(57)【要約】  【課題】既存のガスボンベを不要にし、実験室のクリーン性を高め、コンタミネーションの防止を図ることが出来る培養装置を提供する。  【解決手段】培養装置１は、培養空間６を含む培養ユニット２とＣＯ２供給ユニット３で構成されており、特にＣＯ２供給ユニット部３は、主に炭素と空気の燃焼により生成されるＣＯ２ガスを調整し培養空間６に供給したものであり、ＣＯ２ガスボンベを用いてガス供給を行なうことがないので、高重量のＣＯ２ガスボンベへの取り替えや高圧容器の取り扱い、配管等の整備が不必要となり、そのため設置空間が不要となり、更に実験環境ボンベがないのでコンタミレーション防止が図れ、クリーン性が向上する。【選択図】図３
2006217806.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に培養空間を備えた筐体と、前記培養空間の環境をコントロールする環境創出手段と、前記環境創出手段の動作を制御する制御手段より培養ユニットを構成し、さらに前記培養空間へＣＯ２ガスを供給するＣＯ２ガス発生部と、前記ＣＯ２ガス生成量、あるいは前記培養空間内の温度などを制御する手段によりＣＯ２供給ユニットを構成し、前記培養ユニットおよびＣＯ２供給ユニットを連結した培養装置。
【請求項２】
前記ＣＯ２供給ユニットを、前記培養ユニットと別体とし、配管を介して両者を連結した請求項１に記載の培養装置。
【請求項３】
前記ＣＯ２供給ユニットを、前記培養ユニットと一体的に組付けた請求項１に記載の培養装置。
【請求項４】
前記ＣＯ２供給ユニットを、空気を利用して生成するようにした請求項１から３のいずれか一項に記載の培養装置。
【請求項５】
前記ＣＯ２供給ユニットを、空気導入口と、ポンプと、ＣＯ２発生部と、ガス庫内流入口と、それらを連結する配管と、ＣＯ２生成量を調整する制御手段より構成し、前記ＣＯ２発生部を、燃焼によりＣＯ２を発生させるようにした請求項１から４のいずれか一項に記載の培養装置。
【請求項６】
前記ＣＯ２供給ユニットの空気導入口を、大気または培養空間内空気を切り換え、使用空気を選択し、さらに、導入空気の流量調整ができるようにした請求項１から５のいずれか一項に記載の培養装置。
【請求項７】
前記ＣＯ２供給ユニットの空気導入口に、埃を除去するフィルタを着脱可能に設置した請求項１から６のいずれか一項に記載の培養装置。
【請求項８】
前記ＣＯ２供給ユニットのＣＯ２ガス発生部を、流入口と、燃焼炉と、流出口と、フィルタと、触媒と、予冷手段と、それらを連結する配管より構成し、ＣＯ２ガス発生のための燃料に固形炭素を用いた請求項１から７のいずれか一項に記載の培養装置。
【請求項９】
前記ＣＯ２供給ユニットのＣＯ２ガス発生部を、流入口と、燃焼炉と、流出口と、フィルタと、触媒と、予冷手段と、それらを連結する配管より構成し、前記ＣＯ２発生のための燃料に、エタノールなどの液化炭化水素を用いた請求項１から７のいずれか一項に記載の培養装置。
【請求項１０】
前記燃料を、容器に追加もしくは交換可能に設けた請求項８または９に記載の培養装置。
【請求項１１】
前記燃焼炉を、加熱手段と、燃料と、容器と、前記容器に構成された燃料搬入口と、安全装置より構成し、さらに前記加熱手段に電気ヒータを用いた請求項１から１０のいずれか一項に記載の培養装置。
【請求項１２】
前記燃焼炉の容器を、耐熱材料で構成した請求項８から１１のいずれか一項に記載の培養装置。
【請求項１３】
前記容器を構成している耐熱材料の周囲を、断熱材料にて覆った請求項１０から１２のいずれか一項に記載の培養装置。
【請求項１４】
前記燃焼炉の安全装置として、温度検知手段と、前記温度検知手段による検出信号によって前記ポンプや電気ヒータなどを制御する制御手段より構成した請求項８から１３のいずれか一項に記載の培養装置。
【請求項１５】
前記ＣＯ２発生部のフィルタを、着脱可能に設けた請求項８から１４のいずれか一項に記載の培養装置。
【請求項１６】
前記ＣＯ２発生部の予冷部を、前記空気導入口から燃焼炉までの配管と熱交換する構成とした請求項８から１５のいずれか一項に記載の培養装置。
【請求項１７】
前記ＣＯ２発生部の予冷部を、大気から空気を導入して熱交換する構成とした請求項８から１６のいずれか一項に記載の培養装置。
【請求項１８】
前記ＣＯ２発生部の予冷部を、前記配管を前記筐体に密着させ、筐体を利用して放熱させる構成とした請求項８から１７のいずれか一項に記載の培養装置。
【請求項１９】
前記ＣＯ２発生部の温度調節手段に、ペルチェ素子を用いた請求項１４から１８のいずれか一項に記載の培養装置。
【請求項２０】
前記ＣＯ２供給ユニットのガス庫内流入口に、温度検知手段を設置した請求項１から１９のいずれか一項に記載の培養装置。
【請求項２１】
前記ガス庫内流入口に設置されている温度検知手段が予め定められた所定温度以下を検知した場合、前記温度調節手段のペルチェ素子にて流入ガスを加温するようにした請求項１９または２０に記載の培養装置。
【請求項２２】
前記各部品を連結する配管の一部もしくは全体に抗菌材料を塗布もしくは添加した請求項１から２１のいずれか一項に記載の培養装置。
【請求項２３】
前記予冷部および予冷手段の近傍配管経路に、管内で生成された水を排水するための経路および排水口を設けた請求項８から２２のいずれか一項に記載の培養装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は細菌、細胞などを培養環境の温度・湿度・雰囲気ならびに培養液のＰＨを一定に保って培養する培養装置のＣＯ２ガス供給に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年のバイオ、再生医療関連の分野の発達に伴い、培養装置を使用して細胞を培養する作業が増加傾向にある。細胞の培養を促進するためには、それぞれの細胞に適した培養空間を整備する必要があり、培養空間内の温度制御、湿度制御、雰囲気制御を行なう培養装置が開発されている。
【０００３】
特に、培養条件としてＣＯ２（炭酸ガス・二酸化炭素）ガス濃度の厳格な濃度条件を要求する細胞培養を行なう場合には、温度制御及び湿度制御に加えて、培養空間内のＣＯ２ガス濃度を制御するものとしてＣＯ２インキュベータが用いられている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。
【０００４】
このＣＯ２ガスは、通常ＣＯ２ガスボンベに封入されたものを培養室内に供給するものであるので有限である。従って、ボンベが空になった場合は、ガス供給が停止して、環境条件が崩れ、培養中の細胞が死滅してしまうため、ＣＯ２が無くなる前にボンベを交換するか、もしくは予備のガスボンベを準備して置き、ガスの供給を切り換えるようにしている。
【０００５】
また、前述の補助ガス供給装置を、例えばＰＡＳ方式のガス発生器とすることにより、半永久的にガスを発生させることができ、主ガス供給源の主ガス供給源の主ガスボンベが空になった場合には、補助ガス供給装置に切り換えてガス供給を行う。
【特許文献１】特開昭６０−１４１２７９号公報
【特許文献２】特開平５−７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の培養装置のガス供給手段は、高圧容器に入ったＣＯ２ガスボンベであり、培養装置に隣接もしくは近辺に設置する、もしくは、大掛かりな配管を用いて遠方に設置する場合が多く、その設置スペース、設置作業、操作などの作業環境を勘案すると無視できない。
【０００７】
すなわち、研究者の通行や実験準備等の妨げになり、作業効率、研究効率が低下することがあり得る。また、ボンベ自体は輸送等における雑菌などに対して何らかの対策を講じていないことが多く、これは実験室内にコンタミネーションなどの原因となる雑菌やほこりを供給している可能性がある。さらに、ボンベや配管などには埃が蓄積する可能性が高く、これによってもコンタミレーションの危険性がある。
【０００８】
さらに、高圧容器のため、安全に係る対応が必要であり、またその取り扱いも容器自身が重いため、簡単に対応はできない。また、補助ボンベをＰＡＳ方式としても、ＣＯ２ガスが大量に必要になった場合や急に必要になった場合は、吸着と放出能力・スピードに限界がありＣＯ２供給が要求に到達しない。
【０００９】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、ＣＯ２供給手段として燃焼を利用してＣＯ２を生成し、それを培養空間のガス濃度を調整しながら供給することにより、実験、研究別に培養空間の容量やガス種類を任意に組み合わせることが可能になることから、最適な実験、培養空間を提供できると共に、既存のガスボンベを不要にし、実験室のクリーン性を高め、コンタミネーションの防止を図ることが出来る培養装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記従来の課題を解決するために本発明の培養装置は、培養空間を含む培養ユニットとＣＯ２供給ユニットを備え、特にＣＯ２供給ユニット部は、主に炭素と空気の燃焼により生成されるＣＯ２ガスを調整し、培養空間内に供給したものである。
【００１１】
これによって、ＣＯ２ガスボンベを用いてガス供給を行なうことがないので、高重量のＣＯ２ガスボンベへの取り替えや高圧容器の取り扱い、配管等の整備が不必要となり、そのため設置空間が不要となり、さらに実験環境ボンベがないのでコンタミレーション防止が図れ、クリーン性が向上する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の培養装置は、培養空間内に流入させるＣＯ２に関して、ＣＯ２ガスボンベを不要にし、培養容量やガス種類を任意に選択でき、さらにコンタミレーション防止が図れる培養装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
請求項１に記載の発明は、内部に培養空間を備えた筐体と、前記培養空間の環境をコントロールする環境創出手段と、前記環境創出手段の動作を制御する制御手段より培養ユニットを構成し、さらに前記培養空間へＣＯ２ガスを供給するＣＯ２ガス発生部と、前記ＣＯ２ガス生成量、あるいは前記培養空間内の温度などを制御する手段によりＣＯ２供給ユニットを構成し、前記培養ユニットおよびＣＯ２供給ユニットを連結したものである。
【００１４】
かかる構成とすることにより、ＣＯ２ガスを封入した大容積のＣＯ２ガスボンベが不要となり、ＣＯ２ガスの供給に際し、研究、実験内容に応じた任意のガス容量やガスの種類を組み合わせて選ぶことができ、それにより作業環境の改善がはかれ、省スペース化、実験室のクリーン性向上、コンタミネーションの予防ができ、培養作業効率が向上する。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、前記ＣＯ２供給ユニットを、前記培養ユニットと別体とし、配管を介して両者を連結したもので、前記ＣＯ２供給ユニットを培養ユニットと別体とすることにより、限られた作業空間を分割してユニット別に設置することができ、限られた空間に対して任意に配置が可能となり、さらに省スペース化、空間の有効活用化がはかれるものである。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、前記ＣＯ２供給ユニットを、前記培養ユニットと一体的に組付けたもので、ユニット間などを接続する配管が不要となり、配管からのガス漏れ等が低減し、低コスト化、安全性の向上、設定作業の効率化をはかることができる。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、前記ＣＯ２供給ユニットを、空気を利用して生成するようにしたもので、装置外の空気や培養空間内の空気を取り入れてＣＯ２濃度を調整することにより省資源化がはかれるものである。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、前記ＣＯ２供給ユニットを、空気導入口と、ポンプと、ＣＯ２発生部と、ガス庫内流入口と、それらを連結する配管と、ＣＯ２生成量を調整する制御手段より構成し、前記ＣＯ２発生部を、燃焼によりＣＯ２を発生させるようにしたもので、前記ＣＯ２発生部は、燃焼反応によりＣＯ２を生成するため、無限に近い大気中の空気を利用することができ、その結果、省資源化がはかれるものである。
【００１９】
請求項６に記載の発明は、前記ＣＯ２供給ユニットの空気導入口を、大気または培養空間内空気を切り換え、使用空気を選択し、さらに、導入空気の流量調整ができるようにしたもので、前記培養空間と大気のどちらかの空気を取り入れるか、もしくは流量調整が選択できるため、前記培養空間内を適正なＣＯ２濃度にするようにＣＯ２ガスの流量調整ができる。
【００２０】
請求項７に記載の発明は、前記ＣＯ２供給ユニットの空気導入口に、埃を除去するフィルタを着脱可能に設置したもので、大気中の埃が燃焼炉に入ることを防止でき、その結果、ガス純度が高く、ＮＯＸなどの不純物の生成も抑えることができ、さらに着脱可能としたことにより、フィルタの取り替え、清掃が容易にでき、装置の信頼性を向上させることができる。
【００２１】
請求項８に記載の発明は、前記ＣＯ２供給ユニットのＣＯ２ガス発生部を、流入口と、燃焼炉と、流出口と、フィルタと、触媒と、予冷手段と、それらを連結する配管より構成し、ＣＯ２ガス発生のための燃料に固形炭素を用いたものである。
【００２２】
したがって、燃焼炉で空気中のＯ２と燃焼させＣＯ２を生成する場合に、固形燃料であることから、燃料の持ち運びが容易になり、また低コスト化がはかれるものである。
【００２３】
請求項９に記載の発明は、前記ＣＯ２供給ユニットのＣＯ２ガス発生部を、流入口と、燃焼炉と、流出口と、フィルタと、触媒と、予冷手段と、それらを連結する配管より構成し、前記ＣＯ２発生のための燃料に、エタノールなどの液化炭化水素を用いたもので、ＣＯ２発生時には、炭化水素と空気中のＯ２の燃焼によりＣＯ２と水を生成し、その生成した水を除去し、ＣＯ２を抽出することにより容器による運搬、持ち運びが可能となり、燃料の注入作業を簡単化し、清潔に実験を行なうことができる。
【００２４】
請求項１０に記載の発明は、前記燃料を、容器に追加もしくは交換可能に設けたもので、燃料を交換可能とすることにより、実験に必要な量だけ燃焼炉に入れ、燃焼させることができ、容器が小型化できる。また、ユニット自体も小型化でき、さらに必要性だけ注入すれば、省資源化できるものである。
【００２５】
請求項１１に記載の発明は、前記燃焼炉を、加熱手段と、燃料と、容器と、前記容器に構成された燃料搬入口と、安全装置より構成し、さらに前記加熱手段に電気ヒータを用いたもので、加熱手段である電気ヒータへの印加電圧を可変させることにより、燃焼温度のコントロールができ、温度制御が容易となるものである。
【００２６】
請求項１２に記載の発明は、前記燃焼炉の容器を、耐熱材料で構成したもので、耐熱性材料で構成することにより、機器の安全性が向上するものである。
【００２７】
請求項１３に記載の発明は、前記容器を構成している耐熱材料の周囲を、断熱材料にて覆ったもので、容器を効率よく高温状態することができ、また、均温化することができ、燃焼効率の向上により、省エネがはかれると同時に、その周囲の機器、部品の安全性が確保できるものである。
【００２８】
請求項１４に記載の発明は、前記燃焼炉の安全装置として、温度検知手段と、前記温度検知手段による検出信号によって前記ポンプや電気ヒータなどを制御する制御手段より構成したものである。
【００２９】
かかる構成により、前記燃焼炉の動作中において、所定温度範囲のみポンプを動作させ、また、所定温度以上になると電気ヒータを停止させることにより、機器の安全性が向上するものである。
【００３０】
請求項１５に記載の発明は、前記ＣＯ２発生部のフィルタを、着脱可能に設けたもので、燃焼による不純物をフィルタに付着させるため、フィルタ通過後の生成ガスがクリーンな状態となり、またフィルタ自体を取替えることが可能となるため、生成ガスの純度が確保でき、また装置の定期点検、取替え、清掃が可能となる。
【００３１】
請求項１６に記載の発明は、前記ＣＯ２発生部の予冷部を、前記空気導入口から燃焼炉までの配管と熱交換する構成としたもので、かかる構成とすることにより、燃焼炉から流出された高温空気と、大気からの導入空気もしくは培養空間の低温空間を熱交換させることができ、したがって、燃焼後の生成ガスの温度を低下させることと同様に、ＣＯ２発生部に供給する空気の温度を予め上昇させることができ、この作用は、省エネになり、また、燃焼効率の向上に寄与できるものである。
【００３２】
請求項１７に記載の発明は、前記ＣＯ２発生部の予冷部を、大気から空気を導入して熱交換する構成としたもので、前記生成ガスを空冷により冷却することができ、信頼性が向上するものである。
【００３３】
請求項１８に記載の発明は、前記ＣＯ２発生部の予冷部を、前記配管を前記筐体に密着させ、筐体を利用して放熱させる構成としたもので、かかる構成により、筐体の熱伝導や輻射を利用して放熱を促進させること可能となり、小型化、省エネ、エネルギー効率の向上がはかれるものである。
【００３４】
請求項１９に記載の発明は、前記ＣＯ２発生部の温度調節手段に、ペルチェ素子を用いたものである。
【００３５】
かかる構成により、ＣＯ２発生部の予冷をペルチェ冷却にて行なえ、大気より低い冷気を作り出すことが可能となり、供給ガスに対する冷却スピードが向上するとともに冷却量の微調節が可能となり、精度の高い温度調整が可能となる。
【００３６】
請求項２０に記載の発明は、前記ＣＯ２供給ユニットのガス庫内流入口に、温度検知手段を設置したもので、かかる構成により、ガス流入温度が所定温度以上なら冷却手段を動作させ、生成ガスを冷却し、もし、所定温度以上になれば実験者に報知することになり培養空間の安全性、信頼性を向上させることができる。
【００３７】
請求項２１に記載の発明は、前記ガス庫内流入口に設置されている温度検知手段が予め定められた所定温度以下を検知した場合、前記温度調節手段のペルチェ素子にて流入ガスを加温するようにしたものである。
【００３８】
かかる構成とすることにより、前記温度検知手段が予め定められた所定温度以下を検知した場合、ペルチェモジュールに印加する電圧をゼロ、もしくは逆電圧を印加して加温手段とすることにより、ガス流入温度が所定温度以上なら冷却、ある範囲内なら電圧ゼロ、所定温度以上なら電圧を反転して過熱させる制御が可能となる。
【００３９】
請求項２２に記載の発明は、前記各部品を連結する配管の一部もしくは全体に抗菌材料を塗布もしくは添加したもので、配管の一部もしくが全体の抗菌処理により、配管内に侵入した細菌等を殺菌、滅菌することができ、培養空間に対してクリーン性を向上させて信頼性を向上させることができる。
【００４０】
請求項２３に記載の発明は、前記予冷部および予冷手段の近傍配管経路に、管内で生成された水を排水するための経路および排水口を設けたもので、予冷手段で結露した水を庫外に排水することにより、結露水による配管の閉塞を防止し、信頼性を向上させることができる。
【００４１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。
【００４２】
（実施の形態１）
本実施の形態においては、別体化した培養ユニットとＣＯ２供給ユニットにより、培養装置を構成した場合について説明する。
【００４３】
図１は、本発明の実施の形態１における培養装置の外観図を示すものであり、また、図２は、同実施の形態における培養装置の概略構成図、図３は、同実施の形態におけるＣＯ２供給ユニットのシステム構成図、図４は、同実施の形態における培養装置の制御ブロック図である。
【００４４】
図１乃至図４において、培養装置１は、培養ユニット２と、ＣＯ２供給ユニット３で構成されている。
【００４５】
培養ユニット２の内部に設けられた細胞等を培養するための培養空間６は、断熱箱からなる筐体４と、断熱性を有する扉５で囲まれている。培養空間６の内部には、細胞を培養するためのシャーレ等の培養容器８を載せることが可能なトレイ８、および培養空間６の乾燥を防止するために、培養空間の底面に滅菌水を入れた水盤９、さらに、培養空間６内の環境を均一化するために、培養空間６内の空気を攪拌するファン１０等が設置されている。
【００４６】
また、培養空間６内には、その室内の温度を検出するサーミスタ等の庫内温度検知手段１１が設けられており、この庫内温度検知手段１１の検出温度に応じて電気ヒータなどの加熱手段１５やペルチェ効果を利用した冷却手段１４を制御し、培養空間６内の温度環境条件を調整する。
【００４７】
このように、培養ユニット２は、培養空間６全体としても培養目的にあった最適な環境が作り出せるように冷却手段１４あるいは加熱手段１５等からなる環境創出手段および制御機能を備えている。加熱手段１５および冷却手段１４は、いずれも周知の構成でよいため詳細な説明は省略する。
【００４８】
また、本実施の形態における培養装置１は、培養ユニット２とは別にＣＯ２供給ユニット３を備えている。このＣＯ２供給ユニット３は、再生医療、体外受精などの分野で使われるヒト（人）細胞や動物細胞などの培養を行なう場合に必要なＣＯ２を発生させ、培養空間６へ供給するユニットであり、ＣＯ２供給ユニット３と培養ユニット２間は、接続配管１６、１６ａで接続されている。配管１６は、ＣＯ２取込み用の配管で、前記ＣＯ２ガスの生成に必要な空気の導入を制御するための電磁弁が設置されている。本実施の形態においては、培養ユニット２側およびＣＯ２供給ユニット３側にそれぞれ電磁弁１７ａ、１７ｂを設け、電磁弁１７ａを開放することにより、培養空間６内の空気が、また電磁弁１７ｂを開放することにより、空気導入口２４から大気の空気がＣＯ２供給ユニット３へ導入される構成としている。また接続配管１６ａは、ＣＯ２供給ユニット３で生成されたＣＯ２ガスを培養空間６へ供給する供給用の配管で、前記ＣＯ２ガスの培養空間６への供給量を制御・調整する電磁弁１７ｃが設けられている。
【００４９】
さらに、ＣＯ２供給ユニット３の表面には、これらのＣＯ２発生状態を研究者に認識させるための運転状態を表示する運転表示手段１８およびＣＯ２発生のための燃料２７を供給ユニットに注入するための注入口１９が設けられている。
【００５０】
図２に示す如く培養空間６内の環境制御は、培養空間６内に設けたガス濃度検知手段１３により、培養空間６内にガス濃度を検出し、その濃度低下あるいは規定値維持の検出に応じて接続配管１６ａに設けた電磁弁１７ｃを開閉制御し、培養空間６の空質環境を調整する。
【００５１】
また、培養ユニット２およびＣＯ２供給ユニット３の間には、それぞれに設けた制御手段（以下、培養制御手段と称す）２０、制御手段（以下、ＣＯ２生成制御手段と称す）２１が各々の制御内容を連携させるために回線接続部２２が設けられている。
【００５２】
ＣＯ２供給ユニット３は、筐体表面に、運転表示手段１８および燃料搬入口１９のほかに、培養空間６の空室環境条件等を設定するための操作部（図示せず）が設けられている。さらに、図３に示す如く、純度の高いＣＯ２を生成するために、空気導入口２４と、埃除去のための着脱可能なフィルタ４４と、ポンプ２５と、燃焼炉２６、およびすすなどの不純物を除去する着脱可能なフィルタ３０と、触媒３１と、予冷部３６と、予冷手段３２と、生成ガス流出口４０と、それらを連結する配管３７と、予冷部３６あるいは予冷手段３２で結露した水を排水するための排水配管４１と、排水配管４１の先端に設けられた排水口４２と、前述のＣＯ２ガスの生成に要する空気を導入する電磁弁１７ａ、１７ｂと、空気と炭素との燃焼反応温度を検知するために燃焼炉２６に設けた燃焼炉ガス温度検知手段５０と、不完全燃焼により生成されるＣＯをＣＯ２に還元するための触媒３１の反応温度を検知するための温度検知手段５１と、培養ユニット２に供給する生成ガスの温度を検出する生成ガス温度検知手段５２を設けている。
【００５３】
燃焼炉２６は、外郭がタングステンなどの金属、セラミックやグラファイトなどの耐熱材料で構成されており、燃料搬入口１９からの燃料２７と燃焼炉２６を加熱するための燃焼炉用ヒータ２８、燃焼炉２６の周囲を覆う断熱材２９で構成されている。
【００５４】
また、培養ユニット２には、図４に示す如く庫内温度検知手段１１、庫内湿度検知手段１２、庫内ガス濃度検知手段１３、そして、庫内環境設定手段６１からの信号を入力信号とする前述の培養制御手段２０が設けられている。
【００５５】
培養制御手段２０は、マイクロコンピュータを含む回路構成であり、各検知手段１１、１２、１３と環境設定手段からの信号を演算、記憶、出力処理を行なう。また、培養制御手段２０は、培養ユニット２に設けられた庫内温度、湿度を調整する冷却手段１４、加熱手段１５、庫内を攪拌するためのファン１０、ＣＯ２ガスの流入を調整する電磁弁１７ｃの運転を制御する。これにより、培養空間６の環境を、研究者の考える培養環境に適した状態に作り出す。
【００５６】
さらに、ＣＯ２供給ユニット３には、図３に示す如く燃焼炉ガス温度検知手段５０、触媒温度検知手段５１、生成ガス温度検知手段５２からの信号を入力信号とするＣＯ２生成制御手段２１が設けられている。
【００５７】
ＣＯ２生成制御手段２１は、培養制御手段２０と同様にマイクロコンピュータを含む回路構成であり、各検知手段５０、５１、５２からの入力信号を演算、記憶し、出力処理する。また、ＣＯ２生成制御手段２１からの出力部として、培養空間６もしくは大気から空気を導入するためのポンプ２５、燃焼炉用ヒータ２８、触媒用ヒータ３３、予冷もしくは予加熱を行なう予冷手段３２、電磁弁１７ａ、１７ｂを、設定値との状況により動作させる。これにより、培養空間６に供給するためのＣＯ２を発生させ、かつ供給を調整することが可能となる。
【００５８】
また、培養ユニット２とＣＯ２供給ユニット３は、連携して動作する必要があり、したがって、培養制御手段２０、ＣＯ２生成制御手段２１も入出力を連携する必要があるため、前記両者間には相互の回線を接続する回線接続部２２が設けられている。
【００５９】
さらに、培養ユニット２には、培養空間６を任意の環境に設定するための庫内環境調整手段６１と、培養空間６の状態を把握するための庫内環境表示手段６２が設けられている。
【００６０】
以上のように構成された培養装置について、以下その動作、作用を説明する。
【００６１】
まず、培養装置１の培養空間６内に、培養を目的とした細菌や組織などを培養容器８に設置している場合、培養中には、培養空間６の環境条件を調整する必要がある。特に人間や動物細胞などは厳密な培養環境が必要であり、その環境条件として、一般的には、温度が３７℃前後、相対湿度が９０％以上、ＣＯ２濃度が５％で、無菌の状態が好ましいとされている。
【００６２】
そのため、培養空間６の温度調整とは別にＣＯ２濃度を調整しなければならない。ＣＯ２は大気中には、０．０４％程度しか存在せず、何らかの方法でＣＯ２を供給しないとＣＯ２濃度が濃縮できない。そこで、高濃度のＣＯ２ガスを培養空間６に充填する必要があり、ＣＯ２供給ユニット３によりＣＯ２を生成し、培養空間６に供給する。
【００６３】
次に、ＣＯ２ガスの培養空間６への供給制御について図３を中心に説明する。
【００６４】
まず、１７ｂを開放し、同時もしくは略同時にポンプ２５を駆動して空気導入口２４から装置外の大気を取り込む操作を行う。大気からの空気に替えて電磁弁１７ａを開放し、培養空間６内の空気を取り込むようにしてもよい。このとき、埃などの不純物は、着脱可能なフィルタ４４によって燃焼炉２６に入らないように濾過され、燃焼炉２６には、クリーンな空気が供給される。また、燃焼炉２６には、燃料搬入口１９により燃料２７として固形炭素が投入される。
【００６５】
そこで、例えば電気ヒータなどの燃焼炉用ヒータ２８により、燃焼炉２６の温度を４５０℃〜６５０℃程度に加熱する。燃焼炉２６は、タングステンなどの金属やセラミックなどの耐熱性材料を用いた容器で構成され、また、その外郭が、安全性、燃焼効率を向上させるためにガラスウールなどの断熱材２９で覆われているため、燃焼炉２６の中は非常に高温になる。これにより、大気などから導入された空気に含まれる酸素と燃焼の炭素が燃焼反応を起こし、ＣＯ２が生成される。
【００６６】
生成されたＣＯ２ガスは、すすなどの不純物を除去するための着脱可能なフィルタ３０を通り、さらに、燃焼炉２６に設けた、不完全燃焼により生成されたＣＯをＣＯ２にするための、例えば白金や鉄などで構成されている触媒３１を通過することにより、ＣＯをＣＯ２に還元する。このとき、触媒３１は高温度が必要な場合もあり、その場合は触媒用ヒータ３３によって加熱が付加される。
【００６７】
次に生成された比較的高温のＣＯ２ガスは、冷却する必要がある。そのために、触媒３１通過後の配管には、何らの方法で冷却する予冷部３６もしくは予冷手段３２を設けている。本実施の形態においては、例えば、ポンプ２５を通過した燃焼前の配管部３６ａと触媒３１通過後の配管部３６ｂを密着させた熱交換作用を成す予冷部３６を設けることにより、高温側と低温側を熱交換させることができる。これにより燃焼炉２６へ流入する前の空気は予熱され、触媒３１通過後の高温ＣＯ２ガスは冷却される。
【００６８】
これにより、エネルギー効率が大幅に向上する。このとき、生成ガス流出口４０の温度は、生成ガス温度検知手段５２により逐次計測されており、この温度を基に必要に応じてペルチェ効果などを用いた予冷手段３２により冷却あるいは加熱される。
【００６９】
以上の制御により、生成ガスを適温に調整することができる。
【００７０】
そして、培養空間６のＣＯ２濃度の状況により電磁弁１７ｃを開閉動作することにより、培養空間６にＣＯ２ガスを供給する。また、予冷部３６もしくは予冷手段３２で発生した結露水は、予冷部３６、予冷手段３２の下流側に設けた排水管４１を介して排水口４２より排水するため、管内で結露水がたまり、管路内を閉塞することを防止している。
【００７１】
また、燃焼炉２６や触媒３１、精製ガスが培養空間６に流れる温度は予め、使用者により庫内環境調整手段６１により設定され、庫内環境表示手段６２により確認できる。もし燃焼炉２６が予め設定されていた温度、例えば７００℃を越えたとき、燃焼炉ガス温度検知手段５０により検知し、入力信号がＣＯ２生成制御手段２１に送られ演算し、例えば、燃焼炉用ヒータ２８が停止、電磁弁１７ｂ（あるいは電磁弁１７ａ）を閉にする。これらは、触媒温度検知手段５１、生成ガス温度検知手段５２からの信号によっても同様な制御が行なわれる。
【００７２】
なお、各要素を連結する配管部３６ａ、３６ｂおよび配管３７、排水管４１等については、銅や銀などの抗菌材料を塗布もしくは添加しておくことが望ましい。
【００７３】
また、燃焼炉２６に投入される燃料２７は、固形炭素としたが、エタノールなどの液体炭化水素でもよい。この場合、容器等で簡単に持ち運びでき、また、燃焼炉２６に簡単に注入することができ、また、それにより燃料搬入口１９を小さくできる。さらに、液体のため伝熱効率がよく、燃焼に対するエネルギー効率がよい。特に、燃焼炉２６内部の液体を攪拌やバブリングすることにより、燃焼効率がさらに向上する。また、生成する水については排水管や吸湿材を用いることにより対応できる。
【００７４】
なお、予冷部３６は、大気の空気の熱交換でもよい。この場合、ファンなどを用いることにより熱交換能力を調整することができる。
【００７５】
また、予冷部３６は、燃焼後の配管を筐体に密着もしくは、貼り付けることにより筐体を使い大気と熱交換を行なってもよい。この場合、筐体全体を使い、熱交換できることにより簡単にかつ安価に生成ガスを冷却することができる。
【００７６】
以上のように、本実施の形態における培養装置は、培養ユニット２とＣＯ２供給ユニット３を別体にして、ＣＯ２供給ユニット３において外気もしくは培養空間６から空気を取り込み、燃焼炉２６において予め投入されている固形炭素と空気中の酸素を燃焼加熱し、燃焼反応によりＣＯ２ガスを生成し、その生成ガスを、フィルタ３０により不純物を取り除いた状態で高温ガス化し、さらにそのＣＯ２ガスを冷却し、培養ユニット２内に設けた培養空間６に供給することにより、高圧のＣＯ２ガスボンベが不要となり、埃の堆積によるコンタミレーションの防止を行い、省資源化、コンパクト化、設置自由度の増加をはかることができる。
【００７７】
なお、培養ユニット２とＣＯ２供給ユニット３は、別体に限らず、一体化構成としてもよい。この場合、接続配管１６が不要となり、配管接続不備に起因する漏れの可能性がなくなりまた、よりコンパクトにできる。また、各制御手段も一体化でき、ＣＯ２ガス生成に要する電磁弁等の個数の削減もできる。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
以上のように、本発明にかかる培養装置は、生物、化学などの理化学実験や再生医療などの基礎実験、臨床実験等に使用することができ、さらに家庭用としても貯蔵庫内における食品の発酵制御に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の実施の形態１における培養装置の外観図
【図２】同実施の形態における培養装置の概略構成図
【図３】同実施の形態におけるＣＯ２供給ユニットのシステム構成図
【図４】同実施の形態における培養装置の制御ブロック図
【符号の説明】
【００８０】
１    培養装置
２    培養ユニット
３    ＣＯ２供給ユニット
４    筐体
５    扉
６    培養空間
１１  庫内温度検知手段
１２  庫内湿度検知手段
１３  ガス濃度検知手段
１４  冷却手段
１５  加熱手段
１６  接続配管
１７ａ  電磁弁
１７ｂ  電磁弁
１７ｃ  電磁弁
１８  運転表示手段
１９  燃料搬入口
２０  培養制御手段
２１  ＣＯ２生成制御手段
２４  空気導入口
２５  ポンプ
２６  燃焼炉
２７  燃料
２８  燃焼炉用ヒータ
２９  断熱材
３０  フィルタ
３１  触媒
３２  予冷手段
３３  触媒用ヒータ
３６  予冷部
３７  配管
４０  生成ガス流出口
４１  排水管
４２  排水口
４４  フィルタ
５０  燃焼炉ガス温度検知手段
５１  触媒温度検知手段
５２  生成ガス温度検知手段
６１  庫内環境調整手段
６２  庫内環境表示手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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