JP6968525B2

JP6968525B2 - 液体窒素供給システム

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Publication number: JP6968525B2
Application number: JP2016188703A
Authority: JP
Inventors: 恭久上田; 志伸堀尾; 臣哉稲葉; 幸輔川井
Original assignee: Iwatani Corp
Current assignee: Iwatani Corp
Priority date: 2016-09-27
Filing date: 2016-09-27
Publication date: 2021-11-17
Anticipated expiration: 2036-09-27
Also published as: JP2018051454A

Description

本発明は、例えば再生医療分野などに使用される液体窒素を供給する液体窒素供給システムに関する。

例えば再生医療分野などでは、細胞、検体、試料など（以下、「細胞等」という）を冷凍保存する冷媒として液体窒素が使用されている。液体窒素の温度は−１９６℃（大気圧下）と極めて低いにもかかわらず、液体窒素中には、ウィルス、細菌、微生物および萌芽（以下、「窒素中異物」という）が生存していることがある。窒素中異物は、細胞等に対して悪影響を及ぼすおそれがある。そのため、再生医療分野に使用される液体窒素を無菌（低コンタミ）状態にすることが望まれている。

特許文献１には、液体窒素を貯留する貯槽と、貯槽から供給された液体状態の液体窒素を除菌する除菌フィルタと、を備えた液体窒素供給装置が開示されている。特許文献１に記載された液体窒素供給装置では、液体窒素が流れる配管は、断熱材で保温されている。また、除菌フィルタは、断熱ケースの内部に収容されている。特許文献１に記載された液体窒素供給装置によれば、細胞などの試料を冷凍保存する冷媒として無菌状態の液体窒素を供給することができる。

特許第４２２５７６３号公報

しかし、液体窒素を貯留する貯槽から液体窒素を供給する場合、液体窒素が流れる配管および細胞等が保存される凍結保存容器は、断熱材で保温されていても、配管や凍結保存容器に侵入する熱を完全に遮断することは困難である。そのため、侵入する熱により配管および凍結保存容器内の液体窒素が気化し、細胞等の凍結保存として使用できる液体窒素量が減少する。また、液体窒素供給システムの使用者が、細胞等を凍結保存容器に出し入れするために凍結保存容器を開閉すると、凍結保存容器の内部の液体窒素の気化量が増加するとともに、気体窒素として凍結保存容器の外にでてしまう。このような状況により、細胞等の凍結保存に使用される液体窒素が余分に消費されている。

さらに、貯槽から供給される液体窒素量、凍結保存容器の数の状況によっては、実際の細胞等を冷凍保存する冷媒として使用される液体窒素の消費量よりも、侵入熱により、配管中の液体窒素が気化する量の方が多くなることがある。このように、配管に侵入する熱により液体窒素が気化する量を抑えるという点において、特許文献１に記載された液体窒素供給装置には改善の余地がある。

本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、無菌状態の液体窒素を供給することができるとともに、液体窒素が気化する量を抑え効率よく液体窒素を供給することができる液体窒素供給システムを提供することを目的とする。

前記課題は、本発明によれば、気体窒素を供給する窒素供給部と、前記窒素供給部から供給される気体窒素、または液体窒素を導く供給ラインと、前記供給ラインにおける前記窒素供給部の下流側に設けられ前記窒素供給部から供給された前記気体窒素を除菌する除菌フィルタ装置と、前記供給ラインにおける前記除菌フィルタ装置の下流側に設けられ、前記除菌フィルタ装置により除菌された前記気体窒素の供給を制御する制御弁と、前記供給ラインにおける前記制御弁の下流側に設けられ前記除菌フィルタ装置により除菌された前記気体窒素を液化させて前記液体窒素を生成する液化装置と、前記供給ラインにおける前記液化装置の下流側に設けられ前記液化装置から供給された前記液体窒素の使用点として前記液体窒素を保存する凍結保存容器と、前記凍結保存容器に設けられ前記凍結保存容器の内部に保存された前記液体窒素の液面高さを検知する液面検知部と、前記液面検知部により検知された前記液面高さが所定値範囲内になるように、前記制御弁を制御し、前記液化装置により生成された前記液体窒素を前記凍結保存容器に補給する制御を実行する制御装置と、を備え、前記液化装置と前記凍結保存容器との間の前記供給ラインに侵入する熱により気化する前記液体窒素の量は、前記凍結保存容器における前記液体窒素の消費量よりも少ないことを特徴とする液体窒素供給システムにより解決される。

前記構成によれば、窒素供給部から供給された気体窒素は、除菌フィルタ装置により、窒素中異物が取り除かれ除菌される。液化装置は、除菌フィルタ装置により除菌された気体窒素を液化させて液体窒素を生成する。液化装置により生成された液体窒素は、凍結保存容器に供給される。このとき、除菌フィルタ装置により除菌された気体窒素を液化装置が液化させるため、除菌された無菌状態の液体窒素が、凍結保存容器に供給される。そして、制御装置は、液面検知部により検知された液面高さが所定値範囲内になるように、制御弁および液化装置を制御し、液化装置により生成された無菌状態の液体窒素を凍結保存容器に補給する制御を実行する。これにより、無菌状態の液体窒素を安定的に凍結保存容器に供給することができる。

また、液化装置は、気体窒素を除菌する除菌フィルタ装置の下流側であって、液体窒素を保存する凍結保存容器の上流側に設けられている。すなわち、液化装置は、気体窒素を除菌する除菌フィルタ装置と、液体窒素を保存する凍結保存容器と、の間に設けられている。そのため、液化装置は、液体窒素の使用点としての凍結保存容器に近いところで気体窒素を液化して液体窒素を生成できる。これにより、供給ライン（配管）に侵入する熱により液体窒素が気化する量を抑えることができる。また、供給ラインのすべてをコスト高となる真空断熱配管とする必要がないため、液体窒素供給システムにかかる設備費を低減することができる。

さらに、前記構成の変形例として、前記供給ラインを、前記除菌フィルタ装置の下流側において分岐した第１分岐ラインおよび第２分岐ラインを有する形にすることもできる。この場合、前記第１分岐ラインに第１液化装置が設けられ、前記凍結保存容器は、前記第１分岐ラインにおける前記第１液化装置の下流側に設けられた第１凍結保存容器であり、前記液面検知部は、前記凍結保存容器に設けられた第１液面検知部であり、第１制御装置は、前記第１液面検知部により検知された前記液面高さが所定値範囲内になるように、第１制御弁および第１液化装置を制御する。そして、前記第２分岐ラインに第２液化装置が設けられ、前記第２分岐ラインにおける前記第２液化装置の下流側に設けられ前記第２液化装置から供給された前記液体窒素を保存する第２凍結保存容器と、前記第２凍結保存容器に設けられ前記第２凍結保存容器の内部に保存された前記液体窒素の液面高さを検知する第２液面検知部と、をさらに備え、前記制御装置は、前記第２液面検知部により検知された前記液面高さが所定値範囲内になるように、前記第２制御弁を制御し、前記第１液化装置により生成された前記液体窒素を前記第１凍結保存容器に補給するとともに、前記第２液面検知部により検知された前記液面高さが所定値範囲内になるように、前記第２制御弁および前記第２液化装置を制御し、前記第２液化装置により生成された前記液体窒素を前記第２凍結保存容器に補給する制御を実行してもよい。

前記構成によれば、第１分岐ラインに設けられた第１液化装置が、第１分岐ラインに設けられた第１凍結保存容器の上流側に設けられている。また、第２分岐ラインに設けられた第２液化装置が、第２分岐ラインに設けられた第２凍結保存容器の上流側に設けられている。すなわち、複数の凍結保存容器のそれぞれに対して、液化装置が設けられている。そして、第１制御装置は、第１液面検知部により検知された液面高さが所定値範囲内になるように、第１制御弁および第１液化装置を制御し、第１液化装置により生成された液体窒素を第１凍結保存容器に補給する制御を実行する。さらに、第２制御装置は、第２液面検知部により検知された液面高さが所定値範囲内になるように、第２制御弁および第２液化装置を制御し、第２液化装置により生成された液体窒素を第２凍結保存容器に補給する制御を実行する。このように、制御装置は、複数の凍結保存容器が設けられた場合において、複数の凍結保存容器のそれぞれの液体窒素の液面高さに応じて、複数の凍結保存容器のそれぞれに対して設けられた液化装置から液体窒素を凍結保存容器に補給する。これにより、複数の凍結保存容器が設けられた場合であっても、無菌状態の液体窒素を安定的に複数の凍結保存容器に供給することができる。

前記課題は、気体窒素を供給する窒素供給部と、窒素供給部から供給される気体窒素、または液体窒素を導く供給ラインと、前記供給ラインにおける前記窒素供給部の下流側に設けられ前記窒素供給部から供給された前記気体窒素を除菌する除菌フィルタ装置と、前記供給ラインにおける前記除菌フィルタ装置の下流側に設けられ前記除菌フィルタ装置により除菌された前記気体窒素を液化させて前記液体窒素を生成する液化装置と、前記供給ラインにおける前記液化装置の下流側に設けられ前記液化装置により生成された前記液体窒素の一時的な保存点として前記液体窒素を一時的に保存するバッファタンクと、前記供給ラインにおける前記バッファタンクの下流側に設けられ前記バッファタンクに一時的に保存された前記液体窒素の供給を制御する第１制御弁と、前記供給ラインにおける前記第１制御弁の下流側に設けられ前記バッファタンクから供給された前記液体窒素の使用点として前記液体窒素を保存する凍結保存容器と、前記凍結保存容器に設けられ前記凍結保存容器の内部に保存された前記液体窒素の液面高さを検知する液面検知部と、前記液面検知部により検知された前記液面高さが所定値範囲内になるように、前記第１制御弁を制御し、前記バッファタンクに一時的に保存された前記液体窒素を前記凍結保存容器に補給する制御を実行する制御装置と、を備え、前記液化装置と前記バッファタンクとの間の前記供給ラインに侵入する熱により気化する前記液体窒素の量は、前記凍結保存容器における前記液体窒素の消費量よりも少ないことを特徴とする液体窒素供給システムにより解決される。

前記構成によれば、除菌フィルタ装置は、窒素供給部から供給された気体窒素を除菌する。液化装置は、除菌フィルタ装置により除菌された気体窒素を液化させて液体窒素を生成する。液化装置により生成された液体窒素は、バッファタンクに一時的に保存される。このとき、除菌フィルタ装置により除菌された気体窒素を液化装置が液化させるため、除菌された無菌状態の液体窒素が、バッファタンクに一時的に保存される。そして、制御装置は、液面検知部により検知された液面高さが所定値範囲内になるように、第１制御弁を制御し、バッファタンクに一時的に保存された液体窒素を凍結保存容器に補給する制御を実行する。これにより、凍結保存容器に対して無菌状態の液体窒素を安定的に供給することができる。

また、液化装置は、気体窒素を除菌する除菌フィルタ装置の下流側であって、液体窒素を一時的に保存するバッファタンクの上流側に設けられている。すなわち、液化装置は、気体窒素を除菌する除菌フィルタ装置と、液体窒素を一時的に保存するバッファタンクと、の間に設けられている。そのため、液化装置は、液体窒素の一時的な保存点としてのバッファタンクに近いところで気体窒素を液化して液体窒素を生成できる。これにより、供給ライン（配管）に侵入する熱により液体窒素が気化する量を抑えることができる。また、供給ラインのすべてをコスト高となる真空断熱配管とする必要がないため、液体窒素供給システムにかかる設備費を低減することができる。

さらに、前記供給ラインは、前記バッファタンクの下流側において分岐した第１分岐ラインおよび第２分岐ラインを有し、前記第１制御弁は、前記第１分岐ラインに設けられ、前記凍結保存容器は、前記第１分岐ラインにおける前記第１制御弁の下流側に設けられた第１凍結保存容器であり、前記液面検知部は、前記第１凍結保存容器に設けられた第１液面検知部であり、前記第２分岐ラインにおける前記バッファタンクの下流側に設けられ前記バッファタンクに一時的に保存された前記液体窒素の供給を制御する第２制御弁と、前記第２分岐ラインにおける前記第２制御弁の下流側に設けられ前記バッファタンクから供給された前記液体窒素を保存する第２凍結保存容器と、前記第２凍結保存容器に設けられ前記第２凍結保存容器の内部に保存された前記液体窒素の液面高さを検知する第２液面検知部と、をさらに備え、前記制御装置は、前記第１液面検知部により検知された前記液面高さが所定値範囲内になるように、前記第１制御弁を制御し、前記バッファタンクに一時的に保存された前記液体窒素を前記第１凍結保存容器に補給するとともに、前記第２液面検知部により検知された前記液面高さが所定値範囲内になるように、前記第２制御弁を制御し、前記バッファタンクに一時的に保存された前記液体窒素を前記第２凍結保存容器に補給する制御を実行することを特徴とする。

前記構成によれば、第１液面検知部は、第１分岐ラインに設けられた第１凍結保存容器に設けられている。また、第２液面検知部は、第２分岐ラインに設けられた第２凍結保存容器に設けられている。すなわち、複数の凍結保存容器のそれぞれに対して、液面検知部が設けられている。一方で、液化装置およびバッファタンクは、第１凍結保存容器および第２凍結保存容器の上流側に設けられている。つまり、液化装置およびバッファタンクの設置数は、特には限定されない。そして、制御装置は、第１液面検知部により検知された液面高さが所定値範囲内になるように、第１制御弁を制御し、バッファタンクに一時的に保存された液体窒素を第１凍結保存容器に補給する制御を実行する。さらに、制御装置は、第２液面検知部により検知された液面高さが所定値範囲内になるように、第２制御弁を制御し、バッファタンクに一時的に保存された液体窒素を第２凍結保存容器に補給する制御を実行する。このように、制御装置は、複数の凍結保存容器が設けられた場合において、複数の凍結保存容器のそれぞれの液体窒素の液面高さに応じて、複数の凍結保存容器の上流側に設けられたバッファタンクから液体窒素を凍結保存容器に補給する。これにより、複数の凍結保存容器に対し無菌状態の液体窒素を安定的に供給することができる。

好ましくは、前記バッファタンクに設けられ前記バッファタンクの内部に一時的に保存された前記液体窒素の液面高さを検知する第３液面検知部と、前記供給ラインにおける前記除菌フィルタ装置と前記液化装置との間に設けられた第３制御弁と、をさらに備え、前記制御装置は、前記第３液面検知部により検知された前記液面高さが所定値範囲内になるように、前記第３制御弁を制御し、前記液化装置により生成された前記液体窒素を前記バッファタンクに補給する制御を実行することを特徴とする。

前記構成によれば、バッファタンクの内部に一時的に保存された液体窒素の液面高さを検知する第３液面検知部がさらに設けられている。そして、制御装置は、第３液面検知部により検知された液面高さが所定値範囲内になるように、第３制御弁を制御し、液化装置により生成された液体窒素をバッファタンクに補給する制御を実行する。これにより、無菌状態の液体窒素を安定的にバッファタンクに供給することができる。

本発明によれば、無菌状態の液体窒素を供給することができるとともに、液体窒素が気化する量を抑え効率よく液体窒素を供給することができる液体窒素供給システムを提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る液体窒素供給システムを表すブロック図である。本実施形態の液化装置を表す断面図である。液体窒素の液面高さの検知に関する概略を説明する模式図である。本実施形態に係る液体窒素供給システムの動作を表すフローチャートである。本実施形態の制御装置が実行する処理Ａを表すフローチャートである。本実施形態の制御装置が実行する処理Ｂを表すフローチャートである。本発明の第２実施形態に係る液体窒素供給システムを表すブロック図である。本実施形態に係る液体窒素供給システムの第１動作を表すフローチャートである。本実施形態に係る液体窒素供給システムの第２動作を表すフローチャートである。本実施形態の制御装置が実行する処理Ｃを表すフローチャートである。本実施形態の制御装置が実行する処理Ｄを表すフローチャートである。本実施形態の制御装置が実行する処理Ｅを表すフローチャートである。

以下に、本発明の好ましい実施形態を、図面を参照して詳しく説明する。
なお、以下に説明する実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る液体窒素供給システムを表すブロック図である。
なお、図１においては、流体系統および電気系統が併せて表示されている。具体的には、流体系統は、実線で表示されている。電気系統は、破線で表示されている。

本実施形態に係る液体窒素供給システム２は、例えば再生医療分野などに使用される液体窒素を使用点に供給する。液体窒素供給システム２は、供給ライン２１と、貯槽２２および気化器２３を有する窒素供給部２０と、除菌フィルタ装置２５と、制御弁２４と、液化装置２６と、凍結保存容器２７と、液面検知部２７１と、制御装置３１と、を備える。また、液体窒素供給システム２は、図示しない、供給ライン２１において除菌フィルタ装置の下流側から分岐した分岐ラインを設け、上記と同様の構成、つまり液化装置と、凍結保存容器と、液面検知部と、をさらに備えていてもよい。つまり、液化装置、凍結保存容器、および液面検知部を１組とする機器構成の数は、特には限定されず、１つであってもよく、複数であってもよい。本実施形態では、図１に表したように、液化装置、凍結保存容器、および液面検知部を１組とする機器構成が１つである場合を例に挙げて説明する。

供給ライン（配管）２１は、貯槽２２に貯留された液体窒素を液体状態および気体状態のいずれかの状態で使用点に導く。本実施形態では、凍結保存容器２７が使用点に相当する。供給ライン２１において、液体窒素が流れる箇所は、熱侵入による液体窒素の気化を抑制するため、断熱効果の高い真空断熱配管が好ましい。

貯槽２２は、断熱機能を有する真空断熱式の貯槽であり、液体窒素を貯留する。貯槽２２の下部には、供給ライン２１が接続されている。貯槽２２は、図示しない液面計を有し、貯留されている液体窒素の液面の高さを検知することができる。液体窒素供給システム２の使用者は、貯槽２２の液面計を管理することで、貯槽２２の内部に貯留されている液体窒素の量を管理することができる。

気化器２３は、供給ライン２１における貯槽２２の下流側に設けられている。気化器２３は、貯槽２２から供給された液体窒素を気化させて気体状態の窒素（気体窒素）を生成する。つまり、貯槽２２の内部に貯留された液体窒素は、液体状態で供給ライン２１により気化器２３に導かれ、そこで液体窒素が気化し気体窒素となる。

なお、上記では窒素供給部２０として貯槽２２および気化器２３が設けられた場合を示したが、直接気体窒素を供給できるものとして、膜分離方式、圧力変動吸着方式により空気から気体窒素を分離する気体窒素発生装置や、気体窒素を高圧充填したガスボンベを用いることもできる。

除菌フィルタ装置２５は、供給ライン２１に窒素供給部２０の下流側に設けられている。除菌フィルタ装置２５は、フィルタハウジング２５１と、フィルタエレメント２５２と、第１開閉弁２５３と、第２開閉弁２５４と、を有し、制御弁２４を介して気化器２３から供給された気体窒素を除菌する。除菌フィルタ装置２５の型式は、特には限定されない。

フィルタハウジング２５１は、フィルタエレメント２５２と、第１開閉弁２５３と、第２開閉弁２５４と、を収容している。フィルタエレメント２５２は、フィルタハウジング２５１に収容され、窒素供給部２０から供給された気体窒素中の窒素中異物を除去する。フィルタエレメント２５２の孔の大きさは、例えば約０．２μｍ以下程度である。第１開閉弁２５３は、フィルタハウジング２５１に収容され、供給ライン２１におけるフィルタエレメント２５２の上流側に設けられている。第２開閉弁２５４は、フィルタハウジング２５１に収容され、供給ライン２１におけるフィルタエレメント２５２の下流側に設けられている。第１開閉弁２５３および第２開閉弁２５４は、供給ライン２１を開閉し、気体窒素の供給を制御する。

制御弁２４は、供給ライン２１における除菌フィルタ装置２５の下流側に設けられている。制御弁２４は、窒素供給部２０から供給され除菌フィルタ装置２５により除菌された気体窒素の供給を制御する。具体的には、制御弁２４は、制御装置３１から送信された信号に基づいて供給ライン２１を開閉し、制御弁２４の下流側に設けられた液化装置２６に対する気体窒素の供給を制御する。

液化装置２６は、供給ライン２１における制御弁２４の下流側に設けられている。液化装置２６は、除菌フィルタ装置２５により除菌された気体窒素を液化させて液体窒素を生成する。そのため、液化装置２６は、除菌された無菌状態の液体窒素を生成することができる。液化装置２６の詳細については、図２に関して後述する。

液面検知部２７１は、凍結保存容器２７に設けられている。液面検知部２７１は、凍結保存容器２７の内部に保存された液体窒素の液面高さを検知し、液面高さに関する情報を制御装置３１に送信することができる。液面検知部２７１は、液面下限検知部２７１ａ（図３参照）と、液面上限検知部２１７ｂ（図３参照）と、を有する。液面下限検知部２７１ａおよび液面上限検知部２１７ｂの詳細については、図３に関して後述する。

液面検知部の種類としては、静電容量型、半導体検知式、光ファイバー式、フロート式、超音波式等々が挙げられ適宜選択できるが、凍結保存容器においては開放容器でも動作不良が少ない半導体検知式が適している。

凍結保存容器２７は、供給ライン２１における液化装置２６の下流側に設けられている。凍結保存容器２７は、液化装置２６から供給された液体窒素を保存する。具体的には、凍結保存容器２７は、断熱機能を有する真空断熱式の容器であり、例えば再生医療分野における細胞等を保存する。液化装置２６から供給された液体窒素は、凍結保存容器２７の内部に貯留される。このとき、除菌フィルタ装置２５により除菌された気体窒素を液化装置２６が液化させるため、除菌された無菌状態の液体窒素が、凍結保存容器２７に貯留される。凍結保存容器２７の内部に貯留される液体窒素の量は、特には限定されず、例えば約１００リットル程度である。凍結保存容器２７が真空断熱式の容器であるため、凍結保存容器２７の内部の温度は、比較的低い温度（例えば約−１５０℃程度）に維持される。

図２は、本実施形態の液化装置を表す断面図である。
第２液化装置の構造は、液化装置２６の構造と同じである。そのため、図２に表した液化装置２６を参照して本実施形態の液化装置の詳細を説明し、第２液化装置の詳細な説明は適宜省略する。

液化装置２６は、液体窒素貯蔵容器２６２と、ガス液化部２６３と、低温電磁弁２６４と、低温制御弁２６５と、圧力計２６６と、安全弁２６７と、を有する。液化装置２６が１日あたりに生成可能な液体窒素の量（液体窒素生成能力）は、特には限定されず、例えば約１０〜２０リットル／日程度である。

液体窒素貯蔵容器２６２は、液体窒素貯蔵容器２６２の内部において生成された液体窒素を貯蔵する容器である。液体窒素貯蔵容器２６２の容量は、特には限定されず、例えば約４０〜８０リットル程度である。

ガス液化部２６３は、液体窒素貯蔵容器２６２の上部に設けられている。ガス液化部２６３は、例えば蒸気圧縮式冷凍機であり、図２に表した矢印Ａ１のように、第１分岐ライン２１１の入口側配管２１１ａを通して液体窒素貯蔵容器２６２の内部に導かれた気体窒素から熱を奪い、気体窒素を冷却する。すなわち、ガス液化部２６３は、除菌フィルタ装置２５により除菌された気体窒素を液化させる液体窒素生成器である。ガス液化部２６３には、熱媒体循環路２６８が接続されている。図２に表した矢印Ａ２および矢印Ａ３のように、例えばヘリウムガスなどの熱媒体がガス液化部２６３を介して熱媒体循環路２６８を流れている。

低温電磁弁２６４は、出口側配管２１１ｂに設けられている。出口側配管２１１ｂの一方の端部は、液体窒素貯蔵容器２６２に貯蔵された液体窒素に浸されている。すなわち、出口側配管２１１ｂの一方の端部は、液体窒素貯蔵容器２６２に貯蔵された窒素の液相部分に浸されている。出口側配管２１１ｂの他方の端部は、凍結保存容器２７に接続されている。

低温制御弁２６５は、排出管２６９に設けられている。排出管２６９の一方の端部は、液体窒素貯蔵容器２６２に貯蔵された気体窒素に接続されている。すなわち、排出管２６９の一方の端部は、液体窒素貯蔵容器２６２に貯蔵された窒素の気相部分に設けられている。排出管２６９の他方の端部は、例えば液体窒素貯蔵容器２６２の外部に開放されている。

圧力計２６６および安全弁２６７は、液体窒素貯蔵容器２６２の上部に設けられている。圧力計２６６は、液体窒素貯蔵容器２６２の内部の気体窒素の圧力を計測する。安全弁２６７は、液体窒素貯蔵容器２６２の内部の気体窒素の圧力が異常に上昇した場合に、液体窒素貯蔵容器２６２の内部の気体窒素を液体窒素貯蔵容器２６２の外部に放出し、液体窒素貯蔵容器２６２の内部の気体窒素の圧力を下降させる。

図２に表した矢印Ａ１のように、入口側配管２１１ａを通して液体窒素貯蔵容器２６２の内部に導かれた気体窒素は、ガス液化部２６３により冷却され、液化して液体窒素になる。このとき、液体窒素貯蔵容器２６２の内部に導かれた気体窒素は、除菌フィルタ装置２５により除菌されている。そのため、ガス液化部２６３により液化された液体窒素は、除菌された無菌状態の液体窒素である。

図２に表したように、気体窒素は、ガス液化部２６３で冷却・液化され滴下し、液体窒素貯蔵容器２６２の内部に液体窒素が貯留される。制御装置３１が低温電磁弁２６４を開くとともに低温制御弁２６５を閉じると、液体窒素貯蔵容器２６２の内部の液体窒素は、液体窒素貯蔵容器２６２の内部の気体窒素の圧力により出口側配管２１１ｂを通して液体窒素貯蔵容器２６２の外部に押し出される。液体窒素貯蔵容器２６２の外部に押し出された無菌状態の液体窒素は、出口側配管２１１ｂを流れ、凍結保存容器２７に導かれる。

図３は、液体窒素の液面高さの検知に関する概略を説明する模式図である。
複数の凍結保存容器があっても、容器内の液面高さを検知・制御する方法は、液面検知部２７１が液体窒素の液面高さを検知・制御する方法と同じである。そのため、図３においては、液面検知部２７１が液体窒素の液面高さを検知する方法・制御の概略のみ説明する。

図１に関して前述したように、液面検知部２７１は、液面下限検知部２７１ａと、液面上限検知部２７１ｂと、を有する。

液面下限検知部２７１ａは、液体窒素液面管理範囲内の設定下限値ＬＬにおける液体窒素の液面高さを検知する。すなわち、液面下限検知部２７１ａは、液体窒素の液面高さが設定下限値ＬＬ以下であるか否かを検知することができる。そして、液面下限検知部２７１ａは、液面高さに関する情報を制御装置３１に送信する。

液面上限検知部２７１ｂは、液体窒素液面管理範囲内の設定上限値ＵＬにおける液体窒素の液面高さを検知する。すなわち、液面上限検知部２７１ｂは、液体窒素の液面高さが設定上限値ＵＬ以上であるか否かを検知することができる。そして、液面上限検知部２７１ｂは、液面高さに関する情報を制御装置３１に送信する。

このようにして、液面検知部２７１は、液体窒素の液面高さが設定下限値ＬＬ以下であるか否かを液面下限検知部２７１ａにより検知することができるとともに、液体窒素の液面高さが設定上限値ＵＬ以上であるか否かを液面上限検知部２７１ｂにより検知することができる。なお、上記では液面検知部として設定上限値ＵＬおよび設定下限値ＬＬの２点を設けているが、液面状態をより詳しく把握するために設定上限値ＵＬと設定下限値ＬＬとの間に、さらに複数の液面検知部を設けてもよい。

図４は、本実施形態に係る液体窒素供給システムの動作を表すフローチャートである。
図５は、本実施形態の制御装置が実行する処理Ａを表すフローチャートである。
図６は、本実施形態の制御装置が実行する処理Ｂを表すフローチャートである。
図１に関して前述したように、凍結保存容器２７の内部には、液化装置２６から供給された無菌状態の液体窒素が貯留されている。また、凍結保存容器２７は、断熱機能を有する真空断熱式の容器であり、例えば再生医療分野における細胞等を保存する。凍結保存容器２７は断熱効果の高い容器ではあるが、容器内への熱侵入をなくすことはできず、容器内の液体窒素は気化してしまう。また、液体窒素供給システム２の使用者が凍結保存容器２７において細胞等を出し入れするために凍結保存容器２７を開閉すると、凍結保存容器の内部の液体窒素の気化量が増加するとともに、気体窒素として凍結保存容器の外に出てしまう。このような液体窒素の消費量は、１日あたり、例えば約６リットル／日程度である。

これに対して、本実施形態に係る液体窒素供給システム２の制御装置３１は、液面検知部２７１により検知された液面高さが所定値範囲内になるように、制御弁２４および液化装置２６を制御し、液化装置２６により生成された液体窒素を凍結保存容器２７に補給する制御を実行する。本実施形態では、制御装置３１が液化装置２６を制御することは、制御装置３１が液化装置２６の低温電磁弁２６４および低温制御弁２６５の開閉動作を制御することに相当する。

また、液化装置２６に設置される図示しない液面管理機構を用いて、上記液化装置２６の低温電磁弁２６４および低温制御弁２６５の開閉動作により、凍結保存容器の液面状態とは独立した状態で液体窒素貯蔵容器２６２内の液体窒素量を制御することもできる。

液体窒素供給システム２において、液化装置、凍結保存容器、液面検知部、制御装置を一組とする機器構成の数が２つである場合には、各機器構成は前述した制御と同様な処理、すなわち制御装置は、液面検知部により検知された液面高さが所定値範囲内になるように、制御弁および液化装置を制御し、液化装置により生成された液体窒素を凍結保存容器に補給する制御をさらに実行する。なお、前述したように、制御装置３１が液化装置を制御することは、制御装置３１が液化装置の低温電磁弁（低温電磁弁２６４に相当する弁）および低温制御弁（低温制御弁２６５に相当する弁）の開閉動作を制御することに相当する。

図４〜図６を参照して、本実施形態に係る液体窒素供給システム２の動作を具体的に説明する。

図５に表したように、ステップＳ１１において、制御装置３１は、液面下限検知部２７１ａにより検知された液面高さが設定下限値ＬＬ以下であるか否かを判断する。液面下限検知部２７１ａにより検知された液面高さが設定下限値ＬＬ以下である場合には（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、ステップＳ１２において、制御装置３１は、制御弁２４および液化装置２６を制御し、液化装置２６により生成された液体窒素の凍結保存容器２７への補給を開始する。

一方で、液面下限検知部２７１ａにより検知された液面高さが設定下限値ＬＬよりも高い場合には（ステップＳ１１：ＮＯ）、ステップＳ１４において、制御装置３１は液面上限検知部２７１ｂにより検知された液面高さが設定上限値ＵＬ以上であるか否かを判断する。

ステップＳ１２に続くステップＳ１３において、制御装置３１は、液面下限検知部２７１ａにより検知された液面高さが設定下限値ＬＬ以下であるか否かを引き続き判断する。液面下限検知部２７１ａにより検知された液面高さが設定下限値ＬＬ以下である場合には（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、制御装置３１は、ステップＳ１３の処理を引き続き実行する。一方で、液面下限検知部２７１ａにより検知された液面高さが設定下限値ＬＬよりも高い場合には（ステップＳ１３：ＮＯ）、制御装置３１は、ステップＳ１４に関して前述した処理を実行する。

液面上限検知部２７１ｂにより検知された液面高さが設定上限値ＵＬ以上である場合には（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、ステップＳ１５において、制御装置３１は、制御弁２４および液化装置２６を制御し、液化装置２６により生成された液体窒素の凍結保存容器２７への補給を停止する。一方で、液面上限検知部２７１ｂにより検知された液面高さが設定上限値ＵＬよりも低い場合には（ステップＳ１４：ＮＯ）、制御装置３１は、ステップＳ１４の処理を引き続き実行する。

凍結保存容器が２つある場合、一方の上記処理を処理Ａとすると、他方の処理は第２液化装置、第２凍結保存容器、第２液面上限検知部、第２液面下限検知部を用いた処理Ｂとして、図６に表すことができる。ステップＳ２１において、制御装置３１は、第２液面下限検知部（液面下限検知部２７１ａに相当する検知部）により検知された液面高さが設定下限値ＬＬ以下であるか否かを判断する。第２液面下限検知部により検知された液面高さが設定下限値ＬＬ以下である場合には（ステップＳ２１：ＹＥＳ）、ステップＳ２２において、制御装置３１は、制御弁２４および第２液化装置を制御し、第２液化装置により生成された液体窒素の第２凍結保存容器への補給を開始する。

一方で、第２液面下限検知部により検知された液面高さが設定下限値ＬＬよりも高い場合には（ステップＳ２１：ＮＯ）、ステップＳ２４において、制御装置３１は第２上限検知部（液面上限検知部２７１ｂに相当する検知部）により検知された液面高さが設定上限値ＵＬ以上であるか否かを判断する。

ステップＳ２２に続くステップＳ２３において、制御装置３１は、第２液面下限検知部により検知された液面高さが設定下限値ＬＬ以下であるか否かを引き続き判断する。第２液面下限検知部により検知された液面高さが設定下限値ＬＬ以下である場合には（ステップＳ２３：ＹＥＳ）、制御装置３１は、ステップＳ２３の処理を引き続き実行する。一方で、第２液面下限検知部により検知された液面高さが設定下限値ＬＬよりも高い場合には（ステップＳ２３：ＮＯ）、制御装置３１は、ステップＳ２４に関して前述した処理を実行する。

第２液面上限検知部により検知された液面高さが設定上限値ＵＬ以上である場合には（ステップＳ２４：ＹＥＳ）、ステップＳ２５において、制御装置３１は、制御弁２４および第２液化装置を制御し、第２液化装置により生成された液体窒素の第２凍結保存容器への補給を停止し、処理Ｂを終了する。一方で、第２液面上限検知部により検知された液面高さが設定上限値ＵＬよりも低い場合には（ステップＳ２４：ＮＯ）、制御装置３１は、ステップＳ２４の処理を引き続き実行する。処理Ａおよび処理Ｂは図４に示すように並行的に実行され、全てのステップが完了すると、全体の処理を終了する。

本実施形態によれば、無菌状態の液体窒素を安定的に複数の凍結保存容器に供給することができる。また、複数の凍結保存容器が設けられた場合において、複数の凍結保存容器のそれぞれの液体窒素の液面高さに応じて、複数の凍結保存容器のそれぞれに対して設けられた液化装置（本実施形態では液化装置２６および図示しない第２液化装置）から液体窒素を凍結保存容器に補給する。これにより、複数の凍結保存容器が設けられた場合であっても、無菌状態の液体窒素を安定的に複数の凍結保存容器に供給することができる。

気体窒素ではなく液体窒素を除菌フィルタ装置により除菌して、使用点に供給する場合には、液体窒素が比較的長い距離の供給ラインを流れることになる。そうすると、供給ラインが断熱材で保温されている場合であっても、供給ラインに侵入する熱を完全に遮断することは困難である。そのため、供給ラインを流れている液体窒素が侵入熱により気化してしまうため、凍結保存容器の内部を冷却するための液体窒素が余分に必要となる。

これに対して、本実施形態に係る液体窒素供給システム２では、液化装置２６は、気体窒素を除菌する除菌フィルタ装置２５の下流側であって、液体窒素を保存する凍結保存容器２７の上流側に設けられている。すなわち、液化装置２６は、気体窒素を除菌する除菌フィルタ装置２５と、液体窒素を保存する凍結保存容器２７と、の間に設けられている。そのため、液化装置２６は、液体窒素の使用点としての凍結保存容器２７に近いところで気体窒素を液化して液体窒素を生成できる。これにより、供給ライン２１に侵入する熱により液体窒素が気化する量を抑えることができる。また、供給ライン２１のすべてをコスト高となる真空断熱配管とする必要がないため、液体窒素供給システム２にかかる設備費を低減することができる。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。
なお、第２実施形態に係る液体窒素供給システムの構成要素が、図１および図２に関して前述した第１実施形態に係る液体窒素供給システムの構成要素と同様である場合には、重複する説明は適宜省略し、以下、相違点を中心に説明する。

図７は、本発明の第２実施形態に係る液体窒素供給システムを表すブロック図である。
なお、図７においては、流体系統および電気系統が併せて表示されている。具体的には、流体系統は、実線で表示されている。電気系統は、破線で表示されている。

本実施形態に係る液体窒素供給システム２Ａは、供給ライン２１と、貯槽２２および気化器２３を有する窒素供給部２０と、除菌フィルタ装置２５と、第３制御弁２４１と、液化装置３２と、バッファタンク３３と、ガスライン３８と、第４制御弁２４２と、第１制御弁２４３と、第１凍結保存容器３４と、第１液面検知部３４１と、制御装置３１と、を備える。液体窒素供給システム２Ａは、第２制御弁２４４と、第２凍結保存容器３５と、第２液面検知部３５１と、第３液面検知部３３１をさらに備えていてもよい。つまり、凍結保存容器、液面検知部、および凍結保存容器に接続される制御弁のそれぞれの数は、特には限定されず、１つであってもよく、複数であってもよい。本実施形態では、図７に表したように、凍結保存容器および凍結保存容器に接続される制御弁のそれぞれの数が２つであり、液面検知部の数が３つである場合を例に挙げて説明する。

供給ライン２１は、バッファタンク３３の下流側において分岐した第１分岐ライン２１１および第２分岐ライン２１２を有する。すなわち、供給ライン２１は、バッファタンク３３の下流側において、第１分岐ライン２１１と、第２分岐ライン２１２と、に分岐している。

第３制御弁２４１は、供給ライン２１における除菌フィルタ装置２５の下流側に設けられ、除菌フィルタ装置２５により除菌された気体窒素の供給を制御する。

液化装置３２は、供給ライン２１における第３制御弁２４１の下流側に設けられている。液化装置３２の構造は、図２に関して前述した液化装置２６の構造と同じである。そのため、液化装置３２の詳細の説明については、適宜省略する。

バッファタンク３３は、供給ライン２１における液化装置３２の下流側に設けられている。バッファタンク３３は、断熱機能を有する真空断熱式の容器であり、液化装置３２により生成された液体窒素を一時的に保存する。このとき、除菌フィルタ装置２５により除菌された気体窒素を液化装置３２が液化させるため、除菌された無菌状態の液体窒素が、バッファタンク３３に一時的に保存される。例えば、バッファタンク３３の容量は、液化装置３２が１日あたりに生成可能な液体窒素の量（液体窒素生成能力）以上であり、約１００リットル程度である。

ガスライン３８は、除菌フィルタ装置２５と液化装置３２との間において、供給ライン２１から分岐している。つまり、ガスライン３８の一方の端部は、除菌フィルタ装置２５と液化装置３２との間の供給ライン２１に接続されている。ガスライン３８の他方の端部は、バッファタンク３３に接続されている。ガスライン３８は、除菌フィルタ装置２５により除菌された気体窒素をバッファタンク３３に導く。

第４制御弁２４２は、ガスライン３８に設けられている。第４制御弁２４２は、バッファタンク３３に対する気体窒素の供給を制御する。具体的には、第４制御弁２４２は、制御装置３１から送信された信号に基づいてガスライン３８を開閉し、第４制御弁２４２の下流側に設けられたバッファタンク３３に対する気体窒素の供給を制御する。

除菌フィルタ装置２５により除菌された気体窒素が第４制御弁２４２を介してバッファタンク３３に供給されると、バッファタンク３３に一時的に保存された液体窒素は、バッファタンク３３の内部の気体窒素の圧力によりバッファタンク３３の下流側の供給ライン２１を通してバッファタンク３３の外部に押し出される。

第１制御弁２４３は、供給ライン２１におけるバッファタンク３３の下流側に設けられている。本実施形態では、第１制御弁２４３は、第１分岐ライン２１１に設けられている。第１制御弁２４３は、バッファタンク３３に一時的に保存された液体窒素の供給を制御する。具体的には、第１制御弁２４３は、制御装置３１から送信された信号に基づいて第１分岐ライン２１１を開閉し、第１制御弁２４３の下流側に設けられた第１凍結保存容器３４に対する液体窒素の供給を制御する。

第１凍結保存容器３４は、供給ライン２１における第１制御弁２４３の下流側に設けられている。本実施形態では、第１凍結保存容器３４は、第１分岐ライン２１１における第１制御弁２４３の下流側に設けられている。第１凍結保存容器３４は、バッファタンク３３から供給された液体窒素を保存する。第１凍結保存容器３４は、図１に関して前述した凍結保存容器２７の構造と同じ構造を有し、例えば再生医療分野における細胞等を保存する。

第１液面検知部３４１は、第１凍結保存容器３４に設けられている。第１液面検知部３４１は、第１凍結保存容器３４の内部に保存された液体窒素の液面高さを検知し、液面高さに関する情報を制御装置３１に送信することができる。第１液面検知部３４１は、図３に関して前述した液面検知部２７１と同様に、第１液面下限検知部（液面下限検知部２７１ａに相当する検知部）と、第１液面上限検知部（液面上限検知部２７１ｂに相当する検知部）と、を有する。

第２制御弁２４４は、供給ライン２１におけるバッファタンク３３の下流側に設けられている。本実施形態では、第２制御弁２４４は、第２分岐ライン２１２に設けられている。第２制御弁２４４は、バッファタンク３３に一時的に保存された液体窒素の供給を制御する。具体的には、第２制御弁２４４は、制御装置３１から送信された信号に基づいて第２分岐ライン２１２を開閉し、第２制御弁２４４の下流側に設けられた第２凍結保存容器３５に対する液体窒素の供給を制御する。

第２凍結保存容器３５は、供給ライン２１における第２制御弁２４４の下流側に設けられている。本実施形態では、第２凍結保存容器３５は、第２分岐ライン２１２における第２制御弁２４４の下流側に設けられている。第２凍結保存容器３５は、バッファタンク３３から供給された液体窒素を保存する。第２凍結保存容器３５は、図１に関して前述した凍結保存容器２７の構造と同じ構造を有し、例えば再生医療分野における細胞等を保存する。

第２液面検知部３５１は、第２凍結保存容器３５に設けられている。第２液面検知部３５１は、第２凍結保存容器３５の内部に保存された液体窒素の液面高さを検知し、液面高さに関する情報を制御装置３１に送信することができる。第２液面検知部３５１は、図３に関して前述した液面検知部２７１と同様に、第２液面下限検知部（液面下限検知部２７１ａに相当する検知部）と、第２液面上限検知部（液面上限検知部２７１ｂに相当する検知部）と、を有する。

このように、本実施形態に係る液体窒素供給システム２Ａでは、複数の凍結保存容器（本実施形態では第１凍結保存容器３４および第２凍結保存容器３５）のそれぞれに対して、液面検知部（本実施形態では第１液面検知部３４１および第２液面検知部３５１）が設けられている。一方で、液化装置３２およびバッファタンク３３は、第１凍結保存容器３４および第２凍結保存容器３５の上流側に設けられている。つまり、本実施形態では、液化装置３２およびバッファタンク３３のそれぞれの数は、１つである。

第３液面検知部３３１は、バッファタンク３３に設けられている。第３液面検知部３３１は、バッファタンク３３の内部に一時的に保存された液体窒素の液面高さを検知し、液面高さに関する情報を制御装置３１に送信することができる。第３液面検知部３３１は、図３に関して前述した液面検知部２７１と同様に、第３液面下限検知部（液面下限検知部２７１ａに相当する検知部）と、第３液面上限検知部（液面上限検知部２７１ｂに相当する検知部）と、を有する。

供給ライン２１、貯槽２２、気化器２３および除菌フィルタ装置２５は、図１に関して前述した通りである。

図８は、本実施形態に係る液体窒素供給システムの第１動作を表すフローチャートである。
図９は、本実施形態に係る液体窒素供給システムの第２動作を表すフローチャートである。
図１０は、本実施形態の制御装置が実行する処理Ｃを表すフローチャートである。
図１１は、本実施形態の制御装置が実行する処理Ｄを表すフローチャートである。
図１２は、本実施形態の制御装置が実行する処理Ｅを表すフローチャートである。
本実施形態に係る液体窒素供給システム２Ａにおいても、図４〜図６に関して前述した液体窒素の消費と同様の消費が生ずる。すなわち、第１凍結保存容器３４への熱侵入による液体窒素の気化、および第１凍結保存容器３４の開閉に伴い、凍結保存容器の内部の液体窒素の気化量が増加するとともに、気体窒素として凍結保存容器の外にでてしまう。このような液体窒素の消費は、第２凍結保存容器３５においても同様に生ずる。

これに対して、本実施形態に係る液体窒素供給システム２Ａの制御装置３１は、第１液面検知部３４１により検知された液面高さが所定値範囲内になるように、第３制御弁２４１、第４制御弁２４２および第１制御弁２４３を制御し、バッファタンク３３に一時的に保存された液体窒素を第１凍結保存容器３４に補給する制御を実行する。

本実施形態に係る液体窒素供給システム２Ａのように、凍結保存容器および凍結保存容器に接続される制御弁のそれぞれの数が２つであり、液面検知部の数が３つである場合には、制御装置３１は、第２液面検知部３５１により検知された液面高さが所定値範囲内になるように、第３制御弁２４１、第４制御弁２４２および第２制御弁２４４を制御し、バッファタンク３３に一時的に保存された液体窒素を第２凍結保存容器３５に補給する制御をさらに実行する。

さらに、制御装置３１は、第３液面検知部３３１により検知された液面高さが所定値範囲内になるように、第３制御弁２４１および液化装置３２を制御し、液化装置３２により生成された液体窒素をバッファタンク３３に補給する制御を実行する。図４〜図６に関して前述したように、制御装置３１が液化装置３２を制御することは、制御装置３１が液化装置３２の低温電磁弁（低温電磁弁２６４に相当する弁）および低温制御弁（低温制御弁２６５に相当する弁）の開閉動作を制御することに相当する。

図８を参照して、本実施形態に係る液体窒素供給システム２Ａの動作を具体的に説明すると、ステップＳ３、ステップＳ４およびステップＳ５において、制御装置３１は、処理Ｃ、処理Ｄおよび処理Ｅを並列的に実行する。そして、制御装置３１は、処理Ｃ、処理Ｄおよび処理Ｅの実行を完了すると、全体の処理を終了する。あるいは、図９に表したように、制御装置３１は、ステップＳ３において処理Ｃの実行を完了した後、ステップＳ４およびステップＳ５において処理Ｄおよび処理Ｅを並列的に実行する。そして、制御装置３１は、処理Ｄおよび処理Ｅの実行を完了すると、全体の処理を終了する。

処理Ｃについては、図１０に表したように、ステップＳ３１において、制御装置３１は、第３液面下限検知部（液面下限検知部２７１ａに相当する検知部）により検知された液面高さが設定下限値ＬＬ以下であるか否かを判断する。第３液面下限検知部により検知された液面高さが設定下限値ＬＬ以下である場合には（ステップＳ３１：ＹＥＳ）、ステップＳ３２において、制御装置３１は、第３制御弁２４１および液化装置３２を制御し、液化装置３２により生成された液体窒素のバッファタンク３３への補給を開始する。

一方で、第３面下限検知部により検知された液面高さが設定下限値ＬＬよりも高い場合には（ステップＳ３１：ＮＯ）、ステップＳ３４において、制御装置３１は、第３液面上限検知部（液面上限検知部２７１ｂに相当する検知部）により検知された液面高さが設定上限値ＵＬ以上であるか否かを判断する。

ステップＳ３２に続くステップＳ３３において、制御装置３１は、第３液面下限検知部により検知された液面高さが設定下限値ＬＬ以下であるか否かを引き続き判断する。第３液面下限検知部により検知された液面高さが設定下限値ＬＬ以下である場合には（ステップＳ３３：ＹＥＳ）、制御装置３１は、ステップＳ３３の処理を引き続き実行する。一方で、第３液面下限検知部により検知された液面高さが設定下限値ＬＬよりも高い場合には（ステップＳ３３：ＮＯ）、制御装置３１は、ステップＳ３４に関して前述した処理を実行する。

第３液面上限検知部により検知された液面高さが設定上限値ＵＬ以上である場合には（ステップＳ３４：ＹＥＳ）、ステップＳ３５において、制御装置３１は、第３制御弁２４１および液化装置３２を制御し、液化装置３２により生成された液体窒素のバッファタンク３３への補給を停止し、処理Ｃを終了する。一方で、第３液面上限検知部により検知された液面高さが設定上限値ＵＬよりも低い場合には（ステップＳ３４：ＮＯ）、制御装置３１は、ステップＳ３４の処理を引き続き実行する。

処理Ｄについては、図１１に表したように、ステップＳ４１において、制御装置３１は、第１液面下限検知部（液面下限検知部２７１ａに相当する検知部）により検知された液面高さが設定下限値ＬＬ以下であるか否かを判断する。第１液面下限検知部により検知された液面高さが設定下限値ＬＬ以下である場合には（ステップＳ４１：ＹＥＳ）、ステップＳ４２において、制御装置３１は、第３制御弁２４１、第４制御弁２４２および第１制御弁２４３を制御し、バッファタンク３３に一時的に保存された液体窒素の第１凍結保存容器３４への補給を開始する。

一方で、第１液面下限検知部により検知された液面高さが設定下限値ＬＬよりも高い場合には（ステップＳ４１：ＮＯ）、ステップＳ４４において、制御装置３１は、第１液面上限検知部（液面上限検知部２７１ｂに相当する検知部）により検知された液面高さが設定上限値ＵＬ以上であるか否かを判断する。

ステップＳ４２に続くステップＳ４３において、制御装置３１は、第１液面下限検知部により検知された液面高さが設定下限値ＬＬ以下であるか否かを引き続き判断する。第１液面下限検知部により検知された液面高さが設定下限値ＬＬ以下である場合には（ステップＳ４３：ＹＥＳ）、制御装置３１は、ステップＳ４３の処理を引き続き実行する。一方で、第１液面下限検知部により検知された液面高さが設定下限値ＬＬよりも高い場合には（ステップＳ４３：ＮＯ）、制御装置３１は、ステップＳ４４に関して前述した処理を実行する。

第１液面上限検知部により検知された液面高さが設定上限値ＵＬ以上である場合には（ステップＳ４４：ＹＥＳ）、ステップＳ４５において、制御装置３１は、第３制御弁２４１、第４制御弁２４２および第１制御弁２４３を制御し、バッファタンク３３に一時的に保存された液体窒素の第１凍結保存容器３４への補給を停止し、処理Ｄを終了する。一方で、第１液面上限検知部により検知された液面高さが設定上限値ＵＬよりも低い場合には（ステップＳ４４：ＮＯ）、制御装置３１は、ステップＳ４４の処理を引き続き実行する。

処理Ｅについては、図１２に表したように、ステップＳ５１において、制御装置３１は、第２液面下限検知部（液面下限検知部２７１ａに相当する検知部）により検知された液面高さが設定下限値ＬＬ以下であるか否かを判断する。第２液面下限検知部により検知された液面高さが設定下限値ＬＬ以下である場合には（ステップＳ５１：ＹＥＳ）、ステップＳ５２において、制御装置３１は、第３制御弁２４１、第４制御弁２４２および第２制御弁２４４を制御し、バッファタンク３３に一時的に保存された液体窒素の第２凍結保存容器３５への補給を開始する。

一方で、第２面下限検知部により検知された液面高さが設定下限値ＬＬよりも高い場合には（ステップＳ５１：ＮＯ）、ステップＳ５４において、制御装置３１は、第２液面上限検知部（液面上限検知部２７１ｂに相当する検知部）により検知された液面高さが設定上限値ＵＬ以上であるか否かを判断する。

ステップＳ５２に続くステップＳ５３において、制御装置３１は、第２液面下限検知部により検知された液面高さが設定下限値ＬＬ以下であるか否かを引き続き判断する。第２液面下限検知部により検知された液面高さが設定下限値ＬＬ以下である場合には（ステップＳ５３：ＹＥＳ）、制御装置３１は、ステップＳ５３の処理を引き続き実行する。一方で、第２液面下限検知部により検知された液面高さが設定下限値ＬＬよりも高い場合には（ステップＳ５３：ＮＯ）、制御装置３１は、ステップＳ５４に関して前述した処理を実行する。

第２液面上限検知部により検知された液面高さが設定上限値ＵＬ以上である場合には（ステップＳ５４：ＹＥＳ）、ステップＳ５５において、制御装置３１は、第３制御弁２４１、第４制御弁２４２および第２制御弁２４４を制御し、バッファタンク３３に一時的に保存された液体窒素の第２凍結保存容器３５への補給を停止し、処理Ｅを終了する。一方で、第２液面上限検知部により検知された液面高さが設定上限値ＵＬよりも低い場合には（ステップＳ５４：ＮＯ）、制御装置３１は、ステップＳ５４の処理を引き続き実行する。

本実施形態によれば、無菌状態の液体窒素がバッファタンク３３に一時的に保存されているため、第１凍結保存容器３４および第２凍結保存容器３５のように複数の凍結保存容器に対しても無菌状態の液体窒素を安定的に供給することができる。また、制御装置３１は、複数の凍結保存容器（本実施形態では第１凍結保存容器３４および第２凍結保存容器３５）が設けられた場合において、複数の凍結保存容器のそれぞれの液体窒素の液面高さに応じて、複数の凍結保存容器の上流側に設けられたバッファタンク３３から液体窒素を凍結保存容器に補給する。これにより、複数の凍結保存容器が設けられた場合であっても、無菌状態の液体窒素を安定的に複数の凍結保存容器に供給することができる。

また、液化装置３２は、気体窒素を除菌する除菌フィルタ装置２５の下流側であって、液体窒素を一時的に保存するバッファタンク３３の上流側に設けられている。すなわち、液化装置３２は、気体窒素を除菌する除菌フィルタ装置２５と、液体窒素を一時的に保存するバッファタンク３３と、の間に設けられている。そのため、液化装置３２は、液体窒素の一時的な保存点としてのバッファタンク３３に近いところで気体窒素を液化して液体窒素を生成できる。これにより、供給ライン２１に侵入する熱により液体窒素が気化する量を抑えることができる。また、供給ライン２１のすべてをコスト高となる真空断熱配管とする必要がないため、液体窒素供給システム２Ａにかかる設備費を低減することができる。

さらに、制御装置３１は、第３液面検知部３３１により検知された液面高さが所定値範囲内になるように、液化装置３２により生成された液体窒素をバッファタンク３３に補給するため、無菌状態の液体窒素を安定的にバッファタンク３３に供給することができる。図９に表したように、制御装置３１は、処理Ｃの実行を完了した後に処理Ｄおよび処理Ｅを並列的に実行すると、バッファタンク３３に一時的に保存する液体窒素を確保し、第１凍結保存容器３４および第２凍結保存容器３５に対してより確実に液体窒素を補給することができる。

以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、上記実施形態に限定されず、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことができる。上記実施形態の構成は、その一部を省略したり、上記とは異なるように任意に組み合わせることができる。

２、２Ａ・・・液体窒素供給システム、２０・・・窒素供給部、２１・・・供給ライン、２２・・・貯槽、２３・・・気化器、２４・・・制御弁、２５・・・除菌フィルタ装置、２６・・・液化装置、２７・・・凍結保存容器、３１・・・制御装置、３２・・・液化装置、３３・・・バッファタンク、３４・・・第１凍結保存容器、３５・・・第２凍結保存容器、３８・・・ガスライン、２１１・・・第１分岐ライン、２１１ａ・・・入口側配管、２１１ｂ・・・出口側配管、２１２・・・第２分岐ライン、２４１・・・第３制御弁、２４２・・・第４制御弁、２４３・・・第１制御弁、２４４・・・第２制御弁、２５１・・・フィルタハウジング、２５２・・・フィルタエレメント、２５３・・・第１開閉弁、２５４・・・第２開閉弁、２６２・・・液体窒素貯蔵容器、２６３・・・ガス液化部、２６４・・・低温電磁弁、２６５・・・低温制御弁、２６６・・・圧力計、２６７・・・安全弁、２６８・・・熱媒体循環路、２６９・・・排出管、２７１・・・液面検知部、２７１ａ・・・液面下限検知部、２７１ｂ・・・液面上限検知部、３３１・・・第３液面検知部、３４１・・・第１液面検知部、３５１・・・第２液面検知部、Ａ１、Ａ２、Ａ３・・・矢印

Claims

気体窒素を供給する窒素供給部と、
前記窒素供給部から供給される気体窒素、または液体窒素を導く供給ラインと、
前記供給ラインにおける前記窒素供給部の下流側に設けられ前記窒素供給部から供給された前記気体窒素を除菌する除菌フィルタ装置と、
前記供給ラインにおける前記除菌フィルタ装置の下流側に設けられ、前記除菌フィルタ装置により除菌された前記気体窒素の供給を制御する制御弁と、
前記供給ラインにおける前記制御弁の下流側に設けられ前記除菌フィルタ装置により除菌された前記気体窒素を液化させて前記液体窒素を生成する液化装置と、
前記供給ラインにおける前記液化装置の下流側に設けられ前記液化装置から供給された前記液体窒素の使用点として前記液体窒素を保存する凍結保存容器と、
前記凍結保存容器に設けられ前記凍結保存容器の内部に保存された前記液体窒素の液面高さを検知する液面検知部と、
前記液面検知部により検知された前記液面高さが所定値範囲内になるように、前記制御弁を制御し、前記液化装置により生成された前記液体窒素を前記凍結保存容器に補給する制御を実行する制御装置と、
を備え、前記液化装置と前記凍結保存容器との間の前記供給ラインに侵入する熱により気化する前記液体窒素の量は、前記凍結保存容器における前記液体窒素の消費量よりも少ないことを特徴とする液体窒素供給システム。
気体窒素を供給する窒素供給部と、
窒素供給部から供給される気体窒素、または液体窒素を導く供給ラインと、
前記供給ラインにおける前記窒素供給部の下流側に設けられ前記窒素供給部から供給された前記気体窒素を除菌する除菌フィルタ装置と、
前記供給ラインにおける前記除菌フィルタ装置の下流側に設けられ前記除菌フィルタ装置により除菌された前記気体窒素を液化させて前記液体窒素を生成する液化装置と、
前記供給ラインにおける前記液化装置の下流側に設けられ前記液化装置により生成された前記液体窒素の一時的な保存点として前記液体窒素を一時的に保存するバッファタンクと、
前記供給ラインにおける前記バッファタンクの下流側に設けられ前記バッファタンクに一時的に保存された前記液体窒素の供給を制御する第１制御弁と、
前記供給ラインにおける前記第１制御弁の下流側に設けられ前記バッファタンクから供給された前記液体窒素の使用点として前記液体窒素を保存する凍結保存容器と、
前記凍結保存容器に設けられ前記凍結保存容器の内部に保存された前記液体窒素の液面高さを検知する液面検知部と、
前記液面検知部により検知された前記液面高さが所定値範囲内になるように、前記第１制御弁を制御し、前記バッファタンクに一時的に保存された前記液体窒素を前記凍結保存容器に補給する制御を実行する制御装置と、
を備え、前記液化装置と前記バッファタンクとの間の前記供給ラインに侵入する熱により気化する前記液体窒素の量は、前記凍結保存容器における前記液体窒素の消費量よりも少ないことを特徴とする液体窒素供給システム。
前記供給ラインは、前記バッファタンクの下流側において分岐した第１分岐ラインおよび第２分岐ラインを有し、
前記第１制御弁は、前記第１分岐ラインに設けられ、
前記凍結保存容器は、前記第１分岐ラインにおける前記第１制御弁の下流側に設けられた第１凍結保存容器であり、
前記液面検知部は、前記第１凍結保存容器に設けられた第１液面検知部であり、
前記第２分岐ラインにおける前記バッファタンクの下流側に設けられ前記バッファタンクに一時的に保存された前記液体窒素の供給を制御する第２制御弁と、
前記第２分岐ラインにおける前記第２制御弁の下流側に設けられ前記バッファタンクから供給された前記液体窒素を保存する第２凍結保存容器と、
前記第２凍結保存容器に設けられ前記第２凍結保存容器の内部に保存された前記液体窒素の液面高さを検知する第２液面検知部と、
をさらに備え、
前記制御装置は、前記第１液面検知部により検知された前記液面高さが所定値範囲内になるように、前記第１制御弁を制御し、前記バッファタンクに一時的に保存された前記液体窒素を前記第１凍結保存容器に補給するとともに、前記第２液面検知部により検知された前記液面高さが所定値範囲内になるように、前記第２制御弁を制御し、前記バッファタンクに一時的に保存された前記液体窒素を前記第２凍結保存容器に補給する制御を実行することを特徴とする請求項２に記載の液体窒素供給システム。
前記バッファタンクに設けられ前記バッファタンクの内部に一時的に保存された前記液体窒素の液面高さを検知する第３液面検知部と、
前記供給ラインにおける前記除菌フィルタ装置と前記液化装置との間に設けられた第３制御弁と、
をさらに備え、
前記制御装置は、前記第３液面検知部により検知された前記液面高さが所定値範囲内になるように、前記第３制御弁を制御し、前記液化装置により生成された前記液体窒素を前記バッファタンクに補給する制御を実行することを特徴とする請求項３に記載の液体窒素供給システム。