(57)【要約】  【課題】培養空間内の温度変動を抑制するとともに、均一化した精密な温度制御が可能となる信頼性が高く、かつ温度、湿度、ＣＯ２（炭酸ガス・二酸化炭素）ガス濃度を個別に管理でき、小型で加熱と冷却の両方の機能を有する培養装置を提供する。  【解決手段】温調装置９は熱電変換デバイス１０と、放熱側熱交換手段１１と、吸熱側熱交換手段１２とから構成され、断熱筐体の外板２または内板３が放熱側熱交換手段１１または吸熱側熱交換手段１２を兼ねるので、内板３で囲われた培養空間６全体を加熱または冷却でき、培養空間６を均一な温度にできる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
断熱性を有し、かつ一面に開口部を設けた筐体と、前記筐体の内側に形成され、かつ前記開口部に臨む培養空間と、前記開口部を開閉自在に塞ぐ外扉と、前記培養空間内を所定の環境に維持させる温調装置で構成される培養装置において、前記温調装置は少なくとも放熱面と吸熱面とを有する熱電変換デバイスと、前記放熱面と熱的に接続されて前記放熱面と熱交換する放熱側熱交換手段と、前記吸熱面と熱的に接続されて前記吸熱面と熱交換する吸熱側熱交換手段とから構成され、前記筐体の外郭材または内郭材の少なくとも一方を前記放熱側熱交換手段または前記吸熱側熱交換手段と熱的に接続した培養装置。
【請求項２】
前記放熱側熱交換手段または吸熱側熱交換手段の少なくとも一方を、熱電変換デバイスとの接合面と反対側に空気と熱交換するための複数のフィンを備えたヒートシンクとした請求項１に記載の培養装置。
【請求項３】
前記放熱側熱交換手段または吸熱側熱交換手段の少なくとも一方を、内部を液体が流れる熱交換器とした請求項１に記載の培養装置。
【請求項４】
前記放熱側熱交換手段または吸熱側熱交換手段の少なくとも一方を、ヒートパイプより構成した請求項１に記載の培養装置。
【請求項５】
前記放熱側熱交換手段と吸熱側熱交換手段の少なくとも一方に、熱交換促進用の送風手段を設置した請求項１から４のいずれか一項に記載の培養装置。
【請求項６】
前記筐体の断熱性を維持する断熱材の少なくとも一部に、非通気性の外被材と、前記外被材内に収容された断熱性を有する芯材からなり、前記外被材内部が減圧状態に保たれた真空断熱材を使用した請求項１から５のいずれか一項に記載の培養装置。
【請求項７】
請求項１から６に記載の培養装置を複数配置し、個々の前記培養装置における制御を集中して行う集中制御装置を設けた培養装置。
【請求項８】
前記培養装置を集積配置した請求項７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際に用いられる培養装置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動物系細胞の培養を行なう場合には、前記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１参照）。
【０００４】
また、培養装置を使用する研究者によって、培養目的がさまざまであるため、培養環境や条件は必ずしも同じではない。また、同一の研究者でも同一の細胞で培養条件を変えて確認する場合もある。
【０００５】
このように、細胞の培養研究においては、さまざまな条件での研究が行われるため、一概に大型の培養装置では扱い難いものであった。さらには、培養工程において冷却機能を必要とする研究もされはじめている。
【０００６】
したがって、温度、湿度、ＣＯ２（炭酸ガス・二酸化炭素）ガス濃度等の培養空間環境を個別に管理でき、かつ小型で加熱と冷却が可能な培養装置が望まれてきている。
【特許文献１】特開平５−２２７９４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の培養装置は、培養空間環境を維持する場合の加熱手段として、断熱箱体に電気ヒータと循環ファンを取り付け、培養空間内に設けた温度センサの検知値により電気ヒータのＯＮ／ＯＦＦ制御を行っているので、急激な温度変動が生じてしまい、培養空間内の温度を均一化して精密な温度制御を行うことが困難であった。また、培養空間内の温度を外気温度より低く設定したいときは、別途冷却装置等を設置する必要があり、装置として大掛かりなものになってしまうという欠点があった。
【０００８】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、小型かつ軽量で、また静音設計が可能であるという特長を持つ熱電変換デバイスを使用した培養装置を提供するものである。さらに、携帯性（小型、軽量）、省スペース性を可能とし、培養空間内の温度変動を抑制するとともに、均一化した精密な温度制御が可能で信頼性が高く、かつ温度、湿度、ＣＯ２（炭酸ガス・二酸化炭素）ガス濃度等の培養空間環境を個別に管理でき、小型で加熱と冷却の両方の機能を有する培養装置を提供することを目的とする。
【０００９】
ここで熱電変換デバイスとは、ペルチェ（Ｐｅｌｔｉｅｒ）モジュール、サーモモジュール、又は熱電子チップ、熱電素子として知られているものであり、二つの伝熱面を有し、電流を流す（所定の電圧をかける）ことにより一方の伝熱面が加熱され、他方の伝熱面が冷却される機能を持つ部材である。すなわち熱電変換デバイスでは、一方の面が放熱面として機能し、他方が吸熱面として機能する。
【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、断熱性を有し、かつ一面に開口部を設けた筐体と、前記筐体の内側に形成され、かつ前記開口部に臨む培養空間と、前記開口部を開閉自在に塞ぐ外扉と、前記培養空間内を所定の環境に維持させる温調装置で構成される培養装置において、前記温調装置は少なくとも放熱面と吸熱面とを有する熱電変換デバイスと、前記放熱面と熱的に接続されて前記放熱面と熱交換する放熱側熱交換手段と、前記吸熱面と熱的に接続されて前記吸熱面と熱交換する吸熱側熱交換手段とから構成され、前記筐体の外被材または内被材の少なくとも一方を前記放熱側熱交換手段または前記吸熱側熱交換手段と熱的に接続したものである。
【００１１】
これによって、前記培養空間を内被材を介して広範囲にわたり加熱または冷却することができるので、培養空間内温度の均一化がはかれる。また、前記筐体の外被材または内被材が放熱側熱交換手段または吸熱側熱交換手段の一部または全部を兼ねるため、コンパクトな温調装置で構成できるとともに、前記筐体の容積効率が向上するので、培養空間を有効に利用できる。
【００１２】
さらに、前記熱電変換デバイスは、従来の冷媒と圧縮機を利用した冷却装置に比べて大きな能力は確保できないものの、小型かつ軽量で、また静音設計が可能である。この特徴を生かして携帯性、省スペース性が実現できる。
【００１３】
また、熱電変換デバイスの特長を生かして、熱電変換デバイスの直流電源の極性を反転させることで同一空間内において加熱と冷却の両作用を自在に制御できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の培養装置は、培養空間内の温度変動を抑制するとともに、均一化した精密な温度制御が可能となり、信頼性が向上するとともに温度、湿度、ＣＯ２（炭酸ガス・二酸化炭素）ガス濃度等の培養空間環境を個別に管理でき、使い勝手のよい小型で加熱と冷却の両方の機能を有す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】
【００１５】
請求項１に記載の発明は、断熱性を有し、かつ一面に開口部を設けた筐体と、前記筐体の内側に形成され、かつ前記開口部に臨む培養空間と、前記開口部を開閉自在に塞ぐ外扉と、前記培養空間内を所定の環境に維持させる温調装置で構成される培養装置において、前記温調装置は少なくとも放熱面と吸熱面とを有する熱電変換デバイスと、前記放熱面と熱的に接続されて前記放熱面と熱交換する放熱側熱交換手段と、前記吸熱面と熱的に接続されて前記吸熱面と熱交換する吸熱側熱交換手段とから構成され、前記筐体の外郭材または内郭材の少なくとも一方を前記放熱側熱交換手段または前記吸熱側熱交換手段と熱的に接続したものである。
【００１６】
かかる構成とすることにより、前記放熱側熱交換手段または前記吸熱側熱交換手段からの放熱あるいは吸熱を、前記筐体を構成する内郭材を介して前記培養空間内へ放出することができ、その結果、前記培養空間内において広範囲にわたって放熱が行われ、前記培養空間を均一な温度にできる。また、前記外郭材あるいは内郭材が前記放熱側熱交換手段または吸熱側熱交換手段の一部または全部を兼ねているので、コンパクトな温調装置で構成できるとともに、容積効率が向上し、前記培養空間を有効に利用できる。
【００１７】
さらに、前記熱電変換デバイスの特性である小型かつ軽量で、また静音設計が可能であることを活かして携帯性、省スペース性が可能な培養装置が実現できる。
【００１８】
また、熱電変換デバイスの特性を活かして、熱電変換デバイスの直流電源の極性を反転させることで同一空間内において加熱と冷却の両作用が自在に制御できるため、制御設計も容易となる。
【００１９】
請求項２に記載の発明は、前記放熱側熱交換手段または吸熱側熱交換手段の少なくとも一方を、熱電変換デバイスとの接合面と反対側に空気と熱交換するための複数のフィンを備えたヒートシンクとしたものである。
【００２０】
かかる構成とすることにより、気流と熱交換する機能が追加され、熱交換効率が向上し、したがって、加熱または冷却性能の向上に起因して一層安定した培養空間環境が形成できるものである。
【００２１】
請求項３に記載の発明は、前記放熱側熱交換手段または吸熱側熱交換手段の少なくとも一方を、内部を液体が流れる熱交換器としたもので、液体と熱交換する機能が追加され、熱交換効率の向上に伴って加熱または冷却性能が向上し、一層安定した培養空間環境が形成できるとともに、離れたところへの熱の移動が可能となる。
【００２２】
請求項４に記載の発明は、前記放熱側熱交換手段または吸熱側熱交換手段の少なくとも一方を、ヒートパイプより構成したもので、液体と熱交換する機能を追加したことにより、熱交換効率が向上し、これに起因して加熱または冷却性能が向上し、一層安定した培養空間環境が形成できるとともに、離れたところへの熱の移動が可能となる。
【００２３】
請求項５に記載の発明は、前記放熱側熱交換手段と吸熱側熱交換手段の少なくとも一方に、熱交換促進用の送風手段を設置したもので、気流と熱交換する機能を追加したことにより、さらに熱交換効率が向上し、したがって、加熱または冷却性能が向上し、一層安定した培養空間環境が形成できる。
【００２４】
請求項６に記載の発明は、前記筐体の断熱性を維持する断熱材の少なくとも一部に、非通気性の外被材と、前記外被材内に収容された断熱性を有する芯材からなり、前記外被材内部が減圧状態に保たれた真空断熱材を使用したものである。
【００２５】
かかる構成とすることにより、通常の断熱材より真空断熱材の断熱性能が高いため、断熱層の厚みを薄くしてコンパクト化することができ、加熱効率または冷却効率を高めることができる。
【００２６】
請求項７に記載の発明は、前記培養装置を複数配置し、個々の前記培養装置における制御を集中して行う集中制御装置を設けたもので、前記複数の培養装置を個々に制御でき、その結果、温度、湿度、ＣＯ２（炭酸ガス・二酸化炭素）ガス濃度等の培養空間内環境を個別に管理でき、培養目的に応じて培養環境や条件を設定することができることから、利便性を高めることができるとともに、個別または同時に環境設定または作動させることができる。
【００２７】
請求項８に記載の発明は、前記培養装置を集積配置したもので、集積配置により、設置スペースの有効利用がはかれるものである。
【００２８】
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、以下の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。
【００２９】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における培養装置の外観斜視図、図２は同実施の形態における培養装置の縦断面図、図３は同実施の形態における培養装置に組み込んだ温調装置の拡大断面図である。
【００３０】
図１乃至図３において、培養装置１は、断熱性を有し、一面に開口部５を有する筐体１ａと、この筐体１ａ内部に形成され、開口部５に臨む培養空間６と、開口部５に設けられ、培養空間６を開閉する透明樹脂製あるいは透明ガラス製の内扉７と、開口部５を開閉し、内扉７の外側に位置するように配置された外扉８で構成されている。前記断熱性を有する筐体１ａは、熱伝導性材料からなり、かつ内外方向に所定間隔あけて配置された外板２と内板３とで筐体の外郭と内郭を形成し、外板２と内板３との間には、ウレタン系の断熱材４が充填発泡されている。外板２は、表面処理を施した鋼板鉄板（塗装鋼板）やステンレス鋼板等からなり、これを、折り曲げまたはプレス等の加工することにより、開口部５を有する形状に成形されている。また内板３は、耐食性や熱伝導性を考慮し、例えばステンレス鋼板やアルミニウム合金板等からなり、これを折り曲げまたはプレス等の加工することにより、開口部５を有する形状に形成されている。
【００３１】
さらに、内板３には、抗菌や殺菌効果を有する表面処理を施したものを使用してコンタミネーション対策を行うとなお良い。
【００３２】
外扉８は、断熱性を有し、筐体１ａと同様な材料、構成により形成されている。また内扉７は、閉扉状態で培養空間６内を視認できるように、前述の如く例えば、耐熱性強化ガラスや透明で耐熱強化性を有する硬質合成樹脂材により形成されている。
【００３３】
内扉７、外扉８は、ともに断熱性を有する筐体の開口部５周縁で、内扉用ガスケット１４、外扉用ガスケット１５を介して密閉可能に構成されている。ガスケット１４、１５は、クッション性があり、永久磁石が埋設されている周知のものである。尚、密閉を可能にするために、永久磁石に限定するものでなく、例えばフック形状を有する機構部品を配置し、構造的に密閉することもできる。
【００３４】
さらに、筐体１ａと外扉８の断熱構造は、断熱材４に加えて真空断熱材１３が断熱材４と一体発泡して埋設された構成となっている。真空断熱材１３は、周知の構成からなり、非通気性の外被材１３ａの内部に芯材１３ｂを収容し、非通気性の外被材１３ａの内部が減圧状態に保たれたものである。
【００３５】
さらに詳述すると、この真空断熱材１３は、１．３〜１３３Ｐａの真空度で製造可能であり、従来の発泡ウレタン等の断熱材４と比べて約２〜３倍の断熱性能を示すことが知られている。
【００３６】
ここで、外被材１３ａは、ガスバリヤ性に優れたプラスチックラミネート袋であり、最外層がナイロン（１５μｍ）、その内側がポリエチレンテレフタレート（１２μｍ）、中間層がアルミ箔（６μｍ）、最内層が熱溶着層であり、低密度ポリエチレン（１００μｍ）からなる４層構成である。そして、最外層およびその内側は、外部からの耐衝撃性、耐摩耗性に優れた材料で、上記の他、二軸延伸ポリプロピレンなどが使用でき、これら３種の材料の少なくとも１種類が含まれていることが好ましい。また、中間層はガスバリヤ性に優れた材料で、アルミ箔の他、アルミ蒸着層を有するガスバリヤ性材料等も使用できる。最内層は熱溶着性材料であり、上記の他、高密度ポリエチレン、非晶質ポリプロピレン、アモルファスポリエチレンテレフタレート、エチレンビニルアルコール共重合体等が使用でき、シール安定性の点から融点の低いものが好ましい。
【００３７】
また、芯材１３ｂは、外被材１３ａによって減圧密封される空間が大気圧力によって潰されるのを防止するためのものであり、完全連通構造の多孔質体が使用でき、好ましくは、低真空でも高い断熱性能を発揮する微細孔のものが良い。例えば、非晶質シリカ粉末、連続気泡構造のウレタンフォーム、微細繊維グラスウール等があり、特に微細繊維グラスウールは、優れた断熱性能を有し、真空断熱容器を形成したときに可撓性を有する点から好ましい。また、シリカ粉末に限定されるものではなく、パーライト粉末や珪酸カルシウム板、連通フォーム、グラスウールなどの公知の材料を使用しても良い。
【００３８】
真空断熱材１３の主要構成材料は以上であるが、特に高温で使用される場合、あるいは、要求性能および耐用寿命が厳しい場合、補助的に水分吸着剤、あるいは空気吸着物質として、常温活性型ゲッター等を用いることが好ましい。水分吸着剤としては、ゼオライトに限定されるものではなく、水酸化カルシウムや塩化カルシウム、塩化リチウム、活性炭やシリカゲルなど、一般公知の水分吸着剤が使用できる。吸着能力的には、水酸化カルシウムや塩化カルシウム、塩化リチウムなどの化学吸着が優れているが、取り扱い性を考慮すると物理吸着であるゼオライト活性炭などが適している。
【００３９】
次に、培養空間６について説明する。
【００４０】
培養空間６には、細胞を培養するためのシャーレなどの培養容器を載せるトレイ２６と、培養環境の乾燥を防止するために培養空間６の底面に設けられた加湿用水盤２７が設置されている。加湿用水盤２７には、滅菌水が汲み入れられている。したがって、培養空間６内の湿度については、加湿用水盤２７に汲み入れられた滅菌水の自然気化により維持され、培養空間６内を常時高湿度に保つ。
【００４１】
さらに、培養空間６内の奥面には、培養空間６内の温度を検知する温度センサ２０と、ＣＯ２ガス濃度を検知するＣＯ２センサ２１が配置されている。本実施の形態においては、培養環境として、培養空間６内の温度、ＣＯ２ガス濃度、湿度を管理する必要があるものとして説明している。
【００４２】
培養空間６内のＣＯ２ガス濃度制御は、ＣＯ２センサ２１の検知信号に基づき、培養空間６内にＣＯ２ガスを供給している。
【００４３】
つまり、前記ＣＯ２ガスは、ＣＯ２センサ２１の検知信号に基づき、電磁弁２３を制御して、ガスボンベ（図示せず）からガス供給経路２４を介して培養空間６内へと供給されている。また、前記ガスボンベから培養空間６をつなぐガス供給経路２４内には、除菌フィルタ（図示せず）が配置されている。
【００４４】
さらに、培養装置１のイニシャル設定時等には、安定時における培養空間６内のＣＯ２ガス濃度と実際のＣＯ２ガス濃度を補正する必要がある関係上、培養空間６内のＣＯ２ガス濃度を測定するためのサンプル採取用経路２５を設置している。
【００４５】
培養空間６内の温度制御は、温度センサ２０の検知信号に基づき、温調装置９への電気入力を制御して、培養空間６内の温度を設定値に保つ。
【００４６】
温調装置９は、図３に示すように、周知の原理により、一面で吸熱作用を、他面で放熱作用を行う熱変換デバイス１０と、前記吸熱もしくは放熱の熱容量を確保する熱伝導性に優れたアルミニウム等からなる素材のブロック体１６と、これらをユニット化する枠体１７より構成されている。
【００４７】
そして、培養空間６の温度環境形成において、例えば、培養空間６を外気温度より低い温度に設定する場合、温調装置９は、図３に示すように熱電変換デバイス１０の放熱面１０ａを、外板２を介して放熱側熱交換手段（ヒートシンク）１１と熱的に接合し、また、吸熱面１０ｂを、ブロック体１６を介して吸熱側熱交換手段１２と熱的に接合する。吸熱側熱交換手段１２は、内板３が兼ねており、その結果、放熱面１０ａの放熱は、外板２および放熱側熱交換手段（ヒートシンク）１１から行われ、吸熱面１０ｂの吸熱は、内板３で行われることになり、前述の如く培養空間６内は冷却され、外気温度より低い温度に制御される。
【００４８】
ここで、放熱側熱交換手段１１と枠体１７、ブロック体１６と枠体１７は、それぞれＯリング１８等の弾性体を介して取り付けられている。Ｏリング１８は、熱応力に対するひずみの吸収体、または枠体１７の外部からの湿気等の侵入を防止するシールとしての働きをしている。
【００４９】
前記ヒートシンクは、図３に示す如く、アルミニウム等の熱伝導性に優れた素材によって作られたものであり、熱電変換デバイス１０からの熱を拡散する板状部１１ｂを持ち、その表面側に多数のフィン１１ａが設けられたものである。この複数のフィン１１ａの構成としては、板状部の表面を薄く削り、削り部を起立させたものや、フィン１１ａが略Ｌ字型または略Ｉ字型の薄い板状の部材で、放熱側熱交換手段（ヒートシンク）１１の板状部の表面側にカシメあるいは超音波溶接等の加工を行い、接合した構成が知られている。
【００５０】
上述の温調装置９、温度センサ２０、ＣＯ２センサ２１、電磁弁２３と、操作パネル１９は、図２に示す如く筐体１ａの背面部に配置した制御装置２２に接続されている。また、外扉８に設置された操作パネル１９には、図１に示す如く培養空間６内の温度、ＣＯ２ガス濃度を表示する表示部１９ａと、培養空間６内の温度、ＣＯ２ガス濃度を所要の値に設定するための設定手段１９ｂが設けられている。
【００５１】
次に、以上のように構成された培養装置１において、培養空間６内の環境条件を、ＣＯ２ガスの供給状態で、かつ外気温度より低い温度に設定した場合の動作、作用について説明する。
【００５２】
まず、培養装置１の培養空間６に培養を目的とした細菌や組織などを培養容器に入れ、トレイ２６に設置する。そして、細菌や細胞の培養中には、前記培養容器内のＰＨを調整するため、培養容器内の培養液を取り替える必要がある。その場合、培養空間６から培養容器を取り出さなければならない。また、培養空間６内の湿度管理を行っている加湿用水盤２７に滅菌水がなくなっている場合も同様に、加湿用水盤２７を培養空間６から取り出す必要がある。
【００５３】
これらの場合、内扉７が透明性の材料で形成されているため、外扉８を開放することにより培養空間６が視認できる。
【００５４】
したがって、不必要に内扉７を開閉しなくてよいので、培養空間６の安定した環境が維持でき、また、外部からの雑菌の侵入が軽減できる。
【００５５】
次に、内扉７を開閉したことに起因して培養空間６内部の環境が変動した場合において、その環境を復帰させる制御について説明する。
【００５６】
内扉７の開放により、培養空間６内部の環境条件（ＣＯ２ガス濃度、温度、湿度等）が変動する。
【００５７】
まず、ＣＯ２ガス濃度制御は、前記ＣＯ２ガス濃度の低下を検出すると、ＣＯ２センサ２１の検知信号に基づき、制御装置２２を制御する。制御装置２２により、電磁弁２３が開閉動作し、ガス供給経路２４を介して培養空間６内にＣＯ２ガスが供給され、培養空間６内部のＣＯ２ガス濃度を設定値に保つ。
【００５８】
また、温度制御は、温度センサ２０が培養空間６内部の温度低下もしくは上昇を検出すると、温度センサ２０の検知信号に基づき、制御装置２２を制御する。その結果、制御装置２２により、温調装置９への電気入力が制御され、これに基づき、前記温調装置の出力が可変し、培養空間６内の温度を設定値に保つ。温調装置９（熱電変換デバイス１０）の能力調整制御については、周知であるため、説明を省略する。
【００５９】
温調装置９において、本実施の形態１では、具体的に放熱側熱交換手段１１を、図３に示す如く複数のフィン１１ａを備えた放熱用ヒートシンクとし、フィン１１ａの背面側を、熱電変換デバイス１０の放熱面１０ａと外板２を介して熱的に接合している。また吸熱側熱交換手段１２は、断熱性を有する筐体１ａを構成している内板３であり、熱電変換デバイス１０の吸熱面１０ｂとはブロック体１６を介して間接的かつ熱的に接合している。
【００６０】
上述の如く、内板３が吸熱側熱交換手段１２を兼ねているので、内板３の熱伝導により、筐体１ａの背面側からのみならず、上面側、底面側、左右両側面側から培養空間６を冷却することになり、その結果、培養空間６内部は、均一な温度分布に維持される。また、内板３は、吸熱側熱交換手段１２をも兼ねているため、コンパクトな温調装置とすることができ、培養装置１の容積効率を向上させることができる。このことは、培養空間６の有効利用化につながる。
【００６１】
さらに、放熱側熱交換手段１１は、空気と熱交換するための複数のフィン１１ａを備えたヒートシンクであり、また筐体１ａの外板２からも放熱が促進されるため、放熱における熱交換効率が向上する。したがって、一層冷却性能が向上し、温度復帰特性を向上させ、一層安定した培養環境を形成、維持することができる。
【００６２】
尚、本実施の形態１において、図２に示すように、放熱側熱交換手段１１にファン３４による強制対流を付加することで、さらに熱交換効率を向上することができる。
【００６３】
また、吸熱側熱交換手段１２の熱交換効率を向上させる手段として、内板３の培養空間６内側表面を凹凸形状（図示せず）に形成する、あるいは放熱側熱交換手段１１と同様に空気（培養空間６内空気）と熱交換するための複数のフィンを備えた構成として、熱交換面積を大きくした構成としてもよい。
【００６４】
以上のように、本実施の形態１においては、内板３が、吸熱側熱交換手段１２を兼ねているため、内板３を介して吸熱を行うことができ、その結果、内板３で囲われた培養空間６を広範囲にわたって冷却することができる。このことは、培養空間６内部全体の温度分布の均一性および温度ばらつきが抑制できるものである。また、内板３が吸熱側熱交換手段１２を兼ねているため、コンパクトな温調装置９で構成できるとともに、培養装置１の容積効率が向上し、培養空間６を有効に利用できる。
【００６５】
さらに、熱電変換デバイス１０のもつ小型かつ軽量で、また静音である特性を活かしての設計が可能となり、携帯性、省スペース性が実現できる。
【００６６】
また、本実施の形態１では、熱交換手段に空気と熱交換するための複数のフィン１１ａを備えたヒートシンクとすることにより、気流との熱交換効率が向上する。したがって、冷却性能が向上するので、温度復帰性が向上し、一層安定した環境が維持できる培養空間６を形成することができる。
【００６７】
尚、図２に示す如く放熱側熱交換手段１１にファン３４による強制対流を付加することにより、さらに熱交換効率を向上することができる。
【００６８】
なお、本実施の形態１では、培養空間６を外気温度より低く設定した所謂冷却環境とする場合について説明したが、培養空間６を外気温度より高く設定する所謂加温環境とする場合は、温調装置９へ供給する電流方向を逆に切り替えればよい。これにより、周知の如く熱電変換デバイス１０の放熱面と吸熱面が反転し、図３中の面１０ｂから放熱が行われ、内板７を介して培養空間６内を広範囲にわたって加温する。
【００６９】
したがって、前述の冷却環境と同様に、培養空間６内を均一化した温度分布に維持することができる。
【００７０】
また、この場合、外扉８の内側に例えばヒータ等の加熱手段を（場合によっては補助的に）設置することにより、外扉８自体が発熱して培養空間６内を一層迅速にかつ均一に加温することができる。
【００７１】
また、培養空間６内の環境条件を満足する供給ガスを、ＣＯ２ガスの場合について説明をしたが、培養組織の種類や培養条件により、その他に酸素ガス（Ｏ２）や、窒素ガス（Ｎ２）等を同様の手段を用いて供給することもできる。
【００７２】
さらに、培養装置１の能力、設置場所の環境等に応じて、熱電変換デバイス１０の放熱構造を、筐体１ａを構成する外板２もしくは内板３のいずれか一方にのみ設ける構成としてもよい。
【００７３】
（実施の形態２）
次に、図４の培養装置に設けた温調装置部分の拡大断面図および図５の温調装置を備えた培養装置の縦断面図を参照し、本発明における実施の形態２について説明する。本実施の形態２は、先の実施の形態１とは温調装置９および外板２、内板３との熱交換形式が相違するもので、培養空間６内部は同一の構成であるため、説明を省略する。また、同一の構成部品については、同一の符号を付して説明を省略する。したがって、ここでは本発明の要旨にかかる内容について説明を行う。
【００７４】
実施の形態２の温調装置９は、先の実施例における放熱側熱交換手段１１に替えて、図４に示す如く熱電変換デバイス１０の放熱面１０ａに流体流路を構成するパイプ２９を熱伝導可能に接合している。パイプ２９は、一端を水道蛇口（図示せず）に接続し、他端を排水路へ導く経路として、冷却水を流通させる冷却回路、あるいは、閉塞回路内に封入された冷却水を循環流通させる循環式冷却回路を構成する一構成要件を成しており、これらの冷却回路は、周知の構成でよいため、説明を省略する。
【００７５】
次に、上記構成からなる温調装置９の筐体１ａへの組み込み構造の一例について図５を参照して説明する。
【００７６】
同図の構成は、上述の経路における後者の循環式冷却回路の場合であり、筐体１ａ内部において外板２の断熱材４側内面全体には、パイプからなる放熱側熱交換流路１１ｂが蛇行状あるいは櫛状に引き回され、熱伝達可能に外板２と接触している。放熱側熱交換流路１１ｂの始端と終端は、パイプ２９の始端２９ａと終端２９ｂにそれぞれ接続され、閉塞された循環回路が形成されている。前記循環回路内の冷却流体は、自然対流を利用しての循環であるが、必要に応じて周知の如く回路中に循環ポンプを設けた構成としてもよい。したがって、熱電変換デバイス１０の放熱側では、広範囲にわたって熱交換がおこなわれる。
【００７７】
また、同図の構成は、熱電変換デバイス１０の吸熱側にも同様の構成を備えており、熱電変換デバイス１０の吸熱面１０ｂに、ブロック体１６を介してまたは直接パイプ２９と同じ構成のパイプ２９ｃが熱伝達可能に設けられている。これらの構成については、図５と同様の接触関係にあるため、詳細な図示を省略する。
【００７８】
さらに、筐体１ａ内部において内板３の断熱材４側内面全体には、放熱側熱交換流路１１ｂと同様にパイプからなる吸熱側熱交換流路１２ａが蛇行状あるいは櫛状に引き回され、熱伝達可能に内板３と接触している。吸熱側熱交換流路１２ａの始端と終端は、前記放熱側と同様にパイプ２９ｃの始端と終端（いずれも図示せず）にそれぞれ接続され、閉塞された循環回路が形成されている。前記循環回路内の冷却流体は、前記放熱側と同様に自然対流を利用しての循環であるが、必要に応じて周知の如く回路中に循環ポンプを設けた構成としてもよい。したがって、熱電変換デバイス１０の吸熱側についても、広範囲にわたって熱交換がおこなわれる。
【００７９】
以上のように、温調装置９に液体と熱交換する機能を追加することにより、温調装置９と離れたところとの熱移動を可能にすることができる。また、断熱性を有する筐体１ａを構成している外板２に、パイプ２９を熱的に接合させることにより、外板２の全面を放熱側熱交換手段１１として兼ねることができ、コンパクトな温調装置９で構成できるとともに、さらに培養装置１の容積効率が向上するので、培養空間６を有効に利用できる。さらには、熱交換面積が増加するので、放熱における熱交換効率が向上する。したがって、冷却性能が向上するとともに、温度復帰性が向上し、一層安定した培養空間６が形成できる。
【００８０】
また、吸熱側熱交換手段１２にも同様に熱電変換デバイス１０の吸熱面１０ｂに流体流路を構成するパイプ２９ｃを熱的に接合することにより、内板３の全面を吸熱側熱交換手段１２として兼ねることができるので、コンパクトな温調装置で構成できるとともに、さらに培養装置１の容積効率が向上するので、培養空間６を有効に利用できる。
【００８１】
以上のように、本実施の形態２においては、熱交換手段を、流体流路を構成するパイプ２９としているので、液体と熱交換することにより、温調装置９と離れたところとの熱移動を可能にすることができる。したがって、外板２にパイプ２９を熱的に接合し、外板２の全面を放熱側熱交換手段１１として兼ねることにより、コンパクトな温調装置９で構成できるとともに、さらに培養装置１の容積効率が向上するので、培養空間６を有効に利用できる。さらには、熱交換面積が増加するので、放熱における熱交換効率が向上する。したがって、冷却性能が向上し、温度復帰性に優れ、一層安定した培養空間６が得られる。
【００８２】
（実施の形態３）
次に、図６の培養装置の縦断面図を参照し、本発明における実施の形態３について説明する。本実施の形態３は、先の実施の形態１および２とは筐体１ａの構成が相違するもので、温調装置９については、先の実施の形態２と同一である。したがって、ここでは本発明の要旨にかかる内容について説明を行う。
【００８３】
本実施の形態３においては、図５の構成を基調とし、図６に示す如く培養空間６内に、培養空間６内の空気を循環させるためのダクト３２を設置し、このダクト３２内にファン３１を配置し、ファン３１による強制対流機能を付加する構成としたものである。
【００８４】
かかる構成とすることにより、吸熱側熱交換手段１２（内板３）における熱交換効率をさらに向上することができ、培養空間６内を一層迅速かつ均一な温度分布に維持することができる。
【００８５】
加えて、実施の形態１で記載の放熱側熱交換手段１１にもファン３４による強制対流を付加することで、さらに熱交換効率を向上することができる。
【００８６】
さらに、放熱側熱交換流路１１ｂ、吸熱側熱交換流路１２ａに循環ポンプ５０、５１を設けることにより、冷却水等の液体である熱交換媒体の熱交換作用を強制し、より一層熱交換効率を向上することができる。
【００８７】
（実施の形態４）
次に、図７の培養装置に設けた温調装置部分の拡大断面図を参照し、本発明における実施の形態４について説明する。本実施の形態４は、先の実施の形態１および２とは温調装置９の構成が相違するもので、培養空間６側の構成については、先の実施の形態２あるいは３と同様であるため、説明を省略する。また、同一の構成部品については、同一の符号を付して説明を省略する。したがって、ここでは本発明の要旨にかかる内容について説明を行う。
【００８８】
本実施の形態４は、図７に示す如く、温調装置９が、熱電変換デバイス１０の放熱面１０ａに周知の構成からなるヒートパイプ３０を接合した構成となっている。
【００８９】
そして、ヒートパイプ３０は、先の実施の形態２と同様に筐体１ａ内部において外板２の断熱材４側内面全体にわたって蛇行状あるいは櫛状に引き回されている。
【００９０】
したがって、熱電変換デバイス１０の放熱側では、広範囲にわたって熱交換がおこなわれる。
【００９１】
このように、温調装置９に液体と熱交換する機能を追加することにより前述の実施の形態４と同様に、温調装置９と離れたところとの熱移動を可能にすることができる。
【００９２】
また、断熱性を有する筐体１ａを構成している外板２にヒートパイプ３０を熱的に接合しているため、外板２の全面を放熱側熱交換手段１１として兼ねることができ、これにより、コンパクトな温調装置９で構成できるとともに、さらに培養装置１の容積効率が向上するので、培養空間６を有効に利用できる。
【００９３】
さらには、熱交換面積が増加するので、放熱における熱交換効率が向上する。したがって、冷却性能が向上するとともに、温度復帰性が向上し、一層安定した培養空間６にできる。
【００９４】
上記のヒートパイプ３０による熱交換構成は、熱電変換デバイス１０の吸熱側についても同様に実施でき、先の実施の形態３と同様の作用効果が期待できることは、当業者であれば容易に理解でき得るところであるため、図示ならびに詳細な説明を省略する。
【００９５】
（実施の形態５）
次に、図８の集積配置した培養装置の外観図を参照し、本発明における実施の形態５について説明する。本実施の形態５は、先の実施の形態に示す培養装置１を用いたもので、先の実施の形態と同一の構成部品については、同一の符号を付して説明を省略する。したがって、ここでは本発明の要旨にかかる内容について説明を行う。
【００９６】
本実施の形態５は、先の実施の形態で説明した複数の培養装置１を集積し、各培養装置１における制御装置２２と接続された集中制御装置３３により、個々の培養装置１の運転が制御される。
【００９７】
培養装置１を使用する研究は、研究者によって培養目的がさまざまであるため、培養環境や条件は必ずしも同じではない。また、同一の研究者でも同一の細胞で培養条件を変えて確認する場合もある。
【００９８】
本実施の形態５における積み重ね式の培養装置は、各々独立し、かつ小型の培養装置１を積み重ねて配置し、集中制御装置３３により個々に独立した培養環境が設定できる。
【００９９】
したがって、従来の大型の培養装置では、同一環境下で同時に多くの培養を行うことができたが、一つの汚染により全てが無駄になる危険性があり、管理が難しかったという課題が解決できる。また、小型培養装置であるので、大型のものに比べて温度安定性、温度復帰性、ＣＯ２ガス濃度安定性、ＣＯ２ガス濃度復帰性が良い。
【０１００】
以上のように、実施の形態５では、各々独立し、かつ小型の培養装置１を積み重ねているので、集中制御装置３３により独立した培養環境を設定でき、研究者にとって管理がし安く、使いやすい培養装置１が提供できる。また、集積配置により、培養装置１の配置スペースが削減できる。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
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発酵食品などの発酵に利用することができる。また、ＣＯ２ガス濃度制御は必要としないが精密温調の必要な機器、例えばワインセラーや冷蔵庫等の家庭用一般機器に利用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明の実施の形態１における培養装置の外観斜視図
【図２】同実施の形態１における培養装置の縦断面図
【図３】同培養装置に組み込んだ温調装置部分の拡大断面図
【図４】本発明の実施の形態２における培養装置に設けた温調装置部分の拡大断面図
【図５】同実施の形態２における温調装置を備えた培養装置の縦断面図
【図６】本発明の実施の形態３における培養装置の縦断面図
【図７】本発明の実施の形態４における培養装置に設けた温調装置部分の拡大断面図
【図８】本発明の実施の形態５における集積配置した培養装置の外観図
【符号の説明】
【０１０３】
１    培養装置
１ａ  筐体
２    外板
３    内板
４    断熱材
５    開口部
６    培養空間
７    内扉
８    外扉
９    温調装置
１０  熱電変換デバイス
１０ａ  放熱面
１０ｂ  吸熱面
１１  放熱側熱交換手段
１１ａ  フィン
１１ｂ  放熱側熱交換流路
１２  吸熱側熱交換手段
１２ａ  吸熱側熱交換流路
１３  真空断熱材
２９  パイプ
２９ｃ  パイプ
３０  ヒートパイプ
３１  ファン
３３  集中制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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