JP2002361101A - 外扉に伝熱体を装着した保温装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 外扉側から内扉側への熱移動を良くし、培養
室内の温度維持及び温度分布を良くする。 【解決手段】 炭酸ガス培養装置は、培養室４を加温ヒ
ーター９及びウォータージャケット８で一定温度に保持
すると共に、親水性ゲル３１を入れた容器３２からなる
加温層３を外扉２に装着し、外扉２に設けられた加熱器
６によって親水性ゲル３１を加熱しこの熱で内扉１を加
温するようにした装置である。 【効果】 親水性ゲルの流動性により、外扉を閉めたと
きに熱容量の大きい親水性ゲルをシート状の容器を介し
て内扉に密着させ、良好に熱移動させることにより、内
扉の結露を防止すると共に培養室内の温度分布を良くす
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、保温可能にされた
室内の開口部に設けられた内扉と閉められたときに該内
扉との間で空間部分を形成するように設けられ前記内扉
側の面である内面が加熱器で加熱可能にされた外扉とを
備えた保温装置に関し、特に、大学等における基礎研
究、医薬品の製造、臨床試験や検査、畜産等の分野にお
いて、細胞や組織、細菌等の培養に使用される培養器や
恒温恒湿槽として好都合に利用される。

【０００２】

【従来の技術】細菌や動植物の組織等の培養に好都合に
利用される保温装置としての従来の炭酸ガス培養器で
は、通常、一面側に設けられた内扉部分を除いて培養室
の周囲にウオ ータージャケットやエアージャケット等の
保温層を設けると共に底部にヒータを設けて、これらに
よる培養室を加熱及び保温し、細菌等の培養に良好な温
度条件を提供するようにしている。

【０００３】一方、ウォータージャケット等を設けられ
ない内扉及びこれを外側から閉鎖するための外扉部分に
は、通常、外扉にヒーターを設けて、外扉の内面を加熱
することによってその熱を内扉に伝達し、内扉の温度を
保持することにより、培養室に対してウオ ータージャケ
ット等と同様の保温機能を持たせている。又、内扉のガ
ラスに線状もしくは面状のヒータを組み込み、内扉を直
接加熱する方式の装置も知られている。

【０００４】しかしながら、このような従来の扉部分の
加熱・保温方式では、外扉と内扉との間に不可避的に生
ずる間隔により、内扉の加熱及び温度保持が不十分にな
るという問題がある。発明者等の実験によれば、周囲温
度が２３℃のときには、内外扉間の間隔が１ｍｍ大きく
なれば、内扉面の温度は約０．８℃低くなり、この間隔
が広がると加熱・保温効果が急速に損なわれることが確
認されている。

【０００５】このように内扉面の保温が不十分になる
と、培養室内の温度がその影響を受け、温度分布が悪く
なると共に、室内の湿気によって内扉ガラスの室内側に
結露を生ずることがある。その場合には、細菌等の培養
状態をしばしば目視する必要のある内扉の透視性が低下
したり、内部汚染の疑義が生じる等、装置の信頼性にも
影響するという重大な問題が生ずる。

【０００６】又、外扉と内扉の隙間で空気の滞留が生
じ、内扉の上下方向に対し温度勾配が形成され、培養室
の温度分布や結露発生に悪影響を及ぼすという問題もあ
る。更に、外扉から内扉への間隔を隔てた間接加熱で
は、外扉を頻繁に開閉したときには、熱伝達性が不十分
であるため間隔部分の空気層が単時間で温度上昇せず、
内扉内外面で温度差が生じ、結局内扉に結露を発生させ
るという問題があった。

【０００７】一方、内扉ガラスに直接ヒーターを貼り付
けた装置では、室内の視認性を確保する必要性からヒー
ターの配置間隔を大きくするため、内扉の全体が均一に
加温され難く、同様に室内の温度分布が悪くなるという
問題がある。又、このヒーターは高価であると共に、そ
の取付工事が難しいという問題もある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、従来
技術の上記問題を解決し、内扉の加熱・保温性が良く、
室内の温度分布を良好に維持でき、内扉に結露を生じさ
せることがなく、外扉の頻繁な開閉に対しても温度分布
の維持と結露防止が可能な保温装置を提供することを課
題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、請求項１の発明は、保温可能にされた室内
の開口部に設けられた内扉と閉められたときに該内扉と
の間で空間部分を形成するように設けられ前記内扉側の
面である内面が加熱器で加熱可能にされた外扉とを備え
た保温装置において、水又は水を含み比熱が水に近い熱
媒体をシート状材料からなる容器に入れて前記空間部分
のうちの少なくとも相当部分を占めるように形成した伝
熱体を前記外扉に取り付けたことを特徴とする。

【００１０】請求項２の発明は、上記に加えて、前記容
器は前記熱媒体を上下方向に仕切る複数の仕切部を有す
ることを特徴とする。

【００１１】請求項３の発明は、請求項１又は２の発明
の特徴に加えて、前記容器の内側に立体格子状に形成さ
れた枠体が取り付けられていることを特徴とする。

【００１２】請求項４の発明は、請求項１の発明の特徴
に加えて、前記容器は上下方向に分離された複数の単位
容器からなることを特徴とする。

【００１３】

【発明の形態】図１は本発明を適用した保温装置として
の炭酸ガス培養装置の全体構成の一例を示す。炭酸ガス
培養器は、内扉１と外扉２とを備えていて、伝熱体であ
る加温層３が外扉２に取り付けられている装置である。
内扉１は、保温可能にされた室である培養室４内の開口
部４１に設けられていて、室内を目視可能なようにガラ
ス製になっている。図示を省略しているが、外扉１とは
別々に開閉可能なように本体枠５に丁番を介して取り付
けられている。

【００１４】外扉２は、同様に開閉可能に支持されてい
て、閉められたときに内扉１との間で図では加温層３が
配置されている凹状の空間部分を形成するように設けら
れ、内扉１側の面である内面２１が加熱器６で加熱可能
にされている。加熱器６は、表面板からなる内面２１を
全体的に均一に加熱できるように内面２１の内側に線状
又は面状に一定のピッチで配置されている。外扉２の突
出した端面部２２には、本体枠５との間をシールするよ
うにマグネット式ラバーパッキン７が装着されている。

【００１５】加熱層３は、図２にも示す如く、本例で
は、熱媒体としての親水性ゲル３１を容器３２に入れ、
前記凹状の空間部分のうちの少なくとも相当部分を占め
るように、図１の例では外扉２が閉められたときに空間
部分をほぼ完全に占めるように形成されている。親水性
ゲル３１としては例えばポリアクリル酸ナトリウムが用
いられる。この物質は３００〜１０００倍という高い吸
水倍率を持つため、その比熱は水に極めて近くなる。こ
のような親水性ゲル３１は、変形可能であるがある程度
定形性があり、内部の水分を保持でき、仮に容器３２が
破れたとしても水を飛散させることがない。

【００１６】容器３２は、本例では前記凹状の空間部分
とほぼ同じ形状として断面が厚みの薄い縦長の四角形状
になっていて、プラスチックやアルミニウム等をラミネ
ート処理したある程度厚みのあるシート状材料でできて
いる。そして、少なくともその背面が全面的に外扉２の
内面２１に接着剤で貼付されている。

【００１７】培養室４は、ウォータージャケット８と前
記内扉１とで囲われている。ウォータージャケット８の
底部には加温ヒーター９が配置され、その周囲には本体
枠５との間に断熱材１０が介装されている。

【００１８】以上のような炭酸ガス培養装置は次のよう
に使用され、その作用効果を発揮する。培養室４には、
培養されるべき細菌等の試料を入れたシャーレ等の器４
２が配置され、室内は図示しない炭酸ガス供給装置によ
って一定濃度の炭酸ガス雰囲気にされる。この室内は、
加温ヒーター９を制御することにより、ウォータージャ
ケット８を介して例えば３７℃程度の一定の温度に加温
され保持され、細菌等の培養に好適な環境条件が付与さ
れる。そして、気密性を持たせたガラス製の内扉１と外
扉２との二重扉構造により、培養室内の温度、湿度、炭
酸ガス濃度等が安定した状態に保たれるようになってい
る。

【００１９】このとき、外扉２に装着されている加熱器
６も運転され、その熱が外扉内面から親水性ゲル３１及
び容器３２を介して内扉１に伝達され、内扉１自体の温
度を前記３７℃程度にすると共に、内扉から培養室４内
に放熱され、室内の保温性が確保されて温度分布が良好
になる。

【００２０】この場合、親水性ゲルがある程度変形可能
であり、また容器がシート状材料からなり変形容易であ
るため、内扉面への接触性が良く、上記のように加熱器
の熱が内扉に良好に伝達されることになる。

【００２１】図２は外扉２を開閉するときの加温層３の
状態を示す。外扉２を開き、内扉１に圧接していた容器
３２の外面３２ａを内扉１から離してある程度の時間が
経過すると、親水性ゲル３１の自重により、外面３２ａ
を扉断面方向に押す側圧によって容器３２は図２（ｂ）
の実線で示すように下膨れの形に変形する。この場合、
親水性ゲル３１は固形性も兼ね備えるので、外面３２ａ
に与える側圧はそれ程大きな値にはならない。その結
果、外扉２を閉めると、下膨れの部分が内扉１に接触し
て押し戻されて上方に移動し、外面３２ａは同図（ｃ）
のように元の接触状態に復帰してほぼ全面的に内扉１に
密着する。

【００２２】このとき、親水性ゲル３１の半塑性によっ
て、側圧が余り大きくならないと共に動きやすいため、
外面３２ａを内扉１に接触させて親水性ゲル３１を変形
させるときにそれ程大きい力を必要としせず、接触後に
も、マグネット式ラバーパッキン７で外扉の閉鎖力を保
持できる範囲内で外面３２ａと内扉１との間に適当な接
触圧力を残存させ、外面３２ａの内扉１への良好な接触
状態が保持される。又、外扉２は外面３２ａを変形させ
て内扉１に接触させるので、両方の扉の関係位置が予定
されている位置から多少ずれていても、確実な接触状態
を得ることができる。従って、扉の組立に高い精度を必
要とせず、工事を容易化することができる。

【００２３】更に、親水ゲル３１は比熱が水に近く熱容
量が大きいので、扉閉鎖時に加熱器６で加熱されて一定
温度になっているときに、扉を開いても、短い時間では
殆ど温度が下がらない。又、水を多く含み水と同様に熱
伝達率が良い。そして前記の如く内扉への密着性がよい
ことから、外扉２を閉めて加熱層３を内扉１に接触させ
ると、温度低下していた内扉３を直ちに昇温させること
ができる。

【００２４】その結果、培養室４内の温度分布を維持で
きると共に、室内が高湿環境になっていても、内扉１の
ガラス内面への結露の発生を防止することができる。そ
して、外扉を頻繁に開閉しても、内扉面の温度を扉開閉
前の温度に迅速に戻すことができるため結露を防止し内
部の視認性を確保することができる。そしてこの場合、
親水性ゲルの内部の水分は、縦長形状であっても対流の
発生が余りなく、親水性ゲルの温度分布を良好にし、内
扉への熱伝達を均一にすることができる。

【００２５】図３は本発明の炭酸ガス培養器の加熱層部
分の他の例を示す。本例の加温層３は、その容器３２に
熱媒体３１を上下方向に仕切る複数の仕切部として横隔
壁シート３３を有する。横隔壁シート３３は、培養室４
の寸法等によって異なるが、例えば５〜１０枚程度設け
られる。それぞれの横隔壁シート３３には、上下の熱媒
液が連通するように小孔を設けてもよい。

【００２６】本例の加熱層３を備えた炭酸ガス培養器も
図１のものと同様な作用効果を有するが、図３（ｂ）に
その一部分を示す如く、外扉２が開けられた状態では容
器３２の外面３２ａ及び横隔壁シート３３が区分３₁ 、
３₂ 等のように仕切られたそれぞれの区分毎に、図示の
ように同様な変形状態になる。

【００２７】その結果、図示のように親水性ゲル３１の
変形量が大きく外面３２ａにある程度大きな側圧を与え
るような場合でも、変形部分を多数に分割し、全体とし
の大きな変形を防止してそれぞれの変形量を小さくする
ことにより、図３（ｃ）に示す如く、外扉２を閉めて外
面３２ａを二点鎖線の状態から実線の状態のようにを内
扉１に沿わせるときに、余り大きな力を必要としない。
又、内外扉が接触状態になっているときにも、接触圧を
分散させると共に、全体としての扉分離力の過大化を防
止することができる。

【００２８】図４は本発明の炭酸ガス培養器の加熱層部
分の更に他の例を示す。本例の加熱層３では、その容器
３２の内側に立体格子状に形成された枠体３４が取り付
けられている。枠体３４は、シート状材料からなる容器
３２に接着や溶着等によって取り付けられていて、容器
３２の少なくとも一面が外扉２の内面２１に接着される
ことによって外扉２との関係位置が固定されている。従
って、本例の加熱層３によれば、外扉２の開閉時の容器
３２の変形量をより少なく且つ正確に分割し、外扉２の
閉鎖時及び閉鎖保持時の内扉との接触圧力を一層適当な
値にすることができる。

【００２９】図５は本発明の炭酸ガス培養器の加熱層部
分の更に他の例を示す。図では上部の一部分だけを図示
しているが、これから下の部分も同じ形状である。本例
の加熱層３では、その容器３２が上下方向に分離された
複数の単位容器としての小袋３５で構成されている。小
袋３５の一面は外扉２の内面２１に接着されている。こ
の加熱層３では、熱媒体として水を使用することがで
き、小袋３５に水Ｗが入れられると、これが内扉１に接
触せず自由な状態になっているときには、袋の柔軟性と
水の自由表面特性から、例えば図５（ａ）のような形状
になる。この場合、多少空気スペースＳが生ずる。

【００３０】この状態で外扉２が閉められ、小袋３５の
外面３５ａが内扉１に接触すると、図５（ｂ）に示す如
く、内扉１で押されて外に膨れていた部分が上に盛り上
がり、外面３５ａの内扉１の相当部分に接触する。この
場合、小袋３５の形状及び大きさ、中に入れる水量、内
外扉の隙間等を調整することにより、小袋３５を最適な
形状にして、接触割合を十分多くすることができる。

【００３１】本例の加熱層３によれば、小袋３５に水を
入れて図５（ｂ）のようにその外面３５ａを内扉１に接
触されると、接触部には、図示の如く中の水の水深に対
応する圧力がそのまま側圧として接触部に作用し、外扉
閉鎖時及び閉鎖状態維持時に、この側圧が外扉の閉鎖力
に対する反力になる。従って、この反力を適当な値にし
て、扉閉鎖時に適当な力で閉まるようにし、閉鎖状態で
はマグネット式ラバーパッキン７の閉鎖力でその状態を
維持できるようにする必要がある。

【００３２】この場合本例の構造によれば、小袋３５を
上下方向で互いに独立させ、水深による圧力伝達の縁を
切っているので、それぞれの小袋３５の全てに対して、
図示の如くその水深０〜ｈに対応する内圧０〜ｐが発生
するだけである。従って、例えば外扉２の閉鎖寸法に相
当する加熱層３の面積が５０cm×５０cmであっても、小
袋３５の水深ｈを１cm程度にすることにより、小袋が外
扉に全面的に接触したときに小袋の外扉に作用する接触
圧は平均水深である０．５cmより求まり、全側圧はこれ
に加熱層３の面積を掛けて０．１２２Ｎ（１２５０ｇ
ｆ）となり、固定端側が本体枠５に丁番で取り付けられ
ている外扉の開放端側に作用する力はその半分の０．０
６１３Ｎ（６２５ｇｆ）になるので、外扉開放力を開閉
可能な程度の小さい力にすることができる。なお、加熱
層３の容器３２が分離されることなく上下方向に一体に
なっているとすれば、上記例では、平均水深が２５cmに
なって扉開閉力が上記の値の５０倍になり、大型の装置
に水を使用すると、扉の閉鎖が不可能な値になる。

【００３３】本例の加熱層を適用した炭酸ガス培養装置
によれば、熱媒体として最も比熱が大きい水を使用する
ので、扉開放後の閉鎖時に外扉から内扉に迅速且つ十分
に熱を伝達でき、又扉閉鎖時の熱伝達性が良く、培養室
４内の保温性及び温度分布を一層良好にすることができ
る。又、流動性が良いので、扉の開閉も容易に迅速に行
える。

【００３４】更に、容器３がそれぞれの小袋３５に分離
されているので、熱媒体の対流が小さく、内扉を均一的
に加熱できる。

【００３５】

【発明の効果】以上の如く本発明によれば、請求項１の
発明においては、水又は水を含み比熱が水に近い熱媒体
をシート状材料からなる容器に入れて空間部分のうちの
少なくとも相当部分を占めるように形成した伝熱体を外
扉に取り付けるので、熱媒体は、その自重や流動性によ
り、シート状材料からなり変形容易な容器内で扉断面方
向に広がる傾向になる。そのため、外扉閉鎖時には容器
外面の内扉への接触性がよい。

【００３６】又、外扉を開いたときには、熱媒体の扉断
面方向への広がりにより、外扉を閉めたときに容器の外
面と内扉との間で確実な接触状態を得ることができる。
そして、容器が内扉と接触すると、内扉によって容器内
の熱媒体の扉断面方向に広がった部分が反対方向に押し
戻されることになり、容器が変形し、熱媒体従って容器
外面と内扉との間の接触面が広がる。ここで、熱媒体は
空間部分のうちの少なくとも相当部分を占めているの
で、結局、熱媒体を入れた容器と内扉とがその全表面の
うちの少なくとも相当部分において接触することにな
る。

【００３７】そして、このような接触部分が得られるこ
と、熱媒体の比熱が水に近く熱保有量が大きいこと、熱
媒体が水を含み熱伝達性が良いこと等から、加熱器で加
熱された外扉の内面の熱を、容器と熱媒体とを介して、
迅速且つ十分に内扉に伝達することができる。その結
果、内扉内部の室内の保温性及び温度分布を良好にする
ことができる。又、扉開閉時に内扉が冷えても、これを
迅速且つ十分に加熱して温度上昇させ、その温度を維持
することにより、室内が高湿雰囲気になっていても、内
扉面への結露を確実に防止することができる。そして、
装置の信頼性を確保することができる。

【００３８】一方、熱媒体の自重や流動性により、上記
の如く側圧を発生させ、これが外扉を閉めるときの反力
になる。この力の大きさは、熱媒体の自重や流動性の程
度、扉の大きさによって異なるので、例えば水のような
流動性の大きい熱媒体では、小形の装置に使用したり、
閉鎖力の大きい扉に使用したり、容器を上下方向に分割
・分離して側圧を小さく制限することになる。即ち、実
際の装置では、自重や流動性による側圧は、熱媒体を入
れた容器の内扉への密着性を良くするが、過大にならな
いように諸適用条件が選択されることになる。

【００３９】請求項２の発明においては、容器に熱媒体
を上下方向に仕切る複数の仕切部を設けるので、熱媒体
の自重や流動性によって容器は仕切られた区分毎に小さ
く変形することになり、扉を閉めるときに熱媒体を入れ
た容器の変形が戻り易く、扉の開閉を容易にすることが
できる。又、対流を防止して熱媒体の温度分布を良くす
ることができる。

【００４０】請求項３の発明においては、容器の内側に
立体格子状に形成された枠体を取り付けるので、熱媒体
を入れた容器の変形量をより少なく且つ正確に分割し、
外扉の閉鎖時及び閉鎖保持時の内扉との接触圧力を一層
適正な値にすることができる。

【００４１】請求項４の発明においては、容器を上下方
向に分離された複数の単位容器で構成するので、水のよ
うな完全な流動体で水深による圧力がそのまま側圧にな
るような熱媒体であっても、水深による側圧を分断して
一定の小さい値に規制することができる。その結果、外
扉を閉めたときに内扉との接触力を適当な値にして、熱
伝達性を良くすると共に、扉開閉力を許容範囲内に維持
することができる。

【００４２】そして、熱媒体として最も比熱が大きい水
を使用するので、扉開放後の閉鎖時に外扉から内扉に迅
速且つ十分に熱を伝達でき、又扉閉鎖時の熱伝達性が良
く、室内の保温性及び温度分布を一層良好にすることが
できる。又、流動性が良いので扉の開閉も容易に迅速に
行える。更に、容器が複数に分離されているので、容器
全体としての熱媒体の対流が起こらず、内扉を均一的に
加熱できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、本発明を適用した保温装置としての
炭酸ガス培養装置の全体構成の一例を示す断面図であ
り、（ｂ）はその加温層部分の断面図である。

【図２】（ａ）乃至（ｃ）は上記装置の扉開閉時の加温
層部分の変形状態の一例を示す説明図である。

【図３】上記装置の加温層部分の他の例の説明図で、
（ａ）乃至（ｃ）はそれぞれ、熱媒体である親水性ゲル
が変形していないときの状態、外扉を開いて変形した状
態、及び外扉を閉めて内扉との接触によって変形が戻っ
た状態を示す。

【図４】上記装置の加温層部分の更に他の例を示す説明
図で、（ａ）はその上部の一部分の側面状態を示し、
（ｂ）は正面状態を示す。

【図５】上記装置の加温層部分の更に他の例を示す説明
図で、（ａ）及び（ｂ）は、熱媒体として容器に水を入
れたときに変形した状態及び内扉と接触して変形が戻っ
た状態を示す。

【符号の説明】

１ 内扉 ２ 外扉 ３ 加温層（伝熱体） ４ 培養室（室内） ６ 加熱器 ２１ 内面 ３１ 親水性ゲル（熱媒体） ３２ 容器 ３３ 横隔壁シート（仕切部） ３４ 枠体 ４１ 開口部 Ｗ 水 ３５ 単位容器、容器

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 保温可能にされた室内の開口部に設けら
   れた内扉と閉められたときに該内扉との間で空間部分を
   形成するように設けられ前記内扉側の面である内面が加
   熱器で加熱可能にされた外扉とを備えた保温装置におい
   て、 水又は水を含み比熱が水に近い熱媒体をシート状材料か
   らなる容器に入れて前記空間部分のうちの少なくとも相
   当部分を占めるように形成した伝熱体を前記外扉に取り
   付けたことを特徴とする保温装置。
2. 【請求項２】 前記容器は前記熱媒体を上下方向に仕切
   る複数の仕切部を有することを特徴とする請求項１に記
   載の保温装置。
3. 【請求項３】 前記容器の内側に立体格子状に形成され
   た枠体が取り付けられていることを特徴とする請求項１
   又は２に記載の保温装置。
4. 【請求項４】 前記容器は上下方向に分離された複数の
   単位容器からなることを特徴とする請求項１に記載の保
   温装置。