JP2013066435A - ヒートパイプを備えた培養装置 - Google Patents

ヒートパイプを備えた培養装置 Download PDF

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Abstract

【課題】結露を防止して培養物に対する悪影響を抑制するとともに、製造コストが嵩まず経済的な培養装置の提供。
【解決手段】断熱部３０の一端に入熱部３１を備え、他端に放熱部３２を備えるヒートパイプ３５の放熱部３２を培養装置１の外部に配置し、断熱部３０を断熱箱本体２および内箱２２を貫通して配置し、入熱部３１をダクト１１内の気体通路Ｋに配置するようにヒートパイプ３５を装着し、入熱部３１およびその近傍の断熱部３０に結露した水分を下方に流下させて加湿皿１５に入れ、加湿水１６として繰り返し使用できるように構成したことを特徴とする培養装置１。
【選択図】図２

Description

本発明は、ヒートパイプを備えた培養装置に関するものである。
細胞や微生物等の培養物を培養器内で培養する培養装置がある。この培養装置は、加湿皿が載置される培養器内を加熱するためのヒータを備えており、例えば、このヒータを制御して培養器内を所定温度（例えば、３７℃）に維持するとともに、同器内をこの所定温度に応じた所定湿度（例えば、９５％ＲＨ）に維持するようになっている。
また、例えば、加湿皿の水を加熱するための底ヒータと、この加湿皿以外の培養器内を加熱するためのヒータと、断熱箱本体に開閉自在に取り付けられる断熱扉に取り付けられるヒータを備え、これら３種類のヒータを個別に制御して加湿皿の水の温度を培養器内の温度よりも低めに維持することによって、培養器内の過飽和分の水を加湿皿に戻して、結露を抑制する培養装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。この培養装置は、培養器内の温度を検出するための温度センサと外気温を検出するための温度センサを備えており、これら２つの温度センサの検出結果に基づいて、前記３種類のヒータをそれぞれ個別に制御するようになっている。
特開平５−２２７９４２号公報
ところで、一般にヒータの作用は冷却ではなく加熱のみであるため、前述した特許文献１に開示された培養装置のように、加湿皿の水の温度と培養器内の温度とをヒータのみの制御によって所定の関係に維持するためには、例えば各温度センサに対し相応の検出精度が要求される。ここで、２つの温度の所定の関係とは、培養器内における培養物に影響を及ぼす恐れのある場所での結露を抑制しつつ同器内を飽和水蒸気密度に近い湿度に維持できる程度に、加湿皿の水の温度が、培養器内の温度よりも低い、という関係である。しかし、これを実現するためには、加湿皿の温度が低くなるため、この周囲に結露が発生するという問題がある。
前記の結露が生じた場合、この結露した水に雑菌が発生して、培養物に悪影響を及ぼすという問題が生じる。
本発明の目的は、従来の問題を解決し、結露を防止して培養物に対する悪影響を抑制するとともに、製造コストが嵩まず経済的な培養装置を提供することである。
前記課題を解決するために発明者は鋭意研究した結果、培養装置の所定の箇所に入熱部と放熱部を備えるヒートパイプを装着し、例えば、培養器内が過飽和水蒸気密度に近付くと入熱部およびその近傍の断熱部に結露し、結露した水分を下方に流下させて加湿皿に入れ、加湿水として繰り返し使用できるように構成することにより前記課題を解決できることを見いだし、本発明を成すに至った。
前記課題を解決するための請求項１記載の発明は、前面に開口を有する断熱箱本体と、前記断熱箱本体に開閉自在に取り付けられる断熱扉と、前記開口を開閉自在に閉塞する透明内扉と、前記内扉と断熱箱本体とで囲まれ細胞や微生物等の試料の培養を行う培養器と、培養器に空気等の気体を強制対流させるためのダクト及び循環用送風機と、培養器の湿度を制御するための加湿水を貯溜し前記ダクト内で且つ培養器の底部に配置した加湿皿とを備え、前記断熱箱本体は、金属製の外箱と、金属製の内箱と、外箱と内箱の間で外箱の内側に配置される断熱材と、前記断熱材よりも内側に配置される空気層と、を備えた培養装置において、
断熱部の一端に入熱部を備え、他端に放熱部を備えるヒートパイプの放熱部を培養装置の外部に配置し、断熱部を前記断熱箱本体および内箱を貫通して配置し、入熱部を前記ダクト内の気体通路に配置するようにヒートパイプを装着し、入熱部およびその近傍の断熱部に結露した水分を下方に流下させて加湿皿に入れ、加湿水として繰り返し使用できるように構成したことを特徴とする培養装置である。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の培養装置において、前記ダクト内の気体通路に達した断熱部を下方に曲折し、曲折部から入熱部に到るヒートパイプの部分が対応する前記ダクトと平行になるように構成したことを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項１あるいは請求項２記載の培養装置において、断熱部が内箱を貫通する部分の断熱部と内箱とが断熱性シール材を介して配置されていることを特徴とする。
本発明の請求項１記載の発明は、前面に開口を有する断熱箱本体と、前記断熱箱本体に開閉自在に取り付けられる断熱扉と、前記開口を開閉自在に閉塞する透明内扉と、前記内扉と断熱箱本体とで囲まれ細胞や微生物等の試料の培養を行う培養器と、培養器に空気等の気体を強制対流させるためのダクト及び循環用送風機と、培養器の湿度を制御するための加湿水を貯溜し前記ダクト内で且つ培養器の底部に配置した加湿皿とを備え、前記断熱箱本体は、金属製の外箱と、金属製の内箱と、外箱と内箱の間で外箱の内側に配置される断熱材と、前記断熱材よりも内側に配置される空気層と、を備えた培養装置において、
断熱部の一端に入熱部を備え、他端に放熱部を備えるヒートパイプの放熱部を培養装置の外部に配置し、断熱部を前記断熱箱本体および内箱を貫通して配置し、入熱部を前記ダクト内の気体通路に配置するようにヒートパイプを装着し、入熱部およびその近傍の断熱部に結露した水分を下方に流下させて加湿皿に入れ、加湿水として繰り返し使用できるように構成したことを特徴とするものであり、
培養装置の所定の箇所に入熱部と放熱部を備えるヒートパイプを装着し、例えば、培養器内が過飽和水蒸気密度に近付くと入熱部に結露し、結露した水分を下方に流下させて加湿皿に入れ、加湿水として繰り返し使用できるように構成したので、結露を防止して培養物に対する悪影響を抑制するとともに、前記ダクト内の循環用送風機を作動して培養器内に温度、湿度のむらが発生しないように運転することができ、しかも製造コストが嵩まず経済的な培養装置を提供できる、という顕著な効果を奏する。
本発明の請求項２記載の発明は、請求項１記載の培養装置において、前記ダクト内の気体通路に達した断熱部を下方に曲折し、曲折部から入熱部に到るヒートパイプの部分が対応する前記ダクトと平行になるように構成したことを特徴とするものであり、
曲折部から入熱部に到るヒートパイプの部分によく結露し、結露した水分が重力によって下方に流下して飛散することなく加湿皿に入る、というさらなる顕著な効果を奏する。
請求項３記載の発明は、請求項１あるいは請求項２記載の培養装置において、断熱部が内箱を貫通する部分の断熱部と内箱とが断熱性シール材を介して配置されていることを特徴とするものであり、
ヒートパイプの断熱部と内箱との間に断熱性シール材を介在させたので、気体通路を流れる気体が漏洩せず、培養器が悪影響を受けなくなり、かつ断熱部と内箱との接触部に結露しなくなる、というさらなる顕著な効果を奏する。
本発明のヒートパイプを備えた培養装置の断熱扉を開いた状態を説明する斜視図である。 本発明のヒートパイプを備えた培養装置の培養器とダクトを中心として空気循環を説明するインキュベータを右側から見た状態の断面説明図である。 本発明で使用するヒートパイプを説明するための説明図である。
以下、図面に基づき本発明の実施例を詳述する。
本発明の実施形態における培養装置１は、図１および図２に示すように、左開き式の扉（詳しくは外扉と内扉）及び観音開き式の小扉を備えるものであり、前面に開口２Ａを有する断熱箱本体２と、この開口２Ａを開閉自在に閉塞する内扉としての透明扉３とで囲まれる空間により培養器４を形成している。この透明扉３は、その左側をヒンジにより断熱箱本体２に開閉自在に保持されており、培養器４の間口部分に設けられたガスケット２Ｂによって気密的に開口２Ａを閉塞している。断熱箱本体２の間口には、透明内扉３と断熱箱本体２とをシールするシール部材２Ｂを備えている。
培養器４の内部は、複数の棚５により上下に（ここでは４枚の棚で５つに）区画されている。尚、培養装置１は、例えば、ＣＯ２インキュベータであれば、ＣＯ２の濃度を５％程度に設定・維持するケースが多く、ＣＯ２の濃度制御に扉の閉塞後にＣＯ２ガスを培養器４内に供給するようにしている。このため、内扉３を開放しても複数に区画された培養器４全体に外気進入が為されないように、内扉３よりも器内側に、観音開き式の小扉６Ａ，６Ｂを各区画に対応して複数（ここでは５対）設けている。７は断熱箱本体２にヒンジによって開閉自在に支持され、培養器４の開口２Ａからの熱進入を防止する外扉としての断熱扉であり、その裏面周囲に磁石入りのガスケット８を設けている。
培養器４には、その背面及び底面に、それぞれＣＯ２等の気体通路Ｋを形成するための間隔を存して背面ダクト１１Ａ及び底面ダクト１１Ｂからなるダクト１１が配置され、背面ダクト１１Ａの上部に形成した吸込口１２から培養器４内のＣＯ２等の気体を吸い込み、底面ダクト１１Ｂの前部及び側面に設けた吹出口１３から培養器４内に吹き出す空気の強制循環を行う。ダクト１１内（ここでは上部）には、このＣＯ２等の気体の強制循環のために循環用送風機１４を配置している。この送風機１４は、ファンとモータと軸とで構成されており、モータは後述する培養庫４の外側背面の機械室１９に配置され、軸はこの機械室１９のモータから断熱箱本体２の背面を貫通してＣＯ２等の気体通路Ｋまで延びてファンに接続されている。
培養器４の底面で且つダクト１１内には、加湿用の水（即ち加湿水）１６を貯溜する加湿皿１５が配置され、金属例えばステンレス製の内箱２２の底面外側に配置されたヒータ３２により加熱されて水を蒸発させる。尚、加湿皿１５をダクト１１内で且つ培養器４の底部に配置することにより、循環用送風機１４及びダクト１１にて形成される培養器４へのＣＯ２等の気体通路Kに加湿されたガスを効率よく吹き出すことが可能となる。
断熱箱本体２の外箱２１の背面には、循環用送風機１４の駆動手段たるモータや、培養器４にＣＯ２ガスを供給するためのガス供給手段１７、及び図示しない制御基板等の電装部品を配置するための機械室１９が形成される。
ガス供給手段１７は、ガス供給管１７Ａと、開閉弁１７Ｂと、フィルタ１７Ｃ等で構成され、ガス供給管１７Ａの先端部分は、気体通路Kに臨むようになっている。
培養器４のガス濃度を制御するためにガス出口１７Ａから供給されるＣＯ２ガスを噴射させることができる。
断熱箱本体２は、金属製の外箱２１と、ステンレス製の内箱２２と、外箱２１と内箱２２の間で外箱２１の内側に配置される断熱材２４と、前記断熱材２４よりも内側に配置される空気層（所謂エアージャケット）２５とを備える。培養器４を形成する内箱２２の左右両側面、天面及び背面には、培養器を加熱するための加熱ヒータ（図示せず）が配置される。
本発明の培養装置１は、図２に示したように培養装置１の所定の箇所に、断熱部３０の一端に入熱部３１を備え、断熱部３０の他端に放熱部３２を備えるヒートパイプ３５が装着されている。
ヒートパイプ３５の放熱部３２を培養装置１の外部に配置し、断熱部３０を断熱箱本体２および内箱２２を貫通して配置し、入熱部３１をダクト１１Ａ内の気体通路Ｋに配置するようにヒートパイプ３５が装着されている。
入熱部２１およびその近傍の断熱部３０に結露した水分は下方に流下して加湿皿１５に入り、加湿水１６として繰り返し使用できるように構成してある。
ヒートパイプ３５は、ダクト１１Ａ内の気体通路Ｋに達した断熱部３０が下方に曲折されて、曲折部３４が形成されており、曲折部３４から入熱部３１に到るヒートパイプ３５の部分が対応するダクト１１Ａと平行になるように構成してある。
曲折部３４から入熱部３１に到るヒートパイプ３５の部分によく結露し、結露した水分が重力によって下方に流下して飛散することなく加湿皿１５に入る。
断熱部３０が内箱２２を貫通する部分の断熱部３０と内箱２２とが断熱性シール材３６を介して配置されている。
断熱性シール材３６を介在させたので、気体通路Ｋを流れる気体が漏洩せず、培養器４が悪影響を受けなくなり、かつ断熱部３０と内箱２２との接触部に結露しなくなる。
図３に示すように、本発明で使用するヒートパイプは、密閉容器内に少量の液体（作動液）を真空封入し、内壁に毛細管構造（ウイック）３３を備えたものであり、入熱部３１で作動液が蒸発（蒸発潜熱の吸収）し、蒸発した蒸気は放熱部３２の方向に移動する。蒸気は放熱部３２で凝縮して蒸発潜熱を放出する。そして凝縮した液は毛細管現象で入熱部３１還流する。このような一連の相変化が連続的に生じ、熱が素早く移動するようになっている。
本発明においては市販品のヒートパイプや銅、アルミニウム、銀などの金属棒を使用することも可能である。
なお、器内の湿度が低下するのを抑制するために、ヒートパイプの放熱部３２に放熱を高めるヒートシンクや、ヒートパイプの温度を適正に維持するための加熱用ヒータを取り付けることもある。
本発明で使用するヒートパイプの容量、形状、寸法、個数などは培養装置の容量、形状、大きさ、培養物などによって異なる。
なお、上記実施形態の説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或は範囲を減縮するものではない。又、本発明の各部構成は上記実施形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。
本発明の培養装置は、所定の箇所に入熱部と放熱部を備えるヒートパイプを装着し、例えば、培養器内が過飽和水蒸気密度に近付くと入熱部に結露し、結露した水分を下方に流下させて加湿皿に入れ、加湿水として繰り返し使用できるように構成したので、結露を防止して培養物に対する悪影響を抑制するとともに、前記ダクト内の循環用送風機を作動して培養器内に温度、湿度のむらが発生しないように運転することができ、しかも製造コストが嵩まず経済的な培養装置を提供できる、という顕著な効果を奏するので、産業上の利用価値は甚だ大きい。
１ 培養装置
２ 断熱箱本体
２Ａ 開口
３ 透明内扉
４ 培養器
５ 棚
６Ａ，６Ｂ 小扉
７ 断熱扉
８ ガスケット
１１ ダクト
１１Ａ 背面ダクト
１１Ｂ 底面ダクト
１４ 循環用送風機
１５ 加湿皿
１６ 加湿水
１７ ガス供給手段
１７Ａ ガス出口
２１ 外箱
２２ 内箱
２４ 断熱材
２５ 空気層（エアージャケット）
３０ 断熱部
３１ 入熱部
３２ 放熱部
３３ 毛細管構造（ウイック）
３４ 曲折部
３５ ヒートパイプ
３６ 断熱性シール材

Claims (3)

  1. 前面に開口を有する断熱箱本体と、前記断熱箱本体に開閉自在に取り付けられる断熱扉と、前記開口を開閉自在に閉塞する透明内扉と、前記内扉と断熱箱本体とで囲まれ細胞や微生物等の試料の培養を行う培養器と、培養器に空気等の気体を強制対流させるためのダクト及び循環用送風機と、培養器の湿度を制御するための加湿水を貯溜し前記ダクト内で且つ培養器の底部に配置した加湿皿とを備え、前記断熱箱本体は、金属製の外箱と、金属製の内箱と、外箱と内箱の間で外箱の内側に配置される断熱材と、前記断熱材よりも内側に配置される空気層と、を備えた培養装置において、
    断熱部の一端に入熱部を備え、他端に放熱部を備えるヒートパイプの放熱部を培養装置の外部に配置し、断熱部を前記断熱箱本体および内箱を貫通して配置し、入熱部を前記ダクト内の気体通路に配置するようにヒートパイプを装着し、入熱部およびその近傍の断熱部に結露した水分を下方に流下させて加湿皿に入れ、加湿水として繰り返し使用できるように構成したことを特徴とする培養装置。
  2. 前記ダクト内の気体通路に達した断熱部を下方に曲折し、曲折部から入熱部に到るヒートパイプの部分が対応する前記ダクトと平行になるように構成したことを特徴とする請求項１記載の培養装置。
  3. 断熱部が内箱を貫通する部分の断熱部と内箱とが断熱性シール材を介して配置されていることを特徴とする請求項１あるいは請求項２記載の培養装置。
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