KR101061579B1 - 광생물 반응기용 ｌｅｄ 조명장치 - Google Patents

광생물 반응기용 ｌｅｄ 조명장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광생물 반응기용 LED 조명장치에 관한 것으로써, 내측관과 연통되는 제 1관통구와 외측관과 연통되는 제 2관통구를 통해 유입 및 배출되는 냉각수를 통해 LED가 발산하는 열의 온도를 최소화할 수 있음은 물론 이로 인해 상기 LED가 발산하는 열에 의해 상기 LED 주변의 미생물에 미치는 영향이 최소화되어 미생물의 생장효율이 보다 크게 향상될 수 있는 효과가 있다.

Description

광생물 반응기용 ＬＥＤ 조명장치{LIGHTING APPARATUS WITH LED FOR BIO-PHOTOREACTOR}
본 발명은 내측관과 연통되는 제 1관통구와 외측관과 연통되는 제 2관통구를 통해 유입 및 배출되는 냉각수를 통해 LED가 발산하는 열의 온도를 최소화할 수 있음은 물론 이로 인해 상기 LED가 발산하는 열에 의해 상기 LED 주변의 미생물에 미치는 영향이 최소화되어 미생물의 생장효율이 보다 크게 향상될 수 있는 광생물 반응기용 LED 조명장치에 관한 것이다.
현재 기능성 식품소재 생산을 위하여 배양되고 있는 광합성 미세조류인 클로렐라는 현재 인공관 조사기술의 문제로 인하여 대부분 암배양을 통하여 배양되고 있어 광배양을 통한 배양 미세조류보다 유용물질 함유량이 낮은 문제점을 보이고 있다.
또한, 최근 관심이 높아지며 클로렐라의 시장을 대체할 미세조류로 인정받고 있는 스피루니나와 헤마토코커스의 경우는 암배양이 불가능하여 광배양을 배양을 하여야 한다.
식물 또는 미세조류와 같은 광합성 미생물은 광(光)을 매게로 하여 광합성이란 과정을 통하여 생장하며, 광강도(intensity), 광질(wavelenghth), 광주기(photoperiod) 등에 의하여 생장 반응 또는 기능성 물질의 생성이 다르게 나타난다.
그 동안의 식물의 경우 광질이 미치는 영향에 대한 연구는 꾸준히 진행되어져 광질과 식물생장의 상관관계는 일부분 구명되어졌으나, 광환경이 광합성 미생물에 미치는 광질에 대한 연구는 미진한 것이 최근 실정이고, 이를 위하여 배양기를 이용한 생산기술이 필요하며, 특히 기존의 미생물 배양과는 달리 광합성을 위한 광원이 첨가된 광배양기가 요구되고 있다.
본 발명자는 내측관과 연통되는 제 1관통구와 외측관과 연통되는 제 2관통구를 통해 유입 및 배출되는 냉각수를 통해 LED가 발산하는 열의 온도를 최소화할 수 있음은 물론 이로 인해 상기 LED가 발산하는 열에 의해 상기 LED 주변의 미생물에 미치는 영향이 최소화되어 미생물의 생장효율이 보다 크게 향상될 수 있는 광생물 반응기용 LED 조명장치를 제안하고자 한다.
본 발명은 내측관과 연통되는 제 1관통구와 외측관과 연통되는 제 2관통구를 통해 유입 및 배출되는 냉각수를 통해 LED가 발산하는 열의 온도를 최소화할 수 있음은 물론 이로 인해 상기 LED가 발산하는 열에 의해 상기 LED 주변의 미생물에 미치는 영향이 최소화되어 미생물의 생장효율이 보다 크게 향상될 수 있는 광생물 반응기용 LED 조명장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 헤드부와; 상기 헤드부의 하부에 구비되는 내측관과; 상기 내측관을 수용한 상태로 상기 헤드부의 하부에 구비되는 외측관과; 상기 외측관의 외면에 구비되고, LED가 장착된 인쇄회로기판과; 상기 외측관을 수용하는 투명관;을 포함하여 이루어지고, 상기 헤드부에는 상기 내측관과 연통되는 제 1관통구와, 상기 외측관과 연통되는 제 2관통구가 구비되고, 상기 제 1관통구 및 제 2관통구를 통하여 냉각수가 유입 및 배출되는 것을 특징으로 하는 광생물 반응기용 LED 조명장치를 제공한다.
여기서, 상기 내측관은 상기 헤드부의 하부 중앙에 구비되고, 상기 제 1관통구는 상기 헤드부의 중앙에 형성되고, 상기 제 2관통구는 상기 헤드부의 측면에 형성되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 제 1관통구 또는 제 2관통구에 유량조절밸브가 구비되는 것이 바람직하다.
나아가, 상기 헤드부는 상부몸체와; 상기 상부몸체의 하부에 일체로 형성되어 상기 투명관의 상부에 삽입되고, 외경이 상기 상부몸체의 외경보다 작은 하부몸체;로 이루어지고, 상기 인쇄회로기판에 장착된 LED와 전기적으로 연결된 전선이 통과되는 전선관통구가 상기 하부몸체의 하부에서 상기 상부몸체의 상부로 관통형성되는 것이 바람직하다.
더불어, 상기 외측관은 금속재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 외측관은 단면이 다각형의 관형상으로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명은 내측관과 연통되는 제 1관통구와 외측관과 연통되는 제 2관통구를 통해 유입 및 배출되는 냉각수를 통해 LED가 발산하는 열의 온도를 최소화할 수 있음은 물론 이로 인해 상기 LED가 발산하는 열에 의해 상기 LED 주변의 미생물에 미치는 영향이 최소화되어 미생물의 생장효율이 보다 크게 향상될 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예인 광생물 반응기용 LED 조명장치를 개략적으로 나타내는 사시도이고,
도 2는 도 1의 분리사시도이고,
도 3은 도 2의 헤드부의 단면상태를 개략적으로 나타내는 단면도이고,
도 4는 냉각수의 흐름을 개략적으로 나타내는 단면도이고,
도 5는 미생물을 포함한 유체가 수용되는 반응기를 개략적으로 나타내는 사시도이고,
도 6은 도 5의 상부판의 단면상태를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 물론 본 발명의 권리범위는 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진자에 의하여 다양하게 변형 실시될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예인 광생물 반응기용 LED 조명장치를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1의 분리사시도이고, 도 3은 도 2의 헤드부(10)의 단면상태를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
본 발명의 일실시예인 광생물 반응기용 LED 조명장치는 도 1 내지 도 3에서 보는 바와 같이 크게, 헤드부(10), 내측관(20), 외측관(30), 인쇄회로기판(40) 및 투명관(50)을 포함하여 이루어진다.
먼저, 상기 헤드부(10)에는 제 1관통구(60)와 제 2관통구(70)가 구비된다.
상기 제 1관통구(60)는 상기 내측관(20)의 내부와 연통된다.
상기 제 2관통구(70)는 상기 외측관(30)의 내부와 연통된다.
상기 제 1관통구(60)와 제 2관통구(70)를 통해 물 등을 포함한 냉각수가 유입 및 배출될 수 있다.
물 등을 포함한 냉각수는 상기 제 1관통구(60)를 통해 상기 내측관(20) 내부로 유입된 후 상기 외측관(30) 내부를 지나 상기 제 2관통구(70)를 통해 외부로 배출될 수 있다.
또는, 물 등을 포함한 냉각수는 상기 제 2관통구(70)를 통해 상기 외측관(30) 내부로 유입된 후 상기 내측관(20) 내부를 지나 상기 제 1관통구(60)를 지나 상기 제 1관통구(60)를 통해 외부로 배출될 수 있다.
다음으로, 상기 내측관(20)은 상기 헤드부(10)의 하부에 수직구비된다.
상기 내측관(20)의 상하측은 개방될 수 있다.
다음으로, 상기 외측관(30)은 상기 내측관(20)을 내부에 수용한 상태로 상기 헤드부(10)의 하부에 수직구비된다.
다음으로, 상기 인쇄회로기판(40)은 상기 외측관(30)의 외면에 일정간격으로 볼트고정된 상태로 구비될 수 있다.
상기 인쇄회로기판(40)의 외면에는 복수의 LED(410)가 상하방향으로 일정간격으로 구비될 수 있다.
다음으로, 상기 투명관(50)의 내부에는 상기 외측관(30)이 수용될 수 있다.
상기 투명관(50)은 강화유리 등 다양한 재질로 이루어질 수 있다.
상기 투명관(50)은 인해 후술할 반응기(도 5의 100)내에 수용된 미생물을 포함한 유체로부터 상기 LED(410)를 보호하는 역할을 수행한다.
다음으로, 상기 내측관(20)은 상기 헤드부(10)의 하부 중앙에 수직구비될 수 있다.
상하측이 개방된 상태인 상기 제 1관통구(60)는 상기 내측관(20)의 내부와 연통되도록 상기 헤드부(10)의 상측 중앙 내부에 상하방향으로 일정길이 연장형성될 수 있다.
상기 내측관(20)의 상측은 상기 제 1관통구(60)의 하측방향에 위치하도록 상기 헤드부(10)의 내부에 수용될 수 있다.
일측과 타측이 개방된 상태인 상기 제 2관통구(70)는 상기 헤드부(10)의 일측면에 좌우방향으로 일정길이 연장형성될 수 있다.
다음으로, 상기 제 1관통구(60) 또는 제 2관통구(70)에는 상기 제 1관통구(60) 또는 제 2관통구(70)를 개폐하는 유량조절밸브(80)가 구비될 수 있다.
상기 유량조절밸브(80)는 제어부(미도시)의 제어에 의해 상기 제 1관통구(60) 또는 제 2관통구(70)를 개폐하는 공지된 전자식 개폐밸브로 이루어질 수 있겠으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
일예로, 상기 제 1관통구(60)를 통해 냉각수가 유입되고, 상기 제 2관통구(70)를 통해 냉각수가 배출되는 상태에서,
상기 유량조절밸브(80)가 상기 제 1관통구(60)를 부분개방할 경우, 상기 내측관(20) 내부로 유입되어 상기 외측관(30) 내부를 지나 상기 제 2관통구(70)를 통해 외부로 배출되는 냉각수의 양은 적어지게 되고, 이로 인해 상기 LED(410)가 발산하는 열과 냉각수의 열교환효율이 작아지게 된다.
상기 유량조절밸브(80)가 상기 제 1관통구(60)를 완전개방할 경우, 상기 내측관(20) 내부로 유입되어 상기 외측관(30) 내부를 지나 상기 제 2관통구(70)를 통해 외부로 배출되는 냉각수의 양은 많아지게 되고, 이로 인해 상기 LED(410)가 발산하는 열과 냉각수의 열교환효율이 커지게 된다.
다른예로, 상기 제 2관통구(70)를 통해 냉각수가 유입되고, 상기 제 1관통구(60)를 통해 냉각수가 배출되는 상태에서,
상기 유량조절밸브(80)가 상기 제 2관통구(70)를 부분개방할 경우, 상기 외측관(30) 내부로 유입되어 상기 내측관(20) 내부를 지나 상기 제 1관통구(60)를 통해 외부로 배출되는 냉각수의 양은 적어지게 되고, 이로 인해 상기 LED(410)가 발산하는 열과 냉각수의 열교환효율이 작아지게 된다.
상기 유량조절밸브(80)가 상기 제 2관통구(70)를 완전개방할 경우, 상기 외측관(30) 내부로 유입되어 상기 내측관(20) 내부를 지나 상기 제 1관통구(60)를 통해 외부로 배출되는 냉각수의 양은 많아지게 되고, 이로 인해 상기 LED(410)가 발산하는 열과 냉각수의 열교환효율이 커지게 된다.
상기 유량조절밸브(80)를 통해 냉각수와 상기 LED(410)가 발산하는 열의 열교환효율을 보다 용이하게 조절할 수 있는 이점이 있게 된다.
다음으로, 상기 헤드부(10)는 상부몸체(110), 하부몸체(120)로 이루어질 수 있다.
상기 상부몸체(110)의 하부에 상기 하부몸체(120)가 일체형성될 수 있다.
상기 하부몸체(120)의 외경크기는 상기 상부몸체(110)의 외경크기보다 작게 형성될 수 있다.
상기 하부몸체(120)는 상기 투명관(50)의 상부 내부에 삽입될 수 있다.
상기 투명관(50)의 상부 내면은 상기 하부몸체(120)의 외면에 나사결합될 수 있다.
상기 상부몸체(110)의 타측과 상기 하부몸체(120)의 타측에는 상하측이 개방된 전선관통구(121)가 형성될 수 있다.
상기 전선관통구(121)는 상기 하부몸체(120)의 하부에서 상기 상부몸체(110)의 상부로 수직으로 관통형성될 수 있다.
상기 전선관통구(121)내에는 상기 인쇄회로기판(40)에 장착된 상기 LED(410)와 전기적으로 연결된 전선(미도시)이 통과할 수 있다.
상기 전선관통구(121)를 통해 상기 인쇄회로기판(40)에 장착된 상기 LED(410)에 상기 전선(미도시)을 보다 용이하게 전기적으로 연결시킬 수 있게 되는 이점이 있게 된다.
다음으로, 상기 외측관(30)은 열전도율이 우수한 스텐, 알루미늄 등을 포함한 금속재질로 이루어질 수 있다.
상기 외측관(30)이 스텐, 알루미늄 등을 포함한 금속재질로 이루어짐에 따라 상기 LED(410)가 발산하는 열이 물 등을 포함한 냉각수로 전달되는 열전도효율이 보다 더욱 크게 향상될 수 있는 이점이 있게 된다.
다음으로, 상기 외측관(30)은 단면이 사각형, 오각형, 육각형 등을 포함한 다각형의 관형상으로 이루어질 수 있다.
상기 외측관(30)의 단면형상이 사각형, 오각형, 육각형 등을 포함한 다각형의 관형상으로 이루어짐에 따라 상기 외측관(30)의 외면과 상기 LED(410)가 장착된 상기 인쇄회로기판(40)이 보다 넓은 면적으로 면접촉될 수 있음은 물론 이로 인해 상기 외측관(30)의 외면에 상기 LED(410)가 장착된 상기 인쇄회로기판(40)을 보다 용이하게 구비킬 수 있는 이점이 있게 된다.
도 4는 냉각수의 흐름을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
다음으로, 도 4를 참조하여 물 등을 포함한 냉각수의 흐름(도 4의 실선화살표 참조.)을 설명하면 하기와 같다.
단, 본 발명에서는 상기 제 2관통구(70)를 통해 냉각수가 유입되고, 상기 제 1관통구(60)를 통해 냉각수가 배출되는 것을 예로 들어 상세히 설명하기로 한다.
도 4에서 보는 바와 같이 순환공급부(200)와, 열교환기(300)가 더 구비될 수 있다.
상기 순환공급부(200)는 유입관(210), 펌프(220) 및 배출관(230)으로 구성될 수 있다.
상기 유입관(210)의 일단부는 상기 제 2관통구(70)에 기밀하게 연통연결될 수 있다.
상기 유입관(210)의 타단부는 상기 열교환기(300)의 일측면에 기밀하게 연결될 수 있다.
상기 펌프(220)는 상기 유입관(210)과 연통된 상태로 상기 유입관(210)의 타측에 구비될 수 있다.
상기 배출관(230)의 일단부는 상기 제 1관통구(60)에 기밀하게 연통연결될 수 있다.
상기 배출관(230)의 타단부는 상기 열교환기(300)의 타측면에 기밀하게 연결될 수 있다.
상기 제어부(미도시)의 제어에 의해 상기 펌프(220)는 상기 열교환기(300)내에 수용된 저온인 물 등을 포함한 냉각수를 펌핑하여 상기 유입관(210)을 통해 상기 제 2관통구(70)로 유입시킬 수 있다.
상기 제 2관통구(70)로 유입된 냉각수는 상기 외측관(30) 내부, 상기 내측관(20)의 내부를 순차적으로 통과하여 상기 제 1관통구(60)를 통해 배출될 수 있고, 이 과정 중에 냉각수는 상기 LED(410)가 발산하는 열과 열교환될 수 있다.
상기 제 1관통구(60)를 통해 배출되는 상기 LED(410)가 발산하는 열과 열교환된 냉각수는 상기 배출관(230)을 통해 상기 열교환기(300)내부로 유입되어 상기 열교환기(300)와 재차 열교환되어 저온상태로 변환될 수 있다.
도 5는 미생물을 포함한 유체가 수용되는 반응기(100)를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 6은 도 5의 상부판(102)의 단면상태를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
다음으로, 도 5에서 보는 바와 같이 미생물을 포함한 유체가 내부에 수용되는 반응기(100)가 더 구비될 수 있다.
상기 반응기(100)는 수용몸체(101)와 상부판(102)을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 수용몸체(101)내에는 광배양하고자 하는 미생물을 포함한 유체가 수용될 수 있다.
상기 미생물은 클로렐라, 스피루니나, 헤마토코커스 등으로 이루어질 수 있겠으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 수용몸체(101)내에는 상기 내측관(20), 외측관(30), 상기 LED(410)가 장착된 인쇄회로기판(40) 및 투명관(50)이 수용될 수 있다.
상기 상부판(102)은 상기 수용몸체(101)의 상부에 분리가능하게 안착고정 및 볼트고정된 상태로 수평구비될 수 있다.
상기 상부판(102)의 표면에는 도 6에서 보는 바와 같이 상하측이 개방된 수용공(102a)이 형성될 수 있다.
상기 수용공(102a)의 바닥면에는 상기 헤드부(10)의 상부몸체(110)의 하부면 일측과 하부면 타측이 각각 안착고정될 수 있다.
상기 수용공(102a)을 개폐하는 개폐판(103)이 더 구비될 수 있다.
상기 개폐판(103)의 상부 양측은 상기 수용공(102a)의 상부방향에 위치하도록 상기 상부판(102)의 상부면에 수평안착된 상태로 볼트고정될 수 있다.
상기 개폐판(103)의 타측에는 상하측이 개방된 전선관통구(103a)가 수직형성될 수 있다.
상기 전선관통구(103a)내로는 상기 인쇄회로기판(40)에 장착된 상기 LED(410)와 전기적으로 연결된 상기 전선(미도시)이 통과할 수 있다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명은 상기 내측관(20)과 연통되는 상기 제 1관통구(60)와, 상기 외측관(30)과 연통되는 상기 제 2관통구(70)를 통해 유입 및 배출되는 냉각수를 통해 상기 LED(410)가 발산하는 열의 온도를 최소화할 수 있음은 물론 이로 인해 상기 LED(410)가 발산하는 열에 의해 상기 LED(410) 주변의 미생물에 미치는 영향이 최소화되어 미생물의 생장효율이 보다 크게 향상될 수 있는 이점이 있다.
10; 헤드부, 20; 내측관,
30; 외측관, 40; 인쇄회로기판,
50; 투명관.

Claims (6)

  1. 헤드부(10)와;
    상기 헤드부(10)의 하부에 구비되는 내측관(20)과;
    상기 내측관(20)을 수용한 상태로 상기 헤드부(10)의 하부에 구비되는 외측관(30)과;
    상기 외측관(30)의 외면에 구비되고, LED(410)가 장착된 인쇄회로기판(40)과;
    상기 외측관(30)을 수용하는 투명관(50);을 포함하여 이루어지고,
    상기 헤드부(10)에는 상기 내측관(20)과 연통되는 제 1관통구(60)와, 상기 외측관(30)과 연통되는 제 2관통구(70)가 구비되고, 상기 제 1관통구(60) 및 제 2관통구(70)를 통하여 냉각수가 유입 및 배출되고,
    상기 내측관(20)은 상기 헤드부(10)의 하부 중앙에 구비되고, 상기 제 1관통구(60)는 상기 헤드부(10)의 중앙에 형성되고,
    상기 제 2관통구(70)는 상기 헤드부(10)의 측면에 형성되고,
    상기 제 1관통구(60) 또는 제 2관통구(70)에 유량조절밸브(80)가 구비되고,
    상기 헤드부(10)는 상부몸체(110)와;
    상기 상부몸체(110)의 하부에 일체로 형성되어 상기 투명관(50)의 상부에 삽입되고, 외경이 상기 상부몸체(110)의 외경보다 작은 하부몸체(120);로 이루어지고,
    상기 인쇄회로기판(40)에 장착된 LED(410)와 전기적으로 연결된 전선이 통과되는 전선관통구(121)가 상기 하부몸체(120)의 하부에서 상기 상부몸체(110)의 상부로 관통형성되고,
    상기 외측관(30)은 금속재질로 이루어지고,
    상기 외측관(30)은 단면이 다각형의 관형상으로 이루어지고,
    상기 제 2관통구(70)에 일단부가 연통연결되는 유입관(210)과, 상기 유입관(210)의 타측에 구비되는 펌프(220)와, 상기 제 1관통구(60)에 일단부가 연통연결되는 배출관(230)으로 구성되는 순환공급부(200)와;
    상기 순환공급부(200)의 유입관(210)의 타단부가 일측면에 연결되고, 상기 순환공급부(200)의 배출관(230)의 타단부가 타측면에 연결되며, 내부에 냉각수가 수용되는 열교환기(300);가 구비되는 것을 특징으로 하는 LED 조명장치.
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