インキュベータ
【課題】 結露水が筐体の内面に付着するのを低減する。
【解決手段】 設定温度に応じて温度が制御される培養室を備えた筐体と、培養室を加熱するヒータと、冷媒を蒸発させて培養室の熱を冷媒に吸熱させる蒸発器、および冷媒の熱を放熱させて冷媒を凝縮させる凝縮器を含み、培養室を冷却する冷凍機と、培養室の温度を測定する温度センサと、温度センサの測定温度が設定温度より第１の温度だけ高い冷凍機動作温度に達した場合に冷凍機を動作させ、測定温度が設定温度より第２の温度だけ低い冷凍機停止温度に達した場合に冷凍機の動作を停止させる冷凍機制御部と、冷凍機の動作が停止している場合に、測定温度が冷凍機動作温度に達するようにヒータを制御するヒータ制御部と、蒸発器の吸熱によって発生した結露水を筐体の外部に排水する排水機構と、を有する。
【解決手段】 設定温度に応じて温度が制御される培養室を備えた筐体と、培養室を加熱するヒータと、冷媒を蒸発させて培養室の熱を冷媒に吸熱させる蒸発器、および冷媒の熱を放熱させて冷媒を凝縮させる凝縮器を含み、培養室を冷却する冷凍機と、培養室の温度を測定する温度センサと、温度センサの測定温度が設定温度より第１の温度だけ高い冷凍機動作温度に達した場合に冷凍機を動作させ、測定温度が設定温度より第２の温度だけ低い冷凍機停止温度に達した場合に冷凍機の動作を停止させる冷凍機制御部と、冷凍機の動作が停止している場合に、測定温度が冷凍機動作温度に達するようにヒータを制御するヒータ制御部と、蒸発器の吸熱によって発生した結露水を筐体の外部に排水する排水機構と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インキュベータに関する。
【背景技術】
【０００２】
微生物培養や食品試験などに用いられるインキュベータとして、断熱性および気密性を有する筐体内に加熱手段や冷却手段を備え、空気を循環させることによって培養室の温度を設定温度付近に制御するものが知られている。例えば、特許文献１では、設定温度に応じて送風ファンの正転と逆転とを切り替えることによって、加熱または冷却された空気を速やかに循環させ、温度分布の均一化を図ることができるインキュベータが開示されている。
【０００３】
このようにして、断熱・気密構造の筐体内において、空気を加熱または冷却して循環させることによって、培養室の温度を設定温度付近に制御することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−４７４６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
液体培地を用いる場合など、インキュベータの培養室には、水分を含むものが置かれる場合も多い。この場合、培養室の温度が高いほど、多くの水分が蒸発し、培養室の水蒸気量が増加する。
【０００６】
したがって、外気温が培養室の空気の露点温度より低い場合には、筐体の内面のうち、比較的断熱性の低い箇所に結露が発生する。例えば、扉の観察窓や、筐体本体と扉との間を密閉するパッキンなどに結露水が付着する。さらに、手動設定やプログラムされた自動設定によって設定温度が低下すると、筐体の内面の広範囲にわたって結露水が付着する場合もある。
【０００７】
そのため、結露水によって筐体の金属部分が腐食したり、水滴が培地に落下してコンタミネーション（contamination）が発生したりする場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前述した課題を解決する主たる本発明は、設定温度に応じて温度が制御される培養室を備えた筐体と、前記培養室を加熱するヒータと、冷媒を蒸発させて前記培養室の熱を前記冷媒に吸熱させる蒸発器、および前記冷媒の熱を放熱させて前記冷媒を凝縮させる凝縮器を含み、前記培養室を冷却する冷凍機と、前記培養室の温度を測定する温度センサと、前記温度センサの測定温度が前記設定温度より第１の温度だけ高い冷凍機動作温度に達した場合に前記冷凍機を動作させ、前記測定温度が前記設定温度より第２の温度だけ低い冷凍機停止温度に達した場合に前記冷凍機の動作を停止させる冷凍機制御部と、前記冷凍機の動作が停止している場合に、前記測定温度が前記冷凍機動作温度に達するように前記ヒータを制御するヒータ制御部と、前記蒸発器の吸熱によって発生した結露水を前記筐体の外部に排水する排水機構と、を有することを特徴とするインキュベータである。
【０００９】
本発明の他の特徴については、添付図面及び本明細書の記載により明らかとなる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、結露水が筐体の内面に付着するのを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態における温度制御機構の構成を示すブロック図である。
【図２】冷凍機制御部３０の動作を説明するフローチャートである。
【図３】ヒータ制御部５０の動作を説明するフローチャートである。
【図４】通常モード時の培養室Ａの温度変化の一例を示す図である。
【図５】低湿モード時の培養室Ａの温度変化の一例を示す図である。
【図６】外気温が３５℃の場合における、通常モード時および低湿モード時の設定温度と相対湿度との関係の一例を示す図である。
【図７】外気温が２０℃の場合における、通常モード時および低湿モード時の設定温度と相対湿度との関係の一例を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態における温度制御機構を備えたインキュベータの構成を示す側面から見た透過側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本明細書および添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。
【００１３】
＝＝＝インキュベータの構成＝＝＝
以下、図８を参照して、本発明の一実施形態における温度制御機構を備えたインキュベータの構成について説明する。なお、図８は、インキュベータの筐体および台座の内部を透過した側面図である。また、ヒータおよび冷凍機を制御する温度制御機構は、図１に図示し、詳細な構成については後述するものとする。
【００１４】
図８に示されているインキュベータのうち、筐体本体１１、扉１２、パッキン１３からなる筐体は、仕切り板１５によって、内部が培養室Ａと空調室Ｂとに仕切られている。一方、筐体が載せ置かれる台座１４は、機械室Ｃを備えている。また、培養室Ａは、棚１８を含み、空調室Ｂは、蒸発器（エバポレータ）４１、ヒータ６０、送風機６１、および露受け皿７１を含み、そして、機械室Ｃは、圧縮機（コンプレッサ）４２、凝縮器（コンデンサ）４３、ホース７２、および蒸発皿７３を含んでいる。
【００１５】
筐体本体１１には、開閉可能な扉１２が取り付けられている。また、図８に示すように、扉１２を閉じた状態で、筐体本体１１と扉１２との間がパッキン１３によって密閉されており、筐体は気密性を有している。さらに、筐体本体１１および扉１２には断熱材が用いられており、筐体は断熱性を有している。
【００１６】
仕切り板１５は、上部に吹き出し口１６を備え、下部に吸い込み口１７を備えている。また、仕切り板１５の培養室Ａ側には、培地などを置く棚１８が適宜取り付けられている。
【００１７】
蒸発器４１、圧縮機４２、および凝縮器４３は、膨張弁（不図示）とともに冷凍機を構成している。また、蒸発器４１は、空調室Ｂの吸い込み口１７付近に配置されている。さらに、圧縮機４２および凝縮器４３は、機械室Ｃ内に配置されている。そして、圧縮機４２、凝縮器４３、膨張弁、蒸発器４１、圧縮機４２…の順に、冷媒配管中を冷媒が循環している。
【００１８】
ヒータ６０は、デフロストヒータを兼ねて、蒸発器４１と一体に構成されている。また、送風機６１は、空調室Ｂの吹き出し口１６付近に配置されている。
【００１９】
露受け皿７１、ホース７２、および蒸発皿７３は、排水機構を構成している。また、露受け皿７１は、蒸発器４１の下方に配置され、蒸発皿７３は、機械室Ｃ内に配置されている。そして、一端が露受け皿７１に接続されたホース７２は、筐体本体１１を貫通し、さらに、蒸発皿７３まで延びている。
【００２０】
＝＝＝インキュベータの動作＝＝＝
次に、本実施形態におけるインキュベータの動作について説明する。なお、温度制御機構の詳細な動作については後述するものとし、ここでは動作の概略についてのみ説明する。また、筐体内の気体は、通常の空気の場合のほか、例えば二酸化炭素濃度が制御された気体の場合もある。
【００２１】
ヒータ６０は、温度制御機構の制御に従って空調室Ｂの気体を加熱し、送風機６１が加熱された気体を吹き出し口１６から吹き出すことによって、培養室Ａを加熱する。また、吹き出し口１６から気体が吹き出されることによって、空調室Ｂには吸い込み口１７から培養室Ａの気体が吸い込まれる。そして、これらの吹き出しおよび吸い込みによって、図８の矢印に示すように、培養室Ａおよび空調室Ｂ内を気体が循環し、温度分布の均一化を図ることができる。なお、図８において、培養室Ａ内全域を気体が循環するよう、棚１８は、気体が通過できる構造となっている。
【００２２】
圧縮機４２は、温度制御機構の制御に従って、冷媒配管中の気体状態の冷媒を圧縮し、高圧気体状態にする。また、凝縮器４３は、高圧気体状態の冷媒の熱を放熱させ、冷媒を液体状態に凝縮させる。さらに、蒸発器４１は、膨張弁によって減圧され、沸点が低下した液体状態の冷媒を蒸発させることによって、吸い込み口１７から吸い込まれた気体の熱を吸熱させる。以上のサイクルを繰り返すことによって、冷凍機は、空調室Ｂの気体を冷却し、送風機６１が冷却された気体を吹き出し口１６から吹き出すことによって、培養室Ａを冷却する。
【００２３】
このようにして、本実施形態のインキュベータは、吸い込み口１７から吸い込まれた気体を加熱および／または冷却し、吹き出し口１６から吹き出すことによって、培養室Ａの温度を制御することができる。
【００２４】
水蒸気を含む気体が吸い込み口１７から吸い込まれ、冷凍機によって冷却されると、結露が発生し、蒸発器４１に結露水が付着する場合がある。また、露受け皿７１は、蒸発器４１に付着した結露水を受け、当該結露水は、ホース７２を通って排水される。さらに、蒸発皿７３は、ホース７２からの結露水を受け、発熱体（不図示）などによって蒸発させる。このようにして、排水機構は、蒸発器４１の吸熱によって発生した結露水を筐体の外部に排水し、蒸発させる。
【００２５】
＝＝＝温度制御機構の構成＝＝＝
以下、図１を参照して、本実施形態における温度制御機構の構成について説明する。
図１に示されている温度制御機構は、ヒータ６０および冷凍機４０を制御するための機構であり、温度センサ２０、冷凍機制御部３０、およびヒータ制御部５０を含んで構成されている。
【００２６】
冷凍機制御部３０には、設定温度ＴＳ、および温度センサ２０から出力される測定温度ＡＴが入力されている。また、冷凍機制御部３０から出力される冷凍機制御信号ＲＣは、冷凍機４０に入力されている。
ヒータ制御部５０には、設定温度ＴＳおよび測定温度ＡＴに加えて、選択信号ＬＨおよび冷凍機制御信号ＲＣが入力されている。また、ヒータ制御部５０から出力されるヒータ制御信号ＨＣは、ヒータ６０に入力されている。
【００２７】
＝＝＝温度制御機構の動作＝＝＝
次に、図２および図３を参照して、本実施形態における温度制御機構の動作について説明する。
【００２８】
本実施形態のインキュベータは、筐体本体１１や扉１２などに制御パネル（不図示）を備えており、操作者は、制御パネルのボタンやスイッチなどを操作して、設定温度ＴＳを設定する。同様に、操作者は、後述する低湿モードを有効とするか無効とするかを選択し、選択信号ＬＨは、低湿モードが有効とされている場合にハイ・レベルとなる。なお、設定温度ＴＳは、操作者の手動設定によって変更されるほか、予め設定されたプログラムに従って変更される場合もある。
【００２９】
温度センサ２０は、培養室Ａの温度を測定して測定温度ＡＴを出力し、測定温度ＡＴは、設定温度ＴＳとともに、冷凍機制御部３０およびヒータ制御部５０に入力される。そして、冷凍機制御部３０およびヒータ制御部５０は、測定温度ＡＴを設定温度ＴＳ付近に保つように、それぞれヒータ６０および冷凍機４０を制御する。
【００３０】
図２は、冷凍機制御部３０の動作を示している。
冷凍機制御部３０は、冷凍機４０の制御を開始すると（Ｓ３１）、まず、測定温度ＡＴを、設定温度ＴＳより温度ＴｒＨ（第１の温度）だけ高い冷凍機動作温度（ＴＳ＋ＴｒＨ）と比較する（Ｓ３２）。また、Ｓ３２において、測定温度ＡＴが冷凍機動作温度より低い場合（Ｓ３２：ＮＯ）には、測定温度ＡＴを、設定温度ＴＳより温度ＴｒＬ（第２の温度）だけ低い冷凍機停止温度（ＴＳ−ＴｒＬ）と比較する（Ｓ３３）。
【００３１】
Ｓ３２およびＳ３３の比較の結果、測定温度ＡＴが冷凍機動作温度以上の場合（Ｓ３２：ＹＥＳ）には、冷凍機制御部３０は、冷凍機制御信号ＲＣをハイ・レベルとし、冷凍機４０を動作させる（Ｓ３４）。また、測定温度ＡＴが冷凍機停止温度以下の場合（Ｓ３３：ＹＥＳ）には、冷凍機制御信号ＲＣをロー・レベルとし、冷凍機４０の動作を停止させる（Ｓ３５）。さらに、測定温度ＡＴが冷凍機動作温度より低く、冷凍機停止温度より高い場合（Ｓ３３：ＮＯ）には、冷凍機制御信号ＲＣのレベルを保持し、冷凍機４０に直前の動作を継続させる（Ｓ３６）。
【００３２】
次に、冷凍機制御部３０は、操作者による手動停止やプログラムの終了など、温度制御の終了条件が成立しているか否かを判定する（Ｓ３７）。そして、停止条件が成立するまでの間（Ｓ３７：ＮＯ）、上記の冷凍機４０の制御を繰り返し、停止条件が成立すると（Ｓ３７：ＹＥＳ）、冷凍機４０の制御を終了する（Ｓ３８）。
【００３３】
このようにして、冷凍機制御部３０は、測定温度ＡＴが冷凍機動作温度に達した場合に冷凍機４０を動作させ、測定温度ＡＴが冷凍機停止温度に達した場合に冷凍機４０の動作を停止させる、ヒステリシス特性を有する制御を行う。
【００３４】
図３は、ヒータ制御部５０の動作を示している。
ヒータ制御部５０は、ヒータ６０の制御を開始すると（Ｓ５１）、まず、選択信号ＬＨおよび設定温度ＴＳに応じて、制御モードを通常モード（第１のモード）または低湿モード（第２のモード）の何れとするかを判定する（Ｓ５２およびＳ５３）。
【００３５】
Ｓ５２およびＳ５３の判定の結果、選択信号ＬＨがハイ・レベルであり、設定温度ＴＳが温度Ｔ１以上かつ温度Ｔ２以下の低湿制御範囲に含まれる場合（Ｓ５２：ＹＥＳ、かつＳ５３：ＹＥＳ）には、ヒータ制御部５０は、ヒータ６０の制御を低湿モードで行う。また、低湿モード時には、後述する出力加算値Ｈ２は、ａ％（０＜ａ＜１００）に設定される（Ｓ５５）。
【００３６】
一方、選択信号ＬＨがロー・レベルの場合（Ｓ５２：ＮＯ）、または設定温度ＴＳが低湿制御範囲に含まれない場合（Ｓ５３：ＮＯ）には、ヒータ制御部５０は、ヒータ６０の制御を通常モードで行う。また、通常モード時には、出力加算値Ｈ２は、０％に設定される（Ｓ５４）。
【００３７】
次に、ヒータ制御部５０は、冷凍機制御信号ＲＣに応じて、通常モード時のヒータ６０の出力値である通常出力値Ｈ１を算出する（Ｓ５６）。また、通常出力値Ｈ１は、測定温度ＡＴが設定温度ＴＳと一致するように、ＰＩＤ制御に基づいて算出され、冷凍機制御信号ＲＣがロー・レベルの場合（Ｓ５６：ＮＯ）には、０％ないし１００％の値となる（Ｓ５８）。一方、冷凍機制御信号ＲＣがハイ・レベルの場合（Ｓ５６：ＹＥＳ）には、通常出力値Ｈ１は、常に０％となる（Ｓ５７）。
【００３８】
次に、ヒータ制御部５０は、通常出力値Ｈ１に出力加算値Ｈ２を加算したヒータ出力値ＨＣを出力する（Ｓ５９）。なお、ヒータ６０は、ヒータ出力値ＨＣに応じて発熱し、ヒータ６０は、ヒータ出力値ＨＣが１００％の場合に発熱量が最大となり、ヒータ出力値ＨＣが０％の場合にオフとなる。したがって、通常出力値Ｈ１および出力加算値Ｈ２の和が１００％を超える場合であっても、ヒータ出力値ＨＣは、実質的に１００％までに制限されている。
【００３９】
次に、ヒータ制御部５０は、温度制御の終了条件が成立しているか否かを判定する（Ｓ６０）。そして、停止条件が成立するまでの間（Ｓ６０：ＮＯ）、上記のヒータ６０の制御を繰り返し、停止条件が成立すると（Ｓ６０：ＹＥＳ）、ヒータ６０の制御を終了する（Ｓ６１）。
【００４０】
このようにして、ヒータ制御部５０は、冷凍機制御信号ＲＣに応じて算出される通常出力値Ｈ１と、制御モードに応じて設定される出力加算値Ｈ２との和をヒータ出力値ＨＣとして出力する。そして、ヒータ６０は、ヒータ出力値ＨＣに応じた発熱量で空調室Ｂの気体を加熱する。
【００４１】
＝＝＝温度制御機構の動作の具体例＝＝＝
ここで、図４ないし図７を適宜参照して、温度制御機構の動作の具体例について説明する。
【００４２】
まず、通常モード時の動作について説明する。なお、図４は、通常モード時の培養室Ａの温度変化の一例を示している。
【００４３】
前述したように、冷凍機制御部３０は、測定温度ＡＴが冷凍機動作温度に達した場合に冷凍機４０を動作させ、測定温度ＡＴが冷凍機停止温度に達した場合に冷凍機４０の動作を停止させる。そのため、測定温度ＡＴが冷凍機動作温度に達しない間、冷凍機４０は動作せず、温度制御機構は、ヒータ制御部５０から出力されるヒータ制御信号ＨＣによって、ヒータ６０のみを制御する。
【００４４】
また、前述したように、通常モード時には、出力加算値Ｈ２が０％に設定されるため、ヒータ出力値ＨＣは、通常出力値Ｈ１と等しくなる。さらに、通常出力値Ｈ１は、測定温度ＡＴが設定温度ＴＳと一致するように、ＰＩＤ制御に基づいて算出される。
【００４５】
したがって、測定温度ＡＴが設定温度ＴＳより低い場合には、ヒータ６０の発熱量が大きくなり、培養室Ａの温度が上昇し、測定温度ＡＴが設定温度ＴＳより高い場合には、ヒータ６０の発熱量が小さくなり、培養室Ａの温度が低下する。図４の期間Ａ１においては、当該ヒータ６０のみの制御によって、培養室Ａの温度が設定温度ＴＳ付近に制御されている。
【００４６】
例えば、外気温（インキュベータが設置されている部屋の室温）が設定温度ＴＳより高い場合には、ヒータ出力値ＨＣを０％とすることによってヒータ６０をオフしても、培養室Ａの温度が低下せず、測定温度ＡＴが冷凍機動作温度に達してしまうことがある。また、例えば、手動設定やプログラムによって設定温度ＴＳが低い温度に変更された場合にも、測定温度ＡＴが冷凍機動作温度に達してしまうことがある。
【００４７】
これらの場合、測定温度ＡＴは設定温度ＴＳより十分に高くなっているため、ＰＩＤ制御に基づいて算出される通常出力値Ｈ１は、通常０％となっている。また、０％となっていない場合であっても、冷凍機制御信号ＲＣがハイ・レベルとなることによって、通常出力値Ｈ１は０％となる。そのため、測定温度ＡＴが冷凍機動作温度に達すると、ヒータ６０はオフとなり、温度制御機構は、ハイ・レベルの冷凍機制御信号ＲＣによって、冷凍機４０のみを動作させる。
【００４８】
したがって、図４の期間Ｂ１においては、当該冷凍機４０のみの動作によって、培養室Ａの温度が低下している。また、培養室Ａの温度が低下して、測定温度ＡＴが冷凍機停止温度に達すると、温度制御機構は、冷凍機４０の動作を停止させ、再びヒータ６０のみを制御する。
【００４９】
以上のように、温度制御機構は、通常モード時には、ＰＩＤ制御に基づいて算出される通常出力値Ｈ１（第１の制御値）によって、測定温度ＡＴが設定温度ＴＳと一致するようにヒータ６０を制御する。また、測定温度ＡＴが冷凍機動作温度に達してしまう場合には、冷凍機４０のみを動作させ、培養室Ａの温度を低下させる。このように冷凍機４０およびヒータ６０を制御することによって、培養室Ａの温度を設定温度ＴＳ付近の許容温度範囲内（ＴＳ−Ｔｔ〜ＴＳ＋Ｔｔ）で制御することができる。
【００５０】
次に、低湿モード時の動作について説明する。なお、図５は、低湿モード時の培養室Ａの温度変化の一例を示している。
【００５１】
低湿モード時においても、冷凍機制御部３０は、通常モード時と同様に冷凍機４０を制御する。一方、前述したように、低湿モード時には、出力加算値Ｈ２がａ％（０＜ａ＜１００）に設定されるため、ヒータ出力値ＨＣは、通常出力値Ｈ１にａ％を加算した値となる。なお、当該ａ％の値は、冷凍機４０が動作している場合に、培養室Ａの温度が低下し、冷凍機４０の動作が停止している場合に、測定温度ＡＴが冷凍機動作温度に達するような範囲で設定される。
【００５２】
したがって、ヒータ制御部５０は、通常モード時より発熱量が大きくなるようにヒータ６０を制御することとなる。そのため、図５の期間Ａ２に示すように、冷凍機４０の動作が停止している間、培養室Ａの温度は、通常モード時より速やかに上昇し、測定温度ＡＴは、冷凍機動作温度に達することとなる。
【００５３】
なお、前述したように、本実施形態においては、ヒータ出力値ＨＣが実質的に１００％までに制限されているため、Ｈ１＋ａの値が１００％を超える場合には、低湿モード時の発熱量は、通常モード時の発熱量と等しくなる。一方、ヒータ出力値ＨＣが１００％の場合のヒータ６０の発熱量を最大とせず、１００％を超えるヒータ出力値ＨＣに対しても、それに応じてヒータ６０が発熱する構成としてもよい。
【００５４】
測定温度ＡＴが冷凍機動作温度に達すると、冷凍機４０が動作する一方、ヒータ６０は、ヒータ出力値ＨＣがａ％の場合の発熱量で発熱する。そのため、図５の期間Ｂ２に示すように、培養室Ａの温度は、通常モード時よりゆっくりと低下する。
【００５５】
以上のように、温度制御機構は、低湿モード時には、ＰＩＤ制御に基づいて算出される通常出力値Ｈ１（第１の制御値）にａ％（所定の加算値）を加算した値（第２の制御値）によって、ヒータ６０を制御する。また、通常モード時と同様に冷凍機４０を制御する。このように冷凍機４０およびヒータ６０を制御することによって、通常モード時より頻繁に冷凍機４０が動作し、蒸発器４１に結露水が付着することとなる。
【００５６】
前述したように、蒸発器４１に付着した結露水は、筐体の外部に排水され、蒸発皿７３において蒸発する。そのため、低湿モード時には、培養室Ａの水蒸気量が通常モード時より減少し、結露水が筐体の内面に付着するのを低減することができる。
【００５７】
ここで、一例として、低湿制御範囲を２０℃以上かつ４０℃以下とし、外気温が３５℃および２０℃の場合における、設定温度と相対湿度との関係を、それぞれ図６および図７に示す。図６および図７から明らかなように、いずれの場合においても、低湿モード時の相対湿度は、通常モード時の相対湿度より低くなっているため、低湿モード時には、通常モード時に比べて培養室Ａの水蒸気量を減少させることが可能となっている。
【００５８】
前述したように、温度制御機構を備えたインキュベータにおいて、冷凍機４０の動作が停止している場合に、測定温度ＡＴが冷凍機動作温度に達するようにヒータ６０を制御し、蒸発器４１に結露水を積極的に付着させるとともに、当該結露水を筐体の外部に排水することによって、培養室Ａの水蒸気量を減少させ、結露水が筐体の内面に付着するのを低減することができる。
【００５９】
また、測定温度ＡＴが設定温度ＴＳと一致するようにヒータ６０を制御する通常モードに対して、低湿モード時には、発熱量が大きくなるようにヒータ６０を制御することによって、通常モード時より頻繁に冷凍機４０を動作させ、蒸発器４１に結露水を積極的に付着させることができる。
【００６０】
また、低湿モード時には、ＰＩＤ制御に基づいて算出される通常出力値Ｈ１にａ％を加算した値をヒータ出力値ＨＣとすることによって、測定温度ＡＴが通常モード時より速やかに冷凍機動作温度に達するようにし、通常モード時より頻繁に冷凍機４０を動作させることができる。
【００６１】
また、選択信号ＬＨだけでなく、設定温度ＴＳに応じて通常モードと低湿モードとを切り替えることによって、設定温度ＴＳが低湿制御範囲に含まれない場合には、制御モードを低湿モードとしないようにすることができる。
【００６２】
また、仕切り板１５の上部の吹き出し口１６付近に送風機６１を配置し、仕切り板１５の下部の吸い込み口１７付近にヒータ６０および蒸発器４１を配置することによって、培養室Ａおよび空調室Ｂ内で気体を循環させ、温度分布の均一化を図るとともに、蒸発器４１に付着した結露水を速やかに筐体の外部に排水することができる。
【００６３】
また、筐体の外部に排水された結露水を蒸発皿７３において蒸発させることによって、蒸発器４１に付着した結露水を効率よく排水することができる。
【００６４】
なお、上記実施形態は、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、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。
【００６５】
上記実施形態では、冷凍機４０として、圧縮機４２を有する圧縮式冷凍機の場合について説明したが、これに限定されるものではない。冷凍機４０は、例えば、圧縮機を有しない吸収式冷凍機であってもよく、この場合でも、蒸発器および凝縮器は、図８と同様に配置される。
【００６６】
上記実施形態では、測定温度ＡＴが設定温度ＴＳと一致するようにヒータ６０を制御する方法として、ＰＩＤ制御が用いられているが、これに限定されるものではない。ヒータ６０の制御方法としては、Ｐ制御やＰＩ制御など、他のフィードバック制御を用いてもよい。また、フィードバック制御とフィードフォワード制御とを組み合わせて用いてもよい。
【符号の説明】
【００６７】
１１ 筐体本体
１２ 扉
１３ パッキン
１４ 台座
１５ 仕切り板
１６ 吹き出し口
１７ 吸い込み口
１８ 棚
２０ 温度センサ
３０ 冷凍機制御部
４０ 冷凍機
４１ 蒸発器（エバポレータ）
４２ 圧縮機（コンプレッサ）
４３ 凝縮器（コンデンサ）
５０ ヒータ制御部
６０ ヒータ
６１ 送風機
７１ 露受け皿
７２ ホース
７３ 蒸発皿
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インキュベータに関する。
【背景技術】
【０００２】
微生物培養や食品試験などに用いられるインキュベータとして、断熱性および気密性を有する筐体内に加熱手段や冷却手段を備え、空気を循環させることによって培養室の温度を設定温度付近に制御するものが知られている。例えば、特許文献１では、設定温度に応じて送風ファンの正転と逆転とを切り替えることによって、加熱または冷却された空気を速やかに循環させ、温度分布の均一化を図ることができるインキュベータが開示されている。
【０００３】
このようにして、断熱・気密構造の筐体内において、空気を加熱または冷却して循環させることによって、培養室の温度を設定温度付近に制御することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−４７４６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
液体培地を用いる場合など、インキュベータの培養室には、水分を含むものが置かれる場合も多い。この場合、培養室の温度が高いほど、多くの水分が蒸発し、培養室の水蒸気量が増加する。
【０００６】
したがって、外気温が培養室の空気の露点温度より低い場合には、筐体の内面のうち、比較的断熱性の低い箇所に結露が発生する。例えば、扉の観察窓や、筐体本体と扉との間を密閉するパッキンなどに結露水が付着する。さらに、手動設定やプログラムされた自動設定によって設定温度が低下すると、筐体の内面の広範囲にわたって結露水が付着する場合もある。
【０００７】
そのため、結露水によって筐体の金属部分が腐食したり、水滴が培地に落下してコンタミネーション（contamination）が発生したりする場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前述した課題を解決する主たる本発明は、設定温度に応じて温度が制御される培養室を備えた筐体と、前記培養室を加熱するヒータと、冷媒を蒸発させて前記培養室の熱を前記冷媒に吸熱させる蒸発器、および前記冷媒の熱を放熱させて前記冷媒を凝縮させる凝縮器を含み、前記培養室を冷却する冷凍機と、前記培養室の温度を測定する温度センサと、前記温度センサの測定温度が前記設定温度より第１の温度だけ高い冷凍機動作温度に達した場合に前記冷凍機を動作させ、前記測定温度が前記設定温度より第２の温度だけ低い冷凍機停止温度に達した場合に前記冷凍機の動作を停止させる冷凍機制御部と、前記冷凍機の動作が停止している場合に、前記測定温度が前記冷凍機動作温度に達するように前記ヒータを制御するヒータ制御部と、前記蒸発器の吸熱によって発生した結露水を前記筐体の外部に排水する排水機構と、を有することを特徴とするインキュベータである。
【０００９】
本発明の他の特徴については、添付図面及び本明細書の記載により明らかとなる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、結露水が筐体の内面に付着するのを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態における温度制御機構の構成を示すブロック図である。
【図２】冷凍機制御部３０の動作を説明するフローチャートである。
【図３】ヒータ制御部５０の動作を説明するフローチャートである。
【図４】通常モード時の培養室Ａの温度変化の一例を示す図である。
【図５】低湿モード時の培養室Ａの温度変化の一例を示す図である。
【図６】外気温が３５℃の場合における、通常モード時および低湿モード時の設定温度と相対湿度との関係の一例を示す図である。
【図７】外気温が２０℃の場合における、通常モード時および低湿モード時の設定温度と相対湿度との関係の一例を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態における温度制御機構を備えたインキュベータの構成を示す側面から見た透過側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本明細書および添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。
【００１３】
＝＝＝インキュベータの構成＝＝＝
以下、図８を参照して、本発明の一実施形態における温度制御機構を備えたインキュベータの構成について説明する。なお、図８は、インキュベータの筐体および台座の内部を透過した側面図である。また、ヒータおよび冷凍機を制御する温度制御機構は、図１に図示し、詳細な構成については後述するものとする。
【００１４】
図８に示されているインキュベータのうち、筐体本体１１、扉１２、パッキン１３からなる筐体は、仕切り板１５によって、内部が培養室Ａと空調室Ｂとに仕切られている。一方、筐体が載せ置かれる台座１４は、機械室Ｃを備えている。また、培養室Ａは、棚１８を含み、空調室Ｂは、蒸発器（エバポレータ）４１、ヒータ６０、送風機６１、および露受け皿７１を含み、そして、機械室Ｃは、圧縮機（コンプレッサ）４２、凝縮器（コンデンサ）４３、ホース７２、および蒸発皿７３を含んでいる。
【００１５】
筐体本体１１には、開閉可能な扉１２が取り付けられている。また、図８に示すように、扉１２を閉じた状態で、筐体本体１１と扉１２との間がパッキン１３によって密閉されており、筐体は気密性を有している。さらに、筐体本体１１および扉１２には断熱材が用いられており、筐体は断熱性を有している。
【００１６】
仕切り板１５は、上部に吹き出し口１６を備え、下部に吸い込み口１７を備えている。また、仕切り板１５の培養室Ａ側には、培地などを置く棚１８が適宜取り付けられている。
【００１７】
蒸発器４１、圧縮機４２、および凝縮器４３は、膨張弁（不図示）とともに冷凍機を構成している。また、蒸発器４１は、空調室Ｂの吸い込み口１７付近に配置されている。さらに、圧縮機４２および凝縮器４３は、機械室Ｃ内に配置されている。そして、圧縮機４２、凝縮器４３、膨張弁、蒸発器４１、圧縮機４２…の順に、冷媒配管中を冷媒が循環している。
【００１８】
ヒータ６０は、デフロストヒータを兼ねて、蒸発器４１と一体に構成されている。また、送風機６１は、空調室Ｂの吹き出し口１６付近に配置されている。
【００１９】
露受け皿７１、ホース７２、および蒸発皿７３は、排水機構を構成している。また、露受け皿７１は、蒸発器４１の下方に配置され、蒸発皿７３は、機械室Ｃ内に配置されている。そして、一端が露受け皿７１に接続されたホース７２は、筐体本体１１を貫通し、さらに、蒸発皿７３まで延びている。
【００２０】
＝＝＝インキュベータの動作＝＝＝
次に、本実施形態におけるインキュベータの動作について説明する。なお、温度制御機構の詳細な動作については後述するものとし、ここでは動作の概略についてのみ説明する。また、筐体内の気体は、通常の空気の場合のほか、例えば二酸化炭素濃度が制御された気体の場合もある。
【００２１】
ヒータ６０は、温度制御機構の制御に従って空調室Ｂの気体を加熱し、送風機６１が加熱された気体を吹き出し口１６から吹き出すことによって、培養室Ａを加熱する。また、吹き出し口１６から気体が吹き出されることによって、空調室Ｂには吸い込み口１７から培養室Ａの気体が吸い込まれる。そして、これらの吹き出しおよび吸い込みによって、図８の矢印に示すように、培養室Ａおよび空調室Ｂ内を気体が循環し、温度分布の均一化を図ることができる。なお、図８において、培養室Ａ内全域を気体が循環するよう、棚１８は、気体が通過できる構造となっている。
【００２２】
圧縮機４２は、温度制御機構の制御に従って、冷媒配管中の気体状態の冷媒を圧縮し、高圧気体状態にする。また、凝縮器４３は、高圧気体状態の冷媒の熱を放熱させ、冷媒を液体状態に凝縮させる。さらに、蒸発器４１は、膨張弁によって減圧され、沸点が低下した液体状態の冷媒を蒸発させることによって、吸い込み口１７から吸い込まれた気体の熱を吸熱させる。以上のサイクルを繰り返すことによって、冷凍機は、空調室Ｂの気体を冷却し、送風機６１が冷却された気体を吹き出し口１６から吹き出すことによって、培養室Ａを冷却する。
【００２３】
このようにして、本実施形態のインキュベータは、吸い込み口１７から吸い込まれた気体を加熱および／または冷却し、吹き出し口１６から吹き出すことによって、培養室Ａの温度を制御することができる。
【００２４】
水蒸気を含む気体が吸い込み口１７から吸い込まれ、冷凍機によって冷却されると、結露が発生し、蒸発器４１に結露水が付着する場合がある。また、露受け皿７１は、蒸発器４１に付着した結露水を受け、当該結露水は、ホース７２を通って排水される。さらに、蒸発皿７３は、ホース７２からの結露水を受け、発熱体（不図示）などによって蒸発させる。このようにして、排水機構は、蒸発器４１の吸熱によって発生した結露水を筐体の外部に排水し、蒸発させる。
【００２５】
＝＝＝温度制御機構の構成＝＝＝
以下、図１を参照して、本実施形態における温度制御機構の構成について説明する。
図１に示されている温度制御機構は、ヒータ６０および冷凍機４０を制御するための機構であり、温度センサ２０、冷凍機制御部３０、およびヒータ制御部５０を含んで構成されている。
【００２６】
冷凍機制御部３０には、設定温度ＴＳ、および温度センサ２０から出力される測定温度ＡＴが入力されている。また、冷凍機制御部３０から出力される冷凍機制御信号ＲＣは、冷凍機４０に入力されている。
ヒータ制御部５０には、設定温度ＴＳおよび測定温度ＡＴに加えて、選択信号ＬＨおよび冷凍機制御信号ＲＣが入力されている。また、ヒータ制御部５０から出力されるヒータ制御信号ＨＣは、ヒータ６０に入力されている。
【００２７】
＝＝＝温度制御機構の動作＝＝＝
次に、図２および図３を参照して、本実施形態における温度制御機構の動作について説明する。
【００２８】
本実施形態のインキュベータは、筐体本体１１や扉１２などに制御パネル（不図示）を備えており、操作者は、制御パネルのボタンやスイッチなどを操作して、設定温度ＴＳを設定する。同様に、操作者は、後述する低湿モードを有効とするか無効とするかを選択し、選択信号ＬＨは、低湿モードが有効とされている場合にハイ・レベルとなる。なお、設定温度ＴＳは、操作者の手動設定によって変更されるほか、予め設定されたプログラムに従って変更される場合もある。
【００２９】
温度センサ２０は、培養室Ａの温度を測定して測定温度ＡＴを出力し、測定温度ＡＴは、設定温度ＴＳとともに、冷凍機制御部３０およびヒータ制御部５０に入力される。そして、冷凍機制御部３０およびヒータ制御部５０は、測定温度ＡＴを設定温度ＴＳ付近に保つように、それぞれヒータ６０および冷凍機４０を制御する。
【００３０】
図２は、冷凍機制御部３０の動作を示している。
冷凍機制御部３０は、冷凍機４０の制御を開始すると（Ｓ３１）、まず、測定温度ＡＴを、設定温度ＴＳより温度ＴｒＨ（第１の温度）だけ高い冷凍機動作温度（ＴＳ＋ＴｒＨ）と比較する（Ｓ３２）。また、Ｓ３２において、測定温度ＡＴが冷凍機動作温度より低い場合（Ｓ３２：ＮＯ）には、測定温度ＡＴを、設定温度ＴＳより温度ＴｒＬ（第２の温度）だけ低い冷凍機停止温度（ＴＳ−ＴｒＬ）と比較する（Ｓ３３）。
【００３１】
Ｓ３２およびＳ３３の比較の結果、測定温度ＡＴが冷凍機動作温度以上の場合（Ｓ３２：ＹＥＳ）には、冷凍機制御部３０は、冷凍機制御信号ＲＣをハイ・レベルとし、冷凍機４０を動作させる（Ｓ３４）。また、測定温度ＡＴが冷凍機停止温度以下の場合（Ｓ３３：ＹＥＳ）には、冷凍機制御信号ＲＣをロー・レベルとし、冷凍機４０の動作を停止させる（Ｓ３５）。さらに、測定温度ＡＴが冷凍機動作温度より低く、冷凍機停止温度より高い場合（Ｓ３３：ＮＯ）には、冷凍機制御信号ＲＣのレベルを保持し、冷凍機４０に直前の動作を継続させる（Ｓ３６）。
【００３２】
次に、冷凍機制御部３０は、操作者による手動停止やプログラムの終了など、温度制御の終了条件が成立しているか否かを判定する（Ｓ３７）。そして、停止条件が成立するまでの間（Ｓ３７：ＮＯ）、上記の冷凍機４０の制御を繰り返し、停止条件が成立すると（Ｓ３７：ＹＥＳ）、冷凍機４０の制御を終了する（Ｓ３８）。
【００３３】
このようにして、冷凍機制御部３０は、測定温度ＡＴが冷凍機動作温度に達した場合に冷凍機４０を動作させ、測定温度ＡＴが冷凍機停止温度に達した場合に冷凍機４０の動作を停止させる、ヒステリシス特性を有する制御を行う。
【００３４】
図３は、ヒータ制御部５０の動作を示している。
ヒータ制御部５０は、ヒータ６０の制御を開始すると（Ｓ５１）、まず、選択信号ＬＨおよび設定温度ＴＳに応じて、制御モードを通常モード（第１のモード）または低湿モード（第２のモード）の何れとするかを判定する（Ｓ５２およびＳ５３）。
【００３５】
Ｓ５２およびＳ５３の判定の結果、選択信号ＬＨがハイ・レベルであり、設定温度ＴＳが温度Ｔ１以上かつ温度Ｔ２以下の低湿制御範囲に含まれる場合（Ｓ５２：ＹＥＳ、かつＳ５３：ＹＥＳ）には、ヒータ制御部５０は、ヒータ６０の制御を低湿モードで行う。また、低湿モード時には、後述する出力加算値Ｈ２は、ａ％（０＜ａ＜１００）に設定される（Ｓ５５）。
【００３６】
一方、選択信号ＬＨがロー・レベルの場合（Ｓ５２：ＮＯ）、または設定温度ＴＳが低湿制御範囲に含まれない場合（Ｓ５３：ＮＯ）には、ヒータ制御部５０は、ヒータ６０の制御を通常モードで行う。また、通常モード時には、出力加算値Ｈ２は、０％に設定される（Ｓ５４）。
【００３７】
次に、ヒータ制御部５０は、冷凍機制御信号ＲＣに応じて、通常モード時のヒータ６０の出力値である通常出力値Ｈ１を算出する（Ｓ５６）。また、通常出力値Ｈ１は、測定温度ＡＴが設定温度ＴＳと一致するように、ＰＩＤ制御に基づいて算出され、冷凍機制御信号ＲＣがロー・レベルの場合（Ｓ５６：ＮＯ）には、０％ないし１００％の値となる（Ｓ５８）。一方、冷凍機制御信号ＲＣがハイ・レベルの場合（Ｓ５６：ＹＥＳ）には、通常出力値Ｈ１は、常に０％となる（Ｓ５７）。
【００３８】
次に、ヒータ制御部５０は、通常出力値Ｈ１に出力加算値Ｈ２を加算したヒータ出力値ＨＣを出力する（Ｓ５９）。なお、ヒータ６０は、ヒータ出力値ＨＣに応じて発熱し、ヒータ６０は、ヒータ出力値ＨＣが１００％の場合に発熱量が最大となり、ヒータ出力値ＨＣが０％の場合にオフとなる。したがって、通常出力値Ｈ１および出力加算値Ｈ２の和が１００％を超える場合であっても、ヒータ出力値ＨＣは、実質的に１００％までに制限されている。
【００３９】
次に、ヒータ制御部５０は、温度制御の終了条件が成立しているか否かを判定する（Ｓ６０）。そして、停止条件が成立するまでの間（Ｓ６０：ＮＯ）、上記のヒータ６０の制御を繰り返し、停止条件が成立すると（Ｓ６０：ＹＥＳ）、ヒータ６０の制御を終了する（Ｓ６１）。
【００４０】
このようにして、ヒータ制御部５０は、冷凍機制御信号ＲＣに応じて算出される通常出力値Ｈ１と、制御モードに応じて設定される出力加算値Ｈ２との和をヒータ出力値ＨＣとして出力する。そして、ヒータ６０は、ヒータ出力値ＨＣに応じた発熱量で空調室Ｂの気体を加熱する。
【００４１】
＝＝＝温度制御機構の動作の具体例＝＝＝
ここで、図４ないし図７を適宜参照して、温度制御機構の動作の具体例について説明する。
【００４２】
まず、通常モード時の動作について説明する。なお、図４は、通常モード時の培養室Ａの温度変化の一例を示している。
【００４３】
前述したように、冷凍機制御部３０は、測定温度ＡＴが冷凍機動作温度に達した場合に冷凍機４０を動作させ、測定温度ＡＴが冷凍機停止温度に達した場合に冷凍機４０の動作を停止させる。そのため、測定温度ＡＴが冷凍機動作温度に達しない間、冷凍機４０は動作せず、温度制御機構は、ヒータ制御部５０から出力されるヒータ制御信号ＨＣによって、ヒータ６０のみを制御する。
【００４４】
また、前述したように、通常モード時には、出力加算値Ｈ２が０％に設定されるため、ヒータ出力値ＨＣは、通常出力値Ｈ１と等しくなる。さらに、通常出力値Ｈ１は、測定温度ＡＴが設定温度ＴＳと一致するように、ＰＩＤ制御に基づいて算出される。
【００４５】
したがって、測定温度ＡＴが設定温度ＴＳより低い場合には、ヒータ６０の発熱量が大きくなり、培養室Ａの温度が上昇し、測定温度ＡＴが設定温度ＴＳより高い場合には、ヒータ６０の発熱量が小さくなり、培養室Ａの温度が低下する。図４の期間Ａ１においては、当該ヒータ６０のみの制御によって、培養室Ａの温度が設定温度ＴＳ付近に制御されている。
【００４６】
例えば、外気温（インキュベータが設置されている部屋の室温）が設定温度ＴＳより高い場合には、ヒータ出力値ＨＣを０％とすることによってヒータ６０をオフしても、培養室Ａの温度が低下せず、測定温度ＡＴが冷凍機動作温度に達してしまうことがある。また、例えば、手動設定やプログラムによって設定温度ＴＳが低い温度に変更された場合にも、測定温度ＡＴが冷凍機動作温度に達してしまうことがある。
【００４７】
これらの場合、測定温度ＡＴは設定温度ＴＳより十分に高くなっているため、ＰＩＤ制御に基づいて算出される通常出力値Ｈ１は、通常０％となっている。また、０％となっていない場合であっても、冷凍機制御信号ＲＣがハイ・レベルとなることによって、通常出力値Ｈ１は０％となる。そのため、測定温度ＡＴが冷凍機動作温度に達すると、ヒータ６０はオフとなり、温度制御機構は、ハイ・レベルの冷凍機制御信号ＲＣによって、冷凍機４０のみを動作させる。
【００４８】
したがって、図４の期間Ｂ１においては、当該冷凍機４０のみの動作によって、培養室Ａの温度が低下している。また、培養室Ａの温度が低下して、測定温度ＡＴが冷凍機停止温度に達すると、温度制御機構は、冷凍機４０の動作を停止させ、再びヒータ６０のみを制御する。
【００４９】
以上のように、温度制御機構は、通常モード時には、ＰＩＤ制御に基づいて算出される通常出力値Ｈ１（第１の制御値）によって、測定温度ＡＴが設定温度ＴＳと一致するようにヒータ６０を制御する。また、測定温度ＡＴが冷凍機動作温度に達してしまう場合には、冷凍機４０のみを動作させ、培養室Ａの温度を低下させる。このように冷凍機４０およびヒータ６０を制御することによって、培養室Ａの温度を設定温度ＴＳ付近の許容温度範囲内（ＴＳ−Ｔｔ〜ＴＳ＋Ｔｔ）で制御することができる。
【００５０】
次に、低湿モード時の動作について説明する。なお、図５は、低湿モード時の培養室Ａの温度変化の一例を示している。
【００５１】
低湿モード時においても、冷凍機制御部３０は、通常モード時と同様に冷凍機４０を制御する。一方、前述したように、低湿モード時には、出力加算値Ｈ２がａ％（０＜ａ＜１００）に設定されるため、ヒータ出力値ＨＣは、通常出力値Ｈ１にａ％を加算した値となる。なお、当該ａ％の値は、冷凍機４０が動作している場合に、培養室Ａの温度が低下し、冷凍機４０の動作が停止している場合に、測定温度ＡＴが冷凍機動作温度に達するような範囲で設定される。
【００５２】
したがって、ヒータ制御部５０は、通常モード時より発熱量が大きくなるようにヒータ６０を制御することとなる。そのため、図５の期間Ａ２に示すように、冷凍機４０の動作が停止している間、培養室Ａの温度は、通常モード時より速やかに上昇し、測定温度ＡＴは、冷凍機動作温度に達することとなる。
【００５３】
なお、前述したように、本実施形態においては、ヒータ出力値ＨＣが実質的に１００％までに制限されているため、Ｈ１＋ａの値が１００％を超える場合には、低湿モード時の発熱量は、通常モード時の発熱量と等しくなる。一方、ヒータ出力値ＨＣが１００％の場合のヒータ６０の発熱量を最大とせず、１００％を超えるヒータ出力値ＨＣに対しても、それに応じてヒータ６０が発熱する構成としてもよい。
【００５４】
測定温度ＡＴが冷凍機動作温度に達すると、冷凍機４０が動作する一方、ヒータ６０は、ヒータ出力値ＨＣがａ％の場合の発熱量で発熱する。そのため、図５の期間Ｂ２に示すように、培養室Ａの温度は、通常モード時よりゆっくりと低下する。
【００５５】
以上のように、温度制御機構は、低湿モード時には、ＰＩＤ制御に基づいて算出される通常出力値Ｈ１（第１の制御値）にａ％（所定の加算値）を加算した値（第２の制御値）によって、ヒータ６０を制御する。また、通常モード時と同様に冷凍機４０を制御する。このように冷凍機４０およびヒータ６０を制御することによって、通常モード時より頻繁に冷凍機４０が動作し、蒸発器４１に結露水が付着することとなる。
【００５６】
前述したように、蒸発器４１に付着した結露水は、筐体の外部に排水され、蒸発皿７３において蒸発する。そのため、低湿モード時には、培養室Ａの水蒸気量が通常モード時より減少し、結露水が筐体の内面に付着するのを低減することができる。
【００５７】
ここで、一例として、低湿制御範囲を２０℃以上かつ４０℃以下とし、外気温が３５℃および２０℃の場合における、設定温度と相対湿度との関係を、それぞれ図６および図７に示す。図６および図７から明らかなように、いずれの場合においても、低湿モード時の相対湿度は、通常モード時の相対湿度より低くなっているため、低湿モード時には、通常モード時に比べて培養室Ａの水蒸気量を減少させることが可能となっている。
【００５８】
前述したように、温度制御機構を備えたインキュベータにおいて、冷凍機４０の動作が停止している場合に、測定温度ＡＴが冷凍機動作温度に達するようにヒータ６０を制御し、蒸発器４１に結露水を積極的に付着させるとともに、当該結露水を筐体の外部に排水することによって、培養室Ａの水蒸気量を減少させ、結露水が筐体の内面に付着するのを低減することができる。
【００５９】
また、測定温度ＡＴが設定温度ＴＳと一致するようにヒータ６０を制御する通常モードに対して、低湿モード時には、発熱量が大きくなるようにヒータ６０を制御することによって、通常モード時より頻繁に冷凍機４０を動作させ、蒸発器４１に結露水を積極的に付着させることができる。
【００６０】
また、低湿モード時には、ＰＩＤ制御に基づいて算出される通常出力値Ｈ１にａ％を加算した値をヒータ出力値ＨＣとすることによって、測定温度ＡＴが通常モード時より速やかに冷凍機動作温度に達するようにし、通常モード時より頻繁に冷凍機４０を動作させることができる。
【００６１】
また、選択信号ＬＨだけでなく、設定温度ＴＳに応じて通常モードと低湿モードとを切り替えることによって、設定温度ＴＳが低湿制御範囲に含まれない場合には、制御モードを低湿モードとしないようにすることができる。
【００６２】
また、仕切り板１５の上部の吹き出し口１６付近に送風機６１を配置し、仕切り板１５の下部の吸い込み口１７付近にヒータ６０および蒸発器４１を配置することによって、培養室Ａおよび空調室Ｂ内で気体を循環させ、温度分布の均一化を図るとともに、蒸発器４１に付着した結露水を速やかに筐体の外部に排水することができる。
【００６３】
また、筐体の外部に排水された結露水を蒸発皿７３において蒸発させることによって、蒸発器４１に付着した結露水を効率よく排水することができる。
【００６４】
なお、上記実施形態は、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、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。
【００６５】
上記実施形態では、冷凍機４０として、圧縮機４２を有する圧縮式冷凍機の場合について説明したが、これに限定されるものではない。冷凍機４０は、例えば、圧縮機を有しない吸収式冷凍機であってもよく、この場合でも、蒸発器および凝縮器は、図８と同様に配置される。
【００６６】
上記実施形態では、測定温度ＡＴが設定温度ＴＳと一致するようにヒータ６０を制御する方法として、ＰＩＤ制御が用いられているが、これに限定されるものではない。ヒータ６０の制御方法としては、Ｐ制御やＰＩ制御など、他のフィードバック制御を用いてもよい。また、フィードバック制御とフィードフォワード制御とを組み合わせて用いてもよい。
【符号の説明】
【００６７】
１１ 筐体本体
１２ 扉
１３ パッキン
１４ 台座
１５ 仕切り板
１６ 吹き出し口
１７ 吸い込み口
１８ 棚
２０ 温度センサ
３０ 冷凍機制御部
４０ 冷凍機
４１ 蒸発器（エバポレータ）
４２ 圧縮機（コンプレッサ）
４３ 凝縮器（コンデンサ）
５０ ヒータ制御部
６０ ヒータ
６１ 送風機
７１ 露受け皿
７２ ホース
７３ 蒸発皿
【特許請求の範囲】
【請求項１】
設定温度に応じて温度が制御される培養室を備えた筐体と、
前記培養室を加熱するヒータと、
冷媒を蒸発させて前記培養室の熱を前記冷媒に吸熱させる蒸発器、および前記冷媒の熱を放熱させて前記冷媒を凝縮させる凝縮器を含み、前記培養室を冷却する冷凍機と、
前記培養室の温度を測定する温度センサと、
前記温度センサの測定温度が前記設定温度より第１の温度だけ高い冷凍機動作温度に達した場合に前記冷凍機を動作させ、前記測定温度が前記設定温度より第２の温度だけ低い冷凍機停止温度に達した場合に前記冷凍機の動作を停止させる冷凍機制御部と、
前記冷凍機の動作が停止している場合に、前記測定温度が前記冷凍機動作温度に達するように前記ヒータを制御するヒータ制御部と、
前記蒸発器の吸熱によって発生した結露水を前記筐体の外部に排水する排水機構と、
を有することを特徴とするインキュベータ。
【請求項２】
前記ヒータ制御部は、選択信号に応じて、前記測定温度が前記設定温度と一致するように前記ヒータを制御する第１のモードと、前記冷凍機の動作が停止している場合に前記測定温度が前記冷凍機動作温度に達するように、前記第１のモードより発熱量が大きくなるように前記ヒータを制御する第２のモードとを切り替えることを特徴とする請求項１に記載のインキュベータ。
【請求項３】
前記ヒータ制御部は、前記第１のモードにおいては、ＰＩＤ制御に基づいて算出される第１の制御値を前記ヒータに入力し、前記第２のモードにおいては、前記第１の制御値に所定の加算値を加算した第２の制御値を前記ヒータに入力することを特徴とする請求項２に記載のインキュベータ。
【請求項４】
前記ヒータ制御部は、前記選択信号および前記設定温度に応じて、前記第１のモードと前記第２のモードとを切り替えることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のインキュベータ。
【請求項５】
上部および下部にそれぞれ気体の吹き出し口および吸い込み口を備え、前記筐体の内部を、前記ヒータおよび前記蒸発器が配置される空間と前記培養室とに仕切る仕切り板と、
前記吹き出し口から前記培養室に気体を吹き出すとともに、前記吸い込み口から前記培養室の気体を吸い込む送風機と、
をさらに有し、
前記ヒータは、前記吸い込み口から吸い込まれた気体を加熱し、
前記蒸発器は、前記吸い込み口から吸い込まれた気体の熱を前記冷媒に吸熱させることを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れかに記載のインキュベータ。
【請求項６】
前記排水機構は、
前記蒸発器に付着した前記結露水を受ける露受け皿と、
前記露受け皿から前記筐体の外部に排水された前記結露水を受けて蒸発させる蒸発皿と、
を含むことを特徴とする請求項１ないし請求項５の何れかに記載のインキュベータ。
【請求項１】
設定温度に応じて温度が制御される培養室を備えた筐体と、
前記培養室を加熱するヒータと、
冷媒を蒸発させて前記培養室の熱を前記冷媒に吸熱させる蒸発器、および前記冷媒の熱を放熱させて前記冷媒を凝縮させる凝縮器を含み、前記培養室を冷却する冷凍機と、
前記培養室の温度を測定する温度センサと、
前記温度センサの測定温度が前記設定温度より第１の温度だけ高い冷凍機動作温度に達した場合に前記冷凍機を動作させ、前記測定温度が前記設定温度より第２の温度だけ低い冷凍機停止温度に達した場合に前記冷凍機の動作を停止させる冷凍機制御部と、
前記冷凍機の動作が停止している場合に、前記測定温度が前記冷凍機動作温度に達するように前記ヒータを制御するヒータ制御部と、
前記蒸発器の吸熱によって発生した結露水を前記筐体の外部に排水する排水機構と、
を有することを特徴とするインキュベータ。
【請求項２】
前記ヒータ制御部は、選択信号に応じて、前記測定温度が前記設定温度と一致するように前記ヒータを制御する第１のモードと、前記冷凍機の動作が停止している場合に前記測定温度が前記冷凍機動作温度に達するように、前記第１のモードより発熱量が大きくなるように前記ヒータを制御する第２のモードとを切り替えることを特徴とする請求項１に記載のインキュベータ。
【請求項３】
前記ヒータ制御部は、前記第１のモードにおいては、ＰＩＤ制御に基づいて算出される第１の制御値を前記ヒータに入力し、前記第２のモードにおいては、前記第１の制御値に所定の加算値を加算した第２の制御値を前記ヒータに入力することを特徴とする請求項２に記載のインキュベータ。
【請求項４】
前記ヒータ制御部は、前記選択信号および前記設定温度に応じて、前記第１のモードと前記第２のモードとを切り替えることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のインキュベータ。
【請求項５】
上部および下部にそれぞれ気体の吹き出し口および吸い込み口を備え、前記筐体の内部を、前記ヒータおよび前記蒸発器が配置される空間と前記培養室とに仕切る仕切り板と、
前記吹き出し口から前記培養室に気体を吹き出すとともに、前記吸い込み口から前記培養室の気体を吸い込む送風機と、
をさらに有し、
前記ヒータは、前記吸い込み口から吸い込まれた気体を加熱し、
前記蒸発器は、前記吸い込み口から吸い込まれた気体の熱を前記冷媒に吸熱させることを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れかに記載のインキュベータ。
【請求項６】
前記排水機構は、
前記蒸発器に付着した前記結露水を受ける露受け皿と、
前記露受け皿から前記筐体の外部に排水された前記結露水を受けて蒸発させる蒸発皿と、
を含むことを特徴とする請求項１ないし請求項５の何れかに記載のインキュベータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１１００３３（Ｐ２０１１−１１００３３Ａ）
【公開日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２７２５４０（Ｐ２００９−２７２５４０）
【出願日】平成２１年１１月３０日（２００９．１１．３０）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月３０日（２００９．１１．３０）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
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