专利名称：气体温湿度调节方法及气体供给装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及向培养装置及化学分析装置等供给的气体温湿度调节方法及气体供给装置。
背景技术：
在细胞、组织的培养装置中，为了使培养液的蒸发为最小限度，加湿培养箱(培养室)内来进行培养。在对培养箱内进行加湿时，通常将水放入加湿盘中，使其自然蒸发，或者通过起泡进行加湿。但是，在实际状况中，仅通过将培养箱内的相对湿度(以下有时简称为“湿度”)保持得高，大多数情况下无法进行该湿度的准确控制。因此导致如果加湿过度则产生凝结，如果加湿量少则培养液蒸发。另外，在具有放置有试样的反应槽的化学分析装置中，为了进行准确的分析，希望将反应槽内的试样保持在一定的湿度。鉴于这一点，作为试行将供给至培养装置等的气体(例如、空气)保持在所希望的温度及湿度的技术，有如下技术调节对该气体的加热量，以使温度传感器的检测值接近所希望的温度，同时调节向该气体的加湿量，以使湿度传感器的检测值接近所希望的湿度 (参照专利文献1等)。先行技术文献专利文献专利文献1 特许第3094154号
发明内容
发明所要解决的课题但是，在上述的技术中，由于存在下述课题而难以将气体保持在所希望的温度及湿度。作为第一课题，列举如下方面由于温度变化和湿度变化具有相关关系，在如上述技术那样控制气体的温度和湿度双方的情况下，难以控制。即、在上述技术中，在对气体进行加湿时，通过超声波将雾状的水加入气体中，但若这样进行加湿，则存在由于雾状的水气化时的气化热而使气体的温度降低的情况。另外，为了避免这种气化热引起的温度降低，在加入已加热的水蒸气来加湿的情况下，与上述的例子相反，导致气体的温度上升。另一方面，若为了使温度上升而对气体进行加热则导致湿度降低，若为了使温度降低而对气体进行冷却则导致湿度上升。这样，在上述技术中，在调节相互影响的加湿量和加热量的同时， 必需进行温湿度控制，控制变得复杂。作为第二课题，可列举凝结引起的过度的湿度降低。S卩、若为了将含有水蒸气的气体的温度降低到所希望的温度而用冷却装置(例如、冷却用的换热器)对气体进行冷却，则存在在该冷却装置的表面产生凝结而湿度过于降低的情况。这是因为，在对气体进行冷却使其达到所希望的温度的情况下，冷却装置的表面必需比该所希望的温度低，冷却装置的表面附近的气体比该所希望的温度低而产生凝结。这样，若产生凝结，则存在水蒸气被过度去除而使气体的湿度比所希望的值过度降低的情况。作为第三课题，可列举湿度传感器(湿度计)的精度。通常，湿度传感器尽管实施了改良，但与温度传感器相比较，仍然具有精度不良的倾向，特别是在检测接近于100 %的湿度的情况下，其精度的不良变得明显。作为精度比较高的湿度计，有利用干湿温度差来检测湿度的湿度计，但存在响应速度缓慢的缺点。这样，在基于湿度传感器的检测值来控制湿度的情况(特别是在要得到80% 100%的高湿度的气体时)下，难以期待高精度的湿度控制。本发明是鉴于上述各课题而提出的方案，其目的在于提供一种容易稳定地供给保持为所希望的温度及湿度的气体的气体温湿度调节方法及气体供给装置。用于解决课题的方法本发明为了实现上述目的而提供一种用于得到所希望的温度及相对湿度的气体的气体温湿度调节方法，在假设包含上述所希望的温度及相对湿度时所应该包含的水蒸气量的气体，且将该气体的相对湿度达到100%的温度作为中间目标温度时，根据上述所希望的温度及相对湿度计算该中间目标温度，通过混合气体与水蒸气，使气体的相对湿度上升到100%的同时，使该气体的温度上升到上述中间目标温度，保持被加热到上述中间目标温度的气体所含的水蒸气量的同时，将该气体加热到上述所希望的温度，从而将该气体的相对湿度调节为上述所希望的相对湿度。本发明的效果如下。根据本发明，能够稳定地供给保持为所希望的温度及湿度的气体。
图1是表示具有本发明的实施方式的气体供给装置的培养装置的结构、和该气体供给装置中的空气的温度及湿度的推移的图。图2是本发明的实施方式的气体供给装置中的主控制装置的结构图。图3是本发明的实施方式的气体供给装置中的气体温湿度控制流程图。图4是本发明的实施方式的气体供给装置中的气体温湿度控制流程图。图5是使用本实施方式的气体供给装置实际进行温湿度控制的情况下的空气温度及湿度以及蒸气加热器的输出的变化图。图6是具有本发明的实施方式的气体供给装置的化学分析装置的结构图。
具体实施例方式以下使用附图对本发明的实施方式进行说明。图1是表示具有本发明的实施方式的气体供给装置的培养装置的结构、和该气体供给装置中的空气的温度及湿度的推移的图。在本实施方式中，以下述情况为例进行说明 取入15 35°C程度的温度(Ta)的空气(气体)并在该气体中加入水蒸气，制成所希望的温度(最终目标温度Td)及所希望的湿度(最终目标湿度Hd(在本实施方式中为70 95%程度))的空气。图1所示的培养装置具备制成所希望的温度Td及湿度Hd的空气的气体供给装置100 ；以及在从气体供给装置100供给的空气中进行细胞等的培养的培养箱200。
气体供给装置100主要具备过滤器1、风扇2、加热冷却器3、气化器4、蒸气加热器 5、加湿混合器6、水分除去器7、加热用加热器8、保温用加热器9、主控制装置10、输入装置 11、以及显示装置12。风扇(气体供给机构)2将经由过滤器1取入的空气(气体)供给到气体供给装置100内，通过控制其转速能够调节向培养箱200供给的空气量。根据充分确保向培养箱 200供给的空气流量及压力的观点，优选使用涡轮风扇作为风扇2。另外，本实施方式中的风扇2用作在气体供给装置100的运转停止之前，对气体供给装置100内(气化器4、加湿混合器6、水分除去器7等)进行干燥时的空气供给机构。在过滤器1和风扇2之间设置有温度传感器21，该温度传感器21检测经由过滤器1取入的空气的温度Ta。加热冷却器(加热冷却机构)3设置在连接风扇2和加湿混合器6的气体导入管 13上，通过对由风扇2供给的空气进行加热或冷却，将其温度调节成当初目标温度Tb。在此，当初目标温度Tb表示，为了使在加湿混合器6中利用由气化器4所产生的水蒸气加热到中间目标温度Tc(后述)的气体的湿度容易地上升到100%，而在导入到加湿混合器6 之前所保持的空气的温度。另外，当初目标温度Tb是基于中间目标温度Tc由主控制装置 10(温度计算部IOa)计算而得到的，必然设定为中间目标温度Tc以下。另外，作为加热冷却器3，例如能够利用珀耳贴元件。此外，即使在取入时的温度Ta的状态下，在判明在加湿混合器6中就能够使空气的湿度上升到100%的情况下，由于不需要将空气的温度控制为当初目标温度Tb，因此也可以省略加热冷却器3。另外，在加热冷却器3和加湿混合器6之间设置有检测由加热冷却器3加热或冷却的空气的温度的温度传感器22 (第二温度检测机构)。温度传感器22的检测温度在计算加热冷却器3的输出时使用，以将加湿混合器6的入口(加热冷却器3的出口)的空气的温度调节为当初目标温度Tb。气化器(蒸气产生机构)4用于产生向加湿混合器6供给的水蒸气，设置在加湿混合器6的下方。另外，气化器4具备蒸气加热器5、第一液面传感器41及第二液面传感器 42，并与给水管43、排水管44、蒸气管45及凝结水管46连接。蒸气加热器5用于加热贮存在气化器4的内部的水并产生水蒸气，其输出(加热量)由主控制装置10进行控制。若调节蒸气加热器5的输出，则能够调节由气化器4产生的水蒸气量，因此能够调节加湿混合器6出口的空气的温度。本实施方式中的蒸气加热器 5的输出以加湿混合器6出口的空气的温度达到中间目标温度Tc的方式调节。详细将在后文叙述，中间目标温度Tc表示在假设如下空气时，使该空气的相对湿度达到100%的温度，上述空气包含的水蒸气的量相当于最终目标温度Td及最终目标湿度Hd时的空气中应该包含的水蒸气量。第一液面传感器41及第二液面传感器42是检测气化器4内的水面的高度的传感器，用于调节气化器4内的水量(水面的高度)。第一液面传感器41用于判定向气化器4 的给水时刻，安装在水面的第二液面传感器42的下方。第二液面传感器42用于判定向气化器4的给水的停止时刻。在本实施方式中，利用例如光传感器作为液面传感器41、42，各液面传感器41、42在水面处于该设置高度以上时为0N，另外，在水面未达到该设置高度时为 OFF。给水管43是使向气化器4供给的水(补给水)流通的给水管，具备给水泵43a及给水阀43b。给水阀4 设置在给水泵43a的下游侧，在向气化器4给水的情况下打开。排水管44是使来自气化器4的排水流通的排水管，具备排水阀44a。若打开排水阀44a，则能够向外部排出气化器4内的水。而且构成为，在排水管44上连接有迂回连通排水阀44a的上游侧和下游侧的溢流管47，在气化器4内的水量超过设定值的情况下，剩余部分的水经由该溢流管47的U字部47b而向外部排出。在溢流管47的U字部47b的下游侧设置有溢流阀47a，若关闭该溢流阀47a，则能够禁止溢流管47的排水。另外，在溢流管47 的U字部47b的上游侧连接有真空管48。在真空管48上设有降低气化器4内的压力的真空泵48b (减压机构)和真空阀48a。在对气体供给装置100内进行干燥时，当采用利用真空泵48b而干燥气化器4内的方式(真空方式)时，排水阀4 及溢流阀47a被关闭，真空阀48a被打开。蒸气管45是使由气化器4产生的水蒸气流通的蒸气管，与设置在气化器4的上方的加湿混合器6连接。在蒸气管45上设置有第一干燥阀45a，该第一干燥阀4 在以真空方式使气化器4内干燥的情况下被关闭。另外，凝结水管46用于将在水分除去器7中从空气除去的剩余凝结水导入到气化器4内，在本实施方式中与加湿混合器6连接。在凝结水管46上设置有第二干燥阀46a，该第二干燥阀46a在以真空方式使气化器4内干燥的情况下被关闭。加湿混合器(混合机构)6是在来自风扇2的空气中混合来自气化器4(蒸气管 45)的水蒸气，使空气的相对湿度上升到100%的同时，使该空气的温度上升到中间目标温度Tc的混合机构，并且设置在气化器4和水分除去器7之间。由风扇2供给的空气通过加湿混合器6与水蒸气混合而成为相对湿度100%、温度Tc的空气，并被导入水分除去器7。 此外，本实施方式的加湿混合器6形成为在大致垂直方向具有中心轴的大致圆筒状，并且来自风扇2的空气朝向与该中心轴不同的位置(例如该圆筒的外周附近)被导入。若这样导入空气，则与形成为大致圆筒状的加湿混合器6的壁面冲突后的空气与水蒸气相碰撞并混合的同时，如图1中的箭头所示，一边涡状旋转一边向水分除去器7上升，因此能够促进加湿混合器6中的水蒸气与空气的混合。此外，根据促进空气与水蒸气的混合的观点，通过将来自风扇2的空气向加湿混合器6内的水蒸气的出口导入，从而使空气流与水蒸气流交差较为理想。另外，作为促使空气与水蒸气的混合的其他方法，例如有在加湿混合器6内设置阻碍空气的流动的搅拌板的方法。另外，如上所述，中间目标温度Tc表示，在假设包含最终目标温度Td及最终目标湿度Hd时所应该包含的水蒸气量的空气时，使该空气的相对湿度达到100%的温度。换言之，中间目标温度Tc相当于保持所希望的状态(最终目标温度Td及最终目标湿度Hd)的空气的绝对湿度的同时，使其相对湿度变化为100%时的温度。即、中间目标温度Tc能够从最终目标温度Td及最终目标湿度Hd计算出来，必然为最终目标温度Td以下的温度。在此，对中间目标温度Tc的计算方法的一个例子进行说明。首先，在气体供给装置100内的任意位置(X点(相当于图1中的a点、b点、c点、d点的位置))的空气的温度 (Tx) [°C ]的饱和蒸气压(Px) [PmmHg]能够通过下述式(1)而近似。此外，任意温度的饱和蒸气压的近似式除了式(1)以外还有各种，能够用于本发明的近似式不仅仅限定于式(1)。(数学式1)饱和蒸气压:
权利要求
1.一种气体温湿度调节方法气体温湿度调节方法，用于得到所希望的温度及相对湿度的气体，其特征在于，在假设包含上述所希望的温度及相对湿度时所应该包含的水蒸气量的气体，且将该气体的相对湿度达到100%的温度作为中间目标温度时，根据上述所希望的温度及相对湿度计算该中间目标温度，通过混合气体与水蒸气，使气体的相对湿度上升到100%的同时，使该气体的温度上升到上述中间目标温度，保持被加热到上述中间目标温度的气体所含的水蒸气量的同时，将该气体加热到上述所希望的温度，从而将该气体的相对湿度调节为上述所希望的相对湿度。
2.根据权利要求1所述的气体温湿度调节方法气体温湿度调节方法，其特征在于， 在将用于使气体的相对湿度在上述混合气体与水蒸气的工序中容易上升到100%的气体的温度作为当初目标温度时，根据上述中间目标温度计算该当初目标温度，在上述混合气体与水蒸气的工序之前对气体进行加热或冷却，由此使该气体的温度接近于上述当初目标温度。
3.一种气体供给装置，供给所希望的温度及相对湿度的气体，其特征在于，具备 气体供给机构，该气体供给机构向上述气体供给装置内供给气体；混合机构，该混合机构将水蒸气混合到来自上述气体供给机构的气体中，使该气体的相对湿度上升到100%的同时对该气体进行加热；蒸气产生机构，该蒸气产生机构在假设包含上述所希望的温度及相对湿度时所应该包含的水蒸气量的气体，且将该气体的相对湿度达到100%的温度作为中间目标温度时，产生为了在上述混合机构中将气体加热到上述中间目标温度所必要的量的水蒸气；以及，加热机构，该加热机构将从上述混合机构排出的气体在保持该气体所含的水蒸气量的同时对其进行加热直到达到上述所希望的温度。
4.根据权利要求3所述的气体供给装置，其特征在于，还具备 检测上述混合机构的出口中的气体的温度的第一温度检测机构；以及控制机构，该控制机构根据上述所希望的温度及相对湿度计算上述中间目标温度，调节由上述蒸气产生机构产生的水蒸气量，以使由上述第一温度检测机构检测的温度接近于该中间目标温度。
5.根据权利要求3所述的气体供给装置，其特征在于，还具备加热冷却机构，该加热冷却机构在将用于通过上述混合机构使气体的相对湿度容易上升到100%的气体的温度作为当初目标温度时，将导入上述混合机构的气体加热或冷却到上述当初目标温度。
6.根据权利要求5所述的气体供给装置，其特征在于，还具备检测上述混合机构的入口中的气体的温度的第二温度检测机构， 上述控制机构根据上述中间目标温度计算上述当初目标温度，并控制上述加热冷却机构，以使由上述第二温度检测机构检测的温度接近于上述当初目标温度。
7.根据权利要求3所述的气体供给装置，其特征在于，上述气体供给机构根据所希望的气体量调节向上述气体供给装置内供给的气体量。
8.根据权利要求3所述的气体供给装置，其特征在于，上述气体供给机构为涡轮风扇。
9.根据权利要求3所述的气体供给装置，其特征在于，上述气体供给机构以与来自上述蒸气产生机构的水蒸气交叉的方式向上述混合机构内供给气体。
10.根据权利要求3所述的气体供给装置，其特征在于，上述混合机构具备水分除去机构，该水分除去机构从与水蒸气混合后的气体除去过剩的水分。
11.根据权利要求3所述的气体供给装置，其特征在于，还具备保温机构，该保温机构将由上述加热机构加热的气体的温度保持为上述所希望的温度。
12.根据权利要求3所述的气体供给装置，其特征在于，还具备 排出积存在上述蒸气产生机构的水的排水机构；以及 向上述蒸气产生机构供给空气，使上述蒸气产生机构内干燥的干燥机构。
13.根据权利要求3所述的气体供给装置，其特征在于， 还具备减小上述蒸气产生机构内的压力的减压机构。
14.根据权利要求3所述的气体供给装置，其特征在于， 上述蒸气产生机构具备溢流管。
15.一种培养装置，其特征在于，具备 权利要求3所述的气体供给装置；以及培养箱，该培养箱由上述气体供给装置供给保持为所希望的温度及湿度的气体。
16.一种化学分析装置，其特征在于，具备 权利要求3所述的气体供给装置；以及反应槽，该反应槽由上述气体供给装置供给保持为所希望的温度及湿度的气体。
全文摘要
在假设包含所希望的温度(Td)及相对湿度(Hd)时所应该包含的水蒸气量的气体，且将该气体的相对湿度达到100％的温度作为中间目标温度(Tc)时，根据所希望的温度(Td)及相对湿度(Hd)计算该中间目标温度(Tc)，通过混合气体与水蒸气，使气体的相对湿度上升到100％的同时，使该气体的温度上升到中间目标温度(Tc)，保持被加热到中间目标温度(Tc)的气体所含的水蒸气量的同时，将该气体加热到所希望的温度(Td)，从而将该气体的相对湿度调节为所希望的相对湿度(Hd)。由此能够稳定地供给保持为所希望的温度及湿度的气体。
文档编号F24F6/00GK102575868SQ20108004716
公开日2012年7月11日 申请日期2010年10月13日 优先权日2009年10月23日
发明者大草武德, 渡边节雄 申请人:株式会社日立高新技术