KR20010000901A - Temperature Regulator for Fermenter - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 미생물 배양기의 온도조절장치에 관한 것으로, 생물산업분야, 의약분야, 미생물 농약분야, 화학분야, 식물세포 배양기 등 배양기를 이용하여 미생물을 발효하는 분야에서 사용되는 미생물 배양기의 온도조절장치에 관한 것으로, 배양기 반응조의 온도제어를 위해 반응조 하부에 각각 가열과 냉각을 위한 열전소자를 배치하여 반응조의 온도제어를 용이하게 할 수 있도록 한 것이다.The present invention relates to a temperature control device of the microbial incubator, and to a temperature control device of the microbial incubator used in the field of fermentation of microorganisms using the incubator, such as biological industry, medicine, microbial pesticides, chemicals, plant cell incubator. The present invention relates to a thermoelectric device for heating and cooling under the reactor for temperature control of the incubator, thereby facilitating temperature control of the reactor.
미생물 배양기는 미생물 등의 배양에 알맞은 조건을 제공하기 위해 반응조 내의 온도를 일정하게 유지해야 한다. 따라서 반응조 내의 온도를 올리기 위해서는 반응조 하단에 부착된 링-히터로 열을 가하고, 냉각을 위해서는 냉매를 링-히터 주변에 제공하여 반응조 내부의 온도를 떨어뜨림으로써 반응조의 온도를 제어한다,The microbial incubator must maintain a constant temperature in the reactor to provide conditions suitable for the culture of microorganisms and the like. Therefore, in order to raise the temperature in the reactor, heat is applied to the ring heater attached to the bottom of the reactor, and for cooling, the temperature of the reactor is controlled by lowering the temperature inside the reactor by providing a coolant around the ring heater.
상기의 반응조 냉각을 위한 냉매의 제공방식으로는 도 1에 도시된 바와 같은 구조를 사용하였는데, 이는 반응조(100)의 하단에 온도를 제어하기 위한 링-히터 (101)와 냉매가 공급되는 냉매 순환로(101a)가 구비되어 있으며, 이 링-히터(101)는 반응조(100)의 하단에 설치되며 전기를 공급함으로써 반응조(100)에 열을 가하도록 되어 있다.As a method of providing a coolant for cooling the reactor, a structure as shown in FIG. 1 was used, which is a ring-heater 101 and a coolant circulation path through which a coolant is supplied to control a temperature at a lower end of the reactor 100. (101a) is provided, the ring heater 101 is installed at the lower end of the reaction tank 100 and is adapted to apply heat to the reaction tank 100 by supplying electricity.
또, 상기 링-히터(101)주변에 형성된 냉매 순환로(101a)는 온도조절을 위해 냉각수가 공급되어 순환되는 곳으로, 링-히터(101)의 가열로 반응조(100)내부의 온도가 필요이상으로 상승하면 솔레노이드 밸브(105)를 열어 냉매가 공급되도록 하여 반응조(100)내의 온도를 조절할 수 있도록 되어 있다.In addition, the refrigerant circulation path 101a formed around the ring heater 101 is a place where coolant is supplied and circulated for temperature control, and the temperature inside the reactor 100 of the heating furnace of the ring heater 101 is more than necessary. When rising to the solenoid valve 105 to allow the refrigerant to be supplied to control the temperature in the reaction tank (100).
냉각수는 수돗물 공급라인(110)을 통해 콘덴서(120)로 공급라인(102)을 통해 공급되며, 공급된 물은 콘덴서(120)의 온도를 떨어뜨린 후 배수라인(103)을 통해 드레인(111)으로 빠져나가게 된다.Cooling water is supplied to the condenser 120 through the tap water supply line 110 through the supply line 102, and the supplied water drops the temperature of the condenser 120 and then drains through the drain line 103. Will exit.
상기 냉매는 콘덴서의 역할을 위해 냉매 공급라인(102)과 배수라인(103)을 통해 지속적으로 냉매가 공급되는데, 이때에 많은 양의 냉매가 필요하게 된다.The refrigerant is continuously supplied to the refrigerant through the refrigerant supply line 102 and the drainage line 103 in order to function as a condenser, in which case a large amount of refrigerant is required.
콘덴서(120)의 역할은 배양중 발생하는 수증기를 방출하는 역할을 하는데, 이때 수증기 속에는 배양중인 미생물이 혼합되어 방출되는 것을 막는 역할을 하게 된다.The role of the condenser 120 plays a role of releasing water vapor generated during the cultivation, in which the microorganism in the culture of the water vapor is prevented from being mixed and released.
콘덴서(120)내부는 여러개의 관으로 구성되어 있는데, 이 관의 주변에 공급라인(102)으로부터 들어온 냉각수가 통과하면 수증기를 응축시켜서 응결수가 집결되어 자유낙하의 원리로 반응기(100)내부에 자연적으로 떨어지도록 하는 역할을 한다.The inside of the condenser 120 is composed of a plurality of pipes, and when the cooling water coming from the supply line 102 passes through the pipe, condensed water is condensed by condensing water vapor. It serves to fall off.
상기한 바와 같은 종래의 미생물 배양기에 있어서는 대부분 냉매로 수돗물을 사용하며, 상기 수돗물의 공급과 배수를 위해 별도의 공급라인과 배수라인을 설치함으로써 배양기 자체의 장비가 복잡하고, 설치면적을 많이 차지하며, 또한 상기 배양기를 이동하기에 불편하고, 만약 이동시에는 공급라인과 배수라인의 분리와 재설치가 필요했었으므로 이의 유지보수가 까다로웠다.In the conventional microbial incubator as described above, tap water is mostly used as a refrigerant, and the equipment of the incubator itself is complicated and occupies a large area by installing separate supply lines and drainage lines for supplying and draining the tap water. In addition, it was inconvenient to move the incubator, and the maintenance of the feeder and drainage lines was difficult because of the need for separation and reinstallation.
특히, 냉매를 계속적으로 공급·배수함으로써 냉매의 낭비가 심하며, 별도의 배수처리시설까지 요구되고 있는 상황이다. 이외에도 물을 냉매로 사용하는 경우 계절에 따라 냉매인 물의 온도변화가 심하게 되어 계절에 따른 반응기의 온도조절에 악영향을 미치게 된다.In particular, by continuously supplying and draining the refrigerant, waste of the refrigerant is severe and a separate drainage treatment facility is required. In addition, when water is used as a refrigerant, the temperature change of the water, which is a refrigerant, becomes severe according to the seasons, which adversely affects the temperature control of the reactor according to the seasons.
이와 같이 상기 반응기를 냉각시킬 때에는 냉각수를 연속적으로 공급해야 하기에 상당한 냉각수가 필요하게 되며, 여름철의 경우 주변의 온도상승에 따라 냉각시간이 장시간 소요되고, 겨울철에 주변온도의 하강으로 인해 배양기 미작동시 동파가 염려되어 동파방지를 위해 공급관의 냉각수를 모두 제거해야 할 뿐만 아니라, 배양중 배양기의 냉각판과 냉각라인과의 연결부분에서 물의 압력을 이기지 못해 연결부분이 분리되 냉각수가 외부로 분출될 수 있으며, 이로 인해 배양시 외부 물질 차단이 절대적으로 필요한 발효공정에 차질을 빚기도 했었다.As such, when the reactor is cooled, a considerable amount of cooling water is required to continuously supply the cooling water, and in summer, a cooling time is required for a long time according to an increase in the surrounding temperature, and the incubator is not operated due to a decrease in the ambient temperature in the winter. In addition, the cooling water in the supply pipe must be removed to prevent freezing. In addition, the connection part is separated and the cooling water is ejected to the outside because the pressure of water cannot be overcome at the connection between the cooling plate of the incubator and the cooling line. This, in turn, has hindered the fermentation process, which is absolutely necessary to block external substances in culture.
본 발명은 상기한 종래 미생물 배양기의 제반 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 별도의 냉매를 사용하지 않으며, 이로 인해 냉매의 공급과 배출을 위한 공급라인 및 배출라인을 제거할 수 있어 배양기의 자유로운 이동설치가 가능함은 물론 이의 유지보수가 용이한 미생물 배양기의 온도조절장치를 제공하는데 있다.The present invention has been made in order to solve the above problems of the conventional microbial incubator, the object of the present invention does not use a separate refrigerant, thereby removing the supply line and the discharge line for supply and discharge of the refrigerant It is possible to freely install the incubator, as well as to provide a temperature control device of the microbial incubator that is easy to maintain.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 미생물 배양기 반응조의 하부에 부착되는 열전달판과, 이 열전달판의 하부에 접촉되고 전원의 공급에 의해 상기 열전달판을 가열하거나 냉각을 위한 가열용 열전소자 및 냉각용 열전소자와, 이 열전소자의 하부에 배치되는 방열판과, 이 방열판 하부에 부착되는 팬과, 상기 반응조내부에 설치되는 온도센서와, 상기 반응조 내부의 온도를 조절하기 위하여 상기 온도센서에서 감지된 신호에 의하여 열전소자와 팬의 구동을 제어하는 제어회로를 포함하고, 이 제어회로에는 반응조의 온도를 임의의 온도로 세팅시키기 위한 조절수단이 구비된 미생물 배양기의 온도조절장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a heat transfer plate attached to a lower part of a microbial incubator reactor, a heating thermoelectric element for cooling or heating the heat transfer plate by contacting a lower part of the heat transfer plate and supplying power. A thermoelectric element, a heat dissipation plate disposed under the thermoelectric element, a fan attached to the lower portion of the heat dissipation plate, a temperature sensor installed in the reactor, and a temperature sensor to adjust the temperature inside the reactor. It includes a control circuit for controlling the driving of the thermoelectric element and the fan by a signal, the control circuit provides a temperature control device of the microbial incubator equipped with a control means for setting the temperature of the reaction tank to an arbitrary temperature.
도 1은 종래 링-히터와 냉매(수돗물)순환에 의해 반응조의 온도조절을 이룰 수 있도록 된 미생물 배양기의 단면도,1 is a cross-sectional view of a microbial incubator capable of achieving temperature control of a reaction tank by a conventional ring-heater and refrigerant (tap water) circulation;
도 2는 본 발명에 의한 온도조절장치가 설치된 미생물 배양기의 단면도,Figure 2 is a cross-sectional view of the microbial incubator equipped with a temperature control apparatus according to the present invention,
도 3은 본 발명에 의한 온도조절장치의 분해사시도이다.3 is an exploded perspective view of the temperature control device according to the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1 : 반응조 2 : 열전달판1: Reactor 2: Heat transfer plate
3a : 발열용 열전소자 3b : 냉각용 열전소자3a: heating element 3b: cooling element
4 : 방열판 5 : 팬(fan)4: heat sink 5: fan
6 : 온도센서6: temperature sensor
이하, 본 발명을 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 의한 온도조절장치가 설치된 미생물 배양기를 도시한 단면도이고, 도 3은 본 발명에 의한 미생물 배양기의 온도도절장치를 도시한 분해사시도이다.2 is a cross-sectional view showing a microbial incubator equipped with a temperature control device according to the present invention, Figure 3 is an exploded perspective view showing a temperature cutting device of the microbial incubator according to the present invention.
도시된 바와 같이 본 발명은 미생물 배양기 반응조의 내부온도제어를 하기 위한 것에 있어서, 상기 배양기의 반응조(1)하부에 부착되는 열전달판(2)과, 이 열전달판(2)의 하부에 접촉되고 전원의 공급에 의해 상기 열전달판(2)을 가열하거나 냉각을 위한 가열용 열전소자(3a)및 냉각용 열전소자(3b)와, 이 열전소자(3a)(3b)의 하부에 배치되는 방열판(4)과, 이 방열판(4)하부에 부착되는 팬(5)과, 상기 반응조(1)내부에 설치되는 온도센서(6)를 포함하여 이루어진다.As shown in the present invention for controlling the internal temperature of the microbial incubator reactor, the heat transfer plate (2) attached to the bottom of the reaction tank (1) of the incubator, and in contact with the lower portion of the heat transfer plate (2) The heat transfer plate 2 for heating or cooling the heat transfer plate 2 by the supply of the heat transfer element 3a and the heat transfer element 3b for cooling, and the heat dissipation plate 4 disposed below the thermoelectric elements 3a and 3b. ), A fan (5) attached to the bottom of the heat sink (4), and a temperature sensor (6) provided inside the reactor (1).
본 발명의 온도조절장치는 상기 반응조(1)내부의 온도를 조절하기 위하여 상기 온도센서(6)에서 감지된 신호에 의하여 열전소자(3a)(3b)와 팬(5)의 구동을 제어하는 제어회로를 포함하며, 이 제어회로에는 반응조(1)의 온도를 임의의 온도로 세팅시키기 위한 조절수단이 구비되며, 이와 같은 제어회로 및 온도조절수단은 본 발명이 속한 기술분야에서 공지된 기술로서 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.The temperature control device of the present invention controls the driving of the thermoelectric elements (3a) (3b) and the fan (5) by the signal sensed by the temperature sensor (6) in order to adjust the temperature inside the reactor (1) It includes a circuit, the control circuit is provided with a control means for setting the temperature of the reaction tank (1) to an arbitrary temperature, such a control circuit and temperature control means is a technique known in the art to which the present invention belongs Detailed description thereof will be omitted.
상기 발열용 열전소자(3a)와 냉각용 열전소자(3b)는 동일한 구조를 갖는 것이며, 이는 직류전원의 극(+,-)전환을 통해 냉각과 발열이 이루어지게 되는 것으로, 이 중 발열용 열전소자(3a)는 발열부의 표면을 열전달판(2)에 부착시켜 전원을 공급함으로써 반응조(1)를 가열시키고, 냉각용 열전소자(3b)는 흡열부의 표면을 열전달판(2)에 부착시켜 전원을 공급함으로써 반응조(1)의 냉각을 주도할 수 있도록 하며, 냉각용 열전소자(3b)의 이면 즉, 발열부의 표면은 방열판(4)에 접촉하게 하여 팬(5)의 구동에 의해 신속한 방열이 이루어질 수 있도록 한다.The heat generating thermoelectric element 3a and the cooling thermoelectric element 3b have the same structure, which is to be cooled and generated by switching the poles (+,-) of a DC power source. The element 3a attaches the surface of the heat generating portion to the heat transfer plate 2 to supply power, thereby heating the reactor 1, and the cooling thermoelectric element 3b attaches the surface of the heat absorbing portion to the heat transfer plate 2 to supply power. It is possible to lead the cooling of the reaction tank (1) by supplying, and the back surface of the cooling thermoelectric element (3b), that is, the surface of the heat generating portion is in contact with the heat sink (4) so that the rapid heat dissipation by the drive of the fan (5) Make it happen.
상기 열전소자(3a)(3b)는 대체로 -30℃ ~150℃의 온도범위 내에서 냉각과 가열이 가능하고 외부의 영향없이 항시 일정온도를 정확하게 유지시킬 수 있으므로 미생물 배양기에서 요구로 하는 저온에서의 미생물 배양이 가능하다.The thermoelectric elements 3a and 3b are generally cooled and heated within a temperature range of -30 ° C. to 150 ° C., and can be maintained at a constant temperature at all times without external influences. Microbial culture is possible.
또한, 상기 열전소자(3a)(3b)의 열전도율을 높이기 위해 열전소자(3a)(3b)의 양쪽 표면에 방열그리스를 도포하여 열전달판(2)과 방열판(4)으로의 열전달효율을 높여줌으로써 반응조(1)의 온도조절을 용이하도록 한다.In addition, in order to increase the thermal conductivity of the thermoelectric elements 3a and 3b, heat-dissipating grease is applied to both surfaces of the thermoelectric elements 3a and 3b to increase the heat transfer efficiency to the heat transfer plate 2 and the heat sink 4. To facilitate temperature control of the reaction tank (1).
이와 같이 구성된 본 발명은 제어회로의 온도조절수단에서 미생물 배양기 반응조(1)의 온도를 임의의 온도로 설정하면, 제어회로에서 반응조(1)내부에 설치되어 있는 온도센서(6)의 값을 입력받아 온도가 설정온도 이하이면 발열용 열전소자(3a)에 전원을 인가하여 가열함으로써 반응조(1)의 온도를 상승시킨다.When the temperature of the microorganism incubator reactor 1 is set to an arbitrary temperature in the temperature adjusting means of the control circuit, the present invention configured as described above inputs the value of the temperature sensor 6 installed in the reactor 1 in the control circuit. If the temperature is below the set temperature, the temperature of the reaction tank 1 is increased by applying power to the heat generating thermoelectric element 3a and heating it.
또한, 반응조(1)내부의 온도가 설정온도 이상이면 발열용 열전소자(3a)로 공급되는 전원은 차단하고 냉각용 열전소자(3b)에 전원을 공급하여 냉각시킴으로써 반응조(1)내부의 온도를 설정온도로 유지시킬 수 있게 된다.In addition, when the temperature inside the reaction tank 1 is equal to or higher than the set temperature, the power supplied to the heat generating thermoelectric element 3a is cut off, and the power supplied to the cooling thermoelectric element 3b is cooled to cool the temperature inside the reaction tank 1. It can be maintained at the set temperature.
상기와 같이 본 발명에 의한 미생물 배양기 온도조절장치는 저온의 온도조절이 가능하므로 저온에서의 미생물 배양이 가능하여 보다 폭넓은 연구와 생산을 도모할 수 있으며, 냉매의 사용이 없어 환경친화적이고 반영구적으로 사용할 수 있어 매우 경제적이고, 용수부족으로 인한 어려움을 해결하면서 냉매로 사용되왔던 수돗물 값으로 지출되던 비용을 절감할 수 있으며, 저온배양을 위해 설치되는 냉각장치를 따로 구비할 필요가 없어 많은 비용을 절감할 수 있고, 연구자와 생산자의 편의를 도모할 수 있으며, 사용자가 기존에 설치되어 있는 배양기를 다른 장소로 이동해야 할 경우에 냉매의 공급라인과 배수라인이 연결되어 있지 않기 때문에 이동이 용이하고 이의 유지보수가 간편한 장점을 갖는다.As described above, the microorganism incubator temperature control device according to the present invention can control the microorganisms at low temperature, so that the microorganisms can be cultured at low temperature, thereby enabling a wider range of research and production. It is very economical because it can be used, and it can reduce the cost of tap water that has been used as a refrigerant while solving the difficulties caused by lack of water, and it does not need to have a separate cooling device for low temperature culture. It is possible to reduce the cost, to facilitate the convenience of researchers and producers, and when the user needs to move the existing incubator to another place, it is easy to move because the supply line and drainage line of the refrigerant are not connected. It has the advantage of easy maintenance.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |