に再利用することができる。しかも、スターリング冷凍機のメンテナンス時には、液体窒素で、保存槽を冷却できるので、保存槽内の検体を、常に所定温度以下に冷却することができるものである。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生物学的保存検体、例えば、凍結細胞、組織細胞、精子、卵子などを長期にわたって、凍結保存する保存装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液体窒素（ＬＮ２）を使用した保存装置は、特開平１０−２４３９５１号公報に記載されたものがある。
【０００３】
この公報に記載された保存装置では、液体窒素ボンベ中に凍結保存するもの（例えば、前記生物学的保存検体）を漬け、凍結保存するものであった。
【０００４】
液体窒素を用いる場合、液体窒素の蒸発温度が−１８９℃であるので、この温度近くまで、温度を低下させて保存することができ、生物学的検体などを長期に凍結保存できるものである。
【０００５】
また、この保存装置と同種のものでは、液体窒素の供給される保存槽と、この保存槽に液体窒素を供給するボンベとを備えた保存装置が知られており、この保存装置では、保存槽内の液体窒素が蒸発して所定量以下になると自動的に液体窒素が供給されるものも知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前述したような保存装置では、液体窒素の蒸発潜熱で凍結保存温度を保持していることから、蒸発した窒素を回収したりせずそのままにしているため、液体窒素の消費量が多く、経済的に負担が大きい点が欠点となっていた。
【０００７】
また、前述したように、蒸発した分を液体窒素のボンベから自動的に供給されるようにしたものでは、定期的に、ボンベへ液体窒素を補給しなければならず、これを、１度でも怠ると保存槽内に保存されている前記検体の温度が上昇し、最悪の場合は、検体が死滅してしまう。このため、液体窒素の補給作業は保管者にとって大変面倒な作業（欠点）になっている。
【０００８】
そこで、上記２つの欠点を補い、保存される検体の安全性を確保できるようにした保存装置を開発したい。
【０００９】
本発明は、係る従来の欠点を解決するために成されたものであり、蒸発した窒素を再利用でき、しかも常に所定温度以下に冷却できるようにした保存装置を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、液体窒素が充填されたボンベと、このボンベから液体窒素が供給されて、収納された生物学的検体を冷却し保存する保存槽とを備えた保存装置において、スターリング冷凍機またはギホードマクマホンサイクル利用の冷凍機及び前記保存槽外に形成した凝縮室を備え、この凝縮室の気相部と前記保存槽の気相部とつなぐと共に、この凝縮室の液相部と前記保存槽の液相部とをつなぎ、前記冷凍機の冷却部を前記凝縮室に配置したものである。
【００１１】
また、前記凝縮室に圧力検知器を配置し、この検知器の検知値が所定値以上のときに前記冷凍機を運転するようにしたものである。
【００１２】
また、前記凝縮室の液相部を前記保存槽の液相部より高位置に設定したものである。
【００１３】
また、前記凝縮室には、この凝縮室の内外をつなぐガス放出路を備え、このガス放出路には前記凝縮室が危険圧力以上になるとこのガス放出路の流路を開く安全弁を設けたものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１は、本発明の保存装置の説明図で、この保存装置１は、生物学的保存検体（例えば、凍結細胞、組織細胞、精子、卵子など）Ｘを−１８０℃以下に冷却し、長期にわたって、保存するものである。
【００１６】
このこの保存装置１は、主に断熱されたステンレスなどの金属槽を備えた保存槽２、ＬＮ２コンテナ３、凝縮室４、スターリング冷凍機５で構成されている。
【００１７】
ＬＮ２コンテナ３には、液体窒素の充填されたボンベ６が配置されている。
【００１８】
また、３１はボンベ６の圧力を示す圧力計、３２はガス放出路、３３は異常な高圧時に開かれる安全弁である。
【００１９】
保存槽２は、前記検体Ｘが−１８０℃以下に保存される保存室７が形成された保存槽本体８と、蓋９とで構成されている。この本体８と蓋９とは、外部からの熱の流入がほとんどないようにするために、断熱材が多量に使われている。
【００２０】
この保存室７にはボンベ６から延びる液体窒素の供給管１０がつながれており、また液面センサー１１が配置されている。この液面センサー１１より液体窒素量が低下した場合、供給管１０の開閉バルブ（電磁弁）１２が自動的に開かれて液体窒素が供給管１０を介して供給されるものである。
【００２１】
１３は凝縮室３の上部の気相部と、保存槽２の上部の気相部とをつなぐ管、１４は凝縮室３の下部の液相部と、保存槽の下部の液相部とをつなぐ管、１５は凝縮室３の内外をつなぐガス放出管（ガス放出路）、１６はこのガス放出管に設けられた安全弁で、前記凝縮室３が所定の危険圧力以上になると、つまり、圧力センサー１７が異常に高い危険圧力を検知すると、このセンサー１７に連動してこのガス放出管１５の流路を開くものである。
【００２２】
スターリング冷凍機５はヘリウムガスを作動媒体としており、その蒸発部として働く冷却部１８は−２００℃以下まで冷却されるものである。この冷却部１８凝縮室３に配置されているため、蒸発した窒素をこの凝縮室３で凝縮できるものである。尚、この冷却部１８は、凝縮室３に直接配置されていても、熱が伝わるように間接的に配置されていても構わない。
【００２３】
また、１９はスターリング冷凍機５の放熱部、２０は送風機である。
【００２４】
このように構成された保存装置１では、次に説明するように動作する。
【００２５】
保存室７内の液体窒素の液面が所定の高さ未満になると、液面センサー１１に連動した開閉バルブ１２が開かれて液体窒素の液面がほぼ液面センサー１１の設置位置に制御される。
【００２６】
保存室７内の液体窒素は、前記検体Ｘの熱を奪って気化し、この検体を−１８０℃以下になるように凍結保存する。そして、気化した窒素の一部は管１３を通って凝縮室４にも流れる。
【００２７】
凝縮室４に気化した窒素が流れると、凝縮室４の圧力が徐々に上昇し、この圧力を圧力センサー１７が検知し、所定の圧力以上を検知するとスターリング冷凍機５が運転される（図２参照）。スターリング冷凍機５が運転されると、冷却部１８で窒素ガスが冷却されて、窒素ガスの一部が液化する。凝縮室４の液相部は前記保存室７の液相部より高位置に設定されているので、凝縮室４で液化した窒素は、管を１４通って自重により自然に保存室７の液相部に戻ることになる。
【００２８】
このように、従来、保存槽２外に自然放出し、回収や再利用を考えていなかった窒素ガスを、再びスターリング冷凍機５の冷却部１８で液化させ、再利用しているので、液体窒素の消費量を低減させることができ、保存装置１のランニングコストを安価にすることができる。
【００２９】
また、液体窒素の消費量を低減できるので、ボンベへの窒素の充填作業や交換作業の回数を低減させることができ、保存装置１使用の際の手間を軽減することもできる。
【００３０】
しかも、凝縮室４の液相部を前記保存室７の液相部より高位置に設定したので、液化した窒素を自重により自然に保存室７の液相部に戻すことができ、ポンプなどの駆動源を必要とせず、安価な構成とすることができる。
【００３１】
保存装置１を使用していると、極めてまれではあるが、凝縮室４の圧力が異常に上昇することも考えられる。この場合、圧力センサー１７がこの以上の圧力を検知すると、このセンサー１７に連動した安全弁１６が開かれ（図２参照）、凝縮室４内の圧力を所定値以下に保つものである。尚、この安全弁１６が開かれた際に、異常な圧力上昇が生じたことを、表示器や警報音などで報知するように保存装置１を構成しても構わない。
【００３２】
また、スターリング冷凍機５は、数ヶ月（例えば、３〜６ヶ月）に一度、機械を停止して、定期的に冷凍回路中に蓄積したワックス化した潤滑オイルを除去しなければならないメンテナンス作業を必要とする（後述するＧＭ冷凍機も同様にメンテナンス作業を必要とする）。
【００３３】
このメンテナンス作業時には、窒素ボンベ６からの液体窒素で検体Ｘを−１８０℃より温度が上昇しないように冷却できるので、検体Ｘの温度が上昇することを抑えることができるものである。もちろん、メンテナンス作業前に必要な窒素がボンベ６内にあることを確認してから、メンテナンス作業に入る必要がある。
【００３４】
このように、この保存装置１を用いると、メンテナンス作業以外のスターリング冷凍機５の運転可能なときは、蒸発した窒素を再凝縮させて窒素の消費を抑えながら検体Ｘを冷却して冷凍保存でき、メンテナンス作業時のスターリング冷凍機５の運転不可能なときには、従来通り液体窒素の供給によって検体Ｘを冷却して冷凍保存できるもので、窒素ボンベ６とスターリング冷凍機５とで検体の冷却を途切れることなく常に−１８０℃以下に冷却できるものである。
【００３５】
このため、検体を一時的に温度上昇させて、保存の品質を劣化させることも極力防止することができる。
【００３６】
例えば、従来、畜産業などで、精子や受精卵を保存し、再解凍して調べてみると、−８０℃〜−１５０℃の温度で保存したものと、−１８０℃以下で保存したものとで、保存温度の差による解凍細胞の受精卵の生存率に差が生じることがわかっている。また、−１８０℃以下で保存していたものが、一時的に−８０℃〜−１５０℃に温度が上昇すると、−８０℃〜−１５０℃の温度で保存したものと同様の結果になる。その真の原因は、不明である。しかし、バイオテクノロジーにおけるＥＳ細胞（胚性幹細胞）の保存など、−１８０℃以下の保存槽の需要の増加は見込まれている。本発明の保存装置は、このような、常に−１８０℃以下に凍結保存する必要のあるものの保存に適している。
【００３７】
尚、この実施の形態では、スターリング冷凍機を用いた例で説明したが、蒸発した窒素を凝縮させることのできる冷凍機であれば良く、例えば、ギホードマクマホンサイクル利用の冷凍機（ＧＭ冷凍機）を用いても構わない。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明によれば、液体窒素が充填されたボンベと、このボンベから液体窒素が供給されて、収納された生物学的検体を冷却し保存する保存槽とを備えた保存装置において、スターリング冷凍機またはギホードマクマホンサイクル利用の冷凍機及び前記保存槽外に形成した凝縮室を備え、この凝縮室の気相部と前記保存槽の気相部とつなぐと共に、この凝縮室の液相部と前記保存槽の液相部とをつなぎ、前記冷凍機の冷却部を前記凝縮室に配置したので、保存槽で蒸発した窒素は、凝縮室で再びスターリング冷凍機の冷却部で冷却されて液化するので、この液化した窒素を保存槽の冷却に再利用することができる。しかも、前記冷凍機のメンテナンス時には、液体窒素で、保存槽を冷却できるので、保存槽内の検体を、常に所定温度以下に冷却することができるものである。
【００３９】
また、請求項２に記載の発明によれば、前記凝縮室に圧力検知器を配置し、この検知器の検知値が所定値以上のときに前記冷凍機を運転するようにしたので、圧力が所定値以上に上昇し、蒸発した窒素を凝縮させる必要の生じたときに、冷凍機を運転させることができるので、保存槽を少ない運転エネルギーで冷却することができる。
【００４０】
また、請求項３に記載の発明によれば、前記凝縮室の液相部を前記保存槽の液相部より高位置に設定したので、凝縮し液化した窒素を自重により自然に保存槽内に戻すことができ、ポンプなどを必要としないため保存装置を安価にすることができる。
【００４１】
また、請求項４に記載の発明によれば、前記凝縮室には、この凝縮室の内外をつなぐガス放出路を備え、このガス放出路には前記凝縮室が所定圧力以上になるとこのガス放出路の流路を開く安全弁を設けたので、凝縮室の圧力が危険圧力にならないように制御して凝縮室の損傷を極力防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の保存装置を示す説明図である。
【図２】この保存装置の動作を示す説明図である。
【符号の説明】
１　　　　保存装置
２　　　　保存槽
４　　　　凝縮室
５　　　　スターリング冷凍機
６　　　　ボンベ
１３　　　管
１４　　　管
１５　　　ガス放出管（ガス放出路）
１６　　　安全弁
１７　　　圧力検知器
１８　　　冷却部
Ｘ　　　　生物学的検体

Claims (4)

  1. 液体窒素が充填されたボンベと、このボンベから液体窒素が供給されて、収納された生物学的検体を冷却し保存する保存槽とを備えた保存装置において、スターリング冷凍機またはギホードマクマホンサイクル利用の冷凍機及び前記保存槽外に形成した凝縮室を備え、この凝縮室の気相部と前記保存槽の気相部とつなぐと共に、この凝縮室の液相部と前記保存槽の液相部とをつなぎ、前記冷凍機の冷却部を前記凝縮室に配置したことを特徴とする保存装置。
  2. 前記凝縮室に圧力検知器を配置し、この検知器の検知値が所定値以上のときに前記冷凍機を運転することを特徴とする請求項１または２に記載の保存装置。
  3. 前記凝縮室の液相部を前記保存槽の液相部より高位置に設定したことを特徴とする請求項１に記載の保存装置。
  4. 前記凝縮室には、この凝縮室の内外をつなぐガス放出路を備え、このガス放出路には前記凝縮室が危険圧力以上になるとこのガス放出路の流路を開く安全弁を設けたことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の保存装置。
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