(57)【要約】【課題】温水による試料の加熱を行い、所定温度を正確に維持し、所定水量を正確に維持できる恒温装置を提供する。【解決手段】水３が貯えられる水槽２と、前記水３を循環させるパイプ１８，２６および循環ポンプ２１と、前記パイプ１８，２６内の水を加熱するヒータ２３と、前記水槽２内に冷却水１４を供給する冷却ポンプ２５とを備え、前記ヒータ２３による昇温モードと、前記冷却水１４による冷却モードを別々に用いることにより、前記水槽２内の水を所定温度に維持する。また、望ましくは、前記水槽２内の水３を所定温度に維持した保温モードの後に、前記冷却ポンプ２５は、前記水槽２内に前記冷却水１４を所定量だけ供給する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水が貯えられる水槽と、前記水を循環させるパイプおよび循環ポンプと、前記パイプ内の水を加熱するヒータと、前記水槽内に冷却水を供給する冷却ポンプとを備え、前記ヒータによる昇温モードと、前記冷却水による冷却モードを別々に用いることにより、前記水槽内の水を所定温度に維持する事を特徴とする恒温装置。
【請求項２】
前記水槽内の水を所定温度に維持した保温モードの後に、前記冷却ポンプは、前記水槽内に前記冷却水を所定量だけ供給する事を特徴とする請求項１の恒温装置。
【請求項３】
前記保温モード後における、前記冷却ポンプの回転数は、前記保温モード前における、前記冷却ポンプの回転数よりも小さくなる様に、設定された事を特徴とする請求項２の恒温装置。
【請求項４】
制御部を設け、前記制御部は、前記保温モード後に、前記冷却ポンプを間欠運転させ、運転時間を短く、停止時間を長くなる様に、制御する事を特徴とする請求項３の恒温装置。
【請求項５】
前記制御部に接続するコンピュータを設け、前記コンピュータは前記制御部に対し、一定の前記運転時間を与え、環境条件に応じた前記停止時間を与える事を特徴とする請求項４の恒温装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は恒温装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、恒温装置は、ハウジングおよび開閉可能な扉を備えている。扉を閉めることにより、ハウジング内部への外気の侵入を遮断することができる。ハウジング内の試料は、ハウジング内の気体によって加熱される（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−８９５６１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
生体を緩やかに加温することで起こる細胞の変化について、各研究機関において、多くの研究がなされている。これらの生体や細胞の温熱効果による培養や評価を行うためには、気体で試料の加熱を行うことは望ましくない、第１の欠点がある。
【０００５】
しかし、温水で加熱する場合、温水を所定温度内（例えば、所定温度±０．１℃以内）に維持する事は困難である、第２の欠点がある。更に、温水加熱の場合、温水状態を維持する状態において、温水が蒸発し、温水が所定量から減る、第２の欠点がある。故に、本発明はこの様な従来の欠点を考慮し、温水による試料の加熱を行い、所定温度を正確に維持し、所定水量を維持できる恒温装置を提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の本発明では、水が貯えられる水槽と、前記水を循環させるパイプおよび循環ポンプと、前記パイプ内の水を加熱するヒータと、前記水槽内に冷却水を供給する冷却ポンプとを備え、前記ヒータによる昇温モードと、前記冷却水による冷却モードを別々に用いることにより、前記水槽内の水を所定温度に維持する。
【０００７】
請求項２の本発明では、前記水槽内の水を所定温度に維持した保温モードの後に、前記冷却ポンプは、前記水槽内に前記冷却水を所定量だけ供給する。
【０００８】
請求項３の本発明では、前記保温モード後における、前記冷却ポンプの回転数は、前記保温モード前における、前記冷却ポンプの回転数よりも小さくなる様に、設定された。
【０００９】
請求項４の本発明では、制御部を設け、前記制御部は、前記保温モード後に、前記冷却ポンプを間欠運転させ、運転時間を短く、停止時間を長くなる様に、制御する。
【００１０】
請求項５の本発明では、前記制御部に接続するコンピュータを設け、前記コンピュータは前記制御部に対し、一定の前記運転時間を与え、環境条件に応じた前記停止時間を与える。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、図１の概略構成図に従い、本発明の実施の形態に係る恒温装置１を説明する。図１において、水槽２は、上方が開放した略凹状に形成されている。水槽２には、水３が貯えられている。棚４は、水槽２の上部に固定され、試料が収容された容器５は、棚４の上に配置されている。
【００１２】
ハウジング６は、水槽２を囲む様に設けられている。ハウジング６の適所と水槽２の適所を貫通する様に、出口部７と、排水部８と、入口部９が設けられている。
【００１３】
排水部８の一側は、排水管１０に接続され、他側は排水弁１１に接続されている。排水弁１１に設けられたハンドル１２は、ユーザにより回される事により、オーバーフローの水位が調節される様に、構成されている。
【００１４】
冷却槽１３は、上方が開放した略凹状に形成され、冷却水１４が冷却槽１３内に貯えられている。扉１５は、冷却槽１３の側面に設けられ、開閉自在に構成され、ユーザが冷却水１４を補給できる様に、構成されている。
【００１５】
水位計１６は、冷却水１４の水位を測定するためのものである。入口具１７の一側は、パイプ１８を介して、出口部７に接続されている。入口具１７の適所に温度計１９が設けられている。入口具１７の適所に、流量スイッチ２０が設けられている。
【００１６】
入口具１７の他側は、循環ポンプ２１の吸込側に接続されている。循環ポンプ２１の吐出側は、出口具２２の一側に接続されている。
【００１７】
出口具２２の適所に、ヒータ２３が設けられている。出口具２２の適所に、切換弁２４が設けられ、切換弁２４は冷却ポンプ２５の吐出側に設けられている。冷却ポンプ２５の吸込側は、冷却槽１３内の冷却水１４を吸込む様に、構成されている。出口具２２の他側はパイプ２６を介し、入口部９に接続されている。
【００１８】
上記構成により、切換弁２４が閉じている時、水槽２内の水３は、出口部７とパイプ１８と、入口具１７と、循環ポンプ２１を通り、ヒータ２３により加熱され、切換弁２４と、出口具２２と、パイプ２６と、入口部９を通り、水槽２内に戻る。
【００１９】
この様に、水槽２内の水３を循環させるパイプ１８，２６と、循環ポンプ２１と、パイプ１８,２６内の水を加熱するヒータ２３が設けられている。また、切換弁２４が開いた時、水３は出口部７と、パイプ１８と、入口具１７と、循環パイプ２１を通り、切換弁２４を通過する。この時、冷却槽１３内の冷却水１４は、冷却ポンプ２５の吸込側を通り、吐出側を通り、切換弁２４内に入る。
【００２０】
この様にして、切換弁２４により、水槽２内の水３と、冷却槽１３内の冷却水１４は混合され、この混合水は、出口具２２の他側と、パイプ２６と、入口部９を通り、水槽２内に戻る。この様に、水槽２内に冷却水１４を供給する冷却ポンプ２５が設けられている。
【００２１】
冷却槽１３の上方に、回路基板２７が設けられている。制御部２８は例えばＣＰＵ等から成り、回路基板２７上に配置されている。制御部２８は、雄コネクタ２９と、ヒータ３と、温度計１９と、循環ポンプ２１と、冷却ポンプ２５と、湯温度調整器３０と、電圧調整器３１と、切換弁２４等に接続されている。以上の部品により、この恒温装置１は構成されている。
【００２２】
なお、コンピュータ３２は例えば、パーソナルコンピュータであり、入力部３３等を有している。ケーブル３４の一側は、雌コネクタ３５を有しており、他側はコンピュータ３２に接続されている。雌コネクタ３５と、雄コネクタ２９は、機械的及び電気的に接続される様に、構成されている。
【００２３】
次に、図１ないし図３に従い、この恒温装置１の動作を説明する。図２は恒温装置１の主要動作を示すフローチャート、図３は図２に続くフローチャートである。
【００２４】
これらの図において、制御部２８は、コンピュータ３２からの入力信号が有ったか否かを判定する（図２のＳ１を参照）。仮に、この入力信号が無ければ、制御部２８は待ち受け状態を続ける。
【００２５】
仮に、この入力信号が有れば、次に制御部２８は、水槽２内の水３の現在温度が設定温度（例えば４２℃）以上か否かを判定する（図２のＳ２を参照）。
【００２６】
仮に、水３の現在温度（例えば、４６℃とする）が設定温度以上ならば、制御部２８はＳ２の判定を肯定し、冷却モードに設定する（図２のＳ３を参照）。冷却モードとは、循環ポンプ２１を運転させ、ヒータ２３を停止させ、切換弁２４を開かせ、冷却ポンプ２５をフル運転（１００％の出力で運転させる事）させるモードである。
【００２７】
次に、制御部２８は、水３の現在温度が設定温度（４２℃）＋ヒステリシス▲２▼（例えば、３℃とする）以下か否かを判定する（図２のＳ４を参照）。上記例では、水３の現在温度が４６℃であるので、制御部２８は、Ｓ４の判定を否定する。
【００２８】
この様にして、制御部２８は、Ｓ３とＳ４を繰り返す。この時は、保温モード（後述）前の冷却モードであり、制御部２８は電圧調整器３１を介して、冷却ポンプ２５に対し、比較的大きい電圧を印加する。
【００２９】
その結果、冷却ポンプ２５の回転数は例えば３０００ｒｐｍと大きく、冷却水１４を流量７リットル／分にて吐出する。この時、切換弁２４は開いているので、出口具２２の中において、循環ポンプ２１が吐出する水３（約４６℃）と、冷却ポンプ２５が吐出する冷却水（約１０℃）とが混合され、この混合水はパイプ２６を通り、水槽２内に供給される。
【００３０】
また、水槽２内の上記混合水は、パイプ１８を介して、循環ポンプ２１により吸引され、再び、出口具２２の中に吐出される。この様にして、水槽２内の水３の温度は急激に下がる。
【００３１】
この様にして、水３の温度が４５℃まで下がると、制御部２８はＳ４の判定を肯定し、自然冷却モードに設定する（図２のＳ５を参照）。自然冷却モードとは循環ポンプ２１を運転させ、ヒータ２３を停止させ、切換弁２４を閉じさせ、冷却ポンプ２５を停止させるモードである。
【００３２】
次に制御部２８は、水３の現在温度が設定温度（４２℃）＋ヒステリシス▲３▼（例えば０．１℃）以上か否かを判定する（図２のＳ６を参照）。上記例では、水３の温度は、まだ高いので、制御部２８はＳ６の判定を否定し、Ｓ５とＳ６を繰り返す。
【００３３】
この様にして、水３（４５℃）と冷却水１４（１０℃）が混合され、この混合水は循環はポンプ２１により、循環される。その結果、水３の温度は徐々に下がり、例えば、４２．１℃になったとする。
【００３４】
この時、制御部２８はＳ６を繰り返し、昇温モードに設定する（図２のＳ７を参照）。昇温モードとは、循環ポンプ２１を運転させ、ヒータ２３をフル運転（１００％の出力で運転させる事）させ、切換弁２４を閉じさせ、冷却ポンプ２５を停止させるモードである。
【００３５】
つぎに制御部２８は、水３の現在温度が設定温度（４２℃）−ヒステリシス▲３▼（０．１℃）以上か否かを判定する（図２のＳ８を参照）。上記例では、水３の現在温度は４１．９℃よりも低いので（水温が落ち込むので）、制御部２８はＳ８の判定を否定し、Ｓ７とＳ８の動作を繰り返す。
【００３６】
上記動作を繰り返す（即ち、昇温モードを実行する）と、水３の現在温度は４１．９℃に復帰し、制御部２８はＳ８を肯定し、保温モード（即ち、定常運転モードであり、図３のＳ９を参照）に設定する。
【００３７】
また、上記説明と異なり、水３の現在温度が設定温度（４２℃）より低い場合制御部２８はＳ２を否定し、昇温モード（図２のＳ１０を参照）に設定する。
【００３８】
次に制御部２８は、水３の現在温度が設定温度（４２℃）−ヒステリシス▲３▼（０．１℃）以上か否かを判定する（図２のＳ１１を参照）。仮に、現在温度が上記温度より低い場合、制御部２８は、Ｓ１０とＳ１１の動作を繰り返す。
【００３９】
仮に、現在温度が上記温度に復帰した場合、制御部２８はＳ１１を肯定し、保温モードに設定する（図３のＳ９を参照）。
【００４０】
保温モードとは、循環ポンプ２１を運転させ、ヒータ２３を全出力の２０％ないし３０％で運転させ、切換弁２４を閉じさせ、冷却ポンプ２５を停止させるモードである。この様に、保温モードにおいて、水槽２内の水３の現在温度は設定温度（例えば４２℃）±０．１℃以内に維持される。
【００４１】
以上の動作の特徴をまとめる。ヒータ２３による昇温モード（Ｓ７を参照）と冷却水１４による冷却モード（Ｓ３を参照）を別々に用いることにより、水槽２内の水３を所定温度に維持する（Ｓ９を参照）ことができる。
【００４２】
次に制御部２８は、水３の現在温度と所定温度との差（温度のずれ）が、ヒステリシス▲１▼（例えば、外乱による誤差であり、±０．５℃とする）以上か否かを判定する（図３のＳ１２を参照）。
【００４３】
仮に、温度のずれがヒステリシス▲１▼以上ならば、制御部２８はＳ１２の判定を肯定し、図２のＳ２の直前に戻る。仮に、温度のずれが小さければ、制御部２８はＳ１２の判定を否定する。
【００４４】
次に制御部２８は、設定温度が変更されたか否かを判定する（図３のＳ１３を参照）。仮に、ユーザが設定温度を変更していれば、制御部２８はＳ１３の判定を肯定し、図２のＳ２の直前に戻る。仮に、ユーザが変更していなければ、制御部２８はＳ１３の判定を否定する。
【００４５】
そして制御部２８は水補給モードか否かを判定する（図３のＳ１４参照）。仮に、ユーザが恒温装置１に設けられた水補給モード選択キー（図示せず）を押していなければ、制御部２８はＳ１４の判定を否定し、Ｓ９の直前に戻る。
【００４６】
上記例では、ユーザが上記キーを押していたものとする。その結果、制御部２８は、Ｓ１４の判定を肯定する。次に制御部２８は、補給間隔が経過したか否かを判定する（図３のＳ１５を参照）。即ち、制御部２８は、保温モード（Ｓ９を参照）が開始してから、次の水補給モード（後述）が開始するまでの時間が、補給間隔時間以上か否かを判定する。
【００４７】
上記例では、保温モードが開始した直後なので、制御部２８はＳ１５の判定を否定し、ステップＳ９，Ｓ１２，Ｓ１３，Ｓ１４，Ｓ１５の動作を繰り返す。上記動作の繰り返しにより、時間が経過すると、制御部２８は、Ｓ１５を肯定する。
【００４８】
つぎに制御部２８は、水補給モードに設定する（図３のＳ１６を参照）。水補給モードとは、循環ポンプ２１を運転させ、ヒータ２３を全出力の２０％〜３０％で運転させ、冷却ポンプ２５を全出力の約１０％で運転させ、切換弁２４を開かせるモードである。
【００４９】
この水補給モードにおいて、制御部２８は、電圧調整器３１を介して、冷却ポンプ２５に対し、比較的小さい電圧を印加させる。その結果、冷却ポンプ２５の回転数は例えば３００ｒｐｍと小さく、冷却水１４を流量０．７リットル／分にて吐出する。
【００５０】
この様に、保温モード（Ｓ９を参照）後における、冷却ポンプ２５の回転数（例えば３００ｒｐｍ）は、保温モード（Ｓ９を参照）前における、冷却ポンプ２５の回転数（例えば，３０００ｒｐｍ）よりも小さくなる様に、設定されている。
【００５１】
また、水補給モード（Ｓ１６参照）において、制御部２８は、冷却ポンプ２５を間欠運転させる。例えば、１サイクルにおける運転時間は、約５秒間であり、１サイクルにおける停止時間は約２０分間である。そして制御部２８は、冷却ポンプ２５を３サイクルだけ運転させる。すなわち、合計の運転時間は（５秒＋２０分）×３＝１時間１５秒である。なお、上記停止時間（例えば、２０分間）はＳ１５に示した補給間隔時間と、同一である。
【００５２】
例えば、水槽２の大きさは、縦が４３０ｍｍで、横が３６０ｍｍで、高さが２４０ｍｍとし、水３の温度を４２℃とし、冷却水１４の温度を１０℃として、冷却ポンプ２５を、上記間欠運転させる。
【００５３】
この時、冷却ポンプ２５の３サイクルにおける冷却水１４の供給量は１７４ＣＣであり、水３の蒸発による水位低下を１ｍｍ以内に抑える事ができる。また、４２℃の水３に対し、１０℃の冷却水１４を１サイクル５８ＣＣを加える事により、水槽２内の水３の温度変化は、±０．１℃以内とする事ができる。
【００５４】
この様に、水補給モード（Ｓ１６）が所定時間（例えば、１時間１５秒）が経過すると、制御部２８は「所定時間経過か」の判定（図３のＳ１７を参照）を肯定し、Ｓ９の直前に戻る。また、所定時間が経過しない場合、制御部２８はＳ１６とＳ１７の動作を繰り返す。
【００５５】
上記水補給モード（図３のＳ１６を参照）の特徴をまとめる。水槽２内の水３を所定温度（例えば、４２℃）に維持した保温モード（Ｓ９を参照）の後に、冷却ポンプ２５は、水槽２内に冷却水１４を所定量（例えば、１７４ＣＣ）だけ供給する。
【００５６】
また、制御部２８は、保温モード（Ｓ９を参照）後に、冷却ポンプ２５を間欠運転させ、運転時間（例えば、５秒）を短く、停止時間（例えば、２０分）を長くする様に、制御する。
【００５７】
なお、ユーザは、コンピュータ３２に設けられた入力部３３に対し、環境条件（例えば、水３の設定温度、雰囲気の空気の温度、湿度、水槽２の開放度等）を入力するものとする。
【００５８】
この時、コンピュータ３２に設けられた制御手段（ＣＰＵ等から成るが、図示せず）は、制御部２８に対し、水補給モード（Ｓ１６参照）における、冷却ポンプ２５の運転時間を一定とし（例えば、５秒）、上記環境条件に応じた最適の停止時間を与える。
【００５９】
すなわち、コンピュータ３２は、水槽２内の水３の温度が例えば、設定温度の±０．１℃以内になる様に、かつ、水補給しても、水槽２内の水３の水位の変化が、例えば１ｍｍ以内になる様に、停止時間を計算し、制御部２８に対し、上記停止時間を与える。
【００６０】
【発明の効果】
請求項１の本発明では、水が貯えられる水槽と、前記水を循環させるパイプおよび循環ポンプと、前記パイプ内の水を加熱するヒータと、前記水槽内に冷却水を供給する冷却ポンプとを備え、前記ヒータによる昇温モードと、前記冷却水による冷却モードを別々に用いることにより、前記水槽内の水を所定温度に維持する。この様に、昇温モードと、冷却水による冷却モードを別々に用いる事により水槽内の水温を、より正確に、より早く、所定温度に維持（到達）させる事ができる。
【００６１】
請求項２の本発明では、前記水槽内の水を所定温度に維持した保温モードの後に、前記冷却ポンプは、前記水槽内に前記冷却水を所定量だけ供給する。上記構成により、供給される冷却水の量を所定量に維持することにより、水槽内の水位の変化を、できるだけ、小さく維持できる。
【００６２】
請求項３の本発明では、前記保温モード後における、前記冷却ポンプの回転数は、前記保温モード前における、前記冷却ポンプの回転数よりも小さくなる様に設定された。この様に、水補給モードにおける、冷却ポンプの回転数を小さくする事により、水槽への吐出流量を小さく抑え、水槽内の水位の変化を小さくできる。
【００６３】
請求項４の本発明では、制御部を設け、前記制御部は、前記保温モード後に、前記冷却ポンプを間欠運転させ、運転時間を短く、停止時間を長くなる様に、制御する。この様に、冷却ポンプを間欠運転する事により、水槽への冷却水の吐出量を小さくし、水槽内の水温変化を抑える事ができる。
【００６４】
請求項５の本発明では、前記制御部に接続するコンピュータを設け、前記コンピュータは前記制御部に対し、一定の前記運転時間を与え、環境条件に応じた前記停止時間を与える。上記構成により、環境条件が変化しても、コンピュータにより、水槽内の水温変化が少なく、水槽内の水位変化が少ない条件（冷却ポンプの停止時間）が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る恒温装置１の概略構成図である。
【図２】上記装置１の主要動作を示すフローチャートである。
【図３】図２に続くフロ−チャートである。
【符号の説明】
２  水槽
３  水
１４  冷却水
１８，２６  パイプ
２３  ヒータ
２５  冷却ポンプ
２８  制御部
【図１】
2004206518.tif 000003
【図２】
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【図３】
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