特許 7558780 無菌液体窒素供給装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-20

(45)【発行日】2024-10-01

(54)【発明の名称】無菌液体窒素供給装置

(51)【国際特許分類】

   F17C 7/02 20060101AFI20240924BHJP

   F17C 5/02 20060101ALI20240924BHJP

【ＦＩ】

F17C7/02

F17C5/02 Z

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2020202788

(22)【出願日】2020-12-07

(65)【公開番号】P2022090399

(43)【公開日】2022-06-17

【審査請求日】2023-09-07

(73)【特許権者】

【識別番号】000126115

【氏名又は名称】エア・ウォーター株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】仁田 吉郎

(72)【発明者】

【氏名】木山 洋実

【審査官】加藤 信秀

(56)【参考文献】

【文献】米国特許第０４６２０９６２（ＵＳ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１２２４８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０４５１０７６０（ＵＳ，Ａ）

【文献】特開昭５７－２０４８３３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１７Ｃ ７／０２

Ｆ１７Ｃ ５／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

液体窒素を供給する液体窒素供給源と、
前記液体窒素供給源から供給された前記液体窒素と該液体窒素が気化した窒素ガスとを貯えるタンクと、
前記タンク内の前記窒素ガスを圧送するポンプと、
前記ポンプによって圧送された前記窒素ガスが通流する除菌フィルタと、
前記除菌フィルタを通流した前記窒素ガスと前記ポンプによって前記タンクから送出された前記窒素ガスとを熱交換させる第１熱交換器と、
前記タンク内において前記液体窒素に浸漬されており、前記第１熱交換器を通過した前記窒素ガスを前記タンク内の前記液体窒素と熱交換させて液化させる第２熱交換器とを備える、無菌液体窒素供給装置。

【請求項2】

前記タンクと前記ポンプとの間を通流している前記窒素ガスの圧力は、大気圧より低い、請求項１に記載の無菌液体窒素供給装置。

【請求項3】

前記除菌フィルタと前記第１熱交換器との間を通流している前記窒素ガスの一部を外部に供給する窒素ガス供給部をさらに備える、請求項１または請求項２に記載の無菌液体窒素供給装置。

【請求項4】

前記ポンプと前記除菌フィルタとの間を通流している前記窒素ガスの一部を外部に供給する窒素ガス供給部をさらに備える、請求項１または請求項２に記載の無菌液体窒素供給装置。

【請求項5】

前記液体窒素供給源から供給された前記液体窒素を、前記タンクと前記ポンプとの間を通流している前記窒素ガスと熱交換させて冷却する、第３熱交換器をさらに備える、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の無菌液体窒素供給装置。

【請求項6】

前記ポンプと前記除菌フィルタとの間に、前記ポンプと前記除菌フィルタとの間を通流している前記窒素ガスを冷却水と熱交換させて冷却する第４熱交換器をさらに備える、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の無菌液体窒素供給装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、無菌液体窒素供給装置に関する。

【背景技術】

【0002】

殺菌された極低温の液体の供給装置の構成を開示した先行文献として、米国特許第４６２０９６２号明細書(特許文献１)がある。特許文献１に記載された、殺菌された極低温の液体の供給装置は、液体窒素貯蔵タンクと、熱交換器と、殺菌手段と、圧力容器と、断熱タンクとを備える。液体窒素貯蔵タンクから供給される液体窒素は、熱交換器において気化される。気化した窒素ガスは、殺菌手段を通過して殺菌される。殺菌された窒素ガスは、熱交換器において、液体窒素貯蔵タンクから供給される液体窒素と熱交換された後、圧力容器内に供給される。圧力容器は、液体窒素貯蔵タンクから断熱タンク内へ供給される液体窒素に浸漬されている。圧力容器内に供給された窒素ガスは、断熱タンク内かつ圧力容器の外側に貯えられている液体窒素により冷却されて液化する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】米国特許第４６２０９６２号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載された液体供給装置においては、殺菌される液体窒素とは別の液体窒素を冷媒として殺菌された窒素ガスを液化しているため、使用した液体窒素に対して得られる殺菌された液体窒素の収率が低い。

【0005】

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、使用した液体窒素に対して得られる無菌液体窒素の収率を向上することができる、無菌液体窒素供給装置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】

【0006】

本発明に基づく無菌液体窒素供給装置は、液体窒素供給源と、タンクと、ポンプと、除菌フィルタと、第１熱交換器と、第２熱交換器とを備える。液体窒素供給源は、液体窒素を供給する。タンクは、液体窒素供給源から供給された液体窒素と液体窒素が気化した窒素ガスとを貯える。ポンプは、タンク内の窒素ガスを圧送する。除菌フィルタにおいては、ポンプによって圧送された窒素ガスが通流する。第１熱交換器においては、除菌フィルタを通流した窒素ガスとポンプを通過する前の窒素ガスとを熱交換させる。第２熱交換器は、タンク内において液体窒素に浸漬されており、第１熱交換器を通過した窒素ガスをタンク内の液体窒素と熱交換させて液化させる。

【0007】

本発明の一形態においては、タンクとポンプとの間を通流している窒素ガスの圧力は、大気圧より低い。

【0008】

本発明の一形態における無菌液体窒素供給装置は、除菌フィルタと第１熱交換器との間を通流している窒素ガスの一部を外部に供給する窒素ガス供給部をさらに備える。

【0009】

本発明の一形態における無菌液体窒素供給装置は、ポンプと除菌フィルタとの間を通流している窒素ガスの一部を外部に供給する窒素ガス供給部をさらに備える。

【0010】

本発明の一形態における無菌液体窒素供給装置は、第３熱交換器をさらに備える。第３熱交換器は、液体窒素供給源から供給された液体窒素を、タンクとポンプとの間を通流している窒素ガスと熱交換させて冷却する。

【0011】

本発明の一形態における無菌液体窒素供給装置は、第４熱交換器をさらに備える。第４熱交換器は、ポンプと除菌フィルタとの間に、ポンプと除菌フィルタとの間を通流している窒素ガスを冷却水と熱交換させて冷却する。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、使用した液体窒素に対して得られる無菌液体窒素の収率を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の一実施の形態に係る無菌液体窒素供給装置の構成を示す系統図である。

【図2】比較例に係る無菌液体窒素供給装置の構成を示す系統図である。

【図3】本発明の一実施の形態の変形例に係る無菌液体窒素供給装置の構成を示す系統図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の一実施の形態に係る装置について図面を参照して説明する。以下の実施の形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。

【0015】

なお、本発明の一実施の形態の無菌液体窒素供給装置における液体窒素および窒素ガスの温度、圧力または流量は、シミュレーションによる解析値である。温度の単位として、℃(セ氏温度)を用いている。圧力の単位として、ＰａＧ(ゲージ圧力)を用いている。流量の単位として、Ｎｍ³／ｈ(単位時間あたりのノルマル立方メートル)を用いている。また、本発明の一実施の形態の無菌液体窒素における無菌とは、無菌化された窒素雰囲気において飲料容器に飲料物を充填する、いわゆる、アセプティック充填において飲料物および当該飲料物を飲む人の体に影響を及ぼさない程度の菌の数量以下である。

【0016】

図１は、本発明の一実施の形態に係る無菌液体窒素供給装置の構成を示す系統図である。図１に示すように、無菌液体窒素供給装置１は、液体窒素供給源１００と、タンク１２０と、ポンプ１４０と、除菌フィルタ１６０と、第１熱交換器１３０と、第２熱交換器１８０とを備える。本発明の一実施の形態にかかる無菌液体窒素供給装置１においては、第３熱交換器１１０と、第４熱交換器１５０と、第５熱交換器１３５と、ヒータ１４５と、窒素ガス供給部１７０と、貯留タンク１９０と、滴下器１９２とをさらに備える。

【0017】

液体窒素供給源１００は、液体窒素１０Ｌを供給する。液体窒素供給源１００は、たとえば、コールドエバポレータである。液体窒素供給源１００の内部は、陽圧に保たれている。

【0018】

液体窒素供給源１００は、第１流路部１１によってタンク１２０と接続されている。液体窒素供給源１００から供給された液体窒素１０Ｌは、第１流路部１１を通流する。第１流路部１１は、第３熱交換器１１０を通過している。第１流路部１１における液体窒素供給源１００と第３熱交換器１１０との間の位置に、バルブ１０１が設けられている。第１流路部１１における第３熱交換器１１０とタンク１２０との間の位置に、バルブ１１１が設けられている。

【0019】

タンク１２０は、液体窒素供給源１００から供給された液体窒素１０Ｌと液体窒素１０Ｌが気化した窒素ガス１０Ｇとを貯える。本実施の形態においては、タンク１２０の内部には、液体窒素１０Ｌの液面高さを検知するレベルセンサが設けられている。レベルセンサは、たとえば、差圧式センサである。タンク１２０は、窒素ガス１０Ｇが通流する第２流路部１２によってポンプ１４０と接続されている。第２流路部１２は、第３熱交換器１１０、第１熱交換器１３０および第５熱交換器１３５をこの順で通過している。タンク１２０内において第２熱交換器１８０が液体窒素１０Ｌに浸漬されている。

【0020】

バルブ１０１は、たとえば、圧力調整バルブである。バルブ１０１により液体窒素供給源１００から供給される液体窒素１０Ｌの圧力および流量が調整される。バルブ１１１は、レベルセンサが検知したタンク１２０内の液体窒素１０Ｌの液面高さに応じて開閉される。バルブ１１１によってタンク１２０内の液面高さが一定範囲にあるように調整されることにより、第２熱交換器１８０が液体窒素１０Ｌに浸漬された状態が維持される。

【0021】

第３熱交換器１１０は、液体窒素供給源１００から供給された液体窒素１０Ｌを、タンク１２０とポンプ１４０との間を通流している窒素ガス１０Ｇと熱交換させて冷却する。具体的には、第３熱交換器１１０において、第１流路部１１を通流している液体窒素１０Ｌは、第２流路部１２を通流している窒素ガス１０Ｇと熱交換して冷却される。

【0022】

第１流路部１１における液体窒素供給源１００と第３熱交換器１１０との間を通流している液体窒素１０Ｌは、たとえば、温度が－１７９．１℃、圧力が４００ｋＰａＧ、流量が３８Ｎｍ³／ｈである。

【0023】

第３熱交換器１１０において冷却されることにより、第１流路部１１における第３熱交換器１１０とタンク１２０との間を通流している液体窒素１０Ｌは、たとえば、温度が－１８２．０℃、圧力が３９５ｋＰａＧである。

【0024】

第３熱交換器１１０を通流して冷却された液体窒素１０Ｌは、タンク１２０内に流入する。第３熱交換器１１０が設けられていることにより、第３熱交換器１１０が設けられていない場合と比較して、タンク１２０内に貯液される液体窒素１０Ｌの温度を低くすることができる。

【0025】

ポンプ１４０は、タンク１２０内の窒素ガス１０Ｇを圧送する。ポンプ１４０の圧送により、タンク１２０とポンプ１４０との間を通流している窒素ガス１０Ｇの圧力は、大気圧より低くなっている。タンク１２０と第３熱交換器１１０との間を通流している窒素ガス１０Ｇは、たとえば、温度が－２０１．３℃、圧力が－５１ｋＰａＧである。

【0026】

タンク１２０内の窒素ガス１０Ｇおよび液体窒素１０Ｌは、圧力が大気圧より低くなることにより、温度が大気圧における窒素の沸点である－１９５．８℃より低くなる。これにより、第２熱交換器１８０によってタンク１２０内の液体窒素１０Ｌと熱交換される後述する無菌液体窒素１０ＬＳを、－１９５．８℃より低い温度にすることができる。

【0027】

第３熱交換器１１０において加温されることにより、第２流路部１２における第３熱交換器１１０と第１熱交換器１３０との間を通流している窒素ガス１０Ｇは、たとえば、温度が－１８１．１℃、圧力が－５６ｋＰａＧである。第２流路部１２内における窒素ガス１０Ｇの圧力は、ポンプ１４０に近づくほど低くなる。

【0028】

第１熱交換器１３０は、後述する除菌フィルタ１６０を通流した窒素ガス１０ＧＳとポンプ１４０を通過する前の窒素ガス１０Ｇとを熱交換させる。具体的には、第２流路部１２を通流する窒素ガス１０Ｇは、第１熱交換器１３０において、後述する第３流路部１３を通流する窒素ガス１０Ｇと熱交換して加温される。第２流路部１２における第１熱交換器１３０と第５熱交換器１３５との間を通流している窒素ガス１０Ｇは、たとえば、温度が－４６．５℃、圧力が－６１ｋＰａＧである。

【0029】

第５熱交換器１３５は、第２流路部１２における第１熱交換器１３０を通流した窒素ガス１０Ｇを、外気と熱交換させて加温する。第５熱交換器１３５においては、外気との接触面積を確保するために第２流路部１２の外周にフィンが設けられている。第２流路部１２における第５熱交換器１３５とポンプ１４０との間を通流している窒素ガス１０Ｇは、たとえば、温度が３２．０℃、圧力が－６１ｋＰａＧである。

【0030】

ポンプ１４０は、たとえば、真空ポンプである。ポンプ１４０は、真空ポンプに限られず、タンク１２０内を大気圧以下に減圧するとともにタンク１２０内の窒素ガス１０Ｇを圧送可能であればよく、圧縮機であってもよい。ポンプ１４０は、吸入圧に応じてインバータ制御され、吸入圧が一定に保たれている。

【0031】

ポンプ１４０は、第３流路部１３によって貯留タンク１９０と接続されている。第３流路部１３は、第４熱交換器１５０、第１熱交換器１３０および第２熱交換器１８０をこの順で通過している。

【0032】

第３流路部１３におけるポンプ１４０とヒータ１４５との間を通流している窒素ガス１０Ｇは、たとえば、温度が２５２．６℃、圧力が２２３ｋＰａＧ、流量が３８Ｎｍ³／ｈである。

【0033】

第３流路部１３におけるポンプ１４０と第４熱交換器１５０との間の位置に、ヒータ１４５が設けられている。ヒータ１４５は、たとえば、ニクロム線を内部に有するシースヒータである。ヒータ１４５は、第３流路部１３内にシースを配置して、窒素ガス１０Ｇとシースとを接触させることにより窒素ガス１０Ｇを加熱する。なお、ヒータ１４５は、シースヒータに限られず、第３流路部１３の外側に配置され、第３流路部１３を通じて窒素ガス１０Ｇを加熱する構成であってもよい。

【0034】

第３流路部１３を通流している窒素ガス１０Ｇは、ヒータ１４５によって加熱されることにより殺菌される。この加熱殺菌により、窒素ガス１０Ｇ中の病原性および有害性を有する細菌などの微生物を死滅させることができる。ヒータ１４５の加熱温度は、たとえば、１００℃以上３００℃以下である。なお、ポンプ１４０によって加圧された際の窒素ガス１０Ｇの昇温によって窒素ガス１０Ｇが十分に殺菌される場合には、ヒータ１４５は設けられていなくてもよい。

【0035】

第４熱交換器１５０は、第３流路部１３におけるヒータ１４５を通流した窒素ガス１０Ｇを、冷却水と熱交換させて冷却する。具体的には、図１に示すように、第４熱交換器１５０は、第３流路部１３を通流している窒素ガス１０Ｇを、冷却水供給源２０から供給されて冷却水流路２１を通流している冷却水と熱交換させて冷却する。冷却水は、排水部２２から外部へ排水される。

【0036】

第３流路部１３における第４熱交換器１５０と第１熱交換器１３０との間の位置に、除菌フィルタ１６０が設けられている。除菌フィルタ１６０には、ポンプ１４０によって圧送された窒素ガス１０Ｇが通流する。具体的には、第４熱交換器１５０を通流している窒素ガス１０Ｇは、除菌フィルタ１６０を通過する。除菌フィルタ１６０を通過する際、窒素ガス１０Ｇ中の細菌などの微生物が除去される。

【0037】

除菌フィルタ１６０は、たとえば、ステンレス若しくはアルミなどの金属フィルタ、または、ポリエチレン若しくはポリプロピレンなどの樹脂フィルタである。

【0038】

除菌フィルタ１６０のメッシュの大きさは、たとえば、０．０１μｍ以上０．２μｍ以下である。なお、除菌フィルタ１６０のメッシュの大きさおよび除菌フィルタ１６０自体の大きさは、窒素ガス１０ＧＳの必要流量を確保しつつ、窒素ガス１０Ｇに含まれる細菌などの微生物を捕捉可能な大きさで設定される。

【0039】

除菌フィルタ１６０は、ヒータ１４５などの他の無菌化する手段と併用される場合、これらの無菌化手段の中で第３流路部１３の最も下流の位置に設けられていることが好ましい。他の無菌化する手段として、紫外線照射により窒素ガス１０Ｇを無菌化する手段が含まれていてもよい。

【0040】

第３流路部１３における除菌フィルタ１６０と第１熱交換器１３０との間の位置に、窒素ガス１０ＧＳが通流する第５流路部１５が接続されている。第５流路部１５を通流した窒素ガス１０ＧＳは、窒素ガス供給部１７０から排出される。すなわち、窒素ガス供給部１７０は、除菌フィルタ１６０と第１熱交換器１３０との間を通流している窒素ガス１０ＧＳの一部を外部に供給する。窒素ガス供給部１７０から供給される無菌化された窒素ガス１０ＧＳは、たとえば、アセプティック充填する際のパージガスとして使用される。

【0041】

第５流路部１５を通流する窒素ガス１０ＧＳは、たとえば、温度が３４℃、圧力が２０６ｋＰａＧ、流量が１５Ｎｍ³／ｈである。なお、本実施の形態においては、窒素ガス供給部１７０から供給される窒素ガス１０ＧＳの流量は、液体窒素供給源１００から供給される液体窒素１０Ｌの流量の約３９％であるが、その割合は、約３９％に限られず、後述するように無菌化された窒素ガス１０ＧＳを第２熱交換器１８０において無菌液体窒素１０ＬＳに液化するために必要なタンク１２０内の液体窒素１０Ｌの量に応じて設定される。

【0042】

第３流路部１３における第５流路部１５との接続位置と第１熱交換器１３０との間を通流している窒素ガス１０ＧＳは、たとえば、温度が３４℃、圧力が２０５ｋＰａＧ、流量が２３Ｎｍ³／ｈである。

【0043】

第１熱交換器１３０において、第３流路部１３を通流している窒素ガス１０ＧＳは、第２流路部１２を通流する窒素ガス１０Ｇと熱交換して、冷却される。第３流路部１３において第１熱交換器１３０と第２熱交換器１８０との間を通流している窒素ガス１０ＧＳは、たとえば、温度が－１６９．３℃、圧力が２００ｋＰａＧである。

【0044】

第３流路部１３は、タンク１２０を貫通してタンク１２０の内部に設けられた第２熱交換器１８０を通過している。第２熱交換器１８０は、第１熱交換器１３０を通過した窒素ガス１０ＧＳをタンク１２０内の液体窒素１０Ｌと熱交換させて液化させる。

【0045】

第２熱交換器１８０において、第３流路部１３を通流している窒素ガス１０ＧＳは、タンク１２０内かつ第２熱交換器１８０の外側に存在している液体窒素１０Ｌと熱交換して、冷却されて液化し、無菌液体窒素１０ＬＳとなる。第２熱交換器１８０は、たとえば、フィンチューブ式熱交換器である。

【0046】

第３流路部１３において、第２熱交換器１８０と貯留タンク１９０との間を通流している無菌液体窒素１０ＬＳは、たとえば、温度が－１９７．１℃、圧力が２００ｋＰａＧ、流量が２３Ｎｍ³／ｈである。無菌液体窒素１０ＬＳの温度は、大気圧における窒素の沸点である－１９５．８℃より低くなる。

【0047】

貯留タンク１９０は、第３流路部１３を通流した無菌液体窒素１０ＬＳを貯留する。貯留タンク１９０内は、大気圧よりも高い圧力で保持されている。貯留タンク１９０には、無菌液体窒素１０ＬＳが通流する第４流路部１４が接続されている。第４流路部１４を通流した無菌液体窒素１０ＬＳは、滴下器１９２から供給される。第４流路部１４には、バルブ１９１が設けられている。

【0048】

滴下器１９２から供給される無菌液体窒素１０ＬＳは、たとえば、飲料容器に飲料が充填された後の飲料容器内の上部空間に滴下される。飲料容器内に不活性な窒素が充填されることにより飲料の酸化を防止することができ、また、無菌液体窒素１０ＬＳの気化による飲料容器内の内圧の上昇を利用して飲料容器の強度を増加することができる。

【0049】

無菌液体窒素供給装置１においては、無菌化される液体窒素１０Ｌを、無菌化された窒素ガス１０ＧＳを冷却して液化するための冷媒として使用している。その結果、無菌液体窒素供給装置１における、使用した液体窒素１０Ｌに対して得られる無菌液体窒素１０ＬＳの収率は、約６１％である。

【0050】

ここで、殺菌される液体窒素とは別の液体窒素を冷媒として殺菌された窒素ガスを液化している比較例に係る無菌液体窒素供給装置における、使用した液体窒素に対して得られる無菌液体窒素１０の収率のシミュレーション解析結果について説明する。

【0051】

図２は、比較例に係る無菌液体窒素供給装置の構成を示す系統図である。図２に示すように、比較例に係る無菌液体窒素供給装置９は、液体窒素貯蔵タンク９００と、熱交換器９１０と、殺菌手段９２０と、圧力容器９３０と、断熱タンク９４０とを備える。

【0052】

液体窒素貯蔵タンク９００から、たとえば、温度が－１７９．１℃、圧力が４００ｋＰａＧである液体窒素９０Ｌが供給される。液体窒素貯蔵タンク９００から供給される液体窒素９０Ｌの一部は、第１流路部９１を通流して熱交換器９１０において、後述する殺菌された窒素ガス９０ＧＳと熱交換して、加温されて気化する。

【0053】

熱交換器９１０において気化した窒素ガス９０Ｇは、第２流路部９２を通流して殺菌手段９２０において殺菌される。第２流路部９２を通流している窒素ガス９０Ｇの温度は、たとえば、－１５０．０℃である。殺菌手段９２０において殺菌された窒素ガス９０ＧＳは、第３流路部９３を通流して、熱交換器９１０において上記液体窒素９０Ｌの一部と熱交換する。

【0054】

熱交換器９１０において冷却された殺菌された窒素ガス９０ＧＳは、第４流路部９４を通流して、圧力容器９３０内に送られる。第４流路部９４を通流している殺菌された窒素ガス９０ＧＳの温度は、たとえば、－１７７．１℃である。

【0055】

圧力容器９３０は、断熱タンク９４０の内部に配置されている。断熱タンク９４０には、液体窒素貯蔵タンク９００から第５流路部９５を通じて供給される液体窒素９０Ｌの一部が貯えられている。断熱タンク９４０内の液体窒素９０Ｌは、フロート９６０を有するフロートバルブ９５０によって、液面高さが一定範囲にあるように調整されている。圧力容器９３０は、断熱タンク９４０内の液体窒素９０Ｌに浸漬されている。

【0056】

圧力容器９３０内に送られた殺菌された窒素ガス９０ＧＳは、断熱タンク９４０内かつ圧力容器９３０の外側の液体窒素９０Ｌにより冷却されて液化し、無菌液体窒素９０ＬＳとなる。無菌液体窒素９０ＬＳは、圧力容器９３０から第６流路部９６を通流して排出される。第６流路部９６を通流している無菌液体窒素９０ＬＳは、たとえば、温度が－１９３．８℃、圧力が２００ｋＰａＧ、流量が２３．０Ｎｍ³／ｈである。

【0057】

断熱タンク９４０内かつ圧力容器９３０の外側の液体窒素９０Ｌの一部は、気化して第７流路部９７から外部に放出される。第７流路部９７を通流している窒素ガス９０Ｇは、たとえば、温度が－１９５．８℃、圧力が０ｋＰａＧ、流量が２９．７Ｎｍ³／ｈである。

【0058】

無菌液体窒素供給装置９においては、殺菌される液体窒素とは別の液体窒素を冷媒として殺菌された窒素ガスを液化しており、冷媒として用いられた液体窒素が気化した窒素ガス９０Ｇは、外部に放出されている。その結果、比較例に係る無菌液体窒素供給装置９における、使用した液体窒素９０Ｌに対して得られる無菌液体窒素９０ＬＳの収率は、約４４％であり、本実施の形態に係る無菌液体窒素供給装置１の収率約６１％より低くなっていた。上記のシミュレーション結果から、本実施の形態に係る無菌液体窒素供給装置１においては、無菌化される液体窒素１０Ｌを、無菌化された窒素ガス１０ＧＳを冷却して液化するための冷媒として使用していることにより、使用した液体窒素１０Ｌに対して得られる無菌液体窒素１０ＬＳの収率が向上することを確認できた。

【0059】

本発明の一実施の形態に係る無菌液体窒素供給装置１においては、ポンプ１４０によってタンク１２０の内部が大気圧より低い圧力に減圧されることにより、第２熱交換器１８０においてタンク１２０内の液体窒素１０Ｌと熱交換される無菌化された窒素ガス１０ＧＳを効率的に冷却することができるため、使用した液体窒素１０Ｌに対して得られる無菌液体窒素１０ＬＳの収率を向上することができる。

【0060】

本発明の一実施の形態に係る無菌液体窒素供給装置１においては、除菌フィルタ１６０と第１熱交換器１３０との間を通流している窒素ガス１０ＧＳの一部を外部に供給する窒素ガス供給部１７０をさらに備えることにより、無菌化された窒素ガス１０ＧＳを有効利用することができ、液体窒素供給源１００から供給された液体窒素１０Ｌの使用効率を向上することができる。

【0061】

本発明の一実施の形態に係る無菌液体窒素供給装置１においては、第３熱交換器１１０において、第１流路部１１を通流している液体窒素１０Ｌと第２流路部１２を通流している窒素ガス１０Ｇとを熱交換させてタンク１２０内に流入する液体窒素１０Ｌを冷却することができる。その結果、第２熱交換器１８０においてタンク１２０内の液体窒素１０Ｌと熱交換される無菌化された窒素ガス１０ＧＳを効率的に冷却することができるため、使用した液体窒素１０Ｌに対して得られる無菌液体窒素１０ＬＳの収率を向上することができる。

【0062】

本発明の一実施の形態に係る無菌液体窒素供給装置１においては、第４熱交換器１５０において、第３流路部１３を通流する窒素ガス１０Ｇを冷却水と熱交換させて冷却することができるため、除菌フィルタ１６０を通過する窒素ガス１０Ｇの温度を低くすることができる。これにより、除菌フィルタ１６０が耐熱性を有する必要がなくなるため、除菌フィルタ１６０を構成する材料の自由度を高めることができる。

【0063】

以下、本発明の一実施の形態の変形例に係る無菌液体窒素供給装置について説明する。本発明の一実施の形態の変形例に係る無菌液体窒素供給装置は、第３流路部と第５流路部との接続位置が、一実施の形態に係る無菌液体窒素供給装置１と異なるため、本発明の一実施の形態に係る無菌液体窒素供給装置１と同様である構成については説明を繰り返さない。

【0064】

図３は、本発明の一実施の形態の変形例に係る無菌液体窒素供給装置の構成を示す系統図である。図３に示すように、本発明の一実施の形態の変形例における無菌液体窒素供給装置１Ａにおいては、第３流路部１３におけるポンプ１４０と除菌フィルタ１６０との間の位置に、窒素ガス１０Ｇが通流する第５流路部１５Ａが接続されている。第５流路部１５Ａを通流した窒素ガス１０Ｇは、窒素ガス供給部１７０から排出される。すなわち、窒素ガス供給部１７０は、ポンプ１４０と除菌フィルタ１６０との間を通流している窒素ガス１０Ｇの一部を外部に供給する。窒素ガス供給部１７０から供給される窒素ガス１０Ｇは、たとえば、無菌化される必要のない不活性ガスとして使用される。

【0065】

本発明の一実施の形態の変形例に係る無菌液体窒素供給装置１Ａにおいては、ポンプ１４０と除菌フィルタ１６０との間を通流している窒素ガス１０Ｇの一部を外部に供給する窒素ガス供給部１７０をさらに備えることにより、窒素ガス１０Ｇを有効利用するとともに、除菌フィルタ１６０の寿命を延ばすことができる。

【0066】

上記の無菌液体窒素供給装置は、液体窒素について例示しているが、液体窒素に限られず、液体ヘリウムまたは液体アルゴンなど、他の不活性の低温液体についても適用することができる。

【0067】

なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本開示の技術的範囲は、上記した実施の形態のみによって解釈されるものではない。また、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。上述した実施の形態の説明において、組み合わせ可能な構成を相互に組み合わせてもよい。

【符号の説明】

【0068】

１，１Ａ，９ 無菌液体窒素供給装置、１０Ｇ，１０ＧＳ，９０Ｇ，９０ＧＳ 窒素ガス、１０Ｌ，９０Ｌ 液体窒素、１０ＬＳ，９０ＬＳ 無菌液体窒素、１１，９１ 第１流路部、１２，９２ 第２流路部、１３，９３ 第３流路部、１４，９４ 第４流路部、１５，１５Ａ，９５ 第５流路部、９６ 第６流路部、９７ 第７流路部、２０ 冷却水供給源、２１ 冷却水流路、２２ 排水部、１００ 液体窒素供給源、１０１，１１１，１９１，９５０ バルブ、１１０ 第３熱交換器、１２０ タンク、１３０ 第１熱交換器、１３５ 第５熱交換器、１４０ ポンプ、１４５ ヒータ、１５０ 第４熱交換器、１６０ 除菌フィルタ、１７０ 窒素ガス供給部、１８０ 第２熱交換器、１９０ 貯留タンク、１９２ 滴下器、９００ 液体窒素貯蔵タンク、９１０ 熱交換器、９２０ 殺菌手段、９３０ 圧力容器、９４０ 断熱タンク、９６０ フロート。

【図1】

【図2】

【図3】