JPWO2017169850A1 - 培養装置及び培養装置の制御方法 - Google Patents

培養装置及び培養装置の制御方法 Download PDF

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Abstract

培養室を囲む内箱と前記内箱を囲む外箱とを有し、前面に開口を有する断熱筐体と、前記断熱筐体の前記開口を開閉する箱状の断熱扉と、前記培養室内を加熱するべく、前記内箱の裏面、及び前記断熱扉の前記開口に向かう内壁面の裏面に設けられるヒータと、前記ヒータへの通電を行う制御部と、を備え、前記ヒータは、前記培養室で培養物を培養するべく前記培養室内を第1温度に制御する場合、及び前記培養室内を滅菌するべく前記培養室内を前記第1温度よりも高温の第2温度に制御する場合に通電される第1ヒータと、前記培養室内を滅菌するべく前記培養室内を前記第2温度に制御する場合に通電される第2ヒータと、を有して構成される培養装置。

Description

本開示は、培養装置及び培養装置の制御方法に関する。
細胞や微生物等の培養物を培養室内で培養する培養装置が開発されている。例えば、培養室内の加湿皿の水を加熱するための底ヒータと、培養室内を加熱するためのヒータと、を備え、これらのヒータを個別に制御することで、培養室内の温度及び湿度を適切に制御する培養装置が開発されている(例えば、特許文献1参照)。
また、このようなヒータを用いて培養室内を滅菌することが可能な培養装置も知られている。
特開平5−227942号公報
しかしながら、培養室内を加熱により滅菌可能とする場合には、培養物を培養する場合に比べて培養室内を高温にしなければならないため、より発熱量の大きな大容量のヒータを採用しなければならない。
そのため、ヒータ通電時の温度上昇速度が大きくなるため、逆に培養物の培養時に温度制御が困難になり、また、より大きな電流がオンオフすることなるため、電磁ノイズが増大する要因にもなり得る。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、加熱により培養室内を滅菌可能な培養装置をより効率的に制御可能とすることを一つの目的とする。
本開示における培養装置は、培養室を囲む内箱と前記内箱を囲む外箱とを有し、前面に開口を有する断熱筐体と、前記断熱筐体の前記開口を開閉する箱状の断熱扉と、前記培養室内を加熱するべく、前記内箱の裏面、及び前記断熱扉の前記開口に向かう内壁面の裏面に設けられるヒータと、前記ヒータへの通電を行う制御部と、を備え、前記ヒータは、前記培養室で培養物を培養するべく前記培養室内を第1温度に制御する場合、及び前記培養室内を滅菌するべく前記培養室内を前記第1温度よりも高温の第2温度に制御する場合に通電される第1ヒータと、前記培養室内を滅菌するべく前記培養室内を前記第2温度に制御する場合に通電される第2ヒータと、を有して構成される。
本発明は、加熱により培養室内を滅菌可能な培養装置をより効率的に制御可能とすることができる。
本実施形態に係る培養装置の外観斜視図である。 本実施形態に係る培養装置の外観斜視図である。 本実施形態に係る培養装置の断面図である。 本実施形態に係る培養装置の内箱を説明するための図である。 本実施形態に係るヒータを説明するための図である。 本実施形態に係るヒータが内箱に配置される様子を示す図である。 本実施形態に係るヒータが断熱扉に配置される様子を示す図である。 本実施形態に係る制御装置を説明するための図である。 本実施形態に係るヒータの制御モードを説明するための図である。 本実施形態に係るヒータの制御の流れを説明するためのフローチャートである。 本実施形態に係るヒータの制御モードを説明するための図である。 本実施形態に係るヒータの制御の流れを説明するためのフローチャートである。 他の実施形態に係るヒータを説明するための図である。 他の実施形態に係るヒータの制御モードを説明するための図である。 培養装置の消費電力を説明するための図である。 培養装置の消費電力を説明するための図である。
関連出願の相互参照
この出願は、2016年3月28日に出願された日本特許出願、特願2016−063719に基づく優先権、及び2016年3月28日に出願された日本特許出願、特願2016−063720に基づく優先権を主張し、それらの内容を援用する。
本開示の実施形態に係る培養装置1を、図面を参照しつつ説明する。培養装置1は、細胞や微生物などの培養物を培養する装置である。
==第1実施形態==
図1及び図2は培養装置1の外観斜視図である。図3は培養装置1の断面図である。図4は内箱20を説明するための図である。
尚、本実施形態では、後述する断熱箱2の開口7が手前側になるように培養装置1と対向したときに、培養装置1の横幅方向をX軸方向とし、培養装置1の奥行方向をY軸方向とし、鉛直方向をZ軸方向とする。
培養装置1は、培養室6を内部に形成し、前面に開口7が形成された略箱状の断熱箱(断熱筐体)2と、断熱箱2の開口7を開閉可能に閉塞する断熱扉3と、を有して構成される。
断熱箱2は、培養室6を囲む略箱状の内箱20と、内箱20を囲む略箱状の外箱10と、を有して構成される。
外箱10及び内箱20は、略直方体形状の箱体である。内箱20は、外箱10の内部に収容されるように、外箱10よりも小さく形成されている。外箱10及び内箱20の前面には、培養室6に通じるための開口7が形成されている。外箱10及び内箱20は、過酸化水素やオゾン、紫外線などに対する耐性を有し、かつ、耐熱性及び抗菌性を有するステンレス等の金属製である。
外箱10の内面には断熱材11が配置され、断熱材11と内箱20の外面(裏面)との間には、空気層(所謂エアージャケット)12が形成される。
内箱20の外面(裏面)には、培養室6を加熱するためのヒータ28(後述する培養ヒータ28A、滅菌ヒータ28B)が配置される。
内箱20は、右側板(右側面)22、左側板(左側面)23、背板(背面)24、底板(底面)25、天板(天面)26を有する。右側板22及び左側板23は、それぞれプレス加工により複数の棚受け27が形成されている。そして棚受け27には、棚板4が載置される。右側板22及び左側板23に設けられる一対の棚受け27は、棚板4を略水平に支持する。
また培養室6には、培養室6を加湿する際に発生する水が貯留される加湿皿5が配置される。
断熱扉3は、外扉40と内扉50とを有して構成される。
外扉40及び内扉50は、開口7を開閉する扉である。
外扉40は、ステンレス等の金属製の素材からなり、内扉50よりも外形が大きな略矩形形状を呈する箱体である。外扉40の内部には、空気層12を挟んで断熱材11及びヒータ28が設けられている。ヒータ28は、外扉40の開口7に向かう内壁面43の裏側に設けられる。
外扉40の外面には、培養装置1を操作するための操作装置42が設けられる。また外扉40の内壁面43の表側(開口7に向かう側)には、培養室6の気密性を確保するためのパッキン41が設けられている。
内扉50は、過酸化水素やオゾン、紫外線などに対する耐性を有し、かつ、耐熱性及び抗菌性を有して透明な樹脂、ガラス等の素材から構成されている。断熱箱2の前面の開口7の周縁には、内扉50と対向するように当接して、培養室6の気密性を確保するためのパッキン13が設けられている。
培養装置1は、例えば、CO2インキュベータであれば、CO2を所定の濃度に設定・維持するべく、CO2ガスを培養室6内に供給するようにしている。
培養室6には、その背面及び底面に沿ってそれぞれCO2等を含む空気の気体通路Kを形成するために、内箱20の背板24及び底板25と間隔を存して背面ダクト30A及び底面ダクト30Bからなるダクト30が配置されている。培養装置1は、背面ダクト30Aの上部に形成された吸込口35から培養室6内のCO2等を含む気体を吸い込み、底面ダクト30Bの前部及び側面に設けられた吹出口36から培養室6内に空気を吹き出すようにして空気の強制循環を行う。
ダクト30内には、このCO2等を含む気体の強制循環のために循環用送風機31が配置されている。この循環用送風機31は、ファン31Aとモータ31Bと軸31Cとで構成されており、モータ31Bは後述する断熱箱2の外側背面の機械室60に配置され、軸31Cはこの機械室60のモータ31Bから断熱箱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31Aに接続されている。
また、底面ダクト30Bと内箱20の底板25と間には、加湿用の水(即ち加湿水)5Aを貯溜する上面開口の加湿皿5が配置される。加湿皿5は、内箱20の底板25の裏面に配置されたヒータ28により加熱されて水を蒸発させる。
尚、加湿皿5をダクト30内で且つ培養室6の底部に配置することにより、循環用送風機31及びダクト30にて形成される培養室6へのCO2等の気体通路Kに加湿されたガスを効率よく循環させることが可能となる。
断熱箱2の外箱10の背面には、循環用送風機31の駆動手段たるモータ31Bや、培養室6にCO2ガスを供給するためのガス供給手段32、培養室6の温度(庫内温度)を測定するための庫内温度センサ33、制御装置62等の電装部品を収容する電装ボックス61を配置するための機械室60が、外箱10の背面を覆う背面カバー14によって形成される。
ガス供給手段32は、ガス供給管32Aと、開閉弁32Bと、フィルタ32C等で構成され、ガス供給管32Aの先端部分は、気体通路Kに臨むようになっている。
培養装置1は、培養室6内を流通する気体及び加湿皿5内の加湿水5Aを殺菌するために、気体通路K内に紫外線ランプ34を配置している。
培養装置1は、外扉40に設けられている操作装置42から、培養装置1の起動及び停止の指示や、培養室6の目標温度(例えば37℃)、目標湿度(例えば93%RH)、CO2ガスの目標濃度(例えば5%)等の指示入力を受け付ける。そして制御装置62は、培養室6の温度や湿度、CO2濃度が上記目標値になるように制御を行う。
また図3に示すように、ヒータ28は、外箱10の背面側に形成されているヒータ貫通孔16を経由して、機械室60内の制御装置(制御部)62と接続されている。
ヒータ貫通孔16は、機械室60内に設けられている断熱性を有するヒータカバー15で覆われている。そしてヒータカバー15には、ヒータコネクタ29Aが設けられており、ヒータコネクタ29Aの一方の端子はヒータ28と接続され、ヒータコネクタ29Aの他方の端子は、ヒータケーブル29を介して制御装置62に接続されている。このようにして、制御装置62とヒータ28との間が電気的に接続されている。
そして制御装置62は、庫内温度センサ33により計測された庫内温度を元に、培養室6の温度や湿度が目標値になるように、ヒータ28の通電を制御する。
より詳しくは、ヒータ28は、培養ヒータ(第1ヒータ)28A及び滅菌ヒータ(第2ヒータ)28Bから構成されている。
培養ヒータ28Aは、培養装置1を、後述する「培養モード」で運転する場合、及び「滅菌モード」で運転する場合に通電される。また滅菌ヒータ28Bは、培養装置1を「滅菌モード」で運転する場合に通電され、「培養モード」で運転する場合には通電されない。
培養モードは、培養室6内で培養物を培養するために、培養室6内の温度が培養物の培養に好適な温度(第1温度)に維持されるように制御する態様である。第1温度は、概ね室温程度から50℃程度の範囲の温度であり、例えば37℃である。
制御装置62は、培養モード中は、滅菌ヒータ28Bへの通電は行わずに、培養ヒータ28Aへの通電を行う。制御装置62は、培養ヒータ28Aへの通電を行う場合には、通電(ON)と非通電(OFF)とを所定周期で繰り返すデューティ制御を行う。
このようにして培養装置1は、培養室6内の温度が第1温度に維持されるように制御することができる。
滅菌モードは、培養室6内を滅菌するために、培養室6内の温度が培養室6内の滅菌に好適な温度(第1温度よりも高温の第2温度)に維持されるように制御する態様である。第2温度は、概ね100℃以上であり、例えば180℃である。
制御装置62は、滅菌モード中は、滅菌ヒータ28B及び培養ヒータ28Aへの通電を行う。制御装置62は、培養ヒータ28Aへの通電を行う場合には、通電(ON)と非通電(OFF)とを所定周期で繰り返すデューティ制御を行い、滅菌ヒータ28Bへの通電を行う場合には常に通電状態(ON)となる制御を行う。
このようにして培養装置1は、培養室6内の温度が、第1温度よりも高温である第2温度に維持されるように制御することができる。
なお、培養ヒータ28A及び滅菌ヒータ28Bは、図5〜図7に示すように制御装置62と接続されると共に、内箱20の各面及び外扉40に配置されている。
つまり、まず、図5に示されるように、培養ヒータ28Aは、内箱20の底板25に配置される底板用培養ヒータ28A1と、外扉40に配置される外扉用培養ヒータ28A2と、内箱20の天板26及び背板24に配置される天板背板用培養ヒータ28A3と、内箱20の右側板22及び左側板23に配置される側板用培養ヒータ28A4と、を有して構成される。
また滅菌ヒータ28Bは、内箱20の底板25に配置される底板用滅菌ヒータ28B1と、外扉40に配置される外扉用滅菌ヒータ28B2と、内箱20の天板26及び背板24に配置される天板背板用滅菌ヒータ28B3と、を有して構成される。
そして、これらの培養ヒータ28A及び滅菌ヒータ28Bは、底板用培養ヒータ28A1及び底板用滅菌ヒータ28B1から構成される第1系統と、外扉用培養ヒータ28A2及び外扉用滅菌ヒータ28B2から構成される第2系統と、天板背板用培養ヒータ28A3及び天板背板滅菌ヒータ28B3から構成される第3系統と、側板用培養ヒータ28A4から構成される第4系統と、を有して構成されており、後述するように、制御装置62により、これらの系統別にヒータ28への通電が制御される。
このように系統別にヒータ28を制御することによって、ヒータ28をその設置場所に応じて個別に制御することが可能となり、培養室6内の温度分布をより高度に制御することが可能となる。例えば培養室6内の温度分布をより均一にすることが可能になる。
なお本実施形態に係る培養装置1は、内箱20の右側板22及び左側板23に滅菌ヒータ28Bを設けていない。
このような態様によって、図6に示すように、内箱20の両側面22、23には側板用培養ヒータ28A4のみを設ければよいため、内箱20の両側面22、23に、棚受け27をプレス加工するためのスペースを確保することが可能となっている。
そして内箱20の両側面22、23の棚受け27をプレス加工により形成することで、棚受け27と内箱20との間を境界なく一体的な連続面で繋げることができるため、雑菌の付着、蓄積を防止すると共に除去を容易化することが可能となる。
なお、上述したように、内箱20の両側面22、23に設けられる側板用培養ヒータ28A4は、制御装置62から第4系統として他の系統とは独立して制御される。このため例えば、側板用培養ヒータ28A4として、他の系統の培養ヒータ28Aに比べて、単位時間当たり発熱量がより大きなヒータを用いるようにすることもできる。
このようにすることで、例えば滅菌モード中に、内箱20の両側面22、23に滅菌ヒータ28Bが設けられていないことによる両側面22、23の発熱量不足が生じないようにすることが可能となる。そして一方で培養モード中は、側板用培養ヒータ28A4のデューティ比を他の系統の培養ヒータ28Aとは独立に制御することで、他の系統の培養ヒータ28Aからの発熱量と調和させ、培養室6内の温度を最適に制御することが可能となる。
また図7に示すように、外扉3には、第2系統に属する外扉用培養ヒータ28A2及び外扉用滅菌ヒータ28B2が設けられるが、本実施形態では、外扉用培養ヒータ28A2は外扉3の外縁に沿って設けられ、外扉用滅菌ヒータ28B2は、外扉3の中央寄りに設けられる。
このような態様によって、培養室6内の温度を培養物の培養に適した一定値に維持しなければならない培養モード中においては、温度が相対的に低下しやすい外扉3の外縁付近をより効果的に加熱することが可能となる。一方、滅菌モード中は、外扉用滅菌ヒータ28B2と外扉用培養ヒータ28A2との両方を用いて外扉3の全体を加熱することで、培養室6内の温度を効率的に第2温度にまで上昇させることが可能となる。
つぎに、培養装置1によって実施される「培養モード」及び「滅菌モード」におけるそれぞれの制御の内容について、図8〜図10を参照しながら説明する。
まず図8を参照しながら、制御装置62の構成について説明する。制御装置62は、モード判定部62Aとヒータ制御部と62Bとを有して構成される。
培養装置1が起動すると、モード判定部62Aは、操作装置42からの操作入力を受け付けて、培養装置1の操作者が「滅菌モード」を選択したか否かを判定する。本実施形態では、モード判定部62Aは、培養装置1が起動した後、「滅菌モード」が選択されない限り、「培養モード」が選択されていると判定する。つまりモード判定部62は、操作装置42から「滅菌モード」が選択された旨の操作入力を受け付けた場合のみ「滅菌モード」が選択されたと判定する。そしてモード判定部62Aによる判定結果は、ヒータ制御部62Bに伝達される。
ヒータ制御部62Bは、モード判定部62Aから伝達された制御モードの判定結果に応じて、培養ヒータ28A及び滅菌ヒータ28Bを制御する。
ヒータ制御部62Bが、制御モードに応じて行う培養ヒータ28A及び滅菌ヒータ28Bへの制御内容を、図9を参照しながら説明する。
図9には、「培養モード」が選択された場合と、「滅菌モード」が選択された場合と、のそれぞれの場合における、培養ヒータ28A及び滅菌ヒータ28Bに対する制御内容が示されている。
まず「培養モード」の場合について説明する。この場合、ヒータ制御部62Bは、培養ヒータ28Aに対してはデューティ制御で通電し、滅菌ヒータ28Bに対しては通電しない(OFF)。つまりヒータ制御部62Bは、培養ヒータ28Aのみで培養室6内の温度が第1温度になるように制御を行う。ヒータ制御部62Bは、庫内温度センサ33により計測された温度と、目標温度との差分に応じて、例えばPID制御により、培養ヒータ28Aのデューティ比を制御することで、庫内温度を第1温度に制御する。
ヒータ制御部62Bが培養ヒータ28Aをデューティ制御する際の処理内容を図10に示す。
ヒータ制御部62Bは、庫内温度が目標値−α(αは所定温度、例えば0.1℃)よりも小さい場合には(S1000)、培養ヒータ28Aのデューティ比を上げる(S1010)。一方、ヒータ制御部62Bは、庫内温度が目標値+αよりも大きい場合には(S1000)、培養ヒータ28Aのデューティ比を下げる(S1020)。このような制御により、ヒータ制御部62Bは、庫内温度を目標値±αの範囲内に維持することができる。
図9に戻って、「滅菌モード」が選択された場合について説明する。この場合、ヒータ制御部62Bは、培養ヒータ28Aに対してはデューティ制御で通電し、滅菌ヒータ28Bに対しては常時通電状態(ON)で通電する。つまりヒータ制御部62Bは、培養ヒータ28Aと滅菌ヒータ28Bの両方を使用して、培養室6内の温度が第2温度になるように制御を行う。ヒータ制御部62Bは、滅菌ヒータ28Bを駆動することにより庫内温度の上昇を促進しつつ、庫内温度センサ33により計測された温度と、目標温度との差分に応じて、例えばPID制御により、培養ヒータ28Aのデューティ比を制御することで、庫内温度を第2温度に制御する。ヒータ制御部62Bによる「滅菌モード」中の培養ヒータ28Aのデューティ制御の内容は、目標温度が異なる以外、図10にて説明した「培養モード」中の制御と同様である。
このように、本実施形態に係る培養装置1によれば、培養室6内を加熱するためのヒータ28を培養ヒータ28Aと滅菌ヒータ28Bとによって構成することで、培養室6の目標温度に応じた無駄のない組み合わせで効率的な制御を行うことが可能になる。例えば、培養モードの場合には、滅菌ヒータ28Bには通電せずに培養ヒータ28Aに通電し、滅菌モードの場合には、滅菌ヒータ28B及び培養ヒータ28Aの両方に通電するようにすることで、培養装置1をより効率的に制御することが可能になる。
また本実施形態に係る培養装置1のように、内箱20の右側板22及び左側板23に滅菌ヒータ28Bを設けないことで、内箱20の両側面22、23に、棚受け27をプレス加工するためのスペースを確保することが可能となっている。そして内箱20の両側面22、23の棚受け27をプレス加工により形成することで、棚受け27と内箱20との間を境界なく一体的な連続面で繋げることができるため、雑菌の付着、蓄積を防止すると共に除去を容易化することが可能となる。
また本実施形態に係る培養装置1のように、培養ヒータ28A及び滅菌ヒータ28Bをそれぞれの設置場所に応じて複数の系統に分け、制御装置62が、系統別にヒータ28への通電を制御するようにすることで、ヒータ28をその設置場所に応じて個別に制御することが可能となり、培養室6内の温度分布をより高度に、例えばより均一に制御することが可能となる。
また本実施形態に係る培養装置1のように、側板用培養ヒータ28A4として、他の系統の培養ヒータ28Aに比べて単位時間当たり発熱量がより大きなヒータを用いるようにすることもできる。
このようにすることで、例えば滅菌モード中に、内箱20の両側面22、23に滅菌ヒータ28Bが設けられていないことによる発熱量不足が生じないようにすることが可能となる。そして一方で培養モード中は、側板用培養ヒータ28A4のデューティ比を他の系統の培養ヒータ28Aとは独立に制御することで、他の系統の培養ヒータ28Aからの発熱量と調和させ、培養室6内の温度を最適に制御することが可能となる。
==第2実施形態==
次に第2実施形態について説明する。なお第2実施形態では、第1実施形態と共通する図面については、適宜これらの図面を参照しながら説明する。
図1及び図2は培養装置1の外観斜視図である。図3は培養装置1の断面図である。図4は内箱20を説明するための図である。
尚、本実施形態では、後述する断熱箱2の開口7が手前側になるように培養装置1と対向したときに、培養装置1の横幅方向をX軸方向とし、培養装置1の奥行方向をY軸方向とし、鉛直方向をZ軸方向とする。
培養装置1は、培養室6を内部に形成し、前面に開口7が形成された略箱状の断熱箱2と、断熱箱2の開口7を開閉可能に閉塞する断熱扉3と、を有して構成される。
断熱箱2は、培養室6を内部に形成する略箱状の内箱20と、内箱20を覆うように形成される略箱状の外箱10と、を有して構成される。
外箱10及び内箱20は、略直方体形状の箱体である。内箱20は、外箱10の内部に収容されるように、外箱10よりも小さく形成されている。外箱10及び内箱20の前面には、培養室6に通じるための開口7が形成されている。外箱10及び内箱20は、過酸化水素やオゾン、紫外線などに対する耐性を有し、かつ、耐熱性及び抗菌性を有するステンレス等の金属製である。
外箱10の内面には断熱材11が配置され、断熱材11と内箱20の外面との間には、空気層(所謂エアージャケット)12が形成される。
内箱20の外面には、培養室6を加熱するためのヒータ28(後述する培養ヒータ28A、滅菌ヒータ28B)が配置される。
内箱20は、右側板22、左側板23、背板24、底板25、天板26を有する。右側板22及び左側板23は、それぞれプレス加工により複数の棚受け27が形成されている。そして棚受け27には、棚板4が載置される。右側板22及び左側板23に設けられる一対の棚受け27は、棚板4を略水平に支持する。
また培養室6には、培養室6を加湿する際に発生する水が貯留される加湿皿5が配置される。
断熱扉3は、外扉40と内扉50とを有して構成される。
外扉40及び内扉50は、開口7を開閉する扉である。
外扉40は、ステンレス等の金属製の素材からなり、内扉50よりも外形が大きな略矩形形状を呈する箱体である。外扉40の内部には、断熱材11及びヒータ28が設けられている。
外扉40の外面には、培養装置1を操作するための操作装置42が設けられる。また外扉40の開口7に対面する面には、培養室6の気密性を確保するためのパッキン41が設けられている。
内扉50は、過酸化水素やオゾン、紫外線などに対する耐性を有し、かつ、耐熱性及び抗菌性を有して透明な樹脂、ガラス等の素材から構成されている。断熱箱2の前面の開口7の周縁には、内扉50と対向するように当接して、培養室6の気密性を確保するためのパッキン13が設けられている。
培養装置1は、例えば、CO2インキュベータであれば、CO2を所定の濃度に設定・維持するべく、CO2ガスを培養室6内に供給するようにしている。
培養室6には、その背面及び底面に沿ってそれぞれCO2等を含む空気の気体通路Kを形成するために、内箱20の背板24及び底板25と間隔を存して背面ダクト30A及び底面ダクト30Bからなるダクト30が配置されている。培養装置1は、背面ダクト30Aの上部に形成された吸込口35から培養室6内のCO2等を含む気体を吸い込み、底面ダクト30Bの前部及び側面に設けられた吹出口36から培養室6内に空気を吹き出すようにして空気の強制循環を行う。
ダクト30内には、このCO2等を含む気体の強制循環のために循環用送風機31が配置されている。この循環用送風機31は、ファン31Aとモータ31Bと軸31Cとで構成されており、モータ31Bは後述する断熱箱2の外側背面の機械室60に配置され、軸31Cはこの機械室60のモータ31Bから断熱箱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31Aに接続されている。
また、底面ダクト30Bと内箱20の底板25と間には、加湿用の水(即ち加湿水)5Aを貯溜する上面開口の加湿皿5が配置される。加湿皿5は、内箱20の底板25の外側に配置されたヒータ28により加熱されて水を蒸発させる。
尚、加湿皿5をダクト30内で且つ培養室6の底部に配置することにより、循環用送風機31及びダクト30にて形成される培養室6へのCO2等の気体通路Kに加湿されたガスを効率よく循環させることが可能となる。
断熱箱2の外箱10の背面には、循環用送風機31の駆動手段たるモータ31Bや、培養室6にCO2ガスを供給するためのガス供給手段32、培養室6の温度(庫内温度)を測定するための庫内温度センサ33、制御装置62等の電装部品を収容する電装ボックス61を配置するための機械室60が、外箱10の背面を覆う背面カバー14によって形成される。
ガス供給手段32は、ガス供給管32Aと、開閉弁32Bと、フィルタ32C等で構成され、ガス供給管32Aの先端部分は、気体通路Kに臨むようになっている。
培養装置1は、培養室6内を流通する気体及び加湿皿5内の加湿水5Aを殺菌するために、気体通路K内に紫外線ランプ34を配置している。
培養装置1は、外扉40に設けられている操作装置42から、培養装置1の起動及び停止の指示や、培養室6の目標温度(例えば37℃)、目標湿度(例えば93%RH)、CO2ガスの目標濃度(例えば5%)等の指示入力を受け付ける。そして制御装置62は、培養室6の温度や湿度、CO2濃度が上記目標値になるように制御を行う。
また図3に示すように、ヒータ28は、外箱10の背面側に形成されているヒータ貫通孔16を経由して、機械室60内の制御装置62と接続されている。
ヒータ貫通孔16は、機械室60内に設けられている断熱性を有するヒータカバー15で覆われている。そしてヒータカバー15には、ヒータコネクタ29Aが設けられており、ヒータコネクタ29Aの一方の端子はヒータ28と接続され、ヒータコネクタ29Aの他方の端子は、ヒータケーブル29を介して制御装置62に接続されている。このようにして、制御装置62とヒータ28との間が電気的に接続されている。
そして制御装置62は、庫内温度センサ33により計測された庫内温度を元に、培養室6の温度や湿度が目標値になるように、ヒータ28の通電を制御する。
より詳しくは、ヒータ28は、培養ヒータ(第1ヒータ)28A及び滅菌ヒータ(第2ヒータ)28Bから構成されている。
培養ヒータ28Aは、培養装置1を、後述する「培養モード(第1モード)」で運転する場合、及び「滅菌モード(第2モード)」で運転する場合に駆動される。また滅菌ヒータ28Bは、培養装置1を「滅菌モード」で運転する場合に駆動され、「培養モード」で運転する場合には駆動されない。
なお、本実施形態では、培養ヒータ28Aの全体の消費電力は360Wであり、滅菌ヒータ28Bの全体の消費電力も360Wであるとする。
培養モードは、培養室6内で培養物を培養するために、培養室6内の温度が培養物の培養に好適な温度(第1温度)に維持されるように制御する態様である。第1温度は、概ね室温程度から50℃程度の範囲の温度であり、例えば37℃である。
制御装置62は、培養モード中は、滅菌ヒータ28Bを駆動せずに、培養ヒータ28Aを駆動する。制御装置62は、培養ヒータ28Aに対しては、通電(ON)と非通電(OFF)とを所定周期で繰り返すデューティ制御を行う。
このようにして培養装置1は、培養室6内の温度が第1温度に維持されるように制御することができる。
滅菌モードは、培養室6内を滅菌するために、培養室6内の温度が培養室6内の滅菌に好適な温度(第2温度)に維持されるように制御する態様である。第2温度は、概ね100℃以上であり、例えば180℃である。
制御装置62は、滅菌モード中は、滅菌ヒータ28B及び培養ヒータ28Aを駆動する。制御装置62は、培養ヒータ28Aに対しては通電(ON)と非通電(OFF)とを所定周期で繰り返すデューティ制御を行い、滅菌ヒータ28Bに対しては常に通電状態(ON)となる制御を行う。
このようにして培養装置1は、培養室6内の温度が、第1温度よりも高温である第2温度に維持されるように制御することができる。
なお、培養ヒータ28A及び滅菌ヒータ28Bは、図5及び図6に示すように制御装置62と接続されると共に、内箱20の各面及び外扉40に配置されている。
つまり、図5に示されるように、培養ヒータ28Aは、内箱20の底板25に配置される底板用培養ヒータ28A1と、外扉40に配置される外扉用培養ヒータ28A2と、内箱20の天板26及び背板24に配置される天板背板用培養ヒータ28A3と、内箱20の右側板22及び左側板23に配置される側板用培養ヒータ28A4と、を有して構成される。
また滅菌ヒータ28Bは、内箱20の底板25に配置される底板用滅菌ヒータ28B1と、外扉40に配置される外扉用滅菌ヒータ28B2と、内箱20の天板26及び背板24に配置される天板背板用滅菌ヒータ28B3と、を有して構成される。内箱20の右側板22及び左側板23には、滅菌ヒータ28Bは配置されていない。
つぎに、培養装置1によって実施される「培養モード」及び「滅菌モード」におけるそれぞれの制御の内容について、図8、図10〜図12を参照しながら説明する。
まず図8を参照しながら、制御装置62の構成について説明する。制御装置62は、モード判定部62Aとヒータ制御部と62Bとを有して構成される。
培養装置1が起動すると、モード判定部62Aは、操作装置42からの操作入力を受け付けて、培養装置1の操作者が「滅菌モード」を選択したか否かを判定する。本実施形態では、モード判定部62Aは、培養装置1が起動した後、「滅菌モード」が選択されない限り、「培養モード」が選択されていると判定する。つまりモード判定部62は、操作装置42から「滅菌モード」が選択された旨の操作入力を受け付けた場合のみ「滅菌モード」が選択されたと判定する。そしてモード判定部62Aによる判定結果は、ヒータ制御部62Bに伝達される。
ヒータ制御部62Bは、モード判定部62Aから伝達された制御モードの判定結果に応じて、培養ヒータ28A及び滅菌ヒータ28Bを制御する。
ヒータ制御部62Bが、制御モードに応じて行う培養ヒータ28A及び滅菌ヒータ28Bへの制御内容を、図11を参照しながら説明する。
図11には、培養装置1が「OFF」の場合と、「培養モード」が選択された場合と、「滅菌モード」が選択された場合と、のそれぞれの場合における、培養ヒータ28A及び滅菌ヒータ28Bに対する制御内容が示されている。
まず培養装置1が「OFF」の場合について説明する。この場合、培養装置1が機能していないため、培養ヒータ28A及び滅菌ヒータ28Bのいずれも通電されない(OFF)。培養ヒータ28A及び滅菌ヒータ28Bはいずれも非通電となるため、消費電力は0W(ワット)となる。
つぎに、「培養モード」の場合について説明する。この場合、ヒータ制御部62Bは、培養ヒータ28Aに対してはデューティ制御により駆動し、滅菌ヒータ28Bに対しては駆動しない(OFF)。つまりヒータ制御部62Bは、培養ヒータ28Aのみで培養室6内の温度が第1温度になるように制御を行う。ヒータ制御部62Bは、庫内温度センサ33により計測された温度と、目標温度との差分に応じて、例えばPID制御により、培養ヒータ28Aのデューティ比を制御することで、庫内温度を第1温度に制御する。
ヒータ制御部62Bが培養ヒータ28Aをデューティ制御する際の処理内容を図10に示す。
ヒータ制御部62Bは、庫内温度が目標値−α(αは所定温度、例えば0.1℃)よりも小さい場合には(S1000)、培養ヒータ28Aのデューティ比を上げる(S1010)。一方、ヒータ制御部62Bは、庫内温度が目標値+αよりも大きい場合には(S1000)、培養ヒータ28Aのデューティ比を下げる(S1020)。このような制御により、ヒータ制御部62Bは、庫内温度を目標値±αの範囲内に維持することができる。
図11に戻って、この「培養モード」中の消費電力、つまり培養ヒータ28Aによる消費電力は、360Wとなる。
つまり、培養ヒータ28Aはデューティ制御されているため、培養ヒータ28Aは、所定周期で通電状態(ON)と非通電状態(OFF)とを繰り返している。培養ヒータ28Aが非通電状態のときは培養ヒータ28Aの消費電力は0Wとなるが、培養ヒータ28Aが通電状態のときに培養ヒータ28Aの消費電力が360Wとなる。
つぎに、「滅菌モード」が選択された場合について説明する。この場合、ヒータ制御部62Bは、培養ヒータ28Aに対してはデューティ制御により駆動し、滅菌ヒータ28Bに対しては常時通電状態(ON)で駆動する。つまりヒータ制御部62Bは、培養ヒータ28Aと滅菌ヒータ28Bの両方を使用して、培養室6内の温度が第2温度になるように制御を行う。ヒータ制御部62Bは、滅菌ヒータ28Bを駆動することにより庫内温度の上昇を促進しつつ、庫内温度センサ33により計測された温度と、目標温度との差分に応じて、例えばPID制御により、培養ヒータ28Aのデューティ比を制御することで、庫内温度を第2温度に制御する。ヒータ制御部62Bによる「滅菌モード」中の培養ヒータ28Aのデューティ制御の内容は、目標温度が異なる以外、図10にて説明した「培養モード」中の制御と同様である。
そしてこのとき、「滅菌モード」中の消費電力、つまり培養ヒータ28A及び滅菌ヒータ28Bによる消費電力は、720Wとなる。
つまり、滅菌ヒータ28Bは常時通電状態(ON)のため、滅菌ヒータ28Bの消費電力は継続的に360Wとなるが、培養ヒータ28Aはデューティ制御されているため、培養ヒータ28Aは、所定周期で通電状態(ON)と非通電状態(OFF)とを繰り返している。培養ヒータ28Aが非通電状態のときは培養ヒータ28Aと滅菌ヒータ28Bとの合計の消費電力は360Wとなり、培養ヒータ28Aが通電状態のときには、合計の消費電力は720W(360W+360W)となる。
また図12に、本実施形態に係る「滅菌モード」における処理の流れを示す。
まず培養装置1は、操作装置42からの操作入力を受け付けて、培養装置1の操作者が「滅菌モード」を選択したと判定した場合には、「滅菌モード」に移行する(S2000)。
そして培養装置1は、乾熱温度制御を開始する(S2010)。乾熱温度制御とは、上述したように、ヒータ制御部62Bが、培養ヒータ28Aをデューティ制御により駆動し、滅菌ヒータ28Bを通電状態(ON)で駆動するように制御することを言う。
そして培養装置1は、所定時間(乾熱時間)の間、庫内温度を第2温度(例えば180℃)に維持する(S2020)。乾熱時間は例えば1時間である。
乾熱時間が経過したら、培養装置1は、培養ヒータ28Aと滅菌ヒータ28Bの駆動を停止する(S2030)。
このような態様によって、乾熱時間の間、庫内温度が第2温度に維持されるため、庫内に侵入した雑菌や微生物をより確実に死滅させることが可能となる。
そして培養装置1は、庫内温度が、第2温度よりも低い第3温度(例えば40℃)まで下がったら、滅菌モードを終了し(S2040)、培養モードを開始する(S2050)。
このような態様によって、庫内温度が第2温度から第3温度に下がるまでの間も庫内は高温の状態が継続するため、庫内の滅菌がさらに確実に行われる。
また庫内温度が第3温度に到達した際に、自動的に培養モードに移行するようにしているため、庫内温度は、滅菌処理の終了後に、自動的に、培養物の培養に適した第1温度に移行することになる。従って、例えば、培養室6の滅菌処理を、作業者が不在となる夜間や休日に実施しておくと、翌日あるいは休み明けには培養室6内の温度が培養に適した第1温度になっているため、作業者はすぐに細胞の培養を開始することができる。
以上のように、本実施形態に係る培養装置1によれば、培養室6内を加熱するためのヒータ28を培養ヒータ28Aと滅菌ヒータ28Bとによって構成し、培養モードの場合には、滅菌ヒータ28Bを駆動せずに培養ヒータ28Aを駆動し、滅菌モードの場合には、滅菌ヒータ28B及び培養ヒータ28Aの両方を駆動するようにすることで、培養装置1における消費電力を抑制することが可能となっている。
つぎに、本実施形態に係る培養装置1を説明するための比較対象として、他の培養装置1000について説明する。
この培養装置1000は、「培養モード」及び「滅菌モード」のいずれにおいても共通のヒータ1028を用いて培養室内を加熱する。
この共通のヒータ1028は、「滅菌モード」において、培養装置1の培養室内を第2温度に加熱可能でなければならない。そのため、このヒータ1028は、培養装置1が培養室6内を第2温度に加熱するのに用いた360Wの培養ヒータ28Aと、360Wの滅菌ヒータ28Bと、を合わせた、720W相当のヒータである。
図13、図14を参照しながら、培養装置1000の消費電力について説明する。
まず図13に示されるように、他の培養装置1000は、この共通のヒータ1028を内箱20の各面及び外扉40に配置している。
具体的には、培養装置1000は、内箱20の底板25に配置されるヒータ1028と、外扉40に配置されるヒータ1028と、内箱20の天板26及び背板24に配置されるヒータ1028と、内箱20の右側板22及び左側板23に配置されるヒータ1028と、を有して構成される。
つぎに、培養装置1000の制御装置1062が行うヒータ1028への制御内容を、図14に示す。
図14には、培養装置1000が「OFF」の場合と、「培養モード」が選択された場合と、「滅菌モード」が選択された場合と、のそれぞれの場合における、ヒータ1028に対する制御内容及び消費電力が示されている。
まず培養装置1000が「OFF」の場合について説明する。この場合、制御装置1062は、いずれのヒータ1028も駆動しない(OFF)。そしてこのとき、ヒータ1028はいずれも非通電となるため、消費電力は0Wとなる。
つぎに、「培養モード」が選択された場合について説明する。この場合、制御装置1062は、ヒータ1028をデューティ制御により駆動する。制御装置1062は、庫内温度センサ33により計測された温度と、目標温度との差分に応じて、例えばPID制御により、ヒータ1028のデューティ比を制御することで、庫内温度を第1温度に制御する。
この「培養モード」中の消費電力、つまりヒータ1028による消費電力は、720Wとなる。
つまり、ヒータ1028はデューティ制御されているため、ヒータ1028は、所定周期で通電状態(ON)と非通電状態(OFF)とを繰り返している。ヒータ1028が非通電状態のときはヒータ1028の消費電力は0Wとなるが、ヒータ1028が通電状態のときにヒータ1028の消費電力は720Wとなる。
つぎに、「滅菌モード」が選択された場合について説明する。この場合も、制御装置1062は、ヒータ1028をデューティ制御により駆動する。制御装置1062は、庫内温度センサ33により計測された温度と、目標温度との差分に応じて、例えばPID制御により、ヒータ1028のデューティ比を制御することで、庫内温度を第2温度に制御する。
したがって「滅菌モード」中の消費電力、つまりヒータ1028による消費電力は、720Wとなる。
このように、培養装置1000の場合、「培養モード」においても「滅菌モード」においても、ヒータの消費電力は720Wになる。
このように、培養装置1000の場合は、「培養モード」において大容量のヒータ1028からの発熱量を抑制するために、ヒータ1028の通電時間を短くするように制御したとしても、ヒータ1028への通電中は、ヒータ1028に定められた大きさの電流が流れるため、培養装置1000の消費電力は増大する。
そのため、このような大容量のヒータ1028を用いて培養室6内を滅菌する方式の培養装置1000を導入する場合には、建物の電力設備を強化する工事が必要となる場合もある。
しかも、培養室6の滅菌中は、その培養装置1000を用いて培養物を培養することはできないため、培養物の培養を継続的に行うためには複数台の培養装置1000を導入することが必要となり、さらなる電力設備の強化が必要になる可能性もある。
次に、本実施形態に係る培養装置1を2台用いて培養物の培養を行う場合と、他の培養装置1000を2台用いて培養物の培養を行う場合と、のそれぞれの消費電力を比較した結果を図15A、図15Bに示す。
図15Aは、2台のうち1台を「培養モード」で運転し、他の1台を「滅菌モード」で運転する場合の消費電力の比較結果を示す。
図15Aに示されるように、2台の培養装置1を用いる場合には、合計の消費電力は1080W(360W+720W)となるが、2台の培養装置1000を用いる場合には、合計の消費電力は1440W(720W+720W)となる。
また図15Bは、2台とも「培養モード」で運転する場合の消費電力の比較結果を示す。
図15Bに示されるように、2台の培養装置1を用いる場合には、合計の消費電力は720W(360W+360W)となるが、2台の培養装置1000を用いる場合には、合計の消費電力は1440W(720W+720W)となる。
このように、本実施形態に係る培養装置1によれば、培養室6内を加熱するためのヒータ28を培養ヒータ28Aと滅菌ヒータ28Bとによって構成し、培養モードの場合には、滅菌ヒータ28Bを駆動せずに培養ヒータ28Aを駆動し、滅菌モードの場合には、滅菌ヒータ28B及び培養ヒータ28Aの両方を駆動するようにすることで、培養装置1における消費電力を抑制することが可能となる。
これにより、新たに培養装置1を設置し培養を行う場合に、例えば建物の電力設備の消費電力の上限が1200Wであった場合は、他の培養装置1000を導入する場合には必要となるような建物の電力設備の増強工事を不要にすることが可能となる。
また、いずれかの培養装置1が滅菌中であっても他の培養装置1を用いることで培養物の培養を継続的に行えるように運用することができ、このような運用を行うことにより複数台の培養装置1を設置する場合に、これらの培養装置1の全体の消費電力を大きく抑制することができる。
なお上記実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく変更や改良等が可能であり、また本発明はその等価物も含む。
1 培養装置
2 断熱箱
3 断熱扉
4 棚板
5 加湿皿
5A 加湿水
6 培養室
7 開口
10 外箱
11 断熱材
12 空気層(エアージャケット)
13 パッキン
14 背面カバー
15 ヒータカバー
16 ヒータ貫通孔
20 内箱
22 右側板
23 左側板
24 背板
25 底板
26 天板
27 棚受け
28 ヒータ
28A 培養ヒータ
28A1 底板用培養ヒータ
28A2 外扉用培養ヒータ
28A3 天板背板用培養ヒータ
28A4 側板用培養ヒータ
28B 滅菌ヒータ
28B1 底板用滅菌ヒータ
28B2 外扉用滅菌ヒータ
28B3 天板背板用滅菌ヒータ
29 ヒータケーブル
29A ヒータコネクタ
30 ダクト
30A 背面ダクト
30B 底面ダクト
31 循環用送風機
31A ファン
32B モータ
32C 軸
32 ガス供給手段
32A ガス供給管
32B 開閉弁
32C フィルタ
33 庫内温度センサ
34 紫外線ランプ
35 吸込口
36 吹出口
40 外扉
41 パッキン
42 操作装置
43 内壁面
50 内扉
60 機械室
61 電装ボックス
62 制御装置
62A モード判定部
62B ヒータ制御部
1000 培養装置
1028 ヒータ
1062 制御装置

Claims (11)

  1. 培養室を囲む内箱と前記内箱を囲む外箱とを有し、前面に開口を有する断熱筐体と、
    前記断熱筐体の前記開口を開閉する箱状の断熱扉と、
    前記培養室内を加熱するべく、前記内箱の裏面、及び前記断熱扉の前記開口に向かう内壁面の裏面に設けられるヒータと、
    前記ヒータへの通電を行う制御部と、
    を備え、
    前記ヒータは、
    前記培養室で培養物を培養するべく前記培養室内を第1温度に制御する場合、及び前記培養室内を滅菌するべく前記培養室内を前記第1温度よりも高温の第2温度に制御する場合に通電される第1ヒータと、
    前記培養室内を滅菌するべく前記培養室内を前記第2温度に制御する場合に通電される第2ヒータと、
    を有して構成される培養装置。
  2. 前記第1ヒータは、前記内箱の天面、底面、背面及び両側面のそれぞれの裏面、及び、前記断熱扉の前記内壁面の裏面に設けられ、
    前記第2ヒータは、前記内箱の天面、底面及び背面のそれぞれの裏面、及び、前記断熱扉の前記内壁面の裏面に設けられる
    請求項1に記載の培養装置。
  3. 前記ヒータは、
    前記内箱の底面の裏面に設けられる前記第1ヒータ及び前記第2ヒータから構成される第1系統、
    前記断熱扉の前記内壁面の裏面に設けられる前記第1ヒータ及び前記第2ヒータから構成される第2系統、
    前記内箱の天面及び背面の裏面に設けられる前記第1ヒータ及び前記第2ヒータから構成される第3系統、
    前記内箱の両側面の裏面に設けられる前記第1ヒータから構成される第4系統、
    を有して構成され、
    前記制御部は、前記系統毎に、前記ヒータへの通電を行う、
    請求項2に記載の培養装置。
  4. 前記第4系統を構成する前記第1ヒータは、前記第1系統から前記第3系統を構成する前記第1ヒータに比べて単位時間当たりの発熱量が大きい、
    請求項3に記載の培養装置。
  5. 前記制御部は、前記第1ヒータへの通電を行う場合には、前記第1ヒータへの通電と非通電とを所定周期で繰り返すデューティ制御を行う、
    請求項1〜4のいずれかに記載の培養装置。
  6. 前記制御部は、前記第2ヒータへの通電を行う場合には、前記第2ヒータが常に通電状態となる制御を行う、
    請求項1〜5の何れかに記載の培養装置。
  7. 第1ヒータ及び第2ヒータによって培養室の温度制御を行う培養装置の制御方法であって、
    前記培養装置は、前記培養室において培養物を培養するために第1モードで前記温度制御を行う場合には、前記培養室内の温度を第1温度に維持するべく、前記第2ヒータを駆動せずに前記第1ヒータを駆動し、
    前記培養装置は、前記培養室内を滅菌するために第2モードで前記温度制御を行う場合には、前記培養室内の温度を前記第1温度よりも高い第2温度に維持するべく、前記第1ヒータ及び前記第2ヒータを駆動する
    培養装置の制御方法。
  8. 請求項7に記載の培養装置の制御方法であって、
    前記培養装置は、前記第1モードで前記温度制御を行う場合には、前記第1ヒータへの通電と非通電とを所定周期で繰り返すデューティ制御を行う
    培養装置の制御方法。
  9. 請求項7又は8に記載の培養装置の制御方法であって、
    前記培養装置は、前記第2モードで前記温度制御を行う場合には、前記第2ヒータが常に通電状態となる制御を行う
    培養装置の制御方法。
  10. 請求項7又は8のいずれかに記載の培養装置の制御方法であって、
    前記培養装置は、前記第2モードで前記温度制御を行う場合には、前記培養室内の温度を所定時間の間、前記第2温度に維持した後に、前記第1ヒータ及び前記第2ヒータの駆動を停止する
    培養装置の制御方法。
  11. 請求項10に記載の培養装置の制御方法であって、
    前記培養装置は、前記第1ヒータ及び前記第2ヒータの駆動を停止した後、前記培養室内の温度が、前記第2温度よりも低い第3温度になった場合に、前記第1モードにおける前記温度制御を開始する
    培養装置の制御方法。
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