专利名称：对内部加湿进行改进的实验室用培养箱的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种实验室用气候箱，也涉及一种培养箱，尤其涉及一种加气的培养箱，其具有由外壳封住的内部和设置在所述内部之外的蒸汽发生器，蒸汽发生器通过蒸汽供给管线连接到所述内部。
背景技术：
培养箱通常在实验室中使用，用于在预定条件(例如在加气的培养箱(采用预定的气体环境)的情况下的特定温度和环境湿度)下将样本(尤其是生物样本和/或微生物样本)储存在培养箱的内部。通常会努力模拟人或动物身体的环境。因而，通常选择的环境为大致为370C的温度、尽可能最高的环境湿度，环境湿度典型地至少为60%，优选至少为80%，特别优选至少为90%，但是培养箱的壁上或其它区域没有水分凝结出来。·
现有技术中，在培养箱中形成潮湿的内部环境的各种可能方式是公知的。第一种可能方式就是在培养箱内部设置贮水部，通过加热来蒸发贮水部中的水(例如，EP1552888A2)。但是，这种解决办法的主要问题就是容易引起贮水部的微生物污染，从而会造成培养箱中储存的样本被污染的风险。如果将过热水蒸汽从外部供给到培养箱内部，那么会显著降低微生物污染的风险。例如，公知的解决办法是将高压灭菌器或消毒器安装在培养箱外部，在压力下将过热水蒸汽从高压灭菌器或消毒器供给到培养箱中。但是，这种解决办法复杂且昂贵。另外，这些装置受压力箱的安全要求(例如，德国工业安全和卫生条例)的限制。另外一个缺点就是由于热蒸汽被供给到培养箱的内部，因此产生了高温热量的突然引入，这使得在培养箱内部难以保持恒定温度。另外，在压力下供给蒸汽期间难以防止水被喷溅到培养箱内部，从而在某些情况下，水会凝结在培养箱内部所储存的样本上。
发明内容
因而，对培养箱存在下述要求，即以较低的费用使培养箱内部能保持均匀的高湿度和恒定温度，并使污染的风险保持为尽可能小。本发明的目的就是发明这样一种培养箱。通过根据本申请的培养箱能解决这种问题。本申请的其他方面描述了培养箱的优选实施例。另外，本发明涉及一种用来操作这种培养箱的方法。在第一方面，本发明涉及一种实验室用气候箱，优选地涉及一种加气的培养箱，其具有外壳和蒸汽发生器，所述外壳封住内部，蒸汽发生器设置在所述内部之外，蒸汽发生器通过蒸汽供给管道连接到所述内部。蒸汽发生器实施为基本上不加压的容器，该容器具有底部区域和位于底部区域上方的蒸汽区。所述底部区域能容纳贮水部，可使用加热装置来加热所述贮水部。空气供给管线通向蒸汽发生器以将环境空气供给到蒸汽发生器中。在蒸汽发生器内部，环境空气富含水蒸汽并经由蒸汽供给管线基本上不加压地被引入到实验室用气候箱的内部中，该蒸汽供给管线在蒸汽区的区域中离开蒸汽发生器。现有技术中水蒸汽在培养箱内部产生，与现有技术相比本发明中设置有外部蒸汽发生器。因而避免了在培养箱内部中存在受污染的贮水部。本发明与现有技术中的外部蒸汽发生器的不同之处在于，现有技术中的外部蒸汽发生器在压力下将过热水蒸汽供给到培养箱内部，而在本发明中蒸汽发生器是基本上不加压的容器，水蒸汽在基本上不加压的情况下被引入到培养箱的内部中。因而，根据本发明所使用的蒸汽发生器不是在其内部会中会产生过压以形成过热水蒸汽的压力箱。根据本发明所使用的蒸汽发生器不受压力箱或锅炉的相关规定(如，德国工业安全和卫生条例或其之前的规定、压力箱和锅炉规定)的限制。特别地，在蒸汽发生器的运行期间，不会产生过压或仅产生非常小的过压，其最高为0.5巴，优选地为在任何情况下小于0.2巴。另外，在蒸汽发生器运行期间也不会产生过热水蒸汽，而富含水蒸汽的空气的温度以及贮水部的温度在任何情况下均低于水的沸点，即，在任何情况下均低于100°C，且优选地最高为90°C。根据本发明所使用的蒸汽发生器中形成的水蒸汽不是压缩蒸汽，而是基本不加压(最高为0. 5巴，优选小于0. 2巴)地被引入培养箱内部，这是因为水蒸汽是在基本上不加压的容器内产生的且未采取措施来压缩水蒸汽。更确切地说，在水蒸汽流经区域的至少一个部位上有利地设置压力平衡口，所述压力平衡口优选设置在培养箱中。供给基本未压缩的水蒸汽的优点是与供给压缩热蒸汽的情况相比，能明显更均 匀地实现将热量引入培养箱内部。因为不必在蒸汽发生器内部产生高压，因而也不需要关闭阀，优选地，蒸汽供给管线中不会出现阀。因而可避免在打开阀之后过热水蒸汽被突然供给到培养箱内部中。更确切地说，能更均匀地将水蒸汽供给到培养箱内部。另外，与过热热蒸汽的情况相比，被供给的水蒸汽温度更低，从而使得单位时间内温度的引入更少并能更均匀地实现温度引入。这使得在保持培养箱内部中保持温度的一致性就容易得多。由于湿度过高的风险以及由湿度过高所导致的水分被凝结出来的风险显著降低，因而，与现有技术相比，温度和湿度变化更小，这使得培养箱内部的水分含量总量能被设定得更高。因而，也有利地降低了样本变干的危险。在现有技术中使用阀来关闭高压蒸汽发生器经常会出现下列情况打开阀并将热蒸汽供给到培养箱内部之后，水滴喷溅到培养箱内部中。因为本发明不需要阀来关闭培养箱的蒸汽发生器，因而本发明中也不会出现这种问题。在基本不加压的情况下产生水蒸汽的另外一个优点是与蒸汽压力箱的情况相t匕，可以使用横截面实质上更大的供给管线。现有技术中存在以下风险即尤其是在供给管线内的瓶颈部区域和阀中将会出现形成由细菌形成造成的被污染的危险。在本发明中也可避免这种问题，这是因为横截面更大且未使用阀的供给管线出现微生物污染的机会明显更小，并且出现所谓的生物淤积及伴随生物淤积而出现的阻塞的机会也更小。另外，出人意料地已被证实的是不需要将水加热到至少100°c来防止在蒸汽发生器的贮水部中生成细菌。更确切地说,如果贮水部至少为60°C，那么已经足以避免细菌生成。如果贮水部被加热到至少70°C，优选为至少80°C，特别优选地是被保持在85°C -90°C，就能更有效地防止细菌生成。正如已经提到过的，根据本发明仅仅防止水开始沸腾。一旦在蒸汽发生器中充分加热所述贮水部，在贮水部上方的蒸汽区中就形成了极度富含水蒸汽的环境。如果蒸汽区的水蒸汽饱和则是优选的。这种情况下，被引入蒸汽发生器内的环境空气中会迅速充盈水分，然后富含水分的该空气被引入培养箱内部，从而造成内部环境迅速地被深度加湿，这是因为培养箱中设定的的内部温度值(例如为37°C)明显低于从蒸汽发生器供给到培养箱内部的蒸汽饱和的空气的温度。由于被供给的空气中水蒸汽饱和，从而所述空气非常迅速地将其水分排到培养箱的内部环境中。为了使被引入蒸汽发生器内的环境空气中富含水蒸汽，通常情况下，如果空气供给管线在蒸汽区的区域内通入蒸汽发生器就足够了。如果能确保下述情况发生通常就足够了 被供给的环境空气在通过蒸汽供给管线离开蒸汽发生器之前，环境空气必须在蒸汽发生器的蒸汽区经过足够长的路径。空气供给管线和蒸汽供给管线因而有利的是尽可能相互远离。如果空气供给管线在所述底部区域通入蒸汽发生器，这样环境空气就经过贮水部进入贮水部上方的蒸汽区，然后从蒸汽区经过蒸汽供给管线进入培养箱中，从而能够实现使被引入的环境空气中更好地富含水蒸汽。该蒸汽供给管线在蒸汽区的上部区域离开蒸汽发生器是有利的。为了防止可能凝结在蒸汽供给管线中的水进入培养箱内部，优选地将蒸汽供给管线设置成从蒸汽发生器朝培养箱的方向向上延伸。这种情况下，冷凝水从蒸汽供给管线流出返回到蒸汽发生器中。一般而言，可使用任何合适的传送装置用来将空气输送到根据本发明的装置的内
部。十分简单且成本合算的传送装置如风扇或泵就足够了。优选地，在空气尚冷且还未富含被加热的水蒸汽的区域设置传送装置，从而使传送装置不会受到温度和湿度升高的影响。因而，例如，在空气供给管线进入蒸汽发生器之前的区域，可方便地将空气供给管线连接到传送装置即泵或风扇上。为了防止污染物与环境空气一起进入蒸汽发生器中并从蒸汽发生器进入培养箱中，优选地将过滤器(尤其是无菌过滤器)连接到传送装置的上游或优选连接到传送装置的下游。在加气的培养箱如CO2培养箱中，除保持温度和湿度以外，培养箱内部还需保持特定的气体环境。为此目的所使用的气体在后面被称之为处理气，以使其区别于也被引入培养箱中的富含水蒸汽的空气。在加气的培养箱中使用这种处理气基本上已经是公知的。例如，使用二氧化碳以在加气的培养箱中设定特定的pH值，使用氮气以形成惰性气体环境，使用氧气来模拟富含氧的血液的环境并促进氧化过程。为了使这些处理气能进入培养箱内部，另外地设置有至少一个气体供给管线。该气体供给管线例如能直接通向培养箱内部。因为处理气通常可获得的形式是干燥形式，因而，一旦引入处理气，培养箱内部的湿度就降低。这进而会产生如下结果对培养箱进行的控制确保使载有水蒸汽的环境空气的供给量增加，以便在培养箱内部再次形成预设湿度值。这继而导致被引入的处理气的置换，这样就必须通过另外引入处理气而使所述处理气的浓度能再次增加至所需值。于是形成了具有不必要增加的气体供给的不需要的控制环路。根据本发明可避免这种情况发生，这是因为作为干燥处理气的替代，被加湿的处理气被引入培养箱内部。为此目的，优选使气体供给管线通向蒸汽发生器，以便在处理气被传送到培养箱内部之前就先在蒸汽区加湿了处理气。在本发明的特别优选实施例中，设置有用于供送处理气的气体供给管线，该气体供给管线既通向蒸汽发生器、也通向培养箱内部。特别地，适当地设置有其他装置例如至少一个阀，以将处理气选择性地供给到蒸汽发生器或培养箱的内部中。这样，根据培养箱内部所测的水分含量，如果培养箱内部水分含量非常高，就可将处理气作为干燥处理气直接引入培养箱内部；或者，如果水分含量低于预设阈值，就可将处理气供给到蒸汽发生器中，从而使处理气在蒸汽发生器中变得富含水分，然后该处理气到达加气的培养箱内部。通过蒸汽供给管线可方便地将处理气从蒸汽发生器供给到加气的培养箱中，被加湿的环境空气也通过该蒸汽供给管线被导入加气的培养箱中。
基本上以现有的公知方式来测量培养箱内的运行参数。本发明的优点是培养箱的基本结构及运行、以及处理次序的控制可与现有技术相同。不需要昂贵的改造措施。在培养箱运行之前或期间，在设定蒸汽发生器中的贮水部的温度时如果考虑环境压力，将会是有益的。这是可取的，因为依培养箱的安装场所而定的环境压力对水的沸腾温度有影响，但是根据本发明贮水部中水的沸腾将被避免。在特别简单的变化实施例中，安装场所的海拔与贮水部中水的最高温度相关。例如，在根据本发明的培养箱开始运行之前，可以将安装场所的海拔编制到装置的控制器中，然后控制器确保贮水部中的水不超过与安装海拔相对应的最高温度，或者贮水部中的水的该最高温度被直接预先设定。可供选择地，可以使用安装在装置中的压力表来测定环境压力，例如压力表是与红外线二氧化碳传感器组合为一体的压力传感器，从而可自动探测并保持最高水温。通过将贮水部中的温度设定为足够高，一方面，可确保在蒸汽发生器的蒸汽区形成水蒸汽饱和的环境，另一方面，可确保贮水部中不发生污染。另外，根据本发明的装置 内的管线横截面大且几乎无瓶颈部区域也额外地防止了污染。但是，在根据本发明的培养箱的使用期限内通常需要临时消毒的方法，通过使用本发明的装置特别容易执行这些方法。特别优选使用干热空气来消毒，该干热空气温度至少为140°C，例如，特别优选大致为180°C。这种干热空气可以在蒸汽发生器中产生，然后从蒸汽发生器被引入培养箱中。为此目的，首先可方便地蒸发贮水部中的水分，为了进行蒸发，温度被增加至超过正常的运行温度，并使得贮水部中的水沸腾。贮水部中的水完全蒸发之后，产生了被加热到至少为140°C的干空气。因此，不需要另外的设备来执行消毒步骤。可供选择地，可从外部热空气发生器供给热空气。上文以这样一种方式描述了本发明，即一个培养箱设置有一个蒸汽发生器。但是，也可将多个培养箱连接到一个蒸汽发生器。为此，不止一个蒸汽供给管线从蒸汽发生器导出，g卩，每个培养箱分别对应一个蒸汽管线；或者从蒸汽发生器导出的一个蒸汽供给管线产生分支，然后分配给多个培养箱。然后方便地将阀设置在每个蒸汽管线上，这样可单独致动各个蒸汽管线，以便能单独设定被供给到每个培养箱中的蒸汽量。多个培养箱仅使用一个蒸汽发生器可减小所需的空间，从而降低了总体布置的花费。如果培养箱是加气的培养箱，气体供给管线以类似于蒸汽供给管线的方式设置，以便能单独设定被供给到每个培养箱中的气体量。
下面将根据附图更详细解释本发明。下面的附图是示意图而不是比例图，附图如下图I示出了根据本发明的实验室用气候箱的截面图，该气候箱附接有蒸汽发生器。
具体实施例方式图I以加气培养箱(培养箱)1为实例来描述了本发明。培养箱I包括外壳2,外壳2封住内部3，在预设的温度、湿度和气体气氛条件下可以将例如微生物样本储存在所述内部3中。该样本的典型储存条件例如是温度37°C、环境湿度大致为95%。可通过门(该截面图中未示出)来关闭所述内部3。为了简化，图中已省略了内部设备如支撑盘、测量装置
坐寸O为了在内部3形成所需的湿度，通过蒸汽供给管线5将蒸汽发生器4连接到培养箱I。蒸汽发生器4包括容器40，容器40具有能容纳贮水部6的底部区域41和蒸汽区42，在此被设计为穹顶形式的蒸汽区42位于贮水部6上方。与在运行期间其内处于大于0. 5巴(bar)的过压的锅炉或压力箱相比，容器40是不加压容器。相比较而言，在根据本发明的蒸汽发生器4中，通过加热装置7加热贮水部6而产生的水蒸汽在蒸汽发生器4中不被压缩，从而使得蒸汽压力基本上与环境 压力相一致，并且在任何情况下压力最大为0. 5巴，通常小于0. 2巴。由于空气从蒸汽发生器4的外部环境借助泵9经由空气供给管线8被输送到蒸汽发生器4内部，因而蒸汽区42中存在的水蒸汽被供给到培养箱I中。在所示情况下，空气供给管线8在贮水部6的上方位置通向蒸汽区42。可供选择地，也可使空气供给管线8位于较低的位置，以便能引导环境空气经过贮水部进入蒸汽区42。在蒸汽发生器中，环境空气中富含水蒸汽，并通过蒸汽供给管线5进入培养箱的所述内部3中。为了使污染物不和环境空气一起被输送到蒸汽区4中，空气供给管线8中设置有无菌过滤器10，所述无菌过滤器位于泵9和蒸汽发生器4之间。将泵9布置在蒸汽发生器4前面的优点在于湿热空气不必被引导经过泵。因而可将泵9设计得十分简单。优选地，通过加热装置7将贮水部6加热到至少为60°C的温度，最好加热到850C _90°C的温度。贮水部6的温度越高，水中形成细菌的可能性就越小。贮水部中的温度并没有这么高，但是，贮水部6中的水开始沸腾。在贮水部6上方形成水蒸气饱和且温度大致为90°C的热空气。在该环境中，被供给的环境空气由水蒸汽非常迅速地充盈至较高的水蒸汽含量并被加热到明显高于培养箱内部3中的温度37°C的温度。因而，通过蒸汽供给管线5被供给的湿热空气中的水分十分迅速地被排到培养箱I的内部3的环境中。与在压力下供给过热蒸汽的常规方式比较而言，在此不会突然进行供给，而是连续进行供给。另外，与过热蒸汽的情况相比，湿空气的温度更低。这些有利的特性使得培养箱内部的温度调节更简单、一致。另外，在根据本发明的装置中，由于蒸汽供给管线5中不需要设置阀，因而可避免水滴喷溅到培养箱的内部3中，从而使得在蒸汽供给期间也不会出现水喷溅现象。与在压力箱产生蒸汽相比的另一个优点在于与现有技术相比，供给管线的横截面能明显更大。由于不存在可聚集细菌的瓶颈部，这还防止了供给管线的污染。如果水仍然凝结在蒸汽供给管线5中，在朝向培养箱的内部3的方向上使供给管线向上倾斜布置可防止此冷凝水到达培养箱的内部3。更确切地说，冷凝水会朝蒸汽发生器4的方向回流。为了形成惰性气氛，氮气压力瓶13设置在培养箱的内部3之外，氮气压力瓶13通过气体供给管线11既连接蒸汽发生器4、也连接培养箱I的内部3。可通过阀12来选择是将氮气供给到蒸汽发生器4中还是培养箱的内部3中。优选地，根据对培养箱的内部3所测定的状况来进行这种选择操作。与在现有技术中典型的方式一样来执行测量值的检测、测量值的分析以及对装置的控制。如果测得的培养箱的内部3中的气体浓度低于预设阈值，以本身公知的方式不断地供给气体。培养箱运行期间所测的其他值典型地为培养箱的内部环境的温度和含水量。所确定的培养箱的内部3湿度的实际值优选决定氮气是从压力瓶13直接被引入到所述内部3中，还是通过蒸汽发生器4被引入所述内部3中。因为被供给的处理气通常是干燥气体，因而将干燥气体直接供给到所述内部3中会引起湿度降低。如果测得的所述内部3中的湿度因此而低于预设阈值，那么优选地将富含水分的气体引入所述内部3中。这种情况下，通过适当地切换阀12，气体因而从压力瓶13经过蒸汽发生器4的蒸汽区42而被引导进入所述内部3中。在此过程中，气体中充盈蒸汽发生器4中形成的水蒸汽，从而使得所述气体作为湿气体被供给到所述内部3中。以这种方式，所述内部3中的湿度的不合需求的另外降低可以被避免。在此针对供给氮气的所述内容同样也适用于其 他处理气如二氧化碳和氧气。在这些情况下，根据所述内部3中所测的湿度而有选择地进行直接定量配送气体或通过蒸汽发生器定量配送气体。
权利要求
1.一种实验室用气候箱(1)，尤其是一种实验室用加气的气候箱，所述气候箱具有由外壳(2)封住的内部(3)和设置在所述内部(3)之外的蒸汽发生器(4)，蒸汽发生器(4)通过蒸汽供给管线(5 )连接到所述内部(3 )， 其特征在于蒸汽发生器(4)被设计为基本上不加压的容器(40)，所述容器(40)具有底部区域(41)和位于底部区域(41)上方的蒸汽区(42)，底部区域(41)被设计成容纳贮水部(6 )并设置有用来加热贮水部(6 )的加热装置(7 )，蒸汽供给管线(5 )在蒸汽区(42 )所在的区域离开蒸汽发生器(4)，空气供给管线(8)通向蒸汽发生器(4)，以将环境空气供给到蒸汽发生器(4)中，从而通过蒸汽供给管线(5)将富含水蒸汽的空气基本上不加压地引入实验室用气候箱(I)的所述内部(3)中。
2.根据权利要求I的实验室用气候箱，其特征在于 空气供给管线(8)在所述蒸汽区(42)所处的区域内通向蒸汽发生器(4)。
3.根据权利要求I的实验室用气候箱，其特征在于 空气供给管线(8)在所述底部区域(41)内通向蒸汽发生器(4)，从而使得环境空气经过所述贮水部(6 )而进入蒸汽发生器(4 )。
4.根据权利要求I的实验室用气候箱，其特征在于 蒸汽供给管线(5 )从蒸汽发生器(4 )朝向排放到所述内部(3 )的排放位置向上延伸。
5.根据权利要求I的实验室用气候箱，其特征在于 空气供给管线(8)在蒸汽发生器(4)之外连接到泵(9)或风扇。
6.根据权利要求5的实验室用气候箱，其特征在于 在泵(9)或风扇的上游或下游连接有无菌过滤器(10)。
7.根据权利要求I的实验室用气候箱，其特征在于 该实验室用气候箱设置有至少一个气体供给管线，用于将处理气引入到所述内部(3)中，所述处理气尤其是二氧化碳、氮气或氧气。
8.根据权利要求7的实验室用气候箱，其特征在于 以下述方式之一来设计所述气体供给管线(11) -气体供给管线(11)通向所述内部(3)， -气体供给管线(11)通向蒸汽发生器(4)以将处理气从蒸汽发生器(4)传送到所述内部(3)中，或 -气体供给管线(11)既通向蒸汽发生器(4)、也通向所述内部(3)，并且设置有用于选择性地将处理气供给到蒸汽发生器(4)或所述内部(3)中的供给装置，该供给装置尤其是至少一个阀。
9.一种用于操作根据权利要求I的实验室用气候箱(I)的方法，所述气候箱(I)尤其是加气的培养箱，其特征在于，该方法包括以下步骤 -操作加热装置(7)来加热贮水部(6)，以在蒸汽区(42)形成富含水蒸汽的环境； -将环境空气引入蒸汽发生器中； -引导所述环境空气经过蒸汽区(42)以使所述环境空气中充满水蒸汽； -通过蒸汽供给管线(5 )将富含水蒸汽的环境空气供给到所述内部(3 )中。
10.根据权利要求9的方法，其特征在于 将贮水部(6)加热到使其温度低于水沸点，但使贮水部温度至少为60°C，优选温度至少为70°C，特别优选温度至少为80°C，尤其温度为85°C -90°C。
11.根据权利要求9的方法，其特征在于贮水部(6)的温度根据环境压力而定，优选依培养箱(I)安装位置的海拔而定。
12.根据权利要求9的方法，其特征在于 如果确定了所述内部(3)中的湿度值低于预设阈值，通过蒸汽发生器(4)将处理气引入到所述内部(3)中；如果确定了所述内部(3)中的湿度值至少等于所述预设阈值，将处理气直接引入所述内部(3)中。
13.根据权利要求9的方法，其特征在于 除进行常规操作以外，还执行消毒步骤，消毒步骤如下 首先蒸发贮水部(6)中的水，然后引导干燥的、被加热的环境空气经过蒸汽发生器(4)、蒸汽供给管线(5)和所述内部(3)，干燥的环境空气优选被加热到至少为140°C的温度，尤其优选加热到大致为180°C的温度。
全文摘要
本发明涉及实验室用气候箱(1)，尤其是加气的培养箱，其具有由外壳(2)封住的内部(3)及设置在内部之外的蒸汽发生器(4)，蒸汽发生器通过蒸汽供给管线(5)连接到内部(3)。蒸汽发生器被设计为基本上是不加压的容器(40)，其具有底部区域(41)和位于底部区域上方的蒸汽区(42)，底部区域被设计为容纳贮水部(6)并具有用于加热贮水部(6)的加热装置(7)，蒸汽供给管线在蒸汽区所在的区域中离开蒸汽发生器，空气供给管线(8)通向蒸汽发生器以将环境空气供给到其中，并通过蒸汽供给管线(5)以基本上不加压的形式将富含水蒸汽的空气引入培养箱(1)的内部(3)中。本发明还涉及这种培养箱的操作方法。
文档编号C12M1/04GK102952748SQ20121030551
公开日2013年3月6日 申请日期2012年8月24日 优先权日2011年8月24日
发明者U·霍恩坦纳, W·皮恰莱克, H·施塔尔 申请人:热电子Led有限公司