JPH0512693Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 《産業上の利用分野》 本考案はリンパ球、骨髄細胞、さらには精子、
受精卵等の生体細胞などにつき、これを超急速冷
凍処理して高生存率の凍結を行うため、ヘリウム
冷凍機を用いて構成した冷凍装置に関する。

《従来の技術》 最近家畜精子や受精卵、あるいは人体の血液中
における各種細胞、さらには骨髄細胞等を凍結し
て、これを保存しておき、必要に応じて適時解凍
することで所期の目的に当該生体細胞等を利用す
ることが、盛んに行われている。

ところで、上記の如き生体細胞の凍結に際して
は、その生存率を高めることが最も重要な事柄と
なるが、そのためには10000℃／min以上の冷却
速度をもつた超急速冷凍を施すのがよいとされて
いる。

そこで上記超急速冷凍を行うため、既に第２図
に示す如き冷凍装置が用いられている。

すなわち、液体ヘリウム容器ａ内の液体ヘリウ
ムｂを内圧b′により導管ｃにて導出し、これを自
然蒸発または蒸発器ｄによつてヘリウム蒸気とな
し、当該蒸気を所望開成度合とした調節弁ｅによ
つて、排気口ｆをもつた凍結チヤンバーｇに送気
し、このヘリウム蒸気内に、緩衝液ｈと共に供与
される生体細胞等の被凍結体ｉを滴下させること
で、当該被凍結体ｉを緩衝液ｈと共に超急速冷凍
結させるようにしたものである。

しかし、上記冷凍装置によるときは、排気口ｆ
から使用済のヘリウムガスを排気してしまうと、
その凍結コストが極めて高価なものとなつてしま
い、これを回避するため、排気口ｆからの排ヘリ
ウムガスを回収し、これを精製して再液化するこ
とは可能であるものの、このためには高額の設備
投資が必要となるだけでなく、その稼動運転およ
び管理に高度な技術を要求されることとなり、ま
た液体ヘリウムを取扱わねばならないため、これ
にも特殊技能が要求されるだけでなく、作業にも
危険が伴なうこととなる。

さらに同上装置によると、導管ｃの途中にあつ
て液体ヘリウムが蒸発し、これによりヘリウム蒸
気の吐出圧が脈動し易くなる上、液体ヘリウム容
器ａ内の内圧b′も一定に保ち難くなり、この結果
凍結チヤンバーｇ内での温度制御も困難となつて
しまう等の諸欠陥が存する。

そこで液体ヘリウムを直接取扱うことの必要が
ないヘリウム冷凍機を利用した第３図の如き冷凍
装置も既に提案されている。

一般にヘリウム冷凍機ｊなるものは、同図に示
す通りコンプレツサｋの低圧側である作動ガス吸
入ラインｌと高圧側である作動ガス吐出ラインｍ
とからなる作動部ｎを具備し、さらに真空断熱手
段等による断熱器ｏ内の第１蓄冷器Ｐ１、第２蓄
冷器Ｐ２をも備えたものであるが、かかるヘリウ
ム冷凍機ｊにあつて、その第１蓄冷器Ｐ１から冷
端部である第２蓄冷器Ｐ２にかけて、導出パイプ
ｑを密接巻きして熱交換コイル部ｑ１，ｑ２を形
成し、この導出パイプｑ内の循環系ヘリウムガス
を、当該熱交換コイル部ｑ１，ｑ２によつて冷却
した後、これを凍結チヤンバーｇに導入し、さら
に当該チヤンバーｇに連結した帰還パイプｒのポ
ンプｓを稼動することにより循環させるようにし
たもので、もちろん、この場合にも上記凍結チヤ
ンバーｇ内に緩衝液ｈと共に被凍結体ｉが滴下さ
れることとなる。

上記第２図の装置によれば、第１図の装置がも
つ欠陥についてはこれを大幅に改善できるもの
の、熱交換コイル部ｑ１，ｑ２による間接熱交換
であるため、熱交換損失が大きくなると共に、循
環系ヘリウムガスによる立上りの予冷に可成りの
時間がかかり、かつ熱交換の速度にも限界がある
から、循環系ヘリウムガス量を増大させようとす
れば、より大きなヘリウム冷凍機が必要となり、
従つて負荷の変動に対応し難いものとなる。

また、運動中に循環系ヘリウムガスの循環量を
増大させると、一たん急激に温度上昇してしま
い、これが所定の低温に安定するまでに可成の時
間を要するなど、レスポンスの点でも満足すべき
結果が得られない。

そこで本願人は、上記の問題点を解決するた
め、第４図に示す如き超急速冷凍装置につき既に
提案した。

これによれば、ヘリウム冷凍機ｊから、その作
動ガスであるヘリウムの一部を、そのまま導出管
ｔによつて凍結チヤンバーｇに供給し、さらに除
湿のための吸着筒ｕを介して、当該使用済の作動
ガスをヘリウム冷凍機ｊの作動部ｎにおける作動
ガス吸入ラインｌに帰還させることで帰還系を形
成するようにしたものであるから、稼動性能とし
て熱効率もよく、レスポンスも良好となり、上記
従来例の欠陥を解消し得るのである。

しかし、当該装置にあつては、その管理という
観点からすると、次の如き不満が残されるのであ
り、その第１点は循環系に凍結チヤンバーｇを連
結した後、空気の混在を排除するためにヘリウム
によるパージ処理を施す必要があり、この際のパ
ージが不完全で空気が残留したりしていると、こ
れが稼動に際してヘリウム冷凍機ｊに流入するこ
ととなり、この結果当該冷凍機ｊの運転そのもの
に支障を来すこととなり、このため稼動前におけ
るパージ処理に時間と労力を費やさねばならな
い。

次に第２点として、前記の如く吸着筒ｕを介接
することで、被凍結体としての生体細胞等に起因
する水分等を除去することが実際上要求される
か、この水分除去能力が最初から不足であつた
り、運転稼動によつて吸着筒ｕ内の吸着剤が破過
したりする事態が生ずれば、当該水分等がヘリウ
ム冷凍機ｊに入り込み、これが当該冷凍機１自体
に支障を与えることとなる。

《考案が解決しようとする問題点》 本考案は上記従来装置の難点を解消するため、
前記第３図の装置の如く蓄冷器に熱交換コイルを
巻装するといつた熱交換手段をとることなく、第
４図のようにヘリウム冷凍機の作動ガスにつきそ
の一部を外部に導出するのであるが、当該作動ガ
スを直接被凍結体の凍結に使用するのではなく、
別個にヘリウムである冷凍ガスが回流し、かつ凍
結チヤンバーが介接されている循環系を形成し、
この冷凍ガスを前記作動ガスによつて冷却する熱
交換機を具備させることで、ヘリウム冷凍機の上
記作動ガス循環系とは、完全に切り離された冷凍
ガス循環系を用いることで、後者の循環系におけ
る空気や水分が、ヘリウム冷凍機に進入すること
のないようにして管理上の問題を解消し、かつ熱
交換率をも向上させることで、超急速冷却を容易
に行い得るようにしようとするのが、その目的で
ある。

《問題点を解決するための手段》 本考案は上記の目的を達成するため、コンプレ
ツサの低圧側である作動ガス吸入ラインと高圧側
である作動ガス吐出ラインとからなる作動部と、
断熱器内の第１、第２蓄冷器とを具備したヘリウ
ム冷凍機にあつて、上記第２蓄冷器である冷端部
から、前記作動部のヘリウムである作動ガスの一
部を、熱交換器をもつた作動ガスラインにより、
前記低圧部の作動ガス吸入ラインに連結して一次
循環系を形成し、上記熱交換器にて前記作動ガス
とヘリウムである冷凍ガスとが熱交換される二次
循環系には、当該冷凍ガスを還流させるポンプ
と、上記熱交換器の出口側と連結され、かつ被凍
結体が別途供与される気密な凍結チヤンバーとが
介接されてなるヘリウム冷凍機を用いた超急速冷
凍装置を提供しようとするものである。

《作用》 ヘリウム冷凍機を稼動させれば、ヘリウムであ
る作動ガスの一部が、作動ガスラインによつて熱
交換機からヘリウム冷凍機の作動ガス吸入ライン
に回流されて一次循環系を循環することとなり、
これによつて熱交換器の作動ガスが、パイプを介
して二次循環系内のヘリウムである冷凍ガスを冷
却することとなり、この冷却された冷凍ガスがポ
ンプによる循環の途上、凍結チヤンバーに供与さ
れるから、ここで生体細胞等の被凍結体が超急速
冷凍されて落下し、これにより得られた凍結済被
凍結体は凍結チヤンバーに保留され、この二次循
環系から凍結チヤンバーを取り外すことで、当該
凍結済被凍結体を別途凍結保存しておくことがで
きる。

《実施例》 本考案につき第１図の実施例によつて、これを
詳記すれば、１がヘリウム冷凍機で、既知の通り
作動部２がコンプレツサ３と、低圧側の作動ガス
吸入ライン４と、高圧側の作動ガス吐出ライン５
により形成され、第１蓄冷器６と冷端部をもつ第
２蓄冷器７とが、外側器８ａとサーマルシールド
である内側器８ｂとにより二重遮蔽構成となつて
いる断熱器８の真空部９に夫々内装されている。

本考案では、上記の如きヘリウム冷凍機１にあ
つて、その冷却端を有する第２蓄冷器７から分流
ライン２ａによつて、作動部２におけるヘリウム
である作動ガスの一部を、作動ガスライン１０に
よつて導出させ熱交換器１１を介してヘリウム冷
凍機１の前記冷却部２における作動ガス吸入ライ
ン４に帰還させるのであり、このため図示例では
ヘリウム冷凍機１−作動ガスライン１０−熱交換
器１１の蛇行せる外筒部１１ａ−作動ガス帰還ラ
イン１２の流量調整弁１３−開閉弁１４−作動ガ
ス吸入ライン４により閉成された一次循環系１５
が形成されている。

次に本考案では、上記の一次循環系１５とは全
く別傾倒の二次循環系１６を、閉路として形成す
るのであり、これは図示例の如く上記の熱交換器
１１にあつて、その外筒部１１ａ内に挿通された
内管部１１ｂを有し、当該内管部１１ｂの出口側
１１ｃから、内側器８ｂおよび外側器８ａの突出
された断熱パイプ８ｃとを貫通して、冷凍ガス供
給ライン１７が延出されている。

さらに、外部に露呈された上記冷凍ガス供給ラ
イン１７には順次滅菌フイルタ１８、流量調節弁
１９そして開閉弁２０が接続された後、その放出
端１７ａが、凍結チヤンバー２１内に開口してお
り、ここで、上記連結チヤンバー２１としては、
密閉容器２１ａ内にメツシユ部２１ｂをもつた内
筒２１ｃを収納し、このメツシユ部２１ｂを通過
した冷凍ガスが、当該密閉容器２１ａに連結した
冷凍ガス帰還ライン２２に流入されるようになつ
ている。

さらに、この冷凍ガス帰還ライン２２には順次
開閉弁２３、活性炭などを用いた吸着筒２４、そ
してポンプ２５が介接され、その終端が前記熱交
換器１１における内管部１１ｂの入口側１１ｄに
連結され、このようにして前記二次循環系１６が
閉成されている。

ここで、図示例では、さらに実際の稼動操作
上、滅菌ガスライン２６、パージ用ヘリウムライ
ン２７そして放出ライン２８が、冷凍ガス供給ラ
イン１７と冷凍ガス帰還ライン２２とに連結され
ている。

上記滅菌ガスライン２６はエチレンオキサイド
ガス等の滅菌ガスを収納した滅菌源ボンベ２６ａ
と流量調節弁２６ｂおよび開閉弁２６ｃをもつた
滅菌用パイプ２６ｄを、冷凍ガス供給ライン１７
にあつて、前記滅菌フイルタ１８と流量調節弁１
９との間に連結してあり、次に前記のパージ用ヘ
リウムライン２７は、パージ用ボンベ２７ａ、流
量調節弁２７ｂ、開閉弁２７ｃをもつパージ用パ
イプ２７ｄを、冷凍ガス帰還ライン２２にあつ
て、前記の開閉弁２３と吸着筒２４との間に連結
し、さらに同上帰還ライン２２の開閉弁２３と凍
結チヤンバー２１との間にあつて、前記放出ライ
ン２８の放出弁２８ａをもつた放出用パイプ２８
ｂがそれぞれ連結されている。

尚、図中２９は、生体細胞等の被凍結体３０を
緩衝液３１中に投入した容器であり、３２は当該
容器２９と凍結チヤンバー２１とを連結した被凍
結体供給パイプで、順次ポンプ３３と開閉弁３４
とが介接されている。

そこで上記の冷凍装置を使用するには、実際上
次のようにして稼動操作するのが望ましい。

すなわち、被凍結体３０の凍結処理に先立つ
て、二次循環系１６についての滅菌処理を施すた
め、開閉弁２６ｃを開き流量調節弁２６ｂの開度
により決る量の滅菌ガスを、滅菌源ボンベ２６ａ
から滅菌ガスライン２６を介して、冷凍ガス供給
ライン１７に流入し、当該滅菌ガスを、開閉弁２
３の閉止状態下にあつて、滅菌フイルタ１８の下
流側、すなわち流量調節弁１９−開閉弁２０−凍
結チヤンバー２１−冷凍ガス帰還ライン２２−放
出ライン２８−放出弁２８ａへと送り込み、これ
により当該系内の滅菌を行つて、異物、雑菌等に
よる生体細胞等の汚染を防止する。

次にヘリウムによるパージを行うが、これは系
内に水分、空気、そして上記の滅菌ガス等が残留
していると、二次循環系１６における冷凍ガスの
流れに対して、凝固や液化が生じたりすることに
よる障害が生ずることを阻止するためであり、こ
れには上記滅菌ガスの供給を止めてから、パージ
用ヘリウムライン２７を稼動させることによつ
て、パージ用ボンベ２７ａからヘリウムガスを開
閉弁２７ｃの開成、流量調整弁２７ｂによる流量
調整により冷凍ガス帰還ライン２２に流入させ、
これを順路である吸着筒２４−ポンプ２５−内管
部１１ｂ−冷凍ガス供給ライン１７−滅菌フイル
タ１８−流量調節弁１９−開閉弁２０−凍結チヤ
ンバー２１−放出ライン２８−放出弁２８ａを経
て外気へ放出するのであり、もちろんこの場合開
閉弁２３は閉止しておくこととなる。

次に一次循環系１５に作動ガスを循環させ、二
次循環系１６に冷凍ガスを循環させることで、当
該循環系１６の予冷を行うのであるが、このため
には、開閉弁１４を開成し、流量調整弁１３を所
要開成度合としてヘリウム冷凍機１を稼動させる
と共に、二次循環系１６にあつては開閉弁２３を
開成して、ポンプ２５を起動させることで、当該
循環系１６に冷凍ガスを循環させるのである。

このことで、作動ガスは熱交換器１１にあつ
て、その外管部１１ａ内を流動し、これにより内
管部１１ｂを流れる冷凍ガスが冷熱の熱交換を受
けて冷却されるのであつて、この結果当該冷凍ガ
スの温度が例えば20K程度まで冷却されるに至
り、従つて凍結チヤンバー２１内も当該温度まで
予冷されるのである。

この際滅菌フイルタ１８の存在によつて、凍結
チヤンバー２１内が再汚染されるといつたことが
完全に除去されるようになる。

上記の予冷がすめば、被凍結体３０の凍結を行
うこととなるが、これには既知の如く容器２９内
に緩衝液３１と共に投入されている生体細胞等の
被凍結体３０を、ポンプ３３の稼動によつて被凍
結体供給パイプ３２により凍結チヤンバー２１の
内筒２１ｃ内に滴下する。

このことにより緩衝液３１と共に凍結された被
凍結体３０は、内筒２１ｃの底部であるメツシユ
部２１ｂに落動堆積され、被凍結体３０と熱交換
を完了したヘリウムガスは、当該メツシユ部２１
ｂを通過して、密閉容器２１ａから冷凍ガス帰還
ライン２２に流入し、これが吸着筒２４を通過す
ることで、上記生体細胞等に起因する水分などを
筒内の活性炭などによる吸着剤によつて除去し、
これがポンプ２５に流入して、その運転に障害と
なるといつたことを防止しており、次々と被凍結
物の凍結処理が進行していく。

以上のようにして、所定量の生体細胞につき、
その凍結処理が終了したならば、ヘリウム冷凍機
１の稼動を停止し、開閉弁である２０と２３を閉
じた後、凍結チヤンバー２１を、当該二次循環系
１６から取り外すのである。

《考案の効果》 本考案は上記のようにして構成できるものであ
るから、液体ヘリウム自体を直接取扱う必要がな
くなり、この結果液体ヘリウム取扱い上の特殊技
術が要求されることなく、安全な運転が確保され
るだけでなく、ヘリウム冷凍機から取り出した作
動ガスは、閉鎖ラインである一次循環系を回流す
るので、外部からこれに水分、空気その他の異物
が侵入しないこととなり、この結果ヘリウム冷凍
機の管理が極めて容易となる。

また熱交換方式も、上記の作動ガスとパイプを
介して冷凍ガスとの熱交換であるから、図示例の
如きチユーブインチユーブの熱交換器を用いるな
どして、可成りの高性能の熱交換が行われ、これ
により大きな冷却能力を取り出すことができ、負
荷変動に対するレスポンスも良好な装置を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る超急速冷凍装置の配管説
明図、第２図と第３図および第４図は従来の超急
速冷凍装置を示す夫々別異の配管説明図である。 １……ヘリウム冷凍機、２……作動部、３……
コンプレツサ、４……作動ガス吸入ライン、５…
…作動ガス吐出ライン、６……第１蓄冷器、７…
…第２蓄冷器、８……断熱器、１０……作動ガス
ライン、１１……熱交換器、１１ｃ……熱交換器
の出口側、１５……一次循環系、１６……二次循
環系、２１……凍結チヤンバー、２５……ポン
プ、３０……被凍結体。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. コンプレツサの低圧側である作動ガス吸入ライ
   ンと高圧側である作動ガス吐出ラインとからなる
   作動部と、断熱器内の第１、第２蓄冷器とを具備
   したヘリウム冷凍機にあつて、上記第２蓄冷器で
   ある冷端部から、前記作動部のヘリウムである作
   動ガスの一部を、熱交換器をもつた作動ガスライ
   ンにより、前記低圧部の作動ガス吸入ラインに連
   結して一次循環系を形成し、上記熱交換器にて前
   記作動ガスとヘリウムである冷凍ガスとが熱交換
   される二次循環系には、当該冷凍ガスを還流させ
   るポンプと、上記熱交換器の出口側と連結され、
   かつ被凍結体が別途供与される気密な凍結チヤン
   バーとが介接されてなるヘリウム冷凍機を用いた
   超急速冷凍装置。