CN103028451B - 对内部加湿进行改进的实验室用气候箱 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种实验室用气候箱（1），尤其是加气的培养箱，其具有由外壳（2）封住的内部（3）及设置在内部（3）之外的蒸汽发生器（4），蒸汽发生器（4）具有用于加热贮水部（6）并产生水蒸汽的加热装置（5），蒸汽发生器（4）通过蒸汽供给管线与所述内部（3）相连。蒸汽发生器（4）通过供水管线（8）连接到不加压的水容器（9），所述水容器（9）被设置为：在产生蒸汽期间，使得所述水容器（9）中的水位超过蒸汽发生器（4）中的水位。

Description

对内部加湿进行改进的实验室用气候箱

技术领域

本发明涉及一种实验室用气候箱，也涉及一种培养箱，尤其涉及一种加气的培养箱，其具有由外壳封住的内部和设置在所述内部之外的蒸汽发生器，蒸汽发生器通过蒸汽供给管线连接到所述内部。

背景技术

培养箱通常在实验室中使用，用于在预定条件（例如在加气的培养箱（采用预定的气体环境）的情况下的特定温度和环境湿度）下将样本（尤其是生物样本和/或微生物样本）储存在培养箱的内部。通常会努力模拟人或动物身体的环境。因而，通常选择的环境为：大致为370C的温度、尽可能最高的环境湿度，环境湿度典型地至少为60%，优选至少为80%，特别优选至少为90%，但是培养箱的壁上或其它区域没有水分凝结出来。

现有技术中，在培养箱中形成潮湿的内部环境的各种可能方式是公知的。第一种可能方式就是在培养箱内部设置贮水部，通过加热来蒸发贮水部中的水（例如，EP1552888A2）。但是，这种解决办法的主要问题就是容易引起贮水部的微生物污染，从而会造成培养箱中储存的样本被污染的风险。如果将过热水蒸汽从外部供给到培养箱内部，那么会显著降低微生物污染的风险。例如，公知的解决办法是：将高压灭菌器或消毒器安装在培养箱外部，在压力下将过热水蒸汽从高压灭菌器或消毒器供给到培养箱中。但是，这种解决办法复杂且昂贵。另外，这些装置受压力箱的安全要求（例如，德国工业安全和卫生条例）的限制。

发明内容

因而，对实验室用气候箱存在下述要求，即：具有良好的控制性能、具有较低的费用以及没有蒸汽爆炸的风险的同时，确保实验室用气候箱的内部具有均匀的高湿度，并使污染的风险保持为尽可能小。本发明的目的就是发明这样一种实验室用气候箱。

通过根据本申请的实验室用气候箱能解决这种问题。本申请的其他方面描述了实验室用气候箱的优选实施例。

因此在最主要的方面，本发明涉及一种实验室用气候箱，优选地涉及一种加气的培养箱，其具有外壳和蒸汽发生器，所述外壳封住内部，所述蒸汽发生器设置在所述内部之外并且具有加热装置，所述加热装置用于对贮水部进行加热以及用于产生水蒸汽，所述蒸汽发生器通过蒸汽供给管线连接到所述内部。所述蒸汽发生器通过供水管线连接到不加压水容器，并且所述不加压水容器被设置为：在产生蒸汽期间，使得水容器中的水位超过蒸汽发生器中的水位。

现有技术中水蒸汽在培养箱内部产生，与现有技术相比，本发明中设置有外部蒸汽发生器。因此避免了在培养箱的内部中存在受污染的贮水部。本发明与现有技术中的外部蒸汽发生器的不同之处在于，现有技术中的外部蒸汽发生器在压力下将过热水蒸汽供给到培养箱的内部，而本发明通过供水管线连接到蒸汽发生器的水容器起到了类似于蒸汽发生器的过压阀的作用。因此在不进行限制地连续供应水蒸汽期间避免了蒸汽爆炸的风险。蒸汽发生器还不受压力容器或锅炉的相关规定（例如德国工业安全和卫生条例或其之前的规定、压力容器和锅炉规定）的限制。这使得本发明的制造、获批以及维护相对于通常的蒸汽压力容器容易得多。

尽管如此，根据本发明的设计使得在蒸汽发生器中能产生过压，通过适当地设置水容器可以很容易地对所述过压进行额外的设定和均匀调节。蒸汽发生器内的最大压力由位于水容器和供水管线中且在蒸汽发生器的水位之上的水柱的高度得到，该供水管线适合的是没有龙头或阀的开放的管线。因而水容器相对于蒸汽发生器有利地进行设置从而在蒸汽产生期间使得由于所存在的水位差而在蒸汽发生器中产生了所期望的过压。通过对水容器进行适当尺寸设计、布置和充注，可以在运行工况下确保足够的水柱并因而确保足够的过压。水容器优选设置在蒸汽发生器的上方，但如果水容器和蒸汽发生器的放置各自的贮水部的底部区域的高度不同就已经足够了。在产生蒸汽期间，如果水容器中的水位和蒸汽发生器中的水位的高度差至少为6cm并优选在6cm到60cm之间，那么通常在蒸汽发生器中能获得足够的压力。所述高度差特别优选的是15cm至60cm，尤其是在20cm到30cm之间。

如果通过加热装置（例如，蒸汽发生器底部区域中的板式加热体）对蒸汽发生器中的贮水部中的水进行加热（优选加热至沸腾），那么蒸汽发生器的内部将产生过压。为此，在通至培养箱的蒸汽供给管线中有利地设置有阀，所述阀仅在需要使蒸汽进入培养箱的内部时打开。基于所确定的培养箱的内部中的湿度值和温度值，以公知的方式对蒸汽供给进行调节。如果湿度值和温度值降到低于预定目标值，则将阀打开并且使蒸汽流入培养箱的内部直至达到所述预定目标值。蒸汽发生器的加热装置也可以以通常的方式进行调节，例如通过培养箱的控制器进行调节。优选地，采用正温度系数（PTC）元件来设定贮水部的温度。一旦温度升高，正温度系数元件的阻抗也增加，因此能以自调节的方式将其自身设定到期望的温度。然而，可替代地，例如也可以采用电子温度控制器。蒸汽发生器的加热装置方便连续运行以便在运行期间能连续地获得水蒸汽。然而，仅仅分阶段地（phased）运行加热装置在理论上也是能想到的。

如果蒸汽发生器中的压力上升，那么位于供水管线以及位于水容器中的水柱将朝水容器方向移动。此时，如果供水管线在水容器的底部区域离开水容器并通至蒸汽发生器的底部区域则是有利的。另外，在蒸汽发生器中被加热的水在供水管线中遇到冷水，因而被冷却下来，并且可能进入的蒸汽被冷凝。由于由此发生了温度降低，因此蒸汽发生器中的压力降低。通过对水容器适当的布置和设置，蒸汽发生器和水容器中的水位的高度差足够大，从而使得位于供水管线中的水没有被蒸汽完全移出所述供水管线。如果在最高压力下水被完全移出所述供水管线，由于水容器被设计为是不加压的，蒸汽也可以通过水容器无害地逸出。为此，例如在水容器壁中可以设置压力补偿口，优选地，为所述压力补偿口提供（无菌）过滤器。基本上，水容器还可以在其顶部至少部分地敞开。然而，对于避免微生物污染以及从能量方面而言这不是优选的。更准确地说，水容器可以有利地设有绝热层以避免热量散失。

为了防止贮水部的污染，另外优选的是，使水容器也配备加热装置，以便能对该贮水部进行加热。至少暂时地加热到大于等于60℃且小于100℃的温度是有利的。低于60℃对于避免或消除污染没有效果。为了避免水容器中的贮水部的水沸腾，温度还有利地保持在低于100℃。上述温度特别优选的是设定在70℃-90℃，尤其是设定在大约80℃（±5℃）。对水容器中的贮水部进行加热还额外具有以下优点，即：与蒸汽发生器中的没有预加热过的水相比，蒸汽发生器中的预加热过的水到沸腾的温度增加量更少。因此蒸汽发生器可以被设计得更小也可以具有更低的性能。所进行的温度设定与蒸汽发生器中的相同，即优选的是通过正温度系数元件的方式进行设定。

通过蒸汽供给管线将在蒸汽发生器中产生的水蒸汽引入到培养箱的内部中，所述蒸汽供给管线优选从蒸汽发生器上升到通至培养箱内部的开口。该布置的优点是：蒸汽供给管线中凝结出来的水朝蒸汽发生器方向流回，因而不会喷溅到培养箱的内部从而也不会污染存在于培养箱的内部的样品。如果设置从蒸汽供给管线引导到水容器中的返回管线则是特别优选的。于是，在蒸汽供给管线中凝结出来并得到冷却的水不流回蒸汽发生器内而是流回处于更低温度的水容器内。如果返回管线在阀和通至所述内部的开口之间处从蒸汽供给管线导出，则这将有利地防止水在阀的前面积存且被引入的下一股蒸汽从所述阀的前面带入并喷溅到培养箱内部。为了尽可能地防止水在蒸汽供给管线中凝结出来，蒸汽供给管线（特别是在阀和培养箱之间的区域内）可以附加地绝热和/或被加热。

上文以这样一种方式描述了本发明，即：一个培养箱设置有一个蒸汽发生器。但是，也可将多个培养箱连接到一个蒸汽发生器。为此，不止一个蒸汽供给管线从蒸汽发生器导出，即，在各情况下，每个培养箱对应一条蒸汽管线；或者从蒸汽发生器导出的一条蒸汽供给管线被分配给多个培养箱。然后方便地将阀设置在各蒸汽管线中，可单独地致动各个阀，从而能单独设定供给到每个培养箱中的蒸汽量。多个培养箱仅使用一个蒸汽发生器减少了总体布置所需的空间和花费。

附图说明

下面将根据附图更详细解释本发明。下面的附图是示意图而不是比例图，其中：

图1示出了根据本发明的培养箱的截面图，该培养箱具有与之相连的蒸汽发生器。

具体实施方式

图1以培养箱1为实例来描述了本发明。培养箱1包括外壳2，外壳2封住内部3，在预定的温度、湿度和气体气氛条件下可以将例如微生物样本储存在所述内部3中。该样本的典型储存条件例如是：温度37°C以及环境湿度大致为95%。可通过门（该截面图中未示出）来关闭所述内部3。为了简化，图中已省略了内部设备如支撑基底、测量装置等。

为了在所述内部3中形成所需的湿度，通过蒸汽供给管线7将蒸汽发生器4连接到培养箱1。蒸汽发生器4由一容器构成，该容器具有能容纳贮水部6的底部区域40和位于贮水部6上方的蒸汽区42，此处蒸汽区42被设计为穹顶形式。通过利用加热装置5对贮水部6进行加热而在蒸汽发生器4内产生水蒸汽，通过蒸汽供给管线7从蒸汽区42供给所述水蒸汽，该水蒸汽从蒸汽区42的最高点离开蒸汽发生器并流至培养箱1的内部3。使用阀71关闭蒸汽供给管线7，当所述内部3中测得的湿度值和温度值降到低于预定目标值时，所述阀71以公知的方式始终处于打开状态。在达到所述预定目标值以后，阀71再次关闭从而蒸汽供给中断。

蒸汽发生器4通过无障碍管形式的供水管线8连接到水容器9，所述供水管线8从蒸汽发生器4的底部区域40导出，所述蒸汽发生器4被布置为使蒸汽发生器4的基底41位于水容器9的基底91的下方。供水管线8从水容器9的底部区域90导出。因此贮水部6被分布到蒸汽发生器4以及水容器9。如果蒸汽发生器中的贮水部6通过加热装置5的运行而被加热，优选被加热到大约100℃，那么水蒸汽将形成并充满在蒸汽区42。因此，蒸汽发生器4内的压力增加而水位60′降低，水通过供水管线8从蒸汽发生器4流出并进入水容器9中。水容器中的水位60升高。图1示出了这种情况，即蒸汽发生器4中产生水蒸汽期间的状态。蒸汽发生器4中的蒸汽压力对应于位于水位60′之上的水柱，即水位60和水位60′之差（高度h）。

水容器9相对于蒸汽发生器的布置使得：在通常情况下，位于供水管线8中的水没有被完全移出供水管线。可能渗入供水管线8中的蒸汽与供水管线8中的冷水相接触、冷却下来并发生冷凝，由此压力降低。为了平衡很高的过压，水容器9中附加地设置有压力补偿口13，仍然可能渗入水容器中的蒸汽通过所述压力补偿口13能够逸出。这样，安全地避免了蒸汽爆炸。

基本上，水容器9中的贮水部6根本不用被加热。然而在所示的方案中设置有加热装置5′，利用该加热装置5′，贮水部6也可以在水容器9中被加热，虽然仅被加热到比蒸汽发生器4中低的温度。水容器9中的贮水部6的水优选被加热到至少60℃，特别优选地被加热到80℃-90℃。贮水部6的温度越高，微生物在水中生长的可能性就越低，并且在蒸汽发生器4中使水沸腾所需的加热功率也就越低。然而，水容器9中的贮水部6的温度不能高到使水在该贮水部6中开始沸腾的温度。采用正温度系数元件10′对温度进行监控，所述正温度系数元件10′连接到（此处未示出）加热装置5′的电源。采用正温度系数元件10对蒸汽发生器4中的温度进行类似的控制。为了降低热损失，水容器9设有绝热层92。

在压力下供应水蒸汽期间，现有技术中经常发生的问题是：在蒸汽供给管线中冷凝出来的水被水蒸汽的涌流带入并喷溅到培养箱的内部并继而沉降到样品上。在本发明的培养箱中可以避免这种情况，这是因为蒸汽供给管线7被布置为在朝向所述内部3的方向上倾斜上升。因此凝结水不会流入所述内部3中，而会朝蒸汽发生器4的方向流回。为了使水不在阀71的前面积存，另外设置返回管线72，所述返回管线72在阀71和通至培养箱内的入口之间从蒸汽供给管线7向下分出并导回到水容器9中。另外，蒸汽供给管线7在阀71和培养箱1之间的区域设置有绝热层73以尽可能地防止水在该区域冷凝出来，该绝热层也可以是加热套。

Claims (15)

1.一种实验室用气候箱(1)，所述实验室用气候箱具有由外壳(2)封住的内部(3)和设置在所述内部(3)之外的蒸汽发生器(4)，所述蒸汽发生器(4)具有用于加热贮水部(6)并产生水蒸汽的加热装置(5)，所述蒸汽发生器(4)通过蒸汽供给管线(7)连接到所述内部(3), 

其特征在于：蒸汽发生器(4)通过供水管线(8)连接到不加压的水容器(9)，所述供水管线(8)为沿着该供水管线(8)的整个长度无障碍的开放的管线，并且水容器(9)被设置为：在产生蒸汽期间，使得所述水容器(9)中的水位(60)位于所述蒸汽发生器(4)中的水位(60′)之上，且由于所述水容器(9)中的水位(60)与所述蒸汽发生器(4)中的水位(60′)之间存在水位差(h)而在蒸汽发生器(4)中产生了所需的过压， 

其中，所述供水管线(8)允许水从水容器(9)流至蒸汽发生器(4)，而在产生蒸汽期间允许水从蒸汽发生器(4)流至水容器(9)。 

2.根据权利要求1所述的实验室用气候箱，其特征在于：所述实验室用气候箱是一种加气的培养箱。 

3.根据权利要求1所述的实验室用气候箱，其特征在于： 

供水管线(8)在水容器(9)的底部区域(90)中离开水容器(9)并通至蒸汽发生器(4)的底部区域(40)中。 

4.根据权利要求1所述的实验室用气候箱，其特征在于： 

所述水容器(9)中的水位(60)与所述蒸汽发生器(4)中的水位(60′)的高度差至少为6cm。 

5.根据权利要求1所述的实验室用气候箱，其特征在于：所述水容器(9)中的水位(60)与所述蒸汽发生器(4)中的水位(60′)的高度差在6cm到60cm之间。 

6.根据权利要求1所述的实验室用气候箱，其特征在于： 

所述水容器(9)中的水位(60)与所述蒸汽发生器(4)中的水位(60′)的高度差在15cm到60cm之间。 

7.根据权利要求1所述的实验室用气候箱，其特征在于： 

所述水容器(9)中的水位(60)与所述蒸汽发生器(4)中的水位(60′)的高度差在20cm到30cm之间。 

8.根据权利要求2所述的实验室用气候箱，其特征在于： 

蒸汽供给管线(7)从蒸汽发生器(4)上升到通至所述内部(3)的开口。 

9.根据权利要求8的实验室用气候箱，其特征在于： 

蒸汽供给管线(7)设有阀(71)。 

10.根据权利要求9的实验室用气候箱，其特征在于： 

返回管线(72)从蒸汽供给管线(7)被引导到水容器(9)中,所述返回管线(72)在所述阀(71)和通至所述内部(3)的开口之间从蒸汽供给管线(7)导出。 

11.根据权利要求9的实验室用气候箱，其特征在于： 

在蒸汽供给管线(7)的阀(71)与培养箱之间的区域中设有绝热层和/或加热装置(73)。 

12.根据权利要求1的实验室用气候箱，其特征在于： 

水容器(9)具有用于加热该水容器的贮水部(6)的加热装置(5′)，所述加热装置(5′)将贮水部(6)中的水加热到大于等于60℃且低于100℃。 

13.根据权利要求12的实验室用气候箱，其特征在于： 

所述加热装置(5′)将贮水部(6)中的水加热到70℃-90℃。 

14.根据权利要求13的实验室用气候箱，其特征在于： 

所述加热装置(5′)将贮水部(6)中的水加热到大约80℃。 

15.根据权利要求1-14之一的实验室用气候箱，其特征在于： 

设置有用于设定蒸汽发生器(4)中的贮水部和/或水容器(9)中的贮水部(6)的温度的正温度系数元件(10，10′)。