KR100897019B1

KR100897019B1 - 고효율 미세조류 배양용 광생물 반응기

Info

Publication number: KR100897019B1
Application number: KR1020070103739A
Authority: KR
Inventors: 장규호; 김창일
Original assignee: 주식회사 바이오트론
Priority date: 2007-10-15
Filing date: 2007-10-15
Publication date: 2009-05-25
Also published as: KR20090038313A

Abstract

본 발명은 태양광을 이용하여 광원조사 효율을 높여서 미세조류의 생산성을 극대화시킨 해양 미세조류 배양용 광생물 반응기에 대한 것이다. 본 발명에 의하면, 광생물 반응기에서 생성되는 미세조류가 반응 용기의 내부에 부착되지 않도록 하고, 도광판을 사용하여 광원조사효율을 극대화시켜서 미세조류의 생산성을 높이며, 태양광을 이용하여 미세조류를 배양하도록 함으로써 외부로부터 에너지를 공급받지 않아도 24시간 연속으로 작동되도록 하는 미세조류 배양용 광생물 반응기를 제공할 수 있다.

광생물 반응기, 원통형 반응용기, 도광판, 회전축, 이산화탄소 공급부, 지지케이스, 프레임, 패널보호박스

Description

고효율 미세조류 배양용 광생물 반응기{HIGH EFFICIENCY PHOTO-BIOREACTOR FOR CULTURING MICRO ALGAE}

본 발명은 해양 미세조류 배양용 광생물 반응기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양광을 이용하여 광원조사 효율을 높여서 미세조류의 생산성을 극대화시킨 해양 미세조류 배양용 광생물 반응기에 대한 것이다.

최근 산업체 배출 CO₂가 지구 온난화의 주범으로 지목됨에 따라 CO₂를 고정화하기 위해 미세조류를 활용하려는 연구가 활발하게 진행되고 있다.

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.

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.

일반적으로 이산화탄소 고정화를 목적으로 광합성 미세조류를 배양하는 장치는 크게 옥외에서 대량 배양을 하는 것(open system)과 광생물반응기를 이용하는 것(closed system)으로 나눌 수 있다.

연못형(pond)을 포함하는 옥외 대량 배양장치의 경우 주로 호수 내지 대형 연못과 같은 형태의 반응시설을 사용하여 오고 있으며 일부 국가에서 상용화되어 있다.

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.

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.

따라서 우리나라와 같이 반응시설의 설치에 필요한 부지의 확보가 어려운 국가에서는 적용되지 못하고 있는 실정이다.

이러한 옥외 대량 배양장치의 문제점들을 해결하기 위해, 작은 크기의 반응기를 통해 고농도 배양을 함으로써 옥외 대량 배양장치에서의 생산량과 같거나 또는 더 많은 양을 생산하고, 유용 물질의 농도도 더 높은 고품질의 제품을 생산하고자 하였다.

이에 따라, 1980년대부터 크기가 작고 고농도의 배양을 할 수 있는 실내형이라 부르는 소형의 각종 광생물 반응기가 연구 개발되고 있는데, 광생물 반응기는 옥외 대량 배양장치에 비해 초기 투자비와 관리 유지비가 상대적으로 높은 단점이 있으나, 높은 균체 성장속도를 기대할 수가 있고 운전조건 조절이 용이하다는 장점이 있다.

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.

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.

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.

그러나 현재까지 고안된 대부분의 미세조류용 광생물 반응기들은 이러한 점을 극복하지 못하였고, 그 때문에 여타의 미생물용 생물 반응기에 비하여 그 생산 효율이 떨어졌다.

이를 극복하여 효율적으로 빛을 전달하기 위해. 최근에는 내부광원을 이용한 광생물 반응기가 연구되어지고 있다.

널리 사용되고 있는 광생물 반응기로는 외부광원으로 태양광을 이용하는 관형 광생물반응기와 판넬형 광생물반응기 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.

이러한 광생물 반응기는 각각의 형태에 있어서 장단점을 가지고 있다. 특히, 내부광원으로써 섬유를 이용한 반응기는 광효율은 좋으나 세포가 광섬유 표면에 부착하는 문제점이 있다.

또한, 내부광원으로써 형광등 등의 광원을 사용하는 경우, 연속적으로 장치를 작동하여야 하고 이에 따라 전기(에너지)를 과도하게 사용하므로 효율적이지 못하다는 문제점이 있다.

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 반응기를 제공하는 데에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 생물학적 이산화탄소 고정화인 광합성이 일어나는 미세조류 배양용 광생물 반응기는 미세조류 및 배양액이 유입되는 투입구가 구비되며 내부에서 미세조류가 배양될 수 있도록 하는 원통형 반응용기; 상기 원통형 반응용기 중심부에 수직하게 설치되고 원통형 반응용기의 상부 면과 하부 면을 관통하며 내부에 광원부가 구비되는 회전 가능한 도광판 회전축; 상기 도광판 회전축의 표면에 방사상 형태로 구비되는 복수의 도광판; 상기 원통형 반응용기의 일 면에 설치되며, 원통형 반응용기 내부로 이산화탄소를 공급하는 하나 또는 2 이상의 이산화탄소 공급장치; 상기 도광판 회전축과 원통형 반응용기가 수직 상태를 유지할 수 있도록 하는 지지부를 구비하며 지면에 설치되는 지지케이스;상기 도광판 회전축이 지지 케이스에 수직하여 회전되도록 상기 도광판 회전축의 윗부분을 고정하고 상기 원통형 반응용기 전체를 외부에서 감싸는 원통형의 회전축 지지 프레임; 상기 원통형 반응용기의 상부 측에 경사지도록 설치되는 패널보호박스; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 패널보호박스는 상기 원통형 반응용기와 별개로 설치되며 태양광을 투과시키는 투명판과 태양광을 받아들여 전기에너지를 생성하고 상기 지지케이스 내에 설비된 축전지에 전기에너지를 저장하는 필름형 태양전지판으로 구성되는 패널부; 상기 패널부의 투명판의 아랫부분에 밀착되어 설치되어 있으며 상기 광원부에 광 에너지를 공급하도록 태양광을 집광하는 복수의 집광부; 상기 패널보호박스의 일 측면에 구비되고 상기 복수의 집광부에서 흡수된 태양광을 모아 상기 광원부로 전달하는 광 섬유부의 경로 상에 설치된 광커넥터;로 구성된다.

그리고, 상기 집광부는 상기 투명판을 통하여 전달된 태양광이 윗 방향의 중앙부로 모일 수 있도록 태양광을 반사하는 U자 모양의 집광기; 상기 투명판에 접하여 설치되고 상기 집광기에 의해 반사된 태양광을 모아 아래방향으로 반사시키는 반사 갓; 상기 집광기의 아랫 면에 설치되어 있으며 상기 반사 갓에 의해 반사된 태양광을 모으는 수렴렌즈;로 구성된다.

상기 광원부는 상기 축전지와 연결되어 전기에너지를 전달받아 광에너지를 발생시키고 상기 도광판으로 광에너지를 전달하며 도광판 회전축의 중심부에 축 방향으로 설치된 원통 모양의 제 1 광원부;와 상기 집광부와 상기 광섬유부에 의해 연결되어 상기 집광부에서 집광된 태양광을 전달받아 상기 도광판으로 빛을 전달하고 상기 제 1 광원부의 외부를 감싸는 원통 관 모양의 제 2 광원부;로 구성된다.

상기 제 1 광원부는 LED, 형광등 또는 냉음극 형광램프이 사용될 수 있고 상기 제 2 광원부는 광섬유다발이 사용될 수 있다.

상기 원통형 반응용기는 투광성과 기계적 강도가 뛰어난 강화유리, 폴리카보네이트 또는 아크릴 계열의 재질로 이루어질 수 있다.

상기 도광판은 상기 도광판 회전축에서 분리가능하게 결합되고, 일 방향으로 두께가 점차적으로 얇아지고, 그 끝단의 모양을 둥글게 하여 상기 광원부로부터 공급받은 광에너지를 균일하게 방출할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

상기 도광판은 한 쪽 끝단의 두께를 두껍게 하여 단면이 다각형 모양이 되도록 하고, 상기 도광판 회전축의 표면에는 상기 도광판의 상기 한 쪽 끝단이 결합될 수 있도록 축을 따라 다각형 단면의 긴 홈이 형성된 것이 바람직하다.

상기 도광판 회전축은 별도로 설치된 동력발생장치에서 발생한 동력을 벨트 또는 체인을 통하여 전달받아 회전하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 동력발생장치는 모터인 것이 바람직하다.

상기 지지부 또는 지지케이스는 염수에 대한 내 부식성이 강한 아연 갈바나이징 강 또는 스테인리스 강을 사용하여 제조되는 것이 바람직하다.

상기 하나 또는 2 이상의 이산화탄소 공급장치는 상기 원통형 반응용기의 밑면에 원주 방향으로 구비되는 것이 바람직하다.

상기 패널보호박스는 지면 상에 고정된 패널 고정 프레임에 의하여 경사진 상태로 고정된 것이 바람직하다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의하면, 본 발명의 미세조류 배양용 광생물 반응기에서 생성되는 미세조류가 반응 용기의 내부에 부착되지 않도록 하고, 도광판 을 사용하여 광원조사효율을 극대화시켜서 미세조류의 생산성을 높이며, 태양광을 이용하여 미세조류를 배양하도록 함으로써 외부로부터 에너지를 공급받지 않아도 24시간 연속으로 작동되도록 하는 효과가 있다.

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 를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 미세조류 배양용 광생물 반응기(100)의 정면도를 나타낸 것이고, 도 2는 광생물 반응기(100)에 구비된 원통형 반응용기(10)의 정면도를 나타낸 것이며, 도 3은 광생물 반응기(100)에 구비된 원통형 반응용기(10)의 사시도를 나타낸 것이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 본 발명의 미세조류 배양용 광생물 반응기(100)는 미세조류 및 배양액이 유입되는 투입구(15)가 구비되며 내부에서 미세조류가 배양될 수 있도록 하는 원통형 반응용기(10), 상기 원통형 반응용기(10) 중심부에 수직하게 설치되고 원통형 반응용기(10)의 상부 면과 하부 면을 관통하며 내부에 광원부(70)가 구비되는 회전 가능한 도광판 회전축(20), 상기 도광판 회전축(20)의 원주 방향으로 방사상 형태로 구비되는 복수의 도광판(30), 상기 원통형 반응용기(10)의 일 면에 설치되며, 원통형 반응용기(10) 내부로 이산화탄소를 공급하는 하나 또는 2 이상의 이산화탄소 공급장치(35), 상기 도광판 회전축(20)과 원통형 반응용기(10)가 수직 상태를 유지할 수 있도록 하는 지지부(45)를 구비하며 지면에 설치되는 지지케이스(40), 상기 도광판 회전축(20)이 지지 케이스(40)에 수직하여 회전되도록 상기 도광판 회전축(20)의 윗부분을 고정하고 상기 원통형 반응용기(10) 전체를 외부에서 감싸는 원통형의 회전축 지지 프레임(50), 상기 원통형 반응용기(10)의 상부 측에 경사지도록 설치되는 패널보호박스(60)로 구성된다.

상기 패널보호박스(60)는 원통형 반응용기(10)와 별개로 설치되며 태양광을 투과시키는 투명판(66)과 태양광을 받아들여 전기에너지를 생성하고 상기 지지케이스(40) 내에 설비된 축전지(43)에 전기에너지를 저장하는 필름형 태양전지판(67)으로 구성되는 패널부(65), 상기 패널부(65)의 투명판(66)의 아랫부분에 밀착되어 설치되어 있으며 상기 광원부(70)에 광 에너지를 공급하도록 태양광을 집광하는 복수의 집광부(61), 상기 패널보호박스(60)의 일 측면에 구비되고 복수의 집광부(61)에서 흡수된 태양광을 모아 상기 광원부(70)로 전달하는 광 섬유부(68) 경로 상에 설치된 광커넥터(69)로 구성된다.

상기 집광부(61)는 상기 투명판(66)을 통하여 전달된 태양광이 윗 방향의 중앙부로 모일 수 있도록 태양광을 반사하는 U자 모양의 집광기(62), 상기 투명판(66)에 접하여 설치되고 상기 집광기(62)에 의해 반사된 태양광을 모아 아래방향으로 반사시키는 반사 갓(63), 상기 집광기(62)의 아랫 면에 설치되어 있으며 반사 갓(63)에 의해 반사된 태양광을 모으는 수렴렌즈(64)로 구성된다.

상기 원통형 반응용기(10)는 투광성과 기계적 강도가 뛰어난 강화유리, 폴리카보네이트 또는 아크릴 계열의 재질로 이루어지는 것이 좋다.

태양광을 수용하여 내부의 미세조류가 잘 번식하도록 하기 위해서는 원통형 반응용기(10)가 투명하고 빛이 잘 투과되어야 하므로, 이러한 조건을 만족한다면 다른 재질도 원통형 반응용기(10)의 제조물질로 사용될 수 있다.

원통형 반응용기(10)는 투입구(15)를 통하여 미세조류 및 배양액이 공급되고(A), 일 면에 설치된 하나 또는 2 이상의 이산화탄소 공급장치(35)를 통하여 이산화탄소가 공급된다(B).

미세조류 및 배양액의 공급 경로(A)와 이산화탄소 공급경로(B)는 밸브에 의해 개폐가 조절된다.

하나 또는 2 이상의 이산화탄소 공급장치(35)는 원통형 반응용기(10)의 밑면에 원주 방향으로 구비된다. 또한, 특정한 방향 없이 일정간격으로 배치될 수 있다.

이산화탄소 공급장치(35)는 원통형 반응용기(10)의 밑면에 원주 방향으로 구비되는 것이 바람직하다.

또한, 이산화탄소 공급장치(35)는 어항 속에 사용되는 에어레이션 등을 이용할 수 있을 것이다.

미세조류는 원통형 반응용기(10) 내에서 성장하고, 생육된 미세조류는 원통형 반응용기(10)를 분리하거나 별도의 수단에 의해서 채취될 수 있다.

본 발명에서 반응용기는 원통형이만, 직육면체, 다면체 또는 구형일 수 있 고, 그 밖의 다른 모양일 수 있다.

도광판 회전축(20)은 원통형 반응용기(10)의 중심부에 수직하게 설치되고 원통형 반응용기(10)의 상부 면과 하부 면을 관통하도록 하고, 그 내부에 빛을 공급받을 수 있는 광원부(70)가 구비된다.

도광판 회전축(20)은 원활한 회전을 위하여 원통형이 바람직하지만, 직육면체나 다면체 등의 다른 모양일 수 있다.

도광판 회전축(20)은 별도로 설치된 동력발생장치(85)에서 발생한 동력을 벨트 또는 체인(88)을 통하여 전달받아 회전한다. 동력발생장치(85)는 모터 등이 사용될 수 있다. 동력발생장치(85)의 일 측에는 동력전달수단, 즉 벨트나 체인(88)을 작동하기 위해서 풀리(86) 등이 설치된다. 벨트나 체인(88)을 풀리(86)에 걸어 동력발생장치(85)를 작동시키면, 발생된 동력은 벨트나 체인(88)을 통하여 도광판 회전축(20)에 전달되고, 이를 회전하도록 한다.

도 4는 원통형 반응용기(10)의 단면을 나타낸 것이고, 도 5는 원통형 반응용기(10) 내의 도광판 회전축(20)과 도광판(30)의 분리사시도를 나타낸 것이며, 도 6은 도광판 회전축(20)과 도광판(30)의 결합사시도를 나타낸 것이다.

도 4에 도시된 원통형 반응용기(10)의 단면을 살펴보면, 중심부에 단면이 원형인 제 1 광원부(74)가 설치되고, 제 1 광원부(74)의 외부에는 제 1 광원부(74)의 주변을 둘러싼 원통관 모양의 제 2 광원부(75)가 설치된다. 원통형 반응용기(10)의 겉면에는 복수의 도광판(30)이 방사상 형태로 구비된다.

제 1 광원부(74) 또는 제 2 광원부(75)는 그 단면이 원통형 또는 원통형이 아닌 다각형일 수 있다. 즉, 도광판 회전축 내에서 제 1 광원부(74)와 제 2 광원부(75)는 다른 다각형 축일 수 있다.

제 1 광원부(74)는 패널부(65)의 필름형 태양전지판(67)에서 생성된 전기에너지를 저장하고 있는 축전지(43)와 연결되어 전기에너지를 전달받아 광에너지를 발생시키고 도광판(30)으로 광에너지를 전달하며 도광판 회전축(20)의 중심부에 축 방향으로 설치된다.

제 2 광원부(75)는 집광부(61)와 광섬유부(68)에 의해 연결되어 집광부(61)에서 집광된 태양광을 전달받아 도광판(30)으로 빛을 전달하고 제 1 광원부(74)의 외부를 감싸는 원통 관 모양으로 구성된다.

제 1 광원부(74)로는 LED, 형광등 또는 냉음극 형광램프 등이 사용될 수 있고 상기 제 2 광원부(75)는 광섬유다발이 사용될 수 있다. 제 1 광원부(74)로는 다른 발광장치가 광원으로써 사용될 수 있고 원형 또는 긴 봉 모양일 수 있다.

도광판(30)은 상기 도광판 회전축(20)에서 분리가능하게 결합되고, 일 방향으로 두께가 점차적으로 얇아지고, 그 끝단(31)의 모양을 둥글게 하여 상기 광원부(70) 로부터 공급받은 광에너지를 균일하게 방출할 수 있도록 한다.

또한, 도광판(30)은 도 5와 도 6에서 도시된 바와 같이 한 쪽 끝단의 두께를 두껍게 하여 단면이 다각형 모양이 되도록 하고, 상기 도광판 회전축(20)의 표면에는 상기 도광판(30)의 상기 한 쪽 끝단이 결합될 수 있도록 축을 따라 다각형 단면의 긴 홈이 형성된다.

도광판(30)의 두께가 두꺼운 끝단의 모양은 직사각형, 정사각형 또는 그 밖 의 다각형일 수 있으며, 도광판 회전축(20)의 표면에 형성된 긴 홈도 도광판(30)에 맞게 형성될 수 있다.

도광판(30)은 빛이 도광판(30)의 두께가 두꺼운 면에 조사되면 빛이 굴절되어 길이 방향의 도광판 평면으로 방출되도록 한다. 또한, 도광판(30)으로 빛의 확산을 더 좋게 하기 위해서는 도광판(30)의 길이 방향의 프리즘 판과 확산 판이 부착될 수 있다.

도광판 회전축(20)은 모터 등의 동력발생장치(85)의 동력을 전달받아 회전하게 되고 이에 따라서 도광판 회전축(20)의 겉면에 방사상 형태로 구비된 도광판(30)도 회전하게 된다.

광원부(70)는 중심부에 그대로 고정되어 있고, 도광판 회전축(20)과 도광판(30)을 회전시킴으로써 광에너지가 원통형 반응용기(10) 내부 깊숙히 전달될 수 있고, 반응용기 내부에서 생장하는 미세조류의 농도 분포가 균일하게 유지될 수 있으며, 원통형 반응용기(10)의 내부에 미세조류가 쉽게 부착되지 않아서 원통형 반응용기(10) 내부를 깨끗하게 유지할 수 있다.

그리고, 도광판(30)을 회전시킴으로써 이산화탄소 공급장치(35)로부터 공급되는 이산화탄소가 원통형 반응용기(10) 내부에 골고루 공급될 수 있도록 할 수 있다.

또한, 원통형 반응용기(10) 내부의 청결을 유지하기 위해서, 내부 표면을 산화티탄(TiO₂) 코팅을 할 수 있고, 이로써 미세조류 또는 유기 물질 등이 달라붙어 지저분해지거나, 이것들이 오염되는 것을 막을 수 있다. 원통형 반응용기(10) 내부 에 미세조류가 부착되지 않도록 하기 위하여 산화티탄(TiO₂) 이외에 다른 코팅 방법이 사용될 수 있다.

도 5와 도 6에 도시된 바와 같이 도광판(30)은 도광판 회전축(20)의 겉면으로부터 착탈이 가능하게 구성된다. 도광판(30)이 도광판 회전축(20)에 용이하게 착탈되도록 하기 위해서, 도광판 회전축(20)의 겉면에는 도광판의 결합부위에 맞도록 긴 홈이 형성된다.

도광판(30)을 결합할 때, 도광판(30)의 결합부위를 도광판 회전축(20)의 홈에 끼워서, 도광판 회전축(20)의 윗면에서 아랫면 방향으로 밀거나, 도광판 회전축(20)의 아랫면에서 윗면 방향으로 밀 수 있다.

도광판(30)은 도광판 회전축(20)에 한 개씩 삽입 또는 제거가 용이하도록 하였고 미세조류의 배양이 완료되면 도광판(30)을 도광판 회전축(20)으로부터 분리하여 표면을 세척한 후 다시 조립하여 사용하게 함으로써 항상 도광판 표면이 깨끗한 상태로 유지될 수 있다.

도 7은 패널보호박스(60)의 내부 구성도를 나타낸 것이고, 도 8은 패널부(65)의 투명판(66) 아래에 설치되는 집광부(61)의 작동 과정을 나타낸 것이다. 또한 도 9는 패널부(65)와 제 2 광원부(75) 사이의 작동 과정을 나타낸 것이다.

보통 낮에 태양이 있을 경우, 태양광은 패널부(65)의 투명판(66)을 통하여 집광부(61)로 향하게 되고, 태양광은 집광부(61)에서 모이게 된다. 모여진 태양광은 광섬유부(68)을 통하여 도광판 회전축(20) 내의 제 2 광원부(75)로 공급된다. 제 2 광원부(75)로 공급된 빛에너지는 도광판을 통하여 원통형 반응용기(10) 내로 고르게 퍼지게 된다.

집광부(61)는 처음에 태양광을 모으는 집광기(62), 집광기(62)로부터 반사된 태양광을 모아 아래 방향으로 반사시키는 반사 갓(63), 반사 갓(63)에 의해 반사된 태양광을 모으는 수렴렌즈(64)로 구성된다.

패널부(65)의 투명판(66)을 통하여 전달된 태양광은 집광부(61)의 집광기(62)에 도달한다. 집광기(62)는 U자 모양으로써 태양광을 U자 형의 윗부분 중앙부로 모일 수 있도록 한다. 집광기(62)에 의해 모아진 태양광은 투명판(66)의 밑면에 구비된 반사 갓(63)에 의해 아래 방향으로 반사된다. 반사 갓(63)에 의해 반사된 태양광은 반사 갓(63)의 맞은 편에 설치된 수렴렌즈(64)에 의해 수렴되어 광 섬유부(68)로 전달되고, 광 섬유부(68)를 통하여 제 2 광원부(75)로 공급된다.

광 섬유부(68)의 경로 상의 패널보호박스(60)의 일 측면에는 광커넥터(69)가 구비된다. 광커넥터(69)를 통하여 패널보호박스(60)의 외부와 내부의 광 섬유부(68)가 연결되어 있다.

또한, 낮에 태양이 있을 경우 패널부(65)의 필름형 태양전지판(67)은 태양광을 수용하여 전기에너지를 생성하고 지지케이스(40) 내에 설치되어 있는 축전지(43) 등의 저장부에 이를 저장하도록 한다.

날씨가 흐리거나 우기 철 또는 빛이 없는 밤에는 태양광이 약하므로 축전지(43) 등의 저장부에 저장된 전기에너지를 제 1 광원부(74)로 공급함으로써, 항상 일정한 밝기의 광량이 원통형 반응용기(10) 내부로 유입될 수 있도록 한다. 이에 의해 외부조건에 관계없이 24시간 동안 지속적으로 미세조류가 배양될 수 있도록 한다.

보통 태양이 있는 낮에는 제 2 광원부(75)를 이용하고, 태양이 없는 경우에는 제 1 광원부(74)가 이용될 수 있다. 하지만, 태양 빛이 약한 낮의 경우에는 제 1 광원부(74)와 제 2 광원(75)를 모두 작동하여 항상 일정한 광에너지를 원통형 반응용기(10) 내부로 공급할 수 있다.

지지부(45) 또는 지지케이스(40)는 염수에 대한 내 부식성이 강한 아연 갈바나이징 강 또는 스테인리스 강을 사용하여 제조될 수 있다. 그 밖의 다른 재질이라도, 내 부식성이 강한 것이라면 지지부(45) 또는 지지케이스(40)의 재질로 이용할 수 있다.

패널보호박스(60)는 지면 상에 고정된 패널 고정 프레임(80)에 의하여 경사진 상태로 고정될 수 있고, 그 밖의 다른 장치에 의해서 고정될 수도 있다.

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 간주되어야 할 것이다.

본 발명에 따른 미세조류 배양용 광생물 반응기를 사용하면 태양광을 이용하여 24시간 연속적으로 빛을 공급할 수 있고 생산성을 높일 수 있으며, 반응용기 내 부를 청결하게 유지할 수 있고 반응용기 내부로 균일하게 빛이 전달되므로 산업적으로 매우 그 이용 가능성이 높다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 미세조류 배양용 광생물 반응기의 정면도.

도 2는 광생물 반응기에 구비된 원통형 반응용기의 정면도.

도 3은 광생물 반응기에 구비된 원통형 반응용기의 사시도.

도 4는 원통형 반응용기의 단면도

도 5는 원통형 반응용기 내의 도광판 회전축과 도광판의 분리 사시도.

도 6은 도광판 회전축과 도광판의 결합 사시도.

도 7은 패널보호박스의 내부 구성도.

도 8은 패널부의 투명판 아래에 설치되는 집광부의 작동 과정을 나타낸 도면 및,

도 9는 패널부와 제 2 광원부 사이의 작동 과정을 나타낸 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 원통형 반응용기 20 : 도광판 회전축

30 : 도광판 35 : 이산화탄소 공급장치

40 : 지지케이스 43 : 축전지

45 : 지지부 50 : 회전축 지지 프레임

60 : 패널보호박스 61 : 집광부

62 : 집광기 63 : 반사 갓

64 : 수렴렌즈 65 : 패널부

66 : 투명판 67 : 필름형 태양전지판

68 : 광 섬유부 69 : 광커넥터

70 : 광원부 74 : 제 1 광원부 75 : 제 2 광원부 85 : 동력발생장치 86 : 풀리 88 : 벨트 또는 체인 100 : 미세조류 배양용 광생물 반응기.

Claims

생물학적 이산화탄소 고정화인 광합성이 일어나는 미세조류 배양용 광생물 반응기(100)에 있어서,

미세조류 및 배양액이 유입되는 투입구(15)가 구비되며 내부에서 미세조류가 배양될 수 있도록 하는 원통형 반응용기(10);

상기 원통형 반응용기(10) 중심부에 수직하게 설치되고 원통형 반응용기(10)의 상부 면과 하부 면을 관통하며 내부에 광원부(70)가 구비되는 회전 가능한 도광판 회전축(20);

상기 도광판 회전축(20)의 표면에 방사상 형태로 구비되는 복수의 도광판(30);

상기 원통형 반응용기(10)의 일 면에 설치되며, 원통형 반응용기(10) 내부로 이산화탄소를 공급하는 하나 또는 2 이상의 이산화탄소 공급장치(35);

상기 도광판 회전축(20)과 원통형 반응용기(20)가 수직 상태를 유지할 수 있도록 하는 지지부(45)를 구비하며 지면에 설치되는 지지케이스(40);

상기 도광판 회전축(20)이 지지케이스(40)에 수직하여 회전되도록 상기 도광판 회전축(20)의 윗부분을 고정하고 상기 원통형 반응용기(10) 전체를 외부에서 감싸는 원통형의 회전축 지지 프레임(50);

상기 원통형 반응용기(10)의 상부 측에 경사지도록 설치되는 패널보호박스(60);를 포함하며,

상기 패널보호박스(60)는 상기 원통형 반응용기(10)와 별개로 설치되며 태양광을 투과시키는 투명판(66)과 태양광을 받아들여 전기에너지를 생성하고 상기 지지케이스(40) 내에 설비된 축전지(43)에 전기에너지를 저장하는 필름형 태양전지판(67)으로 구성되는 패널부(65);

상기 패널부(65)의 투명판(66)의 아랫부분에 밀착되어 설치되어 있으며 상기 광원부(70)에 광 에너지를 공급하도록 태양광을 집광하는 복수의 집광부(61);

상기 패널보호박스(60)의 일 측면에 구비되고 상기 복수의 집광부(61)에서 흡수된 태양광을 모아 상기 광원부(70)로 전달하는 광 섬유부(68)의 경로 상에 설치된 광커넥터(69);로 구성된 것을 특징으로 하는 미세조류 배양용 광생물 반응기(100).
삭제
제 1 항에 있어서, 상기 집광부(61)는

상기 투명판(66)을 통하여 전달된 태양광이 윗 방향의 중앙부로 모일 수 있도록 태양광을 반사하는 U자 모양의 집광기(62);

상기 투명판(66)에 접하여 설치되고 상기 집광기(62)에 의해 반사된 태양광을 모아 아래방향으로 반사시키는 반사 갓(63);

상기 집광기(62)의 아랫 면에 설치되어 있으며 상기 반사 갓(63)에 의해 반사된 태양광을 모으는 수렴렌즈(64);로 구성된 것을 특징으로 하는 미세조류 배양용 광생물 반응기(100).
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,

상기 광원부(70)는 상기 축전지(43)와 연결되어 전기에너지를 전달받아 광에너지를 발생시키고 상기 도광판(30)으로 광에너지를 전달하며 도광판 회전축(20)의 중심부에 축 방향으로 설치된 원통 모양의 제 1 광원부(74);와

상기 집광부(61)와 상기 광섬유부(68)에 의해 연결되어 상기 집광부(61)에서 집광된 태양광을 전달받아 상기 도광판(30)으로 빛을 전달하고 상기 제 1 광원부(74)의 외부를 감싸는 원통 관 모양의 제 2 광원부(75);로 구성된 것을 특징으로 하는 미세조류 배양용 광생물 반응기(100).
제 4 항에 있어서,

상기 제 1 광원부(74)는 LED, 형광등 또는 냉음극 형광램프가 사용될 수 있고 상기 제 2 광원부(75)는 광섬유다발이 사용될 수 있는 것을 특징으로 하는 미세조류 배양용 광생물 반응기(100).
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,

상기 원통형 반응용기(10)는 투광성과 기계적 강도가 뛰어난 강화유리, 폴리카보네이트 또는 아크릴 계열의 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 미세조류 배양용 광생물 반응기(100).
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,

상기 도광판(30)은 상기 도광판 회전축(20)에서 분리가능하게 결합되고, 일 방향으로 두께가 점차적으로 얇아지고, 그 끝단의 모양을 둥글게 하여 상기 광원부(70)로부터 공급받은 광에너지를 균일하게 방출할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 미세조류 배양용 광생물 반응기(100).
제 7 항에 있어서,

상기 도광판(30)은 한 쪽 끝단의 두께를 두껍게 하여 단면이 다각형 모양이 되도록 하고, 상기 도광판 회전축(20)의 표면에는 상기 도광판(30)의 상기 한 쪽 끝단이 결합될 수 있도록 축을 따라 다각형 단면의 긴 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 미세조류 배양용 광생물 반응기(100).
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,

상기 도광판 회전축(20)은 별도로 설치된 동력발생장치(85)에서 발생한 동력을 벨트 또는 체인(88)을 통하여 전달받아 회전하는 것을 특징으로 하는 미세조류 배양용 광생물 반응기(100).
제 9 항에 있어서,

상기 동력발생장치(85)는 모터인 것을 특징으로 하는 미세조류 배양용 광생물 반응기(100).
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,

상기 지지부(45) 또는 지지케이스(40)는 염수에 대한 내 부식성이 강한 아연 갈바나이징 강 또는 스테인리스 강을 사용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 미세조류 배양용 광생물 반응기(100).
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,

상기 하나 또는 2 이상의 이산화탄소 공급장치(35)는 상기 원통형 반응용기(10)의 밑면에 원주 방향으로 구비되는 것을 특징으로 하는 미세조류 배양용 광생물 반응기(100).
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,

상기 패널보호박스(60)는 지면 상에 고정된 패널 고정 프레임(80)에 의하여 경사진 상태로 고정된 것을 특징으로 하는 미세조류 배양용 광생물 반응기(100).