KR102290267B1 - 상 변화 재료를 갖는 절연 챔버 및 제어가능한 투명성을 갖는 도어 - Google Patents

상 변화 재료를 갖는 절연 챔버 및 제어가능한 투명성을 갖는 도어 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내부에 저장 물품을 수용하기 위한 챔버 내부 구역으로 접근하기 위한 힌지결합된 도어에 관한 것이다. 힌지결합된 도어는 프레임, 프레임 내부의 투명 재료 판유리, 재료 판유리에 근접하여 배치되고 스마트 글래스 재료에 공급된 전류에 반응하여 투명 및 불투명 상태 사이에서 제어가능한 스마트 글래스 재료, 프레임 내부의 상 변화 재료, 및 상 변화 재료에 근접한 온도 제어 기기를 포함한다.

Description

상 변화 재료를 갖는 절연 챔버 및 제어가능한 투명성을 갖는 도어
관련 출원의 상호 참조
본 특허 출원은, 본원에 전부 원용되는, 2015 년 7 월 23 일에 출원되고 출원 번호 62/195,960 으로 지정된 미국 특허 가출원의 이익을 주장한다.
본 발명은 일반적으로 인큐베이터들, 환경 챔버들, 냉동고들, 냉장고들 및 오븐들과 같은 절연 챔버들에 관한 것이다. 보다 특히, 본 발명은 온도 제어를 향상시키기 위한 상 변화 재료를 포함하는 절연 챔버 및 제어가능한 투명성을 갖는 도어에 관한 것이다.
절연 챔버들은 다양한 목적으로 사용될 수도 있다. 예를 들어, 이러한 챔버들은 인큐베이터들, 환경 챔버들, 냉동고들, 냉장고들 및 오븐들을 포함할 수도 있다. 인큐베이터들은 전형적으로 제어된 환경에서 배양균을 성장시키는데 사용되고, 여기서 온도, 습도, 및 대기 가스 농도는 선택된 레벨로 유지된다. 특정 용도를 위해 엄격한 공차 내에서 유지된 온도 및 가스 농도 양자를 가지면서 여전히 챔버에 물품을 부가하거나 챔버에서 물품을 제거하기 위해 또는 챔버의 내용물을 검사하기 위해 인큐베이터 챔버로의 용이한 접근을 허용하는 것이 매우 바람직하다. 환경 변수들의 제어는 인큐베이션 결과의 정확성 및 재현성을 유지하는 것이 바람직하다.
전형적인 인큐베이터들은 인큐베이터 챔버 내 오픈 코일 히터들 또는 인큐베이터 챔버를 포위하는 워터 재킷들을 사용하였다. 하지만, 이러한 구성은 인큐베이터를 가열하는데 효과적일 수 있지만, 그것은 일관된 결과를 위해 바람직한 만큼 인큐베이터 온도에 대한 엄격한 제어를 반드시 제공할 필요는 없다.
종래의 에어 히터형 인큐베이터들은 워터 재킷형의 온도 안정성이 부족하다. 워터 재킷형 인큐베이터들은 별개의 격실에서 가열된 물로 내부 챔버를 포위함으로써 온도를 유지한다. 물은 가열되고 자연 대류를 통하여 내부 챔버 둘레에서 순환한다. 물로부터 열은 내부 챔버로 방출되어 내부에서 실질적으로 일정한 온도를 유지한다. 물은 효과적인 단열재이고 워터 재킷 시스템은 정전의 경우에 보다 신뢰성있는 가열 방법으로 간주된다. 전원 고장의 결과로서, 워터 재킷형 인큐베이터는 챔버 내부 설정 온도를 방사 벽 유닛보다 4 ~ 5 배 더 높게 유지할 수 있다.
방사 벽 인큐베이터들은, 열을 내측 챔버로 방출하는 포위 공동에 장착된 히터들을 사용해 내부 챔버를 가열한다. 방사 벽 가열 시스템은 도어 개방 후 빠른 온도 회복 또는 온도 설정 변화를 허용한다. 방사 벽 가열 시스템들은 또한 사용자를 위해 더욱 단순화되어서, 워터 재킷에서 물 충전, 모니터링 및 비움을 요구하지 않는다.
팬은 배양 영역의 외측에 장착되어서 배양을 방해하지 않으면서 챔버 내측에서 공기를 순환하는 것을 도울 수도 있다. 이런 가벼운 순환은 챔버 전체에 일관된 온도를 유지하는 것을 돕고 도어 개방 후 CO2 및 습도 레벨 뿐만 아니라 내부 온도 회복을 더 빠르게 한다.
출원인이 원리 적용을 고려한 최선의 모드의 예시된, 본 발명의 바람직한 실시형태는 하기 상세한 설명에서 기술되고 도면에 도시되고 첨부된 청구항에서 상세하고 분명하게 지적되고 기술된다.
도 1 은 부분들이 개략적으로 도시된 본 발명의 절연 챔버의 제 1 실시형태의 정면 입면도이다.
도 2 는 도 1 의 2-2 선을 따라서 본 단면도이다.
도 3 은 도 2 의 3-3 선을 따라서 본 단면도이다.
도 4 는 도 2 의 4-4 선을 따라서 본 단면도이다.
도 5 는 도 2 와 유사하고 본 발명의 챔버의 제 2 실시형태의 단면도이다.
도 6 은 본 발명의 제거가능하고 재위치결정가능한 상 변화 재료 패킷 또는 벽의 일부가 절단된 사시도이다.
도 7 은 상 변화 재료 패킷들을 이용한 본 발명의 챔버의 제 3 실시형태의 도 2 와 유사한 단면도이다.
도 8 은 상 변화 패킷들을 또한 이용한 본 발명의 제 4 실시형태의 도 7 과 유사한 단면도이다.
도 9 는 절연재와 상 변화 재료 사이에 가열 요소를 이용한 본 발명의 챔버의 제 5 실시형태의 도 2 와 유사한 단면도이다.
도 10 은 상 변화 재료와 스킨의 내부층 사이에 가열 요소를 이용한 본 발명의 챔버의 제 6 실시형태의 도 9 와 유사한 단면도이다.
도 11 은 본 발명의 챔버의 제 7 실시형태의 도 5 와 유사한 단면도이고, 여기서 상 변화 재료는 액체 매체 내에 있는 많은 캡슐화된 펠릿들 내에 함유된다.
도 12 는 캡슐화된 펠릿들 중 하나의 단면도이다.
도 13 은 고체 매트릭스에 매립되는 캡슐화된 펠릿들 내 상 변화 재료를 도시한 본 발명의 챔버의 제 8 실시형태의 도 12 와 유사한 단면도이다.
도 14 는 각각의 저장 물품들을 수용하기 위해 내부에 형성된 리세스들을 가지는 PCM 패킷 또는 선반 (shelf) 의 사시도이다.
도 14a 는 도 14 의 14A-14A 선을 따라서 본 단면도이다.
도 15 는 도 14 에 도시된 PCM 패킷들 또는 선반들을 사용하는 본 발명의 챔버의 제 9 실시형태의 도 7 과 유사한 단면도이다.
도 16 은 챔버의 내측 및 외측에서 PCM 패킷들 또는 선반들의 사용을 보여주기 위해서 도어가 제거되고 일부가 절단된 도 15 와 유사한 단면도이다.
도 17 은 본 발명의 다양한 방법들을 보여주는 흐름도이다.
도면 전체에 걸쳐 유사한 번호는 유사한 부분들을 나타낸다.
도 18 은 제어가능한 투명성을 갖는 2-판유리 챔버 도어의 사시도이다.
도 19 는 도어 내에 배치된 블래더 (bladder) 를 가지는 챔버 도어 구역의 확대도이다.
도 20 및 도 21 은 제어가능한 투명 판유리를 각각 갖는 2 개의 4-판유리 도어 실시형태들의 상면도들이다.
본 발명의 절연된 인클로저 또는 챔버의 제 1 실시형태는 일반적으로 도 1 에서 1 로 나타나 있고, 부가적 실시형태들은 일반적으로 도 5 에서 1A 로, 도 7 에서 1B 로, 도 8 에서 1C 로, 도 9 에서 1D 로, 도 10 에서 1E 로, 도 11 에서 1F 로, 도 13 에서 1G 로, 도 15 에서 1H 로 나타나 있다. 챔버 (1) 는 인큐베이터, 환경 챔버, 오븐, 냉장고 또는 냉동고로서 역할을 하도록 구성된다. 챔버 (1) 는 메인 보디 또는 컨테이너 (3), 컨테이너 (3) 에 의해 규정된 저장 내부 챔버 (4), 도어 (5) 및 컨테이너 (3) 에 고정되고 그 위에 안착된 제어 어셈블리 (7) 를 포함한다. 예시적 실시형태에서 컨테이너 (3) 는 5 개의 면이 있거나 5 개의 벽이 있는 박스형 구조의 형태이고 여기서 이 벽들 중 4 개의 전방 말단들이 내부 챔버 (4) 의 입구 개구 (6; 도 2) 를 규정한다. 상하 수평 선반들 (2) 은 내부 챔버 (4) 내에 배치되어 컨테이너 (3) 의 벽들 중 3 개 사이에 연장되고 전형적으로 시, 일 또는 주 단위로 측정된 지속기간 동안 내부 챔버 (4) 에 저장될 하나 이상의 저장 물품들 (40; 파선들) 을 지지하기 위해 내부에서 적절하게 지지된다. 저장 물품 (40) 은, 예를 들어, 배양균을 성장시키기 위한 또는 제어된 방식으로 인큐베이션 또는 가열을 필요로 하는 다른 물품들을 지지하기 위한 하나 이상의 페트리 접시들 또는 다른 컨테이너들일 수 있다. 저장 물품 (40) 은 또한, 배양균과 같은, 접시 또는 컨테이너의 내용물을 포함할 수도 있고, 다른 성분들을 포함할 수도 있고, 그 중 일부는 더 상세히 추가로 하기에서 검토된다. 물품 (40) 은 또한 제어된 방식으로 냉각될 수 있고 원한다면 냉동될 수도 있다. 이하 추가로 설명되는 바와 같이, 절연 챔버는 물품 (40) 을 가열 및/또는 냉각하고 그리고/또는 원하는 온도로 내부 챔버 (4) 내에서 물품 (40) 을 유지하도록 구성된다. 도어 (5) 는 개방 위치 (도 1) 와 폐쇄 위치 (도 2, 도 4) 사이에서 스윙하도록 힌지들 (9) 에 의해 컨테이너 (3) 에 힌지 부착된다. 환형 밀봉 가스켓 (11) 은, 도어 (5) 가 폐쇄될 때 도어 (5) 와 컨테이너 (3) 사이에 시일을 제공하여서, 메인 보디 (3) 와 도어 (5) 가 함께 6 개의 면이 있거나 6 개의 벽이 있는 컨테이너 또는 인클로저를 형성한다. 물품들 (40) 은, 도어 (5) 가 개방될 때 입구 개구 (6) 를 통하여 내부 챔버 (4) 로부터 제거가능하고 내부 챔버로 삽입가능하다 (도 2, 도 5, 도 7 내지 11, 도 13 에서 화살표 A).
도어 (5) 는, 공간 (20) 에 의해 판유리들 (16) 을 분리하도록 접촉하고 판유리들 사이에 환형 엘라스토머 시일 (18) 을 갖는 2 개의 평행한 판유리들 (16; 전형적으로 글래스로 만들어짐) 을 갖는 이중 판유리 (도 2) 일 수 있는 투명 창 (12) 을 포함한다. 공간 (20) 은 시일 (18) 과 판유리들 (16) 의 내주연에 의해 규정되고 입구 개구 (6) 를 커버하도록 도어 (5) 가 폐쇄될 때 내부 챔버 (4) 를 열적으로 절연하는 것을 돕도록 진공 하에 있거나 가스로 충전된다. 도어 (5) 는 직사각형 환형 벽 (10) 을 포함하고 이 벽은 창 (12) 을 그것의 외부 에지들을 따라 둘러싸고 중공형이고 격실 (13) 을 거의 또는 완전히 충전하는 열 절연재 (14) 를 내부에 갖는 직사각형의 환형 절연된 완전히 둘러싼 도어 내부 챔버 또는 격실 (13) 을 규정하는 금속 스킨을 전형적으로 포함한다.
제어 어셈블리 (7) 는, 수동 제어 인터페이스 (15) 가 장착되고 온도 제어 유닛 (17), 습도 제어 유닛 (19) 및 이산화탄소 제어 유닛 (21) 을 수용하는 인클로저 또는 하우징 (8) 을 포함한다. 인터페이스 (15) 는 제어 유닛들 (17, 19, 21) 과 전기 통신하고, 또한 하우징 내에서 팬 어셈블리 (23) 와 전기 통신하거나 하우징 (8) 외부에서 내부 챔버 (4) 및 전력 소스 (25) 와 통신한다. 온도 제어 유닛 (17) 은 내부 챔버 (4) 내의 또는 접경하는 온도 센서 (27), 및 내부 챔버 (4) 내에서 가열 코일 (29) 형태의 전기 가열 유닛 또는 기기와 전기 통신한다. 온도 제어 유닛 (17) 은, 내부 열 교환 파이프들 (30) 및 전형적으로 외부 열교환 파이프들, 압축기, 및 팽창 밸브를 포함하는 외부 부품들 (32) 을 포함하는 냉각 기기 또는 냉장 어셈블리 (28) 와 또한 전기 통신하여서 코일 내 냉매가 내부 챔버 (4) 내에서 그 안의 내부 코일들 (30) 을 통하여 능동 냉각을 제공할 수 있는 전형적인 냉장 사이클을 냉장 어셈블리가 제공한다. 냉각 및 가열 기기들 (28, 29) 은, 내부 챔버 (4), 물품들 (40), 챔버 (4) 내 다른 부품들 및 챔버 (4) 를 규정하는 벽들의 부분들의 온도를 변경하기 위한 전동식 온도-변경 기기들로서 역할을 한다. 습도 제어 유닛 (19) 은 내부 챔버 (4) 내에 또는 접경하는 습도 센서 (31) 및 물 소스 (35) 와 유체 연통하는 워터 제어 밸브 (33) 의 솔레노이드와 같은 액추에이터와 전기 통신한다. 따라서, 습도 제어 유닛 (19) 은 챔버 (4) 내 습도 양을 제어하도록 내부 챔버 (4) 에 작동적으로 연결된다. 이산화탄소 제어 유닛 (21) 은, 이산화탄소 소스 (41) 와 유체 연통하는 이산화탄소 제어 밸브 (39) 의 솔레노이드와 같은 액추에이터 및 이산화탄소 센서 (37) 와 전기 통신한다. 따라서, 이산화탄소 제어 유닛 (21) 은 챔버 (4) 내 이산화탄소의 레벨을 제어하도록 내부 챔버 (4) 에 작동적으로 연결된다.
메인 보디 또는 컨테이너 (3) 는 이하 더 상세히 설명된다. 컨테이너 (3) 는, 평평한 수직 직사각형 후벽 (42), 후벽 (42) 의 상단 및 바닥에 각각 고정되고 그로부터 앞으로 연장되는 평평한 직사각형 수평 상단 및 바닥 벽들 (44, 46), 및 후벽 (42) 의 좌우 측에 각각 고정되고 그로부터 앞으로 연장되는 평평한 수직 좌우 측벽들 (48, 50) 을 포함하는 여러 개의 일반적으로 강성인 벽들 또는 측벽들을 갖는다. 좌우 측벽들 (48, 50) 은 또한 상단 및 바닥 벽들 (44, 46) 의 각각의 좌우 단부들에 고정되고 그 사이에 연장된다. 따라서, 벽들 (44 ~ 50) 이 그것의 전단부에서 입구 개구 (6) 를 규정하도록 벽들 (42 ~ 50) 이 내부 챔버 (4) 를 규정하는 상자 또는 컵 모양의 구성을 형성한다. 완전히 둘러싼 밀봉된 직사각형 컵 모양의 내부 공동 또는 챔버 (52) 는 내부 챔버 (4) 에서 분리된 컨테이너 (3) 내에 형성되고 보다 특히 플라스틱 또는 다른 적절한 재료로 형성될 수 있지만 전형적으로 금속으로 형성되는 실질적으로 강성 스킨 (54) 에 의해 규정된다. 챔버 (52) 는 그것의 5 개의 면에서 내부 챔버 (4) 를 포위한다. 벽 또는 측벽 챔버 (52) 는 외부 대기로부터 밀봉되고 절연재 (56) 및 상 변화 재료 (58; PCM) 에 의해 거의 또는 완전히 충전되고, 각각은 또한 챔버 (52) 의 구성에 대응하는 실질적으로 직사각형 컵 모양의 구성으로 되어 있다. 상 변화 재료 (58) 는 절연재 (56) 의 전체 내부면을 따라 절연재와 내부 챔버 (4) 사이에 배치되어서 컨테이너 (3) 의 5 개 면 전부에서 내부 챔버 (4) 를 본질적으로 완전히 포위한다. 따라서, 벽들 (42 ~ 50) 각각은 여러 개의 층들 또는 재료들을 포함한다. 절연재 (56) 는, 챔버의 작동 전반에 걸쳐 고체 상태로 유지되고 일반적으로 강성이거나 압축가능한 다양한 절연재 재료들로 형성될 수도 있다. 예를 들어, 절연재 (56) 는 파이버글래스, 스티로폼, 또는 다양한 유형들의 발포 보드들 또는 시트들, 예로 폴리스티렌, 폴리우레탄, 폴리이소시아누레이트 등으로 형성된 것일 수도 있다. 이런 절연 보드들 중 일부는 일반적으로 폴리이소 보드들로서 지칭된다. PCM (58) 은 또한 하기에서 더 상세히 검토된다. PCM (58) 이 내부 챔버 (4) 를 완전히 포위하는 컨테이너 (3) 의 모든 5 개의 면에 나타나 있지만, PCM (58) 이 챔버 (4) 에 접하나 챔버 (4) 를 포위하지 않도록 챔버 (1) 는 또한 컨테이너 (3) 의 단 1 개, 2 개, 3 개 또는 4 개의 면에서 PCM (58) 으로 형성될 수도 있다.
스킨 (54) 은, 직사각형 컵 모양의 외부층 (60), 직사각형 컵 모양의 내부층 (62), 및 외부 및 내부층들 (60, 62) 의 전면 사이에 연장되고 실질적으로 수직인 직사각형 환형 전면층 (64) 을 포함한다. 따라서, 외부층 (60) 은 컨테이너 (3) 의 벽들 각각의 외부층들, 즉 후벽 (42) 의 수직 후방 외부층 (66A), 상단 벽 (44) 의 수평 상단 외부층 (66B), 바닥 벽 (46) 의 수평 바닥 외부층 (66C), 좌측벽 (48) 의 수직 좌측 외부층 (66D) 및 우측벽 (50) 의 수직 우측 외부층 (66E) 을 형성한다. 내부층 (62) 은 유사하게 이 벽들 각각의 내부층들, 즉 후벽 (42) 의 수직 전방 내부층 (68A), 상단 벽 (44) 의 수평 바닥 내부층 (68B), 바닥 벽 (46) 의 수평 상단 내부층 (68C), 좌측벽 (48) 의 수직 우측 내부층 (68D) 및 우측벽 (50) 의 수직 좌측 내부층 (68E) 을 형성한다. 층들 (66, 68) 각각은 평평하고 직사각형이다.
절연재 (56) 는 마찬가지로 각각의 외부층 (66) 에 접하고 그로부터 각각의 내부층 (68) 을 향한 도중까지 내향 연장되는 컨테이너 (3) 의 5 개 벽들 각각의 절연층들을 구성한다. 보다 특히, 절연재 (56) 는 외부층 (66A) 의 전방 내부면에 접하고 그로부터 전방으로 연장되는 후벽 (42) 의 수직의 평평한 직사각형 절연층 (70A), 외부층 (66D) 의 하부 내부면에 접하고 그로부터 아래로 연장되는 상단 벽 (44) 의 평평한 직사각형 수평 절연층 (70B), 외부층 (66C) 의 상단 내부면에 접하고 그로부터 위로 연장되는 바닥 벽 (46) 의 평평한 직사각형 수평 절연층 (70C), 외부층 (66D) 의 내부면에 접하고 그로부터 우측으로 내향 연장되는 좌측벽 (48) 의 평평한 직사각형 수직 절연층 (70D), 및 외부층 (66E) 의 좌측 내부면에 접하고 그로부터 좌측으로 내향 연장되는 우측벽 (50) 의 평평한 직사각형 수직 절연층 (70E) 을 포함한다.
PCM (58) 은 또한 컨테이너 (3) 의 각각의 벽들의 각각의 PCM 층들, 즉 절연층 (70A) 의 전방 내부면과 스킨 내부층 (68A) 의 후면 사이에 연장되고 접촉하는 후벽 (42) 의 수직의 평평한 직사각형 PCM 층 (72A), 절연층 (70B) 의 바닥 내부면과 내부층 (68B) 의 상단 면 사이에 연장되고 접촉하는 평평한 직사각형 수평 PCM 층 (72B), 절연층 (70C) 의 상부면과 내부층 (68C) 의 하부면 사이에 연장되고 접촉하는 평평한 직사각형 수평 PCM 층 (72C), 절연층 (70D) 의 내부면과 내부층 (68D) 의 좌측면 사이에 연장되고 접촉하는 수직의 평평한 직사각형 PCM 층 (72D), 및 절연층 (70E) 의 좌측 내부면 및 내부층 (68E) 의 우측면 사이에 연장되고 접촉하는 평평한 직사각형 수직 PCM 층 (72E) 을 형성한다. 따라서, 각각의 PCM 층 (17) 은 스킨의 대응하는 내부층과 절연재 (70) 의 층 사이 공동 또는 내부 챔버 (52) 의 일부 안에 배치된다.
도어들 모두 실질적으로 강성이고 챔버 (1 또는 1A) 의 벽 또는 측벽으로서 역할을 하지만 도어 (5) 와 약간 다른 도어 (5A) 를 포함한다는 점을 제외하고는 챔버 (1A; 도 5) 는 챔버 (1) 와 유사하다. 도어 (5) 와 달리, 도어 (5A) 는, 도어를 개방하지 않고 챔버 외부에서 내부 챔버 (4) 의 내용물을 사람이 볼 수 있도록 허용하는 투명 창을 포함하지 않는다. 그 대신, 도어 (5A) 는 불투명하고 컨테이너 (3) 의 벽들 중 하나와 유사한 구조를 가지고 따라서 여러 층들로 만들어진다. 특히, 도어 (5A) 는 실질적으로 강성 스킨 (74) 을 포함하고 이것은 비교적 얇고 전형적으로 금속으로 형성되고 완전히 둘러싼 수직 직사각형 내부 공동 또는 챔버 (76) 를 규정하고 이것은 챔버들 (4, 52) 과 분리되어 있고, 외부 대기로부터 밀봉되고 절연층 (70F) 과 PCM 층 (72F) 이 배치되어 있다. 스킨 (74) 은 외부 및 내부 수직 직사각형 층들 (78, 80), 및 층들 (78 ~ 82) 이 그 안에 챔버 (76) 를 규정하도록 외부 및 내부층들 (78, 80) 의 각각의 외주연들 사이에 연장되어 고정되는 직사각형 환형 주연 층 (82) 을 포함한다. 절연층 (70F) 은 내부 챔버 (76) 의 상단에서 바닥으로 그리고 좌측에서 우측으로 연장된다. 절연층 (70F) 은 또한 외부층 (78) 의 내부면과 접하고 그로부터 내측으로 그리고 후방으로 연장되고 절연층 (70F) 이 입구 개구 (6) 바로 앞에 있는 도어 (5A) 의 직사각형 부분을 따라 내부층 (80) 을 향한 도중까지 단지 연장될지라도 내부층 (80) 의 전방 내부면과 외주연을 따라 접촉할 수도 있다. PCM 층 (72F) 은, 도어 (5A) 가 폐쇄될 때, PCM 층 (72F) 이 내부 챔버 (4) 의 입구 개구 (6) 를 완전히 커버하거나 걸쳐 있도록 내부층 (80) 의 전면과 절연층 (70F) 의 후면 사이에 연장되어 접하는 평평한 수직 직사각형 층이다. 따라서, PCM 층 (72F) 은 내부층 (80) 과 절연층 (70F) 사이에 규정된 측벽 또는 도어 내부 챔버 (76) 의 공동 또는 부분 안에 배치된다. PCM 층들 (72A ~ 72E) 이 컨테이너 (3) 의 내부 챔버 (52) 로부터 제거가능하지 않은 것처럼, PCM 층 (72F) 은 챔버 (76) 내에 영구적으로 배치되도록 되어 있어서 그 챔버로부터 제거가능하지 않다.
도 6 은, 당업자에 의해 전형적으로 용이하게 실시되고 그렇지 않으면 패킷 (84) 을 수용하도록 구성된 챔버들과 함께 사용하기 위해 한 손 또는 두 손으로 조작되는 제거가능한 PCM 패킷 (84) 을 도시한다. 대부분의 벽들 (86, 88) 이 챔버 (89) 를 거의 또는 완전히 충전하는 평평한 직사각형 PCM 층 (72G) 을 내부에 수용하는 평평한 직사각형 내부 공동 또는 챔버 (89) 를 사이에 규정하기 위해서 서로 이격되지만, 외주연들이 서로 겹쳐져서 접촉하도록 외부 스킨을 함께 형성하고 서로 덮어씌운 제 1 및 제 2 의 실질적으로 평평한 직사각형 벽들 (86, 88) 을 패킷 (84) 이 포함한다. 벽들 (86, 88) 은 바람직하게 금속과 같은 실질적으로 강성의 열 전도성 재료로 형성된다. 알루미늄, 스테인리스 강 및 구리는 이 목적에 적합하다. 하지만, 벽들 (86, 88) 은 플라스틱 또는 다른 적합한 재료로 형성될 수도 있다. 패킷 (84) 은 제 1 및 제 2 대향한 직선 평행 말단 에지들 (90, 92), 및 에지들 (90 ~ 96) 이 벽들 (86, 88) 의 외주연들을 따라 직사각형 구조를 형성하도록 말단 에지들 (90, 92) 사이에 각각 연장되는 제 1 및 제 2 직선 평행 대향한 측면 에지들 (94, 96) 을 갖는다. 내부 챔버 (89) 를 완전히 둘러싸서 외부 대기로부터 밀봉되도록 벽들 (86, 88) 이 에지들 (90 ~ 96) 각각을 따라 서로 밀봉된다.
챔버 (1B) 는 도 7 에 도시되어 있고 제거가능한 PCM 패킷들 (84) 을 이용한다. 챔버 (1B) 는 챔버들 (1, 1A) 과 유사하고 도어 (5A) 와 같은 도어도 사용될 수 있지만 도어 (5) 를 가지고 도시되어 있다. 내부 챔버 (52) 내부 대신에 PCM 재료가 패킷들 (84) 에 제공되므로, 절연재가 내부 챔버 (52) 를 완전히 또는 거의 완전히 충전한다는 점을 제외하고는 컨테이너 (3) 와 유사한 컨테이너 (3A) 를 챔버 (1B) 가 포함한다. 따라서, 예를 들어, 컨테이너 (3A) 의 후벽에서 절연층 (70A) 은 외부층 (66A) 의 전면으로부터 내부층 (68A) 의 배면까지 쭉 연장된다. 유사하게, 절연층 (70B) 은 외부층 (66B) 의 바닥면으로부터 상단면 내부층 (68B) 까지 연속적으로 연장되고, 절연층 (70C) 은 내부층 (68C) 의 바닥면으로부터 외부층 (66C) 의 상단면까지 쭉 연장된다. 컨테이너 (3A) 의 2 개의 측벽들에서 절연층들은 또한 각각의 내부 및 외부층들 사이에서 쭉 연장된다.
도 7 에 도시된 대로, 챔버 (1B) 의 가열 요소 (29) 는, 상단에 인접한 내부 챔버 (4) 내에서 컨테이너 (3) 의 상단 벽에 장착된다. 도 7 은 또한 내부 챔버 (4) 내에서 제거가능한 PCM 패킷들 (84) 중 3 개를 도시한다. 패킷들 (84) 중 하나는 컨테이너 (3) 의 바닥 벽의 상단 내부층 (68C) 에 안착되고, 이것은 따라서 하부 패킷 (84) 을 위한 지지 구조 또는 영구 선반으로서 역할을 한다. 챔버 (1B) 는 와이어로부터 아래로 각각 매달린 한 쌍의 수평 트레이들 (98) 또는 다른 유형의 선반들 (2) 을 추가로 포함하여서 각각의 트레이와 각각의 선반은 서로 인접해 있고 그 사이에 각각의 공간 (100) 의 전방 입구 개구를 통하여 각각의 패킷 (84) 을 내부에 제거가능하게 삽입하기 위한 각각의 직사각형의 평평한 수평 패킷-수용 공간 (100) 을 규정한다. 따라서, 최하부 패킷 (84) 은 다른 2 개의 패킷들 바로 아래에 있을 뿐만 아니라 2 개의 선반들과 트레이들 바로 아래에 있고, 하부 트레이로부터 아래에 이격되어 있다. 따라서, 중간 패킷 (84) 은 하부 제거가능한 선반 (2) 아래에 인접한 하부 트레이 (98) 위에 안착된다. 유사하게, 상단 또는 상부 패킷 (84) 은 제거가능한 상부 선반 (2) 아래에 인접한 상부 트레이 (98) 위에 안착된다. 게다가, 상부 트레이 (98) 가 하부 선반 (2) 으로부터 위로 이격되어서 상부 트레이 (98) 와 대응하는 상부 패킷 (84) 이 하부 선반 (2) 으로부터 위로 이격되어 있는 한 내부 챔버 (4) 의 부분은 하부 선반 (2) 의 상단과 트레이 (98) 의 바닥 사이에 규정된다. 물품 (40) 의 온도와 물품 (40) 을 포위하는 내부 챔버 (4) 에서 환경이 제어될 수 있도록 하부 선반 (2) 에 안착된 페트리 접시들 또는 다른 물품들 (40) 을 내부 챔버 (4) 의 상기 부분이 수용한다. 따라서, 물품들 (40) 은 내부 챔버 (4) 에서 온도 및 다른 환경 제어 프로세스 중 각각의 패킷 (84) 에 인접하여, 위에 있고 접촉하지 않는다. 유사하게, 내부 챔버 (4) 는, 마찬가지로, 내부 챔버 (4) 내에서 열 및 다른 환경 제어 프로세스 중 상부 패킷 (84) 에 인접하여, 위에 있고 접촉하지 않는, 물품들 (40) 을 수용하도록 또한 구성된 상부 선반 (2) 위 상부 부분을 포함한다. 전술한 대로, 각각의 패킷 (84) 은, 도어 (5) 가 개방될 때 입구 개구 (6) 를 통하여 바닥 벽 위에서부터 또는 각각의 공간 (100) 으로부터 삽입 및 제거될 수 있다 (도 7 및 도 8 의 화살표 B). 트레이들 (98) 은 PCM 패킷 선반들로서 역할을 한다. 하지만, 물품들 (40) 이 패킷들 (84) 에 직접 안착될 수 있도록 PCM 패킷들 (84) 은 또한 선반들 (2) 또는 다른 지지부에 안착될 수도 있다.
챔버 (1C; 도 8) 는 바로 앞의 챔버들과 유사하고 앞의 컨테이너들과 유사하지만 약간 변경된 컨테이너 (3B) 를 포함한다. 컨테이너 (3B) 의 내부 챔버 (52) 내 절연재는 챔버 (1B) 의 컨테이너 (3A) 내 절연재를 참조하여 설명한 것과 동일하다. 도 8 에 도시된 대로, 가열 요소 (29) 는 챔버 (1) 와 동일한 방식으로 내부 챔버 (4) 안에서 컨테이너의 바닥 벽에 인접하여 위에 장착된다. 챔버 (1C) 는 챔버 (1B) 로 도시된 것과 다른 배향으로 2 개의 PCM 패킷들 (84) 의 사용을 보여준다. 상부 PCM 패킷이 컨테이너 (3B) 의 상단 벽 아래에 있고 인접하며 트레이 (98) 위의 공간 (100) 에 삽입되거나 제거되도록 수평으로 (도 8 의 화살표 B) 슬라이딩할 수 있도록 트레이 (98) 는 내부 챔버 (4) 의 상부 부분 내 컨테이너 (3B) 의 상단 벽에 장착된다. 다른 패킷 (84) 은 컨테이너 (3B) 의 후벽의 내부층 (68A) 의 전방 내부면에 접하거나 인접한 제거가능한 선반들 (2) 뒤에 수직 배향으로 위치결정된다. 보다 특히, 클립 (102) 은 컨테이너의 상단 벽에 인접한 후벽에 고정되고, 패킷 (84) 을 이 후방 위치에 매달도록 수직 배향으로 패킷 (84) 의 상단으로서 역할을 하는 제 1 말단 에지 (90) 를 클립 또는 클램프로 고정한다. 이해할 수 있듯이, 임의의 적합한 메커니즘은 후방 절연 벽에 바로 인접한 수직 위치에서 또는 매달린 위치에서 패킷 (84) 을 고정하도록 사용될 수도 있다. 절연 챔버 (1B, 1C) 의 PCM 패킷들 (84) 은, 내부 챔버 (4) 로부터 물품들 (40) 의 삽입 및 제거를 방해하지 않도록, 즉, PCM 패킷들을 챔버 (4) 내 그것의 각각의 위치로부터 이동시키지 않으면서 물품들 (40) 이 삽입 및 제거될 수 있도록 위치결정된다. 게다가, (챔버 (1) 의 제거불가능한 PCM (56) 처럼) PCM (72G) 이 절연 챔버들 (1B, 1C) 의 최종 사용자에게 보이지 않도록 패킷들 (84) 이 구성된다. 또한, (즉, 패킷들 (84) 또는 트레이들 (98) 을 사용하지 않으면서) 선반들 (2) 상의 물품들 (40) 에 대해 일반적으로 확보된 공간이 실질적으로 감소되지 않고, 대부분의 경우에 물품들 (40) 에 이용가능한 공간의 감소가 어떠한 실제적 영향을 줄 정도로 충분히 크지 않도록 PCM 패킷들 (84) 이 구성되어 챔버 (4) 에 위치결정된다. 따라서, 주어진 크기의 챔버 (4) 에 일반적으로 배치된 물품들 (40) 은 트레이들 (98) 및/또는 패킷(들) (84) 을 추가하여 여전히 챔버에 배치될 수도 있다. 비록 도시되지 않았지만, 패킷이 가려져 패킷에 대한 열 전달이 대부분 대류에 의해 이루어지도록 패킷 (84) 은 챔버 (4) 내 "가 (false)" 벽 뒤 또는 인접한 공간에 위치결정될 수 있는 것으로 고려된다. 예를 들어, 이러한 가벽은 도 8 에 도시된 수직 패킷 (84) 전방에 위치결정될 수도 있다.
챔버 (1D; 도 9) 는 바로 앞의 챔버들과 유사하고 내부 챔버 (52) 가 절연재, PCM, 및 그 사이에 끼워진 가열 요소 (29A) 를 수용하도록 변경된 컨테이너 (3C) 를 포함한다. 챔버 (1D) 의 절연층 (70C) 은 실질적으로 도 7 및 도 8 의 챔버들 (1B, 1C) 에 대해 설명한 것과 동일하다. 유사하게, 컨테이너 (3C) 의 좌우 측벽들에서 절연재는 컨테이너 (3C) 의 각각의 좌우 측벽들 내 챔버 (52) 의 부분들을 완전히 또는 거의 충전한다. 도 2 및 도 3 에 도시된 대로, 컨테이너 (3C) 의 절연층들 (70A, 70B) 은 챔버 (1) 의 절연층들과 실질적으로 동일하다. 게다가, 컨테이너 (3C) 내 PCM 층들 (72A, 72B) 은 챔버 (1) 의 도 2 및 도 3 을 참조로 도시되고 설명된 것과 실질적으로 동일하다. 챔버 (1D) 에서, 컨테이너 (1D) 의 바닥 벽과 좌우 측벽들이 이러한 PCM 층들을 포함하지 않도록 단 2 개의 이런 PCM 층들 (72A, 72B) 이 사용된다. 도 9 가 보여주는 바와 같이, 내부 챔버 (4) 는 앞의 실시형태들의 가열 요소 (29) 와 같은 가열 요소는 없다. 그 대신, 가열 요소 (29A) 는 절연층 (70A) 과 PCM 층 (72A) 사이에 끼워져서 실질적으로 수직으로 배향되고 각각의 상기 층들과 접촉한다. 따라서, 요소 (29A) 는 완전히 내부 챔버 (4) 외부에 있다.
챔버 (1E; 도 10) 는, 그것이 PCM 층 (72A) 과 내부층 (68A) 사이에 끼워진 가열 요소 (29A) 를 포함한다는 점을 제외하고 챔버 (1D) 와 유사하다. 따라서, 요소 (29A) 는 층 (68A) 의 후면 및 PCM 층 (72A) 의 전면과 접촉한다.
PCM (58) 의 다양한 층들 (72) 이 많은 캡슐화된 PCM 펠릿들 (104) 및 펠릿들 (104) 이 배치되는 액체 매체 (105) 에 의해 대체된다는 점을 제외하고, 챔버 (1F; 도 11) 는 챔버 (1A; 도 5) 와 유사하다. 도 12 에 도시된 대로, 각각의 펠릿 (104) 은, 고체 스킨 또는 캡슐 (106) 에 의해 외부 대기 또는 환경으로부터 밀봉된 내부 챔버 (108) 또는 인클로저를 규정하는 내부면을 가지는 고형 캡슐 (106) 을 포함한다. 내부 챔버 (108) 는 PCM (58) 으로 거의 또는 완전히 충전된다. 도 11 에 도시된 대로, 펠릿들 (104) 과 매체 (105) 의 혼합물은, 상당량의 PCM (58) 을 포함하고 층들 (72) 과 유사한 층들 (110) 을 형성한다. 층들 (110) 이 내부 챔버 (4) 의 모든 면에 있지만, 도 11 은 층들 (72A, 72B, 72C, 72F) 과 각각 유사한 층들 (110A, 110B, 110C, 110F) 만 나타낸다. 전형적으로, 펠릿들 (104) 은 그것이 절연재 (56) 와 스킨 (54) 의 내부층 (62) 사이에 규정된 내부 챔버 (52) 의 부분 내에 있는 것처럼 단단히 또는 거의 단단히 패킹된다. 펠릿들 (104) 은 유사하게 절연층 (70F) 과 스킨 (74) 의 내부층 (80) 사이 도어의 내부 챔버 (76) 의 부분으로 패킹된다. 펠릿들 (104) 은 그 사이에 액체 매체 (105) 에 의해 전형적으로 완전히 또는 거의 충전되는 간극 공간들을 규정한다. 비록 예시적 실시형태에서, 매체 (105) 는 액체 형태로 되어 있지만, 매체는 또한 가스 형태로 될 수 있다. 임의의 경우에, 내부 챔버 (52) 는 절연재 (56), 펠릿들 (104) 및 매체 (105) 에 의해 완전히 또는 거의 충전된다. 유사하게, 도어의 내부 챔버 (76) 는 절연재 (70F), 펠릿들 (104) 및 매체 (105) 로 거의 또는 완전히 충전된다.
도 11 에서 파선들로 나타낸 것처럼, 챔버 (1F) 는 절연재 (56) 와 스킨 (54) 의 내부층 (62) 사이에 규정된 내부 챔버의 부분과 연통하는 입구 (112) 및 출구 (114) 를 포함할 수 있어서 펠릿들 (104) 의 액체 또는 혼합물 및 액체 매체 (105) 는 입구 (112) 를 통하여 내부 공동의 이 부분으로 펌핑되거나 다르게 이동될 수 있고 (화살표 C) 출구 (114) 를 통하여 내부 공동의 이 부분에서 펌핑되거나 다르게 이동될 수 있다 (화살표 D). 입구 및 출구의 제공은 펠릿들 (104) 및 매체 (105) 로 내부 챔버 (52) 의 이 부분을 충전하는 한 가지 방식이고, 또한 펠릿들 및 매체가 출구 (114) 를 통하여 제거될 수 있도록 허용할 것이고, 원하는 경우, 펠릿들의 PCM (58) 이 원래 펠릿들의 것과 다른 용융 또는 동결 온도를 가지는 다른 세트의 펠릿들 및 액체 매체로 교체되도록 허용할 것이다. 액체 (105) 는 PCM (58) 과 동일한 방식으로 역할을 하는 상 변화 재료일 수도 있고, 또는 그것은 챔버 (1F) 의 작동 파라미터들 내에 액체 상태로 유지될 수 있다는 점에 주목한다. 입구 (112) 및 출구 (114) 의 사용을 도시한 것은 워터 재킷을 사용한 절연 챔버의 유형을 나타낼 수도 있다. 따라서, 표준 방식으로 워터 재킷이 있는 절연 챔버를 사용하는 경우에, 펠릿들 (104) 및 액체 매체 (105) 는 그 대신에 본 발명의 PCM (58) 의 장점을 이용하도록 워터 재킷의 내부 챔버를 충전하는데 사용될 수도 있다.
챔버 (1G; 도 13) 는, 그것이 또한 PCM 펠릿들 (104) 을 이용한다는 점에서 챔버 (1F) 와 유사하다. 하지만, 펠릿들 (104) 을 액체 매체 (105) 내에 배치하는 대신에, 챔버 (1G) 의 펠릿들 (104) 이 고체 매트릭스 (116) 에 매립된다. 보다 특히, 매트릭스 (116) 와 매립된 펠릿들 (104) 은 PCM 층들 (72A ~ 72F) 및 층들 (110) 과 유사한 각각의 평평한 직사각형 층들 (118) 을 형성하여서 층들 (72) 에 대해 전술한 대로 각각의 층들은 평평하고 직사각형이며 수평 또는 수직이다. 도 13 은 구체적으로 층들 (118A ~ 118C, 118E, 118F) 을 도시한다. 하지만, 층들 (72) 및 층들 (110) 과 달리, 층들 (118) 은 예시적 실시형태에서 챔버 (1, 1A, 1F) 로서 이러한 챔버들의 스킨 (54) 에 의해 규정된 내부 챔버 (52) 내에 있지 않다. 비록 층들 (118) 이 층들 (72, 110) 의 유사한 위치들에서 챔버 (52) 내에 위치결정될 수 있지만, 층들 (118) 의 사용은 PCM (58) 을 포함하는 층들을 형성하는 한 가지 방식을 보여주고 여기서 층들은 내부 챔버들 (52, 76) 의 외부에 있다. 따라서, 챔버 (1G) 는 컨테이너 (3D) 와 도어 (5C) 를 포함할 수 있고 각각은 앞의 실시형태들의 것들과 약간 다른 구조를 갖는다. 컨테이너 (3D) 는 내부 챔버 (52) 내에 규정하도록 스킨 (54) 및 그것의 다양한 층들을 유지한다. 하지만, 절연재 (56) 그 자체는 완전히 또는 거의 내부 챔버 (52) 를 충전한다. 도 13 은, 스킨 (54) 의 내부층들 (68) 이 대응하는 외부층들 (68) 에 더 가깝게 위치결정되어서 외부층들 (66) 은 절연재 (56) 의 외부면과 접하고 내부층 (68) 은 절연재 (56) 의 내부면과 접하는 것을 보여준다. 따라서, 도 13 의 절연재 (56) 는 도 11 의 절연재 (56) 와 동일한 두께를 갖는 것처럼 보인다. 하지만, 내부 및 외부층들 (66, 68) 은 또한 앞의 실시형태들에서처럼 서로 이격될 수 있어서 도 7 에 도시된 대로 절연재 (56) 는 여전히 전체 챔버 (52) 를 충전하고 더 두껍다.
각각의 층들 (118) 은 외부면 (120) 과 내부면 (122) 을 갖는다. 컨테이너 (3D) 의 일부인 주어진 층 (118) 의 각각의 외부면 (120) 은 대응하는 내부층 (68) 의 내부면과 접하여서 각각의 층 (118) 은 거기에서 내부면 (122) 으로 내향 연장된다. 따라서, 예를 들어, 층 (118A) 의 외부면 (120) 은 수직이고 후방 내부층 (68A) 의 수직 내부면과 접하고 거기에서 층 (118A) 의 수직면 (122) 으로 내향 연장된다. 층 (118B) 의 외부면 (120) 은 따라서 상단 내부층 (68B) 의 내부 또는 바닥면에 접하는 상단면으로 역할을 하여서 층 (118B) 은 거기에서 수평 내부 또는 바닥면 (122) 까지 하향 연장된다. 따라서, 층 (118C) 의 외부면 (120) 은 바닥 수평면으로 역할을 하고 그로부터 층 (118C) 은 내부 또는 상단 수평면 (122) 까지 상향 연장된다. 컨테이너 (3D) 의 좌우 벽들은 그것의 후벽과 유사하게 형성되어서 대응하는 층 (118) 은 수직이고, 대응하는 수직 층들 (118) (도 13 에 도시된 층 (118E)) 의 내부 및 외부면들 (120, 122) 은 수직이고 외부층 (120) 이 대응하는 내부층 (68) 과 접하고 그로부터 수직 내부면 (122) 까지 내향 연장되도록 배향된다. 따라서, 층들 (118) 의 내부면들 (122) 은, 스킨 (54) 의 내부층들 (68) 이 내부 챔버 (4) 를 규정한 앞의 실시형태들과 달리 내부 챔버 (4) 를 규정한다.
비록 도어 (5C) 가 앞의 실시형태들의 도어들과 유사할지라도, 그것은 또한 층 (118F) 이 그것의 수직 외부 또는 전면 (120) 이 층 (80) 의 수직 내부면과 접하고 거기에서 도어 (5C) 가 폐쇄될 때 내부 챔버 (4) 와 접경하는 평평한 수직 내부 또는 후면 (122) 까지 전방으로 연장된 상태로 수용되는 수직의 평평한 직사각형 리세스 (124) 를 내부층 (80) 이 규정한다는 점에서 약간 다르다. 비록 층 (118F) 은 리세스 (124) 에 배치된 것으로 도시되지만, 층 (118F) 과 유사한 층은 이러한 리세스 없이 도어에 장착될 수 있고 따라서 내부 스킨의 최전방 부분 너머 전방으로 돌출해 있다.
예시적 실시형태에서, 고체 매트릭스 (116) 는 전형적으로 경화 수지로 형성된다. 따라서, 층들 (118) 의 형성 중, 결국 매트릭스 (116) 로 되는 원 재료는 액체 수지이거나 액체 형태로 되어 있어서 고체 수지를 형성하도록 경화된다. 일 실시형태에서, 펠릿들 (104) 은 내부층 (62) 및 내부층 (80) 과 같은 임의의 주어진 표면에 후에 페인팅될 수 있는 페인트로 혼합된 후 건조되도록 허용된다. 페인트는 전형적으로 수지와 용매를 함유하여서, 용매가 건조될 때, 수지는 화학 반응에 의해 경화되도록 허용된다. 일부 페인트는 또한 열경화성이고, 그것은 또한 수지를 경화시키기 위해서 가열된다는 것을 의미한다. 고체 매트릭스 (116) 의 다른 실시형태에서, 수지는 경화시키기 위해서 건조할 필요가 있는 용매를 포함하지 않을 수도 있다. 예를 들어, 일부 수지는 액체 수지를 구성하는 성분들의 증발 없이 또는 극히 적은 증발로 액체 상태에서 고체 상태로 단순히 열 경화된다. 다른 액체 수지는 고체 상태에 도달하도록 광 경화될 수도 있다.
따라서, 층들 (118) 은 여러 다른 방식으로 형성될 수도 있다. 매트릭스와 그것의 액체 형태가 페인트인 경우에, 펠릿들 (104) 이 혼합된 페인트는 단순히 주어진 원하는 표면에 페인팅되고 건조되도록 허용될 수도 있다. 다른 옵션은, (예로 리세스 (124) 가 위로 향한 상태에서 도어 (5C) 가 수평 상태로 놓여 있을 때) 펠릿들 (104) 이 혼합된 주어진 액체 수지를 공동 또는 리세스, 예로 리세스 (124) 로 붓고, 페인트처럼 건조되도록 허용되거나 리세스 내 수지를 경화시키도록 열, 광 또는 그밖의 다른 적절한 방법에 의해 경화시키는 것이다. 또는, 임의의 층들 (118) 이 몰드 공동에 독립적으로 형성된 후 임의의 적합한 메커니즘에 의해 도 13 에 나타낸 위치에 장착될 수도 있다. 예를 들어, 바닥층 (118C) 은 단순히 내부층 (68C) 위에 놓이거나, 글루 (glue) 또는 다른 접착제로 접착될 수도 있다. 다른 층들 (118) 은 유사하게 글루 또는 접착제 등에 의해 접착될 수도 있다. 또한, 컨테이너 (3D) 의 다양한 층들 (118) 은 단일 컵 모양의 피스로서 형성될 수도 있다. 이런 형성은 별개의 몰드에서 수행될 수 있고, 또는 몰드의 부분을 규정하기 위해서 스킨 (54) 의 내부층 (62) 을 사용할 수도 있다. 매트릭스 (116) 는 다양한 열 전도율을 가질 수도 있다. 열 전도율은, 층들 (118) 의 형성 중 액체 수지로 높은 열 전도성인 금속 칩들 또는 다른 재료들을 통합함으로써 향상될 수도 있다.
도 14 는 도 6 에 도시된 패킷 (84) 과 유사한 다른 PCM 패킷 또는 선반 (84A) 을 도시한다. 따라서, 선반 (84A) 은 일반적으로 평평한 직사각형 바닥 벽 (88), 및 PCM 의 층 (72H) 으로 충전되는 내부 챔버 (89A) 를 사이에 규정하는 일반적으로 평평한 직사각형 상단 벽 (86A) 을 포함한다. PCM 층 (72H) 은 전형적으로 내부 챔버 (89A) 를 완전히 또는 거의 충전한다. 패킷 (84A) 의 PCM 층 (72H) 또는 패킷 (84) 의 PCM 층 (72G) (도 6) 이 가스 또는 액체 매체 (105) (도 11) 와 함께 펠릿들 (104) 로 교체되거나, 고체 매트릭스 (116) (도 13) 에 매립될 수 있음에 주목한다. 벽들 (86A, 88) 은 패킷 (84) 에 대해 전술한 것과 동일한 재료로 형성되고, 서로 접합되어서 말단 에지들 (90, 92), 및 측면 에지들 (94, 96) 을 형성한다. 인접한 에지 (90) 로부터 인접한 에지 (92) 까지 그리고 인접한 에지 (94) 로부터 인접한 에지 (96) 까지 연속적으로 실질적으로 평평한 패킷 (84) 의 벽 (86) 과 달리, 벽 (86A) 은 상부 평평한 부분 (126) 을 포함하고 이 부분은 인접한 에지 (90) 로부터 인접한 에지 (92) 까지 그리고 인접한 에지 (94) 로부터 인접한 에지 (96) 까지 연장되지만, 아래로 연장되는 복수의 리세스들 (128) 에 의해 차단된다. 예시적 실시형태에서, 패킷의 크기 및 특별한 요구 조건에 따라 개수가 달라질 수 있지만 패킷 (84A) 은 6 개의 리세스들 (128) 을 포함한다. 리세스들 (128) 은 임의의 원하는 형상을 가질 수 있지만, 원형 중심부 (130), 및 그것의 대향 측들에서 중심부 (130) 로부터 측방향으로 바깥쪽으로 그리고 서로 이격되게 연장되는 한 쌍의 대향한 핑거 수용부들 (132) 을 가지고 각각의 리세스 (128) 가 도시되어 있다. 각각의 리세스 (128) 의 바닥은 상부 평평한 부분 (126) 으로부터 아래에 이격된 평평한 수평의 리세스가공된 벽 (134) 에 의해 규정된다. 환형 측벽 (136) 은 그것의 하단부에서 단단히 고정되고 리세스가공된 벽 (134) 의 외주연으로부터 그것의 상단부에서 상부 평평한 부분 (126) 으로 강성 연결부까지 상향 연장되어서, 각각의 리세스가공된 벽 (134) 과 대응하는 측벽 (136) 은 대응하는 리세스 (128) 를 규정한다. 각각의 리세스 (128) 는, 도 14 에서 화살표 E 로 나타낸 것처럼 주어진 저장 물품 (40) 이 아래로 삽입되고 위로 제거될 수 있는 상단 입구 개구 (138) 를 갖는다.
계속해서 도 14 를 참조하면, 특정 저장 물품 (40) 은, 평평한 원형 바닥 벽 (142), 및 상단 입구 개구 (148) 를 갖는 실린더형 공동 (146) 을 규정하도록 바닥 벽 (142) 에 단단히 고정되고 그로부터 상향 연장되는 원형 환형 측벽 (144) 을 갖는 컨테이너 또는 페트리 접시 (140) 를 포함한다. 따라서, 공동 (146) 은 입구 개구 (148) 를 통하여 다양한 내용물을 수용하고 그리고/또는 그것에 의해 내용물을 제거시키도록 구성된다. 예시적 실시형태에서, 물품 (40) 은 성장되거나 배양될 생세포 (152) 를 갖는 배양 배지 (150) 의 형태인 내용물을 포함한다.
도 14a 의 단면도는 대응하는 리세스 (128) 및 PCM 을 포함한 패킷 (84A) 의 다양한 요소들에 대한 페트리 접시 (140) 및 그것의 내용물의 상대 위치를 보여준다. 층 (72H) 의 PCM 은 리세스 포위 부분으로도 지칭될 수 있는 측방향 부분(들) (149) 을 포함한다. 층 (72H) 의 PCM 은 또한 대응하는 리세스 (128) 와 리세스가공된 벽 (134) 바로 아래에 위치한 각각의 서브-리세스 부분들 (151) 을 포함한다. 측방향 부분들 (149) 은 모든 방향으로 환형 측벽 (136) 으로부터 측방향으로 외향 연장되어서 위에서 보았을 때 PCM 의 이 부분은 대응하는 환형 측벽 (136) 뿐만 아니라 바닥 벽 (134), 리세스 (128) 를 포위하고, 페트리 접시 (140) 가 리세스 (128) 내에 배치될 때, 또한 그것의 바닥 벽 (142), 측벽 (144) 의 적어도 일부, 및 배지 (150) 와 세포 (152) 의 전부 또는 일부를 포위한다. 부분들 (149) 은 상부 평평한 부분 (126) 의 바닥면에 접하는 상단면을 가져서 층 (72H) 의 PCM 은 리세스가공된 벽 (134) 과 페트리 접시 (140) 의 바닥 아래에서부터 리세스가공된 벽 (134), 바닥 벽 (142), 측벽 (144) 의 대부분 또는 전부 및 배지 (150) 와 세포 (152) 의 전부 또는 일부 위로 연장된다. 예시적 실시형태에서, 전형적으로 페트리 접시 측벽과 접시의 내용물이 PCM 의 부분들 (149) 에 인접하도록 위에서 보았을 때 측벽 (144) 과 실질적으로 유사한 형상을 가지는, 환형 측벽 (136) 에 환형 측벽 (144) 이 접하거나 가까이 인접한 상태에서 접시 (140) 의 바닥 벽 (142) 은 수평의 평평한 리세스가공된 벽 (134) 에 안착된다. 예시적 실시형태에서, 페트리 접시의 상단은 상부 평평한 부분 (126) 의 상단보다 더 높지 않지만, 이것은 달라질 수도 있다. 마찬가지로, 배지 (150) 와 세포 (152) 는 전형적으로 부분 (126) 의 상단보다 더 높지 않다.
이제 도 15 를 참조하면, 챔버 (1H) 는 도 14 에 나타낸 패킷들 또는 선반들 (84A) 을 사용하도록 구성된다. 챔버 (1H) 가 다른 선반 구성을 보여준다는 점을 제외하고는 챔버 (1H) 는 도 7 에 도시된 챔버 (1B) 와 유사하다. 도 15 는, 하부 패킷 또는 선반 (84A) 이 도 7 의 하부 패킷 (84) 과 유사하게 바닥 벽의 내부층 (68C) 위에 제거가능하게 위치결정되는 것을 보여준다. 하지만, 중간 패킷 또는 선반 (84A) 은 도 7 에서처럼 트레이 (98) 보다는 와이어나 다른 선반 (2) 위에 안착된다. 하부 및 중간 선반들 또는 패킷들 (84A) 각각의 바닥 벽들 (88) 은 지지면 또는 선반 위에 있어서 각각의 패킷 (84A) 은 내부 챔버 (4) 내에서 다양한 물품들 (40) 이 안착되는 선반으로서 역할을 한다. 챔버 (1H) 의 상부 선반 (84A) 은 내부 챔버 (4) 내에 다른 방식으로 지지된다. 보다 특히, 지지 레지들 (154) 은 각각 상부 패킷 (84A) 을 그것의 좌우 측면 에지들 (94, 96) 을 따라 지지하도록 내부 챔버 (4) 를 규정하는 좌우 벽들에 연결되고 그로부터 내향 연장된다. 도 15 는, 내부 챔버 (4) 의 후방에 인접한 부분으로부터 내부 챔버 (4) 의 전방에 인접한 부분까지 연장되는 지지 레지들 (154) 중 단 하나만 도시한다. 따라서, 좌우 에지들 (94, 96) 을 따라 패킷 (84A) 은 지지 레지들 (154) 에 안착되는 각각의 립들을 형성한다. 패킷 (84) 의 이런 립들 또는 측면 에지들은 지지 레지들 (154) 을 따라 용이하게 슬라이딩하여서 패킷 또는 선반 (84A) 을 챔버 (4) 로 삽입하거나 도어 (5) 가 개방될 때 입구 개구 (6) 를 통하여 패킷 또는 선반을 챔버로부터 제거한다.
비록 전술한 각각의 챔버들은 서로 약간 다르지만, 그것 모두 본질적으로 동일한 기본 방식으로 작동한다. 본 발명의 다양한 프로세스들은 도 17 의 흐름도에서 블록들 (160 ~ 168) 로 도시되고 이하 언급되지만 반드시 동일한 순서는 아니다. 각각의 절연 챔버는 내부 챔버 (4) 안에서 다양한 대기 조건들을 제어하도록 구성된다 (블록 162). 예를 들어, 동력 소스 (25) 는 챔버 (1) 의 다양한 전기 부품들, 예로 팬 어셈블리 (23), 제어 유닛들 (17, 19, 21), 냉장 어셈블리 (28), 가열 유닛 (29) 및 제어 밸브들 (33, 39) 의 솔레노이드 또는 다른 액추에이터를 가동하기 위한 동력을 제공한다. 챔버 (1) 의 사용자는, 3 가지 특징에 각각 대응하는 도 1 에 도시된 대로 3 개 이상의 버튼들 또는 제어부들을 포함할 수도 있는, 제어 인터페이스 (15) 를 통하여 내부 챔버 (4) 내 온도, 습도 및 CO2 레벨의 설정을 조작한다. 센서들 (27, 31, 37) 은 각각 내부 챔버 (4) 내 온도, 습도 및 CO2 레벨을 감지하거나 결정하고 온도 제어 유닛 (17), 습도 제어 유닛 (19) 및 CO2 제어 유닛 (21) 에 각각 전송되는 각각의 신호들을 발생시킨다. 온도 센서 (27) 로부터 신호를 기반으로, 온도 제어 유닛 (17) 은, 내부 챔버 (4) 내에 열을 제공할 뿐만 아니라 스킨 (54) 의 다양한 내부층들 (68) 을 통하여 방출된 PCM 재료 (58) 로 열을 제공하기 위해, 가열 유닛을 끄고, 그것을 켜고 그리고/또는 그렇게 하여 발생된 열의 정도를 제어하도록 가열 유닛 (29) 을 제어한다. 온도 제어 유닛 (17) 은 또한, 예로 냉장 어셈블리를 켜거나 꺼서, 내부 챔버 (4) 내에 그렇게 하여 제공된 냉각 정도를 제어하도록 온도 센서 (27) 로부터의 신호에 응하여 냉장 어셈블리 (28) 를 제어할 수도 있다. 습도 센서 (31) 로부터 신호를 기반으로, 습도 제어 유닛 (19) 은 내부 챔버 (4) 의 수분 양을 증가 또는 감소시키기 위해서 제어 밸브 (33) 를 작동시키기 위한 솔레노이드나 다른 작동 메커니즘을 제어한다. 유사하게, CO2 센서 (37) 로부터 신호를 기반으로, CO2 제어 유닛 (21) 은 입력 설정에 따라 알맞은 레벨의 CO2 를 제공하도록 내부 챔버 (4) 로 유입되는 이산화탄소의 양을 증가 또는 감소시키기 위해서 제어 밸브 (39) 의 솔레노이드 또는 다른 작동 메커니즘을 제어한다. 팬 어셈블리 (23) 는, 챔버 전체에서 실질적으로 균일한 온도, 습도 및 이산화탄소 레벨을 유지하도록 내부 챔버 (4) 내에 가스를 약하게 송풍하기 위해서 팬을 회전시키도록 작동될 수 있다. 팬 어셈블리 (23) 는, 특히 도어가 개방 및 폐쇄된 후 내부 온도와 CO2 및 습도 레벨을 회복하는 것을 돕도록, 도어 (5) 의 개방 및 폐쇄에 관련될 수도 있는 다양한 미리 정해진 패턴들로 연속적으로 또는 간헐적으로 작동될 수도 있다.
본 발명의 PCM (58) 은, PCM (58) 이 그것의 상 변화 중, 즉 용융 또는 동결 중 흡수하거나 방출하는 상당량의 잠열로 인해 실질적으로 일정한 온도로 내부 챔버 (4) 를 유지하도록 돕는다. PCM (58) 은 특히 장기간 가열 요소 (29) 또는 냉장 어셈블리 (28) 의 동력 손실이 있다면 그 온도를 유지하는데 도움이 된다. 보다 특히, PCM (58) 은 내부 챔버 (4) 의 원하는 선택된 온도와 같거나 유사한 용융 또는 동결 상 변화 온도를 가지도록 구성된다. 따라서, 저장 물품(들) (40) 은 주어진 PCM (58) 의 상 변화 온도에 가깝게 저장 물품들을 유지하는 것을 돕도록 내부 챔버 (4) 에 배치될 수도 있다 (블록 161). 전형적으로, PCM (58) 의 용융 또는 동결 온도는 약 -40 ℃ (-40 ℉) ~ 약 150 ℃ (302 ℉) 또는 160 ℃ (320 ℉) 의 범위 내에 있다. 하지만, PCM (58) 의 용융 또는 동결 온도는 이 범위 미만이거나 초과할 수도 있다.
일 실시형태에서, PCM (58) 의 용융 온도는 약 37 ℃ (98.6 ℉) 인데 이것은 박테리아 및 포유류 세포를 배양하기 위해 가장 일반적으로 사용된 온도 중 하나이기 때문이다. 약 37 ℃ 의 용융 또는 동결 온도를 가지는 한 가지 적절한 상 변화 재료는 "BioPCM Phase Change Material-37" 이라는 이름으로 Asheboro, NC. 의 Phase Change Energy Solutions, Inc. 로부터 이용가능하다. 이 제품은 상 변화 성분 및 화재 억제 성분을 포함한다. 상 변화 성분은 지방산의 유도체이다. 위에 언급된 비즈니스는 또한 약 -40 ℃ ~ 약 150 ℃ 또는 160 ℃ 의 범위 내 어디든 각각의 용융 또는 동결 온도를 가지는 PCM 을 제조한다. 유사하게, 본 발명에서 PCM 58 로서 사용하기에 적절한 상 변화 재료들은 미네소타주, 미니애폴리스의 Entropy Solutions, Inc. 로부터 이용가능하다. Entropy Solutions, Inc. 는 또한 약 -40 ℃ ~ 약 150 ℃ 정도의 범위 내에서 각각의 용융 온도를 가지는 매우 다양한 PCM 을 생산한다. 예를 들어, 약 37 ℃ 에서 용융 또는 동결되는 이러한 한 가지 PCM 은 "PureTemp 37" 이라는 이름으로 Entropy Solutions, Inc. 로부터 이용가능하다. 마찬가지로, Entropy Solutions, Inc. 는 다른 PCM 들, 예로 약 -40 ℃ 의 융점을 가지는 "PureTemp -40", 약 -12 ℃ 의 융점을 가지는 "PureTemp -12", 약 4 ℃ 의 융점을 가지는 "PureTemp 4", 약 23 ℃ 의 융점을 가지는 "PureTemp 23", 약 30 ℃ 의 용융 온도를 가지는 "PureTemp 30", 약 40 ℃ 의 융점을 가지는 "PureTemp 40" 및 약 50 ℃ 의 융점을 가지는 "PureTemp 50" 을 생산한다. 이 회사는 또한 훨씬 더 다양한 PCM 들, 예를 들어 각각 약 -14 ℃, 약 7 ℃, 약 15 ℃, 약 18 ℃, 약 27 ℃, 약 30 ℃, 약 43 ℃, 약 48 ℃, 약 53 ℃, 약 55 ℃, 약 56 ℃, 약 61 ℃, 약 68 ℃, 약 103 ℃ 및 약 151 ℃ 의 융점 또는 동결점을 가지는 (유사한 이름을 갖는) PCM 들을 생산한다. Entropy Solutions, Inc. 는 실질적으로 임의의 원하는 용융 온도를 갖는 PCM 을 생산할 수 있다. Entropy Solutions, Inc. 는 그것이 생산한 PCM 들이 식물성 지방 및 오일로부터 비롯되는 것을 보여준다. 하지만, 원하는 용융 온도를 가지는 임의의 적절한 상 변화 재료가 PCM 58 로서 사용될 수도 있음에 주목한다.
일부 경우에, 내부 챔버 (4) 및 물품 (40) 의 온도를 실온 (약 22 ~ 23 ℃ 또는 71 ~ 73 ℉) 또는 주위 온도보다 높은 온도로 유지하는 것이 바람직하고, 따라서 PCM (58) 은 실온 또는 주위 온도에서 고체이다. 재료 (58) 의 이러한 실시형태의 상 변화 개념을 이용하기 위해서, 상 변화 재료가 그것의 용융 상 변화 온도로 용융될 때까지 가열 요소 (29) 는 내부 챔버 (4) 및 상 변화 재료 (58) 를 가열하도록 작동된다 (블록 160). 가장 바람직하게, 예로 정전 중, 내부 챔버 (4) 의 내부 온도를 유지하는데 이용가능한 부가적 열 소스가 없을 때 PCM (58)이 액체 상태에서 고체 상태로 그것의 상 변화 중 실질적으로 일정한 온도의 최대 지속기간을 제공할 수 있도록 PCM (58) 전부 용융된다. 가열 시나리오에서, 각각의 챔버들은 상 변화 재료를 고체 절연재와 내부 챔버 (4) 사이에 위치결정시키거나, 상 변화 재료를 내부 챔버 (4) 그 자체 안에 위치결정시켜서 컨테이너의 절연재 (56) 및 도어 (5A) 의 절연재 및/또는 도어 (5) 의 이중 판유리 창은 내부 챔버 (4) 로부터 열 손실을 방지하는데 실질적으로 도움이 된다.
다른 경우에, 내부 챔버 (4) 및 물품 (40) 의 온도를 실온 또는 주위 온도보다 낮은 온도로 유지하는 것이 바람직하고, 따라서 PCM (58) 은 실온 또는 주위 온도에서 액체이다. 따라서, 냉장 어셈블리 (28) 는 내부 챔버 (4) 및 상 변화 재료 (58) 를 그것의 동결점 또는 상 변화 온도로 냉각시키도록 작동되어서 그것이 동결되거나 응고된다 (블록 160). 가장 바람직하게, 예로 정전 중, 내부 챔버 (4) 의 내부 온도를 유지하는데 이용가능한 부가적 냉각 또는 냉장 소스가 없을 때 PCM (58) 이 고체 상태로부터 액체 상태로 상 변화 중 실질적으로 일정한 온도의 최대 지속기간을 제공할 수 있도록 PCM (58) 전부 동결되거나 응고된다. 냉장 시나리오에서, 컨테이너의 절연재 (56) 및 도어 (5A) 의 절연재 및/또는 도어 (5) 의 이중 판유리 창이 실질적으로 내부 챔버 (4) 로 외부 열의 전달을 방지하는 것을 돕도록 각각의 절연 챔버들에 상 변화 재료가 위치결정된다. 비록 PCM (58) 이 정전 중 온도를 유지하는 것을 돕기에 매우 적합할지라도, 그것은 또한 다양한 다른 상황에서 도움이 된다. 예를 들어, 예로 물품(들) (40) 이 내부 챔버 (4) 로 삽입 및/또는 제거될 때 (도 2, 도 5, 도 7 내지 도 11, 도 13 에서 화살표들 A), 도어 (5) 개방 중 및 개방 후 (도 1) PCM (58) 은 내부 챔버 (4) 내에서 원하는 온도의 회복을 유지 및/또는 촉진하는 것을 돕는다. 또한, 전력 변동, CO2 제어 유닛 (21) 을 통한 이산화탄소의 주입과 같은 가스 주입, 습도 제어 유닛 (19) 을 통한 물의 주입과 같은 액체 주입, 물품(들) (40) 내에서 발생하는 발열 또는 흡열 반응들, 및 물품 (40) 의 일부인 전자 기기들과 같은 이러한 인자들로 인해, 챔버 (4) 내 온도가 그렇지 않으면 변화 (증가 또는 감소) 될 때 PCM (58) 은 원하는 온도의 회복을 유지 또는 촉진하는 것을 돕는다. 이러한 전자 기기는, 예를 들어, 식물을 재배하기 위해 햇빛을 시뮬레이션하는데 사용되는 것과 같은 조명 장비일 수 있어서, 챔버 (4) 내에서 켰을 때 광은 열을 발생시킬 것이다. 다른 유형의 이러한 전자 기기는, 조류를 재배하는데 사용되는 것과 같은, 아쿠아 탱크를 통하여 물을 펌핑하기 위한 워터 펌프이다. 이러한 전자 기기의 다른 예들은 성장을 촉진하기 위해서 용액을 교반하기 위한 셰이커, 또는 병을 전후로 롤링하는 셀 롤러이다. 이 전자 기기들 또는 다른 기기들 중 임의의 기기는, 마찬가지로 챔버 (4) 및 임의의 물품을 내부에서 가열하는 경향이 있는 열을 작동 중 발생시킬 것이다. 게다가, 챔버 (4) 에 있는 동안 이러한 전자 기기들을 끄면, 전자 기기가 챔버 (4) 내에서 발생시킨 열 에너지 양을 감소시켜서 챔버 (4) 내 온도를 변경할 것이다. 마찬가지로, 특정 방식으로 이러한 전자 기기들의 작동을 변경하면, 주어진 시간에 기기가 챔버 (4) 내에서 발생시킨 열량을 또한 변화시킬 수도 있다. 따라서, PCM (58) 은 상기 시나리오 전부 또는 챔버 (4) 의 내부 온도에 영향을 미치는 그밖의 다른 상황에서 원하는 챔버 (4) 온도의 회복을 유지 및/또는 촉진하는 것을 돕는다.
PCM (58) 은, 챔버 (4) 전체에서 온도 균일성 뿐만 아니라 챔버 (4) 내 온도의 안정성을 유지할 수 있는 능력을 향상시킨다. PCM (58) 의 사용은 또한 본 발명의 절연 챔버들의 습도 제어와 조합하여 챔버 (4) 에서 습도 균일성을 향상시켜서, 안정적 노점이 챔버 (4) 에 조성될 수 있고, 챔버 (4) 내 물품들 또는 챔버 (4) 를 규정하는 벽들에서 물방울 형성이 최소화되거나 제거될 수 있다. PCM (58) 의 유용성은 그것의 상 변화 특징에 관련된 것으로 주로 설명되었지만, PCM (58) 은 또한 유효 열 매스 및/또는 단열재로서 작용하는 점이 주목할 만한 가치가 있다.
또한, PCM (58) 및 가능하다면 액체 매체 (105) 이외에, 본 발명의 다양한 절연 챔버들의 다른 성분들은 PCM 이 아니라, 주어진 절연 챔버의 작동 파라미터들의 전체 범위에 걸쳐 단일 상태, 전형적으로 고체로 유지되는 것으로 고려되는 점에 주목한다. 따라서, 본 발명의 절연 챔버들의 전체 작동 파라미터에 대해 고체 상태로 유지되는 부품들 중, 컨테이너와 도어의 스킨들, 제어 어셈블리, 절연재 (70) 의 다양한 층들 등, 다양한 제어 유닛들, 센서들 및 제어 밸브들, (냉각 기기 내 액체 냉매 이외의) 가열 및 냉각 기기들, 사용되는 경우 도어의 글래스 판유리들, 판유리들 사이 및 도어와 컨테이너 사이에 사용된 시일들, 와이어 또는 다른 유사한 선반들, PCM 패킷들의 외부 스킨, 팬 어셈블리, 사용시 고체 매트릭스, 및 절연 챔버의 정상 작동 파라미터들 중 분명히 고체 상태로 유지되는 그밖의 다른 부품들이 있다.
본원에 설명한 다양한 절연 챔버들은 유사하지만, 구성의 특정 양태는 특정 목적에 더 적합할 수 있다. 예를 들어, 챔버 (1B) (도 7) 에서 상부 및 중간 패킷들 (84) 은 각각의 선반 (2) 및 그 위의 물품 (40) 아래에 인접하여 위치결정되고, 이는 챔버 (4) 및 물품 (40) 의 원하는 온도가 주위 온도보다 높을 때 더 적합하다. 다른 한편으로는, 챔버 (1C) (도 8) 에서 상부 패킷 (84) 은 상부 선반 (2) 및 그 위의 상부 물품 (40) 위에 인접하여 위치결정되고, 이는 챔버 (4) 및 물품 (40) 의 원하는 온도가 주위 온도보다 낮을 때 더 적합하다. 일반적으로, PCM 은 자연 대류를 향상시키도록 전략적으로 분배되고, 따라서 원하는 챔버 (4) 온도 및 PCM 용융 온도가 주위 온도보다 높을 때 더 많은 PCM 이 챔버 (4) 의 바닥을 향하여 위치하고, 반면에 원하는 챔버 (4) 온도 및 PCM 용융 온도가 주위 온도보다 낮을 때 더 많은 PCM 이 챔버 (4) 의 상단을 향해 위치한다. 게다가, 이 영역에서 생성된 열 손실 경로를 상쇄하도록 도어 개구에 인접하여 더 많은 PCM 이 전형적으로 위치결정된다. 또한, 본 발명에 사용된 다양한 열 전도성 재료들이 물품 (40) 을 포함한 챔버 (4) 내에서 PCM 과 내부 챔버 (4) 사이 그리고 PCM 과 부품들 사이 열 전도를 향상시키는 점에 주목한다. 특히, 스킨 (54) 의 내부층 (62) (도 2, 3) 및 도어 (5A) 의 스킨 (74) 의 내부층 (80) (도 5) 과 마찬가지로, 패킷 (84) 의 층들 (86, 88) 이 이러한 열 전도를 향상시킨다.
도 16 은 패킷들 또는 선반들 (84A) 을 사용하는 부가적 장점을 도시한다. 보다 특히, 화살표 F 에 나타낸 것처럼, 물품들 (40) 이 리세스들 (128) 내에 있는 상태에서 각각의 선반 (84A) 은 내부 챔버 (4) 에 대해 제거 및 삽입 가능하다 (블록 161). 따라서, 주어진 패킷 (84A) 은 내부 챔버 (4) 로부터 제거되고 내부 챔버 (4) 바깥쪽 위치, 예로 지지면 (156) 에 배치될 수 있고, 여기에서 페트리 접시들 (140) 로 나타낸 저장 물품들 (40) 및 그것의 내용물은 리세스들 (128) 내 선반에 안착된 상태로 유지한다 (블록 163). 저장 물품들 (40) 및/또는 선반들 (84A) 이 내부 챔버 (4) 로부터 제거되는 동안, 저장 물품들에 대해 다양한 절차들이 착수될 수 있고, 저장 물품들은 주어진 선반 (84A) 또는 유사 선반에 놓이거나 제거된다 (블록 164). 지지면 (156) 은, 예를 들어, 흄 (fume) 후드의 일부인 테이블 또는 카운터의 형태일 수 있어서 후드 아래 페트리 접시들 또는 다른 물품들로부터의 흄이 배기될 수도 있다. 세포 (152) 의 배양 중, 화살표 G 로 나타낸 것처럼, 세포에 적절한 먹이를 공급할 필요가 있다. 따라서, 패킷이 흄 후드 등 내부의 지지면 (156) 에 있는 동안 페트리 접시가 리세스들 (128) 내 패킷 (84A) 에 안착될 때 작업자는 배지 (150) 에서 세포 (152) 에 영양분을 공급할 수 있다. 페트리 접시들이 리세스들 (128) 과 같은 리세스들 내에 배치되거나, 도 6 에서 패킷 (84) 과 같은 PCM 패킷 위에 안착된 상태로 유지될 때, 절연 챔버 (1H) 등의 내부 챔버 (4) 외부에 있는 동안 배지 (150) 및 세포 (152) 를 포함한, 물품 (40) 의 원하는 온도를 유지하도록 대응하는 패킷의 PCM 이 돕는다. 게다가, 도 16 은 저장 물품 (40) 이 다른 목적을 위해 조작될 수 있도록 내부 챔버 (4) 외부에 있을 때 주어진 페트리 접시 또는 다른 저장 물품 (40) 이 선반 또는 패킷 (84A) 으로부터 제거될 수 있음을 보여준다. 예를 들어, 저장 물품 (40) 은 패킷으로부터 제거될 수 있고 (화살표 H) 다른 지지면 (158) 에 안착될 수도 있다. 지지면 (158) 은 또한, 예를 들어, 물품 (40) 을 칭량할 수 있는 스케일, 또는 세포 (152) 또는 물품 (40) 의 다른 성분들을 현미경으로 볼 수 있도록 현미경에 해당한다. 주어진 물품 (40) 은 지지면 (158) 에서 또는 임의의 주어진 공구에 의해 원하는 대로 조작된 후, 그것은 패킷 (84) 의 리세스로 복귀될 수 있고 (화살표 H) 다른 물품들 (40) 은 유사하게 패킷 (84) 에서 제거되고 재삽입될 수 있다. 일단 저장 물품들 (40) 을 포함한 모든 절차들이 절연 챔버 외부에서 수행되고 나면, 다양한 물품들 (40) 을 갖는 패킷 (84) 이 내부 챔버 (4) 로 재삽입될 수도 있다 (블록 165).
본 발명의 각각의 챔버들은 또한 2 개 이상의 PCM 으로 구성될 수 있고 각각의 PCM 은 다른 용융점 또는 동결점을 갖는다. 따라서, 예를 들어, 챔버 (1) 의 층들 (72A ~ 72E) (도 2 내지 도 4) 또는 챔버 (1A) 의 층들 (72A ~ 72F) (도 5) 중 하나 이상은 제 1 용융 또는 동결 상 변화 온도를 갖는 하나의 PCM 으로 형성될 수 있고, 상기 층들 (72) 중 다른 하나 이상은 제 1 용융 또는 동결 온도와 상이한 제 2 용융 또는 동결 상 변화 온도를 갖는 PCM 으로 형성될 수도 있다. 유사하게, 챔버들 (1B 또는 1C) (도 7 및 도 8) 의 패킷들 (84) 중 하나의 패킷 내 층 (72G) 은 제 1 용융 또는 동결 온도를 가지는 PCM 으로 형성될 수 있고 대응하는 챔버 (1B 또는 1C) 의 층들 (72G) 중 다른 하나는 제 2 용융 또는 동결 온도를 가지는 PCM 으로 형성된다. 마찬가지로, 챔버들 (1D 또는 1E) (도 9 및 도 10) 의 층들 (72A) 은 제 1 용융 또는 동결 온도를 가질 수 있고 각각의 층 (72B) 은 제 2 용융 또는 동결 온도를 갖는다. 더욱이, 전술한 PCM 층들 (72) 중 어느 하나가 각각 다른 용융 온도를 가지는 2 개 이상의 다른 PCM 으로 형성될 수도 있다. 이런 2 개 이상의 PCM 은 별도의 층들에 있든지 또는 혼합되든지, 챔버는 따라서 내부 챔버의 각각의 제 1, 제 2 또는 제 3 선택된 내부 온도에 대해 대응하는 PCM 을 제공한다. 게다가, 챔버들 (1F, 1G) (도 11 및 도 13) 의 캡슐화된 펠릿들 (104) 이 2 개 이상 배치들 (batches) 의 펠릿들 (104) 을 포함할 수 있어서 1 개 배치 내 PCM (58) 은 다른 배치(들)의 온도와 다른 용융 또는 동결 상 변화 온도를 갖는다. 다른 용융 또는 동결 온도를 갖는 PCM 을 가지도록 챔버들을 구성하는 것은, 예를 들어, 제약 산업에서 유용할 수도 있다. 특히, 제약업자들은 각각 30 ℃ 및 40 ℃ (104 ℉) 에서 다양한 약물에 대한 안정성 테스트를 실행한다. 따라서, 본 발명의 챔버들은, 사용자에 의해 원하는 대로 대응하는 온도에서 내부 챔버 (4) 의 온도를 유지하는 것을 용이하게 하도록 약 30 ℃ 의 융점을 가지는 하나의 PCM 및 약 40 ℃ 의 융점을 가지는 다른 PCM 으로 구성될 수도 있다. 상기 실시예에서 2 개의 PCM 의 용융 또는 동결 상 변화 온도는 모두, 예를 들어, 0 ℃ 초과하고 약 22 ℃ 또는 23 ℃ 의 전형적인 주위 온도 또는 전형적인 실온을 초과한다. 하지만, 본 발명의 주어진 절연 챔버와 함께 사용된 2 개 이상의 PCM 은 또한 모두 0 ℃, 주위 온도 또는 전술한 실온인 용융 또는 동결 상 변화 온도를 가지도록 구성될 수도 있고, 또는 PCM 들 중 하나의 상 변화 온도가 이 기준 온도들 중 하나를 초과하고 다른 하나는 대응하는 기준 온도 미만이도록 또한 구성될 수도 있다.
따라서, 챔버가 상이한 용융 또는 동결 상 변화 온도를 각각 가지는 2 개의 상 변화 재료들을 이용하는 경우에, 챔버는 제 1 상 변화 재료를 그것의 용융 또는 동결 온도로 용융 또는 동결하도록 챔버에 의해 지지된 가열 또는 냉각 기기들 중 하나로 제 1 상 변화 재료를 가열하거나 냉각하면서 또한 내부 챔버를 그 온도로 가열 또는 냉각하고 내부 챔버 내 주어진 물품을 내부 챔버 내에서 대략 이 제 1 용융 또는 동결 온도로 인큐베이팅, 저장 또는 유지한다. 추후에, 용융 또는 동결되도록 제 2 상 변화 재료의 제 2 용융 또는 동결 상 변화 온도로 제 2 상 변화 재료 및 내부 챔버를 가열 또는 냉각하도록 챔버는 유사하게 작동될 수도 있다. 그 후, 제 1 온도로 인큐베이팅, 저장 또는 유지된 물품이 또한 제 2 온도로 인큐베이팅, 저장 또는 유지될 수 있거나 (블록 166), 또는 그것은 제거될 수 있고 다른 물품이 내부 챔버 (4) 로 삽입될 수 있고 (블록 167) 제 2 온도로 또는 그 근처에서 인큐베이팅, 저장 또는 유지될 수도 있다 (블록 168). 도 17 에 도시된 프로세스들은 반드시 나타낸 순서로 일어날 필요도 없고 프로세스들은 화살표들로 제시된 대로 반드시 분리될 필요도 없음에 주목한다.
최적의 챔버 열 특성을 위해 PCM 은 챔버의 모든 6 면 (즉, 전술한 도어 (5) 와 같은 도어 포함) 에 배치된다. 알려진 대로, 상 변화 재료 (PCM) 는 고체 상태일 때 불투명하고 액체 상태일 때 투명하다. 특정 형태의 PCM 은, 쉽게 이용 가능하고, 저렴하고, 밀봉되어 있고, 통기 없이 열 팽창을 수용하도록 만들어진 불투명 패킷들에 패키징된다.
그러나, 불투명 패킷에 패키징된 PCM 이 챔버 도어에 배치된다면, PCM 은 액체 형태이든지 또는 고체 형태이든지, 사용자는 도어를 통하여 챔버 내부를 볼 수 없다. 따라서, 후술되는 바와 같은 임의의 실시형태들은 챔버 도어 내에 벌크 PCM 을 배치하고 (즉, 불투명 패킷(들) 내에 수용되지 않음) PCM 온도를 액체 상태와 따라서 투명한 형태로 제어한다. PCM 을 사용하고 그것을 모든 6 개의 챔버 면들에 배치하는 주된 이유는, 그렇지 않으면 내부 온도를 변화시키는 전원 고장과 같은 사건이 발생한 경우 인큐베이터 내부 온도를 유지하기 위한 것이다.
또한, PCM 은, 그것의 동결/용융 온도가 원하는 인큐베이터 내부 온도와 대략 동일할 때 보다 효율적으로 기능한다. 따라서, 37 ℃ 의 인큐베이터 온도에 대해 바람직한 PCM 은 37 ℃ 의 용융 온도를 갖는다. 전원 고장이 발생한다면, PCM 은 동결함으로써 (잠열) 그리고 동결 후 온도를 낮춤으로써 (열 감지) 그것의 열 에너지를 복귀시키거나 포기한다.
하지만, 챔버 도어에 PCM 을 배치하는 것은 문제가 될 수 있다. 도어가 충분한 양의 PCM 을 함유하지 않는다면, 그러면 도어는 챔버 내부 온도를 유지하는데 약한 링크이다. 그리고 인큐베이터의 다른 5 개의 면들 또는 벽들이 온도 변화에 대응하도록 충분한 양의 PCM 을 함유할 때, 도어는 약한 링크가 아닐 수도 있다.
또한, 챔버 사용자들은 도어를 개방하지 않고 (도어를 통하여) 인큐베이터 내부를 보고 싶어한다. 도어에서 불투명한 PCM 패킷들 형태의 PCM 의 사용은 분명히 이를 방지한다.
도어 내에서 벌크 PCM (패킷(들)에 함유되지 않음) 의 사용 및 PCM 의 물리적 상태를 고체로부터 액체로 변화시키는 그것의 온도 제어는 사용자가 챔버 내부를 볼 수 있도록 허용할 것이다. 그러나, PCM 이 투명 상태로 완전히 용융하는데 최대 약 8 시간 (예컨대, 야간) 이 걸릴 수도 있다. 분명히 이것은 최적의 해결책이 아니다.
일반적으로, PCM 을 용융하는데 필요한 긴 시간 때문에, PCM 의 상태를 변화시키는 것이 도어 기반 히터의 주요 목적은 아니다. 그 대신에, 그것의 주요 목적은 내부 챔버 온도를 유지하는 것을 돕고 PCM 에 의해 최적의 축열을 제공하는 것이다. PCM 상태를 변경하고 챔버 내부를 보기 위해서 최대 8 시간을 대기하는 것은 분명히 실용적이지 않다.
이 딜레마에 대한 한 가지 해결책으로 이중 도어를 갖는 챔버를 제안한다. 이러한 실시형태에 따르면, 도어는 (간편 패킷들에서 그리하여 불투명한) PCM 을 갖는 외부 고체 도어, 및 외부 도어가 개방될 때 챔버 시일을 유지하는 내부 투명 (글래스) 도어를 포함한다.
사용자가 챔버의 내용물을 관찰하고자 할 때, 사용자는 외부 PCM-기반 도어를 개방한 후 내부 투명 도어를 통하여 챔버 안을 볼 수 있다. 사용자는 챔버 내부의 안정적인 온도에 크게 영향을 주지 않으면서 챔버 내부를 볼 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 실시형태에서 내부 및 외부 도어들을 통하여 챔버 내부에서 챔버 외부로 진행함에 따라 접하게 되는 재료 층들은: 힌지 결합된 글래스 판유리 (내부 도어), 에어 갭, 힌지 결합된 제 1 금속 시트, 패킷화 PCM, 히터, 절연층, 및 힌지 결합된 제 2 금속 시트를 포함한다. 2 개의 힌지 결합된 금속 시트들은 외부 도어에 접경한다. 사용자가 내부 챔버를 보기 위해서, 사용자는 외부 PCM-기반 도어를 개방하고 힌지 결합된 글래스 판유리를 통하여 응시한다.
그러나 2-도어 챔버 설계는, 불편함과 비용을 비롯한, 특정 단점을 갖는다. 사용자들은 챔버 내 제품에 접근하기 위해서 2 개의 도어를 개방하지 않는 것을 선호한다.
따라서, 후술되는 바와 같은, 본 발명의 특정 실시형태들은, 사용자가 원할 때 챔버 내부를 볼 수 있고, 또한 도어 내에 벌크 PCM 을 포함하여 챔버 내 PCM 의 양을 최대화한 단일 도어 (종래 기술의 2 개의 도어 대신) 를 포함한다.
도 18 은, PCM (210) 으로 충전된 판유리들 사이에 공동 (206) 을 갖는 (예를 들어, 글래스, 시트의 Plexiglass® 재료, 아크릴 또는 다른 투명 재료로 구성된) 2 개의 투명 재료 판유리들 (202, 204) 을 추가로 포함하는 챔버 도어 (200) 를 포함하는 이러한 단일 도어 실시형태를 도시한다.
도 18 의 일 실시형태에서 PCM (210) 은 불투명 패킷 내에 포함되지 않지만, 그 대신 단순히 공동 (206) 으로 로딩된다. 따라서, 그것은 본원에서 벌크 PCM 으로 지칭된다.
PCM (210) 의 온도를 제어하기 위한 (따라서 그것의 물리적 상태, 액체 또는 고체 상태를 제어하고, 추가로 내부 챔버 온도를 제어하기 위한) 히터 (214) 는, 도어의 일 실시형태에 따라, 투명 재료 판유리 (202) 의 외부-대향면 (216) 에 도시된다.
프레임 (220) 은 판유리들 (202, 204) 을 고정하고 PCM (210) 에 액밀 시일을 제공한다. 열 팽창으로 인해, PCM (210) 은 프레임 (220) 에서 통기 개구들 (230) 을 통하여 통기될 필요가 있거나 (도 18 참조) 또는 블래더 (도 19 의 블래더 (232) 참조) 는 팽창 및 수축을 허용하도록 공동 (206) 내에 배치되어야 한다.
PCM (210) 은 2 개의 판유리들 (202, 204) 사이에 끼어 있으므로, PCM 은 고정된 두께와 고정된 폭을 갖는 공간을 차지한다. 이 방향으로 PCM 의 임의의 측방향 팽창은 판유리들 (202, 204) 에 의해 제한된다. 그러나, PCM 의 깊이 또는 높이는 PCM 온도를 기반으로 달라질 수 있다. 통기 개구들 (230) 또는 블래더 (232) 는 이 PCM 열 팽창을 수용한다.
도 19 는 PCM (210) 위 공동 (206) 의 상부 빈 구역에 배치된 블래더 (232) 의 확대도이다. 여기에서, 블래더 (232) 는 PCM 을 위한 가요성 리드로서 역할을 하고 블래더 그 자체는 내부에 공기를 보유하기 위해서 기밀이어야 한다. 하지만, 블래더는, PCM (210) 이 배치되는 공동 (206) 의 상단면을 따라 액밀 시일을 제공할 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 블래더 (232) 는 프레임 (220) 의 내부면들 둘레에 밀봉할 수도 있다. 블래더 (232) 가 이러한 시일을 제공하지 못한다면, 프레임 (220) 은 액밀 시일을 제공할 수도 있다. 그러나 유리하게도 PCM (210) 이 팽창되거나 수축됨에 따라 블래더는 공동 (206) 의 빈 구역 내에 수직으로 그리고 측방향으로 변형하도록 가요성이다.
비록 도 18 및 도 19 의 실시형태들에서 PCM 온도는 그것의 물리적 상태를 변경하도록 제어될 수 있지만, 이것은 도어 기반 히터의 주된 목적도 아니고 그것은 심지어 PCM 의 상태를 변경하기 위한 실제적인 기술도 아닐 수 있다. 사실상, 전술한 대로, PCM 이 투명 상태로 완전히 용융하는데 최대 약 8 시간이 걸릴 수도 있다. 그 대신, 히터의 목적은 PCM 에 의한 최적 축열을 제공하도록 PCM 을 원하는 내부 챔버 온도 (예를 들어, 37 ℃) 로 (또는 약간 초과해) 유지하는 것이다.
원하는 내부 챔버 온도보다 약간 높은 온도로 PCM 을 유지하는 것에 대한 삽입 어구로 제시된 언급은 PCM 으로부터 챔버 내부로 열 경로 손실 때문이다. 예를 들어, PCM 히터는 40 ℃ 로 유지될 수 있고 근접한 PCM 은 더 낮은 온도, 가령 39 ℃ 이다. PCM 에 근접한 벽면은 38 ℃ 의 훨씬 더 낮은 온도이고 끝으로 챔버 내부 온도는 37 ℃ 이다.
도 18 및 도 19 의 도어 실시형태들에 내재하는 설명한 단점을 고려하면, 도 20 의 실시형태는 이 단점을 제거하기 위해서 제어된 투명성 재료를 포함한다.
도 20 은 벌크 PCM (256) 이 사이에 배치된 2 개의 글래스 판유리들 (252, 254) 을 포함하는 절연 챔버 도어 (250) 의 바람직한 실시형태의 단면도를 도시한다. 히터 (255) 는 글래스 판유리 (254) 와 접촉하거나 근접하여 배치된다. 다른 실시형태에서 히터 (255) 는 글래스 판유리 (252) 에 근접하여 또는 PCM (256) 과 접촉하여 배치될 수 있다.
이 실시형태에서 PCM (256) 은 불투명한 패킷들 또는 다른 불투명한 재료 내에 포함되지 않는다. 여기에서, 벌크 형태의 PCM 이 사용되고 PCM (256) 의 온도는 액체/투명 상태로 유지하기 위해서 (주로 히터 (255) 에 의해 그리고 보다 적게는 챔버 벽(들)에서 하나 이상의 히터들에 의해) 제어된다.
특정 도어 부품들은 글래스 판유리들의 주연 둘레에 연장되는 (예를 들어, 글래스로 이루어진) 스페이서들 (258) 에 의해 함께 유지된다. 에폭시와 같은 접착제는 글래스 스페이서들 및 글래스 판유리들을 함께 고정하고, 어셈블리의 상단에 배치된 공기 벤트 (260) 를 제외하고, 액밀 시일을 생성하는데 사용될 수도 있다.
(일 실시형태에서) 금속 도어 프레임 (264) 은 도어 부품들의 주연 둘레에 연장되고 그 부품들을 제 위치에 고정한다.
PCM (256) 의 상단면 (256A) 은 PCM 의 열 팽창을 허용하도록 공기 벤트 홀 아래 어느 정도 거리를 두고 상향 연장된다.
바람직한 실시형태에서 도어 프레임 (264) 은 시트 금속 프레임을 포함한다. 그러나 본 기술분야의 당업자들에 의해 알려진 대로, 이러한 시트 금속 프레임은 전형적으로 기밀 상태가 아니다. 그러므로 설계상 프레임은 약간, 적어도 외부 환경으로 벤트를 공기 벤트 (260) 에 제공하기에 충분하게 "호흡 (breath)" 하여서 프레임 내부에서 압력이 증가하는 것을 방지할 것이다.
도어 (250) 는 스마트 글래스 재료 (270) (제어된 투명성 재료) 와 접촉하는 아크릴 판유리 (268) 를 추가로 포함한다. 글래스 판유리 (254) 와 아크릴 판유리 (268) 사이 공간은 에어 갭 (274) 을 형성한다.
다른 에어 갭 (280) 이 외부 아크릴 판유리 (282) 와 스마트 글래스 재료 (270) 사이에 형성된다.
스마트 글래스 재료 (270) 는 직접 아크릴 판유리에 적용된 (또는 대안적으로 글래스 판유리에 적용된) 제어가능한 투명성 필름, 또는 스마트 글래스 필름을 갖는 글래스 또는 아크릴 판유리, 또는 내부에 매립된 제어가능한 투명성 재료, 또는 글래스 또는 아크릴 판유리에 분무된 제어가능한 투명성 재료를 포함할 수 있다.
전류가 스마트 글래스에 인가될 때 글래스 또는 필름은 투명 상태로 활성화된다. 전류가 인가되지 않으면 스마트 글래스 또는 필름은 불투명하다.
도 20 의 실시형태에서, 스마트 글래스 재료는 도어 중량을 고려하기 때문에 아크릴 판유리에 적용된다. 다른 실시형태에서 스마트 글래스 재료는 글래스 판유리에 직접 적용될 수도 있다.
도어 프레임 고무 (일 실시형태) 스페이서 (286) 는 아크릴 판유리 (268) 와 글래스 판유리 (254) 사이에 배치된다. 도어 프레임 고무 (일 실시형태) 스페이서 (290) 는 스마트 글래스 재료 (270) 와 외부 아크릴 패널 (282) 사이에 배치된다.
도어 프레임 스페이서들 (286, 290) 및 도어 프레임 (264) 양자는 도어 부품들의 주연 둘레에 연장된다.
PCM 이 투명한/액체 형태로 유지되는 동안, 스마트 글래스 재료 (270) 를 투명한 상태로 제어하면 사용자가 챔버 내부를 볼 수 있도록 허용한다.
간단한 실시형태에서 제어기 (도 20 미도시, 도 21 참조) 는 사용자-작동 스위치를 포함하여서 전류를 스마트 글래스에 공급하고 사용자가 챔버 내부를 보려고 할 때마다 투명해지도록 한다.
다른 실시형태에서 시간 지연 메커니즘이 스위치로 통합될 수 있어서 일단 폐쇄되면, 선택가능한 시간 간격 후 스위치가 개방된다.
또다른 실시형태에서, 제어기는 2 개의 사용자-작동 제어 세팅을 포함한다. 디폴트 모드에서 사용자는 간단히 스위치를 터치하여서 스마트 글래스를 볼 수 있도록 투명하게 한다. 그 후, 약 30 초 후, 스마트 글래스는 자동으로 그것의 불투명 상태로 복귀한다.
다른 작동 모드에 따르면 사용자는 스위치를 터치하여서 볼 수 있도록 한다. 사용자가 다시 스위치를 터치하여 볼 수 없도록 할 때까지 스마트 글래스는 투명하게 유지된다.
일 실시형태에서 스위치는 사용자의 손가락과 스위치 표면 사이에 물리적 접촉을 요구하지 않는 용량성 스위치를 포함한다. 스위치는 사용자의 손가락 (즉, 신체 부분) 을 몇 밀리미터 내에서 검출하고 스위치는 상태를 변경한다.
다시 도 20 을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태는 외부 판유리 (282) 가 없다. 사실상, 챔버 도어는 도시된 4 개의 판유리보다 더 많이 또는 더 적게 포함할 수 있다. 물론, 부가적 판유리들로 도어는 더 양호한 단열을 제공한다. 부가적으로, 판유리들이 전략적으로 도어 히터 및 스마트 글래스에 대해 배치된다면, 부가적 판유리들은 도어 히터와 스마트 글래스를 격리하고 사용자에게 더 안전한 작업 환경을 제공할 수 있다.
도 20 의 도어 (250) 를 구비한 챔버를 이용한 하나의 인간 세포 배양 용도에서, 챔버는 37 ℃ (이상) 로 유지되어서 최적의 열 PCM 저장을 제공하고 투명성을 유지한다 (PCM (256) 이 벌크형 PCM 이기 때문임).
투명 상태일 때 벌크 PCM 은 챔버의 가시성을 제공할지라도, 그것의 중요한 기능은 챔버 내 열 안정성을 유지하는 것이다. PCM 은 상당량의 열 에너지를 저장할 수 있다. 그러나 인큐베이션 챔버가 온도 외란 (disturbance) 을 부여받을 때, 분명히 도어 기반 PCM 을 포함한, 모든 챔버 PCM 은 37 ℃ 로 내부를 유지하는 기능을 한다.
가장 일반적인 잠재적 파괴 온도 외란은 전원 고장이다. 동력 없이 챔버는 내부 온도를 유지할 수 없고 PCM 은 대신에 그것의 열 에너지를 방출하여서 내부 온도를 유지할 것이다. 예를 들어, PCM 이 인큐베이션 챔버를 포위하지 않으면 내부 온도는 1 시간에 5 ℃ 만큼 떨어질 것이다. PCM 층이 인큐베이터 벽들에 있는 상태에서, 온도는 10 시간에 5 ℃ 만큼 떨어질 것이다. (도어를 포함한) 챔버 벽들에 사용된 PCM 의 양은, 챔버 내부 온도가 얼마나 오랫동안 유지될 수 있는지 결정한다.
다른 덜 문제가 되는 외란은 챔버 도어의 개방이다.
본 발명의 다른 실시형태는 도 21 의 단면도로 도시된다. 도어 (350) 는 투명 재료 (352, 354, 356, 358) 의 4 개의 판유리를 지지하는 프레임 (351) 을 포함하고 PCM (360) 은 4 개의 판유리 사이에 형성된 하나 이상의 갭들 (365, 367, 369) 내에 배치된다.
도어 (350) 는 판유리 (358) 의 내부-대향면에 배치된 스마트 글래스 재료 층 또는 필름 (380) 을 추가로 포함한다.
히터는 또한 갭들 중 하나, 또는 내부-대향 도어 면, 또는 외부-대향 도어 면에 배치된다. 일반적으로, PCM (360) 의 "외부" 를 향해 히터를 위치시키는 것이 바람직하다. 도시된 예시적 실시형태에서, 히터 (374) 는 판유리 (354) 의 외부-대향면에 배치되고 PCM (360) 에 근접한다.
비록 다양한 제공된 실시형태들의 도어에서 PCM 의 투명성을 제어하기 위해서 하나 이상의 챔버 측벽들에 배치된 히터를 사용할 수 있지만, 이것은 도어 상에, 내에, 또는 근접하여 배치된 별도의 히터 (예로, 도 18 의 히터 (214), 도 20 의 히터 (255), 및 도 21 의 히터 (374)) 가 도어에서 PCM 에 대한 더 양호한 제어를 제공할 수 있으므로 항상 바람직한 것은 아니다.
도어 히터 (214; 도 18, 255; 도 20, 및 374; 도 21) 는 챔버 히터 제어기에 의해 제어될 수도 있다. 도어 히터의 온도는 챔버 히터와 동일하거나 비례 비일 수도 있다. 일 실시형태에 따르면 도어 히터는 챔버 히터 제어기에 연결된다. 하지만, 다른 실시형태들에서 도어 히터는 챔버 히터와 별도로 제어되거나 고정된 퍼센트의 '온 (on)' 제어, 예로 50% 온, 또는 75%, 또는 100% 를 제공하는 '수동' 작동 모드로 전환될 수 있다.
임의의 경우에, 벌크 PCM 이 투명 상태로 유지되지 않는다면 몇 시간이 걸릴 수 있지만, 도어 히터는 벌크 PCM 을 용융하여서 챔버 내부로 가시성을 제공할 수 있다. 예를 들어, 사용자는 일정에 따라 챔버 내부를 보기를 원할 수 있고 따라서 투명 상태로 유지되지 않는다면, 그 일정에 따라 PCM 을 투명 상태로 변형하도록 PCM 히터의 활성화가 개시될 수 있다.
따라서, 적어도 도 20 및 도 21 의 실시형태들에 따르면, PCM 의 온도 (따라서 상태) 및 스마트 글래스에 대한 제어가 인큐베이션 챔버 내부를 볼 수 있도록 적절히 구성되고 조정될 수 있다.
하나 이상의 에어 갭들을 갖는 다양한 제공된 실시형태들에서, 챔버에 부가적 절연재를 제공하도록, 아르곤 가스 또는 공기가 이런 갭들 중 임의의 갭들에 배치될 수도 있다. 하지만, 아르곤이 더 높은 R 값, 즉, 절연 값을 제공한다는 점이 알려져 있다. 크립톤은 또한 임의의 갭들을 충전하는데 사용될 수도 있다.
일반적으로, 본원에 설명한 스마트 글래스 재료는 다양한 실시형태들의 다양한 판유리들의 임의의 글래스 또는 아크릴 표면들에 배치될 수 있다. 예를 들어, 스마트 글래스 재료는 도 18 의 투명 재료 판유리들 (202 또는 204) 중 하나에 적용될 수 있다.
스마트 글래스는 전류가 작동하도록 요구하므로, 발명자들은, 사용자가 스마트 글래스에 물리적으로 터치할 수 없어 충격을 받을 수 없는 도어 층들 '내부' 에 스마트 글래스를 위치시키기를 기대한다.
유사하게, 히터 (저항 히터를 포함할 수 있음) 는 다양한 실시형태들의 임의의 글래스 또는 아크릴 표면들 사이 또는 그 표면들 상에 배치될 수 있다. 하지만, PCM 에 대한 더 양호한 온도 제어를 제공하도록 PCM 에 근접하여 히터를 배치하는 것이 바람직하다.
또다른 실시형태는 3 개의 글래스 또는 아크릴 판유리의 챔버 도어를 포함한다. 3 개의 판유리를 갖는 일 실시형태에서 스마트 글래스는 외부 글래스 또는 아크릴 판유리의 내부-대향면에 위치한다. 벌크 PCM 및 히터는 바람직하게 근접하여 배치된다.
비록 2 개, 3 개 및 4 개의 글래스 판유리를 갖는 실시형태들이 설명되었지만, 챔버 도어는 또한 4 개보다 많은 글래스 판유리로 구성될 수 있다.
본 발명의 한 가지 작동 프로토콜은, 스마트 글래스 재료를 불투명 또는 투명하게 하도록 사용자가 원하는 대로 스마트 글래스 스위치를 개방 또는 폐쇄시킬 수 있으면서, 적절한 PCM 온도를 유지함으로써 도어 기반 PCM 을 투명한 상태로 유지할 수 있다. 따라서, 스마트 글래스의 투명성을 제어하는 스위치를 단순히 폐쇄함으로써 챔버로의 가시성이 달성된다.
도어에서 벌크 PCM 을 투명 상태로 변화 또는 유지하기 위해서 그것의 온도는 챔버 벽(들)에서 PCM 보다 더 높아야 한다는 점을 주목한다. 도어에서 이런 더 높은 온도와 챔버 내부에서 온도에 대한 영향은 챔버 벽(들)에서 히터를 알맞게 제어함으로써 보상될 필요가 있을 수 있다. 따라서 적절한 챔버 온도를 유지하기 위해서 챔버 벽(들)에서 히터의 온도를 적절히 제어하는데 챔버 내부 온도를 보다 주의깊게 모니터링하는 것이 요구될 수도 있다.
본원에 설명한 임의의 실시형태들은 37 ℃, 인체 온도에서 용융/동결되는 PCM 을 지칭한다. 다른 실시형태들 및 응용예들은 다른 조성과 따라서 다른 용융/동결 온도를 갖는 PCM 을 사용할 수 있다. 예를 들어, 더 차가운 경향이 있는 어류 세포를 배양할 때, 도어에서 37 ℃ 의 용융 온도를 갖는 PCM 은 불투명할 것이다. 대안적으로, 사용자가 도어 PCM 을 투명 상태로 유지하고자 한다면, 다른 용융 온도를 갖는 PCM 이 사용되어야 한다.
전술한 설명에서, 특정 용어들은 간결성, 명확성, 및 이해를 위해 사용되었다. 이러한 용어는 설명의 목적으로 사용되며 폭넓게 해석되기 때문에 종래 기술의 요건 이상으로 불필요한 제한이 함축되어서는 안된다.
더욱이, 본 발명의 설명과 도면은 일례이고 본 발명은 도시되거나 설명한 정확한 세부사항에 제한되지 않는다.

Claims (20)

  1. 내부에 저장 물품을 수용하기 위한 챔버 내부 구역에 접근하기 위한 힌지결합된 도어로서, 상기 힌지결합된 도어는:
    프레임;
    상기 프레임 내 투명한 제 1 재료 판유리;
    상기 제 1 재료 판유리에 근접하여 배치되는 스마트 글래스 재료로서, 상기 스마트 글래스 재료에 공급되는 전류에 반응하는 투명 조건과 불투명 조건 사이에서 제어가능한, 상기 스마트 글래스 재료;
    상기 프레임 내 제 1 상 변화 재료; 및
    상기 제 1 상 변화 재료에 근접한 제 1 온도 제어 기기를 포함하는, 힌지결합된 도어.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 상 변화 재료는 상기 제 1 재료 판유리에 대해 상기 챔버 내부 구역을 향한 방향으로 배치되고, 상기 스마트 글래스 재료는 상기 제 1 재료 판유리의 내부 대향면과 접촉하게 배치되는, 힌지결합된 도어.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 힌지결합된 도어는 상기 제 1 재료 판유리에 대해 상기 챔버 내부 구역으로부터 멀어지는 방향으로 제 2 재료 판유리를 더 포함하고, 상기 제 1 재료 판유리 및 상기 제 2 재료 판유리의 재료는 글래스, Plexiglass® 시트, 및 아크릴 중 하나를 포함하는, 힌지결합된 도어.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 스마트 글래스 재료에 공급된 전류를 제어하기 위한 제어기를 더 포함하는, 힌지결합된 도어.
  5. 제 4 항에 있어서,
    사용자에 의한 상기 제어기의 활성화시, 상기 제어기는 미리 정해진 시간 동안 상기 스마트 글래스 재료에 전류를 공급하는, 힌지결합된 도어.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 스마트 글래스 재료로 전류 흐름을 제어하기 위한 시간 지연 메커니즘을 포함하는, 힌지결합된 도어.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 재료 판유리에 대해 상기 챔버 내부 구역으로부터 멀어지는 방향으로 있는 제 2 재료 판유리, 및
    상기 프레임 내 이격되어 투명한 제 3 재료 판유리 및 제 4 재료 판유리로서, 상기 제 1 상 변화 재료는 상기 제 3 재료 판유리 및 상기 제 4 재료 판유리 사이에 규정된 공간 내에 배치되고, 상기 제 1 재료 판유리에 대해 상기 챔버 내부 구역을 향한 방향으로 있는, 상기 제 3 재료 판유리 및 상기 제 4 재료 판유리를 포함하는, 힌지결합된 도어.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 3 재료 판유리 및 상기 제 4 재료 판유리의 재료는 글래스를 포함하는, 힌지결합된 도어.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 챔버 내부에서 시작하여, 재료 판유리의 순서는 상기 제 4 재료 판유리, 상기 제 3 재료 판유리, 상기 제 1 재료 판유리 및 상기 제 2 재료 판유리를 포함하고, 제 1 에어 갭이 상기 제 2 재료 판유리 및 상기 제 1 재료 판유리 사이에 규정되고 제 2 에어 갭이 상기 제 1 재료 판유리 및 상기 제 3 재료 판유리 사이에 규정되는, 힌지결합된 도어.
  10. 제 7 항에 있어서,
    PCM 과 상기 제 3 재료 판유리 및 상기 제 4 재료 판유리의 정렬된 하부면들과 상기 프레임 사이에 배치된 글래스 스페이서를 더 포함하는, 힌지결합된 도어.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 상 변화 재료의 상부면이 상기 프레임의 내측면으로부터 이격되어서 그 사이에 갭을 규정하고, 상기 갭은 상기 프레임에서 개구와 유체 연통하는, 힌지결합된 도어.
  12. 제 7 항에 있어서,
    챔버와 함께 사용하기 위해, 상기 챔버는:
    상기 챔버 내부 구역을 규정하는 복수의 연결된 표면들;
    상기 복수의 표면들 중 하나에 매립된 제 2 상 변화 재료; 및
    상기 제 2 상 변화 재료의 온도를 제어하기 위한 제 2 온도 제어 기기를 포함하는, 힌지결합된 도어.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 온도 제어 기기는 상기 제 1 상 변화 재료의 온도를 제어하여서 실질적으로 액체 상태로 상기 제 1 상 변화 재료를 유지하는, 힌지결합된 도어.
  14. 장치로서,
    저장 물품을 내부에 수용하도록 된 내부 챔버 구역을 규정하는 복수의 표면들에 의해 경계가 정해진 폐쇄된 컨테이너;
    상기 복수의 표면들 중 하나에 매립된 제 1 상 변화 재료;
    상기 제 1 상 변화 재료의 온도를 제어하기 위해 상기 복수의 표면들 중 하나에 매립되거나 저장 내부 안에 있는 제 1 온도 제어 기기;
    저장 내부 챔버로 접근하기 위한 힌지결합된 도어를 포함하고, 상기 힌지결합된 도어는:
    프레임;
    상기 프레임 내 투명한 제 1 재료 판유리;
    투명한 상기 제 1 재료 판유리에 근접하여 배치되는 스마트 글래스 재료로서, 전류에 반응하여 상기 스마트 글래스 재료는 투명 상태를 취하고 전류의 부재시 상기 스마트 글래스 재료는 불투명 상태를 취하는, 상기 스마트 글래스 재료;
    상기 프레임 내에 배치되고 상기 내부 챔버 구역으로부터 멀어지는 방향으로 상기 제 1 재료 판유리로부터 이격된 제 2 재료 판유리로서, 투명한 상기 제 1 재료 판유리의 표면 상의 상기 스마트 글래스 재료는 상기 제 2 재료 판유리를 대면하는, 상기 제 2 재료 판유리; 및
    제 3 재료 판유리 및 제 4 재료 판유리, 및 그 사이에 배치된 제 2 상 변화 재료로서, 상기 제 3 재료 판유리 및 상기 제 4 재료 판유리는 내부 챔버를 향한 방향으로 상기 제 1 재료 판유리로부터 이격된, 상기 제 3 재료 판유리 및 제 4 재료 판유리, 및 그 사이에 배치된 제 2 상 변화 재료를 포함하고,
    상기 제 1 재료 판유리 및 상기 제 2 재료 판유리는 그 사이에 에어 갭을 규정하는, 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 2 상 변화 재료의 온도를 제어하고 실질적으로 액체 상태로 상기 제 2 상 변화 재료를 유지할 수 있는 제 2 온도 제어 기기를 더 포함하는, 장치.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 폐쇄된 컨테이너는 인큐베이션 (incubation) 챔버를 포함하는, 장치.
  17. 장치로서,
    저장 물품을 내부에 수용하도록 된 저장 내부 챔버를 규정하는 복수의 표면들에 의해 경계가 정해진 폐쇄된 컨테이너;
    상기 복수의 표면들 중 하나에 매립된 제 1 상 변화 재료;
    상기 제 1 상 변화 재료의 온도를 제어하기 위해 상기 복수의 표면들 중 하나에 매립된 제 1 온도 제어 기기;
    상기 저장 내부 챔버로 접근하기 위한 힌지결합된 도어를 포함하고, 상기 힌지결합된 도어는:
    프레임;
    상기 프레임 내에 배치된, 평행-배향되고 이격되어 투명한 제 1 재료 판유리, 제 2 재료 판유리, 제 3 재료 판유리, 및 제 4 재료 판유리로서, 상기 제 1 재료 판유리는 상기 저장 내부 챔버의 경계를 정하고 상기 제 4 재료 판유리는 상기 힌지결합된 도어의 외부면을 형성하는, 상기 제 1 재료 판유리, 상기 제 2 재료 판유리, 상기 제 3 재료 판유리, 및 상기 제 4 재료 판유리;
    상기 제 1 재료 판유리 및 상기 제 2 재료 판유리 사이에 배치된 제 2 상 변화 재료;
    상기 제 2 상 변화 재료에 근접하여 배치된 제 2 온도 제어 기기;
    상기 제 1 재료 판유리, 상기 제 2 재료 판유리, 상기 제 3 재료 판유리 및 상기 제 4 재료 판유리 중 하나에 또는 2 개의 이격된 판유리들 사이에 배치되는 스마트 글래스 재료로서, 전류에 반응하여 상기 스마트 글래스 재료는 투명 상태를 취하고 전류의 부재시 상기 스마트 글래스 재료는 불투명 상태를 취하는, 상기 스마트 클래스 재료; 및
    상기 스마트 글래스 재료로의 전류 흐름을 제어하기 위한 제어기를 더 포함하는, 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 스마트 글래스 재료는 상기 제 3 재료 판유리의 외부 대향면에 배치되는, 장치.
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