KR20150044310A - 배양용 인큐베이터 - Google Patents

Abstract

배양용 인큐베이터가 개시된다. 본 발명의 배양용 인큐베이터는, 내부에 배양시료가 수용되는 수용공간이 형성되도록 전방이 개구된 캐비넷; 수용공간이 개방되거나 차폐되도록, 캐비넷에 결합되는 도어; 및 캐비넷과 도어 사이에 개재되어 수용공간을 밀폐시키고, 제1 발열체에 의해 가열되는 가스켓을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 캐비넷과 도어 사이에 개재되어 수용공간을 밀폐시키는 가스켓이 제1 발열체에 의해 가열됨에 따라 서로 분리된 이중 도어 대신 단일 도어만으로도 배양시료가 수용되는 수용공간을 둘러싸는 구성들의 온도가 일정하게 유지되어 응결수의 발생이 방지되는 배양용 인큐베이터를 제공할 수 있게 된다.

Description

배양용 인큐베이터{CELL CULTURE INCUBATOR}

본 발명은 배양용 인큐베이터에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 물과 미생물, 세포 등을 일정한 온도하에서 사육 또는 배양시키도록 이루어지는 배양용 인큐베이터에 관한 것이다.

미생물의 생리학적 특성을 파악하여 생태학적 지위와 기능을 이해하고, 더 나아가서 이들의 특성을 활용하고 산업적으로 이용하기 위해서는 환경으로부터 미생물을 분리, 배양하는 것이 필수적이다.

인큐베이터(incubator, 항온기)는 생물이나 그 세포를 일정한 온도 하에서 사육 또는 배양하기 위한 배양장치의 일종으로서, 내부온도가 일정하게 유지된다. 미생물학 분야에서는 주로 세균의 배양에 사용되고 있으며, 단열이 좋은 상자의 내부에 온도 제어기를 설치한 것이 기본구조이다. 동물세포의 배양용으로 그 내부의 이산화탄소 농도를 일정하게 유지하도록 설계하고 있어 CO2 항온기 또는 CO2 인큐베이터라고도 일컬어진다.

이와 관련하여 미국 등록특허공보 제6,503,751호에는 CONTROLLED ATMASPHERE INCUBATOR가 개시되어 있으며, 미국 등록특허공보 제6,503,751호는 구멍이 형성된 상부 패널과 사이드 패널이 테두리에 구비되는 배양실이 내부에 마련되는 챔버를 포함하는 캐비넷과, 상부 패널의 뒤쪽에 형성되는 상부 플레넘과, 상부 플레넘 및 내부의 배양실과 유체가 흐르도록 연통되는 사이드 플레넘과, 내부 배양실 및 상부 플레넘을 개폐하도록 캐비넷에 연결되는 도어와, 챔버와 열을 교환하는 히터와, 상부 프레넘에 설치되는 공기 이동 장치와, 상부 패널의 구멍과 인접하여 내부 배양실에 탈착 가능하게 설치되는 필터를 포함하여 구성된다.

도어는 캐비넷에 힌지 조립되는 외측의 단열 도어와 전면 패널에 힌지 조립되는 내측의 가열식 유리 도어로 구성된다. 유리 도어는 사이에 공기층이 구비되는 한 쌍의 유리판으로 이루어지며, 안쪽 유리판에는 물방울의 응결이 방지되도록 전류에 의해 가열되는 코팅층이 형성된다.

전면 패널에는 배양실의 가장자리를 따라 안쪽 유리 도어의 폐쇄시 유리판과 접촉하여 실링하는 가스켓이 결합된다. 가스켓은 전면 패널의 에지부가 삽입결합되는 장착부와 장착부에서 유리판 측으로 연장되어 도어의 폐쇄시 유리판과 접촉하여 배양실을 밀폐하는 날개부로 구성된다.

미국 등록특허공보 제6,503,751호를 포함하는 종래의 인큐베이터의 챔버 내부에는 세포 배양액(culture media)의 증발을 억제하기 위해 95퍼센트 정도의 고습도를 유지하고 있다. 고습도 챔버에서 전체적으로 일정하고 균일한 온도가 유지되지 않으면 상대적으로 온도가 낮은 부위에 물방울이 응결되는 현상이 발생하게 된다.

그러나, 미국 등록특허공보 제6,503,751호의 인큐베이터는 내부 배양실과 유리 도어가 지속적으로 가열되더라도 실리콘 등으로 이루어지는 가스켓을 통해 배양실의 열기가 빠져나가게 됨에 따라 가스켓과 유리 도어 간에 온도 차이가 발생하여 가스켓을 따라 물방울이 응결되는 문제점이 있었다.

미국 등록특허공보 제6,503,751호는 유리 도어와 외부 환경의 사이에 단열 도어가 형성되어 유리 도어의 바깥쪽에 대기로부터 밀폐된 공간을 형성함으로써 유리 도어가 대기와 직접적으로 접촉하여 유리 도어의 열기가 상대적으로 낮은 온도의 대기로 빠른 속도로 배출되는 현상을 방지하고 있으나, 열에너지는 높은 온도에서 낮은 온도를 향해 이동하는 성질을 가지므로 배양실과 유리 도어의 열에너지는 유리 도어와 가스켓을 통해 상대적으로 낮은 온도로 유지되는 단열 도어 쪽으로 이동하게 된다.

특히, 가스켓은 배양실 내부를 둘러싸고 있는 경계조건에서 직접적으로 가열되지 않는 구성이므로 배양실과 유리 도어의 열에너지는 상대적으로 낮은 온도로 유지되는 가스켓을 통해 배양실 내부보다 낮은 온도로 이루어지는 단열 도어 측으로 이동하게 되는 문제가 있었으며, 이에 따라 가스켓 및 가스켓 주변의 챔버와 유리분에서 응결이 발생하게 되고, 응결수에 각종 세균이 번식하여 배양실에 수납되는 배양용 시료가 세균에 의해 쉽게 오염되는 문제가 있었다.

또한, 상술한 바와 같이 미국 등록특허공보 제6,503,751호를 포함하는 종래의 인큐베이터는 배양실을 개폐하는 도어가 이중구조로 이루어져 있다. 배양실 내부의 열기는 주로 도어를 통해 외부로 방출되는데, 도어를 이중구조로 설치하면 이중도어의 사이에 외부 대기와 직접적으로 접촉하지 않는 공간부가 형성되어 도어를 통한 열방출이 단일구조의 도어보다 지연되기 때문이다. 도어를 통한 열방출 현상은 챔버 온도의 균일성(uniformity)을 감소시키며 도어에 응결을 야기하게 된다.

그러나, 이중 구조의 도어를 사용하게 되면 도어의 개방 또는 폐쇄시마다 사용자가 도어를 두 번 열거나 닫는 과정을 반복해야 하므로 그 과정이 번거로우며, 인큐베이터의 생산시 이중 구조의 도어를 제작하는데에 단일구조의 도어보다 재료비와 생산시간이 현저히 증가하여 인큐베이터의 가격을 상승시키는 문제가 있었다.

(0001) 미국 등록특허공보 제6,503,751호 (등록일:2003.01.07)

본 발명의 목적은, 단일구조의 도어를 설치하여도 챔버 온도의 균일성을 유지할 수 있으며, 배양시료가 수용되는 수용공간을 둘러싸는 구성들의 온도가 일정하게 유지되어 도어 및 도어 주변의 응결현상이 방지되도록 이루어지는 배양용 인큐베이터를 제공하는 것이다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 내부에 배양시료가 수용되는 수용공간이 형성되도록 전방이 개구된 캐비넷; 상기 수용공간이 개방되거나 차폐되도록, 상기 캐비넷에 결합되는 도어; 및 상기 캐비넷과 도어 사이에 개재되어 상기 수용공간을 밀폐시키고, 제1 발열체에 의해 가열되는 가스켓을 포함하는 것을 특징으로 하는 배양용 인큐베이터에 의하여 달성된다.

상기 가스켓은 상기 수용공간의 전단 테두리를 따라 형성되고, 내부에는 길이방향을 따라 삽입홀이 마련되며, 상기 삽입홀에는 상기 제1 발열체가 삽입될 수 있다.

상기 제1 발열체는, 전기 에너지를 열에너지로 변환시키는 전열선으로 이루어질 수 있다.

상기 가스켓은 상기 캐비넷 또는 도어에 결합될 수 있다.

상기 가스켓은, 상기 수용공간 전단 테두리를 따라 상기 캐비넷에 결합되는 결합부; 및 상기 결합부로부터 앞쪽으로 돌출되어 상기 도어에 밀착되며, 내부에 상기 삽입홀이 형성되는 실링부를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 캐비넷은, 상기 수용공간을 형성하고, 제2 발열체에 의해 가열되는 챔버; 상기 챔버와 이격되어 상기 챔버를 둘러싸는 하우징; 및 상기 챔버와 상기 하우징의 앞쪽 단부에 형성되는 전단면판을 포함하고, 상기 가스켓은 상기 전단면판 상에 결합될 수 있다.

상기 챔버와 상기 하우징 사이에는 제1 단열재가 형성되고, 상기 결합부는 상기 제1 단열재와 밀착되도록 이루어질 수 있다.

상기 도어는, 상기 수용공간의 차폐시 상기 가스켓과 밀착되고, 제3 발열체에 의해 가열되는 가열판; 상기 가열판의 바깥면을 에워싸는 커버; 및 상기 가열판과 커버 사이에 구비되는 제2 단열재를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 가스켓은, 상기 수용공간 전단 테두리에 대응되는 위치를 따라 상기 도어에 결합되는 결합부; 및 상기 결합부로부터 앞쪽으로 돌출되어 상기 케비넷에 밀착되며, 내부에 상기 삽입홀이 형성되는 실링부를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 도어는, 상기 수용공간을 차폐하고, 제3 발열체에 의해 가열되는 가열판; 상기 가열판의 바깥면을 에워싸는 커버를 포함하고, 상기 가스켓은 상기 가열판 상에 결합될 수 있다.

상기 가열판과 커버 사이에는 제2 단열재가 형성되고, 상기 결합부는 상기 제2 단열재와 밀착될 수 있다.

상기 캐비넷은, 상기 수용공간을 형성하고, 제2 발열체에 의해 가열되는 챔버; 상기 챔버와 이격되어 상기 챔버를 둘러싸는 하우징; 상기 챔버와 상기 하우징의 앞쪽 단부에 형성되는 전단면판; 및 상기 챔버와 상기 하우징 사이에 형성되는 제1 단열재를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 전단면판은 제4 발열체에 의해 가열되고, 상기 가스켓의 바깥쪽에는 상기 가스켓, 전단면판 및 가열판에 의해 둘러싸이는 가열공간이 형성될 수 있다.

본 발명은, 상기 챔버에는 제1 온도센서가 설치되고, 상기 가열판의 안쪽면에는 제2 온도센서가 설치되며, 상기 도어 안쪽면의 온도가 상기 챔버의 온도와 같거나 높게 형성되도록, 상기 제1 온도센서 및 제2 온도센서의 신호를 감지하여 상기 제2 발열체 및 제3 발열체에 인가되는 전원을 제어하는 제어부를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 가스켓의 내부 또는 주변에는 제3 온도센서가 설치되고, 상기 제어부는, 상기 가스켓의 온도가 상기 챔버의 온도와 같거나 높게 형성되도록, 상기 제3 온도센서의 신호를 감지하여 상기 제1 발열체에 인가되는 전원을 제어할 수 있다.

본 발명에 의하면, 캐비넷과 도어 사이에 개재되어 수용공간을 밀폐시키는 가스켓이 제1 발열체에 의해 가열됨에 따라 서로 분리된 이중 도어 대신 단일 도어만으로도 배양시료가 수용되는 수용공간을 둘러싸는 구성들의 온도가 일정하게 유지되어 응결수의 발생이 방지되는 배양용 인큐베이터를 제공할 수 있게 된다.

또한, 도어의 안쪽면은 제3 발열체에 의해 가열되고 전단면판은 제4 발열체에 의해 가열됨에 따라 가스켓의 바깥쪽에 가스켓, 전단면판 및 가열판에 의해 둘러싸이는 가열공간이 마련됨으로써 단일구조의 도어를 설치하여도 챔버 온도의 균일성을 유지할 수 있고 도어나 도어 주변의 응결현상이 방지되도록 이루어지는 배양용 인큐베이터를 제공할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배양용 인큐베이터의 도어가 폐쇄된 상태를 나타내는 사시도.
도 2는 도 1의 배양용 인큐베이터의 도어가 개방된 상태를 나타내는 사시도.
도 3은 도 1의 배양용 인큐베이터의 도어가 개방된 상태를 나타내는 정면도.
도 4는 도 1의 배양용 인큐베이터의 가스켓의 결합구조를 나타내는 분해사시도.
도 5는 도 1의 배양용 인큐베이터의 도어가 개방된 상태를 나타내는 단면도.
도 6은 도 1의 배양용 인큐베이터의 도어가 폐쇄된 상태를 나타내는 단면도.
도 7은 도 1의 배양용 인큐베이터에 직류전압이 인가된 경우 제어부를 나타내는 개략도.
도 8은 도 1의 배양용 인큐베이터에 교류전압이 인가된 경우 제어부를 나타내는 개략도.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배양용 인큐베이터의 도어가 개방된 상태를 나타내는 사시도.
도 10은 도 9의 배양용 인큐베이터의 도어가 폐쇄된 상태를 나타내는 부분단면도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

본 발명의 배양용 인큐베이터는, 단일구조의 도어를 설치하여도 챔버 온도의 균일성을 유지할 수 있으며, 배양시료가 수용되는 수용공간을 둘러싸는 구성들의 온도가 일정하게 유지되어 도어 및 도어 주변의 응결현상이 방지되도록 이루어진다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배양용 인큐베이터의 도어가 폐쇄된 상태를 나타내는 사시도, 도 2는 도 1의 배양용 인큐베이터의 도어가 개방된 상태를 나타내는 사시도, 도 3은 도 1의 배양용 인큐베이터의 도어가 개방된 상태를 나타내는 정면도, 도 4는 도 1의 배양용 인큐베이터의 가스켓의 결합구조를 나타내는 분해사시도, 도 5는 도 1의 배양용 인큐베이터의 도어가 개방된 상태를 나타내는 단면도, 도 6은 도 1의 배양용 인큐베이터의 도어가 폐쇄된 상태를 나타내는 단면도, 도 7은 도 1의 배양용 인큐베이터에 직류전압이 인가된 경우 제어부를 나타내는 개략도, 도 8은 도 1의 배양용 인큐베이터에 교류전압이 인가된 경우 제어부를 나타내는 개략도, 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배양용 인큐베이터의 도어가 개방된 상태를 나타내는 사시도, 도 10은 도 9의 배양용 인큐베이터의 도어가 폐쇄된 상태를 나타내는 부분단면도.

도 1, 도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배양용 인큐베이터(1)는 미생물이나 세포 등을 일정한 온도하에서 사육 또는 배양시키는 장치로서, 캐비넷(10), 도어(30), 가스켓(50), 제어부(70) 및 디스플레이부(90)를 포함하여 구성된다.

도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 캐비넷(10)은 전방이 개구되어 내부에 배양시료가 수용되는 수용공간(15)이 형성되는 구성으로서, 수용공간(15)을 형성하고 제2 발열체(H2)에 의해 가열되는 챔버(11)와, 챔버(11)와 이격된 상태에서 챔버(11)를 둘러싸는 하우징(12)과, 챔버(11)와 하우징(12)의 앞쪽 단부에 형성되는 전단면판(13)과, 챔버(11)와 하우징(12) 사이에 구비되는 제1 단열재(14)를 포함하여 구성된다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 챔버(11)의 내부 수용공간(15)에는 세포 배양 용기(cell culture dish, plate 또는 flask) 등이 놓이는 선반(11a)이 구비되고, 수용공간(15)의 가장 아래에는 배지의 습기 증발을 막는 가습 트레이(11b)가 구비된다. 수용공간(15)의 습도가 대략 95 퍼센트 이상으로 유지되도록 가습 트레이(11b)는 항상 멸균수가 채워져 있어야한다.

또한, 챔버(11)의 내부에는 챔버(11)의 내부의 온도를 측정하는 제1 온도센서(S1) 및 CO2의 농도를 측정하는 CO2 센서(미도시) 등이 설치된다.

동물 세포 배양 기간 동안 배양 배지내 pH는 일정 수준으로 유지되어야 하며, 일반적으로 액상 배지의 한 성분인 NaHCO3와 CO2 기체와의 평형에 의해 배지의 pH가 조절된다. 따라서 동물 세포 배양에는 CO2 인큐베이터가 필수적이며, 챔버의 내부에는 CO2 센서를 설치하여 CO2의 농도를 일정하게 유지해야 한다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 제2 발열체(H2)는 챔버(11)의 외측면을 감싸도록 밀착결합되어 챔버(11)를 가열시키게 된다. 본 발명의 일 실시예에서는 제2 발열체(H2)를 포함하여 가스켓(50)에 삽입되는 제1 발열체(H1), 도어(30)에 결합되는 제3 발열체(H3) 및 전단면판(13)의 내측면에 설치되는 제4 발열체(H4)는 전열선으로 이루어진다. 물론, 제1 내지 제4 발열체(H4)는 전원이 인가되면 발열하는 다양한 종류의 전기저항체로 이루어질 수 있다. 제1 내지 제4 발열체(H4)는 각각 제어부(70)에 의해 온도가 일정하게 제어되며, 이에 대한 자세한 설명은 제어부(70)의 설명과 함께 후술하기로 한다.

하우징(12)은 챔버(11)와 이격된 상태에서 챔버(11)의 주위에 구비되어 외부환경으로부터 챔버(11)를 보호한다. 챔버(11)의 하단부는 복수의 지지대에 의해 하우징(12)의 하부에 결합된다. 하우징(12)의 하단에는 인큐베이터(1)가 테이블 등에 놓이도록 지지다리(12a)가 결합된다. 지지다리(12a)는 높이조정가능하게 형성될 수 있다.

전단면판(13)은 챔버(11)와 하우징(12)의 앞쪽 단부를 서로 연결하는 부분으로서, 수용공간(15)의 테두리부를 따라 가스켓(50)이 결합되는 결합홀(13a)이 형성된다. 전단면판(13)의 내측면에는 제4 발열체(H4)가 밀착결합되어 전단면판(13)을 가열한다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 가스켓(50)은 도어(30)가 닫히면 수용공간(15)을 실링하여 외부로부터 밀폐시키게 된다. 가스켓(50)은 결합홀(13a)에 삽입되어 결합되는 결합부(52) 및 결합부(52)로부터 앞쪽으로 돌출되어 도어(30)에 밀착되는 실링부(51)를 포함하여 이루어진다.

실링부(51)의 내부에는 길이방향을 따라 제1 발열체(H1)가 삽입되는 삽입홀(51a)이 형성된다. 제1 발열체(H1)는 제어부(70)의 제어에 의해 가스켓(50)을 가열하게 된다.

결합부(52)에는 내주면과 외주면을 따라 결합홀(13a)에 끼워지는 홈부(52b)가 각각 형성된다. 홈부(52b)가 결합홀(13a)에 끼워지면 전단면판(13)의 결합홀(13a) 주변은 결합부(52)와 실링부(51)에 의해 탄력적으로 가압되어 결합홀(13a)을 통한 외부 공기의 진입이 차단된다.

도 5에 도시된 바와 같이, 결합부(52)는 결합홀(13a)에 삽입결합된 상태에서 제1 단열재(14)의 단부를 따라 밀착되어, 챔버(11)와 제1 단열재(14) 사이에 밀폐된 제1 단열공간(16)이 마련된다. 제2 발열체(H2)는 제1 단열공간(16) 내에서 발열하게 되고, 제2 발열체(H2)의 열에너지는 전도의 형태로 챔버(11)로 전달되어 수용공간(15)의 온도를 상승시키게 된다.

도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 도어(30)는 캐비넷(10)에 힌지결합되어 수용공간(15)을 개방시키거나 차폐시키는 구성으로서, 수용공간(15)의 차폐시 가스켓(50)과 밀착되고 제3 발열체(H3)에 의해 가열되는 가열판(31)과, 가열판(31)의 바깥면을 에워싸는 커버(32)와, 가열판(31)과 커버(32) 사이에 구비되는 제2 단열재(33)를 포함하여 구성된다.

커버(32)에는 도어(30)를 개폐하기 위한 손잡이(32a)와 도어(30)의 닫힌 상태를 잠그는 잠금장치(32b)가 형성된다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 제3 발열체(H3)는 가열판(31)과 제2 단열재(33) 사이에서 가열판(31)에 결합되어 제어부(70)의 제어에 따라 가열판(31)의 온도를 상승시킨다.

가열판(31)과 제2 단열재(33) 사이에는 밀폐된 제2 단열공간(34)이 마련된다. 제3 발열체(H3)는 제2 단열공간(34) 내에서 발열하게 되고, 제3 발열체(H3)의 열에너지는 대부분 전도의 형태로 가열판(31)으로 전달되어 도어(30)의 폐쇄시 수용공간(15)의 온도를 상승시키게 된다. 가열판(31)의 일측에는 가열판(31)의 온도정보를 제어부(70)에 송출하는 제2 온도센서(S2)가 결합된다.

도어(30)가 닫히면, 가열판(31)이 가스켓(50)의 실링부(51)에 밀착되어 수용공간(15)이 밀폐되며, 도어(30)가 닫힌 상태에서 수용공간(15)은 챔버(11), 가열판(31) 및 가스켓(50)에 의해 둘러싸이게 된다. 이때, 챔버(11)는 제2 발열체(H2)에 의해 가열되고, 가열판(31)은 제3 발열체(H3)에 의해 가열되며, 가스켓(50)은 제1 발열체(H1)에 의해 가열됨으로써 수용공간(15)을 둘러싸는 모든 구성이 발열하여 챔버 내부는 온도가 균일한 상태를 이루게 된다.

그리고, 챔버(11)는 제1 단열재(14)와 결합부(52)에 의해 제1 단열공간(16)으로 둘러싸이고, 가열판(31)은 제2 단열재(33)에 의해 제2 단열공간(34)으로 둘러싸이게 됨으로써 챔버(11)와 도어(30)를 통한 열손실이 방지된다.

도 6을 참조하면, 가스켓(50)의 바깥쪽에는 가스켓(50)을 통한 열손실이 방지되도록 가스켓(50), 전단면판(13) 및 가열판(31)에 의해 둘러싸이는 가열공간(35)이 형성된다.

가열공간(35)은 가스켓(50)의 제1 발열체(H1)와 전단면판(13)의 제4 발열체(H4) 및 가열판(31)의 제3 발열체(H3)에 의해 가열되는 공간으로서, 제1 단열공간(16) 및 제2 단열공간(34)처럼 가스켓(50)을 통한 챔버(11) 내의 열손실을 차단시키는 기능을 한다.

이와 같이, 챔버(11) 내부는 열을 방출하는 구성들에 의해 둘러싸이고, 열을 방출하는 구성들은 단열공간(16,34) 및 가열공간(35)으로 둘러싸임에 따라 챔버(11) 내부의 열손실은 극소화되는 효과가 있다.

도 1 및 도 5에 도시된 바와 같이, 커버(32)의 전면에는 인큐베이터(1)의 작동상태를 표시하는 디스플레이부(90)가 결합된다. 사용자는 디스플레이부(90)를 통해 챔버(11) 내부의 온도, 습도, CO2 농도 및 작동시간 등을 확인할 수 있으며, 디스플레이부(90)에 구비된 조작부(미도시)를 통해 온도, 습도, CO2 농도 및 작동시간 등을 설정하거나 인큐베이터(1)를 온/오프 시킬 수도 있다.

디스플레이부(90)의 안쪽에는 제어부(70)가 설치된다. 제어부(70)는 제1 내지 제3 온도센서(S3)로부터 피드백(feedback)된 온도를 참조하여 수용공간(15)의 경계를 형성하는 챔버(11), 가열판(31) 및 가스켓(50)의 온도가 균일하게 유지되도록 제1 내지 제4 발열체(H4)에 인가되는 전원을 제어하게 된다.

제어부(70)는 제1 내지 제4 발열체(H4)에 인가되는 교류전압 또는 직류전압을 설정된 제어 알고리즘에 따라 각각 제어하게 된다.

도 7을 참조하면, 직류전압의 경우 제어부(70)는 제1 내지 제4 발열체(H1,H2,H3,H4)의 피드백 값에 따라 PID 제어 알고리즘을 통하여 전압 출력을 PWM(pulse width modulation) 방법으로 제어하게 된다.

PID 제어(proportional integral derivative control)는 제어 변수와 기준 입력 사이의 오차에 근거하여 계통의 출력이 기준 전압을 유지하도록 하는 피드백 제어의 일종으로, 비례(Proportional) 제어와 비례 적분(Proportional-Integral) 제어, 비례 미분(Proportional-Derivative) 제어를 조합한 제어방법이다.

도 8을 참조하면, 일반 산업이나 가정에서 사용되는 110V 또는 220V의 교류전압이 연결되는 경우에는, 노이즈를 감소시키기 위해 교류전압의 제로크로싱(zero-crossing)을 검출하여 제로크로싱 시점에 제1 내지 제4 발열체(H1,H2,H3,H4)에 인가되는 교류전압을 각각 온/오프시키는 방법을 사용하게 된다.

제1 내지 제3 온도센서(S1,S2,S3)의 피드백 값에 따라 마이크로프로세서에 입력된 PID 제어 알고리즘을 통하여 제1 내지 제4 발열체(H1,H2,H3,H4)를 각각 온/오프시키게 되며, 트라이액(triac)이나 릴레이(relay) 회로 등으로 제어한다.

제어부(70)는 가스켓(50)에 설치된 제3 온도센서(S3)의 피드백 값을 받아서 챔버(11)에 설치된 제1 온도센서(S1)의 피드백 값과 비교하여 가스켓(50)의 온도가 챔버(11)의 온도보다 0.1~0.5도 정도 높게 형성되도록 제1 발열체(H1)에 인가되는 전원을 제어함으로써 챔버(11) 내부의 온도균일성을 향상시키게 된다. 이때, 가열판(31)의 온도도 챔버(11)의 온도보다 0.1~0.5도 정도 높게 형성되도록, 가열판(31)에 설치된 제2 온도센서(S2)의 피드백 값을 받아서 제3 발열체(H3)에 인가되는 전원을 제어하게 된다.

가스켓(50) 및 가열판(31)의 온도가 0.1~0.5도 정도 높게 형성되더라도 챔버(11) 내부에서는 응결이 발생하지 않으며, 챔버(11)보다 외부 대기와 가까운 위치에 구비되는 가스켓(50) 및 가열판(31)의 온도를 0.1~0.5도 정도 높게 형성하면 도어(30) 및 가스켓(50)의 미량 열손실 대비 챔버(11) 내부의 온도균일성이 보다 향상되는 효과가 있다.

한편, 가스켓(50)의 두께가 얇은 경우 가스켓(50)에 온도센서를 설치하지 않고 가열판(31)에 설치된 제2 온도센서(S2)의 피드백 값을 받아서 가열판(31) 및 가스켓(50)의 온도가 챔버(11)의 온도보다 0.1~0.5도 정도 높게 형성되도록 제1 발열체(H1) 및 제3 발열체(H3)에 인가되는 전원을 제어할 수도 있다.

이때, 가스켓(50)에 결합된 제1 발열체(H1)와 가열판(31)에 결합된 제3 발열체(H3)의 온도 제어는 제1 발열체(H1)와 제3 발열체(H3)의 비율로 제어할 수 있다.

즉, 전열선과 같이 전류에 의한 발열작용을 이용하는 발열체의 경우 발열체의 길이에 따라 저항값이 비례적으로 변하게 되는데, 제3 발열체(H3)는 제1 발열체(H1)보다 상대적으로 길게 형성되므로, 제1 발열체(H1)와 제3 발열체(H3)를 길이에 따른 저항 비례적인 비율로 전원을 인가하게 되면 같은 단위의 전력을 사용하더라도 가스켓(50)과 가열판(31)의 온도제어를 정확하게 할 수 있게 된다. 전단면판(13)의 제4 발열체(H4)도 동일한 방법으로 온도제어를 할 수 있다.

도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배양용 인큐베이터(2)는 가스켓(50)이 도어(30)에 결합될 수 있다.

가스켓(50)은 도어(30)가 닫힐 경우 수용공간(15)의 전단 테두리를 따라 밀착되도록 가열판(31)에 결합되며, 가스켓(50)의 결합부(52)가 삽입결합되는 결합홀(31a)은 가열판(31)에 형성된다. 가스켓(50)이 결합홀(31a)에 결합되면, 결합부(52)의 단부는 제2 단열재(33)에 밀착됨으로써 수용공간(15)에 대한 열차단을 하는 제2a 단열공간(34a)과 분리되어 가열공간(35)에 대한 열차단을 하는 제2b 단열공간(34b)을 형성하게 된다.

한편, 제1 단열재(14)는 제1 단열공간(16)이 밀폐되도록 전단면판(13)의 내측면에 밀착된다.

본 발명에 의하면, 캐비넷(10)과 도어(30) 사이에 개재되어 수용공간(15)을 밀폐시키는 가스켓(50)이 제1 발열체(H1)에 의해 가열됨에 따라 배양시료가 수용되는 수용공간(15)을 둘러싸는 구성들의 온도가 일정하게 유지되어 응결수의 발생이 방지되는 배양용 인큐베이터(1,2)를 제공할 수 있게 된다.

또한, 도어(30)의 안쪽면은 제3 발열체(H3)에 의해 가열되고 전단면판(13)은 제4 발열체(H4)에 의해 가열됨에 따라 가스켓(50)의 바깥쪽에 가스켓(50), 전단면판(13) 및 가열판(31)에 의해 둘러싸이는 가열공간(35)이 마련됨으로써 단일구조의 도어(30)를 설치하여도 챔버(11) 온도의 균일성을 유지할 수 있고 도어(30)나 도어(30) 주변의 응결현상이 방지되도록 이루어지는 배양용 인큐베이터(1,2)를 제공할 수 있게 된다.

앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

1 : 인큐베이터 10 : 캐비넷
30 : 도어 50 : 가스켓
70 : 제어부 90 : 디스플레이부
11 : 챔버 31 : 가열판
12 : 하우징 32 : 커버
13 : 전단면판 33 : 제2 단열재
14 : 제1 단열재 34 : 제2 단열공간
15 : 수용공간 35 : 가열공간
16 : 제1 단열공간 51 : 실링부
S1 : 제1 온도센서 52 : 결합부
S2 : 제2 온도센서
S3 : 제3 온도센서
H1 : 제1 발열체
H2 : 제2 발열체
H3 : 제3 발열체
H4 : 제4 발열체

Claims (15)

1. 내부에 배양시료가 수용되는 수용공간이 형성되도록 전방이 개구된 캐비넷;
   상기 수용공간이 개방되거나 차폐되도록, 상기 캐비넷에 결합되는 도어; 및
   상기 캐비넷과 도어 사이에 개재되어 상기 수용공간을 밀폐시키고, 제1 발열체에 의해 가열되는 가스켓을 포함하는 것을 특징으로 하는 배양용 인큐베이터.
2. 제1항에 있어서,
   상기 가스켓은 상기 수용공간의 전단 테두리를 따라 형성되고, 내부에는 길이방향을 따라 삽입홀이 마련되며, 상기 삽입홀에는 상기 제1 발열체가 삽입되는 것을 특징으로 하는 배양용 인큐베이터.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1 발열체는, 전기 에너지를 열에너지로 변환시키는 전열선으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 배양용 인큐베이터.
4. 제2항에 있어서,
   상기 가스켓은 상기 캐비넷 또는 도어에 결합되는 것을 특징으로 하는 배양용 인큐베이터.
5. 제4항에 있어서,
   상기 가스켓은,
   상기 수용공간 전단 테두리를 따라 상기 캐비넷에 결합되는 결합부; 및
   상기 결합부로부터 앞쪽으로 돌출되어 상기 도어에 밀착되며, 내부에 상기 삽입홀이 형성되는 실링부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배양용 인큐베이터.
6. 제5항에 있어서,
   상기 캐비넷은,
   상기 수용공간을 형성하고, 제2 발열체에 의해 가열되는 챔버;
   상기 챔버와 이격되어 상기 챔버를 둘러싸는 하우징; 및
   상기 챔버와 상기 하우징의 앞쪽 단부에 형성되는 전단면판을 포함하고,
   상기 가스켓은 상기 전단면판 상에 결합되는 것을 특징으로 하는 배양용 인큐베이터.
7. 제6항에 있어서,
   상기 챔버와 상기 하우징 사이에는 제1 단열재가 형성되고,
   상기 결합부는 상기 제1 단열재와 밀착되는 것을 특징으로 하는 배양용 인큐베이터.
8. 제7항에 있어서,
   상기 도어는,
   상기 수용공간의 차폐시 상기 가스켓과 밀착되고, 제3 발열체에 의해 가열되는 가열판;
   상기 가열판의 바깥면을 에워싸는 커버; 및
   상기 가열판과 커버 사이에 구비되는 제2 단열재를 포함하는 것을 특징으로 하는 배양용 인큐베이터.
9. 제4항에 있어서,
   상기 가스켓은,
   상기 수용공간 전단 테두리에 대응되는 위치를 따라 상기 도어에 결합되는 결합부; 및
   상기 결합부로부터 앞쪽으로 돌출되어 상기 케비넷에 밀착되며, 내부에 상기 삽입홀이 형성되는 실링부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배양용 인큐베이터.
10. 제9항에 있어서,
    상기 도어는,
    상기 수용공간을 차폐하고, 제3 발열체에 의해 가열되는 가열판;
    상기 가열판의 바깥면을 에워싸는 커버를 포함하고,
    상기 가스켓은 상기 가열판 상에 결합되는 것을 특징으로 하는 배양용 인큐베이터.
11. 제10항에 있어서,
    상기 가열판과 커버 사이에는 제2 단열재가 형성되고,
    상기 결합부는 상기 제2 단열재와 밀착되는 것을 특징으로 하는 배양용 인큐베이터.
12. 제11항에 있어서,
    상기 캐비넷은,
    상기 수용공간을 형성하고, 제2 발열체에 의해 가열되는 챔버;
    상기 챔버와 이격되어 상기 챔버를 둘러싸는 하우징;
    상기 챔버와 상기 하우징의 앞쪽 단부에 형성되는 전단면판; 및
    상기 챔버와 상기 하우징 사이에 형성되는 제1 단열재를 포함하는 것을 특징으로 하는 배양용 인큐베이터.
13. 제8항 또는 제12항에 있어서,
    상기 전단면판은 제4 발열체에 의해 가열되고,
    상기 가스켓의 바깥쪽에는 상기 가스켓, 전단면판 및 가열판에 의해 둘러싸이는 가열공간이 형성되는 것을 특징으로 하는 배양용 인큐베이터.
14. 제8항 또는 제12항에 있어서,
    상기 챔버에는 제1 온도센서가 설치되고,
    상기 가열판의 안쪽면에는 제2 온도센서가 설치되며,
    상기 도어 안쪽면의 온도가 상기 챔버의 온도와 같거나 높게 형성되도록, 상기 제1 온도센서 및 제2 온도센서의 신호를 감지하여 상기 제2 발열체 및 제3 발열체에 인가되는 전원을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배양용 인큐베이터.
15. 제14항에 있어서,
    상기 가스켓의 내부 또는 주변에는 제3 온도센서가 설치되고,
    상기 제어부는, 상기 가스켓의 온도가 상기 챔버의 온도와 같거나 높게 형성되도록, 상기 제3 온도센서의 신호를 감지하여 상기 제1 발열체에 인가되는 전원을 제어하는 것을 특징으로 하는 배양용 인큐베이터.

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