(57)【要約】【課題】培養室の内部の温度・湿度を均一に維持することができ、培養室の内部に結露が生じることのないインキュベータを提供する。また、培養室の内部の空気圧を外部環境よりも高くして無菌環境を維持すると共に、供給する水蒸気により内部の無菌環境に悪影響を及ぼすことのないインキュベータを提供する。【解決手段】断熱扉と断熱壁とを備えた培養室と、当該培養室の内部の空気を循環させる循環手段と、前記培養室の内部の空気の温度を調節する温調手段と、前記培養室の内部の空気を加湿する加湿手段とを有する。加湿手段は、圧縮ガスを発生する圧縮ガス発生手段と、水を供給する水供給手段と、圧縮空気と水とを混合した混合気液を調整する混合気液調整器と、混合気液を気化させて水蒸気を発生する気化器とを備える。また、気化器で発生した水蒸気は、エアフィルタを通過することなく循環手段が循環させる空気中に直接供給することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
断熱扉と断熱壁とを備えた培養室と、当該培養室の内部の空気を循環させる循環手段と、前記培養室の内部の空気の温度を調節する温調手段と、前記培養室の内部の空気を加湿する加湿手段とを有し、
前記加湿手段は、圧縮ガスを発生する圧縮ガス発生手段と、水を供給する水供給手段と、前記圧縮空気と前記水とを混合した混合気液を調整する混合気液調整器と、当該混合気液を気化させて水蒸気を発生する気化器とを備え、
前記気化器で発生した水蒸気は、エアフィルタを通過することなく前記循環手段が循環させる空気中に直接供給されることを特徴とするインキュベータ。
【請求項２】
給気手段及び排気手段を有して、前記培養室の内部の空気圧を外部環境よりも高く維持でき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】
前記循環手段は、前記培養室の一方の端部から吸気した空気を他方の端部を介して当該培養室の内部に供給するための循環ファンを具備する循環経路と、
当該循環経路を介して前記培養室の内部に供給された空気を整流する整流部材とを備え、
前記循環経路と整流部材とを介して前記培養室に供給される空気は、当該培養室の内部を略水平に流れる一方向流の空気を形成することを特徴とする請求項１又は２に記載のインキュベータ。
【請求項４】
前記圧縮ガスは、空気、二酸化炭素、又は窒素の各ガスのうち１種又は２種以上の混合ガスであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のインキュベータ。
【請求項５】
前記気化器が放出する水蒸気の供給量は、１ｇ／ｈｒ．〜６０ｇ／ｈｒ．の範囲内であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のインキュベータ。
【請求項６】
前記気化器は、円筒状の外筒管とその内部に当該外筒管の長手方向に平行に内蔵された発熱体とを備え、
前記混合気液が前記外筒管と前記発熱体との間を通過する間に加熱されて滅菌された水蒸気を供給することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のインキュベータ。
【請求項７】
前記発熱体は、ヒータが石英ガラスで被覆されたものであることを特徴とする請求項６に記載のインキュベータ。
【請求項８】
前記気化器は、円筒状の外筒管とその内部に当該外筒管の長手方向に平行に内蔵された発熱体とを備え、
前記発熱体は、その長手方向に配設された棒状のヒータと、当該ヒータの外周に沿って長手方向に螺旋状に捲回された蒸発管とを具備し、
前記混合気液が前記蒸発管の内部を通過する間に加熱されて滅菌された水蒸気を供給することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のインキュベータ。
【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ものであり、特に加湿器に特徴を有して培養に適した温度・湿度を適正に制御し、且つ、培養室の内部の無菌環境を高度に維持できるインキュベータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の再生医療分野の発展に伴い、インキュベータを使用して細胞を培養することが広く行われている。細胞の培養には、それぞれの細胞に適した培養環境を整備する必要があり、インキュベータ内部の温度条件、湿度条件、或いは必要により炭酸ガス濃度、窒素ガス濃度などを調整することが行われている。
【０００３】
インキュベータ内部の温度条件を調整するには、一般にインキュベータの室内、扉、棚板などの壁部に温水ヒータ或いは電気ヒータなどを内蔵して、壁面からの輻射熱による室内温度調整が行われている。また、インキュベータ内部の湿度条件を調整するには、一般にインキュベータの内部に加湿皿を設けて水を貯留し、この貯留水の自然蒸発によって室内湿度調整が行われている。一方、インキュベータ内部の炭酸ガス濃度や窒素ガス濃度を調整するには、一般に炭酸ガス濃度センサや窒素ガス濃度センサ、及び、炭酸ガスボンベや窒素ガスボンベからの供給経路を備えて炭酸ガス濃度や窒素ガス濃度の調整が行われている。また、これらに加え室内ファンによる空気の撹拌を併用して均一化を図る場合もある。
【０００４】
しかし、壁面からの輻射熱や空気の撹拌による室内温度調整と室内湿度調整では室内の温度・湿度が不均一になりやすい。特に、インキュベータの内部は湿度が高いので、温度・湿度が不均一な場合には部分的な結露が生じやすいという問題があった。
【０００５】
一方、これまでのインキュベータでは、ＧＭＰ（Ｇｏｏｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｐｒａｃｔｉｃｅ）に即したグレードＡ（厚生労働省・無菌医薬品製造指針）を保証することができなかった。また、内部をグレードＡに滅菌しても、これを維持するために空気圧を外部環境よりも高く維持することができなかった。更に、インキュベータの内部の貯留水の蒸発に伴い外部から水を供給するが、その場合に外部から供給された水により内部の無菌環境に悪影響を及ぼすという問題があった。
【０００６】
そこで、下記特許文献１のインキュベータにおいては、室内ヒータ、扉ヒータ、ステージヒータのオンオフによる一般的な温度調整を行い、内部の湿度が上昇し結露が生じやすくなった場合に加湿皿の露出される水面の面積を微調整して湿度調整の精度を向上することが提案されている。また、下記特許文献２のインキュベータにおいては、インキュベータの外部から加湿皿への給水経路上にフィルタを設けることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−００５７５９号公報
【特許文献２】特開２０１１−１６０６７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上記特許文献１のインキュベータにおいては、結露の発生は軽減できるが室内の温度・湿度が不均一になりやすいという問題があった。また、上記特許文献２のインキュベータにおいては、加湿皿に貯留された水の無菌化は確保できるが、この場合にも室内の温度・湿度が不均一になりやすいという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明は、上記の諸問題に対処して、培養室の内部の温度・湿度を均一に維持することができ、培養室の内部に結露が生じることのないインキュベータを提供することを目的とする。また、本発明は、培養室の内部の空気圧を外部環境よりも高くして無菌環境を維持すると共に、供給する水蒸気により内部の無菌環境に悪影響を及ぼすことのないインキュベータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題の解決にあたり、本発明者らは、鋭意研究の結果、培養室の内部の空気を循環させ、この循環経路に滅菌された微量の水蒸気を適宜供給することにより、培養室の内部の無菌環境への悪影響を防止できると共に、培養室の内部の温度・湿度を均一に維持できることを見出して本発明の完成に至った。
【００１１】
即ち、本発明に係るインキュベータは、請求項１の記載によれば、
断熱扉（２０ａ）と断熱壁（２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ）とを備えた培養室（２０）と、当該培養室の内部の空気を循環させる循環手段（３０）と、前記培養室の内部の空気の温度を調節する温調手段（４０）と、前記培養室の内部の空気を加湿する加湿手段（５０）とを有し、
前記加湿手段は、圧縮ガスを発生する圧縮ガス発生手段（５１）と、水を供給する水供給手段（５２）と、前記圧縮空気と前記水とを混合した混合気液を調整する混合気液調整器（５３）と、当該混合気液を気化させて水蒸気を発生する気化器（５４、５５）とを備え、
前記気化器で発生した水蒸気は、エアフィルタを通過することなく前記循環手段が循環させる空気中に直接供給されることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、請求項２の記載によれば、請求項１に記載のインキュベータであって、
給気手段（２１）及び排気手段（３７）を有して、前記培養室の内部の空気圧を外部環境よりも高く維持できることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、請求項３の記載によれば、請求項１又は２に記載のインキュベータであって、
前記循環手段は、前記培養室の一方の端部から吸気した空気を他方の端部を介して当該培養室の内部に供給するための循環ファン（３１）を具備する循環経路（３２）と、
当該循環経路を介して前記培養室の内部に供給された空気を整流する整流部材（３４）とを備え、
前記循環経路と整流部材とを介して前記培養室に供給される空気は、当該培養室の内部を略水平に流れる一方向流の空気を形成することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、請求項４の記載によれば、請求項１〜３のいずれか１つに記載のインキュベータであって、
前記圧縮ガスは、空気、二酸化炭素、又は窒素の各ガスのうち１種又は２種以上の混合ガスであることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、請求項５の記載によれば、請求項１〜４のいずれか１つに記載のインキュベータであって、
前記気化器が放出する水蒸気の供給量は、１ｇ／ｈｒ．〜６０ｇ／ｈｒ．の範囲内であることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明は、請求項６の記載によれば、請求項１〜５のいずれか１つに記載のインキュベータであって、
前記気化器（５４）は、円筒状の外筒管（６１）とその内部に当該外筒管の長手方向に平行に内蔵された発熱体（６２）とを備え、
前記混合気液が前記外筒管と前記発熱体との間を通過する間に加熱されて滅菌された水蒸気を供給することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、請求項７の記載によれば、請求項６に記載のインキュベータであって、
前記発熱体は、ヒータ（６３）が石英ガラス（６４）で被覆されたものであることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明は、請求項８の記載によれば、請求項１〜５のいずれか１つに記載のインキュベータであって、
前記気化器（５５）は、円筒状の外筒管（７１）とその内部に当該外筒管の長手方向に平行に内蔵された発熱体（７２）とを備え、
前記発熱体は、その長手方向に配設された棒状のヒータ（７３）と、当該ヒータの外周に沿って長手方向に螺旋状に捲回された蒸発管（７４）とを具備し、
前記混合気液が前記蒸発管の内部を通過する間に加熱されて滅菌された水蒸気を供給することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
上記構成によれば、本発明に係るインキュベータは、培養室と循環手段と温調手段と加湿手段とを有している。培養室は、断熱扉と断熱壁とを備えている。循環手段は、培養室の内部の空気を循環させる。温調手段は、培養室の内部の空気の温度を調節する。加湿手段は、培養室の内部の空気を加湿する。
【００２０】
また、加湿手段は、圧縮ガス発生手段と水供給手段と混合気液調整器と気化器とを備えている。混合気液調整器は、圧縮ガス発生手段が発生した圧縮ガスと水供給手段が供給した水とを混合して混合気液を発生させる。気化器は、発生した混合気液を気化させて水蒸気を発生する。このようにして、気化器で発生した水蒸気は、エアフィルタを通過することなく循環手段が循環させる空気中に直接供給される。このことにより、培養室の内部の温度・湿度を均一に維持することができ、培養室の内部に結露が生じることがない。また、気化器が発生した水蒸気により内部の無菌環境に悪影響を及ぼすことがない。
【００２１】
また、上記構成によれば、本発明に係るインキュベータは、給気手段及び排気手段を有している。給気手段は、外部環境の空気を培養室の内部に供給する。一方、排気手段は、培養室の内部の空気を外部環境に排気する。これらの給気手段及び排気手段の作用により、培養室の内部の空気圧を外部環境よりも高く維持することができる。このことにより、培養室の内部が外部環境よりも陽圧となり、外部環境から汚染されることがなく無菌環境を高度に維持することができる。
【００２２】
また、上記構成によれば、循環手段は、循環経路と整流部材とを備えている。循環経路は、培養室の一方の端部から吸気した空気を他方の端部を介して培養室の内部に供給するための循環ファンを具備している。整流部材は、循環経路を介して前記培養室の内部に供給された空気を整流する。このようにして、培養室の内部の空気は、循環ファンの稼働により培養室の内部を循環する。この循環の際に、培養室の内部の空気は温調手段によって所定温度に調節され、また、加湿手段によって加湿される。この加熱され加湿された空気が、循環ファンの稼働により循環経路と整流部材とを介して培養室の内部を略水平に流れる一方向流（いわゆる層流）の空気を形成する。
【００２３】
このことにより、培養室に載置された培養物を充填したシャーレに設定温度・設定湿度の空気が常時供給される。よって、培養室の内部の温度・湿度を均一に維持することができ、培養室の内部に結露が生じることがない。また、培養室の内部には温度・湿度が均一な空気が一方向流として流れているので、輻射熱や空気の撹拌による昇温と異なり被培養物の入ったシャーレの内部を短時間で所定の温度に昇温することができる。
【００２４】
また、上記構成によれば、圧縮ガス発生手段が発生する圧縮ガスは、空気、二酸化炭素、又は窒素の各ガスのうち１種又は２種以上の混合ガスである。このことにより、気化器で水蒸気を発生させると共に、培養環境に必要な空気、二酸化炭素、又は窒素の濃度を所定の範囲に均一に維持することができる。
【００２５】
また、上記構成によれば、気化器が放出する水蒸気の供給量は、１ｇ／ｈｒ．〜６０ｇ／ｈｒ．の範囲内である。このことにより、極微量の水蒸気を安定して或いは必要により供給することができるので、培養室の内部の温度・湿度を均一に維持することができ、培養室の内部に結露が生じることがない。
【００２６】
また、上記構成によれば、気化器は、円筒状の外筒管と発熱体とを備えている。この発熱体は、外筒管の内部に外筒管の長手方向に平行に内蔵されている。このことにより、混合気液調整器で発生した混合気液が外筒管と発熱体との間を通過する間に加熱され、滅菌された水蒸気として培養室の内部に供給される。このようにして、気化器で発生した水蒸気は、高温で滅菌されているのでエアフィルタを通過することなく、培養室の内部に直接供給される。
【００２７】
また、上記構成によれば、気化器が備えている発熱体は、ヒータが石英ガラスで被覆されたものであってもよい。このことにより、気化器で発生した水蒸気が汚染されることがなく、培養室の内部の無菌環境に加え無塵環境を高度に維持することができる。
【００２８】
また、上記構成によれば、気化器が備えている発熱体は、その長手方向に配設された棒状のヒータと、当該ヒータの外周に沿って長手方向に螺旋状に捲回された蒸発管とを具備したものであってもよい。このことにより、混合気液調整器で発生した混合気液が蒸発管の内部を通過する間に加熱され、滅菌された水蒸気として培養室の内部に供給される。このようにして、気化器で発生した水蒸気は、高温で滅菌されているのでエアフィルタを通過することなく、培養室の内部に直接供給される。
【００２９】
このように、本発明においては、培養室の内部の温度・湿度を均一に維持することができ、培養室の内部に結露が生じることのないインキュベータを提供することができる。また、本発明においては、培養室の内部の空気圧を外部環境よりも高くして無菌環境を維持すると共に、供給する水蒸気により内部の無菌環境に悪影響を及ぼすことのないインキュベータを提供することができる。
【００３０】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係るインキュベータの一実施形態の内部を側面から見た断面図である。
【図２】図１に示すインキュベータの内部を上面から見た断面図である。
【図３】図１に示すインキュベータが有する加湿装置を示す断面図である。
【図４】図３の加湿装置が具備する気化器の１実施形態を示す断面図である。
【図５】図３の加湿装置が具備する気化器の他の実施形態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明に係るインキュベータの一実施形態を図面に従って説明する。図１は、本発明に係るインキュベータの一実施形態の内部を側面から見た断面図である。また、図２は、このインキュベータの内部を上面から見た断面図である。図１及び図２において、インキュベータ１００は、床面上に載置される架台１０と、この架台１０の上に乗載される培養室２０と、この培養室２０の内部の空気を循環させる循環装置３０と、培養室２０の内部の空気の温度を調節する温調装置４０と、培養室の内部の空気を加湿する加湿装置５０とにより構成されている。
【００３３】
培養室２０は、その外壁と内壁をステンレス製金属板で覆われ、外壁と内壁の間には断熱材が充填されて断熱壁となっている。なお、断熱壁の内部に培養室２０の内部を加温するヒータを内蔵するようにしてもよい。また、培養室２０の正面壁部は、開閉可能な断熱扉２０ａとなっているが、閉鎖時には外部環境とは気密的に遮蔽され内部の無菌環境（例えば、グレードＡ）を維持することができる。なお、培養室２０には、その内部の圧力、温度、湿度、炭酸ガス濃度、必要により窒素ガス濃度などを検知する各種センサが設けられている（いずれも図示せず）。
【００３４】
培養室２０の上面壁部２０ｂには、培養室２０の内部の空気圧を調整するための給気装置２１が設けられている（排気装置については後述する）。給気装置２１は、給気管２１ａとその管路に設けられた電磁弁２１ｂ、ディスクフィルタ２１ｃ及び給気ファン（図示せず）とからなり、培養室２０の内部の空気圧を外部環境よりも高く維持するために、必要により培養室２０の外部の空気を培養室２０の内部に供給する。
【００３５】
培養室２０の内部は、循環装置３０が備える整流板（後述する）によって前部空間２２と後部空間２３とに隔てられている。培養室２０の前部空間２２は、培養区画であって水平に設置された４枚の棚板２２ａによって上下４段の空間に隔てられている（図１参照）。これらの棚板２２ａの上面には、それぞれ、細胞を培養する培養液を充填したシャーレＳが各段に１２個ずつ載置されている（図２参照）。なお、４枚の棚板２２ａは一体のスライド式棚台として、断熱扉２０ａから出し入れ可能に構成されている。
【００３６】
循環装置３０は、培養室２０の内部の空気を循環する循環ファン３１と、循環ファン３１の作動により培養室２０の内部の空気が循環する循環経路３２（３２ａ〜３２ｆ）と、この循環経路３２（３２ｅと３２ｆとの間）に設けられたＨＥＰＡフィルタ３３と、培養室２０の内部に供給された空気を整流する整流板３４とを備えている。
【００３７】
循環ファン３１は、循環経路３２（３２ａと３２ｂとの間）に連通して設けられ、この循環ファン３１の作動により培養室２０の内部の空気が循環する。なお、循環ファン３１の種類については特に限定するものではなく、均一な風力を有するものであればよい。
【００３８】
循環経路３２は、培養室２０の下部（架台１０の内部）及び培養室２０の背部に設けられている（図１参照）。循環ファン３１に吸引された空気は、培養室２０の下面壁部２０ｃ（前部空間２２の断熱扉２０ａに近い部位）に開口する吸引口３５から循環経路３２ａに流入し、循環経路３２ｂ〜３２ｅを経由して、循環経路３２ｅと循環経路３２ｆとの接続部３２ｇから循環経路３２ｆに流入した空気は、循環経路３２ｆを介して培養室２０の背面壁部２０ｄに開口する放出口３６から培養室２０の後部空間２３内部に放出される。
【００３９】
ＨＥＰＡフィルタ３３は、循環経路３２（３２ｅと３２ｆとの間）に連通して設けられ、循環経路３２を循環する空気を清浄にするだけでなく、培養室２０の内部に供給される空気を均一化する。なお、このＨＥＰＡフィルタ３３に代えてＵＬＰＡフィルタなどを採用するようにしてもよい。このようにして、循環経路３２を介して培養室２０の後部空間２３に放出された空気は、整流板３４を介して培養室２０の前部空間２２（培養区画）に供給される。
【００４０】
整流板３４は、上述のように、培養室２０の内部を前部空間２２（培養区画）と後部空間２３とに隔てている（図１及び図２参照）。また、循環経路３２を介して後部空間２３に放出された空気は、整流板３４を介して前部空間２２（培養区画）に供給される。整流板３４の構造は特に限定するものではなく、培養室２０の内部に供給される空気の流れを整流するものであればよい。なお、本実施形態においては、整流板３４は、ステンレス製金属からなる矩形状の枠体と、この枠体の一方の面（後部空間２３側の面）を覆う１枚の多孔性シートと、枠体の他方の面（培養区画側の面）を覆う１枚のスリット板とから構成されている（いずれも図示せず）。
【００４１】
スリット板には、表裏を連通する複数の細溝が水平方向に並行に設けられている。後部空間２３側から前部空間２２（培養区画）側に供給される空気は、整流板３４の整流作用により培養室２０の内部空間を水平方向に流れる一方向流（いわゆる層流）の空気を形成する。具体的には、後部空間２３に放出された空気は、まず、多孔性シートを介して整流される。この整流された空気は、更にスリット板を介して整流され、各スリットから培養室２０の内部空間に一方向流として流出する。なお、整流板の構造については、本発明者らによる先の出願（特願２０１５−２０６８５４）に詳細が説明されている。
【００４２】
また、本実施形態においては、循環経路３２のうち循環ファン３１の後部の循環経路３２ｂには、排気装置３７が設けられている。排気装置３７は、排気管３７ａとその管路に設けられた電磁弁３７ｂ、ディスクフィルタ３７ｃ及び排気ファン（図示せず）とから構成されており、必要により培養室２０の内部の空気を培養室２０の外部に排気する。この排気装置３７は、上述の圧力センサ（図示せず）と連動したマイクロコンピュータ（図示せず）による制御で、上述の給気装置２１と連動して培養室２０の内部の空気圧を外部環境よりも高く且つ安定に維持するために作動する。なお、本実施形態においては、上述の給気装置２１及び排気装置３７を通じて、培養室２０の内部を除染する際の除染ガスの給排気及びエアレーションを行うことができる。
【００４３】
温調装置４０は、培養室２０の内部の温度条件（培養条件）を安定に維持するために作動する。温調装置４０の構造は特に限定するものではないが、本実施形態においては、ペルチェ素子からなる温度調節機を採用する。なお、本実施形態においては、この温調装置４０は、循環経路３２（３２ｄと３２ｅとの間）に設けられている。上述の温度センサ（図示せず）と連動したマイクロコンピュータ（図示せず）による制御で、ペルチェ素子に供給する電流の量を制御すると共に供給する電流の極性を変化させることにより、昇温及び降温することができるので高精度で設定温度（本実施形態においては３７℃）を維持することができる。なお、温調装置にペルチェ素子を使用することなく、循環経路又は培養室の内部にロッド状のシーズヒータなどの電気ヒータを採用するようにしてもよい。
【００４４】
加湿装置５０は、培養室２０の内部の湿度条件（培養条件）を安定に維持するために作動する。培養室２０の培養条件のうち温度条件と湿度条件を安定に維持することが重要であり、特に湿度条件は、相対湿度９５〜１００％ＲＨという高湿度状態の維持が必要である。このような高湿度状態においては、僅かの温度変化により凝縮が発生する。これを避けるため、上述の圧力センサ、温度センサ及び湿度センサ（いずれも図示せず）と連動したマイクロコンピュータ（図示せず）による制御で、上述の給気装置２１、排気装置３７及び温調装置４０と加湿装置５０とが連動して培養室２０の内部の温度と湿度を安定に維持するために作動する。
【００４５】
そこで、本実施形態においては、培養室２０の内部に極微量の水蒸気を供給することのできる特定の加湿機構を採用する。加湿装置５０は、循環経路３２（３２ｃの位置）に設けられ、循環経路３２を循環する空気に加湿用の水蒸気を供給する。図３は、本実施形態に係るインキュベータが有する加湿装置を示す断面図である。加湿装置５０は、圧縮ガス発生装置５１と水供給装置５２と混合気液調整器５３と気化器５４とから構成されている。
【００４６】
圧縮ガス発生装置５１は、圧縮空気を発生するコンプレッサを採用する。なお、培養室内の炭酸ガス濃度や窒素ガス濃度などを調整するために、圧縮空気にこれらのガスを混合するようにしてもよい。図３においては、圧縮空気ＣＡを基本として必要により炭酸ガスＣＯ２を混合して供給するように構成されている。
【００４７】
水供給装置５２は、貯水タンク５２ａと給水配管５２ｂと給水ポンプ５２ｃとロードセル５２ｄとから構成されている。貯水タンク５２ａの内部には、清浄な水が貯留されロードセル５２ｄの上面に載置されている。給水配管５２ｂは、一方の端部を貯水タンク５２ａの内部の水に挿入し、他方の端部を混合気液調整器５３に接続している。また、給水配管５２ｂの管路には、給水ポンプ５２ｃが連接されている。
【００４８】
給水ポンプ５２ｃは、特に構造を限定するものではないが、湿度センサの微妙な変化に対応して微量の水を供給できるものが好ましい。例えば、容積ポンプなどを採用することが好ましい。なお、本実施形態においては、給水ポンプ５２ｃとして容積ポンプの一種であるペリスタティックポンプを採用した。また、本実施形態においては、給水ポンプ５２ｃが供給する水の量は、特に限定するものではないが、例えば、１ｇ／ｈｒ．〜６０ｇ／ｈｒ．の範囲内であることが好ましい。微量の給水量を制御することにより、培養室２０の内部の湿度の変動幅を平滑化することができる。なお、水の供給量は、容積ポンプによって検知されると共にロードセル５２ｄによっても検知することができる。
【００４９】
混合気液調整器５３は、水供給装置５２から供給される水と圧縮ガス発生装置５１から供給される圧縮空気とを混合して霧化した混合気液（ミスト）を発生する。なお、本実施形態においては、混合気液調整器５３としてエジェクタを採用した。図３において、混合気液調整器５３の駆動ガス部５３ａには、圧縮ガス発生装置５１から圧縮空気が供給される。また、混合気液調整器５３の吸引部５３ｂには、水供給装置５２から水が供給される。一方、混合気液調整器５３の吐出部５３ｃからは、気化器５４に連接されて霧化した混合気液（ミスト）が気化器５４に供給される。
【００５０】
気化器５４は、混合気液調整器５３から供給される霧化した混合気液（ミスト）を気化して水蒸気を発生する。図３において、気化器５４の一方の端部５４ａは、混合気液調整器５３の吐出部５３ｃに連接されている。また、気化器５４の他方の端部５４ｂは、循環経路３２ｃの内部に挿入されており、この他方の端部５４ｂから循環経路３２を循環する空気に加湿用の水蒸気を供給する。
【００５１】
ここで、本実施形態において採用する気化器５４の構造について説明する。図４は、加湿装置が具備する気化器の１実施形態を示す断面図である。図４において、気化器５４は、一方の端部５４ａから他方の端部５４ｂに伸びる円筒状の外筒管６１と、その内部に外筒管６１の長手方向に平行に内蔵された発熱体６２とから構成されている。外筒管６１は、ステンレス製の円筒からなる。発熱体６２は、外筒管６１の長手方向に平行に伸びるヒータ６３を具備している。なお、外筒管６１の内周面と発熱体６２との間には、混合気液（ミスト）が通過する隙間が設けられている。
【００５２】
ヒータ６３は、シリコンゴムからなる接続端子６３ｂにより外筒管６１の一方の外周端部（気化器５４の一方の端部５４ａの側）に設置されており、電線６３ａから電力の供給を受けて発熱する。なお、高温となるヒータ６３は、その表面を石英ガラス６４で被覆されている。また、本実施形態においては、外筒管６１の内周面も石英ガラスで被覆されている。なお、ヒータ６３は、その構造を特に限定するものではなく、棒状ヒータであってもよくコイル状ヒータであってもよい。また、ヒータの表面や外筒管の内周面の石英ガラスによる被覆も必ずしも必要ではないが、本実施形態においては、発塵防止、熱効率の向上を図っている。
【００５３】
このような気化器５４においては、混合気液調整器５３から供給される霧化した混合気液（ミスト）は、気化器５４の一方の端部５４ａに開口する導入口６５ａから気化器５４の内部に導入される。気化器５４の内部に導入された混合気液（ミスト）は、発熱体６２で加熱されながら外筒管６１と発熱体６２との隙間を通過して気化器５４の他方の端部５４ｂに開口する放出口６５ｂの方に移動する。この間に混合気液中の水（液体）は、発熱体６２で加熱され気化して水蒸気（気体）となり放出口６５ｂから放出される。なお、放出口６５ｂの水蒸気の温度を温度センサで測りながら放出する水蒸気の温度を制御するようにしてもよい。
【００５４】
ここで、気化器の他の実施形態について説明する。図５は、加湿装置が具備する気化器の他の実施形態を示す断面図である。図５において、気化器５５は、一方の端部５５ａから他方の端部５５ｂに伸びる円筒状の外筒管７１と、その内部に外筒管７１の長手方向に平行に内蔵された発熱体７２とから構成されている。外筒管７１は、ステンレス製の円筒からなり、その内部には断熱材７１ａが充填されている。発熱体７２は、外筒管７１の長手方向に平行に伸びる棒状のカートリッジヒータ７３と、カートリッジヒータ７３の外周に沿って長手方向に螺旋状に巻き付けられた蒸発管７４とを具備している。なお、カートリッジヒータ７３と蒸発管７４とは、断熱材７１ａで被覆されている。カートリッジヒータ７３は、外筒管７１の一方の端部（気化器５５の一方の端部５５ａの側）に設置されており、電線７３ａから電力の供給を受けて発熱する。
【００５５】
このような気化器５５においては、混合気液調整器５３から供給される霧化した混合気液（ミスト）は、気化器５５の一方の端部５５ａの外周に開口する蒸発管７４の導入口７５ａから蒸発管７４の内部に導入される。蒸発管７４の内部に導入された混合気液（ミスト）は、蒸発管７４が接触するカートリッジヒータ７３で加熱されながら蒸発管７４の内部を通過して気化器５５の他方の端部５５ｂに開口する蒸発管７４の放出口７５ｂの方に移動する。この間に混合気液中の水（液体）は、カートリッジヒータ７３で加熱され気化して水蒸気（気体）となり放出口７５ｂから放出される。なお、放出口７５ｂの水蒸気の温度を温度センサで測りながら放出する水蒸気の温度を制御するようにしてもよい。
【００５６】
このような構成の気化器５４又は５５を採用することにより、例えば、１ｇ／ｈｒ．〜６０ｇ／ｈｒ．の範囲内という微量の給水量に対しても熱効率の点から有効であり、培養室２０の内部の湿度の変動幅を平滑化することができる。また、混合気液中が発熱体６２又は７２で加熱されて高温の水蒸気となる。本実施形態においては、水蒸気の滅菌状態を確実に担保するために、気化器５４又は５５で発生する水蒸気の温度を１００℃或いは更に高温に制御する。このことにより、気化器５４又は５５で発生した水蒸気は、滅菌されておりエアフィルタを通過することなく循環経路３２を循環する空気中に直接供給することができる。
【００５７】
なお、気化器５４又は５５が放出する高温の水蒸気は、極微量であり循環経路３２を循環する空気の温度を大きく変化させることがない。更に、本実施形態においては、循環経路３２に設けられた調温装置４０のペルチェ素子により、常に温度が調節（昇温だけでなく降温も行われる）されている（図１参照）。このように、気化器５４又は５５が放出する水蒸気の量とその温度により、培養室２０の内部の湿度及び温度環境を制御するようにしてもよい。よって、外部環境とは気密的に遮蔽されて内部の無菌環境（例えば、グレードＡ）を維持している培養室２０の内部に、外部環境から水蒸気を供給する本実施形態においてもグレードＡの無菌環境が維持される。
【００５８】
次に、上述のように構成した本実施形態に係るインキュベータ１００において、作動中における空気の流れ、及び、インキュベータ１００の作用を説明する。図１において、培養室２０及び循環経路３２の内部は、無菌・無塵状態に維持されている。また、給気装置２１及び排気装置３７を作動させて培養室２０の内部の空気圧を外部環境よりも高く維持している。このことにより、培養室２０の内部は、ＧＭＰに即したグレードＡを維持している。
【００５９】
また、培養室２０の内部の温度は、３７±０．５℃に維持されている。培養室２０の内部の湿度は、培養液の蒸発による浸透圧の変化をさけるために９５％ＲＨ以上に維持されている。また、培養室２０の内部の炭酸ガス濃度（必要により窒素ガス濃度）は、培養に最適な条件を確保するために必要な濃度に維持されている。
【００６０】
この状態において、循環ファン３１が作動すると、培養室２０の前部空間２２（培養区画）の空気が培養室２０の下面壁部２０ｃ（前部空間２２の断熱扉２０ａに近い部位）に開口する吸引口３５から循環経路３２に流入する。循環経路３２を流れる空気は、各種センサと連動したマイクロコンピュータ（図示せず）による制御で、加湿装置５０による湿度調節、温調装置４０による温度調節、及びＨＥＰＡフィルタ３３による清浄化と均一化とを受ける。次に、循環経路３２を流れる空気は、循環経路３２ｆから培養室２０の背面壁部２０ｄに開口する放出口３６から培養室２０の後部空間２３内部に放出される。なお、図１において、循環経路３２を流れる空気の流れを矢印で示す。
【００６１】
ここで、上述のように、培養室２０の内部は無菌・無塵状態に維持されている。しかし、更に循環経路３２のＨＥＰＡフィルタ３３によって空気を清浄化することにより、培養室２０の内部の無菌・無塵状態をより完全に確保することができる。例えば、何らかの事故により循環経路３２の内部に微生物などの異物が混入した場合であっても、ＨＥＰＡフィルタ３３の作用により培養室２０の内部の無菌・無塵状態は確保される。
【００６２】
培養室２０の後部空間２３内部に放出された空気は、整流板３４による整流を受けて培養室２０の前部空間２２（培養区画）に供給される。整流板３４を介して前部空間２２（培養区画）に供給された空気は、前部空間２２（培養区画）を水平方向（図１及び図２において左から右）に向かう一方向流（層流）の空気を形成する。なお、前部空間２２（培養区画）を流れる一方向流の空気の温度、湿度及び炭酸ガス濃度は、正確に設定条件に維持されている。なお、図１及び図２において、前部空間２２（培養区画）を流れる空気の流れを矢印で示す。
【００６３】
図１において、整流板３４を介して放出された空気は、上面壁部２０ｂ、下面壁部２０ｃ、及び、４枚の棚板２２ａによって区画された４つの室をそれぞれ水平方向（図１の左から右）に流れる。この空気の温度、湿度及び流速は一定に維持されている。また、区画された４つの室には、それぞれ、棚板の上に培養液を充填したシャーレＳが載置されている（本実施形態においては、各棚板に１２個ずつ）。従って、各シャーレＳの表面には一定の温度、湿度及び炭酸ガス濃度に調整された一方向流の空気が一定の流速で流れている（図２の左から右）。更に、培養室２０の内部においては、一方向流の空気の温度、湿度及び炭酸ガス濃度を上述の温度センサ、湿度センサ、及び、炭酸ガス濃度センサにより検知する。
【００６４】
ここで、シャーレＳは一般にガラス製であり、その熱還流率（Ｋ値）は小さくはない。しかし、従来のインキュベータで行われる輻射或いは撹拌による加熱では、シャーレＳの内部の培養液の温度を培養条件に昇温するのに非常に長い時間を要していた。これに対して、本実施形態においては、一定温度の一方向流の空気が常時供給されており、シャーレＳへの熱量の供給が多くなる。従って、本実施形態においては、シャーレＳの見かけの熱還流率（Ｋ値）が更に大きくなり、シャーレＳの内部の培養液の温度を短時間で培養条件に昇温することができる。よって、本実施形態においては、被培養物の入ったシャーレの内部を短時間で所定の温度に昇温できるインキュベータを提供することができる。
【００６５】
これまで説明したように、本発明においては、培養室の内部の温度・湿度を均一に維持することができ、培養室の内部に結露が生じることのないインキュベータを提供することができる。また、本発明においては、培養室の内部の空気圧を外部環境よりも高くして無菌環境を維持すると共に、供給する水蒸気により内部の無菌環境に悪影響を及ぼすことのないインキュベータを提供することができる。
【００６６】
なお、本発明の実施にあたり、上記実施形態に限らず、次のような種々の変形例が挙げられる。
（１）上記実施形態においては、給気装置、排気装置、温調装置、及び、加湿装置の位置をそれぞれ所定の位置に特定するものであるが、これに限るものではなく、培養室又は循環経路を他の位置に設けるようにしてもよい。
（２）上記実施形態においては、温度センサ、湿度センサ、及び、炭酸ガス濃度センサの位置を培養室に設けるものであるが、これに限るものではなく、循環経路に設けるようにしてもよい。
（３）上記実施形態においては、空気の温調装置としてペルチェ素子を使用するものであるが、これに限るものではなく、循環経路又は培養室の内部にロッド状のシーズヒータなどの電気ヒータを採用するようにしてもよい。
（４）上記実施形態においては、培養室の棚段を４段設けるものであるが、これに限るものではなく、３段以下或いは５段以上設けるようにしてもよい。
（５）上記実施形態においては、炭酸ガス供給手段を設けて培養室の内部の炭酸ガス濃度を調整するものであるが、これに限るものではなく、培養条件によっては炭酸ガス供給手段を設けなくてもよい。
（６）上記実施形態においては、炭酸ガス供給手段を設けて培養室の内部の炭酸ガス濃度を調整するものであるが、これに限るものではなく、培養条件によっては炭酸ガス供給手段に加えて、或いは、炭酸ガス供給手段に代えて窒素ガス供給手段を設けて培養室の内部の窒素ガス濃度を調整するものであってもよい。
（７）上記実施形態においては、１枚の多孔性シートと１枚のスリット板とからなる整流板を採用するものであるが、これに限るものではなく、１枚又は２枚以上の多孔性シートを採用するようにしてもよい。この場合、多孔性シートとしては、スクリーン紗或いは多孔性セラミック板などを使用することが好ましい。
（８）上記実施形態においては、１枚の多孔性シートと１枚のスリット板とからなる整流板を採用するものであるが、これに限るものではなく、整流板を採用することなくインキュベータを構成するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６７】
１００…インキュベータ、１０…架台、２０…培養室、２０ａ…断熱扉、
２０ｂ〜２０ｄ…断熱壁、２１…給気装置、２１ａ…給気管、２１ｂ…電磁弁、
２１ｃ…ディスクフィルタ、２２…前部空間、２２ａ…棚板、２３…後部空間、
３０…循環装置、３１…循環ファン、３２…循環経路、３３…ＨＥＰＡフィルタ、
３４…整流板、３５…吸引口、３６…放出口、３７…排気装置、３７ａ…給気管、
３７ｂ…電磁弁、３７ｃ…ディスクフィルタ、４０…調温装置、５０…加湿装置、
５１…圧縮ガス発生装置、５２…水供給装置、５２ａ…貯水タンク、
５２ｂ…給水配管、５２ｃ…給水ポンプ、５２ｄ…ロードセル、
５３…混合気液調整器、５４…気化器、６１、７１…外筒管、６２、７２…発熱体、
６３、７３…ヒータ、６４…石英ガラス、７４…蒸発管、Ｓ…シャーレ。
【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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