KR100897018B1 - Photo-bioreactor for culturing micro algae and apparatus for production of micro algae having the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양광을 이용하고 광원조사 효율을 높여서 미세조류의 생산성을 극대화시킨 해양 미세조류 배양용 광생물 반응기 및 이를 구비한 미세조류 생산장치에 대한 것이다. 본 발명에 의하면 미세 조류가 반응 용기의 내부에 부착되지 않도록 하고, 도광판 또는 OLED를 사용하여 광원조사효율을 극대화시켜서 미세조류의 생산성을 높이며, 태양광을 이용하여 미세조류를 배양하도록 하여 외부로부터 에너지를 공급받지 않아도 작동되도록 하는 미세조류 배양용 광생물 반응기 및 미세조류 생산장치를 제공할 수 있다.The present invention relates to an optical bioreactor for cultivating marine microalgae maximizing the productivity of microalgae by using sunlight and increasing light source irradiation efficiency, and a microalgae production apparatus having the same. According to the present invention, the microalgae is not attached to the inside of the reaction vessel, and the light guide plate or the OLED is used to maximize the light source irradiation efficiency to increase the productivity of the microalgae, and to cultivate the microalgae using sunlight to energy from the outside It is possible to provide a microalgae cultivation photomicrobial reactor and microalgae production apparatus to operate without being supplied.
미세조류 배양용 광생물 반응기, 반응용기, 반응용기 커버부, 미세조류, 발광부, 광원부, 확산렌즈, 축전지, 도광판, 능동형 발광 다이오드(OLED), 펌프부 Microalgae cultivation photobioreactor, reaction vessel, reaction vessel cover, microalgae, light emitting unit, light source unit, diffusion lens, storage battery, light guide plate, active light emitting diode (OLED), pump unit
Description
본 발명은 해양 미세조류 배양용 광생물 반응기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양광을 이용하여 광원조사 효율을 높여서 미세조류의 생산성을 극대화시킨 해양 미세조류 배양용 광생물 반응기 및 이를 구비한 미세조류 생산장치에 대한 것이다.The present invention relates to an optical bioreactor for culturing marine microalgae, and more particularly, to a marine microalgae cultivation optical bioreactor for maximizing the productivity of microalgae by increasing light source irradiation efficiency using sunlight and a microalgae provided with the same. For production equipment.
최근 산업체 배출 CO₂가 지구 온난화의 주범으로 지목됨에 따라 CO₂를 고정화하기 위해 미세조류를 활용하려는 연구가 활발하게 진행되고 있다.Recently, as industrial emission CO₂ is pointed out as the main culprit of global warming, researches are actively underway to utilize microalgae to fix CO₂.
미세조류는 다양한 능력에 기인하여, 폐수의 처리, 이산화탄소의 고정화등의 역할을 수행할 수 있으며 연료물질, 화장품, 사료, 식용 색소와 의약용 원료 물질 등의 유용 물질을 생산하는 목적으로 사용되어 왔고, 유용한 고부가가치 물질들이 지속적으로 발견되어 그 활용범위를 넓혀 가고 있다.Microalgae can play a role in the treatment of waste water, immobilization of carbon dioxide, etc., due to their various capabilities, and have been used for the production of useful substances such as fuels, cosmetics, feed, food colorings and pharmaceutical raw materials. In the meantime, useful and high value added substances are constantly being discovered and expanding their applications.
미세조류의 생체 중량 및 유용생산물 증가에 영향을 미치는 것으로써 배지의 조성, 온도, pH, 광도, 광량 등의 많은 요인들이 존재하지만, 그중에서도 광합성 미세조류의 특성상 빛이 차지하는 비중이 가장 크다. There are many factors such as the composition of the medium, temperature, pH, light intensity, light quantity, etc., which affect the increase in biomass and useful products of microalgae, but among them, light occupies the largest portion due to the characteristics of photosynthetic microalgae.
일반적으로 이산화탄소 고정화를 목적으로 광합성 미세조류를 배양하는 장치는 크게 옥외에서 대량 배양을 하는 것(open system)과 미세조류 배양용 광생물 반응기를 이용하는 것(closed system)으로 나눌 수 있다. In general, the apparatus for culturing photosynthetic microalgae for the purpose of immobilizing carbon dioxide can be largely divided into a large-scale cultivation outdoors (open system) and using a microbial culture photobioreactor (closed system).
연못형(pond)을 포함하는 옥외 대량 배양장치의 경우 주로 호수 내지 대형 연못과 같은 형태의 반응시설을 사용하여 오고 있으며 일부 국가에서 상용화되어 있다. Outdoor mass cultivation apparatus including pond type has been mainly used in the form of reaction facilities such as lakes or large ponds and is commercially available in some countries.
그러나 이러한 형태의 배양시설은 초기 투자비가 적고 유지관리가 용이한 장점은 있으나, 오염, 분리 및 정제의 어려움, 낮은 세포농도, 많은 기질량(특히,질소원), 높은 수질 및 수량의 요구, 불규칙한 기후 조건, 비싼 인건비 등의 문제들 때문에 그 설치가 극히 제한적일 수밖에 없다.However, this type of cultivation facility has the advantages of low initial investment and easy maintenance, but it is difficult to contaminate, isolate and purify, low cell concentration, high mass (especially nitrogen source), high water quality and quantity demand, and irregular climate. Due to problems such as conditions and expensive labor costs, the installation is extremely limited.
특히 배양장치 내부로 효과적인 빛 전달이 이루어 지지 않아 균체의 성장속도가 느리고 균체의 성장 수율이 낮으며, 많은 양의 이산화탄소를 제거하기 위해서는 넓은 설치 공간이 필요한 단점을 가지고 있다.In particular, the effective growth of light is not achieved inside the culture apparatus, the growth rate of the cells is low, the growth yield of the cells is low, and a large installation space is required to remove a large amount of carbon dioxide.
따라서 우리나라와 같이 반응시설의 설치에 필요한 부지의 확보가 어려운 국가에서는 적용되지 못하고 있는 실정이다.Therefore, it is not applicable in countries where it is difficult to secure a site necessary for the installation of reaction facilities such as Korea.
이러한 옥외 대량 배양장치의 문제점들을 해결하기 위해, 작은 크기의 반응기를 통해 고농도 배양을 함으로써 옥외 대량 배양장치에서의 생산량과 같거나 또 는 더 많은 양을 생산하고, 유용 물질의 농도도 더 높은 고품질의 제품을 생산하고자 하였다.In order to solve the problems of the outdoor mass culture device, by cultivating a high concentration through a small-sized reactor, it is produced at the same or more than the output of the outdoor mass culture device, and the concentration of useful materials is high quality. The product was intended to be produced.
이에 따라, 1980년대부터 크기가 작고 고농도의 배양을 할 수 있는 실내형이라 부르는 소형의 각종 미세조류 배양용 광생물 반응기가 연구 개발되고 있는데, 미세조류 배양용 광생물 반응기는 옥외 대량 배양장치에 비해 초기 투자비와 관리 유지비가 상대적으로 높은 단점이 있으나, 높은 균체성장속도를 기대할 수가 있고 운전조건 조절이 용이하다는 장점이 있다.Accordingly, since the 1980s, small and small microalgae cultivation photobioreactors, called indoors, which have a small size and high concentration of cultivation, have been researched and developed. Although the initial investment and maintenance and maintenance costs are relatively high, there are advantages in that high cell growth rate can be expected and operating conditions can be easily adjusted.
현재 개발되어 있는 형태로는 일반 교반형 반응기, 판형 반응기, 관형 반응기, 칼럼형 반응기 등이 있고, 이러한 모든 종류의 반응기는 빛의 효율적인 전달이 반응기 설계에 있어서 가장 중요한 점이 되고 있다.Currently developed forms include general stirred reactors, plate reactors, tubular reactors, column reactors, etc., and in all these types of reactors, efficient transmission of light is the most important point in reactor design.
미세조류세포의 농도가 낮을 때에는 배지, 기체 주입 등이 세포의 증식에 가장 중요한 요인이 되지만, 고농도에 도달하면 광도가 가장 중요한 인자가 된다. 왜냐하면 농도가 높아질수록 빛의 투과 길이가 짧아지기 때문이다.When the concentration of microalgae cells is low, medium and gas injection are the most important factors for cell proliferation, but when the high concentration is reached, the brightness is the most important factor. This is because the higher the concentration, the shorter the light transmission length.
즉, 미세조류가 배양되는 동안 가해지는 빛은 미세조류가 성장하면서 점점 부피가 커지게 되며 이로 인하여 반응기 표면에 있는 미세조류는 빛을 계속 공급 받을 수 있으나 반응기 내부에 있는 미세조류는 표면의 미세조류로 인하여 그림자 효과가 생기므로 성장하는데 필요한 빛의 양을 충분히 공급받을 수 없게 된다.That is, the light applied while the microalgae is incubated becomes more and more bulky as the microalgae grows, so that the microalgae on the surface of the reactor can continue to receive light, but the microalgae inside the reactor are microalgae on the surface. Because of the shadow effect will not be able to receive enough light to grow.
그러나 현재까지 고안된 대부분의 미세조류용 미세조류 배양용 광생물 반응기들은 이러한 점을 극복하지 못하였고, 그 때문에 여타의 미생물용 생물 반응기에 비하여 그 생산 효율이 떨어졌다.However, most of the microalgae microalgae cultivation photobioreactors designed to date do not overcome this point, and thus, their production efficiency is lower than that of other microalgae bioreactors.
이를 극복하여 효율적으로 빛을 전달하기 위해. 최근에는 내부광원을 이용한 미세조류 배양용 광생물 반응기가 연구 되어지고 있다.To overcome this and to transmit light efficiently. Recently, an optical bioreactor for culturing microalgae using an internal light source has been studied.
널리 사용되고 있는 미세조류 배양용 광생물 반응기로는 외부광원으로 태양광을 이용하는 관형 미세조류 배양용 광생물 반응기와 판넬형 미세조류 배양용 광생물 반응기 등이 알려져 있다. 상기 반응기는 태양광에 노출되는 조사 면적을 최대화하고 배양액 내부로의 빛 투과 거리를 짧게 하기 위하여, 좁고 긴 직사각형 또는 원통형 파이프를 조밀하게 밀착시켜 배양액을 순환시키는 구조를 갖는다.Widely used microalgae cultivation photobioreactors include tubular microalgae cultivation photobioreactors and panel-type microalgae cultivation photobioreactors using sunlight as an external light source. The reactor has a structure in which the narrow and long rectangular or cylindrical pipes are densely adhered to circulate the culture in order to maximize the irradiation area exposed to sunlight and to shorten the light transmission distance into the culture.
이러한 미세조류 배양용 광생물 반응기는 각각의 형태에 있어서 장 단점을 가지고 있다. 특히, 내부 광원으로써 섬유를 이용한 반응기는 광효율은 좋으나 세포가 광섬유 표면에 부착하는 문제점이 있다. The photobioreactor for culturing microalgae has its disadvantages in each form. In particular, the reactor using the fiber as the internal light source has a good light efficiency, but there is a problem that cells adhere to the surface of the optical fiber.
또한, 내부 광원으로써 형광등 등의 광원을 사용하는 경우, 연속적으로 장치를 작동하여야 하고 이에 따라 전기(에너지)를 과도하게 사용하므로 효율적이지 못하다는 문제점이 있다.In addition, in the case of using a light source such as a fluorescent lamp as an internal light source, there is a problem in that the device must be operated continuously and accordingly excessive use of electricity (energy) is not efficient.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 미세조류가 반응 용기의 내부에 부착되지 않도록 하고, 광원조사효율을 극대화시켜서 미세조류의 생산성을 높이며, 태양광을 이용하여 미세조류를 배양하도록 하여 외부로부터 에너지를 공급받지 않아도 작동되도록 하는 미세조류 배양용 광생물 반응기 및 이를 구비한 미세조류 생산장치를 제공하는 데에 있다. The present invention has been made to solve the above problems, the microalgae is not attached to the inside of the reaction vessel, maximize the light irradiation efficiency to increase the productivity of the microalgae, cultivate the microalgae using sunlight It is to provide a microalgae cultivation photomicrobial reactor and a microalgae production apparatus having the same so that it can be operated without receiving energy from the outside.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 생물학적 이산화탄소 고정화인 광합성 반응이 일어나는 미세조류 배양용 광생물 반응기는 다수의 투입구와 배출구가 구비되며 길이 방향의 일 측면상에 일정 간격으로 확산렌즈가 설치되는 직육면체 형의 반응용기; 상기 반응용기의 일 측의 길이 방향의 면으로부터 일정 간격을 유지하여 위치하며 직접적으로 태양광을 받아들이는 반응용기 커버부; 및 상기 반응용기의 내부에 구비되며 반응용기 내부의 미세조류를 배양하기 위하여 빛에너지를 상기 미세조류에 공급하는 복수 개의 발광부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The microbial photoreactor for culturing microalgae in which the photosynthetic reaction, which is a biological carbon dioxide immobilization, according to the present invention for achieving the above object is provided with a plurality of inlets and outlets, and a rectangular parallelepiped having a diffusion lens installed on one side in a longitudinal direction. Type reaction vessel; A reaction vessel cover part positioned at a predetermined distance from a surface in the longitudinal direction of one side of the reaction vessel and directly receiving sunlight; And a plurality of light emitting units provided in the reaction vessel and supplying light energy to the microalgae to incubate the microalgae inside the reaction vessel.
또한, 상기 반응용기의 폭 방향의 일 측 면상에는 투입구로써 이산화탄소 투입구, 배양액 투입구가 구비되고, 배출구로써 미세조류 배출구가 구비되며, 반대 측 면상에는 배출구로써 이산화탄소 배출구, 배양액 배출구가 구비되고, 투입구로써 미세조류 투입구가 구비되는 것이 바람직하다.In addition, on one side in the width direction of the reaction vessel is provided with a carbon dioxide inlet, a culture medium inlet as an inlet, a microalgae outlet as an outlet, on the opposite side is provided with a carbon dioxide outlet, a culture outlet, as an inlet It is preferable that the microalgae inlet is provided.
상기 반응용기는 투광성과 기계적 강도가 뛰어난 강화유리, 폴리카보네이트 또는 아크릴 계열의 재질로 이루어지고, 반응용기 내부 또는 외부 표면은 산화티탄( TiO₂)코팅된 것이 바람직하다.The reaction vessel is made of tempered glass, polycarbonate, or acrylic-based material having excellent translucency and mechanical strength, and the inner or outer surface of the reaction vessel is preferably coated with titanium oxide (TiO₂).
상기 반응용기 커버부는 태양광을 투과하여 상기 반응용기 내부의 확산렌즈 측으로 빛을 전달하는 투명판과 태양광을 받아들여 전기에너지를 생성하고 축전지에 이를 저장하는 필름형 태양전지판으로 구성되는 것이 바람직하다.The reaction vessel cover part is preferably composed of a transparent plate for transmitting light to the diffusion lens inside the reaction vessel and the film-type solar panel that receives the sunlight to generate electrical energy and store it in the storage battery. .
상기 발광부는 상기 축전지로부터 공급받은 전기에너지를 이용하여 빛을 방출하는 광원부와 상기 반응용기 내부에 구비되어 상기 광원부로부터 방출되는 빛이 상기 반응용기 내부에서 일정하게 퍼져나갈 수 있도록 하는 도광판으로 구성되는 것이 바람직하다.The light emitting unit may include a light source unit emitting light by using the electric energy supplied from the storage battery, and a light guide plate provided inside the reaction vessel to allow the light emitted from the light source unit to be uniformly spread in the reaction vessel. desirable.
그리고, 상기 광원부는 형광등 또는 고휘도 LED 인 것이 바람직하며, 상기 도광판은 일 방향으로 두께가 점차적으로 얇아지고, 그 끝단의 모양을 둥글게 하여 상기 광원부로부터 공급받은 빛을 균일하게 방출할 수 있도록 한 것이 바람직하다.The light source unit may be a fluorescent lamp or a high brightness LED, and the light guide plate may be gradually thinner in one direction, and may have a round shape at an end thereof to uniformly emit light supplied from the light source unit. Do.
한편, 본 발명의 목적을 달성하기 위한 또 다른 바람직한 실시 예에 따른 미세조류 배양용 광생물 반응기는 다수의 투입구와 배출구가 구비되며 길이 방향의 일 측 면상에 일정 간격으로 확산렌즈가 설치되는 직육면체 형의 반응용기; 상기 반응용기의 일 측의 길이 방향의 면으로부터 일정 간격을 유지하여 위치하며 직접적으로 태양광을 받아들이는 반응용기 커버부; 및 상기 반응용기와 상기 반응용기 커버부 사이에 구비되며 반응용기 내부의 미세조류를 배양하기 위하여 반응용기 측으로 빛에너지를 공급하는 복수 개의 발광부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.On the other hand, the microalgae cultivation optical bioreactor according to another preferred embodiment for achieving the object of the present invention is provided with a plurality of inlet and outlet and the rectangular parallelepiped is provided with a diffusion lens at a predetermined interval on one side in the longitudinal direction Reaction vessel; A reaction vessel cover part positioned at a predetermined distance from a surface in the longitudinal direction of one side of the reaction vessel and directly receiving sunlight; And a plurality of light emitting parts provided between the reaction container and the reaction container cover part and supplying light energy to the reaction container side for culturing the microalgae inside the reaction container.
또한, 상기 반응용기의 폭 방향의 일 측 면상에는 투입구로써 이산화탄소 투입구, 배양액 투입구가 구비되고, 배출구로써 미세조류 배출구가 구비되며, 반대 측 면상에는 배출구로써 이산화탄소 배출구, 배양액 배출구가 구비되고, 투입구로써 미세조류 투입구가 구비되는 것이 바람직하다.In addition, on one side in the width direction of the reaction vessel is provided with a carbon dioxide inlet, a culture medium inlet as an inlet, a microalgae outlet as an outlet, on the opposite side is provided with a carbon dioxide outlet, a culture outlet, as an inlet It is preferable that the microalgae inlet is provided.
상기 반응용기는 투광성과 기계적 강도가 뛰어난 강화유리, 폴리카보네이트 또는 아크릴 계열의 재질로 이루어지고, 반응용기 내부 또는 외부표면은 산화티탄( TiO₂)코팅된 것이 바람직하다.The reaction vessel is made of tempered glass, polycarbonate, or acrylic-based material having excellent translucency and mechanical strength, and the inner or outer surface of the reaction vessel is preferably coated with titanium oxide (TiO₂).
상기 반응용기 커버부는 태양광을 투과하여 상기 반응용기 내부의 확산렌즈 측으로 빛을 전달하는 투명판과 태양광을 받아들여 전기에너지를 생성하고 축전지에 이를 저장하는 필름형 태양전지판으로 구성되는 것이 바람직하다.The reaction vessel cover part is preferably composed of a transparent plate for transmitting light to the diffusion lens inside the reaction vessel and the film-type solar panel that receives the sunlight to generate electrical energy and store it in the storage battery. .
상기 발광부는 능동형 발광 다이오드(OLED)인 것이 바람직하다.The light emitting unit is preferably an active light emitting diode (OLED).
본 발명의 목적을 달성하기 위한 또 다른 바람직한 실시 예에 따른 미세조류 생산장치에 따르면, 원료 물질 투입구와 생성 물질의 배출구가 구비되며 길이 방향의 일 측면상에 일정 간격으로 확산렌즈가 설치되는 직육면체 형의 반응용기; 상기 반응용기의 일 측의 길이 방향의 면으로부터 일정 간격을 유지하여 위치하며 직접적으로 태양광을 받아들이며 투명부와 필름형 태양전지판으로 구성된 반응용기 커버부; 및 상기 반응용기 내부의 미세조류를 배양하기 위하여 빛에너지를 공급하는 복수 개의 발광부를 포함하는 미세조류 배양용 광생물 반응기; 상기 반응용기에 연결되며 이산화탄소 투입구와 배출구를 관 구조로 연결하는 이산화탄소 유동관; 상기 반응용기에 연결되며 배양액 투입구와 배출구를 관 구조로 연결하는 배양액 유 동관; 상기 반응용기에 연결되며 미세조류 투입구와 배출구를 관 구조로 연결하는 미세조류 유동관; 상기 미세조류 배양용 광생물 반응기가 일정 각도로 경사되도록 지지하는 지지부; 상기 지지부와 연결되고 상기 지지부가 고정되도록 지면 상에 설치된 지지케이스; 및 상기 지지 케이스 내부에 구비되고 상기 반응용기 커버부와 전선을 통하여 연결되어 있으며, 반응용기 커버부의 필름형 태양전지판을 통하여 생성된 전기에너지를 저장하는 축전지를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of a microalgae production apparatus according to another preferred embodiment for achieving the object of the present invention, a rectangular parallelepiped type having a raw material input port and a discharge port of a product material and provided with a diffusion lens at a predetermined interval on one side in the longitudinal direction Reaction vessel; A reaction vessel cover portion positioned at a predetermined distance from a surface in the longitudinal direction of one side of the reaction vessel, directly receiving sunlight, and having a transparent portion and a film-type solar panel; And a microalgae culturing optical bioreactor comprising a plurality of light emitting units for supplying light energy to incubate the microalgae inside the reaction vessel; A carbon dioxide flow tube connected to the reaction vessel and connecting the carbon dioxide inlet and the outlet to the tube structure; A culture fluid flow tube connected to the reaction vessel and connecting the culture solution inlet and the outlet to the tube structure; A microalgae flow tube connected to the reaction vessel and connecting the microalgae inlet and the outlet to the tube structure; A support for supporting the microalgae culture photobioreactor to be inclined at a predetermined angle; A support case connected to the support part and installed on the ground to fix the support part; And a storage battery provided in the support case and connected to the reaction vessel cover portion through an electric wire, and storing the electrical energy generated through the film-type solar panel of the reaction vessel cover portion.
상기 지지 케이스 내부에 설치되어 있으며, 상기 각 유동관의 경로 상에 구비되어 유동물질이 순환되도록 각 유동관 내부에 압력을 가하는 펌프부를 더 포함하는 것이 바람직하다.It is preferably provided in the support case, and further provided on the path of each flow pipe further comprises a pump unit for applying pressure to the inside of each flow pipe to circulate the flow material.
상기 반응용기는 투광성과 기계적 강도가 뛰어난 강화유리, 폴리카보네이트 또는 아크릴 계열의 재질로 이루어지고, 반응용기 내부 또는 외부 표면은 산화티탄( TiO₂) 코팅된 것이 바람직하다.The reaction vessel is made of tempered glass, polycarbonate, or acrylic-based material having excellent light transmittance and mechanical strength, and the inner or outer surface of the reaction vessel is preferably coated with titanium oxide (TiO₂).
상기 발광부는 상기 축전지로부터 공급받은 전기에너지를 이용하여 빛을 방출하는 광원부와 상기 반응용기 내부에 구비되어 상기 광원부로부터 방출되는 빛이 상기 반응용기 내부에서 일정하게 퍼져나갈 수 있도록 하는 도광판으로 구성되는 것이 바람직하다.The light emitting unit may include a light source unit emitting light by using the electric energy supplied from the storage battery, and a light guide plate provided inside the reaction vessel to allow the light emitted from the light source unit to be uniformly spread in the reaction vessel. desirable.
상기 광원부는 형광등 또는 고휘도 LED 이고, 상기 도광판은 일 방향으로 두께가 점차적으로 얇아지고, 그 끝단의 모양을 둥글게 하여 상기 광원으로부터 공급받은 빛을 균일하게 방출할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.The light source unit is a fluorescent lamp or a high-brightness LED, the light guide plate is gradually thinner in one direction, it is preferable to round the shape of the end so as to uniformly emit the light supplied from the light source.
또한, 상기 발광부는 상기 반응용기와 상기 반응용기 커버부 사이에 구비되 며 반응용기 내부의 미세조류를 배양하기 위하여 반응용기 측으로 빛에너지를 공급하는 능동형 발광 다이오드(OLED)인 것이 바람직하다.In addition, the light emitting unit is provided between the reaction vessel and the reaction vessel cover portion, it is preferable that the active light emitting diode (OLED) for supplying light energy to the reaction vessel side to incubate the microalgae inside the reaction vessel.
상기 지지부 또는 지지케이스는 염수에 대한 내 부식성이 강한 아연 갈바나이징 강 또는 스테인리스 강을 사용하여 제조되는 것이 바람직하다.The support or support case is preferably manufactured using zinc galvanizing steel or stainless steel with high corrosion resistance to brine.
이와 같이 구성된 본 발명에 의하면, 본 발명의 미세조류 배양용 광생물 반응기에서 생성되는 미세조류가 반응 용기의 내부에 부착되지 않도록 하고, 도광판 또는 OLED를 사용하여 광원조사효율을 극대화시켜서 미세조류의 생산성을 높이며, 태양광을 이용하여 미세조류를 배양하도록 함으로써 외부로부터 에너지를 공급받지 않아도 24시간 연속으로 작동되도록 하는 효과가 있다.According to the present invention configured as described above, the microalgae generated in the microalgae cultivation photomicroorganism of the present invention is not attached to the inside of the reaction vessel, and the light guide plate or OLED is used to maximize the light source irradiation efficiency to increase the productivity of the microalgae By increasing the cultivation of microalgae using sunlight, it is effective to operate continuously for 24 hours without receiving energy from the outside.
본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해 질 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 미세조류 배양용 광생물 반응기 및 미세조류 생산장치를 상세히 설명하기로 한다.The above objects, features and other advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. Hereinafter, an optical bioreactor for microalgae culture and a microalgae production apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1과 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 미세조류 배양용 광생물 반응기의 정면도를 나타낸 것이다.1 and 2 show a front view of the photobioreactor for microalgae culture according to an embodiment of the present invention.
먼저, 도 1에 도시된 본 발명의 미세조류 배양용 광생물 반응기(200)는 다 수의 투입구와 배출구가 구비되며 길이 방향의 일 측면 상에 일정 간격으로 확산렌즈(50)가 설치되는 직육면체 형의 반응용기(10), 반응용기(10)의 일 측의 길이 방향의 면으로부터 일정 간격 떨어져 위치하며 직접적으로 태양광을 받아들이는 반응용기 커버부(20), 반응 용기(10)의 내부에 구비되며 반응용기(10) 내부의 미세조류를 배양하기 위하여 빛에너지를 미세조류에 공급하는 복수 개의 발광부로 구성된다. First, the microalgae cultivation
반응용기(10)는 투광성과 기계적 강도가 뛰어난 강화유리, 폴리카보네이트 또는 아크릴 계열의 재질로 이루어지는 것이 좋다. 태양광을 수용하여 내부의 미세조류가 잘 번식하도록 하기 위해서는 반응용기(10)가 투명하고 빛이 잘 투과되어야 하므로, 이러한 조건을 만족한다면 다른 재질도 반응용기(10)의 제조물질로 사용될 수 있다.The
반응용기(10)의 내부 또는 외부 표면은 산화티탄(TiO₂)으로 코팅(18)을 하는 것이 바람직하다. 반응용기(10) 내부 표면은 미세조류 또는 유기 물질 등이 달라붙어 지저분해지거나, 달라붙은 물질들이 부패하여 오염될 수 있다. 산화티탄(TiO₂) 코팅(18)을 하는 경우, 반응용기(10) 내부 표면에 미세조류 등이 달라붙지 않으므로 반응용기(10) 내부 표면이 깨끗해지고 오염을 방지할 수 있다.The inner or outer surface of the
반응용기(10)의 외부 표면에도 산화티탄(TiO₂) 코팅(18)을 할 수 있고, 이 경우 일반 대기 중의 먼지 등에 의한 오염을 막고 청결한 상태를 유지할 수 있다.Titanium oxide (TiO₂)
산화티탄(TiO₂)을 코팅 재료로 사용한다면, 광촉매 분해작용이 발생하여 공장의 배기가스에 포함된 매연(대부분 탄소성분)도 자외선에 의해 분해되므로 외부 표면도 청결한 상태로 유지될 수 있다.If titanium oxide (TiO₂) is used as the coating material, photocatalytic decomposition occurs, and soot (mostly carbon) contained in the exhaust gas of the plant is also decomposed by ultraviolet rays, so that the external surface can be kept clean.
반응용기(10) 내부에 미세조류가 부착되지 않도록 산화티탄(TiO₂) 이외에 다른 코팅방법이 이용될 수도 있다. A coating method other than titanium oxide (TiO₂) may be used to prevent the microalgae from adhering to the
도 3과 도 4는 반응용기(10)의 폭 방향의 면에 형성된 투입구와 배출구를 나타낸 것이다. 도 3은 도 1의 미세조류 배양용 광생물 반응기(200)가 설치될 때 높은 위치의 폭 방향의 면을 나타낸 것이고 도 4는 도 1의 미세조류 배양용 광생물 반응기(200)가 설치될 때 낮은 위치의 폭 방향의 면을 나타낸 것이다. 3 and 4 show the inlet and outlet formed on the surface in the width direction of the reaction vessel (10). Figure 3 shows the surface in the width direction of the high position when the microalgae cultivation
도 3과 도 4의 폭 방향의 면을 살펴보면, 이산화탄소와 배양액은 시계방향, 즉 반응용기(10)의 윗 방향으로 유동하므로 미세조류 배양용 광생물 반응기(200)의 설치 시 높은 위치에 있는 폭 방향의 면(도 3)에는 이산화탄소 배출구(11), 배양액 배출구(12)가 형성되고, 미세조류 배양용 광생물 반응기(200)의 설치 시 낮은 위치에 있는 폭 방향의 면(도 4)에는 이산화탄소 투입구(14), 배양액 투입구(15)가 형성된다.3 and 4, the carbon dioxide and the culture solution flow in a clockwise direction, that is, the upper direction of the
또한, 반응용기(10) 내부에서 생산되는 미세조류는 그 채취가 용이하도록 반시계방향, 즉 반응용기(10)의 아래 방향으로 유동하므로 미세조류 배양용 광생물 반응기(200)의 설치 시 높은 위치에 있는 폭 방향의 면(도 3)에는 미세조류 투입구(13)가 형성되고, 미세조류 배양용 광생물 반응기의 설치 시 낮은 위치에 있는 폭 방향의 면(도 4)에는 미세조류 배출구(16)가 형성된다.In addition, the microalgae produced in the
반응용기(10) 내부에는 길이 방향의 일 측 면상에 일정간격으로 확산렌즈(50)가 설치된다. 상기 확산렌즈(50)는 반응용기 커버부(20)를 통하여 전달된 태 양광을 반응 용기 표면과 반응 용기 내부에 광 에너지가 고르게 전달될 수 있도록 한다.Inside the
본 발명에서 반응용기(10)는 직육면체 모양이지만, 정육면체 등의 다면체 또는 구형일 수 있고, 그 밖의 다른 모양일 수 있다.In the present invention, the
반응용기 커버부(20)는 반응용기(10)의 일 측 길이 방향의 면으로부터 일정 간격 떨어진 위치에서 설치된다. The reaction
도 5에 도시된 바와 같이 반응용기 커버부(20)는 태양광을 투과하여 반응용기(20) 내부의 확산렌즈(50) 측으로 빛을 전달하는 투명판(40)과 태양광을 수용하여 전기에너지를 생성하는 필름형 태양전지판(30)으로 구성된다.As shown in FIG. 5, the reaction
낮에 태양이 있을 경우 반응용기 커버부(20)의 투명판(40)을 통하여 반응용기(10)에 태양광이 직접 도달하고, 태양광은 반응용기(10) 내부의 확산렌즈(50)에 의해 빛에너지가 고르게 전달되어 미세조류가 잘 성장할 수 있다.When there is sun in the day, sunlight directly reaches the
또한, 낮에 태양이 있을 경우 반응용기 커버부(20)의 필름형 태양전지판(30)은 태양광을 수용하여 전기에너지를 생성하고 축전지 등의 저장부에 저장하도록 한다. In addition, when there is the sun during the day, the film-type
날씨가 흐리거나 우기 철 또는 빛이 없는 밤에는 태양광이 약하므로 반응용기 커버부(20)의 필름형 태양전지판(30)에 의해 얻어진 전기에너지를 반응용기 내부의 발광부로 공급함으로써, 항상 일정한 밝기의 광량이 반응용기(10) 내부로 유입될 수 있도록 한다. 이에 의해 외부조건에 관계없이 24시간 동안 지속적으로 미세조류가 배양될 수 있도록 한다.Since the sunlight is weak at night when the weather is cloudy or when there is no rainy season or light, by supplying the electrical energy obtained by the film-type
도 1에 도시된 미세조류 배양용 광생물 반응기(200)의 발광부는 반응용기(10) 내에 구비되고, 반응용기(10) 내부의 미세조류를 배양하기 위하여 빛에너지를 공급한다. The light emitting part of the microalgae cultivation
도 6과 도 7은 도 1에 따른 미세조류 배양용 광생물 반응기(200)에 구비되는 발광부를 나타낸 것으로 도 6은 발광부의 정면도, 도 7은 발광부의 평면도를 나타낸다.6 and 7 illustrate a light emitting unit provided in the microalgae culture
발광부는 전기에너지를 저장하고 있는 축전지로부터 전기를 공급받아 빛을 방출하는 광원부(70)와 반응용기(10) 내부에 구비되어 광원부(70)로부터 방출되는빛이 반응용기(10) 내부에서 일정하게 퍼져나갈 수 있도록 하는 도광판(60)으로 구성된다. The light emitting unit is provided in the
광원부(70)로는 형광등 또는 고휘도 LED를 사용하고, 작은 원형 모양의 구조로써 도광판의 일 측면에 설치된다. 또한, 다른 발광장치가 광원부로 사용될 수 있고 원형이 아닌 긴 봉 모양일 수 있다.As the
도광판(60)은 일 방향으로 두께가 점차적으로 얇아지고, 그 끝단(61)의 모양을 둥글게 하여 광원부(70)로부터 공급받은 빛을 균일하게 방출할 수 있도록 한다.The
도광판(60)은 빛이 도광판(60)의 두께가 두꺼운 면에 조사되면 빛이 굴절되어 길이 방향의 도광판 평면으로 방출되도록 한다.The
또한, 도광판으로 빛의 확산을 더 좋게 하기 위해서는 도광판의 길이 방향의 면에 프리즘 판과 확산 판이 부착될 수 있다.In addition, in order to further diffuse light into the light guide plate, a prism plate and a diffusion plate may be attached to the surface of the light guide plate in the longitudinal direction.
도 2에 도시된 본 발명의 미세조류 배양용 광생물 반응기(200')는 다수의 투 입구와 배출구가 구비되며 길이 방향의 일 측면 상에 일정 간격으로 확산렌즈(50)가 설치되는 직육면체 형의 반응용기(10), 반응용기(10)의 일 측의 길이 방향의 면으로부터 일정 간격 떨어져 위치하며 직접적으로 태양광을 받아들이는 반응용기 커버부(20), 상기 반응 용기(10)와 상기 반응용기 커버부(20) 사이에 구비되며 반응용기(10) 내부의 미세조류를 배양하기 위하여 반응용기(10) 측으로 빛에너지를 공급하는 복수 개의 발광부로 구성된다.The microalgae cultivation
도 2에 도시된 일 실시 예에 따른 미세조류 배양용 광생물 반응기(200')의 주요 구성요소 중 도 1에 도시된 다른 실시 예에 따른 미세조류 배양용 광생물 반응기(200)의 주요 구성요소와 동일한 것은 같은 부호를 사용한다.Main components of the microalgae cultivation
반응용기(10)는 투광성과 기계적 강도가 뛰어난 강화유리, 폴리카보네이트 또는 아크릴 계열의 재질로 이루어지는 것이 좋다. 태양광을 수용하여 내부의 미세조류가 번식하도록 하기 위해서는 반응용기(10)가 투명하고 빛이 잘 투과되어야 하므로, 이러한 조건을 만족한다면 다른 재질도 반응용기(10)의 제조물질로 사용될 수 있다.The
반응용기(10)의 내부 또는 외부 표면은 산화티탄(TiO₂)으로 코팅(18)을 하는 것이 바람직하다. 반응용기(10) 내부 표면은 미세조류 또는 유기 물질 등이 달라붙어 지저분해지거나, 달라붙은 물질들이 부패하여 오염될 수 있다. 산화티탄(TiO₂) 코팅(18)을 하는 경우, 반응용기(10) 내부 표면에 미세조류 등이 달라붙지 않으므로 반응용기(10) 내부 표면이 깨끗해지고 오염을 방지할 수 있다.The inner or outer surface of the
반응용기(10)의 외부 표면에도 산화티탄(TiO₂) 코팅(18)을 할 수 있고, 이 경우 일반 대기 중의 먼지 등에 의한 오염을 막고 청결한 상태를 유지할 수 있다.Titanium oxide (TiO₂)
산화티탄(TiO₂)을 코팅 재료로 사용한다면, 광촉매 분해작용이 발생하여 공장의 배기가스에 포함된 매연(대부분 탄소성분)도 자외선에 의해 분해되므로 외부표면도 청결한 상태로 유지될 수 있다.If titanium oxide (TiO₂) is used as the coating material, photocatalytic decomposition occurs, so that the soot (mostly carbon) contained in the exhaust gas of the plant is also decomposed by ultraviolet rays, so that the external surface can be kept clean.
반응용기(10) 내부에 미세조류가 부착되지 않도록 산화티탄(TiO₂) 이외에 다른 코팅방법이 이용될 수도 있다. A coating method other than titanium oxide (TiO₂) may be used to prevent the microalgae from adhering to the
도 3과 도 4는 반응용기(10)의 폭 방향의 면에 형성된 투입구와 배출구를 나타낸 것이다. 도 3은 도 2의 미세조류 배양용 광생물 반응기(200')가 설치될 때 높은 위치의 폭 방향의 면을 나타낸 것이고 도 4는 도 2의 미세조류 배양용 광생물 반응기(200')가 설치될 때 낮은 위치의 폭 방향의 면을 나타낸 것이다. 3 and 4 show the inlet and outlet formed on the surface in the width direction of the reaction vessel (10). Figure 3 shows the surface in the width direction of the high position when the microalgae cultivation optical bioreactor 200 'of Figure 2 is installed and Figure 4 is the microbial cultivation optical bioreactor 200' of Figure 2 is installed When it is shown in the width direction of the lower position.
도 3과 도 4의 폭 방향의 면을 살펴보면, 이산화탄소와 배양액은 시계방향, 즉 반응용기(10)의 윗 방향으로 유동하므로 미세조류 배양용 광생물 반응기(200')의 설치 시 높은 위치에 있는 폭 방향의 면(도 3)에는 이산화탄소 배출구(11), 배양액 배출구(12)가 형성되고, 미세조류 배양용 광생물 반응기(200')의 설치 시 낮은 위치에 있는 폭 방향의 면(도 4)에는 이산화탄소 투입구(14), 배양액 투입구(15)가 형성된다.3 and 4, the carbon dioxide and the culture solution flow in a clockwise direction, that is, in an upward direction of the
또한, 반응용기(10) 내부에서 생산되는 미세조류는 그 채취가 용이하도록 반 시계방향, 즉 반응용기(10)의 아래 방향으로 유동하므로 미세조류 배양용 광생물 반응기(200')의 설치 시 높은 위치에 있는 폭 방향의 면(도 3)에는 미세조류 투입구(13)가 형성되고, 미세조류 배양용 광생물 반응기(200')의 설치 시 낮은 위치에 있는 폭 방향의 면(도 4)에는 미세조류 배출구(16)가 형성된다.In addition, the microalgae produced in the
반응용기(10) 내부에는 길이 방향의 일 측 면상에 일정간격으로 확산렌즈(50)가 설치된다. 상기 확산렌즈(50)는 반응용기 커버부(20)를 통하여 전달된 태양광을 반응 용기 표면과 반응 용기 내부에 광 에너지가 고르게 전달될 수 있도록 한다.Inside the
본 발명에서 반응용기(10)는 직육면체 모양이지만, 정육면체 등의 다면체 또는 구형일 수 있고, 그 밖의 다른 모양일 수 있다.In the present invention, the
반응용기 커버부(20)는 반응용기(10)의 일 측 길이 방향의 면으로부터 일정 간격 떨어진 위치에서 설치된다. The reaction
도 5에 도시된 바와 같이 반응용기 커버부(20)는 태양광을 투과하여 반응용기(20) 내부의 확산렌즈(50) 측으로 빛을 전달하는 투명판(40)과 태양광을 수용하여 전기에너지를 생성하는 필름형 태양전지판(30)으로 구성된다.As shown in FIG. 5, the reaction
낮에 태양이 있을 경우 반응용기 커버부(20)의 투명판(40)을 통하여 반응용기(10)에 태양광이 직접 도달하고, 태양광은 반응용기(10) 내부의 확산렌즈(50)에 의해 빛에너지가 고르게 전달되어 미세조류가 잘 성장할 수 있다.When there is sun in the day, sunlight directly reaches the
또한, 낮에 태양이 있을 경우 반응용기 커버부(20)의 필름형 태양전지판(30)은 태양광을 수용하여 전기에너지를 생성하고 축전지 등의 저장부에 저장하도록 한다. In addition, when there is the sun during the day, the film-type
날씨가 흐리거나 우기 철 또는 빛이 없는 밤에는 태양광이 약하므로 반응용기 커버부(20)의 필름형 태양전지판(30)에 의해 얻어진 전기에너지를 반응용기(10) 와 반응용기 커버부(20) 사이의 발광부로 공급함으로써, 항상 일정한 밝기의 광량이 반응용기(10) 내부로 유입될 수 있도록 한다. 이에 의해 외부조건에 관계없이 24시간 동안 지속적으로 미세조류가 배양될 수 있도록 한다.Since the sunlight is weak at night when the weather is cloudy or when there is no rainy season or light, the electrical energy obtained by the film-type
발광부는 능동형 발광 다이오드(OLED)(130)인 것이 바람직하다. 능동형 발광 다이오드(OLED)(130)는 유기 다이오드, 유기EL이라고도 한다. 형광성 유기화합물에 전류가 흐르면 빛을 내는 전계발광현상을 이용하여 스스로 빛을 내는 자체발광형 유기물질을 말한다. 능동형 발광 다이오드(OLED)(130)는 낮은 전압에서 구동이 가능하고 얇은 박형으로 만들 수 있다. 따라서, 반응용기(10)의 형상이 직육면체가 아닌 다면체, 원형 또는 다른 모양인 경우에도 발광부로서 능동형 발광 다이오드(OLED)를 변형시킬 수 있으므로, 다양한 적용이 가능하다는 이점이 있다.The light emitting unit is preferably an active light emitting diode (OLED) 130. The active light emitting diode (OLED) 130 is also referred to as an organic diode or an organic EL. It refers to a self-luminous organic material that emits light by using electroluminescence which emits light when electric current flows through the fluorescent organic compound. The active light emitting diode (OLED) 130 can be driven at a low voltage and can be made thin. Therefore, even when the shape of the
도 8은 도 1의 미세조류 배양용 광생물 반응기(200)가 설치된 미세조류 생산장치(300)를 나타낸 것이고 도 9는 도 2의 미세조류 배양용 광생물 반응기(200')가 설치된 미세조류 생산장치(300')를 나타낸 것이다. 도 8과 도 9를 참조하여 미세조류 생산장치(300,300')의 구성과 작동 방법을 아래에서 설명하도록 한다.FIG. 8 illustrates a
도 8과 도 9에 도시된 미세조류 생산장치(300, 300')는 원료 물질 투입구와 생성 물질의 배출구가 구비되며 길이 방향의 일 측면상에 일정 간격으로 확산렌즈(50)가 설치되는 직육면체 형의 반응용기(10), 상기 반응용기(10)의 일 측의 길이 방향의 면으로부터 일정 간격을 유지하여 위치하며 직접적으로 태양광을 받아들이며 투명부(40)와 필름형 태양전지판(30)으로 구성된 반응용기 커버부(20) 및 상기 반응용기(10) 내부의 미세조류를 배양하기 위하여 빛에너지를 공급하는 복수 개 의 발광부를 포함하는 미세조류 배양용 광생물 반응기(200.200')와 상기 반응용기(10)에 연결되며 이산화탄소 투입구(14)와 배출구(11)를 관 구조로 연결하는 이산화탄소 유동관(80), 상기 반응용기(10)에 연결되며 배양액 투입구(15)와 배출구(12)를 관 구조로 연결하는 배양액 유동관(81), 상기 반응용기(10)에 연결되며 미세조류 투입구(13)와 배출구(16)를 관 구조로 연결하는 미세조류 유동관(82), 상기 미세조류 배양용 광생물 반응기(200,200')가 일정 각도로 경사되도록 지지하는 지지부(90), 상기 지지부(90)와 연결되고 상기 지지부(90)가 고정되도록 지면 상에 설치된 지지케이스(110), 상기 지지 케이스(110) 내부에 구비되고 상기 반응용기 커버부(20)와 전선을 통하여 연결되어 있으며, 반응용기 커버부(20)의 필름형 태양전지판(30)을 통하여 생성된 전기에너지를 저장하는 축전지(120), 상기 지지 케이스(110) 내부에 설치되어 있으며, 상기 각 유동관(80,81,82)의 경로 상에 구비되어 유동물질이 순환되도록 각 유동관 (80,81,82) 내부에 압력을 가하는 펌프부(100)로 구성된다. The
반응용기(10)는 투광성과 기계적 강도가 뛰어난 강화유리, 폴리카보네이트 또는 아크릴 계열의 재질로 이루어지고, 반응용기(10)의 내부 또는 외부 표면은 산화티탄(TiO₂)으로 코팅(12)을 하는 것이 바람직하다. The
반응용기(10) 내부 표면은 미세조류 또는 유기 물질 등이 달라붙어 지저분해지거나, 달라붙은 물질들이 부패하여 오염될 수 있다. 산화티탄(TiO₂) 코팅(12)을 하는 경우, 반응용기(10) 내부 표면에 미세조류 등이 달라붙지 않으므로 반응용기(10) 내부 표면이 깨끗해지고 오염을 방지할 수 있다.The inner surface of the
반응용기(10)의 외부 표면에도 산화티탄(TiO₂) 코팅(12)을 할 수 있고, 이 경우 일반 대기 중의 먼지 등에 의한 오염을 막고 청결한 상태를 유지할 수 있다.Titanium oxide (TiO₂)
반응용기(10) 내부에 미세조류가 부착되지 않도록 산화티탄(TiO₂) 이외에 다른 코팅방법이 이용될 수도 있다. A coating method other than titanium oxide (TiO₂) may be used to prevent the microalgae from adhering to the
도 8에 도시된 본 발명의 일 실시 예에 따른 미세조류 배양용 광생물 반응기(200)가 설치된 미세조류 생산장치(300)의 발광부는 전기에너지를 저장하고 있는 축전지(120)로부터 전기를 공급받아 빛을 방출하는 광원부(70)와 반응용기(10) 내부에 구비되어 광원부(70)로부터 방출되는 빛이 반응용기(10) 내부에서 일정하게 퍼져나갈 수 있도록 하는 도광판(60)으로 구성된다. The light emitting unit of the
광원부(70)로는 형광등 또는 고휘도 LED를 사용하고, 작은 원형 모양의 구조로써 도광판의 일 측면에 설치된다. 또한, 다른 발광장치가 광원부로 사용될 수 있고 원형이 아닌 긴 봉 모양일 수 있다.As the
도광판(60)은 일 방향으로 두께가 점차적으로 얇아지고, 그 끝단(61)의 모양을 둥글게 하여 광원부(70)로부터 공급받은 빛을 균일하게 방출할 수 있도록 한다.The
도광판(60)은 빛이 도광판(60)의 두께가 두꺼운 면에 조사되면 빛이 굴절되어 길이 방향의 도광판 평면으로 방출되도록 한다.The
또한, 도광판으로 빛의 확산을 더 좋게 하기 위해서는 도광판의 길이 방향의 면에 프리즘 판과 확산 판이 부착될 수 있다.In addition, in order to further diffuse light into the light guide plate, a prism plate and a diffusion plate may be attached to the surface of the light guide plate in the longitudinal direction.
광원부(70)와 도광판(60)으로 이루어진 발광부가 설치됨으로써, 흐린 날 또는 밤과 같이 광량이 적은 경우, 축전지(120)로부터 공급받은 전기를 이용하여 반 응용기(10) 내부로 일정량의 빛을 지속적으로 공급할 수 있다.Since the light emitting unit including the
도 9에 도시된 본 발명의 다른 실시 예에 따른 미세조류 배양용 광생물 반응기(200')가 설치된 미세조류 생산장치(300')의 발광부는 반응용기(10)와 반응용기 커버부(20) 사이에 구비되며 능동형 발광 다이오드(OLED)(130)인 것이 바람직하다. The light emitting unit of the
능동형 발광 다이오드(OLED)(130)는 유기 다이오드, 유기EL이라고도 한다. 형광성 유기화합물에 전류가 흐르면 빛을 내는 전계발광현상을 이용하여 스스로 빛을 내는 자체발광형 유기물질을 말한다. 능동형 발광 다이오드(OLED)(130)는 낮은 전압에서 구동이 가능하고 얇은 박형으로 만들 수 있다. 따라서, 반응용기(10)의 형상이 직육면체가 아닌 다면체, 원형 또는 다른 모양인 경우에도 발광부로서 능동형 발광 다이오드(OLED)(130)를 변형시킬 수 있으므로, 다양한 적용이 가능하다는 이점이 있다.The active light emitting diode (OLED) 130 is also referred to as an organic diode or an organic EL. It refers to a self-luminous organic material that emits light by using electroluminescence which emits light when electric current flows through the fluorescent organic compound. The active light emitting diode (OLED) 130 can be driven at a low voltage and can be made thin. Therefore, even when the shape of the
능동형 발광 다이오드(OLED)(130)으로 이루어진 발광부가 설치됨으로써, 흐린 날 또는 밤과 같이 광량이 적은 경우, 축전지(120)로부터 공급받은 전기를 이용하여 반응용기(10) 내부로 일정량의 빛을 지속적으로 공급할 수 있다.By installing a light emitting unit consisting of an active light emitting diode (OLED) 130, when the amount of light is low, such as a cloudy day or night, by using electricity supplied from the
이산화탄소 유동관(80)은 이산화탄소 배출구(11)와 이산화탄소 투입구(14)를 연결하는 관으로써 관 내부에서 제 1펌프(101)에서 발생하는 압력을 받아 이산화탄소가 유동되며, 유동관(80)의 단면은 원형 또는 다각형이 사용될 수 있다. 이산화탄소는 시계 방향으로 유동되며, 미세조류 생산장치(300,300')에 경사지게 설치된 반응용기(10) 내에서는 아랫부분에서 윗부분으로 유동된다.The carbon
이산화탄소 유동관(80)의 내부로 이산화탄소를 공급할 수 있도록 이산화탄소 유동관(80)의 일 측에는 이산화탄소 저장부(140)가 구비된다. 따라서, 사용자는 반응 용기(10) 내부에 이산화탄소를 공급하고자 할 때, 이산화탄소 저장부(140)를 충전할 것이다. A
배양액 유동관(81)은 배양액 배출구(12)와 배양액 투입구(15)를 연결하는 관으로써 관 내부에서 제 2펌프(102)에서 발생하는 압력을 받아 배양액이 유동되며, 유동관(81)의 단면은 원형 또는 다각형이 사용될 수 있다. 배양액은 시계 방향으로 유동되며, 미세조류 생산장치(300,300')에 경사지게 설치된 반응용기(10) 내에서는 아랫부분에서 윗부분으로 유동된다.The culture
배양액 유동관(81)의 내부로 배양액을 공급할 수 있도록 배양액 유동관(81)의 일 측에는 배양액 저장부(141)가 구비된다. 사용자가 반응 용기(10) 내부로 배양액을 공급하고자 할 때, 배양액 저장부(141)에 배양액을 공급, 저장할 것이다.A culture
미세조류 유동관(82)은 미세조류 배출구(16)와 미세조류 투입구(13)를 연결하는 관으로써 관 내부에서 제 3펌프(103)에서 발생하는 압력을 받아 반응용기(10) 내에서 생성되는 미세조류가 반 시계 방향으로 유동된다. 즉, 미세조류 생산장치(300,300')에 경사지게 설치된 반응용기(10) 내에서는 미세조류가 윗부분에서 아랫부분으로 유동된다.The
미세조류를 배양하기 위해서 처음에는 반응용기(10)의 윗부분으로 미세조류를 투입하고, 투입된 미세조류는 경사진 반응용기(10)의 경사면을 따라 골고루 퍼질 것이다. In order to incubate the microalgae, the microalgae are first introduced into the upper portion of the
미세조류는 이산화탄소 유동관(80)과 배양액 유동관(81)을 통하여 공급되는 이산화탄소와 배양액을 주된 에너지원으로 하여 성장한다.The microalgae are grown using carbon dioxide and the culture medium supplied through the carbon
생육된 미세조류는 펌프(103)를 통한 압력을 받아 반응용기(10) 내부의 윗부분에서 아랫부분으로 유동하고, 미세조류 유동관(82)을 통하여 외부로 배출된다.The grown microalgae flows from the upper portion to the lower portion inside the
이 경우 미세조류를 공급하고, 성장한 미세조류를 미세조류 유동관(82)을 통하여 수거하도록 미세조류 유동관(82)의 일 측에는 미세조류 저장부(142)가 구비된다.In this case, the microalgae is supplied, and the
도 8과 도 9에서 도시된 미세조류 생산장치(300,300')에 있어서, 미세조류 배양용 광생물 반응기(200,200')는 일정각도로 경사지도록 설치되고, 이를 지지하기 위한 지지부(90)가 필요하다.In the
보통 지지부(90)의 재질로서 염수에 대한 내 부식성이 강한 아연 갈바나이징 강 또는 스테인리스 강을 사용한다. 그 밖에 다른 재질이라도, 내 부식성이 강한 것이라면 지지부(90)의 재질로 사용할 수 있다.Usually, the galvanizing steel or stainless steel with strong corrosion resistance to brine is used as a material of the
지지케이스(110)는 지지부(90)와 연결되고 지지부(90)가 고정되도록 지면 상에 설치된다. 지지케이스(110) 또한 내 부식성이 강한 아연 갈바나이징 강 또는 스테인리스 강을 사용한다. 그 밖에 다른 재질이라도, 내 부식성이 강한 것이라면 지지부(90)의 재질로 사용할 수 있다.The
펌프부(100)는 지지케이스 내부에 설치되어 있으며, 각 유동관(80,81,82)의 경로 상에 구비되어 유동물질이 원할하게 순환되도록 각 유동관(80,81,82) 내부에 압력을 가한다.The
펌프부(100) 내부에는 제 1 펌프(101), 제 2 펌프(102), 제3 펌프(103)이 설 치된다. 제 1 펌프(101)은 이산화탄소 유동관(80)의 경로 상에 구비되며 이산화탄소가 순환이 잘되도록 유동관(80) 내부에 압력을 가한다. 제 2 펌프(102)는 배양액 유동관(81)의 경로 상에 구비되며 배양액이 원할하게 순환되도록 유동관(81) 내부에 압력을 가한다. 도 3 펌프(103)는 미세조류 유동관(82)의 경로 상에 구비되며 미세조류가 원할하게 순환되도록 유동관(82) 내부에 압력을 가한다.In the
각 유동관 내부에는 유동물질이 원할하게 순환되도록 에어버블을 사용할 수도 있다.An air bubble may be used to smoothly circulate fluid in each flow tube.
축전지(120)는 지지케이스(110) 내부에 설치되고, 반응용기 커버부(20)와 전선을 통하여 연결되어 있으며, 반응용기 커버부(20)의 필름형 태양전지판(30)을 통하여 생성된 전기에너지를 저장하고, 저장된 전기에너지를 미세조류 배양용 광생물 반응기 (200,200')의 발광부에 공급하도록 한다.The
또한, 축전지(120)가 아닌 다른 전기에너지 저장수단을 이용할 수도 있다. In addition, other electrical energy storage means other than the
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였으나 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정의 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주 되어야 할 것이다.While preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described specific embodiments. That is, those skilled in the art to which the present invention pertains can make many changes and modifications to the present invention without departing from the spirit and scope of the appended claims, and all such appropriate changes and modifications are possible. Equivalents should be considered to be within the scope of the present invention.
본 발명에서 제시한 바와 같이, 발광부와 태양전지판이 같이 구비된 미세조류 배양용 광생물 반응기를 사용하면 태양광을 이용하여 24시간 연속적으로 빛을 공급할 수 있고, 미세조류 배양용 광생물 반응기가 어떤 구조를 갖든지 반응용기 내부로 균일하게 빛이 전달되므로 산업적으로 매우 그 이용 가능성이 높다.As proposed in the present invention, when the microalgae cultivation photobioreactor equipped with a light emitting unit and a solar panel is used to supply light continuously for 24 hours using sunlight, the microbial cultivation photobioreactor is provided. Whatever the structure, the light is uniformly transmitted into the reaction vessel, and thus the industrial use is very high.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 미세조류 배양용 광생물 반응기의 정면도.1 is a front view of an optical bioreactor for microalgae culture according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 미세조류 배양용 광생물 반응기의 정면도.Figure 2 is a front view of the optical bioreactor for microalgae culture according to another embodiment of the present invention.
도 3은 도 1 또는 도 2에 도시된 반응용기의 폭 방향의 일 측면에 형성된 투입구와 배출구를 나타낸 도면.Figure 3 is a view showing the inlet and outlet formed on one side of the width direction of the reaction vessel shown in FIG.
도 4는 도 1 또는 도 2에 도시된 도 3의 반대 측면에 형성된 투입구와 배출구를 나타낸 도면.4 is a view showing the inlet and outlet formed on the opposite side of Figure 3 shown in FIG.
도 5는 도 1 또는 도 2에 도시된 본 발명의 일 실시 예에 따른 반응용기 커버부의 평면도.5 is a plan view of the reaction vessel cover portion according to an embodiment of the present invention shown in FIG.
도 6은 도 1에 도시된 미세조류 배양용 광생물 반응기에 구비되는 발광부의 정면도.Figure 6 is a front view of the light emitting unit provided in the microalgae culture photobioreactor shown in FIG.
도 7은 도 1에 도시된 미세조류 배양용 광생물 반응기에 구비되는 발광부의 평면도.7 is a plan view of the light emitting unit provided in the microalgae culture photobioreactor shown in FIG.
도 8은 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시 예에 따른 미세조류 배양용 광생물 반응기가 설치된 미세조류 생산장치의 정면도 및FIG. 8 is a front view of a microalgae production apparatus in which an optical bioreactor for microalgae cultivation according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 1 is installed;
도 9는 도 2에 도시된 본 발명의 일 실시 예에 따른 미세조류 배양용 광생물 반응기가 설치된 미세조류 생산장치의 정면도를 나타낸 것이다.Figure 9 shows a front view of the microalgae production apparatus is installed microbial photoreactor for microalgae culture according to an embodiment of the present invention shown in FIG.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
10 : 반응용기 18 : 산화티탄코팅10: reaction vessel 18: titanium oxide coating
20 : 반응용기 커버부 30 : 필름형 태양전지판20: reaction vessel cover portion 30: film-type solar panel
40 : 투명판 50 : 확산렌즈40: transparent plate 50: diffused lens
60 : 도광판 70 : 광원부60: light guide plate 70: light source
80 : 이산화탄소 유동관 81 : 배양액 유동관80: carbon dioxide flow tube 81: culture fluid flow tube
82 : 미세조류 유동관 90 : 지지부82: microalgae flow tube 90: support
100 : 펌프부 110 : 지지케이스100: pump 110: support case
120 : 축전지 130 : 능동형 발광 다이오드(OLED)120: storage battery 130: active light emitting diode (OLED)
200, 200' : 미세조류 배양용 광생물 반응기 200, 200 ': microbial reactor for microalgae culture
300, 300' : 미세조류 생산장치300, 300 ': Micro algae production device
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