KR100609736B1 - 미세조류 배양장치 및 미세조류 배양방법 - Google Patents

미세조류 배양장치 및 미세조류 배양방법 Download PDF

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Abstract

배양액의 충분한 교반을 실현해서 높은 생산성을 얻을 수 있음과 아울러, 미세조류의 배양용기 벽면에의 부착이나 배양용기 저면에의 침전을 방지하여 장기에 걸쳐 높은 배양효율을 유지할 수 있는 미세조류 배양장치 및, 미세조류 배양방법을 제공한다.
정상부에 가스배출용 개구부(17)를 갖는 배양용기(2) 내에 배양액(11)을 넣고, 상기 배양액(11) 중에 이산화탄소를 함유하는 가스를 주입하면서, 가시광선을 입사시킴으로써 배양용기(2) 내에서 미세조류를 배양하는 미세조류 배양장치(1)에 있어서, 배양용기(2)를 가로배치된 내부통(4)과 외부통(5)으로 이루어지는 이중원통상으로 성형함과 아울러, 적어도 외부통(5)을 가시광선을 투과하는 투명재료로 구성하고, 가스주입구(5b)를 배양용기(2) 내 하부에 개구시킨다. 가스주입구(5b)로부터 가스를 주입함으로써 배양용기(2) 내에 배양액(11)의 선회류를 형성한다.

Description

미세조류 배양장치 및 미세조류 배양방법{DEVICE AND METHOD FOR CULTIVATING MICRO ALGAE}
본 발명은 광합성생물인 미세조류를 배양하기 위한 클로즈드형의 미세조류 배양장치 및 미세조류 배양방법에 관한 것이다.
광합성생물인 미세조류는 이산화탄소를 흡수해서 광합성작용에 의해 비타민류, 아미노산, 색소류, 단백질, 다당류, 지방산 등의 유용성분을 제조하기 때문에, 양식의 사료용 등으로서 배양되고 있다. 또, 이런 종류의 미세조류는 지구온난화의 원인 중, 하나가 되는 이산화탄소를 처리하는 수단으로서도 이용되고, 최근, 이것을 대량으로 배양하는 배양장치가 연구되고 있다.
그러나, 배양장치는 배양액 중에서 미세조류를 배양하는 것으로서, 광합성에 필요한 광은 주로 태양광선을 이용하고, 이산화탄소는 공기 또는 이산화탄소와 공기의 혼합기체를 배양액에 주입함으로써 공급한다.
그러나, 배양장치에 있어서 태양 에너지를 효과적으로 이용해서 미세조류를 효과적으로 배양하기 위해서는,
(1)수광량이 많은 것
(2)배양액을 충분히 교반하고, 미세조류에 효과적으로 광을 조사하고, 영양 분과 이산화탄소를 균일하게 공급함과 아울러, 미세조류로부터 배출되는 산소를 제거하는 것
(3)배양액의 체류가 없는 교반을 실현하고, 미세조류의 벽면부착에 의한 광투과의 저하나 콜로니의 형성에 의한 침전방지를 도모하는 것이 필요해진다.
종래, 미세조류의 배양법으로서, 배양지나 레이스웨이형 배양지 등을 이용한 오픈형 배양방식이 실시되고 있지만, 이 방식에서는 배양액의 충분한 교반이 불가능하기 때문에 광이 표층에만 도달하고, 배양농도가 낮고, 먼지나 쓰레기 또는 공기중의 부유미생물 등의 혼입을 방지할 수 없기 때문에 고pH, 고염분농도 등의 특수한 조건하에서의 배양이 가능한 미세조류밖에 배양할 수 없고, 또한 배양액의 온도조정이 곤란하다라는 등의 문제가 있다.
그래서, 배양용기 내에 배양액을 넣고, 상기 배양액 중에 이산화탄소를 함유하는 가스를 주입하고, 가시광선을 입사시킴으로써 배양용기 내에서 미세조류를 배양하는 클로즈드형의 배양장치가 여러가지 제안되고 있다.
그러나, 클로즈드형의 배양장치의 설치면적당의 용량은 오픈형 배양방식의 그것에 비해 작고, 높은 생산성을 올리기 위해서는 고농도배양이 필요해진다.
그러나, 클로즈드형의 배양장치에 있어서는, 광은 수광벽면측으로부터 내부에 이름에 따라서 감쇠하기 때문에, 광에 노출되는 조류와 노출되지 않는 조류가 생겨버리고, 따라서, 장치 내에서의 배양액의 충분한 교반이 없으면 모든 조류에 공평하게 수광시킬 수 없고, 고생산성을 달성할 수 없다는 문제가 있다.
또, 클로즈드형의 배양장치에 있어서는 배양용기의 내벽에 미세조류가 부착 하거나, 배양용기 내에서 미세조류가 콜로니를 형성하여 침전되기 때문에, 광의 투과가 차단되어 배양효율이 현저히 저하된다는 문제가 있다. 또한, 배양용기 내에서 미세조류가 침전되면 박테리아의 온상이 되고, 배양액이 부패하는 원인도 된다.
본 발명은 상기 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 배양액의 충분한 교반을 실현하여 높은 생산성을 얻을 수 있음과 아울러, 미세조류의 배양용기벽면에의 부착이나 배양용기저면에의 침전을 방지하여 장기에 걸쳐 높은 배양효과를 유지할 수 있는 미세조류 배양장치 및 미세조류 배양방법을 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 청구의 범위 제 1항에 기재된 발명은 정상부에 개구부를 갖는 배양용기 내에 배양액을 넣고, 상기 배양액 중에 이산화탄소를 함유하는 가스를 주입하면서, 가시광선을 입사시킴으로써 상기 배양용기 내에서 미세조류를 배양하는 미세조류 배양장치에 있어서, 상기 배양용기를 가로배치된 내부통과 외부통으로 이루어지는 이중원통상으로 성형함과 아울러, 적어도 외부통을 가시광선을 투과하는 투명재료로 구성하고, 상기 배양용기 내에 상기 배양액의 선회류를 형성하기 위한 가스를 주입하는 주입구를 배양용기 내 하부에 개구시킨 것을 특징으로 한다.
청구의 범위 제 2항에 기재된 발명은, 청구의 범위 제 1항에 기재된 발명에 있어서, 상기 내부통과 외부통을 원통, 타원통 또는 장원통(長圓筒)으로 구성함과 아울러, 이들 내부통과 외부통을 동심 또는 편심시켜서 배치한 것을 특징으로 한 다.
청구의 범위 제 3항에 기재된 발명은, 정상부에 개구부를 갖는 배양용기 내에 배양액을 넣고, 상기 배양액 중에 이산화탄소를 함유하는 가스를 주입하면서, 가시광선을 입사시킴으로써 상기 배양용기 내에서 미세조류를 배양하는 미세조류 배양방법에 있어서, 동심으로 가로배치된 내부통과 외부통으로 이중원통상으로 성형되고, 적어도 외부통을 가시광선을 투과시키는 투명재료로 구성하여 이루어지는 배양용기의 하부에 개구되는 가스주입구를, 내부통과 외부통의 중심축을 통과하는 연직면의 좌우 어느 한쪽에 배치하고, 상기 가스주입구로부터 상기 가스를 주입함으로써 배양용기 내에 상기 배양액의 선회류를 형성하는 것을 특징으로 한다.
청구의 범위 제 4항에 기재된 발명은, 정상부에 개구부를 갖는 배양용기 내에 배양액을 넣고, 상기 배양액 중에 이산화탄소를 함유하는 가스를 주입하면서, 가시광선을 입사시킴으로써 상기 배양용기 내에서 미세조류를 배양하는 미세조류 배양방법에 있어서, 편심되어 가로배치된 내부통과 외부통으로 이중원통상으로 성형되고, 적어도 외부통을 가시광선이 투과하는 투명재료로 구성하여 이루어지는 배양용기의 하부에 개구하는 가스주입구를, 내부통의 중심축을 통과하는 연직면의 좌우 어느 한쪽에 배치하고, 상기 가스주입구로부터 상기 가스를 주입함으로써 배양용기 내에 상기 배양액의 선회류를 형성하는 것을 특징으로 한다.
청구의 범위 제 5항에 기재된 발명은, 청구의 범위 제 3항 또는 제 4항에 기재된 발명에 있어서, 상기 배양용기의 내부통의 중심축을 통과하는 연직면의 좌우에 상기 가스주입구를 배치하고, 양가스주입구를 소정시간마다 교대로 전환함으로 써 배양용기 내의 배양액의 선회방향을 교대로 전환하는 것을 특징으로 한다.
청구의 범위 제 6항에 기재된 발명은, 청구의 범위 제 3항 또는 제 4항에 기재된 발명에 있어서, 상기 배양용기의 길이방향에 복수의 가스주입구를 배치하고, 배양용기의 일단측의 가스주입구로부터 가스를 소정의 시간차를 두고 순차주입함으로써 배양용기 내에 배양액의 상기 배양용기의 길이방향을 따라 변화하는 선회류를 형성하는 것을 특징으로 한다.
청구의 범위 7항에 기재된 발명은, 청구의 범위 제 3항 또는 제 4항에 기재된 발명에 있어서, 상기 배양용기의 길이방향을 따라 복수의 가스주입구를 내부통의 중심축을 통과하는 연직면의 좌우에 교대로 배치하고, 각 가스주입구로부터 가스를 주입함으로써 배양용기 내에 방향이 길이방향으로 교대로 다른 배양액의 선회류를 형성하는 것을 특징으로 한다.
청구의 범위 제 8항에 기재된 발명은, 청구의 범위 제 3항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 배양용기의 외부통 외면에의 온도조절수의 살수, 외부통의 외측에 형성된 수통로(水通路)에의 온도조절수의 통수(通水) 또는 내부통 내에의 온도조절수의 통수에 의해 상기 배양액의 온도를 컨트롤하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 청구의 범위 제 1항에 기재된 발명에 의하면, 상기 배양용기 내에 상기 배양액의 선회류를 형성하기 위한 가스를 주입하는 가스주입구를 배양용기 내 하부에 개구시키도록 했기 때문에, 가스의 주입에 의해 배양용기 내에 배양액의 선회류를 형성해서, 배양액의 충분한 교반이 이루어져 모든 미세조류를 공평하게 수광할 수 있고, 이로 인해 고생산성을 달성할 수 있다. 또, 배양용액 내에서의 기포통과시의 혼상난류(混相亂流)와 벽면에 있어서의 난류경계층 및 이중원통상을 이루는 배양용기의 곡면벽을 따라 배양액이 흐르는 것에 따른 겔트리(goertler)소용돌이에 의해, 외부통의 곡면벽으로부터 내부통의 곡면벽 및 내부통의 곡면벽으로부터 외부통의 곡면벽을 향하는 소용돌이가 발생하고, 이 소용돌이에 의해 배양액이 체류하는 일없이 충분히 교반되기 때문에, 미세조류가 배양용기의 벽면에 부착하거나 콜로니를 형성해서 침전하는 일이 없어지고, 미세조류에 의해 광의 투과가 차단되는 일이 없고, 미세조류는 효과적으로 또한 균일하게 수광되기 때문에 미세조류를 효과적으로 배양할 수 있고, 장기에 걸쳐 높은 배양효율을 유지할 수 있다. 또한, 배양용기를 내압강도가 높은 내부통과 외부통으로 구성했기 때문에, 그 판두께를 작게 억제하여 장치의 경량화 및 비용절감을 도모할 수 있다.
청구의 범위 제 2항에 기재된 발명에 의하면, 원통, 타원통 또는 장원통으로 이루어지는 내부통과 외부통을 동심 또는 편심시켜서 배치함으로써 배양용기를 쉽게 구성할 수 있다.
청구의 범위 3항에 의하면, 동심으로 가로배치된 내부통과 외부통으로 이중원통상으로 성형되고, 적어도 외부통을 가시광선이 투과하는 투명재료로 구성하여 이루어지는 배양용기의 하부에 개구하는 가스주입구를, 내부통과 외부통의 중심축을 통과하는 연직면의 좌우 중 어느 한쪽에 배치하고, 또, 상기 가스주입구로부터 상기 가스를 주입함으로써 배양용기 내에 상기 배양액의 선회류를 형성하기 때문에, 배양액의 충분한 교반이 쉽게 이루어져 모든 미세조류가 공평하게 수광될 수 있고, 이것에 의해 고생산성을 달성할 수 있다. 또, 배양액 내에서의 기포통과시의 혼상난류와 벽면에 있어서의 난류경계층 및 이중원통상을 이루는 배양용기의 곡면벽을 따라서 배양액이 흐르는 것에 의한 겔트리소용돌이를 쉽게 발생시킴으로써, 외부통의 곡면벽으로부터 내부통의 곡면벽 및 내부통의 곡면벽으로부터 외부통의 곡면벽을 향하는 소용돌이를 쉽게 발생시키고, 이 소용돌이에 의해 배양액이 체류되는 일없이 충분히 교반되기 때문에, 미세조류가 배양용기의 벽면에 부착되거나 콜로니를 형성하여 침전되는 일이 없어지고, 미세조류에 의해 광의 투과가 차단되는 일없이, 미세조류는 효율적으로 또한 균일하게 수광되기 때문에 미세조류를 효율적으로 배양할 수 있고, 장기에 걸쳐 높은 배양효율을 유지할 수 있다.
청구의 범위 제4항에 의하면, 편심되어 가로배치된 내부통과 외부통으로 이중원통상으로 성형되고, 적어도 외부통을 가시광선이 투과하는 투명재료로 구성하여 이루어지는 배양용기의 하부에 개구하는 가스주입구를, 내부통의 중심축을 통과하는 연직면의 좌우 중 어느 한쪽에 배치하고, 상기 가스주입구로부터 상기 가스를 주입함으로써 배양용기 내에 상기 배양액의 선회류를 형성하기 때문에, 배양액의 충분한 교반이 쉽게 이루어져 모든 미세조류가 공평하게 수광될 수 있고, 이로 인해 고생산성을 달성할 수 있다. 또 배양용액 내에서의 기포통과시의 혼상난류와 벽면에 있어서의 난류경계층 및 이중원통상을 이루는 배양용기의 곡면벽을 따라 배양액이 흐르는 것에 따른 겔트리소용돌이를 쉽게 발생시킴으로써, 외부통의 곡면벽으로부터 내부통의 곡면벽 및 내부통의 곡면벽으로부터 외부통의 곡면벽을 향하는 소용돌이를 쉽게 발생시키고, 이 소용돌이에 의해 배양액이 체류하는 일없이 충분히 교반되기 때문에, 미세조류가 배양용기의 벽면에 부착되거가 콜로니를 형성하여 침전되는 일이 없어지고, 미세조류에 의해 광의 투과가 차단되는 일이 없고, 미세조류는 효과적으로 또한 균일하게 수광하기 때문에 미세조류를 효율적으로 배양할 수 있고, 장기에 걸쳐 높은 배양효율을 유지할 수 있다.
청구의 범위 제 5항에 기재된 발명에 의하면, 상기 배양용기의 내부통의 중심축을 통과하는 연직면의 좌우에 상기 가스주입구를 배치하고, 양가스주입구를 소정기간마다 교대로 전환함으로써, 배양용기 내의 배양액의 선회방향을 교대로 전환함으로써, 배양액을 더욱 효과적으로 교반할 수 있다.
청구의 범위 6항에 기재된 발명은 즉, 상기 배양용기의 길이방향으로 복수의 가스주입구를 배치하고, 배양용기의 일단측의 가스주입구로부터 가스를 소정의 시간차를 두고 순차 주입함으로써 배양용기 내에 배양액의 상기 배양용기의 길이방향을 따라 변화하는 선회류를 형성함으로써도, 배양액의 충분한 교반을 실현하여 높은 생산성을 얻을 수 있음과 아울러, 미세조류의 배양용기 벽면에의 부착이나 배양용기저면으로의 침전을 방지하여 장기에 걸쳐 높은 배양효율을 유지할 수 있다.
청구의 범위 제 7항에 기재된 발명 즉, 상기 배양용기의 길이방향을 따라 복수의 가스주입구를 내부통의 중심축을 통과하는 연직면의 좌우에 교대로 배치하고, 각 가스주입구로부터 가스를 주입함으로써 배양용기 내에 방향이 길이방향으로 교대로 다른 배양액의 선회류를 형성함으로써도, 배양액의 충분한 교반을 실현하여 높은 생산성을 얻을 수 있음과 아울러, 미세조류의 배양용기 벽면에의 부착이나 배양용기저면에의 침전을 방지하여 장기에 걸쳐 높은 배양효율을 유지할 수 있다.
청구의 범위 제 8항에 기재된 발명에 의하면, 배양용기에의 온도조절수의 살수 또는 통수에 의해 배양액의 온도를 컨트롤할 수 있기 때문에, 배양액을 계절에 상관없이 일년내내 적정온도로 유지할 수 있고, 특히 여름에 있어서의 배양액의 과승온에 의한 조류성장에의 악영향을 효과적으로 해소할 수 있다.
도 1은 본 발명에 관한 미세조류 배양장치의 사시도.
도 2는 본 발명에 관한 미세조류 배양장치의 파단정면도(도 1의 화살표 A방향의 파단면도).
도 3은 본 발명에 관한 미세조류 배양장치의 측단면도.
도 4는 도 3의 B-B선 단면도.
도 5는 본 발명에 관한 미세조류 배양장치의 배양용기의 다른 형태를 나타내는 횡단면도.
도 6은 본 발명에 관한 미세조류 배양장치의 배양용기의 다른 형태를 나타내는 횡단면도.
도 7은 본 발명에 관한 미세조류 배양장치의 배양용기의 다른 형태를 나타내는 횡단면도.
도 8은 본 발명에 관한 미세조류 배양장치의 배양용기의 다른 형태를 나타내는 횡단면도.
도 9는 본 발명에 관한 미세조류 배양장치를 사용한 실제의 생산설비예를 나타내는 사시도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1 미세조류 배양장치 2, 2', 2" 배양용기
4, 4', 4" 내부통 4a, 4a', 5b, 5b" 가스주입구
5, 5, 5" 외부통 6, 7 측벽
11 배양액 14 가스도입파이프
17 가스배출용 개구부 18 캡
19 온도조절수 도입파이프.
이하에 본 발명의 실시예를 첨부도면에 기초해서 설명한다.
도 1은 본 발명에 관한 미세조류 배양장치의 사시도, 도 2는 동 미세조류 배양장치의 파단정면도(도 1의 화살표 A방향의 파단면도), 도 3은 동 미세조류 배양장치의 측단면도, 도 4는 도 3의 B-B선 단면도.
본 발명에 관한 미세조류 배양장치(1)는 외형이 드럼상을 이루는 배양용기(2)를 지지대(3) 상에 가로배치로 설치하여 구성되어 있다.
상기 배양용기(2)는 도 2∼도 3에 나타내는 바와 같이, 이중원통상을 이루고 동심적으로 가로배치된 내부통(4)과 외부통(5)의 좌우양단을 링상의 측벽(6, 7)에 의해 폐쇄해서 구성되어 있다. 즉, 동심적으로 가로배치된 내부통(4)과 외부통(5)의 좌우 양단부에 측벽(6, 7)이 각각 설치되고, 양측벽(6, 7)의 외주연에 돌출된 복수(도시예에서는 각 6개)의 둥근 구멍(도시생략)에 긴 볼트(8)를 수평으로 통과시켜(도 1 참조), 각 볼트(8)의 끝부에 나사결합하는 너트(9)를 체결함으로써 외형 이 드럼상을 이루는 배양용기(2)가 조립된다. 또한, 본 실시예에서는, 긴 볼트(8)를 외부통(5)의 외측에 배치했지만, 이것을 내부통(4)의 내측에 배치해도 좋다. 또한, 각 측벽(6, 7)을 각각 짧은 볼트와 이것에 나사결합하는 너트로 각각 독립적으로 부착하는 구성을 채용해도 좋다. 또한, 내부통(4)과 외부통(5)의 휘어짐을 방지하기 위해 양자간에 스페이서를 사이에 설치해도 좋고, 이 경우, 스페이서에는 구멍을 형성해 놓는 것이 바람직하다.
한편, 프레임체상을 이루는 상기 지지대(3)의 좌우상부에는 측벽(6, 7)의 외형상을 따른 원호상의 고정 브래킷(10)(도 1 및 도 2 참조)이 설치되어 있고, 배양용기(2)는 그 좌우의 측벽(6, 7) 하부의 2개소가 상기 2개의 볼트(8)와 이것에 나사결합하는 너트(9)에 의해 고정 브래킷(10)에 함께 체결됨으로써 지지대(3)에 수평하게 고정지지되어 있다.
그리고, 상기 배양용기(2) 내에 형성된 내부통(4)과 외부통(5) 및 양측벽(6, 7)에 의해 둘러싸여진 공간 내에는 배양액(11)이 주입되고, 그 액위는 내부통(4)의 상단면보다 높아지도록 유지되어 있다. 또한, 내부통(4)과 외부통(5)의 좌우양단은 도시되지 않은 시일부재를 통해서 양측벽(6, 7)에 결합되어 있고, 시일부재의 시일작용에 의해 배양액(11)의 배양용기(2) 밖으로의 누출이 방지되고 있다.
여기서, 배양용기(2)를 구성하는 내부통(4)과 외부통(5) 및 양측벽(6, 7)은 태양광(가시광선)이 투과하는 투명재료로 구성되어 있고, 본 실시예에서는 투명재료로서 아크릴수지를 사용하고 있다. 또한, 투명재료로서는 광투과성이 뛰어나고, 내후성 및 내자외선이 높은 재료이면 임의의 것을 사용할 수 있고, 예를 들면 폴리 카보네이트, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리염화비닐 등의 수지, 유리 등을 선정할 수 있다. 또, 본 실시예에서는 내부통(4)과 외부통(5) 및 양측벽(6, 7)을 투명부재로 구성했지만, 본 발명의 목적을 달성하기 위해서는, 적어도 외부통(5)이 투명부재로 구성되어 있으면 된다.
또, 도 2 내지 도 4에 나타내는 바와 같이, 배양용기(2)의 외부통(5)의 한쪽의 측벽(6)에 가까운 측의 폭방향 중앙하부에는 둥근 구멍형상의 드레인구멍(5a)(도 4 참조)이 형성되어 있고, 이 드레인구멍(5a)에는 드레인파이프(12)가 삽입되어 결착되어 있다. 그리고, 이 드레인파이프(12)의 도중에는 드레인밸브(13)가 설치되어 있고, 이 드레인밸브(13)를 개방함으로써 배양용기(2) 내의 배양액(11)을 외부에 배출할 수 있다.
또한, 배양용기(2)의 외부통(5)의 하부(구체적으로는 도 4에 나타내는 바와 같이, 내부통(4)과 외부통(5)의 중심축을 통과하는 수평면(FH)보다 하방이며, 또한 동 중심축을 통과하는 연직면(FV)의 좌우 중 어느 한쪽)의 길이방향 3개소에는 둥근 구멍형상의 가스주입구(5b)(도 3 및 도 4 참조)가 형성되어 있다.
그리고, 배양용기(2)의 하방에는 가스도입파이프(14)가 길이방향으로 수평하게 연장되어 있고, 이 가스도입파이프(14)로부터 분기하여 배양용기(2) 측을 향해서 연장되는 3개의 지관(15)은 배양용기(2)의 외부통(5)의 하부에 형성된 상기 각 가스주입구(5b)에 각각 삽입되어 결착되어 있다. 또한, 도시하지 않지만, 가스도입파이프(14)는 공기 또는 이산화탄소와 공기의 혼합기체를 공급하는 콤프레서 등의 가스공급원에 접속되어 있다.
한편, 배양용기(2)(외부통)의 정상부에는 원통상의 가스배출통(16)이 부착되어 있고, 그 내부는 배양용기(2) 내에 개구하는 가스배출용 개구부(17)가 형성되어 있다. 그리고, 가스배출통(16)의 상부에는, 하향으로 개구하는 접시를 엎어놓은 형상의 캡(18)이 피복되어 있고, 가스배출용 개구부(17)가 캡(18)에 의해 덮여짐으로써 배양용기(2) 내의 배양액(11)에의 먼지나 쓰레기 또는 공기 중의 부유미생물 등의 혼입을 방지할 수 있다. 또한, 캡(18) 대신에 가스배출용 개구부(17)에 필터를 설치하는 것에 의해서도 같은 효과가 얻어진다.
또, 배양용기(2)의 상부의 상기 가스배출통(16)을 사이에 두고 이것의 좌우에는 온도조절수 도입파이프(19)가 길이방향으로 평행을 이루고 수평하게 연장되어 있고, 이들 온도조절수 도입파이프(19)는 좌우양측벽(6, 7)의 각 상부에 부착된 좌우 한쌍의 지지브래킷(20)에 삽입통과 지지되어 있다. 그리고, 각 온도조절수 도입파이프(19)의 하부에는 도 3에 나타내는 바와 같이 복수의 살수구(19a)가 형성되어 있고, 온도조절수 도입파입프(19)는 냉각수 펌프 등의 도시하지 않은 온도조절수 공급원에 접속되어 있다.
다음에, 이상의 구성을 갖는 미세조류 배양장치(1)의 작용에 관해서 설명한다.
상기 미세조류 배양장치(1)를 옥외에 설치함과 아울러, 배양용기(2)에 배양해야할 미세조류와 배양액(11)을 넣고, 도시하지 않은 가스공급원을 구동하여 이산화탄소를 함유하는 가스(공기 또는 이산화탄소와 공기의 혼합기체)를 가스도입파이 프(14)에 흐르게 하면, 가스는 3개의 지관(15)으로부터 배양용기(2) 내에 공급된다.
배양용기(2) 내에 공급된 가스는, 배양용기(2)의 저부 3개소로부터 도 4에 나타내는 기포가 되어 배양용기(2) 내를 상승하고, 그 과정에서 배양액(11) 중의 미세조류에 이산화탄소를 공급한다. 그리고, 이 가스의 기포의 상승에 의해, 배양용기(2) 내에는 도 4에 화살표로 나타내는 바와 같이 동일방향(도 4에 있어서 반시계방향)으로 선회하는 배양액(11)의 흐름이 형성된다.
또, 투명부재로 이루어지는 외부통(5) 및 측벽(6, 7)을 투과해서 태양광선이 배양용기(2) 내에 입사하기 때문에, 배양용기(2) 내의 미세조류는 광합성작용에 의해 비타민류, 아미노산, 색소류, 단백질, 다당류, 지방산 등의 유용성분을 제조함과 아울러, 지구온난화의 하나의 원인으로 되고 있는 이산화탄소를 흡수처리한다. 그리고, 광합성작용에 의해 발생한 산소는, 배양용기(2)의 정상부에 형성된 가스배출용 개구부(17) 및 가스배출통(16)과 캡(18) 사이의 간극을 통해서 대기중에 배출된다. 또한, 본 실시예의 형태에 있어서는, 배양용기(2)의 내부통(4) 내의 중심부에 인공광원을 설치할 수 있고, 주야에 걸쳐 미세조류에 연속적으로 광합성을 행하게 할 수 있어, 미세조류의 증식이 촉진된다.
그리고, 필요에 따라서, 온도조절수 공급원을 구동하여 온도조절수(냉각수)를 온도조절수 도입파이프(19)에 흐르게 하면, 온도조절수는 온도조절수 도입파이프(19)에 형성된 복수의 살수구(19a)로부터 살수되어 외부통(5)의 외면을 따라 흐르고, 배양용기(2) 내의 배양액(11)을 냉각 등을 하여 그 온도를 컨트롤하기 때문에, 배양액(11)을 계절에 관계없이 일년내내 적정한 온도로 유지할 수 있고, 특히 여름철에 있어서의 배양액(11)의 과승온에 의한 조류성장에의 악영향을 효과적으로 해소할 수 있다. 또한, 본 실시예에서는, 배양용기(2)의 외부통(5) 외면에의 온도조절수의 살수에 의해 배양액(11)의 온도를 컨트롤하는 구성을 채용했지만, 외부통(11)의 외측에 형성된 도시하지 않은 수통로에의 온도조절수의 통수 또는 내부통(4) 내로의 온도조절수의 통수에 의해서도 마찬가지로 배양액(11)의 온도를 컨트롤하여 같은 효과를 얻을 수 있다.
이상에 있어서, 본 실시예에 관한 미세조류 배양장치(1)에 있어서는, 가스의 주입에 의해 배양용기(2) 내에 배양액(11)의 선회류를 형성하도록 했기 때문에, 배양액(11)의 충분한 교반이 이루어져 모든 미세조류가 공평하게 수광할 수 있고, 이로 인해 고생산성을 달성할 수 있다.
또, 배양용액(11) 내에서의 기포통과시의 혼상난류와 벽면에 있어서의 난류경계층 및 이중원통상을 이루는 배양용기(2)의 곡면벽을 따라서 배양액(11)이 흐르는 것에 의한 겔트리소용돌이에 의해, 외부통(5)의 곡면벽으로부터 내부통(4)의 곡면벽 및 내부통(4)의 곡면벽으로부터 외부통(5)의 곡면벽을 향하는 소용돌이가 발생하고, 이 소용돌이에 의해 배양액(11)이 체류하는 일없이 충분히 교반되기 때문에, 미세조류가 배양용액(2)의 벽면에 부착되거나 콜로니를 형성하여 침전되는 일이 없어지고, 미세조류에 의해 광의 투과가 차단되는 일이 없고, 미세조류는 효율적으로 또한 균일하게 수광되기 때문에 미세조류를 효율적으로 배양할 수 있고, 장기에 걸쳐 높은 배양효율을 유지할 수 있다.
미세조류가 배양용기(2)의 벽면에 부착되거나 콜로니를 형성하여 침전되면, 미세조류의 수광이 방해되기 때문에 바람직하지 않지만, 미세조류 배양장치(1)에 의하면, 종류가 다른 혼상난류와 난류경계층과 겔트리소용돌이(이하에 상세히 설명한다)가 발생하므로, 내부통(4)과 외부통(5) 사이에 소용돌이나 흐트러짐이 발생하여, 미세조류에 의해 광의 투과가 차단되는 일이 없다.
혼상난류:액상 중을 운동하는 기포가 일으키는 난류
난류경계층:벽면부근을 흐름이 통과할 때, 흐름의 상이측을 나타내는 파라미터인 Reynolds수가 높아지면(벽면 상방의 흐름이 빨라지거나, 흐름이 벽면에 접하는 거리가 길어지면), 측면부근에 형성되는 속도가 느린 층인 경계층이 난류화한다. 이 난류화된 층을 난류경계층이라 한다.
겔트리소용돌이:오목곡면을 곡률을 따라 흐름이 통과할 때, 흐름의 상이측을 나타내는 파라미터인 Reynolds수가 높아지면(벽면상방의 흐름이 빨라지거나, 흐름이 벽면에 접하는 거리가 길어지면), 흐름에 수직인 회전소용돌이를 발생한다. 이 회전소용돌이를 겔트리소용돌이라 한다.
또한, 배양용기(2)를 내압강도가 높은 내부통(4)과 외부통(5)으로 구성했기 때문에, 그 판두께를 작게 억제하여 배양장치(1)의 경량화 및 비용절감을 도모할 수 있다.
또, 본 실시예에서는 원통으로 이루어지는 내부통(4)과 외부통(5)을 동심상으로 배치함으로써 배양용기(2)를 쉽게 구성할 수 있다.
그리고, 내부통(4)과 외부통(5)을 동심상으로 배치하여 이루어지는 배양용기(2)에 있어서, 가스의 주입구(5b)를 내부통(4)과 외부통(5)의 중심축을 통과하는 수평면(FH)보다 하방이며, 또한 동중심축을 통과하는 연직면(FV)의 좌우 중 어느 한쪽에 배치했기 때문에, 배양용기(2) 내에 한방향으로 선회하는 배양액(11)의 흐름을 쉽게 형성할 수 있음과 아울러, 혼상난류, 난류경계층, 겔트리소용돌이의 발생이 쉽다. 또한, 도 5에 나타내는 바와 같이 가스주입구(5b)를 연직면(FV)의 반대측에 형성하면, 본 실시예와는 역방향(도 5에 있어서 시계방향)으로 선회하는 배양액(11)의 흐름을 형성할 수 있다. 또, 도시하지 않지만, 내·외부통의 중심축을 통과하는 연직면의 좌우양측에 가스의 주입구를 형성하고, 양주입구를 소정시간마다 교대로 전환하도록 하면, 배양용기 내의 배양액의 선회방향을 교대로 전환할 수 있어, 배양액을 더욱 효과적으로 교반할 수 있다. 또한, 배양용기(2)의 길이방향에 있어서 부분적으로 배양액(11)의 선회방향을 정상적 또는 과도적으로 바꾸도록 해도 좋다. 배양용기(2)의 길이방향으로 복수의 가스주입구(5b)를 배치하고, 배양용기(2)의 일단측의 가스주입구(5b)로부터 가스를 소정의 시간차를 두고 순차 주입함으로써 배양용기(2) 내에 배양액(11)의 배양용기(2)의 길이방향을 따라 변화하는 선회류를 형성해도 좋다. 배양용기(2)의 길이방향을 따라 복수의 가스주입구(5b)를 내부통의 중심축을 통과하는 연직면의 좌우에 교대로 배치하고, 각 가스주입구(5b)로부터 가스를 주입함으로써 배양용기(2) 내에 방향이 길이방향으로 교대로 다른 배양액(11)의 선회류를 형성해도 좋다.
그러나, 본 실시예에서는 원통으로 이루어지는 내부통(4)과 외부통(5)을 동 심상으로 배치하여 배양용기(2)를 구성했지만, 도 6에 나타내는 바와 같이, 원통으로 이루어지는 내부통(4)과 외부통(5)을 편심시켜서 배치함으로써 배양용기(2)를 구성해도 좋고, 이 경우, 가스의 주입구(4a)를 도시하는 바와 같이 내부통(4)의 중심축을 통과하는 수평면(FH)보다 하방이며, 또한, 동중심축을 통과하는 연직면(FV)의 좌우 중 어느 한쪽에 배치하면, 배양용기(2) 내에서 배양액(11)의 동일방향(도시예에서는, 반시계방향)으로 선회하는 흐름을 쉽게 형성할 수 있음과 아울러, 혼상난류, 난류경계층, 겔트리소용돌이의 발생이 용이하다.
또, 도 7에 나타내는 바와 같이 타원통으로 이루어지는 내부통(4')과 외부통(5')을 동심상으로 배치해서 배양용기(2')를 구성하고, 또는 도 8에 나타내는 바와같이 긴 원통으로 이루어지는 내부통(4")과 외부통(5")을 동심상으로 배치하여 배양용기(2")를 구성해도 좋고, 이들 경우는 가스의 주입구(4a', 5b")를 내부통(4', 4")과 외부통(5', 5")의 중심축을 통과하는 수평면(FH)보다 하방이며 또한, 동중심축을 통과하는 연직면(FV)의 좌우 중 어느 한쪽에 배치함으로써 배양용기(2', 2") 내에 동일방향(도시예에서는, 반시계방향)으로 선회하는 배양액(11)의 흐름을 형성할 수 있다. 또한, 도시하지 않지만, 타원통 또는 장원통으로 이루어지는 내부통과 외부통을 편심시켜서 배치함으로써 배양용기를 구성해도 좋고, 이들의 경우는 가스의 주입구를 내부통의 중심축을 통과하는 수평면보다 하방이며, 또한 동중심축을 통과하는 연직면의 좌우 중 어느 한쪽에 배치함으로써 배양용기 내에 동일방향으로 선회하는 배양액의 흐름을 형성할 수 있다.
여기서, 본 실시예에 관한 미세조류 배양장치(1)를 이용한 실제의 생산설비예를 도 9에 나타내지만, 실제의 생산설비에 있어서는, 도시하는 바와 같이 복수의 미세조류 배양장치(1)를 일렬로 연속해서 연결한 것이 수열에 걸쳐 설치된다. 이 경우, 각 열에 있어서 각 1개의 가스도입파이프(14)와 각 2개의 온도조절수 도입파이프(19)가 각 배양장치(1)에 관해서 공용된다.
다음에, 본 발명에 관한 미세조류 배양장치를 사용해서 행한 배양실험의 결과에 관해서 설명한다.
미세조류로서 클로로코쿰 리토랄레(chlorococcum Littorale)를 사용해서 배양실험을 13일간에 걸쳐 행했다. 이 경우의 일조시간은 10시간/일, 남중시 광량자량 800μmol/㎡/s, 낮동안 평균 광량자량 340μmol/㎡/s, 배양액량 70리터이고, 배양결과는 평균증식속도 0.15g 건조중량/리터/일이었다. 또, 배양기간 중에 미세조류의 배양용기벽면에의 부착은 발생하지 않았다.
또, 다른 배양실험에 있어서, 미세조류로서 스피루리나 플라텐시스(Spirulina platencis)를 배양한 결과, 종래의 배양지방식에서는 배양 농도 0.3∼0.5g/리터, 하루 당의 생산성 0.1∼0.2g/리터인 것에 대해서, 본 발명에 관한 미세조류 배양장치에서는 배양농도 10∼20g/리터, 하루당의 생산성 2.8∼7.0g/리터라는 좋은 결과가 얻어졌다.
이상의 설명에서 명확한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 정상부에 개구부를 갖는 배양용기 내에 배양액을 넣고, 상기 배양액 중에 이산화탄소를 함유하는 가스 를 주입하면서, 가시광선을 입사시킴으로써 상기 배양용기 내에서 미세조류를 배양하는 미세조류 배양장치에 있어서, 상기 배양용기를 가로배치된 내부통과 외부통으로 이루어지는 이중원통상으로 성형함과 아울러, 적어도 외부통을 가시광선이 투과하는 투명재료로 구성하고, 상기 가스의 주입에 의해 상기 배양용기 내에 상기 배양액의 선회류를 형성하도록 했기 때문에, 배양액의 충분한 교반을 실현하여 높은 생산성을 얻을 수 있음과 아울러, 미세조류의 배양용기 벽면에의 부착이나 배양용기 저면에의 침전을 방지하여 장기에 걸쳐 높은 배양효율을 유지할 수 있다는 효과가 얻어진다.
또, 본 발명에 의하면, 정상부에 개구부를 갖는 배양용기 내에 배양액을 넣고, 상기 배양액 중에 이산화탄소를 함유하는 가스를 주입하면서, 가시광선을 입사시킴으로써 상기 배양용기 내에서 미세조류를 배양하는 미세조류 배양방법에 있어서, 동심으로 가로배치된 내부통과 외부통으로 이중원통상으로 성형되고, 적어도 외부통을 가시광선이 투과하는 투명재료로 구성하여 이루어지는 배양용기의 하부에 개구하는 가스주입구를, 내부통과 외부통의 중심축을 통과하는 연직면의 좌우 중 어느 한쪽에 배치하고, 상기 가스주입구로부터 상기 가스를 주입함으로써, 또는 편심하여 가로배치된 내부통과 외부통으로 이중원통상으로 성형되고, 적어도 외부통을 가시광선을 투과하는 투명재료로 구성하여 이루어지는 배양용기의 하부에 개구하는 가스주입구를, 내부통의 중심축을 통과하는 연직면의 좌우 중 어느 한쪽에 배치하고, 상기 가스주입구로부터 상기 가스를 주입함으로써, 배양용기 내에 배양액의 선회류를 형성하기 때문에, 배양액의 충분한 교반을 쉽게 실현하여 높은 생산성 을 얻을 수 있음과 아울러, 미세조류의 배양용기 벽면에의 부착이나 배양용기 저면에의 침전을 방지하여 장기에 걸쳐 높은 배양효율을 유지할 수 있다는 효과가 얻어진다.

Claims (8)

  1. 정상부에 개구부를 갖는 배양용기 내에 배양액을 넣고, 상기 배양액 중에 이산화탄소를 함유하는 가스를 주입하면서, 가시광선을 입사시킴으로써 상기 배양용기 내에서 미세조류를 배양하는 미세조류 배양장치에 있어서,
    상기 배양용기를 가로배치된 내부통과 외부통으로 이루어지는 단면중공의 이중원통상으로 성형함과 아울러, 적어도 외부통을 가시광선이 투과하는 투명재료로 구성하고, 상기 배양용기 하부에 가스주입구를 설치하고, 상기 가스주입구로부터 상기 가스를 주입하고, 상기 단면중공의 이중원통상으로 이루어진 배양용기 내로, 선회축이 배양용기 길이방향축선으로 되도록 상기 배양액의 선회류를 형성하고, 배양용기의 곡면벽 근방에 겔트리소용돌이를 발생시키는 것을 특징으로 하는 미세조류 배양장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 내부통과 외부통을 원통, 타원통 또는 장원통으로 구성함과 아울러, 이들 내부통과 외부통을 동심 또는 편심시켜서 배치한 것을 특징으로 하는 미세조류 배양장치.
  3. 정상부에 개구부를 갖는 배양용기 내에 배양액을 넣고, 상기 배양액 중에 이산화탄소를 함유하는 가스를 주입하면서, 가시광선을 입사시킴으로써 상기 배양용기 내에서 미세조류를 배양하는 미세조류 배양방법에 있어서,
    동심으로 가로배치된 내부통과 외부통으로 이루어진 단면중공의 이중원통상으로 성형되고, 적어도 외부통을 가시광선이 투과하는 투명재료로 구성하여 이루어지는 배양용기의 하부에 개구하는 가스주입구를, 내부통의 중심축을 통과하는 연직면의 좌우 중 어느 한쪽에 배치하고, 상기 가스주입구로부터 상기 가스를 주입하며, 상기 단면중공의 이중원통상을 이루는 배양용기 내로 선회축이 배양 용기 길이방향축선으로 되도록 상기 배양액의 선회류를 형성하고, 배양용기 곡면벽 근방에 겔트리소용돌이를 발생시키는 것을 특징으로 하는 미세조류 배양방법.
  4. 정상부에 개구부를 갖는 배양용기 내에 배양액을 넣고, 상기 배양액 중에 이산화탄소를 함유하는 가스를 주입하면서, 가시광선을 입사시킴으로써 상기 배양용기 내에서 미세조류를 배양하는 미세조류 배양방법에 있어서,
    편심하여 가로배치된 내부통과 외부통으로 이루어진 단면중공의 이중원통상으로 성형되고, 적어도 외부통을 가시광선이 투과하는 투명재료로 구성하여 이루어지는 배양용기의 하부에 개구하는 가스주입구를, 내부통의 중심축을 통과하는 연직면의 좌우 중 어느 한쪽에 배치하고, 상기 가스주입구로부터 상기 가스를 주입하며, 상기 단면중공의 이중원통상을 이루는 배양용기 내로 선회축이 배양용기 길이 방향축선으로 되도록 상기 배양액의 선회류를 형성하고, 배양용기의 곡면벽 근방에 겔트리소용돌이를 발생시키는 것을 특징으로 하는 미세조류 배양방법.
  5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서, 상기 배양용기의 내부통의 중심축을 통과하는 연직면의 좌우에 상기 가스주입구를 배치하고, 양 가스주입구를 소정시간마다 교대로 전환함으로써 배양용기 내의 배양액의 선회방향을 교대로 전환하는 것을 특징으로 하는 미세조류 배양방법.
  6. 제 3항 또는 제 4항에 있어서, 상기 배양용기의 길이방향으로 복수의 가스주입구를 배치하고, 배양용기의 일단측의 가스주입구로부터 가스를 소정의 시간차를 두고 순차 주입함으로써 배양용기 내에 배양액의 상기 배양용기의 길이방향을 따라 변화하는 선회류를 형성하는 것을 특징으로 하는 미세조류 배양방법.
  7. 제 3항 또는 제 4항에 있어서, 상기 배양용기의 길이방향을 따라 복수의 가스주입구를 내부통의 중심축을 통과하는 연직면의 좌우에 교대로 배치하고, 각 가스주입구로부터 가스를 주입함으로써 배양용기 내에 방향이 길이방향으로 교대로 다른 배양액의 선회류를 형성하는 것을 특징으로 하는 미세조류 배양방법.
  8. 제 3항 또는 제 4항에 있어서, 상기 배양용기의 외부통 외면에의 온도조절수의 살수, 외부통의 외측에 형성된 수통로에의 온도조절수의 통수 또는 내부통에의 온도조절수의 통수에 의해 상기 배양액의 온도를 컨트롤하는 것을 특징으로 하는 미세조류 배양방법.
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