Brevet FR2727127A1 — publié le 19960524

" Armoire de culture pour le développement de cellules ou de tissus in vitro " L'invention a pour objet une armoire de culture du type comprenant un caisson chauffé par une enveloppe d'air et contenant un espace utile ou chambre à l'intérieur duquel, sur son plancher, est disposé un bac à eau qui peut être chauffé pour créer une humidité élevée dans l'atmo- sphère de la chambre. Des armoires de ce type, telles que celles dé- crites par exemple dans le brevet DE 38 15 528 Cl servent à assurer le développement de cultures de cellules ou de tis- sus in vitro. Dans la chambre de production de l'armoire, des conditions correspondantes doivent donc être créées et maintenues aussi précisément que possible aux conditions physiologiques de l'organisme auquel appartiennent les cel- lules. Pour maintenir la température de l'atmosphère de la chambre aussi constante que possible, au niveau de 37 par exemple correspondant à la température du corps humain ou d'un animal, le caisson entourant la chambre doit avoir toute sa paroi chauffée par un manteau d'air chaud. Pour éviter une dessiccation des cultures de cellules ou de tis- sus, l'humidité de l'atmosphère de la chambre doit être maintenue la plus élevée possible, de préférence au-dessus de 25 d'humidité relative. En général, de telles armoires de culture sont du type à circulation d'air, dont la cham- bre a une atmosphère présentant une concentration en C02 réglée avec précision, afin que le pH de la solution tampon (solution de bicarbonate de sodium) dans laquelle baignent les cultures, soit maintenu avec exactitude. A l'humidité élevée de l'atmosphère de la cham- bre est associé le problème dû à la légère condensation de cette humidité sur les parois de la chambre, partout o le point de rosée est dépassé. Ceci se produit très facilement dans les angles et le long des bords du caisson, là o les conditions de circulation du manteau d'air chaud ont ten- dance à créer des échauffements inégaux de la paroi. L'hu- midité qui se condense à l'intérieur de la chambre est le nid de microorganismes particulièrement indésirables, tels que champignons, bactéries et virus. Etant donné que les conditions optimales pour élever des cultures cellulaires ou tissulaires favorisent également une croissance maximale de tels germes de contamination, l'implantation de tels mi- cro-organismes constitue un grave problème, car ces micro- organismes contaminent souvent les cultures cellulaires el- les-mêmes, ce qui peut mettre en péril les résultats de re- cherches menées à grand frais et rend alors nécessaires des nettoyages longs et coûteux de la chambre de production. Dans l'armoire de culture à circulation d'air décrite dans le brevet cité, l'humidité relative est élevée jusqu'à 97 % par un bain d'eau couvrant le fond du caisson dans la chambre de sorte que le chauffage est assuré par des corps chauffants situés vers le plancher, à l'exté- rieur. La température du bain aqueux est maintenue à une température plutôt un peu supérieure à celle de l'atmo- sphère de la chambre réglée par le manteau chauffant du caisson. En conséquence, l'humidité de l'air se condense sur la paroi arrière du caisson, relativement mal chauffée et donc plus froide. Selon les conditions de fonctionne- ment, toute la paroi arrière devient humide. L'invention a pour objectif d'améliorer le sys- tème d'humidification de l'armoire de culture, économique- ment, de manière que malgré une humidité élevée et une régénération rapide de cette humidité après ouverture de la porte, le volume utile reste parfaitement sec et dépourvu de toute condensation. Ce problème est résolu selon l'invention par une armoire de culture caractérisée en ce que la tempéra- ture du bac à eau est sensiblement égale à celle de l'atmo- sphère de l'espace utile et que, sur le plancher de cet espace, est placé au moins un bac à condensat dont la sur- face constitue une surface de vaporisation du condensat collecté et qui maintient ce condensat à une température inférieur à celle de l'espace utile. Selon d'autres caractéristiques de l'inven- tion: - le bac à eau et/ou le bac à condensat sont formés dans le plancher du caisson, - le bac à eau et/ou le bac à condensat sont des cuvettes que l'on peut poser sur le plancher du caisson et qui sont en contact conducteur de la chaleur avec ce plan- cher, - le bac à eau peut être chauffé par des corps chauffants disposés à l'extérieur, sous le plancher du caisson tan- dis que le bac à condensat peut être refroidi par des moyens de refroidissement agissant à l'extérieur sur le plancher du caisson, - les moyens de refroidissement peuvent être régulés, - les moyens de refroidissement sont constitués par une amenée sur la zone du bac à condensat d'air froid venant de l'extérieur et dirigé vers le plancher du caisson. - l'amenée d'air froid extérieur s'effectue par l'intermé- diaire d'un puits traversant l'isolation thermique de l'armoire, - l'amenée d'air extérieur reçoit l'assistance d'un venti- lateur, - le ventilateur peut être commandé de manière à compenser la température de l'air extérieur, - le bac à eau et le bac à condensat sont des cuvettes sé- parées et isolées thermiquement l'une de l'autre, - le bac à eau et le bac à condensat reposent indépendam- ment l'un de l'autre sur le plancher du caisson (12), - le bac à condensat est placé dans une découpe du bac à eau et entouré par ce bac, - le bac à condensat présente un bord égouttoir en prise par-dessus avec le bord du bac à eau, - le bac à condensat est au contact par au moins une partie de son bord avec le bord du bac à eau de manière à former un pare-vapeur, - le condensat contenu dans le bac est maintenu à une tem- pérature inférieure d'environ 3 à celle de l'atmosphère de la pièce de production. L'invention utilise la connaissance selon laquelle, dans un volume clos contenant de l'eau, l'humidi- té relative de l'atmosphère s'établit au niveau de la pres- sion de saturation correspondant au point le plus froid de ce volume. Lorsque la pression partielle de vapeur d'eau dépasse la pression de vapeur saturante associée à cette température la plus froide, la vapeur d'eau se condense à cet endroit le plus froid, jusqu'à ce que l'humidité cor- responde à cette pression de vapeur saturante. Selon l'invention, cette propriété physique connue est utilisée en prévoyant dans la chambre de produc- tion de l'armoire de culture au moins un bac d'eau dont la température est égale ou un peu supérieure à celle de l'at- mosphère de la chambre. De plus, la chambre contient au moins un bac à condensat, dont la température est maintenue en dessous de celle de l'atmosphère de la chambre. Le bac à condensat définit le point ayant la plus basse température à l'intérieur de la chambre de culture. La température de ce bac et du condensat qu'il contient définit la pression de vapeur saturante dans l'atmosphère de la chambre de pro- duction. La température plus élevée du bac à eau crée une évaporation permanente de l'eau qu'il contient, tandis que le bac à condensat constitue un point de condensation défi- ni et contrôlé. En se fixant un maintien de la température du bac à condensat à un niveau inférieur, on est sûr qu'en tous les autres points de la chambre, même dans le cas de variations inévitables de température sur la paroi de la chambre, la température reste supérieure à celle du bac à condensat. La condensation a lieu exclusivement au niveau de ce bac et les parois de la chambre restent, du reste, totalement sèches. La température plus élevée du bac à eau fait que son eau s'évapore constamment, tandis qu'une quantité correspondante d'eau se condense dans le bac à condensat. Il s'établit donc un état stationnaire permettant une humi- dité relative élevée. La température supérieure du bac à condensat a de plus l'avantage qu'après ouverture de la porte et la réduction correspondante de l'humidité, cette humidité revient très vite au niveau de son état station- naire. Le bac à eau comme le bac à condensat sont pla- cés sur le plancher de la chambre de production. La tempé- rature de l'eau de chacun de ces bacs est réglée par l'intermédiaire du plancher de caisson. Les bacs peuvent être formés dans le plancher lui-même. Mais les renfonce- ments qu'ils forment alors dans le plancher rendent plus difficile le nettoyage de la chambre. Pour obtenir autant que possible que les surfaces internes des parois du cais- son soient dépourvues de coins et de bords, les bacs à eau et à condensat sont de préférence réalisés sous la forme de cuvettes posées librement sur le plancher du caisson. Ces bacs peuvent constituer un ensemble monobloc embouti dans une pièce de tôle, ou être distincts. Les bacs sont en con- tact conducteur de la chaleur, avec le plancher, de sorte qu'ici également le chauffage et le refroidissement peuvent être effectués de l'extérieur, à travers le plancher du caisson, de la même manière que si les bacs sont formés dans le plancher lui-même. Les bacs en forme de cuvettes sont de préférence réalisés, comme le caisson, en acier in- oxydable, de manière à pouvoir être nettoyés aussi facile- ment et complètement que la chambre du caisson. Pour maintenir les bacs à eau et à condensat chacun à sa température imposée, des corps chauffants sont montés, à l'extérieur, le long du plancher du caisson là o se trouve le bac à eau. Ces corps chauffants envoient de la chaleur à l'eau du bac, à travers le plancher. Etant donné la nature métallique de ce plancher, il y a également con- duction de chaleur vers la zone du plancher o se trouve le bac à condensat, on peut alors maintenir la température plus basse dans ce bac de préférence par refroidissement. Un refroidissement simple et économique peut être obtenu en amenant l'air environnant plus froid, à travers l'isolation de l'armoire jusqu'à la zone du plancher de l'armoire sur laquelle se trouve le bac à condensat. De préférence, l'amenée d'air reçoit l'assistance d'un ventilateur. Une régulation de la température du bac à condensat est en gé- néral nécessaire. Dans le cas le plus simple, la régulation de la température peut être obtenue en commandant le débit refoulé par le ventilateur. Complémentairement, on peut prévoir un refroidissement réglable de l'air environnant introduit. Par ces mesures, le refroidissement du bac de condensat est rendu indépendant de la température de l'air extérieur. Dans un mode avantageux de réalisation, le bac à eau posé sur le plancher du caisson a une grande surface. Ce bac présente dans sa zone médiane une découpe dans laquelle est posé le bac à condensat. Le fait que le bac à eau et le bac à condensat sont constitués par des cuvettes distinctes, assure tout d'abord une bonne isolation des bacs entre eux, de sorte que la différence de leurs tempé- ratures peut être réglée et maintenue facilement. Par ailleurs, les bacs peuvent être placés indépendamment l'un de l'autre sur le plancher du caisson de manière à assurer un bon contact conducteur de la chaleur entre le plancher du caisson et le fond de chacun des bacs, même si le plan- cher du caisson n'est pas parfaitement plan. La disposition du bac à condensat au centre du bac à eau a par ailleurs l'avantage que le bac à condensat, le plus froid, sur lequel l'humidité se condense, se trouve éloigné des parois latérales, de la paroi arrière et de la porte de la chambre nourricière, de sorte qu'il n'y a aucun risque que le refroidissement du bac à condensat conduise à des condensations sur ces parties du caisson. Avantageuse- ment, le bac à condensat est en prise avec le bord du bac à eau qui l'entoure par l'intermédiaire d'un bord égouttoir. Ainsi, il est certain que le liquide de condensation appa- raissant sur le bord du bac de condensat ne peut s'égoutter sur le fond du caisson, mais passe soit vers l'intérieur dans le bac à condensat, soit vers l'extérieur dans le bac à eau. Si donc, exceptionnellement après une longue utili- sation de l'armoire, le condensat devait remplir entière- ment le bac, ce condensat pourrait s'écouler par-dessus le bord égouttoir dans le bac à eau et se trouver prêt à être transformé en vapeur à nouveau. Afin que l'armoire de culture travaille effica- cement et de manière fiable, la température de la réserve d'eau est réglée à peu près au niveau ou un peu en dessous (quelques dixièmes de degré) de celle de la chambre de pro- duction. Ceci crée une humidité élevée dans l'atmosphère de la chambre en état stationnaire et permet une rapide humi- dification de l'atmosphère de la chambre après une ouver- ture de la porte. La température du bac de condensat est réglée à quelques degrés, de préférence trois environ, en dessous de la température de la chambre. Ainsi il est cer- tain que la température de la chambre, en aucun point de la paroi du caisson, ne descend en dessous du point de rosée de la pression de vapeur d'eau correspondant à la tempéra- ture du bac à condensat. Avec ces valeurs de température, la différence entre les températures du bac à eau et du bac à condensat est suffisamment faible pour assurer une humi- dité relative de l'air atteignant 96 % en état station- naire. L'invention est décrite plus en détail ci- après, sous la forme d'un exemple de réalisation représenté par le dessin annexé: - la figure 1 est une vue schématique de l'ar- moire de culture à gazage, en coupe verticale selon la li- gne I-I de la figure 2, - la figure 2 est une vue d'une coupe horizon- tale de l'armoire selon la figure II-II de la figure 1. L'armoire de culture représentée schématique- ment par le dessin, fonctionnant avec gazage, comporte un boîtier externe 10 dans lequel est monté un caisson 12 en acier inoxydable emboîté. Ce caisson présente le long de sa face frontale ouverte, un bord 14 muni d'un joint d'étan- chéité sur lequel s'appuie une porte de manière à obturer le caisson de manière étanche. Ce caisson 12, à l'exception de sa façade ouverte, est enveloppé par un caisson externe 16, espacé par rapport au caisson 12 de manière à créer en- tre les caissons 12 et 16 un manteau d'air 18. L'air cir- cule dans le manteau sous l'action d'un ventilateur. A l'intérieur du manteau sont montés des corps chauffants 22 et 24, qui échauffent de manière régulée l'air brassé par le ventilateur à l'intérieur du manteau pour l'amener à une température donnée à l'avance, régla- ble. Cet air, échauffé à l'intérieur du manteau 18, porte la paroi du caisson 12 à la température donnée à l'avance, ce qui maintient donc la température de la chambre cons- tante, à la valeur donnée. Le caisson externe 16 est entou- ré par une isolation thermique 26, afin d'assurer la constance désirée de la température dans le manteau d'air 18. Les corps chauffants 22 sont montés en dessous du plancher 28 du caisson 12, en contact externe conducteur de chaleur avec ce plancher. Les corps chauffants 24, éloi- gnés du caisson 12 et du caisson externe 16, sont disposés dans les parties verticales latérales et arrière du manteau d'air chaud 18, de sorte qu'ils n'échauffent que l'air as- cendant dans le manteau 18, sans produire un quelconque échauffement ponctuel du caisson 12. Dans l'espace utile 20, deux bacs en forme de cuvettes, réalisés en acier inoxydable, sont posés sur le plancher 28. Un bac sert de bac à eau 30 et contient une réserve d'eau 32. Les dimensions externes du bac à eau 30 correspondent essentiellement à la surface du plancher 28 qui se trouve ainsi entièrement recouvert par le bac 30 dont la réserve d'eau 32 présente donc une grande surface d'évaporation. Le bac à eau 30 présente en son milieu une dé- coupe, circulaire par exemple, délimitée par un bord verti- cal 34 du bac. A l'intérieur de cette découpe est placé un second bac de forme correspondante, servant de bac à con- densat 36. Le bord 38 du bac 36 est plus haut que le bord interne du bac à eau 30, il est en haut rabattu vers l'ex- térieur, de manière à former un bord égouttoir 40 descen- dant vers l'intérieur et vers l'extérieur. Lorsque le bac à condensat 36 est introduit dans la découpe centrale du bac à eau 30, ce bord égouttoir 40 vient recouvrir le bord in- terne 34 du bac 30. Comme le bord 38 du bac à condensat 36 est plus haut que le bord 34 du bac à eau 30, le bac à con- densat 36, malgré son bord égoutteur 40 en prise par le haut repose sans obstacle sur le plancher 28 du caisson 12. Le bord 38 du bac à condensat 36 a une forme telle qu'il est en contact étroit, à sa partie supérieure 42, avec le bord interne 34 du bac à eau 30. La zone o le bord supé- rieur 42 et le bord interne 34 sont en contact étroit sert de pare- vapeur empêchant que l'atmosphère de la chambre de production, à humidité élevée, vienne en contact avec la partie refroidie du plancher du caisson 12. Les corps chauffants 22 sont placés dans la zone du plancher 28 du caisson 12 dans laquelle le bac à eau 30 repose sur le plancher 28. Etant donné que le plan- cher 28 du caisson 12, comme le fond du bac 30, sont plans, il existe entre eux sur une grande surface un contact con- ducteur de la chaleur, de sorte que les corps chauffants 22 chauffent indirectement la réserve d'eau 32 contenue dans le bac 30, par l'intermédiaire du plancher 38 et du bac à eau 30. Il n'existe aucun corps chauffant sous le plan- cher 28, dans la zone de la découpe centrale du bac à eau 30. Dans cette zone se trouve un puits 46, situé en dessous de la face externe du plancher 28 et traversant le manteau d'air 18, l'isolation thermique 26 et le boîtier 10 vers l'extérieur. La section du puits 46 correspond en forme et en dimensions essentiellement à la surface par laquelle le bac à condensat 36 repose sur le plancher 28 du caisson 12. A travers le puits 46, de l'air extérieur est amené au con- tact du plancher 28 du caisson 12, dans la zone o le bac à condensat 36 est posé. Pour améliorer l'échange thermique entre le plancher 28 et l'air extérieur, un ventilateur 48 est avantageusement monté à l'entrée de l'air dans le puits et refoule l'air externe vers le plancher 28, dans une gaine de guidage 50 coaxiale au puits 46. L'air ressort à l'extérieur, comme l'indiquent les flèches de la figure 1, en traversant la fente annulaire séparant le puits 46 et la gaine d'air 50, ainsi que des fentes de sortie d'air 52 prévues dans le boîtier 10. Il L'armoire de culture fonctionne comme suit. Dans l'espace utile 20, on place le bac à eau 30 et le bac à condensat 32 et on verse une réserve d'eau 32 dans le bac 30. Dans le manteau d'air 18 se trouve une soufflante à air chaud qui envoie l'air vers le haut le long de la paroi du caisson 12, cet air s'échauffant sous l'action des corps chauffants 22 et 24, jusqu'à atteindre la valeur donnée de réglage de la température de la chambre. L'air amène la température de la paroi au niveau de celle de la chambre. Les corps chauffants sont commandés de manière à réguler, à travers le plancher 28 du caisson 12 et le bac , la température de la réserve d'eau 32 à une valeur sen- siblement égale ou légèrement supérieure à la température de la chambre. La conductibilité thermique du plancher 28 chauffé par les corps 22 fait que ce plancher s'échauffe également dans la zone o se trouve le bac à condensat 36. Cette zone est refroidie par l'air extérieur amené par le puits 46, de sorte que le bac à condensat 36 en contact conducteur avec cette zone a sa température régulée environ 3 degrés en dessous de la température de la chambre nourri- cière. Les bacs à eau 30 et à condensat 36 ne se touchant pas, il n'existe entre eux aucun échange thermique direct, de sorte que la différence de température entre les bacs est maintenue à la valeur donnée de réglage. Etant donné que la température de la réserve d'eau 32 est sensiblement égale ou peu supérieure à la tem- pérature de l'atmosphère de l'espace utile, l'eau s'évapore rapidement sur la grande surface d'évaporation de la ré- serve 32 et crée une humidité élevée dans la chambre 20. Le bac à condensat 36 étant maintenu à une température infé- rieure à celle de l'atmosphère de la chambre, cette tempé- rature du bac devient inférieure au point de rosée et la vapeur d'eau contenue dans l'atmosphère de la chambre se condense dans le bac 36 o se rassemble le condensat 54. Le bord égoutteur 40 garantit que le condensat qui se dépose sur le bord 36 s'égoutte soit dans le bac à condensat 36 soit dans le bac à eau 30, et non pas entre ces bacs pour tomber sur le plancher 28. La condensation de la vapeur d'eau dans le bac 36 a pour effet de déshumidifier l'atmo- sphère de l'espace utile au point que la température de la paroi du caisson 12 se trouve partout sûrement au-dessus du point de rosée. Une condensation sur la paroi du caisson 12 est donc parfaitement exclue. Le pare-vapeur constitué par le bord obturateur étanche 42 empêche que l'air de l'espace utile 20, avec son humidité élevée, vienne au contact de la zone du plancher 28 refroidie par l'air extérieur et s'y condense. R E V E N D I CATIONS 1) Armoire de culture comprenant un caisson chauffé par une enveloppe d'air et contenant un espace utile ou chambre à l'intérieur duquel, sur son plancher, est disposé un bac à eau qui peut être chauffé pour créer une humidité élevée dans l'atmosphère de la chambre, carac- térisée en ce que la température du bac à eau (30) est sen- siblement égale à celle de l'atmosphère de l'espace utile et que, sur le plancher (28) de cet espace, est placé au moins un bac à condensat (36) dont la surface constitue une surface de vaporisation du condensat collecté et qui main- tient ce condensat à une température inférieur à celle de l'espace utile. 2) Armoire de culture selon la revendication 1, caractérisée en ce que le bac à eau (30) et/ou le bac à condensat (36) sont formés dans le plancher (28) du caisson (12). 3) Armoire de culture selon la revendication 1, caractérisée en ce que le bac à eau (30) et/ou le bac à condensat (36) sont des cuvettes que l'on peut poser sur le plancher (28) du caisson (12) et qui sont en contact con- ducteur de la chaleur avec ce plancher. 4) Armoire de culture selon une des revendica- tions 1 à 3, caractérisée en ce que le bac à eau (30) peut être chauffé par des corps chauffants (22) disposés à l'ex- térieur, sous le plancher (28) du caisson (12) tandis que le bac à condensat (36) peut être refroidi par des moyens de refroidissement agissant à l'extérieur sur le plancher (28) du caisson (12). 5) Armoire de culture selon la revendication 4, caractérisée en ce que les moyens de refroidissement peu- vent être régulés. 6) Armoire de culture selon la revendication 4, caractérisée en ce que les moyens de refroidissement sont constitués par une amenée sur la zone du bac à condensat d'air froid venant de l'extérieur et dirigé vers le plan- cher (28) du caisson (12). 7) Armoire de culture selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'amenée d'air froid extérieur s'ef- fectue par l'intermédiaire d'un puits (46) traversant l'isolation thermique (26) de l'armoire. 8) Armoire de culture selon la revendication 7, caractérisée en ce que l'amenée d'air extérieur reçoit l'assistance d'un ventilateur (48). 9) Armoire de culture selon les revendications et 8, caractérisée en ce que le ventilateur (48) peut être commandé de manière à compenser la température de l'air extérieur. ) Armoire de culture selon la revendication 3, caractérisée en ce que le bac à eau (30) et le bac à condensat (36) sont des cuvettes séparées et isolées ther- miquement l'une de l'autre. 11) Armoire de culture selon la revendication , caractérisée en ce que le bac à eau (30) et le bac à condensat (36) reposent indépendamment l'un de l'autre sur le plancher (28) du caisson (12). 12) Armoire de culture selon la revendication 11, caractérisée en ce que le bac à condensat (36) est pla- cé dans une découpe du bac à eau et entouré par ce bac. 13) Armoire de culture selon la revendication 12, caractérisée en ce que le bac à condensat (36) présente un bord égouttoir en prise par-dessus avec le bord (34) du bac à eau. 14) Armoire de culture selon la revendication 13, caractérisée en ce que le bac à condensat est au con- * tact par au moins une partie (42) de son bord (38) avec le bord (34) du bac à eau (30) de manière à former un pare- vapeur. ) Armoire de culture selon l'une des revendi- cations précédentes, caractérisée en ce que le condensat (54) contenu dans le bac (36) est maintenu à une tempéra- ture inférieure d'environ 3 à celle de l'atmosphère de la pièce de production.