CN113166692A - 培养装置 - Google Patents
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Abstract
培养装置具备：调整用气体供给装置，将调整用气体供给至培养空间，所述调整用气体用于调整所述培养空间的规定的气体成分的浓度；调整装置，调整所述培养空间的湿度；以及控制装置，控制所述调整装置，所述控制装置根据所述调整用气体的供给量或与所述供给量相关的参数来控制所述调整装置。
Description
技术领域
本发明涉及培养装置。
背景技术
在培养细胞、微生物等培养物的培养装置(孵化器)中，需要控制培养空间的各种条件以使其适于培养物的培养(例如参照专利文献1)。具体而言，控制培养空间的温度、湿度和O2气体浓度和CO2气体浓度等各条件等。
通过向培养空间供给用于调整气体浓度的气体(以下称为“调整用气体”)来进行培养空间的气体浓度条件的控制。培养装置的周围的空气被引入至培养空间中。因此，例如在O2浓度的设定值比培养装置的周围的空气的O2浓度高的情况下，以与O2浓度的设定值相应的流量向培养空间供给O2气体，而在O2浓度的设定值比培养装置的周围的空气的O2浓度低的情况下，以与O2浓度的设定值相应的流量向培养空间供给N2气体。另外，以与CO2浓度的设定值相应的流量向培养空间供给CO2气体。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2017-201886号公报。
发明内容
发明要解决的问题
然而，通常的调整用气体的湿度低于适于培养的湿度，因此，在上述那样的培养装置中，在供给调整用气体时，培养空间的湿度有时会偏离适于培养的范围。
本发明是为了解决如上所述的问题而完成的，其目的在于提供一种能够将培养空间的湿度保持在适当的范围内的培养装置。
解决问题的方案
为了解决上述以往的问题，本发明的培养装置具备：调整用气体供给装置，将调整用气体供给至培养空间，所述调整用气体用于调整所述培养空间的规定的气体成分的浓度；调整装置，调整所述培养空间的湿度；以及控制装置，控制所述调整装置，所述控制装置根据所述调整用气体的供给量或与所述供给量相关的参数来控制所述调整装置。
发明效果
根据本发明，能够将培养空间的湿度保持在适当的范围内。
附图说明
图1是从右侧观察本发明的一个实施方式的培养装置的示意性的纵剖面。
图2是以取下罩的状态表示本发明的一个实施方式的培养装置的背面的示意图。
图3是表示本发明的一个实施方式的培养装置的控制结构的主要部分的示意性的功能框图。
图4是表示本发明的一个实施方式的培养装置的控制流程的一个例子的流程图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式的培养装置进行说明。以下所示的实施方式只不过是例示，并不排除在以下的实施方式中未明确示出的各种变形或技术的应用。另外，实施方式的各结构可以在不脱离它们的主旨的范围内进行各种变形来实施。并且，实施方式的各结构可以根据需要进行取舍选择或适当组合。
以下，在培养装置中，将使用时用户面对的一侧(后述的外门3a和内门3b所在的一侧)设为前，将其相反侧设为后。另外，以从前向后观察的情况为基准来确定左右。
此外，在用于说明实施方式的所有图中，原则上对相同要素标以相同的附图标记，有时省略其说明。
[1.结构]
参照图1和图2对本发明的一个实施方式的培养装置进行说明。图1是从右侧观察本发明的一个实施方式的培养装置的示意性的纵剖面。图2是以取下罩的状态表示本发明的一个实施方式的培养装置的背面的示意图。
图1和图2所示的培养装置1是培养细胞、微生物等培养物的装置。该培养装置1构成为具备：在内部形成有培养空间20且在前面形成有开口21的大致箱状的隔热箱2；以及用于开闭开口21的外门3a和内门3b。培养空间20被多个(这里为3个)隔板4在上下方向上分隔。在外门3a的外缘设置有填密件P1。
如后所述，以将温度、湿度、O2(氧)浓度和CO2(二氧化碳)浓度分别保持在适当的范围内的方式控制培养空间20，以使其成为适于培养物的培养的环境。
隔热箱2构成为具有：在内部形成有培养空间20的大致箱状的内箱2a；以及覆盖内箱2a的外侧的大致箱状的外箱2b。
外箱2b在其内表面侧具备隔热材料2c。在外箱2b的隔热材料2c的内表面与内箱2a的外表面之间，以覆盖内箱2a的上下左右和后方的方式设置有空间S1。在该空间S1充满空气，在空间S1内形成有空气层(也被称作“气套”)2d。空间S1在前方具有开口部，该开口部被填密件P2密封。
在培养空间20中，在内箱2a的背面配置有在上下方向上延伸的管道5。在管道5的内部形成有气体通路K。在该气体通路K配置有循环用送风机5c。通过使循环用送风机5c工作，从而从形成于管道5的上部的吸入口5a吸入培养空间20的空气，该空气从设置于管道5的下部的吹出口5b向培养空间20吹出。由此，进行箭头A1、A2、A3、A4所示那样的空气的强制循环。
另外，在管道5内配置有气体供给管12a、12b的前端即供给口，该气体供给管12a、12b向培养空间20供给用于调整培养空间20的O2气体浓度和CO2气体浓度的调整用气体。
气体供给管12a和与气体供给管12a连接的CO2气体(调整用气体)的供给管线以及夹设于该供给管线的CO2控制阀Vc一起构成将CO2气体供给至培养空间20的气体供给装置12A。
气体供给管12b构成向培养空间20供给O2气体或N2气体的气体供给装置12B。详细而言，气体供给管12b和与气体供给管12b连接的O2气体(调整用气体)及N2气体(调整用气体)的各供给管线、以及夹设于这些供给管线的O2控制阀Vo及N2控制阀Vn一起构成气体供给装置12B。
并且，在本实施方式中，在管道5内配置有紫外线灯7、检测温度的温度传感器、检测O2气体浓度的O2气体传感器及检测CO2气体浓度的CO2气体传感器(温度传感器、O2气体传感器及CO2气体传感器均省略图示)。紫外线灯7用于对后述的加湿盘6内的水W进行杀菌。应予说明，也可以是，将管道5内的空气引入至管道背面侧的空间，并利用配置于该空间的温度传感器、O2气体传感器及CO2气体传感器进行各检测。
另外，在管道5的下部与内箱2a的底板之间配置有贮存加湿用的水W的加湿盘6。由设置于内箱2a的底板的线状的加热器H1(以下称为“加热线”。参照图3)对加湿盘6进行加热。通过该加热器H1的加热，使水W蒸发，由此对培养空间20进行加湿。即，由加湿盘6和加热线H1构成本发明的“调整培养空间的湿度的调整装置”。
另外，在内箱2a的底板设置有用于控制培养空间20的温度的加热线H2(参照图3)。在本实施方式中，该加热线H2和对加湿盘6进行加热的上述加热线H1分别设置，其输出(温度)被分别单独控制。
此外，也可以一体地设置用于加湿盘6的加热的加热线H1和用于控制培养空间20的温度的加热线H2。
另外，培养装置1从设置于外门3a的操作装置50接受培养装置1的启动和停止的指示、以及培养空间20的各种设定值的输入。培养空间20的各种设定值包括设定温度、O2气体的设定浓度(以下称为“O2浓度检测值”)和CO2气体的设定浓度(以下称为“CO2浓度检测值”)等。后述的控制装置100以使培养空间20的温度、湿度、O2浓度、CO2浓度等成为上述设定值的方式进行控制。
隔热箱2的外箱2b的背面和底面被罩10覆盖。外箱2b的背面与罩10之间的空间构成用于配置各种设备的机械室S2。在机械室S2设置有电气部件箱13。在电气部件箱13的内部空间13a收纳有控制装置100和其他未图示的电气部件。
另外，如图2所示，在隔热箱2的背面设置有结露部件11a。该结露部件11a从机械室S2插入到培养空间20中。结露部件11a的传导性越高越优选，例如是由铝或银等构成的规定长度的圆棒。在结露部件11a的、处于机械室S2内的端部处，以使吸热面朝向该端部的方式设置有珀耳帖元件11b，结露构件部件11a通过该吸热面受到冷却。由此，在培养空间20内，在结露部件11a的表面生成结露水，其结果是，能够将培养空间20内的湿度控制在规定范围内。应予说明，在结露部件11a的表面生成的结露水从结露部件11a的前端向加湿盘6内滴下。
另外，在机械室S2中具备设置于珀耳帖元件11b的发热面的梳状的散热片11c和朝向该散热片11c供给冷却风的送风装置11d。从送风装置11d送出的冷却风(空气)经由散热片11c对珀耳帖元件11b的发热面进行冷却。
[2.控制结构]
以下，参照图3说明本发明的一个实施方式的培养装置1的控制结构的主要部分。
图3是表示本发明的一个实施方式的培养装置的控制结构的主要部分的示意性的功能框图。
如图3所示，由操作装置50、温度传感器St、湿度传感器Sm、CO2传感器Sc及O2传感器So向控制装置100输入控制信号。另外，控制装置100向控制阀Vc、Vo、Vn、加热线H1、H2、珀耳帖元件11b及送风装置11d输出控制指令。
在此，操作装置50接受培养空间20的各种设定的输入。具体而言，操作装置50被输入培养空间20的设定温度T、设定CO2浓度x[％]、设定O2浓度y[％]等各种设定。操作装置50将这些设定作为控制信号输入到控制装置100。
另外，温度传感器St检测培养空间20的温度，将检测到的温度作为控制信号输出至控制装置100。湿度传感器Sm检测培养空间20的湿度，将检测到的湿度作为控制信号输出至控制装置100。O2传感器So检测培养空间20的O2浓度，将检测到的O2浓度作为控制信号输出至控制装置100。CO2传感器Sc检测培养空间20的CO2浓度，将检测到的CO2浓度作为控制信号输出至控制装置100。
控制装置100基于由CO2传感器Sc检测到的CO2浓度来控制CO2控制阀Vc的阀开度或占空比(开关比)，从而控制CO2气体的每单位时间的流量Fc。具体而言，在CO2浓度检测值比设定CO2浓度x低规定值以上的情况下，以使流量Fc变多的方式控制CO2控制阀Vc的阀开度或占空比。相反地，在CO2浓度检测值比设定CO2浓度x高规定值以上的情况下，以使流量Fc变少的方式控制CO2控制阀Vc的阀开度或占空比。
控制装置100在设定O2浓度y比培养装置1的周围的空气，即被引入至培养空间20的空气的O2浓度(通常为20％左右)高的情况下，向O2控制阀Vo输出控制指令，使O2控制阀Vo打开，向培养空间20供给O2气体。此时，控制装置100基于由O2传感器So检测到的O2浓度来控制O2控制阀Vo的阀开度或占空比，从而控制O2气体的每单位时间的流量Fo。具体而言，在O2浓度检测值比设定O2浓度y低规定值以上的情况下，以使流量Fo变多的方式控制O2控制阀Vo的阀开度或占空比，而在O2浓度检测值比设定O2浓度y高规定值以上的情况下，以使流量Fo变少的方式控制O2控制阀Vo的阀开度或占空比。
另一方面，在设定O2浓度y比培养装置1的周围的空气低的情况下，控制装置100向N2控制阀Vn输出控制指令，使N2控制阀Vn打开，向培养空间20供给N2气体。此时，控制装置100基于O2浓度检测值来控制N2控制阀Vn的阀开度或占空比，从而控制N2气体的每单位时间的流量Fn。具体而言，在O2浓度检测值比设定O2浓度y低规定值以上的情况下，以使流量Fn变少的方式控制N2控制阀Vn的阀开度或占空比，而在O2浓度检测值比设定O2浓度y高规定值以上的情况下，以使流量Fn变多的方式控制N2控制阀Vn的阀开度或占空比。
此外，也可以由单一的控制阀构成O2控制阀Vo和N2控制阀Vn。例如，可以是，将如下控制阀作为该单一的控制阀而使用，即，可使O2的供给用的端口和N2的供给用的端口选择性地与向气体供给管12b的气体供给用的端口连通的控制阀。
另外，控制装置100基于由温度传感器St检测到的培养空间20的温度(以下称为“温度检测值”)来控制加热线H2的输出。具体而言，在温度检测值比设定温度T低规定值以上的情况下，以使加热线H2的温度变高的方式控制加热线H2的通电率，而在温度检测值比设定温度T高规定值以上的情况下，以使加热线H2的温度变低的方式控制加热线H2的通电率。
另外，控制装置100对用于调整培养空间20的湿度的调整装置进行控制，使得培养空间20的湿度不偏离设想的范围R，该设想的范围R是比培养装置1的周围的空气的湿度高且适于培养物的培养的湿度范围(以下称为“适当范围R”)。即，加热线H1、珀耳帖元件11b和送风装置11d的各输出中的至少一个受到控制。
在此，为了使培养空间20的CO2浓度为设定浓度而作为调整用气体供给至培养空间20的通常的CO2气体的湿度低于适当范围R。因此，培养空间20的湿度有可能会降低到低于适当范围R。同样地，为了使培养空间20的O2浓度为设定浓度而作为调整用气体供给至培养空间20的通常的O2气体和通常的N2气体的湿度低于适当范围R。因此，培养空间20的湿度有可能会降低到低于适当范围R。
因此，在向培养空间20供给调整用气体的情况下，控制装置100进行湿度保持控制，以抵消由于调整用气体的供给而引起的湿度降低。在湿度保持控制中，根据调整用气体的供给量或与该供给量相关的参数(以下称为“相关参数”)进行以下的控制1、控制2和控制3中的至少一个控制。相关参数例如是设定CO2浓度x与设定NO2浓度z(＝100-设定CO2浓度x-设定O2浓度y)的合计(＝x+z)。
(1)控制1
在控制1中，与未向培养空间20供给调整用气体的情况相比，控制装置100使加热线H1的输出(加热量)上升。详细而言，调整用气体的供给量越多或相关参数越大，越使加热线H1的通电率阶段性地或连续地上升。由此，由加热线H1的加热引起的加湿盘6内的水W的蒸发量增加，从而调整用气体的供给所引起的湿度的降低被抵消，培养空间20的湿度被保持在适当的范围内。
(2)控制2
在控制2中，与未向培养空间20供给调整用气体的情况相比，控制装置100使珀耳帖元件11b的输出降低。详细而言，调整用气体的供给量越多或相关参数越大，越阶段性地或连续地降低对珀耳帖元件11b的施加电压。由此，珀耳帖元件11b的输出(冷却量)降低，进而结露部件11a的温度上升，与未向培养空间20供给调整用气体的情况相比，培养空间20的湿度相对上升。因此，调整用气体的供给所引起的湿度的降低被抵消，培养空间20的湿度被保持在适当的范围内。
(3)控制3
在控制3中，与未向培养空间20供给调整用气体的情况相比，控制装置100使送风装置11d的输出降低。详细而言，调整用气体的供给量越多或相关参数越大，越阶段性地或连续地降低送风装置11d的风扇旋转速度。由此，从送风装置11d向珀耳帖元件11b的发热面送出的送风量降低，对该发热面的冷却量减少。其结果是，珀耳帖元件11b的热转换效率降低，从而珀耳帖元件11b的吸热面的温度上升，进而结露部件11a的温度上升，与未向培养空间20供给调整用气体的情况相比，培养空间20的湿度相对上升。因此，调整用气体的供给所引起的湿度的降低被抵消，培养空间20的湿度被保持在适当的范围内。
[3.控制流程]
参照图4对本发明的一个实施方式的培养装置的控制流程进行说明。图4是表示本发明的一个实施方式的培养装置的控制流程的一个例子的流程图。应予说明，该控制流程设想了如下情况：设定O2浓度y低于培养装置1的周围的空气的O2浓度，向培养空间20供给N2气体作为调整用气体而不是供给O2气体作为调整用气体。
另外，该控制流程在培养装置1通过操作装置50的操作而启动(电源接通)时开始，在到培养装置1停止(电源断开)为止的期间反复执行。
若培养装置1启动，则控制装置100在步骤S10中通过操作装置50接受设定温度T的输入，在步骤S20中通过操作装置50接受设定CO2浓度x的输入，在步骤S30中通过操作装置50接受设定O2浓度y的输入。
接下来，控制装置100在步骤S40中通过下式(1)，根据设定CO2浓度x[％]和设定O2浓度y[％]求出N2浓度z[％]。
z＝100-x-y…(1)
然后，控制装置100在步骤S50中判定是否满足下式(2)。
x+y≥90…(2)
即，控制装置100求出设定CO2浓度x与N2浓度z的合计值作为与调整用气体的供给量相关的相关参数，并且判定该合计值是否为规定值(在本实施方式中为90％)以上。在该合计值不超过90％的情况下，控制装置100在步骤S70中进行使培养空间20的温度为设定温度T的温度控制以及使培养空间20的CO2浓度和O2浓度为设定CO2浓度x和设定O2浓度y的气体浓度控制。另一方面，在该合计值超过90％的情况下，控制装置100在步骤S60中执行上述湿度保持控制后，进入上述的步骤S70。控制装置100在执行步骤S70的控制后，重复步骤S10以后的处理。
应予说明，在向培养空间20供给O2气体作为调整用气体而不是供给N2气体作为调整用气体的情况下，在步骤S50中，判定设定CO2浓度x和设定O2浓度y的合计值是否为规定值以上。
[4.效果]
控制装置100根据调整用气体的供给量来对用于调整培养空间20的湿度的调整装置进行控制。在本实施方式中，作为调整用气体使用CO2气体、O2气体及N2气体中的至少1种气体，并根据与调整用气体的供给量相关的参数，控制作为调整装置的加热线H2、珀耳帖元件11b及送风装置11d。另外，在同时供给多种调整用气体(例如CO2气体和N2气体)的情况下，所供给的各调整用气体的供给量的合计成为调整用气体的供给量。
详细而言，在作为与调整用气体的供给量相关的参数的设定CO2浓度x与N2浓度z的合计值为规定值以上的情况下，湿度低的调整用气体的供给量变多，从而培养空间20的湿度降低。因此，控制加热线H2、珀耳帖元件11b及送风装置11d中的至少一个，以使培养空间20的湿度与未供给调整用气体的情况相比较高。
因此，根据本发明，即使在向培养空间供给调整用气体的情况下，也能够将培养空间的湿度保持在适当的范围内。
[5.变形例]
(1)也可以是，在CO2气体、O2气体及N2气体的各设定供给量或各实际供给量的合计值超过规定值的情况下执行湿度保持控制。
(2)也可以是，在控制CO2气体、O2气体及N2气体向培养空间20的供给量的CO2控制阀Vc、O2控制阀Vo及N2控制阀Vn的各阀开度的合计值或各占空比的合计值超过规定值的情况下执行湿度保持控制。
(3)也可以是，以培养装置1的周围的空气中的CO2、O2的各成分的浓度为基准，在设定CO2浓度x的增加量与设定O2浓度x的增加量或减少量的绝对值的合计值超过规定值的情况下，执行湿度保持控制。应予说明，将设定O2浓度x的增加量或减少量的绝对值用于计算是因为，如果设定O2浓度x比周围的空气高，则供给O2气体，如果设定O2浓度x比周围的空气低，则供给N2气体。即，这是因为，无论设定O2浓度x相对于周围空气中的O2浓度高还是低，也供给调整用气体，相应地，培养装置1内的空气的湿度降低。
以将培养装置1的周围的空气中的CO2的浓度x0设为0％、将O2的浓度y0设为20％、将设定CO2浓度x设为30％、将设定O2浓度y设为30％的情况为例进行说明。关于CO2，浓度x0与设定CO2浓度x之差Δx(＝x-x0)为30％，关于O2，浓度y0与设定O2浓度y之差Δy的绝对值(＝|y-y0|)为10％，它们的合计值T为40％。在该合计值T即40％超过规定值的情况下，进行湿度保持控制。
另外，以将培养装置1的周围的空气中的CO2的浓度x0设为0％、将O2的浓度y0设为20％、将设定CO2浓度x设为30％、将设定O2浓度y设为10％的情况为例进行说明。关于CO2，浓度x0与设定CO2浓度x之差Δx(＝x-x0)为30％，关于O2，浓度y0与设定O2浓度y之差Δy的绝对值(＝|y-y0|)为10％，它们的合计值T为40％。在该合计值T即40％超过规定值的情况下，进行湿度保持控制。
在上述实施方式中，在设定CO2浓度x与设定NO2浓度z的合计(＝x+z)超过规定值的情况下，进行湿度保持控制(参照图4的步骤S50和步骤S60)。也可以是，设置多个规定值，每当该合计(＝x+z)超过该规定值时，阶段性地提高湿度保持控制的等级。或者，也可以是，随着该合计上升而使湿度保持控制的等级连续地(线性地)上升。
阶段性地或连续地提高湿度保持控制的等级是指，阶段性地或连续地进行如下控制中的至少一个控制：加热线H1的输出的增加、珀耳帖元件11b的输出的减少及送风装置11d的输出的减少。或者，在阶段性地提高湿度保持控制的等级的情况下，也可以依次追加如下控制：加热线H1的输出的增加、珀耳帖元件11b的输出的减少及送风装置11d的输出的减少。具体而言，可设想如下情况：如果该合计(＝x+Z)超过第一规定值，则使加热线H1的输出增加，如果该合计超过比第一规定值高的第二规定值，则除了使加热线H1的输出增加以外，还使珀耳帖元件11b的输出减少。
应予说明，在上述实施方式中，将具备湿度传感器Sm结构作为一个实施例进行了记载，但湿度传感器Sm并不是必须的结构。
而且，通过如上述实施方式所记载那样在供给调整用气体时进行湿度控制，从而与在湿度变化后利用湿度传感器检测该值并基于检测到的值来控制湿度的情况相比，能够在更早的阶段进行湿度控制。即，能够预先设想湿度的值的变化来进行应对。
在2018年11月29日提出的日本专利申请特愿2018-223386中包含的说明书、权利要求书、附图和说明书摘要的公开内容全部引用于本申请。
工业实用性
本发明适合用作培养装置。
附图标记说明
1：培养装置
2：隔热箱
2a：内箱
2b：外箱
2c：隔热材料
2d：空气层
3a：外门
3b：内门
4：隔板
5：管道
5a：吸入口
5b：吹出口
5c：循环用送风机
6：加湿盘
7：紫外线灯
10：罩
11a：结露部件
11b：珀耳帖元件
11c：散热片
11d：送风装置
12A、12B：气体供给装置
13：电气部件箱
13a：内部空间
20：培养空间
21：开口
50：操作装置
100：控制装置
K：气体通路
P1、P2：填密件
S1：空间(第一空间)
S2：机械室
W：水
Vc：CO2控制阀
Vn：N2控制阀
Vo：O2控制阀
Claims (5)
1.一种培养装置，其具备：
调整用气体供给装置，将调整用气体供给至培养空间，所述调整用气体用于调整所述培养空间的规定的气体成分的浓度；
调整装置，调整所述培养空间的湿度；以及
控制装置，控制所述调整装置，
所述控制装置根据所述调整用气体的供给量或与所述供给量相关的参数来控制所述调整装置。
2.如权利要求1所述的培养装置，其中，
所述调整装置构成为具备：
加湿盘，配置于所述培养空间，且贮存液体；以及
加热器，用于对所述加湿盘进行加热而使所述液体蒸发，
所述控制装置根据所述供给量或与所述供给量相关的参数来控制所述加热器的输出。
3.如权利要求1或2所述的培养装置，其中，
所述调整装置具备：
结露机构，使所述培养空间内的湿气结露，
所述控制装置根据所述供给量或与所述供给量相关的参数来控制所述结露机构。
4.如权利要求3所述的培养装置，其中，
所述结露机构具备：
结露部件，所述结露部件的至少一部分配置于所述培养空间；以及
珀耳帖元件，对所述结露部件进行冷却，
所述控制装置根据所述供给量或与所述供给量相关的参数来控制所述珀耳帖元件的输出。
5.如权利要求4所述的培养装置，其中，
所述结露机构还具备：
送风装置，向所述珀耳帖元件的发热面吹送气体，
所述控制装置根据所述供给量或与所述供给量相关的参数来控制所述送风装置的输出。
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