항온조란?
항온조는 주로 과학 실험에 사용되는 장비의 일종으로, 장시간 온도를 일정하게 조절할 수 있는 용기입니다.
주로 온도를 변화시키는 타입과 수온을 변화시키는 타입(항온수조)이 있습니다. 탁상에서 사용할 수 있는 타입, 대형 냉장고와 같은 타입, 한 방을 항온조처럼 조절할 수 있는 타입까지 용도와 목적에 따라 크기와 사양이 다양합니다.
항온조 사용 용도
일반적으로 실험실 등에서 많이 사용되는 항온조는 물/오일조 및 항온건조기가 많이 사용되고 있습니다.
항온수/오일조는 주로 화학/생물 실험에서 플라스크 내에 시료를 넣고 교반하면서 온도를 일정하게 유지할 때 등에 사용합니다.
사용법은 간단하며, 기기에 설치된 탱크에 물 또는 오일을 넣고 온도 설정을 하는 방식입니다. 단, 장시간 실험을 진행하기 때문에 물탱크의 경우 물의 증발에 의한 감소에 주의해야 하며, 오일탱크의 경우 100℃ 이상에서 주로 사용하게 되므로 화상에 주의해야 합니다.
또한 항온건조기, 항온고습조는 반도체 건조나 미생물 배양, 실험 외에도 기구의 건조에도 사용됩니다.
사용법은 간단하며, 문을 열고 시료를 넣고 승온 속도, 목적 온도, 유지 시간 등을 설정한 후 건조 및 시료 관찰을 하면 됩니다. 또한, 가열뿐만 아니라 저온 실험에도 사용할 수 있는 냉각기능이 부착된 장비도 있습니다. 단, 냉매로 프레온 등을 사용하는 경우가 있으므로 전문 업체에 위탁하는 것이 필요합니다.
한편, 최근에는 펠티에 소자를 사용한 항온조도 있습니다. 펠티에 소자는 전류의 방향을 바꾸어 냉각과 가열을 할 수 있다. 저전력, 프레온이 없고, 소형이며 미세한 온도 조절이 가능한 것이 특징입니다.
그림 1. 항온조의 방열 및 냉각
항온조의 원리
항온조는 기본적으로 온도를 유지하는 용기, 가열(또는 냉각)기, 온도센서와 온도제어장치로 구성되어 있습니다. 습도를 조절하는 경우 가습기나 제습기, 용기 내 온도를 균일하게 하기 위한 팬이나 교반기 등이 용도에 따라 설치됩니다. 가습기, 냉각기, 제습기에 의해 온도를 변화시키고, 온도 센서에 의해 원하는 온도를 유지합니다.
항온조는 주로 온도를 일정하게 유지하도록 설계되어 있지만, 용도에 따라 온도를 일정 시간마다 상승, 하강을 반복하거나 일정한 경사로 상승, 하강하도록 프로그램을 설정하는 것도 가능합니다.
임의의 프로그램 설정 시 항온조 본체의 플러그 램 장치에 의존하기 때문에 개별 제품의 기능에 따라 달라집니다. 또한, 통신 인터페이스가 내장된 제품이라면 PC를 이용하여 원격 조작도 가능하다. 데이터 기록에 있어서도 항온조 내장 메모리에 직접 기록할 수 있는 타입과 외부 기기에 저장할 수 있는 타입이 있으므로 사용 용도에 따라 사양을 선택해야 합니다.
항온조 구조
그림 2. 항온조의 구조
항온조는 대략 한 변이 30cm~수m 정도의 크기로 실험실 등에 설치가 가능합니다.
일반적인 구조는 탱크의 외곽 프레임, 일부 기기에서는 주변 온도 변화의 영향을 막기 위해 문이나 단열재가 부착되어 있어 탱크 내부를 외부와 차단할 수 있는 구조로 되어 있습니다. 또한, 장시간 동안 온도를 일정하게 유지하기 위한 제어장치가 설치되어 있습니다.
개별 기기에 초점을 맞추면, 항온수조의 경우 수조 전체가 외곽 프레임으로 덮여 있는 것과 그렇지 않은 것으로 나뉩니다. 두 경우 모두 물을 담는 케이스가 설치되어 있으며, 물의 증발 온도 이하로 온도 조절이 이루어집니다. 또한 100도 이상의 실험을 할 경우 물로는 온도를 유지할 수 없기 때문에 오일로 가열을 하는 장치도 있습니다.
그 외 항온건조기 등에서는 타이머나 승온 프로그램이 도입되어 실험 용도에 맞는 온도와 승온 속도를 설정할 수 있습니다.
항온조의 종류
주요 종류는 인큐베이터, 항온건조기, 항온수조, 환경시험기(사이클 시험기, 항온항습조 등)가 있다. 인큐베이터는 과학 실험에서 미생물이나 세포를 배양하는 데 사용됩니다. 또한 산업 분야에서는 알을 부화시키기 위한 부화기, 의료 분야에서는 저체중아의 체온을 적절히 유지하기 위한 인큐베이터도 인큐베이터에 포함됩니다. 항온건조기, 항온수조, 환경시험기는 생화학 분야, 유기화학 분야 등 폭넓게 사용되며 다양한 목적으로 분석 시험에 사용됩니다.