CN102080045A

CN102080045A - 恒温箱

Info

Publication number: CN102080045A
Application number: CN2010102980010A
Authority: CN
Inventors: 鹤间隆一
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Pu Hei holding company
Priority date: 2009-11-30
Filing date: 2010-09-27
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2030-09-27
Also published as: KR101241548B1; US8733117B2; EP2327759B1; JP5570191B2; US20110126565A1; EP2327759A1; JP2011110033A; CN102080045B; KR20110060792A

Abstract

本发明提供一种恒温箱，能减少露水附着在框体内表面。该恒温箱包括：框体，其具有根据设定温度来控制温度的培养室；加热器，其加热培养室；冷冻机，其具有蒸发器和冷凝器并冷却培养室，蒸发器蒸发制冷剂以使制冷剂吸收培养室的热量，冷凝器使制冷剂的热量散失以冷凝制冷剂；温度传感器，其测定培养室的温度；冷冻机控制部，当温度传感器的测定温度达到比设定温度高第一温度的冷冻机工作温度时，其使冷冻机工作，当测定温度达到仅比设定温度低第二温度的冷冻机停止温度时，其使冷冻机的工作停止；加热器控制部，在冷冻机的工作停止的情况下，其控制加热器以使测定温度达到冷冻机工作温度；排水机构，其将因蒸发器吸热而产生的露水排出到框体外部。

Description

恒温箱

技术领域

本发明涉及恒温箱。

背景技术

作为用于微生物培养、食品试验等的恒温箱，已知有如下装置：在具有隔热性和气密性的框体内设有加热机构和冷却机构，通过使空气循环，将培养室的温度控制在设定温度附近。例如，在专利文献1中公开有如下恒温箱：根据设定温度切换鼓风机的正转或反转，由此能够使被加热或冷却的空气迅速循环，以谋求温度分布的均匀化。

这样，在隔热及气密结构的框体内，加热或冷却空气并使其循环，从而能够将培养室的温度控制在设定温度附近。

专利文献1：(日本)特开2003-47460号公报

在恒温箱的培养室中放置含有水分的培养基这种情况也较多，如采用液体培养基等情况。此时，培养室的温度越高，蒸发的水分越多，使得培养室的水蒸气量增加。

因此，当外部气体温度低于培养室的空气的露点温度时，在框体内表面的隔热性较低的部位产生结露。例如，在门的观察窗、或将框本体与门之间密封的密封件等处附着露水。而且，如果通过手动设定或被程序化的自动设定使设定温度下降，则也存在露水在框体内表面的宽广范围附着的情况。

因此，存在如下不良情况，即框体的金属部分因露水而腐蚀，或水滴落在培养基上而产生污染(contamination)。

发明内容

为了解决上述课题，本发明提供一种恒温箱，其特征在于，具有：框体，其具有根据设定温度来控制温度的培养室；加热器，其加热所述培养室；冷冻机，其具有蒸发器和冷凝器并冷却所述培养室，该蒸发器蒸发制冷剂以使所述制冷剂吸收所述培养室的热量，该冷凝器使所述制冷剂的热量散失以冷凝所述制冷剂；温度传感器，其测定所述培养室的温度；冷冻机控制部，当所述温度传感器的测定温度达到比所述设定温度高第一温度的冷冻机工作温度时，所述冷冻机控制部使所述冷冻机工作，当所述测定温度达到比所述设定温度低第二温度的冷冻机停止温度时，所述冷冻机控制部使所述冷冻机的工作停止；加热器控制部，其控制所述加热器以便在所述冷冻机的工作停止的情况下，使所述测定温度达到所述冷冻机工作温度；排水机构，其将因所述蒸发器吸热而产生的露水排出到所述框体外部。

本发明的其他特征通过附图和本说明书而变得清楚。

根据本发明，能够减少露水附着在框体内表面。

附图说明

图1是表示本发明一实施方式的温度控制机构的结构的框图；

图2是说明冷冻机控制部30的工作的流程图；

图3是说明加热器控制部50的工作的流程图；

图4是表示通常模式下的培养室A的温度变化的一例的图；

图5是表示低湿模式下的培养室A的温度变化的一例的图；

图6是表示在外部气体温度为35℃时的通常模式下及低湿模式下的设定温度与相对湿度的关系的一例的图；

图7是表示在外部气体温度为20℃时的通常模式下及低湿模式下的设定温度与相对湿度的关系的一例的图；

图8是表示本发明一实施方式的具有温度控制机构的恒温箱的结构的从侧面看到的侧面透视图。

附图标记说明

11 框本体

12 门

13 密封件

14 台座

15 隔板

16 吹出口

17 吸入口

18 搁板

20 温度传感器

30 冷冻机控制部

40 冷冻机

41 蒸发器(蒸发装置)

42 压缩机(压缩装置)

43 冷凝器(冷凝装置)

50 加热器控制部

60 加热器

61 鼓风机

71 露水承接盘

72 软管

73 蒸发盘

具体实施方式

根据本说明书和附图的记载，至少明确以下内容。

(恒温箱的结构)

下面，参照图8说明本发明一实施方式的具有温度控制机构的恒温箱的结构。图8是透视恒温箱的框体和台座的内部的侧视图。另外，控制加热器和冷冻机的温度控制机构在图1表示，关于其详细的结构将在后面叙述。

在图8所示的恒温箱中，由框本体11、门12和密封件13构成的框体，其内部被隔板15分隔成培养室A和空气调节室B。另一方面，载置框体的台座14具有机械室C。而且，培养室A包括搁板18，空气调节室B包括蒸发器(蒸发装置)41、加热器60、鼓风机61及露水承接盘71，另外，机械室C包括压缩机(压缩装置)42、冷凝器(冷凝装置)43、软管72及蒸发盘73。

在框本体11上安装有可开闭的门12。如图8所示，在关闭门12的状态下，框本体11与门12之间被密封件13密闭，从而使框体具有气密性。而且，框本体11和门12采用隔热材料，从而使框体具有隔热性。

隔板15在上部具有吹出口16，在下部具有吸入口17。而且，在隔板15的培养室A侧适当安装有放置培养基等的搁板18。

蒸发器41、压缩机42及冷凝器43与膨胀阀(未图示)一同构成冷冻机。而且，蒸发器41配置在空气调节室B的吸入口17附近。进而，压缩机42和冷凝器43配置在机械室C内。然后，使制冷剂按照压缩机42、冷凝器43、膨胀阀、蒸发器41、压缩机42...的顺序在制冷剂配管中循环。

加热器60兼作除雾用加热器，与蒸发器42构成为一体。而且，鼓风机61配置在空气调节室B的吹出口16附近。

露水承接盘71、软管72及蒸发盘73构成排水机构。而且，露水承接盘71配置在蒸发器41的下方，蒸发盘73配置在机械室C内。另外，一端与露水承接盘71连接的软管72贯通框本体11，进而延伸到蒸发盘73。

(恒温箱的工作)

接着，说明本实施方式的恒温箱的工作。关于温度控制机构的详细工作，将在后面叙述，在此，仅说明大致的工作。而且，框体内的气体除了通常的空气之外，有时也可以是例如二氧化碳浓度被控制的气体。

加热器60根据温度控制机构的控制，加热空气调节室B的气体，且鼓风机61从吹出口16吹出被加热的气体，由此加热培养室A。而且，由于从吹出口16吹出气体，因此在空气调节室B内从吸入口17吸入培养室A的气体。通过如上所述的吹出和吸入，如图8的箭头所示，气体在培养室A和空气调节室B内循环，从而能够谋求温度分布的均匀化。在图8中，搁板18具有能够使气体通过的结构，以使气体在培养室A内的整个区域循环。

压缩机42根据温度控制机构的控制，压缩制冷剂配管中的气体状态的制冷剂，使其成为高压气体状态。另外，冷凝器43使高压气体状态的制冷剂散热，以使制冷剂冷凝成液体状态。而且，蒸发器41通过使利用膨胀阀被减压且沸点降低的液体状态的制冷剂蒸发，从而吸收从吸入口17吸入的气体的热量。通过反复进行以上的循环，冷冻机冷却空气调节室B的气体，且鼓风机61从吹出口16吹出被冷却的气体，由此冷却培养室A。

这样，本实施方式的恒温箱通过加热和/或冷却从吸入口17吸入的气体，并从吹出口16吹出，从而能够控制培养室A的温度。

如果含有水蒸气的气体从吸入口17吸入并被冷冻机冷却，则存在如下情况，即产生结露而导致露水附着于蒸发器41。露水承接盘71承接附着在蒸发器41的露水，该露水经过软管72排出。进而，蒸发盘73承接来自软管72的露水，并利用发热体(未图示)等进行蒸发。这样，排水机构将因蒸发器41的吸热而产生的露水排出到框体外部并使其蒸发。

(温度控制机构的结构)

下面，参照图1说明本实施方式的温度控制机构的结构。

图1所示的温度控制机构是用于控制加热器60和冷冻机40的机构，其构成为包括温度传感器20、冷冻机控制部30及加热器控制部50。

在冷冻机控制部30中输入有设定温度TS和从温度传感器20输出的测定温度AT。而且，从冷冻机控制部30输出的冷冻机控制信号RC输入到冷冻机40。

在加热器控制部50中，除了输入设定温度TS和测定温度AT之外，还输入有选择信号LH和冷冻机控制信号RC。而且，从加热器控制部50输出的加热器控制信号HC输入到加热器60。

(温度控制机构的工作)

下面，参照图2和图3说明本实施方式的温度控制机构的工作。

本实施方式的恒温箱在框本体11或门12等上具有控制面板(未图示)，操作人员通过操作控制面板的按钮、开关等来设定设定温度TS。同样地，操作人员选择使后述的低湿模式有效或使其无效，当使低湿模式有效时，选择信号LH成为高电平。另外，设定温度TS除了通过操作人员的手动设定进行变更之外，还可以按照预设的程序进行变更。

温度传感器20测定培养室A的温度并输出测定温度AT，测定温度AT与设定温度TS一同输入到冷冻机控制部30和加热器控制部50。然后，冷冻机控制部30和加热器控制部50分别控制加热器60和冷冻机40，以使测定温度AT保持在设定温度TS附近。

图2表示冷冻机控制部30的工作。

在开始进行冷冻机40的控制时(S31)，首先，冷冻机控制部30将测定温度AT与仅比设定温度TS高温度TrH(第一温度)的冷冻机工作温度(TS+TrH)进行比较(S32)。而且，在S32中，当测定温度AT低于冷冻机工作温度时(S32：否)，将测定温度AT与仅比设定温度TS低温度TrL(第二温度)的冷冻机停止温度(TS-TrL)进行比较(S33)。

当S32和S33的结果为测定温度AT在冷冻机工作温度以上时(S32：是)，冷冻机控制部30将冷冻机控制信号RC设置在高电平，使冷冻机40工作(S34)。而且，当测定温度AT在冷冻机停止温度以下时(S33：是)，将冷冻机控制信号RC设置在低电平，使冷冻机40的工作停止(S35)。进而，当测定温度AT低于冷冻机工作温度且高于冷冻机停止温度时(S33：否)，保持冷冻机控制信号RC的电平，使冷冻机40继续进行之前的动作(S36)。

接着，冷冻机控制部30判定由操作人员进行手动停止或程序结束等温度控制的结束条件是否成立(S37)。而且，在停止条件成立之前的期间(S37：否)，反复进行上述的冷冻机40的控制，在停止条件成立时(S37：是)，结束冷冻机40的控制(S38)。

这样，冷冻机控制部30进行具有滞后特性的控制，即在测定温度AT达到冷冻机工作温度时使冷冻机40工作，在测定温度AT达到冷冻机停止温度时使冷冻机40的工作停止。

图3表示加热器控制部50的工作。

在开始进行加热器60的控制时(S51)，首先，加热器控制部50根据选择信号LH和设定温度TS，判定将控制模式设定为通常模式(第一模式)或者低湿模式(第二模式)中的任一模式(S52和S53)。

当S52和S53的判定结果为选择信号LH为高电平且设定温度TS包含在温度T1以上温度T2以下的低湿控制范围内时(S52：是，且S53：是)，加热器控制部50在低湿模式下进行加热器60的控制。而且，在低湿模式下，后述的输出相加值H2被设定为a％(0＜a＜100)(S55)。

另一方面，当选择信号LH为低电平时(S52：否)，或者当设定温度TS未包含在低湿控制范围内时(S53：否)，加热器控制部50在通常模式下进行加热器60的控制。而且，在通常模式下，输出相加值H2被设定为0％(S54)。

接着，加热器控制部50根据冷冻机控制信号RC算出通常模式时的加热器60的输出值即通常输出值H1(S56)。而且，通常输出值H1根据PID控制而算出以使测定温度AT与设定温度TS一致，当冷冻机控制信号RC为低电平时(S56：否)，该通常输出值H1成为0％～100％的值(S58)。另一方面，当冷冻机控制信号RC为高电平时(S56：是)，通常输出值H1始终为0％(S57)。

接着，加热器控制部50输出将输出相加值H2与通常输出值H1相加而得到的加热器输出值HC(S59)。加热器60根据加热器输出值HC发热，当加热器输出值HC为100％时，加热器60的发热量达到最大，当加热器输出值HC为0％时，加热器60被关闭。因此，即使通常输出值H1和输出相加值H2之和超过100％，加热器输出值HC实际上也被限制在100％。

接着，加热器控制部50判定温度控制的结束条件是否成立(S60)。而且，在停止条件成立之前的期间(S60：否)，反复进行上述的加热器60的控制，在停止条件成立时(S60：是)，结束加热器60的控制(S61)。

这样，加热器控制部50将根据冷冻机控制信号RC算出的通常输出值H1与根据控制模式设定的输出相加值H2之和作为加热器输出值HC输出。而且，加热器60以与加热器输出值HC对应的发热量，加热空气调节室B的气体。

(温度控制机构的工作的具体例)

在此，适当参照图4至图7说明温度控制机构的工作的具体例。

首先，说明通常模式下的工作。图4表示通常模式下的培养室A的温度变化的一例。

如前所述，冷冻机控制部30在测定温度AT达到冷冻机工作温度时使冷冻机40工作，在测定温度AT达到冷冻机停止温度时使冷冻机40的工作停止。因此，在测定温度AT未达到冷冻机工作温度的期间内，冷冻机40不工作，温度控制机构根据从加热器控制部50输出的加热器控制信号HC仅控制加热器60。

而且，如前所述，在通常模式下，由于输出相加值H2被设定在0％，因此，加热器输出值HC与通常输出值H1相等。而且，通常输出值H1根据PID控制而算出以使测定温度AT与设定温度TS一致。

因此，当测定温度AT低于设定温度TS时，加热器60的发热量增大，培养室A的温度上升，当测定温度AT高于设定温度TS时，加热器60的发热量减少，培养室A的温度下降。在图4的A1期间，通过仅控制该加热器60，培养室A的温度被控制在设定温度TS附近。

例如，当外部气体温度(设置有恒温箱的房间的室温)高于设定温度TS时，即使通过将加热器输出值HC设为0％使加热器60关闭，培养室A的温度也不下降，存在导致测定温度AT达到冷冻机工作温度的情况。而且，例如在通过手动设定或程序使设定温度TS变更为低温度时，也存在导致测定温度AT达到冷冻机工作温度的情况。

在这些情况下，由于测定温度AT相比设定温度TS变得足够高，因此根据PID控制算出的通常输出值H1通常成为0％。而且，即使未成为0％，因冷冻机控制信号RC成为高电平，通常输出值H1也成为0％。因此，如果测定温度AT达到冷冻机工作温度，则加热器60被关闭，温度控制机构根据高电平的冷冻机控制信号RC仅使冷冻机40工作。

因此，在图4的B1期间，仅根据该冷冻机40的工作，使培养室A的温度下降。而且，如果培养室A的温度下降而使测定温度AT达到冷冻机停止温度，则温度控制机构使冷冻机40的工作停止，再次仅控制加热器60。

如上所述，温度控制机构在通常模式下，利用根据PID控制算出的通常输出值H1(第一控制值)控制加热器60以使测定温度AT与设定温度TS一致。而且，当测定温度AT达到冷冻机工作温度时，仅使冷冻机40工作，使培养室A的温度下降。这样，通过控制冷冻机40和加热器60，能够将培养室A的温度控制在设定温度TS附近的容许温度范围内(TS-Tt～TS+Tt)。

接着，说明低湿模式下的工作。图5表示低湿模式下的培养室A的温度变化的一例。

在低湿模式下，冷冻机控制部30与通常模式时同样地控制冷冻机40。另一方面，如前所述，在低湿模式下，由于输出相加值H2被设定在a％(0＜a＜100)，因此，加热器输出值HC成为将a％与通常输出值H1相加而得到的值。该a％的值设定在如下范围内，即在冷冻机40工作时，培养室A的温度下降，在冷冻机40的工作停止时，使测定温度AT达到冷冻机工作温度。

因此，加热器控制部50控制加热器60以使加热器60的发热量比通常模式时的发热量大。因此，如图5的A2期间所示，在冷冻机40停止工作期间，培养室A的温度相比通常模式时的情况快速上升，测定温度AT达到冷冻机工作温度。

如前所述，在本实施方式中，由于加热器输出值HC实际上被限制在100％以下，因此，当H1+a的值超过100％时，低湿模式下的发热量与通常模式下的发热量相等。另一方面，也可以构成为使加热器输出值HC为100％时的加热器60的发热量不成为最大，对于超过100％的加热器输出值HC，也与之相对应地使加热器60发热。

如果测定温度AT达到冷冻机工作温度，则冷冻机40工作，另外，加热器60以加热器输出值HC为a％时的发热量进行发热。因此，如图5的B2期间所示，培养室A的温度相比于通常模式时的情况缓慢地下降。

如上所述，温度控制机构在低湿模式下，利用将a％(规定的相加值)与根据PID控制算出的通常输出值H1(第一控制值)相加而得到的值(第二控制值)控制加热器60。而且，与通常模式时同样地控制冷冻机40。这样，通过控制冷冻机40和加热器60，相比于通常模式时的情况，冷冻机40频繁地工作，露水附着在蒸发器41上。

如前所述，附着在蒸发器41的露水被排出到框体外部，并在蒸发盘73中蒸发。因此，在低湿模式下，培养室A的水蒸气量少于通常模式下的培养室A的水蒸气量，能够减少露水附着在框体内表面。

在此，作为一例，在图6和图7中分别表示将低湿控制范围设在20℃以上且40℃以下，外部气体温度为35℃和20℃时的设定温度与相对湿度的关系。由图6和图7可知，无论在哪种情况下，低湿模式下的相对湿度都低于通常模式下的相对湿度，因此，与通常模式下相比，在低湿模式下能够减少培养室A的水蒸气量。

如前所述，在具有温度控制机构的恒温箱中，当冷冻机40的工作停止时，控制加热器60以使测定温度AT达到冷冻机工作温度，使露水积极地附着在蒸发器41上，并且使该露水排出到框体外部，由此能够减少培养室A的水蒸气量，能够减少露水附着在框体内表面上。

而且，相对于控制加热器60以使测定温度AT与设定温度TS一致的通常模式，在低湿模式下控制加热器60以使发热量增大，由此，相比通常模式时的情况，使冷冻机40频繁地工作，从而能够使露水积极地附着在蒸发器41上。

而且，在低湿模式下，将根据PID控制算出的通常输出值H1与a％相加而得到的值设为加热器输出值HC，由此，测定温度AT比通常模式时更快达到冷冻机工作温度，从而能够使冷冻机40比通常模式时更频繁地工作。

而且，不仅根据选择信号LH，还根据设定温度TS在通常模式和低湿模式之间进行切换，由此，在设定温度TS未包含在低湿控制范围内的情况下，能够使控制模式不处于低湿模式。

而且，在隔板15上部的吹出口16附近配置鼓风机61，在隔板15下部的吸入口17附近配置加热器60和蒸发器41，由此，使气体在培养室A和空气调节室B内循环，能够谋求温度分布的均匀化，并且，将附着在蒸发器41的露水迅速排出到框体的外部。

而且，通过在蒸发盘73中蒸发被排出到框体外部的露水，能够有效地排出附着在蒸发器41的露水。

上述实施方式的记载目的在于容易理解本发明，而不是限定本发明以进行解释。本发明在不脱离其宗旨的情况下可以进行变更和改良，并且本发明的等效技术方案也包含在本发明中。

在上述实施方式中，作为冷冻机40说明了具有压缩机42的压缩式冷冻机的情况，但是不限于此。冷冻机40例如可以是不具有压缩机的吸收式冷冻机，即使在这种情况下，蒸发器和冷凝器也与图8同样地进行配置。

在上述实施方式中，作为控制加热器60以使测定温度AT与设定温度TS一致的方法，采用了PID控制，但是不限于此。作为加热器60的控制方法，可以采用P控制、PI控制等其他反馈控制。而且，也可以将反馈控制和前馈控制进行组合而使用。

Claims

1.一种恒温箱，其特征在于，具有：

框体，其具有根据设定温度来控制温度的培养室；

加热器，其加热所述培养室；

冷冻机，其具有蒸发器和冷凝器并冷却所述培养室，该蒸发器蒸发制冷剂以使所述制冷剂吸收所述培养室的热量，该冷凝器使所述制冷剂的热量散失以冷凝所述制冷剂；

温度传感器，其测定所述培养室的温度；

冷冻机控制部，当所述温度传感器的测定温度达到比所述设定温度高第一温度的冷冻机工作温度时，所述冷冻机控制部使所述冷冻机工作，当所述测定温度达到比所述设定温度低第二温度的冷冻机停止温度时，所述冷冻机控制部使所述冷冻机的工作停止；

加热器控制部，其控制所述加热器以便在所述冷冻机的工作停止的情况下，使所述测定温度达到所述冷冻机工作温度；

排水机构，其将因所述蒸发器吸热而产生的露水排出到所述框体外部。

2.如权利要求1所述的恒温箱，其特征在于，

所述加热器控制部根据选择信号在第一模式和第二模式之间切换，

该第一模式为控制所述加热器以使所述测定温度与所述设定温度一致，

该第二模式为控制所述加热器以便在所述冷冻机的工作停止的情况下，使所述测定温度达到所述冷冻机工作温度，并且使发热量比所述第一模式大。

3.如权利要求2所述的恒温箱，其特征在于，

所述加热器控制部在所述第一模式下，将根据PID控制算出的第一控制值输入到所述加热器，在所述第二模式下，将在所述第一控制值上相加规定的相加值而得到的第二控制值输入到所述加热器。

4.如权利要求2或3所述的恒温箱，其特征在于，

所述加热器控制部根据所述选择信号和所述设定温度在所述第一模式和所述第二模式之间切换。

5.如权利要求1至4中任一项所述的恒温箱，其特征在于，还具有：

隔板，其在上部和下部分别具有气体的吹出口和吸入口，该隔板将所述框体的内部分隔为所述培养室和配置有所述加热器和所述蒸发器的空间；以及

鼓风机，其从所述吹出口向所述培养室吹出气体，并且从所述吸入口吸入所述培养室的气体；

所述加热器加热从所述吸入口吸入的气体，

所述蒸发器使所述制冷剂吸收从所述吸入口吸入的气体的热量。

6.如权利要求1至5中任一项所述的恒温箱，其特征在于，

所述排水机构包括：

露水承接盘，其承接附着于所述蒸发器的所述露水；

蒸发盘，其承接从所述露水承接盘排出到所述框体外部的所述露水并使其蒸发。