JP2011502237A5

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Publication number: JP2011502237A5
Application number: JP2010530170A
Authority: JP
Filing date: 2008-10-20
Publication date: 2011-12-08

Description

ある様態で、本発明は二相冷却剤を生成するシステムを提供する。このシステムは、第一容器、第一容器からの第一流体を受けるように結合されたホモジナイザー、第一容器から前記ホモジナイザーへの第一流体の流れをコントロールするように配置された弁、及びホモジナイザーへ第二流体を放出するように結合された第二容器を含む。第一容器は、第一流体を第一流体の大気圧での凝固点よりも低い温度に維持するように構成され、第一流体が第一容器から放出されたとき実質的に瞬時的に第一流体の凍結を生ずる十分に高い圧力レベルに加圧される。第二容器は、第二流体を第一流体の大気圧での凝固点よりも低い温度に維持するように構成される。ホモジナイザーは生成された冷却剤の放出のための開口を含む。
好適形態によれば、前記システムは前記ホモジナイザーの出口と第二容器との間に加圧器を含み、更にポンプを含んでよい。

別の様態で、本発明は二相冷却剤などの冷却剤を生成する方法を提供する。この方法は、大気圧凍結点より低い温度に冷却された第一流体を加圧容器から放出することによって生成される微粒子化された固体を第一流体の大気圧凍結点より低い温度に冷却されたキャリア流体と混合すること、及び前記容器から放出されると第一流体の実質的に瞬時的な凍結を引き起こす十分に高い圧力に前記容器内の圧力を維持することを含む。換言すれば、この方法は、加圧された容器から大気圧での凝固点よりも低い温度に冷却された第一流体を、第一流体の大気圧での凍結点より低い温度に冷却されたキャリア流体と共に放出することによって生成される微粒子状の固体を混合することを含む。容器における圧力は、容器から放出されたときに第一流体の実質的に瞬時的な凍結を生ずる十分に高い圧力であることが好ましい。いくつかの様態では、微粒子状の固体は氷である。第一流体又はキャリア流体は水性又は非極性流体であってよい。水性流体は、生理的に適合する緩衝剤であってもよく、又は一つ以上の塩、糖、生体分子、界面活性剤、又は乳化剤を含んでよい。

本発明はまた、被験体に低体温状態を誘発する方法を提供する。この方法は、被験体に医薬的に受容される微粒子二相冷却剤をその被験体に低体温状態を誘発するのに十分な量で投与するステップを含む。被験体はどんな動物であってもよいが、好ましくは人間である。低体温状態は組織的もしくは全身的であっても、体の一つ以上の特定器官、組織、場所、空洞部分、スペース、又は領域に局所化されたものであってもよい。
前記微粒子二相冷却剤は、上述の方法により生成されることを含む。

本発明はさらに、傷みやすい物品を冷却する方法を提供する。この方法は、微粒子二相冷却剤を生成すること及び傷みやすい物品をその冷却剤に曝露することを含む。傷みやすい物品は、食品又は飲料、化学物質、薬品、又は医薬化合物又は組成物、細胞、組織、生体流体、器官などである。
前記微粒子二相冷却剤は、上述の方法により生成されることを含む。

本発明はさらに、装置を冷却する方法を提供する。いくつかの好ましい様態で、前記装置は武器もしくは兵器である。この方法は、微粒子二相冷却剤を生成すること及び装置をその冷却剤に曝露することを含む。兵器の例としては銃、大砲、レーザー兵器などがある。
前記微粒子二相冷却剤は、上述の方法により生成されることを含む。

部屋を冷却する方法も提供される。そのような方法は、微粒子二相冷却剤を生成すること、空気をその冷却剤に曝露すること、及び冷却された空気を少なくとも一つの部屋全体に循環させることを含む。
前記微粒子二相冷却剤は、上述の方法により生成されることを含む。

別の様態で、本発明は二相、固体−液体冷却剤の冷却能力を決定するシステムを提供する。既知熱伝達特性を有する所定長の導管が所定流量での二相、固体−液体冷却剤の流れを受ける。前記導管の内部を流れる冷却剤に熱を伝達するように熱源が配置される。冷却剤への熱伝達及び冷却剤の温度を冷却剤が導管内部を通って移動する距離の関数として測定するために少なくとも一つの熱流束センサと少なくとも一つの温度センサが導管に配置される。温度センサと熱流束センサに結合されたエレクトロニクスが導管で測定された冷却剤への熱伝達と冷却剤温度の変化を用いて冷却剤の冷却能力を計算する。
換言すれば、このシステムは、内部と外部を有し知られた熱伝達特性を有する導管であって、前記導管内部を介して所定の容積流量での二相、固体−液体冷却剤が流れるための入口と出口を有する導管、および前記導管の内部を通って流れる前記冷却剤に熱を供給するように配置された熱源を含み、前記導管は、前記冷却剤が前記導管を移動する距離の関数として前記冷却剤への熱伝達を検知するように配置された少なくとも一つの熱流束センサを有し、前記冷却剤が前記導管を移動する距離の関数として前記冷却剤の温度を検知するように配置された少なくとも一つの温度センサを有し、且つ前記冷却剤の冷却能力を決定するために前記温度センサ及び前記熱流束センサに結合されたエレクトロニクスを含む。
好適形態によれば、前記冷却剤の冷却能力は前記冷却剤の熱伝達と温度変化を冷却剤の固体空隙率及び固体粒子サイズに関連づけることによって決定され、前記冷却剤が氷と水のスラリーを含み、前記導管外部は一定温度に維持されるように構成され、前記導管内部は、前記導管内部の断面内で前記冷却剤の固体相と液体相の実質的に均一な分布を維持し、または前記熱流束センサ及び前記温度センサに結合されるエレクトロニクスは半導体装置を含んでよい。

別の様態で、本発明は二相、固体−液体冷却剤の冷却能力を決定する方法を提供する。内部と外部を有し既知熱伝達特性を有する所定長の導管を通って流れる所定流量の二相、固体−液体冷却剤の流れに熱が伝達される。導管内の冷却剤の流れへの熱伝達と冷却剤温度が導管を通って冷却剤が移動する距離の関数として測定される。冷却剤の冷却能力は、測定された熱伝達と冷却剤温度を用いて計算される。
即ち、二相、固体−液体冷却剤の冷却能力を決定する方法は、内部と外部を有し知られた熱伝達特性を有する所定長の導管を通る二相、固体−液体冷却剤の所定体積の流れに熱を伝達する工程、前記導管における前記冷却剤の流れへの熱伝達を前記導管を通って前記冷却剤が移動する距離の関数として測定する工程、前記導管における前記冷却剤の温度を前記導管を通って前記冷却剤が移動する距離の関数として測定する工程、及び前記測定された熱伝達及び冷却剤温度を用いて前記冷却剤の冷却能力を計算する工程を含む。
好適形態によれば、前記方法は、前記冷却剤が氷と水のスラリーを含み、前記導管外部を一定の温度に維持することを更に含み、または前記導管内部の断面内で前記冷却剤の固体相と液体相の実質的に均一な分布を維持することを更に含んでよい。

別の様態では、二相、固体−液体冷却剤における固体空隙率と固体粒子サイズを検出する方法が提供される。内部と外部を有し既知熱伝達特性を有する所定長の導管を通って流れる所定流量の二相、固体−液体冷却剤に熱が伝達される。導管内の冷却剤の流れへの熱伝達と導管内の冷却剤の温度が、導管を通って冷却剤が移動する距離の関数として測定される。測定された熱伝達と冷却剤温度が冷却剤の固体空隙率と固体粒子サイズに関連付けられ、冷却剤の固体空隙率と固体粒子サイズが計算される。
即ち、二相、固体−液体冷却剤における固体空隙率と固体粒子サイズを検出するこの方法は、内部と外部を有し知られた熱伝達特性を有する所定長の導管を通る二相、固体−液体冷却剤の所定体積の流れに熱を伝達する工程、前記導管における前記冷却剤の流れへの前記熱伝達を前記導管を通って前記冷却剤が移動する距離の関数として測定する工程、前記導管における前記冷却剤の温度を前記導管を通って前記冷却剤が移動する距離の関数として測定する工程、前記測定された熱伝達と冷却剤温度を前記冷却剤の固体空隙率及び固体粒子サイズと関連づける工程、及び前記冷却剤の固体空隙率及び固体粒子サイズを計算する工程を含む。

本発明はまた、氷スラリーなどの二相冷却剤を生成するシステム及び装置を提供する。ある様態では、氷スラリーを生成するシステムであって、市販されている0.45%, 0.9%, 又は3.0%生理的食塩水などの低濃度の塩水、ドライアイス又は圧縮ガスなどの冷却剤、低濃度塩水の凍結温度をコントロールするように構成された熱交換器、及び塩水が凍結したときに生ずる氷スラリーを加熱するように配置された熱源を含むシステムが提供される。
即ち、この形態による氷スラリー生成システムは、低濃度塩水溶液源、冷却剤源、前記低濃度塩水溶液の凍結温度をコントロールするように構成された熱交換器、及び前記氷スラリーに熱を供給するように配置された熱源を含み、前記熱源は氷結晶をなめらかにするように構成される。
熱交換器は二つの同心管を含み、内部の管は氷スラリーを生成するように構成され、外部の管は内側の管を冷却して低濃度塩水の一部が凍結することを可能にする冷却剤を含むように構成され、その結果、液相と固相（凍結した相）の低濃度塩水から成る氷スラリーが得られる。氷スラリーは、約0.001%、5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%、又はそれ以上の固相の氷を含む。熱交換器は、円環ヒートパイプなどのヒートパイプを含むものであってよい。
好適形態によれば、前記低濃度塩水溶液が生理的食塩水溶液であり、前記生理的食塩水溶液は0.45%食塩水溶液であり、または前記生理的食塩水溶液は3.0%食塩水溶液であってよい。好適形態によれば、前記冷却剤がドライアイス又は圧縮気体であり、前記圧縮気体は窒素である。前記熱交換器は二つの同心管を含み、内部の管は前記低濃度塩水溶液が流れる管孔を含み、外部の管は、内側の管を含み前記冷却剤を含む管孔を含んでよい。好ましくは、前記低濃度塩水溶液の一部分は前記熱交換器内で凍結し、残りの前記低濃度塩水溶液は液体状態を維持する。好適には、前記氷スラリーは、約30%から約70%までの氷を含み、更に好適には、約40%から約60%までの氷を含み、更に好適には、約50%から約50%までの氷を含む。

いくつかの様態では、氷スラリーを生成する装置は、少なくとも一つの冷却剤を含み低濃度塩水などの流体の凍結温度をコントロールするように構成された熱交換器を含むハウジング、駆動シャフトであってその駆動シャフトに結合した少なくとも一つのスクレイパー・ブレードを回転させるように構成され、熱交換器の側壁から氷をかき取るように構成される駆動シャフト、熱交換器に結合され駆動シャフトの端にベアリングを保持するように構成された内部ディスク、及び熱交換器からの氷スラリーを受け、高濃度塩水を受けるように構成された混合容器、及び混合用のブレードを含む。

熱交換器は二つの同心管を含んでよく、内側管は氷スラリーの形成と流れのために構成され、外側管は内側管を冷却して低濃度塩水の一部が凍結することが可能になるように構成され、その結果、液相の塩水と固相の氷から成る低濃度塩水−氷スラリーが得られる。熱交換器は、円環ヒートパイプなどのヒートパイプを含むものであってもよい。低濃度塩水は、0.45%, 0.9%, 又は3.0%生理的食塩水などの市販されている医療用食塩水であってよい。高濃度塩水は、3.0%, 5.0%, 又は7.5%生理的食塩水などの市販されている医療用食塩水であってよい。
好適形態によれば、前記冷却剤がドライアイス又は圧縮気体であり、前記圧縮気体は窒素である。好適形態によれば、前記氷スラリーは、約40%から約60%までの氷を含み、更に好適には、約50%から約50%までの氷を含む。好適形態によれば、前記高濃度塩水溶液は7.5%塩水溶液である。

本発明は、更に、流体から微粒子化された氷を生成するためのノズルを提供する。このノズルは、表面と流体通路と少なくとも一つの円錐形の開口を画定するノズルボディーを含み、前記開口の出口は前記開口の入口よりも狭く、前記ノズルは流体が前記流体通路又は開口で固化することを防止するに十分な流体圧力を維持するものである。好適形態によれば、このノズルは、抵抗加熱要素を更に含み、またはニードルバルブを含み、または疎水性コーティングを含んでよい。
本発明はまた、氷スラリーを生成するためのキット、例えば本明細書に記載され例示されるシステム、装置、及び方法を用いて氷スラリーを生成するためのキットを提供する。いくつかの様態で、このキットは低濃度塩水、少なくとも一つの冷却剤、塩水の凍結温度をコントロールするように構成された熱交換器、及び高濃度塩水を含む。冷却剤はドライアイス、圧縮ガス、などの任意の適当な冷却剤であってよい。低濃度塩水は0.45%, 0.9%, 又は3.0%生理的食塩水などの市販されている医療用食塩水であってよい。高濃度塩水は、3.0%, 5.0%, 又は7.5%生理的食塩水などの市販されている医療用食塩水であってよい。前記圧縮ガス、即ち、圧縮気体は窒素であってよい。

熱交換器は二つの同心管を含んでよく、内側管は氷スラリーの形成と流れのために構成され、外側管は内側管を冷却して低濃度塩水の一部が凍結することが可能になるように構成され、その結果、液相の塩水と固相の氷から成る低濃度塩水−氷スラリーが得られる。熱交換器は、円環ヒートパイプなどのヒートパイプを含むものであってよい。
即ち、好適形態によれば、前記熱交換器は二つの同心管を含み、内部の管は前記低濃度塩水溶液が流れる管孔を含み、外部の管は、内側の管を含み前記冷却剤を含む管孔を含む。更に、前記低濃度塩水溶液の一部分は前記熱交換器内で凍結し、残りの前記低濃度塩水溶液は液体状態を維持するのが好ましい。好適形態によれば、前記氷スラリーは、約30%から約70%までの氷を含み、更に好適には、約40%から約60%までの氷を含み、更に好適には、約50%から約50%までの氷を含む。前記高濃度塩水溶液は、好適には、7.5%塩水溶液である。

熱交換器は二つの同心管を含んでよく、内側管は氷スラリーの形成と流れのために構成され、外側管は内側管を冷却して低濃度塩水の一部が凍結することが可能になるように構成され、その結果、液相及び凍結した低濃度塩水から成る氷スラリーが得られる。熱交換器は、円環ヒートパイプなどのヒートパイプを含むものであってよい。低濃度塩水は、0.45%, 0.9%, 又は3.0%生理的食塩水などの市販されている医療用食塩水であってよい。高濃度塩水は、3.0%, 5.0%, 又は7.5%生理的食塩水などの市販されている医療用食塩水であってよい。氷スラリーは、約0.001%、5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%以上の固相の塩水を含んでよい。
好適には、前記氷スラリーは、約30%から約70%までの氷を含み、更に好適には、約40%から約60%までの氷を含み、更に好適には、約50%から約50%までの氷を含む。好適には、前記高濃度塩水溶液は7.5%塩水溶液である。

本発明はまた、被験体に低体温状態を誘発する方法を提供する。この方法は、低濃度の塩水を、少なくとも一つの冷却剤を含み該塩水の凍結温度をコントロールするように構成された熱交換器と接触させ、該塩水の一部が熱交換器内で凍結し残りの塩水が液体状態を維持することによって生成された医薬的に受容される氷スラリーを有効量で被験体に投与すること、及び高濃度の塩水を氷スラリーと混合させることを含む。被験体はどんな動物であってもよいが、好ましくは人間である。低体温状態は、被験体の体全体にわたる組織的であっても、被験体の特定の器官、組織、場所、空洞部分、スペース、又は領域に局所化されたものであってもよい。医薬的に受容される前記氷スラリーは前記生成方法により生成される。

Claims

氷スラリーを生成する装置であって、
熱交換器を含むハウジング、
駆動シャフト、
前記駆動シャフトに結合された少なくとも一つのスクレイパー・ブレード、
前記熱交換器の遠位端に結合された内部ディスク、
前記熱交換器を含むハウジングに結合された混合容器ハウジング、及び
前記熱交換器から氷スラリーを受け取り、高濃度塩水溶液を受け取るように構成された混合容器、を含み
前記熱交換器は少なくとも一つの冷却剤を含み、流体の凍結温度をコントロールするように構成され、
前記ブレードは前記熱交換器の側壁から氷をかき取るように構成され、
前記内部ディスクは前記駆動シャフトの遠位端に配置されたベアリングを保持するように構成され、
前記混合容器ハウジングは混合容器を含み、且つ
前記混合容器は混合ブレードを含む、
装置。
前記熱交換器が二つの同心管を含み、内部の管は流体が流れる管孔を含み、外部の管は、前記内部の管を含み且つ前記冷却剤を含む管孔を含む、請求項１に記載の装置。
前記流体は生理的食塩水溶液である、請求項１に記載の装置。
前記冷却剤がドライアイス又は圧縮気体である、請求項１に記載の装置。
前記熱交換器はヒートパイプである、請求項１に記載の装置。
前記氷スラリーは約30%から約70%までの氷を含む、請求項１に記載の装置。
第一ポンプを更に含み、第一ポンプは前記氷スラリーを前記装置の一つ以上の構成要素を介して輸送するように構成されている、請求項１に記載の装置。
第二ポンプを更に含み、第二ポンプは前記熱交換器を介して前記冷却剤をポンプ配送するように構成されている、請求項１に記載の装置。
氷スラリーを生成する方法であって、低濃度塩水溶液を熱交換器と接触させる工程、及び
高濃度塩水溶液を前記氷スラリーと混合する工程を含み、
前記熱交換器は少なくとも一つの冷却剤を含み、前記塩水溶液の凍結温度をコントロールするように構成され、且つ前記塩水溶液の一部は前記熱交換器内で凍結し、残りの塩水溶液は液体状態を維持して氷スラリーを形成する、方法。
前記熱交換器が二つの同心管を含み、内部の管は前記低濃度塩水溶液が流れる管孔を含み、外部の管は、前記内部の管を含み且つ前記冷却剤を含む管孔を含む、請求項９に記載の方法。
前記熱交換器はヒートパイプである、請求項９に記載の方法。
前記低濃度塩水溶液が生理的食塩水溶液である、請求項９に記載の方法。
前記氷スラリーは約30%から約70%までの氷を含む、請求項１３に記載の方法。