JP4183597B2

JP4183597B2 - 恒温槽装置

Info

Publication number: JP4183597B2
Application number: JP2003361181A
Authority: JP
Inventors: 晃雉鼻
Original assignee: Nippon Medical and Chemical Instruments Co Ltd
Current assignee: Nippon Medical and Chemical Instruments Co Ltd
Priority date: 2003-10-21
Filing date: 2003-10-21
Publication date: 2008-11-19
Anticipated expiration: 2023-10-21
Also published as: JP2005127753A

Description

この発明は、互いに独立した温度設定が可能な試料を収容するための複数のチャンバーを有し、各チャンバー内における試料毎に個別の温度測定が可能な恒温槽装置に関し、各チャンバーに設定した複数の温度環境条件下における複数の試料に対応して同時かつ継続的な試料温度の測定を可能にしたものである。

一般に、所定の条件下における試料の変化を調査や検査するために、各種の試験機が知られている。このような試料としての商品の品質検査には、例えば温度や湿度、照度、各種のガスを充填した雰囲気、振動などの諸条件を所定に設定した試験機器が使われている。すなわち、これらの試験機器において、温度を設定した試験に関しても、簡単な単体の恒温器によって一定の温度に制御して試験するものから、複雑なプログラム制御によって所定時間で試験温度を低温から高温まで変化させて広範囲の温度試験を行なうものが知られている。

これまでの温度試験は、１）単一の温度を選択した恒温器を使用したり、２）プログラム恒温器を用いて、低温から高温までプログラム・タイマーによって試験温度を変温させたり、３）複数台数の恒温器を用いて、これらの恒温器にそれぞれ個別に試験温度を設定したりして行なっていた。

また、この恒温器としての恒温槽装置５０は、例えば図１２に示すように、周囲側面５２に熱絶縁性材を用いて密封した槽５３を形成し、この槽５３内を所定に区画して複数のチャンバー５４を形成し、このチャンバー５４に連通した恒温槽装置５０としての前面側に位置させた１側面を開閉自在にし、これらのチャンバー５４に所定温度に調整した槽５３内の空気を循環通流させた構成が知られている（例えば、特許文献１参照。）。すなわち、槽５３内部の両側には通風路５６，５６が設けられ、これらの通風路５６，５６の中間に位置した槽５３の内部空間を、断熱プレート５２で上下方向に横断的に仕切り、他の側面にも熱絶縁性材を用いて所定の区画を形成することにより、熱絶縁された複数のチャンバー５４が形成されている。また槽５３内の下方には、送風用のファン６と、図示しない第１温度制御手段によって動作が制御される冷却器７とが設けられている。さらに各チャンバー５４の両側面には、通風路５６に連通する入口開口５４ａ及び出口開口５４ｂが形成され、入口開口５４ａには、図示しない第２温度制御手段によって動作が制御されるヒータ５と、吸引ファン５５ａとが設けられている。なお、８は、冷却器７用のコンプレッサ（圧縮器）を示す。

したがって、この恒温槽装置５０によれば、第１温度制御手段によって冷却動作が制御されて冷却温度を設定する冷却器７と、それに付設されたファン６とによって各チャンバー５４内にそれぞれに設定された温度のなかから最低設定温度以下に冷却した冷風を強制的に循環させるとともに、各チャンバー５４は第２温度制御手段によってヒータ５が作動されて所望の温度が補償されるように加温される。このため、吸引ファン５５ａによって通風しながら、それぞれのチャンバー５４，５４が互いに独立して、それぞれを設定した温度にできる。なお、入口開口５４ａに吸引ファン５５ａを設ける代わりに、出口開口５４ｂに排気ファンを設けた構成や、これらの吸引ファン５５ａおよび排気ファンを設けた構成も用いられている。
特許第２５４７９７０号公報（第１，２頁、図４）

しかしながら、上記従来の試験機器では、近年の温度試験に対する要請に充分に答えられないという不都合が生じていた。

すなわち、商品開発のスピードアップ、流通網の充実により商品輸送の改革が進展したことや、コールド商品の普及などに伴い、商品の保存性の試験が重視されている。このため、このような保存性の試験として商品の温度試験も、よりスピード化を図る必要が生じていた。

また例えば、このような商品に対する温度試験として、１）同一の複数の商品にそれぞれ温度を設定した多点温度の試験を同時に行い、しかも広範囲な温度変化をさせた試験を行ないたい、２）試料としての商品を、非破壊かつ非接触で温度試験を行ないたい、３）試料としての商品を、缶体やペットボトルなどの既存の容器に封入した状態で温度試験を行ないたい、４）ロット生産された商品に対する品質検査を、迅速に行ないたいなどの要請があった。特に、食品業界では、商品の高品質化や品質の安定化の観点から商品の多面的な温度試験を短時間かつ低コストで行ないたいという要望が強く、各種の飲料などを缶体やペットボトルなどの容器に封入して販売する飲料業界では、商品の寿命サイクルが短縮されているので、前記の要望がより強い傾向がある。

しかし、上記の特許文献１の構成においては、試験の開始から終了まで、互いに異なる温度条件が設定された各チャンバー５４内に収容された各試料の温度測定を、収容したまま経時的および同時的に行なう手段は搭載されていない。このため、所定時間毎にチャンバー５４から各試料を取り出して試料の温度を測定することになり、人手や手間がかかり、温度の測定のために時間的かつ場所的に制約される面や人件費などの運用コストの面で好ましくない。また、取り出した試料の温度測定を短時間で実行しても、チャンバー５４内の恒常的な温度環境を維持する面では好ましくなく、精密な試料の検査が行ないにくいという不都合もあった。

これらの結果、試験用に多数の要員が必要で人員コストが増加したり、試験回数が増加して試験として長期間が必要になったりするので、近年の温度試験に対する要請に充分に答えられない。

そこでこの発明は、従来の装置の問題点を解決し、試料に対して設定した多様な温度条件の試験を同時かつ並列的に行なえ、試験に要するコストを削減できる複数の測定が可能な恒温槽装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、周囲側面に熱絶縁性材を用いて密封された槽を形成し、この槽内の空気を撹拌するファンと第１温度制御手段によって制御される冷却器とを具えた恒温槽装置において、前側面が熱絶縁性材で構成され、他側面は熱伝導性材で構成されたチャンバーを、前記前側面を槽の１側面に位置させてその槽内部に複数個装着し、これらのチャンバー相互間及び他の側面間に間隙を形成して槽内にエアジャケットを形成し、前記各チャンバーは、それぞれ第２温度制御手段によって制御されるヒータと、試料を収容する複数の容器と、該容器内に収容した試料の温度を測定する温度測定手段とを有し、前記複数の容器は、１つが温度補償用の容器となって、該温度補償用の容器を基準として他の容器が等距離に配置されており、前記温度測定手段により温度補償用の容器内の試料の温度とそれ以外の容器内の試料の温度の差を測定することにより、所定の温度試験条件下における試料自体の内部的な要因による前記容器内の試料の実質的な温度変化を求めることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記第１温度制御手段の設定温度は、前記試料の試験温度として設定された温度以下に設定され、前記各チャンバーの温度は、第２温度制御手段が、第１温度制御手段の設定温度との温度差を補償するようにそれぞれチャンバーのヒータを制御して、各チャンバーの温度をそれぞれ所望に設定している。

請求項３に記載の発明は、温度試験装置であって、前記請求項１または２記載の恒温槽装置を具えている。

この発明によれば、試料に対して設定した多様な温度条件の試験を同時かつ並列的に行なえるので、試験に要する時間的および費用的なコストの削減が可能となる。すなわち、それぞれに異なる温度条件を設定した各チャンバーに同一の試料を収容し、各試料に温度測定手段を設置して各試料の温度を測定する試験を行なうことにより、この装置として１回の試験回数で、１つの種類の試料に対して複数の温度条件の試験を同時平行的に行なえる。

この発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。

この発明の実施形態を図面により説明する。図１は、この温度試験装置の全体構成を示すブロック図であり、図２（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ温度試験装置が有した恒温槽装置を示す左側面図、正面図、右側面図であり、図３は、恒温槽装置内の通流状態を示す概略図であり、図４（ａ）〜（ｂ）は、それぞれ恒温槽装置が有した測定ユニットを示す平面図、側面図であり、同図４（ｃ）〜（ｄ）は、測定ユニットに配置された容器の詳細を示す平面図、縦断面図である。なお、この発明の実施形態において、図１２に示した従来の構成と同様な部分については同一の符号を附して説明を簡略化または省略し、主として異なる部分について説明する。

温度試験装置１は、図１に示すように、試料を収容して互いに独立して安定した個別の温度に設定が可能な複数のチャンバー４を有した恒温槽装置２と、各試料の測定した温度を測定データとして記録し所定に処理して解析したり解析結果を所定の手段で出力したりする処理装置３とを具えており、恒温槽装置２は、各チャンバー４にそれぞれ試料数に応じた複数の温度測定手段を有して、各チャンバー４内に収容したすべての試料の個数に対応して複数箇所の同時かつ継続的な温度測定を可能にしている。

すなわち、処理装置３は、恒温槽装置２から伝送された試料の温度測定信号を所定に変換するインターフェイス３Ａと、この変換された温度測定信号を測定データとして記録し、予め用意されたソフトウエア・プログラムに従って所定に処理するコンピュータ３Ｂと、このコンピュータが処理した測定データをグラフ表示したり数値として表示したりするディスプレイ３Ｃと、前記の測定データを所定の形式で記録紙に印刷するプリンタ３Ｄとを有し、これら２、３Ａ〜３Ｄは、コードなどによって、図示したように順次、所定に電気的に接続されている。すなわち、インターフェイス３Ａは、恒温槽装置２から伝送された試料の温度や制御用の温度を測定した信号をコンピュータ用のデジタル信号に変換してコンピュータ３Ｂに送ったり、コンピュータ３Ｂからの各種の制御用の指令信号などを所定に変換して恒温槽装置２に送ったりしている。

恒温槽装置２は、図２（ａ）〜（ｂ）に示すように、上下方向に３段で各段に２個配置された６個のチャンバー４を有しており、これらのチャンバー４を個別に所定の温度条件に設定し、各チャンバー４に試料を収容して各試料の温度を測定するようにしている。すなわち、この恒温槽装置２は、周囲側面５２に熱絶縁性材を用いて密封した槽５３と、この槽５３内の空気を冷却媒体として循環通流させるファン６と、冷却器７と、この冷却器７を制御して前記冷却媒体としての空気の温度を所定の温度に調整して設定する第１温度制御手段とを具えた恒温槽装置２であって、前記槽５３内部に、試料を収容するための複数個のチャンバー４を有し、これらのチャンバー４は、前面９が熱絶縁性材で、それ以外の面１０が熱伝導性材で構成され、前記前面９が槽５３の１側面となるように、かつチャンバー４相互間及びそれ以外の他の側面間に間隙２１を設けるようにして前記槽５３に装着され、前記間隙２１に空気を循環通流させてエアジャケット２０を形成しており、各チャンバー４，４は、それぞれチャンバー４内の温度を所定の温度に調整して設定する第２温度制御手段と、チャンバー４内の試料の温度を測定する温度測定手段３３とを有した構成とされている。

チャンバー４は、密閉性を有した略箱形状に形成され、その前側面９が熱絶縁性材を用いて扉部として開閉又は着脱自在に装着し、その他の側面１０が熱伝導性材を用いた構成とされている。また、例えばチャンバー４は、これらの部材９，１０によって、高さおよび横幅が４０ｃｍで、奥行きが３５ｃｍ程度の密閉された内部空間を形成している。チャンバー４は、その前側面９を恒温槽装置２としての前面に位置させて、チャンバー４を槽内部に多段又は多段多連に所定に配設して複数個装着している。すなわち、これらのチャンバー４は、チャンバー４相互間及び恒温槽装置２の他の側面５２間に図２（ａ），（ｃ）に示されるように冷風が通流可能な間隙２１を形成するようにして装着され、槽内３に形成したこの間隙２１に冷風を循環送流してエアジャケット２０を形成している。またこれらの複数のチャンバー４には、それぞれ第２温度制御手段によって制御されるヒータ５を有している。このヒータ５は、チャンバー４の基底部に設けられている。また、エアジャケット２０が通流される適宜箇所には、エアジャケット２０として循環通流される冷却媒体としての冷風温度測定が可能な図示しない測定手段が設けられ、この測定手段が測定した実際の冷風の温度に基づき、冷却器７の冷却動作を制御して、冷風の温度を所定の目標温度に保つようにしている。

なお、図２（ｃ）中に示された５３ａは、扉部としての各チャンバー４の前側面９に対応して、それぞれ槽５３側に開閉可能に設けられた外扉部であり、チャンバー４に対して内扉部とした前側面９と外扉部５３ａとからなる２重扉を形成するようにしている。したがって、前側面９を各チャンバー４の単体の扉部とした構成に比べて、２重扉の構成にしているので、遮蔽効果つまり断熱効果をより高めることができる。他方、あるチャンバー４内に試料を収容や取り出したりするために、これらの前側面９および外扉部５３ａを開いた場合には、外部からチャンバー４内に至る経路に奥行きを確保できるので、チャンバー４内の温度環境の拡散や、チャンバー４内外気の交換を最少限に留めて、チャンバー４内の温度環境を変動させることなく安定化が図れる。また、これに加えて、このように２重扉を構成した場合に、前側面９を熱伝導性材で構成し、外扉部５３ａと前側面９との間に所定に間隙を形成し、この間隙に冷風を通流したエアジャケット２０を形成してもよい。したがって、この構成によれば、固定部材としての外扉部５３ａによる断熱効果に加えて、エアジャケット２０による遮熱効果が得られる。他方、この前側面９が、新たにエアジャケット２０によるチャンバー４に対する温度設定用の接触面積となり、接触面積を拡大できるので、チャンバー４に対してエアジャケット２０が供給する基準となる温度をより安定して確保できる。また、ヒータ５は、チャンバー４の基底部に限られることなく、チャンバー４の側面部に設けてもよい。またチャンバー４内に図示しないファンを設け、このファンによってチャンバー４内の空気を撹拌することにより、チャンバー４内の全域で温度を速やかに均一にするようにしてもよい。さらに各チャンバー４内に図示しない光源を設け、その光源をプログラム制御して所定に設定した明暗サイクルの環境、つまり日長時間の環境調節を自由に設定できるように構成してもよい。したがって、このように構成した場合には、温度条件に加えて、昼夜サイクルの条件を任意に設定できるので、日照時間の影響を受ける植物や細菌などの生物を試料として用いた試験に好ましいものとなる。

各チャンバー４の温度は、第２温度制御手段によってそれぞれ所望の温度に設定できるようにしている。すなわち、冷却器７によるエアジャケット２０の温度は、第２温度制御手段からの情報出力が入力された第１温度制御手段によって、各チャンバー４に設定された必要最低温度以下になるように設定される。つまり、第１温度制御手段は、各チャンバー４毎に設けられた第２温度制御手段に設定した所望の温度のうち、最も低い温度を選択し、この選択した温度以下に制御目標としての目標温度を設定し、この目標温度にエアジャケット２０の温度がなるように、冷却器７の冷却動作を制御する。また、各チャンバー４の温度は、第２温度制御手段に設定された温度と目標温度との温度差を補償するようにして第２温度制御手段によってそれぞれ制御される。すなわち、第２温度制御手段は、前記の温度差を保持するように、ヒータ５の発熱動作を制御する。なお、この第２温度制御手段の温度設定は、前面に設けられた操作パネル８に設置されたノブなどのスイッチを操作することによって、任意の温度制御パターンを予め入力して設定しておくことができる。または、第２温度制御手段は、外部からプログラムチャートに従って送信された制御信号に基づき動作が制御され、このプログラムチャートには、予め任意の温度制御パターンが記録されている。また、上記の第１，第２温度制御手段は、処理装置３のコンピュータ３Ｂによって構成されている。

したがって、このように構成された恒温槽装置２では、図３に示すように、冷却器７によって所定の温度に調整された冷風が、ファン６によって一定の方向に送給され、各チャンバー４の他側面１０に接しながら、槽５３内を循環通流したエアジャケット２０を形成する。すなわち、槽５３内の奥側に設置された冷却器７の直上に、その送風方向を上方に向けたファン６が設置されており、また槽５３内の適宜、所定箇所には、その送風方向を所定に水平方向に向けた中間ファン６ａが設置されている。したがって、ファン６が送給した冷風は、中間ファン６ａによって、上下方向の各チャンバー４同士の間隙やチャンバー４と槽５３との間の間隙に分流されて、槽５３内の特定のチャンバー４に片寄ることなく、すべてのチャンバー４の周囲側面に接触しながら通流して、冷却器７に還流される。このため、この恒温槽装置２によれば、各チャンバー４内は、冷却されたエアジャケット２０を最低限の冷却源として熱伝導性材の他側面１０から熱伝導によりエアジャケット２０の温度で冷却されるとともに、第２温度制御手段が、設定された所望の温度の入力信号に対応してそれぞれのヒータ５を発熱させているので、エアジャケット２０の温度との温度差を補償するようにヒータ５で加熱される。この結果、各チャンバー４内を、自然環境に近い状態の所望の恒温環境条件に設定することができる。すなわち、チャンバー４内における熱エネルギの収支をバランスさせて、チャンバー４内の温度を精密に設定できる。しかも、基準としたエアジャケット２０の温度に対して、比較的に小容量の容積を有して区切られた小室としての各チャンバー４内を、それぞれ専用のヒータ５で加温しているので、チャンバー４内の温度制御がしやすくなる。このため、各チャンバー４内の温度は、チャンバー４，４同士の互いの温度的な干渉を排除してそれぞれのチャンバー４を独立させながら、高精度に所要の温度に設定できる。

また、チャンバー４の内部に、乾燥した冷風が通風されないので、各チャンバー４内が除湿されることがない。このため、試料としての被試験体や、試料用の培養液、培養基などが乾燥することがなく、自然に極めて近い状態で試験を行うことができる。また各チャンバー４は相互に隔絶され、これらの間に空気の交換が行われないので、空気を媒介経路とした植物、動物、微生物の相互汚染を生じることがない。したがって、この装置によって得られる試験結果の信頼性を向上できる。さらに各チャンバー４は、これらを包囲する部材として分厚い断熱層を設けなくて済むので、チャンバー４としての内部スペースをそれだけ広くとれる。他方、このように部材としての断熱層が不要となり、装置としての内部空間の利用効率が高いので、装置全体をコンパクト化できる。このため、装置を製作する材料の節減や省スペース化が図れる。これらの結果、ローコストな恒温槽装置２とすることができる。

また例えば、槽内部に設置した複数個のチャンバー４の温度を、それぞれ約５℃から５０℃までの範囲で互いに異なる温度に設定したい場合には、エアージャケット２０の温度を０℃に保持することにより、それぞれのチャンバー４に所望の温度を設定することができる。したがって、生物の発芽、長時間の培養、飼育などのように、試験開始から終了までに長時間が必要な研究の場合にも、様々に異なる温度条件を設定した対比試料を比較評価する研究を効率的に行なえ、しかもこれらの試験研究を同時に並列的に行うことができる。このため、試験回数として１回の試験で、比較評価した研究結果を得ることができ、この研究成果としての信頼度も高くなる。すなわち、複数の試験回数に分けて試験を行なう場合には、各回で微妙に条件が異なり、試験結果に影響を与えることが予想されるのに対して、この構成によれば、１回の試験で済むので、前記の影響をまったく回避することができる。この結果、試験の信頼度を高めながら、試験研究を実施するスピードアップを達成することができる。

なお、チャンバー４の前側面９に、透明性を有した又は不透明性を有した熱絶縁性部材によって形成してもよい。したがって、熱絶縁性材として透明性を有する部材を使用した場合には、前側面９を観察窓として用いることができる、すなわち、この部材がチャンバー４内の定温性を保ちながら、前側面９を開くことなくチャンバー４の内部を観察できるので、試験装置としての使い勝手を向上できる。他方、不透明性を有する部材を使用した場合には、外部からチャンバー４内への入射光を遮蔽できるので、チャンバー４内に光源を設置し、この光源を用いて所定の明暗サイクルの環境、つまり日長時間の環境調節を任意に設定した試験を行なうことができる。

また、恒温槽装置２は、試料の微細な温度変化を測定するための専用の補助用具として、チャンバー４に収容および取り出し可能な測定ユニット３０を具えている。すなわち、この測定ユニット３０は、図４（ａ）〜（ｂ）に示すように、基台としてのベース部材３１と、このベース部材３１の上面の所定箇所に固定配置された複数の容器３２，３２と、これらの容器３２，３２の底部にそれぞれ設けられた温度測定素子３３，３３とを有しており、各容器３２に試料を格納したこの図には図示されない試料セルを収容し、各容器３２の温度測定素子３３によって、各試料の温度変化を精密測定するようにしている。

このベース部材３１は、熱伝導性に優れた軽量なアルミニウム合金を用いて、平面形状がチャンバー４の床面形状よりも所定に小さい正方形状に形成され、所定の熱容量を確保できる厚さを有している。すなわち、このベース部材３１には、予測される試料からの熱を安定して吸収できる熱容量つまり充分な容積を確保するための厚さ寸法が設定されている。また、３１ａは、ベース部材３１の底面の四隅に設けられた脚部を示し、この脚部３１ａは、熱伝導性の低い材料を用いて形成され、この脚部３１ａによって、ベース部材３１の下面をチャンバー４の床面に接することなく、所定間隙を形成してベース部材３１を支持するようにしている。したがって、試料からベース部材３１に伝導したチャンバー４内の室温よりも高い熱は、ベース部材３１の下面に到達し、この下面に所定距離を有して対向したチャンバー４の床面側に、放散される。すなわち、この床面は、チャンバー４の周囲を通流形成したエアジャケット２０によって、室温よりも低い温度に設定されているので、ベース部材３１に熱が滞留することなく放散され、ベース部材３１全体としては、安定して室内温度つまりチャンバー４に設定した温度に維持される。他方、このように構成されたベース部材３１によって、ベース部材３１の上面に設置された容器３２つまり容器３２内に直接または測定セルを介して収納された試料に対して、床面からの熱的な影響を遮断できる。

容器３２は、図４（ｃ）〜（ｄ）に示すように、略中空円筒状に形成され、ベース部材３１の所定箇所に直立して固定されている。この容器３２は、直径が約８０ｍｍで高さが約２２０ｍｍの密閉空間を形成している。容器３２の上部は、蓋部３２ａにより開放可能に閉止され、この蓋部３２ａを外して開放した開口を介して、容器３２内に試料を直接または試料を格納した試料セルを出し入れ可能にしている。容器３２の下部は、ベース部材３１の上面に対して開口して開放され、この開口には、優れた熱伝導性を有した受け皿３２ｂが設けられている。この受け皿３２ｂとベース部材３１の上面との間には、略薄板矩形状の温度測定素子３３が介装されている。すなわち、この温度測定素子３３は、受け皿３２ｂの平面視で略中央に位置し、これらの両者３２ｂ，３１に密着して面接触するように配置されている。また、温度測定素子３３とベース部材３１の上面との間には、図示しない約５ｍｍ厚さのアルミ板が介装されており、このアルミ板によって、温度測定素子３３を固定する手段として接着剤を用いた場合にも、アルミ板ごと取外し易くするとともに、温度測定素子３３からベース部材３１への熱伝導用の接触面積を温度測定素子３３単体よりも拡大し、スムーズな熱の流れを確保するようにしている。

この温度測定素子３３は、微小な温度変化を電気的に測定可能な高感度の素子が用いられ、この素子としては、例えば半導体素子であるペルチエ素子や熱電対測定素子を適用可能であり、この素子は、測定対象の微小な温度変化を電圧の電位変化として出力する素子である。

このように構成された容器３２が、ベース部材３１上に複数個、固定されており、この容器３２の個数に応じて、予め相互の間隔距離が等しくなるようにベース部材３１上に配置された測定ユニット３０が予め用意されている。すなわち、図５（ａ）〜（ｄ）に示すように、それぞれの測定ユニット３０には、ベース部材３１の平面における中心を基準として、各容器３２が対称的に配置されている。なお、各図中にＲが附されて示された容器３２は、各試料の温度測定時における測定値の温度補償用に用いられる容器である。すなわち、温度補償用の容器を用いて、試験対象の試料が２つ以上の場合には、温度補償用の容器を中心に設置され、この中心を囲んだ周囲に、これ以外の試料用の容器が点対称に配置された測定ユニット３０を使用する。特に、容器３２の個数が４個以上の場合には、平面視におけるベース部材３１の中心と隣接した２つの容器３２の中心とを結んで形成した三角形は、必ず同一の寸法及び形状となっている。したがって、１つのチャンバ４内で複数個の試料を試験対象として測定する場合に、相互の間隔距離を等しくしているので、これらの各試料を収納した試験用セル同士が互いに影響を及ぼさないようにできる。

すなわち、これらの測定ユニット３０において、例えば温度補償用の１つの容器３２と、４つの試料温度測定用の容器を用いて試験する場合には、図６に示すように、これらの各容器３２に設置された温度測定素子３３が配線接続され、各容器３２の試料の温度が、温度測定素子３３の一方の端子から、温度補償用の温度測定素子３３との差分電圧として出力されるように構成されている。すなわち、これらの温度測定素子３３は２つの端子を有し、ベース部材３１の中央に配置された温度補償用の温度を測定する温度測定素子３３の一方の端子は、単一の共用線に接続され、この共用線には、試料温度測定用の各温度測定素子３３の一方の端子が接続されている。また、これらの温度補償用および試料温度測定用の温度測定素子３３の他方の端子は、個別に処理装置３に至るように配線され接続されている。すなわち、各チャンバー４内の所定箇所には、室内の温度測定素子３３の合計端子数に応じた接続端子を有した図示しない内部コネクタなどが予め設けられ、温度測定素子３３の端子をワンタッチで接続可能にしており、この内部コネクタは恒温槽装置２内を所定に配線されて、恒温槽装置２の外面に設けられた図示しない外部コネクタに接続されている。したがって、この外部コネクタに、処理装置３のインターフェイス３Ａに接続された専用コードなどを接続することにより、インターフェイス３Ａを介して、温度補償用および試料温度測定用の温度測定素子３３からの測定信号が個別にコンピュータ３Ｂに到達するように構成されている。なお、同図中の右側のチャンバー４の列に設けた構成として示した配線構成と、同様な配線構成が左側のチャンバー４の列にも予め設けられている。

したがって、このように構成された測定ユニット３０によれば、各容器３２の相互の間隔距離が等しいことから、各容器３２に収納された試料に対する相互の干渉が片寄ることが解消され、しかも各容器３２に対して最も近いチャンバー４の側壁面との間隔距離も等しくなるので、各容器３２が側壁面から受ける温度的な影響も等しくなり、各容器３２の条件を同一に揃えることができ、この結果として精密な試料の温度測定が可能となる。他方、試料または試料を格納したセルを、容器３２の底部に設けられた受け皿３２ｂに載置して容器３２内に収納することにより、試料から生じた熱が移動する伝達経路を、受け皿３２ｂからベース部材３１への経路に集約させて限定し、しかもこの経路の途中に熱が伝達されて通過する部材としての温度測定素子３３を介装しているので、試料の微細な温度変化を高精度に測定することができる。これに加えて、各容器内またはセル内の試料は、互いに所定間隙距離を有して隣接した試料同士が熱変化による影響を僅かでも及ぼしあうが、温度補償用の測定を行なうことにより、この互いに隣接したもの同士の相互の影響を解消するようにしている。例えば測定用セル内の試料と温度補償用の比較用セル内の試料との温度差を測定することにより、互いに隣接するもの同士の影響を解消できる。すなわち、試料の温度測定値から、この試料または隣接した試料の熱的な影響を受けた温度補償用の試料を測定した温度測定値を差し引くことにより、該試料の熱的な影響を受けない測定値を求めることができる。換言すれば、前記のようにして熱的な影響を受けた分の測定値を特定し、この特定した熱的な影響分の測定値を、試料を測定した温度から差し引くことにより、所定の温度試験条件下における試料自体の内部的な要因による試料の実質的な熱変化（温度変化）を正確に測定できるようにしている。

次に、上記の構成の温度試験装置１の第１の使用例を図７に基づき説明する。すなわち、この温度試験装置１を、ある試料の試験方法として使用した例を説明する。この例では、試料の温度測定手段として白金抵抗体素子を用いている。まず、断熱されたエアジャケット２０自体の温度制御精度を所定に調整する。次に、個別のチャンバー４Ａ，Ｂ内の温度制御精度を所定に調整する。すなわち、各室としてのチャンバー４Ａ，Ｂ内にそれぞれ、室内温度測定用の白金抵抗体素子Ｃ１，Ｄ１を室内に露出させて設け、これらの白金抵抗体素子Ｃ１，Ｄ１による温度測定によって、各室チャンバー４Ａ，Ｂ内の温度制御特性を調べて、この制御特性に応じた温度補正用のデータを収集し、この補正データを用いて充分な温度制御精度を得るように調整する。次に、各チャンバー４Ａ，Ｂ内を個別の温度に設定し、各チャンバー４Ａ，Ｂ内にそれぞれ図示しない試料を収納した測定セルＡ２，Ｂ２を収容する。次に、各測定セルＡ２，Ｂ２内にそれぞれ試料温度測定用の白金抵抗体素子Ｃ２，Ｄ２を挿入し、または測定セルＡ２，Ｂ２の外面に白金抵抗体素子Ｃ２，Ｄ２を密着させて装着し、白金抵抗体素子Ｃ２，Ｄ２を各試料の温度測定用にセットする。すなわち、前者では、白金抵抗体素子Ｃ２，Ｄ２を測定セルＡ２，Ｂ２内の試料に接してセットし、後者では、測定セルＡ２，Ｂ２内の試料にセル側壁を介して接するように白金抵抗体素子Ｃ２，Ｄ２をセットする。

そして、チャンバー４Ａ，Ｂ内の室内温度測定用の白金抵抗体素子Ｃ１，Ｄ１と、試料に装着した試料温度測定用の白金抵抗体素子Ｃ２，Ｄ２との温度差を、所定に算出可能な処理装置３によって、時間経過に伴う各試料の温度変化のグラフ表示、数値計算表示を行なう。

なお、試料を収納した測定セルＡ２，Ｂ２は、図示しない保持具によって、チャンバー４Ａ，Ｂの床面や側壁面に接することなく、床面や側壁から所定距離、離れて支持され、または所定に熱的に遮蔽されて保持されている。したがって、測定セルＡ２，Ｂ２の試料は、チャンバー４Ａ，Ｂ床面や側壁からエアジャケット２０による温度の影響を受けることなく、各チャンバー４Ａ，Ｂ内に設定した室温つまり試験温度の影響だけを受けるようにしている。また、各チャンバー４Ａ，Ｂ内の試料の個数を増加する場合には、また別の上記の白金抵抗体素子の組み合わせを増すことが可能である。さらに、この試験方法を適用する対象は、試験の目的や試験結果として比較的に測定する温度精度を要求しない場合において、有効である。

さらに、上記の構成の温度試験装置１の第２の使用例を図８に基づき説明する。すなわち、この温度試験装置１を、ある試料の評定方法として使用した例を説明する。この例では、試料の温度測定手段として熱電対測定素子を用いている。なお、この例でも、測定セルＡ２，Ｂ２は、上記の第１の例と同様に図示しない保持具によって、支持または保持されている。まず、上記の第１の使用例と同様にして、エアジャケット２０と、各チャンバー４Ａ，Ｂ内の温度制御精度、特性を調べ調整した上で、各チャンバー４Ａ，Ｂ内の温度を任意の温度に調整する。次に、各試料のリファレンスとなる温度補償セルＥ１を、図示したように温度測定ラインに直列接続する。すなわち、図の上部に示したように、試料を格納した測定セルＡ１と同一のチャンバー４Ａ内に、リファレンス（温度補償用）セルＥ１を配置し、このセルＥ１に測定セルＡ２にセットした熱電対測定素子Ｆ１と同様にして熱電対測定素子Ｆ２をセットし、この熱電対測定素子Ｆ２の一方の端子を、測定セルＡ２にセットした熱電対測定素子の出力端子に接続し、他方の端子を温度測定ラインに接続する。つまり熱電対測定素子Ｆ１自体を測定セルＡ２内の試料に接するようにして、または試料の近傍に位置した測定セルＡ２の内壁に接するようにして、測定セルＡ２に熱電対測定素子Ｆ１をセットする。同様に、熱電対測定素子Ｆ２自体をリファレンスセルＥ１内の温度補償用の試料に接するようにして、またはこの試料の近傍に位置したリファレンスセルＥ１の内壁に接するようにして、熱電対測定素子Ｆ２をリファレンスセルＥ１にセットする。なお、図の下部に示したように、測定セルＡ１を収容したチャンバー４Ａの外側に、同様に接続した温度補償セルＥ１０を配置し、この温度補償セルＥ１の周囲を断熱層Ｅ１１によって包み込んでもよい。これらのいずれかを、ある試料を評定する目的などに応じて選択する。なお、試料が多数の場合には、上記の図６に示した構成のように、１つの温度補償セルＥ１で、兼用する。したがって、この評定方法も、試料に依存して適用できるが、試料に熱電対測定素子を装着する方法を工夫することにより、試料に依存する制約を解消して測定できる。

なお、試験対象としての試料が、微生物などの生物の場合には、この試料に必要な培養液や、培養基だけを収納した測定セルを温度補償セルＥ１とする。すなわち、温度試験装置１として、生物の生体活動に伴う生成熱つまり発生熱量を計測する場合に、温度補償用に生体活動がない培養液や、培養基の温度を同時に測定して、各試料の測定値を補正する。したがって、この場合には、測定セルに格納された状態の試料に対して、容器としての測定セルが与える影響を計測して測定値を補償できるので、充分な測定精度が得られる。このため、試料から発生する微小な熱量を測定して、試料に含まれた微生物の有無を検出したり、測定された熱量に基づき試料中の微生物の代謝活動つまり活性状態を推測して微生物の活性状態を測定できる。なお、温度試験装置１は、このように試料からの微小な熱量を測定できるので、微生物の以外のウイルスや、細菌類、真菌類、藻類、植物類、動物類の細胞の検出や活性の測定にも当然、利用できる。

さらに、上記の構成の温度試験装置１の第３の使用例を図９，１０に基づき説明する。すなわち、この温度試験装置１を、ある試料の評定方法として使用した例を説明する。この例では、上記した測定ユニット３０を用いており、温度測定手段としてはこの測定ユニット３０に予め設けられたペルチエ素子などの高感度の半導体素子である温度測定素子３３を用いている。まず、上記の第１の使用例と同様にして、断熱されたエアジャケット２０自体の温度制御、精度を所定に調整する。次に、測定ユニット３０を用いて、各試料を温度試験用にセットする。すなわち、測定ユニット３０つまりアルミブロック製のベース部材３１をチャンバー４Ａ，Ｂ内に格納し、このベース部材３１の上に乗せるように、測定用セルＡ２，Ｂ２を測定用の容器３２Ａ，３２Ｂに、比較用セルＥ１を比較用容器（リファレンス）３２Ｅに収納してセットする。この際に、チャンバー４Ａ，Ｂの床面中心に、ベース部材３１の平面中心を一致させてベース部材３１を設置する。また、各容器３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｅ内の受け皿３２ｂに、それぞれ測定用セルＡ２，Ｂ２および比較用セルＥ１の底面が密着するように載置する。

なお、各容器３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｅ内に、試料または比較用試料を格納したセルＡ２，Ｂ２，Ｅ１を収納して試験を行なう場合には、少なくとも各セルＡ２，Ｂ２，Ｅ１の底部は、熱伝導性のよい薄い肉厚か、各セル自体が熱伝導性の良好な材料で形成されているものとする。これに加えて、この場合には、これらの試料または比較用試料を格納したセルＡ２，Ｂ２，Ｅ１が周囲の容器３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｅの側壁に接しないことが好ましく、これらのセルＡ２，Ｂ２，Ｅ１は、容器３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｅの内径よりも所定に小さい外径の円筒形状の容器であるものが最適となる。すなわち、セルがこの構成の場合には、セルの周囲と容器と間の全周囲に渡って常に一定の間隙が確保されているので、より容器３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｅによる熱的な遮蔽効果が片寄ることなく、遮蔽効果を高めることができる。このため、隣接した試料同士の熱的な変化が、互いに影響を及ぼすことをより一層回避できる。この結果、より試料に生じた熱変化の高精度な測定が可能となる。しかも、セルを円筒形状の容器とした場合には、上記の間隙を確保しながら、セルとして受け皿３２ｂとの接触面積を可能な限り最大限にできるので、試料に生じた熱を安定して受け皿３２ｂおよび温度測定素子３３を介してベース部材３１に伝導させることができる。したがって、高精度な測定に加えて安定した測定が可能となる。

したがって、各試料の温度を測定して、処理装置３により記録し所定に処理して、図１１に示すように、各試料の微小な温度変化を同時且つ継続的に示したグラフを、ディスプレイ３Ｃに表示させることができる。すなわち、このディスプレイ３Ｃには、６つの各チャンバー４に対応して分図としての６つのグラフが表示され、これらの各グラフには、それぞれ各チャンバー４に収容された４つの試料の微小な温度変化が、グラフ曲線として描かれる。すなわち、総計２４個の試料に対応した２４本のグラフ曲線が描かれている。これらの各グラフの横軸としては、試験の開始からの経過時間を示した時間軸が採られ、縦軸は、マイクロ・オーダの電圧値が採られており、前記の経過時間内における特定の時点での試料の計測した温度として微小な差分電圧値が示されている。したがって、これらの各グラフ総体として、横軸上に０：００で示された試験の開始時点から、４８：００で示された時点または現時点までのすべての試料の温度変化の過程を、一括して把握することができる。また、この各グラフの縦軸に電圧値を採用し、何ら処理を加えることなく、実測値であり生データとしての差分電圧値を表示するようにしているので、より試料の微妙な変化を直接的に、そのまま把握できるようにしている一方、何らかの機械装置的な要因による測定誤差を推定して把握しやすくしている。

なお、上記のように試料の温度を測定する前までに、予めセルと試料と容器３２に固有な温度特性を把握している。すなわち、ある一定の温度にした無菌水または滅菌した試料を封入したセルを、チャンバー４内に収容して、温度測定できるようにセットし、例えば実際の実験とほぼ同一な条件にチャンバー４内の環境温度を設定して温度測定を開始し、この開始から時間経過に伴う温度を測定することにより、この環境温度での無菌水または滅菌した試料の温度が低下するなどの変化していく過程を記録して分析し、この過程の分析からセルと試料と容器３２に固有な温度特性を示した値にパラメータ化する。したがって、測定に影響を与えるセルと試料と容器３２との組み合わせに固有な温度特性を予めパラメータ化しているので、このパラメータを用いて試料の温度測定値を補正することにより、試料の測定精度を向上させることができる。

以上のように、この実施形態の恒温槽装置を具えた温度試験装置によれば、複数の試料に対して設定した多様な温度条件の試験を同時かつ並列的に行なえるので、試験に要する時間的および費用的なコストを削減できる。すなわち、温度試験装置は、それぞれに異なる温度条件を設定した各チャンバーに同一の試料を収容して各温度条件下における時間経過に伴なう試料の温度変化を測定する温度試験を行なうことにより、この装置として１回の試験回数で、１つの種類の試料に対して複数の温度条件の試験を行なえる。

このため、単一のチャンバーを有した恒温槽装置や温度試験装置を、複数の温度条件で試料の変化を比較する試験に用いた場合には、異なる温度条件を設定した試験を繰り返して行なうことから、試験回数が増加して試験全体として長期間が必要になるのに対して、この恒温槽装置や温度試験装置によれば、チャンバー数に応じた数の温度条件を設定した試験を行なえるので、試験回数を減少でき、試験期間を大幅に短縮できる。このため、時間的なコストを削減できる。

他方、前記の異なる温度条件を設定した試験を、それぞれに温度条件を設定した複数台数の装置を用いて行なう場合には、必要な装置の台数が増加して、試験設備としての投資コストが増大するのに対して、この実施形態の恒温槽装置や温度試験装置では、前記したように、チャンバー数に応じた温度条件数の試験を一括して行なえるので、大幅に少ない装置数で済み、前記の投資コストを抑制できる。このため、費用的なコストを削減できる。

また、単一の装置を用いて上記のように異なる温度条件を設定して繰り返して試験を行なった場合には、各条件の試験が時間的に異なってしまうことから、異なる温度条件をそれぞれ設定した複数台数の装置を用いて試験を行なった場合には、各装置に固有な個体差としての機差が生じていることから、いずれにしても温度を含めた環境条件を同一に揃えることが困難なので、測定精度への影響が生じて、厳密な試験が困難となるのに対して、この恒温槽装置や温度試験装置によれば、同時かつ並列的に、しかも単一の装置で、前記の異なる温度条件を各チャンバーに設定して一括した試験を行なえるので、前記のように単一または複数台数の装置を用いた場合に生じる前記した問題を未然に解消できる。

さらに、各チャンバーに収容された試料毎に個別の温度測定手段を設けて配置しているので、チャンバーから各試料を取り出して試料の温度を測定せずに済む。このため、チャンバー内の恒常的な温度環境を安定して維持でき、精密な試料の温度測定が可能となる。他方、温度試験装置が有した処理装置によって、試料の温度測定や測定した温度の記録を自動化かつ無人化できる。このため、試料温度の測定のために時間的かつ場所的に制約されずに済み、試験を実施するための運用コストを削減でき、低コスト化や省力化を図れる。これらの結果、迅速且つ効率的に試料の多様な温度試験を行なうことができる。これに加えて、異なる種類の試料でも、温度試験としての条件が重複する場合には、重複した条件に設定したチャンバーを相互利用して、より試験全体としての効率のアップを図ることができる。このため、温度試験の条件や計画の策定の仕方によっては、異なる種類の試料でも、これらのすべての試料の温度試験に要するコストを削減でき、大幅に効率やスピードアップを図ることができる。

したがって、この構成によれば、ある１つの種類の試料に対して異なる温度条件の試験を同時平行的に行なえ、しかもこのような試験に、温度条件が同一で互いに異なる種類の試料の試験も組み合わせて同時平行的に行なえるので、製品の完成後の品質試験器として、流通過程における輸送時や保管時の商品の安定試験として、開発研究のスピードアップとして、保存方法についての試験研究として、商品としての食品の賞味期限の策定においての保存方法についての試験研究として、防腐剤の効果を測定するの試験研究として、土壌、汚泥の測定、環境改善や、土壌改善処理後の評価試験として、食品、飲料品などの製品の試験として、小動物、昆虫の生理学的、薬理学的な試験として、生物製剤、化粧品、洗剤、機能性食品、健康食品などの製品の試験として、植物、種子などの生理学的、栄養学的、病理学的な試験研究として、果樹、野菜や青物などのそさい類、肥料、飼料などの試験の用途に最適となる。

すなわち特に、食品産業において容器に収納されて市場で販売される内容物としての商品単体での試験はもちろんのこと、商品を容器に入れた状態での試験も可能である。例えば、商品が飲用物の場合には、この温度試験装置によれば、５００ｍｌ（ミリ・リットル）の缶体やペットボトルまでの大きさの容器を各チャンバーに直接収容して試験したり、測定ユニットの容器内に収納して微細な温度変化を把握して試験したりすることができる。

この発明の実施形態の温度試験装置を示し、温度試験装置の全体構成を示すブロック図である。この実施形態の温度試験装置が有した恒温槽装置を示し、（ａ）は左側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は右側面図である。この実施形態の恒温槽装置内における冷風の通流状態を示す概略図である。この実施形態の恒温槽装置が有した測定ユニットを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は測定ユニットが有した容器の平面図、（ｄ）は同容器の縦断面図である。この実施形態の測定ユニットを示し、（ａ）〜（ｄ）は、容器の個数が異なる場合におけるそれぞれの容器の配置を示した概略平面図である。この実施形態の測定ユニットが有した温度測定素子の配線を示す概略図である。この実施形態の温度試験装置を使用した第１の例を示す概略図である。この実施形態の温度試験装置を使用した第２の例を示す概略図である。この実施形態の温度試験装置を使用した第３の例を示す概略図である。この実施形態の温度試験装置を使用した第３の例を示し、容器内部の詳細を示す概略断面図である。この実施形態の温度試験装置により得られた試験結果を示すグラフである。従来の恒温槽装置の内部の主要な構成を示す概略断面図である。

符号の説明

１温度試験装置２恒温槽装置
３処理装置３Ａインターフェイス
３Ｂコンピュータ３Ｃディスプレイ
３Ｄプリンタ４チャンバー
５ヒータ６ファン
７冷却器８操作パネル
９前側面１０他側面
２０エアジャケット２１間隙
３０測定ユニット３１ベース部材
３１ａベース部材の脚部３２測定ユニットの容器
３２ａ容器の蓋部３２ｂ容器内の受け皿
３３，Ｃ２，Ｄ２，Ｆ１試料用の温度測定素子（試料の温度を測定する温度測定手段）
５２恒温槽装置の周囲側面５３恒温槽装置の槽

Claims

周囲側面に熱絶縁性材を用いて密封された槽を形成し、この槽内の空気を撹拌するファンと第１温度制御手段によって制御される冷却器とを具えた恒温槽装置において、
前側面が熱絶縁性材で構成され、他側面は熱伝導性材で構成されたチャンバーを、前記前側面を槽の１側面に位置させてその槽内部に複数個装着し、これらのチャンバー相互間及び他の側面間に間隙を形成して槽内にエアジャケットを形成し、
前記各チャンバーは、それぞれ第２温度制御手段によって制御されるヒータと、試料を収容する複数の容器と、該容器内に収容した試料の温度を測定する温度測定手段とを有し、
前記複数の容器は、１つが温度補償用の容器となって、該温度補償用の容器を基準として他の容器が等距離に配置されており、
前記温度測定手段により温度補償用の容器内の試料の温度とそれ以外の容器内の試料の温度の差を測定することにより、所定の温度試験条件下における試料自体の内部的な要因による前記容器内の試料の実質的な温度変化を求めることを特徴とする恒温槽装置。
前記第１温度制御手段の設定温度は、前記試料の試験温度として設定された温度以下に設定され、前記各チャンバーの温度は、第２温度制御手段が、第１温度制御手段の設定温度との温度差を補償するようにそれぞれチャンバーのヒータを制御して、各チャンバーの温度をそれぞれ所望に設定している請求項１の恒温槽装置。
前記請求項１または２記載の恒温槽装置を具えたことを特徴とする温度試験装置。